(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材と、
ベース部材に結合し、ベース部材を第一および第二方向へ移動させる駆動機構と、
ベース部材上に電着物質として形成された弾性変形する複数の部材であって、ベース部材が第一方向へ移動して物体へ近づくと曲げられてその構成を変えて、物体を第一方向以外の方向に移動させるように、またベース部材が第二方向へ移動して物体から遠ざかるとその構成を元に戻して、物体に対しスリップするように、物体に接触する複数の可動部材と、
から成ることを特徴とする物体移動装置。
【請求項２】
移動対象の物体をベース部材上に電着物質として形成された弾性変形する複数の可動部材で捕え、
ベース部材を第一方向に移動させて物体に近づけることにより可動部材を曲げてその構成を変え、物体を第一方向以外の方向に移動させ、
ベース部材を第二方向へ移動させて物体から遠ざけることにより可動部材の構成を元に戻し、可動部材が物体に対しスリップすることを特徴とする物体移動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基材やその他の物体を移動させる装置及び方法に関し、特に、振動するベース部材に固定されたラチェットを使って紙を移動させる装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタや複写機のシートフィーダー等の基材の移動装置は、通常一枚の紙を印刷に適する位置に移動するために使われている。一般に、その間に間隔を設けた複数のローラーが紙を捕え、印刷領域に対応する所望の位置にその紙を移動させている。紙の方向制御は普通、ローラーが装着されている支えを動かすか、ローラーをその支え上で傾斜させることによって実現されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような装置は通常、ローラーを回転させ、ローラーを支える枠を移動させるための駆動モーターを必要としている。このような駆動モーターは、時として比較的大きな構造で、大量の熱エネルギーを発生し、大量の電力を必要とする。また、このような装置は、所望の位置に紙を送給する際の速度が比較的遅く、正確さに欠けている。
【０００４】
したがって、基材を高速かつ正確に送給し、効率の良いコンパクトな装置および方法が要求されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の問題や欠点を解決するため、本発明に係る物体移動装置は、ベース部材と、ベース部材に結合しベース部材を第一および第二方向へ移動させる駆動機構と、ベース部材上に電着物質として形成された弾性変形する複数の可動部材と、から成ることを特徴とする。これらの可動部材は、ベース部材が第一方向へ移動して物体に近づくと曲げられてその構成を変え、物体を第一方向以外の方向に移動させ、ベース部材が第二方向へ移動して物体から遠ざかるとその構成を元に戻し、物体に対しスリップするように、物体に接触されている。
【０００６】
この可動部材には、弾力性に優れた変形性の部材を用いることが望まれる。一実施形態によると、駆動機構には、ベース部材を振動させる圧電振動器等が設けられている。それぞれ長さが１mm以内の少なくとも１００個の可動部材がベース部材に固定されることが望まれる。また可動部材は、ベース部材に対し斜めに蒸着された物質、または電着された物質で形成されることが望ましい。
【０００７】
本発明の他の態様には、基材を送給するため、基材に相対する一列の駆動部が設けられている。各駆動部は、振動作用のために装着された支持部材、その支持部材を振動させる目的で支持部材に結合された振動器、支持部材の振動時に基材を捕え、送給するため支持部材に結合されたラチェット手段から成っている。コントローラーは、駆動部の第一支持部材が駆動部の第二支持部材と異なる位相で振動し、第一駆動部が第二駆動部と異なる位相で基材を送給するように制御している。基材を複数の方向に送給できるように、複数列の駆動部が設けられることが望まれる。
【０００８】
特定の態様によると、一列の駆動部には、少なくとも３つの駆動部が設けられていて、それぞれの駆動部の支持部材が他の駆動部の支持部材と異なった位相で振動するようになっている。
【０００９】
基材を捕えるラチェット手段は、振動器が支持部材を基材方向に移動させる際に、基材を摩擦により捕獲し、振動器が支持部材を基材と反対の方向に移動させる際に、基材に対してスライドするものであることが望まれる。
【００１０】
本発明に係る方法は、移動対象の物体をベース部材上に電着物質として形成された弾性変形する複数の可動部材で捕え、ベース部材を第一方向に移動させて物体に近づけることにより可動部材を曲げてその構成を変え、物体を第一方向以外の方向に移動させ、またベース部材を第二方向へ移動させて物体から遠ざけることによりその構成を元に戻し、可動部材が物体に対しスリップするステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
さらにその方法には、それぞれベース部材に固定された複数の可動部材で物体を捕え、第一ベース部材を物体の方向に移動させることによって、物体を第一方向以外の方向に移動させ、第一ベース部材の移動の過程と同時に第二ベース部材を物体と反対の方向に移動させるステップが含まれることが望まれる。
【００１２】
下記の実施形態の詳細な説明は、上述、またそれ以外の本発明の特徴を明らかにするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態における物体移動装置および物体移動方法は、印刷装置や複写機の紙の送給の適用に限られるものではなく、半導体ウェーハー操作等のシート状あるいは平坦な基材の移送装置として広範囲の適用が可能である。従って、本発明の実施形態は、特に紙送給への適用に最適であるが、それだけに限られるものではない。また、本発明の実施形態は、紙等の基材の送給に適用したものを引用して説明されているが、本発明は、これらの実施形態に限られるものではない。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態における相対的に移動可能な可動部材を示すものである。可動部材５は、弾性に富む変形ラチェット（送り触手）であることが望ましく、支持部材、すなわち、ベース部材１０の一端に固定されている。この実施形態ではベース部材１０は、支持枠１５によって上下にスライドできるように支持された、上下移動可能の部材である。ラチェット５の他の一端３は、物体２０に当接し、その物体は一枚の紙か同様の基材であることが望ましい。ベース部材１０に接続された駆動機構（図１では図示せず）が紙２０と直角方向を示す矢印７の方向にベース部材１０を相対移動させると、ラチェット５は曲げなどにより弾性的に変形する。従って、ラチェット５の他の一端３は、矢印９の方向に水平に相対移動する。
【００１５】
ラチェット５は、ベース部材１０が物体２０の方向に動き、ベース部材１０がラテェット５を元の構成から弾性的に変形するように製造・調整されている。具体的には、ラチェット５が物体２０に抗して曲げられ、そのラチェット５の一端３が、図１に示されているように左から右への直線力を物体２０に作用する。
【００１６】
図１は、ベース部材１０が物体２０の方向に最大限移動し、ラチェット５が最大限曲げられている状態を示している。ベース部材１０が物体２０から離脱した時に、ラチェット５がまっすぐになり始め、その原形に復帰する。
【００１７】
ベース部材１０が引き出された時に、ラチェット５は物体２０にわずかな直線力を及ぼす。しかし、その力は、ベース部材１０が物体２０の方へ移動するときに、物体２０に及ぼされる力に比べて、ごくわずかである。ラチェット５と物体２０のなす角度およびラチェット５の長さにより、物体２０に作用する力は、図１においてラチェット５が左から右に移動する時の方が、ラチェット５が右から左に移動する時より大きな力となる。したがって、ベース部材１０の連続的相対移動によりラチェット５は物体２０を左から右へと送給することになる。
【００１８】
支持部材すなわちベース部材１０は、前述の実施形態のようなプランジャーであってもよいが、図２〜５に示されているように別の支持部材であってもよい。図２〜５は図１の実施形態のより具体的な適用例を示すものである。
【００１９】
図２〜３の実施形態によると、ラチェット２５を支持するベース部材３３は、圧電振動器型駆動機構３０に接続されている。従来の技術で公知であるように、圧電振動器の結晶体またはセラミック体に電気信号を印加することにより、所望の周波数を有する振動が得られる。本実施形態では、圧電振動器３０に電気信号を印加することにより、ベース部材３３が矢印３５の方向に振動する。従って、ラチェット２５の自由端は、矢印４０方向に移動し、図１の実施形態に示されたように、左から右へ物体を直線的に送給する。
【００２０】
具体的には、ベース部材３３が基材に近づくと、曲げなどによってラチェット２５が元の構成より大きく変形し、好ましくはベース部材３３の移動の方向と直角の方向に基材を送給する。しかし、基材の支持構造によっては、基材を他の方向に移動することもできる。
【００２１】
ベース部材３３が基材から遠ざかるにつれ、ラチェット２５は元の構成に戻り、基材からスリップするようになる。ラチェット２５は、基材にそってスライドしながら、基材からスリップするのが望ましいが、基材にそってスキップさせることにより、基材から完全に離すことにより、あるいは他の方法で基材から移動させることにより、ラチェット２５をスリップさせることもできる。
【００２２】
圧電振動器３０は、できれば約１００KHz から１MHz の周波数で、ベース部材３３を振動させるようにする。本実施形態によると、ラチェット２５はそれぞれ、１０〜１００ミクロンの長さであるが、最長少なくとも数ミリまで可能である。さらにベース部材３３は、数百のラチェットを支持できることが望ましいが、それ以下の数のラチェットを支持するようにしてもよい。
【００２３】
図４〜５は、本発明のもう一つの実施形態を示すものである。ラチェット４５がベース部材６３上に支持されているが、それは膜質あるいは膜同様の薄い層質で作られた振動膜であることが望ましい。また、ベース部材６３は、少なくとも部分的に電導体で、例えば、ベース部材６３のラチェット４５の反対側が金属化されたもの、あるいは電導体の薄膜が形成されたものであることが望ましい。特定の実施形態では、ZnO のような圧電フィルムが薄膜上に積層されている。例えば、適切な金属電極で圧電フィルムに電圧を印加すると、圧電フィルムが膨張し、薄膜に変形を生じる。
【００２４】
ベース部材６３は、振動器６０のような駆動機構の両端５０、５５の間に存在し、両端５０、５５は、所定の幅を持つギャップ５３によって振動器６０の本体より絶縁されていることが望ましい。振動器６０は、空間６５に交流電磁場を発生し、ベース部材６３を、できればその本来の共鳴周波数で振動させる。ベース部材６３と振動器６０の間の交流電圧が、振動器６０を振動させる。空間６５は、ベース部材６３と振動器６０の間の誘電空間で、コンデンサのような構造を形成するものであることが望ましい。
【００２５】
前述の実施形態と同様な方法で、ベース部材６３の振動が、ラチェット４５の両端を矢印６７の方向に動かし、基材または他の物体を送給する。ベース部材６３は、それぞれ１０〜１００ミクロンの長さを持つ数百のラチェット４５を支持するものであることが望まれる。また、ベース部材６３は、シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、または電気メッキされたニッケル等の金属で構成されていることが望まれる。
【００２６】
図２〜３の圧電振動器３０および図４〜５の振動器６０は、円筒形をしているが、断面が正方形、長方形、多角形等いろいろな形状の立方体であっても支障はない。
【００２７】
図６は、図２〜３や図４〜５にある本発明による駆動部７４、７６を説明するものである。駆動部列７５、８５、９５、１０５は、駆動部のラチェット７３が基材を矢印８０、９０、１００または１１０の方向へ送給できるように配置されている。図６の駆動部のそれぞれの列には二つの駆動部７４と７６が備えられ、２相系を構成している。特定の列に配置された駆動部７４と７６は、約５mmの距離で分離され、共通の基板で支持されている。
【００２８】
コントローラー１１５は、マイクロコンピュータであることが望ましく、それぞれの列の駆動部７４に、それぞれの列のもう一つの駆動部７６と異なる位相で振動するよう指令する。すなわち、それぞれの列において、駆動部７４の支持部材が基材から遠ざかる方向に移動するのに対し、駆動部７６の支持部材は、基材に接近する方向に移動する。図６においてこれらの方向は“＋”と“−”によって表されている。２相系における振動については後に図８に基づいて説明する。図６は、基材を矢印８０、９０、１００、１１０の方向だけでなく、様々な直線や円周方向に送給できる実施形態を示すものである。コントローラー１１５は、複数の列の中から異なる複数列を選び、特定の期間連動したり、別個に動作する指令を与え、基材を所望の方向に送給することができるようにしている。例えば、図６にみられるように、基材を上から下へ直線方向に移動させるには、コントローラー１１５が列７５に振動の指令を与え、基材が矢印８０の方向へ動くようにする。あるいは、二三の列を選び、基材を図６にあるように対角線上直線方向に動かすように駆動してもよい。また、コントローラー１１５は、例えば最右端の列１０５と最左端の列７５を同時に振動させ、基材に円周方向の回転を与えることもできる。また、コントローラー１１５は、例えば最左端と最右端の列１０５が異なる速度で振動するよう指令を与え、基材を望ましい方向へ動かすこともできる。特定の列を組み合わせて選択することによりコントローラー１１５は、基材を直線方向、円周方向等、各種方向に前進または後退というように自由自在に、正確に制御できる。
【００２９】
プリント動作での応用としてコントローラー１１５は、例えば、プリントセル列がまばらのプリンタにおいて、紙を画素から画素へ、段階的に移動させることができる。また、コントローラー１１５は、プリントセルを通過した紙が複数の方向を選ぶことができるようにし、紙詰まりが起きたときなどは、紙が逆戻りして紙詰まりを解消できるようにしている。
【００３０】
図７は、他の実施形態による駆動部の構成を示すものである。図７の実施形態は図６のそれと同様に構成されているが、図７の列のそれぞれが、駆動部７４、７６に代わり３つの駆動部８４、８６、８８を備えている点で異なっている。コントローラー１１５は、それぞれの列の三つの駆動部８４、８６、８８が、それぞれ異なった位相で振動するよう指令をあたえるが、詳しくは後ほど、図９に基づいて説明する。
【００３１】
もちろん、一つの列に任意の数の駆動部を組み合わせて設け、それぞれ異なる位相で動作させることができる。また、図６及び図７ではそれぞれの列において、駆動部が直線上に配置されているが、非直線的な配置も可能である。それぞれの列において、駆動部を、例えば、三角、四角、あるいは多角形に配置してもよい。さらに、列の全体的パターンは、図６〜７にみられるような長方形である必要もない。本発明の実施形態に応じて、いろいろな形の全体的パターンがとられている。
【００３２】
図８〜１０は、駆動部のラチェットにより、基材に２相、３相および４相系の力が加えられた状態を示すものである。図８は、図６の２相系に対応し、図９が図７の３相系に対応している。
【００３３】
図８に示されているように、図６のそれぞれの列における駆動部７４は、一定期間中、基材に力１７４を作用する。駆動部７４のベース部材が振動の位相角０度から１８０度まで基材方向に移動すると、駆動部７４のラチェットが基材に正方向の力を作用する。ベース部材が１８０度で最深部に達した後は、基材から遠ざかる方向に移動することになり、ラチェットが基材からスリップし、基材に僅かではあるが、負の力を作用することになる。従って、図８において、１８０度から３６０度までにおいては、力１７４が僅かではあるが負となる。
【００３４】
また、図８に示されているように、それぞれの列の駆動部７４、７６は互いに異なる位相で振動する。駆動部７４のベース部材が０度から１８０度まで基材方向に移動すると、駆動部７４のラチェットが基材に正方向の力１７４を作用する。同時に、駆動部７６のベース部材が基材から遠ざかる方向に移動し、僅かではあるが負の力、すなわち送給方向に対し反対方向の力１７６を基材に作用する。１８０度でベース部材の移動方向が反転し、その結果、力１７４および１７６も反対方向となる。
【００３５】
正の力１７４は、僅かな負の力１７６よりも大きいので、合成により生ずる正の力１２０を基材に作用する。従って、駆動部７４、７６はそれと共に、基材を駆動部７４、７６の列が方向付けられている方向へ送給する。
【００３６】
図９は、図７に対応する３相系の位相図である。駆動部８４、８６および８８が異なった位相で動作し、基材にそれぞれ力１８４、１８６、１８８を作用する。これらの力の合成の結果である正の力１３０が、基材を駆動部８４、８６、８８の列が方向づけられている方向に送給する。
【００３７】
同様に、図１０は、４相系の駆動部によって作用される力１９２、１９４、１９６、１９８を示しており、それらの力の合成により生じる正の力１４０が基材を送給する。もちろん５相系やそれ以上のシステムも可能である。相の数が多くなればなるほど、合成されて生じる力が均一になる。もちろん、図１０の４相系が生じる合成力１４０は、図９の３相系が生じる合成力１３０より均一であることは明らかである。
【００３８】
図１１〜１７は、本発明の実施形態による前述のベース部材のラチェットの構成図である。
【００３９】
図１１の実施形態では、ベース部材２００にまず、マスク材２１０、２１５が施される。マスク材２１０、２１５はPMMAの厚膜一枚で構成されてもよい。マスク材２１０、２１５はまた、PMMA一枚に金属製薄膜を重ね、長いエッチング過程でPMMAを保護するようにしたものでもよい。次に任意の適当な異方性沈着処理を用いてラチェット材がベース部材に、矢印２２０で示された方向に斜めに蒸着される。マスク材２１０、２１５が、ベース部材２００に蒸着するラチェット材を一部ブロックし、ラチェット２０５が、ベース部材２００に対し斜めの角度に形成されるようにしている。ラチェット２０５を形成する蒸着ラチェット材は、ニッケルであることが望ましい。
【００４０】
図１２〜１３の実施形態によると、ベース部材３００はシリコン＜１００＞で形成されることが望ましく、異方的にエッチングされ、リッジ（隆起、突条）３１０を構成する。ラチェット材３０５が、リッジ３１０を含めたベース部材３００上に沈着し、図１２に示されているように、ベース部材３００上にジグザグパターンを形成する。それから、ラチェット材３０５とリッジ３１０がリソグラフィまたは同種の方法で選択的に除去され、図１３にあるような斜めの角度のラチェット３０５がベース部材３００に残される。
【００４１】
図１４〜１７の実施形態によれば、ベース部材４００あるいはそれに相当する部５００は共にシリコン＜１００＞で構成されることが望まれるが、異なった深さで異方的にエッチングされ、図１４のような高さの異なるリッジ４１０、５１０を形成する。ベース部材４００、５００は、シリコン溶融接着剤で接着され、図１５に示されているような隙間４２０をベース部材４００、５００間に形成する。次に、ベース部材相当部５００の非リッジ部分がエッチングにより取り除かれ、リッジだけが基材４００に接触して残され、隙間４２０が形成される。次に、ベース部材４００上にラチェット材４０５を、電気メッキあるいは同様の適切な方法により沈着させ、図１６のように隙間４２０を充填する。最後に、リッジ４１０、５１０をエッチングで取り除き、図１７のように、ラチェット４０５が基材４００上に斜に形成され残される。
【００４２】
本発明による装置と方法は、従来の装置に比べはるかに高速かつ精度の高い結果をもたらす等多くの利点を提供するものである。また、本発明の実施形態によれば、紙などの基材の動きは、高速な動きであっても、所望の位置に対しミクロン単位の正確さで制御することができる。例えば、紙の場合、少なくとも毎秒２５〜５０センチの速さで送給でき、究極的には、毎秒１メートルの速さまで送給可能になっている。従って、本発明の実施形態は、特に音響インク印刷装置のような高速印刷装置に最適である。
【００４３】
また、本発明の紙送給装置は、従来のローラー型紙送給装置が必要としていたモーター、ローラー、ベアリング等の機械部品を不要にし、従来のものに比べ遥かにコンパクト化された装置となっている。従って、本発明の実施形態は、例えば移動体印刷・複写装置、デスクトップ出版システム等に最適である。さらに、本発明の実施形態は、従来の装置に比べ、比較的小量の電力で動作するので、より静かで、より効果的である。
【００４４】
本発明の説明に特定の実施形態が使われているが、これらの描写は、すべて説明を分かり易くする目的で使用されたものであって、決して本発明の請求範囲を限定するものではない。例えば、弾性的に変形可能なラチェットに代えて、ベース部材で旋回するように取付けられた硬質のラチェットを使ってもよい。同類の分野で技術に長けた者にとって、本発明の請求範囲さらには意図する範囲内で、多くの修正や変化を加えることは困難なことではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態におけるラチェットおよびプランジャの構成を示す正面図。
【図２】  本発明の一実施形態における圧電振動器の透視図。
【図３】  図２の実線３−３に添ったベース部材の断面図。
【図４】  本発明の他の実施形態における振動器の断面図。
【図５】  図４の実線５―５に添ったベース部材の断面図。
【図６】  本発明の一実施形態における振動器の複数列を示す平面図。
【図７】  本発明の他の実施形態における振動器の複数列を示す平面図。
【図８】  本発明の一実施形態における２相システムの位相図。
【図９】  本発明の一実施形態における３相システムの位相図。
【図１０】  本発明の一実施形態における４相システムの位相図。
【図１１】  本発明の一実施形態におけるラチェットの構成を示す側面図。
【図１２】  本発明の他の実施形態におけるラチェットの構成を示す断面図。
【図１３】  本発明の他の実施形態におけるラチェットの構成を示す断面図。
【図１４】  本発明のさらにもう一つの実施形態におけるラチェットの構成を示す断面図。
【図１５】  本発明のさらにもう一つの実施形態におけるラチェットの構成を示す断面図。
【図１６】  本発明のさらにもう一つの実施形態におけるラチェットの構成を示す断面図。
【図１７】  本発明のさらにもう一つの実施形態におけるラチェットの構成を示す断面図。
【符号の説明】
５，２５，４５  可動部材（ラチェット）、１０，３３，６３  ベース部材、１５  支持枠、２０  物体，基材、３０  圧電振動器、６０  振動器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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