(57)【要約】【課題】薄物対象物を傷付けずに一枚ずつ吸着保持するシート吸着方法を提供する。【解決手段】複数枚のシートの重なりから、真空吸着部４１、３６３、３６２を備える超音波振動体３０により、シートを真空吸着して引き上げるとともに、吸着されたシートに超音波振動を加え、一枚目のシートを残して、このシートとともに引き上げられた他のシートを落下させる。複数枚のシートが一緒に吸着された場合でも、超音波振動を加えると、スクイーズ膜効果で一枚目のシート以外は落下する。このシート吸着方法により、紙や樹脂フィルムなどの薄物対象物を傷付けずに一枚ずつ確実に吸着保持することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空吸着部を備える超音波振動体を用いて、同一の共振周波数を有する複数枚のシートの重なりから一枚のシートのみを吸着保持するシート吸着方法であって、
複数枚のシートの重なりから、前記超音波振動体により、前記シートを真空吸着して引き上げるとともに、吸着された前記シートに超音波振動を加え、一枚目の前記シートを残して、該シートとともに引き上げられた他のシートを落下させることを特徴とするシート吸着方法。
【請求項２】
請求項１に記載のシート吸着方法であって、前記他のシートが、スクイーズ膜効果による斥力で落とされることを特徴とするシート吸着方法。
【請求項３】
真空吸着部を備える超音波振動体を用いて、同一の共振周波数を有する複数枚のシートの重なりから一枚のシートのみを吸着保持するシート吸着方法であって、
複数枚のシートの重なりに、真空吸着を停止した状態で超音波振動を行う前記超音波振動体を近付け、前記超音波振動体が前記重なりの最も上にある一枚目のシートに接触したときに真空吸着を開始して、前記一枚目のシートのみを真空吸着した前記超音波振動体を引き上げることを特徴とするシート吸着方法。
【請求項４】
請求項３に記載のシート吸着方法であって、前記重なりの二枚目のシートが、スクイーズ膜効果による斥力で前記一枚目のシートから離されて前記重なりに残ることを特徴とするシート吸着方法。
【請求項５】
請求項１または３に記載のシート吸着方法であって、前記シートが、紙または樹脂シートであることを特徴とするシート吸着方法。
【請求項６】
請求項１または３に記載のシート吸着方法であって、前記超音波振動体が、ボルト締めランジュバン型振動子から成り、該ボルト締めランジュバン型振動子は、円柱状金属ブロックの先端の振動面から軸方向に延びる縦孔と、該円柱状金属ブロックの振動の節となる位置から軸中心に向かって前記縦孔に達するまで延びる横孔とを備え、前記横孔から真空吸引されることを特徴とするシート吸着方法。
【請求項７】
請求項６に記載のシート吸着方法であって、前記ボルト締めランジュバン型振動子の円柱状金属ブロック先端の前記振動面に、前記縦孔に連通する溝が形成されていることを特徴とするシート吸着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートを真空吸着する方法であって、重ねられたシートから一枚のシートだけを吸着保持できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
紙や樹脂フィルムなどの薄物対象物を把持するため、真空発生装置を用いて負圧で吸着させることが従来から行われており、例えば、本のページをめくりながら本の電子書籍化を行う現場や、薄板を運搬する生産ラインなどで広く利用されている。
しかし、薄物を真空吸着する際に、複数枚が一緒に吸着される場合がある。これは、紙の微細な孔を通して次の紙にも吸引力が及んだり、薄物同士が静電気で引き合ったりするために生じる。
こうした事態は、薄物対象物を一枚ずつ吸引することを予定している作業に支障が生じる。
【０００３】
それを防ぐため、下記特許文献１には、図１０に示すように、紙１０を二つの吸着部２０で真空吸着した後（ａ）、吸着部２０を近付けて紙面を撓ませ、吸着力が弱い二枚目の紙を落下させる方法（ｂ）が開示されている。
また、下記特許文献２には、シート状の基板に貼付されたフィルムを剥がすため、超音波振動を利用する方法が開示されている。この方法では、フィルムが貼付された基板を、真空吸着部を有する超音波振動体で真空吸着し、その基板に超音波振動を加える。そうすると、基板とフィルムの共振周波数が異なるため、フィルムが基板からめくり上がる。次に、めくり上がったフィルムの部分を移動させて、基板からフィルムを完全に取り除く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０８９０９号公報
【特許文献２】特開２００８−３７５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の方法は、古い書籍などを一枚ずつめくる場合に、紙面が傷付けられる、と言う課題がある。
また、特許文献２の方法は、同一の共振周波数を有する複数の紙が積み重ねられた山から一枚ずつ紙を吸着保持するような作業には適用できない。
【０００６】
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、薄物対象物を傷付けずに一枚ずつ確実に吸着保持することができるシート吸着方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、真空吸着部を備える超音波振動体を用いて、同一の共振周波数を有する複数枚のシートの重なりから一枚のシートのみを吸着保持するシート吸着方法であって、複数枚のシートの重なりから、この超音波振動体により、シートを真空吸着して引き上げるとともに、吸着されたシートに超音波振動を加え、一枚目のシートを残して、このシートとともに引き上げられた他のシートを落下させることを特徴とする。
複数枚のシートが一緒に吸着された場合でも、超音波振動を加えると、一枚目のシート以外は落下する。
【０００８】
また、本発明のシート吸着方法では、共に引き上げられた他のシートが、超音波振動を加えたときのスクイーズ膜効果による斥力で落ちる。
スクイーズ膜とは、超音波振動体端面とシートとの隙間やシート間の隙間に存在する流体（気体）が、高周波振動により隙間から押し出されることに抵抗して形成する“正の圧力を有する膜”であり、この膜の効果で斥力が発生する。シートに作用する真空吸着力に比べて、スクイーズ膜効果による斥力の方が大きければ、シートは落下する。
【０００９】
また、本発明のシート吸着方法では、複数枚のシートの重なりに、真空吸着を停止した状態で超音波振動を行う前記超音波振動体を近付け、超音波振動体がシートの重なりの最も上にある一枚目のシートに接触したときに真空吸着を開始して、一枚目のシートのみを真空吸着した超音波振動体を引き上げる。
このとき、重なりの二枚目のシートは、スクイーズ膜効果による斥力で一枚目のシートから離されてシートの重なりに残る。
【００１０】
また、本発明のシート吸着方法は、紙や樹脂シートなどを対象とすることができる。
真空吸着の際に、一枚目の紙の微細な孔を通じて作用する吸引力で一緒に引き上げられる紙や、静電気に引き寄せられて一緒に引き上げられる樹脂シートなどがスクイーズ膜効果による斥力で落下し、あるいは、シートの山に残される。
【００１１】
また、本発明のシート吸着方法では、超音波振動体として、ボルト締めランジュバン型振動子（ＢＬＴ：Bolt-clamped Langevin-type Transducer）を用い、このＢＬＴに、円柱状金属ブロックの先端の振動面から軸方向に延びる縦孔と、円柱状金属ブロックの振動の節となる位置から軸中心に向かって縦孔に達するまで延びる横孔とを設け、この横孔から真空吸引を行う。
このＢＬＴを用いれば、軸先端の振動面にシートを真空吸着させた状態で、このシートに超音波振動を加えることができる。
【００１２】
また、本発明のシート吸着方法では、ＢＬＴの円柱状金属ブロック先端の振動面に、縦孔に連通する溝を形成しても良い。
このように、縦孔に連通する溝を振動面に形成することで、シートに対する真空吸着力を高めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のシート吸着方法は、紙や樹脂フィルムなどの薄物対象物を傷付けずに一枚ずつ確実に吸着保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のシート吸着方法で用いるＢＬＴを示す図
【図２】図１のＢＬＴに接続する駆動機構及び真空発生装置を示す図
【図３】図１のＢＬＴのシート吸着状態を示す図
【図４】スクイーズ膜効果を説明する図
【図５】スクイーズ膜効果による斥力を説明する図
【図６】スクイーズ膜効果で二枚目の紙面のみが落下する現象を説明する図
【図７】実験結果を示す図
【図８】図１のＢＬＴの振動面に形成された溝を示す図
【図９】本発明のシート吸着方法の変形例を示す図
【図１０】一枚のシートのみを吸着する従来の方法を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明のシート吸着方法に用いるＢＬＴ３０を示している。このＢＬＴ３０は、円柱状の金属ブロック３５、３６と、二つの圧電素子３１、３２と、圧電素子３１と金属ブロック３５との間、及び圧電素子３２と金属ブロック３６との間にそれぞれ配置された接地用の電極板３３と、圧電素子３１と圧電素子３２と間に配置された電圧が印加される電極板３４とを有し、軸の中心でボルトにより結合された金属ブロック３５、３６が、圧電素子３１、３２を両側から締付けている。
先端に振動面３６１を有する長尺の金属ブロック３６は、振動面３６１の中心から軸方向に延びる縦孔３６２と、金属ブロック３６の振動の節となる位置で縦孔３６２に達するまで半径方向に延びる横孔３６３とを有している。
【００１６】
図２に示すように、このＢＬＴ３０の横孔３６３には、チューブ４１１を介して真空発生装置４１が接続される。また、ＢＬＴ３０を超音波振動させる駆動機構として、ＢＬＴ３０の共振周波数の信号を発振する発振器４２と、その信号を増幅する増幅器４３とを有し、増幅器４３で増幅された信号がＢＬＴ３０の電極板３３及び３４に出力される。
このＢＬＴ３０の振動面３６１を、例えば本に近付けて真空発生装置４１を起動すると、振動面３６１に発生した負圧で紙片が振動面３６１に吸着され、ＢＬＴ３０の上昇とともに、吸着された紙片が上昇する。
【００１７】
このとき、複数枚の紙片がＢＬＴ３０に吸着される場合がある。こうした現象は、一枚目の紙片の微細な孔を通じて作用する負圧で二枚目の紙片が吸着され、二枚目の紙片の微細な孔を通じて作用する負圧で三枚目の紙片が吸着される、と言うように、紙片の微細な孔を通じて作用する負圧等によって生じる。
しかし、ＢＬＴ３０に超音波を発生させると、スクイーズ膜の斥力で二枚目以降の紙片は落下する。
【００１８】
図３は、この状態を模式的に示している。ＢＬＴ３０が二枚の紙片６１、６２を真空吸着しているとき（ａ）、ＢＬＴ３０に超音波振動を発生させると、二枚目の紙片６２だけが落下する（ｂ）。なお、この図において、５０は超音波振動の節の位置でＢＬＴ３０を支持する支持体や真空発生装置に繋がる配管を示している。
【００１９】
スクイーズ膜は、平行する面間の隙間に存在する流体（気体）が、高周波振動により隙間から押し出されることに抵抗して形成される膜である。
図４に示すように、ＢＬＴ３０の面積Ｓの端面がＡｓｉｎ（ωｔ）で振動すると、端面から紙片６０までの距離Ｌは、Ｌの初期値をＬ0として、次式（１）ように変位する。
Ｌ＝Ｌ0−Ａｓｉｎ（ωｔ）                                      （１）
このとき、端面と紙片６０との間の気体が周囲に出入りしないことで形成されるスクイーズ膜の圧力Ｐは、次式（２）で表される。
Ｐ／Ｐ0＝Ｖ0／Ｖ＝Ｌ0／（Ｌ0−Ａｓｉｎ（ωｔ））              （２）
ここで、Ｐ0：大気圧、Ｖ：端面と紙片６０間の体積、Ｖ0：Ｖの初期値、である。
いま、Ｌ0：Ａ＝２：１とすると、式（２）の圧力比（Ｐ／Ｐ0）は、図５のようになる。図５において、曲線（１）は（Ｐ／Ｐ0）の時間変化を表し、直線（２）は、平均値を示している。
【００２０】
このように、スクイーズ膜の平均圧力は、大気圧より大きくなり、ＢＬＴ３０の端面と紙片６０との間に斥力が発生する。
そのため、図６において、ＢＬＴ３０の端面と一枚目の紙面６１との間にスクイーズ膜効果による斥力が発生するが、次式（３）に示すように、
（一枚目の紙面のＢＬＴ端面に対する吸着力）
＞（ＢＬＴ端面と一枚目の紙面との間のスクイーズ膜効果による斥力）  （３）
の関係があるため、一枚目の紙面６１はＢＬＴ３０に吸着され続ける。
これに対し、二枚目の紙面６２に対する真空吸着力は、一枚目の紙片の孔を通じて作用する負圧であり、一枚目の紙面６１に作用する負圧に比べて弱いため、次式（４）に示すように、
（二枚目の紙面の一枚目の紙面に対する吸着力）
＜（一枚目及び二枚目の紙面間のスクイーズ膜効果による斥力）        （４）
の関係にある。そのため、二枚目の紙面６２は、スクイーズ膜効果による斥力で落下する。
【００２１】
なお、ここでは、二枚目の紙面６２に負圧が作用する場合について説明したが、一枚目の紙面に対して二枚目の紙面が静電気で吸着している場合も同様であり、その吸着力が紙面間のスクイーズ膜効果による斥力より小さければ、二枚目の紙面は落下する。
【００２２】
図７は、本発明のシート吸着方法の有効性を確認するために行った実験の結果を示している。
この実験では、書籍から切り取った３０ｍｍ四方の紙片を試料として、図２に示すＢＬＴ３０で二枚の試料を真空吸着した後、ＢＬＴ３０に超音波振動を発生させて二枚目の試料が落下する様子を観測した。図７では、横軸に超音波振動の発生からの時間を取り、縦軸に二枚目の試料の落下距離を取り、１０個の試料について、それらの関係を示している。
図７から明らかなように、ＢＬＴに真空吸着された複数枚の紙片に対して超音波振動を加えることにより、二枚目以降の紙片を速やかに落下させることができる。
【００２３】
また、図９は、本発明のシート吸着方法の変形例を示している。
この方法では、真空吸着を停止した状態のＢＬＴ３０に超音波振動を発生させ（ａ）、このＢＬＴ３０を、重ねられた紙片に近付ける（ｂ）。ＢＬＴ３０の振動面が、重ねられた紙片の一番上の紙片に接触すると、配管５０からの真空吸引を開始する（ｃ）。真空吸引を続けながらＢＬＴ３０を引き上げると、一枚目の紙片６１だけがＢＬＴ３０に吸着されて引き上げられる。
このとき、二枚目の紙片６２は、スクイーズ膜効果による斥力で一枚目の紙片６１から離され、重ねられた紙片の側に残る。
【００２４】
なお、ここでは、紙の吸着について説明したが、本発明のシート吸着方法は、樹脂フィルムなど、他の薄物を対象としても良い。
また、ＢＬＴ３０の真空吸着力は、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、振動面３６１に、縦孔３６２に連通する溝３６４を設けることで高めることが可能であり、式（３）及び式（４）の条件を満たす吸着力を、振動面３６１に溝３６４を形成して実現しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明のシール吸着方法は、本を一ページずつめくる作業や、生産現場で紙や樹脂フィルムなどを一枚ずつ移動する作業などに広く利用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１０    紙
２０    吸着部
３０    ＢＬＴ
３１    圧電素子
３２    圧電素子
３３    電極板
３４    電極板
３５    金属ブロック
３６    金属ブロック
４１    真空発生装置
４２    発振器
４３    増幅器
５０    支持体、配管
６１    紙片
６２    紙片
３６１  振動面
３６２  縦孔
３６３  横孔
３６４  溝
４１１  チューブ
【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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