JP2001201312A - 接触型位置センサおよびその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的安価でかつ位置を精度よく検知する。 【解決手段】 アクチュエータ１４はレバー状であり、
先端を検知対象物に接触させる。アクチュエータ１４の
基端側は、支軸１３の回りで揺動変位可能である。アク
チュエータ１４の基端側には、磁石素子２０が装着され
る。磁石素子２０は、周方向に磁化状態が変化し、磁気
検出器１５による磁化の強さの検出で、アクチュエータ
１４の揺動変位を検知することができる。磁気検出器１
５からは、アクチュエータ１４の先端の位置に対応する
出力が得られるので、アクチュエータ１４の先端を接触
させる対象物がシート状材料であれば、厚みなどの検知
を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば複写機や
印刷機などの画像形成装置で、画像を形成する媒体とな
る紙などに接触させて、残量や厚みなどを検知する接触
型位置センサおよびその使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、複写機やプリンタなどでは、
記録媒体として紙などのシート状材料を使用しており、
その取扱いに際して、シート状材料の残量検知、厚み検
知あるいは搬送の枚数検知などが必要となる。たとえば
図８に示すように、複写機やプリンタなどでは、記録媒
体となる用紙１をストッカやカセットなどとも呼ばれる
容器２内に収容し、必要に応じて１枚ずつ送り出す際
に、用紙１の有無を検知装置３で検知している。検知装
置３は、積重ねられる用紙１の表面に接触するアクチュ
エータ４と、アクチュエータ４の変位位置を検出する位
置センサ５とから構成される。容器２の底部には貫通孔
６が設けられ、用紙１が１枚もなくなれば、貫通孔６に
アクチュエータ４の先端が仮想線で示すように嵌り込む
ように構成される。位置センサ５は、実線で示すような
容器２内に用紙１が存在する状態と、仮想線で示すよう
にアクチュエータ４の先端が貫通孔６に嵌り込む状態と
を識別する出力を導出し、用紙１の有無の検知を行って
いる。

【０００３】位置センサ５としては、たとえばマイクロ
スイッチやホトインタラプタなどが使用される。マイク
ロスイッチを使用する場合には、機械的に接点がＯＮ／
ＯＦＦして、用紙１の有無を検知する。ホトインタラプ
タを使用するときには、アクチュエータ４の基端側で光
の通路を遮断したり開放したりして、用紙１の有無を検
知する。すなわち、検知装置３としてマイクロスイッチ
やホトインタラプタを使用するときには、ＯＮ／ＯＦＦ
に応じて用紙１の有無の検知を行うことができるけれど
も、容器２内に残存する用紙１の残量を検知することは
できない。

【０００４】検知装置３として、精密な可変抵抗器であ
るポテンションメータを用いると、絶対位置や絶対移動
量を検知することができ、アクチュエータ４の先端の位
置に応じて、用紙１の残量も検知可能となる。また、検
知装置３として、ロータリエンコーダを用いれば、相対
的な移動量を検知することができ、アクチュエータ４の
接触位置の変化から、用紙１の残量を検知することがで
きる。しかしながら、ポテンシヨンメータやロータリエ
ンコーダは高価であり、コストが上昇してしまう。

【０００５】コストを抑える必要がある複写機やプリン
タなどでは、容器２内の用紙１は、有無の検知のみを行
い、容器２の側面に透明な窓を開けておいて、外から残
量を確認することができるようにしておき、必要に応じ
て複写機やプリンタの操作者が残量を確認して、残量が
少なくなれば用紙１を追加するようにしている。

【０００６】複写機やプリンタなどでは、容器２内に収
容される用紙１は、１枚ずつ送り出されて複写や印刷が
行われ、外部への取出しが可能となる。このような用紙
１の取扱いや搬送の過程でも、用紙１の検知が必要とな
る。従来の複写機やプリンタなどでは、マイクロスイッ
チやホトインタラプタなどを用いて、単に用紙１の有無
を検知しているだけである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図８に示すような検知
装置では、カセットなどの容器２内に用紙１が存在して
いるか否かの有無検知は比較的低コストで可能であるけ
れども、残量検知まで行おうとすれば、ポテンションメ
ータやロータリエンコーダを使用して、製造コストを上
昇させてしまう。また、用紙１の搬送の途中での検知で
も、用紙１が通過したか否かの判断のみしか行うことが
できず、用紙１の厚みの検知や、搬送される枚数の検知
は不可能である。しかしながら、複写機やプリンタなど
で、複数枚の用紙１が重ねて搬送されると、搬送経路の
途中で紙詰まりを生じやすくなったり、最後まで搬送さ
れても複写や印刷を正常に行うことができなくなってし
まう。また、複写機やプリンタなどでは、用紙１の厚さ
に応じてプロセス条件を適切に調整する必要があるけれ
ども、従来は手動でデータとして操作者が入力して設定
する必要がある。

【０００８】さらに、大型の複写機やプリンタなどで
は、効率よく複写や印刷を行うために、用紙１を貯える
容器２の位置と、用紙１に対して複写や印刷を行う場所
との間に間隔があけられ、用紙１を次々と送り出しなが
ら複写や印刷を行っている。用紙１がなくなるときに
は、複写や印刷の方のプロセスもタイミングを併せて終
了させる必要があるので、残量の検知は重要である。特
に、カラーの画像を複写したり印刷したりする装置で
は、画像形成に費用がかかるので、正確に用紙１の残存
枚数に併せて画像形成を行う必要がある。従来の装置で
は、用紙１の残量が少なくなると、生産効率を低下させ
ても、１枚ずつ送り出して確実に用紙１と画像形成とを
同時に終了させることができるように制御している。こ
のため、複写や印刷の全体的な速度が低下してしまう。

【０００９】以上説明したように、従来の位置センサ
は、紙などのシート状材料の表面に接触させて、接触位
置を精度よくかつ低コストで検出することができないの
で、シート状材料を取扱う装置、たとえば複写機やプリ
ンタなどで、処理の効率化を図ることが困難である。

【００１０】本発明の目的は、比較的安価でかつ位置を
精度よく検知することができる接触型位置センサおよび
その使用方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、対象物への接
触位置を表す信号を導出する接触型位置センサであっ
て、基端側から先端側に延びる形状を有し、先端側で対
象物に接触可能で、基端側の支軸まわりに揺動変位可能
なアクチュエータと、アクチュエータの基端側に臨ん
で、固定位置に配置される磁気検出器と、アクチュエー
タの基端側に装着され、磁気検出器から得られる磁化の
強さの検出出力が、アクチュエータの揺動変位量に対応
するように、予め磁化される磁石素子とを含むことを特
徴とする接触型位置センサである。

【００１２】本発明に従えば、対象物には、基端側から
先端側に延びる形状を有するアクチュエータの先端側が
接触可能である。アクチュエータは、基端側の支軸まわ
りに揺動変位も可能である。アクチュエータの先端側を
対象物に接触させると、接触位置が変化するのに従って
基端側が揺動変位する。アクチュエータの基端側に臨ん
で、固定位置には磁気検出器が配置され、アクチュエー
タの基端側には磁気検出器から得られる磁化の強さの検
出出力が、アクチュエータの揺動変位量に対応するよう
に予め磁化される磁石素子が装着されているので、アク
チュエータの先端側で対象物と接触する位置の変化は、
磁気検出器からの出力を変化させることができる。磁気
検出器からの出力は、アクチュエータの先端側の対象物
への接触位置の変化に対応するので、アクチュエータと
の接触位置の変化を容易に検知することができる。

【００１３】また本発明で前記アクチュエータの基端側
と、前記磁気検出器とは、該アクチュエータの先端側を
外部に突出させる開口部が設けられるハウジング内に収
納されることを特徴とする。

【００１４】本発明に従えば、アクチュエータの基端側
と磁気検出器とはハウジング内に収納される。ハウジン
グには、アクチュエータの先端側を外部に突出させる開
口部が設けられているので、ハウジングの外部でアクチ
ュエータの先端側を対象物に接触させ、接触位置の変化
をハウジング内部の磁気検出器で検出することができ
る。

【００１５】さらに本発明は、前述の請求項のいずれか
に記載の接触型位置センサのアクチュエータの先端を、
シート状材料の保管箇所に接触させて、前記磁気検出器
からの出力に基づき、該シート状材料の有無または残量
を検出することを特徴とする接触型位置センサの使用方
法である。

【００１６】本発明に従えば、接触型位置センサはアク
チュエータの先端の接触位置の変化を検知可能であるの
で、シート状材料の保管箇所に接触させれば、保管箇所
に残存するシート状材料の残量に応じた磁気検出器から
の出力を得ることができる。残量がない状態に対応する
出力も得ることができるので、保管箇所でのシート状材
料の有無検知と残存量検知とを同時に行うことができ
る。

【００１７】さらに本発明は、前述の接触型位置センサ
のアクチュエータの先端を、シート状材料の表面に接触
させて、前記磁気検出器からの出力に基づき、該シート
状材料の厚みを検知することを特徴とする接触型位置セ
ンサの使用方法である。

【００１８】本発明に従えば、アクチュエータの先端を
シート状材料の表面に接触させて、接触位置に応じる磁
気検出器からの出力が得られるので、シート状材料の厚
みを検知することができる。

【００１９】さらに本発明は、前述の接触型位置センサ
のアクチュエータの先端を、搬送途中のシート状材料の
表面に接触させて、前記磁気検出器からの出力に基づ
き、該シート状材料の搬送枚数を検知することを特徴と
する接触型位置センサの使用方法である。

【００２０】本発明に従えば、搬送途中のシート状材料
の表面にアクチュエータの先端を接触させるので、アク
チュエータの先端の接触位置は、搬送されるシート状材
料の枚数に応じて変化する。接触位置の変化は、アクチ
ュエータの基端側に臨んで設けられる磁気検出器からの
検出出力の変化として得られるので、シート材料１枚の
値と比較すれば搬送枚数を容易に検知することができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態と
しての接触型位置センサ１０の主要部分の概略的な構成
を示す。図２は、図１に示す接触型位置センサ１０を分
解した状態で示す。本実施形態の接触型位置センサ１０
は、ハウジング１１およびキャップ１２で形成される筺
体内に、支軸１３が保持され、支軸１３を中心としてア
クチュエータ１４が揺動変位可能である。アクチュエー
タ１４は、レバー形状を有し、基端側が支軸１３を中心
として揺動変位可能に支持される。アクチュエータ１４
の基端側に臨んで、ハウジング１１内には磁気検出器１
５が固定して支持される。磁気検出器１５は、たとえば
ホール素子や磁気抵抗素子であり、ＦＰＣと略称される
ことがある可撓性基板１６の先端に装着されて、ハウジ
ング１１の側面に設けられる窓１７からハウジング１１
内部に挿入されている。可撓性基板１６上には、磁気検
出器１５からの検出出力を外部に導く導体パターンが形
成されている。キャップ１２の外周部には、周方向に間
隔をあけて複数の爪１８が形成され、キャップ１２をハ
ウジング１１の上部に装着すると、爪１８が係止孔１９
に嵌まり込んで、ハウジング１１に対し、キャップ１２
を保持することができる。本実施形態の接触型位置セン
サ１０は、支軸１３、アクチュエータ１４の基端側およ
び磁気検出器１５をハウジング１１およびキャップ１２
内に収納し、外部からの影響が少ない状態で信頼性の高
い変位の検出を行うことができる。

【００２２】アクチュエータ１４の基端側の支軸１３の
まわりには、磁石素子２０が装着される。磁石素子２０
は、大略的に支軸１３と同心の円盤状の永久磁石であ
る。磁石素子２０の一方の表面は平坦であり、他方の表
面は周方向に従って厚みが変化するような斜面に形成さ
れている。アクチュエータ１４の基端側には、磁石素子
２０が嵌合する丸孔１４ａが形成されている。磁気検出
器１５は、磁石素子２０の平坦な側の側面に臨むように
位置する。このような磁石素子２０と磁気検出器１５と
を用いて回転角度等の機械的変位を検出する装置は、株
式会社ネクストから平成１０年７月２４日付で特願平１
０−２２５２３３号として出願されている。磁石素子２
０についての原理的な説明は、その出願の明細書や図
面、特に図４に記載されている。

【００２３】図３は、図１に示す接触型位置センサ１０
で磁石素子２０の角変位を磁気検出器１５で検出する部
分の構成を示す。アクチュエータ１４の基端側の丸孔１
４ａに嵌合している磁石素子２０の平坦な表面に望む位
置には、磁気検出器１５が配置される。磁石素子２０
は、周方向に厚みが変化し、磁化した状態で、磁化の強
さは周方向に変化する。全周にわたって厚みを変化させ
る場合、磁石素子２０の厚みは、周方向の或る角度位
置、図３では左側に示す位置で最小と最大とを不連続的
に切換える段差を生じるので、アクチュエータ１４の丸
孔１４ａに対して磁石素子２０を嵌合させる際に、図２
に示すハウジング１１の窓１７内でアクチュエータ１４
が変位する範囲で、磁気検出器１５が段差の部分を避け
るようにする。磁気検出器１５が磁石素子２０で厚みが
連続的に変化する部分に臨んでいれば、図５に関連して
後述するように、或る変位の範囲で変位と検出出力との
間で直線的な対応関係を得ることができる。なお、ホー
ル素子などの磁気検出器１５は、磁石素子２０の平坦な
表面に接触させることが、検出感度の点では好ましい。
ただし、両者の摩擦による摺動抵抗あるいは摩耗を防ぐ
ため、磁気検出器１５または磁石素子２０の表面に、摺
動抵抗の少ないテフロンシート等を設けることが好まし
い。

【００２４】図４は、図１の磁気検出器１５がホール素
子であるときに、磁界検出出力を電気的に処理する概略
的な構成を示す。磁気検出器１５がホール素子であると
きには、可撓性基板１６の表面上で１方向に電流を流す
と、可撓性基板１６の表面に垂直な方向の磁界の強さに
応じて、可撓性基板１６の表面上で、電流の方向に垂直
な方向の電界をホール素子内に生じる。この起電力を増
幅器２１で増幅し、アナログ／デジタル変換器（以下、
「Ａ／Ｄ」と略称する）２２でアナログ信号からデジタ
ル信号に変換する。

【００２５】図５は、アクチュエータ１４の先端の変位
と磁界検出出力との関係を示す。磁石素子２０で周方向
に対する厚みの変化状態や磁化状態を変更すれば、先端
位置と検出出力との関係は、直線的な対応関係から離れ
て、曲線的な対応関係とすることもできる。なお、図５
に示すようなアクチュエータ１４の先端位置と磁気検出
器１５の検出出力との関係は、図４のＡ／Ｄ２２によっ
てデジタル信号に変換した後で、予め作成される変換テ
ーブルなどに従って変換することもできる。

【００２６】図６は、本実施形態の接触型位置センサ１
０を、複写機やプリンタなどの用紙の有無検知と残量検
知とを行う紙検知装置３０に使用する場合の概略的な構
成を示す。同一の大きさで複数枚の用紙３１は、カセッ
トなどの容器３２内に積層して貯蔵される。積層されて
いる用紙３１は、底板３３に乗載される。底板３３は、
ばね３４によって押上げられる。積層されている用紙３
１の最上層には、搬出用のローラ３５が接触し、ローラ
３５の回転によって１枚ずつ用紙３１を搬出することが
できる。このような、容器３２からの用紙３１の搬出
は、図８の容器２と用紙１との場合でも同様に行われ
る。

【００２７】紙検出装置３０は、接触型位置センサ１０
を容器３２の上方の位置に設置し、アクチュエータ１４
の先端を積層されている用紙３１の上面に接触させる。
アクチュエータ１４の自重、あるいは図２に示す支軸１
３とアクチュエータ１４の基端側との間に設けるねじり
ばね等による付勢によって、アクチュエータ１４の先端
は用紙３１の表面に押付けられる。固定された容器３２
の底部上に載置された用紙３１の積層高さ、すなわちス
トックは、用紙３１が搬出されるのに伴って表面が低下
する。用紙３１の表面が下に下がれば、アクチュエータ
１４の先端の接触位置も追従して下がり、アクチュエー
タ１４は全体として揺動変位する。これに伴って、アク
チュエータ１４の基端側でも、図５に示すように、磁気
検出器１５からの検出出力が変化し、用紙３１の残量を
検出することができる。最終の用紙３１が搬出された
時、アクチュエータ１４の先端は容器３２の底部に形成
されている開口部３６に落込む。この際に、磁気検出器
１５の検出出力が大幅に変化するので、用紙１５が無く
なったことを検知することができる。用紙３１の残量と
して直接検出することができるのは積層厚さであるけれ
ども、用紙３１の厚みが判っていれば、用紙３１の積層
厚さから残量を枚数で検知することもできる。

【００２８】また、ローラ３５によって送出す用紙３１
の枚数と検出出力の変化から、用紙３１の１枚当りの検
出出力の変化を算出することができ、予め求められてい
る用紙３１が無いときの検出出力との比較で、用紙３１
の残量を算出することもできる。さらに、残量の検知
は、残量が少なくなってから重要になるので、残量が多
いうちは概略的な残量を検知し、残量が少なくなってか
ら検知精度を高めるように、図５に示す先端位置と検出
出力との関係を、先端位置が基準位置に近いときに傾斜
が小さいような曲線とすることもできる。

【００２９】図７は、本実施形態の接触型位置センサ１
０を、複写機やプリンタなどで、用紙３１を用紙供給部
４０から画像形成部４１に搬送する途中の搬送経路４２
に配置し、厚みや枚数を検知する概略的な構成を示す。
用紙供給部４０は、図６に示すように、１枚ずつ用紙３
１を送出す。ただし、複数枚を同時に送出す重送が生じ
る場合があり得る。搬送経路４２に用紙３１が無いとき
の接触型位置センサ１０からの検出出力を予め基準値と
して求めておき、用紙３１が通過するときのアクチュエ
ータ１４の先端の接触位置の変化から、用紙の厚さや枚
数を検知することができる。ただし、枚数を検知するた
めには、用紙３１の１枚当りの厚さを予め求めておく
か、用紙３１の厚さの範囲をデータとして入力しておく
必要がある。なお、アクチュエータ１４の先端を用紙３
１の表面に接触させるためには、アクチュエータ１４に
作用する重力を利用することができる。

【００３０】図７に示すような使用形態では、接触型位
置センサ１０のアクチュエータ１４の先端の変位は用紙
３１の高々数枚分までの厚さを対象とするので、アクチ
ュエータ１４の基端側の磁石素子２０の角変位量は小さ
い。アクチュエータ１４と磁石素子２０との間に、角変
位量を増大するような倍速機構を設けるようにすれば、
変位検出の分解能を高めることができる。

【００３１】以上説明した実施形態では、接触型位置セ
ンサ１０で、用紙３１についての各種の検知を行ってい
るけれども、用紙３１と同様なシート状材料に対して
も、接触型位置センサ１０を同様に適用することができ
る。さらに、接触型位置センサ１０は、従来のマイクロ
スイッチやホトインタラプラ利用のセンサと同様に、各
種の用途に適用することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、アクチュ
エータの先端側を対象物に接触させ、基端側の支軸を中
心として揺動変位させることによって、アクチュエータ
の基端側に装着する磁石素子と磁気検出器との間で、ア
クチュエータの先端側の接触位置の変化に対応する検知
出力を得ることができる。磁気検出器からは、アクチュ
エータの先端側の接触位置に対応する検出出力が得られ
るので、アクチュエータの先端側の変位量を精度よく検
知することができる。変位量の検知は、磁石素子と磁気
検出器とで行うので、比較的安価で信頼性の高い検知を
行うことができる。

【００３３】また本発明によれば、アクチュエータの基
端側と磁気検出器とは、ハウジング内に収納されるの
で、必要に応じて種々の場所で使用しても、環境の影響
を受けにくく、信頼性の高い検知を行うことができる。

【００３４】さらに本発明によれば、シート状材料の有
無の検知と残量検知とを併せて行うことができる。

【００３５】さらに本発明によれば、シート状材料の厚
み検知を容易に行うことができる。さらに本発明によれ
ば、シート材料を搬送する際の枚数検知を容易に行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の接触型位置センサ１０
の主要部分の概略的な構成を示す簡略化した平面図であ
る。

【図２】図１の接触型位置センサ１０の分解斜視図であ
る。

【図３】図１の接触型位置センサ１０で磁石素子２０と
磁気検出器１５との配置部分の構成を示す正面図であ
る。

【図４】図１の接触型位置センサ１０の検出出力の電気
的処理を行う構成を示すブロック図である。

【図５】図１の接触型位置センサ１０の検出出力とアク
チュエータ１４の先端位置との関係を示すグラフであ
る。

【図６】図１の接触型位置センサ１０を用紙３１の有無
検知と残量検知とに使用する構成を示す簡略化した断面
図である。

【図７】図１の接触型位置センサ１０を用紙３１の搬送
途中での厚み検知と枚数検知とに使用する構成を示す簡
略化した側面図である。

【図８】従来からの用紙の有無検知のための構成を示す
簡略化した断面図である。

【符号の説明】

１０ 接触型位置センサ １１ ハウジング １２ キャップ １３ 支軸 １４ アクチュエータ １５ 磁気検出器 １７ 窓 １８ 爪 １９ 係止孔 ２０ 磁石素子 ３０ 紙検知装置 ３１ 用紙 ３３ 底板 ４０ 用紙供給部 ４２ 搬送経路

フロントページの続き (72)発明者 佐古 秀敏 岡山県津山市山下84番地の５ 株式会社ネ クスト内 (72)発明者 清水 敬 埼玉県岩槻市柏崎882−９ (72)発明者 後藤田 克彦 兵庫県神戸市西区伊川谷町布施畑567−１ ティー・アンド・エム株式会社内 Ｆターム(参考） 2F063 AA02 AA16 AA35 BC09 BD17 DA02 DA05 DC02 EA03 GA52 KA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物への接触位置を表す信号を導出す
   る接触型位置センサであって、 基端側から先端側に延びる形状を有し、先端側で対象物
   に接触可能で、基端側の支軸まわりに揺動変位可能なア
   クチュエータと、 アクチュエータの基端側に臨んで、固定位置に配置され
   る磁気検出器と、 アクチュエータの基端側に装着され、磁気検出器から得
   られる磁化の強さの検出出力が、アクチュエータの揺動
   変位量に対応するように、予め磁化される磁石素子とを
   含むことを特徴とする接触型位置センサ。
2. 【請求項２】 前記アクチュエータの基端側と、前記磁
   気検出器とは、該アクチュエータの先端側を外部に突出
   させる開口部が設けられるハウジング内に収納されるこ
   とを特徴とする請求項１記載の接触型位置センサ。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の接触型位置セン
   サのアクチュエータの先端を、シート状材料の保管箇所
   に接触させて、前記磁気検出器からの出力に基づき、該
   シート状材料の有無または残量を検出することを特徴と
   する接触型位置センサの使用方法。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載の接触型位置セン
   サのアクチュエータの先端を、シート状材料の表面に接
   触させて、前記磁気検出器からの出力に基づき、該シー
   ト状材料の厚みを検知することを特徴とする接触型位置
   センサの使用方法。
5. 【請求項５】 請求項１または２記載の接触型位置セン
   サのアクチュエータの先端を、搬送途中のシート状材料
   の表面に接触させて、前記磁気検出器からの出力に基づ
   き、該シート状材料の搬送枚数を検知することを特徴と
   する接触型位置センサの使用方法。