JP2004340710A - 厚み検出センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】媒体の厚みを検出するためのダイナミックレンジを広く設定するとともに、このようにダイナミックレンジを広く設定した場合であっても、正確に媒体の厚みを検出できるようにする。
【解決手段】互いに対向して設けられた固定電極３０および可動電極４０と、媒体に接触することによって電極間のギャップを変化させるプランジャ２と、電極間に蓄えられる静電容量を媒体の厚み検出のための電気信号に変換するＣＲ発信回路６３、ＦＶ変換回路６４を備え、プランジャ２の後端部２１を可動電極４０のギャップ側の電極面に接触させ、媒体の厚みに対応して可動電極４０を固定電極３０から離れる方向に変位させる。
【選択図】 図１
【解決手段】互いに対向して設けられた固定電極３０および可動電極４０と、媒体に接触することによって電極間のギャップを変化させるプランジャ２と、電極間に蓄えられる静電容量を媒体の厚み検出のための電気信号に変換するＣＲ発信回路６３、ＦＶ変換回路６４を備え、プランジャ２の後端部２１を可動電極４０のギャップ側の電極面に接触させ、媒体の厚みに対応して可動電極４０を固定電極３０から離れる方向に変位させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コピー用紙やＯＨＰフィルム、紙幣などのような薄い紙葉状の媒体の厚みを検出する厚み検出センサに関し、より具体的には、媒体の厚みに対応して電極間のギャップを変化させ、その電極間に蓄えられる静電容量に対応して媒体の厚みを検出できるようにした厚み検出センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コピー機などには、媒体の厚みを検出する厚み検出センサが設けられている。この厚み検出センサは、一般に、カートリッジなどから順次繰り出されてきた用紙が重送されていないか否かを検出し、所定以上の厚みを検出した場合は重送であると判断して搬送の停止などを行うようにしたものである。ところで、媒体と接触することによってその接触状態を検出するセンサに関しては、特許文献１に開示されているようなものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５―２８８６１９号公報
【０００４】
このセンサは、ベースフィルムに設けた固定電極と、この固定電極に対向して設けられた可動電極とを設けてなるものであり、媒体が可動電極側に設けた部材に接触することによって可動電極を固定電極側に変位させ、この電極間のギャップの変化に伴う静電容量の変化に基づいて媒体との接触状態を検出するようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電極間に蓄えられる静電容量を検出する際、ＣＲ発信回路などによってその静電容量を周波数に変換し、その周波数を検出するようにしているが、この電極間のギャップとこの周波数との関係については、図１０に示すような関係を有することが知られている。すなわち、電極間のギャップが小さい領域では、ギャップの増大に対応して周波数はリニアに変化し、また、電極間のギャップが大きい領域では、ギャップが増大しても周波数は徐々にしか変化しない。このため、あらかじめギャップを広く設定していた場合は、ギャップが変化しても周波数がリニアに変化しない可能性があり、正確な周波数変化の検出が困難になる。一方、あらかじめギャップを狭く設定した場合は、ギャップの変化に対応して周波数はリニアに変化するため、正確な周波数変化の検出が可能となる。ところが、このようにギャップを狭く設定した場合は、可動電極はギャップの範囲内でしか固定電極側に変位することができない。このため、このギャップの範囲を超えるような厚みを有する媒体がセンサに接触した場合は、センサが破壊されることとなる。また、センサのダイナミックレンジは、電極間のギャップの範囲に限定されてしまうため、ダイナミックレンジも小さくなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明はかかる課題に着目してなされたもので、ダイナミックレンジを大きく設定できるようにするとともに、このようにダイナミックレンジを大きく設定した場合であっても、正確に媒体の厚みを検出することができるような厚み検出センサを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の厚み検出センサは上記課題を解決するために、互いに対向して設けられた一対の電極と、媒体に接触することによって電極間のギャップを変化させるプランジャと、電極間に蓄えられる静電容量を電気信号に変換する変換回路を備えてなるものにおいて、媒体の厚みの増加に対応するプランジャの変位により、電極間のギャップを拡大させるように構成したものである。
【０００８】
このように構成すれば、初期状態（媒体がプランジャに接触していない状態）において対向して設けられた電極をほぼ密着させることができ、媒体との接触によって電極間のギャップが拡大しても、リニアに変化する領域内でその周波数を検知することができる。さらに、ギャップの広がる方向に電極が変位するので、従来のように初期状態で設定されたギャップによってダイナミックレンジが決定されてしまうということがなくなり、ダイナミックレンジを可能な限り広く確保することができる。
【０００９】
また、別の実施態様では、電極のいずれか一方を固定電極とし、この固定電極に対向する側の電極に、媒体との接触によってギャップを変化させる可変電極とギャップを維持する固定電極を設ける。
【００１０】
通常、電極間に蓄えられる静電容量は、外気の温度や水分含有量などによって変化する。このため、外気の温度や水分含有量などの影響によって静電容量が変化し、誤った検出結果を出力してしまう可能性がある。このため、固定電極と、これに対向する側に可動電極と固定電極とを設け、この可動電極側に蓄えられる静電容量、および両固定電極間に蓄えられる静電容量に基づいて周波数を求め、これらの差をとることによって温度などの影響をキャンセルする。
【００１１】
また、このような発明のうち、好ましい実施態様としては、媒体搬送路との相対位置が固定するように設けられる固定電極と、この固定電極に対向して設けられる可動電極と、前記固定電極とのギャップを変化させるように可動電極を変位させるバネ部と、固定電極および可動電極間に蓄えられた静電容量を電気信号に変換する変換回路と、媒体に接触することによって軸方向に進退するプランジャとを具備してなり、固定電極にプランジャ挿入孔を設けてプランジャを進退可能に取り付け、このプランジャによって可動電極におけるギャップ側の電極面を押圧してギャップを拡大させるように構成する。
【００１２】
このように構成すれば、ギャップの内側から可動電極を押圧するので簡単な構成で確実にギャップを拡大させることができる。
【００１３】
さらに、別の実施態様では、一対の電極を構成する一方の固定電極をプリント基板によって構成する。
【００１４】
このように構成すれば、固定電極や線路、端子などを同時にプリントすることができ、簡単に固定電極などを作成することができるようになる。
【００１５】
加えて、このプリント基板によって生成された固定電極上にレジストを設け、このレジストによって対向する電極とのギャップを形成する。
【００１６】
このように構成すれば、別個新たに電極間の誘電体を設ける必要がなくなり、レジスト本来の機能に加えてそのレジストを誘電体としても使用することができる。
【００１７】
また、プランジャの後端部にそのプランジャの先端部よりもりも径の大きいヘッド部を設ける。
【００１８】
このように構成すれば、ケースなどに貫通孔を設けてそのプランジャを保持させるような場合、そのヘッド部によって貫通孔を塞ぐことができ、外部からのゴミの侵入を防止することができる。
【００１９】
また、プランジャの先端部および後端部を球面状に構成する。
【００２０】
このように構成すれば、媒体などに接触してプランジャが傾斜してしまった場合であっても、その両端部分を球面状にしているため、プランジャの先端部と後端部の縦長方向の距離は変わらない。このため、プランジャの後端部を可動電極のギャップ側の電極面に接触させて可動電極を変位させるような場合であっても、プランジャの傾斜による可動電極の変位量に影響を与えることがなくなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施形態における厚み検出センサ１００の構成について図面を参照して説明する。この実施の形態において、図１は厚み検出センサ１００の分解斜視図を示し、図２は厚み検出センサ１００を組み立てた状態における図１のＡ−Ａ断面図、図３はケース１に取り付けられたプランジャ２近傍の拡大図、図４は固定電極板３の拡大斜視図、図５は可動電極板４および電極押さえ板５の拡大斜視図を示したものである。また、図６は回路基板６に設けられる変換回路の構成を示したものである。
【００２２】
この実施の形態における厚み検出センサ１００は、図１１に示すように、コピー機などのような紙葉類処理装置９の媒体搬送路９０近傍に設けられるもので、ガイド板９１などに対向して設けられる。この厚み検出センサ１００は、図１に示すように、ケース１およびシールド板８によって構成されるケース本体内に、媒体搬送路９０との相対位置が固定するように設けられる固定電極３０と、この固定電極３０とのギャップが変化するように設けられる可動電極４０と、固定電極３０および可動電極４０間に蓄えられた静電容量を電気信号に変換する変換回路を有する回路基板６とを設け、また、媒体に接触することによって軸方向に進退するプランジャ２を設ける。そして、固定電極３０の中央にプランジャ挿入孔３１を設けてプランジャ２を進退可能に取り付け、プランジャ２の後端部２１を可動電極４０におけるギャップ側の電極面に接触させる。これによって、媒体がプランジャ２に接触した際、可動電極４０と固定電極３０とのギャップを拡大させるようにしたものである。以下、この厚み検出センサ１００の構成について詳細に説明する。
【００２３】
ケース１は、プランジャ２の先端部２０を突出させるための半球状の突出部１２（図２、図３参照）を設けるとともに、その突出部１２の中心部分にケース１の内側へ貫通する貫通孔１２ａを設けてプランジャ２を進退可能に保持する。
【００２４】
図３にこのプランジャ２およびその近傍のケース１の拡大断面図を示す。このプランジャ２は樹脂によって円柱状に形成されるもので、媒体との接触部分を先端部２０とし、可動電極４０との接触部分を後端部２１とした場合に、後端部２１側に先端部２０側およびケース１の貫通孔１２ａよりも径の大きいヘッド部２２を設け、このヘッド部２２をケース１内側の底面部１１に当接させる。そして、これにより、プランジャ２が貫通孔１２ａから抜け落ちるのを防止するとともに、ヘッド部２２によって貫通孔１２ａの隙間を覆い、外部からゴミなどを侵入させないようにしている。また、このプランジャ２の先端部２０および後端部２１は、プランジャ２の縦長方向の中央を中心点Ｏとした同一円の球面をなすように形成される。通常、このプランジャ２が媒体に接触した場合、図３の波線で示すように、貫通孔１２ａとプランジャ２との隙間によってプランジャ２が傾斜する。ところが、このように先端部２０および後端部２１を同一円の球面に形成した場合は、プランジャ２が傾斜した場合であっても、プランジャ２の先端部２０と後端部２１の上下方向の距離Ｂは余り変化しないため、プランジャ２の傾斜に基づく可動電極４０の変位を可能な限り防止することができる。
【００２５】
一方、このケース１の内側には、図１および図２に示すように、固定電極板３や回路基板６の取り付けを案内するためのガイド１３と、固定電極３０を有する固定電極板３や可動電極４０を有する可動電極板４、電極押さえ板５を固定するためのピン１４を設ける。
【００２６】
ガイド１３は、ケース１の内側壁面を内側へ向けて縦長状に突出させて構成したもので、ケース１の底面部１１側に厚み寸法の大きい第一のガイド１３ｄを設け、また、その上部に段差部１３ｍを設け、さらにその段差部１３ｍよりも開口部１０側に第一のガイド１３ｄよりも厚み寸法の小さい第二のガイド１３ｕを設ける。そして、固定電極板３にこの第一のガイド１３ｄに対応した凹部３２を設け、その固定電極板３をその第一のガイド１３ｄに沿って取り付ける。また、回路基板６にも、第二のガイド１３ｕに対応した凹部６０を設け、その回路基板６をその第二のガイド１３ｕに沿って段差部１３ｍ上に載置して取り付ける。また、ピン１４は、ケース１の底面部１１から起立して設けられる。また、これに対応して、固定電極板３、可動電極板４、電極押さえ板５にはこのピン１４に対応した孔部３３、４３、５３を設け、これら固定電極板３、可動電極板４、電極押さえ板５をピン１４に通し、そのピン１４の上端部分を熱などによって変形させて固定する。
【００２７】
次に、固定電極板３の構成を図４などに示す。固定電極板３はプリント基板によって構成されるもので、中央に設けられた円形の固定電極３０と、絶縁体であるレジスト３４と、導体を表面に露出させた接合部３５とを設ける。この固定電極３０はレジスト３４によって覆われ、可動電極４０との間の誘電体として機能する。一方、接合部３５は、固定電極３０の外周部分であってレジスト３４の上面に設けられる。そして、この固定電極板３に密着して取り付けられる可動電極板４と電気的に結合する。これらの固定電極３０および接合部３５は、線路３６を介して端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃに接続され、図示しない導線などを介して回路基板６の端子６７ａ、６７ｂ、６７ｃ（図１）に接続される。なお、図４において波線で示したものはレジスト３４の下側に位置するものを示し、レジスト３４の上面には接合部３４および端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃのみが露出していることになる。また、この固定電極板３の中央部分には、プランジャ２を挿入のためのプランジャ挿入孔３１を設ける。このプランジャ挿入孔３１は、プランジャ２のヘッド部２２よりも若干大きな径を有してなるもので、ケース１に設けられた貫通孔１２ａとこのプランジャ挿入孔３１によってプランジャ２を進退可能に保持する。
【００２８】
可動電極板４の構成を図５に示す。可動電極板４は、正方形状の薄い金属板によって構成されるもので、線状のバネ部４１の中心側に円形の可動電極４０を設ける。このバネ部４１は、可動電極板４に設けられた複数のスリット４２の間に残る部材によって構成されるもので、この実施の形態では、同心円上にクランク状のスリット４２を複数設け、そのスリット４２間に残る部材によってバネ部４１を構成している。そして、このバネ部４１の撓みによって、可動電極４０は平面状態を維持しながらねじれて変位する。この可動電極４０は、可動電極板４を取り付けた状態において固定電極３０と対向する位置に設けられ、また、この可動電極４０の外側には、電極押さえ板５によって押圧されるための外周部分４４を設ける。
【００２９】
この電極押さえ板５は、可動電極板４と同じ外形寸法を有する正方形状の金属板によって構成され、可動電極４０の変位を許容するための円形の窓部５０を有する。そして、この電極押さえ板５も同様に、ケース１の底面部１１から起立するピン１４に取り付けられ、窓部５０内で可動電極４０の変位を許容しつつ、可動電極板４の外周部分４４を押圧して、固定電極板３の接合部３５と可動電極板４の外周部分４４とを導体接触させる。
【００３０】
回路基板６は、図１に示すように、固定電極板３の端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃに導線（図示せず）で接続される端子６７ａ、６７ｂ、６７ｃと、固定電極３０と可動電極４０との間に蓄えられた静電容量を電気信号に変換する変換回路を設ける。この変換回路の構成を図６に示す。
【００３１】
図６において、６１は固定電極３０および可動電極４０によって構成される可変コンデンサを示し、６２は抵抗素子、６３はＣＲ発信回路を示す。また、６４は静電容量を電気信号に変換するＦＶ変換回路を示す。そして、この図６における波線で示された回路が回路基板６に設けられる。この回路により、固定電極３０と可動電極４０との間に蓄えられた静電容量はＣＲ発信回路６３によって周波数信号に変換され、もしくは、さらにＦＶ変換回路６４によって電圧に変換される。これらの周波数信号や電圧は、アプリケーションに応じて適宜選択して出力される。
【００３２】
コネクタ７（図１）は、これらの周波数信号や電圧などの電気信号を出力するもので、回路基板６に固定して取り付けられる。そして、コピー機などのような紙葉類処理装置９でその電気信号に基づいた媒体の搬送制御などを行えるようにする。
【００３３】
次に、このように構成された厚み検出センサ１００の動作原理について説明する。
【００３４】
まず、媒体が存在していない状態では、可動電極４０はその外周部に設けられたバネ部４１の弾性力によって固定電極板３のレジスト３４に密着する。このレジスト３４は数μｍ（約２０μｍ）の程度の薄いものであるため、この状態では図１０のＰ１点で示すように、ＣＲ発信回路６３によって出力される周波数は最小値を示す。そして、搬送されてきた媒体がプランジャ２に接触してその増加した厚み分だけプランジャ２を押し上げた場合、そのプランジャ２の後端部２１によって可動電極４０の中央部分が押し上げられ、固定電極３０とのギャップが拡大するように変化する。この時、ＣＲ発信回路６３によって出力される周波数は、図１０の矢印Ｐ２で示すように徐々に大きくなる。ところがこの実施の形態では、初期状態において固定電極３０と可動電極４０とをレジスト３４を介して密着させているため、そこからギャップを拡大しても周波数はリニアに変化し、この周波数の検出によって媒体の厚み変化を正確に検出することができるようになる。
【００３５】
このように上記実施の形態では、互いに対向して設けられた固定電極３０および可動電極４０と、媒体に接触することによって電極間のギャップを変化させるプランジャ２と、電極間に蓄えられる静電容量を媒体の厚み検出のための電気信号に変換するＣＲ発信回路６３やＦＶ変換回路６４を備えてなるものにおいて、プランジャ２の後端部２１を可動電極４０のギャップ側の電極面に接触させ、媒体の厚みの増加に対応して可動電極４０を固定電極３０から離れる方向に変位させるように構成したので、周波数がリニアに変化する領域内でその周波数を検出することができ、正確に媒体の厚みを検出することができるようになる。また、可動電極４０が固定電極３０から離れる方向に変位するので、初期状態で設定されたギャップによってダイナミックレンジが限定されることがなく、ダイナミックレンジを広く確保することができるようになる。
【００３６】
また、この実施の形態では、固定電極板３をプリント基板によって形成したので、固定電極３０と同時に端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃや線路３６を形成することができ、簡単に固定電極などを作成することができる。
【００３７】
さらに、固定電極３０上に、レジスト３４を設け、このレジスト３４の上面に可動電極４０を密着させるようにしたので、このレジスト３４を本来の絶縁保護材として使用するだけでなく、誘電体としても使用することができ、別途新たに電極間に誘電体を設ける必要がなくなる。
【００３８】
加えて、プランジャ２の先端部２０および後端部２１の形状を球面状に構成したので、媒体との接触によってプランジャ２が傾斜した場合であっても、そのプランジャ２の先端部２０と後端部２１の上下方向の距離は余り変化せず、可動電極４０にこの傾斜による変位誤差を与えることが少なくなる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々の態様で実施することができる。
【００４０】
例えば、温度特性などによる静電容量の誤差をなくす場合は、上記実施の形態に加えて、電極間のギャップが不変となる一対の電極を設けるようにしても良い。
【００４１】
この第二の実施形態の構成を図７に示す。この図７は、固定電極板３ａや可動電極板４ａなどの概要を示したものである。３０ａ、３０ｂはそのプリント基板上にそれぞれ独立して設けられた２つの固定電極、３４はこれらの固定電極３０ａ、３０ｂ上に設けられたレジスト、４０ａは可動電極板４ａの可動電極、４０ｂは可動電極板４ａの固定電極、４１ａは可動電極４０ａ外周部分に設けられたバネ部である。そして、固定電極板３ａ側の固定電極３０ａと可動電極板４ａ側の可動電極４０ａとを対向して設け、プランジャ２の押圧によってギャップを拡大させる。また、これと独立して、固定電極板３ａ側の固定電極３０ｂと可動電極板４ａ側の固定電極４０ｂとを対向して設け、それぞれ図示しない端子を介して、図８の波線に示す変換回路に接続する。
【００４２】
図８において、６１ａは固定電極板３ａ側の固定電極３０ａおよび可動電極板４ａ側の可動電極４０ａによって構成される可変コンデンサ、６１ｂは固定電極板３ａ側の固定電極３０ｂおよび可動電極板４ａ側の固定電極４０ｂによって構成されるコンデンサを示す。コンデンサ６１ａ側に蓄えられた静電容量は、媒体の厚みに基づくプランジャ２の押圧と環境変化によって変動し、また、コンデンサ６１ｂ側に蓄えられた静電容量は環境変化のみによって変動する。そして、これらの静電容量をＣＲ発信回路６３ａ、６３ｂにより周波数信号に変換し、カウンタ６５ａ、６５ｂに出力してＣＰＵ６６でそれぞれの出力値を差分する。
【００４３】
このように構成すれば、温度変化などによる静電容量の変化をキャンセルすることができ、温度変化などに依存しない正確な厚み検出が可能となる。
【００４４】
また、温度変化に基づく部材の膨張をキャンセルするためには、次に示すように構成しても良い。
【００４５】
この第三の実施形態の構成を図９に示す。図９は温度変化に基づいて部材が膨張した場合であっても、これに基づいてギャップに変化を生じさせないように構成したものの原理図を示すものである。図９において、１ａはケース、２ａはプランジャであり、その他の構成については第一の実施形態もしくは第二の実施形態と同様に構成される。この実施の形態においては、プランジャ２ａとケース１ａは同じ線膨張係数を有する部材によって構成される。そして、プランジャ２ａにおけるヘッド部２２ａの下面２２ｄからケース１ａの下端面１５までの距離をＡとし、また、プランジャ２ａの後端部２１ａから先端部２０ａまでの距離をＢとした場合、「Ａ＝Ｂ」となるように構成する。このように構成すれば、それぞれ同じ長さを有し、かつ、同じ線膨張係数を有しているため、温度変化が生じてもケース１の下端面１５とプランジャ２の先端部２０ａとの距離は変わらない。これによって、温度変化に基づく部材の膨張をキャンセルすることができる。
【００４６】
また、第一の実施形態では、固定電極３０の中央部分にプランジャ挿入孔３１を設け、プランジャ２の後端部２２によって、可動電極４０をギャップ側の電極面から押圧するようにしているが、このようにプランジャ挿入孔３１を設けることなく、プランジャを、固定電極板の外側を通って可動電極の外周部分に連結し、可動電極を上側から持ち上げるように構成することも可能である。
【００４７】
さらに、上記実施の形態では、一方の電極を固定電極とし、他方の電極を可動電極としているが、媒体との接触によってギャップが拡大するような構成であれば、いずれの電極も可動させるように構成することも可能である。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の厚み検出センサは、互いに対向して設けられた一対の電極と、媒体に接触することによって電極間のギャップを変化させるプランジャと、電極間に蓄えられる静電容量を電気信号に変換する変換回路を備えてなるものにおいて、媒体の厚みの増加に対応するプランジャの変位により、前記電極間のギャップを拡大させるようにしたので、初期状態において対向する電極をほぼ密着して設けることができ、媒体の厚みの増加に対応して電極間のギャップが拡大しても周波数がリニアに変化する領域内でその周波数を正確に検知することができる。また、初期状態におけるギャップによってダイナミックレンジが決定されてしまうということがなく、ダイナミックレンジを広く確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における厚み検出センサの分解斜視図
【図２】同形態における厚み検出センサを組み立てた状態の図１のＡ−Ａ断面図
【図３】同形態におけるプランジャ近傍の拡大図
【図４】同形態における固定電極板の外観斜視図
【図５】同形態における可動電極板および電極押さえ板の外観斜視図
【図６】同形態における回路基板に設けられる変換回路を示す図
【図７】本発明の第二の実施形態における固定電極および可動電極の動作原理を示す図
【図８】本発明の第二の実施形態に用いられる回路構成図
【図９】本発明の第三の実施の形態におけるケースおよびプランジャの構成を示す原理図
【図１０】電極間のギャップと周波数との関係を示す図
【図１１】本発明の厚み検出センサの使用状態を示す図
【符号の説明】
２・・・プランジャ
６・・・回路基板
２０・・・プランジャの先端部
２１・・・プランジャの後端部
２２・・・プランジャのヘッド部
３０・・・固定電極板
３４・・・レジスト
４０・・・可動電極板
４１・・・バネ部
１００・・・厚み検出センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、コピー用紙やＯＨＰフィルム、紙幣などのような薄い紙葉状の媒体の厚みを検出する厚み検出センサに関し、より具体的には、媒体の厚みに対応して電極間のギャップを変化させ、その電極間に蓄えられる静電容量に対応して媒体の厚みを検出できるようにした厚み検出センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コピー機などには、媒体の厚みを検出する厚み検出センサが設けられている。この厚み検出センサは、一般に、カートリッジなどから順次繰り出されてきた用紙が重送されていないか否かを検出し、所定以上の厚みを検出した場合は重送であると判断して搬送の停止などを行うようにしたものである。ところで、媒体と接触することによってその接触状態を検出するセンサに関しては、特許文献１に開示されているようなものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５―２８８６１９号公報
【０００４】
このセンサは、ベースフィルムに設けた固定電極と、この固定電極に対向して設けられた可動電極とを設けてなるものであり、媒体が可動電極側に設けた部材に接触することによって可動電極を固定電極側に変位させ、この電極間のギャップの変化に伴う静電容量の変化に基づいて媒体との接触状態を検出するようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電極間に蓄えられる静電容量を検出する際、ＣＲ発信回路などによってその静電容量を周波数に変換し、その周波数を検出するようにしているが、この電極間のギャップとこの周波数との関係については、図１０に示すような関係を有することが知られている。すなわち、電極間のギャップが小さい領域では、ギャップの増大に対応して周波数はリニアに変化し、また、電極間のギャップが大きい領域では、ギャップが増大しても周波数は徐々にしか変化しない。このため、あらかじめギャップを広く設定していた場合は、ギャップが変化しても周波数がリニアに変化しない可能性があり、正確な周波数変化の検出が困難になる。一方、あらかじめギャップを狭く設定した場合は、ギャップの変化に対応して周波数はリニアに変化するため、正確な周波数変化の検出が可能となる。ところが、このようにギャップを狭く設定した場合は、可動電極はギャップの範囲内でしか固定電極側に変位することができない。このため、このギャップの範囲を超えるような厚みを有する媒体がセンサに接触した場合は、センサが破壊されることとなる。また、センサのダイナミックレンジは、電極間のギャップの範囲に限定されてしまうため、ダイナミックレンジも小さくなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明はかかる課題に着目してなされたもので、ダイナミックレンジを大きく設定できるようにするとともに、このようにダイナミックレンジを大きく設定した場合であっても、正確に媒体の厚みを検出することができるような厚み検出センサを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の厚み検出センサは上記課題を解決するために、互いに対向して設けられた一対の電極と、媒体に接触することによって電極間のギャップを変化させるプランジャと、電極間に蓄えられる静電容量を電気信号に変換する変換回路を備えてなるものにおいて、媒体の厚みの増加に対応するプランジャの変位により、電極間のギャップを拡大させるように構成したものである。
【０００８】
このように構成すれば、初期状態（媒体がプランジャに接触していない状態）において対向して設けられた電極をほぼ密着させることができ、媒体との接触によって電極間のギャップが拡大しても、リニアに変化する領域内でその周波数を検知することができる。さらに、ギャップの広がる方向に電極が変位するので、従来のように初期状態で設定されたギャップによってダイナミックレンジが決定されてしまうということがなくなり、ダイナミックレンジを可能な限り広く確保することができる。
【０００９】
また、別の実施態様では、電極のいずれか一方を固定電極とし、この固定電極に対向する側の電極に、媒体との接触によってギャップを変化させる可変電極とギャップを維持する固定電極を設ける。
【００１０】
通常、電極間に蓄えられる静電容量は、外気の温度や水分含有量などによって変化する。このため、外気の温度や水分含有量などの影響によって静電容量が変化し、誤った検出結果を出力してしまう可能性がある。このため、固定電極と、これに対向する側に可動電極と固定電極とを設け、この可動電極側に蓄えられる静電容量、および両固定電極間に蓄えられる静電容量に基づいて周波数を求め、これらの差をとることによって温度などの影響をキャンセルする。
【００１１】
また、このような発明のうち、好ましい実施態様としては、媒体搬送路との相対位置が固定するように設けられる固定電極と、この固定電極に対向して設けられる可動電極と、前記固定電極とのギャップを変化させるように可動電極を変位させるバネ部と、固定電極および可動電極間に蓄えられた静電容量を電気信号に変換する変換回路と、媒体に接触することによって軸方向に進退するプランジャとを具備してなり、固定電極にプランジャ挿入孔を設けてプランジャを進退可能に取り付け、このプランジャによって可動電極におけるギャップ側の電極面を押圧してギャップを拡大させるように構成する。
【００１２】
このように構成すれば、ギャップの内側から可動電極を押圧するので簡単な構成で確実にギャップを拡大させることができる。
【００１３】
さらに、別の実施態様では、一対の電極を構成する一方の固定電極をプリント基板によって構成する。
【００１４】
このように構成すれば、固定電極や線路、端子などを同時にプリントすることができ、簡単に固定電極などを作成することができるようになる。
【００１５】
加えて、このプリント基板によって生成された固定電極上にレジストを設け、このレジストによって対向する電極とのギャップを形成する。
【００１６】
このように構成すれば、別個新たに電極間の誘電体を設ける必要がなくなり、レジスト本来の機能に加えてそのレジストを誘電体としても使用することができる。
【００１７】
また、プランジャの後端部にそのプランジャの先端部よりもりも径の大きいヘッド部を設ける。
【００１８】
このように構成すれば、ケースなどに貫通孔を設けてそのプランジャを保持させるような場合、そのヘッド部によって貫通孔を塞ぐことができ、外部からのゴミの侵入を防止することができる。
【００１９】
また、プランジャの先端部および後端部を球面状に構成する。
【００２０】
このように構成すれば、媒体などに接触してプランジャが傾斜してしまった場合であっても、その両端部分を球面状にしているため、プランジャの先端部と後端部の縦長方向の距離は変わらない。このため、プランジャの後端部を可動電極のギャップ側の電極面に接触させて可動電極を変位させるような場合であっても、プランジャの傾斜による可動電極の変位量に影響を与えることがなくなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施形態における厚み検出センサ１００の構成について図面を参照して説明する。この実施の形態において、図１は厚み検出センサ１００の分解斜視図を示し、図２は厚み検出センサ１００を組み立てた状態における図１のＡ−Ａ断面図、図３はケース１に取り付けられたプランジャ２近傍の拡大図、図４は固定電極板３の拡大斜視図、図５は可動電極板４および電極押さえ板５の拡大斜視図を示したものである。また、図６は回路基板６に設けられる変換回路の構成を示したものである。
【００２２】
この実施の形態における厚み検出センサ１００は、図１１に示すように、コピー機などのような紙葉類処理装置９の媒体搬送路９０近傍に設けられるもので、ガイド板９１などに対向して設けられる。この厚み検出センサ１００は、図１に示すように、ケース１およびシールド板８によって構成されるケース本体内に、媒体搬送路９０との相対位置が固定するように設けられる固定電極３０と、この固定電極３０とのギャップが変化するように設けられる可動電極４０と、固定電極３０および可動電極４０間に蓄えられた静電容量を電気信号に変換する変換回路を有する回路基板６とを設け、また、媒体に接触することによって軸方向に進退するプランジャ２を設ける。そして、固定電極３０の中央にプランジャ挿入孔３１を設けてプランジャ２を進退可能に取り付け、プランジャ２の後端部２１を可動電極４０におけるギャップ側の電極面に接触させる。これによって、媒体がプランジャ２に接触した際、可動電極４０と固定電極３０とのギャップを拡大させるようにしたものである。以下、この厚み検出センサ１００の構成について詳細に説明する。
【００２３】
ケース１は、プランジャ２の先端部２０を突出させるための半球状の突出部１２（図２、図３参照）を設けるとともに、その突出部１２の中心部分にケース１の内側へ貫通する貫通孔１２ａを設けてプランジャ２を進退可能に保持する。
【００２４】
図３にこのプランジャ２およびその近傍のケース１の拡大断面図を示す。このプランジャ２は樹脂によって円柱状に形成されるもので、媒体との接触部分を先端部２０とし、可動電極４０との接触部分を後端部２１とした場合に、後端部２１側に先端部２０側およびケース１の貫通孔１２ａよりも径の大きいヘッド部２２を設け、このヘッド部２２をケース１内側の底面部１１に当接させる。そして、これにより、プランジャ２が貫通孔１２ａから抜け落ちるのを防止するとともに、ヘッド部２２によって貫通孔１２ａの隙間を覆い、外部からゴミなどを侵入させないようにしている。また、このプランジャ２の先端部２０および後端部２１は、プランジャ２の縦長方向の中央を中心点Ｏとした同一円の球面をなすように形成される。通常、このプランジャ２が媒体に接触した場合、図３の波線で示すように、貫通孔１２ａとプランジャ２との隙間によってプランジャ２が傾斜する。ところが、このように先端部２０および後端部２１を同一円の球面に形成した場合は、プランジャ２が傾斜した場合であっても、プランジャ２の先端部２０と後端部２１の上下方向の距離Ｂは余り変化しないため、プランジャ２の傾斜に基づく可動電極４０の変位を可能な限り防止することができる。
【００２５】
一方、このケース１の内側には、図１および図２に示すように、固定電極板３や回路基板６の取り付けを案内するためのガイド１３と、固定電極３０を有する固定電極板３や可動電極４０を有する可動電極板４、電極押さえ板５を固定するためのピン１４を設ける。
【００２６】
ガイド１３は、ケース１の内側壁面を内側へ向けて縦長状に突出させて構成したもので、ケース１の底面部１１側に厚み寸法の大きい第一のガイド１３ｄを設け、また、その上部に段差部１３ｍを設け、さらにその段差部１３ｍよりも開口部１０側に第一のガイド１３ｄよりも厚み寸法の小さい第二のガイド１３ｕを設ける。そして、固定電極板３にこの第一のガイド１３ｄに対応した凹部３２を設け、その固定電極板３をその第一のガイド１３ｄに沿って取り付ける。また、回路基板６にも、第二のガイド１３ｕに対応した凹部６０を設け、その回路基板６をその第二のガイド１３ｕに沿って段差部１３ｍ上に載置して取り付ける。また、ピン１４は、ケース１の底面部１１から起立して設けられる。また、これに対応して、固定電極板３、可動電極板４、電極押さえ板５にはこのピン１４に対応した孔部３３、４３、５３を設け、これら固定電極板３、可動電極板４、電極押さえ板５をピン１４に通し、そのピン１４の上端部分を熱などによって変形させて固定する。
【００２７】
次に、固定電極板３の構成を図４などに示す。固定電極板３はプリント基板によって構成されるもので、中央に設けられた円形の固定電極３０と、絶縁体であるレジスト３４と、導体を表面に露出させた接合部３５とを設ける。この固定電極３０はレジスト３４によって覆われ、可動電極４０との間の誘電体として機能する。一方、接合部３５は、固定電極３０の外周部分であってレジスト３４の上面に設けられる。そして、この固定電極板３に密着して取り付けられる可動電極板４と電気的に結合する。これらの固定電極３０および接合部３５は、線路３６を介して端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃに接続され、図示しない導線などを介して回路基板６の端子６７ａ、６７ｂ、６７ｃ（図１）に接続される。なお、図４において波線で示したものはレジスト３４の下側に位置するものを示し、レジスト３４の上面には接合部３４および端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃのみが露出していることになる。また、この固定電極板３の中央部分には、プランジャ２を挿入のためのプランジャ挿入孔３１を設ける。このプランジャ挿入孔３１は、プランジャ２のヘッド部２２よりも若干大きな径を有してなるもので、ケース１に設けられた貫通孔１２ａとこのプランジャ挿入孔３１によってプランジャ２を進退可能に保持する。
【００２８】
可動電極板４の構成を図５に示す。可動電極板４は、正方形状の薄い金属板によって構成されるもので、線状のバネ部４１の中心側に円形の可動電極４０を設ける。このバネ部４１は、可動電極板４に設けられた複数のスリット４２の間に残る部材によって構成されるもので、この実施の形態では、同心円上にクランク状のスリット４２を複数設け、そのスリット４２間に残る部材によってバネ部４１を構成している。そして、このバネ部４１の撓みによって、可動電極４０は平面状態を維持しながらねじれて変位する。この可動電極４０は、可動電極板４を取り付けた状態において固定電極３０と対向する位置に設けられ、また、この可動電極４０の外側には、電極押さえ板５によって押圧されるための外周部分４４を設ける。
【００２９】
この電極押さえ板５は、可動電極板４と同じ外形寸法を有する正方形状の金属板によって構成され、可動電極４０の変位を許容するための円形の窓部５０を有する。そして、この電極押さえ板５も同様に、ケース１の底面部１１から起立するピン１４に取り付けられ、窓部５０内で可動電極４０の変位を許容しつつ、可動電極板４の外周部分４４を押圧して、固定電極板３の接合部３５と可動電極板４の外周部分４４とを導体接触させる。
【００３０】
回路基板６は、図１に示すように、固定電極板３の端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃに導線（図示せず）で接続される端子６７ａ、６７ｂ、６７ｃと、固定電極３０と可動電極４０との間に蓄えられた静電容量を電気信号に変換する変換回路を設ける。この変換回路の構成を図６に示す。
【００３１】
図６において、６１は固定電極３０および可動電極４０によって構成される可変コンデンサを示し、６２は抵抗素子、６３はＣＲ発信回路を示す。また、６４は静電容量を電気信号に変換するＦＶ変換回路を示す。そして、この図６における波線で示された回路が回路基板６に設けられる。この回路により、固定電極３０と可動電極４０との間に蓄えられた静電容量はＣＲ発信回路６３によって周波数信号に変換され、もしくは、さらにＦＶ変換回路６４によって電圧に変換される。これらの周波数信号や電圧は、アプリケーションに応じて適宜選択して出力される。
【００３２】
コネクタ７（図１）は、これらの周波数信号や電圧などの電気信号を出力するもので、回路基板６に固定して取り付けられる。そして、コピー機などのような紙葉類処理装置９でその電気信号に基づいた媒体の搬送制御などを行えるようにする。
【００３３】
次に、このように構成された厚み検出センサ１００の動作原理について説明する。
【００３４】
まず、媒体が存在していない状態では、可動電極４０はその外周部に設けられたバネ部４１の弾性力によって固定電極板３のレジスト３４に密着する。このレジスト３４は数μｍ（約２０μｍ）の程度の薄いものであるため、この状態では図１０のＰ１点で示すように、ＣＲ発信回路６３によって出力される周波数は最小値を示す。そして、搬送されてきた媒体がプランジャ２に接触してその増加した厚み分だけプランジャ２を押し上げた場合、そのプランジャ２の後端部２１によって可動電極４０の中央部分が押し上げられ、固定電極３０とのギャップが拡大するように変化する。この時、ＣＲ発信回路６３によって出力される周波数は、図１０の矢印Ｐ２で示すように徐々に大きくなる。ところがこの実施の形態では、初期状態において固定電極３０と可動電極４０とをレジスト３４を介して密着させているため、そこからギャップを拡大しても周波数はリニアに変化し、この周波数の検出によって媒体の厚み変化を正確に検出することができるようになる。
【００３５】
このように上記実施の形態では、互いに対向して設けられた固定電極３０および可動電極４０と、媒体に接触することによって電極間のギャップを変化させるプランジャ２と、電極間に蓄えられる静電容量を媒体の厚み検出のための電気信号に変換するＣＲ発信回路６３やＦＶ変換回路６４を備えてなるものにおいて、プランジャ２の後端部２１を可動電極４０のギャップ側の電極面に接触させ、媒体の厚みの増加に対応して可動電極４０を固定電極３０から離れる方向に変位させるように構成したので、周波数がリニアに変化する領域内でその周波数を検出することができ、正確に媒体の厚みを検出することができるようになる。また、可動電極４０が固定電極３０から離れる方向に変位するので、初期状態で設定されたギャップによってダイナミックレンジが限定されることがなく、ダイナミックレンジを広く確保することができるようになる。
【００３６】
また、この実施の形態では、固定電極板３をプリント基板によって形成したので、固定電極３０と同時に端子３７ａ、３７ｂ、３７ｃや線路３６を形成することができ、簡単に固定電極などを作成することができる。
【００３７】
さらに、固定電極３０上に、レジスト３４を設け、このレジスト３４の上面に可動電極４０を密着させるようにしたので、このレジスト３４を本来の絶縁保護材として使用するだけでなく、誘電体としても使用することができ、別途新たに電極間に誘電体を設ける必要がなくなる。
【００３８】
加えて、プランジャ２の先端部２０および後端部２１の形状を球面状に構成したので、媒体との接触によってプランジャ２が傾斜した場合であっても、そのプランジャ２の先端部２０と後端部２１の上下方向の距離は余り変化せず、可動電極４０にこの傾斜による変位誤差を与えることが少なくなる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々の態様で実施することができる。
【００４０】
例えば、温度特性などによる静電容量の誤差をなくす場合は、上記実施の形態に加えて、電極間のギャップが不変となる一対の電極を設けるようにしても良い。
【００４１】
この第二の実施形態の構成を図７に示す。この図７は、固定電極板３ａや可動電極板４ａなどの概要を示したものである。３０ａ、３０ｂはそのプリント基板上にそれぞれ独立して設けられた２つの固定電極、３４はこれらの固定電極３０ａ、３０ｂ上に設けられたレジスト、４０ａは可動電極板４ａの可動電極、４０ｂは可動電極板４ａの固定電極、４１ａは可動電極４０ａ外周部分に設けられたバネ部である。そして、固定電極板３ａ側の固定電極３０ａと可動電極板４ａ側の可動電極４０ａとを対向して設け、プランジャ２の押圧によってギャップを拡大させる。また、これと独立して、固定電極板３ａ側の固定電極３０ｂと可動電極板４ａ側の固定電極４０ｂとを対向して設け、それぞれ図示しない端子を介して、図８の波線に示す変換回路に接続する。
【００４２】
図８において、６１ａは固定電極板３ａ側の固定電極３０ａおよび可動電極板４ａ側の可動電極４０ａによって構成される可変コンデンサ、６１ｂは固定電極板３ａ側の固定電極３０ｂおよび可動電極板４ａ側の固定電極４０ｂによって構成されるコンデンサを示す。コンデンサ６１ａ側に蓄えられた静電容量は、媒体の厚みに基づくプランジャ２の押圧と環境変化によって変動し、また、コンデンサ６１ｂ側に蓄えられた静電容量は環境変化のみによって変動する。そして、これらの静電容量をＣＲ発信回路６３ａ、６３ｂにより周波数信号に変換し、カウンタ６５ａ、６５ｂに出力してＣＰＵ６６でそれぞれの出力値を差分する。
【００４３】
このように構成すれば、温度変化などによる静電容量の変化をキャンセルすることができ、温度変化などに依存しない正確な厚み検出が可能となる。
【００４４】
また、温度変化に基づく部材の膨張をキャンセルするためには、次に示すように構成しても良い。
【００４５】
この第三の実施形態の構成を図９に示す。図９は温度変化に基づいて部材が膨張した場合であっても、これに基づいてギャップに変化を生じさせないように構成したものの原理図を示すものである。図９において、１ａはケース、２ａはプランジャであり、その他の構成については第一の実施形態もしくは第二の実施形態と同様に構成される。この実施の形態においては、プランジャ２ａとケース１ａは同じ線膨張係数を有する部材によって構成される。そして、プランジャ２ａにおけるヘッド部２２ａの下面２２ｄからケース１ａの下端面１５までの距離をＡとし、また、プランジャ２ａの後端部２１ａから先端部２０ａまでの距離をＢとした場合、「Ａ＝Ｂ」となるように構成する。このように構成すれば、それぞれ同じ長さを有し、かつ、同じ線膨張係数を有しているため、温度変化が生じてもケース１の下端面１５とプランジャ２の先端部２０ａとの距離は変わらない。これによって、温度変化に基づく部材の膨張をキャンセルすることができる。
【００４６】
また、第一の実施形態では、固定電極３０の中央部分にプランジャ挿入孔３１を設け、プランジャ２の後端部２２によって、可動電極４０をギャップ側の電極面から押圧するようにしているが、このようにプランジャ挿入孔３１を設けることなく、プランジャを、固定電極板の外側を通って可動電極の外周部分に連結し、可動電極を上側から持ち上げるように構成することも可能である。
【００４７】
さらに、上記実施の形態では、一方の電極を固定電極とし、他方の電極を可動電極としているが、媒体との接触によってギャップが拡大するような構成であれば、いずれの電極も可動させるように構成することも可能である。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の厚み検出センサは、互いに対向して設けられた一対の電極と、媒体に接触することによって電極間のギャップを変化させるプランジャと、電極間に蓄えられる静電容量を電気信号に変換する変換回路を備えてなるものにおいて、媒体の厚みの増加に対応するプランジャの変位により、前記電極間のギャップを拡大させるようにしたので、初期状態において対向する電極をほぼ密着して設けることができ、媒体の厚みの増加に対応して電極間のギャップが拡大しても周波数がリニアに変化する領域内でその周波数を正確に検知することができる。また、初期状態におけるギャップによってダイナミックレンジが決定されてしまうということがなく、ダイナミックレンジを広く確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における厚み検出センサの分解斜視図
【図２】同形態における厚み検出センサを組み立てた状態の図１のＡ−Ａ断面図
【図３】同形態におけるプランジャ近傍の拡大図
【図４】同形態における固定電極板の外観斜視図
【図５】同形態における可動電極板および電極押さえ板の外観斜視図
【図６】同形態における回路基板に設けられる変換回路を示す図
【図７】本発明の第二の実施形態における固定電極および可動電極の動作原理を示す図
【図８】本発明の第二の実施形態に用いられる回路構成図
【図９】本発明の第三の実施の形態におけるケースおよびプランジャの構成を示す原理図
【図１０】電極間のギャップと周波数との関係を示す図
【図１１】本発明の厚み検出センサの使用状態を示す図
【符号の説明】
２・・・プランジャ
６・・・回路基板
２０・・・プランジャの先端部
２１・・・プランジャの後端部
２２・・・プランジャのヘッド部
３０・・・固定電極板
３４・・・レジスト
４０・・・可動電極板
４１・・・バネ部
１００・・・厚み検出センサ
Claims (8)
- 互いに対向して設けられた一対の電極と、媒体に接触することによって電極間のギャップを変化させるプランジャと、電極間に蓄えられる静電容量を電気信号に変換する変換回路を備えてなる厚み検出センサにおいて、
媒体の厚みの増加に対応するプランジャの変位により、前記電極間のギャップを拡大させるように構成したことを特徴とする厚み検出センサ。 - 前記電極のいずれか一方を固定電極とし、この固定電極に対向する側に、媒体との接触によってギャップを変化させる可変電極とギャップを維持する固定電極を設けた請求項１に記載の厚み検出センサ。
- 媒体搬送路との相対位置が固定するように設けられる固定電極と、この固定電極に対向して設けられる可動電極と、前記固定電極とのギャップを変化させるように可動電極を変位させるバネ部と、前記固定電極および可動電極間に蓄えられた静電容量を電気信号に変換する変換回路と、媒体に接触することによって軸方向に進退するプランジャとを具備してなり、前記固定電極にプランジャ挿入孔を設けてプランジャを進退可能に取り付け、プランジャによって可動電極におけるギャップ側の電極面を押圧してギャップを拡大させるように構成したことを特徴とする厚み検出センサ。
- 前記一対の電極を構成する一方の固定電極をプリント基板によって生成した請求項１または３に記載の厚み検出センサ。
- 前記プリント基板によって生成された固定電極上にレジストを設け、このレジストによって対向する電極とのギャップを形成した請求項４に記載の厚み検出センサ。
- プランジャの後端部に先端部よりもりも径の大きいヘッド部を設けた請求項１または３に記載の厚み検出センサ。
- 前記プランジャの先端部および後端部を球面状に構成した請求項１または３に記載の厚み検出センサ。
- 請求項１または３に記載の厚み検出センサであって、さらに、プランジャを進退可能に保持するケースを設け、このケースとプランジャを同じ部材で形成するとともに、ケースにおけるプランジャ載置面から下端面までの距離と、プランジャの長さを同じに構成した厚み検出センサ。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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