JP2005265735A - 漏れ電磁界を用いたシートの計測器 - Google Patents

Abstract

【課題】 被測定物であるシートの厚さや枚数を測定するシートの計測器を提供する。
【解決手段】 マイクロ波導波管の１つの壁面に、少なくとも１つの電磁波漏洩孔を配置し、その導波管の中に電磁波を照射して各漏洩孔から電磁波を漏洩し、前記漏洩孔上にシート面を対向させるように被測定物であるシートを配置させて、前記漏洩孔から漏洩する電磁波が前記シートを透過するときに紙、樹脂、ゴムなどのシート材料の比誘電率によって導波管内の電磁波が変化することから、前記シートの厚さ又は枚数を検知する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シート状の試料の厚さ及び枚数を測定する漏れ電磁界を用いたシートの計測器に関する。

従来、シート状の試料の厚さを測定する方法としては、ダイヤルゲージやマイクロメータを用いて直接測定する方法があるが、移動する試料であったり、クッション性に富んでいたり、あるいは未乾燥のものを測定する場合にはダイヤルゲージなどを接触できないため、非接触式による測定方法が必要とされている。

非接触式による測定には、光学、超音波、電磁波、渦電流、静電容量、誘電率などの方式のものがある。測定方法には、例えば三角測量を応用した光反射型変位センサを用いるものがある。この方法では、投光器から光を放射して、対象物体表面で反射した拡散反射光を受光器の上に焦点を結んで、その焦点の位置によって対象物の変位を測定する。

しかし、測定物が黒色や濃い色の場合には、試料の分光反射率特性に基づいて光が吸収されるために、拡散反射光の量が不足して検知が行えない、という問題があった。

さらに、黒色や濃い色が光を吸収することから、試料の表面から裏面までを通した厚さの測定が行えない。このため、厚さの測定値として、試料が通過したときの変化値を代用して用いている現状である。

また、シート状の試料に、しわ、波うち、測定時の浮上などが発生した場合においては、試料の厚さがｍｍ単位のときには、誤差の範囲内として扱える。しかし、例えば１００μｍ以下の薄いシートのときには、しわ、波うち、測定時の浮上などが与える影響がシートの厚さに対して大きくなるために安定した厚さ測定が行えなくなるという問題があった。

また、試料の色に影響されない厚み計として、対物レンズを電磁的な音叉で振動させて、被測定物から反射した受光量が最大になった時点の対物レンズの検出位置から変位量を得る変位測定方法がある（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この方法を用いた場合にも、シート状の試料が黒色や濃い色のときには光が吸収されるため、試料表面の変位値を代用している。このため、やはり安定した厚さ測定が行えず、試料によっては精度の高い測定を行うことができないという問題があった。

また、マイクロ波空洞共振器を用いた摂動理論に基づいて試料の材料特性を測定する方法がある。この方式は、電磁波を導いた導波管の内部にブロック状の試料を挿入して共振させることによって、材料特性（主に誘電率）の測定を行うものであるが、試料がシート状の場合には厚さを通した電磁波の変化が微小であるために測定が困難であるという問題があった。

この対策のために、共振周波数のずれを補正することでマイクロ波を用いて誘電率を測定する方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。しかし、測定するシートにしわが存在するような場合には補正値の予測が難しく測定が困難であった。

また、試料ホルダを用いて試料の位置決めを行うことで測定精度の向上を図った電気的特性測定用試料ホルダ及びこれを用いた電気的特性測定装置（例えば特許文献３参照）が提案されている。しかし、試料ホルダで位置決めを行う際に、薄いシートのしわを十分に伸ばすことが困難であるために、測定のばらつきを除去できないという問題があった。

さらに、横河技報Vol.29,No4(1985)の報告のように、紙パルプ業界では、抄紙機上で紙厚を測定するために、Ｂ／Ｍ計（Basis Weight and Moisture Sensor : 坪量／水分計）を用いたものがある（例えば、非特許文献４参照）。抄紙機上のＢ／Ｍ計は、透過方式により原紙の広い面積を対象にして、坪量、水分、紙厚を総合した測定値を得るものであるが、測定する面積が狭い試料に対しては、十分な信号／ノイズ比が得られないという問題があった。

特許３３００８０３号公報 特開平９−２６９３０２号公報 特開平８−２７１４５０号公報 横河技報Vol.29,No4(1985)

そこで、本発明は、紙、プラスチック、ゴム、樹脂などの材料を用いたシート状の試料、例えば、フィルム、印刷基材、カード基材などの厚さや枚数を、非接触式により、より安定した測定を可能としたシートの計測器を提供するものである。

また、測定するシートに、しわ、波打ち、測定時の浮上などが存在する場合にも、安定した測定を可能とするシートの計測器を提供するものである。

また、測定物の光吸収特性に影響されずに、測定物の表面から裏面までを通した厚さの測定が可能なシートの計測器を提供するものである。

さらに、測定物の面積が狭い場合でも、十分な信号／ノイズ比を得ることが可能なシートの計測器を提供するものである。

本発明の漏れ電磁界を用いたシートの計測器は、少なくとも１つの漏洩孔を有する導波管と、前記導波管の中に電磁波を照射して送信する電磁波送信部と、前記照射した電磁波が前記漏洩孔から電磁界を漏洩し、前記電磁界が前記漏洩孔上にシート面を対向させて載置した被測定物であるシートを透過するときに、前記シートの材料特性に応じて変化する前記導波管内の電磁波の振幅及び／又は位相を受信する電磁波受信部とを備えたことを特徴としている。

電磁波としては、マイクロ波であることを特徴とする。

漏洩孔の形状としては、幾何学形状であることを特徴とする。

漏洩孔が前記電磁波の波長の整数分の１の間隔で、前記導波管の軸方向に沿って複数配置されていることを特徴とする。

前記導波管の軸方向に沿ったいずれか一方の端部に、前記電磁波を吸収する無反射終端器を更に備えたことを特徴とする。

前記導波管の軸方向に沿ったいずれか一方の端部に、軸方向に可動できる前記電磁波を反射する反射板を更に備えたことを特徴とする。

本発明のシートの厚さ及び枚数検知装置は、請求項１乃至６記載のシートの計測器と、前記計測器の前記電磁波受信部が受信した、前記シートの材料特性に応じて変化する前記導波管内の電磁波の振幅及び／又は位相の検知電圧を増幅する増幅部と、前記増幅された検知電圧と基準設定部の設定値とを比較する比較演算部とを備えたことを特徴とする。

本発明では、導波管の壁面に１個以上の電磁波漏洩孔を配置し、導波管の中に電磁波を照射して漏洩孔から電磁界を漏洩し、その漏洩孔上にシート面を対向させて載置させて測定することにより、安定した厚さ測定が可能である。

また、シートに多少のしわ、波うち、浮き上がりが存在した場合や、色が濃いために光学センサによる測定が困難な場合にも、安定した枚数検知を行うことができる。

本発明においてシートとは、紙、プラスチック、ゴム、樹脂などの材料を用いたシート状の試料をいい、例えば、フィルム、印刷基材、カード基材等をいう。

次に、本発明の実施の形態について図面を用いて以下に説明する。
（原理の説明）
漏れ電磁界によってシートの厚さを測定する原理に関して、図面を用いて説明する。本実施例で述べる電磁波とは、電波法に規定する周波数３kHzを超え、３０THz以下のものをいう。また、例えば、本実施例のシートの計測器を用いて、本実施例の上質紙（厚さ：１００μｍ）のような紙を測定する場合には、周波数１GHz〜３００GHzの範囲のマイクロ波が適していた。

本実施例で述べる漏洩孔とは、導波管の壁面に設けた孔であり、電磁波を照射した時に発生する電磁波の一部が孔から漏洩し、シートを計測する。

図1(a)は、導波管3の上側の壁面に、電磁波1を漏洩する漏洩孔2を配置して、電磁波発振源からの電磁波1を導波管3の中に照射して、導波管内にＴＥ10モードの電磁波分布を得た状態である。

図１(b)は導波管内及び漏洩の電界分布5を示し、図１(c)は導波管内及び漏洩の磁界分布6を示す。図１(d)は漏洩孔2に測定用のシート4を対向させて配置させた状態で、シート4を漏れ電磁界が透過するときにシート4の材料特性によって導波管内の電界分布5及び磁界分布6が変化することを原理として、シート4の厚さ或いは枚数を検知するものである。なお、シート4の材料が紙、樹脂などの場合には、主に材料の比誘電率によって変化を与えるものである。

漏洩孔２に対向させて配置させる測定用のシート４は、漏洩孔２が設けられた導波管に接触させても、又は、非接触でも、どちらでもよい。

一般の検知センサにおいて、接触式とは、被測定物を挟む、潰す、押し付ける等の機械的接触を伴って測定する方式とし、非接触式とは、光学的、電磁気的、音波などを用いて接触せずに測定する方式としている。

本実施の形態における漏れ電磁界を用いたシートの計測器は、自ずと非接触式であるが、導波管に配設した漏洩孔から電磁波を漏洩させる原理であるために、実際は、シートと導波管（漏洩孔）とを接触しても、又は非接触としても、同様な測定が行えるものとなっている。そこで、本実施の形態において、非接触とは測定シートと導波管(漏洩孔)とを離して設置することと定義する。

例として、シートと導波管（漏洩孔）とを、距離１ｍｍの間隔をもって設置した場合に、厚さ１００μｍのシートに多少のしわ、波うち、浮上があっても、或いは、時にシートと導波管（漏洩孔）との接触が生じても、得られた検知電圧の変動は誤差の範囲内である。

また、シートの広い面積を検知する場合は、しわ、波打ち、測定時の浮上による変動を小さくできるため安定した検知が可能となる。このため、漏洩孔２の寸法は大きく取る方が好ましい。導波管軸方向の寸法は、電磁波の波長に対して十分に小さい必要があり、1/8λ〜1/2λ（本実施例では、用いた周波数24.15GHzにおいて２〜６mm程度であった）の範囲内にあることが好ましい。一方、導波管幅方向の寸法は、電磁波の波長による制限がないため、より大きい方が好ましい。

図２(a)は、漏洩孔2の寸法を、前記導波管の軸方向の寸法に対して幅方向の寸法の方が大きい、長孔の形状にしたものである。
図２(b)は導波管軸方向を２mmに固定して、幅方向を変化したときの検知電圧値を示した。その結果、幅方向の寸法が大きいほど検知電圧は大きくなった。

また、図２(c)のように、漏洩孔を複数個配設すると検知電圧が大きく取れるために、より安定した検知が可能となる。漏洩孔の間隔は、ｎ/２×λ（ｎは奇数）の場合に最も大きな検知電圧が得られ、この位置から前後にずれると、徐々に検知電圧が小さくなる。図２(c)は、1つの漏洩孔2の寸法を導波管軸方向２mm、幅方向４．５ｍｍとし、これを軸方向に導波管内を通る電磁波1の波長の１／２に相当する距離だけ離して２個配設した場合で、図２(a)に示す１個の場合と比較して約２倍の検知電圧が得られた。

なお、漏洩孔２の取り得る好ましい形状を図２（d）〜（g）に示したが、これに限らず幾何学形状であれば良い。(d)は円形孔、(e)は導波管幅方向の方が大きい長孔、(ｆ)は矩形孔及び(g)は十文字形状の孔である。特に（g）の十文字形状の孔は、導波管軸方向の寸法と、幅方向の寸法とを所望の設計にとれば、漏洩させる電磁界を所望の量に微調整することができる。

（装置の説明）
次に、本実施例のシートの計測器に関する特徴点を図３によって説明する。
本実施例の計測器の原理は、導波管内部に電圧定在波（導波管内において入射波と反射波が重なり合って発生する電圧振幅の分布）を発生させて、その一部を漏洩孔から漏洩させてシートを測定するものである。

前記定在波の分布には３つの形態があり、１つは、図３(a)に示す導波管の右端部を開放した場合で、電磁波１が電波として空間に放出されるため導波管内部の定在波２７は殆ど発生しない。もう１つは、図３(b)に示す導波管の端部を無反射終端器１３によって終端した場合で、電磁波の殆どが無反射終端器１３に吸収され、残りの一部が無反射終端器１３から反射されてくるため、導波管内部には小さくなだらかなカーブの定在波２７が得られるので、安定した計測を行うことが可能となる。さらにもう１つは、図３(c)のように導波管の端部を反射板１４によって終端した場合で、電磁波１の全てが反射板１４によって反射されてくるため、導波管内部には大きな定在波２７が得られる。また、構造的にシンプルなので調整が簡単であり、安定した計測を行うことが可能となる。本実施例の計測器に用いる定在波は、安定した計測が可能となる図3(b)或いは図3 (c)に示す形態を用いることで、導波管内部に発生した定在波の一部分を、導波管の漏洩孔２から漏洩させて、シートの計測を安定して行うものである。

また、電磁波の送信及び受信の機構は、図４に示す2つの方法が取り得る。図４(a)は導波管3の片側に電磁波送信部11及び電磁波受信部12を並べて設けた機構であり、図４(b)は、導波管3の両側に電磁波送信部11並びに電磁波受信部12を設けた機構である。この2つの方法は、双方とも同等な特性が得られる。

図４(a)および(b)において、送信ダイオード8から送信アンテナ7を経て、導波管内の電磁波分布の状態がTE10モードになるようにして電磁波を導波管内に照射すると、一部の電磁界が漏洩孔2から外部に漏洩し、漏洩孔2の上にシート４を配置すると図１（d）に示すように電磁界がシート4を透過し、シートの材料特性によって導波管内の電磁波の振幅及び位相が変化し、この変化を、受信アンテナ9を経て受信ダイオード10によって検知することによって、その変化量からシート4の厚さ及び枚数を認識するものである。

次に、前記計測器を漏れ電磁界による厚み計として用いた場合に取り得る４つの例に関して図５を用いて説明する。
図５(a)及び図５(b)は無反射終端器１３を用いた例で、送信アンテナ7並びにガンダイオードなどの送信ダイオード8により構成される電磁波送信部11と、受信アンテナ9並びにショットキーダイオードなどの受信ダイオード10により構成される電磁波受信部12と、上壁面に漏洩孔2を設けた導波管3と、電磁波のパワーを吸収できる無反射終端器13とによって構成したシートの計測器である。

図５(a)が導波管3の片側に電磁波送信部11及び電磁波受信部12を並べて設けたのに対して、図５(b)は、導波管3を挟んだ両側に電磁波送信部11並びに電磁
波受信部12を設けた機構としたものであるが、双方とも同等な特性である。

図５(c)及び(d)は反射板１４を用いた例で、図５(a)及び図５(b)に用いた無反射終端器１３を反射板１４に置き換えたものであり、その他の配列、構成等は同様である。

前記装置の調整は、導波管内の電磁波1が、漏洩孔2から最も漏洩できるように、電磁波送信部11に対して漏洩孔3及び無反射終端器１３（図５(a)及び図５(b)の場合）又は反射板１４（図５(c)及び図５(d)の場合）の位置を決定した。

導波管3は、EIA規格（Electronic Industries Alliance；アメリカ電子機械工業会）のWR―４２に準拠し、材料としては、導電率がよく、且つ、低コストの材料ならどのようなものでもよいが、本実施例においては真鍮を用いたが、鉄などの金属、或いは、軽量化のためにプラスチック材料等でもよい。何れの材料においても、表面の導電性を高めるために、銀めっきや金めっき等を施したものが好ましい。

無反射終端器13は、電磁波の吸収特性を示す値であるＶSWR（Voltage Standing Wave Ratio；電圧定在波比）が1.1より良好なものであればよい。また、反射板１４は、導電率の高い金属製の板状であれば材料は問わない。

以上、漏れ電磁界による厚み計の構成例をあげた。以下の実施例では、マイクロ波送信部11とマイクロ波受信部12を兼ね合わせた部品として、自動ドアやスピードセンサに用いられるマイクロ波モジュール20を利用した。このマイクロ波モジュール20は、矩形の導波管WR42型（EIA規格）の中に送信ダイオード8、送信アンテナ7、受信ダイオード10、受信アンテナ9を具備し、２４．１５ＧＨzの電磁波をＴＥ10モードで送信及び受信できるモジュールである。本実施例では、マイクロ波センサを用いたが、他の例として、マイクロ波送信部11は送信用ダイオードの代わりにマグネトロンなど、また、マイクロ波受信部12は受信用ダイオードの代わりにマイクロ波プローブなど、といった導波管部品を用いて組み上げた精密な構成でも良い。

また、本発明を好ましく適用できる実施例を以下に示すが、電磁波の周波数、電磁波のモード、漏洩孔（寸法、形状、数、位置など）等に関して、これらの実施例によって本発明の実施形態が制限されるものではない。

（実施例１）
図６に実施例1の構成を示す。本発明の漏れ電磁界を用いたシートの計測器を印刷機などの画像形成装置の紙繰り出し部に搭載して2枚差しを検知するための、ダブルフィード検知器として用いた例で、紙の色や多少の浮き上がりに影響されず検知できるものである。本実施例において画像形成装置とは、枚葉印刷機、オンデマンド印刷機、プリンタ等のように紙繰り出し部に積載した用紙に印刷を施した後、排出部に排出される方式の印刷機を総称する概念とする。

また、本実施例の画像形成装置とは、例えば、帳票用のユニセット用紙を作製する場合には、紙繰り出し部によって用紙が引き込まれて、印刷部によって印刷を行い、搬送部によって排出部に排出されるといった構成であるが、加工部による穴あけ、ミシン目付け、折りたたみ又は断裁等の加工処理の工程があってもよい。

本実施例１による紙繰り出し部は、マイクロ波モジュール26、導波管3、無反射終端器13、増幅部16、比較演算部17、基準設定部18、信号送信部19及び送信電源部15を備えている。漏洩孔2は直径2mmの丸孔とし、導波管3の左端から２２mm（24.15GHzにおいて、約２波長に相当）の位置に配設して、無反射終端器13は左端から８０mm（24.15GHzにおいて、約７波長に相当）の位置に配設した場合に、漏洩孔2から大きな電磁界を漏洩させることができる。

増幅部１６は、マイクロ波モジュール26からの検知電圧を増幅し、比較演算部17は増幅された検知電圧と基準設定部18の設定値と比較して、結果が検知電圧＞設定値であった場合には、紙が２枚以上流れた異常状態であることを検知できる。信号送信部１９は、検知結果が１枚の場合には０ｖ、２枚以上の場合には５Vとして画像形成装置に電力を送信する。

図７に漏洩孔2に乗せた上質紙（厚さ：１００μｍ）の枚数を変化させて測定したときの上質紙の枚数と検知電圧の関係を示す。このグラフから明らかなように、1枚から５枚までの間において枚数と検知電圧との間に直線性が得られている。よって、基準設定部18の設定値をたとえば４．５Vにしておけば、検知電圧が約４．５Vであった場合には正常、５．０V以上であった場合には繰り出し異常として検知が行え、信号送信部１９から画像形成装置に警報を送信することができる。材料によって、単位体積あたりの検知レベルが異なるため、測定するシートごとに、あらかじめ測定しておく。これは、厚さ測定装置の校正のための調整である。

（実施例２）
図８は実施例２を示す図面である。実施例２は、本発明をシートの厚み計として用いた例で、紙の色、しわ、多少の浮き上がりに影響されず検知できるものである。

本実施例2による厚み計は、図８(a)に示すように、マイクロ波モジュール26、導波管3、反射板14、増幅部16、演算部20、ゼロ調整部21、ゲイン調整部22、表示部23及び送信電源部15を備える。反射板14は、実施例１の電磁波を吸収できる無反射終端器１３の代わりに用いたもので、反射板14を用いて導波管内の電磁波をクローズさせることによって無反射終端器13と同様な効果が得られる。漏洩孔2は直径２ｍｍ長さ4.5ｍｍの長穴にし、導波管3の左端から２９mm（24.15GHzにおいて、約２．５波長に相当）の位置に配設して、反射板14は左端から６５mm（24.15GHzにおいて、約５．５波長に相当）の位置に配設したときに、漏洩孔2から大きな電磁界を漏洩させることができた。

なお、実施例2は、図５(c)に示す漏れ電磁界による厚み計の構成に基づいているが、図５(d)の構成としても同様の効果が得られる。
図５(c)が電磁波送信部11、電磁波受信部12、漏洩孔２の順番で配置されているのに対して、図５(d)は電磁波送信部11、漏洩孔２、電磁波受信部12の順番で配置されている。どちらにおいても、シート材料の比誘電率に応じて変化した導波管内の電磁波を受信アンテナで検知する原理に相違がないことを実施によって検証できた。

増幅部16はマイクロ波モジュール26からの検知電圧を増幅し、ゼロ調整部21は電圧のゼロ基準を行うため、及び、ゲイン調整部22は異なる材料特性の測定物を同一の厚み値に校正するために、それぞれ予め設定値をセットしておく。演算部20はゼロ調整部21及びゲイン調整部22の設定値に基づいて厚み値の電圧を校正する。

表示部23は、演算部20からの厚み値の電圧を数字表示するもので、7セグメントのLEDを点灯させて、厚み値を表示させた。

図８(a)の構成の装置を用いて、上質紙（厚さ100μｍ）の枚数を変化させて漏洩孔2に乗せて測定した結果、図８(b)のグラフに示すような上質紙の枚数と検知電圧の関係が得られた。カーブが０枚から５枚の間において直線性を示していることから、測定範囲0〜500μｍの上質紙用の厚み計として使用することが可能であることが確認された。

（実施例３）
また、図９(a)は、図８(a)の構成において漏洩孔を2個とした場合の一構成例を示し、漏洩孔は直径２ｍｍ長さ4.5ｍｍの長穴にし、第１の孔24を導波管の左端から２３mmの位置に、第2の孔25を導波管の左端から２９mmの位置に配設した。つまり、第１の孔24と第２の孔25との間隔は、導波管内における波長のおよそ１／２波長だけ離して配置した。なお、第１の孔24と第２の孔25との間隔は、１／２波長（±１５％）の範囲にあればよい。

上質紙の枚数を変化させて2つの漏洩孔2に乗せて測定した結果、図９(b)のグラフに示すような上質紙の枚数と検知電圧の関係が得られた。カーブから、７枚以上に至っても直線性が得られ、さらに、図８(b)に示すカーブと比較して検知電圧が1.4倍以上得られたため、図８(a)の構成と比較して、測定範囲が広く（0〜700μｍ以上）、且つ、検知電圧が高い特徴を持った上質紙用厚み計として使用することが可能であることが確認された。

なお、図９（ａ）は漏洩孔の数を2個にした場合であるが、3個、4個、・・、と増やした場合には、さらに高い検知レベルが得られた。

（実施例４）
実施例４は、セキュリティ用紙の紛失を防止するために、用紙繰り出し部の近傍と用紙排出部の近傍に本発明のシートの計測器（請求項１〜６に記載の装置である。以後、厚さ及び枚数検知装置35という。）を搭載して、厚さと枚数の管理を行いながら印刷を行うセキュリティ印刷機28の一例である。この印刷機は、帳票或いは単票を印刷する場合に適合するものである。本実施例ではセキュリティ用紙を用いて証明書を印刷する例で説明する。

図１０に実施例４の構成を示す。図１０（ａ）に示すセキュリティ印刷機28は、繰り出し部29、第一搬送部30、印刷部31、第二搬送部32及び排紙部33を備えている。厚さ及び枚数検知装置35（本実施例においては、図８に示した上質紙用の厚み計として使用した構成のものを用いる。）を搭載する位置は、用紙繰り出しの近傍として第一搬送部30、及び、排紙の近傍として第二搬送部32の2ヶ所に搭載した。

前記繰り出し部29は、積載したセキュリティ用紙34を1枚ずつ繰り出し、第一搬送部30は上下に配置した搬送ベルトでセキュリティ用紙34を挟んで印刷部31に送ると共に厚さ及び枚数検知装置35によってセキュリティ用紙34の厚さや枚数を検知し、印刷部31はセキュリティ用紙34に個別データを印刷して証明書36を完成し、第二搬送部32は上下に配置した搬送ベルトで証明書36を挟んで排紙部33に送ると共に厚さ及び枚数検知装置35によって証明書36の厚さや枚数を検知し、排紙部33は積載を行うものである。第一搬送部30及び第二搬送部32の搬送ベルトは、ニップローラ等を上下に配置したローラ搬送であってもよい。

図１０（ｂ）は、第二搬送部32をＡ−Ａ'の部分で上から見た図であり、厚さ及び枚数検知装置35を複数のベルト37の間に位置し、且つ、搬送される証明書36に対して非接触の位置に配設した例である。図１０（ｂ）においては、厚さ及び枚数検知装置35を４本のベルトの中央に配設したが、ベルトに接触しなければ、中央以外のベルト間であってもよい。

セキュリティ用紙34とは、予め、用紙中に機能性を付与したり、特殊印刷を施した用紙のことをいうが、詳細な記述は省略する。
セキュリティ用紙34の形態は、帳票用紙、或いは、単票用紙でもよく、例えば、複写機能のためにカーボンを塗布した用紙を、例えば４枚重ねて一綴りとした配達伝票のような形態のものでも良い。

前記セキュリティ用紙34を印刷部31で印刷して得られたセキュリティ印刷物とは、証明書のような単票用紙、又は、複写カーボン付き証券類のような帳票用紙に予め特殊な印刷を施しておき、発行する際に個別のデータを追加印刷する印刷物のことである。このセキュリティ印刷物は、貴重性があるために印刷時に紙詰まりしたり、複数重なって排出されることのないように枚数を管理する必要があり、さらに、帳票印刷物においては、印刷時に1ページが脱落して不良品となることのないように帳票のページ数も管理する必要がある。

本実施例において、帳票用紙の綴りページ不足とは、用紙を複数枚重ねて一綴りとなる帳票用紙が画像形成装置を通り抜ける間に、一ページ分、又は、部分的に切れて脱落したり、或いは、折り返されていたりして、不良品となることをいう。また、それらの工程において、仕上がった帳票用紙の中に、綴りページの不足した不良品が混入した場合に、光学を利用した検知器等を用いた場合には、帳票中のカーボンなどが邪魔をして、帳票用紙の有り無しの判別は行うことができるが厚さまでは検知できず、排出部に送られた帳票用紙の中に不良品が混入することを避けられない。それに対して、漏れ電磁界を用いたシートの計測器を用いた場合には、電磁波を利用する方式であるために帳票用紙の厚さを通して綴りのページ不足を検知でき、かつ、帳票用紙の枚数管理を行うことが可能である。

前記帳票用紙を管理するために光学センサを用いた場合は、例えば帳票用紙が用紙4枚のセットで、且つ、カーボンが塗布されている場合には、光を通して帳票の厚さを測定することが困難である。そこで、本実施例の電磁波を利用した原理である枚数検知器35を用いると、帳票用紙が用紙4枚のセットであっても、又、カーボンが塗布されていても、電磁波が帳票用紙を通リ抜けることができるので厚さを測定することが可能である。

次に、枚数管理の機構に関して説明する。第一搬送部30に搭載された厚さ及び枚数検知装置35は、紙繰り出し部29から送り込まれたセキュリティ用紙34（単票用紙或いは帳票用紙）の厚さを検知して、重送することなく正常に送り込まれたことを確認するためのものである。一方、第二搬送部32の厚さ及び枚数検知装置35は、印刷が施され完成した証明書36（単票用紙或いは帳票用紙）の厚さを検知して印刷機の内部で用紙の脱落がなく正常に送り出されたことを確認するためのものである。この２つの厚さ及び枚数検知装置35が確認した結果から、繰り出されたセキュリティ用紙34の全てが排紙されたかどうかを認識して確実な枚数管理を行うものである。

前記枚数管理の機構において、もし、第一搬送部30の厚さ及び枚数検知装置35が帳票用紙の４枚綴り分の検知レベルを認識したのに、第二搬送部32の厚さ及び枚数検知装置35が用紙３枚分として認識した場合には、帳票用紙の1ページが印刷機の中で脱落したことを意味する。この場合は、帳票用紙の数量の不足はなかったが、不良品が発生している、と判断することができる。つまり、実施例４のセキュリティ印刷機は、印刷時に用紙の厚さと枚数を同時に管理することが可能となる。

このように、第一搬送部及び第二搬送部に厚さ及び枚数検知装置35を搭載する理由は、1つには、光学を利用した検知器を用いた場合に、予め印刷されたセキュリティ印刷のインキが測定位置にあると、インキの分光反射率特性によって光を吸収するために、正確な枚数測定が行えなくなってしまう。もう1つの理由は、印刷時に帳票印刷物の綴りページが一部外れて脱落した場合に、光学を利用した検知器ではその不良品を判別することが困難となる。これに対して、本実施例の漏れ電磁界を用いたシートの計測器を用いた場合には、電磁波を利用した原理である理由から、印刷インキの分光反射率特性の影響を受けないために、確実な枚数管理が行うことが可能となる。

実施例１、２、３及び４において、次に示す２つの効果が確認された。１つはシートに多少の「しわ」、「波うち」、「浮き上がり」が存在した場合にも安定した枚数検知を行うことができた。一般に、厚さ１００μm程度以下のシートを測定する際に「しわ」、「波うち」、「浮き上がり」が大きなノイズとなるが、本実施例によれば、漏洩孔から漏れる3次元的分布をもつ漏れ電磁界を利用してシートの厚さや枚数を測定するので、多少の「しわ」、「波うち」、「浮き上がり」があっても至って安定した厚さ測定が行えることが確認された。

もう１つは、シートの色が濃いために光学センサを用いて厚さ測定が困難な場合にも、安定した枚数検知を行うことができた。一般に、光学センサは、光を発光させて被測定物によって反射或いは透過した光を受光するが、測定物が濃い色のシートのときには、その分光反射率特性に基づいて光学センサからの光が吸収されてしまうために、厚み測定が行えなくなる。それに対して、本実施例の漏れ電磁界を用いたシート計測装置では、漏洩孔から漏れる3次元的分布をもつ漏れ電磁界を利用してシートの厚さや枚数を測定するので、シートの分光反射率特性に影響されずに至って安定した厚さ及び枚数の測定が可能である。

以上の他に、画像形成装置としては、ウエッブ輪転印刷機、グラビア輪転印刷機、フォーム印刷機等の様に、ロール紙に印刷を施した後、断裁して一枚一枚となって排出される方式の印刷機等に厚さ管理及び枚数管理として本実施例の厚さ及び枚数検知装置を使用した画像形成装置がある。これらの画像形成装置の枚数管理とは、断裁した後に紙詰まりが生じたり、複数枚が重なって排出された場合に、印刷物の紛失をチェックするために全ての枚数を管理するものである。

これらの画像形成装置に、厚さ及び枚数検知装置として漏れ電磁界を用いたシートの計測器を搭載する理由は、次の２つである。１つは、光学を利用した検知器等を用いると、表面、裏面或いは両面に印刷を施した印刷物が印刷インキの分光反射率特性に基づいて光を吸収するため、検知器が誤判別をすることがある。さらに、断裁後の搬送部は、用紙が幅方向や上下方向にあばれるが、ここに光学を利用した検知器等を用いると、繰り返して印刷画像の同じ位置を検知できないため安定した枚数検知が行えない、という問題がある。これに対して、本実施例の漏れ電磁界を用いたシートの計測器を用いた場合は、電磁波を利用しているため、印刷物のどの位置を検知しても、印刷インキの分光反射率特性の影響を受けずに確実な枚数管理を行うことが可能となる。

もう１つの理由は、断裁工程の下流にある搬送部では、用紙あばれにより搬送に遅れが生じた場合に、先行印刷物と後続印刷物の一部分が重送して流れることがあり、そのときに、光学を利用した検知器等を用いても、重送した２枚を分離して認識することが困難である。これに対して、漏れ電磁界を用いたシートの計測器を用いると、重送した部分の厚さから２枚連続していることを認識できるため、確実な枚数管理を行うことが可能となる。

以上、本発明の漏れ電磁界を用いたシートの計測器を、画像形成装置に使用した厚さ及び枚数管理装置として用いる実施例として説明してきたが、画像形成装置に限らず、シートの厚さや枚数を管理する装置に対して同様に使用することが可能であるのは言うまでもない。

シートの計測器の原理を示す図である。 漏洩孔を長孔にした図である。 定在波を示す図である。 電磁波送信部及び電磁波受信部の配置を示す図である。 シートの計測器の構成図である。 実施例１の構成を示す図である。 実施例1の試料枚数と検知電圧値の関係を示すグラフである。 漏洩孔が1個である実施例２を示す図である。 漏洩孔が２個である実施例２を示す図である。 実施例３の構成を示す図である。

符号の説明

１ 電磁波
２ 漏洩孔
３ 導波管
４ シート
５ 電界分布
６ 磁界分布
７ 送信アンテナ
８ 送信ダイオード
９ 受信アンテナ
１０ 受信ダイオード
１１ 電磁波送信部
１２ 電磁波受信部
１３ 無反射終端器
１４ 反射板
１５ 送信電源部
１６ 増幅部
１７ 比較演算部
１８ 基準設定部
１９ 信号送信部
２０ マイクロ波モジュール
２１ ゼロ調整部
２２ ゲイン調整部
２３ 表示部
２４ 第一の孔
２５ 第二の孔
２６ 位置
２７ 定在波
２８ セキュリティ印刷物
２９ 繰り出し部
３０ 第一搬送部
３１ 印刷部
３２ 第二搬送部
３３ 排紙部
３４ セキュリティ用紙
３５ 厚さ及び枚数検知装置
３６ 証明書
３７ 搬送ベルト

Claims (5)

1. 少なくとも１つの漏洩孔を有する導波管と、
   前記導波管の中に電磁波を照射して送信する電磁波送信部と、
   前記照射した電磁波が前記漏洩孔から電磁界を漏洩し、前記電磁界が前記漏洩孔上にシート面を対向させて載置した被測定物であるシートを透過するときに、前記シートの材料特性に応じて変化する前記導波管内の電磁波の振幅及び／又は位相を受信する電磁波受信部とを備えたことを特徴とする漏れ電磁界を用いたシートの計測器。
2. 前記漏洩孔が前記電磁波の波長の整数分の１の間隔で、前記導波管の軸方向に沿って複数配置されていることを特徴とする請求項１記載の漏れ電磁界を用いたシートの計測器。
3. 前記導波管の軸方向に沿ったいずれか一方の端部に、前記電磁波を吸収する無反射終端器を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の漏れ電磁界を用いたシートの計測器。
4. 前記導波管の軸方向に沿ったいずれか一方の端部に、軸方向に可動できる前記電磁波を反射する反射板を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の漏れ電磁界を用いたシートの計測器。
5. 請求項１乃至４記載のシートの計測器と、
   前記計測器の前記電磁波受信部が受信した、前記シートの材料特性に応じて変化する前記導波管内の電磁波の振幅及び／又は位相の検知電圧を増幅する増幅部と、
   前記増幅された検知電圧と基準設定部の設定値とを比較する比較演算部とを備えたシートの厚さ及び枚数検知装置。
   

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