JP2011038885A - 紙葉類の質量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、スループットを高めることができ紙葉類の重さを高精度に測定することができる紙葉類の質量測定装置を提供することを課題とする。
【解決手段】質量測定装置１０は、郵便物の搬送方向と交差する上下方向に離間して並設した２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを有する。また、各駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを回転させるサーボモータ６Ｕ、６Ｌには、トルク検出装置８Ｕ、８Ｌが接続されている。制御部は、各駆動ローラに速度差を持たせて搬送途中の郵便物を自転させるようにモータ制御装置７Ｕ、７Ｌを制御し、トルク検出装置８Ｕ、８Ｌを介して、各サーボモータ６Ｕ、６Ｌの回転トルクを検出する。そして、制御部は、この検出した回転トルクを空回り時の回転トルクと比較して、演算部を介して当該郵便物の質量を測定する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、郵便物などの紙葉類の質量を測定する装置に係り、特に、比較的高速で搬送されている紙葉類の質量を当該紙葉類の搬送を停止することなく測定する紙葉類の質量測定装置に関する。

従来、搬送中の紙葉類の重量を測定する装置として、例えば、下記特許文献１に開示された重量検知装置が知られている。この特許文献１に開示された装置では、搬送路上に配置された駆動ローラの回転速度を変化させて、ピンチローラとの間で挟持拘束した状態の搬送中の紙葉類の搬送速度を段階的に可変制御し、このとき当該紙葉類の重量に応じて駆動ローラに加わるトルクの変化を検出し、この検出結果に基づいて当該紙葉類の質量を算出している。

このように、駆動ローラとピンチローラとの間のニップで挟持拘束した状態の紙葉類の搬送速度を加減速させて駆動ローラのトルク変動を検知することで、当該紙葉類の搬送を停止させることなく重量を検知することができる。このため、この特許文献１に開示された装置を用いた場合、多量の紙葉類を比較的高速に連続して搬送して処理することができ、処理能力を高めることができる。

しかし、この特許文献１に開示された重量検知装置では、搬送中の紙葉類の搬送速度を変化させる必要があるため、紙葉類同士の間に十分なギャップを設ける必要があり、その分スループットが低下してしまう。また、加減速制御する駆動ローラ自体、駆動ローラの駆動軸、または駆動モータのロータなど、紙葉類を搬送していない状態での駆動機構の慣性モーメントに比べ、紙葉類を搬送しているときの慣性モーメントの増加割合が極めて小さいため、重量検知の精度が低くなる。
特開２００５−１６２４０７号公報

この発明の目的は、スループットを高めることができ紙葉類の重さを高精度に測定することができる紙葉類の質量測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の紙葉類の質量測定装置は、紙葉類を搬送する搬送路と、この搬送路を介して搬送されている紙葉類をその搬送面内で自転させる回転機構と、この回転機構の回転トルクを検出するトルク検出部と、このトルク検出部を介して検出した、搬送中の紙葉類を上記回転機構が回転させたときの回転トルクと、当該紙葉類を回転させていないときの上記回転機構の空回りの回転トルクに基づいて、当該紙葉類の質量を算出する演算部と、を有する。

また、本発明の紙葉類の質量測定装置は、紙葉類を搬送する搬送路と、この搬送路を介して搬送されている紙葉類に接触して回転する駆動ローラ、およびこの駆動ローラを加速および／或いは減速回転させて当該紙葉類をその搬送面内で自転させるモータを有する回転機構と、上記モータの回転トルクを検出するトルク検出部と、このトルク検出部を介して検出した、搬送中の紙葉類を上記回転機構が回転させたときの上記モータの回転トルクと、当該紙葉類を回転させていない状態で上記モータを空回りさせたときの回転トルクに基づいて、当該紙葉類の質量を算出する演算部と、を有する。

更に、本発明の紙葉類の質量測定装置は、紙葉類を搬送する搬送路と、この搬送路を介して搬送されている紙葉類の表面に接触して回転する第１の駆動ローラ、この第１の駆動ローラに対して当該紙葉類の搬送方向と交差する方向に離間した位置で当該搬送中の紙葉類の表面に接触して回転する第２の駆動ローラ、および、これら２つの駆動ローラに速度差を持たせてそれぞれ独立して加速および／或いは減速回転させて当該紙葉類をその搬送面内で自転させる第１および第２のモータを有する回転機構と、上記第１および第２のモータの回転トルクを検出するトルク検出部と、上記搬送路を介して紙葉類が搬送されていない状態で、紙葉類を回転させるときと同じ条件で上記回転機構を空回りさせて上記トルク検出部で予め検出した上記第１および第２のモータの回転トルクを記憶した記憶部と、上記トルク検出部を介して検出した、搬送中の紙葉類を上記回転機構が回転させたときの上記第１および第２のモータの回転トルクと、上記記憶部に記憶した当該紙葉類を回転させていないときの空回りの上記第１および第２のモータの回転トルクに基づいて、当該紙葉類の質量を算出する演算部と、を有する。

上記発明によると、搬送中の紙葉類を搬送面内で回転させて、そのときの回転トルクを検出し、紙葉類を回転させていないときの回転機構の空回りの回転トルクと比較して、当該紙葉類の質量を算出するようにしたため、搬送中の紙葉類を加減速するときのトルク変動に基づいて重量を検知する従来の装置と比較して、搬送中の紙葉類の搬送速度を低下させることがなく、スループットを高めることができる。

また、本発明によると、紙葉類を回転させたときの回転機構のトルク変動に基づいて当該紙葉類の質量を測定するようにしたため、従来の装置のように紙葉類を搬送方向に沿って加減速させるだけの場合と比較して、比較的大きな回転モーメントに起因した比較的大きなトルク変動を生出させることができ、当該紙葉類の質量を高精度に測定することができる。

この発明の紙葉類の質量測定装置は、上記のような構成および作用を有しているので、スループットを高めることができ紙葉類の重さを高精度に測定することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１には、この発明の実施の形態に係る質量測定装置を備えた郵便物選別取り揃え押印装置１００（以下、単に押印装置１００と称する）の概略図を示してある。

押印装置１００は、郵便物Ｍ（紙葉類）の搬送方向に沿って、供給部１０１、機械検知部１０２、ＯＣＲスキャナ部１０３、ひねり反転部１０４、スイッチバック部１０５、押印部１０６、および区分集積部１０７を有する。また、押印装置１００は、上述した各部を通して郵便物Ｍを搬送する搬送部１０８を有する。さらに、押印装置１００は、装置に対して種々の操作を指示するとともに、動作モードの切り換え入力や異常表示等をする図示しない操作パネルを有する。

供給部１０１は、厚さ、搬送方向に沿った長さ、搬送方向と直交する方向に沿った幅、および重さが一定範囲内にある定型の郵便物Ｍを複数通まとめて受け入れて、１通ずつ取り出して後段の処理部へ供給する。搬送部１０８は、供給された郵便物Ｍを後段の処理部１０２〜１０７を通して搬送する搬送路１を有する。

機械検知部１０２は、搬送部１０８によって搬送路１を介して搬送された郵便物Ｍに含まれる金属、異物、硬物を検知するとともに、郵便物Ｍの２枚取り（すなわち重送）やショートギャップを検知し、後段の各処理部１０３〜１０７で処理不能と判断された郵便物Ｍを図示しない排除集積部へリジェクトする。なお、この機械検知部１０２は、搬送されている郵便物Ｍの質量を測定する後述する質量測定装置１０を備えている。

機械検知部１０２では、この他に、質量測定装置１０の手前で、郵便物Ｍの搬送方向に沿った長さや幅を予め検出するとともに、図示しないタイミングセンサを介して郵便物Ｍの先端通過を検知して、当該郵便物Ｍの搬送位置に関する情報を前もって取得する。そして、機械検知部１０２は、当該郵便物Ｍの長さ、幅、および搬送位置に基づいて後述するように質量測定装置１０を動作させて当該郵便物Ｍの質量を測定し、質量測定装置１０で異常な重さであることを判断した郵便物Ｍを図示しない排除集積部へリジェクトする。

ＯＣＲスキャナ部１０３は、郵便物Ｍの表面を光学的に読み取って光電変換し、郵便物Ｍ上に記載されている郵便番号や受取人住所などの区分情報を画像として取得する。また、ＯＣＲスキャナ部１０３は、郵便物Ｍに貼り付けられている切手（料金計器などを含む料額印面）の有無および位置を検出する。供給部１０１を介して供給される郵便物Ｍの向き（表裏天地）がばらばらであるため、ＯＣＲスキャナ部１０３は、郵便物Ｍの両面を読み取るための少なくとも２つのスキャナ部を有する。

ひねり反転部１０４は、郵便物Ｍの搬送方向に沿って延びた中心軸を中心に郵便物Ｍを１８０°ひねりながら搬送するひねり反転パス（図示せず）を有する。つまり、ひねり反転部１０４では、郵便物Ｍの搬送方向を変えずに表裏だけを反転する。また、ひねり反転部１０４は、送り込まれた郵便物Ｍをひねり反転パスに送り込まずに迂回させるための迂回搬送路（ストレートパス）（図示せず）を有する。

スイッチバック部１０５は、搬送される郵便物Ｍを受け入れて逆方向に送り出すことにより郵便物Ｍの搬送方向を逆転させる２つのスイッチバック機構（図示せず）を有する。スイッチバック部１０５も、上述したひねり反転部１０４と同様に、２つのスイッチバック機構を迂回させる迂回搬送路（ストレートパス）を有する。

押印部１０６は、搬送される郵便物Ｍの１方の表面に接触して回転する図示しない押印ハブを有する。押印部１０６では、この押印ハブを切手の部位に転接させて消印を押印する。本実施の形態では、押印部１０６に搬送される全ての郵便物Ｍがひねり反転部１０４およびスイッチバック部１０５を通過して表裏および天地が揃えられているため、押印ハブを搬送路１の１側にだけ設けた。

区分集積部１０７は、ＯＣＲスキャナ部１０３で検出した区分情報に応じて各郵便物Ｍを所定の区分位置へ区分集積する。また、区分集積部１０７は、上述したスイッチバック装置１０５内で一時的に滞留して送り出された郵便物Ｍなどを、押印部１０６による押印を禁止して、リジェクトする図示しない排除集積部を有する。

上記構造の押印装置１００は、例えば、上述した質量測定装置１０で測定した当該郵便物Ｍの重さに対し、ＯＣＲスキャナ部１０３で当該郵便物Ｍから読み取った切手などの料額印が適正な金額であるか否かを判断し、料金不足であることを判断した郵便物Ｍに押印部１０６で消印を押印することなくリジェクトする。

図２には、上述した機械検知部１０２を通過される郵便物Ｍの質量を測定する質量測定装置１０の要部概略図を示してある。また、図３には、この質量測定装置１０の動作を制御する制御系のブロック図を示してある。また、図４には、この質量測定装置１０の動作を説明するための動作説明図を示してある。さらに、図５には、この質量測定装置１０に組み込まれた後述する２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの速度パターンの一例をグラフにして示してある。

以下、これら図２〜図５を参照して、本実施の形態の質量測定装置１０の構造および動作について説明する。
本実施の形態の質量測定装置１０は、搬送中の郵便物Ｍの質量を、当該郵便物Ｍの搬送を停止或いは減速させることなく測定可能であることを特徴としている。なお、本実施の形態では、機械検知部１０２（すなわち質量測定装置１０）を通過する郵便物Ｍは図４に示すように立位で搬送されるものとする。つまり、質量測定装置１０内を通る郵便物Ｍの搬送面は、鉛直方向に延びている。

図２に示すように、質量測定装置１０は、搬送路１の一側（図中手前側）で上下に離間して配置された２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを有する。これら２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌは、略鉛直方向に延びて互いに離間して同軸に配置された回転軸３Ｕ、３Ｌをそれぞれ有し、搬送路１を介して搬送される郵便物Ｍの一側の表面に接触して回転する。言い換えると、２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌは、郵便物Ｍの搬送面に沿って搬送方向に回転可能に取り付けられている。

そして、これら２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの回転軸３Ｕ、３Ｌには、それぞれ、各駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを可変速で回転させるサーボモータ６Ｕ、６Ｌの回転軸が同軸に接続されている。ここでは図示を省略したが、各駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの回転軸３Ｕ、３Ｌと各サーボモータ６Ｕ、６Ｌの回転軸はそれぞれカップリングで連結されている。

すなわち、本実施の形態の質量測定装置１０では、搬送方向と交差する方向（すなわち、上下方向）に離間して配置された２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌをそれぞれ独立して所望する速度で回転させることができ、搬送路１を介して搬送される郵便物Ｍの搬送姿勢をその搬送面に沿って例えば図４に示すように回転（自転）させることができる。

これら２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌに対して搬送路１の反対側（紙面奥側）には、２つの従動ローラ４Ｕ、４Ｌが対向配置されている。これら２つの従動ローラ４Ｕ、４Ｌも、それぞれ独立して略鉛直方向に延び且つ互いに同軸に配置された回転軸５Ｕ、５Ｌを有する。各従動ローラ４Ｕ、４Ｌの回転軸５Ｕ、５Ｌは、機械検知部１０２の図示しないフレームなどに固設されている。つまり、２つの従動ローラ４Ｕ、４Ｌは、固定された回転軸５Ｕ、５Ｌを中心に自由に回転可能となっている。

より詳細には、鉛直上方に配置された一方の駆動ローラ２Ｕには、搬送路１を介して、一方の従動ローラ４Ｕが転動可能に接触して対向配置され、鉛直下方に配置されたもう一方の駆動ローラ２Ｌには、搬送路１を介して、もう一方の従動ローラ４Ｌが転動可能に接触して対向配置されている。なお、２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌはゴムローラであり、２つの従動ローラ４Ｕ、４Ｌは、スポンジ層とゴム層を有する２層ローラである。

つまり、従動ローラ４Ｕ、４Ｌは、それぞれの回転軸５Ｕ、５Ｌに図示しないベアリングを介して図示しない芯金を有し、その芯金の外側に第１層目のスポンジ層を有する。そして、このスポンジ層のさらに外側にゴム層を有する。さらに、各回転軸５Ｕ、５Ｌは、上述したように機械検知部１０２に固定的に取り付けられている。

このため、各従動ローラ４Ｕ、４Ｌは、搬送路１を介して搬送される郵便物Ｍの厚さに応じてそのスポンジ層が変形することで、郵便物Ｍを駆動ローラ２Ｕ、２Ｌとの間のニップに受け入れる。そして、これら２組のローラ２Ｕ、４Ｕ、２Ｌ、４Ｌのニップに受け入れられた当該郵便物Ｍは、２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを回転させることによって、２組のローラで挟持拘束された状態で搬送される。

このとき、従動ローラ４Ｕ、４Ｌの回転軸５Ｕ、５Ｌが分離しているため、各従動ローラ４Ｕ、４Ｌは、それぞれ独立して互いに異なる周速で回転可能となっており、各従動ローラ４Ｕ、４Ｌに接触する部位の郵便物Ｍの厚さに差がある場合であっても、当該郵便物Ｍに不所望なストレスが加わることを防止できる。

図２および図３に示すように、駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを回転させるサーボモータ６Ｕ、６Ｌには、それぞれ、モータ制御装置７Ｕ、７Ｌ、およびトルク検出装置８Ｕ、８Ｌが接続されている。また、図３に示すように、上述した質量測定装置１０の動作を制御する制御部１１０には、質量測定装置１０に向けて搬送される郵便物Ｍの搬送方向先端通過を検知するタイミングセンサ１１１や、後述するデータテーブルを格納したメモリ１１２などが接続されている。さらに、制御部１１０には、トルク検出装置８Ｕ、８Ｌによる検出結果に基づいて当該郵便物Ｍの質量を算出する演算部１２０が接続されている。

モータ制御装置７Ｕ、７Ｌは、郵便物Ｍが質量測定装置１０に送り込まれる前の待機状態で、押印装置１００のプロセス速度、すなわち郵便物Ｍの搬送速度と同じ周速で２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを回転させるように、サーボモータ６Ｕ、６Ｌを回転制御している。そして、質量測定装置１０の制御部１１０が、タイミングセンサ１１１を介して郵便物Ｍの先端通過を検知したことをトリガーとして、モータ制御装置７Ｕ、７Ｌは、例えば図５に示す速度パターンで２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを回転させるように、２つのサーボモータ６Ｕ、６Ｌを駆動制御する。駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの速度パターンは、メモリ１１２内に制御データとして予め用意してある。

トルク検出装置８Ｕ、８Ｌは、例えば図４の速度パターンに従って２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを回転させて郵便物Ｍを回転させた際に、各サーボモータ６Ｕ、６Ｌに給電される電流値をモニタし、この電流値を予めメモリ１１２に用意したデータテーブルに照会して各サーボモータ６Ｕ、６Ｌの回転トルクτを検出する。

また、トルク検出装置８Ｕ、８Ｌは、郵便物Ｍを搬送していない状態で、各サーボモータ６Ｕ、６Ｌが駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを図４の速度パターンで加減速させて空回りさせた際の回転トルクτ0を予め検出しておく。そして、この予め検出した空回り時の各サーボモータ６Ｕ、６Ｌの回転トルクτ0は、時間をパラメータとして、メモリ１１２に格納されている図示しないデータテーブルに記憶させておく。

上記構造の質量測定装置１０で郵便物Ｍの重さを測定する場合、制御部１１０は、例えば図５の速度パターンに従って２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを回転させて、図４に姿勢変化の軌跡を２点鎖線で示すように、当該郵便物Ｍをその搬送面に沿って自転させながら搬送する。

このとき、制御部１１０は、タイミングセンサ１１１を介して当該郵便物Ｍの搬送位置に関する情報を取得して、２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌとそれぞれ対向する従動ローラ４Ｕ、４Ｌとの間のニップで当該郵便物Ｍの搬送方向先端が挟持拘束された後、図５の速度パターンに基づく回転制御をスタートする。なお、図４では、当該郵便物Ｍを矢印Ｔ方向に搬送した際の姿勢変化の軌跡をＭ１〜Ｍ7として示した。

このとき、少なくとも当該郵便物Ｍを回転させる前の搬送速度と回転させた後の搬送速度が同じ速度になるように、すなわち、当該郵便物Ｍが質量測定装置１０に送り込まれる前と通過した後の搬送速度が同じ速度になるように、駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの速度パターンを設定することが望ましい。

言い換えると、当該郵便物Ｍが質量測定装置１０で回転された場合であっても、回転されないで単に通過された場合と同じ処理時間になるように、駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの速度パターンを設定することが望ましい。つまり、質量測定装置１０を通過した郵便物Ｍに搬送遅れを生じないことが望ましい。

本実施の形態では、回転前と後で搬送速度が変化しないことに加えて、回転前と後で搬送姿勢が変化しないような速度パターンを採用した。つまり、本実施の形態の速度パターンで２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを回転制御することで、搬送速度に変化を生じることがなく、搬送姿勢にスキューやシフトを生じることもない。

上述したように搬送中の郵便物Ｍを回転させる場合、２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを一定の速度パターン（例えば図５に示す速度パターン）に従って加減速させる必要がある。このため、上述したように郵便物Ｍを回転させると、各サーボモータ６Ｕ、６Ｌに負荷がかかって回転トルクが大きくなる。この回転トルクの変化は、駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの速度パターンに関係するとともに、駆動ローラ２Ｕ、２Ｌ、回転軸３Ｕ、３Ｌ、図示しないカップリング、およびサーボモータ６Ｕ、６Ｌなどの駆動系自体の慣性モーメントに関係し、回転の対象となる当該郵便物Ｍの質量にも関係する。例えば、比較的重い郵便物Ｍを回転させる場合、サーボモータ６Ｕ、６Ｌは、郵便物Ｍの質量に応じた比較的大きな回転トルクを必要とする。

すなわち、全ての郵便物Ｍを同じ速度パターンで自転させた場合、駆動系の慣性モーメントが変わらないため、駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの回転トルクは、当該郵便物Ｍの質量に応じて変化することになる。従って、この回転トルクの変動をモニタして基準値と比較すれば、当該郵便物Ｍの質量を測定することができる。言い換えると、駆動ローラ２Ｕ、２Ｌに給電する電流値をモニタすることで、当該郵便物Ｍの質量を測定することができる。

例えば、当該郵便物Ｍの質量がゼロの場合、すなわち、郵便物Ｍを搬送していない状態で、郵便物Ｍを自転させるときと同じ速度パターンで駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを空回りさせた場合、サーボモータ６Ｕ、６Ｌの回転トルクは、このときの速度パターンと駆動系の慣性モーメントのみに応じて変化する。つまり、駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを空回りさせたときの回転トルクを時間をパラメータにして当該速度パターンに関連してメモリ１１２に記憶させておくことで、各郵便物Ｍの質量を測定する測定基準を与えることができる。

すなわち、実際に各郵便物Ｍの質量を測定する際には、予め決められた一定の速度パターン（例えば図５に示す速度パターン）に従って搬送途中の各郵便物Ｍを回転させ、そのときのサーボモータ６Ｕ、６Ｌの回転トルクτを予め決めた複数時刻でモニタする。そして、これら各時刻における回転トルクτを予めメモリ１１２のデータテーブルに記憶した基準となる回転トルクτ0と比較し、その差分から当該郵便物Ｍの質量を測定する。

ここで、上述した本実施の形態の質量測定装置１０の効果について、図６乃至図８を参照して、具体例をあげて考察する。つまり、ここでは、従来のように郵便物を回転させないで搬送方向に沿って加減速したときのトルク変動に基づく重量測定と、本実施の形態の質量測定装置１０のように郵便物Ｍを自転させたときのトルク変動に基づく質量測定と、を比較することで、本実施の形態の効果について考察する。

上述した本実施の形態の質量測定装置１０の駆動系の慣性モーメント、すなわち郵便物Ｍを自転させていないときの空回り時の慣性モーメントは、２つのサーボモータ６Ｕ、６Ｌの慣性モーメント（Ｉ_Ｍ）、４つのローラ、すなわち２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌと２つの従動ローラ４Ｕ、４Ｌの慣性モーメント（Ｉ_Ｒ）、および各駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの回転軸３Ｕ、３Ｌの慣性モーメント（Ｉ_Ｌ）の和に略等しくなる。実際には、この駆動系の慣性モーメントは、各駆動ローラ２Ｕ、２Ｌと回転軸３Ｕ、３Ｌとをそれぞれ繋ぐ２つの図示しないカップリングの慣性モーメントを加えたものになる。

また、郵便物Ｍを自転させる際の郵便物Ｍの慣性モーメントを定量化すると、郵便物Ｍの重心周りの慣性モーメントＩ_ＭＧは、
Ｉ_ＭＧ＝ｍ・（ｂ^２＋ｈ^２）／１２
ｍ：郵便物Ｍの質量
ｂ：郵便物Ｍの搬送方向に沿った長さ
ｈ：郵便物Ｍの搬送方向と直交する高さ
であり、
郵便物Ｍの回転中心周りの慣性モーメントＩ_ＭＲは、
ｍ・Ｌ^２
Ｌ：郵便物Ｍの回転中心と郵便物Ｍの重心との間の距離
であり、
上述した２つの式から、郵便物Ｍを自転させる際の郵便物の慣性モーメントは、
ｍ・（ｂ^２＋ｈ^２）／１２＋ｍ・Ｌ^２
となる。

つまり、郵便物Ｍを自転させていない空回り時の駆動系の慣性モーメントに対する郵便物Ｍだけの慣性モーメントの比（以下、慣性モーメント比と称する）は、図６に示す式のようになる。
なお、この式の分子にあるｒ／Ｒは、駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの半径をｒとし、２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌ間の距離をＲとした場合に、郵便物Ｍの慣性モーメントを駆動系の回転軸周りの慣性モーメントに変換するための計数である。

これに対し、郵便物を搬送する際に従来のように駆動ローラを加減速させて郵便物の重量を測定する場合、郵便物が回転しないため、郵便物だけの慣性モーメントは、郵便物の重心の位置や長さや高さに関係なく、回転軸と郵便物との間の距離、すなわち駆動ローラの半径ｒと、郵便物の重量ｍと、により決まる。つまり、この場合の郵便物自体の慣性モーメントは、
ｍ・ｒ^２
となる。

このため、仮に、本実施の形態の質量測定装置１０を用いて従来のように回転させない加減速制御を実施した場合を想定すると、図６の式に上記郵便物の慣性モーメント（ｍ・ｒ^２）を代入することで、慣性モーメント比を算出することができる。しかし、この場合、上述したように郵便物Ｍを回転させる場合と比較して、慣性モーメント比は極めて小さくなり、郵便物を搬送した場合と搬送しない場合とで駆動ローラのトルク変動も極めて小さいものになる。

つまり、質量測定装置１０のトルク検出装置８Ｕ、８Ｌで検出されるトルク変動が小さいと、郵便物の重量を高精度に検出することができなくなる。このため、本実施の形態のように、質量の測定対象となる郵便物Ｍを回転させてモータのトルク変動を大きくすることが質量を高精度に測定する上で有効となる。

ここで、具体例を挙げて、本実施の形態の質量測定方法を実施した場合における慣性モーメント比と、従来の重量測定方法を実施した場合における慣性モーメント比と、を比較して、本実施の形態の効果について考察する。
図７には、質量測定装置１０の各構成要素のサイズ、材料の比重、重量、慣性モーメントを調べた結果を表にまとめた一例を示してある。質量測定装置１０の構成要素としては、駆動ローラの芯金、駆動ローラのゴム、駆動ローラの回転軸（シャフト）、カップリング、従動ローラの芯金、および従動ローラのゴム層について調べた。

図８には、種々のサイズの郵便物を本実施の形態の質量測定方法に従って回転させた場合における、郵便物Ｍの１ｇ当りの慣性モーメント比を調べた結果を表にまとめてある。郵便物のサイズ毎の存在比を考慮して、この場合の慣性モーメント比の平均値を計算したところ、駆動系に対する郵便物Ｍ１ｇ当りの慣性モーメント比は６６．１％であった。

これに対し、同じ装置で、従来の重量測定方法に従って郵便物を加減速させて１ｇ当りの慣性モーメント比を調べたところ、慣性モーメント比はわずか１．７％であった。つまり、本実施の形態の質量測定方法を実施した場合における慣性モーメント比は、従来の重量測定方法を実施した場合における慣性モーメント比の２０倍以上の値であることが分かる。

以上のように、本実施の形態の質量測定方法によると、郵便物Ｍのわずかな質量差であっても大きなトルク変動として検出することができるため、郵便物Ｍの質量を高精度に測定できる。

以下、本実施の形態の質量測定装置１０を用いて、実際に、郵便物Ｍの質量ｍを測定する場合の計算例について説明する。
郵便物Ｍを回転していない空回り時の駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの回転トルクτ0は、下式（１）に示すように、上述した駆動系の慣性モーメントとそのときの角加速度ωとの積として表すことができる。駆動系の角加速度ωは、サーボモータ６Ｕ、６Ｌの加速或いは減速時におけるある特定時刻に検出する。

また、見方を変えると、駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの回転トルクτ0は、下式（２）に示すように、サーボモータ６Ｕ、６Ｌに給電する電流値ｉ_Ｍに比例する。下式（２）のＫは、比例定数である。

上式（１）（２）から、下式（３）が導かれる。

一方、郵便物Ｍを回転しているときの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの回転トルクは、上述した空回り時の回転トルクτ0に郵便物Ｍの慣性モーメントに起因した回転トルクの増加分Δτを加算したものとなる。つまり、このときの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの回転トルクτ0＋Δτは、下式（４）のようになる。

また、見方を変えると、上記回転トルクτ0＋Δτは、下式（５）に示すように、サーボモータ６Ｕ、６Ｌに給電する電流値に比例する。このときの電流値は、郵便物Ｍを回転させるための回転トルクの増加分に相当する電流値Δｉ_Ｍを加算したｉ_Ｍ＋Δｉ_Ｍとなる。なお、このときの定数Ｋは、本実施の形態の質量測定装置１０の駆動系に固有の値となる。

上式（１）（４）から、下式（６）が導かれる。

また、上式（２）（５）から、下式（７）が導かれる。

さらに、上式（６）（７）から、下式（８）が導かれる。

そして、上式（３）（８）から、下式（９）のように、当該郵便物Ｍの質量ｍを導くことができる。

つまり、上式（９）において、当該郵便物Ｍの質量ｍは、空回り時にサーボモータ６Ｕ、６Ｌに給電する電流値ｉ_Ｍ、および当該郵便物Ｍを回転させたときにサーボモータ６Ｕ、６Ｌに給電する電流値Δｉ_Ｍの関数になっているため、サーボモータ６Ｕ、６Ｌに給電する電流値をトルク検出装置８Ｕ、８Ｌでモニタすることで、当該質量ｍを算出することができる。

以上のように、本実施の形態の質量測定装置１０によると、搬送途中の郵便物Ｍの搬送速度を変化させることなく自転させて、この自転のため駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを加減速する際のサーボモータ６Ｕ、６Ｌの回転トルクを検出し、この検出結果を、予め同じ条件で測定した空回り時の駆動系の回転トルクと比較することにより、当該郵便物Ｍの質量を測定することができる。このため、プロセス速度のまま、複数通の郵便物Ｍを連続して高速で搬送して各郵便物Ｍの質量を測定することができ、搬送速度変化に基づくギャップ変動が無く、スループットを高めることができる。

また、上述した実施の形態によると、質量を測定する郵便物Ｍを自転させることにより、比較的大きな回転トルクを発生させて、分解能を向上するようにしたため、郵便物Ｍの質量を高精度に測定することができる。

さらに、上述した実施の形態によると、郵便物Ｍを回転させる際の慣性モーメントを利用して当該郵便物Ｍの質量を測定するようにしたため、封書の中にコインなどの金属片が入っているような郵便物Ｍの質量を測定した場合、実際の質量より測定値が重くなる。このような郵便物Ｍは、後段の処理部で処理不能なリジェクトすべき郵便物Ｍであるため、むしろ、規定内の重量であってもリジェクトすべきである。つまり、このような場合、本実施の形態の質量測定装置１０は、異物が混入した郵便物Ｍを積極的にリジェクトすることになり好ましい。

なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

例えば、上述した実施の形態では、トルク検出装置８Ｕ、８Ｌがサーボモータ６Ｕ、６Ｌの電流値をモニタしてサーボモータ６Ｕ、６Ｌの回転トルクτを検出する場合について説明したが、これに限らず、サーボモータ６Ｕ、６Ｌの回転軸に付与した図示しないひずみゲージなどの計測器具を用いて回転トルクτを検出するようにしても良い。

また、上述した実施の形態では、質量測定装置１０を単独で押印装置１００に組み込んだ場合について説明したが、これに限らず、他の処理装置に本発明の質量測定装置の機能を持たせても良い。例えば、押印装置１００内を通って延びた搬送路１上に郵便物Ｍの搬送姿勢（スキューやシフト）を補正する姿勢補正部を設けた場合、この姿勢補正部に質量測定装置の機能を持たせても良い。

また、上述した実施の形態では、搬送路１上に配置した２つの駆動ローラ２Ｕ、２Ｌに速度差を持たせて郵便物Ｍを自転させた場合について説明したが、これに限らず、１つの駆動ローラで郵便物Ｍを自転させても良い。この場合、例えば、郵便物Ｍの重心を通って搬送方向に延びた架空の中心線から外れた位置で、当該郵便物Ｍの表面に１つの駆動ローラを接触させて、駆動ローラを加速および／或いは減速させれば良い。いずれにしても、郵便物Ｍの質量を測定するためには、郵便物Ｍに回転力を加えて自転させたときの負荷トルクを何らかの方法で検出できれば良く、郵便物Ｍを自転させる回転機構や負荷トルクを検出する方法はいかなるものであっても良い。

例えば、上述した実施の形態では、郵便物Ｍの搬送路１を挟んで駆動ローラ２Ｕ、２Ｌに従動ローラ４Ｕ、４Ｌを対向配置せしめた場合について説明したが、従動ローラ４Ｕ、４Ｌは本発明に必須の構成要素ではない。例えば、郵便物Ｍを寝かせて水平面内で搬送し、搬送面の下側に滑り易い平らな表面を有する板状のガイド部材を配置し、このガイド部材の表面に駆動ローラ２Ｕ、２Ｌで郵便物Ｍを押し付けるようにすれば、駆動ローラ２Ｕ、２Ｌの速度制御によって当該郵便物Ｍを回転させることができる。

また、上述した実施の形態では、郵便物Ｍを自転させる回転機構として、駆動ローラ２Ｕ、２Ｌを用いた場合について説明したが、これに限らず、郵便物Ｍの搬送面に沿って走行可能な駆動ベルトなどを適宜用いることができる。

さらに、上述した実施の形態では、回転機構を空回りさせた際の回転トルクτ0を重さの測定基準にした場合について説明したが、これに限らず、ある重さを有する各種サイズのテスト媒体を押印装置１００に供給して質量測定装置１０のサーボモータ６Ｕ、６Ｌの出力を記録して、測定基準としても良い。

図１は、この発明の実施の形態に係る質量測定装置を組み込んだ郵便物選別取り揃え押印装置を示すブロック図である。 図２は、図１の押印装置に組み込まれた質量測定装置の要部を示す概略図である。 図３は、図２の質量測定装置の動作を制御する制御系のブロック図である。 図４は、図２の質量測定装置の動作を説明するための動作説明図である。 図５は、図２の質量測定装置に組み込まれた２つの駆動ローラの速度パターンの一例を示すグラフである。 図６は、図２の質量測定装置の駆動系の慣性モーメントに対する郵便物の慣性モーメントの比を説明するための図である。 図７は、図２の質量測定装置の各構成要素のサイズ、比重、重量、および慣性モーメントの一例をまとめた表である。 図８は、図２の質量測定装置で質量を測定する各種サイズの郵便物の駆動系に対する慣性モーメント比をまとめた表の一例である。

２Ｕ、２Ｌ…駆動ローラ、３Ｕ、３Ｌ…回転軸、４Ｕ、４Ｌ…従動ローラ、６Ｕ、６Ｌ…サーボモータ、７Ｕ、７Ｌ…モータ制御装置、８Ｕ、８Ｌ…トルク検出装置、１０…質量測定装置、１１０…制御部、１１２…メモリ、１２０…演算部。

Claims (14)

1. 紙葉類を搬送する搬送路と、
   この搬送路を介して搬送されている紙葉類をその搬送面内で自転させる回転機構と、
   この回転機構の回転トルクを検出するトルク検出部と、
   このトルク検出部を介して検出した、搬送中の紙葉類を上記回転機構が回転させたときの回転トルクと、当該紙葉類を回転させていないときの上記回転機構の空回りの回転トルクに基づいて、当該紙葉類の質量を算出する演算部と、
   を有することを特徴とする紙葉類の質量測定装置。
2. 上記回転機構は、当該紙葉類を回転させる前と後でその搬送速度が変化しないように当該紙葉類を回転させることを特徴とする請求項１に記載の紙葉類の質量測定装置。
3. 上記回転機構は、当該紙葉類を回転させる前と後でその搬送姿勢と搬送速度が変化しないように当該紙葉類を回転させることを特徴とする請求項１に記載の紙葉類の質量測定装置。
4. 紙葉類を搬送する搬送路と、
   この搬送路を介して搬送されている紙葉類に接触して回転する駆動ローラ、およびこの駆動ローラを加速および／或いは減速回転させて当該紙葉類をその搬送面内で自転させるモータを有する回転機構と、
   上記モータの回転トルクを検出するトルク検出部と、
   このトルク検出部を介して検出した、搬送中の紙葉類を上記回転機構が回転させたときの上記モータの回転トルクと、当該紙葉類を回転させていない状態で上記モータを空回りさせたときの回転トルクに基づいて、当該紙葉類の質量を算出する演算部と、
   を有することを特徴とする紙葉類の質量測定装置。
5. 上記回転機構は、上記駆動ローラとの間で上記搬送路を介して搬送される紙葉類を挟持拘束して従動回転する従動ローラを有することを特徴とする請求項４に記載の紙葉類の質量測定装置。
6. 上記駆動ローラは、上記搬送路を介して搬送される紙葉類の重心を通って搬送方向に延びた架空の中心線から外れた位置に接触して当該紙葉類を回転することを特徴とする請求項４に記載の紙葉類の質量測定装置。
7. 上記トルク検出部は、上記モータに流す電流値をモニタして当該モータの回転トルクを検出することを特徴とする請求項４に記載の紙葉類の質量測定装置。
8. 上記回転機構は、当該紙葉類を回転させる前と後でその搬送速度が変化しないように当該紙葉類を回転させることを特徴とする請求項４に記載の紙葉類の質量測定装置。
9. 上記回転機構は、当該紙葉類を回転させる前と後でその搬送姿勢と搬送速度が変化しないように、上記駆動ローラを加速および減速させることを特徴とする請求項４に記載の紙葉類の質量測定装置。
10. 紙葉類を搬送する搬送路と、
    この搬送路を介して搬送されている紙葉類の表面に接触して回転する第１の駆動ローラ、この第１の駆動ローラに対して当該紙葉類の搬送方向と交差する方向に離間した位置で当該搬送中の紙葉類の表面に接触して回転する第２の駆動ローラ、および、これら２つの駆動ローラに速度差を持たせてそれぞれ独立して加速および／或いは減速回転させて当該紙葉類をその搬送面内で自転させる第１および第２のモータを有する回転機構と、
    上記第１および第２のモータの回転トルクを検出するトルク検出部と、
    上記搬送路を介して紙葉類が搬送されていない状態で、紙葉類を回転させるときと同じ条件で上記回転機構を空回りさせて上記トルク検出部で予め検出した上記第１および第２のモータの回転トルクを記憶した記憶部と、
    上記トルク検出部を介して検出した、搬送中の紙葉類を上記回転機構が回転させたときの上記第１および第２のモータの回転トルクと、上記記憶部に記憶した当該紙葉類を回転させていないときの空回りの上記第１および第２のモータの回転トルクに基づいて、当該紙葉類の質量を算出する演算部と、
    を有することを特徴とする紙葉類の質量測定装置。
11. 上記回転機構は、上記第１および第２の駆動ローラとの間でそれぞれ上記搬送路を介して搬送される紙葉類を挟持拘束して従動回転する第１および第２の従動ローラを有することを特徴とする請求項１０に記載の紙葉類の質量測定装置。
12. 上記トルク検出部は、上記第１および第２のモータに流す電流値をモニタして当該モータの回転トルクを検出することを特徴とする請求項１０に記載の紙葉類の質量測定装置。
13. 上記回転機構は、当該紙葉類を回転させる前と後でその搬送速度が変化しないように当該紙葉類を回転させることを特徴とする請求項１０に記載の紙葉類の質量測定装置。
14. 上記回転機構は、当該紙葉類を回転させる前と後でその搬送姿勢と搬送速度が変化しないように、上記第１の駆動ローラを加速および減速させるとともに、上記第２の駆動ローラを減速および加速させることを特徴とする請求項１０に記載の紙葉類の質量測定装置。

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