JP4110117B2 - シート材識別装置及びシート材処理装置及びシート材識別方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シート材識別装置及びシート材処理装置及びシート材識別方法に関し、特にシート材に外力を印加することによりシート材の種類を識別するものに関する。
従来、シート材に画像を形成する画像形成装置、シート材上の画像を読み取る画像読取装置、あるいは紙幣などの印刷物を区分処理する印刷物処理装置等、シート材に対してさまざまな処理を行うシート材処理装置がある。なお、このようなシート材処理装置により処理されるシート材としては、画像形成装置に用いられる普通紙、光沢紙、コート紙、フィルム状の透明樹脂シートの他、紙幣などの印刷物、各種カード等が含まれる。
ここで、このようなシート材処理装置においては、シート材識別装置を備え、このシート材識別装置によりシート材の種類を識別した後、シート材に応じた処理を行うようにしたものがある。例えば、画像形成装置においては、シート材識別装置によりシート材の種類を識別した後、このシート材に応じて搬送速度や定着温度を制御するようにしている。
ところで、このようなシート材の種類の識別は、一般にシート材の電気特性や接触摩擦による力の違いを利用して行われているが、シート材は湿度によってその特性が変化するので、このような方法によりシート材の種類を識別する場合には、シート材識別装置本体内の湿度を測定し、この測定値に基づき、検出した電気特性や接触摩擦に関する値を補正する方法がとられている（特許文献１参照）。
ところが、このような従来のシート材識別装置及びシート材識別方法においては、シート材識別装置本体内の湿度とシート材自体の湿度（即ち、含水率）との間にズレが生じていることがあり、このズレが大きい場合、シート材識別装置本体内の湿度に応じて行った補正が適切でない場合が想定される。
そして、このように検知された電気特性や接触摩擦に関する値に対する補正が適切に行われない場合には、シート材の種類の識別が正確に行われないためシート材に対する処理を適切に行うことができない可能性がある。画像形成装置においては、シート材の種類に応じた搬送速度、定着温度の設定を行うことができない場合には、適切な画像形成ができない恐れがある。
そこで、本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、シート材の種類の識別を正確に行うことのできるシート材識別装置及びシート材処理装置及びシート材識別方法を提供することを目的とするものである。
本発明は、シート材の種類を識別するシート材識別装置において、前記シート材の所定領域に対して除湿あるいは加湿を行って前記所定領域の含水率を調整する調整部と、前記含水率が調整されたシート材の所定領域に外力を印加する外力印加手段と、前記外力印加手段によって外力が印加された状態で、前記シートを介して伝わる外力を検知する検知手段と、前記検知手段により検知した結果に基づいて前記シート材の種類を識別する識別手段と、を備えることを特徴とする
本発明によれば、含水率が所定範囲になるように調整されたシート材の所定領域に外力を印加し、この後、シートを介して伝わる外力を検知し、この検知した外力に基づいてシート材を識別することにより、装置内の湿度ではなく、シート材自体の含水率を直接把握できるようにする。これにより、含水率依存性をも加味したシート材の識別が可能となり、シート材の識別を正確に行うことができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るシート材識別装置の構成を説明する図である。
同図において、Ｓはシート材、２はシート材Ｓの含水率を検知する含水率検知手段である含水率検知センサ、３はシート材Ｓの含水率を調節する調節部である含水率調節部、４はシート材Ｓに外力として衝撃を印加する外力印加手段である衝撃材、５は衝撃材４により印加された外力（衝撃力）を、シート材Ｓを介して検知する検知手段である検知センサ、７は衝撃材４による衝撃印加動作を制御する衝撃制御部である。
また、１は検知センサ５からの信号を検出すると共に、検出した検知センサ５からの信号を処理する信号検出／処理部８を備えた制御部であり、この制御部１は信号検出／処理部８により処理した信号とメモリ部６に設けられたデータと比較し、シート材Ｓの種類の識別を行う識別手段を構成するものである。
次に、このような構成のシート材識別装置におけるシート材識別方法を同図及び図２に示すフローチャートを用いて説明する。
シート材Ｓの識別を行う場合には、まずシート材Ｓを含水率検出センサ２と接触させ、シート材Ｓの含水率を検出する。ここで、この含水率が所望の値でない場合、所望の値になるよう、含水率調節装置３を用いて、一般に％で表されるシート材Sの含水率を所定範囲になるように制御する（Ｓ１）。
なお、この所定範囲とは、例えば気温２３℃、湿度５０％時の平均的なシート材の含水率である７．０〜８．０％等であるが、結露せずシート材Ｓの識別が可能であれば特に限定されるものではない。
また、制御部１はシート材Ｓの含水率が所定範囲になるように含水率調節装置３を制御してシート材Ｓに対する除湿、或いは加湿を行うが、この除湿、加湿の方法は特に限定されるものではなく、シート材Ｓを除湿する場合は、例えばシート材Ｓの一定領域に熱を与えて加熱して水分を蒸発させたり、水分を吸湿材により吸着させる方法がある。
例えば、除湿に用いるものの好ましい態様として、シート材Ｓに対して画像形成を行う際の加熱器を用いることができる。これは、例えば電子写真におけるトナーの定着器や、熱転写プリンタにおける転写部などである。このような態様によれば、画像形成工程に発生する熱を利用して除湿を行うためエネルギーロスを低減することができる。
図５は、このような画像形成工程に発生する熱を利用して除湿を行う含水率調節装置３の一例を示すものであり、同図において、５２５は衝撃受け材、５２６は衝撃を検知する検知センサ、５２７は防振ゴム、５２８はシート材Ｓに衝撃を印加するときに用いる衝撃材、５２９は含水率検出センサ、５４０はヒータ、５４１は定着フィルム、５４２は加圧ローラであるである。
そして、これらヒータ５４０、定着フィルム５４１、加圧ローラ５４２により、電子写真装置におけるトナーの定着器が構成される。なお、本構成において、シート材Ｓは、図中右方より左方へ搬送され、ヒータ５４０により加熱されて含水率調整を行った後、情報が検知されるようになっている。
また、加湿に用いるものの好ましい態様として、シート材Ｓに対して画像形成を行う際のインクなどをシート材へ供給する機構を用いることができる。これは、例えばインクジェットプリンタにおけるインク吐出機構（プリントヘッド）などである。なお、シート材Ｓの加湿のためにシート材Ｓに供給する水分源としては、プリントのインク、シート材Ｓのコーティングなどに用いられる薬剤、水など適宜用いる。
さらに、以上のような画像形成を行う工程で水分調整を行う態様においては、一度画像形成に伴う加熱を行ったシート材Ｓから情報を検知しても良い。なお、このようにして情報を検知する場合は、特に以下のようなモードにおいて有用である。
・当該検知対象のシート材への、両面印刷、多重印刷等
・同一種類のシート材への連続プリント
・同一種類のシート材への連続プリント
また、加湿の場合は、例えばシート材Ｓの一定領域に水を空気と共に噴霧する方法がある。
なお、この含水率の調節制御は、シート全体に対して行う必要はなく、後述する外力印加工程において外力を印加する領域の含水率が、所定範囲になるように制御されていればよい。勿論、シート全体に対して制御を行ってもよい。
また、シート材Ｓの含水率の検知を行う含水率検知センサ２としては、含水率によって変化する電気抵抗を測定して含水率を検出する電気抵抗式湿度計などを用いることができる。
ここで、含水率検知センサ２としては、シート材Ｓのごく近傍の空気の湿度を測定することも好ましい。このような場合は、湿度センサに、この湿度センサをシート材表面に対してごく近接して設置する保持機構を付与する。湿度センサとしては応答の早いものが好ましく、例えば、高分子膜やセラミックスなどの多孔質薄膜に電極膜を形成したものにより周辺湿度に対応した誘電特性の変化を検知するものや、低熱容量の抵抗測温体により周辺湿度に対応した熱伝導性の変化を検知するものなどがよい。
さらに、含水率検知センサ２として、シート材Ｓへの力学的な作用を行い、その反応を見ることで含水率を推定することもできる。一例として、シート材Ｓの表面吸着力が含水率によって変化することを検知しても良い。この機構の一例として、カンチレバー型プローブを共振状態としながらシート材へ接触−離脱の動作を行い、その際の接触時と離脱時の挙動差を力学的な位相差として検出し、含水率を検知することもできる（≒原子間力顕微鏡のフォースカーブ計測。乾燥時は吸着力が弱いので位相差が出ないが、表面吸着水が増えるとその吸着力で位相差が拡大する）。もちろん、このような力学的な作用は、本発明の外力印加手段によって行ってもよい。この場合は、外力印加手段を含水率検知手段の一部として用いることができる。
さらに、含水率検知センサとしては、赤外線やマイクロ波などを照射して含水率による吸収を計測する含水率系を用いても良い。
なお、この含水率検知は、加湿等を行う前に行ってもよいし、加湿等の後に行ってもよい。勿論、加湿等の前後で行うことも可能である。また、シート材Ｓの含水率の検知は、含水率を１５〜２０％と非常に高い値、あるいは０〜３％と低い値に制御するようにしておけば、特に行う必要はない。
次に、このような含水率調整工程の後、含水率の調整制御が行われたシート材Ｓに外力を印加する（Ｓ２）。ここで、シート材Ｓに印加する外力とは、例えば衝撃や振動であり、振動を外力として印加する場合は、例えば圧電素子を利用して所望の周波数で発生させた力学的変異をシート材Ｓに伝達することにより行う。また、衝撃を外力として印加する場合は、例えば衝撃印加部を自由落下やばねを利用してシート材Ｓに衝突させることにより行う。なお、本実施の形態においては、衝撃材４を落下させてシート材Ｓに外力を印加するようにしている。
また、シート材Ｓへの外力の印加はシート材Ｓへの除湿あるいは加湿を行った直後に、即ち含水率調整工程の直後に行うことが好ましい。具体的には、含水率調整工程の後、１０秒以内に、好ましくは５秒以内に、より好ましくは１秒以内に外力印加を行うことが好ましい。
次に、このような外力印加工程の後、シート材Ｓを介してその外力を検知センサ５により検知する（Ｓ３）。ここで、この検知センサ５としては、金属酸化物を用いた圧力センサなどが用いられる。そして、この圧力センサが、例えば金属酸化物が強誘電体、焦電体、圧電体のいずれかである圧電素子を用いたものであれば、外力が印加された際、シート材を介して伝達される外力により発生する電圧や発生する電圧の周波数成分などを検出することにより外力の大きさを検知することが可能である。
なお、これ以外にも自由落下を利用した場合であれば、１回の衝撃により数回の繰り返し衝撃が自然発生するので、この繰り返し衝撃の間隔時間（反跳時間）より力学的性質を検出することも可能である。
この場合、間隔時間は、自由落下による最初の衝撃を１回目の衝撃としたとき、第n（nは１以上）回目の衝撃時から第ｍ（ｍは２以上の整数であって、且つｍ>ｎである）回目の衝撃までの間、所定のパルスを発生させ、各パルスと既知周波数の外部クロックパルスとのＡＮＤ回路で生じるクロックパルス数から間隔時間（反跳時間）を計測することもできる。
なお、本実施の形態では、図１に示すように衝撃材４に検知センサ５を直接取り付けることにより外力を検知しているが、シート材Ｓに直接または間接的に接触するように検知センサ５を配置すると共に、検知センサ配置側と反対側から外力を印加することにより、外力を検知するようにしても良い。
次に、このような外力検知工程の後、制御部１は、検知センサ５により検出した値を信号検出／処理部８より処理した後、予め計測した所定の含水率における各種シート材Ｓの、シート材Ｓを介して検知センサ５から出力される信号を記憶したデータテーブルと、実際に出力された信号との対比することによりシート材Ｓの種類を識別する（Ｓ４）。
ここで、このような識別工程により検出される値は、シート材Ｓが単一材料であっても複数の材料が積層された複合体であっても、そのヤング率、坪量、密度、紙厚、表面粗さに関する情報の全て、またはいずれかを反映しており、それによりシート材Ｓを識別することができる。
このように、含水率が調整されたシート材Ｓの所定領域に外力を印加した後、シートを介して伝わる外力を検知センサ５により検知し、検知した外力に基づいてシート材Ｓの種類を識別することにより、シート材識別装置内の湿度ではなく、シート材自体の含水率依存性をも加味したシート材の識別が可能となり、シート材の種類の識別を正確に行うことができる。
次に、このような各工程を有するシート材識別方法によりシート材を識別する本実施の形態に係るシート材識別装置の実施例について説明する。
図３は、本実施の形態に係るシート材識別装置の第１実施例に係るシート材識別装置の構成を示す図である。
同図において、１０は、シート材Ｓに衝撃を印加するときに用いる重さ６．６４ｇの軟鋼製の衝撃材であり、本実施例では、この衝撃材１０を２．５ｍｍの高さからシート材上に落下させて衝撃を与えるようにしている。なお、この衝撃材１０の先端形状はＲ３．５ｍｍである。
１８は衝撃を検知する検知センサである金属酸化物を用いた圧力センサであり、ここでは金属酸化物としてＰＺＴを用いた。また、１９は圧力センサ１８が衝撃材１０を落下させることにより印加される衝撃以外の信号を拾わないように圧力センサ１８の下部に設けられた防振ゴム、１７は衝撃材１０の落下の衝撃で圧力センサ１８が割れるのを防止するため、圧力センサ１８の衝撃を受ける上面側に設置した真鍮製の衝撃受け材である。
１１は電気抵抗式の含水率検出センサ、１２はシート材Ｓの除湿時に用いる電熱線であり、この電熱線１２で熱した空気をファン１３によって、種別を検知するようシート材Ｓに衝撃を印加する一定領域に当てることにより、シート材Ｓの含水率を調節するようにしている。１６は、信号検出／処理部１４及びメモリ部１５を備えた制御部である。
次に、このような構成のシート材識別装置によるシート材識別動作について説明する。なお、本実施例においては、異なる環境に保管されていた２枚のシート材Ｓが同じ種類であるかを識別する識別動作について説明する。
まず、シート材Ｓとして異なる環境に保管されていた同じ種類のシート材Ｓを２枚用意し、これらシート材Ｓの含水率を含水率検出センサ１１により検出した。ここで、それぞれのシート材Ｓの含水率は７．１％と９．３％であり、このままの状態で外力を印加し、この印加した外力を、シート材Ｓを介して検出しても含水率が異なるためそれぞれ異なる値が検出される。
このため、本実施例においては、双方を所定の含水率である１．０〜２．０％の含水率に調節するため、それぞれ電熱線１２及びファン１３により構成される除湿装置を用いて含水率を１．０〜２．０％の範囲に調節した。
この後、それぞれに衝撃材１０を２．５ｍｍの高さから落下させた。このときのシート材Ｓを介して伝わる衝撃力により圧力センサ１８に発生する電圧は、それぞれ１７７ｍＶと、１７６ｍＶであった。
そして、制御部１６は、信号検出／処理部１４により圧力センサ１８の発生電圧を検知すると共に、この発生電圧を処理した後、メモリ部１５のデータとを比較することにより２枚のシート材Ｓが同じ種類のシート材、カラーレーザーコピアペーパー（８１．４ｇ/ｍ２）であることを識別することができた。
図４は、本実施の形態の第２実施例に係るシート材識別装置の構成概念図を示した。
同図において、２８は、シート材Ｓに衝撃を印加するときに用いる重さ６．６４ｇの軟鋼製の衝撃材であり、本実施例では、この衝撃材２８を２．５ｍｍの高さから落下させて衝撃を与えるようにしている。なお、この衝撃材２８の先端形状はＲ３．５ｍｍである。
２６は衝撃を検知する検知センサである金属酸化物を用いた圧力センサであり、ここでは金属酸化物としてＰＺＴを用いた。また、２７は圧力センサ２６が衝撃材２８を落下させることにより印加される衝撃以外の信号を拾わないように圧力センサ２６の下部に設けられた防振ゴム、２５は衝撃材２８の落下の衝撃で圧力センサ２６が割れることを防止するため、圧力センサ２６の衝撃を受ける上面側に設置した真鍮製の衝撃受け材である。
２９は電気抵抗式の含水率検出センサ、２０はシート材Ｓの除湿時に用いる電熱線であり、本実施例においては、シート材Ｓを移動させると共に、電熱線２０で熱した空気をファン２１によって、シート材Ｓの全領域に当てることにより、シート材Ｓの含水率を調節するようにしている。
２２は加湿時に用いる噴霧型加湿器であり、シート材Ｓを移動させてシート材Ｓの全領域に水蒸気を噴霧することにより、シート材Ｓの含水率を調節するようにしている。３２は、信号検出／処理部３０及びメモリ部３１を備えた制御部である。
次に、このような構成のシート材識別装置によるシート材識別動作について説明する。なお、本実施例においては、異なる環境に保管されていた異なる種類の２枚のシート材Ｓを識別する識別動作について説明する。
まず、シート材Ｓとして異なる環境に保管されていた異なる種類のシート材Ｓを２枚用意し、これらシート材Ｓの含水率を含水率検出センサ２９により検出した。この結果、それぞれのシート材Ｓの含水率は、９．４％と４．５％であった。
ここで、それぞれのシート材Ｓの含水率を予め測定して識別可能且つ、その後の画像形成に適している含水率である７．０〜８．０％の含水率に調節するため、含水率の多いシート材Ｓは電熱線２０及びファン２１により構成される除湿装置を用いて、また含水率が少ないシート材Ｓは、加湿装置２２を用いて画像形成を行う部分の含水率をそれぞれ７．０〜８．０％の範囲に調節した。
そして、このように画像形成を行う部分の含水率を調節したのち、シート材Ｓの含水率が７．０〜８．０％の範囲になっているかを再び含水率検出センサ２９により検出する。この時点で含水率が７．０〜８．０％の範囲になっていなかった場合、加湿もしくは除湿を再度行う。
次に、このような加湿もしくは除湿により含水率が７．０〜８．０％の範囲になった２枚のシート材Ｓに、衝撃材２８を２．５ｍｍの高さから落下させた。
このときのシート材Ｓを介して伝わる衝撃力により圧力センサ２９に発生する電圧は１４７ｍＶと、９９ｍＶであった。そして、信号検出／処理部３０は、この発生電圧を処理した後、メモリ部３１のデータと比較することにより、２枚のシート材の一方がカラーレーザーコピアペーパー(８１．４ｇ/ｍ２)、他方がＣＬＣ用最厚口用紙ＮＳ―１０００Ｃ（２０９ｇ/ｍ２）であることを識別することができた。
なお、このように２枚のシート材Ｓの種類を識別した後、このシート材識別装置が設けられた不図示の画像形成装置は、これら２枚のシート材のそれぞれに最適な画像形成を行うための設定条件、例えばトナーの定着温度等にしたがって画像形成を行う。
なお、このような構成のシート材識別装置は、画像形成装置や画像読取装置の他、現金自動預出金機、紙幣などの印刷物を区分処理する印刷物処理装置、券売機などの物品自動販売機、プリペイドカードなどの各種カードを処理するカード処理装置などのシート材処理装置に搭載することができる。
１ 制御部
２ 含水率検出センサ
３ 含水率調節部
４ 衝撃材
５ 検知センサ
６ メモリ部
７ 衝撃制御部
８ 信号検出／処理部
１０ 衝撃材
１１ 含水率検出センサ
１２ 電熱線
１３ ファン
１４ 信号検出／処理部
１５ メモリ部
１６ 制御部
１８ 圧力センサ
２０ 電熱線
２１ ファン
２６ 圧力センサ
２８ 衝撃材
２９ 含水率検出センサ
３０ 信号検出／処理部
３１ メモリ部
３２ 制御部
Ｓ シート材
２ 含水率検出センサ
３ 含水率調節部
４ 衝撃材
５ 検知センサ
６ メモリ部
７ 衝撃制御部
８ 信号検出／処理部
１０ 衝撃材
１１ 含水率検出センサ
１２ 電熱線
１３ ファン
１４ 信号検出／処理部
１５ メモリ部
１６ 制御部
１８ 圧力センサ
２０ 電熱線
２１ ファン
２６ 圧力センサ
２８ 衝撃材
２９ 含水率検出センサ
３０ 信号検出／処理部
３１ メモリ部
３２ 制御部
Ｓ シート材
Claims (10)
- シート材の種類を識別するシート材識別装置において、
前記シート材の所定領域に対して除湿あるいは加湿を行って前記所定領域の含水率を調整する調整部と、
前記含水率が調整されたシート材の所定領域に外力を印加する外力印加手段と、
前記外力印加手段によって外力が印加された状態で、前記シートを介して伝わる外力を検知する検知手段と、
前記検知手段により検知した結果に基づいて前記シート材の種類を識別する識別手段と、
を備えることを特徴とするシート材識別装置。 - 前記識別手段は、前記検知手段により検知した外力と、予め外力及び前記外力に対応するシート材の種類を記憶したテーブルとを比較することにより前記シート材の種類を識別することを特徴とする請求項１記載のシート材識別装置。
- 前記シート材の含水率を検知する含水率検知手段を備え、
前記含水率検知手段の含水率検知結果に基づいて前記シート材の所定領域の含水率を調整するよう前記調整部を制御することを特徴とする請求項１又は２記載のシート材識別装置。 - 前記調整部が加熱機構または加湿機構よりなることを特徴とする請求項１又３記載のシート材識別装置。
- 前記加熱機構よりなる調整部が電子写真装置における定着器であることを特徴とする請求項４記載のシート材識別装置。
- 前記加熱機構よりなる調整部が熱転写プリント装置における転写部であることを特徴とする請求項４記載のシート材識別装置。
- 前記加湿機構よりなる調整部が、インクジェットプリンタにおけるインク吐出機構であることを特徴とする請求項４記載のシート材識別装置。
- 前記外力印加手段により前記所定領域に印加する外力は、衝撃力、或いは振動であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシート材識別装置。
- 前記請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシート材識別装置を備え、前記シート材識別装置により識別されたシート材の種類に応じて該シートの処理を行うことを特徴とするシート材処理装置。
- シート材の種類を識別するシート材識別方法において、
前記シート材の所定領域に対して除湿あるいは加湿を行って前記所定領域の含水率を調整する含水率調整工程と、
前記含水率が調整されたシート材の所定領域に外力を印加する外力印加工程と、
外力印加手段によって外力が印加された後、前記シートを介して伝わる外力を検知する外力検知工程と、
前記所定領域の含水率が所定範囲になるように制御した後、前記外力検知工程により検知した外力に基づいてシート材の種類を識別する識別工程と、
を備えたことを特徴とするシート材識別方法。
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