JPH0477604A - 紙葉状体の静電検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、紙葉状体の厚みや吸湿・吸水状態を検出する
紙葉状体の静電検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

布、紙等の紙葉状体の厚み検出装置として、ポテンショ
メータを用いた装置が広く利用されている。この種の装
置は、第１１図に示すように、紙葉状体ｌの通過経路２
上にポテンショメータ３を配置することにより構成され
ている。このポテンショメータ３は回転軸４にアーム５
を取り付け、そのアームの先端部にローラ６を回転自在
に取り付け、ばね７を用いてアーム５を常時通過経路２
側に付勢したものである。この第１１図の状態で、紙葉
状体１が矢印方向に移動して来たときに、ローラ６は紙
葉状体１の上に乗り上げ、アーム５を時計方向に回転さ
せる。そしてこのアーム５の回転が回転軸４に伝わり、
アーム５の回転量、つまり、紙葉状体１の厚みに比例し
た出力電圧が紙葉状体１の厚み検出信号として出力され
るのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、ポテンショメータ３で紙葉状体１の厚み
を検出する方式は、紙葉状体１の厚みに対応するアーム
５の回転量が非常に小さく、このため、ポテンショメー
タ３からの出力電圧レベルは現在実用化されているもの
で、１〜３　ｍＶ／μｍと低く、薄紙等の紙葉状体１の
厚みを精度良く検出することができないという不便があ
った。

本発明者は既にＩ　Ｘｌ０−’ＰＦ程度の微小静電容量
の変化を検出できる静電センサ装置を開発している。こ
の静電センサ装πを使用すれば、薄紙等の紙葉状体ｌの
厚み検出を高精度のもとで検出することが可能となる。

しかし、前記開発した静電センサ装置は、感度が良すぎ
るために、紙葉状体ｌが吸湿や吸水状態になると、紙葉
状体１の誘電率が変化するため、これが誤差成分となっ
て検出精度を低下させるという不都合が生じる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり
、その目的は、紙葉状体の誘電率が変化しても、その厚
み検出を高精度のもとで行うことができるとともに、そ
の変化の状態をも併せて検出することができろ紙葉状体
の静電検出装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、次のように構成さ
れている。すなわち、本発明は、紙葉状体の通過経路に
設けられる静電検出部によって検出される静電検出信号
を信号処理回路により信号処理して紙葉状体を検出する
紙葉状体の静電検出装置において、前記静電検出部は、
通過経路を通る紙葉状体の表裏−吉例に配置される第１
の電極と、紙葉状体の表裏他方側に第１の電極に対向し
て配置される基準電極と、この基準電極の近傍に配置さ
れる第２の電極とを有することを特徴として構成されて
おり、また、前記信号処理回路は、発振回路と、静電検
出部からの信号を受ける同調回路とを含み、発振回路の
共振器と同調回路の共振器は別個独立の誘電体共振器を
有して構成されていることも本発明の特徴とされている
。

〔作用〕

本発明では、例えば、吸湿した紙葉状体が通過経路に沿
って送られ、静電検出部に至ると、この紙葉状体は第１
の電極と基準電極との間に入り込み、第１の電極と基準
電極との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化
が第１の電極により紙葉状体の厚み情報として検出され
る。この厚み情報は、紙葉状体の厚み成分と、吸湿成分
とを含む、また、第２の電極と基準電極との間には紙葉
状体を通る電界が発生し、この第２の電極と基準電極と
の間の静電容量の変化が第２の電極により紙葉状体の吸
湿情報として検出される。そして、前記第１の電極で検
出される厚み情報の検出信号と第２の電極で検出される
吸湿情報の検出信号は信号処理回路に加えられる。

信号処理回路は、前記第１の電極から加えられる検出信
号と第２の電極から加えられる検出信号とを信号処理し
、当該第１および第２の電極から加えられる検出信号に
基づいて、紙葉状体の厚みと吸湿状態とを求める。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図には本発明に係る紙葉状体の静電検出装置に係る一実
施例の要部構成が示され、また、第２図には同実施例装
置のブロック図が示されている。

第１図は静電検出装置の静電検出部を示したもので、絶
縁板８の表面側の中央部には銅等の導体金属により基準
電極ｌＯがスパッタリング等により形成されており、こ
の基準電極ｌＯの両隣には同様に導体金属のスパッタリ
ング等により第２の電極１１ａ、１１ｂが形成されてい
る。この第２の電極１１ａ、ｌｌｂはり一ド１２により
互いに導通接続されている。また、前記基準電極ＩＯは
アースに接続されて接地電極となっている。絶縁板８の
表面側は紙、布、繊維等の吸湿および吸水性を有する紙
葉状体１が第１図の紙面の裏側から表側に走行する通過
経路２となっており、この通過経路２の上側には紙葉状
体１の通過間隙を介して第１の電極１４が前記基準電極
１０と対向状態で配置されている。

前記第１の電極１４は、第２図に示すように、第１の静
電センサ回路１５に接続され、第２の電極１１ａ、Ｉｌ
ｂは第２の静電センサ回路１６に接続されている。この
第１の静電センサ回路１５と第２の静電センサ回路１６
の出力信号はそれぞれ演算補正回路１７に加えられてい
る。演算補正回路１７は第１の静電センサ回路１５から
加えられる信号と第２の静電センサ回路１６から加えら
れる信号に基づき紙葉状体１の厚みと吸湿・吸水状態、
換言すれば誘電率の変化の状態を算出するものであり、
第１の静電センサ回路１５と、第２の静電センサ回路１
６と、演算補正回路１７とは信号処理回路１８を構成す
る。ここで吸湿・吸水状態とは、紙葉状体に水成分、油
成分、インク、染料、その他の化学成分をその量の多少
を問わず含み、紙葉状体の誘電率が変化している状態を
いう。

前記第１の静電センサ回路１５と第２の静電センサ回路
１６は第３図に示すように、発振回路２０と、同調回路
２１と、検波回路２２と、増幅回路２３とによって構成
され、必要に応じ、同調回路２１の同調点の安定化を行
うＡＦＣ（八ｕＬｏｍａｔｉｃ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　
Ｃａｎｔｒｏｌ）回路（図示せず）が設けられる。前記
発振回路２０と同調回路２１は別個独立の共振器を備え
ており、本実施例ではこれら共振器はセラミック等の誘
電体共振器により構成されており、各回路を高インピー
ダンス化回路とすることにより発振回路２０の発振周波
数を０．５ＧＩ［ｚ−１０ＧＩ（ｚとしたとき、ｌＸｌ
０−’ＰＦ程度の微小静電容量の変化を検出することが
可能な超高感度の回路として構成されている。

本実施例は上記のように構成されており、以下、その動
作について説明する。

紙葉状体１が通過経路２を通って絶縁板８の上側に来る
と、第１の電極１４と基準電極１０との間に紙葉状体１
が入り込むため、電極１０．１４間の静電容量が変化し
、この静電容量の変化が第１の電極１４により検出され
て第１の静電センサ回路１５に加えられる。また、第２
の電極１１　ａ　、　１１　ｂと基準電極１０間には電
界ｅが発生しているが、この電界ｅが紙葉状体ｌの内部
を通ることにより第２の電極１１ａ、ｌｌｂと基準電極
１０との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化が
第２の電極１１ａ、Ｉｌｂにより検出されて第２の静電
センサ回路１６に加えられる。第１の静電センサ回路１
５は前記第１の電極１４から加えられる静電容量の変化
に対応する電圧信号を演算補正回路１７に加える。同様
に、第５２の静電センサ回路１６は前記第２の電極１１
　ａ　、　１１　ｂから加えられる静電容量の変化に対
応する電圧信号を演算補正回路１７に加える。

演算補正回路１７は前記第１の静電センサ回路１５から
加えられる信号と第２の静電センサ回路１６から加えら
れる信号とに基づき、紙葉状体１の厚みと吸湿・吸水状
態を求める。すなわち、前記第１の電極１４で検出する
静電容量の信号は紙葉状体ｌの厚み成分と紙葉状体１の
吸湿・吸水成分等による誘電率の変化分の和の信号とし
て検出され、したがって、第１の静電センサ回路１５か
ら出力される電圧信号は第４図の破線で示すように、紙
葉状体１の厚み成分の電圧Ｊと吸湿・吸水成分の電圧１
２との和の電圧信号として得られる。また、第２の電極
１１ａ、ｌｌｂで検出される静電容量は紙葉状体ｌを通
る電界ｅの経路部分の容量とその経路部分の吸湿・吸水
成分等による誘電率の変化分の容量の和として得られ、
したがって、第２の静電センサ回路１６から出力される
信号は第４図の破線で示すように、紙葉状体１の電界経
路部分の容量に対応する電圧ｍｌと吸湿・吸水成分に対
応する電圧Ｉ！、Ｉの和の信号として出力される。第４
図で、第１の電極１４に対応する検出信号は、紙葉状体
１の厚みＸに対して比例的に増加する直線となり、紙葉
状体１に吸湿や吸水がない状態の真の厚み成分の電圧は
実線で示す直線で表され、紙葉状体ｌが吸湿・吸水状態
のときの検出電圧はこれに吸湿・吸水成分の電圧！！、
２を加えた破線の直線として表される。また、第２の電
極１１ａ、ｌｌｂで検出される静電容量の変化に対応す
る検出信号は厚みが増加するにつれて検出電圧も次第に
大きくなるが、厚みがｘｏを越えると検出電圧の増加が
小さくなって一定値に近づく曲線として得られる。その
うち、実線で示す曲線は第２の電極１１ａ、１１ｂと基
準電極１０間の電界ｅが吸湿や吸水がない紙葉状体１を
通る経路長に対応する電圧曲線として示されており、破
線で示す曲線は、この実線で示す曲線に吸湿・吸水成分
の電圧！、を加えた曲線、つまり、紙葉状体１が吸湿・
吸水状態にあるときの、第２の電極の実測値に対応する
電圧曲線として表される。この吸湿・吸水成分の電圧２
．は紙葉状体１の厚みが増加するにつれて大きくなるが
、厚みがＸＯを越えると厚みが増加しても！、は増加せ
ず、一定の値となる。この厚みｘｏの位置は電極１０．
１１ａ、ｌｌｂ、１４の幅や各電極の絶縁間隔等のパラ
メータにより異なり、本実施例では紙葉状体ｌの１枚の
厚みよりもｘｏが小さくなるように前記パラメータを決
定し、吸湿・吸水成分の電圧！、が一定となる領域で紙
葉状体１の厚みと吸湿・吸水状態の検出とを行うように
設定されている。

前記演算補正回路１７は第１と第２の静電センサ回路１
５．１６から得られる信号に基づき紙葉状体重の厚み函
数ｄと吸湿・吸水状態函数Ｗを次のようにして求める。

すなわち、前記演算補正回路Ｉ７には予め被検出体とし
ての紙葉状体の厚みＸに対する補正函数へ（ｘ）がＸの
関数として与えられており、第１の静電センサ回路１５
から加えられる電圧νＺ（Ｖｚ＝ＩＩｚ＋　１　ｚ）と
第２の静電センサ回路１６から加えらレル電圧Ｖ１　（
Ｖ１＝ｍ１＋　ｌ！　ｔ）　ニ基づき、厚み函数ｄはｄ
　＝Ｖｚ−Ａ（ｘ）Ｖ＋＝（ｆｆｉｚ＋　ｌ　ｚ）−八
（ｘ）（ｍｕ　ｌ　＋）　　・　・（１）（１）式の演
算を行うことにより求められる。

また、１１は被検出体の厚みに依存しない吸湿特性と考
えることができ、！２は厚みに依存しない前記１１に対
応する値と厚みによって変化する成分を含んでおり、し
たがって、厚みに応じて変化する成分を吸湿・吸水状態
函数Ｗとすれば、ｗ＝　１！、２−Ｂ（Ｘ）　４２　、
−　・・（２）となり、この（２）式の演算を行うこと
により吸水状態函数Ｗが求められる。ここで、Ａ（ｘ）
、　Ｂ（ｘ）は補正函数で、紙葉状体の厚みや誘電率、
電極１０．　ＩＩａ、ｌｌｂの形状や電極間距離等を要
素として決まる函数である。

第５図には第１の静電センサ回路１５の出力電圧ｅ４と
第２の静電センサ回路１６の出力電圧ｅ０の検出例が模
式図で示されており、ｅ、は被検出体としての紙葉状体
１の厚み成分と吸湿・吸水状態の成分を含む電圧として
表され、この電圧ｅ４からＡ（ｘ）ｅ。

を差し引いた電圧が紙葉状体重の真の厚み成分の電圧と
して得られる（Ａ（ｘ）は補正函数）。電圧ｅ４は紙葉
状体ｌが２枚重なった状態のときの第１の静電センサ回
路１５からの出力電圧を示しており、このように本実施
例の装置では紙葉状体ｌの重なり状態も正確に検出する
ことができる。

本実施例の装置によれば、超高感度の静電センサ回路を
採用することで、紙葉状体１の厚みを高精度のもとで検
出することが可能となり、この効果を従来の装置と比較
したところ、従来の装置では紙厚の検出精度は±３０％
であったが、本実施例の装置ではこれを±５％以下とす
ることができ、従来の装置に比べ厚み検出の精度を飛躍
的に高めることが可能となった。

第６図〜第８図には紙の吸湿状態の容量変化に対する検
出実験例が示されている。この実験は、第９図に示すよ
うに、円板上に乾いた紙（千円紙幣）と、濡らした祇（
千円紙幣）とセラミック板とを試料として装着し、この
円板を回転させ、試料が静電センサの電極２４を通過す
るときの静電容量の変化を電圧信号に変換して取り出し
たものである。この実験例によれば、紙を水に漬けた直
後（第６図）では乾いた紙と濡らした紙との電圧レベル
差が大きな値となっているが、紙を濡らした後１分経過
すると、第７図に示すように濡らした紙が徐々に乾き、
濡らした紙の検出電圧レベルが小さくなっている。第８
図に示すように紙を濡らした後３分経過すると、さらに
濡らした紙が乾くので、その検出電圧はより小さくなり
、乾いた紙の検出電圧値に近づいている。セラミック板
は吸湿・吸水性がなく、このセラミック板の検出電圧は
濡れた紙と乾いた紙との電圧レベルを比較するときの基
準値を与えるものである。この第６図〜第８図の実験か
ら明らかなように、静電容量の変化を検出することによ
り、被検出体の吸湿・吸水状態を正確に検出できること
が分かる。

なお、本発明は上記実施例に限定されることはなく、様
々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施例では、
信号処理回路を第１の静電センサ回路１５と、第２の静
電センサ回路１６とを有して構成し、両静電センサ回路
１５．１６の信号の差し引き演算を演算補正回路１７に
より行うように構成したが、例えば、第１Ｏ図に示すよ
うに、周波数差分型静電センサ回路（周波数差動型静電
センサ回路）２５を用い、第１の電極１４から得られる
静電容量の変化と第２の電極１１ａ、ｌｌｂから得られ
る静電容量の変化に対応する電圧信号の差の演算（実際
には補正函数Ａ　（ｘ）のかけ算も含む）を周波数差分
型静電センサ回路２５により行うようにさせてもよい。

また、上記実施例では、絶縁板８上に第２の電極１１ａ
、１！ｂを２個用いて形成したが、いずれが一方の電極
を省略して１個の電極により構成してもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、紙葉状体の通過経路に設けられる静電検出部
を紙葉状体の厚み情報を検出する第１の電極と紙葉状体
の吸湿・吸水情報を検出する第２の電極とを有して構成
したものであるから、第１の電極で検出される静電容量
の検出値に吸湿・吸水成分が含まれていても、この吸湿
・吸水成分は第２の電極で検出される検出値を利用して
補正することができ、これにより、吸湿や吸水による誤
差成分を含むことがない正確な紙葉状体の厚み検出を行
うことができる。

また、本発明では、第１の電極と第２の電極の検出信号
に基づき紙葉状体の吸湿・吸水状態の検出も可能となる
。したがって、プリンタ、複写機、印刷機、染色等の工
程でインクや染料等の濡れ具合により紙葉状体のバック
テンションを制御するような場合には、本発明の装置に
より検出された正確な吸湿・吸水情報に基づきこれらの
張力制御を行うことができ、制御能の良い装置を提供す
ることができる。

さらに、本発明の装置は、従来のボテンシジメータ方式
の装置に比べ、検出の応答速度が速（、静止状態から非
常に速い（１０ｍ／ｓｅｃ以上）紙葉状体の速度の範囲
にわたり前記紙葉状体の厚み検出と吸湿・吸水状態の検
出を高精度のもとで行うことができ、その技術的価値は
非常に大である。

さらに、本発明の装置は装置構成が極めて簡易であるの
で装置の小型、かつ、軽量化が可能となり、取り扱いが
容易となるばかりでなく本発明の優れた装置を安価に提
供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る紙葉状体の静電検出装置の一実施
例の要部構成を示す断面図、第２図は同実施例装置のブ
ロック図、第３図は同装置を構成する静電センサ回路の
ブロック図、第４図は同実施例における第１の電極と第
２の電極に基づく検出電圧と紙葉状体の厚みとの関係を
示すグラフ、第５図は静電センサ回路から出力される電
圧レベルの模式説明図、第６図〜第８図は紙の吸湿・吸
水状態の検出実験例を示すグラフ、第９図は吸湿・吸水
状態の同検出実験例の実験方法を示す説明図、第１０図
は本発明を構成する信号処理回路の他の実施例を示すブ
ロック図、第１１図は従来の紙葉状体の厚み検出装置を
示す模式説明図である。 １・・・紙葉状体、２・・・通過経路、３・・・ポテン
ショメータ、４・・・回転軸、５・・・アーム、６・・
・ローラ、７・・・ばね、８・・・絶縁板、ｌＯ・・・
基準電極、ｌｌａ、１１ｂ・・・第２の電極、１２・・
・リード、１４・・・第１の電極、１５・・・第１の静
電センサ回路、１６・・・第２の静電センサ回路、１７
・・・演算補正回路、１Ｂ−・・信号処理回路、２０・
・・発振回路、２１・・・同調回路、２２・・・検波回
路、２３・・・増幅回路、２４・・・電極、２５・・・
周波数差分型静電センサ回路（周波数差動型静電センサ
回路）。 出願人　　株式会社　村田製作所 代理人　　弁理士　　五十嵐　清 第 図 第 叉 第 図 第 ゾ 図 ゼブミ１ソン 第 図 箒 圃 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）紙葉状体の通過経路に設けられる静電検出部によ
   って検出される静電検出信号を信号処理回路により信号
   処理して紙葉状体を検出する紙葉状体の静電検出装置に
   おいて、前記静電検出部は、通過経路を通る紙葉状体の
   表裏一方側に配置される第１の電極と、紙葉状体の表裏
   他方側に第１の電極に対向して配置される基準電極と、
   この基準電極の近傍に配置される第２の電極とを有する
   ことを特徴とする紙葉状体の静電検出装置。
2. （２）信号処理回路は、発振回路と、静電検出部からの
   信号を受ける同調回路とを含み、発振回路の共振器と同
   調回路の共振器は別個独立の誘電体共振器を有して構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項の紙
   葉状体の静電検出装置。