KR101614104B1 - 초음파 트랜스듀서 및 중송 검지용 센서 - Google Patents

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Abstract

고주파 대역에서의 사용에 적합한 구조이며, 정전 결합 노이즈의 영향을 받기 어려운 초음파 트랜스듀서를 실현한다. 초음파 트랜스듀서(1)는 진동자(11)와 금속 단자(5,6)를 포함하고 있다. 진동자(11)는 정합층(11A)과 압전 소자층(11B)을 포함하고 있다. 압전 소자층(11B)은 층수가 홀수인 전극층(11D1~11D5)과, 층수가 짝수인 압전체층(11C1~11C4)을 교대로 적층하여 이루어지고, 두께 진동한다. 배치순이 홀수번째인 전극층(11D1,11D3,11D5)은 금속 단자(5)를 통해 기준 전위에 접속된다. 배치순이 짝수번째인 전극층(11D2,11D4)은 금속 단자(6)를 통해 신호 전위에 접속된다.

Description

초음파 트랜스듀서 및 중송 검지용 센서{ULTRASONIC TRANSDUCER AND MULTI-FEED DETECTION SENSOR}
이 발명은 전극층과 압전체층의 적층방향으로 두께 진동하는 진동자를 포함하는 초음파 트랜스듀서에 관한 것이다. 또한 초음파 트랜스듀서를 포함하는 중송(重送) 검지용 센서에 관한 것이다.
초음파 트랜스듀서는 음파의 송파 또는 수파를 위해 진동자를 포함한다. 일반적인 진동자는, 전극층과 압전체층을 적층하여 면적 진동하도록 구성되어 있고, 진동자와 타부재의 접합에 의해 진동자의 면적 진동이 진동자와 타부재의 굴곡 진동으로 변환되도록 구성되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
이러한 진동자를 포함하는 초음파 트랜스듀서는, 인쇄기 등으로 시트의 중송을 검출하는 중송 검지용 센서에 사용되는 경우가 있다. 중송 검지용 센서에서는, 매우 얇은 시트에서의 음파의 흡수나 반사를 이용하기 때문에, 송신용의 초음파 트랜스듀서와 수신용의 초음파 트랜스듀서가 용지 반송로를 사이에 개재하여 대향하도록 수cm이하의 간격으로 배치되어 있다. 이 때문에, 송신측의 초음파 트랜스듀서를 구동하면, 2개의 초음파 트랜스듀서간의 부유 용량에 의해, 수신측의 초음파 트랜스듀서의 검출 신호에 정전 결합 노이즈가 중첩되게 된다.
도 5(A)는, 종래의 중송 검지용 센서에 있어서, 용지의 단송(單送) 상태에서 정전 결합 노이즈가 중첩된 검출 신호를 나타내는 도면이다. 도 5(B)는, 종래의 중송 검지용 센서에 있어서, 용지의 중송 상태에서 정전 결합 노이즈가 중첩된 검출 신호를 나타내는 도면이다. 중송 검지용 센서에 의한 용지의 중송 상태의 검지는, 용지의 단송시의 검출 신호 레벨과 용지의 중송시의 검출 신호 레벨의 차이를 비교함으로써 행해지기 때문에, 검출 신호에 중첩하는 정전 결합 노이즈가 크면 용지의 중송시에 오검지가 발생하기 쉽고, 정전 결합 노이즈는 적어도 용지의 단송시의 검출 신호 레벨보다 작아야만 한다.
그리하여, 초음파 트랜스듀서를 중송 검지용 센서로서 이용할 때에는, 정전 결합 노이즈에 의한 영향을 억제하기 위해, 송신용의 초음파 트랜스듀서와 수신용의 초음파 트랜스듀서의 각각에, 음파의 송수면을 제외한 진동자의 측면을 덮는 실드 케이스가 마련되는 경우가 있다.
일본국 공개특허공보 평4-336799
초음파 트랜스듀서에 실드 케이스가 마련됨으로써, 정전 결합 노이즈에 의한 영향은 억제되는데, 실드 케이스의 장착은, 초음파 트랜스듀서나 중송 검지용 센서의 비용 증대나 제조 공정의 복잡화의 요인이 된다. 그 때문에, 실드 케이스를 마련하지 않아도 노이즈 내성이 높은 초음파 트랜스듀서가 요망되고 있다.
또한 중송 검지용 센서에서는 매우 얇은 시트에서의 음파의 흡수나 반사를 이용하기 때문에, 다른 용도의 센서보다도 고주파수 대역의 음파를 이용할 필요가 있다. 고주파수 대역의 음파를 이용하기 위해서는, 초음파 트랜스듀서를 소형화할 필요가 있는데, 종래예에 따른 초음파 트랜스듀서를 그대로 소형화하면, 진동면 중심의 진동 면적이 현저하게 작아지기 때문에, 음파 특성이 저하하는 것을 피할 수 없다. 또한 공진 주파수의 근방의 주파수에서 불필요 진동이 생겨 버려, 재료 편차 등에 의해 공진 주파수가 어긋난 경우에 불필요 진동의 영향으로 음파 특성이 열화해 버린다.
그리하여, 본 발명의 목적은, 고주파 대역에서의 사용에 적합한 구조이며, 정전 결합 노이즈에 의한 영향을 억제하는 것이 가능한 초음파 트랜스듀서와, 그 초음파 트랜스듀서를 이용한 중송 검지용 센서를 실현하는 것에 있다.
본 발명의 초음파 트랜스듀서는 진동자와, 신호 전위 접속 단자와, 기준 전위 접속 단자와, 신호 전위 접속부와, 기준 전위 접속부를 포함하고 있다. 진동자는, 층수가 짝수인 압전체층과 층수가 홀수인 전극층을 상기 전극층을 최외층으로 하여 교대로 적층하여 이루어지고, 적층방향으로 두께 진동한다. 신호 전위 접속 단자는 신호 전위에 접속되는 단자이다. 기준 전위 접속 단자는 기준 전위에 접속되는 단자이다. 신호 전위 접속부는, 전극층의 배치순으로 짝수번째의 전극층에 접속되어 있는 동시에 신호 전위 접속 단자에 접속되어 있다. 기준 전위 접속부는, 전극층의 배치순으로 홀수번째의 전극층에 접속되어 있는 동시에, 기준 전위 접속 단자에 접속되어 있다.
이 구성에서는, 압전체층에 신호 전위와 기준 전위의 차에 의한 전압이 인가되면 압전체층이 두께 진동하고, 반대로 압전체층에 두께 진동이 인가되면 압전체층에 신호 전위와 기준 전위의 차에 의한 전압이 여기(勵起)된다. 두께 진동은 진동자의 진동면 전면이 두께방향으로 거의 똑같이 변위(진동)하는 진동이다. 따라서, 진동자의 진동면에는 진동의 마디가 발생하지 않고, 높은 진동 효율을 실현할 수 있다. 이 때문에, 초음파 트랜스듀서를 소형화해도 음압이나 감도의 저하가 생기기 어려워진다. 또한 적층방향의 최외층인 전극층이 기준 전위에 접속되게 되기 때문에, 정전 결합 노이즈에 의한 영향을 억제할 수 있다.
상술의 초음파 트랜스듀서에 있어서, 진동자의 적층방향에 위치하는 주면에 교차하는 측면을 덮고, 기준 전위에 접속되는 실드 케이스를 포함하고 있으면 바람직하다.
이 구성에서는, 진동자의 측면을 덮는 실드 케이스가 기준 전위에 접속되게 되기 때문에, 보다 효과적으로 정전 결합 노이즈에 의한 영향을 억제할 수 있다.
본 발명의 중송 검지용 센서는, 용지 반송로를 사이에 개재하여 대향하도록 간격을 두고 배치되어 있는 송파부와 수파부를 포함하고 있고, 송파부와 수파부의 적어도 한쪽이 상술의 초음파 트랜스듀서를 포함하고 있다. 또한 본 발명의 중송 검지용 센서는, 용지 반송로를 사이에 개재하여 대향하도록 간격을 두고 배치되어 있는 송파부와 수파부를 포함하고 있고, 송파부는, 상술의 초음파 트랜스듀서를, 제1의 신호 전위와 기준 전위에 접속되는 제1의 초음파 트랜스듀서로서 포함하고, 수파부는, 제2의 신호 전위에 접속되는 제2의 신호 전위 접속 단자와, 제2의 신호 전위는 파형이 역극성(逆極性)인 제3의 신호 전위에 접속되는 제3의 신호 전위 접속 단자를 가지는 제2의 초음파 트랜스듀서와, 제2의 신호 전위 접속 단자와 제3의 신호 전위 접속 단자에 접속되어 있고, 제2의 신호 전위와 제3의 신호 전위를 차동 증폭하는 차동 증폭 회로를 포함하고 있다.
이들 구성과 같이, 상술한 초음파 트랜스듀서를 사용하여 중송 검지용 센서를 구성함으로써, 용지가 중송되어 있는 상태의 검지 정밀도를 높일 수 있다. 송파부와 수파부가 모두 상술한 초음파 트랜스듀서를 포함하고 있으면, 용지가 중송되어 있는 상태의 검지 정밀도를 매우 높게 할 수 있다. 또한 송파부만이 상술한 바와 같은 노이즈 내성이 높은 초음파 트랜스듀서를 포함하고 있어도, 수파부에, 서로의 파형이 역극성인 2개의 신호 전위를 차동 증폭하는 차동 증폭 회로를 마련하면, 커먼 모드 노이즈(common-mode noise)를 캔슬하여, 중송 상태의 검지 정밀도를 매우 높게 할 수 있다.
이 발명에 의하면, 진동자가 두께 진동하기 때문에, 진동자의 진동면 전면이 두께방향으로 거의 똑같이 변위(진동)하여 진동면에 진동의 마디가 발생하지 않고, 높은 진동 효율을 실현할 수 있다. 따라서, 초음파 트랜스듀서를 소형화해도 음압이나 감도의 저하가 생기기 어려워진다. 또한 적층방향의 최외층인 전극층이 기준 전위에 접속되게 되기 때문에, 정전 결합 노이즈에 의한 영향을 억제할 수 있다. 중송 검지용 센서에 사용하여 용지가 중송되어 있는 상태의 높은 검지 정밀도를 실현하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서 및 진동자의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 중송 검지용 센서의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 중송 검지용 센서의 노이즈 레벨에 대하여 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 중송 검지용 센서의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 5는 종래의 중송 검지용 센서에 있어서의 정전 결합 노이즈에 대하여 설명하는 도면이다.
≪제1의 실시형태≫
우선, 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서 및 진동자의 구성에 대하여, 도 1에 근거하여 설명한다.
도 1(A)는 본 실시형태에 따른 진동자(11)의 사시도(斜視圖)이다. 또한 도 1(A)에 있어서의 지면 내의 윗방향이 초음파를 송수하는 방향이며, 진동자(11)의 정면방향이다. 진동자(11)는 정면 및 배면이 정사각형의 기둥상이며, 정합층(11A)과 압전 소자층(11B)을 포함하고 있다. 또한 진동자(11)의 정면 및 배면의 형상은, 정사각형 또는 원형이면 진동 효율을 높일 수 있는 동시에 불필요 진동의 발생을 방지할 수 있어 바람직하다. 단, 음파의 지향성을 제어하기 위해 직사각형이나 장원형 등의 형상이어도 된다.
정합층(11A)은, 팟팅과 열 경화에 의한 접합이 가능한 에폭시 수지에 유리 벌룬을 혼합시킨 저비중 재료로 이루어지고, 진동자(11)의 정면측에 위치하고 있다. 정합층(11A)은, 압전 소자층(11B)과 외계(외기)의 음향 임피던스의 정합을 맞추기 위해 마련되어 있다.
압전 소자층(11B)은, 진동자(11)의 배면측에 위치하고 있고, 정면-배면간의 방향을 적층방향으로 하여 합계 4층의 압전체층(11C1~11C4)과, 합계 5층의 전극층(11D1~11D5)을 배면측으로부터 정면측에 걸쳐 교대로 적층하여 구성되어 있다. 전극층(11D1)은 진동자(11)의 배면측의 최외층이며, 전극층(11D5)은 진동자(11)의 정면측의 최외층이다. 전극층(11D2)은 압전체층(11C1)과 압전체층(11C2) 사이에 배치되어 있다. 전극층(11D3)은 압전체층(11C2)과 압전체층(11C3) 사이에 배치되어 있다. 전극층(11D4)은 압전체층(11C3)과 압전체층(11C4) 사이에 배치되어 있다. 압전체층(11C1~11C4)은 전기 기계 결합 계수와 압전 d 상수가 크고, 기계적 품질 계수가 작은 티탄산지르콘산납계 세라믹스로 이루어진다.
도 1(B)는 본 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서(1)의 측면도이다. 도 1(C)는 초음파 트랜스듀서(1)의 단면도이다. 도 1(B), 도 1(C)에 있어서의 지면 내의 윗방향이 초음파를 송수하는 방향이며, 초음파 트랜스듀서(1)의 정면방향이다.
초음파 트랜스듀서(1)는 금속 커버(2)와, 수지 케이스(3)와, 진동자(11)와, 금속 단자(5,6,7)를 포함하고 있다.
금속 커버(2)는 도전성을 가지는 금속 재료로 이루어지고, 정면 및 배면이 개구하는 통상이다. 금속 커버(2)는 수지 케이스(3)를 유지하고, 초음파 트랜스듀서(1)의 측면방향에 대한 전자 실드로서 기능한다.
금속 단자(7)는, 금속 커버(2)와 일체로 형성되어 있고, 금속 커버(2)로부터 배면방향으로 연장되어 있다. 또한 금속 단자(7)는 그라운드 전위에 접속된다. 이것에 의해, 금속 커버(2)가 그라운드 전위에 접속된다.
수지 케이스(3)는, 플라스틱 수지의 사출 성형에 의해 형성되어 있고, 정면측에 개구부를 가지고 바닥이 있는 통 형상이다. 수지 케이스(3)는, 외(外) 치수가 주로 금속 커버(2)의 내(內) 치수와 동일하게 형성되어 있고, 배면 근방의 외측면에, 외 치수가 부분적으로 크게 하여 형성된 단부(段部)(3D)가 마련되어 있다. 단부(3D)는, 금속 커버(2)의 일부와 접촉하여, 금속 커버(2)를 거는 것이다. 또한 단부(3D)에는 금속 단자(7)가 통과하는 홈이 형성되어 있다.
또한 수지 케이스(3)는 정면에 직사각형의 개구부(3A)가 마련되어 있다. 개구부(3A)는 진동자(11)가 안으로 삽입되는 것이다. 또한 수지 케이스(3)는 배면에 직사각형의 구멍(3B)이 마련되어 있다. 구멍(3B)은, 개구부(3A)의 내저면(內底面)에 연통하고 있고, 금속 단자(5,6)의 배면측 단부가 안으로 삽입되는 것이다. 또한 개구부(3A)의 내부에는, 구멍(3B)으로부터 내저면 및 내벽면을 따라 연장되는 홈(3C)이 형성되어 있다. 홈(3C)은 금속 단자(5,6)를 거는 것이다. 개구부(3A)는 홈(3C)의 형성 영역을 제외하고 내벽면이 진동자(11)의 외벽면에 탄성 접촉하도록 형성되어 있다. 또한 개구부(3A)는, 정면으로부터 내저면까지의 거리(개구부(3A)의 깊이)가 진동자(11)의 두께 치수보다도 얕게 설정되어 있다. 이것에 의해, 개구부(3A)로부터 진동자(11)의 단부가 돌출되는, 즉 개구부(3A)로부터 정면측에 정합층(11A)이 부분적으로 돌출되게 된다.
금속 단자(5,6)는 도전성을 가지는 금속 재료로 이루어진다. 또한 금속 단자(5)는 그라운드 전위(기준 전위)에 접속되며, 기준 전위 단자에 상당한다. 또한 금속 단자(6)는 신호 전위에 접속되며, 신호 전위 단자에 상당한다.
금속 단자(5,6)는, 보다 구체적으로는 거의 봉상의 부재이며, 중앙 부근에서 2도 굴곡시켜 단(段) 부분을 마련하고 있다. 금속 단자(5,6)의 단 부분보다도 정면측의 단부(端部) 및 단(段) 부분은, 수지 케이스(3)의 홈(3C)에 끼워 맞춰져, 개구부(3A)의 내부에 마련되어 있다. 금속 단자(5,6)의 단(段) 부분보다도 배면측의 단부(端部)는, 구멍(3B)으로부터 배면측으로 돌출되어 마련되어 있다. 금속 단자(5,6)의 정면측의 단부는, 수지 케이스(3)의 개구부(3A) 내에서 진동자(11)의 측면과 수지 케이스(3)의 내벽면에 끼워지고, 그 중앙에는 진동자(11)측으로 돌출되도록 굴곡하는 く자상의 부위가 형성되어 있다. 이 부위가 탄성 변형함으로써, 금속 단자(5,6)는 항상 진동자(11)에 접촉하도록 구성되어 있다. 또한 금속 단자(5,6)는, 도전성 접착제 등을 사용하여, く자상의 부위 등을 진동자(11)의 측면에 접착해도 된다. 또한 진동자(11)는 절연성 접착제 등을 사용하여, 수지 케이스(3)의 내저면에 접착되어 있어도 된다.
진동자(11)의 적층방향에 평행한 2측면(도 1(B), 도 1(C)에 있어서의 지면 내의 좌우방향에 위치하는 우측면 및 좌측면)에는, 측면 전극과 절연막으로 이루어지는 접속부(8,9)가 마련되어 있다. 접속부(8)는, 홀수번째의 전극층(11D1,11D3,11D5)에 도통하고 있고, 금속 단자(5)에 접촉함으로써, 홀수번째의 전극층(11D1,11D3,11D5)을 금속 단자(5)에 도통시킨다. 또한 접속부(9)는, 짝수번째의 전극층(11D2,11D4)에 도통하여, 금속 단자(6)에 접촉함으로써, 짝수번째의 전극층(11D2,11D4)을 금속 단자(6)에 도통시킨다. 또한 접속부(8)는 기준 전위 접속부에 상당한다. 또한 접속부(9)는 신호 전위 접속부에 상당한다.
이 구성에서는, 홀수번째의 압전체층(11C1,11C3)과, 짝수번째의 압전체층(11C2,11C4)에서는 반대 방향으로 전계가 발생하게 된다. 그리하여, 홀수번째의 압전체층(11C1,11C3)과, 짝수번째의 압전체층(11C2,11C4)은 각각에 있어서의 분극 방향이 반대 방향으로 설정된다. 이와 같이 분극 방향을 설정하면, 각 압전체층(11C1~11C4)의 두께 진동이 누적되어, 진동자(11) 전체로서의 진동 효율을 최대화할 수 있다. 이와 같이, 진동자(11)가 정면-배면간의 방향을 따라 두께 진동하도록 구성되고, 진동자(11)의 정면 전면(全面)이 진동 영역이 되기 때문에, 진동자(11)가 소형이어도, 공진 주파수의 변화나 음압이나 감도의 저하가 생기기 어렵다. 따라서 초음파 트랜스듀서(1)로서 양호한 음파 특성을 실현할 수 있다. 또한 진동자(11)는, 정합층(11A)의 일부와 압전 소자층(11B)이 수지 케이스(3)의 개구부(3A)의 내부에 배치되므로, 외부로부터의 충격 등의 영향을 받기 어려워, 높은 내구 성능을 실현할 수 있다.
또한 기준 전위 접속 단자인 금속 단자(5)에 도통하는 최외층의 전극층(11D1,11D5)에 의해, 압전체층(11C1~11C4)은 적층방향의 양측으로 끼워져 있으므로, 압전체층(11C1~11C4)에는 적층방향으로부터의 전자파 노이즈의 영향이 미치기 어려워진다. 또한 수지 케이스(3)의 측면을 둘러싼 금속 커버(2)에 의해, 압전체층(11C1~11C4)에는 측면방향으로부터의 전자파 노이즈의 영향이 미치기 어려워진다. 따라서, 이 진동자(11) 및 초음파 트랜스듀서(1)는 매우 노이즈 내성이 높은 것이 된다.
도 2는 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서를 사용한 중송 검지용 센서(101)의 개념도이다. 본 실시형태의 중송 검지용 센서(101)에서는, 2개의 초음파 트랜스듀서(1A,1B)가 인쇄기 등에 있어서의 용지 반송로(111)를 사이에 개재하여 대향하도록 간격을 두고 배치되어 있다. 또한 초음파 트랜스듀서(1A,1B)는 초음파 트랜스듀서(1)와 같은 구성이며, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
중송 검지용 센서(101)는, 초음파 트랜스듀서(1A,1B)와, 발진기(102)와, 증폭기(103)와, 오실로스코프(104)를 포함하고 있다. 초음파 트랜스듀서(1A)는 송파용의 초음파 트랜스듀서이며, 초음파 트랜스듀서(1B)는 수파용의 초음파 트랜스듀서이다. 발진기(102)는 초음파 트랜스듀서(1A)의 금속 단자(6)에 접속된다. 오실로스코프(104)는 초음파 트랜스듀서(1B)의 금속 단자(6)에 접속된다. 증폭기(103)는 초음파 트랜스듀서(1B)와 오실로스코프(104)의 사이에 접속된다. 또한 초음파 트랜스듀서(1A,1B)의 금속 단자(5,7)는 그라운드 전위에 접속된다. 초음파 트랜스듀서(1A)와 초음파 트랜스듀서(1B)의 배치 간격은 수cm이하이다.
초음파 트랜스듀서(1A)와 발진기(102)는 송파부에 상당한다. 초음파 트랜스듀서(1B)와 오실로스코프(104)와 증폭기(103)는 수파부에 상당한다.
발진기(102)는 초음파 트랜스듀서(1A)를 구동하기 위한 주파수 펄스 신호를 발진한다. 초음파 트랜스듀서(1A)는, 그 주파수 펄스 신호를 받고, 용지 반송로(111)에 100kHz이상의 초음파 펄스를 송파한다. 100kHz이상의 초음파 펄스는 다양한 두께나 종류의 용지에 대한 중송 상태의 검출에 적합하다. 용지 반송로(111)에 있어서, 초음파 펄스는 반송되어 있는 용지를 투과하여 초음파 트랜스듀서(1B)에 도달한다. 이때, 용지가 중송 상태이면 음파의 감쇠가 현저하게 커진다. 초음파 트랜스듀서(1B)는 초음파 펄스를 수파하여 검출 신호를 출력한다. 증폭기(103)는 초음파 트랜스듀서(1B)로부터 입력되는 검출 신호를 증폭한다. 오실로스코프(104)는, 증폭기(103)로 증폭된 검출 신호로부터, 음파의 감쇠가 현저하게 크면, 용지 반송로(111)에서 용지가 중송되어 있다고 판정하고, 그렇지 않으면 용지 반송로(109)에서 용지가 단송되어 있다고 판정한다.
이와 같이, 중송 검지용 센서(101)에서는, 송파용의 초음파 트랜스듀서(1A)와 수파용의 초음파 트랜스듀서(1B)가, 매우 좁은 간격으로 배치되므로, 초음파 트랜스듀서(1A,1B)에 있어서 최외층의 전극층에 접속되는 금속 단자(5)를 그라운드 전위에 접속하고 있지 않으면, 정전 결합 노이즈의 영향을 받을 우려가 있다.
도 3(A)는, 본 실시형태의 대상 구성이 되는 중송 검지용 센서와, 비교 구성이 되는 종래예의 초음파 트랜스듀서를 사용한 중송 검지용 센서에 대하여, 노이즈 레벨을 확인한 시험 결과를 나타내는 도면이다. 어느 중송 검지용 센서에 대해서도, 송파용과 수파용의 초음파 트랜스듀서의 어느 것에도 실드 케이스를 마련하지 않는 경우와, 송파용의 초음파 트랜스듀서에만 실드 케이스를 마련하는 경우와, 수파용의 초음파 트랜스듀서에만 실드 케이스를 마련하는 경우와, 송파용과 수파용의 초음파 트랜스듀서 모두 실드 케이스를 마련하는 경우로 노이즈 레벨을 확인하였다.
대상 구성의 중송 검지용 센서는, 비교 구성의 중송 검지용 센서에 비해, 실드 케이스의 상태가 같으면 노이즈 레벨이 낮다. 특히, 송파용과 수파용의 초음파 트랜스듀서 모두 실드 케이스를 마련하지 않을 경우에는, 대상 구성의 중송 검지용 센서에서는 켄트지가 단송되어 있는 상태에서의 검출 신호 레벨보다도 낮은 노이즈 레벨이 되었지만, 비교 구성의 중송 검지용 센서에서는 켄트지가 단송되어 있는 상태에서의 검출 신호 레벨보다도 높은 노이즈 레벨이 되었다. 이 점 때문에, 비교 구성의 중송 검지용 센서이면 정전 결합 노이즈에 의해 용지가 중송되어 있는 상태를 용지가 단송되어 있는 상태라고 오검지할 우려가 있는데, 대상 구성의 중송 검지용 센서이면, 그러한 오검지의 발생을 억제할 수 있거나, 또는 방지할 수 있다고 할 수 있다.
도 3(B)는, 본 실시형태의 중송 검지용 센서에 대하여, 초음파 트랜스듀서의 금속 단자(5)의 기준 전위에의 접속과 금속 단자(6)의 신호 전위에의 접속을 정상으로 행한 경우와, 금속 단자(5)와 금속 단자(6)의 접속을 반대로 한 경우에 대하여, 노이즈 레벨을 확인한 시험 결과를 나타내는 도면이다. 또한 여기서는 송파용 및 수파용의 초음파 트랜스듀서를 실드 케이스가 없는 상태로 하여 시험을 행하고 있다.
송파용 및 수파용의 초음파 트랜스듀서의 양쪽으로 정상인 단자 접속을 행한 경우에는, 도 3(A)에서 나타낸 대상 구성과 동일한 낮은 노이즈 레벨이었다. 또한 송파용 또는 수파용의 초음파 트랜스듀서의 한쪽에서는 정상인 단자 접속을 행하고, 다른 쪽에서는 반대로 단자 접속을 행한 경우에는 노이즈 레벨의 열화가 보였다. 또한 송파용 및 수파용의 초음파 트랜스듀서의 양쪽으로 반대로 단자 접속을 행한 경우에는, 노이즈 레벨의 현저한 열화가 보였다.
이 점으로 보아, 송파용과 수파용의 양쪽의 초음파 트랜스듀서를 본 실시형태에서 나타낸 구성으로 하는 것이 가장 바람직한데, 송파용과 수파용의 초음파 트랜스듀서 중 적어도 한쪽이 본 실시형태의 구성이면, 양쪽 모두 본 실시형태의 구성과는 다른 경우보다도 노이즈 레벨이 저하하는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서 나타낸 바와 같은, 송파용과 수파용의 초음파 트랜스듀서의 양쪽에 본 실시형태의 구성을 채용한 중송 검지용 센서뿐 아니라, 적어도 송파용과 수파용 중 한쪽의 초음파 트랜스듀서에 본 실시형태의 구성을 채용한 중송 검지용 센서여도, 용지가 중송되어 있는 상태의 검지 정밀도를 개선할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면 한쪽의 초음파 트랜스듀서만을 본 실시형태의 구성으로 하고, 다른 쪽의 초음파 트랜스듀서를 본 실시형태의 구성과는 다른 구성으로 해도, 다른 쪽의 초음파 트랜스듀서에 실드 케이스를 마련하면, 중송 검지용 센서에 있어서 정전 결합 노이즈에 의한 오검지를 충분히 억제하는 것이 가능하다고 생각된다.
≪제2의 실시형태≫
도 4는 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 중송 검지용 센서(121)의 개념도이다. 본 실시형태의 중송 검지용 센서(121)는, 2개의 초음파 트랜스듀서(1A,121B)를 용지 반송로(111)의 양면 각각에 대향시켜 배치시키는 구성이다. 초음파 트랜스듀서(121B)는, 제1의 실시형태에 나타낸 초음파 트랜스듀서(1B)와 거의 같은 기계적 구조를 가지는데, 단자 접속이 상이한 것이다.
초음파 트랜스듀서(121B)는, 서로의 파형이 역극성인 2개의 신호 전위를 출력하는 2개의 신호 전위 접속 단자(125,126)를 포함하고 있다. 신호 전위 접속 단자(125)는 진동자의 짝수번째(또는 홀수번째)의 전극층에 접속되어 있다. 신호 전위 접속 단자(126)는 진동자의 홀수번째(또는 짝수번째)의 전극층에 접속되어 있다. 또한 초음파 트랜스듀서(121B)는, 신호 전위 접속 단자(125,126)로부터 전기적으로 독립되어 있고, 실드 케이스를 그라운드 전위(기준 전위)에 접속시키는 기준 전위 접속 단자(127)를 포함하고 있다.
초음파 트랜스듀서(121B)는 차동 증폭 회로(123)를 통해 오실로스코프(104)에 접속되어 있다. 차동 증폭 회로(123)는 2개의 연산 증폭기(128,129)를 포함하여 구성되어 있다. 연산 증폭기(128)는, +입력 단자가 신호 전위 접속 단자(125)에 접속되어 있고, -입력 단자가 그라운드 전위(기준 전위)에 접속되어 있다. 연산 증폭기(129)는, +입력 단자가 신호 전위 접속 단자(126)에 접속되어 있고, -입력 단자가 그라운드 전위(기준 전위)에 접속되어 있다. 초음파 트랜스듀서(121B)가 출력하는 제1의 신호 전위와 제2의 신호 전위는, 연산 증폭기(128,129)에 의해, 각각의 파형이 역극성인 채 증폭되어, 차동 증폭 회로(123)로부터 오실로스코프(104)에 출력된다. 제1의 신호 전위와 제2의 신호 전위는 파형이 역극성이므로, 연산 증폭기(128,129)로부터의 평형 출력은 제1의 신호 전위와 제2의 신호 전위를 차동 증폭한 것이 된다.
이러한 구성에서는, 초음파 트랜스듀서(121B)에 초음파 트랜스듀서(1A)로부터의 정전 결합 노이즈가 영향을 주면, 초음파 트랜스듀서(121B)가 출력하는 2개의 신호 전위에 동상(同相)의 커먼 모드 노이즈가 발생하게 된다. 이들 신호 전위에 중첩되는 커먼 모드 노이즈는, 차동 증폭 회로(123)에서의 차동 증폭에 의해 캔슬되므로, 초음파 트랜스듀서(121B)가 정전 결합 노이즈의 영향을 받기 쉬운 구성이어도, 중송 검지용 센서(121)로서는, 그 영향을 받지 않고 높은 중송 상태의 검지 정밀도를 얻을 수 있다.
이상의 실시형태에서 설명한 바와 같이 본 발명은 실시할 수 있는데, 본 발명의 초음파 트랜스듀서는 중송 검지용 센서의 다른 디바이스로 사용할 수도 있다. 또한 진동자나 초음파 트랜스듀서의 구체적인 구성이나 재료는, 적어도 초음파 트랜스듀서의 압전 소자부에 있어서 최외층에 위치하는 전극층이 기준 전위에 접속되는 구성이면, 어떠한 것이어도 된다.
1, 1A, 1B, 121B: 초음파 트랜스듀서
2: 금속 커버
3: 수지 케이스
3A: 개구부
3B: 구멍
3C: 홈
3D: 단부(段部)
5, 6, 7: 금속 단자
8, 9: 접속부
11: 진동자
11A: 정합층
11B: 압전 소자층
11C1~11C4: 압전체층
11D1~11D5: 전극층
101, 121: 중송 검지용 센서
102: 발진기
103: 증폭기
104: 오실로스코프
111: 용지 반송로
123: 차동 증폭 회로
125, 126: 신호 전위 접속 단자
127: 기준 전위 접속 단자
128, 129: 연산 증폭기

Claims (6)

  1. 층수가 2n(n≥1)으로 나타나는 복수의 압전체층과 층수가 2n+1(n≥1)로 나타나는 복수의 전극층을, 초음파의 송수방향을 적층방향으로서 상기 전극층이 상기 적층방향 정면측 및 배면측의 최외층이 되도록 교대로 적층하여 이루어지고, 상기 적층방향으로 두께 진동하는 진동자와,
    신호 전위에 접속되는 단자인 신호 전위 접속 단자와,
    기준 전위에 접속되는 단자인 기준 전위 접속 단자와,
    상기 복수의 전극층의 배치순으로 짝수번째의 상기 전극층에 접속되어 있는 동시에, 상기 신호 전위 접속 단자에 접속되어 있는 신호 전위 접속부와,
    상기 복수의 전극층의 배치순으로 홀수번째의 상기 전극층에 접속되어 있는 동시에, 상기 기준 전위 접속 단자에 접속되어 있는 기준 전위 접속부와,
    상기 적층방향의 정면측에 개구부를 가지고 바닥이 있는 통 형상으로서 상기 진동자를 탄성 접촉한 상태에서 수용하는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극층 중 상기 적층방향의 일단의 최외층에 해당하는 전극층은, 상기 기준 전위 접속부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신호 전위 접속 단자는 상기 신호 전위 접속부를 통해 상기 진동자에 탄성 접촉하고,
    상기 기준 전위 접속 단자는 상기 기준 전위 접속부를 통해 상기 진동자에 탄성 접촉하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진동자의 적층방향에 위치하는 주면에 교차하는 측면을 덮고, 상기 기준 전위에 접속되는 실드 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  5. 용지 반송로를 사이에 개재하여 대향하도록 간격을 두고 배치되어 있는 송파부와 수파부를 포함하고 있고,
    상기 송파부와 상기 수파부의 적어도 한쪽은 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 초음파 트랜스듀서를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 중송 검지용 센서.
  6. 용지 반송로를 사이에 개재하여 대향하도록 간격을 두고 배치되어 있는 송파부와 수파부를 포함하고 있고,
    상기 송파부는, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 초음파 트랜스듀서를, 제1의 신호 전위와 기준 전위에 접속되는 제1의 초음파 트랜스듀서로서 포함하며,
    상기 수파부는,
    제2의 신호 전위에 접속되는 제2의 신호 전위 접속 단자와, 제2의 신호 전위는 파형이 역극성인 제3의 신호 전위에 접속되는 제3의 신호 전위 접속 단자를 가지는 제2의 초음파 트랜스듀서와,
    상기 제2의 신호 전위 접속 단자와 상기 제3의 신호 전위 접속 단자에 접속되어 있고, 상기 제2의 신호 전위와 상기 제3의 신호 전위를 차동 증폭하는 차동 증폭 회로를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 중송 검지용 센서.
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