JPH03238303A - 紙厚検出装置 - 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、静電センサ装置を用いた紙厚検出装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

複写機や紙幣識別装置等では、紙が２枚送りされると、
様々な支障が住じる。このことがら、これらの装置には
紙厚検出装置が設けられ、紙が２枚送りされたときには
、これを検出して装置を停止させたり、あるいは、その
２枚送りされた紙を排出する等の手段が設けられている
。

第７図には前記複写機や紙幣識別装置等に使用されてい
る一般的な紙厚検出装置が示されている。

この装置は、紙１の走行通路領域２上にボテンシッメー
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３ａに接触針３ｂを装
着し、この接触針３ｂの先端を常時紙ｌ側に付勢して紙
１に接触させるようにしておき、紙厚の変化に伴って接
触針３ｂを矢印方向に回転させ、この接触針３ｂの回転
角を電圧変化に変換して取り出すものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来のポテンショメータを用いた装置で
は、接触針３ｂを紙１に接触した状態で紙厚を検出して
いるため、紙の走行速度が速くなると、接触針３ｂの動
きがこれに追従できず、紙の走行速度が制限されるとい
う問題がある。

また、複写用紙や紙幣等の薄紙の変化を接触針３ｂの回
転角により検出するものであるため、２枚送り時の紙厚
の変化等に対する接触針３ｂの回転角の変化が極めて小
さく、紙厚の変化を正確に検出するためにはポテンショ
メータ３を超高精度なものにしなければならず、装置構
成も複雑になり、装置コストも高価になるという問題が
ある。

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたもの
であり、その目的は、紙の走行速度を高速にしても、紙
厚の変化を高精度のもとに検出することができる装置構
成の簡易な厚紙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、つぎの様に構成さ
れている。すなわち、本発明の紙厚検出装置は、紙の走
行通路領域に前後させ、かつ、紙に対して非接触状態で
設けられる第１および第２の２系列の検出電極と；発振
周波数信号を発振出力する１個の発振回路と；前記発振
回路とは別個独立の共振器を備え、前記第１の系列の検
出電極によって検出される静電容量の変化を受けて同調
点を変化させ、この同調点の変化に対応した検出信号を
出力する第１の系列の同調回路と；前記発振回路および
第１の系列の同調回路とは別個独立の共振器を備え、前
記第２の系列の検出電極によって検出される静電容量の
変化を受けて同調点を変化させ、この同調点の変化に対
応した検出信号を出力する第２の系列の同調回路と、；
前記第１の系列の同調回路からの検出信号と第２の系列
の同調回路からの検出信号との差の信号を出力する出力
回路と；を有することを特徴として構成されている。

〔作用〕

本発明において、例えば、走行通路領域の上流側に第１
の系列の検出電極が、それよりも下流側に第２の系列の
検出電極が配置されているとき、走行通路領域に沿って
紙が第１の系列の検出電極の位置に来ると、第１の系列
の検出電極の検出領域の静電容量の変化として、検出さ
れ、その検出結果は第１の系列の同調回路へ加えられる
。同様に、紙が第２の系列の検出電極に至ると、この第
２の系列の検出電極の検出領域の静電容量の変化として
検出され、その検出結果は第２の系列の同調回路へ加え
られる。前期第１の系列の同調回路および第２の系列の
同調回路は対応する検出電極から加えられる静電容量の
変化を受けて発振回路の発振周波数信号との同調点を変
化させ、この同調点の変化に対応した紙厚の検出信号を
出力回路へ加える。出力回路は、第１の系列の同調回路
側から加えられる検出信号と第２の系列の同調回路側か
ら加えられる検出信号との差を取り、その差動信号を紙
厚等を演算する所望の信号処理回路へ加えるのである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。な
お、本明細書で紙とは、紙幣や複写機の用紙はもちろん
、それ以外の紙、カード、プラスチックのフィルムやシ
ート等を含む広い概念で使用されている。

第１図には本発明に係る紙厚検出装置の一実施例のブロ
ック図が示されている０本実施例の装置は、−個の発振
回路６と、分配器１６と、第１の系列のセンサ回路１１
ａと、第２の系列のセンサ回路１１ｂと、出力回路とし
ての差動増幅器１７と、第１の系列の電極検出部８ａと
、第２の系列の電極検出部８ｂとからなる。第１の系列
の電極検出部８ａは検出電極１４ａと接地電極１５とか
らなり、第２の系列の電極検出部８ｂは検出電極１４ｂ
と接地電極１５からなる。接地電極１５と検出電極１４
ａ、１４ｂは祇１の走行通路領域２を挟んで、つまり、
祇ｌの通過間隙を介して対向配置されており、検出電極
１４ａは検出電極１４ｂに対して上流側に配置されてい
る。前記第１の系列のセンサ回路１１ａと第２の系列の
センサ回路１１ｂとは同一の回路構成となっており、第
２図には発振回路６と、分配器１６と、第１の系列のセ
ンサ回路１１ａと、第１の系列の電極検出部８ａとを抜
き出した具体的な回路例が示されている。

前記発振回路６にはＩＣ）ｔｚ〜ｌ０ＧＨ２の範囲内の
固定された一定の超高周波の発振周波数、本実施例では
Ｉ　Ｇ　Ｈｚの発振周波数を発振するセラミック共振器
ｌＯが用いられている。この発振回路６は前記高周波の
発振周波数信号を発振し、これを高インピーダンス変換
回路６ａを介して分配器１６に加える０分配器１６はこ
の発振周波数信号を分配して第１の系列のセンサ回路１
１ａと第２の系列のセンサ回路１１ｂへ加える。センサ
回路１１ａは同調回路（第１の系列の同調回路）７ａと
、検波回路４ａと、ＡＦＣ回路（自動利得制御回路）９
ａと、増幅回路５ａとからなる。同調回路７ａはセラミ
ック共振器１２によって構成され、このセラミック共振
器１２の信号入力側には電極検出部８ａの検出電極１４
ａが接続さている。なお、接地電極１５はセラミック共
振器１２のグランド側（接地側）にそれぞれ接続されて
いる。

セラミック共振器１２は第３図に示すような共振周波数
特性を有しており、このセラミック共振器１２の共振周
波数ｆ！に対して発振回路６の固定発振周波数ｆ０８．
はわずかにずらした位置に設定される。セラミック共振
器１２の共振周波数ｆ２は電極検出部８ａによって検出
される電極１４ａ、１５間の静電容量の変化に応じて偏
倚し、例えば、静電容量Ｃが＋ΔＣだけ変化すると共振
周波数ｆ８はｆ、に偏倚する０発振回路６の発振周波数
はｆ。ｓｃに固定されているから、静電容量変化がない
ときにはセラミック共振器１２から同調点Ａ、における
ｖ２の出力電圧が送出されるが、静電容量変化が＋ΔＣ
になったときには共振周波数がｆｌに偏倚し、同調点が
Ａ８から＾１に変化してセラミック共振器１２からｖｌ
の出力電圧が送出される。このように、電極１４ａ。

１５間の静電容量の変化に応じてセラミック共振器１２
の共振周波数が偏倚し、これに伴い、セラミック共振器
１２から静電容量変化に対応する出力電圧Ｖが送出され
るのである。

検波回路４ａは結合コンデンサ２５を介してセラミック
共振器１２に接続されており、この検波回路４ａはイン
ダクタンス素子２１と、ダイオード２２と、コンデンサ
２３と、抵抗器２４とによって構成されており、前記セ
ラミック共振器１２からの出力信号は結合コンデンサ２
５を介して検波回路４ａに加えられるようになっている
。前記ダイオード２２と、コンデンサ２３と、抵抗器２
４は検波回路４ａの検波部を構成しており、また、イン
ダクタンス素子２１とコンデンサ２５は高インピーダン
ス化回路として機能している。この検波回路４ａはセラ
ミック共振器１２から出力される超高周波の出力信号（
画像信号）を包絡線検波し、紙厚検出の信号帯域の信号
に変換して増幅回路５ａとＡＦＣ回路９ａへ加える。

増幅回路５ａはトランジスタ２７と抵抗器等の素子を用
いて構成され、この増幅回路５ａは検波回路４ａから加
えられる信号を増幅し差動増幅器に供給する。

ＡＦＣ回路９ａは、紙ｌのしわや破れ等の外乱によって
同調点が紙厚検出の設定利得領域からはずれるのを防止
し、紙ｌに破れやしゎがあっても紙厚を正確に検出でき
るようにするものである。

本実施例は、前述したように、第１の系列のセンサ回路
１１ａと同一構成の第２の系列のセンサ回路ｌｌｂが設
けられ、この第２の系列のセンサ回路１１ｂも、分配器
１６から発振回路６の発振周波数信号の分配供給を受け
て、前期第１の系列のセンサ回路と同様に回路動作を行
うものである。

本発明は以上説明したように構成されており、以下、紙
厚検出動作について説明する。

検出電極１４ａ、１４ｂと接地電極１５との間に紙ｌの
通過がない状態で、第３図に示すように、セラミック共
振器１２の共振周波数（同調周波数）　１１に対して発
−振回路６の固定発振周波数ｆ０８．はわずかに外れた
位置に設定される。このとき、セラミック共振器１２か
らＶ、の一定電圧が出力される。この状態で、紙ｌの通
過経路（走行通路頭載）２がら１枚の紙１（Ｎ−１の紙
、Ｎは紙の枚数）が電極１４ａ、１５の間にその先端が
入ると、検出電極１４ａと接地電極１５間の静電容量が
変化する。この静電容量の微小変化により、発振回路６
の発振周波数ｆ。ｓｃに対して第１の系列の同調回路７
ａ側のセラミック共振器１２の共振周波数がｆ２からｆ
ｌに偏倚し、同調点がＡ２からＡ、に移行し、セラミッ
ク共振器１２から■１の電圧が出力される。同様に、通
過経路２を通る紙１が２枚重なって電極１４ａ。

１５間に入り込むと、電極１４ａ、１５間の静電容量が
さらに変化し、セラミック共振器１２の共振周波数はｆ
ｏに偏倚し、同調点がＡ、からＡｏに移行し、セラミッ
ク共振器１２から■。の電圧が出力される。

同様に、祇１が検出電極１４ｂと設置電極１５との間を
通過するときには、この祇１の通過に伴う静電容量の変
化が第２の系列の電極検出部８ｂで検出され、その検出
結果が第２の系列の同調回路７ｂ側のセラミック共振器
１２へ加えられ、同共振器１２から紙厚に対応する出力
電圧が出力される。第１の系列および第２の系列のセラ
ミック共振器１２はこれら紙厚に対応する出力電圧の変
化からＡＭ変調波を作り出し、これを検出信号として対
応する検波回路４ａ、４ｂに加える。すなわち、第１の
系列のセラミック共振器１２は発振周波数ｆ。ＳＣと検
出電極１４ａで検出される紙厚の変化に対応する共振周
波数の変化成分Δ「との掛は算を行い、ＡＭ変調波を得
る。同様に、第２の系列のセラミック共振器１２は発振
周波数「。ｓｃと検出電極１４ｂで検出される紙厚の変
化に対応する共振周波数の変化成分Δｆとの掛は算を行
い、ＡＭ変調波を得る。本実施例では、発振周波数ｒｏ
ｓｃはＩＧＨ。

であるので、変調波としての検出信号はＩＧＨ。

を中心とし、紙厚の変化に対応した帯域幅を持った超高
周波の信号になり、この超高周波の信号が各系列のセラ
ミック共振器１２から対応する検波回路４ａ、４ｂに加
えられるのである。

検波回路４ａ、４ｂではこの超高周波信号を包絡線検波
を行って紙厚検出の信号帯域（本実施例では３ＭＨｚの
信号）に変換する。この帯域変換された信号の一部は次
の増幅回路５ａ、５ｂによって増幅され、差動増幅器１
７に送られ、他の一部の信号はＡＦＣ回路９ａ、９ｂに
分岐供給される。

ＡＦＣ回路９ａ、９ｂは例えば、祇１のしわや破れ等の
外乱によって同調点が紙厚検出の設定利得範囲から外れ
るのを補正し、同調点を共振周波数曲線のゲーンの高い
直線領域の最適位置に調整する。

差動増幅器１７は各系列の増幅回路５ａ、５ｂから加え
られる信号の差を求め、その差動出力を図示されていな
い所望の信号処理回路に加える。。

第４図には差動増幅器１７によって得られた差動出力の
波形例が示されており、これについて説明すると、例え
ば、第１図の実線で示す様に、走行通路領域２に１枚の
紙１が走行してきたとき、その紙ｌの先端Ａが検出電極
１４ａの直下に来たとき、検出電極１４ａと接地電極１
５との間の静電容量の変化が電極検出部８ａで検出され
、電極検出部８ｂでは静電容量の変化が検出されないか
ら、第１の系列の信号と第２の系列の信号との差動出力
は、第４図（ａ）に示すように、負の方向に突出するビ
ークＳ１として現れる。すなわち、第５図に示すように
、検出電極１４ａ、１４ｂと接地電極１５間の幅をＬと
し、１枚の紙の厚味を！とすると、検出電極１４ａ、１
４ｂと接地電極１５間の静電容量Ｃは、空間誘電率Ｅと
紙の誘電率ＥＩ、および紙の厚味ｎｊ！（ｎは整数）と
空間幅Ｌ−ｎｌによって定められる。次に、祇ｌの先端
Ａが検出電極１４ｂの直下に来ると、同様に、電極検出
部８ｂによって静電容量の変化が検出されるが、この静
電容量の変化成分は電極検出部８ａで検出される静電容
量の変化成分と同一となるので、その差動出力はＯにな
り、パルスＳ、が正の方向に立ち下がる。さらに、紙１
が走行方向に移動して祇ｌの後端Ｃが検出電極１４ａを
通り過ぎると、電極検出部８ａで検出される静電容量が
変化し、差動増幅器１７での差動出力は第４図（ａ）の
Ｓ、のパルス波形として現れる。このパルス波形のＳ、
と３２のピーク電圧を分析することにより、紙厚が求め
られ、また、パルス波形Ｓ、とＳ２との時間幅を分析す
ることにより紙の長さを求めることができる。

次に、第１図の破線で示すように、祇ｌが２枚重なって
紙送りされたときには、第４図（ｂ）で示すように、ま
ず、紙の先端Ａが検出電極１４ａを通るときに、差動増
幅器１７はＳＡのパルス信号を出力し、紙の先端Ａが検
出電極１４ｂに至ると差動出力は０になり、パルスＳＡ
は正の方向に立ち下がる。そして、重なった紙の前端Ｂ
が検出電極１４ａを通過するときに、Ｓ、のパルス波形
が現れ、その紙の先端Ｂが検出電極１４ｂに至ると差動
出力は０になり、パルスＳ、は立ち下がる０次に、紙の
後端Ｃが検出電極１４ａに来ると、Ｓｃのパルス波形が
上方に突出して現れる。そして、紙の後端Ｃが検出電極
１４ｂに来ると差動出力は０になり、パルスＳｃは下方
に立ち下がる０次に、重なった紙の後端りが検出電極１
４ａを過ぎ去るときに、Ｓ。のパルス波形が現れる。パ
ルス波形の高さは、紙の厚味ｎ！、正確には紙の厚味２
を同一とすると、その枚数の影響を受けて決まる。すな
わち、第６図に示すように、静電容量と紙の厚味は反比
例の関係にあり、検出電極１４ａ、１４ｂと接地電極１
５の間に紙がない場合！、の静電容量Ｃ０に対し、紙が
１枚のときＣ３，２枚のときＣ２となる。差動増幅器１
７からのこれらの差動信号を分析することにより、紙の
２枚送りの有無、紙厚、紙の乾湿状態、紙の長さおよび
紙が２枚送りされたときの紙のずれ量等の検出を行うこ
とができる。すなわち、紙の２枚送り状態はパルス波形
ＳＡに対してより大きなパルス波形Ｓ、が現れることに
より、検出される。また、パルス波形ＳＡとＳＩとのピ
ーク値の差■、園を求めることにより紙厚が検出され、
しかも、このＶＡＩの大きさを分析することにより紙の
乾湿状態を見分けることができる。また、パルス波形Ｓ
、とＳ、との時間幅により紙１の長さが求められる。ま
た、パルス波形ＳＡとＳ、との時間幅に基づいて２枚送
りされる紙のずれ量を求めることができる。この紙のず
れ量の検出に際しては、検出電極１４ａと１４ｂとの間
隔を接近させ、しかも、検出電極１４ａ、１４ｂの電極
面積を非常に小さくすれば、２枚送りされる紙の微小ず
れ量を高精度で求めることができる。

本実施例によれば、走行通路領域２を通る紙ｌの紙厚を
非接触状態で検出するものであるがら、紙１の走行速度
を高速にしてもこれに確実に追従して紙厚の変化や紙の
重なり等を正確に検出することが可能となる。

また、本実施例は、検出電極１４ａ、１４ｂと接地電極
１５との間を紙が通過することによる静電容量の微小変
化を検出し、発振回路６の発振周波数信号に対する同調
回路７ａ、７ｂの同調点の変化を利用して紙厚を検出す
るものであるから、装置構成を簡易とするにもかかわら
ず、高精度のもとで目的とする紙厚の検出が可能となる
。しかも、本実施例では、第１の系列の同調回路７ａ側
の検出信号と第２の系列の同調回路７ｂ側の検出信号と
の差の信号により紙厚等の検出を行うものであるから、
温度や湿度等の環境変化の外乱成分がキャンセルされて
取り除かれることとなり、Ｓ／Ｎ比の高い、かつ、信頼
性の高い紙厚等の検出が可能となる。

さらに、本実施例では、発振回路６の共振器と、同調回
路７ａ、７ｂの共振器とを共にセラミック共振器１０．
１２により構成しているから、Ｑを大きな値にすること
が可能となる。しかも、セラミック共振器１２の周囲部
の回路、つまり、インピーダンス変換回路６ａと、イン
ダクタンス素子２１とコンデンサ２５の共振回路とを高
インピーダンス回路により構成しているから、セラミッ
ク共振器の動作時にＱダンプを生じさせることがなく、
高感度のもとで静電容量の微小変化を検出することが可
能となる。

さらに、共振器をストリップラインを使用せずにセラミ
ック共振器１０．１２により構成したから、装置の超小
型が可能となる。

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０例えば、上記実施例では、
発振回路６の共振器と同調回路７ａ、７ｂの共振器とを
共にセラミック共振器１０，１２により構成したが、こ
れら一方の共振器または両方の共振器をストリップライ
ンで構成することも可能である。これらの共振器に関し
、発振回路６の共振器と同調回路７ａ、７ｂの共振器と
を温度特性の同じ材料で構成すれば、温度安定性の良い
紙厚検出装置が得られることになる。

〔発明の効果〕

本発明は、紙の走行通路領域に紙と非接触状態で前後方
向に一対の電極検出部を配置し、この電極検出部を紙が
非接触状態で通ることによる電極検出領域の静電容量の
変化を利用して紙厚等を検出するものであるから、紙の
走行速度を高速にしても、これに確実に追従して紙厚を
検出することができる。

また、本発明は、紙厚の変化に対応する静電容量の変化
を利用して発振回路の発振周波数信号に対して同調回路
の同調点を偏倚させて紙厚の検出信号を得る方式である
から、装置構成を簡易にするにもかかわらず微小紙厚の
変化を正確に検出することができ、その上、装置コスト
も安価にできる。しかも、紙厚の検出を、第１の系列と
第２の系列の各同調回路から得られる信号の差動出力に
よって求める方式であるから、外乱成分がキャンセルさ
れて取り除かれることとなり、これにより、紙厚、紙の
重なり、紙の長さ、重なった紙のずれ量等の情報を高感
度、高精度、かつ、高信頼性のもとで検出することがで
き、技術的価値は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る紙厚検出装置の一実施例を示すブ
ロック図、第２図は同実施例装置の具体的な一系列の回
路図、第３図は同実施例における紙厚検出作用の説明図
、第４図は同実施例における紙厚検出の差動出力の波形
説明図、第５図は紙厚変化と静電容量の変化の関係を示
す説明図、第６図は静電容量と紙厚の関係を示す説明図
、第７図は従来の一般的な紙厚検出装置の説明図である
。 ｌ・・・紙、２・・・走行通路領域、３・・・ポテンシ
ョメータ、３　ａ−回転軸、３　ｂ　・−・接触針、４
ａ、４ｂ・・・検波回路、５ａ、５ｂ・−増幅回路、６
・−・発振回路、７ａ、７ｂ・・・同調回路、８ａ、８
ｂ・・・電極検出部、９　ａ、９　ｂ−ＡＦＣ回路、１
０−・・セラミック共振器、ｌｌａ、ｌｌｂ・−・セン
サ回路、１２・・・セラミック共振器、１３・・・トラ
ンジスタ、１４ａ、１４ｂ・・・検出電極、１５・−接
地電極、１６・・・分配器、１７・・・差動増幅器、２
１・・・インダクタンス素子、２２・・・ダイオード、
２３・−・コンデンサ、２４・・・抵抗器、２５・・・
結合コンデンサ、２７・・・トランジスタ。 第４圓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 紙の走行通路領域に前後させ、かつ、紙に対して非接触
   状態で設けられる第１および第２の２系列の検出電極と
   ；発振周波数信号を発振出力する１個の発振回路と；前
   記発振回路とは別個独立の共振器を備え、前記第１の系
   列の検出電極によって検出される静電容量の変化を受け
   て同調点を変化させ、この同調点の変化に対応した検出
   信号を出力する第１の系列の同調回路と；前記発振回路
   および第１の系列の同調回路とは別個独立の共振器を備
   え、前記第２の系列の検出電極によって検出される静電
   容量の変化を受けて同調点を変化させ、この同調点の変
   化に対応した検出信号を出力する第２の系列の同調回路
   と；前記第１の系列の同調回路からの検出信号と第２の
   系列の同調回路からの検出信号との差の信号を出力する
   出力回路と；を有する紙厚検出装置。