(57)【要約】【課題】  精度良くシート材を識別することのできるシート材識別装置を提供する。【解決手段】  衝撃印加部材１００によりシート材２００に衝撃を加え、この衝撃により検知部３００から出力される電気信号に基づいてシート材２００の種類を識別する。そして、検知部３００を、検知部３００の厚み方向、長さ方向及び幅方向の固有の振動周波数が互いに異なるようにすることにより、ノイズの影響を小さくすることができ、精度良くシート材２００を識別することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート材に衝撃を加える衝撃印加部材と、前記衝撃により電気信号を出力する検知部とを備え、前記検知部からの電気信号に基づいてシート材の種類を識別するシート材識別装置において、
前記検知部は、該検知部の厚み方向、長さ方向及び幅方向の固有の振動周波数が互いに異なることを特徴とするシート材識別装置。
【請求項２】
前記検知部は、前記検知部の厚み方向、長さ方向及び幅方向の固有の振動周波数が整数倍の高調波関係外となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のシート材識別装置。
【請求項３】
前記検知部は前記衝撃により電気信号を出力する圧電素子を備え、前記検知部の厚み方向、長さ方向及び幅方向の固有の振動周波数の比が、それぞれ１：１＋圧電素子の誘電損失（ｔａｎδ）以上となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のシート材識別装置。
【請求項４】
前記検知部は前記圧電素子及び前記圧電素子の保護部材を有し、前記検知部の厚み方向、長さ方向及び幅方向の固有の振動周波数が異なるよう前記圧電素子及び保護部材の厚み、長さ及び幅を設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシート材識別装置。
【請求項５】
前記検知部の厚み方向、長さ方向、及び幅方向の固有の振動周波数が互いに異なるよう前記検知部に弾性体を付加したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシート材識別装置。
【請求項６】
前記検知部は、前記シート材を介して前記衝撃印加部材と対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシート材識別装置。
【請求項７】
前記検知部は、前記衝撃印加部材と一体的に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシート材識別装置。
【請求項８】
前記検知部は、前記衝撃印加部材に設けられた弾性変形可能部材上に設けられていることを特徴とする請求項７記載のシート材識別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート材識別装置に関し、特にシート材に衝撃を加えてシート材の種類を識別するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンタ、あるいはＦＡＸ等の画像形成装置においては、通常のコピー紙の他、光沢紙、コート紙、フィルム状の透明樹脂等のシート材に画像を形成するようにしたものがある。
【０００３】
そして、このようなさまざまな種類のシート材に画像を形成するようにした画像形成装置においては、シート材の種類により、最適な画像形成処理を行う為、シート材の種類を識別するためのシート材識別装置を備え、このシート材識別装置によってシート材の種類を識別した後、シート材に応じた搬送速度、定着温度等の条件で画像を形成するようにしたものがある。
【０００４】
ここで、このようなシート材識別装置としては、シート材に、その外部から衝撃を加える衝撃印加部と、衝撃により電気信号を出力する圧電素子を備えた検知部とを有し、衝撃印加部材をシート材に衝突させ、衝撃印加部材の反跳期間やシート材が吸収する衝撃力の差を圧電素子から得られる出力信号により検知し、これに基づいてシート材の種類を識別するようにしたものが提案されている(例えば、特許文献１参照。)。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０２６４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来のシート材識別装置において、衝撃印加部材の衝撃力を受けると、検知部は圧縮力及びせん断力を受け、これに伴い圧電素子から圧縮力及びせん断力に対応した出力信号が発生する。
【０００７】
そして、このような出力信号が生じると、この出力信号はノイズとなり、このノイズが図６に示すように所望のシート材の種別に用いられる出力電圧波形に重畳される。そして、高精度にシート材の識別を行うために、このようなノイズ成分による影響を低減させることが求められている。
【０００８】
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、精度良くシート材を識別することのできるシート材識別装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、シート材に衝撃を加える衝撃印加部材と、前記衝撃により電気信号を出力する検知部とを備え、前記検知部からの電気信号に基づいてシート材の種類を識別するシート材識別装置において、前記検知部は、該検知部の厚み方向、長さ方向及び幅方向の固有の振動周波数が互いに異なることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シート材に加えられた衝撃によってシート材の種類を識別する電気信号を出力する検知部を、検知部の厚み方向、長さ方向及び幅方向の固有の振動周波数が互いに異なるようにすることにより、ノイズの影響を小さくすることができ、精度良くシート材を識別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態に係るシート材識別装置の概略構成を示す図であり、図１において、１００は衝撃印加部材、２００はシート材、３００は検知部である。そして、この検知部３００は、衝撃力（機械エネルギー）を電気エネルギーに変換するための圧電素子３０１と、圧電素子３０１の出力信号を取り出すための電極３０４，３０５とを備えている。
【００１３】
ここで、この検知部３００は、衝撃印加部材１００の衝撃力により、圧電素子３０１が破壊されるのを防ぐための保護部材３０２，３０３を備えており、このような保護部材３０２，３０３によって圧電素子３０１を挟み込むことにより、圧電素子３０１を保護している。なお、衝撃印加部材１００は、一般に固体物質（金属、プラスチック、合金など）が用いられ、保護部材３０２，３０３は、一般には剛性の大きい金属が用いられる。
【００１４】
このようなシート材識別装置において、シート材２００の種類を識別する際には、衝撃印加部材１００をシート材２００に衝突させるようにしている。ここで、このように衝撃印加部材１００をシート材２００に衝突させると、衝撃エネルギーの一部がシート材２００に吸収されると共に、シート材２００により吸収されない残りの衝撃エネルギーが検知部３００に加えられる。
【００１５】
そして、この残りの衝撃エネルギーは、まず検知部３００において、圧電素子３０１により機械エネルギーから電気エネルギーへと変換され、圧電素子３０１から電気信号として出力される。さらに、この電気信号は、この後、例えば不図示のシート材識別部に送られ、このシート材識別部において、予め記憶されているシート材２００の種類に応じたデータと比較されることにより、シート材２００の種類が識別されるようになっている。
【００１６】
図２は、衝撃印加部材１００をシート材２００に衝突させ、この衝突によりシート材２００により吸収された残りの衝撃エネルギーが検知部３００に加わった場合の、検知部３００の振動の様子を示すものであり、このときの検知部３００の固有振動周波数は、圧電素子３０１及び保護部材３０２，３０３の材質、厚み、長さ、幅によりほぼ決定される。
【００１７】
一方、矢印Ｃに示すように上方から衝撃印加部材１００の衝撃力を受けると、検知部３００は衝撃力により圧縮され、図２に示す圧縮力Ａを受けることにより、圧電素子３０１から圧縮力Ａに対応した電気信号が電極３０４，３０５間に発生する。
【００１８】
また、衝撃力を受けると、検知部３００は屈曲する振動も同時に発生すると共にせん断力Ｂも同時に発生し、これに伴い圧電素子３０１から、せん断力Ｂに対応した電気信号が電極３０４，３０５間に発生する。つまり、衝撃印加部材１００により衝撃力を受けると、検知部３００は圧縮力Ａ及びせん断力Ｂを受けることになり、これに伴い圧電素子３０１からは、圧縮力Ａ及びせん断力Ｂに対応した電気信号が同時に電極３０４，３０５間に発生する。
【００１９】
ここで、衝撃印加部材１００により、シート材２００に衝撃を与えた場合、シート材２００の機械的特性（例えば、シート材２００の剛性、ヤング率、密度、重さ、坪量など）による固有振動周波数は低いため、比較的低い周波数の電気信号が出力されるが、検知部３００の寸法、形状は、シート材２００に比較すると、はるかに小さいため固有振動周波数は高くなる。
【００２０】
例えば、本実施の形態においては、シート材２００の固有振動周波数は、約１ＫＨｚ〜１．２ＫＨｚであるのに対し、圧電素子３０１として５ｍｍ×２５ｍｍのものを用い、保護部材３０２，３０３として５ｍｍ×５ｍｍのものを用いた場合の検知部３００の固有振動周波数は約１０ＫＨｚである。
【００２１】
そして、このように圧電素子３０１から圧縮力Ａ及びせん断力Ｂに対応した電気信号が同時に発生した場合、検知部３００からの出力信号は、シート材２００の機械的特性による比較的低い周波数の電気信号に、検知部３００の固有の振動により発生する圧縮力Ａ及びせん断力Ｂによる、比較的高い周波数の出力信号が重畳されたものとなる。
【００２２】
既述した図６は、このようにシート材２００の機械的特性による比較的低い周波数の電気信号に、圧縮力Ａ及びせん断力Ｂによる検知部３００の固有の振動により発生する、比較的高い周波数の出力信号が重畳された一例を示すものである。
【００２３】
ここで、既述したように、シート材２００の機械的特性による出力信号、即ちシート材２００を識別するための所望する出力信号に、検知部３００の固有の振動により発生する出力信号、即ちノイズ成分が重畳することは、この出力信号を処理してシート材２００の識別を行ったときのシート材２００の識別精度を大きく悪化させる。
【００２４】
なお、検知部３００は、厚み、長さ、或は幅が異なった場合、厚み、長さ、幅に応じて各々の固有の振動（共振）周波数が異なるようになっていることから、厚み、長さ、幅によっては固有の振動（共振）周波数が同じになる場合もある。そして、このように検知部３００の厚み、長さ、幅各々の固有の振動（共振）周波数が同じになった場合には、振動が共振（共鳴）作用により大きくなり、圧縮力Ａ及びせん断力Ｂによる出力信号がさらに大きな値でノイズ成分として重畳出力される。
【００２５】
ここで、シート材２００の機械的特性による出力信号、即ち所望の出力信号と、検知部３００の固有の振動により発生する出力信号、即ちノイズ成分を分別するためには、所望の帯域制限を行ったフィルタを設けても良いが、このようにフィルタを設けた場合、装置が複雑になると共にコストも高くなる。
【００２６】
そこで、本実施の形態においては、フィルタを設けることなく圧縮力Ａ及びせん断力Ｂによる出力信号がノイズ成分として重畳出力されることを軽減するため、検知部３００の厚み、長さ、幅各々の固有の振動（共振）周波数が異なるようにしている。
【００２７】
なお、この場合、検知部３００の厚み、長さ、幅各々の固有の振動（共振）周波数が整数倍の高調波関係にならないこととするのが好ましい。更には、検知部３００の厚み、長さ、幅各々の固有の振動（共振）周波数の比が、それぞれ１：１＋圧電素子の誘電損失（ｔａｎδ）以上とすることが好ましい。
【００２８】
ここで、このような検知部３００の固有の振動は、圧電素子３０１及び保護部材３０２，３０３の材質、厚み、長さ、幅によりほぼ決定されることから、検知部３００の厚み、長さ、幅各々の固有の振動（共振）周波数が、それぞれ異なる周波数となるようにするには、例えば圧電素子３０１及び保護部材３０２，３０３の材質を決め、この後、圧電素子３０１及び保護部材３０２，３０３の寸法を最適化すれば良い。
【００２９】
なお、検知部３００の厚み、長さ、幅各々の固有の振動（共振）周波数を制御するために、検知部３００に弾性体を付加しても良い。図３は、このように検知部３００に弾性体を付加した例を示す図であり、図３において、３０６は圧電素子３０１に付加された弾性体であり、３０７は保護部材３０３に付加された弾性体である。
【００３０】
このように、検知部３００の厚み、長さ、幅各々の固有の振動（共振）周波数が異なる周波数であること、整数倍の高調波関係外にあること、比が１：１＋圧電素子の誘電損失（ｔａｎδ）以上となるように機械的な寸法を最適化すること、或は固有の振動（共振）周波数を制御するために、検知部３００に弾性体３０６，３０７を付加することにより、シート材２００の機械的特性による出力信号、即ち所望の出力信号に、検知部３００の固有の振動により発生する出力信号、即ちノイズ成分が重畳するのを軽減することができる。
【００３１】
つまり、本実施の形態のように、検知部３００を、検知部３００の厚み方向、長さ方向及び幅方向の固有の振動周波数が互いに異なるようにすることにより、ノイズの影響を小さくすることができ、精度良くシート材２００を識別することができる。
【００３２】
図４は、検知部３００の厚み、長さ、幅各々の固有の振動（共振）周波数を最適化して得られた出力電圧の波形の一例を示す図である。この図４からも明らかなように、検知部３００の厚み、長さ、幅各々の固有の振動（共振）周波数を最適化することにより、別途、ノイズ成分を分別するための所望の帯域制限を行ったフィルタを設けることなく、圧縮力Ａ及びせん断力Ｂによるノイズ成分を軽減することができる。
【００３３】
そして、このようにノイズ成分を軽減することにより、シート材２００の種別による差のみを出力電圧・出力波形として得ることができると共に、その結果に基づいて検知部３００よりの信号を処理することにより、シート材２００の種類を精度良く識別することができる。これにより、複写機、プリンタ、あるいはＦＡＸ等の画像形成装置において、最適な画像形成が可能となる。
【００３４】
ところで、これまでの説明においては、検知部３００は、シート材２００を介して衝撃印加部材１００と対向する位置に設けているが、本発明はこれに限らず、図５に示すように、検知部３００を、衝撃印加部材１００と一体化した弾性変形可能部材４００の上に設けても良い。なお、図５において、５００は固定台であり、この固定台５００により、衝撃印加部材１００によって衝撃が加えられた際の、シート材２００の下方への移動を規制するようにしている。
【００３５】
そして、このようなシート材識別装置において、シート材２００の種類を識別する際、衝撃印加部材１００をシート材２００に衝突させると、衝撃エネルギーの一部がシート材２００に吸収されると共に、シート材２００により吸収されない残りの衝撃エネルギーが衝撃印加部材１００を介して弾性変形可能部材４００に伝達される。これにより、弾性変形可能部材４００に設けられた検知部３００は、弾性変形可能部材４００と一体に振動し、このように残りの衝撃エネルギーにより弾性変形可能部材４００と一体に検知部３００が振動すると、圧電素子３０１から電気信号が出力される。
【００３６】
また、これまでの説明では、検知部３００を水平に設置する構成を例に説明したが、検知部３００を垂直に設置し、水平方向から衝撃印加部材１００によりシート材２００に衝撃を加えるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施の形態に係るシート材識別装置の概略構成を示す図。
【図２】上記シート材識別装置における検知部の振動の様子を示す図。
【図３】上記検知部に弾性体を付加した例を示す図。
【図４】上記検知部の厚み、長さ、幅各々の固有の振動（共振）周波数を最適化して得られた出力電圧の波形の一例を示す図。
【図５】上記検知部を衝撃印加部と一体化した構成を示す図。
【図６】従来のシート材識別装置における圧電素子の出力波形を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１００  衝撃印加部材
２００  シート材
３００  検知部
３０１  圧電素子
３０２  保護部材
３０３  保護部材
３０４  電極
３０５  電極
３０６  弾性体
３０７  弾性体
４００  弾性変形可能部材
５００  固定台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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