(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
用紙を積載可能な給紙台と、前記用紙の枚数に応じて前記給紙台を移動させる可動部と、前記給紙台または前記可動部に配置された磁石とを有する用紙を給紙するための給紙トレイと、
前記磁石による磁束密度を検知する２個の磁束検知手段と、
前記磁束検知手段による検知結果に対応して前記用紙の残枚数を検出する用紙残枚数検出手段とを備え、
前記磁石はＮ極Ｓ極がそれぞれ単極着磁され、
前記磁石の着磁方向が、前記２個の磁束検知手段の感磁方向に対し平行であり、
前記磁石が前記２個の磁束検知手段の感磁部を結ぶ直線に平行な直線上を前記用紙の枚数に対応して移動するように前記給紙台または前記可動部に配置され、
前記用紙残枚数検出手段は、前記２個の磁束検知手段の一方の出力電圧と他方の出力電圧との差の値を用いて前記用紙の残枚数を検出することを特徴とする給紙トレイを使用する機器。
【請求項２】
用紙を積載可能な給紙台と、前記用紙の枚数に応じて前記給紙台を移動させる可動部と、前記給紙台または可動部に配置された磁石とを有する用紙を給紙するための給紙トレイと、
前記磁石による磁束密度を検知する１個の磁束検知手段と、
前記磁束検知手段による検知結果に対応して前記用紙の残枚数を検出する用紙残枚数検出手段とを備え、
前記磁石はＮ極Ｓ極がそれぞれ単極着磁され、
前記磁石の着磁方向が、前記磁束検知手段の感磁方向に対し垂直であり、
前記磁石が着磁方向に平行な直線上を前記用紙の枚数に対応して移動するように前記給紙台または前記可動部に配置され、
前記用紙残枚数検出手段は、前記磁束検出手段の出力電圧に応じて前記用紙の残枚数を検出することを特徴とする給紙トレイを使用する機器。
【請求項３】
前記磁石の可動範囲が２ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の給紙トレイを使用する機器。
【請求項４】
前記磁束検出手段の前記磁石に対する位置検出精度が２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の給紙トレイを使用する機器。
【請求項５】
前記用紙の紙厚情報を検知する紙厚検知手段をさらに備え、
前記用紙残枚数検出手段は前記紙厚検知手段によって検知された前記紙厚情報と前記磁束検知手段による検知結果とに基づいて前記残枚数を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の給紙トレイを使用する機器。
【請求項６】
前記紙厚検知手段は前記磁束検知手段による検知結果の変化量に対応して前記紙厚情報を検知することを特徴とする請求項５に記載の給紙トレイを使用する機器。
【請求項７】
前記紙厚検知手段に替えて、前記用紙の紙厚情報を入力可能な情報入力手段をさらに備え、前記用紙残枚数検出手段は前記情報入力手段によって入力された前記紙厚情報と前記磁束検知手段による検知結果とに基づいて前記残枚数を検出することを特徴とする請求項５に記載の給紙トレイを使用する機器。
【請求項８】
前記磁束検知手段はホールセンサであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の給紙トレイを使用する機器。
【請求項９】
前記磁束検知手段は磁気抵抗効果を利用したセンサであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の給紙トレイを使用する機器。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の給紙トレイが有する前記給紙台、前記可動部、前記磁石の少なくとも１つは、前記給紙トレイに替えて前記機器に配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の給紙トレイを使用する機器。
【請求項１１】
前記用紙残枚数検出手段は前記機器に替えて前記給紙トレイに配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の給紙トレイを使用する機器。
【請求項１２】
前記機器は印刷機、複写機、または券売機であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の給紙トレイを使用する機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、用紙残枚数検出を行う給紙トレイを使用する機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷機（又は複写機）等の印刷可能な機器に搭載された給紙トレイにおいて、給紙トレイ内の用紙が完全に無くなることにより、連続複写時又は連続印刷時に動作が途中で停止するのを防ぐために、検出機構によって給紙トレイ内の用紙の残量を検出し予め使用者に報知するものがある。用紙残枚数検出機構にはフォトセンサを用いて用紙の残量を検出するもの（例えば、特許文献１参照）や、給紙台を移動又は傾動させるためのモータの回転数をカウントし用紙の残量を検出するもの（例えば、特許文献２参照）が知られている。また、リードスイッチを用いて、給紙トレイ内の用紙残量を大まかに検出する機構もある（例えば、特許文献３参照）。さらに、用紙残枚数検出機構に適用可能な物体の移動又は傾斜を検出する位置検出装置を開示した文献もある（例えば、特許文献４参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３３６３５２号公報
【特許文献２】特開平６−１００２００号公報
【特許文献３】特開平５−０９７２７８号公報
【特許文献４】特開２００４−３４８１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されているような埃やチリなどの影響を受けやすいフォトセンサを用いた用紙残枚数検出機構や用紙有無検出機構では、印刷機（又は複写機）等で使用されるインクや紙から発生する粉塵の影響がある。このため、検出精度の低下や、誤検出を起すことが問題となっている。また、フォトセンサは外乱光の影響を受け検出精度が下がる。このため、正確な用紙枚数の検出を行うには機構部を遮光する必要があり、機構部が複雑になることも問題視されている。
【０００５】
一方、特許文献２に記載されているような給紙台を移動又は傾動させるためのモータの回転数をカウントする方法を用いた用紙残枚数検出機構では、モータの回転を瞬間的に停止させることが現実的には不可能であり若干のオーバーランがある。このため、正確には用紙残枚数検出を行えないことが問題視されている。また、給紙台を移動又は傾動させるためのモータの回転数をカウントする方法は、部品点数が増え、機構部が複雑になることが問題視されている。
【０００６】
また、特許文献３に記載されているリードスイッチを用いた用紙残枚数検出機構では、大まかに用紙残量を検出できるが、正確に用紙枚数を検出することは不可能である。さらには、リードスイッチは信頼性に欠けることが問題視されている。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来よりも簡易な機構で埃や汚れが発生する過酷な環境下でも部品点数が少なく半永久的に正確に用紙残枚数検出を行うことが可能な給紙トレイを使用する機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために出願人が案出した本発明は、用紙を積載可能な給紙台（１８）と、前記用紙の枚数に応じて前記給紙台を移動させる可動部（１６）と、前記給紙台または前記可動部に配置された磁石とを有する用紙を給紙するための給紙トレイ（１１３）と、前記磁石による磁束密度を検知する２個の磁束検知手段（１２、１３）と、前記磁束検知手段による検知結果に対応して前記用紙の残枚数を検出する用紙残枚数検出手段（１１２）とを備え、前記磁石はＮ極Ｓ極がそれぞれ単極着磁されており、前記磁石の着磁方向が、前記２個の磁束検知手段の感磁方向に対し平行であり、前記磁石が前記２個の磁束検知手段の感磁部を結ぶ直線に平行な直線上を前記用紙の枚数に対応して移動するように前記給紙台または前記可動部に配置され、前記用紙残枚数検出手段は、前記２個の磁束検知手段の一方の出力電圧と他方の出力電圧との差の値を用いて前記用紙の残枚数を検出することを特徴とする給紙トレイを使用する機器（印刷機又は複写機等）を提供する。
本発明はさらに、用紙を積載可能な給紙台（９８）と、前記用紙の枚数に応じて前記給紙台を移動させる可動部（９６）と、前記給紙台または可動部に配置された磁石とを有する用紙を給紙するための給紙トレイ（９３）と、前記磁石による磁束密度を検知する１個の磁束検知手段（９２）と、前記磁束検知手段による検知結果に対応して前記用紙の残枚数を検出する用紙残枚数検出手段とを備え、前記磁石はＮ極Ｓ極がそれぞれ単極着磁されており、前記磁石の着磁方向が、前記磁束検知手段の感磁方向に対し垂直であり、前記磁石が着磁方向に平行な直線上を前記用紙の枚数に対応して移動するように前記給紙台または前記可動部に配置され、前記用紙残枚数検出手段は、前記磁束検出手段の出力電圧に応じて前記用紙の残枚数を検出することを特徴とする給紙トレイを使用する機器を提供する。
【０００９】
なお、特許請求の範囲の構成要素と対応する実施形態中の図中符号等を（）で示した。ただし、特許請求の範囲に記載した構成要素は上記（）部の実施形態の構成要素に限定されるものではない。
【００１０】
以上の構成により、給紙トレイを使用する機器は、用紙を積載可能な給紙台とその用紙の枚数に応じて給紙台を移動又は傾動させる可動部とを有し、給紙台または可動部に磁石を配置し、磁石の移動量又は傾動量を磁気センサで検知することにより、積載された用紙枚数を検知する用紙残枚数検出手段を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、給紙トレイを使用する機器は、従来よりも簡易な機構で埃や汚れが発生する過酷な環境下でも部品点数が少なく半永久的に正確に用紙残枚数検出を行うことが可能となる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明を適用できる実施形態を詳細に説明する。なお、各図面において同様の機能を有する箇所には同一の符号を付し、説明の重複は省略する。
【００１３】
［実施形態１］
本実施形態１の印刷機（又は複写機）を、図１〜図８に基づいて説明する。用紙残枚数検出機構（用紙残枚数検出手段）を具備した給紙トレイを用いた機器（印刷機又は複写機など）は、種々な形状の磁石と、種々な磁気センサとを用いて構成できる。
【００１４】
＜装置構成＞
図１は、本実施形態１における、積載された用紙枚数を磁石と磁気センサによって検知する用紙残枚数検出機構を具備した給紙トレイを用いた機器（印刷機又は複写機など）の給紙部の概略構成を示す側断面図である。図２は、用紙残枚数検出機構を具備した給紙トレイを用いた機器（印刷機又は複写機など）の給紙部の磁石と磁気センサ部を拡大した正面断面図である。
【００１５】
図中符号１１はＮ極Ｓ極をそれぞれ単極着磁した直方体磁石である。着磁方向はホールセンサ１２、１３の感磁面に対して垂直方向（Ｚ方向）である。磁気センサ（磁束検知手段）として、１２は第１のホールセンサ、１３は第２のホールセンサである。ホールセンサは、直接マイコン等に入力できる信号を出力するので使いやすく、磁石との組み合わせで位置センサや回転センサ等の非接触スイッチとして広く応用可能であり、種々の製品が周知である。１４は機器（印刷機又は複写機など）本体に備えられた給紙ローラである。１５は押上げレバーの回転軸である。１６は給紙台を傾動させるための押上げレバーである。１７は押上げレバーの先端に取り付けられた先端部材である。１８は給紙台である。１９は給紙台の回転軸である。１１１は用紙である。１１２は第１、および第２のホールセンサを実装するための機器（印刷機又は複写機など）本体に備えられた基板である。１１３は給紙トレイである。１１４は磁石を給紙台に配置するための支持部材である。
【００１６】
給紙トレイ１１３内の給紙台１８の上面には多数の用紙１１１が積載される。給紙トレイ１１３を機器本体の給紙部に装着すると、給紙トレイ１１３の側壁の一部が機器本体の給紙部に備えられた図示しない被動機構を介して押上げレバー１６を押上げレバーの回転軸１５を中心に傾動する。そして、押し上げレバー１６の先端に取り付けられた先端部材１７が給紙台１８の底面側を押圧して押上げ、給紙台１８は給紙台の回転軸１９を中心に傾動して上昇する。この際、押し上げレバー１６はばねのようなもので代替してもよいことは言うまでもない。そして、給紙台１８の上面に積載された用紙１１１の最上層面が機器本体の給紙部に備えられた給紙ローラ１４の周面に所定の圧力で圧接すると、給紙台１８の傾動が停止され圧接が維持される。
【００１７】
次いで、機器（印刷機又は複写機など）本体からの給紙信号により、給紙ローラ１４が回転し、最上層面の用紙が送り出される。その最上層面の用紙が送り出され、用紙枚数が減少すると、給紙台１８の上面に積載された用紙が給紙ローラ１４に所定の圧力で圧接するように給紙台１８は再び傾動する。
【００１８】
給紙台１８には直方体磁石１１が配置される。直方体磁石１１に対向するように機器本体の図示しない保持部にホールセンサ用基板１１２が配置され、第１のホールセンサ１２と第２のホールセンサ１３がホールセンサ用基板１１２上に所定の間隔で配置される。ここで、ホールセンサ用基板１１２が給紙トレイ側に配置されてもよいことは言うまでもない。給紙台１８の傾動に対応した磁石１１の移動に伴い第１のホールセンサ１２と第２のホールセンサ１３を貫く磁束密度が変化する。その磁束密度をホールセンサによって検知し、２つのホールセンサの出力電圧の差の値から、その値に対応した用紙残量を用紙残枚数検出機構の回路によって検出する。この際、給紙台１８の傾動に対応して、磁石が第１のホールセンサ１２と第２のホールセンサ１３を結ぶ直線に平行な直線上を移動するように、磁石を配置するのが好ましい。
【００１９】
図４は、用紙残枚数検出機構に用いる２個のホールセンサの回路構成例を示す。用紙残枚数検出機構は、２個のホールセンサ１２，１３の駆動・処理回路を備えている。
【００２０】
第１のホールセンサ１２は、正極入力端子Ａと、正極出力端子Ｂと、負極入力端子Ｃと、負極出力端子Ｄとからなる。また、第２のホールセンサ１３は、正極入力端子Ｅと、正極出力端子Ｆと、負極入力端子Ｇと、負極出力端子Ｈとからなる。
【００２１】
第１のホールセンサ１２の正極入力端子Ａと、第２のホールセンサ１３の正極入力端子Ｅとを接続し、第１のホールセンサ１２の負極入力端子Ｃと、第２のホールセンサ１３の負極入力端子Ｇとを接続して駆動回路の入力端子とする。
【００２２】
第１のホールセンサ１２の正極出力端子Ｂと負極出力端子Ｄは、差動信号処理回路２１の第１の差動増幅器２１ａに接続され、第２のホールセンサ１３の正極出力端子Ｆと負極出力端子Ｈは、差動信号処理回路２１の第２の差動増幅器２１ｂに接続される。第１の差動増幅器２１ａの出力端子と第２の差動増幅器２１ｂの出力端子とは、第３の差動増幅器２１ｃの入力端子に接続される。
【００２３】
このような駆動・処理回路によって、第１のホールセンサ１２のホール出力電圧Ｖａと第２のホールセンサ１３のホール出力電圧Ｖｂの差分値（Ｖａ−Ｖｂ）である出力値Ｖｃが、第３の差動増幅器２１ｃの出力端子から出力される。その第３の差動増幅器２１ｃの出力端子の出力値Ｖｃは、直方体磁石１１の位置（即ち用紙残量）に対応したものになる。
【００２４】
２個のホールセンサの出力電圧の差分値（Ｖａ−Ｖｂ）以外にも、差を和で割った値（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）でも同様に直方体磁石１１の位置（即ち用紙残量）に対応したものになる。本方式では、磁石やホールセンサの温度特性をキャンセルでき、さらに磁石１１の位置を高精度に検出することができる。
【００２５】
本構成では、第１のホールセンサ１２と第２のホールセンサ１３の入力端子を並列に接続しているが、これは特に並列接続に限定されるものではない。また、使用するホールセンサの特性により、定電圧駆動か定電流駆動かを使い分けることができる。また、差動増幅器２１ａ〜２１ｃについても、より高精度な計装アンプを用いてもよいことは言うまでもない。また、ホールセンサの出力端子とグラウンドの間にコンデンサを入力したり、ホールセンサの出力電圧を平均化することにより、磁石の位置を高精度に検出することが可能になる。
【００２６】
また、より高精度に用紙残枚数検出を行うために、紙厚情報を入力可能な入力装置等の情報入力機構か、又は用紙の紙厚情報を検知する紙厚検知機構を備えていてもよい。紙厚検知機構は、例えば、給紙台１８に積載された用紙の最上層の用紙が、給紙ローラ１４により送りだされる前の２個のホールセンサの差分出力電圧値Ｖｃ１と、送り出された後の２個のホールセンサの差分出力電圧値Ｖｃ２の差を計算する事により、用紙１枚が送り出された時の差分出力電圧変化分（Ｖｃ１−Ｖｃ２）（紙厚情報）を求める。送り出された後の２個のホールセンサの差分出力電圧値Ｖｃ２と用紙残量がゼロの場合のＶｃ０から、Ｖｃ２−Ｖｃ０を（Ｖｃ１−Ｖｃ２）で割ることにより用紙残量を算出が可能な演算装置を、用紙残枚数検出機構が備えていてもよい。また、情報入力機構又は紙厚検知機構から取得した紙厚情報Δを用いて、Ｖｃ２−Ｖｃ０をΔで割ることでも、同様の効果を発揮できる。
【００２７】
以上より、従来の方法よりも簡易な機構で埃や汚れが発生する過酷な環境下でも部品点数が少なく半永久的に正確に用紙残枚数検出を行うことが可能な給紙トレイを用いた機器（印刷機又は複写機など）を提供することが可能となる。
【００２８】
また、用紙残枚数検出機構の構成部品として、上記以外の以下の構成としてもよい。図３（ａ）〜（ｆ）は、磁石の変形例を示す。磁石として、直方体（立方体）３１、四角柱３２、三角柱３３のような多角柱や、三角錐３４、四角錐３５のような多角錐や、円柱（楕円柱）３６など様々な形状の磁石が適応可能である。
【００２９】
磁気センサとして、ホールセンサ１２，１３の代わりに、磁気抵抗効果素子や、磁気インピーダンス素子、その他様々な磁気センサを用いることも可能である。
【００３０】
磁気センサとしては、磁気増幅を行うための磁性体チップを用いていないホールセンサや、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどの化合物半導体からなるホールセンサ、又は、Ｓｉ、ＧｅなどのIＶ族半導体からなるホールセンサを用いることができる。当然、これら材料を複数個組み合わせたものでも構わない。
【００３１】
また、磁気センサは、複数のセンサを１つのパッケージに一体に封入して構成することができる。１つのパッケージに封入することで、位置精度を向上させることが可能になる。
【００３２】
本実施形態では、磁石を可動部に設置し、磁気センサを固定部（可動部ではない場所）に配置した構成を紹介したが、当然、磁気センサを可動部に配置し、磁石を固定部に配置しても同様の機能を有することができる。
【００３３】
実施形態１では、機器の例として印刷機（または複写機）を挙げているが、自動券売機やＡＴＭなど他の機器で使用できることは当然であり、枚数検出を行う機器であれば、上記実施形態を適用できることは言うまでもない。
【００３４】
＜実施例１＞
以下、本実施形態１の用紙残枚数検出機構の実施例１について説明する。
【００３５】
実施例１は、広い温度範囲において、直方体磁石１１が２個のホールセンサ間を結ぶ直線に平行な直線上を、給紙台１８の移動に伴い、用紙１枚あたり１００μｍずつ平行移動する場合で、最大３００枚から０枚まで正確に用紙残枚数検出を行う場合について示す。図１、図２における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。なお、今回は広い温度範囲での用紙残枚数検出を考えているので、ホールセンサと磁石の周囲温度変化による特性の変化を抑えるために、特許文献４に記載されている信号処理方法を用いる。
【００３６】
図１、図２において、直方体磁石表面からホールセンサ感磁面までの距離ｄ＝３１．０ｍｍ、第１のホールセンサ１２と第２のホールセンサ１３のピッチＰ＝４０．０ｍｍ、直方体磁石の長さＬ＝５８．０ｍｍ、直方体磁石の幅Ｗ＝２０．０ｍｍ、直方体磁石の厚み（着磁方向）ｔ＝２０．０ｍｍとする。Ｙ軸方向の原点を第１のホールセンサ１２と第２のホールセンサ１３を結ぶ線分の中点と定義し、用紙残量が３００枚の時は直方体磁石１１の磁極の中心はＹ＝−１５．０ｍｍの位置に移動し、用紙残量が０枚の時は直方体磁石１１の磁極の中心はＹ＝１５．０ｍｍの位置に移動するよう配置する。
【００３７】
図５は、実施例１における直方体磁石１１の移動距離に対する磁束密度の変化の磁気シミュレーション結果を示す。磁気シミュレーションの前提として、直方体磁石１１の残留磁束密度Ｂｒを１３００ｍＴ（一般的なネオジム焼結磁石の値）として行った。
【００３８】
図５（ａ）は直方体磁石１１の移動距離に対する第１のホールセンサ１２の位置での磁束密度変化５０、図５（ｂ）は磁石の移動距離に対する第２のホールセンサ１３の位置での磁束密度変化５１、図５（ｃ）は磁石の移動距離に対する第１のホールセンサ１２の位置での磁束密度Ｂ１から第２のホールセンサ１３の位置での磁束密度Ｂ２を引いた差磁束密度（Ｂ１−Ｂ２）を、双方の磁束密度を足した和磁束密度（Ｂ１＋Ｂ２）で割った値の変化５２と理想直線５３を表している。ここで、図５（ｃ）に記載した理想直線５３は、直方体磁石１１の移動距離が＋１５．０ｍｍにおける２個のホールセンサ１２，１３の位置での磁束密度の差分値（Ｂ１−Ｂ２）を、磁束密度の和（Ｂ１＋Ｂ２）で割った値と、直方体磁石１１の移動距離が−１５．０ｍｍにおける２個のホールセンサ１２，１３の磁束密度の差分値（Ｂ１−Ｂ２）を、磁束密度の和（Ｂ１＋Ｂ２）で割った値とを結んだ直線とした。
【００３９】
この結果より、第１のホールセンサ１２の位置での磁束密度Ｂ１から第２のホールセンサ１３の位置での磁束密度Ｂ２を引いた差磁束密度（Ｂ１−Ｂ２）を、双方の磁束密度を足した和磁束密度（Ｂ１＋Ｂ２）で割った値は直方体磁石１１の移動距離に対して線形に近い出力特性を持つことが分かる。
【００４０】
ホールセンサの出力電圧は磁束密度の大きさに比例するので、第１のホールセンサ１２の出力電圧Ｖ１と、第２のホールセンサ１３の出力電圧Ｖ２との差分値（Ｖ１−Ｖ２）を、双方の出力電圧の加算値（Ｖ１＋Ｖ２）で割った値も、直方体磁石１１の移動距離に対して線形に近い出力特性を持つことになることは言うまでもない。
【００４１】
図６は、直方体磁石１１の移動距離が＋１５．０ｍｍにおける２個のホールセンサ１２、１３の位置での磁束密度の差分値（Ｂ１−Ｂ２）を、磁束密度の和（Ｂ１＋Ｂ２）で割った値と、直方体磁石１１の移動距離が−１５．０ｍｍにおける２個のホールセンサ１２，１３の磁束密度の差分値（Ｂ１−Ｂ２）を、磁束密度の和（Ｂ１＋Ｂ２）で割った値とを結んだ直線を理想直線５３として、理想直線５３と図５（ｃ）に示した磁気シミュレーション結果のズレから換算した直方体磁石１１の移動距離検出における誤差を示した図である。
【００４２】
図６に示す結果より、直方体磁石１１の移動距離検出における誤差は最大でも２５μｍ程度であり、用紙１枚あたり１００μｍずつ平行移動する場合では、用紙残量を正確に検出できることがわかる。
【００４３】
実施例１において、直方体磁石１１を給紙台１８ではなく、押し上げレバー１６など用紙が送り出された場合に給紙台と連動して移動するもの（可動部）に配置して同様のことを行ってもよいことは言うまでもない。
【００４４】
＜実施例２＞
以下、本実施形態１の用紙残枚数検出機構の実施例２について説明する。
【００４５】
実施例２は、広い温度範囲において、直方体磁石１１が２個のホールセンサ間を結ぶ直線に平行な直線上を、給紙台１８の移動に伴い、用紙１枚あたり１００μｍずつ平行移動する場合で、用紙残量が２０枚までは用紙残枚数検出をおこなわず、２０枚から０枚まで正確に用紙残枚数検出を行う場合について示す。なお、広い温度範囲での用紙残枚数検出を考えているので、ホールセンサと磁石の周囲温度変化による特性の変化を抑えるために、特許文献４に記載されている信号処理方法を用いる。
【００４６】
図１、図２において、直方体磁石表面からホールセンサ感磁面までの距離ｄ＝１．５ｍｍ、第１のホールセンサ１２と第２のホールセンサ１３のピッチＰ＝０．８ｍｍ、直方体磁石の長さＬ＝１．８ｍｍ、直方体磁石の幅Ｗ＝０．８ｍｍ、直方体磁石の厚み（着磁方向）ｔ＝０．８ｍｍとする。Ｙ軸方向の原点を第１のホールセンサ１２と第２のホールセンサ１３を結ぶ線分の中点とし、用紙残量が２０枚の時は直方体磁石１１の磁極の中心はＹ＝−１．０ｍｍの位置に移動し、用紙残量が０枚の時は直方体磁石１１の磁極の中心はＹ＝１．０ｍｍの位置に移動するように配置する。
【００４７】
図７は、実施例２における直方体磁石１１の移動距離に対する磁束密度の変化の磁気シミュレーション結果を示す。磁気シミュレーションの前提として、直方体磁石１１の残留磁束密度Ｂｒを１３００ｍＴ（一般的なネオジム焼結磁石の値）として行った。
【００４８】
図７（ａ）は直方体磁石１１の移動距離に対する第１のホールセンサ１２の位置での磁束密度変化７０、図７（ｂ）は磁石の移動距離に対する第２のホールセンサ１３の位置での磁束密度変化７１、図７（ｃ）は磁石の移動距離に対する第１のホールセンサ１２の位置での磁束密度Ｂ１から第２のホールセンサ１３の位置での磁束密度Ｂ２を引いた差磁束密度（Ｂ１−Ｂ２）を、双方の磁束密度を足した和磁束密度（Ｂ１＋Ｂ２）で割った値の変化７２と理想直線７３を表している。ここで、図７（ｃ）に記載した理想直線７３は、直方体磁石１１の移動距離が＋１．０ｍｍにおける２個のホールセンサ１２，１３の位置での磁束密度の差分値（Ｂ１−Ｂ２）を、磁束密度の和（Ｂ１＋Ｂ２）で割った値と、直方体磁石１１の移動距離が−１．０ｍｍにおける２個のホールセンサ１２，１３の磁束密度の差分値（Ｂ１−Ｂ２）を、磁束密度の和（Ｂ１＋Ｂ２）で割った値とを結んだ直線とした。
【００４９】
この結果より、第１のホールセンサ１２の位置での磁束密度Ｂ１から第２のホールセンサ１３の位置での磁束密度Ｂ２を引いた差磁束密度（Ｂ１−Ｂ２）を、双方の磁束密度を足した和磁束密度（Ｂ１＋Ｂ２）で割った値は、直方体磁石１１の移動距離に対して線形に近い出力特性を持つことが分かる。
【００５０】
ホールセンサの出力電圧は磁束密度の大きさに比例するので、第１のホールセンサ１２の出力電圧Ｖ１と、第２のホールセンサ１３の出力電圧Ｖ２との差分値（Ｖ１−Ｖ２）を、双方の出力電圧の加算値（Ｖ１＋Ｖ２）で割った値も、直方体磁石１１の移動距離に対して線形に近い出力特性を持つことになることは言うまでもない。
【００５１】
図８は、直方体磁石１１の移動距離が＋１．０ｍｍにおける２個のホールセンサ１２、１３の位置での磁束密度の差分値（Ｂ１−Ｂ２）を、磁束密度の和（Ｂ１＋Ｂ２）で割った値と、直方体磁石１１の移動距離が−１．０ｍｍにおける２個のホールセンサ１２，１３の磁束密度の差分値（Ｂ１−Ｂ２）を、磁束密度の和（Ｂ１＋Ｂ２）で割った値とを結んだ直線を理想直線７３として、理想直線７３と図７（ｃ）に示した磁気シミュレーション結果のズレから換算した直方体磁石１１の移動距離検出における誤差を示した図である。
【００５２】
図８に示す結果より、直方体磁石１１の移動距離検出における誤差は最大でも９μｍ程度であり、用紙１枚あたり１００μｍずつ平行移動する場合では、用紙残量を正確に検出できることがわかる。
【００５３】
このように、正確な用紙残枚数検出したい枚数が少量の場合、用紙残枚数検出機構は小型で実現できることが分かる。
【００５４】
実施例２において、直方体磁石１１を給紙台１８ではなく、押し上げレバー１６など用紙が送り出された場合に給紙台と連動して移動するもの（可動部）に配置して同様のことを行ってもよいことは言うまでもない。
【００５５】
［実施形態２］
本実施形態２は、実施形態１の変形であって基本的な構成は実施形態１に準じる。以下では、上述の実施形態１と同様な構成については説明を省略し、本実施形態２における上述の実施形態１との相違点についてのみ説明する。
【００５６】
本実施形態２の機器（印刷機又は複写機など）を、図９〜図１３に基づいて説明する。用紙残枚数検出機構を具備した給紙トレイを用いた機器（印刷機又は複写機など）は、種々な形状の磁石と、種々な磁気センサとを用いて構成できる。
【００５７】
＜装置構成＞
図９は、本実施形態２における、積載された用紙枚数を磁石と磁気センサによって検知する用紙残枚数検出機構を具備した、給紙トレイを用いた機器（印刷機又は複写機など）の給紙部の概略構成を示す側断面図である。図１０は、用紙残枚数検出機構を具備した給紙トレイを用いた機器（印刷機又は複写機など）の給紙部の磁石と磁気センサ部を拡大した正面断面図である。
【００５８】
図中符号９１はＮ極Ｓ極をそれぞれ単極着磁した直方体磁石である。着磁方向はホールセンサ９２の感磁面に対して水平方向（Ｙ方向）である。磁気センサ（磁束検知手段）として、９２はホールセンサである。９４は機器（印刷機又は複写機など）本体に備えられた給紙ローラである。９３は給紙トレイである。９５は押上げレバーの回転軸である。９６は給紙台を傾動させるための押上げレバーである。９７は押上げレバーの先端に取り付けられた先端部材である。９８は給紙台である。９９は給紙台の回転軸である。９１１は用紙である。９１２はホールセンサを実装するための機器（印刷機又は複写機など）本体に備えられた基板である。９１４は磁石を給紙台に配置するための支持部材である。９１５は磁石の磁極面である。
【００５９】
給紙トレイ９３内の給紙台９８の上面には多数の用紙９１１が積載される。給紙トレイ９３を機器（印刷機又は複写機など）本体の給紙部に装着すると、給紙トレイ９３の側壁の一部が機器本体の給紙部に備えられた図示しない被動機構を介して押上げレバー９６を押上げレバーの回転軸９５を中心に傾動する。そして、押し上げレバー９６の先端に取り付けられた先端部材９７が給紙台９８の底面側を押圧して押上げ、給紙台９８は給紙台の回転軸９９を中心に傾動して上昇する。この際、押し上げレバー９６はばねのようなもので代替してもよいことは言うまでもない。そして、給紙台９８の上面に積載された用紙９１１の最上層面が機器（印刷機又は複写機など）の本体の給紙部に備えられた給紙ローラ９４の周面に所定の圧力で圧接すると、給紙台９８の傾動が停止され圧接が維持される。
【００６０】
次いで、機器本体からの給紙信号により、給紙ローラ９４が回転し、最上層面の用紙が送り出される。最上層面の用紙が送り出され、用紙枚数が減少すると、給紙台９８の上面に積載された用紙が給紙ローラ９４に所定の圧力で圧接するように給紙台９８は再び傾動する。
【００６１】
給紙台９８には直方体磁石９１が配置され、直方体磁石９１に対向するように機器本体の図示しない保持部にホールセンサ用基板９１２が配置され、第１のホールセンサ９２がホールセンサ用基板９１２上に配置される。ここで、ホールセンサ用基板９１２が給紙トレイ９３側に配置されてもよいことは言うまでもない。給紙台９８の傾動に対応した磁石の移動に伴いホールセンサ９２を貫く磁束密度が変化する。その磁束密度をホールセンサによって検知し、その電圧の値からその値に対応した用紙残量を用紙残枚数検出機構の回路によって検出する。この際、給紙台９８の傾動に対応して、直方体磁石９１がホールセンサ９２の感磁面に平行な直線上を移動するように直方体磁石９１を配置するのが好ましい。
【００６２】
また、より高精度に用紙残枚数検出を行うために、紙厚情報を入力可能な入力装置等の情報入力機構か、又は用紙の紙厚情報を検知する紙厚検知機構を備えていてもよい。紙厚検知機構は、例えば、給紙台９８に積載された用紙の最上層の用紙が、給紙ローラ９４により送りだされる前のホールセンサの出力電圧値Ｖ１と、送り出された後のホールセンサの出力電圧値Ｖ２の差を計算する事により、用紙１枚が送り出された時の出力電圧変化分（Ｖ１−Ｖ２）（紙厚情報）を求める。情報入力機構又は紙厚検知機構から取得した紙厚情報Δ（紙厚検知機構の信号では、（Ｖ１−Ｖ２）の値）と、送り出された後のホールセンサの出力電圧値Ｖ２と用紙残量がゼロの場合のＶ０から、Ｖ２−Ｖ０をΔで割って用紙残量を算出が可能な演算装置を、用紙残枚数検出機構が備えていてもよい。
【００６３】
以上より、従来の方法よりも簡易な機構で埃や汚れが発生する過酷な環境下でも部品点数が少なく半永久的に正確に用紙残枚数検出を行うことが可能な給紙トレイを用いた機器（印刷機又は複写機など）を提供することが可能となる。
【００６４】
また、用紙残枚数検出機構の構成部品として、上記以外の以下の構成としてもよい。図１１（ａ）〜（ｆ）は、磁石の変形例を示す。磁石として、直方体（立方体）２０１、四角柱２０２、三角柱２０３のような多角柱や、三角錐２０４、四角錐２０５のような多角錐や、円柱（楕円柱）２０６など様々な形状の磁石が適応可能である。
【００６５】
磁気センサとして、ホールセンサ９２の代わりに、磁気抵抗効果素子や、磁気インピーダンス素子、その他様々な磁気センサを用いることも可能である。
【００６６】
磁気センサとしては、磁気増幅を行うための磁性体チップを用いていないホールセンサや、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどの化合物半導体からなるホールセンサ、又は、Ｓｉ、ＧｅなどのIＶ族半導体からなるホールセンサを用いることができる。当然、これら材料を複数個組み合わせたものでも構わない。
【００６７】
本実施形態では、磁石を可動部に設置し、磁気センサを固定部（可動部ではない場所）に配置した構成を紹介したが、当然、磁気センサを可動部に配置し、磁石を固定部に配置しても同様の機能を有することができる。
【００６８】
実施形態２では、機器の例として印刷機（または複写機）を挙げているが、自動券売機やＡＴＭなど他の機器で使用できることは当然であり、枚数検出を行う機器であれば、上記実施形態を適用できることは言うまでもない。
【００６９】
＜実施例３＞
以下、本実施形態２の用紙残枚数検出機構の実施例３について説明する。
【００７０】
実施例３は直方体磁石９１が、ホールセンサ９２の感磁面に平行な直線上を、給紙台９８の移動に伴い、用紙１枚あたり１００μｍずつ平行移動する場合で、用紙残量が２０枚までは用紙残枚数検出をおこなわず、２０枚から０枚まで正確に用紙残枚数検出を行う場合について示す。
【００７１】
図９、図１０において、直方体磁石表面からホールセンサ感磁面までの距離ｄ＝２．２ｍｍ、直方体磁石の長さＬ＝６．０ｍｍ、直方体磁石の幅Ｗ＝４．０ｍｍ、直方体磁石の厚み（着磁方向）ｔ＝４．０ｍｍとする。Ｙ軸方向の原点をホールセンサ９２の位置とし、用紙残量が２０枚の時は直方体磁石１１の磁極の切り替わり点９１５はＹ＝−１．０ｍｍの位置に移動し、用紙残量が０枚の時は直方体磁石９１の磁極の中心はＹ＝１．０ｍｍの位置に移動するように配置する。
【００７２】
図１２は、実施例３における直方体磁石９１の移動距離に対するホールセンサ９２の位置での磁束密度の変化の磁気シミュレーション結果８１を示す。磁気シミュレーションの前提として、直方体磁石９１の残留磁束密度Ｂｒを１３００ｍＴ（一般的なネオジム焼結磁石の値）として行った。
【００７３】
この結果より、ホールセンサ９２の位置での磁束密度Ｂの値は、直方体磁石９１の移動距離に対して線形に近い出力特性を持つことが分かる。
【００７４】
ホールセンサの出力電圧は磁束密度の大きさに比例するので、ホールセンサ９２の出力電圧Ｖの値も、直方体磁石９１の移動距離に対して線形に近い出力特性を持つことになることは言うまでもない。
【００７５】
図１３は、直方体磁石９１の移動距離が＋１．０ｍｍにおけるホールセンサ９２磁束密度と、直方体磁石９１の移動距離が−１．０ｍｍにおけるホールセンサ９２の磁束密度を結んだ直線を理想直線８２として、理想直線８２と図１２に示した磁気シミュレーション結果８１のズレから換算した直方体磁石９１の移動距離検出における誤差を示した図である。
【００７６】
図１３に示す結果より、直方体磁石９１の移動距離検出における誤差は最大でも１μｍ以下であり、用紙１枚あたり１００μｍずつ平行移動する場合では、用紙残量を正確に検出できることがわかる。
【００７７】
このように、正確な用紙残枚数検出したい枚数が少量の場合、用紙残枚数検出機構は小型で実現できることが分かる。
【００７８】
また、実施例３において、直方体磁石９１を給紙台９８ではなく、押し上げレバー９６など用紙が送り出された場合に給紙台と連動して移動するもの（可動部）に配置して同様のことを行ってもよいことは言うまでもない。
【００７９】
［実施形態の効果］  
以上説明したように本実施形態１、２によれば、第１の態様として、給紙トレイ（例えば１１３）を使用する機器は、用紙を給紙するための給紙トレイであって、用紙を積載可能な給紙台（例えば１８）と、用紙の枚数に応じて給紙台を移動させる可動部（例えば１６）と、給紙台または可動部に配置された磁石（例えば１１）とを有する給紙トレイと、磁石による磁束密度を検知する磁束検知手段（例えば１２、１３）と、磁束検知手段による検知結果に対応して用紙の残枚数を検出する用紙残枚数検出手段（例えば１１、１２、１３、１１２、図４）とを備えたことを特徴とする。
【００８０】
以上の構成により、給紙トレイを使用する機器は、用紙を積載可能な給紙台とその用紙の枚数に応じて給紙台を移動又は傾動させる可動部とを有し、給紙台または可動部に磁石を配置し、磁石の移動量又は傾動量を磁気センサで検知することにより、積載された用紙枚数を検知する用紙残枚数検出手段を備える。
【００８１】
ここで、第２の態様として、第１の態様に記載の給紙トレイを使用する機器において、上記給紙台または可動部の移動に応じて上記磁石が上記磁束検知手段に平行な直線上を移動することを特徴とすることができる（図２）。
【００８２】
また、第３の態様として、第１又は第２の態様に記載の給紙トレイを使用する機器において、上記用紙の紙厚情報を検知する紙厚検知手段をさらに備え、上記用紙残枚数検出手段は紙厚検知手段によって検知された紙厚情報（Ｖｃ１−Ｖｃ２）と上記磁束検知手段による検知結果（Ｖｃ２−Ｖｃ０）とに基づいて上記残枚数を検出することを特徴とすることができる。
【００８３】
また、第４の態様として、第３の態様に記載の給紙トレイを使用する機器において、上記紙厚検知手段は上記磁束検知手段による検知結果の変化量（Ｖｃ１−Ｖｃ２）に対応して上記紙厚情報を検知することを特徴とすることができる。
【００８４】
また、第５の態様として、第３の態様に記載の給紙トレイを使用する機器において、上記紙厚検知手段に替えて、上記用紙の紙厚情報を入力可能な情報入力手段をさらに備え、上記用紙残枚数検出手段は情報入力手段によって入力された上記紙厚情報と上記磁束検知手段による検知結果（Ｖｃ２−Ｖｃ０）とに基づいて上記残枚数を検出することを特徴とすることができる。  
また、第６態様として、第１乃至第５の態様のいずれかに記載の給紙トレイを使用する機器において、上記磁束検知手段はホールセンサであることを特徴とすることができる。
【００８５】
また、第７の態様として、第１乃至第５の態様のいずれかに記載の給紙トレイを使用する機器において、上記磁束検知手段は磁気抵抗効果を利用したセンサであることを特徴とすることができる。
【００８６】
また、第８の態様として、第１乃至第７の態様のいずれかに記載の給紙トレイを使用する機器（印刷機又は複写機等）は、給紙トレイが有する前記給紙台、前記可動部、前記磁石の少なくとも１つは、前記給紙トレイに替えて前記機器に配置されたことを特徴とする。
【００８７】
また、第９の態様として、第１乃至第８の態様のいずれかに記載の給紙トレイを使用する機器において、上記用紙残枚数検出手段は上記機器に替えて上記給紙トレイに配置されていることを特徴とすることができる。
【００８８】
また、第１０の態様として、第１乃至第９の態様のいずれかに記載の給紙トレイを使用する機器において、前記機器は印刷機、複写機、または券売機であることを特徴とすることができる。
【００８９】
［他の実施形態］  
実施形態１と実施形態２以外にも、磁石の着磁方向や極数、及び、センサの配置等細かな点を変更・修正して、さらに高精度に用紙残枚数検出を行うことが可能であり、本発明はそれらを包含するものである。当然、給紙トレイの構造や給紙の機構についても変更・修正が可能である。
【００９０】
上述の実施形態は本発明の例示のために説明したが、上述の実施形態の他にも変形が可能である。その変形が特許請求の範囲で述べられている本発明の技術思想に基づく限り、その変形は本発明の技術的範囲内となる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明を適用できる実施形態１の、磁石と磁気センサによって積載された用紙枚数を検知する用紙残枚数検出機構を具備した給紙トレイを用いた機器（印刷機又は複写機など）の給紙部の概略構成側断面図である。
【図２】用紙残枚数検出機構を具備した給紙トレイを用いた機器（印刷機又は複写機など）の給紙部の磁石と磁気センサ部の拡大正面断面図である。
【図３】本発明を適用できる実施形態１の、磁石形状の例を示す説明図であり、（ａ）は直方体磁石、（ｂ）は四角柱磁石、（ｃ）は三角柱磁石、（ｄ）は三角錐磁石、（ｅ）は四角錐磁石、（ｆ）は楕円柱磁石をそれぞれ示す説明図である。
【図４】用紙残枚数検出機構に用いる２個のホールセンサの回路構成例を示す図である。
【図５】実施例１における直方体磁石の移動距離に対する磁束密度の変化の磁気シミュレーション結果を示す図であり、（ａ）は磁石の移動距離に対する第１のホールセンサの位置での磁束密度変化、（ｂ）は磁石の移動距離に対する第２のホールセンサの位置での磁束密度変化、（ｃ）は磁石の移動距離に対する第１のホールセンサの位置での磁束密度Ｂ１から第２のホールセンサの位置での磁束密度Ｂ２を引いた差磁束密度（Ｂ１−Ｂ２）を、双方の磁束密度を足した和磁束密度（Ｂ１＋Ｂ２）で割った値の変化をそれぞれ示す図である。
【図６】実施例１において、理想直線と、図５に示した磁気シミュレーション結果のズレとから換算した、直方体磁石の移動距離に対する、給紙台に配置された磁石の位置検出誤差を示す説明図である。
【図７】実施例２における直方体磁石の移動距離に対する磁束密度の変化の磁気シミュレーション結果を示す図であり、（ａ）は磁石の移動距離に対する第１のホールセンサの位置での磁束密度変化、（ｂ）は磁石の移動距離に対する第２のホールセンサの位置での磁束密度変化、（ｃ）は磁石の移動距離に対する第１のホールセンサの位置での磁束密度Ｂ１から第２のホールセンサの位置での磁束密度Ｂ２を引いた差磁束密度（Ｂ１−Ｂ２）を、双方の磁束密度を足した和磁束密度（Ｂ１＋Ｂ２）で割った値の変化をそれぞれ示す図である。
【図８】実施例２において、理想直線と、図７に示した磁気シミュレーション結果のズレとから換算した、直方体磁石の移動距離に対する、給紙台に配置された磁石の位置検出誤差を示す説明図である。
【図９】本発明を適用できる実施形態２の、磁石と磁気センサによって積載された用紙枚数を検知する用紙残枚数検出機構を具備した給紙トレイを用いた機器（印刷機又は複写機など）の給紙部の概略構成側断面図である。
【図１０】用紙残枚数検出機構を具備した給紙トレイを用いた機器（印刷機又は複写機など）の給紙部の磁石と磁気センサ部の拡大正面断面図である。
【図１１】本発明を適用できる実施形態２の、磁石形状の例を示す説明図であり、（ａ）は直方体磁石、（ｂ）は四角柱磁石、（ｃ）は三角柱磁石、（ｄ）は三角錐磁石、（ｅ）は四角錐磁石、（ｆ）は楕円柱磁石をそれぞれ示す説明図である。
【図１２】実施例３における直方体磁石の移動距離に対する磁束密度の変化の磁気シミュレーション結果であり、磁石の移動距離に対するホールセンサの位置での磁束密度変化を示す図である。
【図１３】実施例３において、理想直線と、図１２に示した磁気シミュレーション結果のズレとから換算した、直方体磁石の移動距離に対する、給紙台に配置された磁石の位置検出誤差を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９２】
１１、９１  直方体磁石
１２  第１のホールセンサ
１３  第２のホールセンサ
１４、９４  給紙ローラ
１５、９５  押し上げレバーの回転軸
１６、９６  押し上げレバー
１７、９７  先端部材
１８、９８  給紙台
１９、９９  給紙台の回転軸
９２  ホールセンサ
９３、１１３  給紙トレイ
１１１、９１１  用紙
１１２、９１２  ホールセンサ用基板
１１４、９１４  支持部材
９１５  磁極面
２１  差動信号処理回路
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  差動増幅器
【図１】
0004685703.tif 000002
【図２】
0004685703.tif 000003
【図３】
0004685703.tif 000004
【図４】
0004685703.tif 000005
【図５】
0004685703.tif 000006
【図６】
0004685703.tif 000007
【図７】
0004685703.tif 000008
【図８】
0004685703.tif 000009
【図９】
0004685703.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0004685703.tif 000012
【図１２】
0004685703.tif 000013
【図１３】
0004685703.tif 000014