(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの抵抗ストリップを有する少なくとも１つのセンサストリップと、
前記センサストリップに接続された少なくとも１つの電気的供給源と、
前記センサストリップに近接するがこれから間隔をあけて延びる導電センサ膜と、
前記抵抗ストリップに接続された少なくとも１つの電気的センサと、
を含み、流体流を物体通路を横切って前記導電センサ膜に衝突させることによって前記導電センサ膜に圧力を加え、これにより前記導電センサ膜を変形させて前記センサストリップに電気的に接触させる圧力源により生成される圧力プロファイルを検出する装置において、
前記物体通路内の物体によって前記導電センサ膜に衝突される流体流が妨害されることにより前記導電センサ膜が変形して、前記導電センサ膜の前記センサストリップとの接触位置が変わることにより前記物体の縁部の位置を検出することを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記少なくとも１つの電気的センサは、第１の電気増幅器と第２の電気増幅器を含み、
前記抵抗ストリップの一端側に前記第１の電気増幅器が、前記抵抗ストリップの他端側に前記第２の電気増幅器が、それぞれ接続されていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記圧力プロファイルは、流体流発生源によって生成されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力または力の有無または大きさと、その圧力のプロファイルの両方を検出する圧力プロファイル検出装置に関し、特に、薄フィルム技術を用いて圧力または力を感知する圧力プロファイル検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、圧力センサを用いて様々な環境下での圧力変化を検出する。例えば、動作中の機械内における圧力や、生活環境における圧力等である。また、圧力センサを用いて様々な媒体の圧力変化も検出する。例えば、流体によって加えられる圧力等を感知する。ここで、流体とは空気や水等である。流体圧を感知する装置の例としては従来の気圧計がある。
【０００３】
機械的な接触圧を感知する装置の例としては、従来のタッチキーボードがある。このようなタッチキーボードを、コンピュータキーボードやタッチトーン電話等の様々な装置に用いて、情報を入力する。このような装置は多数のキーを有し、これらのキーによって、物理的な圧力が加わったことを感知する。ユーザがキーの一つを物理的に加圧すると、ユーザがその特定のキーを選択したことを示す指標が生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、流体圧または物理的な圧力を感知するこれらの装置またはその他の従来の装置は、様々な不具合がある。ひとつには、これら従来の圧力センサは、圧力の大きさを測定するのみであることである。例えば、従来の気圧計は、装置の内部領域に配置され、装置の内部圧力を測定する。つまり、内部領域で感知した最大圧の大きさを表すに過ぎず、内部領域に圧力の変化があるか否かを示す指標や、感知した圧力が内部領域の低い圧力であるか否かを示す指標を提供することはない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧力プロファイルと同様、圧力の有無または大きさを感知する圧力プロファイル検出装置を提供する。本発明に係る圧力プロファイルセンサは、その用途が広く、流体や物理的な接触によって加えられる圧力や圧力プロファイルの検出が望まれる様々な状況や環境に適用できる。
【０００６】
本発明は、様々なタイプの流体圧、接触圧、または空間における圧力または力の分布等のプロファイルを効果的に感知できる圧力センサを更に提供する。
【０００７】
本発明は、圧力または圧力原因となる力の有無や大きさ、あるいは圧力プロファイルを検出する必要がある装置内部の様々な部分や領域に配置できるコンパクトな圧力センサを更に提供する。
【０００８】
本発明は、その一態様において、センサ装置と一体のセンサ膜を有する圧力センサを提供する。センサ膜は導電性がある。センサ膜は、単一の導電物質で形成してもよいし、シリコン等のフレキシブル（可撓性）フィルムと、アルミニウム処理したマイラ等の導電フィルムとで形成してもよい。フレキシブルフィルムは、積層処理等によって導電フィルムに貼付される。センサ膜は、圧力が加えられると、それに反応して変形または屈曲するフレキシブル物質あるいは弾性物質によって構成される。圧力が加わらない時は、センサ膜は非変形位置にある。今後、この位置を待機位置と呼ぶ。
【０００９】
本発明のいくつかの実施の形態では、感知チャネルを設ける。この時、センサ膜が感知チャネルの一壁を形成するように配置する。さらに、感知チャネルは感知スペースを規定する。センサ膜は感知領域を有する。感知領域は、センサ膜の、感知スペースまで伸びる一部である。センサ膜は弾性的に変形あるいは屈曲して、感知チャネルの感知スペースに入りこむことができる。
【００１０】
本発明に係る圧力センサは、センサ膜に隣接配置されたセンサ装置を更に有する。各センサ装置は、センサストリップ、電圧源、電気的センサを有し、あるいは電流源を有してもよい。いくつかの実施の形態では、センサストリップは導電ストリップと抵抗ストリップの両方を有する。抵抗ストリップと導電ストリップは感知チャネル内に配置される。抵抗ストリップと導電ストリップは互いに平行に置かれる。電圧源は、導電ストリップの長手方向のある点で、これと電気的に接続する。電圧源または電流源をどの特定な点において適用するかは、圧力センサの特定な使用により異なる（以下で説明）。また、複数のセンサストリップを様々な幾何学的位置に配置してもよい。例えば一元的配置、二元的配置等である。これは圧力センサの特定な適用により異なる。
【００１１】
あるいは他の実施の形態では、導電部材を電圧源（Ｖ）および、電流相互コンダクタンス増幅器に接続された抵抗ストリップに接続してもよい。電流相互コンダクタンス増幅器は、例えば、事実上のグランドでストリップ端部を保持し、地面に流れる電流を測定する。グランドに流れる電流は、接点とグランドとの間の抵抗ストリップ部分の抵抗ｒに関連する。したがって、グランドに流れる電流を測定すれば、接点の空間的な位置を検出できる。
【００１２】
接点はセンサ膜に加わる力によって異なるために、電気的センサはセンサ膜に加わる圧力のプロファイルを示す指標を提供できる。つまり、各点におけるセンサ膜の変形の度合いは、その地点でセンサ膜に加わる圧力によって異なる。その結果、センサ膜に加わる力は、その圧力が加わる特定の点と同様、センサ膜が、導電ストリップと抵抗ストリップを有するセンサストリップに接触する点に基づいて検出できよう。センサ膜に更に力が加わった場合、あるいは圧力が加わる場所が変化した場合、センサ膜の変形状態が変化し、センサストリップ上のセンサ膜の接点が変化する。
【００１３】
本発明に係る圧力センサは、多様な環境下で多様な適用ができる。例えば、物体の有無およびあるいは位置を検出するセンサとして本発明に係る圧力センサを適用できる。つまり、圧力センサを流体流源と関連して用いて、物体の位置や有無を検出する。流体流源に対向し、物体通路に隣接した位置または物体が中に置かれた装置の領域または部分に隣接した位置に、圧力センサを配置する。物体通路とは物体が通る通路である。物体が物体通路を通過する際に、物体は流体流源と圧力センサとの間を移動する。その結果、物体は、圧力センサに衝撃を与えている流体流を妨害し、圧力センサに加わる圧力と、圧力センサに圧力が加わる位置とを変化させる。圧力センサは、圧力および圧力プロファイルの変化を示す信号を出力する。
【００１４】
本発明に係る圧力センサを使用する装置の例として、複写装置における物体の位置検出がある。例えば、圧力センサを用いて紙シートの位置を検出してもよい。一般に複写装置では、複数の紙シートを紙ストレージビンに入れておく。複写処理を開始すると、複写装置内で一枚の紙シートが紙ストレージビンから様々な通路を通って移動する。例えば、特定の通路を通って、像が紙上に再生される領域、つまり像形成エンジンまで移動する。その後、そのシートは他の通路を通って回収ビンに移動して回収される。
【００１５】
複写機の動作において、紙シートが様々な通路を通過する間、その位置をモニタすることが必須である。したがって、複写装置内の少なくとも一本の通路に本発明の圧力センサを流体流源と関連して配置してもよい。紙シートが複写装置の通路を通って移動すると、この紙シートはある地点で流体流源と圧力センサとの間を通過する。この結果、圧力センサに衝撃を与えている流体流はこの紙シートによって妨害され、圧力センサに加わる圧力や圧力プロファイルが変化する。すると、圧力センサは、紙シートの存在、到着、通過およびあるいは位置を示す信号を出力する。
【００１６】
本発明において、複写装置内で紙シートの存在、到着、通過およびあるいは位置を検出するために使用される圧力センサは、上記のセンサ膜およびセンサ装置を有する。本発明のいくつかの実施の形態では、センサ膜に流体流がかからない状態では、センサ膜は待機位置に置かれる。待機位置では、センサ膜はセンサストリップからある距離をあけて配置される。動作において、流体流源はセンサ膜に向かって流体を適用する。さらに、例えば紙シートが流体流源と圧力センサとの間に置かれていない場合、すなわち、紙シートが未到着の場合、流体流源からの流体流は妨害されず、ある力を以ってセンサ膜に衝撃を与え、これを広げる、つまり変形させる。
【００１７】
センサ膜がこのように変形するため、（紙シートが無い場合は）センサ膜は、センサストリップの長手方向に沿って機械的つまり物理的、および電気的にセンサストリップと接触するが、流体流源と圧力センサとの間に紙シートが到着すると、少なくともセンサストリップの一部に沿って、流体流が減少する。これにより、センサ膜の少なくとも一部がセンサストリップから離れて、待機位置に向かって移動する。センサ膜の位置が変化すると、センサ膜と導電および抵抗ストリップとの間の機械的および電気的接触が変化する。この結果、複写装置の通路での紙シートの存在、到着、通過およびあるいは位置が検出される。
【００１８】
このように、圧力センサの用途は広く、ある装置のある部分や領域における物体の位置や有無の検出が必要または望まれる多様な状況に適用できる。圧力センサは、物体の位置検出が必要あるいは望まれる装置内の多様な部分または領域に配置できるコンパクトな物体センサとしても使用可能である。圧力の有無およびあるいは大きさの検出が必要あるいは望まれる任意の場所で圧力センサを用いてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧力センサを、圧力の有無または大きさ、あるいは圧力プロファイルの検出が必要あるいは望まれる任意の装置の内部に配置する。さらに、本発明に係る圧力センサを、圧力測定が必要あるいは望まれ、かつ、その圧力を加えて圧力センサのセンサ膜を変形させる任意の装置の内部に設けることもできる。例えば、流体流をセンサ膜に向けて適用するか物理的圧力をセンサ膜に適用するかして、かつ、その圧力が適用される特定場所の検出が望まれる任意の装置に、圧力センサを使用してもよい。
【００２０】
たとえば、本発明の圧力センサを物体センサとして流体流源と関連して使用し、物体の位置や有無によってセンサ膜に可変的に衝撃を与え、これを変形することができる。あるいは、指先でタッチスクリーンを押圧する等の物理的な接触によって生じた接触圧を検出してもよい。圧力センサによって、タッチスクリーン上に指先があたっていることを示す指標を提供できる。このように、圧力の存在または大きさを検出する必要がある任意の場所に圧力センサを用いることができる。これは、検出対象の圧力に対して圧力センサを露出できる限り、可能である。
【００２１】
上述のように、本発明に係る圧力センサのある特定の適用において、流体圧力と関連して使用する。ここで、周知あるいは今後開発される流体を本発明に係る圧力センサと関連して使用できることが分かる。ただし、この流体は、圧力センサまたは圧力センサが配置される装置の周辺部材またはその装置の環境を損傷あるいは汚染しないことが唯一の制限である。さらに、本発明に係るいくつかの実施の形態では、この流体は電気的に絶縁されているべきである。
【００２２】
また、本発明に係る圧力センサを物体センサとして使用することで、物体通路（以下で説明）を移動し、物体通路を横切る流体流を妨害または塞ぐことができる任意の型の物体の位置またはその有無を感知できることが分かる。つまり、物体通路を移動する物体によって流体流が大きく変化し、変化した流体流プロファイルが圧力センサによって感知可能な限り、任意の物体の位置およびあるいはその有無を、本発明に係る圧力センサおよび圧力感知方法によって感知できる。
【００２３】
本発明に係る圧力センサおよび圧力感知方法の例を以下に述べる。ここでは、物体の位置および有無を検知するために使用される流体は空気である。しかし、上述の通り、本発明に係るセンサおよび感知方法は、感知される流体が空気である場合に限定されるものではないことが分かる。同様に、本発明に係る圧力センサおよび感知方法の実施の形態に関する以下の説明では、物体は紙シートであり、圧力センサはプリンタ、複写機、ファックス器等の像形成装置内部に配置される。しかし、上述の通り、本発明に係る圧力センサおよび感知方法は、感知されるものが紙である場合、また、圧力センサを像形成装置の内部に配置するか、これと共に使用する場合に制限されるものではない。
【００２４】
つまり、本発明に係る圧力センサに関連して使用される流体は、空気の他にガスであってもよい。例えば、任意のガス状の元素、任意のガス状の分子化合物または混合物、有機ガス等であってもよい。同様に、流体は液体であってもよい。例えば、任意の液状の元素、任意の液状の分子、化合物または混合物、任意の液状炭化水素、任意の有機液等でもよい。しかし、いくつかの実施の形態では、この流体は電気的に絶縁されているべきである。当業者においては、本発明に係る圧力センサおよび感知方法の特定の実施の形態に使用される適切な流体は、圧力感知環境、流体感知装置、感知対象の物体等により異なることが分かるであろう。
【００２５】
上述のように、本発明に係る圧力センサの特定の適用において、物体を感知する。感知対象の物体としては、紙、その他の記録媒体、シート状の物質（ペーパーウェブ、シート物質、グリーンセラミック、未加工ゴムシート、リボン等）、スクリーン状の物質がある。また、流体が通過可能な穴や通路を有する物体でも、こうした穴にも拘わらず流体流を十分に軽減あるいは妨害して、その物質または物体の有無およびあるいは位置を検出することができれば、感知対象に含まれる。
【００２６】
つまり、本発明に係る圧力センサおよび感知方法は、デジタルまたはアナログの複写機、プリンタ、金属圧延機(metal rolling machine)、コンベヤシステム、物質運搬システム等、またはウェブフィードトランスポート等の他の多くの装置と共に使用できる。
【００２７】
図１から図３は、圧力センサ構造１００を示す。圧力センサ構造１００は、本発明の実施の形態に係る圧力センサを有する。図１から図３は、本発明に係る圧力センサ１１０を物体センサとして使用する例を示す。図２に示すように、圧力センサ１１０はセンサ膜１１２と、センサ装置１１４とを含む。センサ膜１１２はセンサ装置１１４から距離をあけて配置され、センサ装置１１４と可変的に接触して、これと相互作用する（以下で詳述）。
【００２８】
センサ膜１１２が未変形の待機位置にある場合、センサ膜１１２は平坦な水平面に沿って配置される。図２に示すように、センサ膜１１２に対して圧力が加わっていない場合、センサ膜１１２はこのような未変形の待機位置に配置される。センサ膜１１２はセンサ装置１１４によって支持される。感知チャネル１１６はセンサ装置１１４内に規定される。感知チャネル１１６が配置され、センサ膜１１２は、感知チャネル１１６の一壁を形成するようにセンサ装置１１４によって支持される。センサの上面壁１３０が感知チャネル１１６の、センサ膜１１２が形成する壁に対向する壁を形成する。
【００２９】
さらに、感知チャネル１１６は、感知チャネル内の感知スペース１３２を規定する。センサ膜１１２は、感知スペース１３２に隣接する感知領域１３４を有する。つまり、感知領域１３４は、センサ膜１１２の、感知スペース１３２に伸びる部分である。センサ膜１１２に圧力が加わると、センサ膜１１２が弾性的に変形して感知チャネル１１６の感知スペース１３２に入り込む。したがって、センサ膜１１２は、加えられた圧力に反応して弾性的に変形あるいは屈曲する任意の従順な弾性フィルムで形成されてもよい。例えば、センサ膜１１２は、シリコンまたはポリマシート等の従順な弾性フィルムであってもよい。
【００３０】
本発明に係る圧力センサ１１０はセンサ装置１１４も有する。センサ膜１１２はセンサ装置１１４上に支持される。図１および図２に示すように、センサ装置１１４はセンサストリップ１１８と、電流源１２０と、電気的センサ１２２とを有する。センサストリップ１１８は、抵抗ストリップ１２４と、導電ストリップ１２６の両方を有する。抵抗ストリップ１２４と導電ストリップ１２６は共に感知チャネル１１６内に配置され、感知チャネル１１６の長さに沿って延びる。抵抗ストリップ１２４と導電ストリップ１２６は互いに平行に配置される。本発明によれば、センサ膜１１２はセンサストリップ１１８から空間をあけて配置され、これと可変的に接触する。
【００３１】
抵抗ストリップ１２４は多様な物質で形成されてもよい。例えば、ニクロム、非結晶シリコン、カーボンまたは導電ポリマ等である。導電ストリップ１２６は、銅、金、スチール、またはアルミ等で形成されてもよい。抵抗ストリップ１２４と導電ストリップ１２６は、任意の適切な形状を有する。例えば、正方形、長方形、円、楕円等である。抵抗ストリップ１２４と導電ストリップ１２６の特定の形状は、圧力センサ１００の他の寸法同様、圧力センサ１００の特定の使用により異なる。図２に示すように、抵抗ストリップ１２４および導電ストリップ１２６は矩形であり、感知チャネル１１６内において感知チャネル上壁１３０に添えられている。
【００３２】
センサ膜と接触する場合、抵抗ストリップおよび導電ストリップの各々との間には最小限の接触抵抗のみが生じることが分かる。したがって、抵抗ストリップ、導電ストリップおよび導電センサ膜の表面については、それぞれの相互接触抵抗が、抵抗ストリップ１２４の抵抗に比較して、小さい。さらに、圧力センサ構造、つまり電気的センサ１２２に対してある訂正を行い、接触表面に生じる如何なる小さな抵抗も抹殺できることが分かる。しかし、抵抗ストリップ１２４の抵抗に対して接触抵抗が増加するので、正確な検出を行うことは、より困難になる。
【００３３】
図２に示すように、感知スペース１３２は、加圧された流体に接触できない空間を規定する。しかし、感知スペースの側壁あるいは上面壁に一個または複数の通気孔１３７を設けて、センサ膜１１２が変形している間、感知スペース１３２内の容量変更を可能にしてもよい。本発明に係る他の実施の形態において、センサ膜がセンサストリップに接触するために変形する度合いが十分に小さいとすれば、感知スペースに流体の出入りができないようにすることができる（後に詳述）。
【００３４】
前述のように、感知スペース１３２の構成物の接触抵抗は制限されるべきである。流体を遮断した感知スペース１３２を提供することで、感知スペース１３２内の環境を制御して接触抵抗を制限してもよい。これは、例えば、錆付きその他の腐食を防止して行う。さらに感知スペース１３２内の任意の流体は電気的に絶縁されて、構成物間の不適切な短絡を防ぐべきであることが分かる。また、感知スペース１３２に対して流体の出入りが遮断されない場合は、センサ膜１１２に衝撃を与える流体が感知スペースに入り込むかもしれない。そのようにな状況では、流体は電気的に絶縁されていなければならない。
【００３５】
図２に示すとおり、センサストリップ１１８を支持する感知チャネル１１６の横壁は、感知チャネルが配置されるハウジング（すなわちセンサ部１５８）によって画定されている。しかし、感知チャネル１１６を画定するために、幅広く多様な構造、種類、および形状のハウジングのうちのいずれを使用してもよいと認識すべきである。ただしハウジングは、導電性でない材料によって構成されることが好ましい。例として図２に、一対の感知チャネル端壁１２８および感知チャネル上壁１３０を含むセンサ部１５８を示す。図３に、センサ部１５８の一対の感知チャネル側壁１３１を図示する。感知チャネル１１６は、感知チャネル側壁１３１、感知チャネル端壁１２８、および感知チャネル上壁１３０の内部表面によって画定される。図２および図３に示すとおりセンサストリップ１１８は、一方の感知チャネル端壁１２８と対面する感知チャネル端壁１２８との間にわたって延伸する。導電ストリップ１２６および抵抗ストリップ１２４の両ストリップが、感知チャネル側壁１３１に平行に配置される。ただし、多様な代替形態も本発明の範囲内であり、導電ストリップおよび抵抗ストリップが感知チャネルの全長の一部のみにて延伸することも、複数のセンサストリップが一方から他方の端部にわたって配置されることも本発明に含まれる。さらに、導電ストリップを排除して電流源をセンサ膜に接続することもできる。本発明のそのような実施形態は、図１１に関連して後述する。
【００３６】
図３に示すとおりセンサ膜１１２は、感知チャネル側壁１３１の下部にて、感知チャネル側壁１３１に取り付けられる。図２に示すとおりセンサ膜１１２は、感知チャネル端壁１２８には、感知チャネル端壁１２８の下部または下面１３３にて取り付けられる。センサ膜１１２を、感知チャネル側壁１３１の下部および感知チャネル端壁１２８に積層してもよい。
【００３７】
図２に示すとおりセンサ膜１１２は、センサ膜に印加される力によって変形状態にある。圧力センサ１１０のある実施形態においては、センサ膜に力が印加されない時は、センサ膜１１２は実質的に平坦状態（すなわち静止状態）にて配置される。たとえば、図２に示すとおり静止状態においてセンサ膜は、感知チャネル端壁１２８の下面１３３に平行な面内に位置する。静止状態において、センサ膜１１２とセンサストリップ１１８との間には、間隙が存在する。上述のとおり、間隙が十分に小さければ、感知スペース１３２は気密（fluid tight）であり得る。さらに、本発明によるセンサ膜１１２は、幅広く多様な形状およびサイズにて形成できると認識すべきである。たとえば、センサ膜の静止状態は平坦でなく、湾曲あるいは弓状であることや、または複数の溝を含むことなどが考えられる。
【００３８】
さらに代替構成において、センサ膜が静止状態の時、センサストリップはセンサ膜に電気的および物理的に接触した状態で配置される。この構成では、圧力源はセンサ膜を、センサストリップに向けてではなくセンサストリップから離すように力を印加する。このような実施形態では、圧力源が流体フロー源である場合、流体フロー源は電気的に絶縁性でなければならない。
【００３９】
センサ膜１１２は、カーボンが添加されたシリコン（または他の導電性ポリマー）などの可撓性のある導電性材料によって形成され得る。あるいは、アルミニウム処理されたマイラーなどの、可撓性フィルムおよびそれに付着した導電性フィルムによって形成することも可能である。さらに、所定の部分は伸縮機能を果たし、他の部分は可撓性を提供するが非伸縮性であるというように、センサ膜１１２はセグメント化されていてもよい。たとえばセンサ膜において、可撓性を有するが非伸縮性である二つのセグメントが、伸縮性のあるセンサ膜部分によって分離されていることが考えられる。もしくは、センサ膜の伸縮性のある二つのセグメントが、可撓性を有するが非伸縮性であるセンサ膜部分によって分離されていてもよい。たとえばセンサ膜において、最も左側および最も右側にある要素またはセグメントがシリコンによって構成され、中央要素がアルミ処理されたマイラーによって構成されることも可能である。ある実施形態にてセンサ膜１１２は、十分な弾性を提供するいずれかの撓み性および伸縮性フィルムによって構成される。あるいはセンサ膜１１２を、伸縮しない曲げ可能なフィルムによって構成してもよい。ただしその場合は、センサ膜１１２とセンサストリップ１１８との間の間隙が十分に小さく、センサ膜の伸張を要しないことが必要である。
【００４０】
図１に示すとおり抵抗ストリップ１２４は、接地端１２５および浮遊端１２７を含む。抵抗ストリップ１２４は、接地端１２５と浮遊端１２７との間にて延伸する。図１および図２に示すとおり電流源１２０は、電流印加点１４２にて導電ストリップ１２６に電気的に接続する。電流印加点１４２は、導電ストリップ１２６の全長のいずれの部分に位置してもよい。電気的センサ１２２は、差動電圧増幅器１４４を含む。差動電圧増幅器１４４は、二つの入力端子１４４Ａおよび１４４Ｂと、出力端子１４４Ｃとを含む。差動電圧増幅器１４４の入力端子１４４Ａは、導電ストリップ１２６の全長のいずれかの地点にて導電ストリップ１２６に電気的に接続する。抵抗ストリップ１２４の接地端１２５は、差動電圧増幅器１４４の入力端子１４４Ｂに接続する。
【００４１】
電気的センサ１２２は物理的には、センサ部１５８の外部のいずれかの位置に配置してよい。あるいは電気的センサ１２２は、センサ部１５８の内部に配置される。さらに、複数のセンサストリップを監視するために、複数の電気的センサをデバイス内の中央位置に設置してもよい。
【００４２】
センサ膜１１２にかけられる圧力が印加されていない時は、センサ膜１１２は、非変形静止位置に配置される。非変形静止位置では、センサ膜１１２は平坦であり、センサストリップ１１８に平行な面内にて、センサストリップ１１８から間隔をあけて位置する。あるいはセンサ膜１１２は静止位置にて、センサ膜１１２の一部がセンサストリップ１１８に所定位置にて接触するよう構成されてもよい。
【００４３】
センサ膜１１２の感知領域１３４に圧力が印加された時、センサ膜１１２は圧力に応じて撓み、感知スペース１３２内およびセンサストリップ１１８に向けて変形または膨張する。少なくとも感知領域１３４のある部分にてしきい圧力が印加されることで、所定のしきい変形が達成される結果として、センサ膜１１２はセンサストリップ１１８に接触するよう十分に変形する。より詳細にはセンサ膜１１２は、センサストリップ１１８の導電ストリップ１２６および抵抗ストリップ１２４の両ストリップに接触する。感知領域１３４に印加される圧力の作用点が感知領域１３４の全長にわたって変化するため、センサストリップ１１８に沿って、導電ストリップ１２６がセンサ膜１１２を介して抵抗ストリップ１２４に接続される地点は異なる。
【００４４】
センサ膜１１２は導電性であるため、センサ膜１１２は導電ストリップ１２６と抵抗ストリップ１２４との間の電気的接続を形成し、それにより導電ストリップ１２６から抵抗ストリップ１２４へ電流が流れることを可能にする。より詳細には図２に示すとおり、センサ膜１１２に圧力が印加されることで、センサ膜１１２は点１８１から点１８２にわたってセンサストリップ１１８に接触する。例として、センサ膜１１２に印加される圧力は変動し、点１８１より左側に印加されるとする。その結果、センサ膜１１２は十分な変形を経て、点１８１より左側の位置にてセンサストリップ１１８に接触する。このようにして、図２に示す、センサ膜１１２がセンサストリップ１１８に接触する最も左側の点は変動する。この変動は、センサ膜１１２に印加される圧力または力のプロファイルに直接的に関係する。
【００４５】
上述のとおりセンサストリップ１１８は、電流源１２０と共に使用することで、たとえば物体１５０の位置または存在を感知できる。ただし本発明はそのような構成に限定されず、幅広い種類の他の構成にて実施され得る。たとえば図４および図７に示し以下に説明するとおり、電流源の代わりに電圧源を使用することもできる。
【００４６】
上述のとおり電流源１２０は、導電ストリップ１２６の全長のいずれかの地点に位置する電流印加点１４２にて導電ストリップ１２６に接続する。導電ストリップ１２６は、抵抗ストリップ１２４に比べて少なくとも２０倍低い抵抗を有する。したがって、電流源１２０が供給する電流が導電ストリップ１２６に流れる際には、導電ストリップ１２６の抵抗による電圧降下は最低限に押さえられる。さらに、導電ストリップ１２６の抵抗が抵抗ストリップ１２４の抵抗に比べて低いため、導電経路の選択肢が与えられた場合、電流は抵抗ストリップ１２４ではなく導電ストリップ１２６に流れる。
【００４７】
電流源１２０によって導電ストリップ１２６に印加される電圧によって、電流は導電ストリップ１２６へ、そして導電ストリップ１２６の全長にわたって流れる。導電ストリップ１２６の最低限の抵抗により、導電ストリップ１２６は実質的に、導電ストリップ１２６の全長にわたって一定の電圧にて帯電される。さらに上述のとおり、可撓性の膜１１２の抵抗も抵抗ストリップ１２４に比べて小さい。
【００４８】
上述のとおり、センサ膜１１２の感知領域１３４における特定の場合の圧力印加に依存して、接触点１４８は変動する。たとえば、センサ膜１１２がセンサストリップ１１８に接触する最も左側の地点が変動する。このように、抵抗ストリップ１２４の導電ストリップ１２６への接続は、接触点１４８に依存する。電流源１２０から電気的センサ１２２への回路を完成させるには電流は、図２において、導電ストリップ１２６内にて可能な限り左側を通過する。しかし、センサ増幅器１４４の入力インピーダンスが抵抗性フィルムに比べて非常に大きいため、接触点１４８にて電流は必然的に、導電ストリップ１２６からセンサ膜１１２を通過して抵抗ストリップ１２４へ流れる。その後電流は、抵抗ストリップ１２４を通過して左へ、電気的センサ１２２に向けて流れる。より詳細には電流は、抵抗ストリップ１２４の接地端１２５および増幅器１４４の端子１４４Ｂへ流れる。
【００４９】
電気的センサ１２２は、電流源１２０（または導電ストリップ１２６）および抵抗ストリップ１２４の接地端１２５の両方に、電気的に接続する。接触点１４８（すなわち、センサ膜１１２がセンサストリップ１１８に接触する点）から、電気的センサ１２２の抵抗ストリップ１２４との接続点へ電流が流れる際に、電流は電圧降下を経る。特定の場合の電圧降下は、電流が抵抗ストリップ１２４内を通過する距離によって決まる。電流が通過する距離は、接触点１４８に依存する。接触点１４８は、センサ膜１１２に印加される圧力または力プロファイルによって制御される。電気的センサ１２２は、抵抗ストリップ１２４の非短絡セグメントにおけるこの電圧降下を感知する。
【００５０】
すなわち、抵抗ストリップ１２４の接地端１２５と接触点１４８との間にて抵抗ストリップ１２４に存在する電圧は、電流が抵抗ストリップ１２４内を通過した距離ｘ（図１および図２に示す）に線形比例する（linearly dependent）。距離ｘは、抵抗ストリップ１２４の接触点１４８から接地端１２５までの距離である。
【００５１】
例として、抵抗ストリップ１２４は長さＬを有する。さらに抵抗ストリップ１２４は、抵抗ストリップ１２４の全長または長さＬにおいて抵抗Ｒを有する。したがって距離ｘは、ｘ＝Ｌ（ｒ／Ｒ）である。ここでｒは、接触点１４８と接地端１２５との間において検出される抵抗値である。数値ｒは、電気的センサ１２２によって出力される出力電圧Ｖ0に基づいて検出される。より詳細にはＶ0は、差動電圧増幅器１４４の端子１４４Ｃを通じて出力される電圧である。電流源１２０は一定の電流ＩCSを生成し、その電流を電流源変動電圧ＶCSにて出力する。この電圧ＶCS＝ｒ＊ＩCSは、電流が抵抗ストリップ１２４内をＩCSにて一定に流れ続けるよう、電流源１２０によって生成される。差動電圧増幅器１４４の出力電圧Ｖ0は、差動電圧増幅器１４４の入力端子１４４Ａと１４４Ｂとの間の電圧差ΔＶに比べて、Ｇ倍大きい。入力端子１４４Ｂは接地に連結されており、入力端子１４４ＡはＶCSに連結されているため、ΔＶはＶCSに等しい。したがってＶ0は、センサストリップ１１８から電気的センサ増幅器１４４へ入力される入力電圧ＶCSのＧ倍である。
【００５２】
すなわち、ＩCSは電流源の出力電流にて一定である。抵抗ｒは、物体位置によって変動する。さらに、増幅器１４４の入力端子１４４Ａおよび１４４Ｂは、電流を誘引しない（draw no current）。その結果、ＶCS＝ＩCS＊ｒである。また、増幅器１４４の利得Ｇは、Ｇ＝Ｖ0／ＶCSである。したがって、Ｖ0＝Ｇ＊ＶCSである。ただし、利得Ｇは一定である。このように、ＶCS＝ＩCS＊ｒであるから、Ｖ0＝Ｇ＊（ＩCS＊ｒ）である。したがって、ｒ＝Ｖ0／（Ｇ＊ＩCS）、並びにｘ＝Ｌ＊Ｖ0（Ｇ＊ＩCS＊Ｒ）である。このようにｒは、一定出力電流ＩCSおよび一定利得Ｇの関数となっている。したがってｒは、増幅器１４４の測定される出力電圧Ｖ0から検出できる。それにより、距離ｘも検出できる。このようにセンサ出力電圧Ｖ0は、センサ膜１１２が導電ストリップ１２６および抵抗ストリップ１２４に接触する地点に関する正確な指標である。
【００５３】
図４から図６は、導電ストリップを含まないセンサ装置に関する代替実施形態を表す。図４から図６に示す実施形態は、詳しく後述する。
【００５４】
図７に、電圧源３２０を使用する本発明の代替実施形態を示す。電圧源３２０は、導電ストリップ３２６の全長における一点に位置する電圧印加点３４２にて、導電ストリップ３２６に接続する。図１に示す実施形態と同様に、導電ストリップ３２６は、抵抗ストリップ３２４に比べて少なくとも２０倍低い抵抗を有する。したがって、電圧源３２０が供給する電流は導電ストリップ３２６を通過するため、導電ストリップ３２６の抵抗による電圧降下は最低限に押さえられる。さらに、導電ストリップ３２６の抵抗が抵抗ストリップ３２４の抵抗に比べて低いため、導電経路の選択肢が与えられた場合、電流は抵抗ストリップ３２４ではなく導電ストリップ３２６に流れる。電圧源３２０によって導電ストリップ３２６に電流が印加された時、電流は導電ストリップ３２６へ、そして導電ストリップ３２６の全長にわたって流れる。導電ストリップ３２６の最低限の抵抗により、導電ストリップ３２６は実質的に、導電ストリップ３２６の全長にわたって一定の電圧にて帯電される。さらに上述のとおり、圧力センサ３１０に関連して使用されるセンサ膜は、金属コーティングされたエラストマフィルムまたは導電性ポリマーを含んでもよい。その結果、可撓性の膜の導電性フィルムにおける抵抗も、抵抗ストリップ３２４に比べて小さい。
【００５５】
上述のとおり、センサ膜の感知領域における特定の場合の圧力印加に依存して、接触点は変動する。たとえば、センサ膜がセンサストリップ３１８に接触する最も左側の地点が変動する。このように、抵抗ストリップ３２４の導電ストリップ３２６への接続は、接触点の位置に依存する。電気的センサ３２２はたとえば、トランスコンダクタンス電流センサ増幅器３４４を含んでもよい。電圧源３２０からトランスコンダクタンス電流センサ増幅器３４４への回路を完成させるには電流は、図７において、導電ストリップ３２６内にて可能な限り左側を通過する。電流は必然的に、導電ストリップ３２６からセンサ膜を通過して抵抗ストリップ３２４へ流れる。その後電流は、抵抗ストリップ３２４を通過して左へ、電流増幅器３２２に向けて流れる。
【００５６】
より詳細には電流は、増幅器３４４によって事実上のグランド（virtual ground）に保持される抵抗ストリップ３２４の端部３２５へ流れる。接触点１４８（すなわち、センサ膜１１２がセンサストリップ３１８に接触する点）から、電流増幅器３２２の抵抗ストリップ３２４との接続点へ電流が流れる際に、電流は抵抗ストリップ３２４の抵抗によって検出される。その抵抗は、接触点１４８に依存する。接触点１４８は、センサ膜３１２に印加される圧力または力プロファイルによって制御される。トランスインピーダンス電流増幅器３４４が、この電流を感知する。
【００５７】
すなわち、抵抗ストリップ３２４の端部３２５と接触点３４８との間にて抵抗ストリップ３２４に存在する電流は、電流が抵抗ストリップ３２４内を通過した距離Ｘ（図７に示す）に反比例する（inversely dependent）。距離Ｘは、抵抗ストリップ３２４の接触点３４８から端部３２５までの距離である。数値ｒは、電流増幅器によって出力される出力電圧に基づいて検出される。
【００５８】
詳細には、電圧源は、変動電流ＩVSおよび一定電圧ＶVSを出力する。生成され抵抗ストリップ３２４を流れる電流ＩVSは、電圧源３２０の電圧ＶVSおよび抵抗ストリップ３２４の接触点と端部３２５との間の抵抗ｒに依存する。すなわち、ＩVS＝ＶVS／ｒである。トランスインピーダンス増幅器３２２は、出力電圧Ｖ0＝Ｒf＊ＩVSを生成する。ここでＲfは、フィードバック抵抗の抵抗値である。それにより、ｒ＝（ＶVS＊Ｒf）／Ｖ0の関係が成り立つ。それは、ｘ／Ｌ＝ｒ／Ｒ＝Ｖ0（Ｌ）／Ｖ0（ｘ）の関係が成り立っているからである。ここで、Ｖ0はＬおよびｘの関数となっており、したがってｘ＝Ｌ＊Ｖ0（Ｌ）／Ｖ0（ｘ）である。結果的に、トランスインピーダンス増幅器３２２はこの関係を用いてｘを検出する。このように出力電圧Ｖ0は、センサ膜３１２が導電ストリップ３２６および抵抗ストリップ３２４の間にて接続（すなわち短絡）を形成する地点に関する正確な指標である。
【００５９】
図８から図１０は、本発明による圧力センサのさらなる実施形態を示す。この実施形態は、一対の電流源を使用し、たとえば紙シート１５０などの物体の位置または存在を感知する。図８では、圧力センサ４１０内に物体は存在しない。図９では、圧力センサ４１０の片側に一つの物体が存在する。さらに図１０では、二つの物体が圧力センサ４１０の両側にそれぞれ存在する。
【００６０】
図８から図１０に示すとおりたとえば、図１に示すセンサを二つ用いてもよく、それにより抵抗ストリップ４２４の両端部に電流源を印加できる。さらに図８から図１０は、たとえば図１に示すように導電ストリップにではなく、抵抗ストリップに電流源を接続してもよいことを表す。ただし図１に示すセンサでは、代替の回路を使用することにより、電流源を抵抗ストリップに接続することが可能になると認識すべきである。
【００６１】
図８から図１０に示すとおり、二つの差動増幅器４４４は、それぞれ抵抗ストリップの左端部４２５および抵抗ストリップ４２４の右端部４２７に接続して備えることができる。この構成により、紙または他の媒体の縁の縁部感知が可能となる。各側において定電流源４２０が、圧力センサ内の物体の位置に応じて、抵抗ストリップの抵抗セグメントまたは複数の抵抗セグメント内に、電流ＩCSを通過させるよう印加する。図８の矢印「Ａ」は、センサ膜（図示せず）が抵抗ストリップ４２４および導電ストリップ４２６に電気的に接続する位置を示す。導電ストリップ４２６は、任意の地点にて接地されている。
【００６２】
図８では、圧力センサ４１０内に物体は存在しない。その結果、センサ膜に（上述のように）影響する力がセンサ膜を変形させ、それにより抵抗ストリップ４２４は、導電ストリップ４２６の全長にわたって導電ストリップ４２６に接続（すなわち短絡）される。したがって電流は、導電ストリップ４２６内および接地へ流れるのに先立ち、抵抗ストリップ４２４においは（もし通過するとしても）小さなセグメント内にてしか通過しない。その結果各電流源４２０は、飽和電流を供給するのに、ごくわずかな電圧しか必要としない。各増幅器４４４の入力端子は、実質的に同じ電圧になる。このように、各増幅器から出力される電圧Ｖ0は、ゼロに近くなる。
【００６３】
図９では、物体１５０が圧力センサ４１０内に進入する。それにより左側の増幅器４４４は、物体１５０の前縁を感知する。詳細には、左側の電流源４２０が生成する電流が、導電ストリップに短絡し接地へ流れるのに先立ち、必然的に抵抗ストリップ４２４内を距離ｘだけ通過する。電流源が要する電圧は、ＶCS＝（ｘ／Ｌ）＊Ｒ＊ＩCSである。したがって、上述のとおり距離ｘは、検知される出力電圧Ｖ0および電流源４２０が供給する電流ＩCSの関数として検出される。このように、距離ｘを検出でき、それにより紙の前縁の位置を検出できる。
【００６４】
さらに、図９に示すように増幅器４４４を右側にて使用する場合、圧力センサ４１０は、紙シートが圧力センサ４１０を退出する際に紙シートの後縁を感知することができる。詳細には、右側の増幅器４４４は、左側の増幅器が紙シートの前縁を感知したのと同様の手法にて、紙シートの後縁を感知する。圧力センサ４１０のこの態様を、図１０に関連してさらに説明する。
【００６５】
図１０において、物体１５０Ｌは圧力センサ４１０に入り、物体１５０Ｒは圧力センサ４１０を出る。よって、左側の増幅器４４４は物体１５０Ｌの先端部を感知する。一方、右側の増幅器４４４は物体１５０Ｒの後端部を感知する。詳細には、左側の電流源４２０から発生した電流は、導電ストリップに短絡して接地に流れる前、距離ｘの地点で、必ず抵抗ストリップ４２４を通過する。従って、上述のように、距離ｘは、検出された出力電圧Ｖ0及び電流源４２０によって供給されるＩCSの関数として決定される。この結果、距離ｘが決定し、さらに物体１５０Ｌの先端の位置が決定する。物体１５０Ｒの後端部に関しても同様に決定される。この結果、物体１５０Ｌの先端部と物体１５０Ｒの後端部との間の間隔が決定する。
【００６６】
図１において、電気的センサ１２２は、電流が抵抗ストリップ１２４を通過する際に発生する圧力降下を表示する。この結果、電気的センサ１２２は、接触点１４８の位置を示す表示を提供することができる。この接触点１４８はセンサ膜１１２に作用する圧力に応じているため、電気的センサ１２２はセンサ膜１１２に印加される圧力を表示できることになる。センサ膜１１２の変形の程度は、センサ膜１１２に印加される圧力プロファイルに依存する。よって、センサ膜１１２に印加される圧力または圧力印加の特定ポイントは、センサ膜１１２のセンサストリップ１１８に対する接触点１４８に基づき決定できる。センサ膜１１２にさらなる圧力がかかると、あるいは圧力印加ポイントが変化すると、センサ膜１１２は変形し、センサ膜１１２のセンサストリップ１１８に対する接触点１４８が変化する。
【００６７】
すでに説明したように、抵抗ストリップ１２４は、種々の形状のいずれにすることもできる。さらに、抵抗ストリップ１２４は、接地端部１２５から浮動（フローティング）端部１２７に延びる単なる細長いストリップでもよい。あるいは、抵抗ストリップを曲折した抵抗ストリップ１２４に構成することもできる。このような曲折抵抗ストリップ１２４は、抵抗ストリップ１２４の電気的抵抗を浮遊端１２７から端部１２５に向けて増加する必要がある特定の応用において使用することができる。
【００６８】
図１から図３及び図７から図１０に例示されるように、本発明の圧力センサ１１０は、本発明の一態様による物体センサ構造１００において用いることができる。圧力センサ構造１００は、物体１５０の有無、又はその位置の検出を必要とするいかなる装置においても配置できる。例えば、本発明の圧力センサ構造１００は、コーヒーメーカにおいて、又はロボットアームに関連して用いて物体の位置を決定できる。あるいは、用紙などの物体１５０の位置の検出が必要なフォトコピー装置のある領域に、圧力センサ構造１００を配置してもよい。フォトコピー装置におけるかかる領域とは、画像形成装置、レジストレーション（見当合わせ）モジュールまたは出力トレイなどに近接した領域でもよい。巻紙を送るシステムにおいては、ウェブの端部の動きを検出することができる。
【００６９】
図２に示されるように、圧力センサ構造１００は、流体流生成源１５２に一体形成された少なくとも１つの圧力センサ１１０を含む。すでに説明したように、圧力センサ構造１００に用いられる圧力センサ１１０は、センサ装置１１４とセンサ膜１１２とを含む。流体流生成源１５２は、例えば、ファンによって駆動される空気ジェット又は空気ナイフ生成源である。圧力センサ構造１００は、検出する物体１５０を通過させて搬送することができる物体通路１５６を有するセンサハウジング１５４を含む。センサハウジング１５４は、センサ部１５８と噴射部１６０とを含む。圧力センサ構造１００は、さらに、流体の流れが通過する流入通路１６４を含む。前記物体通路１５６は、この流入通路１６４に接続され、これに通じている。物体通路１５６は、流体流出表面１６６と流体流入表面１６８とを有する。流体は、流入通路１６４から流体流入表面１６８を通過して物体通路１５６に流れ込み、物体通路１５６を横切って、流体流出表面１６６に突き当たる又は衝突する。圧力センサ１１０のセンサ膜１１２は、静止状態においてはこの流体流出表面１６６と同一面に位置し、流体流出表面１６６の一部を形成する。
【００７０】
流体流出表面１６６が物体通路１５６の一表面を決定し、流体流入表面１６８が物体通路１５６の対向する表面を決定する。物体通路１５６の大きさは、物体１５０が通過できる適当な任意の大きさにすることができる。例えば、物体通路１５６を、用紙に適合する大きさにしてもよい。
【００７１】
流入通路１６４の外周部は正方形又は円などの任意の適当な形状にすることができる。しかしながら、正方形の形状に比較すると、円形の方が、流入通路１６４において発生する流体の乱れを減少できる。この結果、正方形の流入通路を有する圧力センサ構造１００に比べて、円形の流入通路を有する圧力センサ構造１００の感度及び精度はより改善されている。しかしながら、流入通路１６４の外周部の形状は独立した特性であって、本発明による圧力センサ１１０及び検出方法は、いかなる形状を有するいかなる流入通路１６４にも使用できる。
【００７２】
図２には、画像形成装置１２９が例示されている。画像形成装置１２９は、物体通路１５６に近接して配置されている。画像形成装置１２９は、これを通過する用紙１５０に画像を再生することのできる、感光ドラム又はインクカートリッジ構造など任意の既知の構造にすることができる。しかしながら、上記に概略的に述べたように、要求される流体の流れが圧力センサ構造１００に提供できれば、圧力センサ構造１００は、物体の有無又は位置の決定を必要とする任意の位置において使用できる。
【００７３】
図２には、１つの流体流生成源１５２及び１つの流体流入通路１６４が示されている。しかしながら、本発明は、本発明はこのような単一の流体流生成源１５２及び単一の流体流入通路１６４の使用に限られず、１つの圧力センサ１１０と複数の圧力センサ１１０の少なくともいずれかに関連して、複数の流体流生成源１５２と複数の流体流入通路１６４を使用することができる。さらに、流体流生成源１５２，流体流入通路１６４及び／または圧力センサ１１０のいずれか又はいずれをも、１次元アレイ又は２次元アレイを含む任意の数の幾何学構造に構成することができる。
【００７４】
流入通路１６４は、噴射部１６０内部に形成され、噴射部１６０を通過して延びている。流入通路１６４は、その出口端部において物体通路１５６に接続する。本発明の圧力センサ１１０は、この流入通路１６４に対向する流体流出表面１６６に配置される。
【００７５】
流体流生成源１５２は、流入通路１６４を通過する流体の流れを生成すべく配置されている。この流体の流れは、適当な流体速度を提供する任意の適当な構造を用いて生成できる。好ましくは、例示される本実施形態では、流体流生成源１５２は１つ以上の空気ジェットである。流体流生成源１５２によって生成される流体流の速度は、特定の応用に応じて変化するが、例示的な本実施形態においては、使用される特定圧力センサ１１０の構成及びサイズに適合（be compatible）しなければならない。流体流生成源１５２の大きさも、特定の応用に応じて変化する。
【００７６】
次に、動作について説明する。物体通路１５６に物体１５０が存在しない場合、流入通路１６４を通過する流体の流れは妨害されずに圧力センサ１１０のセンサ膜１１２に衝突し、センサ膜１１２をその静止位置から変形させる。この結果、流入通路１６４を通過する、妨害を受けない流体流は、流体流入通路１６４に対向する感知領域１３４の全体に沿ってセンサ膜１１２に突き当たる。したがって、例示的な本実施形態では、流体流入通路１６４及び物体通路１５６の大きさ、センサ膜１１２の大きさ及び弾性、センサストリップ１１８からセンサ膜１１２までの距離、ならびに流体流生成源１５２によって生成される流体流の大きさの全てが、流体流入通路１６４に対向するセンサストリップ１１８の長さ全体に沿ってセンサ膜１１２がセンサストリップ１１８に接触する構造を決定する。さらに、前記構成においては、流体流通路１６４とセンサ膜１１２との間を物体が通過すると、センサ膜１１２は、物体の位置に対応する位置が、静止位置に向かってセンサストリップから離れる方向にゆるむ。こうして、本発明の圧力センサ１１０が、センサ膜１１２に作用する圧力プロファイルを検出する。
【００７７】
このような構造において、圧力センサ１１０は、圧力の大きさを直接測定するのではなく、単に、流体流入通路１６４とセンサ膜１１２の間に物体１５０が存在するか否かによってセンサ膜１１２に十分な圧力が加えられているかどうかを測定する。これとは対照的に、本発明の圧力センサ１１０を分離して個別に（ただし互いに排他的な使用ではない）使用することにより、可撓性のある膜に印加される圧力の大きさを実際に測定することもできる。例えば、センサ膜１１２に印加される圧力に比例してセンサ膜１１２の静止位置から遠ざけようとする動きに抗することのできる弾性をセンサ膜１１２に与えることができる。
【００７８】
図１から図３に示される圧力センサ構造１００に用いられるセンサ装置１１４は、物体通路１５６を通過する物体の位置と物体の有無の少なくともいずれかを効率よく検出できる。本発明によるセンサ装置１１４は、流体が流体通路１６４から流れ出ているか及び圧力センサ１１０に衝突しているか否かを測定するだけでなく、流体流が圧力センサ１１０に衝突する特定位置をも測定する。
【００７９】
さらに、本発明の圧力センサ１１０は、物体通路１５６を通過する流体の流れに基づき、物体１５０が物体通路１５６に存在するか否かを単に測定するのではなく、物体通路１５６における物体１５０の位置の変化をさらに測定する。したがって、本発明の圧力センサ１１０は、空間と時間の両方において物体１５０の位置を測定する。
【００８０】
図２に示されるように、物体１５０は物体通路に位置する。物体１５０が図２における右側から物体通路１５６に入り、引き続き左側に移動すると、物体１５０は最終的に図２に示される位置に到着する。物体１５０が感知領域１３４の左側に近づくと、物体１５０の存在によりセンサ膜１１２の感知領域１３４の左側に衝突する流体が減少する。この結果、センサ膜１１２はセンサストリップ１１８から離れる。物体がさらに左の方向に移動し続けると、接触点１４８、すなわちセンサ膜１１２がセンサストリップ１１８に接触する最も左側の点が、物体１５０の後端部にほぼ一致する。この接触点１４８は、電気的センサ１２２によって検出される電圧降下により決定する。
【００８１】
すでに説明したように、図１から図３に示される検出構造は、図１から図３に示される圧力センサ構造１００におけるような用紙の検出に使用することができる。上述のように、物体１５０は、流体流生成源１５２から生成され、物体通路１５６を横切り、圧力センサ１１０に流れる流体流を妨害し、これに対応して、導電ストリップ１２６と抵抗ストリップ１２４とを含むセンサストリップ１１８に対するセンサ膜１１２の接触状態を変化させる。このような構成は、用紙の端部位置など、物体１５０の端部位置を推測するために用いられる。検出される用紙部分は、用紙の先端部でも後端部でも、あるいは側端部の一方又は両方でもよい。ここで、市販の用紙は不規則なエッジを有する場合があるが、このような用紙の不規則な端部による望ましくない影響は、用紙の同一端部、より正確には用紙の同一点を測定することにより低減される。
【００８２】
本発明の圧力センサ１１０は、１次元及び２次元の圧力センサ１１０のアレイを含む様々な形態で構成できる。このようなアレイにおいては、単一または複数の電気的供給源を使用することができる。電気的供給源は、例えば電流源または電圧供給源などでもよい。さらに、複数のセンサストリップ１１８を多岐にわたる構成で設けることができる。例えば、それぞれが導電ストリップ１２６と抵抗ストリップ１２４を含む複数のセンサストリップ１１８を互いに平行に、単一の感知チャネル１１６に沿って延びるように配置することができる。あるいは、複数のセンサストリップを、互いに対して直角に又は他の角度で配置してもよい。
【００８３】
さらに、例えば、浮遊端１２７から接地端部１２５に延びる各センサストリップ１１８を、感知チャネル１１６の長さの一部に沿ってのみ延びるように配置してもよい。センサストリップ１１８は、第１センサストリップ１１８の浮遊端１２７が第２センサストリップ１１８の接地端部１２５に近接するように配置してもよい。さらに、第２センサストリップ１１８の浮遊端１２７が第３センサストリップ１１８の接地端部１２５に近接し、これが繰り返される。各導電ストリップ１２６の浮遊端１２７はそれぞれの電流源１２０に接続してもよく、一方各抵抗ストリップ１２４の接地端部１２５はそれぞれの電気的センサに接続してもよい。
【００８４】
この結果、本発明のこのような複数のセンサストリップ１１８を用いることにより、物体通路１５６における単数又は複数の物体１５０の位置を、感知チャネル１１６に相当する感知領域１３４の長さ全体に沿って、空間的及び時間的に測定できる。さらに、このような複数のセンサストリップ１１８を使用することにより、物体の端部位置を複数の時点において複数回読み取るなど、物体の位置及びその有無の少なくともいずれかを複数回読み取ることができる。
【００８５】
さらに、それぞれがセンサストリップ１１８を含む２つ以上のセンサ装置１１４を単一の感知チャネル１１６において次のように配置することができる。すなわち、それぞれのセンサストリップ１１８が感知チャネル１１６の幅に沿って横方向に間隔をあけて配置され、互いに平行し、さらに感知チャネル１１６の長さの同一部分に沿って延びるように配置する。このような構成により、物体の位置又は配置をより厳密にモニタすることができる。例えば、望ましくない状況の結果、物体通路１５６にある用紙が回転し、用紙の先端部又は後端部のいずれかが物体通路１５６の長さに対して垂直でなくなってしまう場合がある。上述のようなセンサストリップ１１８の構成によれば、回転の結果、用紙の一方の側部が他方の側部に続くので、物体チャネルにおけるこのような望ましくない用紙の回転をモニタし、閉ループ形式（closed-loop fashion）で補正することができる。
【００８６】
図４から図６には、本発明による圧力センサのさらなる実施形態が示されている。図４から図６に示される圧力センサ構造２００は、圧力センサ２１０を含む。圧力センサ２１０は、センサ膜２１２とセンサ装置２１４とを含む。センサ装置２１４は、センサストリップ２１８，電圧供給源２２０、及び電気的センサ２２２を含む。センサ膜２１２は、センサストリップ２１８から間隔をあけて配置され、図７に示される実施形態に関する説明においてと同様の方法で、センサストリップ２１８に変化自在に接触し、センサストリップ２１８と相互に作用する。しかしながら、図１から図３及び図７から図１０に示された実施形態とは異なり、センサストリップ２１８は、導電ストリップを含まず、抵抗ストリップ２２４のみを含む。図４に示すように、電圧供給源２２０は抵抗ストリップ２２４に接続されている。抵抗ストリップ２２４とセンサ膜２１２とは、単純な電位差計として機能する。
【００８７】
例示的には、電圧供給源２２０から、抵抗ストリップ２２４の電流供給点２２５に電流が供給される。この電流は抵抗ストリップ２２４の端部２２９まで移動し、端部２２９において電気的センサ２２２に流れる。センサ膜２１２は、抵抗ストリップ２２４の長さの一部に沿って抵抗ストリップと接触する。抵抗ストリップのこのような接触部分に沿っては、電流はより抵抗の高い抵抗ストリップ２２４を通過するのではなく、より抵抗の低いセンサ膜２１２を流れる。しかしながら、抵抗ストリップ２２４の端部２２７及び２２９の方向では、電流は必然的に抵抗ストリップ２２４を通過するので、図１から図３に関してすでに説明した実施形態と同様に、電圧降下が起こる。
【００８８】
上記電圧降下に基づき、電気的センサ２２２は、センサ膜２１２が抵抗ストリップ２２４に接触する特定の点を決定する。センサ膜２１２が抵抗ストリップ２２４に接触するこの特定の点は、物体１５０の位置を表すため、物体の位置が決定する。
【００８９】
図４及び図５には、電気的センサ２２２の特定の構成が示されている。しかしながら、本実施形態又はここに説明する他の実施形態は、特定の電気的センサを有する必要はなく、当業界で知られた広範囲の種類の電気的センサを、本発明の実施形態において用いることができる。
【００９０】
すでに述べたように、図４から図６には、電圧供給源を含む、本発明の圧力センサの一実施形態が示される。しかしながら、本発明の圧力センサのどの実施形態においても、電流源の代わりに電圧供給源を用いることも、逆に電圧供給源に代えて電流源を用いることもできる。
【００９１】
さらに、物体１５０は、好ましくは流入通路２６４の出口端部と圧力センサ２１０との間において縦方向の中心位置に配置されるが、必ずしもこのような位置決めでなくともよい。物体１５０が圧力センサ２１０により近接して配置されれば、あるいは流入通路２６４の出口端部により近く配置されれば、圧力センサ構造２００を効率よく動作させることができる。しかしながら、流体流生成源２５２と、検出された物体１５０及び圧力センサ２１０の両方との距離がかなり大きい（substantial）場合、流体流生成源２５２により生成された流体流からの広がり（broadening）が発生する可能性がある。この結果、センサ膜２１２に対する流体流の衝突点が、物体通路２５６における物体１５０の位置を正確に反映せず、圧力センサ構造２００の解像に悪影響が及ぼされる。
【００９２】
図１１には、本発明による圧力センサ５１０の別の実施形態が示される。電圧供給源５２０は抵抗ストリップ５２４には接続されず、センサ膜５１２に直接接続される。よって、センサ膜５１２には電力が供給される。抵抗ストリップ５２４は、その長さ全体に沿って抵抗Ｒを有する。動作について説明すると、電流は、できる限り左の方向へ、例えば電気的センサ５２２の入力端子に到達できるようにセンサ膜５１２を通過して流れようとする。しかしながら、分離点５４８、すなわちセンサ膜５１２が抵抗ストリップ５２４から分離する点においては、電流は必ず抵抗ストリップ５２４を通過して、電気的センサ５２２へと左に流れる。上記の実施形態と同様に、物体１５０の位置はこのように電気的センサ５２２を用いて決定することができる。
【００９３】
例えば図１から図１１に示されるような、本発明による圧力センサの特定の材料及び大きさは、圧力センサの特定の応用に応じて変更される。さらに、最小サイズのセンサ膜と、１つ又は複数のセンサストリップを含むセンサ装置を含む圧力センサのデザインは、使用される組立て技術の特性に応じて決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る電流源を使用した圧力センサの上面図である。
【図２】  図１に示す圧力センサの、線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】  図１に示す圧力センサの、線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。
【図４】  本発明の別の実施の形態に係る圧力センサの上面図である。
【図５】  図４に示す圧力センサの、線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。
【図６】  図４に示す圧力センサの、線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
る。
【図７】  本発明の実施の形態に係る電圧源を使用した圧力センサの上面図である。
【図８】  紙シートが無い状態での本発明の実施の形態に係る電流源を使用した圧力センサの回路図である。
【図９】  紙シートが一枚ある状態での図８に示す圧力センサの回路図である。
【図１０】  紙シートが二枚ある状態での図８および図９に示す圧力センサの回路図である。
【図１１】  本発明の更に別の実施の形態に係る圧力センサの上面図である。
【符号の説明】
１００，２００  圧力センサ構造、１１０，２１０，３１０，４１０，５１０圧力センサ、１１２，２１２，３１２，５１２  センサ膜、１１４，２１４  センサ装置、１１６  感知チャネル、１１８，２１８，３１８  センサストリップ、１２０，４２０  電流源、２２０，３２０，５２０  電圧源、１２２，２２２，３２２，５２２  電気的センサ、１２４，２２４，３２４，４２４，５２４抵抗ストリップ、１２６，２２６，３２６，４２６  導電ストリップ、１２９画像形成装置、１３２  感知スペース、１３４  感知領域、１３７  通気孔、１４２，３４２  電流印加点、１４４  センサ増幅器、１４８  接触点、１５０紙シート、１５２，２５２  流体流生成源、１５６，２５６  物体通路、１５８  センサ部、１６４  流体通路、２２５  電流供給点、３２２  トランスインピーダンス増幅器、３４４  トランスインピーダンス電流増幅器、４４４  差動増幅器。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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