(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を発信する超音波発信部と、
前記超音波発信部が発信した超音波を受信する超音波受信部と、
予め設定された判定基準値を基に、搬送されるシート材の複数箇所に前記超音波発信部から超音波を発信し、前記超音波受信部が受信した超音波の減衰量が前記判定基準値よりも低い個所が所定数を超えた場合に、前記シート材が重送されていると判定するコントローラとを備えたことを特徴とする超音波を利用したシート材の重送検知装置。
【請求項２】
前記判定基準値は、前記減衰量の４０％以下の値の範囲であることを特徴とする請求項１記載の超音波を利用したシート材の重送検知装置。
【請求項３】
前記超音波発信部からの超音波の発信を、少なくとも前記シート材を通過して直に前記超音波受信部に達する直接波のピーク発生時刻を含む範囲の周期で実行することを特徴とする請求項１または２記載の超音波を利用したシート材の重送検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば複写機や画像読取り用のスキャナの給紙機構や自動原稿送り装置における用紙等のシート材の２枚以上の重送を防止するための検知方法に係り、特に超音波センサを利用して高精度で重送を検知できるようにした重送検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機や画像読取りのためのスキャナには、用紙をプラテンに供給するための給紙装置や自動原稿送り装置が備えられる。そして、これらの給紙装置及び自動原稿送り装置では、２枚以上の用紙が重なり合って同時に送り出されないように重送を防止することが必要である。
【０００３】
用紙の重送の形態としては図５に示すものがその典型である。同図の（ａ）は矢印方向に用紙Ａが送られているときにもう１枚の用紙Ｂが用紙Ａの後端に被さっている状態、同図の（ｂ）は用紙Ｂが用紙Ａの半分以上まで被さっている状態、同図の（ｃ）は用紙Ｂが用紙Ａの先端側を除いてほぼ全体に被さっている状態、同図の（ｄ）は用紙Ａ，Ｂが完全に一致して被さっている状態である。
【０００４】
このような用紙Ａ，Ｂの重送に対して、用紙の搬送路に沿う部分に光学的に用紙を検出するセンサ６１を設けておき、用紙の通過長さを検出することによって重送判断するというのが従来の一般的な検知方法であった。すなわち、センサ６１が搬送される用紙Ａの先端を検知してから用紙Ｂの後端を検知するまでの時間差によって通過した用紙Ａ，Ｂの全体の長さを検知し、検知した長さが設定されている値よりも大きい場合に重送と判定できる。たとえば、同図の（ａ），（ｂ），（ｃ）の形態であれば、用紙Ａの先端から用紙Ｂの後端までの長さが、用紙Ａ，Ｂの１枚の長さよりも長いので、重送と判定される。
【０００５】
この光学的なセンサ６１用いる重送検知は従来から広く利用されているが、同図の（ｄ）の形態であると、用紙Ａ，Ｂの重送分の長さが用紙Ａ，Ｂの１枚の長さと同じとなるため、重送判断はできない。
【０００６】
このような背景から、搬送されている用紙の長さを検知する光学的なセンサに代えて、用紙が実際に重送している部分を検知対象として判定できるように、超音波センサが利用されるようになった。これは、方形波の超音波を搬送される用紙に直交する向きに照射し、用紙を抜ける超音波の透過率に基づいて用紙の重送を判断するというものである。すなわち、照射された超音波は用紙を通過するときに減衰するので、通過した後の超音波信号を受信側で受けた後に出力電圧に変換して透過率が得られるようにし、この透過率が或る一定値以上であれば重送なしと判断し、以下であれば重送と判断する。このような超音波の透過率を判断基準とする用紙の重送検知は、たとえば実開平１−１１５６４７号公報に記載のように、プリンタや複写機及び印刷機における用紙の重送防止の分野で採用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、用紙に超音波を照射するタイミングまたはこのタイミングによって決まる用紙に対する照射位置によっては、用紙の重送を正しく検知できないことがある。たとえば、図５に示した（ａ），（ｂ），（ｃ）のように用紙Ａ，Ｂどうしの一部が重なり合っているときに、重なりがない部分に超音波が照射されてしまうと、透過率は１枚の用紙の通過に相当する分でしか検出されない。したがって、実際には用紙Ａ，Ｂの一部が重なり合っていて重送状態にあるのに、これを検知できない。
【０００８】
また、図５の（ｄ）に示したように、２枚の用紙Ａ，Ｂが完全に一致して重送されているときでさえも、重送と判定されない場合がある。すなわち、２枚の用紙Ａ，Ｂが重なり合っている部分に超音波を照射すれば、透過率が基準値に対しどうなるかで重送判定ができるはずである。しかしながら、用紙の厚さに応じて超音波の透過量は様々に変動するし、用紙の繊維の密度のばらつきによって１枚の用紙でもその照射位置で透過率が変化する。また、用紙Ａ，Ｂどうしの間に空気が封じ込められている場合では、超音波の減衰度は大きくなり透過率は下がる傾向にある。このようにな様々な条件がある中で、たとえば用紙の肉厚が局部的に薄くなっていてその部分の繊維の密度も他の部分に比べて非常に低いときや、この条件に加えて用紙Ａ，Ｂどうしが密着していて空気層が介在しないときには、超音波を照射したときの減衰度は小さいままとなる。すなわち、超音波を照射した部分がたまたま重送検知に見合う減衰度が得られない条件に相当するものであれば、重送判定できないことになる。
【０００９】
このように、超音波の照射後の透過率を判断基準として重送判定するものでは、用紙の一部だけが重なり合っているときには、重合していない部分に超音波が照射されてしまうと重送が見過ごされる。また、用紙どうしが完全に一致して重なり合っている場合でも、超音波を照射する位置によっては用紙の厚さや繊維密度等の条件次第では重送が判別できない。
【００１０】
本発明において解決すべき課題は、用紙等のシート材の重送の形態がどのようであっても、これを見逃すことなく確実に重送検知判断ができるようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波を利用したシート材の重送検知装置は、超音波を発信する超音波発信部と、前記超音波発信部が発信した超音波を受信する超音波受信部と、予め設定された判定基準値を基に、搬送されるシート材の複数箇所に前記超音波発信部から超音波を発信し、前記超音波受信部が受信した超音波の減衰量が前記判定基準値よりも低い個所が所定数を超えた場合に、前記シート材が重送されていると判定するコントローラとを備えたことを特徴とする。
【００１２】
このような検知方法では、シート材の走査の期間に受信側の出力値が予め設定された臨界値よりも低い走査点が所定数となるとき重送と判定するので、たとえば図５の（ａ）のように用紙Ａ，Ｂの一部が少し重なり合っている場合でも、重なり部分での走査中に先の臨界値よりも低い走査点が所定数を越えれば、重送と判定される。また、図５の（ｄ）の完全に用紙Ａ，Ｂが一致して重なり合っている場合でも、用紙Ａ，Ｂが薄くて繊維密度も低い部分の走査によって重送検知できなくても、その他の数個の走査点で臨界値よりも低い走査点が所定数を越えたときに重送判定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、超音波を発信する超音波発信部と、前記超音波発信部が発信した超音波を受信する超音波受信部と、予め設定された判定基準値を基に、搬送されるシート材の複数箇所に前記超音波発信部から超音波を発信し、前記超音波受信部が受信した超音波の減衰量が前記判定基準値よりも低い個所が所定数を超えた場合に、前記シート材が重送されていると判定するコントローラとを備えたことを特徴とする超音波を利用したシート材の重送検知装置であり、たとえば、シート材が薄くて超音波の減衰度が明瞭に得られない場合であっても、重送判定を高精度で実行できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記臨界値は、前記基準出力値の４０％以下の値の範囲である請求項１記載の超音波を利用したシート材の重送検知方法であり、臨界値と基準出力値との差を適正に設定することによって、重送判定の精度を高く維持できるという作用を有する。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記発信手段からの超音波の発信を、少なくとも前記シート材を通過して直に受信手段に達する直接波のピーク発生時刻を含む範囲の周期で実行する請求項１または２記載の超音波を利用したシート材の重送検知方法であり、シート材の重送判定に必要な直接波だけを捉えて重送判定するので、高精度のシート材の重送検知が得られるという作用を有する。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。
図１は本発明の重送検知方法に利用する検知装置の概略図である。
【００１７】
図１において、シート材としての用紙Ｐ−１が供給されるラインを挟んで超音波発信器１と超音波受信器２が配置されている。これらの超音波発信器１と超音波受信器２は、従来の技術と同様にラインと直交する方向に超音波を授受する位置関係として配置され、重送検知に関係する全ての制御を実行するコントローラ３に接続されている。
【００１８】
コントローラ３は、超音波発信器１の超音波の発信周期や発信時間の設定や、超音波受信器２からの信号を受けて出力波形を解析するための装置を備えたものであり、図２に超音波発信器１及び超音波受信器２を含めて装置構成のブロック図を示す。
【００１９】
図２において、全体を制御するためのコントロールユニット（ＣＰＵ）３ａを備えるとともに、超音波発信器１及び超音波受信器２のそれぞれには信号増幅のためのアンプ部３ｂ，３ｃが接続されている。そして、これらのアンプ部３ｂ，３ｃによる増幅度を最適値にコントローラするためのＤＡコンバータ３ｄ，３ｅを備えるとともに、４０ＫＨｚの信号波形をアンプ部３ｂに入力する超音波生成回路３ｆを設ける。また、超音波受信器２側のアンプ部３ｃの出力側にはＡＤコンバータ部３ｇが接続されている。
【００２０】
このようなコントローラ３を用いることにより、超音波生成回路３ｆからの信号波形の入力に基づいて超音波発信器１から超音波受信器２側へ超音波が発信され、受信時の出力波形の減衰がＡＤコンバータ部３ｇによって変換されてコントロールユニット３ａに入力される。そして、このコントロールユニット３ａでは、送信のタイミングや出力波形の減衰を基に演算して重送検知のための演算結果を出力する。
【００２１】
図３は先行して供給された用紙Ｐ−１に少し遅れて別の用紙Ｐ−２が下に重なって送り込まれている状態であり、重合部分が超音波発信器１と超音波受信器２との間に位置している。
【００２２】
超音波発信器１と超音波受信器２とによる重送検知においては、用紙２枚が重送状態にあるときの超音波の減衰量の大きさについて予め設計時または工場出荷時において閾値を設定しておき、この閾値との比較によって重送判定する。そして、本発明においては、超音波発信器１からの超音波の発信を一定の周期による間欠発信とすることによって、用紙Ｐ−１または２枚の用紙Ｐ−１，Ｐ−２を通過した超音波だけを捉えて外乱の影響を受けることない出力波形をコントローラ３の演算解析によって得るようにする。
【００２３】
図４は超音波発信器１からの超音波の発信出力と超音波受信器２によって受信した超音波の受信出力を同じ時間軸上にとって示す図である。
【００２４】
超音波発信器１からの送出超音波は、たとえば４０ＫＨｚであって周期を４５００マイクロ秒とし発信時間を４００マイクロ秒とした矩形波の出力パターンである。このような時間設定の超音波発信器１からの超音波の出力パターンであると、１周期の間に直接波Ｗ１と反射波Ｗ２とを含ませてコントローラ３によって演算解析が可能である。なお、反射波Ｗ２は測定装置の中の部材の位置関係等によって様々なパターンで発生するが、純粋な反射の成分に加えていわゆる定在波も一部として含むものである。
【００２５】
ここで、図４の場合では、直接波Ｗ１は用紙Ｐ−１を通過してその抵抗に相当する分だけ減衰した超音波が、超音波受信器２が捉えて演算系に出力する出力波形である。また、反射波Ｗ２は用紙Ｐ−１を通過した後の反射成分が捉えられたもの、または定在波を含む反射成分の出力波形である。このように、超音波発信器１からの超音波の発信を先の時間域との関係で矩形波としてパルス発信させることで、直接波Ｗ１が先行しこれに続く反射波Ｗ２の成分に分かれた波形として出力させることができる。
【００２６】
以上により、用紙Ｐ−１の重送に必要な波形情報は直接波Ｗ１であってしかもこの直接波Ｗ１がまず最初に超音波受信器２によって受信されて演算解析される。したがって、超音波発信器１から常に超音波を発信している場合では、先に説明したように直接波Ｗ１に対して純粋な反射または定在波を一部に含む反射波Ｗ２が合成されたり干渉したりすることが避けられないが、本発明のように矩形波発信とすることによって直接波Ｗ１だけを確実に情報として取り出せる。
【００２７】
なお、図４において受信波の軸に付したＬは、１枚の用紙Ｐ−１を超音波が通過するときの減衰に対応させて予め設定した判定基準値である。そして、図において左側に描いている波形は、たとえば図１の状態であって１枚の用紙Ｐ−１を通過した超音波の出力波形を示している。すなわち、この出力波形の直接波Ｗ１のピークの出力値は判定基準値Ｌを越えているので、１枚の用紙Ｐ−１の通過に見合う減衰しか起こっていないとして、用紙の重送が起きていないことを判断する。また、右側の波形はたとえば図３の状態であって、２枚の用紙Ｐ−１，Ｐ−２の重なりによって超音波発信器１からの超音波の減衰量が大きく、そのピークの出力値は判定基準値Ｌ以下である。したがって、コントローラ３の出力波形の演算系では用紙の重送が発生していると判断する。
【００２８】
以上のように、用紙Ｐ−１，Ｐ−２の重送は、判定基準値Ｌと受信側での出力波形との比較によって判別される。
【００２９】
ところが、先に述べたように、図５の（ａ），（ｂ），（ｃ）で示した用紙Ｐ−１，Ｐ−２の一部分が重なった状態で送られるとき、用紙Ｐ−１と用紙Ｐ−２が重なっていない部分を超音波が抜けると、重送判定はできない。また、２枚の用紙Ｐ−１，Ｐ−２が図５の（ｄ）のように完全に一致して重なって重送検知用の超音波の進路に入り込めば、１枚の用紙について設定されている判定基準値Ｌから下がることが予測されるが、実際にはこのような現象は定常的なものとはいえない。
【００３０】
すなわち、用紙Ｐ−１，Ｐ−２が薄い場合であってその間に空気の層が殆ど含まれていない部分では、用紙Ｐ−１，Ｐ−２の厚さが薄いことから超音波の減衰度は小さく、しかも空気の層がないことから空気による超音波の吸収もないので減衰は促されない。そして、用紙Ｐ−１，Ｐ−２は繊維質の集合であって密度が低い部分や高い部分が混在しているので、密度の低い部分どうしが重なり合っている領域を抜ける超音波の減衰度も小さくなる。したがって、用紙Ｐ−１，Ｐ−２の重なり部分を超音波でスキャンしていくとき、重送状態にあっても送出された超音波は減衰することなく受信側に入力されることがある。
【００３１】
このように、用紙Ｐ−１，Ｐ−２が薄い場合では、その重送状態のときでも超音波が減衰しないまま受信される現象が起きやすく、スキャンの全行程で受信側の出力が一様に下がるものとしては検知されない。そして、超音波受信器２で受けた信号からの出力が高い値のままでコントローラ３へ入力されてしまうと、重送が起きているとは判別できず、これを見逃してしまう。
【００３２】
そこで、本発明では、用紙の送りと同時に超音波発信器１及び超音波受信器２による重送検知のスキャンをするとき、複数の場所で超音波の透過状態を調べる。そして、受信側からコントローラ３に出力される出力値が判定基準値Ｌを超える走査点を含んでいても、或る臨界の出力値よりも低い出力の走査点の数が所定の個数以上ある場合には重送として判定する。
【００３３】
たとえば図１及び図３の例において、用紙Ｐ−１，Ｐ−２をＡ４版サイズであってその長辺方向を送りの向きとすると、超音波発信器１からの超音波発信の周期を４５００μｓｅｃで送出時間を４００μｓｅｃとした場合、ほぼ１ｍｍ間隔で走査点を設定できる。そして、用紙Ｐ−１，Ｐ−２の先端と後端のマージンの大きさを考慮すると、走査点の数は２００〜２５０程度である。
【００３４】
一方、超音波発信器１からの超音波の送出時に対応して用紙Ｐ−１，Ｐ−２を通過した受信波は各走査点に対応するから、この受信波の出力をアンプ部３ｃで増幅するとともにＡＤコンバータ部で変換してコントロールユニット３ａに入力して演算すると、先に説明したように各走査点での出力値が得られる。そして、この出力値が予め設定した臨界値よりも低い走査点が所定数含まれていたら、用紙Ｐ−１，Ｐ−２が重送状態にあると判定する。なお、本発明者らは、各種のサイズの用紙について重送判定を高精度で実行できるように、臨界値よりも低い走査点の数は全体の走査点の２％程度であればよいことを実験によって確認した。たとえば、Ａ４版のサイズの用紙であって走査点数を２００とした場合では４個の走査点で臨界値よりも低いことが観察されれば、重送と判断する。
【００３５】
ここで、重送判定の基準となる受信側の出力の臨界値は、用紙Ｐ−１，Ｐ−２の非重送時の受信側の出力値の４０％以下の範囲の値とする。すなわち、用紙Ｐ−１，Ｐ−２の重送がなく１枚の用紙Ｐ−１だけについては空気の層を含まずまた厚さも重送のときの薄い部分どうしの合成もないので、超音波発信器１から発信された超音波の減衰率はほぼ一様である。したがって、非重送時の受信側の出力値を基準としてもその値自身にはさほど変動はなく、その４０％以下の範囲に含ませる臨界値についても相対的な変動の影響は少ない。
【００３６】
このように、臨界値を１枚の用紙Ｐ−１が送られるときの受信側の出力を基準として決め、用紙Ｐ−１，Ｐ−２に対して多数の走査点をとって、臨界値よりも低い出力値が所定数の走査点で検知されたときには、重送と判定することができる。したがって、薄い用紙の場合であって２枚がほぼ完全に一致するように重なり合っていても、重送の確実な検知が可能となる。
【００３７】
また、本発明では、直接波Ｗ１だけを情報として受信側の出力値を得た上で臨界値を参照にして重送の判定をするので、より一層精度の高い重送検知が行なえる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明では、シート材をその搬送方向に超音波で走査して臨界値以下の出力値が所定数を越えて受信側で得られたときには重送と判定するので、２枚のシート材の一部分が重なった状態で搬送された場合でも、また、シート材が場所によって超音波の透過率にばらつきがあるようなものであっても、確実に重送検知できる。
【００３９】
また、反射波または定在波が一部混在した反射波を外乱として含む波形出力に代えて、シート材を通過して直に超音波受信器に入る直接波だけを捉えるようにすると、更に一層高い精度の重送検知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の重送検知方法に利用する検知装置の概略図
【図２】コントローラの装置構成を超音波発信器及び超音波受信器を含めて示す概略ブロック図
【図３】図１の検知装置において２枚の用紙が検知される例の概略図
【図４】送出超音波及び受信波の波形を示す図
【図５】用紙の重送の形態を示す概略図
【符号の説明】
１  超音波発信器
２  超音波受信器
３  コントローラ
３ａ  コントロールユニット
３ｂ，３ｃ  アンプ部
３ｄ，３ｅ  ＤＡコンバータ
３ｆ  超音波生成回路
３ｇ  ＡＤコンバータ部
Ｐ−１，Ｐ−２  用紙（シート材）
【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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