(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送される紙葉類の一方の面に対して斜め方向から音波を照射する送波器と、
この送波器から前記紙葉類に対して照射される音波をガイドするもので、前記紙葉類と対向する端部の断面形状が前記紙葉類の搬送方向と直交方向に扁平状となっている音波ガイドと、
前記紙葉類の他方の面に対して直交する方向に設けられ、前記送波器から照射され、前記紙葉類を透過した音波を受ける受波器と、
を具備したことを特徴とする紙葉類の異物検知装置。
【請求項２】
搬送される紙葉類の一方の面に対して斜め方向から音波を照射する送波器と、
この送波器から前記紙葉類に対して照射される音波をガイドするもので、前記紙葉類と対向する端部の断面形状が前記紙葉類の搬送方向と直交方向に扁平状となっている第１の音波ガイドと、
前記紙葉類の他方の面に対して直交する方向に設けられ、前記送波器から照射され、前記紙葉類を透過した音波を受ける受波器と、
前記紙葉類を透過した音波を前記受波器へガイドするもので、前記紙葉類と対向する端部の断面形状が前記紙葉類の搬送方向と直交方向に扁平状となっている第２の音波ガイドと、
を具備したことを特徴とする紙葉類の異物検知装置。
【請求項３】
搬送される紙葉類の搬送方向と直交方向に配列され、前記搬送される紙葉類の一方の面に対して斜め方向から音波を照射する複数の送波器と、
この複数の送波器から前記紙葉類に対して照射される各音波をそれぞれガイドするもので、前記紙葉類と対向する端部の断面形状が前記紙葉類の搬送方向と直交方向に扁平状となっている複数の音波ガイドと、
前記搬送される紙葉類の他方の面に対して直交する方向で、当該紙葉類の搬送方向と直交方向に配列され、前記複数の送波器から照射され、前記紙葉類を透過した各音波をそれぞれ受ける複数の受波器と、
を具備したことを特徴とする紙葉類の異物検知装置。
【請求項４】
搬送される紙葉類の搬送方向と直交方向に配列され、前記搬送される紙葉類の一方の面に対して斜め方向から音波を照射する複数の送波器と、
この複数の送波器から前記紙葉類に対して照射される各音波をそれぞれガイドするもので、前記紙葉類と対向する端部の断面形状が前記紙葉類の搬送方向と直交方向に扁平状となっている複数の第１の音波ガイドと、
前記搬送される紙葉類の他方の面に対して直交する方向で、当該紙葉類の搬送方向と直交方向に配列され、前記複数の送波器から照射され、前記紙葉類を透過した各音波をそれぞれ受ける複数の受波器と、
前記紙葉類を透過した各音波を前記複数の受波器へそれぞれガイドするもので、前記紙葉類と対向する端部の断面形状が前記紙葉類の搬送方向と直交方向に扁平状となっている複数の第２の音波ガイドと、
を具備したことを特徴とする紙葉類の異物検知装置。
【請求項５】
搬送される紙葉類の一方の面に対して斜め方向から音波を照射する単一の送波器と、
この単一の送波器から前記紙葉類に対して照射される音波をガイドするもので、前記紙葉類と対向する端部の断面形状が前記紙葉類の搬送方向と直交方向に扁平状となっている音波ガイドと、
前記搬送される紙葉類の他方の面に対して直交する方向で、当該紙葉類の搬送方向と直交方向に配列され、前記単一の送波器から照射され、前記紙葉類を透過した音波を受ける複数の受波器と、
を具備したことを特徴とする紙葉類の異物検知装置。
【請求項６】
搬送される紙葉類の一方の面に対して斜め方向から音波を照射する単一の送波器と、
この単一の送波器から前記紙葉類に対して照射される音波をガイドするもので、前記紙葉類と対向する端部の断面形状が前記紙葉類の搬送方向と直交方向に扁平状となっている第１の音波ガイドと、
前記搬送される紙葉類の他方の面に対して直交する方向で、当該紙葉類の搬送方向と直交方向に配列され、前記単一の送波器から照射され、前記紙葉類を透過した音波を受ける複数の受波器と、
前記紙葉類を透過した音波を前記複数の受波器へそれぞれガイドするもので、前記紙葉類と対向する端部の断面形状が前記紙葉類の搬送方向と直交方向に扁平状となっている複数の第２の音波ガイドと、
を具備したことを特徴とする紙葉類の異物検知装置。
【請求項７】
前記単一の送波器は、前記搬送される紙葉類の一方の面の搬送方向と直交方向の幅全面に対して斜め方向から音波を照射することを特徴とする請求項５または請求項６記載の紙葉類の異物検知装置。
【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、搬送される紙葉類に付着するテープや紙片などの異物を検知する紙葉類の異物検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば、ベルトに挟持して搬送される紙葉類の異物検知では、軸を固定した固定ローラと上下移動が可能な支持構造の可動ローラとを対向させて一対として搬送路に配設し、両ローラ間を紙葉類が通過するときの可動ローラの変位量を厚みとして検知し、厚みの部分的な変化を異物としている。
【０００３】
また、紙葉類の幅方向の異物を検知するには、搬送方向に対して直交方向に複数のローラ対を並設して厚みの分布を検知し、幅方向の厚み変化から異常な厚み部分を異物として検知している。
【０００４】
さらに、超音波などの音波を発生する送波器と音波を受ける受波器とを紙葉類の搬送路を挟んで配設し、紙葉類を透過する音波の量を受波器で検知し、紙葉類の厚みに応じた透過音波量よりも小さくなった場合を異物として検知したり、紙葉類の複数枚重なりの検知をしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、可動ローラの変位によって紙葉類の厚さを検知する方式では、可動ローラがある程度の重量を持つため、走行する紙葉類の先端突入や後端の抜け、あるいは、テープを貼付したような急激な変化に対する追従性が悪く、検知速度に限界がある。
【０００６】
また、ローラ対を複数個並べて紙葉類の幅方向の厚み分布を検知する場合には、ローラ支持部材などのためにローラ対を密着して設置することができず、紙葉類の幅方向の分解能をあげることが難しい。
【０００７】
さらには、紙葉類が走行中に厚み方向に揺動すると、その揺動を可動ローラの変位量として測定するため、精度が悪くなるなどの問題がある。また、製造上からは、ローラやローラ支持部材の加工精度をあげて、ローラ回転時のがたを小さく押さえて測定精度を確保するため、製造価格が高価となる。
【０００８】
一方、超音波などの音波を用いる方式では、送波器から出力される音波はその進行方向に広がりを持つため、単位面積当たりの音波量は小さくなる。そのため、受波器の出力信号も小さくなってＳ／Ｎが低下し、異物の検知限界を上げることができない。
【０００９】
音波の広がりを小さくするために、送波器と受波器とを近接して設置すると、紙葉類に対して直角に音波を照射することになる。紙葉類に対して直角に音波を当てると、紙葉類からの反射音波と送波器からの照射音波とが干渉し、紙葉類が揺動して搬送されると、送波器との距離が変化するため、干渉波に強弱が生じ、紙葉類の表面に到達する音波にも強弱が生じるため、安定した透過音波を得ることができない。
【００１０】
このような干渉を避けるため、たとえば、特開平６−７２５９１号公報の超音波式２枚検知方法では、紙葉類の厚みが１枚か２枚かを検知する手段として、紙葉類に対して斜めに音波を照射することにより、紙葉類からの反射音波が送波器に入射しないようにしているが、斜めに音波を照射することにより、送波器と受波器との間の距離が長くなるため、音波の広がりは避けられず、単位面積当たりの音波エネルギは小さくなる。したがって、この方式を異物検知に適用した場合、異物の検知限界が下がり、より小さな異物を検知することが困難である。
【００１１】
そこで、本発明は、搬送される紙葉類に非接触で異物を検知でき、異物の検知限界を向上させるとともに、紙葉類の幅方向に分布する異物の検知をも可能とし、紙葉類の厚み方向の揺動による影響を受けることなく、安定して異物検知できる紙葉類の異物検知装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明においては、音波の送波器と受波器とを搬送される紙葉類を挟むように配設し、送波器および受波器、あるいは、送波器のみに対して音波ガイドを設けるもので、この音波ガイドは紙葉類に対向する端部の断面形状が扁平状をなしており、その端部の長径部を紙葉類の幅方向（搬送方向と直交方向）と平行にして設置するものであり、さらに、送波器は紙葉類の一方の面に対して斜め方向から音波を照射するように設け、受波器は送波器と直接対向しないように紙葉類の他方の面に対して直交する方向に設けるものである。
【００１３】
送波器から出力された音波は音波ガイドに沿って収束され、扁平状の音波束として紙葉類の表面に照射される。紙葉類に照射された音波束の一部は紙葉類の表面で反射され、一部は紙葉類を透過する。紙葉類に照射する音波束は、上述したように音波ガイドの先端で扁平状に絞っているため、紙葉類の表面からの反射音波が送波器に逆進入してくる量が少なくなり、紙葉類の揺動による干渉が小さくなる。
【００１４】
紙葉類を透過した音波は、紙葉類の繊維によって乱反射するため、音波束の進行線上を中心にある広がりを持つ。したがって、この紙葉類を透過した散乱音波を受波器で捉えることにより、透過音波の強弱を知ることができる。
【００１５】
受波器で透過音波を受ける場合、送波器と同じように受波器に音波ガイドを設置して、送波器の音波ガイドの先端部に対向して中心線を概略合わせて設置すれば、限られた面積の透過音波を捉えるため、紙葉類上の異物による透過音波の変化を感度よく捉えることができる。
【００１６】
また、受波器に音波ガイドを設けずに紙葉類のより近くに設置して、空中での透過音波の減衰を小さくして散乱音波を検知してもよい。この場合、音波が透過する近傍に、紙葉類に対して直角に向い合わせて設置してもよい。
【００１７】
このように構成した本発明に係る紙葉類の異物検知装置では、送波器からの音波を音波ガイドによって収束して紙葉類に照射するため、音波ガイドの先端扁平部の端辺の長さにより小さい異物に対しても感度よく音波の減衰を検知することができる。また、音波ガイドにより音波を収束しているため、送波器を並べて複数個設置する場合、隣接するお互いの送波器からの音波の干渉が小さく、近接させることができる。したがって、紙葉類の幅方向に送波器と受波器との対を複数設置して幅全体の異物検知を行なう場合、装置全体の小形化が可能となる。
【００１８】
このようにして非接触、高感度、小形の紙葉類の異物検知装置が実現できるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
まず、第１の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、第１の実施の形態に係る紙葉類の異物検知装置の構成を概略的に示すものである。図１において、１は紙葉類であり、図示しない搬送ベルトなどにより挟持されて図示矢印Ｂ方向に搬送されるものとする。Ｑは紙葉類１に付着したテープや紙片などの異物である。２は紙葉類１に対して超音波を照射する送波器、３は紙葉類１を透過した音波を受ける受波器であり、これらは搬送される紙葉類１を間にして相対向配設されている。この場合、送波器２および受波器３は、搬送される紙葉類１の表面に対して斜め方向から音波を照射し、その透過音波を受けるように相対向して設置されている。４は送波器２から照射される音波をガイドする音波ガイド、５は紙葉類１を透過した音波を受波器３へガイドする音波ガイドである。ここに、送波器２から照射される音波をＡ、紙葉類１の表面で反射する音波をＡ１、紙葉類１を透過して散乱する音波をＡ２とする。
【００２２】
音波ガイド４，５は、たとえば、図２に示すような断面形状をなしている。すなわち、音波ガイド４の送波器２側のＸ１−Ｘ１線に沿う断面形状は図２（ａ）のようにほぼ円形状、音波ガイド４の紙葉類１側（先端部）のＸ２−Ｘ２線に沿う断面形状は図２（ｂ）のように扁平状となっており、その扁平部の長径部が紙葉類１の幅方向（搬送方向Ｂと直交方向）と平行になるように、音波ガイド４が設置されている。なお、受波器３側の音波ガイド５も同様の構造および配置となっている。
【００２３】
図３は、上記のように構成された異物検知装置の電気回路を示すものである。２１は発振回路で、たとえば、２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの帯域を持った交流電圧を発生する。２２はパワーアンプで、発振回路２１からの交流電圧を増幅し、その増幅出力で送波器２を駆動する。２３はアンプで、受波器３の出力信号を増幅する。２４は発振回路２１の周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）で、アンプ２３の出力信号から雑音成分を除去する。２５は整流回路で、バンドパスフィルタ２４の出力信号を直流信号に変換する。２６は比較回路で、整流回路２５の出力信号を比較基準設定回路２７で設定された比較基準値と比較することにより、異物有無信号を出力する。
【００２４】
このような構成において、発振回路２１から出力される交流電圧はパワーアンプ２２で増幅され、その増幅出力で送波器２が駆動される。紙葉類１を透過した音波は、受波器３で電気信号に変換されて透過音波信号となり、アンプ２３で増幅されてバンドパスフィルタ２４に送られ、ここで雑音成分を除去された後、整流回路２５で直流信号に変換され、比較回路２６に送られる。比較回路２６は、整流回路２５の出力信号を比較基準設定回路２７で設定された比較基準値と比較し、整流回路２５の出力信号が比較基準値よりより低い電圧値になったとき、異物が有りとして異物有り信号を出力するものである。
【００２５】
次に、作用について説明する。
【００２６】
図１に示すように、送波器２を紙葉類１に対し音波の送波軸が斜めになるように設置し、送波器２に音波ガイド４を取付けて音波Ａを照射すると、音波Ａは紙葉類１の表面で反射されて反射音波Ａ１として進み、紙葉類１を透過した音波は紙葉類１内で散乱して透過音波Ａ２として分散する。紙葉類１を間にして送波器２と対向して設置された受波器３に音波ガイド５が取付けられる。送波器２の音波ガイド４の先端部と受波器３の音波ガイド５の先端部とはほぼ向き合う状態で対向しており、送波器２と受波器３との対向軸周辺部の透過音波Ａ２を受波器３で捕捉検出することができる。
【００２７】
紙葉類１が矢印Ｂ方向に移動して異物Ｑが音波ガイド４の先端部にきた場合、送波器２からの音波Ａは、反射音波Ａ１が増えて、透過音波Ａ２が減少する。音波ガイド４，５の先端部は、図２（ｂ）のように扁平状に絞られているため、小さな異物に対しても透過音波Ａ２は感度よく変化する。
【００２８】
次に、第２の実施の形態について説明する。
【００２９】
第２の実施の形態は、紙葉類１の幅方向（搬送方向Ｂと直交する方向）に、図１に示したような送波器２と受波器３との対７を複数個並設した場合で、この場合における音波ガイド４，５の先端部の配置状態を図４に示す。この例の場合、複数の送波器２と受波器３との対７を２列に交互配列したものである。
【００３０】
このように、たとえば、紙葉類１の幅が広い場合は、送波器２と受波器３との対を複数個並設して、図４に示すように音波ガイド４，５の先端部を幅方向に隙間なく配置することにより、感度よく幅広く異物検知を行なうことができる。
【００３１】
次に、第３の実施の形態について説明する。
【００３２】
第３の実施の形態は、図５に示すように、受波器３をその軸線が紙葉類１に対してほぼ直角になるよう設置したものであり、その他は図１と同じである。このように、第３の実施の形態は、受波器３と音波ガイド５の配置の変形例であり、透過音波Ａ２は紙葉類１を透過する際には散乱するため、受波器３を紙葉類１に対し概略直角方向に配置しても透過音波Ａ２を検知することができる。
【００３３】
次に、第４の実施の形態について説明する。
【００３４】
第４の実施の形態は、図６に示すように、受波器３をその軸線が紙葉類１に対してほぼ直角になるよう近接設置し、かつ、受波器３の音波ガイド５を削除したものであり、その他は図１と同じである。このように、第４の実施の形態は、受波器３を音波ガイド５をつけないで紙葉類１に接近して概略直角に設置したものであり、透過音波Ａ２が空中で減衰するのを避ける効果があり、透過音波Ａ２をより多く捕捉することができる。
【００３５】
次に、第５の実施の形態について説明する。
【００３６】
第５の実施の形態は、図７に示すように、受波器３の音波ガイド５を削除し、かつ、受波器３を紙葉類１に対して近接設置したものであり、その他は図１と同じである。このように、第５の実施の形態は、受波器３の音波ガイド５を除き送波器２の対向軸上に受波器３の軸を概略合わせて紙葉類１に近接して配置したものであり、音波の空中減衰を小さくして、透過音波Ａ２を強度の強い対向軸上で捕捉することができる。
【００３７】
次に、第６の実施の形態について説明する。
【００３８】
第６の実施の形態は、図８に示すように、送波器２をその軸線を紙葉類１に対して概略直角に設置するとともに、受波器３も送波器２と軸線を概略合わせて設置し、かつ、受波器３の音波ガイド５を削除したものであり、その他は図１と同じである。このように、第６の実施の形態は、送波器２と受波器３との対向軸を紙葉類１に対して概略直角に設置し、音波ガイド４の先端と受波器３を紙葉類１に近接させたものであり、音波ガイド４の先端を扁平状に絞ってあるため、紙葉類１からの反射波Ａ１が送波器２へ入射する量が減少する。したがって、紙葉類１の揺動による干渉波が生じにくく、異物の検知ができる。
【００３９】
次に、第７の実施の形態について説明する。
【００４０】
第７の実施の形態は、送波器２における音波ガイド４の別の構成例を示す。すなわち、図９に示すように、ブロック状の金属あるいはプラスチックで構成される音波ガイドブロック１０は、送波器２を固定するとともに音波ガイド４としての形状空間４ａを有している。また、金属あるいはプラスチック製の支持ブロック１１は、受波器３を固定支持している。このように、第７の実施の形態は、音波ガイドそのものを送波器２の支持ブロックとしたもので、作用は図８の場合と同様である。
【００４１】
次に、第８の実施の形態について説明する。
【００４２】
第８の実施の形態は、送波器２における音波ガイド４の更に別の構成例を示す。すなわち、図１０に示すように、ブロック状の金属あるいはプラスチックで構成される音波ガイドブロック１２は、送波器２を斜めに固定するとともに音波ガイド４としての形状空間４ａを有し、さらに、送波器２の支持台を兼ねている。また、金属あるいはプラスチック製の支持ブロック１３は、受波器３を固定支持している。このように、第８の実施の形態は、音波ガイドそのものを送波器２の支持ブロックとするとともに、送波器２の支持台を兼ねるもので、作用は図６の場合と同様である。
【００４３】
次に、第９の実施の形態について説明する。
【００４４】
図１１は、第９の実施の形態に係る紙葉類の異物検知装置の構成を概略的に示している。図１１において、送波器２００は、紙葉類１の幅方向（搬送方向と直交方向）の全面に対し超音波を照射できる超音波出力機能および寸法を有している。音波ガイド４０は、前記音波ガイド４と同様に紙葉類１側の断面形状が扁平状に形成されていて、送波器２００から発生する音波を扁平状に絞って紙葉類１上に照射する。
【００４５】
複数（本例では５個）の受波器３０１〜３０５は、紙葉類１を透過した音波を受けるものであり、音波ガイド４０と対向して一列に配設されている。複数（本例では５個）の音波ガイド５１〜５５は、紙葉類１を透過した音波を紙葉類１の幅方向に分割して受波器３０１〜３０５にそれぞれ導くものであり、受波器３０１〜３０５と対向して一列に配設されている。なお、音波ガイド５１〜５５は、前記音波ガイド５と同様な形状に構成されている。
【００４６】
このような構成により、紙葉類１の幅方向全面にわたり異物検知が可能となる。また、多数の音波ガイドを設置して紙葉類１の幅方向の分割を細かくし、分割数分の受波器を設置すれば、より小さな異物の検知が可能となる。さらに、送波器を１個にすることにより、受波器側においては、隣接する受波器間の音波による干渉がなく、近接して受波器およびその音波ガイドを設置することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、搬送される紙葉類に非接触で異物を検知でき、異物の検知限界を向上させるとともに、紙葉類の幅方向に分布する異物の検知をも可能とし、紙葉類の厚み方向の揺動による影響を受けることなく、安定して異物検知できる紙葉類の異物検知装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る紙葉類の異物検知装置の構成を概略的に示す側面図。
【図２】音波ガイドの形状を説明する図。
【図３】紙葉類の異物検知装置の電気回路の構成を概略的に示すブロック図。
【図４】第２の実施の形態に係る紙葉類の異物検知装置における音波ガイドの配置状態を示す平面図。
【図５】第３の実施の形態に係る紙葉類の異物検知装置の構成を概略的に示す側面図。
【図６】第４の実施の形態に係る紙葉類の異物検知装置の構成を概略的に示す側面図。
【図７】第５の実施の形態に係る紙葉類の異物検知装置の構成を概略的に示す側面図。
【図８】第６の実施の形態に係る紙葉類の異物検知装置の構成を概略的に示す側面図。
【図９】第７の実施の形態に係る紙葉類の異物検知装置の構成を概略的に示す側面図。
【図１０】第８の実施の形態に係る紙葉類の異物検知装置の構成を概略的に示す側面図。
【図１１】第９の実施の形態に係る紙葉類の異物検知装置の構成を概略的に示す正面図。
【符号の説明】
１……紙葉類
２，２００……送波器
３，３０１〜３０５……受波器
４，５，４０，５１〜５５……音波ガイド
４ａ……形状空間（音波ガイド）
１０，１２……音波ガイドブロック
１１，１３……支持ブロック
２１……発振回路
２２……パワーアンプ
２３……アンプ
２４……バンドパスフィルタ
２５……整流回路
２６……比較回路
２７……比較基準設定回路
【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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