JP2011022019A - 物体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度及び分解能に優れて小型化可能な検出装置を低コストで提供する。
【解決手段】対象物の有無、大きさ又は移動量を検出する装置１であって、光透過性樹脂からなり、対象物と当接可能な接点を有し、対象物の当接に伴って前記接点が変位するレバー部７１と、レバー部７１と同一材料にて一体成形され、レバー部７１の変位に応じて変位可能で、多数の遮光領域と透光領域とが変位方向に交互に形成されたスケール部７２と、スケール部７２に光を照射する光源６と、スケール部７２を透過した光を受光する受光器４とを備えることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

この発明は、対象物の有無、大きさ又は移動量を検出する装置に関する。

印刷機、スキャナ、自動改札機、自動販売機、ＡＴＭなどの機械においては、用紙、切符、紙幣などの取り扱い対象物の有無、大きさ又は移動量を供給または排出の過程で検出することが要請される。

この種の検出装置として、用紙の供給路に対向して配置された上下のローラとＬＥＤ及びＰＳＤを備えたもの、並びにＬＥＤ及びＰＳＤに代えてレバーと、レバーの後端に取り付けられた反射板と、反射板に向かって発光するとともに反射光を受光するフォトセンサとを備えたものが知られている（特許文献１［従来技術］欄）。前者は、図１１に示すように常時はバネ１０３によって上ローラ１０１が下ローラ１０２に近づく方向に付勢されており、用紙の通過時にバネ１０３の復元力に抗して用紙の厚み分だけ上ローラ１０１が下ローラ１０２から遠ざかり、上ローラ１０１の変位量をＬＥＤとＰＳＤとで光学的に検知するものである。後者は、図１２に示すようにレバー１０４が支点に揺動可能に固定されていて、レバー１０４の先端が上ローラ１０１の軸に連結されており、常時はバネ１０３によってレバー１０４が上ローラ１０１を下ローラ１０２に近づける方向に付勢されており、用紙の通過に伴って揺動するレバー１０４後端の変位量をフォトセンサ１０５で検知するものである。

また、これを改良し、図１３に示すようにレバー１０４後端を複数の枝１０６に分岐させたり、レバー後端を扇形にして放射状のスリットを設けたりして、フォトインタラプタの光が通過する枝やスリットの数をもって検知するようにしたものも知られている（特許文献１［実施形態］）。更にまた、前記上ローラの如く検出対象物の当接に伴って直接的に変位する要素や、前記レバーの如く間接的に変位する要素の変位量を測定する手段として公知のロータリーエンコーダ（特許文献２）を用いた装置も知られている（特許文献３及び４）。

特開２００３−２９４４０１ 特開２００１−２２７９８９ 特開平０５−３２００３ 特開平０７−１５６５０３

しかし、特許文献１の［従来技術］欄に記載の第一番目の装置は、ＰＳＤ自体が高価であるうえに、上ローラに反りが生じないように高い精度で加工する必要があることから、製造コストが著しく高い。第二番目の装置は、使用中にフォトセンサが汚れた場合に変位量を誤検知する可能性がある。
特許文献１の［実施形態］欄に記載の装置では、使用する紙厚が０．０５〜０．３ｍｍ程度の範囲とすると、紙厚にて紙の種類を特定するには０．０１ｍｍ以下の分解能を必要とするところ、０．０１ｍｍ以下の幅のスリットや枝を形成することは困難である。また、特許文献３及び４に記載の装置では、平坦面と傾斜面とが透過性材料にて周方向に交互に形成されて位相格子をなす円盤状のスケールがエンコーダに用いられており、装置を小型化できないし、スケールの組み付け時にバラツキが生じる。
それ故、この発明の課題は、検出精度及び分解能に優れて小型化可能な検出装置を低コストで提供することにある。

その課題を解決するために、この発明の検出装置は、
対象物の有無、大きさ又は移動量を検出する装置であって、
光透過性樹脂からなり、対象物と当接可能な接点を有し、対象物の当接に伴って前記接点が変位するレバー部と、
レバー部と同一材料にて一体成形され、レバー部の変位に応じて変位可能で、多数の遮光領域と透光領域とが変位方向に交互に形成されたスケール部と、
スケール部に光を照射する光源と、
スケール部を透過した光を受光する受光器と
を備えることを特徴とする。

この発明の検出装置によれば、対象物がレバー部の接点に当接すると、レバー部が変位し、その変位に応じてスケール部が変位する。そして、スケール部を透過した光によって形成されるパルス列に基づいて変位量を検出する。ＰＳＤのような高価な部品は必要でない。スケール部は、遮光領域と透光領域とはプリズム加工、粗面処理、印刷などの手段で形成可能であるので、これらの領域を０．０１ｍｍ以下の間隔で高精度に形成することができ、分解能に優れる。また、受光器は受光の有無だけを判定できればよいから、少々の曇りや汚れが存在しても誤検知することはない。そして、レバー部とスケール部とが一体成形されているので、レバー部とスケール部との間を中継する部材が無く小型であり、しかも組み付け時にレバー部とスケール部との相対位置が製造時から変動することがなく、組み付けに伴うバラツキが少ない。

前記対象物の大きさとは、例えば対象物の厚み又は対象物表面の凹凸レベルである。
更に、前記レバー部及びスケール部を支持する回転軸を備え、前記レバー部及びスケール部は回転軸より互いに異なる径方向に延びているようにすることで、スケール部の変位量を接点のそれに比例させやすくして検出精度を向上させることができる。この構成において、前記レバー部及びスケール部が、互いに１８０°ではない角度をなす径方向に延びるようにすると、一層小型化できる。

前記回転軸を備える構成において、前記回転軸を回転可能に支持する軸受け部を有し、前記スケール部、光源及び受光器を収納する容器を更に備えると好ましい。レバー部とスケール部が一体成形されているので、容器も小型である。更に好ましくは、レバー部を対象物に圧接させる弾性体を備え、レバー部及びスケール部のいずれかが、前記容器と係り合って弾性体の復元力に抗してレバー部を所定の角度に決めるストッパーを一体的に有するものである。これにより、対象物が存在しないときはストッパーが容器と係り合うことにより、レバー部が基準となる角度に保たれ、対象物が存在するときはその大きさや移動量に応じて弾性体の復元力に抗してレバー部が変位するからである。

尚、レバー部とスケール部とが異なる材料で成形される場合は、スケール部がレバー部と結合するように光透過性樹脂にて成形される。例えばレバー部を金属で形成し、その後、スケール部がレバー部と一体成形されてもよいし、両者を個別に成形した後、スケール部及びレバー部の一方が他方に圧入されてもよい。

検出精度及び分解能に優れて小型化可能な検出装置を低コストで提供できるので、大小様々な機械における供給・排出過程において、対象物を正確に検出することができる。

実施形態１の検出装置をある方向から眺めた斜視図である。 同じく別の方向から眺めた斜視図である。 同じく別の方向から眺めた斜視図である。 同検出装置の回転軸に平行な鉛直方向断面図である。 同検出装置に適用されている内ホルダー、コネクター及び基板を示す斜視図である。 同検出装置に適用されているスケール一体型レバーを示す正面図である。 図６のＸＸ断面図である。 同検出装置の使用時の動作を示す図である。 実施形態２の検出装置の使用時の動作を示す図である。 実施形態３の検出装置の使用時の動作を示す図である。 従来の検出装置を示す断面図である。 従来のもう一つの検出装置を示す断面図である。 従来の更にもう一つ検出装置を示す断面図である。

−実施形態１−
以下、この発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。図１〜３は第一の実施形態の検出装置をそれぞれ別の方向から眺めた斜視図、図４は同検出装置の回転軸に平行な鉛直方向断面図、図５は同検出装置に適用されている内ホルダー、コネクター及び基板を示す斜視図、図６は同検出装置に適用されているスケール一体型レバーを示す正面図である。

検出装置１は、用紙の厚みを検出する装置であって、図１〜図４に示すように平面視で略十字形で上方に突出して主要部品収納空間が設けられた外ホルダー２、外ホルダー２の下面に固定された回路基板３、受光素子４、コリメートレンズ５、発光素子６及びスケール一体型レバー７を備える。

スケール一体型レバー７は、全体が光透過性樹脂からなり、図６に示すようにレバー部７１、スケール部７２、回転軸７３及びストッパー７４が回転軸７３部分を除いて厚さ １．３ｍｍ程度の板状に一体成形されたものである。スケール一体型レバー７の輪郭は、正面視で互いに直交する二辺ａ、ｂ、これらの二辺のうち一辺ａと平行で辺ａよりも短い辺ｃ、及び辺ａと辺ｃとを結ぶ斜めの辺ｄとからなる略台形をなす。そして、辺ａと辺ｄとが交差する角にほぼ辺ｄに沿って延びるようにレバー部７１が形成され、辺ｂと辺ｃとが交差する角に辺ｃに沿って延びるようにストッパー７４が形成されている。レバー部７１の周面は、先端に向かうほどに辺ｄの延長線から離れて辺ｂに近づくように滑らかに曲がっており、検出対象となる用紙との接点を形成している。

回転軸７３は、辺ｄの中間部に前記板状部分の両面に直交するように突出した円柱状をなしている。従って、レバー部７１とストッパー７４とは回転軸７３を間にして互いにほぼ対角位置にある。また、辺ａと辺ｂとが交差する角の付近には、回転軸７３を中心とする周方向に等間隔に交互に配列した多数の遮光領域と透光領域とからなるスケール部７２が形成されている。スケール部７２を設ける手段としては、図７に図６のＸＸ断面図として示すように、前記板状部分の一方の主面に形成された透光領域７２ａとしての水平の滑面と遮光領域７２ｂとしての非水平の滑面とからなるプリズム（図７（ａ）及び（ｂ））でもよいし、透光領域７２ａとしての水平の滑面の隣に遮光材料を印刷するか粗面処理をするかして遮光領域７２ｂ（図７（ｃ））としてもよい。

回転軸７３は、外ホルダー２の上端にある軸受け部２１にレバー部７１が上でスケール部７２が下になるように支持されている。回転軸７３の外周面には回転軸７３をレバー部７１が上に付勢される方向に復元力が働くコイルバネ７５が取り付けられている。そして、その復元力はストッパー７４が外ホルダー２と係り合うことにより抑制されて、レバー部７１の前記接点と回転軸７３とを結ぶ線が水平に対してほぼ３０度の傾きとなるように保たれている。スケール部７２の両端の透光領域７２ａまたは遮光領域７２ｂは、この線から１００〜１５０度回転した位置にある。

回路基板３上には、図４及び図５に示すようにＵ字形の内ホルダー８とコネクタ３１が取り付けられ、内ホルダー８の一方の側に受光素子４、他方の側にレンズ５及び発光素子６がそれぞれ収納されている。内ホルダー８を挟んでコネクタ３１と反対側の回路基板３の端部には位置決め用のボス孔３２が形成され、これに外ホルダー２のボス（図示省略）が嵌合することにより、スケール部７２がレンズ５と対向するように外ホルダー２に対する内ホルダー８の位置が決められている。回路基板３の下面はカバー３３で覆われている。

検出装置１は、外ホルダー２の下面両側に形成された２つの位置決めボス２２、２２を印刷機械の位置決め用ボス孔に嵌合し、外ホルダー２におけるコネクタ３１と反対側端部に形成されたねじ孔２３と印刷機械のねじ孔に止めねじをねじ嵌合することによって、印刷機械に固定されて使用される。

図８は、検出装置１の使用時の動作を示す図である。用紙が存在せずレバー部７１の最高位が基準面と接しているとき（図中、実線の位置）から、供給されてくる用紙Ｋに押されてレバー部７１の最高位がΔｔ低下したとする（図中、破線の位置）。レバー部７１の最高位から回転軸７３の中心までの長さをＬ、そのときのレバー部７１の水平に対する角度をそれぞれθ、回転軸７３の中心からスケール部７２の光軸中心までの長さをＪ、レバー部７１の変位に伴うスケール部７２の微小変位量をΔｄとする。レバー部７１の最高位が常にできる限り基準面に対する一つの垂線Ｖ上に存在するように設計することにより、相似の関係から、Ｌ：Δｔ／ｃｏｓθ＝Ｊ：Δｄとなり、Δｔ＝Δｄ（１／Ｊ）Ｌｃｏｓθが導かれる。レバー部７１の最高位から回転軸７３の中心までの長さ及びレバー部７１の水平に対する角度は、いずれも変数であるが、レバー部７１の最高位の低下に伴うＬの減少とともにｃｏｓθが増加するから、互いに相殺しあう。従って、（１／Ｊ）Ｌｃｏｓθはほぼ一定値を保つ。その結果、ΔｔとΔｄが比例する。

この検出装置１によれば、図略の供給ローラにて供給される用紙がレバー部７１の接点に当接すると、レバー部７１が変位し、その変位量にほぼ比例してスケール部７２が変位する。そして、発光素子６から発せられてスケール部７２の透光領域を透過した光が受光素子４で受光される。受光素子４の表面が少々曇ったり汚れたりしていても受光できれば支障ない。受光素子４は２ｃｈ内蔵されていて、透光領域７２ａと遮光領域７２ｂのピッチを０．０４２３ｍｍとすると、８逓倍することにより分解能が０．００５３ｍｍのパルス信号を出力する。そして、レバー部７１とスケール部７２とが一体成形されているので、レバー部７１とスケール部７２との間を中継する部材が無く小型であり、しかも組み付け時にレバー部７１とスケール部７２との相対位置が製造時から変動することがなく、組み付けに伴うバラツキが少ない。供給ローラは供給さえできれば足り、高精度に表面を仕上げる必要は無い。

−実施形態２−
第二の実施形態の検出装置では、図９に示すようにレバー部７１とスケール部７２との角度を１８０°より大きくすることにより、鉛直方向に移動する対象物の検出も可能とされている。この場合、スケール一体型レバー７を実施形態１のものと交換するだけでよい。

−実施形態３−
第三の実施形態の検出装置は、図１０に示すように対象物の移動方向をレバー部７１の変位方向とほぼ一致させたもので、対象物の移動速度の検出に好適である。

１ 検出装置
２ 外ホルダー
３ 回路基板
４ 受光素子
５ レンズ
６ 発光素子
７ スケール一体型レバー
７１ レバー部
７２ スケール部
７３ 回転軸
７４ ストッパー
７５ コイルバネ

Claims (14)

1. 対象物の有無、大きさ又は移動量を検出する装置であって、
   光透過性樹脂からなり、対象物と当接可能な接点を有し、対象物の当接に伴って前記接点が変位するレバー部と、
   レバー部と同一材料にて一体成形され、レバー部の変位に応じて変位可能で、多数の遮光領域と透光領域とが変位方向に交互に形成されたスケール部と、
   スケール部に光を照射する光源と、
   スケール部を透過した光を受光する受光器と
   を備えることを特徴とする検出装置。
2. 前記対象物の大きさが、対象物の厚み又は対象物表面の凹凸レベルである請求項１に記載の検出装置。
3. 更に、前記レバー部及びスケール部を支持する回転軸を備え、前記レバー部及びスケール部は回転軸より互いに異なる径方向に延びている請求項１に記載の検出装置。
4. 前記レバー部及びスケール部が、互いに１８０°ではない角度をなす径方向に延びている請求項３に記載の検出装置。
5. 更に、前記回転軸を回転可能に支持する軸受け部を有し、前記スケール部、光源及び受光器を収納する容器を備える請求項３に記載の検出装置。
6. 更に、前記レバー部を対象物に圧接させる弾性体を備え、前記レバー部及びスケール部のいずれかが、前記容器と係り合って弾性体の復元力に抗してレバー部を所定の角度に決めるストッパーを一体的に有する請求項５に記載の検出装置。
7. 前記遮光領域が、プリズム加工、粗面処理及び印刷のうちから選ばれる１つ以上の手段により形成されている請求項１〜６のいずれかに記載の検出装置。
8. 対象物の有無、大きさ又は移動量を検出する装置であって、
   対象物と当接可能な接点を有し、対象物の当接に伴って前記接点が変位するレバー部と、
   レバー部と結合するように光透過性樹脂にて成形され、レバー部の変位に応じて変位可能で、多数の遮光領域と透光領域とが変位方向に交互に形成されたスケール部と、
   スケール部に光を照射する光源と、
   スケール部を透過した光を受光する受光器と
   を備えることを特徴とする検出装置。
9. 前記対象物の大きさが、対象物の厚み又は対象物表面の凹凸レベルである請求項８に記載の検出装置。
10. 更に、前記レバー部及びスケール部を支持する回転軸を備え、前記レバー部及びスケール部は回転軸より互いに異なる径方向に延びている請求項８に記載の検出装置。
11. 前記レバー部及びスケール部が、互いに１８０°ではない角度をなす径方向に延びている請求項１０に記載の検出装置。
12. 更に、前記回転軸を回転可能に支持する軸受け部を有し、前記スケール部、光源及び受光器を収納する容器を備える請求項１０に記載の検出装置。
13. 更に、前記レバー部を対象物に圧接させる弾性体を備え、前記レバー部及びスケール部のいずれかが、前記容器と係り合って弾性体の復元力に抗してレバー部を所定の角度に決めるストッパーを一体的に有する請求項１２に記載の検出装置。
14. 前記遮光領域が、プリズム加工、粗面処理及び印刷のうちから選ばれる１つ以上の手段により形成されている請求項８〜１３のいずれかに記載の検出装置。

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