JP2007107976A

JP2007107976A - 紙種判別装置

Info

Publication number: JP2007107976A
Application number: JP2005298284A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Oka; 雄志岡; Masanobu Taira; 昌宣平; Hisafumi Sumiya; 寿文角谷; Takashi Sugiura; 崇杉浦; Shinichi Takada; 慎一高田; Fumitaka Sofue; 文孝祖父江; Naohisa Nagata; 直久永田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2007-04-26

Abstract

【課題】用紙の種類検知ができる用紙種類検知装置を提供すること。
【解決手段】記録媒体を搬送する搬送手段と、搬送路上の所定の検出位置において互いに対向して配置され、且つ、記録媒体が通過可能な一定のギャップをおいて配置されたセンサ部と導電体部と、前記検出位置の静電結合量の変化に応じた発振周波数を測定する測定手段と、前記測定手段による、前記検出位置に記録媒体がｎ枚存在する時の前記センサ部の出力周波数と、前記検出位置に記録媒体がｍ枚存在する時の前記センサ部の出力周波数により、記録媒体の種類を判別する制御手段を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、用紙の種類を判別する紙種判別装置に関するものである。

一般的に、紙種は主に厚さとマテリアル（材質）によって決まるが、従来、厚さを検出するには用紙を搬送するローラを可動式にし、その変位を測定する方法や、特許文献１に記載のように、静電容量型センサを搬送路に配置し、通過する用紙の誘電率を測定する方法があった。
特開平５−０９９６０５号公報

しかし、前者のローラの変位を測定する方法ではマテリアルの判断は不可能であり、後者の静電容量型センサを使用する方法でも、センサの出力値はマテリアルの違いにより変化するが、その値の差異は微小であり、紙種を判別することは困難であった。

本発明は上述したような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、紙種を判別することができる紙種判別装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、記録媒体を搬送する搬送手段と、搬送路上の所定の検出位置において互いに対向して配置され、且つ、記録媒体が通過可能な一定のギャップをおいて配置されたセンサ部と導電体部と、前記検出位置の静電結合量の変化に応じた発振周波数を測定する測定手段と、前記測定手段による、前記検出位置に記録媒体がｎ枚存在する時の前記センサ部の出力周波数と、前記検出位置に記録媒体がｍ枚存在する時の前記センサ部の出力周波数により、記録媒体の種類を判別する制御手段を備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、複数枚の記録媒体を連続して搬送する場合に、前記制御手段は、ｎ番目に搬送する記録媒体Ｐｎの後端部分が前記検出位置に到達した時に停止させ、前記センサ部の出力周波数ｆ１を測定するステップ、ｎ＋１番目に搬送する記録媒体Ｐ（ｎ＋１）の先端が、記録媒体Ｐｎの後端と重なるよう前記検出位置に停止させ、前記センサ部の出力周波数ｆ２を測定するステップを備えることを特徴とする。

本発明によれば、誤検知することなく確実に搬送する用紙の紙種を判別することが可能である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図２は本発明に係る画像形成装置の一例であるフルカラープリンタ２０１の要部構成図である。

画像形成部３内に像担持体としての感光体ドラム（以下、単に「感光体」と言う）1 は、図示しないモータで矢印Ａ方向に回転できるように設けられている。この感光体１の周囲には、一次帯電器７、露光装置８、回転現像体１３、転写装置１０、クリーナ装置１２が配置されている。

前記回転現像体１３は、フルカラー現像のための４色分の現像装置１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋを内蔵する。４２は回転現像体の回転を行う駆動モータであり、ステッピングモータとして説明を行う。４３は回転現像体の位置固定のロック機構を動作させるソレノイド、７２はロック機構の動作を検出するフォトインタラプタのロック検センサである。７３は回転現像体に取り付けられた位置検出フラグであり、６０は位置検出フラグ７３の検知を行うことで回転現像体１３の位置検知を行う回転現像体ＨＰセンサである。

現像装置１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋは、感光体１上の潜像をそれぞれＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋのトナーで現像する。各色のトナーを現像する際には、モータ４２の駆動によって回転現像体１３を矢印Ｒ方向に回転させ、回転現像体13に敷設された位置検出フラグ７３を回転現像体ＨＰセンサで検出することで回転現像体の基準位置を検出した上で、所定の回転位置まで回転させることで当該色の現像装置が感光体１に当接するように位置合わせされる。

感光体１上に現像された各色のトナー像は、転写装置１０によって中間転写体としてのベルト２に順次転写されて、４色のトナー像が重ね合わされる。ベルト２は、ローラ１７，１８，１９に張架されている。これらのうち、ローラ１７は図示しない駆動源に結合されてベルト２を駆動する駆動ローラとして機能し、ローラ１８は、ベルト２の張力を調節するテンションローラとして機能し、ローラ１９は、２次転写装置としての転写ローラ２１のバックアップローラとして機能する。

ベルト２を挟んでローラ１７と対向する位置にはベルトクリーナ２２が当接／離間可能に設けられていて、２次転写後のベルト２上の残留トナーがクリーナブレードで掻き落とされる。

記録紙カセット２３内に配置された記録紙は、リフタモータ４０の動作により、ピックアップローラ２４に当接する位置まで引き上げられる。記録紙カセット２３からピックアップローラ２４で搬送路に引き出された記録紙はローラ対２５，２６によってニップ部、つまり２次転写装置２１とベルト２との当接部に給送される。ベルト２上に形成されたトナー像は、このニップ部で記録紙上に転写され、定着装置５で熱定着されて装置外へ排出される。両面形成動作の場合、フラッパ３２を動作させ、搬送ローラ２７の方向へ記録紙を搬送する。搬送ローラ２６でフラッパ３３を越えるまで搬送を行った後、搬送ローラ２６を逆回転するとともにフラッパ３３を動作させることで、記録紙を搬送ローラ２９方向へ搬送し、搬送ローラ３０，３１で搬送することで、記録紙カセットからの搬送路に合流させることで、１面目とは反対の面に画像形成を可能とする。

上記構成によるカラープリンタでは、次のようにして画像が形成される。

即ち、先ず、帯電装置７に電圧を印加して感光体１の表面を予定の帯電部電位で一様にマイナス帯電させる。続いて、帯電された感光体１上の画像部分が予定の露光部電位になるようにレーザースキャナから成る露光装置８で露光を行い潜像が形成される。露光装置８は、画像制御部３８で生成される画像信号に基づいて露光をオン・オフすることにより、画像に対応した潜像を形成する。

上記カラープリンタの画像形成タイミングは、ベルト２上の所定位置を基準とする信号ＩＴＯＰを基準に制御されている。ベルト２は、駆動ローラ１７、テンションローラ１８、バックアップローラ１９から成るローラ類に掛け渡されていて、テンションローラ１８によって所定の張力が与えられている。駆動ローラ１７及びローラ１９の間には、基準位置を検知する反射型位置センサ３６が配置されている。

現像装置１３Ｙ等の現像ローラには各色毎に予め設定された現像バイアスが印加されており、前記潜像は該現像ローラの位置を通過時にトナーで現像され、トナー像として可視化される。トナー像は、転写装置１０でベルト２に転写され、更に２次転写装置２１で記録紙に転写された後、定着装置５に送給される。フルカラープリント時はベルト上で４色のトナーが重ね合わされた後、記録紙に転写される。感光体１上に残留したトナーは、クリーナ装置１２で除去・回収され、最後に、感光体１は除電装置（不図示）で一様に０ボルト付近まで除電されて、次の画像形成サイクルに備える。

５０は記録紙カセット２３内での紙面高さを検知する紙面高さセンサー、５１〜５８は搬送路上に配置される搬送センサーであり、各ポイントでの記録紙の有無又は記録紙の搬送タイミングを検知する。７４は静電結合分布インダクタンス型センサーであり、搬送される記録紙の種類を検出する。尚、この部分の詳細な説明は後述する。

６０は回転現像体13の位置検知を行う回転現像体ＨＰセンサであり、７０は記録紙カセット２３の着脱を検知するカセット着脱センサーであり、７１は本体内部へのアクセスを可能とするドア４１の開閉に応じて動作するドア開閉スイッチであり、このドア開閉スイッチで駆動負荷への電力供給を遮断／接続することで、装置内部への操作者の接触の際に不意の誤動作等による操作者への危害を防ぐことができる。

図１０に画像形成装置の制御部１００の構成機略図を示す。

制御部１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、バックアップＲＡＭ（電池付）１０４によって構成される。ＲＯＭ１０２には制御用のファームウェアが書き込まれ、バックアップＲＡＭ１０４には制御上の参照用のデータが保存される。図２には図示しないが、この制御部１００により画像形成装置全体の制御を行う。

図３に本発明の特徴となるセンサー７４の構成概略図を示す。

ここでは、日本システム開発株式会社製ＤＳ２００１を例に挙げて説明する。本センサーは、スパイラルコイルを持ったヘッドと対向する金属と静電結合によって生じた分布キャパシターの影響と分布インダクタンスが変化することを利用して距離の変動に対応して発振周波数を変化させ、これをカウント値に換算して距離変位をデジタル信号で出力させる。

センサー７４は、平面の基板の一方に検出素子３０１が配置され、もう一方にプリント配線で形成されたスパイラルコイル３０５が配置されている。検出素子３０１には、コイル３０５に高周波電圧を印加する発振回路部３０２と発振周波数をカウントする周波数カウント部３０３とカウントした周波数データ３１０を送信する通信部３０４から成る。通信部３０４は、周波数データ３１０を送信するとともに、制御部１００からの制御信号により検出精度を切り替えるためのデータ３１１を受信する。

図４にセンサー７４の動作について簡単に説明する。

図４（ａ）に示すように、センサー７４に高周波電圧を印加した状態で、金属等の導体４０１に対向させると、センサー７４のコイル部３０５と導体４０１の間に静電結合が発生し、コイル部３０５と導体４０１間距離Ｌに応じて、図４（ｂ）に示したグラフのようにコイル３０５に印加される電圧の周波数が変動する。

次に、図４（ｃ）にデータ伝送の信号名及びタイミングチャートを示す。

図に示すように、信号としては測定信号、シリアル通信用クロック（ＣＬＫと表記）、カウントされた周波数のデータ信号（ｄａｔａと表記）があり、測定信号により、設定された測定時間だけ測定した後にＣＬＫに同期して、ｄａｔａがＬＳＢより順に制御部１０に送信される。

図５にセンサー７４をプリンタの用紙搬送路に取り付け、用紙を検出する際のセンサー７４の出力について説明する。

図５（ａ）に示すように、センサー７４は、コイル部３０５が金属製の用紙搬送ガイド５０１と距離を一定にして対向するように配置される。コイル部３０５と対向するガイド５０１との間に形成された静電容量エリアを用紙５０２が通過すると、用紙５０２により静電容量エリアの誘電率が増加し、センサー７４の発振周波数は図５（ｂ）に示すように低下する。これは、センサー７４の共振コンデンサーをＣ、センサー７４とガイド５０１との間に形成された分布インダクタンスを含めた全体のインダクタンスをＬ、コイル部３０５とガイド５０１との間に形成される静電容量をＣ’とすると概念回路図は図５（ｃ）のようになる。これより、発振周波数は式（１）の通り表される。

ｆ＝１／（２π＊√（Ｌ＊（Ｃ＋Ｃ’））） … 式（１）
これから分かる通り、用紙５０２が通過することで静電容量エリアの容量Ｃ’が増加することにより発振周波数が低減する。

ここで、センサー７４を使用して紙種を検知する原理について説明する。

図６は３種類のサンプルの紙種Ａ，Ｂ，Ｃについて、１枚及び２枚を重ねた時の上記のセンサーによる出力を示したものである。

図６を見て分かる通り、１枚の用紙を測定した場合の発振周波数の差は微小であるため、測定値より紙種を判別すると誤検知する可能性があり、判別は困難である。

２枚重ねた場合には、発振周波数の差異が大きく表れている。このことから、それぞれの紙種による１枚及び２枚重ねたときの発振周波数を測定し、この周波数変化量を用いて紙種を判別する。

図７は静電容量エリアに用紙５０２が１枚ある場合（ａ）、２枚ある場合（ｂ）のセンサーに対する用紙の位置を示したものである。それぞれの状態に対応するセンサー７４の出力を図８に示す。図７（ａ）の用紙が１枚ある状態では、センサーの出力周波数がｆ１であり、図７（ｂ）の用紙が２枚ある状態では、センサーの出力周波数はｆ２となる。

下記の（１）式より周波数変化量fgを計算する。

ｆｇ＝ |ｆ２−ｆ１ | … （１）
制御部１００は、バックアップＲＡＭ１０４に各用紙に対応するｆｇを基に、表１のような閾値テーブルを持ち、これを参照して図７のように判断することにより紙種を決定する。

次に、図１と図９を用いて本発明の紙質検知の動作について詳細に説明する。

図９は図２のうちセンサー７４付近を拡大したものである。尚、画像形成の基本的な動作は前述した通りであるので、図９に示されていない部分に関しての説明は省略する。

紙質検知は２枚以上の連続通紙時に行われる。図９において、用紙の搬送方向は下から上の方向である。又、制御部１００は、搬送される用紙のサイズを予め記憶している。

制御部１００は、画像形成動作が開始され、カセット２３から給紙された用紙Ｐｎが図９で示す範囲まで搬送されてきた時、用紙Ｐｎの先端を搬送センサー５２が検知すると（Ｓ１）、搬送ローラ２６を回転させる（Ｓ２）。そして、用紙Ｐｎの先端を搬送センサー５３が検知した後に（Ｓ３）、搬送ローラ２５を回転させ（Ｓ４）、搬送速度と、用紙Ｐｎの搬送方向長さより、センサー７４に用紙Ｐｎの丁度後端部分が掛かるまでの時間を計算し、計算した時間後（Ｓ５）に、搬送ローラ２５を停止させる（Ｓ６）ことにより、用紙をここで停止させる（図９（ａ））。

ここで、センサー７４はｆ１を測定する（Ｓ７）。次に給紙される用紙がある場合は（Ｓ８）、続いて用紙Ｐ（ｎ＋１）がカセット２３より給紙される。次に給紙される用紙が無い場合は（Ｓ１５）に飛ぶ。搬送センサー５２が用紙Ｐ（ｎ＋１）の先端を検知すると（Ｓ９）、所定時間後に搬送ローラ２６を回転させる（Ｓ１０）。

そして、搬送速度と、用紙Ｐ（ｎ＋１）の搬送方向長さより、センサー７４に用紙Ｐ（ｎ＋１）の丁度先端部分が掛かるまでの時間を計算し、計算したタイミングで搬送ローラ２６を停止させる（Ｓ１２）。センサー７４はｆ２を測定する（図９（ａ））（Ｓ１３）。

ここで、前述の（３）式によりｆｇを算出し（Ｓ１４）、ルックアップテーブルを参照することにより紙種を特定する。トナー像がベルト２に転写され、用紙に転写する準備が完了した後（Ｓ１５）、所定のタイミングで搬送ローラ２５を再び回転させる（Ｓ１６）ことにより用紙Ｐｎを２次転写装置２１に搬送する。ここで、図９（ｃ）の状態になり、次に給紙される用紙がある場合には（Ｓ１７），（Ｓ５）に戻る。次に給紙される用紙が無い場合にはトナー像がベルト２に転写され、用紙に転写する準備が完了した後（Ｓ１８）、転写ローラ２５を回転させ、用紙Ｐ（ｎ＋１）を２次転写装置２１に搬送する。

以上で説明したように、上記記載の画像形成装置においては、連続して用紙を搬送する際に、随時紙種を検出する。

ここでは、画像形成装置を例に取って説明したが、本発明の範囲は画像形成装置に限定されることはなく、用紙の搬送を行い、紙種を判断するその他の装置でも良い。又、本実施の形態では、検知部に１枚目の用紙の後端を搬送して停止させ、２枚目の用紙の先端を検知部に停止させることによって２枚の用紙を重ねているが、その他の機構により、例えば用紙を一時的に積載するトレイを設ける等して、複数枚の用紙を重ねた場合の、異なる枚数間でのそれぞれの出力値から判断する系でも良い。

以上で説明したように、本発明に係る紙種検出装置においては、紙種を検出することが可能となる。

用紙の種類検知のフローチャートである。フルカラープリンタの要部構成図である。静電結合分布インダクタンス型センサーの構成概略図である。静電結合分布インダクタンス型センサーの動作説明図である。用紙搬送における静電結合分布インダクタンス型センサーの動作を示す図である。サンプル紙による１枚及び２枚のセンサ出力周波数を示す図である。静電結合分布インダクタンス型センサーによる紙種検知の動作説明図である。図６に対応する静電結合分布インダクタンス型センサーの出力周波数を示す図である。紙厚検知動作における静電結合分布インダクタンス型センサー付近の動作説明図である。フルカラープリンタの制御部の構成機略図である

符号の説明

２５，２６搬送ローラ
５２，５３紙パス検知センサ
７４静電結合分布インダクタンス型センサー
１００制御部

Claims

記録媒体を搬送する搬送手段と、搬送路上の所定の検出位置において互いに対向して配置され、且つ、記録媒体が通過可能な一定のギャップをおいて配置されたセンサ部と導電体部と、前記検出位置の静電結合量の変化に応じた発振周波数を測定する測定手段と、前記測定手段による、前記検出位置に記録媒体がｎ枚存在する時の前記センサ部の出力周波数と、前記検出位置に記録媒体がｍ枚存在する時の前記センサ部の出力周波数により、記録媒体の種類を判別する制御手段を備えることを特徴とする紙種判別装置。
複数枚の記録媒体を連続して搬送する場合に、前記制御手段は、ｎ番目に搬送する記録媒体Ｐｎの後端部分が前記検出位置に到達した時に停止させ、前記センサ部の出力周波数ｆ１を測定するステップ、ｎ＋１番目に搬送する記録媒体Ｐ（ｎ＋１）の先端が、記録媒体Ｐｎの後端と重なるよう前記検出位置に停止させ、前記センサ部の出力周波数ｆ２を測定するステップを備えることを特徴とする請求項１記載の紙種判別装置。