JP4533053B2

JP4533053B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4533053B2
Application number: JP2004258492A
Authority: JP
Inventors: 直久永田; 昌宣平; 寿文角谷; 崇杉浦; 慎一 ▲高▼田; 雄志岡; 文孝祖父江
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2024-09-06
Also published as: JP2006069786A

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に関し、特にシートの到達、通過および厚さの検出に関するものである。

従来、用紙（シートということもできる）を取り扱う複写機やプリンタ等の用紙搬送装置においては、最適な画像形成を行うために用紙の厚さを検出しその検出結果をもとに転写条件や定着条件を変えたり、用紙の厚さを検出することで用紙の給紙搬送が正常か重送かを判断するという制御が行われている。

この用紙の厚さを検出する手法として、一般的には用紙を搬送する際のローラの変位量を測定する手法や、搬送路上に、通過する用紙の両面に対向させて導電性電極を配置し、用紙が通過する際の静電容量を測定する手法がある。

例えば、前者には、下記特許文献１のようにローラの変位を反射型光センサで検出するものがあり、後者は、下記特許文献２のように、給紙部の搬送路上に給紙された用紙を挟み込むような１対の組み合わせの電極を配置し、電極間の静電容量の変化を検出するものがある。
特開平１０−２６０５６２号公報（図７）特開平０５−３０１６５５号公報（図１）

しかしながら、前者は、複写機特有の紙紛が要因となる反射型光センサの誤検出や、ローラの偏芯、耐久による検出精度の問題がある。

後者は、周波数の変化や振幅の変化により判定するが、高周波電流を印加する構成が大規模となり、ノイズ対策が必要であったり、設定したコンデンサとは別に発生する浮遊容量を管理する必要があり、複雑な構造となる。

また、両者とも、用紙の厚さ検出専用の手段として使用されており、用紙の搬送検出という観点からは別のセンサが必要となる。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、紙粉による劣化を気にすることなく使用でき、小型かつ簡単な構成でシートの厚さ，到達，通過の検出ができる画像形成装置を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明では、画像形成装置を次の（１）のとおりに構成する。

（１）搬送されるシートに画像形成を行う画像形成装置において、２次元的に形成されたコイルと該コイルに高周波を印加する高周波印加回路と共振コンデンサとを有し、前記コイルをシートの搬送路の金属製の搬送ガイドと対向させ、前記コイルと前記搬送ガイドとの間をシートが通過するように配置され、前記コイルと前記搬送ガイドとの間を通過するシートの厚さに応じて前記コイルに印加される高周波の周波数が変化し、変化した周波数に応じた信号を出力するセンサと、前記センサから出力される信号を設定された時間間隔で入力し、前記センサにシートが到達したこと及び該シートの厚さを検出するとともに、画像形成動作を制御する制御手段と、前記センサよりも所定距離だけ前にシートが到達したことを判断する判断手段と、を有し、前記制御手段は、前記判断手段により前記センサよりも所定距離だけ前にシートが到達したことが判断されると、前記センサから出力される信号を第１の時間間隔で繰り返し入力し、入力された信号に基づいて前記センサに前記シートが到達したことを検出し、前記センサに前記シートが到達したことが検出された後は、前記センサから出力される信号を前記第１の時間間隔よりも長い第２の時間間隔で繰り返し入力し、入力された信号に基づいて前記シートの厚さを検出することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、一つのセンサによって、紙粉による劣化を気にすることなく、小型かつ簡単な構成で用紙の到達、通過および用紙の厚さを検出することが可能となる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、フルカラー複写機の実施例により詳しく説明する。

図２は、実施例１である“フルカラー複写機”（用紙搬送装置あるいはシート搬送装置ともいえる）の概略構成を示す縦断面図である。

同図中、２００は、デジタルカラー画像リーダ部（以下、リーダ部という）であり、該リーダ部の下部にデジタルカラー画像プリンタ部（以下、プリンタ部という）２０１を有している。

リーダ部２００において、原稿を原稿台ガラス２１１上に載置し、光学系読み取り駆動モータ２１２により露光ランプ２１３、２１４を含む原稿走査ユニット２１５を予め設定された一定の速度で露光走査する。そして、原稿からの反射光像を、レンズ２１６によりフルカラーセンサ（ＣＣＤ）２１７に集光し、カラー色分解画像信号を得る。このフルカラーセンサ２１７としては、互いに隣接して配置されたＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）のフィルタを付けた３ラインのＣＣＤを用いている。前記カラー色分解画像信号は、画像処理部２１８にて画像処理が施された後、プリンタ部２０１に送出される。

なお、原稿台ガラス２１１の周辺には不図示の操作部が設けてあり、複写シーケンスに関する各種モード設定を行うスイッチ及び表示用のディスプレイ及び表示器が配置されている。

次にプリンタ部２０１について説明する。
画像形成部内に像担持体としての感光体ドラム（以下、単に「感光体」という）１は図示しないモータで矢印Ａの方向に回転できるように設けられている。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１３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１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１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の検出を行うことで回転現像体１３の位置検出を行う回転現像体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６０で検出することで回転現像体１３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２８でフラッパ３３を越えるまで搬送を行った後、搬送ローラ２８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、１面目とは反対の面に画像形成を可能とする。

前述の構成によるプリンタ部２０１では、次のようにして画像が形成される。まず、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なる露光装置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。

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からな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。テンションローラ１８およびバックアップローラ１９の間には、基準位置を検出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、さらに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出する紙面高さセンサ、５１〜５８は搬送路上に配置される搬送センサであり、各ポイントでの記録紙の有無または記録紙の搬送タイミングを検出する。特に５３は記録紙の有無および搬送タイミングを検出するとともに、搬送される記録紙の厚さを検出する。６０は回転現像体１３の位置検出を行う回転現像体ＨＰセンサであり、７０は記録紙カセット２３の着脱を検出するカセット着脱センサであり、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７１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などによる操作者への危害を防ぐことができる。

図８は本実施例のフルカラー複写機の制御ブロック図である。
ＣＰＵ８０１はフルカラー複写機の基本制御を行う。ＣＰＵ８０１には制御プログラムが書き込まれたＲＯＭ８０２及び処理を行うためのワークＲＡＭ８０３がアドレスバス及びデータバスを介して接続されている。リーダ制御部８０６とプリンタ制御部８０７は、それぞれリーダ部２００、プリンタ部２０１の各構成部品を制御するための入出力ポート等を含む電気回路である。ＣＰＵ８０１は制御プログラムの内容に従って、リーダ制御部８０６とプリンタ制御部８０７を制御し画像形成動作を実行する。

画像処理部８０５は、リーダ制御部８０６によって変換された原稿画像のデジタルデータに対して各種画像処理を行う。また、ＣＰＵ８０１には操作部９００が接続されている。

図９（ａ）に操作部９００の詳細を示す。
９００１はタッチパネルディスプレイであり、図９（ｂ）のように通常はコピー枚数、選択用紙サイズ、倍率、コピー濃度が表示されている。９００２はリセットキーでありコピーモードを標準モードに戻す。９００３はスタートキーでありコピー動作を開始する。９００４はストップキーでありコピー動作を中断する。９００５はクリアキーでありコピーモードを標準モードに戻す。９００６はテンキーでありコピー枚数を設定する。９００７はカラーモード選択キーであり、原稿がカラーであるか白黒であるかを自動的に判別してカラーの場合はカラーで出力し白黒の場合は白黒で出力するＡＣＳキーと、原稿に関係なくカラー出力するＣｏｌｏｒキーと、原稿に関係なく白黒出力するＢｌａｃｋキーがあり、いずれか一つのキーが点灯している。

図３に本発明の特徴にかかるセンサ５３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を例にあげて説明する。本センサは、スパイラルコイルをもったヘッドと対向する金属（導体）との静電結合によって生じた分布キャパシタ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、金属との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。（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は側面図である。

センサ５３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からなる。通信部３０４は、図８のプリンタ制御部８０７に接続され、周波数データ３１０を送信するとともに、ＣＰＵ８０１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によりセンサ５３の動作について説明する。
図４（ａ）に示すように、センサ５３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５３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との間の距離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およびタイミングチャートを示す。図４（ｃ）に示すとおり、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より順に図示しない制御手段に送信される。

さらに、測定信号によって設定される測定時間に応じて、図４（ｄ）に示すように周波数カウントの分解能を調整することが可能である。

本実施形態では、検出精度切り替えデータとして、測定信号によって設定される測定時間を用いる。測定時間が長いほど検出時の分解能が小さく高精度に変位量の検出ができ、測定時間が短いほど分解能が大きく粗い検出結果となる。

用紙搬送装置の用紙搬送制御では、搬送速度が速く、紙間が短くなるほど、短時間の検出で用紙の到達を検出することが必要となる。本実施形態ではセンサ５３の特性を用いて、用紙搬送装置の用紙搬送において、用紙の到達を検出する際には短い測定時間を設定して用紙の有り無しという粗い分解能で検出可能な検出を短時間で行い、用紙の到達を検出した後測定時間を長い時間に切り替えて高精度で用紙の厚さ検出を行う。そして、再度測定時間を短い時間に切り替えて用紙の通過を短時間で検出する。

図５にセンサ５３をプリンタ部２０１の用紙搬送路に取り付け、用紙を検出する際のセンサ５３の出力について説明する。図５（ａ）に示すように、センサ５３はコイル部３０５が金属製の用紙搬送ガイド４０１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４０１との間に形成された静電容量エリアを用紙５０１が通過すると、用紙５０１により静電容量エリアの誘電率が増加し、センサ５３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５３の共振コンデンサをＣ、センサ５３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４０１との間に形成される静電容量をＣ’とすると等価回路は図５（ｃ）のようになる。これより、発振周波数は式（１）のとおり表される。

ｆ＝１／（２π＊√（Ｌ＊（Ｃ＋Ｃ’）））式（１）
これからわかるとおり、用紙５０１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。

図６に、プリンタ部２０１の用紙搬送におけるセンサ５３の動作を示す。図６（ａ）は用紙の先端がセンサ位置に近づいた場合であり、発振周波数が低減しセンサ５３の出力値（カウント値）が下がり始める。図６（ｂ）は用紙の通過中を示しセンサの出力値は用紙の厚さに応じたレベルとなる。図６（ｃ）は、用紙の後端がセンサを通過した場合でありセンサの出力値は、用紙無しのレベルに向かって変化する。

次に、図１を用いて用紙の通過／到達及び厚さの検知の処理フローを説明する。

図９（ｂ）の用紙選択キー９１００によりＡ４サイズが選択され、図９（ａ）のスタートキー９００３が押されると、その情報が図８の操作部９００からＣＰＵ８０１に伝えられ、用紙サイズ等の情報がＲＡＭ８０３に格納され、動作を開始する。プリンタ部２０１のカセット２３から給紙されたＡ４サイズの用紙の先端がセンサ５２に到達したことをプリンタ制御部８０７を介してＣＰＵ８０１が検出すると、そのタイミングを基準に、搬送速度と搬送路上のセンサ５２及びセンサ５３の配置間距離から用紙先端がセンサ５３よりも所定距離だけ前に到達する時間を算出し、その時間が経過した時に、図１の検出フローを開始する。ステップＳ１で、プリンタ制御部８０７はセンサ５３に用紙到達検出用の検出精度設定として測定時間Ｔ１を設定する。用紙の到達は短時間で検出する必要がありかつ精度としては用紙の有り無しが判別できる粗い分解能でよいため、Ｔ１は短い測定時間を設定する。本実施例では、Ｔ１＝０．２ｍｓとする。この時、センサの出力値は図７のＳ１に対応する用紙無しのレベルｆ_０となっている。次にステップＳ２で用紙の先端検出を開始し、センサ５３の出力値が所定値ｆ_１以下となったところで用紙の先端が到達したことを検出する。この時、センサ５３の出力値は図７のＳ２に示すように用紙先端の到達にしたがってレベルが落ちる。ＣＰＵ８０１は用紙の先端を検出すると、ＲＡＭ８０３に格納した用紙サイズ情報と搬送スピードより、用紙の送り方向サイズの半分を搬送する時間を算出し、その時間が経過するとステップＳ３を実行する。ステップＳ３では、用紙の厚さ検出用の検出精度設定として測定時間Ｔ２を設定する。本実施例では、Ｔ２＝１．６ｍｓとする。厚さは小さい分解能で高精度に検出するため、Ｔ２はＴ１よりも長い測定時間を設定する。この時、センサ５３の出力値は図７のＳ３に対応するレベルで用紙の厚さに対応した出力レベルｆ_２となっている。次にステップＳ４で用紙の厚さを検出する。厚さの検出は、Ｔ２間隔でサンプリングした複数のデータを平均化処理したものを用紙の厚さデータとしてＲＡＭ８０３に格納する。この時、センサ５３の出力値は図７のＳ４に示すように用紙の厚さに対応した出力レベルｆ_２でほぼ安定している。用紙の厚さ検出が終了すると、ＣＰＵ８０１は、用紙上、後端よりも所定の距離だけ内側の位置がセンサ５３を通過する時間を算出し、その時間が経過するとステップＳ５を実行する。ステップＳ５では、用紙通過検出用の検出精度設定として到達検出時と同様、短い測定時間Ｔ１を設定する。この時、センサ５３の出力値は図７のＳ５に対応するレベルで用紙の厚さに対応した出力レベルｆ_２となっている。次にステップＳ６で、用紙の後端検出を開始し、センサ５３の出力値が所定値ｆ_１以上となったところで用紙の後端が通過したことを検出する。この時、センサ５３の出力値は図７のＳ６に示すように用紙後端の通過にしたがってレベルが上がり、最終的には用紙無しのレベルｆ_０となる。

以上説明したように、本実施例では、１個のセンサ５３によって、用紙の到達、通過および用紙の厚さを検出することが可能となる。

また、センサ５３は、光学式ではないので紙粉による劣化を気にすることなく、用紙搬送ガイドに対向して、スパイラコイルのヘッドを配置するという、小型かつ簡単な構成で用紙の到達、通過および用紙の厚さを検出することが可能となる。

用紙の到達、通過、厚さ検出のフローチャートフルカラー複写機の構成を示す断面図静電結合・分布インダクタンス型センサの構成を示す概略図静電結合・分布インダクタンス型センサの動作説明図静電結合・分布インダクタンス型センサの動作原理を示す図用紙搬送時の静電結合・分布インダクタンス型センサの動作を示す図検出タイミングと静電結合・分布インダクタンス型センサの出力値を示す図制御ブロック図操作部の説明図

符号の説明

５３センサ
３０５スパイラルコイル
８０７プリンタ制御部

Claims

搬送されるシートに画像形成を行う画像形成装置において、
２次元的に形成されたコイルと該コイルに高周波を印加する高周波印加回路と共振コンデンサとを有し、前記コイルをシートの搬送路の金属製の搬送ガイドと対向させ、前記コイルと前記搬送ガイドとの間をシートが通過するように配置され、前記コイルと前記搬送ガイドとの間を通過するシートの厚さに応じて前記コイルに印加される高周波の周波数が変化し、変化した周波数に応じた信号を出力するセンサと、
前記センサから出力される信号を設定された時間間隔で入力し、前記センサにシートが到達したこと及び該シートの厚さを検出するとともに、画像形成動作を制御する制御手段と、
前記センサよりも所定距離だけ前にシートが到達したことを判断する判断手段と、を有し、
前記制御手段は、前記判断手段により前記センサよりも所定距離だけ前にシートが到達したことが判断されると、前記センサから出力される信号を第１の時間間隔で繰り返し入力し、入力された信号に基づいて前記センサに前記シートが到達したことを検出し、前記センサに前記シートが到達したことが検出された後は、前記センサから出力される信号を前記第１の時間間隔よりも長い第２の時間間隔で繰り返し入力し、入力された信号に基づいて前記シートの厚さを検出することを特徴とする画像形成装置。