JP2005221524A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 厚紙の自動検知を行い、最適なプロセス条件に設定することで、良好な印字を行うことができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 用紙を透過する光量をラインセンサで読み込みインセンサの長手方向の複数ポイントの光量を測定することで用紙が厚紙か薄紙かを判別し、厚紙と判断された場合はプロセス条件や定着条件を最適な値にして画像形成を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子写真技術を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置に関し、特に記録媒体の紙厚を検知し、高圧条件、定着条件等を最適化する機能を有する画像形成装置に関する。

図１６に従来の画像形成装置における記録媒体の紙厚を検知する機構の説明図を示す。

従来の画像形成装置においては、画像情報を印字する際、記録媒体９０２を給紙した直後に、一対のローラ９０１にて記録媒体９０２を挟み込み、ローラ間のギャップを測定することによって、記録媒体の厚さを検知していた（例えば、特許文献１参照。）。

そして、紙厚を検知した後に、高圧パラメータや定着条件（主に温度）を設定し、現像、転写、定着の印字動作を行う。
特開平９−２２１５１号公報（第１図）

しかしながら、上記、従来の画像形成装置において、0.1mm程の紙厚を検知するには、精度の良いセンサを用いる必要があり、非常に高額なシステムとなり、かつ、コンパクトな機構とすることが出来なかった。

また、記録媒体を搬送させながら、検知すると、厚みの変動により、測定値がバラツキ、検知がしづらい。紙厚を検知する際に、記録媒体を停止させると、スループットに低下を招くことになる等の問題があった。

上記課題を克服するため、本構成では、以下の手段を有する。

記録媒体の搬送途中に記録媒体の搬送方向に対して、水平走査方向（主走査方向）に複数のフォトセンサを並べたラインセンサを配置し、記録媒体を挟んだ向かい側に、発光手段を配置する。

そして、記録媒体が給紙手段より搬送されて、ラインセンサに到達したら、記録媒体に光を照射し、その透過光量をラインセンサで測定することで、紙厚を判断する。紙厚が薄いと透過光量は大きく、紙厚が厚いと透過光量は少ない。

また、透過光量の測定ポイントは1箇所ではなく、水平走査方向に複数ポイントを測定することで、検知精度が増すことが出来る。

なお、水平走査方向に複数ポイントを測定するため、紙厚検出の手前で、記録媒体のエッジを検出し、記録媒体が通過するポイントで、複数ポイントを測定する必要がある。

以上のように本発明によれば、一対の光源とラインセンサにより、用紙等の記録媒体の透過光量を、複数ポイントで測定することにより、安価でコンパクトな構成で記録媒体の紙厚を検知することが出来る。また、記録媒体を止めることなく、搬送中に検知できるため、プリンタのスループットを下げることなく検知が可能である。

また、紙厚を検知することで、記録媒体に最適な高圧条件、定着条件で印字が可能となり、安定した品質で印字が可能となる。

（実施例１）
本発明の第一の実施例を以下に説明する。

図１は画像形成装置の記録媒体の紙厚を検知するための回路ブロック図である。詳細は、後述する。

図２は、本画像形成装置全体のブロック図である。ビデオコントローラ１０１は、不図示のホストコンピュータから印字情報を受信し、画像展開部にて、ビットマップ画像データに展開し、不図示のページメモリに格納しておく。画像出力制御部は、プリンタエンジン１０２から送出される水平同期信号（ＢＤ信号１１１）と垂直同期信号（ＴＯＰ信号１１２）に基づいて画像データ１１０を、プリンタエンジン１０２に送出する。また、ビデオコントローラ１０１と、プリンタエンジン１０２は、定期的に情報の送受信を、シリアル通信ライン１１３で行っている。

図３にプリンタエンジンの構成概略図の一例を示す。

次に図３に示すプリンタエンジンの構成概略図に基づいて、両面印字シーケンスの場合を例にしてシーケンスの概要を以下に説明する。

コントローラ１０１からの画像データを給紙ユニット２０９から搬送（(1)の流れ）された記録媒体の第一面（表面）に印字する際、レジローラ２０２で記録媒体の斜行を取り除く。レジローラ２０２と同じ位置に、記録媒体の先端を検知するための、TOPセンサ１１７（図４参照のこと）を配置しており、斜行を取り除くと同時に、記録媒体の先端が所定の位置に到達したことを、プリンタエンジン１０２のCPU３０４は認識する。その後、画像データを記録媒体に記録する前、かつ記録媒体を吸着ローラ２０３によって静電搬送ベルト２０８に吸着させ、搬送する途中でプリンタエンジン１０２における紙厚検知手段２０１にて、記録媒体の厚みと位置を検知する。ここでは、水平方向走査開始側の紙端（例えば左端）を検知する。検知手段２０１は、記録媒体に接触させないで検知できるように光学式のセンサを用い、LED１１４と、ラインセンサ１１５で構成される。該ラインセンサ出力によって、後述する所望の電気回路により処理をされ、記録媒体の厚さと紙横端位置を検出できるのである。

本実施例での検知方法としては、受光素子が一列にアレー状に配列された光学式センサに光をあて、該照射光が記録媒体によって遮光されるか否かで記録媒体の端部を該記録媒体に接触させずに検知する場合を示している。

そして、記録媒体の左端位置に応じて、ビデオコントローラ１０１から送出する画像データの送出タイミングを変更し、プリンタエンジン１０２に送られてきた画像データに基づいて各色の光学スキャナ内にあるレーザ駆動回路１１６−C、１１６−Y、１１６−M、１１６−Kを駆動することにより、各色の感光ドラム２０４〜２０７に、トナー像を形成し、記録媒体上に転写し、定着器２１０にて記録媒体にトナー像を定着する。このように、記録媒体の左端位置がズレていても、それに応じて、画像データの送出タイミングを変更することにより、記録媒体の左端から常に同じ位置に印字を行うことができる。

第一面（表面）印字終了後、記録媒体は排紙ローラ２１１にてスイッチバックされ、両面搬送ローラ２１２にて搬送される。そして、レジローラ２０２に再給紙され（（２）の流れ）、用紙先端をTOPセンサ１１７で検出され、第二面（裏面）を印字する際にも同様に紙厚検知手段２０１により、記録媒体の左端部を検知する。第一面と同様に、記録媒体の左端部位置に基づいてコントローラ１０１から送出される画像データの送出タイミングを変更し、用紙の所望の位置に印字を行う。

図４は、プリンタエンジンの画像生成に関する電気制御回路ブロック図である。

図において、１１０−K、１１０−M、１１０−Y、１１０−Cは、ビデオコントローラ１０１から送出されるYMCK各色の画像データであり、１１６−K、１１６−M、１１６−Y、１１６−Cの各色のレーザ駆動回路部に入力される。１１７はTOPセンサであり、記録媒体の搬送路上に配置されたセンサで記録媒体の先端を検知するためのものである。CPU３０４は、このTOPセンサ１１７から送出される信号１２３をモニタし、記録媒体の先端が所定の位置に到達したら、その一定時間後に、ビデオコントローラ１０１にTOP信号１１２を送出することで、画像データの送出開始を指示する。４００−Aはセンサ制御部であり、ラインセンサ１１５とLED１１４を制御するための信号を生成する。４００−Bは、紙厚・紙左端検出部であり、ラインセンサから送出される信号１２０を、所望の処理回路により処理することで、記録媒体の厚みと横端部の位置ずれを検知するものである。CPU３０４は、紙厚・紙左端検出部４００−Bからの情報１２２により得られた位置ずれ量を、シリアル通信ライン１１３を介して、ビデオコントローラ１０１に伝達する。また、紙厚情報は、プリンタ内部の高圧制御部と、定着制御部に情報を送出し、最適なパラメータにて、印字を行う。

図５は、図４のTOPセンサ出力信号１２３、シリアル通信ライン１１３、TOP信号１１２、画像データ１１０−K、１１０−M、１１０−Y、１１０−Cについて、両面印字をした場合のタイミングを示したものである。TOPセンサ出力信号１２３がHIGHになったら、記録媒体の先端が所定の位置に到達したことをあらわす。CPU３０４は、その所定時間後（先端がエッジセンサ１１５に到達する時間）に、ラインセンサ１１５で記録媒体の左端エッジの位置ずれを検出し、シリアル通信ライン１１３で、ビデオコントローラ１０１に左端エッジずれ量を報知する。ビデオコントローラ１０１は、受信した位置ずれ量を左余白マージンに反映させる。更に、CPU３０４は、ビデオコントローラ１０１がC色画像データ１１０−Cを送出するための同期信号であるTOP信号１１２を、TOPセンサ出力信号１２３の立ち上がりから、T(t-c)時間後に、ビデオコントローラ１０１に送出する。ビデオコントローラ１０１は、図３に示すように記録媒体が各色の感光ドラム２０４〜２０７に到達する時間差を考慮して、画像データ１１０を送出しなければならない。１面目を印字し終わったら、両面搬送ローラ２１２を通って、２面目を印字する。２面目の各信号のタイミングも１面目と同様である。

図６は、水平スキャン方向の画像データの送出タイミングを示した図である。図のBD-C、BD-Y、BD-M、BD-K信号とは、水平同期信号であり、１ラインの印字毎に発生する信号である。ビデオコントローラ１０１は、このBD信号の立ち上がりエッジから所定時間Tbdに、記録媒体の左端エッジずれ量に応じたタイミングTedgを加えて、画像データ１１０を送出し、記録媒体の左端エッジから所定の位置に印字を行う。

なお、各色のBD信号は、周期は完全に一致するように制御するものの、位相差はもっていてよい。

図７は、ラインセンサ１１５の配置と、記録媒体の位置について説明した図である。例えば、A3サイズまで印字可能なプリンタの場合で、記録媒体の搬送方向の基準が中央基準の場合、各サイズの記録媒体は、図示するような位置となる。これらの各サイズの左端エッジを検知するためには、ラインセンサ１１５は、図示するような位置に配置すれば良いことになる。また、左端エッジのずれ量を検知するのは、図のように、記録媒体の先端から５ｍｍの位置で検知するのがよい。

図８は、ラインセンサ１１５を使用して、A3サイズの記録媒体１２４の左端ずれ量を検知した場合の具体例を示したものである。ラインセンサ１１５は、図のように、第１ドットから、記録媒体１２４の搬送方向に直行する向きに、各受光ドットが配列されている。A3サイズの場合の標準的な左端エッジの位置（ラインセンサ１１５の第Mドット目）に対して、記録媒体１２４が位置ずれをおこして、左端を検知したところ、第ｎドット目が記録媒体の左端エッジであると認識したら、この場合のずれ量は、（M−ｎ）ドットとなる。この検知結果をビデオコントローラ１０１に報知することで、ビデオコントローラ１０１は、BD信号から画像データ出力タイミングを、本来のA3サイズ用紙タイミングから、（M−ｎ）ドット分だけ遅延させて送出する。（図６の時間Tedgに相当する）
図９は、ラインセンサ１１５の概要を示した図である。

図のように、LED１１４−Aから出力される光は、導光体１１４−Bを伝わって、導光体１１４−Bの上面に形成された屈折溝で９０度に屈折され下方向に均一に照射される。記録媒体１２４が無い場合には、その光が直接ラインセンサ１１５の受光ドットに入射され、記録媒体１２４がある場合には、光が遮光されラインセンサ１１５の受光ドットに入射されない。受光ドットは、例えば、６００ドット／インチのピッチで配置されている。つまり、0.042ｍｍピッチで配置され、記録媒体１２４の左端エッジを、そのピッチで認識する能力をもっている。ラインセンサ１１５から出力される信号１２０は、図示した通りとなる。入射された受光ドットは電圧が上昇し、遮光されて入射されていない受光ドットは電圧が下がる。エッジ部では、図のように傾きながら、出力信号は下がってくる。また、用紙で遮光されている部分でも、紙の厚さによって、遮光比率が異なり、用紙が厚いほど、遮光率が高くなり、ラインセンサ１１５から出力される電圧は低くなる。

図１０に、記録媒体１２４の紙厚を検知する場合の、ラインセンサ１１５の出力を示す。同図の様に、厚みを検知する場合の光源は、点光源の方が検出精度が高い。従って、記録媒体の左端位置を検知する場合は、図９にように導光体114−Bを使用して並行光で記録媒体を照射し、紙厚を検知する場合は、図１０の様に遮光版１５０を被せることによって、点光源とし、記録媒体１２４を照射するのが良い。

図１０の１２０aは記録媒体１２４が無いときの出力波形であり、１２０bは記録媒体１２４が普通紙、１２０cは記録媒体１２４が厚い紙であったときの出力波形である。図のように、普通紙は厚紙に比べて遮光率が低いため、波形全体の電圧は高く、かつ、左右方向（ラインセンサの両端方向）の電圧の低下（△Vb1、△Vb2）も少ない。一方、厚紙は、波形全体の電圧は普通紙に比べ低く、かつ、左右方向（ラインセンサの両端方向）の電圧は大きい（△Vc1、△Vc2）。

図１１に、ラインセンサ１１５の出力電圧１２０の一例を示す。普通紙の場合の、照射位置中央の電圧Vbは１[V]、中央と左側の電圧差分△Vb1は0.2[V]、中央と右側の電圧差分△Vb2は0.2[V]。厚紙の場合の、照射位置中央の電圧Vcは1.5[V]、中央と左側の電圧差分△Vc1は1[V]、中央と右側の電圧差分△Vc2は1[V]。従って、普通紙と厚紙の判断閾値は、中央電圧を1.2V、電圧差分を0.5Vとするのが良い。もちろん、デジタル的に判断せずに、段階的に厚さレベルを判断しても良い。

次に、ラインセンサ１１５の駆動回路の動作について、図１のブロック図と、図１２のタイミングチャートを使用して説明をする。なお、図１は、図４のセンサ制御部４００−Aと、エッジ検出部４００−Bについての詳細なブロック図である。

LED１１４は、プリンタの電源投入時や、所定の印字枚数ごとに、光量のキャリブレーションを行うことで、環境変化に依存することなく、常に同一光量を発光する。キャリブレーションは、まず、CPU３０４がレジスタ１３５にセットした値に応じてLED駆動信号生成部１３０は、所望のパルス幅の信号１１８により、所望の光量でLEDを点灯させる。そして、その際のラインセンサ１１５のアナログ出力信号１２０のアナログ電圧をA/Dコンバータ１２５で測定し、CPU３０４がその値を参照する。このループで、ラインセンサ１１５のアナログ出力が所望の値になるように、レジスタ１３５に設定する値を決定するのである。

CPU３０４は、ラインセンサ１１５により記録媒体の左端位置を検出する場合、まず、LED１１４を点灯させる。次に、CPU304は、センサ制御信号生成部に指示することにより、センサ１１５にSNSCLK信号１１９と、SNSRST信号１１９を送出する。センサ１１５は、SNSRST信号から第１番目のSNSCLK信号の立ち上がりエッジに同期して、センサ出力信号１２０を送出するのである。該信号１２０は、コンパレータ部１２７の正入力ピンに入力し、閾値信号VTH１４５と比較され、２値化信号１４０となる。（図１２のチャートを参照のこと）２値化された信号１４０は、エッジ検出部１２８に入力されHIGHからLOWに変化したら、信号１４１をHIGHからLOWに変化させる。一旦、LOWになった信号１４１は、SNSRST信号１１９がHIGHになるまでは、保持される。信号１４１は、カウンタ１２９のカウントイネーブル端子に入力される。つまり、カウンタ１２９は、センサ出力信号１２０が記録媒体の左端エッジを検出するまでは、SNSCLK１１９をカウントし続け、エッジを認識したらカウントアップをとめて、それまでのカウント値をレジスタ１３３に格納し保持する。（図１２の信号１４２を参照のこと）保持した値をCPU３０４は参照し、記録媒体の左端エッジの位置を検知する。コンパレータ１２７に与える閾値１４５は、CPU３０４がレジスタ１３２に設定した値をD/Aコンバータ１２６がアナログ電圧に変換することで生成する。

次に、ラインセンサ１１５により記録媒体の厚さを検出する場合、まず、LED１１４を点灯させる。次に、CPU304は、センサ制御信号生成部１３４に指示することにより、センサ１１５にSNSCLK信号１１９と、SNSRST信号１１９を送出する。センサ１１５は、SNSRST信号から第１番目のSNSCLK信号の立ち上がりエッジに同期して、センサ出力信号１２０を送出するのである。該信号１２０は、A/Dコンバータ１２５で8ビットのデジタル信号１４６に変換され、レジスタA１３１を介して、CPU３０４に伝えられる。CPU３０４は、図１０で示した、ラインセンサ１１５の中央、左、右の３ポイントのデジタル信号を元に、紙厚を判断するのである。

図１３は、電源投入から印字終了までのシーケンスを説明した図である。

電源投入（S1）すると、まず、LED１１４の光量の自動調整（S2）を行い、更に、コンパレータ１２７に与える閾値電圧の調整（S3）を行う。この状態でプリンタはスタンバイ状態になり、ビデオコントローラ１０１からのプリントの指示を待つ。ビデオコントローラ１０１から、プリントの指示がされるとプリントを開始（S4）し、記録媒体を用紙カセットから給紙する（S5）。用紙搬送路上のTOPセンサが記録媒体の先端を認識したら（S6）、その所定時間後（用紙の先端から５ｍｍの位置がラインセンサ１１５に到達する時間）に記録媒体の左端エッジの位置ずれ量を測定し（S7）、ずれ量をビデオコントローラ１０１に報知する（S8）。ビデオコントローラ１０１は、ずれ量から画像の左余白マージンを変更する（S9）。続いて、ラインセンサから出力されるアナログ出力により紙厚を検知し（S１０）、紙厚に応じた静電プロセスのための高圧パラメータをセットし（S１１）、紙厚に応じた定着パラメータをセットし（S１２）、エンジンから送出されてくるTOP信号に同期して、画像データをC色から順に送出し（S１４）、潜像形成、現像、転写、定着の順に印字動作を実行（S15）する。実行後は、このままスタンバイ状態となり、ビデオコントローラ１０１からのプリント指示を待つ。電源SWがOFFされたら（S1７）終了となる。

なお、本実施例では、４色の感光ドラムを有する画像形成装置について説明をしたものの、感光ドラムを１つ有して４色のトナー現像器を順次、感光ドラムに接触させてカラー画像を形成する画像形成装置に本実施例を当てはめてもよい。

また、モノクロ画像形成装置で用いてもよい。

また、インクジェット方式の画像形成装置に用いてもよい。

（実施例２）
図１４は、本発明の第二の実施例を説明する図である。

本例は、紙厚を検知する際、導光体１１４−Bから照射の照射光を、用紙位置を検出する場合と同様に、線光源とした例である。

記録媒体１２４の紙厚を検知する場合の、ラインセンサ１１５の出力を示す。同図の様に、厚みを検知する場合の光源を、平行光の線光源とする。図１０の１２０aは記録媒体１２４が無いときの出力波形であり、１２０bは記録媒体１２４が普通紙、１２０cは記録媒体１２４が厚い紙であったときの出力波形である。図のように、普通紙は厚紙に比べて遮光率が低いため、波形全体の電圧は高くなる。一方、厚紙は、波形全体の電圧は普通紙に比べ低くなる。

図１５に、出力波形電圧の一例を示す。つまり、普通紙の場合の、用紙中央電圧Vb、左側電圧Vb1、右側電圧Vb2は、それぞれ、１V、1.2V、1.2Vであるとすると、厚紙の場合は、全体的に、電圧が下降するので、用紙中央電圧Vc、左側電圧Vc1、右側電圧Vc2は、それぞれ、１.5V、1.7V、1.7Vとなる。もちろん、デジタル的に判断せずに、段階的に厚さレベルを判断しても良い。

具体的な信号の処理としては、図１に示す、A/Dコンバータ１２５で8ビットのデジタル信号１４６に変換され、レジスタA１３１を介して、CPU３０４に伝えられるラインセンサ１１５の中央、左、右の３ポイントのデジタル信号を元に、紙厚を判断するのである。判断閾値としては、中央で1.2V、左右のポイントで1.4Vとし、３ポイント共に厚紙の閾値まで達していたら、厚紙と判断するのである。

第１実施例に適用されるセンサ制御部と検出部のブロック図 すべての実施例に適用されるプリンタの概略図 すべての実施例に適用されるプリンタエンジン部の紙搬送概略図 すべての実施例に適用されるプリンタエンジン部の画像形成に係るブロック図 すべての実施例に適用される用紙搬送方向の画像データのタイミングチャート すべての実施例に適用される主走査方向の画像データのタイミングチャート すべての実施例に適用される記録媒体サイズとセンサの配置説明図 すべての実施例に適用される左端エッジの位置ずれの概念図 すべての実施例に適用されるラインセンサのしくみ説明図 第１実施例に適用される紙厚に応じたラインセンサの出力信号説明図 第１実施例に適用されるラインセンサの出力電圧例 第１実施例に適用されるセンサ制御部とセンサ出力信号のタイミングチャート すべての実施例に適用されるシーケンスチャート 第２実施例に適用される紙厚に応じたラインセンサの出力信号説明図 第２実施例に適用されるラインセンサの出力電圧例 従来例に適用される記録媒体の紙厚検知機構図

符号の説明

１０１ コントローラ
１０２ プリンタエンジン
１１０ 画像データ
１１１ BD信号
１１２ TOP信号
１１３ シリアル通信ライン
１１４ LED
１１４−A LED
１１４−B 導光体
１１６ レーザ駆動回路
１１５ ラインセンサ
１１７ TOPセンサ
１２４ 記録媒体（用紙）
１２５ A/Dコンバータ
１２６ D/Aコンバータ
１２７ コンパレータ
１２８ エッジ検出回路
１２９ カウンタ
１３０ LED駆動信号生成部
１３４ センサ制御信号生成部
１５０ 遮光版
１６２ ノイズ除去回路
１７１ デジタルコンパレータ
１７４ メモリ
２０１ 紙厚・紙端検知手段
２０３ 吸着ローラ
２０４〜２０７ 感光ドラム
２０８ 静電搬送ベルト
２０９ 給紙ユニット
２１０ 定着器
２１１ 排紙ローラ
２１２ 両面搬送ローラ
３０４ CPU
４００−A センサ制御部
４００−B 紙厚・エッジ検出部

Claims (6)

1. 外部機器より入力される画像情報に基づき記録媒体に画像情報を記録する画像形成装置において、記録媒体の搬送方向に対し交差する水平方向に配置した受光素子アレー手段と、記録媒体を挟んで対向した位置にある光照射手段と、
   該受光素子アレー手段から出力される信号のうち少なくても２箇所以上の信号を測定することにより、記録媒体の厚みを検知することを特徴とした画像形成装置。
2. 請求項１において、受光素子アレー手段から出力される信号とは、光照射手段から照射される光が記録媒体を透過する透過光量のレベルを示すことを特徴とした画像形成装置。
3. 請求項１において、光照射手段は、点光源であることを特徴とした画像形成装置。
4. 請求項１において、光照射手段は、線光源であることを特徴とした画像形成装置。
5. 請求項１において、記録媒体の検知結果に応じて、定着条件を変更することを特徴とした画像形成装置。
6. 請求項１において、記録媒体の検知結果に応じて、プロセス条件を変更することを特徴とした画像形成装置。

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