JP2006124063A - シートの重送検知装置、画像形成装置及び原稿搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波センサを用いたシートの重送検知装置において、紙種の違いや、環境の変化に影響されない高い検知感度を有する重送検知装置を実現する。
【解決装置】 超音波センサを構成する受信器から出力される直接波出力が、ノイズ波出力よりも大きい受信器の出力波形が得られるように、送信器の駆動時間を設定する。該駆動時間は１０ペルスを連速発生する時間以下が好ましい。
【選択図】 図３

Description

本発明は超音波を用いてシートの重送を検知するシートの重送検知装置、該シートの重送検知装置を有する画像形成装置及び原稿搬送装置に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置やスキャナ等の原稿搬送装置では、多数枚のシートから１枚づつ分離して搬送する技術が用いられるが、種々の紙質のシートを搬送し、しかも、環境が一定ではなく変化するために、複数枚のシートが重なって送り出される重送を完全に無くすることは困難なのが実情である。このために、搬送経路中に重送検知装置を設けて重送を検知し、重送が起こった場合に、装置を停止するといった重送対策が採られている。

重送検知装置としては様々な方式のものがあるが、超音波センサを用いた重送検知装置が感度や精度の点で優れており有力である。

紙等のシートが１枚送られているか、２枚以上送られているかを判別することは容易ではなく、超音波センサを用いることにより比較的確実な重送検知が行われるが、超音波センサを用いる場合でも、環境の影響を受けることなく種々のシートの重送を確実に検知するには、解決しなければならない課題がある。

特許文献１には、重送検知に先立って、超音波パルスを発信し、受信手段による出力の最大値の時刻をサンプリング時刻として検定導出し、重送検知のための超音波の発信後のサンプリング時刻に重送検知信号をサンプリングすることにより、増幅度の高い信号を演算に用いる重送検知方法が開示されている。

特許文献２には、非重送時の受信レベルと重送時の受信レベルとの差を予め設定操作し、直接波発生時刻を含む範囲内で、且つ非重送時の受信レベルと重送時の受信レベルとの差が最大となるときの信号により重送検知を行うことが開示されている。

特許文献３には、超音波の発信を直接波の受信ピーク発生時刻を含む範囲の周期で実行し、反射波や定在波等の外乱を伴うことなく重送を検知することが開示されている。
特開２０００−２５９８６号公報 特開２０００−２５９８７号公報 特開２０００−２５９８８号公報

特許文献１の方法では、重送検知に先立って、サンプリング時間の検定導出が必要であるために、最初の１枚目の搬送時における重送検知を行うことができない。また、サンプリング時間の検定導出のための、回路やソフトが必要になる。更に、連続して実行される画像形成工程中に搬送される紙種が変わってサンプリング時間が変化した場合に、検出誤差が出るか又は紙種が変わる毎にサンプリング時間の検定を行う必要があり、重送検知が中断するという問題がある。

特許文献２の方法では、厚さ等において性質の異なる種々のシートの重送を検知する場合に、紙種により設定条件を変える必要があり、多種類のシートに対応することが困難である。

特許文献３の方法では、送信手段への過度な駆動パルスの入力により、送信手段の温度が上昇し、発信周波数が変化して、検知感度、検知精度が低下する等の問題がある。

本発明は従来技術における前記のような問題を解決し、高い感度で重送検知を行うことが可能であり、検知感度、検知精度が安定した重送検知装置及びかかる重送検知装置を有する画像形成装置及び原稿搬送装置を提供することを目的とする。

前記目的は、下記の（請求項）に記載した発明のいずれかにより達成される。
（請求項１）
送信器と受信器とで構成される超音波センサ、前記送信器を駆動するためのパルスを発生するパルス発生手段及び前記受信器の出力からシートの重送の有無を判別する判別手段を有するシートの重送検知装置において、
前記パルス発生手段は、前記受信器における直接波出力がノイズ波出力よりも大きい範囲内の駆動時間で前記送信器を駆動することを特徴とするシートの重送検知装置。
（請求項２）
前記パルス発生手段は、１回の駆動波出力において１０波以下の連続パルスからなる駆動波を発生することを特徴とする請求項１に記載のシートの重送検知装置。
（請求項３）
前記判別手段は前記受信器からの出力を基準値と比較することにより、重送の有無を検知し、前記基準値は、前記受信器のシート１枚のときの出力に基づいて、切り替え設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシートの重送検知装置。
（請求項４）
周期が４．５４μｓ以上、５．５６μｓ以下の駆動パルスにより発生する超音波を用いて重送検知を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシートの重送検知装置。
（請求項５）
センサ間隔Ｌが２０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシートの重送検知装置。
（請求項６）
超音波の入射角が３５°以上、５０°以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のシートの重送検知装置。
（請求項７）
請求項１〜６のいずれかに記載のシートの重送検知装置が用紙収納部からの給紙経路と手差し給紙からの給紙経路とが合流した給紙経路に設けられたことを特徴とする画像形成装置。
（請求項８）
請求項１〜６のいずれかに記載のシートの重送検知装置を有することを特徴とする原稿搬送装置。

請求項１〜８の発明のいずれかにより、重送を確実に検知することが可能であり、種々の紙種に対して、また、装置の設置環境の変化に対して安定した重送検知が可能となる。

請求項３の発明により、種々の紙種に対して、変わらない高い検知感度を有するシートの重送検知装置が実現される。

以下に図示の実施の形態を用いて本発明を説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の要部を示す図、図２は本発明の実施の形態にかかるシートの重送検知装置の回路構成を示すブロック図である。

１はドラム状の感光体、２は感光体１を一様に帯電する帯電装置、３は帯電された感光体１を像露光する露光装置、４は露光され静電潜像が形成された感光体１を現像してトナー像を形成する現像装置、５は感光体１上に形成されたトナー像をシートＳに転写し、シートＳを感光体から分離する転写分離装置、６は感光体１をクリーニングするクリーニング装置、７はシートＳ上のトナー像を定着する定着装置である。

感光体１が矢印で示すように、時計方向に回転し、帯電、露光及び現像により感光体１上にトナー像が形成され、像形成と同期して搬送されたシートＳにトナー像が転写され、転写されたトナー像が定着されてシートＳ上に画像が形成される。像転写後の感光体１はクリーニング装置６によりクリーニングされる。

シートＳはカセット又はトレイからなるシート収納部８ａから搬送され、搬送ローラ１０により搬送されるか、裏面用搬送部８ｃから搬送され、搬送ローラ１１により搬送さるか又は手差し給紙部８ｂから搬送され、搬送ローラ１２により搬送されて、レジストローラ１３に供給される。

レジストローラ１３は搬送されたシートＳを一時停止させた後に、画像形成と同期して搬送し、転写部に供給する。１４はレジストローラ１３と転写部間でシートＳを搬送する搬送ローラである。

２０は重送を検知する超音波センサであり、シート収納部８ａからの給紙経路９ａ、手差しトレイ８ｂからの給紙経路９ｂ及び裏面用搬送部８ｃからの給紙経路９ｃが合流した給紙経路９ｄに配置され、搬送されるシートＳの重送を検知する。超音波センサ２０による重送検知がない場合は、シート搬送が継続して実行され、前記に説明した画像形成工程が実行されてシートＳ上に画像が形成される。超音波センサ２０によりシートＳの重送が検知された場合には、シートＳの搬送及び画像形成工程が停止し、操作パネル（図示せず）にジャム表示が行われる。

超音波センサ図２において、２０は超音波センサであり、送信器２０ａ及び受信器２０ｂで構成される。送信器２０ａ及び受信器２０ｂは、ガイド板１５によりガイドされ、走行するシートＳに対して、ほぼ等距離Ｌ／２の位置に送信面、受信面が位置するように配置され、図示のように、超音波ＷがシートＳの走行方向に対して斜行するように配置される。このように、送信器２０ａ及び受信器２０ｂを斜めに配置することにより、反射波によるノイズが低減される。

ＣＰＵで構成されるパルス発生手段２１で発生したパルスは電力増幅回路２２で増幅されて送信器２０ａを駆動する。送信器２０ａが発生した超音波Ｗを受信した受信器２０ｂの出力は共振回路２３及び増幅回路２４で増幅され、整流回路２５で整流される。ＣＰＵで構成される判別手段２６は比較手段２６ａを有し、整流回路２５の出力をピークホールドし、ピークホールドした最大値を基準値２６ｂと比較して重送の有無を判別する。２７は基準値２６ｂを記憶している記憶装置であり、各種の紙種に対応した基準値２６ｂを記憶しており、搬送されるシートＳの種類に応じた基準値２６ｂを出力する。２８は判別手段２６の出力回路である。

シートＳの搬送に同期してパルス発生手段２１から１以上の連続パルス列からなる駆動波が出力され、シートＳの重送検知が行われる。重送がなく、シートＳが１枚づつ搬送される場合は、整流回路２５の出力ピークが基準値２６ｂ以上であるので、判別手段２６は運送信号を出力しない。シートＳが２枚以上重なって搬送される重送があったときは、整流回路２５の出力ピークが基準値２６ｂを下回り、判別手段２６が重送信号を出力する。

次に、送信器２０ａを駆動するパルスと受信器２０ｂの出力について、図３を用いて説明する。

図３は１パルスの駆動波で送信機２０ａを駆動した場合の受信機２０ｂの出力を示す。図３において、Ａは送信器２０ａ（図２に示す）を駆動する１個のパルスからなる駆動波の波形を示し、Ｂは超音波Ｗを受信した受信器２０ｂ（図２に示す）の出力波形を示す。

時刻ｔ１で送信器２０ａが駆動されて超音波を発信し、超音波が送信器２０ｂに到達する時間経過後の時刻ｔ２において、受信機２０ｂが受信信号の出力を開始する。受信波は直接波を受信した結果である出力Ｂ１と反射波や定在波を受信した結果である出力Ｂ２からなる。なお、以下の説明において、反射波及び定在波をノイズ波という。

直接波出力Ｂ１では、１枚のシートＳが搬送され重送がないときと、２枚以上のシートＳが重なって搬送される重送があるときとで出力レベルに差があるので、出力Ｂ１が重送検知信号として用いられる。ノイズ波出力Ｂ２は、重送の有無の他様々な要因により変化し、重送検知に使用できないノイズ信号である。

定常波からなる駆動波Ａで送信器２０ａを駆動した場合、受信器２０ｂからは直接波の受信出力とノイズ波の受信出力とが重畳された信号が出力されて、検出感度はきわめて低いものとなる。

本実施の形態においては、駆動波Ａを定常波ではなく、所定時間内のパルス又はパルス列からなる駆動波とすることにより図３に示すように受信器２０ｂの出力Ｂが、直接波出力Ｂ１が、ノイズ波出力Ｂ２とに分離して検出され、直接波出力Ｂ１を基準値と比較することにより高い検出感度が得られるようにした。

図３のＢで示す受信器２０ｂの出力を整流器２５で整流し、その最大値を検出し、検出した最大値を基準値２６ｂと比較することにより、重送の有無が検知される。

前記所定時間、即ち、送信器２０ａの駆動時間Ｔは、直接波出力Ｂ１がノイズ波出力Ｂ２より大きい範囲であるように設定される。実験により所定時間Ｔは１０パルス以下の駆動パルス又はパルス列を発生する時間以下であることが好ましいことが分かった。

なお、パルスの周期は４．５４μｓ以上５．５６μｓであることが好ましく、送信器２０ａの受信面と受信器２０ｂの受信面間の距離は２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下が好ましい。

図３のように、１個のパルスからなる駆動波の場合、パルスの周期は、０レベルからの立ち上がり時刻から、０レベルに戻る時刻までの時間と定義する。

図４に３パルスからなる駆動波Ａの場合、図５に５パルスからなる駆動波Ａの場合、図６に１５パルスからなる駆動波Ａの場合をそれぞれ示す。図３〜５では直接波出力Ｂ１の振幅がノイズ波出力Ｂ２の振幅に比較して大きく、高い重送検知感度が得られる。これに対して、図６ではノイズ波出力Ｂ２の振幅が直接波出力Ｂ１の振幅よりも大きくなって、検出感度が低下する。

図７は、紙種による整流回路２５の出力変化（ピーク値の変化）を示す。図において、横軸に紙種名と併記された数値は斤量である。図７から明らかなように、重送検知用閾値をＶ０に設定することにより、全紙種に対して、重送を検知することができる。なお、紙種に応じて重送検知閾値Ｖ０を変更することも可能である。

図８は、駆動波の周波数の変動に対する検知感度の変化を示す。図示のように、目標周波数である中心周波数から外れるに従って、検出感度が低下するが、駆動波のパルス数１０以下では感度低下の程度が小さい。超音波センサは固体間で発信周波数に違いがあるが、パルス数１０以下であれば、周波数に個体差がある場合でも十分な検出感度が得られる。

図９は、温度の変動に対する検知感度の変化を示す。複写機やプリンタの設置環境では、温度が種々変化するが、駆動波のパルス数を１０以下とすることにより温度変化に対して安定した検知感度が維持される。

感度低下が約６ｄＢ以下の場合に、安定した重送検知を行うことができるが、図８，９から明らかなように、駆動波Ａのパルス数を１０以下とすることにより、使用周波数の範囲内及び装置が設置される環境の変化範囲内で安定した重送検知が可能となる。

記憶装置２７に記憶される基準値２６ｂは前記のように紙種に対応して異なる値をとることができるが、基準値２６ｂの切り替えは、画像形成装置の操作部（図示せず）や外部機器（図示せず）における設定操作により行われる。

また、図７に示すように、シート１枚を検知したときの出力が紙種により変化するとともに、重送検知出力が変化する。従って、１枚検知の受信機２０ｂの出力により紙種を判別し、判別結果に応じて、基準値２６ｂを切り替え設定することにより検知精度を向上するが可能である。

図１０は超音波の周波数の違いによる重送検知感度の変化を示すグラフである。

図１０において、横軸の紙間隔は２枚のシートが重なった場合の上下のシートの間隔を示し、縦軸は重送がない１枚のシートの場合と、重送がある２枚のシートの場合の出力差を示す。図から明らかなように、２００ｋＨｚでは、紙間隔０．０５ｍｍ〜１．８ｍｍまで重送検知感度がほぼ変わらない一定であるが、４０ｋＨｚでは、紙間隔０．７ｍｍ以上では感度がほぼ一定しているが、紙間隔が０．７より小さい場合は、感度が低下する。従って、周波数４０ｋＨｚでは重送の状態如何で、重送検知が出来ない場合が起こりうる。

重送の状態に左右されない、高い重送検知感度を得るには、超音波の周波数が１８０ｋＨｚ以上であることが好ましい。なお、音波の伝搬における減衰は周波数の２乗に比例するので、周波数を上げすぎると減衰が著しくなるので、２２０ｋＨｚ以下が好ましい。

図１１は超音波の入射角度と、センサ間隔と、検知感度との関係を示す。センサ間隔は、図１１（ｂ）における送信面と受信面間の距離Ｌであり、検知感度は図１０と同様に、重送がない１枚検知の場合と、重送がある２枚検知の場合の出力差である。図示のように、図１１（ｂ）における入射角度θ、即ち、超音波Ｗの伝搬方向とシートＳの走行面に直交する方向がなす鋭角が大きい程感度が高く、センサ間隔が小さい程感度が高い。送信器と受信器間にシートＳの搬送路を形成する等を考慮したときに、
２０ｍｍ≦Ｌ≦３０ｍｍ
３５°≦θ≦５０°
が好ましい。

センサ間隔Ｌと入射角θとは関連しており、センサ間隔Ｌを小さくすると、入射角θを大きく採る必要があり、センサ間隔Ｌが大きい場合、入射角θが小さくなる。

センサ間隔Ｌが２０ｍｍ未満の場合、入射角度θが大きくなり、反射波の影響が大きくなって、感度が低下する。

センサ間隔Ｌが３０ｍｍより大きいと、超音波を通す穴の径が大きくなってシート搬送の障害になる可能性がある。

図１は重送検知装置が組み込まれた画像形成装置の例を示すが、スキャナ、複写機の画像読取部、ファクシミリの画像読取部に前記に説明した重送検知装置を組み込むことができる。これらの装置の場合、原稿給紙部から原稿読み取り位置に原稿を搬送する搬送経路に超音波センサが設置され、原稿の重送が検知される。

本発明の一実施に係る画像形成装置の要部を示す図である。 本発明の実施の形態に係るシートの重送検知装置の回路構成を示すブロック図である。 受信器の出力波形を示す図である。 受信器の出力波形を示す図である。 受信器の出力波形を示す図である。 受信器の出力波形を示す図である。 紙種による整流回路の出力変化を示すグラフである。 駆動波の周波数変動に対する検知感度の変化を示すグラフである。 温度の変動に対する検知感度の変化を示すグラフである。 超音波の周波数の違いによる重送検知感度の変化を示すグラフである。 超音波の入射角度と、センサ間隔と、検知感度との関係を示すグラフである。

符号の説明

２０ 超音波センサ
２０ａ 送信器
２０ｂ 受信器
２１ パルス発生手段
２６ 判別手段

Claims (8)

1. 送信器と受信器とで構成される超音波センサ、前記送信器を駆動するためのパルスを発生するパルス発生手段及び前記受信器の出力からシートの重送の有無を判別する判別手段を有するシートの重送検知装置において、
   前記パルス発生手段は、前記受信器における直接波出力がノイズ波出力よりも大きい範囲内の駆動時間で前記送信器を駆動することを特徴とするシートの重送検知装置。
2. 前記パルス発生手段は、１回の駆動波出力において１０波以下の連続パルスからなる駆動波を発生することを特徴とする請求項１に記載のシートの重送検知装置。
3. 前記判別手段は前記受信器からの出力を基準値と比較することにより、重送の有無を検知し、前記基準値は、前記受信器のシート１枚のときの出力に基づいて、切り替え設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシートの重送検知装置。
4. 周期が４．５４μｓ以上、５．５６μｓ以下の駆動パルスにより発生する超音波を用いて重送検知を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシートの重送検知装置。
5. センサ間隔Ｌが２０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシートの重送検知装置。
6. 超音波の入射角が３５°以上、５０°以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のシートの重送検知装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のシートの重送検知装置が用紙収納部からの給紙経路と手差し給紙からの給紙経路とが合流した給紙経路に設けられたことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載のシートの重送検知装置を有することを特徴とする原稿搬送装置。

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