JP2006290498A - シート材識別装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シート材にマーキングを施すことなく、かつ簡単な構造でシート材の種類の識別を行うことのできるシート材識別装置及びこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 シート材Ｓを搬送するシート材搬送手段１１１を駆動する駆動力により回転する係止部材５１を、一端が固定されると共にシート材Ｓに衝突して衝撃エネルギーを加える衝撃印加部材５３が設けられた弾性部材５２を係止させながら回転させ、弾性部材５２をシート材Ｓから離れる方向に撓ませる。そして、係止部材５１による係止が解除されると、弾性部材５２を反発力により衝撃印加部材５３がシート材Ｓに衝突する方向に移動させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シート材識別装置及びこれを備えた画像形成装置に関し、特にシート材に衝撃を加えて、シート材の弾性を検知することによりシート材の種類を識別するものに関する。

従来、複写機、プリンタ、あるいはＦＡＸ等の画像形成装置においては、通常のコピー紙の他、光沢紙、コート紙、フィルム状の透明樹脂等のシート材に画像を形成するようにしたものがある。

そして、このようなさまざまな種類のシート材に画像を形成するようにした画像形成装置においては、シート材の種類により、最適な画像形成処理を行う為、シート材の種類を識別するためのシート材識別装置を備え、このシート材識別装置によってシート材の種類を識別した後、シート材に応じた搬送速度、定着温度等の条件で画像を形成するようにしたものがある。

ここで、このようなシート材識別装置としては、例えば図４に示すように、予めシート材自体に何らかの数字コードまたは記号等のマーキングＭを施しておき、このマーキングＭを画像形成装置内に設けられたセンサーにより読み取ることにより、シート材Ｓの種類を識別して画像形成モードの最適化を図るというマーキング方式のものがある（特許文献１参照。）。

また、他のシート材識別装置としては、シート材の表面に光を照射し、その反射光を受光し、その結果を基にシート材の種類を識別して画像形成モードの最適化を図るという方式のもの（特許文献２参照。）や、圧電素子の先端にプローブを設けたセンサーによりシート材の表面の状態を観察し、その結果を基にシート材の種類を識別して画像形成モードの最適化を図るという方式のものがある（特許文献３参照。）。

また、圧電素子を用いて、シート材の表面との摺擦状態を観察し、その結果を基にシート材の種類を識別して画像形成モードの最適化を図るという方式のもの（特許文献４参照。）や、圧力センサー（衝撃センサー、以下においては、圧力センサーと称する）を用いて、シート材の弾性を検知して、その結果を基にシート材の種類を識別して画像形成モードの最適化を図るという方式のものがある（特許文献５参照。）。

特開平１１−３１４４４３号公報 特開平１０−２２１９０５号公報 特開２００２−３４０５１８号公報 特開２０００−３５６５０７号公報 特開２００３−２７６８５６号公報

ところが、このような従来のシート材識別装置及びこれを備えた画像形成装置において、マーキング方式のものは、シート材Ｓの種類が識別できるのはマーキングＭが施されたシート材Ｓのみであり、マーキングＭが施されていないシート材Ｓは種類を識別することができないという問題があった。なお、シート材ＳにマーキングＭを施すためには、専用の装置が必要となるばかりでなく、マーキングＭを施すための手間も必要となるため、コストも増える。

また、シート材の表面に光を照射するものや、圧電素子の先端にプローブを設けるもの、或は圧電素子を接続した薄板をシート材の表面に摺擦するものでは、シート材の厚みや硬さを識別できないため、最適な画像形成モードで画像形成を行うことができない場合があった。

一方、圧力センサーを用いて、シート材の弾性を検知するものの場合、シート材を識別する際、まず給紙カセットからシート材を識別位置まで搬送してシート材の識別を行い、この後、給紙カセットに戻すようにしているため、シート材を識別するための時間が長くなり、高速の画像形成装置には用いることができない。

そこで、本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、シート材にマーキングを施すことなく、かつ簡単な構造でシート材の種類の識別を行うことのできるシート材識別装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、シート材に衝突して衝撃エネルギーを加える衝撃印加部材と、前記衝撃印加部材により加えられ、前記シート材を介して伝わる前記衝撃エネルギーの大きさに基づいてシート材の種類を識別するシート材識別部と、を備えたシート材識別装置において、シート材を搬送するシート材搬送手段と、前記シート材搬送手段を駆動する駆動力により回転する係止部材と、を備え、前記係止部材の回転に伴って前記衝撃印加部材をシート材から離れる方向に移動させた後、前記シート材に衝突させることを特徴とするものである。

本発明のように、シート材を搬送するシート材搬送手段を駆動する駆動力により衝撃印加部材が設けられた弾性部材をシート材から離れる方向に移動させた後、衝撃印加部材をシート材に衝突させるようにすることにより、シート材にマーキングを施すことなく、かつ簡単な構成でシート材の種類の識別を行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るシート材識別装置を備えた画像形成装置の一例であるレーザビームプリンタの概略構成を示す図であり、同図において、１００はレーザプリンタ、１００Ａはプリンタ本体、１００Ｂは画像形成部である。

ここで、このレーザプリンタ１００においては、不図示のパーソナルコンピュータやワードプロセッサ等の外部情報機器から情報が送信されると、まずこの情報に基づいて不図示のビデオコントローラボードが画像信号を作成し、この後、ビデオコントローラボードで作成された画像信号に応じたレーザ光Ｌをレーザスキャナ１０５が時計方向に回転している感光ドラム１０６Ａ上に照射する。これにより、感光ドラム１０６Ａ上に静電潜像が形成される。

次に、このように感光ドラム１０６Ａ上に静電潜像を形成した後、この静電潜像を、プロセスユニット１０６内の不図示の現像器から供給されるトナーによって順次トナー像として顕画化した後、このトナー像を感光ドラム１０６Ａと転写ローラ１０７とにより構成される転写部１０７Ａへ搬送する。

一方、このようなトナー像形成動作に並行して給紙カセット１０８内に積載収納されているシート材Ｓの最上位のシートを反時計方向に１回転する半月状の給紙ローラ１０９によって順次送り出し、この後、搬送ローラ対１１１によって回転停止中のレジストローラ１１２に搬送する。

ここで、このようにレジストローラ１１２に到達したシート材Ｓは、先端がレジストローラ１１２のニップに突き当たった後、所定のループを形成するまで搬送が続けられることにより、斜行状態の矯正がなされる。

そして、このように斜行状態の矯正を終えたシート材Ｓは、感光ドラム１０６Ａ上のトナー像と位置を合わせるタイミングをとって回転を開始するレジストローラ１１２によって転写部１０７Ａへ搬送され、この転写部１０７Ａにおいて、転写ローラ１０７により感光ドラム１０６Ａ上のトナー像がシート面上に転写される。

次に、このようにトナー像の転写を終えたシート材Ｓは搬送ガイド１１３上を通って定着装置１４へ搬送され、この定着装置１４において加熱及び加圧されることにより、転写されたトナー像がシート上に定着される。

なお、トナー像の定着処理を終えたシート材Ｓは、印字面を下向きに積載（フェイスダウン積載）する場合には、搬送面１１６とそれに対向するフェイスアップトレイ１２２によって形成される搬送路を通って、不図示の駆動源を備えたフェイスダウン排紙ローラ１１９と、フェイスダウン排紙ローラ１１９と圧接して従動する従動コロ１２５とによってプリンタ本体１００Ａの上部のフェイスダウン排紙トレイ１１７上へ排紙される。

ところで、同図において、５０は画像形成部１００Ｂの下流、本実施の形態おいては、搬送ローラ対１１１とレジストローラ１１２との間に設けられたシート材識別装置であり、このシート材識別装置５０は、シート材Ｓに衝撃印加部材を衝突させ、シート材の弾性により吸収された衝撃エネルギーを圧力センサーで検出し、圧力センサーに加わった衝撃力に応じた大きさの電気信号に基づいてシートの種類を識別するように構成されたものである。また、８０は、レーザプリンタ１００の画像形成動作を制御する制御部であり、この制御部８０は、このシート材識別装置５０からのシート材識別信号に基づき、シート材Ｓに応じた搬送速度、定着温度等の条件で画像を形成するよう画像形成部１００Ｂを制御するようにしている。

図２は、このようなシート材識別装置５０の構成を説明する図であり、このシート材識別装置５０は、シート材Ｓに衝撃エネルギーを加えるための衝撃印加部５０Ａと、衝撃印加部５０Ａにより印加され、シート材Ｓを介して伝わる衝撃エネルギーの大きさを検出する圧力センサー５４と、圧力センサー５４により検出された衝撃エネルギーの大きさに応じてシート材Ｓの種類を識別するシート材識別部６０とを備えている。

ここで、衝撃印加部５０Ａは、搬送ローラ対１１１のうちの、例えば上部搬送ローラ１１１ａのローラ軸１２０に固定されて、上部ローラ１１１と一体に回転する係止部材５１と、一端が固定されると共に、通常、他端が係止部材５１の上方（又は下方）に位置し、係止部材５１が所定量回転するまで先端部が係止部材５１に係止されて上方に弾性的に撓み、この後、さらに係止部材５１が回転すると、係止が解除され、反発力により弾性的に下方に移動する弾性部材５２を備えている。

なお、係止部材５１の長さは、上部搬送ローラ１１１ａの径よりも短いため、シート材Ｓの搬送には、なんら影響を及ぼすことはない。また、本実施の形態においては、弾性部材５２は、Ｂ点で一端が固定された板ばねを用いている。

ここで、この弾性部材５２の下面には弾性部材５２が弾性的に下方に移動する際、シート材Ｓに衝突してシート材Ｓに衝撃エネルギーを加える衝撃印加部材である衝撃子５３が突設されている。なお、この衝撃子５３は、弾性部材５２が下方に移動した際、圧力センサー５４に確実に衝撃エネルギーを伝えることができるよう、或はシート材Ｓが下方にない場合には、圧力センサー５４に直接衝突するよう弾性部材５２の下面の圧力センサー５４に臨む位置に設けられている。

また、圧力センサー５４は衝撃エネルギー（機械エネルギー）を電気エネルギーに変換するものであり、弾性部材５２に設けられた衝撃子５３によりシート材Ｓを介して衝撃エネルギーが加えられると、加えられた衝撃エネルギーの大きさに応じた大きさの電圧信号を出力するようになっている。

ここで、圧力センサー５４に加えられる衝撃エネルギーは、シート材Ｓの弾性により吸収されたものである。つまり、衝撃子５３によりシート材Ｓに衝撃エネルギーを加えると、圧力センサー５４にはシート材Ｓの弾性により一部が吸収された衝撃エネルギーが加えられることになる。なお、本実施の形態において、この圧力センサー５４としては、比較的機械的破壊に強いリニアモータ（ボイスコイル）、また、小型化のために圧電素子等を用いることができる。

また、シート材識別部６０は、予めシート材Ｓの種類に応じたデータを記憶するメモリー部６１と、圧力センサー５４から入力された電気信号とメモリー部６１に記憶されたシート材の種類に応じたデータの比較によってシート材の種類を識別するシート材識別手段である比較分析部６２とを備えており、増幅器５５を介して圧力センサー５４からの電気信号が入力されると、比較分析部６２において、この電気信号と、メモリー部６１に記憶されたデータとを比較分析（解析）することにより、シート材Ｓの種類を識別するようにしている。

次に、このように構成されたシート材識別装置５０のシート材識別動作について図３に示すタイミングチャートを用いて説明する。

ユーザーの要求により、レーザプリンタ１００が、（ａ）に示すように画像形成動作を開始（ＯＮ）すると、（ｂ）に示すように搬送ローラ対１１１が所定のタイミングで回転及び停止を繰り返す。そして、給紙カセット１０８（図１参照）から給紙されたシート材Ｓは、このような搬送ローラ対１１１の回転によりレジストローラ１１２に向かって搬送される。

ここで、このように搬送ローラ対１１１が回転すると、図２に示す係止部材５１が搬送ローラ対１１１と一体に回転し、やがて他端が係止部材５１の上方に位置している弾性部材５２の先端の下面に当接し、この後、さらに回転すると、係止部材５１が所定量回転するまで弾性部材５２が係止部材５１に係止されて上方に弾性的に徐々に撓み、これに伴い弾性部材５２の応力が増していく。

そして、この後、係止部材５１が所定量回転すると、今度は、この係止部材５１による係止が解除され、弾性部材５２は弾性的に一挙に反発し下方に移動する。なお、この動作は、（ｃ）に示すように搬送ローラ対１１１が回転している間、繰り返し行われる。また、このときシート材Ｓは、まだ衝撃子５３と圧力センサー５４の線上まで到達していないので、衝撃子５３は、圧力センサー５４に直接衝撃を加えることになる。

一方、この後、シート材Ｓが、搬送ローラ対１１１によってレジストローラ１１２に向かって搬送され、やがてこのような弾性的な上下運動を行っている弾性部材５２の下方を通過すると、弾性部材５２に一体で設けられた衝撃子５３により、シート材Ｓに衝撃エネルギーが加えられると共に、この衝撃エネルギーは、シート材Ｓの弾性により一部が吸収された状態で圧力センサー５４に加えられ、圧力センサー５４は加えられた衝撃エネルギーの大きさに応じた電気信号を発生する。

なお、このとき（ｅ）のシート材の有無の「あり」の部分（イ）に示す、圧力センサー５４が発生する電気信号は、（ｅ）のシート材の有無の「なし」の部分（ア）に示す、圧力センサー５４に直接衝撃を加えたときに圧力センサー５４で得られた基準電圧の電気信号と比較すると、シート材Ｓの弾性により吸収された衝撃エネルギーの分だけ小さくなる。

ここで、シート材Ｓの弾性により吸収される衝撃エネルギーは、シート材Ｓの種類、例えば厚み、硬さ等により、種類毎に違いを生じる。したがって、このときの圧力センサー５４からの電気信号がどのようなものかが分かればシート材Ｓの種類を識別することができる。

そこで、このように圧力センサー５４において発生した電気信号は増幅器５５を介してシート材識別部６０に入力され、このシート材識別部６０の比較分析部６２において、メモリー部６１に記憶されたデータとを比較分析（解析）することにより、シート材Ｓの種類が識別される。

ところで、シート材Ｓの種類を識別する際、弾性部材５２の経年変化、或は外部環境の変化、例えば温度、湿度等の変化が有ると、識別精度が低くなることから、本実施の形態においては、既述したようにシート材Ｓが衝撃子５３と、圧力センサー５４の線上まで到達していない状態において、衝撃子５３により圧力センサー５４に直接衝撃を加えたとき、圧力センサー５４で得られた（ｅ）のシート材の有無の「なし」の部分（ア）に示す電気信号を、シート材Ｓの弾性データを求める基準電気信号として用いる。

そして、このような基準電気信号と圧力センサー５４からの電気信号とを比較し、この比較結果、例えば基準電気信号と圧力センサー５４からの電気信号との差分電気信号と、経年変化が生じる前、予めシート材Ｓの種類に応じたデータとしてメモリー部６１に記憶させているデータ、即ち衝撃子５３が圧力センサー５４に直接衝撃を加えた場合に得られる基準電気信号と衝撃子５３がシート材Ｓを挟んで圧力センサー５４に衝撃を加えた場合に得られる電気信号とを比較したデータ、とを比較分析（解析）することにより、シート材Ｓの種類を識別するようにしている。

ここで、このようにシート材Ｓ一枚毎に、基準電気信号を補正（キャリブレーション）するようにすることにより、例えば弾性部材５２に経年変化等が生じた場合でも、識別精度が低くなるのを防ぐことができる。

次に、このような（ｆ）に示すシート材識別工程において、シート材Ｓの種類を識別した後、シート材識別部６０から制御部８０にシート材識別信号が出力されるようになっており、制御部８０は、このシート材識別信号に応じ、（ｇ）に示す画像形成モード期間において、シート材Ｓに応じた搬送速度や定着温度、インクの吐出量等を制御し、画像形成モードの最適化を図るようにしている。

ここで、このように上部搬送ローラ１１１ａのローラ軸１２０に固定した係止部材５１によって弾性部材５２をシート材Ｓから離れる方向に撓ませて衝撃子５３をシート材Ｓから離れる方向に移動させた後、弾性部材５２を、反発力によって衝撃子５３がシート材Ｓに衝突する方向に移動させて衝撃子５３をシート材に衝突させるようにすることにより、シート材Ｓにマーキングを施すことなく、かつ簡単な構造でシート材Ｓの種類の識別を行うことができる。

なお、係止部材５１は、上部搬送ローラ１１１ａの半径方向の長さを変えることにより、弾性部材５２との係止位置（係合部分）を変更することができ、これにより弾性部材５２を、すくい上げ、開放する点を変えることができる。この結果、弾性部材５２に蓄えられる応力を変更することができ、シート材Ｓに加える衝撃子５３の衝撃力を変化させることができる。

また、本実施の形態においては、一つの係止部材５１を上部搬送ローラ１１１ａのローラ軸１２０に設けた場合について述べてきたが、本発明はこれに限らず、係止部材５１の数を増やすことにより、短時間に弾性部材５２を、すくい上げ、開放することができるようになり、この結果、短時間に数多くシート材に衝撃を加え、シート材Ｓの弾性データを取得できる。そして、このようにシート材に衝撃を複数回繰り返し、更に、衝撃力を変えることにより、シート材Ｓの弾性データを複数取得することができ、これによりシート材Ｓの種類の識別能力を高めることができる。

なお、これまでの説明では、シート材識別装置５０を水平に設置する構成を説明したが、画像形成部１００Ｂの上流側であれば、例えばシート材識別装置５０を、垂直に延びたシート材搬送通路に設置するようにしても良い。

さらに、本実施の形態においては、シート材識別装置５０を、シート材識別精度を高めるようシート材が斜行補正のため停止状態となるレジストローラ１１２の上流で、かつ搬送ローラ対１１１の下流に配置したが、給紙カセット１０８から転写部１０７Ａの直前までであれば、これ以外の場所に設置しても良い。

また、本実施の形態では、係止部材５１を搬送ローラ１１１ａにより回転駆動しているが、設置場所の自由度を増す為に、画像形成装置内に設けられた他のローラの駆動力を用いても良い。さらに、本実施の形態では、係止部材５１を搬送ローラ１１１ａのローラ軸１２０に直接固定しているが、設置場所の自由度を増す為に、更に、別部材、例えば歯車、チェーン、ベルト等を追加し、ローラ軸１２０の駆動力を間接的に係止部材５１に伝えるようにしても良い。

一方、弾性部材５２は、本実施の形態では板ばねを用いたが、設置方法の自由度を増す為に、コイルばねを用いても良く、また衝撃子５３は弾性部材５２と一体化し、ばねを用いずに自由落下させる構成としても良い。

本発明の実施の形態に係るシート材識別装置を備えた画像形成装置の一例であるレーザビームプリンタの概略構成を示す図。 上記シート材識別装置の構成を説明する図。 上記シート材識別装置におけるシート材識別動作のタイミングを説明する図。 従来のシート材識別装置により識別されるマーキングが施されたシート材を示す図。

符号の説明

５０ シート材識別装置
５１ 係止部材
５２ 弾性部材
５３ 衝撃子
５４ 圧力センサー
５５ 増幅器
６０ シート材識別部
６１ メモリー部
６２ 比較分析部
８０ 制御部
１００ レーザプリンタ
１００Ａ プリンタ本体
１００Ｂ 画像形成部
１０７Ａ 転写部
１１１ 搬送ローラ対
１２０ ローラ軸
１１２ レジストローラ
Ｓ シート材

Claims (13)

1. シート材に衝突して衝撃エネルギーを加える衝撃印加部材と、前記衝撃印加部材により加えられ、前記シート材を介して伝わる前記衝撃エネルギーの大きさに基づいてシート材の種類を識別するシート材識別部と、を備えたシート材識別装置において、
   シート材を搬送するシート材搬送手段と、
   前記シート材搬送手段を駆動する駆動力により回転する係止部材と、
   を備え、
   前記係止部材の回転に伴って前記衝撃印加部材をシート材から離れる方向に移動させた後、前記シート材に衝突させることを特徴とするシート材識別装置。
2. 前記衝撃印加部材が設けられると共に一端が固定され、かつ前記係止部材の回転に伴って他端部が該係止部材に係止されながらシート材から離れる方向に撓み、前記係止部材による係止が解除されると反発力により前記衝撃印加部材を前記シート材に衝突させる方向に移動する弾性部材を備えていることを特徴とする請求項１記載のシート材識別装置。
3. 前記シート材識別部は、前記シート材を介して伝わる衝撃エネルギーの大きさに応じた電気信号を出力する圧力センサーと、前記圧力センサーからの電気信号及びシート材の種類に応じて予め求められたデータの比較によってシート材の種類を識別するシート材識別手段とを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載のシート材識別装置。
4. 前記シート材識別手段は、シート材のない場合に前記衝撃印加部材により直接加えられる衝撃エネルギーの大きさに応じて前記圧力センサーから出力された電気信号及び前記圧力センサーからの電気信号との差分電気信号と、シート材の種類に応じて予め求められたデータの比較によってシート材の種類を識別することを特徴とする請求項３記載のシート材識別装置。
5. 前記シート材の種類を識別する際、前記シート材に衝撃印加部材を衝突させる動作を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシート材識別装置。
6. 前記シート材に加える衝撃の大きさを変化させるよう前記係止部材と前記弾性部材との係止位置を移動可能としたことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のシート材識別装置。
7. 前記係止部材と前記弾性部材との係止位置を移動するよう前記係止部材の長さを変更することを特徴とする請求項６記載のシート材識別装置。
8. 前記圧力センサーは、リニアモータ（ボイスコイル）であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシート材識別装置。
9. 前記圧力センサーは、圧電素子であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシート材識別装置。
10. 前記係止部材を複数設けたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシート材識別装置。
11. 画像形成部と、前記請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシート材識別装置を備え、前記画像形成部は、前記シート材識別装置により識別されたシート材の種類に応じた条件で画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
12. 前記シート材識別装置を前記画像形成部の上流に配したことを特徴とする請求項１１記載の画像形成装置。
13. 前記シート材搬送手段は前記画像形成部の上流に配されたローラであり、前記係止部材は前記ローラの駆動軸に取り付けられていることを特徴とする請求項１２記載の画像形成装置。
    

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