JP2007033841A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】媒体の種類検出と通過タイミングの検出とを一つのセンサで行うこと。
【解決手段】本発明は、媒体Ｐの搬送路に設けられ、この媒体Ｐを検出するセンサを備えた画像形成装置において、センサが、媒体Ｐの種類を検出する種類検出用センサとして用いられるとともに、媒体Ｐの搬送路上の通過タイミングを検出するレジセンサとしても用いられるものである。特に、このセンサとして、発光部１から媒体Ｐの搬送路に向けて略垂直に出射した光を、搬送路を複数回跨ぐよう反射させ受光部２にて取り込む回帰反射型のものを用いるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、媒体が搬送路を通過する際に媒体の種類を検出するとともに、媒体の通過タイミングを検出するセンサを備えた画像形成装置に関する。

従来、複写機などの画像形成装置において、媒体となるシート材（用紙やＯＨＰフィルム等）の搬送経路にセンサを配置し、搬送経路を通過する媒体をセンサで検出して後段の処理のタイミングを調整することが行われている。

このセンサとしては接触式と非接触式とがあるが、媒体に対して不要な抵抗を与えない非接触式のセンサが多く用いられる。非接触式のセンサとしては光センサが主流であり、発光部から受光部にかけて出射される光の透過や反射による光量変化を受光部によって取り込み、媒体の通過、不通過の検出を行っている。

近年では、媒体の搬送路の一方側に発光部および受光部を配置し、他方側に直角プリズム等のリフレクタを設けて光を折り返し、光を媒体の搬送路を挟んで受光部へ導く回帰反射型センサを用いるものも考えられている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開２００３−４０４８６号公報 特開平７−１２５８８０号公報

しかしながら、媒体を検出するセンサとしては、媒体の種類を検出する種類検出用センサと、媒体の通過タイミングを検出するレジセンサとの両方を各々設けていることから、コスト高となるとともに、媒体の姿勢を安定させる必要があるレジロール手前にセンサを２個設けることで、媒体のシュートの切り欠き等が大きくなり、媒体のアライメント性能に悪影響を及ぼす原因となっている。また、後段の画像処理機構の近傍にセンサを設ける必要があるため、２個のセンサを設けるとそれだけスペースを必要とし、機器の小型化の妨げとなる。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、媒体の搬送路に設けられ、この媒体を検出するセンサを備えた画像形成装置において、センサが、媒体の種類を検出する種類検出用センサとして用いられるとともに、媒体の搬送路上の通過タイミングを検出するレジセンサとしても用いられるものである。

このような本発明では、媒体を検出する１つのセンサに、媒体の種類を検出するための種類検出用センサとしての役割と、媒体の通過タイミングを検出するためのレジセンサとしての役割との両方を兼用させているため、１つのセンサによって媒体の種類検出およびレジのタイミング検出の両方を行うことができ、センサの個数を減らすことができるようになる。

特に、このセンサとして、発光部から媒体の搬送路に向けて略垂直に出射した光を、搬送路を複数回跨ぐよう反射させ受光部にて取り込む回帰反射型のものを用いることで、媒体の光透過率の相違による種類の判別を的確に行うことができるとともに、媒体の種類にかかわらず通過タイミングも正確に検出できるようになる。

したがって、本発明によれば、１つのセンサで媒体の種類と通過タイミングとの両方を検出できるため、画像形成に必要なセンサの個数を減らすことが可能となり、機器のコストダウンおよび省スペース化を図ることが可能となる。また、レジロール手前に設けるセンサを１個にできるため、媒体のシュートの切り欠き等を小さくでき、媒体のアライメント性能に対する悪影響を軽減して、画像処理性能の向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る画像形成装置の主要部である媒体検出装置を説明する模式図である。すなわち、本実施形態に係る媒体検出装置は、主としてシート状の媒体（用紙等）Ｐを検出するため媒体Ｐの搬送路に設けられるもので、搬送路を複数回跨ぐよう光を反射させるセンサＳと、センサＳの出力信号のレベル変化に応じて媒体の種類を判断する判断部３とを備えている。

センサＳは回帰反射型センサであり、搬送路の一方側に発光部１と受光部２とが設けられ、搬送路の他方側に第１反射部１１および第２反射部１２が設けられた構成となっている。なお、第１反射部１１および第２反射部１２としては、直角プリズムやリフレクタが用いられる。

回帰反射型のセンサＳでは、発光部１から搬送路に向けて略垂直に光を出射し、搬送路の他方側に設けられた第１反射部１１で光を略直角に反射し、第２反射部１２で光をさらに略直角に反射することで、搬送路の一方側へ戻し、受光部２へ送り込むようになっている。

このような構成により、発光部１から出射された光は第１反射部１１へ向かう際に１度、第２反射部１２から受光部２へ向かう際に１度の合計２度、搬送路を跨ぐ状態となる。したがって、発光部１と受光部２との並び、および第１反射部１１と第２反射部１２との並びを媒体の搬送方向に沿って配置すると（以下、この配置を「直列配置」と言う。）、媒体Ｐの搬送に伴い媒体Ｐが２度光路を遮る状態となる。これにより、受光部２での出力信号のレベル変化が２段階となって現れることになる。ここで、搬送路を跨ぐ光路のうち、発光部１から第１反射部１１へ向かう光路を第１の光路、第２反射部１２から受光部２へ向かう光路を第２の光路とする。

図２は、直列配置の場合の媒体の搬送に伴うセンサの出力レベル変化を説明する図であり、（ａ）はセンサの上側から見た媒体の通過状態を示す模式図、（ｂ）は媒体の通過に伴う検出タイミングと出力レベルの変化を示す図である。なお、図２（ｂ）に示す出力レベルは、受光量が少ないほど大きな出力レベルとなっている。

先ず、媒体Ｐの先端Ｐ１が発光部１より手前にある場合は、発光部１から出射された光がほぼ全て受光部２で取り込まれるため、出力レベルは最低値となる（図２（ｂ）Ａ部参照）。次に、媒体Ｐの先端Ｐ１が発光部１の上にかかると媒体Ｐによって第１の光路が媒体Ｐの搬送とともに徐々に遮られていく。これにより、受光部２での光取り込み量も徐々に減っていき、出力レベルが徐々に上昇していく（図２（ｂ）Ｂ部参照）。そして、媒体Ｐが発光部１の上に全てかかると受光部２での光取り込み量は一定となり、出力レベルも一定となる（図２（ｂ）Ｃ部参照）。

次に、媒体Ｐの先端Ｐ１が受光部２の上にかかると媒体Ｐによって第２の光路が媒体Ｐの搬送とともに徐々に遮られていく。この際、媒体Ｐは第１の光路も遮っているため、受光部２での光取り込み量はさらに減っていき、出力レベルは再度上昇していくことになる（図２（ｂ）Ｄ部参照）。そして、媒体Ｐが受光部２の上に全てかかると受光部２での光取り込み量は一定となり、出力レベルも一定となる（図２（ｂ）Ｅ部参照）。

このように、回帰反射型センサを用いることで、媒体Ｐの通過とともに受光部２での出力レベルの変化が階段状となるため、媒体Ｐの光透過率の変化が顕著に現れることになる。図２（ｂ）に示す（１）〜（３）は種類（光透過率）の異なる媒体Ｐを検出した際の出力レベルの変化を示している。本実施形態では、媒体Ｐが２つの光路を遮ることから、光透過率の違いが２倍になって現れることになる。

一方、発光部１と受光部２との並び、および第１反射部１１と第２反射部１２との並びを媒体の搬送方向と略直角な方向に沿って配置してもよい（以下、この配置を「並列配置」と言う。）。このような並列配置にした場合、媒体Ｐの搬送に伴い媒体Ｐが第１の光路および第２の光路をほぼ同時に遮る状態となる。これにより、受光部２での出力信号のレベル変化は１段階となるが、媒体Ｐが２つの光路を同時に遮ることから短時間で大きなレベル変化を得ることができる。

図３は、並列配置の場合の媒体の搬送に伴うセンサの出力レベル変化を説明する図であり、（ａ）はセンサの上側から見た媒体の通過状態を示す模式図、（ｂ）は媒体の通過に伴う検出タイミングと出力レベルの変化を示す図である。なお、図３（ｂ）に示す出力レベルは、受光量が少ないほど大きな出力レベルとなっている。

先ず、媒体Ｐの先端Ｐ１が発光部１より手前にある場合は、発光部１から出射された光がほぼ全て受光部２で取り込まれるため、出力レベルは最低値となる（図３（ｂ）Ａ部参照）。次に、媒体Ｐの先端Ｐ１が発光部１の上にかかると媒体Ｐによって第１の光路および第２の光路が媒体Ｐの搬送とともに遮られていく。これにより、受光部２での光取り込み量も徐々に減っていき、これに伴い出力レベルが上昇していく（図３（ｂ）Ｂ部参照）。そして、媒体Ｐが発光部１の上に全てかかると受光部２での光取り込み量は一定となり、出力レベルも一定となる（図３（ｂ）Ｃ部参照）。

このように、回帰反射型センサを並列配置すると、媒体Ｐの通過とともに第１の光路および第２の光路の両方がほぼ同時に遮られる状態となるため、図２に示す直列配置の場合に比べて出力レベルが急激に変化し、短時間で一定レベルまで達する状態となる。

また、出力レベルが一定となる最大値は、媒体Ｐの光透過率によって異なる。図３（ｂ）に示す（１）〜（３）は種類（光透過率）の異なる媒体Ｐを検出した際の出力レベルの変化を示している。図２に示す直列配置に比べて図３に示す並列配置では、媒体Ｐが２つの光路を同時に遮ることから、光透過率の違いが瞬時に現れることになる。

本実施形態では、このような媒体Ｐの種類（光透過率）の違いによって生じる光透過量の相違を受光部２での出力信号のレベル変化としてとらえ、その出力信号のレベル変化の相違によって判断部３が媒体Ｐの種類を判断するとともに、媒体Ｐの通過を検知して、後段のレジ合わせに寄与している。

図４は、出力レベルの変化の相違による媒体の判断手法を説明する模式図である。ここでは、図２（ｂ）に示す（１）、（２）の信号のＢ部でのレベル変化を用いて媒体の種類を判断する例を説明する。ただし、図３（ｂ）に示す（１）、（２）の信号のＢ部でのレベル変化であっても同様である。

上記のように、媒体Ｐの種類（光透過率）の違いによって受光部２までの光透過量が変わり、これにより受光部２での出力信号のレベル変化が相違するため、判断部３は、予め設定された一定レベル（閾値）に達するまでの検出タイミングを測定し、この検出タイミングによって媒体Ｐの種類を判断する。

例えば、（１）の信号では、検出タイミングＴ１で一定レベルに達し、（２）の信号では、検出タイミングＴ２で一定レベルに達している。つまり、媒体Ｐの透過率が低いほど信号レベルの変化率が大きいため、早いタイミングで一定レベルに達することになる。これを利用して、出力レベルの変化が始まるタイミングＴ０から検出タイミングＴ１で一定レベルに達した際には（１）に対応した種類の媒体Ｐであると判断し、検出タイミングＴ２で一定レベルに達した際には（２）に対応した種類の媒体Ｐであると判断することができる。

なお、階段状に出力信号のレベルが変化する直列配置の場合、出力レベルの最初の変化区間（図２（ｂ）に示すＢ部）で信号が一定レベルに達しなくても、次の変化区間（図２（ｂ）に示すＤ部）まで検出タイミングを検知すると、光透過率の高い媒体Ｐであっても種類を判断することができる。これにより、本実施形態では光透過率の低い普通紙から、トレーシングペーパ、さらには光透過率の高いＯＨＰフィルムであっても種類を判別することが可能である。

さらに、上記媒体の種類の判別方法と同様に、出力信号が一定レベルに達した段階で媒体Ｐが通過したことを検出する。これにより、媒体Ｐの種類に関わらず媒体Ｐの通過を検出できるようになる。

また、本実施形態では第１反射部１１および第２反射部１２を用いて発光部１から出射した光を搬送路を２回跨ぐよう構成したが、さらに多くの反射部を用いて３回以上搬送路を跨ぐよう構成してもよい。これにより、跨ぐ回数に応じて受光部２での出力レベルの変化の階段数が多くなり、より高い光透過率の媒体であっても検出できるようになる。

図５は、判断部による搬送速度の演算手法を説明する模式図である。すなわち、先に説明したように、直列配置の場合には媒体Ｐの搬送に伴い受光部２の出力レベルが階段状に変化することから、この階段状の変化の検出タイミングを用いて媒体Ｐの搬送速度を計算することができる。

例えば、図２に示す媒体Ｐの先端Ｐ１が発光部１の上を通過し始めると、図５に示す検出タイミングｔ１で出力レベルの上昇が始まり、媒体Ｐが発光部１の上を完全にふさぐと検出タイミングｔ２で出力レベルが一定となる。そして、媒体Ｐがさらに進み、先端Ｐ１が受光部２の上を通過し始めると検出タイミングｔ３で出力レベルが再び上昇し、受光部２の上を完全にふさぐと検出タイミングｔ４で出力レベルが一定となる。

このうち、例えば検出タイミングｔ２から検出タイミングｔ４までの時間を計数すると、媒体Ｐが発光部１をふさいでから受光部２をふさぐまでの時間が分かり、発光部１と受光部２との間隔（距離）とこの時間とで媒体Ｐの搬送速度を演算できることになる。

判断部３は、受光部２から出力される信号のレベル変化を検知して、検出タイミングｔ２とｔ４との時間を計数し、予め設定された発光部１と受光部２との距離の値を用いて媒体Ｐの搬送速度を演算する。媒体Ｐの搬送速度が演算されると、その後の画像形成処理のタイミングを調整することが可能となる。

なお、上記の例では検出タイミングｔ２とｔ４との時間によって媒体の搬送速度を演算したが、別の検出タイミングを用いても、その検出タイミングに応じた距離を用いれば同様に演算するが可能である。ただし、検出タイミングおよび対応する距離がある程度（例えば、５ｍｍ〜５０ｍｍ程度）離れている方が精度良く搬送速度を計算することができる。また、図３に示す並列配置の場合でも、例えば図３（ｂ）に示すＢ区間の時間を計測し、発光部１および受光部２の搬送方向に沿った長さを用いて媒体Ｐの搬送速度を演算することも可能である。

図６は、本実施形態の媒体検出装置を画像形成装置に適用した場合の構成例を示す模式図である。この画像形成装置では、媒体Ｐの収納トレイから転写ドラム５１および転写ロール５２に至るまでの搬送経路（図中破線参照）に本実施形態に係る媒体検出装置を適用している。なお、この例では、回帰反射型センサとして、搬送ロール対５５の直後にセンサＳ１、プレレジロール対５４の直後にセンサＳ２、レジロール対５３の直前にセンサＳ３の３つのセンサを配置している。

各センサＳ１〜Ｓ３の出力は判断部３に送られており、ここで媒体の検出タイミング、種類の判断および搬送速度の演算が行われる。各センサＳ１〜Ｓ３による媒体の検出方法は先に説明したものと同じであり、変化する出力レベルを用いて各種の検出を行う。

例えば、搬送ロール対５５によって送られた媒体はセンサＳ１によって検出され、ここで媒体の通過および搬送速度が演算される。判断部３は検出した媒体の通過タイミングおよび搬送速度を調整部４に送る。調整部４は、判断部３から送られた媒体の種類によって画像形成条件の調整を行う。

ここで、媒体を判断できるタイミングは媒体の種類（光透過率）によって異なるため、判断したタイミングのずれを後段の処理に反映させるようにする。具体的には、光透過率の高い媒体の場合は、検知タイミングが遅れる傾向を示すため、検出後、後段の処理で媒体Ｐの先端を検知するタイミングを進める方向へ補正をする。これにより、検出タイミングのずれを補正した精度の高い画像処理が可能となる。

また、プレレジロール対５４の搬送方向下手側に設けられるセンサＳ２では、媒体Ｐの通過タイミングおよび媒体Ｐの種類を判定する。なお、媒体Ｐの種類の判断はレジロール対５３の搬送方向上手側に設けられるセンサＳ３で行ってもよい。これにより、媒体Ｐの種類の検出と媒体Ｐのレジ合わせで用いる通過タイミングの検出とを一つのセンサで兼用できることになる。

また、センサＳ１〜Ｓ３の全てにおいて各センサＳ１〜Ｓ３を通過した際の媒体の搬送速度を判断部３で演算し、調整部４に渡すことで、媒体の搬送速度の変化に逐次対応してその後の処理タイミングを決定することが可能となる。これにより、媒体Ｐの種類の判断とともに搬送速度の演算によって媒体Ｐの種類および搬送速度に対応した精度の高い画像形成を行うことが可能となる。

ここで、本実施形態で適用する媒体検出装置では、センサＳの発光部１としてＬＥＤ光源を用い、このＬＥＤ光源に対して電流量一定のパルス位相幅制御（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）を行うことが望ましい。ＰＷＭ制御では、ＬＥＤ光源に対して安定かつ高精度に出力レベルを調整できる。また、媒体が通過していない場合に発光部から受光部に向けて光を出射し、基準レベルを逐次取り込んでおくと、周囲環境の変化があってもそれを相殺でき、より精度の高い媒体検知を行うことが可能となる。

上記のような媒体検出装置を用いることで、画像記録を行う媒体Ｐの種類を検知するセンサＳによって搬送速度の測定を兼ねることができ、コストを削減および省スペース化を図ることが可能となる。

また、センサＳは、発光部１と受光部２とを有し、媒体Ｐの光透過量によって媒体Ｐの種類を検知するため、普通紙やＯＨＰシート、トレーシングペーパなど、光透過率が異なる種々の媒体であっても精度良く検知することが可能となる。しかも、センサＳは、発光部１より媒体Ｐへ垂直に透過された光を、媒体Ｐを挟んで取り付けられた反射部（第１反射部１１、第２反射部１２）により光を折り返して媒体Ｐを挟んで受光部２へ導くようにしているため、複数回の光が媒体Ｐを通過することになり、透過率の高い媒体（透明なＯＨＰシート等）であっても受光量に大きなゲインを得ることが可能となる。

また、センサＳで媒体Ｐの先端Ｐ１を検知したとき、光透過量に応じて、後段での媒体Ｐの先端Ｐ１の検知タイミングを補正するため、後段での媒体先端検知精度を向上でき、媒体Ｐへ形成する画像のアライメント性能の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、媒体Ｐが通過していない時に発光部１から出射した光を受光部２で取り込み、発光部２で取り込んだ光量をフィードバックするＰＷＭ制御によって、安定した出力レベルを得ることができ、媒体Ｐの種類の検知精度および媒体Ｐの先端Ｐ１の検知精度を向上させることができる。

さらに、センサＳは、媒体Ｐの通過方向に発光部１と受光部２とを並べ、媒体Ｐが光路を通過した回数毎に検知して、受光部２の出力レベルを比較することにより媒体Ｐの種類の検知精度および媒体Ｐの先端Ｐ１の検知精度を向上させることができる。

なお、上記実施形態では、画像形成装置として複写機やプリンタ等の画像出力装置を例として説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばスキャナのような画像入力装置であっても適用可能である。

また、上記実施形態では、媒体検出装置として回帰反射型センサを用いる例を説明したが、本発明は回帰反射型センサ以外の透過型センサや反射型センサであっても媒体Ｐの種類の検出と、後段のレジ合わせに用いる通過の検出とを行うものであれば適用可能である。

本実施形態に係る画像形成装置の主要部である媒体検出装置を説明する模式図である。 直列配置の場合の媒体の搬送に伴うセンサの出力レベル変化を説明する図である。 並列配置の場合の媒体の搬送に伴うセンサの出力レベル変化を説明する図である。 出力レベルの変化の相違による媒体の判断手法を説明する模式図である。 判断部による搬送速度の演算手法を説明する模式図である。 本実施形態の媒体検出装置を画像形成装置に適用した場合の構成例を示す模式図である。

符号の説明

１…発光部、２…受光部、３…判断部、４…調整部、１１…第１反射部、１２…第２反射部、５１…転写ドラム、５２…転写ロール、５３…レジロール対、５４…プレレジロール対、５５…搬送ロール対、Ｐ…媒体、Ｐ１…先端、Ｓ…センサ

Claims (4)

1. 媒体の搬送路に設けられ、前記媒体を検出するセンサを備えた画像形成装置において、
   前記センサは、前記媒体の種類を検出する種類検出用センサとして用いられるとともに、前記媒体の搬送路上の通過タイミングを検出するレジセンサとしても用いられる
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記センサは、発光部から媒体の搬送路に向けて略垂直に出射した光を、前記搬送路を複数回跨ぐよう反射させ受光部にて取り込む回帰反射型から成る
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記センサによる出力信号のレベル変化が始まってから一定レベルに達するまでの時間に応じて前記媒体の種類および前記媒体の通過タイミングを判断する判断手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記発光部は電流パルスの位相幅制御によって駆動される
   ことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
   
   

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