JP2009102133A - 給紙装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使いやすい用紙サイズ検知機構を具備した給紙装置、及び、その給紙装置を備えた画像形成装置を提供すること。
【解決手段】用紙を載置する用紙載置手段と、載置された用紙の側面に当接するガイド部材と、当該ガイド部材の位置を検出する変位センサとを有し、検出される前記位置により、予め設定されている定形サイズの内の何れに該当するかを判別する用紙サイズ検知機構を有する給紙装置において、対応する用紙サイズ幅の最大最小間距離と、前記変位センサの使用範囲とがほぼ等しくなるように、かつ、互いに最も近接する２種類の定形サイズ幅が、前記変位センサの最小分解能より大きくなるように、前記ガイド部材の移動量に対する前記変位センサの変化量を局所的に増大させることを特徴とする給紙装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像を記録する用紙サイズを検知する用紙サイズ検知機構、用紙サイズ検知機構を備えた給紙装置、用紙サイズ検知機構を有する給紙装置および当該給紙装置を具備する画像形成装置に関する。

従来、用紙サイズ検知を行う機構においては、図３に示すように、ガイド部材を矢印Ｘ方向にスライドさせ載置された用紙の側面に当接し、ガイド部材に係合するスライド式可変抵抗器の摺動子を移動させを抵抗値を変化させる方法か、または、回転式可変抵抗器（ボリューム）の抵抗値を変化させる方法かで、側面ガイド板位置→可変抵抗の位置（位相）→電圧検知の順に、出力電圧から用紙サイズを計算する方法が採用されている。すなわち、側面ガイド板の移動する全領域を可変抵抗の移動範囲に割り当てて設計されている。

このような用紙サイズ検知機構においては、側面ガイドの位置Ｘに対する可変抵抗（位相）、および可変抵抗の位置（位相）と出力電圧Ｖとの関係によって、図４に示すようなＶ＝βＸのような線形関係が導き出される。これは図４（ａ）上では理想曲線Ｒ１のように表される。

図３は、従来の用紙サイズ検知を行う機構の例を示す図である。

図４は、側面ガイド板の位置と変位センサの出力電圧のバラツキを説明するための図である。

しかし、実際には、可変抵抗部品の出力特性のずれ（個体差や経時劣化等による。）や、ラックとピニオンとのバックラッシュ等の機械的なガタ等が原因で、実際には、Ｒ２のような、Ｒ１から若干ずれた非線形特性を呈することとなる。このずれは個体差による要因を含んでおり、設計者が全ての製品個体に対し、このずれ量を予知することは不可能である。

そのため、可変抵抗の保証精度やバックラッシュの許容最大値などから、予測される最大ずれ量αを規定し、出力特性は予測最大値Ｒｍａｘ＝βＸ＋αからＲｍｉｎ＝βＸ−αまでの範囲にあるとしてサイズ検知の制御理論を作成する。

このような場合、例えば１２インチ（１２”）幅の用紙の出力電圧はＶ１〜Ｖ２と想定でき、Ａ４幅の用紙の出力電圧はＶ３〜Ｖ４と想定できるが、Ｖ３〜Ｖ２の領域が重なっている場合、いずれのサイズであるか判別不可能となる。

また、視点を変えると、入力電圧と用紙サイズの検知バラツキは図４（ｂ）のようになる。

図４（ｂ）は、用紙サイズを判別する制御から考えた図である。この制御は、入力された電圧から用紙サイズを逆算するため、ある電圧Ｖ０が入力されたとき、用紙幅はＸ１〜Ｘ２の範囲ｅにあると推定できる。互いに接近した定形サイズの差がこの範囲幅ｅより狭いと、この装置では判別不可能となる。すなわち、この装置の最小分解精度はｅとなる。

分解精度を向上させるためにはｅを狭くすればよいが、そのためには高分解能のセンサで精度を上げたり、バックラッシュを詰めてガタを小さくしたり、という手段が考えられるが。高分解能のセンサはコストが高く、機構のガタを詰めると今度は側面ガイドのスライド動作が重くなり、操作性に支障を来す等の問題が発生する。

このため、通常の分解能のセンサを用いた一般的な給紙装置及びこれを備えた画像形成装置では、仕向地の仕様によって優先的に判別する定形サイズを切り分けたり、ユーザが優先的に自動検知したいサイズを選び、操作パネル等で当該サイズを選択することによって、近接したサイズの判別を行っている。しかし、前者のやりかたでは誤作動や誤設定による紙詰りや画像欠け等が発生したり、後者の方は、操作に手間がかかる問題がある。

分解能の高いセンサを用いることなく、精度良く用紙サイズを判別する方法として、異なる２点のガイド部材の幅に対応するセンサのアナログ出力値を実測して、これによって用紙サイズを算出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−１８７４４４号公報

しかしながら、上記提案の方式では、実測した２点の間に存在する非線形特性（ずれ量）までを予測することは不可能であり、また、実測時点から経時劣化によってずれるバラツキ量を考慮しておらず、特定の紙サイズや一定期間使用後に誤検知が発生するおそれがある。この紙サイズを誤検知すると、紙詰まりや画像欠け等の原因となる。

本発明は、コストのかかる高分解能のセンサを用いることなく、通常の分解能のセンサを採用しても、近接した定形サイズを精度良く検知することができる用紙サイズ検知機構を有する給紙装置、及び、その給紙装置を具備する画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的は、下記の構成によって達成される。

（１）用紙を載置する用紙載置手段と、載置された用紙の側面に当接するガイド部材と、当該ガイド部材の位置を検出する変位センサとを有し、検出される前記位置により、予め設定されている定形サイズの内の何れに該当するかを判別する用紙サイズ検知機構を有する給紙装置において、対応する用紙サイズ幅の最大最小間距離と、前記変位センサの使用範囲とがほぼ等しくなるように、かつ、互いに最も近接する２種類の定形サイズ幅が、前記変位センサの最小分解能より大きくなるように、前記ガイド部材の移動量に対する前記変位センサの変化量を局所的に増大させることを特徴とする給紙装置。

（２）前記（１）に記載の給紙装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

コストのかかる高分解能のセンサを用いることなく、通常の分解能のセンサを採用しても、近接した定形サイズを精度良く検知することができ、誤作動や誤設定による紙詰りや画像欠け等の発生を防止でき、用紙選択操作が簡易化される。

図１は、本発明に係わる用紙サイズ検知機構を有する給紙装置を具備した画像形成装置を示す図である。

図１において、本発明に係わる用紙サイズ検知機構を搭載する画像形成装置Ａは、両面原稿自動送り装置ＲＡＤＦ、装置本体Ａ１等からなっている。

両面原稿自動送り装置ＲＡＤＦは、装置本体Ａ１の上部に配置され開閉可能となっている。原稿給紙台ａの原稿は、給紙ローラｂおよび搬送ドラムｅに搬送され、原稿が搬送される。

次に、装置本体Ａ１は、画像読み取り装置１、制御手段２、画像書き込み装置３、画像形成部４、給紙装置５、搬送手段６、定着装置７、排紙手段８、再搬送手段９等で構成されている。

画像読み取り装置１の光学系は、光源と第１ミラーを備える露光ユニット１４、第２ミラーと第３ミラーから成るＶミラーユニット１５、レンズ１６、ＣＣＤイメージセンサ１７により構成されている。両面原稿自動送り装置ＲＡＤＦによる原稿の読み取りは、露光ユニット１４がスリット露光用ガラス１３の下方の初期位置に停止した位置において行われる。原稿台ガラス１１上の原稿の読み取りは、露光ユニット１４及びＶミラーユニット１５を移動させながら行われる。

画像読み取り装置１において読み取られた原稿画像の画像情報は制御部２により画像処理が行われ、画像データとして信号化され、一旦、制御手段２中のメモリに格納される。画像書き込み手段３に含まれる図示しない半導体レーザからの出力光が、感光体である感光体ドラム２１に照射され静電潜像を形成する。

画像形成部４においては、感光体ドラム２１の表面に帯電器２２により帯電がなされ、画像書き込み手段３の半導体レーザからのレーザ光の照射により静電潜像が形成される。

次に現像装置２３により前記静電潜像がトナーで現像されてトナー像となる。当該トナー像は、本発明に係わる用紙サイズ検知機構を有するである給紙装置５から搬送された用紙Ｐ上に転写器２９Ａにより転写される。なお、用紙サイズ検知機構の詳細については後述する。トナー像が転写された用紙Ｐは、分離器２９Ｂにより感光体ドラム２１表面から剥離される。その後、クリーニング装置２６により感光体ドラム上の転写残トナーが除去される。トナー像が転写された用紙Ｐは、搬送手段６により搬送され、定着装置７で、加熱ローラ７Ａと加圧ローラ７Ｂによって定着され、排紙手段８により排紙トレイ８０へ搬送される。

なお、両面コピーの場合は、第１面に画像形成された用紙Ｐは、搬送路切り替え板８２により再搬送手段９Ａに送り込まれ、反転され、再び画像作成部４において第２面に画像形成後、排紙手段８により排紙トレイ８０へ搬送される。

以下、本発明に係わる用紙サイズ検知機構について図２を基に説明する。

図２は、図１における給紙トレイの側面ガイド板スライド機構及びスライド式変異センサを用いた用紙サイズ検知機構を示す図である。

図２（ａ）は給紙トレイの上面から視た図である。図２（ｂ）は用紙搬送方向に向かって後方から視た断面図である。

以下、側面ガイド板スライド機構及びスライド式変位センサを用いた用紙サイズ検知機構について説明する。

図２（ａ）、図２（ｂ）において、給紙装置５は、側面ガイド板５０Ａ、５０Ｂと、用紙サイズ検知機構を構成するラック５２Ａ、５２Ｂ、ピニオン５５、変位センサであるスライド式の可変抵抗５６等と、用紙載置手段である給紙トレイ５１と、等から構成される。

前記側面ガイド板５０Ａ、５０Ｂは、給紙トレイ５１面を不図示のガイド部材に沿って矢印Ｘ方向に摺動し、給紙トレイ５１に載置された用紙束の側端部に突きあてて整合する。当該側面ガイド板５０Ａ、５０Ｂには取り付け部材５３Ａ、５３Ｂを介してラック５２Ａ、５２Ｂが取り付けられ、双方のラックに、前記給紙トレイ５１に取り付けられた軸５４に軸着されたピニオン５５が係合している。前記側面ガイド板５０Ａ、５０Ｂの摺動に際して前記取り付け部材５３Ａ、５３Ｂはガイド溝ｇ１に沿って位置を変えることになる。また、前記側面ガイド板５０Ｂには変位センサである可変抵抗５６が固定され、当該可変抵抗５６はスライド式であり、その摺動子５６Ａは前記側面ガイド板Ｂに設けられたガイド溝ｇ２を通して前記給紙トレイ５１に設けられたカム溝Ｃに係合している。すなわち、前記側面ガイド板５０Ｂをスライドさせると、ピニオン５５を介して側面ガイド板５０Ａは反対方向に移動（スライド）し、同時に、前記摺動子５６Ａは前記カム溝Ｃ１によって前記可変抵抗５６の抵抗値を変化させ、出力電圧Ｖを変化させる。両側面ガイド板５０Ａ、５０Ｂは、各サイズの用紙束ＰＴを挟み込んで整合し、そのときの抵抗値に対応する出力電圧Ｖは制御手段２（図１参照）に伝達され、予め設定（記憶）されている定形サイズの電圧に対応するものの中から該当するサイズを決定し、その情報を基に画像形成ジョブの開始可能にする。なお、対応する用紙サイズ幅の最大最小間距離と変位センサの使用範囲はほぼ等しくなるように設計されている。

しかしながら、図３、図４で説明したが、従来、ガイド部材を矢印Ｘ方向にスライドさせ、載置された用紙束の側面に突き当て、摺動子を介して可変抵抗器の抵抗値に対応した出力電圧から用紙のサイズを検知するため、用紙幅Ｄが接近した定形サイズ間では、用紙幅Ｄの差が検出精度外（図４（ｂ）で用紙幅差ｅより小さい値）の用紙がある場合に判別することが不可能となる問題が生じる。

例えば、ハガキ（Ｄ＝１００ｍｍ）から１３”（Ｄ＝３３０．４ｍｍ）まで対応するトレイの場合、側面ガイド板の全移動距離は２３０．４ｍｍとなる。また、変位センサの保証最大ずれ量が最大出力値に対して±２．５％（最大最小間差５％）のずれ量であったとする。このトレイの側面ガイド移動領域２３０．４ｍｍに変位センサの全使用範囲を割り当てた場合、センサ分解能は２３０．４ｍｍ×５％＝１１．５２ｍｍとなる。すなわち、互いの幅の差が１１．５２ｍｍ未満の定形サイズ同士は判別が不可能となる。例えば、Ａ４版横（Ｄ＝２９７ｍｍ）と１２”（Ｄ＝３０４．８ｍｍ）とｐでは、その差分ｍ＝７．８ｍｍであるため、図４（ａ）のＶ３〜Ｖ２のように出力電圧がオーバーラップする領域が生じてしまい、判別できない。

その一方で、Ａ５版（Ｄ＝１４９ｍｍ）とＢ５版縦（Ｄ＝１８２ｍｍ）とでは、差分ｍ＝３３ｍｍとなり、センサの分解能１１．５２ｍｍに対して十分余裕を持った状態となっている。

そこで、図５のラインＲ３に示すように、Ａ４版縦から１２”までを含む局所的な領域だけ、７．８ｍｍの差分で、センサの出力に５％以上の出力差が生じるように、側面ガイド板の単位当たりの移動量に対する出力電圧Ｖの変化量を大きくすると、このサイズ間だけ分解能が向上し、これらのサイズが判別可能となる。

図５は、本発明によってサイズ検知能力を局所的に向上させる対策が取られた場合の用紙差分と出力電圧の関係を示す図である。

この局所的な増大を行う箇所は１箇所に限らず、複数箇所設けてもよいし、この局所的な増大量を大きくすればするほど、増大した領域での分解能は向上する。しかし反面、増大していない領域での分解能が低下することになるため、低下した分解能でもその他のサイズを識別可能かどうか、注意を払う必要がある。

本実施の形態においては、図２の円Ｆ内で示すように、分解能を上げる必要のある箇所は局所的に高い傾斜角度（変動勾配）をもつカム溝Ｃ１にすることによって、近接した用紙幅同士に対応する摺動子の位置（ｐ１，ｐ２）判別を可能し、誤検知による不都合を防止することができる。

また、図８に示すように、ガイド部材である側面ガイド板５０Ｂに一体でカム溝Ｃ２をもつカム板５０Ｃを設け、側面ガイド板以外の部材（、例えば、給紙トレイ５１）に可変抵抗５６を固定して、カム溝Ｃ２に可変抵抗５６の摺動子５６Ａを係合させ、側面ガイド板５０Ｂを移動させることによって図２の機構と同様な効果が得られる。

図８は、側面ガイド板側にカム溝を設けた例を示す図である。

以上、スライド式可変抵抗器を例に説明したが、回転式可変抵抗器（以下、ボリュームという。）を用いた場合についても側面ガイド板の単位当たりの移動量に対するボリュームの変化量を上げることが可能である。

図６は、図２の側面ガイド板スライド機構にボリュームを用いた用紙サイズ検知機構を示す図である。

図６において、側面ガイド板５０Ａ、５０Ｂとラック５２Ａ、５２Ｂ、及びピニオン５５との係合および作動関係は図２と同じ故、説明は省略する。

本機構においては、回転式可変抵抗であるボリューム７２の抵抗可変軸７４に偏芯カム７５を軸止し、ラック５２Ａ（側面ガイド板５０Ａ）の移動に連動して、偏芯カム７５を回動する方法である。

７０はボリューム支持板で、当該ボリューム支持板７０の一方の端部には軸受スリーブ７１が嵌着され、他方の端部にはボリューム７２が取り付けられている。ボリューム支持板７０は、給紙トレイ５１に嵌着された軸受スリーブ７１に軸着されている。また、前記軸受スリーブ７１にはコイルバネ７６が捲着され、当該コイルバネ７６の一方の端部は給紙トレイ５１に設けられたストッパピンｋ１に掛けられ、他方の端部は前記ボリューム支持板７０に設けられたストッパピンｋ２に掛けられ、前記ボリューム支持板７０が支持軸７３を支点として矢印Ｙ方向に回動するよう作用し、偏芯カム７５がラック５２Ａのエッジ部ｗを押圧している。当該エッジ部ｗと偏芯カム７５のカム面とは、互いにスリップ防止のため表面はギア状の凹凸が施されており、前記偏芯カム７５の回動ともに前記偏芯カム７５は、用紙幅に対応して所定の位相で、前記ラック５２Ａのエッジ部の所定の位置に係合され、前記側面ガイド板５０Ａの移動と共に回動し、ボリューム７２の抵抗値が変化する。

前述したが、従来の図３に示すボリュームの抵抗可変軸に軸止されたピニオンが側面ガイド板と一体のラックに係合した機構では、ボリュームでも可変抵抗の全変動範囲内での非線形特性から検出精度が規定され、用紙幅Ｄが接近した定形サイズ間では、用紙幅Ｄの差が検出精度外にある用紙の場合に、用紙間の判別をすることが不可能となる問題が生じる。

この問題を防止するため、特に、前記偏芯カム７５は、近接した用紙幅の定形サイズの用紙サイズに対応して回転角度の変化量が所定の量だけ大きくなるようなカム形状になっている。これによって検出精度を上げることができる。

以下、図６を基に、前記偏芯カムについて説明する。

図６は、図６（ａ）の偏芯カム近傍のＧ部を拡大した図である。

図６、図７において、前記偏芯カム７５は、局所的に変化量を大きくした異形形状に加工されており、前記コイルバネ７６（図５参照）によってラック５２Ａのラックに対するエッジ部ｗに押圧している。前記偏芯カム７５は、用紙幅Ｄが接近した定形サイズ間で分解能を上げるために局所的に小半径ｒとなる位相に合わされ、ラック５２Ａの所定の位置に当接させる。また、分解能を上げる必要のない用紙では通常半径Ｒにして各用紙サイズに合った位相でラック５２Ａの所定の位置に当接させる。

なお、図６では、給紙トレイ５１側に偏芯カム機構を配置したが、ラック側（側面ガイド板側）に同様な機構の偏芯カム７５を配置し、偏芯カム７５に当接する部材を給紙トレイ５１側に設けてもよい。

以上、上記の方法によって、通常の分解能をもつボリュームを採用しても近接した定形サイズを精度良く検知することが可能となる。

本発明に係わる用紙サイズ検知機構を有する給紙装置を具備した画像形成装置を示す図である。 図１における給紙トレイの側面ガイド板スライド機構及びスライド式変異センサを用いた用紙サイズ検知機構を示す図である。 従来の用紙サイズ検知を行う機構の例を示す図である。 ラック移動量に対する出力電圧のバラツキについて説明するための図である。 本発明によってサイズ検知能力を局所的に向上させる対策が取られた場合の用紙差分と出力電圧の関係を示す図である。 図２の側面ガイド板スライド機構にボリュームを用いた用紙サイズ検知機構を示す図である。 図５（ａ）の偏芯各近傍のＧ部を拡大した図である。 側面ガイド板側にカム溝を設けた例を示す図である。

符号の説明

５１ 給紙トレイ
５０Ａ、５０Ｂ 側面ガイド板
５２Ａ、５２Ｂ ラック
５４ ピニオン
５６ 可変抵抗
７０ ボリューム支持板
７１ 軸受スリーブ
７２ ボリューム
７４ 抵抗可変軸
７５ 偏芯カム
７６ コイルバネ

Claims (7)

1. 用紙を載置する用紙載置手段と、載置された用紙の側面に当接するガイド部材と、当該ガイド部材の位置を検出する変位センサとを有し、検出される前記位置により、予め設定されている定形サイズの内の何れに該当するかを判別する用紙サイズ検知機構を有する給紙装置において、対応する用紙サイズ幅の最大最小間距離と、前記変位センサの使用範囲とがほぼ等しくなるように、かつ、互いに最も近接する２種類の定形サイズ幅が、前記変位センサの最小分解能より大きくなるように、前記ガイド部材の移動量に対する前記変位センサの変化量を局所的に増大させることを特徴とする給紙装置。
2. 前記変位センサは、スライド式可変抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の給紙装置。
3. 前記用紙サイズ検知機構は、前記ガイド部材に前記スライド式可変抵抗を設け、前記ガイド部材以外の部材にカム溝を設けて前記スライド式可変抵抗と前記カム溝とを係合させ、前記ガイド部材の移動量を検知する方式であって、前記カム溝の傾斜角度を変化させることによって前記スライド式可変抵抗の変化量を検知することを特徴とする請求項１または２に記載の給紙装置。
4. 前記用紙サイズ検知機構は、前記ガイド部材にカム溝を設け、前記ガイド部材以外の部材に前記スライド式可変抵抗を設けて前記スライド式可変抵抗と前記カム溝とを係合させ、前記ガイド部材の移動量を検知する方式であって、前記カム溝の傾斜角度を変化させることによって前記スライド式可変抵抗の変化量を検知することを特徴とする請求項１または２に記載の給紙装置。
5. 前記変位センサは、回転式可変抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の給紙装置。
6. 前記用紙サイズ検知機構は、前記ガイド部材の移動と共に回動する偏芯カムの回動軸に連動した前記回転式可変抵抗を設けて、前記回転式可変抵抗にて前記ガイド部材の移動量を検知する方式であって、前記偏芯カムの回動角度を変化させることにより前記回転式可変抵抗の変化量を検知することを特徴とする請求項１または５に記載の給紙装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の給紙装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images