JP2011178542A - 画像形成装置及び用紙長計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】できるだけ早く用紙長を計測することが出来る画像形成装置及び用紙長計測方法を提供する。
【解決手段】給紙カセット内に用紙の積載量に応じて給紙方向の傾き角度が変化する用紙積載板を備え、前記用紙積載板上に積層された用紙を最上位の用紙から順次給紙する給紙手段と、前記給紙手段によって給紙された用紙に、作像部で作像したトナー像を転写して画像形成を行う画像形成手段と、を有する画像形成装置であって、前記用紙積載板に、前記給紙方向の傾き角度の変化を検出する加速度検知センサを設け、前記加速度検知センサと、用紙搬送路下流に設けられた用紙有無検知センサとを用いて、用紙給紙開始後、前記用紙有無検知センサにより用紙先端の通過を検知してから、用紙後端が給紙ローラを抜けた時に発生する用紙積載板の振動を前記加速度検知センサで検出し用紙後端と判断するまでの時間を計測し、用紙長を計測することを特徴とする。
【選択図】図１４

Description

本発明は、画像形成装置及び用紙長計測方法に関し、できるだけ早く用紙長を計測することを目的とする画像形成装置及び用紙長計測方法に関する。

電子写真方式の画像形成装置において、指定された用紙の長さと実際に給紙された用紙の長さが不一致の場合にジャム等の搬送不良や画像位置ずれやトナー汚れ等の不良印刷が大量に発生する問題がある。用紙長を迅速に検出するために給紙経路のできる限り上流側で、かつ、用紙が分離されて搬送される分離領域に設けられたセンサで用紙を検知している時間から、用紙長を計測し不一致を検出する技術が提案されている。

例えば特許文献１では、レジストセンサが用紙を検知している時間（単にオン時間）から用紙の長さを算出し、実際の用紙サイズと指定された用紙サイズと比較して不一致と判定した場合はユーザに知らせる方式が開示されている。

しかしながら、上記のような、用紙が分離されて搬送される分離領域に設けられたセンサで用紙を検知している時間から、用紙サイズを計測し不一致を検出する方式では、用紙が確実に分離された領域のセンサで検出しなければいけないため、検知タイミングが遅いという問題があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、できるだけ早く用紙長を計測することを目的としている。

本発明に係る画像形成装置は、給紙カセット内に用紙の積載量に応じて給紙方向の傾き角度が変化する用紙積載板を備え、前記用紙積載板上に積層された用紙を最上位の用紙から順次給紙する給紙手段と、前記給紙手段によって給紙された用紙に、作像部で作像したトナー像を転写して画像形成を行う画像形成手段と、を有する画像形成装置であって、前記用紙積載板に、前記給紙方向の傾き角度の変化を検出する加速度検知センサを設け、前記加速度検知センサと、用紙搬送路下流に設けられた用紙有無検知センサとを用いて、用紙給紙開始後、前記用紙有無検知センサにより用紙先端の通過を検知してから、用紙後端が給紙ローラを抜けた時に発生する用紙積載板の振動を前記加速度検知センサで検出し用紙後端と判断するまでの時間を計測し、用紙長を計測することを特徴とする。

本発明に係る用紙長計測方法は、給紙カセット内に用紙の積載量に応じて給紙方向の傾き角度が変化する用紙積載板を備え、前記用紙積載板上に積層された用紙を最上位の用紙から順次給紙する給紙手段と、前記給紙手段によって給紙された用紙に、作像部で作像したトナー像を転写して画像形成を行う画像形成手段と、を有する画像形成装置における用紙長計測方法であって、前記用紙積載板に設けられた前記給紙方向の傾き角度の変化を検出する加速度検知センサと、用紙搬送路下流に設けられた用紙有無検知センサとを用いて、用紙給紙開始後、前記用紙有無検知センサにより用紙先端の通過を検知してから、用紙後端が給紙ローラを抜けた時に発生する用紙積載板の振動を前記加速度検知センサで検出し用紙後端と判断するまでの時間を計測し、用紙長を計測するステップを有することを特徴とする。

本発明によれば、できるだけ早く用紙長を計測することが出来る。

この発明による画像形成装置の一実施形態の機能的構成を示すブロック図である。 図１に示した画像形成装置がネットワークを介してＰＣ及びサーバと接続された例を示す図である。 図１に示した画像形成装置がタンデム方式のフルカラープリンタである場合の内部構造を簡略化して示す側面図である。 この発明による画像形成装置における作像と給紙のタイミング関係を示すタイミングチャートである。 この発明による画像形成装置における作像と給紙カセット内に設けた用紙積載板と傾き検知センサ装着部の構成を示す側断面図である。 同じくその用紙積載板上に用紙が積置された状態を示す側断面図である。 傾き検知センサがＭＥＭＳ型加速度センサである場合に加速度成分を測定する３軸方向を示す斜視説明図である。 同じくその傾き検知センサの構成例を示すブロック図である。 傾き検知センサによって検出される傾き角度と給紙カセット内の用紙量との関係を示す説明図である。 給紙カセット内の用紙量がニアエンド、満杯、及び積載量オーバの各状態を簡略化して示す側断面図である。 この発明による画像形成装置における画像形成中の図１に示したＣＰＵによる処理の流れを示すフローチャートである。 この発明による画像形成装置における用紙補給時の図１に示したＣＰＵによる処理の流れを示すフローチャートである。 この発明による画像形成装置においてエンド補正及びニアエンド補正を行う場合の処理手順を示すフローチャートである。 この発明による画像形成装置における用紙長計測のタイミングを示す図である。 この発明による画像形成装置において用紙長計測及び重送判定を行う場合の処理手順を示すフローチャートである。 この発明による画像形成装置において用紙積載板の傾きによる用紙後端判定基準値加速度補正を行う場合の処理手順を示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な実施形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、この発明による画像形成装置の一実施形態の機能的構成を示すブロック図である。
この画像形成装置１００は、ＣＰＵ１０１、プロッタ制御部１０２、画像処理部１０３、記憶部１０４、ネットワーク・インタフェース（Ｉ／Ｆ）制御部１０５、Ｉ／Ｏ制御部１０６、操作・表示部１０７、およびプロッタ１０８を備えたプリンタである。

これらのうちプロッタ１０８以外は、データバスとアドレスバス及びコントロールバスからなるＣＰＵバス１０９によって相互に接続されている。Ｉ／Ｏ制御部１０６には、各種電装品であるセンサや駆動手段としてのドライバが接続されている。ネットワークＩ／Ｆ制御部１０５には、外部機器であるＰＣ（パーソナルコンピュータ）が、ＬＡＮ回線等のネットワークを介して接続される。

ＣＰＵ１０１は、この画像形成装置１００全体の制御を司る。プロッタ制御部１０２は、用紙（記録紙）への書き込み動作を行うプロッタ１０８を制御する。画像処理部１０３は、ネットワークＩ／Ｆ制御部１０５を介してＰＣから送られてきた画像データに対して所定の画像処理を施す。Ｉ／Ｏ制御部１０６は、センサやドライバの制御、および給紙手
段（不図示）が複数ある場合にはその選択なども行う。操作・表示部１０７は、ユーザの操作により各種情報の装置への入力を行うキー及び各種情報の表示を行う液晶表示器等を備えている。記憶部１０４はＲＯＭ、ＲＡＭ、および不揮発ＲＡＭ等からなる。

そのＲＯＭには、ＣＰＵ１０１が実行するプログラムや固定データを記憶する。ＲＡＭには、印刷データを含む一次的なデータ等を記憶し、ＣＰＵ１０１のワーキングメモリとしても使用される。不揮発ＲＡＭには、この発明に使用する後述の角度α、β、−γのデータを含む電源をオフにしても保存する必要があり、更新も可能なデータを記憶する。不揮発ＲＡＭは、電池でバックアップされたＲＡＭでもよい。

この画像形成装置１００はプリンタの例を示したが、図１の各構成に加えてスキャナ部を設け、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能を持つか、あるいはさらにファクシミリ送受信部も設けてファクシミリ機能も持つ多機能デジタル複合機にしてもよい。あるいは単機能の複写機やファクシミリ装置であってもよい。

〔画像形成装置を接続したネットワークの例〕
図２は、画像形成装置１００がネットワークＩ／Ｆ制御部１０５から、ＬＡＮや公衆回線等のネットワーク２００を介してＰＣ（（パーソナルコンピュータ：図示の例ではＰＣ１，ＰＣ２）やサーバ（図示の例ではサーバ１、サーバ２）と接続された例を示す図である。

各ＰＣは画像形成装置１００へ画像データを送信して印刷を実行するほかに、画像形成装置１００の情報を取得してディスプレイに表示したり、画像形成装置１００に対して各種指示や設定を行うことができる。サーバ１は例えば機種データベース用であり、サーバ２は例えばメディアデータベース用である。ＰＣやサーバは任意の数だけ接続できる。

〔画像形成装置の内部構造の例〕
図３は、図１に示した画像形成装置１００がタンデム方式のフルカラープリンタである場合の内部構造（主にプロッタ１０８に相当する部分）を簡略化して示す側面図である。

ここでは、作像処理を行うプロセスカートリッジとしてＡＩＯ（All In One）カートリッジを採用した場合の例を示す。
このフルカラープリンタである画像形成装置１００は、図３に示すように、画像形成部（作像部）が、作像ユニットを内蔵した４つのＡＩＯカートリッジ、すなわちＡＩＯカートリッジ（Ｋ）１、ＡＩＯカートリッジ（Ｃ）２、ＡＩＯカートリッジ（Ｍ）３、ＡＩＯカートリッジ（Ｙ）４と、これらのＡＩＯカートリッジ１〜４の下側に位置する中間転写ベルト５と２次転写体である２次転写バイアスローラ６とを備えている。なお、括弧内のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、それぞれＹはイエロー、Ｍはマゼンタ、Ｃはシアン、Ｋはブラックの各色を意味する。

４つのＡＩＯカートリッジ１〜４は、各々異なる色のトナー像を形成する。すなわち、ＡＩＯカートリッジ１はブラックのトナーを用いて黒のトナー像を、ＡＩＯカートリッジ２はシアンのトナーを用いてシアンのトナー像を、ＡＩＯカートリッジ３はマゼンタのトナーを用いてマゼンタのトナー像を、ＡＩＯカートリッジ４はイエローのトナーを用いて黄色のトナー像を、それぞれ形成する。

これら４つのＡＩＯカートリッジ１〜４の構造は同じであり、それぞれ回転自在な像担持体である円筒形の感光体１ａ，２ａ，３ａ，４ａと、その各感光体の周囲に静電写真プロセスの順に配置された帯電ローラ１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂと、現像装置の現像ローラ１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃと、クリーニング装置１ｄ，２ｄ，３ｄ，４ｄとを備えている。これらの４つの感光体１ａ，２ａ，３ａ，４ａは互いに平行であって、中間転写ベルト５の上面に接するように等間隔に配置されている。

感光体１ａ，２ａ，３ａ，４ａは、画像形成動作の際に、図示しないモータによって例えば周速１２０ｍｍ／ｓｅｃで図３で右回りに回転駆動される。また、各ＡＩＯカートリッジ１〜４にはメーカ情報や感光体駆動時間、トナー使用量等の各種情報を保存しているメモリが内蔵されている。各ＡＩＯカートリッジ装着部には装着検出手段が設けられている。また、装置本体１１０の上部はカバーとなっており、そのカバーを開けてＡＩＯカートリッジ１〜４を着脱可能になっている。

各帯電ローラ１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂは、それぞれ各感光体１ａ，２ａ，３ａ，４ａに圧接されており、感光体１ａ，２ａ，３ａ，４ａに対して従動回転する。そして、各帯電ローラ１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂは、図示しない高圧電源によりＡＣおよびＤＣバイアスが印加され、各感光体１ａ，２ａ，３ａ，４ａの表面を一様に帯電する。

また、４つのＡＩＯカートリッジ１〜４の上側には光書込ユニット９が配置されている。その光書込ユニット９は、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色ごとの画像データに対応するレーザ光ＬＫ，ＬＣ，ＬＭ，ＬＹを各感光体１ａ，２ａ，３ａ，４ａの表面に向けて照射し、各感光体１ａ，２ａ，３ａ，４ａの帯電した表面に静電潜像を形成す
る。この光書込ユニット９としては、レーザ光源やポリゴンミラー等を用いたレーザスキ
ャン方式のものを示しているが、ＬＥＤアレイと結像手段とを組合せた方式のものを用い
てもよい。

各ＡＩＯカートリッジ１〜４の現像装置は、それぞれトナー容器１ｅ，２ｅ，３ｅ，４ｅ内に収容された各色のトナーを、パドル１ｆ，２ｆ，３ｆ，４ｆの回転によって撹拌し、必要な量だけ現像ローラ１ｃ，２ｃ，３ｃ、４ｃに供給して一成分現像を実行する。その各現像ローラ１ｃ，２ｃ，３ｃ，４ｃには、図示しない高圧電源から供給される所定の現像バイアス電圧が印加され、感光体１ａ，２ａ，３ａ，４ａの表面に形成された静電潜像に各色のトナーを付着させてトナー像として顕像化する。

現像バイアスが低すぎると静電潜像が十分にトナー現像されず薄いトナー像になってしまう。また、逆に現像バイアスが高すぎると静電潜像の周辺にもトナーが付着して感光体の地肌汚れが発生してしまう。地肌汚れが発生すると、適正な画像が得られないばかりではなく、不要にトナー消費を早めたり、トナー飛散により装置の故障が発生したり、大量のトナーでクリーニング性能が追いつかずに破壊することもある。

そのため、従来の画像形成装置ではトナー濃度を測定する手段を搭載して、トナーの劣化や感光体の疲労による画像不良を防止するために、現像バイアスの補正を行っている。この装置では、現像バイアスの設定可能範囲を＋３０V〜＋３５０Vとし、デフォルトを＋８０Vとする。

中間転写ベルト５は、駆動ローラ５ａと支持ローラ５ｂとにより張架されている。そして、中間転写ベルト５は、図示しないモータによって矢示方向に回動される。
その中間転写ベルト５の上側部分の内側には、１次転写体である４つの１次転写バイアスローラ５ｃが設けられている。その各１次転写バイアスローラ５ｃは、中間転写ベルト５を介して各々感光体１ａ，２ａ，３ａ，４ａの転写位置に対向配置されている。

各１次転写バイアスローラ５ｃは、図示しない１次転写バイアス印加部によって１次転写バイアス電圧が印加され、各感光体１ａ，２ａ，３ａ，４ａの表面のトナー画像を順次中間転写ベルト５の表面に重ねて転写する。なお、１次転写バイアス印加部は高圧電源である。また、支持ローラ５ｂの上部近傍には、中間転写ベルト５をクリーニングするクリーニング装置７が設けられている。

２次転写バイアスローラ６は、中間転写ベルト５を介して支持ローラ５ｂと対向する位置に設けられている。その２次転写バイアスローラ６は、図示しない２次転写バイアス印加部によって２次転写バイアス電圧が印加され、中間転写ベルト５とによって挟持する記録材である用紙８に中間転写ベルト５上のトナー画像を２次転写する。なお、２次転写バイアス印加部は高圧電源である。

給紙カセット（給紙トレイと称することもある）１０内には用紙８が収容保持され、用紙８は給紙ローラ１１によって最上位の用紙から一枚ずつ分離して給紙される。一枚ずつ分離給紙された用紙８は、用紙搬送路１７中に配設されたレジストローラ１２によって２次転写位置に搬送される。その用紙８の副走査長はレジストセンサ１３と給紙トレイの用紙積載板に設けられた加速度センサによって計測される。レジストセンサ１３は、用紙が分離されて搬送される分離領域に設けられることが必要とされる。

給紙カセット１０内の用紙積載板（図３では図示を省略している）に重力加速度から傾きを検知する傾き検知センサ１６が設けられ、その傾き検知センサ１６の給紙方向の傾きによって用紙残量と共にペーパニアエンド（残用紙が所定枚数以下）及びペーパエンド（用紙なし）も検出する。その詳細は後述する。

また、用紙残量の検出は用紙が給紙ローラ１１を抜けた時の加速度や振動と組み合わせて検出しても良い。

定着装置１４は、トナー像が転写され用紙搬送路１７に沿って搬送させる用紙８を加熱ローラ１４ａと加圧ローラ１４ｂによって挟んで、熱と圧力とを加えることによりトナー像を用紙８に定着する。

図３に示した構成では、２次転写バイアスローラ６は中間転写ベルト５と当接状態となっているが、接離機構を備えている場合は、中間転写ベルト５上の不要なトナーが２次転写バイアスローラ６に転写されないように紙詰まり発生時などの場合には離間させる。

〔画像形成動作の説明〕
次に、このフルカラープリンタである画像形成装置１００の画像形成動作について説明する。画像形成動作は、画像形成モードに応じた色の感光体を中間転写ベルト５に当接させた状態で行われる。光書込ユニット９から画像データに応じたレーザ光ＬＫ，LＣ，ＬＭ，ＬＹが出射され、その各レーザ光が各感光体１ａ，２ａ，３ａ，４ａの表面に照射されることにより、帯電済みの各感光体１ａ，２ａ，３ａ，４ａの表面に静電潜像が形成される。この静電潜像に対して各ＡＩＯカートリッジ１〜４の現像装置の現像ローラ１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃによって供給されたトナーが付着し、トナー像として顕像化される。

そのトナー像は、各感光体１ａ，２ａ，３ａ，４ａと同期して移動する中間転写ベルト５の表面に１次転写バイアスが印加された各１次転写バイアスローラ５ｃの転写作用で順次重ね合わせて１次転写される。このように各感光体の表面に形成された異なる色のトナー像が中間転写ベルト５上に順次重ね合わせて１次転写されることにより、中間転写ベルト５上にはカラートナー像が形成される。なお、単色モードの場合には色は一つとなりトナー像の重ね合わせはない。

中間転写ベルト５上のトナー像は、給紙カセット１０から給紙されて２次転写バイアスローラ６と中間転写ベルト５との間の転写位置に送り込まれた用紙８に２次転写される。この２次転写は、２次転写バイアス電圧が印加された２次転写バイアスローラ６の転写作用で実行される。カラートナー像が転写された用紙８は、定着装置１４で定着処理され、定着処理後に排紙ローラ１８によって、フルカラープリンタの装置本体１１０に設けられた排紙口１５から排紙される。その排紙を排紙センサ１９によって検知する。

用紙８の両面に画像を形成する両面モードの場合は、排紙センサ１９が用紙の後端を検知すると、排紙ローラ１８を逆転させると共に用紙搬送路を用紙反転搬送路２０側へ切り替え、反転搬送ローラ２１を回転させ、片面に画像が形成された用紙を用紙反転搬送路２０を通して反転搬送し、レジストローラ１２に戻し、次の画像を用紙の他方の面に転写させる。用紙反転搬送路２０を搬送される用紙を両面センサ２２が検知する。

このように、通常は用紙給紙よりも先にトナー像を形成する。そのため、トナー像形成後に「用紙なし」が検出されると、作像部によって形成されたトナー像がクリーニングで破棄されてしまうことになる。しかし、常に用紙の有無を確認してから作像を開始すると、作像間隔が開き、生産性が著しく低下するため、一般には用紙の有無を確認せずに用紙給紙よりも先に作像を開始してトナー像を形成している。

この発明による画像形成装置はこの問題を解決し、画像形成の生産性を極力低下させることなく、形成されたトナー像が用紙に転写されずに破棄されることがないようにすることができる。

図４は、この発明による画像形成装置における作像と給紙のタイミング関係を示すタイミングチャートである。

この図４において、（ａ）は時間（秒）、（ｂ）は印刷要求有りの期間、（ｃ）は作像タイミングと作像期間、（ｄ）は給紙タイミングと給紙期間、（ｅ）は残用紙枚数が所定枚数以下になったペーパニアエンド検出後の期間、（ｆ）は残用紙が無くなったペーパエンド（用紙なし）検出後の期間をそれぞれ示している。

給紙カセット１０に所定枚数を超える用紙がある通常用紙量の時は、図４（ｃ）における画像１，２，３のように、用紙の有無を確認することなく作像を先行し、その各画像の転写に間に合うように用紙１，２，３を給紙する。残用紙枚数が所定枚数以下のペーパニアエンドを検出した後は、現在給紙中の用紙が給紙ローラを抜けた後、次の用紙があることを確認（図４では黒丸と矢印で示す）した後作像を開始する。残用紙がなくなり、ペーパエンドを検出すると印刷要求を停止させ、印刷を中断する。このように動作することによって、生産性の低下を抑えながら、不要なトナー像の形成を防止することができる。

上述した実施形態は、この発明をフルカラープリンタに適用した例を説明したが、この発明は、モノクロプリンタにも同様に適用できる。

〔用紙積載状態検知部の構成〕
図５及び図６に、この画像形成装置における給紙カセット１０内に設けた用紙積載板と
傾き検知センサ等からなる用紙積載状態検知部の構成を示す。

給紙カセット（給紙トレイと称することもある）１０内には用紙積載板２５が、その一端部２５ａを軸２６によって給紙カセット１０の両側壁に回動自在に軸支されて設けられており、底面１０ａに対する給紙方向の傾斜角度が自在に変化するようになっている。その用紙積載板２５の他端部２５ｂと給紙カセット１０の底面１０ａとの間に、図１０に示すように圧縮スプリング３０を介装しており、他端部２５ｂが常時上昇する（用紙積載板２５の底面１０ａに対する傾斜角度が大きくなる）ように付勢されている。

その用紙積載板２５の下面側に、センサ支持板２７が一端部（図では左端部）を回動自在に軸支されて設けられ、そのセンサ支持板２７の他端部（図では右端部）との間に引張スプリング２９を介装している。そのセンサ支持板２７の下面に傾き検知センサ１６が固定されており、上面の中央部には上面に垂直に突起２８が固設され、用紙積載板２５に形成された透孔２５cに緩く嵌合している。

センサ支持板２７は、用紙積載板２５に対して矢示Ａ方向に引張スプリング２９によって付勢されているので、用紙積載板２５上に用紙が載置されていない場合には、図５に示すように、突起２８の上端部が用紙積載板２５の上面から突出している。

用紙積載板２５上に１枚以上の用紙８が載置されていると、その重みで図６の矢示Ｂ方向に突起２８が引張スプリング２９の付勢力に抗して押し下げられ、上端部が用紙積載板２５の上面から突出しない状態になる。このように、用紙積載板２５上に用紙８が有るか否かによって、用紙積載板２５とセンサ支持板２７との間の給紙方向の相対角度が大きく変化する。

引張スプリング２９は、用紙１枚でも突起２８が押し下げられなければならないので、例えば通常のフィラー型センサで使用されているような弱いバネを使用する。

この用紙積載状態検知部は、用紙積載板２５上に用紙８が積載されている状態では、図６に示すように用紙積載板２５とセンサ支持板２７とが一定の相対角度を保ったまま、用紙８の積載量に応じた重みで用紙積載板２５が回動して、用紙積載板２５の給紙カセット１０の底面１０ａに対する給紙方向の傾斜角度が変化する。それによって傾き検知センサ１６の傾きも同様に変化するので傾き検出角度が変化し、その検出角度によって用紙積載量を推定算出することができる。

用紙１枚当たりの傾きの変化は極めて僅かであるし、用紙積載量の多い場合と少ない場合とで用紙１枚当たりの傾きの変化量が変わるため正確な用紙残量を算出するのは困難であるが、傾き検知センサ１６による検出角度に基づいて用紙積載量に応じた補正をすることによって用紙残量の概略を算出することはできる。それによって、用紙満杯状態から例えば１０％単位で用紙の減少をバーグラフ等で表示するようなことは可能である。

また、印刷枚数が指定されたときに、それが推定用紙残枚数よりある枚数（最大誤差枚数相当）以上多かった場合には、用紙不足の警告表示をするようなことも可能である。
この用紙積載状態検知部はさらに、給紙カセット１０内の用紙８がすべて給紙されて用紙積載板２５上の用紙がなくなると、図５に示すように突起２８の上端部が用紙積載板２５の上面から突出可能になるため、引張スプリング２９の付勢力によって傾き検知センサ１６が固定されたセンサ支持板２７が用紙積載板２５に接近し、両者の相対角度が小さくなる方向に大きく回動する。そのため、傾き検知センサ１６の傾きが急に増加し、ペーパエンド（用紙なし）を直ちに検出することができる。

上述した用紙積載状態検知部の例は、具体的な例を判り易く説明したが、この発明を実施するために最小限必要なことは、用紙積載板２５に、給紙方向の傾き角度を検出する傾き検知センサ１６を、その用紙積載板２５上に用紙がある間は、図６に示すように傾き検知センサ１６と用紙積載板との給紙方向の相対角度が一定で、用紙積載板２５上に用紙がなくなると、図５に示すようにその相対角度が小さくなる変化をするように設けることである。

そして、上記相対角度が一定の状態で傾き検知センサ１６により検出される傾き角度によって用紙の積載量及び用紙が所定枚数以下のペーパニアエンドを判断し、その相対角度が変化したときに傾き検知センサ１６により検出される傾き角度によって用紙がないペーパエンドを判断する手段（後述するように図１のＣＰＵ１０１で行う）を有することである。

そのため、用紙積載板２５に対する傾き検知センサ１６の取付け構造は種々変更することができ、例えばセンサ支持板２７を設けずに、傾き検知センサ１６を用紙積載板２５に直接回動可能に取り付け、その傾き検知センサの凸部あるいは自由端部を用紙積載板２５の上面から突出可能にしてもよく、用紙積載板２５に透孔２５ｃに代えて切欠き等を形成してもよい。引張スプリング２９に代えて、軸支部に弱い板バネやトーションバネを設けたり、樹脂バネやゴムなどを用いてもよい。

〔（加速度検知センサ）傾き検知センサの構成例〕
図７に（加速度検知センサ）傾き検知センサの概略図を示す。図８に（加速度検知センサ）傾き検知センサのブロックを示す。
（加速度検知センサ）傾き検知センサ１６には、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）型加速度センサを使用し、図７に示すようにＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の３軸方向の重力加速度成分の分力を測定することによって姿勢・傾斜検知を行う。

そのためこの傾き検知センサ１６は、図８のブロック図に示すように、加速度を検出する検出素子１６１と、その検出素子１６１からの信号を増幅する信号増幅回路１６２、増幅された信号を調整して出力する信号調整回路１６３、その出力信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換回路１６４、およびそのデジタル化した３軸方向の重力加速度成分の値から傾きを算出する傾き算出回路１６５から構成されている。

傾き算出回路１６５で算出された傾きの値は、図示していない１２Ｃインターフェースを介して図１に示したＣＰＵ１０１に取り込まれる。なお、傾き算出回路１６５を省略して、Ａ／Ｄ変換回路１６４でデジタル化した３軸方向の重力加速度成分の値を、そのままＣＰＵ１０１に取り込ませ、そのＣＰＵ１０１で傾きを算出するようにしてもよい。本発明では加速度を使用し、用紙積載板の振動を検出する。

検出素子１６１には、静電容量式、ピエゾ抵抗式、熱検知式等のものがあるが、ここではピエゾ抵抗式加速度検出素子を用いるものとする。
ピエゾ抵抗式加速度検出素子は、検出素子の中央に設けた重りをピエゾ抵抗素子を配置した梁によるばね部分で支える構成をとっている。加速度を受けたとき、中央の重りの変動によってばね部分に発生した歪みによるピエゾ抵抗素子の抵抗値変化をブリッジ回路を用いて検出する。

この傾き検知センサ１６は、ＭＥＭＳ技術を用いることにより周辺回路も同時に基板上に形成することができるため、多くの機能を集約できかつ小型で軽量なセンサを製造できる。また、この傾き検知センサ１６とＣＰＵ１０１との通信には、Ｉ２Ｃインターフェースを用いることができるが、周辺装置として送受信回路を備えたワイヤレス回路を内臓したＭＥＭＳ型センサとして、ＣＰＵ１０１側と無線通信を行うようにしてもよい。その場合、ワイヤレス化により通信配線が不要になりセンサ配置の自由度が広がる。

なお、このような３軸加速度センサ等のＭＥＭＳ技術を用いた傾き検知センサは、例えば特開２００７−２７８７５９号公報等に記載されているように公知であるので、詳細な説明は割愛する。但し、この発明に使用する傾き検知センサ１６は図７におけるＸ軸方向（図５、図６に示したように用紙積載板２５に取り付けた状態では給紙方向）の傾斜角度を検出できればよい。

〔検出される傾き角度と用紙量の状態との関係〕
図９は、図５及び図６に示した傾き検知センサ１６によって検出されるＸ軸方向の傾き角度と給紙カセット内の用紙量の状態との関係を示す説明図である。
この図では、傾き検知センサ１６によって検出されるＸ軸方向の傾き角度をθとすると、θ＝０度（水平）を基準位置とし、それから左回転方向の角度をプラス、右回転方向の角度をマイナスとする。

傾き角度θが０度を超えてからβ（ペーパニアエンド判断の閾値）になるまでが通常用紙量の状態であり、０度から−γ（例えばマイナス方向の５度）までは満杯状態である。θが−γをマイナス方向に超えると積載量オーバ状態であり、その状態で給紙させると、不給紙ジャムや用紙のスキュー、折れ、破れ等が発生する可能性が大きいため、警告表示をする必要がある。−γは絶対値が小さな角度であり、用紙積載状態検知部の構成により０度であってもよい。

このように、用紙積載板上の用紙量が満杯のときの傾き角度は、０度あるいは用紙量が減少する場合とは逆方向に傾き検知センサが傾く僅かな所定角度（−γ）までであり、検出された傾き角度がそれを下回った場合、すなわち０度あるいは−γより逆方向に大きな角度になった場合を積載量オーバ状態とする。

傾き角度θがβを超えてα（ペーパエンド判断の閾値）まではペーパニアエンド状態（用紙が所定枚数以下の状態）、αを超えるとペーパエンド（用紙なし）状態である。用紙積載板２５上の用紙がなくなると、前述したように傾き検知センサ１６の傾きが急に大きくなるので、傾き角度θが必ずαを超え、それを検知することができる。

したがって、図９に示す傾き角度θの範囲と給紙カセット内の用紙量の状態との関係は次のようになる。
θ＜−γ ：積載量オーバ
−γ≦θ≦０° ：積載量満杯
０°＜θ≦β ：通常用紙量
β＜θ≦α ：ペーパニアエンド
α＜θ ：ペーパエンド

図５はペーパエンド状態を、図６はペーパニアエンド状態をそれぞれ示している。
また、図１０は用紙を収納した給紙カセットの簡略化した側断面図であり、（ａ）はペーパニアエンド状態、（ｂ）は用紙満杯状態、（ｃ）は用紙積載量オーバ状態をそれぞれ示している。

図１０において図５及び図６と同じ部分には同一の符号を付してある。
図１０において、１１は給紙ローラ、３０は圧縮スプリングで、用紙積載板２５の先端部を押し上げ付勢して、用紙積載板２５に積載された用紙８のうち最上位の用紙の先端部を給紙ローラ１１に押し付けて給紙可能にする。そのため、用紙積載板２５上に積載された用紙８の量によって、用紙積載板２５の傾きが変化し、傾き検出センサ１６の傾きも変化する。

〔フローチャートによる説明〕
次に、この発明による画像形成装置における図１及び図８に示したＣＰＵ１０１による、この発明に関する処理について図１１、図１２によって説明する。

図１１は画像形成中のＣＰＵ１０１による処理の流れを示すフローチャートである。
ＣＰＵ１０１は常時定期的に図８に示した傾き検知センサ１６に対してインタフェースを介して傾き角度を問い合わせる。そして、その傾き角度の情報から給紙カセット内の用紙残量を算出し、通常用紙量の状態においての必要に応じて用紙残量を図１に示した操作・表示部１０７に表示するなどの処理も行うが、図１１ではその処理については省略している。また、ペーパニアエンド判断の閾値となる角度β、およびペーパエンド判断の閾値となる角度αのデータは図１に示した記憶部１０４の不揮発ＲＡＭ（角度記憶手段）に記憶されている。

印刷が指示されると図１１の処理を開始し、先ずステップＳ１１で「傾き＞β」か否かを判断し、傾き（前述した傾き角度θ）がβ以下（ＮＯ）であれば、通常用紙量の状態であるからステップＳ１４へ進んで、用紙の有無を確認することなく作像先行プロセスで作像部に作像を開始させ、ステップＳ１５で所定のタイミングで給紙して、作像部で作像された画像（トナー像）を用紙に転写させる。そして、ステップＳ１６で次の印刷の有無を判断し、無ければ処理を終了するが、有ればステップＳ１１へ戻って上述した処理を繰り返す。

ステップＳ１１の判断で、傾き＞βがＹＥＳになると、ペーパニアエンド状態になったので、ステップＳ１２で先に作像を開始した画像のための用紙が給紙ローラを抜けて給紙完了するのを待ち、給紙完了後ステップＳ１３で「傾き＞α」か否かを判断する。その結果ＮＯであればまだ用紙があるので、ステップＳ１４で作像部に作像を開始させ、ステップＳ１５で所定のタイミングで給紙して、作像部で作像された画像（トナー像）を用紙に転写させる。

そして、ステップＳ１６で次の印刷の有無を判断し、無ければ処理を終了するが、有ればステップＳ１１へ戻って上述した処理を繰り返す。
ステップＳ１３で傾き＞α（ＹＥＳ）になると、ペーパエンド（用紙なし）であるから、ステップＳ１７へ進んで、印刷を中断させて処理を終了する。このとき、例えば図１に示した画像形成装置１００の操作・表示部１０７や図２に示したＰＣのコンソール画面に「トレイ内に用紙がありません。補給してください。」等の警告を表示するとよい。その後、給紙カセットに用紙が補給されると、再びこの処理を再開して残りの印刷を続行することもできる。

このように処理することによって、図４によって説明したように、通常用紙量の状態では作像先行プロセスで、先行する画像に対する用紙の給紙中に次の画像の作像を開始して、生産性の高い連続印刷を行う。その場合、作像開始前のタイミングで用紙の有無を判断しようとしても、そのタイミングでは先行する画像に対する用紙を給紙中であり、これから作像しようとする画像に対する用紙の有無を確認することはできないので、用紙の有無は確認しない。

ペーパニアエンド状態になると、先行する画像に対する用紙の給紙完了後、用紙がある（傾き＞αでない）ことを確認した後、作像動作を開始し、その作像した画像に合うタイミングで給紙を開始する。ペーパエンドであれば印刷を中断して作像を開始しない。それによって、作像したトナー像を転写できずに廃棄する無駄が発生しなくなる。

また、傾き検知センサ１６からの応答が無い場合は、給紙カセット１０が図３に示した画像形成装置本体１１０から引き抜かれている状態と判断する。
このように画像形成を制御すれば、ペーパニアエンド状態になる前まで（通常用紙量の状態）は、これから作像しようとする画像に対する用紙の有無を確認することなく、作像先行プロセスで、先行する画像に対する用紙の給紙中に次の画像の作像を開始して、生産性の高い連続印刷を行うことができる。しかし、ペーパニアエンド状態になると、これから作像しようとする画像に対する用紙が有ることを確認してから作像を開始するので、転写する用紙がないのに感光体に余分な作像をして余分なトナー消費をするようなことを防止できる。

図１２は用紙補給時のＣＰＵ１０１による処理の流れを示すフローチャートである。
この処理は用紙補給時、例えば給紙カセットが画像形成装置本体１１０から引き出された後、収納常態に戻されたときにスタートする。そして、ステップＳ２１で「傾き＜−γ」（傾きが−γを下回る）か否かを判断し、ＮＯであれば積載量オーバではないのでそのまま処理を終了するが、ＹＥＳの場合は積載量オーバであるから、ステップＳ２２でその旨を警告表示する。例えば、図１に示した画像形成装置１００の操作・表示部１０７や図２に示したＰＣのコンソール画面に「トレイ内の用紙が多すぎます。取り除いてください。」等の警告を表示する。

その後、画像形成装置の使用者が、給紙カセットを引き出して積載されている用紙を少し減らし、再び収納常態に戻すと、ＣＰＵ１０１が再び図１２の処理を実行し、「傾き＜−γ」でなくなっていれば警告表示を行わない。
この処理で使用する積載量オーバ判断の閾値となる角度−γのデータも、図１に示した記憶部１０４の不揮発ＲＡＭ（角度記憶手段）に記憶されている。

次に、この発明による画像形成装置においてエンド補正（角度αの補正）及びニアエンド補正（角度βの補正）を行う場合の処理手順を図１３に示す補正手順のフローチャートで説明する。このフローチャートは、画像形成装置の使用者（作業者）が行う処理とＣＰＵ１０１が実行する処理とが一緒に時系列で示されている。なお、角度αとβの初期値は、画像形成装置の製造時に図１に示した記憶部１０４の不揮発ＲＡＭに記憶されているものとする。

したがって、この補正処理を行わなくても、図１１で説明した処理を実行することはできるが、画像形成装置の使用環境や経年変化および使用する用紙の種類などによって、ペーパニアエンドを検出するための角度β及びペーパエンドを検出するための角度αの最適値が変わってくる。そのため、画像形成装置の設置時や移設時、使用する用紙を変えたとき、及び一定の使用期間ごとなどに、この補正処理を行うのが望ましい。

この図１３に示す補正処理では、先ずステップＳ３１で作業員が給紙カセット内の給紙トレイ（図１０に示した給紙カセット１０の底面１０ａと用紙積載板２５上のこと）に１枚用紙をセットする。

そして、ステップＳ３２で作業員が操作・表示部１０７に設けられたエンド補正スイッチを押下すると、ステップＳ３３でＣＰＵ１０１が傾き検知センサ１６からそのときの傾き角度の検出値（用紙積載板２５上に用紙が１枚載置されているときの傾き角度）を取得し、その角度θ１からペーパエンドの閾値となる角度αを算出して、図１の記憶部１０４に記憶されている角度αを更新する。

この場合、α＝θ１でもよいが、給紙トレイに用紙がなくなると、図５に示したように傾き検知センサ１６の傾きは大きく増加し、その傾き角度の検出値も増加するが、その増加分をΔθとするとその値は用紙の種類に関係なく略一定であるから、θ１に例えばΔθ／２を加えて、α＝θ１＋Δθ／２としてもよい。あるいはθ１に０度〜Δθ／２の間の任意の値を加えてもよい。

次に、ステップＳ３４で、作業員が給紙カセット内の給紙トレイに２枚用紙をセットする。そして、ステップＳ３５で作業員が操作パネルに設けられたニアエンド補正スイッチを押下すると、ステップＳ３６でＣＰＵ１０１が傾き検知センサ１６からそのときの傾き角度の検出値（用紙積載板２５上に２枚用紙が載置されているときの傾き角度）を取得し、その角度θ２からペーパニアエンドの閾値となる角度βを算出して、図１の記憶部１０４に記憶されている角度βを更新する。

この場合、β＝θ２−Ｋとし、Ｋは定数とする。仮に、用紙１枚相当分の角度が０．０４度であるとすると、Ｋ＝０．０４度として、β＝θ２−Ｋ＝θ２−０．０４度の演算によってβを算出するとよい。

ステップＳ３４で給紙トレイにセットする用紙の枚数が、ペーパニアエンド状態で給紙される用紙枚数であり、それは何枚でもよいが、理想的には給紙前に作像されている画像枚数以上で、且つなるべく少ない方がよい。

この発明の上述した実施形態によれば、ペーパニアエンドとペーパエンドを共通の一個の傾き検知センサによって検出される傾き角度に基づいて判断することができるので、部品点数と組み立て工数を削減できる。

また、作像先行型の電子写真方式の画像形成装置において、常時は作像タイミングを早めて生産性よく連続画像形成を行うことができ、給紙カセット内の用紙が所定枚数以下のペーパニアエンド状態になった後は、画像を転写すべき用紙があることを確認してから作像を開始するので、用紙に転写されない画像を作像してしまってトナーの無駄が発生したり、不要なクリーニングを行なったりするような無駄な動作も発生しない。

用紙積載量オーバも検出することにより、不給紙ジャムの発生を未然に防ぐことができる。
角度記憶手段に記憶しているペーパニアエンド判断の閾値となる角度β、およびペーパエンド判断の閾値となる角度αのデータを、それぞれ補正あるいは更新できるようにしたので、設置環境の変化や経時変化あるいは使用する用紙の種類の変更に対しても、角度β及びαのデータを補正あるいは更新することによって、常に正確な判断を行うことができる。

次に、用紙長計測について説明する。本発明に係る実施形態では、給紙トレイの用紙積載板に加速度センサを備え、用紙が分離されていない場合でも、用紙後端が給紙ローラを抜けたタイミングで発生する振動を検知して用紙長を計測できるので、用紙後端が給紙ローラを抜けたタイミングで、用紙が分離されていない場合でも用紙長の計測が可能なため、早く不一致を検出できる。すなわち、用紙搬送路下流に設けられたセンサで用紙先端を検知し、用紙積載板に設けられた加速度センサを用いて用紙後端が給紙ローラを抜けたときに発生する振動から用紙長を計測することを特徴とする。

図１４に用紙長計測のタイミングを示す。
用紙を給紙するため、給紙ローラをＯＮ・ＯＦＦすると、ローラ駆動開始・停止時の振動で用紙積載板の加速度センサが加速度を検出する。また、給紙中は常に微小振動で加速度が変化している。用紙後端が給紙ローラを抜けると用紙の厚さ分用紙積載板が上昇するため上向きの加速度が発生する。用紙長はレジストセンサがＯＮから時間計測し、前記用紙後端までの時間を計測し、それに用紙搬送速度を掛けた値と、給紙ローラからレジストセンサまでの距離を加えたものとなる。

図１５に用紙長計測及び重送判定のフローチャートを示す。
用紙長の計測は、図１５に示すフローの通り、レジストセンサがＯＮの状態から始まり（ステップＳ４２／Ｙｅｓ）、加速度が用紙後端判定基準値Ｋ以上で終了する（ステップＳ４４／Ｙｅｓ）。なお、判定基準値Ｋｍを設け、加速度がＫｍ以上の場合は（ステップＳ４５／Ｙｅｓ）、複数枚の用紙がブロック状で重送した場合は分離不可能と判定しても良い（ステップＳ４６）。

図１６に用紙積載板の傾きによる用紙後端判定基準値加速度補正のフローチャートを示す。
用紙残量が少なくなるほど用紙後端が給紙ローラを抜けた時に発生する加速度が大きくなるため、用紙積載板の傾きにより基準値を補正する。例えば、用紙積載板の傾きがＮ以上の場合は（ステップＳ５１／Ｙｅｓ）、基準値ＫをＫ０とする（ステップＳ５２）というように補正しても良い。

なお、各図のフローチャートに示す処理を、ＣＰＵが実行するためのプログラムは本発明によるプログラムを構成する。このプログラムを記録する記録媒体としては、半導体記憶部や光学的及び／又は磁気的な記憶部等を用いることができる。このようなプログラム及び記録媒体を、前述した各実施形態とは異なる構成のシステム等で用い、そこのＣＰＵで上記プログラムを実行させることにより、本発明と実質的に同じ効果を得ることができる。

以上、本発明を好適な実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１ ＡＩＯカートリッジ（Ｋ）
２ ＡＩＯカートリッジ（Ｃ）
３ ＡＩＯカートリッジ（Ｍ）
４ ＡＩＯカートリッジ（Ｙ）
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ 感光体
１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ 帯電ローラ
１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃ 現像ローラ
１ｄ、２ｄ、３ｄ、４ｄ クリーニング装置
１ｅ、２ｅ、３ｅ、４ｅ トナー容器
１ｆ、２ｆ、３ｆ、４ｆ パドル
５ 中間転写ベルト
５ａ 駆動ローラ
５ｂ 支持ローラ
５ｃ １次転写バイアスローラ
６ ２次転写バイアスローラ
７ クリーニング装置
８ 用紙
９ 光書込ユニット
１０ 給紙カセット
１０ａ 底面
１１ 給紙ローラ
１２ レジストローラ
１３ レジストセンサ
１４ 定着装置
１５ 排出口
１６ 傾き検知センサ
１７ 用紙搬送路
１８ 排紙ローラ
１９ 排紙センサ
２０ 用紙反転搬送路
２１ 反転搬送ローラ
２２ 両面センサ
２５ 用紙積載板
２５ｃ 透孔
２６ 軸
２７ センサ支持板
２８ 排紙ローラ
２９ 引張スプリング
３０ 圧縮スプリング
１００ 画像形成装置（タンデム方式のフルカラープリンタ）
１６１ 検出素子
１６２ 信号増幅回路
１６３ 信号調整回路
１６４ Ａ／Ｄ変換回路
１６５ 傾き算出回路

特開平７−９２８５９号公報

Claims (8)

1. 給紙カセット内に用紙の積載量に応じて給紙方向の傾き角度が変化する用紙積載板を備え、
   前記用紙積載板上に積層された用紙を最上位の用紙から順次給紙する給紙手段と、
   前記給紙手段によって給紙された用紙に、作像部で作像したトナー像を転写して画像形成を行う画像形成手段と、を有する画像形成装置であって、
   前記用紙積載板に、前記給紙方向の傾き角度の変化を検出する加速度検知センサを設け、
   前記加速度検知センサと、用紙搬送路下流に設けられた用紙有無検知センサとを用いて、用紙給紙開始後、前記用紙有無検知センサにより用紙先端の通過を検知してから、用紙後端が給紙ローラを抜けた時に発生する用紙積載板の振動を前記加速度検知センサで検出し用紙後端と判断するまでの時間を計測し、用紙長を計測することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記用紙積載板設けられた加速度センサは、積載板の傾きから用紙残量を検知することも兼用することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記用紙積載板の傾きに基づき、用紙後端が給紙ローラを抜けたと判断する加速度の基準値を補正することを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 加速度が所定値を超えた場合には、用紙分離不可能な重送が発生したと判断することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の画像形成装置。
5. 給紙カセット内に用紙の積載量に応じて給紙方向の傾き角度が変化する用紙積載板を備え、
   前記用紙積載板上に積層された用紙を最上位の用紙から順次給紙する給紙手段と、
   前記給紙手段によって給紙された用紙に、作像部で作像したトナー像を転写して画像形成を行う画像形成手段と、を有する画像形成装置における用紙長計測方法であって、
   前記用紙積載板に設けられた前記給紙方向の傾き角度の変化を検出する加速度検知センサと、用紙搬送路下流に設けられた用紙有無検知センサとを用いて、用紙給紙開始後、前記用紙有無検知センサにより用紙先端の通過を検知してから、用紙後端が給紙ローラを抜けた時に発生する用紙積載板の振動を前記加速度検知センサで検出し用紙後端と判断するまでの時間を計測し、用紙長を計測するステップを有することを特徴とする用紙長計測方法。
6. 前記用紙積載板設けられた加速度センサは、積載板の傾きから用紙残量を検知することも兼用することを特徴とする請求項５記載の用紙長計測方法。
7. 前記用紙積載板の傾きに基づき、用紙後端が給紙ローラを抜けたと判断する加速度の基準値を補正するステップを有することを特徴とする請求項５又は６記載の用紙長計測方法。
8. 加速度が所定値を超えた場合には、用紙分離不可能な重送が発生したと判断するステップを有することを特徴とする請求項５から７のいずれか１項記載の用紙長計測方法。

Images