JP2021084760A - ３ｄ磁気センサを有する給紙装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの利便性向上のために、給紙カセット内に残っている印刷用紙の用紙レベルを把握することは望ましい。また、ユーザが、手差しトレイを用いて印刷用紙を手差し給紙する場合には、画像形成装置は、その印刷用紙のサイズを把握して印刷動作の制御を行うことが望ましい。【解決手段】給紙装置が提供される。その給紙装置は、印刷用紙を供給するためのトレイ３０を含み、そのトレイは、印刷用紙に関連して移動可能である可動要素３１を有する。また、給紙装置は、磁力発生要素Ｐ２と、前記磁力発生要素により生じた磁束密度の変化を３軸方向のそれぞれにおいて検出するための３Ｄ磁気センサＳ６とを含む。磁力発生要素Ｐ２または３Ｄ磁気センサＳ６は可動要素３１に取り付けられている。更に、給紙装置は、３Ｄ磁気センサＳ６から受け取った検出信号に基づいて、可動要素３１の位置を求めるためのコントローラを含む。【選択図】図２

Description

画像形成装置は一般に、印刷用紙を供給するための給紙装置を含む。給紙装置は、印刷用紙のスタックを保持する給紙カセットを含み、場合によってはユーザに印刷用紙を手差し給紙させるための手差しトレイも含むことがある。

このような画像形成装置において、ユーザの利便性向上のために、給紙カセット内に残っている印刷用紙の用紙レベルを把握することは望ましいかもしれない。また、ユーザが、手差しトレイを用いて印刷用紙を手差し給紙する場合には、画像形成装置は、その印刷用紙のサイズを把握して印刷動作の制御を行うことが望ましいかもしれない。

本開示の一例による、例示的な画像形成装置を示す略図である。 本開示の一例に従って、画像形成装置に取り付けられた手差しトレイを概略的に示す面図である。 本開示の一例による、移動する永久磁石から生じる磁束密度を、固定された３Ｄ磁気センサを用いて測定する例を模式的に示す図である。 本開示の一例による、Ｘ軸方向の測定された磁束密度を、Ｘ軸の位置に対して描画したグラフである。 本開示の一例による、Ｙ軸方向の測定された磁束密度を、Ｘ軸の位置に対して描画したグラフである。 本開示の一例による、Ｚ軸方向の測定された磁束密度を、Ｘ軸の位置に対して描画したグラフである。 本開示の一例による、図３における永久磁石がＸ軸方向に或る距離だけ移動した状態を概略的に示す図である。 本開示の一例による、Ｘ軸の位置に対する角度θの値に関するグラフである。 本開示の一例に従って、手差しトレイが開かれており、手差しトレイのサイドガイドが最大の位置にある状態の画像形成装置を概略的に示す図である。 本開示の一例に従って、手差しトレイが開かれており、手差しトレイのサイドガイドが最小の位置にある状態の画像形成装置を概略的に示す図である。 本開示の一例による、手差しトレイが閉じた状態の画像形成装置を概略的に示す図である。 本開示の一例による、画像形成装置の手差しトレイを使用する際の画像形成装置の動作の流れ図である。 本開示の一例による、様々な状態にある給紙カセットを概略的に示す図である。 本開示の一例による、画像形成装置の給紙カセット内の用紙レベルを求めることに関する動作の流れ図である。

本発明は、添付図面と共に読まれる場合に、以下の詳細な説明から最も良く理解される。異なる図面における同一の又は同様の符号は、同一の又は同様の構成要素を意味し、かかる構成要素に関する重複した説明は省略する。「左」及び「右」といった用語は、図面を正面から見た場合の方向を意味し、実際の装置の使用時における方向とは必ずしも一致しない。図面の縮尺は必ずしも実寸通りにはなっておらず、本開示の動作及び効果等を説明するために部分的に強調されている場合がある。

本開示の一例によれば、給紙装置が提供される。その給紙装置は、印刷用紙を供給するためのトレイであって、前記トレイは、前記印刷用紙に関連して移動可能である可動要素を有する、トレイと、磁力発生要素と、前記磁力発生要素により生じた磁束密度の変化を３軸方向のそれぞれにおいて検出するための３Ｄ磁気センサと、前記３Ｄ磁気センサから受け取った検出信号に基づいて、前記可動要素の位置を求めるためのコントローラとを含み、前記磁力発生要素または前記３Ｄ磁気センサが前記可動要素に取り付けられている。このように、磁力発生要素と３Ｄ磁気センサとの組み合わせを用いることにより、例えば磁力発生要素の位置は、３Ｄ磁気センサにより三次元的に求めることが可能となり、検知用のセンサを取り付ける場所に関する制約が大幅に緩和されることが可能となる。また、位置を求めるための複雑な機構を使用する必要性も無くすことが可能となる。

本開示の一例によれば、前記磁力発生要素は、磁石であることが可能である。また、前記トレイは、手差しトレイであり、前記可動要素は、前記手差しトレイの一対のサイドガイドであり、前記コントローラは、前記サイドガイドの位置に基づいて用紙サイズを求めることが可能である。更に、前記磁力発生要素は、前記サイドガイドに取り付けられることが可能である。

本開示の一例によれば、前記手差しトレイは、前記給紙装置が装填される画像形成装置の筐体に開閉自在に取り付けられ、前記３Ｄ磁気センサは前記筐体に取り付けられ、前記コントローラは、前記検出信号に基づいて、前記手差しトレイの開状態または閉状態も判断することが可能である。また、前記手差しトレイが閉状態である場合に、前記コントローラは、ユーザに前記手差しトレイを開くように促すことが可能である。

本開示の一例によれば、前記コントローラは、前記一対のサイドガイドが第１の位置および第２の位置にある時に前記磁力発生要素により生じた各磁束密度を前記３Ｄ磁気センサにより検出し、前記３Ｄ磁気センサからの各検出信号を使用して前記用紙サイズを求めることが可能である。

本開示の一例によれば、前記コントローラは、前記磁力発生要素の周囲の温度に基づいて前記３Ｄ磁気センサを較正することが可能である。また、前記コントローラは、記憶された前記磁力発生要素の周囲の温度と現在の温度の差分に基づいて、前記３Ｄ磁気センサを較正することも可能である。

本開示の一例によれば、前記トレイは、給紙カセットであり、前記可動要素は、前記給紙カセットに配置されたスタック支持プレートであり、前記コントローラは、前記スタック支持プレートの位置に基づいて前記給紙カセット内の用紙レベルを求めることが可能である。

本開示の一例によれば、前記磁力発生要素は、前記スタック支持プレートの底部および前記給紙カセットが装填される画像形成装置のカセット収容部の側壁の一方に配置され、前記３Ｄ磁気センサは、前記スタック支持プレートの底部および前記給紙カセットが装填される画像形成装置のカセット収容部の側壁の他方に配置されることが可能である。また、前記３Ｄ磁気センサは前記カセット収容部の側壁に配置され、前記３Ｄ磁気センサの位置は、前記スタック支持プレートに載置される前記印刷用紙の最大量の位置と空の位置との間に対応することが可能である。更に、前記コントローラは、求めた用紙レベルに基づいて前記用紙レベルの低下をユーザに通知することが可能である。

本開示の一例によれば、給紙装置を含む画像形成装置が提供される。その給紙装置は、印刷用紙を供給するためのトレイであって、前記トレイは、前記印刷用紙に関連して移動可能である可動要素を有する、トレイと、磁力発生要素と、前記磁力発生要素により生じた磁束密度の変化を３軸方向のそれぞれにおいて検出するための３Ｄ磁気センサと、前記３Ｄ磁気センサから受け取った検出信号に基づいて、前記可動要素の位置を求めるためのコントローラとを含み、前記磁力発生要素または前記３Ｄ磁気センサが前記可動要素に取り付けられている。このように、磁力発生要素と３Ｄ磁気センサとの組み合わせを用いることにより、例えば磁力発生要素の位置は、３Ｄ磁気センサにより三次元的に求めることが可能となり、検知用のセンサを取り付ける場所に関する制約が大幅に緩和されることが可能となる。また、位置を求めるための複雑な機構を使用する必要性も無くすことが可能となる。

本開示の一例によれば、前記磁力発生要素は、磁石であることが可能である。

以下では、本開示について、図面を参照しながら、本開示の例示的な給紙装置を画像形成装置に適用した例に関連して説明する。

図１は、例示的な画像形成装置１を概略的に示す。画像形成装置１は、搬送路Ｌを通る印刷用紙２上に画像を形成するための画像形成部１０、ユーザと相互作用するためのユーザインターフェース４０、及び印刷用紙２を搬送路Ｌに供給するための本開示の一例による給紙装置２０を含む。一例において、ユーザインターフェース（ＵＩ）４０は、ユーザが押すことが可能なボタン、ユーザに様々な情報を表示するディスプレイ画面、ユーザが指により操作可能なタッチパネルなどを含むことができる。また、画像形成装置１は、内部の温度および外部の温度をそれぞれ測定するための温度センサ（図示せず）も含むことができる。

図１において、給紙装置２０は、印刷用紙２のスタックを収容するトレイとしての給紙カセット２１を含むことができる。給紙カセット２１は、画像形成装置１のカセット収容部２４内に挿入または装填される。この場合、画像形成装置１は、カセット検知センサ（図示せず）を用いて給紙カセット２１がカセット収容部２４内に装填されたことを検知することができる。給紙カセット２１は、印刷用紙２のスタックが載置されるスタック支持プレート２３、用紙昇降機構２２、及び給紙ローラＲ１を有する。用紙昇降機構２２は、スタック支持プレート２３の底部に設けられ、印刷用紙２のスタックにおける一番上の印刷用紙２が所定の高さ位置Ｈ（図示せず）に到達するまで、スタック支持プレート２３を持ち上げることができる。即ち、スタック支持プレート２３は可動要素であるとみなされ得る。給紙ローラＲ１は、所定の高さ位置Ｈに到達した一番上の印刷用紙２と接触するように給紙カセット２１の上方に配置され得る。給紙ローラＲ１は、給紙モータＭ１により回転されて、印刷用紙２のスタックにおける一番上の印刷用紙２を給紙カセット２１から繰り出すことができる。

給紙装置２０は、給紙カセット２１内に印刷用紙が存在するか否かを検知するためのセンサＳ１を含む。また、給紙装置２０は、印刷用紙２のスタックにおける一番上の印刷用紙２が所定の高さ位置Ｈに到達したことを検知するために、上限センサＳ２を更に含むことができる。センサＳ１は、給紙カセット２１内に印刷用紙が存在するか否かを検知できるものであれば、如何なるセンサであってもよい。また、上限センサＳ２は、印刷用紙２のスタックの一番上の印刷用紙２の高さ位置を検知できるものであれば、如何なるセンサであってもよい。一例において、センサＳ１及び上限センサＳ２は、透過型または反射型の光学センサであることができる。

給紙装置２０は、給紙ローラＲ１によって繰り出された印刷用紙２を搬送路Ｌに沿って搬送ローラＲ３に向けて送り出す一対の給紙ローラＲ２、給紙ローラＲ２から送り出された印刷用紙２を搬送路Ｌに沿ってレジローラＲ６へ搬送する搬送ローラＲ３、及び印刷用紙２を整列させて画像形成部１０へ搬送するレジローラＲ６を更に含むことができる。また、給紙装置２０は、給紙カセット２１から印刷用紙２が無事に繰り出されたことを検知するための先端センサＳ４も含むことができる。先端センサＳ４は、給紙ローラＲ２から送り出された印刷用紙２の先端を検知することができる。更に給紙装置２０は、画像と印刷用紙の位置合わせをするためのセンサＳ７も含むことができる。先端センサＳ４及びセンサＳ７は、例えば反射型の光学センサであることができる。

用紙昇降機構２２は、印刷用紙２のスタック又はスタック支持プレート２３を上下に移動させることができるものであれば、如何なる機構であってもよい。一例において、用紙昇降機構２２は、昇降モータＭ２によって駆動され、スタック支持プレート２３を上下に移動させることが可能なラック・ピニオン機構からなることができる。別の例では、用紙昇降機構２２は、スタック支持プレート２３を給紙ローラＲ１の方へ付勢することが可能なバネ機構であることができる。

また、給紙装置２０は、ユーザに手差し給紙を行わせるための手差しトレイ３０も含むことができる。給紙装置２０は、手差しトレイ３０に配置された印刷用紙２を搬送ローラＲ３へ繰り出すための給紙ローラＲ４を含む。また、給紙装置２０は、手差しトレイ３０内に印刷用紙が存在するか否かを検知するためのセンサＳ５も含む。センサＳ５は、手差しトレイ３０内に印刷用紙が存在するか否かを検知できるものであれば、如何なるセンサであってもよい。一例において、センサＳ５は、透過型または反射型の光学センサであることができる。手差しトレイ３０については、図２に関連して更に後述される。

一例において、給紙装置２０は、コントローラ５０により制御される。コントローラ５０は、例えば通信バス（図示せず）を介してメモリ（図示せず）に結合されるマイクロプロセッサベースのコントローラとすることができる。メモリは、機械実行可能な命令、及び画像形成装置１に取り付けられた様々なセンサからの情報などを格納することができる。コントローラ５０は、命令を実行することができ、ひいてはこれら命令に従って画像形成装置１の動作を制御することができる。コントローラ５０は、画像形成装置１内の様々な構成要素などの動作を制御するためのコントローラ、又は給紙装置２０の種々の構成要素の動作を制御するための専用のコントローラであることができる。

ユーザが手差しトレイ３０を使用して印刷を行う際に、画像形成装置１は、手差しトレイ３０に配置された印刷用紙２のサイズ又は幅を自動的に検知して、画像形成部１０におけるトナー現像および定着などの制御を最適化することが有用であるかもしれない。また、画像形成装置１において、給紙カセット２１内の印刷用紙２が完全に無くなることにより、印刷動作が途中で停止するのを防止するために、給紙カセット２１内の用紙レベルを検出してユーザに通知することが有用であるかもしれない。

本開示は、一例として、手差しトレイ３０に配置された印刷用紙２のサイズを検出するために及び給紙カセット２１内の印刷用紙２の用紙レベルを検出するために、磁力発生要素、及び磁力発生要素から生じる磁束密度を３軸方向において測定する３Ｄ磁気センサの組み合わせを使用する。

手差しトレイに配置された印刷用紙のサイズ検出
図２は、本開示の一例に従って、画像形成装置１に取り付けられた手差しトレイ３０を概略的に示す上面図である。図２は、印刷用紙２が、ユーザにより手差しトレイ３０に配置されている状態を示している。手差しトレイ３０は、図１に矢印２６により示されるように、画像形成装置１に開閉自在に取り付けられており、ユーザによって開閉され得る。手差しトレイ３０は、閉じられた際に、手差しトレイ受け入れ部３（図６）内に収容される。手差しトレイ３０は、印刷用紙２のサイズ又は幅に関連して移動可能な一対のサイドガイド３１を有する。一対のサイドガイド３１は、印刷用紙２を適切に位置決めするために互いに連係して移動可能であることができる。従って、サイドガイド３１は可動要素とみなされ得る。

一対のサイドガイド３１の一方には、磁力発生要素Ｐ２が取り付けられている。一例として、磁力発生要素Ｐ２は、両面着磁された永久磁石であることができる。別の例では、磁力発生要素Ｐ２は、電磁石であってもよい。以下では、磁力発生要素Ｐ２が、両面着磁された永久磁石である場合について説明する。一例において、永久磁石Ｐ２から生じる磁束密度を３軸方向において測定するための３Ｄ磁気センサＳ６が、手差しトレイ受け入れ部３の底面４に取り付けられている（図６も参照）。３Ｄ磁気センサＳ６の位置は、磁力発生要素Ｐ２から発生する磁力線を検出できる任意の場所とすることができる。３Ｄ磁気センサＳ６の一例は、旭化成エレクトロニクス株式会社から市販されている商品名「AK09970N」であることができる。別の例では、磁力発生要素Ｐ２が画像形成装置１の側面に配置され、３Ｄ磁気センサＳ６が、一対のサイドガイド３１の一方に配置されるかもしれない。また、一例において、給紙装置２０は、永久磁石Ｐ２の周囲の温度を測定するための温度センサ（図示せず）を含むこともできる。

コントローラ５０は、３Ｄ磁気センサＳ６から受け取った検出信号に基づいて、サイドガイド３１の位置を求めることができ、ひいては手差しトレイ３０に配置された印刷用紙２のサイズ又は幅を求めることができる。この位置または印刷用紙２のサイズを求めることについては更に後述される。

給紙カセット内の用紙レベルの検出
図１において、本開示の一例に従って、給紙カセット２１内の印刷用紙２の用紙レベルを検出するために、磁力発生要素Ｐ１が、スタック支持プレート２３の底部の端部に配置され得る。一例として、磁力発生要素Ｐ１は、両面着磁された永久磁石であることができる。別の例では、磁力発生要素Ｐ１は、電磁石であってもよい。以下では、磁力発生要素Ｐ１が、両面着磁された永久磁石である場合について説明する。永久磁石Ｐ１から発生する磁束密度を３軸方向において測定するための３Ｄ磁気センサＳ３は、給紙カセット２１が装填される画像形成装置１のカセット収容部２４の側壁２５に、印刷用紙２のスタックに対向するように配置され得る。一例として、側壁２５に配置されている３Ｄ磁気センサＳ３の位置は、前記スタック支持プレートに載置される前記印刷用紙の最大量の位置と空の位置との間に対応することができる。例えば、側壁２５に配置されている３Ｄ磁気センサＳ３の位置は、スタック支持プレート２３に載置される印刷用紙２の最大量の約半分の高さに対応することができる。別の例では、磁力発生要素Ｐ１が側壁２５に配置され、３Ｄ磁気センサＳ３が、スタック支持プレート２３の底部の端部に配置されるかもしれない。また、一例において、給紙装置２０は、永久磁石Ｐ１の周囲の温度を測定するための温度センサ（図示せず）を含むこともできる。

コントローラ５０は、３Ｄ磁気センサＳ３から受け取った検出信号に基づいて、可動要素としてのスタック支持プレート２３の位置を求めることができ、ひいては給紙カセット内の印刷用紙２の用紙レベル（残っている印刷用紙の量）を求めることができる。この位置または給紙カセット内の印刷用紙２の用紙レベルを求めることについては更に後述される。

３Ｄ磁気センサを用いた位置の測定
図３は、本開示の一例による、移動する永久磁石Ｐ１又はＰ２から生じる磁束密度を、固定された３Ｄ磁気センサＳ３又はＳ６を用いて測定する例を模式的に示す。図３には、便宜的に三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が記載されており、原点は３Ｄ磁気センサＳ３又はＳ６の中心に位置する。図３では、永久磁石Ｐ１又はＰ２は、Ｘ軸方向に移動される。ここで、永久磁石Ｐ１又はＰ２のＮ極は、３Ｄ磁気センサＳ３又はＳ６に対向している。図４Ａ〜図４Ｃはそれぞれ、本開示の一例による、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の測定された磁束密度を、Ｘ軸の位置に対して描画したグラフである。

図４Ａのグラフ、及び図４Ｃのグラフでは、Ｘ軸の位置が約±１０ｍｍの範囲を超えた部分において、磁束密度がほぼ一定、又は変化量が小さいため、位置の測定に適さないことが看取され得る。即ち、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向の検出信号を単独で使用した場合には、Ｘ軸方向の位置−１０ｍｍから＋１０ｍｍの間での位置を超えた測定が不可能であることが明らかである。また、図４Ｂのグラフでは、約±２０ｍｍの範囲内において、磁束密度の変化量が大きく、位置の測定に適することが看取され得る。しかしながら、Y軸方向の検出信号を単独で使用した場合には、グラフの対称性の形状に起因して、Ｘ軸方向において移動した方向を判別することが不可能であることが明らかである。そこで、本開示は、Ｘ軸方向の検出信号（図４Ａ）及びＹ軸方向の検出信号（図４Ｂ）を組み合わせることにより、Ｘ軸方向の位置−２０ｍｍから＋２０ｍｍの間での位置の測定を可能にした。

図５Ａは、本開示の一例による、図３における永久磁石Ｐ１又はＰ２がＸ軸方向に或る距離だけ移動した状態を概略的に示す。図５Ａにおいて、Ｙ軸が３Ｄ磁気センサＳ３又はＳ６の表面と交わる点から永久磁石Ｐ１又はＰ２の中心まで延ばした線とＹ軸とのなす角θが示されている。本開示の一例に従って、３Ｄ磁気センサから見た永久磁石の角度θは便宜的に、arctan（Ｘ軸方向の磁束密度／Ｙ軸方向の磁束密度）により、算出することができる。図５Ｂは、本開示の一例による、ＸＹ平面において３Ｄ磁気センサＳ３又はＳ６から見た永久磁石Ｐ１又はＰ２の角度θをＸ軸の位置に対して示すグラフである。この図５Ｂから看取され得るように、３Ｄ磁気センサＳ３又はＳ６からのＸ軸方向およびＹ軸方向の検出信号から角度θを求めることにより、Ｘ軸方向の位置−２０ｍｍから＋２０ｍｍの間での位置の測定が可能となる。

図５Ｂから明らかなように、角度θは、Ｘ軸方向の位置に対して線形でない。そのため、角度θは、線形補正を必要とするかもしれない。一例として、係る補正は、１）角度θからsin近似を算出し、２）その算出されたsin近似の最大値と最小値から線形近似を算出し、３）その線形近似とsin近似との差分から補正用差分を得て、４）算出された角度θから補正用差分を減算することにより、行うことができる。別の例では、角度θに対するＸ軸方向の位置に関する補正用テーブルを予め用意し、係る補正用テーブルをコントローラ５０のメモリに格納しておき、コントローラ５０が係る補正用テーブルを参照して角度θを補正するようにしてもよい。

手差しトレイにおけるサイドガイドの位置の算出
上記のように求められる角度θを用いて、手差しトレイ３０におけるサイドガイド３１の位置を求めることを更に説明する。例えば、角度θの値からサイドガイド３１の位置を求めるためには、サイドガイド３１が第１の位置および第２の位置にある時にそれぞれ対応する角度θの値を求めることが必要であるかもしれない。一例として、角度θの値からサイドガイド３１の位置を求めるためには、一対のサイドガイド３１間の距離を最大にした時、及び最小にした時にそれぞれ対応する角度θの値を求めることが必要であるかもしれない。

図６は、本開示の一例による、手差しトレイ３０が開いた状態の画像形成装置１を概略的に示す。図６では、図２に示された給紙ローラＲ４は省略されている。図６において、サイドガイド３１は、最大の位置にある。ここで、図５Ａと同様に、図示された三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の原点が３Ｄ磁気センサＳ６の中心に位置すると想定する。例えば、この状態において、サイドガイド３１に取り付けられた永久磁石Ｐ２により生じた磁束密度を、３Ｄ磁気センサＳ６によって３軸方向において測定する。図５Ａに関連して前述されたように、ＸＹ平面における３Ｄ磁気センサＳ６から見た永久磁石Ｐ２の角度は、arctan（Ｘ軸方向の磁束密度／Ｙ軸方向の磁束密度）を用いて便宜的に算出することができ、その角度を磁石角度Ａとする。

図７は、本開示の一例による、手差しトレイ３０が開いた状態の画像形成装置１を概略的に示す。図７では、図２に示された給紙ローラＲ４は省略されている。図７において、サイドガイド３１は、最小の位置にある。ここで、図５Ａと同様に、図示された三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の原点が３Ｄ磁気センサＳ６の中心に位置すると想定する。例えば、この状態において、サイドガイド３１に取り付けられた永久磁石Ｐ２により生じた磁束密度を、３Ｄ磁気センサＳ６によって３軸方向において測定する。図５Ａに関連して前述されたように、ＸＹ平面における３Ｄ磁気センサＳ６から見た永久磁石Ｐ２の角度は、arctan（Ｘ軸方向の磁束密度／Ｙ軸方向の磁束密度）を用いて便宜的に算出することができ、その角度を磁石角度Ｂとする。

サイドガイド３１の位置を求めるための係数Ｋ１を、以下の式により求める。即ち、
Ｋ１＝（サイドガイドの移動できる最大幅）／（磁石角度Ｂ−磁石角度Ａ）
ユーザが印刷用紙２を手差しトレイ３０に配置するために、ユーザによってサイドガイド３１が或る位置に移動され得る。その際、サイドガイド３１に取り付けられた永久磁石Ｐ２により生じた磁束密度を、３Ｄ磁気センサＳ６によって３軸方向において測定する。その位置において、ＸＹ平面における３Ｄ磁気センサＳ６から見た永久磁石Ｐ２の角度θ１は、図５Ａに関連して前述されたように、arctan（Ｘ軸方向の磁束密度／Ｙ軸方向の磁束密度）を用いて便宜的に求めることができる。この角度θ１に関して、上述されたような線形補正等を行うことにより、補正された角度θ１’を得ることができる。角度θ１’は磁石角度Ｃとする。３Ｄ磁気センサＳ６を基準としたサイドガイド３１の位置は、以下の式により求めることができる。即ち、
サイドガイドの位置＝係数Ｋ１×磁石角度Ｃ
求められたサイドガイド３１の位置によって、コントローラ５０は、印刷用紙２の幅を把握することができる。また、コントローラ５０は、印刷用紙２が手差しトレイ３０に配置されて、その後に搬送されることによって、センサＳ７がオンからオフに切り替わる時間を計測することにより、印刷用紙２の長さも求めることができる。

図８は、本開示の一例による、手差しトレイ３０が閉じた状態の画像形成装置１を概略的に示す。コントローラ５０は、サイドガイド３１が開いているか否かを、上述したサイドガイド３１に取り付けられた永久磁石Ｐ２により生じた磁束密度を、３Ｄ磁気センサＳ６によって３軸方向において測定することにより判断することもできる。この場合、コントローラ５０は、図５Ａに関連して前述されたようにＸＹ平面ではなくてＸＺ平面において、角度θ２を求める。ここで、図５Ａと同様に、図示された三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の原点が３Ｄ磁気センサＳ６の中心に位置すると想定する。例えば、ＸＺ平面における３Ｄ磁気センサＳ６から見た永久磁石Ｐ２の角度θ２は便宜的に、arctan（Ｘ軸方向の磁束密度／Ｚ軸方向の磁束密度）により、算出することができる。一例において、コントローラ５０は、θ２が−６０度から＋６０度までの範囲内にあり、且つＹ軸方向の磁束密度が１ｍＴ以下である場合に、手差しトレイ３０が閉じられていると判断することができる。

図９は、ユーザが本開示の一例による画像形成装置１の手差しトレイ３０を使用する際の画像形成装置１の動作の流れ図９００を示す。永久磁石Ｐ２により生じる磁束密度は一般に、温度依存性を有する。また、３Ｄ磁気センサＳ６により検出された結果は、画像形成装置１が設置される環境にも影響を受けるかもしれない。一例において、画像形成装置１は、図９の流れ図に従って動作することにより、係る温度依存性および環境による影響を較正して、手差しトレイ３０のサイドガイド３１の位置を正確に求めることができる。

図９において、画像形成装置１の動作は、９０２により開始されて、９０４に進む。９０４において、画像形成装置１のコントローラ５０は、手差しトレイ３０が開いているか否か判断する。開いていない場合には、手差しトレイ３０を開くようにユーザに促すためにユーザインターフェース（ＵＩ）４０に表示する（９０６）。開いている場合には、９０８に進む。９０８において、コントローラ５０は、係数Ｋ１が算出されているか否かを判断する。係数Ｋ１は、後述されるステップ９２２において算出されてメモリに記憶される。算出されている場合には、９０９に進み、そうでない場合には、９１０に進む。９０９において、コントローラ５０は、永久磁石Ｐ２の周囲における現在の温度を測定し、現在温度Ｔ１’としてメモリに記憶する。一例において、係る温度の測定は、永久磁石Ｐ２の周囲に配置された温度センサ（図示せず）を用いて行われ得る。後述されるステップ９２３においてメモリには、温度Ｔ１が既に記憶されている。コントローラ５０は、｜Ｔ１’−Ｔ１｜＞規定値であるか否かを判断する。規定値は、例えば、５〜３０であることができ、好適には１０であることができる。｜Ｔ１’−Ｔ１｜が規定値を超えている場合には、９１０に進む。そうでない場合には、９２４に進む。

図９の９１０において、コントローラ５０は、手差しトレイ３０のサイドガイド３１を最大の位置にして確認ボタンを押すようにユーザに促すために、ＵＩ４０に表示する。次いで、９１２に進み、コントローラ５０は、確認ボタンが押されたか否かを判断する。押されていない場合には、９１０に戻る。押されている場合には、９１４に進む。９１４において、コントローラ５０は、永久磁石Ｐ２により生じた磁束密度を、３Ｄ磁気センサＳ６によって３軸方向において測定し、磁石角度Ａを算出してメモリに記憶する。次いで、９１６に進み、コントローラ５０は、手差しトレイ３０のサイドガイド３１を最小の位置にして確認ボタンを押すようにユーザに促すために、ＵＩ４０に表示する。次いで、９１８に進み、コントローラ５０は、確認ボタンが押されたか否かを判断する。押されていない場合には、９１６に戻る。押されている場合には、９２０に進む。９２０において、コントローラ５０は、永久磁石Ｐ２により生じた磁束密度を、３Ｄ磁気センサＳ６によって３軸方向において測定し、磁石角度Ｂを算出してメモリに記憶する。次いで、９２２に進み、コントローラ５０は、上述されたように係数Ｋ１を算出してメモリに記憶する。次いで、９２３に進む。９２３において、コントローラ５０は、係数Ｋ１を算出した際に、永久磁石Ｐ２の周囲における温度を測定して、温度Ｔ１としてメモリに記憶する。次いで、９２４に進む。

図９の９２４において、コントローラ５０は、センサＳ５を用いて、手差しトレイ３０に印刷用紙２が配置されているか否かを検知する。配置されていない場合には、９３０に進み、コントローラ５０は、手差しトレイ３０に印刷用紙２を配置するようにユーザに促すために、ＵＩ４０に表示する。次いで、９２４に戻る。印刷用紙２が配置されている場合、９２６に進み、コントローラ５０は、永久磁石Ｐ２により生じた磁束密度を、３Ｄ磁気センサＳ６によって３軸方向において測定し、上述されたような線形補正等も行って磁石角度Ｃを算出する。次いで、９２８に進み、コントローラ５０は、係数Ｋ１および磁石角度Ｃを用いて、上述されたようにサイドガイドの位置を算出し、印刷用紙の幅を把握することができる。次いで、９３２に進み、動作は終了する。

給紙カセット内の用紙レベルを算出
図５Ａ及び図５Ｂに関連して説明されたような角度θを用いて、給紙カセット２１内のスタック支持プレート２３の位置、即ち給紙カセット内の用紙レベルを求めることを説明する。角度θの値からスタック支持プレート２３の位置を求めるためには、最大量の印刷用紙２が給紙カセット２１内のスタック支持プレート２３に載置されている時、及び印刷用紙２が空になった時にそれぞれ対応する角度θの値を求めることが必要であるかもしれない。

図１０は、本開示の一例による、様々な状態にある給紙カセット２１を概略的に示す。図１０の（ａ）は、給紙カセット２１が、画像形成装置１のカセット収容部２４に装填されていない状態を示す。図１０の（ｂ）は、給紙カセット２１が、画像形成装置１のカセット収容部２４に装填され、最大量の印刷用紙２が、給紙カセット２１内のスタック支持プレート２３に載置されている状態（最大量の用紙レベルの状態）を示す。図１０の（ｃ）は、給紙カセット２１が、画像形成装置１のカセット収容部２４に装填され、印刷用紙２が半分の量になっている状態を示す。図１０の（ｄ）は、給紙カセット２１が、画像形成装置１のカセット収容部２４に装填され、印刷用紙２が空になった状態を示す。図１０において、図５Ａと同様に、図示された三次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の原点が３Ｄ磁気センサＳ３の中心に位置すると想定する。一例において、給紙カセット２１が画像形成装置１のカセット収容部２４に装填される際には、用紙昇降機構２２（図１）により、印刷用紙２のスタックにおける一番上の印刷用紙２が所定の高さ位置Ｈ（図示せず）に到達するまで、スタック支持プレート２３が持ち上げられ得る。

画像形成装置１のコントローラ５０は、図１０の（ａ）に示されたような給紙カセット２１が、画像形成装置１のカセット収容部２４に装填されていない状態において、３Ｄ磁気センサＳ３により、３軸方向における磁束密度を測定する。コントローラ５０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの磁束密度をＤ_ｘ、Ｄ_ｙ、及びＤ_ｚとしてメモリに記憶する。係る磁束密度Ｄ_ｘ、Ｄ_ｙ、及びＤ_ｚは、画像形成装置内に存在するモータなどの電気部品等から生じる磁場、及び地磁気などであると考えられる。そのため、これらの影響を取り除くことが必要であるかもしれない。

一例において、コントローラ５０は、図１０の（ｂ）示されるように、給紙カセット２１が画像形成装置１のカセット収容部２４に装填され、且つ最大量の印刷用紙２が給紙カセット２１内のスタック支持プレート２３に載置されている状態において、３Ｄ磁気センサＳ３を用いて、永久磁石Ｐ１から生じる磁束密度を３軸方向のそれぞれにおいて測定し、Ｅ_ｘ、Ｅ_ｙ、Ｅ_ｚとしてメモリに記憶する。コントローラ５０は、上記の影響を取り除くために、Ｅ_ｘ’＝（Ｅ_ｘ−Ｄ_ｘ）、Ｅ_ｙ’＝（Ｅ_ｙ−Ｄ_ｙ）、Ｅ_ｚ’＝（Ｅ_ｚ−Ｄ_ｚ）を計算する。次いで、コントローラ５０は、図５Ａに関連して前述されたように、ＸＹ平面における３Ｄ磁気センサＳ３から見た永久磁石Ｐ１の磁石角度Ｅを、便宜的にarctan（Ｅ_ｘ’／Ｅ_ｙ’）により求めてメモリに記憶する。

一例において、コントローラ５０は、図１０の（ｄ）示されるように、給紙カセット２１が画像形成装置１のカセット収容部２４に装填され、且つ印刷用紙２が空になった状態において、３Ｄ磁気センサＳ３を用いて、永久磁石Ｐ１から生じる磁束密度を３軸方向のそれぞれにおいて測定し、Ｆ_ｘ、Ｆ_ｙ、Ｆ_ｚとしてメモリに記憶する。コントローラ５０は、上記の影響を取り除くために、Ｆ_ｘ’＝（Ｆ_ｘ−Ｄ_ｘ）、Ｆ_ｙ’＝（Ｆ_ｙ−Ｄ_ｙ）、Ｆ_ｚ’＝（Ｆ_ｚ−Ｄ_ｚ）を計算する。次いで、コントローラ５０は、図５Ａに関連して前述されたように、ＸＹ平面における３Ｄ磁気センサＳ３から見た永久磁石Ｐ１の磁石角度Ｆを、便宜的にarctan（Ｆ_ｘ’／Ｆ_ｙ’）により求めて、メモリに記憶する。

給紙カセット２１内のスタック支持プレート２３の位置、即ち給紙カセット内の用紙レベルを求めるための係数Ｋ２を、以下の式により求める。即ち、
係数Ｋ２＝（最大量の用紙レベル）／（磁石角度Ｆ−磁石角度Ｅ）
画像形成装置１が印刷動作を行うことにより、給紙カセット２１内の印刷用紙２が消費され、スタック支持プレート２３が或る位置に移動する。その際、スタック支持プレート２３に取り付けられた永久磁石Ｐ１により生じた磁束密度を、３Ｄ磁気センサＳ３によって３軸方向において測定する。その位置において、ＸＹ平面における３Ｄ磁気センサＳ３から見た永久磁石Ｐ１の角度θ３は、図５Ａに関連して前述されたように求めることができる。この角度θ３に関して、上述されたような線形補正等を行うことにより、補正された角度θ３’を得ることができる。角度θ３’は磁石角度Ｇとする。コントローラ５０は、用紙レベルを以下の式により求める。即ち、
用紙レベル＝係数Ｋ２×（磁石角度Ｆ−磁石角度Ｇ）
コントローラ５０は、求められた用紙レベルに基づいて、用紙レベルの低下をユーザインターフェース４０によってユーザに通知することができる。

図１１は、本開示の一例による、画像形成装置１の給紙カセット２１内の用紙レベルを求めることに関する動作の流れ図である。永久磁石Ｐ１により生じる磁束密度は一般に、温度依存性を有する。また、３Ｄ磁気センサＳ３により検出された結果は、画像形成装置１が設置される環境にも影響を受けるかもしれない。一例において、画像形成装置１は、図１１の流れ図に従って動作することにより、係る温度依存性および環境による影響を較正して、給紙カセット２１内の用紙レベルを正確に求めることができる。

図１１において、画像形成装置１の動作は、１１０２により開始されて、１１０４に進む。１１０４において、コントローラ５０は、給紙カセット２１がカセット収容部２４内に装填または挿入されているか否かを判断する。挿入されている場合には１１２２に進み、そうでない場合には１１０６に進む。１１０６において、コントローラ５０は、３Ｄ磁気センサＳ３を用いて、３軸方向における各磁束密度Ｄ_ｘ、Ｄ_ｙ、及びＤ_ｚ（まとめて磁束密度Ｄと称する）を測定し、その測定値をメモリに記憶する。次いで、１１０８に進み、ユーザにより給紙カセット２１がカセット収容部２４内に挿入されたか否かが判断される。挿入されている場合には、１１１０に進み、そうでない場合には、給紙カセット２１が挿入されるまで判断１１０８はループ動作となる。

図１１の１１２２において、コントローラ５０は、係数Ｋ２が算出されているか否かを判断する。係数Ｋ２は、後述されるステップ１１１８において算出されてメモリに記憶される。算出されている場合には、１１２４に進み、そうでない場合には１１２６に進む。１１２４において、コントローラ５０は、永久磁石Ｐ１の周囲における現在の温度を測定し、現在温度Ｔ２’としてメモリに記憶する。一例において、係る温度の測定は、永久磁石Ｐ１の周囲に配置された温度センサ（図示せず）を用いて行われ得る。後述されるステップ１１２０においてメモリには、温度Ｔ２が既に記憶されている。コントローラ５０は、｜Ｔ２’−Ｔ２｜＞規定値であるか否かを判断する。規定値は、例えば、５〜３０であることができ、好適には１０であることができる。｜Ｔ２’−Ｔ２｜が規定値を超えている場合には、１１２６に進む。そうでない場合には、１１１０に進む。

図１１の１１２６において、給紙カセット２１をカセット収容部２４から引き出すようにユーザに促すためにＵＩ４０に表示する。次いで、１１２８に進み、コントローラ５０は、給紙カセット２１がカセット収容部２４内に装填または挿入されているか否かを判断する。挿入されていない場合には、１１３０に進み、挿入されている場合には、給紙カセット２１が引き出されるまで、判断１１２８はループ動作となる。１１３０において、コントローラ５０は、３Ｄ磁気センサＳ３を用いて、３軸方向における各磁束密度Ｄ_ｘ、Ｄ_ｙ、及びＤ_ｚ（まとめて磁束密度Ｄと称する）を測定し、その測定値をメモリに記憶する。コントローラ５０は、磁束密度Ｄが測定されるたびに、メモリに記憶されている磁束密度を更新することができる。次いで、１１３２に進み、コントローラ５０は、給紙カセット２１から印刷用紙２を全て取り除いて（即ち、給紙カセットを空の状態にして）から給紙カセット２１をカセット収容部２４に挿入するようにユーザに促すためにＵＩ４０に表示する。次いで、１１３４に進み、コントローラ５０は、給紙カセット２１がカセット収容部２４内に挿入されているか否かを判断する。挿入されている場合には、１１３６に進み、そうでない場合には、給紙カセット２１が挿入されるまで、判断１１３４はループ動作となる。次いで、１１３６に進み、コントローラ５０は、センサＳ１を用いて給紙カセット２１内に印刷用紙２が存在するか否か、即ち給紙カセットが空であるか否かを検知する。空である場合には、１１３８に進み、そうでない場合には１１３２に戻る。１１３８において、コントローラ５０は、３Ｄ磁気センサＳ３を用いて、永久磁石Ｐ１から生じる磁束密度を３軸方向のそれぞれにおいて測定して磁石角度Ｆを算出し、メモリに記憶する。次いで、１１４０に進み、コントローラ５０は、最大量の印刷用紙２を給紙カセット２１に配置して、給紙カセット２１をカセット収容部２４内に挿入するようにユーザに促すためにＵＩ４０に表示する。次いで、１１４２に進み、コントローラ５０は、センサＳ１を用いて給紙カセット２１内に印刷用紙２が存在するか否か、即ち給紙カセットが空であるか否かを再び検知する。空である場合には、１１４０に戻り、そうでない場合には１１４４に進む。１１４４において、コントローラ５０は、３Ｄ磁気センサＳ３を用いて、永久磁石Ｐ１から生じる磁束密度を３軸方向のそれぞれにおいて測定して磁石角度Ｅを算出し、メモリに記憶する。次いで、１１１８に進む。

図１１の１１１０において、コントローラ５０は、画像形成装置１がユーザにより使用されている際に、３Ｄ磁気センサＳ３を用いて、永久磁石Ｐ１から生じる磁束密度を３軸方向のそれぞれにおいて測定し、それらの測定値から磁石角度Ｇを算出する。次いで、１１１２に進み、コントローラ５０は、係数Ｋ２、磁石角度Ｆおよび磁石角度Ｇを用いて、給紙カセット２１内の用紙レベルを算出する。コントローラ５０は、必要に応じて、算出された用紙レベルをユーザに知らせるためにＵＩ４０に表示することができる。次いで、１１１４に進み、コントローラ５０は、センサＳ１を用いて給紙カセット２１内に印刷用紙２が存在するか否か、即ち給紙カセットが空であるか否かを検知する。空である場合には、１１１６に進み、そうでない場合には１１１０に戻る。１１１６において、コントローラ５０は、３Ｄ磁気センサＳ３を用いて、永久磁石Ｐ１から生じる磁束密度を３軸方向のそれぞれにおいて測定して磁石角度Ｆを算出し、メモリに記憶する。コントローラ５０は、磁石角度Ｆを測定するたびに、メモリに記憶されている磁石角度Ｆを更新することができる。次いで、１１１８に進み、コントローラ５０は、上述されたように係数Ｋ２を算出してメモリに記憶する。次いで、１１２０に進み、コントローラ５０は、係数Ｋ２を算出した際に永久磁石Ｐ１の周囲の温度を測定して、温度Ｔ２としてメモリに記憶する。次いで、１１０４に戻る。

本開示のように、３Ｄ磁気センサと磁力発生要素（例えば、永久磁石）の組み合わせを用いることにより、例えば磁力発生要素の位置は、３Ｄ磁気センサにより三次元的に求めることが可能となる。単軸方向の磁束密度のみを測定する磁気センサを使用して、磁力発生要素の位置を検知する場合には、係る磁気センサは磁力発生要素に対して対向するように配置する必要があるかもしれない。しかしながら、本開示のように、磁力発生要素の位置は、３Ｄ磁気センサにより三次元的に求めることが可能となるので、３Ｄ磁気センサを磁力発生要素に対向して取り付ける必要性が無くなる。従って、検知用のセンサを取り付ける場所に関する制約が、大幅に緩和されることが可能となる。また、位置を求めるための複雑な機構を使用する必要性も無くすことが可能となる。

前述の説明は、説明される原理の例を例証する及び説明するために提示された。本説明は、網羅的にする、或いはこれら原理を開示された何らかの全く同一の形態に制限することは意図されていない。多くの変形および変更が、上記の教示に鑑みて可能である。

１ 画像形成装置
２ 印刷用紙
３ 手差しトレイ受け入れ部
４ 底面
10 画像形成部
20 給紙装置
21 給紙カセット
22 用紙昇降機構
23 スタック支持プレート
30 手差しトレイ
31 サイドガイド
40 ユーザインターフェース（ＵＩ）
50 コントローラ
P1、P2 磁力発生要素（永久磁石）
S3、S6 ３Ｄ磁気センサ

Claims (15)

1. 給紙装置であって、
   印刷用紙を供給するためのトレイであって、前記トレイは、前記印刷用紙に関連して移動可能である可動要素を有する、トレイと、
   磁力発生要素と、
   前記磁力発生要素により生じた磁束密度の変化を３軸方向のそれぞれにおいて検出するための３Ｄ磁気センサと、
   前記３Ｄ磁気センサから受け取った検出信号に基づいて、前記可動要素の位置を求めるためのコントローラとを含み、
   前記磁力発生要素または前記３Ｄ磁気センサが前記可動要素に取り付けられている、給紙装置。
2. 前記磁力発生要素が、磁石である、請求項１に記載の給紙装置。
3. 前記トレイは、手差しトレイであり、前記可動要素は、前記手差しトレイの一対のサイドガイドであり、前記コントローラは、前記サイドガイドの位置に基づいて用紙サイズを求める、請求項１又は２に記載の給紙装置。
4. 前記磁力発生要素が、前記サイドガイドに取り付けられる、請求項３に記載の給紙装置。
5. 前記手差しトレイは、前記給紙装置が装填される画像形成装置の筐体に開閉自在に取り付けられ、
   前記３Ｄ磁気センサは前記筐体に取り付けられ、
   前記コントローラは、前記検出信号に基づいて、前記手差しトレイの開状態または閉状態も判断する、請求項３又は４に記載の給紙装置。
6. 前記手差しトレイが閉状態である場合に、前記コントローラは、ユーザに前記手差しトレイを開くように促す、請求項５に記載の給紙装置。
7. 前記コントローラは、前記一対のサイドガイドが第１の位置および第２の位置にある時に前記磁力発生要素により生じた各磁束密度を前記３Ｄ磁気センサにより検出し、前記３Ｄ磁気センサからの各検出信号を使用して前記用紙サイズを求める、請求項３〜６の何れか１項に記載の給紙装置。
8. 前記コントローラは、前記磁力発生要素の周囲の温度に基づいて前記３Ｄ磁気センサを較正する、請求項７に記載の給紙装置。
9. 前記コントローラは、記憶された前記磁力発生要素の周囲の温度と現在の温度の差分に基づいて、前記３Ｄ磁気センサを較正する、請求項８に記載の給紙装置。
10. 前記トレイは、給紙カセットであり、前記可動要素は、前記給紙カセットに配置されたスタック支持プレートであり、前記コントローラは、前記スタック支持プレートの位置に基づいて前記給紙カセット内の用紙レベルを求める、請求項１又は２に記載の給紙装置。
11. 前記磁力発生要素は、前記スタック支持プレートの底部および前記給紙カセットが装填される画像形成装置のカセット収容部の側壁の一方に配置され、
    前記３Ｄ磁気センサは、前記スタック支持プレートの底部および前記給紙カセットが装填される画像形成装置のカセット収容部の側壁の他方に配置される、請求項１０に記載の給紙装置。
12. 前記３Ｄ磁気センサが前記カセット収容部の側壁に配置され、前記３Ｄ磁気センサの位置は、前記スタック支持プレートに載置される前記印刷用紙の最大量の位置と空の位置との間に対応する、請求項１１に記載の給紙装置。
13. 前記コントローラは、求めた用紙レベルに基づいて前記用紙レベルの低下をユーザに通知する、請求項１０〜１２の何れか１項に記載の給紙装置。
14. 給紙装置を含む画像形成装置であって、その給紙装置は、
    印刷用紙を供給するためのトレイであって、前記トレイは、前記印刷用紙に関連して移動可能である可動要素を有する、トレイと、
    磁力発生要素と、
    前記磁力発生要素により生じた磁束密度の変化を３軸方向のそれぞれにおいて検出するための３Ｄ磁気センサと、
    前記３Ｄ磁気センサから受け取った検出信号に基づいて、前記可動要素の位置を求めるためのコントローラとを含み、
    前記磁力発生要素または前記３Ｄ磁気センサが前記可動要素に取り付けられている、画像形成装置。
15. 前記磁力発生要素が、磁石である、請求項１４に記載の画像形成装置。

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