JP5958046B2 - 画像形成装置及び記録媒体の厚さ検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、紙等の記録媒体を搬送して記録媒体に画像を形成する画像形成装置及びその記録媒体の厚さ検知方法に関する。

従来から、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置では、電子写真方式の画像形成処理が行われている。電子写真方式の画像形成処理では、感光体ドラムに静電潜像を形成し、形成された静電潜像をトナーにより現像し、現像化されたトナー像を記録媒体に転写して画像形成される。こうしたプロセス処理を正確に行うため、記録媒体の厚さ等の特性に応じて各プロセスの条件が設定される。そのため、記録媒体に画像処理を行う場合には、搬送される記録媒体の厚さを予め検出して、規格外の厚さの記録媒体が搬送されているか否か判定し、規格外の厚さの記録媒体の場合には画像形成処理を停止するようにしている。

こうした記録媒体の厚さの検知技術に関しては、例えば、特許文献１には、検知精度を高める目的で、搬送路の既定位置を搬送される記録媒体の厚さにより変動する出力値を検出し、搬送路の既定位置を記録媒体が搬送される前であってその前の記録媒体が通過した後に検出手段により検出された記録媒体無し時の出力値と有り時の出力値に基いて、記録媒体の厚さを検出する画像形成装置が記載されている。

また、特許文献２には、厚さを検出するローラ軸にエンコーダを設置し、複数の用紙間の測定データから、用紙間のローラ１回転分に相当するデータを採取してその値を平均化して使用する画像形成装置が記載されている。

上述した特許文献では、記録媒体の厚さ検知の精度を向上させるために、記録媒体の有無における出力値に基づいて検知したり、測定データの平均値を用いることが行われている。しかしながら、記録媒体を搬送するローラの記録媒体の厚さに伴う変位量に基づいて検知する場合、ローラの回転軸の偏心による変動を考慮する必要がある。ローラの回転軸の偏心量を測定するためには、記録媒体の厚さ検知の際にローラの少なくとも１回転の搬送動作が必要となるが、記録媒体の搬送間隔が狭い場合には記録媒体の無い状態でローラの１回転の動作を行うことが困難となって、精度よく厚さ検知を行うことができなくなる。
そこで、本発明は、記録媒体の搬送間隔が狭い場合でも精度よく記録媒体の厚さを検知することができる画像形成装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る画像形成装置は、シート状の記録媒体を搬送して当該記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、回転駆動されて前記記録媒体を搬送する駆動ローラと、前記駆動ローラに圧接するように設定されて前記駆動ローラとの間に前記記録媒体を挟持する従動ローラと、前記記録媒体を挟持することによる前記従動ローラの変動を検知する変動検知手段と、前記変動検知手段からの検知データに基づいて前記記録媒体の厚さを検知する記録媒体厚検知手段と、前記駆動ローラと前記従動ローラとの間の前記記録媒体の有無を検知する記録媒体有無検知手段と、前記記録媒体有無検知手段の検知データに基づいて前記駆動ローラの回転駆動制御を行う駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、前記記録媒体有無検知手段が前記記録媒体無しを検知した場合に前記記録媒体の無い状態で前記従動ローラが１回転以上回転するように前記駆動ローラの回転駆動制御を行う画像形成装置である。

本発明は、上記の構成を有することで、記録媒体の無い状態で駆動ローラの回転駆動制御を行って従動ローラの変動検知による記録媒体の厚さ検知を精度よく行うことができるので、記録媒体の搬送間隔が狭い場合でも精度よく記録媒体の厚さを検知することができる。

本発明に係る実施形態に関する概略構成図である。 用紙厚を検知する装置に関する概略構成図である。 用紙を挟持した状態を示す説明図である。 変動検知センサの検知出力例に関するタイムチャートである。 搬送する用紙の間隔が狭い場合の検知出力例に関するタイムチャートである。 用紙の無い時間内で駆動ローラの回転速度を大きくした場合の検知出力例に関するタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る実施形態に関する概略構成図である。画像形成装置は、画像形成処理部１、給紙部２、読取部３及び原稿搬送部４を備えている。画像形成処理部１は、シート状の記録媒体である用紙にトナー像を画像形成する。画像形成処理部１には、中央に中間転写ユニットが配置されており、中間転写ユニットには、無端ベルトである中間転写ベルト１０が設けられている。中間転写ベルト１０は、例えば、伸びの少ないフッ素樹脂材料又は伸びの大きなゴム材料に帆布等の伸びにくい材料で構成された基層に、弾性層を設けた複層ベルトからなる。弾性層としては、例えば、フッ素系ゴム材料やアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム材料の表面に、フッ素系樹脂材料をコーティングして平滑性を有するコート層を形成したものを用いることができる。

中間転写ベルト１０は、３つの支持ローラ１４〜１６に張設されており、時計回りに回動駆動される。第３の支持ローラ１６の下流側にはトナー像の転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する転写ベルトクリーニングユニット１７が設けられている。第１の支持ローラ１４と第２の支持ローラ１５との間の中間転写ベルト１０に対向配置されて各色の作像ユニット２０が配置されている。作像ユニット２０は、中間転写ベルト１０の移動方向に沿って、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）及びシアン（Ｃ）の各色ユニットを配列している。各作像ユニット２０は、感光体ユニット４０、チャージャユニット１８、現像ユニット及びクリーニングユニットを備えている。作像ユニット２０は、ＩＣタグを備えており、画像形成装置に対して着脱可能に装着されている。作像ユニット２０の上方には、各色の感光体ユニット４０の感光体ドラムに静電潜像を形成するためのレーザ光を照射する書き込みユニット２１が設けられている。

中間転写ベルト１０の下方には、２次転写ユニット２２がある。２次転写ユニット２２は、一対の搬送ローラ２３の間に無端ベルトである２次転写ベルト２４を掛け渡し、中間転写ベルト１０を押し上げて第３の支持ローラ１６に圧接するように配置して構成されている。２次転写ベルト２４は、中間転写ベルト１０に形成されたトナー像が転写され、転写されたトナー像を用紙上に転写する。２次転写ユニット２２の側方には、用紙に転写したトナー像を定着する定着ユニット２５が設けられており、トナー像が転写された用紙が定着ユニット２５に搬送される。定着ユニット２５は、無端ベルトである定着ベルト２６及び定着ベルト２６に圧接する加熱加圧ローラ２７を備えている。２次転写ユニット２２及び定着ユニット２５の下方に、片面に画像を定着した用紙を、もう一方の面にも画像を形成するために用紙を反転して搬送する用紙反転ユニット２８が設けられている。

給紙部２は、給紙ユニット４３を備えており、給紙ユニット４３には複数段の給紙トレイ４４を備えている。給紙トレイ４４の側方には、給紙トレイ４４に積載された用紙を１枚ずつ繰り出す給紙ローラ４２、給紙ローラ４２により繰り出された用紙を重送しないように１枚ずつ分離して搬出する分離ローラ４５及び分離ローラ４５から搬出される用紙を給紙路４６に搬送する搬送ローラ４７が設けられている。用紙は搬送ローラ４７により上方の画像形成処理部１に向かって搬送されて搬送コロユニット４８に搬入される。搬送コロユニット４８には、レジストローラ４９が設けられており、搬送された用紙の先端がレジストローラ４９に突き当てられて用紙の傾きが修正され、画像形成処理のタイミングに合わせてレジストローラ４９から用紙が２次転写ユニット２２に搬送される。なお、用紙は、手差しトレイ５１にセットして給紙ローラ５０により給紙することもできる。給紙ローラ５０により引き込まれた用紙は、分離ローラ５２により１枚ずつ搬送されてレジストローラ４９に突き当てられて２次転写ユニット２２に搬送される。

操作部ユニット（図示せず）のスタートスイッチが押されると、原稿搬送部４である原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）の原稿給紙台３０上に原稿がセットされている場合には、公知のＡＤＦによりコンタクトガラス３２上に搬送される。ＡＤＦに原稿がセットされていない場合には、コンタクトガラス３２上に配置された原稿を読み取るために、読取部３のスキャナを駆動し、第１キャリッジ３３及び第２キャリッジ３４を読取走査移動させる。そして、第１キャリッジ３３に設けられた光源からコンタクトガラス３２に向かって光が照射されて原稿面からの反射光を第１キャリッジ３３に設けられた反射ミラーにより第２キャリッジ３４に向かって伝送する。第２キャリッジ３４では、伝送された光をミラーで反射して結像レンズ３５に入射させてＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサからなる画像読取りセンサ３６に結像するようになる。画像読取りセンサ３６では、読み取られた画像信号に基づいてブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）及びシアン（Ｃ）の各色の画像データが生成される。

また、スタートスイッチが押されたときに、中間転写ベルト１０の回動駆動が開始されるとともに、作像ユニット２０の各色ユニットの作像準備が開始される。そして、各色の作像シーケンスが開始されて、各色に対応する感光体ドラムに各色の画像データに基づいて変調された露光レーザが投射されて静電潜像が形成される。感光体ドラムに形成された静電潜像には、作像プロセスにより各色のトナー像がそれぞれ形成されて中間転写ベルト１０上に転写されて重ね合わされることでカラー画像に対応するトナー像が形成される。中間転写ベルト１０のトナー像の形成領域の先端が２次転写ユニット２２に進入する際に、用紙の先端が２次転写ユニット２２に進入するように用紙が搬入されることで、中間転写ベルト１０上のトナー像が用紙に転写されるようになる。トナー像が転写された用紙は、定着ユニット２５を通過してトナー像が用紙に定着された後、排出ローラ５６に搬送されて排出ローラ５６により排紙トレイ５７に排出される。中間転写ベルト１０は、トナー像を転写した後ベルト上に残留する残留トナーを中間転写ベルトクリーニングユニット１７においてクリーニング処理して除去し、再度の画像形成処理を行うことができる。

２次転写ユニット２２に搬送される用紙は、給紙部２の複数の給紙ローラ４２の１つを選択回転駆動し、複数段に配列された給紙ユニット４３の１つの給紙トレイ４４から用紙を繰り出す。そして、繰り出された用紙は、分離ローラ４５により１枚だけ分離して給紙路４６に搬出されて搬送ローラ４７により搬送される。搬送ローラ４７により搬送された用紙は、搬送コロユニット４８に導入されて、搬送コロユニット４８のレジストローラ４９に突き当てて用紙の傾きが修正される。そして、上述したように、トナー像を転写するタイミングに合わせて２次転写ユニット２２に搬入される。手差しによる給紙の場合には、手差しトレイ５１上に用紙をセットし、給紙ローラ５０を回転駆動して手差しトレイ５１にセットした用紙を引き込み、分離ローラ５２により１枚ずつ搬送されるように分離し、手差し給紙路５３に沿って用紙を搬送して、給紙トレイ４４から給紙される用紙と同様にレジストローラ４９に用紙の先端を突き当てて、２次転写ユニット２２に搬入される。

給紙ユニット４３には、給紙トレイ４４に収納されている用紙の残量又は有無を検知するペーパーエンドセンサ、用紙のサイズや向きを検出するサイズ検知センサ、各給紙トレイ４４が装着されているか否かを検出するトレイセット検知センサといった各種センサが設けられている。こうしたセンサは、公知のフォトセンサを用いて構成することができる。また、用紙の搬送状態を監視するために、搬送ジャム（紙詰まり）の発生の有無を検出する紙搬送センサが必要箇所に設けられている。

定着ユニット２５において片面に定着処理された用紙の残りの片面に画像形成処理を行う場合には、用紙反転ユニット２８に搬送される。まず、切換爪５５を動作させて排出ローラ５６へ案内して排出ローラ５６により用紙を一旦排紙トレイ５７に搬送し、排出ローラ５６を逆転して用紙を引き込んで用紙反転ユニット２８に搬入する。搬入された用紙は、反転経路を通り再びレジストローラ４９に戻して残りの片面の画像形成処理を行う。また、切換爪５５を動作させて、片面に画像形成処理された用紙を用紙反転ユニット２８側に案内して反転搬送処理を行い、再びレジストローラ４９に戻すようにすることもできる。両面に画像形成処理された用紙は、定着処理後排出ローラ５６により排紙トレイ５７に排出される。

レジストローラ４９は、通常接地されて使用されることが多いが、用紙の紙粉除去のためにバイアス電圧を印加することも可能である。例えば、導電性ゴムローラを用いてバイアス電圧を印加することができる。導電性ゴムローラとして、直径１８ｍｍで表面に１ｍｍの厚みの導電性ＮＢＲゴム材料からなる導電層を形成したものを用いる。導電層の電気抵抗は、ゴム材料の体積抵抗である１０９Ωｃｍ程度となる。このように、バイアス電圧を印加したレジストローラ４９を通過した後の用紙の表面は，若干マイナス側に帯電している。そのため、中間転写ベルト１０から用紙への転写処理では、レジストローラ４９にバイアス電圧を印加しなかった場合に比べて転写条件の変更が必要となる場合がある。中間転写ベルト１０には、トナーを転写する側（表側）に−８００Ｖ程度の電圧を印加し、その反対側（裏側）には転写ローラ６２によって＋２００Ｖ程度の電圧を印加する。

図２は、用紙厚を検知する装置に関する概略構成図である。この例では、搬送ローラ４７を用いて用紙厚を検知するようにしている。搬送ローラ４７は、駆動ローラ４７ａ及び従動ローラ４７ｃから構成されており、従動ローラ４７ｃは、図示せぬ弾性部材により付勢されて駆動ローラ４７ａに圧接されており、駆動ローラ４７ａとの間に用紙を挟持して搬送するようになっている。駆動ローラの回転軸４７ｂには駆動モータ６２が連結されており、制御部６０により駆動モータ６２を駆動制御することで駆動ローラ４７ａが回転駆動制御される。

従動ローラ４７ｃの回転軸４７ｄには変動検知センサ６１が取り付けられており、変動検知センサ６１は回転軸４７ｄの変動を検知するようになっている。変動検知センサ６１としては、例えば、レバー式エンコーダ、磁気式リニアセンサ、光学測距センサ、直動式微小変位センサ等が挙げられる。レバー式エンコーダの場合には、回転軸４７ｄに検知レバーを接触した状態に設定し、回転軸４７ｄの変動に伴う検知レバーの変位をエンコーダで定量的に検知することで変動を検知することができる。それ以外のセンサについても、回転軸４７ｄの変動を磁気的に又は光学的に定量的に検知することで変動を検知することができる。

制御部６０は、用紙厚検知部６０１、用紙有無検知部６０２及び駆動制御部６０３を備えている。図３に示すように、駆動ローラ４７ａ及び従動ローラ４７ｃの間に用紙Ｐが挟持されることで、従動ローラ４７ｃが駆動ローラ４７ａから離間する方向に移動するに伴い回転軸４７ｄが変動する。こうした用紙Ｐの有無による回転軸４７ｄの変動を変動検知センサ６１により検知し、その検知データに基づいて、用紙有無検知部６０２は、駆動ローラ４７ａ及び従動ローラ４７ｃの間の用紙の有無を検知する。また、用紙厚検知部６０１は、変動検知センサ６１の検知データに基づいてその変動量から用紙厚を検知する。駆動制御部６０３は、用紙有無検知部６０２で検知された用紙の有無に基づいて駆動モータ６２を回転駆動制御して搬送速度を制御する。例えば、用紙が無い時間が従動ローラ４７ｃの１回転の時間よりも短い場合には、用紙が無い時間内に従動ローラ４７ｃが１回転以上できるように駆動ローラ４７ａの回転速度を大きくする回転駆動制御を行う。

図４は、変動検知センサ６１の検知出力例に関するタイムチャートである。用紙の有無に応じて検知データである変位レベルが変化するため、用紙厚検知部６０１では、用紙が有る場合の変位レベル及び用紙が無い場合の変位レベルを所定の時間間隔で取得して平均値を算出し、平均値の差分を用紙の厚さとして検知する。
しかしながら、検知出力には、回転軸４７ｄの偏心の影響により回転軸４７ｄの回転に伴う偏心成分が含まれるようになる。図４に示すように、偏心成分は、回転軸４７ｄの１回転中に変位上昇分及び変位下降分が同じ大きさで交互に生じる。そのため、変位レベルの取得タイミングにより検知データの検知精度がばらつくようになることから、用紙厚の検知精度を向上させるためには偏心成分を除く必要がある。偏心成分を除くためには、回転軸４７ｄの１回転以上の検知範囲において検知データを取得してｎ回転分（ただし、ｎは１以上の整数）の平均値を求めることで、１回転中に生じる変位上昇分及び変位下降分を相殺して除くことができる。

図４に示す例では、用紙が有る時間間隔及び用紙が無い時間間隔が長いため、用紙の有る時間内及び用紙の無い時間内に回転軸４７ｄの１回転以上の検知範囲において検知データを取得することができる。そのため、用紙厚検知部６０１は、用紙の有る時間内及び用紙の無い時間内に取得した検知データに基づいて偏心成分の影響を除いて精度よく用紙厚を検知することができる。

図５は、搬送する用紙の間隔が狭い場合の検知出力例に関するタイムチャートである。この例では、用紙の無い時間間隔Ｔが回転軸４７ｄの１回転にかかる時間よりも短いため、１回転以上の検知範囲で検知することができず、回転軸４７ｄの回転に伴う偏心成分を除くことができないため、精度よく用紙厚を検知することができない。

図６では、用紙の無い時間内で駆動ローラ４７ａの回転速度を大きくした場合の検知出力例に関するタイムチャートである。この例では、用紙有無検知部６０２が変位レベルの低下に基づいて用紙が無いことを検知すると、駆動制御部６０３は、用紙の無い時間内に回転軸４７ｄが１回転以上回転するように駆動ローラ４７ａの回転速度を大きくするように回転駆動制御を行う。このように駆動制御することで、従動ローラ４７ｃが用紙の無い状態で１回転以上回転するため、１回転以上の検知範囲で検知出力を行うことで、偏心成分を除いた変位レベルの平均値を得ることができる。

上述した例では、従動ローラ４７ｃの回転軸４７ｄの変動検知を行うようにしているが、従動ローラ４７ｃに設けた突起や孔等の識別可能な部分を検知して変動検知を行うようにすることもできる。また、搬送ローラ４７における用紙の有無を変動検知センサの検知出力に基づいて行うようにしているが、別の用紙有無検知センサを設けて検知するようにしてもよい。また、給紙ユニット４３からの搬送開始タイミングから所定時間経過後に搬送ローラ４７において用紙が無い状態になるタイミングで駆動ローラ４７ａの回転駆動制御を行うこともできる。また、駆動ローラ４７ａの回転速度を大きくする場合には、予め決められた回転速度まで大きくするように設定してもよく、用紙の無い時間間隔に応じて回転速度を変更するように駆動制御することもできる。

１０・・・中間転写ベルト、１４〜１６・・・支持ローラ、１７・・・転写ベルトクリーニングユニット、１８・・・チャージャユニット、２０・・・作像ユニット、２１・・・書き込みユニット、２２・・・２次転写ユニット、２３・・・搬送ローラ、２４・・・２次転写ベルト、２５・・・定着ユニット、２６・・・定着ベルト、２７・・・加熱加圧ローラ、２８・・・用紙反転ユニット、３２・・・コンタクトガラス、３３・・・第１キャリッジ、３４・・・第２キャリッジ、３５・・・結像レンズ、３６・・・画像読取りセンサ、４０・・・感光体ユニット、４２・・・給紙ローラ、４３・・・給紙ユニット、４４・・・給紙トレイ、４５・・・分離ローラ、４６・・・給紙路、４７・・・搬送ローラ、４８・・・搬送コロユニット、４９・・・レジストローラ、５０・・・給紙ローラ、５１・・・手差しトレイ、５５・・・切換爪、５６・・・排出ローラ、５７・・・排紙トレイ。

特許４６２３４３６号公報 特開２００９−２３４６９８号公報

Claims (5)

1. シート状の記録媒体を搬送して当該記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
   回転駆動されて前記記録媒体を搬送する駆動ローラと、前記駆動ローラに圧接するように設定されて前記駆動ローラとの間に前記記録媒体を挟持する従動ローラと、前記記録媒体を挟持することによる前記従動ローラの変動を検知する変動検知手段と、前記変動検知手段からの検知データに基づいて前記記録媒体の厚さを検知する記録媒体厚検知手段と、前記駆動ローラと前記従動ローラとの間の前記記録媒体の有無を検知する記録媒体有無検知手段と、前記記録媒体有無検知手段の検知データに基づいて前記駆動ローラの回転駆動制御を行う駆動制御手段とを備え、
   前記駆動制御手段は、前記記録媒体有無検知手段が前記記録媒体無しを検知した場合に前記記録媒体の無い状態で前記従動ローラが１回転以上回転するように前記駆動ローラの回転駆動制御を行う画像形成装置。
2. 請求項１に記載された画像形成装置において、
   前記記録媒体厚検知手段は、前記記録媒体の有る場合及び前記記録媒体の無い場合の前記変動検知手段の検知データの差分に基づいて前記記録媒体の厚さを検知する画像形成装置。
3. 請求項２に記載された画像形成装置において、
   前記記録媒体厚検知手段は、前記１回転以上の検知範囲における前記変動検知手段の検知データのｎ回転分（ただし、ｎは１以上の整数）の平均値を算出して前記記録媒体の厚さを検知する画像形成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載された画像形成装置において、
   前記記録媒体有無検知手段は、前記変動検知手段の検知データに基づいて前記記録媒体の有無を検知する画像形成装置。
5. シート状の記録媒体を搬送して当該記録媒体に画像を形成する画像形成装置における記録媒体の厚さ検知方法であって、
   回転駆動されて前記記録媒体を搬送する駆動ローラに圧接するように設定されて前記駆動ローラとの間に前記記録媒体を挟持する従動ローラの変動を検知する工程と、
   前記駆動ローラと前記従動ローラとの間に前記記録媒体が無い状態で前記従動ローラが１回転以上回転するように前記駆動ローラを回転駆動制御する工程と、
   前記記録媒体の有る場合及び前記記録媒体の無い場合の前記従動ローラの１回転以上の検知範囲における検知データの差分に基づいて前記記録媒体の厚さを検知する工程と、を有する記録媒体の厚さ検知方法。

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