以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。本実施形態においては、シート厚検知装置の例として、画像形成装置にて画像を形成する対象の用紙を搬送する搬送機構において用紙の厚みを検知する用紙厚検知装置を特徴として説明する。
図1は、本実施形態に係る画像処理装置1のハードウェア構成を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態に係る画像処理装置1は、一般的なサーバやPC(Personal Computer)等の情報処理端末と同様の構成に加えて、画像形成を実行するエンジンを有する。即ち、本実施形態に係る画像処理装置1は、CPU(Central Processing Unit)10、RAM(Random Access Memory)11、ROM(Read Only Memory)12、エンジン13、HDD(Hard Disk Drive)14及びI/F15がバス18を介して接続されている。また、I/F15にはLCD(Liquid Crystal Display)16及び操作部17が接続されている。
CPU10は演算手段であり、画像処理装置1全体の動作を制御する。RAM11は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、CPU10が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ROM12は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。エンジン13は、画像処理装置1において実際に画像形成を実行する機構である。
HDD14は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、OS(Operating System)や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム等が格納されている。I/F15は、バス18と各種のハードウェアやネットワーク等を接続し制御する。LCD16は、ユーザが画像処理装置1の状態を確認するための視覚的ユーザインタフェースである。操作部17は、キーボードやマウス等、ユーザが画像処理装置1に情報を入力するためのユーザインタフェースである。
このようなハードウェア構成において、ROM12に格納されたプログラムや、HDD14若しくは図示しない光学ディスク等の記録媒体からRAM11に読み出されたプログラムに従ってCPU10が演算を行うことにより、ソフトウェア制御部が構成される。このようにして構成されたソフトウェア制御部と、ハードウェアとの組み合わせによって、本実施形態に係る画像処理装置1の機能を実現する機能ブロックが構成される。
次に、図2を参照して、本実施形態に係る画像処理装置1の機能構成について説明する。図2は、本実施形態に係る画像処理装置1の機能構成を示すブロック図である。図2に示すように、本実施形態に係る画像処理装置1は、コントローラ20、ADF(Auto Documennt Feeder:原稿自動搬送装置)21、スキャナユニット22、排紙トレイ23、ディスプレイパネル24、給紙テーブル25、プリントエンジン26、排紙トレイ27及びネットワークI/F28を有する。
また、コントローラ20は、主制御部30、エンジン制御部31、入出力制御部32、画像処理部33及び操作表示制御部34を有する。図2に示すように、本実施形態に係る画像処理装置1は、スキャナユニット22、プリントエンジン26を有する複合機として構成されている。尚、図2においては、電気的接続を実線の矢印で示しており、用紙の流れを破線の矢印で示している。
ディスプレイパネル24は、画像処理装置1の状態を視覚的に表示する出力インタフェースであると共に、タッチパネルとしてユーザが画像処理装置1を直接操作し若しくは画像処理装置1に対して情報を入力する際の入力インタフェース(操作部)でもある。ネットワークI/F28は、画像処理装置1がネットワークを介して他の機器と通信するためのインタフェースであり、Ethernet(登録商標)やUSB(Universal Serial Bus)インタフェースが用いられる。
コントローラ20は、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって構成される。具体的には、上述したようにCPU10の演算によって構成されるソフトウェア制御部と集積回路などのハードウェアとによってコントローラ20が構成される。コントローラ20は、画像処理装置1全体を制御する制御部として機能する。
主制御部30は、コントローラ20に含まれる各部を制御する役割を担い、コントローラ20の各部に命令を与える。エンジン制御部31は、プリントエンジン26やスキャナユニット22等を制御若しくは駆動する駆動手段としての役割を担う。入出力制御部32は、ネットワークI/F28を介して入力される信号や命令を主制御部30に入力する。また、主制御部30は、入出力制御部32を制御し、ネットワークI/F28を介して他の機器にアクセスする。
画像処理部33は、主制御部30の制御に従い、入力された印刷ジョブに含まれる印刷情報に基づいて描画情報を生成する。この描画情報とは、画像形成部であるプリントエンジン26が画像形成動作において形成すべき画像を描画するための情報である。また、印刷ジョブに含まれる印刷情報とは、PC等の情報処理装置にインストールされたプリンタドライバによって画像処理装置1が認識可能な形式に変換された画像情報である。操作表示制御部34は、ディスプレイパネル24に情報表示を行い若しくはディスプレイパネル24を介して入力された情報を主制御部30に通知する。
画像処理装置1がプリンタとして動作する場合は、まず、入出力制御部32がネットワークI/F28を介して印刷ジョブを受信する。入出力制御部32は、受信した印刷ジョブを主制御部30に転送する。主制御部30は、印刷ジョブを受信すると、画像処理部33を制御して、印刷ジョブに含まれる印刷情報に基づいて描画情報を生成させる。
画像処理部33によって描画情報が生成されると、エンジン制御部31は、生成された描画情報に基づいてプリントエンジン26を制御し、給紙テーブル25から搬送される用紙に対して画像形成を実行する。即ち、プリントエンジン26が画像形成部として機能する。プリントエンジン26によって画像形成が施された文書は排紙トレイ27に排紙される。
画像処理装置1がスキャナとして動作する場合は、ユーザによるディスプレイパネル24の操作若しくはネットワークI/F28を介して外部のPC等から入力されるスキャン実行指示に応じて、操作表示制御部34若しくは入出力制御部32が主制御部30にスキャン実行信号を転送する。主制御部30は、受信したスキャン実行信号に基づき、エンジン制御部31を制御する。
エンジン制御部31は、ADF21を駆動し、ADF21にセットされた撮像対象原稿をスキャナユニット22に搬送する。また、エンジン制御部31は、スキャナユニット22を駆動し、ADF21から搬送される原稿を撮像する。また、ADF21に原稿がセットされておらず、スキャナユニット22に直接原稿がセットされた場合、スキャナユニット22は、エンジン制御部31の制御に従い、セットされた原稿を撮像する。即ち、スキャナユニット22が撮像部として動作する。
撮像動作においては、スキャナユニット22に含まれるCCD等の撮像素子が原稿を光学的に走査し、光学情報に基づいて生成された撮像情報が生成される。エンジン制御部31は、スキャナユニット22が生成した撮像情報を画像処理部33に転送する。画像処理部33は、主制御部30の制御に従い、エンジン制御部31から受信した撮像情報に基づき画像情報を生成する。画像処理部33が生成した画像情報はHDD14等の画像処理装置1に装着された記憶媒体に保存される。即ち、スキャナユニット22、エンジン制御部31及び画像処理部33が連動して、原稿読み取り部として機能する。
画像処理部33によって生成された画像情報は、ユーザの指示に応じてそのままHDD14等に格納され若しくは入出力制御部32及びネットワークI/F28を介して外部の装置に送信される。即ち、ADF21及びエンジン制御部31が画像入力部として機能する。
また、画像処理装置1が複写機として動作する場合は、エンジン制御部31がスキャナユニット22から受信した撮像情報若しくは画像処理部33が生成した画像情報に基づき、画像処理部33が描画情報を生成する。その描画情報に基づいてプリンタ動作の場合と同様に、エンジン制御部31がプリントエンジン26を駆動する。
次に、プリントエンジン26の機械的な構成及び用紙の搬送経路について、図3を参照して説明する。図3に示すように、本実施形態に係るプリントエンジン26は、無端状移動手段である搬送ベルト101に沿って各色の感光体ドラム102Y、102M、102C、102K(以降、総じて感光体ドラム102とする)が並べられた構成を備えるものであり、所謂タンデムタイプといわれるものである。
搬送ベルト101は、給紙テーブル25から給紙される用紙に転写するための中間転写画像が形成される中間転写ベルトである。すなわち、本実施形態に係るプリントエンジン26は、搬送ベルト101に沿って、この搬送ベルト101の搬送方向の上流側から順に、複数の感光体ドラム102Y、102M、102C、102Kが配列されている。
各色の感光体ドラム102の表面においてトナーにより現像された各色の画像が、搬送ベルト101に重ね合わせられて用紙に転写されることによりフルカラーの画像が形成される。そのようにして搬送ベルト101上に形成されたフルカラー画像は、図中に破線で示す用紙の搬送経路と最も接近する位置において、転写ローラ104の機能により、経路上を搬送されてきた用紙の紙面上に転写される。
紙面上に画像が形成された用紙は更に搬送され、定着ローラ105にて画像を定着された後、排紙トレイ107に排出される。また、両面印刷の場合、片面上に画像が形成されて定着された用紙は反転パス106に搬送され、反転された上で再度転写ローラ104の転写位置に搬送される。
図4は、プリントエンジン26内部において、給紙テーブル25から給紙された用紙の搬送経路を示す図である。図4に示すように、給紙テーブル25から給紙された用紙は、搬送ローラ103によって搬送され、転写ローラ104において画像を転写するタイミングを合わせるためのレジストローラ108に突き当てられる。即ち、レジストローラ108が突き当てローラとして機能する。
そして、制御されたタイミングにおいてレジストローラ108が回転を開始することにより、突き当てられていた用紙が転写ローラ104に搬送され、制御されたタイミングにおいて用紙上に画像が転写される。尚、搬送ローラ103とレジストローラ108との搬送経路の間には通紙センサ109が設けられており、搬送ローラ103とレジストローラ108との間における用紙の有無が検知される。
搬送ローラ103及びレジストローラ108は、あらかじめ定められた搬送速度によって用紙を搬送するため、フィードバック制御されたモータによって回転駆動される。このうち、レジストローラ108を制御するための構成において得られる信号に基づいて用紙の厚みを検知することが、本実施形態に係る要旨である。
図5は、レジストローラ108を回転駆動するローラ駆動制御部200の機能構成を示す図である。ローラ駆動制御部200は図2に示すプリントエンジン26においてレジストローラ108を回転駆動する構成であり、エンジン制御部31からの命令に基づいて動作する。
図5に示すように、本実施形態に係るローラ駆動制御部200は、駆動制御部201、回転駆動部202、回転部203、回転検知部204、FB(FeedBack)取得部205、特徴量取得部206及びシート厚判定部207を含む。このような構成により、本実施形態に係るローラ駆動制御部200は、レジストローラ108の回転をフィードバック制御するフィードバック制御部として機能する。
駆動制御部201は、エンジン制御部31から入力される回転部203の回転速度の目標値と、FB取得部205から入力されるフィードバック信号とに基づき、回転部203を回転させるための制御値を計算し、回転駆動部202に対して出力する。駆動制御部201が出力する制御値は、回転部203を回転させるためのPWM(Pulse Width Modulation)出力である駆動電圧のデューティー比の指示値である。回転駆動部202は、駆動制御部201から入力される制御値に基づき、回転部203を回転させるための駆動電圧を生成して出力する。
尚、本実施形態に係る回転駆動部202は、駆動制御部201が出力する制御値に基づいて低電圧のPWM駆動信号を出力する機能と、PWM駆動信号に基づいて高電圧の駆動電圧を出力する機能とを含む。PWM駆動信号は、例えば5V程度のPWM信号であり、駆動電圧は24V程度の駆動電圧がPWM駆動信号に基づいてスイッチングされて出力される電圧である。
回転部203は、回転駆動部202から入力される駆動電圧に応じて回転するモータである。この回転部203の回転によって、ギアやタイミングベルト等の駆動伝達機構を介してレジストローラ108が回転する。回転部203としては、DC(Direct Current)モータを用いることが可能であり、インナーロータ型DCモータであるブラシレスDCモータやブラシ付きDCモータを用いることが可能である。本実施形態に係る回転部203は、回転速度や回転位置を検知するためのマーカーが付加された円板を含み、回転検知部204は、そのマーカーを光学的に読み取ることによって検知信号を出力する光学式エンコーダである。
具体的には、回転部203の回転に伴って回転する円板に付加されたマーカーが、回転検知部204が光学的に読み取る読み取り位置を通過する。これにより、回転検知部204による光学的な読み取り状態が変化し、回転検知部204がマーカーを検知して検知信号を出力する。
尚、本実施形態に係る回転検知部204は2組のセンサを含む。この2組のセンサは、上述した円板に付加されたマーカーの位相差がπ/2(rad)となるように配置されている。これにより、本実施形態に係る回転検知部204は、π/2(rad)の位相差を有する2つの検知信号を出力する。
FB取得部205は、回転検知部204の検知信号を取得し、単位時間あたりにマーカーが検知された回数に基づいて、回転部203の回転速度を計算し、フィードバック値として駆動制御部201に入力する。また、FB取得部205は、上述したように、π/2(rad)の位相差を有する2つの検知信号の位相差を利用して、回転部203の回転方向を検知する。
このようにして出力されるFB取得部205のフィードバック値に基づき、駆動制御部201は、エンジン制御部31から入力される目標値と、FB取得部205から入力されるフィードバック値との差分に基づき、回転部203を回転させるための制御値を出力する。
特徴量取得部206は、上述したようなローラ駆動制御部200によるフィードバック制御のサイクルにおいて、回転部203の回転状態を示す値である特徴量を取得する。図5において破線で示しているように、回転部203の回転状態を示す値としては、FB取得部205が取得した回転検知部204の検知信号や、FB取得部205が算出した回転部203の回転速度を用いることができる。
また駆動制御部201が回転駆動部202に入力する制御値を用いることができる。更に、回転駆動部202が出力する駆動電圧を用いることができる。これらの値が、フィードバック制御において得られるフィードバック値である。特徴量取得部206は、取得した特徴量をシート厚判定部207に入力する。シート厚判定部207は、特徴量取得部206から入力された特徴量に基づき、レジストローラ108に突き当てられた用紙の厚さを判定する。
本実施形態に係るフィードバック制御においては、駆動制御部201が、回転部203の回転速度の目標値とフィードバック値とに基づいて制御値を出力する。即ち、回転速度に基づいた制御(以降、「速度制御」とする)が行われる。また、レジストローラ108の回転位置に基づいた制御(以降、「位置制御」とする)が行われる。レジストローラ108の位置制御において得られる特徴量に基づいて用紙の厚さを判定することが本実施形態に係る要旨の1つである。
位置制御を行う場合、FB取得部205は、マーカーが検知された回数に基づいて回転部203の回転位置を計算し、フィードバック値として駆動制御部201に入力する。また、駆動制御部201には、回転位置までの回転量が目標値として入力される。これにより、駆動制御部201は、目標値とフィードバック値との差分に基づいて回転部203の回転を制御するための制御値を生成して出力する。これにより、回転部203の回転位置が、入力された目標値に保たれる。
特に、レジストローラ108を所定の回転位置で停止させた状態とする制御をホールド制御と呼ぶ。ホールド制御の場合、エンジン制御部31から駆動制御部201に対しては、レジストローラ108を停止させたい位置に相当する回転部203の回転位置が目標値として入力される。そして、駆動制御部201は、FB取得部205から入力されるフィードバック値と目標値との差分に基づき、回転部203の回転位置が目標値となるように回転させるための制御値を生成して回転駆動部202に入力する。
図6はホールド制御の動作を示すフローチャートである。図6に示すようにホールド制御が開始され(S601)、回転部203の回転位置が目標値となるように制御されている状態においても、所定の周期でFB取得部205からのフィードバック値が駆動制御部201に入力される。
駆動制御部201は、FB取得部205からのフィードバック値を取得する度に、回転部203の回転位置が目標値に対してずれていないか否か、即ち位置変動の有無を判断する(S602)。S602の判断の結果、位置変動が発生していなければ(S602/NO)、駆動制御部201は、引き続き現在の制御値を回転駆動部202に対して入力する。
他方、位置変動が発生していた場合(S602/YES)、駆動制御部201は、発生した位置変動に応じて回転部203の回転位置を目標値に近づけるように、回転駆動部202に入力するための制御値の出力を修正する(S603)。
このようなホールド制御においてエンジン制御部31から駆動制御部201に入力される目標値は、直接的には回転部203の回転位置を指定するための値として用いられる。しかしながら、回転部203はレジストローラ108を回転させるためのモータであり、結果的にエンジン制御部31から入力される目標値はレジストローラ108を指定された停止位置で停止させるための値として用いられる。
同様に、ホールド制御とは、直接的には回転部203を指定された回転位置で停止させるための制御であるが、結果的にはレジストローラ108を指定された回転位置で停止させるための制御となる。従って、駆動制御部201からの制御値によって回転駆動部202が出力する信号は、直接的には回転部203を回転させるための制御値であるが、結果的にはレジストローラ108を回転させるための制御値となる。
ここで、ホールド制御により回転部203の回転が停止している状態とは、回転部203に対して外部から加わっているトルクと、回転駆動部202が回転部203に与える駆動信号によって回転部203に発生するトルクとが吊り合っている状態である。従って、S602において位置変動が検知される場合とは、回転部203に対する外力が変化し、回転部203に外部から加わっていたトルクが変動した場合である。
これに対して、回転位置を目標値に戻すためには、変化した外力によって変動した位置を元に戻すためのトルクを回転駆動部202による駆動制御によって回転部203に与えると共に、変化した外力に吊り合うトルクを回転部203に与え続けることである。このような制御は、S603の処理によって回転駆動部202による回転部203の駆動制御態様が変化すると共に、S602の処理が繰り返されることにより実現される。
本実施形態に係る用紙厚の検知方法においては、このようなホールド制御がされたレジストローラ108に対して用紙が突入すると、用紙からレジストローラ108に伝わる力によってレジストローラが回転する。そして、レジストローラ108の回転位置が用紙の突き当てにより進んだ後に元に戻る際にローラ駆動制御部200において得られる値に基づいて突入した用紙の厚みを検知する。
このように、ローラ駆動制御部200は、実際に回転力を発生させるモータである回転部203を含み、回転部203の回転を制御することによってレジストローラ108を駆動制御する回転駆動制御装置である。そして、ローラ駆動制御部200に含まれる構成のうち、回転部203以外の構成が、回転部203を制御することによってレジストローラ108を制御するローラ制御部として機能する。また、このローラ制御部は、直接的にはモータである回転部203の回転を制御するための回転制御部であり、モータ制御装置として用いられる。
ローラ駆動制御部200に含まれる構成のうち回転部203以外の構成は、ソフトウェアとハードウェアとの共同によって構成される。回転部203に駆動信号を与える回転駆動部202は、駆動信号を出力するためのハードウェアによって構成される。また、回転検知部204は、上述したように回転を検知するためのハードウェアによって構成される。
他方、駆動制御部201、FB取得部205、特徴量取得部206及びシート厚判定部207は、上述した夫々の機能を実現するためのソフトウェアに従ってCPU等の演算装置が演算を行うことにより構成される。
尚、本実施形態においては、上述したように回転部203としてフィードバック制御で駆動されるモータを用い、回転駆動部202は駆動制御部201から入力される制御値に基づいた駆動電圧を生成して出力する場合を例としている。そのため、回転駆動部202の出力を上述したフィードバック値として用いる場合には、駆動電圧を用いることとなる。この場合、特徴量取得部206において、PWM出力である駆動電圧からデューティー比を示す値に変換する機能が必要となる。
この他、例えば、回転部203として電圧駆動のモータを用いる場合、回転駆動部202の出力は駆動制御部201から入力される制御値に応じた電圧となる。また、回転部203として電流駆動のモータを用いる場合、回転駆動部202の出力は駆動制御部201から入力される制御値に応じた電流となる。これらの電圧または電流の値を特徴量として用いても良い。
また、フィードバック制御のために回転部203の回転を検知するための構成として、回転部203の回転に伴って回転する円板に付加されたマーカーを検知する方式が用いられる場合を例としている。これは一例であり、回転部203の回転量及び回転速度を検知可能な構成であれば、他の態様を採用しても良い。例えば、回転駆動部202が回転部203の回転状態を認識するために回転部203に設けられているホール素子から得られる信号に基づいて2ch擬似エンコーダ信号を生成し、回転部203の回転状態を検知する態様でも良い。また、磁気式エンコーダを用いても良い。
次に、本実施形態に係るローラ駆動制御部200によるシート厚判定の原理について説明する。図7はレジストローラ108に厚さtの用紙が突入する際の状態を示す図である。ここで、レジストローラ108は、回転部203によって回転される駆動ローラ108aと、駆動ローラ108aに押し当てられて駆動ローラ108aの回転に応じて回転する加圧ローラ108bとを含む。
用紙がレジストローラ108に突き当てられて更に搬送され、撓んで座屈する前の状態において用紙を搬送させる力である座屈力Fは、図7に示すように、夫々のローラとの接点において法線方向に伝わる。法線方向に伝わる力は、図7に示すようにX方向の力Fx、Y方向の力Fyに分解され、Fyは加圧ローラ108bによる加圧力によって打ち消される。
従って、座屈力Fは、レジストローラ108を構成する夫々のローラにおいてX方向に伝わるFxに分割され、駆動ローラ108a及び加圧ローラ108bにトルクを与えることとなる。但し、加圧ローラ108bの回転力は駆動ローラ108aによって与えられるため、加圧ローラ108bに加わるFxも結果的に駆動ローラ108aに加わることとなり、F=2×Fxの関係が成り立つ。
ここで、座屈力Fによってレジストローラ108に与えられるトルクTrは、夫々のローラの半径をr、用紙の厚さをtとすると、Tr=F(r−t/2)によって示される。ここで、実際には、rに対してt/2は十分に小さいため、F=Tr/rの関係が成り立つ。
従って、回転部203がホールド制御された状態において用紙がレジストローラ108に突入した後に撓むまでの間のレジストローラ108のトルクに基づき、用紙の座屈力Fを推定することが可能である。
これに対して、用紙の座屈力Fは、用紙の応力方向に垂直な面の面積A及び座屈応力σcrを用いてF=σcr×Aで表すことが出来る。そして、面積Aは、用紙の幅をaとするとt×aで示され、座屈応力σcr=F/(a×t)で示される。
ここで、座屈応力σcrは、端末条件係数C、ヤング率E、応力が加わる間隔bを用いて以下の式(1)によって求められる。
上記式(1)を用いて座屈応力と座屈力Fとの関係を整理すると、以下の式(2)が成り立つ。
上記式(2)を用紙の厚さtに基づいて整理すると、以下の式(3)が成り立つ。
上記式(3)において、座屈力F以外のパラメータは既知のパラメータである。従って、座屈力Fを上述したように回転部203のトルクに基づいて求めることができれば、レジストローラ108に突入した用紙の厚さtを求めることが出来る。
ここで、モータのトルクTrは、トルク定数kt及び電流Iを用いてTr=kt×Iで示される。そして、電流Iは、電圧V及び抵抗Rを用いてI=V/Rで示されるため、Tr=kt×V/Rとなる。結果的に、座屈力Fとレジストローラ108のトルクとが吊り合っている状態における座屈力Fは、上述したF=Tr/rを用いて以下の式(4)によって示される。
そして、式(4)を式(3)に適用すると、レジストローラ108に突入した用紙の厚さtは、以下の式(5)によって示される。
上記式(5)においては、電圧V以外のパラメータは既知のパラメータであり、定数化することが可能である。従って、レジストローラ108に突入した用紙の厚さtは、回転部203に与える電圧Vの一次関数によって表すことが出来る。尚、回転部203に与えられる駆動信号はPWM出力であるため、電圧Vは駆動電圧の振幅とPWM出力のデューティー比によって算出される。
次に、搬送ローラ103によって搬送された用紙がホールド状態のレジストローラ108に突き当てられた場合のレジストローラ108の制御態様について説明する。図8(a)〜(c)は、用紙がレジストローラ108に突き当てられた後、更に搬送されて撓むまでの状態を示す図である。
図8(a)に示すように、搬送ローラ103によって搬送された用紙がレジストローラ108に突き当てられると、用紙からレジストローラ108に加わる力によってレジストローラ108が回転する。図9(a)〜(b)は、図8(a)〜(c)夫々の状態における回転部203の回転位置、回転速度、及び回転駆動部202から回転部203に与えられる電圧の時間変化を示す図である。
図9(a)〜(c)に示すタイミングt1が、図8(a)に示すように用紙がレジストローラ108に突き当てられたタイミングである。用紙がレジストローラ108に突き当てられることによりレジストローラ108が回転すると、図9(a)に示すように回転部203の回転位置がホールド位置から変化すると共に、図9(b)に示すように、停止しておりゼロであった回転部203の回転速度が変化する。
これに対して、レジストローラ108はホールド制御されているため、図6において説明したように、回転部203の回転位置がホールド位置から変化すると、回転駆動部202が回転部203に与える駆動信号が修正され、図9(c)に示すように電圧が変化する。
図9(c)に示すように回転駆動部202が回転部203に与える駆動信号が変化することにより、用紙によって回転させられた回転部203の回転速度は元の停止した状態に戻り始める。そして、回転部203の回転速度が停止した状態において、図9(a)のタイミングt2に示すように、回転部203の回転位置の変化は最大となる。
図8(b)は、用紙によって変化させられたレジストローラ108の回転位置が、ホールド制御によって戻されている状態を示す図である。タイミングt2以降、回転駆動部202は、回転部203の回転位置を元に戻すために回転部203を回転させるための駆動信号を出力し続ける。
これにより、図9(b)に示すように回転部203は逆方向に回転を始め、図9(a)に示すように、回転部203の回転位置はホールド位置に戻り始める。そして、図9(a)に示すタイミングt3において、用紙が撓んで座屈する前の座屈力Fと、レジストローラ108によって用紙を押し戻すために回転部203が発揮するトルクとが吊り合った状態となる。この際に回転駆動部202から回転部203に与えられている電圧が、上記式(5)における電圧Vである。
その後、更に搬送ローラ103によって用紙が搬送されると、図9(c)に示すように用紙が撓む。これにより、図9(c)においてタイミングt4に示すように、用紙からレジストローラ108に加えられる力が弱くなり、それに伴ってレジストローラ108をホールドするために回転駆動部202が回転部203に与える電圧も変化する。
このように図8(a)〜(c)、図9(a)〜(c)に示す変化の中で、タイミングt4の直前の電圧Vに基づいて用紙の厚さを検知することが本実施形態に係る要旨の1つである。即ち、本実施形態においては、搬送ローラ103、レジストローラ108及びローラ駆動制御部200が連動してシート搬送装置、シート厚検知装置として機能する。本実施形態に係る用紙厚検知動作について図10のフローチャートを参照して説明する。
図10に示すように、まずは画像処理装置1のディスプレイパネル24に対する操作により、コントローラ20がシートの種類の設定を受け付ける(S1001)。図11は、S1001においてディスプレイパネル24に表示されるシート種類設定画面の例を示す図である。図11に示すように、ユーザはディスプレイパネル24に対する操作により、厚さを検知する対象のシートの種類を選択する。
ディスプレイパネル24において選択されたシートの種類は、エンジン制御部31からローラ駆動制御部200に通知されシート厚判定部207によって取得される。これにより、上記式(5)におけるヤング率Eが定まる。シート厚判定部207は、例えば図12に示すようなシート種類とヤング率及び用紙幅とが関連付けられたヤング率テーブルを保持しており、取得したシート種類の情報に基づいて搬送される用紙のヤング率及び用紙幅を認識する。
続いて、エンジン制御部31の制御により、搬送ローラ103による用紙の搬送が開始される(S1002)。これにより、図8において説明したように、搬送された用紙がレジストローラ108に突き当たり、図9(a)〜(c)のタイミングt1に示す変化が生じる。シート厚判定部207は、特徴量取得部206から図9(a)〜(c)に示す夫々のパラメータ、即ち、回転部203の回転位置、回転速度、駆動電圧の情報を取得し、その値の変化に基づいて用紙がレジストローラ108に突入したことを検知する(S1003/YES)。
S1003における判断は、図9(a)〜(c)に示す夫々のパラメータに閾値を設定することにより可能である。即ち、シート厚判定部207は、図9(a)〜(c)に示す夫々のパラメータが所定の閾値を超えた場合に、図8(a)に示すように用紙がレジストローラ108に突入したことを判断する。尚、この判断は、図9(a)〜(c)に示す夫々のパラメータの全てについて行っても良いし、一部について行っても良い。
用紙がレジストローラ108に突入したことを検知すると、シート厚判定部207は、特徴量取得部206から取得される特徴量のうち、図9(c)のタイミングt4の直前における値を抽出する(S1004)。この値が、上記式(5)における電圧Vである。
尚、タイミングt4の直前における電圧Vを判断する方法としては、例えば図9(c)に示す電圧の変化を用いる方法がある。即ち、シート厚判定部207は、特徴量取得部206から入力される特徴量のうち、回転駆動部202が回転部203に与える電圧の時系列の変化を参照し、図10のS1003において突入を検知してからの所定期間において最も変化量が大きい状態における電圧値を採用することが出来る。
また、図10のS1003において突入を検知してから、図9(c)のタイミングt1以降のように増大していく変化量を解析し、変化量が増大から減少に転じたタイミングにおける電圧値を採用することが出来る。
電圧Vを抽出したシート厚判定部207は、S1001において取得したヤング率E、用紙幅a及びS1004において抽出した電圧Vを用いて、上記式(5)により用紙の厚さtを計算して判定する(S1005)。尚、応力が加わる間隔bは、搬送ローラ103とレジストローラ108との間隔であり、固定値である。このような処理により、本実施形態に係る用紙の厚さの判定処理が実現される。
その後、シート厚判定部207は、判定した用紙の厚さを駆動制御部201に入力する。これにより、駆動制御部201は、用紙がレジストローラ108に突き当てられた状態でのレジスト位置を調整して(S1006)、処理を終了する。
S1006において、駆動制御部201は、エンジン制御部31から入力される回転部203の目標位置を、判定された用紙の厚さに基づいて調整する。S1006の動作原理について、図13(a)、(b)を参照して説明する。図13(a)は、ある厚さの用紙がレジストローラ108に突き当てられた状態を示す図であり、図13(b)は、図13(a)よりも薄い用紙がレジストローラ108に突き当てられた状態を示す図である。
図13(a)の場合、レジストローラ108のニップ部と用紙先端との間隔はg1である。これに対して、図13(b)の場合、用紙の厚みが薄い分、用紙がよりレジストローラ108のニップ部に近い部分まで入り込むことになる。その結果、ニップ部と用紙先端との間隔は、g1よりも短いg2となる。即ち、図13(a)と図13(b)とで、g1−g2の分、レジスト位置に誤差が生じていることとなる。
従って、駆動制御部201は、シート厚判定部207から取得した判定結果に基づき、図13(a)、(b)に示すg1−g2分の誤差を修正するために回転部203の回転位置の目標値を修正する。そのため、駆動制御部201は、例えば図14に示すように、用紙厚さと調整値とが関連付けられたテーブルを保持しており、用紙厚さの判定結果に応じた調整値を採用して目標値を修正する。
尚、図14に示すテーブルをシート厚判定部207が保持しており、シート厚判定部207が駆動制御部201に対して調整値を通知しても良い。また、図10のS1006における処理は、用紙の厚さの判定結果の利用態様の1つであるが、用紙の厚さの検知において必ずしも必要な処理ではない。
以上説明したように、本実施形態に係る用紙厚検知装置においては、レジストローラ108の駆動機構として、フィードバック制御されたモータが用いられる。そして、用紙を突き当てて止めるために、ホールド状態でフィードバック制御されたレジストローラ108に用紙が突き当てられた際に、フィードバック制御において得られるパラメータ値に基づいて用紙の厚さを判定する。
この場合、レジストローラ108はホールド状態であり、用紙を搬送している状態ではないため、フィードバック制御において得られるパラメータ値には、用紙の搬送摩擦負荷等、用紙の搬送において発生する誤差要因を含まない。従って、ローラの負荷によるシート厚の検知を高精度に行うことが可能となる。
尚、上記実施形態においては、回転駆動部202が回転部203に与える電圧値を特徴量取得部206が取得し、シート厚判定部207は、その電圧値Vを用いて上記式(5)によりシートの厚さtを算出する場合を例として説明した。しかしながら、これは回転駆動部202が電圧値をフィードバック値として出力する場合の例である。フィード制御において得られる回転部203を制御するための制御値に基づいてシートの厚さtを算出する態様であれば、他の態様を採用することも可能である。
例えば駆動電圧のデューティー比をフィードバック値として出力する場合もある。このような場合、上記式(5)のVをデューティー比に変換した式を用いることにより、フィードバック値として取得されたデューティー比に基づいて上記と同様にシートの厚さtを算出することが出来る。
また、上記実施形態においては、式(5)を用いて計算により用紙の厚さを判定する場合を例として説明した。しかしながらこれは一例であり、ローラ駆動制御部200によるフィードバック制御において得られるパラメータを用いて用紙の厚さを判定する態様であれば、他の態様であっても上記と同様の効果を得ることが可能である。
例えば、搬送対象の用紙の種類が図12に示すように予め限定された種類のいずれかである場合を考える。その場合、夫々の種類の用紙がレジストローラ108に突き当てられた際の各パラメータの特徴量を用紙の厚さと関連付けて予め記憶しておき、その中から実際に得られた特徴量に最も近い特徴量に関連付けられた用紙の厚さを抽出することにより判定可能である。
図15は、そのような場合のローラ駆動制御部200の機能ブロックを示す図である。図15に示すように、概ね図5において説明した態様と同一であるが、特徴量DB208が設けられている点が異なる。図16は、特徴量DB208に含まれる情報を示す図である。
図16に示すように、特徴量DB208は、“シート厚”が、“特徴量データ”及び“シート種類”に関連付けられた情報である。即ち、特徴量DB208がシート厚情報として用いられる。“特徴量データ”は、図9において説明したような、用紙がレジストローラ108に突き当てられた際に得られるフィードバック制御でのパラメータにおいて特徴となる値である。図17(a)〜(c)を参照して、特徴量データの例について説明する。
図17(a)に示すように、例えば回転部203の回転位置の場合、用紙によって回転させられて変化した回転位置の最大値θ1を用いることが出来る。また、用紙によって回転部203が回転させられてから回転位置が最大値θ1に達するまでの時間T1や、元のホールド位置に戻るまでの時間T2を用いることが出来る。
また、図17(b)に示すように、回転部203の回転速度の場合、用紙によって回転させられて変化した回転速度の一方の最大値ω1や反対方向の最大値ω2を用いることが出来る。また、用紙によって回転部203が回転させられてから回転速度がω1に達するまでの時間T3や、ω2に達するまでの時間T4を用いることが出来る。
また、図17(c)に示すように、用紙の座屈力と回転部203のトルクとが吊り合っている状態での電圧V1を用いることが出来る。また、また、用紙によって回転部203が回転させられた後にホールド状態に戻り、用紙が座屈して必要トルクが下がるまでの時間T5を用いることが出来る。
このような特徴量DB208の情報を参照することにより、シート厚判定部207は、特徴量取得部206から入力された特徴量及び図10のS1001において入力されたシート種類に基づいてシート厚を判定することが可能となる。
また、上記実施形態においては、画像形成装置において記録媒体となる用紙の搬送経路において、用紙の搬送タイミングを合わせるためのレジストローラ108に用紙が突き当てられる際の制御を例として説明した。しかしながらこれは一例であり、シート状の部材が搬送されるシート搬送装置において、シートが突き当てられるローラがフィードバック制御により制御され、且つ指定された回転位置に停止するようにホールド制御されている場合であれば同様に適用可能である。
従って、上述したようにプリントエンジン26において用紙を搬送する場合の他、例えばスキャナユニット22に原稿を搬送するためのADF21に適用することも可能である。これにより、読み取り対象の原稿の厚さを高精度に検知し、原稿の厚さに応じた搬送制御や読み取り制御を行うことが可能となる。