JP6570912B2 - 用紙厚検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、透過センサを用いて用紙の厚さを検出する用紙厚検出装置に係り、特に用紙の種類の相違に係わらず、用紙の厚さを正確に検出できる用紙厚検出装置に関するものである。

下記特許文献１には接触式の機構を用いた厚み測定装置の発明が開示されている。
厚み測定装置４００は、稼動部４を有する厚み検出センサ１と、厚み検出ローラ２と、固定ローラ５と、用紙検出センサ６を備えている。厚み検出センサ１は、レバー状の稼働部４がエンコーダセンサの軸に連結された構造であり、稼働部４が厚み検出ローラ２と接触している場合に用紙Ｓが厚み検出ローラ２と固定ローラ５の間を通過し、用紙Ｓの厚さ方向に厚み検出ローラ２が移動すると、稼働部４が上方に揺動してエンコーダを回動し、厚み検出ローラ２の変位が計測される。厚み検出ローラ２の上流側には用紙検出センサ６が設置されている。

この厚み測定装置は、厚み検出ローラ２又は稼動部４のいずれか一方に電磁石が設けられており、他方は磁性体で構成されている。通電制御部は、用紙の厚み測定を行う場合には電磁石に通電し、厚み測定を行わない場合には電磁石に通電を行わない。稼動部４と厚み検出ローラ２は通電時には互いに接触するので、用紙Ｓの通過に伴う厚み検出ローラ２の変位に追従して稼動部４が変位するが、非通電時には稼動部４と厚み検出ローラ２は互いに離間するので、厚み検出ローラ２が変位しても稼動部は変位しない。厚み検出ローラ２と厚み検出センサ１の少なくとも一方を駆動するソレノイド等の機構を設ける必要がなく、厚み測定装置の省スペース化が図れる。また、厚み検出時のみに稼働部４と厚み検出ローラ２が接触するので厚さ測定が不要な際の接触によるセンサの劣化が防止される。

下記特許文献２には透過型の用紙厚さセンサを有する画像形成装置の発明が開示されている。この画像形成装置が有する用紙厚さセンサは、光発光部及び受光部との組み合わせで構成された透過センサを用いることができ、光の透過光量の差から用紙厚さを測定することができるものとされている。

特開２０１４−１０１２１４号公報 特開２００３−９５４８４号公報

上記特許文献１に記載された厚み測定装置によれば、搬送される用紙に接触する厚み検出ローラ２と、厚み検出ローラ２に接触して揺動する稼動部４とで構成された接触式の機構を用いてエンコーダを回動させ、その回転量によって用紙の厚みを検出しているため、複雑な構成に起因するコスト高が問題となり、また用紙との接触により厚み検出ローラが摩耗するため安定した用紙の厚み検出が難しいという問題もあった。

上記特許文献２に記載された透過型の用紙厚さセンサによれば、非接触タイプであるため、上記特許文献１の厚み測定装置が有する上述したような問題はない。しかしながら、特許文献２の透過型の用紙厚さセンサによれば、用紙の種類によっては、透過センサから出力される受光電圧の値の大小関係と用紙厚さの大小関係とが対応しなくなる場合があるという問題があった。

図１は、異なる種類の用紙について透過センサを用い、同一条件で受光電圧を測定した本願発明者による実験の結果を示している。透過センサは、光を照射する投光部と、受光量に応じた受光電圧を出力する受光部とを有しており、上記特許文献２の発明では、投光部と受光部の間に用紙を配置して投光部が光を照射すれば、受光部が出力する電圧値から用紙の厚さが検出できるものと考えられていた。

図１において、用紙の種類としては、厚紙Ａ、標準紙Ａ、薄紙Ａ、薄紙Ｂの４種類を挙げた。これら用紙の種類とは、主として用紙を構成する繊維の種類や組成等で区分したものであるが、厚紙、標準紙、薄紙の名称については、各々の厚さ（寸法）にも整合している。すなわち、厚紙、標準紙、薄紙の順に厚さが小さくなる。

図１に示すように、受光電圧は、厚紙Ａでは０．２５Ｖ、標準紙Ａでは０．８０Ｖ、薄紙Ａでは１．２８Ｖであり、用紙が厚いほど受光電圧が小さくなっており、厚さが大きいほど光が透過しにくくなると考えられる。しかしながら、組成等が異なる種類では、例えば同じ厚さの薄紙であっても、薄紙Ａと薄紙Ｂでは受光電圧が異なっている。薄紙Ｂの受光電圧は０．６３Ｖであり、厚紙Ａと標準紙Ａの中間の値となっている。このように、用紙の種類によっては、受光電圧の値の大小関係と用紙厚さの大小関係とが対応しなくなる場合があるので、透過センサを上述した特許文献２の発明のように使用し、受光電圧の値を見ただけでは、用紙の厚さを正確に検出できない場合がある。

本発明は、以上説明した従来の技術と、従来の技術の検討から本願発明者が実験的に知得した課題等に基づいてなされたものであり、透過センサを用いて用紙の厚さを検出する用紙厚検出装置において、用紙の種類の相違に係わらず用紙の厚さを正確に検出できるようにすることを目的としている。

請求項１に記載された用紙厚検出装置は、
用紙を搬送する搬送手段と、
前記搬送手段によって搬送される用紙を挟む位置に配置され、光を照射する投光部と受光量に応じた受光電圧を出力する受光部を備えた透過センサと、
前記透過センサの前記受光部が１枚の用紙について先端部と後端部で出力した前記受光電圧の変動率に基づいて１枚の用紙の厚さを判断する制御部と、
を具備することを特徴としている。

請求項２に記載された用紙厚検出装置は、請求項１に記載の用紙厚検出装置において、
前記制御部は、用紙の厚さと前記変動率の関係を示すデータを備えており、取得した前記変動率と前記データを比較して用紙の厚さを判断することを特徴としている。

請求項１に記載された用紙厚検出装置によれば、搬送手段によって搬送される用紙は、透過センサの投光部と受光部の間を通過し、１枚の用紙について異なる位置で出力した２以上の受光電圧のうち、最初に出力した電圧値と、最後に出力した電圧値の変動率に基づいて制御部が用紙の厚さを判断する。

投光部と受光部の間に設定された搬送経路に沿って搬送される用紙は、その先端部が搬送経路に沿っていても、用紙が受ける空気抵抗等によって後端部は搬送経路から外れる方向に舞い上がるような形態で変形する（これを「たわみ」と称する。）。そして、搬送速度が一定である場合、用紙の厚さに応じてたわみは異なり、薄紙が最もたわみに易く、以下、標準紙、厚紙の順にたわみは小さくなっていく。この傾向は、用紙の種類によらず、厚さによって一定である。

また、同じ用紙であっても、投光部と受光部の間のどの位置に配置されるかによって受光部が出力する受光電圧の値は異なり、その変化の態様は用紙の種類によらず、用紙の厚さに対応している。

従って、投光部と受光部の間を搬送される用紙において、搬送経路に近い位置を通過する先端部と、たわみが生じて位置が変位した後端部の２点で透過センサが用紙を検出し、用紙の当該各位置で受光部が受光電圧を検出すれば、その２つの受光電圧は異なるはずであり、またその相違の程度（変動率）は用紙のたわみを左右する用紙の厚さに対応するはずである。

用紙の厚さと、投光部と受光部の間を通過してたわんだ当該用紙の特定の２点における受光部の受光電圧の値との関係を予め実験で取得して装置のメモリ等に比較データとして記憶しておき、実際に用紙を投光部と受光部の間で搬送して前記特定の２点で受光電圧を実測値として求めれば、当該実測値と前記比較データを比較することにより、当該用紙の厚さを用紙の種類によらずに誤りなく検出することができる。

請求項２に記載された用紙厚検出装置によれば、制御部は、用紙の厚さと、当該用紙の異なる位置で取得した２つの電圧値の変動率との関係を示すデータを備えているので、実際に取得した変動率と前記データを比較して用紙の厚さを判断することができる。

透過センサの投光部と受光部の間を種類の異なる用紙が通過した場合において、同一条件で受光電圧を測定した結果を示す表図である。 本願発明者が使用した実験装置の概略構成を示す斜視図である。 本願発明者が図２に示す実験装置を用いて行なった実験の結果を示すグラフであって、透過センサの受光部からの位置と、受光部の受光電圧との関係を、厚さが異なる３種類の用紙ごとにプロットしたものである。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成図である。 実施形態において透過センサを通過する用紙の後端部の挙動を説明するための模式図である。 実施形態において透過センサの受光部が出力する受光電圧の値の変動を、厚さが異なる３種類の用紙ごとにプロットしたグラフである。 図６のグラフから、厚さが異なる３種類の用紙ごとに、その先端部（たるみ無し）と後端部（たるみ有り）における受光電圧の値を読み取って表示し、さらにその変動率を算出して表示した表図である。

１．本願発明者の実験について（図２及び図３）
本願発明者は、透過センサで用紙の厚さを検出する手法等について研究してきたが、その中で、「発明が解決しようとする課題」の項で説明したように、用紙の種類によっては、受光電圧の値の大小関係と用紙厚さの大小関係とが対応しなくなる場合があるという課題を発見した。そこで、用紙の種類に関わりなく、透過センサの受光電圧を用いて用紙の厚さを検出できる方法がないか、実験的な検討を重ねてきた。

図２は、本願発明者が使用した実験装置の概略構成を示す斜視図である。透過センサ３は、投光部３ａと受光部３ｂを所定間隔Ｌ（本例では例えば４０ｍｍ）だけ離して対向するように配置したものである。実験では、投光部３ａと受光部３ｂの間に用紙Ｐを置き、投光部３ａから光を照射し、用紙Ｐを透過して光を受けた受光部３ｂが受光電圧を発生する。

ここで、本願発明者は、受光部３ｂの位置を基準（０ｍｍ）として投光部３ａに向けて増大する用紙Ｐの位置（ｍｍ）を横軸とし、受光部３ｂが出力する受光電圧を縦軸とするグラフを想定した。薄紙、標準紙、厚紙の３種類の厚さの用紙Ｐについて、用紙Ｐの位置を５ｍｍから３５ｍｍまで変化させて受光電圧の値を同グラフにプロットした。これが図３に示すグラフである。

図３に示すように、元々、受光電圧の値は、薄紙（破線）が最も大きく、次に標準紙（細線）、最小は厚紙（太線）となっているが、この順序とは別に、用紙Ｐを受光側から微小距離（１０ｍｍ前後）の位置に設定した場合、薄紙、標準紙及び厚紙のいずれも受光電圧がわずかに大きくなり、且つ、その度合いは用紙の厚さが小さいほど（薄いほど）大きくなることが判明した。すなわち、薄い用紙Ｐほど、受光部３ｂから離れ、投光部３ａに近い位置で測定した方が受光電圧が大きく変化するが、厚くなると用紙Ｐの位置による受光電圧の変化は小さくなる傾向がある。

２．実施形態の画像形成装置（図４〜図７）
本願発明者は、このような傾向を利用すれば、用紙Ｐの種類に関わりなく、透過センサ３の受光電圧を用いて用紙Ｐの厚さを検出できると考えた。すなわち、用紙Ｐを搬送する場合には、先端部を所定経路に沿って搬送しても、空気抵抗等によって後端部にはたわみが生じ、そのたわみ量は用紙Ｐの厚さで定まる用紙Ｐの剛性に対応している。そして、たわみ量は、透過センサ３の投光部３ａと受光部３ｂの位置の変化として現れるため、用紙Ｐの先端部と後端部における各受光電圧の変化を見れば、用紙Ｐの厚さが分かるはずである。

以下、図４〜図７を参照して、実施形態の用紙Ｐ厚検出装置を有する画像形成装置について説明する。
図４は、実施形態の画像形成装置１の概略構成図である。以下の説明において、ユーザが位置する図４の紙面表方向を前方とする。また、図４に示すように、ユーザから視て、上下左右を上下左右方向とする。また、図４において破線で示す経路が、印刷媒体である用紙Ｐが搬送される搬送経路Ｒであり、左から右に向かう方向が搬送方向である。以下の説明における上流、下流は、用紙Ｐの搬送経路Ｒにおける上流、下流を意味する。

図４に示すように、画像形成装置１は、給紙部２と、用紙センサである透過センサ３と、搬送手段としてのベルト搬送部４と、画像形成手段であるインクジェットヘッド部５と、制御部６を備えている。なお、画像形成装置１の一部である用紙厚検出装置は、透過センサ３と制御部６から構成される。

給紙部２は、用紙Ｐの給紙を行う。給紙部２は、給紙台１１と、給紙ローラ１２と、給紙モータ１３と、レジストローラ１４と、レジストモータ１５と、エンコーダセンサ１６を備える。給紙台１１には、印刷に用いられる用紙Ｐが積載される。

透過センサ３は、レジストローラ１４とベルト搬送部４との間の所定位置において、搬送される用紙Ｐを検出する。透過センサ３は、投光部３ａと受光部３ｂを備えており、搬送される用紙Ｐの複数箇所において用紙Ｐを検知し、受光部３ｂは当該用紙Ｐの当該複数箇所に対応する受光電圧を出力する。また、透過センサ３は、搬送される用紙Ｐの重送を検出するために用いてもよい。

投光部３ａは、レジストローラ１４とベルト搬送部４との間の所定位置において、搬送経路Ｒの上方に配置されている。投光部３ａは、搬送経路Ｒに向けて下方向に光を発する。投光部３ａは、発光ダイオード、レーザダイオード等からなる。

受光部３ｂは、投光部３ａからの光を受光し、受光量に応じた受光電圧を出力する。受光部３ｂは、搬送経路Ｒを挟んで投光部３ａに対向して配置されている。受光部３ｂは、例えば、フォトダイオードからなる。

ベルト搬送部４は、レジストローラ１４から搬送されてきた用紙Ｐを搬送する。ベルト搬送部４は、レジストローラ１４の下流側に配置されている。ベルト搬送部４は、搬送ベルト２１と、駆動ローラ２２と、従動ローラ２３，２４，２５と、ベルトモータ２６とを備える。

搬送ベルト２１は、駆動ローラ２２および従動ローラ２３〜２５に掛け渡される環状のベルトである。搬送ベルト２１には、用紙Ｐを吸着保持するための貫通穴であるベルト穴が多数形成されている。搬送ベルト２１は、ファン（図示せず）の駆動によりベルト穴に発生する吸着力により、用紙Ｐを吸着保持する。搬送ベルト２１は、駆動ローラ２２の駆動により図４における時計回り方向に回転することで、吸着保持した用紙Ｐを右方向へ搬送する。

インクジェットヘッド部５は、用紙Ｐの搬送方向と略直交する方向（前後方向）に複数のノズルが配列されたラインタイプのインクジェットヘッドを有する。インクジェットヘッド部５は、ベルト搬送部４の上方に配置されている。インクジェットヘッド部５は、ベルト搬送部４により搬送される用紙Ｐにインクジェットヘッドからインクを吐出して画像を印刷する。

制御部６は、画像形成装置１の各部の動作を制御する。制御部６は、ＣＰＵ、メモリ等が配置されたコントローラ基板等で構成されている。

図５は、実施形態の画像形成装置１において、透過センサ３を通過する用紙Ｐの後端部Ｚの挙動を説明するための模式図である。
画像形成装置１において用紙Ｐを搬送する場合、印刷対象としては、薄紙、標準紙、厚紙のように種々の厚さの用紙Ｐを使用するが、厚さの違いに起因して、搬送される用紙Ｐに変形が生じる。用紙Ｐの搬送方向Ｆについての搬送速度を一定としても、用紙Ｐの厚さが異なれば、その先端部Ａが搬送経路Ｒに沿っていても、用紙Ｐが受ける空気抵抗等によって後端部Ｚは搬送経路Ｒから外れる方向に舞い上がるようにたわむ。そして、搬送速度が一定である場合、用紙Ｐの厚さに応じてたわみは異なり、薄紙が最もたわみに易く、以下、標準紙、厚紙の順にたわみは小さくなっていく。この傾向は、用紙Ｐの種類によらず、厚さによって一定である。なお、図５は用紙の先端部と後端部の挙動を同時に示すために便宜上、重送状態のようになっているが、通常、先端部と後端部は重ならないことは勿論である。

図６は、実施形態において、用紙Ｐが透過センサ３を通過した場合に、透過センサ３の受光部３ｂが出力する受光電圧の値が、時間経過に伴って変動する状況を、厚さが異なる３種類の用紙Ｐごとにプロットしたグラフである。搬送速度は一定である。このグラフのような受光電圧のデータが得られた場合において、測定開始後、２番目の測定タイミングと、最後から２番目の測定タイミングを基準にとる場合を説明する。この２つの測定タイミングを図６中、縦軸に平行な２本の白抜き棒で示す。測定開始後、２番目の測定タイミングは、用紙Ｐの先端部Ａがたわみの無い状態で規定の搬送経路Ｒ（図１参照）に沿って透過センサ３を通過したタイミングと考えられる。また、最後から２番目の測定タイミングは、用紙Ｐの後端部Ｚが通過した瞬間であり、後端部Ｚは用紙Ｐの厚さ（又は剛性）に応じてたわみ、図５に示したように上方に舞い上がって投光部３ａに近接した状態になっていると考えられる。

まず、図６のグラフ中、薄紙（△印）は、受光電圧が最も高く、かつ用紙Ｐの先端部Ａでの受光電圧は１．２６５Ｖ（たるみ無し（Ａ））であり、用紙Ｐの後端部Ｚでの受光電圧は１．４８１Ｖ（たるみ有り（Ｂ））である。図７に、これらの値と、これらの値から算出した変動率を表にして示す。ここで変動率とは、１−（Ａ／Ｂ）で定義される値である。薄紙の場合、その変動率は１４．６％となる。

図６のグラフ中、標準紙（×印）は、受光電圧が中間の値であり、かつ用紙Ｐの先端部Ａでの受光電圧は０．７９７Ｖ（たるみ無し（Ａ））であり、用紙Ｐの後端部Ｚでの受光電圧は０．９００Ｖ（たるみ有り（Ｂ））である。図７に、これらの値と、これらの値から算出した変動率を表にして示す。標準紙の場合、その変動率（１−（Ａ／Ｂ））は１１．５％である。

図６のグラフ中、厚紙（◆印）は、受光電圧が最も小さく、かつ用紙Ｐの先端部Ａでの受光電圧は０．２５８Ｖ（たるみ無し（Ａ））であり、用紙Ｐの後端部Ｚでの受光電圧は０．２６１Ｖ（たるみ有り（Ｂ））である。図７に、これらの値と、これらの値から算出した変動率を表にして示す。厚紙の場合、その変動率（１−（Ａ／Ｂ））は１．２％である。

このように、実施形態の画像形成装置１において、透過センサ３（投光部３ａ、受光部３ｂ）を用いて薄紙、標準紙及び厚紙について、用紙Ｐの先端Ａから用紙Ｐの後端Ｚが通過するまでの受光電圧の変化を実測した結果が図６である。また図６のうち、用紙Ｐの先端Ａと用紙Ｐの後端Ｚでの値を切り出して変動率とともに示した表が図７である。薄紙、標準紙及び厚紙の変動率は上述したように、それぞれ１４．６％、１１．５％、及び１．２％であり、この数値に基づいて用紙Ｐの厚さを判断しても誤ることはなく、紙厚判断の基準を満たしている。すなわち、上記数値例を用いれば、紙厚の具体的な判断基準の一例を、次のように定めることができる。
厚紙は７％以下、標準紙は７％を越え１３％未満、薄紙は１３％以上。

このような基準値が得られた後は、用紙Ｐが透過センサ３を透過した場合に、同様の測定タイミング（すなわち同様の測定位置である用紙Ｐの先端部Ａ及び後端部Ｚ）で２カ所の受光電圧値を得れば、これらから変動率を算出し、さらに当該変動率と基準値の比較を行なうことにより、当該用紙Ｐが薄紙であるか、標準紙であるか、厚紙であるか、確実に判定することができる。そして、判定した用紙Ｐの種類に応じて、制御部６がベルト搬送部４やインクジェットヘッド部５等を制御し、用紙Ｐの厚さに適した一連の画像形成作業を実行する。なお、基準値の作成及び記憶、測定値からの変動率の算出、基準値と変動率の比較による用紙Ｐの厚さの判断は、制御部６が行なう。

なお、用紙Ｐの種類がいつも使っている特定の用紙Ｐであるならば、透過センサ３の通常の受光電圧の測定だけで、ほぼ正確に用紙Ｐの厚さを検出できる。従って、前述した用紙Ｐの厚さ測定の機能は、本装置における特殊モードで発揮される機能としておいてもよい。例えば、本実施形態の画像形成装置１で、普段は使っていない特殊な種類の用紙Ｐを使う場合等において、特殊モードとして用紙厚測定モードを選択すれば、搬送される用紙Ｐの厚さに応じた搬送及び画像形成等の制御を自動的に行なうことができる。

以上説明した例では、厚さの異なる各用紙Ｐごとに、複数の点で受光電圧を測定し、その最初から２番目の値と、最後から２番目の値を採用して変動率を算出したが、採用する２点の順番は先端部Ａと後端部Ｚの相違が生じやすければよく、実情に合わせて適宜変更してもよい。例えば、測定開始した最初の値と、最後の値を採用して変動率を算出してもよい。さらに、透過センサ３の受光部３ｂが１枚の用紙Ｐについて出力した２以上の受光電圧の最大の電圧値と最小の電圧値から変動率を算出してもよい。

以上説明したように、本実施形態の画像形成装置１が有する用紙厚検出装置によれば、用紙Ｐの先端部Ａと用紙Ｐの後端部Ｚで測定した受光電圧の値の変動率が、用紙Ｐの種類によらず、薄紙、標準紙及び厚紙でそれぞれほぼ一定となる。従って、特定の用紙Ｐ以外の用紙Ｐを用いる場合等に、上記の変動率により区分した用紙厚の判定範囲に、実測した用紙Ｐの変動率を当てはめて用紙Ｐの厚さを判断すれば、用紙種類によらず、用紙Ｐの厚さ検出を正確に行なうことができる。

なお、実施形態では、用紙厚検出装置を画像形成装置に設け、用紙厚検出装置によって検出した用紙厚を画像形成のための制御に応用したが、これは一例にすぎず、本発明の用紙厚検出装置によって用紙厚を検出する目的には特に限定はない。

１…画像形成装置
３…透過センサ
３ａ…投光部
３ｂ…受光部
４…搬送手段としてのベルト搬送部
６…制御部
Ｐ…用紙
Ｒ…搬送経路
Ａ…用紙の先端部
Ｚ…用紙の後端部

Claims (2)

1. 用紙を搬送する搬送手段と、
   前記搬送手段によって搬送される用紙を挟む位置に配置され、光を照射する投光部と受光量に応じた受光電圧を出力する受光部を備えた透過センサと、
   前記透過センサの前記受光部が１枚の用紙について先端部と後端部で出力した前記受光電圧の変動率に基づいて１枚の用紙の厚さを判断する制御部と、
   を具備することを特徴とする用紙厚検出装置。
2. 前記制御部は、用紙の厚さと前記変動率の関係を示すデータを備えており、取得した前記変動率と前記データを比較して用紙の厚さを判断することを特徴とする請求項１に記載の用紙厚検出装置。

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