JP7481904B2 - 画像形成装置、およびシート判定装置 - Google Patents

Description

本発明は気圧推定技術に関する。

画像形成装置はシートの種別に応じて画像形成条件を制御する。特許文献１は、超音波センサを用いてシートの坪量を検知することを提案している。音波は、空気の密度により伝わりにくさ（音響インピーダンス）が変化するという性質を有している。したがって、音波の受信レベルは超音波センサの設置場所における気圧の影響を受ける。特許文献２は、超音波センサを用いて気圧を推定し、推定された気圧を用いてシートの重送を判別するための閾値を設定することを提案している。

特開２００４－１０７０３０号公報 特開２０１７－０３９５８９号公報

気圧を用いて画像形成条件を決定するためには、気圧を高精度に取得することが求められる。しかし、高精度の気圧計は高価であるため、比較的に安価な構成で精度よく気圧を取得できることが必要である。そこで、本発明は、比較的に安価な構成で精度よく気圧を取得することを目的とする。

本発明は、たとえば、
画像形成装置に設けられた超音波センサと、
前記超音波センサの出力信号に基づき前記画像形成装置を制御する制御手段と、
前記超音波センサの出力信号に基づき気圧を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された気圧に基づき画像形成条件を決定する決定手段と、を有し、
前記超音波センサは、前記画像形成装置を制御するためと、前記気圧を推定するためとで兼用されることを特徴とする画像形成装置を提供する。

本発明によれば、比較的に安価な構成で精度よく気圧を取得することが可能となる。

電子機器の一例である画像形成装置を示す図。 シート判定装置を示す図。 駆動信号および受信信号を示す図。 気圧または温度に対する受信レベルを示す図。 坪量に対する評価値（ＩＲ値）を示す図。 気圧推定方法を示すフローチャート。 画像形成装置を示す図。 重送判定装置を示す図。 坪量に対する受信レベルを示す図。

以下、添付図面を参照して実施形態が詳しく説明される。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一または同様の構成に同一の参照番号が付され、重複した説明は省略される。

本実施形態では、基準環境で測定された基準パラメータと画像形成装置の設置場所で測定された超音波の受信レベルとを用いて、当該設置場所における気圧が推定される。基準環境とは、たとえば、画像形成装置を製造する工場であってもよい。基準パラメータは、たとえば、基準温度、基準気圧、および、シートを介さない超音波の受信レベル（基準受信レベル）であってもよい。設置場所で測定される超音波の受信レベルは、シートを介さない超音波の受信レベルであってもよい。これにより、比較的に安価な構成で精度よく気圧を取得することが可能となる。

＜実施例１＞
［画像形成装置］
図１が示すように、画像形成装置１は、中間転写ベルト１７を用いてフルカラー画像をシートＰに形成する電子写真方式の画像形成装置である。画像形成部５０は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）といった四色のトナーを重ね合わせることでカラー画像を形成する。なお、参照符号の末尾に付与されているＹＭＣＫの文字はトナーの色を示しており、四色に共通する事項が説明される際には、ＹＭＣＫの文字は省略される。

感光ドラム１１は静電潜像およびトナー画像を担持する感光体および像担持体である。帯電ローラ１２は感光ドラム１１の表面電位が一様な電位となるように感光ドラム１１の表面を帯電させる。露光装置１３は画像データに対応した光で感光ドラム１１上を走査することで静電潜像を形成する。トナーカートリッジ１４はトナーを収容するプロセスカートリッジである。現像ローラ１５はトナーを用いて静電潜像を現像してトナー画像を形成する。一次転写ローラ１６はトナー画像を感光ドラム１１から中間転写ベルト１７へ転写する。中間転写ベルト１７上に順番に四色のトナー画像を重ねて転写されることでフルカラー画像が形成される。中間転写ベルト１７は二次転写ローラ１９へトナー画像を搬送する。

給紙カセット２は複数のシートＰを収容する収容庫である。給紙ローラ４は、シートＰをピックアップして搬送路へ送り出す。搬送路には搬送ローラ５およびレジストローラ６が配置されている。搬送ローラ５およびレジストローラ６は、二次転写ローラ１９へシートＰを搬送する。

二次転写ローラ１９はトナー画像を中間転写ベルト１７からシートＰへ転写する。定着器２０は、シートＰを搬送しながら、シートＰとトナー画像に熱と圧力を加えて、トナー画像をシートＰ上に定着させる。排紙ローラ２１は、定着器２０によって定着が行われたシートＰを排紙する。

温度センサ４０は画像形成装置１の外気温度を検知する。シート判別装置３０はシートＰの種別（例：坪量）を検知するメディアセンサである。制御部１０は、シートＰの種別に応じて画像形成条件を制御する。

ここで、紙種と画像形成条件（例：二次転写の条件、定着条件）との関係は以下の通りである。一般的に、シートＰの坪量に依存してシートＰの抵抗値が変化する。そこで、制御部１０は、坪量（紙種）に応じてトナーを転写するための二次転写の条件を制御する。シートＰの坪量に依存してシートＰの熱容量が異なる。したがって、制御部１０は、坪量（紙種）に応じてトナーを定着するための定着温度、定着時間、および搬送速度などの定着条件を制御する。このように紙種（坪量）に応じて適切な画像形成条件が異なるため、制御部１０は、シート判別装置３０によって判別された紙種に応じて画像形成条件を設定する。

［シート判別装置］
図２はシート判別装置３０と制御部１０を示している。シート判別装置３０は、超音波センサ３１、発信制御部２３４、および検知部２３５を有している。超音波センサ３１は坪量を検知するセンサとして利用される。超音波センサ３１は発信部２３２と受信部２３３とを有している。発信部２３２は超音波を発信する超音波素子を有する。受信部２３３は超音波を受信する超音波素子を有する。発信部２３２は、発信制御部２３４から入力される駆動信号に応じた周波数（例：４０ｋＨｚ）の音波を発信する。受信部２３３は発信部２３２から発信された音波を受信して、受信された音波の音圧に応じた受信信号を検知部２３５へ出力する。実施例１では、音波の周波数が４０ｋＨｚと仮定されているが、これは一例に過ぎない。周波数は、シートＰの坪量の特性値を検知可能な周波数であればよい。

発信部２３２と受信部２３３は、シートＰを介して音波を送受信できるように、シートＰの搬送路の近傍に配設される。発信制御部２３４は、制御部１０からの駆動信号を増幅して発信部２３２を駆動する増幅回路を有する。検知部２３５は、受信部２３３から出力された検知信号を増幅する増幅回路と、増幅された検知信号を半波整流して受信信号を生成する整流回路とを有する。検知部２３５により生成された受信信号は、制御部１０のＣＰＵ２００のＡＤポートに入力される。ＡＤポートは、入力されたアナログ信号をサンプリングしてデジタル値に変換するＡＤ変換回路を含む。

制御部１０はＣＰＵ２００と記憶部２１０を有している。記憶部２１０はＲＯＭ領域とＲＡＭ領域とを有している。ＣＰＵ２００は、記憶部２１０のＲＯＭ領域に記憶されている制御プログラムを実行することで、様々な機能を実現する。とりわけ、ＣＰＵ２００は、超音波センサ３１を駆動するための駆動信号を生成したり、ＡＤポートに入力された受信信号に基づきシートＰの坪量を演算したり、気圧を推定したりする。

ＣＰＵ２００は、ＡＤポートで受信信号を変換して得られたデジタル値に基づいて受信信号のピーク値を受信レベルとして抽出する。ピーク値の代わりに、受信信号のレベルに関する特性値（例：実効値、平均値）が採用されてもよい。

Ｖａ演算部２０１は、シートＰを介さずに超音波センサ３１により取得された受信信号の受信レベルＶａを演算する。「シートＰを介さず」とは、発信部２３２と受信部２３３との間にシートＰが存在していないことを意味する。Ｖｐ演算部２０２は、シートＰを介して超音波センサ３１により取得された受信信号の受信レベルＶｐを演算する。ＩＲ演算部２０３はＩＲ値を演算する。ＩＲ値は、坪量演算に使用されるパラメータ（評価値）である。ＩＲ値の詳細は後述される。坪量演算部２０４は、ＩＲ値を用いてシートＰの坪量を演算する。条件制御部２０６は、坪量に基づき画像形成条件（例：定着条件）を制御したり、気圧に基づき画像形成条件（例：帯電条件、現像条件）を制御したりする。坪量に基づき画像形成条件を制御する手法としてはすでに知られている手法が使用されてもよい。気圧推定部２０５は、温度センサ４０により取得された温度Ｔａ、記憶部２１０に記憶されている基準パラメータおよび受信レベルＶａに基づき気圧を推定する。

現像電源２２１は、現像を促進するために現像ローラ１５に印加される現像電圧（現像バイアス）を生成する電源回路である。帯電電源２２２は、感光ドラム１１を帯電させるために帯電ローラ１２に印加される帯電電圧（帯電バイアス）を生成する電源回路である。定着器２０は、ヒータを有し、坪量に応じて決定された定着温度が得られるようにヒータを制御する。

［タイムチャート］
図３は駆動信号と受信信号との関係を示している。縦軸は駆動信号のレベルと受信信号のレベルを示す。横軸は時間を示す。駆動信号は一定周期のパルス波（バースト波）である。一例として周波数は４０ｋＨｚである。パルス数は２パルスである。検知部２３５で生成された受信信号の受信レベルは、受信部２３３によって受信された音波の音圧に相関している。受信信号は、発信部２３２の音波の周波数と同じ４０ｋＨｚの半波毎にピーク値を持つ。駆動信号のパルス数は２パルスであるが、受信信号の波形の個数は２を超える。これは、発信部２３２または受信部２３３で残響が発生するからである。制御部１０は、複数の波形のうち時間軸上で２番目の波形を検知し、そのピーク値を抽出する。Ｖａ演算部およびＶｐ演算部は、駆動信号と同期した任意の所定時間範囲（検知ウインドウ）において受信信号を検知することで、２番目の波形のピーク値（受信レベルＶａ，Ｖｂ）を取得する。図３が示すように、所定時間範囲の始点は駆動信号の出力を開始したタイミングであってもよい。所定時間範囲の幅（長さ）は、発信部２３２と受信部２３３との距離と超音波の音速との関係から予め計算して設定される。

制御部１０は、シートＰが発信部２３２と受信部２３３の間を搬送されている期間において、発信制御部２３４に駆動信号を送信し、複数のピーク値を順次抽出する。シートＰを介して超音波を受信したときの受信レベルＶｐは、主にシートＰの坪量に依存して変化する。よって、制御部１０は、シートＰに起因した受信レベルＶｐの変化を用いることで、シートＰの坪量を検知する。

［検知結果の補正］
●位置のばらつき
受信部２３３と発信部２３２の位置関係が設計上で想定された関係に対してばらつく。このばらつきは、超音波センサ３１の製造工程で発生したり、超音波センサ３１を画像形成装置１への取り付ける工程で発生したりする。このばらつきは超音波の受信レベルのばらつきをもたらす。そこで、ＩＲ演算部２０３は、シートＰがないときの受信レベルＶａと、シートＰがあるときの受信レベルＶｐとに基づき位置補正係数Ｉを演算する。

Ｉ＝Ｖｐ／Ｖａ ・・・ （１）
●環境のばらつき
超音波センサ３１の周囲環境（例：気圧、気温）に応じて坪量の検知結果がばらつく。気圧や気温に依存して空気が膨張または収縮することで、空気の密度が変化する。一般的に、空気の密度が小さいと超音波は伝わりにくくなる。逆に、空気の密度が大きいと超音波は伝わりやすい。即ち、周囲の環境に依存して音の伝わりにくさ（周囲環境の音響インピーダンス）が変化する。

図４（Ａ）は気圧と受信レベルの関係を示すグラフである。縦軸は受信レベルを示す。横軸は気圧を示す。気圧が低くなるにしたがって空気の密度が小さくなるため、受信レベルが低くなる。図４（Ｂ）は気温と受信レベルの関係を示すグラフである。縦軸は受信レベルを示す。横軸は温度を示す。温度が高くなるにしたがって空気の密度が小さくなるため、受信レベルが低くなる。このように、超音波センサ３１の受信レベルは、気圧や気温による音響インピーダンスの変化によって変動する。

工場出荷時などに基準環境パラメータが取得されてもよい。ここでは、画像形成装置１の工場出荷時に基準気圧Ａ０および基準気温Ｔ０が測定され、記憶部２１０のＲＯＭ領域に格納される。また、超音波センサ３１をシートＰが通過していないときの受信レベルである基準受信レベルＶａ０も測定されて記憶部２１０に格納される。ＩＲ演算部２０３は、基準受信レベルＶａ０と、シートＰの坪量検知を行う直前に取得された受信レベルＶａとに基づき環境補正係数Ｒを演算する。

Ｒ＝Ｖａ０／Ｖａ ・・・ （２）
ＩＲ演算部２０３は、位置補正係数Ｉおよび環境補正係数Ｒを演算することで、位置のばらつきと環境のばらつきが検知精度に与える影響を軽減する。ＩＲ演算部２０３は、位置補正係数Ｉと環境補正係数Ｒを乗算してＩＲ値を演算する。

ＩＲ＝Ｉ×Ｒ ・・・ （３）
図５は、２６種類のシートＰを電子秤で測定して得られた坪量の実測値と、（３）式を用いて演算されたＩＲ値との関係を示している。縦軸はＩＲ値を示す。横軸は坪量を示す。シートＰの坪量が多くなるにしたがって、ＩＲ値が低下して行く。これは、坪量が多くなるにしたがって、シートＰを透過する超音波の減衰量が多くなるためである。坪量演算部２０４は、図５に示された坪量とＩＲ値との関係を表す近似式Ｘを用いることで、ＩＲ値からシートＰの坪量Ｇを演算する。

Ｇ＝Ｘ（ＩＲ） ・・・ （４）
さらに、条件制御部２０６は、坪量Ｇに基づき画像形成条件（例：定着温度または搬送速度）Ｕを決定する。

Ｕ＝Ｖ（Ｇ） ・・・ （５）
ここで、関数Ｖは坪量に対する定着条件を演算するための式である。画像形成装置１の工場出荷時に様々な坪量に対して実験またはシミュレーションを実行することで、関数Ｖは決定される。関数Ｖは坪量と定着条件との関係を保持したテーブルであってもよい。関数Ｖまたはテーブルは記憶部２１０に格納される。

［気圧演算方法］
前述されたよう記憶部２１０は、基準気圧Ａ０、基準気温Ｔ０、および基準受信レベルＶａ０を記憶している。一方、画像形成装置１に搭載された温度センサ４０は、画像形成装置１の内部の温度Ｔを検知する。

図４（Ｂ）が示すように、超音波センサ３１の周辺の温度が変化すると、その受信レベルも変化してしまう。温度センサ４０が超音波センサ３１の近傍に設置されると、温度Ｔを用いて精度よく気圧Ａが求められる。なお、超音波センサ３１に対して専用の温度センサを設けると、画像形成装置１のコストアップに繋がってしまう。よって、別の目的で画像形成装置１に搭載されている温度センサを利用できれば、安価な気圧推定装置が実現される。このように超音波センサ３１に加えて温度センサについても他の目的と兼用可能とすることで、さらに安価な気圧推定装置が実現されよう。

実施例１では、温度センサ４０は、画像形成装置１の外気温度を検知する目的で設置されている。しかし、他の目的で画像形成装置１に備えられている温度センサが使用されてもよい。たとえば、定着器２０を構成するセラミックヒータに近接し、セラミックヒータを所望の温度に保つよう通電を制御する目的で備えられている定着温度センサが使用されてもよい。露光装置１３に近接して配置された温度センサが使用されてもよい。露光装置１３を構成するレンズおよびミラーなどの部材を保持するモールド材は熱変形する。熱変形は、露光装置１３のレーザ光の照射位置の変化をもたらす。よって、この温度センサの検知結果に応じＣＰＵ２００は、レーザ光の照射タイミングを制御して、レーザ光の照射位置を補正する。

超音波センサ３１の近傍に温度センサ４０が配置されていない場合、超音波センサ３１の温度と温度センサ４０の温度が一致する条件下で、温度が測定される必要がある。たとえば、画像形成動作が終了してから一定の時間が経過していることが条件とされてもよい。これは、一定時間が経過すると、超音波センサ３１の温度と温度センサ４０の測定温度とがほぼ一致するからである。

画像形成装置１の設置場所で、制御部１０はシートＰの坪量検知を行う直前にシートＰがないときの受信レベルＶａを取得してもよい。ここで、直前とは、給紙ローラ４がシートＰの給紙を開始したタイミングから、シートＰの先端が超音波センサ３１に到着するまでの期間をいう。

気圧推定部２０５は、基準気圧Ａ０、基準気温Ｔ０、基準受信レベルＶａ０、画像形成装置１の設置場所における温度Ｔ、および受信レベルＶａから気圧Ａを演算する。基準気圧Ａ０、基準気温Ｔ０、および基準受信レベルＶａ０は記憶部２１０から読み出される。気圧Ａは、たとえば、次式から演算されてもよい。

Ａ＝Ａ０×（Ｖａ／Ｖａ０）×（（Ｔ×Ｔ^０．５）／（Ｔ０×Ｔ０^０．５）） ・・・ （６）
［気圧に応じた画像形成条件］
●現像電圧
現像方式としてジャンピング方式が採用されている場合、感光ドラム１１と現像ローラ１５との間にギャップが設けられる。現像電源２２１が直流と交流とを重畳して生成した現像電圧を現像ローラ１５に印可することで、このギャップに現像電界が生じる。交流電圧としては正弦波、三角波、または矩形波などが採用される。現像ローラ１５から感光ドラム１１に向かう方向にトナーを付勢する電界を形成する現像電圧のピーク値はＶｍａｘと呼ばれる。感光ドラム１１から現像ローラ１５に向かう方向にトナーを付勢する電界を形成する現像電圧のピーク値はＶｍｉｎと呼ばれる。

高画質化は、たとえば、最大画像濃度を高くすることで実現される。最大画像濃度とは、画像データにおける各画素がとりうる最大濃度（階調）に対応したトナー画像の最大濃度である。画像濃度を高めるためには、現像ローラ１５上のトナーをより多く感光ドラム１１上に移動させればよい。そのための方法の一つとしてＶｍａｘを増大する方法がすでに知られている。しかし、Ｖｍａｘを増大させると感光ドラム１１と現像ローラ１５との間でリークが発生する可能性が高くなる。このリークにより感光ドラム１１や現像ローラ１５に損傷が発生しうる。

特に気圧の低い高地では、リークが発生する限界値が、低地に比べて低くなる。一方で、低地では限界値が相対的に高くなる。画像形成装置１は高地であっても、低地であっても精度よく画像を形成できなければならない。そのため、Ｖｍａｘの値は、高地を想定して決定された限界値以下となるように決定される。これは、低地では、Ｖｍａｘをより高く設定可能であるにも拘らず、高地のための限界値によって制限を受けることを意味する。よって、低地と高地の両方において、高画質化を達成することは困難であった。

仮に、画像形成装置１の設置場所における気圧Ａを高精度に取得できれば、気圧Ａに基づき、その設置場所に適した現像電圧を決定可能となる。つまり、各設置場所に応じて、リークを発生させることなく、高画質化を達成可能な、現像電圧を設定することが可能となる。

Ｖｍａｘ＝Ｙ（Ａ） ・・・（７）
ここで関数Ｙは、様々な気圧ＡとＶｍａｘとの関係を表す数式であり、予め記憶部２１０のＲＯＭ領域に記憶されており、ＣＰＵ２００によって利用される。

●帯電電圧
感光ドラム１１は、感光ドラム１１に接触している帯電ローラ１２に画像形成装置１の帯電電源２２２から直流の帯電電圧（帯電バイアス）Ｖｄを印可される。これにより、感光ドラム１１の表面電位がＶＤとなる。感光ドラム１１の表面電位ＶＤは放電開始電圧Ｖｓの影響を受ける。

ＶＤ＝Ｖｄ－Ｖｓ ・・・ （８）
パッシェンの法則によれば、気圧が低くなるほど、放電開始電圧Ｖｓは低くなる。そのため、画像形成装置１の設置場所における気圧の影響により、表面電位ＶＤにはばらつきが生じていた。よって、低地と高地との両方で、高画質を達成することは困難であった。

画像形成装置１の設置場所における気圧Ａを高精度に取得できれば、帯電電圧Ｖｄを、気圧Ａに基づき適切に設定可能となる。これにより、様々な設置場所において表面電位ＶＤを安定化させることが可能となり、高画質な画像が得られる。

Ｖｄ＝Ｚ（Ａ） ・・・（９）
ここで関数Ｚは、様々な気圧Ａと帯電電圧Ｖｄとの関係を表す数式であり、予め記憶部２１０のＲＯＭ領域に記憶されており、ＣＰＵ２００によって利用される。

［フローチャート］
図６はＣＰＵ２００が実行する気圧演算処理を含む画像形成条件の制御方法を示すフローチャートである。画像形成装置１の電源がＯＮされると、ＣＰＵ２００は以下の処理を実行する。

Ｓ６０１でＣＰＵ２００は温度条件が満たされているどうかを判定する。温度条件とは、温度Ｔの取得が許可される条件である。温度条件は、たとえば、超音波センサ３１の温度と温度センサ４０の温度がほぼ一致する条件である。両者が完全に一致することは必要ではなく、両者の差の絶対値が所定閾値以下となればよい。たとえば、温度条件は、前回の画像形成が終了したタイミングから所定時間が経過していることであってもよい。ＣＰＵ２００は、記憶部２１０のＲＡＭ領域に記憶されている画像形成履歴を参照して前回の画像形成が終了したタイミングを取得してもよい。また、所定時間も記憶部２１０に記憶されており、ＣＰＵ２００によって読み出されて使用される。あるいは、前回の印刷ジョブにおける画像形成枚数が少ない場合は所定時間が相対的に短く設定されてもよい。前回の印刷ジョブにおける画像形成枚数が多い場合は所定時間が相対的に長く設定されてもよい。このように、ＣＰＵ２００は、画像形成履歴から前回の印刷ジョブにおける画像形成枚数を取得し、画像形成枚数に基づき所定時間を決定し、所定時間に基づき温度条件を決定してもよい。温度条件が満たされてない場合、ＣＰＵ２００は温度Ｔを取得しない。一方、温度条件が満たされている場合、ＣＰＵ２００はＳ６０２に進む。

Ｓ６０２でＣＰＵ２００（気圧推定部２０５）は温度センサ４０の検知結果に基づき温度Ｔを取得する。Ｓ６０３でＣＰＵ２００（Ｖａ演算部２０１）は、超音波センサ３１を駆動して、シートＰが超音波センサ３１を通過していないときの受信レベルＶａを取得する。

Ｓ６０４でＣＰＵ２００（気圧推定部２０５）は基準気圧Ａ０、基準気温Ｔ０、基準受信レベルＶａ０、温度Ｔ、および受信レベルＶａを用いて気圧Ａを演算する。たとえば、気圧推定部２０５は、記憶部２１０から基準気圧Ａ０、基準気温Ｔ０、および基準受信レベルＶａ０を読み出して取得する。さらに、気圧推定部２０５は、これらのパラメータを（６）式に代入することで気圧Ａを求める。

Ｓ６０５でＣＰＵ２００は、ユーザから印刷指示を入力されたかどうかを判定する。ＣＰＵ２００は、印刷指示が入力されるまで、ここで待機する。印刷指示が入力されると、ＣＰＵ２００はＳ６０５に進む。

Ｓ６０６でＣＰＵ２００（条件制御部２０６）は気圧Ａに基づき画像形成条件を決定する。条件制御部２０６は、（７）式を用いて限界値Ｖｍａｘを求め、限界値Ｖｍａｘ以下となるように現像電圧を決定する。また、条件制御部２０６は、（９）式を用いて帯電電圧Ｖｄを決定する。その後、ＣＰＵ２００は、印刷ジョブと画像形成条件にしたがって画像形成装置１を制御してシートＰに画像を形成する。

さらに、ＣＰＵ２００（条件制御部２０６）は、坪量に基づき画像形成条件（例：定着条件）を決定する。上述されたように、ＣＰＵ２００はシート判別装置３０を用いてＩＲ値を求め、ＩＲ値に基づき坪量を演算し、坪量に基づき定着条件を決定する。

実施例１によれば、基準気圧Ａ０、基準気温Ｔ０、基準受信レベルＶａ０、温度Ｔ、および受信レベルＶａに基づき気圧Ａが精度よく推定される。ここで、温度Ｔは温度センサ４０により取得されるが、温度センサ４０は他の目的（例：外気温度、定着温度、露光装置１３の温度の取得）のためにセンサである。よって、気圧Ａを取得するための専用の温度センサは不要である。また、気圧Ａを測定するための気圧センサも不要である。よって、安価に気圧Ａを取得することが可能となる。なお、気圧Ａを推定するために必要となる受信レベルＶａは、シート判別装置３０に設けられた超音波センサ３１により取得可能である。よって、気圧Ａを取得するための専用の超音波センサは不要である。よって、安価に気圧Ａを取得することが可能となる。さらに、気圧Ａに基づき画像形成条件が制御されるため、様々な気圧において高画質化が達成される。高画質化とは、たとえば、より高濃度のトナー画像をシートＰに形成できることである。

＜実施例２＞
実施例１では、シートＰの種別を判別するための超音波センサ３１を用いて、気圧Ａが推定されている。実施例２では、シートＰの重送を判定するための超音波センサを用いて気圧Ａが推定される。つまり、気圧の推定方法自体は実施例１と実施例２とでは共通である。実施例１と実施例２とでは、受信レベルを取得するための超音波センサ３１の目的が異なるにすぎない。実施例２では、シートＰの種別は、ユーザにより設定されてもよい。

［画像形成装置］
図７は実施例２の画像形成装置１を示している。実施例２において実施例１と共通する事項には同一の参照符号が付与されており、その説明は援用される。図７が示すように、実施例２では、重送判別装置７００が給紙ローラ４よりも下流側であって搬送ローラ５よりも上流側に設けられている。給紙カセット２から二枚以上のシートＰが給紙されてしまうことがある。この現象は重送とよばれる。通常は一枚ずつシートＰが搬送ローラ５へ渡される。重送判別装置７００が重送を検知すると、ＣＰＵ２００は、給紙ローラ４および搬送ローラ５などを停止させる。

［重送検知］
図８は重送判別装置７００と制御部１０とを示している。重送判別装置７００はシート判別装置３０とよく似ており、音波の周波数が３００ｋＨｚである点だけ異なる。パルス数が２であることや、二番目の波形のピーク値が検知される点も実施例２は実施例１と共通している。シート判別装置３０の代わりに重送判別装置７００から出力される受信信号の受信レベルが用いられて気圧Ａが推定される。また、実施例２では、ユーザ等により入力されたシートＰの種別情報（坪量）に基づき画像形成条件（定着条件）が決定される。そのため、実施例２ではＩＲ演算部２０３と坪量演算部２０４は省略可能である。

ＣＰＵ２００は閾値設定部８０１と重送検知部８０２を有している。閾値設定部８０１はシートＰの紙種（例：坪量）を考慮して閾値Ｖｔｈを決定して重送検知部８０２に設定する。シートＰの紙種（例：坪量）は、たとえば、入力部８０４からユーザによって入力されてもよい。重送検知部８０２が閾値Ｖｔｈと受信レベルＶｐに基づき重送を検知すると、ＣＰＵ２００はモータ８０３を停止させる。モータ８０３は、給紙ローラ４および搬送ローラ５を駆動するモータである。閾値Ｖｔｈは（１０）式を満たすように決定される。

Ｖｐｄｏｕｂｌｅ ＜ Ｖｔｈ ＜ Ｖｐｓｉｎｇｌｅ ・・・ （１０）
ここで、Ｖｐｓｉｎｇｌｅは一枚のシートＰが超音波センサ３１を搬送（単送）されている場合の受信レベルである。Ｖｐｄｏｕｂｌｅは二枚のシートＰが超音波センサ３１を搬送（重送）されている場合の受信レベルである。重送時の受信レベルＶｐｄｏｕｂｌｅは、単送時の受信レベルＶｐｓｉｎｇｌｅと比較して、小さくなる。これは、重なっているシートＰの枚数が増加すればするほど、超音波の減衰量が増加して、受信レベルが小さくなるためである。したがって、重送時の受信レベルＶｐｄｏｕｂｌｅと単走時の受信レベルＶｐｓｉｎｇｌｅの間に、閾値Ｖｔｈが設定される。

図９はシートＰの坪量と受信レベルＶｐｓｉｎｇｌｅ、Ｖｐｄｏｕｂｌｅとの関係の一例を示す。縦軸は受信レベルを示す。横軸は坪量を示す。シートＰの坪量が多くなるにしたがって受信レベルＶｐｓｉｎｇｌｅ、Ｖｐｄｏｕｂｌｅが低下する。重送時の受信レベルＶｐｄｏｕｂｌｅは、単走時の受信レベルＶｐｓｉｎｇｌｅの凡そ半分程度になっている。これは重送時のシートＰの厚みが、単走時のシートＰの厚みの二倍になっているためである。重送時に二枚のシートＰの間に空気層ができていた場合は、さらに受信レベルが低下する。

図９が示すように、受信レベルＶｐｓｉｎｇｌｅ、Ｖｐｄｏｕｂｌｅは、坪量が増加するにつれて、減少する。仮に、坪量が１２０ｇｓｍであるときのＶｐｓｉｎｇｌｅとＶｐｄｏｕｂｌｅとの中間値が閾値Ｖｔｈとして固定されたとする。この場合、１２０ｇｓｍよりも大きな坪量のシートＰでは、一枚のシートＰであっても、受信レベルＶｐｓｉｎｇｌｅが閾値Ｖｔｈよりも小さくなってしまう。これは、重送の誤検知を招く。１２０ｇｓｍよりも小さな坪量のシートＰでは、ＶｐｄｏｕｂｌｅがＶｔｈを超えてしまうことがある。この場合、実際にシートＰの重送が発生しているにも拘らず、単送と誤検知されてしまう。

したがって、閾値ＶｔｈはシートＰの紙種（坪量）に応じて適切に設定される必要がある。たとえば、ユーザは、入力部８０４（画像形成装置１に備えられている表示パネルまたは、画像形成装置１に接続されるパーソナルコンピュータなどの外部装置）を介して、シートＰの紙種を選択する。記憶部２１０には、様々なシートＰの紙種と、それに対応する適切な閾値Ｖｔｈとが格納されている。閾値設定部８０１は、入力された紙種（坪量）に対応した閾値Ｖｔｈを記憶部２１０から読み出して重送検知部８０２に設定する。

閾値Ｖｔｈは、実験またはシミュレーションに基づき決定される。たとえば、様々な紙種のシートＰの坪量が電子秤で測定される。また、様々な紙種のシートＰについて、単送時の受信レベルと、重送時の受信レベルとが測定される。各坪量ごとに（１０）式を満たすように閾値Ｖｔｈが決定され、坪量（紙種）と関連付けて閾値Ｖｔｈが記憶部２１０のＲＯＭ領域に格納される。閾値Ｖｔｈは、シートＰの坪量の面内ばらつきや重送判別装置７００を構成する電気部品のばらつきなどを考慮して、さらに調整されてもよい。面内ばらつきとは、一枚のシートＰであっても坪量が一様でないことを意味する。

実施例２によれば、重送検知のための超音波センサ３１を利用して気圧Ａが推定される。そのため、比較的に安価な構成で精度よく気圧を取得することが可能となる。さらに、気圧Ａに基づき画像形成条件が制御されるため、様々な気圧において高画質化が達成される。

＜実施例から導き出される技術思想＞
［観点１］
超音波センサ３１は、画像形成装置１に設けられた超音波センサの一例である。ＣＰＵ２００は超音波センサ３１の出力信号に基づき画像形成装置１を制御する制御手段の一例である。気圧推定部２０５は超音波センサ３１の出力信号に基づき気圧を推定する推定手段の一例である。条件制御部２０６は、推定手段により推定された気圧に基づき画像形成条件を決定する決定手段の一例である。実施例１、２で説明されたように、超音波センサ３１は、画像形成装置１を制御するため（第一目的）と、気圧を推定するため（第二目的）とで兼用される。これにより、比較的に安価な構成で精度よく気圧を取得することが可能となる。

［観点２］
実施例１で説明されたように、坪量演算部２０４は、シートが超音波センサを通過している期間において超音波センサから出力される出力信号に基づきシートの種類を判別する判別手段として機能してもよい。この場合、超音波センサ３１は、シートの種類を判別するためと、気圧を推定するためとで兼用される。シートが超音波センサを通過している期間とは、シートが発信部と受信部との間に存在する期間を意味する。シートが超音波センサを通過していない期間とは、シートが発信部と受信部との間に存在しない期間を意味する。

［観点３］
実施例２で説明されたように、重送検知部８０２は、超音波センサ３１をシートが搬送されている期間において超音波センサ３１から出力される出力信号に基づきシートの重送を検知する検知手段として機能してもよい。この場合、超音波センサ３１は、シートの重送を検知するためと、気圧を推定するためとで兼用される。

［観点４］
温度センサ４０は画像形成装置１に関連した温度（例：定着温度、外気温度）を取得する取得手段として機能する。記憶部２１０は予め取得された基準気圧と、基準温度を記憶する。さらに、記憶部２１０は、シートが超音波センサを通過していない期間において超音波センサから出力される出力信号のレベルである基準レベルを記憶する。気圧推定部２０５は、取得手段により取得された温度と、シートが超音波センサを通過していない期間において超音波センサから出力される出力信号のレベルと、記憶手段から読み出された情報に基づき気圧を推定する。この情報は、たとえば、基準気圧と、基準温度と、基準レベルである。このように、既知または基準となる環境下で取得されたパラメータを利用することで、さらに、精度よく気圧を推定することが可能となる。

［観点５］
（６）式に関連して説明されたように、記憶部２１０は、さらに、気圧を推定するための関数またはテーブルを記憶していてもよい。気圧推定部２０５はこの関数またはテーブルに適用することで気圧を推定してもよい。関数またはテーブルに、取得手段により取得された温度と、シートが超音波センサを通過していない期間において超音波センサから出力される出力信号のレベルと、記憶手段から読み出された、基準気圧と、基準温度と、基準レベルとが適用される。

［観点６］
温度センサ４０は画像形成装置の外気温度または画像形成装置の定着手段の温度を検知する温度センサであってもよい。これにより、気圧を推定するための専用の温度センサが不要となるため、さらに、安価に気圧を推定することが可能となろう。

［観点７］
Ｓ６０１に関連して説明されたように、ＣＰＵ２００は、推定手段に気圧を推定することを許可する許可条件（例：温度条件）が満たされているかどうかを判定する判定手段として機能してもよい。気圧推定部２０５は、許可条件が満たされている場合に気圧の推定を実行し、許可条件が満たされていない場合に気圧の推定を実行しない。これにより、さらに、精度よく気圧を推定することが可能となる。

［観点８、９］
許可条件は、温度センサの温度と超音波センサとの温度との差が所定閾値以下であることであってもよい。所定閾値は、必要とされる気圧の推定精度が達成されるように、予め実験またはシミュレーションを実行することで、決定される。これは、前回の画像形成が終了したタイミングからの経過時間が所定時間以上であることに、置換されてもよい。許可条件は、画像形成装置１が画像を形成していない時間が所定時間以上であることであってもよい。所定時間は、必要とされる気圧の推定精度が達成されるように、予め実験またはシミュレーションを実行することで、決定される。なお、時間の測定はＣＰＵ２００が備えるＲＴＣ（リアルタイムクロック）またはカウンタ回路などにより実行されてもよい。

［観点１０、１３］
実施例１で説明されたように、ＣＰＵ２００は、判別手段により判別されたシートの種類に基づき第一画像形成条件を決定してもよい。ＣＰＵ２００は、気圧に基づき第二画像形成条件を決定するように構成されていてもよい。たとえば、第一画像形成条件は、画像形成装置１に設けられた定着手段の定着条件を含んでもよい。たとえば、第二画像形成条件は、画像形成装置１の現像電圧または帯電電圧を含んでもよい。

［観点１１］
入力部８０４は、シートの種類の選択を受け付ける選択手段として機能する。ＣＰＵ２００は、選択手段により受け付けられたシートの種類に基づき第一画像形成条件を決定してもよい。ＣＰＵ２００は、気圧に基づき第二画像形成条件を決定してもよい。

［観点１２］
閾値設定部８０１は、選択手段により受け付けられたシートの種類に基づき検知手段で使用される検知閾値を設定する設定手段として機能する。重送検知部８０２は、設定手段により設定された検知閾値と、シートが超音波センサを通過している期間において超音波センサから出力される出力信号のレベルとに基づきシートの重送を検知してもよい。

［観点１４］
図２が示すように、シート判別装置３０および制御部１０はシート判定装置を形成している。超音波センサ３１は、シートを搬送する搬送路に設けられた超音波センサの一例である。坪量演算部２０４は、シートが超音波センサ３１を通過している期間において超音波センサ３１から出力される出力信号に基づきシートの種類を判別する判別手段として機能する。気圧推定部２０５は、超音波センサ３１をシートが搬送されていない期間において超音波センサ３１から出力される出力信号に基づき気圧を推定する推定手段として機能する。超音波センサ３１は、シートの種類を判別するためと、気圧を推定するためとで兼用される。

［観点１５］
図８が示すように、重送判別装置７００と制御部１０などは重送判定装置を形成している。重送検知部８０２は、シートが超音波センサを通過している期間において超音波センサから出力される出力信号に基づきシートの重送を検知する検知手段として機能する。気圧推定部２０５は、シートが超音波センサ３１を通過していない期間において超音波センサ３１から出力される出力信号に基づき気圧を推定する推定手段として機能する。超音波センサ３１は、シートの重送を判別するためと、気圧を推定するためとで兼用される。

［観点１６］
実施例１、２から導き出されるように、本発明は、気圧推定装置を提供する。超音波センサ３１は、気圧を推定する第二目的とは異なる第一目的のために設けられた超音波センサの一例である。ＣＰＵ２００は、超音波センサ３１から出力される出力信号に基づき第一目的のために電子機器を制御する制御手段として機能する。画像形成装置１、シート判定装置および重送判定装置などは電子機器の一例である。この場合、第一目的は、画像形成条件を決定すること、シートの種類（例：坪量）を判定すること、または、シートの重送を判定することであってもよい。気圧推定部２０５は、超音波センサ３１から出力される出力信号に基づき第二目的（例：気圧推定）のために気圧を推定する推定手段として機能する。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。したがって、発明の範囲を公にするために請求項が添付される。

１：画像形成装置、３２：超音波センサ、１０：制御部

Claims (13)

1. 画像形成装置に設けられた超音波センサと、
   前記超音波センサの出力信号に基づき前記画像形成装置を制御する制御手段と、
   前記超音波センサの出力信号に基づき気圧を推定する推定手段と、
   前記推定手段により推定された気圧に基づき画像形成条件を決定する決定手段と、を有し、
   前記制御手段は、シートが前記超音波センサを通過している期間において前記超音波センサから出力される出力信号に基づき前記シートの種類を判別する判別手段を含み、
   前記超音波センサは、前記シートの種類を判別するためと、前記気圧を推定するためとで兼用されることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、シートが前記超音波センサを通過している期間において前記超音波センサから出力される出力信号に基づき前記シートの重送を検知する検知手段を含み、
   前記超音波センサは、さらに、前記シートの重送を検知するために使用されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記画像形成装置に関連した温度を取得する取得手段と、
   予め取得された基準気圧と、基準温度と、前記シートが前記超音波センサを通過していない期間において前記超音波センサから出力される出力信号のレベルである基準レベルとを記憶する記憶手段と、をさらに有し、
   前記推定手段は、前記取得手段により取得された温度と、前記シートが前記超音波センサを通過していない期間において前記超音波センサから出力される出力信号のレベルと、前記記憶手段から読み出された、前記基準気圧と、前記基準温度と、前記基準レベルとに基づき前記気圧を推定するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記記憶手段は、さらに、前記気圧を推定するための関数またはテーブルを記憶しており、
   前記推定手段は、前記取得手段により取得された温度と、前記シートが前記超音波センサを通過していない期間において前記超音波センサから出力される出力信号のレベルと、前記記憶手段から読み出された、前記基準気圧と、前記基準温度と、前記基準レベルとを前記関数または前記テーブルに適用することで前記気圧を推定するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記取得手段は、前記画像形成装置の外気温度または前記画像形成装置の定着手段の温度を検知する温度センサを含むことを特徴とする請求項３または４に記載の画像形成装置。
6. 前記推定手段に前記気圧を推定することを許可する許可条件が満たされているかどうかを判定する判定手段をさらに有し、
   前記推定手段は、前記許可条件が満たされている場合に前記気圧の推定を実行し、前記許可条件が満たされていない場合に前記気圧の推定を実行しないことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記許可条件は、前記温度センサの温度と前記超音波センサとの温度との差が所定閾値以下であることを含む請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記許可条件は、前記画像形成装置が画像を形成していない時間が所定時間以上であることを含む請求項６に記載の画像形成装置。
9. 前記制御手段は、前記判別手段により判別された前記シートの種類に基づき第一画像形成条件を決定し、
   前記決定手段は、前記気圧に基づき第二画像形成条件を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
10. 前記シートの種類の選択を受け付ける選択手段をさらに有し、
    前記制御手段は、前記選択手段により受け付けられたシートの種類に基づき第一画像形成条件を決定し、
    前記決定手段は、前記気圧に基づき第二画像形成条件を決定するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
11. 前記選択手段により受け付けられたシートの種類に基づき前記検知手段で使用される検知閾値を設定する設定手段をさらに有し、
    前記検知手段は、前記設定手段により設定された前記検知閾値と、前記シートが前記超音波センサを通過している期間において前記超音波センサから出力される出力信号のレベルとに基づき前記シートの重送を検知するように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 前記第一画像形成条件は、前記画像形成装置に設けられた定着手段の定着条件を含み、
    前記第二画像形成条件は、前記画像形成装置の現像電圧または帯電電圧を含むことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか一項に記載の画像形成装置。
13. シートを搬送する搬送路に設けられた超音波センサと、
    前記シートが前記超音波センサを通過している期間において前記超音波センサから出力される出力信号に基づき前記シートの種類を判別する判別手段と、
    前記シートが前記超音波センサを通過していない期間において前記超音波センサから出力される出力信号に基づき気圧を推定する推定手段と、を有し、
    前記超音波センサは、前記シートの種類を判別するためと、前記気圧を推定するためとで兼用されることを特徴とするシート判定装置。

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