JPH04295705A - シートの坪量を計測する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は供給経路内を移動してい
るシートの坪量の検出に関する。更に詳細には、シート
に加えられる操作を、検出された坪量に基づいて制御す
る技術に関する。更に本発明は、シートの坪量を精密に
計測するための非接触型オンラインセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタや複写機など、シートに操作を
加える機器においては、シートの坪量を検出することが
望ましい。それにより、その機器で処理し得る紙の重量
レンジを拡げることができるからである。坪量を感知す
ることが可能なワークステーションの出力の品質は、処
理しつつあるシートの坪量に従って処理パラメータを制
御することにより維持することができる。シートの厚さ
と線形の相関を有するこうした坪量を計測し、それに基
づいて制御すれば、機器構成要素の寿命を延ばすと共に
、送り込まれた不適切なシートの詰まりによって生ずる
機器停止時間を短縮することができる。

【０００３】多くのワークステーションにおいて、供給
経路に沿って送られる、処理すべきシートを検出する光
センサが知られている。この種のセンサは、例えば、本
願の譲渡人が所有しているハッブル他への米国特許第４
，６７０，６４７号に示されている。そのシステムにお
いては、発光ダイオード（ＬＥＤ）とホトトランジスタ
とを含むアナログセンサを使用し、ホトトランジスタの
出力をシュミットトリガ回路のようなスレショルドデバ
イスへ結合することによってオンオフのディジタル動作
をさせる。この構成においては供給経路内の特定の地点
におけるシートの存在をセンサを用いて検出し、それに
基づいて、その後のシート処理のためのタイミング信号
と制御信号とを提供する。その上、このセンサを詰まり
検出器として使用し、供給経路内における移動しないシ
ートの存在を検出することもできる。詰まり状態におい
ては、詰まりが解消される迄下流へ向けての動作を中止
するためにセンサの出力信号が使用される。しかしなが
らこのシステムは、紙の坪量もしくは厚さを検出してい
ない。

【０００４】マクミラン他へ許与された米国特許第４，
１５１，４１０号の中には、前述の構成の変形が述べら
れている。この構成は、送られつつある半透明なシート
の透明性の変動によって生ずるホトトランジスタ出力レ
ベルの素早い変動を感知して、シートが適切に移動して
いることを示すものである。この素早い変動が停止した
場合、もしくは、シートが二枚送られた際に生ずるセン
サ出力の急激な低下が有った場合には、電子検出システ
ムによって紙詰まり表示信号が与えられる。けれどもこ
の構成は、センサの信号からシートの厚さすなわち坪量
を決定する能力を含んでいない。

【０００５】薄いシートの厚さを確認するためのもう１
つの方法が、米国特許第４，９３７，４６０号に示され
ている。しかしながらこの形式のシステムは、レシーバ
又は同様の要素とシートとの接触に頼って、紙の厚さを
示すアナログ信号を得ている。このシステムは、そうし
た係合子とシートとを係合させる要素を必要とするので
、それにより、検出されたシートの厚さの値に影響を及
ぼすような変動を検出システム自身にもたらすという短
所を有している。その上、こうした構成は、厚さ計測動
作を実行するための付加的ハードウェアを必要とする。 これは、こうした厚さ検出装置を用いる機器に、コスト
上昇と複雑さと寸法上の要求とを付加する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的の１つは
、シートの坪量を正確に検出するための非接触型センサ
を提供することである。本発明のもう１つの目的は、検
出されたシートの坪量を利用して、シートに加えられる
その後の操作を制御することである。

【０００７】本発明の更にもう１つの目的は、最少限の
ハードウェアを付加することによって正確なシート坪量
計測を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のこれらの目的は
、紙シートの厚さ言い換えれば坪量の関数として変化す
る出力を有している透過型検出器を使用することにより
達成される。紙の坪量の区分は、センサのアナログ出力
を紙の坪量すなわち厚さの連続関数として表現する理想
化されたモデルに従って決定される。適切なサンプリン
グ技術とフィルタリング技術とを用いて、印刷の影響及
び紙のはためきの影響を除去することができる。汚染、
温度変動、構成要素の劣化などの環境条件や経年変化に
よる影響を補償して検出器の正確度を維持するため、境
界条件のもとに決定される補正因子を使用して校正を行
う。

【０００９】

【実施例】本発明のシート坪量計測システムは、エネル
ギーが透過し得る普通の紙シートに操作を加える多様な
形式の機器に利用することができる。図解の目的で、紙
の上に像を形成するための電子写真式のプリンタ又は複
写機に関連させて本発明を説明する。

【００１０】光導電性の表面１２を有する電子写真式プ
リンタを図１に示す。光導電性の表面１２は矢印１６の
方向に移動し、光導電性表面１２が多様な処理ステーシ
ョンを順次通過する。チャージステーションにおいては
、高電圧電源に電気的に接続されているコロナ発生装置
１４が光導電性表面１２を比較的高いほぼ均一な電位に
チャージする。次に、光導電性表面１２のチャージされ
た部分が露光ステーション１８を通して進められる。 露光ステーション１８においては透明圧板の上に原稿が
置かれる。ランプが原稿を照らし、原稿から反射された
光線が光導電性表面１２の上へ伝送される。磁気ブラシ
現像システム２０は、表面１２上の静電的潜像に現像剤
を接触させる。

【００１１】転写ステーション２２においては、このト
ナー粉末像に紙シートを接触させる。紙シート２４は、
スタックの一番上のシートと接触しているシート送り装
置２６によって転写ステーションへ送り込まれる。シー
ト送り装置２６の回転が、スタックから輸送具２８の上
へとシートを移動させる。移動している紙シートは、光
導電性表面１２と順序良く接触するよう輸送具２８によ
って向きを定められ、転写ステーションにおいて表面１
２上の現像されたトナー粉末像に接触する。転写ステー
ション２２は、シートの下側にイオンを吹き掛けるため
のコロナ発生装置を含んでいる。これにより、トナー粉
末像を光導電性表面１２からシートへと引き付ける。

【００１２】転写の後、紙シート２４はコンベア３０の
上を移動し続けて溶融ステーション３２へと進む。溶融
ステーション３２は一般に、加熱された溶融ローラとバ
ックアップローラとを有しており、転写された粉末像を
恒久的にシート２４へ付着させる。溶融の後、紙２４は
受け皿３４へ進み、オペレータによって取り出される。

【００１３】このプリンタは幾つかの透過型紙センサを
有している。この実施例においては、センサ４０がシー
ト送り装置２６に設けられており、また、センサ４２は
転写ステーション２２のすぐ上流に配置され、センサ４
４は転写ステーション２２の後の、溶融ローラ３２と転
写ステーション２２との間に配置され、センサ４６は溶
融ステーション３２の後に配置されている。これらのセ
ンサは、機械を貫く紙送り経路に沿った様々な位置にお
いて紙シート２４の存在を検出し、それにより、光導電
性の表面１２を有するドラム、転写ステーション２２に
おけるコロナ発生装置、溶融ステーション３２における
ローラ、供給経路に沿って紙シート２４を送るための送
りローラ５０のような多様な送りローラ等の、機械構成
要素の動作タイミングを制御する目的で使用される。

【００１４】本発明の目的に合わせて修正された、これ
から説明する典型的な形式の透過型紙シートセンサ５２
を図２に示す。センサ５２は、ＬＥＤ５４のような光又
は電磁エネルギーを放出する源を含んでいる。ＬＥＤ５
４から来るエネルギーを受取ることができるよう、ＬＥ
Ｄ５４の反対側にホトトランジスタ５６を配置する。Ｌ
ＥＤ５４とホトトランジスタ５６とは、Ｕ型の検出器ボ
ディ５８の互いに向い合う両脚にそれぞれ取付けられて
いる。紙シート２４のエッジは、供給経路に沿って移動
する際、Ｕ型ボディ５８の両脚の間に定義される検出区
域を通り抜ける。

【００１５】図２は、そうした透過型センサの代表的構
成を示している。ホトトランジスタ５６から出る電気的
信号は、シュミットトリガ６０又は他の適当なスレショ
ルドデバイスへ入力として提供される。与えられた入力
電圧に基づいてシュミットトリガ６０から出る出力信号
は、そのセンサが置かれている位置にシート２４が存在
するか否かを示している。この形式のセンサにおいて通
例となっているように、迷光源からの妨害を取り除いて
信号雑音比を改善するため、光フィルタ（図示せず）が
センサ５２に取り付けられて可視光線を遮りＬＥＤ５４
から出る赤外線のみを通す。この目的に使用される赤外
線ＬＥＤは普通、８５０〜１０００ナノメータの波長を
有する近赤外線領域の見えない光を発する。ＬＥＤが発
する光の量は、供給される電流の量にほぼ比例する。

【００１６】上述のごとく、センサ５２及びそれに結合
される回路は、タイミング制御機能と詰まり検出機能と
を可能とするために従来使用されて来た一般的な形式の
ものである。この形式の検出システムにおいては、普通
、ホトトランジスタに線形のアナログデバイスではなく
オンオフのディジタルデバイスのような動作をさせる目
的で、比較的小さな値を有するベースバイアス抵抗をホ
トトランジスタ５６に設ける。ベースバイアス抵抗の値
を小さくすればする程、ホトトランジスタをオンに切り
替える（すなわち、比較的大きな電流を導通させる）た
めに要するＬＥＤの輝度は大になる。ホトトランジスタ
のベースバイアス抵抗に小さな値を用いれば、通常のオ
ンオフ紙シート検出に、スレショルド効果のゆえに一層
早い応答時間を与え得ることが認められる。しかしなが
ら本発明の目的を達するためには、ベースバイアス抵抗
をかなり高い値（数百キロオーム以上）とするか又は全
く除去しなければならない。ベースバイアス抵抗に高抵
抗を使用するか又は全く除去することによって、ホトト
ランジスタ５６は、広範囲な入射エネルギーレベルに亘
って比例出力信号を生ずる。その結果、ホトトランジス
タ５６の出力は、このホトトランジスタによって検出さ
れたエネルギーの量にほぼ正比例する連続的な信号とな
る。紙を抜けて透過する赤外線エネルギーの量は紙の坪
量に比例するので、ホトトランジスタの出力は、センサ
５２の検出区域に置かれている紙シート２４の坪量の値
との相関を有する。形状が同じならば、シートの厚さは
その坪量に正比例する。

【００１７】典型的なセンサ構成におけるコレクタ抵抗
は、ホトトランジスタに電力を供給するためのプルアッ
プ抵抗として機能すると共に、電流制限抵抗としても機
能する。坪量検出の目的を達するためには、紙の坪量計
測用のアナログ出力電圧ができる限り広いレンジを有す
ることができるよう、ホトトランジスタとコレクタ抵抗
５７との間のインピーダンス整合をはかることが重要で
ある。大多数のホトトランジスタのインピーダンスは随
分高いので、できるだけ大きなコレクタ抵抗を使用する
のが良い。コレクタ抵抗値を決定するにあたっては、低
い電流値からもたらされる信号は弱いので、ノイズ妨害
に対するこのシステムの感受性との兼ね合いを考慮しな
ければならない。

【００１８】図２のホトトランジスタ５６のエミッタか
ら出る出力信号は、シュミットトリガ６０などのスレシ
ョルドデバイスへ与えられる。このスレショルドデバイ
スは、検出器の位置にシート２４が存在するか否かを示
す信号を出力する。ホトトランジスタ５６のアナログ出
力信号は、検出器５２の検出区域内にある紙シート２４
の坪量を計測するための坪量検出器６２へも提供される
。坪量検出器６２は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭとを含む
マイクロコンピュータにて構成することができる。電子
写真式複写機、ファクシミリ装置、プリンタ等において
機械の動作を制御するために広く用いられている汎用マ
イクロプロセッサにて検出器６２を実現するのが理想的
である。ホトトランジスタ５６の出力信号から得る読み
をＲＡＭ内に記憶し、ＲＯＭ内に格納されている適切な
モデルに基づいてＣＰＵ内にて坪量の値を導き出すこと
ができる。次に、好適な坪量検出ルーチンを詳細に説明
する。

【００１９】動作コントローラ６４は、坪量検出器５２
の出力を利用して、検出された厚さすなわち重さに基づ
いて、シート２４に加えられる処理動作を制御する。例
えば、動作コントローラ６４内のマイクロプロセッサに
より実行される適切な制御アルゴリズムによって、転写
ステーション２２のコロナ発生装置へ与えるバイアスレ
ベルを紙の重量検出を基礎として制御することができる
。好適なコントローラ構成の設計及びその適切なプログ
ラミングは、制御すべき操作に左右されるものであり、
また、話し言葉による機能の記述に基づいて当分野の通
常の技術の１つを用いて決定することができる。従って
、これ以上詳細なハードウェア及びソフトウェアに関す
る説明が無くとも、過大な実験をせずに当分野の普通の
技術者が本発明を実施し得るであろう。制御している動
作パラメータを変更するため、制御される要素６６へ動
作コントローラ６４の出力を与える。ところで、ここで
は転写ステーション２２のみを説明するけれども、典型
的な電子写真式複写機内の他の動作、及び、紙シートを
処理するための他の形式の機械をも制御し得ることが判
るであろう。例えば、照度レベルが高過ぎるために生ず
る透き通しを減らすか又は無くして複写の品質を改善す
るために照度制御を行うことが可能であり、また、シー
ト経路に沿う転写システムをシートの厚さによって調節
することもできる。紙の厚さに対しドウェル時間又は温
度を調節することによって、溶融による像の定着を改善
することができる。例えばクロスロール転写システムに
おける位置決めの正確さと信頼性とを改善することがで
きる。また、紙の坪量を計測することにより、シートの
厚さの影響を受ける紙綴じ、製本のような仕上げ工程の
性能を改善することができる。供給する紙について予め
知ることができるおかげで作業がし易くなるという効果
もある。

【００２０】上述したところから、最少限の要素を付加
することによって本発明の坪量検出機構を実現し得るこ
とが明らかである。それは、普通に用いられる透過型シ
ート検出器を本質的部分に使用する。プロセッサ信号及
び必要条件は、現存する制御用マイクロプロセッサの中
に収容することができる。同様にして動作制御機能を得
ることができる。

【００２１】坪量を計測し、その計測に応じて機械の動
作を制御するためのルーチンの流れ図を図３に示す。既
に述べたように、このルーチンは汎用マイクロコンピュ
ータにて実施することができる。説明を進める都合上、
ホトトランジスタ５６の出力信号レベルに対し紙の坪量
を相関させるための適切なモデルがマイクロプロセッサ
の中に既に入れられ記憶されているものと仮定する。使
用して良好な結果を得たモデルは次のようなものである
。

【００２２】 　　　　　　　　Ｖ＝ａ１ｐ＋ａ２／ａ３ｐ＋１　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（式１）ここに、Ｖはホトトランジスタ５６のア
ナログ電圧出力、ρはシートの坪量を表わす値、ａ１　
、ａ２　及びａ３　は定数である。異なる坪量を有する
幾つかのシートの実測とホトトランジスタ出力信号の計
測とを含む経験的な手法により、最小平均平方又は曲線
の三点当てはめ等の数学的手段にてａ１　、ａ２　及び
ａ３　などの定数を決めることができる。実施する際に
用いるマイクロプロセッサのＲＯＭの中に前記のモデル
を格納して、このマイクロプロセッサによる、紙の坪量
の自動計測を可能とするのが理想的である。

【００２３】ルーチンの実行開始後、ステップ（以後、
Ｓと記す）１において、坪量計測のための前記の典型的
モデルがその特定の機械に適合するよう校正されている
か否かの最初の判断がなされる。もし否ならばルーチン
はＳ２へ進み、モデルの定数ａ１　、ａ２　及びａ３　
を修正するための校正値を決定する。こうした校正は、
設計基準の違いによるセンサ５２の出力特性の違いと、
汚染及び経年変化による劣化とのゆえに必要である。セ
ンサ動作の境界における坪量計測モデルの定数を計測す
ることにより、効果的に校正を行うことができる。つま
り、先ず第一に坪量がゼロのときの、すなわちセンサの
中に紙が無い場合のホトトランジスタ５６の出力信号レ
ベルを計測し、第二に、坪量が無限大の場合すなわちＬ
ＥＤ５４が消灯している場合の出力信号レベルを計測す
る。次に、境界における定数のセットを決定するために
式１を使用することができる。式１は次のように書き換
えることができる。

【００２４】 　　　　Ｖ＝（ａ１／ａ３）ｐ／ｐ＋１／ａ３　＋　ａ
２／ａ３ｐ＋１　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（式２）境界における定数Ｂ０　及びＢ∞は次の
ように定義される。Ｂ０　は、ρ＝０；Ｖ（０）＝ａ２
　→Ｂ０　＝Ｖ０　−ａ２　における、坪量がゼロの場
合の測定値と計算値との差である。Ｂ∞は、ρ＝∞；Ｖ
（∞）＝ａ１　／ａ３　→Ｂ∞＝Ｖ∞−ａ１　／ａ３　
における、坪量が無限大の場合の測定値と計算値との差
である。

【００２５】校正の目的に適合するよう変形して、次の
ような同値のモデルを得る。 　　　　Ｖ＝（Ｖ∞−Ｂ∞）ｐ／ｐ＋１／ａ３＋Ｖ０−
Ｂ０／ａ３ｐ＋１　　　　　　　　　　　　　　（式３
）２つの境界出力Ｖ０　、Ｖ∞の周期的計測に基づき、
環境の変化に応じて効果的に出力の目盛を調節すること
により、自動的校正を行うことができる。Ｓ２において
求めた校正の答は、Ｓ３においてモデルの定数すなわち
係数を更新するために使用される。

【００２６】Ｓ１において校正は不必要であると確認さ
れるか又はＳ３において係数の更新が完了したならば、
ルーチンはＳ４へ進み、検出器５２の中に紙シート２４
が有るかどうかを（シュミットトリガ６０の出力に基づ
いて）確認する。Ｓ４における確認の結果が肯定的なも
のであったならばルーチンはＳ５へ進み、そこで、ホト
トランジスタ５６の出力の複数のサンプルを読み取る。 もしホトトランジスタ５６の出力信号がかなりの量のノ
イズを含んでいると思われる場合には、Ｓ５で抽出した
サンプルの値を、Ｓ６にて低域フィルタで処理してノイ
ズを除去する。次にＳ７にて、抽出した読みを整理し一
時的に記憶する。

【００２７】ルーチンは次にＳ８へ進む。Ｓ８の目的は
、坪量算出に用いられる単一出力レベルを識別すること
である。この目的は、適切な信号処理技術によって遂行
することができる。特に有効であると認められた技術は
発見的識別法であり、この技術は、紙の上の像の影響で
生ずる変動、及び、センサ５２の検出区域内を移動して
いる紙のはためきによる変動を除去することができる。 紙の表面に与えられる画像メディア及び紙のはためきは
、ＬＥＤ５４からホトトランジスタ５６へ届くエネルギ
ーの量を変化させ、ホトトランジスタ５６の出力信号レ
ベルに影響を及ぼすことがある。発見的識別法は、紙の
坪量を表現し得る単一出力レベルを決定すべく、記憶さ
れた信号サンプルのうちの僅かな割合の平均を取ること
により実行される。Ｓ９においては、センサ５２の現在
の状態に合わせて校正された更新後の係数を有する式１
によって表現されるモデルを利用して、センサ５２によ
り感知されるシート２４の坪量が決定される。これを行
うため、従来の技術により、適切な計算ルーチンをマイ
クロプロセッサの中にプログラムする。Ｓ１０において
は、Ｓ９で得た出力を使用して、シート２４に加えられ
る１つ又は２つ以上の以後の動作を制御する。Ｓ１１に
おいては、ルーチンを停止すべきか、又は、この計測ル
ーチンを反復すべきか、或いはまた、Ｓ１２として自動
的再校正を行うべきかを決定する。このルーチンは、通
常は反復モードで動作する。再校正は周期的に又は時間
依存で行わせることができる。停止は普通、サービス機
能を遂行する為にこの装置の他の部分と坪量計測システ
ムとの結合を断つことを必要とする場合など、サービス
状態にある場合に生ずる。Ｓ１２においては再校正ルー
チンを実行し、この再校正の結果を、坪量決定モデルの
係数を更新するためにＳ３において使用する。

【００２８】

【発明の効果】本発明の効果は多様である。紙の坪量を
実際的且つ正確に確認することができる。また、紙が移
動しているときに実時間にて無接触で計測することがで
きる。通常、紙が１インチも移動しないうちに極めて素
早く坪量を計測することができる。このシステムは像や
はためきの影響を受けない。自動校正システムによって
、機械の寿命のある限り計測の正確さを維持することが
できる。その上、多くの機械設計に既に使用されている
センサやマイクロプロセッサなどを用いて実施すること
ができるので、このシステムにかかる経費は最小限で済
む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用することができるプリンタの正面
図

【図２】本発明を具体化した透過型の紙供給経路センサ
の概略図

【図３】本発明に従って紙の坪量を計測するための制御
システムの流れ図

【符号の説明】

１２　　光導電性の表面 １４　　コロナ発生装置 １６　　光導電性表面の回転方向 １８　　露光ステーション ２０　　磁気ブラシ現像システム ２２　　転写ステーション ２４　　紙シート ２６　　シート送り装置 ２８　　輸送具 ３０　　コンベア ３２　　溶融ステーション ３４　　受け皿 ４０，４２，４４，４６　　センサ ５０　　送りローラ ５２　　透過型の紙シートセンサ ５４　　ＬＥＤ（発光ダイオード） ５６　　ホトトランジスタ ５７　　コレクタ抵抗 ５８　　検出器ボディ ５９　　ベース抵抗 ６０　　シュミットトリガ回路 ６２　　坪量検出器 ６４　　動作コントローラ ６６　　制御される要素

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電磁エネルギーを放出する手段（５４
   ）；前記エネルギー放出手段（５４）によって放出され
   る電磁エネルギーを検出して、前記エネルギー放出手段
   から受取ったエネルギーの量に比例する出力信号を提供
   するエネルギー検出手段（５６）；両者の間に検出区域
   を形成するように前記エネルギー放出手段（５４）と前
   記エネルギー検出手段（５６）とを取付けるマウント手
   段（５８）；前記検出区域の中にシート（２４）を位置
   付け、それにより、前記エネルギー放出手段から放出さ
   れ前記シートに衝突したエネルギーが前記エネルギー検
   出手段によって検出されるようにした位置付け手段（２
   ６、２８、３０、５０）；前記エネルギー検出手段の出
   力信号を校正する手段；および前記エネルギー検出手段
   の出力信号から前記検出区域の中に位置付けられている
   シートの坪量を確認する手段（６２）；によって構成さ
   れることを特徴とするシートの坪量を計測する装置。