(57)【要約】【課題】坪量検知センサの位置ずれに起因する環境変動の補正精度の低下を防止して、記録媒体の坪量の判別精度を向上させること。【解決手段】超音波を送信する送信部３１と、送信部３１から送信され、受信した超音波に応じた信号を出力する受信部３２と、受信部３２から出力された信号の値を検知するピーク抽出部３４４と、ピーク抽出部３４４によって検知された信号の値に基づいて記録媒体の坪量を判別する制御部６０と、送信部３１が超音波を送信してから、ピーク抽出部３４４が検知するまでの時間を測定するタイマ３４５を有し、制御部６０は工場出荷時にタイマ３４５により測定された時間と、工場出荷後にタイマ３４５により測定された時間に基づいて、工場出荷後における送信部３１と受信部３２の距離の変動を算出し（Ｓ１０４）、算出された距離の変動と検知された信号の値に応じて記録媒体の坪量の判別を行う（Ｓ１０６〜Ｓ１１０）。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信する送信手段と、
前記送信手段から送信され、記録媒体を介した超音波を受信して、受信した超音波に応じた第１の信号を出力し、前記送信手段から送信され、記録媒体を介さない超音波を受信して、受信した超音波に応じた第２の信号を出力する受信手段と、
前記受信手段から出力された信号の値を検知する検知手段と、
前記検知手段によって検知された前記第１の信号の値に基づいて、前記記録媒体の坪量を判別する制御手段を有する記録媒体判別装置において、
前記送信手段が超音波を送信してから、前記検知手段が前記第２の信号の値を検知するまでの時間を測定する測定手段と、を有し、
前記制御手段は、第１の状態において前記測定手段により測定された時間と、前記第１の状態とは異なる第２の状態において前記測定手段により測定された時間に基づいて、前記第１の状態から前記第２の状態における前記送信手段と前記受信手段の距離の変動を算出し、算出された前記距離の変動と前記第１の信号の値に応じて記録媒体の坪量の判別を行うことを特徴とする記録媒体判別装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１の状態において前記測定手段により測定された時間と、前記第２の状態において前記測定手段により測定された時間との差に音速を乗ずることにより、前記距離の変動を算出することを特徴とする請求項１に記載の記録媒体判別装置。
【請求項３】
温度を検知する温度検知手段を有し、
前記制御手段は、前記温度検知手段が検知した温度に基づいて算出した音速を用いて、前記距離の変動を算出することを特徴とする請求項２に記載の記録媒体判別装置。
【請求項４】
前記温度検知手段は、前記受信手段の近傍に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の記録媒体判別装置。
【請求項５】
前記第１の状態とは、工場出荷時の状態であって、前記第２の状態とは、工場出荷後の状態であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の記録媒体判別装置。
【請求項６】
前記検知手段は、前記送信手段が超音波を送信してから所定時間内に前記受信手段から出力された信号の最大値を検知することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の記録媒体判別装置。
【請求項７】
前記制御手段は、算出された前記距離の変動に基づいて、前記第２の状態において前記検知手段によって検知された前記第２の信号の値を補正し、前記第１の状態において前記検知手段によって検知された前記第２の信号の値と、補正された前記第２の状態における前記第２の信号の値に基づいて、前記第１の状態から前記第２の状態における前記送信手段と前記受信手段の間の気圧の変動を算出し、算出された前記気圧の変動と前記第１の信号の値に応じて、記録媒体の坪量の判別を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の記録媒体判別装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記検知手段によって検知された前記第１の信号のピーク値と、前記検知手段によって検知された前記第２の信号のピーク値により算出された演算係数を用いて記録媒体の坪量を判別することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の記録媒体判別装置。
【請求項９】
演算係数と坪量とを対応付けたテーブルを有し、
前記制御手段は、前記テーブルから前記演算係数に対応する坪量を読み出すことにより、記録媒体の坪量を判別することを特徴とする請求項８に記載の記録媒体判別装置。
【請求項１０】
前記検知手段は、前記受信手段から出力された信号を半波整流した信号のピーク値を検知することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の記録媒体判別装置。
【請求項１１】
前記検知手段は、前記受信手段から出力された信号を倍電圧整流した信号のピーク値を検知することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の記録媒体判別装置。
【請求項１２】
前記送信手段に超音波を送信させるための駆動信号を生成する生成手段を有し、
前記送信手段は、前記生成手段より生成された前記駆動信号のパルス電圧に応じた振幅を有する超音波を送信することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の記録媒体判別装置。
【請求項１３】
前記第１の状態において前記検知手段がピーク値を検知したときの前記駆動信号のパルス電圧と、前記第１の状態とは異なる第２の状態において前記検知手段がピーク値を検知したときの前記駆動信号のパルス電圧は、同じ電圧値であることを特徴とする請求項１２に記載の記録媒体判別装置。
【請求項１４】
前記第１の状態において前記検知手段がピーク値を検知したときの前記駆動信号のパルス電圧と、前記第１の状態とは異なる第２の状態において前記検知手段がピーク値を検知したときの前記駆動信号のパルス電圧は、異なる電圧値であることを特徴とする請求項１２に記載の記録媒体判別装置。
【請求項１５】
記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
超音波を送信する送信手段と、
前記送信手段から送信され、記録媒体を介した超音波を受信して、受信した超音波に応じた第１の信号を出力し、前記送信手段から送信され、記録媒体を介さない超音波を受信して、受信した超音波に応じた第２の信号を出力する受信手段と、
前記受信手段から出力された信号の値を検知する検知手段と、
前記検知手段によって検知された前記第１の信号の値に基づいて、前記画像形成手段の画像形成条件を制御する制御手段を有する画像形成装置において、
前記送信手段が超音波を送信してから、前記検知手段が前記第２の信号の値を検知するまでの時間を測定する測定手段と、を有し、
前記制御手段は、第１の状態において前記測定手段により測定された時間と、前記第１の状態とは異なる第２の状態において前記測定手段により測定された時間に基づいて、前記第１の状態から前記第２の状態における前記送信手段と前記受信手段の距離の変動を算出し、算出された前記距離の変動と前記第１の信号の値に応じて前記画像形成手段の画像形成条件を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１６】
記録媒体を搬送する搬送路を有し、
前記画像形成手段は像担持体上にトナー像を形成する画像形成部と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写部を含み、
前記送信手段及び前記受信手段は、前記転写部よりも前記搬送路の記録媒体の搬送方向上流に、前記搬送路を介し対向して配置されることを特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。
【請求項１７】
可動式の転写ユニットを有し、
前記転写ユニットには、前記転写部と前記送信手段が設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の画像形成装置。
【請求項１８】
前記第１の状態とは、前記転写ユニットを動かす前の状態であって、前記第２の状態とは、前記転写ユニットを動かした後の状態であることを特徴とする請求項１７に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体の坪量を判別する記録媒体判別装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスを用いた複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置は、像担持体上にトナー像を形成する画像形成部、像担持体上のトナー像を記録媒体上に転写する転写部、記録媒体を加熱、加圧して記録媒体にトナー像を定着させる定着部を有する。従来、このような画像形成装置では、例えば、外部装置としてのコンピュータ等により、もしくは画像形成装置本体に設けられた操作パネルを介して、記録媒体のサイズや種類がユーザによって設定される。そして、その設定に基づいて、画像形成装置は、転写条件（例えば転写電圧や転写時の記録媒体の搬送速度）や定着条件（例えば定着温度や定着時の記録媒体の搬送速度）を制御する。このようなユーザによる設定の負担を軽減するために、近年では画像形成装置の内部に記録媒体を判別するセンサを備えて、記録媒体の種類を自動的に判別する画像形成装置が提供されている。このような画像形成装置では、自動的に記録媒体の種類を判別し、判別結果に応じて転写条件や定着条件が設定される。
【０００３】
例えば特許文献１に提案されているように、記録媒体に対して超音波を照射し、記録媒体を介して減衰した超音波を受信することにより、記録媒体の坪量（単位面積当たりの質量）を判別するセンサがある。このような超音波を用いたセンサ（以下、超音波センサと記載する）を坪量の判別に使用する場合、センサ周囲の環境（例えば気圧や気温）を一定の条件に保つことが望ましい。超音波の振幅は周囲の環境によって変化することが知られており、坪量の判別結果に影響を及ぼすためである。しかしながら、超音波センサを搭載した画像形成装置が設置される環境は常に一定であるとは限らない。これらの影響を低減する方法として、例えば特許文献２では、記録媒体がない状態での超音波の振幅に基づいて、環境変動の影響を低減又はキャンセルする方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５７−１３２０５５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
坪量判別における環境変動の影響を低減する方法については、上述したように記録媒体がない状態での超音波出力を測定し、補正を行うことで、環境変動の影響をキャンセルする手法がある。しかしながら、超音波センサを用いた坪量判別に影響を与える要因としては、環境変動だけとは限らない。例えば、超音波の送信部と受信部の位置関係（距離）が変動した場合にも、受信した超音波の振幅が変わってしまう。この状態で上述したような環境補正を行った場合、記録媒体がない状態での超音波出力も変化するので、補正精度が低下する場合がある。従って、超音波の送信部と受信部は、夫々の位置関係が変わらないように画像形成装置内に設置することが望ましい。しかし、以下に述べる状況から、超音波を用いる坪量検知センサを配置する位置は限られており、送信部と受信部の位置関係を一定に保つことが難しい。
【０００６】
まず、超音波により坪量を判別する場合、超音波の送信部と受信部は記録媒体を挟み込むように配置する必要があるため、送信部と受信部を一体にすることは困難である。更に、坪量検知センサの判別結果に基づいて転写条件や定着条件が決定されるため、記録媒体の搬送経路の上流、少なくとも像担持体上のトナー像が記録媒体に転写される転写部よりも手前にセンサを配置する必要がある。一般的に、画像形成装置は記録媒体が搬送経路上で滞留した時（ジャム時）のために、記録媒体を取り除くための機構を有している。そのため、例えば、転写ユニットは開閉式になっていることが多く、超音波の送信部又は受信部のどちらかは転写ユニット上に配置されることになる。ところが、このような開閉が可能な可動部にセンサが配置されると、開閉操作などによってセンサの位置がずれることも考えられ、超音波の送信部と受信部の位置関係（距離）を一定に保てなくなる可能性が高い。
【０００７】
本発明はこのような状況のもとでなされたもので、坪量検知センサの位置ずれに起因する環境変動の補正精度の低下を防止して、記録媒体の坪量の判別精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した課題を解決するため、本発明では次の通りに構成する。
【０００９】
（１）超音波を送信する送信手段と、前記送信手段から送信され、記録媒体を介した超音波を受信して、受信した超音波に応じた第１の信号を出力し、前記送信手段から送信され、記録媒体を介さない超音波を受信して、受信した超音波に応じた第２の信号を出力する受信手段と、前記受信手段から出力された信号の値を検知する検知手段と、前記検知手段によって検知された前記第１の信号の値に基づいて、前記記録媒体の坪量を判別する制御手段を有する記録媒体判別装置において、前記送信手段が超音波を送信してから、前記検知手段が前記第２の信号の値を検知するまでの時間を測定する測定手段と、を有し、前記制御手段は、第１の状態において前記測定手段により測定された時間と、前記第１の状態とは異なる第２の状態において前記測定手段により測定された時間に基づいて、前記第１の状態から前記第２の状態における前記送信手段と前記受信手段の距離の変動を算出し、算出された前記距離の変動と前記第１の信号の値に応じて記録媒体の坪量の判別を行うことを特徴とする記録媒体判別装置。
【００１０】
（２）記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、超音波を送信する送信手段と、前記送信手段から送信され、記録媒体を介した超音波を受信して、受信した超音波に応じた第１の信号を出力し、前記送信手段から送信され、記録媒体を介さない超音波を受信して、受信した超音波に応じた第２の信号を出力する受信手段と、前記受信手段から出力された信号の値を検知する検知手段と、前記検知手段によって検知された前記第１の信号の値に基づいて、前記画像形成手段の画像形成条件を制御する制御手段を有する画像形成装置において、前記送信手段が超音波を送信してから、前記検知手段が前記第２の信号の値を検知するまでの時間を測定する測定手段と、を有し、前記制御手段は、第１の状態において前記測定手段により測定された時間と、前記第１の状態とは異なる第２の状態において前記測定手段により測定された時間に基づいて、前記第１の状態から前記第２の状態における前記送信手段と前記受信手段の距離の変動を算出し、算出された前記距離の変動と前記第１の信号の値に応じて前記画像形成手段の画像形成条件を制御することを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、坪量検知センサの位置ずれに起因する環境変動の補正精度の低下を防止して、記録媒体の坪量の判別精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１〜３の画像形成装置の概略断面図
【図２】実施例１の坪量検知センサの構成を示すブロック図
【図３】実施例１の坪量検知センサの信号波形、及び紙の有無による出力信号波形を示す図
【図４】実施例１の気圧変動による坪量判別精度への影響を示す図
【図５】実施例１の距離変動による坪量検知センサ出力への影響を示す図
【図６】実施例１の坪量検知の制御シーケンスを示すフローチャート
【図７】実施例２の検知回路の構成を示すブロック図、坪量検知センサの信号波形、及び温度変動による坪量判別精度への影響を示す図
【図８】実施例２の坪量検知の制御シーケンスを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であって、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１４】
［画像形成装置の構成と動作概要］
図１は、本実施例の電子写真式のカラー画像形成装置の一例として、坪量検知センサを搭載し、中間転写ベルト方式を採用したタンデム方式（４ドラム系）の画像形成装置１の概略断面図である。図１において、供給カセット２は、記録媒体Ｐを収納する。画像形成制御部３は、画像形成装置１の画像形成動作を制御する。供給ローラ４は、供給カセット２から記録媒体Ｐを供給し、搬送ローラ５及び搬送対向ローラ６は、供給された記録媒体Ｐを搬送する。像担持体である感光ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像を担持する。以降、各色を表す符号Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、必要な場合を除き省略する。帯電ローラ１２は、感光ドラム１１を一様に所定の電位に帯電するための一次帯電手段である。光学ユニット１３は、帯電ローラ１２によって帯電された感光ドラム１１上に各色の画像データに対応したレーザビームを照射し、静電潜像を形成するための光学ユニットである。現像器１４は、感光ドラム１１上（像担持体上）に形成された静電潜像をトナー（現像剤）により可視化する。現像剤搬送ローラ１５は、現像器１４内の現像剤を感光ドラム１１と対向する部分に送り出す。感光ドラム１１、帯電ローラ１２、光学ユニット１３、現像器１４は、画像形成部を構成する。一次転写ローラ１６は、感光ドラム１１上に形成された画像を中間転写ベルト１７に転写する。駆動ローラ１８は、感光ドラム１１から転写された画像を担持する中間転写ベルト１７を駆動する。二次転写ローラ１９は、中間転写ベルト１７上に形成された画像を記録媒体Ｐに転写するためのローラであり、二次転写対向ローラ２０は、二次転写ローラ１９に対向するローラである。定着ユニット２１は、記録媒体Ｐを搬送させながら、記録媒体Ｐに転写されたトナー像を溶融定着させる。排出ローラ２２は、定着ユニット２１によって、定着が行われた記録媒体Ｐを排出する。
【００１５】
次に、画像形成装置１の画像形成動作について説明する。画像形成制御部３には制御手段であるＣＰＵ８０が搭載されており、画像形成装置１の画像形成動作を一括して制御している。不図示のホストコンピュータ等から画像形成制御部３に、印刷命令や画像情報等を含んだ印刷データが入力される。印刷データが入力されると、画像形成装置１は印刷動作を開始し、記録媒体Ｐは供給ローラ４によって、供給カセット２から供給され搬送路に送り出される。中間転写ベルト１７上に転写される画像の形成動作と記録媒体Ｐの搬送動作のタイミングとの同期を取るため、記録媒体Ｐは、搬送ローラ５及び搬送対向ローラ６の位置で一旦停止して画像形成が行われるまで待機する。記録媒体Ｐが供給される動作と共に、画像形成動作として、感光ドラム１１は帯電ローラ１２によって、一定の電位に帯電される。入力された印刷データにあわせて光学ユニット１３は、帯電された感光ドラム１１の表面を、レーザビームによって露光走査して静電潜像を形成する。形成された静電潜像を可視化するために、現像器１４及び現像剤搬送ローラ１５によって現像が行われる。すなわち、感光ドラム１１の表面に形成された静電潜像は、現像器１４から供給されたトナーにより夫々の色でトナー像として現像される。感光ドラム１１は、中間転写ベルト１７と当接しており、中間転写ベルト１７の回転に同期して回転する。現像された各トナー像は、一次転写ローラ１６により中間転写ベルト１７上に、順次多重転写される。そして、二次転写ローラ１９及び二次転写対向ローラ２０により、中間転写ベルト１７上のトナー像が記録媒体Ｐ上に転写される。記録媒体Ｐに転写されたトナー像は、定着ローラ等から構成される定着ユニット２１によって、記録媒体Ｐに定着される。トナー像が定着された記録媒体Ｐは、排出ローラ２２によって不図示の排出トレイに排出され、画像形成動作を終了する。
【００１６】
［坪量検知センサ］
図１において、記録媒体Ｐの坪量情報を検知する記録媒体判別装置である坪量検知センサの送信手段である送信部３１と受信手段である受信部３２は、記録媒体Ｐが搬送される搬送路を挟むように配置されている。そして、送信部３１と受信部３２が配置された搬送路上の位置は、転写部を構成する二次転写ローラ１９及び二次転写対向ローラ２０よりも、搬送路の記録媒体Ｐの搬送方向上流側に配置されている。また、送信部３１は二次転写ローラ１９と共に二次転写ユニット２３内に設けられている。送信部３１と受信部３２の配置位置を入れ換えて、受信部３２が二次転写ユニット２３内に設けられていてもよい。二次転写ユニット２３は、二次転写ユニット回転軸２４を支点に図中の矢印方向に開閉操作が可能な可動式となっている。これにより、搬送中の記録媒体Ｐが二次転写ユニット２３付近で滞留した場合でも、二次転写ユニット２３を開状態とすることにより、ユーザは滞留した記録媒体Ｐを簡単に除去することができる。また、画像形成制御部３は、超音波（以下、単に音波ともいう）の送受信制御や記録媒体Ｐの判別動作を行う坪量検知センサ制御部３０を備えている。ここでいう「坪量」とは、記録媒体Ｐの単位面積当たりの質量であり、ｇ／ｍ２で表わされる。画像形成制御部３は、坪量検知センサで得られた検知結果に基づいて、画像形成における画像形成条件の制御を行う。ここでいう「画像形成条件の制御」とは、例えば記録媒体Ｐの種類の違いによって、記録媒体Ｐの搬送スピードを変更したり、転写時における二次転写ローラ１９に印加する電圧を変更したり、定着ユニット２１における定着時の温度を変更したりすることである。更に、画像形成条件として画像を転写する際における一次転写ローラ１６や二次転写ローラ１９の回転速度を制御してもよい。更に、画像形成条件として画像を定着する際における定着ユニット２１が有する定着ローラの回転速度を制御してもよい。
【００１７】
坪量検知センサの送信部３１と受信部３２は同様の構成であり、機械的変位と電気信号とを相互に変換する素子である圧電素子（ピエゾ素子ともいう）及び電極端子から構成されている。送信部３１では、電極端子に所定周波数のパルス電圧が印加されると、圧電素子が発振して音波が発生する。途中に記録媒体Ｐが存在する場合、発生した音波は空気中を伝わり、記録媒体Ｐに到達する。音波が記録媒体Ｐまで到達すると、音波によって記録媒体Ｐが振動する。記録媒体Ｐが振動することにより音波が伝達され、更に、音波は空気中を伝わって受信部３２に到達する。このように、送信部３１から送信された音波は、記録材Ｐを介して減衰し、受信部３２に到達する。受信部３２の圧電素子は、受信した音波の振幅に応じた出力電圧を電極端子に出力する。これが圧電素子を用いて超音波を送受信する場合の動作原理である。
【００１８】
［坪量検知センサの構成］
次に、坪量検知センサの構成、及び坪量検知センサが記録媒体Ｐの坪量を検知する方法について、図２を用いて説明する。図２（ａ）は、坪量検知センサの構成を示すブロック図である。図２（ａ）に示すように、坪量検知センサは、送信部３１、受信部３２、坪量検知センサ制御部３０から構成されている。更に、坪量検知センサ制御部３０は、送信制御部３３、受信制御部３４、及び制御部６０から構成されている。送信制御部３３は、超音波を送信するための駆動信号を生成し、駆動信号を増幅する機能を有し、受信制御部３４は、受信部３２で受信した超音波の振幅を検知し、電圧信号に変換する機能を有し、制御部６０は、各部の制御及び記録媒体の判別を行う。また、制御部６０は、不図示のＲＯＭとＲＡＭを有し、ＲＯＭには、坪量検知センサを制御するプログラムやデータが格納されており、ＲＡＭは、制御部６０が実行する制御プログラムが一時的に情報を保存するために使用されるメモリである。本実施例では、送信部３１及び受信部３２は、３２ｋＨｚの周波数を持つ超音波の送信、及び受信を行う。発生させる超音波の周波数は、送信部３１及び受信部３２の構成、検知精度等に応じて予め設定されており、適切な範囲の周波数を選択すればよい。また、図２（ｂ）は、受信制御部３４の検知回路３４２の構成を示すブロック図であり、検知回路３４２は、増幅器３５１と半波整流器３５２から構成されている。
【００１９】
図２（ａ）において、制御部６０は、記録媒体Ｐの坪量を測定する場合、測定開始を指示する信号を受信制御部３４の駆動信号制御部３４１に出力する。駆動信号制御部３４１は、測定開始を指示する入力信号を受信すると、所定周波数の超音波を送信するために、送信制御部３３の駆動信号生成部３３１に対して、超音波の信号の生成を指示する。駆動信号制御部３４１は、記録媒体Ｐや搬送路周囲の部材による反射波等の外乱の影響を低減するために、送信部３１が照射した直接波のみを受信部３２で受信できるように、一定周期のパルス波（バースト波）（後述する図３（ａ））を出力する。本実施例では、１回の測定で、１０ｍｓ（ミリ秒）毎に、周波数が３２ｋＨｚ（キロヘルツ）のパルス波（駆動信号）を５パルス連続出力し、これを１６回繰り返す。そして、パルス波を出力すると共に、カウンタであるタイマ３４５をリセットし、カウントをスタートさせる。生成手段である駆動信号生成部３３１は、予め設定された周波数のパルス波である駆動信号を生成し、増幅器３３２に出力する。増幅器３３２は、駆動信号生成部３３１より入力された駆動信号のレベル（電圧値）を増幅し、送信部３１へ出力する。
【００２０】
受信部３２は、送信部３１と受信部３２の間に記録媒体Ｐがない状態では、送信部３１から送信され、記録媒体Ｐを介さない超音波を受信して、受信した信号波形（第２の信号）を受信制御部３４の検知回路３４２に出力する。また受信部３２は、送信部３１と受信部３２の間に記録媒体Ｐがある状態では、送信部３１から送信され、記録媒体Ｐを介して減衰した超音波を受信して、受信した信号波形（第１の信号）を受信制御部３４の検知回路３４２に出力する。図２（ｂ）に示すように、検知回路３４２は、入力された信号の増幅を行う増幅器３５１と、信号の半波整流を行う半波整流器３５２と、を備えている。本実施例の増幅器３５１は、記録媒体Ｐが送信部３１と受信部３２との間にある状態と、ない状態とで受信した信号の増幅率を変更できるようにしている。
【００２１】
図３（ａ）は、図２（ａ）、（ｂ）の各部における信号波形を示した図である。図３（ａ）において、「駆動信号波形」は送信制御部３３の駆動信号生成部３３１から増幅器３３２に出力されるパルス波の波形であり、「受信信号波形」は送信部３１から送信された信号を受信部３２で受信した信号波形である。また、「半波整流後波形」は、受信制御部３４の検知回路３４２の半波整流器３５２から出力された信号波形である。横軸は、いずれも時間を示す。
【００２２】
検知回路３４２から出力されたアナログ信号（図３（ａ）に示す半波整流後波形の信号）は、Ａ−Ｄ変換部３４３に入力され、アナログ信号からデジタル信号へ変換される。検知手段であるピーク抽出部３４４では、変換されたデジタル信号に基づいて、受信部３２で受信した信号のピーク成分のピーク値（極大値）（以下、単にピーク値ともいう）の検知と抽出を行う。前述したように、測定手段であるタイマ３４５では、駆動信号生成部３３１が駆動信号を出力したタイミングで、カウンタであるタイマをリセットし、カウントを開始する。ピーク抽出部３４４では、時系列で信号処理を行い、受信信号のピーク値を検知したタイミングで、タイマ３４５よりカウント値を読み出す。１回の測定終了のタイミングで、ピーク抽出部３４４で抽出した信号のピーク値と、タイマ３４５から読み出したカウント値を一組にして、記憶部３４６に保存する。以上の測定動作を、送信部３１と受信部３２の間に記録媒体Ｐがない状態（以下、記録媒体Ｐがない状態ともいう）と、送信部３１と受信部３２の間に記録媒体Ｐがある状態（以下、記録媒体Ｐがある状態ともいう）で行う。そして、演算部３４７では、得られた値から演算係数を算出する。「演算係数」は、記録媒体Ｐがない状態と、記録媒体Ｐがある状態でのピーク値の比から算出される坪量に相当する値であり、記録媒体Ｐの坪量判別に用いられる。演算部３４７で算出された演算係数に基づいて、制御手段である制御部６０は記録媒体Ｐの坪量を判別し、判別結果に基づいて画像形成装置１のＣＰＵ８０は画像形成条件を制御する。また、ＣＰＵ８０は制御部６０によって記録材Ｐの坪量を判別することなく、演算係数の値から直接的に画像形成装置１の画像形成条件を制御してもよい。
【００２３】
図３（ｂ）は、本実施例における受信部３２で受信した信号の半波整流後の信号波形を示した図である。実線の波形は、送信部３１と受信部３２の間に記録媒体Ｐがない状態の「紙なし」時（以下、紙なし時、紙なし状態ともいう）の波形である。破線の波形は、送信部３１と受信部３２の間に記録媒体Ｐがある状態の「紙あり」時（以下、紙あり時、紙あり状態ともいう）の波形である。使用した記録媒体Ｐは、坪量６０ｇ／ｍ２の印刷紙（以下、単に紙という）である。横軸は超音波の送信部３１から受信部３２までの伝搬時間に相当するカウンタ値、縦軸は受信した信号の振幅に相当する出力値である。本実施例では、タイマ３４５でタイマとして使用するカウンタの周波数は３ＭＨｚ（メガヘルツ）であり、図３（ｂ）の横軸の１カウントは０．３３３μｓｅｃ（マイクロ秒）に相当する。また、縦軸の出力値は、受信したアナログ信号をデジタル信号に変換した後、変換後のデジタル信号値を１２ビットで表現したもの（０〜４０９５ステップ）である。最大値の４０９５ステップは、受信した信号の振幅電圧３．３Ｖに相当し、１ステップは０．８０６ｍＶ（ミリボルト）である。
【００２４】
図３（ｂ）に示す信号波形において、周期的に信号の出力値のピーク（極大値）があるのは、送信部３１への駆動信号として図３（ａ）に示すバースト波を入力しているためである。また、紙の有無によって信号の出力値がピークとなるタイミングがずれているのは、紙があることによって超音波の伝搬速度が遅くなるためである。更に、紙なし時と紙あり時で、出力値のピーク値がほぼ同じ値であるのは、紙あり時のデータを安定して取得できるように、検知回路３４２の増幅率を変えているからであり、本実施例では紙あり時の増幅率を１６倍に設定している。送信部３１から超音波が送信されると、反射波との合成により増幅されて、受信部３２で受信される信号の振幅は大きくなる。図３（ｂ）に示すように、最初の２周期（図のｎ＝１、２の波形）は受信信号のピーク値が小さく、紙の有無、種類により安定したピーク値が得られない場合がある。そのため、紙の坪量を検知するためには、次の２周期（図のｎ＝３、４の波形）の受信信号のように、坪量検知に十分なピーク値を取得する必要がある。また、超音波を送信してから時間が経過すると反射波などの外乱の影響を受けるため、必要な受信信号の振幅が得られる範囲で、可能な限り早く出力値のピーク値を取得することが望ましい。従って、本実施例では図３（ｂ）のｎ＝３のときの信号ピーク値を用いて説明する。ｎ＝３の信号ピーク値を取得するためには、例えば超音波を送信してから所定時間内における最大値を抽出すればよい。ここで、この所定時間はｎ＝２の信号ピーク値を検知できると考えられる時間よりも長く、ｎ＝４の信号ピーク値を検知できると考えられる時間よりも短い時間である。図３（ｂ）においては例えばこの所定時間をカウンタ値４５０となるまでの時間と定義することができる。
【００２５】
［気圧変動の補正］
次に、気圧変動による坪量判別精度への影響と気圧変動に対する補正方法について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、紙がない状態での坪量検知センサの出力値が気圧により変化している様子を示しているグラフである。図４（ａ）において、図３（ｂ）と同様に、横軸は超音波の送信部３１から受信部３２までの伝搬時間に相当するカウンタ値、縦軸は受信した超音波である信号の振幅に相当する出力値である。また、実線で示すグラフは気圧が１ａｔｍの場合、太い点線で示すグラフは気圧が０．９ａｔｍの場合、細い点線で示すグラフは気圧が０．８ａｔｍのときの受信信号波形である。「ａｔｍ」は、大気圧を表す単位であり、１ａｔｍは１．０１３×１０５Ｐａ（パスカル）である。夫々の信号波形の出力値は、送信部３１の駆動信号レベルは同一にした条件で、気圧を変更して測定を行った。図４（ａ）に示すように、気圧（ａｔｍ）が低いほど、同じ駆動信号レベルでも受信部３２での受信信号の振幅である出力値が減衰している。図中のΔＶＡは、ｎ＝３における気圧が１ａｔｍの場合と、０．８ａｔｍの場合の出力値の差分（減衰量）を示す。
【００２６】
更に、気圧が変化すると演算係数も変化する。図４（ｂ）は気圧変動による坪量判別精度への影響を説明する図であり、各気圧（１ａｔｍ（実線）、０．９ａｔｍ（長ピッチ破線）、０．８ａｔｍ（短ピッチ破線）、０．７ａｔｍ（点線））における坪量と演算係数との関係を示したグラフである。図４（ｂ）の横軸は紙の坪量（ｇ／ｍ２）、縦軸は演算係数を示している。紙あり時の受信部３２の受信信号の出力値のピーク値（以下、ピーク値という）をＶｐ、紙なし時のピーク値をＶａとすると、演算係数τは、次の式（１）で表わされる。
τ＝Ｖｐ／Ｖａ      （１）
例えば、気圧が１ａｔｍの場合と０．７ａｔｍの場合で、同じ坪量１００ｇ／ｍ２の紙の坪量判別を図４（ｂ）により行うと、０．７ａｔｍでは、１ａｔｍの場合と比べて演算係数が小さくなる。そのため、気圧が０．７ａｔｍのときの演算係数を１ａｔｍでの演算係数として坪量判別を行うと、坪量を１５０ｇ／ｍ２と誤って判別してしまうことになる。従って、紙の坪量を正しく判別するためには、演算係数τに気圧変動分を考慮した補正を行う必要がある。気圧によって坪量検知センサの出力値が変化する理由は、空気の密度によって音の伝わりにくさ（音響インピーダンス）が変化するからである。坪量検知センサの出力値は音響インピーダンスに比例するので、気圧変動前、変動後での出力値（ピーク値）の比に基づいて、気圧の変動を補正することができる。具体的な方法としては、まず、工場出荷時（第１の状態）など予め気圧が分かっている環境において、紙がない状態で検知を行い、測定したピーク値を基準ピーク値Ｖａ０として記憶部３４６などに格納する。本実施例では基準ピーク値を測定する環境は１ａｔｍとする。なお、この測定環境は一例であり、基準ピーク値Ｖａ０を測定する環境の気圧は任意の気圧でよい。次に、工場出荷後（第２の状態）に周囲環境が変動した可能性がある場合に、工場出荷時と同様に紙がない状態での検知を行う。そして、測定したピーク値Ｖａと記憶部３４６に格納された基準ピーク値Ｖａ０との比を補正係数とし、補正係数を用いて演算係数τを補正することができる。この補正係数を環境補正係数αとし、基準となる紙なしピーク値を基準ピーク値Ｖａ０とすると、環境補正係数αは、
α＝Ｖａ／Ｖａ０      （２）
で表わされ、気圧が１ａｔｍでの演算係数τｒは、次の式（３）で表わされる。
τｒ＝τ／α          （３）
このように、環境補正係数αによる補正を行うことで、気圧が１ａｔｍでの演算係数τｒを求めることができ、正しい坪量判別を行うことができる。
【００２７】
［距離変動の補正］
また、坪量検知センサの出力は、気圧変動だけでなく、送信部３１と受信部３２の位置関係（距離）によっても影響を受ける。すなわち、送信部３１で発生させた音波は、送信部３１からの距離が大きくなるほど減衰するので、受信部３２の位置により受信する超音波の振幅が変化（減衰）することになる。図１で説明したように、送信部３１と受信部３２は記録媒体Ｐが搬送される搬送路を挟んで配置され、送信部３１は二次転写ユニット２３に設けられる構成となっている。記録媒体Ｐが搬送路の途中で滞留した場合などに、滞留した記録媒体Ｐを取り除くために、二次転写ユニット２３を開閉すると、送信部３１の位置が開閉前の位置からずれ、受信部３２との距離が変動する（以下、距離変動という）可能性がある。
【００２８】
次に、距離変動の影響について、図５を用いて説明する。図５（ａ）と図５（ｂ）は、坪量検知センサの送信部３１、受信部３２、記録媒体Ｐの位置関係を示す図である。図５（ａ）は送信部３１の位置がずれていない状態を、図５（ｂ）は二次転写ユニット２３の開閉操作によって送信部３１の位置がずれている状態を示している。ここで、距離ｄは送信部３１の位置がずれていない状態における送信部３１と受信部３２の距離である。また、距離Ｄは送信部３１の位置がずれている状態における送信部３１と受信部３２の距離である。ここで、送信部３１と受信部３２の距離とは、送信部３１の中心と受信部３２の中心の間の距離である。すなわち、送信部３１に含まれる超音波を送信するための圧電素子の中心と、受信部３２に含まれる超音波を受信するための圧電素子の中心の間の距離である。Ｌは送信部３１の位置がずれている状態における送信部３１と受信部３２の距離と送信部３１の位置がずれていない状態における送信部３１と受信部３２の距離との差である。すなわち、Ｌ＝Ｄ−ｄの関係が成り立つ。本実施例では、図５（ｂ）の矢印方向にずれることを想定して説明するが、矢印以外の方向にずれた場合も、送信部３１と受信部３２の距離が変われば、同様に受信部３２での受信信号の信号出力に影響を及ぼす。
【００２９】
図５（ｃ）は、距離変動による、受信部３２での受信信号の信号出力の出力値の変化を示したグラフである。横軸は超音波の送信部３１から受信部３２までの伝搬時間に相当するカウンタ値、縦軸は受信した超音波である信号の振幅に相当する出力値である。図５（ｃ）において、実線のグラフは距離変動量Ｌが０ｍｍ（ミリメートル）の場合の信号波形を、破線のグラフは距離変動量Ｌが１ｍｍの場合の信号波形を、点線のグラフは距離変動量Ｌが２ｍｍの場合の信号波形を示している。ここでは、送信部３１と受信部３２が離れていく方向の距離変動である。また、図５（ｃ）に示す信号波形は、紙がない状態で測定した場合の信号波形である。距離変動がない場合の実線で示す信号波形に対して、ずれ量が大きくなるほど、送信部３１と受信部３２との距離Ｄが長くなるため、出力値が減衰していることが分かる。例えば、図中のΔＶＬは、ｎ＝３における、距離変動量Ｌが０ｍｍ（実線）の場合と距離変動量Ｌが２ｍｍ（細い点線）の場合の出力値の減衰量（差分）を表わしている。
【００３０】
ここで、気圧変動と距離変動が同時に発生した場合の補正方法について説明する。気圧変動の補正方法は、紙がない状態での出力値であるピーク値（以下、出力値ともいう）Ｖａと基準ピーク値Ｖａ０とに基づいて環境補正係数αを算出し、環境補正係数αに基づいて演算係数τを補正して気圧が１ａｔｍでの演算係数τｒを算出すると前述した。しかし、距離変動が気圧変動と同時に発生した場合には、距離変動の影響によっても出力値（ピーク値）が変動し、基準ピーク値Ｖａ０との比較を正しく行うことができなくなる。
【００３１】
そのため、気圧変動と距離変動が同時に発生した場合でも、紙なし時の出力値の変動量のうち、距離変動の影響による変動量を除去し、気圧変動の影響による変動量のみが加えられた出力値を求める必要がある。ところで、距離変動による出力値の変動は、紙がない状態でも紙がある状態でも同じ割合で変動するため、演算係数τは変わらない。従って、距離変動に応じて演算係数τを補正する必要はない。
【００３２】
距離変動の影響を除去する方法について、図５（ｃ）を用いて説明する。図５（ｃ）の横軸のカウント値は、送信制御部３３から駆動信号が生成されてから、送信部３１により送信された超音波が受信部３２に到達し、受信制御部３４で受信信号のピーク値を抽出するまでのカウント値（経過時間）を示している。すなわち、カウント値は、超音波の伝搬時間に相当しており、坪量検知センサの送信部３１と受信部３２の距離Ｄに応じて変化する値である。図５（ｃ）から分かるように、距離変動量Ｌによってピーク値に到達するまでの時間が変化するので、この変化量を測定することで距離変動量Ｌを求めることができる。図５（ｃ）のΔｔは、距離変動量Ｌが０ｍｍ（実線）の場合と距離変動量Ｌが２ｍｍ（点線）の場合のピーク値に到達するまでの時間の変化量（差分量）を表わしている。例えば、まず、工場出荷時などに紙がない状態で検知を行い、測定結果であるカウント値を基準時間ｔ０として記憶部３４６などの画像形成装置１内の記憶装置に格納する。次に、出荷後に二次転写ユニット２３の開閉操作などにより、坪量検知センサの送信部３１の位置が変動した可能性がある場合には検知を行い、測定したカウンタ値を基準時間ｔ０と比較することで、距離変動量Ｌを求めることができる。
【００３３】
送信部３１の位置がずれていない状態における距離ｄ及び送信部３１の位置がずれている状態における距離Ｄは、次の式（４）及び（５）で表される。なお、式（４）、（５）において、基準時間をｔ０、超音波の伝搬速度（音速）をｖ０、カウンタの周波数をｆ、カウンタにより測定されたカウント値をｔとする。
ｄ＝ｔ０×ｖ０／ｆ      （４）
Ｄ＝ｔ×ｖ０／ｆ            （５）
よって、距離変動長Ｌは、次の式（６）で求めることができる。
Ｌ＝Ｄ−ｄ＝（ｔ−ｔ０）×ｖ０／ｆ      （６）
ここで、距離変動量Ｌに対する出力値の減衰率をβとすると、距離変動量Ｌの状態での受信信号の出力値は、位置ずれがない状態の出力値に比べて（１−βＬ）倍となる。従って、距離変動の影響を除去し、気圧変動の影響のみを受けた紙なし時の出力値Ｖａ’は、式（７）により求めることができる。
Ｖａ’＝Ｖａ／（１−βＬ）      （７）
なお、βの値は、距離変動に対する出力値の減衰を測定し、予め求めておく必要があり、求められた出力値の減衰率βは記憶部３４６などに格納しておく。そして、式（７）より、式（２）に示した環境補正係数αは、距離変動がある場合には、以下の式（８）のように書き換えればよい。
α＝Ｖａ’／Ｖａ０      （８）
【００３４】
［坪量演算の具体例］
ここで、伝搬時間の変化を検知しない場合と検知した場合での坪量の判別結果の違いを説明するために、坪量演算の具体例を示す。坪量検知センサにおいて、距離ｄをｄ＝９ｍｍ、伝搬時間を測定するカウンタの周波数ｆをｆ＝３ＭＨｚ、距離変動量Ｌに対する出力値の減衰率βをβ＝０．１とする。そして、超音波の伝搬速度（音速）ｖ０がｖ０＝３４０ｍ／ｓ、気圧が０．８ａｔｍの環境条件で、坪量１００ｇ／ｍ２の紙の坪量検知を行う。このときの測定値は、測定されたカウンタのカウント値ｔがｔ＝９０、測定された紙なし時のピーク値ＶａがＶａ＝１．５Ｖ、紙あり時のピーク値ＶｐがＶｐ＝０．０４２Ｖとする。式（１）を用いて、演算係数τを求めると、τ＝０．０２８となる。また、工場出荷時（距離変動量が０ｍｍで、気圧が１ａｔｍ）の紙がない状態で検知を行ったときのカウンタのカウント値である基準時間ｔ０をｔ０＝８０、紙なし時のピーク値Ｖａ０をＶａ０＝２Ｖとする。
【００３５】
まず、伝搬時間の変化を検知しない場合（すなわち、距離変動量ＬがＬ＝０ｍｍの場合）、式（２）を用いて、環境補正係数αを算出するとα＝０．７５となる。そして、算出した演算係数τと環境補正係数αを用いて、式（３）より気圧が１ａｔｍでの演算係数τｒを求めると、演算係数τｒ＝０．０３７となる。得られた気圧が１ａｔｍのときの演算係数τｒ＝０．０３７を図４（ｂ）に照らし合わせると、坪量は９０ｇ／ｍ２と誤検知してしまう。
【００３６】
一方、伝搬時間の変化を検知した場合は次のようになる。まず、式（６）を用いて距離変動量Ｌを算出すると、距離変動量Ｌ＝１．１ｍｍと求められる。次に、式（７）に測定された紙なし時のピーク値Ｖａ、距離変動量Ｌに対する出力値の減衰率β、距離変動量Ｌを代入することにより、気圧変動の影響のみを受けた紙なし時の出力値Ｖａ’が求められる。そして、気圧変動の影響のみを受けた紙なし時の出力値Ｖａ’、基準ピーク値Ｖａ０を用いて式（８）より環境補正係数αを求めると、環境補正係数α＝０．８４２となる。算出した演算係数τと環境補正係数αを用いて、式（３）より、気圧が１ａｔｍでの演算係数τｒを求めると、演算係数τｒ＝０．０３３となる。この結果を図４（ｂ）に照らし合わせると、坪量は１００ｇ／ｍ２と正しく坪量を判別することができる。
【００３７】
［制御シーケンス］
次に、図６を参照して、本実施例における記録媒体Ｐの坪量を判別する方法について説明する。図６は、坪量検知センサの制御部６０が記録媒体Ｐの坪量を判別する制御シーケンスを示すフローチャートである。図６は、坪量検知センサの制御部６０による制御シーケンスを示している。制御部６０においては、画像形成装置１のＣＰＵ８０からの情報の取得（例えば電源のオン・オフ等）が必要な場合もあるが、ここではＣＰＵ８０との情報授受のシーケンスについての説明を省略する。また、坪量算出に当たって、予め測定されて坪量検知センサの記憶部３４６に格納されているパラメータは以下のとおりである。すなわち、距離変動量が０ｍｍの場合の送信部３１と受信部３２の距離ｄ、伝搬速度（音速）ｖ０、伝搬時間を測定するカウンタの周波数ｆ、距離変動量Ｌに対する出力値の減衰率β、紙なし時の基準ピーク値Ｖａ０が記憶部３４６に格納されている。また、工場出荷時（距離変動量が０ｍｍで、気圧が１ａｔｍ）の紙がない状態で検知を行ったときのカウンタのカウント値である基準時間ｔ０も記憶部３４６に格納されている。更に、図４（ｂ）で説明したグラフのデータ、すなわち気圧と演算係数と坪量を対応付けたデータから構成されるテーブルも記憶部３４６に格納されている。
【００３８】
坪量検知センサの制御部６０は、画像形成装置１が画像形成を開始すると共に、坪量検知を開始する。ステップ（以下、Ｓという）１０１では、制御部６０は、記録媒体Ｐが搬送される前の紙がない状態での超音波の受信信号の検知を行い、受信信号のピーク値Ｖａ及び伝搬時間ｔのデータを取得する。Ｓ１０２では、制御部６０は、画像形成装置１のＣＰＵ８０から、前回の坪量検知の時点から電源のオン・オフ（ＯＮ／ＯＦＦと図示）が行われたかどうかの情報を取得して、電源がオン・オフされたかどうか（ＯＮ／ＯＦＦありか？）を判断する。制御部６０は、電源のオン・オフが行われたと判断した場合には、距離変動が発生している可能性があるのでＳ１０４に進み、電源のオン・オフが行われていないと判断した場合には、Ｓ１０３に進む。Ｓ１０３では、制御部６０は、画像形成装置１のＣＰＵ８０から、前回の坪量検知の時点から二次転写ユニット２３の開閉操作が行われたかどうか（開閉操作ありか？）の情報を取得して、開閉操作が行われたかどうかを判断する。制御部６０は、開閉操作が行われたと判断した場合には、距離変動が発生している可能性があるのでＳ１０４に進み、開閉操作が行われていないと判断した場合には、Ｓ１０５に進む。
【００３９】
Ｓ１０４では、制御部６０は、距離変動が発生している可能性があるので、前述した式（６）を用いて、距離変動量Ｌを算出し、Ｓ１０６に進む。Ｓ１０５では、制御部６０は、坪量検知センサ位置が前回の測定時から変化していないと考えられるので、記憶部３４６等に保存された前回の測定時の距離変動量の値を読み出し、今回の距離変動量Ｌとし、Ｓ１０６に進む。
【００４０】
Ｓ１０６では、制御部６０は、式（７）を用いて、距離変動の影響を除去し、気圧変動の影響のみを受けた紙なし時の出力値Ｖａ’を算出する。Ｓ１０７では、制御部６０は、式（８）を用いて環境補正係数αを算出する。Ｓ１０８では、制御部６０は、搬送された記録媒体Ｐを介して、紙がある状態での超音波の受信信号の検知を行い、紙あり時の受信信号のピーク値Ｖｐ及び伝搬時間ｔのデータを取得する。Ｓ１０９では、制御部６０は、式（１）を用いて演算係数τを算出し、更に式（３）を用いて演算係数τｒを算出する。Ｓ１１０では、制御部６０は、記憶部３４６等に保存された気圧と演算係数と坪量を対応付けたテーブルから演算部３４７により坪量を算出させ、算出された坪量を画像形成装置１のＣＰＵ８０に通知し、坪量検知処理を終了する。
【００４１】
なお、図６のフローチャートでは、坪量検知処理の制御を坪量検知センサの制御部６０が行っているが、制御部６０の代わりに、画像形成装置１のＣＰＵ８０が制御するようにしてもよい。また、予め測定されたデータ等のパラメータやテーブルの格納先は記憶部３４６に限定されるものではなく、例えば制御部６０が有する不図示のＲＯＭや、ＣＰＵ８０が有する不図示の記憶部でもよい。
【００４２】
以上説明したように、本実施例によれば、坪量検知センサの位置ずれに起因する環境変動の補正精度の低下を防止して、記録媒体の坪量の判別精度を向上させることができる。特に、超音波の伝搬時間の変化を測定することにより距離変動の影響を除去し、気圧変動に対する演算係数の補正を正確に行うことができる。
【実施例２】
【００４３】
実施例１では、坪量検知センサにおける気圧変動と、送信部と受信部との距離変動に応じた演算係数の補正方法について説明した。実施例２では、坪量検知センサ周囲の温度変化に応じた坪量の判別方法について説明する。本実施例における画像形成装置１及び坪量検知センサの構成は、実施例１と同様であるため説明は省略する。また、坪量検知センサを用いて記録媒体Ｐの坪量を検知する制御方法については、後述する受信信号の処理方法を除いて、実施例１と同様である。
【００４４】
［坪量検知センサ］
本実施例では、実施例１と比べ、受信制御部３４の検知回路３５０の構成が異なっている。図７（ａ）は、本実施例における坪量検知センサの受信制御部３４の検知回路３５０の構成を示すブロック図であり、実施例１の図２（ｂ）と異なる箇所を記載している。本実施例では、受信制御部３４における検知回路３５０は、増幅器３５１と、倍電圧整流器３５３を有する。受信部３２で受信された信号は、増幅器３５１で増幅され、次に倍電圧整流器３５３で倍電圧整流される。図７（ｂ）に、受信部３２で受信された受信信号波形と、倍電圧整流器３５３により倍電圧整流後の信号波形を示す。更に、実施例１との比較のために、倍電圧整流後の信号波形には、点線により実施例１の半波整流後の波形（図３（ａ）参照）を示している。倍電圧整流処理を行うことで、受信した信号のピーク値を短い時間で大きくすることができ、その結果、実施例１の場合に比べてより早く受信した信号のピーク値を検知することが可能になる。図７（ｂ）に示すように、例えば半波整流後の波形（点線部）では、前述したように十分なピーク値の受信信号を得るためには、ｎ＝３の信号受信まで待つ必要があるのに対し、倍電圧整流後の波形ではｎ＝２の受信信号で十分なピーク値を得ることができる。
【００４５】
［気温変動の補正］
次に、本実施例における坪量の判別方法について説明する。坪量検知センサの出力に影響を及ぼす要因としては、気圧の変動、距離変動の他に、坪量検知センサ周囲の温度変化が挙げられる。気圧の変動と同様に、温度が変化することによって記録媒体Ｐの減衰率が変化するため、坪量の判別精度を向上させるためには、温度変化量に応じた補正を行う必要がある。図７（ｃ）は坪量検知センサ周囲の温度変動による坪量判別精度への影響を説明する図であり、各温度（０℃（実線）、２０℃（長ピッチ破線）、４０℃（短ピッチ破線）、６０℃（点線））における坪量と演算係数との関係を示したグラフである。図７（ｃ）の横軸は紙の坪量（ｇ／ｍ２）、縦軸は演算係数を示している。図７（ｃ）に示すように、温度が高いほど演算係数τは低くなる。温度変化に対する減衰率の変動を補正する方法は、実施例１で述べた気圧変動の補正方法と同様である。すなわち、前述した式（２）を用いて、基準となる工場出荷時に測定された紙なし時の基準ピーク値Ｖａ０（以下、紙なしピーク値Ｖａ０ともいう）と、紙なし時に測定されたピーク値Ｖａの比を、環境補正係数αとして使用することで補正可能である。基準となる紙なしピーク値Ｖａ０は、工場出荷時など、予め坪量検知センサの周囲温度が分かっている環境で測定を行い、記憶部３４６など画像形成装置１内の記憶装置に格納しておけばよい。本実施例では、基準ピーク値Ｖａ０を測定する環境は、温度が摂氏２０℃、気圧が１ａｔｍとする。なお、この測定環境は一例であり、基準ピーク値Ｖａ０を測定する環境の温度、気圧は任意の温度、気圧でよい。気圧の変動と温度の変動を同じ方法で補正できる理由は、実施例１で述べた音響インピーダンスが、媒質である空気の密度と媒質（空気）中の音速との積で表わされるためである。空気の密度と空気中の音速は気圧と温度によって変化するので、音響インピーダンスも同様に気圧と温度によって変化する。従って、距離変動がない場合には、基準となる環境（気圧、温度）下で測定した出力値によって、気圧、温度の変動を同時に補正することができる。
【００４６】
次に、温度変化、気圧変動、距離変動が同時に発生している場合の、環境補正方法について説明する。センサの距離変動量は、音速を用いて算出できることを実施例１で説明した（式（６））。ここで、一般的に空気中を伝搬する音速ｖ（秒速）は、次の式（９）で表わされる。
ｖ＝３３１．５＋０．６０７×ｋ（単位：ｍ／ｓ）      （９）
ここで、ｋは坪量検知センサの周囲の摂氏温度（℃）を示す。３３１．５（単位：ｍ／ｓ）は、摂氏温度が０℃環境での音速であり、０．６０７（単位：（ｍ／ｓ）／℃）は、音速の温度係数である。すなわち、式（９）は、温度変化によって音速ｖが変動することを示しており、坪量検知センサにおける超音波の検知タイミングにも影響を及ぼす。従って、音速から坪量検知センサの距離変動量を算出するためには、温度検知手段であるサーミスタなどの温度センサ（不図示）を用いて、坪量検知センサの周囲温度を測定する必要がある。温度センサの配置場所は、受信部３２が実装された基板上などの、坪量検知センサの近傍に配置することが望ましい。温度センサから取得したセンサ周囲の温度情報に基づいて、式（９）より音速を算出することで、周囲温度が変化した場合のセンサ間距離Ｄ´は次の式（１０）で求められる。
Ｄ´＝ｔ×ｖ／ｆ      （１０）
よって周囲温度が変化した場合の距離変動量Ｌは、
Ｌ＝Ｄ´−ｄ＝１／ｆ（ｔ×ｖ−ｔ０×ｖ０）      （１１）
で求めることができ、実施例１で説明した方法と同様に環境補正を行うことが可能となる。
【００４７】
［坪量演算の具体例］
ここで、伝搬時間の変化を検知しない場合と、検知した場合との坪量判別結果の違いを説明するために、坪量演算の具体例を示す。坪量検知センサにおいて、距離ｄをｄ＝９ｍｍ、伝搬時間を測定するカウンタの周波数ｆをｆ＝３ＭＨｚ、距離変動量Ｌに対する出力値の減衰率βをβ＝０．１とする。そして、坪量検知センサの周囲温度ｋ＝４０℃、気圧が０．８ａｔｍの環境条件で、坪量１００ｇ／ｍ２の紙の坪量検知を行う。このときの測定値は、測定されたカウンタのカウント値ｔがｔ＝１０２、測定された紙なし時のピーク値ＶａがＶａ＝１．２Ｖ、紙あり時のピーク値ＶｐがＶｐ＝０．０３４Ｖとする。式（１）を用いて、演算係数τを求めると、τ＝０．０２８となる。また、工場出荷時（距離変動量が０ｍｍで、気圧が１ａｔｍ）の紙がない状態で検知を行ったときのカウンタのカウント値である基準時間ｔ０をｔ０＝８０、紙なし時のピーク値Ｖａ０をＶａ０＝２Ｖとする。
【００４８】
まず、伝搬時間の変化を検知しない場合（すなわち、距離変動量ＬがＬ＝０ｍｍの場合）、式（２）を用いて、環境補正係数αを算出するとα＝０．６となる。そして、算出した演算係数τと環境補正係数αを用いて、式（３）より気圧が１ａｔｍでの演算係数τｒを求めると、演算係数τｒ＝０．０４７となる。得られた気圧が１ａｔｍのときの演算係数τｒ＝０．０４７を図４（ｂ）に照らし合わせると、坪量は７０ｇ／ｍ２と誤検知してしまう。
【００４９】
一方、伝搬時間の変化を検知した場合は次のようになる。まず、式（９）より温度ｋ＝４０℃のときの音速を求めると、音速ｖ＝３５６ｍ／ｓとなる。次に、式（１１）を用いて距離変動量Ｌを算出すると、距離変動量Ｌ＝３ｍｍと求められる。次に、式（７）に測定された紙なし時のピーク値Ｖａ、距離変動量Ｌに対する出力値の減衰率β、距離変動量Ｌを代入することにより、気圧変動の影響のみを受けた紙なし時の出力値Ｖａ’が求められる。そして、気圧変動の影響のみを受けた紙なし時の出力値Ｖａ’、基準ピーク値Ｖａ０を用いて式（８）より環境補正係数αを求めると、環境補正係数α＝０．８５７となる。算出した演算係数τと環境補正係数αを用いて、式（３）より、気圧が１ａｔｍでの演算係数τｒを求めると、演算係数τｒ＝０．０３３となる。この結果を図４（ｂ）に照らし合わせると、坪量は１００ｇ／ｍ２と正しく坪量を判別することができる。
【００５０】
［制御シーケンス］
次に、図８を参照して、本実施例における記録媒体Ｐの坪量を判別する方法について説明する。図８は、坪量検知センサの制御部６０が記録媒体Ｐの坪量を判別する制御シーケンスを示すフローチャートである。図８は、坪量検知センサの制御部６０による制御シーケンスを示している。また、坪量算出に必要なパラメータやテーブル、例えば距離ｄ、カウンタの周波数ｆ、減衰率β、紙なし時のピーク値Ｖａ０、基準時間ｔ０、気圧と演算係数と坪量を対応付けたテーブル等は、実施例１と同様に、記憶部３４６に格納されている。
【００５１】
坪量検知センサの制御部６０は、画像形成装置１が画像形成を開始すると共に、坪量検知を開始する。図８において、Ｓ２０１〜Ｓ２０３までの処理は、実施例１の図６のＳ１０１〜Ｓ１０３の処理と同様であり、説明を省略する。Ｓ２０４では、制御部６０は、不図示の温度センサから坪量検知センサの周囲の温度データを取得する。Ｓ２０５では、制御部６０は、取得した温度データに基づいて、式（９）より坪量検知センサの周囲（送信部３１と受信部３２間）における音速ｖを算出する。Ｓ２０６では、式（１１）より距離変動量Ｌを算出する。Ｓ２０７〜Ｓ２１２までの処理は、実施例１の図６のＳ１０５〜Ｓ１１０の処理と同様であり、説明を省略する。
【００５２】
なお、図８のフローチャートでは、坪量検知処理の制御を坪量検知センサの制御部６０が行っているが、制御部６０の代わりに、画像形成装置１のＣＰＵ８０が制御するようにしてもよい。また、予め測定されたデータ等のパラメータやテーブルの格納先は記憶部３４６に限定されるものではなく、例えば制御部６０が有する不図示のＲＯＭや、ＣＰＵ８０が有する不図示の記憶部でもよい。更に、本実施例では、制御部６０が不図示の温度センサから温度データを取得しているが、例えばＣＰＵ８０から温度データを取得する構成でもよい。
【００５３】
以上、本実施例によればセンサ周囲の温度、気圧及びセンサ位置が同時に変動している状態においても、不図示の温度センサの情報に基づき超音波の速度を求め、超音波の伝搬時間から距離変動量を測定することで環境変動量を正しく求めることができる。従って、環境変動の補正を正確に行うことが可能となり、坪量検知精度を向上させることができる。なお、実施例１と実施例２では、夫々異なる方法、すなわち実施例１では半波整流後の受信信号波形を、実施例２では倍電圧整流後の受信信号波形を用いて、ピーク抽出、坪量演算を行っていた。これらの信号処理方法及び坪量演算方法の組み合わせは任意に選択することができ、例えば、実施例１で説明した受信波形の処理方法を用いて、実施例２で説明した温度変化を考慮した環境補正を行ってもよい。以上説明したように、本実施例によれば、坪量検知センサの位置ずれに起因する環境変動の補正精度の低下を防止して、記録媒体の坪量の判別精度を向上させることができる。
【実施例３】
【００５４】
実施例１、２における出荷時の基準環境下でのデータ取得と出荷後の環境下での坪量検知では、送信部３１に入力される駆動信号のパルス電圧は同じ電圧値を用いて行われていた。しかし、坪量検知時では、必ずしも基準値取得時と同じ電圧値のパルスを送信部３１に入力する必要はない。以下では、基準値取得時とは異なる電圧値のパルスを送信部３１に入力した場合の環境補正方法について説明する。なお、環境補正方法以外については、実施例１又は２と同様であるため、説明を省略する。
【００５５】
［駆動信号の入力パルス電圧の変動の補正］
ここでは、実施例１又は２で説明した距離変動に対する補正が行われた後の状態における、環境補正方法について説明する。まず、基準の環境下で入力パルス電圧Ｖｉ０により取得した基準の紙なしピーク値をＶａ０とする。そして、坪量検知時の環境下で入力パルス電圧Ｖｉ０により取得した紙なしピーク値をＶａ１とする。坪量検知時の環境下において、センサ制御部３０は、取得されるピーク値の値Ｖａが基準の紙なしピーク値Ｖａ０と等しくなるように、入力パルス電圧を調整する。実施例１で述べたように、入力パルス電圧により送信部３１の圧電素子が発振することで超音波が発生するので、超音波の振幅レベルは入力パルス電圧に比例する。よって、Ｖａ＝Ｖａ０となるように調整した入力パルス電圧をＶｉ１とすると、Ｖｉ０とＶｉ１の比は、式（２）のＶａ１とＶａ０の比と等しくなる。従って、式（２）より、
Ｖｉ０／Ｖｉ１＝Ｖａ１／Ｖａ０＝α      （１２）
となる。紙ありピーク値Ｖｐの測定は調整した入力パルス電圧Ｖｉ１で行い、式（１）より演算係数τを算出する。そして、式（３）及び式（１２）から、環境補正後の演算係数τｒは次式で求めることができる。
τｒ＝τ／（Ｖｉ０／Ｖｉ１）      （１３）
【００５６】
以上、本実施例によれば、坪量検知時の環境下において取得される紙なしピーク値の値Ｖａが基準の紙なしピーク値Ｖａ０と等しくなるように送信部３１に入力されるパルス電圧を調整する。これにより、基準値測定時と異なる入力パルス電圧の場合でも環境補正を行うことが可能である。以上説明したように、本実施例によれば、坪量検知センサの位置ずれに起因する環境変動の補正精度の低下を防止して、記録媒体の坪量の判別精度を向上させることができる。
【００５７】
また、上記の実施例において、坪量検知センサは画像形成装置１に固定して設けられている構成であったが、坪量検知センサは画像形成装置１に対して着脱可能な構成であってもよい。坪量検知センサを着脱可能な構成にすれば、例えば、坪量検知センサが故障した場合にユーザが容易に交換することができる。
【００５８】
また、上記の実施例において、坪量検知センサと坪量検知センサ制御部３０やＣＰＵ８０等の制御部を一体化して、画像形成装置１に対して着脱可能な構成にしてもよい。このように、坪量検知センサと制御部を一体化して交換可能であれば、坪量検知センサの機能を更新したり追加したりする場合に、新たな機能を有するセンサにユーザが容易に交換することができる。
【００５９】
また、上記の実施例においては、レーザビームプリンタの例を示したが、本発明を適用する画像形成装置はこれに限られるものではなく、インクジェットプリンタ等、他の印刷方式のプリンタ、又は複写機でもよい。
【符号の説明】
【００６０】
３１      送信部
３２      受信部
６０      制御部
３４４    ピーク抽出部
３４５    タイマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015210177.tif 000009
【図８】
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