(57)【要約】【課題】例えば搬送装置の移動部等の移動体の速度を正確に検出することができる速度検出装置を提供することにある。【解決手段】画像形成装置等の搬送用ベルト４の搬送面４−１の速度を検出する搬送速度検出装置であって、超音波を送信する送信器１と、搬送面４−１の、送信器１からの超音波が照射される位置近傍に設けられた基準反射板３と、搬送面４−１で反射された超音波と、基準反射板３で反射された超音波とに基づいて、搬送速度を検出する受信器２を含む検出部とを具備する。【選択図】        図１
2005189169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の速度を検出する速度検出装置であって、
超音波を送信する送信部と、
前記移動体の、前記送信部からの超音波が照射される位置近傍に設けられた基準反射部と、
前記移動体で反射された超音波と、前記基準反射部で反射された超音波とに基づいて、前記移動体の速度を検出する検出部と、
を具備することを特徴とする速度検出装置。
【請求項２】
搬送装置の移動部の速度を検出する搬送速度検出装置であって、
超音波を送信する送信部と、
前記移動部の、前記送信部からの超音波が照射される位置近傍に設けられた基準反射部と、
前記移動部で反射された超音波と、前記基準反射部で反射された超音波とに基づいて、搬送速度を検出する検出部と、
を具備することを特徴とする搬送速度検出装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記移動部で反射された超音波と、前記基準反射部で反射された超音波とを、１：１の受信強度比で受信することを特徴とする請求項２に記載の搬送速度検出装置。
【請求項４】
前記移動部で反射された超音波と、前記基準反射部で反射された超音波の受信強度比は、前記基準反射部の面積を変えることにより設定されることを特徴とする請求項２に記載の搬送速度検出装置。
【請求項５】
前記移動部で反射された超音波と、前記基準反射部で反射された超音波の受信強度比は、前記基準反射部の反射率を変えることにより設定されることを特徴とする請求項２に記載の搬送速度検出装置。
【請求項６】
前記移動部で反射された超音波と、前記基準反射部で反射された超音波の受信強度比は、前記基準反射部の形状を変えることにより設定されることを特徴とする請求項２に記載の搬送速度検出装置。
【請求項７】
搬送装置の移動部の速度を検出する搬送速度検出装置を用いた画像形成装置であって、
前記搬送速度検出装置は、
超音波を送信する送信部と、
前記移動部の、前記送信部からの超音波が照射される位置近傍に設けられた基準反射部と、
前記移動部で反射された超音波と、前記基準反射部で反射された超音波とに基づいて、搬送速度を検出する検出部と、
を具備することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速度検出装置、搬送速度検出装置並びに画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いた速度検出装置が従来より知られている。特に、記録媒体に画像を印刷する画像形成装置に搭載される搬送速度検出装置として、超音波を用いて感光体の移動速度検出を行い、当該感光体への走査レーザ光の偏向制御を行う装置が知られている。特開２００２−３５０７６９はこのような超音波速度検出装置の一例を開示している。
【０００３】
ここで従来の超音波速度検出装置について図８を参照してその構成及び作用を説明する。図８の搬送速度検出装置は、発信源となる送信器１００と受信源となる受信器１０１とからなる。送信器１００は、送信周波数ｆｏの超音波を測定対象としての搬送用ベルト１０２の測定対象面１０２−１に照射する。受信器１０１は、測定対象面１０２−１からの反射波を受信する。この受信波の周波数は測定対象面１０２−１であるベルト表面が速度Ｖで移動しているときに送信波ｆｏにドプラー効果が加わった周波数であり、ここではｆｓで表す。送信器１００の出射方位角と受信器１０１の受信方位角の関係は、図８に示すようにベルト搬送方向に沿った鉛直面内に送信器１００と受信器１０１を配置し、送信軸と受信軸はそれぞれベルト面に対して角度θ１、θ２に配置される。
【０００４】
このときベルト搬送速度により発生するドップラー周波数ｆDは以下のように表される。
【数１】
2005189169.tif 000003
【０００５】
ここで、ｆO：送信周波数、ｆs：受信周波数、ｆD：ドップラー周波数、ｃ：音速、ｖ：ベルト搬送速度、である。
【０００６】
ドップラー周波数を検出するには、例えばヘテロダイン法を用いて基準周波数と受信周波数とを重ね合わせて干渉を発生させ、ビート周波数として検出する。通常、基準周波数は送信器１００の駆動信号より取得し、受信周波数は受信器１０１の出力信号から取得する。そして両方の信号を加算することにより行われる。加算することにより得られるビート信号は基準周波数と受信周波数の差で変調する信号となり、その周波数の２倍がドップラー周波数に相当する。したがって、ビート周波数ｆBは、
ｆB  ＝（ｆs  −ｆO）／２
つまり、送信波に対して受信波は位相がずれて形成されることになる。この位相のずれは測定対象の移動速度Ｖにより決まる。受信器１０１にて反射音となる受信波ｆsの位相を検出し、送信器１００からの送信波ｆ0と受信波ｆsとの反射音の位相変動より測定対象の速度変動を検出すれば、測定対象の移動速度Ｖを認識することが可能となる。
【特許文献１】特開２００２−３５０７６９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の技術ではドップラーシフト検出時に用いる基準周波数を、送信器１００の出力パルスから生成しているため、以下の要因により送信周波数と音速が一定でなくなるため受信周波数ｆsが誤差Δｆsを持つことになる。
【０００８】
１．送信器１００自体の発振周波数の変動
２．環境温度による音速の変動
３．装置内雰囲気の熱揺らぎによる音速の変動
従ってベルト搬送速度に応じて発生するドップラー周波数も誤差を持つため、正確な速度検出が行われなくなる。特に媒体に印刷する画像形成装置等に搭載される搬送装置の移動部の速度検出に適用した場合は、画像ムラが発生してしまう。
【０００９】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、例えば搬送装置の移動部等の移動体の速度を正確に検出することができる速度検出装置、搬送速度検出装置並びに画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、移動体の速度を検出する速度検出装置であって、超音波を送信する送信部と、前記移動体の、前記送信部からの超音波が照射される位置近傍に設けられた基準反射部と、前記移動体で反射された超音波と、前記基準反射部で反射された超音波とに基づいて、前記移動体の速度を検出する検出部と、を具備する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、移動体の速度を正確に検出することができる。これにより、例えば、画像形成装置等に搭載される搬送装置の移動部の搬送速度を正確に検出できるので、画像ムラの発生を防止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
まず、本発明の概略を説明する。ここでは、本発明を、例えば記録媒体に画像を形成する画像形成装置等に用いられる搬送装置の搬送面の速度ムラを検出する搬送速度検出装置に適用した場合について説明する。本実施形態の搬送速度検出装置は図１に示すように、超音波を送信する送信部としての送信器１と、記録媒体を搬送する搬送装置としての搬送用ベルト４の測定対象面４−１で反射した超音波を受信する受信器２と、送信器１及び受信器２と相対的に固定され、測定対象面４−１の近傍の超音波が照射される位置に設けられた基準反射部としての基準反射板３とからなる。受信器２と、後述するエンベロープ検波回路及び周波数検波回路とは、搬送速度を検出する検出部を構成する。
【００１３】
ここで、基準反射板３は搬送用ベルト４ではなく画像形成装置の固定部側に支持されているものとする。また、基準反射板３は、基準反射板３からの反射波と搬送用ベルト４の測定対象面４−１からの反射波の受信器２における信号強度が同じになるように構成されている。例えば基準反射板３の反射率が同じ場合は、この超音波照射径の内、５０％の面積を占めるように配置される。この時、送信器１からの送信波の５０％は搬送用ベルト４の測定対象面４−１を反射し、送信波の残りの５０％は基準反射板３の表面を反射し、受信器２に受信されるように構成されていてもよい。
【００１４】
上記した構成において、発振周波数ｆD、拡がり角５度から３０度程度で送信器１から送信された音波は搬送用ベルト４の測定対象面４−１に照射される。
【００１５】
搬送用ベルト４の測定対象面４−１を反射した反射波は搬送用ベルト４の搬送速度ｖによってドップラーシフトを受け、周波数ｆsとなって受信器２で受信される。一方、基準反射板３での反射波はドップラーシフトを受けることなく周波数ｆs0として受信器２で受信される。受信器２にはこれら２つの反射波が混合された形で入射され、受信信号としては各信号が加算された形で検出される。つまり基準反射板３からの反射波が基準周波数ｆ0の役割を果たし、後段の回路においてヘテロダイン検波が同時に行われる。受信器２の出力信号は既にこのような加算が行われているため、下記のようなビート周波数ｆBを持った出力信号が受信器２から出力される。
【００１６】
ｆB＝（ｆs−fso）／２
図２は、上記したヘテロダイン検波を実現するための構成を示すブロック図である。それぞれ異なる周波数ｆs0，ｆsをもった２つの反射波は加算部９で加算された状態で受信器２により受信されてビートを含む信号が入力される。受信器２後段のエンベロープ検波回路１０を通して入力信号から包絡線のみが抽出され、さらに次段の周波数検波回路１１によりビート周波数が検出される。
【００１７】
さて、音速の誤差、発振器の周波数誤差が発生した場合、この誤差による測定対象面４−１からの反射波及び基準反射板３からの反射波の両方に共通に発生する誤差をΔｆとすると、両反射波を受信器２で受信した後のビート周波数ｆBは、
ｆB＝（ｆs＋Δｆ−（ｆso＋Δｆ））／２
となり、周波数の誤差が除去されたビート周波数を検出することが可能となる。
【００１８】
又、加算部９での両入力信号の加算比率は、生成されるビート信号の変調度に影響を及ぼす。異なる周波数ω1、ω2である２つの信号を強度比をＧとして加算する場合、加算後の信号Ｓは以下の式で表される。
【００１９】
Ｓ＝sinω1 t＋Ｇ・sinω2 t
図３（Ａ），（Ｂ）は、上記２つの反射信号を加算したときの信号波形を示す図であり、図３（Ａ）はゲイン比Ｇ＝１の場合、図３（Ｂ）はゲインＧ＝２の場合を示している。
【００２０】
これらの信号は２つの入力信号の周波数差の半分の周波数で包絡線が変調された、前述したビート信号を重畳した波形となる。このビート成分が前述したようにドップラーシフトを表し、加算後の信号振幅を基準とすると変調度は強度比１の時最大となり１００％の変調度となる。強度比２では変調度が６６．６％に低下する。このことからわかるように、搬送ベルト４からの反射波の強度と基準反射板３からの反射波の強度比が１：１で受信できるようにすることで、搬送速度に応じたドップラーシフト信号のＳ／Ｎを最大とすることができる。
【００２１】
なお、画像形成装置の印刷媒体を搬送する搬送用ベルト４の搬送面４−１および基準反射板３は、その表面が波長程度以上の凹凸を有することが望ましく、このとき反射波が入射角度と反射角度が同角度以外にも多く反射されることになり受信器２での効率のよい検出が可能となる。
【００２２】
以下に図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図４は、本発明を、記録媒体に絵や文字などを印刷する画像形成装置に適用した構成を示す図である。主動ローラ３０は、固定台３２及び主動ローラ支持部３１に固定されている。従動ローラ２５は、固定台３２及び従動ローラ支持部２６に固定されている。図示せぬ記録媒体は、主動ローラ３０と従動ローラ２５との間に張られた搬送ベルト３３により搬送される。
【００２４】
さらに、基準反射板２４は画像形成装置の固定部側に支持されるとともに、送信器２２及び受信器２３と相対的に固定されている。送信器２２は送信器制御部２０によりその動作が制御される。
【００２５】
送信器２２からの送信波拡がり角を２０度、送信器２２からベルト表面までの距離を２０ｍｍとすると、ベルト表面での照射径は２・２０・ｓｉｎ（２０／２）＝７ｍｍとなる。ここで基準反射板４３はこの照射径の内、例えば５０％の面積を占めるように配置され、このとき、送信器２２からの送信波の５０％は搬送ベルト３３の表面を反射し、送信波の残りの５０％は基準反射板２４の表面を反射して受信器２３に受信される。
【００２６】
ここで、主動ローラ３０の回転駆動及び回転数検出は搬送速度制御部２９により行われるが、ローラの偏心やベルトの厚みムラに起因する記録媒体表面の速度ムラに対してはローラ回転数を検出しただけでは検出できないため、送信器２２と受信器２３を用いた超音波ドップラー検出器により行う。送信器２２から送信された周波数数十ｋＨｚから数百ｋＨｚ、拡がり角５度から３０度程度の超音波は搬送ベルト３３の表面に照射され、搬送速度に応じたドップラーシフトを伴って反射した超音波は受信器２３により受信される。
【００２７】
速度変動検出部２１は受信器２３の出力に基づいて搬送ベルト３３の速度変動を検出する部分であり、受信器２３とともに搬送速度検出部を構成する。速度変動検出部２１の検出結果はプリントヘッド制御部２７に送られる。搬送速度制御部２９は主動ローラ３０の回転制御を行う部分であり、印刷に適した速度で搬送速度が制御される。プリントヘッド制御部２７は、搬送速度制御部２９により制御される搬送速度に応じてプリントヘッド２８の例えばインクの噴射条件などを制御し、図示しないＣＰＵ等から指示された画像に応じた印刷を行う。
【００２８】
上記した第１実施形態によれば、画像形成装置等に搭載される搬送装置の移動部の搬送速度を正確に検出でき、その結果、画像ムラの発生を防止することが可能になる。
【００２９】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態の詳細を説明するための図である。第２実施形態では、基準反射板４３の形状を変形して搬送ベルト４４の面積を可変にしたことを特徴とする。また、第２実施形態の基準反射板４３は、第１実施形態で挙げたような通常の平板ではなく、くさび形の開口部４２を持つことを特徴とする。さらに、送信波４１がこの開口部４２に照射されるように送信器及び受信器、さらには基準反射板４３、搬送ベルト４４の位置を適切に配置して音波照射エリア４５を設定する。４６はベルト搬送方向である。
【００３０】
ここで、基準反射板２４及び搬送ベルト４４で反射した両反射波（受信波４０）の受信器への受信強度が、ドップラーシフト検出のＳ／Ｎ最大となる条件である強度比１：１となるように、くさび形の開口寸法及び送信音波照射位置を設定する。ベルトの汚れや劣化等による装置の経年変化に対しても常に最適な強度比を得られるように、送受信器又は基準反射板４３を移動可能とすることも可能である。図では簡単のため照射位置が搬送ベルト４４の中央部となっているが、記録媒体との干渉を避けるため端部などに配置することが望ましい。当然ながら、搬送装置の部材としてはベルトに限らずドラムなどの他の構成部材であっても良い。
【００３１】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態の詳細を説明するための図である。第３実施形態では、基準反射板５３の表面に例えば５３−１で示されるような凹凸形状の加工を施し、照射された音波の散乱度を高めることを意図している。これによって基準反射板５３表面の実効的な反射率を変化させ、受信器で受信する強度を任意に設定できるようにしている。５６はベルト搬送方向である。基準反射板５３の位置や表面の凹凸形状の最適化によって、基準反射板５３及び搬送ベルト５４で反射した両反射波の受信器への受信強度がドップラーシフト検出のＳ／Ｎ最大となる条件である強度比１：１となるように認定可能となる。当然ながら、基準反射板５３の材料自体を変えることにより超音波の反射率を任意に設定することによっても同様の効果が得られる。さらに、セラミックやポリマーで形成された多孔質材料を用いることにより強度比を変更するようにしてもよい。
【００３２】
（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態の詳細を説明するための図である。第４実施形態では、基準反射板６３の形状を凹レンズ状とし、送信波１を搬送ベルト６４上の音波照射エリア６５に照射したときの反射波である受信波６０の受信器への集音率を調整することによって、受信器で受信する強度を任意に設定できるようにしたことを特徴とする。この場合も凹形状の最適化によって、基準反射板６３及び搬送ベルト６４で反射した両反射波の受信器への受信強度がドップラーシフト検出のＳ／Ｎが最大となる条件である強度比１：１となるように設定可能である。
【００３３】
ここでは基準周波数を基準反射板６３での反射波から取得し、搬送ベルト６４の移動部での反射波と合わせて同じ受信器で受信できる。これによって同一空間を通過した両受信波のドップラーシフトを検出することができ、空間に起因する検出誤差をキャンセルした、より高精度な搬送速度検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の搬送速度検出装置の基本的な構成を示す図である。
【図２】ヘテロダイン法を実現するための構成を示すブロック図である。
【図３】測定対象面からの反射波と基準反射板からの反射波とを加算したときの信号波形を示す図である。
【図４】記録媒体に絵や文字などを印刷する画像形成装置に適用した構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態の詳細を説明するための図である。
【図６】本発明の第３実施形態の詳細を説明するための図である。
【図７】本発明の第４実施形態の詳細を説明するための図である。
【図８】従来の超音波速度検出装置についてその構成及び作用を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…送信器、２…受信器、３…基準反射板、４…搬送用ベルト、４−１…測定対象面、加算部、１０…エンベロープ検波回路、１１…周波数検波回路、２０…送信器制御部、２１…速度変動検出部、２２…送信器、２３…受信器、２４…基準反射板、２５…従動ローラ、２６…従動ローラ支持部、２７…プリントヘッド制御部、２８…プリントヘッド、２９…搬送速度制御部、３０…主動ローラ、３１…主動ローラ支持部、３２…固定台、３３…搬送ベルト。
【図１】
2005189169.tif 000004
【図２】
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【図３】
2005189169.tif 000006
【図４】
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【図５】
2005189169.tif 000008
【図６】
2005189169.tif 000009
【図７】
2005189169.tif 000010
【図８】
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