(57)【要約】【課題】  紙種や紙の状態を判別する。【解決手段】  複数種類の紙を搬送する搬送手段において、紙を振動させて振動を検知し、振幅および振動周波数に注目して、自動的に紙の種類および状態を判断する、種別判定手段および状態検知手段を備えたシート状物体の搬送装置。【選択図】図２
2007308246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類のシート状物体を搬送する搬送手段において、
シート状物体を搬送する搬送手段と、
シート状物体を振動させる加振手段と、
シート状物体の振動を検知する振動検知手段と、を備え、
前記加振手段によって発生したシート状物体の振動を前記振動検知手段により検知し、シート状物体の種別判定および状態検知をおこなうことを特徴とするシート状物体判別装置。
【請求項２】
前記シート状物体の加振手段は、シート状物体を支持している点および支持していない点の、少なくとも2点以上に圧力作用することを特徴とする請求項１に記載のシート状物体判別装置。
【請求項３】
前記加振手段は、シート状物体を搬送支持する2点ローラ間の回転速度差によって、シートのたわみ、またはループを形成し、その後前記ループを消滅するローラ駆動制御手段であることを特徴とする請求項１に記載のシート状物体判別装置。
【請求項４】
前記振動状態情報は、振動周波数分布であることを特徴とする請求項１に記載のシート状物体判別装置。
【請求項５】
前記振動状態情報は、最大振動振幅であることを特徴とする請求項１に記載のシート状物体判別装置。
【請求項６】
前記シート状物体は、紙であることを特徴とする請求項１に記載のシート状物体判別装置。
【請求項７】
複数種のシート状物体を振動させたときの各振動検知状態をデジタル情報で保持する振動状態保持手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のシート状物体判別装置。
【請求項８】
シート状物体の種類および状態の判断は、他のシート状物体種識別手段の結果を併用して判定することを特徴とする請求項１に記載のシート状物体判別装置。
【請求項９】
画像形成部を備え、前記識別手段を用いて画像形成条件を変更することを特徴とする請求項１乃至８に記載のシート状物体判別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状物体の搬送手段を兼ねたシート状物体の判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の複写機、プリンタ等の画像形成装置においては、ユーザーニーズに合わせ、薄紙や厚紙、インクジェット専用紙や、透明シートなど、様々なシートが用意されており、また、同一種シートにおいても、含有水分量や製造バラツキ等もある。画像への影響度はそれぞれあるが、それぞれに適切な画像形成をするために、装置はこれらを事前に認知できることが望ましい。例えばインクジェットプリンタにおいては、紙種によるにじみを考慮してインクの突出量を増減することで画質向上を図っている。例えばレーザプリンタにおいては紙厚による熱量や、紙の含有水分量を考慮してトナーの加熱定着器の温度を増減することで画質向上を図っている。このように画像形成装置においてを認知することは重要である。
【０００３】
以下、シート状物体の種類を、シート種、シート状物体の状態をシート状態と表現する。
【０００４】
従来、シート種は、予め装置の操作部からユーザーが補給したシート種を設定する手段が一般に用いられている。
【０００５】
また、装置が自動的にシート状態をシート種およびシート状態判定手段の例として、光学センサにより紙の透過光量データを検知し、紙種を判断する提案が成されている（例えば、特許文献１参照）。一般に紙が厚くなると、透過光量は減衰する。この減衰を検知することで紙種をある程度特定することが出来る。
【０００６】
また、測距センサにより直接紙の厚さを検知し、紙種を判断する提案が成されている。（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平09-114147号公報
【特許文献２】特開2002-187641号公報
【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発明には次のような問題点があった。
【０００８】
予め装置の操作部からユーザーが補給したシート種を設定する手段においては、ユーザの設定ミスにより所望の画質が得られない、装置を故障させてしまったり、という不具合があるほか、ユーザがシート補給のたびに設定するが煩わしい、シート種を識別できないユーザがいる、などの不便な点が多い。
【０００９】
また、装置が自動的に行うシート種およびシート状態判定の従来手段においては、次のような問題点がある。
【００１０】
光学センサにより紙の透過光量データを検知する手段においては、光の減衰率の高い紙となると、誤差を大きく含むか、識別が不可能になるという問題点があった。
【００１１】
測距センサにより紙の厚さデータを検知する手段においては、測距センサの機械精度を維持するため、測定点を所定範囲に収め小さくしなければなければならないが、測定点毎のバラツキを含みやすく、そのため正確な判定をするために複数点の測定をする構成が必要になり、高価なセンサ構成となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明における上記課題を解決した手段を以下に示す。
【００１３】
複数種類のシート状物体を搬送する搬送手段において、シート状物体を搬送する搬送手段を備え、シート状物体を振動させる加振手段を備え、シート状物体の振動を検知し、デジタル情報とする振動検知手段を備え、複数種のシート状物体を振動させたときの各振動検知状態をデジタル情報で保持する振動状態保持手段を備え、前記加振手段によって発生したシート状物体の振動を、前記振動検知手段で検知し、前記振動状態保持手段より得られる振動状態情報と比較しシート状物体の種類と状態を判断する。
【００１４】
前記シート状物体の加振手段は、シート状物体の支持されている点および支持されていない点の、少なくとも2点以上に圧力作用することによってなされる。
【００１５】
前記加振手段は、シート状物体を搬送支持する2点ローラ間の速度差によって、シートのたわみ（ループ）を形成・消滅するローラ駆動制御手段であってもよい。
【００１６】
前記振動状態情報は、振動周波数分布であってもよい。
【００１７】
前記振動状態情報は、最大振動振幅であってもよい。
【００１８】
前記シート状物体は、紙であってもよい。
【００１９】
他のシート状物体種識別手段の結果を併用して判定する手段であってもよい。
【００２０】
前記搬送手段を備えた画像形成装置において、前記識別手段を用いて画像形成条件を変更することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、厚みセンサのように測定点による誤差を含みにくく、光学センサではわからない非透過のマテリアルについても検知できる。シート状物体を弾く機構を備え、振動させたときの振動周波数または振動強度を、振動センサにより検知することによってシート状物体、メディア種類を検知する。メディア種類毎の、堅さ、弾性力、坪量、水分量に基づいて、数値化した振動周波数を比較判定することによって、画像形成に必要な自動判断を可能としたり、自動判断を補助することができる。
【００２２】
前記シート状物体の加振手段は、シート状物体を支持している点および支持していない点の、最低2点以上に圧力作用する簡単な構成であってもよい。前記加振手段は、シート状物体を搬送支持する2点ローラ間の速度差によって、シートのたわみ（ループ）を形成・消滅するローラ駆動制御手段であれば、加振専用の搬送駆動部備える必要が無く、安価に構成できる。
【００２３】
前記搬送手段を備えた画像形成装置においては、前記識別手段を用いて自動的に画像形成条件を所望に変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施例１）
図１は本発明の装置を適用したシート状物体上への画像形成装置の図である。図を用いて、本発明の動作を以下に説明する。
【００２５】
枠１１０は画像形成装置全体の枠体であり、給紙部１０１、メディア判定部１０２、画像形成部１０３、システム制御部１０４の４つのブロックから成る。装置全体は、システム制御部１０４によってコントロールされて一連の動作をする。
【００２６】
次に、紙搬送の流れについて以下に説明する。
【００２７】
給紙部１０１より機体内に搬送されたカット紙１４０は、メディア検知部１０２内のローラ対A１１０とローラ対B１１１を経由して画像形成部１０３へと搬送される。感光ドラム１０６と転写ローラ１０７の間を通過し、定着部１０８のローラ対を通過して、排紙トレイ１０９へと排出される。
【００２８】
次に、画像形成の流れについて以下に説明する。
【００２９】
画像形成部１０３は、一般的な電子写真方式のレーザプリンタ装置と同等である。内部の機能について簡単に説明する。
【００３０】
１０５はポリゴンスキャナモータおよびレーザ発光部を備えたレーザスキャナーである。システム制御部１０４から送られる画像データに従ってレーザを点滅駆動する。スキャナー部１０５より図示している破線はレーザビームの光路を示したものであり、１０６は感光ドラム上を描画し、静電潜像を形成する。図示しないが、１０６周辺には、感光ドラム帯電器があり、静電潜像のトナー現像器、ドラムクリーナがある。１０７は紙搬送ローラを兼ねたトナー像転写ローラであり、１０６上に形成されたトナー像を搬送されてくる用紙１４０上に転写する。転写後、定着器１０８に搬送された用紙はローラ対により過熱加圧され、トナー像は紙に定着する。以上の流れは、ＣＰＵを備えたシステム制御部１０４が制御している。
【００３１】
次に、本発明の特徴を最もよく表すメディア検知部１０２について詳細を以下に説明する。
【００３２】
１１０、１１１は、それぞれ紙搬送ローラ対Ａ、Ｂ（以下Ａ、Ｂ）であり、用紙１４０を挟んで摩擦で搬送する紙搬送装置を側面から見た図となっている。
【００３３】
１１５のように図中に示される紙搬送経路脇の実線は紙搬送をガイドするガイド板である。
【００３４】
１２０は縦方向の振動を検知する、接触式加速度センサである。加速度センサはガイド板に弾性部材を介して固定されている。
【００３５】
１５０はメディア判定部１０２の制御部である。Ａ、Ｂの制御および加速度センサ１２０の検知タイミング等は、制御部１５０によって制御されている。メディア判定部制御部１５０は本実施例ではシステム制御部１０４の一部となっている。
【００３６】
図２（ａ）〜（ｆ）はメディア判定部１０２の内部を拡大した図であり、判定時の紙搬送と検知の様子を時系列的に示している。図４（ａ）（ｂ）は、装置の動作フローチャートである。以下図２（ａ）〜（ｆ）、図４（ａ）（ｂ）を用いて詳細を説明する。
【００３７】
図４ステップＳ４１０において、カット紙１４０をＢ右外部よりＡ左外部へと紙を搬送しており、図２（ａ）はＢより進入する直前の状態である。状態は図２（ｂ）、図２（ｃ）へと進む。ここで、システム制御部１５０によってＡ，Ｂには予め所定の速度差が設けられており、Ｂの搬送速度がＡより大きい。よって、カット紙先端がＡに到達した後、たわみループを形成する。たわみループを大きくしつつ、状態は図２（ｃ）〜（ｅ）へと進む。
【００３８】
ここで、ＡはＢより搬送速度が遅く、カット紙はＡＢ間隔１３０より十分長い。
【００３９】
次に、図２（ｅ）のように十分なループが形成された後、図４ステップＳ４１１において、所定の時間後、図４ステップＳ４１２においてシステム制御部１５０によってＡ，Ｂは予め所定の速度差に変えられ、Ａの搬送速度がＢより大きくなる。よって、以降たわみループは無くなって行く。たわみループを小さくしつつ、状態は図２（ｅ）〜（ｉ）へと進む。
【００４０】
次に、図２（ｉ）のように十分にループが解消された後、システム制御部１５０によってＡ，Ｂは予め所定の等速度に変えられＡ左方に搬送される。
【００４１】
ここで、図４ステップＳ４１３、図２（ｈ）においては、たわみの消滅と共に、用紙１４０は加速度センサ１２０に衝突する。このとき、ＡとＢの速度関係によって用紙は引張り方向に力が加わり加速度センサ１２０を垂直方向に振動する。
【００４２】
垂直方向の振動は、搬送状態と、紙の種類、状態、に依存して変化する。搬送状態とは主に、ループ消滅時のＡＢローラ対速度差、ＡＢ間隔１３０である。紙の種類とは、主に、紙のたわみ弾性（こし）、硬度である。詳細には、搬送状態のたわみ量と反動量、基準となる搬送速度にも依存し、紙の種類、ローラ表面との摩擦係数、振動センサとの距離等にも依存する。
【００４３】
次に、本装置で本メディア判定部において観測される振動検知結果例を元に説明する。
【００４４】
図３（ａ）〜（ｆ）は振動検知結果例を図示したものである。
【００４５】
図３（ａ）（ｂ）は、薄紙（ａ）と厚紙（ｂ）を検知した結果を比較したものである。縦軸は振動の加速度の大きさと向きを示している。図中の縦線３１０は振動センサに紙が衝突した時間をほぼ示している。図中の横破線３２０は紙種を判断するための閾値を模式的に示している。閾値は振動時の加速度の変動の大きさから、紙種を判断するためにメディア検知制御部１５０が予め控えている値である。
【００４６】
図３（ａ）のように薄紙の方が振動量が小さいく、閾値を超えて大きく加速度が変化しない。図３（ｂ）のように厚紙の方が振動量が大きく、閾値を超えて大きく加速度が変化する。以上のことから、メディア判定部制御部１５０は、図４ステップＳ４１４において、現在搬送されている紙が厚紙であるか、薄紙であるかを判断する。
【００４７】
図３（ｃ）〜（ｆ）は、柔らかい紙（ｃ）（ｄ）と堅い紙（ｅ）（ｆ）を検知した結果を比較したものである。縦軸は振動の加速度の大きさと向きを示している。図３（ｃ）（ｅ）中の縦線３１０は振動センサに紙が衝突した時間をほぼ示している。図３（ｄ）（ｆ）の横軸は、波形を周波数空間にフーリエ変換したものであり、図中の立破線３３０は紙種を判断するための閾値を模式的に示している。閾値は振動時の加速度の変動の大きさから、紙種を判断するためにメディア判定部制御部１５０が予め控えている値である。
【００４８】
図３（ｅ）のように柔らかい紙の方が振動する周波数が低く、加振にたいして緩やかに応答振動し、閾値より低い周波数にピークを持つ。図３（ｆ）のように堅い紙の方が加振にたいして鋭く応答し、閾値より高い周波数にピークを持つ。以上のことから、メディア判定部制御部１５０は、図４ステップＳ４２４において、現在搬送されている紙が堅い紙であるか、柔らかい紙であるかを判断する。
【００４９】
以上の説明において、図４（ａ）と（ｂ）は、判断するステップＳ４１４、Ｓ４１５、Ｓ４１６、Ｓ４２４、Ｓ４２５、Ｓ４２６のみが異なるので、図４（ｂ）に関する説明は省略した。
【００５０】
システム制御部１０４はこの様にして得られた紙種情報を用いて、その後の画像形成ステップＳ４１７、Ｓ４２７の条件を適切に変化させる。厚紙または堅い紙の場合、図４ステップＳ４１５、Ｓ４２５において画像形成速度を低下させ、定着器温度を上昇させる。これによってトナーの転写効率を改善し、トナー像を用紙へ十分定着させることができる。薄紙または柔らかい紙の場合、図４ステップＳ４１６、Ｓ４２６において画像形成速度を速くし、定着器温度を低下させる。これによって画像形成速度を向上させ、用紙への過剰な加熱を避けることができる。
【００５１】
（実施例２）
次に本発明の第２の実施例として、実施例１の構造のうち、メディア判定部１０２内部の構造を図５のように変えた場合を示す。図５（ａ）〜（ｅ）は本実施例におけるメディア判定部１０２の内部を拡大した図であり、判定時の紙搬送と検知の様子を時系列的に示している。図６は、装置の動作フローチャートである。以下図５、図６を用いて詳細を説明する。
【００５２】
図６ステップＳ６２０において、カット紙５４０をローラ対Ｄ５１１右外部よりローラ対Ｃ５１０左外部へと紙を搬送している（以下、Ｄ，Ｃ）。図６ステップＳ６２１、図５（ａ）はＤ右方より進入し、システム制御部１０４によって加振部材５５０の位置に合わせて搬送を静止した状態である。ここで、システム制御部１０４は、図６ステップＳ６２２によって加振部材５５０を垂直した方向に駆動することによって、たわみを形成する。状態は図５（ｂ）、図５（ｃ）へと進む。加振部材５５０には所定の爪長さが設けられている。よって、カット紙先端が爪先端に到達した状態図（ｃ）後、爪から外れ、たわみは解消される。状態は図５（ｃ）〜（ｅ）へと進む。
【００５３】
次に、図５（ｅ）のように十分にループが解消された後、システム制御部１０４によってＣ，Ｄは予め所定の等速度に変えられＡ左方に搬送される。
【００５４】
ここで、図５（ｄ）においては、たわみの消滅と共に、用紙１４０は加速度センサ１２０に衝突する。このとき、ＡとＢの速度関係によって用紙は引張り方向に力が加わり図６ステップＳ６２３において加速度センサ１２０を垂直方向に振動する。
【００５５】
垂直方向の振動は、加振状態と、紙の種類、状態、に依存して変化する。加振状態とは主に、たわみ消滅時の加振部材の垂直位置、加振部材の爪の長さ、固定ローラＤと加振位置の間隔５３０である。紙の種類とは、主に、紙のたわみ弾性（こし）、硬度である。詳細には、加振搬送状態の基準となる加振速度にも依存し、紙の種類、爪先端との摩擦係数、振動センサとの距離等にも依存する。
【００５６】
この構造を利用して、実施例１同様にメディア判定部制御部１５０は、図６ステップ６２４のように、現在搬送されている紙種を判断し、その結果に伴いシステム制御部１０４は、図６ステップＳ６２５、Ｓ６２６において画像形成条件を変更し、ステップＳ６２７において適切な画像形成を行う。
【００５７】
（実施例の特徴とその他の実施例）
本発明の実施例によれば、画像形成前に紙種を判断することができるので、検知された結果に合わせてその後の画像形成条件を変え、適切な画像形成をすることができる。
【００５８】
本発明で検知される振動量は、紙に堅さ、紙のこしの強さ、紙の重さ等に依存し、一概に明確にこれらを識別することは比較的困難であるが、前検知結果やその統計値と比較することで同一紙種連続通紙中の内での状態の変化を捉えることができる。また、他の湿度センサ、温度センサや、従来の紙種検知センサ等を併用することによって、紙の状態変化を捉え定量化する有用な手段である。
【００５９】
実施例を比較すると、実施例１ではガイドおよびローラ対のみを用いることから、従来例や実施例２に比較して、紙のシワや、予めついている折り目等に強く、誤検知しにくい。
【００６０】
また、紙のこしが弱い用紙についても適用可能である。また、従来の搬送経路上のローラ対を転用することも可能であり、紙の斜行を解消するレジストローラにおけるたわみループと構成を兼用することも可能である。
【００６１】
実施例２では、加振構造が必要になるが、紙に対する負担も小さく、実施例1に比べ、両面画像形成などの場合にも既に紙上にある画像に損傷を与えにくい。また、搬送経路以外であっても、紙端部が多少でも突出している構造であれば、上下左右角などいずれの位置でも実施することが可能である。
【００６２】
実施例１，２では画像形成前にメディア検知する例を示したが、同様な構造は画像形成後や、用紙反転経路、搬送経路曲折部など、搬送経路のどこにあってもよいし、自動原稿読取装置や、画像形成後の後処理装置に備えてもよい。カット紙による例をしめしたが、ＯＨＴシートなど同一搬送経路を経由する紙以外のシート状部材についても適用可能な発明である。
【００６３】
実施例１の加振構造については、検知したい周波数帯を高くしたい場合は、ローラ対速度差を大きく、ローラ対間隔を狭くした方がよい。ただしこの場合非常に堅い用紙に対してたわみループを形成できにくくなる。堅い用紙にも対応させたい場合、ローラ対速度差を小さく、ローラ対間隔を広くするとできるが、柔らかい紙での振動量が小さく、振動検知誤差が大きくなりやすい。装置の適用状態に合わせて速度差やローラ対間隔を選択可能な構造や制御とすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例１および２の画像形成装置全体
【図２】実施例１におけるたわみループ形成と消去と振動検知
【図３】実施例１における振動検知結果
【図４】実施例１における装置の動作フローチャート
【図５】実施例２におけるたわみ形成と消去と振動検知
【図６】実施例２における装置の動作フローチャート
【符号の説明】
【００６５】
１００  画像形成装置
１０１  給紙部
１０２  メディア判定部
１０３  画像形成部
１０４  システム制御部
１０５  レーザスキャナー
１０６  感光ドラム
１０７  転写ローラ
１０８  定着器
１０９  排紙トレイ
１１０  紙搬送ローラー対Ａ
１１１  紙搬送ローラー対Ｂ
１１５  紙搬送ガイド板
１２０  接触式加速度センサ
１３０  紙搬送ローラー対ＡとＢの間隔
１４０  搬送中のカット紙
１５０  メディア判定部制御部
３１０  たわみ消滅タイミング
３２０  振動振幅閾値
３３０  振動周波数閾値
５１０  紙搬送ローラー対Ｃ
５１１  紙搬送ローラー対Ｄ
５２０  接触式加速度センサ
５３０  紙搬送ローラー対Ｄと加振バーの間隔
５４０  搬送中のカット紙
５５０  加振バー
【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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