JP5046970B2 - 用紙判別装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、用紙の種類を判別することが可能な用紙判別装置及び当該用紙判別装置を備える画像形成装置に関する。

プリンタ等の画像形成装置では、印刷画質の向上を図るために、印刷用紙の種類（普通紙、光沢紙、ＯＨＰ等）に応じて最適な印刷条件を設定する必要がある。従来では、光学センサを用いて印刷用紙の光反射率を検出することにより、印刷用紙の種類を判別していた（下記特許文献１参照）。
特開２００７−６９４３０号公報

ところで、各種類の印刷用紙は、厚さに応じて種別される場合がある（例えば、普通紙の薄紙や厚紙など）。上記従来技術、つまり光反射率による用紙種類判別では、確かに印刷用紙の材質に関する種類（普通紙なのか、光沢紙なのか、ＯＨＰなのか）を判別することはできるが、印刷用紙の厚さに関する種類（薄紙なのか、厚紙なのか）を判別することはできなかった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、印刷用紙の厚さに関する種類を判別可能な用紙判別装置及び当該用紙判別装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、用紙判別装置に係る第１の解決手段として、用紙に対して超音波を送信する超音波送信子と、前記用紙を透過した超音波を受信する超音波受信子と、前記用紙を透過したことによる前記超音波の減衰率を算出する減衰率算出回路と、前記用紙の厚さに関する種類と前記減衰率との対応関係を表すデータを予め記憶している記憶回路と、前記記憶回路に記憶されている前記データを基に、前記減衰率算出回路によって算出された減衰率に対応する前記用紙の厚さに関する種類を判別する判別回路と、を具備することを特徴とする。
用紙を透過したことによる超音波の減衰率は、用紙の厚さに依存して変化する。従って、予め実験により用紙の厚さに関する種類（例えば、薄紙、厚紙など）と前記減衰率との対応関係を表すデータを求めて記憶回路に記憶しておくことにより、この記憶回路に記憶されている前記データを基に、減衰率算出回路によって算出された減衰率に対応する用紙の厚さに関する種類を判別することができる。

また、用紙判別装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記超音波送信子に所定電圧及び所定周波数のパルス信号を供給することで当該パルス信号に応じた超音波を送信させるパルス発振回路と、前記パルス発振回路から出力されるパルス信号を積分する第１積分回路と、前記超音波受信子が前記超音波を受信したことで発生するパルス信号を積分する第２積分回路と、を備え、前記減衰率算出回路は、前記第２積分回路にて算出される積分値を前記第１積分回路にて算出される積分値で除算することにより前記減衰率を算出することを特徴とする
このような手段を用いることにより、用紙を透過したことによる超音波の減衰率を簡単な回路構成で算出することができる。

また、用紙判別装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記記憶回路は、前記超音波送信子に供給するパルス信号の電圧または周波数を複数の値に変化させた場合における各値毎に、前記用紙の厚さに関する種類と前記減衰率との対応関係を表すデータを予め記憶しており、前記減衰率算出回路は、前記超音波送信子に供給するパルス信号の電圧または周波数を複数の値に変化させた場合における各値毎の前記減衰率を算出し、前記判定回路は、前記記憶回路に記憶されている前記データと、前記減衰率算出回路によって各値毎に算出された減衰率とを基に前記用紙の厚さに関する種類を判別することを特徴とする。
このように、１枚の用紙に対して、超音波送信子に供給するパルス信号の電圧または周波数を複数の値に変化させた場合における各値毎の減衰率を求め、これら複数の減衰率を基にその用紙の厚さに関する種類を判別することにより、判別精度の向上を図ることができる。

さらに、本発明では、画像形成装置に係る解決手段として、用紙に画像を形成する画像形成装置であって、上述した第１〜第３のいずれかの解決手段を有する用紙判別装置を備え、当該用紙判別装置によって判別された用紙の厚さに関する種類に応じて前記用紙に画像を形成する際の動作条件を設定することを特徴とする。
このような画像形成装置によると、用紙の厚さに関する種類を判別することが可能となるため、使用する用紙の厚さに関する種類（薄紙か、厚紙か）に応じて最適な動作条件を設定することができる。

本発明によれば、印刷用紙の厚さに関する種類を判別可能な用紙判別装置及び画像形成装置を提供することが可能である。

以下、図面を参照して、本発明に係る用紙判別装置及び画像形成装置の一実施形態について説明する。
〔用紙判別装置〕
図１は、本実施形態に係る用紙判別装置１０の機能ブロック図である。この図１に示すように、本実施形態に係る用紙判別装置１０は、パルス発振回路１、超音波送信子２、超音波受信子３、第１積分回路４、第２積分回路５、減衰率算出回路６、記憶回路７及び用紙判別回路８から構成されている。

パルス発振回路１は、所定電圧Ｖ１及び所定周波数ｆ１のパルス信号（以下、送信パルス信号と称す）を発生し、この送信パルス信号を超音波送信子２及び第１積分回路４に出力する。超音波送信子２と超音波受信子３は、用紙Ｐを挟んで互いに対向する位置に設置されている。超音波送信子２は、上記パルス発振回路１から入力される送信パルス信号に応じた超音波を発生し、この超音波を用紙Ｐに向けて送信する。超音波受信子３は、用紙Ｐを透過した超音波を受信し、この受信した超音波に応じたパルス信号（以下、受信パルス信号と称す）を第２積分回路５に出力する。

第１積分回路４は、上記パルス発振回路４から入力される送信パルス信号に積分処理を施し、この積分処理によって得られる積分値（以下、送信パルス積分値Ｓ１と称す）を減衰率算出回路６に出力する。第２積分回路５は、上記超音波受信子３から入力される受信パルス信号に積分処理を施し、この積分処理によって得られる積分値（以下、受信パルス積分値Ｓ２と称す）を減衰率算出回路６に出力する。減衰率算出回路６は、上記第２積分回路５から入力される受信パルス積分値Ｓ２を、上記第１積分回路４から入力される送信パルス積分値Ｓ１で除算することにより、用紙Ｐを透過したことによる超音波の減衰率β（＝Ｓ２／Ｓ１）を算出する。また、この減衰率算出回路６は、上記のように算出した減衰率βを表す減衰率信号を用紙判別回路８に出力する。

ここで、超音波の減衰率βは、受信パルス積分値Ｓ２を送信パルス積分値Ｓ１で除算した値であるので、図２（ａ）に示すように、送信パルス信号の電圧Ｖ１が大きくなる程、減衰率βは小さくなるという特性がある。また、図２（ｂ）に示すように、用紙Ｐの厚さが大きくなる程、減衰率βは大きくなるという特性がある。このような２つの特性を基に、例えば用紙Ｐの厚さに関する種類「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の各々について、減衰率β−電圧Ｖ１特性を測定すると、図２（ｃ）のような特性曲線が得られる。なお、種類「Ａ」の用紙Ｐは比較的厚さが小さく、種類「Ｃ」の用紙Ｐは比較的厚さが大きく、種類「Ｂ」の用紙Ｐは「Ａ」と「Ｃ」との中間程度の厚さであるものとする。
すなわち、送信パルス信号の電圧Ｖ１をある値に設定した場合に得られる減衰率βが、種類「Ａ」の特性曲線上に存在するのか、種類「Ｂ」の特性曲線上に存在するのか、または、種類「Ｃ」の特性曲線上に存在するのかを確認することにより、用紙Ｐの厚さに関する種類を判別することができる。

このような超音波の特性を利用するために、本実施形態における記憶回路７は、送信パルス信号の電圧Ｖ１を複数の値（本実施形態では５Ｖと１０Ｖとの２値とする）に変化させた場合における各値毎に、用紙Ｐの厚さに関する種類と減衰率βとの対応関係を表すテーブルデータを予め記憶している。図３に、この記憶回路７に記憶されているテーブルデータの一例を示す。なお、このようなテーブルデータは、用紙Ｐの材質に関する種類（普通紙、光沢紙、ＯＨＰなど）毎に予め設定しておくことが望ましい。これは、超音波の減衰率βは用紙Ｐの厚さだけでなく、材質にも依存して変化するためである。

用紙判別回路８は、上記記憶回路７に記憶されているテーブルデータを基に、上記減衰率算出回路６によって算出された減衰率βに対応する用紙Ｐの厚さに関する種類を判別し、この用紙種類判別結果を外部に出力する。

次に、上記のように構成された本実施形態に係る用紙判別装置１０の用紙判別動作について説明する。
まず、パルス発振回路１は、電圧Ｖ１＝５Ｖ及び所定周波数ｆ１の送信パルス信号を発生し、この送信パルス信号を超音波送信子２及び第１積分回路４に出力する。これにより、超音波送信子２から送信パルス信号に応じた超音波が用紙Ｐに向けて送信される一方、用紙Ｐを透過した超音波は超音波受信子３によって受信され、この受信された超音波に応じた受信パルス信号が第２積分回路５に出力される。

第１積分回路４は、送信パルス信号の積分処理によって得られる送信パルス積分値Ｓ１を減衰率算出回路６に出力し、第２積分回路５は、受信パルス信号の積分処理によって得られる受信パルス積分値Ｓ２を減衰率算出回路６に出力する。減衰率算出回路６は、受信パルス積分値Ｓ２を送信パルス積分値Ｓ１で除算することにより、用紙Ｐを透過したことによる超音波の減衰率β（＝Ｓ２／Ｓ１）を算出し、この算出した減衰率βを表す減衰率信号を用紙判別回路８に出力する。

そして、用紙判別回路８は、記憶回路７に記憶されているテーブルデータ（図３参照）を基に、減衰率算出回路６によって算出された減衰率βに対応する用紙Ｐの厚さに関する種類を判別する。例えば、減衰率β＝０．３であった場合、図３に示すテーブルデータから、送信パルス信号の電圧Ｖ１が５Ｖの場合に減衰率β＝０．３に対応する用紙Ｐの厚さに関する種類は「Ａ」であると判別することができる。

続いて、パルス発振回路１は、電圧Ｖ１＝１０Ｖ及び所定周波数ｆ１の送信パルス信号を発生し、この送信パルス信号を超音波送信子２及び第１積分回路４に出力する。以下同様に、超音波送信子２から送信パルス信号に応じた超音波が用紙Ｐに向けて送信される一方、用紙Ｐを透過した超音波は超音波受信子３によって受信され、この受信された超音波に応じた受信パルス信号が第２積分回路５に出力される。

第１積分回路４は、送信パルス信号の積分処理によって得られる送信パルス積分値Ｓ１を減衰率算出回路６に出力し、第２積分回路５は、受信パルス信号の積分処理によって得られる受信パルス積分値Ｓ２を減衰率算出回路６に出力する。減衰率算出回路６は、受信パルス積分値Ｓ２を送信パルス積分値Ｓ１で除算することにより、用紙Ｐを透過したことによる超音波の減衰率β（＝Ｓ２／Ｓ１）を算出し、この算出した減衰率βを表す減衰率信号を用紙判別回路８に出力する。

そして、用紙判別回路８は、記憶回路７に記憶されているテーブルデータを基に、減衰率算出回路６によって算出された減衰率βに対応する用紙Ｐの厚さに関する種類を判別する。例えば、減衰率β＝０．１であった場合、図３に示すテーブルデータから、送信パルス信号の電圧Ｖ１が１０Ｖの場合に減衰率β＝０．１に対応する用紙Ｐの厚さに関する種類は「Ａ」であると判別することができる。このように、送信パルス信号の電圧Ｖ１を５Ｖと１０Ｖに設定し、用紙判別動作を２回行うことで、より正確に用紙Ｐの厚さに関する種類を判別することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る用紙判別装置１０によれば、用紙Ｐの厚さに関する種類を判別することができる。さらに、上述したように、超音波の減衰率βは用紙Ｐの厚さだけでなく、材質にも依存して変化するので、図３に示すテーブルデータを、用紙Ｐの材質に関する種類（普通紙、光沢紙、ＯＨＰなど）毎に予め設定しておくことにより、用紙Ｐの厚さに関する種類だけでなく、材質に関する種類も判別することが可能となる。

なお、上記実施形態では、送信パルス信号の電圧Ｖ１を５Ｖと１０Ｖの２値に設定し、用紙判別動作を２回行うことで用紙判別精度の向上を図ったが、送信パルス信号の電圧Ｖ１をある１つの値に設定し、用紙判別動作を１回だけ行うようにしても良く、また、送信パルス信号の電圧Ｖ１を３値以上の複数の値に設定して、用紙判別動作を複数回行うようにしても良い。テーブルデータは、送信パルス信号の電圧設定数に応じて適宜変更すれば良い。

また、上記実施形態では、受信パルス信号の積分値（受信パルス積分値Ｓ２）を、送信パルス信号の積分値（送信パルス積分値Ｓ１）で除算することにより、用紙Ｐを透過したことによる超音波の減衰率β（＝Ｓ２／Ｓ１）を算出した。これは、減衰率βが送信パルス信号の電圧Ｖ１に依存して変化するという特性があるからである。その一方で、送信パルス信号の周波数ｆ１が大きくなる程、減衰率βは大きくなるという特性もある。すなわち、送信パルス信号の電圧Ｖ１ではなく、周波数ｆ１を変化させることにより、超音波の減衰率βを算出しても良い。この場合、送信パルス信号の電圧Ｖ１は固定し、周波数ｆ１を２値設定すれば良い。図４に、電圧Ｖ１の代わりに周波数ｆ１を用いた場合におけるテーブルデータの一例を示す。

〔画像形成装置〕
次に、上述した用紙判別装置１０を備える画像形成装置１００について説明する。
図５は、本実施形態に係る画像形成装置１００の機能ブロック図である。本実施形態に係る画像形成装置１００は、例えばコピー機及びプリンタの機能を有する複合機であり、用紙判別装置１０の他、ＣＰＵ(Central Processing Unit)２０、ＲＯＭ(Read Only Memory)２１、ＲＡＭ(Random Access Memory)２２、各種センサ群２３、用紙搬送部２４、原稿読取部２５、画像形成部２６、操作表示部２７及び通信Ｉ／Ｆ部２８を備えている。なお、符号２００は、外部から画像形成装置１００へ印刷指示するためのＰＣ(Personal Computer)である。

ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２１に記憶されている制御プログラムを実行して、用紙判別装置１０から出力される用紙種類判別結果、各種センサ群２３から出力される検出信号、原稿読取部２５によって読取った原稿の画像データ、操作表示部２７から出力される操作信号、通信Ｉ／Ｆ部２８を介してＰＣ２００から受信した印刷指示信号及び印刷用画像データに基づいて画像形成装置１００の全体動作を制御する。

ＲＯＭ２１は、ＣＰＵ２０で使用される制御プログラムやその他のデータを記憶する不揮発性メモリである。ＲＡＭ２２は、ＣＰＵ２０が制御プログラムを実行して各種演算処理を行う際に、データの一時保存先に用いられるワーキングメモリである。各種センサ群２３は、例えば用紙切れ検出センサや、用紙位置検出センサ、温度センサ等の画像形成動作に必要な各種センサであり、それぞれで検出した各種の情報を検出信号としてＣＰＵ２０に出力する。用紙搬送部２４は、図示しない用紙トレイに収納されている用紙を画像形成部２６に搬送するための搬送ローラ及び搬送ローラ駆動用のモータや、画像形成処理後の用紙を図示しない排紙トレイに搬送するための搬送ローラ及び搬送ローラ駆動用のモータなどから構成されている。

原稿読取部２５は、図示しない原稿台にセットされた原稿に対して走査状に照明光を照射し、その反射光をＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサによって受光してアナログ電圧信号に変換した後、当該アナログ電圧信号をデジタル変換することにより、読取った原稿の画像データを生成する。画像形成部２６は、ＣＰＵ２０の制御の下、原稿読取部２５によって生成された画像データやＰＣ２００から受信した印刷用画像データに基づいて、用紙搬送部２４から搬送される用紙にトナー像を転写し、当該トナー像の定着処理（画像形成）を行う。

操作表示部２７は、例えばタッチパネルによって構成されており、ＣＰＵ２０の制御の下、各種操作キーや各種情報を報知する画面を表示すると共に、タッチパネル上に表示される各種操作キーの操作入力情報を操作信号としてＣＰＵ２０に出力する。通信Ｉ／Ｆ部２８は、画像形成装置１００（詳しくはＣＰＵ２０）と外部のＰＣ２００との間で通信を行うためのインタフェースであり、ＬＡＮ(Local Area Network)等のネットワークによってＰＣ２００と接続されている。

このような構成の画像形成装置１００において、用紙判別装置１０の超音波送信子２及び超音波受信子３は、用紙トレイから用紙をピックアップする給紙ローラからレジストローラまでの用紙搬送経路に設置することが望ましい。すなわち、用紙搬送中に用紙判別装置１０によって用紙の種類を判別することにより、用紙の厚さに関する種類に応じて、用紙に画像を形成する際の動作条件を設定することが可能となる。具体的には、搬送速度の設定（例えば、用紙が薄紙ならば搬送速度を下げることにより、紙詰まりやシワの発生を防止する）や、転写高圧の設定（例えば、用紙が薄紙ならば転写高圧を上げることにより、画質の低下を防止する）などを行うことができ、その結果、使用する用紙の厚さに関する種類（薄紙か、厚紙か）に応じて最適な動作条件を設定することができる。

なお、上記実施形態では、用紙判別装置１０を備える画像形成装置１００として複合機を例示して説明したが、この他、プリンタ（印刷機）やコピー機（複写機）、ファクシミリなど、用紙を用いて画像形成を行うものであればどのような画像形成装置にも本実施形態に係る用紙判別装置１０を備えることができる。

本発明の一実施形態に係る用紙判別装置１０の機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る用紙判別装置１０の用紙判別原理に関する説明図である。 本発明の一実施形態に係る用紙判別装置１０の記憶回路７に記憶されているテーブルデータの一例である。 本発明の一実施形態に係る用紙判別装置１０の記憶回路７に記憶されているテーブルデータの他の例である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の機能ブロック図である。

符号の説明

１０…用紙判別装置、１…パルス発振回路、２…超音波送信子、３…超音波受信子、４…第１積分回路、５…第２積分回路、６…減衰率算出回路、７…記憶回路、８…用紙判別回路、１００…画像形成装置、２０…ＣＰＵ、２１…ＲＯＭ、２２…ＲＡＭ、２３…各種センサ群、２４…用紙搬送部、２５…画像読取部、２６…画像形成部、２７…操作表示部、２８…通信Ｉ／Ｆ部、２００…ＰＣ

Claims (2)

1. 用紙に対して超音波を送信する超音波送信子と、
   前記用紙を透過した超音波を受信する超音波受信子と、
   前記超音波送信子に所定電圧及び所定周波数のパルス信号を供給することで当該パルス信号に応じた超音波を送信させるパルス発振回路と、
   前記パルス発振回路から出力されるパルス信号を積分する第１積分回路と、
   前記超音波受信子が前記超音波を受信したことで発生するパルス信号を積分する第２積分回路と、
   前記第２積分回路にて算出される積分値を前記第１積分回路にて算出される積分値で除算することにより、前記用紙を透過したことによる前記超音波の減衰率を算出する減衰率算出回路と、
   前記用紙の厚さに関する種類と前記減衰率との対応関係を表すデータを、前記超音波送信子に供給するパルス信号の電圧または周波数を複数の値に変化させた場合における各値毎に予め記憶している記憶回路と、
   前記記憶回路に記憶されている前記データを基に、前記減衰率算出回路によって算出された減衰率に対応する前記用紙の厚さに関する種類を判別する判別回路と、
   を具備し、
   前記減衰率算出回路は、前記超音波送信子に供給するパルス信号の電圧または周波数を複数の値に変化させた場合における各値毎の前記減衰率を算出し、
   前記判別回路は、前記記憶回路に記憶されている前記データと、前記減衰率算出回路によって前記超音波送信子に供給するパルス信号の電圧または周波数の各値毎に算出された減衰率とを基に前記用紙の厚さに関する種類を判別する
   ことを特徴とする用紙判別装置。
2. 用紙に画像を形成する画像形成装置であって、
   請求項１に記載の用紙判別装置を備え、
   前記用紙判別装置によって判別された用紙の厚さに関する種類に応じて前記用紙に画像を形成する際の動作条件を設定することを特徴とする画像形成装置。

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