JP2009251237A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体の表側及び裏側にセンサを設け、記録媒体の動きを上側及び下側で別々に捉え、通紙している記録媒体の状態を判断し、画像形成条件に必要なパラメータ変更制御を行ない最適な画像を得る画像形成装置を提供することにある。
【解決手段】搬送されている記録媒体に対して測定光を照射して、該記録媒体から反射する反射光を２次元のセンサアレイで捕捉し、２次元の移動量を測定できる変位情報取得手段を備える画像形成装置において、前記変位情報取得手段を前記記録媒体の搬送方向に対して横長手方向に、かつまた、前記記録媒体に対して表側及び裏側に備え、前記変位情報取得手段が特殊紙である前記記録媒体の表面と裏面の動きを捕捉し、該捕捉の結果に応じて所定の処理を行なう画像形成装置。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像形成装置のシート搬送及びトナー定着部分に関し、とくに、袋、封筒、剥離紙、薬袋、折られたシート等を通紙する複写装置、ファクシミリ、スキャナ等の画像形成装置に関するものである。

電子写真式の画像形成装置では、予め一様に帯電された感光体上に光学的な画像情報を照射することにより形成した静電潜像を現像装置から供給されるトナーによって現像し、この現像像を給紙装置から給紙されてきた記録媒体上に転写してからこの記録媒体を定着ユニット内に搬送して加熱、加圧による定着を行っている。
従来、定着ユニットへ入る記録媒体の種類は、ユーザーによるキー入力、専用の給紙トレイ等から、厚紙、薄紙、厚い封筒などに分類できていた。その分類により、定着ユニットの温度、記録媒体の搬送速度等をそれらの記録媒体に合うパラメータを変更し、最高の画像が得られるように制御している。
ただし、実際の記録媒体が定着ユニットの設計時の状況に合っていない記録媒体、又は環境や性質が想定外の状況だった場合、すなわち、指定外の厚紙、薄紙、封筒、２重折り紙、薬袋、剥離紙等では、記録媒体は想定した状況と違う挙動を示すこともあり、そのため、しわが発生したり、折れが発生したり、画像抜けが発生することもあった。その時、記録媒体のダメージによるコスト損失、ダメージを受けた記録媒体による他の機械内の部分へのダメージなど２次被害を起こすこともある。

そのため、従来から、シートのしわ発生、折れ発生、画像抜け発生等の記録媒体のダメージを回避するために、幾つかの提案が関連する制御技術とともになされている（例えば、特許文献１乃至７参照）。
特許文献１には、イメージを２次元アレイで記録することができ、その情報により、記録媒体の送り速度、スキュー等の記録媒体の横方向の動きを捕らえることができ、その情報により、スキューを補正できる記録媒体送り機構を備えた、静電印刷装置、電子写真装置の例が開示されている。また、特許文献２には、同構造のセンサにより、ペーパートレイからの記録媒体の送り状態を監視できるシステムが開示されている。
さらに、前述の特許文献１では、イメージセンサを斜めに取り付けて、横方向のセンシング感度をよくする構造が含まれている。上記では、センサを記録媒体の送り速度、また、記録媒体の両側のずれ量を記録媒体の送り方向に対して平行な位置で測定している。
制御に関しては、特許文献３及び４における、記録媒体へ定着ユニットから与える温度を調整する方法、特許文献５乃至７における、定着ローラのニップ圧を調整する方法等が開示されており、これらの技術によれば、センサの出力値を制御部に入力することにより、機能させることができる。
特開２００６−２０８３８１公報 特開２００５−４１６２３公報 特開２００２−０４０８７３公報 特開２００２−０４９２８２公報 特開２００７−０７９１６０公報 特開平０８−３２４８４１号公報 特開０５−２３２８３４号公報

しかしながら、記録媒体である特殊紙（袋、封筒、剥離紙、薬袋、折られた紙）では、それ以外のパラメータである裏及び表をも組み合わせて計測し、特殊紙の挙動が、どのように変化するかを捉えて、異常な状態が起きないような制御を行なう必要がある。
そのため、前述の特許文献１乃至７の技術でも、異常な状態が起きないような制御を行なう対応はなされていない。すなわち、従来技術において、定着ユニットでは、転写ユニットから搬送されてきた、トナー画像を有する記録媒体を、２つのローラのニップ圧と、ヒータによる熱とで熱して、トナーを溶かして記録媒体の上に定着させる。
その時、温度、圧力、また、特殊紙の厚さ、封筒などの２重紙、折られた記録媒体などの２重紙、薬袋などでは、表側と裏側の摩擦力圧力の微妙な違い等により、とくに２重紙（封筒）、２重折り紙、薬袋、剥離紙では、上下の記録媒体の重なり位置がずれてしまい、しわ、変形、折れ等の不具合が出てしまうことがある。
従来技術におけるセンサでは、記録媒体の通紙時間のみを検出したり、記録媒体の表か裏かのどちらか一面のみの移動量を検出しているため、記録媒体の上下での速度変動異常状態を検出できない。
すなわち、特殊紙である２重紙、薬袋等の上下の記録媒体が違う動きをする記録媒体で、上下が分離して動いている場合にはその動きを捉えることができず、そのままコピー作業を続けてしまい、品質の悪いコピーを作るか、結果として不良コピーのために廃棄せざるを得ないごみを作ってしまうことになる。さらに、定着ユニットの分離機構である分離爪を損傷してしまう可能性もある。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、記録媒体の表側及び裏側にセンサを設け、記録媒体の動きを上側及び下側で別々に捉え、通紙している記録媒体の状態を判断し、画像形成条件に必要なパラメータ変更制御を行ない最適な画像を得る画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、搬送されている記録媒体に対して測定光を照射して、該記録媒体から反射する反射光を２次元のセンサアレイで捕捉し、２次元の移動量を測定できる変位情報取得手段を備える画像形成装置において、前記変位情報取得手段を前記記録媒体の搬送方向に対して横長手方向に、かつまた、前記記録媒体に対して表側及び裏側に備え、前記変位情報取得手段が特殊紙である前記記録媒体の表面と裏面の動きを捕捉し、該捕捉の結果に応じて所定の処理を行なうことを特徴とする画像形成装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記記録媒体の移動量を測定するために、試験通紙を行なうモードを設け、該モード時の前記記録媒体の挙動に対しての対応をフィードバックしていくことにより、前記記録媒体の最適通紙条件をメモリに記憶し、必要時に前記記憶したメモリから最適通紙条件を呼び出して使うことができることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、実際に定着ユニットへ入る記録媒体（シート）の動きに注目して、表側及び裏側に設けたセンサにより、上側及び下側で別々の記録媒体の動きを捉え、その動きの差が規格量以上の差がある時に、通紙している記録媒体にダメージがあると判断し、画像形成装置の運転を停止させたり、次の通紙（次に同じ条件で通紙される紙）から画像形成条件（紙送り速度、定着温度、定着ローラ圧、紙のたるみ）に必要なパラメータ変更制御を行ない最適な画像（しわ、折れ等のない出力記録媒体）を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明を実施し得る画像形成装置を示す概略図である。図１において、画像形成装置Ａは感光体ドラム３及び転写ベルト７を含む画像形成部８転写ベルト７から搬送されてきた、トナー画像を支持しているシート（転写紙）を、２つのローラのニップ圧と、ヒータによる熱とで加熱して、トナーを溶かして記録媒体（シート）の上に定着させる定着ユニット４を含んでいる。
また、画像形成装置Ａの下方には給紙部を形成する第１給紙トレイ（この場合には、Ａ２用紙用）１、第２給紙トレイ（この場合には、Ａ３用紙用）２が設けられ、画像形成部８の右側方には手差し台１０、画像形成部８の下には両面ユニットの給紙トレイ（この場合には、Ａ３用紙用）９、定着ユニット４の左側方にはコピートレイ５が配置されている。
図１中、太い実線で示されるのは転写紙の搬送経路である。コピートレイ５への搬送経路から分岐される搬送経路はソータ等の後処理機構６への搬送経路である。Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は搬送経路の適所に配置されるセンサである。センサ装着部分１１にもセンサが配置される。
図２は本発明によるセンサの配置を示す概略図である。図３は互いに重ならないように配置される複数のセンサを示す概略斜視図である。図２及び図３を参照して説明すると、センサ２１及びセンサ２２は記録媒体であるシート（転写紙）２０の搬送経路の通紙部を挟むように配置されている。この場合、複数のセンサは重ならないようにずらして配置される（図３のセンサ２３〜２９）。

図４は転写ユニットと定着ユニットとの間の空間に設置するセンサを示す概略図である。図５は搬送経路に配置するセンサを示す概略図である。図４及び図５において、このセンサは、図１のセンサ装着部分１１に配置されるセンサであり、配置するセンサの数は、表側２個、裏側１個、表側及び裏側２個ずつ等の構成も可能である。上述の図３においては、表側３個、裏側４個の構成を示している。
図４には、給紙部１から送給された記録媒体が感光体ドラム３と転写ベルト７のニップを通って定着ユニット４に搬送される様子を示している。図４において、例えば、図２で述べたセンサ２１及び２２が記録媒体搬送方向において転写ベルト７の出口端及び定着ユニット４の入り口端の表側及び裏側に配置されている。
図５には、給紙部１から送給された記録媒体が転写ベルト７と２次転写ユニットの２次転写ローラ３０とのニップを通って定着ユニット４に搬送される様子を示している。図５において、例えば、図２で述べたセンサ２１及び２２が記録媒体搬送方向において２次転写ローラ３０の出口端の表側及び裏側に配置されている。なお、図４及び図５のセンサは１対のセンサとして図２のセンサで説明している。
図６はセンサの制御部を簡略化して示すブロック図である。図６において、メイン制御部３１はＣＰＵを含むメインコントローラであり、画像形成装置のモータ、クラッチ、種々のセンサ等を制御し、同時に、転写紙挙動監視センサ２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９を制御する転写紙挙動監視センサ制御部３２を制御する。

図７は２次元センサアレイがシートに対して斜めに取り付けられた光学マウス構造の非接触センサを示す概略図である。図８は２次元センサアレイがシートに対して直交する方向に取り付けられた光学マウス構造の非接触センサを示す概略図である。
図７及び図８において、搬送されている記録媒体であるシートに、変位情報取得手段であるセンサ２１のＬＥＤ３３からシートに対して測定光を照射して、シートから反射する測定光の反射光をこのセンサ２１の２次元のセンサアレイ３６で捕捉し、２次元の移動量を移動距離計算部３７で測定できるようにしている。
センサ２１、２２は、シートの搬送方向に対して横長手方向に、加えて、シートに対して表側及び裏側に設けられ、センサ２１、２２が２重紙、折り紙等の特殊紙であるシートの表面と裏面の動きを捕捉し、この捕捉の結果に応じて所定の処理を行なう構成になっている。
また、図７及び図８において、光学マウス構造の非接触センサ２１は、レーザＬＥＤ３３、集光レンズ３４、縮小レンズ３５、２次元センサアレイ３６、及び移動距離計算部３７からなっている。
図７において、２次元センサアレイ３６は記録媒体であるシート（紙、特殊紙）２０に対して斜めに光を受けるように移動距離計算部３７に取り付けられている。一方、図８において、２次元センサアレイ３６は記録媒体であるシート（紙、特殊紙）２０に対して垂直に光を受けるように移動距離計算部３７に取り付けられている。
記録媒体であるシート（転写紙）２０を検知する部分であり、このシート２０のＸ−Ｙの動きが解かる光学マウス構造の非接触センサ２１を、シート２０の上側及び下側と転写紙２０の横方向に対称に４つ以上を、例えば、感光体ドラム３と定着ユニット４の間に配置する。

図９は特殊紙が封筒である場合を示す概略図である。図１０は特殊紙が２重折り紙である場合を示す概略図である。図１１は特殊紙が薬袋である場合を示す概略図である。
図１の定着ユニット４では、転写ベルト７から搬送されてきたトナー画像を支持する記録媒体を、２つのローラのニップ圧と、ヒータによる熱とで加熱して、トナーを溶かして記録媒体の上に定着させる。
その時、温度と、圧力、また、特殊紙の厚さや、封筒などの２重紙、折られた紙などの２重紙、薬袋などでは、表側と裏側の摩擦力及び圧力の微妙な違い等により、とくに２重紙（封筒（図９）、２重折り紙（図１０）、２枚の記録媒体の端辺が貼り合わされている薬袋（図１１））、剥離紙では、上下の紙の重なり位置がずれてしまい、しわ、変形、折れ等の不具合が出てしまうことがある。
図１に示すように、記録媒体（転写紙）は、転写ベルト（転写ユニット）７においてトナー等の画像を受け取り、定着ユニット４へ向かって搬送される。定着ユニット４に達した記録媒体は、定着ユニット４の加熱、加圧されたローラのニップ部へ導かれ、熱と圧力によりトナーを溶かして、トナー画像が記録媒体の表面に定着させられる。
ローラ間に送り込まれた記録媒体は、ローラと転写部との間でバランスを保ちながら転送され、定着ユニット４を通る。この時、特殊紙でかつその記録媒体に対しての圧力と温度が最適でなかった場合、記録媒体に通常以上のストレスが加わり、記録媒体が変形することがある。
記録媒体が変形する時その変形はニップ部で起こっているが、その前の搬送の部分でも記録媒体が一様に引っ張られないために波打ち搬送が生じ、２重紙の場合は上下の記録媒体の速度や方向が違う挙動を示す。この挙動をセンサで検知し、記録媒体に異常があったことを装置の制御側に認識させ、それ以上新しい記録媒体が搬送されることを防止し、記録媒体（特殊紙）の損害を防ぐことができる。
また、通常、ユーザーが扱う記録媒体（特殊紙含む）は、設計時において画像形成装置の製造者によって使用が想定されて挙動が評価されたものが多いが、それ以外の記録媒体（特殊紙）を通紙する場合も多々あり、そのような場合には設計時に考慮されていない記録媒体の特性により予期できない挙動が起きる可能性がある。

図１２は通常のプリントモードの動作を説明するフローチャートである。図１３は紙送り方向のサンプリングタイミングを１０ｍｍとした時のセンサ出力分類を表として示す図である。図１４は特殊紙の種類を表として示す図である。まず、図１２を参照して通常のプリントモードの動作を説明する。
通常のプリントモードにおいて、操作者は特殊紙を通紙する場合、最初に操作部（図示せず）のガイドに従って用紙種類を選択し、通紙を開始する（Ｓ１）。次に、記録媒体であるシートの挙動を監視する（Ｓ２）。ここでは、プリントを開始して（Ｓ３１）、図１３の表の計算をすべてのデータに対して行なう（Ｓ４）。各センサの全値からセンサ毎の平均値、標準偏差、最大（Ｍａｘ）、最小（Ｍｉｎ）を求める（Ｓ５）。そしてプリントを終了する（Ｓ６）。
次いで、センサの出力が図１３の表のどれかの状態に合致するかどうかの出力判定を行なう（Ｓ７）。合致しなければ、正常であるので、ジョブが残っていないかどうかを判断し（Ｓ８）、残っていれば、ジョブ終了まで実行する（Ｓ９）。出力判定（Ｓ７）で合致する状態にあるならば、異常発生であるので、操作者にスタディモードか、このまま不具合覚悟で出力するか選択してもらう（Ｓ１０）。スタディモードが選択されるならば、スタディモードに進み、そうでないならば、このままフローを実行する。

図１２のフローチャートに示すようなプログラムにより、学習する機能を持たせることも可能となる。特殊紙にプリントを行なう時、機器の操作部の表示には、幾つかのプログラムされた記録媒体であるシート（紙）の種類が表示され、これから通紙させようとするシートは、どのシートが一番近いかを操作者に選択してもらう。
例えば、薄紙、折り紙（２重紙）、封筒（サイズ）、薬袋、剥離紙などである（図１４に特殊紙の表を示している）。その選択により、機器は、選択の中で一番シートにダメージを与えない機器の制御条件へ、制御モードを移行し、プリント通紙を行なう。
プリント動作中に、シートにシワ、折れ等の変形が発生していることによりセンサが異常を検知した場合（図１３の表の状態参照）、操作部から操作者へメッセージを出し、選択により、そのまま次の転写紙のコピーを続行するか、スタディモードへ移行する。
シートを検知する部分であるシートのＸ−Ｙの動きが解かる非接触センサをシートの上下と紙の横方向に対称に４つ以上感光体ドラムと定着ユニットの間に配置することにより、シートの通紙方向と左右方向でのシートへの応力、しわ状況、封筒や、折られた紙、剥離紙、薬袋、剥離紙など（図１４の表）での、重なったシートの上下の動きを捉えられるようにする。

通常、シート送り機構の狙いとしては、重なったシート、１枚のシートでも、同じ速度で同じ距離だけ、ローラによって搬送することが狙いである。しかし、シートをまっすぐに送るために、ローラ機構では、太鼓形状（中太り）などの形状がつけられていたりする。
その形状により、上側のシートと下側のシートが送られる送り量に差が出たりすることがあり、シートの面上のローラの形状に対応する場所（ローラの前、中、後）で上下のシートのスピードが変わり、シートにしわがよってしまうことやシートがローラの左右へ引っ張られ分かれてしまう場合がある。
また、シートが搬送経路で曲がりながら搬送され、まがりぐせがついている場合なども、ローラへの突入姿勢又はタイミングがどちらかが先にローラに当たると、ニップに入る前にシートに搬送力が働くので上下のシートで異なり、その相違の度合いが強い時、また、ニップでスリップが発生した時などに剥離紙の剥離や２重紙のしわ現象が発生する。
それらの情報を上述したシートの上下のセンサで捕らえた移動量の上下の差、センサ位置による差により捕らえ、その差が許容値を超えた時にはシートにダメージを与えたことを自動的に認識でき、その差の量に応じて、後述の図１６の表に従って定着ユニットの制御、給紙、作像プロセスの速度などの制御を行なうことにより、次に給紙される同じ種類の特殊紙の搬送でのジャムやダメージを減らして品質のよいコピーを実現することができる。
また、特殊紙は、普通紙に比べて高価、又は希少な場合が多く、ダメージを受けたことを機械が認識して操作者に知らせることができ、ユーザーの損失を最小にすることができる。
また、シートのしわ、２重紙のズレ、剥離紙の機械内剥離等は連続で起きると、定着ローラ、シート排出用の送り機構、ソータなど後処理機構にダメージを与える可能性もあり、発生した時点で機械が認識できることにより、被害の拡大を防ぐことができる。

図１５はスタディモードの動作を説明するフローチャートである。図１６は制御値を表として示す図である。図１７は図１３に関連してセンサの出力値を示す模式図である。図１５を参照して説明すると、スタディモードでは、まず、操作者は直前に取ったデータを使うかデータを取り直すかを選択する（Ｓ１１）。
データを取り直す場合には、特殊紙を通紙する時、最初に操作部（図示せず）のガイドに従い、用紙種類を選択し、通紙を開始して表２のデータを取る（Ｓ１２）。次に、記録媒体であるシートの挙動を監視する（Ｓ１３）。
直前に取ったデータを使う場合には、センサの維持用テーブル（図１３の表）からどの状況であるのかを選択する（Ｓ１４）。選択はシートの種類と図１３の表の不具合モードから判断し、制御値を決定する。
次に、制御値が制限を超えていないかどうかを判断する（Ｓ１５）。超えていないならば、決定した制御値をセットし（Ｓ１６）、操作者は登録するシート（紙）の名前を入力し（Ｓ１７）、スタディモードを終了する。制御値が制限を超えているならば、調整不可能であので、調整不可能を表示し、操作者は最後の条件で強制実行するか判断する（Ｓ１８）。
スタディモードでは、どのような異常が出たかを、機器が、センサの出力と、操作者が選んだ紙種とから判断し、それによって、定着ユニットの制御値（回転速度、温度制御やニップ幅）、又は、機器全体のシート搬送速度を変更する。

図１６の表には制御に用いるパラメータを示している。そのパラメータは次のシートの搬送に使われる。通常連続コピー時はすでに次のシートが給紙され、画像作成中であることが多いが、スタディモードでは１枚ずつ送る。操作者は、その条件をトレイに割り付けたり、操作部にボタンを割り付けたりし、必要な時に呼び出して、連続で通紙し、測定し、パラメータを変更するように使用することができる。
通常のプリント動作では、制御パラメータを得るために、操作者に負担を強いることになる。そのため、その特殊紙の挙動を機器導入時や、メンテナンス作業時に、予め測定しておき、そこから得られた制御パラメータを、製品内のメモリ（図６のメイン制御部３１）に記憶しておくことができ、操作者は特殊紙にプリントする時にそのパラメータを使うことができるようにし、操作性に優れ、かつ安定運用を行なえるようにしている。
このように、操作者をガイドしながら、上記センサの値を比較し、記録していく。また、制御値も一緒に記録していくことにより、特殊紙ごとのセンサ値、制御値を記録し、機器の紙対応能力を向上させることができる。
シートが異常挙動を示すパターンは、機器の設計レイアウト、制御条件（通紙速度、定着ユニットと転写ユニットとの速度差等）等幾つも考えられるが、代表的なものを図１３の表に示している。図１７は図１３の表に関連してセンサの出力値をＸ方向に大きい順に並べて示している。
本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置に関連して上記で説明したが、印刷機、紙折り機、製本機等紙を送る機構を持つ装置にも、もちろん、適用することができる。

本発明を実施し得る画像形成装置を示す概略図である。 本発明によるセンサの配置を示す概略図である。 互いに重ならないように配置される複数のセンサを示す概略斜視図である。 転写ユニットと定着ユニットとの間の空間に設置するセンサを示す概略図である。 搬送経路に配置するセンサを示す概略図である。 センサの制御部を簡略化して示すブロック図である。 ２次元センサアレイがシートに対して斜めに取り付けられた光学マウス構造の非接触センサを示す概略図である。 ２次元センサアレイがシートに対して垂直に取り付けられた光学マウス構造の非接触センサを示す概略図である。 特殊紙が封筒である場合を示す概略図である。 特殊紙が２重折り紙である場合を示す概略図である。 特殊紙が薬袋である場合を示す概略図である。 通常のプリントモードの動作を説明するフローチャートである。 紙送り方向のサンプリングタイミングを１０ｍｍとした時のセンサ出力分類を表として示す図である。 特殊紙の種類を表として示す図である。 スタディモードの動作を説明するフローチャートである。 制御値を表として示す図である。 図１３に関連してセンサの出力値を示す模式図である。

符号の説明

Ａ 画像形成装置、３ 感光体ドラム、４ 定着ユニット、７ 転写ベルト（転写ユニット）、２０ 記録媒体（シート、紙、特殊紙、封筒）、２１ 変位情報取得手段（センサ）、２２ 変位情報取得手段（センサ）、３１ メモリ（メイン制御部）、３０ ２次転写ローラ（２次転写ユニット）、３２ シート挙動監視センサ制御部、３６ ２次元のセンサアレイ、３７ 移動距離計算部

Claims (2)

1. 搬送されている記録媒体に対して測定光を照射して、該記録媒体から反射する反射光を２次元のセンサアレイで捕捉し、２次元の移動量を測定できる変位情報取得手段を備える画像形成装置において、前記変位情報取得手段を前記記録媒体の搬送方向に対して横長手方向に、かつまた、前記記録媒体に対して表側及び裏側に備え、前記変位情報取得手段が特殊紙である前記記録媒体の表面と裏面の動きを捕捉し、該捕捉の結果に応じて所定の処理を行なうことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記記録媒体の移動量を測定するために、試験通紙を行なうモードを設け、該モード時の前記記録媒体の挙動に対しての対応をフィードバックしていくことにより、前記記録媒体の最適通紙条件をメモリに記憶し、必要時に前記記憶したメモリから最適通紙条件を呼び出して使うことができることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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