记录介质确定设备和图像形成设备的制作方法

专利名称：记录介质确定设备和图像形成设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种确定记录介质的类型的确定设备和其中安装有 该确定设备的图像形成设备，更具体来说，涉及通过对记录介质照射 超声波并检测透过记录介质的超声波来确定记录介质的克重
(grammage)的确定设备，以及通过利用确定设备的确定结果可变地 控制图像形成条件的图像形成设备，如复印机和激光打印机。
背景技术：
诸如复印机和激光打印机的图像形成设备包括作为图像形成单 元的图像承载部件、显影单元、转印单元以及定影单元。各单元具有 如下功能。
图像承栽部件是感光鼓，其例如包括其上形成静电潜像的感光 层。静电潜像是例如通过使用激光束对图像承载部件进行曝光而形成 的。
此外，显影单元具有对图像承载部件上形成的静电潜像应用显影 剂以使静电潜像可视化的功能。显影单元可以例如使用显影辊。
此外，作为转印单元，例如，使用转印辊，以及转印单元具有将 显影剂图像转印到待运送的记录介质的功能。再者，定影单元包括加 热辊和压杏^。
定影单元具有通过加热辊和压辊对其上由转印辊转印有显影剂 图像的记录介质进行加热和加压以将显影剂图像定影在记录介质上的 功能。
在常规图像形成设备中，例如，用户通过作为外部设备的计算机 来设定各种设置。或者，用户使用设置在图像形成设备的主体上的操 作面板来设定记录介质的尺寸和类型(以下称为"纸型，，)。根据这些设置，例如，对图像形成设备进行控制以设定转印条件 (例如，记录介质在被转印时的传送速度或转印电压)或定影条件(例 如，记录介质在被定影时的传送速度或定影温度)。
为了减轻用户通过计算机或操作面板来设定这些条件的负担，近 年来，已经提供了一种图像形成设备，其包括作为确定单元的确定传 感器，以允许图像形成设备具有自动确定记录介质的类型的功能。
这种设备可以自动确定记录介质的类型并且根据该确定结果来 设定转印条件和定影条件。
更具体来说，日本专利申请特开2001-139189讨论了一种设备， 其通过在与传感器相对的位置处设置诸如发光二极管(LED)的发光源 以及检测透过记录介质的光(透射光的强度)来确定厚度。
此外，日本专利申请特开57-132055讨论了一种设备，其通过对 记录介质照射超声波并检测透过记录介质的超声波的透射率来确定记 录介质的克重(每单位面积的重量)。
如在以上日本专利申请特开57-132055中讨论的，当通过使用超 声波来测量记录介质的克重时，有必要考虑超声发送单元(以下称为 "发送单元，，)和超声波接收单元(以下称为"接收单元，，)之间的超声 波与发送单元和记录介质之间的干涉或者记录介质和接收单元之间产 生的超声波的反射波的影响。
此外，当将超声波传感器应用于上述图像形成设备时，由于超声 波被用于传送记录介质的传送路径和诸如传送辊的部件所反射，因此
也有必要考虑反射波的影响。
例如，如在日本专利申请特开57-132055中讨论的，作为减轻这
些影响的方法，提出了 一种在发自发送单元的反射超声波的最初千涉 到达接收单元之前结束测量的方法。预先计算超声波在发送单元与接 收单元之间的传送时间。
此外，作为减轻反射波影响的另一方法，如在日本专利申请特开 2001-351141中讨论的，将发送单元和接收单元设置成相对于传送路 径倾斜，以防止测量受到发送单元与记录介质之间或者记录介质与接收单元之间反射的超声波的影响。
此外，如在日本专利申请特开2005-082350中讨论的，提出了一 种通过在发送单元和接收单元周围设置吸音体(导引体)来减弱周围 部件反射的超声波的方法。
近年来，由于日益需要高打印质量，有必要在不降低打印质量的 情况下在用户使用的各种类型的记录介质上形成图像。更具体来说， 优选地，更精确地确定记录介质的类型以及根据其类型来形成图像。
具体来说，为了精确检测记录介质的克重，通过使用超声波来检 测记录介质的克重的方法是有效的。
对于使用超声波的检测方法，优选的是，在传感器的周围不存在 其他部件，而且传感器周围的环境还要保持在预定条件下。这是因为 由其他部件所反射并由传感器所接收和检测的超声波水平会变化。结 果，所检测到的超声波水平会由于反射超声波造成的环境变化而变化。
然而，如果将超声波传感器应用于图像形成设备，由于以下情况 而难以将传感器周围的状态和环境保持在预定条件下。
首先，当传送记录介质时，记录介质并不总是处于稳态位置。即， 记录介质在被传送时会振动。这通常被称为记录介质的上下运动。上 下运动会导致记录介质在相对于传送方向的垂直方向上振动、弯曲以 及倾斜。
很少在相同姿态和相同位置上传送记录介质。每次记录介质被传 送时上下运动量都会变化。结果，发送单元与记录介质之间以及记录 介质与接收单元之间的距离可能改变。因此，由于接收单元接收到的 信号电平会变化，因此可能难以精确检测接收的信号。
此外，设置有其中具有传感器的图像形成设备的环境并不总是具 有恒定温度、湿度或大气压。例如，当周围环境不具有通常温度或通 常湿度时，空气中的传播速度取决于诸如低温、低湿度、高温或高湿 度的环境而变化。
因此，当按与在通常温度或通常湿度下检测的相同的定时来检测 超声波时，所接收到的信号的电平(电压)会改变。此外，由于除了温度和湿度以外，从发送单元发送的信号的幅度还会由于大气压的变 化而改变，因此所接收到的信号的电平也会改变。
此外，在传感器周围存在要用于形成图像的多种部件。超声波被 发送单元和接收单元的周围部件反射，以及传感器受反射超声波的影
响(可以;陂干涉)。
例如，在超声波信号被发送之后在信号电平变得稳定在某个值上 的阶段所获得的信号包括反射的超声波，因此不具有正确的电平。
例如，如上所述的日本专利申请特开57-132055讨论了一种在不 受超声波的反射波的影响的情况下接收超声波的方法。因此，在不放 置存储介质的情况下测量超声波从发送单元到接收单元的传输时间， 以及在放置记录介质的情况下，在经过了所测得的传输时间之后基于 接收单元接收的信号来确定记录介质的克重。
更具体来说，日本专利申请特开57-132055将超声波的传输时间 定义为从开始驱动发送单元到接收单元接收的输出信号的波形上升的 时间。然而，超声波信号的输出信号波形的上升根据诸如温度、湿度 以及大气压的周围环境的变化而变化。因此，上述传输时间会改变。
为了校正或抵消变化量，需要交替并且频繁地测量超声波的传播 时间和记录介质。然而，当频繁测量传播时间以确定记录介质时，确 定过程变得非常复杂且耗时。
此外，当将记录介质放置在分别用于发送和接收超声波的发送单 元与接收单元之间时，记录介质会导致超声波的衰减。日本专利申请
特开57-132055讨论了一种从测量开始起在接收到的信号波形的一个 周期中检测输出的方法。因此，例如，可能不能够获得对于具有大克 重的记录介质的足够输出，因为接收到的信号的最初几个周期的输出 非常小
发明内容
根据本发明一个方面， 一种通过利用超声波来确定记录介质的克 重的记录介质确定设备包括发送单元，被配置成输出具有预定频率的超声波；接收单元，被配置成接收从所述发送单元输出的并透过记 录介质的超声波，以及输出接收信号；计算单元，被配置成根据所述 接收信号的周期来计算具有峰值分量的信号；以及确定单元，被配置 成基于由所述计算单元计算的信号来确定记录介质的克重。
根据以下参照附图对示例性实施例的详细描述，本发明的其他特 征和方面将变得明显。


被包括在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明 示例性实施例，并且与说明一起用于解释本发明的原理。
图1例示了根据第 一 示例性实施例的用于记录介质的克重检测传 感器的结构。
图2是例示了根据第 一 示例性实施例的用于记录介质的克重检测 传感器中的控制单元的结构的框图。
图3是例示了根据本发明第一示例性实施例的用于记录介质的克 重检测传感器中的接收单元和接收信号计算单元的示意电路图。
图4例示了由根据本发明第 一 示例性实施例的用于记录介质的克 重检测传感器检测到的示例波形。
图5是例示了根据第 一示例性实施例的信号检测操作的流程图。
图6例示了由根据第 一 示例性实施例的用于记录介质的克重检测 传感器检测到的示例检测结果。
图7例示了根据第一示例性实施例的记录介质的克重与计算的输 出信号之间的示例关系。
图8例示了由根据第二示例性实施例的用于记录介质的克重检测 单元检测到的示例波形。
图9例示了由根据第二示例性实施例的用于记录介质的克重检测 单元检测到的比较示例的检测结果。
图10例示了由根据第二示例性实施例的用于记录介质的克重检 测单元检测到的检测结果。图11是例示了根据第四示例性实施例的彩色图像形成设备的结 构的示意图。
图12例示了由根据第四示例性实施例的图像形成设备的中央处 理单元(CPU)控制的各单元的结构。
具体实施例方式
现在，以下将参照附图在这里详细描述本发明的各个示例性实施 例、特征以及方面。需要指出的是，在这些实施例中阐述的部件的相 对安排、数值表达式以及数值之间并不旨在限制本发明的范围。
将参照图1和2描述根据本发明第 一示例性实施例的检测记录介 质的克重的克重确定设备的结构及其用于通过使用传感器检测记录介 质的克重的操作。
图1例示了检测记录介质P的克重的克重确定设备的结构。克重 确定设备包括克重检测传感器和用于传送记录介质P的机构。克重检 测传感器包括用于向记录介质P照射超声波的发送单元30、用于接收 从发送单元30照射的超声波的接收单元40、用于导引从发送单元30 照射的超声波的导引部件和用于将已经透过记录介质P的超声波导引 到接收单元40的导引部件。
此外，用于传送记录介质P的机构包括用于传送记录介质P的传 送辊5、与传送辊5相对设置的传送相对辊6、用于形成记录介质P 的传送路径的传送导引装置49。
将克重检测传感器的发送单元30和接收单元40各设置在预定位 置处。根据本示例性实施例，将发送单元30、记录介质P以及接收单 元40各设置成使得发送单元30与记录介质P之间的距离基本上等于 接收单元40与记录介质P之间的距离。
图l例示了发送单元30与接收单元40之间的距离D。当将距离 "d，，定义为发送单元30与记录介质之间的距离时，图l例示了在发送 单元30与接收单元40之间的满足d = D/2的位置处传送记录介质的 状态。当实际传送记录介质时，"d"的值会波动。发送单元30和接收单元40具有类似的结构，它们中的每个均包 括对机械位移和电信号进行相互转换的压电元件(未示出)和电极端 子。
在发送单元30中，当将具有预定频率的脉冲电压输入到电极端 子时，压电元件发生振荡以产生声波，其将被传播到空气中。当到达 记录介质P时，声波会使记录介质P振动。振动的记录介质P会在相 对的一侧也使空气振动。
如上所述，由发送单元30产生的声波经由记录介质P传输到接 收单元40。接收单元40的压电元件根据所接收到的声波的幅度在电 极端子之间产生输出电压。这是在通过使用压电元件来发送/接收超声 波时的操作原理。
设置用于导引从发送单元30照射的超声波的导引部件和用于将 已经透过记录介质P的超声波导引到接收单元40的导引部件，以减 小反射波的影响。此外，导引部件改进了超声波的方向性。
更具体来说，可以减小来自周围部件的反射超声波的影响，并且 由导引部件对从发送单元30照射的超声波赋予方向性。这样，可以减 小由接收单元40接收到的超声波的能量(振荡波形的幅度水平)衰减。
图l和2例示了实现克重检测传感器的结构和控制时的示例，该 结构并不限于本示例性实施例。
图2是例示了克重确定设备的克重检测传感器的操作的控制框 图。图4例示了当操作克重检测传感器时用于驱动发送单元30的驱动 信号、接收单元40中的接收信号以及接收信号的计算结果的输出波 形。
首先，参照图2，将描述记录介质P的示例克重检测操作。CPU 10充当用于控制通过克重检测传感器发送和接收超声波的操作的控 制单元，和用于执行基于所接收到的信号来确定记录介质的操作的确
定单元。
CPU 10向发送控制单元50发送超声波发送信号52,以从发送 单元30发送具有预定频率的超声波。发送控制单元50包括频率发生单元501和放大器502，并且充当向发送单元30输出信号的信号输出 单元。
超声波发送信号52包括用于驱动发送单元30的定时和要发送的 超声波信号的频率的信息。将该信息预先存储(设定)在只读存储器 (ROM)(未示出)中。
发送控制单元50的频率发生单元501生成并输出具有基于超声 波发送信号52而设定的频率的驱动信号53 (图4中的驱动信号(a))。 放大器502对该驱动信号53的信号电平(电压)进行放大，以及按规 定的定时将放大后的驱动信号54输出到发送单元30。发送单元30输 出由驱动信号54驱动的超声波。
根据本示例性实施例，将超声波的驱动频率限定为40 KHz (发 送单元30的驱动频率是40 KHz )，并且超声波具有约8.6 mm的波 长。可以根据发送单元和接收单元的结构、克重确定精度等在合适的 范围内预先选择驱动频率。
接收单元40接收来自发送单元30的超声波或者已经透过记录介 质P的超声波，以及向计算单元51输出表示接收到的超声波的强度 的信号55(图4中的接收信号(b))。计算单元51包括放大器511、 整流器512以及平滑电路513。
计算单元51通过放大器511对表示所接收到的超声波的强度的 信号55进行放大，以及输出信号56。整流器512对信号56进行整流， 以及输出信号57。此外，平滑电路513使信号57平滑，以及输出计 算的输出信号58 (图4中的(c))。
将计算的输出信号58输入给CPU 10。 CPU IO通过利用输入的 计算的输出信号58执行用于确定记录介质P的克重的处理。以下将 描述该处理。
此外，峰值保持寄存器101存储以下将描述的峰值保持操作所获 得的值。复位单元102具有对CPU 10中的计数器(未示出)进行复 位的功能。
根据本示例性实施例，为了使平滑电路513输出具有如图4中的计算的输出信号(c)中例示的紋波分量的信号，平滑电路513仅在放电 时使用具有时间常数的电路。
将根据本示例性实施例的平滑电路513的时间常数设定为1 ms。 该时间常数是通过使用上述超声波传感器的结构进行实验而获得的。 当驱动信号的频率改变时，该时间常数可以根据改变后的频率而改变。
图3例示了包括如参照图2所描述的接收单元40和计算单元51 的具体电路结构。
电阻器Rl是接收单元40的负栽电阻。放大器511包括两级结构， 其中接收单元40的输出在前级中由包括放大器Ampl和电阻器R2的 放大器电路进行电流放大，以及在后级中由包括放大器Amp2和电阻 器R3和R4的放大器电路进行电压放大。
整流器512包括电容器Cl和C2以及二极管Dl和D2，以形成 用于执行半波电压倍增整流的整流器。此外，电容器C2与电阻器R5 一起形成仅在放电时具有时间常数的不完全平滑电路513。
晶体管Trll和电阻器Rll形成放电电路，其在检测完成时接通 以按高速对电容器C1和C2的剩余电荷进行放电。由此，可以缩短直 到下一次检测的等待时间。通过如图2所例示的CPU 10(图3中未示 出)的输出端口来控制Tr 11的基极。
由于该电路由单电源电路(即，电源Vcc)来操作，因此将合适 的直流偏压电压Vb提供给放大器511的非反转输入端子。为了不将 直流偏压电压Vb发送到放大器511的后级，电容器Cl还执行直流切 断功能。
上述电路是示例电路结构，并且该结构并不限于本示例性实施 例。例如，该电路可以不是单电源电路而可以是双电源电路。整流电 路可以采用其他电路结构。此外，可以使用数字晶体管或场效应晶体 管(FET)来代替晶体管Tr 11。再者，可以略去放电电路。
接下来，关于如参照图2所描述的克重检测传感器的操作，将参 照图4描述超声波的发送信号和接收信号、计算的输出信号以及用于 对计算的输出信号进行采样的操作。图4例示了当向记录介质照射超声波时的波形。纵轴代表输出电压，横轴代表时间。
在图4中，驱动信号(a)例示了施加给发送单元30的驱动信号 54的波形。该驱动信号具有预先设定的频率(根据本示例性实施例为 40 kHz )。发送单元30根据该驱动信号54被驱动，以及在空气中(在 介质中)生成超声波。
接收信号波形(b )例示了接收单元40的超声波接收信号的波形。 在自从发送了超声波发送信号起经过了预定时间之后，输出逐渐增大。 该预定时间根据发送单元30与接收单元40之间的距离以及诸如温度 和湿度的周围环境而变化。
通过对接收信号(b)进行运算来获得计算的输出信号(c)。计 算的输出信号的输出波形在被输出时具有紋波分量。这是本示例性实 施例的一个特征。
CPU 10在自从向发送单元30输出了驱动信号54 (图4中的驱 动信号的生成点S)起经过了预定时间之后开始对计算的输出信号(c) 的采样，以及在超声波发送信号的频率的周期中对计算的输出信号进 行采样。
当如上所述地执行采样操作时，可以检测到包括计算的输出信号 (c)的极大值的信号。包括极大值的该信号由具有紋波分量的计算的 输出信号(c )的波形上的圆圏部分来例示。从检测信号获得该极大值， 以及通过利用该值来确定记录介质P的克重。
根据本示例性实施例，作为开始釆样的时间的预定时间被限定为 150 fts。该时间是实验获得的，并且如果超声波传感器的结构发生改 变，则可以根据改变后的结构适当地设定最优值。
以下将描述输出具有紋波分量(这是本示例性实施例的 一个特 征)的计算的输出信号(c)的原因。
从发送单元30向接收单元40行进的超声波(以下称为"行波") 和由接收单元40反射的超声波(以下称为"反射波")具有类似的频率 和类似的速度以及相反的行进方向。行波和反射波被合成以产生驻波。
在自从发送了超声波起经过了某个时间之后，在发送单元30与接收单元40之间会产生多次反射，以及超声波的输出水平稳定在稳定 状态。与行波不同，驻波具有最大幅度和最小幅度的位置稳定的特征。
因此，当将记录介质放置在驻波的幅度最小的位置(称为驻波的 "波节，，)处时，记录介质的振动是最小的。另一方面，当将记录介质 放置在驻波的幅度最大的位置(称为驻波的"波腹")处时，记录介质 的振动是最大的。
更具体来说，如果在开始发送超声波并且输出水平稳定在稳定状 态之后开始进行采样，在记录介质的位置变化的情况下，接收信号会 由于驻波的影响而变化。
有可能的是，在来自周围部件的反射波和发送单元30与接收单 元40之间的驻波的影响出现之前，设定计算的输出信号的采样块 (sampling block)。例如，有可能的是，将采样块设定为与波形的上 升部分相当的块。
更具体来说，当将采样块，，t，，的结束时间定义为Tl[s]，将从发送 单元到用于接收超声波的接收单元的距离定义为"D"[m，将从用于发 送超声波的发送单元到记录介质的距离定义为d<Dm，将超声波在 空气中的传输速度定义为v[m/s]，并将超声波的频率定义为f[Hz时， 可以满足以下公式。"d"的值根据记录介质的传送状态而变化。
Tl-l/f S t S Tl............(1)
Tl < (D + 2d)/v............(2)
D/v + n/f ^ Tl-l/f('V'为0或更大的整数)............(3)
公式(1 )描述了将采样块"t"定义为驱动信号的频率的一个周期。 公式(2)描述了采样结束时间T2应当早于在发自发送单元的超声波 在记录介质上反射、在发送单元30上再次反射以及透过记录介质之后 到达接收单元40时的时间。
由于实际设备可能具有诸如发送单元30和接收单元40的设置条 件的限制，因此公式(2)可能不会产生期望的输出。然而，由于一次 反射波比直达波衰减得更严重并具有较小的幅度，因此可以将适当的 结束时间Tl设定在所需检测精度不会受到很大影响的范围内。更具体来说，有可能的是，在可以获得用于检测记录介质的克重
所需的幅度的范围内，将公式(3)中的值(n)设定得尽可能小。
在最初几个周期的块中记录介质的存在和某些类型的记录介质 可能会导致超声波的严重衰减，因此可能不会产生输出。因此，公式 (3)包括在比超声波第一次到达接收单元40晚的时间开始进行采样 的情况。
在所述几个周期的块中需要进行实验，以设定合适的值(n)。根据 本示例性实施例，作为该实验的结果，n=3或4是最合适的值。
接下来，以下将参照图5描述关于用于检测极大值(参见图4) 的方法的内容。
在步骤S1中，CPU10启用计数器(未示出)以在与向发送控制 单元50发送超声波发送信号52相同的时间启动。在步骤S2中，CPU IO确定计数器值是否达到了预先设定的采样开始时间Tl-l/f。当确定 计数器值达到了采样开始时间Tl-l/f时(在步骤S2中的"是")，在 步骤S3中，CPU10开始对计算的输出信号58进行采样。
在步骤S3中，CPU IO对计算的输出信号58进行模/数(A/D)转换， 以及保持计算的输出信号58的峰值(保持转换后数据的最大值)，其 被单独存储在CPU 10中的峰值保持寄存器101中。
在步骤S5、 S6-l以及S6-2中，在自从在步骤S4中检测到第一 峰值时的点Tp起经过了超声波的半周期1/2f之后，或者在自从开始 测量起经过了超声波的一个周期1/f之后，在任一较早点结束采样。
执行该操作是为了避免如下情况将由于采样块"t"与计算的输 出信号58之间的某些相位关系而可能不是极大值的最大值保持为峰 值。
在步骤S7中，在与结束测量相同的时间，在复位单元102中将 计数器复位，以及准备用于下一次测量。
仅仅获得接收信号波形的峰值，可以在不进行平滑处理的情况下 将整流后的波形输入给CPUIO。然而，在不进行平滑处理的情况下， 信号的幅度会变得较小。这样，会在动态范围不够大的情况下执行测量。更具体来说，记录介质的克重确定精度可能不够精确。
因此，通过使用如上所述的平滑电路来执行平滑处理，而且还对 具有紋波分量(周期性地产生峰值的积分信号)的信号进行计算，使 得可以检测到极大值。
作为与本示例性实施例进行比较的一个示例，图6例示了在经过 了固定时间之后通过利用积分值(稳态值)来测量克重的情况和在本 示例性实施例中通过利用上升波形的峰值(极大值)来确定克重的情 况的实验结果的一个示例。
在该实验中，当记录介质P距离发送单元30的位置发生改变时， 测量计算单元51的接收信号的电平。图6中的曲线图的横轴表示发送 单元30与记录介质P之间的距离。纵轴表示计算单元51的输出。
根据在经过了固定时间之后测量积分值的方法，可以理解输出取 决于传感器与记录介质P之间的距离而周期性地变化。另一方面，根 据依照本示例性实施例的测量上升波形的峰值的方法，尽管记录介质 的位置改变，但是可以测量到稳定的值而不会改变输出。
此外，图7例示了克重与通过应用本示例性实施例而产生的计算 的输出信号之间的关系。该图表明可以通过应用本示例性实施例来检 测从60[g/m2]到220 [g/m2]的克重。
图7表明通过利用借助于本示例性实施例中描述的方法所生成 的计算的输出信号，可以精确地检测克重。本示例性实施例中的克重 是指记录介质的每单位面积的质量，并被表示为[g/m2(每一平方米 的质量)。
如上所述，根据本示例性实施例，对超声波的接收信号执行平滑 处理，以添加紋波分量，以及对通过平滑处理而获得的信号的极大值 进行检测。基于极大值，确定记录介质的克重，这样，在减小了环境 变化和来自传感器的周围部件的反射的影响的同时，通过简单方法在 短时间内检测克重，从而使得能够改进克重确定精度。
根据第二示例性实施例，由于除了用于检测计算的输出信号的上
升波形的定时以外的基本结构类似于第 一示例性实施例，因此将略去对详细基本结构的描述。本示例性实施例与第 一示例性实施例的不同 之处在于，根据克重检测传感器的周围温度的变化来适当地设定信号 的检测定时。
通常，如下表示在介质中传输的超声波的速度'v'(以下称为"传 输速度")。
v = 331.5 + 0.607km/s(k:摄氏温度。C) (4) 公式(4)描迷了在O 。C的温度环境下的声速为331.5[m/s以及
声速的温度系数为0.607[(m/s)/。C。
更具体来说，公式(4)描述了速度根据温度变化而变化。因此，
周围温度的变化对于克重检测传感器对计算的输出信号的检测定时具
有影响o
此外，公式(4)描述了与常温相比在较高温度的环境下计算的 输出信号的波形较快地开始上升，而与常温相比在较低温度的环境下
计算的输出信号的波形较慢地开始上升。
更具体来说，如果将由CPU10对计算的输出信号进行检测的定 时和检测的时间宽度(以下称为"检测窗口，，)固定为某个条件，那么 当该定时和检测窗口受到温度变化的影响时，可能不会精确检测波形 的峰值。
根据本示例性实施例，执行用于在不放置记录介质时检测接收单 元40的输出的第一检测。此时，接收单元40接收直接从发送单元30 发送的超声波。根据该第一检测的结果，测量自从发送单元30发出超 声波时起到它被接收单元40接收时的时间。在放置记录介质的情况 下，在经过了所述测量的时间之后的预定定时执行用于检测计算的输 出信号的峰值的第二检测。
图8例示了当执行第一检测和第二检测时的计算的输出信号的波 形。图8中的第一计算的输出信号(cl)的波形是当在发送单元30与接 收单元40之间不放置记录介质时在执行第一检测时产生的。
在这一点，计数器(未示出)从超声波驱动信号被生成时的时间 (在图8中的当驱动信号开始生成时的点0的时间处)起开始进行计数，以测量当计算的输出信号超过预先设定的阈值Vth时的时间T0。 在图7中，纵轴表示输出电压，横轴表示时间。可以根据接收单 元的结构来预先i殳定阈值Vtb。
接下来，如第二计算的输出信号(c2)的波形中所示，在将记录介 质放置在发送单元30与接收单元40之间的情况下执行第二检测。此 时，将在第一检测中测量到的点T0定义为开始点，以及在经过了超 声波的驱动信号的周期T的整数倍之后的半周期"t"期间(图中的Tl 与T2之间)检测计算的输出信号。
该图中的时钟波形(c3)表示具有与驱动信号相同的频率的时钟信 号，并且用于相对于开始点TO来设定检测定时。图8中的第二计算 的输出信号c2的波形例示了在从开始点TO起经过了 3个周期之后的 半周期时段期间执行检测的示例。将半周期"t"设定在以下公式(5)中 描述的范围内。
T0 + (2n -1) X (1/2)T < t < TO + 2n X (1/2)T
(n为1或更大的整数) ............(5)
在半周期时段"t"的范围内，检测到计算的输出信号的上升波形 的峰值(极大值)V0。这是因为上升波形的峰值(极大值)总是存在 于如上所述的点TO与半周期时段T/2之间，其在每个随后的周期T 中重复。
当记录介质具有大克重时可能不能获得输出，因为接收到的信号 在最初几个周期时段中会很大地衰减。因此，例如，通过如图8中的 第二计算的输出信号c2的波形中例示的那样，将以上公式中的整数 "n，，设定为n=3或4，而将检测时段设定到Tl与T2之间的时间。由 此，可以获得具有用于确定克重所需的水平的检测结果。
作为与本示例性实施例相比较的示例，图9例示了当在经过了固 定时间之后通过利用积分值(稳态值)来确定克重时输出与克重之间 的关系。如图9中所例示，当不采用本示例性实施例时，输出会根据 温度变化而变化，从而可能导致不正确的检测。
此外，图10例示了当采用本示例性实施例时输出与克重之间的关系。如图10所例示，当采用本示例性实施例时，输出的变化较小，
因此即使温度发生变化也可以稳定地执行克重确定。
根据本示例性实施例，将用于检测输出波形的时段设定为半周期 的一个时段。然而，克重确定并不限于仅仅利用在一个检测时段中获
得的检测结果。例如，可以在公式(5)中设定多个"n"，可以将来自
如上所述，根据本示例性实施例，在分别用于发送和接收超声波 的发送单元和接收单元之间不放置记录介质的情况下，测量计算的输 出信号超过阈值Vth时的时间。当在放置记录介质的情况下执行检测 时，在自从所述测量到的时间起经过了驱动信号的整数倍周期之后检 测半周期"t"中的上升波形的峰值。
该检测方法可以减小或者避免由于克重检测传感器的周围环境 以及尤其是温度变化的影响而由针对计算的输出信号的错误的检测定 时而导致的输出变化和不正确的检测。可以在短时间内以高精度来确 定记录介质的克重。
根据第三示例性实施例，由于除了对检测结果进行运算的方法以 外的基本结构类似于第一示例性实施例的基本结构，因此将略去对详 细基本结构的描述。
根据本示例性实施例，类似于如上所述的第一示例性实施例，也 将压电元件用于分别用于发送和接收超声波的发送单元30和接收单 元40。在使用压电元件的结构中，超声波的传输速度(第二示例性实 施例中的公式(4)的速度'V')根据温度的改变而变化。此外，来自 压电元件的输出电压根据大气压的改变而变化。
具体来说，本示例性实施例具有减小(或抵消)来自压电元件的 输出电压的变化的影响的运算方法的特征。对于由于温度改变而导致 的超声波的传输速度的改变，第二示例性实施例中描述的方法可以减 小该影响。
首先，在分别用于发送和接收超声波的发送单元30与接收单元 40之间不放置记录介质的情况下执行第一检测，并将作为第一检测结果的计算的输出信号的值(以下将第一检测结果定义为Dl)存储在存 储器70中。接着，在分别用于发送和接收超声波的发送单元30与接 收单元40之间放置记录介质的情况下执行第二检测。
将作为第二检测结果(以下将第二检测结果定义为D2)的计算 的输出信号的值和作为第一检测结果的计算的输出信号的值用于使用 以下公式(6)的计算。
Dm = D2/Dl............(6)
该公式表示将第二计算结果除以第一计算结果。如上所述，将作 为简单计算处理结果的结果Dm用作用于确定克重的值。通过利用该 公式，可以抵消由于温度改变导致的来自压电元件的输出电压的变化， 并且可以高精度地对与记录介质的克重存在关联的计算的输出信号的 值进行相对比较。
如上所述，根据本示例性实施例，将在分别用于发送和接收超声 波的发送单元和接收单元之间放置记录介质的情况下的检测结果除以 (也称为"标准化，，)在分别用于发送和接收超声波的发送单元和接收 单元之间不放置记录介质的情况下的检测结果。
通过利用所述计算，可以减小(或抵消)受大气压影响的来自压 电元件的输出电压的变化，并且可以高精度地确定记录介质的克重。
根据第四示例性实施例，由于除了利用检测结果的方法以外的基 本结构类似于第一到第三示例性实施例，因此将略去对详细基本结构 的描述。
可以将使用如在第一到第三示例性实施例冲描述的克重检测传 感器的记录介质确定设备例如应用于复印机和图像形成设备。在本示 例性实施例中，将描述当把记录介质确定设备应用于图像形成设备时 的示例。如图ll所例示，将本发明应用于彩色图像形成设备，其包括 中间转印部件和彼此级联排列(也称为"级联方法，，)的多个图像形成
单元。以下将描述如图ll所例示的彩色图像形成设备l的各个结构。 用于进给记录介质的给纸机构包括用于储存记录介质P的给纸 盒2、给纸盘3、用于从给纸盒2或给纸盘3拾取记录介质P并将其进给到传送路径的给纸辊4和4，。
图像形成单元包括支持黄、品红、青以及黑中的每一个颜色的显 影剂的感光鼓11Y、 IIM、 11C以及11K中的每一个。此外，图像形 成单元包括充电辊12Y、 12M、 12C以及12K，作为各颜色的一次充 电单元，用于将11Y、 IIM、 11C以及11K均匀地充电到预定电势。
图像形成单元包括用于各颜色的光学单元13Y、 13M、 13C以及 13K，用于将与各颜色图像数据相对应的激光束照射到感光鼓IIY、 IIM、 11C以及11K (它们,皮一次充电单元充了电)上，以形成静电
图^象形成单元包括用于对形成在感光鼓11Y、11M、11C以及11K 上的静电潜像进行可视化的显影单元14Y、 14M、 14C以及14K。图 像形成单元包括用于将显影单元14Y、 14M、 14C以及14K中的显影 剂提供给感光鼓11Y、 IIM、 11C以及11K的显影剂传送辊(也称为 "套筒(sleeve)辊，，)15Y、 15M、 15C以及15K。
图像形成单元包括用于对感光鼓IIY、 IIM、 11C以及11K上形 成的图像进行一次转印的中间转印带17和用于各颜色的一次转印辊 16Y、 16M、 16C以及16K。
图像形成单元还包括用于驱动中间转印带17的驱动辊18、用于 将中间转印带17上形成的图像转印到记录介质P上的二次转印辊19、 以及用于在记录介质被传送时将已转印在记录介质P上的显影剂图像 熔融定影的定影单元20。
对于每种颜色，将感光鼓IIY、 IIM、 11C以及IIK、充电辊12Y、 12M、 12C以及12K、显影单元14Y、 14M、 14C以及14K以及显影 剂传送辊15Y、 15M、 15C以及15K—体地形成在一个单元中。包括 感光鼓、充电辊以及显影单元的该单元纟皮称为处理盒(cartridge)。 将各处理盒形成为能容易地附连到彩色图像形成设备1并且能容易地 从彩色图像形成设备l卸除。
电子照相方法的彩色图像形成设备l通过利用电子照相处理 图 像最终形成在记录介质P上。首先，将描述由彩色图像形成设备l在图像形成操作中传送纸的操作。
当将用于打印的图像信号输入到彩色图像形成设备l时，从给纸
盒2或给纸盘3拾取记录介质P,以及由给紙辊4或给纸辊4，将其传 送到传送路径。
记录介质P停止一次并在传送辊5与传送相对辊6之间的位置处 等待，以与形成在中间转印带17上的图像相同步。然后，与用于在中 间传送带17上形成图像的操作相同步地传送记录介质P，以及将形成 在中间传送带17上的图像转印到所传送的记录介质P上。
由包括定影辊等的定影单元20对转印在记录介质P上的图像进 行加热和定影，以及由排纸辊21将记录介质P排放到到排纸盘(未 示出)。然后，图像形成操作结束。
接下来，将描述采用电子照相方法的图像形成方法。
当用于在中间转印带17上形成图像的操作开始时，由充电辊 12Y、 12M、 12C以及12K将感光鼓IIY、 IIM、 11C以及11K充电 到预定电势。
根据所接收到的图像信号来扫描光学单元13Y、 13M、 13C以及 13K,以通过激光束对充电后的感光鼓IIY、 IIM、 11C以及11K的 表面进行咏光，以形成潜像。
由显影单元14Y、 14M、 14C以及14K与显影剂传送辊15Y、 15M、 15C以及15K分别将感光鼓11Y、 IIM、 11C以及11K的表面上形成 的静电潜像显影为单色显影剂图像(可见图像)。
这些感光鼓11Y、 IIM、 11C以及11K与中间转印带17相接触， 并且与中间转印带17的旋转同步地旋转。由一次转印辊16Y、 16M、 16C以及16K将显影后的单色显影剂图像中的每个顺序地转印到中间 转印带17上，以形成多色显影剂图像。将该多色显影剂图像从中间转 印带17转印到记录介质P上。
接下来，参照图12，将描述使用第一到第三示例性实施例中描述 的记录介质确定设备的图像形成设备的示例操作。图12例示了由CPU60控制的各单元的结构。在图12中，CPU 60对克重检测传感器中包括的分别用于发送和接收超声波的发送单 元30和接收单元40、以及发送控制单元50和计算单元51 (它们是发 送单元30和接收单元40的外围电路)的操作进行控制。
此外，CPU 60经由专用集成电路(ASIC)61连接到各颜色的单元 62Y、 62M、 62C以及62K，单元62Y、 62M、 62C以及62K各自包 括各光学单元13Y、 13M、 13C以及13K中包括的激光器装置、马达 以及多角镜(未示出)。此外，CPU60对激光束的扫描和曝光进行控 制，以根据图像信号在感光鼓IIY、 IIM、 11C以及11K的表面上形 成潜像。
类似的是，CPU60控制用于传送记录介质的给纸马达63、用于 开始驱动用于进给记录介质的给纸辊的给纸螺线管64、以及用于检测 记录介质是否被设定在预定位置处的纸传感器65。
此外，CPU 60对为电子照相处理所需的一次充电、显影和转印 偏压提供电力的高压电源66、用于驱动感光鼓和转印辊的鼓驱动马达 67、用于驱动中间转印带17和定影单元20的辊的带驱动马达68、以 及低压电源单元69进行控制。
此外，CPU60对定影单元20中的热敏电阻(未示出)进行控制 以监视温度，以保持定影温度恒定。
此外，CPU60经由总线(未示出)连接到存储器70，其存储用 于由CPU 60执行第一到第三示例性实施例中描述的控制和操作的程 序和数据。更具体来说，CPU60通过使用存储器70中存储的程序和 数据来执行包括克重检测传感器的整个图像形成设备的操作。
ASIC 61基于CPU 60的指令来执行给纸马达63的速度控制和光 学单元13Y、 13M、 13C以及13K中的马达的速度控制。
马达(未示出)的速度控制是通过检测节拍信号(tack signal) (马达的每次转动输出预定数的信号)以及通过向马达输出加速信号 或减速信号以使得节拍信号的间隔变成预定时间段来执行的。包括 ASIC 61的硬件的控制电路对于减小CPU 60的控制负担来说更有利。当接收到来自计算机(未示出)的打印命令时，CPU 60基于纸 传感器65的输出来确定是否放置了记录介质。作为该确定的结果，当 放置了纸时，CPU60对给纸螺线管64以及给纸马达63、鼓驱动马达 67以及带驱动马达68进行驱动，以传送记录介质。
将在第一到第三示例性实施例中描述的用于检测记录介质的克 重检测传感器应用于如图ll所例示的彩色图像形成设备l。更具体来 说，将克重检测传感器的发送单元30和接收单元40设置在传送辊5 和传送相对辊6的前方，使得记录介质传送路径被夹在发送单元30 与接收单元40之间。当记录介质P停留在传送辊5和传送相对辊6 的前方时执行针对记录介质P的克重检测操作。
CPU 60执行控制，例如使得根据对所进给的记录介质P的确定 结果(克重的差别)来改变在将显影剂图像定影到记录介质上时的定 影温度的条件和传送速度。
例如，对于具有相对较大的克重的记录介质，将定影温度设定得 较高，因为记录介质具有大的热容。另一方面，对于具有相对较小的 克重的记录介质，将定影温度设定得较低，因为记录介质具有小的热 容。
此外，关于传送速度的控制，对于具有大克重的记录介质，将传 送速度设定得较低以增强定影。另一方面，对于具有较小克重的记录 介质，将传送速度设定得比具有大克重的记录介质更快。
通过由CPU 60重设ASIC 61中的速度控制寄存器(未示出)的 值来实现传送速度的设定。
还有可能的是，由CPU60在不确定记录介质P的情况下基于计 算的输出信号的值来改变定影温度的条件和传送速度。在此情况下， 可以在存储器70中存储其中计算的输出信号的值与对应于计算的输 出信号值的定影温度条件和传送速度彼此相关联的表。
此外，可以根据设备的结构来不同地改变记录介质被暂停的位 置，使得可以至少恰在图像被形成(转印)到记录介质P上的位置之 前执行检测。如上所述，根据本示例性实施例，将克重检测传感器应用于图像 形成设备，使得例如可以针对记录介质的每种克重对作为图像形成条 件的记录介质的传送速度和定影温度条件进行优化。由此，可以获得 形成在记录介质上的高质量图像。
在本示例性实施例中，描述了在记录介质停止时通过对记录介质 发送超声波来检测克重的操作。然而，也可以在记录介质被传送时通 过发送超声波来检测克重。当在记录介质被传送时检测克重时，也可 以应用第一到第三示例性实施例中描述的克重检测传感器。
根据第五示例性实施例，由于除了利用检测结果的方法以外的基 本结构类似于第一到第四示例性实施例，因此将略去对详细基本结构 的描述。
某些图像形成设备在其中包括温度传感器，并基于由温度传感器 检测到的内部温度来执行各种控制。由于对内部温度的检测是在控制 图像形成条件的设备中的很重要的功能，因此在设备中设置专用温度 传感器。
在本示例性实施例中，将描述在设备中不设置所述温度传感器的 情况下通过使用超声波来检测记录介质确定设备中的温度的方法。
将描述通过利用在第二示例性实施例中描述的超声波信号的传 输速度(V)的温度依赖性来测量(估计)图像形成设备的内部温度的 方法。
首先，当在装运时预先知道周围温度为某个温度(例如25 。C) 时，在分别用于发送和接收超声波的发送单元30和接收单元40之间 不放置记录介质的情况下执行检测，以及测量从生成驱动信号的开始 时间到计算的输出信号的检测时间的时间段。将基于该测量结果计算 的温度信息存储在图像形成设备中的诸如存储器70的存储装置中。
在本示例性实施例中，将如第 一示例性实施例中描述的用于检测 上升波形的峰值(极大值)的定时限定为例如Tpl。也可以将该检测 定时限定为第二示例性实施例中描述的T0。以下将描述将检测定时 定为Tpl的情况。接下来，在具有未知周围温度"k"的环境下与如上所述类似地执
行检测(检测上升波形的峰值)，以及测量定时Tp2。
在此，通过利用周围温度K和发送单元30与接收单元40之间
的距离D,可以将Tp2与Tpl之间的差表示为以下公式(7)。
Tp2 - Tpl = D/(331.5 + 0.607k)國D/(331.5 + 0.607 X 25)............(7)
可以根据公式(7)来计算未知温度"k"，以获得计算的"k"-周
围温度。
根据如上获得的温度"k"，图像形成设备可以执行各种控制。例 如，可以每预定时段执行温度测量，以在温度从前一测量结果改变超 过预定值时，对诸如定影温度的图像形成条件的改变进行精确的优化。 这样，图像形成设备可以进行控制，使得可以在不受温度变化影响的 情况下获得最优的、高质量图像。
此外，根据本示例性实施例，通过利用超声波的传输速度(v) 的温度依赖性，可以通过计算来获得克重检测传感器的周围温度(其 为图像形成设备的内部温度)，从而实现低成本设备，而不必在其中 设置专用温度传感器。
尽管参照示例性实施例描述了本发明，但是应当明白，本发明并 不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽 的解释，以涵盖所有修改、等同结构以及功能。
权利要求
1、一种通过利用超声波来确定记录介质的克重的记录介质确定设备，包括发送单元，被配置成输出具有预定频率的超声波；接收单元，被配置成接收从所述发送单元输出的并透过记录介质的超声波，以及输出接收信号；计算单元，被配置成根据所述接收信号的周期来计算具有峰值分量的信号；以及确定单元，被配置成基于由所述计算单元计算的信号来确定记录介质的克重。
2、 根据权利要求1所述的记录介质确定设备，还包括信号输出 单元，该信号输出单元被配置成输出用于从所述发送单元发送具有预 定频率的超声波的驱动信号，其中所述确定单元在所述驱动信号的 一个周期时段中检测由所 述计算单元计算的信号，并通过利用所检测的信号来确定记录介质的克重。
3、 根据权利要求2所述的记录介质确定设备， 其中所述确定单元在自从所述驱动信号被输出起经过了预定时间之后检测由所述计算单元计算的信号，并通过利用检测结果来确定 记录介质的克重。
4、根据权利要求1所述的记录介质确定设备，其中所述确定单元使得所述发送单元在记录介质没有被放置在 所述发送单元和所述接收单元之间时输出超声波，检测从所述接收单 元输出的接收信号，以及基于所检测的接收信号来确定当记录介质被信号的检测定时。
5、 根据权利要求1所述的记录介质确定设备，还包括信号输出 单元，该信号输出单元被配置成输出用于从所述发送单元发送具有预 定频率的超声波的驱动信号，其中将所述检测定时设定为自从由所述计算单元计算的信号值 超过阈值起经过了与所述驱动信号的整数倍周期时段相对应的时间之 后的定时。
6、 根据权利要求5所述的记录介质确定设备，其中所述确定单 元在经过了与所述驱动信号的整数倍周期时段相对应的时间之后的所 述驱动信号的半周期时段期间，对由所述计算单元计算的信号进行检 测。
7、 根据权利要求1所述的记录介质确定设备，其中所述确定单 元通过利用当在记录介质没有被放置在所述发送单元和所述接收单元 之间的情况下输出超声波时由所述计算单元计算的信号以及当在记录 介质被放置在其间的情况下输出超声波时由所述计算单元计算的信 号，来确定记录介质的克重。
8、 根据权利要求1所述的记录介质确定设备，其中所述确定单 元通过利用由所述计算单元计算的信号的极大值来确定记录介质的克 重。
9、 一种图像形成设备，包括 图像形成单元，被配置成在记录介质上形成图像； 克重检测传感器，包括发送单元和接收单元，其中该发送单元被配置成输出具有预定频率的超声波，该接收单元被配置成接收从所述 发送单元输出的并透过记录介质的超声波以及输出接收信号；计算单元，被配置成计算具有与所述接收信号的周期时段相对应的峰值分量的信号；以及控制单元，被配置成基于由所述计算单元计算的信号来设定所述 图像形成单元的图像形成条件。
10、根据权利要求9所述的图像形成设备，还包括确定单元，该 确定单元被配置成基于由所述计算单元计算的信号来确定记录介质的 克重，其中所述控制单元根据所述确定单元的确定结果来设定所述图 像形成单元的图像形成条件。
11、根据权利要求10所述的图像形成设备，还包括信号输出单 元，该信号输出单元被配置成输出用于从所述发送单元发送具有预定 频率的超声波的驱动信号，其中所述确定单元在所述驱动信号的一个周期时段中检测由所 述计算单元计算的信号，以及通过利用所检测的信号来确定记录介质的克重。
12、根据权利要求10所述的图像形成设备，其中所述确定单元被配置成在自从所述驱动信号被输出起经过 了预定时间之后对所述计算单元计算的信号进行检测，并通过利用检 测结果来确定记录介质的克重。
13、根据权利要求10所述的图像形成设备，其中所述确定单元使得所述发送单元在记录介质没有被放置在 所述发送单元和所述接收单元之间时输出超声波，检测从所述接收单 元输出的接收信号，以及基于所检测的接收信号来确定当记录介质被 放置，信号的检测定时。
14、 根据权利要求9所述的图像形成设备，还包括信号输出单元，该信号输出单元被配置成输出用于从所述 发送单元发送具有预定频率的超声波的驱动信号，其中将所述检测定时设定为自从由所述计算单元计算的信号值 超过阈值起经过了与所述驱动信号的整数倍周期时段相对应的时间之 后的定时。
15、 根据权利要求14所述的图像形成设备，其中所述确定单元 在经过了与所述驱动信号的整数倍周期时段相对应的时间之后的所述 驱动信号的半周期时段期间，对由所述计算单元计算的信号进行检测。
16、 根据权利要求10所述的图像形成设备，其中所述确定单元通过利用当在记录介质没有被放置在所述发 送单元和所述接收单元之间的情况下输出超声波时由所述计算单元计算的信号以及当在记录介质被放置在其间的情况下输出超声波时由所 述计算单元计算的信号，来确定记录介质的克重。
17、 根据权利要求10所述的图像形成设备，其中所述确定单元 通过利用由所迷计算单元计算的信号的极大值来确定记录介质的克 重。
18、 根据权利要求9所述的图像形成设备，还包括信号输出单元， 该信号输出单元被配置成输出用于从所述发送单元发送具有预定频率 的超声波的驱动信号，其中所述控制单元使得所述发送单元在记录介质没有被放置在 所述发送单元和所述接收单元之间的情况下输出超声波，以及通过利 用从输出所述驱动信号的时间到检测由所述计算单元计算的信号的时 间的时间段来计算所述图像形成设备内的温度，以及基于所计算的温 度来设定图像形成条件。
全文摘要
本发明公开了一种记录介质确定设备和图像形成设备。一种通过利用超声波来确定记录介质的克重的记录介质确定设备包括发送单元，被配置成输出具有预定频率的超声波；接收单元，被配置成接收从所述发送单元输出的并透过记录介质的超声波，以及输出接收信号；计算单元，被配置成根据所述接收信号的周期来计算具有峰值分量的信号；以及确定单元，被配置成基于由所述计算单元计算的信号来确定记录介质的克重。
文档编号G03G15/00GK101604131SQ20091014910
公开日2009年12月16日 申请日期2009年6月12日 优先权日2008年6月13日
发明者岩佐刚志, 石田功 申请人:佳能株式会社