JP2006036425A - Sheet material discrimination device, heating device using this and image formation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被測定物の表面摩擦抵抗の差とその要因となる表面粗さの差及び表面材質の差を識別するシート材識別装置と、この装置を備えた加熱装置及び電子写真方式のプリンタ、複写機、インクジェットプリンタ、サーマルヘッドプリンタ、ドットインパクトプリンタ、ファクシミリやこれらの複合機器等の画像形成装置に関する。 The present invention relates to a sheet material identification device for identifying a difference in surface frictional resistance of a measured object, a difference in surface roughness and a surface material as a cause thereof, a heating device including this device, and an electrophotographic printer The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine, an ink jet printer, a thermal head printer, a dot impact printer, a facsimile, or a composite device thereof.
従来、各種画像形成装置は、一般的に普通紙、はがき、ボール紙、封書、OHP用のプラスチック製薄板等のシート状記録材上に画像を形成する装置であり、その代表例としての電子写真方式を用いたプリンタ、複写機、ファクシミリ等の装置では、トナーを現像剤として用いて静電的な画像形成手段によって記録材上にトナー像を形成した後、定着手段によって記録材を加熱及び加圧してトナー像を溶融固着させて画像形成するものである。 2. Description of the Related Art Conventionally, various image forming apparatuses are apparatuses for forming an image on a sheet-like recording material such as plain paper, postcard, cardboard, sealed letter, OHP plastic thin plate, etc. In apparatuses such as printers, copiers, and facsimile machines that use this method, a toner image is formed on a recording material by electrostatic image forming means using toner as a developer, and then the recording material is heated and heated by fixing means. The toner image is melted and fixed under pressure to form an image.
又、他の装置であるインクジェット方式を用いたプリンタ、複写機、ファクシミリ等の装置は、インクを現像剤として用い、機械的又は熱的反応を利用して微小なオリフィスを有するノズルを多数用いて構成された記録ヘッドからインクを高速で吐出させる画像形成手段によって記録材上に画像形成するものである。 In addition, other devices such as printers, copiers, and facsimiles using an ink jet system use ink as a developer and use a number of nozzles having minute orifices utilizing mechanical or thermal reactions. An image is formed on the recording material by image forming means for ejecting ink from the configured recording head at a high speed.
更に、他の装置である熱転写方式を用いたプリンタ、複写機、ファクシミリ等の装置は、インクリボンを現像剤として用い、サーマルヘッドを用いてインクリボンからインクを熱転写させる画像形成手段によって記録材上に画像形成するものである。 In addition, other apparatuses such as printers, copiers, and facsimile machines using a thermal transfer method use an ink ribbon as a developer and use a thermal head to transfer ink from the ink ribbon to the recording material by means of image forming means. An image is formed.
ところで、これらの装置は近年改良が施され、高画質化と処理速度の高速化に対する工夫が種々の手段によって実現されるようになってきており、同時にコストダウン対策も工夫されて低価格化が進み、広く普及するようになっている。 By the way, these devices have been improved in recent years, and devices for higher image quality and higher processing speed have been realized by various means. At the same time, cost reduction measures have been devised to reduce costs. Advancing and becoming widespread.
しかしながら、これらの画像形成装置に使用される記録材の種類は普通紙から封書用に特殊な表面処理を施された高級紙やOHP用の樹脂製シート等多種多様であり、更に装置の普及に伴って世界中で使用されるようになってきたため、各地で使用されるどのような記録材に対しても良好な画像を形成することができるよう対応する必要が生じており、特に画像形成条件に大きく影響する記録材表面の粗さは非常に重要な要素である。 However, the types of recording materials used in these image forming apparatuses vary widely, from plain paper to high-grade paper with special surface treatment for sealed letters and resin sheets for OHP. Accordingly, since it has been used all over the world, it is necessary to cope with it so that a good image can be formed on any recording material used in various places. The roughness of the recording material surface, which greatly affects the recording material, is a very important factor.
例えば、電子写真方式を採用する装置では、使用される記録材の表面が平滑な場合(以下、平滑紙と称する)と粗い場合(以下、ラフ紙と称する)では定着部において加熱源から紙表面へ熱を伝える加熱効率が表面性の差による熱抵抗差に従って異なっており、平滑紙で適正な定着温度でラフ紙を定着しても定着不足を招いてしまうため、ラフ紙に対してはより高い温度で定着する必要がある。このため、現状の装置では、ラフ紙を定着することができる温度を標準の定着温度として用い、平滑紙に対しては常に過剰な温度で定着させたままにしており、更により粗い紙に対しては更に高い定着温度が必要であるため、このような紙を用いる際にはユーザに定着温度の設定を変更させるための選択モードを設けていた。 For example, in an apparatus employing an electrophotographic system, when the surface of the recording material used is smooth (hereinafter referred to as smooth paper) or rough (hereinafter referred to as rough paper), the paper surface from the heating source in the fixing unit The heating efficiency for transferring heat to the surface differs according to the difference in thermal resistance due to the difference in surface properties, and even if the rough paper is fixed at an appropriate fixing temperature with smooth paper, it causes insufficient fixing. It is necessary to fix at a high temperature. For this reason, the current apparatus uses the temperature at which rough paper can be fixed as the standard fixing temperature, and is always fixed at an excessive temperature for smooth paper, and even for rougher paper. Since a higher fixing temperature is required, a selection mode is provided for allowing the user to change the setting of the fixing temperature when using such paper.
これらの具体的な例として電子写真方式を採用するプリンタの基本構成を図3に示す。 FIG. 3 shows a basic configuration of a printer that employs an electrophotographic system as a specific example of these.
即ち、図3は従来のプリンタ要部の断面図であり、該プリンタにおいては、帯電ローラ1で感光ドラム2の表面を一様に所定の極性に帯電させた後、レーザー等の露光手段3によって感光ドラム2を露光した領域のみを除電して感光ドラム2上に潜像を形成する。そして、この潜像は現像器4のトナー5によって現像されてトナー像として顕像化される。つまり、現像器4のトナー5を現像ブレード4aと現像スリーブ4bの間で感光ドラム2の帯電表面と同極性に摩擦帯電させ、感光ドラム2と現像スリーブ4bが対向する現像ギャップ部においてDCとACバイアスを重畳印加し、電界の作用によってトナー5を浮遊振動させつつ感光ドラム2の潜像形成部に選択的に付着させた後、このトナー5を転写ローラ6と感光ドラム2で形成される転写ニップ部まで感光ドラム2の回転によって搬送する。 That is, FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a conventional printer. In the printer, the surface of the photosensitive drum 2 is uniformly charged to a predetermined polarity by the charging roller 1 and then exposed by an exposure means 3 such as a laser. Only the area where the photosensitive drum 2 is exposed is neutralized to form a latent image on the photosensitive drum 2. The latent image is developed by the toner 5 of the developing device 4 to be visualized as a toner image. That is, the toner 5 of the developing device 4 is frictionally charged with the same polarity as the charging surface of the photosensitive drum 2 between the developing blade 4a and the developing sleeve 4b, and DC and AC are developed in the developing gap portion where the photosensitive drum 2 and the developing sleeve 4b face each other. A bias is applied in a superimposed manner, and the toner 5 is selectively attached to the latent image forming portion of the photosensitive drum 2 while floating and oscillating by the action of an electric field, and then the toner 5 is transferred by the transfer roller 6 and the photosensitive drum 2. The photosensitive drum 2 is conveyed to the nip portion by rotation.
一方、画像が記録される紙等の記録材7は、記録材収納箱7aから給紙ローラ対7c(下ローラはパッドでも良い)によって垂直搬送ローラ対7dまで先端部が給紙された後、この垂直搬送ローラ対7dによって転写前搬送ローラ7d’まで搬送されるかまたは手差しトレイ7bから給紙ローラ対7cによって転写前搬送ローラ7d’まで搬送されるかのいずれかの経路を通して搬送され、更にこの転写前搬送ローラ7d’によって転写上ガイド板9及び転写下ガイド板9’の間に沿って予め規定された進入角度で転写ニップ部まで搬送される。この転写前搬送ローラ7d’から転写ニップ部まで記録材7が搬送されるまでの間には、記録材7がこの領域に搬送されて来るまでに接触した種々の部材との摺擦によって該記録材7の表面が帯電している可能性があるため、静電的記録を行うに際して画像を乱す要因となるこのような不要な帯電を取り除くための除電ブラシ8が搬送中の記録材7の背面側に接するように設けられ、接地されている。 On the other hand, the recording material 7 such as paper on which an image is recorded is fed from the recording material storage box 7a to the vertical conveying roller pair 7d by a pair of feed rollers 7c (the lower roller may be a pad), It is transported through the path of either the vertical transport roller pair 7d to the pre-transfer transport roller 7d 'or the manual feed tray 7b by the paper feed roller pair 7c to the pre-transfer transport roller 7d'. The pre-transfer conveying roller 7d 'conveys the transfer upper guide plate 9 and the lower transfer guide plate 9' to the transfer nip portion at a predetermined entry angle. Until the recording material 7 is conveyed from the pre-transfer conveying roller 7d ′ to the transfer nip portion, the recording material 7 is rubbed with various members that are in contact before the recording material 7 is conveyed to this region. Since there is a possibility that the surface of the material 7 is charged, the back surface of the recording material 7 being transported by the neutralizing brush 8 for removing such unnecessary charging that causes an image disturbance when performing electrostatic recording is provided. It is provided in contact with the side and is grounded.
転写部において感光ドラム2上のトナー5を静電的に引き付けて記録材7側に移動させるためにトナー5と逆極性の高電圧が記録材7背面の転写ローラ6に印加され、記録材7の裏面にトナー5が静電的に引き付けられてトナー像が記録材7に転写されるとともに、記録材7の裏面はトナー5と逆極性に帯電され、転写されたトナー5を保持し続けるための転写電荷が記録材7の裏面に付与される。 In order to electrostatically attract the toner 5 on the photosensitive drum 2 and move it to the recording material 7 side in the transfer portion, a high voltage having a polarity opposite to that of the toner 5 is applied to the transfer roller 6 on the back surface of the recording material 7. The toner 5 is electrostatically attracted to the back surface of the toner and the toner image is transferred to the recording material 7, and the back surface of the recording material 7 is charged with a polarity opposite to that of the toner 5, so that the transferred toner 5 is continuously held. The transfer charge is applied to the back surface of the recording material 7.
最後に、トナー像が転写された記録材7は、加熱回転体13とニップ部を形成する加圧ローラ14で構成される定着器12まで搬送され、ニップ部で予め設定されている定着温度を保持するように加熱回転体13側に設けられたヒータによって温度制御されながら加熱及び加圧されてトナー像が定着される。 Finally, the recording material 7 onto which the toner image has been transferred is conveyed to a fixing device 12 composed of a heating rotator 13 and a pressure roller 14 that forms a nip portion, and a fixing temperature preset in the nip portion is set. The toner image is fixed by being heated and pressurized while being controlled by a heater provided on the heating rotator 13 side so as to be held.
尚、トナー像転写後の感光ドラム2の表面には極性の異なるトナー等の付着物が僅かに残るため、転写ニップ部を通過した後の感光ドラム2の表面はクリーニング容器10で感光ドラム2表面にカウンター当接されるクリーニングブレード10aによって付着物が掻き落とされて清掃された後、次の画像形成に備えて待機する。 In addition, since the deposits such as toners having different polarities remain slightly on the surface of the photosensitive drum 2 after the toner image transfer, the surface of the photosensitive drum 2 after passing through the transfer nip portion is the surface of the photosensitive drum 2 by the cleaning container 10. After the adhering matter is scraped off and cleaned by the cleaning blade 10a that is in contact with the counter, the apparatus waits for the next image formation.
尚、以上の帯電ローラ、感光ドラム、現像容器、クリーニング容器の各構成要素は交換周期が比較的短いため、これらを一体化したカートリッジ11の単位で交換可能にしたカートリッジ交換方式の装置が主として普及している。 The above-described components of the charging roller, the photosensitive drum, the developing container, and the cleaning container have a relatively short replacement cycle. Therefore, a cartridge replacement type apparatus that can be replaced in units of the cartridge 11 in which these components are integrated is widely used. is doing.
以上の工程の中で、画像の定着方式としては熱効率及び安全性が良好な接触加熱型の定着装置が広く知られており、従来は主に金属製円筒芯金表面に離型性層を形成し、円筒内部にハロゲンヒータを内包する熱定着ローラと、金属芯金に耐熱性ゴムから成る弾性層を形成し、その表面に加圧側離型性層を形成して成る加圧ローラを加圧当接して構成される熱ローラ定着器が用いられてきたが、近年、更に加熱効率の高い方式として、上記熱定着ローラの代わりに低熱容量の耐熱性樹脂フィルムを円筒状に加工してその表面に離型性層を形成した定着フィルムを用い、このフィルムの定着ニップ部の内側からセラミックヒータを当接させて加熱するフィルム加熱型定着器が用いられるようになっている。 Among the above processes, a contact heating type fixing device with good thermal efficiency and safety is widely known as an image fixing method. Conventionally, a release layer is mainly formed on the surface of a metal cylindrical metal core. Then, a heat fixing roller containing a halogen heater inside the cylinder and an elastic layer made of heat-resistant rubber formed on the metal core, and a pressure roller formed by forming a pressure-side release layer on the surface are pressed. In recent years, a heat roller fixing device constructed by abutting has been used. However, as a method with higher heating efficiency, a surface of a heat resistant resin film having a low heat capacity is processed into a cylindrical shape instead of the heat fixing roller. A film heating type fixing device is used in which a fixing film on which a release layer is formed is used and a ceramic heater is brought into contact with and heated from the inside of the fixing nip portion of the film.
この種のフィルム加熱型定着器は、近年の省エネルギー推進の観点から、従来のハロゲンヒータを内包する円筒状の金属を定着ローラとして用いる熱ローラ方式に比べて熱伝達効率が高く、装置の立上りも速い方式として注目され、より高速の機種にも適用されるようになってきているが、特にこの方式では昇温速度を重視するために定着部の加熱表面の熱容量を小さくする必要があり、結果として加熱面には弾性層を形成することが難しく、硬い加熱面が使用されている。このため、この種の定着方式は、記録材表面の凹凸差によって加熱効率に差が生じ易い構成となっている。 This type of film heating type fixing device has higher heat transfer efficiency than the conventional heat roller method using a cylindrical metal containing a halogen heater as a fixing roller from the viewpoint of promoting energy saving in recent years, and the apparatus is also started up. Although it has been attracting attention as a fast method and has been applied to higher-speed models, it is necessary to reduce the heat capacity of the heating surface of the fixing unit in order to emphasize the rate of temperature increase. It is difficult to form an elastic layer on the heating surface, and a hard heating surface is used. For this reason, this type of fixing method has a configuration in which a difference in heating efficiency is likely to occur due to unevenness on the surface of the recording material.
このような定着器を用いたプリンタ等の各種画像形成装置においては、前述のような処理速度の高速化に伴い、紙の種類の違いによって定着性の差が顕著になるという問題が生じており、ユーザが使用しようとする紙種に応じて予め適正な定着モードをユーザ自身がプリンタに入力する必要がある。 In various image forming apparatuses such as a printer using such a fixing device, as the processing speed is increased as described above, there is a problem that a difference in fixing property becomes remarkable due to a difference in paper type. The user himself / herself needs to input an appropriate fixing mode to the printer in advance according to the type of paper that the user intends to use.
しかしながら、このように使用する紙の種類によってその都度定着条件を切り替えるためにユーザにモード選択を強いることはユーザの作業負担の増加になるとともに、選択モードを間違えた場合にはそのプリント分の定着性が不足したり、逆に過剰に加熱して電力を無駄にするとともに高温オフセットによる画像不良が生じたり、定着器のトナー汚染を招く等の可能性があった。 However, forcing the user to select a mode in order to switch the fixing condition each time depending on the type of paper used in this way increases the work burden on the user, and if the selection mode is wrong, fixing the print amount. However, there is a possibility that power is wasted due to excessive heating, power is wasted, image defects occur due to high temperature offset, and toner contamination of the fixing device is caused.
又、近年のように1台のネットワークプリンタを複数のユーザが共有するような使用環境においては、1人のユーザが特殊な紙を用いてそれに応じたモード設定切り替えを行った後、その特殊紙を装置に残したままになることもあり得るため、そのことを知らない他のユーザが使用する際にモードが一致せず、適切な定着がなされないために前記問題が生じてしまう可能性も高くなっている。 Further, in a usage environment in which a single network printer is shared by a plurality of users as in recent years, a special user uses a special paper and switches the mode setting accordingly, and then the special paper is used. May be left on the device, and when used by other users who do not know that, the modes may not match and may not be properly fixed, causing the problem described above. It is high.
又、設定可能な定着モードの数に関しても、実際の紙の平滑度には厳密には種々のレベルが存在し、その各々に対して最適な条件を設けることは不可能であるため、或る範囲の平滑度を有する紙をまとめて同一モードで定着することによって設定モードの数を制限しており、特定の紙に対しては必要以上の電力を用いて定着する場合があり、紙と設定の組み合わせによっては効率の悪い定着が行われる場合もある。 Also, regarding the number of fixing modes that can be set, there are strictly different levels of actual paper smoothness, and it is impossible to set optimum conditions for each of them. The number of setting modes is limited by batch-fixing papers with smoothness in a range in the same mode. For certain papers, fixing may be performed using more power than necessary. Depending on the combination, inefficient fixing may be performed.
一方、前記インクジェット方式を採用する装置においては、使用される記録材が平滑紙の場合とラフ紙の場合では必要なインクの量が異なっており、平滑紙で適正なインク量でラフ紙上に画像形成しても紙の厚さ方向にインクが浸透して濃度不足を招いてしまうため、ラフ紙に対してはより多くのインクを吐出する必要がある。このため、現状の装置では、これらの異なる表面性の紙に対してユーザが予めその紙種をプリンタに認識させる作業を行う必要があった。 On the other hand, in the apparatus employing the ink jet method, the amount of ink required differs between the case where the recording material used is smooth paper and the case of rough paper, and an image on the rough paper with an appropriate amount of ink on smooth paper. Even if it is formed, the ink permeates in the thickness direction of the paper and causes a lack of density, so it is necessary to eject more ink to the rough paper. For this reason, in the current apparatus, it is necessary for the user to perform an operation for causing the printer to recognize the paper type in advance for the paper having different surface properties.
又、熱転写方式を採用する装置では、使用される記録材が平滑紙の場合とラフ紙の場合では必要な電力の量が異なっており、平滑紙で適正な電力量でラフ紙上に熱転写しても熱抵抗が大きいためにインクの転写性が低下して濃度不足を招いてしまっていた。 Also, in the apparatus adopting the thermal transfer method, the amount of power required differs between the case where the recording material used is smooth paper and the case of rough paper. However, since the thermal resistance is large, the transferability of the ink is lowered and the density is insufficient.
以上のように、現状の装置では何れも記録材の表面粗さによる画像の画質低下を防ぐために余分な温度やインク、電力を消費したり、画質の低下を招くことになり、これらの問題を防ぐためには記録材の表面粗さに応じてこれらの条件を切り替えることが必要であるが、現状ではユーザに設定変更の手間を強いるような方法や一部の装置に用いられている複雑な構成や信号処理を必要とする光学式センサしか考えられておらず大幅なコストUPを招くしかなかった。 As described above, in all current apparatuses, excessive temperature, ink, and power are consumed to prevent image quality deterioration due to the surface roughness of the recording material, and image quality is deteriorated. In order to prevent this, it is necessary to switch these conditions according to the surface roughness of the recording material, but at present, complicated methods used in methods and some devices that force the user to change settings In addition, only optical sensors that require signal processing have been considered, leading to a significant increase in cost.
このため、記録材表面の粗さを検知し、その検知結果に応じて画像形成条件を変更して画像形成する装置の提案がこれまでに幾つかなされおり、それらの中で比較的安価且つ高速に記録材表面粗さを検知可能な検知原理が提案されている。これらの提案では、記録材表面に接触する接触手段が記録材表面との摺擦によって生じる振動や摺擦音等の物理的現象を検知し、その検知量の差を表面粗さの差として検知する方法が開示されており、その具体的構成として接触手段に圧電素子を設けて振動を電気信号に変換して検知する構成が提案されている。 For this reason, several proposals have been made so far for detecting the roughness of the surface of the recording material and changing the image forming conditions according to the detection result. In addition, a detection principle capable of detecting the recording material surface roughness has been proposed. In these proposals, the contact means that contacts the surface of the recording material detects physical phenomena such as vibration and rubbing sound caused by rubbing against the surface of the recording material, and detects the difference in the detected amount as the difference in surface roughness. As a specific configuration thereof, a configuration is proposed in which a piezoelectric element is provided in the contact means and vibration is converted into an electrical signal and detected.
しかしながら、上記提案には実際に記録材表面に接触させる部材(以下、プローブと称する)に必要な具体的構成条件は詳細に開示されておらず、単純な直線状のプローブが搬送方向の上流側で一方の端部を固定され、下流側の先端を斜め搬送方向に逆らわないように当接させる構成が示されているだけに留まっており、この内容だけで実際に精度の高い検知を実現することは困難であった。 However, the above proposal does not disclose in detail the specific configuration conditions necessary for a member (hereinafter referred to as a probe) that is actually brought into contact with the surface of the recording material, and a simple linear probe is located upstream in the transport direction. However, only one configuration is shown in which one end is fixed and the downstream end abuts against the oblique transport direction so as not to be opposed to the diagonal conveyance direction. It was difficult.
このため、筆者は圧電素子を用いた検知方式で、シート材識別性能を飛躍的に改善して実用可能とするために、センサプローブ形状及び取り付け構成を新たに検討し、プローブ先端部に先端当接部が搬送平面上を搬送方向前後に振動可能となる構造を付与し、且つ、先端当接部を搬送方向に逆らって測定表面に食い込む角度に設定することにより非常に高い識別性能が得られる事を見出し、このような構造を紙搬送を阻害することなく最も安価に実現する構成として、図4(A)及び(B)に示すような短冊状の板金を2回折り曲げたS字型の側面形状を有するプローブを回転軸に回転可能に固定する構成のS字型表面性検知センサ15を考案し、1つのセンサで紙カセットまたは手差しトレイのどちらから紙を給紙しても検知できるようにこのセンサを両者の紙搬送経路の合流部紙搬送方向下流側で紙の表面側から検知が可能な位置として最適な図3に示した転写上ガイド9に取り付けて評価を行った結果、紙搬送を阻害することなく非常に高い識別性能が得られる事を確認した。 For this reason, in order to dramatically improve the sheet material identification performance and make it practical with the detection method using a piezoelectric element, the author newly examined the sensor probe shape and mounting configuration, and applied the tip to the probe tip. A structure that allows the contact portion to vibrate on the transport plane in the front and rear directions in the transport direction is provided, and the tip contact portion is set at an angle that bites into the measurement surface against the transport direction, resulting in extremely high discrimination performance. As a configuration that realizes such a structure at the lowest cost without impeding paper conveyance, an S-shaped sheet metal plate bent as shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B) is bent twice. An S-shaped surface property detection sensor 15 having a configuration in which a probe having a side surface shape is rotatably fixed to a rotation shaft so that a single sensor can detect whether paper is fed from a paper cassette or a manual feed tray. In As a result of attaching and evaluating the above sensor to the transfer upper guide 9 shown in FIG. 3 which is optimal as a position that can be detected from the front side of the paper at the downstream side in the paper conveyance direction of both paper conveyance paths, It was confirmed that very high discrimination performance can be obtained without obstructing.
このセンサは、より詳細には図4(A)に示すように、圧電素子部15bを平坦部に形成されたS字型プローブ15aがその反搬送側端部を固定ネジ15dでプローブホルダー15cに固定され、このプローブホルダー15cは搬送方向に直角且つ搬送平面に平行な方向に軸方向を有するプローブ回転軸15eに回転可能に固定されており、プローブ先端部はこのプローブ回転軸15eを中心として搬送平面に対して10〜31g程度の当接圧で不図示の加圧手段により加圧当接されている。更にこのプローブ回転軸15eは軸受け15fを介してセンサ保持板15g(=転写上ガイド)上に固定されており、搬送平面として搬送平面板15h(=転写下ガイド板)が紙の搬送路上に設けられている。図4(B)はこれらの構成部材を上から見た場合の各部材の配置関係を示したものであり、センサ保持板15gの中央部にはS字型表面性検知センサ15の先端部を搬送平面に当接させるため角穴が開けられており、圧電素子部15b表面とS字型プローブ15aの板金表面からは検知信号を取り出すための信号線がハンダ付けされて装置の電装部までセンサ保持板15g表面を長手方向に沿って引き回されている。 More specifically, as shown in FIG. 4A, this sensor has an S-shaped probe 15a having a piezoelectric element portion 15b formed in a flat portion, and an end on the opposite side to a probe holder 15c with a fixing screw 15d. The probe holder 15c is fixed to a probe rotation shaft 15e having an axial direction perpendicular to the transport direction and parallel to the transport plane, and the probe tip is transported around the probe rotation shaft 15e. It is pressed against the flat surface by a pressing means (not shown) with a contact pressure of about 10 to 31 g. Further, the probe rotating shaft 15e is fixed on a sensor holding plate 15g (= transfer upper guide) via a bearing 15f, and a transport flat plate 15h (= transfer lower guide plate) is provided on the paper transport path as a transport plane. It has been. FIG. 4B shows the positional relationship of these members when these components are viewed from above. The tip of the S-shaped surface property detection sensor 15 is placed at the center of the sensor holding plate 15g. A square hole is made to contact the conveyance plane, and a signal line for taking out a detection signal is soldered from the surface of the piezoelectric element portion 15b and the surface of the metal plate of the S-shaped probe 15a to the electrical component of the apparatus. The surface of the holding plate 15g is routed along the longitudinal direction.
図5(A)は以上のように構成されたS字型表面性検知センサを用いて、実際に電子写真方式のプリンタに使用される主な紙を連続して通紙した際のセンサの出力信号波形を測定した結果を示しており、グラフの横軸は紙種であり、縦軸は信号電圧である。この測定では通紙する紙の順番としてラフ紙と平滑紙を交互に並べて通紙しており、測定結果には明確にラフ紙の信号レベルが高く平滑紙の信号レベルが低く分類されて検出されている。 FIG. 5A shows the output of the sensor when the main paper actually used in the electrophotographic printer is continuously fed using the S-shaped surface property detection sensor configured as described above. The result of measuring the signal waveform is shown, the horizontal axis of the graph is the paper type, and the vertical axis is the signal voltage. In this measurement, rough paper and smooth paper are alternately arranged as the order of paper to be passed, and the measurement result is clearly detected as the rough paper signal level is classified high and the smooth paper signal level is low. ing.
但し、この結果のままでは各紙に対して生じる信号は微細なパルス信号の集合波形となっているため、信号の取り込みを高速でタイミング良く処理する必要があるうえ、本来低い信号が出るはずの平滑紙の信号波形中にも局所的ではあるが一部の紙で不測の要因で高いパルス信号が発生する場合もあり、検出結果を装置内部で精度良く認識させるためにはこのままの波形では適切ではなかった。このため、筆者は更にこのセンサに適した信号処理方法として、信号検出回路の後段に積分回路を設け、更に適度に自己放電を行うように工夫した信号処理回路を考案し、前記パルス状信号を処理した結果、図5(B)に示すような波形が得られ、紙種の識別を容易に実現できるようになった。 However, since the signal generated for each paper is a collective waveform of fine pulse signals with this result as it is, it is necessary to process the signal acquisition at a high speed with good timing, and the smooth signal that should originally produce a low signal is required. Even in the paper signal waveform, a high pulse signal may be generated due to unforeseen factors in some papers, but in order to recognize the detection result with high accuracy inside the device, this waveform is not appropriate. There wasn't. For this reason, as a signal processing method suitable for this sensor, the writer has devised a signal processing circuit in which an integration circuit is provided in the subsequent stage of the signal detection circuit to further appropriately perform self-discharge, and the pulse signal is obtained. As a result of the processing, a waveform as shown in FIG. 5B is obtained, and the paper type can be easily identified.
更に、本センサの応用として、図4(C)に示すようなシート材の搬送路に屈曲構造16を設け、センサとシート材の接触位置で紙のループが形成されやすいように構成することで、このループの高さがシート材の剛性差によって異なる、即ち、材質が同じとして剛性差を紙厚に置き換えると同図の薄紙7’と厚紙7”のような搬送中のシートの形状差が生じ、シートのループ変形量差に伴う下から上方向へプローブ先端部を持ち上げようとする圧力差を招いてセンサのプローブ先端部に加わる当接圧を相対的に変化させ、結果として紙の剛性差を検出する(剛性が高いほど信号レベルが高くなる)ことも可能にでき、材質が同じもの同士の剛性差はシート材の厚さに比例することからシート材の厚さを検出することも実現できるようになった。 Furthermore, as an application of this sensor, a bending structure 16 is provided in the sheet material conveyance path as shown in FIG. 4C, and a paper loop is easily formed at the contact position between the sensor and the sheet material. The height of the loop differs depending on the difference in rigidity of the sheet material, that is, if the difference in rigidity is replaced with the paper thickness assuming that the material is the same, the difference in the shape of the sheet being conveyed such as thin paper 7 ′ and thick paper 7 ″ in FIG. Resulting in a pressure difference to lift the probe tip from the bottom to the top due to the difference in the amount of loop deformation of the sheet, causing the contact pressure applied to the probe tip of the sensor to change relatively, resulting in the stiffness of the paper It is also possible to detect the difference (the higher the stiffness, the higher the signal level), and the difference in stiffness between the same material is proportional to the thickness of the sheet material, so the thickness of the sheet material can also be detected Can be realized .
以上のように構成され、取り付けられたS字型表面性検知センサ15を用いて信号処理を適切に行うことにより、搬送されてきた紙の表面性及び剛性・厚みの検知を少なくとも定着工程前に完了して定着制御を切り替えることができるようになるので、ユーザは使用する紙の種類を気にすること無く、且つ、画像不良や不要な電力の消費を招くことなく、装置を使用する事が可能となる。 By appropriately performing signal processing using the S-shaped surface property detection sensor 15 configured and attached as described above, the surface property, rigidity, and thickness of the conveyed paper are detected at least before the fixing step. Since the fixing control can be switched after completion, the user can use the apparatus without worrying about the type of paper to be used and without causing image defects and unnecessary power consumption. It becomes possible.
しかしながら、上記の構成は基礎検討レベルでは良好な識別性と紙搬送性を示したが、実際に装置内部にこのS字型表面性検知センサを組み込んで連続通紙耐久試験を行うと、長期間使用するには未だ不完全な部分があった。図6はこのような実際の使用において生じる不具合を示したものであり、プリンタの内部に上記センサを組み込み、標準的な紙で連続通紙耐久試験を45万枚まで行った際の5万枚ごとに定期的に実施したセンサの検知特性評価結果のグラフである。 However, the above configuration showed good discrimination and paper transportability at the basic examination level. However, when this S-shaped surface property detection sensor was actually incorporated into the apparatus and a continuous paper-passing durability test was conducted, There was still an incomplete part to use. FIG. 6 shows such a problem that occurs in actual use. The above sensor is incorporated in the printer, and a continuous paper endurance test with standard paper up to 450,000 sheets is performed. It is a graph of the detection characteristic evaluation result of the sensor implemented regularly for every.
センサの検知特性評価にはプリンタに使用される主な紙種から代表的なラフ紙と平滑紙を混ぜた10種類の紙を選んで用いており、紙種の識別記号中のF:平滑紙、R:均一な表面粗さを有するラフ紙、W:紙表面に波状の修飾を施されたラフ紙を各々意味し、各数字は各紙の坪量を示しており、一般的に坪量が大きい紙ほどの剛性が高く、同時に厚みも厚くなる。また、OHTは表面の非常に平滑なOHP用紙を示しており、以下このレベルのシートを超平滑シートと称する。 For the detection characteristics evaluation of the sensor, ten types of paper, which is a mixture of typical rough paper and smooth paper, are selected from the main paper types used in the printer. F in the paper type identification symbol: smooth paper , R: Rough paper with uniform surface roughness, W: Rough paper with wavy modification on the paper surface, each number indicates the basis weight of each paper, and generally the basis weight is Larger paper has higher rigidity and at the same time thicker. OHT indicates an OHP sheet having a very smooth surface, and a sheet of this level is hereinafter referred to as an ultra-smooth sheet.
図6の耐久結果からわかるように、本センサの検知性能は初期から45万枚通紙後まで各チェック時点においては各紙種を「超平滑シート、平滑紙、ラフ紙及び厚紙(坪量が135g以上)」の3種類に分類できるように各紙に対する検知信号レベル差が生じ、「超平滑シートと平滑紙の間」と「平滑紙とラフ紙及び厚紙の間」の各々の領域に閾値を設けて識別することは可能であり、識別性能自体は維持されているが、耐久期間全体を通して各領域に対する閾値を考えた場合、「超平滑シートと平滑紙の間」の閾値は常に一定の閾値(この例では0.7v程度の値)のままでよいが、「平滑紙とラフ紙及び厚紙の間」の領域にはマージンが少なく、50k時点のF105と他の耐久時点のラフ紙及び厚紙で比較的低めに検知された際の値にはほぼ同一レベルや逆転する場合が存在しており、耐久期間全体を通して各領域を一つの閾値で識別することは困難であり、使用時点によっては一部の紙同士の間で誤検知する危険がある。 As can be seen from the durability results in FIG. 6, the detection performance of this sensor is as follows: “Super-smooth sheet, smooth paper, rough paper and cardboard (basis weight is 135 g) The detection signal level difference occurs for each paper so that it can be classified into the above three types, and a threshold value is provided in each of the areas “between super-smooth sheet and smooth paper” and “between smooth paper and rough paper and cardboard”. However, when the threshold for each region is considered throughout the durability period, the threshold between “super smooth sheet and smooth paper” is always a constant threshold ( In this example, the value may be approximately 0.7v), but there is little margin in the area “between smooth paper and rough paper and cardboard”, and F105 at 50k and rough paper and cardboard at other endurance points. To the value when detected relatively low There are cases where the level is almost the same or reverse, and it is difficult to identify each area with a single threshold throughout the endurance period, and there is a risk of false detection between some papers depending on the point of use .
また、上記の耐久評価では比較的坪量の大きな厚紙に対する検知信号レベルの変動が大きい傾向があるが、シート材識別装置の応用先として、同じ電子写真方式の画像形成装置でも複数のカラートナー層からなるトナー像を同時に定着させるカラー機や非常に高速で定着を行う高速機においては前期定着器の定着ローラ表面を耐熱性ゴムの弾性層で構成し、柔らかな表面でシート材表面を包み込んで加熱効率を上げる方式が主に用いられており、このような装置においてはシート材表面の多少の粗さの違いよりも熱容量の差による定着性の変化が重要となるため、シート材の熱容量との相関が高い紙の剛性や紙厚の識別能力に対する信頼性が問題となる場合がある。 In the above durability evaluation, the fluctuation of the detection signal level tends to be large for thick paper having a relatively large basis weight. However, as an application destination of the sheet material identification device, a plurality of color toner layers are used even in the same electrophotographic image forming apparatus. In the color machine that fixes toner images consisting of the above and the high-speed machine that fixes at a very high speed, the fixing roller surface of the previous fixing unit is composed of an elastic layer of heat-resistant rubber, and the sheet material surface is wrapped with a soft surface A method of increasing the heating efficiency is mainly used, and in such an apparatus, the change in fixing property due to the difference in heat capacity is more important than the difference in the roughness of the surface of the sheet material. There is a case where the reliability of the paper rigidity and the paper thickness identifying ability having a high correlation is a problem.
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、ユーザによる紙種選択設定作業が不要で、如何なる表面粗さ及び剛性・厚みを有する紙が使用されても、良好な熱処理と定着及び画像形成を効率良く行うことができるシート材識別装置の長期間使用中の誤検知防止を実現し、これを用いた加熱装置及び各種画像形成装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the intended process is that it does not require a user to select and set the paper type, and is satisfactory regardless of the paper having any surface roughness, rigidity and thickness. An object of the present invention is to provide a heating device and various image forming apparatuses using the sheet material identification device capable of efficiently performing heat treatment, fixing, and image formation while preventing erroneous detection during long-term use.
上記目的を達成するため、本発明は、シート材を搬送するシート材搬送手段と、圧電素子を内蔵するプローブを有し、該プローブ先端を前記シート材表面に当接させながら前記シート材を搬送することにより、前記圧電素子部に前記シート材表面の凹凸及び摩擦係数に応じた強度の振動及び衝撃による歪を誘起して電気信号を生じさせ、該電気信号強度差を基に前記シート材の種類を識別するシート材識別装置において、該装置の識別性能を校正するために必要な表面粗さを有する校正用シートと、定期的に前記装置に該校正用シートを通紙して校正を促す定期校正誘導手段を設け、前記校正用シートによって前記圧電素子部から生じる信号レベルを基に該プローブの検知特性の変動を補正することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention has a sheet material conveying means for conveying a sheet material and a probe with a built-in piezoelectric element, and conveys the sheet material while bringing the probe tip into contact with the surface of the sheet material. Thus, an electric signal is generated in the piezoelectric element portion by inducing distortion due to vibration and impact having a strength corresponding to the unevenness and friction coefficient of the surface of the sheet material, and based on the difference in electric signal strength, In the sheet material identification device for identifying the type, a calibration sheet having a surface roughness necessary for calibrating the identification performance of the device and the calibration sheet are periodically passed through the device to prompt calibration. Periodic calibration guidance means is provided, and the variation in detection characteristics of the probe is corrected based on the signal level generated from the piezoelectric element portion by the calibration sheet.
また、前記校正用シートは、該装置に通紙されうるシート中で最も表面性の粗いシートと同等の表面粗さを少なくとも片面に有し、該表面粗さを有する面を通紙して前記圧電素子から生じた信号レベルVcを記憶する記憶手段と、前記シート材を搬送させて生じた信号レベルVsを検知した後Vs/Vcの比率を演算する演算手段と、標準の各種シートに対する信号レベルVssと標準の校正用シートに対する信号レベルVscの比率Vss/Vscの大小関係から予め求められた比率における閾値Srの記録手段とを有し、前記Vs/Vcの結果を該Srで分類した結果を用いて前記シート材の識別を行うことで補正することを特徴とする。 Further, the calibration sheet has at least one surface roughness equivalent to the most rough sheet among the sheets that can be passed through the apparatus, and the surface having the surface roughness is passed through the sheet. Storage means for storing the signal level Vc generated from the piezoelectric element, calculation means for calculating the ratio of Vs / Vc after detecting the signal level Vs generated by conveying the sheet material, and signal levels for various standard sheets Vss and a recording means of a threshold value Sr at a ratio obtained in advance from the magnitude relationship of the ratio Vss / Vsc of the signal level Vsc to the standard calibration sheet, and the result of classifying the result of the Vs / Vc by the Sr And correcting by performing identification of the sheet material.
また、前記校正用シートは、該装置に通紙されうるシート中で最も表面性の粗いシートと同等の表面性を片面に有するとともに該装置に通紙されうるシート中で最も平滑なシートと同等の表面性を他方の面に有し、1回の校正において各面を1回ずつ合計2回通紙して粗さの上限と下限の両基準に対して前記圧電素子部から生じる各信号レベルを基に装置の検知特性の変動を補正することを特徴とする。 Further, the calibration sheet has a surface property on one side equivalent to the sheet having the roughest surface property among sheets that can be passed through the apparatus and is equivalent to the smoothest sheet among sheets that can be passed through the apparatus. Each signal level generated from the piezoelectric element portion with respect to both the upper and lower limits of roughness by passing each surface twice in total in one calibration. It is characterized by correcting fluctuations in the detection characteristics of the apparatus based on the above.
また、前記校正用シートは、該装置に通紙されうるシート中で最も表面性の粗いシートと同等の表面粗さを片面の前半部に有するとともに該装置に通紙されうるシート中で最も平滑なシートと同等の表面粗さを同一面の後半部に有し、1回の校正において2種類の表面粗性を同時に検知して粗さの上限と下限の両基準に対して前記圧電素子部から生じる各信号レベルを基に装置の検知特性の変動を補正することを特徴とする。 The calibration sheet has the same surface roughness as the most rough sheet in the sheet that can be passed through the apparatus in the first half of one side and is the smoothest sheet that can be passed through the apparatus. The piezoelectric element portion has the same surface roughness as that of a simple sheet in the latter half of the same surface, and simultaneously detects two types of surface roughness in one calibration, with respect to both the upper and lower limits of roughness. The variation of the detection characteristic of the apparatus is corrected based on each signal level generated from the above.
また、少なくとも前記校正用シートの表面性の粗い領域に前記プローブより硬度の高いセラミック粒子が分散塗布固定されていることを特徴とする。 In addition, ceramic particles having hardness higher than that of the probe are dispersedly applied and fixed at least in a region having a rough surface property of the calibration sheet.
また、前記プローブは、該プローブ先端部を前記シート材搬送方向に直角且つ搬送平面に平行な固定軸を中心とした円周方向且つ前記シート材の搬送方向と逆方向に加圧する加圧手段で加圧されるとともに、該プローブ先端部に先端当接部が搬送平面上を搬送方向前後に振動可能となる構造を有し、且つ、先端当接部を搬送方向に逆らって測定表面に食い込む角度に設定され、該プローブ先端を前記シート材表面に当接させながら前記シート材を搬送することにより、前記圧電素子部に前記シート材表面の凹凸及び摩擦係数に応じた各強度の振動及び衝撃による歪を誘起して電気信号を発生させ、該電気信号強度差を基に前記シート材表面の表面性を識別するシート材識別機能を有することを特徴とする。 The probe is a pressurizing unit that pressurizes the tip of the probe in a circumferential direction around a fixed axis perpendicular to the sheet material conveyance direction and parallel to the conveyance plane and in a direction opposite to the sheet material conveyance direction. An angle at which the tip abutting portion can be vibrated on the probe tip portion in the transport plane in the front and rear directions in the transport direction, and the tip contact portion bites into the measurement surface against the transport direction. By conveying the sheet material while the probe tip is in contact with the surface of the sheet material, the piezoelectric element portion is caused by vibration and impact of each strength according to the unevenness and friction coefficient of the sheet material surface. It has a sheet material identification function for generating an electric signal by inducing strain and identifying the surface property of the surface of the sheet material based on the electric signal intensity difference.
また、前記プローブは、金属板金の先端部を搬送方向の側面から見てS字型になるように第1折り曲げ部R1と第2折り曲げ部R2の2箇所で折り曲げたS字型板金を用い、該S字型板金の固定端部と第1折り曲げ部の間の平坦部表面に圧電素子を形成したS字型プローブであることを特徴とする。 In addition, the probe uses an S-shaped sheet metal that is bent at two locations, the first bent portion R1 and the second bent portion R2, so that the tip end portion of the metal sheet metal is S-shaped when viewed from the side in the transport direction. It is an S-shaped probe in which a piezoelectric element is formed on the flat surface between the fixed end of the S-shaped sheet metal and the first bent portion.
また、前記定期校正誘導手段として、装置の累積シート材識別回数カウント手段を設け、該カウント手段の結果が予め設定された所定回数に到達するたびに、装置表示部または装置制御ホストに定期校正構成要求信号を送信する手段を用いることを特徴とする。 Further, as the periodic calibration guiding means, there is provided a cumulative sheet material identification number counting means of the apparatus, and a periodic calibration configuration is provided in the apparatus display unit or the apparatus control host each time the result of the counting means reaches a predetermined number of times set in advance. A means for transmitting a request signal is used.
また、前記シート材識別装置を加熱装置に用い、前記構成用シートとして耐熱性樹脂を用い、該シート材識別装置を通過した被加熱材上に接触加熱する熱処理手段と、前記シート材識別装置の識別信号に応じて前記熱処理手段の加熱温度を制御する制御手段を備えることを特徴とする。 The sheet material identification device is used as a heating device, a heat-resistant resin is used as the constituent sheet, and heat treatment means for heating the material to be heated that has passed through the sheet material identification device; and the sheet material identification device Control means for controlling the heating temperature of the heat treatment means according to the identification signal is provided.
また、前記シート材識別装置を画像形成装置に用い、該シート材識別装置を通過した記録材上にトナー像を形成する画像形成手段と、トナー像が形成された記録材を加熱および加圧して該記録材上に前記トナー像を定着させる定着手段と、前記シート材識別装置の識別信号に応じて前記定着手段の定着温度及び前記記録材の加熱時間または加熱処理間隔を変更する制御手段を備えることを特徴とする。 The sheet material identification device is used in an image forming apparatus, and an image forming unit that forms a toner image on a recording material that has passed through the sheet material identification device, and a recording material on which the toner image is formed are heated and pressurized. Fixing means for fixing the toner image on the recording material, and control means for changing a fixing temperature of the fixing means and a heating time or a heating processing interval of the recording material in accordance with an identification signal of the sheet material identification device. It is characterized by that.
また、前記定期校正誘導手段として少なくともトナー補給用容器を有する消耗部品カートリッジに前記校正用シートを添付し、該消耗部品カートリッジ交換時に、新規の消耗部品カートリッジに添付されている前記校正用シートで校正を行った後に装置が使用可能となるように装置を制御する制御手段を設けることを特徴とする。 Further, the calibration sheet is attached to a consumable part cartridge having at least a toner supply container as the periodic calibration guiding means, and calibration is performed using the calibration sheet attached to a new consumable part cartridge when the consumable part cartridge is replaced. Control means for controlling the apparatus is provided so that the apparatus can be used after the operation is performed.
また、前記定期校正誘導手段として少なくともトナー補給用容器を有する消耗部品カートリッジに前記校正用シートを添付し、該消耗部品カートリッジ着脱時に、該消耗部品カートリッジに添付されている前記校正用シートで校正を行った後に装置が使用可能となるように装置を制御する制御手段を設けることを特徴とする。 Further, the calibration sheet is attached to a consumable part cartridge having at least a toner supply container as the periodic calibration guiding means, and calibration is performed with the calibration sheet attached to the consumable part cartridge when the consumable part cartridge is attached or detached. Control means for controlling the apparatus is provided so that the apparatus can be used after being performed.
また、前記シート材識別装置を画像形成装置に用い、該シート材識別装置を通過した記録材上にインクを吐出して画像を形成するインク吐出式画像形成手段と、前記シート材識別装置の識別信号に応じて前記インク吐出式画像形成手段のインク吐出量を制御する制御手段を備えることを特徴とする。 In addition, the sheet material identification device is used in an image forming apparatus, and an ink ejection type image forming unit that forms an image by ejecting ink onto a recording material that has passed through the sheet material identification device, and identification of the sheet material identification device Control means for controlling the ink discharge amount of the ink discharge type image forming means in accordance with a signal is provided.
また、前記シート材識別装置を画像形成装置に用い、該シート材識別装置を通過した記録材上にサーマルヘッドを用いてインクリボン上のインクを熱転写させる熱転写式画像形成手段と、前記シート材識別装置の識別信号に応じて前記熱転写式画像形成手段の前記サーマルヘッドへの供給電力を制御する制御手段を備えることを特徴とする。 Further, the sheet material identification device is used in an image forming apparatus, and a thermal transfer image forming means for thermally transferring ink on an ink ribbon using a thermal head on a recording material that has passed through the sheet material identification device, and the sheet material identification Control means for controlling power supplied to the thermal head of the thermal transfer image forming means in accordance with an identification signal of the apparatus.
また、シート材を搬送するシート材搬送手段と、圧電素子を内蔵するプローブを有し、該プローブ先端を前記シート材表面に当接させながら前記シート材を搬送することにより、前記圧電素子部に前記シート材表面との摩擦力に応じて強度が変化する振動及び衝撃による歪を誘起して電気信号を生じさせ、該電気信号強度差を基に前記シート材の剛性を識別するシート材識別装置において、該装置の識別性能を校正するために必要な基準剛性を有する剛性校正用シートと、定期的に前記装置に該剛性校正用シートを通紙して校正を促す定期校正誘導手段を設け、前記剛性校正用シートによって前記圧電素子部から生じる信号レベルを基に装置の検知特性の変動を補正することを特徴とする。 In addition, the sheet material conveying means for conveying the sheet material, and a probe having a piezoelectric element built therein, the sheet material is conveyed while the tip of the probe is in contact with the surface of the sheet material. A sheet material identification device for inducing strain due to vibration and impact whose strength changes according to the frictional force with the surface of the sheet material, generating an electrical signal, and identifying the rigidity of the sheet material based on the electrical signal strength difference A rigidity calibration sheet having a reference rigidity necessary for calibrating the identification performance of the device, and periodic calibration guidance means for periodically passing the stiffness calibration sheet through the device to promote calibration, Variations in detection characteristics of the apparatus are corrected based on a signal level generated from the piezoelectric element portion by the rigidity calibration sheet.
また、前記剛性校正用シートとして、該装置に通紙されうるシート中で最も剛性の高いシートと同等の剛性を有する高剛性校正用シートと、該装置に通紙されうるシート中で最も剛性の低いシートと同等の剛性を有する低剛性校正用シートの2種類を設け、1回の校正で該2種類の校正用シートを1回ずつ合計2回通紙し、剛性の上限と下限の両基準に対して前記圧電素子部から生じる各信号レベルを基に装置の検知特性の変動を補正することを特徴とする。 Further, as the rigidity calibration sheet, a high-rigidity calibration sheet having the same rigidity as the most rigid sheet among sheets that can be passed through the apparatus, and the most rigid sheet among sheets that can be passed through the apparatus. Two types of low-rigidity calibration sheets that have the same rigidity as low sheets are provided, and the two types of calibration sheets are passed twice in a single calibration. On the other hand, fluctuations in detection characteristics of the apparatus are corrected based on signal levels generated from the piezoelectric element section.
そして、以上の特徴を有するシート材識別装置を用いることによって、従来の加熱装置やトナーやインク、インクリボンを用いる画像形成装置を使用する際の装置の誤検知を防止して被加熱材や記録材の表面特性及び剛性の検知精度を向上し、各表面性及び剛性に応じて各装置の制御条件を最適化する際の信頼性を向上することができる。 Further, by using the sheet material identification device having the above characteristics, it is possible to prevent erroneous detection of the device when using a conventional heating device or an image forming device that uses toner, ink, or ink ribbon, and the heated material or recording. It is possible to improve the detection accuracy of the surface characteristics and rigidity of the material, and to improve the reliability when optimizing the control conditions of each device according to each surface property and rigidity.
本発明によれば、シート材を搬送するシート材搬送手段と、圧電素子を内蔵するプローブを有し、該プローブ先端を前記シート材表面に当接させながら前記シート材を搬送することにより、前記圧電素子部に前記シート材表面の凹凸及び摩擦係数に応じた強度の振動及び衝撃による歪を誘起して電気信号を生じさせ、該電気信号強度差を基に前記シート材の種類を識別するシート材識別装置において、該装置の識別性能を校正するために必要な表面粗さを有する校正用シートまたは必要な剛性を有する校正用シートと、定期的に前記装置に該校正用シートを通紙して校正を促す定期校正誘導手段を設け、定期的に前記校正用シートによって前記圧電素子部から生じる信号レベルを基に該プローブの検知特性の変動を補正することができるようになるため、シート材上に画像を形成する電子写真方式や、インクジェット方式及び熱転写方式の各種画像形成装置において、使用するシート材の種類を識別して各種類ごとに最適な画像形成条件を自動選択する性能を長期間維持できるようになる。 According to the present invention, the sheet material conveying means for conveying the sheet material and a probe having a built-in piezoelectric element are provided, and by conveying the sheet material while bringing the probe tip into contact with the surface of the sheet material, A sheet that induces an electric signal by inducing a vibration due to vibration and shock according to the unevenness of the surface of the sheet material and a friction coefficient in the piezoelectric element portion, and identifies the type of the sheet material based on the electric signal intensity difference In a material identification apparatus, a calibration sheet having a surface roughness necessary for calibrating the identification performance of the apparatus or a calibration sheet having a necessary rigidity, and periodically passing the calibration sheet through the apparatus. Periodic calibration guidance means for prompting calibration is provided so that fluctuations in detection characteristics of the probe can be corrected periodically based on the signal level generated from the piezoelectric element portion by the calibration sheet. Therefore, in various types of image forming apparatuses that form images on sheet materials, ink jet methods, and thermal transfer methods, the type of sheet material to be used is identified and the optimum image forming conditions are automatically selected for each type. Performance can be maintained for a long time.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
<実施の形態1>
図1(A)、(B)及び図2(A)、(B)は各々本発明の実施の形態1に係るシート材識別装置の断面図、フローチャート図、及び補正後の耐久結果とキャリブレーションシート収納部断面図である。尚、図1(A)においては、図4(A)に示したと同一要素には同一符号を付している。
<Embodiment 1>
1A, 1B, 2A, and 2B are a cross-sectional view, a flowchart, and a corrected durability result and calibration, respectively, of the sheet material identification device according to the first exemplary embodiment of the present invention. It is sectional drawing of a sheet | seat accommodating part. In FIG. 1A, the same elements as those shown in FIG. 4A are denoted by the same reference numerals.
本実施の形態では、図1(A)に示すように、S字型表面性検知センサ15のプローブ先端部15aが当接するシート搬送平面部に表面にラフ紙並みの粗し加工を施されたキャリブレーションシート17を搬送し、このシートをセンサに検知させた信号レベルを基にセンサのキャリブレーションを行っている。 In this embodiment, as shown in FIG. 1 (A), the surface of the sheet conveyance flat surface portion where the probe tip portion 15a of the S-shaped surface property detection sensor 15 contacts is roughened like rough paper on the surface. The calibration sheet 17 is conveyed, and the sensor is calibrated on the basis of the signal level detected by the sensor.
以上の各構成部材の主な寸法としては、プローブの幅は4mm、このプローブが上下する開口部の寸法は6mm×6mm、プローブ平坦部の長さは15mmであり、厚さ0.2mmの圧電素子は3mm×6mmの大きさでこの平坦部の第1折り曲げ部の端部から2mmだけ固定端側に離れた位置に接着され、プローブ先端部はこの搬送面に10g重の加圧力で当接されている。 The main dimensions of each of the above components are: a probe having a width of 4 mm, a dimension of an opening in which the probe moves up and down is 6 mm × 6 mm, a length of the flat part of the probe is 15 mm, and a thickness of 0.2 mm. The element has a size of 3 mm × 6 mm and is bonded to a position 2 mm away from the end of the first bent portion of the flat portion toward the fixed end, and the probe tip abuts against the transport surface with a pressure of 10 g. Has been.
一方キャリブレーションシートは幅105mm、長さ242mmの封筒サイズで、厚さ100μmの耐熱性樹脂フィルムであり、具体的な材質は少なくとも装置の本体寿命の一つのシートを繰り返し使用しつづけられるような耐久性を考慮して、少なくとも表面はプローブの硬度以上の硬さを有するアルミナ粒子の粉末を分散接着したPETフィルムを用いており、図中の矢印方向にこのシート材が通常の搬送速度で搬送された際にプローブ先端部に生じる振動によって圧電素子が検知する信号レベル強度がほぼラフ紙の信号レベルと同一かまたはそれ以上となるようにシート表面に塗布接着するアルミナ粒子の平均粒径を10μm程度とし、標準的なラフ紙と同レベルの平均表面粗さRa=5μm以上の微小な凹凸が形成されるように接着されている。 On the other hand, the calibration sheet is a heat-resistant resin film having an envelope size of 105 mm in width and 242 mm in length and a thickness of 100 μm, and the specific material is at least durable enough to continue to use at least one sheet of the main body of the device. In consideration of the characteristics, at least the surface uses a PET film in which powder of alumina particles having hardness higher than that of the probe is dispersed and bonded, and this sheet material is conveyed at a normal conveying speed in the direction of the arrow in the figure. The average particle size of the alumina particles applied and adhered to the sheet surface is about 10 μm so that the signal level intensity detected by the piezoelectric element due to vibration generated at the probe tip is approximately equal to or higher than the signal level of the rough paper. Adhesive so that minute irregularities with the same average surface roughness Ra = 5 μm or more as standard rough paper are formed. To have.
図1(B)は上記キャリブレーションシートを用いたシート材識別装置による電子写真方式のプリンタの制御を示すフローチャートであり、装置の電源がONされた直後にまず、識別検知回数(≒通紙枚数)が所定回数(本実施の形態では2万5千回ごとに設定)に到達していない場合にはそのままプリント信号待ち状態に移行し、所定回数に到達している場合にはホスト側にキャリブレーションシート通紙要求信号を発信して、キャリブレーションシートをプリンターに通紙させ、このとき検知した信号レベルをキャリブレーションレベルとして認識し、その検出した信号レベルが極端に低過ぎる場合や高過ぎて補正が困難な場合と、許容範囲内にある場合の2通りに分類(今回は標準の値を2.6vと設定し、1.0v以下と3.3v以上の場合は異常と判断している)し、前者の場合にはセンサが異常であると判断してホスト側にセンサ故障を通知してセンサの交換を要求し、ホスト側で交換すると判断した場合には装置の動作を終了させ、もし交換せずに使用しつづけると判断した場合には、シート材の識別を行わない従来の標準的な定着制御等の画像形成に関わる制御を実施してプリントを実行する。一方、後者の場合にはその際のキャリブレーションレベルVc及び累積キャリブレーション回数をCPU内に記憶しておき、その後プリント信号を受信して給紙を開始し、検知部にシート材が搬送されてセンサが検知した際、シートに対する検知信号レベルの値Vsと、このキャリブレーションレベルVcの比率であるVs/Vcの演算を行い、基本的に同一仕様のキャリブレーションシートを用いて予め求められている標準的なキャリブレーションレベルVscと各紙種を代表する標準的な各種シートに対する信号レベルVssの比率Vss/Vscの対応テーブル、即ちキャリブレーションシートの信号レベルによって正規化された各紙種判断レベルのテーブルを参照して、Vs/Vcの演算結果を照合することで使用された紙の紙種を各信号の比率を基に識別し、その紙種に応じた最適な画像形成条件(ここでは主に定着温度及び速度制御条件)を選択して画像形成を実効する。 FIG. 1B is a flowchart showing the control of the electrophotographic printer by the sheet material identification apparatus using the calibration sheet. First, immediately after the apparatus is turned on, the number of identification detection times (≈ the number of sheets passed) ) Does not reach the predetermined number of times (in this embodiment, set every 25,000 times), the process proceeds to the print signal waiting state as it is, and when the predetermined number of times has been reached, calibration is performed on the host side. Send a calibration sheet pass request signal, pass the calibration sheet to the printer, recognize the detected signal level as the calibration level, and if the detected signal level is too low or too high There are two types of cases, when correction is difficult and within the allowable range (this time, the standard value is set to 2.6 v, 1.0 v or less and 3.3 v or less In the former case, it is determined that the sensor is abnormal. In the former case, it is determined that the sensor is abnormal, the sensor failure is notified to the host, the sensor is requested to be replaced, and the host is determined to replace it. If the operation of the device is terminated and it is determined that it will continue to be used without being replaced, control related to image formation, such as conventional standard fixing control, which does not identify the sheet material, is performed. Execute. On the other hand, in the latter case, the calibration level Vc and the cumulative number of calibrations at that time are stored in the CPU, and after receiving the print signal, the sheet feeding is started, and the sheet material is conveyed to the detection unit. When the sensor detects, the value Vs of the detection signal level for the sheet and Vs / Vc, which is the ratio of the calibration level Vc, are calculated and basically obtained in advance using a calibration sheet of the same specification. Correspondence table of standard calibration level Vsc and signal level Vss ratio Vss / Vsc for various standard sheets representing each paper type, that is, a table of each paper type judgment level normalized by the signal level of the calibration sheet. Refer to the paper type of the paper used by comparing the calculation results of Vs / Vc. Identified on the basis of the ratio of the signals, to the effective selected by the image forming the paper type to corresponding optimum image forming conditions (here mainly fixing temperature and speed control condition).
図2はこのようにキャリブレーションシートの検知信号レベルによって正規化された各紙種の検知信号レベルが45万枚通紙耐久中にどのように変動するかを評価した結果を示しており、この図からわかるように多少の変動は残っているものの、紙種全体を、「超平滑シート、平滑紙、ラフ紙及び厚紙」の3種類に分類でき、45万枚耐久しつづけても、耐久期間全体を通して超平滑シートと平滑紙の間、平滑紙とラフ紙及び厚紙の間の各識別領域を各々一つの閾値(比率0.3と0.6)で分類することが可能となり、従来結果のように「平滑紙とラフ紙及び厚紙」の間の領域で一つの閾値で識別することができなくなるという不具合を解消することができるようになる。 FIG. 2 shows the result of evaluating how the detection signal level of each paper type normalized by the detection signal level of the calibration sheet thus varies during the endurance of passing 450,000 sheets. As you can see, although there are still some fluctuations, the entire paper type can be classified into three types: “super smooth sheet, smooth paper, rough paper, and cardboard”. In this case, it is possible to classify the identification areas between the ultra-smooth sheet and the smooth paper and between the smooth paper and the rough paper and the thick paper with one threshold value (ratio 0.3 and 0.6), respectively, as in the conventional results. In addition, it is possible to solve the problem that it becomes impossible to identify with one threshold in the region between “smooth paper, rough paper, and thick paper”.
尚、以上の構成において、キャリブレーションシートは基本的に1枚であり、長期間使用中に紛失する恐れがあるため、本実施の形態では図2(B)に示すような手差しトレイ内にキャリブレーションシート収納スペースを有する収納機能付手差しトレイ7b’を用いてキャリブレーションを行わない間は常にキャリブレーションシートをこのトレイ内に収納して保管できるように構成している。 In the above configuration, the calibration sheet is basically one sheet and may be lost during long-term use. In this embodiment, the calibration sheet is calibrated in the manual feed tray as shown in FIG. The calibration sheet can be stored and stored in the tray whenever calibration is not performed using the manual-feed tray 7b ′ having a storage sheet storage space.
また、以上の構成ではキャリブレーション方法としてキャリブレーションレベルと各シートに対する検知信号レベルの比率を求めて正規化した際の閾値で比較することで変動の影響をキャンセルしたが、予め初期登録された標準のキャリブレーションレベルを設けて各キャリブレーション時のキャリブレーションレベルとの比率を演算し、その結果を基に通常の閾値レベルをシフトさせたり、検知信号レベルをシフトさせることで補正を行っても良いことは言うまでも無い。 In the above configuration, as a calibration method, the influence of variation is canceled by comparing the calibration level and the ratio of the detection signal level for each sheet with the threshold value when normalized, but the standard registered in advance The calibration level may be provided to calculate the ratio with the calibration level at the time of each calibration, and based on the result, the normal threshold level may be shifted, or the detection signal level may be shifted for correction. Needless to say.
<実施の形態2>
図7(A)、(B)は各々本発明の実施の形態2に係るシート材識別装置の断面図、フローチャート図である。尚、図7(A)においては、図1(A)に示したと同一要素には同一符号を付している。
<Embodiment 2>
7A and 7B are a cross-sectional view and a flowchart, respectively, of the sheet material identification device according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 7A, the same elements as those shown in FIG.
本実施の形態では、図7(A)に示すように、S字型表面性検知センサ15のプローブ先端部15aが当接するシート搬送平面部に表面にラフ紙並みの粗し加工を施された面と平滑紙並みの平滑性を有する逆の面の両面を有する2面キャリブレーションシート17’を裏表各1回計2回通紙搬送させて搬送し、各シート面をセンサに検知させた信号レベルを基にセンサのキャリブレーションを行っている点が異なり、以上の各構成部材及びキャリブレーションシートの主な寸法は実施の形態1と同様である。 In this embodiment, as shown in FIG. 7 (A), the surface of the sheet conveyance flat surface portion where the probe tip portion 15a of the S-shaped surface property detection sensor 15 contacts is roughened like rough paper on the surface. A signal obtained by causing a sensor to detect each sheet surface by transporting the two-surface calibration sheet 17 ′ having both the surface and the opposite surface having the same smoothness as that of the smooth paper by transporting the back and front each time twice. The difference is that the calibration of the sensor is performed based on the level, and the main dimensions of the above constituent members and the calibration sheet are the same as those in the first embodiment.
図7(B)は上記2面キャリブレーションシートを用いたシート材識別装置による電子写真方式のプリンタの制御を示すフローチャートであり、装置の電源がONされた直後にまず、識別検知回数(≒通紙枚数)が所定回数(本実施の形態では2万5千回ごとに設定)に到達しているかどうかを判定し、所定回数に到達していない場合にはそのままプリント信号待ち状態に移行し、所定回数に到達している場合にはホスト側にキャリブレーションシート通紙要求信号を発信して、キャリブレーションシートを片面ずつ続けてプリンタに通紙させ、このとき検知したラフ面と平滑面の各々に対するラフ信号レベルと平滑信号レベルの2つをキャリブレーションレベルとして認識し、その検出した信号レベルが極端に低過ぎる場合や高過ぎて補正が困難な場合と、許容範囲内にある場合の2通りに分類(今回は標準の値を2.6vと設定し、1.0v以下と3.3v以上の場合は異常と判断している)し、前者の場合にはセンサが異常であると判断してホスト側にセンサ故障を通知してセンサの交換を要求し、ホスト側で交換すると判断した場合には装置の動作を終了させ、もし交換せずに使用しつづけると判断した場合には、シート材の識別を行わない従来の標準的な定着制御等の画像形成に関わる制御を実施してプリントを実行する。一方、後者の場合にはその際のラフ信号レベルVcrと平滑信号レベルVcfをCPUに記憶して両者の差分を演算した結果をキャリブレーション時のダイナミックレンジDcとしてCPUに記憶し、装置に初期登録されている標準のラフ信号レベルVsrと平滑信号レベルVsfとの差分を演算した標準ダイナミックレンジDoとの比率Rd=Do/Dcを演算し、その結果とキャリブレーション回数をCPUに記憶してプリント信号待ち状態に復帰する。その後プリント信号を受信して給紙を開始し、検知部にシート材が搬送されてセンサが検知した際、シートに対する検知信号レベルの値Vsと前記Rdとの積を演算子、その結果Vs’=Rd×Vsと初期登録されている標準閾値との比較から識別し、その紙種に応じた最適な画像形成条件(ここでは主に定着温度及び速度制御条件)を選択して画像形成を実行する。 FIG. 7B is a flowchart showing the control of the electrophotographic printer by the sheet material identification apparatus using the two-side calibration sheet. First, immediately after the apparatus is turned on, the number of identification detection times (≈ It is determined whether the number of sheets has reached a predetermined number (in this embodiment, set every 25,000 times). If the predetermined number has not been reached, the process proceeds to a print signal waiting state. When the predetermined number of times has been reached, a calibration sheet passing request signal is transmitted to the host side, and the calibration sheet is passed through the printer side by side, and each of the rough and smooth surfaces detected at this time is detected. The rough signal level and the smooth signal level are recognized as calibration levels, and the detected signal level is corrected too low or too high. Classification is made in two cases: difficult case and acceptable range (this time, the standard value is set to 2.6v, and it is judged abnormal if 1.0v or less and 3.3v or more) In the former case, it is judged that the sensor is abnormal, the sensor side is notified of the sensor failure and the sensor is requested to be replaced. If the host side judges that the sensor should be replaced, the operation of the device is terminated and the replacement is made. If it is determined that it will continue to be used, printing related to image formation such as conventional standard fixing control that does not identify the sheet material is executed. On the other hand, in the latter case, the rough signal level Vcr and the smooth signal level Vcf at that time are stored in the CPU, and the result of calculating the difference between them is stored in the CPU as the dynamic range Dc at the time of calibration, and is initially registered in the apparatus. The ratio Rd = Do / Dc between the standard dynamic range Do obtained by calculating the difference between the standard rough signal level Vsr and the smoothed signal level Vsf is calculated, the result and the number of calibrations are stored in the CPU, and the print signal Return to wait state. Thereafter, a print signal is received and sheet feeding is started. When the sheet material is conveyed to the detection unit and detected by the sensor, the operator calculates the product of the value Vs of the detection signal level for the sheet and the Rd, and the result Vs ′. = Rd × Vs is identified from a comparison with the initially registered standard threshold, and image formation is performed by selecting optimum image formation conditions (mainly fixing temperature and speed control conditions) according to the paper type. To do.
本実施の形態では上記のように表面の粗い面と平滑な面の両方を用いてキャリブレーションを行うので、粗い面だけでキャリブレーションを行うよりも平滑なシートに対する識別精度を向上でき、このフローチャートによって45万枚耐久しつづけても、紙種全体を「超平滑シート、平滑紙、ラフ紙及び厚紙」の3種類に分類し続けることが可能となり、従来結果のように「平滑紙とラフ紙及び厚紙」の間の領域で一つの閾値で識別することができなくなるという不具合を解消することができるようになる。 In this embodiment, since calibration is performed using both a rough surface and a smooth surface as described above, the discrimination accuracy for a smooth sheet can be improved as compared with calibration using only the rough surface. Even if 450,000 sheets continue to last, it becomes possible to continue to classify the entire paper type into three types: “super smooth sheet, smooth paper, rough paper and cardboard”. And the “thick paper” can be solved with a single threshold value.
<実施の形態3>
図8(A)、(B)、(C)は各々本発明の実施の形態3に係るシート材識別装置を用いた電子写真方式プリンタのカートリッジ装着方法説明図、キャリブレーションシートセット方法説明図、及びカートリッジ交換方法説明図である。
<Embodiment 3>
8A, 8B, and 8C are respectively a cartridge mounting method explanatory diagram, a calibration sheet setting method explanatory diagram for an electrophotographic printer using the sheet material identification device according to the third embodiment of the present invention, And a cartridge replacement method explanatory diagram.
本実施の形態では、図8(A)に示すように、従来カートリッジの容器上面にキャリブレーションシート17を装着したキャリブレーションシート付カートリッジ11’を用いて前記定期校正誘導手段としており、プリンタ本体18を最初に使用する際、プリンタのトップカバー18aを矢印方向に開き、キャリブレーションシート付カートリッジ11’を装着する際、プリンタ本体からカートリッジに付属されているキャリブレーションシートを用いてキャリブレーションの実行を要求する信号がプリンタ本体表示部またはホスト側に通知され、カートリッジを装着後、図8(B)に示すようにカートリッジから取り外したキャリブレーションシートを手差しトレイ(または紙カセット)にセットし、キャリブレーションを実行して検知したキャリブレーションレベルを本体に記憶するまでプリンタが使用できなくなる構成となっている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 8A, the regular calibration guiding means is used by using a calibration sheet-attached cartridge 11 ′ in which a calibration sheet 17 is mounted on the upper surface of a conventional cartridge. When the printer is used for the first time, the top cover 18a of the printer is opened in the direction of the arrow, and when the cartridge 11 'with the calibration sheet is mounted, the calibration is executed from the printer body using the calibration sheet attached to the cartridge. The requested signal is notified to the printer main unit or the host, and after mounting the cartridge, the calibration sheet removed from the cartridge is set in the manual feed tray (or paper cassette) as shown in FIG. To detect Calibration level has a printer becomes unavailable configured to be stored in the body.
図8(C)はその後プリンタを使用してカートリッジのトナーが無くなった際のカートリッジ交換を行う状態を示しており、使用済みカートリッジをプリンタ本体から取り除き、新規のキャリブレーションシート付カートリッジを新たに装着する際、再度プリンタ本体からカートリッジに付属されているキャリブレーションシートを用いてキャリブレーションの実行を要求する信号がプリンタ本体表示部またはホスト側に通知され、やはり、カートリッジを装着後、図8(B)に示すようにカートリッジから取り外したキャリブレーションシートを手差しトレイ(または紙カセット)にセットし、キャリブレーションを実行して検知したキャリブレーションレベルを本体に記憶するまでプリンタが使用できなくなる。 FIG. 8C shows a state where the printer is used to replace the cartridge when the toner in the cartridge runs out. Then, the used cartridge is removed from the printer body, and a new cartridge with a calibration sheet is newly installed. In this case, a signal for requesting execution of calibration is again notified from the printer body using the calibration sheet attached to the cartridge to the printer body display unit or the host side. The printer cannot be used until the calibration sheet removed from the cartridge is set in a manual feed tray (or a paper cassette) as shown in FIG.
本実施の形態では以上のようにキャリブレーションシートをカートリッジに付属(必ずしも一体化させる必要は無く、少なくとも同梱されていれば良い)させることで、カートリッジ初期装着時から毎回のカートリッジ交換ごとにキャリブレーションを実行するように義務付けることでカートリッジ寿命を所定期間として定期的なキャリブレーションの誘導を可能としており、本実施の形態ではカートリッジ寿命を1万枚に設定している。 In this embodiment, as described above, the calibration sheet is attached to the cartridge (it is not always necessary to be integrated, and at least it should be included), so that calibration is performed every time the cartridge is replaced from the initial mounting of the cartridge. By making it mandatory to execute the calibration, it is possible to guide calibration periodically with the cartridge life as a predetermined period. In this embodiment, the cartridge life is set to 10,000 sheets.
また、このような設定によりキャリブレーションシートを定期的に新品に交換しながら使用できるため、本実施の形態のキャリブレーションシートは実施の形態1のように本体寿命期間中までの耐久性を備える必要は無く、単にPETフィルム表面にラフ紙と同様の凹凸パターンを加工しただけの安価なシートが使用できるようになる。 Further, since the calibration sheet can be used while being periodically replaced with a new one by such setting, the calibration sheet according to the present embodiment needs to have durability until the lifetime of the main body as in the first embodiment. However, it is possible to use an inexpensive sheet that is simply obtained by processing a concavo-convex pattern similar to rough paper on the surface of a PET film.
尚、上記の例ではキャリブレーション周期をカートリッジ寿命としたが、必ずしもこの寿命に限定する必要は無く、特に使用中にジャムが発生した場合、センサの設定条件がジャムした紙によって微妙にずれる可能性も考えられるため、カートリッジ交換時を含めてジャム時など何らかの要因でカートリッジをプリンタ本体から着脱する度にプリンタにキャリブレーション要求信号を発信させ、カートリッジに付属のキャリブレーションシート(この場合にはキャリブレーションシートは使い捨てにせず、使用後必ず元のカートリッジに戻すように義務付けられている)でキャリブレーションを実行させ、より信頼性の高い識別性能を実現することも可能である。 In the above example, the calibration cycle is defined as the cartridge life. However, it is not always necessary to limit this to the life of the cartridge. In particular, if a jam occurs during use, there is a possibility that the setting conditions of the sensor may be slightly shifted due to the jammed paper. Therefore, every time the cartridge is removed from the printer due to some reason such as jamming, including when the cartridge is replaced, a calibration request signal is sent to the printer and the calibration sheet attached to the cartridge (in this case, the calibration sheet) It is also possible to realize calibration with higher reliability by performing calibration in such a manner that the sheet is not disposable but must be returned to the original cartridge after use).
<実施の形態4>
図9(A)、(B)は各々本発明の実施の形態4を示すシート材識別装置の断面図、インクジェットプリンタ断面図である。尚、図1(A)においては、図4(A)に示したと同一要素には同一符号を付している。
<Embodiment 4>
FIGS. 9A and 9B are a cross-sectional view and a cross-sectional view of an ink jet printer, respectively, of a sheet material identification device showing Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 1A, the same elements as those shown in FIG. 4A are denoted by the same reference numerals.
本実施の形態では、図9(A)に示すように、S字型表面性検知センサ15のプローブ先端部15aが当接するシート搬送平面部に、シート前半部の表面にラフ紙並みの粗し加工を施された面とシート後半部の表面に平滑紙並みの平滑性を有する面の2種類の面を片面に有する複合キャリブレーションシート19を用いて1回の通紙搬送でラフ面と平滑面に対するキャリブレーションレベルを同時に検知することが可能となっており、他の各構成部材及びキャリブレーションシートの主な寸法は実施の形態1と同様である。 In the present embodiment, as shown in FIG. 9A, the surface of the front half of the sheet is roughened on the surface of the front half of the sheet on the flat surface of the sheet conveying surface where the probe tip 15a of the S-shaped surface property detection sensor 15 contacts. Using a composite calibration sheet 19 having a processed surface and a surface of the latter half of the sheet having a smoothness similar to that of smooth paper on one side, the rough surface and the smooth surface are transported once. The calibration level for the surface can be detected at the same time, and the main dimensions of the other constituent members and the calibration sheet are the same as those in the first embodiment.
本実施の形態では、ユーザの手間を省いて1回のキャリブレーションで実施の形態2と同様にラフ面と平滑面の両方に対するキャリブレーションを実現して幅広い表面粗さに対応できる識別性を実現できる事を特徴とするが、構成上シート材の剛性さを検知する性能の評価には適しておらず、画像形成条件が比較的シート材の剛性さに依存しないインクジェット方式のプリンタに対して好適に用いられるものである。 In the present embodiment, the discriminability that can cope with a wide range of surface roughness is realized by performing calibration for both the rough surface and the smooth surface in the same manner as in the second embodiment with a single calibration without the user's trouble. Although it is possible, it is not suitable for evaluating the performance of detecting the rigidity of the sheet material because of its configuration, and is suitable for an ink jet printer whose image forming conditions are relatively independent of the rigidity of the sheet material. It is used for.
図9(B)は上記のキャリブレーションシートを用いたインクジェット型画像形成装置の断面図であり、S字型表面性検知センサを内蔵する紙種検知機能付きインクジェットプリンタ20の構成を示したものである。 FIG. 9B is a cross-sectional view of an ink jet type image forming apparatus using the above calibration sheet, and shows the configuration of an ink jet printer 20 with a paper type detection function incorporating an S-shaped surface property detection sensor. is there.
本装置はこの断面構造において給紙トレイ21、インクジェット用給紙ローラ22、紙ガイド23、ピンチローラ対24、記録ヘッド25、プラテン26、排紙ローラ対27等で構成されており、本実施の形態では、センサのキャリブレーション手段として上記キャリブレーションシート19を採用し、S字型表面性検知センサ15を給紙ローラ22とピンチローラ対24の間に設定するとともに、キャリブレーションシート19が給紙トレイ21に表面の粗い側を先端にしてセットされている。 In this cross-sectional structure, the apparatus includes a paper feed tray 21, an ink jet paper feed roller 22, a paper guide 23, a pinch roller pair 24, a recording head 25, a platen 26, a paper discharge roller pair 27, and the like. In the embodiment, the calibration sheet 19 is used as the sensor calibration means, the S-shaped surface property detection sensor 15 is set between the paper feed roller 22 and the pinch roller pair 24, and the calibration sheet 19 is fed. The tray 21 is set with the rough side on the front end.
このキャリブレーションシートを用いたインクジェットプリンタのキャリブレーション方法としては基本的に実施の形態2と同様であり、異なる点としては1枚のシートの前半部でラフ面レベルの検知を終了し、後半部で平滑面レベルの検知を終了して各レベルを記憶するようにするためのデータの取り込みタイミングが必要となる点である。尚、このとき、通常のインクジェットプリンタの画像形成時にはシート材はピンチローラ対により記録ヘッドが通紙方向と直角方向に副走査される度にステップ送りされるが、このキャリブレーション時には、少なくともキャリブレーションシート先端がS字型表面性検知センサを通過して後端部が通過しきるまでの期間はキャリブレーションシートは一定の速度で搬送される必要があるため、このキャリブレーション時のピンチローラ対と排紙ローラ対はシートを等速で連続搬送させるように制御される。 The calibration method of the ink jet printer using this calibration sheet is basically the same as in the second embodiment. The difference is that the detection of the rough surface level is completed in the first half of one sheet, and the latter half. Thus, it is necessary to take in the data fetching timing to finish the detection of the smooth surface level and store each level. At this time, when an image is formed by a normal ink jet printer, the sheet material is stepped every time the recording head is sub-scanned in a direction perpendicular to the sheet passing direction by a pair of pinch rollers. At the time of calibration, at least calibration is performed. Since the calibration sheet needs to be transported at a constant speed during the period from when the leading edge of the sheet passes through the S-shaped surface property detection sensor until the trailing edge has passed, the pinch roller pair and the discharge roller at the time of calibration are discharged. The paper roller pair is controlled so as to continuously convey the sheet at a constant speed.
このようにキャリブレーションシートで検知された信号レベルを基に、上記実施の形態2と同様のフローチャートに従って耐久中の信号レベルの変動を補正することにより、使用された紙の紙種を識別し、その紙種に応じた最適な画像形成条件(ここでは主にインク吐出量)を選択して画像形成を実行する事ができるようになり、紙の表面粗さや厚さ及び材質の差など複数の条件に応じたインク吐出量の最適化を可能とし、用紙の特性に応じた最も良好な画質が長期間安定して得られるようになる。 Thus, based on the signal level detected by the calibration sheet, by correcting the fluctuation of the signal level during durability according to the same flowchart as in the second embodiment, the paper type of the used paper is identified, Image formation can be executed by selecting optimum image formation conditions (mainly ink discharge amount here) according to the paper type, and there are a plurality of paper surface roughness, thickness and material differences. The ink discharge amount can be optimized according to the conditions, and the best image quality according to the characteristics of the paper can be stably obtained for a long time.
<実施の形態5>
図10(A)、(B)、(C)は各々本発明の実施の形態5を示すサーマルヘッド型画像形成装置の断面図、プローブ先端突き上げ型屈曲構造作用説明図、キャリブレーションシート通紙説明図である。
<Embodiment 5>
FIGS. 10A, 10B, and 10C are cross-sectional views of a thermal head type image forming apparatus showing a fifth embodiment of the present invention, a probe tip push-up type bending structure operation explanatory diagram, and a calibration sheet passing paper description. FIG.
本実施の形態では、キャリブレーションシートとして実施例1と同じキャリブレーションシート17を用いてS字型表面性検知センサを有するサーマルヘッドプリンタにおけるキャリブレーション例を示している。 In the present embodiment, an example of calibration in a thermal head printer having an S-shaped surface property detection sensor using the same calibration sheet 17 as in Example 1 as a calibration sheet is shown.
図10(A)に示すように本発明におけるサーマルヘッド型画像形成装置は、インクリボン31、一対のインクリボン搬送ローラ29、サーマルヘッド30、ヘッド対向板兼紙搬送ガイド32等で構成されており、通常、プリント信号を受け取ってから不図示の給紙ローラ及び紙搬送ローラにより紙7はヘッド対向板兼紙搬送ガイド32と給紙側のインクリボン搬送ローラ29のニップ部まで搬送され、インクリボン31とガイド32の間に挟持された後、インクリボン31に密着したままインクリボン31と共にヘッド部まで搬送され、ヘッド部にプリント信号に応じて必要な電力が供給されてインクリボン31上のインク層31’を加熱溶融して熱的に紙表面に転写することによりその紙上にインク画像31”を形成した後、搬送ローラ部の動作によって順次送り出されるように構成されている。 As shown in FIG. 10A, the thermal head type image forming apparatus according to the present invention includes an ink ribbon 31, a pair of ink ribbon transport rollers 29, a thermal head 30, a head counter plate / paper transport guide 32, and the like. Usually, after receiving the print signal, the paper 7 is conveyed to the nip portion between the head opposing plate / paper conveyance guide 32 and the ink ribbon conveyance roller 29 on the paper supply side by a paper feed roller and paper conveyance roller (not shown), and the ink ribbon After being sandwiched between the guide 31 and the guide 32, the ink ribbon 31 is conveyed to the head portion while being in close contact with the ink ribbon 31, and necessary power is supplied to the head portion in accordance with the print signal, and the ink on the ink ribbon 31 is supplied. After the layer 31 'is heated and melted and thermally transferred to the paper surface, an ink image 31 "is formed on the paper, and then the transport roller It is configured to be sequentially fed by the operation.
本実施の形態では、少なくともガイド32部と給紙側のインクリボン搬送ローラ29のニップ部より手前のガイド部32の対向位置にS字型表面性検知センサを配置しているが、サーマルヘッド型画像形成装置はシート材表面に直接接触して過熱することでインクリボンのインクを溶融転写するため、前記のインクジェット型画像形成装置と異なり、画質がシート材の熱容量に影響されやすく、シート材の剛性さ(≒熱容量)も検知する必要がある。このため、このサーマルヘッド型画像形成装置のシート材識別装置の剛性さ識別性能強化のため、そのシート材搬送方向上流側のシート材搬送路には、プローブ先端突き上げ型屈曲構造16’が設けられている。 In the present embodiment, an S-shaped surface property detection sensor is disposed at a position opposite to at least the guide 32 and the guide portion 32 before the nip portion of the ink ribbon transport roller 29 on the paper supply side. Since the image forming apparatus melts and transfers the ink ribbon ink by directly contacting the surface of the sheet material and heating it, unlike the above-described ink jet type image forming apparatus, the image quality is easily influenced by the heat capacity of the sheet material. It is also necessary to detect the rigidity (≈ heat capacity). Therefore, in order to enhance the rigidity identification performance of the sheet material identification device of the thermal head type image forming apparatus, a probe tip push-up type bending structure 16 ′ is provided in the sheet material conveyance path upstream in the sheet material conveyance direction. ing.
この構造を設けることでシート材は図10(B)に示すように、下方の給紙部からプローブ先端部を下から上へ突き上げるように搬送されるようになり、このときのシート材の剛性差、ここでは即ち紙厚の差により、薄紙7’の搬送機軌跡は低く、厚紙7”の搬送軌跡は高くなるため、各シート材によってプローブ先端部がシート表面から受ける圧力が変化し、同じ表面性を有するシート同士でも紙厚が厚いほど高い信号レベルが生じて紙厚差を反映した結果が得られるようになる。 By providing this structure, as shown in FIG. 10B, the sheet material is conveyed from the lower sheet feeding unit so as to push the probe tip portion upward from below, and the rigidity of the sheet material at this time Because of the difference, that is, the difference in paper thickness, the transport path of the thin paper 7 'is low and the transport path of the thick paper 7 "is high. Therefore, the pressure applied to the probe tip from the sheet surface by each sheet material changes, and the same Even with sheets having surface properties, the higher the paper thickness, the higher the signal level is generated, and the result reflecting the paper thickness difference can be obtained.
以上の構成の装置にキャリブレーションシート17を用いて、実施の形態1とフローチャートに従って耐久中の信号レベルの変動を補正しながら使用された紙の紙種を識別し、その紙種に応じた最適な画像形成条件(ここでは主にサーマルヘッド部への供給電力量)を選択して画像形成を実行する事ができるようになり、紙表面の接触熱抵抗及び紙の熱容量に応じたサーマルヘッド部への供給電力量の最適化を可能とし、用紙の特性に合わせて必要最小限の温度及び電力で最も良好な画質が長期間安定して得られるようになる。 Using the calibration sheet 17 in the apparatus configured as described above, the paper type of the used paper is identified while correcting the fluctuation of the signal level during durability according to the first embodiment and the flowchart, and the optimum according to the paper type Image forming conditions (in this case, mainly the amount of power supplied to the thermal head unit) can be selected and image formation can be executed, and the thermal head unit according to the contact thermal resistance of the paper surface and the heat capacity of the paper The amount of power supplied to the printer can be optimized, and the best image quality can be stably obtained over a long period of time with the minimum necessary temperature and power according to the characteristics of the paper.
<実施の形態6>
図11(A)、(B)、(C)、(D)は各々本発明の実施の形態6を示すカラー定着器断面図、剛性識別装置用キャリブレーションシート、低剛性シート通紙時状態説明図、高剛性シート通紙時状態説明図の断面図である。
<Embodiment 6>
FIGS. 11A, 11B, 11C, and 11D are cross-sectional views of a color fixing unit, a rigidity identification device calibration sheet, and a low-rigidity sheet passing state illustrating Embodiment 6 of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view of the state explanatory diagram when a high-rigidity sheet is passed.
本実施の形態では、S字型表面性検知センサを図11(A)に示すような定着ローラ表面に耐熱性ゴム層を有する弾性定着ローラ13’を用いたカラー画像形成装置用定着器12’を備えた電子写真方式のカラー画像形成装置に応用した場合のシート材識別装置のキャリブレーション方法に関するものであり、キャリブレーションシートとして図11(B)に示すように装置に通紙されうるシート中最も剛性の低いシートと同等の剛性を有する低剛性シート18aと、通紙されうるシート中最も剛性の高いシートと同等の剛性を有する高剛性シート18bの2種類のシートを用いている。 In the present embodiment, a color image forming apparatus fixing device 12 ′ using an elastic fixing roller 13 ′ having a heat-resistant rubber layer on the surface of the fixing roller as shown in FIG. The present invention relates to a calibration method for a sheet material identification apparatus when applied to an electrophotographic color image forming apparatus equipped with an image forming apparatus in a sheet that can be passed through the apparatus as a calibration sheet as shown in FIG. Two types of sheets are used: a low-rigidity sheet 18a having a rigidity equivalent to the sheet having the lowest rigidity, and a high-rigidity sheet 18b having a rigidity equivalent to the sheet having the highest rigidity among the sheets that can be passed.
同じ電子写真方式の画像形成装置でも複数のカラートナー層からなるトナー像を同時に定着させるカラー機では前記定着器の定着ローラ表面を耐熱性ゴムの弾性層で構成し、柔らかな表面でシート材表面を包み込んで加熱効率を上げる方式が主に用いられており、このような装置においてはシート材表面の多少の粗さの違いよりも熱容量の差による定着性の変化がより重要となるため、シート材の熱容量との相関が高い紙の剛性や紙厚の識別能力に対する信頼性が優先される。 In the same electrophotographic image forming apparatus, in a color machine that fixes a toner image composed of a plurality of color toner layers at the same time, the fixing roller surface of the fixing device is composed of a heat-resistant rubber elastic layer, and the surface of the sheet material is a soft surface. In such an apparatus, the change in the fixing property due to the difference in heat capacity is more important than the difference in the roughness of the surface of the sheet material. Priority is given to the reliability of the paper stiffness and the paper thickness discrimination ability, which have a high correlation with the heat capacity of the material.
このため、本実施の形態では上記S字型表面性検知センサのプローブ先端部表面に電解研磨処理を施して摩擦係数を低下させ、表面粗さに対する感度を低下させる構成とするとともに、キャリブレーションシートとして上記の平滑な表面を有する低剛性シートと高剛性シートの2種類を用意し、図11(C)、(D)に示すように前記屈曲構造16を設けたシート材識別装置に各キャリブレーションシートを通紙することで、シート材識別装置におけるシート材の剛性差の識別性能のみをキャリブレーションする事を特徴としており、図11(C)のように低剛性キャリブレーションシートが通紙された場合にはシートが屈曲構造によって形成するループは低くなり、その際のプローブ持ち上げ力Fup1も低くなって摩擦抵抗は低下し、結果としてセンサの検知信号レベルは低くなる。一方、図11(D)のように高剛性キャリブレーションシートが通紙された場合にはシートが屈曲構造によって形成するループは高くなり、その際のプローブ持ち上げ力Fup2も高くなって摩擦抵抗は増加し、結果としてセンサの検知信号レベルは高くなる。 For this reason, in the present embodiment, the probe tip surface of the S-shaped surface property detection sensor is subjected to an electrolytic polishing process to reduce the friction coefficient, thereby reducing the sensitivity to the surface roughness, and the calibration sheet. As shown in FIGS. 11 (C) and 11 (D), two calibrations are prepared for the sheet material identification apparatus provided with the bending structure 16 as shown in FIGS. 11 (C) and 11 (D). By passing the sheet, it is characterized in that only the identification performance of the difference in rigidity of the sheet material in the sheet material identification apparatus is calibrated, and the low-rigidity calibration sheet is passed as shown in FIG. In this case, the loop formed by the bent structure of the sheet is lowered, the probe lifting force Fup1 at that time is also lowered, and the frictional resistance is lowered. Detection signal level of the sensor is low as. On the other hand, when a high-rigidity calibration sheet is passed as shown in FIG. 11D, the loop formed by the bent structure of the sheet becomes high, and the probe lifting force Fup2 at that time also increases and the frictional resistance increases. As a result, the detection signal level of the sensor increases.
このように2種類の剛性の異なるキャリブレーションシートを用いたシート材識別装置によるカラー画像形成装置の制御に関しては、基本的に実施の形態2の方式を用いても良く、各キャリブレーションシートで検知された信号レベルを基に、各フローチャートに従って耐久中の信号レベルの変動を補正しながら使用された紙の剛性さ(≒紙厚)を識別し、その紙種に応じた最適な画像形成条件(ここでは主に定着温度及び速度制御条件)を選択して画像形成を実行する事ができるようになり、紙の厚さ及び材質の差など複数の条件に応じた定着制御の最適化を可能とし、用紙の特性に応じた最も良好な画質が長期間安定して得られるようになる。 As described above, regarding the control of the color image forming apparatus by the sheet material identification apparatus using the two types of calibration sheets having different rigidity, the method of the second embodiment may be basically used, and detection is performed by each calibration sheet. Based on the obtained signal level, the rigidity of the used paper (≈paper thickness) is identified while correcting the fluctuation of the signal level during durability according to each flowchart, and the optimum image forming condition (approx. Here, image formation can be performed mainly by selecting fixing temperature and speed control conditions), and it is possible to optimize fixing control according to multiple conditions such as paper thickness and material differences. Therefore, the best image quality according to the characteristics of the paper can be obtained stably for a long period of time.
1 帯電ローラ
2 感光ドラム
3 露光手段
4 現像器
5 トナー
6 転写ローラ
7 記録材
12 定着器
11 カートリッジ
11’ キャリブレーションシート付きカートリッジ
15 S字型表面性検知センサ
15c プローブホルダー
15d 固定ネジ
15e プローブ回転軸
15g センサ保持板
15h 搬送平面板
16 屈曲構造
17 キャリブレーションシート
17’ 2面キャリブレーションシート
18 プリンタ本体
19 複合キャリブレーションシート
20 インクジェットプリンタ
25 記録ヘッド
38 サーマルヘッドプリンタ
30 サーマルヘッド
31 インクリボン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charging roller 2 Photosensitive drum 3 Exposure means 4 Developer 5 Toner 6 Transfer roller 7 Recording material 12 Fixing device 11 Cartridge 11 'Cartridge with calibration sheet 15 S-shaped surface property detection sensor 15c Probe holder 15d Fixing screw 15e Probe rotation shaft 15 g Sensor holding plate 15 h Transport flat plate 16 Bending structure 17 Calibration sheet 17 ′ Two-side calibration sheet 18 Printer body 19 Composite calibration sheet 20 Inkjet printer 25 Recording head 38 Thermal head printer 30 Thermal head 31 Ink ribbon
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