JP2007218662A - 積層体の水分含有量の情報を検出する検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紙などの面状物体の積層体ないしその一部の水分含有量の情報を、柔軟な態様で、より詳しく或いは精度良く、電磁波の検出物体への照射という非接触な手法で検出できる検出装置を提供する。
【解決手段】面状物体4が積層された積層体の少なくとも一部の情報を検出する検出装置は、照射部1と検出部2を有する。照射部1は、面状物体4が積層された積層体ないしその一部に側面から電磁波8を照射する。検出部2は、電磁波のうち、積層体ないしその一部を透過した電磁波9又はそれで反射された電磁波を検出する。検出装置は、検出部2で検出された電磁波の情報と面状物体4の水分による電磁波の減衰に関する情報とを比較し、積層体ないしその一部の水分含有量の情報を検出する。
【選択図】図1

Description

本発明は、電磁波を用いて、紙などの面状物体の積層体の水分含有量の情報を検出するための検出装置、それを用いた画像形成装置等に関する。特には、周波数が30GHzから30THzの周波数領域の少なくとも一部を含む電磁波を用いて、紙等の面状物体の積層体ないしその一部の水分含有量の情報を検出する検出装置、及びそれを用いたプリンタなどの画像形成装置に関する。上記周波数の電磁波は、ミリ波からテラヘルツ波と呼ばれる周波数領域の電磁波であり、本明細書ではテラヘルツ波とも呼ぶ。

従来、プリンタなどの画像形成装置は、温度や湿度などの環境の変化の影響を受け易い。したがって、種々の環境下で安定した画質を得るために、作像系の周辺に温湿度計などのセンサを設置し、このセンサで検出した情報を画像形成条件にフィードバックして作像系の制御を行っている。

しかしながら、作像系の周辺に温湿度を検出するセンサを設けて、このセンサで検出した情報を基に作像系の制御を行なう方法では、センサが温湿度の検出対象とする物体の温湿度を充分正確に検出しているとは言い難い。そのために、作像系の制御が最適でないということがあった。

そこで、次の様な方法が提案されている（特許文献1参照）。すなわち、ここでは、発光波長の異なる複数の発光部とその発光出力を受光する受光部を有する検出装置を用いる。そして、複数の発光部を順次発光させて紙などの検出対象で反射される反射光を受光部で受信し、これらの受光信号の比較結果から予め設定された値を基に検出対象の水分含有量を判断し、画像形成条件を制御する。

しかし、トレイにセットされた紙の水分含有量の分布は、紙の積層方向では均一でなく、積層された紙の上部、中央部、下部では水分含有量に差異が生じている。更には、水分含有量が面内方向に分布を有することもある。そのため、上記方法で検出される水分含有量は紙の積層された上部の水分含有量であったり、光の照射される部分の水分含有量であったりする。したがって、特に、高速プリンタなどで印刷する場合や水分含有量をより正確に検知したい場合には、検出された紙の水分含有量の情報と実際に印刷される紙の水分含有量に差異が生じることがある。

一方、積層された紙に対して積層側面から光を照射して、紙に関する情報をセンシングする方法も開示されている（特許文献2、3参照）。しかしながら、特許文献2の発明はトレイ内の紙の有無や残量を検出するためのものであり、また特許文献3の発明は紙の厚さを検出するものであって、紙の水分含有量の情報を検出するものではない。
特開平8−137145号公報 特開平8−334942号公報 特開2003−226447号公報

本発明は以上の様な状況に鑑みて成されたものであり、面状物体の積層体（例えば、トレイにセットされた紙）ないしその一部の水分含有量の情報をより詳細に検出できる技術を提供するものである。

上記課題に鑑み、面状物体が積層された積層体の少なくとも一部の情報を検出する本発明の検出装置は、照射部と検出部を有する。照射部は、面状物体が積層された積層体ないしその一部に側面から電磁波を照射するための手段であり、検出部は、電磁波のうち、積層体ないしその一部を透過した電磁波又はそれで反射された電磁波を検出するための手段である。そして、検出装置は、検出部で検出された電磁波の情報と面状物体の水分による電磁波の減衰に関する情報とを比較し、積層体ないしその一部の水分含有量の情報を検出する様に構成されている。

また、上記課題に鑑み、本発明の画像形成装置は、上記検出装置と、面状物体である記録媒体に画像を形成するための画像形成手段を含み、検出装置により検出した記録媒体の水分含有量の情報に基づいて画像形成手段の画像形成条件を制御することを特徴とする。

本発明によれば、面状物体の積層体ないしその一部に側面から照射部により電磁波を照射し、検出部により検出された電磁波の情報と面状物体の水分による電磁波の減衰に関する情報とを比較し、積層体ないしその一部の水分含有量の情報を検出する。したがって、紙などの面状物体の積層体ないしその一部の水分含有量の情報を、柔軟な態様で、より詳しく或いは精度良く、電磁波の検出物体への照射という非接触な手法で検出することができる。よって、例えば、この情報を画像形成条件にフィードバックすることで、紙の状態により適した作像系の制御を行なうことができる。

本発明による、紙などの面状物体が積層された積層体の情報を検出するための検出装置ないし方法の実施の形態を明らかにすべく、具体的な実施例について、以下に説明する。

ここでは、ミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波を用いて、紙の水分含有量を検出する装置ないし方法について説明する。本発明の典型的な実施の形態（特に、後述する図6の実施例）は、Print On Demand(POD)機の様に大量の紙を高速で印刷するプリンタで使用するのに適するものであるが、勿論、そうしたタイプ以外のプリンタなどにも使用できる。本発明の実施の形態は、例えば、プリンタのトレイ内にセットされた紙の任意の積層部分の水分含有量を検出することに適している。

（実施例1）
図1は、本発明の実施例1の構成を示す。これは装置を側面から見た概略図である。実施例1では、図1の様に、検出物体である面状物体の紙4が入ったトレイ3の横に電磁波発生器1を設置し、ミリ波からテラヘルツ領域の周波数を含む電磁波（テラヘルツ波）8を紙4に横（側面）から照射する。電磁波は、連続波でもパルス波でもよい。テラヘルツ波8は紙4を透過するので、透過電磁波9が、反対側のトレイ3の横に設置した電磁波検出器2で検出される。このために、トレイ3の側面には電磁波8や透過電磁波9を通過させるための空間ないし開口3a（トレイ3を横から見た図である図2参照）を設けておく。

電磁波8は、図2の様に、紙4の水分含有量を検出したい領域の側面と同じスポットサイズ16で紙4の積層体ないしその一部の側面を照射する様に、レンズやミラーなどを用いてビーム径が制御されている。典型的なビーム径の例は、5ｍｍ程度であるが、それ以上の大きさでもよく、例えば1ｃｍ程度であってもよい。

実施例1において、演算処理部5では、電磁波検出器2で検出された透過電磁波9から、最大振幅値を算出する。ここでは、この最大振幅値が電磁波検出器2で検出された電磁波の情報である。この最大振幅値と、電磁波8が紙4を透過する透過距離と、紙に含まれる水分含有量（水分量）の間には、例えば、図3に示す様な関係があるので、これを予め用意して保存して検量線として使用することができる。すなわち、電磁波8が紙4を透過する透過距離が既知のとき、演算処理部5で算出された最大振幅値から、紙に含まれる水分含有量（例えば、紙の総重量に対する水分量の比率）を検出することができる。ここで、求めるポイントが図3で示す直線上にない場合は、補間法や外挿法などを用いて水分含有量を求めるようにすればよい。なお、図3の横軸は線形で表示しているが、縦軸は対数を用いて表示している。上記最大振幅値を算出する理由は、ＳＮ比を向上させるためである。

図3の様な関係が得られるのはテラヘルツ波が水に吸収されやすい性質があるからである。そのため、使用するテラヘルツ波の周波数は、水分に特に吸収され易い周波数を用いることが好ましく、例えば、1THz近傍の周波数を使用するとよい。

電磁波8の紙4への水平面における入射角は、紙4の縁（側面）に対して垂直にする。または、紙4の積層体を上から見た図である図4において、電磁波経路10で示す様に、紙4の縁に対して斜めに照射してもよい。この場合、電磁波8が紙4を透過する透過距離11は、電磁波8を紙4の縁に対して垂直に照射した場合の透過距離と比べて小さくなる。そのため、電磁波8の紙4による減衰を小さくできるというメリットがある。いずれにしても、電磁波8が紙4を透過する透過距離11は、電磁波8の紙4への入射角と入射位置で決まり、透過距離11は既知として取り扱うことができる。

面状物体である紙4の水分による電磁波の減衰に関する情報である検量線については、紙種ごとにそれぞれの検量線を使うものとし、紙種は印刷時にオペレータが装置に入力するものとする。または、別のセンサを用いて紙種を検出してもよい。こうした検量線のデータをデータベース6として装置内に保存しておけば、演算処理部5で算出された検出器2での検出電磁波の情報である最大振幅値から、これらを比較して紙4の水分含有量の情報を検出できる。

この様にして検出した水分含有量はトレイ3内の紙4のうち、電磁波8が透過した部分の水分含有量である。印刷とともにトレイ3内の紙4は、上から順に、電子写真方式のプリンタにおける感光ドラムなどへ送られるが、同時にトレイ3に残された紙4はトレイ3の下部に設置されたリフト（図示せず）などによって持ち上げられる。そのため、図1で示す如く、電磁波8は常に印刷直前の紙4を含む部分を照射することになり、印刷直前の紙4の水分含有量を検出できる。

この様にして検出した印刷直前の紙4の水分含有量を、画像形成装置の感光ドラムにおける定着時の加熱温度や転写時のトナーの転写バイアス電圧などの画像形成条件を制御する画像形成制御部7に反映させるべくフィードバックする。このことによって、より紙の状態に合った作像系の制御を行なうことが可能となる。

なお、本実施例では電磁波発生器1と電磁波検出器2を1組用いたが、図5の様に複数組用いてもよい（電磁波の周波数は同じである）。この場合、それぞれの電磁波検出器2、13で検出される最大振幅値の平均を、印刷直前の紙4の水分含有量として使用することができる。または、より大きい水分含有量の値を示す最大振幅値を、印刷直前の紙4の水分含有量として使用してもよい。この様にすることで、より精度良く紙4の水分含有量を検出できる。なお、図5において、12は別の電磁波発生器であり、13は別の電磁波検出器であり、14は、電磁波発生器12からの電磁波の通る経路であり、15は、電磁波発生器12からの電磁波が検出物体の紙4を透過する透過距離である。

また、上記説明では透過電磁波を検出したが、電磁波の紙4による減衰は少し大きくなるが、反射電磁波を検出して同様なことを行うこともできる。この場合は、電磁波発生器から出て紙4を透過してきた電磁波を通す空間ないし開口をトレイ3を設けず、ここで電磁波を反射して再び紙4を透過させて電磁波検出器に導く。このことは、以下の実施例にも適用できる。

（実施例2）
図6は、本発明の実施例2の構成を示す。これは装置を側面から見た概略図である。実施例2では、図6の様に、透過電磁波9を用いて紙4の積層方向の水分含有量の分布を検出する。装置の構成は、図1の構成に加え、電磁波発生器1と電磁波検出器2をそれぞれ同時に紙4の積層体の側面に沿って上下方向（鉛直方向）に移動させるためのステージ17が、電磁波発生器1と電磁波検出器2の下部に設けられている。または、電磁波発生器1と電磁波検出器2を共通の台に載せ、同時に上下方向に移動させる様にステージ17を設置してもよい。

実施例2の装置では、紙4がトレイ3にセットされた状態のまま、印刷を開始する前に電磁波発生器1と電磁波検出器2を、紙4のある範囲で上下方向にスキャンする。そのとき、スキャン位置と、電磁波検出器2で検出された透過電磁波9から得られる最大振幅値をメモリに格納する。電磁波8が紙4を透過する透過距離は既知なので、実施例1と同様に、図3の検量線を用いて最大振幅値から紙4の水分含有量を検出することができる。その結果、紙4の積層方向の位置とその位置での紙4の水分含有量が分かる。つまり、紙4の積層方向の水分含有量の分布を検出できる。

トレイ3にセットされた紙4の枚数は、オペレータが装置に入力する。または、別のセンサを用いて紙4の枚数を検出しておく。こうした状態で、プリンタの印刷が開始されると、プリンタ内のカウンタにより印刷枚数が分かるので、トレイ3に残された紙4の枚数を算出することができる。このトレイ3に残された紙4の枚数から、印刷直前の紙4の先程の紙4の積層方向における位置を算出でき、紙4の積層方向の位置とその位置での紙4の水分含有量の関係から、現在印刷しようとしている紙4の水分含有量を知ることができる。

本実施例でも、この様にして検出した印刷しようとしている紙4の水分含有量を、定着時の加熱温度や転写時のトナーの転写バイアス電圧などの画像形成条件を制御する画像形成制御部7に反映させるべくフィードバックする。このことによって、より紙の状態に合った作像系の制御を行なうことが可能となる。

なお、本実施例において、紙4の積層方向の水分含有量分布を検出する際に、電磁波発生器1と電磁波検出器2をステージ17によってスキャンさせながら、随時、図3の検量線を用いて水分含有量を算出していってもよい。そして、算出した水分含有量を、装置付近に別に設置した湿度センサで検出した湿度と比較することで、紙4がトレイ3にセットされたばかりのものか、セットされてから十分時間が経過したものかを区別する。紙4がトレイ3にセットされたばかりのものであれば、スキャンを継続し、紙4の積層方向の水分含有量分布を作成する。一方、紙4がトレイ3にセットされてから十分時間が経過したものであれば、紙4が環境に馴染んでいると考え、紙4に含まれる水分含有量は積層方向で同一であるとみなす。すなわち、紙4の積層方向の水分含有量分布は一定で、その値は算出した水分含有量であるとして、途中でスキャンを終了してもよい。

（実施例3）
図7は、本発明の実施例3の構成を示す。これは装置の一部を上から見た断面図である。装置の構成は実施例2と基本的に同じである。異なるところは、図7に示す様に、電磁波発生器1と電磁波検出器2は同時に、両者の下部に設けられたステージ17によって、電磁波発生器1から電磁波検出器2を見て左右方向（水平方向）に移動できる様になっている点である。このとき、電磁波発生器1から発生した電磁波が紙4を透過する経路10は、紙4の縁に対して垂直になっている。なお、電磁波発生器1と電磁波検出器2を共通の台に載せ、同時に左右の方向に移動させる様にステージ17を設置してもよい。

図8は電磁波発生器1側から紙4の積層されたトレイ3を見た図である。ステージ17が左右方向へ移動することによって、積層された紙への電磁波の照射面16が左右方向に移動する様子が示されている。この時、電磁波の照射面16がトレイ3によって遮られない様にトレイ3の形状は加工されている。すなわち、幅が広めの開口3aが形成されている。

紙4がトレイ3にセットされた状態のまま、印刷を開始する前に、電磁波発生器1と電磁波検出器2を紙4のある範囲で左右方向にスキャンする。そのときスキャン位置と電磁波検出器2で得られた透過電磁波9から得られる最大振幅値をメモリに格納しておく。電磁波8が紙4を透過する透過距離11は既知なので、実施例1と同様に図3の検量線を用いて最大振幅値から水分含有量を検出することができる。その結果、ステージ17のスキャン位置とその位置での紙4の水分含有量が分かる。つまり、紙4の水分含有量の面内分布を検出できる。こうして得られた水分含有量の面内分布から、平均水分含有量を求め、それを紙4の水分含有量として使用する。

本実施例でも、こうして検出した印刷直前の紙4の水分含有量を、定着時の加熱温度や転写時のトナーの転写バイアス電圧などの画像形成条件を制御する画像形成制御部7に反映させて、より紙の状態に合った作像系の制御を行なうことが可能となる。

電磁波を用いて紙の水分含有量検出を行なう本発明の実施例1の検出装置の構成を示す概略図である。 電磁波発生器側から紙の積層された図1のトレイを見た図である。 水分含有量（水分量）と、透過距離と、最大振幅値からなる検量線の例を示す図である。 変形例において検出物体（紙）を電磁波が透過する様子を上から見た図である。 複数の電磁波を用いた変形例において検出物体（紙）を電磁波が透過する様子を上から見た図である。 電磁波を用いて紙の積層方向の水分含有量分布検出を行なう本発明の実施例2の検出装置の構成を示す概略図である。 電磁波を用いて紙の水平方向の水分含有量分布検出を行なう本発明の実施例3の検出装置の構成を上から見た図である。 実施例3において電磁波発生器側から紙の積層されたトレイを見た図である。

符号の説明

1、12…照射部（電磁波発生器）
2、13…検出部（電磁波検出器）
4…面状物体（検出物体、紙）
5…演算処理部
6…データベース
7…画像形成制御部
8…電磁波
9…透過電磁波
11、15…電磁波が検出物体を透過する透過距離
16…電磁波の積層された紙への照射面

Claims (9)

1. 面状物体が積層された積層体の少なくとも一部の情報を検出するための検出装置であって、
   面状物体が積層された積層体ないしその一部に側面から電磁波を照射するための照射部と、
   前記電磁波のうち、前記積層体ないしその一部を透過した電磁波又は前記積層体ないしその一部で反射された電磁波を検出するための検出部と、
   を有し、
   前記検出部で検出された電磁波の情報と前記面状物体の水分による電磁波の減衰に関する情報とを比較し、前記積層体ないしその一部の水分含有量の情報を検出することを特徴とする検出装置。
2. 前記検出部によって検出される前記透過電磁波または反射電磁波の最大振幅値を、予め用意して保存された検量線と比較することによって、前記積層体ないしその一部の水分含有量の情報を検出することを特徴とする請求項1記載の検出装置。
3. 前記検量線は、前記電磁波が前記積層体ないしその一部を透過する透過距離と、前記検出部で検出される透過電磁波または反射電磁波の最大振幅値と、面状物体の水分含有量との3つのパラメータによって構成される検量線であることを特徴とする請求項2記載の検出装置。
4. 前記照射部と前記検出部は夫々複数設けられていることを特徴とする請求項1及至3のいずれかに記載の検出装置。
5. 前記積層体の積層方向の水分含有量分布の情報を検出することができる様に、前記照射部と前記検出部は前記積層体の側面に沿って鉛直方向に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項1及至4のいずれかに記載の検出装置。
6. 前記積層体ないしその一部の水分含有量の面内分布の情報を検出することができる様に、前記照射部と前記検出部は前記積層体ないしその一部の側面に沿って水平方向に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項1及至5のいずれかに記載の検出装置。
7. 前記電磁波が、30GHzから30THzの周波数領域の少なくとも一部の周波数であって、水分に吸収される周波数を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の検出装置。
8. 前記電磁波が、前記積層体の水分含有量の情報を検出したい領域の側面と同じスポットサイズで前記積層体ないしその一部の側面を照射する様に制御可能であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の検出装置。
9. 請求項1及至8のいずれかに記載の検出装置と、面状物体である記録媒体に画像を形成するための画像形成手段を含み、検出装置により検出した記録媒体の水分含有量の情報に基づいて画像形成手段の画像形成条件を制御することを特徴とする画像形成装置。

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