JP2008046473A - 記録媒体判別装置および記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な印刷品質の確保，ユーザ操作ミスの低減、及び、部品の長寿命化を実現する記録装置を提供する。
【解決手段】記録媒体である用紙の厚みを紙厚測定測定する手段を有した記録装置において、前記紙厚測定手段が複数個設けられ、その複数個の紙厚測定手段からの紙厚測定データをもとに、帳票内において、一様の厚みの一般帳票かそれ以外の特殊帳票かの判別を行う記録媒体判別手段が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、省エネルギー，画質向上及び人的操作ミスの低減を図ることを主眼においた電子写真式の記録装置およびそれに用いる記録媒体判別装置に関するものである。

複写機やプリンタに利用される電子写真式印刷方式では記録媒体の特性（例えば厚み，坪量等の重さ，抵抗値（体積/表面抵抗値）他）によって記録装置に要求される仕様が決まる。特に、記録媒体上の粉体トナーを記録媒体に固着させるために必要な熱エネルギーが異なる。

装置の印刷処理速度（記録媒体の搬送速度）が速くなるにつれ、定着装置を通過する時間が短くなる。このため記録媒体の特性の影響が大きくなり、記録装置に要求される仕様が厳しくなる。

転写器は、コロナ放電方式や転写ローラ方式が一般的に広く用いられている。両方式共に感光体や中間転写体上の帯電したトナー粒子層に記録媒体へ電気的に転写させるため、電界形成を行い、トナー粒子にクーロン力を与えている。前記電界が弱い場合、トナー層の全体を記録媒体に転写させるクーロン力が働かず、転写効率の低下につながる。逆に、転写器の発生電界が強すぎた場合、トナー層内の粒子間でパッシェン放電が起こり、トナー層内の電界が崩れ転写効率の低下及び粒子間の反発が起こる。感光体や中間転写体からの剥離時にも、トナーと感光体や中間転写体との間でも放電が強くなる。このため、転写効率の低下や放電によるトナーの飛散り現象を発生させる。しかしながら、定着装置に対し、記録媒体の転写器への影響は少ない。

定着装置は一般的に、記録媒体上のトナー粒子を軟化させ定着させるため、記録媒体及び該記録媒体上のトナーへ熱エネルギーの供給を行う。定着の方式には種々あるが代表的なものは、加熱ローラ及び加圧ローラで記録媒体を挟持搬送する熱伝導方式や赤外線ランプやキセノンフラッシュランプを用いた熱放射方式等がある。多くの電子写真方式記録装置では装置の小型化，省エネルギー及び低コストの観点から前記の熱伝導方式が広く用いられている。熱伝導方式で代表的なのは加熱ローラ及び加圧ローラを用いた定着ローラにて挟持搬送を行いながら定着を実施する構成が代表的である。

加熱ローラは記録媒体上の粉体トナーに直接接触するため、加熱ローラ表面にトナーが付着するオフセット現象が欠点である。しかる欠点を克服するため、シリコンやフッ素等の離型性の優れたもので加熱ローラ表面を覆い、更に、シリコンオイル等の離型剤を塗布し、トナーが加熱ローラに付着しにくい構成及び手段を講じている。また、加熱ローラの表面温度によってもオフセット現象が発生する。記録媒体及びその上の粉体トナーへの熱エネルギーの供給量によってオフセット現象が発生する。
該加熱ローラの供給熱エネルギーが少なすぎるとトナーが粉体状のまま加熱ローラと接触する表面のみ軟化を起こし、残りは粉体のまま残るためトナー層内の凝縮力よりも加熱ローラとの接着力が勝り、加熱ローラにトナーが付着する。逆に供給熱エネルギーが多すぎると、トナーは液体状に流動化を始め、トナー層内の凝縮力よりも加熱ローラとの接着力が勝り、加熱ローラに付着する。前者をコールドオフセット、後者をホットオフセットと呼び、オフセットを起こさない領域をオフセットバンドと呼ぶ。
当然、記録媒体の厚み及び熱特性（熱伝導率，含水率等）やトナーの熱的物性値や層の厚みに大きな影響を受ける。また、供給熱エネルギーが多すぎる場合、記録媒体への熱的ダメージが大きく、記録媒体が傷み使用できない場合がある。用紙では用紙内部の水分がなくなり、破れやすくなる。ＯＰＣ等の樹脂の場合では、波状に変形する。

記録媒体送り速度が速くなるにつれて、定着ローラのニップ部のみでは時間が短くなり熱エネルギーが記録媒体に十分に伝導できず、記録媒体及び記録媒体上のトナーを十分加熱出来ない。このため加熱時間を稼ぐため、加熱ローラに記録媒体を巻き付ける手法が広く用いられている。これは、熱伝導率がある程度決まった記録媒体及びトナーに対し、供給すべき熱量が伝熱されないため、時間を稼ぐ手法である。長尺に連続した記録媒体用の電子写真式記録装置では、記録媒体の裏面から記録媒体を予め予熱する機構を使用する場合が多い。ヒータ及び温度検出センサーを内蔵し、温度制御を行う熱板を記録媒体の裏面に密着させることにより予熱を行う機構が代表的なものである。

電子写真方式のプリンタ。特に、一般的に超高速領域と呼ばれるプリンタとして、図６のような構成のプリンタ１について説明する。２２は本プリンタ１を制御するコントローラであり、２３はコントローラ２２の表示画面及び操作部である。

感光ドラム２１の表面をコロナ帯電電器２により帯電し、回転多面体３，光源４，ｆθレンズ５に代表され他の機構（非図示）を組み合わせられた光学部よって感光ドラム２１表面に静電潜像を作像する。現像装置６は感光ドラム２１上に形成された静電潜像上に粉体のトナーを電気的的に付着させ可視化する。

該感光ドラム２１上の可視化されたトナー像は転写器１０によって用紙７の裏面（印刷しない面）よりコロナ放電し電界を発生させ、感光ドラム２１上の可視化トナー像を用紙７へ転写する。簡単に説明すれば、感光ドラム２１上の可視化されたトナー像は帯電しており、その分の電荷を用紙７の背面に与えてやればよい。正確に述べれば、トナー層全域に用紙７に転写されるように電界を形成し、感光ドラム２１とトナーとの付着力よりも、前記電界で発生するクーロン力が勝れば転写される。しかし、転写器１０のコロナ放電によって用紙７へ転写するが、感光ドラム２１上の粉体トナーは全てが転写されずに感光ドラム２１上に微量ではあるが付着したままとなる。そのままだと、次頁印刷以降に本画像が現われるゴースト現象が発生する。そこで、清掃装置２０にて感光ドラム２１表面を清掃する。

用紙ホッパ１１内の用紙７は用紙搬送機構Ｌ８及び用紙搬送機構Ｕ９によって転写器１０を経て定着装置１２へ送り出す。また、定着装置１２のヒータランプ２５を内蔵し、表面を離型性の良い材料で覆われた加熱ローラ１４及び表面を弾性体で覆われた加圧ローラ１５によって挟持搬送される。一般的には、加熱ローラ１４に駆動源（非図示）を設け、加熱ローラ１４が回転することで用紙７を搬送する。バッファプレート２４は用紙搬送機構Ｌ８及び用紙搬送機構Ｕ９と加熱ローラ１４及び加圧ローラ１５双方の搬送速度差を吸収するための機構である。用紙７のバッファ量（弛み量）が多いとバッファプレート２４は上方に上がり、逆に少ないと下方に下がる。その量を監視し、エラーを発生させ印刷動作を停止さる場合や加熱ローラ１４及び加圧ローラ１５の搬送速度を変更したりする。用紙送り出しローラ１６は加熱ローラ１４及び加圧ローラ１５に用紙７が捲きつかないように用紙７を定着装置１２より送り出している。送り出された用紙７はスイングフィン１７，パドル１８，スタッカテーブル１９に代表され他の機構（非図示）を組み合わされた用紙スタッカ部に折りたたまれて収納される。

定着装置１２には内部にヒータ及び温度検出センサを内蔵し、温度を一定に制御するプレヒータ１３によって用紙７の裏面から用紙７を予熱し、ヒータランプ２５を内蔵し、表面を離型性の良い材料で覆われ、温度を検出するセンサ（非図示）によって温度を制御される加熱ローラ１４及び表面を弾性体で覆われた加圧ローラ１５によって挟持搬送することで用紙７上に粉体トナーを軟化させ固着させる。

加熱ローラ１４は粉体トナーと用紙７に直接接触するため、温度をオフセットバンド内に制御しても微量に付着する。該微量トナーを清掃し、かつ、加熱ローラ１４の離型性を向上するためにシリコンオイル等の離型剤を塗布するためにウェブ部材２６他（非図示）を加熱ローラ１４にある程度の荷重で押し付けている。加熱ローラ温度がオフセットバンド内においても、用紙７上にトナーを固着強度（定着強度）が弱い場合、記録装置としては不十分である。用紙へのトナーの定着強度が十分な温度設定が必要となる。しかし、加熱ローラ１４の設定温度が高すぎた場合、用紙７へのダメージが大きくなると共に、加熱ローラ１４及び加圧ローラ１５の表面の機械的強度が低下するため、部品寿命が短くなる。

そこで、超高速プリンタでは用紙の種類によって、プレヒータ１３や加熱ローラ１４の設定温度を切替えている。切替え作業はプリンタ１を用いて印刷を行うユーザが判断し、実施する事が通例となっている。しかし、プリンタ１に使用する用紙７の種類は多種多様であり、ユーザが判断できない場合も生じている。上質紙，カード紙、タック紙，糊付け紙等呼び名だけでも種類は多岐にわたっている。

超高速プリンタではプレヒータや加熱ローラの温度設定を間違えると極端に定着不良や過定着現象が発生する。

用紙の厚みや粗さをセンサーで検出し、プリンタの設定を変更する文献として下記特許文献１〜３が開示されている。

特開２００２−８２４９６号公報 特開２００１−３５６６１０号公報 特開２００５−１２８００４号公報

しかしながら、特にカード紙に代表される特殊用紙に関しての考慮が欠けている。

記録媒体である用紙は、帳票の大きさや坪量で代表される重量で製造，管理されているのが通例である。製紙メーカや製造ロットによって多少の差異は見受けられるが、これは、製造する条件によって密度が変化する場合や紙質を向上させるために混ぜ込む物によっても変化する。しかし、用紙の重量と厚みはほぼ比例関係にあり電子写真方式記録装置の転写及び定着条件は厚みに比例して設定できる。従来技術では用紙の坪量によってユーザが条件設定を変更する。ＯＰＣやペット等で出来た記録媒体は用紙と比べ熱伝導率や体積抵抗率など大きく違うため、転写及び定着装置に要求される条件は厚みのみでは管理でない。

また、反射型や透過型の図２に示す如くのセンサ３０ａ，３０ｂが一般的に使用される。センサ３０ｂの透過型の場合、記録媒体２７の透過光量によって記録媒体２７の厚さを検出する。しかし、厚い記録媒体２７では透過せず、色が既に印刷された記録媒体２７では透過光量が変化し誤検出する。一方、センサａの場合、反射光量の変化や、位置を検出して記録媒体２７の厚さを検出する。しかしながら、本センサ３０ａにおいても、事前に印刷された記録媒体２７や色付きの記録媒体２７は同様に要求精度にもよるが誤検出を招くことは周知の事実である。このような光学的な検出手段では、センサ周辺の粉塵が検出部に付着すると誤検出を引き起こすため。例えば、ファンやブロア等でセンサ検出部にクリンなエアーを吹付けるか、センサ部をケースで多い、内部圧力を外気によりも高くする手法が用いられる。

更に、機械的な機構を組み合わせて、検出精度を向上させる図３のようなローラ３１及び該ローラ３１は支点Ａを中心に揺動できるアーム３２に回転自由に取り付けられ、バネ３４にて記録媒体２７へローラ３１を押し付けている。アーム３２他端にはセンサ３０ａのような反射型変位センサ３３が実装された検出機構を設けている場合も多く使用されている（当該センサに限らず、エンコーダスリット検出等の他の検出手段でも良い）。センサ３０ａやセンサ３０ｂにて直接記録媒体２７の厚みを検出するよりも、本検出機構では部品精度及びその寿命を視野にいれて設計する必要がある。記録媒体２７と接触するため、ローラ３１やローラ３１の回転中心に実装される軸受け部の磨耗により、部品寿命がセンサ３０ａやセンサ３０ｂにて直接記録媒体２７の厚みを検出するよりも短い。また、ローラ３１の加工精度によっては、偏心や回転異常が発生する。偏心は制御により、ローラ３１の回転周波数成分を除去すればよい。しかしそこに回転異常が加わると誤検出を拡大する欠点を持ち合わせている。

本発明の目的は、良好な印刷品質の確保（定着装置の供給熱エネルギー最適化），ユーザ操作ミスの低減、及び部品の長寿命化が実現できる電子写真方式の記録装置およびそれに用いる記録媒体判別装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、記録媒体である用紙の厚みを紙厚測定測定する手段を有した記録装置において、前記紙厚測定手段が複数個設けられ、その複数個の紙厚測定手段からの紙厚測定データをもとに、帳票内において、一様の厚みの一般帳票かそれ以外の特殊帳票かの判別を行う記録媒体判別手段が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記記録媒体判別手段で前記一般帳票と判別した場合は、紙厚測定データをもとに予め決定した定着部制御温度を自動的に切替えて、印刷を行うようにしたことを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記記録媒体判別手段で前記一般帳票と判別した場合は、紙厚測定データをもとに予め決定した定着部制御温度を表示手段に表示し、オペレータの確認を実施し了承を得られた後に自動的に切替えて、印刷を行うようにしたことを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１の手段において、前記記録媒体判別手段で前記特殊と判別した場合は、紙厚測定データをもとに予め決定した特殊帳票用の定着部制御温度パターンを選択するガイダンスを表示手段に表示し、オペレータが選択した後、印刷するようにしたことを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第１ないし第４の手段において、前記一般帳票では紙厚に対し定着温度を制御する制御テーブルを有し、定着制御温度を決定することを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第１ないし第４の手段において、前記特殊帳票では紙厚に対し定着温度を制御する制御テーブルを有し、定着制御温度を決定することを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は前記第１ないし第４の手段において、前記一般帳票では紙厚に対し定着温度を制御する演算制御を有し、定着制御温度を決定することを特徴とするものである。

本発明の第８の手段は前記第１ないし第４の手段において、前記特殊帳票では紙厚に対し定着温度を制御する演算制御部を有し、定着制御温度を決定することを特徴とするものである。

本発明の第９の手段は記録媒体判別装置において、用紙等の記録媒体の主走査方向に複数個の厚み検出機構を配置していることを特徴とするものである。

本発明の第１０の手段は記録媒体判別装置において、用紙等の記録媒体が副走査方向に搬送している状態で厚み計測を連続的に実施できる厚み検出機構を有することを特徴とするものである。

本発明では上質紙や古紙を配合した再生紙，タック紙，糊付け紙は用紙厚みを検出し、転写条件及び定着条件を最適に制御を実施する。中には、プレプリントされた前記上質紙や再生紙がある。前述したセンサーの検出精度や色による影響を考慮し、検出された紙厚を扱う必要がある。

センサ３０ａの機能を有した複数個の第一センサ２８と第二センサ２９ｃもしくは第二センサ２９ｄを用い、記録媒体２７の厚みを測定した場合を、図１の説明図を用い本発明の実施形態を説明する。

第一センサ２８及び第二センサ２９ｃと用紙７のＥ矢印方向に平行に並び、第一センサ２８及び第二センサ２９ｃは前記Ｅ矢印方向に移動可能となるように取り付けられている。第一センサ２８は記録媒体２７の基準となる厚みを検出し、第二センサ２９ｃは記録媒体２７の主走査方向（Ｅ方向）における別の位置の厚みを計測する。尚、センサ実装時にスペースがなければ、第二センサ２９ｃを第二センサ２９ｄ位置でも構わない。

用紙の主走査方向（Ｅ方向）に２つのセンサ第一及び第二センサを設けた場合、カード紙ではカードが組み込まれている部分が厚くなっているため、そこに、第二センサを設置しておく。連続紙電子写真方式記録装置では、用紙装填時に用紙を搬送させながら紙厚を第一及び第二センサにて連続的にセンシングすれば自動的にカード紙を記録装置は認識できる。記録媒体である帳票がカット紙である場合、印刷時に搬送される際、連続的にセンシングすれば自動的にカード紙をユーザが印刷することを記録装置は認識できる。それでも、カード部に第二センサを移動する手動による人的操作が介入するため、操作ミスが発生する可能性がある。そこで、複数個の第二センサを用紙の主走査方向（Ｅ方向）に配置すれば、カードがどこにあっても、カード紙を記録装置は認識できる。

用紙７の厚み検出結果をもとに定着装置の温度設定までの大まかな流れを、図４及び図５に示す。マシンパワーオン後、一般的な処理を施し、紙種類を検出(用紙装填時)しそれにあわせて、定着装置の温度設定をデータベースから決定するか、演算処理し決定するかの違いである。本図には、表示画面及び操作部２３への処理は非図示であるが、表示画面及び操作部２３に用紙情報を表示し、定着制御温度の選択を決定する。決定は全てオート機能もしくは選択決定、更に、オペレータが定着温度を詳細に決定する高度な方法も含まれる。

本発明によれば、記録媒体である上質紙や古紙を配合した再生紙等の普通紙はもちろん、タック紙，糊付け紙、更には、カード紙等の特殊用紙に対して、自動的に電子写真方式記録装置が認識し、定着装置における供給熱エネルギーの最適値を各用紙に対して制御可能であり、省エネルギー，画質向上及び人的操作ミスの低減を図ることができる。

本発明の実施形態に係る用紙厚みを検出する紙厚検出センサの配置を示す説明図である。 本発明で使用される紙厚検出センサの一実施例を示す概略図である。 本発明で使用される紙厚検出センサの一実施例を示す概略図である。 本発明の用紙厚みを検出結果をもとに定着温度設定までのプロセスを示すフローチャートである。 本発明の用紙厚みを検出結果をもとに定着温度設定までのプロセスを示すフローチャートである。 従来及び本発明の対象となる代表的な連続紙用電子写真方式記録装置の概略構成図である。

符号の説明

１…レーザビームプリンタ
２…コロナ帯電器
３…回転多面鏡
４…光源
５…ｆθレンズ
６…現像装置
７…用紙
８…用紙搬送機構Ｌ
９…用紙搬送機構Ｕ
１０…転写器
１１…用紙ホッパ
１２…定着装置
１３…プレヒータ
１４…加熱ローラ
１５…加圧ローラ
１６…用紙送出しローラ
１７…スイングフィン
１８…パドル
１９…スタッカテーブル
２０…清掃装置
２１…感光ドラム
２２…コントローラ
２３…表示画面及び操作部
２４…バッファプレート
２５…ヒータランプ
２６…ウエブ部材
２７…記録媒体
２８…第一センサ
２９c…第二センサ
２９d…第二センサ
３０ａ…センサ
３０ｂ…センサ
３１…ローラ
３２…アーム
３３…反射型変位センサ
３４…バネ

Claims (10)

1. 記録媒体である用紙の厚みを紙厚測定測定する手段を有した記録装置において、前記紙厚測定手段が複数個設けられ、その複数個の紙厚測定手段からの紙厚測定データをもとに、帳票内において、一様の厚みの一般帳票かそれ以外の特殊帳票かの判別を行う記録媒体判別手段が設けられていることを特徴とする記録装置。
2. 請求項１記載の記録装置において、前記記録媒体判別手段で前記一般帳票と判別した場合は、紙厚測定データをもとに予め決定した定着部制御温度を自動的に切替えて、印刷を行うようにしたことを特徴とする記録装置。
3. 請求項１記載の記録装置において、前記記録媒体判別手段で前記一般帳票と判別した場合は、紙厚測定データをもとに予め決定した定着部制御温度を表示手段に表示し、オペレータの確認を実施し了承を得られた後に自動的に切替えて、印刷を行うようにしたことを特徴とする記録装置。
4. 請求項１記載の記録装置において、前記記録媒体判別手段で前記特殊と判別した場合は、紙厚測定データをもとに予め決定した特殊帳票用の定着部制御温度パターンを選択するガイダンスを表示手段に表示し、オペレータが選択した後、印刷するようにしたことを特徴とする記録装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載の記録装置において、前記一般帳票では紙厚に対し定着温度を制御する制御テーブルを有し、定着制御温度を決定することを特徴とする記録装置。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項記載の記録装置において、前記特殊帳票では紙厚に対し定着温度を制御する制御テーブルを有し、定着制御温度を決定することを特徴とする記録装置。
7. 請求項１ないし４のいずれか１項記載の記録装置において、前記一般帳票では紙厚に対し定着温度を制御する演算制御を有し、定着制御温度を決定することを特徴とする記録装置。
8. 請求項１ないし４のいずれか１項記載の記録装置において、前記特殊帳票では紙厚に対し定着温度を制御する演算制御部を有し、定着制御温度を決定することを特徴とする記録装置。
9. 用紙等の記録媒体の主走査方向に複数個の厚み検出機構を配置していることを特徴とする記録媒体判別装置。
10. 用紙等の記録媒体が副走査方向に搬送している状態で厚み計測を連続的に実施できる厚み検出機構を有することを特徴とする記録媒体判別装置。
    

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