JP2015114184A - 超音波センサ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録材に含まれる水分量を精度良く検知する。【解決手段】 本発明の超音波センサは、記録材を加熱して前記記録材に画像を定着する定着部を有する画像形成装置に取り付けられ、前記記録材に超音波を送信する送信部と、前記送信部から送信され、前記記録材を介した超音波を受信して、受信した超音波に応じた信号を出力する受信部と、を有する超音波センサにおいて、前記記録材が前記定着部を通過する前に、前記受信部が前記記録材を介した超音波を受信して出力した第１の信号と、前記記録材が前記定着部を通過した後に、前記受信部が前記記録材を介した超音波を受信して出力した第２の信号に基づいて、前記記録材が前記定着部を通過する前に含んでいた水分量に関する情報を検知する検知部を有することを特徴とする。【選択図】 図６

Description

本発明は、記録材に含まれる水分量を検知する技術に関するものである。

従来、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、画像形成装置の内部に記録材の状態を検知するセンサを備えているものがある。これらの装置では、自動的に記録材の状態を検知し、検知結果に応じて転写条件（例えば転写電圧や転写時の記録材の搬送速度）や定着条件（例えば定着温度や定着時の記録材の搬送速度）を制御している。

記録材の状態として検知する対象としては、例えば記録材に含まれる水分量がある。記録材に含まれる水分量が異なると、記録材の抵抗値や熱容量が変化するため、同じ転写条件や定着条件で記録材に画像を形成すると画像品位が低下する場合がある。そのため、これらの装置では、記録材に含まれる水分量を検知し、検知結果に応じて転写条件や定着条件を制御している。

特許文献１には、記録材の厚みを検知するレバーを搬送路中に設けた画像形成装置が記載されている。記録材が搬送されると、レバーは記録材の厚みの分だけ押し上げられる。このレバーの変動量に応じて記録材の厚みを検知することができる。そして、この画像形成装置では、定着部を通過する前の記録材の厚みと定着部を通過した後の記録材の厚みを比較することによって、記録材に含まれる水分量を検知している。そして、水分量の検知結果に応じて転写条件等を制御し、画像品位を向上させている。

特開２００８−１４５５１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成は、レバーが直接記録材に接触して厚みを検知する構成であるため、記録材を搬送する際のばたつきの影響によって、厚みの検知精度、つまりは水分量の検知精度が低下してしまう場合があった。また、記録材が薄紙の場合は、水分量が変化しても厚みがほとんど変化しないため、精度良く水分量を検知することが困難であった。そのため、特許文献１に記載の構成は、当時として望まれる画像品位を十分に満たす程度の水分量の検知精度を得られるものであったが、近年、求められるようになった画像品位を満たすには更なる水分量の検知精度の向上が求められるようになった。

本発明の目的は、記録材に含まれる水分量を精度良く検知することにある。

上記の目的を達成するための本発明の超音波センサは、記録材を加熱して前記記録材に画像を定着する定着部を有する画像形成装置に取り付けられ、前記記録材に超音波を送信する送信部と、前記送信部から送信され、前記記録材を介した超音波を受信して、受信した超音波に応じた信号を出力する受信部と、を有する超音波センサにおいて、前記記録材が前記定着部を通過する前に、前記受信部が前記記録材を介した超音波を受信して出力した第１の信号と、前記記録材が前記定着部を通過した後に、前記受信部が前記記録材を介した超音波を受信して出力した第２の信号に基づいて、前記記録材が前記定着部を通過する前に含んでいた水分量に関する情報を検知する検知部を有することを特徴とする。

本発明によれば、記録材に含まれる水分量を精度良く検知することができる。

本発明の実施例におけるタンデム方式のカラー画像形成装置の構成図 本発明の実施例における超音波センサの制御部の構成を示すブロック図 本発明の実施例における超音波センサの駆動信号と、受信波形の一例を示す図 本発明の実施例における超音波センサの出力波形の一例を示す図 本発明の実施例における超音波センサで検知された演算係数と記録材の坪量との相関を示す図 本発明の実施例におけるフローチャート

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、以下に示す実施例は一例であって、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

本実施例の超音波センサは、例えば複写機やプリンタ等の画像形成装置で用いることが可能である。図１は、その一例として超音波センサを搭載している画像形成装置として、中間転写ベルトを採用したタンデム方式（４ドラム系）の画像形成装置を示す構成図である。

図１における画像形成装置１の各構成は以下のとおりである。２は、記録材Ｐを収納する供給カセットである。３は、画像形成装置１の画像形成部の動作を制御する画像形成制御部である。４は、供給カセット２から記録材Ｐを供給する供給ローラである。５は、供給ローラ４によって供給された記録材Ｐを搬送する搬送ローラであり、６は搬送ローラ５に対向する搬送対向ローラである。１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の現像剤（トナー）を担持する夫々の感光ドラムである。１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋは、感光ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋを一様に所定の電位に帯電するための各色用の一次帯電手段としての帯電ローラである。１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋは、一次帯電手段によって帯電された感光ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上に各色の画像データに対応したレーザ光を照射し、静電潜像を形成するための光学ユニットである。１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋは、感光ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上に形成された静電潜像を可視化するための現像ユニットである。１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋは、現像ユニット１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ内の現像剤を感光ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋと対向する部分に送り出すための現像剤搬送ローラである。１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋは、感光ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上に形成した画像を一次転写する各色用の一次転写ローラ（転写部）である。１７は、一次転写された画像を担持する中間転写ベルトである。１８は、中間転写ベルト１７を駆動する駆動ローラである。１９は、中間転写ベルト１７上に形成された画像を搬送されてきた記録材Ｐに転写するための二次転写ローラ（転写部）であり、２０は、二次転写ローラ１９に対向する二次転写対向ローラである。２１は、記録材Ｐを搬送しつつ、記録材Ｐに転写された画像を定着する定着ユニット（定着部）である。２２は、定着ユニット２１によって、定着が行われた記録材Ｐを画像形成装置１の外部へ排出する排出ローラである。９１はフラッパ、９２は反転ローラ、９３と９４は両面搬送ローラである。９０は超音波センサであり、送信部３１と受信部３２を有する。

次に、画像形成装置１の画像形成動作について説明する。制御部３にはＣＰＵ８０が搭載されており、画像形成装置１の画像形成動作を一括して制御している。不図示のホストコンピュータ等から制御部３に、画像形成命令や画像データが入力される。すると、画像形成装置１は画像形成動作を開始し、記録材Ｐは供給ローラ４によって供給カセット２から供給される。記録材Ｐは、中間転写ベルト１７上に形成される画像とタイミングが合うように、二次転写ローラ１９及び二次転写対向ローラ２０によって形成されるニップ部（不図示）へ向けて搬送ローラ５及び搬送対向ローラ６によって搬送される。記録材Ｐが供給カセット２から供給される動作と共に、感光ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋは帯電ローラ１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋによって一定の電位に帯電される。そして、入力された画像データにあわせて光学ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋは、帯電された感光ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの表面をレーザビームによって露光して静電潜像を形成する。形成した静電潜像を可視化するために、現像ユニット１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ及び現像剤搬送ローラ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋによって現像を行う。感光ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの表面に形成された静電潜像は、現像ユニット１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋにより夫々の色で現像される。感光ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋは、夫々中間転写ベルト１７と接触しており、中間転写ベルト１７の回転と同期して回転する。現像された各色の画像は、一次転写ローラ１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋにより中間転写ベルト１７上に順番に転写される。そして、二次転写ローラ１９及び二次転写対向ローラ２０により中間転写ベルト１７上に形成された画像は記録材Ｐ上に二次転写される。記録材Ｐに転写された画像は、定着ローラ等から構成される定着ユニット２１によって加熱、加圧されることにより定着される。記録材Ｐに転写されず中間転写ベルト１７上に残った現像剤はクリーニングユニット３６によってクリーニングされる。

記録材Ｐの裏面に画像形成を行わない場合は、画像が定着された記録材Ｐをフラッパ９１により排出ローラ２２が設けられた搬送路へ導き、排出トレイ２６に排出する。この搬送路は図１において実線で示される。一方、記録材Ｐの裏面にも画像形成を行う場合は、記録材Ｐをフラッパ９１により反転ローラ９２が設けられた搬送路へ導く。この搬送路は図１において点線で示される。反転ローラ９２は記録材Ｐを外部に排出する方向に搬送し、記録材Ｐの後端（記録材Ｐの搬送方向の上流側の端部）がフラッパ９１を通過してから所定時間が経過後に逆回転する。そして、反転ローラ９２は記録材Ｐを両面搬送ローラ９３へ搬送する。両面搬送ローラ９３は記録材Ｐを両面搬送ローラ９４へ搬送し、記録材Ｐは両面搬送ローラ９４で一旦停止する。その後、記録材Ｐは所定のタイミングで搬送ローラ５及び搬送対向ローラ６へ搬送され、表面と同様に画像形成が行われる。

次に、超音波センサ９０について説明する。超音波センサ９０は記録材Ｐの坪量を検知することができる。ここでいう坪量とは、記録材Ｐの単位面積当たりの質量であり、単位は［ｇ／ｍ２］で表わされる。図１の画像形成装置１において、記録材Ｐの坪量を検知するセンサ９０は、二次転写ローラ１９及び二次転写対向ローラ２０よりも記録材Ｐの搬送方向において上流側に配置されている。センサ９０は超音波を送信する送信部３１と超音波を受信する受信部３２を有しており、記録材Ｐを搬送する搬送路を挟むように送信部３１と受信部３２が配置されている。また、送信部３１は二次転写ローラ１９と共に二次転写ユニット２３により保持されている。二次転写ユニット２３は、回転軸２４を支点に開閉動作が可能であり、これにより、搬送中の記録材Ｐが二次転写ユニット２３付近で滞留した場合でも、ユーザにより滞留した記録材Ｐを簡単に除去することができる。また、制御部３は、ＣＰＵ８０に加えて超音波の送受信動作や記録材Ｐの坪量の検知動作を行う超音波センサ制御部３０（以降、センサ制御部３０と記載する）を備えている。ＣＰＵ８０は、センサ制御部３０によって得られた坪量の検知結果に応じて、様々な画像形成条件の制御を行っている。ここでいう画像形成条件とは、例えば記録材Ｐの搬送速度、一次転写ローラ１６や二次転写ローラ１９に印加する電圧値、定着ユニット２１で記録材Ｐに画像を定着する際の温度等である。さらにＣＰＵ８０は、画像形成条件として画像を転写する際における一次転写ローラ１６や二次転写ローラ１９の回転速度を制御してもよい。さらにＣＰＵ８０は、画像形成条件として画像を定着する際における定着ユニット２１が有する定着ローラの回転速度を制御してもよい。

送信部３１と受信部３２は同様の構成であり、機械的変位と電気信号の相互変換素子である圧電素子（ピエゾ素子ともいう）及び電極端子から成る。送信部３１では、電極端子に所定周波数のパルス電圧を入力すると圧電素子が発振して音波が発生する。途中に記録材Ｐが存在する場合、発生した音波は空気中を伝わり、記録材Ｐに到達する。音波が記録材Ｐまで到達すると、音波によって記録材Ｐが振動する。記録材Ｐが振動することにより音波が伝達され、さらに、音波は空気中を伝わって受信部３２に到達する。このように、送信部３１から送信された音波は、記録材Ｐを介して減衰し、受信部３２に到達する。受信部３２の圧電素子は、受信した音波の振幅に応じた電圧値を電極端子に出力する。これが圧電素子を用いて超音波を送受信する場合の動作原理である。

次に、センサ９０を用いた記録材Ｐの坪量の検知方法について、図２（ａ）のブロック図を用いて説明する。本実施例では、送信部３１および受信部３２は、３２ｋＨｚの周波数の超音波を送受信する。超音波の周波数は予め設定されるものであり、送信部３１及び受信部３２の構成、検知精度等に応じて適切な範囲の周波数を選択すればよい。センサ制御部３０は、超音波を送信するための駆動信号を生成し、駆動信号を増幅する機能を持った送信制御部３３、受信部３２で受信した超音波を電圧値として検知し、信号を処理する機能を持った受信制御部３４を有する。さらに、センサ制御部３０は各部の制御及び記録材Ｐの坪量の検知を行う制御部６０を有する。

制御部６０より測定開始を示す信号が駆動信号制御部３４１に入力される。駆動信号制御部３４１は入力信号を受け取ると、所定周波数の超音波を送信するために、駆動信号生成部３３１に対して、駆動信号の生成を指示する。駆動信号生成部３３１では、予め設定された周波数を持つ信号を生成し、出力する。駆動信号生成部３３１により生成される駆動信号の波形を図３（ａ）に示す。本実施例では、１回の測定で、３２［ｋＨｚ］のパルス波を５パルス連続して出力する。そして、所定の時間、パルス波の出力を休止して、音波が完全に減衰してから再度パルス波を出力して次の測定を行う。これにより、記録材Ｐや周囲の部材による反射波等の外乱の影響を低減して、送信部３１が照射した直接波のみを受信部３２で受信できる。このような信号はバースト波と呼ばれている。増幅部３３２は、信号のレベル（電圧値）を増幅し、送信部３１へ出力する。

受信部３２は、送信部３１から送信された超音波、または、記録材Ｐを介して減衰した超音波を受信して、制御部３４の検知回路３４２に受信信号を出力する。図２（ｂ）に示すように、検知回路３４２は増幅部３５１と半波整流部３５２を有している。本実施例において増幅部３５１は、送信部３１と受信部３２との間の検知位置２００に記録材Ｐが存在しない状態と、記録材Ｐが存在する状態で受信信号の増幅率を可変できるようにしている。ここで、検知位置２００とは、記録材Ｐが搬送される領域に存在する仮想的な位置であり、送信部３１から送信された超音波が照射される位置である。記録材Ｐが検知位置２００に搬送されると、送信部３１から送信された超音波は記録材Ｐに到達する。そして、受信部３２は記録材Ｐを介して減衰した超音波を受信することができる。例えば、図２に示すように送信部３１の中心と受信部３２の中心を結ぶ仮想的な線１００と記録材Ｐが搬送される領域が交わる位置を検知位置２００とすることができる。記録材Ｐは搬送ローラ５及び搬送対向ローラ６によって検知位置２００に搬送される。また、半波整流部３５２は、増幅部３５１において増幅された信号に対して半波整流を行っている。しかしながら、それぞれこれに限定されるものではない。図３（ｂ）に受信部３２での受信信号の波形、図３（ｃ）に半波整流後の信号の波形を示す。検知回路３４２で生成された信号はＡ−Ｄ変換部３４３でアナログ信号からデジタル信号へ変換される。ピーク検知部３４４では、変換されたデジタル信号に基づいて信号のピーク値（極大値）を検知する。タイマ３４５では、駆動信号制御部３４１が駆動信号の生成を指示したタイミングでカウントが開始され、ピーク検知部３４４がピーク値を検知するまでの時間を測定する。そして、ピーク検知部３４４が検知した値と、タイマ３４５によって測定された時間はそれぞれ記憶部３４６に保存される。以上の動作を、送信部３１と受信部３２の間の検知位置２００に記録材Ｐが存在しない状態と、記録材Ｐが存在する状態でそれぞれ所定の間隔で所定回数実施する。演算部３４７では、記録材Ｐが存在しない状態でのピーク値の所定回数の平均値と、記録材Ｐが存在する状態でのピーク値の所定回数の平均値の比から演算係数を算出する。演算係数は坪量に相当する値であり、演算部３４７で算出された演算係数に基づいて、制御部６０は記録材Ｐの坪量を検知する。ＣＰＵ８０は坪量の検知結果に基づき画像形成装置１の画像形成条件を制御する。また、ＣＰＵ８０は制御部６０によって記録材Ｐの坪量を検知することなく、演算係数の値から直接的に画像形成装置１の画像形成条件を制御してもよい。

本実施例における記録材Ｐの受信信号の波形を図４に示す。使用した記録材Ｐは坪量６０［ｇ／ｍ２］の記録紙である（以下、単に紙と記載する）。横軸は送信部３１から超音波を送信してからの経過時間に相当するカウンタ値、縦軸は超音波の振幅に相当する出力値である。本実施例では、タイマ３４５のカウンタ周波数は３［ＭＨｚ］（０．３３３［μｓｅｃ］間隔）、ピーク検知部３４４の分解能はＡＤ１２ビットの３．３［Ｖ］（０．８０６［ｍＶ］間隔）である。また、送信部３１と受信部３２との間の検知位置２００に紙が存在する状態でも安定したデータを取得できるように、紙が存在する状態における検知回路３４２の増幅率を１６倍に設定している。実線、破線の波形は夫々、紙なし時、紙あり時の波形を表わしている。以下、紙なしとは送信部３１と受信部３２との間の検知位置２００に紙が存在しない状態を示し、紙ありとは送信部３１と受信部３２との間の検知位置２００に紙が存在する状態を示す。図４において周期的にピーク値があらわれるのはバースト波を入力しているためである。また、紙の有無によってピーク値が検知されるタイミングが異なっているのは、紙があることによって超音波が減衰し、超音波の速度が遅くなるためである。図４が示すように、最初の２つのピーク値（図のｎ＝１、２）の値は小さく、紙の有無、種類により安定したピーク値が得られない場合がある。一方で、超音波を送信してから所定時間が経過すると反射波などの外乱の影響を受けるため、必要な振幅を得られる範囲で可能な限り早いピーク値を取得することが望ましい。従って、本実施例では図４のｎ＝３のピーク値を用いて坪量検知を行う。

次に、記録材Ｐが定着ユニット２１を通過する前に坪量を検知した結果と定着ユニット２１を通過した後に坪量を検知した結果を図５に示す。本実施例では、記録材Ｐの両面に画像を形成する場合について説明する。記録材ＰはＸＥＲＯＸ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ ４２００ ９０ｇの紙であり、温度３０℃湿度８０％の環境下でカセット２内に４８時間以上放置させたものを使用している。図５のグラフの横軸は紙の実際の坪量を示している。実際の坪量とは、電子天秤にて測定された質量を面積で割って算出した値である。図５のグラフの縦軸は演算係数を示している。本実施例においては、記録材Ｐが存在する状態でのピーク値の所定回数の平均値を、記録材Ｐが存在しない状態でのピーク値の所定回数の平均値で割ることで演算係数を算出している。図５のグラフにおいて、●印のプロットは紙の１面目（表面）に画像を形成する前に検知した結果を示す。また、×印のプロットは紙の２面目（裏面）に画像を形成する前に検知した結果を示しており、１面目に画像を形成した後速やかに実際の坪量の測定を行い、その後速やかに２面目に画像を形成する前に演算係数を求めた。すなわち、●印のプロットは紙が定着ユニット２１を一度通過する前の結果であり、×印のプロットは紙が定着ユニット２１を一度通過した後の結果である。図５に示す記号Ａ、Ｂ，Ｃはそれぞれ異なる紙を示しており、定着ユニット２１を一度通過した後は「´（ダッシュ）」をつけて表記している。

図５に示す通り、Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれに、定着ユニット２１を一度通過した検知結果は定着ユニット２１を一度通過する前の検知結果より実際の坪量が６〜７［ｇ／ｍ^２］程度軽くなっていることが分かる。これは、１面目に画像を形成する時に、紙が定着ユニット２１を通過して加熱、加圧されることに起因する。より詳細には、紙に含まれる水分が蒸発し、紙から大気中に放出されることによってその分坪量が軽くなる。本発明では、この特性に着目し、記録材Ｐが定着ユニット２１を一度通過する前の坪量と、定着ユニット２１を一度通過した後の坪量の差分をとることで、記録材Ｐに含まれる水分量を検知することを特徴としている。

また、図５から、実際の坪量と演算係数は線型であり、実際の坪量が大きくなると演算係数は小さくなり、実際の坪量が小さくなると演算係数は大きくなる。このことから、本実施例の構成で演算係数を検知することで、実際の坪量を検知することができ、定着ユニット２１を一度通過する前の坪量と定着ユニット２１を一度通過した後の坪量の差分を取る事で、水分量が検知できるのである。検知した水分量はセンサ制御部３０によって記憶部３４６に記憶される。

本実施例においては、記録材Ｐが定着ユニット２１を一度通過する前の演算係数と定着ユニット２１を一度通過した後の演算係数の差分の絶対値を１０００倍した値を便宜上記録材Ｐに含まれる水分量（水分量に関する情報）と定義する。例えば紙Ａの場合、（０．０３９０３−０．０３２３８）×１０００＝６．６５、従って水分量は６．６５となる。紙に含まれる水分量は、紙の保管状態で異なり、例えば温度３０℃湿度８０％環境下で長時間放置された紙（以下、放置紙と記載する）の水分量は６．６５程度となる。一方で、ユーザが紙を包装から出した直後の紙（以下、開直紙と記載する）の水分量は小さくなる。本実施例においては、検知した水分量が１．５以上の紙を放置紙、水分量が１．５未満の紙を開直紙と定義する。尚、水分量の算出の仕方は、本方式に限定されるものではなく、紙が定着ユニット２１を一度通過する前の演算係数と定着ユニット２１を一度通過した後の演算係数の差分値を一度通過した後の演算係数で規格化する等でも良い。ＣＰＵ８０は坪量の場合と同様に、水分量に応じて様々な画像形成条件の制御を行う。例えば二次転写に関しては、水分量を多く含む紙は紙の抵抗値が低下し、余白の部分への転写電流逃げが発生しやすくなる。結果、転写不良が発生しやすくなる。そのため、二次転写ローラ１９に印加する電圧値（以下、二次転写バイアスと記載する）を大きくする必要がある。また、定着に関しては、水分量が多い紙は紙の熱容量が大きくなるため、その分定着温度を高くする必要がある。

表１に本実施例における温度３０℃湿度８０％環境下における水分量の検知結果と、１面目に画像を形成する際の二次転写バイアス、定着温度の設定について記す。三種類の坪量の紙それぞれに、開直紙と放置紙の二種類、合計六種類の例である。表１の水分量と画像形成条件を対応付けて記憶したテーブルを記憶部３４６に格納しておき、ＣＰＵ８０がそのテーブルからデータを読み出して画像形成条件を設定する。

総じて、水分量が少ない時は、二次転写バイアス、定着温度共に低く設定し、水分量が多い放置紙は、二次転写バイアス、定着温度共に高く設定する。尚、本実施例においては、水分量に応じて、二次転写バイアスと定着温度を設定する例を説明したが、その他の画像形成条件、例えば、帯電バイアス、現像バイアス、レーザ光量、紙の搬送速度等を設定してもよい。ここで、帯電バイアスとは帯電ローラ１２に印加する電圧値を示し、現像バイアスとは現像剤搬送ローラ１５に印加する電圧値を示す。例えば、二次転写バイアスを高く設定する必要がある放置紙の場合、感光ドラム上に現像する現像剤量を多くするように、帯電バイアス、現像バイアス、レーザ光量を設定する。これにより、前述の転写電流逃げが発生して、二次転写の後に中間転写ベルト１７上に残存するトナーが多くなるような場合でも、紙上の現像剤量を必要量確保する事が可能となる。

次に、検知した水分量の結果から、画像形成条件を設定し、画像形成を実施するタイミングについて述べる。本実施例の超音波センサは、紙を一旦停止することなく、坪量を検知することができるため、複数枚の紙に連続して画像形成を行う場合も、画像形成を一時停止することなく全ての紙の１面目、２面目の坪量をリアルタイムに検知できる。従って、例えば一枚目の１面目、２面目の坪量（演算係数）の差分から求められた水分量から、最適な画像形成条件を設定し、次の二枚目１面目の画像形成時に反映することが可能である。

図６のフローチャートを用いて、本実施例の水分量の検知と画像形成条件の制御について説明する。図６では、連続して二枚の紙の両面に画像を形成する場合を例として示す。また、図６のフローチャートに基づく制御は、ＣＰＵ８０やセンサ制御部３０等が不図示のＲＯＭ等に記憶されているプログラムに基づき実行する。図６の（ａ）は一枚目に関するフローチャートであり、図６の（ｂ）は二枚目に関するフローチャートである。

まず、図６（ａ）のフローチャートを用いて、一枚目の動作を説明する。一枚目１面目に画像を形成する前、センサ制御部３０は送信部３１と受信部３２の間の検知位置２００に紙がない状態で超音波の送受信を行う（以下、紙なし時測定と呼称する：Ｓ１０１）。次に、センサ制御部３０は送信部３１と受信部３２の間の検知位置２００に紙がある状態で超音波の送受信を行い（以下、紙あり時測定と呼称する：Ｓ１０２）、一枚目１面目の演算係数を算出する（Ｓ１０３）。ここで、センサ制御部３０は前回の水分量の検知を実行してから所定時間、例えば１２時間以内かどうかを判断する（Ｓ１１６）。１２時間以内でなければ、紙に含まれる水分量が変化した可能性が高いため、前回検知した水分量は用いない。そして、Ｓ１０３で算出された演算係数を元に、ＣＰＵ８０は一枚目１面目の画像形成条件を設定し（Ｓ１０４）、画像形成を行う（Ｓ１０５）。１２時間以内であれば、紙に含まれる水分量の変化は小さいと判断し、前回検知した水分量を用いる。そのため、センサ制御部３０は記憶部３４６から前回の水分量を呼び出して参照し、ＣＰＵ８０はＳ１０３で得られた演算係数と合わせて、一枚目１面目の画像形成条件を設定し（Ｓ１０４）、画像形成を行う（Ｓ１０５）。

一枚目の２面目も、１面目と同様に紙なし時測定（Ｓ１０６）と紙あり時測定（Ｓ１０７）から、センサ制御部３０が演算係数を算出し（Ｓ１０８）、ＣＰＵ８０が画像形成条件を設定して（Ｓ１０９）、画像形成を行う（Ｓ１１０）。この時同時に、センサ制御部３０はＳ１０３とＳ１０８の結果から、一枚目の水分量を検知し（Ｓ１０８）、記憶部３４６に格納する。２面目の画像形成条件は１面目と同じ、又は１面目よりも所定の値、二次転写バイアスや定着温度を下げた条件を設定してもよい。また、すぐに変更できるのであれば、Ｓ１０８で検知した水分量を反映させて画像形成条件を設定してもよい。

次に、図６（ｂ）のフローチャートを用いて、二枚目の動作を説明する。二枚目の１面目も、一枚目と同様に紙なし時測定（Ｓ１１１）と紙あり時測定（Ｓ１１２）から、センサ制御部３０が演算係数を算出する（Ｓ１１３）。この時同時に、センサ制御部３０は一枚目の水分量を記憶部３４６から呼び出して参照し、ＣＰＵ８０はＳ１１３で得られた演算係数と合わせて、二枚目１面目の画像形成条件を設定し（Ｓ１１４）、画像形成を行う（Ｓ１１５）。

二枚目の２面目も、一枚目の２面目と同様に紙なし時測定（Ｓ１１８）と紙あり時測定（Ｓ１１９）から、センサ制御部３０が演算係数を算出し（Ｓ１２０）、ＣＰＵ８０が画像形成条件を設定して（Ｓ１２１）、画像形成を行う（Ｓ１２２）。この時同時に、Ｓ１１３とＳ１２０の結果から、センサ制御部３０が二枚目の水分量を算出し（Ｓ１２０）、記憶部３４６に格納し、三枚目の１面目の画像形成条件の設定時に反映される。以下、三枚以上のジョブの時にも、同様にして水分量検知と、画像形成条件の制御が実施される。また、ＣＰＵ８０はセンサ制御部３０によって水分量を検知することなく、１面目と２面目の演算係数の値から直接的に画像形成装置１の画像形成条件を制御してもよい。

尚、本実施例においては、前回の水分量検知からの経過時間を元に、前回検知した水分量の妥当性を判断したが、本発明はこれに限定されることはない。環境センサ（不図示）を用いて前回の水分量検知時の環境センサの検知した値と、今回の水分量検知時の環境センサの検知した値を比べて、その値の変化の大小で、前回検知した水分量の妥当性を判断してもよい。すなわち、周囲の環境（温度、湿度等）が大きく変化している場合、記録材Ｐに含まれる水分量も大きく変化しているため、再度水分量の検知が必要である。一方、周囲の環境がそれほど変化していない場合、記録材Ｐに含まれる水分量も変化は小さいため、前回検知した水分量を用いることができる。また、カセット２の開閉を検知するセンサ（不図示）の検知結果を用いて、前記検知した水分量の妥当性を判断してもよい。すなわち、センサは前回の水分量検知後から今回の水分量検知までの間にカセット２が開けられたかどうかを検知する。カセット２が開けられていた場合は、カセット２に収納されている記録材Ｐが取り替えられた又は追加された可能性が高いため、再度水分量の検知を行う必要がある。 また、カセット２内に積載された状態で長期間放置された放置紙はカセット２内の上部の紙と、中央部の紙とで水分量が異なる場合がある。カセット２内の上部の紙は、大気と接触しやすいため、大気からの影響を受けやすい。一方、中央部の紙は上部の紙が障壁となって、大気からの影響を受けにくい。そのため、例えば湿度が高い環境下であれば、上部の紙は水分量が高く、中央部の紙は水分量が低くなる。このような場合、常に最新の水分量の検知結果を次の紙に随時反映する事で、より最適な画像形成条件の設定が可能である。例えば、一度に百枚の紙に画像を形成する場合、一枚目の水分量の検知結果は二枚目１面目の画像形成条件に反映させ、九十九枚目の水分量の検知結果は、百枚目１面目の画像形成条件に反映させる。

以上説明したように、本実施例においては、記録材が定着ユニットを通過する前の坪量と定着ユニットを通過した後の坪量の差分を取る事で、記録材に含まれる水分量を検知できる。したがって、記録材に含まれる水分量を精度良く検知することができる。

本実施例では、検知された水分量と２面目の演算係数から、画像形成条件を設定することを特徴とする。主な部分の説明は実施例１と同様であり、ここでは実施例１と異なる部分のみを説明する。

前述の通り、実施例１においては、二枚目１面目の画像形成条件を設定する際、二枚目１面目の演算係数と、一枚目の水分量を参照した。しかしながら、二枚目１面目の演算係数からでは、坪量の差が小さい紙、例えば７５ｇ紙と８０ｇ紙を判別しづらい場合がある。表２に７５ｇ紙と８０ｇ紙の一枚目２面目の演算係数と、二枚目１面目の演算係数、一枚目の水分量及び画像形成条件を記す。

７５ｇ放置紙と８０ｇ開直紙を判別したい場合、実施例１のように水分量と二枚目１面目の演算係数を参照すると、表２から水分量はそれぞれ４．６３と０．７１であるため、放置紙と開直紙の差は容易に検知できることがわかる。次に二枚目１面目の演算係数はそれぞれ０．０４４２６と０．０４３８４となり、８０ｇ開直紙より７５ｇ放置紙の方がわずかに大きい。従って、０．０４４２６と０．０４３８４の間に閾値を設ければ、一枚目の水分量と二枚目１面目の演算係数から、８０ｇ開直紙と７５ｇ放置紙とを判別する事は可能である。ただし、二枚目１面目の演算係数の差は小さいため、紙の製造バラつき等の影響によって演算係数が多少変化した場合、誤検知してしまう可能性が高い。本実施例では、二枚目１面目の画像形成条件を設定する際、一枚目の水分量と、一枚目２面目の演算係数の値を参照することで判別する精度を向上させている。水分量は前述の通りであるため、説明を省略する。一枚目２面目の演算係数は表２から、７５ｇ放置紙で、０．０４８８９、８０ｇ開直紙で、０．０４４５５であり、二枚目１面目の時より差が大きくなっている。結果、８０ｇ開直紙と、７５ｇ放置紙を判別する精度が向上し、各紙に対してより最適な画像形成条件を設定する上で、より好ましい構成であるといえる。

本実施例の水分量の検知、画像形成条件の制御のフローについては、図６に示す実施例１の場合とほとんど同様であるため詳細の説明を省く。相違点は、センサ制御部３０が一枚目２面目の演算係数（Ｓ１０８）を、記憶部３４６に格納する。そして、ＣＰＵ８０が二枚目１面目の画像形成条件設定時（Ｓ１１４）に、一枚目の水分量（Ｓ１１３）と、一枚目２面目の演算係数（Ｓ１０８）の双方を参照して設定する点である。

以上説明したように、本実施例においては、一枚目の水分量と一枚目２面目の演算係数に基づいて画像形成条件を設定することで、より最適な画像形成条件を設定することができる。

また、上記の実施例において、センサ９０は画像形成装置１に固定して設けられている構成であったが、センサ９０は画像形成装置１に対して着脱可能な構成であってもよい。センサ９０を着脱可能な構成にすれば、例えば、センサ９０が故障した場合にユーザが容易に交換することができる。

また、上記の実施例において、センサ９０とセンサ制御部３０やＣＰＵ８０等の制御部を一体化して、画像形成装置１に対して着脱可能な構成にしてもよい。このように、センサ９０と制御部を一体化して交換可能であれば、センサ９０の機能を更新したり追加したりする場合に、新たな機能を有するセンサにユーザが容易に交換することができる。

また、上記の実施例においては、レーザビームプリンタの例を示したが、本発明を適用する画像形成装置はこれに限られるものではない。記録材を加熱することによって、記録材に形成された画像を定着する工程を含む装置であればよく、インクジェットプリンタ等、他の記録方式のプリンタ、又は複写機でもよい。

１ 画像形成装置
３１ 送信部
３２ 受信部
９０ 超音波センサ

Claims (9)

1. 記録材を加熱して前記記録材に画像を定着する定着部を有する画像形成装置に取り付けられ、
   前記記録材に超音波を送信する送信部と、
   前記送信部から送信され、前記記録材を介した超音波を受信して、受信した超音波に応じた信号を出力する受信部と、を有する超音波センサにおいて、
   前記記録材が前記定着部を通過する前に、前記受信部が前記記録材を介した超音波を受信して出力した第１の信号と、前記記録材が前記定着部を通過した後に、前記受信部が前記記録材を介した超音波を受信して出力した第２の信号に基づいて、前記記録材が前記定着部を通過する前に含んでいた水分量に関する情報を検知する検知部を有することを特徴とする超音波センサ。
2. 前記定着部が記録材の両面に画像を定着する場合、前記定着部が前記記録材の１面目に画像を定着する前に、前記受信部が前記記録材を介した超音波を受信して出力した前記第１の信号と、前記定着部が前記記録材の２面目に画像を定着する前に、前記受信部が前記記録材を介した超音波を受信して出力した前記第２の信号に基づいて、前記検知部は前記定着部が前記記録材の１面目に画像を定着する前に前記記録材に含まれていた水分量に関する情報を検知することを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
3. 記録材を加熱して前記記録材に画像を定着する定着部を含み、前記記録材に画像を形成する画像形成部と、
   前記記録材に超音波を送信する送信部と、
   前記送信部から送信され、前記記録材を介した超音波を受信して、受信した超音波に応じた信号を出力する受信部を有する画像形成装置において、
   前記記録材が前記定着部を通過する前に、前記受信部が前記記録材を介した超音波を受信して出力した第１の信号と、前記記録材が前記定着部を通過した後に、前記受信部が前記記録材を介した超音波を受信して出力した第２の信号に基づいて、前記画像形成部の画像形成条件を制御する制御部を有することを特徴とする画像形成装置。
4. 前記定着部が記録材の両面に画像を定着する場合、前記定着部が前記記録材の１面目に画像を定着する前に、前記受信部が前記記録材を介した超音波を受信して出力した前記第１の信号と、前記定着部が前記記録材の２面目に画像を定着する前に、前記受信部が前記記録材を介した超音波を受信して出力した前記第２の信号に基づいて、前記制御部は前記画像形成条件を制御することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記画像形成部が連続して第１の記録材と第２の記録材の両面に画像を形成する場合、前記定着部が前記第１の記録材の１面目に画像を定着する前に、前記受信部が前記第１の記録材を介した超音波を受信して出力した前記第１の信号と、前記定着部が前記第１の記録材の２面目に画像を定着する前に、前記受信部が前記第１の記録材を介した超音波を受信して出力した前記第２の信号に基づいて、前記制御部は前記第２の記録材に対する前記画像形成条件を制御することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記画像形成部が連続して第１の記録材と第２の記録材の両面に画像を形成する場合、前記定着部が前記第１の記録材の１面目に画像を定着する前に、前記受信部が前記第１の記録材を介した超音波を受信して出力した前記第１の信号と、前記定着部が前記第１の記録材の２面目に画像を定着する前に、前記受信部が前記第１の記録材を介した超音波を受信して出力した前記第２の信号と、前記定着部が前記第２の記録材の１面目に画像を定着する前に、前記受信部が前記第２の記録材を介した超音波を受信して出力した第３の信号に基づいて、前記制御部は前記第２の記録材に対する前記画像形成条件を制御することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
7. 前記画像形成条件とは、前記定着部が記録材に画像を定着する時の温度であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記画像形成条件とは、前記画像形成部に含まれる転写部に供給する電圧値であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記画像形成条件とは、記録材の搬送速度であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。