JP2019148673A - 画像形成装置及び記録材判別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録材の種類を精度良く判別し、高品質な画像を形成することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】 本発明は、超音波を送信する送信部と、前記送信部によって送信され、記録材を透過した超音波を受信する受信部と、記録材に画像を形成する画像形成部と、を有する画像形成装置において、光を照射する照射部と、前記照射部によって照射され、記録材で反射した光を受光する受光部と、前記受信部が受信した超音波の振幅値と前記受光部が記録材で反射した光を受光した位置に基づいて、前記画像形成部の画像形成条件を制御する制御部と、を有することを特徴とする。【選択図】 図８

Description

本発明は、記録材の種類を精度良く判別し、判別結果に応じて画像形成条件を制御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種類を判別するセンサを備えているものがある。これらの装置では、自動的に記録材の種類を判別し、判別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。

特許文献１には、記録材に超音波を送信して、記録材を介して減衰した超音波を受信することで、記録材の坪量を判別する記録材判別装置が記載されている。そして、この記録材判別装置を備えた画像形成装置では、記録材判別装置で判別した記録材の種類に応じて転写電圧、定着温度、記録材の搬送速度を制御している。これによって、高品質な画像を記録材に形成することができる。

特開２００９−０２９６２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の制御では、低密度で厚い記録材や高密度で薄い記録材など、同程度の坪量をもつ異なる種類の記録材を正確に判別することは困難であった。誤った種類の記録材であると判別してしまうと、記録材の種類に適合しない画像形成条件で画像が形成され、画像品質が低下してしまう場合がある。例えば、密度の低い記録材は密度の高い記録材に比べて多くの空気層が含まれており、空気層の分だけ熱が伝わりづらい。そのため、密度の低い記録材に画像を定着するためには、密度の高い記録材に画像を定着するよりもより多くの熱量が必要になる。この熱量が足りない場合、記録材に画像が定着されず画像品質が低下してしまう。

特許文献１に記載の制御は、当時として望まれる画像品質を十分に満たすものであったが、近年求められるようになった画像品質を満たすために、更なる記録材の種類の判別精度の向上が望まれていた。

本発明の目的は、記録材の種類を精度良く判別し、高品質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明の画像形成装置は、超音波を送信する送信部と、前記送信部によって送信され、記録材を透過した超音波を受信する受信部と、記録材に画像を形成する画像形成部と、を有する画像形成装置において、光を照射する照射部と、前記照射部によって照射され、記録材で反射した光を受光する受光部と、前記受信部が受信した超音波の振幅値と前記受光部が記録材で反射した光を受光した位置に基づいて、前記画像形成部の画像形成条件を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、記録材の種類を精度良く判別し、高品質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することができる。

実施例１における画像形成装置の構成の一例を示す図である。 実施例１における坪量検知部及び厚み検知部のブロック図である。 坪量センサ部の構成を示す図である。 坪量センサ部の受信波形を示す図である。 厚みセンサ部の構成を示す図である。 厚み検知部の検知値と記録材の厚みの関係を示した図である。 坪量検知と厚み検知を用いた記録材判別テーブルを示す図である。 実施例１における動作シーケンスを示すフローチャートである。 実施例２における画像形成装置の構成の一例を示す図である。 実施例２における坪量検知部、厚み検知部、表面性検知部のブロック図である。 表面性センサ部の構成を示す図である。 表面性センサ部による撮像範囲を示す図である。 表面性の特徴量の算出方法を示す図である。 表面性検知と坪量検知と厚み検知を用いた記録材判別テーブルを示す図である。 実施例２における動作シーケンスを示すフローチャートである。

〔実施例１〕
本実施例では、記録材の坪量に関する情報と記録材の厚みに関する情報から、記録材の種類を判別する記録材判別装置を備えた画像形成装置について説明する。

＜画像形成装置の概略構成図＞
図１は本発明の実施例１に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。なお、本実施例では画像形成装置として電子写真方式のレーザビームプリンタ１（以下、プリンタ１という）の例を示している。

プリンタ１は、タンデム式のカラーレーザビームプリンタであり、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色の現像剤であるトナーを重ね合わせることでカラー画像を出力できるように構成されている。

給紙カセット２（トレイ）には複数枚の用紙Ｐ（記録材）が積載されている。給紙ローラ４は、給紙カセット２から用紙Ｐを給紙（給送）する。用紙Ｐの搬送路（搬送ガイド）には、給紙ローラ４によって給紙された用紙Ｐを搬送する搬送ローラ対５、レジストレーションローラ対６が設けられている。レジストレーションローラ対６の近傍には、用紙Ｐの位置を検知するレジストレーションセンサ３が設けられている。

１１（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ）は各色のトナーを担持する感光ドラムである。１２（１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ）は感光ドラム１１を一様に所定の電位に帯電するための各色の帯電ローラである。１３（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）は、４色分のレーザスキャナである。１４（１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ）は、感光ドラム１１上に形成された静電潜像を可視化するためのプロセスカートリッジである。１５（１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ）は、プロセスカートリッジ１４内のトナーを感光ドラム１１に送り出す現像ローラである。

１６（１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋ）は、感光ドラム１１上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１７に一次転写する一次転写ローラである。中間転写ベルト１７は、１８の駆動ローラによって駆動される。転写部１９は、中間転写ベルト１７上に形成されたトナー像を用紙Ｐに転写するための二次転写ローラである。前述したレジストレーションセンサ３によって用紙Ｐを検知したタイミングに基づいてレジストレーションローラ対６による用紙Ｐの搬送速度が調整され、タイミングよく用紙Ｐが転写部１９へと搬送される。定着部２０は、用紙Ｐを搬送させながら、用紙Ｐに二次転写されたトナー像を溶融定着させる定着器である。以上説明した感光ドラム１１から定着部２０までが、画像形成部４０の一例を構成している。

２１は、定着部２０によって定着が行われた用紙Ｐを排紙する排紙ローラである。また、本実施例において、給紙ローラ４、搬送ローラ対５、レジストレーションローラ対６、駆動ローラ１８、転写部１９、定着部２０、排紙ローラ２１にそれらを駆動させる駆動源（不図示）を加えた構成によって搬送部２２の一例を構成している。

プリンタ１は用紙Ｐの種類を判別する記録材判別装置を備えている。本実施例の記録材判別装置は、用紙Ｐの坪量に関する情報を検知する坪量検知部３１と用紙Ｐの厚みに関する情報を検知する厚み検知部３３を備えている。坪量検知部３１は搬送ガイド上に設けられており、給紙カセット２から給紙された用紙Ｐを検知する。厚み検知部３３は給紙カセット２に積載された用紙Ｐと対向する位置に設けられており、給紙カセット２に積載された用紙Ｐを検知する。

制御部１０（判別部）は、ＣＰＵ１００を備えたＭＰＵ（不図示）を搭載している。制御部１０は、坪量検知部３１及び厚み検知部３３により検知した用紙Ｐの特性に基づいて、用紙Ｐに対する画像形成条件を決定する。制御部１０は、用紙Ｐの搬送に関わる駆動源の制御を含めた画像形成動作に関する制御などプリンタ１の動作を一括して制御する。

＜坪量検知部３１＞
本実施例における坪量検知部３１の動作概要について説明する。図２は、坪量検知部３１の動作概要を示したブロック図である。坪量検知部３１は坪量センサ部３１１、増幅部３１４、半端整流部３１５、Ａ／Ｄ変換部３１６、ピーク検知部３１７、記憶部３１８、演算部３１９、坪量検知制御部３２０から構成される。

坪量センサ部３１１の構成の一例を図３に示す。坪量とは単位面積当たりの記録材の質量のことであり、単位は［ｇ／ｍ^２］で表す。また、坪量は以下の式（１）で表される。
坪量［ｇ／ｍ^２］＝厚み［ｍ］×密度［ｇ／ｍ^３］・・・（１）

坪量センサ部３１１は、超音波を送信する送信部３１２と、超音波を受信する受信部３１３からなる。送信部３１２から超音波を用紙Ｐに射出し、用紙Ｐを介して透過した超音波を搬送路の対向側に位置する受信部３１３で受信する。このとき、超音波の送受信が可能であれば、射出する超音波は必ずしも用紙Ｐの表面に直交させる必要はなく、例えば、用紙Ｐに対して送信部３１２及び受信部３１３が傾斜する位置関係でもよい。

送信部３１２と受信部３１３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）及び電極端子からなる。送信部３１２は、４０［ｋＨｚ］の超音波を送信することが可能な汎用の超音波送信センサであり、任意の音圧で任意の時間、超音波を送信することが可能である。受信部３１３は、送信部３１２より送信した任意の周波数の超音波を受信可能な汎用の超音波受信センサであり、受信した超音波の音圧（振幅値）に応じた電圧を出力する。受信超音波の送受信感度を高めるため、送信部３１２及び受信部３１３の開口に超音波の指向性を高めるガイド形状を設けてもよい。

ここで、送信部３１２及び受信部３１３の出力について図４を用いて説明する。横軸は時間であり、縦軸は出力電圧値［Ｖ］を示している。本実施例では、送信部３１２より４０［ｋＨｚ］のパルス波を複数パルス連続して出力している（ａ）。そして、送信部３１２と受信部３１３の間の超音波が減衰するまで超音波の送信を停止した後、再び同様にパルス波を出力する。これは、用紙Ｐ及び周囲の部材からの反射波の影響を低減するためである。このようなバースト波を一定周期で送信し、任意回数繰り返して超音波の測定を行う。本実施例では、送信部３１２から送信される超音波の周波数を４０［ｋＨｚ］としたものの、検知精度に応じて最適な周波数を選択することが好ましい。

受信部３１３の出力は用紙Ｐの坪量により増減する。用紙Ｐを介して超音波を受信したとき、用紙Ｐの坪量が小さい場合には受信出力が大きくなり（ｂ）、用紙Ｐの坪量が大きくなるに従って受信出力は小さくなる（ｃ）。増幅部３１４では受信部３１３で取得した受信信号を増幅する（ｄ）。本実施例においては、用紙Ｐを介して超音波を受信する場合と、用紙Ｐを介さずに超音波を受信する場合において、受信信号の増幅率を可変にしている。半端整流部３１５では、増幅部で増幅した受信信号を半端整流する（ｅ）。Ａ／Ｄ変換部３１６では、Ａ／Ｄコンバータを用いて、取得したアナログ値をデジタル値に変換して出力する。ピーク検知部３１７では、Ａ／Ｄ変換部より入力されたデジタル出力値より、所定期間における出力ピーク値を検知する。本実施例では、所定期間を図４（ｅ）に示す期間とし、第３波目の極大値が出力ピーク値となるように定めている。しかし、最適な期間は送信部３１２と受信部３１３の間の距離等により異なるため、この限りではない。以上、坪量センサ部３１１からピーク検知部３１７までの動作を任意の測定回数分繰り返し行う。

記憶部３１８では、ピーク検知部３１７で検知した所定期間における測定回数分の出力ピーク値を保持する。演算部３１９では、測定データより坪量に相当する値の演算を行う。送信部３１２から送信される超音波を、用紙Ｐを介さずに直接受信した場合の出力ピーク値において、任意回数の測定データの平均値を「紙なし時の出力値」とする。また、用紙Ｐを介して超音波を受信した場合の出力ピーク値において、任意回数の測定データの平均値を「紙あり時の出力値」とする。紙なし時の出力値及び紙あり時の出力値より、超音波の透過係数を算出する。透過係数とは、紙なし時の出力値に対する紙あり時の出力値の比で求められ、坪量に相当する値である。透過係数は、以下の式（２）で算出される。
透過係数＝紙あり時の出力値／紙なし時の出力値・・・（２）

本実施例においては、用紙Ｐの面内の坪量ムラによる検知ばらつきを低減させるため、用紙Ｐの面内の異なる位置で複数回測定を行い、検知値を平均化している。測定回数は用紙Ｐの搬送速度や各ユニットの位置構成などの制約に応じて最適な回数に設定するのが好ましい。

坪量検知制御部３２０では、坪量検知部３１の動作制御を行う。坪量検知動作の開始及び終了タイミングの制御、送信部３１２の超音波の音圧、パルス数、バースト周期及び測定回数の制御を行う。また、取得した透過係数を制御部１０に送信する。

制御部１０では、あらかじめ用意された透過係数と坪量の相関性を示すテーブルを参照することで、透過係数より坪量を算出し、転写部１９、定着部２０及び搬送部２２の動作制御を行う。

＜厚み検知部３３＞
本実施例における厚み検知部３３の動作概要について説明する。図２は、厚み検知部３３の動作概要を示したブロック図である。厚み検知部３３は厚みセンサ部３３１、Ａ／Ｄ変換部３３５、記憶部３３６、演算部３３７、厚み検知制御部３３８から構成される。

厚みセンサ部３３１の構成の一例を図５に示す。厚みセンサ部３３１は、照射部３３２、受光部３３３及び集光レンズ３３４から構成される。照射部３３２はピーク波長が８５０［ｎｍ］の近赤外光ＬＥＤであり、受光部３３３はＰＳＤ（位置検出素子）である。照射部３３２の光の波長は受光部３３３で受光可能な波長であればよい。また、受光素子は測定対象の変位量を検知可能なものであればこの限りではなく、例えば、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサを代わりに用いて検知することも可能である。

厚み検知部３３では、ＬＥＤから射出した光を、集光レンズ３３４を用いて集光し、給紙カセット２にセットされた用紙Ｐに照射する。そして、用紙Ｐで反射された光を集光レンズ３３４で集光し、ＰＳＤ表面上の任意の範囲で受光する。集光レンズ３３４は必ずしも必要ではなく、例えば、指向性の高いＬＥＤを用いた場合は、集光レンズ３３４を設けなくても良い。また、集光レンズ３３４の代わりにアパーチャなどのガイド形状を設けることで、照射部３３２から射出する光の照射範囲または受光部３３３の受光範囲を制限してもよい。ＰＳＤの受光面上に照射する光量分布の中心位置は、用紙Ｐの光の反射面からの距離により変位するため、三角測量方式を用いて用紙Ｐとの距離を算出することが可能である。

Ａ／Ｄ変換部３３５は、受光部３３３より取得したアナログ値をデジタル値に変換して出力する。記憶部３３６では、Ａ／Ｄ変換部３３５より取得したデジタル出力値を保持する。演算部３３７では、取得したデジタル出力値から、用紙Ｐの厚みを算出する。検知値と用紙Ｐの厚みの関係を図６に示す。横軸は用紙Ｐの表面から受光部３３３の受光面までの距離であり、縦軸は検知値である。また、プロットは用紙Ｐを１枚通紙するごとに検知値を測定したものである。つまり、厚み検知部３３によって用紙Ｐの表面から受光部３３３の受光面までの距離を求め、その後所定時間経過して給紙カセット２の最上部の用紙Ｐが１枚給紙されたあとに再び検知した距離の差分を算出することで用紙Ｐの厚みを求めることができる。図６におけるΔ［ｕｍ］が用紙Ｐの１枚の厚みとなる。

厚み検知制御部３３８では、厚み検知部３３の動作制御を行う。厚み検知動作の開始及び終了タイミング制御、照射部３３２及び受光部３３３の駆動制御を行う。また、取得した用紙Ｐの厚みデータを制御部１０に送信する。

制御部１０では、用紙Ｐの厚みの検知結果より、転写部１９、定着部２０及び搬送部２２の動作制御を行う。

なお、本実施例においては、上記のような三角測量を用いた光学式変位センサで用紙Ｐの厚みを検知したものの、用紙Ｐの厚みを検知できる手段であればよく、例えば、レーザ式や超音波式の変位センサでも検知可能である。

＜用紙Ｐの種類と画像形成条件＞
用紙Ｐの種類と画像形成条件について説明する。用紙Ｐは銘柄によって坪量、厚み、密度、表面性などの特性が異なる。そのため、一般に普通紙と分類される銘柄群の中においても、銘柄が異なれば特性は異なる。銘柄群の分類が異なる場合においては、特性の違いはさらに顕著に表れる。例えば、ボンド紙と呼ばれる銘柄群は、普通紙に比べて表面が粗く厚みがあり、低密度であることを特徴としている。また、グロス紙と呼ばれる銘柄群は、普通紙と比べて表面が平滑で厚みがなく、高密度であることを特徴としている。このような用紙Ｐの特性は、プリンタ１における画像形成条件に大きく影響を与えることが知られている。画像形成条件とは、用紙Ｐの搬送速度、転写部１９における転写条件（転写部に印加される転写電圧）、定着部２０における定着条件（定着部が用紙Ｐに画像を定着する際の定着温度）のことである。用紙Ｐの特性に応じて最適な画像形成条件を設定するためには、用紙Ｐの種別の判別が必要となる。

また、画像形成条件は一つの特性のみで決まるわけではない。例えば、坪量が同等である場合においても、用紙Ｐの種別によって最適な画像転写条件や定着温調温度は異なる。用紙Ｐの上にトナーを転写する場合においては、表面が粗く厚みのあるボンド紙は、同程度の坪量をもつ平滑な普通紙及びグロス紙よりもトナーが転写しづらい傾向があるため、転写時の電圧値を高めに設定する必要がある。また、トナーを用紙Ｐに定着させる際の定着温調温度においても、ボンド紙は平滑な普通紙及びグロス紙よりもトナーが用紙Ｐに定着しづらいため、温度を高めに設定する必要がある。このように、同程度の坪量であっても、用紙Ｐの銘柄が異なる場合は、最適な画像形成条件も異なる。つまり、画質安定性を向上させるためには、用紙Ｐのさまざまな特性を考慮して適切な画像形成条件を設定する必要がある。

＜検知値のばらつき＞
坪量の検知値のばらつきについて説明する。一般に、同一銘柄であっても、用紙Ｐによって坪量の検知値にばらつきが生じることが知られている。これは用紙Ｐの製造ロットの違いや坪量を検知するためのセンサに起因する検知ばらつき等が要因である。また、同一用紙Ｐにおいても、用紙Ｐの面内で坪量にムラがあるため、用紙Ｐ上の測定位置の違いによっても検知値にばらつきが生じる。検知面積を広くとり検知値を平均化することで、検知値のばらつきは低減することができるものの、用紙Ｐのサイズや検知装置の構成によって検知可能な面積に制約があるため、検知ばらつきを無くすことは困難である。そのため、実際には検知値のばらつきを考慮し、検知値の取り得る値は幅をもつことを前提に判断する必要がある。本実施例では、後述の通り、坪量の検知値のばらつきを考慮した坪量範囲を設定し、検知値が坪量範囲内であるか否かより用紙Ｐの坪量判別を行っている。また、厚みの検知値に関しても、同様の理由によりばらつきは生じる。

＜紙種検知原理＞
坪量検知部３１と厚み検知部３３を用いた記録材判別の原理について説明する。図７（ａ）は、坪量検知及び厚み検知の検知結果の一例であり、種別が異なる６種類の用紙Ｐ（普通紙Ａ、ボンド紙Ｂ、普通紙Ｃ、グロス紙Ｄ、ボンド紙Ｅ、グロス紙Ｆ）における結果を示している。横軸は坪量検知部３１の検知結果から求められた用紙Ｐの坪量［ｇ／ｍ^２］であり、縦軸は厚み検知部３３の検知結果から求められた用紙Ｐの厚み［ｕｍ］である。普通紙Ａ及びボンド紙Ｂは坪量が約９５［ｇ／ｍ^２］、普通紙Ｃ及びグロス紙Ｄは坪量が約１６５［ｇ／ｍ^２］、ボンド紙Ｅ及びグロス紙Ｆは坪量が約２２０［ｇ／ｍ^２］であり、それぞれほぼ同等の坪量である。つまり、相対的に片方は厚みが大きく低密度な用紙Ｐであり、もう片方は厚みが小さく高密度な用紙Ｐである。これらは、同程度の坪量をもつ異なる種類の用紙Ｐの一例である。

同程度の坪量をもつ異なる種類の用紙Ｐの判別方法について説明する。まず、図７（ａ）中の破線で示すように、同程度の坪量の用紙Ｐを包含する坪量範囲を設定する。ここでは、各種別の用紙Ｐにおいて、坪量の検知値及び厚みの検知値が、検知値に対して±５％ばらつくものとしている。各検知値のばらつき範囲はエラーバーで示している。また、坪量範囲はエラーバーを包含する範囲に設定している。

本実施例では、普通紙Ａ及びボンド紙Ｂを含む坪量が７０［ｇ／ｍ^２］以上１３０［ｇ／ｍ^２］未満の範囲を坪量範囲１とする。普通紙Ｃ及びグロス紙Ｄを含む坪量が１３０［ｇ／ｍ^２］以上１９０［ｇ／ｍ^２］未満の範囲を坪量範囲２とする。ボンド紙Ｅ及びグロス紙Ｆを含む坪量が１９０［ｇ／ｍ^２］以上２５０［ｇ／ｍ^２］未満の範囲を坪量範囲３とする。

次に、実線で示すように、各坪量範囲において用紙Ｐの厚みを基準とした判別閾値を設定する。坪量範囲１は厚みが１２５［ｕｍ］、坪量範囲２は厚みが１６０［ｕｍ］、坪量範囲３は厚みが２３０［ｕｍ］を判別閾値としている。用紙Ｐの種別と坪量範囲及び判別閾値の関係を表した記録材判別テーブルを図７（ｂ）に示す。本実施例においては、判別閾値は各坪量範囲に含まれる２種の用紙Ｐの厚みの平均値としたものの、判別する用紙Ｐの種別数や用紙Ｐの面内の坪量及び厚みムラ等の検知値のばらつきに応じて最適化した値に設定してもよい。坪量検知部３１の検知結果から求められた用紙Ｐの坪量が坪量範囲１に含まれる場合は、厚みが１２５［ｕｍ］未満であれば普通紙Ａと判別し、厚みが１２５［ｕｍ］以上であれば、ボンド紙Ｂと判別する。同様に、坪量範囲Ｂ及び坪量範囲Ｃにおいても、各坪量範囲の判別閾値により用紙Ｐの種別を判別する。

また、図７（ｂ）の記録材判別テーブルを用いることなく、制御部１０が式１を用いて坪量と厚みより用紙Ｐの密度を求め、密度に基づいて用紙Ｐの種類を判別しても良い。また、制御部１０が用紙Ｐの密度に基づいて画像形成条件を設定してもよい。例えば、密度の低い用紙は密度の高い用紙に比べて多くの空気層が含まれており、空気層の分だけ熱が伝わりづらい。そのため、密度の低い用紙に画像を定着するためには、密度の高い用紙に画像を定着するよりもより多くの熱量が必要になる。ゆえに、密度の低い用紙に画像を定着する場合は、密度の高い用紙に画像を定着する場合に比べて、定着温度を高くする、または用紙の搬送速度を遅くするように制御部１０が画像形成条件を変更してもよい。

＜動作シーケンス＞
本実施例における動作シーケンスを図８のフローチャートに示す。図８のフローチャートに基づく制御は、制御部１０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。

まず、用紙Ｐの厚み検知の動作シーケンスを説明する。プリントが開始されると、厚み検知制御部３３８が、照射部３３２の点灯及び受光部３３３の起動を行う（Ｓ１）。厚み検知制御部３３８が所定時間カウントした後（Ｓ２）、給紙カセット２にセットされた静止状態の用紙Ｐから反射される光を受光部３３３で受光し、受光量の測定を行う（Ｓ３）。厚み検知制御部３３８はこの時点で、用紙Ｐの表面と受光部３３３の受光面の間の距離を求める。その後、制御部１０が所定のタイミングで給紙カセット２の最上面に位置する用紙Ｐを給紙ローラ４によって１枚給紙させる。レジストレーションセンサ３により用紙Ｐが検知され、用紙Ｐの後端が給紙カセット２から離れるまでの所要時間を制御部１０がカウントした後（Ｓ４）、厚み検知制御部３３８は再び受光量測定を行うように制御する（Ｓ５）。厚み検知制御部３３８はこの時点で、次の用紙Ｐの表面と受光部３３３の受光面の間の距離を求める。厚み検知制御部３３８は求めた２つの距離の差分から、用紙Ｐの給紙前後の変位量を算出する（Ｓ６）。厚み検知制御部３３８は、変位量と用紙Ｐの厚みの相関を示した厚み変換テーブルを参照し、用紙Ｐの厚みを算出する（Ｓ７）。

次に、用紙Ｐの坪量検知の動作シーケンスを説明する。プリントが開始されると、制御部１０はレジストレーションセンサ３により用紙Ｐの搬送位置の検知を行う（Ｓ１１）。搬送位置を検知して所定時間経過後（Ｓ１２）、坪量検知制御部３２０が紙なし時測定を行う（Ｓ１３）。さらに所定時間経過して用紙Ｐが坪量検知部３１に到達した後（Ｓ１４）、坪量検知制御部３２０が紙あり時測定を行う（Ｓ１５）。坪量検知制御部３２０は紙なし時測定の結果と紙あり時測定の結果から透過係数を算出する（Ｓ１６）。坪量検知制御部３２０は、透過係数と用紙Ｐの坪量の相関を示した坪量変換テーブルを参照し、用紙Ｐの坪量を算出する（Ｓ１７）。制御部１０は、検知した用紙Ｐの坪量範囲と判別閾値の関係を示した判別閾値変換テーブルを参照し、坪量範囲における判別閾値より用紙Ｐの種別を判別する（Ｓ８）。そして、制御部１０は判別した用紙Ｐの種別に対応する画像形成条件を設定する。以上で本フローチャートの制御を終了する。

以上説明した通り、本実施例によれば、用紙Ｐの坪量と用紙Ｐの厚みから用紙Ｐの種類を判別することによって、坪量だけでは判別できない用紙Ｐの種類を判別できる。つまり、用紙Ｐの種類を精度良く判別し、高品質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することができる。

〔実施例２〕
本実施例では、記録材の坪量に関する情報と記録材の厚みに関する情報に加えて、記録材の表面性に関する情報から、記録材の種類を判別する記録材判別装置を備えた画像形成装置について説明する。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。

＜画像形成装置の概略構成図＞
図９は本発明の実施例２に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。実施例１と異なるのは、表面性検知部３２が設けられている点である。

本実施例の記録材判別装置は、坪量検知部３１と厚み検知部３３に加えて、用紙Ｐの表面性に関する情報を検知する表面性検知部３２を備えている。表面性検知部３２は搬送ガイド上に設けられており、給紙カセット２から給紙された用紙Ｐを検知する。

＜表面性検知部３２＞
本実施例における表面性検知部３２の動作概要について説明する。図１０は、表面性検知部３２の動作概要を示したブロック図である。表面性検知部３２は表面性センサ部３２１、Ａ／Ｄ変換部３２５、記憶部３２６、演算部３２７、表面性検知制御部３２８から構成される。坪量検知部３１及び厚み検知部３３の動作概要については、実施例１と同様であるため説明を省略する。

表面性センサ部３２１の構成の一例を図１１に示す。表面性センサ部３２１は照射部３２２、撮像部３２３及び結像レンズ３２４から構成される。照射部３２２は白色ＬＥＤであり、撮像部３２３はＣＭＯＳラインセンサである。表面性センサ部３２１では、照射部３２２から射出した光を用紙Ｐに照射する。用紙Ｐから反射した光を結像レンズ３２４で結像し、撮像部３２３によって受光することにより、用紙Ｐの表面画像を撮像する。ここでは用紙Ｐに対して角度をつけて光を照射することで、用紙Ｐの表面の凹凸によって生じる光の陰影のコントラストを高めている。

表面画像の読取り動作について図１２を用いて説明する。本実施例では、撮像部３２３であるＣＭＯＳラインセンサを用いて用紙Ｐを搬送させながら流し読み検知を行っている。ＣＭＯＳラインセンサには、任意のｎ画素に対応する受光素子が用紙Ｐの搬送面と平行でかつ用紙Ｐの搬送方向に直交する方向（幅方向）に沿って並んでおり、結像レンズ３２４を介して搬送中の用紙Ｐからの反射光を受光する。受光したＣＭＯＳラインセンサは、光電変換により受光量に応じた信号を画素ごとに出力する。この一連の動作を任意に設定したｍライン分繰り返すことにより、読取ライン数に応じた領域を撮像する。

本実施例では、照射部３２２として白色ＬＥＤを用いているものの、撮像部３２３で受光可能な波長の光を射出できる手段であればよく、例えば、可視光もしくは近赤外光の単色ＬＥＤやハロゲンランプ等を用いても良い。撮像部３２３においても、ＣＭＯＳセンサの代わりにＣＣＤセンサ等の受光素子を用いても検知可能である。

Ａ／Ｄ変換部３２５は、撮像部３２３により取得されたアナログ値をデジタル値に変換して出力する。記憶部３２６では、Ａ／Ｄ変換部３２５より取得したデジタル出力値を保持する。演算部３２７では、取得したデジタル出力値より演算処理を行い、表面性の特徴量を抽出する。表面性の特徴量の算出について図１３を用いて説明する。

図１３（ａ）は、あるラインにおけるＣＭＯＳラインセンサの各受光素子の受信レベルを示したものであり、横軸はＣＭＯＳラインセンサの受光素子に対応する画素、縦軸は受信レベル［ｄｅｃ］である。受信レベルはシェーディング補正を行うことで、受光感度ムラをキャンセルした値となっている。ここで、ｍライン目のｎ画素目のデータを［ｍ、ｎ］とすると、各画素データは図１３（ｂ）のように表現できる。

まず、１ライン目の１画素目のデータ［１、１］と２ライン目の１画素目のデータ［２、１］の差分の絶対値を算出する。次に１ラインずらして、２ライン目の１画素目のデータ［２、１］と３ライン目の１画素目のデータ［３、１］の差分の絶対値を算出する。これをｍ−１ライン目の１画素目のデータ［ｍ−１、１］とｍライン目の１画素目のデータ［ｍ、１］まで繰り返し行う。ｍライン分の差分絶対値を積算したものを１画素目の差分絶対値の積算量ｓ１として保持する。この演算をｎ画素目まで行う。そして、ｎ画素すべての差分絶対値の積算量を積算した値ｓを表面性の特徴量とする。

表面性の特徴量は、用紙Ｐに光を照射したときの陰影のコントラストによって決まる値であり、表面が粗い用紙Ｐほど表面性の特徴量は大きくなり、表面が平滑な用紙Ｐほど表面性の特徴量は小さくなる。本実施例においては以上の方法で表面性の特徴量を算出したものの、算出方法はこの限りではない。

表面性検知制御部３２８では、表面性センサ部３２１の動作制御を行う。表面性検知動作の開始及び終了タイミング制御、照射部３２２及び撮像部３２３の駆動制御を行う。また、記憶部３２６より取得した用紙Ｐの表面性データを制御部１０に送信する。

制御部１０では、用紙Ｐの表面性の検知結果より、転写部１９、定着部２０及び搬送部２２の動作制御を行う。

＜検知値のばらつき＞
坪量及び厚みと同様に、同一銘柄である場合でも用紙Ｐによって表面性の検知値はばらつきが生じる。表面性の検知値のばらつきは、製造ロットの違いや表面性を検知するためのセンサに起因するものに加え、用紙Ｐの繊維方向に違いによっても生じる。そのため、表面性の検知値に関しても検知値のばらつき幅を考慮して判別を行う必要があり、ばらつき幅が他の銘柄の用紙Ｐと重複する場合においては、精度良く判別することができない。

＜紙種検知原理＞
坪量検知部３１及び厚み検知部３３と表面性検知部３２を用いた記録材判別の原理について説明する。図１４は、坪量検知及び厚み検知、表面性検知の検知結果の一例であり、種別が異なる４種類の用紙Ｐ（普通紙Ｇ、普通紙Ｈ、ボンド紙Ｉ、普通紙Ｊ、ボンド紙Ｋ）における結果を示している。ここでは、各種別の用紙Ｐにおいて、坪量の検知値、厚みの検知値、表面性の検知値がそれぞれ検知値に対して±５％ばらつくものとし、エラーバーで示している。

図１４（ａ）には、坪量の検知結果と表面性の検知結果の関係を示す。横軸は用紙Ｐの坪量［ｇ／ｍ^２］であり、縦軸は用紙Ｐの表面性の特徴量である。表面性の特徴量は、値が大きくなるほど表面性が粗く、値が小さいほど平滑となる。図１４（ａ）に記載されている通り、普通紙Ｇ、普通紙Ｈ、ボンド紙Ｉは坪量範囲４に含まれ、普通紙Ｊ、ボンド紙Ｋは坪量範囲５に含まれる。また、普通紙Ｇは表面性範囲１に含まれ、普通紙Ｈ、ボンド紙Ｉ、普通紙Ｊ、ボンド紙Ｋは表面性範囲２に含まれる。従って、普通紙Ｇを判別することはできるが、普通紙Ｈとボンド紙Ｉ、そして普通紙Ｊとボンド紙Ｋは、それぞれ坪量及び表面性の検知値のばらつき範囲が重複しており、種類の判別が困難である。そのため、これらの検知値のみでは精度良く用紙Ｐの種別の判別を行うことができない。

そこで、これらを判別するために厚みの検知値を用いる。図１４（ｂ）に厚み検知結果と表面性検知結果の関係を示す。横軸は用紙Ｐの厚み［ｕｍ］であり、縦軸は用紙Ｐの表面性の特徴量である。厚みの検知値で比較すると、普通紙Ｈとボンド紙Ｉ、または普通紙Ｊとボンド紙Ｋは、ばらつき範囲を含めても検知値は重複していないため、厚みの判別閾値を用いて判別が可能である。用紙Ｐの種別と検知値の関係を表した記録材判別テーブルを図１４（ｃ）に示す。このように、用紙Ｐの坪量と表面性の特徴量のみでは判別できない場合でも、厚みの検知値を用いることで用紙Ｐの判別が可能となる。

また、図１４（ｃ）の記録材判別テーブルを用いることなく、制御部１０が式１を用いて坪量と厚みより用紙Ｐの密度を求めてもよい。そして、密度と表面性から用紙Ｐの種類を求めることができる判別テーブルを別途用意し、そのテーブルを参照して用紙Ｐの種類を判別しても良い。

＜動作シーケンス＞
本実施例における動作シーケンスを図１５のフローチャートに示す。図１５のフローチャートに基づく制御は、制御部１０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。

ここでは、前述した坪量検知の動作シーケンス及び厚み検知の動作シーケンスは省略し、用紙Ｐの表面性検知の動作シーケンスのみを説明する。プリントが開始されると、表面性検知制御部３２８が、表面性センサ部３２１の照射部３２２の点灯及び撮像部３２３の起動を行う（Ｓ２１）。用紙Ｐの搬送が開始され、レジストレーションセンサ３で用紙Ｐの現在位置を検知すると、制御部１０が所定時間カウントを行う。所定時間経過し、表面性検知部３２に用紙Ｐが到達したタイミングで（Ｓ２２）、表面性検知制御部３２８は用紙Ｐの反射光の受光量測定を行うように制御する（Ｓ２３）。受光量測定を任意のライン数分行った後（Ｓ２４）、表面検知制御部３２８は読取検知値より表面性の特徴量を算出する（Ｓ２５）。制御部１０は、坪量検知値、厚み検知値及び表面性検知値と、判別閾値を用いて用紙Ｐの種別を判別する（Ｓ２６）。そして、制御部１０は判別した種別に対応する画像形成条件を設定する。以上で本フローチャートの制御を終了する。

以上説明した通り、本実施例によれば、用紙Ｐの坪量、用紙Ｐの表面性、用紙Ｐの厚みから用紙Ｐの種類を判別することによって、坪量及び表面性だけでは判別できない用紙Ｐの種類を判別できる。つまり、用紙Ｐの種類を精度良く判別し、高品質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することができる。

また、上記の実施例１及び２において、坪量検知部３１、厚み検知部３３、表面性検知部３２などからなる検知ユニットはプリンタ１に固定して設けられている構成であったが、これらがまとめてプリンタ１に対して着脱可能な構成であってもよい。検知ユニットを着脱可能な構成にすれば、例えば、検知ユニット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。または単純に検知ユニットがプリンタ１に対して追加で装着可能な構成であってもよい。

また、上記の実施例１及び２において、検知ユニットと制御部１０を一体化して記録材判別装置とし、プリンタ１に対して着脱可能な構成にしてもよい。このように、検知ユニットと制御部１０を一体化して交換可能であれば、検知ユニット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。または単純に検知ユニットと制御部１０が一体化され、プリンタ１に対して追加で装着可能な構成であってもよい。

また、上記の実施例１及び２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く、インクジェットプリンタ等、他の印刷方式のプリンタ、又は複写機でもよい。

１ レーザビームプリンタ
１０ 制御部
３１ 坪量検知部
３３ 厚み検知部
４０ 画像形成部

Claims (17)

1. 超音波を送信する送信部と、
   前記送信部によって送信され、記録材を透過した超音波を受信する受信部と、
   記録材に画像を形成する画像形成部と、を有する画像形成装置において、
   光を照射する照射部と、
   前記照射部によって照射され、記録材で反射した光を受光する受光部と、
   前記受信部が受信した超音波の振幅値と前記受光部が記録材で反射した光を受光した位置に基づいて、前記画像形成部の画像形成条件を制御する制御部と、を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記受信部が受信した超音波の振幅値に基づいて記録材の坪量を判別し、前記受光部が記録材で反射した光を受光した位置に基づいて記録材の厚みを判別することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、記録材の坪量と記録材の厚みに基づいて記録材の密度を判別し、判別した記録材の密度に基づいて前記画像形成条件を制御することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 記録材が積載されるトレイと、
   前記トレイから給送された記録材を前記画像形成部へと導く搬送ガイドと、を有し、
   前記送信部は前記搬送ガイドに沿って搬送されている記録材に超音波を送信し、前記照射部は前記トレイに積載された記録材に光を照射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記制御部は、前記受光部が第１の記録材で反射した光を受光した位置に基づいて前記第１の記録材の表面と前記受光部の受光面との間の距離を求め、前記トレイから前記第１の記録材が給送された後、前記受光部が前記第１の記録材の次の第２の記録材で反射した光を受光した位置に基づいて前記第２の記録材の表面と前記受光部の受光面との間の距離を求め、求めた２つの距離の差分から前記第１の記録材の厚みを判別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. 光を照射する第２の照射部と、
   前記第２の照射部によって照射され、記録材で反射した光を記録材の画像として撮像する撮像部と、
   前記制御部は、前記受信部が受信した超音波の振幅値と前記受光部が記録材で反射した光を受光した位置と前記撮像部によって撮像された記録材の画像に基づいて、前記画像形成条件を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記制御部は、前記撮像部によって撮像された記録材の画像に基づいて記録材の表面性を判別することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記撮像部は複数の受光素子を含み、前記複数の受光素子が記録材の搬送面と平行で、かつ記録材の搬送方向と直交する方向に並んだラインセンサであることを特徴とする請求項６または７に記載の画像形成装置。
9. 記録材の坪量に関する情報を検知する坪量検知部と、
   記録材の厚みに関する情報を検知する厚み検知部と、
   記録材に画像を形成する画像形成部と、
   前記坪量検知部によって検知された前記坪量に関する情報と、前記厚み検知部によって検知された前記厚みに関する情報に基づいて、前記記録材の密度を判別し、判別した前記密度に基づいて、前記画像形成部の画像形成条件を制御する制御部と、を有することを特徴とする画像形成装置。
10. 前記画像形成条件とは、記録材の搬送速度、または前記画像形成部に含まれる転写部に印加する電圧値、または前記画像形成部に含まれる定着部が記録材に画像を定着する際の温度であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
11. 超音波を送信する送信部と、
    前記送信部によって送信され、記録材を透過した超音波を受信する受信部と、を有する記録材判別装置において、
    光を照射する照射部と、
    前記照射部によって照射され、記録材で反射した光を受光する受光部と、
    前記受信部が受信した超音波の振幅値と前記受光部が記録材で反射した光を受光した位置に基づいて、記録材の種類を判別する判別部と、を有することを特徴とする記録材判別装置。
12. 前記判別部は、前記受信部が受信した超音波の振幅値に基づいて記録材の坪量を判別し、前記受光部が記録材で反射した光を受光した位置に基づいて記録材の厚みを判別することを特徴とする請求項１１に記載の記録材判別装置。
13. 前記判別部は、記録材の坪量と記録材の厚みに基づいて記録材の密度を判別し、判別した記録材の密度に基づいて記録材の種類を判別することを特徴とする請求項１２に記載の記録材判別装置。
14. 光を照射する第２の照射部と、
    前記第２の照射部によって照射され、記録材で反射した光を記録材の画像として撮像する撮像部と、
    前記判別部は、前記受信部が受信した超音波の振幅値と前記受光部が記録材で反射した光を受光した位置と前記撮像部によって撮像された記録材の画像に基づいて、記録材の種類を判別することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の記録材判別装置。
15. 前記判別部は、前記撮像部によって撮像された記録材の画像に基づいて記録材の表面性を判別することを特徴とする請求項１４に記載の記録材判別装置。
16. 前記撮像部は複数の受光素子を含み、前記複数の受光素子が記録材の搬送面と平行で、かつ記録材の搬送方向と直交する方向に並んだラインセンサであることを特徴とする請求項１４または１５に記載の記録材判別装置。
17. 記録材の坪量に関する情報を検知する坪量検知部と、
    記録材の厚みに関する情報を検知する厚み検知部と、
    前記坪量検知部によって検知された前記坪量に関する情報と、前記厚み検知部によって検知された前記厚みに関する情報に基づいて、記録材の密度を判別し、判別した前記密度に基づいて記録材の種類を判別する判別部と、を有することを特徴とする記録材判別装置。
    

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