JP6307866B2 - 坪量検出装置及び坪量検出方法、並びに画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば坪量検出装置及び坪量検出方法、並びに上記坪量検出装置を備えた画像形成装置に関する。

従来から、画像が形成される用紙や記録媒体等（以下、シート材という。）の印刷特性として、厚さ、密度、坪量、平滑度、透気度をはじめとする数多くの項目が知られている。シート材の性質又は品質をあらわす項目は、日本工業規格Ｐ項目（パルプ及び紙）の一覧に示すように数多く存在する。その中でも、坪量という１平方メートル当たりの質量を示す単位［ｇ／ｍ^２］がある。ここで、坪量とは、シート材の密度と厚さとの積（坪量＝密度×厚さ）で示される。

例えば、特許文献１には、画質を高める目的で、様々なシート材の厚さ及び種類を、搬送中に安定的にかつ正確に算出することが可能な検出装置及びこれを備えた画像形成装置が開示されている。

しかしながら、シート材の厚さや種類を求める方法では、シート材の密度を求めることができないため、シート材の坪量を正確に検出することができないという問題があった。

本発明の目的は、以上の問題点を解決し、シート材の坪量を正確に検出できる坪量検出装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る坪量検出装置は、
液体が付着するシート材と、
前記シート材に付着される前後の前記液体が付着される面又は反対側の面の前記シート材の近傍の気体の熱伝導率を検出する検出手段と、
前記液体の付着後の熱伝導率が前記液体の付着前の熱伝導率に比較して所定の割合以上に変化するまでの変化時間を算出し、前記変化時間と坪量との関係に基づき前記シート材の坪量を検出する制御手段とを備える。

上記構成によれば、シート材の坪量を正確に検出することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置１００の構成を示す模式図である。 図１のシート材坪量検出装置１０の全体構成を示すブロック図である。 図２の液滴吐出部１１及び検出部１２の詳細構成を示す拡大断面図である。 図１のシート材検出装置１０によって実行されるシート材坪量検出処理並びに画像形成条件設定処理を示すフローチャートである。 図４のシート材坪量検出処理に用いる関係であって、液滴が付着した時刻ｔ０の熱伝導率ＨＡと、熱伝導率ＨＡと比較してはじめて１０％以上増加した熱伝導率ＨＢの時刻ｔ１と、時刻ｔ０と時刻ｔ１との間の変化時間ｔ２との関係を示すグラフである。 図２の記憶部１３に格納されたテーブルＴ１を示す表である。 図６のテーブルＴ１に示す変化時間ｔ２Ａ〜ｔ２Ｃと、各変化時間ｔ２Ａ〜ｔ２Ｃに対応する坪量ＴＡ〜ＴＣとの関係を示すグラフである。 変形例に係るシート材坪量検出装置の構成を示す側面図である。

従来技術に係る、シート材の厚さや種類を求める方法では、シート材の密度を求めることができないため、シート材の坪量を正確に検出することができず、また、シート材の坪量を正確に検出することができない。従って、シート材に応じた画像形成条件等を設定することができず、形成される画像の画質を高く維持することができないという問題点があった。当該問題点を解決するための本発明に係る実施形態について以下に説明する。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置１００の構成を示す模式図である。図１に示す画像形成装置１００は、インクジェット方式の画像形成装置の構造の一例を示している。図１において、画像形成装置１００は、紙押さえローラ１０１と、駆動モータ１０２と、駆動ベルト１０３と、メインシャフト１０４と、キャリッジ１０５と、インクカートリッジ１０６と、紙送り機構１０８Ａ及び１０８Ｂと、坪量検出装置１０と、全体制御部１１７とを備える。

紙押さえローラ１０１は、給紙１０９から紙送り機構１０８Ａ及び１０８Ｂにより、矢印で示す排紙方向１１１で送られるシート材ＳＨを所定の強度で押さえる。駆動モータ１０２は、連結された駆動ベルト１０３を駆動させ、キャリッジ１０５をメインシャフト１０４を介して紙面と垂直方向に移動させる。メインシャフト１０４は、シート材ＳＨが排紙される方向１１１と直行するように配置される。キャリッジ１０５には、インクカートリッジ１０６が取り付けられる。インクカートリッジ１０６は、例えばシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックの４色のインクを備え、キャリッジ１０５に取り付けられる。紙送り機構１０８Ａ及び１０８Ｂは、シート材ＳＨを挟むローラである。当該ローラが回転することによって、シート材ＳＨを矢印で示す排紙方向１１１で排紙する。

坪量検出装置１０は、図１に示すように、プリントヘッド１１０と、検出部１２とを備えて構成される。プリントヘッド１１０は、メインシャフト１０４を介して移動し、インクカートリッジ１０６内のインクを液滴としてシート材ＳＨに吐出し、シート材ＳＨに所定の画像を形成する。検出部１２は、シート材ＳＨに液滴が付着される前及び液滴が付着された後の各時点のシート材ＳＨの裏面の近傍の気体（又は空気）の熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］を検出する。全体制御部１１７は、画像形成装置１００全体の動作を制御する。

図２は、図１の坪量検出装置１０の全体構成を示すブロック図である。図２に示すように、坪量検出装置１０は、制御線１９により互いに電気的に接続される液滴吐出部１１と、検出部１２と、記憶部１３と、計時部１４と、画像形成条件制御部１５と、制御部１７とを備えて構成される。

液滴吐出部（付着手段）１１は、シート材ＳＨに液滴を付着させ、シート材ＳＨに所定の画像を形成する。液滴吐出部１１は、例えば図１に示すインクカートリッジ１０６から供給されるインクを液滴としてシート材ＳＨに吐出する上記プリントヘッド１１０等を備えて構成される。検出部（検出手段）１２は、シート材ＳＨに液滴が付着される前及び液滴が付着された後の時点であって、液滴が付着される被付着面と反対側の面のシート材ＳＨの近傍の空洞の気体の熱伝導率を検出する。検出部１２は、例えば図３に示す熱伝導率検出センサ１２１等を備えて構成される。記憶部（記憶手段）１３は、後述する変化時間ｔ２とシート材ＳＨの坪量との関係を示すテーブルＴ１、及び検出した坪量とシート材ＳＨに対する例えば排紙速度や定着温度等の画像形成条件との関係を示すテーブルＴ２を格納する。この詳細については、後述する。

計時部（計時手段）１４は、各時点の時刻を計測し、計測した各時点の時刻を制御部１７に通知する。画像形成条件制御部（画像形成条件制御手段）１５は、制御部１７の制御に従い、検出した坪量と画像形成条件との関係に基づき、所定の画像形成条件を設定する。制御部（制御手段）１７は、このシート材坪量検出装置１０の全体の動作を制御し、後述するシート材坪量検出処理及び画像形成条件設定処理を実行し、シート材ＳＨの坪量を検出し、画像形成条件を設定する。ここで、制御部１７は、図１に示す画像形成装置１００の全体制御部１１７により制御される。

図３は、図２の液滴吐出部１１及び検出部１２の詳細構成を示す拡大断面図である。図３に示すように、液滴吐出部１１は、上記プリントヘッド１１０を備えて構成される。検出部１２は、台１３１，１３２中が形成する所定の空洞中に配置される熱伝導率検出センサ１２１と、センサパッケージ１２２と、透湿膜１２３とを備えて構成される。

熱伝導率検出センサ１２１は、例えば、特許文献２で開示された気体の熱伝導率を測定するマイクロヒータ構造の熱伝導率検出センサ等である。このようなマイクロヒータ構造の熱伝導率検出センサは、応答性が優れしかも信頼性が高いことが知られている。そのため、本実施形態に熱伝導率検出センサ１２１は、プリントヘッド１１０から吐出される液滴１１０Ｌがシート材ＳＨに付着される前後の空洞１２６の気体の熱伝導率を応答性良く正確に計測する。なお、シート材ＳＨの近傍の空洞１２６の気体の熱伝導度をより正確に計測するために、熱伝導率検出センサ１２１は、シート材ＳＨのできるだけ近くに設置することが望ましい。

センサパッケージ１２２は、熱伝導率検出センサ１２１の下面及び側面を覆うように配置される。透湿膜１２３は、センサパッケージ１２２の上面を覆うように配置される。ここで、透湿膜１２３の表面と台１３１の表面とは、その段差が無く面一となるように配置される。これは、シート材ＳＨを繰り返して搬送するうちに、シート材ＳＨから発生する紙粉等の異物が堆積することで熱伝導率検出センサ１２１の出力が低減することや、熱伝導率検出センサ１２１の応答が遅くなることを防止するためである。

図４は、図１の坪量検出装置１０によって実行されるシート材坪量検出処理並びに画像形成条件設定処理を示すフローチャートである。まず、図４に示すステップＳ１１〜Ｓ１７において、シート材坪量検出処理を説明する。ステップＳ１１において、制御部１７は、検出部１２により液滴を付着させる前の液滴が付着される面と反対側の面（少なくともシート材ＳＨの近傍であればよく、液滴が付着される面又は反対側の面であればよい）のシート材ＳＨの近傍の気体の熱伝導率ＨＡを検出する。制御部１７はその検出した熱伝導率ＨＡを記憶部１３に格納する。ステップＳ１２において、制御部１７は、液滴吐出部１１によりシート材ＳＨの表面に液滴を付着させ、シート材ＳＨに当該液滴を付着させた時刻ｔ０を計時部１４により計測し、計測した時刻ｔ０を記憶部１３に格納する。ステップＳ１３において、制御部１７は、検出部１２により液滴を付着させた後の液滴が付着された表面（被付着面）と反対側の裏面のシート材ＳＨの近傍の気体の熱伝導率ＨＢを検出し、検出した熱伝導率ＨＢを記憶部１３に格納する。液滴が付着された反対側の面のシート材ＳＨの近傍の気体の湿度を計測することにより、シート材ＳＨを浸透する液滴の速さによる違いを捕らえることができる。

次いで、ステップＳ１４において、制御部１７は、液滴を付着させた後の熱伝導率ＨＢが、液滴を付着させる前の熱伝導率ＨＡに比較してはじめて１０％以上増加したか否かを判定する。換言すれば、ステップＳ１４において、制御部１７は、液滴を付着させた後の熱伝導率ＨＢが、液滴を付着させる前の熱伝導率ＨＡに比較してはじめて１．１ＨＡ以上増加するか否かを判定する。このステップＳ１４の判定を満たさない場合（Ｎｏ）、制御部は、ステップＳ１３に戻り、同様の制御を行う。

次いで、ステップＳ１４の判定を満たす場合（Ｙｅｓ）、続くステップＳ１５において、制御部１７は、液滴を付着させた後の熱伝導率ＨＢが、液滴を付着させる前の熱伝導率ＨＡに比較してはじめて１０％以上増加した時点の時刻ｔ１を計時部１４により計測する。制御部１７は計測した時刻ｔ１を記憶部１３に格納する。ステップＳ１６において、制御部１７は、時刻ｔ０と時刻ｔ１との間の時間（変化時間）ｔ２（ｔ２＝ｔ１−ｔ０）を算出し、算出した変化時間ｔ２を記憶部１３に格納する。

ここで、上記ステップＳ１１乃至Ｓ１６に説明した事項の関係は図５のように示される。図５は、図４のシート材坪量検出処理に用いる関係であって、液滴が付着した時刻ｔ０の熱伝導率ＨＡと、熱伝導率ＨＡと比較してはじめて１０％以上増加した熱伝導率ＨＢの時刻ｔ１と、時刻ｔ０と時刻ｔ１との間の変化時間ｔ２との関係を示すグラフである。図５に示すように、時刻ｔ０において、液滴がシート材ＳＨに付着されると、付着された液滴中の水分や溶媒成分のシート材ＳＨへの浸透が開始される。次いで、時刻ｔ０から変化時間ｔ２が経過した時刻ｔ１において、シート材ＳＨの液滴の被付着表面と反対側の裏面の近傍の気体の熱伝導率ＨＢが、熱伝導率ＨＡと比較して１．１ＨＡ以上に相当する値を示す。このように、付着された液滴の溶媒成分等が、シート材ＳＨの被付着表面から浸透し、やがてシート材ＳＨの裏面まで到達して、シート材ＳＨの裏面側の気体に拡散することにより、検出部１２が検出する熱伝導率が増大することが分かる。

次いで、図４に戻りステップＳ１７において、制御部１７は、テーブルＴ１を参照し、変化時間ｔ２と坪量との関係に基づき、シート材ＳＨの坪量を検出する。ここで、図６は、図２の記憶部１３に格納されたテーブルＴ１を示す表である。図６に示すように、テーブルＴ１には、変化時間ｔ２Ａ〜ｔ２Ｃと、各変化時間ｔ２Ａ〜ｔ２Ｃに対応する坪量ＴＡ〜ＴＣとが対応付けられている。

さらに、図７は、図６のテーブルＴ１に示す変化時間ｔ２Ａ〜ｔ２Ｃと、各変化時間ｔ２Ａ〜ｔ２Ｃに対応する坪量ＴＡ〜ＴＣとの関係を示すグラフである。図７に示すように、変化時間ｔ２Ａ〜ｔ２Ｃが増加するに従って、対応する坪量ＴＡ〜ＴＣもそれぞれ増加する。図７に示す関係において、具体的には、シート材ＳＨの厚さが厚い場合やシート材ＳＨの密度が大きい場合には、付着された液滴中の水分又はインクの溶媒成分がシート材ＳＨの裏面に浸透し所定の熱伝導率ＨＢ以上となるまでの変化時間ｔ２は増加し対応する坪量も増加する関係にある。そのため、制御部１７は、図６に示すテーブルＴ１を参照し、図７に示す変化時間ｔ２と坪量との関係に基づいて、変化時間ｔ２に対応する坪量を一義的に検出する。以上のステップＳ１１〜Ｓ１７が、本実施形態に係るシート材坪量検出処理である。

次に、図４に戻り、ステップＳ２１において、本実施形態に係る画像形成条件設定処理を説明する。図４に示すステップＳ２１において、画像形成条件制御部１５は、テーブルＴ２を参照し、検出した坪量と例えば排紙速度や定着温度等の画像形成条件との関係に基づいて、画像形成装置１００の画像形成条件を設定する。

以上説明したように、本実施形態によれば、シート材ＳＨに液滴を付着させる液滴吐出部１１と、液滴吐出部１１から吐出される液滴１１０Ｌがシート材ＳＨに付着される前後の液滴が付着される面と反対側の面のシート材ＳＨの近傍の気体の熱伝導率を検出する検出部１２とを備える。さらに、液滴の付着後の熱伝導率ＨＢが液滴の付着前の熱伝導率ＨＡに比較して所定の割合以上に増加するまでの変化時間ｔ２を算出し、変化時間ｔ２と坪量との関係に基づきシート材ＳＨの坪量を検出する制御部１７とを備える。ここで、制御部１７は、図６に示すテーブルＴ１を参照し、図７に示す変化時間ｔ２と坪量との関係に基づいて、変化時間ｔ２に対応する坪量を一義的に検出する。そのため、シート材ＳＨの坪量を正確に検出することができる。

さらに、本実施形態に係るシート材坪量検出装置１０は、検出したシート材ＳＨの坪量に基づき、画像形成条件を設定する画像形成条件制御部１５を備える。具体的には、画像形成条件制御部１５は、テーブルＴ２を参照し、坪量と画像形成条件との関係に基づいて、画像形成条件を設定する（Ｓ２１）。そのため、画像形成装置１００が形成する画像の画質を向上することが可能となる。

（他の実施形態）
なお、本発明は、図１に示したインクジェット方式の画像形成装置１００に限らず、シート材坪量検出装置１０を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらを一体として備えた複合機等のその他の画像形成装置にも同様に適用することが可能である。

また、熱伝導率検出センサ１２１に限らず、特許文献２に開示される湿度センサ等のその他の雰囲気センサを用いることも可能である。

さらに、以上の実施形態においては、インクの液滴を用いているが、本発明はこれに限らず、インク以外の液体の液滴であってもよい。

（変形例）
以上の実施形態においては、液滴を用いているが、本発明はこれに限られず、図８に示すように水分を吸収させた部分２１をシート材ＳＨに接触させることを、液体が着弾することにとって代わる方法でもよい。図１８において、支持台３０上にセンサパッケージ３１が設けられる。センサパッケージ３１はその空洞３３内に空気の熱伝導率を測定するセンサ３２を設け、その直上に透湿膜３４が設けられている。そして、センサパッケージ３１を有する支持台３０上にシート材ＳＨが載置される。センサ３２の直上には、昇降機能を有し、液体を吸収する部分（水分含有部材）２１を有する水分付着装置２０が設けられ、水分付着装置２０の液体を吸収する部分２１を下降させて当該部分２１をシート材ＳＨに接触させる。このとき、水分付着装置２０の部分２１からシート材ＳＨに液体の水分を吸収させて付着させた後、センサ３２により空気の熱伝導率を測定する。さらに、水分付着装置２０を上昇させてシート材ＳＨから分離させる。

なお、図８の変形例では、液体を吸収する部分２１を有する水分付着装置２０を用いているが、本発明はこれに限らず、例えばピペットを用いて液滴を降下させてもよい。

１０…坪量検出装置、
１１…液滴吐出部、
１２…検出部、
１３…記憶部、
１５…画像形成条件制御部、
１７…制御部、
２０…水分付着装置、
３０…支持台、
３１…センサパッケージ、
３２…センサ、
３４…透湿膜、
１００…画像形成装置、
ＳＨ…シート材、
Ｔ１…第１のテーブル、
Ｔ２…第２のテーブル。

特許第４８７９８４１号公報 特許第２８８９９０９号公報

Claims (8)

1. 液体が付着するシート材と、
   前記シート材に付着される前後の前記液体が付着される被付着面と反対側の面の前記シート材の近傍の気体の熱伝導率を検出する検出手段と、
   前記液体の付着後の熱伝導率が前記液体の付着前の熱伝導率に比較して所定の割合以上に変化するまでの変化時間を算出し、前記変化時間と坪量との関係に基づき前記シート材の坪量を検出する制御手段とを備えたことを特徴とする坪量検出装置。
2. 液体が付着するシート材と、
   前記液体が付着される被付着面と反対側の面において、前記液体が付着される前後の前記シート材の近傍の気体の熱伝導率を検出する検出手段と、
   前記液体の付着後の熱伝導率が前記液体の付着前の熱伝導率に比較して所定の割合以上に変化するまでの変化時間と坪量との関係に基づき前記シート材の坪量を検出する制御手段とを備えたことを特徴とする坪量検出装置。
3. 前記変化時間と坪量との関係を示す第１のテーブルを格納する記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の坪量検出装置。
4. 前記記憶手段は、前記検出した坪量と前記シート材に対する画像形成条件との関係を示す第２のテーブルを格納し、
   前記第２のテーブルを参照し、画像形成条件を設定する画像形成条件制御手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の坪量検出装置。
5. 水分を含有する水分含有部材と、
   前記水分含有部材を昇降させる昇降手段と、
   前記シート材上の所定位置において気体の熱伝導率を検出する検出部とを備え、
   前記昇降手段によって前記水分含有部材を下降させ、前記水分含有部材をシート材上に接触させてシート材に液体を付着させることを特徴とする請求項１又は２に記載の坪量検出装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の坪量検出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
7. シート材に液体を付着させるステップと、
   前記液体が前記シート材に付着される前後の前記液体が付着される面と反対側の面の前記シート材の近傍の気体の熱伝導率を検出するステップと、
   前記液体の付着後の熱伝導率が前記液体の付着前の熱伝導率に比較して所定の割合以上に変化するまでの変化時間を算出するステップと、
   前記変化時間と坪量との関係に基づき前記シート材の坪量を検出するステップとを備えたことを特徴とする坪量検出方法。
8. 前記検出した坪量と画像形成条件との関係に基づいて、前記シート材に対する画像形成条件を設定するステップを備えたことを特徴とする請求項７に記載の坪量検出方法。

Images