JP6376754B2

JP6376754B2 - 超音波センサ及び画像形成装置

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Publication number: JP6376754B2
Application number: JP2013272034A
Authority: JP
Inventors: 正季小林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2018-08-22
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: JP2015125121A

Description

本発明は、記録材の温度の変化を求め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、記録材に超音波を照射して、記録材を介して減衰した超音波を受信することで、記録材の坪量を検知する坪量検知センサを備えた画像形成装置が記載されている。この画像形成装置では、センサで検知した記録材の坪量に応じて転写条件や定着条件等の画像形成条件を制御している。

特開２０１０−１８４３３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、記録材の温度の変化を考慮して画像形成条件を制御していない。そのため、一度定着部を通過して温度が上昇した記録材に対して、必要以上に高い定着温度を設定し、画像を劣化させてしまう場合があった。

本発明の目的は、記録材の温度の変化を求めることができる超音波センサ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したことによる前記記録材の温度の変化に関する情報を求めることを特徴とする。

本発明によれば、記録材の温度の変化を求めることができる超音波センサを提供することができる。

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記録材の温度と演算係数の関係を示す図本発明の実施例におけるフローチャート本発明の実施例２における記録材の温度の変化に伴う演算係数の変化を示す図本発明の実施例３における記録材の温度の変化に伴う演算係数の変化と水分量の関係を示す図

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。

（画像形成装置の構成）
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。

（画像形成動作）
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。

（超音波センサ）
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。

（坪量の検知方法）
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Ｖａ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Ｖｐの比から演算係数を算出する。本実施例では、演算係数をＶｐ／Ｖａの計算式によって算出する。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。

（温度変化と坪量検知結果の関係）
実際に本実施例の構成で得られた記録材の温度と演算係数の関係を図５（ａ）に示す。使用した記録材は坪量７５［ｇ／ｍ２］の記録紙と、坪量５２［ｇ／ｍ２］の記録紙である。また、記録材の温度は１５℃、２３．５℃、３０℃の３段階で測定したものである。

図５（ａ）に示す通り、記録材の温度と演算係数は線形性を保っていることが分かる。そのため、記録材の温度差は同一記録材の演算係数の差分と対応付けることができる。また、記録材の温度が高いと演算係数は小さくなり、記録材の温度が低いと演算係数は大きくなっている。この理由は、記録材が熱を持つことにより周囲の気温が上昇し、空気密度が低下するためである。

図５（ｂ）は坪量７５［ｇ／ｍ２］の記録紙の両面に画像を定着する際に、１面目に画像を定着する前と２面目に画像を定着する前それぞれについて演算係数を算出した結果を示すものである。以下、１面目に画像を定着する前に算出した演算係数を１面目の演算係数、１面目に画像を定着した後であって、２面目に画像を定着する前に算出した演算係数を２面目の演算係数と定義する。図５（ｂ）において、２面目の演算係数は１面目に比べ小さくなっている。これは、定着ユニット２１から得た熱によって記録紙の温度が上昇しているためである。従って、本実施例の構成で演算係数を算出することで、１面目と２面目の演算係数の差分に基づき記録紙の温度変化を求めることができる。

本実施例においては、便宜上１面目と２面目の演算係数の差分の絶対値を０．０１で割ると記録紙の温度変化を求めることができる関係にある。例えば、図５（ｂ）の場合、（０．９９−０．８３）÷０．０１＝１６、従って温度変化は１６℃となる。温度変化の大きさは記録材の１面目に画像を定着する際の定着温度や記録材の熱容量などによって異なるが、定着ユニット２１を通過することによって記録材の温度は上昇する。尚、本実施例では演算係数の差分と温度変化の関係が温度値に関係なく１：１００で一定である場合を例に説明している。しかし、状況によっては演算係数の差分と温度変化は本例とは異なった関係になることがある。そのような場合でも、演算係数から温度変化を求める方法を実情に合わせて設定することで、各種状況に対応できる。

（画像形成条件の設定）
以上のようにして求められた温度変化に応じて、本実施例では、ＣＰＵ８０が最適な画像形成条件を設定する。具体的には、２面目に画像を定着する際の記録材の温度が１面目に比べ高い場合は、２面目の定着温度を１面目の定着温度よりも低く設定する。最も簡単な方法は、１面目の定着温度から温度変化の分を減じた値を２面目の定着温度に設定することである。これにより、記録材の温度が高い場合において、定着ユニット２１による過加熱を防止でき、結果としてホットオフセット等の画像の劣化を抑制できる。ここで、ホットオフセットとは、定着ユニット２１に含まれる定着ローラに記録材上のトナーが付着し、ローラが１周することで付着したトナーが記録材の別の箇所に定着されてしまう現象のことを指す。

次に、求められた温度変化に基づいて、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、記録紙を一旦停止することなく、記録紙の坪量を検知することができる。そのため、複数枚の記録紙に連続して画像を形成する場合でも、画像形成を一時停止することなく全ての記録紙の坪量をリアルタイムに検知できる。従って、例えば１面目、２面目の演算係数の差分から求められた温度変化から、最適な画像形成条件を設定し、２面目の画像形成時に反映することが可能である。

それでは、図６のフローチャートを用いて、本実施例の画像形成条件の制御について説明する。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。以下、連続して記録紙の両面に画像を形成するジョブの例を示す。まず、記録紙の１面目に画像を定着する前に、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）、１面目の演算係数を算出する（Ｓ１０３）。そして、Ｓ１０３で算出された演算係数を元に、ＣＰＵ８０は１面目の画像形成条件を設定し（Ｓ１０４）、画像形成を行う（Ｓ１０５）。続いて、２面目も１面目と同様に、センサ制御部３０が紙なし時測定（Ｓ１０６）と紙あり時測定（Ｓ１０７）から、演算係数を算出する（Ｓ１０８）。そして、Ｓ１０３とＳ１０８の結果から、センサ制御部３０は記録紙の温度変化を算出する（Ｓ１０９）。その後、ＣＰＵ８０は算出した温度変化分に基づいた画像形成条件を設定して（Ｓ１１０）、画像形成を行う（Ｓ１１１）。その後、次の記録紙があれば（Ｓ１１２）Ｓ１０１に戻り、無ければ処理を終了する。

以上説明したように、本実施例の超音波センサにおいては、１面目に画像を定着する前の演算係数と２面目に画像を定着する前の演算係数の差分から、記録材が定着ユニット２１を通過したことによる記録材の温度の変化を求めることができる。また、本実施例の画像形成装置においては、記録材の温度の変化に基づいて画像形成条件を制御することができるため、高品位な画像を得ることができる。

なお、本実施例においては、温度変化に応じて定着温度を設定する例を説明したがこれに限定されない。例えば、記録材の温度が変化することに伴って、記録材の電気抵抗も変化するため、一次転写ローラ１６や二次転写ローラ１９に印加する電圧値を制御してもよい。さらには前述したその他の画像形成条件を制御してもよい。また、ＣＰＵ８０は記録材の温度の変化を求めることなく、演算係数の差分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。また、本実施例においては紙なし時測定の結果と紙あり時測定の結果から演算係数を算出していた。しかし、紙あり時測定の結果のみから演算係数を算出し、記録材の温度の変化を求める構成であってもよい。

本実施例では、超音波による検知を行ってから２面目に画像を定着するまでの時間に基づいて、２面目の画像形成条件を設定することを特徴とする。これにより、記録材が実際に定着ユニット２１を通過するタイミングにおける最適な画像形成条件を設定でき、結果として高品位な画像を得ることが可能となる。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、１面目と２面目の演算係数の差分に基づいて記録材の温度変化を求めていた。しかしながら、超音波による検知を行ってから（２面目の演算係数を算出してから）記録材に画像を定着するまでには時間差があり、その間でさらなる温度変化が生じる場合がある。なぜなら、１面目に画像を定着したことによって上昇した記録材の温度は、時間の経過とともに１面目に画像を定着する前の温度に収束していく（下降していく）ためである。時間の経過に伴う演算係数の変化の様子を図７に示す。横軸は１面目に画像を定着してからの経過時間、縦軸は演算係数である。使用した紙は坪量７５［ｇ／ｍ２］の記録紙であり、●印が２面目に画像を定着する前に超音波による検知を行うタイミング、○印が２面目に画像を定着するタイミングを示している。時間の経過とともに温度変化が収束していくのと同様に、演算係数も収束していくことが分かる。

本実施例では、以上の性質を鑑みて、超音波による検知を行ってから２面目に画像を定着するまでの時間に基づき、実際に記録材が定着ユニット２１を通過するタイミングにおける最適な画像形成条件を設定する。具体的には、予め１面目に画像を定着してから経過した時間に対する演算係数の変化量を予め測定しておき、表１のようなプロファイルとして制御部３に含まれる不図示の記憶部に記憶しておく。その上で、実施例１における温度変化の算出時（Ｓ１０９）に、超音波による検知を行ってから２面目に画像を定着するまでの演算係数の変化量を算出し、温度変化を算出する。例えば、図７によると記録材の１面目に画像を定着してから３秒後に超音波による検知が行われ、４秒後に記録材の２面目に画像が定着される。従って、２面目に画像を定着する時には超音波による検知を実行した時に比べて０．５−０．４１＝０．０９演算係数が上昇したものとして温度変化を算出する。

以上説明したように、本実施例の画像形成装置においては、記録材の２面目に画像を定着するまでの時間に基づいて画像形成条件を制御することによって、より高品位な画像を得ることができる。

なお、表１に示す情報は本実施例のように予め測定しておかなくても構わない。例えば、ジョブの１枚目の記録材の１面目に画像を定着した後、記録材を検知位置２００で停止させて温度変化が収束するまで連続して超音波による検知を行い、演算係数を算出する。そして、この結果を記憶部（不図示）に記憶しておき、２枚目以降はこの情報に従って画像形成条件を制御する構成であってもよい。また、時間に応じた補間で演算係数の変化量を近似してもよい。また、環境に応じて複数のプロファイルを記憶部に記憶しておいてもよい。そして、装置１の設置環境にしたがって、複数のプロファイルの中から特定のプロファイルを選択する構成でもよい。ここで、環境とは装置１の周辺の温度や湿度のことを指し、装置１に設けられた環境センサによって検知される。

本実施例では、記録材の温度の変化に加えて、記録材に含まれる水分量に応じた最適な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。

水分を多く含む記録材（以下、吸湿材と記載する）に画像を定着すると、記録材が加熱、加圧されることによって記録材に含まれる水分が蒸発し、記録材の坪量が小さくなる。そのため、２面目に画像を定着してから温度変化が収束した時の演算係数は１面目の演算係数より大きな値となる。従って、水分量による影響を加味するためには、温度変化が収束した時の演算係数に基づいた制御を行う必要がある。吸湿材に対する、時間の経過に伴う演算係数の変化の様子を図８に示す。１面目の演算係数は０．９３であるのに対し、２面目に画像を定着してから温度変化が収束した時点での演算係数は０．９９であり、１面目の演算係数よりも大きくなっている。この差分０．０６は１面目に画像を定着した際に蒸発した記録材の水分量を表している。

本実施例では、以上の性質を鑑みて、２面目に画像を定着してから温度変化が収束した時点での演算係数が１面目の演算係数を超えていた場合は、その差分を水分量とみなし、画像形成条件に反映する。吸湿材に比べてそれほど水分を多く含まない記録材（以下、非吸湿材と記載する）は、吸湿材に比べて熱容量が小さいため、定着部を通過することによって記録材の温度が大きく変化する。そのため、非吸湿材の２面目に画像を定着する際の定着温度は、吸湿材の２面目に画像を定着する際の定着温度よりも下げる必要がある。具体的には、表２に示す通り、非吸湿材に対しては吸湿材と比較して、５℃程度低い定着温度を設定する。そのため、本実施例では、水分量の大小に応じて２面目の定着温度を実施例１又は実施例２における算出値より０℃〜５℃の範囲で低く設定する。また、本実施例においては演算係数の差分が０．０５以上の値を示す記録材を吸湿材、０．０５未満の値を示す記録材を非吸湿材とする。尚、本実施例においては、記録材に含まれる水分量に応じて定着温度を設定する例を説明したがこれに限定されない。例えば、記録材に含まれる水分量によって記録材の電気抵抗も変化するため、一次転写ローラ１６や二次転写ローラ１９に印加する電圧値を制御してもよい。さらには前述したその他の画像形成条件を制御してもよい。

２面目に画像を定着してから温度変化が収束した時点での演算係数の求め方について説明する。記録材の１面目に画像を定着した後、検知位置２００に記録材を停止させた状態で連続して超音波による検知を行い、演算係数を算出する。このとき、図８に示したように、時間の経過とともに演算係数の変化量は小さくなっていく。この演算係数の単位時間当たりの変化量が所定の閾値を下回った場合に、演算係数は収束したとセンサ制御部３０が判断する。そして、このときに得られた演算係数を用いることによって、センサ制御部３０は記録材に含まれる水分量を求めることができる。

以上説明したように、本実施例の超音波センサにおいては、１面目に画像を定着する前の演算係数と記録材の温度の変化が収束した時の演算係数の差分から、記録材が定着ユニット２１を通過する前に含んでいた水分量を求めることができる。また、本実施例の画像形成装置においては、記録材に含まれる水分量に基づいて画像形成条件を制御することができるため、高品位な画像を得ることができる。

なお、本実施例においては水分量に応じて吸湿材か非吸湿材か２つの状態のうちどちらかを判断し、画像形成条件を制御していたが、より詳細に記録材の状態を判断し、画像形成条件を制御してもよい。また、水分量に応じてその都度最適な画像形成条件に制御してもよい。

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
３０超音波センサ制御部
３１送信部
３２受信部
９０超音波センサ

Claims

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したことによる前記記録材の温度の変化に関する情報を求めることを特徴とする超音波センサ。
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１面目に画像を定着した後であって、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、前記記録材が前記定着部を通過したことによる前記記録材の温度の変化に関する情報を求めることを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
前記第１の信号とは、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て受信した超音波の振幅値であり、前記第２の信号は、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て受信した超音波の振幅値であることを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
前記第１の信号に関する出力値と前記第２の信号に関する出力値の差分に基づいて、前記記録材が前記定着部を通過したことによる前記記録材の温度の変化に関する情報を求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波センサ。
前記第１の信号に関する出力値と前記第２の信号に関する出力値の差分が大きいほど、前記記録材が前記定着部を通過したことによる前記記録材の温度の変化が大きいことを特徴とする請求項４に記載の超音波センサ。
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、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する信号の出力値が収束した時に得られた第３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求めることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波センサ。
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、前記記録材が前記定着部を通過したことによる前記記録材の温度の変化に関する情報を求め、
前記記録材の温度の変化に関する情報に基づいて、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。
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１面目に画像を定着した後であって、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、前記記録材が前記定着部を通過したことによる前記記録材の温度の変化に関する情報を求めることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
前記第１の信号は、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て受信した超音波の振幅値であり、前記第２の信号は、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て受信した超音波の振幅値であることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
前記第１の信号に関する出力値と前記第２の信号に関する出力値の差分に基づいて、前記記録材が前記定着部を通過したことによる前記記録材の温度の変化に関する情報を求めることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記第１の信号に関する出力値と前記第２の信号に関する出力値の差分が大きいほど、前記記録材が前記定着部を通過したことによる前記記録材の温度の変化が大きいことを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
前記記録材の温度の変化に関する情報と、前記定着部が前記記録材の２面目に画像を定着するまでの時間に基づいて、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７乃至１１のいずれか１項に記載の画像形成装置。
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、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する信号の出力値が収束した時に得られた第３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７乃至１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
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を含むことを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
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を含むことを特徴とする請求項７乃至１４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記画像形成条件とは、記録材の搬送速度を含むことを特徴とする請求項７乃至１５のいずれか１項に記載の画像形成装置。