(57)【要約】【課題】プローブを接触させて摺擦することにより被測定物表面の表面性を識別する際の耐久性を改善した表面性識別装置、シート材識別装置及び画像形成装置の提供。【解決手段】Ｓ字型プローブ１５ａの先端当接部でシート材７を走査し、シート材表面の凹凸及び摩擦係数に応じた振動及び衝撃による歪を誘起することにより圧電素子１５ｂが電気信号を発生し、電気信号の強度差を基にシート材表面の表面性を識別するＳ字型表面性検知センサ１５であって、Ｓ字型プローブ１５ａは、先端当接部に板状セラミックチップであるジルコニアチップ１６を有し、ジルコニアチップ１６は、シート材７表面にジルコニアチップ１６の先端部を当接することを特徴とする。【選択図】図１
2008170177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子部と、先端当接部と、前記先端当接部が被測定物の走査方向前後に振動可能となる機械的構造部と、前記走査方向に垂直乃至垂直に近い且つ走査平面に平行乃至平行に近い回転軸に回転可能に固定される固定端部とを有するプローブと、前記回転軸を中心として前記走査方向と逆方向に前記プローブを加圧する加圧手段とを備える表面性識別装置であって、
前記プローブの前記先端当接部に、板状セラミックチップを備え、
前記被測定物表面に、前記板状セラミックチップの先端部を当接することを特徴とする表面性識別装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表面性識別装置において、
前記プローブは、前記被測定物が該プローブに進入する際の前記先端当接部と該被測定物とのなす角度が鋭角となるよう、且つ、前記加圧手段による加圧が該プローブにより跳ね上げ可能な強度で加圧当接するよう、該被測定物の表面を走査し、
前記圧電素子部は、前記被測定物表面の凹凸及び摩擦係数に応じた振動及び衝撃による歪を誘起することにより電気信号を発生し、該電気信号の強度差を基に該被測定物表面の表面性を識別することを特徴とする表面性識別装置。
【請求項３】
請求項１に記載の表面性識別装置において、
前記プローブは、短冊状金属板金を前記走査方向側面から見てＳ字型になるように折り曲げた第１折り曲げ部Ｒ１と第２折り曲げ部Ｒ２とを有するＳ字型板金であり、
前記圧電素子部は、前記Ｓ字型板金の固定端部と前記第１折り曲げ部Ｒ１の間の平坦部表面に形成され、
前記第２折り曲げ部Ｒ２の先端部は、前記被測定物表面に当接し、
前記板状セラミックチップは、前記第２折り曲げ部Ｒ２の先端部の前記走査方向上流側の面にロウ付け接着されることを特徴とする表面性識別装置。
【請求項４】
請求項１に記載の表面性識別装置において、
前記プローブは、短冊状金属板金を前記走査方向側面から見てＳ字型になるように折り曲げた第１折り曲げ部Ｒ１と第２折り曲げ部Ｒ２とを有するＳ字型板金であり、
前記圧電素子部は、前記Ｓ字型板金の固定端部と前記第１折り曲げ部Ｒ１の間の平坦部表面に形成され、
前記第２折り曲げ部Ｒ２の先端部は、前記被測定物表面に当接し、
前記圧電素子部と前記平坦部表面、及び、前記板状セラミックチップと前記第２折り曲げ部Ｒ２の先端部の前記走査方向上流側の面は、同一の接着剤を用いて同時に接着されることを特徴とする表面性識別装置。
【請求項５】
請求項１に記載の表面性識別装置において、
前記プローブは、短冊状金属板金を前記走査方向側面から見てＳ字型になるように折り曲げた第１折り曲げ部Ｒ１と第２折り曲げ部Ｒ２とを有するＳ字型板金であり、該第２折り曲げ部Ｒ２の先端部に平坦面を有し、
前記圧電素子部は、前記Ｓ字型板金の固定端部と前記第１折り曲げ部Ｒ１の間の平坦部表面に形成され、
前記第２折り曲げ部Ｒ２の先端部は、前記被測定物表面に当接し、
前記板状セラミックチップは、平坦面を有し、
前記板状セラミックチップの前記平坦面は、前記第２折り曲げ部Ｒ２の先端部の前記走査方向上流側の平坦面と、両面テープにより接着されることを特徴とする表面性識別装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の表面性識別装置において、
前記板状セラミックチップは、該板状セラミックチップの先端部に前記被測定物の走査面に対して平行乃至平行に近い水平部を有し、
前記水平部は、該水平部の両端部に丸め加工されることを特徴とする表面性識別装置。
【請求項７】
請求項６に記載の表面性識別装置において、
前記板状セラミックチップは、Ｄカット部を有するＤカット円盤状セラミック板であり、
前記水平部は、前記Ｄカット円盤状セラミック板のＤカット部であることを特徴とする表面性識別装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載の表面性識別装置において、
前記板状セラミックチップは、円盤状に加工された円盤状セラミック板であり、前記被測定物表面に該円盤状セラミック板の円周部を当接し、
前記円盤状セラミック板の直径を前記プローブの幅より大きくし、取り付け時の傾斜角度誤差の許容範囲を拡大できるようにすることを特徴とする表面性識別装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の表面性識別装置において、
前記板状セラミックチップは、ジルコニアチップであることを特徴とする表面性識別装置。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれかに記載の表面性識別装置において、
前記板状セラミックチップは、アルミナチップであることを特徴とする表面性識別装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の表面性識別装置と、
シート材を搬送するシート材搬送手段とを備え、
前記被測定物は、前記シート材搬送手段により搬送されるシート材であり、
前記表面性識別装置は、前記プローブを前記回転軸に回転可能に固定したまま前記シート材を前記シート材搬送手段により搬送移動させて走査し、該シート材の表面性を識別することを特徴とするシート材識別装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシート材識別装置において、
一定の圧力で搬送平面に先端部を当接され、圧電素子部を有するプローブと、
前記シート材搬送手段により前記プローブの先端当接部との対向位置に搬送された前記シート材を搬送平面から該プローブの先端当接部に向かって凸型に屈曲変形させるシート材変形手段とを備え、
前記圧電素子部は、前記シート材変形手段によって凸型に屈曲変形した前記シート材表面から前記プローブの先端当接部が受ける圧力が各シート材の剛性差に応じて変化することに起因してシート材毎に異なる摩擦抵抗差を誘起し、該摩擦抵抗差に応じて変化する該プローブの先端当接部の振動及び衝撃強度差を歪強度差として電気信号に変換して検出し、該シート材の剛性差を識別することを特徴とするシート材識別装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載のシート材識別装置と、
前記プローブの当接位置を通過した前記シート材上にトナー像を形成する画像形成手段と、
前記トナー像を加熱加圧して前記シート材表面に永久固着させる定着手段と、
シート材と、該シート材の特性に応じて前記トナー像を前記定着手段により溶融固着するための定着温度、シート材搬送速度及び複数シート材搬送時のシート材搬送間隔の情報と、を関連づけた判定テーブルと、
前記シート材識別装置の識別信号に基づき前記判定テーブルを参照し、該判定テーブルの情報に応じて前記定着手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
請求項１１または１２に記載のシート材識別装置と、
前記プローブの当接位置を通過した前記シート材上にインクを吐出して画像を形成するインク吐出式画像形成手段と、
前記シート材識別装置の識別信号に応じて前記インク吐出式画像形成手段のインク吐出量を制御する制御手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
請求項１１または１２に記載のシート材識別装置と、
前記プローブの当接位置を通過した前記シート材上にサーマルヘッドを用いてインクリボン上のインクを熱転写させる熱転写式画像形成手段と、
前記シート材識別装置の識別信号に応じて前記熱転写式画像形成手段の前記サーマルヘッドへの供給電力を制御する制御手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面性識別装置、シート材識別装置及び画像形成装置に関するものである。特に、被測定物の表面摩擦抵抗の差とその要因となる表面粗さの差及び表面材質の差を識別する表面性識別装置、更にシート状被測定物の剛性の差とその要因となる厚さ、密度及び材質の差も検出可能なシート材識別装置の耐久性能に関するものである。そして、シート材識別装置を備えた加熱装置及び電子写真方式のプリンタ、複写機、インクジェットプリンタ、サーマルヘッドプリンタ、ドットインパクトプリンタ、ファクシミリやこれらの複合機器等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種画像形成装置は、一般的に普通紙、はがき、ボール紙、封書、ＯＨＰ用のプラスチック製薄板等のシート状記録材（以下、単に記録材とする）上に画像を形成する装置である。その代表例としての電子写真方式を用いたプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置では、トナーを現像剤として用いて静電的な画像形成手段によって記録材上にトナー像を形成する。そして、その後、定着手段によって記録材を加熱及び加圧してトナー像を溶融固着させて画像形成するものである。
【０００３】
また、他の画像形成装置であるインクジェット方式を用いたプリンタ、複写機、ファクシミリ等の装置は、インクを現像剤として用いている。そして、機械的または熱的反応を利用して微小なオリフィスを有するノズルを多数用いて構成された記録ヘッドからインクを高速で吐出させる画像形成手段によって記録材上に画像形成するものである。
【０００４】
更に、他の画像形成装置である熱転写方式を用いたプリンタ、複写機、ファクシミリ等の装置は、インクリボンを現像剤として用い、サーマルヘッドを用いてインクリボンからインクを熱転写させる画像形成手段によって記録材上に画像形成するものである。
【０００５】
ところで、これらの画像形成装置は近年改良が施され、高画質化と処理速度の高速化に対する工夫が種々の手段によって実現されるようになってきており、同時にコストダウン対策も工夫されて低価格化が進み、広く普及するようになっている。
【０００６】
しかしながら、これらの画像形成装置に使用される記録材の種類は普通紙から封書用に特殊な表面処理を施された高級紙やＯＨＰ用の樹脂製シート等多種多様である。更に画像形成装置の普及に伴って世界中で使用されるようになってきたため、各地で使用されるどのような記録材に対しても良好な画像を形成することができるよう対応する必要が生じている。このため、特に画像形成条件に大きく影響する記録材表面の粗さは非常に重要な要素である。
【０００７】
例えば、電子写真方式を採用する画像形成装置では、使用される記録材の表面が平滑な場合（以下、平滑紙と称する）と粗い場合（以下、ラフ紙と称する）では次のような違いがある。すなわち、定着部において加熱源から紙表面へ熱を伝える加熱効率が表面性の差による熱抵抗差に従って異なっており、平滑紙で適正な定着温度でラフ紙を定着しても定着不足を招いてしまう。このため、ラフ紙に対してはより高い温度で定着する必要がある。そこで、現状の画像形成装置では、ラフ紙を定着することができる温度を標準の定着温度として用い、平滑紙に対しては常に過剰な温度で定着させたままにしている。更により粗い紙に対しては更に高い定着温度が必要であるため、このような紙を用いる際にはユーザに定着温度の設定を変更させるための選択モードを設けていた。
【０００８】
これらの具体的な例として電子写真方式を採用するプリンタの基本構成を図９に示す。図９は、従来例に係る電子写真方式の画像形成装置の要部構成断面図である。該プリンタにおいては、帯電ローラ１で感光ドラム２の表面を一様に所定の極性に帯電させた後、レーザー等の露光手段３によって感光ドラム２を露光した領域のみを除電して感光ドラム２上に潜像を形成する。そして、この潜像は現像器４のトナー５によって現像されてトナー像として顕像化される。つまり、まず、現像器４のトナー５を現像ブレード４ａと現像スリーブ４ｂの間で感光ドラム２の帯電表面と同極性に摩擦帯電させる。そして、感光ドラム２と現像スリーブ４ｂが対向する現像ギャップ部においてＤＣとＡＣバイアスを重畳印加し、電界の作用によってトナー５を浮遊振動させつつ感光ドラム２の潜像形成部に選択的に付着させる。その後、このトナー５を転写ローラ６（画像形成手段に相当）と感光ドラム２で形成される転写ニップ部まで感光ドラム２の回転によって搬送する。
【０００９】
一方、画像が記録される紙等の記録材であるシート材７は、シート材カセット７ａから給紙ローラ対７ｃ（下ローラはパッドでも良い）によって垂直搬送ローラ対７ｄまで先端部が給紙される。この後、この垂直搬送ローラ対７ｄによって転写前搬送ローラ７ｅまで搬送されるか、または手差しトレイ７ｂから給紙ローラ対７ｃによって転写前搬送ローラ７ｅまで搬送されるかのいずれかの経路を通して搬送される。更にこの転写前搬送ローラ７ｅ（シート材搬送手段に相当）によって転写上ガイド板９及び転写下ガイド板９’の間に沿って予め規定された進入角度で転写ニップ部まで搬送される。この転写前搬送ローラ７ｅから転写ニップ部までシート材７が搬送されるまでの間には、シート材７がこの領域に搬送されて来るまでに接触した種々の部材との摺擦によって該シート材７の表面が帯電している可能性がある。このため、静電的記録を行うに際して画像を乱す要因となるこのような不要な帯電を取り除くための除電ブラシ８が搬送中のシート材７の背面側に接するように設けられ、接地されている。
【００１０】
転写部において感光ドラム２上のトナー５を静電的に引き付けてシート材７側に移動させるためにトナー５と逆極性の高電圧がシート材７背面の転写ローラ６に印加される。そして、シート材７の裏面にトナー５が静電的に引き付けられてトナー像がシート材７に転写されるとともに、シート材７の裏面はトナー５と逆極性に帯電され、転写されたトナー５を保持し続けるための転写電荷がシート材７の裏面に付与される。
【００１１】
最後に、トナー像が転写されたシート材７は、加熱回転体１３とニップ部を形成する加圧ローラ１４で構成される定着器１２（定着手段に相当）まで搬送される。そして、ニップ部で予め設定されている定着温度を保持するように加熱回転体１３側に設けられたヒータによって温度制御されながら加熱及び加圧されてトナー像が定着される。
【００１２】
尚、トナー像転写後の感光ドラム２の表面には極性の異なるトナー等の付着物が僅かに残る。このため、転写ニップ部を通過した後の感光ドラム２の表面はクリーニング容器１０で感光ドラム２表面にカウンター当接されるクリーニングブレード１０ａによって付着物が掻き落とされて清掃された後、次の画像形成に備えて待機する。
【００１３】
尚、以上の帯電ローラ１、感光ドラム２、現像器４、クリーニング容器１０の各構成要素は交換周期が比較的短いため、これらを一体化したカートリッジ１１の単位で交換可能にしたカートリッジ交換方式の画像形成装置が主として普及している。
【００１４】
以上の工程の中で、画像の定着方式としては熱効率及び安全性が良好な接触加熱型の定着器が広く知られている。従来は、主に次に説明する熱ローラ定着器が用いられてきた。熱ローラ定着器は、金属製円筒芯金表面に離型性層を形成し、円筒内部にハロゲンヒータを内包する熱定着ローラと、金属芯金に耐熱性ゴムから成る弾性層を形成し、その表面に加圧側離型性層を形成して成る加圧ローラを加圧当接して構成される。しかし、近年、更に加熱効率の高い方式として、フィルム加熱型定着器が用いられるようになっている。フィルム加熱型定着器は、上記熱定着ローラの代わりに低熱容量の耐熱性樹脂フィルムを円筒状に加工してその表面に離型性層を形成した定着フィルムを用い、このフィルムの定着ニップ部の内側からセラミックヒータを当接させて加熱する構成である。
【００１５】
この種のフィルム加熱型定着器は、近年の省エネルギー推進の観点から、従来のハロゲンヒータを内包する円筒状の金属を定着ローラとして用いる熱ローラ方式に比べて熱伝達効率が高い。このため、定着器の立ち上がりも速い方式として注目され、より高速の機種にも適用されるようになってきている。しかし、特にこの方式では昇温速度を重視するために定着部の加熱表面の熱容量を小さくする必要があり、結果として加熱面には弾性層を形成することが難しく、硬い加熱面が使用されている。このため、この種の定着方式は、記録材表面の凹凸差によって一層加熱効率に差が生じ易い構成となっている。
【００１６】
このような定着器を用いたプリンタ等の各種画像形成装置においては、前述のような処理速度の高速化に伴い、紙の種類の違いによって定着性の差が顕著になるという問題が生じている。そして、ユーザが使用しようとする紙種に応じて予め適正な定着モードをユーザ自身がプリンタに入力する必要がある。
【００１７】
しかしながら、このように使用する紙の種類によってその都度定着条件を切り替えるためにユーザにモード選択を強いることはユーザの作業負担の増加になる。また、ユーザが選択モードを間違えた場合にはそのプリント分の定着性が不足したり、逆に過剰に加熱して電力を無駄にするとともに高温オフセットによる画像不良が生じたり、定着器のトナー汚染を招くおそれがある等の可能性があった。
【００１８】
また、近年のように１台のネットワークプリンタを複数のユーザが共有するような使用環境においては、１人のユーザが特殊な紙を用いてそれに応じたモード設定切り替えを行った後、その特殊紙を画像形成装置に残したままになることもあり得る。このため、そのことを知らない他のユーザが使用する際にモードが一致せず、適切な定着がなされないために前記問題が生じてしまう可能性も高くなっている。
【００１９】
また、設定可能な定着モードの数に関しても、実際の紙の平滑度には厳密には種々のレベルが存在し、その各々に対して最適な条件を設けることは不可能である。このため、或る範囲の平滑度を有する紙をまとめて同一モードで定着することによって設定モードの数を制限しており、特定の紙に対しては必要以上の電力を用いて定着する場合があり、紙と設定の組み合わせによっては効率の悪い定着が行われる場合もある。
【００２０】
一方、前記インクジェット方式を採用する画像形成装置においては、使用される記録材が平滑紙の場合とラフ紙の場合では必要なインクの量が異なる。すなわち、平滑紙で適正なインク量でラフ紙上に画像形成しても紙の厚さ方向にインクが浸透して濃度不足を招いてしまうため、ラフ紙に対してはより多くのインクを吐出する必要がある。このため、現状の画像形成装置では、これらの異なる表面性の紙に対してユーザが予めその紙種をプリンタに認識させる作業を行う必要があった。
【００２１】
また、熱転写方式を採用する画像形成装置では、使用される記録材が平滑紙の場合とラフ紙の場合では必要な電力の量が異なっている。このため、平滑紙で適正な電力量でラフ紙上に熱転写しても熱抵抗が大きいためにインクの転写性が低下して濃度不足を招いてしまっていた。
【００２２】
以上のように、現状の画像形成装置では何れも記録材の表面粗さによる画像の画質低下を防ぐために余分な温度やインク、電力を消費したり、画質の低下を招くことになるおそれがある。これらの問題を防ぐためには記録材の表面粗さに応じてこれらの条件を切り替えることが必要である。しかし、現状ではユーザに設定変更の手間を強いるような方法や一部の画像形成装置に用いられている複雑な構成や信号処理を必要とする光学式センサしか考えられておらず大幅なコストアップを招くしかなかった。
【００２３】
このため、記録材表面の粗さを検知し、その検知結果に応じて画像形成条件を変更して画像形成する装置の提案がこれまでに幾つかなされている。例えば、それらの中で比較的安価且つ高速に記録材表面粗さを検知可能な検知原理を提案したものとして、特許文献１及び特許文献２に示すものが挙げられる。これらの提案では、記録材表面に接触する接触手段が記録材表面との摺擦によって生じる振動や摺擦音等の物理的現象を検知し、その検知量の差を表面粗さの差として検知する方法が開示されている。その具体的構成として接触手段に圧電素子を設けて振動を電気信号に変換して検知する構成が提案されている。
【００２４】
しかしながら、上記提案には実際に記録材表面に接触させる部材（以下、プローブと称する）に必要な具体的構成条件は詳細に開示されていない。すなわち、単純な直線状のプローブが走査方向、すなわち記録材の搬送方向の上流側で一方の端部を固定され、下流側の先端を搬送方向に逆らわないように斜めに当接させる構成が示されているだけに留まっている。したがって、この内容だけで実際に精度の高い検知を実現することは困難であると考えられる。
【００２５】
このため、本願発明者は圧電素子を用いた検知方式で、表面性識別性能を飛躍的に改善して実用可能とするために、センサプローブ形状及び取り付け構成を新たに検討した。その結果、プローブ先端部に先端当接部が搬送平面上を搬送方向前後に振動可能となる機械的構造部を付与した。且つ、先端当接部を搬送方向に逆らって測定表面に食い込む角度に当接する構成、すなわち、記録材がプローブ先端部に進入する際のプローブ先端部と記録材とのなす角度が鋭角となる構成とした。尚、当接圧力はシート材の搬送圧力によっては逆方向に跳ね上がり可能な軽圧で良い。このような構成にすることにより非常に高い識別性能が得られることを見出した。このような構造を、記録材搬送を阻害することなく最も安価に実現する構成として、Ｓ字型表面性検知センサ１５（表面性識別装置に相当）（図１０参照）を発明した。Ｓ字型表面性検知センサ１５は、短冊状金属板金を２回折り曲げたＳ字型の側面形状を有するプローブを回転軸に回転可能に固定する構成である。且つ、１つのＳ字型表面性検知センサ１５でシート材カセット７ａまたは手差しトレイ７ｂのどちらからシート材７を給紙しても検知できるように取り付ける。すなわち、このＳ字型表面性検知センサ１５を、両者の記録材搬送経路合流部の記録材搬送方向下流側で記録材の表面側から検知が可能な位置として最適な転写上ガイド板９に取り付けて評価を行った。この結果、記録材搬送を阻害することなく非常に高い識別性能が得られることを確認し、その結果をまとめたものを提案している（例えば、特許文献３参照）。
【００２６】
このＳ字型表面性検知センサ１５は、より詳細には図１０（Ａ）に示すように、圧電素子１５ｂを平坦部に形成されたＳ字型プローブ１５ａがその反走査側端部を固定ネジ１５ｄでプローブホルダー１５ｃに固定された固定端部を有している。そして、このプローブホルダー１５ｃは搬送方向に垂直且つ搬送平面に平行な方向に軸方向を有するプローブ回転軸１５ｅに回転可能に固定されている。また、プローブ先端部はこのプローブ回転軸１５ｅを中心として搬送平面に対して０．３〜３．０Ｎ程度の当接圧で加圧手段により加圧当接されている。なお、加圧手段は、Ｓ字型プローブ１５ａ自体にバネ機構が備わり当接する構成であっても、あるいは、Ｓ字型プローブ１５ａ自体にバネ機構が備わっていない場合においては、外部からＳ字型プローブ１５ａを加圧する構成であってもよい。更にこのプローブ回転軸１５ｅは軸受け１５ｆを介して上記転写上ガイド板９を兼ねるセンサ保持板１５ｇ上に固定されており、搬送平面として搬送平面板１５ｈがシート材７の搬送路上に設けられ、シート材識別装置を構成している。
【００２７】
図１０（Ｂ）はこれらの構成部材を上から見た場合の各部材の配置関係を示したものである。センサ保持板１５ｇの中央部にはＳ字型表面性検知センサ１５の先端部を搬送平面に当接させるため角穴が開けられている。また、圧電素子１５ｂ表面とＳ字型プローブ１５ａの板金表面からは検知信号を取り出すための信号線１５ｋがハンダ付けされて画像形成装置の電装部までセンサ保持板１５ｇ表面を長手方向に沿って引き回されている。
【００２８】
図１０（Ｃ）はこのＳ字型表面性検知センサ１５を用いた電子写真方式のプリンタの定着器制御を行うためのブロック図である。画像形成装置の検知部であるＳ字型表面性検知センサ１５（以降、検知部１５とする）から出力された検知信号に基づき、使用される紙種に応じて定着器１２へ最適な制御信号を出力する。このとき、制御部１５’（制御手段に相当）の推測部１５’ａにおいて、使用される紙種に応じて定着器１２へ最適な制御信号を出力する。推測部１５’ａは、予め所定の検知信号に対して最適な制御温度が関連づけられている温度テーブル１５’ｂ（判定テーブルに相当）のデータを参照することで、最適な制御信号を出力することができる。これにより、必要最小限の電力で十分な定着性を得ることが可能となる。
【００２９】
以上のように構成され、取り付けられたＳ字型表面性検知センサ１５を用いることにより、搬送されてきたシート材７の表面性の検知を少なくとも定着工程前に完了して定着制御を切り替えることができるようになる。このため、ユーザは使用するシート材７の種類を気にすること無く、且つ、画像不良や不要な電力の消費を招くことなく、画像形成装置を使用することが可能となる。
【００３０】
さらに上記構成のＳ字型表面性検知センサ１５を用いて実際に電子写真方式のプリンタの定着温度制御を行うための基礎検討として、各紙種に対する必要且つ十分な最適定着温度が実際にどのように紙種に依存して変化するかを調べた。この結果、単純にシート材７の表面粗さのみで分類することが難しい場合があることが判明したため、画像形成装置のシート材搬送路に屈曲構造を設けることによってシート材の剛性や厚みを検知する方法を提案している（例えば、特許文献４参照）。
【００３１】
図１２（Ａ）はその一例として原理説明用のセンサ検知部であるＳ字型表面性検知センサ１５（以下、検知部１５とする）を備えたシート材識別装置の側面模式図を示している。この図からわかるように本構成では、シート材搬送方向の検知部下流側に、センサ保持板１５ｇ及び搬送平面板１５ｈの下流側を下方に折り曲げた屈曲センサ保持板１５ｇ’及び屈曲搬送平面板１５ｈ’（シート材変形手段に相当）を設ける。これらによって屈曲搬送路構造を形成することで薄紙７’と厚紙７”の先端部が検知部１５を通過した場合の検知信号の差を検知することが可能となる。まず、薄紙７’の先端部が検知部１５を通過した場合、図１２（Ａ）に示すように剛性の低い薄紙７’の検知部１５における搬送状態に大きな変化は無い。しかし、剛性の高い厚紙７”は、屈曲センサ保持板１５ｇ’及び屈曲搬送平面板１５ｈ’とから構成される屈曲搬送路によって厚紙７”先端部を下方に折り曲げられる。そして、厚紙７”の剛性によって検知部１５にループを形成してプローブ先端部を持ち上げる力（Ｆｕｐ）を発生する。この力はプローブ当接加圧力に逆らって作用するので相対的に当接圧が上昇して摩擦強度が増大し、結果として検知信号が高くなる。さらにこのようにプローブ先端が持ち上げられた際にプローブの第１折り曲げ部Ｒ１が衝突するようなカバー１５ｊを設けると、この衝突時の衝突強度に応じて検知信号も高くなる。また、このときの反作用でプローブを下方に押し下げる力（Ｆｄｏｗｎ）も生じるのでこの衝突の繰り返しによっても検知信号は増幅される。
【００３２】
図１２（Ｂ）はこのような構成を用いて、表面粗さがほぼ同じで厚さのみ異なる３種類のシート材７を通紙して検知した結果をグラフ化して示したものである。このグラフからわかるように、横軸の各シート材厚さに対して検知信号レベルはほぼ直線近似が可能なほど比例して発生することがわかる。
【特許文献１】特開２０００−３１４６１８号公報
【特許文献２】特開２０００−３５６５０７号公報
【特許文献３】特開２００２−３４０５１８号公報
【特許文献４】特開２００５−１７０６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
しかしながら、上記構成のＳ字型表面性検知センサを用いて実際に電子写真方式のプリンタの定着温度制御を行うための基礎検討を行った結果、次のようなことがわかった。すなわち、基礎検討として、実際に使用される頻度の高い標準的な用紙を用いて耐久評価を行い、識別させたい各紙種に対する検知特性が実際にどのように変化するかを調べた。その結果、通常のＳＵＳなどの板金を曲げ加工しただけのプローブではこの種のプリンタにおける本体寿命まで検知性能を劣化させることなく使用し続けることは難しいことがわかった。尚、実際の画像形成装置では低速機から高速機までの各機種のクラスに応じて各々５万枚から５０万枚以上の耐久性が必要とされている。
【００３４】
図１１はこのような耐久使用において生じる不具合を説明するための資料である。Ｓ字型表面性検知センサとしてはプローブにＳＵＳ３０４板金を用い、前述の表面粗さのみを検知するタイプの構成を用いている。この資料中の評価に用いた紙は実際の市場で使用される頻度の高い紙種を１２種類選び、各紙の名称の大文字の記号部が同じものは同じ表面性を示す。ここで、Ｒタイプの紙は微細な凹凸が表面に均一に形成されているラフ紙、Ｆタイプの紙は平滑紙を示し、Ｗタイプの紙は紙表面に波型の修飾が施されたラフ紙を示しており、各紙の数字部は紙の坪量を示している。
【００３５】
図１１のグラフではこれらの紙種を基本的に坪量の小さな紙を左から右へと順にラフ紙と平滑紙を交互に並べ、最後にＯＨＴ用紙（以下ＯＨＴと称する）を配置した。また、各紙に対して非接触表面粗さ計による平均表面粗さ＝Ｒａ［μｍ］の測定結果（四角形プロット点、破線）をプロットした。そして、上記Ｓ字型表面性検知センサを既存の画像形成装置の中で最も高速の機種に搭載して各紙の全長の１／４程度の距離を走査して表面性を検知させた際の検知信号を積分処理した信号レベルをプロットした。図１１のグラフはこれらを比較したものであり、大小関係を見やすくするために各データのプロット点を折れ線グラフ表示させている。このグラフから明らかなように、このＳ字型表面性検知センサを用いた紙表面の検知結果は初期（ひし形プロット点、実線）および２万枚（三角形プロット点、１点鎖線）程度の耐久使用までは表面粗さ計の測定結果と非常に良い相関がある。このため初期及び２万枚程度の耐久使用においては、ラフ紙と平滑紙を十分な信号マージンで識別することが可能である。ところが、高速機の本体寿命を５０万枚程度と想定すると、２万枚耐久するまでに全体的には識別性は維持するものの検知信号の低下が比較的急激に生じ、２．５万枚までに坪量の小さなラフ紙など一部の紙種の識別性が困難化する。そして、５万枚から３５万枚までは比較的安定して推移したが４０万枚以降再び減衰率が増加し、最終的に４５万枚の時点ではすでに劣化信号レベル［ｖ］（×印プロット点、２点鎖線）まで減衰してしまう。このため、ラフ紙と平滑紙間の信号差のマージンが不足して十分な識別性を維持できなくなっていた。
【００３６】
この間のプローブ先端部の摺擦部分を観察すると、耐久開始から１万枚程度で当接部分のうち、取り付け精度によって生じるわずかな傾きによって最も低い当接部分からより強く摺擦されて光沢性が変化し始める。そして、２万枚までに摺擦によって削られた面が鏡面状の光沢を有するようになり、５万枚程度でその削れ幅が当接幅の１／４程度に及び、その後２０万枚程度で板の当接幅全域に到達し、４０万枚前後で鏡面部がプローブ板金の端面全体に広がることがわかった。
【００３７】
以上の結果を総合すると、プローブの耐久性として削れないことが理想である。しかし、実用上は少なくとも坪量の小さなラフ紙の識別性が困難化し始めた２．５万枚程度がこのプローブの耐久寿命とすべきと思われ、このときの削れ量としては当接幅全体の１／４未満に収まっているべきと考えられる。
【００３８】
上記の耐久性に関しては、特許文献３においてすでにこの耐久性に対する懸念を考慮してプローブ材質として板金プローブ表面を耐磨耗性の高い樹脂材料やセラミック材料で被覆する方法さらにプローブそのものをこのような材質で形成する構成例を示している。そして、ＳＵＳ板金の耐久寿命を延命する効果は確認されているが、その後の画像形成装置の高速化に伴い、より高速で搬送された場合の紙との摩擦強度の増大及び装置自体の耐久寿命延長の必要性などが生じた。このため、いかなる画像形成装置に対しても対応できるような耐久性としては不十分であり、且つ、量産性やコスト面を考慮した具体的な耐久性向上策についても言及していなかった。
【００３９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、ユーザによる紙種選択設定作業が不要で、如何なる紙が使用されても、良好な熱処理と定着及び画像形成を効率良く行い、製品本体寿命中に交換する必要のない表面性識別装置を提供することを目的とする。また、表面性識別装置を備えるシート材（紙種）識別装置、シート材（紙種）識別装置を備える画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明の表面性識別装置、シート材識別装置及び画像形成装置は、前記課題を解決するため、以下の構成を備える。
【００４１】
（１）圧電素子部と、先端当接部と、前記先端当接部が被測定物の走査方向前後に振動可能となる機械的構造部と、前記走査方向に垂直乃至垂直に近い且つ走査平面に平行乃至平行に近い回転軸に回転可能に固定される固定端部とを有するプローブと、前記回転軸を中心として前記走査方向と逆方向に前記プローブを加圧する加圧手段とを備える表面性識別装置であって、前記プローブの前記先端当接部に、板状セラミックチップを備え、前記被測定物表面に前記板状セラミックチップの先端部を当接することを特徴とする表面性識別装置。
【００４２】
（２）前記（１）に記載の表面性識別装置において、前記プローブは、前記被測定物が該プローブに進入する際の前記先端当接部と該被測定物とのなす角度が鋭角となるよう、且つ、前記加圧手段による加圧が該プローブにより跳ね上げ可能な強度で加圧当接するよう、該被測定物の表面を走査し、前記圧電素子部は、前記被測定物表面の凹凸及び摩擦係数に応じた振動及び衝撃による歪を誘起することにより電気信号を発生し、該電気信号の強度差を基に該被測定物表面の表面性を識別することを特徴とする表面性識別装置。
【００４３】
（３）前記（１）に記載の表面性識別装置において、前記プローブは、短冊状金属板金を前記走査方向側面から見てＳ字型になるように折り曲げた第１折り曲げ部Ｒ１と第２折り曲げ部Ｒ２とを有するＳ字型板金であり、前記圧電素子部は、前記Ｓ字型板金の固定端部と前記第１折り曲げ部Ｒ１の間の平坦部表面に形成され、前記第２折り曲げ部Ｒ２の先端部は、前記被測定物表面に当接し、前記板状セラミックチップは、前記第２折り曲げ部Ｒ２の先端部の前記走査方向上流側の面にロウ付け接着されることを特徴とする表面性識別装置。
【００４４】
（４）前記（１）に記載の表面性識別装置において、前記プローブは、短冊状金属板金を前記走査方向側面から見てＳ字型になるように折り曲げた第１折り曲げ部Ｒ１と第２折り曲げ部Ｒ２とを有するＳ字型板金であり、前記圧電素子部は、前記Ｓ字型板金の固定端部と前記第１折り曲げ部Ｒ１の間の平坦部表面に形成され、前記第２折り曲げ部Ｒ２の先端部は、前記被測定物表面に当接し、前記圧電素子部と前記平坦部表面、及び、前記板状セラミックチップと前記第２折り曲げ部Ｒ２の先端部の前記走査方向上流側の面は、同一の接着剤を用いて同時に接着されることを特徴とする表面性識別装置。
【００４５】
（５）前記（１）に記載の表面性識別装置において、前記プローブは、短冊状金属板金を前記走査方向側面から見てＳ字型になるように折り曲げた第１折り曲げ部Ｒ１と第２折り曲げ部Ｒ２とを有するＳ字型板金であり、該第２折り曲げ部Ｒ２の先端部に平坦面を有し、前記圧電素子部は、前記Ｓ字型板金の固定端部と前記第１折り曲げ部Ｒ１の間の平坦部表面に形成され、前記第２折り曲げ部Ｒ２の先端部は、前記被測定物表面に当接し、前記板状セラミックチップは、平坦面を有し、前記板状セラミックチップの前記平坦面は、前記第２折り曲げ部Ｒ２の先端部の前記走査方向上流側の平坦面と、両面テープにより接着されることを特徴とする表面性識別装置。
【００４６】
（６）前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の表面性識別装置において、前記板状セラミックチップは、該板状セラミックチップの先端部に前記被測定物の走査面に対して平行乃至平行に近い水平部を有し、前記水平部は、該水平部の両端部に丸め加工されることを特徴とする表面性識別装置。
【００４７】
（７）前記（６）に記載の表面性識別装置において、前記板状セラミックチップは、Ｄカット部を有するＤカット円盤状セラミック板であり、前記水平部は、前記Ｄカット円盤状セラミック板のＤカット部であることを特徴とする表面性識別装置。
【００４８】
（８）前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の表面性識別装置において、前記板状セラミックチップは、円盤状に加工された円盤状セラミック板であり、前記被測定物表面に該円盤状セラミック板の円周部を当接し、前記円盤状セラミック板の直径を前記プローブの幅より大きくし、取り付け角度の傾斜誤差の許容範囲を拡大できるようにすることを特徴とする表面性識別装置。
【００４９】
（９）前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の表面性識別装置において、前記板状セラミックチップは、ジルコニアチップであることを特徴とする表面性識別装置。
【００５０】
（１０）前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の表面性識別装置において、前記板状セラミックチップは、アルミナチップであることを特徴とする表面性識別装置。
【００５１】
（１１）前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の表面性識別装置と、シート材を搬送するシート材搬送手段とを備え、前記被測定物は、前記シート材搬送手段により搬送されるシート材であり、前記表面性識別装置は、前記プローブを前記回転軸に回転可能に固定したまま前記シート材を前記シート材搬送手段により搬送移動させて走査し、該シート材の表面性を識別することを特徴とするシート材識別装置。
【００５２】
（１２）前記（１１）に記載のシート材識別装置において、一定の圧力で搬送平面に先端部を当接され、圧電素子部を有するプローブと、前記シート材搬送手段により前記プローブの先端当接部との対向位置に搬送された前記シート材を搬送平面から該プローブの先端当接部に向かって凸型に屈曲変形させるシート材変形手段とを備え、前記圧電素子部は、前記シート材変形手段によって凸型に屈曲変形した前記シート材表面から前記プローブの先端当接部が受ける圧力が各シート材の剛性差に応じて変化することに起因してシート材毎に異なる摩擦抵抗差を誘起し、該摩擦抵抗差に応じて変化する該プローブの先端当接部の振動及び衝撃強度差を歪強度差として電気信号に変換して検出し、該シート材の剛性差を識別することを特徴とするシート材識別装置。
【００５３】
（１３）前記（１１）または（１２）に記載のシート材識別装置と、前記プローブの当接位置を通過した前記シート材上にトナー像を形成する画像形成手段と、前記トナー像を加熱加圧して前記シート材表面に永久固着させる定着手段と、シート材と、該シート材の特性に応じて前記トナー像を前記定着手段により溶融固着するための定着温度、シート材搬送速度及び複数シート材搬送時のシート材搬送間隔の情報と、を関連づけた判定テーブルと、前記シート材識別装置の識別信号に基づき前記判定テーブルを参照し、該判定テーブルの情報に応じて前記定着手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【００５４】
（１４）前記（１１）または（１２）に記載のシート材識別装置と、前記プローブの当接位置を通過した前記シート材上にインクを吐出して画像を形成するインク吐出式画像形成手段と、前記シート材識別装置の識別信号に応じて前記インク吐出式画像形成手段のインク吐出量を制御する制御手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【００５５】
（１５）前記（１１）または（１２）に記載のシート材識別装置と、前記プローブの当接位置を通過した前記シート材上にサーマルヘッドを用いてインクリボン上のインクを熱転写させる熱転写式画像形成手段と、前記シート材識別装置の識別信号に応じて前記熱転写式画像形成手段の前記サーマルヘッドへの供給電力を制御する制御手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００５６】
本出願に係る第１または第２の発明によれば、各種メッキやセラミックコーティングなどの薄膜を用いた場合より簡単且つ長期に渡って安定した耐磨耗性付与が実現できる。そして、より高速で紙表面と摺擦し、５０万枚以上の大量枚数の印刷を繰り返しても従来構成より高い耐久性が得られ、その識別性能を維持できるようになる。
【００５７】
本出願に係る第３の発明によれば、信頼性の高い接着強度が得られ、より高速で紙表面と摺擦しても、５０万枚以上の大量枚数の印刷を繰り返しても従来構成より高い耐久性が得られ、その識別性能を維持できるようになる。
【００５８】
本出願に係る第４または第５の発明によれば、製造工程を短縮することができる。
【００５９】
本出願に係る第６の発明によれば、被測定物表面との接触幅が広がり、摩擦力の作用を平均化してより安定した検知信号を得ることができるようになる。これにより識別結果の信頼性を高めることができ、その際、水平部の左右の両端部には丸め加工処理がなされているのでバリなどの局所的な鋭角度部に被測定物表面が引っ掛けられて必要以上に高い信号が生じることを防止できる。
【００６０】
本出願に係る第７の発明によれば、水平部の両端の角部は鈍角が形成されるので鋭角度部に被測定物表面が引っ掛けられて必要以上に高い信号が生じることを防止できる。
【００６１】
本出願に係る第８の発明によれば、複数の画像形成装置間の組み立て時におけるプローブの取り付け角度誤差が大きくなっても被測定物表面との当接条件が変化しないので個体間の信号ばらつきを抑制できる。
【００６２】
本出願に係る第９の発明によれば、画像形成装置の高速化やシート材のジャム処理時の不適切な取り扱いによってプローブ先端部に強い振動や衝撃が加わってもプローブ先端が欠けたり亀裂が入るような不具合が発生することを防止できる。また、靭性が高い分、他のセラミック材を用いるより薄い板で構成可能なため小型化を実現できる。
【００６３】
本出願に係る第１０の発明によれば、比較的搬送速度が遅い画像形成装置の場合に、耐久性をより安価に実現することができる。
【００６４】
本出願に係る第１１の発明によれば、プローブを固定したままシート材を搬送移動させて走査し、前記シート材の表面性を識別することができる。
【００６５】
本出願に係る第１２の発明によれば、シート材の剛性差を識別することができる。
【００６６】
本出願に係る第１３の発明によれば、画像形成装置本体の寿命中にプローブを交換することなくシート材に応じて定着条件を最適化できるトナー像定着式画像形成装置を実現できる。
【００６７】
本出願に係る第１４の発明によれば、画像形成装置本体の寿命中にプローブを交換することなくシート材に応じてインク吐出量を最適化できるインク吐出式画像形成装置を実現できる。
【００６８】
本出願に係る第１５の発明は、画像形成装置本体の寿命中にプローブを交換することなくシート材に応じて加熱電力を最適化できる熱転写式画像形成装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００７０】
図１（Ａ）〜（Ｃ）は各々本発明の実施例１に係るシート材識別装置の断面図、プローブ先端側面拡大図、プローブ先端背面拡大部図である。尚、これらの各図において、図１０（Ａ）に示したものと同一要素には同一符号を付している。
【００７１】
本実施例では、図１（Ａ）に示すように、転写上ガイド兼用センサ保持板１５ｇ上に取り付けられたＳ字型表面性検知センサ１５（表面性識別装置に相当）のプローブ先端部に板状セラミックチップとしてジルコニアチップ１６が取り付けられている。尚、プローブ先端部とは、Ｓ字型プローブ１５ａの先端部のことである。また、Ｓ字型プローブ１５ａは、短冊状金属板金をシート材７（被測定物に相当）の走査方向側面、すなわち搬送方向側面から見てＳ字型になるように折り曲げた第１折り曲げ部Ｒ１と第２折り曲げ部Ｒ２とを有するＳ字型板金である。ここで、Ｓ字型プローブ１５ａはＳＵＳ３０４製で厚さが０．１５ｍｍ、幅が４ｍｍ、このＳ字型プローブ１５ａ（以降、単にプローブということもある）が上下する開口部の寸法は６ｍｍ×６ｍｍ、プローブ平坦部の長さが１５ｍｍである。また、圧電素子１５ｂは３ｍｍ×６ｍｍの大きさで厚さ０．２ｍｍのＰＺＴを用いており、この平坦部の第１折り曲げ部Ｒ１の端部から２ｍｍだけ固定端側寄りの位置にエポキシ系接着剤１５ｂ’により接着されている。
【００７２】
図１（Ｂ）は上記プローブ先端部の側面拡大図である。ジルコニアチップ１６は厚さ０．３ｍｍの板状で、ロウ付け接着層１７を介してプローブ先端部にロウ付けされている。そして、必ずジルコニアチップ１６の先端部が先に当接するようにジルコニアチップ１６の先端部をプローブ先端部から距離ｄだけはみ出して固定されている。ここではｄ＝０．５ｍｍとしてジルコニアチップ１６の先端部が搬送路面との当接状態で、および搬送されるシート材表面と接触する構成となっている。
【００７３】
図１（Ｃ）は上記プローブ先端部の背面拡大図で、シート材７の進入方向から見た図である。この図からわかるようにこのジルコニアチップ１６は円形の下端にＤカット面（Ｄカット部）を有する円盤状の形状をしており、このジルコニアチップ１６のサイズとして円盤の直径＝３．６ｍｍ、Ｄカット幅ｅ＝幅２ｍｍのサイズのチップを使用している。
【００７４】
このＤカット面ｅの水平部でシート材７を摺擦することで搬送方向の前後方向及び回転軸を中心とした上下回転方向に振動と離着衝撃を繰り返して、圧電素子１５ｂにひずみを誘起し、その強弱によって主にシート材表面の粗さを識別している。ここで、Ｄカット円盤形状を用いた理由はＤカット部の両端角部の角度が四角形の場合の９０°より鈍角となり、万一取り付け時にプローブが左右に傾いて当接されても鋭い角がシート材表面に引っかかって異常に強い信号を生じることが無いようにするためである。したがって十分大きな半径の丸め加工を両端部の角部に施してあれば四角形の板状セラミックチップを用いても問題はないが、丸棒の母材からＤカット部を有する円盤状の板状セラミックチップを作成する方が比較的容易である。尚、本構成を用いて実際に取り付け角度依存性を確認した結果では少なくとも左右に±１５°傾けて当接させた範囲ではＳ字型表面性検知センサ１５の識別特性に大きな影響は無かった。
【００７５】
次に、上記構成のプローブの耐久性能に関する優位性を確認するため、以下の比較耐久試験を行った。ここでは、従来のプローブとメッキとＰＶＤ（物理気相成長法）コーティングの２通りの手段を用いて先端部の表面硬度を強化した各種プローブと本構成のプローブとの比較耐久試験を同じ構成の画像形成装置本体を複数台用いて行った。
【００７６】
＜＜比較耐久試験＞＞
＜本体＞
評価に用いた画像形成装置本体はトナーを定着させる電子写真方式のプリンタで１分間の印刷枚数が４５枚の高速機であり、想定される本体寿命は印刷可能枚数としてＡ４サイズ紙の縦方向搬送式で５０万枚である。なお、電子写真方式のプリンタは、図９と同じ構成とし、説明は省略する。
【００７７】
＜プローブの種類＞
下記のような各種加工処理によって各硬度（ビッカース硬度：Ｈｖ）で各保護層厚を設けた各種プローブを取り付け、Ｓ字型表面性検知センサの検知信号特性とプローブ先端の観察を定期的に行いながら耐久試験を実施した。
【００７８】
（Ａ）メッキ加工処理
（１）ハードクロムメッキ（材質硬度＝約９００°、膜厚＝１０μｍ）
（２）ＳｉＣコンポジット（材質硬度＝約１４００°、膜厚＝１０μｍ）
（Ｂ）ＰＶＤコーティング加工処理
（１）ＴｉＮコート（摩擦係数＝０．４、材質硬度＝約２０００°、膜厚＝２〜３μｍ）
（２）ＣｒＮコート（摩擦係数＝０．５、材質硬度＝約１７００°、膜厚＝２〜３μｍ）
（３）ＴｉＣＮコート（摩擦係数＝０．３、材質硬度＝約３０００°、膜厚＝２〜３μｍ）
（４）ＤＬＣコート（摩擦係数＝０．１、材質硬度＝約３０００〜３５００°、膜厚＝１μｍ）
（Ｃ）板状セラミックチップ接着加工処理（本発明の構成）
○ジルコニアチップ接着（材質硬度＝約１３００°、板厚＝０．３ｍｍ）
【００７９】
＜耐久試験結果＞
耐久比較結果は表１のようになり、表中のｋは１０００倍の意味で、その他の各記号は以下の各レベルを示す。
・△：部分的ではあるが先端部に明確な削れが発生しているレベル
・×：削れが当接幅の１／４以上に達し、識別性能の低下が認められるレベル
また、検知信号の劣化もほぼこの削れ傾向と一致するので×レベルが生じた時点を耐久寿命と判断している。
【００８０】
【表１】
2008170177.tif 000003
【００８１】
表１の結果から、以下の事項が導き出される。
・ＳＵＳ板金製のプローブでは２．５万枚以下しか使用できない
・プローブ先端表面にハードクロムメッキを施しても５０００枚程度延長するのみ
・ＳｉＣを含ませて硬度を上げたメッキでは２０万枚以下まで延命
・ＴｉＮやＣｒＮなどのコーティングによって３０万枚以下まで改善
・ＴｉＣＮコートでようやく４０万枚以下に達する
・ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コートはＴｉＣＮより硬度は硬いものの剥がれやすい性質があり２０万枚以下しかもたない
・ジルコニアチップを先端部にロウ付けしたプローブは５０万枚以上耐久しても削れを確認できず、検知信号にも劣化傾向は認められなかった。
【００８２】
このように、本発明の構成のみが想定した耐久寿命をクリアすることができた。尚、上記結果より、耐久寿命として５万枚程度の低速機ではＳｉＣコンポジット以上の強度アップ処理でも良いことがわかる。また、カートリッジ１１にＳ字型表面性検知センサ１５を取り付けてカートリッジ交換とともにプローブを交換できる構成にした場合には、通常のカートリッジ寿命が２万枚以下のため、ＳＵＳ板金のままのプローブでも使用できる余地があることがわかる。
【００８３】
以上の結果より、製品本体寿命として４５万枚以上の耐久性が求められる比較的高速の画像形成装置に対しては、次のようなことがわかった。すなわち、膜厚１〜１０μｍ程度のメッキやコーティング加工では長期の耐久中に摺擦強度の高い場所から部分的に削れたりはがれたりして下地金属が露出した後に、加速度的に削れが進行してしまう傾向がある。本実施例のような数百μｍの厚みを有するバルクのセラミックを当接する構成のプローブを用いることで万一表層が部分的に削れても加速度的に削れが進行することが無いため、プローブの耐久寿命をこのような高速機の本体以上に延ばすことが可能となる。そして、製品寿命中にＳ字型表面性検知センサのプローブのみを途中で交換するというような手間を掛ける必要のないシート材識別装置が実現できるようになり、長期にわたって信頼性の高いシート材識別性能を維持できるようになる。
【００８４】
また、セラミックチップを板状としたことにより、横方向にも縦方向にも一定の長さを有する。このため、例えばシート材７として剛性の弱い薄紙が通紙されても板幅が十分長いので、紙先端部の進入時に紙先端部に局所的な搬送抵抗力が作用して紙先端部に凹部が形成されることが防止できる。一方、高さ方向に関しても万一先端部に２〜３ｍｍの高さのカールを有する紙が通紙され、搬送平面より高い位置に紙先端部が浮いたままプローブ先端部に進入してきた場合もジャムを生じることを防止できる。なぜなら、板状セラミックチップの高さが３ｍｍ以上あるため、紙先端部がプローブ板金とセラミックチップの接合部に進入してジャムを生じることを防止できるからである。尚、本実施例では不図示の紙ガイド部材がプローブ左右に近接して、且つ搬送面から１ｍｍ以上離して非接触に設けられており、３ｍｍ以上の極端に大きな先端カール紙が進入してきてもジャムにならないよう工夫されている。
【実施例２】
【００８５】
図２は本発明の実施例２に係るシート材識別装置のプローブ先端側面拡大図である。尚、この図において、図１（Ｂ）に示したものと同一要素には同一符号を付している。
【００８６】
本実施例では、図２に示すように、プローブ先端部に取り付ける板状セラミックチップとして実施例１のジルコニアチップ１６の代わりにアルミナチップ１８を用いており、その他の構成は基本的に同じである。ただし、本実施例ではアルミナチップの厚さは０．５ｍｍで板金先端部からのはみ出し量ｄは０．３ｍｍとなっている。
【００８７】
実施例１の構成では板状セラミックチップとしてジルコニアチップ１６を用いたが、基本的に硬度が同等以上であればアルミナやその他のセラミックを用いても良い。センサ部をより小型に構成したい場合には薄い板状セラミックチップでも強度を確保できる靭性の高いジルコニアを用いることが望ましい。しかし、サイズに制約が少ない場合は本実施例のようにより安価なアルミナなどのセラミックで板厚を厚めにし、プローブ先端部からのはみ出し量を抑制して使用してもよい。これにより靭性の劣るセラミック板でも破損することなく所望の耐久性をより安価に実現することができる。
【実施例３】
【００８８】
図３は本発明の実施例３に係るシート材識別装置のプローブ先端側面拡大図である。尚、この図において、図１（Ｂ）に示したものと同一要素には同一符号を付している。
【００８９】
本実施例では、図３に示すように、プローブ先端部に取り付ける板状セラミックチップとしては実施例１のジルコニアチップ１６と同じである。ここではジルコニアチップ１６のプローブ先端部への接着方法として、実施例１のロウ付け接着層１７の代わりに圧電素子１５ｂの接着剤と同じエポキシ系接着剤１５ｂ’を用いている。これによって接着条件（時間、温度）を同じにして圧電素子１５ｂとジルコニアチップ１６の接着を同時に行うことを可能としており、製造時に個別に接着工程を設けていた場合に比べて加工時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００９０】
ただし、接着条件のうち、加圧条件に関しては圧電素子１５ｂの接着には一定の制約がある。これは圧電素子１５ｂの信号取り出し用電極として一方は圧電素子表面に不図示の銀電極を形成してその表面に信号線１５ｋをハンダ付けして引き出しているが、他方の電極としてプローブ板金自体を流用しているからである（図１０（Ｂ）参照）。このため、圧電素子１５ｂの接着層は絶縁体のエポキシ系接着剤１５ｂ’を用いながら圧電素子裏面とプローブ板金表面との電気的導通を確保する必要があり、このために比較的高い圧力で加圧接着する必要がある。
【００９１】
一方、ジルコニアチップ１６の接着部に関してはあまり高い圧力を掛けて接着層が周囲にはみ出したり、接着層自体が薄くなり過ぎたりしないように調整する必要がある。特に下端部のシート材７との当接部に接着剤がわずかでもはみ出してしまうと識別特性がまったく変化してしまうため、接着剤の塗布量と加圧条件及びチップ取り付け位置のプローブ先端からのはみ出し量を最適化する必要がある。
【実施例４】
【００９２】
図４は本発明の実施例４に係るシート材識別装置のプローブ先端側面拡大図である。尚、この図において、図３に示したものと同一要素には同一符号を付している。
【００９３】
本実施例では、図４に示すように、プローブ先端部に取り付ける板状セラミックチップとしては実施例３のジルコニアチップ１６と同じである。ここではジルコニアチップ１６のプローブ先端部への接着及びプローブ板金と圧電素子１５ｂの接着に用いる接着剤として、ＵＶ硬化系接着剤１９を用いている。これによって実施例３と同様に接着条件（時間、温度）を同じにして圧電素子１５ｂとジルコニアチップ１６の接着を同時に行って加工時間を大幅に短縮することが可能となるうえ、次のような利点が得られる。
・ＵＶ硬化方式により加工時間をさらに短縮できる
・エポキシ系接着剤のように接着を促進するための加熱が不要
【００９４】
また、さらに加工時間を短縮するために紫外線の接着層への照射効率を上げるための工夫として、圧電素子１５ｂをＰＺＴからＰＬＺＴ、ジルコニアチップ１６から透光性アルミナチップに各々置き換えても良い。
【実施例５】
【００９５】
図５は本発明の実施例５に係るシート材識別装置のプローブ先端側面拡大図である。尚、この図において、図３に示したものと同一要素には同一符号を付している。
【００９６】
本実施例では、図５に示すように、次のような構成である。すなわち、Ｓ字型プローブ１５ａの先端部に長さｆに渡って平坦部を形成した平坦面付きＳ字型プローブ１５ａ’と、接着される側にも少なくともｆ以上の長さの平坦面を有する平坦面付き板状セラミックチップを組み合わせることを特徴とする。上記ジルコニアチップ１６は円盤状の形状ですでに平坦面を有してしているのでそのままこれを用い、両平坦面どうしを両面テープ２０で接着することで高耐久プローブを実現することができる。
【００９７】
従来のプローブでは、シート材搬送方向の側面から見た場合のプローブ先端部を平坦形状に加工すると、プローブ全体の当接角度を大きく立てた場合に搬送されてくるシート材先端部に局所的ストレスが加わる。尚、本Ｓ字型表面性検知センサの基本特性としてシート材７の進入方向に対してプローブ先端部の当接角度を立てて９０°に近づければ近づけるほどより大きな検知信号が得られる。そして、シート材先端部に部分的な凹部が生じやすい傾向があったため、プローブ先端部に緩やかなカーブを形成してシート材先端部がプローブ先端部に滑らかに進入するようにしていた。
【００９８】
しかしながら、その後プローブ当接圧の軽減、プローブ先端部への紙進入ガイド部材の形状と構成、プローブ自体の小型化、小型化に伴う回転逃げ高さの増大などの改良がなされた。これにより、プローブ先端部を直線状に加工して大きな角度で当接させてもシート材先端部の局所的変形やジャムを生じないようにする条件を見出すことができた。
【００９９】
このようにプローブ先端を単純な直線形状で加工したほうが、曲面形状に加工していた場合に比べて加工時間／工程が少なくて済み、加工後の形状ばらつきも減少する。このため、歩留まり改善やコストダウン効果が大きく、さらに本構成のように安価で簡易な両面テープ接着でも十分な接着強度を確保できるようになる。
【実施例６】
【０１００】
図６（Ａ）〜（Ｄ）は各々本発明の実施例６に係るシート材識別装置のプローブ先端側面拡大図、プローブ先端背面拡大部図、当接角度振りプローブ先端背面拡大部図、大径チップ付きプローブ先端背面拡大図である。尚、これらの各図において、図１に示したものと同一要素には同一符号を付している。
【０１０１】
本実施例では、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、Ｓ字型プローブ１５ａの先端部に板状セラミックチップとして実施例１のようなＤカット面が無い円盤状ジルコニアチップ２１が取り付けられている。この場合、シート材表面との当接部は円盤状チップの円周部で点接触している。
【０１０２】
このような構成では、上記のようなＤカット部の水平部を当接させていた上記の各実施例の構成に比べると、シート材７との接触幅が狭い割に鋭角で接触しているわけではなく、シート材７から受ける摩擦力は少なくなる。このため、大きな検知信号を得るにはやや不利となる。しかしながら、一方で、円周部で当接しているため、図６（Ｃ）のようにプローブ取り付け時の取り付け角度が左右に振れても（図６（Ｃ）実線部）チップとシート材表面の当接条件は大きく変化しない。このため、取り付け誤差に対する検知性能の安定性を向上することができる。
【０１０３】
尚、本構成を用いる場合、プローブ取り付け時の傾き角度が極端に大きくなった場合、プローブ板金下端の左右の両端角部がシート材表面に接触する可能性が考えられる（図６（Ｃ）２点鎖線部）。このため、理想的には図６（Ｄ）のように板状セラミックチップの直径をプローブ板金幅より大きくしたジルコニアチップ２１’とし、中心を一致させて取り付ける構成が望ましい。
【実施例７】
【０１０４】
図７は本発明の実施例７に係るシート材識別装置を搭載したインクジェット型画像形成装置の断面図である。
【０１０５】
本実施例では、Ｓ字型表面性検知センサ１５を図７に示すようなインクジェットプリンタに応用することにより紙種検知機能付きインクジェットプリンタ２２を構成している。
【０１０６】
本画像形成装置は、この断面構造において次のように構成されている。すなわち、給紙トレイ２３、インクジェット用の給紙ローラ２５（シート材搬送手段に相当）、紙ガイド２４、ピンチローラ対２６、記録ヘッド２７（吐出式画像形成手段に相当）、プラテン２８、排紙ローラ対２９等で構成されている。
【０１０７】
この方式の画像形成装置は、記録ヘッド２７までシート材７を搬送した後、シート材面に対して垂直方向に記録ヘッド２７を往復運動させて主走査方向の画像を形成し、副走査方向についてはステップ送りで画像を形成する方式が主流である。本実施例もこの方式であるため、実施例１乃至実施例６で搭載した電子写真方式の画像形成装置に比べると比較的紙搬送速度が遅く、コスト的にもより安価な構成が求められる。このため、本実施例ではプローブ先端部の耐久性向上策として上記実施例のプローブ構成のうち次のものを用いる。すなわち、セラミック材質として実施例２のアルミナ、接着方法としてこのアルミナチップを平坦面を有するＤカット円盤状チップに加工したアルミナチップ１８を用いる。また、実施例５の先端部を平坦に加工した平坦面付きＳ字型プローブ１５ａ’と組み合わせて両面テープ２０による接着を行うことにより安価なシート材識別装置を実現している。
【０１０８】
尚、本画像形成装置では、このように耐久性を向上させたＳ字型表面性検知センサ１５を給紙ローラ２５とピンチローラ対２６の間に設定し、〔給紙ローラ２５の紙搬送速度〕＞〔ピンチローラ対２６の紙搬送速度〕とする。これにより、両ローラの紙搬送速度に生じた差によって、Ｓ字型表面性検知センサ１５のプローブ先端当接部に、上方向に凸型となるシート材７のループをシート材７の剛性に応じた高さで生じさせる。そして、Ｓ字型表面性検知センサ１５の検知信号でシート材７の表面性の情報に加えてシート材７の剛性の情報を検知可能とする。このようにして検知された情報に基づき不図示の制御部（制御手段に相当）が、シート材７の表面粗さや厚さ及び材質の差など複数の条件に応じたインク吐出量を最適化し制御することが可能となる。このように、本実施例はシート材７の特性に応じた最も良好な画質が得られるようにしたものであり、本実施例の構成により、プローブ交換の必要が無い、より長い製品寿命の製品開発やシート材７の識別能力の長期に渡る信頼性向上などを促進できるようになる。
【０１０９】
尚、本実施例ではプローブ耐久性向上策として実施例２と実施例５の構成を組み合わせて使用したが、画像形成装置に求められる性能やコスト、製品寿命などに応じて他の実施例の耐久性向上策構成及びそれらの組み合わせを変えて実現しても良い。
【実施例８】
【０１１０】
図８は本発明の実施例８に係るサーマルヘッド型画像形成装置の断面図である。
【０１１１】
本実施例では、Ｓ字型表面性検知センサ１５を図８に示すようなサーマルヘッドプリンタに応用することにより紙種検知機能付きサーマルヘッドプリンタ３０を構成している。
【０１１２】
本発明におけるサーマルヘッド型画像形成装置は、インクリボン３３、一対のインクリボン搬送ローラ３１、サーマルヘッド３２（熱転写式画像形成手段に相当）、ヘッド対向板兼紙搬送ガイド３４等で構成されている。通常、プリント信号を受け取ってから不図示の給紙ローラ及び紙搬送ローラ（シート材搬送手段に相当）によりシート材７はヘッド対向板兼紙搬送ガイド３４と給紙側のインクリボン搬送ローラ３１のニップ部まで搬送される。そして、シート材７はインクリボン３３とヘッド対向板兼紙搬送ガイド３４の間に挟持された後、インクリボン３３に密着したままインクリボン３３と共にサーマルヘッド３２部まで搬送される。ここで、サーマルヘッド３２部にプリント信号に応じて必要な電力が供給されてインクリボン３３上のインク層３３’を加熱溶融して熱的にシート材表面に転写する。これにより、そのシート材７上にインク画像３３”を形成した後、搬送ローラ部の動作によって順次送り出されるように構成されている。
【０１１３】
この方式の画像形成装置も上記実施例で搭載した電子写真方式の画像形成装置に比べると比較的紙搬送速度が遅く、コスト的にもより安価な構成が求められる。このため、本実施例ではプローブ先端部の耐久性向上策として上記実施例のプローブ構成の中から選択し次のような構成とした。すなわち、セラミック材質として実施例２のアルミナ、このアルミナチップを平坦面を有するＤカット円盤状チップに加工したアルミナチップ１８と、実施例５の先端部を平坦に加工した平坦面付きＳ字型プローブ１５ａ’とを組み合わせて用いる。そして、接着方法として両面テープ２０による接着を行うことにより安価なシート材識別装置を実現している。
【０１１４】
本実施例では、少なくともヘッド対向板兼紙搬送ガイド３４部と給紙側のインクリボン搬送ローラ３１のニップ部より手前のヘッド対向板兼紙搬送ガイド３４部の対向位置に上記のようにして耐久性を向上させたＳ字型表面性検知センサ１５を配置する。そして、このＳ字型表面性検知センサ１５のプローブ先端当接部の上流側近傍には、上流側シート材凸型変形搬送路１６’がプローブの下方からプローブ先端部を突き上げるようなシート材搬送を可能とする位置及び角度で設けられている。この上流側シート材凸型変形搬送路１６’（シート材変形手段に相当）は、シート材搬送平面の下方向（搬送平面に対してプローブから遠ざかる方向）にシート材搬送路を折り曲げた構成である。このように、Ｓ字型表面性検知センサ１５の検知信号でシート材７の表面性の情報に加えてシート材７の剛性の情報を検知可能とする。そして、検知された情報に基づき不図示の制御部（制御手段に相当）が、シート材表面の接触熱抵抗に加えてシート材７の熱容量に応じたサーマルヘッド３２部への供給電力量を最適化し制御することが可能となる。そして、シート材７の特性に合わせて必要最小限の温度及び電力で最も良好な画質が得られるようになる。
【０１１５】
尚、本実施例ではプローブ耐久性向上策として実施例２と実施例５の構成を組み合わせて使用したが、画像形成装置に求められる性能やコスト、製品寿命などに応じて他の実施例の耐久性向上策構成及びそれらの組み合わせを変えて実現しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施例１に係るシート材識別装置を示す図で、（Ａ）はシート材識別装置の断面図、（Ｂ）はシート材識別装置のプローブ先端側面拡大図、（Ｃ）はシート材識別装置のプローブ先端背面拡大図である。
【図２】本発明の実施例２に係るシート材識別装置のプローブ先端側面拡大図である。
【図３】本発明の実施例３に係るシート材識別装置のプローブ先端側面拡大図である。
【図４】本発明の実施例４に係るシート材識別装置のプローブ先端側面拡大図である。
【図５】本発明の実施例５に係るシート材識別装置のプローブ先端側面拡大図である。
【図６】本発明の実施例６に係るシート材識別装置を示す図で、（Ａ）はシート材識別装置のプローブ先端側面拡大図、（Ｂ）はシート材識別装置のプローブ先端背面拡大図、（Ｃ）はシート材識別装置の当接角度振りプローブ先端背面拡大図、（Ｄ）はシート材識別装置の大径チップ付きプローブ先端背面拡大図である。
【図７】本発明の実施例７に係る紙種検知装置付きインクジェットプリンタの概略構成断面図である。
【図８】本発明の実施例８に係る紙種検知装置付きサーマルヘッドプリンタの概略構成断面図である。
【図９】従来例に係る電子写真方式の画像形成装置の要部構成断面図である。
【図１０】従来例に係るＳ字型表面性検知センサを示す図で、（Ａ）はＳ字型表面性検知センサの紙搬送路周辺断面図、（Ｂ）はＳ字型表面性検知センサの取り付け状態上面図、（Ｃ）はＳ字型表面性検知センサによる定着器制御系ブロック図である。
【図１１】従来例に係るシート材識別装置の耐久信号の劣化を説明するグラフである。
【図１２】（Ａ）は従来例に係るシート材識別装置のシート厚検知原理説明図で、（Ｂ）は従来例に係るシート材識別装置のシート厚検知特性グラフである。
【符号の説明】
【０１１７】
１        帯電ローラ
２        感光ドラム
３        露光手段
４        現像器
５        トナー
６        転写ローラ（画像形成手段に相当）
７        シート材（被測定物に相当）
７’      薄紙
７”      厚紙
７ｅ      転写前搬送ローラ（シート材搬送手段に相当）
８        除電ブラシ
１０      クリーニング容器
１２      定着器（定着手段に相当）
１５      Ｓ字型表面性検知センサ（表面性識別装置に相当）
１５ａ    Ｓ字型プローブ
１５ａ’  先端平坦部付きＳ字型プローブ
１５ｂ    圧電素子
１５ｂ’  エポキシ系接着剤
１５ｃ    プローブホルダー
１５ｅ    プローブ回転軸
１５ｇ    センサ保持板
１５ｇ’  屈曲センサ保持板（シート材変形手段に相当）
１５ｈ    搬送平面板
１５ｈ’  屈曲搬送平面板（シート材変形手段に相当）
１６      ジルコニアチップ
１６’    上流側シート材凸型変形搬送路
１７      ロウ付け接着層
１８      アルミナチップ
１９      ＵＶ硬化系接着剤
２０      両面テープ
２１      円盤状ジルコニアチップ
２２      紙種検知機能付きインクジェットプリンタ
２５      給紙ローラ（シート材搬送手段に相当）
２７      記録ヘッド（吐出式画像形成手段に相当）
３０      紙種検知機能付きサーマルヘッドプリンタ
３２      サーマルヘッド（熱転写式画像形成手段に相当）
３３      インクリボン
【図１】
2008170177.tif 000004
【図２】
2008170177.tif 000005
【図３】
2008170177.tif 000006
【図４】
2008170177.tif 000007
【図５】
2008170177.tif 000008
【図６】
2008170177.tif 000009
【図７】
2008170177.tif 000010
【図８】
2008170177.tif 000011
【図９】
2008170177.tif 000012
【図１０】
2008170177.tif 000013
【図１１】
2008170177.tif 000014
【図１２】
2008170177.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月19日(2007.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
このＳ字型表面性検知センサ１５は、より詳細には図１０（Ａ）に示すように、圧電素子１５ｂを平坦部に形成されたＳ字型プローブ１５ａがその反走査側端部を固定ネジ１５ｄでプローブホルダー１５ｃに固定された固定端部を有している。そして、このプローブホルダー１５ｃは搬送方向に垂直且つ搬送平面に平行な方向に軸方向を有するプローブ回転軸１５ｅに回転可能に固定されている。また、プローブ先端部はこのプローブ回転軸１５ｅを中心として搬送平面に対して０．０１９６〜０．２９４Ｎ程度の当接圧で加圧手段により加圧当接されている。なお、加圧手段は、Ｓ字型プローブ１５ａ自体にバネ機構が備わり当接する構成であっても、あるいは、Ｓ字型プローブ１５ａ自体にバネ機構が備わっていない場合においては、外部からＳ字型プローブ１５ａを加圧する構成であってもよい。更にこのプローブ回転軸１５ｅは軸受け１５ｆを介して上記転写上ガイド板９を兼ねるセンサ保持板１５ｇ上に固定されており、搬送平面として搬送平面板１５ｈがシート材７の搬送路上に設けられ、シート材識別装置を構成している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０７】
この方式の画像形成装置は、記録ヘッド２７までシート材７を搬送した後、シート材面に対して垂直上方に非接触に配置された記録ヘッド２７をシート材搬送方向に対して直角方向のシート幅方向に往復運動させて主走査方向の画像を形成し、副走査方向についてはステップ送りで画像を形成する方式が主流である。本実施例もこの方式であるため、実施例１乃至実施例６で搭載した電子写真方式の画像形成装置に比べると比較的紙搬送速度が遅く、コスト的にもより安価な構成が求められる。このため、本実施例ではプローブ先端部の耐久性向上策として上記実施例のプローブ構成のうち次のものを用いる。すなわち、セラミック材質として実施例２のアルミナ、接着方法としてこのアルミナチップを平坦面を有するＤカット円盤状チップに加工したアルミナチップ１８を用いる。また、実施例５の先端部を平坦に加工した平坦面付きＳ字型プローブ１５ａ’と組み合わせて両面テープ２０による接着を行うことにより安価なシート材識別装置を実現している。