(57)【要約】【課題】超音波を用いて転写材の表面性、厚みを判断することで定着制御、転写制御を自動的に切り替える。【解決手段】転写手段、定着手段、制御手段のある画像形成装置で、定着手段上流あるいは転写手段上流に超音波素子を配置する。超音波素子は送波用、受波用をともに転写材の片面側に置いて反射率を測定し、あるいは転写材の片面ずつに置いて透過率を測定することで転写材の表面性をみる。あるいは転写材の片面にともに置くことで転写材表面と裏面の２つの反射波の位相差を計算することで転写材の厚みをみる。制御回路は各値を算出し、定着制御、転写制御の切り替えを行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、該像担持体に可視像を形成する現像手段と、該可視像を転写材に転写する転写手段と、該可視像を転写材に定着する定着手段と、該定着手段の制御を行う定着制御手段と、該定着制御手段は複数の定着制御のモードを有する画像形成装置において、
転写材の超音波反射率を検知する検知手段と、該検知手段からの信号によって定着制御のモードを切り替えることを特徴とする画像形成装置
【請求項２】
像担持体と、該像担持体に可視像を形成する現像手段と、該可視像を転写材に転写する転写手段と、該可視像を転写材に定着する定着手段と、該定着手段の制御を行う定着制御手段と、該定着制御手段は複数の定着制御のモードを有する画像形成装置において、
転写材の超音波透過率を検知する検知手段と、該検知手段からの信号によって定着制御のモードを切り替えることを特徴とする画像形成装置
【請求項３】
像担持体と、該像担持体に可視像を形成する現像手段と、該可視像を転写材に転写する転写手段と、該可視像を転写材に定着する定着手段と、該転写手段の制御を行う転写制御手段と、該転写制御手段は複数の転写制御のモードを有する画像形成装置において、
転写材の表面と裏面で反射される超音波の位相差を検知する検知手段と、該検知手段からの信号によって転写制御のモードを切り替えることを特徴とする画像形成装置
【請求項４】
前記検知手段は、少なくとも超音波素子を具備することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置
【請求項５】
前記検知手段は、少なくとも送波用超音波回路と受波用超音波回路と制御手段を具備することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置
【請求項６】
送波用超音波回路、受波用超音波回路はそれぞれ、少なくとも１つ以上の送波用超音波素子、受波用超音波素子を具備することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置
【請求項７】
送波用超音波素子と受波用超音波素子は、転写材の搬送方向で定着手段よりも上流側に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置
【請求項８】
送波用超音波素子と受波用超音波素子は、転写材の搬送方向で転写手段よりも上流側に位置することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置
【請求項９】
送波用超音波素子と受波用超音波素子は、転写材のどちらか片面側にともに配置することを特徴とする請求項１、３の何れかに記載の画像形成装置
【請求項１０】
送波用超音波素子と受波用超音波素子は、転写材の違う面に配置することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置
【請求項１１】
送波用超音波素子は、複数存在し、それぞれ少なくとも２つ以上の異なる周波数あるいは強度の超音波を送波することを特徴とする画像形成装置
【請求項１２】
送波用超音波素子の少なくとも１つ以上は、周波数の変化するあるいは強度の変化する超音波を送波することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を利用したプリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置にもちいられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
像担持体としての感光体ドラム表面に所定の電位に帯電されたトナーによる可視像を形成し、該可視像を転写材に転写する工程をもち、
また、発熱体を具備する定着部材と該定着部材と圧接する加圧部材とで形成される定着部位で該可視像を定着する工程をもつ画像形成装置において、
図２のように、該転写手段では、感光体ドラム１１とこれに圧接する転写部材１２とで形成された転写部位１３に転写材Ｐを通過させるとともに、電源を用いてトナーと逆極性の転写バイアス１５を該転写部材から転写部材の裏面に印加し、それとトナー電荷とで形成される電界の引力で可視像を転写材に転写され、
また、図３のように、可視像を転写された転写材Ｐが定着部位１６を通過させられるとともに、発熱体１７を具備する定着部材１８から与えられる熱と加圧部材１９から与えられる圧力によって未定着像を転写材に定着する画像形成装置がよく知られている。
【０００３】
ここで、良好な定着性を得るためには定着のための熱量すなわち発熱体の発熱量を適当に制御することが理想である。しかし、転写材の種類によって定着のための適当な発熱量は異なり、例えばより目の粗い転写材では定着部材との密着性が小さいために定着部材から転写材への伝熱が小さくなることによる画像不良が、逆により目の細かい転写材では密着性が高いことで過度な伝熱による画像不良が発生する場合がある。
【０００４】
現状ではこのような問題を回避するための手段として発熱体の発熱量制御（以下定着制御）に複数のモードが作成されているが、ユーザーがモード切替を行うものが主流であり、もしユーザーがモードを切り替えずに通常の定着制御に対応しない転写材を通紙したとき、上記のような画像不良が発生する恐れがある。
【０００５】
また、転写する工程において、良好な転写性を得るためには転写バイアスを常に適当に制御することが理想的であるが、転写材の種類によって適当な転写バイアスの大きさは異なり、例えば転写材が厚紙であるときは電気容量が大きいために転写バイアスはある程度の大きさが必要となり、逆に薄紙であるときは転写バイアスが過多となったときの画像不良を抑えるために必要なバイアスは比較的小さくすることが望ましい。
【０００６】
転写制御においても現状の定着制御と同様に複数のモードがあるが、ユーザーによる設定を必要としており、もしユーザーがモードを切り替えずに通常の転写制御に対応しない転写材を通紙したとき、上記のような画像不良が発生する恐れがある。
【０００７】
上記のような理由から、画像形成装置は、画像形成装置自体が転写材の種類を検知し、それによって定着制御のモード、転写制御のモードを切り替えられることが好ましい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、
ユーザーによる切り替えを必要とせずに、画像形成装置自体が転写材の種類を判断し、
転写材の表面性に適した定着制御のモードに切り替える画像形成装置、
転写材の厚みに適した転写制御のモードに切り替える画像形成装置
を提案するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
ユーザーによる設定を必要とせずに、画像形成装置自体が、
超音波を用いて転写材の表面性を検知し（以下紙種検知）、転写材に適した定着制御のモードに切り替える画像形成装置
超音波を用いて転写材の厚みを検知し（以下厚み検知）、転写材に適した転写制御のモードに切り替える画像形成装置
を目的とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施例）
（第１の実施例）
本発明における第１実施形態について説明する。これは請求項１に記載の画像形成装置である。
【００１１】
図４に超音波反射率によって転写材の表面性を検知する原理を説明する。送波用超音波素子７から転写材に向かって送波された超音波２０ａは転写材の表面で反射される（２０ｂ）。転写材の表面が粗いとき、超音波は転写材の表面において乱反射２０ｄ、または透過２０ｃされ、受波用超音波素子８によって受波される超音波の反射率は小さくなる。逆に転写材の表面が木目細かいとき、受波用超音波素子で受波される超音波の反射率は１に近くなる。このように転写材の超音波反射率を観察することで転写材の表面性が判断できる。
【００１２】
原理的に超音波素子は送波用、受波用の両方の働きをすることができるが、送波と受波では空気の振動振幅にも大幅に異なること、インピーダンスを変えたほうが効率的であることから別個の超音波素子を利用するほうが好ましい。これは請求項６に記載の構成である。
【００１３】
図１は本発明の第１実施形態における紙種検知手段の基本構成図である。紙種検知手段は、制御回路１、送波用超音波回路２、受波用超音波回路３から構成する。
【００１４】
制御回路は画像形成装置のＣＰＵ４などを具備し、転写制御、定着制御、さらに本発明で提案する紙種検知手段の制御ならびに計算などを行う。送波用超音波回路２は、超音波送波のための電子信号を制御回路１より受信して振動に変換する発振器５、送波用超音波素子７を駆動するための駆動回路６、転写材に向かって所定の方向に超音波を送波する送波用超音波素子７からなる。受波用超音波回路３は転写材からの反射波を受波する受波用超音波素子８、受波された超音波を検波して信号に変換する検波回路９、受波信号を増幅する増幅回路１０から構成される。
【００１５】
送波用超音波素子と受波用超音波素子は、通紙１枚目から紙種の検知結果を定着制御に反映させるために、転写材搬送方向で定着手段の上流に位置する。これは請求項７に記載の検知手段の配置である。また、送波用超音波回路と送波用超音波回路は、転写材の超音波反射率をみるために、請求項９に記載の、転写材の片面にともに配置した。このとき、転写材の印字面側、あるいはその反対側のどちらにあっても構わない。
【００１６】
図５に本発明における第１実施形態の超音波素子の配置図を示す。今回は転写材Ｐをスムーズに転写部位に搬送するための転写前ガイド２１に送波用超音波素子７と受波用超音波素子８を配置した。このとき転写前ガイドは検知手段支持体としての働きも兼ねる。このとき送波用超音波素子と受波用超音波素子はそれぞれ、転写材Ｐに超音波を照射でき（２０ａ）、かつ、転写材からの反射波を受波できるように（２０ｂ）配置する。
【００１７】
図６に本発明の画像形成装置の第１実施形態による定着制御切り替えを説明するフローチャートを示す。検知手段は所定のタイミングで立ち上げられ（ｓ１、ｓ２）、転写材先端が所定の位置に到達したタイミングで、送波用超音波回路は超音波を送波する（ｓ３）。所定の位置とは転写材が超音波を反射できる位置のことであり、さらに、定着制御の切り替えを通紙１枚目から実施するために、転写材の先端が定着手段よりも手前に位置する位置であることが望ましい。この時制御回路は送波する超音波の強度Ｍａを記憶する（ｓ４）。
【００１８】
転写材によって反射される超音波は受波用超音波回路で電気信号に変換され、制御回路に送信される。送信された信号から反射波の強度を記憶（Ｍｂ）する。制御回路では送波した超音波の電気信号と反射波の電気信号の強度を比較することで転写材の反射率Ｍｘを算出する（ｓ８）。この反射率は転写材の表面性を数値化している。あらかじめ制御回路内には、反射率によって切り替えられる定着制御Ｆ１〜Ｆ３が記憶されている。制御回路では算出された反射率がどの反射率の段階に相当するのかを判断し（ｓ９−１〜３）、それに相当する段階の定着制御を行う（ｓ１０−１〜３）。
【００１９】
このように、超音波素子を用いる構成にすることで画像形成装置自体が転写材の表面性を判断することができ、ユーザーによる切り替えを必要とせずに転写材の表面性に適した定着制御に切り替えることができる。
【００２０】
（第２の実施例）
本発明の第２実施形態について説明する。これは請求項２に記載の画像形成装置である。
【００２１】
図７において超音波透過率によって転写材の表面性を検知する原理を説明する。
【００２２】
送波用超音波素子７から転写材に向かって送波された超音波２０ａの一部は転写材で透過２０ｃする。転写材の表面が粗いとき、超音波は転写材厚み方向により透過されやすく、受波用超音波素子８によって受波される超音波の透過率は１に近くなる。逆に転写材の表面が木目細かいとき、超音波は転写材の表面で反射され（２０ｂ）受波用超音波素子で受波される超音波の透過率は小さくなる。このように転写材の透過率を観察することで転写材の表面性が判断できる。
【００２３】
第２実施形態の紙種検知手段の基本構成は、第１実施形態の紙種検知手段の基本構成と同じである（図１）。
【００２４】
紙種検知手段は、通紙１枚目から紙種の検知結果を定着制御に反映させるために、転写材搬送方向で定着手段の上流に位置する。これは請求項７に記載の検知手段の配置である。また、送波用超音波素子と送波用超音波素子の配置は、転写材の超音波透過率をみるために、請求項１０に記載の、転写材の配置した。このとき、転写材の印字面側、あるいはその反対側のどちらにあっても構わない。
【００２５】
図８に本発明における第２実施形態の超音波素子の配置図を示す。今回は転写材をスムーズに転写部位に搬送するための転写前ガイド２１の下に送波用超音波素子７を、転写材Ｐを挟んで送波超音波素子に対面するところに受波用超音波素子９を配置した。このとき送波用超音波素子と受波用超音波素子はそれぞれ、転写材に超音波を照射でき、かつ、転写材からの透過波を受波できるように配置する。
【００２６】
図９に本発明の第２実施形態による定着制御切り替えを説明するフローチャートを示す。第１実施形態では検知手段は転写材の反射率を算出していたのに対し、第２実施形態では転写材を透過した超音波を受信し（ｓ１２）、転写材の透過率を計算して（ｓ１４）定着制御のモードを切り分けている。
【００２７】
以上のようにすることで、第１実施形態と同様、ユーザーによる切り替えを必要とせずに転写材の表面性に適した定着制御に切り替えることができる効果を得る。
【００２８】
（第３の実施例）
本発明の第３実施形態について説明する。これは請求項３に記載の画像形成装置である。
【００２９】
図１０において超音波の位相差による厚み検知の原理を説明する。送波用超音波素子７から送波された超音波２０ａは転写材表面で反射される（２０ｂ）。このとき一部の超音波は転写材の表面で反射される一方、一部の超音波は転写材を透過する（２０ｃ）。透過した超音波は転写材の裏面で再び反射し、受波用超音波素子によって受信される（２０ｄ）。これら転写材の表面と裏面で反射された２つの反射波２０ｂ，２０ｄから位相差を求めると転写材の厚みが判断できる。
【００３０】
第３実施形態の厚み検知手段の基本構成は、第１実施形態の紙種検知手段の基本構成と同じである（図１）。
【００３１】
厚み検知手段は、通紙１枚目から紙種の検知結果を転写制御に反映させるために、転写材搬送方向で転写手段の上流に位置する。これは請求項８に記載の検知手段の配置である。また、送波用超音波素子と送波用超音波素子の配置は、転写材表面と裏面の超音波反射率をみるために、請求項９に記載の、転写材の片面にともに配置した。このとき、転写材の印字面側、あるいはその反対側のどちらにあっても構わない。
【００３２】
第３実施形態の超音波素子の配置は第１実施形態の配置と同じとした。
【００３３】
図１１に本発明の画像形成装置の第３実施形態による定着制御切り替えを説明するフローチャートを示す。検知手段が立ち上がった次に、時間履歴ｔ０，ｔ１はリセットされる（ｓ１５）。転写材が所定の位置まで搬送されたタイミングで超音波送波素子は超音波を送波する。所定の位置とは転写材が超音波を反射できる位置のことであり、さらに、転写制御の切り替えを通紙１枚目から実施するために、転写材の先端が転写手段よりも手前に位置する位置であることが望ましい。最初に受波した超音波は転写材表面で反射された超音波Ｂ１で、これを確認し（ｓ１６）、時間ｔ０を記憶する。時間的にＢ１の次に受波した超音波は転写材裏面で反射された超音波であり、その時間ｔ１を記憶する（ｓ１８）。Ｓ１９で２つの反射波を受波した時間のずれΔＴを計算する。Ｓ２１では超音波速度Ｃ＝３３１．５（ｍ／ｓ）と時間Δｔから転写材の厚みＴｘを算出する。
【００３４】
あらかじめ制御回路内には転写材厚みによって切り替えられる転写制御が記憶されている（Ｔ１〜３）。制御素子では算出された転写材厚みＴｘがどの段階に相当するのかを判断し（ｓ２２−１〜３）、それに相当する段階の転写制御を行う。
【００３５】
このように、超音波素子を用いる構成にすることで画像形成装置自体が転写材の厚みを判断することができ、ユーザーによる切り替えを必要とせずに転写材の厚みに適した転写制御に切り替えることができる。
【００３６】
（第４の実施例）
第１実施形態もしくは第２実施形態の紙種検知手段は第３実施形態の厚み検知手段の役割を兼ねることができる。このとき図１の制御回路では送波した超音波と転写材表面で反射された２つの超音波から反射率を計算することで転写材の表面性を判断して定着制御を切り替え、かつ、転写材の表面と裏面で反射された２つの超音波の位相差から転写材の厚みを判断して転写制御を切り替える。
【００３７】
このようにして、超音波素子を用いる構成にすることで画像形成装置自体が転写材の表面性と厚みを判断することができ、ユーザーによる切り替えを必要とせずに転写材の表面性に適した定着制御と厚みに適した定着制御に切り替えることができる。
【００３８】
（第５の実施例）
第１〜第４実施形態で示した紙種検知手段もしくは厚み検知手段は、通過する転写材の先端到達タイミングと転写材の通過時間から転写材搬送方向長さを検知する、転写材通過検知手段の働きを兼ねることができる。
【００３９】
ここでは図示しないが、従来の転写材通過検知手段の一例として、
フォトインタラプタなどの検知作動部と検知レバーとを具備し、検知レバーはその一方が転写材に当接することで揺動し、もう一方が検知作動部の発信素子−受信素子間を揺動できるように位置し、検知作動部は揺動する検知レバーの動作を検知してＯＮ−ＯＦＦ信号を電子写真画像形成装置の制御回路に伝えるものがある。
【００４０】
転写材通過検知手段によって検知される先端到達タイミングは感光体にトナー材による可視像を形成するための潜像を開始するタイミングを計る働きをもち、また、検知される転写材搬送方向長さによって転写、定着の通紙−紙間制御を切り替える働き、あるいは転写材のサイズによって定着制御を切り替える働きをもつ。
【００４１】
第４実施形態における超音波による転写材検知手段は転写材によって反射される超音波を検知したときに転写材の先端到達タイミングを検知し、また、転写材によって反射される超音波が観測できる時間によって転写材搬送方向長さを検知する。
【００４２】
このように本発明が従来の転写材通過検知手段の働きをも兼ねることによって、コストダウンならびに省スペース化を図ることができる。
【００４３】
（第６の実施例）
なお、紙種検知をより高度に行うために送波用超音波素子は複数以上配置してもよい。また、これら複数の送波用超音波素子はそれぞれ異なる周波数、あるいは強度、あるいはその両方を持つ超音波を送波してもよい。これは本発明の請求項１１に記載の構成である。紙種によって超音波の反射しやすい周波数は異なることを利用し、より明確に転写材の表面性、厚みを判別できるよう構成したものである。
【００４４】
（第７の実施例）
また、少なくとも１つの送波用超音波素子が送波する超音波の周波数、あるいは強度は可変であってもよい。これは本発明の請求項１２に記載の構成である。
【００４５】
このとき第５実施形態の構成と同様、より明確に転写材の表面性、厚みを判別できる効果を得られるとともに、超音波送波回路の配置する数が１つで良いので省スペース化、さらにコストダウンが図れる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、超音波素子を用いる構成にすることで画像形成装置自体が転写材の表面性を判断することができ、転写材の表面性に適した定着制御のモードに切り替えることができる。
【００４７】
転写材の厚みを判断することができ、転写材の厚みに適した転写制御のモードに切り替えることができる。
【００４８】
さらには、本発明が従来の転写材通過検知手段の働きをも兼ねることによって、コストダウンならびに省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における紙種検知手段の基本構成
【図２】汎用される転写手段の概略構成図
【図３】汎用される定着手段の概略構成図
【図４】超音波反射率による紙種検知の原理を示す図
【図５】第１実施形態における超音波素子の配置図
【図６】第１実施形態におけるフローチャート
【図７】超音波透過率による紙種検知の原理を示す図
【図８】第２実施形態における超音波素子の配置図
【図９】第２実施形態におけるフローチャート
【図１０】超音波による厚み検知の原理を示す図
【図１１】第３実施形態におけるフローチャート
【符号の説明】
１‥‥制御回路
２‥‥送波用超音波回路
３‥‥受波用超音波回路
４‥‥ＣＰＵ
５‥‥発振器
６‥‥駆動回路
７‥‥送波用超音波素子
８‥‥受波用超音波素子
９‥‥検波回路
１０‥‥増幅回路
１１‥‥感光体ドラム
１２‥‥転写部材
１３‥‥転写部位
１４‥‥トナー
１５‥‥転写バイアス
１６‥‥定着部位
１７‥‥発熱体
１８‥‥定着部材
１９‥‥加圧部材
２０ａ‥‥送波された超音波
２０ｂ‥‥転写材表面で反射された超音波
２０ｃ‥‥転写材を透過した超音波
２０ｄ‥‥乱反射した超音波
２０ｅ‥‥転写材裏面で反射された超音波
２１‥‥転写前ガイド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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