(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を有するプローブの先端を被測定表面に当接しながら走査することにより、前記圧電素子からパルス状の電気信号を発生させ、該電気信号の強度差を基に前記被測定表面の表面性を識別する表面性識別装置であって、
所定時間内に発生する前記パルス状の電気信号を積分処理する積分処理手段を有し、前記積分処理の積分結果を識別信号とすることを特徴とし、
前記圧電素子を有するプローブは、該プローブの当接側先端部に走査方向への変形と復元を繰り返して振動可能となる走査方向振動部を有し、該走査方向に逆らって被測定物表面に走査の障害とならない強度範囲内で食い込みながら走査可能となる角度および加圧力で当接されており、
前記走査方向振動部は、前記プローブの反当接側端部に近い側から当接側端部に向かう順に第１折り曲げ部と、該第１折り曲げ部と逆方向に折り曲げた第２折り曲げ部の２箇所の折り曲げ部を有し、前記走査方向上流側を紙面の右側に設定した場合の走査面と直角且つ走査方向と平行な断面から見たプローブの断面形状がＳ字型となるように加工されたものであることを特徴とする表面性識別装置。
【請求項２】
請求項１記載の表面性識別装置において、前記圧電素子を有するプローブは、その反当接側端部を走査面上方で走査面と平行且つ走査方向と直角方向に軸方向を有する回転軸上に固定され、前記プローブ先端は該回転軸を中心として回転可能な状態で加圧手段により前記被測定物表面に加圧当接されてい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、前記積分処理手段は、増幅回路と積分回路を用い、前記圧電素子の発生信号を該増幅回路を介して該積分回路に導いた後の積分結果を識別信号とし、前記積分回路は、積分抵抗Ｒ１と積分コンデンサーＣ１を直列接続した積分回路部で構成されていることを特徴とする表面性識別装置。
【請求項４】
請求項３に記載の表面性識別装置において、前記積分回路の後段に第２の増幅回路を設け、該第２の増幅回路により前記積分結果を所望の信号レベルに調整して出力することを特徴とする表面性識別装置。
【請求項５】
請求項３に記載の表面性識別装置において、前記積分回路部の前記積分コンデンサーＣ１に並列に放電抵抗Ｒｄを設け、Ｒ１＜Ｒｄを満足するように設定して前記積分回路部による積分結果を検知中に所望の割合で自己放電させることを特徴とする表面性識別装置。
【請求項６】
請求項３に記載の表面性識別装置において、前記積分回路部の前記積分コンデンサーＣ１に並列にスイッチング回路を設け、装置制御部のＣＰＵにより前記積分回路部における積分期間と放電期間を所望のタイミングで切り替え可能とすることを特徴とする表面性識別装置。
【請求項７】
請求項１に記載の表面性識別装置において、前記積分処理手段として、増幅回路とＡ／Ｄ変換回路とＣＰＵを用い、前記圧電素子の発生信号を該増幅回路と該Ａ／Ｄ変換回路を介して該ＣＰＵに導き、該ＣＰＵで積分演算処理した積分結果を識別信号とすることを特徴とする表面性識別装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか１項に記載の表面性識別装置において、識別信号処理における信号処理タイミング基準となる基準信号として、前記プローブから検出される先頭信号を用いることを特徴とする表面性識別装置。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか１項に記載の表面性識別装置と、該表面性識別装置を通過した記録材上にトナー像を形成する画像形成手段と、トナー像が形成された記録材を加熱および加圧して該記録材上に前記トナー像を定着させる定着手段と、前記表面性識別装置の識別信号に応じて前記定着手段の定着条件を制御する制御手段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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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および表面材質の差を識別する表面性識別装置、前記装置を備えた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。
【０００２】
【従来の技術】
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上に画像を形成する装置であり、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した後、定着手段によって記録材を加熱およ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、他の方式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、インクを記録剤として用い、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、他の方式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、インクリボンを記録剤として用い、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り、更に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おり、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。このため、現状の装置では、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おり、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２（Ａ）に示す。
【０００９】
即ち、図２（Ａ）は従来のプリンタ要部の断面図であり、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、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、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た後、このトナー５を転写ローラ１０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。
【００１０】
一方、画像が記録される紙等の記録材７は、記録材収納箱７’から給紙ローラ対７”によって垂直搬送ローラ対６’まで先端部が給紙された後、この垂直搬送ローラ対６’によって転写前搬送ローラ６まで搬送され、更にこの転写前搬送ローラ６によって転写ガイド板９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６から転写ニップ部まで記録材７が搬送されるまでの間には、記録材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記録材７の表面が帯電している可能性があるため、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が搬送中の記録材７の背面側に接するように設けられ、接地されている。
【００１１】
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記録材７側に移動させるために、トナー５と逆極性の高電圧が記録材７背面の転写ローラ１０に印加され、記録材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記録材７に転写されるとともに、記録材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記録材７の裏面に付与される。
【００１２】
最後に、トナー像が転写された記録材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まで搬送され、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側に設けられた定温制御手段１６によって定温制御されながら加熱および加圧されてトナー像が定着される。
【００１３】
なお、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１１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１１ａ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。
【００１４】
以上の工程の中で、画像の定着方式としては熱効率および安全性が良好な接触加熱型の定着装置が広く知られており、従来は主に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熱ローラ定着器が用いられてきたが、近年、更に加熱効率の高い方式として、図２（Ｂ）に示すような、低熱容量の耐熱性樹脂フィルム１３’ｃの上に導電性プライマー層１３’ｂを形成し、更にその表面に離型性層１３’ａを形成して成る定着フィルム１３’と、その内側のセラミックヒータ１５およびフィルムガイド部材を兼ねるヒータホルダー１３’ｄと、均一加圧するための金属ステー１３’ｅで構成される定着フィルムユニット１３’に、加圧芯金１４ｃの上にシリコンゴム層１４ｂとＰＦＡチューブ層１４ａを形成して成る加圧ローラ１４を加圧当接させるフィルム加熱型定着器が用いられるようになっている。
【００１５】
前記フィルム加熱型定着器のセラミックヒータ１５においては、図２（Ｃ）の断面図に示すように、アルミナ等を材料とするセラミック基板１５ａの片面に銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）、ＲｕＯ２  、Ｔａ２  Ｎ等を材質とした帯状パターンから成る通電発熱体１５ｂが２列で形成されており、その表面は保護ガラス１５ｃで覆われ、発熱体形成面と逆側の面には温度検知手段としてサーミスタ１５ｄが形成されている。
【００１６】
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く、装置の立上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が、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加熱効率に差が生じ易い構成となっている。
【００１７】
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おり、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。図３はこのような従来の装置の画像形成工程における定着工程を示すフローチャートであり、ここでは単純に紙種設定として通常の平滑紙と粗い表面を有するラフ紙の２通りの選択を可能とした例を示している。
【００１８】
図３に示すフローチャートにおいては、ラフ紙を選択した場合には通常の紙の定着温度Ｔに対してα分だけ温度を高くして定着するようになっており、プリント信号を受け取ってから各モードの定着温度に達するまでヒータの定格電力上限値でフルパワー加熱し、目標値に達した後は、紙の通紙に伴って奪われる熱量に応じて低下するヒータ温度を一定に維持して定着温度を保つように最後の紙の定着が終了するまで定温制御されるようになっている。
【００１９】
なお、このフローチャートに示す定着工程の流れは熱ローラ定着器もフィルム加熱型定着器も基本的に同じであるが、後者ではヒータ基板裏の温度を検知して温度制御しているため、連続通紙に伴う定着器全体の蓄熱効果によって加圧ローラ等のヒータ以外の部材による加熱作用が働くようになり、実際の定着ニップ部の温度がヒータの制御温度より高くなる場合が生じる（従って、厳密にはこの方式の定着器における制御温度は定着温度と称するのは適正ではなく、今後、この制御温度を温調温度と称する）。このため、過剰加熱によるホットオフセット（トナーが溶け過ぎて定着フィルム側に一部残留し、その後、紙の不適切な位置に再付着する現象）や多量の水蒸気の発生に伴うトナーの後方飛び散りや紙搬送不良等の弊害を防止する対策として、ヒータの加熱温度を通紙枚数に従って予め定めた割合で段階的に下げる必要があり、このとき、ラフ紙の定着開始温度を通常の紙の定着開始温度より高くするとともに、温度を下げる通紙枚数の量も各紙の特性に応じて個々に適正値を求めて設定している。
【００２０】
図４はこのように段階的に温調温度を下げるように設計された従来の画像形成装置の各紙および各通紙枚数における温調温度の変化を示すグラフであり、このような設定に従うことによって１分間に１６枚の定着速度を有するフィルム加熱型定着器が実現されている。
【００２１】
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とともに、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等の可能性があった。
【００２２】
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、その特殊紙を装置に残したままになることもあり得るため、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。
【００２３】
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。
【００２４】
一方、前記インクジェット方式を採用する装置においては、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っており、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、現状の装置では、ラフ紙用のインク吐出量を標準の吐出量として用い、平滑紙に対しては常に過剰なインクで画像を形成するままにしていた。
【００２５】
また、熱転写方式を採用する装置では、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おり、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。
【００２６】
以上のように、現状の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、電力を消費することになり、これ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が、現状ではユーザに設定変更の手間を強いるような手法しか考えられていなかった。
【００２７】
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おり、それらの中で記録材表面粗さに対する検知手段の検知原理を提案したものとして、特開２０００−３１４６１８号公報および特開２０００−３５６５０７号公報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おり、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。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前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おらず、単純な直線状のプローブが走査方向の上流側で一方の端部を固定され、下流側の先端を斜め走査方向に逆らわないように当接させる構成が示されているだけに留まっており、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。
【００２９】
即ち、記録材として実際に使用される平滑紙とラフ紙の表面粗さの差は、通常の測定器として使用される表面粗さ計で測定すると、従来平滑紙と認識してきた紙の表面の凹凸差は最大で１５〜２０μｍ程度、ラフ紙と認識してきた紙の表面の凹凸差は最大で２２〜４０μｍ程度の範囲に収まっており、全体的には両者の間には１５μｍ前後の差しかなく、更にラフ紙寄りの平滑紙と平滑紙寄りのラフ紙の間の差は数μｍ程度しか離れていない。このような微小な凹凸差を直線状のプローブを搬送中の記録材表面に斜めに当接して読み取るためには、
・プローブ先端には数μｍ単位の凹凸に追従可能なように非常に鋭い針状の形状が必要
・一方、装置寿命までに数万枚の記録材との摺擦に耐えられる耐磨耗性やジャム発生時に変形した紙を通紙させても容易に変形しない程度の剛性が必要
・記録材の搬送速度で摺擦してもプローブ部先端が跳ね上がらない程度に強い当接圧が必要
・一方、柔らかな記録材表面の凹凸を潰すことなく追従可能な範囲の軽い当接圧が必要
等の制約が考えられ、これらの矛盾する条件を両立させることは非常に困難であり、少なくとも耐久性や信頼性の観点から針状のプローブは事実上使用できず、或る程度剛性の高いプローブで実現せざるを得ない。このため、実用可能なプローブとしてはより剛性が高く、記録材表面も傷付けにくい薄板状のプローブが考えられ、記録材表面を点ではなく有限の長さを有する辺で走査し、この走査幅で平均化された表面粗さに起因する振動の強弱差で識別する手法が考えられ、特開２０００−３５６５０７号公報にはこの種の構成が示されている。
【００３０】
図５に薄板状プローブを用いた表面粗さセンサの構成を示し、図６に薄板状プローブを用いた表面粗さセンサを用いて実際に表面粗さの異なる複数の記録材表面を走査した結果を示す。
【００３１】
図５（Ａ）は表面粗さセンサの上面図、図５（Ｂ）は同表面粗さセンサを走査方向の側面から見た断面図であり、プローブとしては上面から見た形状がＴ字型で断面形状が直線状に構成されている直線型断面プローブ１７を用いている。
【００３２】
この直線型断面プローブ１７は、厚さ０．１５ｍｍのＳＵＳ製Ｔ字型板金１８上に圧電素子１９を接着し、圧電素子側電極１９’と板金側電極１８’を各々はんだ付けし、回転支持軸２０上にＴ字型の長辺部が固定され、短辺部の幅５ｍｍの先端１７’を走査方向下流側で記録材上流側表面と斜め３０°の角度で当接し、不図示のねじりコイルバネを回転支持軸２０に設け、装置のフレームを固定端としてセンサ先端部に３ｇ〜１０ｇ重の加圧力が掛けられるように構成されている。
【００３３】
直線型断面プローブ１７は、紙との摺擦によって板金先端部１７’に生じる上下方向の振動（厳密にはセンサ先端部が描く円弧状軌跡を往復する振動であり、紙搬送性を無視して走査面に垂直に近づけてセンサを当接させれば振動中の水平成分を増すことはできるが、この従来構成ではセンサ先端部が紙と完全に接触できる位置は初期当接位置の１点のみであり、その位置で摺擦されてセンサ先端部が跳ね上げられた後には紙搬送に伴う水平成分の外力は作用し難くなるため、走査方向の振動成分は紙搬送性を犠牲にしても余り増加せず、基本的に紙表面の凹凸に起因する上下方向の振動成分が支配的であると考えて良い）により板金内部に歪を生じて起電される圧電素子の信号は不図示の増幅回路で４０倍に増幅されて測定器に２ｍｓｅｃ周期（通常のプリンタで処理可能なサンプリング速度）で取り込まれる構成となっている（但し、前記構成において回転支持軸を用いてセンサを加圧固定する構成は前記従来例には記載されておらず、単に反当接側端部を固定する構成しか示されていないが、実際に紙を搬送する際に反当接側端部が完全に固定されていると、余程軽圧に設定しない限り紙搬送の障害となったり、紙表面を傷付ける可能性があり、一方、当接圧が低過ぎると十分摺擦されなくなる等の問題があり、搬送される紙の厚さによってもセンサの接触性が変化してしまうため、実験精度の都合上、本発明者が考案した回転支持軸固定方法を用いている）。
【００３４】
このとき評価した記録材は、図６（Ａ）に示すような平滑度の違いを有するラフ紙と平滑紙（Ａはボンド系のラフ紙、Ｂは標準的に使用される平滑紙、Ｃは表面に波状の凸部が装飾された高級なラフ紙を各々示し、各数字は各種類の紙の坪量を示す）であり、これらの記録材を順番に連続して１４１ｍｍ／ｓｅｃの速度で搬送してセンサを走査させたところ、３ｇ重では信号レベルが低過ぎたため、１０ｇ重で加圧させた際の結果が図６（Ｂ）のグラフである。図６（Ａ）の平滑度の高い紙ほどセンサには振動が発生しにくく、平滑度の低いラフ紙ほどその凹凸に応じて振動が発生し易いと考えられるため、図６（Ｂ）のグラフの信号強度の高低は図６（Ａ）の平滑度の高低と逆の関係になるべきである。
【００３５】
しかしながら、図６（Ｂ）のグラフから分かるように、平滑度が特に高めの紙であるＢ７５やＢ１０５にはややセンサ信号が低くなる傾向はあるものの、全体的には平滑紙とラフ紙の信号強度差が無かったり、逆転したりしており、前述の通り回転支持軸固定法を用いてセンサと紙との接触性を改善しても、この構成のセンサでは十分な紙の平滑度の差を検出して平滑紙とラフ紙の識別をすることは困難であった。
【００３６】
このため、本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、図７の例に示すようなセンサプローブ構成の改良を施すことを試み、プローブ先端部に走査平面上を走査方向前後に振動可能且つ先端当接部を走査方向に逆らって測定表面に食い込む角度に設定することにより識別性能の大幅な改善を実現している。
【００３７】
図７（Ａ），（Ｂ）と図８（Ａ），（Ｂ）は、各々本発明者が提案する紙表面粗さ検知センサの上面図、紙表面粗さ検知センサの断面図と紙表面粗さ検知センサのプローブの断面図、紙表面粗さ検知装置のプローブ走査時動作説明のための、平滑度比較グラフ、表面粗さ検知比較グラフである。
【００３８】
図７（Ａ）において、図５に示したと同一要素には同一符号を付しており、本構成の特徴は、図７（Ｂ）から明らかなように、２つの折り曲げ湾曲部で構成され、走査方向に対して上流側に固定端、先端当接部を下流側に配置したＳ字型断面形状センサ２２を用いており、この設定によってセンサ２２全体が走査方向に対して順方向設定で、且つセンサ先端部も搬送される紙の進入を邪魔しない順方向の角度で当接しながら、紙表面に対しては先端部の上流側角部が走査方向に対して逆方向に食い込みながら当接されるＳ字型当接先端２１を設けることにより、図８（Ａ）に示すような平滑度の異なる紙を識別させた結果、図８（Ｂ）に示すように全体的に各紙の平滑度に応じて強弱の差が明確に対応する信号波形を得ることができた。
【００３９】
前記従来例の構成を含めて本発明の用途に圧電素子を使用した場合、その圧電素子が発生する信号は上述の通りパルス状波形に成り易いと言う特徴があり、これは、
圧電素子が形成されている板金が基本的に片側端部だけを固定し、当接側板金先端部が比較的軽い質量で走査平面の上方に対して自由に変位可能となっているため、比較的軽い当接圧で走査面に当接された板金先端部は高速で変位可能且つ急速停止可能である。
【００４０】
走査される紙表面の移動速度が板金先端部の前記特性に対して十分高速であるため、板金先端部は紙表面によって跳ね上げられ、瞬間的に非接触状態が形成された後、再び着地するという工程を繰り返しており、連続走査中にはこの跳ね上げと着地がほぼ同時に発生し、衝撃強度が倍増されるとともに各信号の発生時間も短時間となって検知される。
【００４１】
という構成上および使用形態上の特徴によるものであり、逆にこのように設定することによって数μｍの凹凸差に対して大きな検知信号レベルを発生させることを可能としている。
【００４２】
特に発明者の考案による回転支持軸を用いた反当接側端部の固定方法は、板金先端部の変位の自由度を更に向上するため、より鋭いパルス状波形の発生を促して信号レベルの増幅に寄与しており、更に前記の改良されたセンサ先端部の構造および当接条件の工夫により、板金先端部の紙表面に対する追従性が高まる（最終的には先端部は同様に跳ね上げられるが、摩擦力をより強く受けてより強く跳ね上げられるため、跳ね上げられ時および着地時の信号発生強度もより強くなる）ため、より微小な表面摩擦抵抗差に対しても大きな信号レベル差をつけて発生可能となり、飛躍的に識別性を高めている。
【００４３】
しかしながら、このようにパルス状に識別信号を発生させた場合、前記改良を施した方式においても、各波形の細部においてはＢ１６３の紙のように平均的には明らかに低いレベルに落ち着いてるにもかかわらず、局所的に高いパルス状のノイズ信号が発生している場合が有り、この例の他にも外部から突発的な振動や強い電気ノイズが加えられたり、紙表面に部分的なシワや傷、変形が存在した場合の信号波形に異常に高いレベルが発生する可能性は否定できず、単純に一つの閾値レベルで識別するには不都合な信号波形であった。
【００４４】
従って、紙の種類に応じて複数の加熱条件や定着条件或は画像形成条件を設け、これらの条件の切り替えのために使用する紙に応じてユーザがその都度その紙に適したモードを選択しなければならず、このような画像形成装置において、ユーザが設定を間違えた場合やネットワークプリンタで紙の種類が変更されたことを知らなかった場合等に熱処理不足や定着性、濃度等の不足による画像不良を招いたり、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や定着器のトナー汚染を招いたり、余分な現像剤を消費してしまう場合があるという問題があった。
【００４５】
また、前記問題の１つの解決策として既に提案されている記録材の粗さを圧電素子を有する板金を摺擦させることによって粗さの差を振動強度の差として測定し、その結果に基づいて加熱温度や定着温度、画像形成条件等の制御を切り替える方式において、単純に直線型の板金先端を記録材表面に摺擦させるだけでは十分な振動強度差が検出できず、実用的な平滑紙とラフ紙の識別が不可能である。
【００４６】
また、前記解決策の改善策として既に提案されているプローブ先端構成の改良を施したセンサを用いた場合には全体的には平滑度に応じた信号が得られるもののパルス状波形の中には局所的に異常に高い信号が発生する危険が有り、識別信号の形態としては不都合な場合があった。
【００４７】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、記録材の表面粗さ等を識別誤差の極めて少ない安定した状態で確実に識別できる表面性識別装置、これを用いた画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００４８】
前記目的を達成するため、本発明では、表面性識別装置を次のとおりに構成する。
（１）圧電素子を有するプローブの先端を被測定表面に当接しながら走査することにより、前記圧電素子からパルス状の電気信号を発生させ、該電気信号の強度差を基に前記被測定表面の表面性を識別する表面性識別装置であって、所定時間内に発生する前記パルス状の電気信号を積分処理する積分処理手段を有し、前記積分処理の積分結果を識別信号とすることを特徴とし、前記圧電素子を有するプローブは、該プローブの当接側先端部に走査方向への変形と復元を繰り返して振動可能となる走査方向振動部を有し、該走査方向に逆らって被測定物表面に走査の障害とならない強度範囲内で食い込みながら走査可能となる角度および加圧力で当接されており、前記走査方向振動部は、前記プローブの反当接側端部に近い側から当接側端部に向かう順に第１折り曲げ部と、該第１折り曲げ部と逆方向に折り曲げた第２折り曲げ部の２箇所の折り曲げ部を有し、前記走査方向上流側を紙面の右側に設定した場合の走査面と直角且つ走査方向と平行な断面から見たプローブの断面形状がＳ字型となるように加工されたものであることを特徴とする表面性識別装置。
【００７４】
【作用】
圧電素子を有するプローブ先端部を被測定物表面に当接して走査する際に、被測定物表面の表面性の差を先端部に発生する振動を介して圧電素子部でパルス状信号波形として検知した場合の問題となる突発的な機械的・電気的ノイズや被測定物表面の部分的な傷・変形による異常に高いパルス信号の発生に対し、新たに設けられた積分処理手段によって、パルス状波形中のこれらの不要な局所的ノイズ成分を緩和し、全体の傾向にほとんど影響を及ぼさないようにして単純比較可能な識別信号として検知できるようにしたため、従来のパルス状波形を基にした識別方式に比べてＳ／Ｎが大幅に改善され、識別誤差の極めて少ない安定した識別信号による信頼性の高い被測定物表面の表面性識別が可能となる。
【００７５】
また、具体的な積分処理部の構成として、圧電素子部で発生した信号を増幅回路で所望のレベルに増幅させつつ電流ドライブ能力を強化した後、積分用抵抗とコンデンサーで構成された積分回路、より好ましくは該積分回路を２段用いた２段積分回路を介してパルス状信号をハード的に積分することでノイズ成分が抑制されたＳ／Ｎの高い良好な信号を得ることができる。
【００７６】
また、前記積分回路のコンデンサー部に並列に、前記積分用抵抗より十分大きな抵抗値を有する放電用抵抗を設け、所望の割合で自己放電させることにより被測定物検知後の信号レベルを自動的に初期レベルに復元させることができる。
【００７７】
また、前記積分回路のコンデンサー部に並列にスイッチング回路を設けることにより、ＣＰＵの制御により前記積分回路部における積分期間と放電期間を所望のタイミングで切り替え可能となる。
【００７８】
更に、前記積分回路の後段に増幅回路を設けることでＳ／Ｎの低下を招くことなく、所望の信号レベルに自在に調整可能にできる。
【００７９】
また、前記圧電素子の発生信号をＡ／Ｄ変換回路を介して前記ＣＰＵに導き、該ＣＰＵによる積分演算処理の結果を識別信号とする方法を用いることにより、ソフト的に積分処理を実現することができ、回路構成を簡略化できる。
【００８０】
また、前記圧電素子の発生信号を直接積分することなく、所定期間中の発生信号中に第１の閾値以上に大きな信号レベルが発生する回数を積算した結果を識別信号とし、第２の閾値との比較によって識別することによっても回路構成を簡略化できる。
【００８２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態をレーザビームプリンタ、インクジェットプリンタ、サーマルヘッドプリンタの実施例により詳しく説明する。なお、本発明は装置の形の限らず、実施例の説明に裏付けられて、方法の形で実施することもできる。
【００８３】
【実施例】
（実施例１）
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１である“レーザビームプリンタ”で用いる表面粗さ検知信号処理系の構成を示すブロック図、信号処理回路図、積分信号処理による表面粗さ検知比較グラフである。
【００８４】
本実施例は、装置本体としては前述の図２（Ａ）と同様の構成の、電子写真方式でフィルム加熱型定着器を採用するレーザビームプリンタを用い、表面粗さ検知センサとしては前述の図７に示した改良された断面形状を有するＳ字型断面形状センサ２２を用いるものである。
【００８５】
本実施例では、このセンサの信号処理方法として図１（Ａ）に示すように、本センサを用いた表面粗さセンサ部２２が検知した信号を図中の破線部で囲まれた増幅回路部２３と積分回路部２４を含む信号処理回路部によってハード的に積分することにより、信号の識別性を高め、その結果を予め定めておいた閾値レベルを発生する閾値信号源２５の値と比較器２６を用いて比較し、その結果、閾値より高い識別信号が出ていればその紙をラフ紙、逆に閾値より低い識別信号が出ていればその紙を平滑紙として２値的に判断し、各場合に対して１と０のフラグを発生させてＣＰＵ２８に取り込む構成になっており、ＣＰＵ側では別途設けられた紙先端を検知する紙先端センサ部２７（図２の構成では不図示となっているが、通常この種の装置には、紙上に画像を形成し始める位置合わせに必要な基準として紙先端が通過した瞬間を検知する必要が有り、主にフォトインタラプタ等で構成されたセンサを使用している）の情報を基に、紙が通過した瞬間から所定時間後の紙表面粗さセンサの積分信号値と閾値レベルの比較結果のフラグを読み取り（従って、表面粗さセンサの設定位置は必ず紙先端センサに対して紙搬送方向の下流側となる）、その結果に応じてＣＰＵから定着温度および定着温度制御回路部２９に予め定められた定着温度およびシーケンスで定着器を制御する信号を送る構成となっている。
【００８６】
本実施例では、図１（Ａ）の破線部の具体的な回路構成は図１（Ｂ）に示すようになっており、Ｏｐアンプと抵抗Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２で構成された反転増幅部にてセンサの信号を反転増幅（センサの信号は±両極性で発生）し、抵抗Ｒ３とコンデンサーＣ１で構成される積分回路に信号を蓄積し、同時にＣ１に並列に接続された、Ｒ３より十分大きな放電用抵抗Ｒｄを介して適度な割合でＣ１の電位を減衰させるように設計されている。
【００８７】
図１（Ｃ）はこのような信号処理回路を用いた場合の前述の図８（Ａ）の紙種に対するセンサの検知結果の１例を示したものである。この例では各回路の構成要素の値として、Ｒ０＝１０ｋΩ、Ｒ２／Ｒ１＝１０００、Ｒ３＝１００ｋΩ、Ｃ１＝１μＦ、Ｒｄ＝１０ＭΩの各値を有する素子を用いており、図１（Ｃ）のセンサの応答信号は、本実施例の信号処理回路を追加していない図８（Ｂ）のセンサの応答信号と比較すると、図８（Ｂ）の不安定なパルス状の波形に比べて急激な変動の少ない積分波形はデータのサンプリングが容易であるうえ、図８（Ｂ）のＢ１０５やＢ１６３に含まれていた局所的に異常にレベルが高い信号が発生して識別性を劣化させるという事が無くなるため、例えば単純に図１（Ｃ）のグラフで、０．３５Ｖを閾値とすれば容易に各紙種をラフ紙と平滑紙に分類することができるようになり、その際の具体的な信号処理の手順としては、
（１）紙先端センサの信号を基に、表面粗さセンサを紙先端が通過してから紙の中央部が通過するまでの期間に積分したデータを比較器に取り込む。
（２）予め閾値信号を０．３５ｖに設定しておいた、閾値信号源の信号と前記積分値を比較する。
（２−Ａ）紙がラフ紙であれば０．３５ｖ以上の積分値になるためそのときのフラグを１として発生。
（２−Ｂ）紙が平滑紙であれば０．３５ｖより低い積分値になるためそのときのフラグを０として発生。
（３）ＣＰＵが、
（３−Ａ）フラグ１を受け取った場合には定着温度をラフ紙用温度に上げるように制御。
（３−Ｂ）フラグ０を受け取った場合には定着温度を平滑紙用温度に下げるように制御。
というようにして制御することができる。
【００８８】
但し、実際には前記２種類しか定着モードが存在しない場合にはどちらか一方の紙種に合わせた定着モードを通常は標準モードとして使用し、逆の紙種を検知した場合のみ、その検知結果に応じた定着モードに切り替えることになる。
【００８９】
この場合、紙種が不明な初期状態はラフ紙定着用の温度設定を行い、センサの検知後に、
（１）その紙がラフ紙と判断された場合はそのままの定着温度および連続通紙に対する温調シーケンスで定着を実行。
【００９０】
（２）その紙が平滑紙と判断された場合は定着温度を平滑紙定着用温度まで低下させ、連続通紙に対する温調シーケンスも平滑紙定着用のシーケンスに切り替える。
というようにラフ紙を優先的に扱う方が万一の誤検知によりラフ紙を低温で定着させて定着不良の画像を形成する危険を避けることができ、反応速度の点でも最初に低い温度を設定しておいてからセンサがラフ紙と検知した後に必要な温度まで昇温させるには時間が掛かり過ぎて性能低下させる可能性があるため、このように設定しておく方が有利である。
【００９１】
一方、逆に平滑紙をラフ紙と誤検知してもプリント動作初期から本センサの検知時点までの短時間のみエネルギーを余分に消費するだけの被害に止めることができる。
【００９２】
また、本実施例の信号処理の信頼性を確認するために信号波形の再現性を同一紙を連続１０枚通紙して評価してみたところ、各紙の信号レベルの変動幅は全ての紙種でともに１０％以内に収まっており、図１（Ｃ）のグラフ中の平滑紙のＢ９０やＢ１６３などの比較的信号レベルが高い平滑紙の信号レベルでさえ、ラフ紙の中で最も信号レベルの低いＡ６０の信号レベルの６０％にも満たない程度に収まっていることから、２倍前後のレベル差が存在するラフ紙と平滑紙の信号レベルが安定して１０％以内の変動幅を維持して再現できるため、少なくともセンサの耐久寿命の範囲内では誤検知する危険が無いと考えられ、本実施例の信号処理を行うことにより、識別性の改善と信頼性の確保が同時に実現できることがわかった。
【００９３】
以上の信号処理機能を有する本センサを、本実施例の電子写真方式のレーザビームプリンタ内部の給紙部と転写部の紙搬送路上に設けることによって、レーザビームプリンタが自動的に使用される紙の表面性を判断して各表面性に応じた定着温度や連続通紙時の温調切り替えシーケンスで定着を行うことができるようになるため、従来のようにユーザが紙を判別して各紙に適した定着温度や連続通紙時の温調切り替えシーケンスを選択する手間を省き、また、ユーザの判断ミスで不適切な定着条件が選択されて定着後の画像が定着不足となるような不具合の発生を防止することができる。
【００９４】
更に、現状の装置ではユーザに頻繁に定着条件切り替えの手間を掛けさせたくないため、或る程度のラフ紙はより使用頻度が高い平滑紙と同一条件で定着させることができるように本来の平滑紙に対して必要十分な定着温度よりもやや高めに温度を設定（即ち、普段平滑な紙を使用しているときにユーザが明確にラフ紙と認識できないようなややラフな紙が万一使用されても定着不足を招かないように配慮）したが、このことは一般に使用頻度の高い平滑紙を定着させるときにも常に必要以上の熱エネルギーを余分に消費させていたことになり、省エネルギーの観点からは好ましくない状況であった。
【００９５】
しかしながら、本センサをこの装置に取り付けて自動識別させると、平滑な紙には必要十分な最適定着温度で定着し、ややラフな紙に対してはその紙に対して必要十分な最適定着温度で定着させることが可能となるため、これまでに最も多く使用されてきた平滑紙で余分に消費されてきた熱エネルギーを節約できるようになり、全世界規模でこの差の影響を考えると大規模な省エネルギー効果を得ることも可能となる。
【００９６】
一方、逆に平滑紙をラフ紙と誤検知してもプリント動作初期から本センサの検知時点までの短時間のみエネルギーを余分に消費するだけの被害に止めることができる。
【００９７】
なお、表面粗さセンサの検知結果により、定着温度を制御するシーケンスの代わりに、記録材の加熱時間または加熱処理間隔を変更するシーケンスで実施することもできる。
【００９８】
（実施例２）
図９（Ａ）〜（Ｃ）は実施例２である“レーザビームプリンタ”における表面粗さ検知信号処理系の構成を示すブロック図、信号処理回路図、積分信号処理による表面粗さ検知比較グラフである。
【００９９】
本実施例では、実施例１と同様の前提条件を用いており、本実施例では表面粗さセンサの信号処理方法として図９（Ａ）に示すように、積分回路によって積分処理された信号を新たに後段に設けた後段増幅回路を用いて積分信号のレベルを所望のレベルに調整可能としている。
【０１００】
また、閾値信号源は複数レベルの発生が可能な複数閾値信号源２５’となっており、比較器においても多値の比較が可能な多値比較器２６’が用いられている。
本実施例では積分回路の出力を後段の増幅回路にて所望のレベルに調整可能であり、識別しやすい信号レベル範囲を選ぶことによって識別性が向上できるうえ、信号レベルを拡大することによってより詳細なレベル分けを行うことも可能になる。
【０１０１】
本実施例では、図９（Ａ）の破線部の具体的な回路構成は図９（Ｂ）に示すようになっており、積分回路の後段に、Ｏｐアンプと抵抗Ｒ０１、Ｒ０２で構成された非反転増幅回路が形成されており、Ｒ０２／Ｒ０１＝１１として、後段の増幅度は約１１倍に設定されている。
【０１０２】
図１（Ｃ）はこのような信号処理回路を用いた場合の前述の図８（Ａ）の紙種に対するセンサの検知結果の１例を示したものである。この例では図９（Ｃ）のセンサの応答信号は、本実施例１の後段増幅を追加していない図１（Ｃ）のセンサの応答信号と比較すると、全体の波形はほぼ同一形状を維持したまま信号レベルのみが約１１倍に拡大されていることがわかり、特にＳ／Ｎが低下するような傾向は無く、逆に０．１ｖ以下の微弱な信号レベルで識別を行っていた図１（Ｃ）の場合に比べて１ｖ単位での閾値設定も可能なレベルに改善されており、識別の信頼性が著しく向上されている。
【０１０３】
逆に、後段増幅による前記特性を用いて、識別の種類を複数の段階に細分化することも可能となり、例えば図９（Ｃ）の２本の破線に示すように２ｖと５ｖの２通りの閾値を設けることができ、これによってグラフ中のＯＨＴのように極端に平滑な紙（シート）に対する信号レベルは２ｖより十分低くなるため、非常に平滑な紙として分類可能である。
【０１０４】
ＯＨＴは従来、比較的軽度のラフ紙を含む普通紙定着用温度で定着されており、その定着性は元々非常に良好であったが、逆に近年の画像形成装置装置の高速化に伴って定着温度が上昇し、それつれて過剰にＯＨＴの温度が昇温するるようになり、同時に定着部から排紙トレイ上に到達するまでの時間が装置の高速化によって短くなっているため、排紙トレイ上のＯＨＴの温度が高温のまま排紙され、これによって複数のＯＨＴを連続印刷した場合、各ＯＨＴ間がＯＨＴ自身の高い表面温度で再溶融されたトナーによって融着されてしまうという弊害が発生している。
【０１０５】
一方、他の平滑紙に対する信号レベルは２ｖ以上５ｖ未満の範囲に収まり、ラフ紙は全て５ｖ以上に成っていることから、少なくとも３通りの平滑度の紙種に分類できる。
【０１０６】
その際の具体的な信号処理の手順としては、
（１）  紙先端センサの信号を基に、表面粗さセンサを紙先端が通過してから紙の中央部が通過するまでの期間に積分したデータを２桁の２進数出力可能な比較器に取り込む。
【０１０７】
（２）  予め閾値信号を２ｖと５ｖの２種類用意しておき、まず、５ｖの閾値信号源の信号と前記積分値を比較する。
（２−Ａ）紙がラフ紙であれば５ｖ以上の積分値になるためそのときのフラグを１１として発生。
（２−Ｂ）紙が平滑紙であれば５ｖより低い積分値になるためそのときの閾値を２ｖに切り替える。
（２−Ｃ）紙が通常の平滑紙であれば２ｖより高い積分値になるためそのときのフラグを１０として発生。
（２−Ｄ）紙が非常に平滑であれば２ｖより低い積分値になるためそのときのフラグを００として発生。
【０１０８】
（３）  ＣＰＵが、
（３−Ａ）フラグ１１を受け取った場合には定着温度をラフ紙用温度に上げるように制御。
（３−Ｂ）フラグ１０を受け取った場合には定着温度を平滑紙用温度に下げるように制御。
（３−Ｃ）フラグ００を受け取った場合には定着温度を非常に平滑な紙用温度になるまで更に下げるように制御。
というようにして制御することができる。
【０１０９】
この場合、紙種が不明な初期状態はやはりラフ紙定着用の温度設定を行い、センサの検知後に、
（１）その紙がラフ紙と判断された場合はそのままの定着温度および連続通紙に対する温調シーケンスで定着を実行。
【０１１０】
（２）その紙が平滑紙と判断された場合は定着温度を平滑紙定着用温度まで低下させ、連続通紙に対する温調シーケンスも平滑紙定着用のシーケンスに切り替える。
【０１１１】
（３）その紙が非常に平滑な紙と判断された場合は定着温度を非常に平滑な紙定着用温度まで更に低下させ、連続通紙に対する温調シーケンスもその紙定着用のシーケンスに切り替える。
というようにラフ紙を優先的に扱う方が有利であり、逆に平滑紙をラフ紙と誤検知してもプリント動作初期から本センサの検知時点までの短時間のみエネルギーを余分に消費するだけの被害に止めることができる。
【０１１２】
また、本実施例の信号処理の信頼性は、前記実施例１の信頼性に比べて、特に電気的ノイズに対してより安定した特性が得られるようになり、識別性自体が大きな信号レベルで分類可能になっていることと合わせて、更に改善されている。
【０１１３】
以上の信号処理機能を有する本センサを、本実施例に係る電子写真方式のレーザビームプリンタ内部の給紙部と転写部の紙搬送路上に設けることによって、前記実施例１と同等以上の効果が得られるうえ、更に低温で定着可能なＯＨＴのような非常に平滑な紙を認識できるようになるので、これらの紙に浪費していた熱エネルギーの節約が可能となるうえ、排紙部においてＯＨＴ同士がトナーで融着するという不具合の発生を防止することも可能となる。
【０１１４】
なお、以上の各実施例においては、説明を単純化するために各構成の閾値レベルを紙の中央部まで積分された識別信号のレベルに合わせて定めていたが、この構成は高速の装置においては１枚目の紙の識別結果が定着部において反映できなくなる可能性が有り、主に連続印刷時（基本的にこのときの紙種は全て同一であることを前提とする）の２枚目以降の紙に対して識別結果をフィードバックして定着制御を最適化するような機能に限定される可能性がある。しかしながら実際には、本発明の積分信号処理手法は必ずしも紙の半分まで積分する必要は無く、紙先端２０ｍｍ程度の走査分の積分信号においてもラフ紙と平滑紙の識別に必要な信号レベル差は十分形成されており（積分時間に対してほぼ相似的に変化）、全体構成にもよるが検知結果を１枚目の紙の定着制御から反映させることは十分可能である。
【０１１５】
（実施例３）
図１０（Ａ）と（Ｂ）は実施例３である“レーザビームプリンタ”における表面粗さ検知信号処理系の構成を示すブロック図、識別信号レベルと定着温度相関グラフである。
【０１１６】
本実施例では、前提条件は全て前述の実施例と同様で、図１０（Ａ）からわかる通り、実施例２の後段増幅回路部の後段に新たにＡ／Ｄ変換回路３１を設け、ここでデジィタル化された識別信号を直接ＣＰＵに取り込み、特定の閾値や比較器を用いることなく、ＣＰＵ内部に予め設けられた定着制御式メモリ３２にこの識別結果を代入して定着器を制御する構成を用いている。
【０１１７】
この定着制御式としては、例えば本実施例では図１０（Ｂ）に示すような識別信号レベルと定着温度の相関を有するｙ＝８Ｘ＋１６０を用いており、従来軽度のラフ紙とＯＨＴを含む普通紙用定着温度は１９５℃であったが、本実施例を用いることにより、識別信号レベルが１ｖ程度の非常に平滑な紙に対しては定着温度は１７０℃程度に低下し、従来の制御に比べて約２５℃も軽減することが可能となり、識別信号レベルが３ｖ程度の平滑な紙に対しては定着温度は１８５℃程度となって従来定着温度から約１０℃の軽減ができ、逆に識別信号レベルが６ｖ以上のラフ紙に対しては定着温度は２０５℃以上に上昇して十分な定着性を確保するように制御される。
【０１１８】
本実施例においても、紙種が不明な初期状態はラフ紙定着用の温度設定を行い、センサの検知後に、前記の制御によって各紙種の表面粗さに応じてきめ細かく必要最小限の最適定着温度を選択して制御されるようになるので、どのような表面粗さを有する紙が使用されてもその粗さに応じた識別信号レベルに必要最小限且つ十分な熱量の供給を行うようになるため、より広範囲の紙種に対してより効率的な定着を実現できる。
【０１１９】
以上の信号処理機能を有する本センサを、本実施例の電子写真方式のレーザビームプリンタ内部の給紙部と転写部の紙搬送路上に設けることによって、低温で定着可能なＯＨＴのような非常に平滑な紙からラフ紙に至るまで、熱エネルギーの節約効率が更に改善するうえ、やはり過剰加熱による排紙部でのＯＨＴ同士のトナー融着のような弊害の発生を防止することも可能となる。
【０１２０】
本実施例は、前述のように、識別信号を制御式に代入し、制御量を算出する例であるが、識別信号を予め定められた複数の段階に分類し、各段階毎に予め定められた制御量に応じて制御するようにしても同様の結果が得られる。
【０１２１】
なお、以上の積分処理を積分回路を用いてハード的に処理する各積分回路には放電回路を形成してコンデンサーに蓄積された電荷を適度に放電させることで紙が通紙されない場合の信号レベルを自動的に基準レベルに戻す構成を用いていたが、この放電回路の代わりに各実施例において、図１１に示すようにＣＰＵによって制御されるスイッチＳｄを設けることによって、紙先端センサ部で検知した結果を基準として表面粗さセンサ部で紙表面の走査を開始する直前にスイッチをＯＦＦして所望の時間だけ積分を行い、識別の終了とともに速やかにこのスイッチをＯＮしてこの積分回路の電位をリセットする構成を用いても良く、回路構成とＣＰＵの制御がやや複雑になるものの、連続通紙時に後続の紙の識別信号の初期部に前の紙の積分電位の影響が残ることを防げるため、装置が高速化された場合に連続通紙中にも各紙の識別を逐次行いたいという場合に有効な構成となる。
【０１２２】
（実施例４）
図１２（Ａ）と（Ｂ）は、実施例４である“レーザビームプリンタ”における表面粗さ検知信号処理系の構成を示すブロック図、識別信号レベルのＣＰＵ演算結果グラフである。
【０１２３】
本実施例では、前提条件は全て前述の各実施例と同様で、図１２（Ａ）からわかる通り、実施例１の積分回路部の代わりにＡ／Ｄ変換回路３１を設け、ここでデジィタル化された識別信号を直接ＣＰＵに取り込み、所定期間中にＣＰＵのサンプリング周期ごとに取り込まれた各信号レベルの和をとる積分演算処理を行った結果を識別信号として用いるもので、外部の閾値や比較器を用いることなく、ＣＰＵ内部に予め設けられた閾値メモリ２５’の閾値と比較することで識別し、定着器を制御する構成を用いている。
【０１２４】
例えば本実施例では、ＣＰＵのサンプリング周期は２ｍｓｅｃであり、紙先端センサの検知信号を基にして表面粗さセンサ部に紙が搬送されてくる直前のタイミングで、ＣＰＵに２ｍｓｅｃ毎に入力される信号の足し算を開始させ、紙の先端からほぼ紙の中央部までの走査距離に相当する走査時間である１秒間この演算を繰り返し、最終的に合計した値を積分された識別信号結果として用いている。
【０１２５】
その結果、前記識別信号の積分結果を信号の上限レベルが３．３ｖ程度に収まるように適度に正規化することで、図１２（Ｂ）の棒グラフに示すような各紙に対する検知結果の電圧積分値の関係が得られ、紙の平滑度に一致する積分結果の大小関係が成立していることが確認できた。
【０１２６】
この場合、例えば閾値レベルを０．３ｖと１．３ｖの２種類に設定してＣＰＵのメモリに記憶しておくことにより、０．３ｖ未満の信号に対しては平滑度が非常に平滑な紙、０．３ｖ以上１．３ｖ未満の紙を平滑紙、１．３ｖ以上の紙をラフ紙として識別可能であり、本実施例によるソフト的な積分処理手法によっても紙種の識別が実現できることがわかり、前述のハード的に積分処理する手法に比べて、積分回路が不要になるため、信号処理系の構成の簡略化が容易となる。
【０１２７】
また、本実施例においても、紙表面の走査長は紙の半分まで行う必要は無く、紙全長の１／４の長さ分の積分処理でもほぼ同等の識別性能は確保できている。ただし、本実施例の構成の信頼性は原理上の制約から同一走査期間中にサンプリングできる信号の量が多いほどデータの信頼性が向上し、逆に短い走査長で処理する必要が生じたり、装置の高速化等によって同一走査期間中にサンプリングできる信号量が不足すると検知精度の低下を招きやすくなる。
【０１２８】
このため、前記サンプリング周期は通常のこの種の装置構成では２ｍｓｅｃより短くすることは容易ではないが、本実施例で更に装置を高速化したり、より短時間に識別する必要がある場合には、この表面粗さ検知用に必要なサンプリング周期を満足させることを優先させた装置全体の構成を考える必要がある。
【０１２９】
前述の点に注意しながら最適なサンプリング周期を有するＣＰＵを用いて、以上の信号処理機能を有する本センサを、本実施例の電子写真方式のレーザビームプリンタ内部の給紙部と転写部の紙搬送路上に設けることによって、低温で定着可能なＯＨＴのような非常に平滑な紙からラフ紙に至るまで、熱エネルギーの節約が可能となり、やはり過剰加熱による排紙部でのＯＨＴ同士のトナー融着のような弊害の発生を防止することも可能となる。
【０１３０】
（実施例５）
図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例５である“レーザビームプリンタ”における表面粗さ検知信号処理系の処理前信号波形、信号処理ブロック図、各紙種に対する識別信号レベル比較結果グラフである。
【０１３１】
本実施例では、前提条件は全て前述の各実施例と同様であるが、図１３（Ａ）のような積分処理を施す前の出力信号において所定の閾値レベルを超える信号が発生する回数に紙種間で差があることに基づいて識別することを特徴としている。
【０１３２】
図１３（Ｂ）からわかる通り、センサの信号を増幅回路を介して直接比較器に入力して閾値信号源２５から出力される第１の閾値との比較を行い、その結果のフラグをＣＰＵ側に入力し、閾値以上の信号成分に対して発生する１のフラグが各紙の検知中の所定期間内に何回発生するかをＣＰＵ内部のカウント処理部２８’にてカウント（積算）し、その回数の結果を予め記憶されている回数閾値メモリ部２５”の閾値と比較することで識別し、定着器を制御する構成を用いている。
【０１３３】
例えば本実施例では、センサの発生信号に対する第１の閾値を５ｖとして図１３（Ａ）の各紙に発生する全てのパルス状信号との比較を行い、この閾値以上のパルスに対してフラグ１を発生させ、ＣＰＵ部にてフラグ１の発生回数をカウントすると、図１３（Ｃ）に示すような回数差が各紙に対して発生する。このグラフからわかるように回数に対する閾値を例えば８回と設定することで各紙の平滑度に一致した識別が実現でき、積分回路が不要になるため、信号処理系の構成の簡略化が容易となる（当然ながら、Ａ／Ｄ変換回路を用いればＣＰＵ内部のみで全ての閾値比較を処理することも可能である）。
【０１３４】
以上の信号処理機能を有する本センサを、本実施例の電子写真方式のレーザビームプリンタ内部の給紙部と転写部の紙搬送路上に設けることによって、低温で定着可能なＯＨＴのような非常に平滑な紙からラフ紙に至るまで、熱エネルギーの節約が可能となり、やはり過剰加熱による排紙部でのＯＨＴ同士のトナー融着のような弊害の発生を防止することも可能となる。
【０１３５】
なお、以上の各実施例において、信号処理タイミングの基準となる紙先端位置の検知には専用の紙先端センサを用いていたが、表面粗さセンサ自体に紙先端が衝突した際の信号を発生させる機能があり、この表面粗さセンサに紙が接していない期間のノイズ信号レベルは平滑紙の先端衝突時の信号レベルの２０％も無いことから、紙先端の極一部の走査情報を積分処理に取り込めなくなる（むしろ先端衝突時の信号は表面粗さを反映しないため紙種識別用信号としては不要であり、逆に紙先端センサを用いる際にも場合によってはこの表面粗さセンサの極初期信号は取り込まないように制御することもあり得る）ものの、この表面粗さセンサ自体を紙先端検知センサとして使用することは十分可能であり、前記各実施例のブロック図における紙先端センサを省略しても良い。
【０１３６】
但し、積分回路を介してＣＰＵに信号が入力される実施例１〜３の構成では積分による初期信号の立ち上がりの遅延が検知精度に影響する可能性もあるため、より高速に精度良く紙先端の検知を兼ねさせるためには、例えば実施例１を基にした場合には図１４のブロック図の例に示すように、増幅後のセンサの信号を直接Ａ／Ｄ変換してＣＰＵに取り込ませるなどの手法を用いれば良い。
【０１３７】
（実施例６）
図１５は実施例６である“インクジェットプリンタ”の構成を示す断面図である。
【０１３８】
本実施例では、本発明に関わる紙表面粗さ検知センサとしてＳ字型断面形状センサ２２を用い、その信号処理系の構成として実施例２の構成を用いて紙種検知機能付きインクジェットプリンタ３３を構成している。本プリンタはこの断面構造において、給紙トレイ３４、インクジェット用給紙ローラ３５、紙ガイド３６、ピンチローラ３７、ピンチローラ対向搬送ローラ３７’、記録ヘッド３８、プラテン３９、排紙ローラ４０、拍車４０’等で構成されており、通常、プリント信号を受け取ってから給紙ローラ３５により給紙トレイ３４上の紙をピンチローラ３７部まで搬送され、ピンチローラ３７部の動作によって必要な送り分だけ紙がプラテン３９部まで搬送し、対向する記録ヘッド３８によりその送り分の領域の紙上に画像を形成した後、ピンチローラ３７部の動作によって順次送り出し、記録後の紙は排紙ローラ部で挟持搬送され、全体の画像形成が終了した後、最終的に排紙されるように構成されている。
【０１３９】
本実施例では、この給紙ローラ３５部とピンチローラ３７部の間の紙ガイド３６部の対向位置に表面粗さセンサ２２を配置し、プリント動作初期の給紙部から紙先端部をピンチローラ３７部まで搬送するまでの間の紙表面を走査することによりその紙の表面粗さまたは摩擦抵抗を検知してその紙種を識別し、例えば平滑な紙に対してはインクの突出量を抑えて画像形成することにより、インクの節約と共にインクの不要部分への流れ出しにじみを抑制することができ、逆に表面の粗い紙に対してはインクの紙下層部への染み込みを考慮してインクの突出量を増やすように制御を切り替えることによって濃度低下等の問題の発生を防ぐことが可能となる等、各紙種に適したインク吐出量等の画像形成条件の制御量を切り替えることが可能となっている。
【０１４０】
なお、この種の用途のセンサとしては既に一部の機種で光学式センサを用いて紙表面の光沢度差等を検知して紙種の識別を行う装置も開発されているが、光学式センサには、光源、レンズやフィルター等の光学系およびフォトダイオードやＣＣＤ等の光電変換素子等多数の構成部品が必要であり、各部品の精度にも高精度が要求され、組み立て時にも高精度の取付精度が必要なためにコストが高くなり易く、更に光学系の汚れによって大きく性能が影響され易いという問題がある。
【０１４１】
これに対し、本発明にかかるセンサは、板金や圧電素子等が広く使用されている汎用部材で安価に構成することができ、センサの検知部表面は通紙の度に自動的に紙表面によって清掃されるとともに、その他の部分にゴミや埃が付着しても基本的に性能に影響はなく、万一あったとしても発生する振動によって振り落とされるため、汚れによる性能劣化を懸念する必要がなく、信頼性の点でも優れている。
【０１４２】
（実施例７）
図１６は、実施例である“サーマルヘッドプリンタ”の構成を示す断面図である。
【０１４３】
本実施例では、本発明に関わる紙表面粗さ検知センサとしてＳ字型断面形状センサ２２を用い、その信号処理系の構成として実施例２の構成を用いて紙種検知機能付きサーマルヘッドプリンタ４１を構成している。本実施例のサーマルヘッドプリンタ４１は、インクリボン４２、一対のインクリボン搬送ローラ４３、サーマルヘッド４４、ヘッド対向板兼紙搬送ガイド４５等で構成されており、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および紙搬送ローラにより紙はヘッド対向板兼紙搬送ガイド４５と給紙側のインクリボン搬送ローラ４３のニップ部まで搬送され、インクリボン４２とガイド４５の間に挟持された後、インクリボン４２に密着したままインクリボン４２と共にヘッド４４部まで搬送され、ヘッド４４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４２上のインク層４２ａを加熱溶融して熱的に紙表面に転写することによりその紙上にインク画像４２ｂ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。
【０１４４】
本実施例では、少なくともガイド４５部と給紙側のインクリボン搬送ローラ４３のニップ部より手前の、ガイド部４５の対向位置にセンサ２２を配置し、プリント動作初期の給紙部から紙先端部を前記ニップ部まで搬送するまでの間の紙表面を走査することによりその紙の表面粗さまたは摩擦抵抗を検知してその紙種を識別し、例えば平滑な紙に対しては熱の伝導が良くなるために低い電力で熱転写ができるため、インクヘッドに供給する電力を軽減するように制御を切り替え、逆に表面が粗い紙の場合には熱の伝導性が低下するうえ、粗い表面に十分インクを転写するためにはよりインクの粘性を低下させる必要があるため、より高い電力で十分にインクの粘性を低下させるように制御を切り替えることが可能となる等、各紙種に適した電力の制御量を切り替えることが可能となっている。
【０１４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、記録材の表面粗さ等を識別誤差の極めて少ない安定した状態で確実に識別できる表面性識別装置が提供できる。また、この表面性識別装置を用いることにより、ユーザによる紙種選択設定作業が不要で、如何なる表面粗さを有する紙が使用されても、良好な定着および画像形成ができる画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１における信号処理系の説明図
【図２】  従来の画像形成装置の説明図
【図３】  従来の定着工程を示すフローチャート
【図４】  従来の紙種および通紙枚数による温調温度の変化を示す図
【図５】  従来の表面粗さ検知センサの構成を示す図
【図６】  従来の表面粗さ検知センサによる検知結果の説明図
【図７】  改良された表面粗さ検知センサの構成を示す図
【図８】  図７の検知センサによる検知結果を示す図
【図９】  実施例２における信号処理系の説明図
【図１０】  実施例３における信号処理系の説明図
【図１１】  積分回路の変形を示す回路図
【図１２】  実施例４における信号処理系の説明図
【図１３】  実施例５における信号処理系の説明図。
【図１４】  紙先端センサを省略した信号処理系の構成を示すブロック図
【図１５】  実施例６の構成を示す断面図
【図１６】  実施例７の構成を示す断面図
【符号の説明】
１９        圧電素子
２２        表面粗さセンサ
２４        積分回路
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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