(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像を担持する像担持体と、
前記像担持体に現像剤を付与することにより前記潜像を現像剤像として可視化する現像装置と、
搬送される記録材に前記現像装置によって可視化された現像剤像を転写する転写手段と、
前記転写手段によって現像剤像の転写を受けた記録材を加熱及び加圧することにより現像剤像を記録材に定着させる定着装置とを備える画像形成装置において、
記録材の表面に光を照射する光照射手段と、
記録材の表面から反射された光を映像として読み取り、読み取った映像をディジタル処理して複数画素のデータを含むディジタル映像データとして出力する読取手段と、
前記読取手段によって記録材の先端の映像を読み取って出力されたディジタル映像データに基づき、記録材の先端に対して前記光照射手段によって光を照射することによって生じる記録材の厚みに応じた影の長さ又は、前記厚みに応じた影の面積を検出し、検出結果に応じて前記定着装置の温度条件を設定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２】
記録材の表面のうち、前記光照射手段によって光を照射された光照射領域内の映像を前記読取手段に結像させる結像レンズを備え、
前記読取手段は、前記結像レンズを介して前記光照射領域を映像として読み取るよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記検出結果に応じて、記録材の搬送速度を設定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４】
前記制御手段は、記録材の先端が前記読取手段によって読み取られる際に複数回サンプリングして得られたディジタル映像データを用いて記録材の厚みを検出し、検出結果に応じて前記定着装置の温度条件を設定することを特徴とする請求項１乃至３のいず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、複写機、レーザープリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、レーザープリンタ等の画像形成装置は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体に現像剤を付与することにより上記潜像を現像剤像として可視化する現像装置と、所定方向に搬送される記録材に該現像装置による該現像剤像を転写する転写手段と、該転写手段によって上記現像剤像の転写を受けた上記記録材を所定の定着処理条件にて加熱及び加圧することにより上記現像剤像を上記記録材に定着させる定着装置を備えている。
【０００３】
従来、かかる画像形成装置においては、例えば、画像形成装置本体に設けられた操作パネル等に記録材たる記録紙のサイズや種類（以下、紙種ともいう）がユーザーによって設定され、その設定に応じて定着処理条件（例えば、定着温度や定着装置を通過する記録紙の搬送速度）を設定するよう制御がなされる。
【０００４】
又、記録紙がＯＨＴシートの場合には、画像形成装置内部に備えられた透過型のセンサによって記録紙がＯＨＴシートであるか否かを自動検知し、記録紙に光が透過した場合はＯＨＴシートと判定し、記録紙に光が透過しない場合は普通紙と判定し、その判定結果に応じて定着温度或いは記録紙の搬送速度を設定するよう制御がなされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の画像形成装置では、次のような課題がある。
【０００６】
▲１▼ユーザが画像形成装置或いはＰＣに紙種の設定を行う必要があるため、画像形成装置の操作性に劣る。特に、ユーザの負担が大きく、使い勝手が悪いといった課題がある。
【０００７】
▲２▼近年、扱われる紙種が多くなり、予め準備されている設定モードだけでは全紙種をカバーできなくなってきている。その結果、定着処理条件の設定がうまく決まらず、定着性が悪くなるといった課題があった。特に、記録紙の表面の紙繊維がガサついているラフ紙等においては、記録紙上のトナーを十分融着させないと、定着性が悪くなる。
【０００８】
▲３▼記録紙を例えば長時間の積み重ね放置したり、或いは外気に長時間放置することによって、記録紙の表面の粗さ、或いは表面紙繊維の状態が変化する場合がある。この場合、設定モードによって紙種を設定し、定着処理条件を設定したとしても実際使用される記録紙の条件と必ずしも一致せずに、定着性が悪くなるといった課題がある。
【０００９】
▲４▼定着温度を高く設定した状態で、記録紙表面の紙繊維が圧縮されたような紙種の記録紙に定着処理を施す場合においては、必要以上にトナー融着が発生し、必要以上にグロスが高くなり画像品質が低下する他、定着装置の電力を必要以上に消費することになるため、経済的ではないという課題がある。
【００１０】
▲５▼ＯＨＴシートの自動検出用の透過型センサでは、その他の紙種が判定できず、ＯＨＴ専用のセンサとなって、装置システムトータルコストのコストパフォーマンスが悪いという課題がある。
【００１１】
▲６▼厚紙等の記録紙の紙種検知においては、従来、その検出方法として様々な方法があるが、例えば、反射型センサを用いて行う方式や、紙の厚みをメカ的に検出する方式では、いずれの場合においても紙厚みを検出する専用のセンサが必要となり、画像形成装置のシステムトータルコストのコストパフォーマンスが悪いという課題がある。
【００１２】
そこで、本発明は、ユーザービリティ及びコストパフォーマンスの向上を図りつつ、様々な種類の記録材においても最適な定着処理条件で定着処理を施し良好な定着画像を得ることができる画像形成装置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本出願によれば、上記目的は、潜像を担持する像担持体と、前記像担持体に現像剤を付与することにより前記潜像を現像剤像として可視化する現像装置と、搬送される記録材に前記現像装置によって可視化された現像剤像を転写する転写手段と、前記転写手段によって現像剤像の転写を受けた記録材を加熱及び加圧することにより現像剤像を記録材に定着させる定着装置とを備える画像形成装置において、記録材の表面に光を照射する光照射手段と、記録材の表面から反射された光を映像として読み取り、読み取った映像をディジタル処理して複数画素のデータを含むディジタル映像データとして出力する読取手段と、前記読取手段によって記録材の先端の映像を読み取って出力されたディジタル映像データに基づき、記録材の先端に対して前記光照射手段によって光を照射することによって生じる記録材の厚みに応じた影の長さ又は、前記厚みに応じた影の面積を検出し、検出結果に応じて前記定着装置の温度条件を設定する制御手段とを備えるという発明によって達成される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に関して、添付図面に基づき説明する。
【００２６】
（第一の実施形態）
先ず、本発明の第一の実施形態について説明する。
【００２７】
図１は、本実施形態にかかる画像形成装置を好適に示す一例たる画像形成装置１０１の概略構成を示す模式的断面図である。
【００２８】
画像形成装置１０１は、図１に示すように、用紙カセット１０２、給紙ローラ１０３、転写ベルト駆動ローラ１０４、転写ベルト１０５、潜像担持体たる感光ドラム１０６〜１０９、転写手段たる転写ローラ１１０〜１１３、カートリッジ１１４〜１１７、光学ユニット１１８〜１２１、定着装置たる定着ユニット１２２等を有している。
【００２９】
画像形成装置１０１にあっては、電子写真プロセスを用い記録材たる記録紙の上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー画像を重ねて転写し、定着ユニット１２２の定着ローラ（図示せず）によって上記記録紙を所定温度で加熱すると共に加圧することにより上記トナー画像を上記記録紙に定着させる。
【００３０】
各色の光学ユニット１１８〜１２１は、各感光ドラム１０６〜１０９の表面をレーザビームによって露光走査して潜像を形成するよう構成され、これら一連の画像形成動作は搬送される記録紙上の予め決まった位置から画像が転写されるよう同期をとって走査制御している。各感光ドラム１０６〜１０９の表面に形成された潜像は、カートリッジ１１４〜１１７に備えられた現像装置（図示せず）によって各色の現像剤たるトナーによってトナー画像として可視化される。
【００３１】
又、画像形成装置１０１は、記録紙を給紙及び搬送する給紙モータ（図示せず）と、転写ベルト駆動ローラ１０４を駆動する転写ベルト駆動モータ（図示せず）と、各色感光ドラム１０６〜１０９及び転写ローラ１１０〜１１３を駆動する感光ドラム駆動モータ（図示せず）と、上記定着ローラを駆動する定着駆動モータ（図示せず）とを備えている。
【００３２】
更に、画像形成装置１０１は、映像読取センサ１２３を備え、映像読取センサ１２３は、給紙ローラ１０３によって用紙カセット１０２から給紙され搬送される記録紙の表面に光を照射させて、その反射光を集光し結像させて、記録紙のある特定エリアの映像を検出するようになっている。
【００３３】
次に、図２を用いて、映像読取センサ１２３の構造について説明する。
【００３４】
映像読取センサ１２３は、図２に示すように、光照射手段たるＬＥＤ３３、読取手段たるＣＭＯＳセンサ３４、結像レンズたるレンズ３５，３６等を有している。
【００３５】
ＬＥＤ３３を光源とする光は、レンズ３５を介し、記録紙搬送ガイド３１表面、或いは、記録紙搬送ガイド３１上の記録紙３２表面に対し照射される。
【００３６】
記録紙３２からの反射光は、レンズ３６を介し集光されてＣＭＯＳセンサ３４に結像される。これによって、記録紙搬送ガイド３１或いは記録紙３２の表面映像を読み取る。
【００３７】
本実施形態では、ＬＥＤ３３は、ＬＥＤ光が記録紙３２表面に対し、図２に示すように所定の角度をもって斜めより光を照射させるよう配置されている。
【００３８】
図３は、映像読取センサ１２３のＣＭＯＳセンサ３４によって読み取られる記録材の表面とＣＭＯＳセンサ３４からの出力を８×８ピクセルにデジタル処理した例との関係を示す図である。
【００３９】
上記ディジタル処理は、ＣＭＯＳセンサ３４からのアナログ出力を変換手段たるＡ／Ｄ変換（図示せず）によって８ビットのピクセルデータに変換することによって行われる。
【００４０】
図３において、４０は、表面の的紙の繊維が比較がさついている所謂ラフ紙である記録紙Ａの表面拡大映像であり、４１は、一般に使用される所謂普通紙である記録紙Ｂの表面拡大映像であり、４２は、紙の繊維の圧縮が十分になされているグロス紙である記録紙Ｃの表面拡大映像である。
【００４１】
ＣＭＯＳセンサ３４に読み込まれたこれらの映像４０〜４２が、ディジタル処理され図３に示す映像４３〜４５となる。
【００４２】
このように、記録紙の種類によって、表面の映像は異なる。これは、主に紙の表面における繊維の状態が異なるために起こる現象である。
【００４３】
上述のように、ＣＭＯＳセンサ３４で記録紙表面を読み込まれディジタル処理された映像は、記録紙の紙繊維の表面状態によって判別が可能となる。
【００４４】
次に、図４を用いて画像形成装置１０１に備えられた定着処理条件制御手段たる制御プロセッサによる制御フローについて説明する。
【００４５】
先ず、ＬＥＤ３３を点灯させ（Ｓ５０）、ＣＭＯＳセンサ３４が記録紙の映像を読み込む（Ｓ５１）。上記映像の読み込みは複数回にわたり上記記録紙上の複数箇所において読み込む。
【００４６】
そして、ＬＥＤ３３を消灯させた後（Ｓ５２）、定着条件制御手段に備えられたゲイン調整手段及びフィルタ演算手段（図示せず）のゲイン演算及びフィルタ演算のための定数を調整する（Ｓ５３）。このゲイン演算及びフィルタ演算は、制御プロセッサによってプログラマブルに処理される。
【００４７】
例えば、ゲイン演算は、ＣＭＯＳセンサ３４からのアナログ出力のゲインを調整することによって行う。つまり、記録紙表面より反射される反射光量が多すぎるとき、或いは、逆に少なすぎるときは、記録紙表面の映像がよく読み取れない、即ち映像の変化が導けない場合には、ゲインを調整する。
【００４８】
又、フィルタ演算は、ＣＭＯＳセンサ３４からのアナログ出力をＡ／Ｄ変換し８ビット、２５６階調のディジタルデータとしたときに、例えば、１／３２，１／１６，１／４等の演算によって行う。つまり、ＣＭＯＳセンサ３４からの出力のノイズ成分を除去させる。
【００４９】
そして、次の映像比較演算する上で十分な映像情報が得られるか否かを判定し（Ｓ５４）、十分な映像情報が得られると判定された場合には後述の映像比較演算し（Ｓ５５）、この映像比較演算結果に基づき紙種を判定し（Ｓ５６）、その紙種に応じた定着温度を設定する（Ｓ５７）。
【００５０】
例えば、図３に示す記録紙Ａのように表面の紙繊維ががさついた紙種であれば定着温度を高くし、記録紙Ｃのように表面の紙繊維がなめらかの場合は定着温度を低い設定にて定着ユニット１２２の温調制御を行う。
【００５１】
ここで、上記の映像比較演算の方法について説明する。
【００５２】
上記映像比較演算においては、記録紙表面の複数箇所の映像を読み込んだ結果から、最大濃度のピクセルＤｍａｘと最低濃度のピクセルＤｍｉｎを導く。これを読み込んだ映像毎に実行し平均処理する。
【００５３】
つまり、記録紙Ａのように表面の紙繊維がガサつている場合には、繊維の影が多く発生する。その結果、明るい個所と暗い個所の差が大きく出るため、Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎは大きくなる。
【００５４】
一方、記録紙Ｃのような表面では、繊維の影が少なく、Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎは小さくなる。
【００５５】
この比較によって、記録紙の紙種を判定する。
【００５６】
上述の制御プロセッサは、ＣＭＯＳセンサ３４からの映像サンプリング処理、ゲイン及びフィルタ演算処理をリアルタイムにて処理する必要があるため、ディジタルシグナルプロセッサを用いることが望ましい。
【００５７】
上述したように、本実施形態によれば、記録紙表面の紙繊維の状態を映像で検出し、その結果から定着ユニット１２２の温度制御条件を導き、記録紙表面の紙繊維ががさついた状態であれば、定着温度を高く、記録紙表面の紙繊維が圧縮状態であれば、定着温度を低くすることで、常に記録紙表面の状態（粗さ）に最適な定着温度の条件を設定することができる。
【００５８】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。尚、第一の実施形態と同様の構成に関しては、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５９】
図５は、本実施形態における制御を説明するためのフローチャートである。
【００６０】
本実施形態では、図５に示すように、紙種判定（Ｓ６７）の結果に応じて、記録紙の搬送速度を設定するようになっている。尚、紙種判定（Ｓ６６）での制御に関しては、第一の実施形態と同様である。
【００６１】
記録紙の搬送速度が比較的遅いと、定着ユニット１２２を通過する時間が長くなり、記録紙上のトナーは十分融着できる。一方、定着ユニット１２２を通過する時間が短いと、記録紙上のトナーは十分融着されない。
【００６２】
従って、例えばラフ紙では記録紙搬送速度を遅くしてトナーを十分融着させ、定着性を上げる。
【００６３】
本実施形態では、記録紙搬送速度は、上述の、給紙モータ、搬送モータ、感光ドラム駆動モータ、転写ベルト駆動モータ、定着モータの回転速度を制御することによって行う。
【００６４】
このように、本実施形態は、定着装置への投入電力を可変に制御できない系において有効である。
【００６５】
（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。尚、第一の実施形態と同様の構成に関しては、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６６】
図６は、本実施形態を示した図である。
【００６７】
本実施形態は、第一の実施形態或いは第二の実施形態の制御に加えて、記録紙の厚さを検知し、その検知結果に基づき定着温度制御或いは記録紙搬送速度制御を行うことを特徴とする。尚、本実施形態では、図６に示す映像読取センサ７０の構造は、第一の実施形態の映像読取センサ１２３と同様であるが、記録材に対するＬＥＤの照射方向とＣＭＯＳセンサの検知方向とが第一の実施形態と逆になっている。
【００６８】
図６において、７２〜７６は、映像読取センサ７０のＣＭＯＳセンサに読み込まれディジタル処理されたサンプリング映像を時系列に並べたものである。
【００６９】
例えば、記録紙先端が映像読取センサ７０を通過する際において、記録紙先端が未だ映像読取センサ７０を通過しない状態でサンプリングした映像がｓａｍｐｌｅ−１映像７２であり、次にサンプリングした映像がＳａｍｐｌｅ−２映像７３であり、Ｓａｍｐｌｅ−２映像７３では、映像読取センサ７０に記録紙先端がかかっている状態を示している。
【００７０】
この場合、記録紙の厚み応じて記録紙の影の面積が異なる。
【００７１】
図６の例では、２ピクセル分７７が記録紙の厚みに比例した影の面積となる。
【００７２】
そして、記録紙は搬送されているため、順次、映像をサンプリングするごとに、Ｓａｍｐｌｅ−３映像７４、Ｓａｍｐｌｅ−４映像７５と映像は移って行く。
【００７３】
つまり、搬送されてくる記録紙の先端の映像を周期的に読み取れば、記録紙の厚さに比例して発生する記録紙の影の面積が変化する。この記録紙搬送方向に対する影の長さ（ピクセル数）を求めれば、記録紙の厚みが検出できる。
【００７４】
例えば、予めリファレンス値をＥＥＰＲＯＭ等のメモリに記憶しておけば、そのリファレンス値と比較した相対的な記録紙厚さが検知できる。
【００７５】
このようにして、厚さが異なる記録紙に対し、定着温度条件を変えて、比較的厚みのある記録紙では、熱容量が大きい為に、定着温度を上げて制御し、一方、比較的厚みが少ない、つまり熱容量が小さい記録紙は、定着温度を下げて定着する。或いは、記録紙の厚さによって、記録紙搬送速度を変えて制御してもよい。
【００７６】
以上にて説明したように、第一の実施形態又は第二の実施形態によれば、記録紙の表面の状態或いは記録紙の厚さに応じて、適切な定着制御が実現でき、定着性及び画質の向上、更には低消費電力化が図れる。
【００７７】
又、記録紙表面の映像の読み取り制御は、記録紙に対し、非接触の光学系を用い、且つプログラマブルで制御されるため、制御の柔軟性が実現でき、装置の小型化、精度の高い制御、更に信頼性の高い制御が実現できる効果がある。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本出願にかかる第一の発明によれば、光照射手段が、定着前の記録材の表面に光を照射し、読取手段が、記録材の表面から反射された光を映像として読み取り、読み取った映像をディジタル処理して複数画素のデータを含むディジタル映像データとして出力し、制御手段が、前記ディジタル映像データに基づき、記録材の厚みに応じた影の長さ又は、影の面積を検出し、検出結果に応じて定着装置の温度条件を制御するようになっているので、ユーザービリティ及びコストパフォーマンスの向上を図りつつ、様々な種類の記録材においても最適な温度条件で定着処理を施し良好な定着画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかる画像形成装置の概略構成を示す模式的断面図である。
【図２】図１の画像形成装置に備えられた読取手段の概略構成を示す図である。
【図３】読取手段によって読み取られた記録材の表面と読取手段からの出力をデジタル処理した例との関係を示す図である。
【図４】本発明の第一の実施形態における制御を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の第二の実施形態における制御を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第三の実施形態における記録材の搬送方向の先端部が読取手段によって読み取られた際の読取手段に読取結果の変化を説明するための図である。
【符号の説明】
３２  記録紙（記録材）
３３  ＬＥＤ（照射手段）
３４  ＣＭＯＳセンサ（読取手段）
３５，３６  レンズ（結像レンズ）
１０１  画像形成装置
１０６  感光ドラム（潜像担持体）
１１０  転写ローラ（転写手段）
１２２  定着ユニット（定着装置）
【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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