(57)【要約】      （修正有）【課題】画像形成装置の動作状況の変化に伴う、カールの発生に影響を与える要因の変動に対応して、カールの発生量を予測し、カール矯正を実現するカール矯正方法を提供する。【解決手段】加熱手段と、加圧手段と、により形成されるニップ部を有する定着装置と、カール矯正装置と、を有する画像形成装置において、定着装置に供給前の用紙の含水率を算出する用紙含水率演算ステップ、加熱手段と加圧手段の温度を測定する温度測定ステップ、ニップ部から排紙口までの搬送経路を分割した各搬送区間における用紙の温度、含水率を算出する用紙温度／含水率演算ステップ、各搬送区間における用紙の搬送時間を算出する搬送時間演算ステップ、各搬送区間における用紙の残留ひずみを算出する搬送区間ひずみ演算ステップ、最終カール量を算出する最終カール量演算ステップ、カール矯正装置を制御するカール矯正装置制御ステップ、を有するカール矯正方法。【選択図】図２
2014159312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
用紙の一方の面側を加熱する加熱手段と、用紙を加熱手段側に押付ける加圧手段と、により形成されるニップ部を有する定着装置と、
前記定着装置から排紙口までの用紙の搬送経路上に配置され、前記用紙のカールを矯正するカール矯正装置と、を有する画像装置におけるカール矯正方法であって、
前記定着装置に供給される前の用紙の含水率を算出する用紙含水率演算ステップと、
前記加熱手段と前記加圧手段の温度を測定する温度測定ステップと、
前記ニップ部から前記排紙口までの搬送経路を、各搬送区間内において搬送経路の曲率が一定になるように分割された複数の搬送区間の各搬送区間における用紙の温度と含水率を算出する用紙温度／含水率演算ステップと、
各搬送区間における用紙の搬送時間を算出する搬送時間演算ステップと、
前記用紙温度／含水率演算ステップで算出した前記各搬送区間における用紙の温度および含水率と、前記搬送時間演算ステップで算出した搬送時間と、用紙の応力緩和特性と、から各搬送区間における用紙の残留ひずみを算出する搬送区間ひずみ演算ステップと、
前記搬送区間ひずみ演算ステップで算出した各搬送区間における用紙の残留ひずみを用いて、最終カール量を算出する最終カール量演算ステップと、
前記最終カール量演算ステップにおいて得られた前記最終カール量に基づいてカール矯正装置を制御するカール矯正装置制御ステップと、を有するカール矯正方法。
【請求項２】
さらに、前記ニップ部における、用紙の表面と裏面との間の温度差により生じる温度差ひずみを算出する温度差ひずみ演算ステップを有し、
前記最終カール演算ステップにおいては、各搬送区間における用紙の残留ひずみと、前記温度差ひずみと、を用いて最終カール量を算出し、
前記温度差ひずみ演算ステップは、
前記ニップ部を通過後の用紙の厚さ方向の温度分布を算出する用紙内温度分布演算ステップと、
前記ニップ部を通過後の用紙の厚さ方向の含水率分布を算出する用紙内含水率分布演算ステップと、
前記用紙内温度分布演算ステップおよび前記含水率分布演算ステップにおいて算出した前記ニップ部を通過後の用紙の厚さ方向の温度分布および含水率分布に基づいて用紙の表面及び裏面の収縮率を算出し、前記用紙の表面及び裏面の収縮率から、前記用紙の表裏のひずみ差を算出する温度差ひずみ算出ステップと、を有する請求項１記載のカール矯正方法。
【請求項３】
用紙の一方の面側を加熱する加熱手段と、用紙を加熱手段側に押付ける加圧手段と、により形成されるニップ部を有する定着装置と、
前記定着装置から排紙口までの用紙の搬送経路上に配置され、前記用紙のカールを矯正するカール矯正装置と、
前記定着装置に供給される前の用紙の含水率を算出する用紙含水率演算部と、
前記加熱手段の温度を測定する加熱手段側温度センサーと、
前記加圧手段の温度を測定する加圧手段側温度センサーと、
前記ニップ部から前記排紙口までの搬送経路を、各搬送区間内において搬送経路の曲率が一定になるように分割された複数の搬送区間の各搬送区間における用紙の温度と含水率を算出する用紙温度／含水率演算部と、
各搬送区間における用紙の搬送時間を算出する搬送時間演算部と、
前記用紙温度／含水率演算部が算出した前記各搬送区間における用紙の温度および含水率と、前記搬送時間演算部が算出した搬送時間と、用紙の応力緩和特性と、から各搬送区間における用紙の残留ひずみを算出する搬送区間ひずみ演算部と、
前記搬送区間ひずみ演算部が算出した各搬送区間における用紙の残留ひずみを用いて、最終カール量を算出する最終カール量演算部と、
前記最終カール量演算部が算出した最終カール量に基づいてカール矯正装置の制御値を決定するカール矯正装置制御値決定部と、
前記カール矯正装置制御値決定部が決定した制御値に基づいて前記カール矯正装置を制御するカール矯正装置制御部と、を有する画像形成装置。
【請求項４】
さらに、前記ニップ部における、用紙の表面と裏面との間の温度差により生じる温度差ひずみを算出する温度差ひずみ演算部を有し、
前記最終カール演算部においては、各搬送区間における用紙の残留ひずみと、前記温度差ひずみと、を用いて最終カール量を算出し、
前記温度差ひずみ演算部は、
前記ニップ部を通過後の用紙の厚さ方向の温度分布を算出する用紙内温度分布演算部と、
前記ニップ部を通過後の用紙の厚さ方向の含水率分布を算出する含水率分布演算部と、
前記用紙内温度分布演算部および前記含水率分布演算部が算出した前記ニップ部を通過後の用紙の厚さ方向の温度分布および含水率分布に基づいて用紙の表面及び裏面の収縮率を算出し、前記用紙の表面及び裏面の収縮率から、前記用紙の表裏のひずみ差を算出する温度差ひずみ算出部と、を有する請求項３に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カール矯正方法及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から各種画像形成装置においては、トナーを用紙に定着させたり、インクを乾燥させたりするために、用紙上に画像を形成する画像形成手段よりも下流に加熱、加圧手段を有する定着装置が配置される場合がある。定着装置では、用紙を十分な時間加熱できるように、加熱手段と加圧手段とにより用紙を挟持するニップ部を円弧状に構成する場合や、用紙が定着部材から良好に剥離できるように、ニップ部出口で用紙を加圧部材側に曲げる場合がある。
【０００３】
また、定着装置から排紙トレイ上に排出されるまでの用紙の搬送経路は、装置の設置面積を小さくしつつも、用紙が取り出しやすく配置された排紙トレイ上に搬送するため、複数の屈曲した搬送路を組み合わせて構成されている。
【０００４】
用紙は一般的に粘弾性体のため、ひずみが与えられると応力緩和して残留ひずみが発生する。このため、上記のような屈曲部を有する定着装置や、搬送経路を通過する際に該屈曲部においてひずみが残留しカールが形成される。カールした紙が搬送経路を搬送され、排紙されると、定着後の搬送経路おける紙詰まりや、排紙トレイでの収容上のかさばり等が発生し易くなってしまう。そのため、このような定着時や搬送経路において発生するカールを矯正するために、用紙の搬送経路上にカール矯正装置を使用することがある。
【０００５】
カール矯正装置としては、例えばローラーまたはベルトと、押圧ローラーと、により構成され、前記押圧ローラーにより、前記ローラーまたはベルトを押圧して形成したニップ部に用紙を通過させることにより用紙のカールを矯正するものが知られている。
【０００６】
このようなカール矯正装置において適切にカールを除去するためには、その矯正量を制御することが必要となる。
【０００７】
カール矯正装置の矯正量を制御する手段として、例えば特許文献１には、印字手段の周囲の環境情報や、媒体に関する情報に基づき媒体の湾曲補正量を演算する画像形成装置が開示されている。
【０００８】
また、非特許文献１には、定着後の用紙搬送経路にて形成されるカールを予測する方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１は、印字手段の周囲の湿度等の環境情報や、媒体に関する情報のみによりでカール量を制御するに過ぎず、搬送経路や定着装置におけるカールの発生を十分に評価できているとはいえなかった。
【００１０】
また、非特許文献１は、複写機等の開発時における、搬送経路により形成されるカールを予測する方法については開示しているが、実際の装置における適切なカール矯正のための制御方法に関しては記載されていない。
【００１１】
このように、従来、画像形成装置の動作状況によって変化するカール発生量を正確に予測する手法は知られていなかった。そのため、実際のカール量に比較してカール抑制効果が低かったり、または抑制効果を高めに調整すると反対に過剰となり逆側にカールしてしまったりなどの問題を発生させてしまい、安定してカールを低減できるカール矯正方法は知られていなかった。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の課題に鑑み、画像形成装置の動作状況の変化に伴う、カールの発生に影響を与える要因の変動に対応して、カールの発生量を予測し、これに応じたカール矯正を実現することが可能なカール矯正方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は、用紙の一方の面側を加熱する加熱手段と、用紙を加熱手段側に押付ける加圧手段と、により形成されるニップ部を有する定着装置と、
前記定着装置から排紙口までの用紙の搬送経路上に配置され、前記用紙のカールを矯正するカール矯正装置と、を有する画像装置におけるカール矯正方法であって、
前記定着装置に供給される前の用紙の含水率を算出する用紙含水率演算ステップと、
前記加熱手段と前記加圧手段の温度を測定する温度測定ステップと、
前記ニップ部から前記排紙口までの搬送経路を、各搬送区間内において搬送経路の曲率が一定になるように分割された複数の搬送区間の各搬送区間における用紙の温度と含水率を算出する用紙温度／含水率演算ステップと、
各搬送区間における用紙の搬送時間を算出する搬送時間演算ステップと、
前記用紙温度／含水率演算ステップで算出した前記各搬送区間における用紙の温度および含水率と、前記搬送時間演算ステップで算出した搬送時間と、用紙の応力緩和特性と、から各搬送区間における用紙の残留ひずみを算出する搬送区間ひずみ演算ステップと、
前記搬送区間ひずみ演算ステップで算出した各搬送区間における用紙の残留ひずみを用いて、最終カール量を算出する最終カール量演算ステップと、
前記最終カール量演算ステップにおいて得られた前記最終カール量に基づいてカール矯正装置を制御するカール矯正装置制御ステップと、を有するカール矯正方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、画像形成装置の動作状況の変化に伴う、カールの発生に影響を与える要因の変動に対応して、カールの発生量を予測し、これに応じたカール矯正を実現することが可能なカール矯正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態における画像形成装置の構成例の説明図。
【図２】本発明の実施形態における用紙厚さセンサーの構成例の説明図。
【図３】本発明の実施形態における画像形成装置の定着装置およびカール矯正装置の周辺の構成例の説明図。
【図４】本発明の実施形態における画像形成装置を含む画像形成システムのハードウェア構成例の説明図。
【図５】本発明の実施形態における画像形成装置およびサーバー装置の機能ブロック図。
【図６】本発明の実施形態における用紙の応力緩和特性の説明図。
【図７】本発明の実施形態における応力緩和特性テーブルの例。
【図８】加熱手段と加圧手段との間の温度差によるカール生成メカニズムの説明図。
【図９】本発明の実施形態における用紙の含水率と収縮率との関係の説明図。
【図１０】本発明の実施形態におけるニップ時間と用紙内の温度との関係の説明図。
【図１１】本発明の実施形態におけるニップ時間と用紙内の含水率との関係の説明図。
【図１２】用紙の含水率と収縮率の関係を求める実験装置の構成例の説明図。
【図１３】本発明の実施形態におけるカール矯正方法のフローチャート。
【図１４】本発明の実施形態における温度差ひずみの算出ステップのフローチャート。
【図１５】本発明の実施形態における更新処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、発明を実施するための形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
【００１７】
本実施形態では、本発明のカール矯正方法及び画像形成装置の構成例について説明する。
【００１８】
本発明のカール矯正方法は、定着装置とカール矯正装置を有する画像形成装置において適用することができる。具体的には、定着装置としては、用紙の一方の面側を加熱する加熱手段と、用紙を加熱手段側に押付ける加圧手段と、により形成されるニップ部を有する。また、カール矯正装置としては、前記定着装置から排紙口までの用紙の搬送経路上に配置され、前記用紙のカールを矯正する構成を有する。
【００１９】
そして、以下の各工程を有している。
【００２０】
前記定着装置に供給される前の用紙の含水率を算出する用紙含水率演算ステップ。
【００２１】
前記加熱手段と前記加圧手段の温度を測定する温度測定ステップ。
【００２２】
前記ニップ部から前記排紙口までの搬送経路を、各搬送区間内において搬送経路の曲率が一定になるように分割された複数の搬送区間の各搬送区間における用紙の温度と含水率を算出する用紙温度／含水率演算ステップ。
【００２３】
各搬送区間における用紙の搬送時間を算出する搬送時間演算ステップ。
【００２４】
前記用紙温度／含水率演算ステップで算出した前記各搬送区間における用紙の温度および含水率と、前記搬送時間演算ステップで算出した搬送時間と、用紙の応力緩和特性と、から各搬送区間における用紙の残留ひずみを算出する搬送区間ひずみ演算ステップ。
【００２５】
前記搬送区間ひずみ演算ステップで算出した各搬送区間における用紙の残留ひずみを用いて、最終カール量を算出する最終カール量演算ステップ。
【００２６】
前記最終カール量演算ステップにおいて得られた前記最終カール量に基づいてカール矯正装置を制御するカール矯正装置制御ステップ。
【００２７】
本実施形態の画像形成装置は用紙の一方の面側を加熱する加熱手段と、用紙を加熱手段側に押付ける加圧手段と、により形成されるニップ部を有する定着装置を有する。また、前記定着装置から排紙口までの用紙の搬送経路上に配置され、前記用紙のカールを矯正するカール矯正装置とを有する。
【００２８】
そして、以下の各部を有する構成とすることができる。
【００２９】
前記定着装置に供給される前の用紙の含水率を算出する用紙含水率演算部。
【００３０】
前記加熱手段の温度を測定する加熱手段側温度センサーと、前記加圧手段の温度を測定する加圧手段側温度センサー。
【００３１】
前記ニップ部から前記排紙口までの搬送経路を、各搬送区間内において搬送経路の曲率が一定になるように分割された複数の搬送区間の各搬送区間における用紙の温度と含水率を算出する用紙温度／含水率演算部。
【００３２】
各搬送区間における用紙の搬送時間を算出する搬送時間演算部。
【００３３】
前記用紙温度／含水率演算部が算出した前記各搬送区間における用紙の温度および含水率と、前記搬送時間演算部が算出した搬送時間と、用紙の応力緩和特性と、から各搬送区間における用紙の残留ひずみを算出する搬送区間ひずみ演算部。
【００３４】
前記搬送区間ひずみ演算部が算出した各搬送区間における用紙の残留ひずみを用いて、最終カール量を算出する最終カール量演算部。
【００３５】
前記最終カール量演算部が算出した最終カール量に基づいてカール矯正装置の制御値を決定するカール矯正装置制御値決定部。
【００３６】
前記カール矯正装置制御値決定部が決定した制御値に基づいて前記カール矯正装置を制御するカール矯正装置制御部。
【００３７】
まず、本実施形態のカール矯正方法を適用した画像形成装置、本実施形態の画像形成装置の構成例について、図１を用いて説明する。
【００３８】
図１は、本実施形態のカール矯正方法を実施する画像形成装置の構成例を示したものである。なお、図１に示す画像形成装置１は、いわゆるタンデム方式の構成を有する画像形成装置を示しているが、係る画像形成装置に限定されるものではなく、定着装置およびカール矯正装置を備えた画像形成装置に適用することができる。例えば、他のカラーまたはモノクロの電子写真方式の画像形成装置や、インクジェット方式の画像形成装置等の各種画像形成装置に適用することができる。
【００３９】
図１に示した画像形成装置１は、中間転写ベルト２に沿って、ブラック（Ｋ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびイエロー（Ｙ）の各カラー毎に、感光体ドラム３ａ〜３ｄを備えている。そして、各感光体ドラム３ａ〜３ｄの周囲には、電荷を帯電させる帯電ローラー４ａ〜４ｄと、レーザダイオードやＬＥＤなどの光照射装置６ａ〜６ｄと、感光体ドラム３の主走査方向に光ビームを走査するポリゴンミラー５ａ〜５ｄが配置されている。さらに、現像剤を保持する現像装置７ａ〜７ｄが設けられている。
【００４０】
画像形成装置１において、画像形成処理に際しては、まず感光体ドラム３ａ〜３ｄ上に、それぞれ帯電ローラー４ａ〜４ｄにより負の電荷を付与し、一様に帯電する。そして、書込画像信号に応じて光照射装置６ａ〜６ｄからそれぞれ光ビームが出力され、ポリゴンミラー５ａ〜５ｄを含む光学系を通して、帯電した感光体ドラム３ａ〜３ｄの表面に照射され、光ビームの照射の有無および露光量に応じた電位分布が書き込まれる。書き込まれる静電潜像は、パーソナルコンピュータ等から送信されたデータを処理した後に生成されるトナー原色であるブラック（Ｋ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびイエロー（Ｙ）の書込信号に応じて光ビームをオンオフ制御することによって形成される。形成された各静電潜像は、各感光体ドラム３ａ〜３ｄが回動するにつれて現像装置７ａ〜７ｄ方向へと搬送され、トナーにより現像される。そして、書きこみ信号に応じたトナー像が感光体ドラム３ａ〜３ｄ上に形成され、担持される。
【００４１】
一方、感光体ドラム３ａ〜３ｄの下方には、ローラー２１、２２に張架された中間転写ベルト２が中間転写体として配置されている。中間転写ベルト２は、図示の矢印方向に回転され、その裏側にローラー９ａ〜９ｄが接触し、それぞれ接続された電源３１ａ〜３１ｄによって１次バイアスが印加されている。トナー像は、感光体ドラム３ａ〜３ｄが回動するにつれて、中間転写ベルト２側に搬送され、ローラー９ａ〜９ｄにより感光体ドラム３ａ〜３ｄと中間転写ベルト２とが接する位置で中間転写ベルト２上に転写される。各色のトナー像は、位置を合わせて重畳され、中間転写ベルト２上に多色画像のトナー像が形成される。感光体ドラム３ａ〜３ｄのトナー像の転写が完了した部分は、外周面に残留したトナーが図示しない感光体ドラムクリーナにより払拭された後、除電装置により除電され、次の像形成プロセスへと供給される。
【００４２】
中間転写ベルト２上に転写された多色画像のトナー像は、２次転写部の転写ローラー２３方面に搬送される。一方、給紙カセット５１または給紙カセット５２内にセットされた用紙が、設定されたタイミングで転写ローラー２３方面に給紙され、搬送ローラー１２のところから、画像書込みに合わせて適切なタイミングにて送出される。
【００４３】
この際、給紙カセット５１および給紙カセット５２と搬送ローラー１２の間の搬送経路上には、用紙の厚さを検知する用紙厚さ検知センサー４０６を配置することができる。また、搬送ローラー１２と転写ローラー２３間には、用紙表面近傍の温湿度を計測する温湿度センサー４１を配置することができる。
【００４４】
用紙厚さ検知センサー４０６の構成例について図２を用いて説明する。
【００４５】
図２は、本実施形態で好適に使用することができる用紙厚さ検知センサーの構成例を示す図である。
【００４６】
用紙厚さ検知センサー４０６は、例えば図２のように厚さ検知ローラー４２０と、厚さ検知レバー４２２と、駆動ローラー４２６とを備えた構成とすることができる。厚さ検知ローラー４２０は、厚さ検知レバー４２２に取り付けられ、スプリング４２４により駆動ローラー４２６に押し付けられている。
【００４７】
厚さ検知レバー４２２は、支点４２８を中心に回動可能に支持される。駆動ローラー４２６は図示しない駆動手段により、図中矢印方向に回転し、用紙を搬送する。変位センサー４３０は、厚さ検知レバー４２２の回転変位を計測する。駆動ローラー４２６は、用紙を搬送するための摩擦駆動力を確保するため、ゴムローラーが望ましく、また、厚さ検知精度を上げるためには硬度５０度（アスカーＡ型）以上が望ましい。
【００４８】
駆動ローラー４２６と厚さ検知ローラー４２０との間に用紙が入ると、厚さ検知ローラー４２０が押し上げられ、厚さ検知レバー４２２が回動する。そして、厚さ検知レバー４２２と変位センサー４３０と間の距離が変化し、変位センサー４３０から用紙の厚みに応じた出力値が出力され、これにより通過した用紙厚さを検出することができる。
【００４９】
後述するように、カール量を算出する際に用紙厚さを用いるが、係る値はここで説明した用紙厚さ検知センサー４０６によらず、画像形成装置１に記憶されている情報や、操作者が入力した情報を用いることもできる。ただし、このように用紙厚さ検知センサー４０６を用いた場合、装置自体が用紙の厚みを計測するため、操作者がカセット毎の紙の厚み値を入力しておくというような操作者の手間が省かれ、作業性が向上する。さらに、入力ミスによる矯正不良も防止することができ、好ましい。
【００５０】
なお、用紙厚さ検知センサー４０６は、上記のように任意の構成であり、厚み検知センサーを設けずに、操作者から入力された、あるいは外部のパーソナルコンピュータ装置から入力された紙種、厚み等の情報を使用してもよい。
【００５１】
温湿度センサー４１は、搬送されている用紙の温度、湿度を測定できるものであればよく、その種類は特に限定されるものではない。例えば、湿度センサーおよび温度センサーから構成することができる。この場合、湿度センサーとしては、例えば、高分子膜を誘電体としてコンデンサを形成し、水分の吸脱湿を静電容量の変化として電気信号に変換する静電容量式の湿度センサーを用いることができる。また、基材の上に感湿性のある高分子材料と安定性のある金属とにより電極を構成し、電極での水分による抵抗の変化を電気信号に変換する電気抵抗式の湿度センサーも用いることができる。
【００５２】
また、温度センサーとしては、所定の検出温度域に応じて選択することができ、例えば、サーミスタや、バンドギャップ式温度センサーなどを用いることができる。
【００５３】
温湿度センサー４１と用紙厚さ検知センサー４０６はカール矯正装置４０に用紙が供給されるまでの用紙の搬送経路上に配置することができ、その配置は上記場所に限定されるものではない。ただし、カール矯正装置の近傍に設けることが好ましく、装置のレイアウト上、上記場所に設けることが好ましい。また、温湿度センサー４１と用紙厚さ検知センサー４０６との配置は、用紙搬送方向に対し入れ替えても問題ない。
【００５４】
転写ローラー２３には、電源２５から電荷が供給され、ローラー１４とともに、給紙された用紙に中間転写ベルト２上のトナー像を一括して転写する。用紙は、中間転写ベルト２と接する位置まで搬送され、多色トナー像の転写を受ける。多色トナー像が形成された用紙は、定着装置の加熱手段である加熱ローラー３０と、加圧手段である加圧ローラー３７との間のニップ部に供給される。そして、用紙と多色トナー像は加熱加圧され、用紙上に定着する。
【００５５】
なお、ここでは、定着装置の加熱手段、加圧手段として、それぞれ加熱ローラー３０、加圧ローラー３７を用いた例を挙げたが、加熱手段、加熱手段は係る形態に限定されるものではない。加熱手段、加圧手段によりニップ部を形成し、係るニップ部を用紙が通過する際に、用紙上に形成されたトナーを定着させたり、インクを乾燥させたりできる手段であればよい。例えば、加熱手段および／または加圧手段としてベルト、より具体的には例えば、ベルト支持ローラー間に張架されたベルトにより構成することもできる。
【００５６】
定着後の用紙は、カール矯正装置４０でカール矯正を受けた後、所定の搬送経路に沿って、排紙ローラー６２により構成される排紙口６３から排紙トレイ５０上へ排紙される。
【００５７】
一方、多色のトナー像を転写した後の中間転写ベルト２は、図示しないクリーニングブレードなどにより残留したトナー剤が除去された後、次の像形成プロセスへと供給される。
【００５８】
用紙の裏面にも印刷を行う場合は、フラップ６０により搬送経路を切り替え、定着後の用紙を反転搬送路６５に導き、用紙の表裏を反転させて両面搬送路６６を搬送して給紙側に戻し、裏面への画像形成を行うこともできる。
【００５９】
次に、定着装置およびカール矯正装置４０の構成例について図３を用いて説明する。図３は、本実施形態の画像形成装置における定着装置およびカール矯正装置の周辺の概略構成を示す。
【００６０】
本実施形態の定着装置は、図３に示すように加熱手段と加圧手段とを有している。図３では、加熱手段として加熱ローラー３０を、加圧手段として加熱ローラー３０に対向する加圧ローラー３７を用いた例を示しているが、係る形態に限定されず、用紙を加熱、加圧できるように構成されていればよい。例えば、既述のように加熱手段および／または加圧手段として、ベルト状のものを採用することもできる。
【００６１】
加熱手段として加熱ローラー３０を用いる場合、その構成は限定されるものではないが、例えば、パイプ状芯金３０ａの周面に耐熱性を有し、かつ、離型性の優れたフッ素樹脂（ＰＦＡ）などの樹脂層３０ｂを形成した構成とすることができる。そして、パイプ状芯金３０ａの内側にはヒータ３４が備えられ、樹脂層３０ｂの周面に接して加熱手段側温度センサー３６が配置された構成とすることができる。ヒータ３４についても特に限定されるものではなく、ハロゲンヒータや、電磁誘導方式のヒータなど如何なるものでも用いることができる。
【００６２】
また、加圧手段として加圧ローラー３７を用いる場合その構成は特に限定されるものではないが、その表面に耐熱性を有し、かつ、離型性の優れたフッ素樹脂（ＰＦＡ）などの樹脂層を形成した構成とすることができる。そして、加熱ローラー３０に押し当てられ、ニップ部３５を形成するように構成することができる。加圧ローラー３７を加熱ローラー３０に押し当てる手段は特に限定されるものではないが、例えば図３に示すようにばねにより、押し当てる構成とすることができる。
【００６３】
加熱ローラー３０および加圧ローラー３７は、図３の矢印で示す方向に回転し、これらが圧接するニップ部３５に用紙Ｐを搬送および通過させる。ニップ部３５の用紙入口側には、用紙の先端をニップ部３５に向ける入口ガイド３３を設けた構成とすることが好ましい。
【００６４】
上述した定着装置は、画像転写後の用紙Ｐを入口ガイド３３で案内し、加熱ローラー３０と加圧ローラー３７とにより形成されるニップ部３５を通過させ、転写された多色トナー像を熱および圧力で用紙Ｐ上に定着させる。
【００６５】
このとき加熱手段側温度センサー３６は、加熱ローラー３０の表面温度を計測し、その計測信号に従って適宜温度制御を行い、ヒータ３４の通電／遮断または電流値等の制御を行うことにより、加熱ローラー３０の表面温度を一定に保つことができる。加熱ローラー３０の温度は特に限定されるものではなく、画像形成装置の種類やトナーの種類により選択することができるが、例えば１００℃〜１８０℃程度に設定することができ、一般的には概ね１６０℃前後に設定される。
【００６６】
また、加圧ローラー３７側にも加圧手段側温度センサー３９を備え、加圧ローラー３７の表面温度を測定可能に構成することができる。
【００６７】
加熱手段および加圧手段に設けられた加熱手段側温度センサー３６、加圧手段側温度センサー３９の種類は特に限定されるものではなく、測定する温度域にあわせて選択することができる。例えば温湿度センサー４１と同様にサーミスタやバンドギャップ式温度センサーなどを用いることができる。また、加熱手段側温度センサー３６、加圧手段側温度センサー３９からの出力値は後述のようにカール量を算出する際に用いることができるため、図３のように例えばＣＰＵ４６に接続する構成とすることができる。
【００６８】
定着後の用紙Ｐは、出口ガイド７０で案内されてカール矯正装置４０に導かれる。カール矯正後の用紙Ｐは搬送経路を通過し、中間ローラー６１、排紙ローラー６２で搬送されて排紙口６３から排紙トレイ５０上に排出される。
【００６９】
図３に示した画像形成装置１においては、ＣＰＵ４６を設け、該ＣＰＵ４６と画像形成装置に設けられたセンサー等と接続し、各センサーからの出力に基づいて、制御装置４７に制御情報を出力し、カール矯正装置４０を制御するように構成することができる。
【００７０】
具体的には例えば図３に示すように、ＣＰＵ４６を加熱手段側温度センサー３６および加圧手段側温度センサー３９、用紙搬送経路上の温湿度センサー４１や、用紙厚さ検知センサー４０６に接続した構成とすることができる。そして、ＣＰＵ４６は、これらセンサーからの出力である温度、湿度、用紙厚さの出力値を取得するように構成することができる。なお、最終カール量（カール予測量）の算出方法についての詳細は後述する。
【００７１】
そして、ＣＰＵ４６はこれらのセンサーからの出力値等に基づいて最終カール量、カール矯正装置の制御値を演算し、制御装置４７に出力する。そして、制御装置４７は、ＣＰＵ４６からのカール矯正装置の制御値を用いてカール矯正装置４０の動作を制御することができる。
【００７２】
カール矯正装置４０の構成は特に限定されるものではなく、制御装置４７からの出力に応じて搬送された用紙Ｐのカールを矯正できるものであればよい。例えば、図３に示すように、用紙Ｐの搬送路を構成する２つのローラー４５１、４５２間にに張架されたエンドレスベルト４５と、該エンドレスベルト４５の展張面に対向当接し、用紙の搬送方向に対応する方向に回転する搬送駆動ローラー４２と、ばね４３と、カム４４とを含んだ構成とすることができる。そして、係る構成を有するカール矯正装置４０においては、用紙に発生したカールを矯正するため、制御装置４７の制御の下、カム４４を駆動し、ばね４３によって力を加え、エンドレスベルト４５の搬送駆動ローラー４２の巻き付け角度を変更可能としている。これにより、最終カール量（カール予測量）に応じたカール矯正を用紙Ｐに施すことができる。
【００７３】
次に、本実施形態の画像形成装置１を含み構成される画像形成システムのハードウェア構成の構成例について説明する。図４は、本実施形態の画像形成装置を含む画像形成システムのハードウェア構成１００を示す。
【００７４】
図４に示すように、本実施形態の画像形成装置１１０は、画像形成および用紙の搬送などの画像形成動作、カール矯正装置４０の動作を制御するＣＰＵ１１２を有している。また、ＢＩＯＳ（Basic Input/Output System）などを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）１１４と、ＣＰＵ１１２の実行空間を提供するＲＡＭ（Random Access Memory）１１６を有している。さらに、ＮＶ−ＲＡＭ（Non Volatile−RAM）１１８を有することができる。ＮＶ−ＲＡＭ１１８は、システム設定情報や後述する最終カール量（カール予測量）を算出するためのカール算出用データ、最終カール量（カール予測量）に応じてカール矯正装置４０を調整するための制御値算出用データ等を記憶する。
【００７５】
画像形成装置１１０は、オペレーションパネルなどの表示装置１２０および入力装置１２２や、上記画像形成動作を行うためのプロッタ１２４、画像読み取り動作を行うためスキャナ１２６を有する構成とすることができる。さらに、画像形成装置１１０をネットワーク１３０に接続させるＮＩＣ（Network Interface Card）１２８を備えた構成とすることができる。
【００７６】
上記ネットワーク１３０の構成は特に限定されるものではない。イーサネット（登録商標）やＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol / Internet Protocol）などのトランザクション・プロトコルによるＬＡＮ（Local Area Network）、ＶＰＮ（Virtual Private Network）や専用線を使用して接続されるＷＡＮ（Wide Area Network）等として構成できる。また、ネットワーク１３０は図示しないルータを介して接続されるインターネットなどを含んでいてもよく、また有線または無線、またはこれらの混合のネットワークとして構成することができる。
【００７７】
ネットワーク１３０には、さらにサーバー装置１５０が接続された構成とすることができる。サーバー装置１５０は、用紙の種類（各供給元から供給される種々の製品の別を含む。）などに応じて最終カール量（カール予測量）を演算するための用紙収縮率データ、用紙の応力緩和特性データ等を一元管理することができる。さらに、画像形成装置からの要求に応じて、適宜、カール算出用データの更新データを送信するサーバー機能を備えることができる。
【００７８】
サーバー装置１５０の構成は特に限定されるものではない。例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、ブレードサーバー、サーバー機能を備えた画像形成装置などのコンピュータ装置として構成することができる。例えば、ＣＰＵ１５２、ＲＯＭ１５４、ＲＡＭ１５６、ディスプレイ装置などの表示装置１５８、マウスやキーボードなどの入力装置１６０と、ＮＩＣ１６２と、ＨＤＤ１６４とを備えた構成とすることができる。これにより、上述したカール算出用データの更新データを提供するサーバー機能を実現することができる。
【００７９】
図５に、本実施形態の画像形成装置およびサーバー装置の機能ブロック図を示す。図５に示すように、画像形成装置の機能ブロック２００は、カール量予測部２０２と、カール矯正装置制御値決定部２０４と、カール矯正制御部２０６とを含んで構成される。
【００８０】
用紙情報記憶部２１４は、画像形成装置に供給されている用紙に関するデータを一時的に記憶する。ＲＡＭ１１６やＮＶ−ＲＡＭ１１８などの記憶手段により機能を実現することができる。
【００８１】
例えば入力部２１６から、オペレータ等により入力された給紙カセット５１、５２に現在セットされている用紙の種類を適切な記憶領域に保持することができる。また、用紙情報記憶部２１４は、給紙カセット毎に、用紙の種類を識別する種類識別値を保持することができる。この種類識別値は、給紙セットにセットされている用紙を特徴付けるものである。そして、種類識別値と指定される値には、用紙の種類が不明であることを示す値、上質紙、再生紙、セミ光沢紙、光沢紙、マット紙などの用紙の分類を示す分類値および縦目か横目かの情報を含むことができる。ここで、用紙の搬送方向と繊維の長手方向がおおよそ一致するのが縦目、繊維の長手方向が用紙の幅方向（搬送方向に直行する方向）におおよそ一致するのが横目とする。例えば、温度差によるカールは繊維の幅方向の発生するため、温度差ひずみ等を算出する際に、用紙が縦目か横目かを要素として考慮することができる。
【００８２】
また、用紙厚さ検知センサー４０６を有しない場合、用紙情報記憶部２１４が保持するデータは用紙の厚みを指定する厚み値も含む。用紙情報記憶部２１４ではさらに、用紙の応力緩和特性等の画像形成装置に供給されている用紙に関するデータを用紙情報ＤＢ２０８から取得し、記憶しておくことができる。この際、用紙情報ＤＢ２０８は用紙が縦目の場合、横目の場合それぞれについての応力緩和特性等の情報を有し、用紙情報記憶部２１４は供給する用紙が縦目であるか横目であるかに対応してデータを選択、取得することもできる。そして、カール量予測部２０２等で演算を行う際に必要に応じてデータを供給することができる。
【００８３】
搬送時間演算部２１９は、搬送区間情報ＤＢ（データベース）２２０より搬送区間それぞれの曲率半径と区間長を取得し、該取得したデータと、用紙情報記憶部２１４に記憶された用紙情報により判断される用紙の搬送速度から、各搬送区間の搬送時間を求める。搬送時間演算部２１９はＣＰＵ１１２によりその機能を実現することができる。
【００８４】
ここでいう搬送区間とは、定着装置のニップ部３５から排紙口６３までの搬送経路を、各搬送区間内において搬送経路の曲率が一定になるように分割したものである。搬送区間について図３を用いて説明する。図３の場合、ニップ部３５から、排紙ローラー６２により構成される排紙口６３までの区間を、それぞれの区間内での曲率が一定になるように７つの搬送区間に分割している。なお、分割する数は特に限定されるものではなく、搬送経路の形状や、カール量予測部の演算能力等に応じて選択することができる。
【００８５】
具体的には、ニップ部３５の周辺は曲率半径ｒ１で一定な第1の搬送区間であり、その搬送経路の長さＬ１である。その後の出口ガイド７０周辺は曲率半径ｒ２と長さＬ２の搬送区間（ここは直線として曲率半径は無限大に相当する大きい値を用いればよい）となっている。さらにカール矯正装置４０の入口部分は曲率半径ｒ３と長さＬ３の搬送区間としている。そして、以下順に排紙口６３まで曲率がｒ４〜ｒ７と変化するごとに搬送区間を分け、それぞれの搬送区間の長さがＬ４〜Ｌ７になっている。なお、図中では記載の便宜上、搬送区間の長さを図中水平方向の長さで表わしているが、実際にはそれぞれの搬送区間の区間長さは搬送経路の円弧部の長さである。
【００８６】
用紙含水率演算部２０１は、定着装置において加圧及び加熱される前の用紙の含水率を温湿度センサー４１により測定したデータを取得し、用紙の含水率を算出する関数、またはテーブルにより定着装置に供給する前の用紙の含水率を求める。用紙含水率演算部２０１はＣＰＵ１１２によりその機能を実現することができる。
【００８７】
カール量予測部２０２は、例えば、用紙温度／含水率演算部２０２a、搬送区間ひずみ演算部２０２b、温度差ひずみ演算部２０２c、最終カール量演算部２０２dにより構成することができる。温度差ひずみ演算部２０２ｃは任意に設けることができ、設けない構成とすることもできる。また、各演算部はＣＰＵ１１２によりその機能を実現することができる。
【００８８】
用紙温度／含水率演算部２０２aは、各搬送区間における用紙の温度、含水率を算出する。具体的な手順としてはまず、加熱手段側温度センサー３６および加圧手段側温度センサー３９からの出力値、用紙含水率演算部２０１で取得、算出した定着装置前の用紙の温度及び含水率を取得する。さらに、搬送時間演算部２１９より各搬送区間の搬送時間を取得する。そして、上記取得したデータから計算またはテーブルにより、各搬送区間における用紙の温度と含水率を計算することができる。
【００８９】
搬送区間ひずみ演算部２０２bは、ニップ部３５から排紙口６３までの各搬送区間について、各搬送区間での用紙の温度と含水率と搬送時間、及び、用紙の応力緩和特性により搬送区間ひずみを算出する。各搬送区間での用紙の温度と含水率に関しては、用紙温度／含水率演算部により算出したデータを取得して用いることができる。また、演算に当たっては、搬送時間演算部２１９より各搬送区間の搬送時間を、搬送区間情報ＤＢ２２０より搬送区間それぞれの曲率半径を、用紙情報記憶部２１４より用紙の応力緩和特性のデータを得ることができる。なお、応力緩和特性については、用紙が搬送方向に対し縦目であるか横目であるかによって使い分けることもできる。
【００９０】
温度差ひずみ演算部２０２ｃは、ニップ部３５における用紙の表側と裏側との間の温度差により生じる温度差ひずみを算出する。なお、上記のように本演算部は任意に設けることができる演算部であり、例えば、カール矯正装置４０が搬送方向のカールにのみ対応し、幅方向のカールを矯正することに対応していない場合には本演算部を設けない構成とすることもできる。
【００９１】
温度差ひずみ演算部２０２ｃを設ける場合、後述する最終カール演算部においては、各搬送区間における用紙の残留ひずみと、前記温度差ひずみと、を用いて最終カール量を算出する。
【００９２】
そして、温度差ひずみ演算部２０２ｃは、以下の各演算部を有する構成とすることができる。
【００９３】
ニップ部を通過後の用紙の厚さ方向の温度分布を算出する用紙内温度分布演算部と、ニップ部を通過後の用紙の厚さ方向の含水率分布を算出する含水率分布演算部。用紙内温度分布演算部および含水率分布演算部が算出したニップ部を通過後の用紙の厚さ方向の温度分布および含水率分布に基づいて用紙の表面及び裏面の収縮率を算出し、用紙の表面及び裏面の収縮率から用紙の表裏のひずみ差を算出する温度差ひずみ算出部。
【００９４】
最終カール量演算部２０２ｄは、搬送区間ひずみ演算部が算出した各搬送区間における用紙の残留ひずみを用いて、最終カール量を算出することができる。
【００９５】
具体的には、まず、搬送区間ひずみ演算部２０２ｂが算出した各搬送区間の搬送区間ひずみを加算する。なお、上記のように温度差ひずみ演算部２０２ｃを設ける場合には、最終カール量演算部２０２ｄは搬送区間ひずみ演算部２０２ｂが算出した各搬送区間の搬送区間ひずみ、および、前記温度差ひずみ演算部２０２ｃが算出した温度差ひずみを加算する。
【００９６】
そして、上記のように各搬送区間における用紙の残留ひずみ、場合によっては、更に温度差ひずみを加算した値を基に定着装置のニップ部３５から排紙口６３までの間に形成されるカール量、すなわち、最終カール量（予測カール量）を算出する。
【００９７】
カール矯正装置制御値決定部２０４は、最終カール量演算部２０２が算出した最終カール量に応じて、排紙口６３での用紙のカール量が０になるようにカール矯正装置の制御値を決定する。
【００９８】
図５に示すように、画像形成装置の機能ブロック２００は、最終カール量と上記制御値とを対応付ける制御値算出用テーブルを保持する制御量ＤＢ２１０を有している。ここで、制御値算出用テーブルは、カール矯正装置において所望の矯正量のカール矯正を行うために必要な矯正制御値を定義づけるものである。そして、カール矯正装置制御値決定部２０４は、制御量ＤＢ２１０に収容された制御値算出用テーブルを参照し、最終カール量演算部が算出した最終カール量を用いて検索し、対応するカール矯正装置の制御値を求めることができる。制御量ＤＢ２１０は各種記憶手段によりその機能を実現することができ、ＲＯＭ１１４やＮＶＲＡＭ１１８によりその機能を実現することができる。
【００９９】
また、カール矯正装置の制御値はテーブル構造の制御値算出用データを用いずに、所定の関数を用いて算出することもできる。
【０１００】
なお、用紙が縦目であるか横目であるか、さらには、用紙の種類によっては加熱ローラー３０側が用紙の表面か裏面かによりカール量に差がある場合もある。このため、最終カール量演算部２０２ｄで算出した最終カール量を、最終カール量演算部２０２ｄ、または、カール矯正装置制御値決定部２０４で補正を行った後、カール矯正装置制御値決定部２０４で制御値を選択することもできる。
【０１０１】
そして、カール矯正制御部２０６は、カール矯正装置制御値決定部２０４が決定した制御値に従ってカール矯正を行うようカール矯正装置４０を制御する。
【０１０２】
本実施形態の画像形成装置の機能ブロック２００は、さらに、更新処理部２１８を含むことができる。更新処理部２１８は、市場に流通する用紙の新製品の発売や、仕様変更などの変化に対応するべく、用紙情報ＤＢ２０８や、制御量ＤＢ２１０に収容されているデータの更新処理を行う。更新処理の対象となる情報の内容としては例えば、紙種類、厚さ、温度と含水率に対する収縮率の関数またはテーブル、応力緩和特性のテーブル、矯正制御値のテーブル、紙表面近傍の温湿度と含水率の関係式またはテーブル等である。
【０１０３】
更新処理は例えば図５に示したようにネットワークを介して接続されたサーバー装置側の用紙データ管理部２６０を介して総合用紙情報ＤＢ２６２にアクセスし、必要なデータをダウンロードできるように構成することができる。
【０１０４】
更新処理部２１８が用紙情報ＤＢ２０８や制御量ＤＢ２１０内のデータを更新するタイミングは特に限定されるものではなく、任意のタイミングで行うことができる。例えば、入力部２１６から用紙情報記憶部２１４の設定が変更され、その種類識別値に対応するカール算出用データが無いことを検出した際に行うことができる。また、設定変更の有無にかかわらずスケジュールされたタイミングで、またはオペレータからの指示があったタイミングで、更新処理を開始させることができる。時間の経過とともに流通する製品自体の特性が変わっている可能性もあるため、このような変化に対応させるべく、更新されるカール算出用データや矯正制御値のデータ等に有効期限を定め、定期的に最新のものに更新されるよう構成することが好ましい。
【０１０５】
本更新処理では、更新処理部２１８は、サーバー装置１５０側の用紙データ管理部２６０に対し、本画像形成装置の機種識別値と、必要とするデータについての情報を送信する。サーバー装置１５０側の用紙データ管理部２６０は、受信した機種識別値に対応して、市場に流通する各種紙毎にカール算出用データがデータベース化された総合用紙情報ＤＢ２６２にアクセスする。そして、対応するデータを取得し、画像形成装置側の更新処理部２１８に更新データを送信する。更新処理部２１８は、更新データを取得して、用紙情報ＤＢ２０８等のデータを更新する。
【０１０６】
次にカール量の算出方法について述べる。
【０１０７】
まず、定着装置のニップ部３５から排紙口６３までの搬送路を、各搬送区間内において搬送経路の曲率が一定になるように複数の搬送区間に分割する。図３に示した構成例においては既述のように７つの搬送区間に分けている。搬送区間の区間長さをＬｎとし、用紙の搬送速度をＶｐとすると、搬送区間の搬送時間ｔｎは次の数式（１）で表せる。nは搬送区間を特定する数であり、図３のニップ部３５であればnは１である。
【０１０８】
【数１】
2014159312.tif 000003
そして用紙厚さをtp、搬送区間の曲率半径をrnとすると、曲げによる用紙ひずみεinは以下の数式（２）で表せる。
【０１０９】
【数２】
2014159312.tif 000004
ここで、図６は用紙の応力緩和特性を示し、横軸が時間、縦軸が応力である。用紙にある一定のひずみを与えると応力が発生するが、紙が粘弾性体であるため図６のように応力が低下する応力緩和を起こす。用紙の場合、応力緩和は、温度が高く含水率が高くひずみが大きい場合ほど大きく、温度が低く含水率が低くひずみが小さい場合ほど低くなる。応力緩和は塑性変形により残留ひずみが発生することであり、搬送経路におけるカールはこの用紙の応力緩和によって発生している。このような応力緩和は、用紙の応力をＳＲとすると次の数式（３）に示した一般化Maxwellモデルで現すことができる。式中、Ｓｚは無限時間後の応力であり、τは時定数である。
【０１１０】
【数３】
2014159312.tif 000005
それぞれの定数は、用紙の温度、含水率、与えられたひずみで変化するため、時間をt、温度をＴ、含水率をM、ひずみをεとすると以下の数式（４）のように表わせる。
【０１１１】
【数４】
2014159312.tif 000006
用紙の厚さをｔｐ、ヤング率をＥｐとすると、搬送区間で用紙が受ける初期応力ＳＲ（０、Ｔ、Ｍ、ε）は次の式で表せる。ヤング率も紙の温度、湿度で変化するため以下のように、温度Ｔ、含水率M、ひずみをεの数式（５）で表せる。
【０１１２】
【数５】
2014159312.tif 000007
ここで、数式（４）におけるＳｚ（Ｔ、M、ε）、Ｓｉ（Ｔ、M、ε）、τ（Ｔ、M、ε）の値は、代表的な紙種に対し、幾つかの温度Ｔ、含水率Ｍ、ひずみεについて、データを取得しておく。そして、係るデータから、温度Ｔ、湿度M、ひずみεに関するテーブルあるいは関数を求めておくことが好ましい。
【０１１３】
またヤング率Ｅｐも、代表的な紙種に対し、温度Ｔ、湿度M、ひずみεに関するデータを取得し、テーブルあるいは関数を求めておくことが好ましい。
【０１１４】
図７には一例としての応力緩和特性テーブルを示す。図７に示した表はある特定のひずみεに関する場合で、異なるひずみに対応し別途いくつかのテーブルを持つ。あるいは、基準となるテーブルから得た値に、ひずみに応じて係数を掛けて用いるように構成することもできる。このテーブルでは、紙種類を示すコードI、紙含水率Ｍと温度Ｔによるマトリックスを構成し、それぞれに対応する定数を有する。数式（４）のｉを4次とすれば十分実験値にあわせることができる。そのため、ＳｉはＳ1からＳ4まで、τｉもτ１からτ４までである。Ｓ1からＳ4は同じ値としても問題ないため同じ値とし、τ1からτ4は異なる値とする。簡略化のため、τ1からτ4は紙の種類のみにより変化させ、温度と含水率に対しては一定の値としてもよい。この応力緩和テーブルは、紙種類、紙含水率Ｍと温度Ｔを変化させて、紙の引っ張り試験により実験的に求めることができる。ここでも紙の種類Ｉは上質紙、再生紙、セミ光沢紙、光沢紙、マット紙などに分類する。また、紙の縦目、横目で特性が異なる場合もあり、搬送区間のひずみ計算で使い分けるとよい。
【０１１５】
この応力緩和特性からカール量を求める方法について次に示す。
【０１１６】
搬送区間での用紙の曲げ応力に対する応力緩和率をＲｓｎとすると、その搬送区間の搬送時間をｔｎ、用紙温度Ｔｎ、用紙含水率Ｍｎとして数式（６）で表せる。
【０１１７】
【数６】
2014159312.tif 000008
その区間で受ける用紙ひずみεｂｎは、その区間の曲率半径に応じた曲げによるひずみ
εｉｎと、前の区間の残留ひずみεｎ-1の和になり以下の数式（７）のように表せる。曲げる方向が同じ場合は、ひずみは減算され、反対方向では加算される。
【０１１８】
【数７】
2014159312.tif 000009
この搬送区間を出た後のひずみεnは次の式で示される。
【０１１９】
【数８】
2014159312.tif 000010
この計算を定着装置のニップ部３５から排紙口６３まで、図２に示した画像形成装置の例であれば７つの搬送区間について計算し、最終的なひずみεｅｎｄを求め、そこから以下の式でカール量Ｒを求める。
【０１２０】
【数９】
2014159312.tif 000011
次に、温度差ひずみの算出方法について説明する。
【０１２１】
定着装置の加熱手段と加圧手段とに温度差がある場合、すなわち、図２の構成の場合、加熱ローラー３０と加圧ローラー３７とに温度差がある場合、係る定着装置を通った用紙は低温側に向かうカールが発生する。
【０１２２】
この点について図８を用いて説明する。
【０１２３】
図８（Ａ）において、加熱手段である加熱ローラー３０と加圧手段である加圧ローラー３７とで形成されるニップ部を用紙Ｐが図中矢印の方向に進行する場合において加熱ローラー３０の温度が高い場合、加熱ローラー３０側の水蒸気圧が高まる。このため、用紙の繊維および、繊維間の空隙に含まれる図中二重丸で模式的に示した水分８０はその圧力により、加圧ローラー側に移動する。その結果、加熱ローラー３０側よりも低温の加圧ローラー３７側の含水率が高くなる。定着装置のニップ部から排出された後の用紙Ｐの状態を示した図８（Ｂ）のように、含水率の高い加圧ローラー側から多くの水分が気体(水蒸気)８１となって蒸発する。
【０１２４】
この際の用紙Ｐからの水分蒸発量と収縮量の関係は、図８（D）に示されるように、ほぼ比例関係にある。よって、用紙Ｐのうち多くの水分が蒸発した加圧ローラー側が加熱ローラー側より大きく収縮するため、図８（Ｃ）のように加圧ローラー側にカールが発生する。
【０１２５】
実際に定着ニップの直後に、用紙の表と裏の近傍に湿度計を設置して測定を行うと、湿度の高い、すなわち蒸発量の多い側を内側にカールし、その湿度の差が大きいほどカールが大きいことが見出された。このように加熱手段と加圧手段との温度差が大きい時に、内部の水分移動によって含水率の偏りが増加し、カール量が大きくなる。
【０１２６】
図９は実験的に求めた用紙の含水率と収縮率の関係を示している。含水率に比例して収縮率が増し、また、温度が高いほど収縮率が高くなる。含水率が高く温度が高いほど蒸発量が増しているためである。よって、温度差によるカールは用紙の厚さ方向の含水率分布と温度分布が分かれば、厚さ方向の収縮率分布が分かりカールが予測できる。
【０１２７】
用紙の温度および含水率の分布は、用紙の種類に対応する物性、加熱前の含水率、加熱ローラーおよび加圧ローラーの温度、加熱ローラーと加圧ローラーのニップ幅と用紙搬送速度から求められるニップ時間により計算で求めることが可能である。さらに、カール量は用紙の厚さと収縮率からバイメタルモデルで求めることが可能である。
【０１２８】
一方、カールの形成される方向は、一般的に用紙中の繊維の並びによって変化する。上述のように、用紙の搬送方向と繊維の長手方向がおおよそ一致するのが縦目、繊維の長手方向が用紙の幅方向（搬送方向と直交する方向）におおよそ一致するのが横目とする。温度差によるカールは繊維の幅方向の発生するため、縦目の用紙であれば幅方向に、横目の用紙であれば搬送方向に沿ってカールする。このため、上述のようにカール矯正装置４０が搬送方向のカールにのみ対応し、幅方向のカールを矯正することに対応していない場合には温度差ひずみの算出を行わない構成とすることもできる。
【０１２９】
温度差ひずみは、上記のように加熱温度差により紙の厚さ方向に低温側に向かって水分が移動し、用紙の表裏で含水率の差ができ、蒸発量の差になり用紙の収縮率の差になって発生する。このため、この温度差によるひずみは、用紙を高温側と低温側で厚さ方向に２分割して求める。
【０１３０】
図１０と図１１には、温度差をつけて用紙の表裏を加熱した場合の、高温側と低温側の２層それぞれの温度と含水率の変化の例を示す。図１０が用紙の高温側と低温側の平均温度を示しており、横軸がニップ時間、縦軸が温度（平均温度）である。加熱手段側と加圧手段側とで温度差があれば、図１０に示すように紙内の各層の平均温度にも差ができる。
【０１３１】
図１１は用紙の高温側と低温側の平均含水率の変化を示しており、横軸が加熱時間、縦軸が含水率（平均含水率）である。温度の高い加熱ローラー側は、ニップ開始直後から含水率が低下し０に向かう。これは、温度上昇により水蒸気圧が高まりそれにより水分が低温側に押し出されるためであり、さらに、沸点を超えることで水分が蒸発してしまうためである。温度の低い加圧手段側は、ニップ開始後、加熱定着側からの水分移動により含水率が高まるが、その後は温度上昇により水分が蒸発して含水率は低下する。
【０１３２】
用紙の収縮率は実験的に求めることができる。図９はその結果であり、横軸は用紙の（定着装置に導入する前の）含水率、縦軸は収縮率の関係を示している。含水率に比例して収縮率が増し、また、温度が高いほど収縮率が高くなる。
【０１３３】
ここで図９に示す実験結果は、例えば図１２に示す試験装置３００を用いて測定することができる。図１２（Ａ）に示す試験装置３００では、まず試料ホルダ３０２に測定対象となる用紙試料３０４を保持して鉛直下方に垂らす。用紙試料３０４の両側には所定の温度に加熱されたプレート３０８が図中水平方向に移動可能なように取り付けられている。プレート３０８の表面には加熱ヒータ３１０とその表面にゴム３１２が貼り付けられており、さらに温度センサー３１４で加熱表面近傍の温度計測が可能とされている。図示しない温度制御部にて所定の温度に制御が可能となっている。紙試料３０４の下端には、数十グラム程度のおもり３１６が取り付けられており、そのおもりの下面の位置を測定可能な距離センサー３１８が設置されている。距離センサー３１８は、レーザ光を用いた非接触タイプが望ましく、１μｍ以下の分解能を有するものが望ましい。
【０１３４】
この試験機の動作は、図１２（Ｂ）に示すように、まず所定の加圧力で所定の時間だけプレート３０８で左右から用紙試料３０４を加圧、加熱する。その後、所定時間に経過した後、図１２（Ｃ）に示すようにプレート３０８を用紙試料３０４から離隔する。そして、距離センサー３１８により、おもり下端の位置（高さ）を３０秒ほど計測する。この際、左右プレート温度は同一とし、その温度を用紙の温度として用いる。所定の時間後のおもりの変位をｈとし、紙試料３０４の初期長さをLとすれば、収縮率Ｓｒは、下記数式（１０）により算出することができる。
【０１３５】
【数１０】
2014159312.tif 000012
各種紙でこのようなデータを取得しておき、図５に示した用紙情報ＤＢ２０８に記憶しておき、運転中は用紙情報記憶部２１４に予め読み出しておくこともできる。係るデータベースに記憶しておくデータとしては、紙種については、上質紙、再生紙、コート紙等の大まかな分類でそれぞれ１種の紙で代表させてもよい。用紙の温度も、例えば２０度毎に計測し、その間の用紙温度での収縮率は線形補完して用いてもよい。また、収縮率は縦目の用紙であれば幅方向の収縮率を、横目の用紙であれば長手方向の収縮率を測定すればよい。
【０１３６】
このようにして温度差によるひずみεｔを求める。高温側の縮み率をＳｈ、低温側の縮み率をＳｌとすると、εｔは以下の数式（１１）で表せる。
【０１３７】
【数１１】
2014159312.tif 000013
温度差によるひずみεｔは定着装置のニップ部３５の直後に形成されるため、数式（１２）のようにニップ部３５で形成される残留ひずみに加算する。ニップ部３５では、前の搬送経路での残留ひずみは無いとし、その区間で受ける用紙ひずみεｂ1は、その区間の曲率半径に応じた曲げによるひずみεｉ1のみとしている。
【０１３８】
【数１２】
2014159312.tif 000014
次に、本実施形態のカール矯正方法のカール矯正動作について説明する。また、係るカール矯正動作は本実施形態の画像形成装置においても同様に実行することができる。
【０１３９】
図１３は本実施形態のカール矯正方法において実行するカール矯正制御動作を示すフローチャートである。図１３に示す動作は、用紙が温湿度センサー４１または定着装置を通過する適切なタイミングに合わせてステップＳ１００から開始され、カール矯正装置４０に用紙の先端が達する前に導出された矯正制御値を設定する。
【０１４０】
ステップＳ１１０では、ＣＰＵ１１２は、予め用紙情報記憶部２１４に記憶されていた用紙情報を読み出し、現在のプロセスの給紙元の給紙カセットに指定される種類識別値を取得する。
【０１４１】
ステップＳ１１２では、ＣＰＵ１１２は、温湿度センサー４１からの出力値を取得する。
【０１４２】
ステップＳ１１４では、ＣＰＵ１１２は、Ｓ１１２で取得された出力値と、取得した種類識別値により用紙の初期（定着装置に供給される前）の温度と含水率を求める。
【０１４３】
ステップＳ１１６では、ＣＰＵ１１２は、加熱手段である加熱ローラー３０、加圧手段である加圧ローラー３７の温度情報を、それぞれの加熱手段側温度センサー３６、加圧手段側温度センサー３９から取得する。
【０１４４】
ステップＳ１１８では、ＣＰＵ１１２は、各搬送区間の区間長さ、曲率半径の情報を搬送区間情報ＤＢ２２０から取得する。
【０１４５】
ステップＳ１２０では、ＣＰＵ１１２は各搬送区間における用紙の温度、含水率を求める。算出に当たってはステップＳ１１４で求めた用紙の初期の温度と含水率、Ｓ１１６で得られた加熱手段である加熱ローラー３０と加圧手段である加圧ローラー３７の温度情報、Ｓ１１８で得た各搬送区間の区間長さ、用紙の搬送速度を用いることができる。
【０１４６】
ステップＳ１２２では、ＣＰＵ１１２は、各搬送区間における用紙の搬送時間を算出する。
【０１４７】
ステップＳ１２４では、ＣＰＵ１１２は、前述のようにひずみを求める。算出に当たっては、Ｓ１２０で算出した各搬送区間での用紙の温度、含水率、Ｓ１２２で算出した各搬送区間における用紙の搬送時間、および用紙情報記憶部２１４に収容された用紙の応力緩和特性を用いることができる。このとき、応力緩和特性は用紙が縦目であるか横目であるかによって、応力緩和特性を使い分けても良い。
【０１４８】
ステップＳ１２６では、前記ニップ部における、用紙の表面と裏面との間の温度差により生じる温度差ひずみを算出する温度差ひずみ演算ステップである。ＣＰＵ１１２は、ニップ部３５での用紙の表裏温度、含水率と用紙の収縮率から温度差ひずみを求める。温度差ひずみは用紙の繊維方向により生じる方向が異なっており、上述のようにカール矯正装置４０が搬送方向のカールにのみ対応し、幅方向のカールを矯正することに対応していない場合にはこのステップをスキップしてもよい。前記ニップ部における、用紙の表面と裏面との間の温度差により生じる温度差ひずみを算出する
最終カール量演算ステップであるＳ１２８では、各搬送区間における用紙の残留ひずみを加算した値から、最終カール量を算出する。また、上記のようにステップＳ１２６を行う場合には、各搬送区間における用紙の残留ひずみを加算した値に、さらに前記温度差ひずみを加算した値から最終カール量を算出する。
【０１４９】
ステップＳ１３０では、ＣＰＵ１１２は、最終カール量を打ち消すよう、カール矯正装置４０の制御値を決定し、制御する。制御量の決定に当たっては、上記のように、Ｓ１２８で算出した最終カール量と、制御量ＤＢ２１０に収容されたテーブルまたは関数により決定することができる。
【０１５０】
ステップＳ１３２で一連の処理は終了となるが、連続印刷時には上記の動作を1枚の用紙毎に行うことが望ましい。
【０１５１】
さらに、ニップ部における、用紙の表面と裏面との間の温度差により生じる温度差ひずみを算出する温度差ひずみ演算ステップＳ１２６を有する場合について説明する。この場合、最終カール演算ステップＳ１２８においては、各搬送区間における用紙の残留ひずみと、温度差ひずみと、を用いて最終カール量を算出する。
【０１５２】
そして、温度差ひずみ演算ステップＳ１２６は、以下の各ステップを有することとなる。
【０１５３】
ニップ部を通過後の用紙の厚さ方向の温度分布を算出する用紙内温度分布演算ステップ。
【０１５４】
ニップ部を通過後の用紙の厚さ方向の含水率分布を算出する用紙内含水率分布演算ステップ。
【０１５５】
まず、用紙内温度分布演算ステップおよび前記含水率分布演算ステップにおいて算出したニップ部を通過後の用紙の厚さ方向の温度分布および含水率分布に基づいて用紙の表面及び裏面の収縮率を算出する。そして、用紙の表面及び裏面の収縮率から、用紙の表裏のひずみ差を算出する温度差ひずみ算出ステップ。
【０１５６】
図１３のステップＳ１２６における温度差ひずみを求めるフローチャートである図１４を用いて温度差ひずみ演算ステップについて詳細を説明する。図１４のフローチャートは、図１３のステップＳ１２６に対応可能な適切なタイミングで、ステップＳ２００から開始される。
【０１５７】
ステップＳ２１０では、ＣＰＵ１１２は、用紙情報記憶部２１４から算出に必要なデータを読み出す。
【０１５８】
ステップＳ２１２では、加熱手段側温度センサー３６、加圧手段側温度センサー３９からの出力値を取得する。
【０１５９】
ステップＳ２１４では、定着装置のニップ部３５のニップ時間を計算する。
【０１６０】
ここまでの過程は図１１のステップＳ１１０からＳ１２０で求められる。
【０１６１】
用紙内温度分布演算ステップであるステップＳ２１６では、ＣＰＵ１１２は、ニップ部通過後の用紙の厚さ方向の温度分布を算出する。算出に当たっては、Ｓ２１２で得られた加熱手段側温度センサー３６、加圧手段側温度センサー３９からの出力値、Ｓ２１４で得られた定着装置のニップ部３５のニップ時間を用いることができる。
【０１６２】
用紙内含水率分布演算ステップであるステップＳ２１８では、ＣＰＵ１１２は、ニップ部を通過後の用紙の厚さ方向の含水率分布を算出する。算出に当たっては、厚さ等、用紙情報記憶部２１４に収容されたデータ、Ｓ１１４で得られた用紙の初期の温度と含水率、Ｓ２１２で得られた加熱ローラー３０と加圧ローラー３７の温度情報、Ｓ２１４で得られたニップ時間を用いることができる。
【０１６３】
ステップＳ２２０では、ＣＰＵ１１２は、用紙情報ＤＢ２０８内に収容されていた用紙内の温度分布と含水率分布と収縮率の関係を、用紙情報記憶部２１４を介して取得する。
【０１６４】
ステップＳ２２２は温度差ひずみ算出ステップである。係るステップでは、ＣＰＵ１１２は、まず用紙内温度分布演算ステップ（Ｓ２１６）および含水率分布演算ステップ（Ｓ２１８）において算出したニップ部を通過後の用紙の厚さ方向の温度分布および含水率分布に基づいて用紙の表面及び裏面の収縮率を算出する。収縮率は、例えばＳ２２０で取得した用紙内の温度分布と含水率分布と収縮率の関係（例えば予めテーブル又は関数としたもの）に基づいて算出することができる
そして、前記用紙の表面及び裏面の収縮率から、前記用紙の表裏のひずみ差を算出する。
【０１６５】
図１５は、本実施形態の画像形成装置が実行する更新処理を示すフローチャートである。
【０１６６】
更新処理は、既述のように任意のタイミングで行うことができる。例えば、入力部２１６から用紙情報記憶部２１４の設定が変更されたことを検出して、その種類識別値に対応するカール算出用データが無いことを検出した際に行うことができる。設定変更にかかわらずスケジュールされたタイミングが到来したことを検出して、行うこともできる。また、オペレータからの更新処理実行の指示を検出して、ステップＳ３００から開始される。
【０１６７】
更新処理が開始すると、更新処理部２１８は、ステップＳ３０１で、用紙情報ＤＢ２０８、制御量ＤＢ２１０を読み出し、ステップＳ３０２で、更新が必要であるか否かを判定する。
【０１６８】
ここで更新が必要であると判定されるのは、例えば入力部２１６から新たに設定された種類識別値に対応する演算、制御に必要なデータがない場合が挙げられる。ここでいう演算、制御に必要なデータとしては例えば、用紙情報ＤＢ２０８の紙種類、厚さ、温度と含水率に対する収縮率の関数またはテーブル、応力緩和特性の関数またはテーブル、紙表面近傍の温湿度と含水率の関数またはテーブルが挙げられる。また、制御量ＤＢ２１０に矯正制御値の関数またはテーブルも挙げられる。さらに、入力部２１６に関わらず、有効期限が満了したテーブルデータが存在した場合についても更新が必要であると判定することができる。
【０１６９】
そして、ステップＳ３０２で、更新が必要であると判定された場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ３０３へ処理が進められる。
【０１７０】
続いて、ステップＳ３０３で、更新処理部２１８は、サーバー装置１５０との通信を開始する。
【０１７１】
そして、ステップＳ３０４で、更新が必要とされた用紙の種類識別値と、本画像形成装置の機種識別値とをサーバー装置に送信し、対応する定数、関数またはテーブルの問い合わせを行う。
【０１７２】
ステップＳ３０５で、更新処理部２１８は、Ｓ３０４においてサーバー装置に送信した用紙の種類識別値及び画像形成装置の機種識別値に対応した関数またはテーブル等を含む更新データをサーバー装置から受信する。
【０１７３】
ステップＳ３０６で、サーバー装置との通信を終了させる。
【０１７４】
ステップＳ３０７では、更新処理部２１８は、受信した更新データに従って、用紙情報ＤＢ２０８内のデータを更新する。
【０１７５】
ステップＳ３０８で、本更新処理を終了させる。一方、ステップＳ３０２で、更新の必要が無いと判定された場合（ＮＯ）には、ステップＳ３０８へ直接分岐させ、ステップＳ３０８で、本更新処理を終了させる。
【０１７６】
以上説明したように、画像形成装置の動作状況の変化に伴う、カールの発生に影響を与える要因の変動に対応して、カールの発生量を予測し、これに応じたカール矯正を実現することが可能なカール矯正方法および画像形成装置を提供することができる。
【０１７７】
なお、画像形成装置の種類は特に限定されるものではない。加熱手段と加圧手段により形成されたニップ部に画像を形成した用紙を通過させることにより用紙上に画像を定着させる定着装置及び、用紙のカール等の変形を矯正するカール矯正装置を備える画像形成装置であればあらゆる装置に適用することができる。例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等にも適用することができる。
【０１７８】
画像の形成方法としても、上記のような電子写真方式に限られず、インクジェット方式等であっても良い。インクジェット方式の画像形成装置の場合、印刷後のインクを速やかに乾燥するために、加熱した部材を圧接して用紙を搬送し、インクを乾燥させる定着装置を有する画像形成装置においても同様な効果が得られる。
【０１７９】
また、カラーの画像形成装置に限定されるものではなく、モノクロの画像形成装置であっても良い。
【符号の説明】
【０１８０】
１        画像形成装置
３０      加熱手段（加熱手段）
３５      ニップ部
３６      加熱手段側温度センサー
３７      加圧手段（加圧ローラー）
３９      加圧手段側温度センサー
４０      カール矯正装置
４１      温湿度センサー
６３      排紙口
Ｐ        用紙
２０１    用紙含水率演算部
２０２ａ  用紙温度／含水率演算部
２０２ｂ  搬送区間ひずみ演算部
２０２ｃ  温度差ひずみ演算部
２０２ｄ  最終カール量演算部
２０４    カール矯正装置制御値決定部
２０６    カール矯正装置制御部
２１４    搬送時間演算部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１８１】
【特許文献１】特開２００２−３１６７６１号公報
【非特許文献】
【０１８２】
【非特許文献１】伊藤朋之他、日本画像学会誌、第５１巻、第３号、２４８〜２５４頁
【図１】
2014159312.tif 000015
【図２】
2014159312.tif 000016
【図３】
2014159312.tif 000017
【図４】
2014159312.tif 000018
【図５】
2014159312.tif 000019
【図６】
2014159312.tif 000020
【図７】
2014159312.tif 000021
【図８】
2014159312.tif 000022
【図９】
2014159312.tif 000023
【図１０】
2014159312.tif 000024
【図１１】
2014159312.tif 000025
【図１２】
2014159312.tif 000026
【図１３】
2014159312.tif 000027
【図１４】
2014159312.tif 000028
【図１５】
2014159312.tif 000029