(57)【要約】      （修正有）【課題】カールを低減させる保持時間を最適化し、高画質な印刷をすることができる画像形成装置を提供する。【解決手段】インクヘッド２と、用紙搬送路と、両面印刷時に表面の印刷が完了した用紙を反転させる反転搬送路と、用紙搬送路上に設けられ、用紙表面近傍の湿度を検出して、含水率を検出する用紙含水率センサー３０と、反転搬送路上に設けられ、反転搬送路の周囲の湿度を検出する環境センサー３１と、インク塗布量、用紙特性、および用紙含水率センサー３０および環境センサー３１の検出結果に基づいてカール量の時間変化を算出するカール量演算手段１５０と、カール量演算手段１５０の演算結果に基づいて、両面印刷時において、用紙を反転搬送路に保持する時間を決定する保持時間演算手段１６０と、を備える。【選択図】図４
2015136896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルを有し、該ノズルからインクを吐出するインクヘッドと、
用紙を印刷位置に搬送するための用紙搬送路と、
両面印刷時に表面の印刷が完了した用紙が案内されると共に、該用紙を反転させて印刷位置に搬送するための反転搬送路と、
を備えた画像形成装置において、
前記用紙搬送路上に設けられ、用紙表面近傍の湿度を検出して、含水率を検出する含水率検出手段と、
前記反転搬送路上に設けられ、該反転搬送路の周囲の湿度を検出する環境検出手段と、
インク塗布量、用紙特性、および前記含水率検出手段および前記環境検出手段の検出結果に基づいてカール量の時間変化を算出するカール量演算手段と、
該カール量演算手段の演算結果に基づいて、両面印刷時において、用紙を前記反転搬送路に保持する時間を決定する保持時間演算手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記用紙特性は、用紙の伸びの時間変化特性および応力緩和特性であって、
前記用紙の伸びの時間変化特性は、次式（１）で表され、
【数１】
2015136896.tif 000015
（なお、Ｌｅ（率）は伸びの最大値、ｉは次数、ａｉは時定数、Ｌｉは時定数毎に配分される伸び、ｔはインク塗布後の時間である。）
前記伸びの最大値と前記インク塗布量とは、次式（２）で表され、
【数２】
2015136896.tif 000016
（なお、Ｗｒは単位面積あたりの塗布量（重さ）、αは比例定数である。）
前記応力緩和特性は、次式（３）で表される、
【数３】
2015136896.tif 000017
（なお、σｅは応力の最小値、ｉは次数、τｉは時定数、σｉは時定数毎に配分される応力、ｔｈはインク塗布後の用紙を平面に保持する保持時間である。）
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】
用紙を複数に分割した領域について、用紙の端部側が中央側よりも高くなる重み係数が設定されており、
前記カール量演算手段は、前記領域単位で前記カール量の時間変化を算出するとともに、該算出結果に前記重み係数を掛けた値を前記演算結果と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】
印刷モードの設定を可能とする印刷モード設定手段と、
印刷位置における前記インクヘッドと用紙との間隔を調整するギャップ調整手段と、を備え、
前記ギャップ調整手段は、両面印刷時の裏面印刷時において、前記印刷モード設定手段にて設定された印刷モードに応じて、前記インクヘッドと用紙との間隔を調整するとともに、
前記保持時間演算手段は、前記カール量演算手段の演算結果および調整された前記インクヘッドと用紙との間隔に基づいて、用紙を前記反転搬送路に保持する時間を決定することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記ギャップ調整手段は、用紙の紙種に応じて、前記インクヘッドと用紙との間隔を調整することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記環境検出手段は、前記反転搬送路の周囲の温度を検出す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７】
ノズルを有し、該ノズルからインクを吐出するインクヘッドと、
用紙を印刷位置に搬送するための用紙搬送路と、
両面印刷時に表面の印刷が完了した用紙が案内されると共に、該用紙を反転させて印刷位置に搬送するための反転搬送路と、
を備えた画像形成装置の画像形成方法において、
前記用紙搬送路上において、用紙表面近傍の湿度を検出して、含水率を検出する含水率検出ステップと、
前記反転搬送路上において、該反転搬送路の周囲の湿度を検出する環境検出ステップと、
インク塗布量、用紙特性、および前記含水率検出ステップおよび前記環境検出ステップでの検出結果に基づいてカール量の時間変化を算出するカール量演算ステップと、
該カール量演算ステップでの演算結果に基づいて、両面印刷時において、用紙を前記反転搬送路に保持する時間を決定する保持時間演算ステップと、
を含むことを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置および画像形成方法に関する。さらに詳述すると、インクを用いて用紙上に画像を形成するインクジェット方式の画像形成装置および画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリ、プリンタ、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば、液滴吐出ヘッド（以下、インクヘッドともいう）で構成した液滴吐出装置を用いて、記録材（以下、用紙ともいうが材質を限定するものではなく、記録媒体、シート、被記録媒体、記録用紙、転写材、記録紙なども同義で使用する）を搬送しながら、液体としてのインクを記録材に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる）を行なう、いわゆるインクジェット方式の画像形成装置が知られている。
【０００３】
水性インクを用いて用紙上に画像を形成するインクジェット方式の画像形成装置においては、形成される画像の濃度が高く、インクの塗布量が増す場合、用紙の画像面が膨潤して伸び、非画像面に向かって凹となるカールが形成されることが知られている。
【０００４】
このようなカールが形成された状態で、裏面（両面印刷時の第２面をいう）への印刷を行う場合、用紙の両端が持ち上がりインクヘッドに用紙が接触し易くなる。インクヘッドと用紙が接触してしまうと、インクヘッド下面に付着しているインクが用紙に移り、用紙汚れが発生し、印刷品質が著しく低下してしまう。
【０００５】
これに対し、インクヘッドと用紙との間隔を広げておけば接触し難くすることはできるが、インクヘッドのノズルから吐出されるインク液滴は、数ｐｌ〜１００ｐｌ（ピコリットル）程度と微小であるため、インクヘッドから用紙までの距離を広げてしまうと、進路が揺らいで画像が乱れるおそれがある。このため、単純にインクヘッドと用紙との間隔を広げる構成は採用することはできない。したがって、表面（両面印刷時の第１面をいう）の印刷後、裏面を印刷するまでに用紙のカールを低減する必要がある。
【０００６】
カールの低減方法として、表面印刷後、用紙を反転搬送路で保持する方法が知られている。表面印刷後、裏面印刷までの用紙の保持時間を長くすることでカールを低減させることができ、用紙汚れを生じさせずに裏面印刷が可能となるが、一方で、長い保持時間は印刷速度の低下につながる。
【０００７】
そこで、保持時間を最適化するため、特許文献１には、第１面に印刷する画像に関する情報に基づいて保持時間を設定する画像形成装置が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、印刷された用紙の乾燥時間と、続いて印刷される用紙の印刷時間を考慮して、次の印刷の待機時間を最適化する画像処理装置が開示されている。また、特許文献３には表面で発生したカールに対応するため、裏面印刷時にインクヘッドと用紙との間隔を表面印刷時に比べ広げるインクジェット記録装置が開示されている。
【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には、表面のカールが印刷条件によってどの程度の大きさになり、保持時間によってそのカールがどの程度減少するかを、逐次予測する具体的な方法については開示されていない。そのため、特許文献１では、最悪の状態を想定して長めの用紙の保持時間を設定しておく必要があると考えられ、印刷速度を高速化することが困難である。
【００１０】
また、特許文献２には、用紙の乾燥時間を求める具体的な手法については開示されていなかった。また、特許文献３には、表面と裏面の記録時でインクヘッドと用紙との間隔を変更することが開示されているが、カール量を低減させることについては開示されていない。
【００１１】
以上説明したように、従来は、両面印刷における裏面印刷に際して、カールを低減させるための保持時間を最適化することに検討の余地が残されていた。
【００１２】
そこで本発明は、印刷時間を短縮し、高画質な印刷をすることができ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】
【００１３】
本発明に係る画像形成装置は、ノズルを有し、該ノズルからインクを吐出するインクヘッドと、用紙を印刷位置に搬送するための用紙搬送路と、両面印刷時に表面の印刷が完了した用紙が案内されると共に、該用紙を反転させて印刷位置に搬送するための反転搬送路と、を備えた画像形成装置において、前記用紙搬送路上に設けられ、用紙表面近傍の湿度を検出して、含水率を検出する含水率検出手段と、前記反転搬送路上に設けられ、該反転搬送路の周囲の湿度を検出する環境検出手段と、インク塗布量、用紙特性、および前記含水率検出手段および前記環境検出手段の検出結果に基づいてカール量の時間変化を算出するカール量演算手段と、該カール量演算手段の演算結果に基づいて、両面印刷時において、用紙を前記反転搬送路に保持する時間を決定する保持時間演算手段と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、印刷時間を短縮し、高画質な印刷をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】画像形成装置の一実施形態を示す側面概略構成図である。
【図２】画像形成装置の印刷部の上面概略構成図である。
【図３】ヘッドギャップ調整機構の説明図である。
【図４】画像形成装置および情報出力装置の構成を示す機能ブロックである。
【図５】インクが塗布された用紙のインク塗布後の時間と伸び率との関係を示すグラフである。
【図６】インクの塗布量と用紙の最大伸び率との関係を示すグラフである。
【図７】保持時間と用紙の応力との関係を示すグラフである。
【図８】インク塗布後の時間とインク塗布面の含水率との関係を示すグラフである。
【図９】インク塗布後の時間とカール量との関係を示すグラフである。
【図１０】用紙の重み付け領域単位でのカール量の重み付けの一例を示す説明図である。
【図１１】ヘッドギャップの設定に応じたカール量と保持時間との関係を示すグラフである。
【図１２】用紙の紙種および設定された印刷モードと、裏面印刷時のヘッドギャップ設定との関係を示す図である。
【図１３】画像形成装置が実行する印刷処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１から図１３に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
本実施形態に係る画像形成装置は、ノズルを有し、該ノズルからインクを吐出するインクヘッド（インクヘッド２）と、用紙（用紙３）を印刷位置に搬送するための用紙搬送路（搬送路８）と、両面印刷時に表面の印刷が完了した用紙が案内されると共に、該用紙を反転させて印刷位置に搬送するための反転搬送路（反転搬送路１６）と、を備えた画像形成装置（画像形成装置１）において、用紙搬送路上に設けられ、用紙表面近傍の湿度を検出して、含水率を検出する含水率検出手段（用紙含水率センサー３０）と、反転搬送路上に設けられ、該反転搬送路の周囲の湿度を検出する環境検出手段（環境センサー３１）と、インク塗布量、用紙特性、および含水率検出手段および環境検出手段の検出結果に基づいてカール量の時間変化を算出するカール量演算手段（カール量演算手段１５０）と、該カール量演算手段の演算結果に基づいて、両面印刷時において、用紙を反転搬送路に保持する時間を決定する保持時間演算手段（保持時間演算手段１６０）と、を備えるものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。
【００１８】
［画像形成装置の構成］
図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す画像形成装置の側面から見た概略構成図である。なお、本実施形態では、画像形成装置の一例として、用紙の搬送方向を副走査方向とし、インクヘッドを主走査方向に往復運動させながら印刷を行うシリアル型の画像形成装置について説明する。
【００１９】
画像形成装置１は、水性インクを用いたシリアル型のインクジェット記録装置である。用紙カセット４に収容された用紙３は、給紙ローラ５の回転により、図中矢印ａ方向に搬送される。なお、インクは水性に限らず、溶剤として油性や、速乾性であっても良い。
【００２０】
分離パッド６は、給紙ローラ５の対向位置に設けられて、用紙３が重送された場合に、その摩擦力により重なった分離パッド６側の用紙３が搬送されることを防ぐ役割を果たしている。
【００２１】
給紙ローラ５の搬送方向下流側には、含水率検出手段として用紙含水率センサー３０が設けられている。用紙含水率センサー３０は、用紙表面近傍の湿度を測定し、その湿度から用紙３の含水率を求めるセンサーである。
【００２２】
第１搬送ローラ７は、給紙ローラ５で繰り出された用紙３を、図中の矢印ｂ方向に搬送して、搬送路８からインクヘッド２の上流側の第２搬送ローラ９へ搬送する。第２搬送ローラ９は、用紙３をプラテンガイド１０に押し付けるようにして搬送し、用紙３の浮き上がりを防いでいる。
【００２３】
インクヘッド２は、ガイドシャフト２３で保持されており、図中の面外方向へ移動する。インクヘッド２は、用紙３の搬送方向に複数並んだインクを吐出するノズル列を有し、複数色のノズル列は図中の面外方向に並んでいる。そして、インクヘッド２は図中の面外方向に移動しながら、プラテンガイド１０上に搬送された用紙３にインクを吐出して画像を形成する。
【００２４】
用紙３はインクヘッド２の一走査後、次の行の印刷のために、用紙搬送モータの駆動により、図中の矢印ｃ方向に所定量送られる。用紙３は第１排紙ローラ１１と第１拍車１２に保持され、さらに、第２排紙ローラ１３と第２拍車１４に保持されて搬送される。そして、インクヘッド２の走査、用紙の送りを繰り返し、用紙３は図中の矢印ｃ方向に搬送されて排紙トレイ１５上に出力される。
【００２５】
また、両面印刷の場合は、表面印字後の用紙３は後端が、第２排紙ローラ１３と第２拍車１４に保持されて、その状態から、図中の矢印ｄ方向に搬送される。用紙３は反転搬送路１６に搬送され、さらに第３搬送ローラ１７で搬送される。
【００２６】
ここで、後述する保持時間の算出処理で算出された保持時間に亘り、第１搬送ローラ７の手前で停止して保持される。また、反転搬送路１６の第３搬送ローラ１７の上流側、つまり第１搬送ローラ７に向かうまでに、環境検出手段としての環境センサー３１が設けられている。
【００２７】
環境センサー３１は、保持されている用紙回りの環境湿度、温度を検出する。保持時間経過後、用紙３は第１搬送ローラ７に搬送され、プラテンガイド１０上において裏面の画像が形成される。
【００２８】
なお、この裏面の印刷時に、後述するヘッドギャップの変更制御が指示されていれば、それに応じてインクヘッド２の位置を変位させてインクヘッド２と用紙３とのギャップを変更した後、印刷が行われる。
【００２９】
［印刷部構成］
図２は、図１に示した画像形成装置１の印刷位置である印刷部を上面から見た概略構成図である。プラテンガイド１０上には、用紙幅方向に複数のリブ１０ａが形成されており、用紙３に凹凸がある場合に、凹んだ箇所をリブ１０ａの間に落とし込むことで用紙３がインクヘッド２側に盛り上がることを防ぐようになっている。
【００３０】
インクヘッド搬送モータ２２は、第１プーリー２６に接続されており、第２プーリー２７との間に張り渡された第１タイミングベルト（インクヘッド搬送ベルト）２１を回転駆動させる。インクヘッド２は第１タイミングベルト２１に接続されていて、第１タイミングベルト２１の回転駆動により、ガイドシャフト２３に沿って図中の矢印ｅ方向へ往復移動する。
【００３１】
ガイドシャフト２３の両端は、ガイドシャフト２３の中心とずれた偏芯軸２３ａが形成されており、偏芯軸２３ａは側板１８に回動可能に支持されている。偏芯軸２３ａには第３プーリー２８が接続されており、第３プーリー２８はギャップ調整モータ２５の軸に接続された第４プーリー２９と第２タイミングベルト２４（ギャップ調整ベルト）により接続されている。ギャップ調整モータ２５の駆動により第２タイミングベルト２４が回転駆動して、偏芯軸２３ａは回動する。
【００３２】
［ヘッドギャップ調整機構］
次に、インクヘッド２の最下面とプラテンガイド１０上のリブ１０ａの上面の間隔（以下、ヘッドギャップという）を調整するヘッドギャップ調整機構（ギャップ調整手段）について説明する。図３は印刷部の側面図であって、ヘッドギャップを調整する動作を示す説明図である。図３（Ａ）はヘッドギャップＧが標準状態、（Ｂ）はヘッドギャップＧが標準よりも広い状態、（Ｃ）ヘッドギャップＧが標準よりも狭い状態を示す模式図である。
【００３３】
図３（Ａ）はインクヘッド２の最下面（すなわちインクノズルが並んだ面）と、プラテンガイド１０上のリブ１０ａの上面の間隔とのヘッドギャップが標準状態を示している。この標準状態からガイドシャフト２３の偏芯軸２３ａを図中の矢印f方向に回動させることで、ガイドシャフト２３に懸架されたインクヘッド２が所定量持ち上げられて変位し、ヘッドギャップＧが広くなる（図３（Ｂ））。
【００３４】
また、標準状態から偏芯軸２３ａを図中の矢印ｇ方向に回動させることで、ガイドシャフト２３に懸架されたインクヘッド２が所定量持ち下げられ、ヘッドギャップＧが狭くなる（図３（Ｃ））。
【００３５】
このようにギャップ調整モータ２５を駆動させて偏芯軸２３ａを回転させることで、ヘッドギャップの調整が可能となっている。
【００３６】
［制御部構成］
次に、画像形成装置の制御部について説明する。図４は、画像形成装置１および画像形成装置１に印刷情報を送信する情報出力装置２００の構成を示す機能ブロック図である。
【００３７】
情報出力装置２００は、画像形成装置１に対して、印刷情報２１０を送信するものであって、例えば、演算装置としてのＣＰＵ、記憶装置としてのＲＡＭ，ＲＯＭ、入力装置としてのキーボードやマウス、記憶装置としてのＨＤＤ、入出力インタフェース等がバスラインを介して接続されたパーソナルコンピュータ、タブレット等の情報処理装置で構成される。
【００３８】
印刷情報２１０には、用紙情報２２０、印刷モード情報２３０、画像情報２４０が含まれる。用紙情報２２０は、例えば、紙種（再生紙、普通紙、コート紙など）、紙の厚さ、用紙サイズ（Ａ４、はがきサイズなど）などの情報である。また、印刷モード情報２３０は、例えば、「最速」、「速い」、「きれい」、「写真」などのユーザにより設定される印刷モードである。また、画像情報２４０は印刷する画像についてのデータである。
【００３９】
情報出力装置２００は、これらの印刷情報２１０を画像形成装置１の制御部１００の画像形成制御部１１０に対し送信する。
【００４０】
画像形成装置１の制御部１００は、画像形成制御部１１０、カール量演算手段１５０、保持時間演算手段１６０を備えている。また、図示しない、インクヘッド２や各モータ２２，２５，３２のモータドライバ、ヘッドクリーニング手段３３の駆動制御部、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶手段、インタフェース回路、演算回路を含んで構成される。
【００４１】
画像形成制御部１１０は、情報出力装置２００から送られた用紙情報２２０に基づいた用紙情報１２０としての「用紙の伸び特性（伸縮特性）」、「応力緩和特性」、「乾燥特性」、「厚さ」等（これらの算出に必要な値を含む）と、情報出力装置２００から送られた画像情報２４０に基づいた画像情報１４０としての「インク塗布量」、「画像パターン」等と、をカール量演算手段１５０に送る。
【００４２】
カール量演算手段１５０は、画像形成制御部１１０から送られた上記情報と、用紙含水率センサー３０で検出、算出した「用紙の含水率」および環境センサー３１で検出した「反転搬送路の温度、湿度情報」から表面印刷後のカールの保持時間に対する変化の予測を行う。そして、カール量演算手段１５０は、算出結果を保持時間演算手段１６０に送る。
【００４３】
保持時間演算手段１６０は、保持時間とカール量との関係に基づいて、最適な保持時間を算出し、画像形成制御部１１０にその結果を返すものである。そして、画像形成制御部１１０は、算出結果である保持時間に基づいて、両面印刷時の裏面印刷時に、用紙３を反転搬送路１６で保持時間だけ保持するものである。
【００４４】
［カール量の予測および保持時間の算出］
以下、制御部１００による用紙のカール量の予測処理および保持時間の算出処理について説明する。
【００４５】
用紙特性とは、「用紙の伸び特性」および「応力緩和特性」である。まず、「用紙の伸び特性」（用紙の伸びの時間変化特性ともいう）について説明する。図５は、インクが塗布された用紙のインク塗布後の時間と用紙の伸び率との関係を示すグラフの例であって、インク塗布量が「多」、「中」、「少」の３つの例を示している。インクが塗布された紙は、図５に示されるように、時間の経過に連れて伸びが増加する。
【００４６】
この用紙の伸びの時間変化特性は、次式（１）で表すことができる。式（１）において、Ｌｅ（率）は伸びの最大値、ｉは次数、ａｉは時定数、Ｌｉは時定数毎に配分される伸び、ｔはインク塗布後の時間である。なお、このインク塗布後の用紙の伸びの時間変化を表す式は従来得られていなかったものである。
【００４７】
【数１】
2015136896.tif 000003
【００４８】
また、図６は、インクの塗布量と用紙の最大伸び率との関係を示すグラフの例である。図６に示されるように、伸びは塗布量に比例する。ここで、単位面積あたりの塗布量（重さ）をＷｒとすると、伸びＬｅは次式（２）で表すことができる。なお、αは比例定数である。
【００４９】
【数２】
2015136896.tif 000004
【００５０】
上記式（２）からインクの塗布量に応じた伸びの時間変化を求めることができ、上記式（１），（２）により、インク塗布面の伸びを求めることで、インク塗布後のカール量を計算することができる。
【００５１】
次に、「応力緩和特性」について説明する。図７は、保持時間と用紙の応力との関係を示すグラフの例である。カールした用紙を平面保持すると、カールが抑えられることで応力が発生する。ここで応力緩和が起きることでカールが減少する。
【００５２】
紙の応力緩和特性は一般化Ｍａｘｗｅｌｌモデルで表すことができ、例えば、次式（３）のように表すことができる。ここでσｅは応力の最小値、ｉは次数、τｉは時定数、σｉは時定数毎に配分される応力、ｔｈはインク塗布後の用紙を平面に保持する保持時間である。
【００５３】
【数３】
2015136896.tif 000005
【００５４】
上記式（３）は、粘弾性部材の応力緩和を現す式であるが、インク塗布後の用紙がこのような特性を示すことは従来得られていない新たな知見である。この式（３）により、インク塗布後の用紙が平面に保持されることで、カール量が減少する現象を表すことができる。
【００５５】
そして、カール量演算手段１５０は、用紙特性である上記式（１）〜（３）とともに、用紙含水率センサー３０および環境センサー３１の検出結果に基づいて、インクの水分の蒸発によるカールの減少（「乾燥特性」）を考慮し、インク塗布後の時間に対するカール量を計算する。
【００５６】
次に、用紙含水率センサー３０および環境センサー３１の検出結果に基づくカールの減少予測について説明する。図８は、インク塗布後の時間とインク塗布面の含水率との関係を示すグラフの例である。インク塗布後、塗布面からはインクの水分が蒸発し、塗布面の含水率は低下していく。用紙の保持される環境により低下の傾向及び最終的につりあう含水率は異なる。具体的には、高湿では、含水率の低下が少なくつりあう含水率が高く、常湿、低湿となるに従い、つりあう含水率は小さくなる。
【００５７】
含水率Ｓｐは、単位面積あたりの紙の重さをＷｐ、その内の水分の重さをＷｗとすると、次式（４）で表すことができる。
【００５８】
【数４】
2015136896.tif 000006
【００５９】
また、インク塗布後の含水率Ｓｐｉは、インク中の水分率をγとすると、次式（５）で表すことができる。
【００６０】
【数５】
2015136896.tif 000007
【００６１】
そして、画像面からの水分の蒸発量Ｗｅｖは、次式（６）で表すことができる。ここで、Ｒｈｐは用紙表面近傍の相対湿度であり、用紙の含水率Ｓｐｉの関数になる。また、Ｒｈｅは保持位置（反転搬送路１６）での相対湿度である。また、ｈｔは比例定数であり、気温で変化する。また、ｔはインク塗布後の時間である。
【００６２】
【数６】
2015136896.tif 000008
【００６３】
次に、用紙からの水分蒸発による縮みは、蒸発量に比例するため、次式（７）のように表すことができる。なお、ｔはインク塗布後の時間、βは比例定数である。
【００６４】
【数７】
2015136896.tif 000009
【００６５】
ここで、保持時間をｔｒとしたときの応力緩和による伸びの変化は次式（８）で表すことができる。
【００６６】
【数８】
2015136896.tif 000010
【００６７】
なお、表面の印刷が完了するまで、先に印刷された部分は排紙トレイ１５上に露出するため、完全に平坦に保持されないといえるが、ここでは、簡略化のため、保持時間ｔｒとインク塗布後の時間ｔは等しいものとしている。
【００６８】
以上から、「乾燥特性」を考慮した伸びは、次式（９）で表すことができる。
【００６９】
【数９】
2015136896.tif 000011
【００７０】
上記式（９）で求めたＬｒｓｈから次式（１０）によりカール量を求めることができる。ここで、Ｅｉは塗布面（表面）のヤング率、Ｅｂは裏面のヤング率である。このように、インク塗布によるヤング率の変化を考慮している。また、ｐｔは用紙の厚さである。
【００７１】
【数１０】
2015136896.tif 000012
【００７２】
図９は、インク塗布後の時間とカール量との関係を示すグラフであり、保持時間無し（「保持なし」）の場合と、保持時間をｔ１，ｔ２とした場合をそれぞれ示している。
【００７３】
図９に示されるように、保持時間を長くすることで、カール量は減少する。また、いずれの場合でも、一旦カール量が最大になった後、時間経過と共にカール量が徐々に減少する。これは、インクの水分の蒸発により表面（印刷面）の含水率が低下し、表面の伸びが減少するためである。
【００７４】
また、図９では、用紙を保持する反転搬送路１６の環境の影響を、保持時間ｔ１の場合を例として示している。実線が常湿、点線が高湿、一点鎖線が低湿の場合を示している。高湿の場合、インクの水分が蒸発し難く、表面の含水率の低下速度が遅くなるため、カールの減少速度も遅くなる。一方、低湿の場合は、インクの水分が蒸発し易く、表面の含水率の低下速度が速くなるためカールの減少速度も速くなる。
【００７５】
ここで、同じ用紙の種類、インクの塗布量であっても、画像が形成される位置によって、カールの影響は異なることが知られている。例えば、用紙の中央部は、インクの塗布量が多くても用紙の端部に比べれば盛り上がり難いため、保持時間を短くすることができる。よって、同じ塗布量であっても用紙の端部に印刷された場合より保持時間を短くすることができる。
【００７６】
そこで、さらに、カール量演算手段１５０は、印刷パターンを考慮してカール量を補正することも好ましい。すなわち、用紙サイズ毎に用紙を複数に分割した領域（重み付け領域）を区画しておき、この重み付け領域には、用紙の端部側が中央側よりも高くなる重み係数を設定しておく。そして、カール量演算手段１５０は、重み付け領域単位でカール量を算出するとともに、該算出結果に重み係数を掛けた値を、演算結果とするものである。以下に説明する。
【００７７】
図１０は、用紙の重み付け領域単位でのカール量の重み付けの一例を示す説明図である。
【００７８】
例えば、用紙幅方向の左右の端部ほど用紙が持ち上がり易く、中央部は端部ほど盛り上がらない。そこで、図１０に示すように、用紙を８×６の重み付け領域に分割し、カール量の重み付け係数は左右端部を「１」と最大にし、中央に向かうに従って値を、「０．７」、「０．５」と小さくして中央部の重み付け係数を「０．３」とするものである。また、搬送方向においても、端部より、中央側を低い値とすることも好ましい。
【００７９】
この分割された重み付け領域の搬送方向の行番号をｉ、幅方向の列番号をｊとし、それぞれの重み付け係数をＸｉｊとする。また、各領域での塗布量から計算したカール量をＲｉｊとした場合、実効カール量Ｒｅｉｊは、次式（１１）により求めることができる。
【００８０】
【数１１】
2015136896.tif 000013
【００８１】
また、カール量に対する必要な保持時間は、第２搬送ローラ９、プラテンガイド１０、第１排紙ローラ１１、第１拍車１２、第２排紙ローラ１３、第２拍車１４等の画像形成装置１の搬送経路の構成により異なる。
【００８２】
そこで、あらかじめ実験または有限要素法等の計算に基づいて、カール量に対する、プラテンガイド１０上での用紙の持ち上がりを求めておき、インクヘッド２のヘッドキャップと比較して許容されるカール量をＲｌｉｍ求めておく。そして、次式（１２）により実効カール量が許容値より小さくなる最大の保持時間ｔを計算するものである。
【００８３】
【数１２】
2015136896.tif 000014
【００８４】
このように印刷パターンに応じてカール量に重み付けすることで、例えば、用紙の中央部のみに塗布量の多い画像があったとしても、無用に保持時間を長くすることがなく、両面印刷時の印刷時間を短くすることが可能になる。
【００８５】
図１１は、カール量と保持時間との関係を示すグラフであって、上記式（１）〜式（１２）により求めた例を示している。また、ヘッドギャップの設定に応じたグラフを示している。図中実線は、ヘッドギャップ調整機構によるヘッドギャップの設定が「標準」の場合である。点線は標準よりも「狭い」場合、一点鎖線は、標準よりも「広い」場合である。なお、「狭い」場合は、カール量を低く抑えないと用紙とインクヘッド２が接触する可能性が高いため、その分保持時間を長くしている。一方、「広い」場合は、カール量が大きくても用紙とインクヘッド２が接触する可能性が低いため、その分保持時間を短くすることができる。
【００８６】
そこで、画像形成装置は、ユーザにより印刷モードの設定を可能とする印刷モード設定手段を備え、この裏面印刷時におけるヘッドギャップ調整機構によるヘッドギャップを、設定された印刷モードである印刷モード情報２３０に応じて、調整することが好ましい。これにより、例えば、印刷速度を重視する場合は間隔を広げて、カールによる用紙の盛り上がりがあってもインクヘッドと用紙を接触し難くし、保持時間をさらに短縮して印刷時間をより短縮することが可能になる。また、印刷モードに併せて、またはこれに替えて用紙の紙種に応じてヘッドギャップを調整することも好ましい。
【００８７】
図１２は、用紙の紙種および設定された印刷モードと、裏面印刷時のヘッドギャップ設定との関係を示す図である。
【００８８】
図１２に示す例では、紙種は、主要な３種として、「再生紙」、「普通紙」、「コート紙」の何れかとしている。なお、それぞれのインクの塗布によるカール量は、「コート紙」、「普通紙」、「再生紙」の順に大きくなり、画質は「再生紙」、「普通紙」、「コート紙」の順に向上する。また、印刷モードとして、「最速」、「速い」、「きれい」、「写真」の４つのモードが選択可能な例である。「最速」、「速い」、「きれい」、「写真」の順に、画質は向上し、画像形成のための走査回数が多くなるため印刷速度が遅くなる。なお、「最速」は、従来に比べて広いヘッドギャップとして保持時間を短くして、両面印刷の速度を速めるためのモードとしている。
【００８９】
画像形成制御部１１０は、例えば、図１２に示すような設定テーブルを保持しており、情報出力装置２００から送られる印刷モード情報２３０および用紙情報２２０に基づいて、ギャップ調整モータ２５を制御することで、ヘッドギャップを調整する。また、設定されるヘッドギャップは、保持時間演算手段１６０に渡され、保持時間の決定に用いられる。
【００９０】
［印刷処理フロー］
以上説明した画像形成装置１の制御部１００による印刷処理を図１３のフローチャートに示す。
【００９１】
まず、情報出力装置２００から画像形成装置１に対し、印刷指示がなされることで、印刷動作が開始される。制御部１００の画像形成制御部１１０は、印刷情報２１０として、用紙情報２２０、印刷モード情報２３０、画像情報２４０等を受け取る（Ｓ１０１）。
【００９２】
次いで、画像形成装置１の用紙カセット４から用紙３が繰り出され搬送される際に、用紙含水率センサー３０から、用紙３の含水率情報を取得する（Ｓ１０２）。
【００９３】
次いで、表面の印刷を実行し（Ｓ１０３）、両面印刷であるか否かを判断する（Ｓ１０４）。表面のみの印刷の場合（Ｓ１０４：ＮＯ）は、表面の印刷後そのまま排紙トレイ１５上に排紙する（Ｓ１１１）。
【００９４】
一方、両面印刷を行う場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）は、カール量演算手段１５０は、カール量の計算を実行し（Ｓ１０５）、また、保持時間演算手段１６０は、その結果に基づいて保持時間を計算する（Ｓ１０６）。
【００９５】
用紙３は反転搬送路１６まで搬送され（Ｓ１０７）、反転搬送路１６において、算出された保持時間だけ保持される（Ｓ１０８）。
【００９６】
保持時間の経過後、印刷モード情報２３０に応じて、必要に応じて、ヘッドギャップを調整したうえ（Ｓ１０９）、裏面の印刷を行う（Ｓ１１０）。
【００９７】
裏面の印刷後、用紙３を排紙トレイ１５上に排出し（Ｓ１１１）、印刷動作は終了する。
【００９８】
以上説明した本実施形態に係る画像形成装置によれば、インク塗布量、用紙の伸び特性、応力緩和特性とインクの水分の蒸発（乾燥特性）等から、反転搬送路中で用紙が保持されている時間に応じたカール量の減少を計算することができ、カールによる裏面印刷時の用紙の持ち上がりを正確に予測することができる。
【００９９】
よって、算出したカール量の時間変化に基づいて、従来、余裕を持ちながら予め設定されていた保持時間を、用紙の種類、印刷モード、環境等に応じて、都度、必要最低限の時間に設定し、高画質な印刷をすることが可能となる。よって、両面印刷時の印刷時間を短縮すると共に、高画質な印刷をすることが可能になる。また、裏面印刷時の用紙とインクヘッドの接触を防止して、インクヘッドと用紙のこすれのない高画質な画像を得ることができる。よって、用紙の汚れがなく生産性の高い画像形成装置とすることができる。
【０１００】
さらに、カール量の時間による変化を把握することができるため、例えば、インクの塗布量が多い場合には、カール量が最大になるまでに数秒かかるため、それを予測してカール量が最大になる前、その量が少ない内に裏面の印刷を完了させ、印刷時間を短縮させるなどの制御を行うことも可能となる。
【０１０１】
また、印刷パターンに応じてカール量に重み付けすることで、用紙とインクヘッドとの接触を避けながらより短い保持時間を実現することができ、両面印字時の印刷速度を向上させることができる。
【０１０２】
さらに、使用者により設定される印刷モードや紙種に応じて、両面印刷時のヘッドギャップを調整することで、両面印刷時の保持時間をさらに短縮可能となる。例えば、印刷速度が優先される場合は、ヘッドギャップを大きくすることで、保持時間をより短く設定することができる。これにより、より生産性を高めることも可能となる。
【０１０３】
尚、上述の実施形態は好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  画像形成装置
２  インクヘッド
３  用紙
４  用紙カセット
５  給紙ローラ
６  分離パッド
７  第１搬送ローラ
８  搬送路
９  第２搬送ローラ
１０  プラテンガイド
１０ａ  リブ
１１  第１排紙ローラ
１２  第１拍車
１３  第２排紙ローラ
１４  第２拍車
１５  排紙トレイ
１６  反転搬送路
１７  第３搬送ローラ
１８  側板
２１  第１タイミングベルト
２２  インクヘッド搬送モータ
２３  ガイドシャフト
２３ａ  偏芯軸
２４  第２タイミングベルト
２５  ギャップ調整モータ
２６  第１プーリー
２７  第２プーリー
２８  第３プーリー
２９  第４プーリー
３０  用紙含水率センサー
３１  環境センサー
３２  用紙搬送モータ
３３  ヘッドクリーニング手段
１００  主制御部
１１０  画像形成制御部
１２０  用紙情報
１４０  画像情報
１５０  カール量演算手段
１６０  保持時間演算手段
２００  情報出力装置
２１０  印刷情報
２２０  用紙情報
２３０  印刷モード情報
２４０  画像情報
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０５】
【特許文献１】特開２００７−７６２６６号公報
【特許文献２】特許第４４０２８７０号公報
【特許文献３】特開２００４−９８４１２号公報
【図１】
2015136896.tif 000018
【図２】
2015136896.tif 000019
【図３】
2015136896.tif 000020
【図４】
2015136896.tif 000021
【図５】
2015136896.tif 000022
【図６】
2015136896.tif 000023
【図７】
2015136896.tif 000024
【図８】
2015136896.tif 000025
【図９】
2015136896.tif 000026
【図１０】
2015136896.tif 000027
【図１１】
2015136896.tif 000028
【図１２】
2015136896.tif 000029
【図１３】
2015136896.tif 000030