(57)【要約】【課題】両面画像形成時や多重画像形成時においても、シート材に発生するカールを適切に補正できるようにした定着装置を提供する。【解決手段】加熱ローラと加圧ローラとをそれぞれ独立に回転させる駆動部５７と、加熱ローラと加圧ローラの周速度差を設定する設定部と、シート材に形成される画像の画像情報を検出する画像情報検出手段３０と、駆動部５７を制御する制御部５６と、を備え、制御部５６は、画像情報検出手段３０によって検出された画像情報の検出結果と入力された画像形成モードとに基づいて、前記設定部によって設定された周速度差を満たす回転数で、前記加熱ローラと加圧ローラとを回転させるように駆動部５７を制御する。【選択図】図４
2004029563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱ローラと加圧ローラとからなる定着ローラ対を備え、シート材に転写されたトナー像を加熱溶融して前記シート材に定着させる定着装置であって、
前記加熱ローラと加圧ローラとをそれぞれ独立に回転させる駆動部と、
前記加熱ローラと加圧ローラの周速度差を設定する設定部と、
前記シート材に形成される画像の画像情報を検出する画像情報検出手段と、
前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記画像情報検出手段によって検出された画像情報の検出結果と、入力された画像形成モードと、に基づいて、前記設定部によって設定された周速度差を満たす回転数で、前記加熱ローラと、加圧ローラと、を回転させるように、前記駆動部を制御することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
シート材の両面に対して画像を形成する画像形成手段と、
前記シート材の種類に関する種類情報を検出する種類情報検出手段と、
前記画像形成手段が前記シート材に形成する画像に関する情報を検出する画像情報検出手段と、
前記シート材に転写されたトナー像を加熱溶融して前記シート材に定着させる定着装置と、
前記定着装置の加熱ローラと加圧ローラとをそれぞれ独立に回転させる駆動部と、
前記駆動部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記種類情報検出手段が検出する前記シート材の種類情報と、前記画像情報検出手段が検出する第１面および第２面の画像情報と、に基づいて、前記定着装置のローラ対間の線速度差を、複数段階または多段階に変化させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記画像情報は、前記シート材に形成された画像の画像濃度に関する情報であ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４】
前記制御手段は、前記シート材の第１面に形成された画像の画像濃度と、前記シート材の第２面に形成された画像の画像濃度と、の差に基づいて、前記定着装置のローラ対間の線速度差の設定を変化させ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５】
前記シート材の第１面と第２面の中、画像濃度の濃いシート面が外側に位置し、画像濃度の薄いシート面が内側に位置するように、前記シート材が湾曲され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６】
前記画像情報検出手段は、感光体上の電位を測定することによってトナー量を測定し、該トナー量に基づく画像情報を検出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７】
前記画像形成手段は、感光体に潜像を形成するために、画素データに基づいてレーザ光を発信するレーザ光発信手段を有し、
前記画像情報検出手段は、前記画素データにおける画素数を計数し、該計数結果に応じた画像情報を検出することを特徴とする請求項２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、プリンタ、複写機等の画像形成装置に設けられる定着装置に係り、特に、シート材の裏面（両面）または片面に対する複数回（多重）の画像形成に伴なってシート材に発生するカールの補正を効果的に行えるようにした定着装置およびその定着装置を具備した画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機等の画像形成装置においては、シート材（転写紙，記録用紙）を用い、感光体ドラムを介してドラム表面のトナー像をシート材表面に転写した上で、加熱ローラ方式の定着装置で転写されたトナー像を加熱・溶融して定着させた後、これを排出する手法が一般的に行われる。このような画像形成装置に対して、ステープラやパンチ穴あけ、ソート（丁合い）等の後処理を実行させる装置を接続した作業の自動化を図るようにした装置も提供されている。
【０００３】
これらの後処理装置を使用する場合には、シート材に発生するカール状態が、搬送ジャムやソータ装置等における用紙整合の良否、後処理性能の良否等に大きな影響を与えることになる。転写されたトナー像を加熱定着させて画像形成された後のシート材は、トナーの収縮やシート材自体の吸湿による膨張によってカールし易くなっているので、画像形成部とシート後処理装置との間に専用のカール補正装置またはカール補正工程を設けることがある。
【０００４】
カールの発生原因については、シート材上に転写されるトナーが樹脂等からできているため、定着後においては、シート材そのものの収縮率よりも、付着したトナーの収縮率の方が大になることから、シート材の表と裏で収縮率に差が生じ、その結果、トナーが付着した側（表面側）にカールするとされている。
【０００５】
上述のカール補正装置またはカール補正工程においては、シート材に対して常に適切なカール補正を行うために、画像形成装置内で検知される諸条件の変化に応じて、カール補正量を多段階に切換える構成にしている。例えば特開平４−２５１０６７号公報には、湿度、シート材の含水率、紙の種類、紙厚を検知してカール補正量を調整するようにした技術が提案されている。
【０００６】
また、一旦転写されたトナーが定着される際に加熱され、排出された際に温度の低下に伴って収縮し、この収縮がシート材のカールに大きく影響することから、例えば特開平８−２１７３１３号公報には、画像濃度やトナー量の検出結果に応じてカール補正量を調整するカール補正装置を、画像形成装置と後処理装置との間に外付け状態に設けた構成が提案されている。
【０００７】
近年、シート材の有効利用を図るために、シート材の裏面（両面）または片面に対して複数回（多重）の画像形成が可能な両面・多重装置の装備率が増加し、シート材の裏面（両面）を使用する機会も増加しつつある。そして、モノクロ（白黒）画像だけでなく、カラー画像を形成できる画像形成装置と、両面・多重装置との組合せでいろいろな画像情報をシート材の上に形成できる利点があるので、これに上記のシート後処理装置を追加することによって画像形成装置の利用用途が広範囲になってきている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像形成装置では、シート材に対するカール補正量の制御は、片面側へのみ記録される画像情報に基づいて実施されていたに過ぎず、両面（裏面）への画像記録の際のカール補正に関しては未だ不十分なものであった。すなわち、両面記録されるシート材のカールは、主として、表面と裏面のトナー収縮量の差によって生ずるために、全体的なカール補正量を決定するためには、シート材の表面と裏面とで使用されるトナー量を個々に比較する必要がある。
【０００９】
また、上記構成のように、専らカール除去を行なうカール補正装置またはカール補正工程を、定着装置と排紙トレイとの間に配置するためには、設置スペースを確保する必要があり、装置サイズの小型化に対して不利になる問題もあった。さらに、上記構成においては、シート材は、定着装置の熱によってカールが生じた後、カール除去装置まで搬送され、その間に温度が低下してカールが固定された後で、カールを除去するようになっている。
【００１０】
そのため、カール除去時のタイミングが不適切であり、必ずしも十分な効果が得られないという問題があった。すなわち、シート材のカールの発生状況については、シート材が定着器を通過した後すぐにはトナーの収縮は始まらずカール量は小さいが、しばらくすると、冷却されトナーの収縮が始まると、カール量が大になり固定される。
【００１１】
そして、複数色の異なるトナーでカラー画像形成を行う場合には、一般のモノクロ（白黒）画像よりも画像情報量（トナー量）が多いため、画像情報の量によってはシート材の片面だけの画像形成でも定着部通過後のカール量が大きくなる。このため、両面・多重装置及びシート後処理装置と組合せてカラー画像形成（例えば、小部数のカラーカタログの作成等）を行う場合に、中間トレイへのシート材の搬送や，再供給ができなかったり、シート材がシート材担持部材に吸着できなかったりして、紙詰まり（ジャム）が発生して作業性が著しく低下し、シート材の両面利用やシート後処理を困難にすることがあった。特に、カラー画像形成装置では、トナーが３色または４色あり、単純に考えてもモノクロ画像の３倍ないし４倍のトナー量を使用するため、カール量が増すことになる。
【００１２】
本発明は、このような実情に鑑みてなされ、両面画像形成時や多重画像形成時においても、シート材に発生するカールを適切に補正できるようにした定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。
【００１４】
（１）加熱ローラと加圧ローラとからなる定着ローラ対を備え、シート材に転写されたトナー像を加熱溶融して前記シート材に定着させる定着装置であって、
前記加熱ローラと加圧ローラとをそれぞれ独立に回転させる駆動部と、前記加熱ローラと加圧ローラの周速度差を設定する設定部と、前記シート材に形成される画像の画像情報を検出する画像情報検出手段と、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記画像情報検出手段によって検出された画像情報の検出結果と、入力された画像形成モードと、に基づいて、前記設定部によって設定された周速度差を満たす回転数で、前記加熱ローラと加圧ローラとを回転させるように、前記駆動部を制御することを特徴とする。
【００１５】
この構成においては、画像形成モードと画像情報とを制御装置に入力して（発生するであろうカール量を予測し）、（その予測に基づいて）設定された適切な周速度差を満たす回転数で、定着ローラ対の駆動速度（回転線速）を制御することにより、シート材に発生するカール方向及びカール量に対応した適切なカール補正を定着工程でタイミングよく行うことができる。
【００１６】
従って、トナーが固化しない間に、シート材に発生するカール方向及び程度に合わせた適切なカール補正を行えるので、コピー後のシート材の搬送性、積載性が向上し、シート材の後処理作業を容易かつ的確に行うことができる。
【００１７】
（２）シート材の両面に対して画像を形成する画像形成手段と、前記シート材の種類に関する種類情報を検出する種類情報検出手段と、前記画像形成手段が前記シート材に形成する画像に関する情報を検出する画像情報検出手段と、前記シート材に転写されたトナー像を加熱溶融して前記シート材に定着させる定着装置と、前記定着装置の加熱ローラと加圧ローラとをそれぞれ独立に回転させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記種類情報検出手段が検出する前記シート材の種類情報と、前記画像情報検出手段が検出する第１面および第２面の画像情報と、に基づいて、前記定着装置のローラ対間の線速度差を、複数段階または多段階に変化させることを特徴とする。
【００１８】
この構成においては、第１面目の画像情報をメモリに格納し、第２面目の画像情報と比較した上で、カール補正量を決定するため、カール除去工程の増設等によって装置構成を複雑化することなく、両面に画像が記録されたシート材に対しても、カール量及びカール方向に応じた適切なカール補正を行うことが可能となり、シート材の後処理装置やシート材搬送経路におけるシート材搬送性が向上し、ソート、ステイプル、パンチ穴あけ、製本等の後処理を安定して行えるようになる。
【００１９】
また、両面印字を行なわない場合でも、シート材の反転を伴わずに排出（フェイスアップ排出）させるか、あるいは反転を行なって排出（フェイスダウン排出）させるかで、シート材の搬送性や後処理に及ぼす不具合の程度が異なるが、この構成においては、片面印字の場合でも反転パス内においてシート材がフラットな状態に維持されるため、搬送性が向上し、後処理への不具合はなくなる。
【００２０】
（３）前記画像情報は、前記シート材に形成された画像の画像濃度に関する情報であることを特徴とする。
【００２１】
画像濃度が高く、シート材へ転写されるトナー量が多くなるほど、シート材の排出後のトナー収縮の影響が大きくなり、カール量が増大するが、この構成のように、画像情報として画像濃度を反映させることによって、適切なカール補正を行なうことができる。
【００２２】
（４）前記制御手段は、前記シート材の第１面に形成された画像の画像濃度と、前記シート材の第２面に形成された画像の画像濃度と、の差に基づいて、前記定着装置のローラ対間の線速度差の設定を変化させることを特徴とする。
【００２３】
画像形成装置へ両面装置が追加され、両面印字が可能とされる場合、シート材の表面及び裏面での画像量差、すなわち、画像形成に使用されるトナー量差によって、トナー量の多い面を内側にしてカールが発生する。つまり、シート材両面のトナー量によってカール量及びカール方向が変化する。
【００２４】
この構成においては、シート材の表面と裏面でのトナー量を比較考量してカール補正を行なうことで、両面印字の場合に適切なカール補正を行なうことができる。
【００２５】
（５）前記シート材の第１面と第２面の中、画像濃度の濃いシート面が外側に位置し、画像濃度の薄いシート面が内側に位置するように、前記シート材が湾曲されることを特徴とする。
【００２６】
両面印字が可能とされる場合、シート材の表面及び裏面での画像量差、すなわち画像形成に使用されるトナー量差によって、トナー量の多い面を内側にしてカールが発生する。
【００２７】
この構成においては、このカール方向の逆方向にシート材を湾曲させること（逆カール）によって効果的なカール補正を行なうことができる。
【００２８】
（６）前記画像情報検出手段は、感光体上の電位を測定することによってトナー量を測定し、トナー量に基づく画像情報を検出することを特徴とする。
【００２９】
この構成においては、像露光後の感光体電位を測定することによって、予め求まる感光体電位と感光体へのトナー付着量との関係に基づいて、２値画像を形成する場合のカール発生量をより正確に予測することができ、シート材の搬送、後処理装置等に不具合を与えることのない適切なカール補正を施すことができる。
【００３０】
（７）前記画像形成手段は、感光体に潜像を形成するために、画素データに基づいてレーザ光を発信するレーザ光発信手段を有し、前記画像情報検出手段は、前記画素データにおける画素数を計数し、該計数結果に応じた画像情報を検出することを特徴とする。
【００３１】
この構成においては、画素データから画素数を計数することによって、予め求まる１画素のレーザ照射光量とトナー付着量との関係に基づいて、多値画像を形成する場合のカール発生量をより正確に予測することができるため、シート材の搬送、後処理装置等に不具合を与えることのない適切なカール補正を施すことができる。
【００３２】
【発明の実施形態】
以下に、本発明の実施形態に係る定着装置および画像形成装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３３】
（画像形成装置の概要）
図６は、画像形成装置の全体の構造を示し、同図にて、１は筺体であり、この筺体１の一側には、給紙トレイ２内に積載されたシート材（転写紙，記録用紙）３を給紙ローラ４により給紙する給紙部５が設けられている。その給紙部５の下流側には、給紙ローラ４により給紙されたシート材３を一枚ずつに分離する分離ローラ７、ニップ部によりシート材３の先端位置を定める一対のレジストローラ８を経て、画像形成手段としての画像形成部が設けられている。
【００３４】
その画像形成部には、像担持体としての感光体９Ｂ，９Ｙ，９Ｍ，９Ｃが順次配設され、各感光体の上には、それぞれ異なる色のトナー画像を現像する現像部１０Ｂ，１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃが設けられている。また、各感光体の直下には、感光体９Ｂ，９Ｙ，９Ｍ，９Ｃの配列方向に沿って回転する転写ベルト１１と、この転写ベルト１１により搬送されるシート材３に各感光体９Ｂ，９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ上のトナー画像を転写する転写部１２Ｂ，１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃと、が配列されている。
【００３５】
これら感光体、現像部、転写部は色別に設けられているが、以下、代表して感光体は９、現像部は１０、転写部は１２の符号を用いて説明する。現像部１０は、作像手段を省略し、現像器の概略のみを図示しており、感光体９の外周を帯電させてその帯電部分にレーザー光を照射して静電潜像を形成し、その静電潜像をトナーにより顕像化する公知のものである。
【００３６】
また、前記転写ベルト１１の下流側には、定着器（定着部，定着装置）１３と、回動運動によりシート材３の搬送方向を切り替える搬送方向切替手段としてのゲート１５と、が配列され、筺体１の他側には、排紙受け６が設けられている。さらに、ベルトコンベア１１の下方には、ゲート１５により案内されるシート材３を、排出させずに、Ｓ字形の経路を経由させて反転させた後一時的に格納する中間トレイ１６が設けられ、この中間トレイ１６からシート材３を前記レジストローラ８の上流側に導く再給紙路１７が設けられている。
【００３７】
この再給紙路１７には、中間トレイ１６から再給紙されたシート材３の未転写側の面（図６では下面となる第２面）を予熱するための予熱手段１８が設けられている。前記定着器１３は、ヒータが内蔵された筒状の芯金の外周をシリコンゴムで被覆した加熱ローラ（定着ローラ）１９と、ヒータが内蔵された筒状の芯金の外周をシリコンゴム又はフッ素ゴムで被覆した加圧ローラ２０と、を弾性的に付勢・接触させるように構成されている。
【００３８】
このような構成において、両面印刷モードでは、始めに給紙部５から給紙されたシート材３は、現像部１０の動作に同期回転するレジストローラ８と転写ベルト１１とにより搬送され、その搬送の過程でシート材３の第１面に感光体９上のトナー画像が転写部１２によって転写され、続いて定着器１３により加熱定着される。定着器１３を通過したシート材３は、ゲート１５により方向変換され、Ｓ字形の経路をもって搬送されて中間トレイ１６に一時的に格納される。
【００３９】
この状態では、第１面に転写された転写側の面は図６において上に向けられ、未転写側の面（第２面）は下に向けられる。そして、中間トレイ１６のシート材３が予熱手段１８により予熱され再給紙路１７を経てレジストローラ８に達するまでの間には、次のトナー画像が感光体９の外周面上で現像される。
【００４０】
レジストローラ８と転写ベルト１１とにより再給紙されたシート材３は、前回画像が転写された転写面（第１面）が下に向けられ、未転写側の面（第２面）が上に向けられるため、感光体９上のトナー画像は第２面に転写され、前回同様に定着部１３により定着され、この時点に至るまでには、ゲート１５が時計方向に回動しているため、２度目の印刷を終えたシート材３は、排紙受け６に排紙される。
【００４１】
このような画像形成装置の定着過程では、シート材３が加熱されて収縮するが、前述したように、シート材自体の収縮率と付着したトナーとの収縮率の違いにより、シート材３は、第１面（画像面）が凹むようにカール（正カール）する。特に、カラー画像の場合には異なるトナーが重ねられるためにトナー層が厚くなり、収縮の影響が大きくなるためにカールし易い傾向がある。
【００４２】
このため、本実施形態の定着器１３においては、以下のように、定着ローラ対間１９，２０で周速差を設定することより、シート材３に発生する剪断作用と、シート材３の両面で発生する熱量差と、によって、シート材３のカールを効果的に補正するようにしている。以下に、カールを補正するための構成について図面を参照しつつ説明する。
【００４３】
（剪断力の作用）
図１（ａ）（ｂ）は、定着器１３のカール除去原理について説明するための部分拡大図である。同図に示すように、定着器１３は、断面の半径Ｒ２の加熱ローラ１９の外周面１９ａと、断面の半径Ｒ３の加圧ローラ２０の外周面２０ａとの間で、シート材３を挟むように構成されている。また、図１（ａ）（ｂ）に示されるシート材３の上面Ｓ２はトナーが転写された画像面であり、反対側の下面Ｓ３は画像のない裏面である。
【００４４】
上記構成において、加熱ローラ１９と加圧ローラ２０とは、不図示の駆動部によって、それぞれ独立に、周速度Ｖ２と周速度Ｖ３とで回転駆動され、その両ローラ１９，２０間に挟まれたシート材３は、その上面Ｓ２において加熱ローラ１９よりＦ２　の力を受け、下面Ｓ３において加圧ローラ２０よりＦ３　の力を受け、速度Ｖ５で進行するようになっている。
【００４５】
定着器１３のカール除去の動作について、図１（ａ）（ｂ）および図５（ａ）（ｂ）を参照しつつ以下に説明する。図１（ａ）は、加熱ローラ１９の周速度Ｖ２が加圧ローラ２０の周速度Ｖ３よりも小さく設定された場合を示す。この場合、シート材３が搬送される速度Ｖ５は、他のシート搬送機構のシート搬送速度と等しくなるように設定されている。また、周速度Ｖ２，Ｖ３および搬送速度Ｖ５は、Ｖ３＞Ｖ５≒Ｖ２の関係を満たすように設定されている。
【００４６】
このような条件下で、シート材３と加熱ローラ１９との間で働く摩擦力は、シート材３の搬送速度Ｖ５≒周速度Ｖ２の関係があるため、図１（ａ）に示す摩擦力Ｆ２　のような静止摩擦力となっている。これに対して、シート材３と加圧ローラ２０との間で働く摩擦力は、搬送速度Ｖ５＜周速度Ｖ３の関係があるため、図１（ａ）に示す摩擦力Ｆ３　のような動摩擦力となっている。
【００４７】
このため、シート材３に対して、上面と下面とに、それぞれ異なる方向に摩擦力が作用し、シート材３に対して剪断力を与えることとなる。この剪断力の作用によりシート材３は、搬送方向とは逆方向への摩擦力を発生する加熱ローラ１９へ巻き付く状態となり、上面側へのカールが促進される。このような記録面側へのカールを、フェイスカール（正カール）と称している。
【００４８】
図１（ｂ）は、加熱ローラ１９の周速度Ｖ２が加圧ローラ３の周速度Ｖ３よりも大きく設定された場合を示す。この場合、シート材３が搬送される速度Ｖ５は、他のシート搬送機構のシート搬送速度と等しくなるように設定され、周速度Ｖ２，Ｖ３および搬送速度Ｖ５は、Ｖ３＜Ｖ２≒Ｖ５の関係を満たすように設定されている。
【００４９】
このような条件下において、シート材３と加熱ローラ１９との間で働く摩擦力は、搬送速度Ｖ５≒周速度Ｖ２の関係があるため、静止摩擦力として、図１（ｂ）に示す摩擦力Ｆ２　のようになっている。これに対して、シート材３と加圧ローラ２０との間で働く摩擦力は、搬送速度Ｖ５＞周速度Ｖ３の関係があるため、動摩擦力として、図１（ｂ）に示す摩擦力Ｆ３　のようになっている。
【００５０】
このため、シート材３に対して、その上面と下面とにおいて異なる方向に摩擦力が作用し、シート材３に剪断力が与えられることとなる。この剪断力の作用により、シート材３は、搬送方向とは逆方向への摩擦力を発生する加圧ローラ２０へ巻き付く状態となり、下面側へのカールが促進される。このような記録面と反対の面側へのカールを、バックカール（逆カール）と称している。
【００５１】
また、上記のようなカールの発生原理については、別の観点から、図５（ａ）（ｂ）のように説明することもできる（但し、図１を用いた説明では、上下ローラ対１９，２０の速度差のみに着目し、加圧ローラ２０の変形は考慮されていない）。なお、この場合においても、加熱ローラ周速Ｖ２≒加圧ローラ周速Ｖ３の関係が成立している。
【００５２】
図５（ａ）は、図１（ａ）と同じ状況を説明する図で、加圧ローラ２０の方が加熱ローラ１９よりも進行している状態を示す。この場合、カールに及ぼすニップの影響については、加熱ローラ方向へ付勢された加圧ローラ表面が凹状に変形していることに加えて、さらにニップ部でシート材３を加熱ローラ方向に押し上げるようにしごきながら搬送するので、ニップ形状方向に沿ってカール（正カール）が強まる。そして、搬送速度が遅いほど、この傾向は強くなる。
【００５３】
カールに及ぼす摩擦力の影響については、加熱ローラ１９よりも加圧ローラ２０の方が表面摩擦係数を低く設定（例えば、ＰＦＡチューブを被覆）されており、かつトナー付着面（静電面）が加熱ローラ側に面するので、シート材３の搬送は、加熱ローラ１９が支配的となるが、加圧ローラ２０はスリップ回転（加熱ローラ１９の進行よりも遅れる状態）するため、シート材３に対して摩擦力が作用し、シート材３は加圧ローラ２０の側に巻き付く（逆カール）ことになる。そして、加圧ローラ２０の従動負荷が大きいほど、加熱ローラ１９の進行よりも遅れることになるので、加圧ローラ２０へシート材３が巻き付く効果が強くなる。
【００５４】
また、図５（ｂ）は、図１（ｂ）と同じ状況の説明図で、この場合、加熱ローラ１９の方が加圧ローラ２０よりも進行している状態を示し、シート材３が引き抜かれるように搬送されるので、ニップ形状方向に沿うカールが弱まる。
【００５５】
以上の説明から明らかなように、周速度の異なるローラ対間１９，２０をシート材３が通過する場合には、そのシート材３の搬送速度は、周速度の速い方のローラの速度に依存し、周速度の遅い方のローラに巻き付くこととなる。従って、ニップ効果によって元来発生するカールが正カールとして存在している状況下では、定着ローラ対間１９，２０の周速度差を適切に調節し、各ローラ１９，２０とシート材３との間の摩擦力の関係を制御することによって、逆カールを適度に促進させ、正カールの適切な補正操作が可能となる。
【００５６】
（シート材両面への付加熱量差）
上下の定着ローラ対１９，２０を同一周速で回転させる定着動作を行うと、加熱ローラ１９が加圧ローラ２０よりも高温であるため、シート材３の両面での水分蒸発量の差が大きくなるため、シート材３にカールが発生する。すなわち、加熱手段を内蔵する加熱ローラ１９が加圧ローラ２０よりも高温であるため、加熱ローラ１９に接するシート面からの水分蒸発量が、加圧ローラ２０に接するシート面からの水分蒸発量よりも多くなるので，表裏両面でシート材３の繊維の収縮量に差が発生し、収縮量の大きい加熱ローラ１９の方向へシート材３がカールすることとなる。
【００５７】
従って、加熱ローラ方向へのカールを修正するためには、シート材３の両面における水分蒸発量の差を小さくし、シート材両面の繊維収縮量の差を縮小するように、加圧ローラ２０からシート材３に与える熱量を増加させるべく、加圧ローラ２０の周速を加熱ローラ１９の周速よりも低速側に設定すればよい。
【００５８】
従来の定着装置においては、シート材にトナー画像を定着させて搬送するのみであるから、シート材にカールを生じさせていた。これに対して、本発明に係る定着器１３では、定着動作と共に、上記のように定着ローラ対１９，２０の周速度差を設定することで、逆カール方向に作用する力（シート材両面に発生する剪断力バランスと、熱的エネルギバランスの両面から）を与えることができるので、カールを効果的に抑制または緩和することができる。
【００５９】
（制御系統ブロック図）
図３および図４は、定着器１３の駆動部を制御するための制御系統ブロック図を示し、その制御系統は、図示のように、画像情報検出手段としてのカール情報の検出手段３０、カール補正量算出手段５５、駆動制御装置（設定部、制御部、制御手段）５６、および、加熱ローラ１９と加圧ローラ２０とをそれぞれ独立に回転させる駆動部（加熱ローラ駆動ユニット，加圧ローラ駆動ユニット）５７からなり、カール補正量算出手段５５、駆動制御装置５６は、演算処理装置（ＣＰＵ）および記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ）を具備している。
【００６０】
画像情報検出手段３０については、例えば、シート材の種類の検出手段またはシート材の種類情報発信手段としての紙種センサ３１、紙厚センサ３２、紙サイズセンサ３３は、画像形成装置の給紙部５（図６参照）等に設けられているものを利用することができ、これらにより、紙種検出（普通紙とＯＨＰ用紙の判別）、紙厚検出、紙サイズ検出等の情報を得ることができる。また、温・湿度の検出については、画像形成装置内に設けられている環境情報発信手段としての環境センサ（温・湿度センサー）３４の検出情報を利用すればよい。
【００６１】
また、画像情報検出手段３０におけるトナー量検出手段については、例えば、図４に示すように、電位センサ３７で、シート材３の表裏両面側への感光体ドラム上の電位を測定し、両者を比較することにより、画像情報としてのトナー量（比較値）を算出する構成であってもよく、また、例えば、図３に示すように、読み取り画像をレーザ光に変換する際にレーザコントローラにおいてドットカウンター３５で計数されるドット数（ビデオカウント値）からトナー量（比較値）を予測する構成等であってもよい。
【００６２】
（湿度検出手段）
下記に代表的な湿度の検出方法について説明するが、これに限らず、他の適当な検出方法を適用することもできる。
【００６３】
１）湿度センサ
例えば、画像形成装置本体内の用紙収納部（上記給紙部５）に、この用紙収納部内の湿度を検出する湿度センサを設ければよい。あるいは、画像形成装置本体の任意の位置に湿度計を配置しておき、その湿度計から得られる情報を制御装置に入力させるようにしてもよい。
【００６４】
２）シート材の含水率（または用紙水分量）
用紙収容部内の湿度と、シート材の含水率（または用紙水分量）とは正の相関関係を示す。従って、用紙含水率（または用紙水分量）を検出し、それを用紙収容部内の湿度に代えることが可能である。用紙水分量検出手段は、短時間で検知可能なもの、すなわち、シート材に含まれる水分による電気抵抗値の変化や、赤外線やマイクロ波等の吸収（これらが用紙を透過する際に、用紙含水率に応じて減衰するので、その減衰量を検出する）を検出してもよい。
【００６５】
用紙水分量検出手段の配置位置は、シート材の給紙搬送部分（例えば、レジストローラ対を導電性部材で形成し、用紙水分量検出手段を構成する回路の一部とする）に設置し、ここを通過するシート材の水分量を測定するようにしてもよい。また、シート材の収容されている用紙カセットや、給紙トレイ部分の近傍に配置し、積載されている状態のシート材の水分量を測定してもよい。
【００６６】
〔実施形態１〕
本実施形態では、例えば、図６に示すような中間トレイ１６を具備して両面印字が可能な画像形成装置を適用対象とする。このような画像形成装置において、内部の詳細な図示は省略するが、まず、画像形成スタート信号ＯＮと同時に原稿画像読取装置に載置された原稿の画像が、ＣＣＤ等の光学読み取りセンサを介して画素データとして画像メモリ内に読み込まれ、一時的に蓄えられる。
【００６７】
画像メモリ内に蓄えられた原稿の画像情報は、シート材３が画像形成部を通過するタイミングに合せて、シート材３上に転写されるように、画像書き込み装置として、または、レーザ光発信手段として、画素データに基づいて書込レーザ光を感光ドラム９に発射するレーザ光学系によって、感光ドラム９上に書き込まれる。
【００６８】
このような動作によって、画像が転写されたシート材３は、用紙搬送路に沿って、定着器１３へ送り込まれ、定着器１３によって熱定着され、片面記録時には、シート材３は定着後、排紙ローラにより排紙受け６に排紙される。
【００６９】
また、両面記録時には、用紙搬送路のゲート（搬送方向切替部）１５を不図示のアクチュエータにより切り換えることで、シート材３を分岐部に突入させ、分岐部に突入したシート材３が、反転ローラへ送られる。そして、反転ローラが逆転し、反転したシート材３は、中間トレイ１６に誘導され、中間トレイ１６上で画像面を上にして積載される。中間トレイ１６上に積載されたシート材３は、ピックアップローラにより再度給紙され、片面記録と同様のプロセスによって画像が転写・定着された後、排紙受け６に排紙される。
【００７０】
以上説明したような画像形成装置において、片面記録がなされたシート材３は記録面側が収縮した正カール状態で排出されることが多い。このようなシート材３に発生する正カールは、後処理装置における搬送不良や、積載不揃い、ステイプル、パンチ穴のずれ等の不整合、そしてカールによる積載枚数の減少といった不具合の原因となる。
【００７１】
この正カールは、主に定着ローラ１９，２０において加熱、溶融されたトナーが排出後の空冷により収縮することに起因して発生する。また、そのカール量は、画像濃度（トナー量）、用紙の種類（材質、剛性、厚み、サイズ、すき目方向等）及び、周囲の温湿度環境により変化し、各変化要因とカール量との間には相関性がある。例えば、画像濃度が高く、シート材３に転写するトナー量が多くなる程、排出後のトナー収縮がシート材３に与える影響は大きく、カール量は増加する。
【００７２】
一方、剛性の高いシート材３ほど、トナーの収縮力の影響を受けにくく、カール量は減少する。また、同一のシート材３であっても高湿度環境下である程（湿度が高い程）、定着ローラ１９，２０で一旦水分が放出された後のシート材３の再吸湿による伸びは著しく、特に、トナー定着により水分が浸透しにくくなっている記録面側に対し、非記録面側の吸湿による伸びは大きくなり正カールの発生を増長する。
【００７３】
本実施形態では、これらの変化要因をカール情報として事前に検出することにより、シート材３に発生するカール量を的確に予測し、定着器１３を用いて、常に後処理装置や用紙搬送に対して、支障ないレベルまでカール修正が行えるように構成している。すなわち、定着器１３におけるカール補正機能を調節するための定着ローラ対間１９，２０の線速差（周速度差）の設定を、用紙厚とトナー量（単位面積当りのトナー付着量であり、平均画像濃度に相当する）、または、用紙厚とドット数（ビデオカウント値）に基づいて、多段階もしくは複数段階に渡って切り換えることにより、トナーの付着状態・程度に応じて、カールの補正を適切におこなえるようにしている。
【００７４】
より具体的には、装置の操作パネルや外部に接続された端末機器を介して、両面印字が選択または指示された場合に、例えば、図３または図４に示すように、第１面目（シート材３の表面側）のトナー量（電位センサ３７により測定した感光体９の測定電位、または、ドットカウンター３５によるドット計数結果に基づく換算値）をメモリ３８または３６に格納記憶し、第２面目（シート材３の裏面側）のトナー量と比較するシーケンスを設けることにより、カール補正量算出手段５５によるカール量の予測を的確におこない、そのカールを消去するべく、制御手段としての駆動制御装置５６により、定着ローラ対１９，２０の駆動を制御することにより、片面記録の場合と同様に、適切なカール補正を行なえるようにしている。
【００７５】
（線速度設定例）
定着ローラ対１９，２０の駆動制御については、例えば、加熱ローラ線速を１００％に固定し、加圧ローラ線速をこれよりも低速側で多段階もしくは複数段階に渡って切り換え、定着ローラ対間１９，２０に線速差を発生させるようにすることができる。その定着ローラ対間１９，２０における線速差制御のための線速差設定テーブルの一例を図２に示す。
【００７６】
図２では、縦軸は用紙厚さ（Ｔ）を示す。紙厚センサ等による紙厚測定値は、閾値によって分類され、カール補正量算出手段５５内のメモリへ記憶される。Ｔａは最小紙厚で、Ｔｂは最大紙厚である。また、横軸はトナー量を示す。ここでいうトナー量は、単位面積当りのトナー量であり、平均画像濃度に相当する。
【００７７】
よって、ビデオカウント値や感光ドラム表面の電位制御値より算出される画像記録に使用された全トナー量をＷＴ、紙サイズ検出より算出される用紙の全記録域の面積をＡ、とした場合のトナー量Ｗは、Ｗ＝ＷＴ／Ａで表される。
【００７８】
さらに、両面記録がなされた場合には、１面目（排出時下面）のトナー量：ＷＤ＝ＷＴＤ／Ａと、２面目（排出時上面）のトナー量：ＷＵ＝ＷＴＵ／Ａとの比較を行うため、カール修正量を決定する最終条件であるトナー量差ΔＷは、下記（１）式で表される。
【００７９】
ΔＷ＝ＷＵ−ＷＤ＝（ＷＴＵ−ＷＴＤ）／Ａ・・・・（１）
また、Ｗａは、達成可能な最大トナー量（画像濃度）であり、０≦ＷＵ≦Ｗａ、０≦ＷＤ≦Ｗａであることから、トナー量差ΔＷの範囲は、下記（２）式で表される。
【００８０】
−Ｗａ≦ΔＷ≦Ｗａ・・・・・・・・・（２）
片面記録の場合は、上記において排紙時下面のトナー量、ＷＤ＝０の場合を考えればよく、ΔＷ＝ＷＵ（排出時上面となる記録面側のトナー量）となり、０≦ΔＷ≦Ｗａの範囲を活用すればよい。
【００８１】
定着器１３におけるカール補正機能を調節する手段としての、定着ローラ対間１９，２０の線速差Ｘの切換の設定は、例えば、下記表１〜表３に示すように、多段階に行うのが好ましい。
【００８２】
【表１】
2004029563.tif 000003
【００８３】
【表２】
2004029563.tif 000004
【００８４】
【表３】
2004029563.tif 000005
【００８５】
このとき、各線速差は０≦Ｘ１≦Ｘ２≦Ｘ３の関係にあり、Ｘ１は可能な限り０に近づけ、カール補正がほとんどない用紙搬送状態であり、Ｘ２、Ｘ３の順番にカール補正力が強まる。
【００８６】
以上の構成において、トナー量（ΔＷ）に閾値（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）を設け、前述の紙厚値（Ｔ）との組み合わせに対する最適な線速差Ｘを、図２のようなイメージで設定された線速差（Ｘ）設定テーブルより読み取ることにより、カール量に応じた適正なカール補正能力の制御を行うことが可能となる。
【００８７】
図２の線速差（Ｘ）設定テーブルをカール補正量算出手段５５内のメモリに記憶させておく。カール補正量算出手段５５は紙厚センサー３２より送られてくる紙厚値信号（Ｔ）と、トナー量検出手段３７によって検出された１面目と２面目の単位面積当りのトナー量差ΔＷより、最適な線速差（Ｘ）を記憶している線速差設定テーブルに基づいて決定する。
【００８８】
例えば、両面に画像形成されたあるコピーシートの紙厚がＴＡ（Ｔａ＞ＴＡ＞Ｔ１）、トナー量差がΔＷＡ（Ｗ２＜ΔＷＡ＜Ｗ３）の場合の最適線速差はＸ３であるとカール補正量算出手段５５は判断する。
【００８９】
以上の線速差制御は、普通紙に対するものであり、ＯＨＰ用紙等の樹脂フィルムのような、元々、吸湿やトナー収縮によるカールの影響を受けにくく、カール補正を必要としないシート材は、判別された時点で図２のテーブルを適用することなく、線速差０に設定すればよい。
【００９０】
周囲の温湿度環境により、カール量が変化する場合はトナー量の閾値（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）を検出される温湿度に関する変数として扱い、例えば高温高湿下では、カールが大きくなる（カールし易い）ため、トナー量の閾値（横軸全体）を図２のマイナス側へ、低温低湿下では、カールが小さくなる（カールし難い）ため、その逆に図２のプラス側へ、それぞれシフトさせることにより、いかなる環境下においても適正なカール補正制御が可能となる。
【００９１】
上記表１〜表３のトナー量閾値の替りに、原稿の読取画像を感光体への書込レーザ光へ変換する際に、レーザ制御部で計数されるドット数として置換しても同様である。上記表１〜表３の線速差設定例では、加圧ローラ線速は４段階（加熱ローラ１００％に対して、加圧ローラを９８．５％〜１００％とする）に切換えているが、例えば紙厚とトナー量（またはドット数）の２個のパラメータから決まる任意の線速差を達成できるように切換えることもできる。
【００９２】
〔実施形態２〕
実施形態１では、両面記録用紙の正カール修正のみについて説明したが、両面記録がなされたシート材３は例えば１面目（排出時下面）のトナー量が２面目（排出時上面）のトナー量より多い場合には、１面目のトナーの収縮量がより大きいために、逆カール状態で排出される場合がある。
【００９３】
シート材３の逆カールは正カールに比べてシート材自体の自重によってならされるため、後処理装置や用紙搬送系における弊害は比較的に少ないが多数枚積載された時など、積載の不揃いやステイプルやパンチ穴のずれ等の不整合を生じる場合がある。そこで、実施形態２では、シート材３の逆カールに対しても適切なカール修正を行うことを可能にした。
【００９４】
すなわち、シート材３のカールが正カールの場合は実施形態１と同様に、加圧ローラ２０の線速を、算出されたカール補正量に応じて切りかえ、加熱ローラ１９の線速よりも減速方向に駆動させることによりカール補正を行う。シート材３のカールが逆カールの場合（１面目のトナー量＞２面目のトナー量）には、加熱ローラ１９の線速を算出されたカール補正量に応じて切換え、加圧ローラ２０の線速よりも減速する方向へ駆動させることによりカール補正を行うことができる（上記の図１（ａ）を用いた説明に相当する）。
【００９５】
以上説明したように、加熱ローラ１９と加圧ローラ２０を独立的に駆動させ、その線速差の切換機構を配置することにより、装置自体を大型化することなく、シート材３の正逆双方向のカール補正が可能な定着装置を構成でき、後処理装置におけるシート材３の整合性が更に向上する。
【００９６】
本実施形態の画像形成装置では両面印字が可能であり、さらに片面印字の場合でもフェースアップ出力または用紙反転によってフェースダウン出力が選択できる。従って、Ａ面とＢ面との明確な定義付けは難しいが、反転せずにそのまま排出された状態における画像面（上面）をＡ面（表面）、その反対面をＢ面（裏面）としている。
【００９７】
そのため、片面印刷が反転されて出力した場合にはＢ面（裏面）に画像情報が存在しており、また、両面印刷で最後に反転せずに出力された場合には１回目の転写画像がＢ面（裏面）、２回目の転写画像がＡ面（表面）に現れることとなる。
【００９８】
【表４】
2004029563.tif 000006
【００９９】
表４は、以上のように定義されたＡ面及びＢ面に対する画像量に基づいたカールの発生状況を示す。画像量とカールの関係については、トナーの転写されたシート材３が熱定着されると、シート材３の冷却時にトナーが大きく収縮し、シート材３はトナーが転写された面を内側にしてカールする。そのため、画像量が多い場合（印字されるトナー量が多い場合）には、その量が多い面を内側にして収縮する。
【０１００】
表４のＡ面、Ｂ面の表欄における数値は、最大濃度を１００としたときの画像量の比率（画像量比）を示している。例えば、Ａ面の画像量比よりも、Ｂ面の画像量比が多い場合には、シート材先端及び後端が下方へ垂れ下がった（上に凸）ダウンカール（逆カール）状態なので、この場合にはシート材先端及び後端が上方に曲がった（下に凸）フェイスカール（正カール）方向となるようにカール補正を施すことになる。
【０１０１】
片面印字の場合には、シート材３の反転の有無に応じて表４の一行目または一列目のカール発生状況になる。すなわち、一行目が反転を伴わない場合で、一列目が反転を伴う場合である。表４では、ダウンカールよりもフェイスカールの発生状況を重視している。
【０１０２】
これは、端部が下側に曲がったダウンカールはシート材自重によりカールが補正される方向にあるが、端部が上側に跳ねたフェイスカールは自ら補正できないこと、また、後処理装置はフェイスカールに弱いこと等の理由により、下向きの補正（フェイスカールをダウンカール方向に向ける修正）を施すため、フェイスカールの発生状況を重視している。なお、表４中の記号で、Ｆはフェイスカール（正カール）を表し、Ｄはダウンカール（逆カール）を表す。そして、後の数値はカール量（高さ：ｍｍ）を表す。
【０１０３】
【表５】
2004029563.tif 000007
【０１０４】
表５は、表４で得られたそれぞれのカールの発生状況に対して、そのカールを打ち消すために、定着ローラ対１９，２０への線速差設定例である。正カールの場合、逆カールの場合ともに、加熱ローラ１９の線速は１００％に固定し、加圧ローラ２０の線速を切換えている。正カールの場合は、下向きのカール補正を行うべく、上記図１（ｂ）に相当する定着ローラ対１９，２０の線速差の設定を行うとともに、加熱ローラ線速よりも加圧ローラ線速を減速することで、加圧ローラ２０からシート材３へ付与する熱量を増加し、加熱ローラ１９からシート材３へ付与する熱量との差を詰める方向にしている。
【０１０５】
一方、逆カールの場合は、上向きのカール補正を行うべく、上記図１（ａ）に相当する定着ローラ対１９，２０の線速差の設定を行うとともに、加熱ローラ線速よりも加圧ローラ線速を増速することで、加熱ローラ１９からシート材３へ付与する熱量を増加し、加熱ローラ１９に接するシート材面の収縮を促進する方向である。本例では、線速制御の簡易化のために、全ての状況で、加熱ローラ線速を１００％に固定しているが、逆カールの補正で、加圧ローラ線速を１００％とし、加熱ローラ線速を減速する線速差の設定を行うこともできる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、以下のような効果を奏する。
【０１０７】
（１）画像形成モードと画像情報とに基づいて発生するであろうカール量を予測し、そのカール量に対応して設定された適切な周速度差を満たす回転数で、定着ローラ対の駆動速度（回転線速）を制御するので、シート材に発生するカール方向及びカール量に対応した適切なカール補正を定着工程でタイミングよく行うことができ、コピー後のシート材の搬送性、積載性が向上し、シート材の後処理作業を容易かつ的確に行うことができる。
【０１０８】
（２）第１面目の画像情報をメモリに格納し、第２面目の画像情報と比較した上で、カール補正量を決定する手段を設けたので、カール除去工程の増設等によって装置構成を複雑化することなく、両面に画像が記録されたシート材に対しても、カール量及びカール方向に応じた適切なカール補正を行うことが可能となり、シート材の後処理装置やシート材搬送経路におけるシート材搬送性が向上し、ソート、ステイプル、パンチ穴あけ、製本等の後処理を安定して行えるようになる。
【０１０９】
また、両面印字を行なわない場合でも、シート材の反転を伴わずに排出（フェイスアップ排出）させるか、あるいは反転を行なって排出（フェイスダウン排出）させるかで、シート材の搬送性や後処理に及ぼす不具合の程度が異なるので、片面印字の場合でも反転パス内においてシート材がフラットな状態に維持されるため、搬送性が向上する。
【０１１０】
（３）画像濃度が高く、シート材へ転写されるトナー量が多くなるほど、シート材の排出後のトナー収縮がシート材に与える影響が大きく、カール量が増大するため、画像情報として画像濃度を反映することによって、適切なカール補正を行なうことができる。
【０１１１】
（４）シート材両面のトナー量を比較考量してカール補正を行なうので、両面印字の場合に適切なカール補正を行なうことができる。
【０１１２】
（５）両面印字が可能とされる場合、シート材の表面及び裏面での画像量差、すなわち画像形成に使用されるトナー量差によって、トナー量の多い面を内側にしてカールが発生するため、このカール方向の逆方向にシート材を湾曲させることによって、適切なカール補正を行なうことができる。
【０１１３】
（６）像露光後の感光体電位を測定することによって、予め求まる感光体電位と感光体へのトナー付着量との関係に基づいて、２値画像を形成する場合のカール発生量をより正確に予測することができ、シート材の搬送、後処理装置等に不具合を与えることのない適切なカール補正を施すことができる。
【０１１４】
（７）画素データから画素数を計数することによって、予め求まる１画素のレーザ照射光量とトナー付着量との関係に基づいて、多値画像を形成する場合のカール発生量をより正確に予測することができるので、シート材の搬送、後処理装置等に不具合を与えることのない適切なカール補正を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る定着装置のカール発生原理の説明図である。
【図２】同定着ローラ対間の線速差制御のための線速差設定テーブルである。
【図３】同定着ローラ対を駆動制御するための制御系統ブロック図である。
【図４】同別の制御系統ブロック図である。
【図５】同カール発生原理を別の観点から説明するための説明図である。
【図６】同画像形成装置の構成説明図である。
【符号の説明】
１３−定着装置
１９−加熱ローラ
２０−加圧ローラ
３０−画像情報検出手段
３１〜３４−種類情報検出手段
５６−制御部，制御手段
５７−駆動部
【図１】
2004029563.tif 000008
【図２】
2004029563.tif 000009
【図３】
2004029563.tif 000010
【図４】
2004029563.tif 000011
【図５】
2004029563.tif 000012
【図６】
2004029563.tif 000013