(57)【要約】【課題】用紙を搬送して画像を記録し記録された画像を定着する画像形成装置において、定着後にカールした用紙を適度に矯正することが可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】定着ローラ１４の下流側に配置された排出ローラ１５に加熱装置２５を設け、加熱装置２５を定着処理前の用紙に関する特性データに基づいて加熱制御を行うようにすることで、用紙の特性に応じてきめ細かく加熱を行ってカールを適度に矯正することができる。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
用紙を所定方向に搬送する搬送手段と、搬送される前記用紙に画像信号に基づいて画像を記録する記録手段と、記録された前記画像を前記用紙に定着する定着手段と、前記定着手段による定着処理前の前記用紙に関する特性データを決定するデータ決定手段と、前記画像が定着処理された前記用紙を加熱する加熱手段と、前記特性データに応じて前記加熱手段を制御する加熱制御手段とを備える画像形成装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記定着手段による前記用紙の定着処理面の反対側の面を加熱する請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記加熱制御手段は、前記加熱手段が前記定着手段の定着温度より低い温度で加熱するよう制御する請求項１又は２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記データ決定手段は、前記用紙の含有水分量を測定する手段を有し、測定された含有水分量のデータに基づいて前記特性データを決定する請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記データ決定手段は、前記用紙の紙厚を検知する手段を有し、検知された紙厚のデータに基づいて前記特性データを決定する請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記データ決定手段は、前記用紙の温度を測定する手段を有し、測定された温度のデータに基づいて前記特性データを決定する請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記データ決定手段は、前記用紙のサイズを検知する手段を有し、検知されたサイズのデータに基づいて前記特性データを決定する請求項１から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、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置では、トナーを用いて用紙上に画像記録を行い、画像記録されたトナーを熱定着により用紙に定着させて画像形成を行う方法が一般に行われている。こうした熱定着の際にトナーとともに用紙も高温で加熱されることから、用紙から水分が蒸発する。定着動作は短時間で行われるため、用紙の定着処理面の方がその反対側の面より加えられる熱量が多くなり、その結果用紙の定着処理面の方が多くの水分が蒸発することになる。こうして、一般にカール現象と称されているように、用紙が湾曲するよう変形する。用紙を変形したまま搬送すると、ジャムなどのトラブルの原因になり、また排出トレイで用紙がうまく積み重ねることができないといった問題点がある。一旦変形した用紙は、水分が戻ったとしてもトナーが定着しているため元の平坦な形状には戻ることはなく、また、ローラにより挟持してカールとは逆方向に変形させて元に戻そうとしても逆に皺が発生するおそれがある。
【０００３】
そこで、従来よりカールに対する対応策が種々提案されている。例えば、特開昭５２−４７７３７号公報では、定着工程の送り出し側に、定着工程で加熱された面と反対側の面を加熱する加熱機構を設けて紙のカールを減少する点が記載されている。また、特開平４−９３９７０号公報では、定着装置を通過した転写紙を反転させて再度定着装置を通過させてカールを除去する点が記載されている。特開平５−１４２８７９号公報では、記録媒体が厚みのある特殊な媒体の場合には別の給紙機構を用いることを利用して、厚みのある記録媒体を給紙するときは定着装置の設定温度を高くするようにしている。薄い記録媒体には設定温度を低くして必要以上に記録媒体が加熱されないようになるため、カールの発生を防止できる点が記載されている。また、特開平７−１１４２９１号公報では、定着ローラの定着温度を高低２段階に設定できるようにし、給紙枚数、記録紙の抵抗値、記録紙の表面電位、給紙カセット内での貯蔵時間又は次の画像記録を行うまでの経過時間によって定着ローラの定着温度を設定された２段階で適宜変更する点が記載されている。
【０００４】
また、特開平９−２５０４０号公報では、カール取りローラを設け、記録用紙の後端がカール取りローラに到達した時点で一定時間停止させる点が記載されている。また、特開平９−２４０９００号公報では、排出ローラの下流側に用紙を波打たせるためのガイド部材を用紙搬送路に突設して、カールした用紙にこしを付けることでカールを矯正する点が記載されている。
【０００５】
また、特開２０００−３５１４８５号公報では、複写機内に加湿機を備え、複写機の周囲の相対湿度を検知して、相対湿度を６２％以下に保持するようにし、併せて冷却速度を調節することで、カールの発生を防止する点が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭５２−４７７３７号公報及び特開平４−９３９７０号公報に記載されているように、カールした用紙を再度加熱する場合用紙によっては必要以上に加熱されてしまい、トナーが剥離するといった別の問題が生じる恐れがある。特開平５−１４２８７９号公報及び特開平７−１１４２９１号公報に記載されているように、定着温度を変化させてカールを防止する場合、用紙の状態はその材質や特性によって様々であるため、高低の２段階程度では十分対応しきれず、かえって定着性能が落ちてしまうことになりかねない。
【０００７】
また、特開平９−２５０４０号公報及び特開平９−２４０９００号公報に記載されたように、カールした用紙の形状を平坦になるように変形させることは、上述したように皺等の発生を招くおそれがある。
【０００８】
また、特開２０００−３５１４８５号公報に記載されたように相対湿度の調整を行うことは装置自体が大掛かりなものとなり、一般に使用されるコンパクトな装置には不向きである。
【０００９】
本発明者は、カールした用紙がその定着処理前の特性に応じてきめ細かく加熱処理されればカールが適度に矯正されることを実験により知得した。そこで、本発明は、こうした知見に基づいて定着前の用紙の特性にきめ細かく対応してカールを適度に矯正することが可能な画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像形成装置は、用紙を所定方向に搬送する搬送手段と、搬送される用紙に画像信号に基づいて画像を記録する記録手段と、記録された画像を前記用紙に定着する定着手段と、定着手段による定着処理前の用紙に関する特性データを決定するデータ決定手段と、画像が定着処理された用紙を加熱する加熱手段と、特性データに応じて加熱手段を制御する加熱制御手段とを備える。さらに、加熱手段は、定着手段による用紙の定着処理面の反対側の面を加熱する。さらに、加熱制御手段は、加熱手段が定着手段の定着温度より低い温度で加熱するように制御する。また、データ決定手段は、用紙の含有水分量を測定する手段を有し、測定された含有水分量のデータに基づいて特性データを決定する。また、データ決定手段は、用紙の紙厚を検知する手段を有し、検知された紙厚のデータに基づいて特性データを決定する。また、データ決定手段は、用紙の温度を測定する手段を有し、測定された温度のデータに基づいて特性データを決定する。また、データ決定手段は、用紙のサイズを検知する手段を有し、検知されたサイズのデータに基づいて特性データを決定する。
【００１１】
上記のような構成を有することで、画像が定着された用紙はカールしたとしても加熱制御手段によって加熱手段を制御して用紙はその特性に応じて加熱されるのでカールを適度に矯正することができる。カールが適度に矯正されるのは、いろいろな要因が考えられるが、例えば、用紙に残存する水分の蒸発によりカールの矯正が行われることもその１つであると考えられる。用紙の定着処理面とは反対側の面を加熱する際に、予め用紙の含有水分量を測定してその特性データに応じて反対側の面に残存する水分量の蒸発を助長すればカールの適度な矯正を図ることができる。用紙は給紙トレイに積載されている間に周囲環境の湿度によってその含有水分量は変化するが、表層の用紙ほど含有水分量が多くなるため、用紙によって含有水分量が異なってくる。本発明は、含有水分量を測定して加熱制御手段によって加熱手段の加熱を用紙の特性に応じてきめ細かく調整できるので、適度なカールの矯正を行うことができる。
【００１２】
また、加熱手段の温度を定着温度よりも低くすることで、加える熱量を定着時に比べ抑制すれば、既に定着によりカールしている用紙に対して必要以上の加熱を行うことを避けることができ、カールの矯正を適度に行うことが容易になる。
【００１３】
また、用紙の紙厚が薄くなるほどカールしやすくなることから、用紙の紙厚を検知して紙厚のデータに基づいた特性データに応じて加熱手段の加熱を加熱制御手段によってきめ細かく調整すればその用紙に対して適度なカールの矯正を行うことができる。
【００１４】
また、用紙の温度が高くなると外気と同様の環境下では湿度が高くなってカールしやすくなることから、用紙の温度を測定して温度のデータに基づいた特性データに応じて加熱手段の加熱を加熱制御手段によってきめ細かく調整すれば適度なカールの矯正が行える。
【００１５】
また、用紙のサイズによってもカールの発生の程度が異なってくる。大きいサイズになるほど用紙はカールしやすく、また用紙を構成する繊維の方向によっても変わることから用紙を横方向に搬送するか縦方向に搬送するかでもカール発生の程度が変わるため、用紙のサイズを検知してサイズのデータに基づいた特性データに応じて加熱手段の加熱を加熱制御手段によってきめ細かく調整すれば適度なカールの矯正が行える。
【００１６】
ここで、「特性データ」とは、用紙の特性に関係付けられたデータであって、その特性に対応して必要となる加熱制御量を決めるデータである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置全体の概略を示している。画像形成装置の上部には原稿を搬送して原稿の両面を読み取る原稿読取部１が配置され、その下部に画像を記録する記録部２、画像を記録する用紙を搬送する用紙搬送部３及び給紙部４が配されている。
【００１８】
給紙部４には、給紙カセット５に複数枚の用紙が積載してセットされており、一枚ずつ用紙搬送部３に給紙される。給紙された用紙は用紙搬送部３の搬送ローラ６等により記録部２に搬送されて画像を記録し排出ローラー１５により用紙排出トレイ１６に排出される。図１では、用紙の搬送経路を点線で示している。
【００１９】
記録部２では、用紙搬送部３により搬送された用紙に画像を記録するために、現像器７、帯電ドラム１０、転写ローラ１１、露光ヘッド１２、除去ブラシ１３及び定着ローラ１４を備えており、帯電ドラム１０に露光ヘッド１２で画像記録信号に応じて露光することで帯電させて、現像器７内のトナーを供給ローラ８及び現像ローラ９によって帯電ドラム１０にトナーを付着させ、転写ローラー１１により帯電ドラム１０表面に付着したトナーを用紙に転写し、定着ローラ１４によって転写したトナーを用紙に定着する。転写後の帯電ドラム１０に残留したトナーは除去ブラシ１３により除去される。
【００２０】
原稿読取部１は、原稿搬送装置を内部に備えたカバー部１７と、スキャナ１９を備えた読取本体部１８からなる。原稿搬送装置は、原稿トレイ２２に載置された原稿を搬送する搬送ローラを備えており、搬送された原稿は原稿排出トレイ２３に排出される。読取本体部１８の上面には、搬送される原稿を読み取る部分にプラテンガラス２０が配置され、原稿や本等を載置して読み取る部分に透明なガラス材からなる載置ベッド２１が配置されている。搬送原稿を読み取る場合にはスキャナ１９をプラテンガラス２０に対向する位置に静止させて読み取り動作を行い、載置ベッド２１に載置された原稿等を読み取る場合にはスキャナ１９を走査して読み取り動作を行うようにする。カバー部１７の載置ベッド２１に対向する面には原稿押え２４が取り付けられている。
【００２１】
図２は、用紙の搬送経路において搬送ローラ６〜転写ローラ１１〜定着ローラ１４〜排出ローラ１５までの主な構成を示した概略図である。搬送ローラ６の近傍には用紙３０を検知する用紙検知センサ３１が配置されており、用紙検知センサ３１は用紙検知回路４３に接続されている。
【００２２】
搬送ローラ６は一対のローラ６ａ、６ｂからなる。ローラ６ａ、６ｂの表面は導電性材料で被覆されており、その回転軸と電気的に接続されている。一方のローラ６ａの回転軸は、電流検知回路４１と電気的に接続されており、他方のローラ６ｂの回転軸は、バッテリ４２に電気的に接続されている。
【００２３】
定着ローラ１４のうちローラ１４ａがその内部に発熱体を有しており、用紙の上面を熱定着するようになっている。また、排出ローラ１５のうちローラ１５ｂの近傍には、加熱装置２５が設けられており、加熱装置２５が発熱するとローラ１５ｂが加熱されて用紙の下面が加熱されるようになっている。加熱装置２５は、ランプ、棒状体からなるもの等公知のものを採用することができ、また、ローラ１５ｂの内部に配置してもかまわない。加熱装置２５には加熱制御ドライバ４４が接続されている。ローラ１５ｂの近傍には、その表面に近接して加熱温度センサ３２が配置されており、加熱温度センサ３２には、加熱温度検知回路４７が接続されている。
【００２４】
用紙検知センサ３１が用紙３０を検知すると用紙検知回路４３より制御部４０に検知信号が出力され、制御部４０のＣＰＵ４５は電流検知回路４１に電流が流れるようにセットして、電流検知回路４１から電流値のデータが制御部４０に出力される。流れた電流値は用紙の含有水分量と相関関係を有しており、含有水分量が多くなると流れる電流値も大きくなる。そこで、使用する用紙について含有水分量と電流値との関係を実験により測定しておけば、測定された電流値から含有水分量を測定することができる。
【００２５】
また、制御部４０には、制御テーブル４６が作成されており、制御テーブル４６には電流値Ｉｎ（すなわち含有水分量に相当）とそれに対応する特性データＣｎ（目標温度）が蓄積されている（図３参照）。特性データＣｎは、電流値Ｉｎに相当する含有水分量を含む用紙のカール矯正に必要な排出ローラ１５ｂの温度を示すデータであり、実験により用紙の含有水分量とカール矯正に必要な排出ローラ１５ｂの温度を求めておき、制御テーブル４６に蓄積する。
【００２６】
したがって、ＣＰＵ４５は、電流検知回路４１から電流値のデータが得られると、制御テーブル４６を参照して電流値に対応する特性データを決定する。ＣＰＵ４５は、加熱制御信号を加熱制御ドライバ４４に出力して、加熱装置２５を発熱させて排出ローラ１５ｂを加熱する。そして、加熱温度センサ３２から加熱温度検知回路４７を介して排出ローラ１５ｂの加熱温度データがＣＰＵ４５に入力され、加熱温度データと決定された特性データとが一致するまでＣＰＵ４５は加熱制御信号を連続して出力し、一致した後はその温度を維持するために断続的に加熱制御信号を出力する。図示されない用紙排出検知センサによって排出ローラ１５から用紙の後端が検知されると、ＣＰＵ４５は加熱制御信号の出力を停止する。
【００２７】
排出ローラ１５の加熱温度の範囲は１００℃を上限とし、７０〜８０℃の範囲が好ましい。こうした温度範囲に設定することで、既に定着によりカールしている用紙に対して必要以上の加熱を行うことがなくなり、適度なカール矯正を行うことができる。
【００２８】
図４は、以上の制御フローを示したものである。まず、用紙検知センサ３１がＯＮかチェックされ（Ｓ１００）、ＯＮの場合には電流検知回路４１に電流が流れるように接続されて（Ｓ１０１）電流Ｉを測定する（Ｓ１０２）。
【００２９】
その後電流検知回路４１を切断し（Ｓ１０３）、制御テーブル４６に蓄積された電流値Ｉｎを読み出して、Ｉｋ≦Ｉ＜Ｉｋ＋１となる電流値Ｉｋを検索し（Ｓ１０４）、Ｉｋに対応する特性データＣｋを決定する（Ｓ１０５）。そして、加熱制御信号を出力し（Ｓ１０６）、排出ローラの加熱温度データＴｈがＣｋ以上となったかチェックする（Ｓ１０７）。Ｃｋ以上となった場合には加熱制御信号の出力を停止し（Ｓ１０８）、用紙排出検知センサがＯＦＦかチェックする（Ｓ１０９）。ＯＦＦでない場合には再度Ｓ１０６に戻り加熱制御を継続し、ＯＦＦの場合には終了動作を行う。
【００３０】
上述した例では、１枚の用紙について加熱制御を行う場合を示したが、給紙カセットから連続して画像記録を行う場合には、含有水分量はほぼ類似してくることから、所定枚数毎に電流値を検知して加熱制御するようにしてもよい。
【００３１】
また、上述した例において、用紙の温度、紙厚又はサイズを考慮した加熱制御を行うこともできる。用紙の温度は、給紙カセット内の温度を検知するカセット内温度検知回路４９を設けて検知すればよい。用紙は給紙カセット内に長時間積載されて温度・湿度平衡状態になっていることから給紙カセット内の温度を用紙の温度としても差し支えない。また、手差しの場合には外気の温度を検知するようにしてもよい。紙厚は、用紙の種類によって規格化されていることから、操作部５０で指定可能な用紙の紙厚を予めデータとして蓄積しておけばよい。用紙のサイズは、給紙トレイで用紙サイズを検知するセンサを設けて用紙サイズ検知回路４８で検知すればよく、また、操作部５０で指定した用紙サイズのデータを用いてもよい。
【００３２】
図５は、用紙の紙厚及びサイズを一定とした場合（同じ種類の用紙を使用した場合）の用紙の温度Ｔｎ−電流値Ｉｎ−特性データＣｍｎの関係を蓄積した制御テーブル４６の例である。温度Ｔｎと電流値Ｉｎとの所定の組合せに対応して特性データＣｍｎが予め実験により決められて蓄積されている。
【００３３】
これらの関係は、図６のグラフに示すような関係を有する。横軸に電流値Ｉをとり、縦軸に用紙の温度Ｔをとって、特性データＣｍｎが等しい点を結んだ線を示している。ここでは、特性データの大きさは、Ｃ１、Ｃ２、・・・Ｃｋの順にその値は大きくなっている。電流値が大きく用紙の温度が高いほど特性データは大きく設定されているが、これは、温度が高いため湿度が上昇し、その状態で長時間給紙カセット内に積載されて用紙の含有水分量が多くなったような場合が想定され、より高い温度で加熱制御されることが必要になるためである。このように、用紙の温度も加味した加熱制御を行うことできめ細かなカール矯正を行うことができる。
【００３４】
さらに、用紙の紙厚は、使用する用紙の種類によってデータ数が絞られることから、紙厚毎に図４のような制御テーブルを作成しておけばよい。用紙のサイズについても同様にデータ数が絞られることから、用紙のサイズやその搬送方向（縦置き、横置き）によって制御テーブルを作成しておけばよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、画像が定着された用紙はカールしたとしても加熱制御手段によって加熱手段を制御してその特性に応じて加熱されるのでカールを適度に矯正することができる。定着処理前の用紙の含有水分量を電気的に測定してその測定データに応じた特性データを決定し、その特性データに応じて加熱手段の加熱を加熱制御手段によってきめ細かく調整すれば、カールした用紙に対して適度なカールの矯正を行うことができる。
【００３６】
また、加熱手段の温度を定着温度よりも低くすることで、加える熱量を定着時に比べ抑制すれば、既に定着によりカールしている用紙に対して必要以上の加熱を行うことを避けることができ、カールの矯正を適度に行うことが容易になる。
【００３７】
また、用紙の紙厚が薄くなるほどカールしやすくなることから、用紙の紙厚を検知して紙厚のデータに基づいた特性データに応じて加熱手段の加熱を加熱制御手段によってきめ細かく調整すればその用紙に対して適度なカールの矯正を行うことができる。
【００３８】
また、用紙の温度が高くなると外気と同様の環境下では湿度が高くなってカールしやすくなることから、用紙の温度を測定して温度のデータに基づいた特性データに応じて加熱手段の加熱を加熱制御手段によってきめ細かく調整すれば適度なカールの矯正が行える。
【００３９】
また、用紙のサイズによってもカールの発生の程度が異なってくる。大きいサイズになるほど用紙はカールしやすく、また用紙を構成する繊維の方向によっても変わることから用紙を横方向に搬送するか縦方向に搬送するかでもカール発生の程度が変わるため、用紙のサイズを検知してサイズのデータに基づいた特性データに応じて加熱手段の加熱を加熱制御手段によってきめ細かく調整すれば適度なカールの矯正が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態を備えた画像形成装置全体の概略側面図である。
【図２】本発明に係る実施形態の部分概略側面図及びブロック構成図である。
【図３】本発明に係る実施形態の制御テーブルの説明図である。
【図４】本発明に係る実施形態の制御フローである。
【図５】本発明に係る実施形態の別の制御テーブルの説明図である。
【図６】図５に示した制御テーブルについてその関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１　　原稿読取部
２　　記録部
３　　用紙搬送部
４　　給紙部
５　　給紙カセット部
６　　搬送ローラ
７　　現像器
８　　供給ローラ
９　　現像ローラ
１０　　帯電ドラム
１１　　転写ローラ
１２　　露光ヘッド
１３　　除去ブラシ
１４　　定着ローラ
１５　　排出ローラ
１６　　用紙排出トレイ
１７　　カバー部
１８　　読取本体部
１９　　スキャナ
２０　　プラテンガラス
２１　　載置ベッド
２２　　原稿トレイ
２３　　原稿排出トレイ
２４　　原稿押え
２５　　加熱装置
３０　　用紙
３１　　用紙検知センサ
３２　　加熱温度センサ
４０　　制御部
４１　　電流検知回路
４２　　バッテリ
４３　　用紙検知回路
４４　　加熱制御ドライバ
４５　　ＣＰＵ
４６　　制御テーブル
４７　　加熱温度検知回路
４８　　用紙サイズ検知回路
４９　　カセット内温度検知回路
５０　　操作部
【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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