(57)【要約】【課題】用紙のカールを矯正するためのカール矯正装置を備える画像形成装置およびカール矯正装置を制御するためのカール量を予測するためのカール予測方法を提供すること。【解決手段】画像形成装置は、シート状の用紙を対向する圧接部で挟持・搬送しながら用紙上のトナー像を加圧加熱して定着させており、加熱部材の温度および温度差、用紙の含水率、用紙の厚さ、加熱時間から温度分布計算ステップ（Ｓ１１２）により用紙の厚さ方向の温度分布を計算し、含水率分布計算ステップ（Ｓ１１４）により用紙の厚さ方向の含水率分布を計算し、さらに、計算で求めた用紙の温度分布と含水率分布から収縮率計算ステップ（Ｓ１１６）により用紙の収縮率を計算し、用紙の収縮率からカール計算ステップ（Ｓ１１８）でカール量を計算し、紙目判断ステップ（Ｓ１２０）でカール方向を規定してカール量を修正する。【選択図】図５
2012242625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の用紙を対向するローラー対、ベルト対、またはローラーおよびベルトから構成される圧接部で挟持・搬送しながら加圧加熱する定着装置における、用紙に発生するカールを予測するカール予測方法であって、
前記ローラー対、前記ベルト対、または前記ローラーおよびベルトの温度を測定する温度測定ステップと、
用紙搬送速度とニップ幅から用紙加熱時間を計算する加熱時間計算ステップと、
加圧加熱前の用紙の含水率を測定する含水率測定ステップと、
加圧加熱前の紙厚測定ステップと、
用紙の厚さ方向の温度分布を計算する温度分布計算ステップと、
用紙の厚さ方向の含水率分布を計算する含水率分布計算ステップと、
水分の蒸発による用紙の収縮率を計算する収縮率計算ステップと、
用紙の収縮率からカールを計算するカール計算ステップと、
用紙の縦目と横目の紙目判断ステップとを有し、
前記ローラー対、前記ベルト対、前記ローラーおよびベルトそれぞれの温度および温度差、用紙の含水率、用紙の厚さ、加熱時間から該温度分布計算ステップにより用紙の厚さ方向の温度分布を計算し、該含水率分布計算ステップにより用紙の厚さ方向の含水率分布を計算し、さらに、計算で求めた用紙の温度分布と含水率分布から該収縮率計算ステップにより用紙の収縮率を計算し、用紙の収縮率から該カール計算ステップでカール量を計算し、該紙目判断ステップでカール方向を規定してカール量を修正するカール予測方法。
【請求項２】
シート状の用紙を対向する圧接部で挟持・搬送しながら加圧加熱する定着装置で用紙に発生するカールを予測するカール予測方法であって、
前記圧接部を構成する加熱部材の温度を測定する温度測定ステップと、
用紙搬送速度とニップ幅から用紙加熱時間を計算する加熱時間計算ステップと、
加圧加熱前の用紙の含水率を測定する含水率測定ステップと、
加圧加熱前の紙厚測定ステップと、
水分の蒸発による用紙の収縮率を計算する収縮率計算ステップと、
用紙の縦目と横目の紙目判断ステップと
を含み、
定着に影響を与える環境条件および印刷条件を使用して前記用紙のカール量を計算し、前記紙目判断の結果に応じてカール方向を規定してカール量を修正するカール予測方法。
【請求項３】
前記加熱部材は、ローラー、ベルト、またはローラーおよびベルトとして構成される、請求項２に記載のカール予測方法。
【請求項４】
前記カール予測方法は、さらに、
用紙の厚さ方向の温度分布を計算する温度分布計算ステップと、
用紙の厚さ方向の含水率分布を計算する含水率分布計算ステップと、
用紙の収縮率からカール量を計算するカール計算ステップと、
前記紙目の方向に応じて前記カール計算ステップによって計算された前記カール量を修正し、カール矯正のための制御値を決定する制御値決定ステップと
を含む、請求項２または３に記載のカール予測方法。
【請求項５】
シート状の用紙を対向する圧接部で挟持・搬送しながら用紙上のトナー像を加圧加熱して定着させる定着装置と、前記定着装置を通過した前記用紙に生じるカールを矯正する画像形成装置であって、前記画像形成装置は、
前記圧接部を構成する加熱部材の温度を測定する温度測定手段と、
用紙搬送速度とニップ幅から用紙加熱時間を計算する加熱時間計算手段と
加圧加熱前の用紙の含水率を測定する含水率測定手段と、
加圧加熱前の紙厚を測定する紙厚測定手段と、
前記用紙の厚さ方向の温度分布を計算する温度分布演算手段と、
前記用紙の厚さ方向の含水率分布を計算する含水率分布演算手段、
水分の蒸発による用紙の収縮率を計算する収縮率計算手段と、
前記用紙の収縮率からカール量を計算するカール量演算手段と、
印刷時の用紙の縦目と横目の紙目を判断する紙目判断手段と
を含み、
測定された前記温度および温度差、用紙の含水率、用紙の厚さ、加熱時間から計算される用紙の厚さ方向の温度分布、用紙の厚さ方向の含水率分布、前記温度分布と前記含水率分布とから取得された前記用紙の収縮率を使用して前記用紙のカール量を計算し、現在の印刷設定で紙目判断手段による横目か縦目の判断に応じてカール方向を規定してカール量を修正する、画像形成装置。
【請求項６】
シート状の用紙を対向する圧接部で挟持・搬送しながら用紙上のトナー像を加圧加熱して定着させる定着装置と、前記定着装置を通過した前記用紙に生じるカールを矯正する画像形成装置であって、前記画像形成装置は、
前記圧接部を構成する加熱部材の温度を測定する温度測定手段と、
用紙搬送速度とニップ幅から用紙加熱時間を計算する加熱時間計算手段と
加圧加熱前の用紙の含水率を測定する含水率測定手段と、
加圧加熱前の紙厚を測定する紙厚測定手段と、
水分の蒸発による用紙の収縮率を計算する収縮率計算手段と、
印刷時の用紙の縦目と横目の紙目を判断する紙目判断手段と、
を含み、
定着に影響を与える環境条件および印刷条件を使用して前記用紙のカール量を計算するカール量計算手段を含むカール量予測部と、
前記紙目の方向に応じて計算された前記カール量を修正し、カール矯正のための制御値を決定する制御値決定手段と
を含む画像形成装置。
【請求項７】
前記加熱部材は、ローラー、ベルト、またはローラーおよびベルトとして構成される、請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記カール量予測部は、
前記用紙の厚さ方向の温度分布を計算する温度分布演算手段と、
前記用紙の厚さ方向の含水率分布を計算する含水率分布演算手段、
前記用紙の収縮率からカール量を計算するカール量演算手段と
を含む、請求項６または７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、電子写真技術等を用いた複写機、プリンタ、複合機等のトナーを溶融して作像する画像形成装置に関し、より詳細には、圧接した部材のニップ部にトナー像が担持された用紙を通過させ、トナー像を熱によって溶融し用紙上に定着させる定着装置において、用紙のカールを矯正するためのカール矯正装置を備える画像形成装置およびカール矯正装置を制御するためのカール量を予測するためのカール予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子写真方式を利用した画像形成装置においては、帯電装置で像担持体の表面に電荷を保持させ、画像情報に従って光照射装置よりレーザ光またはＬＥＤ（Light Emitting Diode）光などを照射して、像担持体上に潜像を形成し、この潜像を現像装置のトナーにより顕像化して、転写装置によりこのトナー像を転写ベルトに転写し、その後紙に転写する。次に紙上に形成されたトナー像を、定着装置においてベルトまたはローラーの定着部材とベルトまたはローラーの加圧部材との間を通過させて加熱し記録媒体に定着させる。
【０００３】
このような電子写真方式の定着装置においては、定着部材と加圧部材とのニップ部を出た紙が、加熱に起因して水分を奪われ、この脱水により収縮してしまう。このような定着装置では、その加熱ローラー側に熱源がある一方で、加圧側には熱源がなかったり、または熱源の出力が小さかったりする場合が多く、このような場合に紙の表裏において表面温度の差が生じてしまう。そして、この温度差により、紙の表裏の水分の蒸発に差が生じて、このため収縮差が生じ、この収縮差に依存してカールが発生する。カールした紙は、そのまま定着装置から排紙されてしまうと、定着後の搬送経路おける紙詰まりや、排紙部での収容上のかさばり等が発生し易くなってしまう。
【０００４】
一方、用紙を狭持するニップ部では、接触面積を確保するため硬度が相違するローラーまたはベルトが接触し変形している。これにより充分なトナーの溶融がおこなわれるが、その副作用として、接触部の変形に倣い紙にカールが発生してしまう。従来より、このような定着時に発生するカールを矯正するために、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、例えば弾性ローラーと、この弾性ローラーを押圧して湾曲したニップ搬送部を形成しながら回転する押圧ローラーとからなるローラーニップ方式のものが知られている。その他、ベルト支持ローラーに掛け回されて回転するベルトと、このベルトの支持ローラーとなる部分を押圧して湾曲したニップ搬送部を形成しながら回転する押圧ローラーとからなるベルトニップ方式のものが知られている。このようなカール矯正装置は、上記いずれの方式のものも、弾性ローラーまたはベルトと、押圧ローラーとの間の湾曲したニップ搬送部に定着後の用紙を通過させて、その用紙をカールした方向とは反対側の方向に湾曲変形させることにより、カールのない状態に矯正するようになっている。
【０００６】
このようなカール矯正装置は、定着後に発生するカールの状態が、用紙の種類やその用紙に形成する画像の濃度や、環境湿度などの違いにより異なる結果となるため、従来では、用紙の種類や画像濃度等の所定のパラメータに応じて、そのカール矯正装置により矯正するカール矯正量を調整するようにしている。
【０００７】
例えば特開２００２−３１６７６１号公報（特許文献１）は、環境変化や用紙種別に対して的確なカール矯正を行うことを目的として、周囲の環境や用紙の種類に応じて矯正量を算出することを特徴とする画像形成装置を開示している。より具体的には、特許文献１の技術では、環境情報入力手段により印字手段の周囲の環境情報を取得し、この取得した環境情報に基づきカール矯正手段による媒体の湾曲矯正量を演算している。このことから、周囲の温度や湿度の変化といった環境変動があっても比較的正確な湾曲矯正量によるカール矯正を行えるようにしている。また特許文献１の技術では、あらかじめ入力済みの用紙の種類によっても、カール矯正のローラーを通る紙の巻き付け角度を調整できるようにすることができる。
【０００８】
さらに特許第４００９０５１号明細書（特許文献２）は、確実にカールを矯正することができるとともに、そのために用いられる構成の繁雑性をなくしてコストアップを防止し、さらには使用されるシートに発生するカールの度合いに関係なくそのカールを矯正することを目的として、紙の搬送方向上流側に位置するローラーが、シートの厚さもしくはシートのカール量に応じて上記巻き付け角度が変更可能であり、この巻き付き角度を複数段階に設定可能であることを特徴とするカール矯正装置を開示している。
【０００９】
また特開２００７−３２８０５４号公報（特許文献３）は、定着装置にて定着されたシートの一方の面からの脱湿を抑制する第１の脱湿抑制手段と、定着装置にて定着されたシート２の他方の面からの脱湿を抑制する第２の脱湿抑制手段とを備え、定着装置により生成されるシートのカールを矯正するように上記第１および第２の脱湿抑制手段による脱湿抑制度合を異ならせることを特徴とするシート矯正装置を開示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、実際の定着装置周辺の環境においては、１００℃以上に熱せられた紙が通紙されるため、紙の水分が蒸発しており、画像形成部近傍とは異なった状態が形成されている。また定着装置の加熱定着ローラーの温度や、対向する加圧ローラーの温度は、常に一定というものではなく、朝まもなくの立ち上げ直後や、連続通紙時などに変動する。このような定着状態の変動は、画像形成部近傍の温湿度測定値や、紙種のみの情報からは把握することが困難である。したがって、上記特許文献１および特許文献２が開示する従来技術では、画像形成部近傍の温湿度測定値や紙種の情報に従ってカール矯正を制御したとしても、不確実なものとなってしまう。また上記特許文献３の技術も、朝まもなくの立ち上げ直後や連続通紙時にカール状態が変化し、また紙種によってカール状態が異なるような場合には、定着装置の加熱状態、紙種、通紙枚数等には充分に対応できず、カール矯正が不確実となってしまい、問題となっていた。
【００１１】
さらに、従来の定着装置では、加熱定着ローラーを暖めるヒータに通電してから、熱の伝導および輻射などによって対向側の加圧ローラーを温めるが、画像形成装置の立ち上げ時には、対向側のローラーが温まりきらずに、画像面の加熱定着ローラー側と、対向側の加圧ローラーとの表面温度に差が生じてしまい、この温度差は、充分に温まった後の状態のものとも異なっている。また充分に温まった後であっても、連続して紙が通過すると、紙により定着装置の熱が奪われ、特に加熱手段がないまたは出力の小さい対向側の加圧ローラー等の温度は低下する。
【００１２】
図１０は実験的に求めた用紙の含水率と収縮率の関係を示す。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。このことから、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ことが分かる。
【００１３】
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、加熱定着ローラーおよび加圧ローラーの温度、加熱定着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。一方、カールの形成される方向は、用紙中の繊維の並びによって変化する。ここで、用紙の長手方向と繊維の長手方向がおおよそ一致するのが縦目、長手方向が用紙の幅方向におおよそ一致するのが横目とする。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長方向にカールする。
【００１４】
ここで、加熱定着ローラーと加圧ローラーとの温度差がある時のカールの生成メカニズムについて図１１を用いて説明する。図１１（Ａ）において、加熱定着ローラーと加圧ローラーとのニップ部において加熱定着ローラーの温度が高い場合、加熱定着ローラー側の水蒸気圧が高まる。用紙の繊維および、繊維間の空隙に含まれる水分はその圧力により、加圧ローラー側に移動する。その結果、低温の加圧ローラー側の含水率が高くなる。定着ニップから用紙が排出された図１１（Ｂ）では、含水率の高い加圧ローラー側から多くの水分が蒸発する。用紙からの水分蒸発量と収縮量の関係は、図１１（Ｄ）に示されるように、ほぼ比例関係にある。よって、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１１（Ｃ）のように加圧ローラー側にカールが発生する。実際、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。このように加熱定着ローラーと加圧ローラー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。
【００１５】
従来技術では、画像形成装置の動作条件によって変化するカールを予測する手法が提示されておらず、正確なカール予測が不可能であった。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、常時安定してカールを低減できる画像形成装置を実現することができなかった。
【００１６】
本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、本発明は、画像形成装置の動作状況の変化に伴う定着装置内の温度状態や用紙特性等の定着状態に影響を与える要因の変動に対応して、カールの発生機構に基づき適正かつきめ細やかなカール矯正を実現することが可能な、画像形成装置およびカール矯正方法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】
【００１７】
本発明者等は、上記課題に鑑みて鋭意検討した結果、定着カールの大きさは、単に画像形成装置の設定環境と用紙の種類とによって決まるというものではなく、画像形成装置の稼動状況、より具体的には定着ニップでの用紙の表裏の温度、およびその温度差の変化により大きく影響を受け、上述のようなメカニズムが働き、大きなカールを発生させていることを見出し、本発明に至ったのである。上記メカニズムから考察すると、画像形成装置の動作状況に応じて、定着装置内の温度状態や用紙特性等の定着状態に影響を与える要因の変動を勘案し、きめ細かなにカール矯正装置を制御することが重要であることが見出された。
【００１８】
本発明では、上記課題を解決するために、シート状の用紙を対向するローラー対またはベルト対、あるいはローラーとベルトによるニップ部で挟持・搬送しながら加圧加熱する定着装置において、ローラー対、ベルト対、またはローラーおよびベルトの温度を測定する。そして、画像形成装置は、用紙搬送速度およびニップ幅から用紙加熱時間を計算し、さらに加圧加熱前に測定しておいた用紙の含水率、加圧加熱前の紙厚、用紙の厚さ方向の温度分布を取得し、用紙の厚さ方向の含水率分布を計算する。
【００１９】
そして本発明の画像形成装置は、水分の蒸発による用紙の収縮率を計算し、用紙の収縮率からカール量を取得する。取得されたカール量は、印刷処理における用紙の縦目と横目の紙目判断を反映させて、カール量の修正が行われ、紙目に対応するカール方向を加味してカール量を予測する。
【００２０】
上記構成によれば、定着装置のローラーまたはベルトの温度や、加熱時間、用紙含水率、紙厚等から、用紙厚さ方向の温度分布と含水率分布を計算してカール生成状態を計算するため、機械内部での環境変動や定着装置における定着条件の変化、さらには用紙それぞれの厚みや吸湿状態などの種々の要因の影響を受け得るカール量を、高い精度で予測することが可能となり、ひいては高精度のカール矯正が実現される。
【００２１】
さらに本発明によれば、上記カール予測方法を用いて定着装置およびカール矯正装置とを備えた画像形成装置が実行するカール矯正量の調整をきめ細かく精度よく行うことが可能になり、カールの少ない高品質印刷、および、用紙のジャム等のない高信頼性の画像形成装置を実現可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態の複合機の概略構成を示す図。
【図２】本実施形態の複合機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図。
【図３】本実施形態の複合機を含む画像形成システムのハードウェア構成を示す図。
【図４】本実施形態の複合機およびサーバ装置の機能ブロック図。
【図５】本実施形態の複合機が実行するカール矯正制御動作を示すフローチャート。
【図６】ニップ時間と用紙内の温度計算結果をプロットしたグラフ。
【図７】ニップ時間と用紙内の含水率計算結果をプロットしたグラフ。
【図８】用紙の縮み量を測定する試験装置を示す図。
【図９】用紙厚さセンサーを示す図。
【図１０】用紙の含水率と収縮率をプロットしたグラフ。
【図１１】定着ローラーと加圧ローラーとの温度差がある時のカールの生成メカニズムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明の実施形態は、以下の実施形態に限定されるものではない。なお、以下に説明する実施形態では、画像形成装置の一例として、カラー印刷機能を有する複合機について説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態の複合機の概略構成を示す。図１に示す複合機１では、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３と、感光体ドラム３に電荷を帯電させる帯電ローラー４と、レーザダイオードやＬＥＤなどの光照射装置６と、モータにより高速定速度で回転駆動され、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５と、現像剤を保持する現像装置７とが、中間転写ベルト２に沿って並んで配置されている。図１に示す複合機１は、いわゆるタンデム方式の構成を採用している実施形態を例示している。
【００２５】
画像形成処理に際しては、まず感光体ドラム３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ上に、それぞれ帯電ローラー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄにより負の電荷を付与し、一様に帯電する。書込画像信号に応じて光照射装置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄからそれぞれ光ビームが出力され、ポリゴンミラー５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを含む光学系を通して、帯電した感光体ドラム３ａ，３ｂ，３ｃ，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。
【００２６】
書き込まれる静電潜像は、スキャナやパーソナルコンピュータ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，３ｂ，３ｃ，３ｄが回動するにつれて現像装置７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ方向へと搬送され、トナーで現像される。そして、書きこみ信号に応じたトナー像が感光体ドラム３上に形成され、担持される。
【００２７】
一方、感光体ドラム３ａ，３ｂ，３ｃ，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，９ｂ，９ｃ，９ｄが接触し、それぞれ接続された電源３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，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３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９により感光体ドラム３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３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感光体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。
【００２８】
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。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の間には、用紙の厚さを検知する用紙厚さ検知センサー４０６が配置される。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が配置される。温湿度センサー４１と用紙厚さ検知センサー４０６の配置は、用紙搬送方向に対し入れ替えても問題ない。
【００２９】
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、加熱された定着装置の加熱部材である加熱定着ローラー３０と加圧ローラー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。
【００３０】
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、排紙ローラーにより排紙トレイ５０上へ排紙される。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、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。なお、本実施形態では、定着部材および加圧部材として、加熱定着ローラー３０および加圧ローラー３７といったローラー状の部材を用いるものとして説明するが、他の実施形態では、ローラー状の部材に代えて、加熱部材としてベルト状の部材またはベルト状の部材とローラ状の部材とを適宜組み合わせて用い、構成することもできる。
【００３１】
温湿度センサー４１の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や、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などを用いることができる。温湿度センサー４１の温度センサーや加熱定着ローラー３０お呼び加圧ローラー３７の温度センサーは、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。なお、同じような性能を持つものであれば他の原理および構成のものを用いてもよい。
【００３２】
以下、図２を参照して、定着装置およびカール矯正装置の詳細について説明する。図２は、本実施形態の複合機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。本実施形態の定着装置は、図２に示すように、加熱定着ローラー３０と、この加熱定着ローラー３０に対向する加圧ローラー３７とを含む。加熱定着ローラー３０は、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が形成されている。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の周面に接して温度センサー３６が配置されている。ヒータ３４は、ハロゲンヒータや、電磁誘導方式のヒータなど、如何なるものを用いることができる。加熱定着ローラー３０および加圧ローラー３７は、図２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が設けられている。
【００３３】
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、加熱定着ローラー３０と加圧ローラー３７とのニップ部３５に通過させ、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。このとき温度センサー３６は、加熱定着ローラー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、加熱定着ローラー３０の表面温度を一定に保っている。加熱定着ローラー３０の温度範囲は、１００℃〜１８０℃程度に設定され、一般的には概ね１６０℃前後に設定される。また、加圧ローラー３７側にも温度センサー３９を備え、加圧ローラー３７表面温度を測定可能に構成されている。
【００３４】
本実施形態の複合機１のＣＰＵ４６は、加熱定着ローラー３０側の温度センサー３６および加圧ローラー３７側の温度センサー３９の他、用紙搬送路上の温湿度センサー４１、用紙厚さ検知センサー４０６にも接続され、これらの温度、湿度、用紙厚さの出力値を取得する。なお、カール予測量の演算手法についての詳細は後述する。制御装置４７は、演算されたカール予測量に従った制御値を用いてカール矯正装置４０の動作を制御する。カール矯正装置４０は、用紙Ｐの搬送路を構成するエンドレスベルト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とを含んで構成される。
【００３５】
カール矯正装置４０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によって力を加えることで、上記エンドレスベルト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、カール予測量に応じたカール矯正が用紙Ｐに施される。なお、カール矯正装置４０も、図示した実施形態のものに限定されるものではなく、所定のカール矯正量を制御可能である限り、如何なる構成のカール矯正装置を用いることができることは言うまでもない。
【００３６】
以下、本実施形態の複合機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について説明する。図３は、本実施形態の複合機を含む画像形成システムのハードウェア構成１００を示す。図３に示すように、本実施形態の複合機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と、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と、システム設定情報や後述するカール予測量を算出するためのカール算出用データ、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などを記憶するＮＶ−ＲＡＭ（Non Volatile-RAM）１１８とを含む。さらに複合機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と、上記画像形成動作を行うためのプロッタ１２４と、画像読み取り動作を行うためスキャナ１２６と、複合機１１０をネットワーク１３０に接続させるＮＩＣ（Network Interface Card）１２８とをさらに含む。
【００３７】
図３に示した複合機１１０は、ＲＯＭ１１４や、ＮＶ−ＲＡＭ１１８やＳＤカード（図示せず）などの記憶装置に格納されたプログラム（図示せず）を読出し、ＣＰＵ１１２の作業領域を提供するＲＡＭ１１６のメモリ領域に展開することにより、後述の各機能部および各処理を実現する。
【００３８】
上記ネットワーク１３０は、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）などとして構成することができる。しかしながら、ネットワーク１３０の構成は、特に限定されるものではなく、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。
【００３９】
ネットワーク１３０には、さらにサーバ装置１５０が接続され、サーバ装置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。）などに応じてカール予測量を演算するための用紙収縮率データを一元管理し、複合機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機能を備える。
【００４０】
サーバ装置１５０は、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、サーバ機能を備えた複合機などのコンピュータ装置として構成され、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機能を実現している。
【００４１】
図４は、本実施形態の複合機およびサーバ装置の機能ブロックを示す。図４に示すように、複合機の機能ブロック２００は、カール量予測部２０２と、カール矯正制御値決定部２０４と、カール矯正制御部２０６と、入力部２１６とを含んで構成される。入力部２１６は、給紙カセット５１，５２に現在セットされている用紙の種類の指定をオペレータより受けて、用紙情報２１４としてＲＡＭ１１６やＮＶ−ＲＡＭ１１８などの適切な記憶領域に保持する。用紙情報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り、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。また、用紙厚さセンサー４０６を有しない場合は用紙の厚みを指定する厚み値も含む。
【００４２】
カール量予測部２０２は、用紙内温度分布演算部２０２a、用紙内含水率分布演算部２０２b、用紙表裏収縮率演算部２０２c、カール量演算部２０２dにより構成される。それぞれの計算方法については後述する。カール量予測部２０２は、加熱定着ローラー３０側の温度センサー３６および加圧ローラー３７側の温度センサー３９からの出力値を適宜取得し、かつ用紙情報２１４を読み出す。こらの各機能部は、定着に影響を与える温度、湿度、印刷時の環境条件および定着温度、印刷速度、紙種、紙厚、用紙含水率などの印刷条件を実測または計算し、カール量予測のための各種パラメータを提供する。
【００４３】
また、用紙含水率演算部２０１は、用紙の温度湿度を温湿度センサー４１により取得し、用紙含水率を算出する関数、またはテーブルにより用紙含水率を求める。カール量予測部２０２は、この用紙含水率も読み出す。用紙情報２１４に含まれる情報のうち、用紙の厚さ情報は用紙厚さセンサー４０６より読み出し、用紙の加熱時間に相当するニップ時間は用紙情報２１４の情報よりニップ時間判断部２１８で演算、またはテーブル化されたデータを参照して取得する。たとえば、用紙厚さが厚い場合、搬送速度は遅くなりニップ時間が長くなる。さらに、用紙情報DB２０８から用紙の収縮率を取得してカール予測量を演算する。
【００４４】
カール矯正制御値決定部２０４は、カール量予測部２０２が求めたカール予測量から、実際にカール矯正装置４０において所望の量のカール矯正を行うための制御値を決定する。複合機の機能ブロック２００は、カール予測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値ＤＢ２１０を含む。制御値算出用テーブルは、所望の矯正量のカール矯正を行うために必要な、カール矯正装置４０の制御パラメータを定義づけるものである。カール矯正制御値決定部２０４は、制御値ＤＢ２１０の制御値算出用テーブルを参照し、カール予測量を用いて検索し、対応する制御値を求めることができる。
【００４５】
カール矯正制御値決定部２０４は、用紙情報２１４を参照して用紙が縦目であるか横目であるかを判断し、それに応じて制御値を修正する。なお、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。そして、カール矯正制御部２０６は、カール矯正制御値決定部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。
【００４６】
本実施形態の複合機の機能ブロック２００は、さらに、更新処理部２２０を含むことができる。更新処理部２２０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内のデータの更新処理を行う。情報の内容としてはたとえば、用紙の熱物性、機械特性、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、用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。更新処理部２２０は、例えば、入力部２１６から用紙情報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、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際に、この更新処理を開始させる。
【００４７】
本更新処理では、更新処理部２２０は、サーバ装置１５０側の用紙データ管理部２６０に対し、本複合機の機種識別値と、必要とするカール算出用データの種類識別値とを送信する。サーバ装置１５０側の用紙データ管理部２６０は、各機種に対応して、市場に流通する各種用紙毎にカール算出用データがデータベース化された統合用紙情報ＤＢ２６２にアクセスし、受信した機種識別値および種類識別値に対応するカール算出用データを取得し、複合機側の更新処理部２２０に更新データを送信する。更新処理部２２０は、更新データを取得して、用紙情報ＤＢ２０８内のデータを更新する。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。
【００４８】
以下、本実施形態の複合機が実行するカール矯正制御動作の処理について説明する。図５は、本実施形態の複合機が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５に示す動作は、用紙がセンサー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から開始される。ステップＳ１１０では、ＣＰＵ４６は、各センサー３６、３９、４１、４０６からの出力値を取得する。
【００４９】
ステップＳ１１２からステップＳ１１８では、ＣＰＵ４６は、用紙情報２１４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し、上記取得された出力値と、取得した種類識別値に対応するカール算出用データを用いて、カール予測量を求める。まず、ステップＳ１１２では加熱定着ローラー３０、加圧ローラー３７の温度、ニップ時間、用紙厚さ、用紙含水率、用紙情報に含まれる熱伝導率、比熱、密度、空隙率等を用いてニップ時間後の用紙の厚さ方向の温度分布を求める。
【００５０】
ステップＳ１１４では、ステップＳ１１２で温度を計算すると同時にその温度分布を用いながら、温度による用紙内部の水蒸気圧勾配、および、含水率分布による水分移動を計算し、ニップ時間後の用紙内の含水率分布を計算する。ステップＳ１１６では、このようにした求めた用紙内部の温度分布と含水率分布を用い、用紙情報ＤＢ２０８内のデータ（関数またはテーブル）を参照して用紙表裏（加熱定着側と加圧側）の収縮率を求める。ステップＳ１１８では、用紙表裏の収縮率差と用紙厚さ、用紙のヤング率によりバイメタルモデルを用いてカール量を計算する。
【００５１】
ステップＳ１２０では、ＣＰＵ４６は、求められたカール予測量に応じてカール矯正装置４０の制御値を決定する。ステップＳ１２２では、決定された制御値に従って巻き付け角度を変更するようカール矯正装置４０を制御し、ステップＳ１２４で本動作を終了する。本カール矯正制御動作が終了した後、用紙はカール矯正装置４０に搬送され、設定済みの巻き付け角度にてカール矯正が行われ、排紙トレイ５０上に排紙される。
【００５２】
以下、カール予測量の算出方法についてより詳細に説明する。
【００５３】
ステップＳ１１８のカール量計算は式１に示すバイメタルモデルを用いる。用紙の厚さ方向を２分割して加熱定着側と加圧側の収縮率差によりカール量（曲率）Rを求める。Ehは加熱定着側のヤング率、Elは加圧側のヤング率、εhは加熱定着側の収縮率、εlは加圧側の収縮率、ｔは、用紙の厚さである。EhとElは同じ値としてもよい。
【００５４】
【数１】
2012242625.tif 000003
【００５５】
このように用紙を厚さ方向に２分割する場合、用紙内の温度分布も加熱定着側と加圧側それぞれの厚さ方向の平均を求める。図６はその一例であり、横軸がニップ時間、縦軸が温度である。加熱定着側と加圧側で温度差があれば、用紙内の各層の平均温度にも差が出来る。
【００５６】
用紙内の含水率分布も同様に厚さ方向に２分割し平均を求める。図７がその一例であり横軸がニップ時間、縦軸が含水率である。温度の高い加熱定着側は、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と、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。
【００５７】
用紙の収縮率は、図１０にも示したように、実験的に求めることができ、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。各種紙でこのようなデータを取得しておき、用紙情報DB２０８に記憶しておく。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、たとえば２０℃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、収縮率は用紙の繊維の幅方向が長さ方向より数倍大きく、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。
【００５８】
このように、本実施例は、用紙内の温度分布と含水率分布を計算し、その結果を用い、図１０に示す用紙温度と含水率と収縮率の関係から、用紙の加熱定着側（表）の収縮率εh、加圧側（裏）の収縮率εlを算出し、式１を用いてカール量を計算する。
【００５９】
ここで図７に示す実験結果は、例えば図８に示す試験装置３００を用いて測定することができる。図８（Ａ）に示す試験装置３００では、まず試料ホルダ３０２に紙試料３０４を保持して鉛直下方に垂らす。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が水平可動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。
【００６０】
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、レーザー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。
【００６１】
この試験機の動作は、図８（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で左右から紙試料３０４を加圧加熱する。その後、所定時間に経過した後、プレート３０８を退避させ、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εは、下記式（２）により算出することができる。
【００６２】
【数２】
2012242625.tif 000004
【００６３】
上述したように、用紙に熱を与える加熱定着ローラー３０および加圧ローラー３７の表面温度、ニップ時間、用紙の含水率といった、用紙に発生するカールに対しより直接的に影響を与える要因の物理量を測定し、その測定値から物理現象に基づく温度分布計算、含水率分布計算を行い、用紙収縮率からバイメタルモデルを用いてカール量を予測することによって、カール量の予測を精度高く行うことが可能となり、ひいては高精度のカール矯正が実現される。
【００６４】
図９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を示す図である。用紙厚さ検知センサー４０６は、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。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は駆動手段（図示せず。）により、図中矢印方向に回転し、転写紙を搬送する。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。
【００６５】
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、変位センサー４３０との距離が変化し、それに応じた出力が発生し、用紙の厚みに応じた出力値が出力される。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る。
【００６６】
なお、用紙厚さ検知センサー４０６は、任意の構成であり、第１の実施形態において説明したように、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。
【００６７】
以上説明したように、上述した実施形態によれば、画像形成装置の動作状況の変化に伴う定着装置内の温度状態や用紙特性等の定着状態に影響を与える要因の変動に対応して、適正かつきめ細やかなカール矯正を実現することが可能な、画像形成装置およびカール矯正方法を提供することができる。また上述した実施形態によれば、用紙の種類が特定できない場合や、紙特性が変動する場合であっても、充分な精度でカール矯正を実現することが可能な、画像形成装置およびカール矯正方法を提供することができる。また、用紙の種類が特定できる場合に、より高い精度でカール矯正を実現することが可能となり、また高速印刷時にカールによるジャムトラブルの発生を最小化することを可能とすることができる。
【００６８】
なお、上述した実施形態では、画像形成装置の一例として、複合機を用いて説明してきたが、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置など、圧接した部材のニップ部にトナー像が担持された用紙を通過させ、トナー像を熱によって溶融し用紙上に定着させる定着装置および、用紙のカール等の変形を矯正するためのカール予測の下にカール矯正を行うカール矯正装置を備える、如何なる画像形成装置として構成することができる。
【００６９】
また上記機能は、アセンブラ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）、などのレガシープログラミング言語やオブジェクト指向プログラミング言語などで記述されたコンピュータ実行可能なプログラムにより実現でき、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ブルーレイディスク、ＳＤカード、ＭＯなど装置可読な記録媒体に格納して、あるいは電気通信回線を通じて頒布することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１…複合機、２…中間転写ベルト、３…感光体ドラム、４…帯電ローラー、５…ポリゴンミラー、６…光照射装置、７…現像装置、９…ローラー、１２…搬送ローラー、１４，２１，２２…ローラー、２３…転写ローラー、２５…電源、３０…加熱定着ローラー、３０ａ…パイプ状芯金、３０ｂ…樹脂層、３１…電源、３３…入口ガイド、３４…ヒータ、３５…ニップ部、３６…温度センサー、３７…加圧ローラー、３９…温度センサー、４０…カール矯正装置、４１…温湿度センサー、４２…搬送駆動ローラー、４３…ばね、４４…カム、４５…エンドレスベルト、４６…ＣＰＵ、４７…制御装置、５０…排紙トレイ、５１…給紙カセット、５２…給紙カセット、１００…ハードウェア構成、１１０…複合機、１１２…ＣＰＵ、１１４…ＲＯＭ、１１６…ＲＡＭ、１１８…ＮＶ−ＲＡＭ、１２０…表示装置、１２２…入力装置、１２４…プロッタ、１２６…スキャナ、１２８…ＮＩＣ、１３０…ネットワーク、１５０…サーバ装置、１５２…ＣＰＵ、１５４…ＲＯＭ、１５６…ＲＡＭ、１５８…表示装置、１６０…入力装置、１６２…ＮＩＣ、１６４…ＨＤＤ、２００…機能ブロック、２０１…用紙含水率演算部、２０２…カール量予測部、２０４…カール矯正制御値決定部、２０６…カール矯正制御部、２０８…用紙情報ＤＢ、２１０…制御値ＤＢ、２１４…用紙情報、２１６…入力部、２１８…ニップ時間判断部、２２０…更新処理部、２６０…用紙データ管理部、２６２…総合用紙情報ＤＢ、３００…試験装置、３０２…試料ホルダ、３０４…紙試料、３０６…湿度センサー、３０８…プレート、３１０…加熱ヒータ、３１２…ゴム、３１４…温度センサー、３１６…おもり、３１８…距離センサー、４０６…用紙厚さ検知センサー、Ｐ…用紙
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７１】
【特許文献１】特開２００２−３１６７６１号公報
【特許文献２】特許第４００９０５１号明細書
【特許文献３】特開２００７−３２８０５４号公報
【図１】
2012242625.tif 000005
【図２】
2012242625.tif 000006
【図３】
2012242625.tif 000007
【図４】
2012242625.tif 000008
【図５】
2012242625.tif 000009
【図６】
2012242625.tif 000010
【図７】
2012242625.tif 000011
【図８】
2012242625.tif 000012
【図９】
2012242625.tif 000013
【図１０】
2012242625.tif 000014
【図１１】
2012242625.tif 000015