JP2005170526A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 定着後のカール補正の効果を高め、両面時の紙搬送不良や後処理工程での紙の整理不良等を低減する。
【解決手段】 画像形成装置は、転写材上の可視画像を熱によって転写材に定着させる定着手段と、定着手段を通過した後の転写材の湾曲を補正するカール補正手段と、を備える。そして、転写材上に所定のパターンを形成する手段と、定着後の前記パターンを読み取る検出手段と、前記パターン検出結果に基づき、定着される前と後での主走査方向と副走査方向の画像の伸縮変化を算出する手段と、前記算出結果に基づき前記カール補正手段におけるカール補正量を調整する手段とを有する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、カール(湾曲)した転写材のカールを補正する装置と、この装置を機内に装備した複写機、プリンター、ファクシミリ、及びこれらの複合機等の画像形成装置に関する。
従来、電子写真方式によりトナー像を用紙に転写し、熱エネルギーによりトナー像を用紙に定着させる熱定着装置が備えられている複写機、プリンター、ファクシミリ等において、定着後の用紙のカール(湾曲)を補正する際に用紙の水分量、トナーのり量、紙厚などの情報に基づき予めカール量を予測し、カール補正量を決定するカール補正装置が用いられている(例えば特許文献1参照。)。
特開平8−217313
しかしながら、実際のカール量は、さらに紙の繊維方向、繊維の質(強さ)によっても異なるため、従来のカール量予測方法では、十分な補正効果が得られず、両面プリント時の搬送不良やフィニッシャー部での整理不良が生じる原因となっていた。
上記課題を解決するために、転写材に所定のパターンを形成し、定着通過後の前記パターンを検出し、前記パターン検出結果に基づき定着される前と後での主走査と副走査方向の画像の伸縮変化を算出する方法、あるいは、定着手段を通過した所望の転写材の主走査と副走査方向の長さを測定する手段を設け、その測定結果に基づき定着される前と後での転写材の寸法変化を算出する方法をとることで、紙の繊維方向、繊維の質(強さ)を間接的に把握してカール補正量に重み付けすることを可能にした。
以上、本発明によれば、熱定着後の紙の伸縮、あるいは画像伸縮を検出することで、紙の繊維方向、繊維の質(強さ)によって異なるカール量を予測することができ、トナーのり量等からすでに予測されているカール補正量に重み付けすることで、安価で簡易的な構成でカール補正精度を高めることが可能となる。従って、両面プリントあるいはフィニッシャー部での後処理工程におけるジャムの低減と、広範囲なマテリアル対応も可能となる。
(第1の実施の形態)
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して説明する。
図1は、本発明の画像形成装置の実施形態に係る電子写真カラー複写機の全体構成を示す概略断面図である。
本実施形態にて、電子写真カラー複写機は、記録画像信号出力部1Rと、画像出力部1Pとを有する。
画像出力部1Pは、複数の、本実施形態では4つ並設された画像形成部10(10a、10b、10c、10d)と、給紙ユニット20と、中間転写ユニット30と、定着ユニット40と、カールシート補正部50と、制御ユニット(不図示)とを有する。以下に個々のユニットについて詳しく説明する。
各画像形成部10(10a、10b、10c、10d)は同じ構成とされ、各画像形成部10(10a、10b、10c、10d)では、第一の像担持体としてのドラム状の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム11(11a、11b、11c、11d)が回転自在に軸支され、矢印方向に回転駆動される。感光体ドラム11a〜11dの外周面に対向してその回転方向に一次帯電器12(12a、12b、12c、12d)、光学系13(13a、13b、13c、13d)、折り返しミラー16(16a、16b、16c、16d)、現像装置14(14a、14b、14c、14d)、及びクリーニング装置15(15a、15b、15c、15d)が配置されている。
一次帯電器12a〜12dにおいて感光体ドラム11a〜11dの表面に均一な帯電量の電荷を与える。次いで、光学系13a〜13dにより、記録画像信号出力部1Rからの記録画像信号に応じて変調した、例えばレーザービームなどの光線を折り返しミラー16a〜16dを介して感光体ドラム11a〜11d上に露光することによって、そこに静電潜像を形成する。
更に、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックといった4色の現像剤(以下、「トナー」という。)をそれぞれ収納した現像装置14a〜14dによって上記静電潜像を顕像化する。顕像化された可視画像を画像転写領域Ta、Tb、Tc、Tdにて中間転写ユニット30を構成するベルト状の中間転写体、即ち、転写ベルト31に転写する。中間転写ユニット30については、後で詳述する。
画像転写領域Ta、Tb、Tc、Tdの下流側では、クリーニング装置15a、15b、15c、15dにより中間転写体に転写されずに感光体ドラム11a〜11d上に残されたトナーを掻き落としてドラム表面の清掃を行う。以上に示したプロセスにより、各トナーによる画像形成が順次行われる。
給紙ユニット20は、転写材Pを収納するためのカセット21a、21b及び手差しトレイ27と、カセット21a、21b若しくは手差しトレイ27より転写材Pを一枚ずつ送り出すためのピックアップローラ22a、22b、26と、各ピックアップローラ22a、22b、26から送り出された転写材Pを更に搬送するための給紙ローラ対23と、給紙ガイド24と、そして、各画像形成部の画像形成タイミングに合わせて転写材Pを二次転写領域Teへ送り出すためのレジストローラ25a、25bとを有する。
中間転写ユニット30について詳細に説明する。
中間転写ベルト31は、中間転写ベルト31に駆動を伝達する駆動ローラ32と、中間転写ベルト31の回動に従動する従動ローラ33と、二次転写対向ローラ34との間に張設巻回されている。又、駆動ローラ32と従動ローラ33の間に一次転写平面Aが形成される。駆動ローラ32は、金属ローラの表面に数mm厚のゴム(ウレタン又はクロロプレン)をコーティングしてベルトとのスリップを防いでいる。駆動ローラ32は、パルスモータ(不図示)によって回転駆動される。
各感光体ドラム11a〜11dと中間転写ベルト31が対向する一次転写領域Ta〜Tdには、中間転写ベルト31の裏に一次転写用帯電器35(35a〜35d)が配置されている。一方、二次転写対向ローラ34に対向して二次転写ローラ36が配置され、中間転写ベルト31とのニップによって二次転写領域Teを形成する。二次転写ローラ36は、中間転写ベルト31に対して適度な圧力で加圧されている。
また、中間転写ベルト31の二次転写領域Teの下流には中間転写ベルト31の画像形成面をクリーニングするためのクリーニング装置50が配置される。クリーニング装置50は、中間転写ベルト31上のトナーを除去するためのクリーニングブレード51と、廃トナーを収納する廃トナーボックス52とを備えている。
定着ユニット40は、内部にハロゲンヒーターなどの熱源を備えた定着ローラ41aと、そのローラに加圧される41b(このローラにも熱源を備える場合もある)とを有し、更に、上記ローラ対のニップ部へ転写材Pを導くためのガイド43、また、上記ローラ対から排出されてきた転写材Pを装置外部、あるいはさらに下流側の後処理部(不図示)やカールシート補正部50へに導き出すための内排紙ローラ44及び外排紙ローラ45などを備えている。
カールシート補正装置50は、駆動ローラ55、従動ローラ56、それに巻きかけられたゴム製の無端ベルト57、その無端ベルト57を押圧してカール補正ニップを形成する押圧ローラ58、カール補正量に応じて無端ベルト57に対する押圧ローラ58の侵入量を調整するために、ステッピングモータ(不図示)の回転方向と回転角に応じて上下方向に移動する押圧ローラ調整ギア70とを備えている。図2がその断面図を示したものであり、カール補正量が大きい場合には押圧ローラ58の侵入量を大きくし、無端ベルト57と押圧ローラ58のニップ部を通過する転写材Pがより鋭角に湾曲するようにしている。本実施形態では5段階に侵入量を調整することを可能としているため、予測されるカール量を5つのレベルでランク付けしてカール補正量にフィードバックしている。
次に、上記構成の電子写真カラー複写機の動作について説明する。
画像形成動作開始信号が発せられると、先ず、ピックアップローラ22aにより、カセット21aから転写材Pが一枚ずつ送り出される。そして、給紙ローラ対23によって転写材Pが給紙ガイド24の間を案内されてレジストローラ25a、25bまで搬送される。その時レジストローラ25a、25bは停止されており、転写材Pの先端はニップ部に突き当たる。その後、画像形成部が画像の形成を開始するタイミングに合わせてレジストローラ25a、25bは回転を始める。この回転時期は、転写材Pと画像形成部より中間転写ベルト31上に一次転写されたトナー画像とが二次転写領域Teにおいて一致するようにそのタイミングが設定されている。
一方、画像形成部では、画像形成動作開始信号が発せられると、前述したプロセスにより中間転写ベルト31の回転方向において一番上流にある感光体ドラム11d上に形成されたトナー画像が、高電圧が印加された一次転写用帯電器35dによって一次転写領域Tdにおいて中間転写ベルト31に一次転写される。一次転写されたトナー像は次の一次転写領域Tcまで搬送される。そこでは各画像形成部間をトナー像が搬送される時間だけ遅延して画像形成が行われており、前画像の上にレジストを合わせて、その次のトナー像が転写される。以下も同様の工程が繰り返され、結局4色のトナー像が中間転写ベルト31上において一次転写される。
その後、転写材Pが二次転写領域Teに進入し、中間転写ベルト31に接触すると、転写材Pの通過タイミングに合わせて二次転写ローラ36に高電圧を印加する。これにより、前述したプロセスにより中間転写ベルト31上に形成された4色のトナー画像が転写材Pの表面に転写される。その後、転写材Pは搬送ガイド43によって定着ローラニップ部まで正確に案内される。そして、ローラ対41a、41bの熱及びニップの圧力によってトナー画像が転写材P表面に定着される。その後、内外排紙ローラ44、45により転写材Pはカールシート補正部50へ搬送される。
定着された転写材Pは、転写材とトナー樹脂の熱による収縮(膨張)率が異なるため、その差が大きいほどカールが生じる。また、紙に対してトナーの熱収縮率が大きいためトナー画像形成面側が凹部となるようにカールする。そのため、カールシート補正部50ではカールした転写材Pに対し、逆方向にカール付けを行い補正する。
この時、本実施形態では画像情報に基づき算出されたトナーのり量に応じて予めカール量を予測する従来技術に加えて、定着後の画像の主・副走査方向の伸縮量に基づいてカール補正量をさらに調整するカール補正量調整モード1を備えている。
これより本発明の特徴とする実施形態1におけるカール補正量調整モード1について図3に示したフローチャートに則して説明する。
まず、ユーザによって所望の転写材が収納されている給紙段が選択され(S101)、スタートキーが押されると(S102)、所定のパターン画像がプリント形成される(S103)。本実施形態では図4-1に示したような“「」型”パターンを用紙の4隅にあたる所定の位置に形成しているが、パターン形状・形成位置はこれに限定しない。次に、排出されたテストプリント紙を原稿台にセットし(S104)、読み込みスタートキーが押されると(S105)、定着後のパターン画像の間隔S2a、S2b、H2a、H2b(図4-2参照)の長さが検出される。そして、主・副走査方向の伸縮量S,Hが算出される(S={(S1a-S2a)+(S1b-S2b)}/2、H={(H1a-H2a)+(H1b-H2b)}/2)(S106)。ステップS106で算出された主・副の伸縮量S,Hに基づき、主・副走査方向の伸縮量の差(A=S-H)が算出される(S107)。ステップS107にて算出された主・副走査方向の伸縮量の差Aに基づきカール補正量へ重み付けする量が決定される(S108)。
では、ステップS108における重み付け量と伸縮量の差Aとの関係について説明する。
本実施形態の装置における実験によると、ある所定の濃度で同一画像を、同じ厚さで異なる材質(上質紙、クラフト紙、再製紙など)の転写材にプリントした場合や縦送り、横送りと搬送方向を変えた場合の定着後のカール量は、主・副走査方向の伸縮量の差Aに密接に関係していることが分かった。その関係をグラフ化したものが図5である。副走査に比べて主走査方向の伸縮が大きいほど、カール補正量が大きくなる関係にある。これには紙の繊維方向と繊維の強さが関係している。カールの状態と紙の繊維方向を図示したものが図6-1,6-2である。熱定着による紙の水分量変化で紙は伸縮するが、その伸縮量は繊維方向に対し直行する方向の方が大きく、繊維に平行な方向の方が小さい。従って、主・副走査方向の伸縮量を比較して小さい方に繊維は向いていることになる。図6-1では繊維方向と直行する主走査方向の伸縮量Sが大きく、繊維と平行な方向である副走査方向の伸縮量Hが小さい。図6-2ではその逆となっている。一方、カール量については、繊維方向と直行する方向の方がトナー像が形成されている側にカールしやすい。図5はこの性質に基づくデータである。本実施形態では伸縮差を5段階に可変可能なカール補正量に対応させて重み付けしている。但し、主・副走査方向の伸縮差とカール量の関係は、装置の構成により異なるもので図5のグラフで示した関係に限定するものではない。例えば、外的な力で強制的にカールが付けられる紙パスを備えている装置の場合、紙の繊維方向にカール付けされた場合の方がカール量が大きくなる。これは、繊維方向に一旦強制的に付けられたカールが元に戻りにくいためである。装置に適した伸縮差とカール量の関係を導くことが望まれる。
以上、本発明にかかる実施形態1によれば、簡易的に転写材の主・副走査方向の伸縮量を測定することにより、紙の繊維方向や繊維の質によって異なるカール量を予測することが可能となるため、安価で簡易的な構成でカール補正精度を高めることができる。延いては、両面プリントあるいはフィニッシャー部での後処理工程におけるマテリアル対応範囲も広がる。
(第2の実施の形態)
実施形態1の画像形成装置と同様の機能を有する部分については説明を省略する。実施形態2では定着された転写材上の画像パターンを検出する際に、定着部の下流側で装置内に設けられた光学センサ(CIS:カラーイメージセンサ)を用いている。図7,8に即して以下に説明する。
まず、図7に示したCISを用いた概略構成図に基づき説明する。CIS 75は、定着部40とカール補正装置50の間に配置されている。実施形態1同様に熱定着による画像の伸縮を測定するために所定のパターン画像を用いている。パターン画像は主・副走査方向に所定の間隔を設けて形成され、転写材のサイズに合わせて画像領域の端部近傍であるほど転写材の伸縮によるパターン間の間隔変化(画像伸縮)を大きく捉えることができるため、高い検出精度が得られる。従って、本実施形態ではCISの主走査領域は装置が対応する最大用紙サイズより長くなっている。また、パターン画像は主走査・副走査の用紙サイズ中心に当たる位置に四角型で形成しているが、これに限定されるものではない。本実施形態ではトナー消費量の抑制や画像データを簡単に作り出す上で図示したような位置に四角型のBKパターンを形成することにしている。
以上の構成から成るカール補正量調整モード2の流れを図8のフローチャートに即して説明する。まず、ユーザによる操作、あるいは給紙部の用紙サイズ変更等によりカール補正量調整モード2が開始されると、転写材が給紙されたカセット段Cが記憶され(S201)、給紙された転写材上に所定のパターン画像が形成される(S202)。そして定着部40を通過後の転写材上のパターン画像をCIS 75で検出し(S203)、主・副走査方向のパターン間の長さH2,S2として、各々のパターンの中心間の距離を算出する(S204)。ステップS204で算出されたH2,S2と予め定められている定着前のパターン間の距離H1,S1とから、副走査方向の伸縮量H=H1-H2[mm]、主走査方向の伸縮量S=S1-S2[mm]が算出される(S205)。そして、主・副走査方向の伸縮量の差A=H-S[mm]が算出され(S206)、この伸縮差Aに基づき、予め対応付けされたカール補正量への重み付け量が決定される。また、重み付け量は、ステップS201で記憶されたカセット段Cと対応させて記憶される(S207)。通常のJOBにおいてステップS207で記憶されたカセット段Cから給紙された転写材のカール補正には対応して記憶されている重み付け量が加算された補正量に基づきカール補正が成される。
(第3の実施の形態)
実施形態3では実施形態2同様に定着部40とカールシート補正装置50の間に設けられた光学センサを用いて転写材上に形成した所定のパターン画像を検出する構成であるが、光学センサとしてLED,PDから成る簡易反射型センサを用いている部分が異なる。以下、実施形態2と異なる部分についてのみ説明する。
図9に示した概略構成図に基づき説明する。まず、検出手段77は図10に示したように発光ダイオードLEDと受光ダイオードPDから成る正反射型センサであり、テストプリントされる用紙サイズに合わせて主走査方向に平行移動するようになっている。これにより用紙サイズに関わらず、用紙端部にパターン画像を形成し、検出することを可能にしている。検出手段77の動作原理は図11に示したように、反射率の高い白色の転写材表面と反射率の低いパターン画像面(本実施形態ではBK)を検出した時の受光量の差から310のような検出波形が出力される。そのレベル差を閾値311を基準に分け、2値化された検出パルス312が生成される。以上のような検出原理であるため、パターン画像があるか否かといった基準でライン上に検出することしかできない。そのため、パターンの形状を工夫することが必要である。本実施形態では“くの字型”のパターンを用いているが、これに限定されるものではない。
伸縮量の計算式については、副走査の伸縮量
H=(Ha1+Hb1)/2-(Ha2+Hb2)/2
と、主走査の伸縮量
S=(Sa1+Sb1)/2-(Sa2+Sb2)/2
を手前、奥の平均として算出している(但し、定着前のパターン画像は実測するわけではなく、予め定められた所定の位置に形成されるはずであるから、
Ha1=Hb1、Sa1=Sb1
となる)。そして、主・副走査の伸縮量の差Aは実施形態1,2同様に副走査伸縮量Hから主走査伸縮量Sを引いたA=H-Sから算出される。この伸縮差Aに基づき、実施形態1の図5に示されるような、予め対応付けされたテーブルに基づきカール補正量が調整される。
なお、以上の構成から成る本実施形態のカール補正量調整モード3の流れについては、上述した内容と重複する説明となるため省略する。
以上述べた実施形態2及び3によれば、定着後の転写材の主・副走査方向の伸縮量の差を検出するのに、カールシート補正装置50と定着の間に配置された光学式センサを用いて転写材上に形成された所定のパターン画像を検出する方法をとっているため、ユーザの意思に頼らず、転写材が補給された場合や給紙段のサイズ変更が成された場合などに自動で転写材に応じたカール補正量を最適化することが可能となる。
(第4の実施の形態)
実施形態1ないし3と同様の機能については説明を省略する。特徴とするのは定着通過後の転写材の伸縮量を直接測定することである。図12にその概略構成図を示しているので、これに基づいて説明する。
定着部40とカールシート補正装置50の間に位置する搬送経路に、主走査紙幅測定ガイド81、主走査突き当てガイド82、副走査長さ測定センサ83を備えており、所望の転写材Pは定着部40を通過した後、主走査紙幅測定ガイド81によって主走査突き当てガイド82に突き当たるまで移動される。主走査紙幅測定ガイド81はステッピングモータ(不図示)で駆動されており、移動前の初期位置は転写材Pの基本サイズに応じて設定される。主走査方向の伸縮量Sは、主走査紙幅測定ガイド81の初期位置から転写材が突き当たるまで動作させたモータのステップパルス数に基づき算出される。本実施形態では0.2[mm/step]の精度で検出している。一方、副走査方向は、定着通過後の転写材Pが副走査長さ測定センサ83を通過する時間tだけフラグスイッチがONされる構成となっており、搬送速度とセンサ83のON時間tとを掛け算することで副走査方向の紙幅が算出される。従って、副走査方向の伸縮量Hは、転写材Pの基本紙サイズに対する変化量として導かれる。そして、主・副走査の伸縮量の差A=H-Sが算出され、伸縮差Aに対応したカール調整量が決定される。
本実施形態におけるカール補正量調整モード4の流れを図13に示したフローチャートに則して説明する。
まず、所望の転写材が給紙されたカセットCを記憶する(S401)。そして、本実施形態では実施形態1ないし3のようなパターン画像を形成せずに、白紙のまま定着部を通過させ、図12に示したような手段を用いて転写材の主・副走査方向の長さを直接測定する(S402、S403)。そして、テスト出力された所望の転写材の基本紙サイズとステップS402、S403で測定された定着通過後の転写材の主・副走査方向の長さを比較し、伸縮量S,Hを算出する(S404)。ステップS404の結果から主・副走査方向の伸縮量の差A=H-Sを算出する(S405)。そして、伸縮差Aに応じて予め定められているカール補正量への重み付け量を決定し、ステップS401にて記憶されているカセット段Cと対応付けして記憶する(S406)。
以上、本実施形態によれば、定着部を通過した後の転写材の主・副走査方向のサイズ変化を直接測定する方法により、転写材にパターン画像を形成させることなく、紙の繊維方向、繊維の質によるカール量の違いを予測し、カール補正量を最適にすることが可能となる。
本発明の画像形成装置の概略構成図である。 本発明のカールシート補正装置50の断面図である。 本発明の実施形態1におけるカール補正量調整モード1のフローチャートである。 4-1,4-2は本発明の実施形態1における定着前後の転写材と、その上に形成されているパターン画像を示した図である。 本発明の実施形態1における定着前後の画像伸縮(主・副走査の伸縮量の差)とカール補正量の関係を表したグラフである。 6-1,6-2は紙の繊維方向とカール状態を表した図である。 本発明の実施形態2におけるパターン検出手段CIS(カラーイメージセンサ)75と定着前後の転写材上のパターンの様子を示した図である。 本発明の実施形態2の流れを示すカール補正量調整モード2のフローチャート図である。 本発明の実施形態3におけるパターン検出手段(反射型センサ)と定着前後の転写材上のパターンの様子を示した図である。 本発明の実施形態3におけるパターン検出手段(反射型センサ)の概略構成図である。 本発明の実施形態3におけるパターン検出手段(反射型センサ)の動作原理を示した図である。 本発明の実施形態4における定着後の転写材のサイズ測定手段の概略構成を示した図である。 本発明の実施形態4におけるカール補正量調整モード4の流れを示したフローチャート図である。
符号の説明
30 中間転写ユニット
50 カールシート補正装置
55 駆動ローラ
56 従動ローラ
57 無端ベルト
58 押圧ローラ
70 押圧ローラ調整ギア

Claims (4)

  1. 像担持体上に所望の可視画像を形成する画像形成手段と、
    前記可視画像を転写材上に形成する転写手段と、
    転写材上の可視画像を熱によって転写材に定着する定着手段と、
    前記定着手段を通過した後の転写材の湾曲を補正するカール補正手段と、
    転写材上に所定のパターンを形成する手段と、
    定着後の前記パターンを読み取る検出手段と、
    前記パターン検出結果に基づき、定着される前と後での主走査方向と副走査方向の画像の伸縮変化を算出する手段と、
    前記算出結果に基づき前記カール補正手段におけるカール補正量を調整する手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
  2. 請求項1記載の画像形成装置において、前記検出手段は、前記定着手段と前記カール補正手段の間の搬送経路に配置されており、転写材のサイズに応じて予め定められた所定位置に配置されるよう主走査方向に移動することを特徴とする画像形成装置。
  3. 像担持体上に所望の可視画像を形成し得る画像形成手段と、
    前記可視画像を転写材上に形成する転写手段と、
    転写材上の可視画像を熱によって転写材に定着させる定着手段と、
    前記定着手段を通過した後の転写材の湾曲を補正するカール補正手段と、
    前記定着手段を通過した転写材の主走査と副走査方向の長さを測定する測定手段と、
    前記測定結果に基づき定着される前と後での転写材の寸法変化を算出する手段と、
    前記算出結果に基づき前記カール補正手段におけるカール補正量を調整する手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
  4. 上記請求項1ないし3のいずれかに記載の記載画像形成装置において、前記所望の転写材が収納された給紙カセットと算出された前記調整量を対応付けして記憶する手段を有することを特徴とする画像形成装置。
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