JP2017090770A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
定着後の記録媒体のカールに起因するトラブルの発生を抑制する。
【解決手段】
搬送されるシートにトナー画像を熱定着する定着手段と、前記定着手段を通過したシートの変形が始まるタイミングを判定する変形判定手段と、前記変形判定手段の判定結果に対応する動作を行なう制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子写真記録方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載される加熱定着装置における用紙カールの予測に関するものである。

電子写真方式を採用する複写機、プリンタ等の画像形成装置は、その多くが、未定着トナー像を担持する記録材（用紙）に定着処理を施すための手段として、熱定着方式を採用する定着装置を備えている。定着装置は、例えば、フィルムガイドに沿って回転する定着フィルムと、定着フィルム内に配設され定着フィルムを加熱するヒータと、アルミニウムや鉄の芯金に耐熱弾性層を形成した加圧ローラとを備えている。

定着フィルムがバネ等により加圧ローラに圧接されており、その圧接により形成される圧接幅（定着ニップ）に、未定着トナー像を担持する用紙を通紙して加熱及び加圧することにより、用紙に未定着トナー像を定着させる。定着装置から搬出された用紙は、排紙トレイ上に排出搬送される。

従来、前述のような構成の定着装置においては、定着ニップを通過した用紙が湾曲してしまうことがある。これにより、排紙トレイに排出された用紙の不揃いや落下、排紙パスや両面パスなどの搬送路における紙詰まり（ジャム）、両面印刷において感光体ドラムの周方向に沿って用紙が巻き付くドラム巻き付きジャムなどの紙詰まりが発生する。

用紙の湾曲は、以下のような原因により発生する。すなわち、定着装置内における加熱作用によって用紙の厚み方向に均一に含まれる水分が偏って蒸発し、蒸発量の多い側に向かって用紙が巻き込まれるようにして変形する。定着時における水分蒸発量の差による用紙の変形はカール現象と呼ばれる。

カールによるトラブルとしては用紙のジャムや用紙端部の折れ等があるが、これらはユーザの作業性や信頼性を著しく損なうため、可能な限り定着装置通過後のカールに起因するトラブルを抑えることが必要である。

従来技術においては、用紙の１面目定着時に発生するカール起因による、用紙の２面目ドラム巻き付きジャム対策として、温湿度センサにより温湿度を検知し高温高湿環境を検知した場合、画像形成条件を最適化する画像形成装置が提案されている。

例えば、高温高湿を検知した場合に、定着温調を低くしてカール低減を行う、もしくは、転写バイアスを低くしで用紙の２面目ドラム巻き付き低減を行っている（例えば、特許文献１）。

さらに高温高湿検知だけではなく、定着器の加圧ローラ温度でのカール変化に対応する為に、用紙搬送路にカールの高さ・形状を検知するセンサを設けカール測定を行っていた（例えば、特許文献２）。

特開平５―３３３６５４号公報 特開平１１―５９９６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、高温高湿検知だけでのカール予測の為、精度が悪かった。これは、カールが定着器の加圧ローラ温度で変化するが、高温高湿環境を検出しても必ずしも加圧ローラの温度が高いとは限らないためである。

また、上記特許文献２に記載の発明では、用紙搬送路ガイド部材でカール紙を挟んでいる為、正確なカール高さを検知できない。用紙搬送路にはカールした紙でも搬送できるようガイド部材が設置されており、用紙搬送路のローラに挟まれている状態では正確なカール検知はできなかった。

そのため、特許文献１、特許文献２ともに定着後のカールに起因するトラブルを抑えることが困難であった。

本発明は、定着後のシートのカールといった変形に起因するトラブルの発生を抑制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。

この目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、搬送されるシートにトナー画像を熱定着する定着手段と、前記定着手段を通過したシートの変形が始まるタイミングを判定する変形判定手段と、前記変形判定手段の判定結果に対応する動作を行なう制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、定着後のシートの変形に起因するトラブルの発生を抑制することが可能となる。

本発明の実施形態の画像形成装置の概略を示す図である。 本発明の実施形態の画像形成装置の制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の画像形成装置のカール形成開始時間とカール高さの関係を表すグラフである。 本発明の実施形態の画像形成装置のカール形成開始時間測定の様子を示す図である。 本発明の実施形態に関わる画像形成装置の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態を実行した場合の効果を従来例と比較した表である。 本発明の他の実施形態のカール開始のタイミングを検知する距離センサ４０の構成を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。尚、以下の実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜第１実施形態＞
（画像形成装置の概略構成）
図１は、本発明の実施形態の画像形成装置１００の概略を示す図である。

記録媒体カセット１７内の記録媒体Ｐ（シート）は、給紙ローラ１５の回転によって給紙され、搬送ローラ対８によって搬送される。さらに、記録媒体Ｐは、レジストローラ対１０によって感光体ドラム１（像担持体）上に形成されたトナー像に合わせて、転写ローラ５と感光体ドラム１との間のニップに供給される。

感光体ドラム１上へのトナー像の形成は次のように実行される。まず感光体ドラム１の表面が帯電ローラ２により均一に帯電される。帯電後の感光体ドラム１の表面に、露光装置３（露光手段）により露光が行われ、潜像が形成される。この潜像に現像装置４からトナーを付着させ潜像は、トナー像として現像される。

感光体ドラム１上のトナー像は転写ローラ５により記録媒体Ｐ上に転写され、記録媒体Ｐ上に転写しきれないで感光体ドラム１上に残ったトナーはクリーナ７によって除去される。一方、トナー像が転写された記録媒体Ｐは、分離除電針６と、感光体ドラム１の曲率の作用とにより感光体ドラム１から分離される。記録媒体Ｐ表面に１面目の未定着トナー像を担持した状態で、定着装置１４に搬送され、加圧ローラ１１と定着フィルム１２とによりトナー像が定着される。その後、排紙ローラ１３により記録媒体Ｐは排出される。

次に、画像形成装置の動作を、帯電、露光、転写、転写、定着、クリーニングの順に沿って説明する。

（帯電）
帯電ローラ２は、感光体ドラム１に接触している。帯電ローラ２には、高圧電源部から所定の直流電圧（ＤＣ帯電方式）、あるいは所定の直流電圧と所定の交流電圧を重畳した電圧（ＡＣ＋ＤＣ帯電方式）が金属軸を通して帯電バイアスとして印加される。これにより、所定の速度で回転駆動している感光体ドラム１の表面が所定の極性・電位に一様に接触帯電される。本実施形態においては、感光体ドラム１の表面が−５００Ｖに帯電される。

（露光）
帯電後の感光体ドラム１の表面は、画像情報に基づいて露光装置３によって画像露光がなされ、静電潜像が形成される。なお、本実施形態では、半導体レーザ（波長７８０ｎｍ）の走査露光によって露光がなされているが、ＬＥＤアレイによる露光であっても良い。

（現像）
露光によって形成された感光体ドラム１上の静電潜像は現像装置４によって現像される。現像装置４は、現像スリーブを有している。この現像スリーブに高圧電源部から所定の直流電圧と所定の交流電圧を重畳した現像バイアス（ＡＣ＋ＤＣ帯電方式）を印加して感光体ドラム１上の静電潜像にトナーを付着させ静電潜像は、トナー像として現像される。

（転写）
感光体ドラム１上に現像されたトナー像は感光体ドラム１の回転駆動によって転写ローラ５との間のニップ部まで回転移動する。このタイミングに合わせて記録媒体カセット１７に収納されている記録媒体Ｐは、給紙ローラ１５や搬送ローラ対８によって搬送され、感光体ドラム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部に搬送される。そして、転写ニップ部に記録媒体Ｐが搬送されるタイミングで転写ローラ５に現像剤と反対極性の所定の直流電圧が印加される。これにより、感光体ドラム１に付着したトナー像が記録媒体Ｐに順次静電的に転写される。本実施形態にではトナーは、マイナス極性であり、その逆極性に当たるプラスの直流電圧が転写ローラ５に印加される。本実施形態においては感光体ドラム１と接触する接触転写ローラ方式を用いているが、他にも転写ベルトにトナー像を転写させた後に記録媒体Ｐへ転写させる中間転写ベルト方式でも構わない。

（定着）
画像形成後、静電的にトナー像を担持した記録媒体Ｐは、定着装置１４に搬送される。定着装置１４は、トナーを加熱するヒータ１６と、ヒータ１６を内包する筒状の回転体である定着フィルム１２と、この定着フィルム１２を加圧する加圧ローラ１１とを有する。トナーが定着された記録媒体Ｐは排紙ローラ１３により排紙トレイに排出される。

（クリーニング）
一方、記録媒体Ｐに転写されないで感光体ドラム１の表面に残ったトナーは、クリーナ７のクリーニングブレードによって除去される。

以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成が行われる。

なお、記録媒体Ｐは、記録媒体カセット１７から排紙ローラ１３により排紙トレイに排出されるまで、搬送路３０、搬送路３１に沿って搬送される。搬送路３１（シート反転手段）は、記録媒体Ｐの裏面に印刷をするために記録媒体Ｐを反転させるためのものである。

また、定着装置１４の記録媒体Ｐの搬送方向の上流には、記録媒体Ｐの搬送タイミングを検知する搬送タイミング検知フラグ１９が設けられている。さらに、定着装置１４の記録媒体Ｐの搬送方向の下流には、記録媒体Ｐのカール形成の開始時刻を検知するカール形成検知フラグ２０が設けられている。これらの動作については、詳細に後述する。

（制御部）
図２は、本実施形態の画像形成装置の制御部の構成を示すブロック図である。

計測器２３は、搬送タイミング検知フラグ１９で検知した記録媒体Ｐの搬送タイミングと、カール形成検知フラグ２０で検知したカールの形成開始時間から、記録媒体Ｐが加圧ローラ１１を通過した後、何秒後にカール形成が開始されるかを計測する。

メモリ２１には、カール形成開始時間とカール高さの関係式と、ジャムが発生しうるカール高さ閾値をあらかじめ記憶させておく。

また、メモリ２１には、ＣＰＵ２２により、計測器２３で測定したカール形成開始時間を記録する。

ＣＰＵ２２は、計測器２３で測定されたカール形成開始時間と、メモリ２１にあらかじめ記憶されているカール形成開始時間とカール高さの関係式からカール高さを演算し、演算結果が閾値カール高さ以上か否かを判断する。

高圧制御コントローラ２４は、ＣＰＵ２２の判断結果で転写高圧回路２６（転写バイアス印加手段）と分離高圧回路２５（分離除電バイアス印加手段）の出力を変化させる。転写高圧回路２６から出力される電圧は、転写ローラ５に印加される。分離高圧回路２５から出力される電圧は、分離除電針６に印加される。

温調制御コントローラ２７は、ＣＰＵ２２の判断結果でヒータ１６の出力を変化させる。

図３は、カール形成開始時間とカール高さの関係を表すグラフである。

カール開始時間とは、定着フィルムと加圧ローラ対からなる定着ニップの下流端から記録媒体Ｐ（シート）の先端が抜けた後、カールし始めるまでの時間を示す。

カール高さを算出する為のカール形成開始時間とカール高さの関係式は、図３で示すように、カール形成開始時間Ｘが短い場合はカール高さＹが高く、カール形成開始時間Ｘが長い場合はカール高さＹが低い。そして、関係式Ｙ＝２２．５Ｘ^{-０．６０１}を満たすことが発明者により確認された。この関係式は、加圧ローラ１１のコールド／ホット状態、紙水分量、温調、プロセススピード（Ｐ.Ｓ.）などの条件によらないことも確認された。この関係式は、メモリ２１にあらかじめ記憶されている。計測器２３で測定されたカール形成開始時間を関係式に代入し演算する事でカール高さが算出される。

図４は、カール形成開始時間測定の様子を示す図である。

加圧ローラ１１の上流に設置される搬送タイミング検知フラグ１９（シート通過検出手段）は、記録媒体Ｐ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）の搬送方向に回動可能に設けられたフラグである。そして、搬送タイミング検知フラグ１９は、記録媒体Ｐが当接することによりフラグが倒されるタイミングを検知し記録媒体Ｐの搬送タイミングの基点を測定する。

その後、記録媒体Ｐが定着フィルム１２と加圧ローラ１１とからなる定着ニップに突入し、定着ニップ通過後にカールが形成され始める。

加圧ローラ１１の下流に設置したカール形成検知フラグ２０（カール形成検出手段）は、記録媒体Ｐの搬送方向に対して垂直方向に回動可能に設けられたフラグである。記録媒体Ｐにカールが形成され始めるとカールした記録媒体Ｐが当接することにより、カール形成検知フラグ２０が倒され、カール形成開始タイミングを測定できる。すなわち、搬送タイミング検知フラグ１９により記録媒体Ｐの通過が検出されてからカール形成検知フラグ２０により記録媒体Ｐのカールが検知されるまでの時間がカール形成タイミングとして計測器２３により計測される。

なお、搬送タイミング検知フラグ１９、カール形成検知フラグ２０、及び計測器２３は、カール形成タイミング検出手段を構成する。

記録媒体Ｐ１は、カール形成開始時間が１５０ｍｓｅｃの場合を、記録媒体Ｐ２は、カール形成開始時間が１００ｍｓｅｃの場合を、記録媒体Ｐ３は、カール形成開始時間が５０ｍｓｅｃの場合をそれぞれ示している。このようにカール形成開始時間が異なる場合であってもカール形成検知フラグ２０により同様にしてカール形成開始時間が測定される。

図５は本実施形態に関わる画像形成装置の制御手順を示すフローチャートである。まず、コピースタートボタンがユーザに押されＪｏｂが開始されると（ステップＳ５０１）、自動両面印字かが判断される（ステップＳ５０２）。自動両面印字であれば、１面目（第１の面）定着前の搬送タイミング検知フラグ１９で記録媒体Ｐの搬送タイミングの基点を測定する（ステップＳ５０３）。その後、カール形成検知フラグ２０によりカール形成開始時間を測定する（ステップＳ５０４）。メモリ２１に記憶したカール形成開始時間とカール高さの関係式に、測定したカール形成開始時間を代入しカール高さを演算する（ステップＳ５０５、カール高さ出力手段）。演算したカール高さが、メモリ２１に記憶してあるカール高さの第１の閾値（所定の閾値）（ここでは５ｍｍ）より大きいか判断する（ステップＳ５０６）。第１の閾値より大きければ、次のカール高さの第２の閾値（所定の閾値）（ここでは１５ｍｍ）より大きいか判断する（ステップＳ５０７）。さらに第２の閾値よりも大きければ、次のカール高さの第３の閾値（所定の閾値）（ここでは３０ｍｍ）より大きいか判断する（ステップＳ５０８）。第３の閾値よりも大きければ、カール高さは２面目（第２の面）ドラム巻き付きジャムが発生する可能性が高い。このため、２面目転写電流のｒｅｆとなる１０μＡから２μＡに変更し（ステップＳ５０９）、分離電圧もｒｅｆとなる−１５００Ｖから−２３００Ｖに変更し（ステップＳ５１０）、画像形成動作が終了する。

また、ステップＳ５０６においてカール高さが第１の閾値（ここでは５ｍｍ）以下の場合には、２面目転写電流のｒｅｆとなる１０μＡとし（ステップＳ５１１）、分離電圧のｒｅｆとなる−１５００Ｖにし（ステップＳ５１２）、画像形成動作が終了する。

ステップＳ５０７においてカール高さが第２の閾値以下の場合は、２面目転写電流のｒｅｆとなる１０μＡから５μＡに変更し（ステップＳ５１３）、分離電圧のｒｅｆとなる−１５００Ｖから−２０００Ｖに変更し（ステップＳ５１４）、画像形成動作が終了する。また、ステップＳ５０８においてカール高さが第３の閾値以下の場合にも、２面目転写電流のｒｅｆとなる１０μＡから５μＡに変更し（ステップＳ５１３）、分離電圧のｒｅｆとなる−１５００Ｖから−２０００Ｖに変更する（ステップＳ５１４）。

さらに、ステップＳ５０２で片面印字であれば、片面転写電流のｒｅｆとなる８μＡにし（ステップＳ５１５）、片面分離電圧のｒｅｆとなる−１２００Ｖにし（ステップＳ５１６）、画像形成動作が終了する。

なお、２面目の記録時に転写バイアスを下げると感光体ドラム１からシートが剥離しやすくなるためカール起因のトラブルの発生を抑制することが可能である。また、２面目の記録時に分離バイアスを上げることで感光体ドラム１からシートが剥離しやすくなるためカール起因のトラブルの発生を抑制できる。

図６は、本実施形態を実行した場合の効果を従来例と比較した表である。

従来技術１（特許文献１の技術）では、高温高湿環境かどうかでカール高さを予測していた為、記録媒体Ｐの水分量などの外乱よりカール高さの検知精度は悪かった。その為、２面目ドラム巻き付きジャム対策となる転写電流及び分離電圧の変更も不十分であった。さらに記録媒体Ｐの水分量が低い状態や、加圧ローラがホットな状態など、カール高さが低く２面目ドラム巻き付きジャムが発生しない条件でも、転写電流及び分離電圧を変更してしまい、画像弊害が発生していた。

また、従来技術２（特許文献２の技術）では、カール高さを直接測定しても記録媒体Ｐの搬送路内ではカール高さを正確に測定できない為、２面目ドラム巻き付きジャム対策も不十分であった。

一方、本実施形態で示したような構成および上記制御を行う事で、カール高さを正確に検知できる為、記録媒体Ｐの水分量や加圧ローラの温度状態でカール高さが変化しても、カール高さに応じて最適な転写電流及び分離電圧に変更する事ができる。

なお、記録媒体Ｐの先端側で予測したカール高さが所定の閾値以上の場合には、記録媒体Ｐの後端側において、定着装置１４の温度の制御出力値を下げるように制御することもできる。また、記録媒体Ｐの先端側で予測したカール高さが所定の閾値以下の場合には、記録媒体Ｐの後端側において、定着装置１４の温度の制御出力値を上げるように制御することもできる。このようにすることで記録媒体Ｐの後端側のカールを抑えることが可能である。

定着温調を下げることでカール高さが低くなるのは、シートの定着フィルム１２が接触する面からの水分蒸発量が減少し、定着フィルム１２が接触しない面との水分量の差が小さくなるためです。

＜第２実施形態＞
本発明の他の実施形態の画像形成装置について説明する。本実施形態は、第１実施形態と基本的構成が同一であるので、以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

図７は、本実施形態のカール開始のタイミングを検知する距離センサ４０の構成を示す図である。

第１実施形態のカール形成検知フラグ２０の代わりに本実施形態では、記録媒体Ｐまでの距離を測る距離センサ４０が設けられている。この場合には、距離センサ４０が記録媒体Ｐ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に対してレーザ光４１（光）を照射することによりカールを検出する。

１…感光体ドラム
２…帯電ローラ
３…露光装置
４…現像装置
５…転写ローラ
６…分離除電針
１１…加圧ローラ
１２…定着フィルム
１４…定着装置
１６…ヒータ
１９…搬送タイミング検知フラグ
２０…カール形成検知フラグ
２１…メモリ
２２…ＣＰＵ
２３…計測器
２４…高圧制御コントローラ
２５…分離高圧回路
２６…転写高圧回路
２７…温調制御コントローラ
４０…距離センサ

Claims (13)

1. 搬送されるシートにトナー画像を熱定着する定着手段と、
   前記定着手段を通過したシートの変形が始まるタイミングを判定する変形判定手段と、
   前記変形判定手段の判定結果に対応する動作を行なう制御手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記変形判定手段が判定するシートの変形が始まるタイミングが早くなることに応じて前記シートの変形を抑制するための動作を行なうことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記変形判定手段が判定するシートの変形が始まるタイミングが早くなることに応じて前記シートの大きくなった変形に対する動作を行なうことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記変形判定手段は、
   シートの搬送路に設けられ、シートの通過を検出するシート通過検出手段と、
   定着されたシートの変形を検出するシート変形検出手段とを有し、
   前記シート通過検出手段によって検出されたシートの通過と、前記シート変形検出手段によって検出された前記シートの変形が生じる間の時間を変形開始時間として計測することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記シート通過検出手段は、シートの搬送方向に回動可能に設けられ、シートが当接して回動することでシートの通過を検出するフラグを有することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記シート変形検出手段は、前記搬送方向に垂直の方向に回動可能に設けられ、シートが当接して回動することでシートの変形を検出するフラグを有することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記シート変形検出手段は、シートに光を照射することによりシートとの間の距離を測定することでシートの変形を検出する距離センサを有することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
8. 前記変形判定手段は、前記変形開始時間に基づいてシートに発生する変形の大きさを判定することを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記制御手段は前記変形判定手段の判定したシートの変形の大きさに基づいて、前記定着手段の駆動条件を変更することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記制御手段は、シートに発生する変形の大きさが所定の閾値以上の場合には、変形量の判定を行ったシートが通過中の前記定着手段の設定温度を下げることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. トナー像を担持する像担持体と、
    前記像担持体に担持されたトナー像をシートに転写させる転写手段と、
    前記転写手段にバイアス電圧を印加する転写バイアス印加手段と、
    を有し、
    前記制御手段は前記シート変形検出手段の検出結果に基づいて前記転写バイアス印加手段の駆動条件を変更することを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
12. シートの第１の面と第２の面とに画像を形成するためにシートが前記定着手段を通過した後に前記シートを反転させるシート反転手段を有し、
    シートの前記第１の面に画像を形成したときの変形の大きさが所定の閾値よりも大きい場合には、前記制御手段は前記転写バイアス印加手段が前記シートの前記第２の面に画像を形成する際に印加するバイアス電圧の値を下げることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
13. 前記像担持体からシートを分離させる分離手段と、
    前記分離手段にバイアス電圧を印加する分離バイアス印加手段と、
    を有し、
    前記制御手段は、シートの前記第１の面に画像を形成したときのシートの変形の大きさが所定の閾値よりも大きい場合には、前記分離バイアス印加手段が前記シートの前記第２の面に画像を形成する際に印加するバイアス電圧の値を、前記第１の面に画像を形成した際に印加したバイアス電圧の値よりも上げることを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。

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