JP4165573B2 - 用紙処理装置及び画像形成システム - Google Patents

Description

本発明は用紙のカールを矯正する用紙処理装置及びかかる用紙処理装置を備えた画像形成システムに関する。

電子写真プロセスによる画像形成は周知のように、帯電、露光及び現像によりトナー像を形成し、形成したトナー像を用紙に転写し、用紙に転写されたトナー像を定着するというプロセスにより画像を形成するものである。

このプロセス中の定着工程においては、熱と圧力とによりトナーを溶融し、用紙に画像を定着することが行われるが、その際に、熱により用紙から水分が蒸発する現象が起こる。更に、定着後に用紙が外気に曝されることにより、用紙が外気から水分を吸収する現象が起こる。

このような水分の蒸発及び水分の吸収は用紙の表裏面で違う割合で起こるために、用紙の波打ちやカールが発生するという問題がある。

波打ちやカールのある用紙は画像形成装置に接続されている用紙処理装置内における搬送、処理、集積におけるトラブルの発生原因となり、また、綴じ処理により束ねられた用紙の嵩が増すなど、用紙の処理、保存の障害となるために、用紙のカールを矯正する技術が開発されている。

即ち、特許文献１、２では、用紙搬送路に、用紙に対して機械的な曲げ力を作用させることにより、カールを矯正することが提案されており、特許文献１では、用紙の種類や画像濃度等に応じてカール矯正量を選択することが提案されている。
特開平４−３３８０６０号公報 特開平５−３０９９７１号公報

前記のように特許文献１では、用紙の種類に応じてカール矯正量を選択可能にしているが、用紙には様々な種類があり、機械的な曲げ力の調整だけでは、曲げ力を調整したとしても、カール矯正が出来ない場合があることが判明した。

即ち、厚紙では、強い力を作用させることによりカールが矯正されるが、薄紙では、機械的な曲げ力のみではカールを矯正することが困難であることが判明した。特に、印刷用の上質紙では、曲げ力のみではカール矯正が困難である。

本発明は、このような問題を解決することを目的とする。

前記目的は下記の発明により達成される。
１．用紙を鉛直方向に案内する搬送路と、前記搬送路を中心に左右対称に配置されており、用紙に水を付与して加湿を行う給水経路の形状及び長さが互いに同一の一対の加湿手段と、前記加湿手段に対して用紙搬送方向下流部に配置されており、それぞれ逆向きのカールを矯正する対称構造の一対のカール矯正手段とを配置し、用紙に対して加湿の後にカール矯正を行うことを特徴とする用紙処理装置。
２．処理無しモード、加湿処理のみを行う加湿モード、カール矯正のみを行う第１カール矯正モード、加湿とカール矯正とを行う第２カール矯正モードを選択可能に構成されたことを特徴とする前記１に記載の用紙処理装置。
３．前記加湿手段に対して用紙搬送方向下流部に、前記搬送路の左右に配置されたファンを有することを特徴とする前記１又は前記２に記載の用紙処理装置。
４．用紙に画像を形成する画像形成部及び加熱により画像を定着する定着部を有する画像形成装置、前記１〜３のいずれか１項に記載の用紙処理装置並びに用紙後処理装置を有し、前記画像形成装置と前記用紙後処理装置との間に前記用紙処理装置が配置されたことを特徴とする画像形成システム。

本発明では、加湿することにより用紙を構成している繊維の弾性を低下させた後に、用紙に曲げ力を作用させるなどによりカールを矯正するので、薄紙等でもカールが良好に矯正される。その結果、画像形成された用紙の処理、集積における不具合が解消される。

以下図示の実施の形態により本発明を説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

図１は本発明に実施の形態における用紙処理装置の断面図である。

画像形成装置（後に説明）において画像形成された用紙Ｓは入り口１０１から用紙処理装置Ｂの搬送路ＨＲ１に導入され、搬送路ＨＲ２、ＨＲ３を選択的に通過して処理され、用紙処理装置Ｂから排出される。

用紙Ｓに対して、用紙処理装置Ｂによる処理を行わない処理無しモード及び用紙Ｓに対して、加湿を行わずカール矯正のみを行う第１カール矯正モードにおいては、用紙Ｓは搬送路ＨＲ１、ＨＲ２を通過する。

用紙Ｓに対して、加湿のみを行う加湿モードと、加湿及びカール矯正を行う第２カール矯正モードにおいては、用紙Ｓは搬送路ＨＲ１、ＨＲ３及びＨＲ２の一部を通過する。搬送路ＨＲ２、ＨＲ３の選択は切換ゲート１０２により行われる。

搬送路ＨＲ２にはカール矯正手段１５０、１６０が配置され、カール矯正手段１５０により下カール、即ち、中央部が谷となっているカールが矯正され、カール矯正部１６０において、上カール、即ち、中央部が山となっているカールが矯正される。

搬送路ＨＲ３には、加湿手段１１０が配置される。加湿手段１１０はレール１２０Ａ、１２０Ｂの案内で、装置から引き出し可能にユニットに形成される。

搬送路ＨＲ１においては、用紙ＳはローラＲ１により搬送され、搬送路ＨＲ２においては、用紙ＳはローラＲ２〜Ｒ５により搬送される。搬送路ＨＲ３においては用紙ＳはローラＲ６〜Ｒ１１により搬送される。

加湿手段１１０の下方には、加湿手段１１０に水を供給するタンク１３０が配置され、タンク１３０はレール１３０Ａ、１３０Ｂの案内で装置から引き出し可能なユニットに形成される。

図２は加湿手段１１０の拡大図である。

搬送路ＨＲ３はＵ字状に形成され、用紙Ｓは搬送路ＨＲ１（図１に示す）からほぼ垂直に下方に進行し、Ｕターンして鉛直方向上方に進行するが、上方に進行する搬送路ＨＲ３の部分に左右対称に加湿手段１１０が配置される。

加湿手段１１０は、一対の加湿手段、即ち、図の左方の加湿手段１１０Ａと右方の加湿手段１１０Ｂからなり、加湿手段１１０Ａは加湿ローラ１１１Ａ、給水ローラ１１２Ａ及び給水槽１１４Ａを有し、加湿手段１１０Ｂは加湿ローラ１１１Ｂ、給水ローラ１１２Ｂ及び給水槽１１４Ｂを有する。加湿ローラ１１１Ａと１１１Ｂとは互いに接触し、矢印のように回転して用紙Ｓを搬送しつつ、用紙Ｓに水を付与して加湿を行う。

加湿ローラ１１１Ａには給水ローラ１１２Ａが、加湿ローラ１１１Ｂには給水ローラ１１２Ｂがそれぞれ接触し、給水ローラ１１２Ａは給水槽１１４Ａに収容されている水Ｗに、給水ローラ１１２Ｂは給水槽１１４Ｂに収容されている水Ｗにそれぞれ浸漬している。

１１３Ａ、１１３Ｂは制御部材であり、給水ローラ１１２Ａ、１１２Ｂをスクイズしてこれらの含水量を規制する。

加湿ローラ１１１Ａ、１１１Ｂ、給水ローラ１１２Ａ、１１２Ｂには発泡製でないソリッドゴム、発泡性ゴム等の弾性材料の単層若しくは複層構成のローラ又はゴムに繊維を巻き付けた複層構成のローラが用いられる。加湿ローラ１１１Ａは金属からなる軸芯１１１Ａａとその上に形成されたゴム層１１１Ａｂで構成され、加湿ローラ１１１Ｂは金属からなる軸芯１１１Ｂａとその上に形成されたゴム層１１１Ｂｂで構成され、給水ローラ１１２Ａは金属からなる軸芯１１２Ａａとその上に形成されたゴム層１１２Ａｂで構成され、給水ローラ１１２Ｂは金属からなる軸芯１１２Ｂａとその上に形成されたゴム層１１２Ｂｂで構成される。

制御部材１１３Ａ、１１３Ｂには、回転又は固定の丸棒が用いられる。また、制御部材１１３Ａ、１１３Ｂとして、板状のブレードを用いることもできる。

タンク１３０中の水Ｗはポンプ（図示せず）により給水槽１１４Ａ、１１４Ｂに汲み上げられ、オーバーフローによって、オーバーフロー管１１６からタンク１３０に還流し、給水槽１１４Ａ、１１４Ｂの水位は一定に維持される。なお、給水槽１１４Ａと１１４Ｂとは連通しており、両者における水位は同一レベルに維持される。

加湿処理において、加湿ローラ１１１Ａ、１１１Ｂ、給水ローラ１１２Ａ、１１２Ｂはそれぞれ矢印のように回転して、用紙Ｓの両面に水分を付与して加湿処理を行う。

加湿ローラ１１１Ａ、１１１Ｂ、給水ローラ１１２Ａ、１１２Ｂは図示のように搬送路ＨＲ３を中心に左右対称に配置されているので、給水槽１１４Ａから加湿ローラ１１１Ａに至る給水経路と給水槽１１４Ｂから加湿ローラ１１１Ｂに至る給水経路が、形状及び長さに関して同一になる。

従って、用紙Ｓの両側から均等な給水が行われる。しかも、用紙Ｓは垂直に上昇する搬送路ＨＲ３において加湿が行われるので、用紙Ｓの厚み方向に均等な水分が供給されて、用紙Ｓのフラットネスが良好に維持される。

１１７Ａ、１１７Ｂは用紙Ｓの両面に乾燥風を吹き付けるファンであり、ファン１１７Ａ、１１７Ｂで用紙Ｓに乾燥風を吹き付けることにより、加湿直後の用紙Ｓから余分な水分を蒸発させ、搬送ローラ等の搬送路形成部材に水分が蓄積するのを防止する。

図３はカール矯正手段１５０、１６０の拡大図である。

カール矯正手段１５０は小径ローラ（例えば半径７ｍｍ）１５１、一対のベルト駆動ローラ１５２、１５３及びベルト駆動ローラ１５２、１５３に張架されたベルト１５４で構成される。１５５はバネかけ軸、１５６は小径ローラ１５１をベルト１５４に押圧する押圧バネである。

１５７は搬送路を切り替える切り替えゲートであり、切り替えゲート１５７は点線の位置にあるときは、カール矯正手段１５０を通らない搬送路ＨＲ２１が選択され、実線の位置にあるときはカール矯正手段１５０を通る搬送路ＨＲ２２が選択される。

搬送路ＨＲ２１は図示のように大きな曲率半径（例えば半径６０ｍｍ）を有するので、用紙Ｓが搬送路ＨＲ２１を通過するときは、カール矯正が行われない。これに対して、小径ローラ１５１とベルト１５４とにより形成される搬送路ＨＲ２２を通るときは、用紙Ｓは小径ローラ１５１とベルト１５４とによる曲げ力を受けてカール矯正される。即ち、中央部が谷となるようにカールした用紙Ｓが矯正された平板状になる。

カール矯正手段１６０は小径ローラ（例えば半径７ｍｍ）１６１、一対のベルト駆動ローラ１６２、１６３及びベルト駆動ローラ１６２、１６３に張架されたベルト１６４で構成される。１６５はバネかけ軸、１６６は小径ローラ１６１をベルト１６４に押圧する押圧バネである。

１６７は搬送路を切り替える切り替えゲートであり、切り替えゲート１６７は点線の位置にあるときは、カール矯正手段１６０を通らない搬送路ＨＲ２３が選択され、実線の位置にあるときはカール矯正手段１６０を通る搬送路ＨＲ２４が選択される。

搬送路ＨＲ２３は図示のように大きな曲率半径（例えば半径６０ｍｍ）を有するので、用紙Ｓが搬送路ＨＲ２３を通過するときは、カール矯正が行われない。これに対して、搬送路ＨＲ２４を通るときは、用紙Ｓは小径ローラ１６１とベルト１６４とによる曲げ力を受けてカール矯正される。即ち、中央部が山となるようにカールしている用紙Ｓが矯正された平板状になる。

用紙処理装置Ｂは処理無しモード、加湿処理のみを行う加湿モード、カール矯正のみを行う第１カール矯正モード、加湿とカール矯正とを行う第２カール矯正モードが選択可能である。

処理無しモードにおいては、切り替えゲート１０２により搬送路ＨＲ２が選択されるとともに、切り替えゲート１５７、１６７により搬送路ＨＲ２１、ＨＲ２３がそれぞれ選択されて、用紙搬送が行われる。

加湿処理のみを行うモードにおいては、切換ゲート１０２により搬送路ＨＲ３が選択されるとともに、切り替えゲート１５７、１６７により搬送路ＨＲ２１、ＨＲ２３がそれぞれ選択されて、用紙Ｓは搬送路ＨＲ１からＨＲ３に進行し、加湿手段１１０により加湿処理された後にローラ１０３の位置で搬送路ＨＲ２に進行し、搬送路ＨＲ２１、ＨＲ２３を通過して排紙される。

カール矯正のみを行うモードには、下カール矯正を行うモードと上カール矯正を行うモードがある。

下カール矯正を行うモードでは、切換ゲート１０２により搬送路ＨＲ２が選択されるとともに、切り替えゲート１５７により搬送路ＨＲ２２が選択され、切り替えゲート１６７により搬送路ＨＲ２３が選択される。

用紙Ｓは選択された搬送路を通過し、カール矯正手段１５０により下カールを矯正されて排紙される。

上カール矯正を行うモードでは、切換ゲート１０２により搬送路ＨＲ２が選択されるとともに、切り替えゲート１５７により搬送路ＨＲ２１が選択され、切り替えゲート１６７により搬送路ＨＲ２４が選択される。

用紙Ｓは選択された搬送路を通過し、カール矯正手段１６０により上カールを矯正されて排紙される。

加湿処理及びカール矯正を行うモードには、下カール矯正を行うモードと上カール矯正を行うモードがある。

下カール矯正を行うモードでは、切換ゲート１０２により搬送路ＨＲ３が選択されるとともに、切り替えゲート１５７により搬送路ＨＲ２２が選択され、切り替えゲート１６７により搬送路ＨＲ２３が選択される。

用紙Ｓは搬送路ＨＲ３を通過して、加湿手段１１０により加湿処理された後に、カール矯正手段１５０により下カールを矯正されて排紙される。

上カール矯正を行うモードでは、切換ゲート１０２により搬送路ＨＲ３が選択されるとともに、切り替えゲート１５７により搬送路ＨＲ２１が選択され、切り替えゲート１６７により搬送路ＨＲ２４が選択される。

用紙Ｓは選択ＨＲ３を通過して、加湿手段１１０により加湿処理された後に、カール矯正手段１６０により上カール矯正されて排紙される。

曲げ力によるカール矯正効果を各種の用紙に対して調べた実験結果を表１に示す。

表１において、ＰＰＣ用紙はコピー用紙を示し、上質紙は印刷用紙を示す。また、カール量は図４に示すように、Ａ４サイズの用紙Ｓの中央部と端部との高さの差を４コーナについて計測したものｈ１〜ｈ４の平均値である。

図に示すように、Ａ紙、Ｄ〜Ｇ紙では、加湿無しでも十分にカール矯正されたが、Ｂ紙及びＣ紙では、加湿無しの場合、カール矯正を行っても、カールが解消していない。そして、Ｂ紙及びＣ紙では加湿処理の後にカール矯正を行うことにより、満足出来るカール矯正が行われた。

このように、本実施の形態によれば、加湿処理の後に用紙に対して曲げ力を作用させるカール矯正を行うことにより従来矯正が困難であった紙種についても満足出来るカール矯正が可能となった。

このように優れたカール矯正効果を奏するが、本実施の形態は次のように使用することもできる。

加湿処理により、用紙がカールしたり、また、カールの程度が強くなる場合がある。このような現象はコート層を有する用紙のように、用紙の厚み方向に材質が均等でない用紙などにおいて発生しやすい。

この場合、加湿処理によりカールした用紙をカール矯正手段により矯正する本実施の形態により用紙を平板状にすることができる。

図５は画像形成装置Ａと、カール矯正を行う用紙処理装置Ｂと、製本装置（用紙後処理装置）Ｃとを備えた本発明の実施の形態に係る画像形成システムの全体構成図である。

画像形成装置Ａは、回転する像担持体１の周囲に、帯電手段２、像露光手段（書き込み手段）３、現像手段４、転写手段５Ａ、除電手段５Ｂ、及びクリーニング手段６を配置した画像形成部を有する。画像形成部は、帯電手段２によって像担持体１の表面に一様帯電を行った後に、像露光手段３のレーザビームによって原稿から読み取られた画像データに基づく露光走査を行って潜像を形成し、該潜像を現像手段４により反転現像して像担持体１の表面にトナー像を形成する。

用紙収納部７Ａから給紙された用紙Ｓは転写位置へと送られる。転写位置において転写手段５Ａにより前記トナー像が用紙Ｓ上に転写される。その後に、用紙Ｓは除電手段５Ｂにより裏面の電荷が消去されて像担持体１から分離され、搬送部７Ｂにより搬送され、引き続き定着手段８により加熱定着され、排紙ローラ７Ｃから排出される。

定着手段８は加熱ローラ８Ａ、加熱ローラ８Ａに圧接する加圧ローラ８Ｂ及びヒータ８Ｃを有し、ヒータ８Ｃにより加熱された加熱ローラ８Ａにより未定着トナー像を加熱し、トナーを溶融させてトナー像を用紙Ｓに定着する。

用紙Ｓの両面に画像形成を行う場合には、定着手段８により加熱定着された用紙Ｓを、搬送路切り替え板７Ｄにより通常の排紙通路から分岐し、反転搬送部７Ｅにおいてスイッチバックして表裏反転した後、再び画像形成部を通過し、用紙Ｓの裏面に画像を形成し、定着手段８を経て、排紙ローラ７Ｃから装置外に排出される。排紙ローラ７Ｃから排出された用紙Ｓは、糊付け製本装置Ｂに送り込まれる。

像担持体１の画像処理後の表面は、クリーニング手段６により表面に残留している現像剤が除去され、次の画像形成に備える。

用紙処理装置Ｂは前記に説明したように、処理を行うことなく、用紙Ｓを搬送するか又は加湿処理のみを行う加湿モード、カール矯正のみを行う第１カール矯正モードもしくは加湿とカール矯正とを行う第２カール矯正モードでの用紙処理を行う。

これらのモードの選択は、画像形成装置Ａの操作部（図示せず）における設定又はネットワークを介した外部機器からの指令により選択される。

用紙後処理装置としての製本装置Ｃは、用紙搬送手段２１０、排紙手段２２０、表紙供給手段２３０、用紙束収容手段２４０、用紙束搬送手段２５０、糊塗布手段２６０、表紙貼付手段２７０、表紙折り曲げ手段２８０、冊子排出手段２９０、から構成されている。前記各手段は、糊付け製本装置本体内の垂直方向に縦列配置されている。

用紙搬送が設定されると、用紙束収容手段２４０への搬送路を遮断され、排紙手段２２０への搬送路を開放する。

製本モードが設定されると、用紙Ｓは用紙束収容手段２４０の所定位置に収容され順次積載されて、所定枚数の用紙Ｓから成る用紙束が形成される。用紙束収容手段２４０上の用紙束は用紙束保持手段２５０に送られ、用紙束保持手段２５０が回転してほぼ垂直になった状態で、糊塗布手段２６０により用紙束の底面に糊が塗布されて用紙束が束ねられる。

束ねられた用紙束に対して、表紙貼り付け手段２７０から表紙が供給されて表紙が接合され、表紙折り曲げ手段２８０により表紙が折り曲げられて冊子が形成される。

形成された冊子は、冊子排出手段２９０により製本装置Ｃから排出される。

なお、製本装置Ｃは特開２００４−２０９８６９号公報に記載されている。

本発明に実施の形態における用紙処理装置の断面図である。 加湿手段１１０の拡大図である。 カール矯正手段１５０、１６０の拡大図である。 カール量を説明する図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成システムの全体構成図である。

符号の説明

１１０ 加湿手段
１５０、１６０、カール矯正手段
１１１Ａ、１１１Ｂ 加湿ローラ
１１２Ａ、１１２Ｂ 加湿ローラ
１１３Ａ、１１３Ｂ 規制部材
１１４Ａ、１１４Ｂ 給水槽
Ａ 画像形成装置
Ｂ 用紙処理装置
Ｃ 製本装置
ＨＲ１〜ＨＲ３、ＨＲ２１〜ＨＲ２４ 搬送路

Claims (4)

1. 用紙を鉛直方向に案内する搬送路と、
   前記搬送路を中心に左右対称に配置されており、用紙に水を付与して加湿を行う給水経路の形状及び長さが互いに同一の一対の加湿手段と、
   前記加湿手段に対して用紙搬送方向下流部に配置されており、それぞれ逆向きのカールを矯正する対称構造の一対のカール矯正手段とを配置し、
   用紙に対して加湿の後にカール矯正を行うことを特徴とする用紙処理装置。
2. 処理無しモード、加湿処理のみを行う加湿モード、カール矯正のみを行う第１カール矯正モード、加湿とカール矯正とを行う第２カール矯正モードを選択可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の用紙処理装置。
3. 前記加湿手段に対して用紙搬送方向下流部に、前記搬送路の左右に配置されたファンを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の用紙処理装置。
4. 用紙に画像を形成する画像形成部及び加熱により画像を定着する定着部を有する画像形成装置、請求項１〜３のいずれか１項に記載の用紙処理装置並びに用紙後処理装置を有し、
   前記画像形成装置と前記用紙後処理装置との間に前記用紙処理装置が配置されたことを特徴とする画像形成システム。

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