JP6471543B2 - 画像形成装置、及び画像形成システム - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置、及び画像形成システムに関する。

電子写真方式を利用した画像形成装置では、帯電装置で像担持体の表面に一様に電荷を保持させ、画像情報に従って光照射装置よりレーザー光又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）光などを照射して、像担持体上に潜像を形成する。そして、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、その後用紙の表面に転写する。次いで、用紙上に形成されたトナー像を、定着装置においてベルト又はローラーの加熱手段とベルト又はローラーの加圧手段との間を通過させて加熱し用紙に定着する。

このとき定着装置から出た後の用紙は、水分が蒸発して収縮する。その後における両面印刷に際して裏面に画像を形成すると、用紙の収縮に起因して裏面の画像に対して表面の画像が小さくなり、表面の画像と裏面の画像とにずれが生じる。また、用紙は搬送され、所定の速度で移動しているため、その表面には層流境界層が形成され、搬送方向の先端から後端へ向けて層流境界層が厚くなる。層流境界層の厚さ変化に応じて水分の蒸発速度は後端に向かうに従い遅くなるため、用紙の先端の縮みに比べ後端の縮みが少なく、用紙は台形に変形する。その結果、用紙の搬送方向に対して表裏の画像のずれ量も変化する。

図７は定着後の用紙の変形状態を示す模式図である。用紙１０は、図７に示すように、台形に変形している。用紙１０は、搬送方向先端の辺の長さＬ１が後端の辺の長さＬ２より短くなっており（Ｌ１＜Ｌ２）、この長さに比例して画像も変形する。裏面を印刷するまでの数〜数十秒間ではこの変形は元に戻らないため、例えば表裏に同じ大きさの長方形を印刷した場合、表面の長方形は裏面より小さくなるだけでなく、形状自体も台形になり表裏の差が目立つことになる。

上述のように、用紙が台形に変形する原因は、用紙が自ら水蒸気を発しながら一定速度で搬送されることにより形成される水蒸気の層流境界層であると考えられる。図８は用紙の先端から後端の位置で変化する物性のグラフである。図８（ａ）は図７に示した用紙１０の先端を０として搬送方向の位置をｘとした場合の層流境界層の厚さを示している。層流境界層は後端に向かうに従い厚くなる。層流境界層が厚いほど用紙からの水分の蒸発速度が遅くなるため、水蒸気の蒸発速度は、図８（ｂ）に示すように、用紙の後端に行くほど遅くなる。用紙の含水率の減少量は蒸発速度を時間で積分した値になるため、ある時刻の用紙１０の含水率の減少量は、図８（ｃ）に示したように図８（ｂ）に示した曲線と相似の曲線を描く。更に、用紙１０の収縮率は、用紙１０の含水率の減少量に比例するため、図８（ｄ）に示すように同様な曲線を描く。このように、用紙は搬送方向に向かって先端が後端より収縮して台形になる。

定着後の用紙の縮みによる表裏の画像のずれは、両面印刷時の画像品質を低下させるため、できるだけ小さくすることが望まれる。 また、そのずれが用紙の先端と後端で変化することは、より一層の品質の低下につながる。

従来、このような印刷品質の劣化の低減のため、画像形成装置に加湿装置を配置し、あらかじめ用紙の含水率を増しておく技術や、定着装置の加熱により乾燥した用紙を吸湿させて収縮や変形を防止する技術がある。

特許文献１には、定着装置と記録材反転装置とを含む領域を覆い、かつ、記録材の第一面に可視像が転写された転写材の進入口と、転写材反転装置で表裏反転された転写材が像担持体と転写装置との間の領域に向けて脱出する脱出口とを有する気密ケースと、ケース内に設けられていてケース内を一定の湿度以上に保つ加湿器とからなり、記録材の第二面に可視像の転写がなされる前に、記録材に水分を付与する水分付与装置を設けた画像形成装置が開示されている。

また、特許文献２には、用紙を搬送する搬送手段と、互いに対向しており、搬送手段によって搬送される用紙がその間を一方向に通過するようにされているとともに、カットシートの表裏が露出するようにされている少なくとも一対の用紙案内部と、用紙案内部の外側に配置され、一方の用紙案内部に向けて水滴を散布することにより、用紙案内部の間を通過する用紙に水分を与える画像形成装置が記載されている。本画像形成装置は、用紙の種類、定着温度、環境に応じて散布される水量を制御するものである。

更に、特許文献３には、ニップを形成する加湿ローラー対、及び該加湿ローラー対に水を供給する給水手段を有し、ニップに用紙を通過させることにより、用紙を加湿する用紙加湿装置において、ニップを通過する用紙の種類に対応して、加湿ローラーの線速を可変に設定することにより用紙の含水量を可変に制御するものが記載されている。この技術は、対になるローラーで用紙を搬送しながら水を塗布するものであり、用紙の種類、環境に応じて搬送速度を制御している。

しかしながら上述した従来の技術では、用紙の台形変形に対する補正について考慮されていない。即ち特許文献１では定着装置の反転搬送路を含む前後の搬送路を密閉してその内部を加湿している。反転後に加湿すると後端が先頭になって進むため、後端の層流境界層が薄く、先端が厚くなり、定着後の蒸発で収縮した先端が水分を吸収しにくくなり、台形の補正ができない。また、用紙の変形を補正する適正な加湿を行うために、定着装置後に減少する含水率と加湿で増加する含水率を計算することについては考慮されていない。定着装置の前後に独立した加湿装置を配置する例も開示されているが、この場合も含水率の増減の計算については述べられておらず、また、加湿装置の長さも用紙の長さに比べ明らかに短く、台形変形の補正を行うことは難しいと考えられる。

また、特許文献２では水滴を用紙に向かって噴霧して加湿を行うため、定着後、用紙表面へ付着する水滴から直接吸湿し、層流境界を経由した吸湿にならず、用紙先端から後端まで均一に水分が供給され、定着後の先端と後端の縮み差が補正できない。

更に、特許文献３においてもローラーで先端から後端まで一様に水分を供給するため、特許文献１と同様に後端の伸びが先端より大きくなってしまう。更に、定着装置後に減少する含水率と加湿で増加する含水率を計算することについては考慮されていない。

そこで、本発明は定着装置を有する画像形成装置において、定着後の用紙の収縮を矯正する画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、未定着画像を保持した用紙が通過する際に該未定着画像を加熱して定着させる定着装置と、前記用紙の熱特性、及び温湿度に対する含水率の変化特性の情報を保持するデータベースと、前記定着装置までの搬送路で用紙の温湿度を測定する温湿度センサーと、前記定着装置の搬送方向下流側で前記用紙を搬送しながら加湿する加湿搬送路を備える加湿手段と、前記加湿手段の加湿搬送路で用紙の温湿度を測定する加湿搬送路温湿度センサーを有する画像形成装置であって、前記用紙の熱特性、及び温湿度に対する含水率の変化特性に対する情報を前記データベースから取得する用紙情報取得手段と、前記定着装置に搬送される以前の前記用紙の温度と含水率を、前記温湿度センサーと前記含水率の変化特性から求める含水率計算手段と、前記定着装置における加熱温度から前記加湿手段に搬送される前記用紙の温度を前記用紙の熱特性を用いて求め、かつ求めた温度と前記含水率の変化特性から含水率の減少率を求める第二の含水率計算手段と、前記加湿搬送路の前記加湿搬送路温湿度センサーの温度と湿度と前記含水率の変化特性から前記用紙の含水率の増加率を求める第三の含水率計算手段と、前記第二の含水率計算手段と前記第三の含水率計算手段とにより求められた前記用紙の含水率の増減分が一致するように、前記含水率の変化特性を用いて前記加湿搬送路における加湿条件の設定を行う設定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、定着後の用紙の収縮を矯正することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 同画像形成装置における加湿装置の構成を示す図である。 本実施形態の画像形成装置とサーバ装置とを備えた画像形成システムのハードウエア構成を示す図である。 同画像形成システムを示す機能ブロック図である。 用紙の含水率と表面近傍の相対湿度の関係を示すグラフ図である。 同画像形成装置における用紙の台形変形の補正処理の手順を示すフローチャートである。 定着後の用紙の台形変形を示す模式図である。 （ａ）乃至（ｄ）は用紙の先端から後端の位置で変化する物性のグラフ図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。なお、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。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。

図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。画像形成装置１１０は、ブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及びイエロー（Ｙ）のカラー毎に、感光体ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、各感光体ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに電荷を帯電させる帯電ローラー４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、レーザーダイオードやＬＥＤ（light emitting diode）などの光照射装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ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３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの主走査方向に光ビームを走査するポリゴンミラー５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと、現像剤を保持して各感光体ドラム上の静電潜像に供給する現像装置７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄとが、中間転写ベルト２に沿って並んで配置されている。この画像形成装置１１０は、いわゆるタンデム方式の構成を採用している。

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、及び露光量に応じた電位分布が書き込まれる。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）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及びイエロー（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、各色のトナーで現像される。そして、書込信号に応じたトナー像が感光体ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上に形成され、担持される。

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３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ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３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ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３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ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ドラム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。

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又は給紙カセット５２内にセットされた用紙（記録媒体）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から、画像の書き込みに合わせて適切なタイミングにて送出される。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。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との協働により給紙された用紙上に中間転写ベルト２上のトナー像を一括して転写する。

用紙（記録媒体）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、定着装置４０の加熱ローラー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、未定着画像は用紙上に定着される。定着装置４０の加熱ローラー３０内には、ハロゲンヒーター３４を配置して加熱ローラー３０を加熱する。加圧ローラー３７は加圧バネ３５により加熱ローラー３０に押付けられる。ローラー温度センサー３６は加熱ローラー３０と加圧ローラー３７の表面温度を測定する。

温湿度センサー４１は、例えば、静電容量式のものや電気抵抗式のものが使用できる。静電容量式のものは、高分子膜を誘電体としてコンデンサーを形成し、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。また、電気抵抗式のもの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。温湿度センサー４１の温度センサーやローラー温度センサー３６としては、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、及び他の構成のものであってもよい。

定着後の用紙は加湿手段である加湿装置６０で加湿される。その後、片面のみの印刷の場合は、排紙ローラー８２により排紙トレイ５０上へ排紙される。用紙の裏面にも印刷を行う両面印刷を行う場合は、フラップ７１によって搬送経路を切り替え、用紙を反転搬送路７２に導き、用紙の表裏を反転させて両面搬送路７３を搬送して給紙側に戻し、裏面への画像形成を行う。

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、本実施形態の定着装置４０では、加熱ローラー３０、及び加圧ローラー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、ローラー状の部材に代えて、ベルト状の部材を用いて構成することもできる。

画像形成装置１１０は制御部４６によって制御されている。制御部４６は、加熱ローラー３０、及び加圧ローラー３７の温度センサーの他、加湿前用紙温湿度センサー６７、加湿搬送路温湿度センサー６９からの温度、湿度情報を取得する。更に制御部４６は、用紙の環境による含水率の変化特性に関する情報を取得し、定着後の用紙の含水率の減少を計算して、それを補正するために必要な加湿装置６０の加湿条件と搬送速度を決定する。

次に、加湿装置６０について説明する。図２は同画像形成装置における加湿装置の構成を示す図である。加湿装置６０は、水蒸気発生手段である水蒸気発生容器６１、ヒーター６２、水蒸気加熱手段である水蒸気加熱装置６３、送風ファン６４、水蒸気供給路６５、加湿搬送路６６、排気口６６１、排気手段である排気ダクト６６２、加湿前用紙温湿度センサー６７、加湿搬送路温湿度センサー６９、及び用紙搬送ローラー６８を備える。水蒸気発生容器６１内には水Ｗがためられ、この水Ｗはヒーター６２で加熱されて水蒸気が発生する。更に水蒸気は加熱された複数の通路を持つ水蒸気加熱装置６３で加熱され、送風ファン６４によって図中矢印ｃ方向に水蒸気供給路６５を経て加湿搬送路６６に供給される。

用紙１０は加湿前用紙温湿度センサー６７で表面の温湿度を測定され、用紙搬送ローラー６８で図中矢印ｅ方向に所定の速度で搬送される。加湿搬送路６６は水蒸気を用紙に向けて供給することにより、定着装置４０の搬送方向下流側で用紙１０を搬送しながら加湿する。加湿搬送路６６内の温湿度は、加湿搬送路温湿度センサー６９によって測定される。加湿搬送路６６内の水蒸気は、水蒸気発生容器６１からの水蒸気の供給に応じて排気口６６１から図中矢印ｄ方向に排出され、排気ダクト６６２を経由して水蒸気発生容器６１に戻る。ここで、加湿搬送路６６の長さは用紙１０の搬送方向長さより長い。

ここで、用紙の台形変形を補正するには、加湿搬送路６６を一定環境として、用紙１０を加湿搬送路６６において搬送しながら加湿すればよい。水分の蒸発時と同様に加湿時も層流境界層が形成されて用紙の先端が後端より吸湿しやすくなり、先端が後端より延びるため台形変形を補正できる。この補正量を予測して正確な補正を行うには、少なくとも用紙の先端から後端まで一様な加湿条件にすることが望ましい。

本実施形態の加湿装置６０は、気体である水蒸気を用いて加湿するため用紙を全面に亘って均一に加湿でき、水滴や水で加湿する際に発生する微小な含水率差による用紙の凹凸や、水分を供給するローラーへの用紙の巻き付きや汚れの問題がない。更に、定着後の用紙表面から蒸発する水蒸気で形成される層流境界層と同様に、用紙の先端から後端に向かって厚くなる層流境界層を形成できる。このため、加湿時の用紙先端と後端で供給される水分を定着後の蒸発で失う水分と同じ分布にすることができ、台形変形を補正できる。また、加湿搬送路６６の長さが用紙１０の搬送方向長さより長いので、加湿搬送路６６中での用紙表面の層流境界層は理想的な状態になり、用紙の加湿状態が予測しやすくなり、変形の補正精度が増す。更に、加湿搬送路６６内の水蒸気を排気ダクト６６２で水蒸気発生容器６１に回収することで、画像形成装置内への水蒸気の拡散を防ぎ、他の搬送路での結露による用紙の張り付きや変形を防止できる。

次に、画像形成装置１１０を含んで構成される画像形成システムについて説明する。図３は本実施形態の画像形成装置とサーバ装置とを備えた画像形成システムのハードウエア構成を示す図である。本実施形態に係る画像形成システム１００は、画像形成装置１１０とサーバ装置１５０とをネットワーク１３０で接続して構成している。画像形成装置１１０は、画像形成、及び用紙の搬送などの画像形成動作、加湿装置６０の動作を制御する上述した制御部４６を構成するＣＰＵ(Central Processing Unit)１１２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用紙収縮量を算出するための用紙収縮算出用データ、用紙収縮量に応じてカール矯正装置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。更に画像形成装置１１０は、オペレーションパネルなどの表示装置１２０、及び入力装置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、画像形成装置１１０をネットワーク１３０に接続させるＮＩＣ（Network Interface Card）１２８とを更に含む。

画像形成装置１１０は、ＲＯＭ１１４や、ＮＶ−ＲＡＭ１１８やＳＤメモリーカードなどの取外し可能な記憶装置に格納されたプログラムを読出し、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、及び各処理を実現する。

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。このネットワーク１３０の構成は、特に限定されるものではなく、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、また有線又は無線、又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。

ネットワーク１３０には、更にサーバ装置１５０が接続され、サーバ装置１５０は、用紙の種類や銘柄（各供給元から供給される種々の製品の別を含む。）などに応じて用紙からの水分の蒸発と吸収を計算するための、用紙の厚さ、密度、熱特性、環境による用紙の含水率変化特性等を一元管理し、複合機からの要求に応じて、適宜、用紙の特性値の更新データを送信するサーバ機能を備える。

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、上述した用紙収縮量計算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。

図４は同画像形成システムを示す機能ブロック図である。本図には、本実施形態の画像形成装置１１０、及びサーバ装置１５０において、加湿装置の制御に関わる機能ブロックが示されている。画像形成装置１１０は、加湿装置制御部２０１と、入力部２１６と、データベースである用紙情報ＤＢ２０８を含んで構成される。加湿装置制御部２０１は、含水率計算手段である含水率計算部２０２、第二の含水率計算手段である第二の含水率計算部２０３、第三の含水率計算手段である第三の含水率計算部２０４、設定手段である加湿装置制御値決定部２０５で構成される。含水率計算部２０２は温湿度センサー４１の測定値と用紙情報取得手段である用紙情報取得部２１４から、定着装置４０に入る前の用紙の温度と含水率を求める。温湿度センサー４１が計測するのは、用紙表面近傍の温度と湿度であるため、用紙自体の温度と含水率にはならない。そのため、あらかじめ実験的に求めた関数を適用して換算する。これは、加湿前用紙温湿度センサー６７についても同様である。

第二の含水率計算部２０３は、定着装置４０のローラー温度センサー３６の測定値と用紙情報取得部２１４から定着装置４０を出た後（好ましくは直後）の用紙の加熱温度と含水率を求め、その結果を元に加湿装置６０に搬送直前の温度と減少した含水率の用紙上の分布を求める。これにより、用紙の温度と含水率の減少率を求める。第三の含水率計算部２０４は第二の含水率計算部２０３から求められる温度と減少した含水率の用紙上の分布と、加湿搬送路温湿度センサー６９が求めた加湿搬送路内の測定値から加湿搬送路６６で用紙が吸収する含水率分布を求める。これにより、加湿搬送路６６内の温度と湿度から用紙の含水率の増加率を求める。そして、加湿装置制御値決定部２０５は加湿装置６０に達するまでに減少した含水率と加湿装置６０で増加する含水率が一致するよう、加湿条件を制御する。この加湿条件の制御とは、加湿装置制御値決定部２０５が、例えば、加湿装置６０のヒーター６２、水蒸気加熱装置６３、送風ファン６４、用紙搬送ローラー６８の速度を制御することを意味する。なお、加湿装置制御値決定部２０５は、加湿条件の一例である、加湿搬送路６６における温度、湿度、及び用紙搬送速度の決定（設定）、加湿搬送路６６における温度、及び湿度の決定（設定）、又は、加湿搬送路６６における用紙搬送速度の決定（設定）を行うことができる。

用紙は含水率にほぼ比例して伸縮するため、定着過程の加熱とその後の搬送中の蒸発により失われる水分を同等量供給すれば変形が無くなる。そのため、上記のように減少した含水率を計算してそれに相当する水分を供給できるようにすれば、変形を抑えることができる。

用紙が定着装置４０を通過した後、加湿装置６０に達するまでに減少する含水率の分布は、第三の含水率計算部２０４でも加湿前用紙温湿度センサー６７の測定値と用紙情報取得部２１４を用いて求める。直前に直接用紙表面近傍の温度と湿度の計測値を用いるため、第二の含水率計算部２０３より正確な値が得られる。しかし、その時点の含水率の計算結果から加湿装置６０の加湿搬送路６６の雰囲気を変更することは困難である。このため、第二の含水率計算部２０３の結果を元に加湿装置６０を制御し、第三の含水率計算部２０４とのずれを比較しながら加湿装置６０の補正を行うことが望ましい。

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や銘柄、の指定をオペレーターより受けて、用紙情報取得部２１４として用紙情報データベース２０８やＲＡＭ１１６やＮＶ−ＲＡＭ１１８などの適切な記憶領域に保持する。用紙情報取得部２１４は用紙の特性値を保持する。この特性値は、給紙セットにセットされている用紙の熱物性、環境に応じた含水率の変化特性、表面近傍の温度と湿度と含水率の関係式等で、大まかには、普通紙、上質紙、再生紙、コート紙などの用紙の分類に応じた代表的な数値と関数である。

表１に用紙情報に記載する物性値の一例を示す。用紙の銘柄をＡからＬとして、まず普通紙、上質紙、再生紙、コート紙の分類、その中で基準となる紙かどうかを示す。用紙の銘柄が判別できない場合に基準の紙の物性値を水分の蒸発と吸収の計算に用いる。物性値は厚さｔｐ、密度ρｐ、熱伝導率γｐ、比熱Ｃｐｐであり、更に、環境に応じた含水率の変化特性の関数である。熱伝導率と比熱は、一般的な紙の物性値としてそれぞれ０．０６［Ｗ／ｍ・Ｋ］、１３００［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］とすればよい。環境に応じた含水率の変化特性は含水率に対する用紙表面近傍の相対湿度の関数になり、用紙の温度でも変化する。用紙の銘柄毎に異なるが紙の分類種毎に代表的な関数を用いてもよい。図５にはその一例を示す。横軸が用紙含水率（Ｓ）で縦軸が相対湿度（Ｒｐ）を表す。図５に示すように、用紙温度（Ｔｐ）が高くなると曲線は変化する。いくつかの温度で実験して関数を得、その間の温度は比例換算で補完すればよい。

新たな用紙の種類や銘柄が追加された場合は、その用紙の特性値はサーバ装置１５０の統合用紙情報データベース２６２に入力されて記憶され、ネットワーク１３０を介して接続される画像形成装置１１０に情報を提供する。画像形成装置１１０ではオペレーターが用紙の種類を指定すれば、その種類や銘柄に応じた特性値をサーバ装置１５０から得ることができる。そのため、新たな用紙の種類に対しても、その特性値を速やかに得ることが可能になり、正確に含水率の増減の計算が可能になり、収縮した用紙を正確に元の形状に戻すことが可能になる。

次に用紙の収縮の補正方法について説明する。図６は同画像形成装置における用紙の台形変形の補正処理の手順を示すフローチャートである。まず印刷開始の指示により、制御部４６はそれぞれの計算ステップで用いる用紙の情報を用紙情報データベース２０８等から取得する（ステップＳ５１０）。次いで制御部４６は、温湿度センサー４１で用紙近傍の温度Ｔ１と湿度Ｒｈ１を取得し（ステップＳ５１１）、それらの値を用いて用紙の含水率を求める関数Ｓｐ１（式１）、及び用紙の温度を求める関数Ｔｐ１（式２）により定着装置４０の前の用紙の含水率Ｓ１と温度Ｔ１を求める（ステップＳ５１２）。それぞれの関数は実験により求めておき、用紙情報取得部２１４として記憶する。

更に、制御部４６は、定着装置４０のローラー温度センサー３６から、加熱ローラー３０と加圧ローラー３７の温度を取得し（ステップＳ５１３）、更にステップＳ５１２で求めた結果と、用紙情報取得部２１４から求めた定着装置４０から加湿装置６０までに用紙から蒸発する水分量と、加湿装置６０直前の用紙温度を求める（ステップＳ５１４）。

このときの計算式を以下に示す。加湿装置６０の加湿搬送路６６までの搬送時間をｔ２とすると、用紙先端からの距離をｘとして、この間に失われる含水率ΔＳ２（ｘ）は蒸発速度Ｊ２（ｘ）を時間積分して求められる（式３）。蒸発速度Ｊ２（ｘ）は、係数α、用紙の搬送速度Ｖ２、用紙表面近傍の相対湿度ｐｐ（ｘ）と飽和蒸気圧Ｐ｛Ｔ（ｘ）｝、搬送路内の相対湿度ｐｅと飽和蒸気圧Ｐ（Ｔｅ）で求められる（式４）。飽和蒸気圧Ｐは温度の関数であり、温度Ｔ（ｘ）は用紙先端からの距離ｘにおける温度で、Ｔｅは搬送路内の温度である。ｐｐ（ｘ）は、用紙の吸脱特性の関数Ｒｐｎから、その位置での含水率Ｓ（ｘ）と温度Ｔ（ｘ）で求められる（式５）。更に、含水率Ｓ（ｘ）は定着装置４０前の含水率と定着後に蒸発する水分量（定着後に減少する含水率）ΔＳ２（ｘ）との差から求められる（式６）。

加湿装置６０による用紙への吸湿が適正になるかを予測するため、制御部４６は、まず、加湿搬送路６６の温度湿度を加湿搬送路温湿度センサー６９から取得する（ステップＳ５１５）。加湿搬送路６６での吸湿量は、（式４）におけるＶ２を加湿装置６０の搬送速度に、搬送路内の相対湿度ｐｅと飽和蒸気圧Ｐ（Ｔｅ）を加湿搬送路６６内の値にすればよい（ステップＳ５１６）。例えば加湿搬送路６６内のｐｅを用紙表面近傍の相対湿度ｐｐ（ｘ）より高くする、あるいは温度Ｔｅを上げて飽和蒸気圧Ｐ（Ｔｅ）を増せば、Ｊ２（ｘ）はマイナス、即ち水分を吸収することになる。加湿装置６０の水蒸気加熱装置６３により加湿搬送路６６に供給する水蒸気の温度を高めておけば、用紙の温度が高い場合や、生産性を上げるために搬送速度を増して加湿搬送路６６を通過する時間が短くなった場合でも、用紙に必要十分な水分を吸収させることが可能になる。

加湿搬送路６６での水分の吸湿量（増加する含水率）をΔＳ３（ｘ）として、（式７）を満たすように加湿条件を適切に制御すれば、つまり、加湿装置６０のヒーター６２、水蒸気加熱装置６３、送風ファン６４、用紙搬送ローラー６８を適切に制御すれば、蒸発した水分と等しく吸湿して定着前と同じ大きさ、形状の変形のない用紙になり、高品質の印刷が得られる（ステップＳ５１７）。以上の処理で補正は終了する。

以上説明したように、本実施形態に係る画像形成装置１１０によれば、用紙の搬送方向先端が後端側に比べて収縮する台形変形を正確に補正可能であり、高品位の印刷が可能になる。また、水蒸気による一様な加湿により波打ちや凹凸のない高品位な印刷が可能になる。

＜本発明の実施態様例の構成、作用、効果＞
＜第１態様＞
本形態は、未定着画像を保持した用紙が通過する際に未定着画像を加熱して定着させる定着装置４０と、用紙の熱特性、及び温湿度に対する含水率の変化特性の情報を保持する用紙情報データベース２０８と、定着装置４０までの搬送路で用紙の温湿度を測定する温湿度センサー４１と、定着装置４０の搬送方向下流側で用紙を搬送しながら加湿する加湿搬送路６６を備える加湿装置６０と、加湿装置６０の加湿搬送路６６で用紙の温湿度を測定する加湿搬送路温湿度センサー６９を有する画像形成装置１１０であって、用紙の熱特性、及び温湿度に対する含水率の変化特性に対する情報を用紙情報データベース２０８から取得する用紙情報取得部２１４と、定着装置４０に搬送される以前の用紙の温度と含水率を、温湿度センサー４１と含水率の変化特性から求める含水率計算部２０２と、定着装置４０における加熱温度から加湿装置６０に搬送される用紙の温度を用紙の熱特性を用いて求め、かつ求めた温度と含水率の変化特性から含水率の減少率を求める第二の含水率計算部２０３と、加湿搬送路６６の加湿搬送路温湿度センサー６９の温度と湿度と含水率の変化特性から用紙の含水率の増加率を求める第三の含水率計算部２０４と、第二の含水率計算部２０３と第三の含水率計算部２０４とにより求められた用紙の含水率の増減分が一致するように、含水率の変化特性を用いて加湿搬送路６６における加湿条件の設定を行う加湿装置制御値決定部２０５を備える画像形成装置である。
本態様によれば、用紙の変形は含水率の変化量に比例して変化するため、定着後に減少する含水率によって収縮した用紙には、定着前の含水率になるように吸湿させることができる。これにより、第二の含水率計算部２０３と第三の含水率計算部２０４による用紙の含水率の増減が一致するように該加湿手段は該加湿搬送路の加湿条件を設定し、用紙の変形を矯正または低減できる。そして、搬送経路の雰囲気中を搬送して吸湿させると用紙の表面には層流が形成され、用紙の先端の吸湿速度に対して後端の吸湿速度が遅くなり、先端の吸湿量が後端より増すため、定着後の台形変形を補正できる。このため、両面印刷時の表裏の画像ずれを防止して高品位な印刷を実現することもできる。
なお、用紙とは植物繊維を原料とする記録媒体に限らず、吸湿性を有する記録媒体一般を含むものである。

＜第２形態＞
本形態に係る画像形成装置において前記加湿条件は、温度、湿度、又は前記加湿搬送路における用紙搬送速度の何れか又はそれらの組合せであることを特徴とする。
本態様によれば、加湿条件として、温度、湿度、又は加湿搬送路における用紙搬送速度を考慮に入れつつ万全の対応を行うことができる。
＜第３形態＞
本形態に係る画像形成装置において加湿搬送路６６は、少なくとも搬送する用紙の搬送方向長さより長いことを特徴とする。
本態様によれば、加湿搬送路６６に形成される層流境界層は理想的な状態になり、加湿による補正を正確に行えるようになる。

＜第４形態＞
本形態に係る画像形成装置において、加湿装置６０は、水蒸気発生容器６１と、発生した水蒸気を加熱する水蒸気加熱装置６３と、水蒸気を加湿搬送路６６に導く水蒸気供給路６５と、加湿搬送路６６内の水蒸気を水蒸気発生容器６１に導く排気ダクト６６２と、を備えることを特徴とする。
本態様によれば、水蒸気により加湿することで均一に用紙に水分を供給できる。また、加熱手段により水蒸気の温度を上げることが可能になり温度と湿度の制御範囲を広げることができる。その結果、収縮が激しい用紙でも高温高湿の環境を提供することで十分に吸湿させて、変形を抑えることが可能になる。

＜第５形態＞
本形態に係る画像形成装置において、定着装置４０と加湿装置６０の間に、用紙の表面近傍の温度と湿度とを計測する加湿前用紙温湿度センサー６７を配置し、加湿前用紙温湿度センサー６７の温度と湿度と含水率の変化特性から加湿条件を補正することを特徴とする。
本態様によれば、加湿装置６０に用紙が至る前に正確な用紙の温度と含水率を知ることが可能になり、正しく用紙を加湿して画像の表裏差を最小にすることが可能になる。

＜第６形態＞
本形態に係る画像形成システム１００は、いずれかの形態の前記画像形成装置１１０と、用紙の種類や銘柄に応じた用紙からの水分の蒸発と吸収の計算に必要な用紙の厚さ、密度、熱特性、環境変化による用紙の含水率変化特性を含む用紙の特性値を保持し、画像形成装置からの要求に応じて、前記用紙の特性値の更新データを送信するサーバ装置１５０と、を備えることを特徴とする。
本態様によれば、サーバ装置１５０から画像形成装置１１０の用紙情報データベース２０８に格納していない新たな用紙特性をサーバ装置１５０から取得することができる。これにより、多くの用紙に対応した最適な処理を行うことができる。

４０：定着装置、４１：温湿度センサー、６０：加湿装置（加湿手段）、６１：水蒸気発生容器（水蒸気発生手段）、６２：ヒーター、６３：蒸気加熱装置（水蒸気加熱手段）、６４：送風ファン、６５：水蒸気供給路、６６：加湿搬送路、６６１：排気口、６６２：排気ダクト、６７：加湿前用紙温湿度センサー、６８：用紙搬送ローラー、６９：加湿搬送路温湿度センサー、１００：画像形成システム、１１０：画像形成装置、１５０：サーバ装置、２０２：含水率計算部（含水率計算手段）、２０３：第二の含水率計算部（第二の含水率計算手段）、２０４：第三の含水率計算部（第三の含水率計算手段）、２０５：加湿装置制御値決定部、２１４：用紙情報取得部（用紙情報取得手段）、６６２：排気ダクト（排気手段）

特許３５１５２３６号公報 特開２０００−１１８８４９公報 特開２００７−２７９５５１公報

Claims (6)

1. 未定着画像を保持した用紙が通過する際に該未定着画像を加熱して定着させる定着装置と、
   前記用紙の熱特性、及び温湿度に対する含水率の変化特性の情報を保持するデータベースと、
   前記定着装置までの搬送路で用紙の温湿度を測定する温湿度センサーと、
   前記定着装置の搬送方向下流側で前記用紙を搬送しながら加湿する加湿搬送路を備える加湿手段と、
   前記加湿手段の加湿搬送路で用紙の温湿度を測定する加湿搬送路温湿度センサーを有する画像形成装置であって、
   前記用紙の熱特性、及び温湿度に対する含水率の変化特性に対する情報を前記データベースから取得する用紙情報取得手段と、
   前記定着装置に搬送される以前の前記用紙の温度と含水率を、前記温湿度センサーと前記含水率の変化特性から求める含水率計算手段と、
   前記定着装置における加熱温度から前記加湿手段に搬送される前記用紙の温度を前記用紙の熱特性を用いて求め、かつ求めた温度と前記含水率の変化特性から含水率の減少率を求める第二の含水率計算手段と、
   前記加湿搬送路の前記加湿搬送路温湿度センサーの温度と湿度と前記含水率の変化特性から前記用紙の含水率の増加率を求める第三の含水率計算手段と、
   前記第二の含水率計算手段と前記第三の含水率計算手段とにより求められた前記用紙の含水率の増減分が一致するように、前記含水率の変化特性を用いて前記加湿搬送路における加湿条件の設定を行う設定手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記加湿条件は、温度、湿度、又は前記加湿搬送路における用紙搬送速度のいずれか又はそれらの組み合わせを指定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記加湿搬送路は、少なくとも搬送する前記用紙の搬送方向長さより長いことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記加湿手段は、水蒸気発生手段と、発生した水蒸気を加熱する水蒸気加熱手段と、水蒸気を前記加湿搬送路に導く水蒸気供給路と、前記加湿搬送路内の水蒸気を該水蒸気発生手段に導く排気手段と、を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記定着装置と前記加湿手段との間に、前記用紙の表面近傍の温度と湿度とを計測する加湿前用紙温湿度センサーを配置し、
   前記加湿前用紙温湿度センサーの温度と湿度と前記含水率の変化特性から前記加湿条件を補正することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の画像形成装置。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の画像形成装置と、前記用紙の種類や銘柄に応じた前記用紙からの水分の蒸発と吸収の計算に必要な前記用紙の厚さ、密度、熱特性、環境変化による前記用紙の含水率変化特性を含む前記用紙の特性値を保持し、前記画像形成装置からの要求に応じて、前記用紙の特性値の更新データを送信するサーバ装置と、を備えることを特徴とする画像形成システム。

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