JP2012003011A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送方向に対して用紙の繊維の幅方向がどのような方向であってもカールを確実に低減でき、さらに長期間安定してカールを低減することが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】記録紙上に転写されたトナー像を定着させる定着ユニットを備える画像形成装置であって、定着ユニットの用紙搬送方向下流に配置されるとともに、用紙搬送方向に垂直な方向の用紙両端部を挟持し、用紙搬送方向及び用紙搬送方向に垂直で用紙の外側に向かう方向に力を与えながら用紙を搬送する用紙カール矯正ユニットを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に、加熱加圧してトナー画像を用紙上に定着する際に発生する用紙カールを抑制する技術に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置は、感光体上にレーザ走査により静電気的な潜像を形成し、現像手段で静電潜像に粉体のトナーを付着させ、そのトナー画像を直接用紙に転写し、または、中間転写部材を介して用紙に転写し、その用紙上のトナー画像を定着ユニットにより熱と圧力で用紙上に溶融定着する。

定着ユニットでは、加熱した加熱ベルトまたは加熱ローラに、加圧ローラを押し当てて用紙を挟むニップ部を形成し、用紙を搬送させながら用紙上のトナーに圧力と熱を加える。ここで、用紙が薄く吸湿しており、かつ定着ユニットの加熱ローラと加圧ローラ間で温度差がある場合に、用紙にはカールが発生する。

当該カールは、用紙が丸まることで見た目が悪くなるのに加え、排紙トレイ上での用紙の整列性を悪化させ、さらに搬送路上でのジャム率を増加させる場合がある。そのため、定着後のカールはできる限り小さいほうが望ましい。

例えば特許文献１には、定着ユニット後に配置されたローラ対で用紙に張力を与えてカールを低減する構成が開示されている。また、例えば特許文献２には、定着ユニット後に配置されたローラ対で、ローラにテーパをつけることで、用紙の搬送方向と直行する方向に分力を発生させ、用紙を引っ張ることで用紙の搬送方向に直行する方向のカールを低減する構成が開示されている。

用紙のカール方向は、繊維の並びによって変化する、カールは繊維の幅方向に起きやすく、そのため、繊維の幅方向に張力を与えることが必要である。しかしながら、用紙の種類により繊維の幅方向が用紙の長辺方向であったり、短辺方向であったりまちまちであり、また、画像形成装置にセットする際の用紙の方向もユーザに任されていることが多い。そのため、繊維の方向を特定することはできない。よって、特許文献１の発明のように、搬送方向にのみ張力を与えてもカールを常に低減することはできない。

特許文献２の発明は、特許文献１の発明に対する問題を解決しようとするものだが、以下のような別の問題が生じる。テーパのようなローラの直径差によって発生する分力は、用紙の幅方向への速度成分により用紙を変形させることで発生する。この速度は非常に遅いため変形量は微量であり、また、用紙がローラ間に挟みこまれてから徐々に増加する。そのため、定着後で用紙が温まっている場合、さらにその用紙の含水率が高い場合は、用紙が応力緩和して十分な分力を与えることができず、また、用紙を挟みこんでしばらくは十分な分力が発生しない。一方、テーパローラ間では一個のローラ内で常にスリップが起きており、そのため、ローラの摩耗が大きく長期間使用すると効果が落ちる。さらに、用紙幅方向で例えば左右の画像の印字率が異なる場合等では、搬送力のアンバランスが起きてしまい、用紙のスキューの原因になる。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みて、搬送方向に対して用紙の繊維の幅方向がどのような方向であってもカールを確実に低減でき、さらに長期間安定してカールを低減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。

本発明の画像形成装置は、記録紙上に転写されたトナー像を定着させる定着ユニットを備える画像形成装置であって、定着ユニットの用紙搬送方向下流に配置されるとともに、用紙搬送方向に垂直な方向の用紙両端部を挟持し、用紙搬送方向及び用紙搬送方向に垂直で用紙の外側に向かう方向に力を与えながら用紙を搬送する用紙カール矯正ユニットを有する。

また、上記の画像形成装置において、用紙カール矯正ユニットが、用紙を挟持する一対のローラとして一方に駆動ローラを含み、一対のローラが用紙両端部に対応して設けられた矯正ローラと、駆動ローラを軸方向に移動可能に支持するとともに、駆動源の回転駆動を受けて、定着ユニットの用紙搬送速度に対応した駆動ローラの角速度より速く駆動する駆動軸と、駆動ローラに設けられ、駆動ローラと駆動軸との回転角度差によって、用紙搬送方向に垂直で用紙の外側に向かう方向に駆動ローラを移動させる力を発生させるカム機構と、を有するものであってもよい。

また、上記の画像形成装置において、用紙カール矯正ユニットが、画像形成装置の対応用紙幅に応じて複数配置され、該ユニット毎に矯正ローラに対する押付荷重を変更可能な押付荷重変更手段を有し、押付荷重変更手段は、搬送されてくる用紙の用紙幅に応じて、該用紙の両端部を挟持する矯正ローラの内側に位置する矯正ローラを持つ用紙カール矯正ユニットの押付荷重を低下させるものであってもよい。

また、上記の画像形成装置において、駆動源の回転駆動を調整可能なトルクリミッタと、用紙のカールを予測するカール予測手段と、カール予測手段の予測結果に基づいて、押付荷重変更手段とトルクリミッタを制御する制御手段と、を有するものであってもよい。

また、上記の画像形成装置において、定着ユニットに含まれる加熱手段の温度を測定する第一の温度検知手段と、定着ユニットに含まれる加圧手段の温度を測定する第二の温度検知手段と、定着ユニットより上流側の用紙搬送路上で用紙厚さを測定する用紙厚さ検知手段と、用紙の含水率を検知する含水率検知手段と、を有し、カール予測手段が、これらの検知手段の情報に基づいて用紙のカールを予測するものであってもよい。

また、上記の画像形成装置において、用紙カール矯正ユニットが、定着ユニットのユニットケース内に配置されるものであってもよい。

本発明によれば、画像形成装置において、搬送方向に対して用紙の繊維の幅方向がどのような方向であってもカールを確実に低減でき、さらに長期間安定してカールを低減することが可能となる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部構成図（ローラユニットの構成図）である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部構成図（ローラユニットの構成図：側面図）である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の内部構成図（記憶手段の構成図）である。 本発明の実施形態において用紙幅方向に引っ張り力を作用させる動作の説明図である。 本発明の実施形態におけるカール予測に基づいた押付力と駆動トルクの変更動作を示したフローチャートである。 本発明の実施形態におけるカール予測手段の入力と出力の関係の説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

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図である。画像形成装置１は、各色の現像ユニットを中間転写体である転写ベルト２上に配置し、転写ベルト２上にトナーによるカラー像を形成し、そのカラー像を用紙カセット４から搬送される用紙に転写し、定着ユニット６において熱と圧力でトナーを溶融定着してカラー画像を形成する。

現像ユニットは４式あり、それぞれ、黒色トナーを有するＫ現像ユニット５０１、シアン色トナーを有するＣ現像ユニット５０２、マゼンタ色トナーを有するＭ現像ユニット５０３、イエロー色トナーを有するＹ現像ユニット５０４である。現像ユニットは、トナーを貯めるトナーホッパ５３、トナー層を形成し感光体ドラム５４にトナーを接触させる現像ローラ５２、感光体ドラム５４上をクリーニングするドラムクリーナ５７、感光体ドラム５４上を帯電させる帯電器５５、感光体ドラム５４上に静電潜像を書き込む露光器５６で構成される。

転写ベルト２は、複数のローラに張架され、ベルト駆動ローラ３で搬送される。ベルトクリーナ９１は、転写ベルト２上の残留トナーを除去する。一次転写ローラ５８は、感光体ドラム５４に対向して転写ベルト２内側に配置される。

用紙搬送経路８は、用紙を堆積する用紙カセット４から、ピックローラ９、分離ローラ１１、用紙含水率検知手段７０、用紙厚さ検知手段７１、レジストローラ６９を経て、二次転写ローラ７と転写ベルト２の間を通過し、搬送ベルト８１から定着ユニット６へ至り、排紙ローラ６８により図示されていない排紙トレイ上に排出される。

画像を形成する場合、感光体ドラム５４上を帯電器５５で帯電させ、露光器５６で画像に応じた光を当てて、感光体ドラム５４上の電位を落とす。その部位が感光体ドラム５４の回転により、現像ローラ５２に達し、トナー層と接すると帯電しているトナーが画像位置に付着する。感光体ドラム５４上のトナー画像は、一次転写ローラ５８が転写ベルト２を押し付ける部位で、転写ベルト２上に転写される。

各現像ユニットの感光体ドラム５４上のトナー画像は、転写ベルト２上に転写され、カラーのトナー画像が形成される。そして、転写ベルト２の搬送により、二次転写ローラ７の部位で搬送されてきた用紙上にトナー画像は転写される。トナー画像が転写された用紙は、搬送ベルト８１により定着ユニット６に搬送され、加熱ローラ６１と加圧ローラ６２での熱と圧力によりトナーが溶融定着され、カラー画像が形成される。その後、ローラ対である駆動ローラ８１と従動ローラ９１に挟持され、ローラ対が用紙幅方向端部に配置されるローラユニットにより搬送方向の引っ張り力と、用紙幅方向の引っ張り力を与えられ、カールの低減を行う。

カール低減のための構成について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部構成図（ローラユニットの構成図）である。本実施形態の画像形成装置は、２種の用紙幅（例えばＡ４であれば２１０ｍｍ幅、Ａ３であれば２９４ｍｍ幅）に対応するように、２つのローラユニットを配置している。図３は、図２を矢印Ａ方向から見た側面図を示し、用紙の搬送方向は矢印ａ方向である。

第一のローラユニット８０１は幅が広い用紙に対応し、第二のローラユニット８０２は幅の狭い用紙に対応する。なお、第一のローラユニット８０１を幅の狭い用紙に対応させ、第二のローラユニット８０２を幅の狭い用紙に対応させるように構成することも可能ではあるが、用紙全幅を引っ張る方が高い効果を期待できるため、前者の構成が好ましい。

ローラ対は、駆動ローラ８１と従動ローラ９１で構成される。駆動ローラ８１は、駆動シャフト８６に回動可能にかつ軸方向に移動可能に支持され、用紙との摩擦係数を高めるためゴム等を用いる。カム８３は、駆動ローラ８１に固定され、ピン８４は、駆動シャフト８６に固定される。リターンスプリング８２は、ストッパ８５で端部を駆動シャフト８６に固定され、駆動ローラ８１を図中ｂ方向に押すとともに、駆動ローラ８１に図中矢印ｄ方向の回転力を与え、カム８３の軸方向に平行な端面８３１にピン８４を押し当てる。

駆動シャフト８６は、トルクリミッタ８７を介してモータ等の駆動源８８により回転トルクが与えられる。従動ローラ９１は、従動軸９２を介して保持器９３に回転可能に保持される。加圧スプリング９４は、保持器９３を押して、従動ローラ９１を駆動ローラ８１に押し付ける。

第一の偏芯カム９５は、第一のカム作動軸９６に接続され第一のカム駆動機構９７により回転し、加圧スプリング９４の押付力を変化させる。第二の偏芯カム９８は、第二のカム作動軸９９に接続され第二のカム駆動機構１００により回転し、スライド機構１０１を介して、第二のローラユニット８０２の加圧スプリングの押付力を変化させる。

制御手段１１０には、用紙カセット４に挿入された用紙の種類（コート紙、普通紙等）や、用紙幅の情報を記憶した記憶手段１１１と、用紙含水率検知手段７０と、用紙厚さ検知手段７１と、加熱ローラ６１の表面温度を検知する第一の温度検知手段７５と、加圧ローラ６２の表面温度を測定する第二の温度検知手段７６のデータが入力される。

図４は、記憶手段１１１の内部構成図を示す。記憶手段１１１は、インタフェース回路１２４と記憶素子１２２とそれらを制御する演算装置１２３を有している。画像形成装置の操作パネル１２０や、ユーザのパソコン１２１がインタフェース回路１２４に接続される。ユーザは操作パネル１２０や、パソコン１２１から用紙種類（例えば普通紙かコート紙か）、用紙幅（例えばＡ４かＡ３か）の情報を入力する。この情報は記憶素子１２２に記憶され、印刷時には制御手段１１０にその情報を出力する。

用紙含水率検知手段７０は、例えば用紙表面近傍に測定部がある湿度センサであり、用紙表面近傍の湿度と含水率の相関をあらかじめ求めておき、検知される湿度から用紙の含水率を求める。含水率と湿度の相関は、相対湿度を変えた環境であらかじめ用紙を調湿し、その用紙の含水率を測定し、その表面の湿度をセンサで測定することで求める。用紙厚さ検知手段７１は、図１に示すように、厚さ検知用駆動ローラ７２、それにスプリング等で押し付けられる検知ローラ７３、検知ローラ７３の上下変位を測定する変位センサ７４で構成される。用紙が厚さ検知用駆動ローラ７２と検知ローラ７３の間を搬送される際、検知ローラ７３が用紙の厚さ分だけ持ち上がるため、その変位により用紙の厚さを求める。第一の温度検知手段７５、第二の温度検知手段７６はサーミスタ等である。

図２では幅広の用紙に対応するため、第一のローラユニット８０１が用紙を幅方向に引くよう、第一の偏芯カム９５を回転させて駆動ローラ８１に従動ローラ９１を押し付けるようにしている。幅が狭い用紙の場合は、第二の偏芯カム９８を回転させて、第二のローラユニット８０２の駆動ローラ８１に従動ローラ９１を押し付けるようにする。この際、第一のローラユニットの荷重は解除しても解除しなくともよい。このような動作は、記憶手段１１１の用紙幅情報により制御手段１１０が、第一のカム駆動機構９７と第二のカム駆動機構１００の回転角を制御して行う。

図５（第一のローラユニット８０１の片側を示す図）を参照して、用紙幅方向に引っ張り力を作用させる動作について説明する。用紙４０は、定着ユニットの加熱ローラ６１と加圧ローラ６２（図１）に挟持されて矢印ａ方向に搬送される。そして、ローラ対の駆動ローラ８１と従動ローラ９１（図２）に挟み込まれて搬送される。駆動源８８は、トルクリミッタ８７を介して駆動シャフト８６を矢印ｃ方向に回転させる。

定着ユニットによる用紙４０の搬送速度は、駆動源８８が駆動ローラ８１を回転させて用紙４０を搬送する場合の速度より遅く設定される。なお、この設定は設計時に行われ、駆動源であるモータの回転数、ギア比、ローラ径から周速を算出し、その周速を紙の搬送速度とする。そのため、駆動ローラ８１の角速度より駆動シャフト８６の角速度が速くなり、ピン８４は、カム８３の斜面を矢印ｅ方向に、トルクリミッタ８８の設定トルクに対応した力で押す。この方向の力は、用紙を搬送方向に引っ張る力になり、搬送方向のカールを低減する。そして、カム８３の斜面により矢印ｅ方向の力は矢印ｆ方向の分力を発生させ、駆動ローラ８１を矢印ｆ方向に押す。この方向の力は、用紙を幅方向に引っ張り、幅方向に発生するカールを低減する。

用紙４０がローラ対を通過した後は、駆動ローラ８１は、リターンスプリング８２の力により矢印ｂ方向に押されるとともに矢印ｄ方向に回転し、図２に示すようなピン８４がカム８３の端面８３１に接している初期状態に戻る。

制御手段１１０は、カール予測手段でもあり、記憶手段１１１の用紙種類情報と、用紙含水率検知手段７０の含水率情報と、用紙厚さ検知手段７１の用紙厚さ情報と、第一の温度検知手段７５の加熱ローラ６１の表面温度情報と、第二の温度検知手段７６の加圧ローラ６２の表面温度情報から用紙のカールを予測する。

カールは、用紙の種類（コート紙、普通紙）、含水率、厚さ、加熱ローラ６１の表面温度、加熱ローラ６１と加圧ローラ６２の温度差によって変化する。コート紙より普通紙のカールは大きく、また、含水率が高く、厚さが薄く、加熱ローラ６１の表面温度が高く、加熱ローラ６１と加圧ローラ６２の温度差が大きいほどカールは大きくなる。これらの情報とカールの相関をあらかじめ求めておき、その相関に基づき制御手段１１０は取得した情報からカールを予測する。そして、予測されたカール量に応じて、第一のカム駆動機構９７または第二のカム駆動機構１００の回転角を制御し、従動ローラ９１の駆動ローラ８１への押付力を変化させ、さらにトルクリミッタ８７の駆動トルクを変化させる。

図６は、本発明の実施形態におけるカール予測に基づいた押付力と駆動トルクの変更動作フローである。装置の電源がＯＮとなった状態をスタートとし、従動ローラ９１の押付力とトルクリミッタ８７の駆動トルクを初期状態にしておく（ステップＳ１）。印字指示があると（ステップＳ２／ＹＥＳ）、制御手段１１０は紙種、含水率、紙厚、加熱ローラ６１の表面温度、加熱ローラ６１と加圧ローラ６２の温度差情報を取得し、相関式からカール量を算出する（ステップＳ３）。

次に、算出されたカール量から必要な押付力と駆動トルクを算出する（ステップＳ４）。これは、あるカール量に対し、そのカールを許容値まで低減できる押付力と駆動トルクを実験で求めておき、その相関式を作成してそれに基づいて算出する。次に、押付力と駆動トルクの現状値と、算出された押付力と駆動トルクを比較し、増加量、あるいは減少量を算出する（ステップＳ５）。制御手段１１０は、第一のカム駆動機構９７または第二のカム駆動機構１００に押付力に応じた回転角を指示し、さらに、トルクリミッタ８７の駆動トルクを指示する（ステップＳ６）。

その後、印字を行い（ステップＳ７）、最初の印字指示での印字枚数に達したら（ステップＳ８／ＹＥＳ）、スタート後に戻り押付力と駆動トルクを初期状態に戻し、印字指示を待つ（ステップＳ１）。印刷枚数に達していなければ（ステップＳ８／ＮＯ）、カール算出に戻る（ステップＳ３）。

上記実施形態によれば、用紙の繊維の方向がどのような場合でもカールを低減することが可能である。また、カールを確実に低減するには、より大きい引張り力が必要であり、最小で５Ｎ、望ましくは１０Ｎ以上である。そのため、駆動ローラ８１への従動ローラ９１の押付力は、駆動ローラ８１と用紙の摩擦係数を１．０とすると１０Ｎ以上、滑りを防ぐには２０Ｎ以上が望ましい。このように、大きな押付力で用紙と駆動ローラ８１をスリップさせると、搬送が不安定になるとともに駆動ローラ８１の摩耗が激しくなるが、本実施形態の構成では、トルクリミッタ８８を介することでスリップがなく、駆動ローラ８１の摩耗が少なく、長期間安定してカールの低減が可能であり、スリップにより搬送が不安定になり、用紙がスキューすることがない。

一方、定着ユニット後の加熱された用紙、さらにその用紙の含水率が高い場合に引っ張り力を作用させると応力緩和が起き、用紙は最大０．５％程度伸びる。用紙幅が２１０ｍｍの場合、１ｍｍほどの伸びとなるため、その伸びまで引っ張り力を与えられるストロークが必要である。本実施形態では、用紙の搬送速度に対して駆動ローラ８１の駆動シャフト８６の角速度を数％以上速くできる。そして、カム８３により角速度差を幅方向への変位に変換して引っ張り力を発生させるため、十分な幅方向へのストロークが確保でき、用紙の応力緩和の影響がなく確実にカールを低減できる。また、角速度差を大きく取れるため、ローラ対の用紙挟み込み直後から十分な幅方向への引っ張り力を発生させることができ、用紙の搬送方向全体にわたってカールを低減可能になる。

また、幅が狭い用紙でも広い用紙でも用紙全幅で引っ張り力を与えることが可能であり、確実にカールが低減できる。さらに、カールが小さいと判断された場合は、ローラ対の押付力を下げ、さらに、トルクリミッタのトルクを下げる。それにより、ローラ対の摩耗を低減可能になり、長期間安定してカールを低減することが可能になる。

そして、画像形成装置のユーザが用紙の種類（厚さ）の入力を怠ったとしても、用紙厚さを装置が検出するためカール除去が確実に行える。一方、画像形成装置の設置環境または装置内の環境は用紙の含水率に相関があるが、例えば、開封直後の用紙の場合は含水率が低く、必ずしも一致しない。そこで、用紙の含水率を計測することで確実にカールを予測可能になる。

カールの予測精度が向上し、確実にカールを除去できるだけでなく必要最小限のローラ対の押付力とトルクリミッタのトルクで済むため、ローラ対の摩耗が少なく長期間安定してカールを低減できる。

また、上記実施形態では、ローラユニットを定着ユニット６のケース内に配置することで、加熱ローラ６１と加圧ローラ６２に近接配置可能にし、用紙の温度が高い状態で引っ張り力を作用させることが可能になっている。さらに、ケース内であるため、加熱ローラ６１から放出された熱を保持できるため、加熱ローラ６１と加圧ローラ６２からローラユニットまでの間で用紙の温度が低下することも防ぐことができる。

用紙の温度が高いほうがカールを低減する効果が高く、本実施形態によれば、用紙の含水率が高く、かつ、加熱ローラ６１と加圧ローラ６２の温度差が大きいようなカールが大きくなる条件でも確実にカールを低減可能になる。そして、カール低減効果が大きい分、従動ローラ９１の駆動ローラ８１への押付力やトルクリミッタ８７の駆動トルクを低くすることが可能になり、ローラ対の長寿命化が図れ、また駆動源８８の小型低消費電力化が図れる。なお、本実施形態で定着ユニット６は加熱ローラ６１と加圧ローラ６２で構成されているが、どちらかがベルト、あるいは両方ともベルトであっても同様の効果が期待できる。

本発明は、上記実施形態で説明したように、感光体上に潜像を形成する潜像形成装置と、潜像にトナーを付着させる現像装置と、該感光体上のトナー画像を用紙に転写する転写装置と、用紙を搬送する用紙搬送装置と、用紙上のトナー画像を溶融定着する定着ユニット（加熱ローラ（または加熱ベルト）と加圧ローラ（または加圧ベルト）で構成される）と、を有する電子写真方式の画像形成装置において、定着ユニットの用紙搬送方向下流側に配置されるローラユニットは、少なくとも用紙幅方向両端部を挟持搬送するローラ対を有し、該ローラ対の一方は駆動ローラであって、該駆動ローラの駆動軸は該駆動ローラを軸方向に移動可能に支持し、該駆動ローラはカム機構が接続され、該カム機構は該駆動ローラと該駆動軸との回転角度差によって、用紙幅方向の外側に向かって該駆動ローラを移動させる力を発生させ、該駆動軸は駆動源からトルクリミッタを介して前記定着ユニットの用紙の搬送速度に対応した該駆動ローラの角速度より速く駆動される。

ローラ対は用紙幅方向端部を挟持し、定着ユニットの用紙搬送速度より駆動ローラの用紙搬送速度が速くなるよう駆動軸の角速度を設定する。用紙がローラ対に達すると駆動ローラと駆動軸に角速度差が発生し、トルクリミッタで設定したトルクによる力がカム機構に作用する。カム機構は回転方向の力を軸方向の力に変換し、駆動ローラに軸方向の力を与える。その結果駆動ローラは用紙を搬送方向に引っ張るとともに幅方向にも引っ張る。

カールを低減するには、用紙をカールする方向に引っ張る必要がある。定着ユニットによるカールは、主に用紙の繊維の幅方向に発生するが、用紙の搬送方向に対し繊維の幅方向が平行か、あるいは垂直かは特定できない。本構成によれば、用紙の繊維の方向がどのような場合でもカールを低減することが可能である。さらに、カールを確実に低減するには、より大きい引張り力が必要である。そのため、カールを低減するにはローラ対の駆動ローラの押付力を大きくする必要があるが、大きな押付力でスリップさせると搬送が不安定になると共にローラの摩耗が激しくなる。また、定着ユニット後の加熱された用紙、さらにその用紙の含水率が高い場合は応力緩和が起きるため、ローラ対は用紙が変形しても引張り力を与えられる幅方向への十分なストロークが必要である。本構成ではトルクリミッタを介することでスリップがなく、用紙の搬送速度に対して駆動ローラの駆動軸の角速度をより速くできる。そして、カムにより角速度差を幅方向への変位に変換して引張り力を発生させるため、十分な幅方向へのストロークが確保でき、用紙の応力緩和の影響がなく確実にカールを低減できる。また、角速度差を大きく取れるため、ローラ対の用紙挟み込み直後から十分な幅方向への引張り力を発生させることができ、用紙の搬送方向全体にわたってカールを低減可能になる。さらに、スリップがないことで搬送が安定し摩耗も低減できるため、より大きな押付力を与え、トルクリミッタのトルク設定を大きくして用紙に大きな引っ張り力を与えることができる。

また、本発明は、ローラユニットが画像形成装置の対応用紙幅に応じて複数配置され、前記ローラユニット毎に押付荷重を変更可能な押付荷重変更装置をさらに有し、該押付荷重変更装置は搬送されてくる用紙幅に応じて、左右のローラ対で最端部を挟持するローラユニットの押付荷重に対し、内側に位置するローラ対を有するローラユニットの押付荷重を低下させる。

画像形成装置では、各種用紙サイズを扱う場合がある。カールを低減させるには、用紙の最端部に引っ張り力を与えるのが望ましい。しかし、最も幅の広い用紙にローラ対の左右位置をあわせると、幅の狭い用紙の場合に用紙端部をローラ対が挟持できない場合がある。そこで、各種用紙幅に対応できるよう、複数のローラユニットを配置する。最も幅の広い用紙の場合、用紙幅全体に引張り力を作用させるには、内側のローラユニットより外側のローラユニットの引っ張り力を大きくする必要がある。そこで内側に位置するローラユニットの押付荷重を低下させ、引っ張り力を低下させて外側の引張り力を大きくし、用紙全幅でカールが低減できるようにする。

また、本発明は、ローラユニットが定着ユニットのユニットケース内に配置される。用紙に引っ張り力を与えてカールを低減する場合、用紙の温度が高い方が効果的である。用紙に引っ張り力を与えるローラユニットを定着ユニットのユニットケース内に配置することで、加熱ローラまたは加熱ベルトの直後にローラユニットを配置可能になり、用紙温度が高い状態で引っ張り力を用紙に作用させることが可能になる。さらに、周囲環境を高温に維持することが可能で、用紙の温度の低下を防ぐことが可能で、より効果的にカールを低減できる。

また、本発明は、トルクリミッタが設定トルクが制御可能であって、用紙のカールを予測するカール予測手段の予測に基づいて、ローラ対の押付荷重とトルクリミッタの設定トルクを変更する。カール予測手段は、例えば、用紙の厚さや種類の情報（コート紙であるか、上質紙であるか、再生紙であるかの情報）を画像形成装置に用紙を供給する際に行う設定情報と、画像形成装置に備わっている温度湿度センサの情報によりカールの大小を算出する手段である。

図７は、カール予測手段の入力と出力の関係を示す。用紙の厚さや種類は、装置本体の操作パネル（または使用者のパソコン）から入力する。用紙種類は操作パネル上のキーから「コート紙」、「再生紙」、「上質紙」を選択し、カール予測手段は、紙種に応じた相関式ｆ１、ｆ２、ｆ３（図７の例では３種だが、この数に限定するものではない）を選択する。または、ひとつの相関式とその相関式の温度、湿度、紙厚に対応する係数をテーブルとして持ってもよい。用紙厚さは操作パネル上で「厚紙」「普通紙」「薄紙」を選択可能で、カール予測手段はそれに対応する数値（ Ｔ１〜Ｔ９ ）をテーブルとして持つ。温度と湿度は温湿度センサから計測値を入力する。カール予測手段は、紙種に応じた相関式ｆ１、ｆ２、ｆ３と入力データからカール量を算出する。また、算出値に応じてトルクリミッタの設定を変更し、ローラ対の押付荷重の設定も変更できるようにする。例えば、用紙が厚い場合、カールは小さくなるためローラ対で引っ張り力を与えなくともよい。そのような条件をカール予測手段で予測し、ローラ対の押付力を下げ、さらに、トルクリミッタのトルクを下げる。それにより、ローラ対の摩耗を低減可能になり、長期間安定してカールを低減することが可能になる。

また、本発明は、加熱ローラまたは前記加熱ベルトの温度を測定する第一の温度検知手段と、前記加圧ローラまたは加圧ベルトの温度を測定する第二の温度検知手段と、定着ユニットより上流側の搬送路上で用紙厚さを測定する用紙厚さ検知手段と、用紙の含水率を検知する含水率検知手段と、をさらに有する。カール予測手段は、用紙の厚さは用紙厚さ検知手段のデータを用い、第一の温度検知手段と、第二の温度検知手段と、用紙の含水率を検知する含水率検知手段のデータを用い、それらの入力に対応した相関式を用いてカールを算出する。

定着ユニットが加熱ローラまたは加熱ベルトと、加圧ローラまたは加圧ベルトと、を有する場合、カールは加熱側に対して、加圧側の温度が低いほど、また、加熱側の温度が高いほど大きくなる。そこで、カール予測手段は、加熱ローラまたは加熱ベルトの温度を計測する第一の温度検知手段と、加圧ローラまたは加圧ベルトの温度を計測する第二の温度検知手段の情報を用いる。また、カールは用紙の厚さと含水率により変化するため、用紙が定着ユニットに至る前に情報を得られるよう、定着ユニットより上流側の搬送路上で配置された用紙厚さを測定する用紙厚さ検知手段と、用紙の含水率を検知する含水率検知手段による情報も用いてカール予測する。本構成では、画像形成装置の使用者が用紙の種類の入力を怠ったとしても、用紙厚さを装置が検出するためカール除去が確実に行える。一方、画像形成装置の設置環境または、装置内の環境は用紙の含水率に相関があるが、例えば、開封直後の用紙の場合は含水率が低く、必ずしも一致しない。そこで、用紙の含水率を計測することで確実にカールを予測可能になる。また、カールの予測精度が向上し、確実にカールを除去できるだけでなく、必要最小限のローラ対の押付力とトルクリミッタのトルクで済むため、ローラ対の摩耗が少なく長期間安定してカールを低減できる。

なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

１ 画像形成装置
２ 転写ベルト
３ ベルト駆動ローラ
４ 用紙カセット
６ 定着ユニット
７ 転写ローラ
８ 搬送路
９ ピックローラ
１１ 分離ローラ
６１ 加熱ローラ
６２ 加圧ローラ
６３ ヒータ
６８ 排紙ローラ
６９ レジストローラ
７０ 用紙含水率検知手段
７１ 用紙厚さ検知手段
７５ 第一の温度検知手段
７６ 第二の温度検知手段
８１ 駆動ローラ
８２ リターンスプリング
８３ カム
８７ トルクリミッタ
８８ 駆動源
９１ 従動ローラ
９５ 第一の偏芯カム
９８ 第二の偏芯カム
１１０ 制御手段
１１１ 記憶手段
８０１ 第一のローラユニット
８０２ 第二のローラユニット

特開２００７−０５５７９３号公報 特開２００２−２４１０２１号公報

Claims (6)

1. 記録紙上に転写されたトナー像を定着させる定着ユニットを備える画像形成装置であって、
   前記定着ユニットの用紙搬送方向下流に配置されるとともに、用紙搬送方向に垂直な方向の用紙両端部を挟持し、用紙搬送方向及び用紙搬送方向に垂直で用紙の外側に向かう方向に力を与えながら用紙を搬送する用紙カール矯正ユニットを有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記用紙カール矯正ユニットは、
   用紙を挟持する一対のローラとして一方に駆動ローラを含み、前記一対のローラが前記用紙両端部に対応して設けられた矯正ローラと、
   前記駆動ローラを軸方向に移動可能に支持するとともに、駆動源の回転駆動を受けて、前記定着ユニットの用紙搬送速度に対応した前記駆動ローラの角速度より速く駆動する駆動軸と、
   前記駆動ローラに設けられ、前記駆動ローラと前記駆動軸との回転角度差によって、用紙搬送方向に垂直で用紙の外側に向かう方向に前記駆動ローラを移動させる力を発生させるカム機構と、
   を有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. 前記用紙カール矯正ユニットは、
   画像形成装置の対応用紙幅に応じて複数配置され、
   該ユニット毎に前記矯正ローラに対する押付荷重を変更可能な押付荷重変更手段を有し、
   前記押付荷重変更手段は、搬送されてくる用紙の用紙幅に応じて、該用紙の両端部を挟持する前記矯正ローラの内側に位置する前記矯正ローラを持つ前記用紙カール矯正ユニットの押付荷重を低下させることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記駆動源の回転駆動を調整可能なトルクリミッタと、
   用紙のカールを予測するカール予測手段と、
   前記カール予測手段の予測結果に基づいて、前記押付荷重変更手段と前記トルクリミッタを制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記定着ユニットに含まれる加熱手段の温度を測定する第一の温度検知手段と、
   前記定着ユニットに含まれる加圧手段の温度を測定する第二の温度検知手段と、
   前記定着ユニットより上流側の用紙搬送路上で用紙厚さを測定する用紙厚さ検知手段と、
   用紙の含水率を検知する含水率検知手段と、
   を有し、
   前記カール予測手段は、これらの検知手段の情報に基づいて用紙のカールを予測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. 前記用紙カール矯正ユニットは、前記定着ユニットのユニットケース内に配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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