JP5927767B2 - しわ発生判別方法、プログラム、しわ発生判別装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、シート材の繊維等による模様からシート材の三次元形状を測定する発明が記載されている。シート材に浮きやしわなどの異常があったと判断した場合には、画像形成プロセスを中止するとともに、使用者に異常を通知することでジャム処理時間を短縮できる。さらに、測定結果をシミュレーションにフィードバックすることで、シート材に発生する異常の予測精度を高めて製品の信頼性向上に寄与することができる。
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、幅広いシート材種に対してシート材のしわ発生の余裕度を評価し、しわの発生を予防する技術を提供することである。
請求項1の発明では、搬送速度分布から求められるシート材の波打ち形状から、シート材にしわが発生するか否かを判断することができる。つまり、実際にシート材をニップ部に通紙しなくても、しわが発生するか否かを予測することが出来る。
請求項3に記載の発明は、前記しわ発生判別手段は、前記波打ち角度が座屈限界以上であるときにしわが発生すると判断する請求項2記載のしわ発生判別方法を特徴とする。
請求項2及び3の発明では、波打ち形状から求められた波打ち角度を用いてシート材にしわが発生するか否かを判断する。波打ち角度のように定量化された値を用いて、しわ発生の有無を判断できるため、しわ発生の余裕度を評価することができる。
請求項4に記載の発明は、前記ローラ対が定着ローラ対である請求項1乃至3の何れか一項記載のしわ発生判別方法を特徴とする。
請求項4の発明では、定着ローラ対を通過する用紙のシート材を防止できる。
請求項5の発明は、請求項1と同様の作用を有する。
請求項6に記載の発明は、対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持し、搬送する際に、該シート材にしわが発生するか否かを判別するしわ発生判別装置であって、前記ニップ部における前記シート材の搬送方向と直交する方向の搬送速度分布から前記シート材の波打ち形状を算出する波打ち形状算出手段と、前記波打ち形状算出手段により算出された前記波打ち形状に基づいて前記シート材にしわが発生するか否かを判別するしわ発生判別手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項1と同様の作用を有する。
請求項7、8の発明では、請求項1と同様の作用を有する。
本発明の速度計測装置によれば、定着装置において記録紙搬送時の記録紙幅方向の速度分布を計測することが可能となる。
本発明の形状計測装置によれば、幅広い紙種に対し記録紙表面の状態に依存せず、また、数ミリ未満から数十ミリ以上までの記録紙の変形に対し、形状を計測することが可能となる。
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ、或いはこれらの複合機等の画像形成装置に適用される。図1は、本発明の一実施形態に係るデジタル複写機の概略構成図である。複写機100の上部には自動原稿送り装置(以下、単にADFという)110と、ADF110により搬送された原稿画像を光電変換する画像読み取り部120と、原稿画像を画像処理した後、感光体に静電潜像を形成するために画情報をレーザビームにより露光する画情報書込み部130と、感光体の静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像部140と、トナー像を記録紙に転写する転写部150と、記録紙に転写されたトナー像を定着する定着部160と、記録紙を給紙する給紙部170と、給紙部170から給紙された記録紙を現像部140に向けて搬送する縦搬送ユニット180と、を備えている。尚、本実施形態のデジタル複写機の動作は公知であるので説明は省略する。
複写機100の給紙部170、縦搬送ユニット180、転写部150、定着部160等には、シート材を挟持・搬送するローラ対が配置されており、本発明はこれらローラ対の全てに適用可能である。特に、ローラ軸方向におけるシート材の全域を挟持しつつ搬送するローラ対、より具体的には、定着部160の定着ローラ対に好適な発明である。
〔用紙の搬送速度分布〕
用紙のニップ部における搬送速度分布について説明する。図2(a)、(b)は、ニップ部における用紙の搬送方向に直交する方向の速度分布を示す図である。
図2(a)に示すように、対向するローラ対のニップ部Paにおいて用紙Pの搬送方向Bに対して凸形状の速度分布Vaを呈している場合、ニップ部Paでは、用紙Pの搬送方向に対して、用紙Pの幅方向端部から幅方向中央部に向かう内向きの速度ベクトルCaが生じる。このため、用紙Pがニップ部Paを搬送されるに従って用紙Pの幅方向両端部が徐々に内側に搬送され、最終的に用紙Pにしわが発生する可能性が高くなる。
上記事情から、従来技術においては、ニップ部内において、図2(b)に示すような速度分布が得られるように、ローラ対を構成する駆動ローラ又は対向ローラのうちの一方に逆クラウンローラを用いるのが通例である。図3は、逆クラウンローラを用いた従来の定着ローラ対を示す模式図である。図示する定着ローラ対40は、加圧ローラ42と被加圧ローラ44とを備え、加圧ローラ42の軸方向両端部のローラ径が、軸方向中央部のローラ径に比べて大きく形成されたが逆クラウン形状となっている。加圧ローラ42に逆クラウンローラを用いると、被加圧ローラ44に対するローラ軸の軸方向中央部の加圧力が、軸方向両端部の加圧力よりも低下する。これにより、ニップ部Nにおける加圧ローラ42の両端付近の周速が中央付近よりも速くなる。その結果、ニップ部における用紙の速度分布が図2(b)に示すようになり、用紙のしわが抑制される。しかし、軸方向でローラ径が変化する為に軸方向での圧力分布に不均一さが生じ、定着性を軸方向で均一に保つことが難しいという問題がある。
図4は、ニップ部においてしわが発生する場合の模式図であり、(a)はニップ部に凸形状の搬送速度偏差がある場合のニップ噛みこみ初期状態を示し、(b)は(a)の状態から搬送が進んだ際のしわ発生時を示した模式図である。
図4(b)には、ニップ部での用紙幅方向面外変形形状(波打ちW1)を示している。ここで「面外変形」とは、変形前の水平な用紙平面をxy平面としたときに、用紙平面に対して垂直なz軸成分が出現するように用紙が変形することである。また、図中Ncはニップ部Nの中心線であり、ローラ軸と平行な線である。
波打ちW1が小さい用紙搬送の初期の時点では、ローラ等の弾性変形によって波打ちW1が吸収されて用紙が平坦になるので、しわは発生しない。しかし、(b)に示すように、用紙Pの搬送が進むにつれ、用紙Pの幅方向両端部の内側への搬送量が増える為に波打ちW1が成長し、ニップ部Nにおける波打ちW1の吸収に限界が生じ、最終的に用紙Pが座屈して、紙しわW2の発生に至る。
時刻T=t1において用紙P上にローラ軸と平行に一直線状に配置された点O、B1、B2を考える。用紙搬送速度は各点に対応してV0、V1、V1で図示したような直線的な分布を呈しているとし、用紙搬送中一定であるとする。
搬送速度分布がローラ軸方向において一定であれば、Δtだけ時間が経過した時刻T=t1+Δtにおいても、点O、B1、B2は一直線上に並ぶはずである。しかし、搬送速度の不均一さのために点Oに比べて点B1、B2の搬送量は小さく、点の位置は夫々B1’、B2’にδだけずれる。言い換えれば、点Oに対して点B1、B2の搬送が遅れるため、搬送の遅れ量δが生ずる。搬送の遅れに伴い用紙Pは面外変形して、ニップ中心Nc1Δからy離れた地点において、高さhy、幅L、波打ち角度αの波打ちW1を生じる。ここで、波打ち角度αとは、ローラ軸方向における波打ちW1表面の接線が、変形前の水平な用紙平面との間に形成する傾斜角度のうち、最大となるものである。
δ=(v0−vt)Δt ・・・・・(1)
と表せる。さらに、波打ち角度αは、遅れ量δから求めることができる。例えば、遅れ量δから、波打ちW1を起こしている部分の用紙Pの変形形状をシミュレーション等により求め、この形状から波打ち角度αを算出することができる。このように、用紙の搬送速度分布から、波打ち形状を予測することができる。
ここで、遅れ量δが大きく波打ちW1が発生したとしても、用紙Pの剛性が高い場合、ニップ部Nの入口で用紙Pとローラ対50との間ですべりが生じ、波打ちW1の成長が停止する。この場合、ニップ部入口におけるすべり状態となり、しわは発生しない。以下、ニップ部入口において波打ちW1が成長するか否かを示す閾値を遅れ限界δ0と称する。「遅れ量δ≦遅れ限界δ0」のとき、波打ちW1の成長が進み、「遅れ量δ>遅れ限界δ0」のとき、波打ちW1の成長が止まる。
上記のようにして形状を予測した波打ちが、ニップ部に噛み込まれることを考える。
図6は、波打ちがニップ部に噛み込まれる状態を示した斜視図である。用紙Pに波打ちW1が発生した場合であって、ローラ52と、対向ローラ54とからなるニップ部Nの入口にて波打ちW1が吸収されなかった場合、図示のようにニップ部N内に波打ちW1が噛み込まれていくこととなる。なお、図6においては、ローラ52の一部を断面にて示している。
図7は、波打ちがニップ部を通過する際の用紙の状態を示した模式図であり、(a)はすべり状態を示し、(b)は座屈状態を示し、(c)はすり抜け状態を示す図である。
ニップ部Nに波打ちW1が噛み込まれた場合であっても、波打ち角度αが小さく、用紙Pの剛性が高い場合、波打ちW1を起こした用紙Pはニップ部N内でローラ軸方向にすべり、波打ちが緩和される。この場合、しわは発生しない((a)すべり状態)。
以下、用紙Pがニップ部N内ですべるか否かを示す閾値をニップ内すべり限界α0と称する。「波打ち角度α<ニップ内すべり限界α0」のとき、用紙がニップ部N内ですべり、波打ちW1が緩和される。また、「波打ち角度α≧ニップ内すべり限界α0」のとき、波打ちが緩和されないまま、さらにニップ部N内に噛み込まれていく。
また、波打ち角度αと用紙Pの剛性が、(a)の座屈状態と(b)のすべり状態の間の場合、波打ちW1は緩和されずにニップ部Nを通過する((c)すり抜け状態)。すり抜け状態の条件は、座屈限界α1を用いて「波打ち角度α<座屈限界α1」と書くことができる。
上述の通り、ローラ対のニップ部での用紙搬送速度分布と用紙の特性(剛性など)から、用紙の波打ち形状を算出するので、その系においてしわが発生するか否かを通紙する以前に予測することが可能となる。さらに、ニップ部を通過する用紙Pの状態を波打ち角度αを代表特性値として上記3つの状態に分類して判定することで、しわが発生するか否かを判定することができる。また、しわが発生するか否かを、遅れ量δと波打ち角度αを用いて表現できるので、定量的にしわ発生の余裕度を評価することができる。なお、上記判定に用いる波打ち角度αは、ニップ部Nに噛み込まれる直前の波打ち形状から求める。
上記、しわ発生判別方法を実現するしわ発生判別装置について図8に基づいて説明する。図8は、しわ発生判別装置の機能ブロック図である。
しわ発生判別装置60は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、及びRAM(Random Access Memory)等を備えたコンピュータにより構成されている。しわ発生判別装置60は、しわが発生するか否かを判別するために必要なデータや計算式等を記憶する記憶手段62と、記憶手段62から必要なデータを読み込んで用紙の波打ち形状を算出する波打ち形状算出手段64と、波打ち形状算出手段64により算出された波打ち形状と、記憶手段62に記憶されている計算式等から、用紙にしわが発生するか否かを判別するしわ発生判別手段66と、を備えている。なお、波打ち形状算出手段64としわ発生判別手段66は、CPU(Central Processing Unit)により実現される。
波打ち形状算出手段64は、用紙搬送速度分布(V0、V1)から、用紙の波打ち形状としての搬送遅れ量δと、波打ち角度αを算出する。
しわ発生判別手段66は、記憶手段62に記憶されている用紙特性値(E、I)等から用紙の剛性を求めるとともに、波打ち形状算出手段64により算出された搬送遅れ量δと、波打ち角度αと、からニップ部通過時における用紙の形状を3つの状態に分類して、しわが発生するか否かを判断する。
しわ発生判別方法について、フローチャートに基づいて説明する。図9は、本発明によるしわ発生判別フローチャートである。
まず、しわが発生するか否かの判別にあたり、ニップ部に通紙する紙種を特定し、用紙搬送速度分布を読み込む必要がある(ステップS1)。紙種の特定は、例えば、給紙トレイに用紙Pをセットする際に、ユーザーに給紙トレイにセットされる用紙Pの紙種などの情報を入力させ、入力された情報を記憶手段62に記憶しておく。波打ち形状算出手段64は、給紙トレイにセットされている紙種の情報と、記憶手段62に記憶されているテーブルから、用紙のヤング率Eや断面二次モーメントIなどの用紙特性値を読み出す。上記用紙特性値は、ユーザーが給紙トレイにセットされる用紙Pの紙種などの情報を入力した際にネットワーク経由で別サーバの情報を参照するなどして取得し、予め記憶手段62に記憶しておいてもよい。
用紙搬送速度分布はローラ形状によって一意的に決めることができるので、予め記憶手段62に記憶されたローラ固有の値を利用することも可能であるが、環境変動や経時変化があるので適当な時間間隔で計測して、そのデータを記憶手段62に記憶しておくことが望ましい。
算出された遅れ量δが、遅れ限界δ0を超える、すなわち、遅れ量δが大きいか用紙の剛性が高い場合(ステップS3にてN)、ニップ部の入口で用紙とローラの間ですべりが生じるすべり状態であると判断する(ステップS4)。このとき、用紙の剛性に対して搬送遅れ量δが少ないため、波打ちの成長が停止する。この場合、しわは発生しないと判定する(ステップS5)。
算出された遅れ量δが遅れ限界δ0以下の場合(ステップS3にてY)、用紙搬送速度分布に起因した用紙搬送遅れが進行するので、次に波打ち角度αをニップ内すべり限界α0と比較する(ステップS6)。波打ち角度αがニップ内すべり限界α0より小さい場合(ステップS4にてN)、すなわち、ニップ部に波打ちが噛み込まれた場合であっても、用紙の剛性に対して波打ち角度が小さい場合、用紙はニップ部内でローラ軸方向にすべり、波打ちが緩和される。この場合もすべり状態であると判断し(ステップS4)、しわは発生しないと判定する(ステップS5)。
算出された波打ち角度αがニップ内すべり限界α0以上の場合(ステップS6にてY
)、波打ちは保持されたままニップ部内を通過するので、次に波打ち角度αを座屈限界α1と比較する(ステップS7)。算出された波打ち角度αが座屈限界α1より小さい場合(ステップS5にてN)、波打ちは緩和されずにニップ部を通過するすり抜け状態であると判断し(ステップS8)、しわは発生しないと判定する(ステップS5)。算出された波打ち角度αが座屈限界α1以上の場合(ステップS7にてY)、すなわち、用紙の剛性に対して波打ち角度αが大きい場合、用紙がニップ部内で座屈する座屈状態であると判断し(ステップS9)、しわが発生すると判定する(ステップS10)。
なお、用紙の剛性は環境(例えば、温度や湿度等)によって大きく変動する為、上述の各種特性値は紙種のみならず環境によっても異なる。そこで、上述の各種限界値や閾値のテーブルは、紙種と環境ごとに記憶手段に記憶されていることが望ましい。
ローラニップを搬送されるシート材に生じる搬送速度分布を計測する速度計測装置について説明する。本速度計測装置により求められる用紙搬送速度分布は、上述のしわ発生判別方法に利用することができる。本実施形態においては、速度計測装置について、定着装置の例により説明するが、定着装置以外の他のローラ対に適用することも可能である。
図10は定着装置と、速度計測装置の制御ブロック図と、を示す概略構成図である。
この定着装置200は、加熱手段たる加熱ローラ202と加圧ローラ203からなる定着ローラ対201を備え、加熱ローラ202に加圧ローラ203が圧接するように設けられ、定着ニップ(ニップ部N)を形成している。用紙Pは定着装置200により、矢印B方向へ搬送・定着され画像が形成される。
速度計測装置210は、用紙Pを照明するライン照明光源211と、ライン照明光源211によって照らされた用紙Pの表面を撮像するラインセンサ212(撮像手段)と、ラインセンサ212が撮像した用紙Pの表面画像から用紙Pの搬送速度分布を算出する制御部213と、搬送速度分布の算出に必要なプログラムや各種データを格納する不揮発性メモリ214と、速度計測装置210の設定や計測結果などを画面表示する表示部215と、を備えている。
制御手段たる制御部213は、CPU、ROM、RAMなどで構成され、所定のプログラムを実行することにより各手段の機能を実現している。制御部213はラインセンサ212が撮影した用紙P上のパターンを含む画像を受け取り、画像処理によって用紙P上のパターンの搬送方向の時間変化を演算し、数値化している。すなわち、本実施形態においては、ライン照明光源211、ラインセンサ212、及び制御部213とで記録紙の速度計測手段を構成している。また、制御部213には、記憶手段たる不揮発性メモリ214(記憶手段)が接続されており、不揮発性メモリ214には、撮影画像中のパターンから抽出した特徴と用紙Pの搬送速度の量的関係を予め実験で求めた基準情報が格納されている。また、この不揮発性メモリ214には撮影・演算処理された搬送速度の情報を、通紙毎に格納している。表示部215は、周知のディスプレイ装置等であり、測定装置の設定や計測結果などを画面表示する。
図12(a)では用紙Pt上のパターン222は用紙幅方向に一直線で撮影ラインDを通過しており、時間が経過しても一直線を保っている。一方、図12(b)では用紙Pt上のパターン222は、搬送初期においては用紙幅方向に一直線で撮影ラインDを通過している。しかし、時間が経過し用紙Ptの搬送量が増加するに従って、用紙Pt中央付近の短冊221上のパターン222が撮影ラインDを通過するのに、遅れが生じていくことが示されている。すなわちこの場合、図12(a)では、幅方向に均一な速度分布で用紙Ptが搬送されているのに対し、図12(b)では定着ローラ対201中央部を通過する短冊の速度が、端部を通過する短冊の速度よりも遅れており、不均一な速度分布で用紙Ptが搬送されていることになる。
図13(a)には、図12(a)の画像上のパターン間隔がいずれの短冊221においても等しいため、均一な速度分布で用紙Ptが搬送されていることが示されている。一方、図13(b)には、図12(b)の画像上のパターン間隔が、中央部の短冊221ほど広くなっているため、定着装置200の幅方向中央部付近を通過する短冊221の速度が遅い速度分布、すなわち下に凸の速度分布で用紙Ptが搬送されていることが示されている。これらの結果は表示部215に表示される。
また、速度計測装置210にて計測された搬送速度分布をしわ発生判別装置60に受け渡すことにより、実際に計測した搬送速度分布のデータを上述のしわ発生判別に利用することができる。なお、速度計測装置210をしわ発生判別装置60に組み込んだ構成としても良い。また、記憶手段62と不揮発性メモリ214とを兼用する構成としても良い。また、複写機100等の画像形成装置に上記速度計測手段を備えた構成としてもよい。
また、記録紙は複数の短冊から構成されているため、各短冊における搬送速度を算出することができ、記録紙幅方向の速度分布を計測することができる。定着装置のニップ部を通過する各短冊は、それぞれ独立した速度をもって搬送することができ、例として逆クラウン形状のローラを使用した定着装置へ複数の短冊で構成された記録紙を搬送した場合は、ローラの中央部付近を通過する短冊はローラの端部付近を通過する短冊と比較して、遅い速度で通紙される。各短冊に全く同様のパターンを印字しておけば、速度の違いによって撮影される画像中のパターンの時間変化が異なってくる。したがって、画像中の各短冊に該当する領域へ、それぞれ同様の解析を行うことで記録紙幅方向の速度分布を取得することができる。
用紙Pの変形形状を計測する形状計測装置について説明する。この形状計測装置では、ニップ部前後における用紙Pの面外変形形状を計測することができる。ニップ部の入口側においては、しわ発生前の予兆現象としての波打ちW1を捉えることができるので、形状計測装置の計測結果から波打ち角度αを求めて、上述のしわ発生判別方法におけるしわ発生の余裕度の評価に利用できる。さらに、用紙のニップ部への進入姿勢など、ニップ部入口側の用紙性状としわの相関を明確にする際に有用なデータを得ることができる。また、ニップ部の出口側においては、各設定条件下におけるしわ発生状況を捉えることができる。
この定着装置200は、加熱手段たる加熱ローラ202と加圧ローラ203からなる定着ローラ対201を備え、加熱ローラ202に加圧ローラ203が圧接するように設けられ、定着ニップ(ニップ部N)を形成している。用紙Pは定着装置200により、矢印B方向へ搬送・定着され画像が形成される。
形状計測装置230は、用紙Pの表面に所定のパターンを照射する照明パターン投影機231(照明手段)と、照明パターン投影機231によって照射されたパターンを撮像するエリアセンサ232(撮像手段)と、エリアセンサ232が撮像した用紙Pの表面画像から用紙Pの変形量を算出する制御部233と、形状の算出に必要なプログラムや各種データを格納する不揮発性メモリ234と、形状計測装置230の設定や計測結果などを画面表示する表示部235と、を備えている。
さらに、用紙Pの上方にはエリアセンサ232が照明パターン投影機231と任意の距離だけ離して設けられ、レーザーパターンLPを撮影する。
制御手段たる制御部233は、CPU、ROM、RAMなどで構成され、所定のプログラムを実行することにより各手段の機能を実現している。制御部233はエリアセンサ232が撮影した用紙P上のレーザーパターンLPを含む画像を受け取り、画像処理によって用紙Pの幅方向の変形量を演算している。すなわち、本実施形態においては、照明パターン投影機231、エリアセンサ232、及び制御部233とで記録紙の変形形状計測手段を構成している。また、制御部233には、記憶手段たる不揮発性メモリ234が接続されており、不揮発性メモリ234には、撮影画像中のレーザーパターンの歪みと用紙Pの変形量の量的関係を予め実験で求めた基準情報が格納されている。また、この不揮発性メモリ234には撮影・演算処理された変形形状の情報を、通紙毎に時系列で格納している。
用紙Pは定着装置200によって形成されるニップ部を矢印Bの方向に搬送される。照明パターン投影機231はニップ入口側に、用紙Pの記録面に対して所定の角度を設けて設置され、用紙Pのニップ入口近傍の用紙全幅にわたり、パターンLPを照射する。エリアセンサ232は、用紙Pの記録面に対して照明パターン投影機231とは異なる所定の角度を設けて配置され、用紙P上に形成されているパターンLPを所定の時間間隔で撮影する。図15(a)(b)は、エリアセンサ撮影像の例を示す図である。用紙Pに撓みのない場合には、図15(a)に示すとおり、ある時刻tnでのパターンLPnは直線としてエリアセンサ232に捉えられる。しかし、ある時刻tnに用紙Pに撓みが発生していれば、撓みによって用紙の高さが局所的に変化するため、パターンLPnは、エリアセンサ232からは、図15(b)に示すとおり、歪んだ曲線として捉えられるようになる。
用紙の高さと、パターンLPの位置関係を予め検定しておくことで、エリアセンサ232の出力から用紙Pの幅方向の各位置について変形量εを求めることができる。また、用紙Pの変形量εが大きくなり、所定の値を超えると、その近傍でしわが発生することがわかっているので、用紙Pの変形量εを測定することで、しわが発生するかどうかを予測することができる。
また、形状計測装置230にて計測された用紙形状をしわ発生判別装置60に受け渡すことにより、実際に計測した用紙形状から求められる波打ち角度αを利用して上述のしわ発生判別をすることができる。もちろん、波打ち形状算出手段64の代わりに、形状計測装置230(又は形状計測手段)をしわ発生判別装置60に組み込んでもよい。また、複写機100等の画像形成装置に上記形状計測手段を備えた構成としてもよい。
また、記録紙へ照射される照明パターンの形態として、記録紙の搬送方向に垂直方向に広げられたレーザー光を用いることにより、記録紙がある位置を通過する際の形状の時間変化を計測することができる。
なお、本形状計測装置によれば、幅広い紙種に対し記録紙表面の状態に依存せず、また、数ミリ未満から数十ミリ以上までの記録紙の変形に対し、その形状を計測することができる。
プリンタの定着器には、長手方向に直径の変化しているローラを用いてしわの発生を防止するのが一般的である。そこで、形状の異なった数種のローラを用意し、上記速度計測装置と形状計測装置とを用いてローラ形状と用紙搬送速度分布ならびに用紙変形形状の関係を評価した。
なおここでは、両端部に対して中央部の直径の小さいものを“逆クラウン形状”、両端部に対して中央部の直径の大きいものを“クラウン形状”と呼ぶ。
パターン222が印字されたテスト用の用紙Ptと速度計測装置210を使用し、冷間条件にて用紙搬送速度分布を計測した。結果を図17に示す。図17は、ローラ形状と用紙搬送速度分布との関係を示す図である。なお、ここではローラ軸方向中央部における速度を基準とした速度偏差分布を表記してある。また、ローラ形状は端部の直径を基準にした時の中央部の直径差で示している。
両端部と中央部の直径差の無いストレート形状(0.0mm)のローラを使用した場合、速度分布はほぼ平坦となっている。クラウン形状を顕著に(プラス方向)していくと、ローラ中心付近での速度が大きくなり凸形状の速度分布に、逆クラウン形状を顕著に(マイナス方向)していくと、ローラ中心付近での速度が小さくなり、凹形状の速度分布をもつようになることがわかる。
以上の結果から、ローラ形状と用紙搬送速度分布(速度偏差)の関係を定量化できる。
搬送速度分布の測定に用いたものと同一のローラを用いて用紙を搬送した時の変形形状を、形状計測装置230を用いて測定した。代表的な結果としてクラウン形状(+0.3mm)と、逆クラウン形状(−0.2mm)での結果をそれぞれ図19、図20に示す。図19及び図20は、用紙の変形形状を示す図である。この図では、ある時刻での観測位置における用紙の変形形状を1本の線で示し、所定の時間間隔(0.03s)毎の測定結果を図中上方にずらしながら表示している。
クラウン形状のローラを用いた場合(図19)、当初は平坦だった用紙が、搬送が進むにつれて波打ちが発生し、さらに搬送が進むにつれて波打ちが大きくなる様子が観察できる。前述の用紙波打ちモデル(図5等参照)では、用紙幅方向について1つの山を考えているが、実際には複数の波打ちが観察されている。また、逆クラウン形状のローラを使用した場合(図20)は、搬送過程で波打ちの発生は認められず、用紙は平坦な形状を保ったまま搬送されていることが確認できる。用紙後端(図中最上端の線)で用紙の形状が大きく変化しているのは、用紙がニップから離れた際に撥ねている現象を捉えたものである。
図23では、ローラのクラウン量が増加するのに伴ってデータがグラフの右上へ遷移している。また、図23に示した実験においては、クラウン量0.3mmでしわが発生し、クラウン量0.15mmの場合の一部に極めて軽度のしわが発生している。図23にはこれらしわ発生領域を併記してあるが、しわの発生の有無を波打ち角度で評価できることが確認できる。
一方、図24ではローラの逆クラウン量の増加に対応した最大波打ち角度の上昇は見られない。図24に示した実験においてしわは発生しておらず、波打ち角度がしわ発生の閾値に達していないためにしわが生じないと理解することができる。なお、図24のデータの中に波打ち角度が若干大きなものが見られるが、これは逆クラウン形状に起因して用紙後端部が浮き上がる現象が生じたためであり、図23で評価している波打ち現象とは異なるものである。
一方、逆クラウン形状のローラを用いた場合、用紙の搬送速度分布は両端部が早い傾向となり(図17)、ローラ軸方向に対して外向きの力(速度ベクトルCb:図2(b)参照)が用紙に作用するために用紙の波打ちが抑制されて安定な搬送が実現できる(図20、図22、図24参照)。ただし、外向きの力が大きすぎる場合、用紙がニップから離れる際に跳ねが生じて用紙の搬送挙動が不安定になる。
Claims (8)
- 対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持し、搬送する際に、該シート材にしわが発生するか否かを判別するしわ発生判別方法であって、
波打ち形状算出手段が、前記ニップ部における前記シート材の搬送方向と直交する方向の搬送速度分布を記憶手段から読み出して、該搬送速度分布から前記シート材の波打ち形状を算出するステップと、
しわ発生判別手段が、前記波打ち形状算出手段により算出された前記波打ち形状に基づいて前記シート材にしわが発生するか否かを判断するしわ発生判別ステップと、
を有することを特徴とするしわ発生判別方法。 - 前記波打ち形状算出手段は、前記ニップ部噛み込み直前における前記シート材の波打ち角度を算出し、
前記しわ発生判別手段は、前記波打ち角度を代表特性値として用いて、前記シート材にしわが発生するか否かを判断することを特徴とする請求項1記載のしわ発生判別方法。 - 前記しわ発生判別手段は、前記波打ち角度が座屈限界以上であるときにしわが発生すると判断することを特徴とする請求項2記載のしわ発生判別方法。
- 前記ローラ対が定着ローラ対であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項記載のしわ発生判別方法。
- 請求項1乃至4の何れか一項記載のしわ発生判別方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持し、搬送する際に、該シート材にしわが発生するか否かを判別するしわ発生判別装置であって、
前記ニップ部における前記シート材の搬送方向と直交する方向の搬送速度分布から前記シート材の波打ち形状を算出する波打ち形状算出手段と、
前記波打ち形状算出手段により算出された前記波打ち形状に基づいて前記シート材にしわが発生するか否かを判別するしわ発生判別手段と、
を備えたことを特徴とするしわ発生判別装置。 - 対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持し、搬送する際に、該シート材にしわが発生するか否かを判別するしわ発生判別装置であって、
前記ニップ部における前記シート材の搬送方向と直交する方向の搬送速度分布を記憶する記憶手段と、
該記憶手段から前記搬送速度分布を読み出して、前記搬送速度分布から前記シート材の波打ち形状を算出する波打ち形状算出手段と、
前記波打ち形状算出手段により算出された前記波打ち形状に基づいて前記シート材にしわが発生するか否かを判断するしわ発生判別手段と、を備えたことを特徴とするしわ発生判別装置。 - 請求項6又は7記載のしわ発生判別装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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