しわ発生判別方法、プログラム、速度計測装置、形状計測装置、しわ発生判別装置及び画像形成装置
【課題】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。
【解決手段】波打ち形状算出手段が、ニップ部におけるシート材の搬送方向と直行する方向の搬送速度分布を記憶手段から読み出して（Ｓ１）、搬送速度分布からシート材の波打ち形状を算出し（Ｓ２）、しわ発生判別手段が、波打ち形状算出手段により算出された波打ち形状に基づいてシート材にしわが発生するか否かを判断する（Ｓ３、Ｓ６、Ｓ７）。
【解決手段】波打ち形状算出手段が、ニップ部におけるシート材の搬送方向と直行する方向の搬送速度分布を記憶手段から読み出して（Ｓ１）、搬送速度分布からシート材の波打ち形状を算出し（Ｓ２）、しわ発生判別手段が、波打ち形状算出手段により算出された波打ち形状に基づいてシート材にしわが発生するか否かを判断する（Ｓ３、Ｓ６、Ｓ７）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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備えられた、対向するローラ対のニップ部にて挟持・搬送されるシート材のしわ発生判別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置により画像が転写される転写紙や、画像が読み取られる原稿等のシート材は、ローラと対向ローラとからなるローラ対のニップ部にて挟持されつつ、画像形成装置内を搬送される。シート材が搬送される際にカール、シワ、浮きなどによりその形状が変化すると、詰まりやジャムの原因となる。詰まりやジャムを発生させないためには、その原因を探り、適切な対策を講じることが必要である。
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術では、ジャムの発生防止或いはジャム処理時間の短縮をするために、定着ローラ以降のシート材の状態（しわの有り無し）をシート上の模様に基づいて測定しており、上記従来技術に基づいてしわ発生の余裕度の評価をすることは難しい。従って、しわ発生の予測精度の向上の為にはさらなる技術が必要となる。
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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、請求項１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・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行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、を有するしわ発生判別方法を特徴とする。
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。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、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、前記波打ち傾斜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請求項１記載のしわ発生判別方法を特徴とする。
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。
【０００６】
請求項５に記載の発明は、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を特徴とする。
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・搬送する際に、搬送方向と直交する方向における前記シート材の搬送速度分布を計測する速度計測装置であって、前記シート材に印字された所定のパターンを搬送中に撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された画像の輝度分布から前記シート材の搬送速度分布及び該搬送速度分布の時間変化を算出する速度分布算出手段と、を備えた速度計測装置を特徴とする。
請求項６の発明では、ローラ対のニップ部へ搬送するシート材にパターンが印字されているので、シード債搬送中にパターンを読み取り、読み取ったパターンの時間変化を解析することでシート材の搬送速度を算出することができる。
請求項７に記載の発明は、前記シート材が、搬送方向と直交する方向に並列配置された複数の短冊から構成されている請求項６記載の速度計測装置を特徴とする。
請求項７の発明では、シート材が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。
請求項８に記載の発明は、前記撮像手段がラインセンサである請求項６又は７記載の速度計測装置を特徴とする。
【０００７】
請求項９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・搬送する際の、該シート材の形状を計測する形状計測装置であって、前記シート材の表面に所定の照明パターンを照射する照明手段と、該照明手段により前記シート材に照射された照明パターンを搬送中に撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された画像の輝度分布から前記シート材の変形形状及び該変形形状の時間変化を計測する形状計測手段と、を備えた形状計測装置を特徴とする。
請求項９の発明では、シート材に照明パターンを照射し、照明パターン形状、及び、形状の時間変化を読み取る機構を備えているので、ローラ対のニップ部を通過しようとするシート材に生じる変形形状、及び、変形形状の時間変化を定量することができる。
請求項１０に記載の発明は、前記照明パターンが、搬送方向と直交する方向に直線上に広げられた少なくとも１本以上のレーザー光である請求項９記載の形状計測装置を特徴とする。
請求項１０の発明では、シート材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、シート材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。
請求項１１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・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行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、を備えたしわ発生判別装置を特徴とする。
【０００８】
請求項１２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・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行する方向の搬送速度分布を計測する請求項６乃至８の何れか一項記載の速度計測装置と、該速度計測装置により計測された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、を備えたしわ発生判別装置を特徴とする。
請求項１３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・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、シート材の形状を計測する請求項９又は１０記載の形状計測装置と、前記形状計測装置により計測されたシート材の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、を備えたしわ発生判別装置を特徴とする。
請求項１４に記載の発明は、請求項１１乃至１３の何れか一項記載のしわ発生判別装置を備えた画像形成装置を特徴とする。
請求項１１乃至１４の発明では、請求項１と同様の作用を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のしわ発生判別方法によれば、幅広い紙種に対して記録紙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が可能となる。
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】（ａ）（ｂ）は、ニップ部における用紙の搬送方向に直行する方向における速度分布を示す図である。
【図３】従来の定着ローラ対を示す断面図である。
【図４】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５】ニップ部で用紙の搬送方向に対して凸形状の速度分布を呈している場合の用紙の変形状態を示すモデル図である。
【図６】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。
【図７】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）はすりぬけ状態を示す図である。
【図８】しわ発生判別装置の機能ブロック図である。
【図９】本発明によるしわ発生判別フローチャートである。
【図１０】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。
【図１１】定着装置をラインセンサ側から観察した概略構成図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）は、用紙上のパターンの時間変化例を示す図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）は、速度測定装置によって得られた搬送速度分布を示す図である。
【図１４】定着装置と、形状計測装置の制御ブロック図と、を示す概略構成図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）は、エリアセンサ撮影像の例を示す図である。
【図１６】（ａ）（ｂ）は、変形形状検知結果の例を示す図である。
【図１７】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。
【図１８】用紙搬送速度偏差分布の最大値と最小値の差である速度偏差とローラの形状の関係を示す図である。
【図１９】クラウンローラを用いた場合の用紙の変形形状を示す図である。
【図２０】逆クラウンローラを用いた場合の用紙の変形形状を示す図である。
【図２１】クラウンローラを用いた場合の波打ち角度の変化を示す図である。
【図２２】逆クラウンローラを用いた場合の波打ち角度の変化を示す図である。
【図２３】クラウンローラを用いた場合の最大波打ち角度とその時の用紙高さの関係を示す図である。
【図２４】逆クラウンローラを用いた場合の最大波打ち角度とその時の用紙高さの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明に係るしわ発生判別方法は、画像形成装置のローラ対にて挟持・搬送するシート材にしわが発生するか否かを、シート材のニップ部における波打ち形状から判別する点に特徴がある。なお、本明細書において「シート材」には、紙、フィルム、鋼板などのシート状物が包含される。
【００１２】
〔画像形成装置〕
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。
【００１３】
以下、本発明の原理について説明する。
〔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行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。
【００１４】
一方、図２（ｂ）に示すように、ニップ部Ｐｂで用紙Ｐの搬送方向Ｂに対して凹形状の速度分布Ｖｂを呈している場合、ニップ部Ｐｂでは、用紙Ｐの搬送方向に対して、用紙Ｐの幅方向中央部から幅方向端部に向かう外向きの速度ベクトルＣｂが生じる。このため、ニップ部Ｐｂ内では用紙Ｐの幅方向両端部が外側へ引っ張られるため、用紙Ｐにしわが発生しにくくなる。
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。
【００１５】
〔用紙の搬送速度分布と波打ち形状の予測〕
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。
【００１６】
上述したが、図４（ａ）にも示すように、ニップ部Ｎ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Ｎでは、用紙Ｐの搬送方向Ｂ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Ｎ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、用紙Ｐが面外に変形する波打ちＷ１が生じる。
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。
【００１７】
用紙搬送速度分布の不均一さに起因した用紙の波打ち形状としわ発生の有無の関係を図５に基づいて説明する。図５は、ニップ部で用紙の搬送方向に対して凸形状の速度分布を呈している場合の用紙の変形状態を示すモデル図である。図中、時刻Ｔ＝０、ｔ１、ｔ１＋Δｔの線は、夫々ニップ部Ｎ内の適所に設定されたローラ軸と平行な観察基準線に相当する。以下の説明においては便宜上、観察基準線をニップ中心Ｎｃ（Ｎｃ０、Ｎｃ１、Ｎｃ１Δ）に置いたものとして説明する。また、点ＯからＸ１以上離れた用紙幅方向端部は、用紙が剛性を保った状態、すなわち用紙が面外変形を起こさないものと仮定して説明する。
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。
【００１８】
ここで、用紙Ｐとローラの間にすべりは発生せず、波打ちしていない箇所、つまり点Ｂ１、Ｂ２よりも幅方向端部側の用紙Ｐが、平面を保つものと仮定すれば、遅れ量δは、点Ｂ１−Ｂ１’間、点Ｂ２−Ｂ２’間の距離として表現でき、
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。
【００１９】
〔しわの発生とニップ部における用紙の状態〕
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。
【００２０】
波打ちＷ１が緩和されないまま用紙Ｐがニップ部に噛み込まれたときに、波打ち角度αが大きく、用紙Ｐの剛性が小さい場合、波打ちＷ１の発生した用紙Ｐはニップ部Ｎ内で座屈し、しわが発生する（（ｂ）座屈状態）。座屈状態において用紙が座屈するか否かを示す閾値を座屈限界α１とすると、しわが発生する条件は「波打ち角度α≧座屈限界α１」と書くことができる。
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。
【００２１】
〔しわ発生判別装置〕
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。
【００２２】
記憶手段６２は不揮発性メモリであり、予めユーザーが入力した紙種に関する情報、各紙種のヤング率Ｅや断面二次モーメントＩなどの用紙特性値に関するテーブル、及びローラ形状に基づく用紙搬送速度分布（Ｖ０、Ｖ１）を記憶する。また、搬送遅れ量δと、波打ち角度αを算出するための計算式や、用紙特性値から遅れ限界δ０、ニップ内すべり限界α０、及び座屈限界α１を算出するための計算式等を記憶する。
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。
【００２３】
〔フローチャート〕
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。
【００２４】
次に、用紙搬送速度分布に基づいて波打ち形状算出手段６４が、用紙の波打ち形状としての遅れ量δ、及び波打ち角度αを算出する（ステップＳ２）。
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）。
【００２５】
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）を知ることで、その系においてしわが発生するかどうかを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、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、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。
【００２６】
本実施形態で説明したしわ発生判別方法は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備えたコンピュータに実行させるプログラムによって、パーソナルコンピュータやワークステーション等によって実現することができる。この場合、コンピュータに当該方法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することができる。
【００２７】
〔速度計測装置〕
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。
【００２８】
用紙Ｐの上方にはライン照明光源２１１が設けられ、搬送方向Ｂと垂直となる直線状に用紙Ｐへ照射される。さらに、用紙Ｐの上方にはラインセンサ２１２が設けられ、ライン照明光源２１１によって照射された用紙Ｐを撮影する。用紙Ｐには不図示のパターンが印字されており、ラインセンサ２１２は用紙Ｐの搬送中にパターンの時間変化を撮影する。
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。
【００２９】
図１１は、定着装置をラインセンサ側から観察した概略構成図である。速度計測のために定着装置に通紙される用紙Ｐｔは、搬送方向Ｂと直交する方向（用紙幅方向）に並列配置された複数の短冊２２１から構成されている。夫々の短冊２２１は、搬送方向Ｂを基準とした先端部で互いに繋がって一体化されている一方、後端部は夫々独立している。そして、各短冊２２１間には十分な幅の切り込み２２１ａがあるため、互いの干渉を受けない。したがって、各短冊２２１は独立して自由な挙動をとることができる。また、各短冊２２１には、用紙搬送方向Ｂと垂直な直線パターン２２２が、用紙搬送方向Ｂに等間隔に印字されている。この用紙Ｐｔを搬送方向Ｂへ搬送しながら、ラインセンサ２１２を用いて撮影ラインＤを通過する用紙Ｐｔ上の直線パターン２２２を一定時間撮影する。
【００３０】
図１２（ａ）（ｂ）は、用紙上のパターンの時間変化例を示す図である。図１２（ａ）及び（ｂ）は、図１１の用紙Ｐｔを通紙した場合にラインセンサ２１２で撮影される画像、すなわち撮影ラインＤを通過するパターンの時間変化の例を示している。ラインセンサ２１２で取得した一次元画像を時系列に並べて二次元画像にしているので、この図では画像横方向が用紙幅方向の位置を、画像縦方向下向きに時間経過を表し、色が淡いほど輝度値が大きいことを表す。この輝度分布から用紙の搬送速度分布及びその時間変化を算出することができる。
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。
【００３１】
図１３（ａ）（ｂ）は、速度測定装置によって得られた搬送速度分布を示す図である。図１３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１２（ａ）及び（ｂ）から制御部２１３（速度分布算出手段）における演算によって得られた搬送速度分布である。図１１における各短冊２２１のパターン２２２の搬送方向Ｂの間隔は既知であり、また、ラインセンサ２１２の撮影時間間隔も既知であるとすると、パターン２２２が搬送中に撮影ラインＤを通過する時間間隔は図１２の画像上のパターン間隔から算出できる。つまり、ラインセンサ２１２にて撮影された画像に基づいて、制御部２１３は用紙Ｐｔの搬送速度分布と搬送速度分布の時間変化を算出することができる。
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。
【００３２】
また、用紙Ｐｔについての搬送速度分布計測結果は不揮発性メモリ２１４に通紙毎に記憶されており、さらに、定着装置の条件設定や周囲の環境などを変更して通紙した場合の搬送速度分布も記憶させておくことができる。どのような条件で通紙した場合に、理想の分布と異なる搬送速度分布が生じてしまうか等、定量的な速度分布比較により評価することが可能である。
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。
【００３３】
上記速度計測装置によれば、定着装置へ搬送する記録紙上にパターンが印字されているので、記録紙搬送中にパターンを読み取り、読み取ったパターンの時間変化を解析することで記録紙の搬送速度を算出することができる。
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。
【００３４】
〔形状計測装置〕
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。
【００３５】
図１４は定着装置と、形状計測装置の制御ブロック図と、を示す概略構成図であり、図１５は撮影される照明パターンの概略図である。
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。
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。
【００３６】
用紙Ｐの上方には照明パターン投影機２３１が設けられ、搬送方向Ｂと垂直となる直線状に広げられたレーザーパターンＬＰが用紙Ｐへ照射される。図１４に示すレーザーパターンＬＰは１本の直線であるが、搬送方向と直交する方向に直線状に広げられた複数のレーザー光からなるレーザーパターンを用いてもよい。
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。
【００３７】
以下、装置の具体的な動作について説明する。
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。
【００３８】
図１６は、変形形状検知結果の例を示す図である。図１６（ａ）は、しわが発生する際の用紙変形形状検知結果である。この図では、１枚の用紙が搬送される過程でエリアセンサ２３２により撮影されたパターンＬＰの形状から求めた用紙の面外変形量を時刻ｔ０から時刻ｔｎまで時系列的に記載している。時間の経過に伴って、用紙搬送途中で撓みが生じ、用紙撓みの位置や変形量が変化していく様子がレーザーパターンＬＰの歪み量の変化として示されている。図１６（ｂ）は、しわが発生しない状態での面外変形形状検知結果である。用紙Ｐに撓みが生じず、平坦のまま搬送されるため、歪みのないレーザーパターンの羅列として、用紙形状変化が示されている。これらの結果は図１４における表示部２３５に表示される。
【００３９】
用紙Ｐについての変形形状計測結果は不揮発性メモリ２３４に通紙毎に記憶されており、さらに、紙種や周囲の環境、その他定着装置の条件設定を変更して通紙した場合の変形形状計測結果も記憶させておくことができる。どのような条件で通紙した場合に変形量εが最大または最小となるか、すなわち、しわが最も発生しやすいまたは発生しにくい等、形状や変形量の定量的な比較により、定着装置のしわ発生の余裕度評価が可能である。
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。
【００４０】
本形状計測装置によれば、上記定着装置へ搬送する記録紙上に照明パターンを照射し、照明パターン形状、及び、形状の時間変化を読み取る機構を備えているので、定着装置を通過しようとする記録紙に生じる変形形状、及び、変形形状の時間変化を定量することができる。
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。
【００４１】
〔用紙挙動の測定結果〕
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。
【００４２】
（１）用紙搬送速度分布測定
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。
【００４３】
図１８は、用紙搬送速度偏差分布の最大値と最小値の差である速度偏差とローラの形状の関係を示す図である。ここでは、図１７で凹形状の速度偏差分布の場合の速度偏差は負の値として表記してある。この図から、各条件での速度偏差はローラの逆クラウン量に対してほぼ線形に変化していることが確認できる。なお、今回の測定では押付け力の影響はあまり認められない。
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。
【００４４】
（２）用紙面外変形形状測定
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。
【００４５】
上述の通り、用紙の波打ち形状からしわの発生を波打ち角度で評価できるため、図１９及び図２０の用紙の変形形状データから各時刻の各位置での波打ち角度を算出した。結果をそれぞれ図２１、図２２に示す。図２１及び図２２は、波打ち角度の変化を示す図である。この図では用紙の領域ごとに波打ち角度の大きさによって色分けしてプロットしてある。クラウン形状のローラを用いた場合（図２１）、変形形状の変化と同様に用紙の搬送が進むにつれて波打ち角度が大きくなる様子が観察される。この実験で用いたローラで通紙すると用紙の後端側にしわが発生するが、通紙後のしわ発生位置と図２１の８ｄｅｇ以上の領域が良く一致することが確認できている。一方、逆クラウン形状のローラを使用した場合（図２２）では、ほとんどの領域で波打ち角度が２ｄｅｇ以下となっている。なお、このローラを用いた場合には用紙にしわは発生しない。
【００４６】
図２３及び図２４は、最大波打ち角度とその時の用紙高さの関係を示す図である。ここで、最大波打ち角度とは、一回の通紙における波打ち角度の最大値を最大波打ち角度のことである。図２３はクラウン形状のローラを使用した場合、図２４は逆クラウン形状のローラを使用した場合のものである。この図は波打ち形状の違いを示したものであり、グラフ左下に近いほど用紙は平坦を保ったまま搬送されており、グラフ右上に近いほど大きなうねりを持つ波打ちが搬送中に生じていることを意味する。
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。
【００４７】
以上の結果からしわの発生過程を考察する。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中央部が早い傾向（図１７）となるため、ローラ軸方向に対して内向きの力（速度ベクトルＣａ：図２（ａ）参照）が用紙に作用して用紙に波打ちが生じ、搬送が進むにつれて波打ちが成長する（図１９）。波打ち（角度）が小さいときにはニップ内での用紙の座屈は生じないのでしわは発生しないが、用紙の搬送に伴い波打ち（角度）が許容値以上になった場合には座屈が生じ、しわの発生となる（図２１、図２３参照）。
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。
【００４８】
以上の傾向は従来から経験的に知られている知見と一致しており、速度計測装置及び形状計測装置を用いてローラ形状（ローラ中央と端部の径差）と用紙の搬送速度分布ならびに用紙に生じる波打ち形状（波打ちの角度および高さ）の関係が定量化可能であることが確認できた。さらに、用紙の波打ちモデルに基づいて導出した波打ち角度によってしわの発生限界を評価できる見通しを得た。なお、しわ発生限界の波打ち角度は、波打ち用紙の噛みこみモデルに基づいて基本物性のほか搬送速度分布で規定できるため、用紙搬送ユニットのしわに対する余裕度を事前に評価することが可能となる。
【符号の説明】
【００４９】
４０…定着ローラ対、４２…加圧ローラ、４４…被加圧ローラ、５０…ローラ対、５２…ローラ、５４…対向ローラ、６０…しわ発生判別装置、６２…記憶手段、６４…形状算出手段、６６…しわ発生判別手段、Ｎｃ…ニップ中心、１００…複写機、１１０…ＡＤＦ、１２０…画像読み取り部、１３０…画情報書込み部、１４０…現像部、１５０…転写部、１６０…定着部、１７０…給紙部、１８０…縦搬送ユニット、２００…定着装置、２０１…定着ローラ対、２０２…加熱ローラ、２０３…加圧ローラ、２１０…速度計測装置、２１１…ライン照明光源、２１２…ラインセンサ、２１３…制御部、２１４…不揮発性メモリ、２１５…表示部、２２１…短冊、２２１ａ…切り込み、２２２…パターン、２３０…形状計測装置、２３１…照明パターン投影機、２３２…エリアセンサ、２３３…制御部、２３４…不揮発性メモリ、２３５…表示部、Ｐ、Ｐｔ…用紙、ＬＰ…レーザーパターン
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５０】
【特許文献１】特開２００８−２２４２２７公報
【技術分野】
【０００１】
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備えられた、対向するローラ対のニップ部にて挟持・搬送されるシート材のしわ発生判別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置により画像が転写される転写紙や、画像が読み取られる原稿等のシート材は、ローラと対向ローラとからなるローラ対のニップ部にて挟持されつつ、画像形成装置内を搬送される。シート材が搬送される際にカール、シワ、浮きなどによりその形状が変化すると、詰まりやジャムの原因となる。詰まりやジャムを発生させないためには、その原因を探り、適切な対策を講じることが必要である。
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術では、ジャムの発生防止或いはジャム処理時間の短縮をするために、定着ローラ以降のシート材の状態（しわの有り無し）をシート上の模様に基づいて測定しており、上記従来技術に基づいてしわ発生の余裕度の評価をすることは難しい。従って、しわ発生の予測精度の向上の為にはさらなる技術が必要となる。
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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、請求項１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・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行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、を有するしわ発生判別方法を特徴とする。
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。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、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、前記波打ち傾斜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請求項１記載のしわ発生判別方法を特徴とする。
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。
【０００６】
請求項５に記載の発明は、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を特徴とする。
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・搬送する際に、搬送方向と直交する方向における前記シート材の搬送速度分布を計測する速度計測装置であって、前記シート材に印字された所定のパターンを搬送中に撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された画像の輝度分布から前記シート材の搬送速度分布及び該搬送速度分布の時間変化を算出する速度分布算出手段と、を備えた速度計測装置を特徴とする。
請求項６の発明では、ローラ対のニップ部へ搬送するシート材にパターンが印字されているので、シード債搬送中にパターンを読み取り、読み取ったパターンの時間変化を解析することでシート材の搬送速度を算出することができる。
請求項７に記載の発明は、前記シート材が、搬送方向と直交する方向に並列配置された複数の短冊から構成されている請求項６記載の速度計測装置を特徴とする。
請求項７の発明では、シート材が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。
請求項８に記載の発明は、前記撮像手段がラインセンサである請求項６又は７記載の速度計測装置を特徴とする。
【０００７】
請求項９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・搬送する際の、該シート材の形状を計測する形状計測装置であって、前記シート材の表面に所定の照明パターンを照射する照明手段と、該照明手段により前記シート材に照射された照明パターンを搬送中に撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された画像の輝度分布から前記シート材の変形形状及び該変形形状の時間変化を計測する形状計測手段と、を備えた形状計測装置を特徴とする。
請求項９の発明では、シート材に照明パターンを照射し、照明パターン形状、及び、形状の時間変化を読み取る機構を備えているので、ローラ対のニップ部を通過しようとするシート材に生じる変形形状、及び、変形形状の時間変化を定量することができる。
請求項１０に記載の発明は、前記照明パターンが、搬送方向と直交する方向に直線上に広げられた少なくとも１本以上のレーザー光である請求項９記載の形状計測装置を特徴とする。
請求項１０の発明では、シート材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、シート材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。
請求項１１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・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行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、を備えたしわ発生判別装置を特徴とする。
【０００８】
請求項１２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・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行する方向の搬送速度分布を計測する請求項６乃至８の何れか一項記載の速度計測装置と、該速度計測装置により計測された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、を備えたしわ発生判別装置を特徴とする。
請求項１３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・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、シート材の形状を計測する請求項９又は１０記載の形状計測装置と、前記形状計測装置により計測されたシート材の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、を備えたしわ発生判別装置を特徴とする。
請求項１４に記載の発明は、請求項１１乃至１３の何れか一項記載のしわ発生判別装置を備えた画像形成装置を特徴とする。
請求項１１乃至１４の発明では、請求項１と同様の作用を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のしわ発生判別方法によれば、幅広い紙種に対して記録紙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が可能となる。
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】（ａ）（ｂ）は、ニップ部における用紙の搬送方向に直行する方向における速度分布を示す図である。
【図３】従来の定着ローラ対を示す断面図である。
【図４】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５】ニップ部で用紙の搬送方向に対して凸形状の速度分布を呈している場合の用紙の変形状態を示すモデル図である。
【図６】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。
【図７】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）はすりぬけ状態を示す図である。
【図８】しわ発生判別装置の機能ブロック図である。
【図９】本発明によるしわ発生判別フローチャートである。
【図１０】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。
【図１１】定着装置をラインセンサ側から観察した概略構成図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）は、用紙上のパターンの時間変化例を示す図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）は、速度測定装置によって得られた搬送速度分布を示す図である。
【図１４】定着装置と、形状計測装置の制御ブロック図と、を示す概略構成図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）は、エリアセンサ撮影像の例を示す図である。
【図１６】（ａ）（ｂ）は、変形形状検知結果の例を示す図である。
【図１７】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。
【図１８】用紙搬送速度偏差分布の最大値と最小値の差である速度偏差とローラの形状の関係を示す図である。
【図１９】クラウンローラを用いた場合の用紙の変形形状を示す図である。
【図２０】逆クラウンローラを用いた場合の用紙の変形形状を示す図である。
【図２１】クラウンローラを用いた場合の波打ち角度の変化を示す図である。
【図２２】逆クラウンローラを用いた場合の波打ち角度の変化を示す図である。
【図２３】クラウンローラを用いた場合の最大波打ち角度とその時の用紙高さの関係を示す図である。
【図２４】逆クラウンローラを用いた場合の最大波打ち角度とその時の用紙高さの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明に係るしわ発生判別方法は、画像形成装置のローラ対にて挟持・搬送するシート材にしわが発生するか否かを、シート材のニップ部における波打ち形状から判別する点に特徴がある。なお、本明細書において「シート材」には、紙、フィルム、鋼板などのシート状物が包含される。
【００１２】
〔画像形成装置〕
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。
【００１３】
以下、本発明の原理について説明する。
〔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行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。
【００１４】
一方、図２（ｂ）に示すように、ニップ部Ｐｂで用紙Ｐの搬送方向Ｂに対して凹形状の速度分布Ｖｂを呈している場合、ニップ部Ｐｂでは、用紙Ｐの搬送方向に対して、用紙Ｐの幅方向中央部から幅方向端部に向かう外向きの速度ベクトルＣｂが生じる。このため、ニップ部Ｐｂ内では用紙Ｐの幅方向両端部が外側へ引っ張られるため、用紙Ｐにしわが発生しにくくなる。
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。
【００１５】
〔用紙の搬送速度分布と波打ち形状の予測〕
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。
【００１６】
上述したが、図４（ａ）にも示すように、ニップ部Ｎ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Ｎでは、用紙Ｐの搬送方向Ｂ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Ｎ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、用紙Ｐが面外に変形する波打ちＷ１が生じる。
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。
【００１７】
用紙搬送速度分布の不均一さに起因した用紙の波打ち形状としわ発生の有無の関係を図５に基づいて説明する。図５は、ニップ部で用紙の搬送方向に対して凸形状の速度分布を呈している場合の用紙の変形状態を示すモデル図である。図中、時刻Ｔ＝０、ｔ１、ｔ１＋Δｔの線は、夫々ニップ部Ｎ内の適所に設定されたローラ軸と平行な観察基準線に相当する。以下の説明においては便宜上、観察基準線をニップ中心Ｎｃ（Ｎｃ０、Ｎｃ１、Ｎｃ１Δ）に置いたものとして説明する。また、点ＯからＸ１以上離れた用紙幅方向端部は、用紙が剛性を保った状態、すなわち用紙が面外変形を起こさないものと仮定して説明する。
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。
【００１８】
ここで、用紙Ｐとローラの間にすべりは発生せず、波打ちしていない箇所、つまり点Ｂ１、Ｂ２よりも幅方向端部側の用紙Ｐが、平面を保つものと仮定すれば、遅れ量δは、点Ｂ１−Ｂ１’間、点Ｂ２−Ｂ２’間の距離として表現でき、
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。
【００１９】
〔しわの発生とニップ部における用紙の状態〕
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。
【００２０】
波打ちＷ１が緩和されないまま用紙Ｐがニップ部に噛み込まれたときに、波打ち角度αが大きく、用紙Ｐの剛性が小さい場合、波打ちＷ１の発生した用紙Ｐはニップ部Ｎ内で座屈し、しわが発生する（（ｂ）座屈状態）。座屈状態において用紙が座屈するか否かを示す閾値を座屈限界α１とすると、しわが発生する条件は「波打ち角度α≧座屈限界α１」と書くことができる。
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。
【００２１】
〔しわ発生判別装置〕
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。
【００２２】
記憶手段６２は不揮発性メモリであり、予めユーザーが入力した紙種に関する情報、各紙種のヤング率Ｅや断面二次モーメントＩなどの用紙特性値に関するテーブル、及びローラ形状に基づく用紙搬送速度分布（Ｖ０、Ｖ１）を記憶する。また、搬送遅れ量δと、波打ち角度αを算出するための計算式や、用紙特性値から遅れ限界δ０、ニップ内すべり限界α０、及び座屈限界α１を算出するための計算式等を記憶する。
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。
【００２３】
〔フローチャート〕
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。
【００２４】
次に、用紙搬送速度分布に基づいて波打ち形状算出手段６４が、用紙の波打ち形状としての遅れ量δ、及び波打ち角度αを算出する（ステップＳ２）。
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）。
【００２５】
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）を知ることで、その系においてしわが発生するかどうかを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、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、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。
【００２６】
本実施形態で説明したしわ発生判別方法は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備えたコンピュータに実行させるプログラムによって、パーソナルコンピュータやワークステーション等によって実現することができる。この場合、コンピュータに当該方法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することができる。
【００２７】
〔速度計測装置〕
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。
【００２８】
用紙Ｐの上方にはライン照明光源２１１が設けられ、搬送方向Ｂと垂直となる直線状に用紙Ｐへ照射される。さらに、用紙Ｐの上方にはラインセンサ２１２が設けられ、ライン照明光源２１１によって照射された用紙Ｐを撮影する。用紙Ｐには不図示のパターンが印字されており、ラインセンサ２１２は用紙Ｐの搬送中にパターンの時間変化を撮影する。
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。
【００２９】
図１１は、定着装置をラインセンサ側から観察した概略構成図である。速度計測のために定着装置に通紙される用紙Ｐｔは、搬送方向Ｂと直交する方向（用紙幅方向）に並列配置された複数の短冊２２１から構成されている。夫々の短冊２２１は、搬送方向Ｂを基準とした先端部で互いに繋がって一体化されている一方、後端部は夫々独立している。そして、各短冊２２１間には十分な幅の切り込み２２１ａがあるため、互いの干渉を受けない。したがって、各短冊２２１は独立して自由な挙動をとることができる。また、各短冊２２１には、用紙搬送方向Ｂと垂直な直線パターン２２２が、用紙搬送方向Ｂに等間隔に印字されている。この用紙Ｐｔを搬送方向Ｂへ搬送しながら、ラインセンサ２１２を用いて撮影ラインＤを通過する用紙Ｐｔ上の直線パターン２２２を一定時間撮影する。
【００３０】
図１２（ａ）（ｂ）は、用紙上のパターンの時間変化例を示す図である。図１２（ａ）及び（ｂ）は、図１１の用紙Ｐｔを通紙した場合にラインセンサ２１２で撮影される画像、すなわち撮影ラインＤを通過するパターンの時間変化の例を示している。ラインセンサ２１２で取得した一次元画像を時系列に並べて二次元画像にしているので、この図では画像横方向が用紙幅方向の位置を、画像縦方向下向きに時間経過を表し、色が淡いほど輝度値が大きいことを表す。この輝度分布から用紙の搬送速度分布及びその時間変化を算出することができる。
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。
【００３１】
図１３（ａ）（ｂ）は、速度測定装置によって得られた搬送速度分布を示す図である。図１３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１２（ａ）及び（ｂ）から制御部２１３（速度分布算出手段）における演算によって得られた搬送速度分布である。図１１における各短冊２２１のパターン２２２の搬送方向Ｂの間隔は既知であり、また、ラインセンサ２１２の撮影時間間隔も既知であるとすると、パターン２２２が搬送中に撮影ラインＤを通過する時間間隔は図１２の画像上のパターン間隔から算出できる。つまり、ラインセンサ２１２にて撮影された画像に基づいて、制御部２１３は用紙Ｐｔの搬送速度分布と搬送速度分布の時間変化を算出することができる。
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。
【００３２】
また、用紙Ｐｔについての搬送速度分布計測結果は不揮発性メモリ２１４に通紙毎に記憶されており、さらに、定着装置の条件設定や周囲の環境などを変更して通紙した場合の搬送速度分布も記憶させておくことができる。どのような条件で通紙した場合に、理想の分布と異なる搬送速度分布が生じてしまうか等、定量的な速度分布比較により評価することが可能である。
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。
【００３３】
上記速度計測装置によれば、定着装置へ搬送する記録紙上にパターンが印字されているので、記録紙搬送中にパターンを読み取り、読み取ったパターンの時間変化を解析することで記録紙の搬送速度を算出することができる。
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。
【００３４】
〔形状計測装置〕
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。
【００３５】
図１４は定着装置と、形状計測装置の制御ブロック図と、を示す概略構成図であり、図１５は撮影される照明パターンの概略図である。
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。
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。
【００３６】
用紙Ｐの上方には照明パターン投影機２３１が設けられ、搬送方向Ｂと垂直となる直線状に広げられたレーザーパターンＬＰが用紙Ｐへ照射される。図１４に示すレーザーパターンＬＰは１本の直線であるが、搬送方向と直交する方向に直線状に広げられた複数のレーザー光からなるレーザーパターンを用いてもよい。
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。
【００３７】
以下、装置の具体的な動作について説明する。
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。
【００３８】
図１６は、変形形状検知結果の例を示す図である。図１６（ａ）は、しわが発生する際の用紙変形形状検知結果である。この図では、１枚の用紙が搬送される過程でエリアセンサ２３２により撮影されたパターンＬＰの形状から求めた用紙の面外変形量を時刻ｔ０から時刻ｔｎまで時系列的に記載している。時間の経過に伴って、用紙搬送途中で撓みが生じ、用紙撓みの位置や変形量が変化していく様子がレーザーパターンＬＰの歪み量の変化として示されている。図１６（ｂ）は、しわが発生しない状態での面外変形形状検知結果である。用紙Ｐに撓みが生じず、平坦のまま搬送されるため、歪みのないレーザーパターンの羅列として、用紙形状変化が示されている。これらの結果は図１４における表示部２３５に表示される。
【００３９】
用紙Ｐについての変形形状計測結果は不揮発性メモリ２３４に通紙毎に記憶されており、さらに、紙種や周囲の環境、その他定着装置の条件設定を変更して通紙した場合の変形形状計測結果も記憶させておくことができる。どのような条件で通紙した場合に変形量εが最大または最小となるか、すなわち、しわが最も発生しやすいまたは発生しにくい等、形状や変形量の定量的な比較により、定着装置のしわ発生の余裕度評価が可能である。
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。
【００４０】
本形状計測装置によれば、上記定着装置へ搬送する記録紙上に照明パターンを照射し、照明パターン形状、及び、形状の時間変化を読み取る機構を備えているので、定着装置を通過しようとする記録紙に生じる変形形状、及び、変形形状の時間変化を定量することができる。
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。
【００４１】
〔用紙挙動の測定結果〕
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。
【００４２】
（１）用紙搬送速度分布測定
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。
【００４３】
図１８は、用紙搬送速度偏差分布の最大値と最小値の差である速度偏差とローラの形状の関係を示す図である。ここでは、図１７で凹形状の速度偏差分布の場合の速度偏差は負の値として表記してある。この図から、各条件での速度偏差はローラの逆クラウン量に対してほぼ線形に変化していることが確認できる。なお、今回の測定では押付け力の影響はあまり認められない。
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。
【００４４】
（２）用紙面外変形形状測定
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。
【００４５】
上述の通り、用紙の波打ち形状からしわの発生を波打ち角度で評価できるため、図１９及び図２０の用紙の変形形状データから各時刻の各位置での波打ち角度を算出した。結果をそれぞれ図２１、図２２に示す。図２１及び図２２は、波打ち角度の変化を示す図である。この図では用紙の領域ごとに波打ち角度の大きさによって色分けしてプロットしてある。クラウン形状のローラを用いた場合（図２１）、変形形状の変化と同様に用紙の搬送が進むにつれて波打ち角度が大きくなる様子が観察される。この実験で用いたローラで通紙すると用紙の後端側にしわが発生するが、通紙後のしわ発生位置と図２１の８ｄｅｇ以上の領域が良く一致することが確認できている。一方、逆クラウン形状のローラを使用した場合（図２２）では、ほとんどの領域で波打ち角度が２ｄｅｇ以下となっている。なお、このローラを用いた場合には用紙にしわは発生しない。
【００４６】
図２３及び図２４は、最大波打ち角度とその時の用紙高さの関係を示す図である。ここで、最大波打ち角度とは、一回の通紙における波打ち角度の最大値を最大波打ち角度のことである。図２３はクラウン形状のローラを使用した場合、図２４は逆クラウン形状のローラを使用した場合のものである。この図は波打ち形状の違いを示したものであり、グラフ左下に近いほど用紙は平坦を保ったまま搬送されており、グラフ右上に近いほど大きなうねりを持つ波打ちが搬送中に生じていることを意味する。
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。
【００４７】
以上の結果からしわの発生過程を考察する。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中央部が早い傾向（図１７）となるため、ローラ軸方向に対して内向きの力（速度ベクトルＣａ：図２（ａ）参照）が用紙に作用して用紙に波打ちが生じ、搬送が進むにつれて波打ちが成長する（図１９）。波打ち（角度）が小さいときにはニップ内での用紙の座屈は生じないのでしわは発生しないが、用紙の搬送に伴い波打ち（角度）が許容値以上になった場合には座屈が生じ、しわの発生となる（図２１、図２３参照）。
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。
【００４８】
以上の傾向は従来から経験的に知られている知見と一致しており、速度計測装置及び形状計測装置を用いてローラ形状（ローラ中央と端部の径差）と用紙の搬送速度分布ならびに用紙に生じる波打ち形状（波打ちの角度および高さ）の関係が定量化可能であることが確認できた。さらに、用紙の波打ちモデルに基づいて導出した波打ち角度によってしわの発生限界を評価できる見通しを得た。なお、しわ発生限界の波打ち角度は、波打ち用紙の噛みこみモデルに基づいて基本物性のほか搬送速度分布で規定できるため、用紙搬送ユニットのしわに対する余裕度を事前に評価することが可能となる。
【符号の説明】
【００４９】
４０…定着ローラ対、４２…加圧ローラ、４４…被加圧ローラ、５０…ローラ対、５２…ローラ、５４…対向ローラ、６０…しわ発生判別装置、６２…記憶手段、６４…形状算出手段、６６…しわ発生判別手段、Ｎｃ…ニップ中心、１００…複写機、１１０…ＡＤＦ、１２０…画像読み取り部、１３０…画情報書込み部、１４０…現像部、１５０…転写部、１６０…定着部、１７０…給紙部、１８０…縦搬送ユニット、２００…定着装置、２０１…定着ローラ対、２０２…加熱ローラ、２０３…加圧ローラ、２１０…速度計測装置、２１１…ライン照明光源、２１２…ラインセンサ、２１３…制御部、２１４…不揮発性メモリ、２１５…表示部、２２１…短冊、２２１ａ…切り込み、２２２…パターン、２３０…形状計測装置、２３１…照明パターン投影機、２３２…エリアセンサ、２３３…制御部、２３４…不揮発性メモリ、２３５…表示部、Ｐ、Ｐｔ…用紙、ＬＰ…レーザーパターン
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５０】
【特許文献１】特開２００８−２２４２２７公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持・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行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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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５】
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。
【請求項６】
対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持・搬送する際に、搬送方向と直交する方向における前記シート材の搬送速度分布を計測する速度計測装置であって、
前記シート材に印字された所定のパターンを搬送中に撮像する撮像手段と、
該撮像手段により撮像された画像の輝度分布から前記シート材の搬送速度分布及び該搬送速度分布の時間変化を算出する速度分布算出手段と、を備えたことを特徴とする速度計測装置。
【請求項７】
前記シート材が、搬送方向と直交する方向に並列配置された複数の短冊から構成されていることを特徴とする請求項６記載の速度計測装置。
【請求項８】
前記撮像手段がラインセンサであることを特徴とする請求項６又は７記載の速度計測装置。
【請求項９】
対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持・搬送する際の、該シート材の形状を計測する形状計測装置であって、
前記シート材の表面に所定の照明パターンを照射する照明手段と、
該照明手段により前記シート材に照射された照明パターンを搬送中に撮像する撮像手段と、
該撮像手段により撮像された画像の輝度分布から前記シート材の変形形状及び該変形形状の時間変化を計測する形状計測手段と、を備えたことを特徴とする形状計測装置。
【請求項１０】
前記照明パターンが、搬送方向と直交する方向に直線上に広げられた少なくとも１本以上のレーザー光であることを特徴とする請求項９記載の形状計測装置。
【請求項１１】
対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持・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行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１２】
対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持・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行する方向の搬送速度分布を計測する請求項６乃至８の何れか一項記載の速度計測装置と、
該速度計測装置により計測された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。
【請求項１３】
対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持・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、
シート材の形状を計測する請求項９又は１０記載の形状計測装置と、
前記形状計測装置により計測されたシート材の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。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３の何れか一項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。
【請求項１】
対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持・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行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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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５】
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。
【請求項６】
対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持・搬送する際に、搬送方向と直交する方向における前記シート材の搬送速度分布を計測する速度計測装置であって、
前記シート材に印字された所定のパターンを搬送中に撮像する撮像手段と、
該撮像手段により撮像された画像の輝度分布から前記シート材の搬送速度分布及び該搬送速度分布の時間変化を算出する速度分布算出手段と、を備えたことを特徴とする速度計測装置。
【請求項７】
前記シート材が、搬送方向と直交する方向に並列配置された複数の短冊から構成されていることを特徴とする請求項６記載の速度計測装置。
【請求項８】
前記撮像手段がラインセンサであることを特徴とする請求項６又は７記載の速度計測装置。
【請求項９】
対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持・搬送する際の、該シート材の形状を計測する形状計測装置であって、
前記シート材の表面に所定の照明パターンを照射する照明手段と、
該照明手段により前記シート材に照射された照明パターンを搬送中に撮像する撮像手段と、
該撮像手段により撮像された画像の輝度分布から前記シート材の変形形状及び該変形形状の時間変化を計測する形状計測手段と、を備えたことを特徴とする形状計測装置。
【請求項１０】
前記照明パターンが、搬送方向と直交する方向に直線上に広げられた少なくとも１本以上のレーザー光であることを特徴とする請求項９記載の形状計測装置。
【請求項１１】
対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持・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行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１２】
対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持・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行する方向の搬送速度分布を計測する請求項６乃至８の何れか一項記載の速度計測装置と、
該速度計測装置により計測された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。
【請求項１３】
対向するローラ対のニップ部にてシート材を挟持・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、
シート材の形状を計測する請求項９又は１０記載の形状計測装置と、
前記形状計測装置により計測されたシート材の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。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３の何れか一項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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１２−１８９５５９（Ｐ２０１２−１８９５５９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５８３０５（Ｐ２０１１−５８３０５）
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]