(57)【要約】【課題】定着液の液滴を安定して未定着トナー下部及び記録紙まで浸透させて定着にかかる必要時間を短くするとともに省エネルギー効果を高める。【解決手段】記録紙２上の未定着トナー３を定着するため、帯電した定着液の液滴１１を吸引するクーロン力発生用の電極６に、交流電源１３から未定着トナー３と逆極性側に動作点をオフセットさせた交流電圧を印加して、定着液の液滴１１を吸引するクーロン力発生用の電極６に直流電圧を印加する場合と比べて定着液の液滴１１を未定着トナー３の表面から内部及び記録紙２まで浸透し易くして、安定して未定着トナー３を記録紙２に定着する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを軟化させる軟化剤を溶解または分散する溶媒からなる定着液を小さな液滴として噴霧させる噴霧器と、その噴霧された液滴に電荷を付加させる電荷付与電極及びその電源とからなり、記録紙上の未定着トナーに定着液の液滴を付与し未定着トナーを溶解し記録紙に定着させる方式の定着装置において、
搬送される記録紙の未定着トナーを載せた面とは反対側の面と対向して配置された電極と、該電極に対して前記電荷付与電極で定着液の液滴に与えた極性と逆極性に動作点をオフセットした交流電圧を印加する交流電源とを有し、前記定着液の液滴をクーロン力で強制的に記録紙方向に移動させ未定着トナー及び記録紙に付着させると同時に未定着トナー上部に付着した定着液の液滴をトナー内部にから記録紙まで浸透させることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記電荷付与電極で定着液の液滴に与える電荷は、記録紙上の未定着トナーの電荷と同極性である請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記交流電源から前記電極に印加する交流電圧は、オフセット値が定着液の液滴に与えた電荷の逆極性で５００Ｖから２０００Ｖの間で、周波数は１０００〜３０００Ｈｚの間、振幅はピークピーク値が４０００Ｖｐ−ｐを越えないことを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置を使用して、トナー担持体に形成されて記録媒体に転写されたトナー像の未定着トナーに定着液の液滴を噴霧させて記録媒体に定着して画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トナー像を記録紙上に定着させて画像を形成する複写機、プリンター、ファクシミリ装置等の定着装置及びそれを使用した画像形成装置、特に定着液を使用した定着における定着時間の短縮に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
記録紙に画像を形成するため複写機やプリンター、ファクシミリ装置等の画像形成装置が使用されている。この画像形成装置の画像形成方式としてトナーを使用したいわゆる電子写真方式は、普通紙に高速、高密度で画像を形成するとともにカラー画像も手軽に作成できることからオフィス等に広く普及している。この電子写真方式では記録紙に転写されたトナー像を熱定着する方式がほとんど採用されている。熱定着方式は、ハロゲンヒーターやセラミックヒータ等の発熱体でローラやフィルム等を加熱し、未定着トナーが乗った記録紙を加圧ローラで挟んで加熱・加圧してトナーを溶融、変形させて記録紙の繊維中にアンカリングすること定着させる。この方式は均一性、安定性に優れているため広く普及している。しかしながら熱定着方式を使用した画像形成装置では消費電力の約半分以上は記録媒体に転写したトナーを加熱するために消費されており、近年の環境負荷軽減の観点から低消費電力（省エネ）の定着装置が望まれている。
【０００３】
この定着装置の省エネルギーを図るため、特許文献１には蒸気定着方式が開示されている。蒸気定着方式はトナーを溶かす溶媒蒸気中に未定着トナーが乗った記録紙を挿入するものであり、熱定着方式に比べてエネルギーの消費は少なくすることができる。しかしながらトナーを溶かす溶媒に臭気があったり、また人体に害を及ぼしたりする懸念があり、広く普及しなかった。近来、無臭・無害でトナーを膨潤・溶解させ定着可能な液が開発されてきたことで、再び液による定着方式が見直されてきている。
【０００４】
定着液を記録紙上の未定着トナーに付与する方法として、特許文献２には定着液を記録紙の表面に噴霧又は滴下して行う方法が開示されている。実際にはこの方法のように液滴がトナーに激しく当たると、静電的に記録紙に貼り付いているだけのトナーは液滴の運動エネルギーで動かされてしまうという不具合が起きる。
【０００５】
この不具合を解消するため特許文献３には、液滴化した定着液を帯電させ、クーロン力によりトナーに付着させる技術が提案されている。この方法は、小さな液滴が比較的遅い速度でトナーに当たるため運動エネルギーが小さく、トナーの動きを抑えることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近カラーのプリンターや複写機が多くなり、フルカラーの画像を形成するためには４色のトナーを重ねている。このため全体的にトナーの量が多く、特許文献３に示された定着方法では重ね合わせたトナーの上部に定着液滴は付着するが、トナー下部及び記録紙まで浸透するのに時間がかかってしまい、定着の必要時間が長くなるという不具合がある。
【０００７】
この発明は、このような不具合を解消し、安定して滴をトナー下部及び記録紙まで浸透させて定着にかかる必要時間を短くすることができるとともに省エネルギー効果の高い定着装置及びそれを使用した画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の定着装置は、トナーを軟化させる軟化剤を溶解または分散する溶媒からなる定着液を小さな液滴として噴霧させる噴霧器と、その噴霧された液滴に電荷を付加させる電荷付与電極及びその電源とからなり、記録紙上の未定着トナーに定着液の液滴を付与し未定着トナーを溶解し記録紙に定着させる方式の定着装置において、搬送される記録紙の未定着トナーを載せた面とは反対側の面と対向して配置された電極と、該電極に対して前記電荷付与電極で定着液の液滴に与えた極性と逆極性に動作点をオフセットした交流電圧を印加する交流電源とを有し、前記定着液の液滴をクーロン力で強制的に記録紙方向に移動させ未定着トナー及び記録紙に付着させると同時に未定着トナー上部に付着した定着液の液滴をトナー内部にから記録紙まで浸透させることを特徴とする。
【０００９】
前記電荷付与電極で定着液の液滴に与える電荷は、記録紙上の未定着トナーの電荷と同極性であることを特徴とする。
【００１０】
また、前記交流電源から前記電極に印加する交流電圧は、オフセット値が定着液の液滴に与えた電荷の逆極性で５００Ｖから２０００Ｖの間で、周波数は１０００〜３０００Ｈｚの間、振幅はピークピーク値が４０００Ｖｐ−ｐを越えないことを特徴とする。
【００１１】
この発明の画像形成装置は、前記定着装置を使用して、トナー担持体に形成されて記録媒体に転写されたトナー像の未定着トナーに定着液の液滴を噴霧させて記録媒体に定着して画像を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、記録媒体上の未定着トナーを定着するため、帯電した定着液の液滴を吸引するクーロン力発生用の電極に、未定着トナーと逆極性側に動作点をオフセットさせた交流電圧を印加するから、定着液の液滴を吸引するクーロン力発生用の電極に直流電圧を印加する場合と比べて定着液の液滴を未定着トナーの表面から内部及び記録媒体まで浸透し易くなり、安定して未定着トナーを記録媒体に定着することができるとともに定着に要する必要時間を短縮することができる。
【００１３】
また、クーロン力発生用の電極に、オフセット値が定着液の液滴に与えた電荷の逆極性で５００Ｖから２０００Ｖの間で、周波数は１０００〜３０００Ｈｚの間、振幅は４０００Ｖｐ−ｐを越えない交流電圧を印加することにより、定着液の液滴をあたかも振動させながら未定着トナー間を浸透して記録媒体まで浸透させるから、安定して定着液を記録媒体まで浸透させることができ、良質なトナー像を安定して定着することができる。
【００１４】
さらの、この発明の定着装置を使用した画像形成装置は、省エネルギー効果を高めることができるとともに、良質なトナー像を安定して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の定着装置の構成図である。
【図２】交流電源から電極に印加する交流電圧の波形図である。
【図３】記録紙上の未定着トナーに付着して浸透する定着液を示す模式図である。
【図４】未定着トナーに対して充分に大きい定着液の液滴の未定着トナーに対する分布を示す模式図である。
【図５】未定着トナーに対して充分に小さい定着液の液滴の未定着トナーに対する分布を示す模式図である。
【図６】画像形成装置の画像形成部と定着装置を示す構成図である。
【図７】画像形成部の各作像ユニットを示す構成図である。
【図８】中間転写ベルトを有する画像形成装置の構成図である。
【図９】縦搬送方式の定着装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、この発明の定着装置の構成図である。図に示すように、定着装置１は記録紙２上に載せた未定着トナー３にトナー定着液を適量付着させて溶解して記録紙２に定着させるものであり、搬送ベルト４と噴霧室５及び電極６を有する。搬送ベルト４は駆動ローラ７と従動ローラ８に巻き回されて、図示しない作像ユニットで未定着トナー３が転写されて搬送されてくる記録紙２を搬送する。
【００１７】
噴霧室５は、箱状に形成され、搬送ベルト４の記録紙搬送領域と対向して設けられ、搬送ベルト４の記録紙搬送領域側に開口部を有する。この噴霧室５の記録紙搬送方向の一方の側壁には噴霧部を噴霧室５内に向けて設けられた噴霧器９と、噴霧器９の近傍に設けられ、噴霧室５内に空気イオンを噴霧するイオン発生器１０とを有する。噴霧器９は、図示しない定着液貯留部から供給される定着液を噴霧して噴霧室５内に定着液の液滴１１を満たす。イオン発生器１０は噴霧室５内に空気イオン１２を噴霧する。このイオン発生器１０で噴霧した空気イオン１２が噴霧室５内に満たされた定着液の液滴１１に混ざり込み、定着液の液滴１１を帯電させる。この定着液の液滴１１を帯電するとき、記録紙２上に載せた未定着トナー３の残留電荷はマイナスなので、定着液の液滴１１も同極であるマイナスに帯電させる。すなわちイオン発生器１０から陰イオンの空気イオン１２を噴霧する。また、未定着トナー３がプラスに帯電している場合は、イオン発生器１０から陽イオンの空気イオンを噴霧して定着液の液滴１１もプラスに帯電させる。
【００１８】
電極６は、搬送ベルト４の記録紙搬送領域を挟んで噴霧室５とは反対側である搬送ベルト４の裏側に対向して設けられ、交流電源１３から定着液の液滴１１と逆の極性に動作点をオフセットした交流電圧が印加される。
【００１９】
この定着装置１により、搬送ベルト４により搬送されている記録紙２上に載せた未定着トナー３を定着するときの処理を説明する。
【００２０】
画像形成部によって形成され、マイナスに帯電している未定着トナー３を載せた記録紙２は搬送ベルト４によって搬送されて噴霧室５に入る。このとき噴霧室５に設けた噴霧器９から定着液を噴霧して噴霧室５内を定着液の液滴１１で満たし、同時にイオン発生器１０から陰イオンの空気イオン１２を噴射して噴霧室５内を満たしている定着液の液滴１１をマイナスに帯電させる。一方、交流電源１３から電極６に、図２の電圧波形図に示すように、プラス側にオフセットした交流電圧を印加する。この電極６にプラス側にオフセットした交流電圧を印加することにより、噴霧室５内でマイナスに帯電している定着液の液滴１１はクーロン力によりあたかも振動しながら記録紙２に載せた未定着トナー３間を浸透して記録紙２に定着する。
【００２１】
このように電極６に定着液の液滴１１とは逆極性の電荷をかけることにより、電極６と定着液の液滴１１との間にクーロン力を働かせて定着液の液滴１１を記録紙２の方向に移動して記録紙２の載せた未定着トナー３に塗布する方式は、特許文献３に記載されている。しかし特許文献３に示された方法は、記録紙２にカラーに対応した異なる色の未定着トナー３が幾層にも重なっている場合、定着不良を起こす場合が多い。すなわち、特許文献３に示された方法は、図３の模式図の（ｂ）に示すように、記録紙２に幾層にも重なっている未定着トナー３の上部にのみ定着液の液滴１１が付着し、記録紙２まで浸透しにくい。この定着液で未定着トナー３を記録紙２に定着する場合、図３（ａ）に示すように、定着液の液滴１１は幾層にも重なっている未定着トナー３の間に浸透し、浸透した定着液１１ａは未定着トナー３と記録紙２の間に達している必要がある。しかしながら、図３（ｂ）に示すように、幾層にも重なっている未定着トナー３の上部にのみ定着液の液滴１１が付着して定着が不完全だと、記録紙２に定着後の画像の表面を擦ったときに定着したトナーが取れてしまう不具合が起きる。上部のみに付着した定着液１１ａはその状態で釣り合っているため、これを記録紙２側にさらに浸透させる力として前記のクーロン力は非常に弱く、多少の効果はあるものの前記不具合の解決には至らない。
【００２２】
また、図３（ｃ）に示すように、定着液の液滴１１が未定着トナー３に対して充分に大きいと、液滴１１の重量により重なっている未定着トナー３を掻き分けて定着液１１ａを記録紙２にまで達することができる。しかしながら、定着液の液滴１１が未定着トナー３に対して充分に大きいと、図４に示すように、未定着トナー３に対して定着液の液滴１１が点在することになり定着不良となってしまう。この場合、定着液の液滴１１の数を多くすると未定着トナー３の全面を液滴１１で覆うことはできるが、定着に必要な定着液の量が多くなり、記録紙２に多くの定着液が塗布されてしまう。記録紙２に塗布される定着液１１ａの量は、カールやベタ付き感及び定着液量タンク容量も考慮すると少ない方が良い。例えばＡ４サイズの記録紙（210×297ｍｍ）２に塗る場合、最大でも0.2ｇ／Ａ４、できれば0.1ｇ／Ａ４以下、希望としては0.05ｇ／Ａ４の塗布量とすることが望ましい。定着液１１ａの組成により定着性に差があるため一概には言えないが、どのような組成であれ前記塗布量程度には抑えないと定着後の記録紙２の商品性に悪影響が残る。このため図３（ａ）に示すように、未定着トナー３に対して充分に小さい定着液の液滴１１を未定着トナー３に付着させて、図５に示すように、定着液の液滴１１を未定着トナー３の全面に隙間無く付着させることが望ましい。
【００２３】
しかしながら前述のように小さな大きさの液滴１１は記録紙２まで浸透しにくく、定着不良を起こしやすい。これに対して前記のように電極６に定着液の液滴１１とは逆の極性であるプラス側に動作点をオフセットさせた交流電圧を印加すると、定着液の液滴１１は交流電圧によるクーロン力によってあたかも振動しながら未定着トナー１１間を浸透していき、電極６に直流電圧を印加した場合と比べて、実験的には約５倍の早さで記録紙２に達することが確認された。この電極６に印加する交流電圧の条件としては、周波数は高い程浸透効果は高くなっていくが、3,000Ｈｚを越えると動作が不安定になる。また，振幅も大きい方が効果は高いが4,000Ｈｚを超えると放電し易くなる。また、オフセット電圧も同様に2,000Ｖを超えると放電し易くなる。このことより、電極６に印加する交流電圧は、周波数が3,000Ｈｚ、振幅はピークピーク値が4,000Ｖｐ−ｐ、オフセット電圧は2,000Ｖにて実験を行い、前述の通り電極６に直流電圧を印加した場合と比べて約５倍の浸透速度を得ることができた。この電極６に印加する交流電圧は、未定着トナー３がプラスに帯電して定着液の液滴１１をプラスに帯電させている場合に、動作点をマイナス側にオフセットした交流電圧を印加する場合も同様な結果を得ることができる。
【００２４】
次に、定着装置１を使用した画像形成装置について説明する。画像形成装置は、図６の構成図に示すように、画像形成部２０と定着装置１を有する。画像形成部２０は、ブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の作像ユニット２１Ｋ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｙを有する。各作像ユニット２１Ｋ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｙは、駆動ローラ２２と従動ローラ２３に巻き回られて記録紙２を搬送する搬送ベルト２４に沿って記録紙２の搬送方向に順で配置されている。
【００２５】
各作像ユニット２１Ｋ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｙは、図７の構成図に示すように、像担持体２５と、像担持体２５の周囲に配置された帯電チャージャ２６と、現像装置の現像スリーブ２７と、プラス転写チャージャ２８と、クリーニング装置のクリーニングブラシ２９とクリーニングブレード３０及び除電ランプ３１を有する。この作像ユニット２１でトナー像を形成するとき、像担持体２５の表面を帯電チャージャ２６で均一にマイナス帯電し、不図示の書込み装置からの露光Ｌにより像担持体２５の表面に潜像を形成する。この像担持体２５に形成された潜像にはプラス帯電キャリア３２上のマイナス帯電トナー３が現像スリーブ２７により転写されて可視化されトナー像が形成される。像担持体３０に形成されたトナー像はプラス転写チャージャ２８により搬送ベルト２４で搬送されている記録紙２上に転写されて未定着トナー画像となる。像担持体２５の上面に残留しているトナーはクリーニングブラシ２９とクリーニングブレード３０により除去され、トナーが除去された像担持体２５は表面が除電ランプ３５により除電される。この処理を繰り返して搬送ベルト２４で搬送される記録紙２にトナー像を形成する。
【００２６】
この画像形成装置で記録紙２に画像を形成するとき、搬送ベルト３４で搬送される記録紙２にはブラック、マゼンタ、シアン、イエローの順で像担持体３１からトナー像が転写され、各色の未定着トナー３が重なってカラー画像を形成する。この未定着トナー３が重なってカラー画像が形成された記録紙２は定着装置１に搬送されて定着液の液滴１１により未定着トナー３が溶解して定着される。このようにして良質なカラー画像を記録紙２に形成することができる。
【００２７】
また、記録紙２に載せた未定着トナー３を定着液の液滴１１で溶解して定着するから、熱定着方式のように非常に電力を消費しないですむ。また、熱定着方式は画像形成装置を使用していないときも、立ち上がりに時間を早くするためにヒーター温度をかなり高く保つ必要があり、稼働中はスタンバイ状態を含めてかなりの電力を消費しているに対して定着液の液滴１１を使用した定着装置１は立ち上がり時間が早いとともにスタンバイ状態でほとんど電力を消費しないですみ、省エネルギーを図ることができる。
【００２８】
前記説明では像担持体３０に形成されたトナー像を記録紙２に直接転写する場合について説明したが、像担持体３０に形成されたトナー像を中間転写ベルトに転写し、中間転写ベルトに転写した未定着トナー３のトナー像を記録紙２に転写する場合でも、記録紙２に転写した未定着トナー３を定着装置１で同様に定着することができる。
【００２９】
図８は、中間転写ベルトを使用した画像形成装置の構成を示す。図８に示した画像形成装置４０の画像形成部２０ａは、ブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の作像ユニット２１Ｋ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｙで形成したトナー像をそれぞれ中間転写ベルト４１に重ね合わせて転写し、中間転写ベルト４１に転写したトナー像を給紙カセット４２から搬送経路４３を通ってきた記録紙２に転写ローラ４４で転写する。このカラー画像が形成された記録紙２は縦搬送方式の定着装置１ａに搬送されて定着液の液滴１１により未定着トナー３が溶解して定着される。
【００３０】
この記録紙２に転写した未定着トナー３を定着する縦搬送方式の定着装置１ａは、図９の構成図に示すように、画面下方向より搬送されてきた記録紙２は、電極６を介して静電搬送する搬送ベルト４により搬送され、重力に抗って上方向に搬送されて噴霧室５に入る。このとき噴霧室５に設けた噴霧器９から例えば超音波を利用して定着液溜まり５１に貯留された定着液を噴霧して噴霧室５内を定着液の液滴１１で満たし、同時にイオン発生器１０から陰イオンの空気イオン１２を噴射して噴霧室５内を満たしている定着液の液滴１１をマイナスに帯電させる。一方、交流電源１３から電極６に、プラス側にオフセットした交流電圧を印加して噴霧室５内でマイナスに帯電している定着液の液滴１１はクーロン力によりあたかも振動しながら記録紙２に載せた未定着トナー３間を浸透して記録紙２に定着する。ここで噴霧器９から超音波を利用して定着液の液滴１１を噴霧する場合について示したが、他の方式で噴霧しても良い。また、噴霧室５内の余剰液滴は回収管５２を通してファン５３により吸い出され、濾過器５４で回収して定着液溜まり５１に戻して再利用する。定着液の液滴１１により定着されたトナー像を有する記録紙２は加圧ローラ５５で加圧され定着力や色の再現性を向上させる。
【００３１】
このように中間転写ベルト４１を使用した画像形成装置４０でも記録紙２に載せた未定着トナー３を定着液の液滴１１で溶解して定着し、熱定着方式のように非常に電力を消費しないですむ。
【符号の説明】
【００３２】
１；定着装置、２；記録紙、３；未定着トナー、４；搬送ベルト、５；噴霧室、
６；電極、７；駆動ローラ、８；従動ローラ、９；噴霧器、１０；イオン発生器、
１１；定着液の液滴、１２；空気イオン、１３；交流電源、２０；画像形成部、
２１；作像ユニット、２５；像担持体、４０；画像形成装置。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】特公昭４０−１０８６７号公報
【特許文献２】特許第３２９０５１３号公報
【特許文献３】特開２００６−１６３０８３号公報
【図１】
2010164724.tif 000003
【図２】
2010164724.tif 000004
【図３】
2010164724.tif 000005
【図４】
2010164724.tif 000006
【図５】
2010164724.tif 000007
【図６】
2010164724.tif 000008
【図７】
2010164724.tif 000009
【図８】
2010164724.tif 000010
【図９】
2010164724.tif 000011