(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を形成する前の用紙の表面を改質するための用紙表面改質装置であって、
用紙表面に酸化処理を施す酸化手段を有し、該酸化手段によりトナーの定着性が高くなるように用紙表面を改質する用紙表面改質装置。
【請求項２】
画像を形成する前の用紙の表面を改質するための用紙表面改質装置であって、
用紙表面に還元処理を施す還元手段を有し、該還元手段によりトナーの定着性が低くなるように用紙表面を改質する用紙表面改質装置。
【請求項３】
画像を形成する前の用紙の表面を改質するための用紙表面改質装置であって、
用紙表面に酸化処理を施す酸化手段と、該用紙表面に還元処理を施す還元手段と、該酸化手段又は該還元手段のいずれかの駆動を選択する手段とを有し、トナーの定着性が任意の方向に変化するように用紙表面を改質する用紙表面改質装置。
【請求項４】
請求項１又は３の用紙表面改質装置において、
上記酸化手段が、紫外線照射によるオゾン作用又はコロナチャージャによる正帯電であることを特徴とする用紙表面改質装置。
【請求項５】
請求項２又は３の用紙表面改質装置において、
上記還元手段が、還元性ガスの照射、電子ビームの照射、水素イオンの照射又はコロナチャージャによる負帯電であることを特徴とする用紙表面改質装置。
【請求項６】
潜像担持体と、現像剤を担持して搬送する現像剤担持体により該潜像担持体表面に形成された潜像を現像する現像手段とを有する画像形成装置において、
画像形成工程への搬送前の用紙表面を、請求項３の用紙表面改質装置を用いて改質することを特徴とする画像形成装置装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置における定着技術、並びに、該画像形成装置による画像形成後の用紙のリサイクル技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、上記画像形成装置は、オフィス、生産現場、流通業などにおいて幅広く普及している。
この画像形成装置で使用される用紙には、通常、インクのにじみ防止のためのサイズ剤の調整、帯電作用を利用する現像を行う場合の電気的な表面抵抗調整、複雑且つ高速搬送に対応するための剛度調整、トナーとの密着性を確保するための表面調整などを行うべく様々な添加剤が加えられている。そして、この製紙メーカーによって千差万別な添加剤の配合比が、画像形成装置で使用される用紙の種類増加をもたらしている。
【０００３】
また、近年の古紙パルプの配合比率の高まりや海外紙の使用が、画像形成装置で使用される用紙の種類をますます増加させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記画像形成装置においては、上述のような種々雑多な用紙とトナーとのマッチングを図るために装置毎に決められた指定紙を設けているという実状があり、この用紙に対する制約条件によって汎用性が低下するという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明人は、用紙からのトナーの剥離に水は必ずしも必須でないという事実に基づいて鋭意研究を行ったところ、用紙表面における極性基と非極性基との存在比率を変化させて用紙表面を改質することで、トナーの定着性を任意に変化させることが可能であるという結論が得られた。以下、具体的な検討内容について説明する。
【０００６】
市販の用紙及び研究用に独自に作成した用紙について、ＥＳＣＡ解析法(Electron  Scanning  Chemical  Analysis）により用紙表面を分析し、トナー定着性との関係を考察した。
【０００７】
ここで、上記ＥＳＣＡ解析法は、軟Ｘ線の照射により物質表面から出現する光電子を分離定量することを基本原理として、元素名、結合状態及び存在比率のデータを得るものであり、現在、コート紙の表面分析手法としては定着したものとして位置づけられている。なお、表１は、炭素ピークの帰属を示すものである。表中のＣ１及びＯ１は非極性基を示し、Ｃ２、Ｃ３及びＯ２は極性基を示す。また、Ｃ１は疎水性を意味する。
また、トナー定着性のデータは、用紙上に形成したトナーパターンの濃度と、該トナーパターンに所定の粘着テープを５ｋｇ重の重りで押圧しながら張り付けた後に該テープを剥がして検出したトナーパターン濃度との比率を算出したものである。
【０００８】
【表１】
0003665693.tif 000002
【０００９】
図１は、用紙表面におけるＣ１の割合とトナー定着性との関係を示すグラフである。このグラフより、Ｃ１の割合が多いほどトナー定着性は低くなる傾向があることが分かる。また、図２は、用紙表面におけるＣ２の割合とトナー定着性との関係を示すグラフである。このグラフより、Ｃ２の割合が多いほどトナー定着性は高くなる傾向があることが分かる。また、図３は、用紙表面におけるＯ２の割合とトナー定着性との関係を示すグラフである。このグラフより、Ｏ２の割合が多いほどトナー定着性は高くなる傾向があることが分かる。なお、図２及び３に示す曲線は、データ点から算出した近似曲線である。
【００１０】
以上の検討から、用紙表面における極性基と非極性基との存在比率を変化させて用紙表面を改質することで、トナー定着性を任意に変化させることができることが判明した。具体的には、用紙表面における極性基（ＥＳＣＡ解析法で言うところのＣ２、Ｃ３及びＯ２）の存在比率を増加させることにより、トナー定着性を高くすることができ、用紙表面における非極性基（ＥＳＣＡ解析法で言うところのＣ２、Ｃ３及びＯ２）の存在比率を増加させることにより、トナー定着性を低くすることができることが判明した。
【００１１】
本発明は以上の背景のもとに鑑みなされたものであり、その目的とするところは、画像形成装置におけるトナーとのマッチングを図るための用紙に対する制約条件を削減することを可能にする用紙表面改質装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、画像を形成する前の用紙の表面を改質するための用紙表面改質装置であって、用紙表面に酸化処理を施す酸化手段を有し、該酸化手段によりトナーの定着性が高くなるように用紙表面を改質することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項１の用紙表面改質装置においては、酸化手段により用紙表面に酸化処理を施す。これにより、用紙表面における極性基の存在比率が増加して、トナーの定着性が高くなるように用紙表面が改質される。この酸化処理の程度を調整することにより、トナーの定着性を任意に高くすることができる。
【００１４】
また、請求項２の発明は、画像を形成する前の用紙の表面を改質するための用紙表面改質装置であって、用紙表面に還元処理を施す還元手段を有し、該還元手段によりトナーの定着性が低くなるように用紙表面を改質することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項２の用紙表面改質装置においては、還元手段により用紙表面に還元処理を施す。これにより、用紙表面における非極性基の存在比率が増加して、トナーの定着性が低くなるように用紙表面が改質される。この還元処理の程度を調整することにより、トナーの定着性を任意に低くすることができる。
【００１６】
また、請求項３の発明は、画像を形成する前の用紙の表面を改質するための用紙表面改質装置であって、用紙表面に酸化処理を施す酸化手段と、該用紙表面に還元処理を施す還元手段と、該酸化手段又は該還元手段のいずれかの駆動を選択する手段とを有し、トナーの定着性が任意の方向に変化するように用紙表面を改質することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項３の用紙表面改質装置においては、酸化手段の駆動が選択された場合は、用紙表面における極性基の存在比率が増加して、トナーの定着性が高くなるように用紙表面が改質される。また、還元手段の駆動が選択された場合は、用紙表面における非極性基の存在比率が増加して、トナーの定着性が低くなるように用紙表面が改質される。酸化手段又は還元手段のいずれを駆動するかの選択は、ユーザーが、用紙の表面状態や用途などに応じて行う。例えば、ユーザーは、用紙がコート紙や多量の界面活性剤を付与されて再生された用紙などの比較的定着性の低いものである場合は、酸化手段の駆動を選択し、該用紙が比較的定着性の高いものである場合は、還元手段の駆動を選択する。また、ユーザーは、用紙の用途が、保存用である場合は酸化処理の駆動を選択し、リサイクル用である場合は還元処理の駆動を選択する。この選択により、トナーの定着性が任意の方向に変化するように用紙表面が改質される。なお、酸化処理又は還元処理の程度を調整することにより、トナーの定着性を任意に変更することができる。
【００１８】
また、請求項４の発明は、請求項１又は３の用紙表面改質装置において、上記酸化手段が、紫外線照射によるオゾン作用又はコロナチャージャによる正帯電であることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項４の用紙表面改質装置においては、紫外線照射のオゾン作用又はコロナチャージャによる正帯電によって用紙表面に酸化処理を施す。
【００２０】
また、請求項５の発明は、請求項２又は３の用紙表面改質装置において、上記還元手段が、還元性ガスの照射、電子ビームの照射、水素イオンの照射又はコロナチャージャによる負帯電であることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項５の用紙表面改質装置においては、還元性ガスの照射、電子ビームの照射、水素イオンの照射又はコロナチャージャによる負帯電により用紙表面に還元処理を施す。
【００２２】
また、請求項６の発明は、潜像担持体と、現像剤を担持して搬送する現像剤担持体により該潜像担持体表面に形成された潜像を現像する現像手段とを有する画像形成装置において、画像形成工程への搬送前の用紙表面を、請求項３の用紙表面改質装置を用いて改質することを特徴とするものである。
【００２３】
請求項６の画像形成装置においては、画像形成工程への搬送前の用紙表面を、請求項３の用紙表面改質装置を用いて改質する。この用紙表面改質装置における酸化処理又は還元処理の程度を調整することにより、任意のトナー定着性が得られるように改質することができる。これにより、画像形成装置において任意のトナー定着性の画像が形成される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る用紙表面改質装置の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る用紙表面改質装置は、用紙表面に酸化処理を施す酸化手段と、用紙表面に還元処理を施す還元手段と、ユーザーが該酸化手段又は該還元手段のいずれかを選択できる選択手段とを備え、乾式プロセスで用紙表面に酸化処理又は還元処理を施すことにより、該用紙表面における極性基と非極性基との存在比率を変化させて、任意のトナー定着性が得られるように用紙表面を改質するものである。
【００２５】
図４は、用紙表面改質装置における酸化手段及び還元手段の概略構成図である。
上記酸化手段及び上記還元手段としてコロナチャージャの原理を用いた用紙表面改質装置は、金属ドラム２、該ドラム２の曲率に沿って用紙３を搬送するための複数のコロ４、コロナ放電を発生させる高圧電極５及び高圧電源発生器６などから構成されている。ユーザーによって酸化手段の駆動が選択されると、コロナ放電により用紙表面が正極性に帯電し、該用紙表面における極性基の存在比率が増加する。これにより、用紙表面はトナー定着性が高くなるように改質される。一方、ユーザーによって還元手段の駆動が選択されると、コロナ放電により用紙表面が負極性に帯電し、該用紙表面における非極性基の存在比率が増加する。これにより、用紙表面はトナー定着性が低くなるように改質される。なお、除電しても改質後の用紙表面の状態、すなわち、トナー定着性は保たれる。
【００２６】
図５は、用紙表面改質装置における酸化手段の変形例を示す概略構成図である。
酸化手段として紫外線照射によるオゾン作用を利用した用紙表面改質装置は、紫外線ランプ７、反射鏡８、高圧電源９などから構成されている。
【００２７】
なお、以下に述べる方法によっても、トナー定着性を任意に変更することができることが判明した。
トナー定着性を高くしたい場合は、該用紙表面から電子を奪いやすいガス雰囲気中（以下、酸化性雰囲気中という）で用紙を搬送する。これにより、用紙表面のカルボニル基やカルボキシル基などの極性基の存在比率が増加して、トナー定着性が高くなるように用紙表面が改質される。なお、酸化性雰囲気としては、塩素や臭素などのハロゲンガスや活性化された酸素やオゾンなどが挙げられる。また、この酸化雰囲気中での処理は、上記ＥＳＣＡ解析法で言うところのＯ２の増加を意味する。
【００２８】
一方、トナー定着性を低くしたい場合は、該用紙を他の物質に電子を与えやすいガス雰囲気中（以下、還元性雰囲気中という）で用紙を搬送する。これにより、用紙表面のメチレン基や無機酸素などの非極性基の存在比率が増加して、表面エネルギーが低い状態になってトナー定着性が低くなるように用紙表面が改質される。なお、還元性雰囲気としては、発生期状態の水素、不安定な水素化合物（ＨＩ、Ｈ2Ｓ）、一酸化炭素や二酸化硫黄などが挙げられる。また、この還元雰囲気中の処理は、上記ＥＳＣＡ解析法で言うところのＯ１の増加を意味する。
【００２９】
図６は、用紙表面改質装置１と複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置１０との関係の説明図である。また、図７は、用紙表面改質装置、画像形成装置及び該画像形成装置で形成されたトナー像を用紙から除去する像形成物質除去装置における処理工程の一例を示すブロック図である。
まず、ユーザーは、用紙の表面状態からトナー定着性が高いか低いかを判断するとともに、画像形成装置で使用する用紙の用途が保存用であるかリサイクル用であるかに応じて、用紙表面改質装置における処理モードを選択する（ステップ１）。例えば、画像形成装置で使用する用紙の用途が保存用である場合は、酸化手段の駆動を選択し、画像形成装置で使用する用紙の用途がリサイクル用であっる場合は、還元手段の駆動を選択する。なお、ユーザーが用紙の表面状態などに応じて酸化処理又は還元処理の程度を調整することにより、トナーの定着性を任意に変更することができる。
【００３０】
リサイクル用の用途として還元処理モードが選択された場合、用紙表面改質装置の還元手段により用紙表面はトナー定着性が低くなるように改質される（ステップ２ａ）。そして、改質された用紙は、画像形成装置において、任意のトナー定着性のトナー像が形成されるとともに、リサイクル用であることを記すマークが付与される（ステップ３ａ、４ａ）。このリサイクル用マークの付与された用紙が像形成物質除去装置に給紙されると、該装置においてマークの判定が行われ、リサイクル用であることが検知された後に用紙からトナーが除去される（ステップ６ａ）。
【００３１】
一方、保存用の用途として酸化処理モードが選択された場合、用紙表面改質装置の酸化手段により用紙表面はトナー定着性が高くなるように改質される（ステップ２ｂ）。そして、改質された用紙は、画像形成装置において、任意のトナー定着性のトナー像が形成されるとともに、保存用であることを記すマークが付与される（ステップ３ｂ、４ｂ）。この保存用マークの付与された用紙が像形成物質除去装置に給紙されると、該装置において、マークの判定が行われ、保存用であることが検知され、トナーの除去動作は行われずにそのまま用紙は排出される（ステップ６ｂ）。
【００３２】
以上のように、本実施形態は、ユーザーが画像形成装置で使用する用紙の表面状態に応じて酸化手段又は還元手段のいずれかの駆動を選択するとともに、該処理の程度を調整することで、トナーの定着性を任意に変更することができる。よって、画像形成装置において、使用する用紙のトナー定着性が高い場合においても低い場合においても、任意のトナー定着性が得られるように用紙表面を改質することで、トナーとのマッチングに起因する用紙に対する制約条件を大幅に削減できる。したがって、汎用性が増す。
【００３３】
また、本実施形態は、画像形成装置の定着プロセスにおいて、装置スペックの高速化や低温化を図る上で、用紙表面とトナーとの親和性が小さい場合に定着圧の変化ではカバーできずに発生していた定着不良も低減できる。
【００３４】
また、本実施形態は、ユーザーが画像形成装置で使用する用紙の用途に応じて酸化手段又は還元手段のいずれかの駆動を選択することで、該用途に応じたトナー定着性を得ることができる。特に、上記酸化手段は、画像形成装置で使用する用紙の用途が保存用である場合の改質に有効であり、上記還元手段は画像形成装置で使用する用紙の用途がリサイクル用である場合の改質に有効である。
【００３５】
なお、本実施形態では、用紙表面改質装置が画像形成装置とは別構造であるが、画像形成装置内に該用紙表面改質装置を設けてもよい。なお、この場合は、用紙表面改質装置による改質後の用紙が、画像形成工程へ搬送されるように構成する。
【００３６】
また、上記用紙表面改質装置を上記像形成物質除去装置内に設けてもよい。なお、この場合は、トナー除去後の用紙が用紙表面改質装置によって改質された後に装置外に排出されるように構成する。特に、像形成物質除去装置が不安定化剤として水や界面活性剤を含む水溶液などを用紙に付与してトナーを除去する湿式プロセスにおいて、トナー定着性が低く再生された用紙の改質に有効である。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、用紙表面に施す酸化処理の程度を調整することにより、該用紙へのトナーの定着性を任意に高めることができる。よって、画像形成装置において、使用する用紙がコート紙や多量の界面活性剤を付与されて再生された用紙などの比較的トナー定着性の低いものである場合に、任意のトナー定着性が得られるように用紙表面を改質することにより、トナーとのマッチングに起因する用紙に対する制約条件を削減でき、汎用性が増すという優れた効果がある。
また、画像形成装置で使用する用紙の用途が保存用である場合の改質に有効な用紙表面改質装置を提供できるという優れた効果がある。
【００３８】
また、請求項２の発明によれば、用紙表面に施す還元処理の程度を調整することにより、該用紙へのトナーの定着性を任意に低くすることができる。よって、画像形成装置において、使用する用紙が比較的トナー定着性の高いものである場合に、任意のトナー定着性が得られるように用紙表面を改質することで、トナーとのマッチングに起因する用紙に対する制約条件を削減でき、汎用性が増すという優れた効果がある。
また、画像形成装置で使用する用紙の用途がリサイクル用である場合の改質に有効な用紙表面改質装置を提供できるという優れた効果がある。
【００３９】
また、請求項３又は６の発明によれば、用紙表面に施す酸化処理又は還元処理の程度を調整することにより、トナーの定着性を任意に変更することができる。よって、画像形成装置において、使用する用紙のトナー定着性が高い場合においても低い場合においても、任意のトナー定着性が得られるように用紙表面を改質することで、トナーとのマッチングに起因する用紙に対する制約条件を大幅に削減でき、非木材紙のような低品質の用紙の使用も可能となり汎用性が増すという優れた効果がある。
また、画像形成装置で使用する用紙の用途が保存用である場合の改質においても、リサイクル用である場合の改質においても有効な用紙表面改質装置を提供できるという優れた効果がある。
【００４０】
なお、従来、画像形成装置の定着プロセスにおいては、定着圧を様々に変化させて装置スペックの高速化や低温化に対応していたが、用紙表面とトナーとの親和性が小さい場合は、この定着圧の変化では該親和性が小さいことをカバーできずに定着不良が生じていた。請求項３又は６の発明によれば、このような定着不良も低減できるという優れた効果がある。
【００４１】
また、請求項４の発明によれば、紫外線照射によるオゾン作用又はコロナチャージャによる正帯電という簡易な方法で、トナーの定着性が高くなるように用紙表面を改質できるという優れた効果がある。
【００４２】
また、請求項５の発明によれば、還元性ガスの照射、電子ビームの照射、水素イオンの照射又はコロナチャージャによる負帯電という簡易な方法で、トナーの定着性が低くなるように用紙表面を改質できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】用紙表面におけるＣ１の割合とトナー定着性との関係を示すグラフ。
【図２】用紙表面におけるＣ２の割合とトナー定着性との関係を示すグラフ。
【図３】用紙表面におけるの割合とトナー定着性との関係を示すグラフ。
【図４】用紙表面改質装置における酸化手段及び還元手段の概略構成図。
【図５】用紙表面改質装置における酸化手段の変形例を示す概略構成図。
【図６】用紙表面改質装置と画像形成装置との関係の説明図。
【図７】用紙表面改質装置、画像形成装置及び像形成物質除去装置における処理工程の一例を示す図。
【符号の説明】
１        用紙表面改質装置
２        金属ドラム
３        用紙
４        コロ
５        高圧電極
６        高圧電源発生器
７        紫外線ランプ
８        反射鏡
９        高圧電源
１０        画像形成装置
【図１】
0003665693.tif 000003
【図２】
0003665693.tif 000004
【図３】
0003665693.tif 000005
【図４】
0003665693.tif 000006
【図５】
0003665693.tif 000007
【図６】
0003665693.tif 000008
【図７】
0003665693.tif 000009