(57)【要約】【課題】  定着プロセスにおいて、トナーの変形とトナーにかかる荷重を同時に計測し、定着プロセスに関わるトナーの挙動を可視化計測することができる可視化計測方法および可視化計測装置を提供すること。【解決手段】  トナーを定着させる定着対象物と、前記定着対象物に対向する定着部材と、前記定着部材の動作を制御し、トナー及び前記定着対象物に荷重を加える手段と、前記荷重を計測する手段と、前記定着対象物と定着部材の温度をそれぞれ制御する手段と、トナーの変形を撮像する手段を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを定着させる定着対象物と、前記定着対象物に対向する定着部材と、前記定着部材の動作を制御し、トナー及び前記定着対象物に荷重を加える手段と、前記荷重を計測する手段と、前記定着対象物と定着部材の温度をそれぞれ制御する手段と、トナーの変形を撮像する手段を有することを特徴とする可視化計測装置。
【請求項２】
前記撮像する手段は、定着対象物と定着部材の対向面に対して平行な方向から撮像することを特徴とする請求項1に記載の可視化計測装置。
【請求項３】
トナーを定着対象物に配置する工程と、前記定着対象物に対向する定着部材を動作させて荷重を加える工程と、前記荷重を計測する工程と、前記定着対象物と定着部材をそれぞれ加熱する工程と、トナーの変形を撮像する工程を有することを特徴とする可視化計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトナーを用いた画像形成プロセスにおけるトナー定着の可視化計測方法および可視化計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、複写機、プリンター、Faxなどの画像形成装置として、電子写真プロセスを用いた方法が広く用いられている。このような画像形成装置では、トナーを紙などのメディアに転写した後、定着プロセスを経てトナーをメディアに定着し、画像を形成している。
【０００３】
トナーを用いた定着方法には大きく分けて2種あり、一つは熱定着と呼ばれる熱と圧力による定着で、もう一つは圧力定着と呼ばれる圧力のみの定着である。前者の熱定着は、2本の加熱したローラー間を通して定着させる方法が一般的であり、ローラー内でトナーを溶融させ、同時に圧力を加えることでトナーをメディア定着させる。この方法はトナーとメディアとの接着力が強いなどの利点を持つため、現行の定着方法の主流を占めている。しかし、熱を発生させなければならないため、昇温のための電力が必要となる。後者の圧力定着は、熱を使用しないために消費電力が少ないと言う利点があるが、メディアとトナーとの接着力が弱く剥離強度が弱い。また、大きな圧力が必要となるため定着器の重量が重くなるという欠点をもつ。
【０００４】
熱定着における昇温のための電力消費は、機器全体で最も大きな電力を消費する。昨今、エコロジーの観点からの省電力化への要望は大きく、画質を落とさずにさらなる省電力化を実現できる技術が求められている。技術の獲得には定着プロセスにおけるトナーの挙動を詳細に理解する必要があるが、従来、このようなトナーの挙動を調べるにあたって、定着後の画像から調べられてきた。しかし、このように最終的な画像からトナー挙動を調べた場合、温度や荷重、または材料がどのようにトナー挙動に影響を及ぼしているかを知るのは困難であった。
【０００５】
定着プロセスを透明な定着部材を通して可視化計測する方法および装置が知られている。この方法においてはトナーの広がりを観測できるが、定着部材とトナーが接するタイミングや、トナー厚み、トナー自身にかかる荷重を同時に計測することは困難であり、定着プロセスに関わるトナーの溶融変形挙動を知ることは困難であった。
【０００６】
又、従来例としては、例えば特許文献１と特許文献２をあげることが出来る。
【特許文献１】特開２００２−３５７５２０号公報
【特許文献２】特開２００４−１１７４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記のように、従来の観察方法では、定着プロセスにおけるトナー挙動を理解するには十分でなかった。本発明は、本発明は定着プロセスにおいて、トナーの変形とトナーにかかる荷重を同時に計測し、定着プロセスに関わるトナーの挙動を可視化計測することができる可視化計測方法および可視化計測装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本出願に関わる第1の発明は、前記課題を解決するため、トナーを定着させる定着対象物と、前記定着対象物に対向する定着部材と、前記定着部材の動作を制御し、トナー及び前記定着対象物に荷重を加える手段と、前記荷重を計測する手段と、前記定着対象物と定着部材の温度をそれぞれ制御する手段と、トナーの変形を撮像する手段を有することを特徴とする可視化計測装置である。
【０００９】
前記撮像は、定着対象物と定着部材の対向面に対して平行な方向から撮像することが望ましい。
【００１０】
本出願に関わる第2の発明は、前記課題を解決するため、定着プロセスにおけるトナーの挙動を可視化計測する方法において、前記の可視化計測手段を採用して行うことを特徴とする可視化計測方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の可視化計測方法および可視化計測装置によれば、定着プロセスにおけるトナーの変形とトナーにかかる荷重が計測できるため、定着プロセスにおけるトナー変形挙動およびトナー特性を詳細に調べることができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図1は本発明の可視化計測装置の概略図である。
【００１４】
トナー101は定着対象物102に配置され、前記定着対象物102は支持体103に当接されている。前記支持体103はヒーター104に当接され、同時に、前記支持体103はロードセル105と高剛性体によりつながっており、前記定着対象物102にかかる荷重は前記ロードセル103により計測される。
【００１５】
前記定着対象物102には通常、実際にコピー機や複写機で用いられている紙やOHTシートを用いられるが、ガラス板などの高剛性且つ熱膨張の小さい材料を用いても良い。前記支持体103もガラス板などの高剛性且つ熱膨張の小さい材料を用いることが好ましい。
【００１６】
トナー101の近傍には極細の熱電対108が取り付けられており、前記熱電対108はコントロールボックス109と接続され、前記コントロールボックス109は電源107と接続され、前記電源107は前記ヒーター104と接続されている。
【００１７】
前記コントロールボックス109は零接点補償の機構をもち、熱電対108で発生する電圧からトナー近傍の温度を読み取り、PID制御により前記電源107の出力を制御する。これより、前記トナー101近傍の前記定着対象物102の温度を任意に制御することができる。
【００１８】
前記熱電対108はトナー近傍の定着対象物102の温度を計測するために取り付けてあるため、赤外線温度計や蛍光温度計、抵抗温度計等に置き換えた温度計測でも良く、この場合には前記コントロールボックス109の温度変換機構をそれぞれに対応する温度変換機構に置き換える必要がある。
【００１９】
前記定着対象物102に対向する位置に定着部材110を配置し、前記定着部材110は支持体111に当接され、前記支持体111にはヒーター112が取り付けられている。熱電対115は前記定着部材110のトナー101に対向する位置近傍に配置され、前記熱電対115はコントロールボックス114と接続されている。前記コントロールボックス114は電源113と接続され、前記電源113は前記ヒーター112と接続されている。
【００２０】
前記定着部材110は通常、実際のコピー機や複写機で用いられている樹脂材料が用いられるがガラス板などの高剛性且つ熱膨張の小さい材料を用いても良い。
【００２１】
前記コントロールボックス114は零接点補償の機構をもち、熱電対115で発生する電圧から前記定着部材110のトナー101に対向する位置近傍の温度を読み取り、PID制御により前記電源113の出力を制御する。これより、前記定着部材110のトナー101に対向する位置近傍の温度を任意に制御することができる。
【００２２】
前記熱電対115は前記熱電対108と同様に、赤外線温度計や蛍光温度計、抵抗温度計等に置き換えた温度計測でも良く、この場合には前記コントロールボックス114の温度変換機構をそれぞれに対応する温度変換機構に置き換える必要がある。
【００２３】
前記支持体111は連結体120を通して上下スライダ116と連結されており、支持体はステッピングモーター117とカウンタバランス118により上下にスライドする。前記カウンタバランスの動力源としては圧縮空気119を用いた。前記カウンタバランスとしてはバネを用いても良い。
【００２４】
すなわち、前記支持体111に当接された定着部材110は前記定着対象物102の方向に平行移動し、トナー101を押しつぶす。
【００２５】
122は高速度カメラであり、前記高速度カメラには顕微鏡レンズ121が装着されており、前記高速度カメラ122によりトナー101近傍の画像が撮像される。この時、前記顕微鏡121により画像は拡大されている。
【００２６】
撮像は、定着対象物と定着部材の対向面に対して平行な方向から撮像することが好ましい。そして、トナー101の変形を明瞭に撮像するには、前記顕微鏡レンズ121の被写界深度内に、前記トナー101に加え前記定着対象物102のカメラ側の切片、および前記定着部材110のカメラ側の切片を配置する方が望ましい。なお、粒径が数ミクロンのトナーを用いる場合には、数ミクロンの被写界深度しか持たない高倍率の顕微鏡レンズを用いなければならず、マニュピュレータを用いることでトナーを被写界深度内に配置することが容易となる。
【００２７】
123は照明用の光源であり、トナー101に対して正面からと、カメラと反対側から光が照射される。
【００２８】
前記反対側の光を照射することで、トナー101を影として撮像することができ、トナー101の輪郭および定着対象物102の切片、定着部材110の切片を鮮明に撮像することができる。トナー101の影をさらに明瞭に撮像するには、カメラに対して定着対象物102を3°〜10°程度俯角に傾けると良い。106は俯角を取るためのチルト機構である。
【００２９】
前記ステッピングモーター117、前記コントロールボックス109、114、前記高速度カメラ122はメインコントロールボックス124に接続され、メインコントロールボックス124はコンピュータ125に接続されている。また、前記コンピュータ125は前記コントロールボックス109、104と高速度カメラ122とロードセル105とも接続されている。
【００３０】
前記コンピュータ125により定着部材110の変位速度、変位量および、トナー101近傍の定着対象物102の温度、トナー101に対向する位置近傍の定着部材110の温度、撮像時間を設定し、前記設定を前記メインコントロールボックス124に受け渡し、前記メインコントロールボックス124は前記ステッピングモーター117および前記コントロールボックス109、114、高速度カメラ122に前記設定値に対応する制御命令を出す。トナー101は定着対象物と定着部材にはさまれて変形し、この時に撮像された画像が前記高速度カメラから前記コンピュータ125に送信され、同時にトナーおよび前記定着対象物にかかる荷重をロードセルからコンピュータに送られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例に関わる可視化計測装置を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
101  トナー
102  定着対象物
103  支持体
104  ヒーター
105  ロードセル
106  チルト機構
107  電源
108  熱電対
109  コントロールボックス
110  定着部材
111  支持体
112  ヒーター
113  電源
114  コントロールボックス
115  熱伝対
116  上下スライダ
117  ステッピングモーターb
118  カウンタバランス
119  圧縮空気
120  連結体
121  顕微鏡レンズ
122  高速度カメラ
123  光源
124  メインコントロールボックス
125  コンピュータ
【図１】
2006349742.tif 000003