(57)【要約】  【課題】  定着後のトナー像にワックスが含まれる場合であっても、グロス(光沢度)の向上を図ると共に、ローラマークの発生を防止する。  【解決手段】  記録媒体上に画像形成されたトナー像を加熱定着する定着器２９と、この定着器２９により加熱定着されたトナー像を、トナー像に含まれるワックスの融点を基準としてこの融点を超える高温側から融点を下回る低温側まで急速に冷却する冷却調整部６０とを備えた。  【選択図】  図２
2005250335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上に画像形成されたトナー像を加熱定着する定着手段と、
前記定着手段により加熱定着されたトナー像を、当該トナー像に含まれるワックスの融点を基準として当該融点を超える高温側から当該融点を下回る低温側まで急速に冷却するワックス融点近傍急冷手段と
を含む画像形成装置。
【請求項２】
前記ワックス融点近傍急冷手段は、前記記録媒体の搬送により当該記録媒体に順次接触するローラ部材を用いて前記トナー像を急速に冷却することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記ローラ部材は、前記記録媒体の搬送方向に直交する方向に対して当該記録媒体の幅より長い筒型ローラであることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記ローラ部材は、金属材料で形成されることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記ワックスは、トナーの本体よりも融点が低い離型剤ワックスであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項６】
定着温度よりも低温を融点とする成分を含むトナーを用いて画像を形成する画像形成装置であって、
記録媒体に転写されたトナー像を前記定着温度に加熱する加熱手段と、
前記加熱手段を経た後に当該トナー像を急速に冷却する急冷手段とを含み、
前記急冷手段により冷却される直前に当該トナー像の表面温度が前記融点よりも高温側にあることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
前記急冷手段により冷却された直後に、前記トナー像の表面温度が前記融点よりも低温側にあることを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記急冷手段は、前記トナー像の表面に当接することで当該トナー像を急速に冷却することを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
【請求項９】
記録媒体上に画像形成されたトナー像を加熱定着する定着器と、
前記定着器により加熱定着されたトナー像に当接する当接部材と、
前記当接部材に前記トナー像が当接する前には当該トナー像の温度が当該トナー像に含まれるワックスの融点より高温側であり、当該当接部材に当接した後には当該ワックスの融点よりも低温側となるように調整する調整手段と
を含む画像形成装置。
【請求項１０】
前記調整手段は、前記当接部材に前記トナー像が当接する前に、所定のエアーフローによって温度を調整することを特徴とする請求項９記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記調整手段は、前記当接部材に前記トナー像が当接する前に、前記トナー像の近傍温度を測定し、測定された当該近傍温度に基づいて調整することを特徴とする請求項９記載の画像形成装置。
【請求項１２】
記録媒体上に画像形成されたトナー像を加熱定着する定着器と、
前記定着器により加熱定着され順次搬送されるトナー像に対し、搬送方向に直交する方向に亘って均一に当接する当接部材と、
前記当接部材に前記トナー像が当接する直前に当該トナー像の温度が当該トナー像に含まれるワックスの融点近傍の高温側となるように調整する調整手段と
を含む画像形成装置。
【請求項１３】
前記当接部材は、前記搬送方向に直交する方向に延びる筒状の金属ローラであることを特徴とする請求項１２記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記調整手段は、前記トナー像が形成される記録媒体の情報に基づいて調整することを特徴とする請求項１２記載の画像形成装置。
【請求項１５】
離型性のワックスを含むトナー像を記録媒体上に定着するために加熱し、
加熱された後に冷却される前記トナー像を、前記ワックスの融点よりも高温側の温度に維持した状態にて当接部材を当該トナー像の表面に対して全面的に均一接触させることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１６】
前記当接部材に前記トナー像を均一接触させることで、前記トナー像の温度を前記ワックスの融点よりも低温側に移行させることを特徴とする請求項１５記載の画像形成方法。
【請求項１７】
離型性のワックスを含むトナー像を記録媒体上に定着するために加熱し、
前記ワックスの融点前後で前記トナー像の冷却速度を変えることで当該トナー像のグロスを調整することを特徴とする画像形成方法。
【請求項１８】
前記トナー像のグロスを上げるためには前記ワックスの融点前後で当該トナー像を急冷し、当該トナー像のグロスを下げるためには当該融点前後で当該トナー像を徐冷することを特徴とする請求項１７記載の画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子写真方式を用いた画像形成装置等に係り、より詳しくは、記録媒体上に形成されたトナー像を加熱、溶融して記録媒体に定着させる画像処理装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を利用したプリンタや複写機等の画像形成装置では、ドラムまたはベルト形状の有機感光体等からなる像担持体の表面に、公知の電子写真プロセスにより静電潜像を形成した後、その静電潜像をトナーを用いて現像してトナー像とし、次いでこのトナー像を直接または中間転写体を介して記録媒体(用紙など)に静電的に転写した後、例えば加熱定着機構によりトナー像を記録媒体に定着させることにより画像形成が行われる。この加熱定着機構としては、ラジアント方式、フラッシュ方式、加熱ローラと加圧ローラとを用いた２ローラ方式、加熱ローラとバックアップフリーベルトを用いたフリーベルトニップ方式などが用いられる。２ローラ方式を例に挙げると、例えばヒータにより加熱された加熱ローラと弾性体で被覆された加圧ローラとで構成されたローラ対を定着部に備え、トナー像が転写された記録媒体をこのローラ対の間に通過させることで、未定着トナー像を記録媒体に定着させている。フルカラー画像を形成可能な画像形成装置では、例えばＹ(イエロー)Ｍ(マゼンタ)Ｃ(シアン)Ｋ(ブラック)の４色のトナー像を記録媒体に転写させ、この４色のトナー像を有する記録媒体を、このローラ対を通過させることにより定着させて、フルカラー画像を形成している。
【０００３】
このようなフルカラー画像を定着する際に使用されるトナーは、熱を印加した際の溶融性、混色性が高いことが要求されており、所謂シャープメルト性の高いものが好ましい。その一方で、加熱ローラ等のトナーに対する離型性は充分ではなく、特にシャープメルト性の高いトナーは、定着時に加熱ローラ等にオフセットし易い傾向にある。そこで従来では、加熱ローラ等にシリコンオイルなどを塗布し、トナーの離型性を向上させて加熱ローラ等へのオフセットを防止していた。しかしながら、シリコンオイルなどのオイルを加熱ローラに塗布するためには、オイルを供給する装置を別途、設ける必要があり、装置が複雑化してしまう問題があった。また、出力された記録媒体上におけるオイルのべた付き感が避けらない点も課題となっていた。そこで、シリコンオイルを塗布する代わりに、外部オイル供給を不要としたオイルレストナーを用いて画像形成を行う装置が開発されている。このオイルレストナーでは、例えばポリエチレンワックスやパラフィンワックス、シリコンワックスなどの離型剤ワックスをトナーに添加することで、着色剤を含有したトナーに離型性が付与されている。
【０００４】
公報記載の従来技術として、例えば、定着後の記録媒体に対してその表面のワックス成分を含む不要物をクリーニングする技術が存在する(例えば、特許文献１参照。)。また、離型剤ワックスに対する課題とは関係がないが、定着後の記録媒体に対して所定の処理を施す技術が幾つか存在する。例えば、定着後の用紙に接触し、用紙に冷却風を吹き出す多数の孔を備えた冷却ローラを設ける技術が開示されている(例えば、特許文献２参照。)。また、出願人は、トナー像定着後の記録シートに帯状の低光沢部分が発生する問題点を解決するために、定着装置と搬送ローラとの間に複数のエアー吹付孔を備え、ファンを用いてトナー像形成面にエアーを吹き付ける技術について提案している(特許文献３参照。)。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９１２０５号公報(第４−５頁、図１)
【特許文献２】特開平９−２８１８３０号公報(第２頁、図１)
【特許文献３】特開２００３−２１９７８号公報(第５−６頁、図２)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上述したようなオイルレストナーを用いた場合には、一般に、ワックスの存在により光沢性が損なわれるが、近年、かかるワックスを用いた場合でも、色再現性が広く印刷並みの高光沢が画質要求として出されている。そこで、高グロス(高光沢)画質を実現するために、溶融性の高い材料からなるワックスをトナーに内包させる技術が検討されている。また、記録媒体として所謂コート紙等の厚手の上質紙を用い、且つ記録媒体が加熱定着機構を通過する速度(定着速度)を遅くすること等、充分な熱をトナー像に加えることにより、高グロス画像を得ることも行われる。
【０００７】
このような加熱定着機構を備える画像形成装置では、加熱定着機構を通過した記録媒体の姿勢制御や走行方向制御、排出方向の制御等を行うために、例えばフィンガー状、ブラシ状、ローラ状等の接触部材が用いられている。
しかしながら、特にコート紙のごとく厚い用紙を使用する場合には、その冷却速度が遅いために用紙上のトナー像も温度が高い状態に保持される。そのために、上記接触部材が定着後の記録媒体に接触すると、所謂ローラマーク(ロールマーク)と呼ばれる当接跡がトナー像に生じ、画質ディフェクトとなってしまう。従前では、かかる画質ディフェクトも大きな問題となることは無かったが、例えば写真画像のごとく光沢性が要求され且つ記録媒体の全面に画像が形成されるような場合には、このローラマークによる画質ディフェクトは避けられない問題となる。
【０００８】
特に、このローラマークによる画質ディフェクトは、２色以上のトナーを重ね合わせるカラー画像で発生し易く、また、離型剤ワックスが添加(内添)されたトナーを用いた場合に顕著に表れてくる。
【０００９】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、定着後のトナー像にワックスが含まれる場合であっても、グロス(光沢度)の向上を図ることにある。
また他の目的は、定着後のトナー像にワックスが含まれる場合であっても、グロスが部分的に変化する画質ディフェクトの発生を解消または抑制することにある。
更に他の目的は、定着後のトナー像に対策を施すことで、グロスを調整することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的のもと、本発明が適用される画像処理装置は、記録媒体上に画像形成されたトナー像を加熱定着する定着手段と、この定着手段により加熱定着されたトナー像を、トナー像に含まれるワックスの融点を基準としてこの融点を超える高温側から融点を下回る低温側まで急速に冷却するワックス融点近傍急冷手段とを含む。ここで用いられるワックスは、トナーの本体よりも融点が低い離型剤ワックスであることを特徴とすることができる。
【００１１】
ここで、このワックス融点近傍急冷手段は、記録媒体の搬送によりこの記録媒体に順次接触するローラ部材を用いてトナー像を均一的に急速冷却することを特徴とすれば、装置の小型化および低価格化を保った状態にて、グロスの高い高画質な画像を出力することができる点で好ましい。また、このローラ部材は、記録媒体の搬送方向に直交する方向に対してこの記録媒体の幅より長い筒型ローラであることを特徴とすることができる。更に、このローラ部材は、金属材料で形成されることを特徴とすることができる。
【００１２】
他の観点から捉えると、本発明は、定着温度よりも低温を融点とする成分を含むトナーを用いて画像を形成する画像形成装置であって、記録媒体に転写されたトナー像を定着温度に加熱する加熱手段と、この加熱手段を経た後にトナー像を急速に冷却する急冷手段とを含み、この急冷手段により冷却される直前にトナー像の表面温度が融点よりも高温側にあることを特徴としている。
【００１３】
ここで、この急冷手段により冷却された直後に、トナー像の表面温度が融点よりも低温側にあることを特徴とすれば、低温を融点とする成分の結晶化を抑制することができ、高グロスの画像を得ることができる点で優れている。また、この急冷手段は、トナー像の表面に当接することでトナー像を急速に冷却することを特徴とすれば、トナー像の全体に亘って均一に冷却することが可能となり、画像ディフェクトを軽減することができる。
【００１４】
更に本発明を別の観点から捉えると、本発明が適用される画像形成装置は、記録媒体上に画像形成されたトナー像を加熱定着する定着器と、この定着器により加熱定着されたトナー像に当接する当接部材と、当接部材にトナー像が当接する前にはトナー像の温度がトナー像に含まれるワックスの融点より高温側であり、この当接部材に当接した後にはワックスの融点よりも低温側となるように調整する調整手段とを含む。
【００１５】
ここで、この調整手段は、当接部材にトナー像が当接する前に、所定のエアーフローによって温度を調整することを特徴とすることができる。また、この調整手段は、当接部材にトナー像が当接する前に、このトナー像の近傍温度を測定し、測定された近傍温度に基づいて調整することを特徴とすれば、環境温度、画像形成装置の使用状況等を加味して、極め細やかな制御ができる点で優れている。
【００１６】
また、本発明は、記録媒体上に画像形成されたトナー像を加熱定着する定着器と、この定着器により加熱定着され順次搬送されるトナー像に対し、搬送方向に直交する方向に亘って均一に当接する当接部材と、この当接部材にトナー像が当接する直前にこのトナー像の温度がトナー像に含まれるワックスの融点近傍の高温側となるように調整する調整手段とを含む。
【００１７】
ここで、この当接部材は、搬送方向に直交する方向に延びる筒状の金属ローラであることを特徴とすることができる。また、この調整手段は、トナー像が形成される記録媒体の情報に基づいて調整することを特徴とすることができる。
【００１８】
一方、本発明が適用される画像形成方法は、離型性のワックスを含むトナー像を記録媒体上に定着するために加熱し、加熱された後に冷却されるトナー像を、ワックスの融点よりも高温側の温度に維持した状態にて当接部材をトナー像の表面に対して全面的に均一接触させることを特徴としている。更に、この当接部材にトナー像を均一接触させることで、トナー像の温度をワックスの融点よりも低温側に移行させることを特徴とすることができる。
【００１９】
更に本発明が適用される画像形成方法は、離型性のワックスを含むトナー像を記録媒体上に定着するために加熱し、ワックスの融点前後でトナー像の冷却速度を変えることでトナー像のグロスを調整することを特徴としている。ここで、このトナー像のグロスを上げるためにはワックスの融点前後でトナー像を急冷し、トナー像のグロスを下げるためには融点前後でトナー像を徐冷することを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、定着後のトナー像にワックスが含まれる場合であっても、グロス(光沢度)の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示した図であり、所謂タンデム型のデジタルカラープリンタを示している。図１に示す画像形成装置は、本体１に、各色の階調データに対応して画像形成を行う画像プロセス系１０、記録媒体(用紙などのシート部材)を搬送するシート搬送系４０、例えばパーソナルコンピュータや画像読み取り装置等に接続され、受信された画像データに対して所定の画像処理を施す画像処理系であるＩＰＳ(Image Processing System)５０、本実施の形態における特徴的な構成として定着後のトナー像に対してグロス(光沢度)を調整するための冷却調整部６０を備えている。
【００２２】
画像プロセス系１０は、水平方向に一定の間隔を置いて並列的に配置されるイエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の４つの画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋを備えている。また、この画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト２１上に多重転写させる転写ユニット２０、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋに対してレーザ光を照射する光学系ユニットであるＲＯＳ(Raster Output Scanner)３０を備えている。また本体１には、転写ユニット２０によって二次転写された記録媒体上の画像(トナー像)を、例えば加熱定着ローラ２９ａと加圧ローラ２９ｂとにより、熱および圧力を用いて記録媒体に定着させる定着器２９を備えている。更に、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋに対して各色のトナーを供給するためのトナーカートリッジ１９Ｙ,１９Ｍ,１９Ｃ,１９Ｋが設けられている。
【００２３】
トナーカートリッジ１９Ｙ,１９Ｍ,１９Ｃ,１９Ｋに供給される各色のカラートナーは、その本体として、ポリエステル樹脂、着色剤(染料、昇華性染料)、荷電制御材等が溶融、混錬され、粉砕、分級、重合されることにより製造される。また、像担持体上に造形性されたトナー像を中間転写体もしくは記録媒体上に良好に転写させるために、離型性のある外添剤などをトナーの本体に添加することができる。カラートナーは、耐オフセット性、定着性、シャープメルト性を考慮すると、結着樹脂としてポリエステル樹脂を使用したものが特に好ましい。更に、本実施の形態に用いられるトナーは、例えば０.１重量％乃至４０重量％のワックスが含有されている。トナーにワックスを含有させることにより、ワックスが離型材として作用し、定着器２９に設けられた加熱定着ローラ２９ａの表面に離型オイルを用いない場合でも、より広い定着ラチチュードを得ることができる。この定着ラチチュードとは、加熱定着ローラ２９ａの温度を変化させたときに、未定着トナー像が記録媒体に定着し得る低温側の温度(最低定着温度)から、トナー像が加熱定着ローラ２９ａから離型できなくなる高温側の温度(オフセット発生温度)までの温度領域をいう。
【００２４】
トナー中のワックスの含有量としては、０.１重量％程度とすることによりオフセット発生温度が急激に高くなり、更にワックスの含有量を増加させると、オフセット発生温度は緩やかに上昇する。一方、最低定着温度は、ワックスの含有量の増加に伴い、緩やかに上昇する。そして、ワックスの含有量が４０重量％を超えると極端に最低定着温度が高くなる。そこで、ワックスの含有量は、０.１重量％乃至４０重量％、好ましくは１〜１０重量％程度とすることで、低い定着ラチチュードと低い定着温度を実現することができる。
【００２５】
また、ワックスの融点は、例えば１１０℃以下のもの、例えば融点が８０℃〜１００℃のものが用いられる。ワックスの融点をトナー中の結着樹脂の融点よりもある程度低くすることにより、ワックスが結着樹脂よりも先に有効にトナーから溶け出す。これによって、加熱定着ローラ２９ａと加圧ローラ２９ｂとのニップ部の出口での剥離時においてトナーと加熱定着ローラ２９ａとの界面にワックスが介在することで、効果的に離型性能を向上させることができる。
【００２６】
本実施の形態が適用されるトナーに用いられるワックスとしては、離型性を有するものであれば特に限定されるものではなく、具体的には以下の材料を挙げることができる。ロウ類およびワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、およびパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックスが挙げられる。また、これらの天然ワックスの他に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、１２−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックスも使用できる。更に低分子量の結晶性高分子樹脂としては、ポリｎ−ステアリルメタクリレート、ポリｎ−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、ｎ−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアクリル基を有する結晶性高分子が挙げられる。これらの中でより好ましいものとしては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等の石油ワックスあるいは合成ワックスである。
【００２７】
また、本実施の形態に適するトナー中の結着樹脂としては、特に制限されるものではなく、トナー用の結着樹脂として一般に用いられる樹脂(ポリマー)を使用することができる。より具体的には、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、スチレン・アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ジエン系樹脂、フェノール樹脂、エチレン・酢酸ビニル樹脂等であるが、特に好ましいものとしては、前述のようにポリエステル樹脂が挙げられる。ポリエステル樹脂を結着樹脂に用いると、その分子量が大きい場合でも表面平滑性が高く、透明性に優れた画像を形成することができる。
【００２８】
一方、転写ユニット２０は、中間転写体である中間転写ベルト２１を駆動するドライブローラ２２、中間転写ベルト２１に一定のテンションを付与するテンションローラ２３、重畳された各色のトナー像を記録媒体に二次転写するためのバックアップローラ２４、中間転写ベルト２１上に存在する残留トナー等を除去するクリーニング装置２５を備えている。中間転写ベルト２１は、このドライブローラ２２とテンションローラ２３およびバックアップローラ２４との間に一定のテンションで掛け回されており、定速性に優れた専用の駆動モータ(図示せず)によって回転駆動されるドライブローラ２２により、矢印方向に所定の速度で循環駆動される。この中間転写ベルト２１は、例えば、チャージアップを起こさないベルト素材(ゴムまたは樹脂)にて抵抗調整されたものが使用されている。クリーニング装置２５は、クリーニングブラシ２５ａおよびクリーニングブレード２５ｂを備えており、トナー像の転写工程が終了した後の中間転写ベルト２１の表面から残留トナーや紙粉等を除去して、次の画像形成プロセスに備えるように構成されている。
【００２９】
ＲＯＳ３０は、図示しない半導体レーザ、変調器の他、半導体レーザから出射されたレーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)を偏向走査するポリゴンミラー３１を備えている。図１に示す例では、ＲＯＳ３０は、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの下方に備えられることから、トナー等の落下による汚損の危険性を有している。そこで、ＲＯＳ３０は、各構成部材を密閉するための直方体状のフレーム３２を設け、また、レーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)が通過するガラス製のウィンドウ３３をこのフレーム３２の上方に設けて、走査露光と共にシールド効果を高めるように構成されている。
【００３０】
シート搬送系４０は、画像が記録される記録媒体(シート)を積載して供給する給紙装置４１、給紙装置４１から記録媒体を取り上げて供給するナジャーローラ４２、ナジャーローラ４２から供給された記録媒体を１枚ずつ分離して搬送するフィードローラ４３、フィードローラ４３により１枚ずつに分離された記録媒体を画像転写部に向けて搬送する搬送路４４を備えている。また、搬送路４４を介して搬送された記録媒体に対し、二次転写位置に向けてタイミングを合わせて搬送するレジストローラ４５、二次転写位置に設けられバックアップローラ２４に圧接して記録媒体上に画像を二次転写する二次転写ローラ４６を備えている。更に、定着器２９によってトナー画像が定着され冷却調整部６０を経由して排出された記録媒体を積載する排出トレイ４８を備えている。
【００３１】
次に、図１に示す画像形成装置の動作について説明する。図示しない原稿読み取り装置によって読み取られた原稿の色材反射光像や、図示しないパーソナルコンピュータ等にて形成された色材画像データは、例えばＲ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の各８ビットの反射率データとしてＩＰＳ５０に入力される。ＩＰＳ５０では、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の４色の色材階調データに変換され、ＲＯＳ３０に出力される。
【００３２】
ＲＯＳ３０では、入力された色材階調データに応じて、半導体レーザ(図示せず)から出射されたレーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)を、ｆ−θレンズ(図示せず)を介してポリゴンミラー３１に出射している。ポリゴンミラー３１では、入射されたレーザ光を各色の階調データに応じて変調し、偏向走査して、図示しない結像レンズおよび複数枚のミラーを介して画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２に照射している。画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２では、帯電された表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋにて、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の各色のトナー像として現像される。
【００３３】
画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２上に形成されたトナー像は、中間転写体である中間転写ベルト２１上に多重転写される。このとき、黒色のトナー像を形成する黒の画像形成ユニット１１Ｋは、中間転写ベルト２１の移動方向の最下流側に設けられ、黒色のトナー像は、中間転写ベルト２１に対して最後に一次転写される。
【００３４】
一方、シート搬送系４０では、画像形成のタイミングに合わせてナジャーローラ４２が回転し、給紙装置４１から所定サイズの記録媒体が供給される。フィードローラ４３により１枚ずつ分離された記録媒体は、搬送路４４を経てレジストローラ４５に搬送され、一旦、停止される。その後、トナー像が形成された中間転写ベルト２１の移動タイミングに合わせてレジストローラ４５が回転し、記録媒体は、バックアップローラ２４および二次転写ローラ４６によって形成される二次転写位置に搬送される。二次転写位置にて下方から上方に向けて搬送される記録媒体には、圧接力および所定の電界を用いて、４色が多重されているトナー像が副走査方向に順次、転写される。そして、各色のトナー像が転写された記録媒体は、定着器２９によって熱および圧力で定着処理を受けた後、冷却調整部６０に搬送される。冷却調整部６０では、後述するような構成によってグロスの向上およびローラマークの改善処理が施され、本体１の上部に設けられた排出トレイ４８に排出される。
【００３５】
次に、本実施形態の特徴的な構成である、グロスの向上およびローラマークの改善処理について説明する。
上述したような離型剤としてのワックスを用いた従来の装置では、定着器２９の下流側に設けられる接触部材が定着後の記録媒体に接触すると、所謂ローラマークと呼ばれる当接跡がトナー像に生じ、画質ディフェクトとなってしまう。かかる画質ディフェクトの問題に対し、発明者等により鋭意検討を加えた結果、発生原因として以下の２つがあることを見い出した。
【００３６】
まず、第１の原因として、物理的な凹凸が挙げられる。即ち、記録媒体上のトナーが柔らかい状態で接触すると、接触部材の形状に対応したトナー表面の凹凸ができ、この当接跡の粗さによってグロスが下がることが挙げられる。即ち、凹凸のある部分はグロスが下がり、凹凸のない部分はグロスが上がることから、記録媒体上のトナーが柔らかい状態で接触部材に接触すると、ローラマークが発生し易くなる。
第２の原因として、熱交換の問題が挙げられる。即ち、接触部材と接触した部分の定着画像が急冷されることにより、接触部分と非接触部分とで冷却速度が異なり、グロスの高低による斑(まだら)模様が生じることを見いだした。
そこで、本実施の形態では上記２つの原因を考慮し、画質ディフェクトの抑制とグロス調整を図るために、冷却調整部６０にてワックス融点に応じた冷却制御を実施した。
【００３７】
図２は、冷却調整部６０の構成と、この冷却調整部６０の制御ブロックを示した構成図である。冷却調整部６０は、定着器２９にて加熱された記録媒体の温度を測定する温度センサ６１、温度センサ６１にて測定された温度に基づいて必要に応じてエアーを吹き付け、記録媒体を一定温度に調整した状態で下流側に搬送するファン６２、トナーに含まれるワックスの融点近傍の高温側から融点近傍の低温側まで、記録媒体上のトナー像を急冷する冷却ローラ６３、冷却ローラ６３に対向して設けられ、記録媒体を冷却ローラ６３に押し付けて搬送するための搬送ローラ６４を備えている。更に、冷却ローラ６３を強制的に放熱するための放熱部材６５を備えることも可能である。ファン６２の吹き出し口は、例えば用紙搬送方向に直交する方向に延ばされたホース状の通気管に、搬送方向に直交する方向に多数の孔が設けられ、搬送される記録媒体を満遍なく冷却できるように構成されている。吹き出し口の構成は、勿論これに限定されない。放熱部材６５は、例えば冷却ローラ６３に当接して熱を奪い、例えば本体１のＩＮ側またはＯＵＴ側に放熱部材６５に連結して設けられたフィン等によって熱を機外へ放出している。これによって、冷却ローラ６３は常に低い温度を保つことが可能である。
【００３８】
また、制御系として、冷却調整部６０を制御するＣＰＵ１０１、温度センサ６１から得られたアナログ値の温度情報をデジタル値に変換するＡＤ変換１０２、ＣＰＵ１０１からの制御に基づいてファン６２のＯＮ/ＯＦＦや回転数を制御するファンモータ制御系１０３を備えている。また、ＣＰＵ１０１が冷却調整部６０を制御する際に関係する制御ブロックとして、本体１の装置全体を制御する装置全体制御系１０４、例えば、機内温度に応じてファン６２の回転数と温度変化との関係を示した情報が格納されるファン回転数テーブル１０５、例えば、用紙の坪量やサイズ、コート紙の有無等の情報であり、所定のメモリに格納される用紙情報１０６、定着器２９を制御する定着器制御系１０７を備えている。
【００３９】
本実施の形態では、例えば、トナー中の結着樹脂のガラス転移点より高い、例えば１６０℃を定着温度として、記録媒体上のトナー像が定着器２９により加熱される。そして、図２に示す構成により、この定着温度よりも低い温度であるワックス融点(例えば８０〜１００℃)の前後において、急冷することでワックスの結晶化を抑制し、グロスの向上を図っている。そのために、冷却ローラ６３にトナー像が当接する直前までの間に、トナー像の表面を１６０℃からワックス融点の近傍高温(ワックス融点に近いワックス融点よりも高い温度)まで冷却し、その後、冷却ローラ６３によって、少なくともワックス融点の近傍低温(ワックス融点に近いワックス融点よりも低い温度)まで急速に冷却する。勿論、この近傍低温を超えて更に低温まで一度に冷却するように構成しても構わない。
【００４０】
図３は、冷却ローラ６３および搬送ローラ６４を示した斜視図である。冷却ローラ６３および搬送ローラ６４は共に筒型ローラであり、搬送される記録媒体の最大幅よりも長くなっている。例えば、長さが３３８ｍｍ程度で形成されている。加熱されたトナー像が接触する冷却ローラ６３はアルミニウムやＳＵＳ等の熱伝導性の高い金属ローラが用いられており、ワックス表面を均一に触ることができるように構成されている。一方、搬送ローラ６４は、冷却ローラ６３と記録媒体との接触性を向上させるためにゴムローラ等の弾性ローラが用いられる。材質としては、例えばシリコンやＥＰＤＭ等が用いられる。対をなす冷却ローラ６３および搬送ローラ６４は、記録媒体を挟んで隙間なく均一に接触(互いに押圧)することが好ましく、例えば数１０μｍ程度のギャップも好ましくない。そのために、冷却ローラ６３および搬送ローラ６４の少なくとも一方(冷却ローラ６３および搬送ローラ６４、または冷却ローラ６３および搬送ローラ６４の一方)をクラウン形状とし、両端の軸側の径に比べて中央の径を大きくすることで、シャフトの反りによる中央部のギャップ発生を抑制している。発明者等による設計例としては、このクラウン形状として、例えば冷却ローラ６３の中心部の径をφ１０、両端の径をφ９.８５８程度とし、例えば搬送ローラ６４の径をφ１６.６５にする。
【００４１】
定着器２９を経て加熱されたトナー像を有する記録媒体は、トナーに含まれるワックス融点近傍の高温側の状態で冷却ローラ６３および搬送ローラ６４のニップ位置に到達する。図３に示す例では、記録媒体の下側にトナー像が形成されており、冷却ローラ６３および搬送ローラ６４によって搬送されながら、記録媒体のトナー像は冷却ローラ６３によって順次、急速冷却(急冷)される。このとき、冷却ローラ６３および搬送ローラ６４は筒型のローラであることから、トナー像のワックス表面に対して均一に当接し、均一に急冷することができる。これによって、トナー像の表面に生じる凹凸を抑制することができる。
【００４２】
ここで、トナーに添加されるポリエチレン等の離型剤ワックスは結晶性高分子であり、冷却の仕方によって結晶化度に差が生じる。急速冷却(急冷)した場合には結晶化が不十分となり、不透明な状態とならない。一方で徐々に冷却(徐冷)した場合には結晶化が進み、白濁な状態となる。出願人等は、かかるワックスの冷却速度がグロスに与える影響について更に検討を加えた。その結果、添加されるワックスの融点を基準とし、この融点を超える高温側から当該融点を下回る低温側まで急速に冷却することで、ワックスの結晶化を抑制し、透明度を増すことが可能となる。透明度を増すことにより、グロスを向上させることが可能となる。
【００４３】
図４〜図６は、ワックス融点近傍にて、徐冷と急冷とを行った場合の効果を説明するための図である。ここでは、ワックス融点が８０〜８５℃となるトナーが用いられている。図４には例えばエアーフローによる徐冷の場合の一例が示されている。また、図５にはワックス融点よりも低い温度にて外気(３０℃)エアーフローによる徐冷を行った場合の一例が示されている。図６には本実施の形態によるワックス融点近傍にて急冷を実施した場合の一例が示されている。図４〜図６では、横軸にフロー時間を示し、縦軸にトナー像の表面温度が示されている。図４に示す例では、ワックス融点近傍における温度変化率は、約−１８℃/秒である。発明者によりこのときの光沢度(グロス)が測定された。グロスの測定では、測定治具として、２０度鏡面光沢度ＢＹＫ、Gardner製micro-TRI-glossが用いられ、２０度光沢度が測定された。この結果、図４に示す例ではグロスの値は１８.５となり、低グロスであった。図５に示す例では、ワックス融点より低温にて温度変化率が大きい(約−７７℃/秒)部分があるが、ワックス融点近傍では、図４と同様な温度変化率(約−１８℃/秒)であり、ワックス融点近傍では徐冷された。このときのグロスの値は１８であり、図４と同様に低グロスであった。
【００４４】
一方、図６に示す例では、トナー像の表面温度が８８℃の時点で冷却ローラ６３にトナー像が接触(当接)し、８８℃から７６℃まで急激に冷却されている。この急冷される温度範囲８８〜７６℃は、ワックス融点８０〜８５℃を基準として、この融点を超える高温側から融点を下回る低温側の範囲である。このとき、温度変化率は約−１２２℃/秒であり、ワックス融点近傍が冷却ローラ６３に接触したことにより急冷されている。このとき、上述と同様な測定方法によって光沢度(グロス)を測定すると、その値は２１.９となり、高グロスとなった。即ち、離型剤のワックスを含むトナーにより定着される画像を、ワックス融点近傍にて急冷することにより結晶化を抑制することができ、光沢度(グロス)を向上させることが可能となる。
【００４５】
図７は、図２に示すＣＰＵにて実行される処理を示したフローチャートである。ここでは、一連の画像形成作業である１ジョブの開始と終了との間で、ファン６２を用いて制御する場合を例に挙げている。ＣＰＵ１０１は、装置全体制御系１０４から、ジョブ内容、トナーに含まれるワックスの融点を認識する(ステップ１０１)。ジョブ内容としては、例えば写真画像が含まれていてグロスを向上させる必要があること、テキストが主でグロスを上げる必要がないこと、カラー画像か白黒画像か等の情報が認識される。また、ワックスの融点は、一般的には装置にて一通りであり、例えばＲＯＭに格納されている融点情報が一意に読み出されるが、複数のトナーを用いた場合等では、その値が異なってくる。例えばカラー画像と白黒画像等、ジョブによって使用されるトナーが異なる場合には、例えばＲＯＭに含まれるワックス融点情報がジョブ毎に読み出される。
【００４６】
次に、ＣＰＵ１０１は、用紙情報１０６から、搬送される記録媒体の情報(用紙情報)を取得する(ステップ１０２)。用紙の冷却では、用紙の坪量その他で決まる熱容量に左右される。例えば、用紙の厚さや密度、表面のコートの有無とその材質等によって熱容量が異なる。そのために、定着時に同じ温度(例えば、約１６０℃)であっても、その後の温度の軌跡は用紙の種類に左右されてしまう。即ち、密度が高く、厚くて重く、コート材が塗布されているような用紙では、一般的に熱容量が大きく、冷えるのに時間がかかる。一方、薄い用紙は熱容量が小さいことから、直ぐに冷えてしまう。そこで、本実施の形態では、搬送される用紙情報を取得し、用紙に応じた冷却制御を実施している。
【００４７】
図８は、ＣＰＵ１０１にて参照される、ファン回転数テーブル１０５の一例を示した図である。ここでは、装置の本体１に設けられる環境センサ(図示せず)によって測定される環境温度と、用紙の種類との二元表にて、ファン６２により供給される風量が決定されている。普通紙(６４〜１０４ｇｓｍ)から厚紙１(１０５〜１５７ｇｓｍ)、厚紙２(１５８〜２６０ｇｓｍ)と用紙の坪量が増加するに伴い、風量(ｍ３/ｍｉｎ)も次第に増大している。即ち、上述のように熱容量の大きな用紙に対しては風量を増して冷却することで、冷却ローラ６３に記録媒体が突入する際の温度がある一定範囲になるように制御している。
【００４８】
その後、ＣＰＵ１０１は、機内温度等の環境条件を把握し(ステップ１０３)、定着器２９の動作情報を把握する(ステップ１０４)。機内温度は、本体１が置かれている環境や、ジョブの内容(例えば、朝一番か、連続動作モードか等)等によって大きく変動することから、その都度、または一定の時間間隔にて温度が測定され、把握されることが好ましい。また、把握される定着器２９の動作情報は、例えば、充分に加熱するために定着部分の速度を遅くしている等の情報である。そして、ＣＰＵ１０１は、定着器２９の下流側にて、温度センサ６１により測定されＡＤ変換１０２によってデジタル化された記録媒体の画像面温度を取得する(ステップ１０５)。
【００４９】
そしてＣＰＵ１０１は、これらの各情報から、記録媒体の画像面温度をトナーのワックスの融点を超えた近傍温度まで冷却するために必要な冷却温度を算出する(ステップ１０６)。その後、ファン回転数テーブル１０５を参照し、環境条件等を加味して冷却に必要なファン回転数等を決定する(ステップ１０７)。温度センサ６１で測定した位置から冷却ローラ６３までの距離を考え、自然冷却で足りる場合には、ファン６２による強制冷却は行われない。ＣＰＵ１０１は、このようにして決定されたファン回転数情報をファンモータ制御系１０３に出力し(ステップ１０８)、ファンモータ制御系１０３からの出力を受けてファン６２が動作する。このファン６２の動作によって、順次搬送される記録媒体上の画像面が冷却され、冷却ローラ６３の直前にて画像面がワックスの融点を超えた近傍温度になるように調整される。その後、一連のジョブの中に、定着される用紙があるか否かが判断される(ステップ１０９)。用紙がある場合には、ステップ１０３に戻って同様な処理が行われ、用紙がない場合にはジョブが終了する。
【００５０】
尚、図７のフローチャートに示すように、本実施の形態ではファン６２によって強制冷却するように構成したが、ファン６２による強制冷却の代わりに、例えば、定着器２９と冷却ローラ６３との間の用紙搬送速度を遅くして、記録媒体(用紙)が冷却ローラ６３に到達する時間を長くすることも有効である。また、画像面温度を温度センサ６１にて測定する構成を省略し、記録媒体(用紙)の種類、サイズ、画像形成モードによる情報等により、ファン６２による強制冷却を行うように構成することもできる。
【００５１】
更に、本実施の形態を拡張し、トナーに含まれる離型性ワックスの融点前後でトナー像の冷却速度を変えることで、積極的にトナー像のグロスを調整するように構成することも可能である。より具体的には、例えば写真画像のごとくグロスを上げることが好ましい場合には、上述した本実施の形態のごとくワックスの融点前後でトナー像を急冷する。その一方で、例えばテキスト画像のごとくグロスが低い方が好ましい場合には、ワックスの融点前後でトナー像を徐冷する。グロスを上げる/下げるの決定は、画像形成モード等によって装置が自動的に判断することも可能であるが、例えばユーザからの指示に基づいて決定することも可能である。この徐冷の方法としては、例えば、ＣＰＵ１０１による制御によって、定着器２９により加熱された後の記録媒体の搬送速度を遅くし、その間でファン６２の使用等によって徐々に冷却してトナー像の表面温度をワックス融点以下になった時点で冷却ローラ６３に当接させる方法がある。また、例えば、冷却ローラ６３をリトラクト構成とし、徐冷する場合には搬送ローラ６４側から離してトナー像に接触させず、急冷する場合にはトナー像に接触するように構成することも可能である。このように、本実施の形態によれば、ワックス融点前後において急冷/徐冷を選択することで、トナー像のグロスを調整する新たな画像形成方法を実現することが可能となる。
【００５２】
以上、詳述したように、本実施の形態によれば、例えばグロスを向上させたい場合に、トナーに含まれるワックスの結晶化を抑制して透明性を保つことができる。
また、一般的な用紙搬送ローラのように部分的にトナー像に接触する部分接触部材に対して、ワックスの融点前には接触しないように構成することで、ローラと接触したことによる筋状の画質欠陥(ローラマーク)を無くすことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の活用例としては、ワックスを含むトナーを用いて画像形成を行うプリンタや複写機等の画像形成装置、また、ワックスを含むトナーを用いた画像形成方法への活用がある。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示した図である。
【図２】冷却調整部の構成と、この冷却調整部の制御ブロックを示した構成図である。
【図３】冷却ローラおよび搬送ローラを示した斜視図である。
【図４】エアーフローによる徐冷の場合の一例を示した図である。
【図５】ワックス融点よりも低い温度にて外気(３０℃)エアーフローによる徐冷を行った場合の一例を示した図である。
【図６】本実施の形態によるワックス融点近傍にて急冷を実施した場合の一例を示した図である。
【図７】ＣＰＵにて実行される処理を示したフローチャートである。
【図８】ファン回転数テーブルの一例を示した図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…本体、１０…画像プロセス系、２９…定着器、４０…シート搬送系、６０…冷却調整部、６１…温度センサ、６２…ファン、６３…冷却ローラ、６４…搬送ローラ、６５…放熱部材、１０１…ＣＰＵ、１０２…ＡＤ変換、１０３…ファンモータ制御系、１０４…装置全体制御系、１０５…ファン回転数テーブル、１０６…用紙情報、１０７…定着器制御系
【図１】
2005250335.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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