(57)【要約】【課題】無駄な定着液を減らしながら、十分な定着性を確保できる。【解決手段】極性基生成部２は未定着トナーを記録媒体に転写する前の記録媒体に、記録媒体の表面に極性基を生成する。この極性基生成部２の一例であるコロナ放電によって記録媒体の表面上に極性基が生成されて当該極性基との結合しやすくなって記録媒体の親水性が向上する。記録媒体の親水性が向上すると泡状定着液が記録媒体に浸透しやすくなり、軟化したトナーとの接着性も向上する。これにより、必要十分な液量の泡状定着液だけを樹脂微粒子に塗布すれば、オフセットも発生せずに樹脂微粒子を十分に軟化でき記録媒体に十分な定着性を確保できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂の少なくとも一部を溶解又は膨潤させることで樹脂を含有する微粒子を軟化させる軟化剤を少なくとも含有した液状定着液に気体を混合させて生成した泡状定着液を媒体上の樹脂微粒子層に塗布して、該樹脂微粒子層を媒体に定着する定着装置において、
上記媒体の表面に極性基を生成する極性基生成手段を有し、上記極性基生成手段により上記媒体の表面に上記極性基を生成した上記媒体上に形成された上記樹脂微粒子層に上記泡状定着液を塗布することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、
上記極性基生成手段は、上記媒体にコロナ放電を行うコロナ放電電極と、該コロナ放電電極に対向する対向電極とを備えていることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項２記載の定着装置において、
上記極性基生成手段によってコロナ放電を実行して上記媒体の表面に極性基を生成するときは、上記媒体が上記コロナ放電電極と上記対向電極との間に存在するときのみであることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の定着装置において、
上記コロナ放電電極と上記対向電極は、上記媒体が上記媒体の搬送方向側に湾曲する箇所に設置されていることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項４記載の定着装置において、
上記対向電極は、搬送される上記媒体を搬送路に従って案内し、かつ接地された導電性のガイド部材であることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の定着装置において、
上記媒体の種類別のコロナ放電設定値を記憶するコロナ放電設定値記憶手段を有し、上記媒体の種別に対応する上記コロナ放電設定値を上記コロナ放電設定値記憶手段から読み出し、読み出した上記コロナ放電設定値で当該媒体にコロナ放電を行うことを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１記載の定着装置において、
上記極性基生成手段は、上記媒体の表面に紫外線を照射する紫外線照射手段を備えていることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
樹脂含有微粒子が色剤を含有したトナーで静電記録プロセスを行い媒体上に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置により上記未定着トナー画像を媒体に定着させる定着手段とを具備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】
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ及び複写装置などのような画像形成装置は、紙、布、及びＯＨＰ用シートのような記録媒体に、画像情報に基づいて文字や記号を含む画像を形成する装置である。特に、電子写真方式の画像形成装置は、普通紙に高精細な画像を高速で形成することができるため、広くオフィスで使用されている。このような電子写真方式の画像形成装置においては、記録媒体上のトナーを加熱して溶融させ、溶融したトナーを加圧することによって、トナーを記録媒体上に定着させる熱定着方式が広く用いられている。この熱定着方式は、高い定着速度及び高い定着画像品質等を提供することができるため、好適に用いられている。
【０００３】
このような電子写真方式の画像形成装置では、その消費電力の約半分以上が定着部での加熱処理のために消費される。よって、定着部での電力消費を抑えることが画像形成装置全体の省エネ対策として有効である。従来、熱定着方式を採用しない定着方式も、種々提案されている。その中には、トナーを溶解又は膨潤させる定着液を用いて定着処理を行う湿式定着方式が知られている。この湿式定着方式においては、上記熱定着方式のような大量の電力消費を伴う加熱処理が不要となるため、省エネ対策として非常に優れた定着方式であると言える。この湿式定着方法としては特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１の湿式定着方法では、未定着のトナーが所定位置に配設された被定着物の表面に、未定着トナーを溶解または膨潤可能な定着剤を噴霧または滴下してトナーを溶解または膨潤させた後、被定着物を乾燥させる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の湿式定着方法においては、水に不溶又は難溶な有機化合物が水に分散混合された水中油滴型の定着剤を用いている。このため、多量の定着剤を未定着トナーに付与した場合転写紙などの記録媒体が定着剤の水分を吸収し、記録媒体にシワやカールが発生する。これにより、画像形成装置に必要とされる安定かつ高速な記録媒体の搬送が著しく損なわれることとなる。この不具合を解決するために乾燥装置を用いて定着剤に含まれる多量の水を蒸発させて記録媒体に付与された定着剤から水分を除去すればよい。しかし、これでは上記熱定着方式を用いる画像形成装置の消費電力に匹敵する電力が必要となり低消費電力化とならない。
【０００５】
また、撥水性処理された未定着トナーを弾かない定着液として、油性溶媒に、トナーを溶解又は膨潤させる材料を溶解させた油性の定着液が従来よりいくつか提案されている。その一つとして例えば、特許文献２には、トナーを構成する樹脂成分を溶解又は膨潤させる材料を成分としての脂肪族二塩基酸エステル等を希釈液として不揮発性のジメチルシリコーンで希釈した液状定着液が提案されている。また、特許文献３には、トナーを溶解し、かつシリコーンオイルと相溶性を有する溶剤１００容量に対し、シリコーンオイル８〜１２０容量部を混合してなる相溶状態の液状定着液が提案されている。これらの液状定着液は、撥水性処理された未定着トナーとの高い親和性を有する油性溶媒を含むため、撥水性処理された未定着トナーを弾くことなく、トナーを溶解又は膨潤させ、トナーを記録媒体に定着させることができる。
【０００６】
上記特許文献２、３の液状定着液を未定着トナー層に塗布する構成の一例として、図１２の（ａ），（ｂ）に示すように、塗布ローラ２０１を用いる。この塗布ローラ２０１に上記特許文献２、３の液状定着液を付与し、塗布ローラ２０１上の液状定着液を記録媒体２０２上の未定着トナー層２０３へ塗布する。そして、液状定着液を記録媒体２０２に微量塗布するために塗布ローラ２０１上の定着液層２０４の厚みが未定着トナー層２０３よりも薄い場合には、塗布ローラ２０１が記録媒体２０２から分離する位置で、定着液が未定着トナー層の層間を通って記録媒体２０２と接する未定着トナーまで到達しきれない。そのため全ての未定着トナーが溶解又は膨潤できずに完全に定着できた状態とならない。その結果、塗布ローラ２０１の表面の液状定着液の液膜によって生じる表面張力がまさり、この表面張力で未定着トナー粒子が引っ張られてしまい塗布ローラ２０１の表面にトナー粒子がオフセットする。その結果、記録媒体２０２上の画像が大幅に乱れてしまう。
【０００７】
逆に、図１３に示すように、塗布ローラ２０１上の定着液層２０４の厚みが未定着トナー層２０３よりも十分厚い場合、塗布ローラ２０１が記録媒体２０２から分離する位置で、液量が多いため塗布ローラ２０１の表面の液膜による表面張力が直接トナー粒子に作用しにくくなる。その結果塗布ローラ側にトナーがオフセットしなくなる。しかし、記録媒体２０２の表面に多量の液状定着液が塗布されるため、トナー粒子が過剰な定着液により記録媒体２０２上で流され画質劣化を生じたり、乾燥時間が長くなり定着応答性に問題が生じてしまう。また、記録媒体に著しい残液感（紙を手で触れたときの湿った感触）が発生する。更に、液状定着液が水を含有する場合、紙等のセルロースを含有する媒体への塗布量が多い場合、紙等の媒体が著しくカールし、画像形成装置などにおける装置内の紙等の媒体搬送時に紙ジャム発生の恐れがある。このように、上記特許文献２、３の液状定着液で定着を行う場合、トナーオフセット防止のためにはトナー層厚より厚い定着液の塗布が必要である。一方、定着応答性向上や残液感低減やカール防止ためにはトナー層への定着液の微量塗布が必要である。このように液状定着液の塗布に伴う各課題を両立してそれぞれ解決することは極めて難しい。
【０００８】
このような液状定着液を用いた場合の上記課題を解消するために、液状定着液を泡状にした泡状定着液を用いて定着を行う定着方法が従来より提案されている。この泡状定着液を用いた定着方法として、特許文献４に記載のものが知られている。この特許文献４は、気泡を大量に含有した泡状定着液を泡状定着液付与手段である塗布ローラを介して未定着トナー層に塗布する定着方法である。この泡状定着液を用いた湿式定着方法によれば、樹脂微粒子の泡状定着液付与手段へのオフセット付着を防止でき、樹脂微粒子を乱すことなく、かつ当該樹脂微粒子を付着した媒体に定着液を塗布後は素早く樹脂微粒子の媒体への定着が可能となる。しかし、上記特許文献４の泡状定着液を用いた湿式定着方法においても、泡状定着液の塗布量が少ないと泡状定着液付与手段である塗布ローラに樹脂微粒子のオフセット付着が発生する。逆に泡状定着液の塗布量が多いと単純に泡状定着液の無駄になるばかりではなく、樹脂微粒子に流れが発生して画像乱れを引き起こす原因にもなる。このような不具合を解消するため上記特許文献４では泡状定着液の膜厚をオフセットが生じない膜厚に調整している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献４の湿式定着方法のように、泡状定着液の膜厚をオフセットが生じない膜厚に調整してオフセットが生じずかつ無駄な塗布量を減らそうとしても、媒体で水分との親和性を示す親水性が悪いと媒体上の樹脂微粒子に泡状定着液を十分に浸透できない。その結果全ての樹脂微粒子が溶解又は膨潤されないことになる。これでは、樹脂微粒子が媒体に十分に接着できないことになり、付着できなかった樹脂微粒子が塗布ローラ側に転写されオフセットが発生する。このため、オフセットによって転写された樹脂微粒子が塗布ローラ上に残存した泡状定着液に含まれることになり、定着液の再利用ができず廃棄しなければならず、泡状定着液が無駄となっていた。
【００１０】
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、無駄な泡状定着液を減らしながら十分な定着性を確保できる定着装置及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、樹脂の少なくとも一部を溶解又は膨潤させることで樹脂を含有する微粒子を軟化させる軟化剤を少なくとも含有した液状定着液に気体を混合させて生成した泡状定着液を泡状定着液塗布手段を介して媒体上の樹脂微粒子層に塗布して、該樹脂微粒子層を媒体に定着する定着装置において、上記媒体の表面に極性基を生成する極性基生成手段を有し、上記極性基生成手段により上記媒体の表面に上記極性基を生成した上記媒体上に形成された上記樹脂微粒子層に上記泡状定着液を塗布することを特徴とする定着装置である。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の定着装置において、上記極性基生成手段は、上記媒体にコロナ放電を行うコロナ放電電極と、該コロナ放電電極に対向する対向電極とを少なくとも備えていることを特徴とするものである。
更に、請求項３の発明は、請求項２記載の定着装置において、上記極性基生成手段によってコロナ放電を実行して上記媒体の表面に極性基を生成するときは、上記媒体が上記コロナ放電電極と上記対向電極との間に存在するときのみであることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項２又は３に記載の定着装置において、上記コロナ放電電極と上記対向電極は、上記媒体が上記媒体の搬送方向側に湾曲する箇所に設置されていることを特徴とするものである。
更に、請求項５の発明は、請求項４記載の定着装置において、上記対向電極は、搬送される上記媒体を搬送路に従って案内し、かつ接地された導電性のガイド部材であることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項２〜５のいずれか１項に記載の定着装置において、上記媒体の種類別のコロナ放電設定値を記憶するコロナ放電設定値記憶手段を有し、上記媒体の種別に対応する上記コロナ放電設定値を上記コロナ放電設定値記憶手段から読み出し、読み出した上記コロナ放電設定値で当該媒体にコロナ放電を実行することを特徴とするものである。
更に、請求項７の発明は、請求項１記載の定着装置において、上記極性基生成手段は、上記媒体の表面に紫外線を照射する紫外線照射手段を備えていることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、樹脂含有微粒子が色剤を含有したトナーで静電記録プロセスを行い媒体上に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置により上記未定着トナー画像を媒体に定着させる定着手段とを具備することを特徴とする画像形成装置である。
【００１２】
本発明においては、媒体上に泡状定着液を付与する前に極性基生成手段により媒体の表面に極性基を生成して、生成された極性基と泡状定着液の水分とが化学的に結合しやすくする。つまり、媒体の親水性を向上させることができる。そして、親水性が向上した媒体に樹脂微粒子を形成し、形成した樹脂微粒子に泡状定着液を塗布する。このため、泡状定着液の水分が媒体に生成された極性基と結合しやすくなって全ての泡状定着液が媒体に浸透することなる。これにより、必要な液量の泡状定着液だけを樹脂微粒子に塗布すれば、オフセットも発生せずして樹脂微粒子を十分に軟化でき十分な定着性を確保できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上、本発明によれば、無駄な定着液を減らしながら十分な定着性を確保できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の画像形成装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】泡状定着液を用いた定着のメカニズムを示す概略図である。
【図３】塗布時の泡状定着液の層構成例を示す概略図である。
【図４】泡状定着液生成手段の構成を示す概略構成図である。
【図５】本実施形態の画像形成装置に搭載された定着装置の構成を示す概略図である。
【図６】極性基生成部の構成を示す図である。
【図７】泡状定着液の膜厚がトナー層厚より薄いときの泡状定着液の塗布時の様子を示す概略断面図である。
【図８】記録媒体の親水性が悪いときの泡状定着液の塗布時の様子を示す概略断面図である。
【図９】記録媒体の親水性が良いときの泡状定着液の塗布時の様子を示す概略断面図である。
【図１０】媒体別のコロナ放電電圧と表面接触角との関係を示す特性図である。
【図１１】コロナ放電処理を示すフローチャートである。
【図１２】液状定着液の塗布時の様子を示す概略断面図である。
【図１３】液状定着液の塗布時の様子を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した画像形成装置の実施形態について説明する。
図１は本実施形態の画像形成装置の構成を示す概略構成図である。同図に示す画像形成装置は複写機又はプリンタ、それらの機能の複合機であってもよい。図１の（ａ）はカラー電子写真のタンデム方式の画像形成装置全体の概略構成図であり、図１の（ｂ）は図１の（ａ）の本実施形態の画像形成装置の１つの画像形成ユニットの構成を示す概略構成図である。図１の（ａ），（ｂ）に示す本実施形態の画像形成装置１００はトナー像担持体として中間転写ベルト１０１を有する。この中間転写ベルト１０１は、３つの支持ローラ１０２〜１０４に張架されており、図中の矢印Ａの方向に回転する。この中間転写ベルト１０１に対しては、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各画像形成ユニット１０５〜１０８が配列されている。これら画像形成ユニットの上方には、図示していない露光装置が配置されている。例えば、画像形成装置が複写機である場合には、スキャナで原稿の画像情報を読み込み、この画像情報に応じて、各感光体ドラム上に静電潜像を書き込むための各露光Ｌ１〜Ｌ４が露光装置により照射される。中間転写ベルト１０１を挟んで中間転写ベルト１０１の支持ローラ１０４に対向する位置には、二次転写装置１０９が設けられている。二次転写装置１０９は、２つの支持ローラ１１０，１１１の間に張架された二次転写ベルト１１２で構成されている。なお、二次転写装置１０９としては、転写ベルト以外に転写ローラを用いてもよい。また、中間転写ベルト１０１を挟んで中間転写ベルト１０１の支持ローラ１０２に対向する位置には、ベルトクリーニング装置１１３が配置されている。ベルトクリーニング装置１１３は、中間転写ベルト１０１上に残留するトナーを除去するために配置されている。
【００１６】
また、図１の（ｂ）に示す画像形成ユニットについて説明すると、画像形成ユニット１０５〜１０８には、感光体ドラム１１６の周辺に、帯電装置１１７、露光装置（図示せず）から照射された画像信号に応じたレーザ光Ｌ、現像装置１１８、クリーニング装置１１９及び除電装置１２０が配置されている。また、中間転写ベルト１０１を介して、感光体ドラム１１６に対向する位置に、一次転写装置１２１が設けられている。また、帯電装置１１７は、帯電ローラを採用した接触帯電方式の帯電装置である。帯電装置１１７は、帯電ローラを感光体ドラム１１６に接触させて、感光体ドラム１１６に電圧を印加することにより、感光体ドラム１１６の表面を一様に帯電する。この帯電装置１１７としては、非接触のスコロトロン等を採用した非接触帯電方式の帯電装置を採用することもできる。また、現像装置１１８は、現像剤中のトナーを感光体ドラム１１６上の静電潜像に付着させ、静電潜像を可視化させる。ここで、各色に対応するトナーは、それぞれの色に着色された樹脂材料からなり、これらの樹脂材料は本実施形態における泡状定着液により溶解又は膨潤する材料である。
【００１７】
更に、現像装置１１８は、図示しない攪拌部及び現像部を有し、現像に使用されなかった現像剤は、攪拌部に戻され、再利用される。攪拌部におけるトナーの濃度は、トナー濃度センサによって検出され、トナーの濃度が、一定であるように制御されている。更に、一次転写装置１２１は、感光体ドラム１１６上で可視化されたトナーを中間転写ベルト１０１に転写する。ここでは、一次転写装置１２１としては、転写ローラを採用しており、転写ローラを、中間転写ベルト１０１を挟んで感光体ドラム１１６に押し当てている。一次転写装置１２１としては、導電性ブラシ、非接触のコロナチャージャー等を採用することもできる。また、クリーニング装置１１９は、感光体ドラム１１６上の不要なトナーを除去する。クリーニング装置１１９としては、感光体ドラム１１６に押し当てられる先端を備えたブレードを用いることができる。ここで、クリーニング装置１１９によって回収されたトナーは、図示しない回収スクリュー及びトナーリサイクル装置によって、現像装置１１８に回収され、再利用される。更に、除電装置１２０は、ランプで構成されており、光を照射して感光体ドラム１１６の表面電位を初期化する。
【００１８】
そして、記録媒体としての記録紙１１４は、極性基生成部２によってコロナ放電処理を施された後一対の給紙ローラ１１５で二次転写部へ導かれ、トナー像が記録紙１１４に転写される。その際に、二次転写ベルト１１２を中間転写ベルト１０１に押し当てることによって、トナー像の転写を行う。トナー像が転写された記録紙１１４は、二次転写ベルト１１２によって本実施形態における定着装置１に搬送される。本実施形態の定着装置１において、記録紙１１４に転写された未定着のトナー像は、トナーに含まれる樹脂の少なくとも一部を溶解又は膨潤させる軟化剤を含有した液状定着液から生成された泡状定着液によって表面活性化処理された記録紙１０４に定着される。
【００１９】
次に、本実施形態の画像形成装置に搭載された定着装置に関して詳細に説明する。
はじめに、泡状定着液を用いた定着方法の原理について概説すると、樹脂の少なくとも一部を溶解又は膨潤させることで樹脂を含有する微粒子を軟化させる軟化剤を含有した泡状定着液を、媒体上の樹脂微粒子に付与して媒体上の樹脂微粒子を軟化させ、該樹脂微粒子を媒体に定着する定着方法である。言うまでもないことだが、ここで、表記している樹脂微粒子とは、特に何であるかを限定はしないが、画像形成装置に適用した場合であればトナーのことを指す。
【００２０】
そして、泡状定着液を用いた定着のメカニズムを以下に概説すると、図２に示すように、後述する泡状定着液生成手段によって定着液を泡で構成された泡状定着液を用いていることで、定着液のカサ密度を低くできると共に塗布ローラ１１上の定着液層を厚くできる。更には、定着液の表面張力による影響が抑えられるため、塗布ローラ１１への樹脂微粒子のオフセットを防止できることがわかった。更に、樹脂微粒子の大きさが５［μｍ］〜１０［μｍ］程度の場合、微粒子層を乱すことなく泡状定着液１４を樹脂微粒子層１３に付与するには、泡状定着液の泡径範囲が、５［μｍ］〜５０［μｍ］程度が必要であることがわかった。なお、図３に示すように、気泡２２で構成された泡状定着液２０は、気泡２２のそれぞれを区切る液膜境界（以下、プラトー境界と称す）２１から構成される。
【００２１】
定着液は軟化剤を含有しており、この軟化剤は、一般的に消泡作用が強い。このため、本実施形態の定着装置１のように、液状の定着液を泡状定着液として用いる場合、定着液中の軟化剤の濃度が高いほど、定着液の起泡性及び泡沫安定性が悪くなり、起泡し難くなったり、泡状定着液が破泡し易くなったりするおそれがある。起泡し難いと嵩密度の低いの泡状定着液を得ることが出来ず、所望の嵩密度の泡状定着液を得たとしても、泡状定着液が破泡し易いと定着ニップで完全に破泡してしまい液状定着液を塗布する構成と同様の問題が生じる。また、起泡剤としては、アニオン系界面活性剤が優れた起泡性と泡沫安定性を実現することができ、起泡剤として優れている。アニオン系界面活性剤のなかでも、脂肪酸塩は、最も泡沫安定性に優れ、定着液の起泡剤として最も適する。ここで、泡沫安定性とは、泡状となった定着液が液状となり難い性質をいう。本実施形態の定着装置で未定着トナーに付与する泡状定着液としては、泡の状態で１分間放置しても消泡せず、泡の状態を保てる程度の泡沫安定性を有することが望ましい。
【００２２】
本発明者らは、定着液中の軟化剤濃度を高めたときの起泡性及び泡沫安定性の劣化問題を解決するため、アニオン系界面活性剤の種類や濃度を因子として多種の試作を行った。また、非特許文献１にも記載されている「スーパーファット」と呼称される技術、つまり固形洗浄剤（石鹸）に含有されている遊離脂肪酸に着目して試作を行った。ここで、スーパーファットと呼称される技術について概説すると、酸化されにくい遊離脂肪酸を少量加え、過剰油脂分を増やす方法であり、ケン化されない油脂を少量分残すことによって、例えば保湿作用を高めるなどの効果があるとされている。上記非特許文献１には、石鹸水溶系に極少量の脂肪酸を添加すると、起泡性能が向上する上、泡質が一層クリーミィになることが知られており、スーパーファットソープと呼ばれていると記載されている。このスーパーファットと同様に軟化剤を有する定着液に極少量の脂肪酸を添加して泡化しようとしたが起泡性及び泡沫安定性のいずれも悪かった。
【００２３】
これに対して、本発明者らは、起泡剤として炭素数１２から１８の脂肪酸塩を用い、更に炭素数１２から１８の脂肪酸を定着液中に含有することにより、軟化剤の濃度が高くなっても、定着液の起泡性が劣化しない泡状定着液を提供できることを見出した。軟化剤を含有した定着液において、単に水を起泡する場合に比較して、脂肪酸塩の炭素数としては、１２から１８が起泡性に優れている。具体的には、ラウリン酸塩（炭素数１２）、ミリスチン酸塩（炭素数１４）、パルミチン酸塩（炭素数１６、）、ステアリン酸塩（炭素数１８）が適する。また、ペンタデシル酸（炭素数１５）、マルガリン酸（炭素数１７）なども適する。
【００２４】
ここで、脂肪酸と軟化剤との作用について説明すると、軟化剤はエステル基を化学構造中に有しており、脂肪酸はカルボニル基を化学構造中に有している。この点から、軟化剤のエステル基と脂肪酸のカルボニル基が定着液の系内で、電気的な作用を示し、またそれが分子間の結合作用を生じさせ、定着液の特性として起泡性及び泡沫安定性を向上させている。
【００２５】
また、炭素数１２から１８の範囲においても、炭素数が少ないほうが起泡性に優れているが泡沫安定性が悪く、炭素数が多いほうが起泡性にあまりよくないが泡沫安定性に極めて優れている。このため、定着液中には、単独の脂肪酸塩を含有させても良いが、炭素数１２から１８の脂肪酸塩を混合して含有させる方がさらに優れている。混合比率としては、ミリスチン酸塩（炭素数１４）を最も多く含み、ラウリン酸塩（炭素数１２）、ステアリン酸塩の割合を低くすることが望ましい。より具体的な脂肪酸塩の比率としては、ラウリン酸塩：ミリスチン酸塩：パルミチン酸塩：ステアリン酸塩の重量比で、０：６：３：１、１：５：３：１、１：４：４：１などが適する。
【００２６】
ところで、定着液中に起泡剤である脂肪酸塩と同じ炭素数の脂肪酸を含有することで軟化剤の濃度が高くなっても起泡性及び泡沫安定性を維持することができる。軟化剤の濃度として、１０［ｗｔ％］未満では、脂肪酸を含有しなくても起泡性は問題ない。しかし、軟化剤の濃度が１０［ｗｔ％］以上、特に軟化剤の濃度が３０［ｗｔ％］以上になると、脂肪酸塩だけでは、ほとんど起泡しなくなり起泡性が悪くなる。このような軟化剤の濃度が３０［ｗｔ％］となる定着液において、脂肪酸塩と同じ炭素数の脂肪酸を含有させると、起泡性を維持できる。
【００２７】
但し、脂肪酸の含有量が多くなりすぎると、起泡剤である脂肪酸塩の比率が下がり、起泡性が再び悪くなる。そこで、脂肪酸塩のモル数を、脂肪酸のモル数と同じに、またはは大きくするほうがよい。あるいは、脂肪酸と脂肪酸塩の比率を、５：５から１：９の範囲とした場合起泡性が優れている。
【００２８】
なお、同じ炭素数の脂肪酸と脂肪酸塩の組合せだけでなく、例えば、脂肪酸塩がミリスチン酸アミンで、脂肪酸がステアリン酸の組合せや脂肪酸塩がパルミチン酸カリウムで脂肪酸がステアリン酸のような炭素数が１２から１８の範囲で異なる組合せであってもよい。要は、炭素数１２から１８の範囲の脂肪酸を定着液に含有することで、高濃度の軟化剤を含有しても、起泡性が悪くならず、泡沫安定性に優れ、密度の極めて低い泡化を可能とする。
【００２９】
また、他のアニオン系界面活性剤、例えばアルキルエーテル硫酸塩（ＡＥＳ）を起泡剤として、炭素数１２から１８の脂肪酸を含有した定着液であっても、軟化剤濃度増加による起泡性が悪くなるのを防止する効果があることがわかった。但し、最も組み合わせとして優れているのは脂肪酸塩との組合せである。
【００３０】
更に、脂肪酸塩としては、脂肪酸ナトリウム、脂肪酸カリウム、脂肪酸アミンが適している。更に、最も適している脂肪酸アミンは、具体的には、水を加熱し、脂肪酸を添加し、その後トリエタノールアミンを添加して、一定時間撹拌しながら加熱してケン化反応させることで作製することができる。このとき、脂肪酸とトリエタノールアミンとのモル比を、１：０．５から１：０．９の範囲と脂肪酸比率を高くすることで、ケン化後、未反応の脂肪酸が残留し、定着液中に脂肪酸と脂肪酸アミンを混合させることができる。同じことは、ナトリウム塩やカリウム塩でも可能である。
【００３１】
ところで、定着液中の軟化剤濃度が高くなると希釈溶媒である水に軟化剤が溶解しにくくなる。そこで、検討した結果、多価のアルコール類、具体的にはエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３ブチレングリコール、グリセリンなどを定着液中に含有させることで、軟化剤が高濃度でも溶解し、かつ脂肪酸塩による起泡性を劣化させず、むしろ起泡性が向上することがわかった。また、多価のアルコール類の含有量は、１［ｗｔ％］から３０［ｗｔ％］の範囲が適当である。３０［ｗｔ％］より多い含有量では、起泡性がむしろ劣化するため適さない。
【００３２】
一方、一般的に０．５［ｍｍ］〜１［ｍｍ］程度の大きな泡の場合、単なる撹拌等により比較的容易に泡を生成可能であり、大きな泡の生成には数秒以下の時間（０．１秒もかからない）で生成することができる。そこで、この所望の泡径よりも大きな泡であって、目視で観察できる程度の大きさの泡の生成が容易で、かつすばやく得ることができる点に着目した。そして、大きな泡から素早く５［μｍ］〜５０［μｍ］程度の微小な泡を生成する方法を鋭意検討した結果、大きな泡にせん断力を加えることで大きな泡を分泡すると、上記のような液状態から微小な泡を起泡させる方法に比べ、極めて素早く所望の大きさの微小な泡が生成できることがわかった。
【００３３】
そして、大きな泡を生成した後大きな泡を分泡し微小な処方の泡を生成する泡状定着液生成手段３０における大きな泡生成部としては、図４に示すように、定着液容器３１内の液状定着液３２を搬送ポンプ３３及び液搬送パイプ３４等の液輸送手段を用いて気体液体混合部３５へ供給する。この気体液体混合部３５には、液の流れとともに空気口３６に負圧が発生し、空気口３６から気体が気体液体混合部３５に導入されて液体と気体が混合する。更に、微小孔シート３７を通過することで、泡径の揃った大きな泡を生成させることができる。孔径は、３０［μｍ］〜１００［μｍ］程度が望ましい。図４の微小孔シート３７に限らず、連泡構造の多孔質部材であればよく、孔径３０［μｍ］〜１００［μｍ］程度を有する焼結セラミックス板や不織布や発泡樹脂シートであってもよい。また、別の大きな泡の生成方法としては、上記の搬送ポンプより供給された液状定着液と空気口からの空気を羽根状攪拌子で攪拌しながら、液に気泡を巻き込みながら大きな泡を生成させる構成や、上記の搬送ポンプより供給された液状定着液に空気供給ポンプ等でバブリングを行い大きな泡を生成する構成も望ましい。
【００３４】
次に、大きな泡を分割して２つ以上に分泡化するために、大きな泡にせん断力を加えるための、図４に示すような泡状定着液生成手段３０における微小な泡生成３８として、閉じた二重円筒で、内側円筒３８−１が回転可能な構成とする。そして、外部円筒の一部より、気体液体混合部３５から大きな泡状定着液が供給され、回転する内側円筒３８−１と外部円筒３８−２の隙間（ここが流路となる）を通過しながら、回転円筒によりせん断力を受ける。このせん断力により、大きな泡は微小な泡へと変化し、外側円筒３８−２に設けられた泡の出口より、所望の微小な泡径を有する泡状定着液を得ることができる。
【００３５】
また、回転する内側円筒３８−１の回転数と内側円筒３８−１の長手方向の長さにより液搬送速度は決定される。外側円筒３８−２の内径をｄ１［ｍｍ］、円筒長さがＬ［ｍｍ］とし、内側円筒３８−１の外径をｄ２［ｍｍ］とし、回転数をＲ［ｒｐｍ］とすると、微小な泡を生成するための液搬送速度Ｖ［ｍｍ３／秒］は、
Ｖ＝Ｌ×π×（ｄ１２−ｄ２２）／４／（１０００／Ｒ）
の式で決まることがわかった。
【００３６】
例えば、ｄ１が１０［ｍｍ］、ｄ２が８［ｍｍ］、Ｌが５０［ｍｍ］、回転数が１０００［ｒｐｍ］とすると、液搬送速度は約１４００［ｍｍ３／秒］（１．４［ｃｃ／秒］）となる。Ａ４の紙を定着するために必要な泡状定着液が３［ｃｃ］であるとすると、液状定着液から必要量の泡状定着液を生成するのに立上がり時間は約２秒ですみ、極めて素早く、所望の泡径を有する泡状定着液を生成可能となる。内側円筒にらせん状の溝を設けて、円筒内での液搬送性をよくしてもよい。
【００３７】
このように、液状定着液を大きな泡径を有する液へと変化させる大きな泡生成部と、大きな泡にせん断力を加えて微小な泡を生成する微小な泡生成部を組み合わせることで、液状定着液を極めて短時間に５［μｍ］〜５０［μｍ］程度の微小な泡径を有する泡状定着液を生成させることができる。
【００３８】
次に、定着液容器から液状定着液を泡化する機構に搬送する手段としては、図４では搬送ポンプを用いている。搬送ポンプとしては、ギヤポンプ、ベローズポンプ等があるが、チューブポンプが望ましい。ギヤポンプ等ごとく定着液中で振動機構や回転機構があると、ポンプ内で液が起泡し、液に圧縮性が出て、搬送能力が低下する恐れがある。また、上記の機構部品等が定着液を汚染したり、逆に機構部品を劣化させる恐れがある。一方、チューブポンプは、チューブ内の液を、チューブを変形させながら押し出す機構であるため、定着液と接する部材はチューブだけであり、定着液に対し耐液性を有する部材を用いることで、液の汚染やポンプ系部品の劣化がない。また、チューブを変形させるだけなので、液が起泡せず、搬送能力の低下を防止できる。なお、泡状の定着液のかさ密度としては、０．０１［ｇ／ｃｍ３］〜０．１［ｇ／ｃｍ３］程度の範囲が望ましい。更に、定着液は、紙等の記録媒体上のトナー等の樹脂含有微粒子の層への塗布時に泡状となっていればよく、保存容器内で泡状である必要はない。保存容器中では気泡を含有しない液体で、容器から液を供給する時点や、樹脂含有微粒子の層へ付与するまでの液搬送経路で泡状にする手段を設ける構成が望ましい。これは、保存容器では液体で、容器から液を取り出した後に泡状とする構成のほうが、容器の小型化ができるという大きな利点を有するためである。
【００３９】
次に、本実施形態の画像形成装置に搭載された定着装置の構成について説明する。図５は本実施形態の画像形成装置の構成の一例を示す概略図である。同図において、図１及び図４と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。泡状定着液生成手段３０は、上述したように、液体状の定着液から大きな泡を生成した後、大きな泡を分泡して微小な泡を生成することにより、泡状定着液を生成している。この泡状定着液は、塗布ローラ３９上において、膜厚調整手段のブレード４０が作用する部分の上流側に供給され、塗布ローラ３９上に均一に薄層化される。ブレード４０は、泡状定着液を薄層化して最適な膜厚を形成している。ここで要求される膜厚は、塗布ローラ上に定着の際に最適値となる膜厚のことである。塗布ローラ３９上に均一に薄層化された泡状定着液は、媒体上のトナー粒子層に付与され、トナー粒子を媒体に定着させている。
【００４０】
そして、本実施形態の画像形成装置には、二次転写部の上流側に、前処理装置としての極性基生成部２が設けられている。この極性基生成部２は、具体的には、コロナ放電を行うコロナ放電電極５１と、コロナ放電電極５１に高周波電流を供給する高周波電源５２と、高周波電源５２を制御するコロナ放電制御部５３と、アースに接続された対向電極５４とを備えている。このコロナ放電電極５１と対向電極５４とは互いに対向し合うように設けられており、それらの間を媒体１１４が通過するようになっている。アースに接続された対向電極５４は、金属部材で構成されており、媒体１１４の搬送路のカーブした部分の外側に設けられている。すなわち、カーブの内側にコロナ放電電極５１が設けられている。このことによって、媒体１１４が搬送される際には、媒体１１４が常に搬送路のカーブの外側に押し付けられるように搬送され、結果として対向電極５４の部分に常に押し当てられながら搬送されることになる。このとき媒体１１４は搬送方向にカーブしながら搬送されるので、媒体の幅方向は真っ直ぐに腰が付けられた状態となっている。そして、コロナ放電電極５１は、媒体１１４の幅方向に沿って真っ直ぐに延びている棒状或いは線状の形状を取っている。そして、伸びている方向の全体にわたって対向電極５４と略平行に設けられている。すなわち、図６に示すように、幅方向全体にわたって、対向電極５４とのギャップ（Ｗ）は一定になるように設けられている。このギャップがばらついていると、コロナ放電のムラが発生するからである。ギャップ（Ｗ）に関しては、放電の特性から１〜１０ｍｍ程度が望ましい。コロナ放電電極５１の長さは、媒体の幅方向の分の長さがあれば十分である。すなわち、装置における媒体の最大許容規格サイズがＡ３ならば、コロナ放電電極５１の長さは２９７ｍｍ程度であればよい。
【００４１】
そして、媒体１１４は、塗布ローラ３９と加圧ローラ４１によって挟み込まれて搬送されており、これらの加圧力によって薄層化された泡状定着液が媒体に付与されている。また、塗布ローラ３９上において、媒体１１４へ泡状定着液を付与する部分の下流位置にはクリーニング手段４２が設けられている。クリーニング手段４２は、泡状定着液付与動作後に塗布ローラ３９上に残留した泡状定着液やオフセットしたトナーを除去するために設けられている。これらが正常に除去されていなければ、ブレード４０の部分で安定した泡状定着液の薄膜形成に支障をきたすからである。
【００４２】
未定着トナーの画像は、二次転写部によって、転写ベルトより媒体に転写される。この未定着トナーの画像に、泡状定着液が塗布ローラ３９によって付与されることによって、定着動作が行われる。
【００４３】
次に、コロナ放電と親水性に関して説明する。
接着やコーティング処理などを行う産業機器において、表面改質手段として、コロナ処理が用いられるようになってきている。コロナ処理によって、表面の親水性が向上するということがわかってきているからである。そのメカニズムを簡単に説明する。一般に表面エネルギーが低い物質は、親水性や接着性が悪く、その結果インキ等の濡れ性も悪いということになる。そのため表面エネルギーが低い物質に印刷あるいは、他の材質を接着しようとする場合、その表面を活性化させて表面エネルギーを高くしその作業を補助する前処理が必要となる。その表面活性化処理の一つであるコロナ放電による高周波高電圧の気中では、電解内にて原子、分子、電子イオン間でのそれぞれの衝突、電子エネルギーの励起（激しく動く）等が起こり、さらに光子の放出が起こる。このコロナ放電のエネルギーを物質に作用させると、その表面がエネルギーを受け、表面エネルギーが高くなり、活性化された状態（ラジカルな状態）になる。このとき、物質の表面にはＯＨ基やカルボニル基などの極性基が生成され、この極性基と定着液に含まれる水分と結合しやすくなり、つまり親水性が向上する。
【００４４】
実際に、媒体の最も一般的な例として紙を取り上げてみると、コロナ放電処理を施すことにより、親水性の指標となる接触角が低下することが実験でも確認されており、さらに、泡状定着液を用いた場合についても接触角が低下することも確認されている。このことは、コロナ放電処理で生成されたＯＨ基やカルボニル基などの極性基は、本実施形態で用いられる泡状定着液の成分に対しても、親水性を向上させる効果があることを示している。実際に、媒体に泡状定着液を塗布した場合、コロナ放電処理を施すことによって、塗布量が２０％以上向上した。
【００４５】
これらのことから、コロナ放電処理は、非常にシンプルな手段で媒体の親水性を向上させることが可能であることがわかる。コロナ放電は、高電圧高周波で行うことが最も効率的であり、具体的には１０ｋＶｐｐ、２０ｋＨｚ近傍でも十分なコロナ放電が可能である。
【００４６】
ここで、コロナ放電による媒体の親水性向上処理が定着に必要な泡状定着液の必要量の削減に寄与していることを示すメカニズムについて概説する。
媒体上の未定着トナーの画像は、ただ単に微粒子の粉体状のものであり、指で少しでも触れてしまうと画像が乱れるほどのものである。ここに、泡状定着液が塗布されたとき、泡状定着液がトナー層の途中までしか浸透していない場合、トナー層のうち泡状定着液が浸透した部分に関してはトナー粒子が泡状定着液によって互いに結束力が発生する。しかし、媒体と接しているトナー層は粉体状で結束力が泡状定着液が浸透した部分と比較して劣るため、図７に示すように塗布ローラ３９と媒体１１４が分離する局面で、泡状定着液が浸透していない部分で剥離してしまい、トナーの塗布ローラ３９へのオフセットが発生してしまうことは容易に理解できる。このことから、少なくとも、泡状定着液はトナー層全体に浸透する必要があることがわかる。一方で、トナー層は粉体層なので、トナー表面に撥水処理等がなされてない限りは、毛管現象でトナー粒子層内に泡状定着液は比較的浸透しやすい。そして、媒体もトナー層と同等の浸透性があれば媒体にもスムーズに泡状定着液が浸透していくが、媒体の浸透性が低ければ、泡状定着液の浸透がトナー層と媒体の間でブロックされてしまう。
【００４７】
トナーが塗布ローラ３９にオフセットしないためには、泡状定着液によって軟化したトナーが媒体に確実に接着する必要がある。媒体が紙ならば、紙の繊維に絡みつく必要がある。しかし、図８の（ｂ）に示すように、媒体の浸透性が低く、泡状定着液が媒体にまで浸透していないと、軟化したトナーの媒体への接着力が弱くなり、つまり紙繊維への絡み付が弱くなる。その結果、図８の（ａ）に示すように、塗布ローラ３９へのオフセットが発生しやすくなる。一方で、図９の（ｂ）に示すように、媒体の浸透性も高ければ、媒体の紙繊維内に泡状定着液が浸透し、媒体の繊維側からもトナーを軟化してトナーとの接着力を上げて軟化したトナーを繊維内に引きずり込む働きもする。このため、図９の（ａ）に示すように、塗布ローラ３９へのオフセットが発生しにくくなり、その結果定着性を向上させることができる。
【００４８】
更に、泡状定着液が浸透して軟化したトナーそのものについても、媒体との接着力は向上している。上述したように、コロナ放電処理を施すことによって、媒体表面上にＯＨ基やカルボニル基などの極性基が生成されるのだが、これらは液体との親水性向上に寄与するだけではなく、粘着剤との接着効果の向上にも寄与していることがわかっている。軟化したトナーは粘着性を帯び、接着剤と同等の振る舞いをするので、コロナ放電処理が施された媒体との接着性が向上するということが理解できる。このようなことから、トナーそのものの振る舞いにおいても、コロナ放電処理が施された方が定着性が向上することがわかる。
【００４９】
以上の説明により、同条件の泡状定着液で同条件のニップならば、媒体の浸透性が高いほうが定着品質に優れることがわかった。媒体の浸透性を高めるには、媒体表面の親水性が高いほど良い。また、媒体の浸透性が低くても確実な定着品質を得るためなら、ニップ時間を長くしたりニップ圧を高くしたりするとか、泡状定着液の供給量を増やすなどの対策をしなければならない。ニップ時間を長くしたりニップ圧を高くしたりするのは、設計の制約にもなりうるし、泡状定着液の供給量を増やすのは、省資源の問題もさることながら、サプライも多くなってサービスマンの負荷にもつながるという問題が発生する。
【００５０】
これらのことから媒体の搬送過程において図５の極性基生成部２によって、媒体にコロナ放電処理を行い、媒体の表面に極性基が生成される。その結果媒体の親水性が向上する。媒体の親水性が向上することで、媒体が塗布ローラのニップ部で泡状定着液が付与される際に、媒体がより多くの泡状定着液を吸収する。したがって、媒体通過後の塗布ローラ上には残留泡状定着液が少なくなる。残留の泡状定着液はオフセットトナーが混ざる可能性があるために廃棄するしかないので、その廃棄する泡状定着液を低減することが可能になる。その結果、廃棄物の削減、メンテナンス性の向上につながる。
【００５１】
当然、言うまでのないことだが、極性基生成部２によるコロナ放電は、常時行われる必要はなく、記録媒体が極性基生成部２を通過しているときのみに、コロナ放電を行えばよい。このようにすることによって、省エネルギーなコロナ放電が可能になる。さらに言えば、媒体上の泡状定着液が付与される部分のみに、コロナ放電処理を行えば、さらに効率がよくなり、省エネになる。
【００５２】
また、静電転写プロセスでは、電界をかけることによって、トナーの転写を行っているため、トナーは電界に対して敏感である。コロナ放電処理は高電圧高周波で強力な電界及び電界の変動を発生させる。そのため、トナー画像が転写されて、未定着トナー画像が形成された媒体にコロナ放電処理が施されると、未定着トナー画像が散る等の問題が発生し、画像乱れの原因となってしまう。一方で、コロナ放電処理が施された後の媒体では、媒体そのものに電荷が注入されるわけではなく、ＯＨ基やカルボニル基が生成されて親水性が向上しているだけである。ゆえに、極性基生成部による媒体へのコロナ放電処理は、二次転写部にて媒体にトナー画像が転写される前に行っておくことが望ましい。更には、コロナ放電処理がなされた後の媒体の親水性は時間が経つにつれて低下してしまうこともわかっているので、図５に示すように、極性基生成部２が二次転写部の上流側に設けられ、オンラインで極性基生成部２による媒体へのコロナ放電処理の直後に二次転写部にて媒体に未定着トナーの画像の転写が行われる。
【００５３】
ところで、媒体には種々の物がある。紙に限定して考えただけでも、厚み、坪量、サイズ、銘柄、カテゴリなどがある。そして、それらは例えば坪量に応じた連続的な特性の変化を伴っているものや、銘柄、カテゴリ（インクジェット専用紙、コート紙など）のよって固有の特性を持っているものもある。
【００５４】
ここで、図１０に示すように、媒体表面の親水性はコロナ放電処理によって変化する。図１０において表面接触角は親水性を示すものであり、その表面接触角とは基材の上に水滴を落として基材と水滴の接触角である。この表面接触角が小さければ小さいほど親水性が高いことになる。更に、同図に示すように、媒体によって親水性がばらつく。このように親水性がばらついてしまうと、本実施形態における定着に関わる特性もばらついてしまうことにもなり、製品の信頼性にも影響を及ぼす。したがって、あらゆる媒体に対して、同一の親水性を得るためには、媒体ごとに固有のコロナ処理の設定が必要となる。つまり、図１０に示すように、所望の親水性を得るためには、媒体Ａ〜Ｃのコロナ放電電圧値ａ〜ｃの設定が必要である。そのためには、図５のコロナ放電制御部５３に、媒体の種類に関する情報を保持する情報保持手段（図示せず）を備え、この情報保持手段としてのメモリテーブルに格納された各種媒体の情報に応じてコロナ放電制御部５３によって適正なコロナ放電の条件を与えている。なお、具体的な一例ではあるが、媒体のサイズはともかく、厚み、坪量、銘柄などをセンサにて検知するのは相応のコストが必要となってくるので、手入力の場合で示してある。もちろん、自動取得できるものであってもよい。当然、１つの給紙トレイには１種類の媒体しか入っていないということが大前提となるが、どのトレイにどの種類の媒体がセットされているかをユーザが手入力する。手入力の方法は、装置のコントロール画面で入力しても、給紙トレイのダイヤルでセットする方法でも何でも良い。一方、情報保持手段は、種々の媒体の種類と、それらに対応した付帯情報、最終的には媒体種類に対応したコロナ放電の条件（電圧、周波数、電力、電流、デューティ等）とが対応した情報テーブルを具備している。
【００５５】
次に、図１１に示すコロナ放電処理フローにおいて、入力された媒体の種別情報を取得すると（ステップＳ１０１）、取得した媒体の種別情報に基づいて図５のコロナ放電制御部５３における情報保持手段のメモリテーブルの情報を照合する（ステップＳ１０２）。入力された媒体の種別情報があれば当該媒体の種別情報に対応するコロナ放電の条件を決定する（ステップＳ１０３；ＹＥＳ、ステップＳ１０４）。そのコロナ放電の条件を図５のコロナ放電制御部５３へ伝達している。そして、コロナ放電制御部５３にて、この条件で適正なコロナ放電が行われるようにコロナ放電を制御する（ステップＳ１０５）。
【００５６】
なお、本実施形態において、媒体の親水性を向上させるために媒体の表面に極性基を生成する手段としてコロナ放電を用いたが、コロナ放電に限らず媒体の親水性を向上させることができるなら他の手段であってもよい。例えば紫外線処理を行うと記録媒体を構成する有機化合物（ＣＨ-）の分子結合が高いエネルギーの紫外線によって切れて極性基が形成され、水素原子が極めて軽いため容易に引き抜かれてそこに酸素原子が反応して媒体の親水性が向上するという例もあり、このような手段を用いてもかまわない。
【００５７】
次に、定着液の液処方について説明する。泡状の定着液は、上述したように、軟化剤を含有した液体中に気泡を含有した構成である。軟化剤を含有した液体は、気泡を安定に含有し、なるべく均一な気泡の大きさからなる気泡層を構成する泡状とするため、起泡剤及び増泡剤を有することが望ましい。また、ある程度粘度が高いほうが、気泡が安定して液体中に分散するため、増粘剤を含有することが望ましい。
【００５８】
また、起泡剤としては、陰イオン界面活性剤、特に、脂肪酸塩が望ましい。脂肪酸塩は界面活性を有するため、水を含有する定着液の表面張力を下げ、定着液を発泡しやすくするとともに、泡表面で脂肪酸塩が層状ラメラ構造をとるため泡壁（プラトー境界）が他の界面活性剤よりも強くなり、泡沫安定性が極めて高くなる。また、脂肪酸塩の起泡性を効果的にするため、定着液には水を含有することが望ましい。脂肪酸としては、大気中での長期安定性の観点から酸化に強い飽和脂肪酸が望ましい。但し、飽和脂肪酸塩を含有する定着液に若干の不飽和脂肪酸塩を含有することで脂肪酸塩の水に対する溶解・分散性を助け、５℃〜１５℃までの低気温において、優れた起泡性を有することができ、広い環境温度範囲において定着の安定を可能とし、また、定着液長期放置中の脂肪酸塩の定着液中分離を防止することができる。
【００５９】
更に、飽和脂肪酸塩に用いる脂肪酸としては、炭素数１２、１４、１６及び１８の飽和脂肪酸、具体的にはラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸が適する。炭素数が１１以下の飽和脂肪酸塩は臭気が大きくなり、当該定着液を用いるオフィス・家庭で用いる画像形成機器に適さない。また、炭素数１９以上の飽和脂肪酸塩は、水に対する溶解性が低下し、定着液の放置安定性を著しく低下させてしまう。これらの飽和脂肪酸による飽和脂肪酸塩を単独もしくは混合して起泡剤として用いる。
【００６０】
また、不飽和脂肪酸塩を用いてもよく、炭素数１８で２重結合数が１から３の不飽和脂肪酸が望ましい。具体的には、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸が適する。２重結合が４以上では反応性が強いため、定着液の放置安定性が劣ってしまう。これらの不飽和飽和脂肪酸による不飽和脂肪酸塩を単独もしくは混合して起泡剤として用いる。また、上記飽和脂肪酸塩と不飽和脂肪酸塩を混合して起泡剤として用いても構わない。
【００６１】
更に、上記飽和脂肪酸塩又は不飽和脂肪酸塩において、当該定着液の起泡剤として用いる場合、ナトリウム塩、カリウム塩もしくはアミン塩であることが望ましい。定着装置に電源を投入後、素早く定着可能な状態にすることは定着装置の商品価値として重要な要素である。定着装置において定着可能な状態とするためには、定着液が適切な泡状となっていることが必須であるが、上記の脂肪酸塩は素早く起泡することで、電源投入後定着可能な状態を短時間でつくることができる。特に、アミン塩とすることで、定着液にせん断力を加えたときに最も短時間で起泡し、泡状定着液を容易に作製することが可能であり、定着装置への電源投入後の定着可能な状態を最も短時間でつくることができる。
【００６２】
樹脂を溶解又は膨潤することで軟化させる軟化剤は、脂肪族エステルを含む。この脂肪族エステルは、トナー等に含まれる樹脂の少なくとも一部を溶解又は膨潤させる溶解性又は膨潤性に優れている。
【００６３】
また、軟化剤については、人体に対する安全性の観点から、その急性経口毒性ＬＤ５０が３［ｇ／ｋｇ］よりも大きい、更に好ましくは５［ｇ／ｋｇ］であることが好ましい。脂肪族エステルは、化粧品原料として多用されているように、人体に対する安全性が高い。
【００６４】
更に、記録媒体に対するトナーの定着は、密封された環境において頻繁に使用される機器で行われ、軟化剤はトナーの記録媒体への定着後にもトナー中に残留するため、記録媒体に対するトナーの定着は揮発性有機化合物（ＶＯＣ）及び不快臭の発生を伴わないことが好ましい。すなわち、軟化剤は揮発性有機化合物（ＶＯＣ）及び不快臭の原因となる物質を含まないことが好ましい。脂肪族エステルは、一般に汎用される有機溶剤（トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、酢酸エチルなど）と比較して、高い沸点及び低い揮発性を有し、刺激臭を持たない。なお、オフィス環境等における臭気を高い精度で測定することができる実用的な臭気の測定尺度として、官能測定である三点比較式臭袋法による臭気指数（１０×ｌｏｇ（物質の臭気が感じられなくなるまでの物質の希釈倍率））を臭気の指標とすることができる。また、軟化剤に含まれる脂肪族エステルの臭気指数は、１０以下であることが好ましい。この場合には、通常のオフィス環境では、不快臭を感じなくなる。更に、軟化剤のみならず、定着液に含まれる他の液剤も同様に、不快臭及び刺激臭を有さないことが好ましい。
【００６５】
本実施形態における定着液において、好ましくは、上記の脂肪族エステルは、飽和脂肪族エステルを含む。上記の脂肪族エステルが、飽和脂肪族エステルを含む場合には、軟化剤の保存安定性（酸化、加水分解などに対する耐性）を向上させることができる。また、飽和脂肪族エステルは、人体に対する安全性が高く、多くの飽和脂肪族エステルは、トナーに含まれる樹脂を１秒以内で溶解又は膨潤させることができる。更に、飽和脂肪族エステルは、記録媒体に提供されたトナーの粘着感を低下させることができる。これは、飽和脂肪族エステルが、溶解又は膨潤したトナーの表面に油膜を形成するためであると考えられる。
【００６６】
よって、本実施形態における定着液において、好ましくは、上記の飽和脂肪族エステルの一般式は、  Ｒ１ＣＯＯＲ２  で表される化合物を含み、Ｒ１は、炭素数が１１以上１４以下のアルキル基であり、Ｒ２は、炭素数が１以上６以下の直鎖型もしくは分岐型アルキル基である。Ｒ１及びＲ２の炭素数がそれぞれ所望の範囲よりも少ないと臭気が発生し、所望の範囲よりも多いと樹脂軟化能力が低下する。即ち、上記の飽和脂肪族エステルが、一般式Ｒ１ＣＯＯＲ２で表される化合物を含み、Ｒ１は、炭素数が１１以上１４以下のアルキル基であり、Ｒ２は、炭素数が１以上６以下の直鎖型もしくは分岐型のアルキル基である場合には、トナーに含まれる樹脂に対する溶解性又は膨潤性を向上させることができる。また、上記の化合物の臭気指数は、１０以下であり、上記の化合物は、不快臭及び刺激臭を有さない。
【００６７】
上記の化合物である脂肪族モノカルボン酸エステルとしては、例えば、ラウリン酸エチル、ラウリン酸ヘキシル、トリデシル酸エチル、トリデシル酸イソプロピル、ミリスチン酸エチル、ミリスチン酸イソプロピル等が挙げられる。上記の化合物であるこれらの脂肪族モノカルボン酸エステルの多くは、油性溶媒に溶解するが、水には溶解しない。よって、上記の化合物である脂肪族モノカルボン酸エステルの多くについては、水性溶媒では、グリコール類を溶解助剤として定着液に含有し、溶解又はマイクロエマルジョンの形態とする。
【００６８】
また、本実施形態における定着液において、好ましくは、上記の脂肪族エステルは、脂肪族ジカルボン酸エステルを含む。上記の脂肪族エステルが、脂肪族ジカルボン酸エステルを含む場合には、より短い時間でトナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることができる。例えば、６０［ｐｐｍ］程度の高速印字では、記録媒体における未定着のトナーに定着液を付与し、トナーが記録媒体に定着するまでの時間は、１秒以内であることが望ましい。上記の脂肪族エステルが、脂肪族ジカルボン酸エステルを含む場合には、記録媒体における未定着のトナー等に定着液を付与し、トナーが記録媒体に定着するのに要する時間を、０．１秒以内にすることが可能となる。更に、より少量の、軟化剤の添加によって、トナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることができるため、定着液に含まれる、軟化剤の含有量を低減することができる。
【００６９】
よって、本発明における定着液において、好ましくは、上記の脂肪族ジカルボン酸エステルの一般式は、  Ｒ３（ＣＯＯＲ４）２  で表される化合物を含み、Ｒ３は、炭素数が３以上８以下のアルキレン基であり、Ｒ４は、炭素数が３以上５以下の直鎖型又は分岐型アルキル基である。Ｒ３及びＲ４の炭素数がそれぞれ所望の範囲よりも少ないと臭気が発生し、所望の範囲よりも多いと樹脂軟化能力が低下する。即ち、上記の脂肪族ジカルボン酸エステルが、一般式Ｒ３（ＣＯＯＲ４）２で表される化合物を含み、Ｒ３は、炭素数が３以上８以下のアルキレン基であり、Ｒ４は、炭素数が３以上５以下の直鎖型又は分岐型アルキル基である場合には、トナーに含まれる樹脂に対する溶解性又は膨潤性を向上させることができる。また、上記の化合物の臭気指数は、１０以下であり、上記の化合物は、不快臭及び刺激臭を有さない。
【００７０】
上記の化合物である脂肪族ジカルボン酸エステルとしては、例えば、コハク酸２エチルヘキシル、アジピン酸ジブチル、アジピン酸ジイソブチル、アジピン酸ジイソプロピル、アジピン酸ジイソデシル、セバシン酸ジエチル、セバシン酸ジブチル等が挙げられる。上記の化合物であるこれらの脂肪族ジカルボン酸エステルの多くは、油性溶媒に溶解するが、水には溶解しない。よって、水性溶媒では、グリコール類を溶解助剤として定着液に含有し、溶解又はマイクロエマルジョンの形態とする。
【００７１】
更に、本実施形態における定着液において、好ましくは上記の脂肪族エステルは、脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルを含む。上記の脂肪族エステルが、脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルを含む場合には、記録媒体に対するトナーの定着性を向上させることができる。
【００７２】
本実施形態における定着液において、好ましくは、上記の脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルの一般式は、  Ｒ５（ＣＯＯＲ６−Ｏ−Ｒ７）２で表される化合物を含み、Ｒ５は、炭素数が２以上８以下のアルキレン基であり、Ｒ６は、炭素数が２以上４以下のアルキレン基であり、Ｒ７は、炭素数が１以上４以下のアルキル基である。Ｒ５、Ｒ６及びＲ７の炭素数がそれぞれ所望の範囲よりも少ないと臭気が発生し、所望の範囲よりも多いと樹脂軟化能力が低下する。即ち、上記の脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルは、一般式Ｒ５（ＣＯＯＲ６−Ｏ−Ｒ７）２で表される化合物を含み、Ｒ５は、炭素数が２以上８以下のアルキレン基であり、Ｒ６は、炭素数が２以上４以下のアルキレン基であり、Ｒ７は、炭素数が１以上４以下のアルキル基である場合には、トナーに含まれる樹脂に対する溶解性又は膨潤性を向上させることができる。また、上記の化合物の臭気指数は、１０以下であり、上記の化合物は、不快臭及び刺激臭を有さない。
【００７３】
上記の化合物である脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルとしては、例えば、コハク酸ジエトキシエチル、コハク酸ジブトキシエチル、アジピン酸ジエトキシエチル、アジピン酸ジブトキシエチル、セバシン酸ジエトキシエチル等が挙げられる。これらの脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルを水性溶媒では、グリコール類を溶解助剤として定着液に含有し、溶解又はマイクロエマルジョンの形態とする。また、脂肪酸エステルではないが、クエン酸エステルや炭酸エチレンや炭酸プロピレンも軟化もしくは膨潤剤として適する。
【００７４】
なお、定着の対象となる樹脂を含有する微粒子は、トナーに限定されず、樹脂を含有する微粒子であれば何れでもよい。例えば、導電性部材を含有した樹脂含有微粒子でもよい。また、記録媒体は、記録紙に限定されず、金属、樹脂、セラミックス等何れでもよい。但し、媒体は定着液に対し浸透性を有することが望ましく、媒体基板が液浸透性を持たない場合は、基板上に液浸透層を有する媒体が望ましい。記録媒体の形態もシート状に限定されず、平面及び曲面を有する立体物でもよい。例えば、紙のごとき媒体に透明樹脂微粒子を均一に定着させ紙面を保護する（所謂、ニスコート）用途においても、本実施形態は適用できる。
【００７５】
上記の樹脂を含有する微粒子のうち、電子写真プロセスで用いるトナーは、本実施形態の定着液との組合せにおいて最も定着への効果が高い。トナーは、色剤と帯電制御剤と結着樹脂や離型剤などのような樹脂を含む。トナーに含まれる樹脂は、特に限定されないが、好適な結着樹脂としては、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリル共重合体樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられ、離型剤としては、例えばカルバナウワックスやポリエチレンなどのワックス成分などが挙げられる。トナーは、結着樹脂の他に、公知の着色剤、電荷制御剤、流動性付与剤、外添剤などを含んでもよい。また、トナーは、メチル基を有する疎水性シリカ及び疎水性酸化チタンのような疎水性微粒子をトナーの粒子の表面に固着させることによって、撥水性処理されていることが好ましい。媒体のうち、記録媒体は、特に限定されず、例えば、紙、布、及び液体透過層を有するＯＨＰ用シートのようなプラスチックフィルムなどが挙げられる。本発明における油性とは、室温（２０℃）における水に対する溶解度が、０．１重量％以下である性質を意味する。
【００７６】
また、泡状となった定着液は、好ましくは、撥水性処理されたトナーの粒子に対して、十分な親和性を有することが望ましい。ここで、親和性とは、液体が固体に接触したときに、固体の表面に対する液体の拡張濡れの程度を意味する。すなわち、泡状となった定着液は、撥水性処理されたトナーに対して十分な濡れ性を示すことが好ましい。疎水性シリカ及び疎水性酸化チタンのような疎水性微粒子で撥水性処理されたトナーの表面は、疎水性シリカ及び疎水性酸化チタンの表面に存在するメチル基によって覆われており、おおよそ２０［ｍＮ／ｍ］程度の表面エネルギーを有する。現実には撥水性処理されたトナーの表面の全面が疎水性微粒子によって完全に覆われてはいないため、撥水性処理されたトナーの表面エネルギーは、おおよそ、２０〜３０［ｍＮ／ｍ］であると推測される。よって、撥水性トナーに対して親和性を有する（十分な濡れ性を有する）ためには、泡状となった定着液の表面張力は、２０〜３０［ｍＮ／ｍ］であることが好ましい。
【００７７】
水性溶媒を用いる場合、界面活性剤を添加することで、表面張力を２０〜３０［ｍＮ／ｍ］とすることが好ましい。また、水性溶媒の場合、単価もしくは多価アルコールを含有していることが望ましい。これらの材料は、泡状の定着液における気泡の安定性を高め、破泡しにくくする利点を有する。例えばセタノールなどの単価アルコールや、グリセンリン、プロピレングリコール、１，３ブチレングリコールなどの多価アルコールが望ましい。また、これらの単価又は多価のアルコール類を含有することで紙等の媒体のカール防止に効果を有する。
【００７８】
また、定着液中に浸透性改善や紙等媒体のカール防止のために油性成分を含有してＯ／ＷエマルジョンやＷ／Ｏエマルジョンを形成する構成も望ましく、その場合、具体的な分散剤としては、ソルビタンモノオレエートやソルビタンモノステレートやソルビタンセスキオレートなどのソルビタン脂肪酸エステルやショ糖ラウリン酸エステルやショ糖ステアリン酸エステルなどのショ糖エステルなどが望ましい。なお、定着中での軟化剤を溶解もしくはマイクロエマルジョン分散させるため方法としては、例えば、回転羽根によるホモミキサーやホモジナイザーのような機械的に攪拌する手段、及び超音波ホモジナイザーのような振動を与える手段が挙げられる。いずれにしても、強いせん断応力を定着液中の軟化剤に加えることで溶解もしくはマイクロエマルジョン分散させる。
【００７９】
また、トナーの定着装置は、本実施形態における定着液をトナーに供給した後、トナーに含まれる樹脂の少なくとも一部を溶解又は膨潤させる部剤（軟化剤）によって溶解又は膨潤したトナーを加圧する、一対の平滑化ローラ（ハードローラ）を有してもよい。一対の平滑化ローラ（ハードローラ）によって、溶解又は膨潤したトナーを加圧することによって、溶解又は膨潤したトナーの層の表面を平滑化して、トナーに光沢を付与することが可能となる。更に、記録媒体内へ溶解又は膨潤したトナーを押し込むことによって、記録媒体に対するトナーの定着性を向上させることができる。
【００８０】
次に、定着液の具体的な処方の例を以下に示す。
希釈溶媒：イオン交換水                          ５３ｗｔ％
軟化剤：コハク酸ジエトキシエチル(クローダ社  クローダＤＥＳ)
１０ｗｔ％
炭酸プロピレン                          ２０ｗｔ％
増粘剤：プロピレングリコール                    １０ｗｔ％
増泡剤：ヤシ脂肪酸ジエタノールアミド（１：１）型（松本油脂  マーポンＭＭ）
０．５ｗｔ％
起泡剤：パルミチン酸アミン                    ２．５ｗｔ％
ミリスチン酸アミン                    １．５ｗｔ％
ステアリン酸アミン                    ０．５ｗｔ％
分散剤：ＰＯＥ（２０）ラウリルソルビタン（花王  レオドールＴＷ−Ｓ１２０Ｖ）
１ｗｔ％
ポリエチレングリコールモノステアレート（花王  エマノーン３１９９）
１ｗｔ％
【００８１】
以上説明したように、本実施形態によれば、図５に示すように、未定着トナーを記録媒体に転写する前の記録媒体１１４にコロナ放電電極５１によるコロナ放電処理が施されることで、記録媒体１１４の表面上に極性基が生成される。そして、この極性基と定着液の水分とが化学的に結合しやすくなるため記録媒体１１４の親水性が向上する。これにより、泡状定着液が記録媒体１１４に浸透しやすくなってトナーを十分軟化することができトナーが記録媒体と接着しやすくなる。そして、定着処理に必要な液量の定着液を未定着トナーに塗布することだけで十分な軟化処理を行うことができる。このため、必要以上の液量の泡状定着液を塗布することがなくなり、泡状定着液の無駄を減らすことができ、かつ十分な定着性を確保できる。
【００８２】
また、本実施形態によれば、極性基生成部２を構成するコロナ放電電極５１と対向電極５３との間に存在する記録媒体１１４に、コロナ放電を行う。このように極性基生成部２によってコロナ放電を実行するときは記録媒体１１４がコロナ放電電極５１と対向電極５３との間に存在するときのみである。これにより、記録媒体１１４がコロナ放電電極５１と対向電極５３との間に存在しないときはコロナ放電を行わないため、コロナ放電に伴う電力消費を抑え、装置全体から鑑みれば低消費電力化を図ることができる。
【００８３】
更に、本実施形態によれば、図５に示すように記録媒体１１４の搬送路における湾曲箇所にてコロナ放電を実行することで、記録媒体上に均一なコロナ放電処理が可能となって記録媒体の表面に均等に極性基を生成することができる。これにより、記録媒体の親水性を均一に向上させることができる。
【００８４】
また、本実施形態によれば、対向電極５３は搬送される媒体を搬送路に従って案内し、かつ接地された導電性、例えば金属のガイド部材であるため、ガイド部材に沿った媒体にコロナ放電を実行することで、均一なコロナ放電処理が可能となって媒体の親水性を均一に向上させることができる。
【００８５】
更に、本実施形態によれば、コロナ放電設定値記憶手段には媒体の種類別に対するコロナ放電設定値を記憶しておく。そして、記録媒体の種別に対応するコロナ放電設定値をコロナ放電設定値記憶手段から読み出す。読み出したコロナ放電設定値で当該記録媒体に対してコロナ放電を実行する。種々の記録媒体に応じた適切なコロナ放電設定値でコロナ放電を実行してバラツキのない安定した親水性を記録媒体に与えることができる。
【００８６】
また、本実施形態によれば、上記媒体の表面に紫外線を照射することで、記録媒体１１４の表面上に極性基が生成される。記録媒体１１４の親水性が向上する。これにより、泡状定着液が記録媒体１１４に浸透しやすくなってトナーを十分軟化することができトナーが記録媒体と接着しやすくなる。
【００８７】
また、本実施形態の定着装置を具備する画像形成装置において、未定着トナーを記録媒体に転写する前に、当該記録媒体にコロナ放電処理を施して記録媒体の親水性を向上させることで、当該記録媒体上に形成された未定着トナーに泡状定着液を塗布する。このため、記録媒体の親水性が向上すると定着液が浸透しやすくなり、軟化したトナーとの接着性も向上する。無駄な泡状定着液を減らしながら、十分な定着性を確保できる。
【符号の説明】
【００８８】
１  定着装置
２  極性基生成部
５１  コロナ放電電極
５２  コロナ放電制御部
５３  高周波電源
５４  対向電極
１００  画像形成装置
１１４  記録媒体
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８９】
【特許文献１】特許第３２９０５１３号公報
【特許文献２】特許第４１８５７４２号公報
【特許文献３】特開昭５９−１１９３６４号公報
【特許文献４】特開２００９−００８９６７号公報
【非特許文献】
【００９０】
【非特許文献１】石井淑夫著，「泡のエンジニアリング」初版，株式会社テクノシステム，２００５年３月２５日発行，Ｐ．４８９
【図１】
2012002964.tif 000003
【図２】
2012002964.tif 000004
【図３】
2012002964.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012002964.tif 000009
【図８】
2012002964.tif 000010
【図９】
2012002964.tif 000011
【図１０】
2012002964.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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