(57)【要約】【課題】簡単な構成で二層構造の泡状定着液の層を生成でき、装置全体の小型化を図ることができる。【解決手段】泡状定着液生成手段３０によって生成された泡状定着液４５を泡吐出ヘッド４３から泡塗布ローラ４１のローラ面上に付与される。そして、膜厚調整用ブレード４２によって所定の膜厚に調整される。破泡手段であるヒータ５２によって泡塗布ローラ４１上の泡状定着液４５の表面が加熱され、表面側の泡状定着液４５が破泡される。破泡して液状化した液状定着液は近傍の泡状定着液の膜に流れ、当該泡状定着液の膜厚は厚くなる。これにより、液状定着液が膜上に流れた泡状定着液の泡密度は高くなる。このため、小型なヒータ５２を用いて、高泡密度の泡状定着液４５ｂの層と、破泡されず液状定着液の泡膜に流れていない低泡密度の泡状定着液４５ａの層との二層構造の泡状定着液を形成して定着液の廃棄量を減らしつつ、装置全体の小型化が図れる。【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また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泡状定着液を生成する泡状定着液生成手段と、媒体上に形成された未定着の樹脂微粒子に塗布する泡塗布手段の塗布面に前記泡状定着液生成手段によって生成された前記泡状定着液を付与する泡状定着液付与手段と、を備え、前記塗布手段によって前記泡状定着液を媒体上の未定着の樹脂微粒子に塗布して該樹脂微粒子を媒体に定着する定着装置において、
泡状定着液を破泡して液状化し、当該液状定着液が他の泡状定着液の泡膜上に流れ当該泡状定着液の泡密度を高くする高泡密度化手段と、
前記泡状定着液生成手段によって生成された泡状定着液の一部の泡密度を前記高泡密度化手段によって高くして生成され媒体上の未定着の樹脂微粒子に塗布される高泡密度の泡状定着液の層と、破泡されずかつ液状定着液が泡膜に流れていない泡状定着液の層との二層構造の泡状定着液を形成する二層構造形成手段と、
を有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、
前記高泡密度化手段は、前記泡塗布手段の塗布面に付与された泡状定着液の層の表面側の泡状定着液を破泡することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の定着装置において、
前記高泡密度化手段は、泡状定着液層の表面を加熱するヒータであることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項３記載の定着装置において、
環境温度を検出する温度検出手段を設け、該温度検出手段によって検出された環境温度に基づいて前記ヒータの設定温度を変えることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の定着装置において、
前記ヒータは媒体上に形成された未定着の樹脂微粒子を加熱することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１記載の定着装置において、
前記高泡密度化手段は、泡状定着液の層の表面をローラ面で擦るローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項６記載の定着装置において、
前記ローラのローラ面を用いて液状定着液を泡状定着液層の表面に塗布することを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項１記載の定着装置において、
前記高泡密度化手段は、泡状定着液層の表面をベルト面で擦るベルトであることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項８記載の定着装置において、
前記ベルトのベルト面を用いて液状定着液を泡状定着液層の表面に塗布することを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項１記載の定着装置において、
前記高泡密度化手段は、前記泡状定着液付与手段によって前記泡塗布手段の塗布面に付与される前の泡状定着液の一部を破泡することを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の定着装置において、
前記泡状定着液付与手段が、吐出口から吐出する泡状定着液を流れる流路を有する泡吐出ヘッドを備え、該泡吐出ヘッドの前記流路に前記高泡密度化手段を設けることを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の定着装置において、
前記高泡密度化手段は、前記流路を構成する内壁又は外壁の一部に設けられることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
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１〜１２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。しかし、このような電子写真方式の画像形成装置における消費電力の約半分以上は、熱定着方式においてトナーを加熱することに消費されている。
【０００３】
一方、近年における環境問題対策の観点からは、低消費電力（省エネルギー）の定着装置が望まれている。即ち、トナーを定着するためにトナーを加熱する温度を今までよりも極端に低下させること、又はトナーを加熱することを必要としない定着方法が望まれている。特に、トナーを全く加熱することなくトナーを記録媒体に定着させる非加熱定着方法が低消費電力の点で理想的である。
【０００４】
このような非加熱定着方法としては、トナーを溶解または膨潤可能で、水に不溶また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液を泡状にして、ローラなどの上に膜を形成する。そして、未定着のトナーが所定位置に配設された被定着物（記録媒体）の表面に接触、浸透させ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ことでトナーを定着させる定着方法が提案され既に知られている。
【０００５】
このような非加熱定着方法としては、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の定着方法は、泡状定着液生成手段によって樹脂の少なくとも一部を溶解又は膨潤させる軟化剤を少なくとも含んだ液状定着液に気泡を大量に含有して生成した泡状定着液が極めて泡密度が低いことに着目した定着方法である。この定着方法によれば、泡状定着液付与手段によって上記泡状定着液を定着液供給口から泡塗布手段である泡塗布ローラ上に付与し、更に泡状定着液の膜厚を調整する。そして、膜厚の調整された泡状定着液が付与されている泡塗布ローラを記録媒体に当接させ、泡塗布ローラ上の泡状定着液を記録媒体上の未定着トナー像に塗布することで、トナーを記録媒体に定着している。このように、定着液を泡状とすることにより定着液の泡密度を下げることができるため、従来よりも少量の定着液で定着が可能となるため、記録媒体上の残液感を抑制することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１によれば、膜厚が調整された泡状定着液を泡塗布ローラにより記録媒体上の未定着トナーに接触させた際、上述したように泡塗布ローラ上の泡状定着液は分離されて泡塗布ローラ上に泡状定着液が残留するという問題があった。定着後に泡塗布ローラ上に残った泡状定着液は、記録媒体上の未定着トナーが混入している可能性があるため、泡塗布ローラ上から回収され廃棄される。このため、定着後に泡塗布ローラ上に残ってしまう定着液の量を少なくして、廃棄される無駄な定着液の量を減らすことが望まれる。
【０００７】
このような要望に対して、本発明者らは、特願２０１０−０５４０６０（以下先願と称す）で、密度の異なる泡状定着液を生成する２つの泡状定着液生成手段を用いて泡塗布ローラ上に二層構造の泡状定着液層を形成し、二層目の泡状定着液層を定着用として未定着トナーに接触し浸透させて未定着トナーを媒体に定着する定着装置を提案している。この先願の定着装置では、第１の泡状定着液生成手段によって上述したように泡塗布ローラの表面張力で引っ張られて泡塗布ローラの表面に残留して破棄されることになる破棄用の泡状定着液を生成し、この破棄用の泡状定着液は一層目として泡塗布ローラ上に付与される。この破棄用の泡状定着液は、無駄な定着液の量を減らすことから定着に用いられる二層目の定着用の泡状定着液に比べて低い泡密度に生成されている。そして、第２の泡状定着液生成手段によって生成された定着用の泡状定着液が上記破棄用の泡状定着液の上層に二層目として形成される。このように形成された二層構造の泡状定着液は記録媒体上の未定着トナーに塗布され、二層目の定着用の泡状定着液のみが未定着トナーに転写され接触し浸透する。一層目の破棄用の泡状定着液は泡塗布ローラ上に残り、泡塗布ローラ上から回収ブレード等の残留泡状定着液回収手段によって回収され廃棄される。これにより、破棄用の泡状定着液は定着用の泡状定着液より低い泡密度であって体積が同じでもその重量は少ないので、破棄される定着液の量は少なくて済む。
【０００８】
上記先願の定着装置は、二層構造の泡状定着液を泡塗布ローラ上に形成するために、泡密度の異なる泡状定着液を生成する上記第１、第２の泡状定着液生成手段を備えている。上記第１、第２の泡状定着液生成手段は、液状定着液に気体を含有させる気液混合手段をそれぞれ有している。更には、上記第１、第２の泡状定着液生成手段は、上記気液混合手段以外にも、上記気液混合手段に液状定着液を供給する液状定着液供給手段と、気液混合手段に気体を供給する気体供給手段とをそれぞれ備えている。気体供給手段は、液状定着液を収容する容器から気液混合手段まで搬液された液状定着液に大きな圧力で気体を供給して泡化するため、出力の大きなポンプが必要となる。ポンプは出力が大きいものほど大型化する傾向があり、出力の大きなポンプを要する気体供給手段を備える泡状定着液生成手段は大型になる。このため、上記泡状定着液生成手段を２つも備えている上記先願の定着装置や画像形成装置の大型化に繋がるため、定着装置としては小型であることが望まれる。
【０００９】
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、二層構造の泡状定着液を形成して定着液の廃棄量を減らしつつ、小型化を図ることが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】
【００１０】
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また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泡状定着液を生成する泡状定着液生成手段と、媒体上に形成された未定着の樹脂微粒子に塗布する泡塗布手段の塗布面に前記泡状定着液生成手段によって生成された前記泡状定着液を付与する泡状定着液付与手段と、を備え、前記塗布手段によって前記泡状定着液を媒体上の未定着の樹脂微粒子に塗布して該樹脂微粒子を媒体に定着する定着装置において、泡状定着液を破泡して液状化し、当該液状定着液が他の泡状定着液の泡膜上に流れ当該泡状定着液の泡密度を高くする高泡密度化手段と、前記泡状定着液生成手段によって生成された泡状定着液の一部の泡密度を前記高泡密度化手段によって高くして生成され媒体上の未定着の樹脂微粒子に塗布される高泡密度の泡状定着液の層と、破泡されずかつ液状定着液が泡膜に流れていない泡状定着液の層との二層構造の泡状定着液を形成する二層構造形成手段と、を有することを特徴とするものである。
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、前記高泡密度化手段は、前記泡塗布手段の塗布面に付与された泡状定着液の層の表面側の泡状定着液を破泡す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１又は２に記載の定着装置において、前記高泡密度化手段は、泡状定着液層の表面を加熱するヒータ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３記載の定着装置において、環境温度を検出する温度検出手段を設け、該温度検出手段によって検出された環境温度に基づいて前記ヒータの設定温度を変え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３又は４に記載の定着装置において、前記ヒータは媒体上に形成された未定着の樹脂微粒子を加熱す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１記載の定着装置において、前記高泡密度化手段は、泡状定着液の層の表面をローラ面で擦るローラであ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６記載の定着装置において、前記ローラのローラ面を用いて液状定着液を泡状定着液層の表面に塗布することを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１記載の定着装置において、前記高泡密度化手段は、泡状定着液層の表面をベルト面で擦るベルトであることを特徴とするものである。
更に、請求項９の発明は、請求項８記載の定着装置において、前記ベルトのベルト面を用いて液状定着液を泡状定着液層の表面に塗布することを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項１記載の定着装置において、前記高泡密度化手段は、前記泡状定着液付与手段によって前記泡塗布手段の塗布面に付与される前の泡状定着液の一部を破泡することを特徴とするものである。
更に、請求項１１の発明は、請求項１０記載の定着装置において、前記泡状定着液付与手段が、吐出口から吐出する泡状定着液を流れる流路を有する泡吐出ヘッドを備え、該泡吐出ヘッドの前記流路に前記高泡密度化手段を設けることを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１１記載の定着装置において、前記高泡密度化手段は、前記流路を構成する内壁又は外壁の一部に設けられることを特徴とするものである。
更に、請求項１３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１〜１２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ものである。
【００１１】
本発明においては、泡状定着液生成手段によって生成した泡状定着液の一部は高泡密度化手段によって破泡して液状となり、この液状定着液が近傍の泡状定着液の泡膜上に流れ、液状定着液が泡膜上に流れた一部の泡状定着液の泡密度が高くなる。二層構造形成手段によって、泡密度が高くなった泡状定着液の層と、破泡されずかつ液状定着液が泡膜に流れず、泡密度が変わっていない泡状定着液の層とからなる泡密度の異なる二層構造の泡状定着液が形成される。泡密度が高くなった泡状定着液の層は媒体上の樹脂微粒子に塗布される。泡密度が変わっていない泡状定着液泡の泡密度を予め低くし破棄される定着液の量を減らすことができる。そして、上記高泡密度化手段は、泡状定着液を破泡させる構成だけを備えており、気液混合手段、大型ポンプを有する気体供給手段及び液状定着液供給手段を含んで構成されている泡状定着液生成手段に比べて、小型である。これにより、１つの泡状定着液生成手段と１つの高泡密度化手段とを備えた定着装置は、２つの泡状定着液生成手段を備えた定着装置より小型となる。
【発明の効果】
【００１２】
以上本発明によれば、二層構造の泡状定着液を形成して定着液の廃棄量を減らしつつ、小型化を図ることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の全体概略構成図である。
【図２】画像形成部の主要部を拡大して示した概略構成図である。
【図３】泡状定着液による定着原理についての説明図である。
【図４】泡状定着液生成手段の概略構成図である。
【図５】本実施形態の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。
【図６】膜厚調整用ブレードによる膜厚調整の様子を示す概略構成図である。
【図７】破泡による高泡密度化の様子を示す概略断面図である。
【図８】本実施形態の別の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。
【図９】本実施形態の別の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。
【図１０】本実施形態の別の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。
【図１１】本実施形態の別の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。
【図１２】本実施形態の別の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。
【図１３】破泡手段の別の構成を示す概略構成図である。
【図１４】本実施形態の別の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を適用した画像形成装置の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の全体概略構成図である。同図に示す画像形成装置は、ほぼ中央に画像形成手段である画像形成部１、その画像形成部１の下部に給紙部２、画像形成部１の上方に画像読取部３、そして画像形成部１と画像読取部３の間に胴内排紙部４の構成を有するカラー画像形成装置であり、プリンタ、複写装置、ファクシミリ、スキャナの機能を有している。なお、図示を省略しているが、画像読取部３の上方には、原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）が設けられる。
【００１５】
図１において、画像読取部３は、コンタクトガラス３ａ、読み取り走行体に搭載された原稿照明用光源３ｂと第１ミラー３ｃ、第２ミラー３ｄ、第３ミラー３ｅ、結像レンズ３ｆ、撮像素子３ｇを備え、ＡＤＦや手差しによりコンタクトガラス３ａ上に載置された原稿の画像を撮像素子３ｇで読み取り、図示省略の画像処理部で書き込み用の画像情報（例えばイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色に対応した画像信号）に変換処理して画像形成部１に送信する。
【００１６】
画像形成部１には、ドラム状の感光体により構成された複数の像担持体５Ｙ、５Ｃ、５Ｍ、５ＢＫを有し、その各像担持体には、互いに異なった色のトナー像がそれぞれ形成される。図示した例では、３つの像担持体５Ｙ、５Ｃ、５Ｍの表面に、イエロートナー像、シアントナー像、及びマゼンタトナー像の各有彩色トナー像がそれぞれ形成され、像担持体５ＢＫにはブラックトナー像が形成される。各像担持体５Ｙ乃至５ＢＫは、所定の間隔をあけて互いに平行に配置されている。かかる像担持体５Ｙ乃至５ＢＫに対向して中間転写体６が対向配置されており、この中間転写体６としてはドラムを用いることもできるが、図示した例では、複数の支持ローラ７、８、９に巻き掛けられて矢印Ａ方向に駆動される無端ベルトが用いられている。
【００１７】
図２は、図１に示す画像形成部１の主要部（各色の画像形成ユニット）を拡大して示した概略構成図である。図１に示したイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の４つの画像形成ユニット２０は同じ構成であるので、図２では一つの画像形成ユニット２０に着目し、色を表す記号は省略している。
【００１８】
図２の画像形成ユニット２０において、像担持体５の周囲には、像担持体５の表面に帯電処理を行う帯電装置１０、画像情報を感光体表面にレーザ光Ｌで照射する露光装置１１（図１に示す）、露光により像担持体５の表面に形成された静電潜像を可視像化する現像装置１２、中間転写体６を介して像担持体５と対向配置された転写装置１３、中間転写体６に転写後の像担持体表面に残留するトナーを除去回収するクリーニング装置１４、像担持体５表面の摩擦係数を下げるための潤滑剤塗布装置２５が設けられている。
【００１９】
帯電装置１０は、帯電部材としての帯電ローラ１０ａと、それを像担持体５に所定の圧力で加圧する付勢部材としてのスプリング１０ｂとを有する。帯電ローラ１０ａは、図示していないが、導電性のシャフトの周りに導電性弾性層を有し、電圧印加装置（不図示）により導電性シャフトを介して導電性弾性層と像担持体５との空隙に所定の電圧を印加して像担持体表面に電荷を付与する。また、上記現像装置１２は撹拌スクリュ１２ａにより現像剤を十分撹拌し、現像ローラ１２ｂに磁気的に付着させる。付着した現像剤は現像ドクタ１２ｃにより現像ローラ１２ｂ上に薄層化され、現像剤により像担持体５上の静電潜像が可視像化される。転写装置１３は転写バイアスローラを有し、該ローラにより電気的に中間転写体６上に像担持体５上のトナー像を付着させる。クリーニング装置１４はウレタンゴム等よりなるクリーニングシートを有し、該シートにより像担持体５上の残留トナーを掻き取るようにして除去する。
【００２０】
なお、本実施形態では、各色の画像形成ユニット２０は、像担持体５、帯電装置１０、現像装置１２、クリーニング装置１４及び潤滑剤塗布装置２５がユニット化されたプロセスカートリッジ（ＰＣ）として構成されている。プロセスカートリッジ（ＰＣ）の形態は任意であるが、本発明のプロセスカートリッジ（ＰＣ）は潤滑剤塗布装置２５と、像担持体５、帯電装置１０、現像装置１２及びクリーニング装置１４の少なくとも一構成部材を組み合わせたものである。
【００２１】
このような画像形成装置において画像形成が開始されると、各色の画像形成ユニットでは、像担持体５が図２における時計回り方向に回転駆動され、このとき帯電装置１０によって像担持体５の表面が所定の極性に帯電される。次いで、その帯電面に、図１に示す露光装置１１から画像情報に基づくレーザ光Ｌが照射され、これによって像担持体５に静電潜像が形成される。なお、画像情報は、前述の画像読取部３で読み取った画像データや、外部のコンピュータからＬＡＮ等を介して送られてくるデータや、ファクシミリで受信したデータ等である。画像読取部３が用いられた場合は、コンタクトガラス３ａ上に載置された原稿（図示せず）が原稿照明用光源３ｂと第１ミラー３ｃよりなる読み取り走行体が往復移動し、その際、読み取り走行体により走査された画像情報が第２ミラー３ｄ、第３ミラー３ｅ、結像レンズ３ｆを介して、結像レンズ３ｆの後方に設置されている撮像素子（例えばＣＣＤ）３ｇに画像信号として読み込まれる。この読み込まれた画像信号は、デジタル化され画像処理されて露光装置１１のレーザダイオード（不図示）の発光により像担持体５の表面に書き込まれる。そして、像担持体５の表面に形成された静電潜像は、現像装置１２の現像ローラ８に担持された乾式現像剤（樹脂と色材を含有する樹脂微粒子（以下トナーと称す）を含む現像剤）によって、トナー像として可視像化される。
【００２２】
上記した画像形成動作は、図１に示す全ての像担持体５Ｙ乃至５Ｂｋで行われ、これによって各像担持体５Ｙ乃至５ＢＫにそれぞれ形成されたイエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像及びブラックトナー像が中間転写体６上に順次重ねて転写される。また、図１に示した画像形成装置においては、中間転写体６を挟んで、支持ローラ７に対向して二次転写装置（例えば二次転写ローラ）１６が配置されている。
【００２３】
一方、画像形成部１の下部に配置された給紙部２から、転写紙（定形の普通紙、連続紙、レター用紙、葉書、厚紙等）又は樹脂フィルム（ＯＨＰシート等）などから成る記録媒体Ｐが給紙ローラ２ａにより矢印Ｂで示すように送り出され、その記録媒体Ｐは、レジストローラ対２ｂの回転によって所定のタイミングで、二次転写装置１６と中間転写体６との間に送り込まれる。このようにして、記録媒体Ｐが二次写装置１６を通過するとき、この二次転写装置１６の作用によって中間転写体６上の重ねトナー像が記録媒体Ｐ上に一括して転写される。そして、定着装置１８によってトナー像が記録媒体Ｐに定着された後、排紙ローラ１９により胴内排紙部４に排紙される。また、トナー像転写後の中間転写体６の表面に付着する転写残トナーは、ベルト用のクリーニング装置１５によって除去される。また、二次転写装置１６のローラ表面に付着するトナーや紙粉等は、ローラ用のクリーニング装置によって除去される。なお、ベルト用のクリーニング装置１５やローラ用のクリーニング装置にも、必要に応じて潤滑剤塗布装置が設けられる。
【００２４】
次に、泡状定着液を用いた基本的な定着装置及び定着方法について詳細に説明する。
図３は泡状定着液による定着原理についての説明図である。本実施形態に係る定着装置及び定着方法では、図３に示すように、樹脂の少なくとも一部を溶解また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４５を記録媒体Ｐ上の樹脂微粒子（未定着トナーＴ）に付与して該樹脂微粒子を記録媒体Ｐに定着する。具体的には、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４５とすることで、定着液の泡密度を低くできると共に、図３の（ａ）に示すように、泡状定着液塗布部材である泡塗布ローラ４１上の定着液層（泡状定着液膜）４５を厚くすることができ、更には定着液の表面張力による影響が抑えられるため、泡塗布ローラ４１への樹脂微粒子のオフセットを防止できる。
【００２５】
泡状定着液４５は、記録媒体Ｐの搬送過程で、泡塗布ローラ４１と記録媒体Ｐとを接触させることで、記録媒体Ｐ及び記録媒体Ｐ上の未定着トナーＴに浸透・転写する。その際、泡状定着液４５の全てが記録媒体Ｐ上に転写するのではなく、図３の（ｂ）に示すように、幾らかは泡塗布ローラ４１上に残ることがわかっており、種々の実験の結果、その比率は体積比で、記録媒体上定着液：泡塗布ローラ上定着液＝７：３となる知見を得ている。
【００２６】
次に、泡状定着液生成手段の基本的構成について説明する。図４は、泡状定着液生成手段の概略構成図である。図４に示す泡状定着液生成手段３０は、液状定着液から大きな泡の泡状定着液を生成した後、大きな泡を分泡し、微小な処方の泡の泡状定着液を生成するものである。この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は、制御部５０からのポンプ駆動制御信号によって液体搬送ポンプ３３を駆動させて液体搬送パイプ３４等を通って気液混合部３５へ供給する。また、制御部５０からのポンプ駆動制御信号によって気体搬送ポンプ３９を駆動させて空気口４０から気体搬送パイプ３６等を通って空気を気液混合部３５へ供給する。なお、空気は圧縮空気を用いる方法も考えられる。
【００２７】
気液混合部３５では、上記のように搬送された液体と気体が混合し、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。微小孔シート３７の孔径は、３０［μｍ］〜１００［μｍ］程度が望ましい。また、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、上記の液体搬送ポンプ３３と気体搬送ポンプ３９より供給された液状定着液と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、上記の液体搬送ポンプ３３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。
【００２８】
次に、図４に示す泡状定着液生成手段３０では、気液混合部３５で生成された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、微小泡生成部３８が設けられている。この微小泡生成部３８は、図４に示すように閉じた二重円筒で構成されており、内側円筒３８−１が回転可能な構成としている。そして、外側円筒３８−２の一部より、気液混合部３５で生成された大きな泡状定着液を供給し、内部の回転する内側円筒３８−１と外側円筒３８−２の隙間（ここが流路となる）を通過させることにより、大きな泡の泡状定着液は、制御部５０からのモータ駆動制御信号によってモータ５１を回転させ内側円筒３８−１によってせん断力を受ける。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。
【００２９】
このように、図４に示す泡状定着液生成手段３０では、液状定着液３２を大きな泡径を有する液へと変化させる大径泡生成部（気液体混合部３５）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泡生成部３８を組み合わせることで、液状定着液３２から、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。
【００３０】
なお、泡状定着液の泡密度としては、０．０４［ｇ／ｃｍ３］〜０．０２［ｇ／ｃｍ３］程度の範囲が望ましい。泡密度は、液体搬送ポンプ３３と気体搬送ポンプ３９の出力を変えることで単位時間当たりの液体・気体流量比を変え、制御することができる。例えば上記範囲の泡密度の泡状定着液を得るためには、液状の定着液と空気との割合は、１対２５から１対５０程度に制御すればよい。
【００３１】
ここで、泡状定着液の泡密度の測定方法について説明する。
容積及び質量が予め分かっている容器に測定対象の泡状定着液の容積を超えて容器から溢れるぐらいまで充填する。充填後、速やかに容器から溢れた分の泡状定着液をすり切る。すり切りを行った後、泡が充填された状態の容器の重さ質量を測定する。このとき測定された泡状定着液が充填された容器の質量から予め分かっている容器のみの質量を引くことで、容器に充填された泡状定着液のみの質量を算出することができる。そして、算出された泡状定着液のみの質量を予め分かっている容器の容積で除することで測定対象の泡状定着液の泡密度を算出することができる。泡状定着液の泡密度を正確に測定するには、このような工程を行う必要があるため、定着装置５０で生成される泡状定着液の泡密度をリアルタイムで算出することは困難である。
【００３２】
また、泡状定着液の泡密度が上述した望ましい範囲よりも高いと液状の定着液に近い状態となり、液体内にトナーが巻き込まれて移動して記録媒体Ｐ上に定着する、所謂、画像流れが発生し易くなり画像劣化が起き易くなる。更に、ある体積の泡状定着液に含まれる定着液の量が過剰なため、必要以上の量の定着液を使用することにななり、使用効率が落ちてしまう。一方、泡状定着液の泡密度が上述した望ましい範囲よりも低すぎると、ある体積の泡状定着液に含まれる定着液の量が不足するため、記録媒体Ｐに必要量の定着液が移行せず定着不良が起きる。
【００３３】
本発明者等は、種々の実験から、記録媒体Ｐに塗布する泡状定着液の泡径の平均は、２０［μｍ］程度が望ましいという知見を得ている。泡状定着液を構成する泡の空気部には定着液がないため、泡径が大き過ぎると空気部にあるトナーは軟化せず定着しない。つまり定着ムラが起きてしまう。また、泡径が小さ過ぎると泡塗布ローラ４１に対する濡れ性が極端に落ちたドライフォームのような状態になり、膜厚調整ブレード４２で均しても泡塗布ローラ４１上で均一な泡膜にならないため、やはりムラになってしまう。定着装置５０では、気液混合部３５内で生成した泡径の大きな初期泡状定着液に対して泡小径化装置３８で剪断力を付与して分泡することで泡径の平均が２０［μｍ］程度の小径泡状定着液ｂを生成する。
【００３４】
上述したような理由により、泡状定着液の泡密度と泡径とは定着性能に対して良好な範囲がある。もちろん定着液の種類やトナー種等により良好な部分は異なるが、定着液を泡にして定着させる方式には基本的にこのような範囲が存在する。
【００３５】
泡状定着液生成装置３０では、気体搬送ポンプ３９で空気を送り込むことによって気液混合部３５内の気圧を高め、気液混合部３５内と泡小径化装置３８の容器内との間に圧力差を生じさせている。この圧力差によって泡状定着液に圧力が加わり、気液混合部３５から泡小径化装置３８への初期泡状定着液の搬送がなされる。定着装置５０では、気液混合部３５内の気圧が大気圧よりも約１５０［ｋＰａ］程度高くなるように設定しているが、気液混合部３５内の気圧の設定としてはこれに限るものではない。定着装置５０での泡搬送のように、泡状定着液に圧力を加えて管状の部材の内部を搬送する場合、泡状定着液の泡密度が高いと送りやすく、泡密度が低いと送りにくくなる。
【００３６】
制御装置５０は、プリンタ制御装置からプリント動作を開始する信号を受信すると、気体搬送ポンプ３９及びモータ５１を作動させる。気体搬送ポンプ３９の作動により、大気中の空気が気体搬送ポンプ３９に吸引され、気液混合部３５内で液状定着液３２に空気が吹き込まれ、初期泡状定着液が気液体混合部３５内に生成される。
【００３７】
また、泡径の大きな初期泡状定着液を生成する構成としては、上記説明した構成の他に空気ポンプによって液状定着液３２の液中に空気を送り込む、バブリングを用いた構成や、微小孔シートに液状定着液３２と空気とを通過させて初期泡状定着液を生成する構成も適用可能である。
【００３８】
次に、クリーニングブレードについて説明する。
塗布ニップで泡塗布ローラ４１から記録媒体Ｐに移行しきれなかった泡状定着液や記録媒体Ｐから移行した少量のオフセットトナーは、クリーニングブレード４６によってかき取られて泡塗布ローラ４１の表面上から除去される。クリーニングブレード４６でかき取られた泡状定着液は、クリーニングブレード４６と泡塗布ローラ４１との接触する付近に蓄積する。蓄積した泡状定着液は、図示しない泡回収容器に回収される。
【００３９】
図５は本実施形態の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。同図の制御部５０は、図２に示した構成の画像形成部の主要部（各色の画像形成ユニット、中間転写体、二次転写装置等）と、図４に示した構成の泡状定着液生成手段３０を備えた定着装置１８を制御する。前述したように、図２に示した画像形成部の主要部の各色の画像形成ユニット２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫで各色の画像が像担持体５Ｙ、５Ｃ、５Ｍ、５ＢＫ上に形成されて中間転写体６上に転写され、中間転写体６上に形成された未定着トナー画像は二次転写部にて二次転写装置１６により記録媒体Ｐに転写される。そして、実施形態では、膜厚調整ブレード４２の設置位置より下流側であって泡塗布ローラ４１のローラ面に対向するように泡塗布ローラ４１の軸方向に延びているヒータを有する破泡手段５２を設けている。この破泡手段５２のヒータによって泡塗布ローラ４１上に付与された低密度の泡状定着液４５の層の表面は加熱される。
【００４０】
制御部５０は、画像形成部の主要部を制御して、記録媒体Ｐ上に形成する未定着トナー画像の画像モードに応じて、泡状定着液生成手段３０で生成する泡状定着液の供給量、泡密度が適切な値になるように制御する。本実施形態において、泡塗布ローラ上に二層構造の泡状定着液層を形成し、二層目の泡状定着液４５ｂの層を定着用として未定着トナーに接触し浸透させて未定着トナーを媒体に定着する。そして、表面張力で引っ張られて泡塗布ローラの表面に残留して破棄されることになる破棄用の泡状定着液４５ａの層を一層目として泡塗布ローラ上に付与する。この破棄用の泡状定着液４５ａは、無駄な定着液の量を減らすことから定着に用いられる二層目の定着用の泡状定着液４５ｂに比べて低い泡密度に生成されている。このような二層構造の泡状定着液を形成するために、本実施形態では、先ず低い泡密度の泡状定着液を泡状定着液生成手段３０で生成して塗布ローラに塗布する。同時に定着装置１８の泡塗布ローラ４１上の泡状定着液の膜厚が供給量に応じた最適値になるように膜厚調整用ブレード４２を調整する。なお、本実施形態では後述する破泡手段によって破泡され膜厚が減少したとしても最適な膜厚となることを考慮した膜厚に調整する。
【００４１】
上記のように泡状定着液生成手段３０で生成された泡状定着液は、微小泡生成部３８の外側円筒に設けられた泡の出口に接続された泡搬送パイプにより泡吐出ヘッド４３に送られる。そして、泡吐出ヘッド４３により泡塗布ローラ４１上に泡を吐出した後、膜厚調整用ブレード４２を介して所望の膜厚に整形され、泡塗布ローラ４１上に泡状定着液４５として形成される。この泡状定着液４５の膜が、泡塗布ローラ４１と加圧ローラ４４との接触箇所で、記録媒体Ｐ上の未定着トナー画像に接触、塗布されることで定着工程が行われる。
【００４２】
泡状定着液の泡塗布ローラ４１上での膜厚調整は、図６に示すように、泡塗布ローラ４１とギャップを設けた回転可能な膜厚調整用ブレード４２を用い、膜厚を薄くするときは図６の（ａ）に示すように泡塗布ローラ４１と膜厚調整用ブレード４２のギャップを狭くし、膜厚を厚くするときは図６の（ｂ）に示すように泡塗布ローラ４１と膜厚調整用ブレード４２のギャップを広くする。また、ギャップの制御例としては、膜厚調整用ブレード４２の端部に回転駆動手段（ステッピングモータ、ソレノイド等）を有する回転軸４２ａを設け、この回転軸４２ａの駆動を制御部５０で制御し、トナー層の厚さや環境温度等、更には泡状定着液４５の気泡の大きさ、泡粘度及び塗布加圧力並びに未定着トナーの層厚等に応じて、ギャップ量を制御し、後述する破泡手段によって破泡され膜厚が減少したとしても最適な膜厚となることを考慮した膜厚に調整する。
【００４３】
そして、泡塗布ローラ４１を回動させて、図７の（ａ）に示すような泡塗布ローラ４１上に付与された低泡密度の泡状定着液４５の層の表面を膜厚調整ブレード４２の設置位置より下流側に配置された破泡手段であるヒータ５２の近傍を通過させる。これにより、破泡手段のヒータ５２で塗布ローラ４１上に付与された泡状定着液４５の層の表面を加熱する。この破泡手段のヒータ５２の加熱温度は制御部５０によって制御される。図７の（ｂ）に示すように、加熱された低い泡密度の泡状定着液４５の層の表面に存在する泡状定着液４５の泡が破泡して液状化する。そして、図７の（ｃ）に示すように、液状化となった定着液は直下の泡状定着液の膜上に流れる。図７の（ｄ）に示すように液状定着液が流れた当該泡状定着液の膜厚が厚くなる。このような破泡現象が泡状定着液４５の表面側で発生する。これにより、泡の膜厚が厚くなった泡状定着液の重量は、破泡した液状化した液状の定着液の液量分増えることなる。よって、当該泡状定着液の泡密度は、液状定着液が流れていない泡状定着液の泡密度より高くなる。例えば図７の（ｄ）に示すような泡密度が異なる二層構造の泡状定着液が形成されることになる。このように、破泡手段のヒータ５２によって泡塗布ローラ４１上に二層構造の泡状定着液を形成することができる。このような二層構造の泡状定着液の形成を用いて、一層目の破棄用の泡状定着液の層４５ａと二層目の定着用の泡状定着液の層４５ｂとを有する二層構造の泡状定着液の層を形成する。なお、泡状態の定着液は空気を含んでいるため熱伝導性が悪い。このため、破泡手段のヒータ５２の設定温度による加熱量にが、泡状定着液の表面に位置する泡状定着液の泡から順に破泡していく。これにより、定着用の泡状定着液の適正な膜厚は、破泡手段のヒータ５２の加熱量、破泡手段のヒータ５２を通過する速度、つまり塗布ローラ４１の回転速度によって制御することができる。あるいは、破泡手段のヒータ５２と泡状定着液４１との離間距離を制御することでも制御することができる。
【００４４】
図８は本実施形態の別の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。同図において、図５と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す破泡手段のヒータ５２は、泡塗布ローラ４１と加圧ローラ４４とのニップ部の近傍に配置されている。このため、破泡手段のヒータ５２からの熱は、泡塗布ローラ４１上に付与された泡状定着液４５の表面と、記録媒体Ｐ上の未定着トナー層に届く。これにより、二層目の定着用の泡状定着液の層４５ｂを生成することができるとともに、記録媒体Ｐ上の未定着トナー画像を加熱して軟化させて定着性を向上させることができる。
【００４５】
図９は本実施形態の別の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。同図において、図５と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す定着装置は、図５に示す破泡手段のヒータ５２と別に、ヒータ５３を設けたものである。このヒータ５３は記録媒体Ｐ上の未定着トナー画像を加熱するために設けたもので、制御部５０からの供給電流によりヒータ５３からの熱で未定着トナーを加熱して軟化させて定着性を向上させている。
【００４６】
図１０は本実施形態の別の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。同図において、図９と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す定着装置は、環境温度を測定する温度センサ５４を設けている。この温度センサ５４によって測定された環境温度に基づいて、制御部５０は、破泡手段のヒータ５２、もしくはヒータ５３の加熱動作又は加熱温度を制御する。例えば、環境温度が低くない時には記録媒体Ｐ上の未定着トナーを加熱する必要は無いので自動的に加熱をオフすることで無駄な電力消費を抑えることができる。また、自動的に設定温度を変えることで設定温度が固定である場合に比べて環境温度が低い場合でも温度低下による泡状定着液の流動性低下を防止し、最適の流動性とすることができる。これにより、より一層効率よく泡状定着液の膜を記録媒体Ｐに塗布することができる。
【００４７】
図１１は本実施形態の別の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。同図において、図５と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す定着装置は、泡塗布ローラ４１のローラ面に対向する位置に配置され、破泡手段である破泡ローラ５５を備えている。この破泡手段の破泡ローラ５５におけるローラ面が泡塗布ローラ４１上の泡状定着液４５の層の表面に擦ることで、泡状定着液の泡を破泡させて液状化させる。そして、液状化となった定着液は直下の泡状定着液の膜上に流れる。液状定着液が流れた当該泡状定着液の膜厚が厚くなる。このような破泡現象が泡状定着液４５の表面側で発生する。これにより、泡の膜厚が厚くなった泡状定着液の重量は、破泡した液状化した液状の定着液の液量分増えることなる。よって、当該泡状定着液の泡密度は、液状定着液が流れていない低密度の泡状定着液の泡密度より高くなる。これにより、泡密度が異なる二層構造の泡状定着液が形成されることになる。このように、破泡手段の破泡ローラ５５によって泡塗布ローラ４１上に二層構造の泡状定着液を形成することができる。
【００４８】
図１２は本実施形態の別の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。同図において、図１１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す定着装置は、泡塗布ローラ４１のローラ面に対向する位置に配置され、泡塗布ローラ４１上に付与された泡状定着液４５の表面に液状定着液を付与する破泡手段としての液状定着液付与ローラ５６を設けている。この液状定着液付与ローラ５６は、液状定着液を溜めた容器内に汲み上げローラ５６−１を設け、この汲み上げローラ５６−１を介して液状定着液付与ローラ５６−２を備えている。汲み上げローラ５６−１及び液状定着液ローラ６５−２は、泡塗布ローラ４１の軸方向に延びたローラであり、泡塗布ローラ４１のローラ面に付与された泡状体定着液の幅長より幅広のローラ面長を有している。この液状定着液付与ローラ５６によって、泡塗布ローラ４１上の泡状定着液の層の表面に液状定着液を付与している。これにより、乾燥したローラが泡塗布ローラ４１上から泡状定着液を剥ぎ取ってしまい膜厚調整ブレード４２で調整した膜厚を変えてしまうことを防ぎ、かつ液状定着液を泡状定着液の表面の膜に液のまま付与して高密度な泡状定着液の層を生成できる。
なお、図１１及び図１２における破泡手段はローラで構成したがこれに限定する必要はなく、図１３に示すように駆動ローラ５７−１及び従動ローラ５７−２で懸架された破泡ベルト５７を用いた破泡手段を構成してもよい。図１３に示す破泡ベルトはベルト面で擦りながら液状体着液を付与する形態であり、乾いたベルト面で泡状定着液４５の層の表面を擦る形態であってもよい。
【００４９】
図１４は本実施形態の別の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。同図において、図５と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す定着装置は、泡吐出ヘッド４３に破泡手段であるヒータ５８を設けたものである。そして、泡状定着液生成手段３０によって生成された泡状定着液が泡吐出ヘッド４３内の流路を通る。この流路の内壁又は外壁の片側に破泡手段のヒータ５８を設置する。ヒータ５８の加熱によって、泡吐出ヘッド４３内を通る泡状定着液の層のうちヒータ設置側を通過した泡状定着液の泡が破泡して液状化する。そして、液状化となった液状定着液は近傍の泡状定着液の膜に流れる。液状定着液が流れた当該泡状定着液の膜厚が厚くなる。これにより、膜厚が厚くなった泡状定着液の重量は、破泡した液状化した液状の定着液の液量分増えることなる。よって、当該泡状定着液の泡密度は、液状定着液が流れなかった低密度の泡状定着液の泡密度より高くなる。これにより、泡密度が異なる二層構造の泡状定着液が泡吐出ヘッド４３内で形成されることになる。泡吐出ヘッド４３から吐出した二層構造の泡状定着液４５が泡塗布ローラ４１上に付与される。このように、泡吐出ヘッド４３に設けられた破泡手段のヒータ５８によって泡塗布ローラ４１上に二層構造の泡状定着液を形成することができる。なお、本実施例では破泡手段としてヒータを用いたが、泡吐出ヘッド内の流路の内壁に破泡ローラ、破泡ベルト、液状定着液塗布手段を設ける構成にしてもよい。
【００５０】
次に、本実施形態の定着装置で用いられる定着液組成について説明する。本実施形態の定着装置では、少なくとも軟化剤と起泡剤とを含有する液状定着液を、液状から液中に気泡を分散させて泡を多く含んだ泡状定着液を用いて上述のように定着を行っている。
【００５１】
先ず、軟化剤について説明する。
軟化剤は、トナーに含まれる樹脂の少なくとも一部を溶解または膨潤させることで樹脂微粒子を軟化させる機能を有する。
軟化剤としては、エステル化合物であることが好ましい。エステル化合物は、トナー等の樹脂微粒子に含まれる樹脂の少なくとも一部を溶解または膨潤させる溶解性または膨潤性に優れている。上記エステル化合物の中でも、脂肪族エステル、炭酸エステルが、樹脂の軟化能力が優れている点で特に好ましい。また、後述する起泡剤としてのアニオン系界面活性剤による起泡性を阻害しない点からも好ましい。
【００５２】
また、記録媒体に対する樹脂微粒子としてのトナーの定着は、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。
【００５３】
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、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。
【００５４】
上記脂肪族エステルは、飽和脂肪族エステルを含む。上記脂肪族エステルが、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、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］以内で溶解また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、溶解また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。
【００５５】
よって、定着液としては、上記飽和脂肪族エステルが「Ｒ１ＣＯＯＲ２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることが望ましい。この化合物の一般式におけるＲ１は、炭素数が１１以上１４以下のアルキル基を示しており、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を示している。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。定着液としては、上記飽和脂肪族エステルが「Ｒ１ＣＯＯＲ２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることにより、トナーに含まれる樹脂に対する溶解性または膨潤性を向上させることができる。また、上記一般式「Ｒ１ＣＯＯＲ２」で表される化合物の臭気指数は、１０以下であり、不快臭及び刺激臭を有さない。
【００５６】
上記化合物を含む上記飽和脂肪族エステル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、などが挙げられる。上記化合物を含む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、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、溶解またはマイクロエマルジョンの形態とする。
【００５７】
また、定着液としては、上記脂肪族エステルが脂肪族ジカルボン酸エステルを含むものを用いることが望ましい。上記脂肪族エステルが、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また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］以内であることが好ましい。上記脂肪族エステルが、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、より少量の軟化剤を添加することによって、トナーに含まれる樹脂を溶解また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。
【００５８】
よって、定着液としては、上記脂肪族ジカルボン酸エステルが「Ｒ３（ＣＯＯＲ４）２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることが望ましい。この化合物の一般式におけるＲ３は、炭素数が３以上８以下のアルキレン基を示しており、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を示している。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。定着液としては、上記脂肪族ジカルボン酸エステルが「Ｒ３（ＣＯＯＲ４）２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることにより、トナーに含まれる樹脂に対する溶解性または膨潤性を向上させることができる。また、上記一般式「Ｒ３（ＣＯＯＲ４）２」で表される化合物の臭気指数は、１０以下であり、不快臭及び刺激臭を有さない。
【００５９】
上記化合物を含む上記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。上記化合物を含む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、溶解またはマイクロエマルジョンの形態とする。
【００６０】
更に、本実施形態における定着液において、上記脂肪族エステルは、脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルを含むことが望ましい。上記脂肪族エステルが、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。
【００６１】
定着液としては、上記脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルが「Ｒ５（ＣＯＯＲ６−Ｏ−Ｒ７）２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることが望ましい。この化合物の一般式におけるＲ５は、炭素数が２以上８以下のアルキレン基を示しており、Ｒ６は、炭素数が２以上４以下のアルキレン基を示し、Ｒ７は、炭素数が１以上４以下のアルキル基を示している。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。定着液としては、上記脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルが「Ｒ５（ＣＯＯＲ６−Ｏ−Ｒ７）２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることにより、トナーに含まれる樹脂に対する溶解性または膨潤性を向上させることができる。また、上記一般式「Ｒ５（ＣＯＯＲ６−Ｏ−Ｒ７）２」で表される化合物の臭気指数は、１０以下であり、不快臭及び刺激臭を有さない。
【００６２】
上記化合物を含む上記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、コハク酸ジカルビトール、アジピン酸ジメトキシエチル、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。上記化合物を含む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用いる場合には、必要に応じてグリコール類を溶解助剤として定着液に含有させ、溶解またはマイクロエマルジョンの形態とする。
【００６３】
上記炭酸エステルとしては、例えば炭酸エチレン、炭酸プロピレン（プロピレンカーボネート）、グリセロール１，２−カルボナート、４−メトキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−オンなどが挙げられる。
【００６４】
また、上記以外のエステル化合物としては、例えばクエン酸トリエチル、アセチルクエン酸トリエチル、クエン酸トリブチル、アセチルクエン酸トリブチル等のクエン酸エステル；エチレングリコールジアセタート、ジエチレングリコールジアセタート、トリエチレングリコールジアセタート等のグリコールをエステル化した化合物；モノアセチン、ジアセチン、トリアセチン等のグリセリンをエステル化した化合物などが挙げられる。
【００６５】
次に、起泡剤について説明する。
上述のように定着液は軟化剤を含有するが、一般的に軟化剤は消泡作用が強い。このため、本実施形態の定着装置のように、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。起泡し難いと泡密度の低いの泡状定着液を得ることができず、所望の泡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。
【００６６】
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と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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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、泡密度の極めて低い泡化を可能とする。
【００７４】
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、最も組合せとして優れているのは脂肪酸塩との組合せである。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
なお、本実施形態では泡状定着液塗布部材として泡塗布ローラ４１を用いた例で説明したが、泡塗布部材としては複数のローラに張架された泡塗布ベルトでもよい。また、泡状定着液塗布部材に対向して配置される加圧部材は、加圧ローラ４４に限るものではなく、複数のローラに張架された加圧ベルトであってもよい。
【００７８】
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、泡状定着液生成手段３０によって生成された泡状定着液４５を泡吐出ヘッド４３から泡塗布ローラ４１のローラ面上に付与される。そして、膜厚調整用ブレード４２によって所定の膜厚に調整される。破泡手段であるヒータ５２によって泡塗布ローラ４１上の泡状定着液４５の表面が加熱され、表面側の泡状定着液４５が破泡される。破泡して液状化した液状定着液は近傍の泡状定着液の膜に流れ、当該泡状定着液の膜厚は厚くなり、液状定着液が膜上に流れた泡状定着液の泡密度は高くなる。高泡密度の泡状定着液の層と、破泡されず液状定着液の泡膜に流れていない泡状定着液の層との二層構造の泡状定着液が形成される。これにより、未定着トナーに接触し転写された定着用の泡状定着液以外の破棄されてしまう泡状定着液の泡密度は定着用の泡状定着液より低くし、破棄される定着液の量を減らすことができる。泡状定着液生成手段は、気液混合部３５、液体搬送ポンプ３３及び気体搬送ポンプ３９を有する。気体搬送ポンプ３９は、気液混合部３５まで搬液された液状定着液に大きな圧力で気体を供給して泡化するため、出力の大きである大型なポンプとなる。ヒータ５２は発熱線やランプで構成され、泡状定着液生成手段３０より極めて小型である。そのため、１つの泡状定着液生成手段３０とヒータ５２とを含む本実施形態の定着装置は、２つの泡状定着液生成手段を含む定着装置より小型となる。よって、二層構造の泡状定着液を形成して定着液の廃棄量を減らしつつ、小型化を図ることができる。
【００７９】
また、実施形態によれば、図１０に示すように、環境温度を検出する温度センサ５４を設ける。そして、温度センサ５４によって検出された環境温度に最適なヒータ５２の設定温度に変える。環境温度に応じて破泡量が変わるため、環境温度との関係で低い温度でも破泡するときは設定温度を低くすることで、消費電力を抑えることができる。
【００８０】
更に、実施形態によれば、図８に示すように、破泡手段であるヒータ５２を記録媒体Ｐ側にも近い位置に配置して、媒体上に形成された未定着の樹脂微粒子Ｔを加熱する。これにより、二層構造の泡状定着液を形成しながら、未定着の樹脂微粒子を軟化して定着性を上げることができる。
【００８１】
また、実施形態によれば、図１１に示すように、破泡手段５５をローラで構成してこの破泡ローラのローラ面で泡状定着液の層の表面を擦る。電力消費の高いヒータに比してローラ駆動の低い消費電力で済む。
【００８２】
更に、実施形態によれば、図１２に示すように、破泡手段５６としてローラのローラ面を用いて液状定着液を泡状定着液層の表面に塗布することでローラによる破泡での高泡密度化だけでなく、液状定着液の塗布による高泡密度化を行い、より一層の泡密度を高くすることできる。また、図１３に示すように、破泡手段５７をベルトで構成し、ベルトのベルト面で泡状定着液層の表面を擦る。ベルトのベルト面を用いて液状定着液を泡状定着液層の表面に塗布する。ローラと同様にヒータより低い消費電力で済み、更に一層の高泡密度化を図ることができる。
【００８３】
また、実施形態によれば、図１４に示すように、泡吐出ヘッド４３の流路を構成する内壁又は外壁の一部にヒータ５８を設けることで、形成された二層構造の泡状定着液を直接、泡塗布ローラ４１のローラ面上に付与することができる。これにより、より簡単な構成で、二層構造の泡状定着液を泡塗布ローラ上に形成することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１：画像形成部
２：給紙部
３：画像読取部
４：胴内排紙部
５（５Ｙ，５Ｃ，５Ｍ，５Ｂｋ）：像担持体
６：中間転写体
１０：帯電装置
１１：露光装置
１２：現像装置
１３：転写装置
１８：定着装置
２０（２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋ）：画像形成ユニット
２５：潤滑剤塗布装置
３０：泡状定着液生成手段
３１：定着液容器
３２：液状定着液
３３：液体搬送ポンプ
３４：液体搬送チューブ
３５：気液混合部
３６：気体搬送パイプ
３７：微小孔シート
３８：微小泡生成部
３９：気体搬送ポンプ
４０：空気口
４１：泡塗布ローラ
４２：膜厚調整用ブレード
４３：泡吐出ヘッド
４４：加圧ローラ
４５：泡状定着液
４５ａ：低泡密度の泡状定着液
４５ｂ：高泡密度の泡状定着液
５０：制御部
５１：モータ
５２：破泡手段
５３：ヒータ
５４：温度センサ
５５：破泡手段
５６：破泡手段
５７：破泡手段
５８：ヒータ
Ｐ：記録媒体
Ｔ：未定着トナー（樹脂含有微粒子）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８５】
【特許文献１】特許第４４８６１６０号公報
【００８６】
【非特許文献１】「泡のエンジニアリング」初版（石井淑夫著，株式会社テクノシステム，２００５年３月２５日発行，Ｐ．４８９）
【図１】
2012163817.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】
2012163817.tif 000009
【図８】
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【図９】
2012163817.tif 000011
【図１０】
2012163817.tif 000012
【図１１】
2012163817.tif 000013
【図１２】
2012163817.tif 000014
【図１３】
2012163817.tif 000015
【図１４】
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