(57)【要約】【課題】画像表面に発生する亀裂を抑制し、かつ高光沢な画像が得られる画像形成装置、および画像形成方法を実現する。【解決手段】記録媒体２２上に画像形成されたトナー像を加熱して定着させる定着手段８と、定着されたトナー像を急速に冷却する冷却手段９とを有する画像形成装置であって、前記冷却手段９は、トナー像と接触する第１の冷却ローラ９１と、記録媒体２２を介して前記第１の冷却ローラ９１に対向する第２の冷却ローラ９２とを具備し、かつ、前記第１の冷却ローラ９１の表面温度が、前記第２の冷却ローラ９２の表面温度より高温になるように制御されていることを特徴とする画像形成装置。【選択図】図２
2009020344.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して定着させる定着手段と、定着されたトナー像を急速に冷却する冷却手段とを有する画像形成装置であって、
前記冷却手段は、トナー像と接触する第１の冷却ローラと、記録媒体を介して前記第１の冷却ローラに対向する第２の冷却ローラとを具備し、かつ、前記第１の冷却ローラの表面温度が、前記第２の冷却ローラの表面温度より高温になるように制御されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第１の冷却ローラと、前記第２の冷却ローラは圧接および離間状態に制御され、前記記録媒体の通過に合わせて、第１の冷却ローラと第２の冷却ローラは圧接状態となり、記録媒体を挟持することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
記録媒体上に画像形成されたトナー像を加熱して定着させた後、定着されたトナー像を急速に冷却する画像形成方法であって、
前記トナー像は、該トナー像と接触する第１の冷却ローラと、記録媒体を介して前記第１の冷却ローラに対向する第２の冷却ローラとの間を通過して冷却され、
前記第１の冷却ローラの表面温度が、前記第２の冷却ローラの表面温度より高温になるように制御することを特徴とする画像形成方法。
【請求項４】
前記第１の冷却ローラと、前記第２の冷却ローラを圧接および離間状態に制御し、前記記録媒体の通過に合わせて、第１の冷却ローラと第２の冷却ローラを圧接状態とし、記録媒体を挟持させることを特徴とする請求項３に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、例えば電子写真法などにより記録媒体上にトナー像を形成し、トナーを定着して画像を形成する画像形成装置、および画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真法による画像形成装置では、例えば感光体に形成されたトナー像を中間転写体に転写した後、該中間転写体と転写ローラとの間に通される用紙（記録媒体）に転写し、さらに、トナーを加熱溶融させることで転写されたトナー像を記録媒体上に加熱定着させている。
トナー像を記録媒体上に加熱定着する方法には、大別して接触方式と非接触方式があり、接触方式としては加熱ローラ定着、ベルト定着、フィルム定着などが知られている。一方、非接触方式としてはフラッシュ定着、オーブン定着などが知られている。これらの中で加熱ローラ定着を用いた接触方式は、トナー像と加熱ローラが直接接触するため熱効率が高く、装置も小型化できるため最も一般化している。
【０００３】
しかし、加熱ローラ定着を用いた接触方式では、記録媒体が加熱ローラを通過した際に、溶融したトナーが加熱ローラに残るといったオフセット現象が発生しやすかった。
そこで、オフセット現象を抑制する方法として、加熱ローラ表面に離型性が高いシリコーンオイルなどの離型剤を塗布する方法や、トナー内部にワックスを練り込み（分散させ）、加熱時にワックスが溶けてトナー表面を覆うことによって離型性を確保する方法などが提案されている。特に装置の小型化、メンテナンス削減が可能であり、また近年、重合法によるトナー製造においてワックスの分散技術が飛躍的に向上したため、トナーにワックスを分散させたオイルレス定着方式が主流になっている。
【０００４】
ところで、カラー画像の普及により、画像形成装置に対する画質への要求も多様化しており、例えばポスターや高級雑誌を作成する場合では、従来の電子写真法の画像では困難であった高品質の画質（例えば、高光沢な画像など）が求められている。
しかし、加熱されたトナー（溶融トナー）が室温程度にまで冷却されると、冷却の過程でトナーに含まれる樹脂が収縮し、収縮痕が画像の表面に形成されることがあった。収縮痕が形成されると画像表面の平滑性が低下するので、光沢の低い画像が得られることとなる。
【０００５】
近年、高光沢な画像が得られることから、表面の凹凸を低減させた用紙や、熱伝導性が高く、表面の凹凸を埋めて平滑にする材料を塗布したコート紙の需要が高まっている。
また、高光沢な画像を得る方法として、例えば特許文献１には、加熱ベルト定着方式において、定着温度で定着させる非光沢モードと、該非光沢モードよりさらに高い温度で定着させる光沢モードとを選択制御可能な画像形成装置が開示されている。
さらに、特許文献２には、トナー像に含まれるワックスの融点近傍でトナー像を急速に冷却するワックス融点近傍冷却手段を含む画像形成装置が開示されている。該画像形成装置では、例えば、ワックス融点８０〜８５℃を基準として、トナー像の表面温度が８８℃の時点で冷却ローラ（金属ローラ）にトナー像を接触させ、８８℃から７６℃まで急激に冷却させることにより、ワックスの結晶化を抑制し、画像表面を被覆したワックス層の白濁化を抑えて、光沢を向上させている。
また、特許文献３には、ヒートパイプと従動ローラと断熱材とから構成される冷却装置を用いて、トナー像を急冷する画像形成方法が開示されている。該画像形成方法によれば、トナー像の定着後の体積変化や面積変化を抑制して、画像のざらつき（粒状感）を改善している。
さらに、特許文献４には、定着装置と搬送ローラとの間に複数のエア吹付孔を有するトナー像冷却用送風装置を備えた画像形成装置が開示されている。該画像形成装置によれば、エアを吹き付けてトナー像および記録媒体を冷却し、低光沢部分が発生するのを防止している。
【特許文献１】特開平４−１９５０７９号公報
【特許文献２】特開２００５−２５０３３５号公報
【特許文献３】特開２００３−２０８０４７号公報
【特許文献４】特開２００３−２１９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の画像形成装置は、トナーを完全に溶融させるか、粒子形状を残すかによって光沢を切り替えるものであり、完全にトナーを溶融させた上で更に光沢を高めることは困難であった。
また、ワックスは溶融トナーの表面を極薄くコーティングすることで鏡面化し、光沢を高める作用がある。光沢は表面の反射率に依存するため、特許文献２に記載のようにワックス層の白濁化を抑制したとしても、必ずしも光沢を向上させることは十分ではなかった。
【０００７】
特許文献３に記載の画像形成方法は、トナー温度が高い状態で搬送ローラなどに挟持される際に起こる、ドット画像やライン画像が潰れるのを防ぐ方法であり、ベタ画像部の光沢に対しては十分な効果が得られにくかった。またトナー像の定着後の体積変化率を３０％、面積変化率を２０％に規定しているが、これらの値は加熱条件、定着圧力、トナー載せ量などで変化するものであり、トナーの特性によるものではない。従って、体積変化率や面性変化率を規定しても、画像の光沢や艶といったトナーの表面性を向上させることは困難であった。
特許文献４に記載の画像形成装置では、トナー像冷却用送風装置に隣接する定着装置もエアによって冷却されやすくなり、消費エネルギが増加したり、定着装置に備わる加熱ローラの軸方向の温度にバラツキが生じたりすることがあった。また、定着装置周辺の暖気を画像形成装置内に撒き散らす可能性があり、感光体の感度変化や現像剤の帯電量変化による画像劣化を引き起こすこともあった。
【０００８】
また、トナー像を冷却すると、画像表面に亀裂が発生することがあった。特に、記録媒体上のトナー量が増えると、亀裂の発生は顕著であった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、画像表面に発生する亀裂を抑制し、かつ高光沢な画像が得られる画像形成装置、および画像形成方法の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の画像形成装置は、記録媒体上に画像形成されたトナー像を加熱して定着させる定着手段と、定着されたトナー像を急速に冷却する冷却手段とを有する画像形成装置であって、前記冷却手段は、トナー像と接触する第１の冷却ローラと、記録媒体を介して前記第１の冷却ローラに対向する第２の冷却ローラとを具備し、かつ、前記第１の冷却ローラの表面温度が、前記第２の冷却ローラの表面温度より高温になるように制御されていることを特徴とする画像形成装置。
また、前記第１の冷却ローラと、前記第２の冷却ローラは圧接および離間状態に制御され、前記記録媒体の通過に合わせて、第１の冷却ローラと第２の冷却ローラは圧接状態となり、記録媒体を挟持することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の画像形成方法は、記録媒体上に画像形成されたトナー像を加熱して定着させた後、定着されたトナー像を急速に冷却する画像形成方法であって、前記トナー像は、該トナー像と接触する第１の冷却ローラと、記録媒体を介して前記第１の冷却ローラに対向する第２の冷却ローラとの間を通過して冷却され、前記第１の冷却ローラの表面温度が、前記第２の冷却ローラの表面温度より高温になるように制御することを特徴とする。
さらに、前記第１の冷却ローラと、前記第２の冷却ローラを圧接および離間状態に制御し、前記記録媒体の通過に合わせて、第１の冷却ローラと第２の冷却ローラを圧接状態とし、記録媒体を挟持させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の画像形成装置、および画像形成方法によれば、画像表面に発生する亀裂を抑制し、かつ、光沢を高めた高品質な画像が得られる。
また、本発明によれば、深みのある色材本来の鮮やかな色合いが得られるので、特にカラー画像を形成する場合に好適である。
さらに、トナー像を急冷する際に、記録媒体も冷却されるので、排出紙の温度を低下できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図を参照して、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。この例の画像形成装置１００は、ほぼ中央に画像形成部１０が設けられている。画像形成部１０は、感光体ドラム１を備えるとともに、感光体ドラム１の周囲に配設されている帯電手段２、露光手段３、現像手段４、転写手段５、クリーニングブレード６、およびローラ７を備えている。また、感光体ドラム１の記録媒体（用紙）搬送方向下流側には定着手段８と、該定着手段の下流にトナー像を冷却する冷却手段９が配設されている。画像形成装置１００の下部には給紙部２０が設けられており、給紙部２０の給紙方向の下流側には給紙ローラ２１が配設されている。さらに、画像形成後の記録媒体２２を排出する排紙部３０が配設されている。
【００１４】
感光体ドラム１は、表面に静電潜像が形成されるものである。感光体ドラム１としては、アモルファスシリコン感光体を用いるのが好ましく、その構成は導電性基体上にＳｉ：Ｈ：Ｂ：Ｏなどからなるキャリア注入阻止層、Ｓｉ：Ｈなどからなるキャリア励起・輸送層（光導電層）、ＳｉＣ：Ｈなどからなる表面保護層が順次積層されている。
帯電手段２は、感光体ドラム１の上方に設置されており、感光体ドラム１を一様に帯電させるものである。
露光手段３は画像データ入力部（図示略）から読み取った原稿画像に基づいて、感光体ドラム１上に静電潜像を形成させるものである。
【００１５】
現像手段４は、静電潜像が形成された感光体ドラム１表面にトナーを供給してトナー像を形成させるものである。ここで、現像手段４は、ロータリラック４０と、複数の現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋとを備えている。ロータリラック４０は、回転手段（図示略）により回転軸４１を中心に回転しながら複数の現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋを感光体ドラムに対向する現像位置に順に移動させて現像を行わせるものである。複数の現像器のうち、イエロー現像器４Ｙ、マゼンタ現像器４Ｍ、シアン現像器４Ｃ、ブラック現像器４Ｋは、４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの順にロータリラック４０の円周方向に並べて保持され、隣接する現像器は円周方向に約９０度の間隔で配置される。
【００１６】
転写手段５は、感光体ドラム１のトナー像を記録媒体に転写するものであり、中間転写ベルト５１、一次転写ローラ５２および５３、駆動ローラ５５、二次転写対向ローラ５４、二次転写ローラ５６を備えている。中間転写ベルト５１は、一次転写ローラ５２および５３、駆動ローラ５５、二次転写対向ローラ５４にエンドレス状に巻きかけられ、駆動ローラ５５によって駆動されており、感光体ドラム１に形成されたトナー像が転写され一時的に保持される転写体の役割を果たしている。二次転写ローラ５６は、中間転写ベルト５１の外周面において二次転写対向ローラ５４に対向する位置に配置され、記録媒体にトナー像を二次転写する役割を果たしている。
【００１７】
クリーニングブレード６は、感光体ドラム１に残留した残留現像剤などの付着物をクリーニングするものであり、例えば硬度７７°のウレタンゴムを感光体ドラムに圧接している。
ローラ７は、感光体ドラム１の表面に当接して、トナーを回収したり吐き出したりするバッファの機能を有している。ローラ７は、金属シャフトの周りを発泡ゴムで覆った構成となっており、バネ（図示略）により感光体ドラム１に９．８Ｎ（片側４．９Ｎ）で付勢されている。また、ローラ７は感光体ドラム１に対して、接触部における表面速度がドラムの表面速度より速く、１．２倍で回転している。
【００１８】
定着手段８は、図２に示すように、回転自在に配設された定着体たる定着ローラ（加熱ローラ）８１と、定着ローラ８１に圧接しながら回転する加圧体たる加圧ローラ８２から構成されている。定着ローラ８１の内部には、ハロゲンランプ等のヒータ８３が配設されている。又、定着ローラ８１にはサーミスタ８４が接触するように配設されており、温度調節回路を介してヒータ８３への電圧を制御することにより定着ローラ８１の表面の温度調節を行っている。この状態において、記録媒体２２が搬送されてくると、定着ローラ８１と加圧ローラ８２は一定速度で回転し、記録媒体２２が定着ローラ８１と加圧ローラ８２との間を通過する際に表裏両面から一定の圧力、温度で加圧、加熱され記録媒体表面上の未定着トナー像は溶融して定着され、記録媒体２２上にフルカラー画像が形成される。画像が定着された記録媒体２２は分離爪（図示略）によって定着ローラから８１分離され、機外へ排出される。
【００１９】
上述のような定着手段８に使用される定着ローラ８１としては、例えばアルミ管などの金属の管の表面に、フッ素系樹脂等の離型性が良く、耐熱性、耐摩耗性に優れた材料が被覆してその外層を形成しているものが好ましい。画像形成装置が電子写真方式を用いたカラー複写機のように、特に画質を重視するものである場合は、定着ローラ８１にはシリコーンゴムをローラの外層としたものを用いるのが好ましい。ただし、シリコーンゴムはフッ素樹脂に比べて離型性がやや劣るので、離型剤としてシリコーンオイルをシリコーンゴムの表面に塗布するのが望ましい。なお、シリコーンゴムにフッ素樹脂シートを巻きつけたものも用いてもよい。
一方、加圧ローラ８２としては、特に制限されないが、例えば、中実鉄棒などを芯にもつ、シリコーンゴムローラを用いるのが好ましい。
【００２０】
冷却手段９は、図２に示すように、回転自在に配設された第１の冷却ローラ９１と、第１の冷却ローラ９１に対向して配設された第２の冷却ローラ９２を具備しており、定着手段８にて加熱されたトナー像を急速に冷却する。
第１の冷却ローラ９１と第２の冷却ローラ９２は対になっており、第１の冷却ローラ９１は、記録媒体２２上のトナー像に直接接触してトナー像の表層側からトナー像を冷却する。一方、第２の冷却ローラ９２は、記録媒体２２を介して第１の冷却ローラ９１に対向しており、トナー像の下層側からトナー像を冷却する。
ここで、第１の冷却ローラ９１の表面温度が第２の冷却ローラ９２の表面温度よりも高くなるように制御されている。
以下、第１の冷却ローラ９１と第２の冷却ローラ９２を合わせて「ローラ対」と略する場合がある。
【００２１】
加熱されたトナー像が冷却されると、冷却の過程でトナーに含まれる樹脂が収縮し、収縮痕が画像の表面に形成されやすくなる。特に、トナー像を徐々に冷却すると（徐冷すると）樹脂の収縮が起こりやすくなる。収縮痕が形成されると画像表面の平滑性が低下するので、高光沢の画像が得られにくくなる。
さらに、トナー像は表層側と、記録媒体を介して下層側の両側から冷却されるが、通常、記録媒体（紙）の熱伝導率がトナーよりも小さいため、トナー像の下層側が冷却されるには時間を要する。そのため、トナー像の表層側と下層側とで冷却速度に差が生じ、直接冷却される表層側の冷却速度が、記録媒体を介して冷却される下層側の冷却速度に比べて速くなる。その結果、トナー像の表層側と下層側とで温度差が生じて（すなわち、直接冷却される表層側が下層側よりも低温になり）、画像表面に亀裂が発生しやすくなる。亀裂の発生を抑制するにはトナー像の冷却速度を低下させればよいが、上述したようにトナー像を徐冷すると樹脂の収縮が起こりやすくなり、高光沢の画像が得られにくくなる。
【００２２】
しかし、本発明では、冷却手段にて加熱されたトナー像を急速に冷却することで、トナーに含まれる樹脂の収縮を抑制できる。そのため、画像表面の平滑性が向上し、高光沢の画像が得られる。
また、トナー像に直接接触する第１の冷却ローラ９１の表面温度が、記録媒体２２を介してトナー像に接触する第２の冷却ローラ９２の表面温度よりも高くなるように制御されているため、記録媒体２２を介して第２の冷却ローラ９２に冷却されるトナー像の下層側と、第１の冷却ローラ９１に冷却される表層側での冷却速度がほぼ同じになる。その結果、トナー像の表層側と下層側の両側からトナー像を冷却しても、表層側と下層側での温度差が発生しにくくなり、亀裂の発生を抑制できる。従って、トナー像の冷却速度を必要以上に低下させなくても、画像表面の亀裂の発生を抑制できるので、亀裂の発生の抑制と高光沢の画像を得ることの両立が可能となる。
【００２３】
ここで、第１の冷却ローラ９１および第２の冷却ローラ９２について説明する。
図３に示すように、第１の冷却ローラ９１および第２の冷却ローラ９２は、各々の端部が通紙領域外まで伸ばされており、第１の冷却ローラ９１の一方の端部と、該端部とは反対側の第２の冷却ローラ９２の端部が各々放熱フィン９３（放熱フィン９３ａ、９３ｂ）に接続されている。各放熱フィン９３の直下にはファン９４（ファン９４ａ、９４ｂ）が設けられている。特に、第２の冷却ローラ９２は、常時、ファン９４ｂが稼動しているので、放熱フィン９３ｂを介して一定温度に冷却されている。従って、連続通紙をした場合でも第２の冷却ローラ９２表面の温度を、雰囲気温度＋３℃程度に維持することができる。
【００２４】
一方、第１の冷却ローラ９１の内部には発熱導線で構成されるヒータ９５が内蔵され、さらに、第１の冷却ローラ９１の表面温度を計測するサーミスタ９６が配置されている。サーミスタ９６により検出された表面温度に従って端部の放熱フィン９３ａに送風するファン９４ａのＯＮ／ＯＦＦが制御できるようになっている。例えば、サーミスタ９６で検出した第１の冷却ローラ９１の表面温度が、第２の冷却ローラ９２の表面温度より高くなるように設定した所定温度より低い場合は、ヒータ９５に通電し第１の冷却ローラ９１を所定温度になるまで昇温させる。この時、第１の冷却ローラ９１端部に接続された放熱フィン９３ａには風を当てないようにする。なお、ヒータ９４に通電するかどうかの判断には、第２の冷却ローラ９２にサーミスタを取り付けて、該第２の冷却ローラ９２の表面温度を基準にしてもよい。
一方、第１の冷却ローラ９１の表面温度が所定温度以上の場合はヒータ９５に通電せず、ファン９４ａを駆動させ放熱フィン９３ａに風を当てて所定温度まで冷却する。
【００２５】
このような構成によって第１の冷却ローラ９１の温度は所定の温度に調節することができ、常時、第１の冷却ローラ９１の表面温度が、第２の冷却ローラ９２の表面温度より高温になるように制御される。
【００２６】
第１の冷却ローラ９１の表面温度は、第２の冷却ローラ９２の表面温度より５〜３５℃高くなるように制御されるのが好ましく、より好ましくは１４〜２２℃である。第１の冷却ローラ９１と第２の冷却ローラ９２の表面温度差が５℃未満であると、トナー像の表層側と下層側の温度に差が生じて、画像表面に亀裂が発生する場合がある。一方、第１の冷却ローラ９１と第２の冷却ローラ９２の表面温度差が３５℃を超えると、亀裂の発生は抑制できるものの、冷却ローラ９１ａによるトナー像の冷却速度が遅くなるので、光沢度が低下する傾向にある。
【００２７】
このような第１の冷却ローラ９１および第２の冷却ローラ９２としては、例えばヒートパイプ（銅製）を用いるのが好ましい。ヒートパイプは、熱伝達に優れるため、トナー像に直接触れることでトナーを急冷することができる。しかしトナーとの密着性が低下するため、冷却速度にバラツキが生じてムラ画像になりやすい。そこで、溶融トナーとの離型性を確保する目的で、ヒートパイプの表面に、ＰＦＡ（四フッ化エチレンとパーフロロアルコキシエチレン共重合体）シートを、プライマーを介して接着したものを用いてもよい。ＰＦＡシートの厚さは、ヒートパイプの外形φが２０ｍｍの場合、３０μｍ程度が好ましい。さらに、ＰＦＡシートの代わりにシリコーンゴムを接着したものを用いてもよい。
【００２８】
上述した第１の冷却ローラ９１と第２の冷却ローラ９２は、記録媒体２２が通紙されない時は離間状態となっており、記録媒体２２の通過に合わせて、前記転写手段５に設けられた通紙スイッチ（図示略）から計算されるタイミングで、記録媒体２２の先端がローラ対に到達する直前に圧接状態となるように制御されている。圧接状態の際の押圧力は、通常、２９．４Ｎ（片側）である。
【００２９】
図３、４に示すように、第２の冷却ローラ９２は、連結棒９７ａにて互いに連結した押し上げ棒９７ｂとアーム９７ｃを介してソレノイド９７ｄに接続されることで、上下動可能となっており、圧接または離間状態が選択できるようになっている。そして、記録媒体２２の通過に合わせてソレノイド９７ｄが下降すると、支点９７ｅを中心にアーム９７ｃの連結棒９７ａが設置された側の端部が上昇し、連動して第２の冷却ローラ９２も上昇し、記録媒体２２を介して第１の冷却ローラ９１に圧接される。記録媒体２２がローラ対から送り出されると、ソレノイド９７ｄが上昇し、支点９７ｅを中心にアーム９７ｃの連結棒９７ａが設置された側の端部が下降し、連動して第２の冷却ローラ９２も下降し、第１の冷却ローラ９１から離間される。
【００３０】
通常、トナー像を冷却する間は、第１の冷却ローラ９１と第２の冷却ローラ９２との間には記録媒体２２が介在しているので、両者間での熱の移動は起こりにくく、各ローラの表面温度は一定に保持されやすい。一方、トナー像を冷却しない間は記録媒体２２が介在しないので、第１の冷却ローラ９１と第２の冷却ローラ９２とで熱の移動が起こりやすくなる。熱の移動が起こると、両者の表面温度差が小さくなるので、表面温度差を維持するために第２の冷却ローラ９２よりも第１の冷却ローラ９１の表面温度が高くなるように各ローラの表面温度を一定に保持するために、必要以上にエネルギを消費することとなる。
しかし、このように第１の冷却ローラ９１と第２の冷却ローラ９２を圧接および離間状態に制御することにより（すなわち、トナー像を冷却しない間は離間状態とすることにより）、トナー像を冷却しない間でも、第１の冷却ローラ９１と第２の冷却ローラ９２とでの熱の移動を低減できる。そのため、エネルギの消費を抑制できる。
【００３１】
なお、ローラ対は、定着ニップ部の出口から冷却ニップ部の入口までの距離ｄが１０〜５０ｍｍになるように配置するのが好ましい。
ここで、定着ニップ部とは、図２に示すように、記録媒体２２の搬送方向の、定着ローラ８１と加圧ローラ８２間の接触部分のことであり、定着ニップ部の出口とは、定着ニップ部の冷却手段９側の端部８５のことである。一方、冷却ニップ部とは、図２に示すように、記録媒体２２の搬送方向の、第１の冷却ローラ９１と第２の冷却ローラ９２間の接触部分のことであり、冷却ニップ部の入口とは、冷却ニップ部の定着手段８側の端部９８のことである。
【００３２】
また、冷却手段９には、図２に示すように、第１の冷却ローラ９１および第２の冷却ローラ９２間を通過する前後において、記録媒体２２上のトナー像の表面温度を測定できるように、第１の冷却ローラ９１の前後に温度センサー９９を設けてもよい。
温度センサー９９としては、例えば非接触型の温度計を用いることができる。
【００３３】
本発明では、上述したような冷却ローラ対を用いることで、エアなどを用いずにトナー像を冷却できるので、隣接する定着手段８は冷却されにくくなる。従って、消費エネルギが増加したり、定着手段８に備わる定着ローラ８１の軸方向の温度にバラツキを低減したりできる。また、定着手段８周辺の暖気を画像形成装置内に撒き散らすことも少ないので、感光体ドラム１の感度変化や現像剤の帯電量変化による画像劣化が起こりにくくなる。
【００３４】
次に、図１の画像形成装置１００を用いて、本発明の画像形成方法について説明する。
まず、帯電手段２によって感光体ドラム１に帯電が行われた後、ロータリラック４０がその中心部に設けられている回転軸４１を中心に回転する。そして、ロータリラック４０は、最初色であるブラックに対応した現像器４Ｋが感光体ドラム１に対向する位置である現像位置に停止する。この状態で、ブラックに対応した露光が露光手段３によって行われ、ブラックに対応した静電潜像が感光体ドラム１の表面に形成される。この静電潜像は、現像器４Ｋでトナー像化され、感光体ドラム１表面に形成されたこのトナー像は一次転写ローラ５２および５３に印加された転写バイアスによって転写ベルト５１上に転写される。
このようしてブラックのトナー像の転写ベルト５１上への形成が完了すると、ロータリラック４０がその中心部に設けられている回転軸４１を中心に回転し、シアンに対応した現像器４Ｃが現像位置に位置づけられる。このような動作が他の色、シアン、マゼンタ、イエローに関しても行われて、転写ベルト５１上にフルカラーのトナー像が形成される。
【００３５】
上記のように、トナー像が中間転写ベルト５１に一次転写する過程では、二次転写ローラ５６は転写ベルト５１から離間される。一方、フルカラーのトナー像が転写ベルト５１に形成されると、二次転写ローラ５６は転写ベルト５１に当接される。その際、タイミングを合わせて給紙部２０から給紙ローラ２１等によって転写位置まで搬送された記録媒体２２に、二次転写ローラ５６に印加された二次転写バイアスにより転写ベルト５１に形成されたフルカラーのトナー像が転写される。
【００３６】
次いで、記録媒体に転写されたフルカラーのトナー像は、図２に示すように定着手段８による加熱・加圧によって記録媒体２２に定着される。トナーの加熱温度は、トナーの軟化点より高温であればよいが、トナーの軟化点より２５〜４０℃高温であることが好ましい。
【００３７】
定着手段８により加熱されたトナー像は、冷却手段９によって急速に冷却される。トナー像を急速に冷却するに際しては、トナーの軟化点より高温側から軟化点より低温側に（すなわち、トナーの軟化点近傍にて）急速に冷却するのが好ましい。具体的には、１５０〜２５０℃／秒の冷却速度でトナー像を冷却するのが好ましい。
第１の冷却ローラ９１の表面温度は、第２の冷却ローラ９２の表面温度より高温に制御されればよいが、３０〜６０℃に制御されるのが好ましい。一方、第２の冷却ローラ９２は２０〜３０℃に保持されるのが好ましい。
【００３８】
なお、記録媒体２２がローラ対を通過しない間は、第２の冷却ローラ９２が下降して第１の冷却ローラ９１から離間される（離間状態となる）。そして、記録媒体２２が冷却手段９に搬送されると、該記録媒体２２の通過に合わせて第２の冷却ローラ９２が上昇して、第１の冷却ローラ９１に圧接される（圧接状態となる）。
【００３９】
冷却手段９にてトナー像が冷却された記録媒体２２は、図１に示す排紙部３０に排出される。
一方、感光体ドラム１に残留した残留現像剤は、クリーニングブレード６によりクリーニングされて、廃トナーコンテナ（図示略）に廃棄される。また、転写ベルト５１に残留したトナーは、転写ベルト５１の清掃装置（図示略）を二次転写後に転写ベルト５１に当接させることによってクリーニングされ、廃トナーコンテナ（図示略）に廃棄される。転写ベルト５１の清掃装置は転写ベルト５１の一周分をクリーニングした後、転写ベルト５１から離間される。
【００４０】
以上、説明したように、本発明によれば、トナー像を急速に冷却することで、トナーに含まれる樹脂の収縮を抑制し、画像表面の平滑性を向上させることができ、高光沢の画像が得られる。
また、トナー像に直接接触する第１の冷却ローラ９１の表面温度が、記録媒体２２を介してトナー像に接触する第２の冷却ローラ９２の表面温度よりも高くなるように制御されているため、記録媒体２２を介して第２の冷却ローラ９２に冷却されるトナー像の下層側と、第１の冷却ローラ９１に冷却される表層側での冷却速度がほぼ同じになる。その結果、トナー像の表層側と下層側の両側からトナー像を冷却しても、表層側と下層側での温度差が発生しにくくなり、冷却斑の発生を抑制できる。従って、トナー像の冷却速度を必要以上に低下させなくても、画像表面の亀裂の発生を抑制できるので、亀裂の発生の抑制と高光沢の画像を得ることの両立が可能となる。
【００４１】
さらに、本発明によれば、深みのある色材本来の鮮やかな色合いが得られるので、特にカラー画像を形成する場合に好適である。
さらに、トナー像を急冷する際に、記録媒体（用紙）も冷却されるので、排出紙の温度を低下できる。
また、画像表面の平滑性が向上するので、排出紙のスタッキング性も向上する。
【００４２】
なお、本発明においては、冷却手段にエアを用いていなので、冷却手段に隣接する定着手段は冷却されにくい。従って、消費エネルギが増加したり、定着手段に備わる定着ローラの軸方向の温度にバラツキが生じたりすることが少ない。また、定着手段周辺の暖気を画像形成装置内に撒き散らすことも少ないので、感光体ドラムの感度変化や現像剤の帯電量変化による画像劣化が起こりにくい。
【００４３】
また、記録媒体上のトナー量を増やせば、一般的に光沢度が高くなる傾向にはあるものの、トナー層が厚くなるためトナー像の表層側と下層側との温度差が大きくなり、亀裂が生じやすくなる傾向にある。しかし、本発明によれば、トナー像の表層側と下層側とで冷却斑が発生しにくいので、トナー量が多くなっても亀裂が生じにくい。従って、亀裂の抑制と高光沢な画像を得ることの両立ができる。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明する。
［トナーの製造］
スチレン８０質量部、２-エチルヘキシルメタクリレート２０質量部、着色剤としてシアン顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３）５質量部、低分子量ポリプロピレン３質量部、電荷制御剤として４級アンモニウム塩化合物（オリエント化学工業社製、「Ｐ−５１」）２質量部、架橋剤としてジビニルベンゼン１質量部の混合溶液に重合開始剤２，２-アゾビス（２，４-ジメチルバレロニトリル）２質量部加え、これらを精製水４００質量部に加え、さらに懸濁安定剤として第三リン酸カルシウム５質量部とドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．１質量部を添加し、ＴＫホモミキサー（特殊機化工業社製）を用いて、回転数７０００ｒｐｍで２０分間攪拌し、さらに窒素雰囲気下、７０℃、１００ｒｐｍで１０時間重合反応させ、体積平均粒径６．３μｍの粉体を得た。この粉体に疎水性シリカ粉末を１．５質量部加え、ヘンシェルミキサー（三井鉱山社製）にて混合することにより体積平均粒径６．３μｍのシアントナーを得た。なお、体積平均粒径は、マルチマイザーIII（コールスターカウンター社製）にて測定した。
得られたシアントナーの帯電量を吸引式帯電量測定装置（トレック社）にて測定したところ、３３μＣ／ｇであった。
【００４５】
［実施例１〜５］
＜画像形成装置の構成＞
画像形成装置として、図１〜４に示す構成のものを用い、先に得られたトナーを現像容器に収容した。なお、定着手段８および冷却手段９の構成は以下示す通りである。
（定着手段）
定着ローラ８１として、外径φ３０ｍｍ、肉厚１．０ｍｍのアルミ管の表面に、硬度５度（ＪＩＳ−Ａ）、厚み２００μｍのシリコーンゴムを被覆し、さらにその表面に厚み３０μｍのＰＦＡ（四フッ化エチレンとパーフロロアルコキシエチレン共重合体）チューブを、プライマーを介して接着させたものを用いた。定着ローラ８１の内部にハロゲンヒータランプ８３を配置し、定着ローラ８１の表面に接触させたサーミスタ８４により定着ローラ表面温度が常に１７０℃になるようにランプの点灯制御を行なった。
加圧ローラ８２として、外径３０ｍｍ、硬度５度（ＪＩＳ−Ａ）、厚み６ｍｍのシリコーンゴムの芯に、外形φ１８ｍｍの芯金を有する中実鉄棒を用いた。
【００４６】
（冷却手段）
第１の冷却ローラ９１と、第２の冷却ローラ９２は、定着ニップ部の出口から冷却ニップ部の入口までの距離ｄが３０ｍｍ（すなわち、記録媒体の搬送速度が１５０ｍｍ／秒なので時間的には０．２秒下流）になるように配置した。
第１の冷却ローラ９１および第２の冷却ローラ９２としては、外形φが２０ｍｍ、内径φが１０ｍｍの円筒ヒートパイプ（銅製）の表面に、厚み３０μｍのＰＦＡシートを、プライマーを介して接着させたものを用いた。
【００４７】
（第１の冷却ローラの温度制御方法）
第１の冷却ローラ９１の表面温度をサーミスタ９６で検出し、第２の冷却ローラ９２の表面温度より高くなるように設定した所定温度より低い場合は、ヒータ９５に通電し第１の冷却ローラ９１を所定温度になるまで昇温させた。一方、第１の冷却ローラ９１の表面温度が所定温度以上の場合は、ヒータ９５通電せず、ファン９４ａを駆動させて放熱フィン９３ａに風を当てて所定温度まで冷却させた。通紙中および待機中も同様に、第１の冷却ローラ９１の表面温度を観察しながら、常に一定の温度を維持するようにヒータ９５とファン９４ａの通電、駆動制御を行なった。
なお、第２の冷却ローラ９２の表面温度は、該第２の冷却ローラ９２に取り付けたサーミスタ（図示略）を用いて検出し、放熱フィン９３ｂおよびファン９４ｂにて２８℃に保持した。
一方、第１の冷却ローラ９１の表面温度は、表１に示す値を保持できるように、上述のようにして放熱フィン９３ａ、ファン９４ａ、ヒータ９５にて制御した。
【００４８】
＜評価＞
前記画像形成装置を用い、上述した温度制御方法にて、以下に示すようにして評価を行った。
各実施例において、第１の冷却ローラ９１の表面温度を表１に示す値になるように制御し、記録媒体上のトナー量を表１に示す値になるように設定し、ローラ対通過前後（測定間隔は３８ｍｍ＝０．２５秒後）のトナー像の表面温度を記録しながら画像サンプルを採取した。なお、記録媒体として、ｍｏｎｄｉ社製の「Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｐｙ紙、坪量９０ｇ/ｍ２」を用いた。また、ローラ対通過前のトナー像の表面温度は１４０℃、トナー像が形成されていない部分の記録媒体の表面温度は９３℃であった。
印字枚数２００枚目における、画像サンプルの画像表面の光沢度、および亀裂の有無を表１に示す。ただし、光沢度および亀裂の有無は以下のようにして求めた。
【００４９】
（光沢度）
画像サンプルの画像表面の光沢度を、光沢計（堀場製作所社製、「ハンディグロスチェッカＩＧ−３３１」、入射角：６０°）にて測定した。
（亀裂の有無）
画像表面の亀裂の有無について目視にて観察し、以下の評価基準にて評価した。なお、○、△を合格とする。
○：亀裂が発生していない。
△：亀裂が僅かに発生した。
×：亀裂が発生した。
【００５０】
（総合評価）
光沢度および亀裂の有無の評価結果より、以下に示す評価基準にて、総合評価を行った。なお、◎、○を合格とする。
◎：「亀裂の有無の評価結果が○」、「トナー量０．５ｍｇ／ｃｍ２の光沢度が２５以上」、「トナー量１．５ｍｇ／ｃｍ２の光沢度が３５以上」の全てに該当する。
○：「亀裂の有無の評価結果が△」、「トナー量０．５ｍｇ／ｃｍ２の光沢度が２０以上、２５未満」、「トナー量１．５ｍｇ／ｃｍ２の光沢度が３０以上、３５未満」のいずれかに該当する。
×：「亀裂の有無の評価結果が×」、「トナー量０．５ｍｇ／ｃｍ２の光沢度が２０未満」、「トナー量１．５ｍｇ／ｃｍ２の光沢度が３０未満」のいずれかに該当する。
【００５１】
［比較例１、２］
第１の冷却ローラ９１の表面温度を表１に示す値になるように制御し、記録媒体上のトナー量を表１に示す値になるように設定した以外は、実施例１〜５と同様に行い、評価した。結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
2009020344.tif 000003
【００５３】
表１から明らかなように、各実施例で得られた画像は、比較例のものに比べて光沢度が高く、亀裂が発生しにくかった。特に、第１の冷却ローラと第２の冷却ローラの温度差が大きい実施例３〜５では、トナー量を増やしても亀裂が発生しにくかった。
各実施例では、トナー像の表層側と下層側の温度差に対応して第１の冷却ローラと第２の冷却ローラの表面温度に差をつけたことにより、トナー像全体の冷却速度が一定に近づいたため、画像表面の亀裂の発生を抑制することができた。なお、トナー像の下層側の温度を直接測定することは困難であるが、トナー像の表面温度、およびトナー像が形成されていない部分の記録媒体の表面温度から、凡その下層側の温度を推定することができる。
【００５４】
一方、比較例１は、第１の冷却ローラと第２の冷却ローラの表面温度差が０℃であったため、トナー像の表層側が下層側よりも早く冷却され、画像表面に亀裂が生じた。しかし、トナー像の急冷効果は得られたので、目視においては高光沢な画像を得ることができた。ただし、実施例に比べると、光沢度は劣っていた。
比較例２は、第１および第２の冷却ローラを設置しなかったため、トナー像の表層側だけが急冷されることはなかったので、画像表面には亀裂が発生しなかった。しかし、トナー像は徐々に冷却されたので、トナーに含まれる樹脂が収縮し、その収縮痕が画像の表面に形成された。その結果、画像表面の平滑性が失われ、光沢度が低下した。
【００５５】
なお、各実施例、比較例で得られた画像サンプルの画像表面をデジタルマイクロスコープ（株式会社キーエンス製、「ＶＨＸ−６００」、１０００〜２０００倍）にて観察した結果、各実施例では、僅かに凹んだ斑点が確認され、光沢度が高くなるに連れて斑点の大きさが小さく、間隔が狭く、深さが浅くなっていた。
一方、各比較例では、実施例に比べて、大きく、間隔が広く、凹みの大きい斑点が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】定着手段および冷却手段の一例を示す概略構成図である。
【図３】図２に示す冷却手段の側面図である。
【図４】図３に示す第２の冷却ローラの正面図である。
【符号の説明】
【００５７】
２：帯電手段、３：露光手段、４：現像手段、５：転写手段、８：定着手段、８１：定着ローラ、８２：加圧ローラ、９：冷却手段、９１：第１の冷却ローラ、９２：第２の冷却ローラ、１００：画像形成装置
【図１】
2009020344.tif 000004
【図２】
2009020344.tif 000005
【図３】
2009020344.tif 000006
【図４】
2009020344.tif 000007