JP2006220740A - 画像形成方法および画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 熱発泡性の記録媒体に利用者の意図する通りの任意の高さに隆起させて調整した立体画像を自由に形成することができる画像形成方法および画像形成装置を提供する。特に、有色トナーからなる像が形成される場合があっても、そのトナー像の画像濃度等に支配されることなくほぼ任意の高さに隆起させた立体画像を形成できるようにする。
【解決手段】 画像形成方法および画像形成装置は、熱発泡性の記録媒体(PW)に赤外線吸収剤(IR)を含有する透明トナーからなる像T(IR)を第1作像手段(10)により形成した後、赤外線を照射手段(8)から照射して当該記録媒体のうちでその透明トナー層が形成された領域を発泡させることにより隆起した立体画像を形成する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、熱発泡性の記録媒体における所望の部位を選択的に加熱して発泡させることにより隆起した立体(隆起)画像を形成することができる画像形成方法および画像形成装置に関するものであり、特に、その記録媒体上において立体画像を意図する所望の高さで自由に形成することが可能な画像形成方法および画像形成装置に関するものである。
従来、熱膨張性(熱発泡性)シート上に立体画像を形成する方法が知られている(特許文献1など)。その方法とは、熱膨張性シートに電子写真方式の複写機を用いて黒トナーで画像を形成した後、そこに光照射をして黒トナーが光を吸収して発熱することを利用してそのトナー像を熱定着させるとともにそのシートのうちトナー像のある部分を加熱して発泡(膨張)隆起させることにより立体画像を得るものである。
そして、この方法は、黒色の画像が盛り上がった立体画像が得られるため、たとえば点字シートを得る場合に有用なものであるが、その立体画像はあくまで黒色の単色であるため、多色(カラー化された)の立体画像を形成することはできなかった。
そこで、従来においては、このような問題を克服する観点から、たとえば熱膨張性(熱発泡性)シートに多色の立体画像を形成することを可能にした方法が提案されている(特許文献2)。
この方法は、電子写真方式の画像形成装置に使用する有色(主に黒色以外の色)トナーとして、光エネルギーを吸収して熱エネルギーに変換することができる材料を添加したものを使用し、その有色トナーからなる像を熱膨張性シートに形成してから光照射を行うことにより、かかる添加した材料が発熱してそのシートのうち有色トナー像のある部分を加熱して発泡隆起させることにより立体画像を形成するというものである。
特開昭54−89638号公報 特開昭64−28657号公報
しかしながら、このような多色の立体画像を形成する方法においては、次のような問題点がある。
この形成方法では、有色トナーに添加された材料(光エネルギーを吸収して熱エネルギーに変換できる材料)の量によって熱膨張性シートの加熱される温度が左右されるため、そのシートが隆起する高さもそのシート上に存在する有色トナーの量、即ちトナー像の画像濃度に依存することになる。このことは、色の濃い(高濃度の)部分は強めに加熱されて隆起する高さが相対的に高くなり、反対に色の薄い(低濃度の)部分は弱めに加熱されて隆起する高さも相対的に低くなることを意味している。
ところが、実際にその隆起させたい量は必ずしもこのような画像濃度に対応した関係にない。つまり、画像濃度が高い(高度の)部分でも隆起させたくない場合や、画像濃度が低く彩度明度が高い(低濃度の)部分を高く隆起させたい場合などがある。たとえば、この方法により熱膨張性シートに人間の顔の画像を形成した場合、その目の像部分については特に隆起した状態になる必要がないところであるが、実際には濃度の高いトナー像として形成されるため必要以上に高く隆起した状態となる。一方、その鼻の像部分については相対的に高めに隆起した状態にしたいところであるが、実際には濃度の低い(ハイライトの)トナー像として形成されるため隆起する高さが低い状態になってしまう。
したがって、従来の形成方法では、熱膨張性シートに形成するトナー像の画像濃度の高低に相応した関係でそのシート部分の隆起の高さが調整された立体画像を形成することはできるものの、その画像濃度に関係がなく、利用者が意図するところを任意の高さに隆起させた立体画像を自由に形成することができなかった。
本発明は、以上のような問題点等に鑑みてなされたものであり、熱発泡性の記録媒体に利用者の意図する通りの任意の高さに隆起させて調整した立体画像を自由に形成することができる画像形成方法および画像形成装置を提供するものである。特に、有色トナーからなる像が形成される場合があっても、そのトナー像の画像濃度等に支配されることなくほぼ任意の高さに隆起させた立体画像を形成することができるようにするものである。
本発明の画像形成方法は、熱発泡性の記録媒体に赤外線吸収剤を含有する透明トナーからなる像を形成した後、赤外線を照射して当該記録媒体のうちでその透明トナー層が形成された領域を発泡させることにより隆起した立体画像を形成することを特徴とするものである。
ここで、上記熱発泡性の記録媒体とは、トナー(現像剤)からなる像を形成することができる媒体のうち加熱された場合に発泡(熱膨張)する物性を有するものであり、たとえば、加熱により体積膨張する発泡剤を含むコート紙等の記録用紙である。
上記赤外線吸収剤を含有する透明トナーからなる層は、最終的に形成すべき立体画像に対応させて上記記録媒体の該当領域に形成される。赤外線吸収剤については、後述するように非可視域の波長に対して光吸収特性を有するものであることが好ましい。
このような画像形成方法によれば、熱発泡性の記録媒体のうち赤外線吸収剤が含有された透明トナー像が形成された領域は、赤外線が照射されると、その透明トナー像内の赤外線吸収剤が赤外線を吸収して瞬時に発熱し、その熱が熱発泡性の記録媒体にも伝わることになる。これにより、熱発泡性の記録媒体は、赤外線吸収剤を含有する透明トナー像によって加熱された部分が発泡剤により発泡(膨張)隆起することで立体的な画像(隆起部)となる。
上記画像形成方法においては、前記透明トナー像に加えて有色トナーからなる像を形成するに際して、その有色トナー像を形成する領域の少なくとも一部と重畳する領域に当該透明トナー層を形成するようにしてもよい。
このように赤外線吸収剤を含有する透明トナー像を有色トナー像の形成領域の少なくとも一部と重畳する領域に形成する場合には、原則として、熱発泡性の記録媒体に形成される立体画像が有色の立体画像として得られるようになるとともに、その立体画像の形成される位置が有色トナー像の形成領域に作用されることは少なく透明トナー像の形成領域に相応した領域になる。この場合、透明トナー像と有色トナー像は、記録媒体からみて、そのいずれのトナー像を先に(下層側)に形成してもよく、いずれの場合であっても立体画像が得られる。ただし、透明トナー像を最下層(記録媒体側に)形成するほうが、熱発泡性の記録媒体への熱伝導率が高くなり、その記録媒体における透明トナー像の形成部分の発泡率や透明トナー像の記録媒体への定着強度の点で有利となるため望ましい。
また、上記各画像形成装置においては、前記透明トナー像の層厚を、前記照射する赤外線の条件に応じて調整するようにしてもよい。
このように透明トナー像の層厚を赤外線の条件に応じて調整した場合には、上記照射手段から照射される赤外線の強度条件が同じであれば、その透明トナー層の厚さ(濃度階調)の違いにより赤外吸収剤の含有総量が異なり、ひいては赤外線照射時における赤外吸収剤による発熱量がほぼ相応(比例)して異なるため、熱発泡性記録媒体の膨張度合い(立体画像の高さ)を調整することができる。すなわち、透明トナー層を相対的に厚く形成した場合には、薄く形成した場合に比べて発熱量が多くなり、結果的に記録媒体を強く加熱してより多く発泡隆起させることができる。反対に、透明トナー層を相対的に薄く形成した場合には、厚く形成した場合に比べて発熱量が少なくなり、結果的に記録媒体を強く加熱できず少ない割合で発泡隆起させることができる。
また、上記各画像形成装置においては、前記透明トナー像の層厚を、熱発泡性の記録媒体の立体画像として発泡隆起させるべき高さに応じて調整するようにしてもよい。その発泡隆起させるべき高さを高く(厚めに)したい場合にはトナー像の層厚を相対的に厚くすればよく、反対に、その高さとして低く(薄めに)したい場合にはトナー像の層厚を相対的に薄くすればよい。
また、上記各画像形成装置においては、前記透明トナー像の層厚を、その透明トナー像の形成領域と重畳する領域に形成される有色トナー像の条件に応じて調整するようにしてもよい。
これは、有色トナー像の種類によって赤外線の吸収特性が異なることから、熱発泡性の記録媒体を所望の高さに発泡隆起させるためには、その有色トナー像の赤外線吸収特性を配慮しながら透明トナー像の層厚を調整する必要があるためである。一般に、黒色トナー像はそれに含有されるカーボンブラック等が赤外線吸収特性を有するため熱発泡性の記録媒体を加熱する作用があるのに対し、黒色以外の有色トナーは赤外線吸収特性が相対的に小さく、熱発泡性の記録媒体を加熱する作用も弱い。ただし、その有色トナーであっても赤外線(熱線)の照射により記録媒体に定着される程度に発熱して溶融される。
このことから、具体的には、黒色トナー像が形成されており、かつその形成領域の記録媒体の部分を必要以上に高く発泡隆起させたくない場合には、その黒色トナー像と重畳した状態で形成する透明トナー像の層厚については相対的に薄め(場合によってはゼロ)に設定すればよい。また、黒色以外の有色トナー像が形成されており、かつその形成領域の記録媒体の部分をより高くなるように発泡隆起させたい場合には、その有色トナー像と重畳した状態で形成する透明トナー像の層厚については相対的に厚めに設定すればよい。
このように透明トナー像の層厚を有色トナー像の条件に応じて調整した場合には、熱発泡性記録媒体の所定部位を有色トナー像の条件に左右されることなく透明トナー像の層厚の調整により所望の高さとなるように発泡隆起させることができるようになる。
一方、本発明の画像形成装置は、熱発泡性の記録媒体に非可視の赤外線吸収剤を含有する透明トナーからなる像を形成する第1作像手段と、この第1作像手段で形成される透明トナー像を含む領域に赤外線を照射する照射手段を有する装置であって、当該記録媒体のうちでその透明トナー像が形成された領域を発泡させることにより隆起した立体画像を形成し得ることを特徴とするものである。
ここで、上記第1作像手段は、熱発泡性の記録媒体に赤外線吸収剤を含有する透明トナー像を所望の画像情報に応じて形成することができるものであれば特に制約されるものではない。たとえば、電子写真方式、静電記録方式等の画像形成方式を利用して潜像担持体に立体画像用の画像情報に応じて潜像を形成し、その潜像を上記透明トナーにより現像して透明トナー像とし、そのトナー像を最終的に記録媒体に形成(転写)する作像装置として構成することができる。
上記照射手段は、この第1作像手段で形成される透明トナー像に必要な赤外線を照射することができるものであればよい。従って、この照射手段から照射する赤外線は、透明トナーに含有させる赤外線吸収剤が吸収し得る波長領域を少なくとも含む波長特性の赤外線であることが好ましい。
このような画像形成装置によれば、第1作像手段により熱発泡性の記録媒体に少なくとも赤外線吸収剤が含有された透明トナー層が形成され、最後に、その透明トナー層に照射手段により赤外線が照射される。これにより、その透明トナー層内の赤外線吸収剤が赤外線を吸収して瞬時に発熱し、その熱が熱発泡性の記録媒体に伝わって加熱することになるため、最終的に当該記録媒体のうち透明トナー像が形成された領域が当該トナー像によって加熱されて発泡隆起することで立体的な画像(隆起部)となる。
また、この画像形成装置においては、有色トナーからなる像を形成する第2作像手段を有し、この第2作像手段で形成する有色トナー像の領域の少なくとも一部と重畳する領域に前記第1作像手段で透明トナー層を形成するように構成するとよい。
ここで、上記第2作像手段は、熱発泡性の記録媒体(またはそれに形成される透明トナー像)の所定領域に有色トナーからなる像を形成することができるものであればよい。たとえば、前記第1作像手段と同様の(なお、赤外線吸収剤を含有する透明トナーに代えて有色トナーを使用する点では相違する)作像装置とすることができる。有色トナーとしては、電子写真方式等に用いられるものを同様に使用される。
このような第2作像手段を具有させて有色トナー像と透明トナー像とを一部重複した状態で形成するようにした場合には、前述した画像形成方法の場合と同様に、原則として、熱発泡性の記録媒体に形成される立体画像が有色の立体画像として得られるようになるとともに、その立体画像の形成される位置が有色トナー像の形成領域に作用されることは少なく透明トナー像の形成領域に相応した領域になる。
さらに、上記各画像形成装置においては、前記第1作像手段で形成する透明トナー像の層厚を前記照射手段で照射する赤外線の条件に応じて調整する調整手段を有するように構成するとよい。また、その第1作像手段で形成する透明トナー像の層厚を熱発泡性の記録媒体の立体画像として発泡隆起させるべき高さに応じて調整する調整手段を有するように構成してもよい。
このような調整手段を設けた場合には、前述した画像形成方法の場合と同様に、照射手段から照射される赤外線の強度が同じであれば、その透明トナー層の厚さの違いにより赤外吸収剤の含有総量が異なり、ひいては赤外線照射時における赤外吸収剤による発熱量がほぼ相応して異なるため、熱発泡性記録媒体の膨張度合い(発泡隆起する高さ、ひいては立体画像の高さ)を調整することができる。
さらにまた、上記各画像形成装置においては、前記第1作像手段で形成する透明トナー像の層厚を、その透明トナー像の形成領域と重畳する領域に前記第2作像手段で形成される有色トナー像の条件に応じて調整する調整手段を有するように構成するとよい。
このような調整手段を設けた場合には、前述した画像形成方法の場合と同様に、熱発泡性記録媒体の所定部位を有色トナー像の条件に左右されることなく透明トナー像の層厚の調整により所望の高さとなるように発泡隆起させることができるようになる。
このような本発明の画像形成方法およびその形成装置によれば、熱発泡性記録媒体の所定領域に赤外線吸収剤を含有する透明トナー像を形成して赤外線を照射することによりその透明トナー像内の赤外線吸収剤の発熱作用により記録媒体の所定領域を加熱するようにして立体画像を形成するので、熱発泡性の記録媒体の所定領域を利用者の意図する通りの任意の高さに発泡隆起させて調整した立体画像を自由に形成することが可能となる。
特に、その熱発泡性記録媒体上に有色トナー像が組み合わせて形成される場合があっても、記録媒体の発泡隆起が透明トナー像によってほぼ支配されることになるため、その有色トナー像の画像濃度等には支配されることがなく、当該記録媒体の所定箇所をほぼ任意の高さに発泡隆起させた立体画像を形成することが可能になる。
図1は、本発明を適用した実施の形態に係るデジタルカラー複合機の概要を示すものである。
[複合機全体の構成]
このデジタルカラー複合機1は、少なくとも複写機能とプリント機能を兼備するカラー画像形成装置であって、記録シートP上に単色または多色からなる通常の(平面的な)画像を形成することができることに加えて立体的な画像(立体画像)を形成することもできるように構成されている。図1中における符号2は複合機1の画像出力部を構成する本体であり、矢付き一点鎖線は記録シートPの基本的な搬送経路を示す。
複合機1は、その画像出力部本体2の上部側に、原稿の画像を読み取る原稿読取装置3が設置されている。この原稿読取装置3は、図示しない原稿載置面としてのプラテンガラス上に載置される原稿か又は原稿を一枚ずつ自動で搬送する図示しない自動原稿搬送装置により読取スリット部を通過するように搬送される原稿を光源によって照明し、その原稿からの反射光を所定のミラー、縮小光学系などを介してCCD等からなる画像読取素子に入射させる。これにより、その画像読取素子によって原稿の色材反射光像を所定のドット密度(例えば16ドット/mm)で読み取るようになっている。
また、画像出力部の本体2の上部側(たとえば原稿読み取り装置2の前面側の部位)には、ユーザインターフェイス(UI)としての操作パネル4が設置されている。この操作パネル4は、入力操作を行うための各種ボタンをはじめ、入力操作や各種情報の表示を行うためのタッチ式液晶パネル等が設けられている。特に液晶パネルは、ユーザに対して操作手順やメッセージが出力される一方で、そのパネルの所定領域を指で触れることで動作に関するユーザからの指示内容が入力される。
一方、画像出力部本体2の内部には、画像処理装置5が設置されている。この画像処理装置5は、前記原稿読み取り装置3で読み取られた画像データ(信号)やこの複合機1に接続される後述のパーソナルコンピュータ(PC)100等から入力される画像データに対して所定の画像(信号)処理を施して最終的な画像データを生成するようになっている。特にこの画像処理装置5では、単色または多色の画像を形成するための通常の画像データの処理機能に加えて、後述するような立体画像を形成するための画像データの処理機能を有している。また、この画像処理装置5は、ユーザの入力指示に対応した画像処理も可能であり、その入力手段として前述した操作パネル4におけるタッチ式液晶パネル等を使用して対応するようになっている。
また、画像出力部本体2の内部には、各種トナー像を形成する作像ユニット10と、この作像ユニット10で形成される各トナー像を一次転写させた後に記録シートPに二次転写させる位置(二次転写部)まで搬送する中間転写ベルト21を有する中間転写トユニット20とが設置されている。
作像ユニット10は、基本的に、所定の方向に回転駆動するドラム状基体の外周面に有機感光層等が設けられた1つの感光ドラム11と、この感光ドラム11の表面を一様に帯電する帯電装置12と、帯電後の感光ドラム11の表面に画像処理装置5から送られる画像データに基づいた光を露光して静電潜像を形成する書き込み露光装置13と、その静電潜像を所定のトナーで現像する現像装置14と、感光ドラム11の表面を清掃するドラム用クリーニング装置16を備えて構成されている。このうち現像装置14は、トナーとキャリアを含む二成分現像剤を使用して現像を行う二成分現像方式の現像装置であるが、トナーのみからなる一成分現像剤を使用して現像を行う一成分現像方式の現像装置であってもよい。
この実施の形態では、現像装置14として、回転支持体の外周部に複数の現像器15を搭載したロータリー式の現像装置を使用している。そして、その複数の現像器15ha,非熱発泡性の有色トナーによる現像を行う複数の現像器と、赤外線吸収剤(IR)を含有した透明トナーによる現像を行う1つの現像器15(IR)とで構成されている。有色トナー現像用の現像器としては、イエロー(Y)トナー、マゼンタ(M)トナーおよびシアン(C)の各有色トナーがそれぞれ専用に収容された3つの現像器15Y、15M、15Cを採用している。なお、透明トナー現像用の現像器15(IR)は、通常、フルカラー画像形成用のブラック(K)トナーが収容された現像器15Kに代えて搭載しているものである。ちなみに、この構成の現像装置14において黒色の画像を形成する際には、上記3色のトナーを重ね合わせて構成されプロセスブラックを形成するようにしている。
中間転写ユニット20は、無端状の中間転写ベルト21を駆動ロール22、二次転写部のバックアップロール23、複数の従動ロール24、25、…に所定のテンションで掛け回しているとともに、その従動ロール24と従動ロール25の間で作像ユニット10の感光ドラム11と接した状態となるように設置している。この中間転写ベルト21は、たとえば、導電材等を含有させて体積抵抗率を調整したポリイミドフィルム等のベルト基材上にシリコーンゴム等の表面層を積層形成した2層構造からなる無端状のベルトであり、駆動ロール22の回転動力により矢印方向に回転走行するようになっている。
中間転写ベルト21の内周面側には、作像ユニット10の感光ドラム11に順次形成される各トナー像を中間転写ベルト21に静電的にそれぞれ転写させるための一次転写ロール27が設置されている。一次転写ロール27には、図示しないバイアス電源装置から感光ドラム11上のトナー像の帯電極性とは逆極性の一次転写バイアスが印加されるようになっている。
また、中間転写ベルト21の外周面側には、そのベルト21をバックアップロール23に押し当てて二次転写部の二次転写ニップ部(圧接域)を形成するための二次転写ロール28が配設されている。バックアップロール23には、その導電性の軸に対して、図示しないバイアス電源装置から中間転写ベルト21上のトナー像の帯電極性と同極性の二次転写バイアスを供給するための給電部材が接触した状態で設置されている。さらに、中間転写ベルト21の駆動ロール22と対向する位置には、そのベルト20の表面を清掃するベルト用クリーニング装置29が設置されている。
この二次転写ロール28およびクリーニング装置29は、図中の両方向矢印で示すように中間転写ベルト21に対して接離可能に支持されており、二次転写時等の所定の時期だけ中間転写ベルト21に当接した状態となり、それ以外はベルト21から離間した状態となるように設定されている。
上記作像ユニット10および中間転写ユニット20の下方側には、所定のサイズや種類等からなる熱発泡性の記録シートPWを収容するとともにそれを1枚ずつ前記二次転写部にむけて送り出す給紙装置6が配置されている。給紙装置6は、複合機1の本体2に対して出し入れ可能に支持された単数または複数の収容カセット61に複数枚の熱発泡性記録シートPWを積載収容し、その収容カセット61内の最上部にある記録シートPWを送出し装置62により順に1枚ずつそのカセット61内から送り出するようになっている。給紙装置6から送り出された熱発泡性の記録シートPWは、その給紙装置6から二次転写ニップ部までの間に形成される所定の給紙搬送路を通して搬送され、二次転写部の手前側に配置されたレジストロール対55まで搬送される。この実施の形態では、複数の収容カセット61A〜61Cにサイズの異なる熱発泡性記録シートPWを収容した場合について例示している。
また、画像出力部本体2の内部のうち二次転写部から熱発泡性記録シートPWの搬送方向下流側となる部位には、二次転写部でトナー像が二次転写された後の記録シートPWに対して赤外線を照射する光定着装置8が設置されている。この光定着装置8は、赤外線を照射することができるものであればよく、たとえば赤外線ランプ、キセノンランプ等を用いて構成される。
また、画像出力部の本体2の側壁面には、画像形成後に本体の外部に排出される記録シートPWを積載した状態で収容する排出トレイ57が形成されている。また、その排出トレイ57の近傍となる本体2内部には、定着後の記録シートPを排出トレイ57にむけて排出する排出ロール対56が設置されている。
また、この複合機1に接続される前記コンピュータ100は、一般的なハードウェア構成と基本ソフト、応用ソフトなどのソフトウェア構成を備えている。ソフトウェア資源としては、立体画像の作成または編集するための立体画像編集ソフトや、文字や描画を作成するための文字描画作成ソフトや、画像データをプリンタに対応した出力データに変換および転送するソフトも有している。
[使用するトナーについて]
上記赤外吸収剤を含有した透明トナーは、結着樹脂に少なくとも赤外吸収剤を所定の割合で含有させたものである。
結着樹脂としては、特に制限されるものではなく、現像剤であるトナー用の結着樹脂として一般に用いられる樹脂を同様に使用することができる。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・酢酸ビニル樹脂等が挙げられるが、好ましくはポリエステル樹脂である。
赤外線吸収剤としては、好ましくは、肉眼で見ることのできる波長400〜700nmまでの可視光領域において光の吸収特性を有さず、波長700nm以上の非可視領域において光の吸収特性を有するものが使用される。その非可視域で光吸収特性を有する赤外線吸収材としては、具体的に、COuをドープしたガラス粉や、ポリマー中にCuイオンを導入したもの等を用いることができる。なお、可視光領域において光の吸収特性を有する赤外線吸収剤を使用した場合には、かかる吸収特性の赤外線吸収剤を含有する透明トナー層の(記録シートに転写された後において)下層側に存在する有色トナー像や立体画像の発色性や透明度が損なわれる等の不具合がある点で適切ではない。
このような赤外吸収剤を含有する透明トナーは、たとえば通常のトナーの製法として知られている混錬粉砕法や化学重合法により同様に製造することができる。透明トナー中における赤外線吸収剤の含有割合については、任意に設定することができるが、たとえばトナー全体に対して10〜60重量%の割合とする。
この実施の形態では、赤外線吸収剤を含有するトナーとして、ポリエステル樹脂にOPフリットからなる赤外線吸収剤を40重量%の割合で含有させて前記混練粉砕法により作製した透明トナー(平均粒径:約8μm)を使用した。この他、前記3色の有色トナーとしては公知のものを使用した。
[使用する熱発泡性記録シートについて]
上記熱発泡性の記録シートPWは、発泡剤を含有して局所的な加熱でも部分的に体積膨張するものであればよく、たとえば市販品であってもよい。
その発泡剤については、特に制限されるものではなく、熱によって体積膨張するものであれば、どのようなものでも使用可能である。また、発泡剤は、常温で固体のものであっても、液体のものであってもよい。さらに、発泡剤は、単一物質からなる材料に限られず、複数の物質からなる材料や、マイクロカプセル粒子等の機能性材料であってもよい。発泡剤の発泡温度は、いかなる装置を使用して立体画像を形成するかによってその好ましい範囲が異なるが、非熱発泡性の有色トナー等からなるトナー像を形成する通常の画像形成装置により立体画像を形成する場合にはそのトナー像の加熱定着に必要な定着温度以下の温度であることが好ましい。
[立体画像等の画像データの生成について]
次に、この複合機1において形成する立体画像の画像データの生成について、通常の有色(カラー)画像の生成内容と併せて説明する。
はじめに、立体画像の元となる原稿画像のデータを入力する必要があるが、この入力形式としては、原稿読取装置3から原稿の画像を読み取った情報を入力する方式と、複合機1に接続される所定のコンピュータ100から入力する方式とがある。
原稿読取装置3から入力する方式では、原稿としてカラー又はモノクロ画像用の原稿と立体画像用の原稿という二種類の原稿を用意し、その各原稿からカラー又はモノクロ画像のデータと立体画像のデータをそれぞれ読み取って入力する場合と、通常のカラー又はモノクロ画像原稿という一種類の原稿からカラー又はモノクロ画像用データと立体画像用データの双方を生成する場合とがある。
前者の入力方式の場合には、図2に示すように、まず通常のカラー又はモノクロ用原稿を原稿読取装置2により色材反射光像、例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の3色の原稿反射率データ(たとえば各8bit)として読み取る。続いて、その3色の原稿反射率データについて画像処理装置5の補正処理部51でシェーデイング補正、位置ズレ補正、明度/色空間の変換、ガンマ補正等の補正処理をした後、画像処理装置5の有色画像生成部52においてY、M、C、Kの各色用の画像データに変換することにより、各有色トナーの有色画像データが生成される。
一方、立体画像用の原稿については、原稿読取装置2により3色の原稿反射率データとして読み取った後、その原稿反射率データについて画像処理装置5の補正処理部51でシェーデイング補正、位置ズレ補正等の補正処理を同様に行う。続いて、画像処理装置5の立体画像生成部55においてその補正後の原稿反射率データにおける彩度および色相の情報を算出し、これらの算出情報を用いて所定の手順により高さ(層厚)データに変換することにより、カラー又はモノクロ画像に重畳して(この他、有色画像を形成せずに単独で)形成すべき透明トナー像用の立体画像データが生成される。上記所定の手順とは、具体的には、たとえば明るく鮮やかな(明度・彩度が高い)画像部分を高くなるように対応させる一方で、暗い画像部分を低くなるように対応させた立体画像データを生成するようにしている。
また、前記後者の入力方式の場合には、まず1種類の原稿である通常のカラー又はモノクロ画像原稿を、前者の入力方式の場合と同様に原稿読取装置2によって3色の原稿反射率データとして読み取る。続いて、その3色の原稿反射率データについて画像処理装置5の補正処理部51で同様の補正処理を行った後、有色画像生成部52でY、M、C、Kの各色の画像データに変換することにより、各有色トナーの有色画像データを生成する。
一方、立体画像データについては、原稿読取装置3で読み取った上記1種類の原稿の画像データ(反射率データ)を表示画像として操作パネル4における液晶パネルに表示させたうえで、その表示された液晶パネル上の画像内容に対してユーザが立体画像にしたい画像領域をタッチペン等の入力補助手段により指定する。続いて、その指定された領域について、前者の入力方式の場合と同様の手順にしたがって原稿反射率データから高さ情報データへの変換を行うことにより、IR透明トナー像用の立体画像データを生成する。
コンピュータ100から入力する方式では、コンピュータ100におけるソフトウェア資源の一部である文字描画作成ソフトや立体画像編集ソフトなどを利用して、ユーザ自身がカラー又はモノクロ画像用データの他に立体画像としての情報をもつ立体画像のデータを作成する。このようにして作成されるカラー又はモノクロ画像用データおよび立体画像データは、コンピュータ100から複合機1に送信され、その画像処理装置5の補正処理部51において最初に前記した入力方式の場合と同様に補正処理される。続いて、その補正後のデータに基づいて有色画像生成部52において各有色トナーの有色画像データが生成される一方、立体画像生成部55において立体画像データが生成される。
このような入力方式を経て生成される有色画像データおよび立体画像データは、必要に応じて画像処理装置5の出力階調補正部53において所定の階調補正がなされる。この階調補正が必要に応じてなされた3色の有色画像データ(Y,M,C)および立体画像データ(H)はいずれも、画像処理装置5から作像ユニット10の露光装置13に対して送信される。
また、立体画像生成部55で生成される立体画像データ(H)については、必要に応じて層厚調整部56において形成すべき透明トナー像の層厚について調整したデータが付加される。
この層厚調整部56では、たとえば、利用者等により操作パネル4から入力される立体度合い(高さ)の調整情報(S)や有色画像生成部52で生成される4色の有色画像データ(Y,M,C,K)を参照して、透明トナー像の層厚を基準の値から所定の割合で増減させる調整が行われる。具体的には、操作パネル4やコンピュータ100から利用者の要求により所定の領域について発泡隆起させる度合いを基準値に対して増減させる入力情報に基づいた調整や、黒色トナー像が形成されている領域に形成される透明トナー像の層厚は強制的に基準値よりも薄めにする強制的な調整などが行われる。一方、この調整部56による層厚に関する調整を行わない場合は、透明トナー像の層厚は予め設定される基準値(初期値)に設定されたままとなる。
[各画像形成動作について]
以下、この複合機1の画像出力部による立体画像および一般の有色画像の形成動作およびの形成動作について説明する。
まず、この複合機1では、その操作パネル4の操作ボタンやコンピュータ100等の選択画面において、画像形成パターンとして、立体画像のみを形成するパターン、立体画像と一般の有色画像を組み合わせて形成するパターンのいずれかを任意に選択して実行できるように構成されている。
そして、このいずれかの画像形成パターンが選択されてその画像形成の開始の指示が入力されると、画像出力部の各作像ユニット10では、その形成すべき画像(トナー像)の種類等に関係なく、以下のように稼動して各トナー像の形成が同様に行われる。
すなわち、作像ユニット10では、所定の方向に回転する感光ドラム11の表面が帯電装置12によって所定の極性(たとえばマイナス極性)で一様に帯電処理された後、その帯電表面に露光装置13から各画像データ(この実施の形態では有色画像データ、立体画像データ)に応じた光が露光されて所定の表面電位からなる静電潜像が形成される。しかる後、その静電潜像は、現像装置14の潜像と対応する所定の現像器15(Y,M,C,IR)から供給される所定の極性(たとえばマイナス極性)に帯電されたトナーにより現像されてトナー像Tが形成される。
具体的には、立体画像を形成する際には、感光ドラム11に透明トナー像用の静電潜像が形成され、そのときの感光ドラム11と対向する現像領域に現像器15IRが回転移動して停止し作動することでIR透明トナー像T(IR)が形成される。また、有色画像を形成する際には、感光ドラム11に有色トナー像用の静電潜像が形成され、そのときの感光ドラム11と対向する現像領域に所定の現像器15(Y,M,Cのいずれか)が回転移動して停止し作動することでイエロートナー、マゼンタトナーおよびシアントナーからなる各有色トナー像T(Y,M,C)がそれぞれ形成される。
このように作像ユニット10で感光ドラム11に順次個別に形成される各トナー像Tは、その感光ドラム11と一次転写ロール27の間を通過する中間転写ベルト21の表面に対して圧接力および静電吸引力により順次一次転写される。この際、中間転写ベルト21上には、原則として、感光ドラム11に形成されるトナー像の順番にしたがって順次(場所により重なり合うように)転写されることになる。この転写後の感光ドラム11の表面は、ドラム用クリーニング装置16によって残留トナー等が除去されて清掃される。
続いて、中間転写ベルト21に(多重)転写されたトナー像Tは、そのベルトの回転に伴って二次転写ロール28が圧接する二次転写ニップ部まで搬送される。一方、この二次転写ニップ部には、前述したように給紙装置6から熱発泡性の記録シートPWが1枚ずつ送り出されてレジロール対55により所定のタイミングで送り込まれる。これにより、二次転写ニップ部では、その中間転写ベルト21上のトナー像Tが記録シートPWに圧接力および静電吸引力により一括して転写される。この二次転写が終了した後の中間転写ベルト20の表面は、ベルト用クリーニング装置29によって残留トナー等が除去されて清掃される。
このようにトナー像Tが転写された記録シートPWは、その二次転写ニップ部から抜け出た後に光定着装置8を通過するように搬送される。この通過時に、光定着装置8からトナー像Tを担持する記録シートPWにむけて赤外線が照射される。この赤外線の照射により、少なくとも透明トナー像T(IR)を構成する透明トナー内に含まれる赤外線吸収剤が発熱して熱発泡性の記録シートPWを加熱することになり、この結果、その記録シートPWの透明トナー像の形成領域が熱膨張して隆起する。また、この赤外線の照射により、有色トナー像T(Y,M,C)についても光エネルギーをある程度吸収して加熱されて溶融することになり、この結果、その有色トナー像が記録シートPWに定着される。
定着装置8を通過した後の記録シートPWは、画像出力部本体2の外部である排出トレイ57に排出される。以上のプロセスを経ることにより、熱発泡性の記録シートPWには、熱発泡性の記録シートPWの所定領域が発泡隆起した所望の立体画像のみが形成されるか、または、所望の有色画像および立体画像が適宜組み合わせられた有色の立体画像が形成される。
そして、この複合機1では、立体画像のみを形成する画像形成パターンが選択された場合には、前述したように作像ユニット10および中間転写ユニット20において立体画像データに基づくIR透明トナー像T(IR)を形成して熱発泡性の記録シートPWに転写させた後、光定着装置8を通過させて赤外線を照射することにより定着が行われる。
このパターンの画像形成を行なった場合には、基本的に、図3の上部側に示すように、熱発泡性の記録シートPWの所定領域にIR透明トナー像T(IR)が形成される。その後の赤外線照射により、このときの記録シートPWは、図3の下部側に示すようにIR透明トナー像T(IR)の形成領域がそれ以外のシート表面領域PWaよりも良好かつ確実に隆起した部分(凸部)PWbとなって存在する独特な凹凸表面(立体画像の1種)を有した記録シートとして得られる。この際、IR透明トナー像T(IR)は、定着後には発泡した熱発泡性記録シートPW上に薄い透明樹脂層として存在する(他の場合も同様である)。
また、この際、IR透明トナー像として、図3に例示するように、たとえば基準の層厚である第1のIR透明トナー像T(IR)1に対して層厚を厚くした第2のIR透明トナー像T(IR)2を形成した場合には、その第2のIR透明トナー像T(IR)2が存在する記録シートPWの領域(PWb2)は、第1のIR透明トナー像T(IR)1が存在するシートPWの領域(PWb1)よりも、第2のIR透明トナー像の発熱量が多いため、発泡度合いが増大して相対的に高めの隆起部分となる。反対に、IR透明トナー像として、基準の層厚である第1のIR透明トナー像T(IR)1に対して層厚を薄くしたIR透明トナー像T(IR)を形成した場合には、その透明トナー像の存在するシートPWの領域は発泡度合いが少なくなり相対的に低めの隆起部分となる。
また、立体画像と有色画像を組み合わせて形成する画像形成パターンが選択された場合には、前述したように作像ユニット10および中間転写ユニット20において有色画像データに基づく有色トナー像T(Y,M,C)、立体画像データに基づくIR透明トナー像T(IR)をそれぞれ形成して記録シートPに転写させた後、光定着装置8を通過させて赤外線を照射することにより定着が行なわれる。
このパターンの画像形成を行なった場合には、基本的に、図4の上部側に示すように、熱発泡性の記録シートPW上に有色トナー像T(Y,M,Cの少なくとも1つ以上)およびIR透明トナー像T(IR)が少なくとも一部の領域で重複して積層された状態で形成される。図中において符号T(IR)3で示すIR透明トナー像は有色トナーの形成領域と完全に重複した状態で形成したものであり、符号T(IR)4で示すIR透明トナー像は有色トナーの形成領域の一部と重複した状態で形成したものである。その後の赤外線照射により、この記録シートPWには、図4の下部側に示すようにIR透明トナー像T(IR)の形成領域がそれ以外の領域面よりも良好かつ確実に隆起した有色の部分(凸部)PWbとして存在する有色の立体画像が形成される。この際、有色トナーの形成領域の一部と重複した状態で形成したIR透明トナー像T(IR)4が存在する記録シートPWの領域は、その透明トナー像と相応する部分だけ発泡した隆起部分PWb4となる。
また、このパターンの画像形成を行う場合、そのIR透明トナー像T(IR)と有色トナー像T(Y,M,Cの少なくとも1つ以上)との記録シートPW上における上下関係は、図4に例示するようにIR透明トナー像T(IR)を有色トナー像の上側に積層するような関係で形成することができるほか、図5にIR透明トナー像T(IR)5として例示するように有色トナー像の下側に位置させるような関係で形成したり、あるいはIR透明トナー像T(IR)6として例示するように有色トナー像どうしの間に位置させるような関係で形成することも可能である。このような各種の上下関係で透明トナー像と有色トナー像を形成するには、作像ユニット10の感光ドラム11で形成する順番を前後させて調整し、中間転写ベルト21上における重なり順番を入れ替えることで対応できる。
ここで、IR透明トナー像T(IR)6のように有色トナー像どうしの間に位置させるような関係で形成する場合には、その透明トナー像の上側に形成される第2の有色トナー像T2が赤外線を遮蔽しない色の組み合わせ条件や濃度条件であることが必要である。また、IR透明トナー像をこの位置関係で形成した場合は、そのIR透明トナー像T(IR)6の下側に位置する第1の有色トナー像T1が、赤外線の照射によるIR透明トナー像の発熱により加熱されて第2の有色トナー像T2に比べて溶融しやすくなるとともにその透明トナー像に覆われた状態で記録シートPW上に存在することになるため、記録シートPWの隆起した部分PWb上に強固に定着されるようになる。
さらに、このパターンの画像形成を行う場合、IR透明トナー像T(IR)の層厚(濃度)を、その透明トナー像の形成領域と少なくとも重畳する領域に形成される有色トナー像の条件に応じて調整したうえで形成することができる。
たとえば、図6に示すように、有色トナー像として黒色トナー像T(K:プロセスブラックとなる多重トナー像を含む)を形成した熱発泡性記録シートPWの部分をほとんど発泡隆起させたくない場合には、前述したように操作パネル4やコンピュータ100から、その黒色トナー像T(K)と重畳した領域に形成する第7のIR透明トナー像T(IR)7の層厚について基準の層厚(図6では第1のIR透明トナー像T(IR)1の層厚)よりも薄め(場合によってはゼロ)に設定変更するための入力操作や選択操作を行う。
このような設定変更がなされた際には、前記した画像処理装置5における層厚調整部56で第7のIR透明トナー像を形成するための立体画像データ(H)に層厚を基準値よりも所望の割合だけ小さい値に変更する調整処理が行われる。この調整が行われると、図6の上部左側に示されるように、記録シートPWには、その調整後の立体画像データに基づいて第7のIR透明トナー像T(IR)7が変更された薄めの層厚で形成される。
次いで赤外線の照射により、図6の下部左側に示すように、その記録シートPWにおける第7のIR透明トナー像T(IR)7が形成された領域PWb7は、黒色トナー像T(K)の赤外線吸収による発熱があるにもかかわらず、その発泡度合いが少なくなり、最終的に、基準の層厚である第1のIR透明トナー像T(IR)1が形成された領域PWb1よりも低い高さからなる隆起部となる。すなわち、記録シートPWにおいて黒色画像のある部分が必要以上に発泡隆起して高くなりすぎることがない。従って、IR透明トナー像の層厚を調整することにより、その黒色画像の存在に左右されることなく熱発泡性記録シートPWを所望の高さに隆起させた立体画像部を得ることができる。
この他にも、黒色以外の有色トナー像T(Y,M,Cの1つまたは2つ。プロセスブラックを形成するための3つのものは除く)を形成した熱発泡性記録シートPWの部分を通常よりも多く発泡隆起させて高くなるようにしたい場合には、同様に操作パネル4やコンピュータ100から、その有色トナー像T(Y,M,C)と重畳した領域に形成する第8のIR透明トナー像T(IR)8の層厚を基準の層厚よりも厚めに設定変更するための入力操作や選択操作を行う。
このような設定変更がなされた際には、画像処理装置5における層厚調整部56で第8のIR透明トナー像を形成するための立体画像データ(H)に層厚を基準値よりも所望の割合だけ大きい値に変更する調整処理が行われる。この調整が行われると、図6の上部右側に示されるように、記録シートPWには、その調整後の立体画像データに基づいて第8のIR透明トナー像T(IR)8が変更された厚めの層厚で形成される。
次いで赤外線の照射により、図6の下部右側に示すように、その記録シートPWにおける第8のIR透明トナー像T(IR)8が形成された領域PWb8は、その発泡度合いが大きくなり、最終的に、基準の層厚である第1のIR透明トナー像T(IR)1が形成された領域PWb1に比べて高めの高さからなる隆起部となる。従って、記録シートPWにおいて黒色以外の有色画像のある部分であっても、IR透明トナー像の層厚を調整することにより、その有色画像の存在に左右されることもなく熱発泡性記録シートPWを所望の高さに隆起させた立体画像部を得ることができる。
以上のことから、課題の項で例示した内容を同じく参考にして説明すると、この複合機1およびその画像形成方法により熱発泡性記録シートPWに人間の顔の画像を形成した場合、その目の像部分については特に隆起した状態にする必要がないところであるため、その目の部分が濃度の高いトナー像(たとえば黒色トナー像)として形成されるときには、IR透明トナー像の層厚を薄めに(またはゼロに)する設定変更を行えば、所望通り、当該透明トナー像が形成された記録シート部分が必要以上に高く隆起せずほぼ平面的な目の画像として得られる。
一方、その鼻の像部分については相対的に高めに隆起した状態にしたいところであるため、その鼻の部分が濃度の低い(ハイライトの)トナー像として形成されるときには、IR透明トナー像の層厚を厚めにする設定変更を行えば、所望通り、当該透明トナー像が形成された記録シート部分が多めに隆起して十分な高さからなる鼻の画像として得られるようになる。
なお、前記した実施の形態では、本発明をカラー複合機に適用した場合について説明したが、本発明の画像形成装置としてはその複合機に限定されるものではなく、たとえば、他のモノクロ対応やカラー対応の各種形式からなるプリンタ、複写機等の画像形成装置であってももちろん適用可能である。
また、前記実施の形態では、IR透明トナー像T(IR)の層厚(濃度)をそれと重畳した領域に形成される有色トナー像T(Y,M,C,Kのいずれか)の条件に応じて調整したうえで形成した場合について例示したが(図6)、IR透明トナー像T(IR)をその有色トナー像がない熱発泡性記録シートPW上に直接形成する場合であっても、そのIR透明トナー像の層厚を発泡隆起させたい高さに応じて適宜調整(増減)したうえで形成することも可能である。この場合にも、そのIR透明トナー像の層厚に違いに相応して当該記録シートPWの発泡隆起する高さも異なり、所望の高さの立体画像を得ることができる。
本発明を適用したカラー複合機の概要を示す説明図である。 画像処理装置の構成および画像データ生成の状態を示す説明図である。 熱発泡性シートに立体画像のみ(有色画像なし)を形成した基本的な態様を示す説明図である。 熱発泡性シートに有色画像および立体画像を組み合わせて形成した基本的な態様を示す説明図である。 熱発泡性シートに有色画像および立体画像を組み合わせて形成した他の態様を示す説明図である。 熱発泡性シートに有色画像および立体画像を組み合わせて形成した他の態様(特にIR透明トナー像の層厚を異ならせる態様)を示す説明図である。
符号の説明
1…カラー複合機(画像形成装置)、8…光定着装置(照射手段)、10…作像ユニット(第1作像手段および第2作像手段)、15IR…現像器(第1作像手段の一部)、15Y,15M,15C…現像器(第2作手段の一部)、56…層厚調整部(調整手段)、T…トナー像、T(IR)…IR透明トナー像(赤外線吸収剤を含有する透明トナーからなる層)、T(Y),T(M),T(C)…有色トナー像、PW…熱発泡性の記録シート(熱発泡性の記録媒体)。

Claims (10)

  1. 熱発泡性の記録媒体に赤外線吸収剤を含有する透明トナーからなる像を形成した後、赤外線を照射して当該記録媒体のうちでその透明トナー像が形成された領域を発泡させることにより隆起した立体画像を形成することを特徴とする画像形成方法。
  2. 前記透明トナー像に加えて有色トナーからなる像を形成するに際して、その有色トナー像を形成する領域の少なくとも一部と重畳する領域に当該透明トナー像を形成する請求項1に記載の方法。
  3. 前記透明トナー像の層厚を、前記照射する赤外線の条件に応じて調整する請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記透明トナー像の層厚を、前記記録媒体の立体画像として発泡隆起させるべき高さに応じて調整する請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  5. 前記透明トナー像の層厚を、その透明トナー像の形成領域と重畳する領域に形成される有色トナー像の条件に応じて調整する請求項2〜4のいずれかに記載の方法。
  6. 熱発泡性の記録媒体に赤外線吸収剤を含有する透明トナーからなる像を形成する第1作像手段と、
    この第1作像手段で形成される透明トナー像を含む領域に赤外線を照射する照射手段を有する装置であって、
    当該記録媒体のうちでその透明トナー像が形成された領域を発泡させることにより隆起した立体画像を形成し得ることを特徴とする画像形成装置。
  7. 有色トナーからなる像を形成する第2作像手段を有し、この第2作像手段で形成する有色トナー像の領域の少なくとも一部と重畳する領域に前記第1作像手段で透明トナー層を形成する請求項6に記載の装置。
  8. 前記第1作像手段で形成する透明トナー像の層厚を前記照射手段で照射する赤外線の条件に応じて調整する調整手段を有する請求項6又は7に記載の装置。
  9. 前記第1作像手段で形成する透明トナー像の層厚を、前記記録媒体の立体画像として発泡隆起させるべき高さに応じて調整する調整手段を有する請求項6〜8のいずれかに記載の方法。
  10. 前記第1作像手段で形成する透明トナー像の層厚を、その透明トナー像の形成領域と重畳する領域に前記第2作像手段で形成される有色トナー像の条件に応じて調整する調整手段を有する請求項6〜9のいずれかに記載の装置。
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