JP2006267517A - 立体画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性を損なうことなく、平面画像及び立体（隆起）画像のそれぞれを最適な条件で形成し、十分な高さと強度を有する立体画像を形成することができると共に、コストダウン・省エネルギー化に寄与する立体画像形成装置を提供する。
【解決手段】 立体画像を形成する記録媒体として、基材層上に予め熱発泡層が形成されている熱発泡性シートＰを用いる立体画像形成装置１０において、記録媒体上に非発泡性トナー画像を形成する画像形成手段５Ｙ〜５Ｋと、該トナー画像を加熱定着する第一の定着手段２５と、この第一の定着手段２５の下流側に配設され、立体画像を形成する際に、該第一の定着手段２５により加熱定着されて隆起したトナー画像の幅方向全域に亘って均一に加熱する第二の加熱手段３０とを備えていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式を適用したプリンターや複写機に関し、特に支持体上に予め熱発泡層が形成されている熱発泡性シートを用いて立体（隆起）画像を形成する立体画像形成装置に関するものである。

特開２０００−１３１８７５号公報 特開２００２−２４４３８４号公報

従来、電子写真方式や静電記録方式を適用したプリンターや複写機等の画像形成装置は、白黒やフルカラーの文字や図形、あるいは写真等の画像を、記録用紙等の記録媒体上に平面的に形成し、この記録媒体上に形成された画像を視覚により認識して所望の情報を伝達するために使用されている。

この記録用紙等の記録媒体上に形成される画像は、所定の色の色材を含有する合成樹脂製の微粉末であるトナーを、画像情報に応じて、記録媒体上に溶融・固着させることによって形成されるものであり、記録媒体上にあくまで二次元的、すなわち平面的に形成されるものである。

これに対して、半立体的な画像（隆起画像）は、平面的な視覚情報だけでなく、高低差による陰影や指の触覚などの情報を伝達することができるため、使用用途も多種多様となり非常に有用である。

このような立体的な画像を形成する方法として、例えば、本出願人は、立体的なカラー画像を形成し得る新規な画像形成用トナーや、当該画像形成用トナーを用いた画像形成装置等について、既に提案している（例えば、特許文献１及び２参照）。

ここで、特許文献１に開示された先行技術は、少なくとも結着樹脂と発泡剤とを含有し、発泡剤がトナー表面に実質的に露出していない立体画像用トナーを用い、記録媒体上に複数色の画像を形成可能な画像形成装置に適用したものである。

また、特許文献２に開示された先行技術は、記録媒体の表面に、熱発泡性トナーからなるトナー画像と、非発泡性フルカラートナーからなるカラーのトナー画像を転写した後、加熱定着処理を施すことによって、熱発泡性トナーを熱発泡させて立体画像を形成すると共に、非発泡性トナーからなるカラーのトナー画像を溶融定着させてカラー立体画像を形成する方法であり、このときのカラートナーと立体画像との画像構造を規定したものである。

しかしながら、上述の特許文献に開示された先行技術は、いずれも記録媒体上に形成された非発泡性のカラー／モノクロトナーからなる画像、熱発泡性トナーからなる画像又は非発泡性のカラー／モノクロトナーと熱発泡性トナーとが積層された画像を、加熱ロール等にて加熱・加圧することにより、熱発泡性トナーを発泡させると共に、カラー／モノクロトナーも同時に加熱定着させるものである。

ここで、熱発泡性トナーを十分に発泡膨張させるためには、通常の定着エネルギーよりも大きな熱エネルギーが必要となる。つまり、熱発泡性トナー内の発泡剤を熱膨張させて、立体（隆起）画像としての十分な画像高さを得るためには、非発泡性のカラー／モノクロトナーの定着エネルギーよりも、大きな熱エネルギーを付与する必要がある。

従って、熱発泡性トナーによる立体（隆起）画像の形成に最適化した定着条件においては、非発泡性のカラー／モノクロトナーからなる画像部には必要以上の熱エネルギーが付与されることとなり、溶融したトナーが用紙へ転移せず、定着ロールへ付着する等のデフェクトが発生する虞が生じていた。

一方、非発泡性のカラー／モノクロトナーの定着に最適化した定着条件においては、熱発泡性トナーが十分に発泡膨張せず、立体画像の隆起高さが不十分となると共に、部分的に隆起した画像部分の強度（引っ掻き強度）が不十分となり、接触等により容易に隆起画像部が破損若しくは剥離してしまうという問題が生じていた。

すなわち、このように互いに最適な画像形成条件が異なる非発泡性のカラー／モノクロトナーによる平面画像及び熱発泡性トナーによる立体（隆起）画像の各々について、最適な状態でそれぞれの画像を形成することが困難であると共に、形成された立体（隆起）画像の十分な高さと強度を両立させることが困難であるという問題を生じていた。

また、定着温度を上げたり、定着速度を落としたりして、付与する熱エネルギーを増やすことも考えられるが、この場合は省エネルギー性や生産性に劣るという問題を生じていた。具体的には、例えば、定着温度を上げて熱吸収性の高い厚紙を用いて立体画像を形成する際の生産性は、通常の普通紙を用いて平面画像を形成する場合の生産性の約３０％程度まで低下してしまう場合も生じていた。

さらに、熱発泡性トナーを用いて立体画像を形成する場合には、熱発泡性トナー用の画像形成ユニット及び該トナーを補給するためのカートリッジが必要となり、装置コスト及びランニングコストが増大するといった問題が生じていた。

そこで、本発明は上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、生産性を損なうことなく、平面画像及び立体（隆起）画像のそれぞれを最適な条件で形成し、十分な高さと強度を有する立体画像を形成することができると共に、コストダウン・省エネルギー化に寄与する立体画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の立体画像形成装置は、立体画像を形成する記録媒体として、基材層上に予め熱発泡層が形成されている熱発泡性シートを用いる立体画像形成装置において、記録媒体上に非発泡性トナー画像を形成する画像形成手段と、該トナー画像を加熱定着する第一の定着手段と、この第一の定着手段の下流側に配設され、立体画像を形成する際に、該第一の定着手段により加熱定着されて隆起したトナー画像の幅方向全域に亘って均一に加熱する第二の加熱手段とを備えていることを特徴とするものである。

ここで、幅方向とは、記録媒体の搬送方向と略直交する方向をいうものとする。

このように構成した本発明の立体画像形成装置は、立体画像を形成する記録媒体として、基材層上に予め熱発泡層が形成されている熱発泡性シートを用いる立体画像形成装置において、記録媒体上に非発泡性トナー画像を形成する画像形成手段と、該トナー画像を加熱定着する第一の定着手段と、この第一の定着手段の下流側に配設され、立体画像を形成する際に、該第一の定着手段により加熱定着されて隆起したトナー画像の幅方向全域に亘って均一に加熱する第二の加熱手段とを備えているので、平面画像及び立体画像のそれぞれに対して、最適な加熱定着を行なうことができる。これにより、生産性を低下させることなく、良質な画像品質と十分な画像高さ（厚さ）及び強度とを同時に実現する立体（隆起）画像の形成が可能な立体画像形成装置を提供することができる。また、熱発泡性トナー用の画像形成ユニット及びカートリッジの省略が可能となることにより、通常の画像形成装置の流用が可能となり、トータル的なコストダウンに寄与する立体画像形成装置を提供することができる。

また、前記第二の加熱手段は、前記熱発泡性シートの幅方向全域に亘って配設された複数の加熱ピンを備えていてもよい。

この場合には、第二の加熱手段を、熱発泡性シートの幅方向全域に亘って配設された複数の加熱ピンにより構成しているので、記録媒体の全域に亘って均一な加熱を行う立体画像用の加熱手段を、容易に通常の画像形成装置に付設することができる。

本発明によれば、生産性を損なうことなく、平面画像及び立体（隆起）画像のそれぞれを最適な条件で形成し、十分な高さと強度を有する立体画像を形成することができると共に、コストダウン・省エネルギー化に寄与する立体画像形成装置を提供することが可能となる。

以下に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

まず、本発明に係る電子写真方式のカラー立体画像形成装置の概略構成について、図１を参照して説明する。図１は、本発明に係るカラー立体画像形成装置の一実施の形態を示す概略構成図である。

本実施の形態に係る立体画像形成装置１０は、立体画像を形成する際には、後述する熱発泡性シートを立体画像用記録媒体として用いることにより、コストの高い立体（隆起）画像用の熱発泡性トナーを不要とし、これに伴う熱発泡性トナー用の画像形成ユニット及びカートリッジの省略を可能とすると共に、通常のカラー画像形成装置の流用が可能となるように構成したものである。

図１において、カラー画像を形成可能な立体画像形成装置１０は、例えば、その上部にプラテンカバー２によって押圧された原稿Ａの画像を読み取る原稿読取装置３が配設されていると共に、装置本体１０の内部には、通常のカラー画像形成ユニット５が配設されており、このカラー画像形成ユニット５の下方には多段のシート供給トレイ７が配設されている。

原稿読取装置３は、プラテンガラス上に載置された原稿を不図示の光源によって照明し、原稿Ａからの反射光像を、不図示のフルレートミラー及びハーフレートミラー及び結像レンズ等を介して、例えばＣＣＤからなる画像読取素子（受光素子）上に走査露光し、この画像読取素子によって原稿Ａ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、この立体画像形成装置１０は、パーソナルコンピュータ５０に接続されており、例えば、原稿読取装置３によって読み取られた画像情報からユーザーが立体処理等の加工処理を設定指示し、その結果を立体画像形成装置１０に伝送することにより、様々な立体画像の形成が可能となっている。

さらに、この立体画像形成装置１０の上部には、ユーザーインターフェースとして、例えば、不図示の液晶タッチパネルが配設されており、この液晶タッチパネルからも、ユーザーの動作指示が入力できるようになっている。

本実施の形態に係る画像形成ユニット５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは、例えば電子写真方式を採用したものであって、いわゆるタンデム型のフルカラー画像形成ユニットである。具体的には、四つの色（本実施の形態では、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック））のカラー画像層形成ユニット（５Ｙ〜５Ｋ）を横方向（図中右から左）に配列し、その上方には各画像形成ユニット５Ｙ〜５Ｋの配列方向に沿って所定の方向（本例の場合は、図中時計回り方向）に循環搬送される中間転写ベルト２３を配設する一方、さらに、その上方には各画像形成ユニット５Ｙ〜５Ｋに対応したカラートナーカートリッジ（６Ｙ〜６Ｋ）が配設されている。

また、本実施の形態に係る立体画像形成装置１０においては、立体画像を形成する際に、図２に示されるような熱発泡性シートＰを用いて、画像形成するようになっている。

この熱発泡性シートＰは、紙等から形成される基材層Ｐｂの上に予め熱発泡層Ｐａを形成したものである。

熱発泡性シートＰの熱発泡層Ｐａは、空間分布した多数のマイクロカプセルと、これらのマイクロカプセルを覆う被覆部とを備えている。

マイクロカプセルは、プロパン、ブタンその他の低沸点気化性物質を塩化ビニリデン−アクリロニトリル、メタクリル酸エステル−アクリル酸コポリマー、塩化ビニリデン−アクリル酸コポリマー、塩化ビニリデン−アクリル酸エステルコポリマー等の熱可塑性樹脂でカプセル化したものであり、大きさは粒径５〜５０μｍ程度である。そして、このマイクロカプセルを加熱すると、所定の加熱定着温度（例えば、６０℃〜１７０℃）に達した時にマイクロカプセル内の物質が気化しはじめ、マイクロカプセルが膨張発泡し、熱発泡性シートＰが隆起することとなる。

被覆部は、例えば酢酸ビニル系ポリマー、アクリル系ポリマー等の熱可塑性被覆剤を使用してマイクロカプセルがほぼ一様な密度に分布するように固定するとともに、基材層Ｐｂと熱発泡層Ｐａとの接合を行う。

また、本実施の形態に係る画像形成用トナーは、結着樹脂としては、特に制限されるものではなく、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、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ジエン系樹脂、フェノール樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂等であるが、より好ましいのはポリエステル樹脂である。

再び図１に戻って、本実施の形態における各画像形成ユニット５Ｙ〜５Ｋは、各成分のトナー像を形成担持する感光ドラム５２Ｙ〜５２Ｋを備え、この感光ドラム５２Ｙ〜５２Ｋの周囲には、感光ドラム５２Ｙ〜５２Ｋを帯電する帯電器５２１Ｙ〜５２１Ｋ、感光ドラム５２Ｙ〜５２Ｋ上に静電潜像を書き込むレーザ走査装置などの不図示の露光装置、各成分のトナーが収容されて感光ドラム５２Ｙ〜５２Ｋ上の静電潜像を可視像化する現像装置５２３Ｙ〜５２３Ｋ、感光ドラム５２Ｙ〜５２Ｋ上の各成分トナー像を中間転写ベルト２３上に転写せしめる例えば転写ロールから構成される一次転写装置５２４Ｙ〜５２４Ｋ及び感光ドラム５２Ｙ〜５２Ｋ上の残留トナーを清掃するクリーナ５２５Ｙ〜５２５Ｋなどの電子写真用デバイスが各々配設されている。

また、中間転写ベルト２３は複数の張架ロールに張架されて循環搬送されるものであり、この中間転写ベルト２３を張架するバックアップロール２４１と、バックアップロール２４１と対向配置された二次転写ロール２４２とにより二次転写装置２４が構成されている。なお、２３１は中間転写ベルト２３を清掃するクリーナである。

そして、各感光ドラム５２Ｙ〜５２Ｋ上に形成された各成分のトナー像は、この感光ドラム５２Ｙ〜５２Ｋと接触する中間転写ベルト２３上に、感光ドラム５２Ｙ〜５２Ｋと一次転写ロール５２４Ｙ〜５２４Ｋとにより形成されるニップ部にて順次多重に一次転写される。この中間転写ベルト２３上に多重に一次転写されたトナー像は、通常の平面画像を形成する際には普通紙等の記録媒体に、二次転写装置２４によって一括して二次転写され、最終画像が形成される。一方、立体画像を形成する際には、立体画像用の記録媒体としての熱発泡性シートＰに、二次転写装置２４によって一括して二次転写される。その後、二次転写された熱発泡性シートＰ等の記録媒体が、二次転写装置２４の熱発泡性シートＰの搬送方向下流側に配設された定着装置２５に導かれて画像定着が行われる。定着装置２５は、例えば、互いに対向する加圧ロール２５１と、加熱ロール２５２とで構成されており、二次転写された記録媒体がこの加圧ロール２５１と加熱ロール２５２とで形成されるニップ部に導入され、通常の平面画像を形成する普通紙等の記録媒体の定着に好適な所定の温度（例えば、１２０℃〜２４０℃）で加熱加圧定着されることにより、画像形成されるようになっている。そして、立体画像を形成する際には、熱発泡性シートＰ上に立体（隆起）画像が一次的に形成定着されるようになっている。

さらに、本実施の形態において、定着装置２５の熱発泡性シートＰの搬送方向下流側には、第二の定着手段である長尺（幅広）の感熱ヘッド３０が配設されている。

この感熱ヘッド３０は、熱発泡性シートＰの搬送方向と略直交する方向（幅方向）の全域に亘って延在する支持体３０１と、この支持体３０１から熱発泡性シートＰの画像領域に対向するように幅方向の全域に亘って立設された複数の加熱ピン３０３とを備えている。

このように構成された長尺（幅広）の感熱ヘッド３０は、第一の定着手段である定着装置２５と併用され、この定着装置２５により一次的に定着された熱発泡性シートＰ上の立体（隆起）画像領域を複数の加熱ピン３０３を熱発泡性シートＰの幅方向全域に亘って再度均一に加熱することにより、立体画像の最適な定着条件を実現することができる。

すなわち、立体（隆起）画像を形成する際には、記録媒体として熱発泡性シートＰを用いることにより、まず、第一の定着手段である定着装置２５により、熱発泡性シートＰの熱発泡層Ｐａが、基材層Ｐｂの全面に亘って発泡膨張して一定の高さに隆起した土台が形成される。そして、この全面に亘って所定の高さに隆起した熱発泡層Ｐａが補強部材の役割を果たし、熱発泡性トナーを用いて、普通紙等の他の記録媒体に部分的に立体画像を形成する場合に比べ、形成された立体画像の強度（引っ掻き強度）を向上させることができる。また、非発泡性トナー中の結着樹脂が熱発泡性シートＰ中の繊維間に浸透されて、熱発泡性シートＰ上に形成された立体画像の接着性（定着性）を向上させることができる。

その後、第二の定着手段である感熱ヘッド３０の幅方向全域に亘って配設された加熱ピン３０３により、形成画像の幅方向全域に亘って、再度均一に加熱することにより、十分な隆起高さ及び強度（引っ掻き強度）を有する立体画像が得られると共に、立体画像を形成する際の生産性を通常のカラー／モノクロ平面画像を形成する場合とほぼ同等に維持することができる。これにより、従来のように定着装置２５のみで定着し、例えば、その定着温度を上げて、かつ、熱吸収性の高い記録媒体（例えば、厚紙等）を用いて立体画像を形成する形成方法では、その生産性が大幅に低下（平面画像を形成する場合の約３０％程度）してしまうといった弊害を防止することができる。

また、例えば、画像形成装置に熱発泡性トナー用の画像形成ユニット及びカートリッジ等を設け、普通紙を用いて、その全面に該ユニットにて熱発泡性トナー層を形成する場合に比べ、熱発泡性シートＰを用いた方が、ランニングコストが安価となる。さらに、本発明に係る立体画像形成装置のように構成することにより、熱発泡性トナー用の画像形成ユニットやトナーカートリッジを省略して、上述のような簡易な構成の感熱ヘッド３０を付設するだけで、既存の通常のカラー画像形成装置の流用が容易に可能となり、装置全体の小型化及びトータル的なコストダウンを実現することができる。

さらに、このような感熱ヘッド３０を、立体画像を形成する際の二次的な加熱手段として用いることにより、定着装置２５を単独で用いて、その熱量を上げるよりも、トータル的な熱エネルギーは少なくて済み、省エネルギー化にも寄与することができる。

以上のように構成した立体画像形成装置１０を用いて、（１）通常の平面画像、（２）立体（隆起）画像について画像形成を行なった。

その結果、いずれの画像パターンにおいても、画像形成の生産性を低下させることなく、良好な画像品質を有するカラー画像が得られた。特に、立体画像に関しては、十分な画像高さと強度（引っ掻き強度）を有し、今までに無い視覚的・触覚的な質感が得られると共に、重厚感が得られる立体（隆起）画像をオンデマンドで形成できることが確認できた。

また、本実施の形態においては、感熱ヘッド３０に取り付けられた加熱ピン３０３によって、領域加熱を行なったが、加熱手段についてもこのような加熱ピン３０３に限定されるものではなく、装置が大型化し、消費エネルギーも増大するものの、例えば、非接触のレーザーデバイスや、ハロゲンランプ等を用いてもよい。

本発明に係る立体画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明に係る熱発泡性シートの構成を示す模式図である。 本発明に係る第二の定着手段を示す模式図である。

符号の説明

５Ｙ-５Ｋ：画像形成ユニット、５２Ｙ-５２Ｋ：感光ドラム、５２１Ｙ-５２１Ｋ：帯電器、５２３Ｙ-５２３Ｋ：現像装置、５２４Ｙ-５２４Ｋ：一次転写ロール、５２５Ｙ-５２５Ｋ：クリーナ、７：シート供給トレイ、１０：立体画像形成装置、２３：中間転写ベルト、２４：二次転写装置、２４１：バックアップロール、２４２：二次転写ロール、２５：定着装置、２５１：加圧ロール、２５２：加熱ロール、３０：感熱ヘッド、３０１：支持体、３０３：加熱ピン、５０：パーソナルコンピュータ、Ｐ：熱発泡性シート、Ｐａ：熱発泡層、Ｐｂ：基材層

Claims (2)

1. 立体画像を形成する記録媒体として、基材層上に予め熱発泡層が形成されている熱発泡性シートを用いる立体画像形成装置において、
   記録媒体上に非発泡性トナー画像を形成する画像形成手段と、
   該トナー画像を加熱定着する第一の定着手段と、
   この第一の定着手段の下流側に配設され、立体画像を形成する際に、該第一の定着手段により加熱定着されて隆起したトナー画像の幅方向全域に亘って均一に加熱する第二の加熱手段と
   を備えていることを特徴とする立体画像形成装置。
2. 前記第二の加熱手段は、前記熱発泡性シートの幅方向全域に亘って配設された複数の加熱ピンを備えていることを特徴とする請求項１に記載の立体画像形成装置。

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