JP2006267518A - 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すると共に、ニーズに応じて、任意の領域を容易に隆起させることができる立体（隆起）画像の形成が可能な立体画像形成装置を提供する。
【解決手段】 記録媒体Ｓ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、記録媒体Ｓ上に熱発泡性トナー画像を形成する立体画像形成手段５Ｐと、記録媒体Ｓ上に形成された該トナー画像を加熱定着する定着手段２５と、この定着手段２５の下流側に配設され、立体画像を形成する際に、該定着手段２５により加熱定着されたトナー画像を加熱すると共に、選択された所望の画像領域の加熱量を変更する領域加熱手段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。

一般に、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虞が生じていた。

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、近年の立体画像の用途拡大に伴って、デザイン上の要請等により、例えば、名刺上のロゴマーク部分のみ隆起させる場合や、視覚障害者用の点字文書と通常の文書とを併存させる場合、あるいは、地図の一部領域のみを盛り上げたい場合等、立体（隆起）画像を応用した様々な要望が、ニーズとして要請されてきている。そして、このような要請に基づいて、立体画像の一部領域のみを隆起させた立体（隆起）画像をニーズに応じてオンデマンドに実現することが困難であるといった問題が生じていた。

そこで、本発明は上記従来技術の問題点を解決するために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すると共に、ニーズに応じて、任意の領域を容易に隆起させることができる立体（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、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、該記録媒体上に熱発泡性トナー画像を形成する立体画像形成手段と、前記記録媒体上に形成された該トナー画像を加熱定着する定着手段と、こ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、該定着手段により加熱定着されたトナー画像を加熱すると共に、選択された所望の画像領域の加熱量を変更する領域加熱手段とを備えていることを特徴とするものである。

このように構成した本発明の立体画像形成装置は、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、該記録媒体上に熱発泡性トナー画像を形成する立体画像形成手段と、前記記録媒体上に形成された該トナー画像を加熱定着する定着手段と、こ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、該定着手段により加熱定着されたトナー画像を加熱すると共に、選択された所望の画像領域の加熱量を変更する領域加熱手段とを備えているので、生産性を損なうことなく、熱発泡性トナー画像及び非発泡性トナー画像のそれぞれについて好適な加熱定着を行なうことができると共に、例えばデザイン上の要請等に応じて、立体画像の一部を容易に盛り上げる（隆起させる）ことが可能な立体画像形成装置を提供することができる。

ここで、前記領域加熱手段は、記録媒体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、領域加熱手段が、記録媒体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ので、記録媒体上に形成された任意の領域を選択的・局所的に加熱する領域加熱手段を容易に実現することができる。

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すると共に、ニーズに応じて、任意の領域を容易に隆起させることができる立体（隆起）画像の形成が可能な立体画像形成装置を簡易な構成で実現することができる。

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、本発明に係る画像形成装置の一実施の形態を示す概略構成図である。

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が配設されている一方、装置本体１０の内部に画像形成ユニット５を配設し、この画像形成ユニット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。特に、本実施の形態に係る画像形成装置１０においては、例えば、パーソナルコンピュータ５０のディスプレイ上の画像データから任意の画像領域を選択して、該選択領域における画像高さを任意に変更することができるようになっている。

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５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立体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））の通常のカラー画像層形成ユニット（５Ｙ〜５Ｋ）及び立体（隆起）画像を形成するための熱発泡性トナー層形成ユニット５Ｐを順次、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〜５Ｐ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〜５Ｐに対応したカラートナーカートリッジ（６Ｙ〜６Ｋ）及び熱発泡性トナーカートリッジ６Ｐが配設されている。

ここで、熱発泡性トナー中の発泡剤としては、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。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。また、発泡剤は、単一性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、マイクロカプセル等の機能性材料であってもよい。さらに、その発泡温度は、加熱定着温度（１２０℃〜２４０℃）以下であることが好ましい。

また、熱発泡性トナーの結着樹脂としては、特に制限されるものではなく、トナー用樹脂として一般に用いられている樹脂が使用できる。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、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。

本実施の形態における熱発泡性トナーの製造方法としては、例えば、少なくとも結着樹脂と発泡剤とを溶剤に溶解及び／又は分散させた油相を、水相に縣濁分散させて該油相からなる粒子を作製する工程と、該粒子から溶剤を除去する工程とを含む工程とによって作製される。また、少なくとも発泡剤を溶解又は分散させた結着樹脂用のモノマーを、水相中で縣濁重合する工程を含む工程によって作製してもよい。

また、以上の各トナーの製造方法は、混練粉砕法、重合法、溶解懸濁法等いずれの方法においても構わない。

本実施の形態において、各画像形成ユニット５Ｙ〜５Ｐは、各成分のトナー像を形成担持する感光体ドラム５２Ｙ〜５２Ｐを備え、この感光体ドラム５２Ｙ〜５２Ｐの周囲には、感光体ドラム５２Ｙ〜５２Ｐを帯電する帯電器５２１Ｙ〜５２１Ｐ、感光体ドラム５２Ｙ〜５２Ｐ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体ドラム５２Ｙ〜５２Ｐ上の静電潜像を可視像化する現像装置５２３Ｙ〜５２３Ｐ、感光体ドラム５２Ｙ〜５２Ｐ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なる一次転写装置５２４Ｙ〜５２４Ｐ及び感光体ドラム５２Ｙ〜５２Ｐ上の残留トナーを清掃するクリーナ５２５Ｙ〜５２５Ｐ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、各感光体ドラム５２Ｙ〜５２Ｐ上に形成された各成分のトナー像は、この感光体ドラム５２Ｙ〜５２Ｐと接触する中間転写ベルト２３上に、一次転写ロール５２４Ｙ〜５２４Ｐによって形成されるニップ部にて順次多重に一次転写される。なお、通常の平面画像を形成する場合には、通常の画像形成ユニット５Ｙ〜５Ｋにより、トナー像が中間転写ベルト２３上に一次転写される一方、立体（隆起）画像を形成する場合には、通常の画像形成ユニット５Ｙ〜５Ｋ及び立体画像形成ユニット５Ｐにより、中間転写ベルト２３上に一次転写されることとなる。

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、二次転写装置２４にて記録媒体Ｓ上に二次転写され、その後、二成転写された記録媒体Ｓが、二次転写装置２４の記録媒体Ｓ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Ｓ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材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の記録媒体Ｓの搬送方向下流側には、領域加熱手段である感熱ヘッド３０が配設されている。

この感熱ヘッド３０は、立体（隆起）画像を形成する場合に用いられ、記録媒体Ｓ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から記録媒体Ｓ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。そして、この複数の加熱ピン３０３のそれぞれは、不図示の加熱源に接続されており、加熱ピン３０３のそれぞれの加熱量が、各々変更できるようになっている。

このように構成された長尺（幅広）の感熱ヘッド３０は、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記録媒体Ｓ上の立体（隆起）画像の任意の領域に対応する複数の加熱ピン３０３で再度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、まず、定着装置２５により、トナー中の結着樹脂が記録媒体Ｓ中の繊維間に浸透されて、平面画像及び立体画像の接着性（定着性）を向上させることができる。

その後、領域加熱手段である感熱ヘッド３０の加熱ピン３０３により、任意の画像領域における加熱量を変更（増減）させて再度加熱することにより、ニーズに応じた任意の隆起高さ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。

具体的には、図２に例示されるように、例えば、画像領域Ｒａに対応する加熱ピン３０３については、加熱を行わずに平面画像を形成し、画像領域Ｒｂに対応する加熱ピン３０３については、所定の均一な加熱量で記録媒体Ｓ上のトナー画像を加熱することにより、一定の画像高さと強度が得られるような立体画像を形成し、画像領域Ｒｃに対応する加熱ピン３０３については、幅方向端部に向かって漸次加熱量を増大させて、記録媒体Ｓ上のトナー画像を加熱することにより、傾斜面を有する立体画像を形成するといった、非常に自由度の高い任意の立体画像の形成が可能となる。

このように構成された立体画像形成装置１０においては、通常の平面画像を形成する際には、従来公知の定着装置２５のみにより、加圧・加熱定着を行ない、立体画像を形成する際には、例えば、画像形成装置１０に設けられたタッチパネルや、パーソナルコンピュータ５０からの設定指示により、定着装置２５によって記録媒体Ｓ上に一次定着されたトナー画像の任意の領域について、感熱ヘッド３０により、当該領域をオンデマンドでさらに選択的・局所的に加熱することができる。これにより、例えば、デザイン上の要請から、立体画像の一部のみをさらに盛り上げたい場合や、領域によって盛り上げ量（画像高さ）を変更したい場合など、任意の領域の盛り上げ量を設定・変更できる立体画像を簡易な構成で実現することができる。

また、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。

以上のように構成した立体画像形成装置１０を用いて、（１）発泡性トナーの上に単色画像を形成した立体画像パターン、（２）発泡性トナーの上にカラー画像を形成した立体画像パターン、（３）立体画像と、平面画像とが混在するパターン、具体的には、立体画像部を部分的に形成し、この立体画像部を形成する熱発泡性層には、カラー画像を形成せずに、平面画像部にカラー画像を形成した画像パターンの３つの画像パターンについて、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、十分な画像高さを有する立体画像部と、良好な画像品質を有するカラー画像部とが得られることを確認できた。また、任意の画像領域において、部分的に所望の画像高さが実現できる立体（隆起）画像が得られることが確認できた。

さらに、本実施の形態に係る感熱ヘッド３０を、立体画像の高さ（盛り上げ量）を均一化若しく所望の輪郭形状にするための補正手段として用いることもできる。具体的には、例えば、定着装置２５により加熱定着された立体画像の高さ（盛り上げ量）の輪郭線を、例えば光学系センサーにより検出して、この定着装置２５による立体画像の輪郭線の高さと、所望の立体画像高さとの差を算出し、予め求められた加熱ピン３０３による付与熱量と画像隆起高さとの関係に基づいて、対応する加熱ピン３０３の加熱量を変化させることで、最終的な立体画像を所望の高さで均一若しくは任意の輪郭形状に形成することが可能となる。

また、本実施の形態においては、画像領域の幅方向に亘って延在する長尺の感熱ヘッド３０を用いて、部分的に加熱量を変更することにより領域加熱手段を実現したが、本発明は、このような長尺の感熱ヘッド３０に限定されるものではなく、例えば、図３に示されるような、任意の領域に移動可能な感熱ヘッド３０Ａを用いてもよい。この感熱ヘッド３０Ａは、例えば、不図示の駆動源に接続され、記録媒体Ｓの搬送方向と略直交するＸ方向（幅方向）、記録媒体Ｓの搬送方向に沿ったＹ方向に移動可能に形成された支持体３０１と、この支持体３０１から記録媒体Ｓの画像領域に向かって立設された複数の加熱ピン３０３とを備えている。そして、この複数の加熱ピン３０３のそれぞれは、支持体３０１に内蔵された不図示の電熱ヒータ等の加熱源により加熱され、所定の場合に、支持体３０１が記録媒体Ｓ上に形成されたトナー画像の任意の領域に移動して、立体画像を局所的・選択的に加熱するようになっている。

このように感熱ヘッド３０Ａを移動可能に構成することにより、より細かな領域における局所的な加熱が可能となる。

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、局所的・選択的な加熱を行なったが、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、レーザーデバイス等の指向性のある加熱手段を用いてもよい。

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。 本発明に係る領域加熱手段の概要を示す模式図である。 本発明に係る領域加熱手段の別の例を示す模式図である。

符号の説明

５Ｙ-５Ｋ：画像形成ユニット、５Ｐ：立体画像形成ユニット、５２Ｙ-５２Ｐ：感光ドラム、５２１Ｙ-５２１Ｐ：帯電器、５２３Ｙ-５２３Ｐ：現像装置、５２４Ｙ-５２４Ｐ：一次転写ロール、５２５Ｙ-５２５Ｐ：クリーナ、６Ｙ-６Ｋ：カラートナーカートリッジ、６Ｐ：熱発泡性トナーカートリッジ、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、３０，３０Ａ：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、Ｓ：記録媒体

Claims (2)

1. 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、
   該記録媒体上に熱発泡性トナー画像を形成する立体画像形成手段と、
   前記記録媒体上に形成された該トナー画像を加熱定着する定着手段と、
   こ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、該定着手段により加熱定着されたトナー画像を加熱すると共に、選択された所望の画像領域の加熱量を変更する領域加熱手段と
   を備えていることを特徴とする立体画像形成装置。
2. 前記領域加熱手段は、記録媒体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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