JP2009020342A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像劣化を引き起こすことなく、トナー像表面の平滑性を向上させ、光沢を高める画像形成装置、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、トナーの軟化点より高温に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、トナー像に霧状の液体を吹き付ける霧発生ノズル９１を具備することを特徴とする画像形成装置、および記録媒体２２上に画像形成されたトナー像を、トナーの軟化点より高温に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、霧状の液体を吹き付けて、トナー像を冷却することを特徴とする画像形成方法。
【選択図】図２

Description

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。

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。

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。

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。

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、挟持搬送しながら、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、弾性層を設けたヒートパイプと従動ローラとで記録媒体を挟持搬送しながら冷却す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。
特開平４−１９５０７９号公報 特開２００５−２５０３３５号公報 特開２００３−２０８０４７号公報 特開２００３−２１９７８号公報

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。

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。

また、特許文献２、３に記載のように、金属ローラやヒートパイプなどの冷却ローラにトナー像を接触させ、挟持搬送しながら冷却すると、冷却ローラの表面の凹凸形状が記録媒体上のトナー像に転写されることがあるため、画像劣化を引き起こす場合があった。そのため、冷却ローラの表面を高精度に鏡面化しておく必要があり、コストが高くなりやすかった。さらに、冷却ローラがトナー像と接触することで、トナー像の表面に押圧力がかかり亀裂が生じることもあった。

特許文献４に記載の画像形成装置では、エアを吹き付けることでトナー像を冷却するので、冷却ローラの表面の凹凸形状がトナー像に転写されることはないが、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。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、画像劣化を引き起こすことなく、画像表面の平滑性を向上させ、光沢を高める画像形成装置、および画像形成方法の実現を目的とする。

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、トナーの軟化点より高温に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、トナー像に霧状の液体を吹き付ける霧発生ノズルを具備することを特徴とする。
また、前記冷却手段は、トナーの軟化点より高温側から軟化点より低温側に、トナー像を急速に冷却し、かつ、冷却速度が１５０〜２５０℃／秒であることが好ましい。

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、トナーの軟化点より高温に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、霧状の液体を吹き付けて、トナー像を冷却することを特徴とする。
さらに、トナーの軟化点より高温側から軟化点より低温側に、トナー像を急速に冷却し、かつ、冷却速度が１５０〜２５０℃／秒であることが好ましい。

本発明の画像形成装置、および画像形成方法によれば、画像劣化を引き起こすことなく、画像表面の平滑性を向上させ、光沢を高めることができ、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

冷却手段９は、図２に示すように、トナー像に霧状の液体を吹き付ける霧発生ノズル９１を具備している。
冷却手段９は、定着手段８にて加熱されたトナー像に、霧発生ノズル９１から霧状の液体を吹き付けることで、トナー像を急速に冷却できる。

霧発生ノズル９１としては、液体を微小な液滴粒径の霧状に噴霧できるものであれば特に制限されないが、例えば二流体ノズルを用いるのが好ましい。
二流体ノズルとは、液体と気体を衝突させて、液体を粒径が数μｍから数十μｍ程度の粒子にして気体と共に噴霧させるノズルであり、例えば図３に示すように、二流体ノズル９１ａにエアポンプ９２とタンク９３を取り付けて用いる。

液体としては、トナー像に影響を与えないものであれば特に制限されないが、水を用いるのが好ましい。特に、霧発生ノズル９１が詰まるのを防止する観点で、蒸留水を用いるのが好ましい。また、トナー像に影響を与えないものであれば、揮発性に優れたアルコールなどの溶剤を用いることで、トナー像を効果的に冷却することもできる。
二流体ノズル９１ａとしては、公知のものを使用できるが、例えばスプレーイング・システムス・ジャパン社製のエアーアトマイジングノズル１／４Ｊシリーズなどが挙げられる。

なお、エアポンプ９２は、ボールバルブ９４、電磁弁９５、レギュレータ９６を順に介して二流体ノズル９１ａに取り付けてもよい。特に、レギュレータ９６を設けることで、エア圧を調整することができるので、二流体ノズル９１ａから噴霧される霧状の液体の噴霧量を制御できる。なお、噴霧量が決定されれば、レギュレータ９６を調節ノブやメータを備えていない小型のレギュレータに置き換えることも可能である。

エア圧は０．０２〜０．１５ＭＰａに設定するのが好ましく、０．０５〜０．１０ＭＰａに設定するのがより好ましい。エア圧が０．０２ＭＰａ未満であると、液流量が増加しすぎて、記録媒体が液体を吸収する傾向にある。一方、エア圧が０．１５ＭＰａを超えると、液流量が低下し、十分な液体を吹き付けることが困難となる。

一方、液体の噴霧量は、前記エア圧を調整することで制御でき、例えば、液体の単位時間当たりの噴霧量が０．００１ｍＬ／ｃｍ^２以上になるように、エア圧を調整するのが好ましく、より好ましくは０．００５ｍＬ／ｃｍ^２以上である。液体の単位時間当たりの噴霧量が０．００１ｍＬ／ｃｍ^２未満であると、トナー像が十分に冷却されにくくなる。

液体の噴霧量はエア圧が低くなるに連れて増加するが、液体の噴霧量が増えると、霧状の液体がトナー像だけでなくトナー像が形成されていない部分の記録媒体２２上にも付着する割合が大きくなる。一般的に、紙（記録媒体）が液体に触れると、紙が撓んだり紙皺が発生したりするが、通常の二流体ノズルから噴霧される液体の噴霧量を、例えばＡ４サイズの紙１枚当たりに換算すると、紙を撓ませたり紙皺を誘発させたりできるほどの量にはなりにくい。また、液体は霧状にしてトナー像に吹き付けるので、その全てがトナー像や記録媒体上に付着する訳ではなく、液体の一部がトナー像や記録媒体上に到達するまでに蒸発することもある。従って液体の噴霧量の上限としては特に制限されないが、消費エネルギ等を考慮した場合、単位時間当たり０．０１ｍＬ／ｃｍ^２以下に設定するのが好ましい。

なお、タンク９３から液体を霧発生ノズル９１へ供給する方法としては、重力給水方式、圧縮ポンプ方式、サイフォン方式など、公知の方法を用いることができる。中でも、コストの点や、液体の供給が容易であると共に、液流量の調整範囲が広い点で、重力給水方式にて液体を霧発生ノズル９１へ供給するのが好ましい。

霧発生ノズル９１は、図２に示すノズル口９１ｂから記録媒体２２上のトナー像までの距離ｄ１が１０〜３０ｍｍになるように配置されるのが好ましい。また、定着ニップ部の出口からノズル口９１ｂまでの距離ｄ２が２０〜５０ｍｍになるように配置されるのが好ましい。さらに、霧発生ノズル９１は、トナー像に霧状の液体を垂直に吹き付けられるように設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。

本発明においては、霧発生ノズル９１の噴霧領域が記録媒体２２の幅方向を満たせば、霧発生ノズル９１の個数については特に限定されず、１つの霧発生ノズルを設けてもよく、複数の霧発生ノズルを設けてもよい。また、霧発生ノズル９１を複数設ける場合、５〜１５個設けるのが好ましい。さらに、各霧発生ノズルの噴霧領域の総域が記録媒体２２の幅方向を満たせば、霧発生ノズルの配列について特に限定されないが、記録媒体２２の幅方向に一列に配列するのが好ましい。
なお、霧発生ノズル９１を複数設ける場合は、各霧発生ノズルにエアポンプ９２およびタンク９３を各々取り付けてもよく、全ての霧発生ノズルに対して１つのエアポンプ９２やタンク９３を共有してもよい。

上述したように、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、トナーの軟化点近傍では、体積変化が著しく、樹脂の収縮が最も起きやすい。また、トナーの軟化点近傍で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。
また、トナー像を冷却するに際して、金属ローラやヒートパイプなどの接触型の冷却手段を用いて、トナー像と接触しながら、かつトナー像を挟持搬送しながら冷却すると、接触型の冷却手段の表面の凹凸形状が記録媒体上のトナー像に転写されることがあるため、画像劣化を引き起こす場合があった。さらに、接触型の冷却手段がトナー像と接触することで、トナー像の表面に押圧力がかかり亀裂が生じることもあった。

しかし、本発明では、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。
さらに、本発明では霧状の液体を吹き付けることでトナー像を冷却するので、冷却手段がトナー像に直接接触することなくトナー像を冷却することができる。従って、冷却手段の表面の凹凸形状の転写による画像劣化が起こりにくい。また、本発明に用いる冷却手段は非接触型なので、トナー像の表面に押圧力がかかる恐れがない。よって、押圧力に起因する亀裂は発生しにくい。
なお、霧状の液体の飛散範囲はエアに比べて狭いので、エアを用いてトナー像を冷却する場合に比べて、冷却手段に隣接する定着手段は冷却されにくく、消費エネルギの増加を抑制できる。

本発明においては、霧発生ノズルから霧状の液体を噴霧してトナー像を急速に冷却する際に、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で）、トナー像を急速に冷却するのが好ましい。具体的には、トナーの軟化点近傍におけるトナー像の冷却速度が、１５０〜２５０℃／秒になるのが好ましい。冷却速度が１５０℃／秒未満であると、冷却が不十分となり、樹脂の収縮を抑制しにくくなる傾向にある。一方、冷却速度が２５０℃／秒を超えると、画像表面に亀裂が生じる場合がある。
トナーの軟化点近傍においてトナー像を急速に冷却することで、樹脂の収縮を効果的に抑制することができ、より高光沢な画像を得ることができる。
なお、霧発生ノズルの噴霧領域を通過後のトナー像の表面温度が、トナーの軟化点よりも１０〜３５℃低くなることが好ましい。

また、図２に示すように、冷却手段９には、霧発生ノズル９１から噴霧された液体を回収する回収ダクト９７が、霧発生ノズル９１の上方に設けられている。回収ダクト９７の先端にはファン９８が接続されており、ファン９８を駆動することで回収ダクト９７に導かれるような空気の流れを発生させる。これにより、トナー像や記録媒体上に付着しなかった霧状の液体は回収ダクト９７に回収されるので、画像形成装置内での結露の発生や、金属部での錆の発生を抑制できる。また、空気の流れが発生することで、トナー像や記録媒体上に付着した液体も蒸発しやすくなる。

さらに、冷却手段９には、図２に示すように、霧発生ノズル９１の噴霧領域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、霧発生ノズル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。

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。

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。

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２５〜４５℃高温であることが好ましい。
記録媒体２２が冷却手段９に搬送されると、該記録媒体２２の通過に合わせて霧発生ノズル９１から霧状の液体が噴霧され、定着手段８により加熱されたトナー像は、トナー像を急速に冷却される。冷却速度は、１５０〜２５０℃／秒が好ましい。液体としては蒸留水が好ましい。
その後、記録媒体２２は図１に示す排紙部３０に排出される。なお、トナー像や記録媒体２２上に付着した液体は、加熱されたトナーや記録媒体を冷却することで直ちに蒸発される。

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。

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。
さらに、本発明では霧状の液体を吹き付けることでトナー像を冷却するので、冷却手段がトナー像に直接接触することなくトナー像を冷却することができる。従って、冷却手段の表面の凹凸形状の転写による画像劣化が起こりにくい。また、本発明に用いる冷却手段は非接触型なので、トナー像の表面に押圧力がかかる恐れがない。よって、押圧力に起因する亀裂は発生しにくい。

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（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。

なお、霧状の液体の飛散範囲はエアに比べて狭いので、本発明によれば、エアを用いてトナー像を冷却する場合に比べて、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。

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。

（軟化点の測定）
得られたシアントナーの軟化点を、フローテスター（島津製作所社製、「ＣＦＴ−５００Ａ」）で測定したところ、１１７℃であった。
なお、軟化点の測定は、１．５ｇのシアントナーを、１６ＭＰａの圧力にて直径１ｃｍの円柱状に圧縮した測定サンプルを用い、押出圧力：１．２７３２ＭＰａ、昇温速度：６℃／分、ダイ径：１．０ｍｍ、ダイ長さ：１．０ｍｍの条件下にて、測定サンプルが半分流出した時の温度を軟化温度とした。

［実施例１〜６］
＜画像形成装置の構成＞
画像形成装置として図１〜３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。

（冷却手段）
霧発生ノズル９１として、二流体ノズル（スプレーイング・システムス・ジャパン社製、「エアーアトマイジングノズル１／４Ｊ」）の本体に、液キャップ（スプレーイング・システムス・ジャパン社製、「ＰＦ２０５０」）とエアーキャップ（スプレーイング・システムス・ジャパン社製、「ＰＡ６７−６−２０−７０°」）を装着したものを用いた。
このノズルを５個用意し、ノズル口９１ｂから記録媒体２２上のトナー像までの距離ｄ１が２０ｍｍ、定着ニップ部の出口からノズル口９１ｂまでの距離ｄ２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、記録媒体２２の幅方向に一列に配列させた。
５個のノズルに対して、蒸留水が貯蔵されたタンク９３を共有できるように取り付けた。さらに、各ノズルに、ボールバルブを取り付け、１つのエアポンプ９２を共有できるようにした。

＜評価＞
前記画像形成装置を用い、霧発生ノズル９１から蒸留水を噴霧し、トナー像を冷却して次のように評価を行った。
各実施例において、霧発生ノズル９１のエア圧を表１に示す値になるように調整し、霧発生ノズルの噴霧領域を通過する前後（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/ｍ^２、Ａ４サイズ」を用いた。また、記録媒体上のトナー量は１．５ｍｇ/ｃｍ^２、霧発生ノズルの噴霧領域通過前のトナー像の表面温度は１４０℃であった。また、エア圧０．０５ＭＰａにおいて、上記記録媒体が霧発生ノズルの噴霧領域を通過する間に噴霧される蒸留水の噴霧量は、Ａ４幅２１０ｍｍ、システム速度１５０ｍｍ／秒、ノズル１個の噴霧量（０．０５ＭＰａで１．７ｍＬ）、ノズル数５個で１２ｍＬであった。
印字枚数２００枚目における、霧発生ノズルの噴霧領域通過後のトナー像の表面温度、冷却手段における冷却速度、および画像サンプルの画像表面の光沢度を表１に示す。ただし、冷却速度および光沢度は以下のようにして求めた。

（冷却速度）
下記式（１）より冷却速度を算出した。
冷却速度［℃／秒］＝｛（霧発生ノズルの噴霧領域通過前のトナー像の表面温度）−（霧発生ノズルの噴霧領域通過後のトナー像の表面温度）｝／０．２５ ・・・（１）
（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。なお、光沢度３０以上を合格とする。

［比較例１］
霧発生ノズルを設置しなかった以外は、実施例１〜６と同様に行い、評価した。結果を表１に示す。

表１から明らかなように、各実施例で得られた画像は、トナー像を急速に冷却したので、いずれも比較例に比べて光沢度が高かった。特にエア圧が０．０９５ＭＰａ以下の場合（実施例１〜４）は、目視においても高光沢であることが明らかであり、コート紙でないと得られないような高品質な画像が得られた。実施例１〜４の場合、本実施例で用いたシアントナーの軟化点（１１７℃）よりも高温側から低温側にトナー像を急冷したことにより、トナーに含まれる樹脂の収縮が効果的に抑制され、結果、画像表面の平滑性がより向上し、光沢度がより上昇したと推測できる。ただし、実施例１、２の場合は、冷却速度が実施例３、４に比べて速かったため（すなわち、シアントナーの軟化点よりも４０℃以上も下回る温度まで冷却したため）、画像表面に若干の亀裂が生じていた。そのため、光沢度の値は実施例２、３よりは低かった。
一方、比較例１は、蒸留水を噴霧しなかったので、トナー像がほとんど冷却されず、光沢度が実施例に比べて劣っていた。

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。また、各実施例では、霧状の蒸留水を吹き付けることでトナー像を急冷したので（すなわち、非接触型の冷却手段によりトナー像を冷却したので）、冷却ローラなどの接触型の冷却手段を用いた場合とは異なり、冷却手段の表面の凹凸形状がトナー像に転写されることはなった。
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。

本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 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。 霧発生ノズルの一例を示す側面図である。

符号の説明

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：霧発生ノズル、１００：画像形成装置

Claims (4)

1. 記録媒体上に画像形成されたトナー像を、トナーの軟化点より高温に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、トナー像に霧状の液体を吹き付ける霧発生ノズルを具備することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記冷却手段は、トナーの軟化点より高温側から軟化点より低温側に、トナー像を急速に冷却し、かつ、冷却速度が１５０〜２５０℃／秒であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 記録媒体上に画像形成されたトナー像を、トナーの軟化点より高温に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、
   霧状の液体を吹き付けて、トナー像を冷却することを特徴とする画像形成方法。
4. トナーの軟化点より高温側から軟化点より低温側に、トナー像を急速に冷却し、かつ、冷却速度が１５０〜２５０℃／秒であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成方法。
   
   

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