JP2011118028A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】定着装置を通過する記録材の分離性能を向上させた画像形成装置。
【解決手段】感光体、少なくとも感光体の表面を帯電する帯電手段と感光体上に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と感光体上に形成された静電潜像を現像してトナー画像を形成する現像手段とから成る画像形成手段、トナー画像を記録材に転写する転写手段、及びトナー画像を該記録材に定着する定着装置を備えた画像形成装置において、画像形成手段は、ワックスが添加された複数色の色トナーによりカラー画像を形成する複数の色画像形成手段と、ワックスが添加された透明トナーにより透明画像を形成する透明画像形成手段とから成ると共に、定着装置による定着時において記録材に転写された透明画像がカラー画像より外表面に層形成されるように色画像形成手段と透明画像形成手段は配置され、透明トナーに添加されるワックスの量は、色トナーに添加されるワックスの量より多く、透明トナーのベース樹脂の量より少ないこと。
【選択図】図1

Description

本発明は、透明トナーを記録材の最も外表面に層形成し、定着装置を通過する記録材の分離性能を向上させた画像形成装置に関する。
複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体に形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録紙上に転写し、この後、記録紙上に転写されたトナー像を定着して排紙している。
このようにトナー像を定着する定着装置として、ハロゲンヒータ等を内蔵した定着ローラと、定着ローラを加圧する加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式の定着装置があり、このような定着装置は構成が簡便であるため、広く利用されている。
また、無端状の定着ベルトをハロゲンヒータ等を内蔵した加熱ローラと定着ローラとに張架すると共に、定着ベルトを介して定着ローラを加圧する加圧ローラを有し、定着ベルトと加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧するベルト定着方式の定着装置があり、このような定着装置は定着ベルトの熱容量が小さいので、ウオーミングアップタイムが短縮し、省エネになるという利点を有している。
ここで、記録紙上のトナー像のトナーはニップ部を通過する際に加熱されるので、トナーが粘着力を有し、ニップ部を通過した記録紙が定着ローラや定着ベルトの表面に付着して巻き付いて分離せず、ジャムを発生させる虞がある。特に記録紙として斤量の小さい薄紙や斤量の小さい印刷用コート紙を用いたときは、分離性能がより低下する。
一方、画像形成装置の高速化に対応して充分な長さのニップ幅になるように定着ローラの径を大きくすると、これによっても定着ニップ出口でのローラ曲率が小さくなるため、分離性能が低下する。
また、カラー画像を形成するために複数色のトナーを重ねるので、トナー量が増えることによってもトナーの粘着力が増大する。
従って、記録紙を定着ローラ等から機械的に分離する分離手段が用いられる。分離手段としては、ニップ部に対する記録紙の排紙側に離型性の良いフッ素樹脂をコーティングした剥離爪を設け、その先端部を定着ローラ若しくは定着ベルトの外表面に当接させ、記録紙を定着ローラ等より剥離させる方法がある。
一方、画像表面が画像の全面にわたって平滑で、且つ画像濃度に依存しない高い光沢度の画像を得るために、透明トナーからなるトナー像を転写定着して光沢を付与する光沢付与装置が知られている(特許文献1参照)。
また、原稿の写真領域を光沢面に文字領域を半光沢のグロス面とするために、搬送最上流に半光沢の透明トナーと光沢の透明トナーを現像するユニットを持ち、写真領域に光沢の透明トナーを画像全域に半光沢の透明トナーをカラートナー層に重ねて形成する画像形成装置が知られている(特許文献2参照)。
特開2002−341619号公報 特開2002−207334号公報
前述の如く剥離爪を設けた場合には、剥離爪の先端部が定着ローラ等の表面に当接しているので、定着ローラ等の表面を被覆するフッ素樹脂等から形成された表層に擦り疵が付き、画像にも疵が転写されてしまうという問題がある。特に、カラー画像の場合には光沢画像が要求されるために顕著に顕れる傾向がある。
このためには剥離爪を用いないで記録紙を分離することが望ましい。
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、通常の色トナーより多量のワックスが添加された透明トナーを記録材の最も外表面に層形成し、定着装置を通過する記録材の分離性能を向上させた画像形成装置を提案することを目的とする。
なお、特許文献1,2においては透明トナーを用いているが、これは光沢のある画像を得るためであって、分離性能を向上させるためではない。また、特許文献1,2には分離性能を向上させるために透明トナーを用いることを示唆する記載もない。
上記目的は下記に記載した発明により達成される。
1.感光体、少なくとも前記感光体の表面を帯電する帯電手段と前記感光体上に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と前記感光体上に形成された静電潜像を現像してトナー画像を形成する現像手段とから成る画像形成手段、前記トナー画像を記録材に転写する転写手段、及び前記トナー画像を該記録材に定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
前記画像形成手段は、ワックスが添加された複数色の色トナーによりカラー画像を形成する複数の色画像形成手段と、ワックスが添加された透明トナーにより透明画像を形成する透明画像形成手段とから成ると共に、前記定着装置による定着時において前記記録材に転写された前記透明画像が前記カラー画像より外表面に層形成されるように前記色画像形成手段と前記透明画像形成手段は配置され、
前記透明トナーに添加されるワックスの量は、前記色トナーに添加されるワックスの量より多く、前記透明トナーのベース樹脂の量より少ないことを特徴とする画像形成装置。
2.前記記録材の厚みを判別する判別手段を備え、前記記録材の厚みが所定の厚み以上のときは前記透明画像形成手段の作動を行わないことを特徴とする前記1に記載の画像形成装置。
3.前記透明トナーを前記カラー画像のみに等厚に付着させるモード、前記透明トナーを全てのトナーのワックスの量が均一になるように付着させるモード、前記透明トナーを全てのトナーの厚みが均一になるように付着させるモード、前記透明トナーを前記カラー画像における文字画像と写真画像とで光沢度が異なるように付着させるモード、及び前記透明トナーを前記記録材の全面に付着させるモードの何れかを選択可能な透明トナー付着モード選択手段を備えたことを特徴とする前記1又は前記2に記載の画像形成装置。
本発明の画像形成装置によれば、通常の色トナーより多量のワックスが添加された透明トナーを記録材の最も外表面に層形成するので、定着装置を通過する記録材の分離性能を向上させることができる。
画像形成装置の構成図である。 定着装置の断面図である。 本発明に係わる主要構成のブロック図である。 カラー画像の光沢度が均一になるように透明トナーを付着させる説明図である。 全てのトナーの厚みが均一になるように透明トナーを付着させる説明図である。
以下に本発明に係わる画像形成装置の実施の形態を図1の構成図を参照して説明する。
図1に示す画像形成装置は、定着装置を通過する記録紙(記録材)の分離性能を向上させるために、カラー画像を形成する通常の色トナーから着色剤成分を抜き、該色トナーより多くのワックスが添加された透明トナーを記録紙の外表面に付着させるように構成されている。
この画像形成装置100は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成手段10T,10Y,10M,10C,10K、ベルト状の中間転写体6、給紙搬送手段20、及び詳細に後述する定着装置8等から構成されている。
画像形成装置100の上部には、自動原稿送り装置201と原稿画像走査露光装置202とから成る画像読取装置200が設置されている。
自動原稿送り装置201の原稿台上に載置された原稿dは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置202の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサCCDに読み込まれる。
ラインイメージセンサCCDにより光電変換されたアナログ信号は、アナログ処理、A/D変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段3T,3Y,3M,3C,3Kに入力される。
透明(T)の画像を形成する画像形成手段10Tは、像担持体としての感光体ドラム1Tの周囲に配置された帯電手段2T、露光手段3T、現像装置4T及びクリーニング装置5Tを有する。イエロー(Y)色の画像を形成する画像形成手段10Yは、像担持体としての感光体ドラム1Yの周囲に配置された帯電手段2Y、露光手段3Y、現像装置4Y及びクリーニング装置5Yを有する。マゼンタ(M)色の画像を形成する画像形成手段10Mは、像担持体としての感光体ドラム1M、帯電手段2M、露光手段3M、現像装置4M及びクリーニング装置5Mを有する。シアン(C)色の画像を形成する画像形成手段10Cは、像担持体としての感光体ドラム1C、帯電手段2C、露光手段3C、現像装置4C及びクリーニング装置5Cを有する。黒(K)色の画像を形成する画像形成手段10Kは、像担持体としての感光体ドラム1K、帯電手段2K、露光手段3K、現像装置4K及びクリーニング装置5Kを有する。帯電手段2Tと露光手段3T、帯電手段2Yと露光手段3Y、帯電手段2Mと露光手段3M、帯電手段2Cと露光装置3C、及び帯電手段2Kと露光装置3Kは、潜像形成手段を構成する。
現像装置4T,4Y,4M,4C,4Kは、透明トナーと、色トナーであるイエロー、マゼンタ、シアン及び黒のトナーを内包する。各トナーのガラス転移温度は約60℃、融点は約110℃である。
なお、透明トナーは、着色剤を含有しない樹脂から成り、例えばスチレン系単量体、アクリル酸エステル類単量体、及びメタクリル酸エステル類単量体の共重合により得られるスチレン−アクリル系共重合体樹脂から成る。また、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂も用いられる。そして、本発明に用いられる透明トナーは、添加されているワックスの量は色トナーに添加されているワックスの量より多く、透明トナーのベース樹脂の量より少ない。なお、添加されているワックスの量が透明トナーのベース樹脂の量より多いと、海島構造が逆転し、ワックスが表面に豊富に配向される。これにより、キャリアや感光ドラム等が汚染されると想定される。
なお、本明細書においては、このようにワックスの量が多い透明トナーを通常の透明トナーと区別するときにはワックスリッチ透明トナーと呼称する。
そして、色トナーによりカラー画像を形成する画像形成手段10Y、画像形成手段10M、画像形成手段10C、画像形成手段10Kを色画像形成手段と呼称し、透明トナーにより透明画像を形成する画像形成手段10Tを透明画像形成手段と呼称する。
中間転写体6は、複数のローラに巻回され、回転可能に支持されている。
画像形成手段10T,10Y,10M,10C,10Kより形成された各色の画像は、回転する中間転写体6上に一次転写手段7T,7Y,7M,7C,7Kにより逐次転写され(一次転写)、透明画像の上に合成されたカラー画像が形成される。
給紙搬送手段20の給紙カセット21内に収容された記録紙P(記録材)は、給紙手段22により給紙され、給紙ローラ23,24,25,26、レジストローラ27等を経て、転写ローラ7Aに搬送され、中間転写体6上のカラー画像と透明画像が記録紙P上に転写される(二次転写)。この祭に、透明トナーから形成された透明画像は、イエロー、マゼンタ、シアン及び黒から成る色トナーから形成されたカラー画像より記録紙Pの外表面に層形成される。また、透明画像は記録材における画像形成されていない白地部にも付着するように転写されてもよい。
カラー画像が転写された記録紙Pは、定着装置8において挟着され、熱と圧力とが加えられることにより記録紙P上のトナー像が定着され、排紙ローラ28により排出されて機外の排紙トレイ29上に載置される。
一方、転写ローラ7Aにより記録紙Pにカラー画像を転写した後、記録紙Pを曲率分離した中間転写体6は、クリーニング装置5Aにより転写残トナーが除去される。
なお、画像形成手段10T、画像形成手段10Y、画像形成手段10M、画像形成手段10C、画像形成手段10Kは、トナーが定着装置8からの熱の影響を受けないように定着装置8から離れた位置に配置されることが望ましい。
次に、定着装置8について、図2の断面図に基づいて説明する。
定着ベルト81は、無端状に形成され、例えば、導電性のPI(ポリイミド)から成る厚さ70μmの基体の外周面を、耐熱性のシリコンゴム(硬度JIS−A30°)から成る厚さ220μmの弾性層で被覆し、更に、耐熱性樹脂であるPFA(パーフルオロアルコキシ)から成る厚さ30μmのチューブで被覆している。なお、内径寸法は例えば80mmである。
加熱ローラ82は、定着ベルト81を加熱するハロゲンランプ82Aを内蔵し、例えば、アルミニウム等から形成された肉厚3mmの円筒状の芯金82Bの外周面を、厚さ30μmのPFAでコーティングした樹脂層82cで被覆している。なお、外径寸法は例えば52mmである。
また、ハロゲンヒータ82Aとしては、異なった紙幅に対応するため例えば930Wと600Wの部分を設けて軸方向に異なる発熱分布にしてある。
定着ローラ83は、鉄等の金属から形成された中実の芯金83Aを、耐熱性のソリッドゴムであるシリコンゴム(硬度JIS−A10°)から成る厚さ7.5mmの弾性層83Bで被覆している。なお、外径寸法は例えば40mmである。また、シリコーンゴムに代えてフッ素ゴムを用いてもよい。
加圧ローラ84は、アルミニウム等から形成された肉厚3mmの円筒状の芯金84Aの外周面を、耐熱性のシリコンゴム(硬度JIS−A20°)から成る厚さ2mmの弾性層94Cで被覆し、更に、厚さ30μmのPFAチューブの樹脂層84Cで被覆している。なお、外径寸法は例えば50mmである。
そして、不図示の付勢手段により、加圧ローラ84が定着ベルト81を定着ローラ83に圧接させている。
なお、樹脂層82C,84CをPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)のチューブの被覆やコーティング加工によって形成してもよい。
また、定着ベルト81を加熱する加熱手段として、どのような加熱手段を用いてもよく、例えば励磁コイルを用いた誘導加熱発熱体を用いてもよい。また、加熱手段は、必ずしも加熱ローラ82等の中に配置されていなくてもよく、どこに配置されていてもよい。
また、定着ベルトを押圧するテンションローラを設けた定着装置であってもよい。
以上の構成において、不図示の駆動手段によって定着ローラ83を時計方向に回転させると、定着ベルト81及び加熱ローラ82も時計方向に回転し、加圧ローラ84は反時計方向に回転する。なお、加圧ローラ84を駆動してもよい。加熱ローラ82はハロゲンヒータ82Aにより加熱され、加熱ローラ82に当接する定着ベルト81も加熱ローラされる。そして、不図示の付勢手段によって加圧ローラ84が定着ローラ83の方向に付勢されているので、定着ローラ83に巻回された定着ベルト81と加圧ローラ84との間のニップ部Nで、給紙された記録紙Pが加熱・加圧されて、記録紙P上のトナー像が定着される。
この際に、記録紙Pの最も外表面にワックスの多い透明トナーが層形成されているので、記録紙Pが薄紙のように腰が弱くても定着ベルト81に付着することなく、記録紙Pは定着ベルト81より確実に分離する。同時に、透明トナーにより画像の光沢度が高まる。
なお、一例としてニップ部Nの幅は12mm、ニップ荷重は1100N、プロセス速度は300mm/sである。
次に、以上の如く透明トナーを薄紙である記録紙の最も外表面に転写し、上述の定着装置8で定着した際の分離性能を確認した実験について説明する。
本実験においては、透明トナーを全く使用しない場合と、通常の透明トナーを使用した場合と、本発明に係わるワックスリッチ透明トナーを用いた場合について、各々記録紙として2種類の薄紙を用いた。通常の透明トナーに添加されたワックスの量は8質量%で画像形成に用いた色トナーと同量であり、このワックスリッチ透明トナーに添加されたワックスの量は20質量%で色トナーより多い。また、薄紙としては、電子写真用コート紙(80g/m)と一般紙(60g/m)を用いた。また、記録紙に形成された通常の透明トナーとワックスリッチ透明トナーの量は各々単層で2.0g/mである。なお、定着装置としては図2に示す構成の定着装置を用いた。
この実験結果を表1に示す。
Figure 2011118028
この実験によれば、通常では分離できない薄紙であっても、ワックスリッチ透明トナーを記録材の最も外表面に転写することによって、定着ベルトから確実に分離することが可能になった。
なお、上述の定着装置は一例であり、どのような定着装置であってもよい。
また、ワックスリッチ透明トナー(以下、透明トナーという)を付着させることにより記録紙に光沢を付与させることもでき、透明トナーの付着には種々の方法がある。これらを図3のブロック図に基づいて説明する。
記録紙厚み判別手段501は、通紙する記録紙が薄紙か否かをユーザーが操作ボード上で選択して入力する。また、画像形成装置の内部に記録紙の厚みや比重を測定するセンサを設け、自動的に記録紙の厚みを判別するようにしてもよい。
透明トナー付着モード選択手段502は後述するように透明トナーをどのように付着させるかのモードをユーザーが選択する手段である。
記録紙厚み判別手段501及び透明トナー付着モード選択手段502からの情報はCPU等の制御手段503に入力され、その情報に応じて透明トナー画像形成手段504を作動させる。なお、透明トナー画像形成手段504は図1に示す画像形成手段10Tに相当する。
ここで、記録紙厚み判別手段501により選択若しくは判別された記録紙の厚さが所定の厚さ以上であれば、透明トナー画像形成手段504を作動させる必要はない。しかし、記録紙の厚さが所定の厚さ以上であっても光沢を付与させたい場合は、透明トナー付着モード選択手段502により選択されたモードで行う。
続いて、透明トナーを付着させるモードについて説明する。
(1)透明トナーをカラー画像のみに等厚に付着させるモード
記録紙の分離を妨げるのは色トナーにより形成されたカラー画像であるので、カラー画像の上のみに透明トナーを積層すれば定着ベルト等からの分離は容易になる。そこで、露光手段3Y,3M,3C,3Kに入力される画像信号に基づいて、画像形成手段10Tを作動させ、カラー画像が形成される部分のみに透明トナーを一定に層形成する。
(2)透明トナーをカラー画像の光沢度が均一になるように付着させるモード
記録紙の色トナーの付着量に応じて透明トナーの付着量を変え、色トナーに透明トナーを加えた全体としてのワックス量を均一にする。これにより、どのような色であってもカラー画像の光沢度が均一になる。具体的には図4に示す如く、カラー層が厚い部分は透明トナーを少なく現像し、カラー層が薄い部分は透明トナーを多く現像し、全体としてのワックス量を均一にする。なお、T,Y,M,C,Kは透明、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各トナーを示す。
また、低光沢や高光沢になるようにユーザーが操作ボード上で光沢度を選択可能にしてもよい。光沢度を選択可能にする場合は透明トナーの付着量を、例えば低光沢のときは1.6g/m、中光沢のときは2.0g/m、高光沢のときは2.4g/mとする。
(3)透明トナーを全てのトナーの厚みが均一になるように付着させるモード
記録紙の色トナーの付着量に応じて透明トナーの付着量を変え、色トナーに透明トナーを重ねたトナー厚みを均一にする。これにより、定着性を均一にでき、薄肉部で過剰熱量供給が生じてオフセット等による画像劣化が生ずることを防止できる。具体的には図5に示す如く、カラー層が厚い部分は透明トナーを少なく現像し、カラー層が薄い部分は透明トナーを多く現像し、全体として均一な厚みにする。
この際も低光沢や高光沢になるように光沢度を選択可能にしてもよい。
(4)透明トナーをカラー画像における文字画像と写真画像とで光沢度が異なるように付着させるモード
1枚の記録紙に文字画像と写真画像が混在している場合には、文字画像を低光沢に写真画像を高光沢にすることが望ましい。即ち、文字画像における透明トナーの現像量を少なく、写真画像における透明トナーの現像量を多くする。このためには、文字画像と写真画像を識別する必要があり、一例として画像をエッジ領域と網点領域に分け、エッジ領域と判断した部分は文字画像で、網点領域と判断した部分は写真画像である。なお、エッジ領域とは濃度の段差が大きく、そのパターンが連続する部分であり、網点領域とは濃度の段差の大きさがそれぞれ異なって連続していない部分である。そして、文字画像と写真画像とで透明トナーの付着量を例えば1.0g/m変えればよい。
(5)透明トナーを記録紙の全面に付着させるモード
記録紙上で、色トナーが付着したカラー画像は適度な光沢を有するが、色トナーが付着していない白地部では殆ど光沢が得られない。このために、部分的に光沢が異なり、画像品質を損なう。
このためには、記録紙全面に透明トナーを現像し転写すればよい。具体的には、ユーザーにより選択されたり原稿サイズに応じて自動的に選択されたりした記録紙のサイズを制御手段503が検知し、記録紙のサイズに対応する全てを透明トナーで現像すればよい。この場合も、透明トナーの量を上述の如くユーザーが操作ボード上で選択可能にしてもよい。
なお、透明トナー付着モード選択手段502は上述のモードの何れかを選択可能であってもよい。
次に、上述の各設定に好ましい光沢度の一例を表2に示す。
Figure 2011118028
なお、光沢度の測定はJIS K5600に基づいて行う。
10T,10Y,10M,10C,10K 画像形成手段
8 定着装置
81 定着ベルト
82 加熱ローラ
83 定着ローラ
84 加圧ローラ
501 記録紙厚み判別手段
502 透明トナー付着モード選択手段
503 制御手段
504 透明トナー画像形成手段

Claims (3)

  1. 感光体、少なくとも前記感光体の表面を帯電する帯電手段と前記感光体上に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と前記感光体上に形成された静電潜像を現像してトナー画像を形成する現像手段とから成る画像形成手段、前記トナー画像を記録材に転写する転写手段、及び前記トナー画像を該記録材に定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
    前記画像形成手段は、ワックスが添加された複数色の色トナーによりカラー画像を形成する複数の色画像形成手段と、ワックスが添加された透明トナーにより透明画像を形成する透明画像形成手段とから成ると共に、前記定着装置による定着時において前記記録材に転写された前記透明画像が前記カラー画像より外表面に層形成されるように前記色画像形成手段と前記透明画像形成手段は配置され、
    前記透明トナーに添加されるワックスの量は、前記色トナーに添加されるワックスの量より多く、前記透明トナーのベース樹脂の量より少ないことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記記録材の厚みを判別する判別手段を備え、前記記録材の厚みが所定の厚み以上のときは前記透明画像形成手段の作動を行わないことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記透明トナーを前記カラー画像のみに等厚に付着させるモード、前記透明トナーを全てのトナーのワックスの量が均一になるように付着させるモード、前記透明トナーを全てのトナーの厚みが均一になるように付着させるモード、前記透明トナーを前記カラー画像における文字画像と写真画像とで光沢度が異なるように付着させるモード、及び前記透明トナーを前記記録材の全面に付着させるモードの何れかを選択可能な透明トナー付着モード選択手段を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置。
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