JP2011174980A - 定着装置、画像形成装置及び浸透速度評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置から出力したときに十分な二次色を発色できる定着装置を提供する。
【解決手段】この定着装置２６は、トナーを溶解又は膨潤可能な定着剤６を用いて被定着物５に転写されたトナー像３を定着する定着装置であって、被定着物５を搬送する搬送手段４と、定着剤６をトナー像３に付与する定着剤付与手段１と、定着剤６が付与されたトナー像３に圧力を印加する加圧手段２と、を備え、搬送手段４の搬送速度をＳ、加圧手段２により圧力をかけたときに定着剤付与手段１により付与されたトナー表面の変化量が０．５μｍ以上となる時間をＴとしたとき、Ｒ≧Ｔ×Ｓを満足するＲの位置に加圧手段２を配置した。
【選択図】図５

Description

本発明は電子写真方式に係る画像形成装置に備えられた定着装置に関し、さらに詳しくは、定着剤を用いたトナーによる非加熱定着方式の定着装置に関するものである。

プリンター、ファクシミリ、複写装置、或いは、これら複数の機能を有する複合機等の画像形成装置は、紙、布、ＯＨＰ用シート等の記録媒体に、画像情報に基づいて、文字や記号を含む画像を形成する装置である。特に、電子写真方式の画像形成装置は、普通紙に高精細な画像を高速で形成することができるため広く使用されている。このような電子写真方式の画像形成装置においては、定着速度が速く、高い定着画像品質を実現するため、記録媒体上のトナーを加熱して溶融させ、溶融したトナーを加圧することにより、トナーを記録媒体上に定着させる熱定着方式が広く用いられている。
しかしながら、このような熱定着方式を用いた電子写真方式の画像形成装置においては、消費電力の約半分以上がトナーを加熱するために消費されており、省エネルギー化を図りにくいという課題を有している。そこで、近年における環境問題対策の観点から、低消費電力（省エネルギー）の定着装置、即ち、加熱せずにトナーを記録媒体に定着させる非加熱定着方式による定着装置が注目されている。
このような非加熱定着方式としては、例えば、トナーを溶解または膨潤可能で、水に不溶または難溶な有機化合物が水に分散混合された水中油滴型の定着剤を、未定着のトナーが所定位置に配設された被定着物の表面から、噴霧または滴下してトナーを溶解または膨潤させた後、被定着物を乾燥させるトナーの湿式定着方式が、特許文献１に開示されている。
また、トナーを溶解または膨潤可能な有機溶媒を付着させることで、トナーを軟化する湿式定着方式が開示されており、例えば特許文献２、３、４などには、定着剤をフォーム状形態に生成し、生成したフォーム状の定着剤の膜厚を制御して記録媒体上の樹脂微粒子に塗布して、樹脂微粒子を記録媒体に定着する方法が開示されている。フォーム状の定着剤を用いれば、トナー層内に効率よく定着剤が浸透するため、少量の定着剤で固定化でき、且つ短時間で定着できる。

モノクロ、モノカラー画像を定着する場合は、特に特許文献２、３に記載されている方法等を用いることで十分に実用的な時間内で画像形成が可能である。これは、定着剤によって単色トナー粒子の最表面のみ溶解すれば、トナー粒子同士、及び紙などの記録材と接着し、記録材上にトナー層を固定することが出来るからである。
一方で、カラー画像を形成する場合は、３原色（イエロー、マゼンタ、シアン）のトナー粒子を記録材上に層状に形成し、加圧定着することで多色を表現するのであるが、従来の定着剤を用いた方法においては、定着後の画像が色変化する不具合が生じることがあった。これは、二次色を発色させる場合、異なる色のトナー粒子同士が最表面のみで結着している状態だけでは混色にならず、トナー粒子内部にまで軟化状態にした後に加圧し、トナー粒子同士を十分混合する必要がある。しかし、従来の定着剤を用いた方式では、トナー粒子内部が十分に軟化状態になる前に加圧するため、定着後にトナー粒子内部の軟化現象が起こったためである。これまでは、トナー粒子内部への定着剤の浸透と二次色の発色との関係は把握されておらず、加圧定着するタイミングが不明であるといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、記録材上にトナー層を形成し、定着剤を接触させて一定の時間を経過させた後に、一定の圧力をかけことにより、画像形成装置から出力したときに十分な二次色を発色できる定着装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、トナーを溶解又は膨潤可能な定着剤を用いて被定着物に転写されたトナー像を定着する定着装置であって、前記被定着物を搬送する搬送手段と、前記定着剤をトナーに付与する定着剤付与手段と、前記定着剤が付与されたトナーに圧力を印加する加圧手段と、を備え、前記搬送手段の搬送速度をＳ、前記加圧手段により圧力をかけたときに前記定着剤付与手段により付与されたトナー表面の変化量が０．５μｍ以上となる時間をＴとしたとき、Ｒ≧Ｔ×Ｓを満足するＲの位置に前記加圧手段を配置したことを特徴とする。
請求項２は、前記定着剤付与手段は、前記定着剤を泡状にして前記トナーに付与することを特徴とする。
請求項３は、請求項１又は２に記載の定着装置を備えた画像形成装置を特徴とする。

請求項４は、表面にトナー像を形成した記録材と、トナーを溶解又は膨潤可能な定着剤を前記トナー像に付与する定着剤付与手段と、一方のローラに円形又は線状のワイヤを巻き回した加圧ローラ対と、を備え、前記定着剤付与手段により前記トナー像に定着剤が付与された記録材を、所定の時間経過後に前記加圧ローラ対に通過させることにより、前記トナー像にワイヤ跡を形成し、該ワイヤ跡の深さを計測することにより、トナーを軟化させることができる量の前記定着剤が浸透した距離を求め、前記定着剤を付与してからの前記所定の時間と前記ワイヤ跡の深さから前記定着剤の浸透速度を求めることを特徴とする。
請求項５は、表面にトナー像を形成した記録材と、トナーを溶解又は膨潤可能な定着剤を前記トナー像に付与する定着剤付与手段と、棒状の加圧バーと、を備え、前記定着剤付与手段により定着剤が付与されたトナー像を、所定の時間経過後に前記加圧バーにより加圧することにより、前記トナー像に加圧バー跡を形成し、該加圧バー跡の深さを計測することにより、トナーを軟化させることができる量の前記定着剤が浸透した距離を求め、前記定着剤を付与してからの前記所定の時間と前記加圧バー跡の深さから前記定着剤の浸透速度を求めることを特徴とする。

本発明によれば、基板上にトナー層を形成し、定着剤を接触させて一定の時間を経過させた後に、一定の圧力をかけたときのトナー層の変化量を計測するので、定着剤の浸透速度を正確に求めることができると共に、求めた浸透速度に基づいて定着装置を最適位置に配置した画像形成装置を構成したので、加熱定着と同等の二次色を発色でき、時間経過による変色も防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る浸透速度評価装置の構成を説明する模式図である。 トナー層にワイヤ跡が形成された状態を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る浸透速度評価装置の構成を説明する模式図である。 評価結果をまとめた図である。 本発明に係る定着装置の動作を説明する模式図である。 本発明の定着装置を備えた画像形成装置の構成を説明する図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明の第１の実施形態に係る浸透速度評価装置の構成を説明する模式図である。この浸透速度評価装置３０は、表面にトナー層１１を形成した記録材１２と、トナーを溶解又は膨潤可能な定着剤１０をトナー層１１に付与する図示しない定着剤付与手段と、一方のローラに円形又は線状のワイヤ１３を巻き回した加圧ローラ対１４と、を備えて構成されている。

図２は、トナー層にワイヤ跡が形成された状態を説明する図である。定着剤付与手段によりトナー層１１に定着剤１０が付与された記録材１２を、所定の時間経過後に加圧ローラ対１４に通過させることにより、トナー層１１にワイヤ跡１５を形成し、ワイヤ跡１５の深さ（ワイヤ変化量１６）を計測することにより、トナーを軟化させることができる量の定着剤１０が浸透した距離を求め、定着剤１０を付与してからの所定の時間とワイヤ跡１５の深さから定着剤１０の浸透速度を求める。
即ち、トナー粒子内部への定着剤１０の浸透速度を評価する場合、定着剤１０の浸透したトナー粒子の内部を直接的に分析することは現実的に困難である。これはトナー粒子が球径数μｍ程度と小さいこと、球体内部への浸透挙動を視覚的に観察することができないことなどに起因する。

そこで、本発明者らは、記録材１２にトナー層１１を形成し、定着剤１０を接触させ、一定の時間を経過させた後に、一定の圧力をかけたときのトナー層１１のトナー変化量１６を計測することで、定着剤１０の浸透速度を求めることを試みた。すなわち、「トナー層の変化量１６」＝「トナーを軟化させることができる量の定着剤１０が浸透した距離」と見なし、このトナー層の変化量１６と定着剤１０を接触させてからの経過時間より定着剤１０の浸透速度を導き出した。
図２より、定着剤１０を塗布した部分はトナー層１１が軟化するため、加圧ローラ対１４を通過することでワイヤ跡１５ができる。定着剤１０は時間経過とともにトナー層１１に浸透していくため、時間経過に応じてトナー層１１の軟化する部分が表面から内部に拡散していく。トナー層１１の厚さより十分に大きい半径をもつワイヤ１３を用いると、軟化された部分までトナー層をへこませることができ、時間経過に応じてワイヤ跡１５の深さが大きくなる。従って、「ワイヤ跡の深さ」＝「トナー層の変化量１６」＝「トナーを軟化させることができる量の定着剤１０が浸透した距離」となり、定着剤１０を接触させてからの時間と、ワイヤ跡１５の深さから容易に定着剤の浸透速度を求めることが出来る。また、ワイヤ跡１５の深さの計測方法としては、例えばレーザー顕微鏡などの深さ方向を観察できる装置、ＡＦＭなどの表面形状を触針することで形状計測する装置などで直接的に測定する手法を用いてもよいし、別の手法として、ワイヤ跡の幅を測長顕微鏡などで測定し、ワイヤの直径との比から深さを算出して求めることもできる。

図３は本発明の第２の実施形態に係る浸透速度評価装置の構成を説明する模式図である。同じ構成要素には図１同じ参照番号を付して説明する。この浸透速度評価装置３１は、表面にトナー層１１を形成した記録材１２と、トナーを溶解又は膨潤可能な定着剤１０をトナー層１１に付与する図示しない定着剤付与手段と、棒状の加圧バー１７と、を備えて構成されている。即ち、定着剤付与手段により定着剤１０が付与されたトナー層１１を、所定の時間経過後に加圧バー１７により加圧することにより、トナー層１１に加圧バー跡を形成し、加圧バー跡の深さを計測することにより、トナーを軟化させることができる量の定着剤１０が浸透した距離を求め、定着剤１０を付与してからの所定の時間と加圧バー跡の深さから定着剤１０の浸透速度を求める。
図３の浸透速度評価装置３１は、表面にトナー層１１を形成した記録材１２の一部に定着剤１０を塗布した後、棒状の加圧バー１７で押し込むことを特徴とする。図１の装置と同様に、トナー層１１に定着剤１０を塗布した後に、一定の時間を経過させた後に加圧バー１７で押し込み、その押し込み量をトナー層１１の変化量として測定することができる。
尚、図１、図３に限らず、定着剤１０をトナー層１１の表面に接触させた後に、その一部分を加圧変形させることができる装置を用いれば「トナー層の変化量１６」＝「トナーを軟化させることができる量の定着剤１０が浸透した距離」を測定でき、定着剤１０の浸透速度を導き出すことができる。

以下に、図１の浸透速度評価装置３０を用いて種々の条件でトナー変形量を評価した。
サンプル形態としては、記録材１２としてＰＥＴフィルムを用い、任意のプリンターによりＰＥＴフィルム上にイエロー、マゼンタ２層の未定着トナー層を出力した。また、二次色の発色評価として、上記と同様のサンプル、条件により図１の浸透速度評価装置３０のワイヤ部分と同じ圧力で加圧できる加圧ローラで加圧定着し、定着画像を反射分光スペクトルメーター（Ｘ−ｒｉｔｅ９３８）で測色した。定着直後の画像と定着１時間後の画像を測色し、（１）同様のサンプルを加熱定着法で定着した赤色発色と比較、（２）定着直後の画像と定着１時間後の画像の色変化、をそれぞれ色差（ΔＥａ＊ｂ＊）から判断した。
〔評価基準〕
（１）加熱定着法で定着した赤色との色差
Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、 ΔＥａ＊ｂ＊≦２ ： ◎
Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、２＜ΔＥａ＊ｂ＊≦３ ： ○
Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、３＜ΔＥａ＊ｂ＊≦５ ： ×
Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、 ΔＥａ＊ｂ＊＞５ ： ××
（２）定着直後の画像と定着１時間後の画像の色差
Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、 ΔＥａ＊ｂ＊≦１ ： ◎
Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、１＜ΔＥａ＊ｂ＊≦２ ： ○
Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、２＜ΔＥａ＊ｂ＊≦３ ： ×
Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、 ΔＥａ＊ｂ＊＞３ ： ××

上記の評価方法により、トナー変形量と画像特性の関係について調べた。
（実施例１）
従来技術である特許文献３（特許第４３０２７００号）に記載されている軟化剤であるコハク酸ジエトキシエチルの５ｗｔ％水溶液を定着剤として用いた。プリンターとしてＩＰＳｉＯ Ｃｏｌｏｒ ＣＸ８８００（リコー社製）を用い、ＰＥＴフィルム上にイエロー、マゼンタ２層の未定着トナー層を出力した。トナーはＩＰＳｉＯトナー・イエロー・タイプ９８００、ＩＰＳｉＯトナー・マゼンタ・タイプ９８００を用いた。
定着剤をトナー表面に接触させ１０秒経過した後に、ワイヤを巻いた加圧ローラ（ワイヤ部分の圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）で加圧したところ、トナー変形量は０．４μｍであった。
同様のサンプルで定着剤をトナー表面に接触させ１０秒経過した後に加圧ローラ（圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）で加圧定着した画像を出力した。定着直後の画像と加熱定着法で定着した赤色画像との色差は３．４であった。また、定着直後の画像と定着１時間後の画像の色差は２．２であった。

（実施例２）
コハク酸ジエトキシエチルの濃度を１０ｗｔ％にした水溶液を定着剤として用い、実施例１と同様の評価をおこなった。
定着剤をトナー表面に接触させ、１０秒経過した後にワイヤを巻いた加圧ローラ（圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）で加圧したところ、トナー変形量は０．５μｍであった。定着直後の画像と加熱定着法で定着した赤色画像との色差は２．９であった。また、定着直後の画像と定着１時間後の画像の色差は１．９であった。

（実施例３）
実施例１と同様のサンプルを用い、以下の評価をおこなった。
定着剤をトナー表面に接触させ１５秒経過した後にワイヤを巻いた加圧ローラ（圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）で加圧したところ、トナー変形量は０．５μｍであった。定着直後の画像と加熱定着法で定着した赤色画像との色差は２．９であった。また、定着直後の画像と定着１時間後の画像の色差は１．９であった。

（実施例４）
コハク酸ジエトキシエチルの濃度を１０ｗｔ％にした水溶液を定着剤として用い、実施例１と同様の評価をおこなった。
定着剤をトナー表面に接触させ１０秒経過した後に、ワイヤを巻いた加圧ローラ（圧力１ｋｇｆ／ｃｍ^２）で加圧したところ、トナー変形量は０．４μｍであった。同様のサンプルで定着剤をトナー表面に接触させ１０秒経過した後に加圧ローラ（圧力１ｋｇｆ／ｃｍ^２）で加圧定着した画像を出力した。定着直後の画像と加熱定着法で定着した赤色画像との色差は３．２であった。また、定着直後の画像と定着１時間後の画像の色差は２．１であった。

（実施例５）
定着剤としてコハク酸ジカルビトール５ｗｔ％にした水溶液を定着剤として用い、実施例１と同様の評価をおこなった。
定着剤をトナー表面に接触させ１０秒経過した後にワイヤを巻いた加圧ローラ（圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）で加圧したところ、トナー変形量は０．７μｍであった。定着直後の画像と加熱定着法で定着した赤色画像との色差は２．５であった。また、定着直後の画像と定着１時間後の画像の色差は１．３であった。

（実施例６）
プリンターとしてＩＰＳｉＯ Ｃｏｌｏｒ ＣＸ８２００−ＭＥ（リコー社製）を用い、ＰＥＴフィルム上にイエロー、マゼンタ２層の未定着トナー層を出力した。トナーはＩＰＳｉＯトナー・イエロー・タイプ８０００、ＩＰＳｉＯトナー・マゼンタ・タイプ８０００を用いた。
上記のサンプルを用い、実施例１と同様の評価をおこなった。
定着剤をトナー表面に接触させ１０秒経過した後にワイヤを巻いた加圧ローラ（ワイヤ部分の圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）で加圧したところ、トナー変形量は０．７μｍであった。
同様のサンプルで定着剤をトナー表面に接触させ１０秒経過した後に加圧ローラ（圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）で加圧定着した画像を出力した。
定着直後の画像と加熱定着法で定着した赤色画像との色差は２．６であった。また、定着直後の画像と定着１時間後の画像の色差は１．７であった。

上記の評価結果を図４にまとめた。この結果からトナー変化量と二次色の発色との相関関係が分かり、トナー変化量が０．５μｍ以上である画像形成条件になる場合に、加熱定着と変わらないカラー画像が出力でき、定着後の色変化がほとんどないことが分かった。
複写機、プリンターなどの画像形成装置は、紙などの記録材を一定の速度で搬送しながら画像形成をおこなう。従って、トナー変化量が０．５μｍ以上になるための時間Ｔ（秒）と記録材の搬送速度Ｓ（ｍｍ／秒）とした条件において、トナー粒子表面に定着液を接触させるユニットからＲ≧Ｔ×Ｓとなる距離Ｒ（ｍｍ）を離した位置に加圧ローラを設置すると、トナー粒子内部が十分に軟化した状態で加圧定着でき、加熱定着と同等の二次色を発色でき、時間経過によって色変わりが起こらなくなる。

図５は本発明に係る定着装置の動作を説明する模式図である。この定着装置２６は、トナーを溶解又は膨潤可能な定着剤６を用いて被定着物５に転写されたトナー像３を定着する定着装置であって、被定着物５を搬送する搬送手段４と、定着剤６をトナー像３に付与する定着剤付与手段１と、定着剤６が付与されたトナー像３に圧力を印加する加圧手段２と、を備え、搬送手段４の搬送速度をＳ、加圧手段２により圧力をかけたときに定着剤付与手段１により付与されたトナー表面の変化量が０．５μｍ以上となる時間をＴとしたとき、Ｒ≧Ｔ×Ｓを満足するＲの位置に加圧手段２を配置した。

図６は本発明の定着装置を備えた画像形成装置の構成を説明する図である。この画像形成装置５０は、画像処理装置としての複写機であり、この複写機５０の上部には自動原稿送り装置２０と、読取手段２１と、光書き込み装置２２と、画像形成部２３と、給紙部２７から構成され、画像形成部２３は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の感光体と、感光体により形成されたトナー像を転写する転写ベルト２５と、転写ベルト２５に転写されたトナー像を記録紙に転写する転写ローラ２４と、記録紙に転写された未定着のトナー像を定着する本発明に係る定着装置２６を含んでいる。尚、本発明は定着装置の発明であるので、本画像形成装置の動作については説明を省略する。

１ 定着剤付与手段、２ 加圧手段、３ トナー像、４ 搬送手段、５ 被定着物、６ 定着剤、１０ 定着剤、１１ トナー層、１２ 記録材、１３ ワイヤ、１４ 加圧ローラ対、１５ ワイヤ跡、１６ トナー変化量、１７ 加圧バー、２０ 自動原稿送り装置、２１ 読取手段、２２ 光書き込み装置、２３ 画像形成部、２４ 転写ローラ、２５ 転写ベルト、２６ 定着装置、３０、３１ 浸透速度評価装置

特許第３２９０５１３号 特開２００７−２１９１０５公報 特許第４３０２７００号 特許第４２７６２６９号

Claims (5)

1. トナーを溶解又は膨潤可能な定着剤を用いて被定着物に転写されたトナー像を定着する定着装置であって、
   前記被定着物を搬送する搬送手段と、前記定着剤をトナー像に付与する定着剤付与手段と、前記定着剤が付与されたトナーに圧力を印加する加圧手段と、を備え、
   前記搬送手段の搬送速度をＳ、前記加圧手段により圧力をかけたときに前記定着剤付与手段により付与されたトナー表面の変化量が０．５μｍ以上となる時間をＴとしたとき、Ｒ≧Ｔ×Ｓを満足するＲの位置に前記加圧手段を配置したことを特徴とする定着装置。
2. 前記定着剤付与手段は、前記定着剤を泡状にして前記トナーに付与することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 請求項１又は２に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
4. 表面にトナー層を形成した記録材と、トナーを溶解又は膨潤可能な定着剤を前記トナー層に付与する定着剤付与手段と、一方のローラに円形又は線状のワイヤを巻き回した加圧ローラ対と、を備え、
   前記定着剤付与手段により前記トナー層に定着剤が付与された記録材を、所定の時間経過後に前記加圧ローラ対に通過させることにより、前記トナー層に前記ワイヤの跡を形成し、該ワイヤ跡の深さを計測することにより、トナーを軟化させることができる量の前記定着剤が浸透した距離を求め、前記定着剤を付与してからの前記所定の時間と前記ワイヤ跡の深さから前記定着剤の浸透速度を求めることを特徴とする浸透速度評価装置。
5. 表面にトナー層を形成した記録材と、トナーを溶解又は膨潤可能な定着剤を前記トナー層に付与する定着剤付与手段と、棒状の加圧バーと、を備え、
   前記定着剤付与手段により定着剤が付与されたトナー層を、所定の時間経過後に前記加圧バーにより加圧することにより、前記トナー層に加圧バー跡を形成し、該加圧バー跡の深さを計測することにより、トナーを軟化させることができる量の前記定着剤が浸透した距離を求め、前記定着剤を付与してからの前記所定の時間と前記加圧バー跡の深さから前記定着剤の浸透速度を求めることを特徴とする浸透速度評価装置。

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