JP2011237506A - 定着装置、画像形成装置及び定着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用環境によらずに適正な量の定着液を安定的に媒体に塗布することができる定着装置を提供する。
【解決手段】 塗布量制御装置は、泡状定着液が塗布される前に、湿度センサの検出結果に基づいて液状定着液の塗布量を決定し（ステップＳ４０９）、定着後に、水分量検出器の検出結果に基づいて記録紙に吸収された液状定着液の量を求め（ステップＳ４２３）、決定された液状定着液の塗布量と吸収された液状定着液の量の差に基づいて、泡状定着液の泡密度を調整する（ステップＳ４３５、４３７）。
【選択図】図８

Description

本発明は、定着装置、画像形成装置及び定着方法に係り、更に詳しくは、トナーを溶解又は膨潤させる定着液を用いた定着装置、該定着装置を備える画像形成装置、及びトナーを溶解又は膨潤させる定着液を用いた定着方法に関する。

プリンタ、ファクシミリ及び複写装置などのような画像形成装置は、紙、布、及びプラスチックシートのような記録媒体に、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。この電子写真方式の画像形成装置では、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って、トナーを記録媒体上に定着させる熱定着方式の定着装置が広く用いられている。この場合、画像形成装置における消費電力の約半分以上は、トナーを加熱することに消費されている。

ところで、近年、環境問題対策の観点から、画像形成装置に対する低消費電力（省エネルギー）化への要求が高まってきた。そこで、定着装置において、トナーを加熱する温度を今までよりも極端に低下させたり、あるいはトナーの加熱を必要としない定着方法が考えられた。特に、トナーを全く加熱することなくトナーを記録媒体に定着させる非加熱定着方法が低消費電力の点で有利である。

例えば、特許文献１には、トナーを溶解または膨潤可能で、水に不溶又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のち、被定着物を乾燥させるトナーの湿式定着方法が開示されている。

また、特許文献２には、樹脂の少なくとも一部を溶解又は膨潤させることで樹脂を含有する樹脂微粒子を軟化させる軟化剤を含有した定着液を、形成する画像の画像情報に基づいて記録媒体上に形成された樹脂微粒子に塗布して該樹脂微粒子を記録媒体に定着する定着装置であって、フォーム状の定着液を生成するフォーム状定着液生成手段と、画像情報に基づいてフォーム状定着液生成手段によって生成されたフォーム状の定着液の膜厚を制御する膜厚制御手段と、該膜厚制御手段によって膜厚が制御されたフォーム状の定着液を記録媒体上の樹脂微粒子に塗布する塗布手段とを具備する定着装置が開示されている。

また、特許文献３には、トナーを溶解または膨潤させる定着液を貯留する、全部または一部が蓄熱部材からなる容器と、画像形成装置本体内に設置されて、容器の蓄熱部材に熱が伝達される加熱手段と、容器内の定着液の温度を検知する液温検知手段と、その液温検知手段の検知結果に基づき、蓄熱部材に伝達する加熱手段からの熱量を制御する制御手段と、容器内に貯留する定着液を付与して記録材上のトナーを記録材に定着させる定着液付与手段と、を備えている定着液の定温保持装置及び該定温保持装置を備えている画像形成装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示されている湿式定着方法では、水に不溶又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用いているため、多量の定着剤を未定着トナーに付与した場合には、転写紙などの記録媒体（被定着物）が定着剤の水分を吸収し、記録媒体にシワやカールが発生する。これにより、画像形成装置に必要とされる安定かつ高速な記録媒体の搬送が損なわれていた。

そこで、記録媒体に付与された定着剤に含まれる多量の水を、乾燥装置を用いて蒸発させることが考えられるが、この場合には、熱定着方式を用いる画像形成装置の消費電力に匹敵する電力を必要とすることとなる。

また、塗布ローラを介して記録媒体上の未定着トナー層に定着液を塗布するときに、塗布ローラ上の定着液層の厚みが未定着トナー層よりも薄い場合、塗布ローラが記録媒体から分離する位置で、塗布ローラの表面の定着液の液膜によって生じる表面張力で未定着トナー粒子が引っ張られてしまい、塗布ローラの表面にトナー粒子が付着するいわゆるトナーオフセットが発生し、記録媒体上の画像が大幅に乱れてしまう。

逆に、塗布ローラ上の定着液層の厚みが未定着トナー層よりも十分厚い場合、塗布ローラが記録媒体から分離する位置で、液量が多いため塗布ローラの表面の液膜による表面張力が直接トナー粒子に作用しにくくなり、ローラ側にトナーが移行しなくなるが、紙面に多量の定着液が塗布されるため、トナー粒子が過剰な定着液により記録媒体上で流され画質劣化を生じたり、乾燥時間が長くなり定着応答性に不都合が生じていた。また、記録媒体に著しい残液感（記録媒体を手で触れたときの湿った感触）が発生する。また、定着液が水を含有する場合、紙等のセルロースを含有する記録媒体への塗布量が多い場合、該記録媒体が著しくカールし、画像形成装置などにおける装置内での該記録媒体の搬送時に紙ジャム発生の恐れがあった。

ところで、定着応答性の向上、残液感の低減、及びカール防止ためには、記録媒体上のトナー層への定着液の微量塗布が必要である。しかしながら、特許文献１に開示されている湿式定着方法では、記録媒体上のトナー層への定着液の微量塗布と塗布ローラへのトナーオフセット防止とを両立させることが極めて難しかった。なお、接触塗布手段として、ダイコート手段、ブレード塗布手段、及びワイヤーバー塗布手段を用いた場合も、定着液が微量になると接触塗布手段に表面張力でトナーが付着してしまい、画像劣化が生じていた。

ところで、トナーオフセット等の印刷不良の撲滅や定着液の消費量の低減などを考慮すると、使用環境によらずに定着液を安定的に記録媒体へ供給する必要がある。

しかしながら、上記特許文献２に開示されている定着装置及び上記特許文献３に開示されている画像形成装置では、記録媒体上のトナー層への定着液の微量塗布と塗布ローラへのトナーオフセット防止とを両立させることが可能であるが、記録媒体の環境変動は考慮されておらず、大気の湿度によって記録媒体中に含まれる水分量が変化すると、定着液の記録媒体への浸透度が異なることで、定着特性がばらつくおそれがあった。

つまり、大気の湿度が低い場合は、同じ量の定着液を供給したとしても多量の定着液を記録媒体が吸収してしまい、記録媒体における水分増加量が所望の値よりも大きくなってしまう。一方、大気の湿度が高い場合は、記録媒体における水分増加量が所望の値よりも小さくなってしまう。

そして、記録媒体における水分増加量が多い場合はカールやしわ等が発生する恐れがあった。また、記録媒体における水分増加量が変動すると、その変動量によっては印刷不良が発生する恐れがあった。さらに、連続的に印刷する場合は、記録媒体における水分増加量を一定に制御しないと必要以上の定着液を消費してしまい、サプライ品である定着液の交換頻度が増加する不都合があった。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、使用環境によらずに適正な量の定着液を安定的に記録媒体に塗布することができる定着装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、画像品質及び画像形成速度を低下させることなく、消費電力を低減させることができる画像形成装置を提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、使用環境によらずに適正な量の定着液を安定的に記録媒体に塗布することができる定着方法を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、樹脂の少なくとも一部を溶解あるいは膨潤させる定着液が泡状化された泡状定着液を、媒体に付着している樹脂含有微粒子に塗布して該樹脂含有微粒子を前記媒体に定着させる定着装置において、定着後の前記媒体に含まれている水分量と該水分量の目標値との差に基づいて、次の媒体に対する前記定着液の塗布量を調整する制御装置を備えることを特徴とする定着装置である。

これによれば、使用環境によらずに適正な量の定着液を安定的に媒体に塗布することができる。

本発明は、第２の観点からすると、画像情報に基づいて媒体上に形成された未定着のトナー画像を定着液で定着する定着装置を有する画像形成装置において、前記定着装置は、本発明の定着装置であることを特徴とする画像形成装置である。

これによれば、本発明の定着装置を備えているため、結果として、画像品質及び画像形成速度を低下させることなく、消費電力を低減させることができる。

本発明は、第３の観点からすると、樹脂の少なくとも一部を溶解あるいは膨潤させる定着液が泡状化された泡状定着液を、媒体に付着している樹脂含有微粒子に塗布して該樹脂含有微粒子を前記媒体に定着させる定着方法において、前記泡状定着液を塗布するのに先だって、媒体に含まれている水分量に基づいて前記媒体への前記定着液の塗布量を決定する工程と；前記決定された塗布量に応じて、前記泡状定着液を前記媒体に塗布する工程と；定着後に、前記媒体に含まれている水分量に基づいて前記媒体に吸収された前記定着液の量を求め、前記決定された塗布量と前記吸収された前記定着液の量の差に基づいて、次の媒体に対する前記定着液の塗布量を調整する工程と；を含むことを特徴とする定着方法である。

これによれば、使用環境によらずに適正な量の定着液を安定的に媒体に塗布することができる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンタの概略構成を説明するための図である。 図１における定着装置を説明するための図である。 湿度−水分量検量線を説明するための図である。 定着液の組成例を説明するための図である。 ブレードの機能を説明するための図である。 クリーニング装置を説明するための図である。 ＩＭ−Ｄ検量線を説明するための図である。 塗布量制御処理を説明するためのフローチャートである。 塗布量の決定を説明するための図である。 水分増加量と塗布量との関係を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタ２０００の概略構成が示されている。

このカラープリンタ２０００は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタであり、光走査装置２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つのクリーニング装置（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）、４つの帯電装置（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４つの現像装置（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、４つのトナーボトル（２０３４ａ、２０３４ｂ、２０３４ｃ、２０３４ｄ）、転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着装置２０５０、給紙コロ２０５４、レジストローラ対２０５６、排紙ローラ２０５８、給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、ベルトクリーニング装置２２４１、給紙カセット２０６０、湿度センサ１０、水分量検出器１１、記録紙検知センサ１２（図１では図示省略、図３参照）、及びプリンタ制御装置２０９０などを備えている。

なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、各感光体ドラムの長手方向に沿った方向をＹ軸方向、４つの感光体ドラムの配列方向に沿った方向をＸ軸方向として説明する。

プリンタ制御装置２０９０は、上記各部を統括的に制御するとともに、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。

各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。なお、各感光体ドラムは、不図示の回転機構により、図１における面内で矢印方向に回転するものとする。

感光体ドラム２０３０ａの表面近傍には、感光体ドラム２０３０ａの回転方向に沿って、帯電装置２０３２ａ、現像装置２０３３ａ、クリーニング装置２０３１ａが配置されている。

感光体ドラム２０３０ａ、帯電装置２０３２ａ、現像装置２０３３ａ、トナーボトル２０３４ａ、及びクリーニング装置２０３１ａは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｂの表面近傍には、感光体ドラム２０３０ｂの回転方向に沿って、帯電装置２０３２ｂ、現像装置２０３３ｂ、クリーニング装置２０３１ｂが配置されている。

感光体ドラム２０３０ｂ、帯電装置２０３２ｂ、現像装置２０３３ｂ、トナーボトル２０３４ｂ、及びクリーニング装置２０３１ｂは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｃの表面近傍には、感光体ドラム２０３０ｃの回転方向に沿って、帯電装置２０３２ｃ、現像装置２０３３ｃ、クリーニング装置２０３１ｃが配置されている。

感光体ドラム２０３０ｃ、帯電装置２０３２ｃ、現像装置２０３３ｃ、トナーボトル２０３４ｃ、及びクリーニング装置２０３１ｃは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｄの表面近傍には、感光体ドラム２０３０ｄの回転方向に沿って、帯電装置２０３２ｄ、現像装置２０３３ｄ、クリーニング装置２０３１ｄが配置されている。

感光体ドラム２０３０ｄ、帯電装置２０３２ｄ、現像装置２０３３ｄ、トナーボトル２０３４ｄ、及びクリーニング装置２０３１ｄは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）を構成する。

各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。

光走査装置２０１０は、上位装置からの多色の画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて、各色毎に変調された光束を、対応する帯電された感光体ドラムの表面にそれぞれ照射する。これにより、各感光体ドラムの表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像装置の方向に移動する。

トナーボトル２０３４ａにはブラックトナーが格納されており、該トナーは現像装置２０３３ａに供給される。トナーボトル２０３４ｂにはマゼンタトナーが格納されており、該トナーは現像装置２０３３ｂに供給される。トナーボトル２０３４ｃにはシアントナーが格納されており、該トナーは現像装置２０３３ｃに供給される。トナーボトル２０３４ｄにはイエロートナーが格納されており、該トナーは現像装置２０３３ｄに供給される。

なお、各トナーは、色剤、帯電制御剤、結着樹脂や離型剤などの樹脂を含んでいる。トナーに含まれる樹脂は、特に限定されないが、好適な結着樹脂としては、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリル共重合体樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられ、離型剤としては、例えばカルバナウワックスやポリエチレンなどのワックス成分などが挙げられる。

トナーは、更に、公知の着色剤、電荷制御剤、流動性付与剤、外添剤などを含んでも良い。

また、トナーは、メチル基を有する疎水性シリカ及び疎水性酸化チタンのような疎水性の微粒子をトナー粒子の表面に固着させることによって、撥水処理されていることが好ましい。

各現像装置は、回転に伴って、対応するトナーボトルからのトナーが、その表面に薄く均一に塗布される。そして、各現像装置の表面のトナーは、対応する感光体ドラムの表面に接すると、該表面における光が照射された部分にだけ移行し、そこに付着する。すなわち、各現像装置は、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像（トナー画像）は、感光体ドラムの回転に伴って転写ベルト２０４０の方向に移動する。

各クリーニング装置は、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされる。

給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。この給紙トレイ２０６０の近傍には給紙コロ２０５４が配置されており、該給紙コロ２０５４は、記録紙を給紙トレイ２０６０から１枚づつ取り出し、レジストローラ対２０５６に搬送する。該レジストローラ対２０５６は、所定のタイミングで記録紙を転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出す。これにより、転写ベルト２０４０上のトナー画像が記録紙に転写される。すなわち、記録紙上に画像に対応したトナー層が形成される。ここで転写された記録紙は、定着装置２０５０に送られる。

なお、記録紙以外に、例えば、液体透過層を有するＯＨＰ用シートのようなプラスチックフィルムなどを用いることができる。

湿度センサ１０は、給紙トレイ２０６０の近傍に配置され、湿度情報を電気信号に変換する。

定着装置２０５０は、定着液によって記録紙上のトナーに含まれる樹脂を軟化させるとともに、圧力を加えてトナー層を記録紙に定着させる。

ここでは、この定着装置２０５０は、一例として図２に示されるように、泡生成装置５１、塗布ローラ５２ａ、加圧ローラ５２ｂ、ブレード５３、塗布ヘッド５５、液状定着液供給ポンプ５６ａ、空気供給ポンプ５６ｂ、液状定着液収容タンク５７、フィルタ５８、塗布量制御装置５９、クリーニング装置６２などを有している。ここでは、記録紙は、−Ｘ側の面にトナー画像が転写されており、＋Ｚ方向に進行している。なお、以下では、記録紙における−Ｘ側の面を「表面」、＋Ｘ側の面を「裏面」ともいう。

塗布量制御装置５９は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭなどを有している。

なお、紙の種類毎に、予め湿度（％）と該紙に含まれる水分量（％）との関係（以下では、「湿度−水分量検量線」ともいう、図３参照）が求められ、塗布量制御装置５９のＲＯＭに格納されている。

塗布ローラ５２ａは、Ｙ軸方向を長手方向とし、Ｙ軸に平行な軸まわりに反時計方向に回転する。加圧ローラ５２ｂは、Ｙ軸方向を長手方向とし、Ｙ軸に平行な軸まわりに時計方向に回転する。

塗布ローラ５２ａと加圧ローラ５２ｂは、Ｘ軸方向に関して互いに接しており、それらの間を記録紙が通過するように配置されている。ここでは、塗布ローラ５２ａの＋Ｘ側に加圧ローラ５２ｂが配置されている。なお、塗布ローラ５２ａと記録紙の接触開始点から分離開始点までの間の部分は、「ニップ部」と呼ばれている。

ここでは、塗布ローラ５２ａとして、離型性フッ素樹脂であるＰＦＡ樹脂が焼付け塗装されているステンレス鋼製のローラ（φ５０ｍｍ）を用いている。また、加圧ローラ５２ｂとして、アルミ合金製のローラ（φ１０ｍｍ）を芯金とした外径φ５０ｍｍのポリウレタンフォーム材（イノアック社製：商品名「カラーフォームＥＭＯ」）を用いている。

液状定着液供給ポンプ５６ａは、液状定着液収容タンク５７内の液状定着液を、液体圧送用チューブを介して泡生成装置５１に供給する。ここでの供給量（液供給量）は、塗布量制御装置５９によって制御されるようになっている。

定着液（液状定着液）としては、公知の材料（例えば、特開２００９−８９６７号公報参照）を用いることができる。

本実施形態で用いた定着液が図４に示されている。なお、分散剤は、軟化剤の希釈溶媒への溶解性を助長するために用いている。また、脂肪酸アミンは、脂肪酸とトリエタノールアミンにより合成した。

この場合は、先ず、軟化剤を除く複数の材料を、液温１２０℃にて混合攪拌し溶液を作製した。次に、該溶液に軟化剤を混合し、超音波ホモジナイザーを用いて軟化剤が溶解した定着液を作製した。

また、液状定着液供給ポンプ５６ａとしては、ギヤポンプ、ベローズポンプ等が考えられるが、チューブポンプが好ましい。例えば、ギヤポンプのように定着液中に振動機構や回転機構があると、ポンプ内で定着液が起泡し、定着液に圧縮性が出てしまうため、搬送能力が低下する恐れがある。また、上記機構の部品等が定着液を汚染したり、逆に該部品等を劣化させる恐れがある。

一方、チューブポンプは、チューブを変形させながらチューブ内の液体を押し出す機構であるため、定着液と接する部材はチューブだけである。そこで、定着液に対し耐液性を有する部材を用いることで、液の汚染やポンプ系部品の劣化を容易に防止することができる。また、チューブを変形させるだけなので、定着液が起泡せず、搬送能力の低下を防止することができる。

ここでは、液状定着液供給ポンプ５６ａとして、流量制御可能なマイクロ送液ポンプ（電装工業社製：型番ｕｆ−３０００）を用いた。そして、液体圧送用チューブとして、テフロンチューブ（アズワン株式会社製：型番２−４３５−０４、「テフロン」は登録商標）を用いた。

図２に戻り、空気供給ポンプ５６ｂは、フィルタ５８を通過した空気を、気体圧送用チューブを介して泡生成装置５１に供給する。ここでの供給量（空気供給量）は、塗布量制御装置５９によって制御されるようになっている。

ここでは、空気供給ポンプ５６ｂとして、電磁式エアポンプ（榎本マイクロポンプ製作所製：型番ＭＶ−１０Ｈ）を用いた。そして、この空気供給ポンプ５６ｂには、空気の流量制御用のマスフローメータ（株式会社山武製：型番ＭＱＶ０００２）が取付けられている。また、気体圧送用チューブとして、ポリウレタンチューブを用いている。

この場合は、所望の体積の液状定着液及び空気を、いずれも定量的に泡生成装置５１に供給することができる。

泡生成装置５１は、塗布ローラ５２ａの−Ｘ側に配置され、液体圧送用チューブを介して供給された液状定着液に、気体圧送用チューブを介して供給された空気を巻き込み、泡状定着液を生成する。なお、泡生成装置５１に供給される空気と液状定着液の比を、以下では、便宜上、「気液比」と略述する。また、生成された泡状定着液における液体（定着液）と空気の混合比を、以下では、「泡密度」ともいう。

塗布ヘッド５５は、塗布ローラ５２ａの−Ｘ側に配置され、泡生成装置５１を保持するとともに、泡生成装置５１から吐出された泡状定着液の流路が形成されている。なお、この流路の途中には、泡状定着液の送圧を低減するマニホールドが設けられている。そして、この流路の先端はスリット状になっており、該スリットから泡状定着液が塗布ローラ５２ａの表面に供給される。

この場合、泡生成装置５１から吐出された泡状定着液は、流体抵抗の低いマニホールド部で記録紙の幅方向（ここでは、Ｙ軸方向）に広げられた後、流体抵抗の高いスリット部で一様な膜厚にされる。

ここでは、塗布ヘッド５５は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０３）製の筐体を有している。また、スリットは、スリット長（Ｙ軸方向の長さ）が３００ｍｍ、スリット幅（Ｘ軸方向の長さ）が５００μｍとなるように形成されている。

なお、以下では、泡生成装置５１、液状定着液供給ポンプ５６ａ、空気供給ポンプ５６ｂ、液状定着液収容タンク５７、及びフィルタ５８からなる部分を「泡状定着液供給装置」ともいう。

ブレード５３は、塗布ヘッド５５の−Ｚ側に配置され、塗布ヘッド５５から供給され塗布ローラ５２ａの表面に付着している泡状定着液の膜厚を規定する（図５参照）。なお、ブレード５３と塗布ローラ５２ａの間隔は、任意に調整することができる。

クリーニング装置６２は、塗布ローラ５２ａの＋Ｚ側に配置され、塗布ローラ５２ａの表面に付着しているオフセットされたトナー、記録紙に供給しきれなかった泡状定着液及び液状定着液を、塗布ローラ５２ａの表面から除去し、塗布ローラ５２ａの表面をクリーンな状態に戻す（図６参照）。ここで除去された泡状定着液及び液状定着液は回収される。

定着装置２０５０でトナーが定着された記録紙の搬送路近傍に、水分量検出器１１が配置されている。この水分量検出器１１は、記録紙の表面に光を照射し、該表面で反射された光を受光して、記録紙に含まれている水分量を検出する光学式の水分量検出器である。その検出結果は、電気信号で塗布量制御装置５９に通知される。すなわち、水分量検出器１１は、定着後に記録紙に含まれている水分量を検出する。

ここでは、水分量検出器１１として赤外線水分計を用い、水が特定波長（例えば、１．２μｍ、１．４５μｍ、１．９４μｍ）の光を吸収する性質を利用している。この場合、記録紙に含まれる水分量が多くなるにつれて、反射光に含まれる上記特定波長の光の強度は小さくなる。なお、検出精度を上げるために、上記特定波長の近傍の波長の光についても考慮している。

ここでは、紙の種類毎に、予め水分量検出器１１の出力値（ＩＭ−Ｄ値）と紙に含まれる水分量（％）との関係（以下では、「ＩＭ−Ｄ検量線」という、図７参照）が求められ、塗布量制御装置５９のＲＯＭに格納されている。

記録紙検知センサ１２は、定着装置２０５０でトナーが定着された記録紙の搬送路近傍であって、水分量検出器１１よりも＋Ｚ側に配置され、搬送路上に記録紙が存在するか否かを光学的に検知する。この検知結果は、電気信号で塗布量制御装置５９に通知される。

塗布量制御装置５９は、湿度センサ１０からの湿度情報、水分量検出器１１からの水分量情報、記録紙検知センサ１２からの記録紙の有無情報などに基づいて、記録紙に塗布される泡状定着液の塗布量が所望の塗布量となるように、液状定着液供給ポンプ５６ａ及び空気供給ポンプ５６ｂを制御する。

ここで、塗布量制御装置５９で行われる処理（以下では、「塗布量制御処理」という。）について図８を用いて説明する。図８のフローチャートは、塗布量制御処理の際に、塗布量制御装置５９のＣＰＵによって実行される一連の処理アルゴリズムに対応している。

塗布量制御装置５９は、プリンタ制御装置２０９０から印刷開始の情報を受けとると、ＲＯＭに格納されているプログラムに基づいて、塗布量制御処理をスタートする。なお、ここでは、複数枚の記録紙への印刷が行われるものとする。

最初のステップＳ４０１では、記録紙の種類を取得する。なお、記録紙の種類は、予め利用者によって登録されており、その情報は塗布量制御装置５９のＲＯＭに格納されている。

次のステップＳ４０３では、湿度センサ１０の出力から湿度（％）を求める。

次のステップＳ４０５では、ＲＯＭに格納されている前記湿度−水分検量線を参照し、ステップＳ４０３で得られた湿度（％）から、記録紙に含まれる水分量（％）を求める。

ところで、このときに、記録紙に含まれる水分量Ｌ_１（ｍｇ）と水分量ｗ_１（％）とは、次の（１）式の関係にある。ここで、ｍ_０は、定着前の記録紙の重さ（ｍｇ）であり、記録紙そのものの重さをｘ（ｍｇ）とすると、次の（２）式で示される。

ｗ_１＝（Ｌ_１／ｍ_０）×１００ ……（１）

ｍ_０＝ｘ＋Ｌ_１ ……（２）

なお、以下では、ここで得られた水分量を「定着前水分量」ともいう。

次のステップＳ４０９では、予め設定されている水分量の目標値Ｌ_ｔ（ｍｇ）と上記定着前水分量Ｌ_１（ｍｇ）から液状定着液の塗布量Ｃ_Ｈ（ｍｇ）を決定する。

なお、目標値Ｌ_ｔ（ｍｇ）は、一定の定着品質（カール防止、オフセット防止など）を担保するのに必要な水分量であり、紙の種類、圧力、ニップ時間などの定着条件から予め決定されている。この目標値Ｌ_ｔ（ｍｇ）は、例えば、メンテナンス時にサービスマンが変更することができる。

ところで、定着前の記録紙には大気中の水分が含まれている。この水分量は、上記定着前水分量Ｌ_１（ｍｇ）である。但し、通常では、Ｌ_ｔ＞Ｌ_１である。また、液状定着液は、希釈溶媒として水分を含有している（図４参照）。そこで、液状定着液からの水分量が、Ｌ_ｔ−Ｌ_１と等しくなるようにすれば、定着後に記録紙に含まれる水分量は、目標の水分量Ｌ_ｔと一致すると考えられる（図９参照）。

ここでは、液状定着液中の水分量が、Ｌ_ｔ−Ｌ_１と等しくなるような液状定着液の量を上記塗布量Ｃ_Ｈ（ｍｇ）とする。以下では、ここで決定された塗布量を「定着前塗布量」ともいう。

次のステップＳ４１１では、上記定着前塗布量Ｃ_Ｈから気液比を決定する。すなわち、泡状定着液における泡密度が決定される。なお、塗布量と気液比との関係はＲＯＭに格納されている。

次のステップＳ４１３では、決定された気液比に応じて、液状定着液供給ポンプ５６ａ及び空気供給ポンプ５６ｂを制御する。すなわち、決定された気液比に応じた流量で、液状定着液と空気が泡生成装置５１に供給される。

ところで、理想的には上記決定された気液比に応じて生成された泡状定着液を塗布して定着を行えば、一定の定着品質が得られるわけであるが、実際には転写率や定着条件の変動を受け、定着品質は一定しない。

次のステップＳ４１５では、記録紙検知センサ１２の出力信号を参照し、水分量検出器１１の検出エリア内に記録紙が搬送されるのを待つ。水分量検出器１１の検出エリア内に記録紙が搬送されると、ここでの判断は肯定され、ステップＳ４１７に移行する。

このステップＳ４１７では、水分量検出器１１の出力（ＩＭ−Ｄ値）を取得する。

次のステップＳ４１９では、ＲＯＭに格納されている前記ＩＭ−Ｄ検量線を参照し、ステップＳ４１７で得られたＩＭ−Ｄ値から、記録紙に含まれる水分量（％）を求める。なお、以下では、ここで得られた水分量を「定着後水分量」ともいう。

ところで、泡状定着液が塗布された後における記録紙の重さｍ（ｍｇ）は、次の（３）式で示される。

ｍ＝ｘ＋Ｌ_Ｈ’＋Ｌ_１＋Ｄ_Ｈ’＋α ……（３）

ここで、Ｌ_Ｈ’は定着によって記録紙に吸収された水分量（ｍｇ）、Ｄ_Ｈ’は定着によって記録紙に吸収された溶剤の量（ｍｇ）、αはトナー量（ｍｇ）である。

そして、泡状定着液が塗布された後における記録紙に含まれる水分量ｗ_２（％）は、次の（４）式で示される。

ｗ_２＝（Ｌ_Ｈ’＋Ｌ_１）／（ｘ＋Ｌ_Ｈ’＋Ｌ_１＋Ｄ_Ｈ’＋α）×１００ ……（４）

また、液状定着液に含まれる水分とそれ以外の溶剤の比Ｋは、次の（５）式で表せる。

Ｋ＝Ｄ_Ｈ’／Ｌ_Ｈ’ ……（５）

上記（４）式に上記（１）式と上記（２）式と上記（５）式を代入すると、次の（６）式が得られる。

ｗ_２＝（Ｌ_Ｈ’＋ｗ_１・ｍ_０／１００）／（Ｌ_Ｈ’＋Ｋ・Ｌ_Ｈ’＋ｍ_０＋α）×１００ ……（６）

次のステップＳ４２１では、上記（６）式を変形させた次の（７）式を用いて、定着による水分増加量Ｌ_Ｈ’（ｍｇ）を算出する。なお、塗布量と水分増加量との関係が図１０に示されている。

Ｌ_Ｈ’＝｛ｍ_０（ｗ_２−ｗ_１）＋ｗ_２・α｝／｛１００−ｗ_２（１＋Ｋ）｝ ……（７）

次のステップＳ４２３では、次の（８）式を用いて、記録紙に吸収された液状定着液の量Ｃ_Ｈ’を算出する。

Ｃ_Ｈ’＝Ｌ_Ｈ’（１＋Ｋ） ……（８）

次のステップＳ４２５では、次の（９）式を用いて、液状定着液の塗布量の誤差Ｓを算出する。

Ｓ＝Ｃ_Ｈ−Ｃ_Ｈ’ ……（９）

次のステップＳ４３１では、誤差Ｓが０であるか否かを判断する。誤差Ｓが０でなければ、ここでの判断は否定され、ステップＳ４３３に移行する。

このステップＳ４３３では、誤差Ｓが０よりも大きいか否かを判断する。誤差Ｓが０よりも大きければ、ここでの判断は肯定され、ステップＳ４３５に移行する。

このステップＳ４３５では、誤差Ｓの値に応じて、液状定着液の流量を大きくするか空気の流量を小さくし、泡生成装置５１で生成される泡状定着液の泡密度を大きくする。

一方、上記ステップＳ４３３において、誤差Ｓが０よりも小さければ、ステップＳ４３３での判断は否定され、ステップＳ４３７に移行する。

このステップＳ４３７では、誤差Ｓの値に応じて、液状定着液の流量を小さくするか空気の流量を大きくし、泡生成装置５１で生成される泡状定着液の泡密度を小さくする。

次のステップＳ４３９では、印刷が終了したか否かを判断する。定着が完了した記録紙の枚数が、印刷予定の枚数よりも少なければ、ここでの判断は否定され、上記ステップＳ４１３に戻る。一方、定着が完了した記録紙の枚数が、印刷予定の枚数と同じであれば、ここでの判断は肯定され、塗布量制御処理を終了する。

なお、上記ステップＳ４３１において、誤差Ｓが０であれば、ステップＳ４３１での判断は肯定され、上記ステップＳ４３９に移行する。

この塗布量制御処理によって、例えば、大気湿度（定着前の紙の含水分量）の違いによって定着液の浸透度が異なる場合であっても、定着後の記録紙に含まれる水分の増加量が常に所望の値になるように泡状定着液の泡密度を調整することで、安定した画像を得られるとともに、定着液の使用量を最小にすることが可能となる。

ところで、定着液の塗布量は、転写圧力や転写ニップ時間を変えることによって変化させることができるが、これらの因子（転写圧力や転写ニップ時間）を変えることは、泡だまりの発生やトナーオフセットなど新たな課題が生じる。また、光沢度などの画像品質が変化することも予想される。

一方、本実施形態では、泡状定着液１０３の泡密度を変えることによって定着液の塗布量を変化させている。この場合は、泡生成装置５１に供給される空気と液状定着液の比（気液比）を変化させるだけで良いため、構成が簡単で、より厳密に定着液の塗布量の制御が可能となる。

図１に戻り、定着装置２０５０でトナー画像が定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送られ、排紙トレイ２０７０上に順次スタックされる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るカラープリンタ２０００では、塗布量制御装置５９によって本発明の制御装置が構成されている。

また、上記塗布量制御処理において本発明の定着方法が実施されている。

以上説明したように、本実施形態に係るカラープリンタ２０００によると、樹脂の少なくとも一部を溶解あるいは膨潤させる定着液が泡状化された泡状定着液を、記録紙に付着しているトナーに塗布して該トナーを記録紙に定着させる定着装置２０５０、泡状定着液が塗布される前の記録紙に含まれる水分量を検出するための湿度センサ１０、定着後の記録紙に含まれる水分量を検出するための水分量検出器１１を有している。

この定着装置２０５０は、泡生成装置５１、塗布ローラ５２ａ、加圧ローラ５２ｂ、ブレード５３、塗布ヘッド５５、液状定着液供給ポンプ５６ａ、空気供給ポンプ５６ｂ、液状定着液収容タンク５７、塗布量制御装置５９などを有している。

そして、塗布量制御装置５９は、泡状定着液が塗布される前に、湿度センサ１０の検出結果に基づいて液状定着液の塗布量を決定し、定着後に、水分量検出器１１の検出結果に基づいて記録紙に吸収された液状定着液の量を求め、決定された液状定着液の塗布量と吸収された液状定着液の量の差に基づいて、泡状定着液の泡密度を調整している。

この場合は、環境変動があった場合や、連続通紙の場合でも、所望の水分増加量になるように定着液の塗布量を調節することができ、適正な定着液の塗布量を常に維持することが可能である。そして、連続印刷時でも記録紙上のトナー層への定着液の微量塗布と塗布ローラへのトナーオフセット防止とを両立させることができ、定着品質を安定化させるとともに、定着液の使用量を最小にすることができる。

従って、画像品質及び画像形成速度を低下させることなく、消費電力を低減させることができる。また、液状定着液の交換時期を遅らせることができる。

なお、上記実施形態では、湿度センサ１０が給紙トレイ２０６０の近傍に配置される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、定着装置２０５０の前段に配置されていれば良い。例えば、給紙コロ２０５４とレジストローラ対２０５６の間に配置されていても良い。

また、塗布量制御装置５９での処理の少なくとも一部が、プリンタ制御装置２０９０で行われても良い。

また、定着の対象となる樹脂を含有する微粒子は、トナーに限定されるものではなく、樹脂を含有する微粒子であれば良い。例えば、導電性材料を含む樹脂含有微粒子でも良い。

また、画像が形成される媒体は、紙に限定されず、布、金属、樹脂、セラミックスであっても良い。但し、媒体は定着液に対する浸透性を有することが好ましく、浸透性を持たない媒体の場合は、その表面に浸透層を設けると良い。

また、媒体の形状は、シート状に限定されるものではなく、平面及び曲面を有する立体状であっても良い。

また、紙の表面に透明な樹脂微粒子を均一に定着させ紙面を保護する、いわゆる、ニスコートの用途においても、本発明の定着装置を適用することができる。

以上説明したように、本発明の定着装置によれば、使用環境によらずに適正な量の定着液を安定的に媒体に塗布するのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、画像品質及び画像形成速度を低下させることなく、消費電力を低減させるのに適している。また、本発明の定着方法によれば、使用環境によらずに適正な量の定着液を安定的に媒体に塗布するのに適している。

１０…湿度センサ、１１…水分量検出器（水分量検出器）、５１…泡生成装置（定着装置の一部）、５３…ブレード（定着装置の一部）、５５…塗布ヘッド（定着装置の一部）、５６ａ…液状定着液供給ポンプ（定着装置の一部）、５６ｂ…空気供給ポンプ（定着装置の一部）、５７…液状定着液収容タンク（定着装置の一部）、５９…塗布量制御装置（制御装置）、２０００…カラープリンタ（画像形成装置）、２０５０…定着装置。

特許第３２９０５１３号公報 特許第４３０２７００号公報 特開２００９−６９２５６号公報

Claims (12)

1. 樹脂の少なくとも一部を溶解あるいは膨潤させる定着液が泡状化された泡状定着液を、媒体に付着している樹脂含有微粒子に塗布して該樹脂含有微粒子を前記媒体に定着させる定着装置において、
   定着後の前記媒体に含まれている水分量と該水分量の目標値との差に基づいて、次の媒体に対する前記定着液の塗布量を調整する制御装置を備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記制御装置は、前記泡状定着液の泡密度を調整することによって、前記定着液の塗布量を調整することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記制御装置は、前記差が０よりも大きい場合に前記泡密度を大きくし、前記差が０よりも小さい場合に前記泡密度を小さくすることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記定着液及び気体が個別に供給され、該供給された定着液と気体とから前記泡状定着液を生成する泡生成装置を備え、
   前記制御装置は、前記泡生成装置に供給される前記定着液及び気体の少なくとも一方の流量を調整して、前記泡生成装置で生成される前記泡状定着液の泡密度を調整することを特徴とする請求項２又は３に記載の定着装置。
5. 画像情報に基づいて媒体上に形成された未定着のトナー画像を定着液で定着する定着装置を有する画像形成装置において、
   前記定着装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
6. 定着後の媒体に含まれている水分量を検出するための水分量検出器を備えることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記水分量検出器は、光学式の水分量検出器であることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 樹脂の少なくとも一部を溶解あるいは膨潤させる定着液が泡状化された泡状定着液を、媒体に付着している樹脂含有微粒子に塗布して該樹脂含有微粒子を前記媒体に定着させる定着方法において、
   前記泡状定着液を塗布するのに先だって、媒体に含まれている水分量に基づいて前記媒体への前記定着液の塗布量を決定する工程と；
   前記決定された塗布量に応じて、前記泡状定着液を前記媒体に塗布する工程と；
   定着後に、前記媒体に含まれている水分量に基づいて前記媒体に吸収された前記定着液の量を求め、前記決定された塗布量と前記吸収された前記定着液の量の差に基づいて、次の媒体に対する前記定着液の塗布量を調整する工程と；を含むことを特徴とする定着方法。
9. 前記塗布量を決定する工程では、前記泡状定着液が塗布される前の媒体に含まれている水分量と、定着後の媒体に含まれる水分量の目標値との差に応じて、前記定着液の塗布量を決定することを特徴とする請求項８に記載の定着方法。
10. 前記塗布量を調整する工程では、定着後の媒体に含まれている水分量から定着による水分増加量を算出し、該水分増加量から前記媒体に吸収された前記定着液の量を求めることを特徴とする請求項８又は９に記載の定着方法。
11. 前記塗布量を調整する工程では、前記泡状定着液の泡密度を調整することによって、前記定着液の塗布量を調整することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の定着方法。
12. 前記塗布量を調整する工程では、前記差が０よりも大きい場合に前記泡密度を大きくし、前記差が０よりも小さい場合に前記泡密度を小さくすることを特徴とする請求項１１に記載の定着方法。

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