JP4224076B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画像形成装置に関する。
従来から、電子写真記録方式の複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置においては、表面に感光層を有する感光体ドラムを用い、帯電状態にある感光体ドラム表面に画像情報に応じて信号光を露光して静電潜像を形成し、次にトナーを供給して静電潜像を現像してトナー像を形成し、このトナー像を記録媒体上に転写した後、記録媒体にトナー像を定着することによって、記録媒体上に画像を形成する。電子写真記録方式において、記録媒体上に画像を形成するために用いられるトナーは、通常、結着樹脂(バインダ樹脂)中に着色剤、離型剤、電荷制御剤などを分散させて小粒径化した粒状物である。トナーの記録媒体への定着には、熱定着方式、湿式定着方式などが利用される。これらの中でも、熱定着方式は、装置構成が簡易で、トナー像を容易にかつ強固に記録媒体に定着できるため、現在では最も多く利用される。熱定着方式によれば、たとえば、トナーを溶融可能な温度に加熱される定着ローラと、定着ローラに圧接するように設けられる加圧ローラとを含む定着手段を用いられる。そして、トナー像が転写された記録媒体を定着ローラと加圧ローラとの圧接部(定着ニップ部)に通過させることによって、トナー像を記録媒体に定着する。熱定着方式は現在の画像形成装置における主流となるものの、トナー中の結着樹脂が軟化または溶融可能な100℃以上の高温に加熱する必要があるので、消費電力が大きく、省エネルギーの点で改良の余地が残される。また、定着ローラが所定の温度まで上昇しないと定着を行えないので、所定の温度に達するまでの時間すなわちウォームアップ時間が必要になる。また、多色トナー像の記録媒体への定着が、単色トナー像の定着に比べて、時間を要する。また、画像形成装置内部が高温になり、画像形成装置の内部に設けられる構成部材の耐熱性、画像形成装置外部に対する断熱性などを高める必要があるので、材料コストが増大する。さらに、現在における画像形成速度の高速化に伴い、従来よりも出力の大きい加熱手段が必要とされるものの、加熱手段の高出力化は画像形成装置の大型化を招く。これは、画像形成装置の小型化が進められる現状にあっては、好ましいことではない。
一方、湿式定着方式は、水と、水に溶解または分散できかつトナーを軟化または膨潤させる作用を有する液体とを含む定着液を用いてトナー像を記録媒体に定着させる方法である。すなわち、湿式定着方式によれば、トナー像に定着液を塗布することによって、トナー像を構成するトナーを軟化または膨潤状態にし、この軟化または膨潤状態にあるトナーからなるトナー像を記録媒体に加圧下に転写することによって、トナー像を記録媒体に定着させる。湿式定着方式は、熱定着方式に比べて消費電力が非常に少ないので、省エネルギーという観点からは有用な方式である。また、多色トナー像の定着時間の点からも、多量の熱量を必要としないので、熱定着方式に比べて短縮できる。したがって、熱定着方式において、湿式定着方式を併用することによって、消費の低減化、画像形成装置の大型化を伴わない画像形成速度の高速化への対応などを図ろうとする提案がなされている。たとえば、トナー像形成手段と、転写手段と、定着手段と、搬送手段と、定着液塗布手段とを含む画像形成装置が示唆されている。ここで、トナー像形成手段は、画像情報に応じてトナー像を形成する。転写手段は、トナー像形成手段によって形成されるトナー像を記録媒体に転写する。定着手段は、トナー像が転写された記録媒体を加熱加圧することによって、トナー像を記録媒体に定着する。搬送手段は、転写手段によってトナー像を転写された記録媒体を定着手段へ搬送する。定着液塗布手段は、記録媒体にトナー像が転写されてから定着されるまでの間に、記録媒体上の未定着トナー像に定着液を塗布し、トナー像を構成するトナーを軟化および/または膨潤させる(たとえば、特許文献1参照)。特許文献1の画像形成装置は、定着液塗布手段にて定着前のトナー像に定着液を塗布し、軟化・膨潤させておくことによって、定着手段による定着時の加熱温度を低下させ、消費電力を減らし、画像形成速度の高速化に対応しようとするものである。
特許文献1に示唆される画像形成装置においては、記録媒体に転写されたままで、定着処理が全く施されず、記録媒体に対する付着力を有しない状態のトナー像に、静電式インクジェット記録ヘッドなどを用いて定着液を非接触塗布する構成を採る。この構成では、定着液の液滴がトナー像に着弾する際に、トナー流れ、トナーの凝集およびそれに伴う画像むらを生じ、画像再現性の低下、画像不良の発生による画質低下などの原因になる。このため、特許文献1の画像形成装置では、記録媒体に転写されたトナー像を一旦加熱し、トナー像を構成するトナーを記録媒体にある程度融着させた後、定着液を塗布することを提案する。この場合は、トナーを非加圧下に記録媒体に融着させる必要があるので、トナーの融着にはかなりの高温で加熱する必要がある。この加熱温度は搬送手段による搬送速度などの条件によって影響されるものの、たとえば、搬送速度が線速200mm/秒程度である場合には少なくとも140〜160℃程度が必要である。したがって、特許文献1の画像形成装置では、電力消費量の大幅な削減を図ることは困難である。さらに、記録媒体上のトナー像に定着液を塗布する際に、記録媒体が定着液を吸収してカール、しわなどが発生することもある。
特開2004−284306号公報
本発明の目的は、熱定着方式と湿式定着方式とを併用する画像形成装置において、トナー像に定着液を塗布する際に、トナー流れ、トナーの凝集およびそれに伴う画像むら、記録媒体におけるカール、しわなどが発生せず、消費電力が従来の熱定着方式よりも顕著に小さい画像形成装置を提供することである。
本発明は、
画像情報に応じてトナー像を形成するトナー像形成手段と、
トナー像形成手段により形成されるトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
転写手段によって記録媒体に転写されるトナー像を記録媒体に定着させる定着手段と、
転写手段によってトナー像が転写される記録媒体を転写手段から定着手段に搬送する搬送手段と、
転写手段によって記録媒体にトナー像が転写されてから、搬送手段によって定着手段に搬送されるまでの間に、記録媒体上のトナー像に、トナーを軟化および/または膨潤させる定着液を塗布する定着液塗布手段と、
定着液塗布手段によって記録媒体上のトナー像に塗布される定着液量を制御する定着液量制御手段とを含み、
前記定着手段は、駆動ローラと、第1の加圧ローラと、第2の加圧ローラと、駆動ローラと第1の加圧ローラとによって張架されてループ状の移動経路を形成してトナー像が転写された記録媒体を搬送する搬送ベルトと、駆動ローラ、第1の加圧ローラおよび第2の加圧ローラのうち少なくともいずれかの内部に設けられる加熱手段とを含み、
前記第1の加圧ローラと前記第2の加圧ローラによって定着ニップ部が形成され、トナー像が記録媒体とともに前記定着ニップ部を通過して加圧を受けることによってトナー像が記録媒体に定着され、
前記定着液量制御手段は、前記定着液塗布手段によって記録媒体上のトナー像に塗布される定着液量を、記録媒体が前記定着ニップ部に近接するにつれて増加させるように制御することを特徴とする画像形成装置である。
また本発明の画像形成装置は、
定着液塗布手段が、
定着液を貯留する定着液溜と、
定着液を記録媒体上のトナー像に吐出する定着液吐出孔を有する定着液吐出手段と、
定着液溜の定着液を定着液吐出手段に供給する供給管とを含むことを特徴とする。
さらに本発明の画像形成装置は、
定着液吐出手段の定着液吐出孔の解像度がトナー像形成手段における画像解像度よりも低いことを特徴とする。
さらに本発明の画像形成装置は、定着液吐出孔の解像度が150dpi以下であることを特徴とする。
さらに本発明の画像形成装置は、
定着液量制御手段が、
画像情報に応じて定着液塗布手段から記録媒体上のトナー像への定着液塗布量を制御することを特徴とする。
さらに本発明の画像形成装置は、
トナー像が転写された記録媒体の搬送手段による搬送方向において、定着液塗布手段による記録媒体上のトナー像への定着液塗布位置よりも上流側に設けられ、トナー像が転写された記録媒体を加熱する加熱手段をさらに含むことを特徴とする。
本発明によれば、トナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、トナー像を記録媒体に定着させる定着手段と、トナー像が転写される記録媒体を定着手段に搬送する搬送手段と、搬送手段により搬送される記録媒体上のトナー像に定着液を塗布する定着液塗布手段と、定着液量制御手段とを含む画像形成装置である。
定着手段は、駆動ローラと、第1の加圧ローラと、第2の加圧ローラと、駆動ローラと第1の加圧ローラとによって張架されてループ状の移動経路を形成してトナー像が転写された記録媒体を搬送する搬送ベルトと、駆動ローラ、第1の加圧ローラおよび第2の加圧ローラのうち少なくともいずれかの内部に設けられる加熱手段とを含む。そして、第1の加圧ローラと第2の加圧ローラによって定着ニップ部が形成され、トナー像が記録媒体とともに定着ニップ部を通過して加圧を受けることによってトナー像が記録媒体に定着される。このとき、定着液量制御手段は、記録媒体上のトナー像に塗布される定着液量を、記録媒体が定着ニップ部に近接するにつれて増加するように制御する。本発明の画像形成装置によれば、記録媒体上の未定着トナー像に定着液を塗布するに際し、転写手段から定着ニップ部に向かう未定着トナー像が転写された記録媒体の搬送方向において、定着液塗布の初期段階では定着液塗布量を相対的に少なくし、記録媒体が定着ニップ部に近接するほど、定着液の塗布量を相対的に増加させることによって、定着液の塗布によるトナーの流動・凝集およびそれに伴う画像むらの発生を防止する。また、定着液塗布の初期段階で、相対的に少量の定着液を塗布するので、定着液が効率良くトナーのみに吸収され、トナーの膨潤・軟化が進み、トナーが定着液を吸収し易い状態になる。この状態でさらに相対的に多い量の定着液が塗布されても、トナーが定着液のほぼ全量を吸収し、記録媒体に定着液が付着しない。このため、記録媒体にカール、しわなどが発生するのを防止できる。このような塗布方法によって、トナー像に乱れを生じることなく、トナー像を構成するトナーが定着に充分な膨潤・軟化状態になる。したがって、トナー像を記録媒体に定着させる際に100℃以上の高温に加熱する必要がなくなり、消費電力の大幅な低減化を達成できるとともに、高画質画像を安定的に形成できる。
また、定着手段は、駆動ローラ、第1の加圧ローラおよび第2の加圧ローラのうち少なくともいずれかの内部に設けられる加熱手段を含むので、加熱下での定着液塗布を実施できるので、定着液のトナーへの浸透速度が高まり、定着液における有効成分以外の溶媒成分が速やかに蒸発し、トナーが一層確実に膨潤・軟化するとともに、記録媒体におけるカール、しわなどの発生が一層確実に防止される。
本発明によれば、本発明の画像形成装置において、定着液を貯留する定着液溜と、定着液を記録媒体上のトナー像に吐出する定着液吐出孔を有する定着液吐出手段と、定着液溜の定着液を定着液吐出手段に供給する供給管とを含む定着液塗布手段を用い、定着液吐出手段の吐出孔から比較的小径の定着液滴を吐出するように構成することによって、定着液塗布に際してのトナーの流動・凝集などを一層効果的に防止できる。また、このような定着液塗布手段は構造が簡易で、長期的な耐用性に優れるという利点がある。
本発明によれば、定着液吐出手段の定着液吐出孔の解像度を、好ましくは、トナー像形成手段における画像解像度よりも低くする(さらに好ましくは150dpi以下にする)ことによって、定着液の微小液滴がトナー像におけるトナーの分布にほぼ対応する形で吐出されるので、定着液がトナー像全体に行き渡り、トナー像を構成する全てのトナーがほぼ均一に膨潤・軟化する。このため、画像再現性の良好な高画質画像を安定的に形成できる。
本発明によれば、定着液量制御手段が、画像情報に応じて定着液塗布手段から記録媒体上のトナー像への定着液塗布量を制御することによって、トナー像におけるトナー付着量に対応する定着液量を塗布できる。すなわち、トナー付着量の多い部分には定着液塗布量を多くし、トナー付着量の少ない部分には定着液塗布量を少なくできる。このため、定着液を無駄なく効率的に使用でき、かつ定着液によるトナーの膨潤・軟化が充分に進行する。また、定着液の吸収によって記録媒体にカール、しわなどが発生するのをさらに防止できる。
本発明によれば、トナー像が転写された記録媒体の搬送手段による搬送方向において、定着液塗布手段による記録媒体上のトナー像への定着液塗布位置よりも上流側に加熱手段を設け、トナー像が転写された記録媒体することによって、該記録媒体への定着液塗布時に定着液のトナーへの浸透速度が高まり、定着液における有効成分(トナーを膨潤・軟化させる成分)以外の溶媒成分(主に水)が速やかに蒸発し、トナーが一層確実に膨潤・軟化するとともに、記録媒体におけるカール、しわなどの発生が一層確実に防止される。
図1は、本発明の実施の第1形態である画像形成装置1の構成を概略的に示す断面図である。図2は、図1に示す画像形成装置1の要部(トナー像形成手段2)の構成を拡大して示す断面図である。図3は、図1に示す画像形成装置1の要部(定着液塗布手段5および定着手段6)の構成を拡大して示す断面図である。なお、図3においては、搬送ベルト31の図示を省略する。画像形成装置1は、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの4色のトナー像を順次重ね合わせて転写するタンデム構成の電子写真方式の画像形成装置である。画像形成装置1は、トナー像形成手段2と、中間転写手段3と、二次転写手段4と、搬送手段31と、定着液塗布手段5と、定着手段6と、記録媒体供給手段7と、図示しない定着液量制御手段とを含む。
トナー像形成手段2は、作像ユニット10y,10m,10c,10bを含む。作像ユニット10y,10m,10c,10bは、後述する中間転写ベルト21の回転駆動方向(副走査方向)、すなわち矢符29の方向の上流側からこの順番に一列に配置され、各色のデジタル信号(以後単に「画像情報」と称す)に対応する静電潜像を形成し、該静電潜像を現像して、各色のトナー像を形成する。作像ユニット10yはイエローの画像情報に対応するトナー像を形成し、作像ユニット10mはマゼンタの画像情報に対応するトナー像を形成し、作像ユニット10cはシアンの画像情報に対応するトナー像を形成し、作像ユニット10bはブラックの画像情報に対応するトナー像を形成する。作像ユニット10yは、感光体ドラム11yと、帯電ローラ12yと、光走査ユニット13と、現像装置14yと、ドラムクリーナ15yとを含む。
感光体ドラム11yは、図示しない駆動手段によって、軸線回りに回転駆動可能に支持され、図示しない導電性基体と、導電性基体の表面に形成される図示しない有機感光層とを含む。導電性基体には、円筒状導電性基体、円柱状導電性基体、シート状導電性基体などが挙げられ、これらの中でも円筒状導電性基体が好ましい。感光体ドラム11yには、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、導電性基体であるアルミニウム素管と、アルミニウム素管の表面に形成される有機感光層とを含む、接地電位(GND)電位に接続される直径30mmの感光体ドラムが挙げられる。有機感光層は、たとえば、電荷発生物質を含む樹脂層である電荷発生層と、電荷輸送物質を含む樹脂層である電荷輸送層とを積層して形成される。有機感光層は、1つの樹脂層に電荷発生物質と電荷輸送物質とを含有するものでもよい。有機感光層の層厚は、たとえば、20μmである。また有機感光層と感光体ドラム11yとの間に下地層を設けてもよい。有機感光層の表面に保護層を設けてもよい。有機感光層以外にも、酸化亜鉛、セレン、アモルファスシリコンなどからなる無機感光層を用いても良い。本実施の形態では、感光体ドラム11yは、時計周りの方向に周速度100mm/sで回転駆動する。
帯電ローラ12yは、感光体ドラム11yの表面を所定の極性および電位に帯電させるローラ状部材である。帯電ローラ12yには図示しない電源が接続され、該電源から電圧の印加を受けて放電することによって、感光体ドラム11y表面を帯電させる。本実施の形態では、帯電ローラ12yに−1200Vの電圧が印加され、感光体ドラム11y表面は−600Vに帯電する。帯電ローラ12yに代えて、ブラシ型帯電器、チャージャー型帯電器、スコロトロンなどのコロナ帯電器などが使用できる。光走査ユニット13は、帯電ローラ12yによって帯電された感光体ドラム11yの表面に、イエローの画像情報に対応するレーザ光13yを照射し、感光体ドラム11yの表面にイエローの画像情報に対応する静電潜像を形成する。レーザ光13yの光源には、半導体レーザなどが用いられる。本実施の形態では、−600Vに帯電した感光体ドラム11y表面を露光することによって、露光電位−70Vの静電潜像が形成される。
現像装置14yは、現像ローラ16yと、現像ブレード17yと、トナー貯留容器18yと、攪拌ローラ19y,20yとを含んで構成される。現像ローラ16yは、トナー貯留容器18yの感光体ドラム11yを臨んで形成される開口部52yから一部が外方に向けて突出し、感光体ドラム11y表面に圧接しかつ軸線回りに回転駆動可能に設けられ、図示しない固定磁極を内包するローラ状部材であり、感光体ドラム11y表面の静電潜像にイエロートナー8yを供給する。現像ローラ16yは、感光体ドラム11yと圧接(接触)する現像ニップ部において、感光体ドラム11yの回転駆動方向と同じ方向に回転駆動する。したがって、軸線回りの回転駆動方向としては、逆方向になる。本実施の形態では、現像ローラ16yの周速度は、感光体ドラム11yの周速度の1.5倍である150mm/sである。また、現像ローラ16yには図示しない電源が接続され、感光体ドムラ11y表面の静電潜像にイエロートナー8yを供給するために、該電源から現像ローラ16yに直流電圧が印加される。本実施の形態では、現像ローラ16yには現像電位として−240Vの直流電圧が印加される。現像ブレード17yは、一端がトナー貯留容器18yに支持され、他端が現像ローラ17y表面に当接するように設けられる板状部材であり、現像ローラ16y表面のイエロートナー層を均一化(層規制)する。トナー貯留容器18yは前述のように感光体ドラム11yを臨む面に開口部52yが形成され、内部空間を有する容器状部材であり、その内部空間に現像ローラ16yと撹拌ローラ19y,20yとを内蔵し、かつイエロートナー8yを貯留する。トナー貯留容器18yには、イエロートナー8yの消費状況に応じて、図示しないトナーカートリッジからイエロートナーが補給される。本実施の形態では、イエロートナー8yは磁性キャリアと混合された2成分現像剤の形態で用いられるけれども、それに限定されず、イエロートナー8yのみを含む1成分現像剤の形態で用いることもできる。攪拌ローラ19y,20yは、トナー貯留容器18yの内部空間において互いに圧接しかつ軸線回りに回転駆動可能に設けられるローラ状部材である。攪拌ローラ19yは現像ローラ16yに圧接するように設けられる。攪拌ローラ19y,20yは、その回転駆動によって、図示しないトナーカートリッジからトナー貯留容器18y内に補給されるイエロートナー8yと、予めトナー貯留容器18y内に充填される磁性キャリアとを混合して現像ローラ16y周辺に供給する。本実施の形態では、感光体ドラム11yと現像ローラ16y、現像ローラ16yと現像ブレード17y、現像ローラ16yと攪拌ローラ19yおよび攪拌ローラ19y,20yとがそれぞれ圧接するように設けられるけれどもそれに限定されず、それぞれが空隙を有して離隔するように設けることができる。現像装置14yによれば、トナー貯留容器18y中のイエロートナー8yが撹拌ローラ19y,20yによって現像ローラ16y周辺に送給され、現像ローラ16yの表面に付着してトナー層を形成し、このトナー層が現像ブレード17yによって層厚を均一化された後、電位差などを利用して感光体ドラム11y表面の静電潜像にほぼ選択的に供給され、イエローの画像情報に対応するトナー像が形成される。ドラムクリーナ15yは、後述するように、感光体ドラム11y表面のイエロートナー像を中間転写ベルト21に転写した後に、感光体ドラム11y表面に残留するイエロートナーを除去、回収する。
作像ユニット10yによれば、帯電ローラ12yの放電によって帯電状態にある感光体ドラム11y表面に、光走査ユニット13からイエローの画像情報に対応する信号光13yを照射して静電潜像を形成し、該静電潜像には現像装置14yから電位差によってイエロートナー8yが供給されて該静電潜像が現像され、イエロートナー像が形成される。このイエロートナー像は、後述のように、感光体ドラム11y表面に圧接して矢符29の方向に駆動する中間転写ベルト21に中間転写される。感光体ドラム11y表面に残留するイエロートナー8yはドラムクリーナ15yによって除去され、回収される。作像ユニット10m,10c,10bは、マゼンタトナー8m、シアントナー8cまたはブラックトナー8bを使用する以外は、作像ユニット10yに類似の構造を有するので、同一の参照符号を付し、さらに各参照符号の末尾に、マゼンタを示す「m」、シアンを示す「c」およびブラックを示す「b」を付し、説明を省略する。
トナー8y,8m,8c,8b(以後特に断らない限り「トナー8」と総称することがある)は、結着樹脂、着色剤および離型剤を含有する。結着樹脂としては、後述する定着液9によって軟化または膨潤する樹脂であれば特に制限されず、たとえば、ポリスチレン、スチレンの置換体の単独重合体、スチレン系共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタンなどが挙げられる。結着樹脂は1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。これらの結着樹脂の中でも、カラートナー用としては、保存性、耐久性、定着液9による軟化または膨潤制御などの観点から、軟化点100〜150℃、ガラス転移点50〜80℃の結着樹脂が好ましく、前記の軟化点およびガラス転移点を有するポリエステルが特に好ましい。ポリエステルは入手容易な有機溶剤によって軟化または膨潤し易く、軟化または膨潤状態で透明になる。したがって、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックのトナー像が重ね合わされた多色トナー像を定着液9によって定着すると、結着樹脂であるポリエステル自体は透明化するので、減法混色によって充分な発色が得られる。また、熱定着用トナーに含まれる結着樹脂よりも軟化点および硬度の高い樹脂を用いても、定着液9による定着が可能である。軟化点および硬度の高い樹脂を用いれば、現像の際の負荷による劣化が防止され、長期にわたって高画質画像が得られる。
着色剤としては、従来から電子写真方式の画像形成技術において用いられるトナー用顔料および染料を使用できる。その中でも、定着液9の付与による滲みを防止する上では、定着液9に溶解しない顔料が好ましい。顔料としては、たとえば、アゾ系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、キナクリドン系顔料、フタロシアニン系顔料、イソインドリノン系顔料、イソインドリン系顔料、ジオキサジン系顔料、アントラキノン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、チオインジゴ系顔料、キノフタロン系顔料、金属錯体系顔料などの有機系顔料、カーボンブラック、酸化チタン、モリブデンレッド、クロムイエロー、チタンイエロー、酸化クロム、ベルリンブルーなどの無機系顔料、アルミニウム粉などの金属粉などが挙げられる。顔料は1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。離型剤としては、たとえば、ワックスを使用できる。ワックスとしては、定着液9により軟化または膨潤するものであれば特に制限なく使用できる。ワックスとしてはこの分野で常用されるものを使用でき、その中でも、定着液9によって軟化または膨潤するものが好ましい。その具体例としては、たとえば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、パラフィンワックスなどが挙げられる。トナー8は、結着樹脂、着色剤および離型剤の他に、帯電制御剤、流動性向上剤、定着促進剤、導電剤などの一般的なトナー用添加剤の1種または2種以上を含有できる。
トナー8の体積平均粒径は、特に制限されないけれども、好ましくは2〜7μmである。このような小粒径トナーを用いると、単位面積当りのトナーの表面積が大きくなり、定着液9との接触面積が増加して定着し易くなる。これによって、定着液9の使用量の低減化を図り得るとともに、トナー像の記録媒体40への定着および定着後の乾燥を短時間で実施できる。また、トナー8の体積平均粒径が適度に小さい場合には、記録媒体40に対する被覆率が高くなるので、低付着量での高画質化およびトナー消費量の低減化を達成でき、ひいては定着液9の消費量のさらなる低減化を達成できる。トナー8の体積平均粒径が2μm未満では、トナー8の流動性が低下し、現像動作の際にトナー8の供給、撹拌および帯電が不充分になり、トナー8量の不足、逆極トナーの増加などが起こり、高画質の画像が得られないおそれがある。一方、体積平均粒径が7μmを超えると、トナー粒子の中心まで軟化および/または膨潤し難い大粒径のトナー粒子が多くなるので、画像の記録媒体への定着性が低下するとともに、画像の発色が悪くなり、特にOHP(オーバー・ヘッド・プロジェクタ)用紙への定着の場合には、画像が暗くなる。トナー8の軟化点およびガラス転移点は特に制限されないけれども、好ましくは、軟化点100〜130℃、ガラス転移点50〜80℃である。このような軟化点の高いトナー8は、現像時の負荷に対する耐久性を向上させるには好ましいけれども、熱定着方式では充分に定着および発色しない。ところが、本発明では、定着液9を用いて化学的にトナー8を軟化および/または膨潤させるので、定着および発色が充分で、高品位な画像が得られる。なお、トナー8が複数の結着樹脂を含む場合には、トナー8が複数の軟化点または複数のガラス転位点を示すことがある。その場合、トナー8の軟化点またはガラス転移点とは、複数あるうちの最も低い軟化点またはガラス転移点の温度を示す。
トナー8は、公知の方法に従って製造できる。たとえば、結着樹脂、着色剤、離型剤などを溶融混練し、得られる溶融混練物の冷却固化物を粉砕して分級する粉砕法、結着樹脂のモノマー溶液中に離型剤、着色剤などを分散させ、その後結着樹脂のモノマーを重合させる方法などが挙げられる。いずれの方法においても、トナー8の表面積を大きくするために、トナー8の形状が球形よりも不定形になるように調整するのが好ましい。これによって、定着液9と接触し易くなるので、定着液9の使用量を減らし、トナー像の定着および乾燥を短時間で実施できる。トナー8はそのまま1成分現像剤として用いてもよく、またはキャリアと混合して2成分現像剤として用いもよい。本実施の形態で用いるトナー8y,8m,8c,8bは、顔料以外は次に示す同じ構成を有する。このトナー8は、ガラス転移点60℃、軟化点120℃、体積平均粒径6μmであり、負帯電性の絶縁性非磁性トナーである。このトナーを用いて、X−Rite社製310による反射濃度測定値が1.4の画像濃度を得るには、5g/mのトナー量が必要である。このトナー8は、ガラス転移点60℃かつ軟化点120℃のポリエステル(結着樹脂)、ガラス転移点50℃かつ軟化点70℃の低分子ポリエチレンワックス(離型剤)および各色の顔料を含み、ワックス含有量がトナー全量の7重量%、顔料含有率がトナー8全量の12重量%および残部が結着樹脂のポリエステルである。このトナー8に含まれる低分子ポリエチレンワックスは、結着樹脂のポリエステルよりもガラス転移点および軟化点が低いワックスである。このようなワックスを用いれば、結着樹脂のガラス転移点よりも低い温度下でも、トナー同士の付着力、トナーと中間転写ベルト21または記録媒体40との付着力が増加するので、液状物である定着液9を付与する際に、定着液9によるトナーの流れ、凝集などが発生するのを抑制できる。さらに、トナー中のワックスが軟化すると、ワックスが存在する箇所からトナー内部に定着液9が浸透し易くなる。したがって、定着液9の付与時に短時間でトナー全体が軟化および/または膨潤し、記録媒体40への転写時に充分な定着強度が得られ、トナー像の重ね合わせによる発色も充分になる。
中間転写手段3は、中間転写ベルト21と、中間転写ローラ22y,22m,22c,22bと、支持ローラ25,26,27と、ベルトクリーナ28とを含む。中間転写ベルト21は、支持ローラ25,26,27との間に張架されてループ状の移動経路を形成する無端ベルト状のトナー像担持手段であり、感光体ドラム11y,11m,11c,11bとほぼ同じ周速度で矢符29の方向に回転する。中間転写ベルト21としては、定着液9がその内部に浸透しない構成であれば特に制限されないけれども、たとえば、フィルム状基材と、フィルム状基材の表面に形成されるフッ素樹脂含有被覆層とを含む積層体が挙げられる。フィルム状基材には、たとえば、ポリイミド、ポリカーボネートなどの樹脂材料、フッ素ゴムなどのゴム材料をフィルム状に成形したものを使用できる。フッ素樹脂被覆層は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体(PFA)、これらの混合物などのフッ素樹脂を含んで構成される。フィルム状基材および/またはフッ素樹脂被覆層には、中間転写ベルト21としての電気抵抗値を調整するために、導電材が配合されてもよい。導電材としては、たとえば、ファーネスブラック、サーマルブラック、チャネルブラック、グラファイトカーボンなどが挙げられる。中間転写ベルト21はベルト形態に限定されず、たとえば、ドラム形態に形成することもできる。本実施の形態では、厚さ100μmのポリイミドフィルム表面に、PTFEとPFAとを8:2(重量比)の割合で含むフッ素樹脂組成物からなる厚さ20μmの被覆層を設けたものが挙げられる。フッ素樹脂被覆層表面が、トナー像担持面21aになる。中間転写ベルト21のトナー像担持面21aは、感光体ドラム11y,11m,11c,11bにこの順番で圧接する。中間転写ベルト21の感光体ドラム11y,11m,11c,11bに圧接する位置が、各色相のトナー像の中間転写位置である。中間転写ベルト21を介して感光体ドラム11y,11m,11c,11bに対向する位置に、中間転写ローラ22y,22m,22c,22bが配置される。
中間転写ローラ22y,22m,22c,22bは、それぞれ、中間転写ベルト21を介して感光体ドラム11y,11m,11c,11bに対向してトナー像担持面21aの反対面に圧接し、かつ図示しない駆動手段によってその軸線回りに回転駆動可能に設けられるローラ状部材である。中間転写ローラ22y,22m,22c,22bには、たとえば、金属製軸体と、該金属製軸体の表面に被覆される導電性層とを含むローラ状部材が用いられる。軸体は、たとえば、ステンレス鋼などの金属から形成される。軸体の直径は特に制限されないけれども、好ましくは8〜10mmである。導電性層は中間転写ベルト21に高電圧を均一に印加するためのものであり、たとえば、導電性弾性体から形成される。導電性弾性体としてはこの分野で常用されるものを使用でき、たとえば、エチレン・プロピレン・ジエンゴム(EPDM)、発泡EPDM、発泡ウレタンなどのマトリックス中にカーボンブラックなどの導電材を分散させた導電性弾性体が挙げられる。中間転写ローラ22y,22m,22c,22bには、感光体ドラム11y,11m,11c,11bの表面に形成されるトナー像を中間転写ベルト21上に転写するために、トナーの帯電極性とは逆極性の中間転写バイアスが定電圧制御によって印加される。これによって、感光体ドラム11y,11m,11c,11bに形成されるイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックのトナー像が中間転写ベルト21のトナー像担持面21aに順次重ね合わさって転写され、多色トナー像が形成される。ただし、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの一部のみの画像情報が入力される場合には、作像ユニット10y,10m,10c,10bのうち、入力される画像情報の色に対応する作像ユニットのみにおいてトナー像が形成される。
支持ローラ25,26,27は、図示しない駆動手段によって軸心回りに回転駆動可能に設けられ、中間転写ベルト21を張架して矢符29の方向に回転駆動させる。支持ローラ25,26,27には、たとえば、直径30mmおよび肉厚1mmのアルミニウム製パイプ状ローラが用いられる。中間転写ベルト21を介して、後述する2次転写ローラ30に圧接する支持ローラ26は、電気的に接地される。
ベルトクリーナ28は、中間転写ベルト21のトナー像担持面21a上のトナー像を後述の2次転写手段4において記録媒体40に転写した後、トナー像担持面21a上に残存するトナーを除去する部材である。ベルトクリーナ28は、クリーニングブレード28aと、トナー容器28bとを含む。クリーニングブレード28aは、中間転写ベルト21を介して支持ローラ27に対向しかつ図示しない加圧手段によってトナー像担持面21aに圧接するように設けられ、トナー像担持面21a上の残存トナー、紙粉などを掻き取る板状部材である。クリーニングブレード28aには、たとえば、ウレタンゴムなどの弾性を有するゴム材料からなるブレードを使用できる。トナー容器28bは、クリーニングブレード28aによって掻き取られる残存トナー、オフセットトナー、紙粉などを貯留する。
中間転写手段3によれば、感光体ドラム11y,11m,11c,11b上に形成されるトナー像が、中間転写ベルト21のトナー像担持面21aの所定位置に重ね合わされて転写され、多色トナー像が形成される。この多色トナー像が2次転写手段4において記録媒体40に転写された後、トナー像担持面21a上の残存トナー、オフセットトナー、紙粉などがベルトクリーナ28により除去され、トナー像担持面21aには再度トナー像が転写される。
2次転写手段4は、支持ローラ26と、2次転写ローラ30とを含む。2次転写ローラ30は、中間転写ベルト21を介して支持ローラ26に圧接し、かつ軸線方向に回転駆動可能に設けられ、主に加圧ローラとして機能する。2次転写ローラ30には、たとえば、直径10mmの芯金の外周に、厚さ4mmのウレタンゴム層を設けたものが用いられる。ウレタンゴム層には、導電性を付与するために、カーボンなどの導電剤が配合される。また、2次転写ローラ30は、たとえば、1N/cmの線圧で支持ローラ26に押圧される。中間転写ベルト21上のトナー像を、2次転写ローラ30によって記録媒体40に転写する際に、2次転写ローラ30の芯金にはたとえば+1kVの電圧が印加される。2次転写手段4によれば、多色トナー像を担持する中間転写ベルト21が、2次転写ローラ30と支持ローラ26との圧接部(2次転写ニップ部)に搬送されるのに同期して、後述する記録媒体供給手段7から記録媒体40が送給され、中間転写ベルト21上の多色トナー像が記録媒体40の表面に押圧により転写される。多色トナー像が転写された記録媒体40は、搬送ベルト31を介して定着手段6に搬送される。記録媒体40上の多色トナー像は、定着手段6において記録媒体40に定着される前に、定着液付与手段5によって定着液9を塗布される。
搬送手段31は、搬送ベルト32と、駆動ローラ33と、テンションローラ34とを含む。搬送ベルト32は、駆動ローラ33とテンションローラ34との間に張架されてループ状の移動経路を形成する無端ベルトであり、駆動ローラ33の回転駆動に伴って回転駆動する。駆動ローラ33は、図示しない駆動手段によって回転駆動可能に設けられるローラ状部材である。テンションローラ34は、駆動ローラ33の回転駆動に従動回転可能に設けられ、搬送ベルト32に所定の張力を付与する。搬送手段31によれば、2次転写手段4の転写ニップ部でトナー像が転写された記録媒体40を、定着手段6に向けて搬送する。
定着液塗布手段5は、定着液溜37と、定着液吐出手段80と、供給管38とを含み、転写手段から定着手段に向けて搬送される途中の記録媒体40上のトナー像に定着液9を塗布する。定着液溜37の画像形成装置1の内部空間に設けられる容器状部材であり、その内部空間に定着液9を貯留する。定着液溜37は、たとえば、カートリッジ方式に構成できる。定着液溜37内の定着液9が消費された時点で、新しい定着液溜37のカートリッジと交換すれば、容易に定着液9を補充できる。また、定着液溜37を据置型として構成し、外部から定着液9を補充してもよい。定着液吐出手段80は、図示しない駆動手段(たとえば後述のキャリッジ109)によって、記録媒体40の搬送方向に垂直な方向に往復動可能に設けられる。定着液吐出手段80の下面には図示しない定着液吐出孔を有し、記録媒体40上のトナー像に定着液9の液滴を吐出する。定着液吐出手段80には、たとえば、ノズルヘッドを有する液体吐出装置が用いられる。本実施の形態では、定着液9の組成変化およびノズル内での目詰まりが起こり難いことを考慮して、ピエゾ方式のライン型インクジェットヘッドが用いられる。ライン型インクジェットヘッドは、その底面に複数の吐出孔が記録媒体の搬送方向に平行になるように配列された吐出孔の列を1または2以上有する。したがって、ライン型インクジェットヘッドは、記録媒体40の搬送方向に適度な幅を有することになる。ライン型インクジェットヘッドは、全吐出孔から一度に定着液9を吐出可能であり、また全吐出孔における任意の吐出孔のみから定着液9を吐出することもできる。したがって、定着ニップ部に近接する側の吐出孔から定着液9を吐出し、定着ニップ部から離反する側の吐出孔から定着液9を吐出しないように制御することも可能である。このように構成すれば、定着ニップ部側で定着液9の吐出量を増加させることができる。吐出孔の解像度はトナー像形成手段2における画像解像度よりも低く設定される。これは、定着液9が記録媒体40上で拡散し、薄く拡がるためである。ここで、トナー像形成手段2における画像解像度とは、どの程度まで画像を細かいドットで表現できるかを意味する。吐出孔の解像度は、好ましくは150dpi(dot per inch)以下、さらに好ましくは75〜150dpiである。本実施の形態では、トナー像形成手段2における画像解像度が600dpi、インクジェットヘッドの吐出孔の解像度が75dpiに設定される。ピエゾ方式のインクジェットヘッドは、吐出孔の数によって価格も大きく変わるけれども、本発明への適用であれば高解像度のインクジェットヘッドを用いる必要が無いため、インクジェットヘッドの採用によってコストの上昇を招くおそれがない。なお、定着液塗布手段5による記録媒体40上のトナー像に対する定着液9の塗布量は、定着液量制御手段(不図示)によって、後述する第1の加圧ローラ62と第2の加圧ローラ63との圧接部(定着ニップ部)に近接するにつれて、徐々に増加するように制御される。定着液制御手段については後に詳述するけれども、たとえば、インクジェットヘッドとしてマルチドロップ制御が可能なインクジェットヘッドを用い、定着ニップ部から離反するでは1ドロップ吐出を行い、定着ニップ部に近接する側では9ドロップ吐出を行うように構成することができる。マルチドロップ制御が可能なインクジェットヘッドは公知であり、たとえば、特開平8−207319号公報などに記載される。また、東芝テック(株)などから市販されている。また、各吐出孔から1ドロップ吐出を行うインクジェットヘッドを用い、定着ニップ部に近接する側では定着ニップ部から離反する側よりもインクジェットヘッドの往復走査の回数を増加させるように制御を行っても良い。供給管38は一端を定着液溜37に接続され、他端を定着液吐出手段80に接続され、定着液吐出手段80の消費状況に応じて、定着液溜37内の定着液9を定着液吐出手段80に供給する。
定着液9は、トナー8を軟化および/または膨潤させる液状物である。好ましい定着液9は、トナーを軟化および/または膨潤させる作用を有する有機化合物(以後「トナー定着用有機化合物」と称す)と、トナー定着用有機化合物を溶解または分散できる溶媒成分とを含む。トナー定着用有機化合物としては、たとえば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトンなどのケトン類、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルブチルエーテル、メチルイソブチルエーテル、ジメチルエーテルなどのエーテル類、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸などのカルボン酸と、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類とから形成されるエステル類などが挙げられる。これらの中でも、エーテル類およびエステル類が好ましく、エステル類が特に好ましい。エーテル類の中では、ジエチルエーテルが特に好ましい。エステル類の中では、酢酸エチル、酢酸メチル、蟻酸メチル、蟻酸エチルなどがさらに好ましく、酢酸エチルが特に好ましい。トナー定着用有機化合物は1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。トナー定着用有機化合物は、常温での揮発性を有するとともに、ポリエステルなどのトナー用結着樹脂を軟化および/または膨潤させる作用に優れる。トナー定着用有機化合物の定着液9における含有量は特に制限されず、広い範囲から適宜選択できるけれども、好ましくは定着液9全量の1〜50重量%、さらに好ましくは定着液9全量の5〜50重量%、特に好ましくは定着液9全量の10〜40重量%である。1重量%未満では、トナーの軟化および/または膨潤作用が不充分になり、トナー像の記録媒体40への定着強度が低下するおそれがある。また、50重量%を超えると、相対的に溶媒成分の含有量が減少することによって、定着液9のトナー像に対する浸透性が低下し、トナー像の表層のみが軟化および/または膨潤するので、トナー像の記録媒体40に対する定着強度が低下するおそれがある。溶媒成分としては、トナー定着用有機化合物を溶解または分散し得る液体成分であれば特に制限されないけれども、定着液9のトナー像への浸透性などを考慮すると、ハイドロフルオロエーテルが好ましい。ハイドロフルオロエーテルは表面張力および粘度が小さいので、トナー粒子間、トナーと記録媒体40との接触面などに良く浸透する。このため、トナー定着用有機化合物が、ハイドロフルオロエーテルとともにトナー粒子間、トナーと記録媒体40との接触面などに運ばれ、トナーを瞬時に軟化および/または膨潤させ得る。また、ハイドロフルオロエーテルは、蒸発潜熱が小さいので、室温でも短時間で揮発し、記録媒体40の乾燥が速くなる。ハイドロフルオロエーテルとしては公知のものを使用でき、たとえば、メチルノナフルオロブチルエーテル、メチルノナフルオロイソブチルエーテル(COCH)、エチルノナフルオロブチルエーテル、エチルノナフルオロイソブチルエーテル(COC)、1,1,2,2−テトラフルオロエチル 2,2,2−トリフルオロエチルエーテル(CHFCFOCHCF)などが挙げられる。ハイドロフルオロエーテルは1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。ハイドロフルオロエーテルの定着液9における含有量は特に制限されず、広い範囲から適宜選択できるけれども、好ましくは定着液9全量の50〜99重量%、さらに好ましくは定着液9全量の50〜95重量%、特に好ましくは定着液9全量の60〜90重量%である。50重量%未満では、定着液9のトナー像に対する浸透性が低下し、トナー像の表層のみが軟化および/または膨潤するに留まり、トナー像の記録媒体40に対する定着強度が低くなるおそれがある。一方、99重量%を超えると、相対的にトナー定着用有機化合物の含有量が少なくなり、定着液9のトナーに対する軟化・膨潤作用が低下し、トナー像の記録媒体40に対する定着強度が不充分になるおそれがある。定着液9には、トナー定着用有機化合物および溶媒成分のほかに、トナー定着用有機化合物の水中での分散状態を保ち、定着液9のトナーとの濡れ性を向上させる界面活性剤を添加できる。界面活性剤としては公知のものを使用でき、たとえば、脂肪酸誘導体硫酸エステル塩、リン酸エステルなどの陰イオン界面活性剤、四級アンモニウム塩、複素環アミンなどの陽イオン界面活性剤、アミノ酸エステル、アミノ酸などの両性イオン界面活性剤、非イオン性界面活性剤、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミンなどが挙げられる。
定着手段6は、駆動ローラ61と、第1の加圧ローラ62と、第2の加圧ローラ63と、記録媒体搬送ベルト64とを含む。駆動ローラ61は、図示しない駆動手段によって軸線回りに回転駆動可能に設けられ、内部に加熱手段65を有する中空状ローラ状部材である。駆動ローラ61は、記録媒体搬送ベルト64を回転駆動させる機能と、記録媒体搬送ベルト64を加熱する機能とを有する。駆動ローラ61には、たとえば、アルミニウムなどの金属からなる中空ロールを使用できる。加熱手段65には、たとえば、ハロゲンランプ、赤外線ヒータなどの加熱器を使用できる。駆動ローラ61によって、記録媒体搬送ベルト64の表面に載置される記録媒体40上のトナー像が、好ましくは、該トナー像を構成するトナー8のガラス転移点よりもやや低い温度に加熱される。たとえば、トナー8のガラス転移点が60℃のときは、55〜58℃程度が好ましく、56℃がさらに好ましい。なお、トナー像を55〜58℃に加熱するには、記録媒体搬送ベルト64の表面温度を70℃に保てばよい。記録媒体搬送ベルト64の温度制御については、後に詳述する。本実施の形態では、加熱ヒータ65を内蔵する駆動ローラ61を加熱手段として用いるけれども、それに限定されず、ローラ形態、固定の板状形態などの、接触加熱方式の加熱手段を用いることもでき、さらに赤外線ヒータなどの非接触加熱方式の加熱手段を用いることができる。
第1の加圧ローラ62は、図示しない駆動手段によって回転駆動可能に、かつ記録媒体搬送ベルト64を介して第2の加圧ローラ63に圧接するように設けられる。定着液9が付与されたトナー像を担持する記録媒体40が、第1の加圧ローラ62と第2の加圧ローラ63との圧接部(定着ニップ部)を通過することによって、膨潤・軟化状態にあるトナー像が加圧されて記録媒体40に定着される。第1の加圧ローラ62は、記録媒体搬送ベルト64を安定に回転駆動させるために、記録媒体搬送ベルト64が弛まないように所定の張力を付与する機能をも有する。第1の加圧ローラ62には、たとえば、芯金と、芯金の表面に形成される弾性層と、弾性層の表面に形成される表面層とを有するローラ状部材を使用できる。弾性層には公知の弾性材料を使用でき、たとえば、EPDMゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴムなどのゴム材料が挙げられる。ゴム材料は1種を単独でまたは2種以上の併用で使用できる。これらのゴム材料は、定着液9によって膨潤することがなくかつローラ形状に対する適合性が良好であることから、好ましく使用できる。弾性層を定着液9により膨張しない材料で構成することによって、定着液9が記録媒体40を浸透して第1の加圧ローラ62に付着する場合の、第1の加圧ローラ62の外径変化ひいては記録媒体40の搬送速度の変化を防止できる。表面層には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)などのフッ素樹脂を用いるのが好ましい。フッ素樹脂は1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。本実施の形態では、芯金と、硬度50度(JIS−A)のEPDMゴムからなる厚さ3mmの弾性層と、PFAからなる厚さ80μmの表面層とからなる外径30mmのローラが使用される。また本実施の形態では、第2の加圧ローラ63に対する第1の加圧ローラ62の押圧力は10N/cmである。また、第1の加圧ローラ62には、金属製軸体と、金属製軸体の表面に形成される被覆層とを含むローラ状部材を用いても良い。また、金属製軸体のみからなるものでもよい。金属製軸体の材料には、たとえばステンレス鋼が使用され、被覆層の材料にはたとえばフッ素ゴムが使用される。また、金属製の中空ローラでも良い。
第2の加圧ローラ63は、図示しない駆動手段によって回転駆動可能に、かつ第1の加圧ローラ62による圧接を受けて、第1の加圧ローラとともに定着ニップ部を形成する。第2の加圧ローラ63には、第1の加圧ローラ62と同様の構成を有するローラ状部材を使用できる。すなわち、金属製の芯金と、芯金の表面に形成される弾性層と、弾性層の表面に形成される表面層とを含むローラ状部材である。弾性層には前記と同様のゴム材料の1種または2種以上を使用でき、第1の加圧ローラ62におけるのと同様の効果が発揮される。表面層には前記と同様のフッ素樹脂の1種または2種以上を使用できる。フッ素樹脂は、定着液9の溶媒成分との親和性が高いので、第2の加圧ローラ63表面との接触の際に、定着液9を流動または凝集させることがない。その結果、第2の加圧ローラ63表面と記録媒体40上の定着液9とが定着ニップ部の手前で接触しても、定着液9に記録媒体40上での位置を移動させることなく定着ニップ部まで搬送できる。したがって、トナー像を所定の定着強度で記録媒体に定着できる。上記のフッ素樹脂の中でも、PFAが好ましい。PFAは特にトナー8が付着し難く、定着液9の溶媒成分との親和性が高く、定着液9の消費量の低減化および第2の加圧ローラ63へのトナーの付着防止には最も有効である。本実施の形態では、第2の加圧ローラ63には、芯金表面に、硬度20度(JIS−A)のEPDMゴムからなる厚さ3mmの弾性層およびPFAからなる厚さ80μmの表面層を設けてなる外径30mmのローラを使用する。
記録搬送ベルト64は、駆動ローラ61と第1の加圧ローラ62との間に張架されてループ状の搬送経路を形成する無端ベルトであり、矢符46の方向に回転駆動する。記録媒体搬送ベルト64には、この分野で常用されるベルト状部材を使用できる。本実施の形態では、導電材を混入して導電性を付与した厚さ100μmのポリイミドフィルムの少なくとも一方の表面に、PTFEからなる厚さ10μmの表面層を設けたベルトを使用する。
記録搬送ベルト64の温度制御は、たとえば、記録媒体搬送ベルト64に接するかまたは近接するように温度センサ(不図示)を設け、温度センサによる記録媒体搬送ベルト64の表面温度の検知結果に応じて行われる。温度センサによる検知結果は、画像形成装置1の全動作を制御するCPU(不図示)に送られる。CPUは記憶部と演算部と制御部とを含む。記憶部には、温度センサによる検知結果、記録媒体搬送ベルト64の加熱設定温度などが入力される。演算部は記憶部から温度センサによる検知結果および記録媒体搬送ベルト64の加熱設定温度を取り出し、記録媒体搬送ベルト64の判定時の表面温度を加熱設定温度と比較し、判定時の表面温度が加熱設定温度よりも高いかまたは低いかを判定する。制御部は、演算部による加熱設定温度よりも低いという判定結果に応じて加熱手段65に電力を供給する電源(不図示)に制御信号を送付し、加熱手段65の発熱量を制御する。本実施の形態では、記録媒体搬送ベルト64の表面温度を70℃に保持することによって、記録媒体搬送ベルト64に載置される記録媒体40上のトナー像の温度がトナーのガラス転移点(60℃)よりも少し低くなるように設定する。しかしながら、それに限定されることなく、たとえば、記録媒体搬送ベルト64の表面温度を80℃に保持し、記録媒体40上のトナー像の温度をガラス転移点(60℃)よりも高くしてもよい。これによって、定着液9の付与前または付与と同時にトナーがある程度軟化し、トナー同士およびトナーと記録媒体40との付着力が増加する。その結果、定着液9の付与時の、定着液9によるトナーの移動、凝集などを防止できる。また、記録媒体搬送ベルト64の表面温度を130℃に保持し、記録媒体40上のトナー像の温度をトナーの軟化点(120℃)よりも高い温度にしてもよい。これによって、トナーが充分に軟化し、トナー同士およびトナーと記録媒体40との付着力が一層増加し、定着液9の付与時の、定着液9によるトナーの移動、凝集などをさらに防止できる。なお、ここで挙げた例は、あくまでもガラス転移点が60℃または軟化点が120℃であるトナーを用いる場合であり、トナーのガラス転移点または軟化点に応じて、記録媒体搬送ベルト64の表面温度を適宜変更すればよい。また、駆動ローラ61の内部に、加熱手段65とともに図示しない温度検知手段を設け、上記と同様にして記録媒体搬送ベルト64の温度制御を行うこともできる。この場合、駆動ローラ61の内部温度と、記録媒体搬送ベルト64の表面温度との関係を予め測定しておけば、温度制御は容易である。ここで温度検知手段にはたとえばサーミスタなどを使用できる。
定着手段6によれば、記録媒体搬送ベルト64に載置されて加熱状態で搬送される記録媒体40上のトナー像に定着液9が塗布され、トナー像を構成するトナーが充分に膨潤・軟化した状態になり、このトナー像が記録媒体40とともに定着ニップ部を通過して加圧を受けることによって、トナー像が記録媒体40に定着され、最終画像が形成される。最終画像が形成された記録媒体40は、排紙ローラ(不図示)によって画像形成装置1の外部に設けられる排紙トレイ41に排出される。
記録媒体供給手段7は、記録媒体カセット42と、ピックアップローラ43と、一対のレジストローラ44a,44bとを含む。記録媒体カセット42は記録媒体40を貯留する。記録媒体40には、普通紙、コート紙、カラーコピー専用紙、OHP(オーバー・ヘッド・プロジェクタ)用フィルム、葉書などがある。記録媒体40の寸法は、好ましくは、A3、A4、B4、B5、葉書サイズなどである。ピックアップローラ43は、記録媒体カセット42に貯留される記録媒体40を搬送路Pに1枚ずつ送給する。レジストローラ44a,44bは、中間転写ベルト21上の多色トナー像が転写ニップ部に搬送されるのに同期して転写ニップ部に記録媒体40を送給する。記録媒体供給手段7によれば、記録媒体カセット42内に貯留される記録媒体40が、ピックアップローラ43により1枚ずつ搬送路Pに送給され、さらに、レジストローラ44a,44bにより、転写ニップ部に送給される。
図4は、本発明の一実施形態における定着液量制御手段の構成を概略的に示すブロック図である。画像形成装置1に備えられるCPU101は定着液量制御手段として機能する。CPU(中央処理装置)101は、記憶部として、読み込みだけが可能なメモリ(ROM)102と、書き換え可能なメモリ(RAM)103とを含み、定着液塗布手段5における定着液吐出手段80として、全ての吐出孔が1ドロップ吐出を行うインクジェットヘッド80aを用いた場合の定着液量制御を行う。ROM102には、プログラムが格納される。プログラムは、具体的には、記録媒体40の定着ニップ部への搬送に際し、記録媒体40が定着ニップ部に近接するほど、インクジェットヘッドの記録媒体搬送方向に垂直な方向への往復動の回数を増やし、記録媒体40上のトナー像への累積定着液量を増加させるプログラム、画像データの処理プログラムなどである。CPU101は、ROM102に格納されるプログラムに従い、インクジェットヘッドの動作制御、データ処理などを実行する。RAM103は、画像情報を一時的に格納する原画バッファ104と、プリントデータを一時的に格納するプリントバッファ105とを含み、CPUがデータ処理など実行する際のワークエリアとなる。原画バッファ104は、コンピュータなどの外部機器または画像形成装置1内に設けられる図示しない原稿読取部から送付される画像情報を、R(赤),G(緑),B(青)それぞれについて8ビット256階調の信号として一時的に格納する原画バッファメモリである。原画バッファ104に格納されるR,G,Bの画像データはCPU101によるデータ処理を施され、所定の色変換によってY(イエロー),M(マゼンタ),C(シアン)のデータに変換される。さらに所定の画像処理が施され、最終的にY,M,Cの画像データに対して多値化処理が行われる。これによって、各画素について、たとえば、3値化された場合には、(Y0,M0,C0)、(Y1,M1,C1)または(Y2,M2,C2)のいずれかのプリントデータが得られる。このプリントデータはプリントバッファ105に一時的に格納される。したがって、プリントバッファ105には、Y,M,Cそれぞれについて、形成するドットの有無を示すデータである、ドット無し(Y0,M0,C0)、ドット有り(Y1,M1,C1)と2値化されたデータが格納される。このプリントバッファ105に格納されるプリントデータに基づいて、CPU101はインクジェットヘッドからの液滴の吐出制御を行う。すなわち、記録媒体40が定着ニップ部に近づくほど、定着液吐出手段80であるインクジェットヘッドの記録媒体搬送方向に垂直な方向の往復走査(往復動)の回数を増加させ、トナー像に吐出する定着液量を原則増加させるとともに、ドット有り無しのプリントデータに基づいて、ドット無しの部分への定着液9の吐出を行わないように制御する。より具体的には、ドット有り無しのプリントデータを基本にしながら、インクジェットヘッドの定着ニップ部に近接する側の吐出孔からは定着液を連続的に吐出し、定着ニップ部から離反する側では吐出孔からの定着液の吐出が間欠的になるように制御し、定着液吐出の時間的間隔を定着ニップ部から離反するほど大きくするようにプログラムを作成すればよい。その際、記録媒体40の搬送速度、記録媒体40におけるドット分布などの条件を考慮しながら、記録媒体40の搬送方向におけるどの部分から定着液の吐出を間欠的にするかを決定してプログラムを作成すればよい。
図5は、図4に示す定着液量制御手段による定着液9の吐出制御の構成を概略的に示すブロック図である。図6は、インクジェットヘッド80aの定着液吐出駆動系の構成を概略的に示す回路図である。CPU101は、RAM103内に一時的に格納されるプリントデータに基づいて、ヘッドドライバ106と、モータドライバ107とを制御する。ヘッドドライバ106はインクジェットヘッド80aの定着液吐出駆動系に含まれ、インクジェットヘッド80aの定着液吐出孔からの定着液9の吐出を制御する。インクジェットヘッド80aの定着液吐出駆動系はインクジェットヘッド80aとヘッドドライバ106と信号線113とを含む。インクジェットヘッド80aはピエゾ素子110と配線111とを含む。ピエゾ素子110はインクジェットヘッド80aの定着液吐出孔毎に定着液吐出孔の近傍に設けられ、電気−機械変換エネルギーを発生して定着液9を吐出する。ピエゾ素子110の一端には配線111が接続され、他端にはヘッドドライバ106が接続される。配線111は各ピエゾ素子110と電源とを電気的に接続し、ピエゾ素子110に電源からの駆動電力を供給する。ヘッドドライバ106は信号線113を介して、CPU101からの吐出信号をパルスデータとして入力される。吐出信号は、インクジェットヘッド80aによる吐出動作の間、所定のタイミングで、すなわち各画素のドットに対応して定着液吐出を行うための信号であり、この信号が「1」のときは吐出、「0」のときは非吐出となる。吐出信号「1」はパルス信号「1」に変換され、吐出信号「0」はパルス信号「0」に対応する。パルス信号は、前述の2値化されたプリントデータ(Y0,M0,C0)および(Y1,M1,C1)に対応する信号であり、この信号が「1」のときは、ヘッドドライバ106がピエゾ素子110にパルス印加し、ピエゾ素子110が駆動して定着液9の液滴を吐出する。一方、モータドライバ107はCPU101からの制御信号を受け、キャリッジモータ108の回転駆動を制御する。キャリッジモータ108はその回転駆動によってキャリッジ109を駆動させる。キャリッジ109は、インクジェットヘッド80aを記録媒体の搬送方向に対して垂直な方向に往復走査(往復動)させる。すなわち、CPU101は、モータドライバ107を介し、キャリッジモータ108を駆動源とし、キャリッジ109ひいてはキャリッジ109に支持されるインクジェットヘッド80aの記録媒体の搬送方向に垂直な方向への往復走査を制御する。
図7は、定着液量制御手段による制御動作を示すフローチャートである。図8は、記録媒体40の対する定着液9の吐出状態を示す平面図である。ステップs0のスタートでは、たとえばパーソナルコンピュータなどの外部機器で創生される画像情報が、画像形成装置1に与えられる状態である。ステップS1では、画像形成装置1に与えられる画像情報がCPU101に入力され、R(赤),G(緑),B(青)毎の8ビット256階調の信号として、RAM103の原画バッファ104に一時的に格納される。ステップS2では、原画バッファ104に一時的に格納されるR(赤),G(緑),B(青)毎の8ビット256階調の信号が色変換および多値化処理を施され、Y,M,C毎に、形成するドットの有無を示すデータである、ドット無し(Y0,M0,C0)、ドット有り(Y1,M1,C1)と2値化されたYMCデータに変換され、プリントバッファ105に一時的に格納される。
ステップS3では、トナー像が転写された記録媒体40がインクジェットヘッド80aの鉛直方向下方の所定位置に搬送されて来るタイミングに合わせて、CPU101はキャリッジ109に往走査を実行させながら、プリントバッファ105に格納されるプリントデータに基づいて、所定の定着液吐出孔80xから画素毎に定着液9を吐出する。この時、インクジェットヘッド80aの定着液吐出孔80xの解像度は原画の解像度よりも低く設定されるので、プリントデータは原画の解像度に対して間引きされたデータになる。実際には、原画の解像度600dpi、インクジェットヘッド80aの定着液吐出孔80xの解像度75dpiであるから、原画データが8分の1に間引きされたプリントデータがインクジェットヘッド80aに信号として入力される。このプリントデータに規定される画素に対応するピエゾ素子110にはプリントデータに応じた幅のパルス信号が印加され、図8に示す記録媒体40の印字領域(トナー像形成領域)40aに小ドットaが形成される。なお、図8における印字領域40aは、全ての画素が3色ベタ(Y1,M1,C1)のプリントデータを有する。この場合には、1画素当たり1色ベタの場合に比べて、約3倍量の定着液9を塗布することが必要である。定着液吐出孔80xから1回当たりに吐出される定着液量は、たとえば、ピエゾ素子110に印加されるパルス信号の印加時間を調整することによって制御が可能である。
ステップS4では、キャリッジ109ひいてはインクジェットヘッド80aの復走査において、プリントデータを有する画素に対応する定着液吐出孔80xから定着液9を吐出する。図8に示す記録媒体40の印字領域40aにおける中ドットbは、往走査時の定着液9の吐出によって形成された小ドットaの上にさらに定着液9が吐出され、ドットの外径が拡大したものである。ステップS5では、全てのプリントデータが実行されているか否かをCPU101によって判定する。全てのプリントデータが実行されたと判定される場合には、定着液9の塗布が完了し、エンドになる。プリントデータが全て実行されていないと判定される場合には、ステップS3に戻り、全てのプリントデータが実行されたと判定されるまで、ステップS3およびステップS4を繰り返し実行する。なお、図8に示す記録媒体40の印字領域40aにおける大ドットcは、最も多い量の定着液9が塗布された状態を示す。以上のようにして、プリントバッファ105に格納される画素毎のプリントデータに基づく定着液9の塗布を行うことによって、図8に示すように、定着ニップ部から離反する側では定着液9の塗布量が少なく、定着ニップ部に近接するほど、定着液9の塗布量を増加させることができる。また、画像情報から得られるプリントデータに基づいて、定着液9の塗布を行うため、たとえば、プリントデータ(Y1,M1,C1)のように各色のプリントデータが重なる画素位置に対しては、Y、MまたはCのいずれか1つの1色プリントデータの画素位置よりも約3倍量の定着液9が吐出される。このように、画素のトナー付着量に応じて、適量の定着液9を塗布できるので、定着液9の塗布量の不足によってトナー8の膨潤・軟化が不充分になることが防止される。
画像形成装置1には、図示しない制御手段が設けられる。制御手段は、たとえば、画像形成装置1の内部空間における上部に設けられ、図示しない、制御部、演算部、記憶部などからなる中央処理装置(CPU)を備えるマイクロコンピュータなどによって実現される処理回路を含む。CPUの記憶部には、画像形成装置1の上面に配置される図示しない操作パネルを介する画像形成命令、画像形成装置1内部の各所に配置される図示しないセンサなどからの検知結果、外部機器からの画像情報などが入力され、入力される各種データ(画像形成命令、検知結果、画像情報など)に基づいて演算部による判定が行われ、演算部の判定結果に応じて制御部から制御信号が送付され、画像形成装置1の全動作が制御される。記憶部には、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、リードオンリィメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、ハードディスクドライブ(HDD)などが挙げられる。外部機器には、画像情報の形成または取得が可能であり、かつ画像形成装置に電気的に接続可能な電気・電子機器を使用でき、たとえば、コンピュータ、デジタルカメラ、テレビ、ビデオレコーダ、DVDレコーダ、ファクシミリ装置などが挙げられる。制御手段は、前述の処理回路とともに電源を含み、電源は制御手段だけでなく、画像形成装置1内部における各装置にも電力を供給する。
画像形成装置1によれば、トナー像形成手段2により中間転写ベルト21上に形成される多色トナー像が、転写ニップ部において記録媒体40上に転写され、記録媒体40の多色トナー像には、定着液吐出手段80から記録媒体40上へ吐出された定着液9が塗布され、多色トナー像が記録媒体40上に定着し、画像が形成される。画像形成装置1においては、定着液9を用いてトナー像を記録媒体40に定着させるに際し、定着ニップ部に近接するほど定着液9の塗布量が増加するように制御しながら塗布を行う。これによって、定着液塗布手段と加熱手段とを併用しなくても、トナーの流動、画像乱れの生じることがなく、画像不良のない高画質画像を安定的に形成できる。また、塗布量をトナー8の膨潤・軟化に必要充分な量に制御できるので、記録媒体40にカール、しわなどを発生させることがない。また、加熱手段を併用する場合であっても、従来のように高温(140℃以上)での制御は必要ではなく、80℃程度の温度制御で定着可能であるため、大幅な省エネ、消費電力の低減が可能となる。また、加熱手段と定着液量制御手段との併用によって、トナーの膨潤・軟化後に定着液9がわずかに残留する場合があっても短時間で揮発するので、記録媒体40の乾燥も速く、定着後の画像が重なり合っても接着することがなく、スタック性能が良好である。その結果、画像形成装置1の単位時間当たりの出力枚数であるスループットが向上する。画像形成装置1は充分なスタック性能を示すけれども、画像形成装置1のプロセス速度がさらに向上し、さらなる定着液9の速乾性能が必要となれば、第1の加圧ローラ62および/または第2の加圧ローラ63の内部に加熱手段を設けてもよい。
図9は、本発明の実施の第2形態である画像形成装置90の構成を概略的に示す要部断面図である。図9に示す画像形成装置90は画像形成装置1に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略するかまたは図示そのものを省略する。画像形成装置90は、加熱手段65が第1の加圧ローラ62内に設けられ、駆動ローラ61内には加熱手段65が設けられない以外は、画像形成装置1と同様の構成を有する。搬送ベルト64は、第1の加圧ローラ62の内部に設けられる加熱手段65によって加熱される。搬送ベルト64の上に載置されるトナー像が転写された記録媒体40は、搬送ベルト40によって加熱される。記録媒体40上のトナー像は、定着液塗布手段5による定着液9の塗布と搬送ベルト64による加熱とを同時に受け、定着液9の塗布によるトナー8の流動・凝集などを起こすことがない。画像形成装置90によれば、2次転写手段4の転写ニップ部において記録媒体40に転写されるトナーへ像は、記録媒体40が定着手段6aの定着ニップ部へ搬送される途中で、定着液塗布手段5によって定着液9を塗布され、該トナー像を構成するトナーが定着液9によって膨潤・軟化状態になり、次に定着ニップ部において加熱加圧を受け、トナー像が記録媒体40に定着されて画像が形成されるとともに、余分な定着液40が瞬時に揮発する。本実施の形態では、第1の加圧ローラ62の表面に図示しない温度センサが設けられ、該温度センサによる検知結果に応じて、第1の加圧ローラ62の表面温度が80〜100℃に保持されるように温度制御が行われる。
図10は、画像形成装置91の構成を概略的に示す要部断面図である。図10に示す画像形成装置91は画像形成装置1に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略するかまたは図示そのものを省略する。画像形成装置91は、画像形成装置1の搬送手段31において従動ローラ34の内部に加熱手段65が設けられる搬送手段31aを有すること、搬送手段31a上に載置される記録媒体40上のトナー像に定着液塗布手段5によって定着液9を塗布すること、および、画像形成装置1の定着手段6に代えて第1の加圧ローラ62と第2の加圧ローラ63とからなる定着手段6bを有することを特徴とする。2次転写手段4の転写ニップ部においてトナー像が転写された記録媒体40は、搬送手段31aの搬送ベルト32に載置されて定着手段6bの定着ニップ部に向けて搬送される間に、テンションローラ34に内蔵される加熱手段65による加熱と、定着液塗布手段5による定着液9の塗布を受け、トナー像を構成するトナー8の流動・凝集などを起こすことなく、トナー8が膨潤・軟化する。記録媒体40はトナー8が膨潤・軟化した状態で定着ニップ部に搬送され、加圧を受けることによって、トナー像が記録媒体40に定着される。
本発明の実施の第1形態である画像形成装置の構成を概略的に示す断面図である。 図1に示す画像形成装置の要部の構成を拡大して示す断面図である。 図1に示す画像形成装置の要部の構成を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施形態における定着液量制御手段の構成を概略的に示すブロック図である。 図4に示す定着液量制御手段による定着液の吐出制御の構成を概略的に示すブロック図である。 インクジェットヘッドの定着液吐出駆動系の構成を概略的に示す回路図である。 定着液量制御手段による制御動作を示すフローチャートである。 記録媒体の対する定着液の吐出状態を示す平面図である。 本発明の実施の第2形態である画像形成装置の構成を概略的に示す要部断面図である。 像形成装置91の構成を概略的に示す要部断面図である。
符号の説明
1,90,91 画像形成装置
2 トナー像形成手段
3 中間転写手段
4 二次転写手段
5 定着液塗布手段
6 定着手段
7 記録媒体供給手段
8 トナー
9 定着液
10y,10m,10c,10b 作像ユニット
21 中間転写ベルト
30 2次転写ローラ
31 搬送手段
40 記録媒体
42 記録媒体カセット42
61 駆動ローラ
62 第1の加圧ローラ
63 第2の加圧ローラ
64 記録搬送ベルト
65 加熱手段
80 定着液吐出手段
101 CPU
102 ROM
103 RAM
104 原画バッファ
105 プリントバッファ
106 ヘッドドライバ
107 モータドライバ
109 キャリッジ
111 ピエゾ素子

Claims (6)

  1. 画像情報に応じてトナー像を形成するトナー像形成手段と、
    トナー像形成手段により形成されるトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
    転写手段によって記録媒体に転写されるトナー像を記録媒体に定着させる定着手段と、
    転写手段によってトナー像が転写される記録媒体を転写手段から定着手段に搬送する搬送手段と、
    転写手段によって記録媒体にトナー像が転写されてから、搬送手段によって定着手段に搬送されるまでの間に、記録媒体上のトナー像に、トナーを軟化および/または膨潤させる定着液を塗布する定着液塗布手段と、
    定着液塗布手段によって記録媒体上のトナー像に塗布される定着液量を制御する定着液量制御手段とを含み、
    前記定着手段は、駆動ローラと、第1の加圧ローラと、第2の加圧ローラと、駆動ローラと第1の加圧ローラとによって張架されてループ状の移動経路を形成してトナー像が転写された記録媒体を搬送する搬送ベルトと、駆動ローラ、第1の加圧ローラおよび第2の加圧ローラのうち少なくともいずれかの内部に設けられる加熱手段とを含み、
    前記第1の加圧ローラと前記第2の加圧ローラによって定着ニップ部が形成され、トナー像が記録媒体とともに前記定着ニップ部を通過して加圧を受けることによってトナー像が記録媒体に定着され、
    前記定着液量制御手段は、前記定着液塗布手段によって記録媒体上のトナー像に塗布される定着液量を、記録媒体が前記定着ニップ部に近接するにつれて増加させるように制御することを特徴とする画像形成装置。
  2. 定着液塗布手段は、
    定着液を貯留する定着液溜と、
    定着液を記録媒体上のトナー像に吐出する定着液吐出孔を有する定着液吐出手段と、
    定着液溜の定着液を定着液吐出手段に供給する供給管とを含むことを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
  3. 定着液吐出手段は、
    定着液吐出孔の解像度がトナー像形成手段における画像解像度よりも低いことを特徴とする請求項2記載の画像形成装置。
  4. 定着液吐出孔の解像度が150dpi以下であることを特徴とする請求項2または3記載の画像形成装置。
  5. 定着液量制御手段は、
    画像情報に応じて定着液塗布手段から記録媒体上のトナー像への定着液塗布量を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の画像形成装置。
  6. トナー像が転写された記録媒体の搬送手段による搬送方向において、定着液塗布手段による記録媒体上のトナー像への定着液塗布位置よりも上流側に設けられ、トナー像が転写された記録媒体を加熱する加熱手段をさらに含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の画像形成装置。
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