JP4356714B2 - Image forming apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、電子写真方式や静電記録方式を適用したプリンターや複写機等の画像形成装置に関し、特に、発泡性トナーを用いて立体的な画像を形成可能な画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an image forming apparatus such as a printer or a copying machine to which an electrophotographic system or an electrostatic recording system is applied, and more particularly to an image forming apparatus capable of forming a three-dimensional image using a foaming toner.
従来、上記電子写真方式や静電記録方式を適用したプリンターや複写機等の画像形成装置は、白黒やフルカラーの文字や図形、あるいは写真等の画像を、記録用紙等の記録媒体上に平面的に形成し、この記録媒体上に形成された画像を視覚により認識して、所望の情報を伝達するために、一般に使用されている。この記録用紙等の記録媒体上に形成される画像は、所定の色の色材を含有する合成樹脂製の微粉末であるトナーを、画像情報に応じて、記録媒体上に溶融・固着させることによって形成されるものであり、記録媒体上にあくまで平面的に形成されるものである。 2. Description of the Related Art Conventionally, image forming apparatuses such as printers and copiers to which the above-described electrophotographic method and electrostatic recording method are applied are designed to planarly print images such as black and white or full-color characters and figures, or photographs on a recording medium such as recording paper. It is generally used for visually recognizing an image formed on the recording medium and transmitting desired information. An image formed on a recording medium such as recording paper is prepared by melting and fixing toner, which is a fine powder made of a synthetic resin containing a color material of a predetermined color, on a recording medium according to image information. In other words, it is formed flat on the recording medium.
これに対して、立体的な画像は、平面的な視覚情報だけでなく、高低差による陰影や指の触覚などから、三次元的な情報を第三者に伝えることができ、平面的な画像に比べて伝達することが可能な情報を、その分だけ多様化させることができ、非常に有用である。特に、立体的な画像の有効な使われ方としては、点字用の文字や、点字用の画像などが挙げられる。立体的な画像は、言語情報だけでなく、地形を表す地図などの画像情報としても使われ、視覚障害の人に対し必要不可欠なものとなっている。 In contrast, a three-dimensional image can convey three-dimensional information to a third party not only from two-dimensional visual information but also from shadows due to height differences and finger tactile sensation. The information that can be transmitted compared to is diversified accordingly, which is very useful. In particular, effective use of a stereoscopic image includes Braille characters, Braille images, and the like. The three-dimensional image is used not only for language information but also for image information such as a map representing terrain, and is indispensable for a visually impaired person.
近年、" バリアフリー" がさけばれ、視覚障害者などが社会で活躍する機会も増えてきており、点字用の文字等以外にも立体的な画像を活用することによって、視覚障害者の活躍の場が格段に広がるものと予想される。 In recent years, “barrier-free” has been avoided, and opportunities for visually impaired people to play an active role in society are increasing. By utilizing three-dimensional images in addition to braille characters, visually impaired people can be more active. The place is expected to expand dramatically.
ところで、この立体的な画像を形成する方法としては、次に示すようなものが知られている。例えば、点字用の文字等の作製には、点字用タイプライターで紙面に突起をエンボス加工して形成する方法が広く用いられている。また、立体的な画像を複製し、点字本等を作製する方法としては、点字用タイプライターと同様の原理により、亜鉛の板に点字画像を形成したものを原版として使用し、点字製版機や点字印刷機を用いて複製する方法がある。また、立体的な画像のパンフレット等を作製する方法としては、紫外線硬化型の高粘度ポリマーインクを、通常のシルクスクリーンなどの印刷技術を利用して山状に印刷し、その後、紫外線を照射して硬化させ、立体的な画像を形成する方法があるが、一般のオフィスや公共施設などで簡便に利用できる方法ではない。 By the way, as a method of forming this stereoscopic image, the following methods are known. For example, for the production of Braille characters and the like, a method in which protrusions are embossed on a paper surface with a Braille typewriter is widely used. In addition, as a method of duplicating a three-dimensional image and producing a braille book, etc., using a braille image formed on a zinc plate as an original plate according to the same principle as a braille typewriter, There is a method of copying using a Braille printer. In addition, as a method for producing a three-dimensional image pamphlet, etc., ultraviolet curable high-viscosity polymer ink is printed in a mountain shape by using a printing technique such as a normal silk screen, and then irradiated with ultraviolet rays. However, it is not a method that can be easily used in general offices or public facilities.
そこで、本出願人は、一般の複写機やプリンター等を使用して、容易に立体的な画像を形成し得る新規な画像形成用トナーや、当該画像形成用トナーを用いた画像形成装置等について、既に提案している(特願平10−304458号(特開2000−131875号公報))。 Therefore, the applicant of the present invention is a novel image forming toner that can easily form a three-dimensional image using a general copying machine or printer, an image forming apparatus using the image forming toner, and the like. Have already been proposed (Japanese Patent Application No. 10-304458 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-131875)).
この特願平10−304458号に係る画像形成用トナーは、少なくとも結着樹脂と発泡剤とを含有する画像形成用トナーにおいて、発泡剤がトナー表面に実質的に露出していないように構成したものである。 The image forming toner according to Japanese Patent Application No. 10-304458 is configured such that, in an image forming toner containing at least a binder resin and a foaming agent, the foaming agent is not substantially exposed on the toner surface. Is.
また、上記特願平10−304458号に係る画像形成用トナーを用いた画像形成装置は、静電潜像担持体上に形成された潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成する現像手段と、トナー画像を記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体にトナー画像を定着する定着手段とを備えている画像形成装置において、該画像形成装置により立体画像を形成する場合は、前記トナーが少なくとも結着樹脂と発泡剤とを含有するとともに、該発泡剤がトナー表面に実質的に露出していないトナーであり、かつ、前記定着手段が前記トナーに含有される発泡剤を発泡させ、立体画像を記録媒体上に形成するように構成したものである。 Further, the image forming apparatus using the image forming toner according to Japanese Patent Application No. 10-304458 is a developing means for developing a latent image formed on an electrostatic latent image carrier with toner to form a toner image. And a transfer unit that transfers the toner image to a recording medium, and a fixing unit that fixes the toner image to the recording medium. The toner contains at least a binder resin and a foaming agent, the foaming agent is not substantially exposed on the toner surface, and the fixing unit foams the foaming agent contained in the toner to form a solid. An image is formed on a recording medium.
しかしながら、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記特願平10−304458号に係る画像形成装置の場合には、トナーが少なくとも結着樹脂と発泡剤とを含有するとともに、該発泡剤がトナー表面に実質的に露出していないトナーであり、かつ、定着手段によって前記トナーに含有される発泡剤を発泡させ、立体画像を記録媒体上に形成するように構成したものであり、結着樹脂と発泡剤とを含有するトナーを用いることによって、記録媒体上に立体画像を形成することが可能である。 However, the conventional technique has the following problems. That is, in the case of the image forming apparatus according to Japanese Patent Application No. 10-304458, the toner contains at least a binder resin and a foaming agent, and the foaming agent is not substantially exposed on the toner surface. And a foaming agent contained in the toner is foamed by a fixing means to form a three-dimensional image on a recording medium, and a toner containing a binder resin and a foaming agent is used. As a result, a stereoscopic image can be formed on the recording medium.
しかし、上記特願平10−304458号に係る画像形成装置の場合には、結着樹脂と発泡剤とを含有するトナーを用いて画像を形成し、このトナー画像を熱定着処理したときに、定着後のトナー画像の高さを、種々のパラメーターを変化させて制御する技術について、何ら考慮されていないため、記録用紙等の記録媒体に立体的な画像を形成したものの、定着後のトナー画像の高さが十分得られないという問題点を有していた。 However, in the case of the image forming apparatus according to the above Japanese Patent Application No. 10-304458, when an image is formed using a toner containing a binder resin and a foaming agent, and this toner image is subjected to a heat fixing process, Since no consideration is given to the technology for controlling the height of the toner image after fixing by changing various parameters, a three-dimensional image is formed on a recording medium such as recording paper, but the toner image after fixing However, there was a problem that the height of the film could not be obtained sufficiently.
また、上記特願平10−304458号に係る画像形成装置の場合には、トナーが少なくとも結着樹脂と発泡剤とを含有するとともに、該発泡剤がトナー表面に実質的に露出していないトナーであり、かつ、定着手段によって前記トナーに含有される発泡剤を発泡させ立体画像を記録媒体上に形成するように構成したものであるが、形成される立体画像は、温度湿度等の環境変化、あるいは感光体ドラムの帯電電位やトナーの帯電特性等の経時的な変化、更には発泡能力が異なるトナーを使用した場合など、最終的に定着処理されたトナー像の高さが変動してしまい、所望の高さの立体画像を得られなくなる場合があるという問題点を有していた。 In the case of the image forming apparatus according to the above Japanese Patent Application No. 10-304458, the toner contains at least a binder resin and a foaming agent, and the foaming agent is not substantially exposed on the toner surface. In addition, the three-dimensional image is formed on the recording medium by foaming the foaming agent contained in the toner by the fixing unit. Or the change in the charging potential of the photosensitive drum and the charging characteristics of the toner over time, and the use of toners with different foaming capacities, the height of the final fixed toner image will fluctuate. There is a problem in that a stereoscopic image having a desired height may not be obtained.
さらに、上記特願平10−304458号に係る画像形成装置の場合には、発泡剤を含有したトナーによって形成する立体画像として、例えば、点字画像を形成すると、かかる点字1ドットの形状は、図13に示すように、直径が1〜1.5mmの上端面が平坦な円形状の画像となる。そのため、上記上記特願平10−304458号に開示された技術に基づいて、点字画像を形成した場合には、図13に示すような画像しか得ることができず、発泡トナーで熱定着された点字1ドットの構造を、ユーザー個々人の好みに応じて設定することができない問い問題点を有していた。 Further, in the case of the image forming apparatus according to the above Japanese Patent Application No. 10-304458, for example, when a Braille image is formed as a three-dimensional image formed by a toner containing a foaming agent, the shape of the Braille 1 dot is as shown in FIG. As shown in FIG. 13, the upper end surface having a diameter of 1 to 1.5 mm is a flat circular image. Therefore, when a braille image is formed based on the technique disclosed in the above Japanese Patent Application No. 10-304458, only an image as shown in FIG. 13 can be obtained, and the image is heat-fixed with foamed toner. There is a problem that the structure of one braille dot cannot be set according to the preference of each individual user.
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、一般の複写機やプリンター等の画像形成装置を使用して、容易に立体的な画像を形成することができるのは勿論のこと、定着後のトナー画像の所望の高さを得ることが可能な画像形成装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and the object of the present invention is to easily form a three-dimensional image using an image forming apparatus such as a general copying machine or a printer. It is an object of the present invention to provide an image forming apparatus capable of forming a desired height of a toner image after fixing, as well as being capable of forming a clear image.
また、この発明の第2の目的とするところは、環境変化や経時変化、あるいは使用するトナーの発泡能力等が変化した場合でも、確実に所望の高さの立体画像を得ることが可能な画像形成装置を提供することにある。 A second object of the present invention is an image that can reliably obtain a three-dimensional image at a desired height even when the environment changes, changes with time, or the foaming ability of the toner used changes. It is to provide a forming apparatus.
さらに、この発明の第3の目的とするところは、点字画像等の立体画像を形成する場合に、所望の形状の立体画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することにある。 A third object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of forming a stereoscopic image having a desired shape when forming a stereoscopic image such as a Braille image.
上記の課題を解決するため、請求項1に記載された発明は、像担持体上に静電潜像を形成
する潜像形成手段と、前記潜像形成手段によって像担持体上に形成された静電潜像をトナ
ーにより現像してトナー画像を形成する現像手段と、前記トナー画像を記録媒体上に転写
する転写手段と、前記記録媒体に転写されたトナー画像を定着する定着手段とを備えた画
像形成装置において、
前記トナーとして、少なくとも結着樹脂と発泡剤とを含有するトナーを使用し、当該ト
ナーによって形成されたトナー画像を定着手段によって記録媒体上に定着する際に、前記定着手段が前記トナーに含有される発泡剤を発泡させ、立体画像を記録媒体上に形成するとともに、前記潜像形成手段によって像担持体上に静電潜像を形成する際に、点字一文字を構成する最小単位である1ドットの画像からなる一つの単位画像内の潜像電位を部分的に異ならせることにより、一方の端部近傍が急激に高く盛り上がり、他方がなだらかに傾斜した形状の高さ分布を有する立体形状を形成可能としたことを特徴とする画像形成装置である。
In order to solve the above problems, the invention described in
When the toner containing at least a binder resin and a foaming agent is used as the toner, and the toner image formed by the toner is fixed on the recording medium by the fixing means, the fixing means is contained in the toner. 1 dot which is the smallest unit constituting one Braille character when forming a three-dimensional image on a recording medium and forming an electrostatic latent image on an image carrier by the latent image forming means By partially changing the latent image potential in one unit image consisting of two images , a three-dimensional shape having a height distribution in which the vicinity of one end rises rapidly and the other is gently inclined is formed. An image forming apparatus is characterized by being made possible.
また、請求項2に記載された発明は、前記一つの単位画像が、点字一文字を構成する最小単位である1ドットの画像であることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置である。 According to a second aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to the first aspect, the one unit image is a one-dot image which is a minimum unit constituting one Braille character.
上記請求項1に記載された発明においては、潜像形成手段によって像担持体上に静電潜像を形成する際に、一つの単位画像内の潜像電位を部分的に異ならせることにより、所望の高さ分布を有する立体形状を形成可能としたので、点字画像等の立体画像を形成する場合に、所望の形状の立体画像を形成することができる。 In the first aspect of the present invention, when forming the electrostatic latent image on the image carrier by the latent image forming means, the latent image potential in one unit image is partially made different, Since a three-dimensional shape having a desired height distribution can be formed, a three-dimensional image having a desired shape can be formed when a three-dimensional image such as a braille image is formed.
この発明によれば、一般の複写機やプリンター等の画像形成装置を使用して、容易に立体的な画像を形成することができるのは勿論のこと、定着後のトナー画像の所望の高さを得ることが可能な画像形成装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to easily form a three-dimensional image using an image forming apparatus such as a general copying machine or a printer, as well as a desired height of the toner image after fixing. An image forming apparatus capable of obtaining the above can be provided.
また、この発明によれば、環境変化や経時変化、あるいは使用するトナーの発泡能力等が変化した場合でも、確実に所望の高さの立体画像を得ることが可能な画像形成装置を提供することができる。 In addition, according to the present invention, there is provided an image forming apparatus capable of reliably obtaining a three-dimensional image having a desired height even when the environment changes, changes with time, or the foaming ability of the toner used changes. Can do.
さらに、この発明によれば、点字画像等の立体画像を形成する場合に、所望の形状の立体画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することができる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an image forming apparatus capable of forming a stereoscopic image having a desired shape when forming a stereoscopic image such as a Braille image.
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施の形態1
図2はこの発明の実施の形態1に係る画像形成装置としての電子写真方式のカラープリンターを示すものである。また、図3はこの発明の実施の形態1に係る画像形成装置としての電子写真方式のカラー複写機を示すものである。
FIG. 2 shows an electrophotographic color printer as an image forming apparatus according to
図2及び図3において、1はカラープリンター及びカラー複写機の本体を示すものであり、図3に示すように、このカラー複写機本体1の上部には、プラテンカバー3によって押圧された原稿2の画像を読み取る原稿読取装置4が配設されている。この原稿読取装置4は、プラテンガラス5上に載置された原稿2を光源6によって照明し、原稿2からの反射光像を、フルレートミラー7及びハーフレートミラー8、9及び結像レンズ10からなる縮小光学系を介してCCD等からなる画像読取素子11上に走査露光して、この画像読取素子11によって原稿2の色材反射光像を所定のドット密度(例えば、16ドット/mm)で読み取るようになっている。
2 and 3,
上記原稿読取装置4によって読み取られた原稿2の色材反射光像は、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)(各8bit)の3色の原稿反射率データとして画像処理装置12に送られ、この画像処理装置12では、原稿2の反射率データに対して、シェーデイング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消し、色/移動編集等の所定の画像処理が施される。
The color material reflected light image of the
そして、上記の如く画像処理装置12で所定の画像処理が施された画像データは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(BK)(各8bit)の4色の原稿色材階調データとしてROS13(RasterOutputScanner)に送られ、このROS13では、原稿色材階調データに応じてレーザー光による画像露光が行われる。
The image data that has been subjected to the predetermined image processing by the
上記カラー電子写真複写機本体1の内部には、色の異なる複数のトナー像を形成可能な画像形成手段Aが配設されている。この画像形成手段Aは、主として、画像露光手段としてのROS13と、静電潜像が形成される像担持体としての感光体ドラム14と、前記感光体ドラム14上に形成された静電潜像を現像して色の異なる複数のトナー像を形成可能な現像手段としてのロータリー方式の現像装置15とから構成されている。
An image forming unit A capable of forming a plurality of toner images having different colors is disposed inside the color electrophotographic copying machine
上記ROS13は、図2及び図3に示すように、図示しない半導体レーザーを原稿再現色材階調データに応じて変調し、この半導体レーザーからレーザー光LBを階調データに応じて出射する。この半導体レーザーから出射されたレーザー光LBは、図示しない回転多面鏡によって偏向走査され、図示しないf・θレンズ及び反射ミラーを介して像担持体としての感光体ドラム14上に走査露光される。
2 and 3, the
上記ROS13によってレーザー光LBが走査露光される感光体ドラム14は、図示しない駆動手段によって矢印方向に沿って所定の速度で回転駆動されるようになっている。この感光体ドラム14の表面は、予め一次帯電用のスコロトロン16によって所定の極性(例えば、マイナス極性)及び電位に帯電された後、原稿再現色材階調データに応じてレーザー光LBが走査露光されることによって静電潜像が形成される。上記感光体ドラム14の表面は、例えば、−650Vに一様に帯電された後、画像部にレーザー光LBが走査露光されて、露光部分が−200Vとなる静電潜像が形成される。上記感光体ドラム14上に形成された静電潜像は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(BK)の4色の現像器15Y、15M、15C、15BKを備えたロータリー方式の現像装置15によって、例えば、感光体ドラム14の帯電極性と同極性のマイナス極性に帯電したトナー(帯電色材)によって反転現像され、所定の色のトナー像Tとなる。その際、上記各現像器15Y、15M、15C、15BKの現像ロールには、例えば、−500Vの現像バイアス電圧が印加される。尚、上記感光体ドラム14上に形成されたトナー像Tは、必要に応じて転写前帯電器17によってマイナス極性の帯電を受け、電荷量が調整されるようになっている。
The
上記感光体ドラム14上に形成された各色のトナー像は、当該感光体ドラム14の下部に配置された中間転写体としての中間転写ベルト18上に、第1の転写手段としての1次転写ロール19によって第1のニップ部N1で多重に転写される。この中間転写ベルト18は、駆動ロール20、従動ロール21、テンションロール22及び2次転写手段の一部を構成する対向ロールとしてのバックアップロール23によって、感光体ドラム14の周速と同一の移動速度で矢印方向に沿って回動可能に支持されている。
The toner images of the respective colors formed on the
上記中間転写ベルト18上には、形成する画像の色に応じて、感光体ドラム14上に形成されるイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(BK)の4色のすべて又はその一部のトナー像が、一次転写ロール19によって順次重ね合わせた状態で転写される。この中間転写ベルト18上に転写されたトナー像Tは、所定のタイミングで2次転写位置N2へと搬送される記録媒体としての記録用紙24上に、中間転写ベルト18を支持するバックアップロール23と、当該バックアップロール23に圧接する第2の転写手段の一部を構成する2次転写ロール25の圧接力及び静電吸引力によって転写される。上記記録用紙24は、図2及び図3に示すように、カラープリンター及び複写機本体1内の下部に配置された複数の記録媒体収容部材としての給紙カセット26から、所定のサイズのものがフィードロール27によって給紙される。給紙された記録用紙246は、複数の搬送ロール28及びレジストロール29によって、所定のタイミングで中間転写ベルト18の2次転写位置N2まで搬送される。そして、上記記録用紙24には、上述したように、2次転写手段としてのバックアップロール23と2次転写ロール25とによって、中間転写ベルト18上から所定の色のトナー像が一括して転写されるようになっている。
On the
また、上記中間転写ベルト18上から所定の色のトナー像が転写された記録用紙24は、中間転写ベルト18から分離された後、定着装置30へと搬送され、この定着装置30の加熱ロール31及び加圧ロール32によって、熱及び圧力でトナー像が記録用紙24上に定着され、カラープリンター及び複写機本体1の外部に排出されてカラー画像の形成工程が終了する。
The
なお、図2及び図3中、33は転写工程が終了した後の感光体ドラム14の表面から残留トナーや紙粉等を除去するためのクリーニング装置、34は中間転写ベルト18の清掃を行うための中間転写ベルト用クリーナー、35は2次転写ロール25の清掃を行うためのクリーナーをそれぞれ示している。また、中間転写ベルト用クリーナー34と2次転写ロール25のクリーナー35は、所定のタイミングで中間転写ベルト18に対して接離するように構成されている。
2 and 3,
ところで、この実施の形態1では、ロータリー方式の現像装置15において、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(BK)の4色の現像器15Y、15M、15C、15BKの少なくともいずれか1つで、少なくとも結着樹脂と発泡剤とを含有する画像形成用トナーであって、発泡剤がトナー表面に実質的に露出していないトナーを使用するように構成されている。
By the way, in the first embodiment, in the developing
発泡剤としては、特に制限されるものではなく、熱によって体積膨張するものであれば、どのようなものでも使用可能である。常温で固体のものであっても、液体のものであってもよい。また、発泡剤は、単一物質からなる材料に限られず、複数の物質からなる材料や、マイクロカプセル粒子等の機能性材料であってもよい。発泡剤の発泡温度は、いかなる装置を使用して立体画像を形成するかによって、その好ましい範囲が異なるが、図2及び図3に示すような通常のプリンターや複写機を用いて立体画像を形成する場合は、発泡温度が加熱定着温度以下であるのが好ましい。 The foaming agent is not particularly limited, and any foaming agent can be used as long as it expands by heat. It may be solid at room temperature or liquid. Further, the foaming agent is not limited to a material composed of a single substance, and may be a material composed of a plurality of substances or a functional material such as microcapsule particles. The preferred range of the foaming temperature of the foaming agent varies depending on the apparatus used to form the stereoscopic image, but the stereoscopic image is formed using a normal printer or copying machine as shown in FIGS. In this case, the foaming temperature is preferably not more than the heat fixing temperature.
上記発泡剤としては、例えば、熱分解によりガスを発生する物質を主原料とする発泡剤を用いることができ、具体的には、熱分解により炭酸ガスを発生する炭酸水素ナトリウム等の重炭酸塩、窒素ガスを発生するNaNO2 とNH4 Clの混合物、アゾビスイロブチロニトリル、ジアゾアミノベンゼン等のアゾ化合物、酸素等を発生する過酸化物等が挙げられる。 As the foaming agent, for example, a foaming agent mainly composed of a substance that generates gas by thermal decomposition can be used, and specifically, a bicarbonate such as sodium hydrogen carbonate that generates carbon dioxide by thermal decomposition. And a mixture of NaNO 2 and NH 4 Cl that generate nitrogen gas, azo compounds such as azobisirobutyronitrile and diazoaminobenzene, peroxides that generate oxygen, and the like.
発泡剤の他の形態としては、低温で気化する低沸点物質(常温で液体状態であっても固体状態であってもよい。)を内包するマイクロカプセル粒子の発泡剤(以下、「マイクロカプセル型発泡剤」という場合がある。)が挙げられる。マイクロカプセル型発泡剤は、発泡性が高いので好ましい。本実施の形態の画像形成用トナーを、通常のプリンターや複写機等に使用する場合は、マイクロカプセル内に内包されている低沸点物質は、少なくとも加熱定着温度よりも低い温度で気化することが必要であり、具体的には100℃以下、好ましくは50℃以下、より好ましくは25℃以下で気化する物質である。但し、マイクロカプセル型発泡剤の熱応答性は、芯材である低沸点物質の沸点のみならず、壁材の軟化点に依存するので、低沸点物質の好ましい沸点範囲は前記範囲には限定されない。低沸点物質としては、例えば、ネオペンタン、ネオヘキサン、イソペンタン、イソブチレン、イソブタン等が挙げられる。中でも、マイクロカプセルの壁材に対して安定で、熱膨張率の高いイソブタンが好ましい。 As another form of the foaming agent, a microcapsule particle foaming agent (hereinafter referred to as “microcapsule type”) containing a low boiling point substance that vaporizes at a low temperature (which may be in a liquid state or a solid state at room temperature). May be referred to as a “foaming agent”). A microcapsule type foaming agent is preferable because of its high foaming property. When the image forming toner of the present embodiment is used in an ordinary printer or copying machine, the low boiling point substance contained in the microcapsule can be vaporized at a temperature lower than at least the heat fixing temperature. Specifically, it is a substance that vaporizes at 100 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or lower, more preferably 25 ° C. or lower. However, since the thermal responsiveness of the microcapsule type foaming agent depends not only on the boiling point of the low-boiling substance as the core material but also on the softening point of the wall material, the preferred boiling range of the low-boiling substance is not limited to the above range. . Examples of the low boiling point substance include neopentane, neohexane, isopentane, isobutylene, and isobutane. Among them, isobutane which is stable with respect to the wall material of the microcapsule and has a high thermal expansion coefficient is preferable.
マイクロカプセルの壁材は、トナーの製造工程で用いられる種々の溶剤に対して耐溶剤性を有するとともに、マイクロカプセルに内包される低沸点物質が気化した際に、気体に対して非透過性を有する材料が好ましい。また、本実施の形態の画像形成用トナーを、通常のプリンターや複写機等に使用する場合は、壁材が加熱定着温度よりも低い温度で軟化し、膨張する必要がある。マイクロカプセルの壁材としては、従来使用されている壁材を広く使用することができる。例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリブタジエン、ポリアクリル酸エステル等の単重合体、これらの共重合体が好ましく用いられる。中でも、塩化ビニリデンとアクリロニトリルの共重合体が結着樹脂との接着性が高い点、溶剤に対して耐溶剤性が高い点で好ましい。 The wall material of the microcapsule has a solvent resistance to various solvents used in the toner manufacturing process, and is impermeable to a gas when a low-boiling substance contained in the microcapsule is vaporized. The material which has is preferable. In addition, when the image forming toner of the present embodiment is used in a normal printer or copying machine, the wall material needs to be softened and expanded at a temperature lower than the heat fixing temperature. Conventionally used wall materials can be widely used as wall materials for microcapsules. For example, homopolymers such as polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polystyrene, polyacrylonitrile, polybutadiene, polyacrylic acid ester, and copolymers thereof are preferably used. Among these, a copolymer of vinylidene chloride and acrylonitrile is preferable in terms of high adhesiveness to the binder resin and high solvent resistance to the solvent.
本実施の形態のトナーにおける発泡剤の含有量は、発泡剤の種類によって好ましい範囲が異なるが、通常は、5重量%〜50重量%、好ましくは10重量%〜40重量%である。発泡剤の含有量が5重量%未満であると、トナーの熱膨張が実用上不十分となる場合があり、一方、50重量%を越えると、トナー中の結着樹脂の割合が相対的に不足し、充分な定着性が得られない等の問題が生じる場合がある。 The content of the foaming agent in the toner of the present exemplary embodiment varies depending on the type of foaming agent, but is usually 5% to 50% by weight, preferably 10% to 40% by weight. When the content of the foaming agent is less than 5% by weight, the thermal expansion of the toner may be insufficient in practical use. On the other hand, when the content exceeds 50% by weight, the proportion of the binder resin in the toner is relatively high. Insufficient fixing properties may not be obtained.
この実施の形態の立体画像形成用トナーの結着樹脂としては、特に制限されるものではなく、トナー用樹脂として一般に用いられる樹脂が使用できる。具体的には、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、スチレン・アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ジエン系樹脂、フェノール樹脂、エチレン・酢酸ビニル樹脂等であるが、より好ましいのはポリエステル樹脂である。 The binder resin of the three-dimensional image forming toner of this embodiment is not particularly limited, and resins generally used as toner resins can be used. Specifically, polyester resin, styrene resin, acrylic resin, styrene / acrylic resin, silicone resin, epoxy resin, diene resin, phenol resin, ethylene / vinyl acetate resin, and the like are more preferable. .
この実施の形態の結着樹脂には、上記ポリエステル樹脂を二種類以上組み合わせてもよいし、更に他の樹脂を組み合わせても良い。他の樹脂としては、スチレン樹脂、アクリル樹脂、スチレン・アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ジエン系樹脂、フェノール樹脂、テルペン樹脂、クマリン樹脂、アミド樹脂、アミドイミド樹脂、ブチラール樹脂、ウレタン樹脂、エチレン・酢酸ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、カルナバワックス等の天然ワックス樹脂がある。本実施の形態においては、ポリエステル樹脂を主成分として、その他の樹脂はトナー中に0〜30重量%の量で添加するのが好ましい。また、結着樹脂のモノマーに発泡剤を分散し、これらを縣濁重合することによりトナーを作製する場合は、上記結着樹脂の中の縣濁重合可能なモノマーが利用可能である。 In the binder resin of this embodiment, two or more kinds of the above-mentioned polyester resins may be combined, or another resin may be further combined. Other resins include styrene resin, acrylic resin, styrene / acrylic resin, silicone resin, epoxy resin, diene resin, phenol resin, terpene resin, coumarin resin, amide resin, amideimide resin, butyral resin, urethane resin, ethylene There are natural wax resins such as vinyl acetate resin, polypropylene resin, polyethylene resin and carnauba wax. In the present embodiment, it is preferable to add polyester resin as a main component and other resins in the toner in an amount of 0 to 30% by weight. Further, in the case of preparing a toner by dispersing a foaming agent in a binder resin monomer and subjecting them to suspension polymerization, the suspension-polymerizable monomer in the binder resin can be used.
本実施の形態のトナー粒子を切断し、その切片を顕微鏡で観察した模式図の一例を図4に示す。本実施の形態のトナー粒子40は、図4に示すように、少なくとも結着樹脂41と発泡剤粒子42とからなり、発泡剤粒子42が発泡性を失うことなく、トナーの芯部側に内包されている。本実施の形態の画像形成用トナー40は、発泡剤42が実質的に表面に露出していない構成であるので、高い熱膨張性を有するとともに、記録媒体に対する接着性および帯電安定性を良好に維持している。
FIG. 4 shows an example of a schematic diagram in which the toner particles of the present embodiment are cut and the section is observed with a microscope. As shown in FIG. 4, the
尚、ここにいう「実質的に表面に露出していない」とは、例えば、トナー粒子50個の電子顕微鏡写真を観察した結果、図4に示すように、まったく発泡剤42が表面に露出していないトナーが8割以上であることを示す。また、図4に示すように、発泡剤42が粒子としてトナー中に均一に分散していると、トナーの記録媒体に対する接着性および帯電安定性をより向上できるので好ましい。
Here, “substantially not exposed to the surface” means that, for example, as a result of observing an electron micrograph of 50 toner particles, the foaming
本実施の形態の画像形成用トナーには、所望により着色剤を含有させ、着色して可視化してもよい。分散させる着色剤としては、公知の有機、もしくは、無機の顔料や染料、油溶性染料を使用することができる。これらの着色剤は、トナー粒径や現像量に依存するが、一般にトナー100重量部に対して1〜100重量部程度の割合が適切である。 The image forming toner of the present embodiment may contain a colorant if desired, and may be colored and visualized. As the colorant to be dispersed, known organic or inorganic pigments and dyes and oil-soluble dyes can be used. These colorants depend on the toner particle size and development amount, but generally a ratio of about 1 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of toner is appropriate.
また、本実施の形態の画像形成用トナーには、磁化を持たせるために磁性体を含有させても良い。磁性体の種類としては、公知のものを適宜使用できる。さらに、本実施の形態の画像形成用トナーには、所望により離型剤を含有させてもよい。離型剤を含有させることによって、接触定着時のオフセット現象等を防止することができるので好ましい。なお、本実施の形態の画像形成用トナーには、所望により帯電制御剤を加えてもよい。また更に、本実施の形態の画像形成用トナーには、流動性や、現像性の制御のために、公知の外添剤を加えてもよい。 Further, the image forming toner of the present embodiment may contain a magnetic material in order to give magnetization. As the type of the magnetic material, known materials can be used as appropriate. Further, the image forming toner of the present embodiment may contain a release agent as desired. It is preferable to include a release agent since an offset phenomenon at the time of contact fixing can be prevented. It should be noted that a charge control agent may be added to the image forming toner of the present embodiment as desired. Furthermore, a known external additive may be added to the image forming toner of the present embodiment in order to control fluidity and developability.
本実施の形態の画像形成用トナーは、例えば、少なくとも結着樹脂と発泡剤とを溶剤に溶解および/または分散させた油相を、水相に縣濁分散させて前記油相からなる粒子を作製する工程と、前記粒子から溶剤を除去する工程とを含む工程によって作製される。 In the image forming toner of the present embodiment, for example, an oil phase in which at least a binder resin and a foaming agent are dissolved and / or dispersed in a solvent is suspended and dispersed in an aqueous phase, and particles composed of the oil phase are dispersed. It is produced by a process including a process of producing and a process of removing the solvent from the particles.
また、本実施の形態の画像形成用トナーは、少なくとも発泡剤を溶解または分散させた結着樹脂用のモノマーを、水相中で縣濁重合する工程とを含む工程によって作製しても良い。 Further, the image forming toner of the present embodiment may be produced by a process including a step of suspension polymerization of a binder resin monomer in which at least a foaming agent is dissolved or dispersed in an aqueous phase.
この実施の形態で使用した画像形成用トナーは、結着樹脂としてバインダーポリマーを75重量%、発泡剤としてエクスパンセル461を25重量%だけ含有した白色トナーと、結着樹脂としてバインダーポリマーを74.1重量%、発泡剤としてエクスパンセル461を24.7重量%、着色剤としてカーボンブラックを1.2重量%だけ含有した黒色トナーである。なお、これらの画像形成用トナーには、必要に応じて適宜外添剤を添加しても良い。 The image forming toner used in this embodiment is a white toner containing 75% by weight of binder polymer as a binder resin and 25% by weight of Expandel 461 as a foaming agent, and 74 binder polymer as a binder resin. Black toner containing 1% by weight, 24.7% by weight of EXPANSEL 461 as a foaming agent, and 1.2% by weight of carbon black as a colorant. An external additive may be appropriately added to these image forming toners as necessary.
上記画像形成用トナーとして白色トナーを使用する場合は、当該白色トナーを収容した専用の現像器を準備し、この白色の現像器を、ロータリー方式の現像装置15のイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(BK)のいずれかの現像器15Y、15M、15C、15BKと交換して使用すれば良い。また、上記画像形成用トナーとして黒色トナーを使用する場合は、ロータリー方式の現像装置15のブラック(BK)の現像器15BKをそのまま用いても良いが、白色の現像器と同様に発泡黒色トナーを収容した専用の現像器を使用しても良い。
When white toner is used as the image forming toner, a dedicated developing device containing the white toner is prepared, and the white developing device is used as yellow (Y) or magenta (M ), Cyan (C), and black (BK), the developing
上記の如く作製された白色トナーを電子顕微鏡で撮影したものが図5であり、黒色トナーを電子顕微鏡で撮影したものが図6である。これら白色トナー及び黒色トナーの体積平均粒径は、約30μmであった。 FIG. 5 shows the white toner produced as described above taken with an electron microscope, and FIG. 6 shows the black toner taken with an electron microscope. The volume average particle size of these white toner and black toner was about 30 μm.
そこで、この実施の形態1では、例えば、上記発泡性の黒色トナーをロータリー方式の現像装置15のブラック(BK)の現像器15BKに収容し、感光体ドラム14上に形成された静電潜像を現像するように構成されている。その際、上記感光体ドラム14の表面は、図2及び図3に示すように、一次帯電用のスコロトロン16によって、例えば、−650Vに一様に帯電された後、ROS13によって点字用文字等の所望の画像部にレーザー光LBが走査露光されて、露光部分が−200Vとなる静電潜像が形成される。この感光体ドラム14上に形成された静電潜像は、立体画像を形成する場合は、発泡性のトナーを収容したブラック(BK)の現像器15BKで反転現像され、黒色のトナー像Tとなる。その際、上記現像器15BKの現像ロールには、例えば、−500Vの現像バイアス電圧が印加される。
Therefore, in the first embodiment, for example, the above-described foamable black toner is accommodated in the black (BK) developing device 15BK of the
その結果、感光体ドラム14上には、単位面積あたりのトナー重量が3mg/cm2 のトナー像が形成される。この感光体ドラム14上に形成されたトナー像は、一次転写ロール19によって中間転写ベルト18上に一次転写された後、当該中間転写ベルト18上に転写されたトナー像が、バックアップロール23と二次転写ロール25とが圧接する二次転写位置N2において、記録用紙24上に二次転写される。
As a result, a toner image having a toner weight of 3 mg / cm 2 per unit area is formed on the
上記記録用紙24上に二次転写されたトナー像Tを模式的に示したものが、図7である。また、上記記録用紙24上に二次転写されたトナー像Tを電子顕微鏡で撮影したものが図8である。この記録用紙24上には、図7及び図8に示すように、例えば、発泡性のトナー粒子40が二層程度に積層されたトナー像Tが転写される。この未定着トナー画像Tの高さは、55〜60μmであった。
FIG. 7 schematically shows the toner image T secondarily transferred onto the
次に、上記発泡性のトナー粒子40からなるトナー像が転写された記録用紙24は、図2及び図3に示すように、定着器30の加熱ロール31及び加圧ロール32によって、熱及び圧力で定着処理を受け、トナー40中の結着樹脂41が溶融するとともに、トナー40中の発泡剤42が発泡することにより、立体画像が記録用紙24上に定着される。この記録用紙24上に定着された立体画像は、図10に示すように、トナー粒子40中の発泡剤42が発泡して、略球体状や略楕円体状の中空のガス泡43を形成し、このガス泡が積層した状態となっている。また、上記ガス泡43の表面は、溶融して膜状となった結着樹脂41によって覆われている。
Next, the
ところで、この実施の形態1では、画像形成条件、画像形成材料及び記録媒体のうちの少なくとも1つを変更させることにより、前記記録媒体上の立体画像の高さを制御するように構成されている。また、上記画像形成条件としては、例えば、定着手段における定着速度が用いられる。 By the way, the first embodiment is configured to control the height of the stereoscopic image on the recording medium by changing at least one of the image forming conditions, the image forming material, and the recording medium. . As the image forming condition, for example, a fixing speed in a fixing unit is used.
図9は上記の如く記録用紙24上に定着された発泡トナーからなる立体画像を実際に撮影した電子顕微鏡写真である。この定着後のトナー画像Tの高さは、130μmであった。
FIG. 9 is an electron micrograph obtained by actually photographing a stereoscopic image made of foamed toner fixed on the
なお、図9は、定着温度が150℃、加熱ロール31と加圧ロール32のニップ幅が4.8mm、定着速度が35mm/secの条件で、定着処理を行ったものである。
In FIG. 9, the fixing process is performed under the conditions that the fixing temperature is 150 ° C., the nip width between the
この図9から明らかなように、記録用紙24上にトナー画像Tが高く発泡した状態で立体的に形成されていることがわかる。また、この立体画像44は、発泡トナー40中の発泡剤42が発泡したガス泡43が、複数層(3〜5層程度)積層された状態で形成されていることがわかる。
As can be seen from FIG. 9, the toner image T is three-dimensionally formed on the
また、図11は上記記録用紙24上に定着された立体画像を、更に順次拡大して撮影した電子顕微鏡写真である。
FIG. 11 is an electron micrograph obtained by sequentially enlarging the stereoscopic images fixed on the
この図11から明らかなように、略球体状や略楕円体状にほぼ均一に発泡した中空のガス泡43が、複数層(3〜5層程度)だけ密に積層された状態で形成されていることがわかる。 As is apparent from FIG. 11, hollow gas bubbles 43 that are almost uniformly foamed in a substantially spherical or elliptical shape are formed in a state where a plurality of layers (about 3 to 5 layers) are densely stacked. I understand that.
さらに、図12は上記記録用紙24上に定着された立体画像の表面及びトナーと用紙との界面を、拡大して撮影した電子顕微鏡写真である。
Further, FIG. 12 is an electron micrograph obtained by enlarging the surface of the stereoscopic image fixed on the
この図12(a)から明らかなように、立体画像の表面には、略球体状や略楕円体状に発泡した中空のガス泡43が、ほぼ均一に並んでいる状態がわかる。また、図12(b)から明らかなように、トナー40と用紙24との界面には、トナー40の結着樹脂41が記録用紙24の繊維中に一部浸透していることがわかる。
As is clear from FIG. 12A, it can be seen that the hollow gas bubbles 43 foamed in a substantially spherical shape or a substantially elliptical shape are arranged almost uniformly on the surface of the stereoscopic image. 12B, it can be seen that the
また、図13は上記記録用紙24上にドット状に形成され定着された立体画像を、10°傾斜した斜め上方から、及びその断面をそれぞれ撮影した電子顕微鏡写真である。なお、図13は、定着温度が147℃、加熱ロール31と加圧ロール32のニップ幅が4.8mm、定着速度が35mm/secの条件で、定着処理を行ったものである。
FIG. 13 is an electron micrograph of a three-dimensional image formed and fixed in a dot shape on the
この図13から明らかなように、発泡トナー40を使用した立体画像44の場合には、ドット状に盛り上がった画像が形成されていることがわかり、点字用の文字や、点字用の画像など種々の用途で実際に使用可能であることがわかる。
As can be seen from FIG. 13, in the case of the three-dimensional image 44 using the foamed
図14は比較のため、記録用紙24上に通常の黒色トナーでドット状に形成され定着された平面画像を、同じく10°傾斜した斜め上方から、及びその断面をそれぞれ撮影した電子顕微鏡写真である。なお、図14は、定着温度が147℃、加熱ロール31と加圧ロール32のニップ幅が4.8mm、定着速度が75mm/secの条件で、定着処理を行ったものである。
For comparison, FIG. 14 is an electron micrograph obtained by photographing a flat image formed and fixed in a dot shape with a normal black toner on the
この図14から明らかなように、通常のトナーを使用した画像の場合には、記録用紙24の表面からほとんど盛り上がっておらず、平面状の画像が単に形成されていることがわかる。
As can be seen from FIG. 14, in the case of an image using normal toner, it hardly rises from the surface of the
実験例1
そこで、本発明者らは、上記の条件で立体画像を形成する際に、定着器30における定着速度(プロセススピード)を変化させた場合、定着後の立体画像の高さがどのように変化するかを調べる実験を行った。
Experimental example 1
Therefore, the present inventors change how the height of the stereoscopic image after fixing changes when the fixing speed (process speed) in the fixing
図1は上記実験の結果を示すグラフである。また、図15乃至図18は、記録用紙24上に定着された立体画像の断面を、それぞれ倍率を変えて撮影した電子顕微鏡写真である。なお、図15乃至図18においては、定着温度が150℃、加熱ロール31と加圧ロール32のニップ幅が4.8mm、定着速度が図15は70mm/sec、図16は35mm/sec、図17は17.5mm/sec、図18は超低速の7mm/secの条件で、定着処理を行ったものである。また、記録用紙24としては、富士ゼロックスオフィスサプライ(株)社製のJ紙を使用した。
FIG. 1 is a graph showing the results of the experiment. 15 to 18 are electron micrographs obtained by photographing the cross section of the stereoscopic image fixed on the
上記図1のグラフから明らかなように、定着速度(プロセススピード)を遅くすることによって、トナー画像の高さがそれに応じて高くなっていくのがわかる。この定着速度 (プロセススピード)におけるトナー画像の高さの変化を直線で近似すると、定着速度をv(mm/sec)、定着後の発泡トナー画像の高さをt(μm)としたとき、定着後のトナー画像の高さtは、t>−1.5v+170となる。したがって、定着速度v(mm/sec)を制御することによって、定着後の発泡トナー画像の所望の高さt(μm)を得ることが可能となる。 As is apparent from the graph of FIG. 1, it can be seen that by decreasing the fixing speed (process speed), the height of the toner image increases accordingly. When the change in toner image height at this fixing speed (process speed) is approximated by a straight line, the fixing speed is v (mm / sec) and the height of the foamed toner image after fixing is t (μm). The height t of the subsequent toner image is t> −1.5v + 170. Therefore, by controlling the fixing speed v (mm / sec), it is possible to obtain a desired height t (μm) of the foamed toner image after fixing.
実験例2
次に、本発明者らは、上記の条件で立体画像を形成する際に、定着器30における定着温度を変化させた場合、定着後の立体画像の高さがどのように変化するかを調べる実験を行った。
Experimental example 2
Next, the present inventors investigate how the height of the fixed three-dimensional image changes when the fixing temperature in the fixing
図19は上記実験の結果を示すグラフである。また、図20は、記録用紙24上に定着された立体画像の断面を、それぞれ定着温度を変えて撮影した電子顕微鏡写真である。なお、図20においては、加熱ロール31と加圧ロール32のニップ幅が4.8mm、定着温度が同図(a)は130℃、同図(b)は150℃、同図(c)は170℃、同図(d)は180℃の条件で、定着処理を行ったものである。また、記録用紙24としては、富士ゼロックスオフィスサプライ(株)社製のJ紙を使用した。
FIG. 19 is a graph showing the results of the experiment. FIG. 20 is an electron micrograph of a cross-section of a stereoscopic image fixed on the
上記図19のグラフから明らかなように、定着温度の上昇と共にトナー画像の高さがそれに応じて高くなっていく傾向があることがわかる。ただし、定着温度が180℃と非常に高くなると、逆にトナー画像の高さが低下する傾向にある。これは、定着温度が180℃とあまり高いと、発泡性トナー中の発泡剤が発泡するものの、発泡性トナー中の結着樹脂が軟化しすぎて、発泡した状態を維持することができず、逆にトナー画像の高さが低下するためと考えられる。 As is apparent from the graph of FIG. 19, it can be seen that the height of the toner image tends to increase as the fixing temperature increases. However, when the fixing temperature is as high as 180 ° C., the height of the toner image tends to decrease. This is because if the fixing temperature is as high as 180 ° C., the foaming agent in the foamable toner foams, but the binder resin in the foamable toner is too soft to maintain the foamed state. Conversely, it is considered that the height of the toner image is lowered.
このように、定着温度を制御することによって、トナー画像の高さをそれに応じて変化させることが可能であることがわかる。 Thus, it can be seen that by controlling the fixing temperature, the height of the toner image can be changed accordingly.
実験例3
さらに、本発明者らは、上記の条件で立体画像を形成する際に、記録媒体としての記録用紙24の坪量を変化させた場合、定着後の立体画像の高さがどのように変化するかを調べる実験を行った。
Experimental example 3
Furthermore, the present inventors change how the height of the stereo image after fixing changes when the basis weight of the
図21は上記実験の結果を示すグラフである。また、図22及び図23は、坪量の異なる種々の記録用紙24上に定着された立体画像の断面を、それぞれ倍率を変えて撮影し、定着後の立体画像の高さを測定した電子顕微鏡写真である。なお、図22及び図23においては、定着温度が147℃、加熱ロール31と加圧ロール32のニップ幅が4.8mm、定着速度が35mm/secの条件で、定着処理を行ったものである。
FIG. 21 is a graph showing the results of the experiment. FIGS. 22 and 23 are electron microscopes in which cross-sections of stereoscopic images fixed on
上記図21のグラフから明らかなように、記録用紙24の坪量を変化させることによって、トナー画像の高さがそれに応じて変化し、記録用紙24の坪量が小さい程、トナー画像の高さがそれに応じて高くなっていくことがわかる。この記録用紙24の坪量に対するトナー画像の高さの変化を直線で近似すると、記録用紙24の坪量をx(g/m2 )、定着後の発泡トナー画像の高さをt(μm)としたとき、定着後のトナー画像の高さtは、t>−x+200となる。したがって、記録用紙24の坪量をx(g/m2 )を変化させることによって、定着後の発泡トナー画像の所望の高さt(μm)を調整することが可能となる。
As apparent from the graph of FIG. 21, the toner image height changes accordingly by changing the basis weight of the
実験例4
また、本発明者らは、上記の条件で立体画像を形成する際に、記録媒体としての記録用紙24の厚さ及び密度を変化させた場合、定着後の立体画像の高さがどのように変化するかを調べる実験を行った。
Experimental Example 4
In addition, when the present inventors form a three-dimensional image under the above conditions, the height of the three-dimensional image after fixing is changed when the thickness and density of the
その結果、記録用紙24の厚さをt(μm)、記録用紙24の密度をρ(g/cm2 )としたとき、t<70、ρ<5を満たす範囲の記録用紙24を用いて、発泡トナーを熱定着させればよいことがわかった。
As a result, when the thickness of the
実験例5
更に、本発明者らは、上記の条件で立体画像を形成する際に、発泡性トナーの粒径に基づいて、定着後の立体画像の高さがどの程度高くなるかを調べる実験を行った。実験条件は、定着速度が35mm/sec、定着温度が147℃、加熱ロール31と加圧ロール32のニップ幅が4.8mm、トナー量が3mg/cm2 の条件で、定着処理を行ったものである。また、記録用紙24としては、富士ゼロックスオフィスサプライ(株)社製のJ紙を使用した。
Experimental Example 5
Furthermore, the present inventors conducted an experiment to determine how high the height of the three-dimensional image after fixing is based on the particle diameter of the foamable toner when forming a three-dimensional image under the above conditions. . The experimental conditions were as follows: the fixing speed was 35 mm / sec, the fixing temperature was 147 ° C., the nip width between the
その結果、定着条件等を変化させることにより、発泡トナーの平均粒径をd(μm)、定着後の発泡トナー画像の高さをt(μm)としたとき、定着後のトナー画像の高さtは、1.5d<t<15dの範囲で良好な立体画像を形成することができることがわかった。 As a result, by changing the fixing conditions and the like, when the average particle diameter of the foamed toner is d (μm) and the height of the foamed toner image after fixing is t (μm), the height of the toner image after fixing It was found that a good stereoscopic image can be formed in the range of 1.5d <t <15d.
ここで、定着後のトナー画像の高さtが1.5d以下の場合には、発泡トナーが十分に発泡しておらず、立体画像の必要な高さを得ることができず、又、定着後のトナー画像の高さtが15d以上の場合には、発泡トナーが発泡しすぎて脆くなっており、強度的に不十分となる。 Here, when the height t of the toner image after fixing is 1.5 d or less, the foamed toner is not sufficiently foamed, and the required height of the three-dimensional image cannot be obtained. When the height t of the subsequent toner image is 15d or more, the foamed toner is too foamed and brittle, and the strength is insufficient.
実施の形態2
図24はこの実施の形態2を示すものであり、前記実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実施の形態2では、画像形成装置によって立体画像を形成する場合は、前記トナーとして、少なくとも結着樹脂と発泡剤とを含有するトナーを使用し、当該トナーによって形成されたトナー画像を定着手段によって記録媒体上に定着する際に、前記定着手段が前記トナーに含有される発泡剤を発泡させ、立体画像を記録媒体上に形成するとともに、前記記録媒体上に形成された立体画像の高さを検出する高さ検出手段を設け、前記高さ検出手段によって検出した立体画像の高さに基づいて、画像形成条件を変更することにより、最終的に得られる立体画像の高さを所望の範囲に制御する制御手段を備えるように構成されている。
FIG. 24 shows the second embodiment. The same parts as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals. In the second embodiment, a stereoscopic image is formed by the image forming apparatus. In this case, when the toner containing at least a binder resin and a foaming agent is used as the toner, and the toner image formed by the toner is fixed on the recording medium by the fixing means, the fixing means The height detecting means includes a height detecting means for foaming a foaming agent contained in the toner to form a three-dimensional image on the recording medium and detecting the height of the three-dimensional image formed on the recording medium. The control unit is configured to control the height of the finally obtained stereoscopic image within a desired range by changing the image forming condition based on the height of the stereoscopic image detected by That.
すなわち、この実施の形態2では、図24に示すように、定着装置30の下流側に位置する用紙搬送路の上部に、当該定着装置30によって定着処理が施され、記録用紙24上に加熱定着され、発泡トナーが発泡して立体的に形成された画像の高さを検出する高さ検出手段としてのレーザー変位計50が配設されている。このレーザー変位計50としては、例えば、キーエンス社製のLT−8000が用いられる。そして、定着後の記録用紙24上のトナー画像の高さを、レーザー変位計50によって検出し、当該レーザー変位計50によって検出されたトナー画像の高さが、所望の範囲から外れたとき、現像電界の大きさ等を変化させて、トナー画像の高さを制御するように構成されている。
That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 24, fixing processing is performed by the fixing
上記レーザー変位計50からは、例えば、図25に示すような出力が得られる。この図25に示す出力波形は、1.5mm幅のライン像を、レーザー変位計50によって検出したものであり、このレーザー変位計50によって検出されたライン像の高さは、150μm程度である。
For example, an output as shown in FIG. 25 is obtained from the
また、上記現像電界と定着後のトナーの高さの関係は、例えば、図26に示すとおりであり、現像電界(現像バイアス)を変化させることにより、感光体ドラム14上に形成されるトナー像の高さを変化させ、結果的に、記録用紙24上に定着されるトナー画像の高さを制御することができる。
The relationship between the development electric field and the height of the toner after fixing is as shown in FIG. 26, for example, and a toner image formed on the
現像電界を変えるためには、現像バイアス、感光体ドラム14の帯電電位、感光体ドラム14の露光電位の少なくともいずれか1つを変化させる必要があるが、画像の背景部と現像バイアスの電位差が小さくなると、画像の背景部にトナーが付着する背景部かぶりが生じるので、現像バイアスと同時に感光体ドラムの帯電電位を変える場合がある。
In order to change the developing electric field, it is necessary to change at least one of the developing bias, the charging potential of the
図27はこの実施の形態に係る画像形成装置の制御部を示すブロック図である。 FIG. 27 is a block diagram showing a control unit of the image forming apparatus according to this embodiment.
図27において、50はレーザー変位計であり、このレーザー変位計50の出力は、トナー画像の高さに応じた電圧として、デジタル値に変換されてCPU等からなる制御回路51に入力される。この制御回路51は、図26に示すようなトナー画像の高さと現像バイアスの関係が予め入力されたテーブル等を参照して、所定の高さのトナー画像を得るための現像バイアスを求め、現像バイアス制御部52を介して、現像装置15に印加する現像バイアスを制御するようになっている。
In FIG. 27,
また、現像装置15のトナー濃度を変化させても、図28に示すように、定着後のトナー画像の高さを制御することができる。さらに、図29に示すように、定着温度を変化させたり、図30に示すように、定着スピードを変化させることによっても、定着後のトナー画像の高さを制御することができる。
Further, even if the toner density of the developing
図31は定着温度と定着スピードを変化させた場合に、定着画像の高さが度のように変化するかを示したものである。この図31から明らかなように、定着温度が高くなるほど、又定着スピードが遅くなるほど、定着画像の高さが高くなることがわかる。 FIG. 31 shows how the height of the fixed image changes in degrees when the fixing temperature and fixing speed are changed. As can be seen from FIG. 31, the height of the fixed image increases as the fixing temperature increases and the fixing speed decreases.
なお、上記実施の形態では、トナー画像の高さを検出するために、記録用紙24の端部に、幅1.5mm、長さ5mm程度の縦方向又は横方向のライン像を書き込んでおいて、このライン像の高さを検出するようにしている。しかし、これに限らず、記録用紙24上に形成された通常画像によって、トナー画像の高さを検出したり、高さ検出専用の画像を専用の用紙の全面又は一部に形成し、この高さ検出専用の画像によって、トナー画像の高さを検出しても勿論よい。
In the above embodiment, in order to detect the height of the toner image, a vertical or horizontal line image having a width of about 1.5 mm and a length of about 5 mm is written on the end of the
また、前記実施の形態では、高さ検出手段として、非接触のレーザー変位計を用いたが、図32に示すように、接触式の高さ検出手段を用いることもできる。この接触式の高さ検出手段60は、図32に示すように、定着後のトナー像画像の表面に接触する、金属製又はプラスチック製等のロッド状の接触部材61を備えている。この接触部材61は、支点62を中心にして揺動自在に支持されているとともに、当該支点62よりも後端部側は、引っ張りバネ63によって張架されており、略半円形状に形成された先端部が、一定の圧力で記録用紙24の表面に接触するように構成されている。また、上記接触部材61には、支点62と先端部の距離よりも長く設定された基端部に、当該接触部材61の移動量 (上下量)を検出する検出手段64が設けられている。この検出手段64は、光学的に接触部材61の移動量を検出するものであり、接触部材61の基端部には、端縁が傾斜するように形成された遮光板65が、一体的に設けられている。上記遮光板65の両側には、図32に示すように、図示しない発光素子と、当該発光素子から出射された光を受光する直線状の受光窓66を備えた図示しない受光素子とが、遮光板66を介して対向するように配置されている。
In the above embodiment, a non-contact laser displacement meter is used as the height detection means. However, as shown in FIG. 32, a contact-type height detection means can also be used. As shown in FIG. 32, the contact-type height detection means 60 includes a rod-shaped contact member 61 made of metal or plastic that contacts the surface of the toner image after fixing. The contact member 61 is swingably supported around a fulcrum 62, and the rear end side of the fulcrum 62 is stretched by a tension spring 63, and is formed in a substantially semicircular shape. The leading end is configured to contact the surface of the
そして、上記接触式の高さ検出手段60は、図32に示すように、接触部材61の先端部61aが点字等の立体的なトナー画像67に接触することによって移動すると、当該接触部材61の先端部61aの動きが、テコの原理によって拡大されて、この接触部材61の後端部61bが移動し、当該接触部材61の後端部に設けられて遮光板65が、発光素子から出射された光を遮る量が異なり、受光素子の受光光量が変化するようになっている。したがって、上記受光素子の受光光量を検出することによって、接触部材61の先端部の移動量、即ち点字等の立体的なトナー画像の高さを検出することができる。
Then, as shown in FIG. 32, the contact-type height detection means 60 moves when the
ここで、上記接触部材61の先端部の形状を、図の紙面に垂直な方向に点字の行間に相当する例えば12mm程度以上の長さにすれば、検出用のライン像を作らなくても検出が可能である。 Here, if the shape of the tip of the contact member 61 is set to a length of, for example, about 12 mm or more, which corresponds to the space between the braille lines in the direction perpendicular to the drawing sheet, the detection can be performed without creating a line image for detection. Is possible.
また、上記接触部材が検出する用紙の領域に点字の画像が存在するか否かを判断して、存在しない場合だけライン像を作像するようにしても良い。 Further, it may be determined whether or not a Braille image exists in the area of the paper detected by the contact member, and a line image may be formed only when it does not exist.
尚、上記遮光板による光量変化の変わりに、図33に示すように、電極の作用をする金属部68と、当該金属部68と対向する対向電極69とを設け、金属部と対向電極69間の静電容量が変化することを利用して、静電容量検出回路70によって静電容量を検出し、接触部材61の移動量を検出するように構成してもよい。この場合は、対向電極69と対向する接触部材の部分68には、例えば、金属や導電性プラスチック等の導電性のものを用いる必要がある。
As shown in FIG. 33, a metal part 68 that acts as an electrode and a counter electrode 69 that faces the metal part 68 are provided instead of the change in the amount of light due to the light shielding plate, and between the metal part and the counter electrode 69. The capacitance may be detected by the
その他の構成及び作用は、前記実施の形態1と同様であるので、その説明は省略する。 Since other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
実施の形態3
図34はこの実施の形態3を示すものであり、前記実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実施の形態3では、画像形成装置によって立体画像を形成する場合は、前記トナーとして、少なくとも結着樹脂と発泡剤とを含有するトナーを使用し、当該トナーによって形成されたトナー画像を定着手段によって記録媒体上に定着する際に、前記定着手段が前記トナーに含有される発泡剤を発泡させ、立体画像を記録媒体上に形成するとともに、前記潜像形成手段によって像担持体上に静電潜像を形成する際に、一つの単位画像内の潜像電位を部分的に異ならせることにより、所望の高さ分布を有する立体形状を形成可能とするように構成されている。
Embodiment 3
FIG. 34 shows the third embodiment. The same parts as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals. In the third embodiment, a stereoscopic image is formed by the image forming apparatus. In this case, when the toner containing at least a binder resin and a foaming agent is used as the toner, and the toner image formed by the toner is fixed on the recording medium by the fixing means, the fixing means When the foaming agent contained in the toner is foamed to form a three-dimensional image on the recording medium, and when the electrostatic latent image is formed on the image carrier by the latent image forming means, the latent image in one unit image is formed. By partially varying the image potential, a three-dimensional shape having a desired height distribution can be formed.
また、この実施の形態3では、前記一つの単位画像が、点字一文字を構成する最小単位である1ドットの画像であるように構成されている。 In the third embodiment, the one unit image is configured to be a one-dot image that is the minimum unit constituting one Braille character.
すなわち、この実施の形態3では、図34に示すように、画像処理装置12の内部に点字画像を処理する点字画像処理部71が設けられており、この点字画像処理部には、当該画像形成装置が接続されているパーソナルコンピュータ72から文字情報が入力されるようになっている。そして、この点字画像処理部71では、パーソナルコンピュータ71から入力される文字画像を、所定の点字一覧表に従って点字の画像に変換するように構成されている。
That is, in the third embodiment, as shown in FIG. 34, a Braille image processing unit 71 that processes a Braille image is provided inside the
図35は上記画像形成装置を用いて点字画像を形成した場合の1つの点字画像の断面を示す電子顕微鏡写真である。 FIG. 35 is an electron micrograph showing a cross section of one Braille image when a Braille image is formed using the image forming apparatus.
図36は1つの点字画像の高さ及び大きさを測定した結果を示すグラフである。 FIG. 36 is a graph showing the results of measuring the height and size of one Braille image.
その際、上記画像形成装置では、図37に示すように、点字画像を基本的に8つの点の凹凸の有無によって表現する際に、点字一文字を構成する最小単位である1ドットの画像の形状(一つの単位画像という。)を、図38(a)に示すような上端面が平坦な基本的な形状から、図38(b)に示すように中央部が高く盛り上がった略山型の形状、図38(c)に示すように左側の端部近傍が急激に高く盛り上がり、右側がなだらかに傾斜した形状、図38(d)に示すように逆に右側の端部近傍が急激に高く盛り上がり、左側がなだらかに傾斜した形状、図38(e)に示すように左右両側に高く盛り上がった2つの略山型を有し、中央部が低く窪んだ形状など、所望の高さ分布を有する立体形状を形成可能となっており、ユーザーがプリントを指示する際に、点字一文字を構成する最小単位である1ドットの画像の形状を選択することができるようになっている。なお、その際、併せて点字画像の大きさを任意に選択可能に構成してもよい。 At that time, in the image forming apparatus, as shown in FIG. 37, when a Braille image is basically expressed by the presence or absence of unevenness of 8 dots, the shape of a 1-dot image that is the minimum unit constituting one Braille character is used. (Referred to as one unit image) from a basic shape having a flat upper end surface as shown in FIG. 38 (a) to a substantially mountain shape with a raised central portion as shown in FIG. 38 (b). As shown in FIG. 38 (c), the vicinity of the left end suddenly rises rapidly, and the right side gently slopes. As shown in FIG. 38 (d), the vicinity of the right end suddenly rises rapidly. A solid shape having a desired height distribution, such as a gently sloping shape on the left side, two generally mountain-shaped shapes that rise high on the left and right sides as shown in FIG. The shape can be formed and the user can pre- When instructing the door, so that it is possible to select the shape of one dot of the image which is the minimum unit constituting the braille character. At that time, the size of the braille image may be arbitrarily selected.
ところで、上記の如く、点字一文字を構成する最小単位である1ドットの各種の画像形状は、図38(a)〜(e)に示すように、感光体ドラム14上に点字の画像を露光する際に、点字1ドット内の露光分布を変化させ、感光体ドラム14表面の画像電位プロファイルを所定の形状に形成し、当該画像電位プロファイルに応じて発泡トナーを用いて現像・転写・定着することによって形成される。
By the way, as described above, various image shapes of one dot, which is the minimum unit constituting one Braille character, expose a Braille image on the
上記感光体ドラム14上に画像露光を施して静電潜像を形成する潜像形成手段としてのROS13は、画像信号に応じて半導体レーザーを点灯させ、感光体ドラム14の表面にレーザー光を所定の解像度(例えば、600dpi)で照射することによって、所望の静電潜像を形成するものである。
The
その際、ROS13が書き込むレーザー光の解像度が、例えば600dpiの場合、レーザー光が露光する1つのドットは、直径が約42μmの円形状となる。そのため、直径約1.4〜1.5mm程度の点字1ドットを露光する際に、ROS13の解像度の構成ドット毎に露光量を連続的(例えば、256段階)に変化させて制御することにより、図38(a)〜(e)に示すような画像露光が可能となる。
At this time, when the resolution of the laser light written by the
図39乃至図41は、本発明者らが行った実験例の結果を示すものであり、図38(a)、図38(b)及び図38(e)に示すような画像露光を行って静電潜像を形成し、当該静電潜像を現像・転写・定着した記録用紙上のトナー像の断面形状を示す電子顕微鏡写真を示すものである。 39 to 41 show the results of experimental examples conducted by the present inventors. Image exposure as shown in FIGS. 38 (a), 38 (b) and 38 (e) was performed. 2 is an electron micrograph showing a cross-sectional shape of a toner image on a recording sheet on which an electrostatic latent image is formed and the electrostatic latent image is developed, transferred, and fixed.
これらの図39乃至図41から明らかように、図38(a)、図38(b)及び図38(e)に示すような画像露光を施すことにより、上端面が平坦な基本的な形状、中央部が高く盛り上がった略山型の形状、左右両側に高く盛り上がった2つの略山型を有し、中央部が低く窪んだ形状などを、実際に形成することができることがわかる。 As is apparent from FIGS. 39 to 41, by performing image exposure as shown in FIGS. 38 (a), 38 (b) and 38 (e), a basic shape with a flat upper end surface, It can be seen that a substantially chevron-shaped shape with a raised central portion and two substantially chevron-shaped shapes raised highly on the left and right sides and a recessed shape with a lowered central portion can be actually formed.
しかし、これに限らず、ハーフトーンの表現として行われている面積階調で潜像を作成する方法もある。この場合、潜像は、点字1ドット内部において断面プロファイルは滑らかでないが、本発明のような発泡トナーを使った場合には、熱定着時にトナー自体が体積膨張し、細部が埋まってしまう(つぶれてしまう)ので、点字1ドットの発泡トナー断面プロファイルを、連続的な曲線で再現することができる。 However, the present invention is not limited to this, and there is a method of creating a latent image with an area gradation that is performed as a halftone expression. In this case, the cross-sectional profile of the latent image is not smooth inside one Braille dot. However, when the foamed toner as in the present invention is used, the toner itself undergoes volume expansion at the time of heat fixing, and details are buried (collapsed). Therefore, it is possible to reproduce the foamed toner cross-sectional profile of 1 dot Braille with a continuous curve.
また、上記のような点字1ドットの発泡トナー断面プロファイルは、ROSのビームスポット径、ROSのビーム光量、ROSのビームドットの書き込み位置などを変化させることによっても、変更することができ、ユーザーの個々人の指の感触に見合った所望の熱発泡トナーによる点字画像を得ることができる。 Further, the foamed toner cross-sectional profile of one Braille dot as described above can be changed by changing the ROS beam spot diameter, the ROS beam light amount, the ROS beam dot writing position, and the like. It is possible to obtain a braille image using a desired thermal foaming toner that matches the feeling of an individual person's finger.
図42は上記の如く立体的な画像を形成するための発泡剤内添トナーの熱変形の状態を示す電子顕微鏡写真である。 FIG. 42 is an electron micrograph showing the state of thermal deformation of the foaming agent-containing toner for forming a three-dimensional image as described above.
この場合、発泡剤カプセルの熱膨張サイズとトナーの熱発泡(気泡)サイズは、ほぼ同じであり、トナーの熱発泡に対して、中〜粗大な発泡剤カプセルの寄与は大きいことがわかる。 In this case, the thermal expansion size of the foaming agent capsule and the thermal foaming (bubble) size of the toner are almost the same, and it can be seen that the medium to coarse foaming agent capsule contributes greatly to the thermal foaming of the toner.
図43は上記の如く立体的な画像を形成するための試作トナーを示す電子顕微鏡写真である。 FIG. 43 is an electron micrograph showing a prototype toner for forming a three-dimensional image as described above.
トナーとしては、粒径が約27μm程度のトナーが表面状態や、トナー粒子の形状等の点でよいことが分かる。 As a toner, it can be seen that a toner having a particle size of about 27 μm is good in terms of surface condition, toner particle shape, and the like.
また、図44は発泡トナーのキャリアに対する付着状態を示すものである。 FIG. 44 shows the state of adhesion of foamed toner to the carrier.
図44から明らかなように、通常のトナーに比べて、発泡トナーは、キャリアから遊離している粗大粉(トナー)が多いことがわかる。 As is apparent from FIG. 44, it can be seen that the foamed toner contains more coarse powder (toner) released from the carrier than the normal toner.
14:感光体ドラム、15:現像器、21:中間転写ベルト、30:定着器、40:トナー粒子、41:結着樹脂、42:発泡剤、43:ガス泡。 14: photosensitive drum, 15: developing device, 21: intermediate transfer belt, 30: fixing device, 40: toner particles, 41: binder resin, 42: foaming agent, 43: gas bubbles.
Claims (1)
上に形成された静電潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成する現像手段と、前記
トナー画像を記録媒体上に転写する転写手段と、前記記録媒体に転写されたトナー画像を
定着する定着手段とを備えた画像形成装置において、
前記トナーとして、少なくとも結着樹脂と発泡剤とを含有するトナーを使用し、当該ト
ナーによって形成されたトナー画像を定着手段によって記録媒体上に定着する際に、前記定着手段が前記トナーに含有される発泡剤を発泡させ、立体画像を記録媒体上に形成するとともに、前記潜像形成手段によって像担持体上に静電潜像を形成する際に、点字一文字を構成する最小単位である1ドットの画像からなる一つの単位画像内の潜像電位を部分的に異ならせることにより、一方の端部近傍が急激に高く盛り上がり、他方がなだらかに傾斜した形状の高さ分布を有する立体形状を形成可能としたことを特徴とする画像形成装置。 A latent image forming unit that forms an electrostatic latent image on the image carrier; and a developing unit that develops the electrostatic latent image formed on the image carrier by the latent image forming unit with toner to form a toner image. Transfer means for transferring the toner image onto a recording medium; and a toner image transferred onto the recording medium.
In an image forming apparatus provided with a fixing means for fixing,
When the toner containing at least a binder resin and a foaming agent is used as the toner, and the toner image formed by the toner is fixed on the recording medium by the fixing means, the fixing means is contained in the toner. 1 dot which is the smallest unit constituting one Braille character when forming a three-dimensional image on a recording medium and forming an electrostatic latent image on an image carrier by the latent image forming means By partially changing the latent image potential in one unit image consisting of two images , a three-dimensional shape having a height distribution in which the vicinity of one end rises rapidly and the other is gently inclined is formed. An image forming apparatus characterized by being made possible.
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