JP5906658B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents
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Description
本発明にかかる画像形成装置は、トナー画像を形成させる画像形成部が、シート状の記録材に前記トナー画像を積層可能に複数設けられた画像形成装置であって、複数の前記画像形成部は、他の画像形成部のトナーと比べて、定着下限温度が10℃以上、または、1/2流出開始温度が15℃以上、または、定着下限温度が10℃以上及び1/2流出開始温度が15℃以上低い透明トナーを有する透明トナー画像形成部を有し、前記透明トナー画像形成部は、前記記録材の表面全体を覆うように最表層のトナー画像を形成させることを特徴とする。
(実施の形態1)
実施の形態1にかかる画像形成装置は、装置本体と、その装置本体に用いる現像剤とを備える。
装置本体は、図1に示すように、中間転写ベルト部1と、画像形成部2A〜2Eと、一次転写部3と、二次転写部4と、シート送り部5と、定着部6と、制御部71とを備える。なお、装置本体を構成するその他の構成体としては、給紙トレイや排紙トレイ、ADF(Auto Documennt Feeder:原稿自動搬送装置)、スキャナユニット、原稿排紙トレイ、ディスプレイパネル等が挙げられる。
帯電器22a〜22eは、感光ドラム21a〜21eの表面を一様に帯電させるようになっている。
露光器23a〜23eは、帯電器22a〜22eで帯電された感光ドラム21a〜21eの表面に2値の静電潜像形成信号に基づいた光を照射して静電潜像を形成させるようになっている。
除電器25a〜25eは、中間転写ベルト15にトナー画像が一次転写された後の感光ドラム21a〜21eの表面を除電させるようになっている。
清掃器26a〜26eは、その除電器25a〜25eで除電された感光ドラム21a〜21eの表面に残った転写残トナーや紙粉等を除去するようになっている。
なお、二次転写ローラ41に転写バイアスをかける構成に代えて、二次対向ローラ13に転写バイアスをかけて、中間転写ベルト15上のトナー画像を用紙Sに転写させても良い。
加圧ローラ62は、アルミニウムや銅等からなる円筒部材62aにフッ素ゴムやシリコーンゴム等の弾性層62bが設けられると共に、定着ローラ61に従動回転可能に押し当てるように設けられている。
この誘導加熱部63は、コイル部63bに高周波交番電流を流すことで、コア部63cと後述する内部コア64との間に交番磁界が形成され、この交番磁界により発熱層61cに渦電流が生じ、発熱層61cの電気抵抗によって誘導加熱される。こうして、定着ローラ61は加熱される。
また、この画像データ処理制御は、入力データがページ記述言語の場合、ラスタイメージへの展開処理も行なう。
制御部71は、スキャナユニットやパーソナルコンピュータ等から送られた画像データから、イエロー、シアン、マゼンタ、黒、無色透明の各トナー画像形成用の2値の静電潜像形成信号を生成する。このうち、イエロー、シアン、マゼンタ、黒の各トナー画像形成用の2値の静電潜像形成信号は、公知技術であるトナーの総量規制に基づいたものになっている。
露光器23a〜23eは、2値の静電潜像形成信号に対応した光を、帯電器22a〜22eで表面が一様に帯電した回転中の感光ドラム21a〜21e表面に照射して静電潜像を形成する。
この静電潜像及び現像の形成動作は、中間転写ベルト15の回転と同期しており、無色透明トナー画像、イエロートナー画像、シアントナー画像、マゼンタトナー画像、黒トナー画像の順に開始する。
中間転写ベルト15は、その表面に転写されたトナー画像を、二次対向ローラ13に向かって回転移動する。
シート送り部5は、その移動してきた用紙Sの先端部を挟んで用紙Sを待機させ、所定のタイミングで、二次対向ローラ13部分の中間転写ベルト15と二次転写ローラ41との間に向けて、その用紙Sを送り出す。
二次転写ローラ41は、転写電界を形成し、中間転写ベルト15上のトナー画像を、用紙Sに一括して転写する(二次転写)。
この二次転写により、無色透明トナー画像は、用紙S上で最表層に位置する(図5)。
定着部6は、トナー画像を載せた用紙Sに熱と圧力を加えて、用紙Sにトナー画像を定着する。
そして、トナー画像が定着した用紙Sは、図示しない排紙トレイに排出されて、一連の動作が終了する。
各現像器24a〜24eで用いられる現像剤は、共にトナーとキャリアの二成分現像剤であり、用紙S上で最表層に位置する無色透明トナーの熱特性が、最表層以外のトナー、すなわち、イエロー、シアン、マゼンタ、黒の各トナーの熱特性よりも低温特性を有している。
このうち、好ましいものは、カルボニル基含有ワックスである。カルボニル基含有ワックスとしては、ポリアルカン酸エステル(カルナバワックス、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18−オクタデカンジオールジステアレートなど);ポリアルカノールエステル(トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエートなど);ポリアルカン酸アミド(エチレンジアミンジベヘニルアミドなど);ポリアルキルアミド(トリメリット酸トリステアリルアミドなど);およびジアルキルケトン(ジステアリルケトンなど)などが挙げられるが、これらカルボニル基含有ワックスのうち特に好ましいものは、ポリアルカン酸エステルである。
表面光沢付与用または透かし画像用の無色透明トナー画像が増えることで、プロセスカラートナーの総量規制の規制値を超えている部分(画素)が生じている虞があるにもかかわらず、上述した構成により、定着不良の回避、または定着不良の低減が期待できる。この効果を実証する実施例を以下に説明する。
滑剤の調整により、トナーの1/2流出開始温度(T1/2)および定着下限温度が異なる2種類のトナー(以下、トナーA、トナーB)を用意した。トナーAは、無色透明トナーに相当し、トナーBを、イエロー、シアン、マゼンタ、黒のプロセスカラートナーに相当するものとする。
トナーの1/2流出開始温度(T1/2)は、以下のように測定した。
すなわち、高架式フローテスタ(CFT−500またはCFT−100:島津製作所製)を用い、ダイス細孔の径1mm、加圧20Kg/cm2、昇温速度6℃/minの条件で1cm3の試料(トナー)を溶融流出させたときの流出開始点から流出終了点の高さの1/2に相当する温度を計測し、1/2流出開始温度とした。
なお、用紙の上にトナーAのみ、またはトナーBのみを付着したものの定着の状態と、用紙の上にトナーBを付着し、その上にトナーAを付着したものの定着の状態とを比較検討することで、後者の構成による効果を確認している。
定着部6の定着条件を以下に示す。なお、市販の複写機の定着装置を単独で駆動できるように改造したものが測定に便利である。
ニップ幅;14.0mm±0.3mm
ニップ時間;40ms
加圧力;片側468N
定着温度;125〜135℃(トナーの低付着量時)、125〜140℃(トナーの高付着量時)。この定着温度は、段階的に変えている。
用紙の上にトナーAのみを付着したもの、用紙の上にトナーBのみを付着したもの、用紙の上にトナーBを付着し、その上にトナーAを付着したもの、さらに、夫々、トナーの付着量を多くしたもの(高付着量)、トナーの付着量を少なくしたもの(低付着量時)の計6種の夫々に対し、定着温度を段階的に変えながらトナーの定着を実行して、複数枚のサンプルを得た。なお、サンプルに用いた用紙は、70W紙(連量が70kg(用紙1000枚の重さ)となるA4サイズのPPC用紙)である。
次に、得られたサンプルに対して定着状態の評価を行なった。
定着状態の評価方法は、先ず、一定量の荷重をかけた針をサンプルのトナー像に当てて引っ掻き、5段階の描画ランク(引っ掻き部分のトナーの取れ具合)の定着見本を予め作製しておく。この5段階の定着見本は、定着状態の良好状態から不良状態までを段階的にしたもので、描画ランクの数値が高いほど定着状態が良好であることを意味している。
なお、良好や不良といった定着状態の程度は個々の当業者により異なると思われるが、上述した方法により一定のレベルを決めることは可能である。
例えば、トナーAのみを定着したサンプルが描画ランク“4”を得たときの定着温度は約130℃であり、トナーBのみを定着したサンプルが描画ランク“4”を得たときの定着温度は約140℃であった。また、トナーAのみを定着したサンプルが描画ランク“4”と“5”の間を得たときの定着温度は約135℃であり、トナーBのみを定着したサンプルが描画ランク“4”と“5”の間を得たときの定着温度は約145℃であった。
この結果から、定着下限温度についても、トナーAはトナーBと比較して低温特性であることがわかる。なお、具体的な定着下限温度の評価、すなわち、描画ランクのどの数値のときの定着温度が定着下限温度であるかを判断することは、評価者の主観的な判断に左右されるために省略する。
このように、用紙S上で最表層のトナー画像を形成させるトナーの熱特性を、他の層を形成させるトナーの熱特性より低温特性とすることで、トナー層が厚くなったにもかかわらず、無色透明トナーのみの結果と略同じ結果を得られることが確認できた。したがって、定着不良の低減化が期待できる新規な技術的手段と言える。
実施の形態1で説明したように、用紙上で最表層のトナー画像を形成させるトナーの熱特性を、他の層を形成させるトナーの熱特性より低温特性とすることにより、良好な定着状態が期待できる。
なお、坪量とは、1平方メートル当たりの紙の重量のことを言い、連量とは、ある規定の寸法に仕上げられた紙1000枚の重量のことを言う。
また、紙種検知部8は、上述した、透過型フォトインタラプタと反射型フォトインタラプタとを併用して構成しても良い。
さらに、フォトインタラプタに代えて、搬送中の用紙に熱を加える発熱体と、その発熱体で加熱された用紙の温度(熱容量)に応じた電圧を出力する温度センサを備えて紙種検知センサとしても良い。
情報記憶部721は、紙種検知部8からの被検知情報に基づいて紙種を特定するための閾値情報、定着部6の加圧ローラ62及び定着ローラ61の線速を制御してニップ時間を調整する速度制御情報、定着部6の誘導加熱部63への通電を制御して定着温度を調整する定着温度制御情報等が記憶されている。
なお、図9及び図10において示した各数値は一例であり、これに限定されるものではないが、最表層のトナー画像が無色透明トナーを用いる場合、用いない場合と比較して定着温度の低減効果があることから(図6、図7)、低めの定着温度設定になっている。
さらに、この制御部72は、操作表示パネルを介して、最表層のトナー画像を、無色透明トナー画像にするか否かを、ユーザーにより選択可能に構成される。
無色透明トナー画像を形成しない場合(S2;なし)、定着条件1のデータ群を参照対象とする(S3)。無色透明トナー画像を形成する場合(S2;あり)、定着条件2のデータ群を参照対象とする(S8)。
紙種検知が不要な場合、すなわち、ユーザーによる、給紙トレイと紙種との対応付けがされている場合(S4、S9;不要)、制御部72は、ユーザー設定値として、その用紙に対応した紙種Noを決定する(S5、S10)。紙種検知が必要な場合、すなわち、ユーザーによる、給紙トレイと紙種との対応付けがされていない場合(S4、S9;必要)、制御部72は、紙種検知を実行する(S6、S11)。
制御部72は、紙種検知部8からの被検知情報と情報記憶部721に記憶された複数の閾値情報とを照合し、紙種検知値に基づいた紙種Noを選択、決定する(S7、S12)。
例えば、無色透明トナー画像を最表層とし、紙種検知を実行した結果、紙種検知値に基づいた紙種Noが“6”であった場合、定着部6の加圧ローラ62及び定着ローラ61の線速が141(mm/sec)となるように速度制御すると共に、定着部6の定着温度が160(℃)となるように恒温制御を行なう。
実施の形態3にかかる画像形成装置は、実施の形態2で例示した、紙種ごとに定着条件を変更可能に構成したものに代えて、最表層の無色透明トナーの載り量(無色透明トナーの載り量が無しの場合も含む)を、紙種ごとに、面積階調法により変更可能に構成したものである。この面積階調法とは、トナーの付着部分とトナーの非付着部分の面積の割合を変化させて階調を再現させるものであり、実施の形態3では、網点画像を例示している。なお、実施の形態1、2と共通する構成の詳細な説明は省略する。
制御部73は、図12に示すように、実施の形態1で例示した構成に加え、情報記憶部731と、画像データ処理制御部732とを備える。
このように、画像形成パターンを変えることで、最表層の無色透明トナーの載り量を制御可能である。
このようにして、紙種Noが決定したら、その決定した紙種Noは図13おける“6”であるか否かを判断する(S20)。紙種No6である場合(S20;Y)、無色透明トナー画像を最表層に形成する。すなわち、図15に示した網点画像を形成する静電潜像形成信号を生成し(S22)、その静電潜像形成信号などをプリントエンジンに出力する(S25)。
S21において、紙種No7でない場合(S21;N)、無色透明トナー画像を最表層に形成しない無処理とし、その旨の制御信号をプリントエンジンに出力する(S25)。
本実施の形態は、低温特性を有するトナーを無色透明トナーにしていることで、カラートナー画像の色調などを変えずに表面光沢をも向上させることが可能になっている。
この実施の形態4は、実施の形態3において、面積階調法により階調を変えることにより(トナーの載り量を変化させることにより)、定着不良の低減化を図りつつ、トナー画像の表面光沢をも制御可能とした例である。
無色透明トナー画像CL2を、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色のトナーを用いたカラートナー画像CPの表面に形成し(図18)、且つ、その無色透明トナー画像CL2の網点面積率(用紙上の一画素をなす面積のうちトナーによって網点が形成される面積の割合)を異ならせた場合のトナー画像表面の光沢度(60度光沢、JIS Z 8741)を計測した。さらに、その計測をカラートナー画像の網点面積率を漸次異ならせて行なった。その結果を図19に示す。
また、カラートナー画像の網点面積率とは、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色のトナー画像の網点面積率を合計したものである。
このことから、トナー画像の表面光沢は、カラートナー画像の網点面積率に依存せず、最表層のトナー画像、すなわち無色透明トナー画像CL2の網点面積率に応じて変化することがわかる。
そこで、無色透明トナー画像CL2の線数に着目し、網点面積率と光沢変化率とが線型関係となる線数があるか否かの評価を行なった。この評価を、図20、図21を参照しながら説明する。
また、光沢変化率(%)とは、無色透明トナー画像CL2がベタのときの画像光沢を100(%)、無色透明トナー画像CL2がないときの画像光沢を0(%)としたとき、無色透明トナー画像CL2の網点面積率に対する百分率換算値である。
実施の形態4にかかる画像形成装置は、制御部74と、実施の形態2で例示した紙種検知部8とを備える。
制御部74は、図22に示すように、実施の形態1で例示した構成に加え、情報記憶部741と、画像データ処理制御部742と、操作表示パネル743とを備える。
例えば、図13において、紙種No6の画像形成パターンは網点画像であるが、図23の紙種No6の欄に示すように、その網点画像の網点面積率は、定着不良の低減化が期待できる最低限の網点面積率を最低値(図22において50%を例示)としている。これに加え、ユーザーが所望する光沢度がある場合、その光沢度が得られる網点面積率を用いる。網点画像を形成する線数は、上述したように、簡単且つ正確に光沢度を制御できる線数、すなわち、210(lpi)や150(lpi)を採用していることが好ましい。
図24において、表面光沢処理設定の1〜5の数字は、光沢処理の処理レベルを段階的に示したもので、数字が高いほど高光沢処理となる。1〜5の数字の下の“□”部分を触れることで“□”部分が点灯して選択状況が視認できるようになっている。図24は、表面光沢“2”が選択されている状態を示している。
先ず、操作表示パネル743を通じて、表面光沢処理の有無、処理レベルを、ユーザーから受け付ける。紙種検知部8からの被検知情報に基づいて紙種を特定し、その特定した紙種は、低温特性のトナーの必要性があるか否かを判断する。また、表面光沢処理の有無を判断する。
低温特性のトナーの必要性がない紙種の場合で、表面光沢処理が無い場合は無色透明トナー画像の形成を行なわず、表面光沢処理がある場合は、ユーザー指定の処理レベルの網点面積率に設定して、無色透明トナー画像を形成する。
上述した実施の形態3は、網点画像を形成する場合、予め設定された網点面積率の網点画像を形成した。この実施の形態5では、網点画像を形成する場合、ユーザーの省エネ要求に応じた網点画像処理を実行する構成(省エネモード)を実施の形態3の制御部73の構成に加えた例である。
なお、画像形成装置の構成の概略は、実施の形態4の説明で用いた図22を流用(実施の形態5の特有の構成は括弧付きの符号で示す)するものとし、上述した実施の形態と共通する構成は、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
上述したように、図14(a)はベタ画像の場合を、図15(a)は網点画像を、図16(a)は図15(a)よりも網点面積率を下げた網点画像を示しているが、これらの画像を定着させると、図番順に無色透明トナー画像の厚さが薄くなる。
無色透明トナー画像の厚さが厚いほど、定着温度の低減効果や良好な定着状態が期待できるが、換言すれば、無色透明トナーの使用量が多いということになる。その逆に、無色透明トナーの使用量を抑えると、定着温度を高める必要があることから消費電力が多くなる。
それに対して網点面積率が低く、線数が高い状態ほど下層画像を薄い厚さで被覆している状態であり、定着温度の低減効果は下がるものの、無色透明トナーの使用量を抑制できる。
図26において、省エネモード設定の各数字(1〜5;「省エネモードNo」と呼称する)は、図25で示した優先度Noの各数字(1〜5)と対応付けたものである。各、省エネモードNoの下の“□”部分は、選択時に点灯して選択状況が視認できるようになっている。図26は、省エネモードNo“2”(図25において優先度No“2”)が選択されている状態を示している。
このようにして、紙種Noが決定したら、その決定した紙種Noは図13おける“6”であるか否かを判断する(S20)。
実施の形態6にかかる画像形成装置は、静電潜像の電位(露光部分の電位)を多段階で調整してトナーの付着量を増減する濃度階調法により最表層の無色透明トナーの載り量を変更可能に構成したものである。
なお、画像形成装置の構成の概略は、実施の形態3の説明で用いた図12を流用(実施の形態6の特有の構成は括弧付きの符号で示す)するものとし、上述した実施の形態と共通する構成は、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
制御部76は、図12に示すように、実施の形態1で例示した構成に加え、情報記憶部761と、画像データ処理制御部762とを備える。
感光体(本実施の形態では感光ドラム)に形成した静電潜像の電位は、露光器から照射した光の量、すなわち露光量に比例して高くなったり低くなったりする。さらに、感光体上へのトナーの付着量は、その静電潜像の電位に比例して量が増減する。したがって、用紙上に付着するトナーの量を制御するためには、露光量を制御すれば良いことになる。
この露光量を制御する方式としては、露光時間を一定にして光の強度を変化させる強度変調(パルス幅一定)と、光の強度を一定にして露光時間を変化させるパルス幅変調とがある。本実施の形態は、いずれの変調方式を用いても良い。
なお、紙種No6と紙種No7は露光量が異なるのみで、画像形成パターンはベタ画像である。
S21において、紙種No7でない場合(S21;N)、無色透明トナー画像を最表層に形成しない無処理とし、その旨の制御信号をプリントエンジンに出力する(S25)。
なお、この実施の形態6の濃度階調法と、実施の形態3の面積階調法とを組み合わせても良い。
例えば、カラー写真部と文章部とが混在している印刷原稿などの場合、特段の処理を施さなくても定着性が確保された文章部は無処理とし、トナー総量規制がかかりやすい写真部分のみ、定着性や表面光沢を向上させたほうが効率的である。
そこで、実施の形態7にかかる画像形成装置は、最表層のトナー画像である無色透明トナー画像CL2を、用紙の任意の領域に形成可能に構成したものである。なお、この実施の形態7は、上述した各実施の形態との併用を前提にしている。
先ず、画像データからトナー総量規制を考慮した各色のトナー画像形成用の2値の静電潜像形成信号の生成を行なう際、画像データに基づいて、例えば、カラー写真部と文章部とを判別する。そして、カラー写真部と同一領域となる無色透明トナー画像CL2形成用の2値の静電潜像形成信号を生成する。そして、その信号を、無色透明トナー画像CL2形成用の露光器23aへ送信する。
例えば、本実施の形態では、プロセスカラー用の画像形成部と無色透明用の画像形成部とで5つの画像形成部とし、無色透明用の画像形成部で用いる無色透明トナーをプロセスカラーより低温特性を持たせたものを例示したが、このものに限定されない。すなわち、プロセスカラー用の画像形成部のみの画像形成装置で、最表層のトナー画像を形成させるトナーを他のトナーより低温特性を持たせても良い。また、本実施の形態のように5つの画像形成部の場合、無色透明トナー以外の特色トナー(例えば、金属色等)でも良い。
11 駆動ローラ
12 従動ローラ
13 二次対向ローラ
14 テンションローラ
15 中間転写ベルト
2A 無色透明トナー画像形成用の画像形成部
2B イエロートナー画像形成用の画像形成部
2C シアントナー画像形成用の画像形成部
2D マゼンタトナー画像形成用の画像形成部
2E 黒トナー画像形成用の画像形成部
21a〜21e 感光ドラム
22a〜22e 帯電器
23a〜23e 露光器
24a〜24e 現像器
25a〜25e 除電器
26a〜26e 清掃器
3 一次転写部
4 二次転写部
41 二次転写ローラ
5 シート送り部
6 定着部
61 定着ローラ
62 加圧ローラ
71、72、73、74、75、76 制御部
S 用紙
Claims (6)
- トナー画像を形成させる画像形成部が、シート状の記録材に前記トナー画像を積層可能に複数設けられた画像形成装置であって、
複数の前記画像形成部は、他の画像形成部のトナーと比べて、定着下限温度が10℃以上、または、1/2流出開始温度が15℃以上、または、定着下限温度が10℃以上及び1/2流出開始温度が15℃以上低い透明トナーを有する透明トナー画像形成部を有し、
前記透明トナー画像形成部は、前記記録材の表面全体を覆うように最表層のトナー画像を形成させることを特徴とする画像形成装置。 - 前記記録材に積層された複数の前記トナー画像を、所要の定着条件で前記記録材に定着させる定着部と、
前記定着条件を前記記録材の種類ごとに制御する制御部とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - ユーザーの設定に応じて前記最表層のトナー画像における前記透明トナーの量を制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記制御部は、濃度階調法を用いて前記量を制御することを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
- 前記制御部は、面積階調法を用いて前記量を制御することを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
- シート状の記録材に複数のトナー層を形成してトナー画像を形成する画像形成方法であって、前記記録材に対して最表層のトナー層を、最表層以外のトナー層のトナーと比べて、定着下限温度が10℃以上、または、1/2流出開始温度が15℃以上、または、定着下限温度が10℃以上及び1/2流出開始温度が15℃以上低い透明トナーで形成することを特徴とする画像形成方法。
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