JP7363444B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

画像形成装置として、トナーやインクを使用せずに、記録媒体に印字を行うトナーレスプリンターが知られている。トナーレスプリンターでは、例えば紙を炭化させることにより印字を行うことが知られている。

特許文献１では、レーザーにより紙の一部を炭化し、変色させて印字することが提案されており、特別な感熱紙ではなく、普通紙に対しても印字できるとしている。また、特許文献１では、レーザーで変色させる前に、紙を加熱（プレ加熱）することが開示されている。プレ加熱を行う場合、画像形成速度が向上する効果が期待できると考えられる。

しかしながら、今までのトナーレスプリンターでは、プレ加熱など、紙を加熱すると、紙の変形により搬送過程で紙詰まりが発生し、搬送不良が生じるという問題があった。また、プレ加熱を行わない場合でも、印字する際の加熱により紙が変形し、搬送不良が生じるという問題があった。

そこで本発明は、記録媒体の一部を炭化させて印字する画像形成装置において、記録媒体の搬送不良を防止することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、記録媒体の一方の面からレーザーを照射し、前記記録媒体の少なくとも一部を変色させる第１の加熱手段と、前記記録媒体における前記レーザーが照射される箇所を前記一方の面から加圧する加圧部材と、前記記録媒体を介して前記加圧部材と対向する対向部材と、前記一方の面から前記記録媒体を加熱する第２の加熱手段と、前記記録媒体を介して前記第２の加熱手段と対向し、前記一方の面の反対側から前記記録媒体を加熱する第３の加熱手段と、を有し、前記第２の加熱手段は、前記加圧部材と一体であり、前記加圧部材の内側の全周に亘って形成されたクロムであり、前記クロムにより抵抗加熱を行い、前記第３の加熱手段は、前記対向部材と一体であり、前記レーザーは、前記加圧部材及び前記クロムを通過して前記記録媒体に照射され、前記加圧部材は、前記レーザーの通過する箇所が透明であるとともに、円筒形状であることを特徴とする。

本発明によれば、記録媒体の一部を炭化させて印字する画像形成装置において、記録媒体の搬送不良を防止することができる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す断面概略図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す要部断面概略図である。 第１の加熱手段の一例を示す要部概略図である。 本発明に係る画像形成装置の他の例を示す要部断面概略図である。 本発明に係る画像形成装置の他の例を示す要部断面概略図である。 本発明に係る画像形成装置の他の例を示す要部断面概略図である。 従来技術に係る画像形成装置を示す斜視概略図である。

以下、本発明に係る画像形成装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明の画像形成装置は、記録媒体の一方の面からレーザーを照射し、前記記録媒体の少なくとも一部を変色させる第１の加熱手段と、前記記録媒体における前記レーザーが照射される箇所を前記一方の面から加圧する加圧部材と、前記記録媒体を介して前記加圧部材と対向する対向部材と、前記一方の面から前記記録媒体を加熱する第２の加熱手段と、前記記録媒体を介して前記第２の加熱手段と対向し、前記一方の面の反対側から前記記録媒体を加熱する第３の加熱手段と、を有し、前記レーザーは、前記加圧部材を通過して前記記録媒体に照射され、前記加圧部材は、前記レーザーの通過する箇所が透明であることを特徴とする。

（第１の実施形態）
本発明に係る画像形成装置の一実施形態について説明する。本実施形態の画像形成装置を説明する前に、従来技術について説明する。図７は従来技術におけるトナーレスプリンターの一例である。なお、画像形成装置をトナーレスプリンターと称することがある。

図７において、レーザーダイオード２から発せられるレーザー光はミラー４と六角形ミラー３を介して記録媒体１上に照射される。また、圧接部材６と対向部材７によって記録媒体１を圧接することで、記録媒体１の撓みを防止している。安価で小型のレーザーの出力は比較的低く、また記録媒体１の吸光率も１００％ではないため、記録媒体１の加熱に時間がかかるという問題がある。このため、結果的に印字速度が遅くなってしまう。

そこで、予備加熱装置５により記録媒体１を予備加熱し、予備加熱を行った後にレーザー照射する構成が提案されている。これにより印字速度を向上することが期待できる。
しかし、従来技術において、加熱装置５は記録媒体１の一方の面のみを加熱する構成であるため、記録媒体１の断面方向の水分量に偏差が発生してしまう。その結果、記録媒体１にカールが発生し、圧接部材６と対向部材７との間隙に記録媒体１を安定して搬送することができず、記録媒体の詰まりが発生する場合があった。

次に、本実施形態の画像形成装置を図１に示す。図１は、クリーニング装置を備えた画像形成装置の断面概略図である。

給紙トレイ４１から給紙ローラ４２により用紙４８（記録媒体）がピックアップされると、搬送ローラ４３、４４、４５により用紙４８がレーザー照射領域まで搬送される。搬送ローラ４３、４４、４５は、２個で１対のローラで構成されており、配置する箇所や搬送ローラの組の数などは適宜変更することができる。図中の矢印は、用紙４８の搬送方向を示す。

本実施形態においては、第２の加熱手段２２と第３の加熱手段２３により用紙４８を加熱する。詳細は後述する。

コントロールユニット５１は、レーザーのパワーの調整やスイッチのオン、オフ等の制御を行う。レーザーのパワーの調整やスイッチのオン、オフ等の制御を行うことにより、記録媒体の炭化のレベルをコントロールすることができる。

レーザーは、光源１３から照射され、ミラー１４を通過し、用紙４８に照射される。
コントロールユニット５１は、ミラー１４を回転させ、これにより、照射箇所の制御やプリントスピードの調整等を行うことができる。なお、図示されるコントロールユニット５１は、模式的に示すものであり、構成は特に制限されるものではなく、適宜変更することができる。

ミラー１４としては、適宜変更可能であり、本実施形態では６角形ミラーとしている。また、ミラー１４の設置個所や大きさ等は適宜変更することが可能である。

ミラー１４を通過したレーザーは、必要に応じてレンズを通過する。レンズによりレーザーを集束させることができ、またレーザーが照射される箇所を調整することができる。

コントロールユニット５１は、パソコンやスマートフォンなど、印刷指示を行うデバイスからの印刷要求により、要求されたテキストやイメージをプリントするための画像データを作成する。次いで、画像処理を行うことによりドットデータを作成する。

コントロールユニット５１は、用紙４８の搬送状況やドットデータに基づいて、光源１３にオンオフ信号を送信する。これにより、レーザー照射位置まで搬送された用紙４８に対してレーザーの照射を行い、用紙４８を選択的に炭化し、画像５０を形成する。画像５０が形成された用紙４８は、搬送ローラ４６によって排紙トレイ４７まで搬送される。なお、図示される画像５０は模式的に示したものであり、画像５０の厚みは問わない。

次に、本実施形態の詳細について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態の画像形成装置の要部断面概略図である。図２には、記録媒体の搬送経路１０が図示されており、図中の矢印（ａ）は記録媒体の搬送方向である。

本実施形態の画像形成装置は、第１の加熱手段２１として、光源１３、ミラー１４を有する。第１の加熱手段２１は、記録媒体の一方の面からレーザーを照射し、記録媒体の少なくとも一部を変色させる。

光源１３としては、例えばレーザーダイオード等が挙げられる。光源１３の配置は、図示されるものに限られない。また、ミラー１４の数や配置、形状、大きさ等は、図示されるものに限られない。

トナーレスプリンターにおいて、印字する手段としては、レーザー等の非接触式と、セラミック式や二クロム線式等の接触式が挙げられる。
接触式の場合、接触点がある温度を超えた場合に記録媒体が変色することになるため、作像するには、接触点の温度を制御する必要がある。加熱装置の熱容量が比較的大きいと、この制御が困難になる場合がある。特に、温度上昇の速度は電圧に比例するため、制御は比較的容易であるが、温度低下の速度は加熱装置の材料を含めた放熱設計によって決まるため、制御が難しい。そのため、温度低下の速度が律速となり印字速度が遅くなる場合がある。

一方で、本実施形態では、非接触式であるレーザーによる加熱方式を用いている。この方式では、加熱装置の熱容量が印字速度に影響しないため、温度低下の速度が問題になりにくいという利点がある。レーザーによる加熱方式では、例えば３００ｄｐｉ相当の解像度が得られ、文字画像として人間がストレスなく認識できる解像度が得られる。また、近年では小型で高出力のレーザーモジュールの開発が進んでいる状況であり、レーザー式での記録媒体の加熱が注目され始めている。

第１の加熱手段の一例における要部概略図を図３に示す。本実施形態において、第１の加熱手段には、レンズ１５を用いてもよく、光源１３から照射されたレーザー光１６はレンズ１５を介して用紙４８に照射される。なお、レンズ１５の配置は適宜変更することができる。

加圧部材１１は、記録媒体におけるレーザーが照射される箇所を一方の面から加圧する。本実施形態において、加圧部材１１は、円筒形状の中空ガラスローラとしているが、後述するように、これに限られるものではない。また、加圧部材１１としては、レーザーの通過する箇所が透明であればよく、すべての部分が透明である必要はない。

対向部材１２は、記録媒体を介して加圧部材と対向する。対向部材１２としては、特に制限されるものではなく、適宜変更することができる。本実施形態では、例として、ゴム製のローラを用いている。

レーザーを記録媒体に照射して加熱及び印字を行う場合、与えられる熱の影響で記録媒体が撓んでしまう。記録媒体が撓むと、下流側の搬送工程において紙詰まり等の搬送不良が生じてしまう。これに対して、加圧部材１１と対向部材１２により、記録媒体におけるレーザーが照射される箇所を圧接することで、記録媒体の撓みを低減することができ、搬送不良を低減することができる。また、加圧部材１１により、レーザーにより変色した箇所を記録媒体に定着させやすくなる。

また、図示されるように、本実施形態における加圧部材１１及び対向部材１２は、矢印のように回転する。回転することにより、記録媒体を搬送しやすくなる。ただし、本実施形態では回転体に限られるものではない。なお、加圧部材１１が記録媒体を加圧する領域を加圧領域と称することがある。

第２の加熱手段２２は、前記一方の面から記録媒体を加熱する。また、第３の加熱手段２３は、記録媒体を介して第２の加熱手段２２と対向し、前記一方の面の反対側から記録媒体を加熱する。

第２の加熱手段２２及び第３の加熱手段２３により、記録媒体の両面を加熱することで、記録媒体の断面方向の水分量偏差を抑制することができる。このため、記録媒体のカールを防止でき、安定して加圧部材１１と対向部材１２の間隙に記録媒体を導入することができる。これにより、記録媒体の搬送不良を防止することができる。

第２の加熱手段２２及び第３の加熱手段２３としては、記録媒体の材質との組み合わせを考慮して適宜変更してもよく、接触式の加熱でもよいし、非接触式の加熱でもよい。記録媒体が紙である場合、非接触式の加熱であることが好ましく、この場合、紙表面から剥離する紙粉や結着、漂白材として利用される紙填料が加熱手段の表面に付着することを防止できる。これにより、経時で付着物が蓄積することを防止でき、加熱性能の低下を防止できる。第２の加熱手段２２及び第３の加熱手段２３としては、光の波長と紙の吸光率の関係から、ハロゲンヒーターを用いることが好ましい。

本実施形態では、第２の加熱手段２２及び第３の加熱手段２３は、記録媒体の搬送方向（ａ）において、加圧部材１１及び対向部材１２よりも上流側に配置されている。この場合、レーザーの照射よりも前に加熱されるため、プレ加熱などと称することがある。

レーザーによる印字において、記録媒体におけるレーザーの吸光率が１００％でない場合、レーザーのエネルギーを効率的に記録媒体に伝達できない場合がある。これに対して、プレ加熱を行うことにより、レーザーのエネルギーが記録媒体に伝達しやすくなり、印字を十分に行うことができる。また、記録媒体を平らにした状態でレーザーによる加熱を行うことができるため、記録媒体がカールすることをより防止でき、紙詰まり等の搬送不良をより低減することができる。

第２の加熱手段２２及び第３の加熱手段２３は、記録媒体の搬送方向（ａ）において、加圧部材１１及び対向部材１２よりも下流側に配置されていてもよい。上述したように、加圧部材１１と対向部材１２により、記録媒体におけるレーザーが照射される箇所を圧接することで、記録媒体の撓みを低減することができる。しかし、プレ加熱を行わない場合、記録媒体の種類等によっては、撓みを完全になくすことができない場合がある。これに対して、レーザーを照射した後に第２の加熱手段２２及び第３の加熱手段２３を用いて記録媒体の両面側から加熱することで、記録媒体の撓みを更に低減することができる。これにより、下流側の搬送工程における搬送不良を防止することができる。

本実施形態において、記録媒体としては、適宜変更することができ、例えば、普通紙、段ボール、ボール紙、あるいは光沢紙や凹凸紙などの特殊紙、表面にコーティングを施した紙などが挙げられる。表面にレーザー光を照射して炭化するセルロースや、その他、表層に炭素原子が含まれる成分が存在している記録媒体を用いることができる。本実施形態においては、普通紙が好ましく用いられる。

（第２の実施形態）
次に、本発明に係る画像形成装置の他の実施形態について説明する。上記実施形態と同様の事項については説明を省略する。本実施形態の画像形成装置を図４に示す。図４は、図２と同様に、画像形成装置の要部断面概略図である。

本実施形態において、第２の加熱手段は加圧部材と一体であり、第３の加熱手段は対向部材と一体である。これにより、記録媒体のカールを抑制することができる。また、最も記録媒体の詰まりが発生しやすい加圧部材が加熱手段と一体となっているため、記録媒体表裏の水分量差が発生した瞬間に加圧できる。このため、カールした状態で加圧されることを防止でき、加圧部材により加圧する箇所での記録媒体の詰まりを抑制できる。また、装置を小型化できる利点がある。

本実施形態において、加圧部材１１は、ミラー１４で反射された印字用のレーザー光が透過できるように透明な材質にする必要があり、吸光率や安全性の観点から円筒形状のガラス部材としている。
また、第２の加熱手段２２は、ガラス部材の裏面（ガラス部材の内側）にクロムを蒸着することにより形成している。第２の加熱手段２２が抵抗加熱を行うことにより、記録媒体を加熱することができる。
このように、本実施形態では、加圧部材１１と第２の加熱手段２２とが一体になっており、ほぼ透明な圧接ヒーターとして機能させている。

本実施形態において、対向部材１２は円筒形状としており、円筒部分は耐熱性の観点からシリコンゴム製としている。対向部材１２の円筒部分としては、この他にもフッ素ゴム等を用いてもよい。コストの観点からはシリコンゴムが好ましい。

また、シリコンゴム製の円筒表面には、テフロン（登録商標）コート（ＰＦＡ）を施すようにしてもよい。これにより、記録媒体からの異物の付着を抑制することができる。表面性の観点からコートであることが好ましいが、これに限られるものではなく、記録媒体表面の表面性がもともと悪い場合にはシート部材を貼り付けるようにしてもよい。

第３の加熱手段２３は、ハロゲンヒーターを用いており、対向部材１２の円筒内中央に配置する構成としている。第３の加熱手段２３としては、円筒部分の温度を上昇させることができればよく、ＩＨヒーター等も用いることができる。第３の加熱手段３３は、円筒部分の温度を一定に保つことのできる構成が好ましく、温度制御のしやすさとコストの観点からハロゲンヒーターが好ましい。このように、本実施形態では、対向部材１２と第３の加熱手段２３とが一体になっており、対向ヒーターとして機能させている。

なお、本実施形態では、加圧部材１１と第２の加熱手段２２とが一体になった構成を圧接ヒーターと称することがあり、対向部材１２と第３の加熱手段２３とが一体になった構成を対向ヒーターと称することがある。

第２の加熱手段及び第３の加熱手段のうちの少なくとも一方が回転体であることが好ましい。回転体であることにより、記録媒体を搬送しやすくなり、記録媒体の詰まりをより防止できる。

本実施形態では、図中矢印で示されるように、対向部材１２と第３の加熱手段２３とが一体になって回転する。すなわち、第３の加熱手段２３が回転しており、対向ヒーターが回転しているともいえる。

圧接ヒーターと同様に、対向ヒーターを抵抗加熱型の構成にする場合、電源供給の観点から両者を回転させにくくなる場合がある。そのため、本実施形態のように、圧接ヒーターを抵抗加熱型にした場合、対向ヒーターを抵抗加熱型ではなく、ハロゲンヒーター等を用いた加熱方式にすることが好ましい。

（第３の実施形態）
次に、本発明に係る画像形成装置の他の実施形態について説明する。上記実施形態と同様の事項については説明を省略する。本実施形態の画像形成装置を図５に示す。図５は、図２と同様に、画像形成装置の要部断面概略図である。

本実施形態では、加圧部材１１を平板形状にしている。平板形状にすることで、省スペースにすることができ、装置を小型化することができる。また、平板形状にすることで、複雑な形状にする必要がなく、コストを低減することができる。

第２の加熱手段２２としては、透明導電膜と石英ガラスを用いており、加圧部材１１と一体としている。第２の加熱手段２２を厚み５００ｎｍのスズドープ酸化インジウム膜を蒸着した石英ガラスヒーターとすることにより、加圧部材１１におけるレーザーの通過する箇所を透明にしている。

加圧部材１１を平板形状にする場合、上記の利点が得られるが、記録媒体との接触面積が増えるため、加圧領域（加圧部材１１が記録媒体を加圧する領域）での記録媒体の詰まりが発生しやすくなる。そのため、加圧領域での搬送性能を向上させることが好ましいが、平板形状の加圧部材１１における搬送性能を向上させることは難しい。

そこで、本実施形態では、対向部材１２を、記録媒体と接触して回転する可撓性のベルトとし、第３の加熱手段２３をベルト内部に配置して前記ベルトを加熱する構成としている。

加圧部材や対向部材が円筒形状の場合には、加圧領域において記録媒体に対して搬送力が点にしか作用しないが、対向部材をベルト形状にすることで搬送力を面に作用させることができる。これにより、搬送性能が向上し、結果として記録媒体を加圧領域にスムーズに搬送させることができる。

前記ベルトの材料としては、耐熱性の観点から、シリコンゴム製、フッ素ゴム製が好ましい。また、ベルトの表面には、テフロン（登録商標）コートを施すことが好ましい。この場合、記録媒体との摩擦力によって記録媒体から遊離する異物の付着を防止することができる。

本実施形態において、第３の加熱手段２３としては、例えばハロゲンヒーターを用いることができる。数としては、図示されるものに限られず、１つ以上であればよい。
なお、図５では、ベルトを回転させるための部材の図示を省略している。

（その他の実施形態）
次に、本発明に係る画像形成装置の他の実施形態について説明する。上記実施形態と同様の事項については説明を省略する。本実施形態の画像形成装置を図６に示す。図６は、図２と同様に、画像形成装置の要部断面概略図である。

本実施形態では、分離爪３４を用いており、爪を加圧部材１１に接触させている。分離爪３４を用いることにより、記録媒体が加圧部材１１に巻き付くことを防止できる。

また、本実施形態では、記録媒体の搬送を補助するガイド部材３６を用いており、対向部材１２に接触させている。ガイド部材３６を用いることにより、記録媒体の先端が折れることなく、より確実に記録媒体を加圧領域に導入できる。

１ 記録媒体
２ レーザーダイオード
３ 六角形ミラー
４ ミラー
５ 予備加熱装置
６ 圧接部材
７ 対向部材
１０ 搬送経路
１１ 加圧部材
１２ 対向部材
１３ 光源
１４ ミラー
１５ レンズ
１６ レーザー光
２１ 第１の加熱手段
２２ 第２の加熱手段
２３ 第３の加熱手段
３４ 分離爪
３６ ガイド部材
４１ 給紙トレイ
４２ 給紙ローラ
４３、４４、４５、４６ 搬送ローラ
４７ 排紙トレイ
４８ 用紙
５０ 画像
５１ コントロールユニット

特表２０１６－５１８９８８号公報

Claims (3)

1. 記録媒体の一方の面からレーザーを照射し、前記記録媒体の少なくとも一部を変色させる第１の加熱手段と、
   前記記録媒体における前記レーザーが照射される箇所を前記一方の面から加圧する加圧部材と、
   前記記録媒体を介して前記加圧部材と対向する対向部材と、
   前記一方の面から前記記録媒体を加熱する第２の加熱手段と、
   前記記録媒体を介して前記第２の加熱手段と対向し、前記一方の面の反対側から前記記録媒体を加熱する第３の加熱手段と、を有し、
   前記第２の加熱手段は、前記加圧部材と一体であり、前記加圧部材の内側の全周に亘って形成されたクロムであり、前記クロムにより抵抗加熱を行い、
   前記第３の加熱手段は、前記対向部材と一体であり、
   前記レーザーは、前記加圧部材及び前記クロムを通過して前記記録媒体に照射され、
   前記加圧部材は、前記レーザーの通過する箇所が透明であるとともに、円筒形状であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第２の加熱手段及び前記第３の加熱手段のうちの少なくとも一方が回転体であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記加圧部材は、円筒形状のガラス部材であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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