JP7512592B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

トナーを顕色剤として用いる電子写真方式や、インクを顕色剤として用いるインクジェット方式の画像形成装置が知られている。昨今、省エネや省資源が求められる中で、電子写真方式、インクジェット方式においては、画像形成の際、製造に資源及びエネルギー消費を伴うトナーやインクの消費量を抑えることが求められている。

従来の電子写真方式やインクジェット方式においてカラーの画像を形成する際は、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）等の複数色のトナーやインクを予め用意し、出力画像の色に応じて各色を混合して目的の画像形成を行っている。オフィスではカラーではなく白黒画像の画像形成が一定数行われるため、シアン、マゼンタ、イエロー等の顕色剤に比べてブラックの顕色剤がより多く消費される傾向にある。このため、ブラックの顕色剤の消費量を抑制することはシアン、マゼンタ、イエロー等の顕色剤に比べ、より強く求められている。

トナーを用いない画像形成の技術として、例えば特許文献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いる。しかし、特許文献１では、白黒画像しか形成できず、カラーの画像を形成することはできない。そのため、形成できる画像が制限される。

また、特許文献２では、トナー画像を形成した後に、レーザーを照射することが開示されている。しかし、特許文献２では、トナー画像に対してレーザーを照射して光沢を付与するものであり、エネルギーの使用量や顕色剤の使用量を減らすものではない。

そこで本発明は、顕色剤による画像形成と顕色剤によらない画像形成とを組み合わせた画像形成装置において、顕色剤の消費量を減らすことを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、記録媒体を搬送する搬送手段と、前記記録媒体に顕色剤による可視像を形成する可視像形成手段と、前記可視像を加熱する可視像加熱手段と、前記記録媒体を局所的に加熱することで変色させる局所加熱手段と、前記第２の加熱手段が加熱を行う前又は加熱を行うのと同時に、前記記録媒体を加熱する予備加熱手段と、を有し、前記顕色剤はトナーであり、トナーにより前記可視像が形成され、前記可視像加熱手段は、トナーを加熱して前記記録媒体に定着させるトナー定着用加熱手段であり、前記局所加熱手段は、前記予備加熱手段が前記記録媒体を加熱した状態でレーザーにより加熱を行い、前記記録媒体を炭化させて変色させることで画像を形成することを特徴とする。

本発明によれば、顕色剤による画像形成と顕色剤によらない画像形成とを組み合わせた画像形成装置において、顕色剤の消費量を減らすことができる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す他の概略図である。 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、記録媒体を搬送する搬送手段と、前記記録媒体に顕色剤による可視像を形成する可視像形成手段と、前記可視像を加熱する可視像加熱手段と、前記記録媒体を局所的に加熱することで変色させる局所加熱手段と、前記第２の加熱手段が加熱を行う前又は加熱を行うのと同時に、前記記録媒体を加熱する予備加熱手段と、を有す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。
本実施形態について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の画像形成装置の断面概略図である。

以下、本実施形態における画像を形成する処理の一例を説明する。
給紙部１１から給紙ローラ１２により用紙２０が給紙されると、搬送ローラ１５、１６等により用紙２０がレーザー照射領域まで搬送される。搬送ローラ１５、１６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２０の搬送方向を示す。

用紙２０（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。

次いで、可視像形成手段は、給紙部１１から搬送された用紙２０に対して、顕色剤による可視像を形成する。本実施形態における可視像形成手段は、例えば、感光体ユニット３２、３３、３４、トナーボトル４２、４３、４４、転写ベルト３０、転写ローラ３６等を有する。

顕色剤としては、例えばトナーが用いられる。トナーとしては、例えばシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のトナーが用いられる。後述するように、本実施形態の画像形成装置では、レーザーにより黒の画像が形成できることから、黒のトナーを省略することができる。

感光体ユニット３２～３４は、ＰＣＤＵ（Photo Conductor Unit）とも称され、例えばシアン、マゼンタ、イエローのトナーを転写ベルト３０に付与する。感光体ユニット３２～３４は、例えば感光体、帯電手段、露光手段、現像手段、清掃手段等を有する。
トナーボトル４２～４４は、例えばシアン、マゼンタ、イエローのトナーを保有しており、これらのトナーを感光体ユニット３２～３４に供給する。
転写ベルト３０は、例えば中間転写ベルトとして用いられ、公知の部材を用いることができる。例えば可撓性のゴムベルトを用いることができる。なお、図中の矢印は転写ベルト３０の回転方向を示す。
転写ローラ３６は、公知の部材を用いることができる。例えばゴムローラを用いることができる。

感光体ユニット３２～３４はトナーを転写ベルト３０に付与し、付与されたトナーは転写ベルト３０と転写ローラ３６により用紙２０に転写される。上記のようにして、用紙２０に顕色剤による可視像が形成される。

次いで、可視像が形成された用紙２０は可視像加熱手段により加熱される。可視像加熱手段としては、例えばトナー定着用加熱器２２が用いられる。可視像加熱手段により、用紙２０に形成された可視像が用紙２０に定着する。

トナー定着用加熱器２２としては、適宜変更することが可能であるが、接触式の加熱ローラを用いることができる。加熱ローラとしては、例えば、ヒータを内蔵したローラ部材を用いることができ、ローラ部材の表面側の層には弾性層が設けられていてもよい。

また、可視像を加熱する際には、トナー定着用加熱器２２とあわせて加圧ローラ２４を用いてもよい。加圧ローラ２４を用いることにより、用紙２０に圧力を加えることができ、可視像を用紙２０に定着させることができる。また、加圧ローラ２４のように、トナー定着用加熱器２２と対向する部材を用いることにより、可視像加熱手段に用紙２０を搬送する機能を持たせてもよい。

次いで、搬送ローラ１５、１６により用紙２０を搬送した後、予備加熱手段により記録媒体を加熱する。予備加熱手段としては、例えば予熱用加熱器２６を用いる。予熱用加熱器２６は、例えば接触式の加熱ローラを用いることができ、ヒータを内蔵したローラ部材を用いることができる。

次いで、予備加熱が行われた後、局所加熱手段により記録媒体を局所的に加熱し、記録媒体を変色させる。レーザーを記録媒体に照射することにより、記録媒体を選択的に炭化させることができ、炭化される箇所が変色することで、例えば黒色の画像を形成することができる。

局所加熱手段（レーザー照射部５０）としては、例えばコントロールユニット５１、レーザーダイオード５２、モータドライバ５３、ポリゴンミラー５４、レンズ５５を有する。
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。

レーザーダイオード５２から照射されたレーザービームは、図示しないミラーによって光路を設定され、ポリゴンミラー５４に入射する。レーザーとしては、例えば近赤外領域の赤外線を用いることができる。

コントロールユニット５１は、モータドライバ５３を制御し、ポリゴンミラー５４を回転させる。ポリゴンミラー５４を回転させることにより、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。

ポリゴンミラー５４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、ポリゴンミラー５４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。

ポリゴンミラー５４を通過したレーザーは、必要に応じてレンズ５５を通過する。レンズ５５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２０の搬送状況やドットデータに基づいて、レーザーダイオード５２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２０に対してレーザーの照射を行い、用紙２０を選択的に炭化し、画像を形成する。

画像が形成された用紙２０は、搬送ローラ１７によって排紙トレイ１８まで搬送される。搬送ローラ１７は、搬送ローラ１５、１６と同様に、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。

次に、本実施形態の画像形成装置の別の図を図２に示す。図２は、本実施形態の画像形成装置の要部概略図であり、主に可視像形成手段、可視像加熱手段、局所加熱手段、予備加熱手段を説明するための図である。上記で既に説明した事項については説明を省略する。

上述したように、本実施形態では、感光体ユニット３２～３４等により、顕色剤としてシアン、マゼンタ、イエローのトナーを用いて可視像を形成する。次いで、トナー定着用加熱器２２により可視像が加熱され、予熱用加熱器２６により記録媒体の加熱が行われる。更に、レーザー照射部５０により記録媒体を局所的に加熱し、変色させる。なお、図中のレーザー照射部５０では、ポリゴンミラー５４等の図示を省略している。

本実施形態では、カラー画像はトナーを用いることによって形成することができるとともに、黒色の画像はレーザーを記録媒体に直接照射し変色させることによって形成することができる。従って、ブラックのトナーを用いずに画像を形成することができ、顕色剤による画像形成と顕色剤によらない画像形成とを組み合わせた画像形成装置において、トナー等の顕色剤の消費量を減らすことができる。また、本実施形態によれば、特別な感熱紙を用いることなく、普通紙等においても画像形成を行うことができる。

本実施形態において、局所加熱手段は、記録媒体の搬送方向において、可視像形成手段よりも下流側で記録媒体を加熱する。すなわち、トナー画像を形成した後、レーザー照射を行っている。しかし、本発明はこれに限られず、後述の実施形態のようにレーザー照射を行った後、トナー画像を形成してもよい。

本実施形態では、レーザー照射を行う前に予備加熱を行っているが、本発明はこれに限られず、予熱用加熱器２６の構成は適宜変更することが可能である。加熱を行う場所も、図示されるものに限られず、適宜変更することが可能である。本実施形態における予備加熱手段は、レーザーの照射を行う前に記録媒体の加熱を行っているが、レーザーの照射と同じタイミングで加熱を行うようにしてもよい。そのため、予備加熱と記載しているが、レーザー照射に先立って加熱を行うという意味に限られるものではない。

レーザー照射を行う前にあらかじめ記録媒体を加熱しておくことにより、レーザーの温度が上昇する速度が速くなる。これにより、レーザー照射による印字速度（画像形成速度）を向上させることができる。

（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。

本実施形態について図３を用いて説明する。図３は、本実施形態の画像形成装置を説明するための図であり、図２と同様に、要部概略図を示す。

本実施形態において、可視像加熱手段と予備加熱手段は一体である。本実施形態では、可視像加熱手段及び予備加熱手段として、加熱器２８を用いている。加熱器２８により、可視像の加熱と、レーザーによる画像形成のための記録媒体の予備加熱を行う。

本実施形態によれば、可視像の加熱と予備加熱を兼ねて行うことができ、加熱手段の数を減らすことができる。これにより、上記第１の実施形態に比べて、画像形成装置の消費電力量を低減することができる。また、搭載加熱器数を減らすことができるため、装置の小型化にもつながる。

加熱器２８としては、例えば記録媒体と接触して加熱する、接触式の加熱ローラを用いることができる。加熱ローラとしては、公知の部材を用いることができ、例えばヒータを内蔵し、外側を弾性層等で構成したローラ部材を用いることができる。

本実施形態における加熱器２８は、一部又は全部がレーザーを透過する材料で構成されており、図示されるように、レーザー照射部５０（局所加熱手段）により照射されたレーザーは加熱器２８を透過して記録媒体に照射する。レーザーを透過する材料としては、例えばガラスが挙げられる。

また、本実施形態において、レーザー照射部５０は、加熱器２８が用紙２０を加熱する箇所にレーザーを照射している。加熱器２８を通過してからレーザーが照射されるまでに間が空くと、用紙２０の温度が下がってしまうことがある。これに対して、本実施形態によれば、用紙２０の温度が低下する前にレーザーによる加熱を行うことができるため、用紙２０が十分に予備加熱された状態でレーザーによる画像形成を行うことができ、効率良くレーザーによる画像形成を行うことができる。

また、加熱器２８は、用紙２０に接触配置され、用紙２０を加圧する。本実施形態では、用紙２０を介して加熱器２８と対向する加圧ローラ２４をあわせて用いて用紙２０を加圧している。加熱器２８が用紙２０を加圧することにより、可視像が記録媒体に定着しやすくなる。また、加熱器２８が用紙２０を加圧することにより、レーザーにより炭化された箇所が記録媒体に定着しやすくなる。

本実施形態における加熱器２８の構成とするには、例えば、中空の円筒形状のガラスローラを用い、ガラスローラの内側にクロムを蒸着して部材を作製する方法等が挙げられる。

（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。

本実施形態について図４を用いて説明する。図４は、本実施形態の画像形成装置を説明するための図であり、図２と同様に、要部概略図を示す。図４（Ａ）は本実施形態の画像形成装置の全体の要部概略図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）における要部拡大概略図である。

本実施形態の画像形成装置は、レーザーの経路を変更するための経路変更手段を有しており、経路変更手段としてミラー５６、５７が図示されている。レーザー照射部５０から照射されたレーザーは、ミラー５６、５７により経路が変更され、用紙２０に照射する。なお、経路変更手段は、適宜変更することが可能であり、ミラーの個数や配置等は図示されるものに限られない。

本実施形態において、レーザー照射部５０は、加熱器２８が用紙２０を加熱する箇所の近傍にレーザーを照射する。本実施形態は、上記第２の実施形態とほぼ同様であるが、ミラー５６、５７を用いている点やレーザーの照射のさせ方の点で上記第２の実施形態と異なる。

本実施形態によれば、加熱器２８がレーザーを透過しない材料で構成される場合であっても、加熱器２８が用紙２０を加熱する箇所の近傍にレーザーを照射することができる。また、用紙２０の温度が低下する前にレーザーによる加熱を行うことができるため、用紙２０が十分に予備加熱された状態でレーザーによる画像形成を行うことができ、効率良くレーザーによる画像形成を行うことができる。

なお、上記実施形態においても、経路変更手段を用いてもよい。

（第４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。

本実施形態について図５を用いて説明する。図５は、本実施形態の画像形成装置を説明するための図であり、図２と同様に、要部概略図を示す。

本実施形態においても、上記実施形態と同様に、可視像加熱手段と予備加熱手段を一体としている。本実施形態においては、可視像加熱手段及び予備加熱手段として、赤外線照射装置６０を用いている。赤外線照射装置６０としては、例えば赤外線ヒータを用いることができる。

本実施形態では、経路変更手段としてミラー５６を用いており、レーザー照射部５０が照射するレーザーの経路を変更している。レーザー照射部５０は、赤外線照射装置６０が用紙２０を加熱する箇所又は近傍にレーザーを照射する。

これにより、用紙２０の温度が低下する前にレーザーによる加熱を行うことができるため、用紙２０が十分に予備加熱された状態でレーザーによる画像形成を行うことができ、効率良くレーザーによる画像形成を行うことができる。

また、本実施形態では、用紙２０の搬送方向において、レーザー照射部５０よりも下流側で用紙２０を加圧する加圧手段を有する。加圧手段としては、加圧ローラ６２、６３を用いることができる。加圧手段を用いることにより、トナー等による可視像を用紙２０に定着させることができ、またレーザーにより形成された画像を用紙２０に定着させることができる。

（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。

本実施形態について図６を用いて説明する。図６は、本実施形態の画像形成装置を説明するための図であり、図２と同様に、要部概略図を示す。

上記実施形態では、トナーによる画像形成を行った後、レーザーによる画像形成を行っているが、本発明においてはこれに限られず、画像形成の順番を変更してもよい。図６に示される本実施形態の画像系装置においては、レーザーによる画像形成を行った後、トナーによる画像形成を行っている。

１１ 給紙部
１２ 給紙ローラ
１５、１６、１７ 搬送ローラ
１８ 排紙トレイ
２０ 用紙
２２ トナー定着用加熱器
２４ 加圧ローラ
２６ 予熱用加熱器
２８ 加熱器
３２、３３、３４ 感光体ユニット
４２、４３、４４ トナーボトル
３０ 転写ベルト
３６ 転写ローラ
５０ レーザー照射部
５１ コントロールユニット
５２ レーザーダイオード
５３ モータドライバ
５４ ポリゴンミラー
５５ レンズ
５６、５７ ミラー
６０ 赤外線照射装置
６２、６３ 加圧ローラ

特表２０１６－５１８９８８号公報 特開２０１４－１０４５０号公報

Claims (12)

1. 記録媒体を搬送する搬送手段と、
   前記記録媒体に顕色剤による可視像を形成する可視像形成手段と、
   前記可視像を加熱する可視像加熱手段と、
   前記記録媒体を局所的に加熱することで変色させる局所加熱手段と、
   前記局所加熱手段が加熱を行う前又は加熱を行うのと同時に、前記記録媒体を加熱する予備加熱手段と、を有し、
   前記顕色剤はトナーであり、トナーにより前記可視像が形成され、
   前記可視像加熱手段は、トナーを加熱して前記記録媒体に定着させるトナー定着用加熱手段であり、
   前記局所加熱手段は、前記予備加熱手段が前記記録媒体を加熱した状態でレーザーにより加熱を行い、前記記録媒体を炭化させて変色させることで画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記局所加熱手段は、前記記録媒体の搬送方向において、前記可視像形成手段よりも下流側で前記記録媒体を加熱することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記可視像加熱手段と前記予備加熱手段は一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。
4. 前記予備加熱手段は、前記記録媒体に接触配置され、前記記録媒体を加圧することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記局所加熱手段は、前記予備加熱手段が前記記録媒体を加熱する箇所又は近傍に前記レーザーを照射することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記レーザーの経路を変更するための経路変更手段を有することを特徴とする請求項１又は５に記載の画像形成装置。
7. 前記予備加熱手段は、前記レーザーを透過しない材料で構成されており、
   前記局所加熱手段は、前記経路変更手段により前記レーザーの経路を変更させ、前記予備加熱手段が前記記録媒体を加熱する箇所又は近傍に前記レーザーを照射することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記予備加熱手段は、一部又は全部が前記レーザーを透過する材料で構成されていることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記予備加熱手段は、赤外線による非接触加熱を行い、
   前記局所加熱手段は、前記予備加熱手段が前記記録媒体を加熱する箇所又は近傍に前記レーザーを照射することを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 前記記録媒体の搬送方向において、前記局所加熱手段よりも下流側で前記記録媒体を加圧する加圧手段を有することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 記録媒体を搬送する搬送手段と、
    前記記録媒体に顕色剤による可視像を形成する可視像形成手段と、
    前記可視像を加熱する可視像加熱手段と、
    前記記録媒体を局所的に加熱することで変色させる局所加熱手段と、
    前記局所加熱手段が加熱を行う前又は加熱を行うのと同時に、前記記録媒体を加熱する予備加熱手段と、を有し、
    前記顕色剤はトナーであり、トナーにより前記可視像が形成され、
    前記可視像加熱手段は、トナーを加熱して前記記録媒体に定着させるトナー定着用加熱手段であり、
    前記局所加熱手段は、レーザーにより加熱を行い、前記記録媒体を炭化させて変色させ、
    前記可視像加熱手段と前記予備加熱手段は一体であり、一部又は全部が前記レーザーを透過する材料で構成されており、前記記録媒体と接触して加熱する接触式であることを特徴とする画像形成装置。
12. 前記レーザーは、前記可視像加熱手段と前記予備加熱手段が前記記録媒体を加熱及び加圧した状態で前記可視像加熱手段と前記予備加熱手段を透過し、前記可視像加熱手段と前記予備加熱手段が前記記録媒体を加熱する箇所に照射されることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。

Images