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JP5241155B2 - 光沢化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の画像形成装置に用いられる光沢化装置に関するものである。
従来、異なる光沢性の画像形成をする技術として、光沢性の異なる複数の領域からなる定着ベルトを採用し、出力する光沢度に応じて使用する定着ベルトの領域を選択する方法が特許文献1に開示されている。
特許文献2では加熱後の記録材料を分離するときの冷却温度を変えることで光沢度を変える技術が開示されている。ここでは冷却の強度を変えたり冷却部での分離位置を変えることで冷却分離の状態から高温分離の状態まで分離温度を変えることによって出力物の光沢を変えるという技術である。
特開2004−325934号公報 特開平05−333643号公報
しかしながら、上記従来技術で例えば光沢画像とマット画像を出力できるようにした場合には次のような課題があった。
光沢画像のみ、あるいはマット画像のみを連続で出力しようとする場合には、定着ベルトの出力しようとする画像の種類に対応した領域しか画像形成に利用されない。このため、定着ベルトの周長全体を有効に使えず、定着ベルトの回転量に対して出力物の生産性(スループット)が低くなる。さらに、画像形成に利用していない領域も常に回転し続けるので定着ベルトの機械的、熱的疲労に対しても不利である。
また光沢面を持った定着ベルトを使用して分離温度を高くした場合には光沢を下げることはできる。しかし写真印画紙で使われるラスターや絹目などと呼ばれるような微粒面の半光沢調が表現できないという課題がある。
そこで本発明では定着部材の全周を有効に利用し、出力物の生産性を落とさずに光沢画像とマット画像や半光沢画像を選択的に出力可能な光沢化装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明に係る光沢化装置の代表的な構成は、記録材上のトナー像を加熱及び加圧するためのニップ部をその間で形成する加熱ベルト及び加圧ローラと、前記加熱ベルトに密着したまま移動する記録材を分離前に冷却する冷却手段と、を有する光沢化装置において、前記加熱ベルトは、前記加圧ローラよりも平滑化された表面を有し、前記加熱ベルトがトナー像が形成された記録材の面と接触しながら回転するときに、前記加熱ベルトに接触されて前記ニップ部を通過するトナー像は、前記冷却手段を通過した後に分離されて高光沢な画像となり、前記加圧ローラは、前記加熱ベルトよりも粗い表面を有し、表面に半球状の凹みが規則的に形成され、前記加圧ローラがトナー像が形成された記録材の面と接触しながら回転すると共に、前記冷却手段が前記加熱ベルトに接触される場合に比べて冷却強度が低下又は停止されるときに、前記加圧ローラに接触されて前記ニップ部を通過するトナー像は、前記冷却手段を通過した後に分離されて前記加熱ベルトに接触される場合に比べて低い光沢の画像となることを特徴とする。
このような構成とすることで以下のような効果が得られる。
第1のモードにおいて、トナー画像面を高光沢な定着ベルトに接する向きに通紙することで光沢画像を出力できる。
第2のモードにおいて、トナー画像面を低光沢な第2の加熱部材に接する向きに通紙することで低光沢なマット画像を出力できる。
第1のモード、第2のモードのいずれにおいても、連続して画像形成した場合において、高生産性を確保できる。
本発明に係る光沢化装置の実施形態について、図を用いて説明する。
(画像形成装置)
図1は本実施形態の画像形成装置の構成図である。図1に示すように、画像形成装置は中間転写体を用いたカラープリンタに光沢化装置である平滑化処理部(平滑化処理手段20)を組み合わせたものである。
画像形成手段は4つの画像形成ステーションが略水平に配置され、図1の左よりイエローY、マゼンタM、シアンC、ブラックKの各色現像剤像を形成する画像形成ステーションが配置されている。各画像形成ステーションは現像剤の色が異なる以外は同じ構成である。
各画像形成ステーションには、感光体ドラム1Y、1M、1C、1Kの周囲に一次帯電部材2Y、2M、2C、2K、画像露光ユニット3Y、3M、3C、3K、現像装置4Y、4M、4C、4K、クリーニング装置5Y、5M、5C、5Kが配置されている。
また、感光体ドラム1に当接するように中間転写体である中間転写ベルト71が図示しないモータによって駆動する駆動ローラ74、従動ローラ72、バックアップローラ73に掛け渡され、回転可能に設けられている。そして、中間転写ベルト71を挟んで感光体ドラム1の対向位置に一次転写ローラ6Y、6M、6C、6Kが設けられている。従動ローラ72はテンションローラを兼ねていて中間転写ベルト71がたるまない様に構成されている。
バックアップローラ73と対向しては二次転写ロ−ラ9が配置されいて転写に必要な転写バイアスを要求するために高圧電源と接続されている。バックアップローラ73のシート搬送方向上流にはレジストローラ8があり、シート搬送方向下流には定着器10が設けられている。定着器10は定着ローラ11と加圧ローラ12を有し、定着ローラ11または定着ローラ11と加圧ローラ12には、熱源であるヒータが内蔵されている。
画像形成装置は、定着器10のシート搬送方向下流に搬送経路切り替え手段34を有し、搬送経路切り替え手段34のシート搬送方向下流に平滑化処理手段20を有している。
図2は搬送経路切り替え手段34の動作を説明する図である。図2に示すように、送経路切り替え手段34は回転軸34aを中心にして羽根が回転可能な構成となっている。
定着器10を通過した転写シートPを案内する搬送経路は、第一の経路、第二の経路を有している。第一の経路は、転写シートPを図2中右から左へ搬送して平滑化処理手段20へ搬送する。第二の経路(スイッチバック経路)は、転写シートPを図2中下方向へ搬送してスイッチバックして第一の経路へ搬送する。搬送経路切り替え手段34が図2(a)の実線で示す位置にある場合には、転写シートPは図2中下方向へ案内され、第二の経路へ搬送される。搬送経路切り替え手段34が図2(b)の実線で示す位置にある場合には、転写シートPは図2中左方向へ案内され、第一の経路へ搬送される。
(画像形成装置の動作)
画像形成装置全体はプロセス速度130mm/秒で動作する。画像形成に際しては、図1の反時計回りに回転する感光体ドラム1の表面が一次帯電部材2によって一様に帯電され、画像露光ユニット5から画信号に応じたレーザ光が照射されて静電潜像が形成される。そして、この潜像が現像装置3によって現像剤により現像剤像(トナー像)として現像されて可視像化される。
現像剤像は一次転写ローラ6へのバイアス印加によって、中間転写ベルト71と一次転写ローラ6とのニップ部である一次転写部において中間転写ベルト71に一次転写される。
そして、各画像形成ステーションによって形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色現像剤像が中間転写ベルト71に重ねて転写されることで中間転写ベルト71上にカラー画像が形成される。
バックアップローラ73と二次転写ローラ9は対向して二次転写ニップ部を構成している。中間転写ベルト71上のトナー画像位置と同期してレジストローラ対8が転写シートPを転写ニップ部へ送り込む。
二次転写ローラ9への転写バイアス印加により、トナー画像は転写シートPに二次転写されて画像記録される。
トナー像の転写された転写シートPは定着器10に搬送される。定着ローラ11は表面が180℃に温調制御され、加圧ローラ12は表面が150℃に温調制御されている。定着ローラ11と加圧ローラ12は総圧50kgで加圧されて定着ニップを形成している。転写シートPが定着ニップを通過することによって加熱と加圧によってトナーは転写シートPに定着される。
画像形成装置は、高光沢な画像を出力する高光沢モードと、低光沢な画像を出力するマット画像出力モード(低光沢モード)を選択可能である。高光沢モードの場合には、搬送経路切り替え手段34は、図2(b)の実線の位置にあり、定着器10を通過した転写シートPをそのまま平滑化処理手段20へ搬送する。マット画像出力モードの場合には、搬送経路切り替え手段34は、図2(a)の実線の位置にあり、定着器10を通過した転写シートPを第二の経路でスイッチバックした後、平滑化処理手段20へ搬送する。
(転写シートP)
トナー受像層を持った転写シートPについて説明する。図3は転写シートPの断面図である。
図3に示すように、本実施形態で用いる転写シートPは、ベースとして原紙42の片面に樹脂層43としてポリエチレン樹脂をラミネート加工やコーティングによって形成したいわゆるRC原紙(レジン・コート原紙)41を用いた。RC原紙41の樹脂の表面性は最終的なプリント出力物の表面性を低下させないためには高平滑に仕上げたものが望ましい。そのRC原紙41に対して、片面の最表層にはトナー受像層45を設ける、必要によっては中間層44を設けてもよい。
トナー受像層45はポリエステルなどの熱可塑性樹脂を用いている。ガラス転移温度(Tg)は40℃〜100℃の範囲が好ましい。トナー受像層45の厚みは5以上30μm以下程度の厚みが良く、使用する画像形成装置で形成するトナーの量によって最適値にすることができる。
転写シートP全体の坪量は写真らしい風合いを出すこととプリンタでの搬送性の観点から100g/m〜300g/mが好ましく、170g/m〜250g/mがより好ましい。
(平滑化処理手段20)
平滑化処理手段20は、定着ベルト23、加熱ローラ21、冷却ファン25、26を有している。加熱ローラ(加熱部材)21は、定着ベルト(第1の回転体)(加熱ベルト)23の内側に設けられ、内部に熱源を有している。冷却ファン(冷却手段)25、26は、加熱ローラ21からプロセス方向下流側に設けられている。冷却ファン25、26よりも下流にはテンションローラ(分離ローラ)24で構成される分離部がある。加圧ローラ(第2の回転体)22は、定着ベルト23の外側で加熱ローラ21と対向する位置に一定の圧力で加圧し、定着ニップを形成している。すなわち、定着ベルト23、加圧ローラ22は、記録材上のトナー像を加熱及び加圧するためのニップ部をその間で形成する。
定着ベルト23の基材には、100μmのポリイミドベルトを使用し、その表面にシリコーンゴムを100μm塗布した。定着ベルト23表面の加工には内面を鏡面加工した外型を使用した。ゴムを塗布したベルトを内型の内面に密着させて架橋することで定着ベルト23の表面を鏡面(光沢表面)に加工した。
定着ベルト23の表面はJISZ8741鏡面光沢度−測定方法により60°光沢度で約90〜100、JISB0601表面性状による表面粗さRzを約0.5μmに仕上げた。
なお、定着ベルト23の光沢度(60°)は、80以上110以下であればよい。定着ベルト23の表面粗さRz1は0.5μm以上20μm以下、好ましくは0.5μm以上15μm以下であればよい。定着ベルト23の凹凸の平均山間隔Sm1は1mm以上3mm以下である。定着ベルト23の算術平均粗さRa1が0.1μm以上0.9μm以下、好ましくは0.2μm以上0.6μm以下である。
定着ベルト23はとしてポリイミドなどの熱硬化性樹脂を用いているが、他の耐熱性樹脂や金属などを使うこともできる。弾性層としてのゴム層は耐熱性のあるシリコーンゴム、フッ素ゴムなどが利用できる。必要に応じて表層としてフッ素やシリコーン系の高離型性層を持つ。表層を持たない場合は弾性層にフッ素やシリコーン系のゴムを用いることができる。
定着ベルト23の全体の厚みは、100以上300μm以下程度である。定着ベルト23の全体の厚みが薄すぎると、定着ベルト自身の強度や受像層へのトナーの埋め込みのための加圧が不十分となる。定着ベルト23の全体の厚みが厚すぎると、定着ベルト23を加熱するために必要な熱量が多くなるのと定着ベルト23の弾性層自身の変形でトナーの埋め込みが不十分になる。
図4は加圧ローラ22の断面図である。図4に示すように、加圧ローラ22は、アルミニウム等の熱伝導の良い強度のあるローラー形状の部材である。加圧ローラ22は、アルミニウムのシャフト221にシリコーンゴム222を5mm巻いて表面にPFAチューブ223を設けたものを使用した。図5は加圧ローラ22の表面の断面図である。図5に示すように、表面は2000番のサンドペーパーで研磨して60°光沢度を70、Rzを約2μmに仕上げて、マット表面としてある。
なお、加圧ローラ22の光沢度(60°)は、10以上60以下、好ましくは10以上30以下であればよい。加圧ローラ22の表面粗さRz2は、0.5μm以上20μm以下、好ましくは0.5μm以上15μm以下であればよい。加圧ローラ22の凹凸の平均山間隔Sm2は、50μm以上500μm以下、好ましくは100μm以上300μm以下である。加圧ローラ22の算術平均粗さRa2は、1μm以上3μm以下である。
熱源は一般的なハロゲンヒータを使うことができ、電磁誘導加熱を使った所謂IH方式の加熱手段を使うことも可能である。
加圧ローラ22は、金属ローラや金属ローラ表面にゴムなどの弾性層を持ったローラ部材である。必要に応じて加圧ローラ22に熱源を備えて一定温度に温調しても良い。加熱ローラ21と加圧ローラ22は定着ベルト23を挟んで総圧50kgで加圧されている。加圧ローラ22は定着ベルト23へ転写シートPを押圧する。
冷却ファン25、26は、定着ベルト23に密着したまま移動する記録材を分離前に冷却する。冷却ファン25、26としては、転写シートPの温度が上昇しすぎないように、かつ転写シートPの分離部までに受像層とトナーがそれぞれのガラス転移点温度以下まで冷却出来るように、加圧部分を通過した転写シートPを速やかに冷却する機能が必要である。冷却ファン25、26の構成は、冷却ファンによる送風でも良く、水やその他の冷媒を内包したヒートパイプやヒートシンクを接触させても良い。冷却は転写シートPと定着ベルト21が密着しながら搬送されている状態の片側または両側から冷却可能である。
分離部は、密着した転写シートPと定着ベルト23を分離する部分であって、転写シートPが自身のこし(こわさ)によって定着ベルト23から分離(剥離)するようにテンションローラ24に定着ベルト23を巻き付けて構成される。
(高光沢モード)
高光沢モードは、加圧ローラ22よりもその表面が平滑化された定着ベルト23とトナー像が接触するように記録材をニップ部へ導入させることで画像を出力する。
高光沢モードにおいて、定着ベルト23は、加熱ローラ21に巻きつけられた部分で表面温度が130℃に制御されている。加圧ローラ22は表面温度が90℃に制御されている。
搬送経路切り替え手段34は図2(b)の位置にあり、定着器10を通過した転写シートPは第一の経路を通過して平滑化処理手段20へ搬送される。
定着ベルト23に接するときの転写シートPの温度は約80℃である。転写シートPは、定着ベルト23に接することでさらに加熱されて100〜110℃となり、トナーとともにトナー受像層も軟化、溶融する。加圧ローラ22の加圧によって軟化したトナー受像層にトナーは押し込まれて平滑化する。
トナーの押し込まれた受像面は、定着ベルト23に密着したまま搬送されて冷却ファン25、26を通過する。トナーの押し込まれた受像面がテンションローラ24までに50℃以下に冷却されて固化すると、転写シートPは自身のコシによって定着ベルト23から分離して機外に排出される。受像面は定着ベルト23の鏡面が転写されて鏡面光沢をもった出力物となる。
出力物をJISZ8741鏡面光沢度−測定方法により、日本電色工業株式会社製ハンディ型光沢計(PG−1M)で測定した。その結果60°光沢度の値が88〜100の値であった。
高光沢モードにおいて、転写シートPの画像面が定着ベルト23に接しているときには加圧ローラ22の表面は転写シートPの非画像面側に接している。
このとき、加圧ローラ22の表面形状を実施例のような形状にした場合でも、加圧ローラ22には弾性層222があるので加圧ローラ22の表面自身が変形している。そのため軟化、溶融していない非画像面に対しては加圧ローラ22の形状が転写シートPに写されることは無く、画像の光沢度には影響しなかった。
(マット画像出力モード)
マット画像出力モードは、加圧ローラ22とトナー像が接触するように記録材をニップ部へ導入させることで画像を出力する。
マット画像出力モードにおいて、定着ベルト23と加圧ローラ22の温度制御は、高光沢モードと同じ条件とした。これにより、出力モードを切り替えた場合でも温度変更による待ち時間を無くすことができる。
マット画像出力モードでは、画像面は加圧ローラ22に接するため、画像面側の加熱温度が高光沢モードに比べて低い状態になる。しかし、マット画像は、光沢画像に比べて最終的に求める画像の平滑性が低いため、画像面側の加熱温度を高光沢モードほど高くする必要がなく、高光沢モードと同じ温度条件を採用できる。
搬送経路切り替え手段34は図2(a)の位置にあり、定着器10を通過した転写シートPを第二の経路へ搬送し、第二の経路でスイッチバックして反転させて、受像面を加圧ローラ22に接する向きで平滑化処理手段20へ搬送する。加圧ローラ22に接するときの転写シートPの温度は約75℃である。
転写シートPは、加圧ローラ22に接することでさらに加熱されて90℃となり、トナーとともにトナー受像層も軟化、溶融する。加圧ローラ22の加圧によって軟化したトナー受像層にトナーは押し込まれて平滑化する。マット画像出力モードでは冷却ファン25、26を停止して(またはベルト冷却強度を弱くして)、加圧ローラ22から転写シートPが高温で分離する。
トナーの押し込まれた受像面は、冷却される前に加圧ローラ22から分離して定着ベルト上を搬送されて機外に排出される。受像面がマットな状態の出力物が得られる。
出力物JISZ8741鏡面光沢度−測定方法により、日本電色工業株式会社製ハンディ型光沢計(PG−1M)で測定した。その結果60°光沢度の値が40〜50のマット調画像となった。
(他の加圧ローラ122)
図6は他の加圧ローラ122の表面の断面図である。図6に示すように、加圧ローラ122の表面の加工には外型の内面に直径300μm程度の半球状の凹みを規則的に成形したものを使用した。シャフト221にシリコーンゴム222を塗付したものを内型に押し当てた状態で成形することで加圧ローラ122の表面に規則的なパターン(直径300μm程度の半球状の凹み)を形成した。
加圧ローラ122を使用して画像出力する。定着ベルト23は加熱ローラ21に巻きつけられた部分で表面温度を100℃に制御し、加圧ローラ122は表面温度を110℃に制御し、加圧ローラ22を用いた場合と同様のマット画像出力モードで画像形成をした。画像表面はトナー段差がなく、一様に規則的な半球形状が形成された。出力物の光沢度は60°光沢度の値が20〜30となった。
(画像出力物の受像層表面)
図7に画像出力物の受像層表面の状態を示す図である。
図7(a)は定着器10を通しただけで平滑化処理手段20を通していない画像出力物の受像層表面の状態を示す図である。図7(a)に示すように、表面にはトナーTと受像層Lの段差が残っている。
図7(b)は高光沢モードで出力した画像出力物の受像層表面の状態を示す図である。図7(b)に示すように、トナーTは受像層Lに押し込まれて受像層Lとの段差はほとんどなく、表面性も良い光沢面の状態である。
図7(c)は加圧ローラ22を用いてマット画像出力モードで画像形成した際の画像出力物の受像層表面の状態を示す図である。図7(c)に示すように、トナーTは受像層Lに押し込まれて受像層Lとの段差はほとんどなく、表面は加圧ローラ22の表面性によって粗面となっている。
図7(d)は加圧ローラ122を用いてマット画像出力モードで画像形成した際の画像出力物の受像層表面の状態を示す図である。図7(d)に示すように、トナーTは受像層Lに押し込まれて受像層Lとの段差はほとんどなく、表面は規則的な半球形状の仕上がりとなっている。
(効果)
加圧ローラ22、122のどちらを用いて高光沢モードで画像形成しても、定着ベルト23の表面を全域利用可能である。マット画像出力モードでは加圧ローラ22、122の表面を全域利用可能なため、どちらのモードでも連続画像形成が可能となる。
このため、定着ベルト23の周長全体を有効に使うことができ、定着ベルト23の回転量に対して出力物の生産性(スループット)が低下することを抑制できる。また、定着ベルト23の機械的、熱的疲労を低下できる。
定着ベルト23の全周を有効に利用し、出力物の生産性を落とさずに光沢画像とマット画像や半光沢画像を選択的に出力できる。すなわち、高光沢モードでは、光沢度の高い高級感のある画像が得られた。加圧ローラ22を用いたマット画像出力モードでは、落ち着きのあるしっとりとした画像が得られた。加圧ローラ122を用いたマット画像出力モードでは、中間の光沢を持ちながらも指紋汚れなどのつきにくい半光沢な画像が得られた。
本実施形態の画像形成装置の構成図である。 搬送経路切り替え手段の動作説明図である。 転写シートの断面図である。 加圧ローラの断面図である。 加圧ローラの表面の断面図である。 他の加圧ローラの表面の断面図である。 出力物の表面の断面図である。
符号の説明
L …受像層
P …転写シート
T …トナー
1 …感光体ドラム
2 …一次帯電部材
3 …画像露光ユニット
4 …現像装置
5 …クリーニング装置
6 …一次転写ローラ
8 …レジストローラ
9 …二次転写ローラ
10 …定着器
11 …定着ローラ
12、22、122 …加圧ローラ
20 …平滑化処理手段(光沢化装置)
21 …加熱ローラ
23 …定着ベルト
24 …テンションローラ
25、26 …冷却ファン
34 …搬送経路切り替え手段
34a …回転軸
41 …RC原紙
42 …原紙
43 …樹脂層
44 …中間層
45 …トナー受像層
71 …中間転写ベルト
72 …従動ローラ
73 …バックアップローラ
74 …駆動ローラ
221 …シャフト
222 …シリコーンゴム
223 …PFAチューブ

Claims (4)

  1. 記録材上のトナー像を加熱及び加圧するためのニップ部をその間で形成する加熱ベルト及び加圧ローラと、前記加熱ベルトに密着したまま移動する記録材を分離前に冷却する冷却手段と、を有する光沢化装置において、
    前記加熱ベルトは、前記加圧ローラよりも平滑化された表面を有し、
    前記加熱ベルトがトナー像が形成された記録材の面と接触しながら回転するときに、前記加熱ベルトに接触されて前記ニップ部を通過するトナー像は、前記冷却手段を通過した後に分離されて高光沢な画像となり、
    前記加圧ローラは、前記加熱ベルトよりも粗い表面を有し、表面に半球状の凹みが規則的に形成され、
    前記加圧ローラがトナー像が形成された記録材の面と接触しながら回転すると共に、前記冷却手段が前記加熱ベルトに接触される場合に比べて冷却強度が低下又は停止されるときに、前記加圧ローラに接触されて前記ニップ部を通過するトナー像は、前記冷却手段を通過した後に分離されて前記加熱ベルトに接触される場合に比べて低い光沢の画像となることを特徴とする光沢化装置。
  2. 画像を形成する画像形成部から搬送される記録材が前記加熱ベルト及び前記加圧ローラのニップに到達する第1経路と、
    前記画像形成部及び前記ニップの間で前記第1経路から分岐する第2経路と、
    搬送されるシートを前記第1経路と前記第2経路のいずれに通すかを切替える切替手段と、を有し、
    前記画像形成部から搬送される記録材が直接に前記第1経路に進む場合には、前記加熱ベルトが懸架される前記ニップ部のローラの方が前記加圧ローラよりも高い温度に設定され、
    前記画像形成部から搬送される記録材が前記第2経路に進んだ後に前記第1経路に進む場合には、前記加圧ローラの方が前記加熱ベルトが懸架される前記ニップ部のローラよりも高い温度に設定されることを特徴とする請求項1に記載の光沢化装置。
  3. 上記第1の回転体の光沢度(60°)は80以上110以下であり、上記第2の回転体の光沢度(60°)は10以上60以下であることを特徴とする請求項1又は2の光沢化装置。
  4. 上記第1の回転体と上記第2の回転体の表面粗さRz1、Rz2はともに0.5μm以上20μm以下であり、上記第1の回転体と上記第2の回転体の平均山間隔Sm1、Sm2は1mm以上3mm以下、50μm以上500μm以下であり、上記第1の回転体と上記第2の回転体の表面粗さRa1、Ra2は0.1μm以上0.9μm以下、1μm以上3μm以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の光沢化装置。
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