説明

定着装置および画像形成装置

【課題】ヒートロール方式の定着装置を用いる画像形成装置において、記録媒体の種類を制限することなく、記録媒体のエッジによる定着ロール面の集中的な摩耗を抑制できる画像形成装置および定着装置を提供する。
【解決手段】画像が形成された記録媒体を搬送する第1搬送路と、第1搬送路から搬送される記録媒体を挟持搬送することにより画像を定着させる、少なくとも一方が加熱ロールである定着ロール対と、を備える定着装置であって、定着ロール対が、その回転軸が第1搬送路の搬送面に平行かつ第1搬送路における記録媒体の搬送方向に対して傾斜するように配置されていることにより、上記課題を解決する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。詳しくは、インクジェットプリンタ、および、電子写真方式の複写機、プリンタ、印刷機などにおいて、記録媒体上に色材粒子(着色微粒子)で形成された画像に加熱部材を接触させて画像を加熱定着させる画像形成装置およびそれらの画像形成装置に用いられる定着装置に関する。
【背景技術】
【0002】
インクジェットプリンタや、電子写真方式の複写機、プリンタ、印刷機などの画像形成装置において、色材粒子を用いて記録用紙に形成した画像を加熱定着させる方法として、画像が形成された記録用紙を加熱ロール(ヒートロール)および加圧ロールからなる定着ロール対によって挟持搬送することにより、記録用紙上の色材粒子を溶融させて記録用紙に定着させる、いわゆるヒートロール方式が、一般に用いられている。
【0003】
ヒートロール方式の定着装置においては、同じ幅の記録用紙が定着ロール対の同じ位置で多数搬送されることにより、定着ロール(加熱ロールおよび加圧ロール)のロール面において、記録用紙のエッジに対応する位置が集中的に摩耗し、摩耗した位置よりも幅の広い記録用紙を使用する場合に画像品質の劣化をもたらすという問題が生じる。すなわち、加熱ロールや加圧ロールが部分的に摩耗すると、摩耗した部分では、加熱または加圧が適切に行われないため、その部分で定着不良を生じたり、摩耗部分の形状が画像に転写されてしまったりすることにより、画像故障(画像不良)を引き起こす。そのため、記録用紙のエッジによるロール面の摩耗がロール寿命の律速となっており、ヒートロール方式の定着装置における本質的な問題となっている。
【0004】
このような問題に対し、従来は、主に、ロール形状、ロール材質、用紙材質等の観点からの改良策が提案されている。例えば、加熱ロールまたは加圧ロールの、記録用紙のエッジが接触する部分を、形状や材質の変更により、他の部分よりも柔らかくすることや、逆に、硬くすること、あるいは、ロールを摩耗させにくい記録用紙を用いることなどが検討されている。また、加熱ロールおよび加圧ロールの両方の表層にエラストマー材料を用いることによって、記録用紙のエッジによる摩耗減少を最小にできることが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開平8−227248号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記の従来技術では、加熱ロールおよび加圧ロールの形状や材質を変更することによりロール面の摩耗を低減させることができたとしても、多数の記録用紙を加圧搬送している間には、エッジ部分が集中的に摩耗していくことには変わりがなく、頻繁に使う用紙よりも幅の広い用紙を用いた場合に生じる画像品質の劣化を防ぐことはできない。そのため、ロール面のエッジ部分以外は摩耗していないにもかかわらず、エッジ部分の摩耗に合わせてロールを交換しなければならず、不経済である。
【0006】
また、ロール面の摩耗を生じにくい専用の記録用紙を用いることは、画像品質や、画像が記録された記録用紙の用途を制限してしまうことになり、画像形成に対する多様なニーズに応えることができない。その上、特殊な記録用紙を用いることは、コストの増加にもつながる。
【0007】
また、特に、溶媒中に帯電した色材粒子を分散させたインクを用い、インクに静電力を作用させることによって濃縮したインクを吐出させて画像を形成する濃縮型静電インクジェット方式の画像形成装置は、超高精細な画像記録が可能であるため、定着装置においてもその高品質画像を維持することが重要であり、ロールの摩耗傷による画像へのダメージは重大な問題となる。さらに、多様な記録紙に高画質な画像を形成したいという高度なニーズに応えるためには、各種の記録用紙、例えばロール面の摩耗を生じやすいような用紙をも使用可能とする必要がある。
【0008】
本発明の目的は、ヒートロール方式の定着装置を用いる画像形成装置において、記録媒体の種類を制限することなく、記録媒体のエッジによる定着ロール面の集中的な摩耗を抑制できる画像形成装置および定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明は、画像が形成された記録媒体を搬送する第1搬送路と、前記第1搬送路から搬送される前記記録媒体を挟持搬送することにより前記画像を定着させる、少なくとも一方が加熱ロールである定着ロール対と、を備える定着装置であって、
前記定着ロール対が、その回転軸が前記第1搬送路の搬送面に平行かつ前記第1搬送路における前記記録媒体の搬送方向に対して傾斜するように配置されていることを特徴とする定着装置を提供するものである。
【0010】
ここで、前記定着ロール対が、前記第1搬送路における前記記録媒体の搬送方向とは異なる方向に、前記記録媒体を挟持搬送するものであるのが好ましい。
また、前記第1搬送路が、前記記録媒体を搬送する駆動手段を有するのが好ましい。
また、さらに、前記定着ロール対から搬出される前記記録媒体を受け取る第2搬送路を備えるのが好ましく、
前記第2搬送路が、前記記録媒体を搬送する駆動手段を有するのが好ましい。
【0011】
また、上記課題を解決するために、本発明は、色材を含む粒子を用いて記録媒体に画像を形成する形成手段と、前記画像が形成された前記記録媒体を搬送する第1搬送路と、前記第1搬送路から搬送される前記記録媒体を少なくとも一方が加熱ロールである定着ロール対によって挟持搬送することにより前記画像を定着させる定着手段と、を備える画像形成装置であって、
前記定着ロール対が、その回転軸が前記第1搬送路の搬送面に平行かつ前記第1搬送路における前記記録媒体の搬送方向に対して傾斜するように配置されていることを特徴とする画像形成装置を提供するものである。
【0012】
ここで、前記定着ロール対が、前記第1搬送路における前記記録媒体の搬送方向とは異なる方向に、前記記録媒体を挟持搬送するものであるのが好ましい。
また、前記第1搬送路が、前記記録媒体を搬送する駆動手段を有するのが好ましい。
また、さらに、前記定着ロール対から搬出される前記記録媒体を受け取る第2搬送路を備えるのが好ましく、
前記第2搬送路が、前記記録媒体を搬送する駆動手段を有するのが好ましい。
【0013】
また、前記形成手段が、前記色材を含む粒子を含有するインクを吐出して画像を形成するインクジェットヘッドを有するのが好ましく、
前記インクは、帯電した色材を含む粒子および溶媒を含有し、
前記形成手段は、前記インクに静電力を作用させることにより、前記インクジェットヘッドから前記インクの液滴を吐出して、前記記録媒体に画像を形成するものであるのが好ましい。
【0014】
また、上記の定着装置または画像形成装置において、前記第2搬送路は、前記定着ロール対によって挟持搬送されることにより前記第1搬送路における搬送方向に直交する方向に移動されて排出される前記記録媒体を受け取る位置に配置されているのが好ましい。
また、前記第1搬送路は、前記駆動手段によって、前記定着ロール対の、前記第1搬送路における前記記録媒体の搬送方向の下流側に傾斜した側に前記記録媒体を搬送し、前記第2搬送路は、前記駆動手段によって、前記定着ロール対の、前記第1搬送路における前記記録媒体の搬送方向の上流側に傾斜した側から排出される前記記録媒体を受け取って搬送するのが好ましい。
【0015】
また、上記の定着装置または画像形成装置において、前記第1搬送路および第2搬送路の一方または両方は、ベルト搬送手段によって構成されているのが好ましい。
また、前記第1搬送路および前記第2搬送路は、前記定着ロール対の搬送面の幅よりも狭い搬送幅を有し、前記第1搬送路は、前記定着ロール対の前記搬送方向の下流側に傾斜した側に寄せて配置され、前記第2搬送路は、前記定着ロール対の前記搬送方向の上流側に傾斜した側に寄せて配置されているのが好ましい。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、記録媒体のエッジが、定着ロール面の特定の部分に集中して接触することがないため、ロール面の特定部分の集中的な摩耗を抑制することができる。それにより、サイズの異なる記録媒体を用いた場合にも画像劣化を防ぐことができ、ロール寿命を延ばすことができる。さらに、例えば、厚みのある記録紙や硬質の記録紙など、ロール面を摩耗させやすいような記録媒体を用いた場合にも、ロール面の摩耗を抑制することができるため、画像形成装置において、各種記録媒体を用いることができる。
【0017】
また、本発明によれば、超高精細な画像を形成可能な濃縮型静電インクジェット方式の画像形成装置において、定着ロール面の特定部分の摩耗による画像劣化を抑制することができるとともに、多種の記録媒体に画像を形成することができるので、高品質な画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
本発明に係る画像形成装置および定着装置を添付の図面に示す好適実施例に基づいて以下に詳細に説明する。
【0019】
図1(a)および(b)は、本発明の画像形成装置の一実施形態の概略構成を示す模式図であり、図1(a)は、平面図、図1(b)は、図1(a)のI−I線における位置関係を示す模式的断面図である。同図に示す画像形成装置10は、記録媒体Pに固定画像を形成するものであり、記録媒体に画像を形成する画像形成手段12と、形成された画像を定着させる定着手段14と、画像形成手段12によって画像が形成された記録媒体Pを定着手段14へ搬入する第1搬送路16と、定着手段14で画像が定着された記録媒体Pを定着手段14から搬出する第2搬送路18とを有している。定着手段14、第1搬送路16および第2搬送路18は、本発明の定着装置11を構成する。
【0020】
記録媒体Pとしては、普通紙、上質紙、微塗工紙、コート紙、アート紙、キャストコート紙等の紙類や、印刷用フィルム等、各種の記録媒体を用いることができる。記録媒体Pの形状は、特に制限的ではないが、以下では、一般的に用いられる矩形の記録媒体Pを例に説明する。
【0021】
なお、図1の画像形成装置10では、画像形成手段12と定着手段14との間の記録媒体Pの搬送を、第1搬送路16のみで行っているが、画像形成手段12と第1搬送路16との間に、さらに、搬送手段が設けられていてもよい。その場合、画像形成手段12と第1搬送路16との間の搬送手段には、後述する第1搬送路16と同様に、記録媒体Pに形成された未定着の画像に接触することなく搬送するものが用いられる。
【0022】
画像形成手段12は、色材を含む粒子を用いて記録媒体Pに画像を形成するものである。図示例においては、画像形成手段12は、図1中、左から右へ搬送される記録媒体Pの上側の面に画像を形成する。画像形成手段12としては、各種の画像形成方式(画像記録方式)のものを利用することができる。例えば、顔料等の色材を含む粒子(色材粒子)および溶媒を含有するインクを用い、インクジェット方式によってインクを吐出して記録媒体Pにインク画像を形成する、静電式、サーマル式、ピエゾ式等、各種のインクジェット方式や、トナーを用いて画像を形成する電子写真方式等が利用可能である。
【0023】
定着手段14は、画像形成手段12によって記録媒体P上に形成された画像を、定着ロール対を用いて定着させるものであり、定着ロール対を構成する加熱ロール20および加圧ロール22を有している。定着手段14は、加熱ロール20および加圧ロール22によって記録媒体Pを挟持搬送することにより、記録媒体Pを加熱および加圧して、記録媒体P上に形成された画像を定着させる。すなわち、加熱ロール20および加圧ロール22による加熱および加圧力によって、記録媒体P上の色材粒子が軟化および溶融し、記録媒体Pに固着して、画像が定着する。
【0024】
加熱ロール20は、内部にヒータやハロゲンランプ等の加熱源を内蔵しており、記録媒体Pの画像記録面に接触して記録媒体Pを加熱する。加熱ロール20は、回転軸の位置が固定されており、図示しない回転駆動手段によって回転駆動される。あるいは、後述する加圧ロール22が回転駆動される場合には、加熱ロール20は、回転駆動されず、回転する加圧ロール22によって摩擦駆動される(加圧ロール22とのロール面の摩擦によってつれ回りする)構成としてもよい。
【0025】
加圧ロール22は、その軸が、加熱ロール20の軸と平行に配置されており、ロール軸方向に均等な所定の押圧力で加熱ロール20を押圧する。これにより、加熱ロール20および加圧ロール22の間を搬送される記録媒体Pおよび記録媒体P上の色材粒子が押圧される。なお、加圧ロール22は、加熱源を有する加熱ロールであってもよい。また、加圧ロール22は、図示しない回転駆動手段によって、挟持部における周速度が加熱ロール20と同じになるように回転駆動される。加圧ロール22の回転駆動手段は、加熱ロール20の回転駆動手段と別個の駆動源を有していてもよいし、共通の駆動源に接続されていてもよい。また、加熱ロール20が回転駆動される場合には、加圧ロール22は、駆動源に接続されず、回転する加熱ロール20によって摩擦駆動される(加熱ロール20とのロール面の摩擦によってつれ回りする)構成としてもよい。
【0026】
加熱ロール20および加圧ロール22の表面は、優れた離型性を有することが好ましく、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴムやフッ素樹脂等によって構成し、オイル等の離型剤を塗布するのが好ましい。
【0027】
加熱ロール20の表面温度および加圧ロール22による記録媒体Pの押圧力(加熱ロール20と加圧ロール22とのニップ力)は、安定した定着性を確保するように適宜設定されればよい。加熱ロール20および加圧ロール22の表層を弾性材で構成し、加圧ロール22による押圧力によって記録媒体Pと加熱ロール20とを面接触させることにより、定着のための十分な加熱加圧時間を確保するのも好ましい。
また、加圧ロール22が駆動ロールで、加熱ロール20が従動ロールであり、加熱ロール20の表面の製品硬度が、加圧ロール22の製品硬度より小さいことが好ましい。
【0028】
本発明に係る画像形成装置において、加熱ロール20の回転軸20aおよび加圧ロール22の回転軸(22a)は、第1搬送路16における記録媒体Pの搬送面に平行で、かつ第1搬送路16における記録媒体Pの搬送方向に対して傾斜して配置される。図1の画像形成装置10においては、加熱ロール20の回転軸20aおよび加圧ロール22の回転軸(22a)は、加熱ロール20および加圧ロール22による搬送面が、第1搬送路16における搬送面および第2搬送路18における搬送面とほぼ同一平面となるように配置され、かつ、第1搬送路16における搬送方向(図1中、矢印aの方向)に対して(90°−θ)の角度(ただし、0°<θ<90°)に傾けられて配置されている。したがって、加熱ロール20および加圧ロール22による搬送方向は、第1搬送路16における搬送方向(矢印a方向)に対して角度θだけ傾いた方向(図1中、矢印b方向)となる。
【0029】
第1搬送路16は、画像形成手段12によって画像が形成された記録媒体Pを定着手段14へ搬送する経路を構成し、さらに、その搬送路に沿って記録媒体Pを搬送するための駆動手段を有するもので、回転駆動される2つのロール24,26と、ロール24,26に張架され、ロール24,26の回転に伴って回転する搬送ベルト28とを有している。ロール24は、画像形成手段12の下流側近傍に、その軸線が画像形成手段12における記録媒体Pの搬送方向に直交する方向に配置されており、ロール26は、ロール24に平行に配置されている。搬送ベルト28は、記録媒体Pの幅よりも十分広い幅を有しており、画像形成手段12を通過した記録媒体Pを、画像形成面と反対側の面(図中、下側の面)を支持して、画像形成手段12による画像形成時の記録媒体Pの搬送方向と同一の方向に搬送する。
【0030】
また、第1搬送路16は、記録媒体Pを搬送ベルト28の上に保持して搬送するために、記録媒体Pを搬送ベルト28に帯電吸着させる手段や、搬送ベルト28の内周側から記録媒体Pを吸引して搬送ベルト28に吸着させる手段等の吸着手段(図示せず)を備えていることが好ましい。この吸着手段による搬送ベルト28への吸着力は、搬送ベルト28による搬送によっては記録媒体Pの位置や姿勢がずれることがなく、記録媒体Pが、定着手段14による挟持搬送によって矢印b方向へ搬送される際には、記録媒体Pが搬送ベルト28上を滑って移動できる程度に設定される。
【0031】
なお、第1搬送路16は、記録媒体Pに形成された未定着の画像に接触することなく搬送するように構成されていればよく、上記の構成以外にも、例えば、記録媒体Pの非画像形成面側に、記録媒体Pの搬送方向の長さよりも短い間隔で配列された複数の搬送ロールによって搬送路を構成し、記録媒体Pを搬送するようにしてもよい。
【0032】
第2搬送路18は、定着手段14によって画像が定着された記録媒体Pを受け取って、定着手段14から次工程へ搬送する経路を構成し、さらに、その搬送路に沿って記録媒体Pを搬送するための駆動手段を有するもので、第1搬送路16と同様の構成を有している。すなわち、第2搬送路18は、回転駆動される2つのロール30,32と、ロール30,32に張架され、ロール30,32の回転に伴って回転する搬送ベルト34とを有している。第2搬送路18は、さらに、記録媒体Pを搬送ベルト34に吸着させる図示しない吸着手段を有しているのが好ましい。この吸着手段も、第1搬送路16における吸着手段と同様に、搬送ベルト34による搬送によっては、記録媒体Pの位置や姿勢がずれることがなく、定着手段14での挟持搬送による搬送位置の移動に応じて、記録媒体Pが搬送ベルト34上を滑って移動できる範囲の吸着力で、記録媒体Pを搬送ベルト34に吸着させることが望ましい。
【0033】
ロール30,32は、第1搬送路16のロール24,26と平行に配置されており、第2搬送路18では、第1搬送路16における搬送方向(矢印a方向)と同じ方向に記録媒体Pが搬送される。搬送ベルト34は、加熱ロール20および加圧ロール22によって矢印b方向に搬送された記録媒体Pを、ベルト幅内に受け取るように、加熱ロール20および加圧ロール22のロール面の幅とほぼ等しいかそれよりも広い幅を有している。
【0034】
なお、第2搬送路18は、記録媒体Pの一方の面または両面を支持して搬送するように構成されていればよく、上記の構成以外にも、例えば、記録媒体Pの搬送方向の長さよりも短い間隔で配列された複数の搬送ロールまたは搬送ロール対によって搬送路を構成し、記録媒体Pを搬送するようにしてもよい。
【0035】
次に、画像形成装置10の作用を説明する。図2(a)〜(d)は、画像形成装置10の第1搬送路16、定着手段14および第2搬送路18(すなわち、定着装置11)において、記録媒体Pが搬送されて定着処理される過程を説明する模式的な平面図である。
【0036】
図2(a)に示すように、画像形成手段12によって画像が記録された記録媒体Pは、第1搬送路16において、画像形成面に接触することなく矢印a方向に搬送されて、定着手段14へ送られる。画像形成手段12から送られた記録媒体Pは、定着手段14の幅方向の片側寄りに搬入されるように、画像形成手段12、定着手段14および第1搬送路16が配置されている。図2においては、記録媒体Pは、定着手段14の、第1搬送路16における搬送方向の右側寄り(図中、下側寄り)、すなわち、定着手段14が第1搬送路16における搬送方向の下流側に傾斜している側寄りに搬入される。
【0037】
定着手段14へ送られた記録媒体Pは、図2(b)に示すように、定着手段14の加熱ロール20および加圧ロール22によって挟持され、加熱ロール20および加圧ロール22の軸方向に垂直な方向(矢印b方向)に搬送されて、画像の加熱定着処理が施される。定着手段14による搬送方向は、第1搬送路16における搬送方向(矢印a方向)に対して角度θだけ傾いた方向(矢印b方向、図1(a)参照)とされているので、定着手段14による記録媒体Pの挟持搬送が進むにつれて、記録媒体Pの幅方向の位置(図2中、上下方向の位置)が、矢印bの傾いた方向(搬送方向左側へ向かう方向。図2中、上方向。)へ移動する。このとき、記録媒体Pの定着手段14の上流側の部分は、第1搬送路16の搬送ベルト28の表面を滑って移動する。
【0038】
記録媒体Pの定着手段14を通過した部分は、図2(c)に示すように、第2搬送路18の搬送ベルト34によって非画像形成面を支持される。記録媒体Pの上流側の部分が定着手段14によって挟持搬送されている間は、搬送ベルト34における記録媒体Pの搬送位置が図2中、上方向へ移動し、搬送ベルト34上の記録媒体Pは、搬送ベルト34の表面を滑って移動する。
【0039】
図2(d)に示すように、記録媒体Pは、定着手段14の、第1搬送路16における搬送方向の左側寄り(図中、上側寄り)、すなわち、定着手段14が第1搬送路16における搬送方向の上流側に傾斜している側寄りから排出される。記録媒体Pの後端が定着手段14を通過すると、記録媒体Pは、そのままの位置で搬送ベルト34によって矢印a方向へ搬送される。
【0040】
ここで、定着手段14の加熱ロール20および加圧ロール22について見ると、加熱ロール20および加圧ロール22の挟持部(ニップ部)における記録媒体Pの通過位置は、搬入された位置から搬出される位置までの範囲を、記録媒体Pの進行に伴って徐々に移動する。すなわち、記録媒体Pの幅方向のエッジが加熱ロール20および加圧ロール22に接触する位置は、特定の位置に集中することなく、ロール面の広い範囲に分散される。したがって、ロール面の特定位置における集中的な摩耗を防ぐことができる。
【0041】
このような画像形成装置10または定着装置11において、加熱ロール20および加圧ロール22の配置に関する、第1搬送路16における搬送方向に対する角度θは、大きく取るほど、記録媒体Pの幅方向の搬送位置の移動量が大きくなるため、記録媒体Pのエッジが接触する部分を広い範囲に分散でき、ロールの寿命を長くできる点で好ましいが、その分、加熱ロール20および加圧ロール22の幅を広くし、その前後の第1搬送路16および第2搬送路18における幅方向(搬送方向に直交する方向)の搬送位置のギャップも大きくする必要があるので、装置のサイズが大きくなる。したがって、角度θは、加熱ロール20および加圧ロール22に設定された寿命までの期間に、記録媒体Pのエッジによるロール表面の摩耗が許容範囲に抑えることができ、かつ、装置サイズのコンパクト化の要求に見合う範囲に設定されるのがよい。この観点から、角度θは、0.5°〜15°とするのが好ましく、1°〜8°とするのがより好ましく、2°〜4°とするのが一層好ましい。
【0042】
また、画像形成装置10において、異なるサイズの記録媒体Pを用いる場合、加熱ロール20および加圧ロール22の幅および角度θは、最大サイズの記録媒体Pの全体が、加熱ロール20および加圧ロール22のロール面のほぼ全幅にわたって通過するように設定されればよい。あるいは、定着手段14の角度θを変化させるように定着手段14を移動する移動手段、および、記録媒体Pのサイズに応じて定着手段14の移動手段を制御して、定着手段14の角度θを制御する制御手段を設け、搬送される記録媒体Pのサイズに応じて定着手段14の角度θを変化させることにより、各サイズの記録媒体Pが、いずれも、加熱ロール20および加圧ロール22のロール面のほぼ全幅にわたって通過するようにのするも好ましい。
【0043】
なお、本実施形態では、加熱ロール20の回転軸20aおよび加圧ロール22の回転軸(22a)が、第1搬送路16における搬送方向(図1(a)中、矢印aの方向)に対して(90°−θ)の角度(鋭角)に傾けられて配置され、記録媒体Pが、図1(a)および図2(a)等において、加熱ロール20および加圧ロール22の下側寄りに搬入されることとしたが、加熱ロール20および加圧ロール22の傾斜の方向は、反対側、すなわち、加熱ロール20の回転軸20aおよび加圧ロール22の回転軸(22a)が、第1搬送路16における搬送方向(図1(a)中、矢印aの方向)に対して(90°+θ)の角度(鈍角)に傾けられて配置されてもよい。その場合、加熱ロール20および加圧ロール22を通過する記録媒体Pの搬送位置は、図1(a)および図2(a)等において、下方向に移動するので、記録媒体Pは、加熱ロール20および加圧ロール22の上側寄りに搬入されるようにすればよい。すなわち、いずれの場合にも、加熱ロール20および加圧ロール22の、搬送方向下流側に傾斜している側に、記録媒体Pを搬入する。
【0044】
また、本実施形態では、第1搬送路16の搬送ベルト28および第2搬送路18の搬送ベルト34を、いずれも、定着手段14の加熱ロール20および加圧ロール22のロール幅とほぼ等しくしているが、搬送ベルト28または搬送ベルト34の記録媒体Pを支持することがない領域、すなわち、図1および図2における、搬送ベルト28の搬送方向左側部分(図中、上側部分)、および、搬送ベルト34の搬送方向右側部分(図中、下側部分)は、搬送ベルトを設けなくともよい。その場合には、搬送ベルト28および搬送ベルト34は、図2(a)〜(d)に破線で示すように、加熱ロール20および加圧ロール22のロール幅よりも狭い幅の搬送ベルトとされ、搬送方向に直交する方向にずらして配置される。
【0045】
また、第1搬送路16の搬送ベルト28の終端と定着手段14との間(ロール26と加圧ロール22との間)、および、定着手段14と第2搬送路18の搬送ベルト34の始端との間(加圧ロール22とロール30との間)の隙間には、記録媒体Pの非画像形成面を支持するガイド板が設けられていてもよい。
【0046】
本実施形態の画像形成装置10および定着装置11では、第1搬送路16および第2搬送路18は、搬送ベルト28および搬送ベルト34によって記録媒体Pの搬送路を構成するとともに、その搬送路に沿って記録媒体Pを搬送するために、搬送ベルト28および搬送ベルト34を駆動する駆動手段(ロール24,26およびロール30,32、もしくはさらにそれらの駆動源)を有するものとしたが、本発明の画像形成装置および定着装置は、これには限定されず、第1搬送路または第2搬送路として、搬送路を構成する部材(例えば、ガイド板や、複数配列されたアイドルロールなど)を有し、それとは別に、その搬送路に沿って記録媒体Pを搬送する搬送手段を有する構成としてもよい。
【0047】
また、本実施形態では、第1搬送路16、定着手段14および第2搬送路18(すなわち、定着装置11)において、記録媒体Pを、略同一平面の搬送面で搬送しているが、例えば、第1搬送路16、定着手段14および第2搬送路18によって、湾曲した搬送面を構成してもよく、その場合も、記録媒体Pがねじれることが無いように、加熱ロール20の回転軸20aおよび加圧ロール22の回転軸(22a)は、第1搬送路16における記録媒体Pの搬送面に平行に、詳しくは、第1搬送路16から排出される瞬間の搬送面に平行に配置される。
【0048】
また、本実施形態においては、画像形成手段12と定着手段14との間の記録媒体Pの搬送を、第1搬送路16のみによって行っているため、第1搬送路16における搬送方向を、画像形成手段12における搬送方向と同一としているが、画像形成手段12と第1搬送路16との間に他の搬送手段を設ける場合には、第1搬送路16における搬送方向は、画像形成手段12における搬送方向と同一でなくともよく、画像形成装置10の構成によって適宜設定されればよい。加熱ロール20および加圧ロール22の配置角度θは、第1搬送路16における搬送方向に対して決定される。
【0049】
さらに、本実施形態においては、第1搬送路16における搬送方向と第2搬送路18における搬送方向とを同一方向としているが、定着手段14を通過した記録媒体Pが搬送される方向は、画像形成装置10の構成によって適宜設定されればよく、第2搬送路18における搬送方向は、第1搬送路16と異なる方向としてもよい。
【0050】
次に、本発明に係る画像形成装置および定着装置の他の実施形態について、図3を参照して説明する。
【0051】
図3(a)および(b)は、本発明の画像形成装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図であり、図3(a)は、平面図、図3(b)は、図3(a)のIII−III線における位置関係を示す模式的断面図である。同図に示す画像形成装置40は、図1の画像形成装置10と同様に、記録媒体Pに固定画像を形成するものであり、ベルト搬送手段である第2搬送路18に代えて、搬送ロール対による第2搬送路42を有しているほかは、画像形成装置10と同様の構成を有しているので、同様の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。定着手段14、第1搬送路16および第2搬送路42は、定着装置41を構成している。
【0052】
第2搬送路42は、記録媒体Pを挟持搬送する搬送ロール対44,46と、定着手段14から排出された記録媒体Pの搬送路を構成し、記録媒体Pを搬送ロール対44,46へ案内するガイド板48とを有している。搬送ロール対44,46は、第1搬送路16のロール24,26と平行に配置されており、第2搬送路42においては、第1搬送路16における搬送方向(矢印a方向)と同じ方向に記録媒体Pが搬送される。搬送ロール対44,46のロール面の幅は、加熱ロール20および加圧ロール22によって矢印b方向に搬送された記録媒体Pを、ロール面内に受け取るように、加熱ロール20および加圧ロール22のロール面の幅とほぼ等しいかそれよりも広い幅とされている。
【0053】
また、搬送ロール対44,46は、そのニップ部と加熱ロール20および加圧ロール22のニップ部との距離が、記録媒体Pの幅方向の搬送位置における最も短い部分で、記録媒体Pの搬送方向長さよりわずかに短い位置に配置されている。すなわち、図3(a)においては、加熱ロール20および加圧ロール22と、搬送ロール対44,46との間を搬送される記録媒体Pの、搬送方向右側(図中、下側)のサイドエッジの位置において、加熱ロール20および加圧ロール22のニップ部と搬送ロール対44,46のニップ部の距離が、記録媒体Pの長さよりもわずかに短くなっている。この構成により、搬送ロール対44,46は、記録媒体Pの後端部が加熱ロール20および加圧ロール22から送り出される直前に、記録媒体Pの前端部を挟持して、搬送する。
【0054】
ガイド板48は、定着手段14の加圧ロール22と、搬送ロール対の図3(b)中、下側の搬送ロール46との間に配置されており、記録媒体Pの非画像記録面を支持する。ガイド板48は、両ロールの間の搬送面のほぼ全体を埋めるガイド面を有しており、このガイド面は、記録媒体Pに対して良好な滑り性を有している。また、ガイド板48の搬送方向左側(図3(a)中、上側)の縁部には、ガイドレール50が立設されている。ガイドレール50は、記録媒体Pがガイド板48から外れるのを防止するとともに、記録媒体Pの姿勢を整える機能を有している。
【0055】
なお、搬送ロール対44,46およびガイド板48は、図1および図2の画像形成装置10における第2搬送路18(搬送ベルト34)と同様に、記録媒体Pを支持しない領域(図3(a)中、下側の領域)には、設けなくともよく、加熱ロール20および加圧ロール22のロール面の幅より短い搬送ロール対およびガイド板を、図3(a)中、搬送方向左側(図中、上側)の、記録媒体Pが排出される領域にのみ設けてもよい。
【0056】
このような画像形成装置40においては、記録媒体Pの定着手段14を通過した部分は、ガイド板48によって非画像形成面を支持される。記録媒体Pは、定着手段14の通過に伴って搬送位置の幅方向に移動するとき、ガイド板48のガイド面を滑って移動する。
記録媒体Pの後端部分が定着手段14を通過するときは、ガイド板48上における記録媒体Pの姿勢がずれることがあるが、ガイド板48上の記録媒体Pは、搬送方向左側(図3(a)中、上側)のサイドエッジがガイドレール50によって規制されるので、サイドエッジが搬送方向に一致した状態とされ、その姿勢で搬送ロール対44,46によって搬送される。
【0057】
なお、記録媒体Pとして、異なる長さの記録媒体を用いる場合には、搬送ロール対44,46の位置を搬送方向に移動させ、記録媒体Pの後端部が、定着手段14から送り出される直前に、搬送ロール対44,46が記録媒体Pの先端部を挟持するようにすればよい。その場合、ガイド板48は、例えば、搬送方向の中央部で分割された構成とし、搬送ロール対44,46の移動に伴って、搬送ロール対44,46の側のガイド板48もともに移動させ、ガイド板48の分割部分に作られる隙間によって、ガイド板48による有効ガイド長を調整することで、定着手段14と搬送ロール対44,46との間のガイド機能を維持することができる。
【0058】
また、異なるサイズの記録媒体Pを用いる場合で、記録媒体Pのサイズによって、定着手段14から排出される記録媒体Pの位置が変わる場合には、ガイドレール50の位置を、記録媒体Pの搬送位置に合わせて調節可能とするのも好ましい。
【0059】
異なるサイズの記録媒体Pを用い、記録媒体Pのサイズに応じて定着手段14の角度θを変える形態とする場合には、ガイド板48を、定着手段14の近傍部分と、中央から搬送ロール対44,46の近傍にかけての部分に分割し、定着手段14の近傍部分を、定着手段14とともに移動するようにしてもよい。
【0060】
次に、本発明の画像形成装置および定着装置を、静電式インクジェット画像形成装置に適用した実施形態について説明する。溶媒中に帯電した色材粒子を分散させたインクを用い、インクに静電力を作用させることによって濃縮したインクを吐出させて画像を形成する濃縮型静電インクジェット方式の画像形成装置は、高精細な画像形成が可能である。そのような画像形成装置に、本発明の画像形成装置および定着装置を適用することによって、高精細に形成された画像をそのままに定着させて、高画質な画像を得ることができる。
【0061】
なお、以下では、インク中の色材粒子が正帯電している場合を例にとって説明するが、これとは逆に、インク中の色材粒子を負に帯電させたものを用いてもよい。その場合は、記録に作用する各部の極性を、以下の例とは逆極性とすればよい。
【0062】
図4は、本発明の画像形成装置を適用する静電式インクジェット画像形成装置の一実施形態を示す概念図である。同図に示すインクジェット画像形成装置60は、静電力により、帯電した色材粒子(帯電微粒子)を含むインクの吐出を制御し、記録媒体P上に4色印刷をしてフルカラー画像を記録した後、記録された画像を加熱ロールによる接触加熱によって定着するもので、記録媒体Pの保持手段62と、搬送手段64と、画像形成手段66と、定着手段14と、溶媒回収手段72とを備え、これらが筐体61に内包されている。また、定着手段14の搬送方向の上流側および下流側には、それぞれ、第1搬送路16および第2搬送路18が配置されている。
【0063】
定着手段14、第1搬送路16および第2搬送路18は、本発明の定着装置を構成するものである。これらは、ユニットとして構成され、そのユニットが画像形成装置60に取り付けられてもよいし、それぞれが別々に画像形成装置60に組み込まれて、定着装置として機能するものであってもよい。
【0064】
なお、図4のインクジェット画像形成装置60において、定着手段14、第1搬送路16および第2搬送路18は、図1の画像形成装置10における定着手段14、第1搬送路16および第2搬送路18と同様のものであるので、同様の構成要素には、それぞれ同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、図4のインクジェット画像形成装置60における画像形成手段66は、図1の画像形成装置10における画像形成手段12に対応するものである。
【0065】
まず、記録媒体Pの保持手段62について説明する。
保持手段62は、記録前の記録媒体Pを保持する給紙トレイ74と、ピックアップロール76と、記録後の記録媒体Pを保持する排紙トレイ78とを備えている。
【0066】
給紙トレイ74は、記録に供される複数枚の記録媒体Pを保持するものであって、図4中、筐体61の左側部から筐体61の内部に挿入されて装着されている。ピックアップロール76は、給紙トレイ74の装着部の先端部(図中、右端部)近傍に配置されている。画像の記録時には、ピックアップロール76により、記録媒体Pが給紙トレイ74から1枚ずつ取り出され、記録媒体Pの搬送手段64に供給される。ピックアップロール76の近傍には、重ねてストックされている記録媒体Pの分離を容易にするために、記録媒体Pの除電を行う除電ブラシや除電ロール、エア吹きつけブロアー等が備えられているのが好ましい。
【0067】
排紙トレイ78は、画像が形成された記録媒体Pを保持するものであって、筐体61内部の記録媒体Pの搬送経路の終端に設けられ、その先端部(記録媒体Pの搬送方向先端側)は筐体61の外部に位置している。記録後の記録媒体Pは、搬送手段64により搬送されて、排紙トレイ78に排紙される。
【0068】
次に記録媒体Pの搬送手段64について説明する。
搬送手段64は、記録媒体Pを、給紙トレイ74から排紙トレイ78まで所定の経路に沿って搬送するものであり、搬送ロール対80と、搬送ベルト82と、ロール84a、84bと、導電性プラテン86と、記録媒体Pの帯電器88および除電器90と、分離爪92と、排出ロール96とを備えている。分離爪92から排出ロール96までの区間においては、記録媒体Pは、第1搬送路16、定着手段14、および第2搬送路18によって搬送される。なお、搬送手段64としては、図示されるもの以外にも適宜、搬送ロール対や搬送ベルト、搬送ガイド等の通常の搬送部材が、記録媒体Pを搬送するのに適当な間隔で配置されていてもよい。
【0069】
搬送ロール対80は、ピックアップロール76と搬送ベルト82との間の位置に設けられている。ピックアップロール76により給紙トレイ74から取り出された記録媒体Pは、この搬送ロール対80と搬送ベルト82により挟持搬送され、搬送ベルト82上の所定の位置に供給される。
【0070】
搬送ベルト82は、ループ状のエンドレスベルトであり、2つのロール84a、84bによって張架されている。ロール84a、84bのうちの少なくとも一方は、図示していない駆動源に接続されており、記録時には、所定の速度で回転駆動される。これにより、搬送ベルト82は、図中、時計回りに周回し、搬送ベルト82に静電吸着している記録媒体Pを所定の速度で搬送する。
【0071】
搬送ベルト82は、記録媒体Pが静電吸着される側の面(表面)が絶縁性、ロール84a、84bと接触する側の面(裏面)が導電性のものである。また、搬送ベルト82の内周面側には、帯電器88と対向する位置および後述するインクジェットヘッド108と対向する位置に亘って、導電性プラテン86が配置されており、ロール84a、84bおよび導電性プラテン86は接地されている。これにより、搬送ベルト82は、インクジェットヘッド108に対向する位置において、インクジェットヘッド108の対向電極としても機能する。
【0072】
導電性プラテン86は、ロール84aおよび84bの外周を結ぶ線よりインクジェットヘッド108側にやや張り出すように配置されるのが好ましい。そのように配置することにより、搬送ベルト82に張力を付与して、搬送ベルト82のばたつきを抑えることができる。
【0073】
記録媒体Pの帯電器88は、スコロトロン帯電器98と、負の高圧電源100とを備えている。スコロトロン帯電器98は、記録媒体Pの搬送経路上の、搬送ロール対80と画像形成手段66との間の位置に、搬送ベルト82の表面に対向して配置されている。また、スコロトロン帯電器98は、負の高圧電源100の負側の端子に接続されており、負の高圧電源100の正側の端子は接地されている。
【0074】
記録媒体Pの表面は、負の高圧電源100に接続されたスコロトロン帯電器98により所定の負の高電位に均一に帯電され、記録に必要な一定のDCバイアス電圧(例えば、約−1.5kV)が印加された状態となる。また、これにより、記録媒体Pは、搬送ベルト82の絶縁性を有する表面上に静電吸着される。
【0075】
記録媒体Pの除電器90は、コロトロン除電器102と、交流電圧源104と、高圧電源106とを備えている。コロトロン除電器102は、画像形成手段66の記録媒体Pの搬送方向の下流側に、搬送ベルト82の表面に対向して配置されている。コロトロン除電器102は、交流電圧源104を介して高圧電源106に接続されており、高圧電源106の他端は接地されている。
【0076】
記録後の記録媒体Pは、コロトロン除電器102により除電された後、その下流側に配置された分離爪92によって搬送ベルト82上から分離される。搬送ベルト82上から分離された記録媒体Pは、第1搬送路16によって定着手段14に搬送され、定着手段14において定着処理が施された後、第2搬送路18によって搬送されて、排出ロール96によって排紙トレイ78に排紙される。
【0077】
次に、画像形成手段66について説明する。
画像形成手段66は、帯電した色材粒子を含むインクを用い、画像データに応じてインクの吐出を静電力により制御して、記録媒体P上に、画像データに応じた画像を形成するものであり、静電式のインクジェットヘッド108と、ヘッドドライバ110と、インク循環機構112と、記録媒体Pの位置検出器114とを備えている。
【0078】
インクジェットヘッド108は、搬送ベルト82による記録媒体Pの搬送経路において、記録媒体Pが安定した平面状態で搬送される位置に、そのインク吐出部が搬送ベルト82の表面(搬送ベルト82の表面に保持される記録媒体Pの表面)と所定の距離になるように配置されている。図示例では、インクジェットヘッド108は、ロール84a、84bの間の、導電性プラテン86に支持された搬送ベルト82に対向して配置されている。
【0079】
インクジェットヘッド108は、同時に1行分の画像を記録することが可能なラインヘッドであり、フルカラー画像を記録するためのシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(B)の4色の吐出ヘッドを備えている。各色の吐出ヘッドは、基本的に同様の構成を有しているので、以下ではその1色の吐出ヘッド160について説明する。
【0080】
図5は、静電式インクジェットヘッド108における吐出ヘッド160の具体的な構造を説明する模式図であり、図5(a)は、吐出ヘッド160の一部を示す模式的断面図、図5(b)は、図5(a)のV−V線における模式的断面図である。吐出ヘッド160は、複数のノズルを2次元的に備えるマルチチャンネルヘッドであるが、ここでは、その構成を明確に示すために、2つの吐出部のみを示してある。また、図5には、吐出ヘッド160と対向する搬送ベルト82も合わせて示してあるが、両者の位置関係は、図4とは上下逆に示されている。
【0081】
吐出ヘッド160は、ヘッド基板162と、インクガイド164と、ノズル基板166と、吐出電極168と、浮遊導電板176とを備えている。吐出ヘッド160は、インク滴Rの吐出(飛翔)ポイントとなるインクガイド164の先端が、対向電極となる、記録媒体Pを支持する搬送ベルト82と対向するように配置されている。
【0082】
ヘッド基板162およびノズル基板166は、吐出ヘッド160の全ノズルに共通な平板基板であり、絶縁性材料から構成されている。ヘッド基板162およびノズル基板166は、所定の間隔をあけて配置され、その間にインク流路178が形成されている。インク流路178内のインクQは、吐出電極168に印加される電圧と同極性に帯電した色材粒子を含み、記録時には、インク循環機構112(図4参照)によって、所定方向、図5(a)に示す例ではインク流路178内を右側から左側(図中矢印a方向)へ向かって所定の速度(例えば、200mm/sのインク流)で循環される。以下では、インク中の色材粒子が正帯電している場合を例にとって説明する。
【0083】
ノズル基板166には、インクQの吐出口となるノズル174が穿孔されており、このノズル174は、所定の間隔で2次元的に複数配置されている。また、ノズル174の中央部には、インクQの吐出(飛翔)ポイントを定めるためのインクガイド164が配置されている。
【0084】
インクガイド164は、突状先端部分164aを持つ所定厚みの絶縁性樹脂製平板からなり、各ノズル174に対応する位置に、ヘッド基板162の上に配置されている。インクガイド164は、同じ列(図5(a)における左右方向、図5(b)における紙面垂直方向)に配列される複数のインクガイド164に共通の基部164bを有しており、この基部164bがヘッド基板162上に、浮遊導電板176を挟んで固定されている。
【0085】
また、インクガイド164の先端部分164aは、吐出ヘッド160の記録媒体P(搬送ベルト82)側の最表面から突出するように配置されている。先端部分164aの形状および構成は、インクQ(インク滴R)の吐出ポイントを安定させ、かつ、先端部分164aにおいて、インクQを十分に供給し、インクQ中の色材粒子を好ましい状態に濃縮させることができるように設定される。例えば、先端部分164aを吐出方向に向けて次第に細くした形状のものや、インク案内溝となる切り欠きを図中上下方向に形成したもの、先端部分164aの誘電率を実質的に大きくするために、先端部分164aに金属を蒸着したものなどが好適である。
【0086】
ノズル基板166の記録媒体P側の面(図中、上面)には、各ノズル174を囲むように、吐出電極168が配置されている。また、ノズル基板166の記録媒体P側には、吐出電極168の上方(上面)を覆う絶縁層170aと、吐出電極168の上方に絶縁層170aを介して配置されるシート状のガード電極172と、ガード電極172の上面を覆う絶縁層170bとが設けられている。
【0087】
吐出電極168は、ノズル基板166に開孔されたノズル174の周囲を囲むように、ノズル基板166の図中上側、すなわち記録媒体P側の表面に、吐出部毎にリング状に、すなわち円形電極として配置されている。なお、吐出電極168の電極形状は、円形電極に限定されず、略円形であっても、分割円形電極であっても、平行電極または略平行電極であっても良い。
【0088】
吐出電極168は、ヘッドドライバ110によって制御され、画像データに応じて所定のパルス電圧が印加される。上述したように、インクガイド164と対向する位置には、インク中の帯電した色材粒子と極性が反対となる電圧に帯電された記録媒体Pが、搬送ベルト82に保持されて一定速度で搬送される。記録媒体Pは負の高電圧(例えば、−1500V)に帯電されており、吐出電極168との間に、インクQを吐出させない程度の所定の電界が形成されている。
【0089】
吐出電極168が吐出オフ状態(吐出待機状態)のときは、パルス電圧は0Vまたは低電圧とされる。この状態では、吐出部の電界強度はバイアス電圧(または、バイアス電圧にオフ状態のパルス電圧が重畳された電圧)による電界強度となっており、これはインクQの吐出に必要な強度よりも低く設定されているため、インクQの吐出は行われない。しかし、この吐出待機状態の低電界により、ノズル174の内部においてインク中の色材粒子がインクガイド164の先端部分164aに濃縮する。
【0090】
吐出電極168が吐出オン状態のときは、パルス電圧が印加され、バイアス電圧に高電圧のパルス電圧(例えば、400〜600V)が重畳されて、吐出部の電界強度はインクQが吐出するのに十分な強度となり、インクガイド164の先端部分164aに濃縮されたインクQがインク滴Rとして飛翔する。このインク滴Rのサイズは極めて小さいため、解像度の高い、高画質な画像記録を行うことができる。
【0091】
このように、画像データに応じて、記録媒体Pの全幅に亘って配置された各吐出部の吐出電極168のオン、オフが制御され、所定速度で搬送される記録媒体Pに対して所定のタイミングでインク吐出が行われることにより、記録媒体Pに2次元画像が記録される。
【0092】
ガード電極172は、隣接する吐出部の吐出電極168の間に配置され、隣接する吐出部のインクガイド164の間に生じる電界干渉を抑制するためのものである。ガード電極172は、吐出ヘッド160の全吐出部に共通な金属板などのシート状の電極であり、2次元的に配列されている各ノズル174の周囲に形成された吐出電極168に相当する部分が穿孔されている。ガード電極172を設けることによって、ノズル174を高密度に配置した場合にも、隣接するノズル174の電界の影響を最小限にし、ドットサイズおよびドットの描画位置を常に安定して保つことができる。
【0093】
ヘッド基板162のインク流路178側の表面には、浮遊導電板176が配置されている。浮遊導電板176は、電気的に絶縁状態(ハイインピーダンス状態)とされており、画像の記録時に、吐出部に印加された電圧値に応じて、誘起された誘導電圧を発生し、インク流路178内のインクQにおいて、その色材粒子をノズル基板166側へ泳動させる。また、浮遊導電板176の表面には、電気絶縁性である被覆膜(図示せず)が形成されており、インクへの電荷注入等によりインクの物性や成分が不安定化することが防止されている。この絶縁性被覆膜は、インクに対して耐腐食性を有するものが用いられる。
【0094】
浮遊導電板176を設けることにより、インク流路178内のインクQ中の色材粒子をノズル基板166側へ泳動させて、ノズル基板166のノズル174を通過するインクQ内の色材粒子の濃度を所定濃度に高めることができ、インクガイド164の先端部分164aに濃縮させて、インク液滴Rとして吐出させるインクQ内の色材粒子の濃度を所定濃度に安定させることができる。
【0095】
なお、図示例においては、吐出電極を単層電極構造としているが、これ以外にも、例えば、列方向に接続された第1吐出電極と、行方向に接続された第2吐出電極とを備える2層電極構造とし、第1吐出電極と第2吐出電極とをマトリクス状に配列してマトリクス駆動を行うものとしてもよい。このようなマトリクス駆動方式によれば、吐出電極の高集積化とドライバ配線の簡素化の両方を同時に実現できる。
【0096】
インク循環機構112は、インクタンク116と、ポンプ(図示省略)と、インク供給路118aおよびインク回収路118bとを備えている。インクタンク116は、筐体61内部の底面上に配置され、インク供給路118aおよび回収路118bを介してインクジェットヘッド108と接続されている。
【0097】
インクタンク116内には、各色の色材粒子とこれを分散させる分散溶媒とを含む4色のインクが保持されている。インクタンク116内の各色のインクは、ポンプにより、インク供給路118aを介して、インクジェットヘッド108の各色の吐出ヘッドに供給される。また、画像記録に使用されなかった余分な各色のインクは、ポンプにより、インク回収路118bを介して各色のインクタンク116内に回収される。
【0098】
次に、インクジェットヘッド108で用いられるインクQ(インク組成物)について説明する。静電式インクジェットヘッド108においては、インクQとして、色材粒子(色材を含み、かつ,帯電した微粒子)を溶媒(インク溶媒、キャリア液)に分散してなるものが用いられる。
【0099】
キャリア液(インク溶媒)は、高い電気抵抗率(109Ω・cm以上、好ましくは1010Ω・cm以上)を有する誘電性の液体(非水溶媒)であるのが好ましい。電気抵抗率の高いキャリア液を使用すると、吐出電極によって印加される電圧により、キャリア液自身が電荷注入を受けることを少なくでき、荷電粒子(帯電微粒子成分)の濃度を高めることができ、荷電粒子を濃縮することができる。また、電気抵抗率の高いキャリア液は、隣接する記録電極間での電気的導通の防止にも寄与し得る。また、このような程度の電気低効率の液体からなるインクを用いると、低電界下でも、インクの吐出を良好に行うことができる。
【0100】
キャリア液として用いられる誘電性液体の比誘電率は、5以下が好ましく、より好ましくは4以下、さらに好ましくは3.5以下である。このような比誘電率の範囲とすることによって、キャリア液中の色材粒子に有効に電界が作用し、泳動が起こりやすくなる。
なお、このようなキャリア液の固有電気抵抗の上限値は1016Ωcm程度であるのが望ましく、比誘電率の下限値は1.9程度であるのが望ましい。キャリア液の電気抵抗が上記範囲であるのが望ましい理由は、電気抵抗が低くなると、低電界下でのインクの吐出が悪くなるからであり、比誘電率が上記範囲であるのが望ましい理由は、誘電率が高くなると溶媒の分極により電界が緩和され、これにより形成されたドットの色が薄くなったり、滲みを生じたりするからである。
【0101】
キャリア液として用いられる誘電性液体としては、好ましくは直鎖状もしくは分岐状の脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、または芳香族炭化水素、および、これらの炭化水素のハロゲン置換体がある。例えば、へキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、イソデカン、デカリン、ノナン、ドデカン、イソドデカン、シクロヘキサン、シクロオクタン、シクロデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、アイソパーC、アイソパーE、アイソパーG、アイソパーH、アイソパーL、アイソパーM(アイソパー:エクソン社の商品名)、シェルゾール70、シェルゾール71(シェルゾール:シェルオイル社の商品名)、アムスコOMS、アムスコ460溶剤(アムスコ:スピリッツ社の商品名)、シリコーンオイル(例えば、信越シリコーン社製KF−96L)等を単独あるいは混合して用いることができる。
【0102】
このようなキャリア液(インク溶媒)に分散される色材粒子は、色材自身を色材粒子としてキャリア液中に分散させてもよいが、好ましくは、定着性を向上させるための分散樹脂粒子を含有させる。分散樹脂粒子を含有させる場合、顔料などは分散樹脂粒子の樹脂材料で被覆して樹脂被覆粒子とする方法などが一般的であり、染料などは分散樹脂粒子を着色して着色粒子とする方法などが一般的である。
【0103】
色材としては、従来からインクジェットインク組成物、印刷用(油性)インキ組成物、あるいは静電写真用液体現像剤に用いられている顔料および染料であればどれでも使用可能である。
色材として用いる顔料としては、無機顔料、有機顔料を問わず、印刷の技術分野で一般に用いられているものを使用することができる。具体的には、例えば、カーボンブラック、カドミウムレッド、モリブデンレッド、クロムイエロー、カドミウムイエロー、チタンイエロー、酸化クロム、ビリジアン、コバルトグリーン、ウルトラマリンブルー、プルシアンブルー、コバルトブルー、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリノン系顔料、ジオキサジン系顔料、スレン系顔料、ペリレン系顔料、ぺリノン系顔料、チオインジゴ系顔料、キノフタロン系顔料、金属錯体顔料、等の従来公知の顔料を特に限定なく用いることができる。
色材として用いる染料としては、アゾ染料、金属錯塩染料、ナフトール染料、アントラキノン染料、インジゴ染料、カーボニウム染料、キノンイミン染料、キサンテン染料、アニリン染料、キノリン染料、ニトロ染料、ニトロソ染料、ベンゾキノン染料、ナフトキノン染料、フタロシアニン染料、金属フタロシアニン染料、等の油溶性染料が好ましく例示される。
【0104】
さらに、分散樹脂粒子としては、例えば、ロジン類、ロジン変性フェノール樹脂、アルキッド樹脂、(メタ)アクリル系ポリマー、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニールアルコールのアセタール変性物、ポリカーボネート等を挙げられる。
これらのうち、粒子形成の容易さの観点から、重量平均分子量が2,000〜1000,000の範囲内であり、かつ多分散度(重量平均分子量/数平均分子量)が、1.0〜5.0の範囲内であるポリマーが好ましい。さらに、前記定着の容易さの観点から、軟化点、ガラス転移点または、融点のいずれか1つが40℃〜120℃の範囲内にあるポリマーが好ましい。
【0105】
インクQにおいて、色材粒子の含有量(色材粒子あるいはさらに分散樹脂粒子の合計含有量)は、インク全体に対して0.5〜30重量%の範囲で含有されることが好ましく、より好ましくは1.5〜25重量%、さらに好ましくは3〜20重量%の範囲で含有されることが望ましい。色材粒子の含有量が少なくなると、印刷画像濃度が不足したり、インクQと記録媒体P表面との親和性が得られ難くなって強固な画像が得られなくなったりするなどの問題が生じ易くなり、一方、含有量が多くなると均−な分散液が得られにくくなったり、インクジェットヘッド108等でのインクQの目詰まりが生じやすく、安定なインク吐出が得られにくいなどの問題が生じるからである。
【0106】
また、キャリア液に分散された色材粒子の平均粒径は、0.1〜2μmが好ましく、より好ましくは0.2〜1.5μmであり、更に好ましくは0.4〜1μmである。この粒径はCAPA−500(堀場製作所(株)製商品名)により求めたものである。
【0107】
色材粒子をキャリア液に分散させた後(必要に応じて、分散剤を使用しても可)、荷電制御剤をキャリア液に添加することにより色材粒子を荷電して、荷電した色材粒子をキャリア液に分散してなるインクQとする。なお、色材粒子の分散時には、必要に応じて、分散媒を添加してもよい。
荷電制御剤は、一例として、電子写真液体現像剤に用いられている各種のものが利用可能である。また、「最近の電子写真現像システムとトナー材料の開発・実用化」139〜148頁、電子写真学会編「電子写真技術の基礎と応用」497〜505頁(コロナ社、1988年刊)、原崎勇次「電子写真」16(No.2)44頁(1977年)等に記載の各種の荷電制御剤も利用可能である。
【0108】
なお、色材粒子は、吐出電極に印加される駆動電圧と同極性の荷電粒子であり、その荷電量は、好ましくは5〜200μC/g、より好ましくは10〜150μC/g、さらに好ましくは15〜100μC/gの範囲である。
【0109】
また、荷電制御剤の添加によって誘電性溶媒の電気抵抗が変化することもあるため、下記に定義する分配率Pを、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上とする。
P=100×(σ1−σ2)/σ1
ここで、σ1は、インクQの電気伝導度、σ2は、インクQを遠心分離器にかけた上澄みの電気伝導度である。電気伝導度は、LCRメーター(安藤電気(株)社製AG−4311)および液体用電極(川口電機製作所(株)社製LP−05型)を使用し、印加電圧5V、周波数1kHzの条件で測定を行った値である。また遠心分離は、小型高速冷却遠心機(トミー精工(株)社製SRX−201)を使用し、回転速度14500rpm、温度23℃の条件で30分間行った。
以上のようなインクQを用いることによって、荷電粒子の泳動が起こりやすくなり、濃縮しやすくなる。
【0110】
インクQの電気伝導度は、100〜3000pS/cmが好ましく、より好ましくは150〜2500pS/cm、さらに好ましくは200〜2000pS/cmである。以上のような電気伝導度の範囲とすることによって、吐出電極に印加する電圧が極端に高くならず、隣接する記録電極間での電気的導通を生じさせる懸念もない。
また、インクQの表面張力は、15〜50mN/mの範囲が好ましく、より好ましくは15.5〜45mN/mさらに好ましくは16〜40mN/mの範囲である。表面張力をこの範囲とすることによって、吐出電極に印加する電圧が極端に高くならず、ヘッド周りにインクが漏れ広がり汚染することがない。
さらに、インクQの粘度は0.5〜5mPa・secが好ましく、より好ましくは0.6〜3.0mPa・sec、さらに好ましくは0.7〜2.0mPa・secである。
【0111】
このようなインクQは、一例として、色材粒子をキャリア液に分散して粒子化し、かつ、荷電調整剤を分散媒に添加して、色材粒子に荷電を生じさせることで、調製できる。具体的な方法としては、以下の方法が例示される。
(1)色材あるいはさらに分散樹脂粒子をあらかじめ混合(混練)した後、必要に応じて分散剤を用いてキャリア液に分散し、荷電調整剤を加える方法。
(2)色材、あるいはさらに分散樹脂粒子および分散剤を、キャリア液に同時に添加して、分散し、荷電調整剤を加える方法。
(3)色材および荷電調整剤、あるいはさらに分散樹脂粒子および分散剤を、同時にキャリア液に添加して、分散する方法。
【0112】
記録媒体Pの位置検出器114は、フォトセンサ等の従来公知の位置検出手段であり、記録媒体Pの搬送経路上の、インクジェットヘッド108よりも上流側の所定位置(図示例では、搬送ロール対80と帯電器88との間の位置)に、記録媒体Pが搬送される搬送ベルト82の表面に対向して配置されている。位置検出器114により検出された記録媒体Pの位置情報はヘッドドライバ110に供給される。
【0113】
ヘッドドライバ110は、インクジェットヘッド108のドライバであって、インクジェットヘッド108と駆動信号ケーブルを介して接続されている。図示例では、ヘッドドライバ110は、筐体61内部の図中中央上部に取り付けられている。ヘッドドライバ110には、外部装置から画像データが入力され、位置検出器114から記録媒体Pの位置情報が入力される。そして、ヘッドドライバ110により、記録媒体Pの位置情報にしたがって、インクジェットヘッド108の各色の吐出ヘッドの吐出タイミングが制御されつつ、画像データに応じて各色の吐出ヘッドから各色のインクが吐出され、記録媒体P上には、画像データに対応したフルカラー画像が記録される。
【0114】
次に、本発明の特徴とする部分である定着手段14、第1搬送路16および第2搬送路18(定着装置11)について説明する。定着手段14、第1搬送路16および第2搬送路18は、図1の画像形成装置10に示すものと同様の構成を有している。
【0115】
すなわち、定着手段14は、加熱ロール20および加圧ロール22によって記録媒体Pを挟持搬送することにより、画像形成手段66によって記録媒体Pに形成されたインク画像を加熱定着させるものである。なお、加熱ロール20および加圧ロール22は、その両方を加熱ロールとしてもよく、また、加熱ロール20の表面温度および加圧ロール22による記録媒体Pの押圧力(ニップ力)は、安定した定着性を確保するように適宜設定されればよいのは、上述の例と同様である。
【0116】
また、加熱ロール20および加圧ロール22は、両方の回転軸が、第1搬送路16における記録媒体Pの搬送面に平行で、かつ第1搬送路16における記録媒体Pの搬送方向に対して傾斜して配置されている。
【0117】
第1搬送路16は、回転駆動される2つのロール24,26と、ロール24,26に張架され、ロール24,26の回転に伴って回転する搬送ベルト28とを有し、画像形成手段66によって画像が形成され、搬送ベルト82によって搬送され、分離爪92によって搬送ベルト82から分離された記録媒体Pを、搬送ベルト82の搬送方向と同じ方向へ搬送して、定着手段14へ搬入する。
【0118】
第2搬送路18は、回転駆動される2つのロール30,32と、ロール30,32に張架され、ロール30,32の回転に伴って回転する搬送ベルト34とを有し、定着手段14によって画像が定着された記録媒体Pを受け取って、第1搬送路6と同じ方向へ搬送して、排出ロール96へ送る。
【0119】
次に、溶媒回収手段72について説明する。
溶媒回収手段72は、インクジェットヘッド108から記録媒体P上に吐出されたインクから蒸発する分散溶媒や、画像の定着時にインクから蒸発する分散溶媒等を回収するもので、活性炭フィルタ134と、排気ファン136とを備えている。活性炭フィルタ134は、筐体61の図中、上側の裏面に取り付けられており、排出ファン136は、活性炭フィルタ134の上に取り付けられている。
【0120】
インクジェットヘッド108から吐出されるインクからのインク溶媒の自然蒸発、記録媒体P上の未定着画像を形成するインク溶媒の自然蒸発、および、定着手段14における定着時に発生するインク溶媒の蒸発によって生じる、筐体61内部の分散溶媒成分を含む空気は、排出ファン136により回収され、活性炭フィルタ134を通過することにより、その溶媒成分が活性炭フィルタ134に吸着して除去されて、除去後の空気が筐体61の外部に排出される。
【0121】
以下、インクジェット記録装置60の作用を説明する。
記録開始時には、給紙トレイ74に収納された記録媒体Pがピックアップロール76により1枚ずつ取り出され、搬送ロール対80により挟持搬送されて搬送ベルト82上の所定位置に供給される。搬送ベルト82上に供給された記録媒体Pは、帯電器88により負の高電位に帯電され、搬送ベルト82の表面に静電吸着される。
【0122】
搬送ベルト82の表面に静電吸着された記録媒体Pは、搬送ベルト82の移動とともに所定の一定速度で移動されつつ、インクジェットヘッド108により、その表面に画像データに対応した画像が形成される。
【0123】
画像記録後の記録媒体Pは、除電器90により除電され、分離爪92により搬送ベルト82から分離され、第1搬送路16において搬送されて、定着手段14に供給される。
【0124】
定着手段14において、記録媒体Pは、第1搬送路16における搬送方向に対して傾斜して配置された加熱ロール20および加圧ロール22によって挟持搬送され、搬送されるに伴って、幅方向にも移動する。このように搬送されることにより、記録媒体Pの幅方向のエッジが加熱ロール20および加圧ロール22に接触する位置は、特定の位置に集中することなく、ロール面の広い範囲に分散される。したがって、ロール面の特定位置における集中的な摩耗を防ぐことができる。
【0125】
定着手段14を通過した記録媒体Pは、第2搬送路18において搬送され、排出ロール96によって排紙トレイ78へと排出され、排紙トレイ78内にストックされる。
【0126】
以上、本発明に係る画像形成装置および定着装置について詳細に説明したが、本発明は上記種々の実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【0127】
【図1】(a)および(b)は、本発明の画像形成装置の一実施形態の概略構成を示す模式図であり、(a)は、平面図、(b)は、(a)のI−I線における位置関係を示す模式的断面図である。
【図2】(a)〜(d)は、画像形成装置10の第1搬送路16、定着手段14および第2搬送路18において、記録媒体Pが搬送されて定着処理される過程を説明する模式的平面図である。
【図3】(a)および(b)は、本発明の画像形成装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図であり、(a)は、平面図、(b)は、(a)のIII−III線における位置関係を示す模式的断面図である。
【図4】本発明の画像形成装置を静電式インクジェット画像形成装置に適用した一実施形態の概略構成を示す概念図である。
【図5】(a)は、吐出ヘッド160の一部を示す模式的断面図、(b)は、(a)のV−V線における模式的断面図である。
【符号の説明】
【0128】
10、40 画像形成装置
11、41 定着装置
12 画像形成手段
14 定着手段
16 第1搬送路
18、42 第2搬送路
20 加熱ロール
22 加圧ロール
24、26、30、32 ロール
28、34 搬送ベルト
44、46 搬送ロール対
48 ガイド板
50 ガイドレール
60 インクジェット画像形成装置
61 筐体
62 保持手段
64 搬送手段
66 画像形成手段
72 溶媒回収手段

【特許請求の範囲】
【請求項1】
画像が形成された記録媒体を搬送する第1搬送路と、前記第1搬送路から搬送される前記記録媒体を挟持搬送することにより前記画像を定着させる、少なくとも一方が加熱ロールである定着ロール対と、を備える定着装置であって、
前記定着ロール対が、その回転軸が前記第1搬送路の搬送面に平行かつ前記第1搬送路における前記記録媒体の搬送方向に対して傾斜するように配置されていることを特徴とする定着装置。
【請求項2】
前記定着ロール対が、前記第1搬送路における前記記録媒体の搬送方向とは異なる方向に、前記記録媒体を挟持搬送するものであることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
【請求項3】
前記第1搬送路が、前記記録媒体を搬送する駆動手段を有することを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。
【請求項4】
さらに、前記定着ロール対から搬出される前記記録媒体を受け取る第2搬送路を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の定着装置。
【請求項5】
前記第2搬送路が、前記記録媒体を搬送する駆動手段を有することを特徴とする請求項4に記載の定着装置。
【請求項6】
色材を含む粒子を用いて記録媒体に画像を形成する形成手段と、前記画像が形成された前記記録媒体を搬送する第1搬送路と、前記第1搬送路から搬送される前記記録媒体を少なくとも一方が加熱ロールである定着ロール対によって挟持搬送することにより前記画像を定着させる定着手段と、を備える画像形成装置であって、
前記定着ロール対が、その回転軸が前記第1搬送路の搬送面に平行かつ前記第1搬送路における前記記録媒体の搬送方向に対して傾斜するように配置されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項7】
前記定着ロール対が、前記第1搬送路における前記記録媒体の搬送方向とは異なる方向に、前記記録媒体を挟持搬送するものであることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
【請求項8】
前記第1搬送路が、前記記録媒体を搬送する駆動手段を有することを特徴とする請求項6または7に記載の画像形成装置。
【請求項9】
さらに、前記定着ロール対から搬出される前記記録媒体を受け取る第2搬送路を備えることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項10】
前記第2搬送路が、前記記録媒体を搬送する駆動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。
【請求項11】
前記形成手段が、前記色材を含む粒子を含有するインクを吐出して画像を形成するインクジェットヘッドを有することを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項12】
前記インクは、帯電した色材を含む粒子および溶媒を含有し、
前記形成手段は、前記インクに静電力を作用させることにより、前記インクジェットヘッドから前記インクの液滴を吐出して、前記記録媒体に画像を形成するものであることを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2006−72202(P2006−72202A)
【公開日】平成18年3月16日(2006.3.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−258355(P2004−258355)
【出願日】平成16年9月6日(2004.9.6)
【出願人】(000005201)富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【Fターム(参考)】