定着装置及び画像形成装置
【課題】画像モードに応じて二層構造の泡状定着液層の膜厚を調整して最適化された二層構造の泡状定着液を生成する。
【解決手段】制御部５０は画像形成部の主要部から中間転写体６に形成された未定着トナー像がモノクロであるか、あるいはカラーであるかの画像モードの情報を取得する。制御部５０は二層構造の泡状定着液を形成する２つの泡状定着液生成手段３０−１、３０−２における液状定着液の各供給量や気体の各供給量をそれぞれ制御して二層構造の泡状定着液を生成する。そして、制御部５０は、画像形成部又は上位装置から取得した画像モードの情報に応じて膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２によって二層構造の泡状定着液の膜厚を調整することで、最適化された二層構造の泡状定着液を生成することができる。
【解決手段】制御部５０は画像形成部の主要部から中間転写体６に形成された未定着トナー像がモノクロであるか、あるいはカラーであるかの画像モードの情報を取得する。制御部５０は二層構造の泡状定着液を形成する２つの泡状定着液生成手段３０−１、３０−２における液状定着液の各供給量や気体の各供給量をそれぞれ制御して二層構造の泡状定着液を生成する。そして、制御部５０は、画像形成部又は上位装置から取得した画像モードの情報に応じて膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２によって二層構造の泡状定着液の膜厚を調整することで、最適化された二層構造の泡状定着液を生成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ及び複写装置のような画像形成装置は、紙、布、及びＯＨＰ用シートのような記録媒体に、画像情報に基づいて文字や記号を含む画像を形成する装置である。特に、電子写真方式の画像形成装置は、普通紙に高精細な画像を高速で形成することができるため、広く使用されている。このような電子写真方式の画像形成装置においては、記録媒体上のトナーを加熱して溶融させ、溶融したトナーを加圧することによって、トナーを記録媒体上に定着させる熱定着方式が広く用いられている。この熱定着方式は、高い定着速度及び高い定着画像品質等を提供することができるため、好適に用いられている。しかし、このような電子写真方式の画像形成装置における消費電力の約半分以上は、熱定着方式においてトナーを加熱することに消費されている。
【０００３】
一方、近年における環境問題対策の観点からは、低消費電力（省エネルギー）の定着装置が望まれている。即ち、トナーを定着するためにトナーを加熱する温度を今までよりも極端に低下させること、又はトナーを加熱することを必要としない定着方法が望まれている。特に、トナーを全く加熱することなくトナーを記録媒体に定着させる非加熱定着方法が低消費電力の点で理想的である。
【０００４】
このような非加熱定着方法としては、トナーを溶解または膨潤可能で、水に不溶または難溶な有機化合物が水に分散混合された水中油滴型の定着液を泡状にして、ローラなどの上に膜を形成し、未定着のトナーが所定位置に配設された被定着物（記録媒体）の表面に接触、浸透させてトナーを溶解または膨潤させた後、被定着物を乾燥させることでトナーを定着させる定着方法が提案され既に知られている。
【０００５】
このような非加熱定着方法としては、特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１の定着方法は、泡状定着液生成手段によって樹脂の少なくとも一部を溶解又は膨潤させる軟化剤を少なくとも含んだ液状定着液に気泡を大量に含有して生成した泡状定着液が極めて嵩密度が低いことに着目した定着方法である。この定着方法によれば、上記泡状定着液を定着液供給口から塗布手段である泡塗布ローラ上に付与し、更に泡状定着液の膜厚を調整する。そして、膜厚の調整された泡状定着液が付与されている泡塗布ローラを記録媒体に当接させ、泡塗布ローラ上の泡状定着液を記録媒体上の未定着トナー像に塗布することで、トナーを記録媒体に定着している。このように、定着液を泡状とすることにより定着液の嵩密度を下げることができるため、従来よりも少量の定着液で定着が可能となるため、記録媒体上の残液感を抑制することができる。
【０００６】
一般的なカラー画像形成装置には、モノクロ画像を出力するモノクロモードとカラー画像を出力するカラーモードを設定できる機能が備わっている。未定着トナー像の堆積高についてモノクロ画像とカラー画像とを比較したとき、一般的にカラー画像の堆積高がモノクロ画像の堆積高に比して高い。このため、本発明者らは、特許文献２において画像モードに応じて変化する画像の堆積高と泡状定着液の膜厚との関係を示している。この特許文献２によれば、泡状定着液の膜厚が未定着トナー像の堆積高に比して同じか、あるいは大きい場合、泡塗布ローラ上に付与された泡状定着液が紙等の記録媒体上の未定着トナーに接触して未定着トナー層に浸透して行き記録媒体まで到達する。この後のタイミングで泡塗布ローラを分離する。この時、トナー同士、トナーと記録媒体及びトナーと泡塗布ローラとの間には液の表面張力による結合力が生じる。塗布ローラは泡状定着の転写効率を上げるために撥液性を有し、また紙等の記録媒体は親液性を有しているため、トナーと記録媒体との結合力がトナーと泡塗布ローラとの結合力より勝る。これにより、トナーは泡塗布ローラ側にほとんど付着することなく泡塗布ローラ上の泡状定着液は分離でき、泡状定着液を記録媒体上の未定着トナーに転写できる。一方、泡状定着液の膜厚が未定着トナー層の堆積高より小さい場合、泡塗布ローラが未定着トナー層に接触した後、未定着トナー層を泡状定着液が浸透して行くが泡状定着液が足らずに記録媒体まで到達しない。このタイミングで泡塗布ローラが分離すると、泡状定着液が浸透したトナー同士及びトナーと泡塗布ローラとの間には液の表面張力による結合力が生じる。そのため、乾いたトナー間の結合力は弱いために記録媒体からのトナー層の分離が起こり、泡塗布ローラにトナー層のオフセット付着が発生する。このような背景から、上記特許文献２では、泡塗布ローラの塗布面に付与された泡状定着液の膜厚が未定着トナー層の堆積高に比べて同じかあるいは大きくなるように高くなるように制御する泡状定着液膜厚制御手段を具備した定着装置を提案している。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２によれば、膜厚が調整された泡状定着液を泡塗布ローラにより記録媒体上の未定着トナーに接触させた際、上述したように泡塗布ローラ上の泡状定着液は分離されて泡塗布ローラ上に泡状定着液が残留するという問題があった。定着後に泡塗布ローラ上に残った泡状定着液は、記録媒体上の未定着トナーが混入している可能性があるため、泡塗布ローラ上から回収され廃棄される。このため、定着後に泡塗布ローラ上に残ってしまう定着液の量を少なくして、廃棄される無駄な定着液の量を減らすことが望まれる。
【０００８】
このような要望に対して、本発明者らは、特願２０１０−０５４０６０（以下先願と称す）で、密度の異なる泡状定着液を生成する２つの泡状定着液生成手段を用いて泡塗布ローラ上に二層構造の泡状定着液層を形成し、二層目の泡状定着液層を定着用として未定着トナーに接触し浸透させて未定着トナーを媒体に定着する定着装置を提案している。この先願の定着装置では、上述したように泡塗布ローラの表面張力で引っ張られて泡塗布ローラの表面に残留して破棄されることになる破棄用の泡状定着液を一層目として泡塗布ローラ上に付与する。この破棄用の泡状定着液は、無駄な定着液の量を減らすことから定着に用いられる二層目の定着用の泡状定着液に比べて低い密度に生成されている。そして、泡状定着液生成手段によって生成された定着用の泡状定着液が上記破棄用の泡状定着液の上層に二層目として形成される。そして、二層構造の泡状定着液は記録媒体上の未定着トナーに塗布され、二層目の定着用の泡状定着液のみが未定着トナーに転写され接触し浸透する。一層目の破棄用の泡状定着液は泡塗布ローラ上に残り、泡塗布ローラ上から回収され廃棄される。これにより、破棄用の泡状定着液は定着用の泡状定着液より低い密度であって体積が同じでもその重量は少ないので、破棄される定着液の量は少なくて済む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記先願の定着装置を一般的なカラー画像形成装置に搭載した場合、上述したように、カラー画像の堆積高がモノクロ画像の堆積高に比して高く、カラー画像の未定着トナーを定着させるためには、カラー画像の未定着トナー層の堆積高に比して二層構造の泡状定着液における全体の膜厚を同じにするか、あるいは大きくしなければならない。このため、上記泡状定着液生成手段によって生成される定着用の泡状定着液の膜厚は、少なくともカラー画像の定着に適用できるように設定されている。しかし、この設定状態のままでモノクロ画像を出力しようとすると、カラー画像より堆積高の低いモノクロ画像に、カラー画像を定着するための液量の泡状定着液が塗布されるため、泡状定着液の液量が過剰になる。このため、軟化したトナーの硬化速度が低下し、また硬化後原稿にタック感が残ってしまう可能性がある。逆に、上記泡状定着液生成手段によって生成される定着用の泡状定着液の供給量、嵩密度、膜厚をモノクロ画像の定着用として設定したとすると、カラー画像を出力しようとすると堆積高が高いカラー画像にとっては泡状定着液の液量が不足し、未定着トナー像が泡塗布ローラに付着してしまうトナーオフセットが発生しまう。
【００１０】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、画像モードに応じて最適化された膜厚の二層構造の泡状定着液を生成することができる定着装置及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、樹脂の少なくとも一部を溶解または膨潤させることで樹脂を含有する微粒子を軟化させる軟化剤を少なくとも含有した液状定着液に気体を混合させて定着用の泡状定着液を生成し、液状定着液に気体を混合させて上記定着用の泡状定着液の密度より低く、定着後に破棄される破棄用の泡状定着液を生成し、媒体上に形成された未定着の樹脂微粒子に上記定着用の泡状定着液を塗布する塗布手段の塗布面に上記破棄用の泡状定着液を付与し、更に当該破棄用の泡状定着液の層上に上記定着用の泡状定着液を付与して二層構造の泡状定着液層を形成し、形成した二層構造の泡状定着液層の膜厚を所定値に調整し、二層構造の泡状定着液のうち、上記定着用の泡状定着液を上記塗布手段を介して媒体上の未定着の樹脂微粒子に塗布して該樹脂微粒子を媒体に定着する定着装置において、未定着の樹脂微粒子で形成された画像がモノクロであるか、あるいはカラーであるかの画像モードに応じて、二層構造の泡状定着液層の膜厚を調整することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の定着装置において、上記画像モードの情報を画像形成部から取得することを特徴とするものである。
更に、請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の定着装置において、上記破棄用の泡状定着液層の膜厚は上記画像モードにかかわらず一定とし、上記定着用の泡状定着液層の膜厚は上記画像モードに応じて調整して、二層構造の上記泡状定着液層の膜厚を調整することを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の定着装置において、上記破棄用の泡状定着液層の膜厚及び上記定着用の泡状定着液層の膜厚を上記画像モードに応じてそれぞれ調整して、二層構造の上記泡状定着液層の膜厚を調整することを特徴とするものである。
更に、請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置において、上記画像モードに応じて、上記定着用の泡状定着液の供給量を制御することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項３記載の定着装置において、上記破棄用の泡状定着液の供給量は一定であることを特徴とするものである。
更に、請求項７の発明は、請求項４記載の定着装置において、上記画像モードに応じて、上記破棄用の泡状定着液の供給量を制御することを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、樹脂含有微粒子が色剤を含有したトナーで静電記録プロセスを行い媒体上に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置により上記未定着トナー画像を媒体に定着させる定着手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明においては、未定着の樹脂微粒子層の堆積高は、未定着の樹脂微粒子層で形成する画像がカラーであるか、あるいはモノクロであるかによって異なる。そのため、未定着の樹脂微粒子で形成された画像がカラーであるのか、あるいはモノクロであるのかに応じて、つまり未定着の樹脂微粒子層の堆積高に合わせて二層構造の泡状定着液層の膜厚を調整する。これにより、過剰な泡状定着液塗布による硬化速度の低下や硬化後の原稿に残るタック感の発生を防止でき、不足な泡状定着液塗布によるトナーオフセットの発生も防止できる。このように、画像モードに応じて最適化された膜厚の二層構造の泡状定着液を生成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上、本発明によれば、画像モードに応じて最適化された膜厚の二層構造の泡状定着液を生成することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の全体概略構成図である。
【図２】図１の画像形成部の主要部を示す概略構成図である。
【図３】泡状定着液による定着原理についての説明図である。
【図４】泡状定着液生成手段の構成を示す概略構成図である。
【図５】本実施形態の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。
【図６】膜厚制御用ブレードの構成を示す概略構成図である。
【図７】本実施形態の定着装置における塗布ローラ上の泡状定着液についての説明図である。
【図８】泡状定着液を塗布した後の塗布ローラ上の泡状定着液についての説明図である。
【図９】本実施形態の定着装置における画像モードに対応した制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を適用したの画像形成装置の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の全体概略構成図である。同図に示す画像形成装置は、ほぼ中央に画像形成手段である画像形成部１、その画像形成部１の下部に給紙部２、画像形成部１の上方に画像読取部３、そして画像形成部１と画像読取部３の間に胴内排紙部４の構成を有するカラー画像形成装置であり、プリンタ、複写装置、ファクシミリ、スキャナの機能を有している。なお、図示を省略しているが、画像読取部３の上方には、原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）が設けられる。
【００１６】
図１において、画像読取部３は、コンタクトガラス３ａ、読み取り走行体に搭載された原稿照明用光源３ｂと第１ミラー３ｃ、第２ミラー３ｄ、第３ミラー３ｅ、結像レンズ３ｆ、撮像素子３ｇを備え、ＡＤＦや手差しによりコンタクトガラス３ａ上に載置された原稿の画像を撮像素子３ｇで読み取り、図示省略の画像処理部で書き込み用の画像情報（例えばイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色に対応した画像信号）に変換処理して画像形成部１に送信する。
【００１７】
画像形成部１には、ドラム状の感光体により構成された複数の像担持体５Ｙ、５Ｃ、５Ｍ、５ＢＫを有し、その各像担持体には、互いに異なった色のトナー像がそれぞれ形成される。図示した例では、３つの像担持体５Ｙ、５Ｃ、５Ｍの表面に、イエロートナー像、シアントナー像、及びマゼンタトナー像の各有彩色トナー像がそれぞれ形成され、像担持体５ＢＫにはブラックトナー像が形成される。各像担持体５Ｙ乃至５ＢＫは、所定の間隔をあけて互いに平行に配置されている。かかる像担持体５Ｙ乃至５ＢＫに対向して中間転写体６が対向配置されており、この中間転写体６としてはドラムを用いることもできるが、図示した例では、複数の支持ローラ７、８、９に巻き掛けられて矢印Ａ方向に駆動される無端ベルトが用いられている。
【００１８】
図２は、図１に示す画像形成部１の主要部（各色の画像形成ユニット）を拡大して示した概略構成図である。図１に示したイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の４つの画像形成ユニット２０は同じ構成であるので、図２では一つの画像形成ユニット２０に着目し、色を表す記号は省略している。
【００１９】
図２の画像形成ユニット２０において、像担持体５の周囲には、像担持体５の表面に帯電処理を行う帯電装置１０、画像情報を感光体表面にレーザ光Ｌで照射する露光装置１１（図１に示す）、露光により像担持体５の表面に形成された静電潜像を可視像化する現像装置１２、中間転写体６を介して像担持体５と対向配置された転写装置１３、中間転写体６に転写後の像担持体表面に残留するトナーを除去回収するクリーニング装置１４、像担持体５表面の摩擦係数を下げるための潤滑剤塗布装置２５が設けられている。
【００２０】
帯電装置１０は、帯電部材としての帯電ローラ１０ａと、それを像担持体５に所定の圧力で加圧する付勢部材としてのスプリング１０ｂとを有する。帯電ローラ１０ａは、図示していないが、導電性のシャフトの周りに導電性弾性層を有し、電圧印加装置（不図示）により導電性シャフトを介して導電性弾性層と像担持体５との空隙に所定の電圧を印加して像担持体表面に電荷を付与する。また、上記現像装置１２は撹拌スクリュ１２ａにより現像剤を十分撹拌し、現像ローラ１２ｂに磁気的に付着させる。付着した現像剤は現像ドクタ１２ｃにより現像ローラ１２ｂ上に薄層化され、現像剤により像担持体５上の静電潜像が可視像化される。転写装置１３は転写バイアスローラを有し、該ローラにより電気的に中間転写体６上に像担持体５上のトナー像を付着させる。クリーニング装置１４はウレタンゴム等よりなるクリーニングシートを有し、該シートにより像担持体５上の残留トナーを掻き取るようにして除去する。
【００２１】
なお、本実施形態では、各色の画像形成ユニット２０は、像担持体５、帯電装置１０、現像装置１２、クリーニング装置１４及び潤滑剤塗布装置２５がユニット化されたプロセスカートリッジ（ＰＣ）として構成されている。プロセスカートリッジ（ＰＣ）の形態は任意であるが、本発明のプロセスカートリッジ（ＰＣ）は潤滑剤塗布装置２５と、像担持体５、帯電装置１０、現像装置１２及びクリーニング装置１４の少なくとも一構成部材を組み合わせたものである。
【００２２】
このような画像形成装置において画像形成が開始されると、各色の画像形成ユニットでは、像担持体５が図２における時計回り方向に回転駆動され、このとき帯電装置１０によって像担持体５の表面が所定の極性に帯電される。次いで、その帯電面に、図１に示す露光装置１１から画像情報に基づくレーザ光Ｌが照射され、これによって像担持体５に静電潜像が形成される。なお、画像情報は、前述の画像読取部３で読み取った画像データや、外部のコンピュータからＬＡＮ等を介して送られてくるデータや、ファクシミリで受信したデータ等である。画像読取部３が用いられた場合は、コンタクトガラス３ａ上に載置された原稿（図示せず）が原稿照明用光源３ｂと第１ミラー３ｃよりなる読み取り走行体が往復移動し、その際、読み取り走行体により走査された画像情報が第２ミラー３ｄ、第３ミラー３ｅ、結像レンズ３ｆを介して、結像レンズ３ｆの後方に設置されている撮像素子（例えばＣＣＤ）３ｇに画像信号として読み込まれる。この読み込まれた画像信号は、デジタル化され画像処理されて露光装置１１のレーザダイオード（不図示）の発光により像担持体５の表面に書き込まれる。そして、像担持体５の表面に形成された静電潜像は、現像装置１２の現像ローラ８に担持された乾式現像剤（樹脂と色材を含有する樹脂微粒子（以下トナーと称す）を含む現像剤）によって、トナー像として可視像化される。
【００２３】
上記した画像形成動作は、図１に示す全ての像担持体５Ｙ乃至５Ｂｋで行われ、これによって各像担持体５Ｙ乃至５ＢＫにそれぞれ形成されたイエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像及びブラックトナー像が中間転写体６上に順次重ねて転写される。また、図１に示した画像形成装置においては、中間転写体６を挟んで、支持ローラ７に対向して二次転写装置（例えば二次転写ローラ）１６が配置されている。
【００２４】
一方、画像形成部１の下部に配置された給紙部２から、転写紙（定形の普通紙、連続紙、レター用紙、葉書、厚紙等）又は樹脂フィルム（ＯＨＰシート等）などから成る記録媒体Ｐが給紙ローラ２ａにより矢印Ｂで示すように送り出され、その記録媒体Ｐは、レジストローラ対２ｂの回転によって所定のタイミングで、二次転写装置１６と中間転写体６との間に送り込まれる。このようにして、記録媒体Ｐが二次写装置１６を通過するとき、この二次転写装置１６の作用によって中間転写体６上の重ねトナー像が記録媒体Ｐ上に一括して転写される。そして、定着装置１８によってトナー像が記録媒体Ｐに定着された後、排紙ローラ１９により胴内排紙部４に排紙される。また、トナー像転写後の中間転写体６の表面に付着する転写残トナーは、ベルト用のクリーニング装置１５によって除去される。また、二次転写装置１６のローラ表面に付着するトナーや紙粉等は、ローラ用のクリーニング装置によって除去される。なお、ベルト用のクリーニング装置１５やローラ用のクリーニング装置にも、必要に応じて潤滑剤塗布装置が設けられる。
【００２５】
次に、泡状定着液を用いた基本的な定着装置及び定着方法について詳細に説明する。
図３は泡状定着液による定着原理についての説明図である。本実施形態に係る定着装置及び定着方法では、図３に示すように、樹脂の少なくとも一部を溶解または膨潤させることで樹脂を含有する微粒子を軟化させる軟化剤を含有した泡状定着液４５を記録媒体Ｐ上の樹脂微粒子（未定着トナーＴ）に付与して該樹脂微粒子を記録媒体Ｐに定着する。具体的には、後述する泡状定着液生成手段によって定着液を泡で構成された泡状定着液４５とすることで、定着液のカサ密度を低くできると共に、図３の（ａ）に示すように、泡状定着液塗布部材である泡塗布ローラ４１上の定着液層（泡状定着液膜）４５を厚くすることができ、更には定着液の表面張力による影響が抑えられるため、泡塗布ローラ４１への樹脂微粒子のオフセットを防止できる。
【００２６】
泡状定着液４５は、記録媒体Ｐの搬送過程で、泡塗布ローラ４１と記録媒体Ｐとを接触させることで、記録媒体Ｐ及び記録媒体Ｐ上の未定着トナーＴに浸透・転写する。その際、泡状定着液４５の全てが記録媒体Ｐ上に転写するのではなく、図３の（ｂ）に示すように、幾らかは泡塗布ローラ４１上に残ることがわかっており、種々の実験の結果、その比率は体積比で、記録媒体上定着液：泡塗布ローラ上定着液＝７：３となる知見を得ている。
【００２７】
次に、泡状定着液生成手段の基本的構成について説明する。図４は、泡状定着液生成手段の概略構成図である。図４に示す泡状定着液生成手段３０は、液状定着液から大きな泡の泡状定着液を生成した後、大きな泡を分泡し、微小な処方の泡の泡状定着液を生成するものである。この泡状定着液生成手段３０における大きな泡生成部としては、図４に示すように、定着液容器３１内の液状定着液３２を液体搬送ポンプ３３及び液体搬送パイプ３４等の液体輸送手段を用いて気液混合部３５へ供給する。また、空気口４０から気体搬送ポンプ３９及び気体搬送パイプ３６等の気体輸送手段を用いて空気を気液混合部３５へ供給する。なお、空気は圧縮空気を用いる方法も考えられる。
【００２８】
気液混合部３５では、上記のように搬送された液体と気体が混合し、更に微小孔シート３７を通過することで、泡径の揃った大きな泡を生成させることができる。微小孔シート３７の孔径は、３０［μｍ］〜１００［μｍ］程度が望ましい。また、図４の微小孔シート３７に限らず、連泡構造の多孔質部材であればよく、孔径３０［μｍ］〜１００［μｍ］程度を有する焼結セラミックス板や不織布や発泡樹脂シートであってもよい。また、別の大きな泡の生成方法としては、上記の液体搬送ポンプ３３と気体搬送ポンプ３９より供給された液状定着液と空気を羽根状攪拌子で攪拌しながら、液に気泡を巻き込みながら大きな泡を生成させる構成や、上記の液体搬送ポンプ３３より供給された液状定着液に空気供給ポンプ等でバブリングを行い大きな泡を生成する構成も望ましい。
【００２９】
次に、図４に示す泡状定着液生成手段３０では、気液混合部３５で生成された大きな泡を分割して２つ以上に分泡化するために、大きな泡にせん断力を加えるための、微小泡生成部３８が設けられている。この微小泡生成部３８は、図４に示すように閉じた二重円筒で構成されており、内側円筒３８−１が回転可能な構成としている。そして、外側円筒３８−２の一部より、気液混合部３５で生成された大きな泡状定着液を供給し、内部の回転する内側円筒３８−１と外側円筒３８−２の隙間（ここが流路となる）を通過させることにより、大きな泡の泡状定着液は回転する内側円筒３８−１によりせん断力を受ける。このせん断力により、大きな泡は微小な泡へと変化し、外側円筒３８−２に設けられた泡の出口より、所望の微小な泡径を有する泡状定着液を得ることができる。
【００３０】
また、回転する内側円筒３８−１の回転数と、内側円筒３８−２の長手方向の長さにより液搬送速度は決定される。外側円筒３８ｂの内径をｄ１［ｍｍ］、円筒長さをＬ［ｍｍ］とし、内側円筒３８−１の外径をｄ２［ｍｍ］とし、回転数をＲ［ｒｐｍ］とすると、微小な泡を生成するための液搬送速度Ｖ［ｍｍ３／秒］は、 Ｖ＝Ｌ×π×（ｄ１２−ｄ２２）／４／（１０００／Ｒ）の式で決まることがわかった。例えば、ｄ１が１０［ｍｍ］、ｄ２が８［ｍｍ］、Ｌが５０［ｍｍ］、回転数Ｒが１０００［ｒｐｍ］とすると、液搬送速度は約１４００［ｍｍ３／秒］（１．４［ｃｃ／秒］）となる。記録媒体ＰとしてＡ４の転写紙を定着するために必要な泡状定着液が３［ｃｃ］であるとすると、液状定着液から必要量の泡状定着液を生成するのに立上がり時間は約２秒ですみ、極めて素早く、所望の泡径を有する泡状定着液を生成可能となる。また、内側円筒３８−１にらせん状の溝を設けて、円筒内での液搬送性を良くしてもよい。
【００３１】
このように、図４に示す泡状定着液生成手段３０では、液状定着液３２を大きな泡径を有する液へと変化させる大径泡生成部（気液体混合部３５）と、大きな泡にせん断力を加えて微小な泡を生成する微小泡生成部３８を組み合わせることで、液状定着液３２から、極めて短時間に５［μｍ］〜５０［μｍ］程度の微小な泡径を有する泡状定着液を生成させることができる。
【００３２】
なお、泡状の定着液の嵩密度としては、０．０１［ｇ／ｃｍ３］〜０．１［ｇ／ｃｍ３］程度の範囲が望ましい。嵩密度は、液体搬送ポンプ３３と気体搬送ポンプ３９の出力を変えることで単位時間当たりの液体・気体流量比を変え、制御することができる。
【００３３】
更に、定着液は、紙等の記録媒体上のトナー等の樹脂含有微粒子の層への塗布時に泡状となっていればよく、保存用容器や、泡状定着液生成手段３０の定着液容器３１内で泡状である必要はない。即ち、保存用容器や定着液容器３１中では気泡を含有しない液体で、容器から液を供給する時点や、樹脂含有微粒子の層へ付与するまでの液体搬送経路で泡状にする手段を設ける構成が望ましい。これは、定着液容器３１では液体で、容器から液を取り出した後に泡状とする構成のほうが、容器の小型化ができるという大きな利点を有するためである。
【００３４】
図５は本実施形態の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。同図の制御部５０は、図２に示した構成の画像形成部の主要部（各色の画像形成ユニット、中間転写体、二次転写装置等）と、図４に示した構成の泡状定着液生成手段３０を備えた定着装置１８を制御する。前述したように、図２に示した画像形成部の主要部の各色の画像形成ユニット２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫで各色の画像が像担持体５Ｙ、５Ｃ、５Ｍ、５ＢＫ上に形成されて中間転写体６上に転写され、中間転写体６上に形成された未定着トナー画像は二次転写部にて二次転写装置１６により記録媒体Ｐに転写される。
【００３５】
制御部５０は、画像形成部の主要部を制御して、記録媒体Ｐ上に形成する未定着トナー画像の画像モードに応じて、泡状定着液生成手段３０−１、３０−２で生成する密度の異なる２種類の泡状定着液の供給量、嵩密度が適切な値になるように制御し、同時に定着装置１８の泡塗布ローラ４１上の泡状定着液の膜厚が供給量に応じた最適値になるように膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２を制御する。例えば、未定着トナー画像量が少ない場合は供給量を少なくし、同時に膜厚を薄くする制御が考えられる。
【００３６】
上記のように泡状定着液生成手段３０−１、３０−２で生成された泡状定着液は、微小泡生成部３８−１、３８−２の外側円筒に設けられた泡の出口に接続された泡搬送パイプにより泡吐出ヘッド４３−１、４３−２に送られ、泡吐出ヘッド４３−１、４３−２により泡塗布ローラ４１上に泡を吐出した後、膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２を介して所望の膜厚に整形され、泡塗布ローラ４１上に泡状定着液膜４５ａ、４５ｂとして形成される。この泡状定着液膜が、泡塗布ローラ４１と加圧ローラ４４との接触箇所で、記録媒体Ｐ上の未定着トナー画像に接触、塗布されることで定着工程が行われる。
【００３７】
泡状定着液の泡塗布ローラ４１上での膜厚制御は、図６に示すように、泡塗布ローラ４１とギャップを設けた回転可能な膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２を用い、膜厚を薄くするときは図６の（ａ）に示すように泡塗布ローラ４１と膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２のギャップを狭くし、膜厚を厚くするときは図６の（ｂ）に示すように泡塗布ローラ４１と膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２のギャップを広くする。また、ギャップの制御例としては、膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２の端部に回転駆動手段（ステッピングモータ、ソレノイド等）を有する回転軸４２ａを設け、この回転軸４２ａの駆動を制御部５０で制御し、トナー層の厚さや環境温度等、更には泡状定着液の気泡の大きさ、泡粘度及び塗布加圧力並びに未定着トナーの層厚等に応じて、ギャップ量を制御し、泡状定着液の未定着トナー層での浸透時間を調整するための最適な膜厚を制御する。
【００３８】
図７は本実施形態における泡塗布ローラ上の泡状定着液について説明する図である。図７に示す泡塗布ローラ４１上の泡状定着液膜は、図５に示した泡状定着液生成手段３８−２により生成された低密度の泡状定着液膜４５ａの層の上に、泡状定着液生成手段３８−１により生成された定着用の泡状定着液膜４５ｂの層が形成された構成になっている。
【００３９】
図８は二層の泡状定着液膜による定着の様子を示す図である。図３と同様、二層の泡状定着液４５ａ，４５ｂは、記録媒体Ｐの搬送過程で塗布ローラ４１と記録媒体Ｐとを接触させることで、記録媒体Ｐ及び記録媒体Ｐ上の未定着トナーＴに浸透し、転写する。その際、記録媒体Ｐ及び記録媒体Ｐ上の未定着トナーＴに浸透、転写する泡状定着液は、図８に示すように、主として定着用の泡状定着液４５ｂであるので、泡塗布ローラ４１上には密度の低い泡状定着液４５ａが多く残るため、記録媒体上定着液と泡塗布ローラ上定着液の体積比が７：３でも、重量比が向上する。例えば、定着用の泡の密度０．０５［ｇ／ｃｍ３］に対して、低密度の泡の密度を０．０１［ｇ／ｃｍ３］として泡膜を形成することを考えたとき、泡塗布ローラ４１上に残る泡の９０％が低密度の泡だとすると、記録媒体上定着液と泡塗布ローラ上定着液の体積比が７：３の場合、その重量比は約９：１になる。このように、本実施形態では、泡塗布ローラ４１上に、二種類の泡状定着液（低密度の泡状定着液４５ａと定着用の泡状定着液４５ｂ）で二層の泡膜を形成して、記録媒体Ｐ上の未定着トナー（樹脂微粒子）Ｔに付与するので、定着動作後、最終的に泡塗布ローラ４１上に残る泡の密度を下げることができ、泡塗布ローラ４１上に残る泡状定着液を少なくすることができる。
【００４０】
次に、本実施例の定着装置における制御動作について当該制御動作フローを示す図９に従って説明する。
先ず、図５の制御部５０は、画像形成部の主要部から、中間転写体６に形成された未定着トナー像がモノクロ画像であるのか、あるいはカラー画像であるのかを画像モード信号を取得する。そして、画像モード信号に基づいて未定着トナー像がモノクロ画像であるモードのモノクロモードであるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。判定結果、モノクロモードであれば、モノクロ用液状定着液の供給量及びモノクロ用気体の供給量をそれぞれ設定する（ステップＳ１０１；ＹＥＳ、ステップＳ１０２、Ｓ１０３）。ここで、モノクロ画像とカラー画像を比較したとき、未定着トナー像の堆積高が異なる。一般的にカラー画像の方の堆積高が高い。カラー画像の堆積高より低いモノクロ画像の堆積高に合うように泡状定着液の供給量、嵩密度、厚みを設定すると、堆積高さが低い条件において泡状定着液量が過剰になり、軟化したトナーの硬化速度の低下や、硬化後原稿にタック感が残ってしまう可能性がある。そのため、本実施形態では、カラー画像の場合はモノクロ画像の場合と比較して、供給量を多くし、かつ膜厚を厚くするような制御を行うような画像モードに応じた制御を行う。よって、モノクロモードの場合は、泡状定着液生成手段３０−２によって低密度の泡状定着液４５ａを泡塗布ローラ４１上に付与した後膜厚制御用ブレード４２−２によって所定の膜厚に調整される。そして、泡状定着液生成手段３０−１の液体搬送ポンプ３３−１及び気体搬送ポンプ３９−１を制御してモノクロ画像の堆積高に合う定着用の泡状定着液４５ｂを生成する。そして、泡状定着液生成手段３０−１によって生成された定着用の泡状定着液４５ｂは低密度の泡状定着液４５ａの上層に付与される。次に、膜厚制御用ブレード４２−１の位置を所定の位置に設定することで所定のギャップを形成し二層構造の泡状定着液４５はモノクロ用の所定の膜厚に調整される（ステップＳ１０４）。一方、ステップＳ１０１で未定着トナー像がカラー画像であるモードのカラーモードであった場合、カラー用定着液の供給量及びモノクロ用気体の供給量をそれぞれ設定する（ステップＳ１０１；ＮＯ、ステップＳ１０５、Ｓ１０６）。泡状定着液生成手段３０−２によって低密度の泡状定着液４５ａを泡塗布ローラ４１上に付与した後膜厚制御用ブレード４２−２によって所定の膜厚に調整される。ここで、カラーモードにおける低密度の泡状定着液４５ａの膜厚は、モノクロモードにおける低密度の泡状定着液４５ａの膜厚と同じにしてもよく、カラーモードにおいてオフセット発生防止及びカラー画像の堆積高に対応可能のためモノクロモードにおける低密度の泡状定着液４５ａの膜厚より大きくしてもよい。そして、泡状定着液生成手段３０−１の液体搬送ポンプ３３−１及び気体搬送ポンプ３９−１を制御してカラー画像の堆積高に合う定着用の泡状定着液４５ｂを生成する。そして、泡状定着液生成手段３０−１によって生成された定着用の泡状定着液４５ｂは低密度の泡状定着液４５ａの上層に付与される。次に、膜厚制御用ブレード４２−１の位置を所定の位置に設定することで所定のギャップを形成し二層構造の泡状定着液４５はカラー用の所定の膜厚に調整される（ステップＳ１０７）。
【００４１】
次に、本実施形態の定着装置で用いられる定着液組成について説明する。本実施形態の定着装置では、少なくとも軟化剤と起泡剤とを含有する液状定着液を、液状から液中に気泡を分散させて泡を多く含んだ泡状定着液を用いて上述のように定着を行っている。
【００４２】
先ず、軟化剤について説明する。
軟化剤は、トナーに含まれる樹脂の少なくとも一部を溶解または膨潤させることで樹脂微粒子を軟化させる機能を有する。
軟化剤としては、エステル化合物であることが好ましい。エステル化合物は、トナー等の樹脂微粒子に含まれる樹脂の少なくとも一部を溶解または膨潤させる溶解性または膨潤性に優れている。上記エステル化合物の中でも、脂肪族エステル、炭酸エステルが、樹脂の軟化能力が優れている点で特に好ましい。また、後述する起泡剤としてのアニオン系界面活性剤による起泡性を阻害しない点からも好ましい。
【００４３】
また、記録媒体に対する樹脂微粒子としてのトナーの定着は、密封された環境において頻繁に使用される機器で行われ、軟化剤はトナーの記録媒体への定着後にもトナー中に残留するため、記録媒体に対するトナーの定着は揮発性有機化合物（ＶＯＣ）及び不快臭の発生を伴わないことが好ましい。すなわち、軟化剤は揮発性有機化合物（ＶＯＣ）及び不快臭の原因となる物質を含まないことが好ましい。脂肪族エステルは、一般に汎用される有機溶剤（トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、酢酸エチルなど）と比較して、高い沸点及び低い揮発性を有し、刺激臭を持たない。
【００４４】
オフィス環境等における臭気を高い精度で測定することができる実用的な臭気の測定尺度として、官能測定である三点比較式臭袋法による臭気指数〔１０×ｌｏｇ（物質の臭気が感じられなくなるまでの物質の希釈倍率）〕を臭気の指標とすることができる。また、軟化剤に含まれる脂肪族エステルの臭気指数は、１０以下であることが好ましい。この場合、通常のオフィス環境では、不快臭を感じなくなる。更に、軟化剤のみならず、定着液に含まれる他の液剤も同様に、不快臭及び刺激臭を有さないことが好ましい。
【００４５】
上記脂肪族エステルは、飽和脂肪族エステルを含む。上記脂肪族エステルが、飽和脂肪族エステルを含む場合には、軟化剤の保存安定性（酸化、加水分解などに対する耐性）を向上させることができる。また、多くの飽和脂肪族エステルは、トナーに含まれる樹脂を１［秒］以内で溶解または膨潤させることができる。更に、飽和脂肪族エステルは、記録媒体に提供されたトナーの粘着感を低下させることができる。これは、飽和脂肪族エステルが、溶解または膨潤したトナーの表面に油膜を形成するためであると考えられる。
【００４６】
よって、定着液としては、上記飽和脂肪族エステルが「Ｒ１ＣＯＯＲ２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることが望ましい。この化合物の一般式におけるＲ１は、炭素数が１１以上１４以下のアルキル基を示しており、Ｒ２は、炭素数が１以上６以下の直鎖型もしくは分岐型アルキル基を示している。Ｒ１及びＲ２の炭素数がそれぞれ所望の範囲よりも少ないと臭気が発生し、所望の範囲よりも多いと樹脂軟化能力が低下する。定着液としては、上記飽和脂肪族エステルが「Ｒ１ＣＯＯＲ２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることにより、トナーに含まれる樹脂に対する溶解性または膨潤性を向上させることができる。また、上記一般式「Ｒ１ＣＯＯＲ２」で表される化合物の臭気指数は、１０以下であり、不快臭及び刺激臭を有さない。
【００４７】
上記化合物を含む上記飽和脂肪族エステルである脂肪族モノカルボン酸エステルとしては、例えばラウリン酸エチル、ラウリン酸ヘキシル、トリデシル酸エチル、トリデシル酸イソプロピル、ミリスチン酸エチル、ミリスチン酸イソプロピル、などが挙げられる。上記化合物を含むこれらの脂肪族モノカルボン酸エステルの多くは、油性溶媒に溶解するが、水には溶解しない。よって、上記化合物である脂肪族モノカルボン酸エステルの多くについて、水性溶媒では、グリコール類を溶解助剤として定着液に含有し、溶解またはマイクロエマルジョンの形態とする。
【００４８】
また、定着液としては、上記脂肪族エステルが脂肪族ジカルボン酸エステルを含むものを用いることが望ましい。上記脂肪族エステルが、脂肪族ジカルボン酸エステルを含む場合には、より短い時間でトナーに含まれる樹脂を溶解または膨潤させることができる。例えば、６０［ｐｐｍ］程度の高速印字では、記録媒体における未定着のトナーに定着液を付与し、トナーが記録媒体に定着するまでの時間は、１［秒］以内であることが好ましい。上記脂肪族エステルが、脂肪族ジカルボン酸エステルを含む場合には、記録媒体における未定着のトナー等に定着液を付与し、トナーが記録媒体に定着するのに要する時間を、０．１［秒］以内にすることが可能となる。更に、より少量の軟化剤を添加することによって、トナーに含まれる樹脂を溶解または膨潤させることができるため、定着液に含まれる軟化剤の含有量を低減することができる。
【００４９】
よって、定着液としては、上記脂肪族ジカルボン酸エステルが「Ｒ３（ＣＯＯＲ４）２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることが望ましい。この化合物の一般式におけるＲ３は、炭素数が３以上８以下のアルキレン基を示しており、Ｒ４は、炭素数が３以上５以下の直鎖型又は分岐型アルキル基を示している。Ｒ３及びＲ４の炭素数がそれぞれ所望の範囲よりも少ないと臭気が発生し、所望の範囲よりも多いと樹脂軟化能力が低下する。定着液としては、上記脂肪族ジカルボン酸エステルが「Ｒ３（ＣＯＯＲ４）２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることにより、トナーに含まれる樹脂に対する溶解性または膨潤性を向上させることができる。また、上記一般式「Ｒ３（ＣＯＯＲ４）２」で表される化合物の臭気指数は、１０以下であり、不快臭及び刺激臭を有さない。
【００５０】
上記化合物を含む上記脂肪族ジカルボン酸エステルとしては、例えばコハク酸２エチルヘキシル、アジピン酸ジブチル、アジピン酸ジイソブチル、アジピン酸ジイソプロピル、アジピン酸ジイソデシル、セバシン酸ジエチル、セバシン酸ジブチル等が挙げられる。上記化合物を含むこれらの脂肪族ジカルボン酸エステルの多くは、油性溶媒に溶解するが、水には溶解しない。よって、水性溶媒では、グリコール類を溶解助剤として定着液に含有し、溶解またはマイクロエマルジョンの形態とする。
【００５１】
更に、本実施形態における定着液において、上記脂肪族エステルは、脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルを含むことが望ましい。上記脂肪族エステルが、脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルを含む場合には、記録媒体に対するトナーの定着性を向上させることができる。
【００５２】
定着液としては、上記脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルが「Ｒ５（ＣＯＯＲ６−Ｏ−Ｒ７）２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることが望ましい。この化合物の一般式におけるＲ５は、炭素数が２以上８以下のアルキレン基を示しており、Ｒ６は、炭素数が２以上４以下のアルキレン基を示し、Ｒ７は、炭素数が１以上４以下のアルキル基を示している。Ｒ５、Ｒ６及びＲ７の炭素数がそれぞれ所望の範囲よりも少ないと臭気が発生し、所望の範囲よりも多いと樹脂軟化能力が低下する。定着液としては、上記脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルが「Ｒ５（ＣＯＯＲ６−Ｏ−Ｒ７）２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることにより、トナーに含まれる樹脂に対する溶解性または膨潤性を向上させることができる。また、上記一般式「Ｒ５（ＣＯＯＲ６−Ｏ−Ｒ７）２」で表される化合物の臭気指数は、１０以下であり、不快臭及び刺激臭を有さない。
【００５３】
上記化合物を含む上記脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルとしては、例えばコハク酸ジエトキシエチル、コハク酸ジブトキシエチル、コハク酸ジカルビトール、アジピン酸ジメトキシエチル、アジピン酸ジエトキシエチル、アジピン酸ジブトキシエチル、セバシン酸ジエトキシエチル等が挙げられる。上記化合物を含むこれらの脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルを水性溶媒で用いる場合には、必要に応じてグリコール類を溶解助剤として定着液に含有させ、溶解またはマイクロエマルジョンの形態とする。
【００５４】
上記炭酸エステルとしては、例えば炭酸エチレン、炭酸プロピレン（プロピレンカーボネート）、グリセロール１，２−カルボナート、４−メトキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−オンなどが挙げられる。
【００５５】
また、上記以外のエステル化合物としては、例えばクエン酸トリエチル、アセチルクエン酸トリエチル、クエン酸トリブチル、アセチルクエン酸トリブチル等のクエン酸エステル；エチレングリコールジアセタート、ジエチレングリコールジアセタート、トリエチレングリコールジアセタート等のグリコールをエステル化した化合物；モノアセチン、ジアセチン、トリアセチン等のグリセリンをエステル化した化合物などが挙げられる。
【００５６】
次に、起泡剤について説明する。
上述のように定着液は軟化剤を含有するが、一般的に軟化剤は消泡作用が強い。このため、本実施形態の定着装置のように、液状の定着液を泡状定着液として用いる場合、定着液中の軟化剤の濃度が高いほど、定着液の起泡性及び泡沫安定性が悪くなり、起泡し難くなったり、泡状定着液が破泡し易くなったりするおそれがある。起泡し難いと嵩密度の低いの泡状定着液を得ることができず、所望の嵩密度の泡状定着液を得たとしても、泡状定着液が破泡し易いと定着ニップで完全に破泡してしまい液状定着液を塗布する構成と同様の問題が生じる。
【００５７】
また、起泡剤としては、アニオン系界面活性剤が優れた起泡性と泡沫安定性とを実現することができ、起泡剤として優れている。アニオン系界面活性剤のなかでも、脂肪酸塩は、最も泡沫安定性に優れ、定着液の起泡剤として最も適する。ここで、泡沫安定性とは、泡状となった定着液が液状となり難い性質をいう。本実施形態の定着装置で未定着トナーに付与する泡状定着液としては、泡の状態で１分間放置しても消泡せず、泡の状態を保てる程度の泡沫安定性を有することが望ましい。
【００５８】
本発明者らは、定着液中の軟化剤濃度を高めたときの起泡性及び泡沫安定性の劣化問題を解決するため、アニオン系界面活性剤の種類や濃度を因子として多種の試作を行った。また、非特許文献１にも記載されている「スーパーファット」と呼称される技術、つまり固形洗浄剤（石鹸）に含有されている遊離脂肪酸に着目して試作を行った。ここで、スーパーファットと呼称される技術について概説すると、酸化されにくい遊離脂肪酸を少量加え、過剰油脂分を増やす方法であり、ケン化されない油脂を少量分残すことによって、例えば保湿作用を高めるなどの効果があるとされている。上記非特許文献１には、石鹸水溶系に極少量の脂肪酸を添加すると、起泡性能が向上する上、泡質が一層クリーミィになることが知られており、スーパーファットソープと呼ばれていると記載されている。このスーパーファットと同様に軟化剤を有する定着液に極少量の脂肪酸を添加して泡化しようとしたが起泡性及び泡沫安定性のいずれも悪かった。
【００５９】
これに対して、本発明者らは、起泡剤として炭素数１２から１８の脂肪酸塩を用い、更に炭素数１２から１８の脂肪酸を定着液中に含有することにより、軟化剤の濃度が高くなっても、定着液の起泡性が劣化しない泡状定着液を提供できることを見出した。軟化剤を含有した定着液において、単に水を起泡する場合に比較して、脂肪酸塩の炭素数としては、１２から１８が起泡性に優れている。具体的には、ラウリン酸塩（炭素数１２）、ミリスチン酸塩（炭素数１４）、パルミチン酸塩（炭素数１６、）、ステアリン酸塩（炭素数１８）が適する。また、ペンタデシル酸（炭素数１５）、マルガリン酸（炭素数１７）なども適する。
【００６０】
ここで、脂肪酸と軟化剤との作用について説明すると、軟化剤はエステル基を化学構造中に有しており、脂肪酸はカルボニル基を化学構造中に有している。この点から、軟化剤のエステル基と脂肪酸のカルボニル基が定着液の系内で、電気的な作用を示し、またそれが分子間の結合作用を生じさせ、定着液の特性として起泡性及び泡沫安定性を向上させている。
【００６１】
また、炭素数１２から１８の範囲においても、炭素数が少ないほうが起泡性に優れているが泡沫安定性が悪く、炭素数が多いほうが起泡性にあまりよくないが泡沫安定性に極めて優れている。このため、定着液中には、単独の脂肪酸塩を含有させても良いが、炭素数１２から１８の脂肪酸塩を混合して含有させる方がさらに優れている。混合比率としては、ミリスチン酸塩（炭素数１４）を最も多く含み、ラウリン酸塩（炭素数１２）、ステアリン酸塩の割合を低くすることが望ましい。より具体的な脂肪酸塩の比率としては、ラウリン酸塩：ミリスチン酸塩：パルミチン酸塩：ステアリン酸塩の重量比で、０：６：３：１、１：５：３：１、１：４：４：１などが適する。
【００６２】
ところで、定着液中に起泡剤である脂肪酸塩と同じ炭素数の脂肪酸を含有することで軟化剤の濃度が高くなっても起泡性及び泡沫安定性を維持することができる。軟化剤の濃度として、１０［ｗｔ％］未満では、脂肪酸を含有しなくても起泡性は問題ない。しかし、軟化剤の濃度が１０［ｗｔ％］以上、特に軟化剤の濃度が３０［ｗｔ％］以上になると、脂肪酸塩だけでは、ほとんど起泡しなくなり起泡性が悪くなる。このような軟化剤の濃度が３０［ｗｔ％］となる定着液において、脂肪酸塩と同じ炭素数の脂肪酸を含有させると、起泡性を維持できる。
【００６３】
但し、脂肪酸の含有量が多くなりすぎると、起泡剤である脂肪酸塩の比率が下がり、起泡性が再び悪くなる。そこで、脂肪酸塩のモル数を、脂肪酸のモル数と同じに、またはは大きくするほうがよい。あるいは、脂肪酸と脂肪酸塩の比率を、５：５から１：９の範囲とした場合起泡性が優れている。
【００６４】
なお、同じ炭素数の脂肪酸と脂肪酸塩の組合せだけでなく、例えば、脂肪酸塩がミリスチン酸アミンで、脂肪酸がステアリン酸の組合せや脂肪酸塩がパルミチン酸カリウムで脂肪酸がステアリン酸のような炭素数が１２から１８の範囲で異なる組合せであってもよい。要は、炭素数１２から１８の範囲の脂肪酸を定着液に含有することで、高濃度の軟化剤を含有しても、起泡性が悪くならず、泡沫安定性に優れ、嵩密度の極めて低い泡化を可能とする。
【００６５】
また、他のアニオン系界面活性剤、例えばアルキルエーテル硫酸塩（ＡＥＳ）を起泡剤として、炭素数１２から１８の脂肪酸を含有した定着液であっても、軟化剤濃度増加による起泡性が悪くなるのを防止する効果があることがわかった。但し、最も組合せとして優れているのは脂肪酸塩との組合せである。
【００６６】
更に、脂肪酸塩としては、脂肪酸ナトリウム、脂肪酸カリウム、脂肪酸アミンが適している。更に、最も適している脂肪酸アミンは、具体的には、水を加熱し、脂肪酸を添加し、その後トリエタノールアミンを添加して、一定時間撹拌しながら加熱してケン化反応させることで作製することができる。このとき、脂肪酸とトリエタノールアミンとのモル比を、１：０．５から１：０．９の範囲と脂肪酸比率を高くすることで、ケン化後、未反応の脂肪酸が残留し、定着液中に脂肪酸と脂肪酸アミンを混合させることができる。同じことは、ナトリウム塩やカリウム塩でも可能である。
【００６７】
ところで、定着液中の軟化剤濃度が高くなると希釈溶媒である水に軟化剤が溶解しにくくなる。そこで、検討した結果、多価のアルコール類、具体的にはエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３ブチレングリコール、グリセリンなどを定着液中に含有させることで、軟化剤が高濃度でも溶解し、かつ脂肪酸塩による起泡性を劣化させず、むしろ起泡性が向上することがわかった。また、多価のアルコール類の含有量は、１［ｗｔ％］から３０［ｗｔ％］の範囲が適当である。３０［ｗｔ％］より多い含有量では、起泡性がむしろ劣化するため適さない。
【００６８】
なお、本実施形態では泡状定着液塗布部材として泡塗布ローラ４１を用いた例で説明したが、泡塗布部材としては複数のローラに張架された泡塗布ベルトでもよい。また、泡状定着液塗布部材に対向して配置される加圧部材は、加圧ローラ４４に限るものではなく、複数のローラに張架された加圧ベルトであってもよい。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態によれば、図５に示すように、制御部５０は画像形成部の主要部から中間転写体６に形成された未定着トナー像がモノクロであるか、あるいはカラーであるかの画像モードの情報を取得する。制御部５０は二層構造の泡状定着液を形成する２つの泡状定着液生成手段３０−１、３０−２における液状定着液の各供給量をそれぞれ制御して、後段での膜厚調整可能な膜厚の二層構造の泡状定着液を生成する。そして、制御部５０は、取得した画像モードの情報に応じて膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２による膜厚を調整して、画像モードに対して最適化された膜厚の二層構造の泡状定着液を生成する。例えば未定着の樹脂微粒子で形成された画像がモノクロであれば、カラーの画像モードのときにおける泡状定着液生成手段３０−１、３０−２によって生成される泡状定着液の各供給量よりも少なくし、かつ二層構造の泡状定着液の膜厚をモノクロ用の膜厚に調整する。これにより、過剰な泡状定着液塗布による硬化速度の低下や硬化後の原稿に残るタック感の発生を防止できる。逆に、例えば未定着の樹脂微粒子で形成された画像がカラーであれば、カラーの画像モードのときの泡状定着液生成手段３０−１、３０−２によって生成される泡状定着液の各供給量で、かつ二層構造の泡状定着液の膜厚を膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２によってカラー用の膜厚に調整することで、不足な泡状定着液塗布によるトナーオフセットの発生も防止できる。よって、画像モードに応じて最適化された膜厚の二層構造の泡状定着液を生成することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１：画像形成部
２：給紙部
３：画像読取部
４：胴内排紙部
５（５Ｙ，５Ｃ，５Ｍ，５Ｂｋ）：像担持体
６：中間転写体
１０：帯電装置
１１：露光装置
１２：現像装置
１３：転写装置
１８：定着装置
２０（２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋ）：画像形成ユニット
２５：潤滑剤塗布装置
３０：泡状定着液生成手段
３０−１：泡状定着液生成手段
３０−２：泡状定着液生成手段
３１、３１−１、３１−２：定着液容器
３２：液状定着液
３３、３３−１、３３−２：液体搬送ポンプ
３４：液体搬送パイプ
３５：気液混合部
３６：気体搬送パイプ
３７：微小孔シート
３８、３８−１、３８−１：微小泡生成部
３９、３９−１、３９−２：気体搬送ポンプ
４０：空気口
４１：泡塗布ローラ
４２、４２−１、４２−２：膜厚制御用ブレード
４３、４３−１、４３−２：泡吐出ヘッド
４４：加圧ローラ
４５：泡状定着液膜
４５ａ：低密度の泡状定着液膜
４５ｂ：定着用の泡状定着液膜
５０：制御部
Ｐ：記録媒体
Ｔ：未定着トナー（樹脂含有微粒子）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７１】
【特許文献１】特許第４４８６１６０号公報
【特許文献２】特開２００９−９２８９７号公報
【００７２】
【非特許文献１】「泡のエンジニアリング」初版（石井淑夫著，株式会社テクノシステム，２００５年３月２５日発行，Ｐ．４８９）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ及び複写装置のような画像形成装置は、紙、布、及びＯＨＰ用シートのような記録媒体に、画像情報に基づいて文字や記号を含む画像を形成する装置である。特に、電子写真方式の画像形成装置は、普通紙に高精細な画像を高速で形成することができるため、広く使用されている。このような電子写真方式の画像形成装置においては、記録媒体上のトナーを加熱して溶融させ、溶融したトナーを加圧することによって、トナーを記録媒体上に定着させる熱定着方式が広く用いられている。この熱定着方式は、高い定着速度及び高い定着画像品質等を提供することができるため、好適に用いられている。しかし、このような電子写真方式の画像形成装置における消費電力の約半分以上は、熱定着方式においてトナーを加熱することに消費されている。
【０００３】
一方、近年における環境問題対策の観点からは、低消費電力（省エネルギー）の定着装置が望まれている。即ち、トナーを定着するためにトナーを加熱する温度を今までよりも極端に低下させること、又はトナーを加熱することを必要としない定着方法が望まれている。特に、トナーを全く加熱することなくトナーを記録媒体に定着させる非加熱定着方法が低消費電力の点で理想的である。
【０００４】
このような非加熱定着方法としては、トナーを溶解または膨潤可能で、水に不溶または難溶な有機化合物が水に分散混合された水中油滴型の定着液を泡状にして、ローラなどの上に膜を形成し、未定着のトナーが所定位置に配設された被定着物（記録媒体）の表面に接触、浸透させてトナーを溶解または膨潤させた後、被定着物を乾燥させることでトナーを定着させる定着方法が提案され既に知られている。
【０００５】
このような非加熱定着方法としては、特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１の定着方法は、泡状定着液生成手段によって樹脂の少なくとも一部を溶解又は膨潤させる軟化剤を少なくとも含んだ液状定着液に気泡を大量に含有して生成した泡状定着液が極めて嵩密度が低いことに着目した定着方法である。この定着方法によれば、上記泡状定着液を定着液供給口から塗布手段である泡塗布ローラ上に付与し、更に泡状定着液の膜厚を調整する。そして、膜厚の調整された泡状定着液が付与されている泡塗布ローラを記録媒体に当接させ、泡塗布ローラ上の泡状定着液を記録媒体上の未定着トナー像に塗布することで、トナーを記録媒体に定着している。このように、定着液を泡状とすることにより定着液の嵩密度を下げることができるため、従来よりも少量の定着液で定着が可能となるため、記録媒体上の残液感を抑制することができる。
【０００６】
一般的なカラー画像形成装置には、モノクロ画像を出力するモノクロモードとカラー画像を出力するカラーモードを設定できる機能が備わっている。未定着トナー像の堆積高についてモノクロ画像とカラー画像とを比較したとき、一般的にカラー画像の堆積高がモノクロ画像の堆積高に比して高い。このため、本発明者らは、特許文献２において画像モードに応じて変化する画像の堆積高と泡状定着液の膜厚との関係を示している。この特許文献２によれば、泡状定着液の膜厚が未定着トナー像の堆積高に比して同じか、あるいは大きい場合、泡塗布ローラ上に付与された泡状定着液が紙等の記録媒体上の未定着トナーに接触して未定着トナー層に浸透して行き記録媒体まで到達する。この後のタイミングで泡塗布ローラを分離する。この時、トナー同士、トナーと記録媒体及びトナーと泡塗布ローラとの間には液の表面張力による結合力が生じる。塗布ローラは泡状定着の転写効率を上げるために撥液性を有し、また紙等の記録媒体は親液性を有しているため、トナーと記録媒体との結合力がトナーと泡塗布ローラとの結合力より勝る。これにより、トナーは泡塗布ローラ側にほとんど付着することなく泡塗布ローラ上の泡状定着液は分離でき、泡状定着液を記録媒体上の未定着トナーに転写できる。一方、泡状定着液の膜厚が未定着トナー層の堆積高より小さい場合、泡塗布ローラが未定着トナー層に接触した後、未定着トナー層を泡状定着液が浸透して行くが泡状定着液が足らずに記録媒体まで到達しない。このタイミングで泡塗布ローラが分離すると、泡状定着液が浸透したトナー同士及びトナーと泡塗布ローラとの間には液の表面張力による結合力が生じる。そのため、乾いたトナー間の結合力は弱いために記録媒体からのトナー層の分離が起こり、泡塗布ローラにトナー層のオフセット付着が発生する。このような背景から、上記特許文献２では、泡塗布ローラの塗布面に付与された泡状定着液の膜厚が未定着トナー層の堆積高に比べて同じかあるいは大きくなるように高くなるように制御する泡状定着液膜厚制御手段を具備した定着装置を提案している。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２によれば、膜厚が調整された泡状定着液を泡塗布ローラにより記録媒体上の未定着トナーに接触させた際、上述したように泡塗布ローラ上の泡状定着液は分離されて泡塗布ローラ上に泡状定着液が残留するという問題があった。定着後に泡塗布ローラ上に残った泡状定着液は、記録媒体上の未定着トナーが混入している可能性があるため、泡塗布ローラ上から回収され廃棄される。このため、定着後に泡塗布ローラ上に残ってしまう定着液の量を少なくして、廃棄される無駄な定着液の量を減らすことが望まれる。
【０００８】
このような要望に対して、本発明者らは、特願２０１０−０５４０６０（以下先願と称す）で、密度の異なる泡状定着液を生成する２つの泡状定着液生成手段を用いて泡塗布ローラ上に二層構造の泡状定着液層を形成し、二層目の泡状定着液層を定着用として未定着トナーに接触し浸透させて未定着トナーを媒体に定着する定着装置を提案している。この先願の定着装置では、上述したように泡塗布ローラの表面張力で引っ張られて泡塗布ローラの表面に残留して破棄されることになる破棄用の泡状定着液を一層目として泡塗布ローラ上に付与する。この破棄用の泡状定着液は、無駄な定着液の量を減らすことから定着に用いられる二層目の定着用の泡状定着液に比べて低い密度に生成されている。そして、泡状定着液生成手段によって生成された定着用の泡状定着液が上記破棄用の泡状定着液の上層に二層目として形成される。そして、二層構造の泡状定着液は記録媒体上の未定着トナーに塗布され、二層目の定着用の泡状定着液のみが未定着トナーに転写され接触し浸透する。一層目の破棄用の泡状定着液は泡塗布ローラ上に残り、泡塗布ローラ上から回収され廃棄される。これにより、破棄用の泡状定着液は定着用の泡状定着液より低い密度であって体積が同じでもその重量は少ないので、破棄される定着液の量は少なくて済む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記先願の定着装置を一般的なカラー画像形成装置に搭載した場合、上述したように、カラー画像の堆積高がモノクロ画像の堆積高に比して高く、カラー画像の未定着トナーを定着させるためには、カラー画像の未定着トナー層の堆積高に比して二層構造の泡状定着液における全体の膜厚を同じにするか、あるいは大きくしなければならない。このため、上記泡状定着液生成手段によって生成される定着用の泡状定着液の膜厚は、少なくともカラー画像の定着に適用できるように設定されている。しかし、この設定状態のままでモノクロ画像を出力しようとすると、カラー画像より堆積高の低いモノクロ画像に、カラー画像を定着するための液量の泡状定着液が塗布されるため、泡状定着液の液量が過剰になる。このため、軟化したトナーの硬化速度が低下し、また硬化後原稿にタック感が残ってしまう可能性がある。逆に、上記泡状定着液生成手段によって生成される定着用の泡状定着液の供給量、嵩密度、膜厚をモノクロ画像の定着用として設定したとすると、カラー画像を出力しようとすると堆積高が高いカラー画像にとっては泡状定着液の液量が不足し、未定着トナー像が泡塗布ローラに付着してしまうトナーオフセットが発生しまう。
【００１０】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、画像モードに応じて最適化された膜厚の二層構造の泡状定着液を生成することができる定着装置及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、樹脂の少なくとも一部を溶解または膨潤させることで樹脂を含有する微粒子を軟化させる軟化剤を少なくとも含有した液状定着液に気体を混合させて定着用の泡状定着液を生成し、液状定着液に気体を混合させて上記定着用の泡状定着液の密度より低く、定着後に破棄される破棄用の泡状定着液を生成し、媒体上に形成された未定着の樹脂微粒子に上記定着用の泡状定着液を塗布する塗布手段の塗布面に上記破棄用の泡状定着液を付与し、更に当該破棄用の泡状定着液の層上に上記定着用の泡状定着液を付与して二層構造の泡状定着液層を形成し、形成した二層構造の泡状定着液層の膜厚を所定値に調整し、二層構造の泡状定着液のうち、上記定着用の泡状定着液を上記塗布手段を介して媒体上の未定着の樹脂微粒子に塗布して該樹脂微粒子を媒体に定着する定着装置において、未定着の樹脂微粒子で形成された画像がモノクロであるか、あるいはカラーであるかの画像モードに応じて、二層構造の泡状定着液層の膜厚を調整することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の定着装置において、上記画像モードの情報を画像形成部から取得することを特徴とするものである。
更に、請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の定着装置において、上記破棄用の泡状定着液層の膜厚は上記画像モードにかかわらず一定とし、上記定着用の泡状定着液層の膜厚は上記画像モードに応じて調整して、二層構造の上記泡状定着液層の膜厚を調整することを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の定着装置において、上記破棄用の泡状定着液層の膜厚及び上記定着用の泡状定着液層の膜厚を上記画像モードに応じてそれぞれ調整して、二層構造の上記泡状定着液層の膜厚を調整することを特徴とするものである。
更に、請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置において、上記画像モードに応じて、上記定着用の泡状定着液の供給量を制御することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項３記載の定着装置において、上記破棄用の泡状定着液の供給量は一定であることを特徴とするものである。
更に、請求項７の発明は、請求項４記載の定着装置において、上記画像モードに応じて、上記破棄用の泡状定着液の供給量を制御することを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、樹脂含有微粒子が色剤を含有したトナーで静電記録プロセスを行い媒体上に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置により上記未定着トナー画像を媒体に定着させる定着手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明においては、未定着の樹脂微粒子層の堆積高は、未定着の樹脂微粒子層で形成する画像がカラーであるか、あるいはモノクロであるかによって異なる。そのため、未定着の樹脂微粒子で形成された画像がカラーであるのか、あるいはモノクロであるのかに応じて、つまり未定着の樹脂微粒子層の堆積高に合わせて二層構造の泡状定着液層の膜厚を調整する。これにより、過剰な泡状定着液塗布による硬化速度の低下や硬化後の原稿に残るタック感の発生を防止でき、不足な泡状定着液塗布によるトナーオフセットの発生も防止できる。このように、画像モードに応じて最適化された膜厚の二層構造の泡状定着液を生成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上、本発明によれば、画像モードに応じて最適化された膜厚の二層構造の泡状定着液を生成することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の全体概略構成図である。
【図２】図１の画像形成部の主要部を示す概略構成図である。
【図３】泡状定着液による定着原理についての説明図である。
【図４】泡状定着液生成手段の構成を示す概略構成図である。
【図５】本実施形態の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。
【図６】膜厚制御用ブレードの構成を示す概略構成図である。
【図７】本実施形態の定着装置における塗布ローラ上の泡状定着液についての説明図である。
【図８】泡状定着液を塗布した後の塗布ローラ上の泡状定着液についての説明図である。
【図９】本実施形態の定着装置における画像モードに対応した制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を適用したの画像形成装置の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の全体概略構成図である。同図に示す画像形成装置は、ほぼ中央に画像形成手段である画像形成部１、その画像形成部１の下部に給紙部２、画像形成部１の上方に画像読取部３、そして画像形成部１と画像読取部３の間に胴内排紙部４の構成を有するカラー画像形成装置であり、プリンタ、複写装置、ファクシミリ、スキャナの機能を有している。なお、図示を省略しているが、画像読取部３の上方には、原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）が設けられる。
【００１６】
図１において、画像読取部３は、コンタクトガラス３ａ、読み取り走行体に搭載された原稿照明用光源３ｂと第１ミラー３ｃ、第２ミラー３ｄ、第３ミラー３ｅ、結像レンズ３ｆ、撮像素子３ｇを備え、ＡＤＦや手差しによりコンタクトガラス３ａ上に載置された原稿の画像を撮像素子３ｇで読み取り、図示省略の画像処理部で書き込み用の画像情報（例えばイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色に対応した画像信号）に変換処理して画像形成部１に送信する。
【００１７】
画像形成部１には、ドラム状の感光体により構成された複数の像担持体５Ｙ、５Ｃ、５Ｍ、５ＢＫを有し、その各像担持体には、互いに異なった色のトナー像がそれぞれ形成される。図示した例では、３つの像担持体５Ｙ、５Ｃ、５Ｍの表面に、イエロートナー像、シアントナー像、及びマゼンタトナー像の各有彩色トナー像がそれぞれ形成され、像担持体５ＢＫにはブラックトナー像が形成される。各像担持体５Ｙ乃至５ＢＫは、所定の間隔をあけて互いに平行に配置されている。かかる像担持体５Ｙ乃至５ＢＫに対向して中間転写体６が対向配置されており、この中間転写体６としてはドラムを用いることもできるが、図示した例では、複数の支持ローラ７、８、９に巻き掛けられて矢印Ａ方向に駆動される無端ベルトが用いられている。
【００１８】
図２は、図１に示す画像形成部１の主要部（各色の画像形成ユニット）を拡大して示した概略構成図である。図１に示したイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の４つの画像形成ユニット２０は同じ構成であるので、図２では一つの画像形成ユニット２０に着目し、色を表す記号は省略している。
【００１９】
図２の画像形成ユニット２０において、像担持体５の周囲には、像担持体５の表面に帯電処理を行う帯電装置１０、画像情報を感光体表面にレーザ光Ｌで照射する露光装置１１（図１に示す）、露光により像担持体５の表面に形成された静電潜像を可視像化する現像装置１２、中間転写体６を介して像担持体５と対向配置された転写装置１３、中間転写体６に転写後の像担持体表面に残留するトナーを除去回収するクリーニング装置１４、像担持体５表面の摩擦係数を下げるための潤滑剤塗布装置２５が設けられている。
【００２０】
帯電装置１０は、帯電部材としての帯電ローラ１０ａと、それを像担持体５に所定の圧力で加圧する付勢部材としてのスプリング１０ｂとを有する。帯電ローラ１０ａは、図示していないが、導電性のシャフトの周りに導電性弾性層を有し、電圧印加装置（不図示）により導電性シャフトを介して導電性弾性層と像担持体５との空隙に所定の電圧を印加して像担持体表面に電荷を付与する。また、上記現像装置１２は撹拌スクリュ１２ａにより現像剤を十分撹拌し、現像ローラ１２ｂに磁気的に付着させる。付着した現像剤は現像ドクタ１２ｃにより現像ローラ１２ｂ上に薄層化され、現像剤により像担持体５上の静電潜像が可視像化される。転写装置１３は転写バイアスローラを有し、該ローラにより電気的に中間転写体６上に像担持体５上のトナー像を付着させる。クリーニング装置１４はウレタンゴム等よりなるクリーニングシートを有し、該シートにより像担持体５上の残留トナーを掻き取るようにして除去する。
【００２１】
なお、本実施形態では、各色の画像形成ユニット２０は、像担持体５、帯電装置１０、現像装置１２、クリーニング装置１４及び潤滑剤塗布装置２５がユニット化されたプロセスカートリッジ（ＰＣ）として構成されている。プロセスカートリッジ（ＰＣ）の形態は任意であるが、本発明のプロセスカートリッジ（ＰＣ）は潤滑剤塗布装置２５と、像担持体５、帯電装置１０、現像装置１２及びクリーニング装置１４の少なくとも一構成部材を組み合わせたものである。
【００２２】
このような画像形成装置において画像形成が開始されると、各色の画像形成ユニットでは、像担持体５が図２における時計回り方向に回転駆動され、このとき帯電装置１０によって像担持体５の表面が所定の極性に帯電される。次いで、その帯電面に、図１に示す露光装置１１から画像情報に基づくレーザ光Ｌが照射され、これによって像担持体５に静電潜像が形成される。なお、画像情報は、前述の画像読取部３で読み取った画像データや、外部のコンピュータからＬＡＮ等を介して送られてくるデータや、ファクシミリで受信したデータ等である。画像読取部３が用いられた場合は、コンタクトガラス３ａ上に載置された原稿（図示せず）が原稿照明用光源３ｂと第１ミラー３ｃよりなる読み取り走行体が往復移動し、その際、読み取り走行体により走査された画像情報が第２ミラー３ｄ、第３ミラー３ｅ、結像レンズ３ｆを介して、結像レンズ３ｆの後方に設置されている撮像素子（例えばＣＣＤ）３ｇに画像信号として読み込まれる。この読み込まれた画像信号は、デジタル化され画像処理されて露光装置１１のレーザダイオード（不図示）の発光により像担持体５の表面に書き込まれる。そして、像担持体５の表面に形成された静電潜像は、現像装置１２の現像ローラ８に担持された乾式現像剤（樹脂と色材を含有する樹脂微粒子（以下トナーと称す）を含む現像剤）によって、トナー像として可視像化される。
【００２３】
上記した画像形成動作は、図１に示す全ての像担持体５Ｙ乃至５Ｂｋで行われ、これによって各像担持体５Ｙ乃至５ＢＫにそれぞれ形成されたイエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像及びブラックトナー像が中間転写体６上に順次重ねて転写される。また、図１に示した画像形成装置においては、中間転写体６を挟んで、支持ローラ７に対向して二次転写装置（例えば二次転写ローラ）１６が配置されている。
【００２４】
一方、画像形成部１の下部に配置された給紙部２から、転写紙（定形の普通紙、連続紙、レター用紙、葉書、厚紙等）又は樹脂フィルム（ＯＨＰシート等）などから成る記録媒体Ｐが給紙ローラ２ａにより矢印Ｂで示すように送り出され、その記録媒体Ｐは、レジストローラ対２ｂの回転によって所定のタイミングで、二次転写装置１６と中間転写体６との間に送り込まれる。このようにして、記録媒体Ｐが二次写装置１６を通過するとき、この二次転写装置１６の作用によって中間転写体６上の重ねトナー像が記録媒体Ｐ上に一括して転写される。そして、定着装置１８によってトナー像が記録媒体Ｐに定着された後、排紙ローラ１９により胴内排紙部４に排紙される。また、トナー像転写後の中間転写体６の表面に付着する転写残トナーは、ベルト用のクリーニング装置１５によって除去される。また、二次転写装置１６のローラ表面に付着するトナーや紙粉等は、ローラ用のクリーニング装置によって除去される。なお、ベルト用のクリーニング装置１５やローラ用のクリーニング装置にも、必要に応じて潤滑剤塗布装置が設けられる。
【００２５】
次に、泡状定着液を用いた基本的な定着装置及び定着方法について詳細に説明する。
図３は泡状定着液による定着原理についての説明図である。本実施形態に係る定着装置及び定着方法では、図３に示すように、樹脂の少なくとも一部を溶解または膨潤させることで樹脂を含有する微粒子を軟化させる軟化剤を含有した泡状定着液４５を記録媒体Ｐ上の樹脂微粒子（未定着トナーＴ）に付与して該樹脂微粒子を記録媒体Ｐに定着する。具体的には、後述する泡状定着液生成手段によって定着液を泡で構成された泡状定着液４５とすることで、定着液のカサ密度を低くできると共に、図３の（ａ）に示すように、泡状定着液塗布部材である泡塗布ローラ４１上の定着液層（泡状定着液膜）４５を厚くすることができ、更には定着液の表面張力による影響が抑えられるため、泡塗布ローラ４１への樹脂微粒子のオフセットを防止できる。
【００２６】
泡状定着液４５は、記録媒体Ｐの搬送過程で、泡塗布ローラ４１と記録媒体Ｐとを接触させることで、記録媒体Ｐ及び記録媒体Ｐ上の未定着トナーＴに浸透・転写する。その際、泡状定着液４５の全てが記録媒体Ｐ上に転写するのではなく、図３の（ｂ）に示すように、幾らかは泡塗布ローラ４１上に残ることがわかっており、種々の実験の結果、その比率は体積比で、記録媒体上定着液：泡塗布ローラ上定着液＝７：３となる知見を得ている。
【００２７】
次に、泡状定着液生成手段の基本的構成について説明する。図４は、泡状定着液生成手段の概略構成図である。図４に示す泡状定着液生成手段３０は、液状定着液から大きな泡の泡状定着液を生成した後、大きな泡を分泡し、微小な処方の泡の泡状定着液を生成するものである。この泡状定着液生成手段３０における大きな泡生成部としては、図４に示すように、定着液容器３１内の液状定着液３２を液体搬送ポンプ３３及び液体搬送パイプ３４等の液体輸送手段を用いて気液混合部３５へ供給する。また、空気口４０から気体搬送ポンプ３９及び気体搬送パイプ３６等の気体輸送手段を用いて空気を気液混合部３５へ供給する。なお、空気は圧縮空気を用いる方法も考えられる。
【００２８】
気液混合部３５では、上記のように搬送された液体と気体が混合し、更に微小孔シート３７を通過することで、泡径の揃った大きな泡を生成させることができる。微小孔シート３７の孔径は、３０［μｍ］〜１００［μｍ］程度が望ましい。また、図４の微小孔シート３７に限らず、連泡構造の多孔質部材であればよく、孔径３０［μｍ］〜１００［μｍ］程度を有する焼結セラミックス板や不織布や発泡樹脂シートであってもよい。また、別の大きな泡の生成方法としては、上記の液体搬送ポンプ３３と気体搬送ポンプ３９より供給された液状定着液と空気を羽根状攪拌子で攪拌しながら、液に気泡を巻き込みながら大きな泡を生成させる構成や、上記の液体搬送ポンプ３３より供給された液状定着液に空気供給ポンプ等でバブリングを行い大きな泡を生成する構成も望ましい。
【００２９】
次に、図４に示す泡状定着液生成手段３０では、気液混合部３５で生成された大きな泡を分割して２つ以上に分泡化するために、大きな泡にせん断力を加えるための、微小泡生成部３８が設けられている。この微小泡生成部３８は、図４に示すように閉じた二重円筒で構成されており、内側円筒３８−１が回転可能な構成としている。そして、外側円筒３８−２の一部より、気液混合部３５で生成された大きな泡状定着液を供給し、内部の回転する内側円筒３８−１と外側円筒３８−２の隙間（ここが流路となる）を通過させることにより、大きな泡の泡状定着液は回転する内側円筒３８−１によりせん断力を受ける。このせん断力により、大きな泡は微小な泡へと変化し、外側円筒３８−２に設けられた泡の出口より、所望の微小な泡径を有する泡状定着液を得ることができる。
【００３０】
また、回転する内側円筒３８−１の回転数と、内側円筒３８−２の長手方向の長さにより液搬送速度は決定される。外側円筒３８ｂの内径をｄ１［ｍｍ］、円筒長さをＬ［ｍｍ］とし、内側円筒３８−１の外径をｄ２［ｍｍ］とし、回転数をＲ［ｒｐｍ］とすると、微小な泡を生成するための液搬送速度Ｖ［ｍｍ３／秒］は、 Ｖ＝Ｌ×π×（ｄ１２−ｄ２２）／４／（１０００／Ｒ）の式で決まることがわかった。例えば、ｄ１が１０［ｍｍ］、ｄ２が８［ｍｍ］、Ｌが５０［ｍｍ］、回転数Ｒが１０００［ｒｐｍ］とすると、液搬送速度は約１４００［ｍｍ３／秒］（１．４［ｃｃ／秒］）となる。記録媒体ＰとしてＡ４の転写紙を定着するために必要な泡状定着液が３［ｃｃ］であるとすると、液状定着液から必要量の泡状定着液を生成するのに立上がり時間は約２秒ですみ、極めて素早く、所望の泡径を有する泡状定着液を生成可能となる。また、内側円筒３８−１にらせん状の溝を設けて、円筒内での液搬送性を良くしてもよい。
【００３１】
このように、図４に示す泡状定着液生成手段３０では、液状定着液３２を大きな泡径を有する液へと変化させる大径泡生成部（気液体混合部３５）と、大きな泡にせん断力を加えて微小な泡を生成する微小泡生成部３８を組み合わせることで、液状定着液３２から、極めて短時間に５［μｍ］〜５０［μｍ］程度の微小な泡径を有する泡状定着液を生成させることができる。
【００３２】
なお、泡状の定着液の嵩密度としては、０．０１［ｇ／ｃｍ３］〜０．１［ｇ／ｃｍ３］程度の範囲が望ましい。嵩密度は、液体搬送ポンプ３３と気体搬送ポンプ３９の出力を変えることで単位時間当たりの液体・気体流量比を変え、制御することができる。
【００３３】
更に、定着液は、紙等の記録媒体上のトナー等の樹脂含有微粒子の層への塗布時に泡状となっていればよく、保存用容器や、泡状定着液生成手段３０の定着液容器３１内で泡状である必要はない。即ち、保存用容器や定着液容器３１中では気泡を含有しない液体で、容器から液を供給する時点や、樹脂含有微粒子の層へ付与するまでの液体搬送経路で泡状にする手段を設ける構成が望ましい。これは、定着液容器３１では液体で、容器から液を取り出した後に泡状とする構成のほうが、容器の小型化ができるという大きな利点を有するためである。
【００３４】
図５は本実施形態の泡状定着液生成手段を有する定着装置の概略構成図である。同図の制御部５０は、図２に示した構成の画像形成部の主要部（各色の画像形成ユニット、中間転写体、二次転写装置等）と、図４に示した構成の泡状定着液生成手段３０を備えた定着装置１８を制御する。前述したように、図２に示した画像形成部の主要部の各色の画像形成ユニット２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫで各色の画像が像担持体５Ｙ、５Ｃ、５Ｍ、５ＢＫ上に形成されて中間転写体６上に転写され、中間転写体６上に形成された未定着トナー画像は二次転写部にて二次転写装置１６により記録媒体Ｐに転写される。
【００３５】
制御部５０は、画像形成部の主要部を制御して、記録媒体Ｐ上に形成する未定着トナー画像の画像モードに応じて、泡状定着液生成手段３０−１、３０−２で生成する密度の異なる２種類の泡状定着液の供給量、嵩密度が適切な値になるように制御し、同時に定着装置１８の泡塗布ローラ４１上の泡状定着液の膜厚が供給量に応じた最適値になるように膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２を制御する。例えば、未定着トナー画像量が少ない場合は供給量を少なくし、同時に膜厚を薄くする制御が考えられる。
【００３６】
上記のように泡状定着液生成手段３０−１、３０−２で生成された泡状定着液は、微小泡生成部３８−１、３８−２の外側円筒に設けられた泡の出口に接続された泡搬送パイプにより泡吐出ヘッド４３−１、４３−２に送られ、泡吐出ヘッド４３−１、４３−２により泡塗布ローラ４１上に泡を吐出した後、膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２を介して所望の膜厚に整形され、泡塗布ローラ４１上に泡状定着液膜４５ａ、４５ｂとして形成される。この泡状定着液膜が、泡塗布ローラ４１と加圧ローラ４４との接触箇所で、記録媒体Ｐ上の未定着トナー画像に接触、塗布されることで定着工程が行われる。
【００３７】
泡状定着液の泡塗布ローラ４１上での膜厚制御は、図６に示すように、泡塗布ローラ４１とギャップを設けた回転可能な膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２を用い、膜厚を薄くするときは図６の（ａ）に示すように泡塗布ローラ４１と膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２のギャップを狭くし、膜厚を厚くするときは図６の（ｂ）に示すように泡塗布ローラ４１と膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２のギャップを広くする。また、ギャップの制御例としては、膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２の端部に回転駆動手段（ステッピングモータ、ソレノイド等）を有する回転軸４２ａを設け、この回転軸４２ａの駆動を制御部５０で制御し、トナー層の厚さや環境温度等、更には泡状定着液の気泡の大きさ、泡粘度及び塗布加圧力並びに未定着トナーの層厚等に応じて、ギャップ量を制御し、泡状定着液の未定着トナー層での浸透時間を調整するための最適な膜厚を制御する。
【００３８】
図７は本実施形態における泡塗布ローラ上の泡状定着液について説明する図である。図７に示す泡塗布ローラ４１上の泡状定着液膜は、図５に示した泡状定着液生成手段３８−２により生成された低密度の泡状定着液膜４５ａの層の上に、泡状定着液生成手段３８−１により生成された定着用の泡状定着液膜４５ｂの層が形成された構成になっている。
【００３９】
図８は二層の泡状定着液膜による定着の様子を示す図である。図３と同様、二層の泡状定着液４５ａ，４５ｂは、記録媒体Ｐの搬送過程で塗布ローラ４１と記録媒体Ｐとを接触させることで、記録媒体Ｐ及び記録媒体Ｐ上の未定着トナーＴに浸透し、転写する。その際、記録媒体Ｐ及び記録媒体Ｐ上の未定着トナーＴに浸透、転写する泡状定着液は、図８に示すように、主として定着用の泡状定着液４５ｂであるので、泡塗布ローラ４１上には密度の低い泡状定着液４５ａが多く残るため、記録媒体上定着液と泡塗布ローラ上定着液の体積比が７：３でも、重量比が向上する。例えば、定着用の泡の密度０．０５［ｇ／ｃｍ３］に対して、低密度の泡の密度を０．０１［ｇ／ｃｍ３］として泡膜を形成することを考えたとき、泡塗布ローラ４１上に残る泡の９０％が低密度の泡だとすると、記録媒体上定着液と泡塗布ローラ上定着液の体積比が７：３の場合、その重量比は約９：１になる。このように、本実施形態では、泡塗布ローラ４１上に、二種類の泡状定着液（低密度の泡状定着液４５ａと定着用の泡状定着液４５ｂ）で二層の泡膜を形成して、記録媒体Ｐ上の未定着トナー（樹脂微粒子）Ｔに付与するので、定着動作後、最終的に泡塗布ローラ４１上に残る泡の密度を下げることができ、泡塗布ローラ４１上に残る泡状定着液を少なくすることができる。
【００４０】
次に、本実施例の定着装置における制御動作について当該制御動作フローを示す図９に従って説明する。
先ず、図５の制御部５０は、画像形成部の主要部から、中間転写体６に形成された未定着トナー像がモノクロ画像であるのか、あるいはカラー画像であるのかを画像モード信号を取得する。そして、画像モード信号に基づいて未定着トナー像がモノクロ画像であるモードのモノクロモードであるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。判定結果、モノクロモードであれば、モノクロ用液状定着液の供給量及びモノクロ用気体の供給量をそれぞれ設定する（ステップＳ１０１；ＹＥＳ、ステップＳ１０２、Ｓ１０３）。ここで、モノクロ画像とカラー画像を比較したとき、未定着トナー像の堆積高が異なる。一般的にカラー画像の方の堆積高が高い。カラー画像の堆積高より低いモノクロ画像の堆積高に合うように泡状定着液の供給量、嵩密度、厚みを設定すると、堆積高さが低い条件において泡状定着液量が過剰になり、軟化したトナーの硬化速度の低下や、硬化後原稿にタック感が残ってしまう可能性がある。そのため、本実施形態では、カラー画像の場合はモノクロ画像の場合と比較して、供給量を多くし、かつ膜厚を厚くするような制御を行うような画像モードに応じた制御を行う。よって、モノクロモードの場合は、泡状定着液生成手段３０−２によって低密度の泡状定着液４５ａを泡塗布ローラ４１上に付与した後膜厚制御用ブレード４２−２によって所定の膜厚に調整される。そして、泡状定着液生成手段３０−１の液体搬送ポンプ３３−１及び気体搬送ポンプ３９−１を制御してモノクロ画像の堆積高に合う定着用の泡状定着液４５ｂを生成する。そして、泡状定着液生成手段３０−１によって生成された定着用の泡状定着液４５ｂは低密度の泡状定着液４５ａの上層に付与される。次に、膜厚制御用ブレード４２−１の位置を所定の位置に設定することで所定のギャップを形成し二層構造の泡状定着液４５はモノクロ用の所定の膜厚に調整される（ステップＳ１０４）。一方、ステップＳ１０１で未定着トナー像がカラー画像であるモードのカラーモードであった場合、カラー用定着液の供給量及びモノクロ用気体の供給量をそれぞれ設定する（ステップＳ１０１；ＮＯ、ステップＳ１０５、Ｓ１０６）。泡状定着液生成手段３０−２によって低密度の泡状定着液４５ａを泡塗布ローラ４１上に付与した後膜厚制御用ブレード４２−２によって所定の膜厚に調整される。ここで、カラーモードにおける低密度の泡状定着液４５ａの膜厚は、モノクロモードにおける低密度の泡状定着液４５ａの膜厚と同じにしてもよく、カラーモードにおいてオフセット発生防止及びカラー画像の堆積高に対応可能のためモノクロモードにおける低密度の泡状定着液４５ａの膜厚より大きくしてもよい。そして、泡状定着液生成手段３０−１の液体搬送ポンプ３３−１及び気体搬送ポンプ３９−１を制御してカラー画像の堆積高に合う定着用の泡状定着液４５ｂを生成する。そして、泡状定着液生成手段３０−１によって生成された定着用の泡状定着液４５ｂは低密度の泡状定着液４５ａの上層に付与される。次に、膜厚制御用ブレード４２−１の位置を所定の位置に設定することで所定のギャップを形成し二層構造の泡状定着液４５はカラー用の所定の膜厚に調整される（ステップＳ１０７）。
【００４１】
次に、本実施形態の定着装置で用いられる定着液組成について説明する。本実施形態の定着装置では、少なくとも軟化剤と起泡剤とを含有する液状定着液を、液状から液中に気泡を分散させて泡を多く含んだ泡状定着液を用いて上述のように定着を行っている。
【００４２】
先ず、軟化剤について説明する。
軟化剤は、トナーに含まれる樹脂の少なくとも一部を溶解または膨潤させることで樹脂微粒子を軟化させる機能を有する。
軟化剤としては、エステル化合物であることが好ましい。エステル化合物は、トナー等の樹脂微粒子に含まれる樹脂の少なくとも一部を溶解または膨潤させる溶解性または膨潤性に優れている。上記エステル化合物の中でも、脂肪族エステル、炭酸エステルが、樹脂の軟化能力が優れている点で特に好ましい。また、後述する起泡剤としてのアニオン系界面活性剤による起泡性を阻害しない点からも好ましい。
【００４３】
また、記録媒体に対する樹脂微粒子としてのトナーの定着は、密封された環境において頻繁に使用される機器で行われ、軟化剤はトナーの記録媒体への定着後にもトナー中に残留するため、記録媒体に対するトナーの定着は揮発性有機化合物（ＶＯＣ）及び不快臭の発生を伴わないことが好ましい。すなわち、軟化剤は揮発性有機化合物（ＶＯＣ）及び不快臭の原因となる物質を含まないことが好ましい。脂肪族エステルは、一般に汎用される有機溶剤（トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、酢酸エチルなど）と比較して、高い沸点及び低い揮発性を有し、刺激臭を持たない。
【００４４】
オフィス環境等における臭気を高い精度で測定することができる実用的な臭気の測定尺度として、官能測定である三点比較式臭袋法による臭気指数〔１０×ｌｏｇ（物質の臭気が感じられなくなるまでの物質の希釈倍率）〕を臭気の指標とすることができる。また、軟化剤に含まれる脂肪族エステルの臭気指数は、１０以下であることが好ましい。この場合、通常のオフィス環境では、不快臭を感じなくなる。更に、軟化剤のみならず、定着液に含まれる他の液剤も同様に、不快臭及び刺激臭を有さないことが好ましい。
【００４５】
上記脂肪族エステルは、飽和脂肪族エステルを含む。上記脂肪族エステルが、飽和脂肪族エステルを含む場合には、軟化剤の保存安定性（酸化、加水分解などに対する耐性）を向上させることができる。また、多くの飽和脂肪族エステルは、トナーに含まれる樹脂を１［秒］以内で溶解または膨潤させることができる。更に、飽和脂肪族エステルは、記録媒体に提供されたトナーの粘着感を低下させることができる。これは、飽和脂肪族エステルが、溶解または膨潤したトナーの表面に油膜を形成するためであると考えられる。
【００４６】
よって、定着液としては、上記飽和脂肪族エステルが「Ｒ１ＣＯＯＲ２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることが望ましい。この化合物の一般式におけるＲ１は、炭素数が１１以上１４以下のアルキル基を示しており、Ｒ２は、炭素数が１以上６以下の直鎖型もしくは分岐型アルキル基を示している。Ｒ１及びＲ２の炭素数がそれぞれ所望の範囲よりも少ないと臭気が発生し、所望の範囲よりも多いと樹脂軟化能力が低下する。定着液としては、上記飽和脂肪族エステルが「Ｒ１ＣＯＯＲ２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることにより、トナーに含まれる樹脂に対する溶解性または膨潤性を向上させることができる。また、上記一般式「Ｒ１ＣＯＯＲ２」で表される化合物の臭気指数は、１０以下であり、不快臭及び刺激臭を有さない。
【００４７】
上記化合物を含む上記飽和脂肪族エステルである脂肪族モノカルボン酸エステルとしては、例えばラウリン酸エチル、ラウリン酸ヘキシル、トリデシル酸エチル、トリデシル酸イソプロピル、ミリスチン酸エチル、ミリスチン酸イソプロピル、などが挙げられる。上記化合物を含むこれらの脂肪族モノカルボン酸エステルの多くは、油性溶媒に溶解するが、水には溶解しない。よって、上記化合物である脂肪族モノカルボン酸エステルの多くについて、水性溶媒では、グリコール類を溶解助剤として定着液に含有し、溶解またはマイクロエマルジョンの形態とする。
【００４８】
また、定着液としては、上記脂肪族エステルが脂肪族ジカルボン酸エステルを含むものを用いることが望ましい。上記脂肪族エステルが、脂肪族ジカルボン酸エステルを含む場合には、より短い時間でトナーに含まれる樹脂を溶解または膨潤させることができる。例えば、６０［ｐｐｍ］程度の高速印字では、記録媒体における未定着のトナーに定着液を付与し、トナーが記録媒体に定着するまでの時間は、１［秒］以内であることが好ましい。上記脂肪族エステルが、脂肪族ジカルボン酸エステルを含む場合には、記録媒体における未定着のトナー等に定着液を付与し、トナーが記録媒体に定着するのに要する時間を、０．１［秒］以内にすることが可能となる。更に、より少量の軟化剤を添加することによって、トナーに含まれる樹脂を溶解または膨潤させることができるため、定着液に含まれる軟化剤の含有量を低減することができる。
【００４９】
よって、定着液としては、上記脂肪族ジカルボン酸エステルが「Ｒ３（ＣＯＯＲ４）２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることが望ましい。この化合物の一般式におけるＲ３は、炭素数が３以上８以下のアルキレン基を示しており、Ｒ４は、炭素数が３以上５以下の直鎖型又は分岐型アルキル基を示している。Ｒ３及びＲ４の炭素数がそれぞれ所望の範囲よりも少ないと臭気が発生し、所望の範囲よりも多いと樹脂軟化能力が低下する。定着液としては、上記脂肪族ジカルボン酸エステルが「Ｒ３（ＣＯＯＲ４）２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることにより、トナーに含まれる樹脂に対する溶解性または膨潤性を向上させることができる。また、上記一般式「Ｒ３（ＣＯＯＲ４）２」で表される化合物の臭気指数は、１０以下であり、不快臭及び刺激臭を有さない。
【００５０】
上記化合物を含む上記脂肪族ジカルボン酸エステルとしては、例えばコハク酸２エチルヘキシル、アジピン酸ジブチル、アジピン酸ジイソブチル、アジピン酸ジイソプロピル、アジピン酸ジイソデシル、セバシン酸ジエチル、セバシン酸ジブチル等が挙げられる。上記化合物を含むこれらの脂肪族ジカルボン酸エステルの多くは、油性溶媒に溶解するが、水には溶解しない。よって、水性溶媒では、グリコール類を溶解助剤として定着液に含有し、溶解またはマイクロエマルジョンの形態とする。
【００５１】
更に、本実施形態における定着液において、上記脂肪族エステルは、脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルを含むことが望ましい。上記脂肪族エステルが、脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルを含む場合には、記録媒体に対するトナーの定着性を向上させることができる。
【００５２】
定着液としては、上記脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルが「Ｒ５（ＣＯＯＲ６−Ｏ−Ｒ７）２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることが望ましい。この化合物の一般式におけるＲ５は、炭素数が２以上８以下のアルキレン基を示しており、Ｒ６は、炭素数が２以上４以下のアルキレン基を示し、Ｒ７は、炭素数が１以上４以下のアルキル基を示している。Ｒ５、Ｒ６及びＲ７の炭素数がそれぞれ所望の範囲よりも少ないと臭気が発生し、所望の範囲よりも多いと樹脂軟化能力が低下する。定着液としては、上記脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルが「Ｒ５（ＣＯＯＲ６−Ｏ−Ｒ７）２」の一般式で表される化合物を含むものを用いることにより、トナーに含まれる樹脂に対する溶解性または膨潤性を向上させることができる。また、上記一般式「Ｒ５（ＣＯＯＲ６−Ｏ−Ｒ７）２」で表される化合物の臭気指数は、１０以下であり、不快臭及び刺激臭を有さない。
【００５３】
上記化合物を含む上記脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルとしては、例えばコハク酸ジエトキシエチル、コハク酸ジブトキシエチル、コハク酸ジカルビトール、アジピン酸ジメトキシエチル、アジピン酸ジエトキシエチル、アジピン酸ジブトキシエチル、セバシン酸ジエトキシエチル等が挙げられる。上記化合物を含むこれらの脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルを水性溶媒で用いる場合には、必要に応じてグリコール類を溶解助剤として定着液に含有させ、溶解またはマイクロエマルジョンの形態とする。
【００５４】
上記炭酸エステルとしては、例えば炭酸エチレン、炭酸プロピレン（プロピレンカーボネート）、グリセロール１，２−カルボナート、４−メトキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−オンなどが挙げられる。
【００５５】
また、上記以外のエステル化合物としては、例えばクエン酸トリエチル、アセチルクエン酸トリエチル、クエン酸トリブチル、アセチルクエン酸トリブチル等のクエン酸エステル；エチレングリコールジアセタート、ジエチレングリコールジアセタート、トリエチレングリコールジアセタート等のグリコールをエステル化した化合物；モノアセチン、ジアセチン、トリアセチン等のグリセリンをエステル化した化合物などが挙げられる。
【００５６】
次に、起泡剤について説明する。
上述のように定着液は軟化剤を含有するが、一般的に軟化剤は消泡作用が強い。このため、本実施形態の定着装置のように、液状の定着液を泡状定着液として用いる場合、定着液中の軟化剤の濃度が高いほど、定着液の起泡性及び泡沫安定性が悪くなり、起泡し難くなったり、泡状定着液が破泡し易くなったりするおそれがある。起泡し難いと嵩密度の低いの泡状定着液を得ることができず、所望の嵩密度の泡状定着液を得たとしても、泡状定着液が破泡し易いと定着ニップで完全に破泡してしまい液状定着液を塗布する構成と同様の問題が生じる。
【００５７】
また、起泡剤としては、アニオン系界面活性剤が優れた起泡性と泡沫安定性とを実現することができ、起泡剤として優れている。アニオン系界面活性剤のなかでも、脂肪酸塩は、最も泡沫安定性に優れ、定着液の起泡剤として最も適する。ここで、泡沫安定性とは、泡状となった定着液が液状となり難い性質をいう。本実施形態の定着装置で未定着トナーに付与する泡状定着液としては、泡の状態で１分間放置しても消泡せず、泡の状態を保てる程度の泡沫安定性を有することが望ましい。
【００５８】
本発明者らは、定着液中の軟化剤濃度を高めたときの起泡性及び泡沫安定性の劣化問題を解決するため、アニオン系界面活性剤の種類や濃度を因子として多種の試作を行った。また、非特許文献１にも記載されている「スーパーファット」と呼称される技術、つまり固形洗浄剤（石鹸）に含有されている遊離脂肪酸に着目して試作を行った。ここで、スーパーファットと呼称される技術について概説すると、酸化されにくい遊離脂肪酸を少量加え、過剰油脂分を増やす方法であり、ケン化されない油脂を少量分残すことによって、例えば保湿作用を高めるなどの効果があるとされている。上記非特許文献１には、石鹸水溶系に極少量の脂肪酸を添加すると、起泡性能が向上する上、泡質が一層クリーミィになることが知られており、スーパーファットソープと呼ばれていると記載されている。このスーパーファットと同様に軟化剤を有する定着液に極少量の脂肪酸を添加して泡化しようとしたが起泡性及び泡沫安定性のいずれも悪かった。
【００５９】
これに対して、本発明者らは、起泡剤として炭素数１２から１８の脂肪酸塩を用い、更に炭素数１２から１８の脂肪酸を定着液中に含有することにより、軟化剤の濃度が高くなっても、定着液の起泡性が劣化しない泡状定着液を提供できることを見出した。軟化剤を含有した定着液において、単に水を起泡する場合に比較して、脂肪酸塩の炭素数としては、１２から１８が起泡性に優れている。具体的には、ラウリン酸塩（炭素数１２）、ミリスチン酸塩（炭素数１４）、パルミチン酸塩（炭素数１６、）、ステアリン酸塩（炭素数１８）が適する。また、ペンタデシル酸（炭素数１５）、マルガリン酸（炭素数１７）なども適する。
【００６０】
ここで、脂肪酸と軟化剤との作用について説明すると、軟化剤はエステル基を化学構造中に有しており、脂肪酸はカルボニル基を化学構造中に有している。この点から、軟化剤のエステル基と脂肪酸のカルボニル基が定着液の系内で、電気的な作用を示し、またそれが分子間の結合作用を生じさせ、定着液の特性として起泡性及び泡沫安定性を向上させている。
【００６１】
また、炭素数１２から１８の範囲においても、炭素数が少ないほうが起泡性に優れているが泡沫安定性が悪く、炭素数が多いほうが起泡性にあまりよくないが泡沫安定性に極めて優れている。このため、定着液中には、単独の脂肪酸塩を含有させても良いが、炭素数１２から１８の脂肪酸塩を混合して含有させる方がさらに優れている。混合比率としては、ミリスチン酸塩（炭素数１４）を最も多く含み、ラウリン酸塩（炭素数１２）、ステアリン酸塩の割合を低くすることが望ましい。より具体的な脂肪酸塩の比率としては、ラウリン酸塩：ミリスチン酸塩：パルミチン酸塩：ステアリン酸塩の重量比で、０：６：３：１、１：５：３：１、１：４：４：１などが適する。
【００６２】
ところで、定着液中に起泡剤である脂肪酸塩と同じ炭素数の脂肪酸を含有することで軟化剤の濃度が高くなっても起泡性及び泡沫安定性を維持することができる。軟化剤の濃度として、１０［ｗｔ％］未満では、脂肪酸を含有しなくても起泡性は問題ない。しかし、軟化剤の濃度が１０［ｗｔ％］以上、特に軟化剤の濃度が３０［ｗｔ％］以上になると、脂肪酸塩だけでは、ほとんど起泡しなくなり起泡性が悪くなる。このような軟化剤の濃度が３０［ｗｔ％］となる定着液において、脂肪酸塩と同じ炭素数の脂肪酸を含有させると、起泡性を維持できる。
【００６３】
但し、脂肪酸の含有量が多くなりすぎると、起泡剤である脂肪酸塩の比率が下がり、起泡性が再び悪くなる。そこで、脂肪酸塩のモル数を、脂肪酸のモル数と同じに、またはは大きくするほうがよい。あるいは、脂肪酸と脂肪酸塩の比率を、５：５から１：９の範囲とした場合起泡性が優れている。
【００６４】
なお、同じ炭素数の脂肪酸と脂肪酸塩の組合せだけでなく、例えば、脂肪酸塩がミリスチン酸アミンで、脂肪酸がステアリン酸の組合せや脂肪酸塩がパルミチン酸カリウムで脂肪酸がステアリン酸のような炭素数が１２から１８の範囲で異なる組合せであってもよい。要は、炭素数１２から１８の範囲の脂肪酸を定着液に含有することで、高濃度の軟化剤を含有しても、起泡性が悪くならず、泡沫安定性に優れ、嵩密度の極めて低い泡化を可能とする。
【００６５】
また、他のアニオン系界面活性剤、例えばアルキルエーテル硫酸塩（ＡＥＳ）を起泡剤として、炭素数１２から１８の脂肪酸を含有した定着液であっても、軟化剤濃度増加による起泡性が悪くなるのを防止する効果があることがわかった。但し、最も組合せとして優れているのは脂肪酸塩との組合せである。
【００６６】
更に、脂肪酸塩としては、脂肪酸ナトリウム、脂肪酸カリウム、脂肪酸アミンが適している。更に、最も適している脂肪酸アミンは、具体的には、水を加熱し、脂肪酸を添加し、その後トリエタノールアミンを添加して、一定時間撹拌しながら加熱してケン化反応させることで作製することができる。このとき、脂肪酸とトリエタノールアミンとのモル比を、１：０．５から１：０．９の範囲と脂肪酸比率を高くすることで、ケン化後、未反応の脂肪酸が残留し、定着液中に脂肪酸と脂肪酸アミンを混合させることができる。同じことは、ナトリウム塩やカリウム塩でも可能である。
【００６７】
ところで、定着液中の軟化剤濃度が高くなると希釈溶媒である水に軟化剤が溶解しにくくなる。そこで、検討した結果、多価のアルコール類、具体的にはエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３ブチレングリコール、グリセリンなどを定着液中に含有させることで、軟化剤が高濃度でも溶解し、かつ脂肪酸塩による起泡性を劣化させず、むしろ起泡性が向上することがわかった。また、多価のアルコール類の含有量は、１［ｗｔ％］から３０［ｗｔ％］の範囲が適当である。３０［ｗｔ％］より多い含有量では、起泡性がむしろ劣化するため適さない。
【００６８】
なお、本実施形態では泡状定着液塗布部材として泡塗布ローラ４１を用いた例で説明したが、泡塗布部材としては複数のローラに張架された泡塗布ベルトでもよい。また、泡状定着液塗布部材に対向して配置される加圧部材は、加圧ローラ４４に限るものではなく、複数のローラに張架された加圧ベルトであってもよい。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態によれば、図５に示すように、制御部５０は画像形成部の主要部から中間転写体６に形成された未定着トナー像がモノクロであるか、あるいはカラーであるかの画像モードの情報を取得する。制御部５０は二層構造の泡状定着液を形成する２つの泡状定着液生成手段３０−１、３０−２における液状定着液の各供給量をそれぞれ制御して、後段での膜厚調整可能な膜厚の二層構造の泡状定着液を生成する。そして、制御部５０は、取得した画像モードの情報に応じて膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２による膜厚を調整して、画像モードに対して最適化された膜厚の二層構造の泡状定着液を生成する。例えば未定着の樹脂微粒子で形成された画像がモノクロであれば、カラーの画像モードのときにおける泡状定着液生成手段３０−１、３０−２によって生成される泡状定着液の各供給量よりも少なくし、かつ二層構造の泡状定着液の膜厚をモノクロ用の膜厚に調整する。これにより、過剰な泡状定着液塗布による硬化速度の低下や硬化後の原稿に残るタック感の発生を防止できる。逆に、例えば未定着の樹脂微粒子で形成された画像がカラーであれば、カラーの画像モードのときの泡状定着液生成手段３０−１、３０−２によって生成される泡状定着液の各供給量で、かつ二層構造の泡状定着液の膜厚を膜厚制御用ブレード４２−１、４２−２によってカラー用の膜厚に調整することで、不足な泡状定着液塗布によるトナーオフセットの発生も防止できる。よって、画像モードに応じて最適化された膜厚の二層構造の泡状定着液を生成することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１：画像形成部
２：給紙部
３：画像読取部
４：胴内排紙部
５（５Ｙ，５Ｃ，５Ｍ，５Ｂｋ）：像担持体
６：中間転写体
１０：帯電装置
１１：露光装置
１２：現像装置
１３：転写装置
１８：定着装置
２０（２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋ）：画像形成ユニット
２５：潤滑剤塗布装置
３０：泡状定着液生成手段
３０−１：泡状定着液生成手段
３０−２：泡状定着液生成手段
３１、３１−１、３１−２：定着液容器
３２：液状定着液
３３、３３−１、３３−２：液体搬送ポンプ
３４：液体搬送パイプ
３５：気液混合部
３６：気体搬送パイプ
３７：微小孔シート
３８、３８−１、３８−１：微小泡生成部
３９、３９−１、３９−２：気体搬送ポンプ
４０：空気口
４１：泡塗布ローラ
４２、４２−１、４２−２：膜厚制御用ブレード
４３、４３−１、４３−２：泡吐出ヘッド
４４：加圧ローラ
４５：泡状定着液膜
４５ａ：低密度の泡状定着液膜
４５ｂ：定着用の泡状定着液膜
５０：制御部
Ｐ：記録媒体
Ｔ：未定着トナー（樹脂含有微粒子）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７１】
【特許文献１】特許第４４８６１６０号公報
【特許文献２】特開２００９−９２８９７号公報
【００７２】
【非特許文献１】「泡のエンジニアリング」初版（石井淑夫著，株式会社テクノシステム，２００５年３月２５日発行，Ｐ．４８９）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂の少なくとも一部を溶解または膨潤させることで樹脂を含有する微粒子を軟化させる軟化剤を少なくとも含有した液状定着液に気体を混合させて定着用の泡状定着液を生成し、液状定着液に気体を混合させて上記定着用の泡状定着液の密度より低く、定着後に破棄される破棄用の泡状定着液を生成し、媒体上に形成された未定着の樹脂微粒子に上記定着用の泡状定着液を塗布する塗布手段の塗布面に上記破棄用の泡状定着液を付与し、更に当該破棄用の泡状定着液の層上に上記定着用の泡状定着液を付与して二層構造の泡状定着液層を形成し、形成した二層構造の泡状定着液層の膜厚を所定値に調整し、二層構造の泡状定着液のうち、上記定着用の泡状定着液を上記塗布手段を介して媒体上の未定着の樹脂微粒子に塗布して該樹脂微粒子を媒体に定着する定着装置において、
未定着の樹脂微粒子で形成された画像がモノクロであるか、あるいはカラーであるかの画像モードに応じて、二層構造の泡状定着液層の膜厚を調整することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、
上記画像モードの情報を画像形成部から取得することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の定着装置において、
上記破棄用の泡状定着液層の膜厚は上記画像モードにかかわらず一定とし、上記定着用の泡状定着液層の膜厚は上記画像モードに応じて調整して、二層構造の上記泡状定着液層の膜厚を調整することを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の定着装置において、
上記破棄用の泡状定着液層の膜厚及び上記定着用の泡状定着液層の膜厚を上記画像モードに応じてそれぞれ調整して、二層構造の上記泡状定着液層の膜厚を調整することを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置において、
上記画像モードに応じて、上記定着用の泡状定着液の供給量を制御することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項３記載の定着装置において、
上記破棄用の泡状定着液の供給量は一定であることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項４記載の定着装置において、
上記画像モードに応じて、上記破棄用の泡状定着液の供給量を制御することを特徴とする定着装置。
【請求項８】
樹脂含有微粒子が色剤を含有したトナーで静電記録プロセスを行い媒体上に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置により上記未定着トナー画像を媒体に定着させる定着手段とを具備することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
樹脂の少なくとも一部を溶解または膨潤させることで樹脂を含有する微粒子を軟化させる軟化剤を少なくとも含有した液状定着液に気体を混合させて定着用の泡状定着液を生成し、液状定着液に気体を混合させて上記定着用の泡状定着液の密度より低く、定着後に破棄される破棄用の泡状定着液を生成し、媒体上に形成された未定着の樹脂微粒子に上記定着用の泡状定着液を塗布する塗布手段の塗布面に上記破棄用の泡状定着液を付与し、更に当該破棄用の泡状定着液の層上に上記定着用の泡状定着液を付与して二層構造の泡状定着液層を形成し、形成した二層構造の泡状定着液層の膜厚を所定値に調整し、二層構造の泡状定着液のうち、上記定着用の泡状定着液を上記塗布手段を介して媒体上の未定着の樹脂微粒子に塗布して該樹脂微粒子を媒体に定着する定着装置において、
未定着の樹脂微粒子で形成された画像がモノクロであるか、あるいはカラーであるかの画像モードに応じて、二層構造の泡状定着液層の膜厚を調整することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、
上記画像モードの情報を画像形成部から取得することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の定着装置において、
上記破棄用の泡状定着液層の膜厚は上記画像モードにかかわらず一定とし、上記定着用の泡状定着液層の膜厚は上記画像モードに応じて調整して、二層構造の上記泡状定着液層の膜厚を調整することを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の定着装置において、
上記破棄用の泡状定着液層の膜厚及び上記定着用の泡状定着液層の膜厚を上記画像モードに応じてそれぞれ調整して、二層構造の上記泡状定着液層の膜厚を調整することを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置において、
上記画像モードに応じて、上記定着用の泡状定着液の供給量を制御することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項３記載の定着装置において、
上記破棄用の泡状定着液の供給量は一定であることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項４記載の定着装置において、
上記画像モードに応じて、上記破棄用の泡状定着液の供給量を制御することを特徴とする定着装置。
【請求項８】
樹脂含有微粒子が色剤を含有したトナーで静電記録プロセスを行い媒体上に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置により上記未定着トナー画像を媒体に定着させる定着手段とを具備することを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１０８２７５（Ｐ２０１２−１０８２７５Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５６４２８（Ｐ２０１０−２５６４２８）
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]