JP2004184477A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルレス定着器において、定着器に非接触に転写材分離手段を設けた場合に、転写材分離手段に付着してしまったトナーで、出力画像が汚れる欠陥の出づらい定着装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置の置かれている環境の温湿度をもとに、非接触の転写材分離手段を定着ローラに近接させたり離したりする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式及び静電記録方式の画像形成装置、例えば、複写機、レーザビームプリンタ等に装着される接触加熱方式の定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子写真方式のカラー複写機の製品開発は活発に行なわれているが、近年、レーザビーム方式のカラープリンタへの応用もなされつつあり、市場にもいくつかの機種が現れるようになってきている。ホストであるコンピュータ側のＣＰＵ性能、記憶容量等の向上あるいは電子カメラの登場により、パーソナルユースですら画像処理、カラーＤＴＰ（デスクトップパブリッシング、即ち、いわゆる電子出版）を日常的に行なうようになり、インクジェット方式の低価格のプリンタがかなり普及するようにもなっている。
【０００３】
このようなことから、扱い可能な画像データがどんどん増加していくにつれて、ユーザのニーズとして、さらにより高画質な電子写真方式のカラープリンタが求められている。
【０００４】
モノクロでは、レーザビームプリンタが低価格化したことと、高解像度、高信頼性が達成されたことによって、ビジネスユースにおいてはほぼ定番となっていることもあり、当レーザビーム方式のカラー化の要求は高い。ただ、今のところ装置全体が複雑、大型化するという問題等があり、普及率を高めるためには、より一層の小型化、低コスト化が必要である。また、使用形態がパーソナルユースに近づくことから、安全性の配慮や信頼性の向上が必要とされる。
【０００５】
さて、カラートナーは、混色性およびＯＨＴの透過性を高めるために、モノクロトナーに比べ低融点、低溶融粘度のシャープメルト性の材料で形成した非磁性トナーを用いている。このため、用紙上に形成したカラートナー像の定着時に、トナーが定着手段の定着ローラ表面に融着する、いわゆるオフセットを発生しやすい傾向にある。このため、カラーの定着では、離型剤として耐熱性のシリコンオイルを定着ローラ表面に塗布し、トナーのオフセットを防止する方式が採用されている。
【０００６】
一方、定着ローラは、多色重ねの画像に対する追従性と定着性そのものの向上のために適度の弾性を備えることが必要であり、ＨＴＶゴム等の弾性層上に、ＬＴＶ、ＲＴＶ等の離型性が高いシリコンゴムで表面層を形成している。このシリコンゴムは、シリコンオイルと同種の材料であるため両者の親和性が高く、オイルがゴム表面だけでなく内部にも浸透して、高い離型性をもたらし、オフセット防止効果を発揮する。
【０００７】
しかしながら、従来の画像形成装置のカラーの定着には以下のような問題があった。
【０００８】
定着手段の定着ローラには直接オイルを塗布するが、定着ローラに圧接した下側の加圧ローラには、定着ローラからニップ（定着ニップ）を介して間接的にオイルが供給されるようにしているため、連続プリント時に加圧ローラにオイルを紙間でしか塗布できない。このため、加圧ローラのオイル塗布が途絶えがちになりやすく、加圧ローラのオフセット防止が不利なために、カラーＤＴＰのための両面画像への対応が非常に困難であった。
【０００９】
加圧ローラのオフセットを防止するためには、加圧ローラにもオイルを直接塗布すればよいが、そのための塗布機構を必要とすることから、装置が大型化、複雑化する問題がある。定着ローラに塗布するオイル量を多めにすることも考えられるが、用紙のオイル染みが発生しやすく、画像の品質、定着の信頼性等が低下する。また、定着ローラのオイルによる膨潤でローラ径の変化やゴムの剥れが生じやすくなり、これを防止するためにはオイルバリヤーの働きを持たせた中間層を必要とするなど、定着ローラの構成が複雑化し、コストアップする。通紙中に加圧ローラ表面にオイル付着量を確保できるように、加圧ローラへのクリーニングブレードの侵入量を小さくする等により、クリーニングブレードの当接圧をゆるく設定すると、今度はオイルの擦り抜けが起こりやすくなり、同様に、用紙へのオイル染みが発生する。
【００１０】
上記のような問題の解決に加え、プリンタでは複写機以上の低コスト化が要請される問題もある。この低コスト化のために、より簡単な２層あるいは単層のローラ構成、およびオイル塗布が不要でオイルボトル等の消耗品のないフリーメンテナンス化が、開発の課題となっている。また、両面画像形成では、定着に２度のオイル塗布がなされるために、薄紙の用紙では紙透けが生じる問題がある。プリンタからプリントアウトされた紙透けを生じたカラー画像を原稿として、複写機でコピーすると、得られるカラー画像は裏写りが発生する。
【００１１】
上記のような問題を克服するために、昨今では、オイルレス方式のカラー定着装置の検討がなされてきた。その結果、離型性を有するワックスを内包させたタイプのトナーを用いることにより、従来のようにシリコンオイルを塗布しないでも、カラー画像の良好な定着ができることを見出し、カラー定着のオイルレス化を実現した。
【００１２】
ワックスを内包させたタイプのトナーとしては、図１に示す重合トナーが例として挙げられる。重合トナーは、コア９３、その上の樹脂層９２およびその上の表層９１から構成されており、コア９３にはエステル系ワックスが内蔵され、樹脂層９２はスチレン−ブチルアクリレート樹脂からなり、表層９１はスチレン−ポリエステル樹脂からなっている。この重合トナーの比重は約１．０５である。重合トナーが３層構造となっている理由は、コア９３にワックスを内包することにより、定着工程でのオフセット防止効果を得、樹脂層の表層９１を設けることにより、トナーの帯電効率の向上を図るためである。この重合トナーを使用するに際しては、摩擦帯電電荷の安定化のためにオイル処理したシリカを外添する。
【００１３】
一般に、球形トナーの製造法としては、樹脂、低軟化点物質（ワックス）からなる離型剤、着色剤、荷電制御剤等を、加圧ニーダーやエクスクルーダーまたはメディア分散機を用いて均一に分散した後、機械的またはジェット気流下でターゲットに衝突させ、所望のトナー粒径に微粉砕化した後、さらに分級工程を経て粒度分布をシャープにしてトナー化するいわゆる粉砕方法；特公昭５６−１３９５４号公報等に記載のディスクまたは多流体ノズルを用いた溶融混合物を空気中に霧化し、球状トナーを得る方法；特公昭３６−１０２３１号公報、特開昭５９−５３８５６号公報および特開昭５９−６１８４２号公報に述べられている懸濁重合によりトナーを直接生成する重合法；単量体は可溶で、得られる重合体は不溶な水系有機溶剤を用いてトナーを直接生成する、ソープフリー重合法に代表される乳化重合法等が挙げられる。
【００１４】
その他にも、ワックスを内包したトナーとして、従来から用いられている、粉砕法により作られたトナーもある。
【００１５】
このようなトナーを定着するための定着装置として、定着ローラは、ワックスを内包したトナーとの離型性が良いフッ素樹脂、たとえばＦＥＰ、ＰＦＡ＋ＰＴＦＥブレンドを表面に設けたローラ構成とすればよく、簡単なローラ構成でカラーのオイルレス定着ができる。また、加圧ローラにも同様なローラ構成を採用することにより、両面定着への対応が可能となり、連続プリント時のオフセットを防止することができる。このように簡単な構成で、従来のオイル塗布方式の定着装置と比べて、低コスト化の実現がなされた、オイルレス定着のできる定着器を以下で単にオイルレス定着器と呼ぶ。
【００１６】
ところで、一般的な、定着装置においては、図２に示すように、トナー像が形成されている転写紙が定着ローラに巻きつくのを防止するために、分離爪などの転写材剥離手段を定着ローラや加圧ローラに当接させている場合がある。ここで、１が定着ローラ、２が加圧ローラ、５が転写材剥離手段（ここでは分離爪）である。一般的な定着器の動作としては、加熱源４によって定着ローラを加熱し、加圧ばね７によって、定着ローラ１と加圧ローラ２が加圧し回転されできたニップ部６に、トナー像Ｔが載った転写材Ｐを通すことで、トナー像を加熱圧接し転写紙Ｐに定着させ、必要な場合には、分離爪で、転写紙Ｐを定着ローラ１から、分離爪５で分離させて、定着器から紙を排出させる。また必要に応じて、定着ローラにオイルを塗布するまたは、定着ローラ上のオフセットトナーを回収する目的で、オイルを含浸させたウェブを定着ローラに当接させる場合がある。
【００１７】
しかし、上記で説明してきた、オイルレス定着器においては、転写材剥離手段を定着ローラ、あるいは加圧ローラに当接させてしまうと、ローラの剥離手段当接部が、削れていってしまい、定着後のカラー画像にその削れ跡がでてしまうことがある。また、定着ローラにオフセットしたトナーがローラに当接している転写材剥離手段にたまっていき、あるタイミングで、そのトナーが吐き出されると、定着後のカラー画像に、爪部から吐き出されたトナーが載って、画像を汚してしまうことがある。そこで、分離爪当接部のローラ削れを減らす、または爪部から吐き出されるオフセットトナーの掃除のために、シリコンオイルを含浸させたウェブを当接させることが考えられる。しかし、これでは、低コスト化を実現したオイルレス定着器が、再びコストアップすることになってしまう。さらには、昨今の複写機。プリンタには、省スペース化も求められており、ウェブをつけることでの、定着装置の大型化という問題も生じる。
【００１８】
ところが、トナーの種類によっては、ワックスを内包したトナーであっても、転写紙の坪量が小さい（６４ｇ／ｃｍ^２程度の紙）場合で、かつ転写紙の先端にトナーが多く載った図３のような画像の場合、転写紙の剛性がなく、定着ローラに転写紙が巻き付いて、定着装置から排出されない場合がある。この場合、トナーに熱をよりたくさん与えて溶かすことで、トナーに内包されたワックスを、よりトナーの外側に押し出すことで、定着ローラへの転写紙の巻きつきを防止することが考えられる。しかしトナーに、より多くの熱を与えるには、定着ローラと加圧ローラの間に形成されるニップを大きくすることが必要になり、そのためには、定着ローラと加圧ローラの径を大きくすることが必要となる。すると結局定着装置が大型化することになってしまう。
【００１９】
そこで、定着ローラに非接触に設けられた、転写紙を剥離させる手段が、昨今のプリンタ、複写機で提案されている。具体的に述べると、図４のように定着ローラの長手方向全域に板を定着ローラに非接触に設けたもの、あるいは、定着ローラに当接させて使う分離爪と同じものを、定着ローラに非接触に近接させて設けたものがある。一般的に電子写真方式の複写機・プリンタの画像には、図３に示したように転写紙の先端には、トナー像が載っていない部分（以後先端余白と呼ぶ）が設けられる。当然その部分は、定着ローラに巻きつくことは無く、定着ローラから離れているので、図５の様にその先端余白の定着ローラから離れた部分を、前記の板や分離爪に引っ掛けて、定着ローラから転写材を剥離させる仕組みである。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の転写材剥離手段を、長い間使っていると以下のような問題がトナーの種類や定着ローラの回転速度によっては生じることがわかった。それは、定着器を通って定着された直後の画像が、転写材分離手段に多少なりとも触ると、転写材上のトナーが定着された後であっても、少しずつ、転写材剥離手段の図４の▲１▼側の面にに付着してしまうことである。これにこれによりコピー機やプリンタを長期に渡って使用していると、今度は、転写材剥離手段にたまったトナーが逆にトナー像を定着した後の転写材に戻ってきて、プリンタ等からの出力画像を汚してしまうことになる。そこで本発明は、前述のオイルレス定着器において、定着ローラに非接触の転写材分離手段を設けた場合に、転写材分離手段に付着してしまったトナーで出力画像が汚れる欠陥の出づらい定着装置を備えた画像形成装置を提供できることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
トナー像が形成される像担持体と、該像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写手段と、筒状の加熱回転部材と加圧回転部材とを圧接させて、定着ニップ部を形成し、該定着ニップ部にトナー像を担持した該転写材を挿通することにより、該トナー像を加熱加圧して該記録材表面に定着させる定着装置を備えた画像形成装置において、定着装置の加熱回転部材から転写材を剥離させる、転写材剥離手段が、加熱回転部材と非接触に設けられており、該転写材剥離手段を移動する手段、及び画像形成装置がおかれている環境の温度及び湿度を検知する手段が設けられており前記検知手段の値に基づいて転写材剥離手段を移動することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施例）
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
図７は、本発明に係る定着装置が適用される画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【００２３】
同図において、１は像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という）であり、アルミニウムやニッケル等の導電性部材を円筒状に形成した基体の表面に感光層を設けたものである。感光層としては、ＯＰＣ（有機半導体）、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）等を使用することができる。感光ドラム１は、画像形成装置本体（不図示）によって回転自在に支持されおり、駆動手段（不図示）によって所定の周速（プロセススピード）で同図中、時計回り方向に回転駆動される。
【００２４】
感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿ってほぼ順に、感光ドラム１表面を所定の極性に均一に帯電する帯電ローラ（帯電手段）２、帯電後の感光ドラム１表面を露光して画像情報に応じて静電潜像を形成する露光装置（露光手段）３、静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する現像器（現像手段）４、感光ドラム１上のトナー像を紙等の記録材Ｐに転写する転写ローラ（転写手段）、転写後の感光ドラム１表面に残った転写残トナーを除去するクリーナ（クリーニング手段）７が配設されている。上述の転写ローラ５の、記録材Ｐの搬送方向についての下流側には、記録材Ｐ上に転写された未定着トナーを加熱加圧して定着する定着装置６が配設されている。
【００２５】
また、転写ローラ５の、記録材Ｐの搬送方向についての上流側には、手差しされる定型以外の記録材Ｐがセットされる手差しトレイ２１、手差しトレイ２１上の記録材Ｐを給送する給紙ローラ２２、搬送されてきた記録材Ｐと感光ドラム１上のトナー像との同期を取るレジストローラ２４が配設されている。さらに、転写ローラ５の下方には、定型の記録材Ｐを収納する給紙カセット２６、ここから記録材Ｐをレジストローラ２４に向けて給送する給紙ローラ２７が配設されている。同図中、２３は、手差しされた記録材Ｐの後端を検知する後端検知センサであり、２５はレジストセンサである。いずれも後述のように記録材Ｐの長さ検知手段として作用する。
【００２６】
ついで、上述構成の画像形成装置の動作を簡単に説明する。
【００２７】
図７中の時計回り回転駆動された感光ドラム１は、その表面が帯電ローラ２によって所定の電位に均一に帯電される。帯電後の感光ドラム１表面は、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御される露光装置３からのレーザビームの走査露光（イメージ露光）を受けて静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器４によってトナーが付着され、トナー像（可視画像）として現像される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法等が用いられ、上述のイメージ露光の組み合わせで反転現像が用いられることが多い。
【００２８】
記録材Ｐは手差しトレイ２１又は給紙カセット２６から、給紙ローラ２２又は給紙ローラ２７によって取り出され、手差しトレイ２１からの給紙の場合は後端検知センサ２３で記録材サイズ検知、つまり記録材Ｐの搬送長さの検知が行われる。手差しトレイ２１、給紙カセット２６のいずれからの給紙の場合も、記録材Ｐは、レジストローラ２４によって、感光ドラム１表面に形成されたトナー像と同期を取り、感光ドラム１と転写ローラ５とで形成される転写ニップ部に供給される。転写ニップ部において、感光ドラム１上のトナー像は電源（不図示）による転写バイアスの作用で記録材Ｐ表面に転写される。表面に未定着トナー像を担持した記録材Ｐは定着装置６に搬送され、表面の未定着トナー像が定着装置６の定着ニップ部で加熱加圧されて定着された後、装置本体外部に排出される。一方、トナー像の転写後の感光ドラム１は、表面に残った転写残トナーがクリーナ７によって除去され、次の画像形成に供される。２８は、本画像形成装置が置かれている環境の温度及び湿度を検出するための温湿度センサであり、さらには、温湿度センサ２８の検出値に基づいて、本画像形成装置の置かれている環境の絶対水分量（空気１ｋｇ中の水分量）を計算する不図示の電算部を備えている。
【００２９】
ここで上述の定着装置６について、図８において詳述する。定着ローラ２として外径４０ｍｍ、肉厚１ｍｍのアルミニウム芯金２１上に、厚さ２ｍｍのシリコンゴム２３を被せ、最外層に離型層として厚さ５０μｍのＰＦＡチューブ層を設けてある。また加圧ローラは、直径２０ｍｍの鉄芯金１１上に厚さ８ｍｍの弾性層としてシリコンゴムに、離形層としてＰＦＡチューブ５０μｍを被服してある。また２つのローラは周速１５０ｍｍ／ｓで回転駆動している。さらに定着ローラ内部には、ヒータ３が設けられており、内部より定着ローラを加熱する。また定着ローラ１の表面温度は、定着ローラと非接触に設けられた温度検知素子４によって検出され、不図示の温度制御回路によって、ヒータを断続的に作動させることで、上記表面温度は、所定の温度に制御される。定着ローラ及び加圧ローラの硬度は６０°（１ｋｇ荷重でＡｓｋｅｒ−Ｃにて測定）である。上記加圧ローラを上記定着ローラに加圧力２１．５Ｎ（ニュートン）で押し当て約６ｍｍの定着ニップＮを得た。
【００３０】
また転写紙が、定着ローラに巻きつくのを防止するための転写材分離手段２４（以下では非接触分離板金と呼ぶ）は、ＳＵＳの０．２ｍｍの板を定着ローラ長手方向（紙面垂直方向）全域に近接させて設けられている。また非接触分離板を矢印Ｙの方向に移動することのできる非接触分離板金移動手段２５も設けられている。また前記非接触分離板金２５は、温湿度センサからの出力値をもとに計算された、画像形成装置がおかれている環境の絶対水分量に応じて、矢印Ｙ方向に非接触分離板金を移動するようになっている。
【００３１】
ここで、ワックスを内包した重合法によって作られた球形のキヤノン製黒色トナーＡを用いて、転写材の分離性（転写材が定着ローラに巻きつくか、巻きつかないか）と非接触分離板金のトナー汚れの検討を行った。
【００３２】
転写材は、Ａ４サイズの坪量６４ｇ／ｃｍ^２（転写材Ｉ）の再生紙を用い、図９のように先端余白を３〜５ｍｍとして、転写材の進行方向に対して先端から５ｃｍにトナーの載り量を１．０ｍｇ／ｃｍ^２（本実施例のコピー機で、トナーが最も多量に載った状態）として、１分間に３０枚の画像を出力した。本実施例のコピー機に使われる転写材の中で、転写材Ｉが、最も定着ローラに巻きつきやすく、トナーも載り量が多いほど、定着ローラに巻きつきやすいことは確認済みである。また非接触分離板金と定着ローラとの距離は、定着ローラが室温（２３℃）の状態で、８００μｍとした。これは、定着ローラを１９０℃に温調してシリコンゴム等が膨張しても、非接触分離板金が定着ローラと接触しない距離である。
【００３３】
まず、画像形成装置の置かれている環境の絶対水分量と転写材の分離性の検討を行なった結果を図６に示す。
【００３４】
図６から、環境の絶対水分量が１５ｇ／ｋｇ以下であれば、非接触分離板金は無くても、転写材は定着器から排出できることがわかる。これは、環境の絶対水分量が大きいほど、転写材の含水分量が大きくなり、転写材の剛性がなくなり、定着ローラに巻きつきやすくなるためと考えられる。
【００３５】
そこで、環境の絶対水分量が１５ｇ／ｋｇ以下の場合は、非接触分離板金を図１０（ｂ）のように、定着ローラから離しておき、環境の絶対水分量が１５ｇ／ｋｇ以上になったら、非接触分離板金を図１０（ａ）のように定着ローラと８００μｍの距離に近接させることとすることで、環境の変化に応じて、非接触分離板金に、最もトナーが付着しづらいようにすることが可能となり、画像汚れもおきにくくなる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、トナー像が形成される像担持体と、該像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写手段と、筒状の加熱回転部材と加圧回転部材とを圧接させて、定着ニップ部を形成し、該定着ニップ部にトナー像を担持した該転写材を挿通することにより、該トナー像を加熱加圧して該記録材表面に定着させる定着装置を備えた画像形成装置において、該転写材剥離手段を移動する手段、及び画像形成装置がおかれている環境の温度及び湿度を検知する手段が設けられており前記検知手段の値に基づいて転写材剥離手段を移動することで、転写材分離手段に付着してしまったトナーで出力画像が汚れる欠陥の出づらい定着装置を備えた画像形成装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】オイルを内包したトナーの一例としての重合トナーの構成を示す断面の概略図である。
【図２】従来技術の定着装置の概略を表す断面図である。
【図３】定着ローラ巻きつきが起こる画像例を示した図である。
【図４】従来例における非接触の転写材分離手段の一例を示す概略構成図である。
【図５】非接触の転写材分離手段が、定着ローラに巻きついた転写材を分離する仕組みを説明した図である。
【図６】実施例１における分離性の検討結果を示す表である。
【図７】実施例１における画像形成装置の概略図である。
【図８】実施例１における定着装置の概略を表す断面図である。
【図９】実施例１における検討用の画像を示した図である。
【図１０】実施例１における、非接触分離板金の汚れの検討における、非接触分離板金の位置を示す図である。

Claims (1)

1. トナー像が形成される像担持体と、該像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写手段と、筒状の加熱回転部材と加圧回転部材とを圧接させて、定着ニップ部を形成し、該定着ニップ部にトナー像を担持した該転写材を挿通することにより、該トナー像を加熱加圧して該記録材表面に定着させる定着装置を備えた画像形成装置において、
   定着装置の加熱回転部材から転写材を剥離させる、転写材剥離手段が、加熱回転部材と非接触に設けられており、
   該転写材剥離手段を移動する手段、及び画像形成装置がおかれている環境の温度及び湿度を検知する手段が設けられており
   前記検知手段の値に基づいて転写材剥離手段を移動することを特徴とする画像形成装置。

Images