JP2006227158A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録紙、特に塗工紙を使用する場合等に、光沢を高めるため定着装置の定着温度を高く、もしくは加熱時間を長くする方法が用いられているが、ブリスタが発生する場合があった。その対策として、定着温度を低くして加熱時間を長くしてブリスタが発生しない条件で使用していた。しかし、前記方法では、記録紙の種類毎に定着条件の設定が必要で煩雑であること及び生産性の低下を招くことが問題であった。
【解決手段】 定着装置の加圧ローラの離型層に及び弾性層に０．０１μｍ以上１．０μｍ以下の通気穴を設ける、または前記離型層の表面平滑度をベック平滑度計で１０秒以上１０００秒以下とすることにより、記録紙内で気化した水蒸気や膨張した空気をニップ内で逃がすことが可能になり、簡単な構成で、生産性を低下させずブリスタの発生を防止できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、記録紙上に形成された未定着トナー像を、定着ベルト又は定着ローラと加圧手段とにより加圧、加熱して画像を定着する定着装置に関し、特に、光沢を有する画像を形成する塗工紙の定着に好適な定着装置を有する画像形成装置に関するものである。

従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの機能を有する複合機等の電子写真式画像形成装置に用いられている定着装置は、所定の温度に維持された加熱定着部材である定着ローラと、弾性層を有してその定着ローラを押圧する加圧部材である加圧ローラとによって形成された定着ニップ部により、未定着のトナー像を形成された記録紙を挟持搬送しつつ加圧、加熱する熱ローラ定着方式の熱ローラ定着装置が、低速機から高速機まで、モノクロ機からカラー機に至るまで、幅広く採用されている。

また、近年、無端状の加熱定着部材である定着ベルトを加熱ローラと定着ローラとに張架し、定着ベルトを介して定着ローラを押圧する加圧部材である加圧ローラを設け、加熱された定着ベルトと加圧ローラとの間のニップ部で用紙を加熱・加圧して定着するベルト定着装置が提案され、用いられてきている。

電子写真方式におけるカラー画像形成装置においては、デジタル化が進み高画質化が図られている。高画質を得るために、表面に塗工層をコーティングしたコート紙、アート紙等の塗工紙が用いられている。また、画像の光沢を高くするために、定着装置の温度を高く、あるいは定着の加熱時間を長くする等の手法が用いられている。
しかし、高速でカラープリントを作製する場合、画像形成部において記録紙上に画像形成された複数色のトナー像層を定着装置により加熱定着する際に、以下の問題点がある。

（１） カラープリント作製を高速化するには、定着ニップ部の幅を大きくすることが難しいため、高温で定着することになり、記録紙内部で気化した水蒸気や膨張した空気により、記録紙表面のコート層が膨れあがって凹凸を生じるブリスタが発生しやすい。特に、カラープリントに多く使用される塗工紙は、通気性が悪く、ブリスタが発生しやすい。前記ブリスタは、高湿環境下で記録紙の含水率が高くなったときに現れ易い。また、トナー層内の空気及び水分が気化、膨張して画像表面に凹凸を生じる。これも、高湿環境下で生じやすい。

（２） 塗工紙でのカラープリント作製を高速化する場合、普通紙の場合より定着時間を大きくしないと、複数色のトナー像層の定着性が確保されない。
前記問題に対し、記録紙が表面に塗工層を有する塗工紙であるか否かを判別する塗工紙判別手段を有し、塗工紙判別手段が塗工紙であると判別した場合に定着ニップを通過する用紙の速度を普通紙の場合よりも低い値に、または定着温度を普通紙の場合よりも低い値に、または加圧部材の加圧力を普通紙の場合よりも低い値に、または定着ニップ通過時間を普通紙の場合よりも長くすることが提案されている。（例えば、特許文献１参照）
また、記録紙の水分量を検知する検知手段を有し、その検知信号に基づいて定着ローラの速度を変化させる、または定着温度を変化させる、または加圧部材の加圧力を変化させることが提案されている。（例えば、特許文献２参照）
さらに、記録紙を積層状に蓄える給紙収納手段と、該記録紙を加熱して乾燥させる用紙加熱手段を有し、装置本体の内外における温湿度環境を検出する使用環境検知手段の検知信号に基づいて用紙加熱手段をオン・オフ制御することが提案されている。（例えば、特許文献３参照）
特開２００４−１３３４８８号公報 特開２００３−５４９７号公報 特開２００４−２１０４８１号公報

前記ブリスタは、記録紙内部で気化した水蒸気や膨張した空気が、外部に抜けないために発生している。

それに対し、特許文献１の定着装置は、記録紙が塗工紙であるか否かを判別し、定着装置の定着条件を変更制御するものである。特許文献２は、記録紙の水分量を検知し、定着装置の定着条件を変更制御するものである。また、特許文献３は、給紙収納手段に収納した記録紙を用紙加熱手段で加熱し、給紙前に乾燥させるものである。

しかし、前記方法では記録紙の種類毎に定着条件の変更が必要になるため、構造及び制御が複雑になり画像形成装置のコストアップの要因になる。また、定着速度を低くすることは、生産性の低下の問題がある。

本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、簡単な構成でブリスタの発生を防止でき、生産性を低下させずに、高画質な画像が得られる定着装置を提供することを目的とする。

上記目的は、下記の構成により達成される。
（請求項１）
記録紙上にトナー像を形成する画像形成部と、加熱定着部材と該加熱定着部材を押圧する金属製の芯金と弾性層と表面の離型層で構成された加圧部材とを有する定着ニップ部にトナー像が形成された記録紙を通過させて加熱定着する定着装置とを備えた画像形成装置において、
前記定着装置の加圧部材表面の離型層に、直径０．０１μｍ以上１μｍ以下の穴を設け厚み方向に通気性を持たせたことを特徴とする画像形成装置。
（請求項２）
前記加圧部材の弾性層は、気孔の大きさが０．０１μｍ以上０．５ｍｍ以下の連泡タイプのスポンジであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
（請求項３）
記録紙上にトナー像を形成する画像形成部と、加熱定着部材と該加熱定着部材を押圧する金属製の芯金と弾性層と表面の離型層で構成された加圧部材とを有する定着ニップ部にトナー像が形成された記録紙を通過させて加熱定着する定着装置とを備えた画像形成装置において、
前記加圧部材の離型層の平滑度は、ベック平滑度計で１０秒以上１０００秒以下であることを特徴とする画像形成装置。
（請求項４）
前記加圧部材の表面温度を、８０℃以上定着設定温度以下に制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。

請求項１に記載の発明によれば、定着装置の加圧部材表面の離型層に、直径０．０１μｍ以上１μｍ以下の穴を設け厚み方向に通気性を持たせたことにより、定着装置ニップ内に通気性を設けることができ、記録紙内及びトナー層内で気化した水蒸気や膨張した空気をニップ内で逃がすことが可能になり、ブリスタの発生を防止できる。また、前記通気性を持たせる穴は、未定着トナー面とは逆側の、定着装置の加圧部材に設けたことにより、空気及び水蒸気が逃げる際に画像を乱すことを防止できる。前記穴は、直径０．０１μｍ未満では水蒸気が十分に抜けず、直径１μｍを超えると画像表面が荒れて画像定着むらが発生しやすくなる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明に加え、加圧部材の弾性層を連泡タイプのスポンジで構成することにより、前記弾性層にも通気性を持たせ離型層を通過した気化した水蒸気や空気を、より逃げやすくし連続通紙時においてもブリスタ発生の防止効果を高めることができる。

請求項３に記載の発明によれば、加圧部材を構成する離型層の表面をベック平滑度計で１０秒以上１０００秒以下にすることにより、離型層表面荒さによる定着不良を生ずることなく、気化した水蒸気や空気を記録紙表面と加圧部材表面の隙間から逃げ易くすることができ、ブリスタ発生の防止効果を得ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れか１項の発明に加え、加圧部材の表面温度を８０℃以上とすることにより、記録紙の変形（カール）による給送不良等の不具合を防止でき、かつ定着設定温度以下にすることにより、未定着トナーが溶けすぎて粘度が下がり画像が荒れることを防止できる。

以下に本発明の画像形成装置に関する実施の形態を図を参照して説明する。

図１は本発明に係る画像形成装置の概念図である。なお、本発明の画像形成装置は、以下の形態に限定されるものではない。

本画像形成装置は画像形成装置本体ＧＨと画像読取装置ＹＳとから構成される。

画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ、ベルト状の中間転写体６、給紙搬送手段及び定着装置９等からなる。

画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置２０１と原稿画像走査露光装置２０２から成る画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置２０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。

ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されて形成された信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに送られる。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙの周囲に帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像装置４Ｙ及びクリーニング手段８Ｙを配置している。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、感光体ドラム１Ｍの周囲に帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像装置４Ｍ及びクリーニング手段８Ｍを配置している。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、感光体ドラム１Ｃの周囲に帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像装置４Ｃ及びクリーニング手段８Ｃを配置している。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、感光体ドラム１Ｋの周囲に帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像装置４Ｋ及びクリーニング手段８Ｋを配置している。そして、帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光装置３Ｃ、及び帯電手段２Ｋと露光装置３Ｋは、潜像形成手段を構成する。

なお、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。

中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。

定着装置９は、本発明の実施例では、ベルト定着装置としている。無端状の定着ベルト９１を加熱ローラ９２と定着ローラ９３との張架し、定着ベルト９１を介して定着ローラ９３を押圧する加圧ローラ９４を有し、定着ベルト９１と加圧ローラ９４との間に形成されたニップ部で記録紙Ｐ上のトナー像を加熱・加圧して定着する。

かくして、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に転写手段７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより逐次転写されて（１次転写）、カラー画像合成されたトナー像が形成される。給紙トレイ２０内に収容された転写材としての記録紙Ｐは、給紙手段２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，レジストローラ２３等を経て、転写手段７Ａに搬送され、記録紙Ｐ上にカラー画像が転写される（２次転写）。カラー画像が転写された記録紙Ｐは定着装置９において加熱・加圧され、記録紙Ｐ上のカラートナー像が定着される。その後、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。

一方、転写手段７Ａにより記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、記録紙Ｐを曲率分離した中間転写体６は、クリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。

なお、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であったが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよい。

定着装置９は、本発明の実施の形態ではベルト定着装置を用いたが、熱ローラ定着装置を用いてもよい。

本実施形態における定着装置９について、図２に基づいて説明する。

定着ベルト９１は、無端状に形成され、例えば基体として内径７０〜１２０ｍｍで、厚さ４０〜１５０μｍのポリイミドやポリアミド等からなる耐熱性の樹脂ベルトを用い、基体の外周面に厚さ１００〜３００μｍの耐熱性のシリコンゴムを被覆し、更に、表面に離型層として厚さ３０〜５０μｍのＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）のコーティングを施したり、チューブを被覆したりする。

加熱ローラ９２は、加熱手段としてのハロゲンランプ９２Ａを内蔵し、アルミニウム合金、炭素鋼、ステンレス等の金属から形成された円筒状の中空回転体９２Ｂの外周面を、耐熱性のＰＦＡチューブ９２Ｃで被覆し、構成されている。なお、外径は例えば２５〜７０ｍｍである。

なお、加熱ローラ９２の不図示の支軸に引っ張りばね９８が掛けられていて、加熱ローラ９２は上方に付勢されている。

定着ローラ９３は、例えばアルミニウム合金、炭素鋼等を用い、肉厚２〜５ｍｍの円筒状の金属パイプ９３Ａと、該金属パイプ９３Ａの外周面に厚さ４．５ｍｍのシリコンゴム層９３Ｂを設け、さらに該シリコンゴム層３２ｂの外側に厚さ２．５μｍのシリコンスポンジからなる外径２０〜５０ｍｍのソフトローラとして構成される。

加圧ローラは、以下に記載する形状１，または形状２で構成される。
＜加圧ローラ形状１の場合＞
加圧ローラ９４は、例えば肉厚５ｍｍのアルミニウム合金、炭素鋼、ステンレス等のパイプから形成された中空の芯金９４Ａと、芯金９４Ａの外周面に設けられ、ゴム硬度がアスカーＣ硬度で２０〜４０°で肉厚が３ｍｍ〜１０ｍｍで気孔の大きさが０．０１μｍ以上０．５ｍｍ以下の連泡タイプのスポンジで形成された弾性層９４Ｂと、弾性層９４Ｂの外周面に、直径０．０１μｍ以上１μｍ以下の穴を設けた厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを被覆した離型層９４Ｃとからなり、ソフトローラとして構成される。
＜加圧ローラ形状２の場合＞
加圧ローラ９４は、例えば肉厚５ｍｍのアルミニウム合金、炭素鋼、ステンレス等のパイプから形成された中空の芯金９４Ａと、芯金９４Ａの外周面に設けられ、ゴム硬度がアスカーＣ硬度で２０〜４０°で肉厚が３ｍｍ〜１０ｍｍのスポンジで形成された弾性層９４Ｂと、弾性層９４Ｂの外周面に厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを被覆した離型層９４Ｃとからなり、離型層９４Ｃの表面平滑度はベック平滑度計で１０秒以上１０００秒以下でなる、ソフトローラとして構成される。

前記加圧ローラ形状１及び加圧ローラ形状２において、加圧ローラ９４の内部に加圧ローラ９４を加熱する発熱体としての加熱源９４Ｄを設けてある。加圧ローラ９４の表面温度は、温度センサＳ２により検知され、所定温度に維持される。

このように構成し、不図示の駆動源によって定着ローラ９３を時計方向に回転させると、定着ベルト９１及び加熱ローラ９２も時計方向に回転し、加熱ローラ９２に当接する定着ベルト９１はハロゲンランプ９２Ａにより加熱される。そして、不図示の付勢手段によって加圧ローラ９４が定着ローラ９３の方向に付勢されているので、定着ローラ９３に巻回された定着ベルト９１と加圧ローラ９４との間のニップ部Ｎで、記録紙Ｐが加熱・加圧されて、記録紙Ｐ上のトナー像が定着される。

定着ベルト９１の加熱手段としてはどのような加熱手段を用いてもよいが、例えばヒーター、あるいは励磁コイルを用いた誘導加熱発熱体を用いてもよい。

なお、定着ベルト９１を介して加熱ローラ９２の温度を検知する温度センサＳ１，及び加圧ローラ９４の温度を検知する温度センサＳ２が設けられている。

前記構成により、簡単な構成でブリスタの発生を防止でき、生産性を低下させずに、高画質な画像が得られる定着装置の提供が可能となる。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されない。

図１に示す画像形成装置で以下の評価を行った。評価は目視で、ブリスタの有無及び画像のむらの有無を判定した。
＜比較例＞
加圧ローラの離型層に通気穴無し、表面平滑度１５００秒で、塗工紙を使用し画像形成を実施した。定着装置の定着温度、定着速度等諸条件は所定の記録紙の場合の通常設定の状態とした。

Ａ４サイズ塗工紙を１０枚通紙し、１０枚に１か所以上のブリスタが目視確認された。
＜実施例１＞
加圧ローラ仕様を下記で通紙評価を行った。
外径：６０ｍｍ、
弾性層：シリコンスポンジ、肉厚８ｍｍ、アスカーＣ硬度３０°、気孔寸法０．０１μｍ〜０．５ｍｍ。
離型層：ＰＦＡチューブ、肉厚３０μｍ、通気穴径０．０１μｍ〜１μｍ、開口率５０％。通気穴径は比較のため、０．００５μｍ及び１．５μｍでも評価を行った。
定着温度：２００℃、加圧ローラ温度：８０℃以上〜２００℃以下で制御。

表１に記載した各離型層通気穴径において、Ａ４サイズ塗工紙を１０枚通紙し評価した。

表１に示すように、離型層通気穴径が０．０１μｍ以上１．０μｍ以下ではブリスタの発生は認められず、画像定着むらも認められなかった。０．００５μｍでは、画像定着むらは認められなかったが、ブリスタの発生が認められた。１．５μｍでは、ブリスタの発生は認められなかったが、画像定着むらが認められた。

＜実施例２＞
加圧ローラ仕様を下記で通紙評価を行った。
外径：６０ｍｍ、
弾性層：シリコンスポンジ、肉厚８ｍｍ、アスカーＣ硬度３０°。
離型層：ＰＦＡチューブ、肉厚３０μｍ、表面平滑度はベック平滑度計で１０秒〜１０００秒。表面平滑度は比較のため、５秒、１１００秒及び１５００秒でも評価を行った。
定着温度：２００℃、加圧ローラ温度：８０℃〜２００℃の間で制御。

表１に記載した各離型層表面平滑度において、Ａ４サイズ塗工紙を１０枚通紙し評価した。

表１に示すように、離型層の表面平滑度が１０秒以上１０００秒以下ではブリスタの発生は認められず、画像定着むらも認められなかった。５秒では、ブリスタの発生は認められなかったが、画像定着むらが認められた。１１００秒ではブリスタの発生が１０枚中５枚に、１５００秒ではブリスタの発生が１０枚中７枚に認められた。

画像形成装置の構成図である。 定着装置の断面図である。

符号の説明

９ 定着装置
９１ 定着ベルト
９２ 加熱ローラ
９３ 定着ローラ
９４ 加圧ローラ
９４Ｄ 加熱源
Ｎ 定着ニップ部
Ｐ 記録紙

Claims (4)

1. 記録紙上にトナー像を形成する画像形成部と、加熱定着部材と該加熱定着部材を押圧する金属製の芯金と弾性層と表面の離型層で構成された加圧部材とを有する定着ニップ部にトナー像が形成された記録紙を通過させて加熱定着する定着装置とを備えた画像形成装置において、
   前記定着装置の加圧部材表面の離型層に、直径０．０１μｍ以上１μｍ以下の穴を設け厚み方向に通気性を持たせたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記加圧部材の弾性層は、気孔の大きさが０．０１μｍ以上０．５ｍｍ以下の連泡タイプのスポンジであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 記録紙上にトナー像を形成する画像形成部と、加熱定着部材と該加熱定着部材を押圧する金属製の芯金と弾性層と表面の離型層で構成された加圧部材とを有する定着ニップ部にトナー像が形成された記録紙を通過させて加熱定着する定着装置とを備えた画像形成装置において、
   前記加圧部材の離型層の平滑度は、ベック平滑度計で１０秒以上１０００秒以下であることを特徴とする画像形成装置。
4. 前記加圧部材の表面温度を、８０℃以上定着設定温度以下に制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。

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