JP2006250971A - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 記録シート内の良好な画像段差と粒状性とを両立することができる定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 加熱ロール50を含む複数の支持部材により定着ベルト57を回動可能に支持するとともに、加熱ロール50に対して、定着ベルト57を介して圧接する加圧ロール51を配設し、この加熱ロール50と定着ベルト57及び加圧ロール51により形成される定着ニップ部に、表面に熱可塑性樹脂が被覆された記録シート18を通過させて、トナー画像を定着した後に該記録シート18を定着ベルト57から剥離させる定着装置101において、定着ニップ部は、6kg/cm〜12kg/cmの線圧で、加圧形成されていると共に、定着ベルト57の定着ニップ部よりも上流側に、定着ベルト57の幅方向の温度分布を均一化する温度安定化手段52を備えていることを特徴とする。
【選択図】 図4
【解決手段】 加熱ロール50を含む複数の支持部材により定着ベルト57を回動可能に支持するとともに、加熱ロール50に対して、定着ベルト57を介して圧接する加圧ロール51を配設し、この加熱ロール50と定着ベルト57及び加圧ロール51により形成される定着ニップ部に、表面に熱可塑性樹脂が被覆された記録シート18を通過させて、トナー画像を定着した後に該記録シート18を定着ベルト57から剥離させる定着装置101において、定着ニップ部は、6kg/cm〜12kg/cmの線圧で、加圧形成されていると共に、定着ベルト57の定着ニップ部よりも上流側に、定着ベルト57の幅方向の温度分布を均一化する温度安定化手段52を備えていることを特徴とする。
【選択図】 図4
Description
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の電子写真方式、静電転写方式を用いた画像形成装置の定着装置に関し、より詳しくは、ベルト式定着装置及びこれを用いた画像形成装置の改良に係る。
従来、電子写真方式を適用したカラー複写機やカラープリンター等のカラー画像形成装置としては、感光体ドラムを1つのみ備え、当該感光体ドラム上に、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(BK)等の各色のトナー像を順次形成し、上記感光体ドラム上に順次形成されるイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(BK)等の各色のトナー像を、記録シート上に多重に転写した後、これらのトナー像を加熱して記録シート上に定着することにより、カラー画像を形成するように構成したものがある。また、上記カラー画像形成装置としては、感光体ドラム上に順次形成されるイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(BK)等の各色のトナー像を、一旦中間転写体上に多重に一次転写した後、当該中間転写体上に多重に転写された各色のトナー像を、記録シート上に一括して二次転写し、これらのトナー像を加熱して記録シート上に定着することにより、カラー画像を形成するように構成したものもある。
さらに、上記カラー画像形成装置としては、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(BK)等の各色に対応した複数の画像形成ユニットを備え、各画像形成ユニットの感光体ドラム上に順次形成されるイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(BK)等の各色のトナー像を、記録シート上に多重に転写するか、又は一旦中間転写体上に多重に一次転写した後、当該中間転写体上に多重に転写された各色のトナー像を、記録シート上に一括して二次転写した後、これらのトナー像を加熱して記録シート上に定着することによりカラー画像を形成するように構成したものがある。
ところで、上記記録シート上に転写・定着されるカラートナーは、通常、バインダー樹脂中に顔料や染料等からなる着色剤を分散又は溶融混合して構成され、粒子径は、数μm〜数十μmに設定される。このようなカラートナーは、普通紙や一般の印刷用紙等のコート紙上に、複数層重ね合わせた状態で転写された後、加熱溶融された状態で普通紙や一般の印刷用紙等のコート紙上に定着される。
また、電子写真方式を使用したカラー複写機やプリンタの定着装置としては、定着ロールと加圧ロールとを対向して配置し、その挟持部分を所定の温度、所定の荷重で定着させる構成のロール定着装置が広く採用されている。上記ロール定着装置による定着後のカラー画像表面には、トナー層の高低によって、例えば10〜100μm程度の凹凸が形成され、光沢のムラが発生する。その結果、普通紙や一般の印刷用紙等のコート紙上に形成されたカラー画像は、入射する照明光を乱反射し、肉眼で観察すると、光沢性に劣る画像に感じられてしまう。
そこで、光沢性に優れたカラー画像が得られるカラー画像形成方法・装置として、高光沢な表面を有するベルトにトナー画像を重ねて加熱加圧してトナーを溶融させ、冷却してトナーが固化した後に剥離させることで、ベルト表面の形状をレプリカし、これにより高光沢な画像を得る冷却剥離方式のベルト定着装置が提案されている(例えば、特許文献1〜7参照)。
例えば、特許文献1〜4には、冷却剥離方式のベルト定着装置により高光沢化する技術が開示されている。
また、特許文献4には、ベルト定着装置で定着する記録シートとして、その表面に受像層を備えるものが開示されており、さらに当該受像層の好適な粘弾性が開示されている。
さらに、特許文献5〜7には、ベルト定着装置で定着するロール対の上流側でベルトをプレ加熱する定着技術が開示されている。
ところで、写真調の均一な光沢画像を得る観点からは、記録シートとしては、原紙にポリオレフィン樹脂を被覆した記録シート(コート紙)上にさらに受容層を設けたものが好ましい。このような記録シートにおいては、写真調の画像を得るために、6kg/cm以上の高圧力(実質的には、6kg/cm〜12kg/cm)で溶融したトナー画像を記録シート上の受容層に埋め込むことで、トナー画像の段差感を解消させている。
しかしながら、トナー及び記録シートの受容層を熱溶融させ流動させて埋め込む画像形成装置において、上記先行技術文献に開示されたようなベルト定着装置により、高温で定着を行うと、トナー画像が受容層の流動化により乱れて画像の粒状性が悪化してしまうといった問題や、原紙にポリオレフィン樹脂を被覆した記録シート(コート紙)では、ポリオレフィン樹脂の耐熱温度が低いため、ブリスターやポリオレフィン層のオフセットが生じるといった問題が生じていた。
他方、低温でトナーが十分に溶融していない状態で画像定着を行うと、得られる画像に段差感が残り、写真調で平滑な画質が得られないといった問題も生じていた。
そこで、高光沢な写真調で平滑な高画質画像を実現するためには、トナー及び受容層が適度な粘性と弾性とを有する温度範囲領域内において、画像定着を行うことが必要となる。
ところが、このような温度範囲領域は、一般に非常に狭く、こうした非常に狭い温度範囲領域(例えば、5℃程度)内で、定着装置の加熱ロールの軸方向温度分布及び温度変動を制御すると共に、高いニップ圧力を形成して埋め込み性を向上させることは非常に困難である。
例えば、軸方向の温度分布を均一化するためには、熱伝導率が高い材質により加熱ロールを形成することが考えられる。ここで、熱伝導率kが高い材料としては、アルミニウム(k=240W/K・m)があるが、ヤング率Eが7×1010N/m2と小さく、ロールがたわみ易いため、高圧力(6kg/cm以上)のニップ形成には適さない。
一方、高いニップ圧力を実現するために、ニップ部を構成するロール対を、ヤング率Eが高い鋼鉄(E=20×1010N/m2)で形成することが考えられるが、この場合は、熱伝導率kが36W/K・mと小さく、軸方向に不均一な温度分布が生じ易い。
すなわち、ほぼ均一な温度分布とほぼ均一な高圧ニップ部とを単一の加熱ロールで実現することは極めて困難である。
また、剛性が高くかつ熱伝導性の高い加熱ロール材料として銅(k=395W/K・m、E=13×1010N/m2)が挙げられるが、銅製ロールはコストが高くかつ緑青が発生する可能性があり、安全性の観点で使用できない。
このような観点から、温度分布の均一化のための高熱伝導性を有すると共に、高いニップ圧力に耐えられる高剛性とを有する実用可能な加熱ロールの材料は存在しない。
そこで、本発明は、このような技術的な課題に鑑みてなされたものであり、表面に熱可塑性樹脂が被覆された記録シート上のトナー画像の段差感を解消すると共に、トナー画像の乱れ及び記録シート樹脂層のブリスターの発生を防止し、記録シート内の良好な画像段差と粒状性とを両立することができる定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の定着装置は、加熱ロールを含む複数の支持部材により定着ベルトを回動可能に支持するとともに、前記加熱ロールに対して、定着ベルトを介して圧接する加圧ロールを配設し、この加熱ロールと定着ベルト及び加圧ロールにより形成される定着ニップ部に、表面に熱可塑性樹脂が被覆された記録シートを通過させて、トナー画像を定着した後に該記録シートを定着ベルトから剥離させる定着装置において、前記定着ニップ部は、6kg/cm〜12kg/cmの線圧で加圧形成されていると共に、前記定着ベルトの前記定着ニップ部よりも上流側に、定着ベルトの幅方向の温度分布を均一化する温度安定化手段を備えていることを特徴とするものである。
このように構成した本発明の定着装置は、定着ニップ部と定着ベルトの幅方向の温度分布を均一化する温度安定化手段とを別手段として構成しているので、定着ニップ部における所定の高圧力と定着ベルトの幅方向の均一な温度分布とを同時に実現させることができ、これにより、記録シート上に定着されたトナー画像の段差感を解消すると共に、トナー画像の良好な粒状性を維持して画像乱れを防止しつつ、記録シート樹脂層のブリスターの発生を防止し、写真調の画質・質感が得られる画像を簡易な構成で安価に提供することができる。
ここで、前記温度安定化手段は、その熱伝導率が100W/K・m以上の金属製ロールであってもよい。
このように構成した場合には、温度安定化手段が、その熱伝導率が100W/K・m以上の金属製ロールであるので、定着ベルトの幅方向の温度分布を均一化する温度安定化手段を簡易な構成で実現することができる。
また、前記温度安定化手段は、ヒートパイプであってもよい。
このように構成した場合には、温度安定化手段が、ヒートパイプであるので、定着ベルトの幅方向の温度の均一化をより効率的に実現することができる。
また、前記定着ニップ部の上流側に、前記定着ベルトの内周側に配設されたプレ加熱ロールと、このプレ加熱ロールに対して、定着ベルトを介して圧接するプレ加圧ロールとから形成されるプレ定着ニップ部をさらに備え、前記プレ加熱ロールは、前記温度安定化手段を兼用すると共に、前記加熱ロールよりも熱伝導率が高い材質で形成され、かつ、前記プレ定着ニップ部は、前記定着ニップ部よりも低い線圧でニップが形成されていてもよい。
このように構成した場合には、プレ定着ニップ部と定着ニップ部とを備えるので、加熱ロールの加熱温度を低減し、ブリスターの発生をより効果的に防止することができる。さらに、プレ定着ニップ部のプレ加熱ローラが温度安定化手段を兼ねるので、併せて、定着ニップ部での所定の高圧力と均一な温度分布とを同時に実現することができる。
以上において、前記定着ニップ部を形成するロール対のそれぞれのヤング率は、10×1010N/m2以上であり、前記温度安定化手段の熱伝導率は、100W/K・m以上であってもよい。
このように構成した場合には、定着ニップ部を形成するロール対のヤング率の閾値を10×1010N/m2以上とし、温度安定化手段の熱伝導率の閾値を100W/K・m以上とすることにより、定着ニップ部を形成するロール対の材質として好適な、剛性の高い、例えば、鋼鉄やステンレスを採択すると共に、温度安定化手段の材質として好適な、アルミニウム等を採択することができるので、高圧で均一な加圧を実現するためのロール対と、定着ベルトの幅方向の均一で安定した加熱を実現するための温度安定化手段とを適切に選定することが可能となる。
さらに、前記定着ニップ部と記録シート剥離部との間に冷却手段が配設されていてもよい。
このように構成した場合には、定着ニップ部と記録シート剥離部との間に冷却手段が配設されているので、記録シートの画像表面の光沢度が高く、記録シートが定着ベルトから容易に自然剥離する定着装置を実現することができる。
なお、本発明は、上述した現像装置に限られるものではなく、このような現像装置を備える画像形成装置をも対象とするものである。
本発明によれば、表面に熱可塑性樹脂が被覆された記録シート上に定着されたトナー画像の段差感を解消すると共に、トナー画像の良好な粒状性を維持して画像乱れを防止し、かつ、記録シート樹脂層のブリスターの発生を防止して、写真調の画質・質感が得られる画像を簡易な構成で安価に実現することができる。
<第一の実施形態>
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
〔画像形成装置〕
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
〔画像形成装置〕
まず、本発明に係る画像形成装置の概要について、図1を参照して説明する。図1は本発明に係わるタンデム型カラー画像形成装置100の概略構成図である。
この画像形成装置100においては、画像読取装置102より読み取られたカラー原稿のカラー画像情報、図示しないパーソナルコンピュータや画像データー入力装置等から送られてくるカラー画像情報等が入力され、入力された画像情報に対して画像処理が行われる。
図1において、1Y,1M,1C,1Kはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色トナー画像を形成する電子写真画像形成ユニットであり、複数の張架ロールにより張架された無端状の中間転写ベルト9の進行方向に沿って1Y,1M,1C,1Kの順で直列に配設されている。また中間転写ベルト9は各電子写真画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kに対応する静電潜像担持体2Y,2M,2C,2Kのそれぞれに対向して配設される転写手段6Y,6M,6C,6Kとの間に挿通されている。
ここで、中間転写ベルト9への画像形成動作について、イエロートナー画像を形成する電子写真画像形成ユニット1Yを代表例として説明する。
まず、静電潜像担持体2Yは、一様帯電器3Yによりその表面を一様に帯電される。次に露光器4Yによりイエロー画像に対応する像露光がなされ、静電潜像担持体2Yの表面にはイエロー画像に対応する静電潜像が形成される。
このイエロー画像に対応する静電潜像は現像装置5Yによってイエロートナー像となり、一次転写手段の一部を構成する一次転写ロール6Yの圧接力及び静電吸引力によって中間転写ベルト9上に転写される。転写後の静電潜像担持体2Y上に残留したイエロートナーは、静電潜像担持体クリーニング装置7Yよって掻き取られる。静電潜像担持体2Yの表面は除電装置8Yによって除電された後、次の画像形成サイクルのために一様帯電器3Yにより再び帯電される。
多色のカラー画像形成を行う本画像形成装置100では、各電子写真画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの相対的な位置の違いを考慮したタイミングで、上記と同様の画像形成工程が電子写真画像形成ユニット1M,1C,1Kにおいても行われ、中間転写ベルト9上にフルカラートナー像が形成される。
中間転写ベルト9上に形成されたフルカラートナー像は、所定のタイミングで二次転写位置へと搬送される記録シート18上に、中間転写ベルト9を支持するバックアップロール13と、バックアップロール13に圧接する二次転写手段の一部を構成する二次転写ロール12の圧接力及び静電吸引力によって転写される。
記録シート18は、画像形成装置100内の下部に配置された記録シート収容部としての給紙カセット17から、所定のサイズのものが給紙ロール17aによって給紙される。給紙された記録シート18は、複数の搬送ロール19及びレジストロール20によって、所定のタイミングで中間転写ベルト9の二次転写位置まで搬送される。そして、記録シート18には、上述したように、二次転写手段としてのバックアップロール13と二次転写ロール12とによって、中間転写ベルト9上からフルカラートナー像が一括して転写される。
また、中間転写ベルト9上からフルカラートナー像が転写された記録シート18は、中間転写ベルト9から分離された後、二次転写手段の下流側に配設された第一定着装置15へと搬送され、この第一定着装置15によって熱及び圧力でトナー像が記録シート18上に定着されるようになっている。
また、二次転写手段により記録シート18上に転写できなかった中間転写ベルト9上の残トナーは、そのまま中間転写ベルト9上に付着した状態で中間転写体クリーニング装置14まで搬送され、クリーニング手段14により、中間転写ベルト9上から除去され次の画像形成に備える。
ここで、上述した第一定着装置の概要について、図2を参照して説明する。図2は、第一定着装置15を説明する断面概略図である。
図2に示されるように、この第一定着装置15は小熱容量の定着ロール30と、加圧ベルト31、加圧パッド32からなる加圧ベルト式定着装置である。
定着ロール30は、アルミニウムからなる肉厚1.5mm、外径25mm、長さ380mmのコア30a表面に、ゴム硬度(JIS−A)が33°のシリコーンゴムからなる弾性体層30bを厚さ0.5mm、長さ320mmに被覆し、さらに弾性体層30bの表面に厚さ30μmのPFAチューブからなる離型層30cを被覆して形成されている。定着ロール30の内部には、加熱源として650Wのハロゲンランプ33が配設されており、定着ロール30の表面温度が所定の温度(トナーの溶融温度によるが、一般には140〜190℃)となるように内部から加熱する。
加圧ベルト31は厚さ75μm、外径30mm、長さ330mmのポリイミドベルトの表面に、厚さ30μmのPFAチューブからなる離型層が形成されている。この加圧ベルト31内部には、加圧ベルト31を定着ロール30に押圧しニップを形成する加圧パッド32が配置されている。また、加圧パッド32の押圧荷重は33Kgで、ニップ幅は6.5mmである。なお、加圧ベルト31、加圧パッド32側には熱源を持たない。
再び、図1に戻って、本実施の形態における記録シート搬送路11は、画像形成装置100内の側方に略垂直となるように配設されている。そして、この略垂直な記録シート搬送路11により画像形成及び定着された記録シート18は、画像形成装置の上部に排出することが可能な構成となるため、新たに記録シート搬送経路を設けることなく、第二定着装置101を画像形成装置100と画像読取装置102との間に配設することが可能となっている。
また、本実施の形態において、画像形成装置100は、第一モード(通常プリントモード)と第二モード(高光沢プリントモードすなわち写真モード)とを備えており、例えば、不図示の操作パネル上から各プリントモードが選択可能となっている。そして、低光沢及び非光沢の画像を出力する第一モード(通常プリントモード)が選択された場合には、給紙カセット17より記録シート(例えば、普通紙)が選択的に給紙され、二次転写手段によりフルカラートナー像が転写され、第一定着装置15において定着された後、搬送方向切替ゲート16により搬送路が第一記録シート排出口21側に切り替えられ、排出ロール22によって普通紙モード用排紙トレイ25上に、画像形成面が上向きに排出される。
一方、第二モード(高光沢プリントモード)が選択された場合には、表面に熱可塑性樹脂層が形成された記録シート18が給紙カセット17より選択的に給紙され、二次転写手段によりフルカラートナー像が転写され、第一定着装置15において定着された後、搬送方向切替ゲート16により搬送路が第二定着装置101側に切り替えられ、この第二定着装置101により、形成画像の高光沢処理が行われるようになっている。また、本実施の形態に係る第二定着装置101は画像形成装置部と画像読取装置102との間に配設され、画像形成装置100と一体に構成されている。なお、第二定着装置101の詳細については後述する。
次に、本実施の形態で第二モードが選択された場合に用いられる記録シート18の構成について図3を参照して説明する。この記録シート18は、支持体18bの両面にポリオレフィン樹脂被覆層18cを設け、さらにその片面にポリエステル等からなる熱可塑性樹脂を主成分としたものを、厚さ5〜20μmの範囲(例えば10μmの厚さ)で被覆した透明な受像層(透明樹脂層、受容層)18aを設けると共に、反対側の面にバック層18dを設けたものである。このような記録シート18を用いることで、全面で均一な光沢感が得られる。さらに、本発明に好適な記録シート18の材質及びカラートナーの素材の詳細について以下に説明する。
〔記録シートの材質〕
〔記録シートの材質〕
本発明に好適な記録シート18としては、該記録シート18の支持体18bとして用紙の内部結合強度を向上させるのが望ましく、当該用紙18bの内部結合強度の向上に対しては、例えば、原紙のパルプの種類(剛性の高い針葉樹)、熱処理パルプ、叩解を進め繊維間結合を高める紙力剤(ポリアミド、アクリルアミド、アミン化合物等)、湿潤紙力増強剤(ポリアミド、エポキシ、メラミン化合物等)の添加、サイズプレスで水系樹脂(ポリビニルアルコール、フッ素系樹脂、アクリル、スチレン、アクリル−スチレン共重合体、アミド、ウレタン、エポキシ化合物等)の含浸、塗工などがあるが、目的に応じて適宜選択される。
また、受像層18aは、記録画像部の光沢が均一であることをも特徴とする。トナーの定着時に、トナーが記録シート18中に埋め込まれていない場合は、トナーの厚みによって光沢が異なり、画像の品質が著しく低下する。よって光沢ムラを解消するためには、トナーを受像層18a中に埋め込むことが重要である。すなわち、トナーを埋め込むためには、短時間の加熱でトナーが十分に溶融し、かつ受像層18aを構成する樹脂も軟化し、トナーと相溶することが必要である。
これに関して、鋭意検討した結果、上記記録シート18は、カラートナーからなるトナー画像の定着ニップ部内の温度(例えば、120〜130℃)において、当該記録シート18の受像層18aを構成する熱可塑性樹脂の粘度が、カラートナーの粘度より小さく、且つ記録シート18の受像層18aを構成する熱可塑性樹脂の弾性が、カラートナーの弾性より小さくなるように設定することにより、定着時にカラートナーからなるトナー画像を、受像層18a中に埋め込んで粒状性を小さくして、光沢性を向上させることができることがわかっている。
また、上記記録シート18は、カラートナーからなるトナー画像の定着ニップ部内の温度(例えば、120〜130℃)において、当該記録シート18の受像層18aを構成する熱可塑性樹脂の動的粘弾性の力学正接損失(tanδ)が、カラートナーの動的粘弾性の力学正接損失(tanδ)より大きくなるように設定することにより、定着時にカラートナーからなるトナー画像を、受像層18a中に埋め込んで粒状性を小さくして光沢性を向上させることができる。
そして、本実施の形態に係る記録シート18では、例えば、上記の粘弾性特性を満たすために、受像層18aを構成する熱可塑性樹脂の分子量が、カラートナーの分子量よりも低分子となるように設定される。
また、この実施の形態に係る記録シート18では、例えば、上記の粘弾性特性を満たすために、受像層18aを構成する熱可塑性樹脂の無機微粒子の添加量が、カラートナーの無機微粒子の添加量よりも少なくなるように設定される。
受像層18aを構成する樹脂としては、ポリエステル樹脂、スチレン−アクリル酸エステル樹脂、スチレン−メタクリル酸エステル樹脂等が挙げられるが、特にポリエステル樹脂が好ましく使用される。ポリエステル樹脂を構成する多価アルコール成分と多価カルボン酸成分としては、次のものが例示される。
多価アルコール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ビスフェノールAにオレフィンオキサイドを付加したモノマー等を用いることができる。
多価カルボン酸成分としては、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、ドデセニルコハク酸、n−オクチルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸、1,2,4−ベンゼルトリカルボン酸、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシ−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、テトラ(メチレンカルボキシ)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸及びこれらの酸の低級アルキルエステル等を用いることができる。
ポリエステル系樹脂は、上記多価アルコール成分と多価カルボン酸成分を各成分から1種以上用いて合成される。また、トナーの成分が、カラートナーでは、ポリエステル樹脂、モノクロトナーでは、スチレン−アクリル系樹脂が主となっていることから、トナーとの相溶性の高い樹脂組成を選ぶことが好ましい。したがって、ポリエステル樹脂、スチレン−アクリル酸エステル樹脂、スチレン−メタクリル酸エステル樹脂等の中から目的に応じて1種或いは2種以上が混合されて使用される。
さらに、受像層18aには、透明性もしくは白色性を阻害しない範囲で顔料、離型剤、導電剤等を含有させることができる。その場合、全樹脂に対して主成分の樹脂量は、80重量%以上であることが必要である。さらに、受像層18aは、温度20℃、相対湿度85%において表面電気抵抗8.0×108Ω以上になるように調整されたものが好ましい。なお、上記離型剤は、必要に応じて、0.5重量%〜10重量%の範囲で、受像層18a中に添加される。
支持体18bとしては一般の上質紙が用いられる。支持体18bの表裏両面には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン等からなる被覆層18cが、10〜30μmの厚さに被覆される。上記被覆層18cは、支持体の表裏両面に被覆された後、通常の硬化工程や表面処理工程等で平滑化処理される。なお、被覆層18cが塗設される面は、平滑化処理を施す際に、JIS K0601に基づく最大粗さRmaxが20μm以下になるように調整される。
バック層18dとしては、無機顔料等にポリエステル樹脂等の接着剤を加えたものを、所定の厚さに薄く塗布したものが用いられる。バック層18dに用いられる顔料としては、例えば、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、カオリン、焼成カオリン、構造性カオリン、デラミカオリン、タルク、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、シリカ、アミノ珪酸マグネシウム、微粒子状珪酸カルシウム、微粒子状炭酸マグネシウム、微粒子状軽質炭酸カルシウム、ホワイトカーボン、ベントナイト、ゼオライト、セリサイト、スメクサイト等の鉱物質顔料や、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリル共重合樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂並びにそれらの微小中空粒子や貫通孔型の有機顔料等が挙げられ、これらの中から1種あるいは2種以上が用いられる。
バック層18dに用いられる接着剤としては、印画紙基材18b、18cの被覆層18cとの接着性等が考慮して選択され、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、オレフィン−無水マレイン酸樹脂、メラミン樹脂等の合成高分子化合物等が例示できるが、ポリエステル樹脂が望ましい。
バック層18dに用いられる接着剤の配合割合は、顔料20重量%に対して100〜400重量%の範囲である。
また、バック層18dには、離型剤や滑剤が無機顔料100重量部に対して0.5〜5重量部の範囲で配合されることが好ましく、離型剤や滑剤の配合量が0.5重量部未満では、受像層18aとバック層18dとの密着が強くなり紙間摩擦係数が高くなり、走行性が悪くなる。一方、5重量部を越えるとバック層18dの強度の低下による紙粉の発生が問題となる。
本実施の形態の離型剤や滑剤としては、例えば、ステアリン酸などの高級脂肪酸、ステアリン酸亜鉛などの高級脂肪酸金属塩、ステアリン酸アミドなどの高級脂肪酸アミド及びそのメチロール化物、ポリエチレンワックスなどの炭化水素類が挙げられる。
バック層18dの塗被液中には、これらの他に各種助剤、例えば、界面活性剤、ph調節剤、粘度調節剤、柔軟剤、光沢付与剤、ワックス類、分散剤、流動安定剤、導電防止剤、安定化剤、帯電防止剤、架橋剤、サイズ剤、蛍光増白剤、着色剤、紫外線吸収剤、消泡剤、耐水化剤、可塑剤、滑剤、防腐剤、香料等が必要に応じて適宜使用することも可能である。
バック層18dの塗工量については、カールバランス等によって本発明の転写シートの使用目的に応じて選択されるものであるが、一般的には、両面が被覆層18cによって被覆された支持体表面の凹凸を完全に覆う程度が必要であり、乾燥重量で8〜40g/m2が好ましい。バック層18dを形成する塗被方法としては、一般に公知の塗被装置、例えばブレードコータ、エヤーナイフコータ、ロールコータ、リバースロールコータ、バーコータ、カーテンコータ、ダイスロットコータ、グラビアコータ、チャンプレックスコータ、ブラシコータ、ツーロールコータあるいはメータリングブレード式のサイズプレスコータ、ビルブレードコータ、ショートウエルコータ、ゲートロールコータ等が適宜用いられる。
バック層18dを平滑化処理する際は、特に無理をすることなく、通常のスーパーキャレンダ、グロスキャレンダ、ソフトキャレンダ等の平滑化処理装置で行われる。また、オンマシンやオフマシンで適宜用いられ、加圧装置の形態、加圧ニップの数、加温等も通常の平滑化処理装置に準じて適宜調節される。
本発明の基材18b、18cに使用される支持体18bとしては、特に限定されないが、例えば抄紙phが4.5付近である酸性抄紙、炭酸カルシウム等のアルカリ性填料を主成分として含み抄紙phを約6の弱酸性〜約9の弱アルカリ性とする中性抄紙等の紙基体が用いられる。抄紙方法については、一般の長網多筒式、丸網単筒式、ヤンキ―等の抄紙機が適宜用いられる。また、用途に応じて合成紙、不織布、合成樹脂フィルムも使用できる。
基材18b、18cへの受像層18aの塗工には、一般に公知の塗被装置、例えば、リバースロールコータ、バーコータ、カーテンコータ、ダイスロットコータ、グラビアコータ等の装置が適宜用いられる。
また、受像層18aが塗工された記録シート18は、必要に応じて平滑化処理することができ、通常のスーパーキャレンダ、グロスキャレンダ、ソフトキャレンダ等の平滑化処理装置で行われる。また、加圧装置の形態、加圧ニップの数、加温等も通常の平滑化処理装置に準じて適宜調節される。なお、熱可塑性樹脂のビカット軟化温度(VST:Vicat Softening Temperature)は、JIS K 7206に定められた試験方法にて測定する。
〔カラートナーの素材〕
〔カラートナーの素材〕
一方、上記記録シート18上に転写・定着される本発明に好適なカラートナーは、例えば、結着樹脂、着色剤、離型剤を有機溶媒中に、溶解/分散させた油性成分を、水性媒体中に分散させ、造粒して得られる静電潜像現像用トナーであって、必要に応じてトナー内部に無機微粒子を含むように構成されている。
上記トナー内部に分散される無機微粒子としては、例えば、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、硫酸バリウムなどの金属塩、酸化珪素、酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、などの金属酸化物、セラミック、カーボンブラック、等が挙げられ、単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。中でも、発色性、OHP透過性を良好にするため、酸化珪素などの結着樹脂との屈折率差が小さい無機微粒子が好ましい。
また、無機微粒子の粒径は、好ましくは4nm以上500nm以下で、特に好ましくは6nm以上50nm以下である。500nmを越えると十分な効果が得られない。さらに、無機微粒子のトナー内部への添加量は、トナー100重量部に対し、好ましくは1重量部以上20重量部以下であり、特に好ましくは、2重量部以上10重量部以下である。1重量部未満、又は20重量部を越えると定着性が不十分となる。
これらの無機微粒子は、製造工程中でトナー中から離脱させないため、カップリング剤等で疎水性に表面処理することが好ましく、カップリング剤としては、具体的にはメチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトシキシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ヘキサメチルシラザン、N,N−(ビストリメチルシリル)アセトアミド、N,N−ビス(トリメチルシリル)ウレア、tert−ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプリピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプリピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、等のシランカップリング剤やチタンカップリング剤等を挙げることができる。カップリング剤を使用するのは、親油性が小さいと、トナー中への無機微粒子の取込み率が小さくなるためである。
結着樹脂としては、具体的には、公知の定着用樹脂を用いることができ、具体的にはアルコール成分とカルボン酸成分との縮合重合によって得られるポリエステル(アルコール成分としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、キシリレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ビスフェノールA、水添ビスフェノールA、ビスフェノールAエチレンオキサイド、ビスフェノールAプロピレンオキサイド、ソルビトール、グリセリンなどの2価以上のアルコール及びアルコール誘導体、カルボン酸成分としては、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、アジピン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、シクロペンタンジカルボン酸、無水コハク酸、無水トリメリット酸、無水マレイン酸、ドデセニル無水コハク酸などの2価以上のカルボン酸、カルボン酸誘導体や無水カルボン酸など)が挙げられる。なお、アルコール成分及びカルボン酸成分をそれぞれ2種以上組み合わせてもかまわない。
また、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸2−エチルヘキシル、ポリアクリル酸ラウリル等のアクリル酸エステル重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリメタクリル酸ヘキシル、ポリメタクリル酸2−エチルヘキシル、ポリメタクリル酸ラウリル等のメタクリル酸エステル重合体、アクリル酸エステルとメタアクリル酸エステルとの共重合体、スチレン系モノマーとアクリル酸エステルもしくはメタアクリル酸エステルとの共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリプロピオン酸ビニル、ポリ酪酸ビニル、ポリエチレン及びポリプロピレンなどのエチレン系重合体及びその共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体などのスチレン系共重合体、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂などを単独あるいは混合して用いることができる。
本実施の形態で用いる離型剤としてのワックスとしては、具体的にはパラフィンワックス、酸化パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの石油ワックス、モンタンワックスなどの鉱物ワックス、みつろう、カルナバワックスなどの動植物ワックス、ポリオレフィンワックス、酸化ポリオレフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスなどの合成ワックス等を単独あるいは混合して用いることができる。ワックスの融点は、40℃〜150℃が好ましく、50℃〜100℃が特に好ましい。
ワックスはあらかじめより小さく分散させておくのが望ましく、平均1μm以下に分散させておくことが望ましい。ワックス粒子径を小さくするワックスの分散方法としては、メディア式ミルでワックスを有機溶媒中で湿式粉砕する方法、ワックスを有機溶媒中で溶解させた後、冷却析出させて微分散させる方法あるいはワックスを気相中で蒸発させて、微粒子化させる方法が挙げられる。用いられる有機溶媒は、結着樹脂を溶解する際に用いる溶媒と必ずしも同一である必要はない。溶媒の量は、ワックス1重量部に対して、溶媒0.1〜20重量部が望ましい。
ワックスの溶解方法としては、加熱、加圧などして行うことができる。ワックスを気相中で蒸発させて、微粒子化させる方法において、気相としては、ヘリウム、アルゴン、窒素の不活性ガスを用い、ワックスを100℃〜400℃の温度に加熱し、0.01〜10torrの減圧下で蒸発させて、蒸発したワックス微粒子を冷却した基体に付着させた後、かきとるあるいは溶剤に分散させるなどして微粒子化することができる。トナー造粒の際には、ワックス微粒子化粉末をそのまま加えても、溶媒中に分散させても構わない。本方法では、温度及び減圧度を調製することで、分子量分布の狭い留分を分離することも可能である。
本実施の形態で用いる顔料としては、公知の有機、もしくは、無機の顔料を使用することができる。たとえば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、ベンガラ、紺青、酸化チタン等の無機顔料、ファストイエロー、ジスアゾイエロー、ピラゾロンレッド、キレートレッド、ブリリアントカーミン、パラブラウン、ベンズイミダゾロン等のアゾ顔料、銅フタロシアニン、無金属フタロシアニン等のフタロシアニン顔料、フラバントロンイエロー、ジブリロモアントロンオレンジ、ペリレンレッド、キナクリドンレッド、ジオキサジンバイオレット等の縮合多環系顔料、カーミンレーキ顔料などが挙げられる。
なお、本実施の形態においては、磁性一成分トナーとして、黒色着色剤の全部又は一部を磁性粉で置き換えることができる。磁性粉としては、マグネタイト、フェライト、又はコバルト、鉄、ニッケル等の金属単体又はその合金を用いることができる。これらの着色剤は、樹脂100重量部に対して1〜50重量部程度の割合で加え、好ましくは2〜20重量部が適切である。
また、顔料分散方法としては、サンドミル、ボールミル、アトライター、コボールミル等のメディア式分散機、三本ロールミル等のロールミル、ナノマイザー等のキャビテーションミル、コロイドミルなどを用いて顔料を分散することができる。顔料分散時に適度なせん断力を加えるために、結着樹脂を一部添加して粘度を調製してもよい。
顔料の分散状態を安定に保つため、顔料分散剤を添加することが好ましい。顔料分散剤としては、具体的には、EFKA47、EFKA4009、EFKA4010(変性ポリウレタン:EFKA CHEMICALS社製)、アジスパーPB711、アジスパーPB411、アジスパーPA111(味の素(株)製)、ディスパロンDA−703−50、ディスパロンDA−705、ディスパロンDA−725、ディスパロンDA−400N(ポリエステル:楠本化成(株)製)などが挙げられる。
また、顔料と顔料分散剤をより強固な結合として顔料分散をより安定化するために、顔料誘導体等を添加したり、顔料の表面処理を行ったものを顔料分散することが好ましい。顔料誘導体としては具体的には、ジメチルアミノエチルキナクリドン、ジヒドロキナクリドン、アントラキノンのスルホン酸誘導体、アントラキノンのカルボン酸誘導体、ソルスパース5000、ソルスパース12000、ソルスパース22000(ゼネカ社製)、EFKA−745、LP6750(EFKA CHEMICALS社製)などが挙げられる。また、顔料の表面処理剤としては、ガムロジン、ウッドロジン、トールロジン等の天然ロジン、アビエチン酸、レボピマル酸、デキストロピマル酸等のアビエチン酸誘導体とそれらのカルシウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩などの金属塩、ロジン・マレイン酸樹脂、ロジン・フェノール樹脂等が挙げられる。顔料誘導体、顔料表面処理剤の量は、顔料に対して0.1〜100重量%が好ましく、0.1〜10重量%の範囲が特に好ましい。
本実施の形態においては、帯電制御剤を用いても良く、従来現像剤に用いられたものが使用できるが、ゼログラフィー用粉体トナーに於いて使用されている安息香酸の金属塩、サリチル酸の金属塩、アルキルサリチル酸の金属塩、カテコールの金属塩、含金属ビスアゾ染料、テトラフェニルボレート誘導体、第四級アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩からなる群か選ばれる化合物、極性基を含有したレジンタイプの帯電制御剤、さらにこれらを適宜組み合わせたものが好ましく使用できる。トナー固形分に対するこれら帯電制御剤の添加量は、一般に10重量%以下の範囲である。
その他の添加剤として、流動性などを与えるために、トナー表面に微粒子を添加することが好ましく、微粒子としては具体的には、金属塩、樹脂、酸化珪素、酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、などの金属酸化物、セラミック、カーボンブラック等が挙げられる。
これらの無機微粒子は、導電性、帯電性等を制御するために、カップリング剤等で表面処理することが好ましく、カップリング剤としては具体的にはメチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ヘキサメチルシラザン、N,N−(ビストリメチルシリル)アセトアミド、N,N−ビス(トリメチルシリル)ウレア、tert−ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプリピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプリピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、等のシランカップリング剤やチタンカップリング剤等を挙げることができる。
なお、微粒子の添加方法としては、トナーの乾燥後、Vブレンダー、ヘキシエルミキサー等の混合機を用いて乾式でトナー表面に付着させてもよいし、微粒子を水または水/アルコールのごとき水系の液体に分散させた後、スラリー状態のトナーに添加し乾燥させトナー表面に外添剤を付着させてもよい。また、乾燥粉体にスラリーをスプレーしながら乾燥してもよい。
本実施の形態におけるトナー粒子の作成方法としては、具体的には、結着樹脂、着色剤、ワックス(離型剤)、無機微粒子、その他の材料を溶媒に溶解分散させてなる油性成分を、水性溶媒中で懸濁分散し、その後溶媒を除去する方法、溶液に貧溶媒を加えることにより粒子を析出させる方法などが挙げられる。
水性媒体は、主として水が用いられるが、水溶性溶媒を混合しても構わない。油性成分を水性媒体中に分散安定化させるために無機微粒子かつ/または水溶性高分子を添加することが好ましく、添加される無機微粒子としては、リン酸カルシウム、ヒドロキシアパタイト、炭酸カルシウム、酸化チタン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム、酸化珪素等があげられる。無機分散剤の量は、水性媒体100重量部に対して、1〜30重量部が好ましい。さらに無機分散剤の平均粒径は1μm以下が好ましい。水溶性高分子としては具体的には、セルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、デンプン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸などが挙げられる。
溶媒としては、一般の有機溶媒が用いられる。例えば、トルエン、キシレン等の炭化水素、塩化メチレン、クロロホルム、ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素、テトラヒドロフラン等のエーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、混合して使用してもよい。
粒子作成のための攪拌方法としては、ホモジナイザー、コロイドミル等のローターステーター型攪拌機、ディゾルバー等のインペラー型攪拌機、超音波攪拌機などが用いられる。本実施の形態のトナーは、平均粒径が3μm以上10μm以下である。また、トナーの乾燥には、通気乾燥装置、噴霧乾燥装置、回転乾燥装置、気流乾燥装置、流動層乾燥装置、伝熱加熱型乾燥装置、凍結乾燥装置などが知られており、いずれも用いることができる。
〔定着装置〕
〔定着装置〕
次に、前述した画像形成装置において、第二モード(高光沢プリントモード)が選択された場合に用いられる第二定着装置(本発明に係る定着装置)101の詳細について図4を参照して以下に説明する。
図4に示されるように、第二定着装置101は、熱源を有する加熱ロール50と、温度安定化ロール52と、剥離ロール(張架ロール)54と、ステアリングロール(張架ロール)55と、これらのロールに巻き回された定着ベルト(無端状ベルト)57と、定着ベルト57を介して加熱ロール50に押圧してニップ部を形成する加圧ロール51と、定着ベルト57の回転方向のニップ部下流側にて定着ベルト57を冷却する冷却部であるヒートシンク56とを備え、トナーが担持された記録シート18は、トナー画像が定着ベルト57と接するようにニップ部に搬送されて加熱加圧定着され、冷却器56で定着ベルト57及び記録シート18が冷却された後に定着ベルト57から剥離されるベルト定着装置である。
加熱ロール50は、剛性の高い(ヤング率Eが10×1010N/m2以上)金属製のコア50aの表面に、PFAチューブ等のフッ素樹脂層からなる離型層50bを形成し、コア50a中に、ハロゲンランプなどの加熱源(熱源)50cを備え、加熱ロール50の表面温度が所定の温度になるように加熱し、定着ベルト57とトナー像が形成された記録シート18とを加熱する。
加圧ロール51は、剛性の高い(ヤング率Eが10×1010N/m2以上)金属製のコア51aの周囲に、ゴム硬度(JIS−A)が40°程度のシリコーンゴム等からなる弾性体層51bを被覆し、さらにその表面PFAチューブ等のフッ素樹脂層からなる離型層51cを形成し、コア51a中に、ハロゲンランプなどの加熱源(熱源)51dを備え、加圧ロール51の表面温度が所定の温度になるように加熱し、定着時の記録シート18に6kg/cm以上(実質的には、6〜12kg/cm)の線圧を印加すると同時に、記録シートを裏面から加熱する。
剥離ロール54は、定着ベルト57から記録シート18を記録シート18自身の剛性により剥離させる原理であり、その外径形状(寸法)は定着ベルト57と記録シート18の付着力及び定着ベルト57の剥離ロール54への巻き付け角度によって決定される。
ステアリングロール55は、定着ベルト57を回転させることにより発生する片寄りによるベルト端部の破損を防止するためのものであり、一方の軸が固定され、他方の軸を図示しない駆動装置により加熱ロール50に対して傾かせることで、定着ベルト57が片寄った場合逆方向にベルトの進行方向を変える役割を果たす。
ヒートシンク56は、定着ベルト57と密着している記録シート18を冷却するためのものであり、定着ベルト57の内周面で、且つ加熱ロール50の下流側、剥離ロール54の上流側に配設され、定着ベルトの内周面に接触して定着ベルトの熱を吸収する。ヒートシンク56は、加熱ロール50と加圧ロール51により溶融させられた記録シート18の表面の受像層18aとトナー像を冷却させ、画像表面全体を定着ベルト57表面にならった平滑な状態で固化させることで高光沢なプリントを可能にする。
定着ベルト57は熱硬化型ポリイミド製の無端状フィルム上に、表面が平滑な厚さ35μmのシリコーンゴム層等を被覆したものが用いられる。消費電力の面からはベルトは薄いものが望ましいが、強度的な観点からポリイミド基材は75μm以上、記録シート上のトナー画像に密着して定着させる観点からシリコーンゴム層は30μm以上が必要である。さらに、定着ベルト57は加熱ロール50、剥離ロール54、ステアリングロール55等の間に掛け渡され、加熱ロール50に従動回転するようになっている。
さらに、本実施の形態に係る定着装置101においては、定着ベルト57の回転方向のニップ部上流側にて定着ベルト57の内周面に当接するように配置された温度安定化手段である温度安定化ロール52を備え、この温度安定化ロール52は、熱伝導率の高い金属(熱伝導率kが、100W/K・m以上の金属であり、例えば、アルミニウム)で形成されている。そして、この温度安定化ロール52中には、ロールの表面温度が所定の温度となるように加熱するハロゲンランプなどの加熱源(熱源)52bが配設されている。すなわち、本実施の形態に係る定着装置101においては、高圧で均一なニップを形成するニップ部と、定着ベルト57の幅方向(加熱ロール50の軸方向)の温度を均一化する温度安定化手段52とを、別部材で構成することにより、形成画像の段差の解消と、粒状性の悪化等による画像乱れの防止という互いに相反する要求の実現を可能としている。
次に、第二モードが選択された場合に、上述のように構成された本発明に係る定着装置101の画像形成から排出までの動作、搬送経路について図1及び図5を参照して説明する。
まず、図1に示されるような画像形成装置にて、第二モードが選択された場合においても、第一モードが選択された場合と同様な画像形成プロセスが実行され、中間転写ベルト9上にフルカラートナー像が形成される。
一方、記録媒体としては、給紙カセット17より第二モード用の記録シート18が選択的に給紙され、二次転写手段により中間転写ベルト9上のフルカラートナー像が一括転写され、第一定着装置15において定着された後、搬送方向切替ゲート16により搬送路が第二定着装置101側に切り替えられ、搬送ロール24によって第二定着装置101に搬送される。
そして、図5に拡大して示されるように、第二定着装置101の加熱ロール50に巻き付けられた定着ベルト57と加圧ロール51とにより記録シート18の受像層18a側に保持されたトナーTが受像層18a内部に埋め込まれ、定着ベルト57に密着した状態で搬送され、ヒートシンク56により所定の温度に冷却された後に、剥離ロール54部で定着ベルト57から記録シート18が剥離し、排出ロール58によって第二モード用排紙トレイ26(図1参照方)上に、画像形成面が下向きに排出される。
なお、第二定着装置101に搬送された記録シート18上のトナーは、画像形成装置100内部に配設された第一定着装置15により一旦定着が行われているため、搬送方向切替ゲート16により搬送方向切り替え動作を行なった際に、画像形成面が搬送支持部材等と接触した場合においても画像の乱れ等の画質ディフェクトが発生することはない。
また、本実施の形態では第二定着装置101を画像形成装置100と一体化しているが、これに限らず、第二定着装置101を画像形成装置100とは別ユニットとして構成することもできる。すなわち、第二モード時に用いられる第二定着装置101を、例えば図6に示されるように、画像形成装置100とは別ユニット化し、画像形成装置100内の第一定着装置15の記録シート搬送下流側、且つ、画像形成装置100と画像読取装置102との間に配設するように構成してもよい。
このように第二定着装置101を別ユニット化することにより、既存の通常プリントモードのみの画像形成装置に第二定着装置101を取り付けることが可能となり、画像形成装置本体を新たに開発することなく、高光沢(写真画像)と非光沢(一般文章等)の画像を出力することができる画像形成装置を簡易に実現することが可能となる。
また、第二定着装置101の別の配設例としては、図7に示されるように、第二定着装置101の底面及び側面等に複数の支持部材70及び複数の固定部71を設け、直接画像形成装置100上に乗せてもよいし、若しくは図8に示されるように、第二定着装置101の上面又は側面に複数の支持部材70を設け、画像読取装置102の底面部又は画像読取装置102を支えている画像読取装置取付部材103等に吊り下げる構成としてもよい。
次に、本発明に係る定着装置101において、定着ニップを形成するロール対(加熱ロール50、加圧ロール51)及び温度安定化ロール52の適切な構成を決定するために行った検証実験を、実施例として以下に示す。
まず、実験条件について説明する。第二定着装置101(図4参照方)の具体的な構成として、加熱ロール50及び加圧ロール51は、直径φ50mm、長さ340mmの鋼鉄製ロールとして構成し、温度安定化ロール52は、直径φ25mm、長さ340mmのアルミニウム製ロールとして構成した。
以下に、加熱ロール50、加圧ロール51及び温度安定化ロール52の材質選定の経緯について説明する。
本画像形成装置では、トナー画像の段差感を解消するために、高圧力のニップ部を形成すると共に、ロール軸方向(定着ベルト57の幅方向)の温度分布を均一化する必要がある。ここで、ニップ部を形成する加熱ロール50及び加圧ロール51間のニップ荷重として8kg/cmを印加した場合のたわみ量を計算した結果を図9に示し、ロール軸方向の温度差を測定した結果を図10に示す。
まず、ほぼ均一なニップ幅形成のためには、たわみ量としては50μm以下としなければならないため、図9から理解されるように、アルミニウムコアを用いたロールでは、肉厚を15mmまで厚くしても50μm以下のたわみ量が得られず、これ以上はハロゲンランプの配置が不可能となる。一方、ヤング率の高い鋼鉄製ロールを用いた場合には、肉厚4mmで50μmいかのたわみ量となるため、定着ニップ部を形成するロール対(加熱ロール50、加圧ロール51)として鋼鉄製ロールを選択した。
しかしながら、鋼鉄製ロールの温度分布としては、図10に示されるように軸方向に大きな温度差が生じてしまう。初期的には10℃以上の温度差があり、定着装置の温度立ち上げから十分に時間をおいて飽和した後でも、8℃程度の温度差が残ってしまう。
これに対し、高熱伝導なアルミニウム製ロールでは、定着装置の昇温後1分程度で目標の5℃以下となることが分かる。このことから、温度安定化ロール52にはアルミ製ロールを選択した。
このように、定着ニップ部を形成するロール対50,51では剛性の高い鋼鉄製ロールを採用することにより、高圧力かつ均一なニップ形成を行うと共に、温度安定化ロール52として熱伝導の高いアルミニウム製ロールを採用することにより、均一な温度分布形成を行い、定着ベルト57を介した熱伝達により加熱ロール50の温度安定化を実現している。
なお、高い剛性が必要となる定着ニップ部を形成するローラ対の材質として、ヤング率Eが10×1010N/m2以上であることを、材質選定の閾値(基準値)として設定することにより、所定のニップ圧力(6kg/cm〜12kg/cm)におけるたわみ量を所定の値(50μm)以下に実現する現実的な材料の選定が可能となる。すなわち、このような基準値を用いることにより、鋼鉄やステンレス鋼が採用されると共に、アルミニウム等が排除される。
また、高い熱伝導性が要求される温度安定化手段52の材質として、熱伝導率kが100W/K・m以上であることを、材質選定の閾値(基準値)として設定することにより、ロール軸方向の温度差の許容値(5℃)を実現する現実的な材料の選定が可能となる。
次に、比較例として、図11に示されるような温度安定化ロール52のない従来の定着装置101Cを用いて、鋼鉄製の加熱ロールにて行った実験結果を図12に示す。
加熱ロール50の設定温度を振って画像段差を評価したところ、図12から理解されるように、軸方向に8〜10℃の温度差が生じるため、ロール端部での画像段差が大きく、このような画像段差を解消(3μm以下)するためには、ロール設定温度を128℃以上としなければならないことがわかる。一方、加熱ロール設定温度を高温化すると記録シート中央部での粒状性の悪化やブリスターが発生し、このような像乱れを防止するためには、ロール設定温度を125℃以下にしなければならないことがわかる。すなわち、記録シート18の全面で所定の画像段差と粒状性とを共に満たす温度ラチチュード(使用可能な温度範囲)は存在しないことが理解される。
これに対し、前述のように構成した本発明に係る定着装置(図4参照)を用いて、定着ベルト57を介して均一なエネルギーを供給することにより加熱ロール50の軸方向の温度分布の安定化の効果を検証した結果を図13に示す。また、加熱ロール設定温度と定着画像の段差との関係を検証した結果を図14に示す。
図13から理解されるように、温度安定化ロール52の効果により、鋼鉄製加熱ロール50の温度差が5分強で5℃以下になることがわかる。さらに、図14から理解されるように、画像段差の記録シート面内でのバラツキが少なくなり、加熱ロールの設定温度を約118度以上とすることにより、記録シート全面での画像段差を許容範囲内に納めることができると共に、加熱ロールの設定温度を約125度以下とすることにより、粒状性の悪化やブリスターの発生を防止することができることがわかる。すなわち、画像段差と粒状性とを共に満たす温度ラチチュードが生み出せていることが理解される。
なお、温度安定化手段としては、熱伝導率の高い金属ロールのほかに、ヒートパイプを用いることも可能である。温度安定化手段として、ヒートパイプを用いて実験を行ったところ、図13とほぼ同等の加熱ロールの温度安定化効果及び図14とほぼ同等の画像段差値が得られた。
<第二の実施形態>
<第二の実施形態>
次に、本発明に係る定着装の第二の実施形態について、図15を参照して説明する。なお、本実施の形態における定着装置は、先の実施の形態における定着装置にプレ定着部を設け、このプレ定着部を形成するプレ加熱ロールを温度安定化手段と兼用したものであり、先の実施の形態と同様な機能を有する部材には同様な符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図15に示されるように、本実施の形態に係る定着装置101Aは、熱源を有するプレ加熱ロール60及び加熱ロール62、剥離ロール(張架ロール)54、ステアリングロール(張架ロール)55、これらのロールに巻き回された定着ベルト(無端ベルト)57、定着ベルト57を介して加熱ロール62に押圧して定着ニップ部を形成する加圧ロール63、この定着ニップ部の上流側にて定着ベルト57を介してプレ加熱ロール60に押圧してプレ定着ニップ部を形成するプレ加圧ロール61、定着ベルト57の回転方向のニップ下流側にて定着ベルト57を冷却するヒートシンク(冷却器)56を備え、トナーが担持された記録シート18は、トナー画像が定着ベルト57と接するようにプレ定着ニップ部及び定着ニップ部に搬送されて加熱加圧定着され、冷却器56で定着ベルト57及び記録シート18が冷却されたのちに、記録シート18が定着ベルト57から剥離するベルト定着装置である。
プレ加熱ロール60は、熱伝導性の高い(熱伝導率kが100W/K・m以上)金属製のコア60aの表面に、PFAチューブ等のフッ素樹脂層からなる離型層60bを形成し、コア60a中に、ハロゲンランプなどの加熱源(熱源)60cを備え、プレ加熱ロール60の表面温度が所定の温度になるように加熱し、定着ベルト57とトナー像が形成された記録シート18とを加熱する。
プレ加圧ロール61は、熱伝導性の高い(熱伝導率kが100W/K・m以上)金属製のコア61aの周囲に、ゴム硬度(JIS−A)が40°程度のシリコーンゴム等からなる弾性体層61bを被覆し、さらにその表面PFAチューブ等のフッ素樹脂層からなる離型層62cを形成し、コア61a中に、ハロゲンランプなどの加熱源(熱源)61dが備えられ、プレ加圧ロール61の表面温度が所定の温度になるように加熱し、定着時の記録シート18に圧力(例えば、1kg/cm程度)を印加させると同時に、記録シート18を裏面から加熱する。
加熱ロール62は、剛性の高い(ヤング率Eが10×1010N/m2以上)金属製のコア62aの表面に、PFAチューブ等のフッ素樹脂層からなる離型層62bを形成し、コア62a中に、ハロゲンランプなどの加熱源(熱源)62cが備えられ、加熱ロール62の表面温度が所定の温度になるように加熱する。
加圧ロール63は、剛性の高い(ヤング率Eが10×1010N/m2以上)金属製のコア63aの周囲に、ゴム硬度(JIS−A)が40°程度のシリコーンゴム等からなる弾性体層63bを被覆し、さらにその表面PFAチューブ等のフッ素樹脂層からなる離型層63cを形成し、コア63a中に、ハロゲンランプなどの加熱源(熱源)63dが備えられ、加圧ロール63の表面温度が所定の温度になるように加熱し、定着時の記録シート18に6kg/cm以上(実質的には、6kg/cm〜12kg/cm)の線圧でニップを形成する。
剥離ロール54、ステアリングロール55、ヒートシンク56、定着ベルト57等の各部材の構成については、先の実施形態と同様であり、簡単のため、これらの説明は省略する。また、本実施の形態に係る定着装置101Aが適用される画像形成装置、記録シート、トナー等についても、先の実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
このように構成した本実施の形態に係る定着装置101Aにおいては、先の実施の形態と同様に、第二モード(高光沢プリントモード)が選択された場合には、画像形成された記録シート18は、プレ加熱ロール60と定着ベルト57及びプレ加圧ロール61により形成されるプレ定着ニップ部、加熱ロール62と定着ベルト57及び加圧ロール63により形成される定着ニップ部にて、記録シート18の受像層18a側に保持されたトナーが受像層18a内部に埋め込まれ、定着ベルト57に密着した状態で搬送され、ヒートシンク56により所定の温度に冷却されたのちに、剥離ロール54部で定着ベルト57から記録シート18が剥離し、排出ロール58によって第二モード用排紙トレイ26上に、画像形成面が下向きに排出される。
そして、本実施の形態に係る定着装置101Aは、複数の定着ニップ部(プレ定着ニップ部及び定着ニップ部)を備えているので、プレ定着ニップ部にて予備的に加熱加圧定着を行い、これにより主たる定着部である定着ニップ部における加熱温度を低減することができ、単独の定着ニップ部にて加熱定着する場合に比し、ブリスターの発生をより効果的に防止することが可能となる。また、プレ定着部におけるニップ圧力を定着部におけるニップ圧力よりも低く設定しているため、温度安定化手段を構成するプレ定着部のロール対のニップ圧力によるたわみ量を低減することができる。
次に、本実施の形態に係る定着装置101Aにおいて、定着ニップ部を形成するロール対(プレ加熱ロール60、プレ加圧ロール61、加熱ロール62、加圧ロール63)の適切な構成を決定するために行った検証実験を、実施例として以下に示す。
まず、実験条件について説明する。第二定着装置101A(図15参照方)のより具体的な構成として、プレ加熱ロール60及びプレ加圧ロール61は、直径φ50mm、長さ340mmのアルミニウム製ロールとして構成し、加熱ロール62及び加圧ロール63は、直径φ50mm、長さ340mmの鋼鉄(STKM11A)製ロールとして構成した。
なお、このように高いニップ圧を形成するためのロール対(加熱ロール62、加圧ロール63)の材質を鋼鉄(STKM11A)製ロールとし、温度安定化手段であるプレ加熱ロール60の材質をアルミニウム製ロールとした選定経緯については、先の実施例における選定経緯と同様であるため、その説明は省略する。
なお、プレ定着ニップ部を形成するプレ加熱ロール60については、アルミ製のロールを採用しているが、このプレ定着ニップ部におけるニップ荷重としては3kg/cmという低荷重を印加しているため、アルミロールのたわみ量は30μm程度(許容範囲50μm以下)となり問題とならない。
このようにプレ定着ロール対60,61では、アルミ製ロールにより均一な温度分布形成を主目的とした低圧ニップ形成を行い、定着ロール対62,63では、鋼鉄製ロールにより高圧力でかつ均一なニップ形成を行っている。
次に、上述のように構成した定着装置101Aを用いて、形成画像の段差と粒状性について測定検証した結果を図16に示す。
図16から容易に理解されるように、画像段差の記録シート面内でのバラツキが少なくなり、ロール設定温度を約112℃以上とすることにより、画像段差を解消できることがわかる。また、ロール設定温度を約120℃以下とすることにより、粒状性の悪化及びブリスターの発生が防止できることがわかる。すなわち、画像段差と粒状性の両性能を満足する温度ラチチュードが得られることが理解される。また、複数の定着ニップ部を設けていることにより、先の実施形態に比し、加熱ロールの設定温度を低くすることができることがわかる。
1Y,1M,1C,1K:電子写真画像形成ユニット、2Y,2M,2C,2K:静電潜像担持体、3Y,3M,3C,3K:帯電器、4Y,4M,4C,4K:露光器、5Y,5M,5C,5K: 現像装置、6Y,6M,6C,6K:一次転写ロール、7Y,7M,7C,7K:静電潜像担持体クリーニング装置、8Y,8M,8C,8K:除電装置、9:中間転写ベルト、12:二次転写ロール、13:バックアップロール、14:中間転写体クリーニング装置、15:第一定着装置、17:給紙カセット、18:記録シート、18a:受像層、18b:支持体、18c:被覆層、18d:バック層、50:加熱ロール、50a:コア、50b:離型層、51:加圧ロール、51a:コア、51b:弾性体層、51c:離型層、52:温度安定化ロール、54:剥離ロール、55:ステアリングロール、56:ヒートシンク、57:定着ベルト、60:プレ加熱ロール、60a:コア、60b:離型層、61:プレ加圧ロール、61a:コア、61b:弾性体層、62:加熱ロール、62a:コア、62b:離型層、62c:離型層、63:加圧ロール、63a:コア、63b:弾性体層、63c:離型層、100:画像形成装置、101,101A:第二定着装置
Claims (7)
- 加熱ロールを含む複数の支持部材により定着ベルトを回動可能に支持するとともに、前記加熱ロールに対して、定着ベルトを介して圧接する加圧ロールを配設し、この加熱ロールと定着ベルト及び加圧ロールにより形成される定着ニップ部に、表面に熱可塑性樹脂が被覆された記録シートを通過させて、トナー画像を定着した後に該記録シートを定着ベルトから剥離させる定着装置において、
前記定着ニップ部は、6kg/cm〜12kg/cmの線圧で加圧形成されていると共に、
前記定着ベルトの前記定着ニップ部よりも上流側に、定着ベルトの幅方向の温度分布を均一化する温度安定化手段を備えていることを特徴とする定着装置。 - 前記温度安定化手段は、その熱伝導率が100W/K・m以上の金属製ロールであることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記温度安定化手段は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記定着ニップ部の上流側に、前記定着ベルトの内周側に配設されたプレ加熱ロールと、このプレ加熱ロールに対して、定着ベルトを介して圧接するプレ加圧ロールとから形成されるプレ定着ニップ部をさらに備え、
前記プレ加熱ロールは、前記温度安定化手段を兼用すると共に、前記加熱ロールよりも熱伝導率が高い材質で形成され、かつ、前記プレ定着ニップ部は、前記定着ニップ部よりも低い線圧でニップが形成されていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記定着ニップ部を形成するロール対のそれぞれのヤング率は、10×1010N/m2以上であり、前記温度安定化手段の熱伝導率は、100W/K・m以上であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の定着装置。
- 前記定着ニップ部と記録シート剥離部との間に冷却手段が配設されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の定着装置。
- 請求項1ないし6のいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
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