JP2008107684A - 定着装置、定着方法、画像形成装置、及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、分離爪を用いることなく、また記録材の先端余白部を大きくすることなしに、記録媒体が薄紙などの腰の弱いものであっても、定着部材表面からの分離不良に起因する巻付きジャムの発生を抑制する。また、巻付きジャム発生によるダウンタイムを低減する。
【解決手段】記録媒体Ｐ上の未定着トナー像を定着する定着装置において、記録媒体搬送方向に沿って順に、記録媒体上の未定着トナー像をトナー像に対して非接触の加熱部材２１で加熱溶融して記録媒体上に融着させる加熱手段Ａと、融着したトナー像を冷却して固化状態にする冷却手段Ｂと、固化したトナー像をトナー像に接触する加圧部材２７で記録媒体に圧力定着させる加圧手段Ｃと、を有することを特徴とする定着装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置と定着方法、また、これを用いた画像形成装置と画像形成方法に関するものである。

電子写真複写機等の画像形成装置には、作像手段により紙・合成樹脂・布等のシート状の記録媒体（以下、記録材と記す）に形成した未定着トナー像を固着画像として定着させる定着装置が搭載される。

そのような定着装置として、未定着トナー像を形成した記録材を、互いに圧接させた定着回転体及び加圧回転体のニップ部で挟持搬送して、定着回転体で加熱することにより、未定着トナー像を記録材に熱と圧力で定着する定着装置は周知である。

代表例として熱ローラ定着装置が挙げられる。熱ローラ定着装置は、互いに圧接して回転する、定着回転体たる定着ローラと、加圧回転体たる加圧ローラとを有する。定着ローラは内部加熱源或いは外部加熱源により表面が所定の定着温度に加熱温調される。そして、定着ローラと加圧ローラとの圧接部である定着ニップ部に未定着トナー像を形成した記録材を導入して挟持搬送させる。これにより、記録材上の未定着トナー像のトナーが定着ニップ部において定着ローラにより加熱されて軟化溶融するとともに加圧されて、トナー像が記録材上に固着画像として定着される。定着処理済みの記録材は、定着ニップ部を出て定着ローラ表面から分離して定着ローラ及び加圧ローラから受ける回転力等により定着装置の外部に排紙される。

このような定着装置においては、定着ニップ部に送り込まれた記録材が、加熱溶融されたトナーを介して定着ローラに付着して定着ローラの表面に巻き付く、所謂巻付きジャム）が発生する可能性がある。この現象は、記録材が剛性が低い記録材（腰の弱い薄紙や薄フィルム材等の記録材）である場合に顕著に発生する。

一般に、記録材自身においても、定着ローラ表面に対して若干の粘着性を有するが、主に定着ローラ及び記録材の間で軟化したトナーが粘着性を有することから、記録材の定着ローラ表面への粘着性が増大する。これにより、記録材の定着ローラ表面に対する巻付きが増長されることとなる。

そこで、上記の巻付き防止手段として、従来は、定着ニップ部の記録材出口側において定着ローラに当接させて分離爪を配設して、定着ニップ部を出て定着ローラ表面に付着している記録材を定着ローラ表面から分離させている（特許文献１、２）。

また、記録材の定着ローラ表面からの分離性を確保するために、記録材の先端余白部の隣接領域に極めて高濃度なトナー像が形成される場合を基準として、前記先端余白部の面積を予め増加せしめておく設定とする技術が提案されている。これは、記録材の先端余白部を大きく設定することで、記録材先端部の定着ローラ表面からの自己分離性をよくして、引き続く記録材部分の定着ローラ表面からの分離性を確保するものである。
特開平８−１２３２４０号公報 特開２００３−２５５７４３号公報

しかしながら、分離爪方式は、定着ローラの爪当接部の画像不良やローラ傷等の課題があった。

また、記録材の先端余白部を大きくする方式は、標準的な濃度のトナー像が記録材の先端の余白部の隣接領域に形成担持される場合にあっても、前記先端余白部の面積の増加が図られている。そのために、記録材の後端部までトナー像の充分な形成担持が行われない、すなわち、トナー像後端部の画像の欠落の虞れが生じてくる。

更に、腰の弱い薄紙やにあっては、定着ローラ表面からの分離が不充分であり、ジャム発生回数が増加することでダウンタイムが多くなり、ユーザにとって、画像形成装置の使用回数が抑えられる等の不都合が生じていた。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものである。その目的とするところは、分離爪を用いることなく、また記録材の先端余白部を大きくすることなしに、記録媒体が薄紙などの腰の弱いものであっても、定着部材表面からの分離不良に起因する巻付きジャムの発生を抑制することである。また、ジャム発生によるダウンタイムを低減することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る定着装置の代表的な構成は、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、記録媒体搬送方向に沿って順に、記録媒体上の未定着トナー像をトナー像に対して非接触の加熱部材で加熱溶融して記録媒体上に融着させる加熱手段と、融着したトナー像を冷却して固化状態にする冷却手段と、固化したトナー像をトナー像に接触する加圧部材で記録媒体に圧力定着させる加圧手段と、を有することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するための本発明に係る定着方法の代表的な構成は、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着方法において、記録媒体上の未定着トナー像をトナー像に対して非接触の加熱部材でトナーの軟化点以上に加熱溶融した後、記録媒体を冷却してトナーをガラス転移点以下に冷却固化させ、固化したトナー像をトナー像に接触する加圧部材にて記録媒体に加圧してトナー像を記録媒体上に定着させることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、記録媒体に未定着トナー像を形成する作像手段と、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着手段と、を有する画像形成装置において、前記定着手段として、上記の定着装置を備えたことを特徴とする。

また、上記の目的を達成するための本発明に係る画像形成方法の代表的な構成は、記録媒体に未定着トナー像を形成し、記録媒体上の未定着トナー像を定着する画像形成方法において、記録媒体上の未定着トナー像を加熱定着する定着方法が、上記の定着方法であることを特徴とする。

本発明によれば、分離爪を用いることなく、また記録材の先端余白部を大きくすることなしに、記録媒体が薄紙などの腰の弱いものであっても、定着部材表面からの分離不良に起因する巻付きジャムの発生を抑制することができる。また、巻付きジャム発生によるダウンタイムを低減することができる。

以下、添付図面に基づき本発明に係る実施形態に関して説明する。

（１）画像形成部
図１は本発明に従う定着装置を搭載した画像形成装置例としての電子写真レーザプリンタの概略構成図である。

このプリンタは、制御回路部（制御手段：ＣＰＵ）１００に接続した外部ホスト装置２００から入力する電気デジタル画像情報に対応した画像をシート状の記録媒体（以下、記録材と記す）上に形成して出力する。外部ホスト装置２００はコンピュータ・イメージスキャナ・ファクシミリ等である。

制御回路部１００は、外部ホスト装置２００と各種信号の授受をする。また、作像機構部の各種プロセス機器類から入力する信号や各種プロセス機器類への指令信号の処理、所定の作像シーケンス処理を司る。ＲＯＭ内に格納された制御プログラムや参照テーブルにしたがって制御を実行する。

１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。この回転するドラム１の周面が一次帯電器２により所定の極性・電位に一様に帯電される。このドラム１の帯電面が像露光装置としてのレーザスキャナ３により像露光されて、画像情報の静電像（静電潜像）が形成される。すなわち、外部ホスト装置２００から制御回路部１００に入力した電気デジタル画像情報は画像処理演算装置１０１に送信され、この装置１０１により所定のデジタル処理が施された後、アナログ情報に変換され、スキャナ３に送信される。スキャナ３は入力した画像情報に対応して変調したレーザ光を出力してドラム１の一様帯電面を走査露光する。これにより、ドラム面に、走査露光した画像情報に対応した静電像が形成される。その静電像が現像装置４により未定着のトナー像（トナー粉像）として可視画像化（現像）される。

一方、所定の制御タイミングにて不図示の給紙機構部が駆動されて、ホスト装置２００やプリンタ操作部１０２から制御回路部１００に入力した使用記録材の種類情報（サイズ情報、紙種情報（普通紙・厚紙・薄紙等））に対応した記録材が一枚分離給送される。

給送された記録材Ｐは所定の搬送路を搬送されてレジストローラ対７に至り、その時点では回転を停止している該ローラ対７のニップ部に先端部が受け止められて、記録材Ｐの斜行修正がなされる。

Ｓ１はレジスト前センサであり、記録材Ｐがレジストローラ対７に到達したことを検知する。その検知信号が制御回路部１００に入力する。

そして、記録材Ｐは、所定の制御タイミングで回転駆動されたレジストローラ対７により再給送され、転写前ガイド部材８に案内されてドラム１と転写帯電器５との対向部である転写部Ｔに導入される。

記録材Ｐは、転写部Ｔにて、その裏面側が転写帯電器５によりトナーの帯電極性とは逆極性に帯電されることでドラム１の面に密着し、記録材表面側に対してドラム１面の未定着状態のトナー像が順次に静電転写される。

本実施例においては、記録材の先端余白部３ｍｍ幅の設定であり、記録材Ｐの先端から３ｍｍ後ろの部位からドラム表面に形成担持されたトナー像が記録材面に転写されるよう設定されている。これは、回転中のドラム１に対するスキャナ３の静電像形成開始タイミングと、レジストローラ対７による記録材搬送開始タイミングとを制御回路部１００が同期調整して制御することによりなされる。

転写部Ｔを出た記録材Ｐは、ドラム１の面から分離され、転写後ガイド部材９に案内されて定着装置１０に導入され、記録材Ｐ上の未定着のトナー像の定着処理を受ける。定着装置１０については、次の（２）項で詳述する。

記録材分離後にドラム１面に残留する転写残トナーはドラムクリーニング装置６でドラム面から除去され、ドラム１は繰り返して作像に供される。

定着装置１０を出た画像定着処理済みの記録材Ｐは、排紙ガイド部材１２・排紙ローラ対１３等から構成されている排紙機構１１によりプリンタ本体外部に排紙される。Ｓ２は排紙センサであり、記録材Ｐが排紙機構１１へ到達したことを検知する。その検知信号が制御回路部１００に入力する。

制御回路部１００は、給紙機構部の記録材給送開始時から所定の時間内においてレジスト前センサＳ１から記録材検知信号が入力しないときは、給紙機構部とレジストローラ対７との間の搬送路において記録材ジャムが発生したと判断する。また、制御回路部１００は、レジストローラ対７の記録材給送開始時から所定の時間内において排紙センサＳ２から記録材検知信号が入力しないときは、レジストローラ対７と排紙機構部１１との間の搬送路において記録材ジャムが発生したと判断する。制御回路部１００は、記録材ジャムが発生したと判断したときは、プリンタの動作を緊急停止させるとともに、ジャム発生情報を外部ホスト装置２００やプリンタ操作部１０２の表示部に表示する。

（２）定着装置１０
定着装置１０は、記録材搬送方向に沿って順に、
１）記録材Ｐ上の未定着トナー像をトナー像に対して非接触の加熱部材で加熱溶融して記録材Ｐ上に融着させる加熱手段（非接触プレ加熱手段）Ａと、
２）融着したトナー像を冷却して固化状態にする冷却手段Ｂと、
３）固化したトナー像を接触加圧部材で記録材に圧力定着させる加圧手段Ｃと、
を有している。

転写部Ｔで未定着トナー像の転写を受けて定着装置１０に導入された記録材Ｐは、定着装置１０の上記の加熱手段Ａ、冷却手段Ｂ、加圧手段Ｃを順次に搬送されることで、トナー像の定着処理を受ける。

１）加熱手段Ａ
図２は加熱手段Ａの拡大横断面模型図である。本実施例において、加熱手段Ａは誘導加熱方式の非接触加熱装置であり、並行に配列した駆動ローラ２２と従動ローラ２３との間に懸回張設した、誘導加熱される無端状の記録材搬送ベルト２１を有する。また、このベルト２１の上行側ベルト部分の上側にベルトとの間に所定の間隔を空けてベルトに対向させて配設した誘導コイルユニット２４を有する。このユニット２４は、不図示の定着ユニットフレームに対してベルト２１に接触しないように固定支持されている。

ベルト２１は、ニッケル製の厚さ１００μｍのエンドレスフィルム状の基層の外周面に、厚さ２００μｍのシリコーンゴムの離型層を形成して構成されており、良熱応答性と、柔軟性と、良離型性とを兼ね備えている。ベルト２１は、駆動ローラ２２が回転駆動されることで、矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。

ユニット２４は、誘導コイル３１、複数の励磁コア３２、及びそれらを保持するコイルホルダー３３から構成されている。図３はユニット２４の分解斜視模型図である。

コイル３１は、リッツ線を用い、これを長円状に扁平巻きしたものである。コア３２は複数のコアを組み合わせて構成してあり、コイル３１の中心と両脇に突起させた横断面Ｅ型としてある。コア３２は、フェライト、パーマロイといった高透磁率で残留磁速密度の低いものを用いることで、コイル３１やコア３２での損失が抑えられ、効率的に搬送ベルト２１を誘導加熱することができる。コイルホルダー３３は、非磁性で非導電性耐熱材料であるＰＰＳ、ＰＥＥＫ、フェノール樹脂等の耐熱性樹脂によって形成されている。

コイル３１に励磁回路１０３から高周波（数ＫＨｚ〜百ＫＨｚ）の電流を流すと、図４の（ａ）のように、「アンペアの右ねじの法則」にしたがってベルト２１の走行方向（移動方向）に対して垂直な磁束Ｆが生じる。この磁束Ｆを受けてベルト２１のニッケル基層には、「レンツの法則」にしたがって磁束Ｆと逆方向に磁束が生じるような渦状の誘導電流が発生する。この誘導電流はニッケル基層の固有抵抗によってジュール熱に変換される。これにより、ベルト２１が発熱する。

図４の（ａ）に示す構成では、特にコイル３１の側面近傍に磁束Ｆが集中することにより、（ｂ）に示すような局所的な発熱分布を持つ。電磁誘導により発生する電流は、その材料に応じて板厚方向に分布を持ち、磁束の浸透深さδは、（κμｆ）^１／２の逆数に比例する。ここで、κは導電率、μは比透磁率、ｆは周波数である。

つまり、高周波になるほど誘導電流は表面に集まる。従って、ベルト２１の誘導発熱部材であるニッケル基層の厚みを磁束の浸透深さに近い値に設定すれば、発生した磁束をその厚み内で有効に殆んど使用できる。そのため、周波数に応じて誘導渦電流を発生させる部材を最適な厚さに設定することが望ましい。

ベルト２１の上行側ベルト部分の内側には、ユニット２４と対向するようにして、ベルト２１の温度を検知する温度センサ（サーミスタ）ＴＨ１が配置されている。この温度センサＴＨ１から制御回路部１００にベルト２１の温度検知情報（ベルト温度に関する電気的検知情報）が入力する。制御回路部１００は温度センサＴＨ１から入力する温度検知情報が所定の温度情報範囲に維持されるように励磁回路１０３からコイル３１への通電を制御して、ベルト２１の温度を所定の温度に温調する。このベルト２１の加熱・温調は画像形成装置の画像形成動作中なされる。

転写部Ｔにて未定着トナー像ｔの転写を受けて定着装置１０に導入された記録材Ｐは、加熱手段Ａのベルト２１の上行側ベルト部分の上面にトナー像担持面が上向きで乗り、ベルト２１の回転移動により搬送されていく。ベルト２１はユニット２４の発生磁束Ｆにより誘導発熱して所定の温度に温調されている。記録材Ｐは、ベルト２１により搬送されていく過程において、ベルト２１の熱により裏面側から加熱されて溶融し、表面側の未定着トナー像ｔが記録材に融着する。すなわち、記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔはトナー像に非接触の加熱部材であるベルト２１の熱で溶融して記録材Ｐ上に融着する。

本実施例においては、記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔのトナーが、加熱手段Ａの記録材入口部から出口部に所定の速度で移動するまでの間において、軟化点以上に加熱溶融するように、
ａ：ベルト２１の加熱温調温度と、
ｂ：ベルト２１の記録材搬送路長と、
を予めの実験により設定してある。

本実施例において、記録材の搬送速度（プロセススピード）は１０ｃｍ／ｓｅｃ、トナーの軟化点は１００℃、ベルト２１の加熱温調温度は１４０℃、ベルト２１の記録材搬送路長は２０ｃｍ、の設定である。

この設定により、記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔのトナーが、加熱手段Ａの記録材入口部から出口部に所定の速度で移動するまでの間において、軟化点以上の１１０℃（加熱手段Ａによるトナーの加熱後温度）に加熱されて記録材上に融着する。

２）冷却手段Ｂ
加熱手段Ａを通った記録材Ｐはガイド部材２６に案内されて加圧手段Ｃへ導入される。本実施例においては、このガイド部材２６の裏面に冷却器としてペルチェ素子２５を設けて、加熱手段Ａを通った記録材Ｐを冷却する冷却手段Ｂとしている。

図５は冷却手段Ｂの拡大横断面模型図である。ガイド部材２６は金属などの高熱伝導率の硬質薄板である。ペルチェ素子２５はこのガイド部材２６の裏面に対して吸熱部側を密着させて、或いは接着して配設してある。

ペルチェ素子２５はペルチェ効果を利用して、電流を流すことによって熱を移動させる半導体素子である。Ｐ型半導体とＮ型半導体を設けた部分である半導体部４１と、素子の片側が吸熱する部分である吸熱部４２、反対側が放熱する部分である放熱部４３とに分けられる。つまり、ペルチェ素子の半導体部４１に電源部１０４から電流を流すと、ペルチェ素子の吸熱部４２が冷たくなり、この吸熱部４２に接触しているガイド部材２６が冷却され、ペルチェ素子の放熱部４３が熱くなる。

加熱手段Ａを通った記録材Ｐは冷却手段Ｂのガイド部材２６上に乗り移って、裏面がガイド部材２６の上面を摺動しながら搬送されていく。その搬送過程で、ペルチェ素子２５で冷却されているガイド部材２６により記録材Ｐが裏面から冷却されて、記録材Ｐ上の融着トナー像ｔａのトナーが冷却固化される。

本実施例においては、記録材Ｐ上の融着トナー像ｔａのトナーが、冷却手段Ｂを移動するまでの間において、ガラス転移点以下に冷却してトナー表面が固化し、粘着力が低下するように、
ａ：ガイド部材２６のペルチェ素子２５による冷却温度と、
ｂ：ガイド部材２６の記録材搬送路長と、
を予めの実験により設定してある。

本実施例において、ペルチェ素子２５に対する通電は画像形成装置の画像形成動作中なされている。

本実施例において、トナーのガラス転移点は６０℃、ガイド部材２６のペルチェ素子２５による冷却温度は２５℃以下、ガイド部材２６の記録材搬送路長は５０ｃｍ、の設定である。この設定により、記録材Ｐ上の融着トナー像ｔａのトナーが、冷却手段Ｂを移動するまでの間において、ガラス転移点以下の４０℃（冷却手段Ｂによるトナーの冷却後温度）に冷却してトナー表面が固化し、粘着力が低下する。

３）加圧手段Ｃ
加圧手段Ｃは、定着ローラ２７と加圧ローラ２８との圧接ローラ対を有する圧力定着装置である。

本実施例において、定着ローラ２７は、アルミニウム、ステンレス鋼、鉄等の金属中空ローラ芯の外周面に、耐熱性の弾性体層が０．１〜１ｍｍ程度の厚さで形成され、さらにその上に離型層たる樹脂層が１．０〜４０μｍ程度の厚さで形成されている。

加圧ローラ２８は、金属製ローラ芯の外周面に、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フロロシリコーンゴム等の弾性体層を比較的厚く（例えば５〜１０ｍｍ程度）設け、更にその上に離型層たるフッ素樹脂層を３０〜５０μｍ程度の厚さで設けたものである。

定着ローラ２７と加圧ローラ２８は上下にほぼ並行に配列して所定の押圧力で圧接させることで、両者間に、記録材搬送方向に関して所定幅の圧力定着ニップ部Ｎを形成させている。定着ローラ２７は矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。加圧ローラ２８は定着ローラ２７の回転に従動して回転する。

本実施例において、定着ローラ２７と加圧ローラ２８の押圧力３.３×１０^５Ｐａ、定着ニップ部Ｎの幅１０ｍｍの設定である。

定着ローラ２７や加圧ローラ２８から記録材を剥がす分離爪は具備させていない。また、定着ローラ２７や加圧ローラ２８を加熱する加熱手段は具備させていない。

２９は定着ローラ２７のクリーニング装置である。本実施例における該装置２９は、ノーメックス、ヒメロン等の耐熱不織布よりなるクリーニングウエブ２９ａを用いたウエブ式装置である。ウエブ２９ａは、通常、芳香族ポリアミド繊維に高温で柔らかいポリエステル繊維を混入させ、適度な柔らかさと強さをもった不織布を作る。そして、１０，０００センチストックス程度の粘度をもつシリコーンオイルを離型剤として高温で含浸させて、ロール巻きに巻取ったものを用いている。このロール巻きウエブ２９ａを繰り出し軸２９ｂに装着し、圧接ローラ２９ｃを経由させて、巻き取り軸２９ｄに係止させて、少しずつ繰り出す構成である。圧接ローラ２９ｃはウエブ２９ａを定着ローラ２７に対して押し付けローラである。押し付けられたウエブ部分で回転する定着ローラ２７の周面が拭掃されてクリーニングされるとともに、離型剤としてのシリコーンオイルの塗布がなされる。ウエブ圧接ローラ２９ｃは金属芯金の上にシリコーンゴムのような耐熱ゴム層を被覆したもので十分な柔らかさを得るためにゴム中に発泡剤を入れ、スポンジ状態としたものである。ゴム硬度としては１０〜２０゜（Ａｓｋｅｒ−Ｃ）を用いている。

冷却手段Ｂを通って冷却を受けた記録材Ｐは、加圧手段Ｃの定着ローラ２７と加圧ローラ２８との圧接部である圧力定着ニップ部Ｎに進入し、このニップ部Ｎで挟持搬送される。その挟持搬送過程で、定着部Ｂで冷却固化させた記録材上のトナー像が定着ローラ２７の接触加圧により記録材面に圧力定着される。

そして、記録材Ｐは圧力定着ニップ部Ｎを出ると定着ローラ２７の面から、分離爪を用いることなく、また記録材の先端余白部を大きくすることなしに、また記録材が薄紙などの腰の弱いものであっても、容易に分離して排紙機構１１に入る。

非接触プレ加熱手段Ａにより、軟化点以上に加熱されたトナーは溶融状態となって、記録材に溶着するが、完全に記録材に定着記録させるためには、更に接触加圧が必要である。しかしトナーが溶融状態である時に加圧手段Ｃにおいて接触加圧すると、溶着トナーが粘着力を持つため、記録材を定着ローラ２７及び加圧ローラ２８のニップ部Ｎで挟持搬送する時に接触加圧部材である定着ローラ２７に記録材Ｐが接着する虞れがある。すなわち、定着ローラ２７からの記録材の分離性が悪くなる。特に、記録材Ｐが腰の弱い薄紙であるときに分離性の悪化が顕著となる。

そこで、未定着トナー像を形成した記録材を非接触プレ加熱手段Ａに導入した後、加圧手段Ｃにおいて接触加圧する前に、溶融状態となっているトナーを冷却手段Ｂにおいてガラス転移点以下に冷却してトナー表面を固化させておく。すなわち、記録材のトナー表面の粘着力を冷却により低下させてから、記録材を加圧手段Ｃに導入して接触加圧してトナー像を圧力定着させる。これにより、加圧手段Ｃにおいて、接触定着部材である定着ローラ２７への記録材の接着を防止して、記録材Ｐが腰の弱い薄紙であっても、分離爪等の特別な記録材分離手段なしに、定着ローラ２７からの記録材の分離性を向上させることが可能となる。

（３）実験結果
１）本実施例において、記録材の種類に関して、「普通紙」は坪量６４〜１０４ｇ／ｍ^２の範囲のもの、「薄紙」は坪量６４ｇ／ｍ^２未満のもの、「厚紙」は坪量１０４ｇ／ｍ^２よりも大きいものとする。

そして、本実験には、普通紙として坪量８０ｇ／ｍ^２、薄紙として坪量５２ｇ／ｍ^２、厚紙として坪量１０５ｇ／ｍ^２のものを通紙使用した。

２）使用したトナーの軟化点は「１００℃」、ガラス転移点は「６０℃」である。

３）加熱手段Ａは、記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔのトナーがトナーの軟化点１００℃を上回る１１０℃（加熱後温度）で加熱されて記録材Ｐ上に融着されるように設定した。

４）冷却手段Ｂは、加熱手段Ａからの記録材上の融着トナーｔａが、冷却手段Ｂを移動する間において、ガラス転移点６０℃以下である４０℃（冷却後温度）に冷却してトナー表面が固化し、粘着力が低下するように設定した。

５）加圧手段Ｃの定着ローラ２７からの記録材の分離性については、３０℃、８０％ＲＨ環境で黒ベタ画像のＡ３サイズ紙を１枚間欠で１００枚通紙し、記録材が定着ローラ２７に巻付いて発生するジャムの有無を調べた。

６）定着性については、Ａ４サイズ紙を１５℃の環境温度で５０枚／分で５００枚連続複写し、定着した黒ベタ画像を所定の紙で規定回数こすり、前後の濃度を反射濃度計で測定し、このときの濃度の低下率を定着性能指標とした。平均濃度低下率２０％未満を目標とする。

表１の実験１〜４のように、記録材として普通紙・薄紙・厚紙の何れを通紙使用した場合も「巻付きジャム」は発生せず、定着ローラ２７からの記録材の分離性に問題は無かった。

即ち、実験２のように、分離性の劣る薄紙でも、加熱手段Ａにてトナーの軟化点を上回る温度にトナーを加熱してトナーを溶融させた後、冷却手段Ｂにて冷却後の温度をトナーのガラス転移点以下に確実に下げてトナー表面の粘着力を低下させる。そして、このトナーを加圧手段Ｃにて記録材に接触加圧（圧力定着）をすることで、接触定着部材である定着ローラ２７へ記録材の接着を防止して分離不良が防止される。

また、腰の強い厚紙は分離性には優れているので、加熱手段Ａにおける非接触プレ加熱後の冷却手段Ｂによる冷却は必須ではない。しかし、冷却手段Ｂを無しにした場合において、厚紙の連続通紙により、定着ローラ２７の表面温度がトナーのガラス転移点以上に昇温することが考えられる。この昇温後に、薄紙が通紙されると、加圧手段Ｃにおいて定着ローラ２７に対して、固化したトナーが再溶融し、定着ローラ２７に巻き付いてジャムが発生する可能性がある。このため、厚紙の連続通紙直後に薄紙を通紙する場合は、定着ローラ２７の表面温度がトナーのガラス転移点以下に下がるのを待つ時間が必要であるので、これを解消するために厚紙の場合も冷却手段Ｂによる冷却工程を設けている。

定着性に関して、厚紙の場合は、試験例３のように、加熱手段Ａでの加熱後温度１１０℃での加熱では定着性が劣る結果となった。厚紙の場合は、普通紙・薄紙の時よりも加熱手段Ａの出力を上げてトナーを溶融させた後、冷却、接触加圧をすることで、分離不良を防止すると同時に定着性を確保できる。

そこで、厚紙の場合は、実験４のように、加熱手段Ａにおいて、未定着トナー像ｔのトナーが加熱後温度１１０℃ではなく、それよりも高温の１３０℃で加熱されて記録材Ｐ上に融着されるように、ベルト２１の温調温度を１４０℃から１６０℃の設定に変更した。

この場合において、加熱手段Ａからの記録材上の融着トナーは、冷却手段Ｂにおいて５０℃に冷却されて加圧手段Ｃに導入される。

制御回路部１００は、図６のように、外部ホスト装置２００または操作部１０２から入力された通紙使用する記録材の種類（紙種）情報に応じて加熱手段Ａのユニット２４の出力を変える。図６の場合は、普通紙または薄紙である場合と、厚紙である場合とで、ベルト２１の温調温度設定をＡ１からＡ２（Ａ１＜Ａ２）に変更することで、加熱手段Ａのユニット２４の出力を変えるものである。これにより、厚紙の場合も、分離不良を防止すると同時に定着性を確保できる。本実施例において、Ａ１は１４０℃の設定、Ａ２は１６０℃の設定である。

通紙使用される記録材の種類（紙種）情報は、給紙機構部や給紙機構部から定着装置１０に至る記録材搬送路上に、記録材の種類を判別するセンサ（例えば、厚み検知センサ、光透過度センサ、剛性（腰の強さ）センサ等）を配設して得ることもできる。

このように、記録材の種類により、加熱手段Ａの出力を適宜変更することで、分離性、定着性の両立を達成することができる。

比較例１〜３は、使用定着装置が従来の熱ローラ定着装置の場合であり、熱ローラ（定着ローラ）の表面温調温度（定着温度）を１８０℃とし、分離爪は無しにしてある。定着性は、記録材が、普通紙、薄紙、厚紙の何れの場合も良好である。しかしながら、巻付きジャムは、厚紙の場合は無しであるが、薄紙では顕著に発生し、普通紙の場合も発生した。

定着装置１０を含む画像形成装置の構成は実施例１の画像形成装置と同一であるから再度の説明は省略する。

本実施例は、定着装置１０の冷却手段Ｂの制御の方法のみが実施例１と異なる。すなわち、実施例１においては、冷却手段Ｂの冷却器であるペルチェ素子２５に対する通電は画像形成装置の画像形成動作中なされる（常時稼動）これに対して、本実施例においては、加圧手段Ｃの定着ローラ２７の表面温度に応じてペルチェ素子２５を稼動させることを特徴とする。

実施例１に記載したように、紙種によっては、加熱手段Ａでの非接触プレ加熱後に、冷却手段Ｂで冷却をすることで定着性が劣る可能性がある。

そこで本実施例においては、記録材が厚紙の場合は、加熱手段Ａの出力は普通紙・薄紙と同じにして変更せず、冷却手段Ｂの稼動（ペルチェ素子２５への通電）を停止することで温度を低下させず、定着性を保持している。また、冷却手段Ｂの稼動を停止することで、過度な冷却を防止し、省エネ面でも効果がある。

しかし、冷却手段Ｂの稼動が停止されたままの条件で、厚紙が連続で通紙されると、これに伴い、加圧手段Ｃの定着ローラ２７の表面温度が上昇する。そして、定着ローラ２７の表面温度がトナーのガラス転移点以上に上昇した後に薄紙が通紙されると、定着ローラ２７による接触加圧時に、固化したトナーが再溶融し、定着ローラ２７に巻き付いてジャムが発生する可能性がある。

そこで、本実施例においては、定着ローラ２７の表面温度を検知し、検知温度によって冷却手段Ｂの稼動をＯＮ／ＯＦＦすることを特徴とする。

図１において、加圧手段Ｃには定着ローラ２７の表面温度を検出する温度センサ（サーミスタ）ＴＨ２を配置してある。その検出信号を制御回路部１００にフィードバックして、冷却手段Ｂの稼動を制御することで、定着ローラ２７の外周面の温度をトナーのガラス転移点以下に保持している。

本実施例では、制御回路部１００は、図７のように、温度センサＴＨ２が定着ローラ表面温度５５℃以上を検知した場合は、ペルチェ素子２５への通電をＯＮにして冷却手段Ｂを稼動させる。これにより、加熱手段Ａを通過した記録材Ｐの冷却を開始して、定着ローラ２７の表面温度をトナーのガラス転移点（本実施例では６０℃）以下に保持させる。また、温度センサＴＨ２が定着ローラ表面温度４５℃以下を検知した場合は、ペルチェ素子２５への通電をＯＦＦにして冷却部Ｃの稼動を停止させる。

このような制御によって、厚紙（坪量１０５ｇ／ｍ²）を連続３００枚通紙後の定着ローラ表面温度と、厚紙連続通紙後の薄紙の巻付きジャムの発生を確認した。その結果を図８に示す。

実線グラフは、上記の図７の制御を実施したときの定着ローラ２７の厚紙連続通紙時の温度推移である。定着ローラ２７の表面温度はトナーのガラス転移点６０℃よりも低い５５℃以下に保持される。これにより、厚紙連続３００枚通紙後に薄紙を通紙しても該薄紙の定着ローラ２７に対する巻付きジャムは発生しなかった。

破線グラフは図７の制御を実施しなかったときの定着ローラ２７の厚紙連続通紙時の温度推移である。定着ローラ２７の表面温度は厚紙連続通紙に伴いトナーのガラス転移点６０℃を超えて上昇していく。そのために、厚紙連続３００枚通紙後に薄紙を通紙すると、該薄紙の定着ローラ２７に対する巻付きジャムが発生した。

このように本実施例２のような冷却手段制御により、厚紙の連続通紙後に薄紙を通紙した場合でも、薄紙記録材の定着ローラ巻付きジャムを防止することができた。

また、厚紙通紙時に、定着ローラ表面温度がガラス転移点以下の場合には冷却手段Ｂを稼動させないことにより、冷却手段Ｂを常時稼動させた場合よりも、過度な冷却を防止して省エネ面でも効果がある。
［特記事項］
（１）非接触プレ加熱手段Ａの構成は、実施例のように、記録材搬送ベルト２１を電磁誘導加熱する構成に限らず、セラミックヒーター、ハロゲンヒーター、赤外線加熱等の手段を用いた非接触加熱手段構成にしても良い。

（２）画像形成機構は、像担持体として電子写真感光体を用い、これに電子写真作像手段を適用する電子写真機構に限られない。像担持体として静電記録誘電体を用い、これに静電記録作像手段を適用する静電記録機構、像担持体として磁気記録磁性体を用い、これに磁気記録作像手段を適用する磁気記録機構などであってもよい。転写方式に限らず、記録媒体として感光紙等を用い、これに直接にトナー像を形成する直接方式の画像形成機構であってもよい。

実施例１における画像形成装置の主要部を説明する概略構成図である。 定着装置の非接触プレ加熱手段の拡大横断面模型図である。 誘導コイルユニットの分解斜視模型図である。 （ａ）は、記録材搬送ベルトの誘導加熱原理を説明するための図、（ｂ）は、発熱分布を示す図である。 定着装置の冷却手段の拡大横断面模型図である。 記録材の種類に応じて非接触プレ加熱手段の出力を変える制御のフロー図である。 実施例２における定着装置制御フロー図である。 厚紙を連続通紙した場合の定着ローラの表面温度推移グラフである。

符号の説明

１・・像担持体（電子写真感光体ドラム）、２・・一次帯電器、３・・レーザスキャナ、４・・現像装置、５・・転写帯電器、６・・クリーニング装置、１０・・定着装置、Ａ・・非接触プレ加熱手段、２１・・記録材搬送ベルト、２４・・誘導コイルユニット、Ｂ・・冷却手段、２５・・ペルチェ素子（冷却器）、Ｃ・・加圧手段（圧力定着装置）、２７・・定着ローラ（定着回転体）、２８・・加圧ローラ（加圧回転体）、Ｐ・・記録材（記録媒体）、１００・・制御回路部

Claims (8)

1. 記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置において、
   記録媒体搬送方向に沿って順に、記録媒体上の未定着トナー像をトナー像に対して非接触の加熱部材で加熱溶融して記録媒体上に融着させる加熱手段と、
   融着したトナー像を冷却して固化状態にする冷却手段と、
   固化したトナー像をトナー像に接触する加圧部材で記録媒体に圧力定着させる加圧手段と、
   を有することを特徴とする定着装置。
2. 使用する記録媒体の種類に応じて、前記加熱手段の出力を変えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加圧部材の表面温度に応じて、前記冷却手段の稼動を制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着方法において、記録媒体上の未定着トナー像をトナー像に対して非接触の加熱部材でトナーの軟化点以上に加熱溶融した後、記録媒体を冷却してトナーをガラス転移点以下に冷却固化させ、固化したトナー像をトナー像に接触する加圧部材にて記録媒体に加圧してトナー像を記録媒体上に定着させることを特徴とする定着方法。
5. 使用する記録媒体の種類に応じて、トナーを軟化点以上に加熱溶融する加熱温度を変えるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の定着方法。
6. 前記加圧部材の表面温度に応じて、記録媒体を冷却するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の定着方法。
7. 記録媒体に未定着トナー像を形成する作像手段と、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着手段と、を有する画像形成装置において、
   前記定着手段として、請求項１から３の何れかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
8. 記録媒体に未定着トナー像を形成し、記録媒体上の未定着トナー像を定着する画像形成方法において、
   記録媒体上の未定着トナー像を加熱定着する定着方法が、請求項４から６の何れかに記載の定着方法であることを特徴とする画像形成方法。

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