JP2009098475A - 定着装置及びそれを用いた画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本定着に用いられる定着ローラにトナーが付着するオフセット現象を防止する定着装置を提供する。
【解決手段】本発明の定着装置は、キャリアと共にトナー像が転写された記録媒体をトナー像面が形成されていない側から加熱する予備加熱ローラ７２と、予備加熱ローラ７２に対向して予備加熱ローラ７２を押圧する予備加熱バックアップローラ７１と、からなる予備加熱部と、予備加熱ローラ７２の下流に設けられ記録媒体上のトナー像を融着する加熱ローラ９１、加熱加圧ローラ９２からなる本定着部と、を有し、予備加熱バックアップローラ７１の表層材料の撥油性は、加熱ローラ９１、加熱加圧ローラ９２のうち記録媒体上のトナー像面に接触する加熱ローラ９１の表層材料の撥油性より低いことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、像担持体上に形成した潜像をトナー及びキャリアからなる液体現像剤によって現像し、このトナー及びキャリアからなるトナー像をさらに記録媒体に転写して、転写されたトナー像を融着し定着する定着装置、画像形成装置及び画像形成方法に関する。

液体溶媒中に固体成分からなるトナーを分散させた高粘度の液体現像剤を用いて潜像を現像し、静電潜像を可視化する湿式画像形成装置が種々提案されている。この湿式画像形成装置に用いられる現像剤は、シリコンオイルや鉱物油、食用油等からなる電気絶縁性を有し高粘度の有機溶剤（キャリア液）中に固形分（トナー粒子）を懸濁させたものであり、このトナー粒子は、粒子径が１μｍ前後と極めて微細である。このような微細なトナー粒子を使用することにより、湿式画像形成装置では、粒子径が７μｍ程度の粉体トナー粒子を使用する乾式画像形成装置に比べて高画質化が可能である。

上記のような液体現像剤を用いたものとしては、例えば、特許文献１（特開２００３−９８８６４号公報）に、一部もしくは全てが不揮発性である溶媒中にトナーを分散させてなる液体現像剤を用いて形成された記録媒体上の未定着画像を加熱定着する画像定着装置であって、上記記録媒体上の未定着画像に対して非接触で該未定着画像の加熱を行う非接触加熱手段と、該非接触加熱手段の加熱により析出せしめられた被析出溶媒を該画像表面から除去する溶媒除去手段とを設けたことを特徴とする画像定着装置が開示されている。

一方、特許文献１記載のもののように本定着の前に加熱を行う定着装置としては、乾式のものではあるが、例えば、特許文献２（特開平７−２６１５８２号公報）には、帯電したトナーの流れを制御して支持体上に所望のトナー像を形成するするトナー流制御手段と、そのトナー流制御手段に対してトナーを供給するためのトナー供給手段とを備える画像形成装置において、前記支持体上に付着したトナーを、このトナーの主成分である熱可塑性樹脂またはトナーの添加剤であるワックス成分のガラス転移温度以上の温度に加熱するための第１定着装置と、この第１定着装置を経た支持体上のトナーに対して、少なくとも前記第１定着装置以上の温度で加熱するための第２定着装置とを備えたものが開示されている。
特開２００３−９８８６４号公報 特開平７−２６１５８２号公報

液体現像剤を用いた画像形成装置において、本定着前に予備加熱を行うと、トナー粒子表面のキャリア粘度が優先的に下がり記録媒体に浸透するという現象が発生する。これは予備加熱をトナー像面側（印刷面側）から行っていることに起因しているものと考えられる。上記特許文献１及び特許文献２に記載のものは、いずれも予備加熱をトナー像面側（印刷面側）から行っているものである。

ここで、トナー粒子表面にキャリアが存在せず、トナー粒子とトナー粒子との間、もしくはトナー粒子と記録媒体の界面にキャリアが存在する状態の下で、本定着工程が実施されると、本定着に用いられる定着ローラにトナーが付着するオフセット現象が発生しやすくなる。すなわち、上記特許文献１及び特許文献２に記載のように予備加熱をトナー像面側（印刷面側）から行うと、トナー粒子とキャリアの関係が上記のような状態となり、オフセットが発生する、という問題があった。

本発明は上記課題を解決するためのもので、本発明に係る定着装置は、キャリアと共にトナー像が転写された記録媒体をトナー像面が形成されていない側から加熱する予備加熱ローラと、該予備加熱ローラに対向して該予備加熱ローラを押圧する予備加熱バックアップローラと、からなる予備加熱部と、該予備加熱ローラの下流に設けられ記録媒体上のトナー像を融着する定着ローラ対からなる本定着部と、を有し、該予備加熱バックアップローラの表層材料の撥油性は、該定着ローラ対のうち記録媒体上のトナー像面に接触する定着ローラの表層材料の撥油性より低いことを特徴とする。

また、本発明に係る定着装置は、該予備加熱ローラと該予備加熱バックアップローラとの間にバイアス電圧を印加することを特徴とする。

また、本発明に係る定着装置は、該予備加熱バックアップローラにクリーニング部材を設けることを特徴とする。

また、本発明に係る定着装置は、該予備加熱バックアップローラの表層材料はシリコンゴムであることを特徴とする。

また、本発明に係る定着装置は、該予備加熱バックアップローラの表層材料はフッ素ゴムであることを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成装置は、前記いずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成装置は、定着装置で定着しようとする記録媒体の種別を判定する紙種判定手段を有し、該紙種判定手段の判定結果に基づいて該予備加熱ローラの設定温度を変更することを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成方法は、キャリアと共にトナー像が転写された記録媒体をトナー像面が形成されていない側から加熱しつつトナー像面を第１表面エネルギーの材料で押圧する工程と、第１表面エネルギーより高い第２表面エネルギーの材料で記録媒体上のトナー像を押圧しつつ融着する工程とからなることを特徴とする。

本発明によれば、予備加熱ローラによる加熱及び予備加熱バックアップローラの表層材料の表面エネルギーの効果によって、トナー粒子とトナー粒子との間、もしくはトナー粒子と記録媒体の界面に存在するキャリアについては記録媒体に吸収させつつ、なおかつ、トナー粒子表面のキャリアは残留させるようにするので、本定着に用いられる定着ローラにトナーが付着するオフセット現象を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置を構成する主要構成要素を示した図である。画像形成装置の中央部に配置された各色の画像形成部に対し、現像ユニット３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋは、画像形成装置の下部に配置され、中間転写体４０、二次転写部（二次転写ユニット）６０は、画像形成装置の上部に配置されている。

画像形成部は、像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、帯電ローラ１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ、不図示の露光ユニット１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ等を備えている。露光ユニット１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋは、半導体レーザ、ポリゴンミラー、Ｆ−θレンズ等の光学系を有し、帯電ローラ１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋにより、像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋを一様に帯電させ、露光ユニット１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋにより、入力された画像信号に基づいて、変調されたレーザ光を照射して、帯電された像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ上に静電潜像を形成する。

現像ユニット３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋは、概略、現像ローラ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）からなる各色の液体現像剤を貯蔵する現像剤容器（リザーバ）３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ、これら各色の液体現像剤を現像剤容器３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋから現像ローラ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに供給するアニロックスローラ３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋ等を備え、各色の液体現像剤により像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ上に形成された静電潜像を現像する。

中間転写体４０は、エンドレスのベルトであり、駆動ローラ４１とテンションローラ４２との間に張架され、一次転写部５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋで像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと当接しながら駆動ローラ４１により回転駆動される。一次転写部５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋは、像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと中間転写体４０を挟んで一次転写ローラ５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｋが対向配置され、像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋとの当接位置を転写位置として、現像された像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ上の各色のトナー像を中間転写体４０上に順次重ねて転写し、フルカラーのトナー像を形成する。

二次転写ユニット６０は、二次転写ローラ６１が中間転写体４０を挟んでベルト駆動ローラ４１と対向配置され、さらに二次転写ローラクリーニングブレード６２、現像剤回収部６３からなるクリーニング装置が配置される。そして、二次転写ローラ６１を配置した転写位置において、中間転写体４０上に形成された単色のトナー像やフルカラーのトナー像をシート材搬送経路Ｌにて搬送される用紙、フィルム、布等の記録媒体に転写する。

さらに、経路シート材搬送経路Ｌの下流には、定着装置９０が配置され、用紙等の記録媒体上に転写された単色のトナー像やフルカラーのトナー像を用紙等の記録媒体に融着させ定着させる。

また、テンションローラ４２は、ベルト駆動ローラ４１と共に中間転写体４０を超過しており、中間転写体４０のテンションローラ４２に張架されている箇所で、中間転写体クリーニングブレード４６、現像剤回収部４７からなるクリーニング装置が当接・配置されている。

次に、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の画像形成部及び現像ユニットについて説明する。図２は画像形成部及び現像ユニットの主要構成要素を示した断面図である。各色の画像形成部及び現像ユニットの構成は同様であるので、以下、イエロー（Ｙ）の画像形成部及び現像ユニットに基づいて説明する。

画像形成部は、像担持体１０Ｙの外周の回転方向に沿って、潜像イレーサ１６Ｙ、像担持体クリーニングブレード１７Ｙ及び現像剤回収部１８Ｙからなるクリーニング装置、帯電ローラ１１Ｙ、露光ユニット１２Ｙ、現像ユニット３０Ｙの現像ローラ２０Ｙ、像担持体スクイーズローラ１３Ｙとその付属構成である像担持体スクイーズローラクリーニングブレード１４Ｙ、現像剤回収部１５Ｙからなるクリーニング装置が配置されている。

そして、現像ユニット３０Ｙは、現像ローラ２０Ｙの外周に、クリーニングブレード２１Ｙ、アニロックスローラ３２Ｙ、トナー圧縮ローラ２２Ｙが配置されている。また、このトナー圧縮ローラ２２Ｙの外周には、キャリア量調整ブレード２３Ｙが設けられている。さらに、液体現像剤容器３１Ｙの中に液体現像剤供給ローラ３４Ｙ、アニロックスローラ３２Ｙが収容されている。

また、中間転写体４０に沿って、像担持体１０Ｙと対向する位置に一次転写部の一次転写ローラ５１Ｙが配置され、その移動方向下流側に中間転写体スクイーズローラ５３Ｙ、バックアップローラ５４Ｙ、中間転写体スクイーズローラクリーニングブレード５５Ｙ、現像剤回収部５６Ｙからなる中間転写体スクイーズ装置５２Ｙが配置されている。

像担持体１０Ｙは、現像ローラ２０Ｙの幅より広く、外周面に感光層が形成された円筒状の部材からなる感光体ドラムであり、例えば図２に示すように時計回りの方向に回転する。該像担持体１０Ｙの感光層は、有機像担持体又はアモルファスシリコン像担持体等で構成される。帯電ローラ１１Ｙは、像担持体１０Ｙと現像ローラ２０Ｙとのニップ部より像担持体１０Ｙの回転方向の上流側に配置され、図示しない電源装置からトナー帯電極性と同極性のバイアスが印加され、像担持体１０Ｙを帯電させる。露光ユニット１２Ｙは、帯電ローラ１１Ｙより像担持体１０Ｙの回転方向の下流側において、帯電ローラ１１Ｙによって帯電された像担持体１０Ｙ上にレーザ光を照射し、像担持体１０Ｙ上に潜像を形成する。

現像ユニット３０Ｙは、トナー圧縮ローラ２２Ｙ、キャリア内にトナーを概略重量比２０％程度に分散した状態の液体現像剤を貯蔵する現像剤容器３１Ｙ、該液体現像剤を担持する現像ローラ２０Ｙ、液体現像剤を攪拌して一様の分散状態に維持し現像ローラ２０Ｙに供給するためのアニロックスローラ３２Ｙと規制ブレード３３Ｙと供給ローラ３４Ｙ、現像ローラ２０Ｙに担持された液体現像剤をコンパクション状態にするトナー圧縮ローラ２２Ｙ、現像ローラ２０Ｙのクリーニングを行う現像ローラクリーニングブレード２１Ｙを有する。

現像剤容器３１Ｙに収容されている液体現像剤は、従来一般的に使用されている、Ｉｓｏｐａｒ（商標：エクソン）をキャリアとした低濃度（１〜２ｗｔ％程度）かつ低粘度の、常温で揮発性を有する揮発性液体現像剤ではなく、高濃度かつ高粘度の、常温で不揮発性を有する不揮発性液体現像剤である。すなわち、本発明における液体現像剤は、熱可塑性樹脂中へ顔料等の着色剤を分散させた平均粒径１μｍの固形子を、有機溶媒、シリコンオイル、鉱物油又は食用油等の液体溶媒中へ分散剤とともに添加し、トナー固形分濃度を約２０％とした高粘度（３０〜１００００ｍＰａ・ｓ程度）の液体現像剤である。

アニロックスローラ３２Ｙは、円筒状の部材であり、表面に現像剤を担持し易いように表面に微細且つ一様に螺旋状の溝による凹凸面を形成したローラである。この溝の寸法は、溝ピッチが約１３０μｍ、溝深さが約３０μｍである。このアニロックスローラ３２Ｙにより、現像剤容器３１Ｙから現像ローラ２０Ｙへと液体現像剤が供給される。後述する交流バイアスの効果を最大限にするため、アニロックスローラ３２Ｙと供給ローラ３４Ｙは同一回転方向で、それぞれが接触している状態が望ましい。

規制ブレード３３Ｙは、表面に弾性体を被覆して構成した弾性ブレード、アニロックスローラ３２Ｙの表面に当接するウレタンゴム等からなるゴム部と、該ゴム部を支持する金属等の板で構成される。そして、アニロックスローラからなるアニロックスローラ３２Ｙに担持搬送されてきた液体現像剤の膜厚、量を規制、調整し、現像ローラ２０Ｙに供給する液体現像剤の量を調整する。

現像ローラ２０Ｙは、幅約３２０ｍｍの円筒状の部材であり、回転軸を中心に図２に示すように反時計回りに回転する。該現像ローラ２０Ｙは鉄等金属製の内芯の外周部に、ポリウレタンゴム、シリコンゴム、ＮＢＲ等の弾性層を設けたものである。現像ローラクリーニングブレード２１Ｙは、現像ローラ２０Ｙの表面に当接するゴム等で構成され、現像ローラ２０Ｙが像担持体１０Ｙと当接する現像ニップ部より現像ローラ２０Ｙの回転方向の下流側に配置されて、現像ローラ２０Ｙに残存する液体現像剤を掻き落として除去するものである。

トナー圧縮ローラ２２Ｙは、円筒状の部材で、現像ローラ２０Ｙと同様に弾性体を被覆して構成した弾性ローラの形態であり、金属ローラ基材の表層に導電性の樹脂層やゴム層を備えた構造をし、例えば図２に示すように現像ローラ２０Ｙと反対方向の時計回りに回転する。トナー圧縮ローラ２２Ｙは、現像ローラ２０Ｙ表面の帯電バイアスを増加させる手段を有し、現像ローラ２０Ｙによって搬送された現像剤は、図２に示すようにトナー圧縮ローラ２２Ｙが摺接してニップを形成するトナー圧縮部位でトナー圧縮ローラ２２Ｙ側から現像ローラ２０Ｙに向かって電界を印加する。このトナー圧縮の電界印加手段は、図２に示すローラに代えコロナ放電器からのコロナ放電であっても良い。キャリアの一部とトナー圧縮されなかった若干のトナーはキャリア量調整ブレード２３Ｙによって掻き落として除去されリザーバ３１Ｙ内の現像剤と合流して再利用される。

一方、現像ローラ２０Ｙに担持されてトナー圧縮された現像剤は、現像ローラ２０Ｙが像担持体１０Ｙに当接する現像ニップ部において、所望の電界印加によって、像担持体１０Ｙの潜像に対応して現像される。そして、現像残りの現像剤は、現像ローラクリーニングブレード２１Ｙによって掻き落として除去されリザーバ３１Ｙ内の現像剤に合流して再利用される。尚、これら合流するキャリア及びトナーは混色状態ではない。

像担持体スクイーズ装置は、像担持体１０Ｙに対向して現像器２０Ｙの下流側に配置して像担持体１０Ｙに現像されたトナー像の余剰現像剤を回収するものであり、図２に示すように表面に弾性体を被覆して像担持体１０Ｙに摺接して回転する弾性ローラ部材から成る像担持体スクイーズローラ１３Ｙと、該像担持体スクイーズローラ１３Ｙに押圧摺接して表面をクリーニングするクリーニングブレード１４Ｙとから構成され、像担持体１０Ｙに現像された現像剤から余剰なキャリア及び本来不要なカブリトナーを回収し、顕像内のトナー粒子比率を上げる機能を有する。

一次転写部５０Ｙでは、像担持体１０Ｙに現像された現像剤像を一次転写ローラ５１Ｙにより中間転写体４０へ転写する。ここで、像担持体１０Ｙと中間転写体４０は等速度で移動する構成であり、回転及び移動の駆動負荷を軽減するとともに、像担持体１０Ｙの顕像トナー像への外乱作用を抑制している。

中間転写体スクイーズ装置５２Ｙは、一次転写部５０Ｙの下流側に配置され、中間転写体４０上から余剰なキャリア液を除去し、顕像内のトナー粒子比率を上げる処理を行うものである。

中間転写体スクイーズ装置５２Ｙは、像担持体スクイーズ装置と同様、表面に弾性体を被覆して像担持体４０に摺接して回転する弾性ローラ部材から成る中間転写体スクイーズローラ５３Ｙ、像担持体４０を挟んで中間転写体スクイーズローラ５３Ｙと対向配置されるバックアップローラ５４Ｙ、中間転写体スクイーズローラ５３Ｙに押圧摺接して表面をクリーニングするクリーニングブレード５５Ｙ及び現像剤回収部５６Ｙから構成され、中間転写体４０に一次転写された現像剤から余剰なキャリア及び本来不要なカブリトナーを回収する機能を有する。現像剤回収部５６Ｙは、その下流側に配置されたマゼンタの像担持体スクイーズローラクリーニングブレード１４Ｍで回収されるキャリア液の回収機構も兼ねている。

次に、本発明の実施の形態に係る定着装置についてより詳細に説明する。図３は本発明の実施の形態に係る定着装置の主要構成要素を示す図である。図３において、７１は予備加熱バックアップローラ、７２は予備加熱ローラ、７３はハロゲンランプ、９１は加熱ローラ、９２は加熱加圧ローラ、９３、９４はハロゲンランプをそれぞれ示している。

本実施形態における定着装置では、加熱ローラ９１、加熱加圧ローラ９２で形成されるニップに記録媒体を通過させるときに、トナー粒子を融着させて永久可視像とする。すなわち、加熱ローラ９１、加熱加圧ローラ９２が所謂定着プロセスを実行するのものである。これに対して、この上流側に設けられる予備加熱ローラ７２、予備加熱バックアップローラ７１は、定着プロセスのために記録媒体上のトナー像面を最適な状態とするものである。

なお、以下、加熱ローラ９１、加熱加圧ローラ９２を本定着部、また加熱ローラ９１、加熱加圧ローラ９２におけるプロセスを本定着、予備加熱ローラ７２、予備加熱バックアップローラ７１を予備加熱部、予備加熱ローラ７２、予備加熱バックアップローラ７１におけるプロセスを予備加熱などと表現する。

上記のように、本実施形態の定着装置においては、予備加熱部は予備加熱ローラ７２とこれを加圧する予備加熱バックアップローラ７１により構成されている。予備加熱ローラ７２と予備加熱バックアップローラ７１の両ローラを圧接することにより予備加熱ニップを形成し用紙およびトナーを加熱する。

予備加熱バックアップローラ７１はその外周が記録紙の印字面（トナー像面）に接触する側に配置されている。予備加熱バックアップローラ７１は中心から、外径φ２０、厚さ１ｍｍの金属製芯金、厚さ２ｍｍのシリコンゴムもしくはフッ素ゴム（ともにＪＩＳ−Ａ２０°）からなる弾性表層により構成されている。

予備加熱ローラ７２は中心から、外径φ２０、厚さ１ｍｍの金属製芯金、厚さ１ｍｍのシリコンゴム（硬度ＪＩＳ−Ａ１０°）からなる弾性層、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブからなる離型層により構成されている。予備加熱ローラ７２の芯金内部には加熱源としてハロゲンランプ７３などのハロゲンヒーターが設置され、予備加熱バックアップローラ７１の表層が用紙およびトナー像を加熱する所望の温度（約１００℃）になるよう制御されている。両ローラは荷重２０ｋｇｆで互いに圧接され、両ローラがなす予備加熱ニップ幅は５ｍｍである。

上記のように、本実施形態の定着装置においては、本定着部は加熱ローラ９１とこれを加圧する加熱加圧ローラ９２により構成される。加熱ローラ９１と加熱加圧ローラ９２の両ローラを圧接することにより本定着ニップを形成しトナーを用紙に溶融定着する。加熱ローラ９１はその外周が記録紙の印字面に接触する側に配置され、その芯金の内側にハロゲンランプ９３などのハロゲンヒーター加熱源が配置されている。加熱加圧ローラ９２は厚さ０．５ｍｍ、外径φ５０ｍｍの金属製芯金の外周にＰＦＡチューブなどの離型層が設けられている。また芯金と離型層の間に弾性層として厚さ３ｍｍのシリコンゴム層が設けられている。加熱加圧ローラ９２は厚さ２ｍｍ、外径φ５０ｍｍの金属製芯金の外周に弾性層として厚さ３ｍｍのシリコンゴム層が設けられ、さらにその外周に離型層としてＰＦＡチューブが設けられている。加圧ローラの芯金の内側にもハロゲンランプ９４などのハロゲンヒーター加熱源が設けられていることもある。

加熱ローラ９１、加熱加圧ローラ９２の両ローラは荷重４０ｋｇｆ程度で互いに圧接されており、両ローラがなす第２定着ニップ幅は約１３ｍｍである。加熱ローラ９１の外周、もしくは加熱加圧ローラ９２外周はトナー溶融に必要となる所望の温度となるよう加熱源により加熱制御されており、その温度は概ね１６０℃である。

予備加熱部および本定着部のローラ回転数は定着装置を使用するプリンタもしくは印刷機の印字速度により異なる。

ここで、本実施形態における予備加熱プロセスの機能について説明する。図７は記録媒体上に転写されたトナー粒子及びキャリアの状態を模式的に示す図である。図７（ａ）は二次転写ローラ６１でトナー像が転写された直後の状態を示し、図７（ｂ）は記録媒体上のトナー像面を予備加熱した後の状態を示している。

高粘度のキャリアを用いた液体現像剤では、画像定着時に溶媒が揮発しないことから、定着時の溶媒の存在が定着性に大きく影響する。すなわち、トナー像を加熱定着する方法において、記録媒体上に現像したトナー画像を形成するトナーが、加熱によって軟化あるいは溶融状態となり、トナーと記録媒体との間にキャリアが入り込んでトナーと記録媒体との結合を妨げる場合がある。このため、画像定着時には、記録媒体上に残存するキャリアを記録媒体中に吸収させるか、或いは記録媒体の画像面側から溶媒を除去するかのどちらかを行う必要がある。また、トナー像中の溶媒残存率が高ければ高いほど、トナー像中の熱容量が大きくなるため、加熱定着にかかる時間も長くなってしまう。

一方で、トナー像を加熱定着するときにおいて、オフセット防止のためにトナー粒子の上面にはある程度のキャリアが残存していることが望ましいと言える。

転写プロセスの直後においては、図７（ａ）に示すように、キャリアリッチな状態の中に存在するトナー粒子が存在するというような状態となっている。上記したように、このような状態は本定着プロセスには好ましくないので、本発明の予備加熱プロセスにおいては、記録媒体上のトナー粒子とトナー粒子との間、トナー粒子と記録媒体との間に存在するキャリアを除去し、なおかつ、トナー粒子上にはキャリアが残存するようにする。

このような予備加熱プロセスを実現するために、本実施形態では、転写プロセス後の記録媒体を非印刷面（非トナー像面）側から予備加熱ローラ７２によって加熱する。また、予備加熱バックアップローラ７１の表層材質としては、表面エネルギーが小さいもの（撥油性の低いもの）を選定することでトナー粒子上にキャリアを残存させるようにする。すなわち、予備加熱ローラ７２の加熱及び予備加熱バックアップローラ７１の表層材質選定によって、図７（ｂ）に示すように、キャリアの粘度を低下させて、キャリアを記録媒体に吸収させるようにすると同時に、トナー粒子上にはキャリアを残存させる。

以上のような構成によれば、予備加熱ローラ７２による加熱及び予備加熱バックアップローラ７１の表層材料の表面エネルギーの効果によって、トナー粒子とトナー粒子との間、もしくはトナー粒子と記録媒体の界面に存在するキャリアについては記録媒体に吸収させつつ、なおかつ、トナー粒子表面のキャリアは残留させるようにするので、本定着に用いられる定着ローラ（加熱ローラ９１）にトナーが付着するオフセット現象を防止することができる。

ここで、予備加熱バックアップローラ７１及び加熱加圧ローラ９２の表層材料の表面エネルギーを変化させた時のオフセットの発生状況を実験により確認した。評価結果を表１に示す。

表１に示される結果から判るように予備加熱バックアップローラ７１表層材料の表面エネルギーが加熱加圧ローラ９２表層材料の表面エネルギーより小さい時にオフセット発生が無くなりその効果を確認できた。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図４は本発明の他の実施の形態に係る定着装置の主要構成要素を示す図である。図４に示す構成のうち、先の実施形態と同様の参照番号が付されている構成は先の実施形態と同様のものである。図４の実施形態では、本定着部を構成する定着ローラ対のうち、加圧を行う加圧ローラ９５には加熱源が設けられていない点が先の実施形態と異なっており、それ以外の点は先の実施形態と同様である。このような実施形態においても、定着ローラ（加熱ローラ９１）にトナーが付着するオフセット現象を防止することができる。

ところで、記録媒体上に残存するキャリア量は、記録媒体の種別によって大きく異なる。すなわち、上質紙などのキャリアの吸収性のよい記録媒体、コート紙などのキャリアの吸収性が上質紙より悪い記録媒体、などがあり、前者の記録媒体においては、予備加熱ローラ７２の温度設定が低くても、素早くキャリアが記録媒体に吸収される。これに対して、後者の記録媒体においては、予備加熱ローラ７２の温度設定を高めに設定し、キャリアの粘度を一段と下げて記録媒体に吸収させるようにする。

そこで、本発明の画像形成装置では、記録媒体の種類を検知して、これに応じて予備加熱ローラ７２の温度設定を変更する。

このために、本発明においては、記録媒体の種別を検知するために紙種判定センサ５が設けられている。この紙種判定センサ５は、搬送経路中を搬送される記録媒体に光を照射する発光素子６と、記録媒体からの反射光の反射を検出する受光素子７とから形成されている。本実施形態では、受光素子７からの反射光の反射率などの信号が、不図示のＣＰＵなどの制御部に入力され、記録媒体の紙種（上質紙、コート紙などの種類）が判定されるものである。

次に、本発明の画像形成装置における転写−定着プロセスの制御を説明する。図８は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の転写−定着プロセスのフローを示す図である。なお、このようなフローは不図示の画像形成装置のコントローラによって実行されるものである。

図８において、ステップＳ１００で転写―定着プロセスが開始されると、次にステップＳ１０１に進み、紙種判定センサ５によって記録媒体の種別の検出が行われる。ステップＳ１０２では、２次転写ユニット６０で転写プロセスが実行される。

ステップＳ１０３では、紙種判定センサ５によって取得された信号に基づいて記録媒体の種類が判定される。ステップＳ１０３での判定結果がコート紙であるときにはステップＳ１０４に進み、ステップＳ１０３での判定結果が上質紙であるときにはステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０４では、記録媒体はキャリア吸収が遅いコート紙であるので、予備加熱ローラ７２の温度設定を高めに設定する。ステップＳ１０７では、記録媒体はキャリア吸収が速い上質紙であるので、予備加熱ローラ７２の温度設定を低めに設定する。

ステップＳ１０５では、予備加熱部で予備加熱プロセスを実施し、ステップＳ１０６では、本定着部で本定着プロセスを実施し、ステップＳ１０８では転写―定着プロセスを終了する。

以上のような実施形態の画像形成装置によれば、記録媒体の紙種（上質紙、コート紙など）に応じて、適切なキャリア除去プロセスを実施することが可能となり、定着ローラ（加熱ローラ９１）にトナーが付着するオフセット現象を防止することができる。

なお、表２は実験により、紙種と予備加熱ローラ７２の制御温度を変化させた時の加熱ローラ９１におけるオフセット発生状況を評価した結果である。ここで評価紙として三菱製紙製パールコート紙（商品名）を使用した。

上記表２に示される結果からわかるように坪量が大きい用紙ほど予備加熱ローラ７２の設定温度を高くする必要があり、用紙坪量に応じて予備加熱ローラ７２の設定温度を変化させることの効果を確認できた。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図５は本発明の他の実施の形態に係る定着装置の主要構成要素を示す図である。図５に示す構成のうち、図３の実施形態と同様の参照番号が付されている構成は先の実施形態と同様のものである。図５の実施形態では、
予備加熱部を構成する予備加熱ローラ７２と予備加熱バックアップローラ７１との間にバイアス電圧が印加されている点が先の実施形態と異なっており、それ以外の点は先の実施形態と同様である。前記のバイアス電圧は記録媒体上のトナー粒子を予備加熱バックアップローラ７１側から予備加熱ローラ７２へと押しつけるような作用を施すものである。このような実施形態によれば、定着ローラ（加熱ローラ９１）にトナーが付着するオフセット現象を防止することができる。

以下に、実施例を示す。図５のように予備加熱ローラ７２と予備加熱バックアップローラ７１との間にバイアス電圧を印加した。予備加熱バックアップローラ７１のバイアス電圧は予備加熱ローラ７２に対して＋２００Ｖである。

この時、予備加熱バックアップローラ７１の弾性表層はフッ素ゴム（硬度：ＪＩＳ−Ａ２０°、体積抵抗：４×１０⁴Ωｃｍ）、予備加熱ローラ７２の弾性層はシリコンゴム（硬度：ＪＩＳ−Ａ１５°、体積抵抗：３×１０⁴Ωｃｍ）を用いた。バイアス印加がない場合、本定着部でのオフセット発生を無くす予備加熱ローラ７２の制御温度は８０℃以上であったが、バイアス印加を行うことによりその温度を６０℃以上に低減することが可能となった。つまりバイアス印加により本定着部でのオフセットを低減することが確認できた。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図６は本発明の他の実施の形態に係る定着装置の主要構成要素を示す図である。図６に示す構成のうち、図３の実施形態と同様の参照番号が付されている構成は先の実施形態と同様のものである。図６の実施形態では、
予備加熱バックアップローラ７１に押圧摺接して表面をクリーニングするクリーニングブレード７５と、予備加熱バックアップローラ７１から余剰なキャリアを回収するキャリア回収部７６とを有する点が先の実施形態と異なっており、それ以外の点は先の実施形態と同様である。このような実施形態によれば、定着ローラ（加熱ローラ９１）にトナーが付着するオフセット現象を防止することができる。

以下、実施例について説明する。図６のように予備加熱バックアップローラ７１にウレタンゴム（硬度ＪＩＳ−Ａ７０°）からなるクリーニングブレード７５を当接させた。これにより予備加熱バックアップローラ７１の表層に付着したキャリアオイルを効果的に除去することが可能となる。予備加熱バックアップローラ７１の有無による耐久試験を行い、その効果を本定着部のオフセット発生状況により確認した。その結果を示すものが表３である。

表３に示される結果によれば、クリーニングブレード７５の装着により耐久的に持続して本定着部でのオフセットを防止する効果を確認することができる。

以上、本発明によれば、予備加熱ローラ７２による加熱及び予備加熱バックアップローラ７１の表層材料の表面エネルギーの効果によって、トナー粒子とトナー粒子との間、もしくはトナー粒子と記録媒体の界面に存在するキャリアについては記録媒体に吸収させつつ、なおかつ、トナー粒子表面のキャリアは残留させるようにするので、本定着に用いられる定着ローラ（加熱ローラ９１）にトナーが付着するオフセット現象を防止することができる。

なお、本明細書においては、種々の実施の形態について説明したが、それぞれの実施の形態の構成を適宜組み合わせて構成された実施形態も本発明の範疇となるものである。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置を構成する主要構成要素を示した図である。 画像形成部及び現像ユニットの主要構成要素を示した断面図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の主要構成要素を示す図である。 本発明の他の実施の形態に係る定着装置の主要構成要素を示す図である。 本発明の他の実施の形態に係る定着装置の主要構成要素を示す図である。 本発明の他の実施の形態に係る定着装置の主要構成要素を示す図である。 記録媒体上に転写されたトナー粒子及びキャリアの状態を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置の転写−定着プロセスのフローを示す図である。

符号の説明

５・・・紙種判定センサ、６・・・発光素子、７・・・受光素子、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ・・・像担持体、１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ・・・帯電ローラ、１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ・・・露光ユニット、１３Ｙ・・・像担持体スクイーズローラ、１４Ｙ・・・像担持体スクイーズローラクリーニングブレード、１５Ｙ・・・現像剤回収部、１６Ｙ・・・潜像イレーサ、１７Ｙ・・・像担持体クリーニングブレード、１８Ｙ・・・現像剤回収部、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ・・・現像ローラ、２１Ｙ・・・現像ローラクリーニングブレード、２２Ｙ・・・トナー圧縮ローラ、２３Ｙ・・・キャリア量調整ブレード、２４Ｙ・・・キャリア量調整ローラ、２５Ｙ・・・キャリア量調整エアナイフ、３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋ・・・現像ユニット、３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ・・・現像剤容器、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋ・・・アニロックスローラ、３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ・・・現像剤容器、３３Ｙ・・・規制ブレード、３４Ｙ・・・供給ローラ、４０・・・中間転写体、４１・・・ベルト駆動ローラ、４２・・・テンションローラ、４５・・・現像剤回収部、４６・・・中間転写体クリーニングブレード、４７・・・現像剤回収部、５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋ・・・一次転写部、５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｋ・・・一次転写バックアップローラ、５２Ｙ、５２Ｍ、５２Ｃ、５２Ｋ・・・中間転写体スクイーズユニット、５３Ｙ・・・中間転写体スクイーズローラ、５４Ｙ・・・中間転写体スクイーズバックアップローラ、５５Ｙ・・・中間転写体スクイーズローラクリーニングブレード、５６Ｙ・・・現像剤回収部、６０・・・二次転写ユニット、６１・・・二次転写ローラ、６２・・・二次転写ローラクリーニングブレード、６３・・・現像剤回収部、７１・・・予備加熱バックアップローラ、７２・・・予備加熱ローラ、７３・・・ハロゲンンランプ、７５・・・クリーニングブレード、７６・・・キャリア回収部、９１・・・加熱ローラ、９２・・・加熱加圧ローラ、９３、９４・・・ハロゲンランプ

Claims (8)

1. キャリアと共にトナー像が転写された記録媒体をトナー像面が形成されていない側から加熱する予備加熱ローラと、該予備加熱ローラに対向して該予備加熱ローラを押圧する予備加熱バックアップローラと、からなる予備加熱部と、
   該予備加熱ローラの下流に設けられ記録媒体上のトナー像を融着する定着ローラ対からなる本定着部と、を有し、
   該予備加熱バックアップローラの表層材料の撥油性は、該定着ローラ対のうち記録媒体上のトナー像面に接触する定着ローラの表層材料の撥油性より低いことを特徴とする定着装置。
2. 該予備加熱ローラと該予備加熱バックアップローラとの間にバイアス電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 該予備加熱バックアップローラにクリーニング部材を設けることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載された定着装置。
4. 該予備加熱バックアップローラの表層材料はシリコンゴムであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の定着装置。
5. 該予備加熱バックアップローラの表層材料はフッ素ゴムであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の定着装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
7. 定着装置で定着しようとする記録媒体の種別を判定する紙種判定手段を有し、
   該紙種判定手段の判定結果に基づいて該予備加熱ローラの設定温度を変更することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. キャリアと共にトナー像が転写された記録媒体をトナー像面が形成されていない側から加熱しつつトナー像面を第１表面エネルギーの材料で押圧する工程と、
   第１表面エネルギーより高い第２表面エネルギーの材料で記録媒体上のトナー像を押圧しつつ融着する工程とからなることを特徴とする画像形成方法。

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