JP4821301B2 - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式等を用いて記録材上に形成した未定着トナー像を加熱溶融して定着する方式の画像形成装置に係り、特に、定着時に無端状のベルト部材を用いた定着装置及びこれを用いた画像形成装置の改良に関する。

従来より、電子写真方式等を利用した複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、記録材上に中間転写方式又は直接転写方式にて形成担持された未定着トナー像を永久画像とするための定着法として、加熱加圧ロール方式の定着装置が広く用いられてきた。
この加熱加圧ロール方式としては、加熱ロール（定着ロール）と加圧ロールとの圧接ロール対を互いに回転させて、未定着トナー像が担持された記録材をロール対の相互圧接部である定着ニップ域に通過させるようにして、トナー像を記録材上に熱圧定着させるようにしたものである。

近年、画像形成装置におけるデジタル画像を写真プリントと同様の仕上げで出力する方式が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。このような技術においては、銀塩写真と同様の高光沢性を確保するために、専用の定着装置が用いられる。
一方、文字出力では、人間の目で文字を見やすいようにするためには、光沢の少ない（低光沢な）画像が好ましく、そのため、写真プリントだけでなく、従来の文字主体の出力を併用して行う場合には、低光沢な画像として定着する定着装置と高光沢な画像として定着する定着装置の二つの定着装置を必要に応じて使い分けるようにした技術も提示されている。

高光沢のプリントを出力するための定着装置としては、定着ロール側に接触させた定着ベルト表面に記録材上の未定着トナー像を接触させて加熱・加圧して溶融させ、定着ベルトに記録材が接触した状態のまま溶融トナー像を所定の温度まで冷却させた後、記録材を定着ベルトから剥離することで、定着ベルト表面の平滑な表面性をトナー像表面が写し取ることができ、結果的に高光沢な画像を得るようにしたものである。

特開２００３−３４５１５６号公報（実施例１、図３） 特開２００４−１５１２００号公報（第１の実施形態、図２）

このような画像形成を行う上で、定着ベルトには加熱工程と冷却工程が繰り返されるようになり、定着ベルトが定着ロールから吸収した熱エネルギーを放熱することで消費する熱エネルギーは大きくなる。そのため、通常の定着装置にあっては、定着ベルトによって消費される電力は、未定着トナー像を定着しているかどうかに拘わらず、定着ベルトの回動によって消費されるようになっていた。
特に、通常の低光沢なプリント（文字出力）と高光沢なプリント（写真プリント）とを２つの定着装置で行う場合、これらの定着装置を使い分けるのが望ましいが、未定着トナー像が形成された記録材の搬送方向を夫々の定着装置に切り分けるには、記録材搬送経路での未定着トナー像の摺擦や機械的振動等の影響が及ばないように記録材を搬送する必要があり、困難となっていた。そのため、低光沢なプリントでは、第１の定着装置（通常の加熱・加圧方式）で定着を行った後に第２の定着装置に達する前に排出トレイに排出し、高光沢なプリントでは、第１の定着装置でプレ定着を行った後、更に第２の定着装置（定着ベルトによる加熱・加圧方式）に導き、トナー像表面を高光沢にする方式が採られている。

しかしながら、単に上述の方式を採るようにすると、高光沢プリント時には、第１の定着装置と第２の定着装置の双方が同時に定着動作を行う必要があり、大きな電力を必要とし、そのため、装置を設置する場所の電源の制約もあった。特に、第２の定着装置では定着ベルトを常時回転させるようにすると、記録材への定着を行っていない時にも定着ロールによる加熱が常時定着ベルトで放熱されるようになり、余分の熱エネルギーを必要とするようにもなっていた。

本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、銀塩写真のような高光沢画像が得られると共に消費電力が低減された定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。

すなわち、本発明の基本的構成は、図１に示すように、未定着トナー像が担持された記録材１を加熱加圧して当該未定着トナー像を定着する定着装置であって、加熱源３を有する加熱部材２と、加熱部材２に対向配置され且つ加熱部材２との間で定着ニップ域を形成する加圧部材４と、加熱部材２と加圧部材４との間に挟持され、加熱部材２と当該加熱部材２とは異なる部材との間に張架されて循環可能に設けられ且つ記録材１のトナー像面に接して記録材１を搬送可能なベルト部材５と、記録材１の後端が定着ニップ域を通過した後且つベルト部材５上に位置するときに一時的にベルト部材５の停止又は減速を行うと共に後続の記録材１の先端が定着ニップ域に到達する前にベルト部材５を元の状態に戻すベルト駆動装置６とを具備することを特徴とする。

このような技術的手段において、加熱部材２の代表的態様としては加熱ロールが挙げられ、加熱源３は加熱部材２が加熱できればよく、加熱部材２の内部に配設されてもよいし、外部に配設されてもよいが、熱効率の観点から内部に設ける方がよい。また、加圧部材４の代表的態様としては加圧ロールが挙げられ、この加圧部材４にも加熱源を備えるようにしてもよい。
更に、ベルト部材５は耐熱性を備えていれば特に制限されず、例えばポリイミド樹脂やポリアミド樹脂等のシート状部材が用いられる。また、これらの表面に離型性の良い表面層を設けるようにしても良い。

そして、本発明では、ベルト駆動装置６によってベルト部材５の動きを停止又は減速させることで、ベルト部材５による加熱部材２からの吸熱作用が抑制され、消費電力を低減させることが可能になる。尚、ベルト部材５の駆動は例えば加熱部材２によって循環されるようにしてもよいし、他の駆動源にて循環されるようにしてもよい。
また、本発明のベルト駆動装置６は、記録材１の後端がベルト部材５と接している条件下でベルト部材５を停止又は減速するようにしている。これによれば、消費電力が一層低減されるようになる。尚、停止する際は、停止された記録材１を下流側に搬送する搬送部材等の配設は考慮されることは云うまでもない。
更に、ベルト駆動装置６は、少なくとも定着後のトナー像がベルト部材５から剥離されても画像欠陥を生じさせない温度以下の条件下でベルト部材５の停止又は減速を行うようにすることが、トナー像の平滑感、光沢感等の画像欠陥を抑制する観点から好ましい。このとき、画像欠陥を生じさせない温度は、トナー粘度が１０^５Ｐａ・ｓ以上になる温度にすることが好ましく、トナーの固化が進み安定した状態が得られるようになる。仮に、トナー粘度が１０^５Ｐａ・ｓ未満の場合には、トナーの固化が不十分となり、ベルト部材５との摺擦等により画像が損なわれるようにもなる。

更にまた、ベルト駆動装置６は、ベルト部材５の停止又は減速を行うことに連動して加熱源３の電力を低下させるようにすれば、消費電力を低減させることができる。尚、連動とは、同時であってもよいし、所定の時間経過後であってもよい。このとき、加熱源３によって後続の記録材１の定着に支障を及ぼさないようにすることは勿論である。
また、本発明では、定着ニップ域より記録材１の搬送方向下流側にてベルト部材５の裏側に接して設けられ且つ定着後の記録材１を冷却する冷却装置を備えている。冷却装置によって冷却効果が促進され、トナー像が早く固化するようになり、画像欠陥の発生を抑えることができるようになる。更に、本発明では、ベルト駆動装置６は、ベルト部材５の停止又は減速を行うことに連動して冷却装置の電力を低下させるようにすることで、冷却装置自体及びベルト部材５の冷却による消費電力を小さくすることができる。

そして、本発明にあっては、記録材１としては、その少なくともトナー像形成表面には熱可塑性樹脂層を備え、ベルト駆動装置６は、少なくとも定着後に熱可塑性樹脂層表面の平滑性を劣化させない温度以下の条件下でベルト部材５の停止又は減速を行うことが好ましく、これによれば、記録材１の熱可塑性樹脂層中に有効にトナー像を埋め込むことができるようになり、写真画像のような光沢の高い画像出力が得られるようになる。
また、この熱可塑性樹脂層の平滑性が劣化しない温度は、熱可塑性樹脂の粘度が１０^５Ｐａ・ｓ以上になる温度とすることが好ましく、熱可塑性樹脂の粘度がこれ未満の場合には熱可塑性樹脂層がベルト部材５と摺擦することにより平滑性が損なわれ、所望の光沢が出せないようになる。

更に、ベルト駆動装置６は、少なくとも定着後の記録材１にブリスターを生じさせない温度以下の条件下でベルト部材５の停止又は減速を行うようにすることが好ましく、温度が高すぎると記録材１にブリスターが発生し、画像表面に欠陥をもたらすようになる。特に、記録材１が熱可塑性樹脂層を備える場合には、記録材１が加熱されることでブリスターを起こし易くなるために重要である。

また、本発明は、定着装置のみならず、これを用いた画像形成装置をも対象とするものであり、この場合、記録材１上に未定着トナー像を形成する作像エンジンと、上述した定着装置とを備えるようにすればよい。
更に、このような画像形成装置では、定着装置の下流側に後処理装置を備えるようにしてもよい。そして、後処理装置として、定着後の記録材１を断裁する断裁装置とするようにすれば、定着後の記録材１を写真用に断裁（例えば縁なし）するに際し好適である。更に、断裁装置を備える場合、断裁装置が少なくとも記録材１の後端部を断裁するものである態様では、ベルト駆動装置６は、断裁後の残存記録材１にブリスターを生じさせない温度以下の条件下でベルト部材５の停止又は減速を行うようにすることが好ましく、これによれば、例えば記録材１の後端部にブリスターを生じても断裁することで画像面は良好となり、そのためベルト部材５の停止又は減速タイミングをより早めることができ、一層消費電力の低下を行うことが可能になる。

更に、本発明に係る画像形成装置としては、記録材搬送経路中に少なくとも記録材１の先端又は後端のいずれかを検知するセンサを設け、ベルト駆動装置６はセンサからの信号に基づいてベルト部材５の停止又は減速を行うようにすることが好ましく、具体的にはベルト部材５の停止又は減速タイミングをシーケンス制御するようにしてもよいし、例えば定着ニップ域より下流側のベルト部材５に対向してセンサを配置し、記録材１の後端を検知するようにしてもよい。尚、後処理装置を備える態様においては、後処理装置にセンサを設け、このセンサで記録材１の先端を検知することで、記録材１の後端側が所定の位置かどうかを判断するようにしてもよい。
更にまた、定着装置をオプション装置として追装するようにしても差し支えない。

本発明によれば、ロール状の加熱部材とロール状の加圧部材との間に挟持され、加熱部材と当該加熱部材とは異なるロール状の部材との間に張架されて循環可能に設けられ且つ記録材のトナー像面に接して記録材を搬送可能なベルト部材と、定着ニップ域より記録材の搬送方向下流側にてベルト部材の裏側に接して設けられ且つ定着後の記録材を冷却する冷却装置と、記録材の後端が定着ニップ域を通過した後且つベルト部材上に位置するときに一時的にベルト部材の停止又は減速を行い、このベルト部材の停止又は減速に連動して冷却装置の電力を低下又は停止させ、後続の記録材の先端が定着ニップ域に到達する前にベルト部材及び冷却装置を元の状態に戻すベルト駆動装置とを備えたので、高光沢な画像が得られると共にベルト部材による不要な放熱を抑制することができ、高画質、低消費電力の定着装置を実現することができるようになる。
また、このような定着装置を用いることで、高画質、低消費電力の画像形成装置を提供することができるようになる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は、本発明が適用されたカラー画像形成装置の実施の形態１を示す。同図において、本実施の形態の画像形成装置は、カラー画像を形成可能な画像形成ユニットを備えた装置本体１０と、装置本体１０の上部にオプション装置としての後処理装置５０を追装する一方、装置本体１０の画像形成ユニットの下方には、記録材としての用紙を供給する多段の給紙カセット１１（１１ａ，１１ｂ）を引き出し可能に収容したものとなっている。

本実施の形態で用いられる画像形成ユニットは、例えば電子写真方式を採用したものであって、イエロー（Ｙ色）、マゼンタ（Ｍ色）、シアン（Ｃ色）及びブラック（Ｋ色）の４色の作像ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）を中間転写ベルト３０に対し並列配置させた所謂タンデム型の構成となっている。そのため、夫々の作像ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）にて形成された各色のトナー像を中間転写ベルト３０上に順次一次転写させて多重化し、この多重化されたトナー像を給紙カセット１１から搬送された用紙上に一括転写させ、定着するようにしたものである。尚、４色の作像ユニット２０の配色はこの順番に限らず、他の順番であっても差し支えない。

本実施の形態における作像ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）は、各色成分トナー像を形成担持する感光体２１と、この感光体２１を帯電する帯電ロール等の帯電器２２、帯電された感光体２１に潜像を形成するレーザスキャナ等の露光器２３、感光体２１上の静電潜像を顕像化する現像器２４、感光体２１上のトナー像を中間転写ベルト３０上に一次転写する例えば一次転写ロールからなる一次転写器２５、感光体２１上に残留した残留トナーを清掃する感光体クリーナー２６、感光体２１上の残留帯電を除電する除電器２７等にて構成されている。尚、本実施の形態での露光器２３は、４色の作像ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）全体の露光を一つの露光器にて行うようになっている。

また、中間転写ベルト３０は、複数の張架ロールに張架され、例えば張架ロール３１を駆動ロールとして循環搬送されるものであり、例えば二次転写ロールからなる二次転写器３３が張架ロール３２をバックアップロールとして対向配置されている。更に、この中間転写ベルト３０の張架ロール３１と対向する位置には、中間転写ベルト３０上の残留トナーを除去するベルトクリーナー３４が配設されている。
更に、装置本体１０内で、中間転写ベルト３０の上方には、各作像ユニット２０の現像器２４の夫々に対応するトナーを供給する４色のトナーボックス３５が設けられ、図示外の搬送路を介して夫々の色に対応した現像器２４にトナーを供給するようになっている。

更にまた、本実施の形態における用紙搬送系は、次のようになっている。夫々の給紙カセット１１からピックアップロール１２によって送り出された用紙は、フィードロール１３とリタードロール１４の作用によって捌かれ、１枚の用紙のみが下流側の搬送経路中へ搬送されるようになっている。また、搬送経路中には、給紙カセット１１から搬送された用紙を二次転写器３３に入る前に位置決め規制するレジストロール１５、二次転写器３３によって用紙上に転写された未定着トナー像を定着する第１定着器４０が設けられている。また、この第１定着器４０の下流側には切替部材１６が設けられ、この切替部材１６を切り替えることで、第１定着器４０を出た用紙が後処理装置５０側と装置本体１０から直接排出される用紙を収容する第１排出トレイ１７側との２方向の経路に切り替わるようになっている。
尚、給紙カセット１１としては、異なるサイズの用紙を収容するための２個の給紙カセット１１ａ，１１ｂを示したが、これに限らず、３個以上備えるようにしてもよいし、１個であってもよい。また、図示外の手差しトレイを備え、手差しトレイから搬送経路へ用紙を導くようにしても差し支えない。

本実施の形態の第１定着器４０は図３のようになっている。同図において、第１定着器４０は、ハロゲンランプ等の加熱源４２を内部に備える定着ロール４１と、定着ロール４１と転動して用紙を挟持搬送する加圧ベルト４３と、加圧ベルト４３の裏面側に設けられ且つ定着ロール４１と加圧ベルト４３との間に定着ニップ域を形成する加圧パッド４４（４４ａ，４４ｂ）とを備える所謂フリーベルトニップ方式で構成されている。尚、図中、符号４６は下流側の加圧パッド４４ｂを固定支持する支持部材であり、符号４７は支持部材４６と上流側の加圧パッド４４ａとの間に設けられ、この加圧パッド４４ａを定着ロール４１側へ付勢するスプリングである。

定着ロール４１は、機械的強度に優れ且つ熱伝導性が良好なアルミニウム等の金属製の円筒状コア４１ａの表面に、シリコーンゴム等の弾性層４１ｂを被覆し、更に弾性層４１ｂの表面にＰＦＡ（四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体）チューブからなる離型層４１ｃを被覆したものとなっている。
また、定着ロール４１の内部には、ハロゲンランプ等の加熱源４２が設けられ、定着ロール４１の表面温度が所定の温度になるように制御されている。
ここで、コア４１ａとしては、機械的強度と良好な熱伝導性を備えていれば特に材質は制限されず、例えばステンレス、鋼、黄銅等の金属や合金が使用できる。
また、弾性層４１ｂとしては、シリコーンゴムに限らず、耐熱性を備えていれば、例えばフッ素系ゴム等も使用でき、この弾性層４１ｂをコア４１ａの表面に形成する方法も特に制限されず、注入成型法やコーティング法等が採用できる。
更に、離型層４１ｃとしては、耐熱性があり、トナーに対する適度な離型性を備えるものであればよく、例えばフッ素系ゴムやフッ素系樹脂等が使用される。
更にまた、定着ロール４１の内部に有する加熱源４２としては、コア４１ａ内部に収容できる形状、構造のものであれば特に制限されず、目的に応じて適宜選定して差し支えない。

また、本実施の形態では、定着ロール４１の周囲に定着ロール４１の表面温度を検知する温度センサ４５が配設され、この温度センサ４５によって定着ロール４１の表面温度が所定の温度になるように加熱源４２の温度制御が行われている。尚、温度センサ４５としては定着ロール４１の表面温度を計測できるものであれば特に制限されず、例えばサーミスタやポジスタ等の感温素子も使用できる。

一方、加圧ベルト４３としては、基材として厚さ７５μｍ程度のポリイミドフィルムが用いられ、その表面にＰＦＡからなる離型層が積層処理されている。尚、加圧ベルト４３の基材としては、ポリイミドに限らず、耐熱性を有すれば、例えばポリアミドイミド等の樹脂基材や、ステンレス、ニッケル、銅等の金属基材が用いられる。また、離型層としては、表面に付着するトナーの剥離性が良好なものであればＰＦＡに限らず、その材質としては、例えばＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体）等のフッ素系樹脂やフッ素ゴム、シリコーンゴム等が用いられる。

そして、本実施の形態の後処理装置５０は、図２に示すように、用紙のトナー像面を高光沢にする第２定着器６０と、第２定着器６０を通過した用紙を断裁する断裁装置７０とで構成されている。
第２定着器６０は、図４に示すように、定着ロール６１と、この定着ロール６１に対向して配置される加圧ロール６２と、定着ロール６１と加圧ロール６２との間に挟持搬送され、定着ロール６１に張架されて循環する定着ベルト（ベルト状定着部材）６３と、定着ロール６１より下流側にて定着ベルト６３の裏面に接して設けられ、定着ベルト６３を冷却する冷却器６４とを備えている。

定着ロール６１は、熱伝導性の高い金属製のコア６１ａの周囲にＰＦＡチューブ等からなる離型層（図示せず）が形成された構成となっており、コア６１ａ内部にはハロゲンランプ等の加熱源６５が設けられ、この加熱源６５によって定着ロール６１表面が所定の温度になるように加熱制御されている。また、本実施の形態では定着ロール６１の回転によって定着ベルト６３が循環するようになっている。

一方、加圧ロール６２は、熱伝導性の高い金属製のコア６２ａの周囲にシリコーンゴム等の弾性層６２ｂが被覆されており、弾性層６２ｂの表面には、前記定着ロール６１の離型層と同様の離型層（図示せず）が形成されている。また、本実施の形態では、この加圧ロール６２のコア６２ａの内部にもハロゲンランプ等の加熱源６６が設けられ、加圧ロール６２の表面が所定の温度になるように加熱制御されている。そのため、第２定着器６０に搬送された用紙は、定着ロール６１と加圧ロール６２との定着ニップにて、トナー像面が定着ベルト６３に接した状態で加熱・加圧されるようになる。

更に、定着ベルト６３は、例えば熱硬化型ポリイミド樹脂製の無端状フィルムの表面にフッ素ゴムやシリコーンゴム等の平滑性の高い被覆層が形成されたものとなっており、定着ロール６１、剥離ロール６７、ステアリングロール６８に張架され、定着ロール６１の回転によって循環できるようになっている。尚、剥離ロール６７は、定着ベルト６３の移動に従動して回転し、この剥離ロール６７が定着ベルト６３を巻き付けながら張架することで、定着ベルト６３の移動方向を急激に変化させるようになり、定着ベルト６３上の用紙は剥離ロール６７の位置で用紙自体の剛性によって自然に定着ベルト６３から剥離されるようになる。また、ステアリングロール６８は、定着ベルト６３自体を常時緊張させるようにしたものであり、定着ベルト６３を外方に押圧することで緊張を維持させ、定着ベルト６３が循環移動したときに生じる偏り（定着ベルト６３がステアリングロール６８のいずれかの端部方向へ移動する現象）を修正するために設けられている。
尚、定着ベルト６３の基材及び被覆層としては、機械的強度を保ち、熱エネルギーを有効的に活用するために、７５μｍ程度の基材上に３５μｍ程度の被覆層を形成したものとなっている。

更に、本実施の形態での第２定着器６０内の冷却器６４は、定着ロール６１と剥離ロール６７との間で、定着ベルト６３裏面に接して設けられ、定着ベルト６３の熱を吸熱することで定着ベルト６３を冷却するようになっている。そのため、定着ベルト６３に密着搬送される用紙の冷却が行われるようになる。本実施の形態での冷却器６４は、定着ベルト６３に沿った面から略直交する方向に延びた多数の放熱フィンが設けられたフィン部材６４ａと、これを覆うように設けられたカバー６４ｂとで筒状に構成されたものであり、図示外の送風ブロアによって内部に空気を流すことでフィン部材６４ａの熱を強制的に放熱させるようにしたものである。尚、図中符号５１は用紙の通過タイミングをセンスするセンサであり、また、符号５２，５３は第２定着器６０の用紙搬送経路中に設けられた用紙ガイド、符号５４は搬送ロールとなっている。

そして、特に本実施の形態では、定着ロール６１を駆動する駆動モータ６９１が制御装置６９によって制御され、定着ロール６１の回転をＯＮ／ＯＦＦするようになっている。
また、制御装置６９は、センサ５１から得られる用紙の通過タイミングに基づいて、定着ロール６１の回転をシーケンス制御するようになっている。本実施の形態では、用紙後端が定着ニップを出た後、所定の距離だけ進んだ位置で定着ロール６１が停止するようになっており、用紙は定着ベルト６３に貼り付いた状態で停止するようになる。尚、後続の用紙が第２定着器６０に到達する前に制御装置６９は定着ロール６１の回転を元に戻すようになっている。

また、図５（ａ）に示す断裁装置７０は、用紙の４辺を断裁することを可能としたものであり、例えば縁なしのプリントを作製するようにしたものである。そのため、用紙の幅方向を切断するためのスリッター７１と、用紙の送り方向長さを切断するための複数のサーキュラーカッター７２（７２ａ，７２ｂ）と、用紙を搬送するための複数の搬送ロール７３，７４とを備えている。スリッター７１は、軸方向に必要な切断数に合わせた刃数を有し、用紙を搬送しながら送り方向に断裁するようになっている。また、サーキュラーカッター７２は、用紙の搬送を一旦停止し、下刃に沿って上刃のローリングカッターを移動させることで断裁するようになっている。
一方、図５（ｂ）は（ａ）を断面から見た図となっている。
ここで、サーキュラーカッター７２として、例えば軸方向にローラーカッターを設け、用紙を搬送しながら断裁するようにしても差し支えない。
そして、本実施の形態では、後処理装置５０の下流側には、図２に示すように、第２排出トレイ１８が設けられ、断裁装置７０を通過した用紙が収容されるようになっている。

また、断裁装置７０では、図のように用紙を４枚に断裁する機能のみではなく、例えばはがきサイズの用紙（１００×１５０ｍｍ）に１枚のＬ判サイズの画像をプリントし、断裁装置７０によって縁なしにプリントに仕上げることも可能である。更に、Ａ４サイズの用紙に４枚の画像をプリントすることと、任意枚数のはがきサイズの用紙に１枚ずつの画像をプリントすることを組み合わせることで、任意枚数のＬ判サイズのデジカメ写真を得ることができる。更にまた、スリッター７１の刃の幅方向位置を可変とすることで、４つ切り、６つ切り、８つ切りなど、様々なサイズに断裁することも可能となる。

次に、このような画像形成装置における作動について説明する。
図２に示すように、給紙カセット１１から送り出された用紙上には、各作像ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）による各色トナー像が多重化されて中間転写ベルト３０上に形成された多重トナー像が二次転写器３３によって一括転写される。転写された未定着トナー像は第１定着器４０によって定着された後、切替部材１６によって第１排出トレイ１７又は第２排出トレイ１８へと導かれる。

本実施の形態では、切替部材１６による用紙搬送方向の切り替えを次のように行っている。すなわち、通常の画像を形成する普通紙プリントモード（低光沢プリント）では、第１定着器４０にて定着後、切替部材１６によって第１排出トレイ１７へ排出されるようになる。一方、写真画像のような高光沢画像を形成する写真プリントモード（高光沢プリント）では、第１定着器４０で定着した後、切替部材１６によって第２定着器６０側へ搬送され、第２定着器６０による定着が更に行われた後、断裁装置７０を介して第２排出トレイ１８に排出されるようになる。特に、断裁装置７０は、写真画像のような縁なしプリントを好む場合に使用するようにすればよく、特に断裁の必要がない場合は断裁を行わずに第２排出トレイ１８に排出するようにすればよい。

通常、写真画像のような高光沢画像を得るには、図６（ａ）に示すような専用用紙を使用することが好ましい。同図に示すように、専用用紙は基材層Ｌ１の両面に防湿層Ｌ２を設け、更に記録面（トナー像形成面）側に受像層Ｌ３を設けたものとなっている。
防湿層Ｌ２は、ポリエチレン等の透気性のない樹脂で構成されており、厚さは数μｍ程度あれば基材層Ｌ１の防湿効果が得られるようになる。また、受像層Ｌ３は、例えば溶融温度が約１３０℃のポリエステル等の熱可塑性樹脂を主成分とし、５〜２０μｍ、好ましくは約１０μｍの層厚にて構成されている。一方、基材層Ｌ１は、セルロースを主成分とした組成となっており、普通紙と同様の組成であるが、例えば組成の異なる専用の基材層Ｌ１を使用することも可能である。
したがって、銀塩写真に使用される印画紙のように、基材層Ｌ１の両面に防湿層Ｌ２を設け、更にトナー材料と同様の受像層Ｌ３を設けることで、透気性をなくし、高湿環境下で基材層Ｌ１が吸湿することによって伸びてカールを起こしたり、トナー像が延ばされてひび割れする等の不具合を防ぐことができる。また、受像層Ｌ３によってトナー像を受像層Ｌ３と共に溶融し、圧力を加えることでトナー像を受像層Ｌ３中に良好に埋め込み、平滑なプリント表面を得ることができるようになる。

写真プリントモード時に、このような専用用紙を用いて第２定着器６０によって定着が行われると、図６（ｂ）のようにトナー像が受像層Ｌ３に埋め込まれるようになる。このとき、第２定着器６０の定着ベルト６３の表面性が写し取られ、受像層Ｌ３表面とトナー像表面が略均一になり、光沢画像が得られるようになる。一方、図６（ｃ）は、普通紙プリントモード時に、普通紙上に第１定着装置４０のみにてトナー像が定着された状態を示しており、この場合、基材層Ｌ１上にトナー像が載った形となり、画像表面はトナー像が突出することで光沢性に乏しい画像しか得られない。

そして、本実施の形態では、第２定着器６０の定着ロール６１と加圧ロール６２との定着ニップを出てから所定距離進んだ位置で用紙を停止させることから、用紙温度は比較的高い温度で停止する。このとき、冷却器６４による用紙の冷却作用が中断する形となり冷却作用そのものが不足するが画像欠陥が発生しない位置であれば特に問題ない。
一般に、両面コート紙のように用紙の両面にコート層を持ったコート紙等であれば、基材層Ｌ１中の含水分が加熱中に水蒸気になって膨張し、この膨張した気泡（ブリスター）によって用紙表面に穴あきが生じるようにもなる。図７は、用紙表面に穴あきが生じた状況を図形化したものであり、基材層Ｌ１中の水蒸気がブリスターとなり、防湿層Ｌ２や受像層Ｌ３を持ち上げ、最後に穴あきに至ったところを表している。

したがって、本実施の形態では、用紙の後端の温度がブリスターの発生を免れる１００℃以下になる位置を最短の停止位置とすることが必要である。尚、ブリスターは、加熱時間が１秒程度であっても１００℃（１気圧環境）を超えると顕著に現れるようになる。

また、用紙の後端を停止させる位置は、トナーの粘度や用紙の受像層Ｌ３の粘度にも関係し、トナー粘度が１０^５Ｐａ・ｓ以上で受像層Ｌ３の粘度が１０^５Ｐａ・ｓ以上になる位置に設けられている。これは、トナー粘度や受像層Ｌ３の粘度がこれより低いと、定着ベルト６３に貼り付いた画像が固化不十分となり、その後の用紙の剥離によって定着ベルト６３と摺擦することで、均質な光沢が損なわれたり、画像崩れを生じるようにもなる。

以上のように、本実施の形態では、第２定着器６０を用紙が通過中で、定着ニップを出てから所定の距離の位置で用紙を一旦停止させるようにしたので、冷却器６４によって行われる定着ベルト６３の温度低下は中断される形となり、定着ロール６１や加圧ロール６２の表面温度の低下速度を遅くすることができるようになり、加熱源６５，６６に加える電力を少なくすることができる。また、このとき、画像には画像欠陥を生じないことから、高画質で低消費電力の画像形成装置が可能になる。

本実施の形態では、用紙の停止位置を定着ニップより上流側のセンサ５１によって行うようにしたが、例えば定着ニップより下流側にセンサを設け、直接定着ニップを通過した後の用紙の後端を検知して定着ベルト６３を停止するようにしてもよい。
また、用紙を停止するタイミングと連動して、定着ロール６１、加圧ロール６２の加熱源６５，６６への電力を低下あるいは停止させるようにしてもよく、更に、例えば冷却器６４への送風を停止するようにしてもよい。尚、加熱源６５，６６への電力低下は、後続の用紙の定着動作に対し支障のない範囲で行われることは云うまでもない。
更にまた、本実施の形態では後処理装置５０をオプション装置としたが、装置本体１０に一体的に設けられてもよいし、後処理装置５０として第２定着器６０のみの構成とするようにしてもよい。また、第１定着器４０を削除するようにしてもよいが、この場合、第２定着器６０まで用紙を搬送する際、未定着トナー像が擦れて画像乱れを起こさないように配慮する必要がある。

また、本実施の形態では、用紙が定着ニップを出てから所定の距離で定着ベルト６３を停止するようにしたが、例えば定着ベルト６３を停止させずに、減速するようにしても高画質で低消費電力の画像形成装置を実現することが可能である。
更に、断裁装置７０で用紙の後端を切り落とす場合、仮に、この切り落とし部分にブリスターが発生しても最終画像には支障がないことから、この切り落とし部分に相当する距離だけ用紙の停止位置を定着ニップ側に近付けるようにしてもよい。

◎実施の形態２
図８は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態２の概要を示すものである。本実施の形態の画像形成装置は、実施の形態１と異なり、中間転写ベルト３０の１周回毎に各色トナー像を転写させて多重化した後、用紙上に一括転写する所謂サイクル方式のカラー画像形成装置となっている。尚、実施の形態１と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。

本実施の形態における画像形成装置は、装置本体１０の側方にオプション装置としての後処理装置５０を着脱自在に設けたものとなっている。また、装置本体１０内には、定着器を持たず、後処理装置５０の定着器（第２定着器）６０によって定着が行われるようになっている。
装置本体１０内に設けられた作像ユニット２０は、感光体２１と感光体２１の周囲に配置された帯電器２２、露光器２３、現像器２４、一次転写器２５、感光体クリーナー２６、中間転写ベルト３０等で構成されている。
特に、本実施の形態では、現像器２４はロータリ式の現像器であり、感光体２１上に形成された各色潜像に対し、夫々のトナーによって現像が行われ、感光体２１の回転毎に現像色が切り替わるようになっている。そして、各色のトナーボックス３５から現像器２４内の夫々対応した位置にトナーが補給されるようになっている。

また、本実施の形態では、装置本体１０の作像ユニット２０の下方には給紙カセット１１が１個しか設けられておらず、装置本体１０の下方に給紙ユニット８０を装着し、この中に２個の給紙カセット８１，８２が設けられている。
更に、装置本体１０には、二次転写器３３によって未定着トナー像が一括転写された用紙は、搬送ベルト９１によって搬送され、排出ロール９２を介して後処理装置５０側に搬送されるようになっている。尚、レジストロール１５の上流側で装置本体１０の側方には、用紙を手差し供給するための手差しトレイ９３が設けられている。

そして、本実施の形態では、定着器６０での用紙の通過タイミングをセンスするセンサ５１は、装置本体１０側に設けられている。
また、後処理装置５０内の定着器６０は、実施の形態１の第２定着器６０（図４参照）と同様に構成され、本実施の形態では、トナー像面が上向きとなることから、実施の形態１と上下を逆にした構成となっている。定着器６０での構成や作用は実施の形態１と同様のためここでは省略する。更に、断裁装置７０も実施の形態１（図５参照）と同様のためその構成や作用の説明は省略する。尚、符号７５は、断裁装置７０によって切り落とされた切り屑を溜める回収ボックスである。

本実施の形態においても、定着器６０内の定着ニップから所定の距離だけ進んだ位置にて用紙の搬送を停止するように定着ベルト６３の駆動制御を行っているため、実施の形態１と同様の効果を奏することは云うまでもない。

◎実施例１
本実施例は、実施の形態１の画像形成装置にて、Ｌサイズ（８９×１２７ｍｍ）に縁代を加えた用紙に高光沢のプリントを形成した後、４辺を断裁して縁なしのプリントを出力する場合、定着ベルト上での用紙のブリスターの発生並びに剥離時の画像ディフェクトについて、評価テストを行ったものである。
テスト条件は、次の条件で行った。
（１）定着器設定条件
・定着ロール…幅：１４０ｍｍ（有効幅）、外径：５０ｍｍ、弾性層：なし、表面設定温度：１５０℃
・加圧ロール…幅：１４０ｍｍ（有効幅）、外径：５０ｍｍ、弾性層：シリコーンゴム２ｍｍ厚、硬度６０度、表面設定温度：１３０℃
・定着ベルト…幅：１３０ｍｍ、周長：５５０ｍｍ、材質：１００μｍの熱硬化性ポリイミド基材上に４０μｍのシリコーンゴム（硬度５０度）を積層
・定着荷重…１２００Ｎ
・定着時の定着ベルト駆動速度…６０ｍｍ／ｓ
・冷却器…ヒートシンク長さ：８０ｍｍ（搬送方向）
（２）用紙
・サイズ…１００×１５０ｍｍ（はがきサイズの４辺を断裁してＬサイズにする）
・厚み…２２０μｍ（坪量：２２５ｇｓｍ）
・表面処理…１０μｍのポリエステル樹脂（溶融温度約１１０℃での粘度は１０^４Ｐａ・ｓ）
（３）その他
・用紙搬送方向…タテ通し
・プリント速度…８枚／分
・トナー…スチレンアクリル系樹脂を主成分とした溶融温度が約１１０℃のもの（粘度は１０^４Ｐａ・ｓ）

ブリスターの評価は、用紙後端が定着ニップからどの程度の距離だけ離れるとよいかを観察した。結果は、図９に示すように、定着ニップから１５ｍｍ離れていればブリスターの発生は確認されなかった。また、１０ｍｍではブリスターが発生した。したがって、本実施例からは、用紙の後端が定着ニップから１５ｍｍ離れた位置で定着ベルトを停止させたり、減速させるようにすればよいことが確認された。

一方、画像ディフェクトについては、定着ベルトから剥離させるときの温度と光沢度との関係を冷却器への送風条件を変えることで調査し、図１０のような結果を得た。この結果からは、剥離温度が７０℃以下であれば得られる光沢度は一定となることが判明した。また、剥離温度が８０℃のときには、７０℃以下の場合よりも光沢度が約５程度低下するが、光沢度差が５程度であれば目視による差として現れない（視認され難い）ことから問題はないものと判断された。
また、このときトナー粘度に着目すると、１０^５Ｐａ・ｓを超えるようになれば、剥離速度や剥離時の温度のよって光沢が変わることがなく、均一で良質な光沢が得られるようになることが分かる。
更に、この光沢度差を確認するため、剥離温度を変えたときの画像の光沢むらを目視確認したところ、図１１のような結果を得た。このことから、剥離温度が８０℃以下であれば、光沢むらも確認されないことが判明した。
尚、光沢度の測定は、鏡面光沢度に感度の高い入射角２０°、反射角２０°の光沢測定器（ＢＹＫ−Gardner社製）を用いて行った。

次に、上述の設定条件で、定着ベルトの駆動制御方法を変えたときの定着器での平均消費電力について比較テストを行った。
定着器の駆動条件は次の３種とした。
（ａ）連続駆動時：プリント中は定着ベルトを停止や減速することなく、そのまま連続駆動させた。
（ｂ）間欠駆動時：プリント中に、用紙後端が定着ニップを出て１５ｍｍ進んだ位置（ブリスターの発生しない位置）で停止させ、次の用紙の先端が定着ニップの手前１０ｍｍの所に達したときに再起動させた。
（ｃ）低速駆動時：プリント中に、用紙後端が定着ニップを出て１５ｍｍ進んだ位置（ブリスターの発生しない位置）で定着ベルトの駆動速度を１０ｍｍ／ｓまで減速させ、次の用紙の先端が定着ニップの手前１０ｍｍの所に達したときに駆動速度を元に戻した。

評価は、上述の駆動条件で、連続プリントを５分間継続したときの平均消費電力を測定することで行った。
結果は、図１２に示すように、連続駆動時の平均電力量は５９２Ｗ、間欠駆動時の平均電力量は４８２Ｗ、低速駆動時の平均電力量は５００Ｗとなり、連続駆動から間欠駆動に変更することで、１１０Ｗの電力低減（約１９％の低減効果）が行われることが判明した。また、連続駆動から低速駆動に変更すれば、９２Ｗの電力低減（約１６％の低減効果）が行われることが判明した。
また、図１３（ａ）〜（ｃ）は、このときの電力消費の内訳を示したもので、定着器の装置放熱（装置からの放熱分）、ベルト加熱（定着ベルトへの加熱分）、メディア加熱（用紙やトナーへの加熱分）、冷却ファン（冷却器への送風分）、駆動（駆動に要する電力分）について分類したものとなっている。この結果からも、定着ベルトの加熱に対する電力の差が消費電力の差に現れていることが理解される。

尚、本実施例の間欠駆動のように、定着ニップに用紙がないタイミングで定着ベルトを停止させると、定着ベルトの材質や定着ロールの温度によって、定着ベルトが定着ロールに巻き付くような形状に熱変形を起こす場合もあり、このような場合には、定着ベルトを停止させないで駆動速度を減速させるようにすれば、定着ベルトの熱変形を生じることなく電力低減を図ることができるようになる。

◎実施例２
本実施例は、実施の形態２の画像形成装置にて、Ｌサイズ（８９×１２７ｍｍ）をＡ４サイズに４面付けして連続プリントする場合、定着ベルト上での用紙のブリスターの発生並びに剥離時の画像ディフェクトについて、評価テストを行ったものである。

テスト条件は、次の条件で行った。
（１）定着器設定条件
・定着ロール…幅：３４０ｍｍ（有効幅）、外径：６５ｍｍ、弾性層：なし、表面設定温度：１７０℃
・加圧ロール…幅：３４０ｍｍ（有効幅）、外径：６５ｍｍ、弾性層：シリコーンゴム１ｍｍ厚、硬度６０度、表面設定温度：１４０℃
・定着ベルト…幅：３３０ｍｍ、周長：５５０ｍｍ、材質：１００μｍの熱硬化性ポリイミド基材上に４０μｍのシリコーンゴム（硬度５０度）を積層
・定着荷重…２７００Ｎ
・定着時の定着ベルト駆動速度…６０ｍｍ／ｓ
・冷却器…ヒートシンク長さ：８０ｍｍ（搬送方向）
（２）用紙
・サイズ…Ａ４（２１０×２９７ｍｍにＬサイズを４面面付けした後各画像の４辺を断裁して仕上げる）
・厚み…２２０μｍ（坪量：２２５ｇｓｍ）
・表面処理…１０μｍのポリエステル樹脂（溶融温度約１１０℃での粘度は１０^４Ｐａ・ｓ）
（３）その他
・用紙搬送方向…ヨコ通し
・プリント速度…２枚／分（Ｌサイズでは８枚／分に相当）
・トナー…スチレンアクリル系樹脂を主成分とした溶融温度が約１１０℃のもの（粘度は１０^４Ｐａ・ｓ）

ブリスターの評価は、実施例１と同様の評価を行い、図１４に示すように、定着ニップから２０ｍｍ離れていればブリスターの発生は確認されなかった。また、実施例１でブリスターの発生が確認されなかった１５ｍｍではブリスターが発生した。これは、本実施例の方が実施例１より定着ロール等の温度が高く設定されているため、用紙の冷却に時間を要するためと考えられる。したがって、本実施例からは、用紙の後端が定着ニップから２０ｍｍ離れた位置で定着ベルトを停止させたり、減速させるようにすればよいことが確認された。

一方、画像ディフェクトについては、定着ベルトから剥離させるときの温度と実施の光沢むらを確認したところ、図１５のような結果を得た。このことから、剥離温度が８０℃以下であれば、光沢むらも確認されないことが判明した。

次に、上述の設定条件で、定着ベルトの駆動制御方法を変えたときの定着器での平均消費電力について比較テストを行った。
定着器の駆動条件は実施例２と同様に次の３種とした。
（ａ）連続駆動時：プリント中は定着ベルトを停止や減速することなく、そのまま連続駆動させた。
（ｂ）間欠駆動時：プリント中に、用紙後端が定着ニップを出て２０ｍｍ進んだ位置（ブリスターの発生しない位置）で停止させ、次の用紙の先端が定着ニップの手前１０ｍｍの所に達したときに再起動させた。
（ｃ）低速駆動時：プリント中に、用紙後端が定着ニップを出て２０ｍｍ進んだ位置（ブリスターの発生しない位置）で定着ベルトの駆動速度を１０ｍｍ／ｓまで減速させ、次の用紙の先端が定着ニップの手前１０ｍｍの所に達したときに駆動速度を元に戻した。

評価は、上述の駆動条件で、連続プリントを５分間継続したときの平均消費電力を測定することで行った。
結果は、図１６に示すように、連続駆動時の平均電力量は１０１５Ｗ、間欠駆動時の平均電力量は６１２Ｗ、低速駆動時の平均電力量は６７９Ｗとなり、連続駆動から間欠駆動に変更することで、４０３Ｗの電力低減（約４０％の低減効果）が行われることが判明した。また、連続駆動から低速駆動に変更すれば、３３６Ｗの電力低減（約３３％の低減効果）が行われることが判明した。
また、図１７（ａ）〜（ｃ）は、このときの電力消費の内訳を実施例１同様に示したもので、定着器の装置放熱（装置からの放熱分）、ベルト加熱（定着ベルトへの加熱分）、メディア加熱（用紙やトナーへの加熱分）、冷却ファン（冷却器への送風分）、駆動（駆動に要する電力分）について分類したものとなっている。この結果からも、定着ベルトの加熱に対する電力の差が消費電力の差に現れていることが理解される。

本発明に係る定着装置の概要を示す説明図である。 本発明に係る画像形成装置の実施の形態１の概要を示す説明図である。 実施の形態１の第１定着器の概要を示す説明図である。 実施の形態１の第２定着器の概要を示す説明図である。 実施の形態１の断裁装置の概要を示す説明図である。 （ａ）は写真画像用の専用用紙、（ｂ）は専用用紙にトナー像が定着された様子、（ｃ）は普通紙にトナー像が定着された様子を示す説明図である。 ブリスターを示す説明図である。 本発明に係る画像形成装置の実施の形態２の概要を示す説明図である。 実施例１のブリスターの評価結果を示す表である。 実施例１の剥離温度と光沢度との関係を示すグラフである。 実施例１の光沢むらの評価結果を示す表である。 実施例１の定着ベルトの駆動制御方法と消費電力との関係を示すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は実施例１の定着器の消費電力の内訳を示すグラフである。 実施例２のブリスターの評価結果を示す表である。 実施例２の光沢むらの評価結果を示す表である。 実施例２の定着ベルトの駆動制御方法と消費電力との関係を示すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は実施例２の定着器の消費電力の内訳を示すグラフである。

符号の説明

１…記録材，２…加熱部材，３…加熱源，４…加圧部材，５…ベルト部材，６…ベルト駆動装置

Claims (9)

1. 未定着トナー像が担持された記録材を加熱加圧して当該未定着トナー像を定着する定着装置であって、
   加熱源を有する加熱部材と、
   加熱部材に対向配置され且つ加熱部材との間で定着ニップ域を形成する加圧部材と、
   加熱部材と加圧部材との間に挟持され、加熱部材と当該加熱部材とは異なる部材との間に張架されて循環可能に設けられ且つ記録材のトナー像面に接して記録材を搬送可能なベルト部材と、
   定着ニップ域より記録材の搬送方向下流側にてベルト部材の裏側に接して設けられ且つ定着後の記録材を冷却する冷却装置と、
   記録材の後端が定着ニップ域を通過した後且つベルト部材上に位置するときに一時的にベルト部材の停止又は減速を行い、このベルト部材の停止又は減速に連動して前記冷却装置の電力を低下又は停止させ、後続の記録材の先端が定着ニップ域に到達する前にベルト部材及び前記冷却装置を元の状態に戻すベルト駆動装置とを具備することを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   ベルト駆動装置は、ベルト部材の停止又は減速を行うことに連動して加熱源の電力を低下又は停止させるようにしたことを特徴とする定着装置。
3. 請求項１又は２記載の定着装置において、
   前記加熱部材、前記加圧部材及び前記異なる部材はいずれもロール状部材で構成されることを特徴とする定着装置。
4. 記録材上に未定着トナー像を形成する作像エンジンと、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４記載の画像形成装置において、
   ベルト駆動装置は、少なくとも定着後のトナー像がベルト部材から剥離されても画像欠陥を生じさせないように、トナー粘度が１０ ^５ Ｐａ・ｓ以上になる温度以下の条件下でベルト部材の停止又は減速を行うことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項４記載の画像形成装置において、
   定着装置の下流側に配設され且つ未定着トナー像が定着された記録材を処理する後処理装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６記載の画像形成装置において、
   後処理装置は、定着後の記録材を断裁する断裁装置で構成されることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項４記載の画像形成装置において、
   記録材搬送経路中に少なくとも記録材の先端又は後端のいずれかを検知するセンサを設け、ベルト駆動装置は前記センサからの信号に基づいてベルト部材の停止又は減速を行うようにしたことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項４記載の画像形成装置において、
   定着装置をオプション装置としたことを特徴とする画像形成装置。

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