JP5171480B2 - Image heating and pressing apparatus and image forming apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、トナー画像を担持する記録媒体を挟持搬送しながら加熱及び加圧する画像加熱加圧装置及びこの画像加熱加圧装置を備えた画像形成装置に関する。   The present invention relates to an image heating and pressing apparatus that heats and presses a recording medium carrying a toner image while nipping and conveying the recording medium, and an image forming apparatus including the image heating and pressing apparatus.

画像加熱加圧装置としては、例えば、記録媒体にトナー画像を定着する定着装置や、記録媒体に定着されたトナー画像を加熱することにより画像の光沢を増大させる光沢増大化装置等を挙げることができる。   Examples of the image heating and pressing device include a fixing device that fixes a toner image on a recording medium, and a gloss increasing device that increases the gloss of an image by heating the toner image fixed on the recording medium. it can.

従来の画像形成装置に用いられる定着装置は、互いに圧接して回転する定着ローラと加圧ローラの圧接部(ニップ部)にて、記録媒体を挟持搬送しながら、その記録媒体に形成されたトナー画像を加熱及び加圧する構成が一般的である。   A fixing device used in a conventional image forming apparatus is a toner formed on a recording medium while the recording medium is nipped and conveyed by a pressure contact portion (nip portion) of a fixing roller and a pressure roller that are pressed against each other. A configuration in which an image is heated and pressurized is common.

前記ニップ部では、トナーがガラス転移温度以上まで加熱されて粘弾性体となった状態で圧力をかけることにより、即ちトナーが適正な溶融粘度となった状態で適正な圧力をかけることにより、記録媒体上にトナーを広げて定着処理を行っている。このとき記録媒体上では、トナー粒子の変形やトナー粒子同士の合一が起こって記録媒体上に濡れ広がり、トナー薄層が形成される。同時に、トナー層が記録媒体に押付けられることで、記録媒体の繊維に進入してアンカリング(投錨)され、記録媒体上に固着される。このように、加熱及び加圧による定着処理は、トナー溶融→変形→濡れ広がり→繊維固着、というプロセスからなり、中でもトナーの溶融と変形は、重要な因子となっている。   In the nip portion, recording is performed by applying pressure while the toner is heated to a glass transition temperature or higher to become a viscoelastic body, that is, by applying appropriate pressure when the toner has an appropriate melt viscosity. The fixing process is performed by spreading the toner on the medium. At this time, deformation of the toner particles and coalescence of the toner particles occur on the recording medium, and the toner medium wets and spreads to form a thin toner layer. At the same time, when the toner layer is pressed against the recording medium, the toner layer enters the fibers of the recording medium, is anchored (throwed), and is fixed on the recording medium. As described above, the fixing process by heating and pressurization is a process of toner melting → deformation → wet spreading → fiber fixing, and among them, melting and deformation of the toner are important factors.

このトナーの溶融状態と変形は、記録媒体の種類に大きく影響している面がある。例えば、普通紙よりも厚手の厚紙を用いた場合は、記録媒体の熱容量が大きくなるため、トナーに与えられる熱量が低下し、トナーが溶融不足となる。その結果、トナーの溶融粘度が高くなり、圧力を印加しても、トナーが十分に濡れ広がらず、トナーが粒子の形態を維持したまま孤立する「鬆」が発生する。一方、普通紙よりも薄手の薄紙を用いた場合は、記録媒体の熱容量が小さくなるため、トナーに与えられる熱量が増大し、トナーが溶融過多となる。その結果、トナーの溶融粘度が低くなり、圧力を印加しても、トナーによって形成された層が流動してしまい、記録媒体上の繊維が露出する「透け」が発生する。このように、記録媒体の種類によって、記録媒体に対するトナーの定着に関連する性質が変化してしまうという課題があった。   The melting state and deformation of the toner have a significant influence on the type of recording medium. For example, when thick paper thicker than plain paper is used, the heat capacity of the recording medium increases, so the amount of heat given to the toner decreases and the toner becomes insufficiently melted. As a result, the toner has a high melt viscosity, and even when a pressure is applied, the toner does not sufficiently wet and spread, and a “pode” occurs in which the toner remains isolated while maintaining the particle form. On the other hand, when thin paper that is thinner than plain paper is used, the heat capacity of the recording medium becomes small, so the amount of heat given to the toner increases and the toner becomes excessively melted. As a result, the melt viscosity of the toner becomes low, and even when a pressure is applied, the layer formed by the toner flows, and “through” occurs where the fibers on the recording medium are exposed. As described above, there is a problem that the properties related to the fixing of the toner to the recording medium change depending on the type of the recording medium.

また、トナーの溶融粘度が定着に良好な状態でも、印加する圧力が小さいと十分にトナーが濡れ広がらず、アンカリング効果も小さい。トナーの溶融粘度と印加する圧力に関し、このような課題が挙げられている。   Even when the melt viscosity of the toner is good for fixing, if the applied pressure is small, the toner does not spread sufficiently and the anchoring effect is small. Such a problem is mentioned regarding the melt viscosity of the toner and the pressure to be applied.

これらの課題に対して、定着条件(定着温度、加圧力)を記録媒体の種類に応じて切り替えることによって対応する技術が開示されている。例えば、記録媒体の厚さや種類によって定着ローラの定着温度を制御するとともに、加圧ローラの加圧力を調整する技術(特許文献1)が開示されている。また、記録媒体の搬送方向と直交する方向の長さが異なる複数の加圧部材を、搬送される記録媒体の搬送方向と直交する方向の長さに応じて切り替える技術(特許文献2)が開示されている。更には、複数の加圧部材を有し、記録媒体の種類や使用環境によって加圧部材と加圧力を切り替える技術(特許文献3)などが開示されている。   A technique for dealing with these problems by switching the fixing conditions (fixing temperature, pressure) according to the type of the recording medium is disclosed. For example, a technique (Patent Document 1) is disclosed that controls the fixing temperature of the fixing roller according to the thickness and type of the recording medium and adjusts the pressing force of the pressure roller. Also disclosed is a technique for switching a plurality of pressure members having different lengths in the direction orthogonal to the conveyance direction of the recording medium in accordance with the length in the direction orthogonal to the conveyance direction of the conveyed recording medium (Patent Document 2). Has been. Furthermore, a technique (Patent Document 3) that includes a plurality of pressure members and switches between the pressure members and the pressure depending on the type of the recording medium and the use environment is disclosed.

特開平5−297763JP-A-5-297863 特開2001−5312JP 2001-5312 A 特開2005−241954JP 2005-241954 A

しかしながら、記録媒体の種類に応じて定着ローラの加熱条件(定着温度)を制御する場合、熱量を持った定着ローラを冷却するための時間が必要となり、適正な加熱条件に制御するまでに非常に多くの時間がかかってしまう。また、複数の加圧部材を切り替えて使用する場合は、その構成及び動作が複雑であり、装置の大型化やコストアップになってしまう。更に、記録媒体の種類に対応するために、各々の加圧部材の温度を維持しなければならず、消費電力も大きくなってしまう。   However, when the heating condition (fixing temperature) of the fixing roller is controlled in accordance with the type of the recording medium, it takes time to cool the fixing roller having a heat quantity, and it is very difficult to control the heating condition to an appropriate heating condition. It takes a lot of time. Moreover, when switching and using a several pressurization member, the structure and operation | movement are complicated, and will enlarge the apparatus and will cost up. Furthermore, in order to cope with the type of recording medium, the temperature of each pressing member must be maintained, and power consumption increases.

本発明は、上記従来の技術を更に発展させたものであり、その目的は、簡単な構成及び動作で上記従来の課題を克服し、透けや鬆といった画像欠陥を抑制しつつ、トナー樹脂を十分に濡れ広がらせて、アンカリング効果を向上させることである。   The present invention is a further development of the above-described conventional technology. The object of the present invention is to overcome the above-described conventional problems with a simple configuration and operation, and to sufficiently provide a toner resin while suppressing image defects such as transparency and voids. To improve the anchoring effect.

上記目的を達成するために、本発明は、互いに圧接して回転する第一の回転体と第二の回転体の圧接部にて記録媒体を挟持搬送しながら記録媒体に形成されたトナー画像を加熱及び加圧する画像加熱加圧装置であって、一方の回転体に設けられ、他方の回転体との間に前記圧接部を形成し、前記圧接部における記録媒体の搬送方向の圧力分布を切り替える加圧部材を有し、前記加圧部材は、記録媒体の種類に応じて、記録媒体上のトナーの溶融粘度が1.0×10Pa・s以下となる温度範囲において最大圧力が0.15MPa以上となり、記録媒体上のトナーの溶融粘度が1.0×10Pa・sとなる温度において圧力が0.15MPa以下となる、条件を満足するように、前記圧接部における記録媒体の搬送方向の圧力分布を切り替えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a toner image formed on a recording medium while nipping and conveying the recording medium between the first rotating body and the second rotating body that are pressed against each other. An image heating and pressing apparatus that heats and pressurizes, and is provided on one rotating body, forms the pressure contact portion with the other rotating body, and switches the pressure distribution in the conveyance direction of the recording medium at the pressure contacting portion. The pressure member has a maximum pressure of 0.00 in a temperature range where the melt viscosity of the toner on the recording medium is 1.0 × 10 5 Pa · s or less, depending on the type of the recording medium. Conveyance of the recording medium at the press contact portion so as to satisfy the condition that the pressure is 0.15 MPa or less at a temperature at which the melt viscosity of the toner on the recording medium is 1.0 × 10 3 Pa · s. Cut the pressure distribution in the direction Characterized in that it obtain.

本発明によれば、記録媒体の種類に応じて圧接部における記録媒体の搬送方向の圧力分布を切り替えるだけで、透けや鬆といった画像欠陥を抑制しつつ、トナー樹脂を十分に濡れ広がらせて、アンカリング効果を向上させることができる。   According to the present invention, the toner resin is sufficiently wetted and spread while suppressing image defects such as sheer and voids by simply switching the pressure distribution in the conveyance direction of the recording medium in the pressure contact portion according to the type of the recording medium. Anchoring effect can be improved.

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。従って、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described in the following embodiments should be appropriately changed according to the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions. Therefore, unless specifically stated otherwise, the scope of the present invention is not intended to be limited thereto.

図1から図9を用いて、画像加熱加圧装置を備えた画像形成装置について説明する。まず画像形成装置の構成について説明し、次に画像加熱加圧装置について説明する。   An image forming apparatus provided with an image heating and pressing apparatus will be described with reference to FIGS. First, the configuration of the image forming apparatus will be described, and then the image heating and pressing apparatus will be described.

(画像形成装置)
図1は本実施形態に係る画像形成装置の構成図である。図1に示すように、画像形成装置であるカラー電子写真記録装置は、感光ドラム3a,3b,3c,3dの外周に、現像器1a,1b,1c,1d、転写帯電器24a,24b,24c,24d、クリーナー4a,4b,4c,4dを有している。装置の上方部には、図示しない光源装置、ポリゴンミラーが設置されている。感光ドラム3、転写帯電器24は、画像形成手段を構成する。
(Image forming device)
FIG. 1 is a configuration diagram of an image forming apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, a color electrophotographic recording apparatus, which is an image forming apparatus, has developing devices 1a, 1b, 1c, 1d, and transfer chargers 24a, 24b, 24c on the outer periphery of photosensitive drums 3a, 3b, 3c, 3d. 24d and cleaners 4a, 4b, 4c, 4d. A light source device and a polygon mirror (not shown) are installed in the upper part of the device. The photosensitive drum 3 and the transfer charger 24 constitute an image forming unit.

光源装置から発せられたレーザー光を、ポリゴンミラーを回転して走査し、その走査光の光束を反射ミラーによって偏向する。偏向した光束をfθレンズにより感光ドラム3a〜3dの母線上に集光して露光することにより、感光ドラム3a〜3d上に画像信号に応じた潜像が形成される。   The laser light emitted from the light source device is scanned by rotating the polygon mirror, and the light beam of the scanning light is deflected by the reflection mirror. The deflected light beam is condensed on the buses of the photosensitive drums 3a to 3d by the fθ lens and exposed to form latent images corresponding to the image signals on the photosensitive drums 3a to 3d.

現像器1a,1b,1c,1dには、現像剤としてそれぞれシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのトナーが、図示しない供給装置により所定量充填されている。現像器1a,1b,1c,1dは、それぞれ感光ドラム3a,3b,3c,3d上の潜像を現像して、シアントナー画像、マゼンタトナー画像、イエロートナー画像、ブラックトナー画像として可視化する。   The developing devices 1a, 1b, 1c, and 1d are filled with a predetermined amount of cyan, magenta, yellow, and black toners as developers, respectively, by a supply device (not shown). The developing devices 1a, 1b, 1c, and 1d develop the latent images on the photosensitive drums 3a, 3b, 3c, and 3d, respectively, and visualize them as cyan toner images, magenta toner images, yellow toner images, and black toner images.

記録媒体Pは記録媒体カセット10に収容され、そこから複数の搬送ローラ及びレジストローラ12を経て転写ベルト130上に供給され、転写ベルト130による搬送で感光ドラム3a,3b,3c,3dと対向した転写部に順次送られる。   The recording medium P is accommodated in the recording medium cassette 10, and is then supplied onto the transfer belt 130 through a plurality of conveyance rollers and registration rollers 12, and is opposed to the photosensitive drums 3 a, 3 b, 3 c, 3 d by conveyance by the transfer belt 130. Sequentially sent to the transfer section.

さて、駆動ローラ13によりこの転写ベルト130が回転し、所定の位置にあることが確認されると、記録媒体Pがレジストローラ12から転写ベルト130に送り出され、記録媒体Pが第1画像形成部の転写部へ向けて搬送される。これと同時に画像書き出し信号がオンとなり、それを基準としてあるタイミングで第1画像形成部の感光ドラム3aに対し画像形成を行う。そして感光ドラム3aの下側の転写部で転写帯電器24aが電界または電荷を付与することにより、感光ドラム3a上に形成された第1色目のトナー画像が記録媒体P上に転写される。この転写により記録媒体Pは転写ベルト130上に静電吸着力で保持され、第2画像形成部に搬送される。転写帯電器24は接触帯電器を用いた。また、転写帯電手段は転写時に寄与する電流を適正電流で一定にすると画像が安定することが知られている。そこで、記録媒体の種類(厚さ、材質等)や吸湿条件等により、体積抵抗値が変化した場合にも一定電流が得られる様に定電流制御を行うことが一般的である。   When the transfer belt 130 is rotated by the driving roller 13 and is confirmed to be in a predetermined position, the recording medium P is sent out from the registration roller 12 to the transfer belt 130, and the recording medium P is moved to the first image forming unit. It is conveyed toward the transfer part. At the same time, the image writing signal is turned on, and image formation is performed on the photosensitive drum 3a of the first image forming unit at a certain timing based on the signal. Then, the transfer charger 24a applies an electric field or electric charge at the lower transfer portion of the photosensitive drum 3a, whereby the first color toner image formed on the photosensitive drum 3a is transferred onto the recording medium P. By this transfer, the recording medium P is held on the transfer belt 130 with an electrostatic attraction force and is conveyed to the second image forming unit. The transfer charger 24 was a contact charger. Further, it is known that the transfer charging means stabilizes the image when the current contributing to the transfer is kept constant at an appropriate current. Therefore, it is common to perform constant current control so that a constant current can be obtained even when the volume resistance value changes depending on the type (thickness, material, etc.) of the recording medium and moisture absorption conditions.

第2〜第4画像形成部での画像形成、転写も第1画像形成部と同様に行われる。4色のトナー画像を転写された記録媒体Pは、転写ベルト130の搬送方向下流部で分離帯電器32により除電して静電吸着力を減衰させることによって、転写ベルト130の末端から分離する。特に、低湿環境では記録媒体Pも乾燥して電気抵抗が高くなるため、転写ベルト130との静電吸着力が大きくなり、分離帯電器32の効果は大きくなる。通常、分離帯電器32は、トナー画像が未定着の状態で記録媒体Pに帯電するため、非接触帯電器が用いられる。分離された記録媒体Pは、搬送部33により定着装置Fへ搬送される。   Image formation and transfer in the second to fourth image forming units are performed in the same manner as in the first image forming unit. The recording medium P onto which the four color toner images have been transferred is separated from the end of the transfer belt 130 by removing electricity by the separation charger 32 at the downstream portion in the transport direction of the transfer belt 130 to attenuate the electrostatic adsorption force. In particular, in a low humidity environment, the recording medium P is also dried to increase the electrical resistance, so that the electrostatic adsorption force with the transfer belt 130 is increased and the effect of the separation charger 32 is increased. Normally, the separation charger 32 is a non-contact charger because the recording medium P is charged with the toner image unfixed. The separated recording medium P is transported to the fixing device F by the transport unit 33.

(定着装置)
ここで、画像加熱加圧装置としての定着装置Fについて説明する。図2は本実施形態で用いた定着装置Fの構成図である。図2に示すように、定着装置Fはフィルム定着器である。定着装置Fは、定着フィルム50、IHコイル51、加圧パッド52、加圧ローラ53、サイドコア54、センターコア55、加圧パッド支持部材56を有する。なお、本実施形態では、IHコイルを熱源とするフィルム加熱定着方式を用いているが、熱源がハロゲンヒータであるフィルム加熱定着方式でも構わない。
(Fixing device)
Here, the fixing device F as an image heating and pressing device will be described. FIG. 2 is a configuration diagram of the fixing device F used in the present embodiment. As shown in FIG. 2, the fixing device F is a film fixing device. The fixing device F includes a fixing film 50, an IH coil 51, a pressure pad 52, a pressure roller 53, a side core 54, a center core 55, and a pressure pad support member 56. In this embodiment, a film heating and fixing method using an IH coil as a heat source is used, but a film heating and fixing method in which the heat source is a halogen heater may be used.

定着フィルム50は、第一の回転体であり、内面側から外面側に順に、基層、弾性層、離型層の3層複合構造である。基層は、IHコイル51によって発生した交番磁場により内部に渦電流を発生する金属発熱層であり、鉄、ステンレス、ニッケルなどの材質である。その厚みは10μm以上100μm以下が好ましい。10μm以下であると定着フィルムとしての耐久性に劣り、ほとんどの電磁エネルギーが吸収しきれないため効率が悪くなる。100μm以上であるとフィルムの剛性が高くなり、また屈曲性が悪くなり回転体として使用するには現実的でない。弾性層は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性がよく、熱伝導がよく低硬度な材質である。弾性層の厚さは10〜500μmが好ましい。離型層にはフッ素樹脂(PTFE、PFA、FEP等)、シリコーン樹脂、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の離型性かつ耐熱性に優れた材料を選択するのが好ましい。厚みは1μm以上100μm以下が望ましい。1μm以下であると離型層の摩耗のためトナーオフセット現象が生じ、100μm以上であると発熱層で発生した熱を十分記録媒体及びトナーに伝えることができず定着不良が発生するという問題がある。   The fixing film 50 is a first rotating body and has a three-layer composite structure of a base layer, an elastic layer, and a release layer in order from the inner surface side to the outer surface side. The base layer is a metal heating layer that generates an eddy current inside by an alternating magnetic field generated by the IH coil 51, and is made of a material such as iron, stainless steel, or nickel. The thickness is preferably 10 μm or more and 100 μm or less. When the thickness is 10 μm or less, the durability as a fixing film is inferior, and most electromagnetic energy cannot be absorbed, resulting in poor efficiency. When the thickness is 100 μm or more, the rigidity of the film becomes high, the flexibility becomes poor, and it is not practical to use as a rotating body. The elastic layer is made of silicone rubber, fluorine rubber, fluorosilicone rubber or the like, which has good heat resistance, good heat conduction, and low hardness. The thickness of the elastic layer is preferably 10 to 500 μm. For the release layer, it is preferable to select a material having excellent releasability and heat resistance such as fluororesin (PTFE, PFA, FEP, etc.), silicone resin, fluororubber, and silicone rubber. The thickness is preferably 1 μm or more and 100 μm or less. If it is 1 μm or less, a toner offset phenomenon occurs due to abrasion of the release layer, and if it is 100 μm or more, heat generated in the heat generating layer cannot be sufficiently transmitted to the recording medium and the toner, resulting in a fixing failure. .

加圧ローラ53は、第二の回転体であり、芯金にシリコーンゴム等の弾性層を設けて硬度を下げたものである。表面性を向上させるために、外周にPTFE、PFA、FEP等のフッ素樹脂層を設けてもよい。加圧ローラ53は加圧回転体として、芯金の両端部を装置シャーシー(不図示)の左右の側板間に軸受部材を介して回転自在に軸受保持させて配設してある。   The pressure roller 53 is a second rotating body and has a core metal provided with an elastic layer such as silicone rubber to reduce the hardness. In order to improve surface properties, a fluororesin layer such as PTFE, PFA, FEP or the like may be provided on the outer periphery. The pressure roller 53 is disposed as a pressure rotator by rotatably supporting both ends of a core metal between left and right side plates of an apparatus chassis (not shown) via a bearing member.

互いに圧接する加圧ローラ53と定着フィルム50で形成された定着ニップ部(圧接部)Nにて記録媒体を挟持搬送しながら、この記録媒体に形成されたトナー画像(図3の未定着トナーT)を加熱及び加圧することで定着を行う。   A toner image (unfixed toner T in FIG. 3) is formed on the recording medium while the recording medium is nipped and conveyed by a fixing nip portion (pressing portion) N formed by a pressure roller 53 and a fixing film 50 that are in pressure contact with each other. ) Is fixed by heating and pressing.

加圧パッド52は、定着フィルム50に設けられ、加圧ローラ53との間に前記定着ニップ部Nを形成する。加圧パッド52は、耐熱エンジニアリングプラスチックからなり、定着フィルム50の基層金属との摺動性を高めるため、表面に摺動カバー処理が施されている。   The pressure pad 52 is provided on the fixing film 50 and forms the fixing nip portion N with the pressure roller 53. The pressure pad 52 is made of a heat-resistant engineering plastic, and a sliding cover treatment is applied to the surface in order to improve the slidability with the base metal of the fixing film 50.

加圧パッド52は、記録媒体の種類に応じて前記定着ニップ部Nにおける記録媒体の搬送方向の圧力分布を切り替える加圧部材である。具体的には、図5を用いて後述するが、加圧パッド52は、定着ニップ部Nにおいて記録媒体の搬送方向上流側、中央、下流側に傾いて加圧ローラ53と当接することによって、定着ニップ部Nの搬送方向の圧力分布を切り替えることができる。加圧パッド52は、図1に示す切り替えモーター103が駆動することによって切り替えられる。図1に示すように、ユーザーが画像形成装置の操作部101で記録媒体の種類を選択し、その記録媒体の情報(厚さ、坪量)がCPU(制御部)102に送信され、その情報に応じて切り替えモーター103が駆動される。これによって、加圧パッド52が動作して、定着ニップ部Nの搬送方向の圧力分布が自動で切り替えられる。   The pressure pad 52 is a pressure member that switches the pressure distribution in the conveyance direction of the recording medium in the fixing nip portion N according to the type of the recording medium. Specifically, as will be described later with reference to FIG. 5, the pressure pad 52 inclines in the fixing nip portion N toward the upstream side, the center, and the downstream side in the conveyance direction of the recording medium and comes into contact with the pressure roller 53. The pressure distribution in the conveyance direction of the fixing nip portion N can be switched. The pressure pad 52 is switched when the switching motor 103 shown in FIG. 1 is driven. As shown in FIG. 1, the user selects the type of recording medium with the operation unit 101 of the image forming apparatus, and information (thickness, basis weight) of the recording medium is transmitted to the CPU (control unit) 102. Accordingly, the switching motor 103 is driven. As a result, the pressure pad 52 operates and the pressure distribution in the conveyance direction of the fixing nip portion N is automatically switched.

加圧パッド支持部材56は、ステンレス、アルミなどの金属からなり、加圧パッド52を定着フィルム50を介して加圧ローラ53に押付ける動作をする。   The pressure pad support member 56 is made of a metal such as stainless steel or aluminum, and operates to press the pressure pad 52 against the pressure roller 53 through the fixing film 50.

IHコイル51には励磁回路(不図示)が接続されており、この回路は20kHzから500kHzの高周波をスイッチング電源で発生できるようになっている。   An excitation circuit (not shown) is connected to the IH coil 51, and this circuit can generate a high frequency of 20 kHz to 500 kHz by a switching power supply.

サイドコア54及びセンターコア55は、フェライトなどの強磁性体からなり、IHコイル51によって発生した磁場による磁気結合を行っている。特に、コイルの巻き中心にセンターコア、側面にサイドコアを配置することで、磁気的な結合を強めている。   The side core 54 and the center core 55 are made of a ferromagnetic material such as ferrite, and perform magnetic coupling by a magnetic field generated by the IH coil 51. In particular, magnetic coupling is strengthened by arranging a center core at the winding center of the coil and a side core on the side surface.

なお、本実施形態ではIHコイルによるフィルム加熱手段を用いているが、フィルム外部から加熱部材を押し当ててフィルムを加熱する方法でも構わない。   In this embodiment, film heating means using an IH coil is used, but a method of heating a film by pressing a heating member from the outside of the film may be used.

(定着装置の動作)
まず、画像形成装置によって記録媒体P上にトナーTによる画像が形成される。この時のトナーTは粉体の状態であり、定着装置Fの定着ニップ部Nを通過することによって、加熱及び加圧されることによって記録媒体上に永久固着される。
(Fixing device operation)
First, an image with toner T is formed on the recording medium P by the image forming apparatus. The toner T at this time is in a powder state, and passes through the fixing nip portion N of the fixing device F and is permanently fixed on the recording medium by being heated and pressurized.

記録媒体Pが定着装置Fに近付いたとき、IHコイル51に電流が印加されることによって交番磁場が発生し、定着フィルム50内の金属基層に渦電流が生じて定着フィルム50が加熱される。定着フィルム50が十分に加熱された段階で、加圧パッド52を加圧ローラ53に押付けて定着ニップ部Nを形成する。そして、記録媒体Pが定着ニップ部Nを通過する際に、トナーTへ熱と圧力が加わることによってトナーTが記録媒体Pに永久固着する。   When the recording medium P approaches the fixing device F, an alternating magnetic field is generated by applying a current to the IH coil 51, an eddy current is generated in the metal base layer in the fixing film 50, and the fixing film 50 is heated. When the fixing film 50 is sufficiently heated, the pressure pad 52 is pressed against the pressure roller 53 to form the fixing nip portion N. Then, when the recording medium P passes through the fixing nip portion N, the toner T is permanently fixed to the recording medium P by applying heat and pressure to the toner T.

(実験1)
ここで、トナー温度、印加する圧力とトナーの濡れ広がりとの関係についての実験を行った。図3に、本実験で用いた定着実験装置の模式図を示す。
(Experiment 1)
Here, an experiment was conducted on the relationship between toner temperature, applied pressure, and toner wetting and spreading. FIG. 3 shows a schematic diagram of the fixing experiment apparatus used in this experiment.

定着実験装置は、加圧支持部材60、加圧部材ゴム層61、加圧部材表層62からなる加圧ヘッドと、定着部材表層63、定着部材ゴム層64、定着支持部材65からなる定着ヘッドを有する。更に定着実験装置は、加圧ヘッド、定着ヘッドの両者を所定の温度まで加熱する加熱装置(不図示)と、定着ヘッドを加圧ヘッドに所定の圧力で押付ける駆動手段(不図示)を有する。加圧支持部材60と定着支持部材65はステンレス製であり、加熱手段(不図示)によって所定の温度まで加熱される機構となっている。また、各支持部材の上には、厚さ500μmのシリコーンゴムからなる加圧部材ゴム層61と定着部材ゴム層64が設けられ、各ゴム層の上には、厚さ50μmのPFAチューブからなる加圧部材表層62と定着部材表層63が設けられている。   The fixing experiment apparatus includes a pressure head composed of a pressure support member 60, a pressure member rubber layer 61, and a pressure member surface layer 62, and a fixing head composed of a fixing member surface layer 63, a fixing member rubber layer 64, and a fixing support member 65. Have. Further, the fixing experiment apparatus has a heating device (not shown) for heating both the pressure head and the fixing head to a predetermined temperature, and a driving means (not shown) for pressing the fixing head against the pressure head with a predetermined pressure. . The pressure support member 60 and the fixing support member 65 are made of stainless steel and have a mechanism that is heated to a predetermined temperature by a heating means (not shown). Further, a pressure member rubber layer 61 and a fixing member rubber layer 64 made of silicone rubber having a thickness of 500 μm are provided on each support member, and a PFA tube having a thickness of 50 μm is formed on each rubber layer. A pressure member surface layer 62 and a fixing member surface layer 63 are provided.

定着実験装置の動作について説明する。まず、加熱手段(不図示)によって加圧ヘッド、定着ヘッドを設定温度まで加熱を行い、スタンバイ状態とする。そこに、未定着トナーTが載った記録媒体Pを通じ、駆動手段(不図示)によって定着ヘッドを加圧ヘッドに押付けることによって、熱と圧力を加えて記録媒体Pに未定着トナーTを固着させる。本実験装置を用いることで、記録媒体P上の未定着トナーTの温度を正確に制御しつつ、所望の圧力を印加することが可能となる。   The operation of the fixing experiment apparatus will be described. First, the pressure head and the fixing head are heated to a set temperature by a heating means (not shown) to be in a standby state. Then, the fixing head is pressed against the pressure head by a driving means (not shown) through the recording medium P on which the unfixed toner T is placed, and the unfixed toner T is fixed to the recording medium P by applying heat and pressure. Let By using this experimental apparatus, it is possible to apply a desired pressure while accurately controlling the temperature of the unfixed toner T on the recording medium P.

実験条件は、トナー温度を100℃、110℃、120℃、130℃、140℃の5水準とし、加圧力を0.1MPa、0.15MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPaの5水準とした。また、記録媒体としてはCLC用紙(日本製紙(株)製、坪量80g/m)を用い、画像形成装置によって未定着トナーT画像を作成して、本実験装置で定着処理を行った。記録媒体上の未定着トナー量は、0.6mg/cmとした。 The experimental conditions were five toner temperatures of 100 ° C., 110 ° C., 120 ° C., 130 ° C., and 140 ° C., and the applied pressure was 0.1 MPa, 0.15 MPa, 0.2 MPa, 0.3 MPa, and 0.4 MPa. Standard level. Further, CLC paper (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., basis weight 80 g / m 2 ) was used as a recording medium, an unfixed toner T image was created by an image forming apparatus, and fixing processing was performed by this experimental apparatus. The amount of unfixed toner on the recording medium was 0.6 mg / cm 2 .

今回は、定着性をトナー層の記録媒体上への濡れ広がりで評価し、「表層カバー率」という指標で比較を行った。表層カバー率の算出方法は以下の通りである。   This time, the fixability was evaluated by the wetting and spreading of the toner layer onto the recording medium, and a comparison was made with the index “surface layer coverage”. The calculation method of the surface layer coverage is as follows.

まず、定着工程後の画像をスキャナで取り込み、画像処理ソフトを用いて255階調のモノクログラデーションに変換する。その変換画像に対し、閾値を120として黒部分と白部分で2値化処理を行う。得られた2値化画像の黒部分/白部分の面積比を計算し、黒部分の面積比率を表層カバー率とした。これは、記録媒体の下地が露出している部分はトナー層による被覆がない部分となるため、濡れ広がりの差を定量的に評価できる。なお、表層カバー率75%以下は、定着処理後の画像の色味が薄く、画像全体が白っぽく見え、目視で画像欠陥として認識できるレベルである。   First, an image after the fixing process is captured by a scanner and converted into a monochrome gradation of 255 gradations using image processing software. The converted image is binarized with a black portion and a white portion with a threshold value of 120. The area ratio of the black part / white part of the obtained binarized image was calculated, and the area ratio of the black part was defined as the surface layer coverage. This is because the portion where the base of the recording medium is exposed is a portion not covered with the toner layer, and the difference in wetting and spreading can be quantitatively evaluated. The surface coverage ratio of 75% or less is a level where the image after the fixing process is light in color and the entire image looks whitish and can be visually recognized as an image defect.

図4は、本実験での各温度条件における、圧力に対する表層カバー率の変化を示したものである。この図より、100〜110℃では印加する圧力が増加するにしたがって表層カバー率が増加しており、120℃以上では圧力0.15MPaまでは表層カバー率が増加するが、圧力0.2MPa以上では、表層カバー率が低下した。   FIG. 4 shows the change in the surface layer coverage with respect to the pressure under each temperature condition in this experiment. From this figure, the surface layer coverage increases as the applied pressure increases at 100 to 110 ° C., and the surface layer coverage increases up to a pressure of 0.15 MPa at 120 ° C. or higher, but at a pressure of 0.2 MPa or higher. , Surface layer coverage decreased.

また、前述の条件で定着処理を行った画像の表層を光学顕微鏡((株)キーエンス、VHX−500 デジタルマイクロスコープ)を用いて微細構造を観察した。   Further, the fine structure of the surface layer of the image subjected to the fixing treatment under the above-described conditions was observed using an optical microscope (Keyence Corporation, VHX-500 digital microscope).

まず、0.1MPaと0.15MPaの圧力を印加して定着処理を行った画像の表層を前記光学顕微鏡を用いて観察した。0.15MPaの圧力を印加して定着処理を行った画像では、トナーによって記録媒体が覆われている状態が観察された。これに対し、0.1MPaの圧力を印加して定着処理を行った画像では、トナー粒子が粒子形態を残したままとなっており、記録媒体上に広がっていない状態が観察された。これは、トナー樹脂を変形させて記録媒体上への濡れ広がらせるための圧力としては0.1MPaでは不十分であることを示している。よって、印加する圧力は少なくとも0.15MPa以上必要であるといえる。   First, the surface layer of an image subjected to fixing treatment by applying pressures of 0.1 MPa and 0.15 MPa was observed using the optical microscope. In the image subjected to the fixing process by applying a pressure of 0.15 MPa, it was observed that the recording medium was covered with the toner. On the other hand, in the image subjected to the fixing process by applying a pressure of 0.1 MPa, it was observed that the toner particles remained in the form of particles and did not spread on the recording medium. This indicates that 0.1 MPa is not sufficient as the pressure for deforming the toner resin and spreading it onto the recording medium. Therefore, it can be said that the applied pressure needs to be at least 0.15 MPa.

次に、0.2MPa以上の圧力を印加して定着処理を行った画像の表層を観察した。まず、温度100℃、圧力0.15MPaで定着処理を行った画像では、記録媒体表面にトナー薄層の濡れ広がりが観察され、圧力が0.2MPa以上に増加していくと、トナー薄層の濡れ広がりがより一層大きくなり、記録媒体を覆っていることが観察された。また、温度130℃、圧力0.15MPaで定着処理を行った画像では、記録媒体表面にトナー薄層の濡れ広がりが観察されたが、圧力が0.2MPa以上に増加していくと、記録媒体の繊維が露出して表層カバー率が低下する「透け」の発生が観察された。透けとは、トナーの溶融粘度が低い状態で大きな圧力を印加した際に、トナー層が途切れて繊維が露出する現象である。   Next, the surface layer of the image subjected to the fixing process by applying a pressure of 0.2 MPa or more was observed. First, in an image that has been fixed at a temperature of 100 ° C. and a pressure of 0.15 MPa, wetting and spreading of the toner thin layer is observed on the surface of the recording medium, and when the pressure increases to 0.2 MPa or more, It was observed that wetting spread was even greater and covered the recording medium. In addition, in the image subjected to the fixing process at a temperature of 130 ° C. and a pressure of 0.15 MPa, wetting and spreading of the toner thin layer was observed on the surface of the recording medium, but when the pressure increased to 0.2 MPa or more, the recording medium Generation | occurrence | production of "sheering" which the fiber of this was exposed and the surface layer coverage fell was observed. Through-through is a phenomenon in which when a large pressure is applied in a state where the toner has a low melt viscosity, the toner layer is interrupted and the fibers are exposed.

そこで、各トナー温度におけるトナーの溶融粘度と、圧力0.15MPa、0.2MPaで定着処理した画像の表層カバー率をまとめると、以下の表1のようになる。なお、本実験でのトナーの溶融粘度は、高架式フローテスター(島津フローテスターCFT−100型)を用いて測定した。加圧成形器を用いて成形した重量1.0gの試料を昇温速度5.0℃/minでプランジャーにより196N(20kgf)の荷重をかけ直径1mm、長さ1mmのノズルより押し出すようにし、これによりフローテスターのプランジャー降下量を測定した。この時、フローテスターのプランジャー降下量−温度曲線の試料流出開始点における温度を流動開始温度とする。   Therefore, the melt viscosity of the toner at each toner temperature and the surface layer coverage of the image fixed at pressures of 0.15 MPa and 0.2 MPa are summarized in Table 1 below. The melt viscosity of the toner in this experiment was measured using an elevated flow tester (Shimadzu flow tester CFT-100 type). A sample having a weight of 1.0 g molded using a pressure molding machine was extruded from a nozzle having a diameter of 1 mm and a length of 1 mm by applying a load of 196 N (20 kgf) with a plunger at a heating rate of 5.0 ° C./min. Thereby, the plunger lowering amount of the flow tester was measured. At this time, the temperature at the sample outflow start point of the plunger descent amount-temperature curve of the flow tester is defined as the flow start temperature.

Figure 0005171480
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このように、トナー温度120℃以上では、トナーの溶融粘度が1.0×10Pa・s以下となっており、非常に流動しやすい状態となっている。よって、トナーの溶融粘度が1.0×10Pa・s以下となる温度条件で0.15MPaを超えるの高い圧力を印加することによって、トナー薄層の透けが発生したといえる。 As described above, when the toner temperature is 120 ° C. or more, the melt viscosity of the toner is 1.0 × 10 3 Pa · s or less, and the toner is very easy to flow. Therefore, it can be said that the toner thin layer is transparent when a high pressure exceeding 0.15 MPa is applied under a temperature condition where the melt viscosity of the toner is 1.0 × 10 3 Pa · s or less.

したがって、本実験で用いたトナーTの溶融粘度が1.0×10Pa・s以下となる温度(120℃)において、0.15MPa以下となるように圧力を印加して定着処理をすることによって、透けを低減し、高い表層カバー率を得ることができた。 Therefore, the fixing treatment is performed by applying pressure so that the melt viscosity of the toner T used in this experiment is 0.15 MPa or less at a temperature (120 ° C.) of 1.0 × 10 3 Pa · s or less. Thus, it was possible to reduce the see-through and obtain a high surface layer coverage.

(実験2)
次に、定着装置Fを用いて、印加する圧力とトナーの濡れ広がりについての実験を行った。図5から図6を用いて説明する。
(Experiment 2)
Next, using the fixing device F, an experiment was performed on the applied pressure and toner wetting and spreading. This will be described with reference to FIGS.

本実験では、定着フィルム50の加熱条件を同じにし、加圧パッド52の押付け角度を替えて、定着ニップ部Nの搬送方向の圧力分布とトナーの濡れ広がり状態の関係について検討を行った。   In this experiment, the heating conditions of the fixing film 50 were made the same, the pressing angle of the pressure pad 52 was changed, and the relationship between the pressure distribution in the conveyance direction of the fixing nip portion N and the toner wetting spread state was examined.

まず、定着フィルム50を介して加圧パッド52を加圧ローラ53に押付けて定着ニップ部Nを形成し、押付けた状態で定着フィルム50を回転させつつ表面温度が200℃になるようにIHコイルを用いて温調し、スタンバイ状態とした。なお、本実施形態では、図5に示される加圧パッド52を用い、その押付け角度を変えて定着ニップ部Nの搬送方向の圧力分布を変化させた。図6(c)は、加圧パッド52の押付け角度を変えた場合の圧力分布を示している。   First, the pressure pad 52 is pressed against the pressure roller 53 through the fixing film 50 to form the fixing nip portion N, and the IH coil is rotated so that the surface temperature becomes 200 ° C. while the fixing film 50 is rotated. The temperature was adjusted using the and a standby state was set. In the present embodiment, the pressure distribution in the conveyance direction of the fixing nip portion N is changed by using the pressure pad 52 shown in FIG. FIG. 6C shows the pressure distribution when the pressing angle of the pressure pad 52 is changed.

条件(4)は、加圧パッド52を加圧ローラ53との接線に対して垂直方向に押付けた圧力分布(図5(a))であり、定着ニップ部Nにおける記録媒体の搬送方向中央に最大面圧(最大圧力)が印加されている。条件(1)、(2)、(3)は、加圧パッド52を加圧ローラ53との接線に対して定着ニップ部Nの下流側に傾斜した状態で押付けた圧力分布(図5(b))であり、条件(4)よりも定着ニップ部Nにおける記録媒体の搬送方向下流側に最大面圧(最大圧力)が印加されている。条件(5)、(6)は、加圧パッド52を加圧ローラ53との接線に対して定着ニップ部Nの上流側に傾斜した状態で押付けた圧力分布(図5(c))であり、条件(4)よりも定着ニップ部Nにおける記録媒体の搬送方向上流側に最大面圧(最大圧力)が印加されている。   Condition (4) is a pressure distribution (FIG. 5A) in which the pressure pad 52 is pressed in a direction perpendicular to the tangent to the pressure roller 53, and in the center of the fixing nip portion N in the conveyance direction of the recording medium. Maximum surface pressure (maximum pressure) is applied. Conditions (1), (2), and (3) are pressure distributions in which the pressure pad 52 is pressed in a state where the pressure pad 52 is inclined to the downstream side of the fixing nip portion N with respect to the tangent to the pressure roller 53 (FIG. 5B The maximum surface pressure (maximum pressure) is applied downstream of the condition (4) in the fixing nip N in the recording medium conveyance direction. Conditions (5) and (6) are pressure distributions (FIG. 5C) in which the pressure pad 52 is pressed in a state where the pressure pad 52 is inclined to the upstream side of the fixing nip N with respect to the tangent to the pressure roller 53. The maximum surface pressure (maximum pressure) is applied to the upstream side in the conveyance direction of the recording medium in the fixing nip portion N relative to the condition (4).

このような押付け条件で形成された定着ニップ部Nに、未定着トナーを載せた記録媒体を通し、定着処理を行った。なお、記録媒体としてはCLC用紙(日本製紙(株)製、坪量80g/m)を用い、画像形成装置によって未定着トナーTを0.6mg/cm載せた画像を作成し、定着ニップ部Nに通した。 The fixing nip N formed under such pressing conditions was passed through a recording medium on which unfixed toner was placed, and a fixing process was performed. Incidentally, CLC paper (Nippon Paper Industries Co., basis weight 80 g / m 2) as a recording medium using, create an image of the unfixed toner T was put 0.6 mg / cm 2 by an image forming apparatus, a fixing nip Part N was passed.

図6は、定着ニップ部N内の搬送方向の位置と、その位置におけるトナー温度(図6(a))、そのトナー温度におけるトナーの溶融粘度(図6(b))、トナーに印加する圧力(図6(c))の関係を示している。なお、本実験では、トナー温度は記録媒体上に熱電対((株)アンベ エスエムティ、極細薄熱電対KFST−10−100−200)を貼り付けて計測し、圧力分布はタクタイルセンサ(ニッタ(株)、シーラー)を用いて計測した。また、トナーの溶融粘度は実験1で示される方法を用いて計測したものであり、定着ニップ部N内のトナー溶融粘度を直接計測した値ではない。   FIG. 6 shows the position in the transport direction in the fixing nip N, the toner temperature at that position (FIG. 6A), the melt viscosity of the toner at that toner temperature (FIG. 6B), and the pressure applied to the toner. The relationship of (FIG.6 (c)) is shown. In this experiment, the toner temperature is measured by sticking a thermocouple (Ambess EMT Co., Ltd., ultra-thin thermocouple KFST-10-100-200) on the recording medium, and the pressure distribution is measured by a tactile sensor (NITTA ( Co., Ltd., sealer). Further, the melt viscosity of the toner is measured using the method shown in Experiment 1, and is not a value obtained by directly measuring the toner melt viscosity in the fixing nip N.

図6より、どの条件においても、トナーの溶融粘度が1.0×10Pa・sとなる温度(120℃)において、圧力が0.15MPa以下となっており、透けによる表層カバー率の低下は見られない。これらの定着条件における、表層カバー率を比較すると、以下の表2のとおりとなる。 From FIG. 6, under any condition, at a temperature (120 ° C.) at which the toner has a melt viscosity of 1.0 × 10 3 Pa · s, the pressure is 0.15 MPa or less, and the surface coverage is reduced due to see-through. Is not seen. Table 2 below compares the surface layer coverage under these fixing conditions.

Figure 0005171480
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条件(1)〜(4)では、高い表層カバー率を示したが、条件(5)では低い表層カバー率を示した。また、条件(6)ではトナーが十分に溶融しておらず、オフセットが発生して定着することができなかった。   In conditions (1) to (4), a high surface layer coverage was shown, but in condition (5), a low surface layer coverage was shown. Further, under condition (6), the toner was not sufficiently melted, and an offset was generated and could not be fixed.

これらの画像の表層を光学顕微鏡によって観察すると、以下のようなことが確認された。   Observation of the surface layer of these images with an optical microscope confirmed the following.

まず、条件(1)〜(4)では、記録媒体上にトナー薄層が濡れ広がり、全体的に覆われている状態が観察された。これに対し、条件(5)では、トナーTが粒子の形態を維持したまま孤立する「鬆」の発生が観察された。鬆は、トナーの加熱が不十分な段階で圧力を印加して定着を行う際、トナーの溶融粘度が大きく、粒子の合一が進行しないことによって発生する。このように、トナーの溶融が不十分な状態では、大きな圧力を印加してもトナーの変形量が小さいため、鬆が発生してしまう。そして、トナーの溶融粘度が更に大きい条件(6)では、トナーが記録媒体にアンカリングせず、オフセットが発生する。   First, in the conditions (1) to (4), it was observed that the toner thin layer was wet spread on the recording medium and was entirely covered. On the other hand, in the condition (5), it was observed that the toner T was isolated while maintaining the particle form. Pore is generated when the toner is melted and the coalescence of particles does not proceed when fixing is performed by applying pressure when the toner is not sufficiently heated. As described above, in a state where the toner is not sufficiently melted, voids occur because the deformation amount of the toner is small even when a large pressure is applied. Under the condition (6) where the melt viscosity of the toner is even larger, the toner does not anchor to the recording medium, and an offset occurs.

このように、最大圧力を印加した段階におけるトナーの溶融粘度は、表層カバー率やアンカリングと大きく関係している。   As described above, the melt viscosity of the toner at the stage where the maximum pressure is applied is greatly related to the surface layer coverage and anchoring.

そこで、定着装置Fの定着ニップ部Nにおける記録媒体の搬送方向の圧力分布を切り替えて、最大圧力、最大圧力を印加した段階でのトナーの溶融粘度と表層カバー率、画像の状態の関係を調べた。それらの結果をまとめた図を、図7に示す。   Therefore, the pressure distribution in the conveyance direction of the recording medium at the fixing nip N of the fixing device F is switched, and the relationship between the melt viscosity of the toner, the surface layer coverage, and the image state at the stage of applying the maximum pressure and the maximum pressure is investigated. It was. FIG. 7 shows a summary of the results.

図7より、トナーの溶融粘度が1×10Pa・s以下になった段階で0.15MPaより大きい圧力を印加することにより、鬆の発生による表層カバー率の低下が小さくなり、表層カバー率75%以上を得ることができた。また、トナーの溶融粘度が1×10Pa・sより大きい領域においても0.15MPaより大きい圧力を印加することにより、トナー変形量が増大して75%以上の表層カバー率を得ることができた。しかしながら、この場合は、トナーの溶融が不十分であるため、トナーが硬い状態で大きな圧力を印加しているため、定着トナーの上面が平坦にならず、グロスが低下という他の画像欠陥が発生してしまった。同様に、トナーの溶融粘度が1×10Pa・sより大きい領域において0.15MPa以下の最大圧力を印加することにより、75%以上の表層カバー率を得ることができた。しかしながら、この場合は、トナーは柔らかい状態ではあるが、圧力が不十分であるため、グロスが低下してしまい、良好な画質を得ることができなかった。 As shown in FIG. 7, when a pressure greater than 0.15 MPa is applied when the toner has a melt viscosity of 1 × 10 5 Pa · s or less, the decrease in the surface layer coverage due to the occurrence of voids is reduced, and the surface layer coverage is reduced. 75% or more could be obtained. In addition, even when the melt viscosity of the toner is greater than 1 × 10 5 Pa · s, by applying a pressure greater than 0.15 MPa, the amount of deformation of the toner increases and a surface layer coverage of 75% or more can be obtained. It was. However, in this case, since the toner is not sufficiently melted, a large pressure is applied while the toner is hard, so that the upper surface of the fixing toner does not become flat, and other image defects such as reduced gloss occur. have done. Similarly, by applying a maximum pressure of 0.15 MPa or less in a region where the melt viscosity of the toner is greater than 1 × 10 5 Pa · s, it was possible to obtain a surface layer coverage of 75% or more. However, in this case, although the toner is in a soft state, since the pressure is insufficient, the gloss is lowered and a good image quality cannot be obtained.

よって、鬆を無くしてトナー層を濡れ広げるためには、トナーの溶融粘度が1.0×10Pa・s以下となる温度範囲において0.15MPaより大きいの最大圧力を印加することが好ましいということが確認された。 Therefore, it is preferable to apply a maximum pressure of more than 0.15 MPa in a temperature range where the melt viscosity of the toner is 1.0 × 10 5 Pa · s or less in order to eliminate voids and spread the toner layer. It was confirmed.

したがって、本実験で用いたトナーTの溶融粘度が1.0×10Pa・s以下となる温度(90℃)以上までトナー温度が上昇した際に0.15MPaより大きいの最大圧力を印加して定着処理をする。また、トナーTの溶融粘度が1.0×10Pa・sとなる温度(120℃)において、0.15MPa以下となるように圧力を印加して定着処理をする。これによって、透けを低減し、高い表層カバー率を得ることができた。 Therefore, when the toner temperature rises to a temperature (90 ° C.) or higher at which the melt viscosity of the toner T used in this experiment is 1.0 × 10 5 Pa · s or less, a maximum pressure of greater than 0.15 MPa is applied. To fix. Further, at a temperature (120 ° C.) at which the melt viscosity of the toner T is 1.0 × 10 3 Pa · s, a fixing process is performed by applying a pressure so as to be 0.15 MPa or less. As a result, the see-through was reduced, and a high surface coverage was obtained.

しかしながら、トナーTの溶融温度は、記録媒体の種類に大きく影響している面がある。例えば、普通紙よりも厚手の厚紙を用いた場合は、記録媒体の熱容量が大きくなるため、トナーに与えられる熱量が低下し、トナーが溶融不足となる。その結果、トナーの溶融粘度が高くなり、圧力を印加しても、トナーが十分に濡れ広がらず、トナーが粒子の形態を維持したまま孤立する「鬆」が発生する。一方、普通紙よりも薄手の薄紙を用いた場合は、記録媒体の熱容量が小さくなるため、トナーに与えられる熱量が増大し、トナーが溶融過多となる。その結果、トナーの溶融粘度が低くなり、圧力を印加しても、トナーによって形成された層が流動してしまい、記録媒体上の繊維が露出する「透け」が発生する。   However, the melting temperature of the toner T has a significant influence on the type of recording medium. For example, when thick paper thicker than plain paper is used, the heat capacity of the recording medium increases, so the amount of heat given to the toner decreases and the toner becomes insufficiently melted. As a result, the toner has a high melt viscosity, and even when a pressure is applied, the toner does not sufficiently wet and spread, and a “pode” occurs in which the toner remains isolated while maintaining the particle form. On the other hand, when thin paper that is thinner than plain paper is used, the heat capacity of the recording medium becomes small, so the amount of heat given to the toner increases and the toner becomes excessively melted. As a result, the melt viscosity of the toner becomes low, and even when a pressure is applied, the layer formed by the toner flows, and “through” occurs where the fibers on the recording medium are exposed.

(実験3)
そこで、定着装置Fを用い、記録媒体の厚さ(ここでは坪量)が異なる条件において表層カバー率の比較実験を行った。記録媒体としては、実験1で用いたCLC用紙(80g/m、以下、普通紙と記載する)よりも、坪量が小さいビューコロナS(王子製紙(株)、37g/m、以下、薄紙と記載する)と、坪量が大きいCLC厚紙用紙((株)日本製紙207g/m、以下、厚紙と記載する)を用いた。
(Experiment 3)
Therefore, the fixing device F was used, and a comparison experiment of the surface layer coverage was performed under the condition that the thickness (basis weight) of the recording medium was different. As the recording medium, View Corona S (Oji Paper Co., Ltd., 37 g / m 2 ), which has a smaller basis weight than the CLC paper (80 g / m 2 , hereinafter referred to as plain paper) used in Experiment 1, And CLC cardboard paper (Nippon Paper Industries Co., Ltd., 207 g / m 2 , hereinafter referred to as cardboard) having a large basis weight was used.

図8は、記録媒体ごとの定着ニップ部N内における搬送方向の位置におけるトナー温度(図8(a))、そのトナー温度におけるトナーの溶融粘度(図8(b))、定着ニップ部Nの搬送方向における圧力(図8(c))の関係を示している。   FIG. 8 shows the toner temperature (FIG. 8A) at the position in the conveying direction in the fixing nip N for each recording medium, the melt viscosity of the toner at that toner temperature (FIG. 8B), and the fixing nip N. The relationship of the pressure (FIG.8 (c)) in a conveyance direction is shown.

トナー温度変化のグラフより、記録媒体の厚さによって、トナーの溶融粘度が1.0×10Pa・sとなるトナー温度(90℃)や、1.0×10Pa・sとなるトナー温度(120℃)に到達する定着ニップ部Nの位置が変化することがわかる。これは、記録媒体の厚さによって熱容量が異なることによるものである。 From the graph of toner temperature change, depending on the thickness of the recording medium, the toner temperature (90 ° C.) at which the melt viscosity of the toner becomes 1.0 × 10 5 Pa · s or the toner at which the toner viscosity becomes 1.0 × 10 3 Pa · s. It can be seen that the position of the fixing nip N that reaches the temperature (120 ° C.) changes. This is because the heat capacity varies depending on the thickness of the recording medium.

そこで、記録媒体の厚さ(坪量)に応じて、定着ニップ部Nの搬送方向の圧力分布を切り替えて定着処理を行い、表層カバー率の比較を行った。このとき、トナーの溶融粘度と印加する圧力の関係は、前述した通り、トナーの溶融粘度が1.0×10Pa・s以下となる定着ニップ部Nの搬送方向の位置で最大圧力を印加する。また、トナーの溶融粘度が1.0×10Pa・sとなる定着ニップ部Nの搬送方向の位置で面圧を0.15MPa以下となるようにしている。この記録媒体の厚さに応じた、トナーの溶融粘度の変化と、その溶融粘度の変化に応じた加圧力の変化の関係は図8に示す通りである。 Therefore, according to the thickness (basis weight) of the recording medium, the pressure distribution in the conveying direction of the fixing nip portion N was switched to perform the fixing process, and the surface layer coverage was compared. At this time, as described above, the relationship between the melt viscosity of the toner and the applied pressure is such that the maximum pressure is applied at the position in the transport direction of the fixing nip N where the melt viscosity of the toner is 1.0 × 10 5 Pa · s or less. To do. Further, the surface pressure is set to 0.15 MPa or less at a position in the conveyance direction of the fixing nip N where the melt viscosity of the toner is 1.0 × 10 3 Pa · s. The relationship between the change in the melt viscosity of the toner according to the thickness of the recording medium and the change in the applied pressure according to the change in the melt viscosity is as shown in FIG.

各々の定着条件における表層カバー率をまとめると、以下の表3に示す通りとなる。なお、比較のため、記録媒体の種類を問わず3水準の条件で定着処理を行い、表層カバー率を比較している。   Table 3 below summarizes the surface layer coverage under each fixing condition. For comparison, the fixing process is performed under three levels regardless of the type of recording medium, and the surface layer coverage is compared.

Figure 0005171480
Figure 0005171480

薄紙では、条件(7)において高い表層カバー率を示し、条件(8)、条件(9)では低い表層カバー率となった。これは、条件(8)、(9)では、トナーの溶融粘度が低い状態で大きな圧力を印加することによってトナーが記録媒体の繊維の下に流動し、記録媒体の繊維の透けが発生したといえる。   The thin paper showed a high surface layer coverage in the condition (7), and a low surface layer coverage in the conditions (8) and (9). This is because, under conditions (8) and (9), the toner flowed under the fibers of the recording medium by applying a large pressure with the toner having a low melt viscosity, and the see-through of the fibers of the recording medium occurred. I can say that.

普通紙では、条件(8)において高い表層カバー率を示し、条件(7)、(9)では低い表層カバー率となった。これは、条件(7)ではトナーの溶融不足であり、溶融粘度が大きいため鬆が発生し、条件(9)ではトナーが記録媒体の繊維の下に流動し、透けが発生したことによって表層カバー率が低下したといえる。   The plain paper showed a high surface layer coverage in condition (8) and low surface layer coverage in conditions (7) and (9). This is because the toner is insufficiently melted under the condition (7) and the melt viscosity is large, so that voids are generated. Under the condition (9), the toner flows under the fibers of the recording medium, and the see-through occurs. It can be said that the rate has declined.

厚紙では、条件(9)において高い表層カバー率を示し、条件(7)、(8)では低い表層カバー率となった。これは、条件(9)では、最大圧力を印加するまでにトナーを温め、トナーの溶融粘度を低下させた段階で最大圧力を印加することによって濡れ広げたことによって高い表層カバー率を示したといえる。一方、条件(7)、(8)では、厚紙をトナー溶融粘度が高い条件で定着処理を行ったため、トナー温度が低くトナーが溶けきっていないために濡れ広がらずに表層カバー率が低くなったといえる。   The cardboard showed a high surface layer coverage in the condition (9), and a low surface layer coverage in the conditions (7) and (8). In condition (9), it can be said that the toner was warmed before the maximum pressure was applied and the maximum pressure was applied at the stage where the melt viscosity of the toner was reduced, and thus the surface coverage was high due to spreading. . On the other hand, in the conditions (7) and (8), since the thick paper was subjected to the fixing process under a condition where the toner melt viscosity was high, the toner temperature was low and the toner was not completely melted. I can say that.

したがって、本実験で用いたトナーTの溶融粘度が1.0×10Pa・s以下となる温度(90℃)以上までトナー温度が上昇した際に0.15MPaより大きい圧力を印加して定着処理をする。また、トナーTの溶融粘度が1.0×10Pa・s以下となる温度(120℃)において、0.15MPa以下となるように圧力を印加して定着処理をする。更に、前述したトナーTの溶融温度と、そのトナーTの溶融温度における圧力の条件を満足するように、定着ニップ部Nにおける記録媒体の搬送方向の圧力分布を、記録媒体に厚さ応じて切り替える。これにより、記録媒体の種類によらず、透けや鬆の発生を抑制して、高い表層カバー率を得ることができた。 Therefore, when the toner temperature rises to a temperature (90 ° C.) or higher at which the melt viscosity of the toner T used in this experiment becomes 1.0 × 10 5 Pa · s or lower, fixing is performed by applying a pressure higher than 0.15 MPa. Process. Further, at a temperature (120 ° C.) at which the melt viscosity of the toner T is 1.0 × 10 3 Pa · s or less, a fixing process is performed by applying a pressure so as to be 0.15 MPa or less. Furthermore, the pressure distribution in the conveyance direction of the recording medium at the fixing nip N is switched depending on the thickness of the recording medium so as to satisfy the above-described melting temperature of the toner T and the pressure condition at the melting temperature of the toner T. . Thereby, regardless of the type of the recording medium, it was possible to suppress the occurrence of see-through and voids and obtain a high surface layer coverage.

上述した各実験の結果から、本実施形態では、記録媒体の坪量に対応した、定着ニップ部Nにおける記録媒体の搬送方向の圧力分布(圧力プロファイル)のパターンを、あらかじめ3水準持っている。具体的には、記録媒体が薄紙の場合は図8(c)に示す条件(7)を用いた薄紙モードとし、普通紙の場合には図8(c)に示す条件(8)を用いた普通紙モードとし、厚紙の場合には図8(c)に示す条件(9)を用いた厚紙モードとする。   From the results of the above-described experiments, in this embodiment, there are three levels of the pressure distribution (pressure profile) patterns in the conveyance direction of the recording medium in the fixing nip N corresponding to the basis weight of the recording medium in advance. Specifically, when the recording medium is thin paper, the thin paper mode using the condition (7) shown in FIG. 8C is used, and when the recording medium is plain paper, the condition (8) shown in FIG. 8C is used. The plain paper mode is set, and in the case of thick paper, the thick paper mode using the condition (9) shown in FIG.

そして、図1に示す操作部101で記録媒体の坪量を選択した際に、その坪量に応じて、設定された定着ニップ部Nの搬送方向の圧力分布に自動的に切り替えて定着処理を行う。その動作のフローチャートを図9に示す。   When the basis weight of the recording medium is selected by the operation unit 101 shown in FIG. 1, the fixing process is performed by automatically switching to the set pressure distribution in the conveyance direction of the fixing nip portion N according to the basis weight. Do. A flowchart of the operation is shown in FIG.

図9に示すように、操作部で記録媒体の種類を設定(ステップS11)すると、その情報がCPUに送信(ステップS12)される。その情報に基づいて、CPUは記録媒体が厚紙か、薄紙か、普通紙かを判断する。まず記録媒体が厚紙であるかを判断する。具体的には、ステップS13にて記録媒体の坪量が150g/m以上であるかを判断する。ステップS13にて厚紙であると判断された場合には、ステップS14に進み、圧力分布を厚紙モードに切り替える。一方、ステップS13にて厚紙でないと判断された場合には、次に薄紙であるかを判断する。具体的には、ステップS15にて記録媒体の坪量が37g/m以下であるかを判断する。ステップS15にて薄紙であると判断された場合には、ステップS16に進み、圧力分布を薄紙モードに切り替える。厚紙でも薄紙でもない場合は、ステップS17に進み、圧力分布を普通紙モードに切り替える。その後、画像形成動作が開始され(ステップS18)、切り替えられたモードに応じた定着処理がなされる(ステップS19)。 As shown in FIG. 9, when the type of the recording medium is set by the operation unit (step S11), the information is transmitted to the CPU (step S12). Based on the information, the CPU determines whether the recording medium is thick paper, thin paper, or plain paper. First, it is determined whether the recording medium is cardboard. Specifically, in step S13, it is determined whether the basis weight of the recording medium is 150 g / m 2 or more. If it is determined in step S13 that the paper is cardboard, the process proceeds to step S14, and the pressure distribution is switched to the cardboard mode. On the other hand, if it is determined in step S13 that the paper is not thick paper, it is next determined whether it is thin paper. Specifically, in step S15, it is determined whether the basis weight of the recording medium is 37 g / m 2 or less. If it is determined in step S15 that the paper is thin, the process proceeds to step S16, and the pressure distribution is switched to the thin paper mode. If it is neither thick paper nor thin paper, the process proceeds to step S17, and the pressure distribution is switched to the plain paper mode. Thereafter, an image forming operation is started (step S18), and a fixing process corresponding to the switched mode is performed (step S19).

このように記録媒体の種類に応じて、定着ニップ部Nにおける記録媒体の搬送方向の圧力分布を切り替えることによって、透けや鬆といった画像欠陥を抑制しつつ、トナー樹脂を十分に濡れ広がらせて、アンカリング効果を向上させることができる。すなわち、従来の技術に比べて簡単な構成及び動作で上記従来の課題を克服し、前述の効果を得ることができる。   Thus, by switching the pressure distribution in the conveyance direction of the recording medium in the fixing nip portion N according to the type of the recording medium, the toner resin can be sufficiently wetted and spread while suppressing image defects such as transparency and voids. Anchoring effect can be improved. That is, the above-described conventional problems can be overcome and the above-described effects can be obtained with a simple configuration and operation compared to the conventional technology.

なお、前述した実施の形態では、加圧部材として、定着ニップ部において記録媒体の搬送方向上流側、中央、下流側に傾けられる加圧パッドを例示したが、これに限定されるものではない。加圧部材は、定着ニップ部において記録媒体の搬送方向の圧力分布を切り替えるものであれば、その他の構成であっても良い。また、互いに圧接する回転体として、一方がフィルム、他方がローラの場合を例示したが、これに限定されるものでない。例えば、ローラに張架されたベルトを回転体として用い、ベルトとベルトを圧接させた構成、ベルトとローラを圧接させた構成など、その他の構成であっても良い。   In the above-described embodiment, the pressure member is exemplified as the pressure member that is inclined toward the upstream side, the center, and the downstream side in the conveyance direction of the recording medium in the fixing nip portion, but is not limited thereto. The pressure member may have other configurations as long as it switches the pressure distribution in the conveyance direction of the recording medium at the fixing nip portion. Moreover, although the case where one was a film and the other was a roller was illustrated as a rotary body which mutually press-contacts, it is not limited to this. For example, other configurations such as a configuration in which a belt stretched around a roller is used as a rotating body and the belt and the belt are in pressure contact, and a configuration in which the belt and the roller are in pressure contact may be used.

また前述した実施の形態では、画像形成装置が一体に有する画像加熱加圧装置を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば画像形成装置に対して着脱可能な画像加熱加圧装置であっても良く、該画像加熱加圧装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。   Further, in the above-described embodiment, the image heating and pressing apparatus integrally included in the image forming apparatus is exemplified, but the present invention is not limited to this. For example, it may be an image heating and pressing apparatus that can be attached to and detached from the image forming apparatus, and the same effect can be obtained by applying the present invention to the image heating and pressing apparatus.

また前述した実施の形態では、画像形成装置が1つの画像加熱加圧装置を有する構成を例示して説明したが、画像形成装置が複数の画像加熱加圧装置を有する構成であっても、該画像加熱加圧装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。   In the above-described embodiment, the image forming apparatus has been described by way of example having a single image heating and pressing apparatus. However, even if the image forming apparatus has a plurality of image heating and pressing apparatuses, The same effect can be obtained by applying the present invention to an image heating and pressing apparatus.

また前述した実施の形態では、画像形成手段を4つ使用した構成を例示したが、この使用個数はこれに限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すれば良い。   In the above-described embodiment, the configuration using four image forming units has been exemplified. However, the number of used units is not limited to this, and may be set as appropriate.

また前述した実施形態では、記録媒体担持体(転写ベルト)を使用し、その記録媒体担持体に担持された記録媒体に各色のトナー画像を順次重ねて転写する画像形成装置を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、中間転写体を使用し、中間転写体に各色のトナー画像を順次重ねて転写し、その中間転写体に担持されたトナー画像を記録媒体に一括して転写する画像形成装置であっても良い。また画像形成装置としては、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置であっても良い。これらの画像形成装置に用いられる画像加熱加圧装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。   In the above-described embodiment, an example of an image forming apparatus that uses a recording medium carrier (transfer belt) and sequentially superimposes and transfers toner images of respective colors onto the recording medium carried on the recording medium carrier. The invention is not limited to this. For example, an image forming apparatus that uses an intermediate transfer member, sequentially transfers toner images of respective colors on the intermediate transfer member, and transfers the toner images carried on the intermediate transfer member to a recording medium in a lump. good. The image forming apparatus may be an image forming apparatus such as a printer, a copier, or a facsimile machine, or another image forming apparatus such as a multi-function machine that combines these functions. The same effect can be obtained by applying the present invention to an image heating and pressing apparatus used in these image forming apparatuses.

定着装置を備えた画像形成装置の模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an image forming apparatus including a fixing device. 定着装置の模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a fixing device. 定着実験装置の模式図である。It is a schematic diagram of a fixing experiment apparatus. トナー温度毎の圧力と表層カバー率の関係を示した表図である。FIG. 6 is a table showing a relationship between a pressure for each toner temperature and a surface layer coverage. 定着装置の加圧パッドの形状と、その押付け方向を表した要部拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a main part showing a shape of a pressure pad of the fixing device and a pressing direction thereof. トナーの温度、トナーの溶融粘度、圧力分布を模式的に示した表図である。FIG. 4 is a table schematically showing toner temperature, toner melt viscosity, and pressure distribution. 最大圧力、トナー溶融粘度と表層カバー率の関係を示した表図である。FIG. 6 is a table showing the relationship among maximum pressure, toner melt viscosity and surface layer coverage. トナーの温度、トナーの溶融粘度、圧力分布を模式的に示した表図である。FIG. 4 is a table schematically showing toner temperature, toner melt viscosity, and pressure distribution. 記録媒体の種類に応じた動作の流れを示したフローチャート図である。FIG. 5 is a flowchart showing an operation flow according to the type of recording medium.

符号の説明Explanation of symbols

F …定着装置
N …定着ニップ部
P …記録媒体
T …トナー
50 …定着フィルム
51 …IHコイル
52 …加圧パッド
53 …加圧ローラ
54 …サイドコア
55 …センターコア
56 …加圧パッド支持部材
101 …操作部
102 …CPU
103 …切り替えモーター
130 …転写ベルト
F: Fixing device N: Fixing nip P: Recording medium T ... Toner 50 ... Fixing film 51 ... IH coil 52 ... Pressure pad 53 ... Pressure roller 54 ... Side core 55 ... Center core 56 ... Pressure pad support member 101 ... Operation unit 102 CPU
103 ... Switching motor 130 ... Transfer belt

Claims (3)

互いに圧接して回転する第一の回転体と第二の回転体の圧接部にて記録媒体を挟持搬送しながら記録媒体に形成されたトナー画像を加熱及び加圧する画像加熱加圧装置であって、
一方の回転体に設けられ、他方の回転体との間に前記圧接部を形成し、前記圧接部における記録媒体の搬送方向の圧力分布を切り替える加圧部材を有し、
前記加圧部材は、記録媒体の種類に応じて、記録媒体上のトナーの溶融粘度が1.0×10Pa・s以下となる温度範囲において最大圧力が0.15MPa以上となり、記録媒体上のトナーの溶融粘度が1.0×10Pa・sとなる温度において圧力が0.15MPa以下となる、条件を満足するように、前記圧接部における記録媒体の搬送方向の圧力分布を切り替えることを特徴とする画像加熱加圧装置。
An image heating and pressurizing apparatus that heats and pressurizes a toner image formed on a recording medium while sandwiching and conveying the recording medium at a pressure contact portion between a first rotating body and a second rotating body that are pressed against each other. ,
A pressure member that is provided on one rotary body, forms the pressure contact portion with the other rotary body, and switches the pressure distribution in the conveyance direction of the recording medium in the pressure contact portion;
The pressure member has a maximum pressure of 0.15 MPa or more in a temperature range in which the melt viscosity of the toner on the recording medium is 1.0 × 10 5 Pa · s or less depending on the type of the recording medium. The pressure distribution in the conveyance direction of the recording medium in the press contact portion is switched so as to satisfy the condition that the pressure is 0.15 MPa or less at a temperature at which the toner has a melt viscosity of 1.0 × 10 3 Pa · s. An image heating and pressurizing apparatus.
前記加圧部材は、記録媒体上のトナーの溶融粘度が1.0×10Pa・s以下となる温度範囲において、前記圧接部における記録媒体の搬送方向中央が前記最大圧力となる記録媒体の厚さを基準にして、
記録媒体の厚さが前記基準の厚さより薄い場合には、前記圧接部における記録媒体の搬送方向上流側が前記最大圧力となるように切り替え、
記録媒体の厚さが前記基準の厚さより厚い場合には、前記圧接部における記録媒体の搬送方向下流側が前記最大圧力となるように切り替えることを特徴とする請求項1に記載の画像加熱加圧装置。
The pressure member is a recording medium in which the center of the recording medium in the pressure contact portion is the maximum pressure in the temperature range where the melt viscosity of the toner on the recording medium is 1.0 × 10 5 Pa · s or less. Based on thickness,
When the thickness of the recording medium is thinner than the reference thickness, switching is performed so that the upstream side in the conveyance direction of the recording medium at the pressure contact portion is the maximum pressure,
2. The image heating and pressing according to claim 1, wherein when the thickness of the recording medium is thicker than the reference thickness, switching is performed so that the downstream side in the conveyance direction of the recording medium at the press contact portion becomes the maximum pressure. apparatus.
記録媒体にトナー画像を形成する画像形成装置であって、請求項1又は2に記載の画像加熱加圧装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus for forming a toner image on a recording medium, comprising the image heating and pressing apparatus according to claim 1.
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