JP2004184476A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着性を維持したまま、トナー画像面の光沢性を制御する。
【解決手段】Ｎｉｐ内に予め設定した閾値より高い高圧部と予め設定した閾値より低い低圧部を有し、高圧部と低圧部の面積比を可変して画像形成部のグロスを制御する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱加圧定着機構を有する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種のベルトニップ方式の定着装置としては、例えば図８に示すように、熱源を有する回転可能な加熱ロール１０１と、この加熱ロール１０１に圧接し且つ加熱ロール１０１と共に転動する無端ベルト１０２と、これら加熱ロール１０１及び無端ベルト１０２の接触ニップ域ｎの下流端位置に設けられ、無端ベルト１０２を掛け渡す加圧ロール１０３ａと、この無端ベルト１０２の内側に配設されて、前記無端ベルト１０２を加熱ロール１０１に押圧させるアシストパッド１０４とを備えたものが提案されている（例えば特開平９−３４２９１号公報参照）。尚、無端ベルト１０２は、前記加圧ロール１０３ａ及び適宜数（例えば２個）の支持ロール１０３ｂ、１０３ｃにて回転可能に掛け渡されている。
【０００３】
この種のベルトニップ方式の定着装置において加圧ロール１０３ａは、紙厚が薄く紙腰の弱い記録シートに多量のトナーを定着させる場合にも、剥離爪などを必要とせず、接触ニップ域ｎの出口において、何の剥離装置を用いずに記録シート１０５を剥離できるという所謂セルフストリッピングを可能とするものである。すなわち、一般に加熱ロール１０１の表面は弾性層を有しており、この弾性層に加圧ロール１０３ａが圧接すると、前記加熱ロール１０１と加圧ロール１０３ａとの圧接領域において、加熱ロール１０１の表面が弾性変形し、加熱ロール１０１と加圧ロール１０３ａとの間を通過する記録シート１０５が加熱ロール１０１から剥離する方向へ導かれるのである。
【０００４】
しかし、このセルフストリッピング性能を向上させるために加圧ロール１０３ａの圧力を大きくすると、記録シート１０５上の未定着画像１０６がずれる現象（像ずれ）が発生する。この現象は、加圧ロール１０３ａの高い圧力によって加熱ロール１０１上の弾性層に極度のゆがみが発生し、これに伴って、記録シート１０５の速度が増大することに起因する。この像ずれを防止するために、前記アシストパッド１０４が設けられている。すなわち、このアシストパッド１０４は、接触ニップ域ｎ内の加圧ロール１０３ａ上流側で加熱ロール１０１を極度に歪ませないように広範囲に大きな圧力をかけるためのものであり、これにより、この部分における加熱ロール１０１と記録シートとの密着力が、加圧ロール１０３ａと記録シートとの密着力よりも大きくなり、その結果、前記記録シート１０５の速度は加熱ロール１０１の速度と同じになることから、前記像ずれは有効に防止されるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
印刷同様のグロス感を電子写真に求めたとき、定着したトナー像のグロスを用紙のグロスと略等しく制御することが好ましい。しかしながら、このような従来の定着装置では、一定の定着性は得やすいものの、画像面のグロスを制御することは難しい。プロセススピードや、温調温度を変化させることである程度グロスを変化させる事ができるが、低グロスを実現しようとすると同時に定着性も低下してしまい充分でない。Ｎｉｐ巾を変化させグロスを制御する手法も提案されているが、同様に低グロス時の定着性の確保が困難であり、実用的でない。
【０００６】
トナー面のグロスは、定着装置のＮｉｐ内を用紙の１箇所が通過するのに要する時間（Ｎｉｐ通過時間）によって変化する。Ｎｉｐ通過時間は Ｎｉｐ巾（ｍｍ）／用紙スピード（ｍｍ／ｓ）で案出される数字で、定着装置による用紙及びトナーの被加熱時間に相当する。Ｎｉｐ内の面圧を均一にし、変化させた際のトナー面グロスのＮｉｐ通過時間依存を図６に示す。本実験では、Ｎｉｐ通過時間はプロセススピードを変えて変化させたが、Ｎｉｐ巾を変えて変化させても同様の効果が得られた。温調温度は１９０℃に固定して行った。比較的高圧の３ｋｇ／ｃｍ^２は、Ｎｉｐ通過時間の増加と伴にグロスが９０％の高グロスを得られるが、比較的低圧の１．５ｋｇ／ｃｍ^２では５０％を超えるとグロスの伸びが鈍り、更に低圧の０．５ｋｇ／ｃｍ^２では、２０〜３０％以上ではグロスの伸びが鈍る傾向が見られた。一定以上の圧を溶融状態のトナーに掛ける事が、高グロス化（トナー面の平滑化）に有効であることが分かる。一般に、シリコンオイルを離型剤として用いない定着システムには、トナーの粘弾性面から、高温オフセット対策が必要となる。トナーの高温オフセット対策には高温域（１００℃以上）でのトナーの弾性を高める事が有効である。しかし、トナーの弾性を高め、溶融状態でも比較的高い弾性を維持するトナーを用いた際は、トナー面の平滑化にはトナーへの圧力、即ちＮｉｐ内の面圧がより重要となり、トナー画像面のグロスＵｐには必須のパラメータとなる。
【０００７】
次に、Ｎｉｐ内の面圧を変化させた際の定着下限温度のＮｉｐ通過時間依存を図３に示す。定着下限温度は、折り曲げ定着試験での定着下限温度を指標とした。折り曲げ定着試験について説明する。２色ベタ分（今回はトナー載り量１．２ｍｇ／ｃｍ^２）の均一なトナー像を定着した転写材（試験サンプル）を、画像面が内側になるように折り曲げ、折り曲げた状態で、折り曲げ部を規程の錘（自重１８０ｇ、底面２５×２５ｍｍ）で５往復（１０回）摺擦する。摺擦した転写材を開いて、折り曲げ部をシルボン紙（商標）で軽くこすり、転写材から剥がれたトナーを除去する。転写材折り曲げ部のトナーの剥離状況を評価する。折り線方向に対して垂直方向のトナーの剥離幅が３ｍｍ以上を定着不良とし、定着不良が生じない下限温度を定着下限温度とした。
【０００８】
図７より、定着性下限温度は、Ｎｉｐ通過時間に強い影響を受け、グロスと比較すると低圧で圧の影響が下がることが分かる。０．５ｋｇ／ｃｍ^２以上の圧であれば、グロスと比較し、定着性への圧力の影響が小さい。図２より、３ｋｇ／ｃｍ^２の高圧で、３０％程度の比較的低いグロスを得るためにはＮｉｐ通過時間が０．２秒以下である必要があるが、図３よりこの条件では定着下限を下回ってしまう。低グロスを得るためには、０．５ｋｇ／ｃｍ^２の低圧でＮｉｐ通過時間を０．４秒程度取ることで、グロスと定着性を両立できる。
【０００９】
所定以上の高グロス画像を得るためにはＮｉｐ内の面圧が高いことが必要で、低グロス画像で定着性との両立を実現するためには、逆に定着性が維持できる範囲内でＮｉｐ内の面圧を低くしてＮｉｐ通過時間を確保することが必要である。即ち、トナー像のグロス値の制御には、Ｎｉｐ通過時間を維持したまま、圧を変化させる手法が有効であるが、前述の通り、２段階程度の加圧力の切り替えであれば比較的容易であるが、多数の転写材に対応するために圧を多数段階に切り替えようとした際は、Ｎｉｐ内長手方向、前奥の圧バランスが崩れやすい。長手方向の前と奥の圧のバランスが崩れると、紙しわや、後端はね等の、転写材の搬送不良を引き起こす。
【００１０】
Ｎｉｐの巾を固定して圧を可変する方法として、定着ローラに対向する無端ベルトをベルト内面から定着ローラ方向にパッドを用いて加圧する定着装置において、パッドがベルトを加圧する加圧力を変化させる方法が提案されている。これは有効な手法であるが、２段階程度の加圧力の切り替えであれば比較的容易であるが、多数の転写材に対応するために圧を多数段階に切り替えようとした際は、Ｎｉｐ内長手方向、前奥の圧バランスが崩れやすい。長手方向の前と奥の圧のバランスが崩れると、紙しわや、後端はね等の、転写材の搬送不良を引き起こす。このため、長手方向前奥の圧のバランスを全ての圧設定に於いて均衡を取る必要がある。そのためには、全ての圧設定値に対し加圧部材の部品精度や、位置精度等を高めなければない。この結果、パーツのコストＵｐ及び、調整機構が複雑化する為、より簡便な制御方法が待ち望まれていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本出願に関わる第１の発明は、転写材をＮｉｐ部に矜持し未定着トナー像を加熱加圧定着する定着装置に於いて、Ｎｉｐ内に、予め設定した閾値より高い高圧部と、予め設定した閾値より低い低圧部を有し、転写材搬送方向において、高圧部と低圧部の面積比を可変することで、画像形成部のグロスを制御する。圧の水準を減らすことで、Ｎｉｐ長手方向前奥の圧のばらつきを比較的簡便に抑え、紙搬送の案生成を確保しつつ、安定した定着性を確保し、トナー面のグロスを低光沢から高光沢まで制御することを目的としている。
【００１２】
又、第２の発明は、転写材をＮｉｐ部に矜持する定着装置の少なくとも一方の転写材への接触部材はベルト又はフィルムで形成ざれ、Ｎｉｐ相当部においてフィルムの背面からの加圧を転写材搬送方向で異なる加圧力で印加可能な加圧力可変機構を有し、予め設定した閾値より高い高圧部と予め設定した閾値より低い低圧部の面積比を加圧力可変機構により制御することで、定着性を維持しつつ、トナー面のグロスを低光沢から高光沢まで制御することを目的としている。
【００１３】
又、第３の発明は、Ｎｉｐの入口部と、出口部の位置を固定し、Ｎｉｐ内の予め設定した閾値より高い高圧部と予め設定した閾値より低い低圧部の面積比を制御することで、画像形成部のグロスを制御することで、定着装置上下流との転写材の受け渡し部の転写材の挙動を安定に保ちつつ、且つ定着性を維持しつつ、トナー面のグロスを低光沢から高光沢まで制御することを目的としている。
【００１４】
又、第４の発明は、転写材をＮｉｐ部に矜持する定着装置の少なくとも一方の転写材への接触部材はベルト又はフィルムで形成ざれ、Ｎｉｐ相当部においてフィルムの背面からの加圧を転写材搬送方向で分割して制御可能な加圧力可変機構を有し、加圧力可変機構は予め設定した閾値より高い高圧と予め設定した閾値より低い低圧の少なくとも２水準の圧力で加圧可能にし、高圧部と低圧部の面積比を制御することで、Ｎｉｐ内の紙の挙動を安定化しつつ、且つ定着性を維持しつつ、トナー面のグロスを低光沢から高光沢まで制御することを目的としている。
【００１５】
【発明の実施形態】
（第１の実施例）
そこで、Ｎｉｐ内の加圧部材を分割化し、個々の圧の水準を減らして、加圧部材を図１は、本発明の第１の実施例の定着装置の断面を説明した概略断面図である。熱源を有する回転可能な加熱ロール１０１と、この加熱ロール１０１に圧接し且つ加熱ロール１０１と共に転動する無端ベルト１０２と、これら加熱ロール１０１及び無端ベルト１０２の接触ニップ域ｎの下流端位置に設けられ、無端ベルト１０２を掛け渡す加圧ロール１０３ａと、この無端ベルト１０２の内側に配設されて、前記無端ベルト１０２を加熱ロール１０１に押圧させる加圧部材２０１、２０２、２０３とを備えている尚、無端ベルト１０２は、前記加圧ロール１０３ａ及び支持ロール１０３ｂ、１０３ｃにて回転可能に掛け渡されている。
【００１６】
定着ローラは外径６０ｍｍでアルミの芯金上に１．５ｍｍのシリコンゴム層を有し表面にフッ素樹脂層としてＰＦＡチューブを有す。無端ベルトの外形は６０ｍｍでポリイミドの基材上にフッ素樹脂層を有す。ベルトを定着ローラに加圧する加圧部材２０１、２０２、２０３、は、ＳＵＳのブロック上に２ｍｍのシリコンゴム層を有し、上面をテフロン（登録商標）コートされたガラスクロスを固定されており、定着ローラとのベルトを介した接触面の搬送方向のＮｉｐ巾は、各々５ｍｍずつである。加圧部材２０１、２０２、２０３は各々独立して加圧可能であり、その加圧はベルトの外部、手前側と奥側の２ヶ所に設置された加圧切り替え部材２１０により３ｋｇ／ｃｍ^２と、０．５ｋｇ／ｃｍ^２の２水準に制御される。切り替え手段は上面の高さが２段になっており、加圧部材を上面で定着ローラ方向に加圧している。加圧切り替え手段の高い面で加圧された加圧部材は３ｋｇ／ｃｍ^２で、低い面で加圧された加圧部材は０．５ｋｇ／ｃｍ^２で、ベルトを定着ローラに加圧している。加圧切り替え部材は搬送方向に移動し、加圧部材２０１〜２０３の各々の加圧力を制御し、図２〜５に加圧状態を切り替えた５つの状態のＮｉｐ部近傍の概略断面図とＮｉｐ内各部位の圧力を示したグラフを示す。
【００１７】
図２は、加圧部材２０１〜２０３全てが、低圧状態の状態Ａ、図３は、２０１のみ３ｋｇ／ｃｍ^２の高圧、２０２、２０３は０．５ｋｇ／ｃｍ^２の低圧の状態ｂ、図４は、２０１、２０２が３ｋｇ／ｃｍ^２の高圧、２０３、は０．５ｋｇ／ｃｍ^２の低圧の状態ｃ、図５は２０１〜２０３全て３ｋｇ／ｃｍ^２の高圧である状態ｄである。加圧部材の高圧部の巾は、状態ａ〜ｄまで各々０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍとなり、これに分離ローラ（加圧ローラ）部のＮｉｐ３ｍｍを足した値が、高圧部のＮｉｐとなる。高圧部のＮｉｐ巾が略、画像部のグロスを決定し、状態ａ〜ｄの各々の定着ローラ温度１９０℃でのグロスは、大よそ、２０％、４５％、７０％、９０％であった。転写材には１５０ｇ／ｍ^２の坪量の片面コート紙を用いた。又、定着性の下限温度も、目標下限温度１８０℃に対し、それぞれ、１７５℃、１７５℃、１８０℃、１８０℃と確保されており、簡便な方法でグロスと定着性の両立を達成している。このことから、ユーザーの要望に応じた、任意の画像面グロスが出力可能となった。又、転写材の坪量及び紙種毎に各グロスを要望された際の加圧部材の高圧（３ｋｇ／ｃｍ^２）の数と、低圧（０．５ｋｇ／ｃｍ^２）の数の設定を予め定め、不図示の検知手段により検知した転写材のグロス情報に応じて、加圧部材の設定を切り替えることで、転写材のグロスに応じたトナー画像面のグロスを選択することが出来、この際の定着性も充分に確保できるようになった。
【００１８】
又、加圧部材の圧バランスについても、加圧部材２０１〜２０３各々の加圧部材のそれぞれ高圧時と低圧時における、手前奥の圧バランスを測定したが、各々が２水準の圧しか持たぬため、非常に小さく押さえ込むことが可能となり、５％以下の前奥差に押さえ込むことが出来た。高湿環境下（２８℃／８０％）においても、低湿環境下（１５℃／１０％）においても、転写材の搬送不良を引き起こさず良好な結果が得られた。
【００１９】
更に、加圧部材２０３により、定着Ｎｉｐの入口側の位置が固定され、分離ローラ（加圧ローラ）により定着Ｎｉｐ出口側の位置が固定されたことで、上下流との転写材の受け渡しに関わるパスを安定化することが出来た。
【００２０】
此処では階段状の加圧切り替え部材を搬送方向に移動して加圧部材の切り替えを行う例を示したが、各々の加圧部材を独立したカム等で圧制御しても機構はやや複雑化するものの、全てのグロス設定で手前奥の圧バランスを確保しつつ、グロス感と定着性の両方に関して、同様の効果が得られる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本出願に関わる第１の発明によれば転写材をＮｉｐ部に矜持し未定着トナー像を加熱加圧定着する定着装置に於いて、Ｎｉｐ内に，予め設定した閾値より高い高圧部と、予め設定した閾値より低い低圧部を有し、転写材搬送方向において、高圧部と低圧部の面積比を可変することで、画像形成部のグロスを制御する。圧の水準を減らすことで、Ｎｉｐ長手方向前奥の圧のばらつきを比較的簡便に抑え、紙搬送の案生成を確保しつつ、安定した定着性を確保し、トナー面のグロスを低光沢から高光沢まで制御することができる。
【００２２】
又、第２の発明によれば、転写材をＮｉｐ部に矜持する定着装置の少なくとも一方の転写材への接触部材はベルト又はフィルムで形成ざれ、Ｎｉｐ相当部においてフィルムの背面からの加圧を転写材搬送方向で異なる加圧力で印加可能な加圧力可変機構を有し、予め設定した閾値より高い高圧部と予め設定した閾値より低い低圧部の面積比を加圧力可変機構により制御することで、定着性を維持しつつ、トナー面のグロスを低光沢から高光沢まで制御することができる。
【００２３】
又、第３の発明によれば、Ｎｉｐの入口部と、出口部の位置を固定し、Ｎｉｐ内の予め設定した閾値より高い高圧部と予め設定した閾値より低い低圧部の面積比を制御することで、画像形成部のグロスを制御することで、定着装置上下流との転写材の受け渡し部の転写材の挙動を安定に保ちつつ、且つ定着性を維持しつつ、トナー面のグロスを低光沢から高光沢まで制御することができる。
【００２４】
又、第４の発明によれば、転写材をＮｉｐ部に矜持する定着装置の少なくとも一方の転写材への接触部材はベルト又はフィルムで形成ざれ、Ｎｉｐ相当部においてフィルムの背面からの加圧を転写材搬送方向で分割して制御可能な加圧力可変機構を有し、加圧力可変機構は予め設定した閾値より高い高圧と予め設定した閾値より低い低圧の少なくとも２水準の圧力で加圧可能にし、高圧部と低圧部の面積比を制御することで、Ｎｉｐ内の紙の挙動を安定化しつつ、且つ定着性を維持しつつ、トナー面のグロスを低光沢から高光沢まで制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる実施例の定着装置の概略を説明する概略断面図である。
【図２】本出願に関わる実施例の定着装置の加圧状態ａを説明するＮｉｐ部の拡大図と圧状態でのグラフである。
【図３】本出願に関わる実施例の定着装置の加圧状態ｂを説明するＮｉｐ部の拡大図と圧状態でのグラフである。
【図４】本出願に関わる実施例の定着装置の加圧状態ｃを説明するＮｉｐ部の拡大図と圧状態でのグラフである。
【図５】本出願に関わる実施例の定着装置の加圧状態ｄを説明するＮｉｐ部の拡大図と圧状態でのグラフである。
【図６】Ｎｉｐ通過時間に対するグロス（６０°計）を説明するグラフである。
【図７】Ｎｉｐ通過時間に対する定着下限温度を説明するグラフである。
【図８】従来技術の定着装置を説明する概略断面図である。
【符号の説明】
１０１ 加熱ローラ
１０２ 無端ベルト
１０３ａ 加圧ローラ
１０３ｂ ベルト支持軸
１０３ｃ ベルト支持軸
２０１ 加圧部材
２０２ 加圧部材
２０３ 加圧部材
２１０ 加圧切り替え手段

Claims (4)

1. 転写材をＮｉｐ部に矜持し未定着トナー像を加熱加圧定着する定着装置に於いて、Ｎｉｐ内に、予め設定した閾値より高い高圧部と、予め設定した閾値より低い低圧部を有し、高圧部と低圧部の面積比を可変し、画像形成部のグロスを制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 転写材をＮｉｐ部に矜持する定着装置の少なくとも一方の転写材への接触部材はベルト又はフィルムで形成され、Ｎｉｐ相当部においてフィルムの背面からの加圧を転写材搬送方向で異なる加圧力で印加可能な加圧力可変機構を有し、予め設定した閾値より高い高圧部と予め設定した閾値より低い低圧部の面積比を加圧力可変機構により制御することで、画像形成部のグロスを制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. Ｎｉｐの入口部と、出口部の位置を固定し、Ｎｉｐ内の予め設定した閾値より高い高圧部と予め設定した閾値より低い低圧部の面積比を制御することで、画像形成部のグロスを制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 転写材をＮｉｐ部に矜持する定着装置の少なくとも一方の転写材への接触部材はベルト又はフィルムで形成ざれ、Ｎｉｐ相当部においてフィルムの背面からの加圧を転写材搬送方向で分割して制御可能な加圧力可変機構を有し、加圧力可変機構は予め設定した閾値より高い高圧と予め設定した閾値より低い低圧の少なくとも２水準の圧力で加圧可能であり、高圧部と低圧部の面積比を制御することで、画像形成部のグロスを制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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