JP4756619B2 - 定着装置及び該定着装置を有するカラー画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着部材と、該定着部材に圧接する加圧部材とを有し、互いに色の異なる複数のトナー像を重ね合わせて成る定着すべき重ね合わせトナー像を担持した記録材を、該重ね合わせトナー像が前記定着部材に接する向きにして、回転する定着部材と加圧部材の間のニップを通過させて該重ね合わせトナー像を加熱すると共に加圧して当該トナー像を記録材に定着する定着装置、及びその定着装置を有するカラー画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子複写機、プリンタ、ファクシミリ、或いはこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成されるカラー画像形成装置に上記形式の定着装置を採用することは従来より周知である。この定着装置は、加熱された定着部材と、加圧部材とを回転させながら、両者の間に形成されたニップに、重ね合わせトナー像を担持した記録材を通過させ、その通過時にトナーを加熱溶融させ、当該トナー像を記録材上に融着させるものである。
【０００３】
上述のようにして記録材上に定着されたカラー画像が得られるが、従来はそのカラー画像の見栄えを高めるため、当該カラー画像に高い光沢度が要求され、通常、３０乃至４０％程の光沢度が必要であるとされていた。かかる高い光沢度のカラー画像が得られるように、従来の定着装置においては、記録材が定着部材と加圧部材の間のニップを通過するとき、その記録材に担持されたトナーを液状にまで溶融させ、トナーを定着部材の外周面に密着させてトナー像を記録材上に定着していた。
【０００４】
ところが、上述のように記録材上のトナーに対して高熱を加えて当該トナーを液状にまで溶融させると、その溶融トナーの粘着性が高まり、ニップを出た記録材が定着部材の外周面から分離せずにその外周面に巻き付いてしまうおそれがあった。特に最近は、地球環境問題への意識の高揚から、パルプの使用量が少なく製紙時の二酸化炭素発生量も少ない薄紙の使用の要望が高まっているが、かかる薄紙は、腰が弱いため、記録材として薄紙を用いると、定着部材の外周面への記録材の巻き付きが発生しやすくなる。
【０００５】
そこで、従来は、定着部材の外周面に、例えばシリコーンオイルより成る離型剤を多量に塗布し、ニップを出た記録材を定着部材外周面から分離しやすくすることにより、記録材の定着部材への巻き付きを防止していた。例えば、Ａ４サイズの記録材に対して、１０mgほどのシリコーンオイルを定着部材の外周面に塗布するのが普通であった。
【０００６】
ところが、上述のように定着部材外周面に多量の離型剤を塗布すると、その離型剤が記録材上に多量に移行して付着するので、記録材の画像面への加筆性が低下する。すなわち、その画像面にボールペンなどによって加筆するとき、画像面に多量の離型剤が付着しているため、画像面へのインクの乗りが悪くなり、思うように加筆することができなくなるのである。しかも、定着動作時に多量の離型剤が消費されるので、画像形成装置のメンテナンスに関する費用が嵩む欠点も免れない。
【０００７】
また、ニップを出た記録材を定着部材の外周面から分離するための分離部材を設けると、記録材が定着部材に巻き付く不具合を抑制できる。ところが、分離部材の先端部分が定着部材の外周面に当接することにより、定着部材外周面が摩耗し、その表面に微小な傷が付けられ、これによってトナー像の定着時に定着部材の傷に対応する跡がトナー像に付けられる。記録材に担持された単色トナー像を定着してモノクロ画像を得るモノクロ画像形成装置の場合には、トナー像に多少の跡が形成されても、完成したモノクロ画像の光沢度が低いため、その跡が目立たず、見かけ上の画質が劣化することはない。ところが、定着後の画像がカラー画像である場合には、その光沢度が高いため、わずかな跡であってもこれが大変目立ち、その画質が大きく低下する。
【０００８】
上述のように、カラー画像形成装置に用いられる定着装置には、もっぱらモノクロ画像だけを形成するモノクロ画像形成装置の定着装置には見られない特有の問題があり、従来よりその解決が望まれていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、定着部材に離型剤を塗布せず、或いはその塗布量を少なくし、しかも記録材として薄紙を用いたときも、記録材が定着部材に巻き付く不具合を効果的に抑制でき、しかも高品質なカラー画像を得ることのできる冒頭に記載した形式の定着装置を提供することを第１の目的とし、かかる定着装置を有する画像形成装置を提供することをその第２の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記第１の目的を達成するため、冒頭に記載した形式の定着装置において、少なくともバインダー樹脂、着色剤及び前記バインダー樹脂の流動開始温度よりも低い融点のワックスを含有するトナーを用い、前記ニップを出た記録材を前記定着部材の外周面から分離するための分離部材を設け、該分離部材は、その少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分が、使用可能な最も薄い記録材の厚さ以下の厚さに設定され、かつ少なくとも当該先端部分がふっ素樹脂を含有する材料により構成された分離シートより成り、該分離シートの少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分を、記録材搬送方向に対して直交する向きに引張るテンション付与手段を設けたことを特徴とする定着装置を提案する（請求項１）。
また、上記請求項１に記載の定着装置において、定着後のカラー画像の光沢度が５乃至２０％となるように、前記重ね合わせトナー像に対する温度条件と加圧条件を設定すると有利である（請求項２）。
【００１４】
さらに、本発明は、上記第１の目的を達成するため、冒頭に記載した形式の定着装置において、少なくともバインダー樹脂、着色剤及び前記バインダー樹脂の流動開始温度よりも低い融点のワックスを含有するトナーを用い、定着後のカラー画像の光沢度が５乃至２０％となるように、前記重ね合わせトナー像に対する温度条件と加圧条件を設定し、前記ニップを出た記録材を前記定着部材の外周面から分離するための分離部材を設け、前記定着部材を、複数のガイド部材に巻き掛けられた無端状の定着ベルトにより構成すると共に、前記記録材が前記ニップを出る側の定着ベルト部分を案内するガイド部材を、定着ベルトの内周面が接触する固定ガイド部材により構成し、前記分離部材と前記固定ガイド部材とを連結部材によって一体に固定連結したことを特徴とする定着装置を提案する（請求項３）。
【００１５】
また、上記請求項３に記載の定着装置において、前記固定ガイド部材の少なくとも定着ベルト内周面に接する部分が架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成されていると有利である（請求項４）。
【００１６】
さらに、上記請求項１乃至４いずれかに記載の定着装置において、前記分離部材は、その少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分が、架橋ふっ素樹脂を含有する分離シートにより構成されていると有利である（請求項５）。
【００１７】
また、上記請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置において、前記分離部材は、その少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分が、多孔質ふっ素樹脂より成る分離シートにより構成されていると有利である（請求項６）。
【００１８】
また、上記請求項１乃至６のいずれかに記載の定着装置において、前記記録材が前記ニップに進入する側の定着部材外周面部分に対向して配置された入口シート部材を設け、該入口シート部材と前記分離部材と定着装置のケーシングとが前記定着部材のまわりを取り囲んでおり、定着部材の最外層の表層と、該定着部材の外周面を向いた入口シート部材の先端部分のうちの少なくとも一方が、架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成されていると有利である（請求項７）。
【００１９】
さらに、本発明は、前記第２の目的を達成するため、請求項１乃至７のいずれかに記載の定着装置を有することを特徴とするカラー画像形成装置を提案する（請求項８）。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。先ず、本発明を適用可能なカラー画像形成装置と、定着装置の基本構成を明らかにする。
【００２１】
図1はカラー画像形成装置の一例を示す概略図である。ここに示したカラー画像形成装置は、記録材上に重ね合わせトナー像を形成する作像手段１と、その重ね合わせトナー像を記録材上に定着する定着装置２とを有している。図１においては、定着装置２を単なるブロックで示してあるが、その具体的構成は後に詳しく説明する。
【００２２】
図１に示した作像手段１は、ドラム状の感光体として構成された第１乃至第４の像担持体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３ＢＫを有し、その各像担持体上にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成される。第１乃至第４の像担持体３Ｙ乃至３ＢＫに対向して転写ベルト４が配置され、この転写ベルト４は、駆動ローラ５と従動ローラ６に巻き掛けられて矢印Ａ方向に走行駆動される。
【００２３】
第１乃至第４の各像担持体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３ＢＫ上にトナー像を形成する構成と、その作用は実質的に全て同一であるため、第１の像担持体３Ｙにトナー像を形成する構成だけを説明する。この像担持体３Ｙは図１における時計方向に回転駆動され、このとき帯電ローラ７によって像担持体表面が所定の極性に均一に帯電される。次いでその帯電面に、レーザ書き込みユニット８から出射する光変調されたレーザビームＬが照射される。これによって像担持体３Ｙ上に静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置９によってイエロートナー像として可視像化される。
【００２４】
一方、図示していない給紙部から、例えば転写紙から成る記録材Ｐが給送され、その記録材Ｐが、矢印Ｂで示すように、像担持体３Ｙと転写ベルト４の間に送り込まれ、転写ベルト４に担持されて搬送される。転写ベルト４を挟んで、像担持体３Ｙにほぼ対向する位置には転写ローラ１０が配置され、その転写ローラ１０に対し、像担持体３Ｙ上のトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加され、これによって像担持体３Ｙ上のイエロートナー像が記録材Ｐ上に転写される。記録材Ｐに転写されず、像担持体３Ｙ上に残された転写残トナーは、クリーニング装置１１によって除去される。
【００２５】
全く同様にして、第２乃至第４の像担持体３Ｍ，３Ｃ，３ＢＫ上にマゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらのトナー像が、イエロートナー像の転写された記録材Ｐ上に順次重ね合されて転写される。このようにして記録材P上には、4色のトナー像が重ね合わされた重ね合わせトナー像が形成されるが、各色のトナー像を記録材上に形成する順序は、上述した例に限られず、適宜選択することができる。また記録材P上に形成する重ね合わせトナー像は、4色に限られず、2以上の色のトナー像であればよい。
【００２６】
上述のようにして４色の重ね合わせトナー像を担持した記録材Ｐは、矢印Ｃで示すように定着装置２に送り込まれ、このときその重ね合わせトナー像が記録材Ｐ上に定着されて、カラー画像、この例ではフルカラー画像が形成される。定着装置２を通過した記録材は、図示していない排紙トレイ上に排出される。或いは、この記録材Pが、表裏を反転されて図示していない中間給紙装置に送り込まれ、ここから再び作像手段1に給送され、既にカラー画像の形成された一方の面と反対側の他方の面に、各像担持体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３ＢＫから各色のトナー像を順次転写される。引き続きこの記録材Ｐが定着装置２を通過することにより、その他方の面に形成された重ね合わせトナー像が当該記録材の他方の面に定着され、次いでその記録材Ｐは排紙トレイ上に排出される。
【００２７】
図２は定着装置２の拡大断面図であり、ここに示した定着装置２は熱ローラタイプの定着装置であり、定着ローラ１２として構成された定着部材と、この定着ローラ１２に圧接した加圧ローラ１３として構成された加圧部材とを有し、これらのローラ１２，１３が互いに圧接することによりニップＮが形成される。定着ローラ１２は時計方向に回転し、加圧ローラ１３は反時計方向に回転する。このように、定着部材と加圧部材は互いに逆方向に回転する。
【００２８】
両ローラ１２，１３の圧接したニップＮは、加熱手段によってトナー像の定着に適した適正温度に制御される。この例では、定着ローラ１２と加圧ローラ１３の内部に熱源としてのハロゲンヒータ１４，１５がそれぞれ設けられ、図示していない温度制御装置によって、ヒータ１４，１５への通電がＯＮ，ＯＦＦ制御され、ニップＮの温度が適正温度に保たれる。
【００２９】
前述のように、色の異なる複数のトナー像を重ね合わせて成る重ね合わせトナー像Ｔを担持した記録材Ｐは、矢印Ｃで示すように定着装置２に送り込まれ、当該記録材Ｐは、そのトナー像Ｔが定着ローラ１２の表面に接する向きにしてニップＮを通過し、このとき熱と圧力によりトナー像が記録材Ｐ上に定着される。トナーが溶融して、記録材上に融着するのである。このようにして、記録材上に定着されたカラー画像が得られる。
【００３０】
定着ローラ及び加圧ローラは適宜な形態に構成できるものであるが、図２に示した定着ローラ１２は、アルミニウムなどの剛体より成る円筒状のベース部材１６と、その外周面に固定された例えばシリコーンゴムより成る弾性層１７と、さらにその外周面に積層された表層１８より成る。加圧ローラ１３は、剛体より成るベース部材１９と、その外周面に積層された表層２０により構成されている。このように、定着ローラ１２が弾性層１７を有していると、ニップＮを通過する記録材上の溶融したトナー像を定着ローラ１２の外周面に密着させることができ、完成したカラー画像の光沢度を均一化でき、その画質を向上させることが可能となる。
【００３１】
図３に示す定着装置２は、その加圧ローラ１３が、剛体より成るベース部材１９と、その外周面に固定された例えばシリコーンゴムより成る弾性層２１と、その外周面に積層された表層２０より成り、その他の点は図２に示した定着装置と変りはない。図３における図２と同様な部分には、図２に付した符号と同一の符号を付してある。
【００３２】
図４に示した定着装置２においては、定着部材が無端状の定着ベルト１２Ａにより構成され、この定着ベルト１２Ａは、２つのガイドローラ２２，２３より成るガイド部材に巻き掛けられている。ガイド部材の数は３以上であってもよい。一方、加圧部材は、図２に示した定着装置の場合と同様に円筒状に形成された加圧ローラ１３により構成されている。加圧ローラ１３は、定着ベルト１２Ａを介して一方のガイドローラ２２に圧接しており、これにより加圧ローラ１３の外周面が定着ベルト１２Ａの外周面に圧接し、その圧接によりニップＮが形成される。ガイドローラ２２，２３と加圧ローラ１３はそれぞれ矢印方向に回転し、これによって定着ベルト１２Ａが矢印Ｄ方向に回転駆動される。定着ベルト１２Ａと加圧ローラ１３はこの場合も、時計方向と反時計方向の逆方向に回転する。
【００３３】
また、図４に示した定着装置２においては、ガイドローラ２３と加圧ローラ１３の内部にヒータ１４Ａ，１５が設けられ、これらのヒータ１４Ａ，１５によって定着ベルト１２Ａと加圧ローラ１３が加熱され、該ヒータ１４Ａ，１５への通電がＯＮ，ＯＦＦ制御されて、ニップＮの温度が重ね合わせトナー像Ｔの定着に適した適正温度に保たれる。
【００３４】
この例の場合も、図１に示した作像手段１によって形成されたトナー像、すなわち互いに色の異なる複数のトナー像を重ね合わせて成る定着すべきトナー像Ｔを担持した記録材Ｐが、矢印Ｃで示すように、そのトナー像Ｔが定着ベルト１２Ａの表面に接する向きにして、回転する定着ベルト１２Ａと加圧ローラ１３との間のニップＮを通過し、このとき熱と圧力の作用によりトナーが溶融してトナー像Ｔが記録材Ｐ上に定着される。
【００３５】
図４に示したガイドローラ２２は、ベース部材４１と、その外側面に積層された弾性層４２とを有し、加圧ローラ１３は図２に示した加圧ローラと同じく、ベース部材１９、表層２０とによって構成されている。
【００３６】
図５に例示した定着装置２は、定着部材が無端状の定着ベルト１２Ｂにより構成され、この定着ベルト１２Ｂは、２つのガイドローラ２２Ａ，２３Ａと、不動に固定された固定ガイド部材２４より成る複数のガイド部材に巻き掛けられ、各ガイドローラ２２Ａ，２３Ａはそれぞれ矢印方向に回転し、定着ベルト１２Ｂは矢印Ｄ方向に回転駆動される。これにより、定着ベルト１２Ｂは、その内周面が固定ガイド部材２４に摺接する。
【００３７】
加圧部材は、図３に示した加圧ローラと同様に構成された加圧ローラ１３より成り、この加圧ローラ１３は、矢印方向に回転しながら、定着ベルト１２Ｂを介して固定ガイド部材２４とガイドローラ２２Ａに圧接し、これにより加圧ローラ１３の外周面が定着ベルト１２Ｂの外周面に圧接し、ニップＮが形成される。この場合も、定着ベルト１２Ｂと加圧ローラ１３は逆方向に回転する。
【００３８】
ガイドローラ２３Ａと加圧ローラ１３の内部にはヒータ１４Ｂ，１５が設けられ、これらのヒータ１４Ｂ，１５によって定着ベルト１２Ｂと加圧ローラ１３が加熱され、ニップＮの温度が重ね合わせトナー像Ｔの定着に適した温度に保たれる。図１に示した作像手段１により記録材Ｐ上に形成された重ね合わせトナー像Ｔを担持した記録材Ｐは、この場合もそのトナー像Ｔが定着ベルト１２Ｂに接する向きにして、矢印Ｃで示すようにニップＮを通過し、このとき熱と圧力によりトナーが溶融し、トナー像Ｔが記録材Ｐ上に定着される。
【００３９】
図４及び図５に示した定着ベルト１２Ａ，１２Ｂは、図６に拡大して示すように、例えばポリイミドより成るベース部材１６Ａと、その表面に固定された弾性層１７Ａと、さらにその外周面に積層された表層１８Ａより成る。
【００４０】
図２乃至図５に示した定着装置２においては、加圧部材が加圧ローラ１３により構成されているが、この加圧部材をガイド部材に巻き掛けられて回転駆動される無端状の加圧ベルトにより構成することもできる。
【００４１】
以上、本発明を適用可能な画像形成装置と、定着装置の具体例を説明したが、そのいずれの定着装置も、加熱される定着部材と、該定着部材に圧接する加圧部材とを有し、互いに色の異なる複数のトナー像を重ね合わせて成る定着すべき重ね合わせトナー像を担持した記録材を、その重ね合わせトナー像が定着部材に接する向きにして、回転する定着部材と加圧部材の間のニップを通過させて重ね合わせトナー像を加熱すると共に加圧して当該トナー像を記録材に定着するように構成されている。
【００４２】
ここで、この形式の従来の定着装置においては、記録材上のトナー像がニップを通るとき、そのトナーが熱によって溶融するので、溶融トナーが粘着剤として作用し、ニップを出た記録材が定着部材の外周面に巻き付き、これによって記録材のジャムが発生するおそれがあった。かかるトナーの粘着性を定量的に把握するため、本発明者は、図１０に示した装置を用いて以下に説明する実験を行った。
【００４３】
図１０において、ホットプレート２５の上に、４色のトナー像を重ね合わせた未定着の重ね合わせトナー像Ｔを担持した記録材Ｐを載置し、その記録材Ｐの上に、内部に設けられたヒータ１４によって加熱された定着ローラ１２を、破線で示した位置から実線で示した位置まで転動させ、通常の定着装置と同じ加熱加圧条件で定着ローラ１２の外周面をトナー像Ｔに接触させ、そのトナーを溶融させた。このとき、溶融したトナーによって記録材Ｐが矢印Ｅ方向に引き上げられる力を、記録材Ｐの一端に接続したフォースゲージ２６によって測定し、溶融トナーの粘着力と、定着後のカラー画像の光沢度の関係を調べた。その結果を図１１に示す。この実験では、定着ローラ１２の外周面に離型剤は塗布されていない。
【００４４】
図１１中の実線Ｆは、バインダー樹脂と着色剤を有しているが、ワックスは含有しないトナーを用い、定着ローラ１２を記録材Ｐに対して２００ｍｍ／ｓｅｃの相対速度で移動させたときの結果であり、実線Ｇは、同じくワックスを含有しないトナーを用い、定着ローラ１２を記録材Ｐに対して１００ｍｍ／ｓｅｃの相対速度で移動させたときの結果である。また実線Ｈは、バインダー樹脂と着色剤のほかに４％のワックスを含有したトナーを用い、定着ローラ１２を記録材Ｐに対して２００ｍｍ／ｓｅｃの相対速度で移動させたときの結果を示し、実線Ｉは４％のワックスを含有したトナーを用い、定着ローラ１２を記録材Ｐに対して１００ｍｍ／ｓｅｃの相対速度で移動させたときの結果を示している。
【００４５】
ここで、実線Ｆ，Ｇと、実線Ｈ，Ｉを比較すれば明らかなように、ワックス入りのトナーを用いたときの方が、ワックスを含有しないトナーを用いた場合よりも、トナーの粘着力が弱くなる。これは、定着ローラ１２とホットプレート２５により形成されるニップ中に存在するトナーのワックスの融点は、バインダー樹脂の流動開始温度よりも低いので、バインダー樹脂が溶融する前に、ワックスが溶融して析出し、そのワックスがトナーと定着ローラ１２との間に作用する粘着力を弱める働きをなすものと考えられる。
【００４６】
さらに、注目すべきことは、実線Ｈ，Ｉから判るように、ワックス入りのトナーを用いた場合、定着後のカラー画像の光沢度が２０％以下であると、定着時に溶融したトナーの温度があまり高くならないため、その粘着力が急激に低下し、光沢度が２０％を越えると、定着時に溶融したトナーの温度が非常に高くなって、その粘着力が急激に上昇する点である。すなわち、ワックスを含有したトナーを用い、定着後のカラー画像の光沢度が２０％以下となるように、定着ローラ１２の温度等を制御すれば、記録材Ｐが定着ローラ１２に巻き付くことを効果的に防止することができるのである。
【００４７】
上述した知見に基づき、図２乃至図６に示した定着装置においては、少なくともバインダー樹脂、着色剤及び前記バインダー樹脂の流動開始温度よりも低い融点のワックスを含有するトナーが用いられていると共に、定着後のカラー画像の光沢度が５乃至２０％となるように、定着時の重ね合わせトナー像に対する温度条件と加圧条件が設定されている。この構成により、定着ローラ１２又は定着ベルト１２Ａ，１２Ｂより成る定着部材の外周面に離型剤を塗布せず、又は極く少量、例えばＡ４サイズの記録材に対して５ｍｇ程度の離型剤を塗布するだけで、ニップＮを出た記録材Ｐが、定着部材の外周面に巻き付くことを効果的に防止することができる。
【００４８】
ところで、前述のように、従来は定着後のカラー画像の光沢度は、３０乃至４０％程必要であると考えられていた。ところが、最近は、コンピュータの普及により、文字と写真が混在するカラービジネス文書が増加したことに伴い、従来の銀塩写真のような高い光沢度（３０乃至４０％）よりも低い光沢度（２０％以下）のカラー画像が望まれるようになりつつある。従って、前述のように、カラー画像の光沢度が５乃至２０％であれば、その画質が劣化することはなく、むしろ、最近の低光沢度のカラー画像に対する要望に応えたカラー画像を供することができる。しかも、カラー画像の光沢度を下げると、定着部材の摩耗により、カラー画像に多少の光沢度のばらつきが生じるようになっても、そのばらつきが目立たなくなり、安定した光沢のカラー画像を得ることが可能となる。このようにして、定着部材への記録材の巻き付きを防止し、かつ高品質なカラー画像を得ることができるのである。
【００４９】
ところが、上述した構成を採用しただけであると、記録材として、例えば秤量７０ｇ／ｍ２（厚さ８２μｍ）以下のような薄紙を使用した場合には、その腰が弱いため、ニップＮを出た記録材Ｐが定着部材の外周面に巻き付くおそれがある。そこで、図２乃至図６に示した定着装置２においては、ニップＮを出た記録材Ｐを定着部材の外周面から分離するための分離部材２７が設けられている。この分離部材２７は、定着部材の外周面を向いた側の先端部分２７Ａが、定着部材の外周面に接触するか、又は例えば０．３ｍｍ以下の微小ギャップＪがあけられるように定着部材の外周面に対置される。分離部材２７を定着部材の外周面に対してこのように配置すると、前述の各構成との相乗効果によって、定着部材に離型剤を塗布せず、又はその塗布量を少なくし、しかも記録材Ｐが薄紙より成るときも、ニップＮを出た記録材が定着部材の外周面に巻き付いて記録材のジャムが発生する不具合を防止できる。定着部材外周面に多量の離型剤を塗布したことにより生じる従来の欠点を阻止することができるのである。
【００５０】
ところで、上述のように分離部材２７の先端部分２７Ａを定着部材外周面に接触させた場合だけでなく、分離部材２７を定着部材外周面に近接して配置した場合も、その定着部材や分離部材２７が熱膨張することにより、分離部材２７の先端部分２７Ａが定着部材の外周面に接触することがあり、これによって定着部材外周面と分離部材２７の先端部分２７Ａが経時的に摩耗する。定着部材外周面の摩耗が著しくなり、その表面に傷が付けられると、記録材上のトナーがニップＮを通過するとき、そのトナー像に定着部材の傷に対応する跡が付けられる。カラー画像の場合には、この跡が大変目立ち、その画質が劣化する。従って、長期に亘って定着部材外周面の摩耗を抑えることができるように構成することが重要である。本例の定着装置においては、この要求に応えるため、次の各構成が採用されている。
【００５１】
先ず、耐摩耗性に優れた材料としては、架橋ふっ素樹脂が挙げられる。この架橋ふっ素樹脂は、原子力研究所から提案された（参考文献：大島，放射線化学６２号（１９９６）『ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＦ）の放射線架橋』）技術を開発委託された日立電線が実用化した技術である（参考文献：草野ら，日立電線技報No.２０(２００１．１)『架橋ふっ素樹脂材料及び応用製品』）。これは、酸素の少ない雰囲気でふっ素樹脂を融点直上に加熱し、電離性の放射線を照射することで、従来架橋できなかったふっ素樹脂を架橋させ、大幅に耐摩耗性に優れた材料とする技術である。しかも、この架橋ふっ素樹脂は、従来ふっ素樹脂が有する低摩擦、高離型、耐熱性を維持することができるため、摺動部に使用した場合、それ自体及び相手部材を摩耗させることが少なく、かつ異物も付着し難いため長期に安定した使用が可能となる。
【００５２】
上述した知見に基づき、図２乃至図６に示した定着装置においては、定着部材の最外層の表層１８，１８Ａと、該定着部材の外周面を向いた分離部材２７の先端部分２７Ａのうちの少なくとも一方が、架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成されている。架橋ふっ素樹脂を含有する材料とは、架橋ふっ素樹脂のみ、又は架橋ふっ素樹脂と他の物質より成る材料を意味する。
【００５３】
図２及び図３に示した定着装置２の場合には、分離部材２７の先端部分２７Aと、定着ローラ１２の表層１８のうちの少なくとも一方を、架橋ふっ素樹脂を含有する材料によって構成し、図４乃至図６に示した定着装置２の場合には、分離部材２７の先端部分２７Aと定着ベルト１２Ａ，１２Bの表層１８Ａのうちの少なくとも一方を、架橋ふっ素樹脂を含有する材料によって構成する。かかる構成を採用することにより、定着部材の外周面の耐摩耗性を高め、長期に亘って定着部材外周面に傷が付けられることを防止でき、これによって高品質なカラー画像を得ることができる。
【００５４】
定着部材の表層１８，１８Ａを架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成すると、摩耗に対する負荷を定着部材の全周の広い面積で受け持つことができるため、定着部材の耐摩耗性を向上させる効果を特に高めることができる。
【００５５】
また、架橋ふっ素樹脂は離型性に優れた材料であるため、定着部材の表層１８，１８Ａを、かかる架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成することによって、ニップＮを出た記録材Ｐが定着部材の外周面に巻き付くことをより一層確実に防止することが可能となり、しかもトナーが定着部材の外周面に付着することも防止できる。
【００５６】
定着部材の表面を架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成するには、例えば、定着部材の最外周部にふっ素樹脂層を形成した後、これに放射線照射を行い、架橋ふっ素樹脂より成る表層１８，１８Ａを形成することもできるが、この方法によると、大掛かりな製造装置が必要となる。
【００５７】
そこで、図２、図３及び図６に例示したように、定着部材が、少なくともベース部材１６，１６Ａと、そのベース部材１６，１６Ａの外側に設けられた弾性層１７，１７Ａと、該弾性層１７，１７Ａの外側に設けられた表層１８，１８Ａとを有している場合、弾性層１７，１７Ａの外周面に、架橋ふっ素樹脂の粉末と溶融可能な他のふっ素樹脂を塗布し、これらを加熱して表層１８，１８Ａを形成すると、簡単に、架橋ふっ素樹脂を含有する材料より成る表層１８，１８Ａを備えた定着部材を製造することができる。より具体的に示すと、定着部材の製造時に、ベース部材１６，１６Ａの外周面に弾性層１７，１７Ａを固定した後、架橋ふっ素樹脂の粉末と、溶融可能な他のふっ素樹脂の粉末の混合体を弾性層１７，１７Ａの外周面に塗布し、次いでこれを加熱して他のふっ素樹脂粉末を溶融し、弾性層１７，１７Ａの外周面に膜形成を行い、架橋ふっ素樹脂を含有する材料より成る表層１８，１８Ａを形成する。この表層１８，１８Ａの厚さは、例えば２０乃至３０μｍ程度とすることができる。その際、表層１８，１８Ａの平滑性を高めることができるように、他のふっ素樹脂として、これが溶融したときに優れた流動性を示すＰＦＡ，ＭＦＡ，ＦＥＰなどを用いることが好ましい。
【００５８】
また、定着部材の表層と分離部材の先端部分の少なくとも一方が架橋ふっ素樹脂を含有する構成に代え、又はこの構成と共に、図２乃至図５に示したように、分離部材２７の少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分２７Ａが、使用可能な最も薄い記録材Ｐの厚さｔ１以下の厚さｔ２に設定され、かつ少なくともその先端部分２７Ａがふっ素樹脂を含有する材料により構成された分離シート１２７によって分離部材２７を構成してもよい。これにより定着部材の摩耗を長期に亘って防止することが可能となる。
【００５９】
上述のように、分離部材２７として、少なくとも先端部分２７Ａの厚さｔ２が薄い分離シート１２７を用いると、定着部材と加圧ローラとの間の狭い空間に先端部分２７Ａを差し込んだ状態で、その先端部分を定着部材の外周面に近接して配置できるので、分離シート１２７を定着部材外周面に近接させ、両者間のギャップＪを維持することが可能となる。またその先端部分２７Ａが定着部材の外周面に接触しても、その先端部分２７Ａの厚さｔ２が薄いので、その当接圧は弱く、定着部材の外周面が早期に摩耗してその外周面に傷が付けられることを防止できる。しかも、分離シート１２７の先端部分２７Ａは、ふっ素樹脂を含有する材料、すなわちふっ素樹脂のみ、又はこれに他の物質が含まれた材料により構成されているので、その離型性が高く、ここにトナーが固着することを防止できる。分離シート１２７の先端部分にトナーが固着し、これが大きく成長すると、その固着トナーによって定着部材の表面に傷が付けられるおそれがあるが、分離シート１２７の先端部分２７Ａをふっ素樹脂を含有する材料で構成することにより、かかる不具合を阻止できる。このようにして、長期に亘って高品質なカラー画像を得ることができるのである。
【００６０】
図７及び図８は、図２及び図３に示した定着ローラ１２に対して、上述の如く構成された分離シート１２７を位置決めするための一構成例を示している。図７に示すように、分離シート１２７の長手方向各端部、すなわち記録材の搬送方向に対して直交する向きの分離シート各端部に、当接部材２９がそれぞれ固定され、その各当接部材２９は、ねじ３０を介して、支持部材３１に支持されている。この支持部材３１は、圧縮ばねなどからなる加圧部材３２によって定着ローラ１２の表面に向けて加圧されている。これにより、両当接部材２９が定着ローラ１２の表面に圧接する。その際、図８にも示すように、両当接部材２９は定着ローラ１２の記録材非通過領域ＰＡ、すなわち記録材Ｐが通過しない定着ローラの長手方向各端部領域に当接する。これにより、記録材が通過する領域、すなわち記録材通過領域ＰＢに対向した分離シート１２７の先端部分２７Ａと、定着ローラ１２の表面との間のギャップＪを正しく保つことが可能となり、また定着ローラ１２の膨張などによって分離シート１２７の先端部分２７Ａが定着ローラ１２の外周面に接触したとしても、その接触圧を極く小さなものにすることができ、定着ローラ１２の表面の摩耗を効果的に抑えることができる。当接部材２９と分離シート１２７とを別部材とし、これらを接着剤などによって固定してもよいし、これらを予め一体の成形品により構成し、当接部材２９と分離シート１２７が一つの部片となるように構成することもできる。
【００６１】
また、図９に示すように、定着ローラ１２の記録材非通過領域ＰＡに、他の定着ローラ部分よりもわずかに径が大きくなった環状突部４３を設け、その各環状突部４３に当接部材２９をそれぞれ当接させても、上述した構成と同じ効果を奏することができる。
【００６２】
定着部材が図４及び図５に示した定着ベルト１２Ａ，１２Ｂより成るときも、上述したところと全く同様に当接部材２９を定着ベルト１２Ａ，１２Ｂの表面の記録材非通過領域に当接させることによって、分離シート１２７と定着ベルト１２Ａ，１２Ｂの表面との間のギャップＪを規制し、或いは分離シート１２７と定着ベルトとの当接圧を小さくすることができる。
【００６３】
上述のように、記録材搬送方向に対して直交する向きの分離シートの各端部に、その分離シートと定着部材外周面との間のギャップを保つための当接部材を設け、該当接部材を定着部材外周面の記録材非通過領域に当接させることにより、定着部材表面に傷がつけられる不具合を効果的に抑えることができる。その際、少なくとも定着部材外周面に接触する当接部材部分と、その当接部材２９が当接する定着部材の外周面部分のうちの少なくとも一方が、架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成されていると有利である。前述のように、架橋ふっ素樹脂は耐摩耗性に優れた材料であるため、この構成を採用することによって、ギャップＪを保ち、或いは分離シート１２７の先端部分２７Ａが定着部材に弱い当接圧で接触することを長期に亘って保証することができる。
【００６４】
また分離部材２７を、上述のように分離シート１２７によって構成した場合、その分離シート１２７の少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分２７Ａを、記録材搬送方向に対して直交する向きに引張るテンション付与手段を設けることが望ましい。図７及び図９に示した分離シート１２７は、その長手方向各端部が当接部材２９にそれぞれ固定され、その両当接部材２９がねじ３０を介して支持部材３１に支持されているが、そのねじ３０を回すことにより、分離シート１２７を矢印方向に引張り、これに張力を付与することができる。このように、ねじ３０は分離部材を引張るテンション付与手段の一例を構成している。この構成は、定着部材が定着ベルトより成るときも同様に採用できるものである。
【００６５】
上述のように、分離シート１２７に張力を付与すると、ニップを出た記録材Ｐが分離シート１２７に突き当たったとき、その分離シート１２７が記録材を剥離するのに必要な剛性を示す。分離シート１２７は、その先端部分２７が定着部材外周面に接触したときは、その当接圧を小さく留め、記録材Ｐを分離するときは、大きな剛性を示し、記録材Ｐが定着部材の外周面に巻き付くことを確実に防止することができるのである。
【００６６】
図５に示した定着装置２においては、先にも説明したように、定着部材が、複数のガイド部材に巻き掛けられた無端状の定着ベルト１２Ｂにより構成されていると共に、記録材ＰがニップＮを出る側の定着ベルト部分を案内するガイド部材は、定着ベルト１２Ｂの内周面が接触する固定ガイド部材２４により構成されているが、このような不動に固定された固定ガイド部材２４を用いると、記録材ＰがニップＮを出る側、すなわち出口側の定着ベルト部分の曲率半径を小さく設定することができる。例えば、図５に符号Ｘで示した出口側の定着ベルト部分の曲率半径を１０ｍｍ以下に設定でき、これによりニップＮを出た記録材Ｐを定着ベルト１２Ａからより一層分離しやすくなる。
【００６７】
その際、分離部材２７を上述の如き固定ガイド部材２４に対して位置決めすることが好ましい。例えば、分離部材２７と固定ガイド部材２４とを図示していない連結部材によって一体に固定連結して、分離部材２７を固定ガイド部材２４に対して位置決めするのである。固定ガイド部材２４は不動に固定されているので、かかるガイド部材２４に対して分離部材２７を位置決めすれば、定着ベルト１２Ｂに対する分離部材２７の相対位置精度を高めることができ、両者間の微小なギャップＪを保ち、或いは分離部材２７が定着ベルト１２Ｂの外周面に接触したとしても、その接触圧を極く弱いものにすることができる。これにより、定着ベルト１２Ｂの外周面の摩耗を防ぎ、その面に傷が付けられる不具合を防止することができ、長期に亘って、高品質なカラー画像を得ることができる。この構成は、図７乃至図９に示した構成を採用したときも、或いはこれを採用しないときも適用できるものである。
【００６８】
図５に示した固定ガイド部材２４の代りにガイドローラを用いたとすると、固定ガイド部材２４を用いた場合よりも、出口側の定着ベルト部分の曲率半径を小さくすることが困難となるだけでなく、このガイドローラの回転により、該ローラがその半径方向に振れ動くため、分離部材２７と定着ベルト外周面とのギャップＪを適正な大きさに保ち、或いは定着ベルト外周面に対する分離部材２７の当接圧を小さく留めることが容易ではない。図５に示した構成によると、このような不具合を回避できるのである。
【００６９】
また、固定ガイド部材２４の少なくとも定着ベルト内周面に接する部分が、架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成されていると、固定ガイド部材２４と定着ベルとの摩耗を抑え、これらの寿命を伸ばすことができる。
【００７０】
ところで、分離部材２７としては、分離シートのほか分離爪などを用いることもできるが、先の説明から判るように、分離部材２７は、その少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分が、架橋ふっ素樹脂を含有する分離シートにより構成されていることが有利である。かかる構成により、先にも述べた如く、定着部材と分離シート１２７とが互いに接触しても、その両者の摩耗を少なく抑えることができ、しかも分離シート１２７にトナーが固着し、その固着トナーが定着部材表面に傷を付ける不具合を防止することができる。
【００７１】
ふっ素樹脂にガラス繊維などの充填剤を添加した材料により分離シートを構成し、その耐摩耗性を向上させることもできるが、かかる分離シートは、架橋ふっ素樹脂を含有する材料より成る分離シートに比べ、定着部材外周面に対する摩擦係数が大きくなり、定着部材外周面を摩耗させる量が増大するおそれがある。
【００７２】
また、分離部材２７として、その少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分２７Ａが、多孔質ふっ素樹脂より成る分離シート１２７を用いることもできる。かかる分離シート１２７は、多孔質であるため、これが定着部材の外周面に当接したとしても、その接触面積が少なく、しかも当該分離シート１２７は軟質であるため、定着部材の外周面を摩耗させないか、又はその摩耗量を極くわずかなものにすることができ、長期に亘って高品質なカラー画像を得ることができる。しかも、分離シート１２７が多孔質であるとニップＮで加熱された記録材Ｐから出る水蒸気が分離シート１２７を透過するので、水蒸気が記録材Ｐに結露してその品質を低下させる不具合を防止できる。同じ目的で、図７及び図９に示すように、分離シート１２７に開口３６を形成し、この開口３６を通して水蒸気を上方に逃がすように構成することもできる。
【００７３】
また、図２に示すように、記録材ＰがニップＮに進入する側の定着ローラ外周面に対向配置された入口シート部材３７を設け、この入口シート部材３７と分離部材２７と定着装置２のケーシング３８によって、定着ローラ１２のまわりを取り囲むように構成すると、ケーシング３８の外に熱が多量に逃げることを防止でき、消費電力を低減できる効果が得られる。この構成は、定着部材が定着ベルトより成るときも同様に適用できるものである。
【００７４】
その際、入口シート部材３７の先端部分３７Ａが定着ローラ１２の外周面に接触しているか、又は近接していると、入口シート部材３７、ケーシング３８及び分離部材２７とにより、定着部材のまわりに形成される空間の密閉性を高めることができ、熱の放出防止効果を一層向上させることができる。ところが、入口シート部材３７をこのように配置すると、当該入口シート部材３７を定着部材外周面に近接させた場合でも、入口シート部材３７と定着部材の熱膨張などによって、その入口シート部材３７が定着部材外周面に接触することがある。従って、この場合も、定着部材の最外層の表層１８，１８Ａと、その定着部材の外周面を向いた入口シート部材３７の先端部分３７Ａのうちの少なくとも一方が、架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成されていることが好ましい。これにより、定着ローラ外周面の摩耗が促進されることを阻止でき、カラー画像の画質が劣化することを防止できる。
【００７５】
分離部材２７のみが架橋ふっ素樹脂を含んだ場合と、定着部材の表層のみが架橋ふっ素樹脂を含んだ場合と、両者が架橋ふっ素樹脂を含んだ場合のそれぞれについて、図２乃至図８に示した定着装置を用いた実験を行った。記録材としては秤量７０ｇ／ｍ２（厚さ８２μｍ）の紙を使用し、５万枚以上の定着動作を行った。その結果、いずれの場合にも、記録材の定着部材への巻き付きを防止でき、完成したカラー画像の光沢異常もなかった。
【００７６】
また、図２に示した入口シート部材３７とケーシング３８を設けることにより、記録材を定着装置に連続して送り込んだとき、５乃至１０％の消費電力の低減効果が得られたことも確認できた。
【００７７】
ところで、図１に関連して先に説明したように、記録材Ｐの一方の面にカラー画像を形成した後、その他方の面に重ね合わせトナー像を転写し、その重ね合わせトナー像を定着装置により定着することもあるが、この場合には、記録材Ｐは、その他方の面が定着部材に接する向きにして、定着部材と加圧ローラの間を通過する。この通過時に、一方の面に既に形成されているカラー画像が加圧ローラに接触するが、このとき加圧ローラからカラー画像に熱が伝えられて、そのカラー画像を構成するトナーが溶融し、これによって記録材Ｐが加圧ローラの外周面に巻き付くおそれがある。そこで、図示した各定着装置には、加圧ローラ１３に記録材Ｐが巻き付くことを防止するための分離部材４０が設けられている。この分離部材４０が加圧ローラ１３に接触することにより、加圧ローラ１３が摩耗して、その表面に傷が付けられると、一方の面に形成されているカラー画像にその傷に対応する跡ができ、その画質が劣化する。
【００７８】
従って、定着部材と、その定着部材に記録材が巻き付くことを防止するための分離部材２７と、これらに関連する前述の各構成を、加圧ローラ１３と、分離部材４０と、これらに関連する構成にそのまま適用することにより、記録材Ｐの他方の面に担持された重ね合わせトナー像の定着時に、記録材Ｐの一方の面に形成されたカラー画像の画質を劣化させることなく、その記録材Ｐが加圧ローラ１３に巻き付くことを阻止することができる。
【００７９】
図１には、以上説明した各構成の定着装置を採用できるカラー画像形成装置の一例を示したが、他の形式のカラー画像形成装置にも上述の各構成の定着装置を採用することが可能である。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、定着部材に離型剤を塗布せず、或いはその塗布量を少なくし、しかも記録材として薄紙を用いたときも、記録材が定着部材に巻き付く不具合を効果的に抑制でき、しかも高品質なカラー画像を得ることができる。
【００８１】
特に、請求項２に係る発明によれば、簡単かつ低コストで、表層が架橋ふっ素樹脂を含有する材料より成る定着部材を供することができる。
【００８２】
請求項６に係る発明によれば、固定ガイド部材の経時的な摩耗量を減らし、その寿命を伸ばすことができる。
【００８３】
請求項８に係る発明によれば、記録材から蒸発した水蒸気を分離シートを通して逃がすことができる。
【００８４】
請求項９に係る発明によれば、定着装置の消費電力を低減でき、しかも入口シート部材により定着部材外周面の摩耗が促進されることを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カラー画像形成装置の一例を示す概略図である。
【図２】定着装置の一例を示す断面図である。
【図３】定着装置の他の例を示す断面図である。
【図４】定着装置のさらに他の例を示す断面図である。
【図５】定着装置のさらに別の例を示す断面図である。
【図６】定着ベルトの拡大断面図である。
【図７】分離シートを保持する装置の一例を示す平面図である。
【図８】図７に示した分離シートと定着ローラとの位置関係を示す斜視図である。
【図９】図７とは異なる分離シート保持装置を示す平面図である。
【図１０】トナー粘着力の測定装置を示す説明図である。
【図１１】トナー粘着力とカラー画像の光沢度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２ 定着装置
１２Ａ 定着ベルト
１２Ｂ 定着ベルト
２４ 固定ガイド部材
２７ 分離部材
２７Ａ 先端部分
３７ 入口シート部材
３８ ケーシング
１２７ 分離シート
Ｎ ニップ
Ｐ 記録材
Ｔ トナー像
ｔ１ 厚さ
ｔ２ 厚さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着部材と、該定着部材に圧接する加圧部材とを有し、互いに色の異なる複数のトナー像を重ね合わせて成る定着すべき重ね合わせトナー像を担持した記録材を、該重ね合わせトナー像が前記定着部材に接する向きにして、回転する定着部材と加圧部材の間のニップを通過させて該重ね合わせトナー像を加熱すると共に加圧して当該トナー像を記録材に定着する定着装置、及びその定着装置を有するカラー画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子複写機、プリンタ、ファクシミリ、或いはこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成されるカラー画像形成装置に上記形式の定着装置を採用することは従来より周知である。この定着装置は、加熱された定着部材と、加圧部材とを回転させながら、両者の間に形成されたニップに、重ね合わせトナー像を担持した記録材を通過させ、その通過時にトナーを加熱溶融させ、当該トナー像を記録材上に融着させるものである。
【０００３】
上述のようにして記録材上に定着されたカラー画像が得られるが、従来はそのカラー画像の見栄えを高めるため、当該カラー画像に高い光沢度が要求され、通常、３０乃至４０％程の光沢度が必要であるとされていた。かかる高い光沢度のカラー画像が得られるように、従来の定着装置においては、記録材が定着部材と加圧部材の間のニップを通過するとき、その記録材に担持されたトナーを液状にまで溶融させ、トナーを定着部材の外周面に密着させてトナー像を記録材上に定着していた。
【０００４】
ところが、上述のように記録材上のトナーに対して高熱を加えて当該トナーを液状にまで溶融させると、その溶融トナーの粘着性が高まり、ニップを出た記録材が定着部材の外周面から分離せずにその外周面に巻き付いてしまうおそれがあった。特に最近は、地球環境問題への意識の高揚から、パルプの使用量が少なく製紙時の二酸化炭素発生量も少ない薄紙の使用の要望が高まっているが、かかる薄紙は、腰が弱いため、記録材として薄紙を用いると、定着部材の外周面への記録材の巻き付きが発生しやすくなる。
【０００５】
そこで、従来は、定着部材の外周面に、例えばシリコーンオイルより成る離型剤を多量に塗布し、ニップを出た記録材を定着部材外周面から分離しやすくすることにより、記録材の定着部材への巻き付きを防止していた。例えば、Ａ４サイズの記録材に対して、１０mgほどのシリコーンオイルを定着部材の外周面に塗布するのが普通であった。
【０００６】
ところが、上述のように定着部材外周面に多量の離型剤を塗布すると、その離型剤が記録材上に多量に移行して付着するので、記録材の画像面への加筆性が低下する。すなわち、その画像面にボールペンなどによって加筆するとき、画像面に多量の離型剤が付着しているため、画像面へのインクの乗りが悪くなり、思うように加筆することができなくなるのである。しかも、定着動作時に多量の離型剤が消費されるので、画像形成装置のメンテナンスに関する費用が嵩む欠点も免れない。
【０００７】
また、ニップを出た記録材を定着部材の外周面から分離するための分離部材を設けると、記録材が定着部材に巻き付く不具合を抑制できる。ところが、分離部材の先端部分が定着部材の外周面に当接することにより、定着部材外周面が摩耗し、その表面に微小な傷が付けられ、これによってトナー像の定着時に定着部材の傷に対応する跡がトナー像に付けられる。記録材に担持された単色トナー像を定着してモノクロ画像を得るモノクロ画像形成装置の場合には、トナー像に多少の跡が形成されても、完成したモノクロ画像の光沢度が低いため、その跡が目立たず、見かけ上の画質が劣化することはない。ところが、定着後の画像がカラー画像である場合には、その光沢度が高いため、わずかな跡であってもこれが大変目立ち、その画質が大きく低下する。
【０００８】
上述のように、カラー画像形成装置に用いられる定着装置には、もっぱらモノクロ画像だけを形成するモノクロ画像形成装置の定着装置には見られない特有の問題があり、従来よりその解決が望まれていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、定着部材に離型剤を塗布せず、或いはその塗布量を少なくし、しかも記録材として薄紙を用いたときも、記録材が定着部材に巻き付く不具合を効果的に抑制でき、しかも高品質なカラー画像を得ることのできる冒頭に記載した形式の定着装置を提供することを第１の目的とし、かかる定着装置を有する画像形成装置を提供することをその第２の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記第１の目的を達成するため、冒頭に記載した形式の定着装置において、少なくともバインダー樹脂、着色剤及び前記バインダー樹脂の流動開始温度よりも低い融点のワックスを含有するトナーを用い、前記ニップを出た記録材を前記定着部材の外周面から分離するための分離部材を設け、該分離部材は、その少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分が、使用可能な最も薄い記録材の厚さ以下の厚さに設定され、かつ少なくとも当該先端部分がふっ素樹脂を含有する材料により構成された分離シートより成り、該分離シートの少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分を、記録材搬送方向に対して直交する向きに引張るテンション付与手段を設けたことを特徴とする定着装置を提案する（請求項１）。
また、上記請求項１に記載の定着装置において、定着後のカラー画像の光沢度が５乃至２０％となるように、前記重ね合わせトナー像に対する温度条件と加圧条件を設定すると有利である（請求項２）。
【００１４】
さらに、本発明は、上記第１の目的を達成するため、冒頭に記載した形式の定着装置において、少なくともバインダー樹脂、着色剤及び前記バインダー樹脂の流動開始温度よりも低い融点のワックスを含有するトナーを用い、定着後のカラー画像の光沢度が５乃至２０％となるように、前記重ね合わせトナー像に対する温度条件と加圧条件を設定し、前記ニップを出た記録材を前記定着部材の外周面から分離するための分離部材を設け、前記定着部材を、複数のガイド部材に巻き掛けられた無端状の定着ベルトにより構成すると共に、前記記録材が前記ニップを出る側の定着ベルト部分を案内するガイド部材を、定着ベルトの内周面が接触する固定ガイド部材により構成し、前記分離部材と前記固定ガイド部材とを連結部材によって一体に固定連結したことを特徴とする定着装置を提案する（請求項３）。
【００１５】
また、上記請求項３に記載の定着装置において、前記固定ガイド部材の少なくとも定着ベルト内周面に接する部分が架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成されていると有利である（請求項４）。
【００１６】
さらに、上記請求項１乃至４いずれかに記載の定着装置において、前記分離部材は、その少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分が、架橋ふっ素樹脂を含有する分離シートにより構成されていると有利である（請求項５）。
【００１７】
また、上記請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置において、前記分離部材は、その少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分が、多孔質ふっ素樹脂より成る分離シートにより構成されていると有利である（請求項６）。
【００１８】
また、上記請求項１乃至６のいずれかに記載の定着装置において、前記記録材が前記ニップに進入する側の定着部材外周面部分に対向して配置された入口シート部材を設け、該入口シート部材と前記分離部材と定着装置のケーシングとが前記定着部材のまわりを取り囲んでおり、定着部材の最外層の表層と、該定着部材の外周面を向いた入口シート部材の先端部分のうちの少なくとも一方が、架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成されていると有利である（請求項７）。
【００１９】
さらに、本発明は、前記第２の目的を達成するため、請求項１乃至７のいずれかに記載の定着装置を有することを特徴とするカラー画像形成装置を提案する（請求項８）。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。先ず、本発明を適用可能なカラー画像形成装置と、定着装置の基本構成を明らかにする。
【００２１】
図1はカラー画像形成装置の一例を示す概略図である。ここに示したカラー画像形成装置は、記録材上に重ね合わせトナー像を形成する作像手段１と、その重ね合わせトナー像を記録材上に定着する定着装置２とを有している。図１においては、定着装置２を単なるブロックで示してあるが、その具体的構成は後に詳しく説明する。
【００２２】
図１に示した作像手段１は、ドラム状の感光体として構成された第１乃至第４の像担持体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３ＢＫを有し、その各像担持体上にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成される。第１乃至第４の像担持体３Ｙ乃至３ＢＫに対向して転写ベルト４が配置され、この転写ベルト４は、駆動ローラ５と従動ローラ６に巻き掛けられて矢印Ａ方向に走行駆動される。
【００２３】
第１乃至第４の各像担持体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３ＢＫ上にトナー像を形成する構成と、その作用は実質的に全て同一であるため、第１の像担持体３Ｙにトナー像を形成する構成だけを説明する。この像担持体３Ｙは図１における時計方向に回転駆動され、このとき帯電ローラ７によって像担持体表面が所定の極性に均一に帯電される。次いでその帯電面に、レーザ書き込みユニット８から出射する光変調されたレーザビームＬが照射される。これによって像担持体３Ｙ上に静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置９によってイエロートナー像として可視像化される。
【００２４】
一方、図示していない給紙部から、例えば転写紙から成る記録材Ｐが給送され、その記録材Ｐが、矢印Ｂで示すように、像担持体３Ｙと転写ベルト４の間に送り込まれ、転写ベルト４に担持されて搬送される。転写ベルト４を挟んで、像担持体３Ｙにほぼ対向する位置には転写ローラ１０が配置され、その転写ローラ１０に対し、像担持体３Ｙ上のトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加され、これによって像担持体３Ｙ上のイエロートナー像が記録材Ｐ上に転写される。記録材Ｐに転写されず、像担持体３Ｙ上に残された転写残トナーは、クリーニング装置１１によって除去される。
【００２５】
全く同様にして、第２乃至第４の像担持体３Ｍ，３Ｃ，３ＢＫ上にマゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらのトナー像が、イエロートナー像の転写された記録材Ｐ上に順次重ね合されて転写される。このようにして記録材P上には、4色のトナー像が重ね合わされた重ね合わせトナー像が形成されるが、各色のトナー像を記録材上に形成する順序は、上述した例に限られず、適宜選択することができる。また記録材P上に形成する重ね合わせトナー像は、4色に限られず、2以上の色のトナー像であればよい。
【００２６】
上述のようにして４色の重ね合わせトナー像を担持した記録材Ｐは、矢印Ｃで示すように定着装置２に送り込まれ、このときその重ね合わせトナー像が記録材Ｐ上に定着されて、カラー画像、この例ではフルカラー画像が形成される。定着装置２を通過した記録材は、図示していない排紙トレイ上に排出される。或いは、この記録材Pが、表裏を反転されて図示していない中間給紙装置に送り込まれ、ここから再び作像手段1に給送され、既にカラー画像の形成された一方の面と反対側の他方の面に、各像担持体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３ＢＫから各色のトナー像を順次転写される。引き続きこの記録材Ｐが定着装置２を通過することにより、その他方の面に形成された重ね合わせトナー像が当該記録材の他方の面に定着され、次いでその記録材Ｐは排紙トレイ上に排出される。
【００２７】
図２は定着装置２の拡大断面図であり、ここに示した定着装置２は熱ローラタイプの定着装置であり、定着ローラ１２として構成された定着部材と、この定着ローラ１２に圧接した加圧ローラ１３として構成された加圧部材とを有し、これらのローラ１２，１３が互いに圧接することによりニップＮが形成される。定着ローラ１２は時計方向に回転し、加圧ローラ１３は反時計方向に回転する。このように、定着部材と加圧部材は互いに逆方向に回転する。
【００２８】
両ローラ１２，１３の圧接したニップＮは、加熱手段によってトナー像の定着に適した適正温度に制御される。この例では、定着ローラ１２と加圧ローラ１３の内部に熱源としてのハロゲンヒータ１４，１５がそれぞれ設けられ、図示していない温度制御装置によって、ヒータ１４，１５への通電がＯＮ，ＯＦＦ制御され、ニップＮの温度が適正温度に保たれる。
【００２９】
前述のように、色の異なる複数のトナー像を重ね合わせて成る重ね合わせトナー像Ｔを担持した記録材Ｐは、矢印Ｃで示すように定着装置２に送り込まれ、当該記録材Ｐは、そのトナー像Ｔが定着ローラ１２の表面に接する向きにしてニップＮを通過し、このとき熱と圧力によりトナー像が記録材Ｐ上に定着される。トナーが溶融して、記録材上に融着するのである。このようにして、記録材上に定着されたカラー画像が得られる。
【００３０】
定着ローラ及び加圧ローラは適宜な形態に構成できるものであるが、図２に示した定着ローラ１２は、アルミニウムなどの剛体より成る円筒状のベース部材１６と、その外周面に固定された例えばシリコーンゴムより成る弾性層１７と、さらにその外周面に積層された表層１８より成る。加圧ローラ１３は、剛体より成るベース部材１９と、その外周面に積層された表層２０により構成されている。このように、定着ローラ１２が弾性層１７を有していると、ニップＮを通過する記録材上の溶融したトナー像を定着ローラ１２の外周面に密着させることができ、完成したカラー画像の光沢度を均一化でき、その画質を向上させることが可能となる。
【００３１】
図３に示す定着装置２は、その加圧ローラ１３が、剛体より成るベース部材１９と、その外周面に固定された例えばシリコーンゴムより成る弾性層２１と、その外周面に積層された表層２０より成り、その他の点は図２に示した定着装置と変りはない。図３における図２と同様な部分には、図２に付した符号と同一の符号を付してある。
【００３２】
図４に示した定着装置２においては、定着部材が無端状の定着ベルト１２Ａにより構成され、この定着ベルト１２Ａは、２つのガイドローラ２２，２３より成るガイド部材に巻き掛けられている。ガイド部材の数は３以上であってもよい。一方、加圧部材は、図２に示した定着装置の場合と同様に円筒状に形成された加圧ローラ１３により構成されている。加圧ローラ１３は、定着ベルト１２Ａを介して一方のガイドローラ２２に圧接しており、これにより加圧ローラ１３の外周面が定着ベルト１２Ａの外周面に圧接し、その圧接によりニップＮが形成される。ガイドローラ２２，２３と加圧ローラ１３はそれぞれ矢印方向に回転し、これによって定着ベルト１２Ａが矢印Ｄ方向に回転駆動される。定着ベルト１２Ａと加圧ローラ１３はこの場合も、時計方向と反時計方向の逆方向に回転する。
【００３３】
また、図４に示した定着装置２においては、ガイドローラ２３と加圧ローラ１３の内部にヒータ１４Ａ，１５が設けられ、これらのヒータ１４Ａ，１５によって定着ベルト１２Ａと加圧ローラ１３が加熱され、該ヒータ１４Ａ，１５への通電がＯＮ，ＯＦＦ制御されて、ニップＮの温度が重ね合わせトナー像Ｔの定着に適した適正温度に保たれる。
【００３４】
この例の場合も、図１に示した作像手段１によって形成されたトナー像、すなわち互いに色の異なる複数のトナー像を重ね合わせて成る定着すべきトナー像Ｔを担持した記録材Ｐが、矢印Ｃで示すように、そのトナー像Ｔが定着ベルト１２Ａの表面に接する向きにして、回転する定着ベルト１２Ａと加圧ローラ１３との間のニップＮを通過し、このとき熱と圧力の作用によりトナーが溶融してトナー像Ｔが記録材Ｐ上に定着される。
【００３５】
図４に示したガイドローラ２２は、ベース部材４１と、その外側面に積層された弾性層４２とを有し、加圧ローラ１３は図２に示した加圧ローラと同じく、ベース部材１９、表層２０とによって構成されている。
【００３６】
図５に例示した定着装置２は、定着部材が無端状の定着ベルト１２Ｂにより構成され、この定着ベルト１２Ｂは、２つのガイドローラ２２Ａ，２３Ａと、不動に固定された固定ガイド部材２４より成る複数のガイド部材に巻き掛けられ、各ガイドローラ２２Ａ，２３Ａはそれぞれ矢印方向に回転し、定着ベルト１２Ｂは矢印Ｄ方向に回転駆動される。これにより、定着ベルト１２Ｂは、その内周面が固定ガイド部材２４に摺接する。
【００３７】
加圧部材は、図３に示した加圧ローラと同様に構成された加圧ローラ１３より成り、この加圧ローラ１３は、矢印方向に回転しながら、定着ベルト１２Ｂを介して固定ガイド部材２４とガイドローラ２２Ａに圧接し、これにより加圧ローラ１３の外周面が定着ベルト１２Ｂの外周面に圧接し、ニップＮが形成される。この場合も、定着ベルト１２Ｂと加圧ローラ１３は逆方向に回転する。
【００３８】
ガイドローラ２３Ａと加圧ローラ１３の内部にはヒータ１４Ｂ，１５が設けられ、これらのヒータ１４Ｂ，１５によって定着ベルト１２Ｂと加圧ローラ１３が加熱され、ニップＮの温度が重ね合わせトナー像Ｔの定着に適した温度に保たれる。図１に示した作像手段１により記録材Ｐ上に形成された重ね合わせトナー像Ｔを担持した記録材Ｐは、この場合もそのトナー像Ｔが定着ベルト１２Ｂに接する向きにして、矢印Ｃで示すようにニップＮを通過し、このとき熱と圧力によりトナーが溶融し、トナー像Ｔが記録材Ｐ上に定着される。
【００３９】
図４及び図５に示した定着ベルト１２Ａ，１２Ｂは、図６に拡大して示すように、例えばポリイミドより成るベース部材１６Ａと、その表面に固定された弾性層１７Ａと、さらにその外周面に積層された表層１８Ａより成る。
【００４０】
図２乃至図５に示した定着装置２においては、加圧部材が加圧ローラ１３により構成されているが、この加圧部材をガイド部材に巻き掛けられて回転駆動される無端状の加圧ベルトにより構成することもできる。
【００４１】
以上、本発明を適用可能な画像形成装置と、定着装置の具体例を説明したが、そのいずれの定着装置も、加熱される定着部材と、該定着部材に圧接する加圧部材とを有し、互いに色の異なる複数のトナー像を重ね合わせて成る定着すべき重ね合わせトナー像を担持した記録材を、その重ね合わせトナー像が定着部材に接する向きにして、回転する定着部材と加圧部材の間のニップを通過させて重ね合わせトナー像を加熱すると共に加圧して当該トナー像を記録材に定着するように構成されている。
【００４２】
ここで、この形式の従来の定着装置においては、記録材上のトナー像がニップを通るとき、そのトナーが熱によって溶融するので、溶融トナーが粘着剤として作用し、ニップを出た記録材が定着部材の外周面に巻き付き、これによって記録材のジャムが発生するおそれがあった。かかるトナーの粘着性を定量的に把握するため、本発明者は、図１０に示した装置を用いて以下に説明する実験を行った。
【００４３】
図１０において、ホットプレート２５の上に、４色のトナー像を重ね合わせた未定着の重ね合わせトナー像Ｔを担持した記録材Ｐを載置し、その記録材Ｐの上に、内部に設けられたヒータ１４によって加熱された定着ローラ１２を、破線で示した位置から実線で示した位置まで転動させ、通常の定着装置と同じ加熱加圧条件で定着ローラ１２の外周面をトナー像Ｔに接触させ、そのトナーを溶融させた。このとき、溶融したトナーによって記録材Ｐが矢印Ｅ方向に引き上げられる力を、記録材Ｐの一端に接続したフォースゲージ２６によって測定し、溶融トナーの粘着力と、定着後のカラー画像の光沢度の関係を調べた。その結果を図１１に示す。この実験では、定着ローラ１２の外周面に離型剤は塗布されていない。
【００４４】
図１１中の実線Ｆは、バインダー樹脂と着色剤を有しているが、ワックスは含有しないトナーを用い、定着ローラ１２を記録材Ｐに対して２００ｍｍ／ｓｅｃの相対速度で移動させたときの結果であり、実線Ｇは、同じくワックスを含有しないトナーを用い、定着ローラ１２を記録材Ｐに対して１００ｍｍ／ｓｅｃの相対速度で移動させたときの結果である。また実線Ｈは、バインダー樹脂と着色剤のほかに４％のワックスを含有したトナーを用い、定着ローラ１２を記録材Ｐに対して２００ｍｍ／ｓｅｃの相対速度で移動させたときの結果を示し、実線Ｉは４％のワックスを含有したトナーを用い、定着ローラ１２を記録材Ｐに対して１００ｍｍ／ｓｅｃの相対速度で移動させたときの結果を示している。
【００４５】
ここで、実線Ｆ，Ｇと、実線Ｈ，Ｉを比較すれば明らかなように、ワックス入りのトナーを用いたときの方が、ワックスを含有しないトナーを用いた場合よりも、トナーの粘着力が弱くなる。これは、定着ローラ１２とホットプレート２５により形成されるニップ中に存在するトナーのワックスの融点は、バインダー樹脂の流動開始温度よりも低いので、バインダー樹脂が溶融する前に、ワックスが溶融して析出し、そのワックスがトナーと定着ローラ１２との間に作用する粘着力を弱める働きをなすものと考えられる。
【００４６】
さらに、注目すべきことは、実線Ｈ，Ｉから判るように、ワックス入りのトナーを用いた場合、定着後のカラー画像の光沢度が２０％以下であると、定着時に溶融したトナーの温度があまり高くならないため、その粘着力が急激に低下し、光沢度が２０％を越えると、定着時に溶融したトナーの温度が非常に高くなって、その粘着力が急激に上昇する点である。すなわち、ワックスを含有したトナーを用い、定着後のカラー画像の光沢度が２０％以下となるように、定着ローラ１２の温度等を制御すれば、記録材Ｐが定着ローラ１２に巻き付くことを効果的に防止することができるのである。
【００４７】
上述した知見に基づき、図２乃至図６に示した定着装置においては、少なくともバインダー樹脂、着色剤及び前記バインダー樹脂の流動開始温度よりも低い融点のワックスを含有するトナーが用いられていると共に、定着後のカラー画像の光沢度が５乃至２０％となるように、定着時の重ね合わせトナー像に対する温度条件と加圧条件が設定されている。この構成により、定着ローラ１２又は定着ベルト１２Ａ，１２Ｂより成る定着部材の外周面に離型剤を塗布せず、又は極く少量、例えばＡ４サイズの記録材に対して５ｍｇ程度の離型剤を塗布するだけで、ニップＮを出た記録材Ｐが、定着部材の外周面に巻き付くことを効果的に防止することができる。
【００４８】
ところで、前述のように、従来は定着後のカラー画像の光沢度は、３０乃至４０％程必要であると考えられていた。ところが、最近は、コンピュータの普及により、文字と写真が混在するカラービジネス文書が増加したことに伴い、従来の銀塩写真のような高い光沢度（３０乃至４０％）よりも低い光沢度（２０％以下）のカラー画像が望まれるようになりつつある。従って、前述のように、カラー画像の光沢度が５乃至２０％であれば、その画質が劣化することはなく、むしろ、最近の低光沢度のカラー画像に対する要望に応えたカラー画像を供することができる。しかも、カラー画像の光沢度を下げると、定着部材の摩耗により、カラー画像に多少の光沢度のばらつきが生じるようになっても、そのばらつきが目立たなくなり、安定した光沢のカラー画像を得ることが可能となる。このようにして、定着部材への記録材の巻き付きを防止し、かつ高品質なカラー画像を得ることができるのである。
【００４９】
ところが、上述した構成を採用しただけであると、記録材として、例えば秤量７０ｇ／ｍ２（厚さ８２μｍ）以下のような薄紙を使用した場合には、その腰が弱いため、ニップＮを出た記録材Ｐが定着部材の外周面に巻き付くおそれがある。そこで、図２乃至図６に示した定着装置２においては、ニップＮを出た記録材Ｐを定着部材の外周面から分離するための分離部材２７が設けられている。この分離部材２７は、定着部材の外周面を向いた側の先端部分２７Ａが、定着部材の外周面に接触するか、又は例えば０．３ｍｍ以下の微小ギャップＪがあけられるように定着部材の外周面に対置される。分離部材２７を定着部材の外周面に対してこのように配置すると、前述の各構成との相乗効果によって、定着部材に離型剤を塗布せず、又はその塗布量を少なくし、しかも記録材Ｐが薄紙より成るときも、ニップＮを出た記録材が定着部材の外周面に巻き付いて記録材のジャムが発生する不具合を防止できる。定着部材外周面に多量の離型剤を塗布したことにより生じる従来の欠点を阻止することができるのである。
【００５０】
ところで、上述のように分離部材２７の先端部分２７Ａを定着部材外周面に接触させた場合だけでなく、分離部材２７を定着部材外周面に近接して配置した場合も、その定着部材や分離部材２７が熱膨張することにより、分離部材２７の先端部分２７Ａが定着部材の外周面に接触することがあり、これによって定着部材外周面と分離部材２７の先端部分２７Ａが経時的に摩耗する。定着部材外周面の摩耗が著しくなり、その表面に傷が付けられると、記録材上のトナーがニップＮを通過するとき、そのトナー像に定着部材の傷に対応する跡が付けられる。カラー画像の場合には、この跡が大変目立ち、その画質が劣化する。従って、長期に亘って定着部材外周面の摩耗を抑えることができるように構成することが重要である。本例の定着装置においては、この要求に応えるため、次の各構成が採用されている。
【００５１】
先ず、耐摩耗性に優れた材料としては、架橋ふっ素樹脂が挙げられる。この架橋ふっ素樹脂は、原子力研究所から提案された（参考文献：大島，放射線化学６２号（１９９６）『ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＦ）の放射線架橋』）技術を開発委託された日立電線が実用化した技術である（参考文献：草野ら，日立電線技報No.２０(２００１．１)『架橋ふっ素樹脂材料及び応用製品』）。これは、酸素の少ない雰囲気でふっ素樹脂を融点直上に加熱し、電離性の放射線を照射することで、従来架橋できなかったふっ素樹脂を架橋させ、大幅に耐摩耗性に優れた材料とする技術である。しかも、この架橋ふっ素樹脂は、従来ふっ素樹脂が有する低摩擦、高離型、耐熱性を維持することができるため、摺動部に使用した場合、それ自体及び相手部材を摩耗させることが少なく、かつ異物も付着し難いため長期に安定した使用が可能となる。
【００５２】
上述した知見に基づき、図２乃至図６に示した定着装置においては、定着部材の最外層の表層１８，１８Ａと、該定着部材の外周面を向いた分離部材２７の先端部分２７Ａのうちの少なくとも一方が、架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成されている。架橋ふっ素樹脂を含有する材料とは、架橋ふっ素樹脂のみ、又は架橋ふっ素樹脂と他の物質より成る材料を意味する。
【００５３】
図２及び図３に示した定着装置２の場合には、分離部材２７の先端部分２７Aと、定着ローラ１２の表層１８のうちの少なくとも一方を、架橋ふっ素樹脂を含有する材料によって構成し、図４乃至図６に示した定着装置２の場合には、分離部材２７の先端部分２７Aと定着ベルト１２Ａ，１２Bの表層１８Ａのうちの少なくとも一方を、架橋ふっ素樹脂を含有する材料によって構成する。かかる構成を採用することにより、定着部材の外周面の耐摩耗性を高め、長期に亘って定着部材外周面に傷が付けられることを防止でき、これによって高品質なカラー画像を得ることができる。
【００５４】
定着部材の表層１８，１８Ａを架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成すると、摩耗に対する負荷を定着部材の全周の広い面積で受け持つことができるため、定着部材の耐摩耗性を向上させる効果を特に高めることができる。
【００５５】
また、架橋ふっ素樹脂は離型性に優れた材料であるため、定着部材の表層１８，１８Ａを、かかる架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成することによって、ニップＮを出た記録材Ｐが定着部材の外周面に巻き付くことをより一層確実に防止することが可能となり、しかもトナーが定着部材の外周面に付着することも防止できる。
【００５６】
定着部材の表面を架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成するには、例えば、定着部材の最外周部にふっ素樹脂層を形成した後、これに放射線照射を行い、架橋ふっ素樹脂より成る表層１８，１８Ａを形成することもできるが、この方法によると、大掛かりな製造装置が必要となる。
【００５７】
そこで、図２、図３及び図６に例示したように、定着部材が、少なくともベース部材１６，１６Ａと、そのベース部材１６，１６Ａの外側に設けられた弾性層１７，１７Ａと、該弾性層１７，１７Ａの外側に設けられた表層１８，１８Ａとを有している場合、弾性層１７，１７Ａの外周面に、架橋ふっ素樹脂の粉末と溶融可能な他のふっ素樹脂を塗布し、これらを加熱して表層１８，１８Ａを形成すると、簡単に、架橋ふっ素樹脂を含有する材料より成る表層１８，１８Ａを備えた定着部材を製造することができる。より具体的に示すと、定着部材の製造時に、ベース部材１６，１６Ａの外周面に弾性層１７，１７Ａを固定した後、架橋ふっ素樹脂の粉末と、溶融可能な他のふっ素樹脂の粉末の混合体を弾性層１７，１７Ａの外周面に塗布し、次いでこれを加熱して他のふっ素樹脂粉末を溶融し、弾性層１７，１７Ａの外周面に膜形成を行い、架橋ふっ素樹脂を含有する材料より成る表層１８，１８Ａを形成する。この表層１８，１８Ａの厚さは、例えば２０乃至３０μｍ程度とすることができる。その際、表層１８，１８Ａの平滑性を高めることができるように、他のふっ素樹脂として、これが溶融したときに優れた流動性を示すＰＦＡ，ＭＦＡ，ＦＥＰなどを用いることが好ましい。
【００５８】
また、定着部材の表層と分離部材の先端部分の少なくとも一方が架橋ふっ素樹脂を含有する構成に代え、又はこの構成と共に、図２乃至図５に示したように、分離部材２７の少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分２７Ａが、使用可能な最も薄い記録材Ｐの厚さｔ１以下の厚さｔ２に設定され、かつ少なくともその先端部分２７Ａがふっ素樹脂を含有する材料により構成された分離シート１２７によって分離部材２７を構成してもよい。これにより定着部材の摩耗を長期に亘って防止することが可能となる。
【００５９】
上述のように、分離部材２７として、少なくとも先端部分２７Ａの厚さｔ２が薄い分離シート１２７を用いると、定着部材と加圧ローラとの間の狭い空間に先端部分２７Ａを差し込んだ状態で、その先端部分を定着部材の外周面に近接して配置できるので、分離シート１２７を定着部材外周面に近接させ、両者間のギャップＪを維持することが可能となる。またその先端部分２７Ａが定着部材の外周面に接触しても、その先端部分２７Ａの厚さｔ２が薄いので、その当接圧は弱く、定着部材の外周面が早期に摩耗してその外周面に傷が付けられることを防止できる。しかも、分離シート１２７の先端部分２７Ａは、ふっ素樹脂を含有する材料、すなわちふっ素樹脂のみ、又はこれに他の物質が含まれた材料により構成されているので、その離型性が高く、ここにトナーが固着することを防止できる。分離シート１２７の先端部分にトナーが固着し、これが大きく成長すると、その固着トナーによって定着部材の表面に傷が付けられるおそれがあるが、分離シート１２７の先端部分２７Ａをふっ素樹脂を含有する材料で構成することにより、かかる不具合を阻止できる。このようにして、長期に亘って高品質なカラー画像を得ることができるのである。
【００６０】
図７及び図８は、図２及び図３に示した定着ローラ１２に対して、上述の如く構成された分離シート１２７を位置決めするための一構成例を示している。図７に示すように、分離シート１２７の長手方向各端部、すなわち記録材の搬送方向に対して直交する向きの分離シート各端部に、当接部材２９がそれぞれ固定され、その各当接部材２９は、ねじ３０を介して、支持部材３１に支持されている。この支持部材３１は、圧縮ばねなどからなる加圧部材３２によって定着ローラ１２の表面に向けて加圧されている。これにより、両当接部材２９が定着ローラ１２の表面に圧接する。その際、図８にも示すように、両当接部材２９は定着ローラ１２の記録材非通過領域ＰＡ、すなわち記録材Ｐが通過しない定着ローラの長手方向各端部領域に当接する。これにより、記録材が通過する領域、すなわち記録材通過領域ＰＢに対向した分離シート１２７の先端部分２７Ａと、定着ローラ１２の表面との間のギャップＪを正しく保つことが可能となり、また定着ローラ１２の膨張などによって分離シート１２７の先端部分２７Ａが定着ローラ１２の外周面に接触したとしても、その接触圧を極く小さなものにすることができ、定着ローラ１２の表面の摩耗を効果的に抑えることができる。当接部材２９と分離シート１２７とを別部材とし、これらを接着剤などによって固定してもよいし、これらを予め一体の成形品により構成し、当接部材２９と分離シート１２７が一つの部片となるように構成することもできる。
【００６１】
また、図９に示すように、定着ローラ１２の記録材非通過領域ＰＡに、他の定着ローラ部分よりもわずかに径が大きくなった環状突部４３を設け、その各環状突部４３に当接部材２９をそれぞれ当接させても、上述した構成と同じ効果を奏することができる。
【００６２】
定着部材が図４及び図５に示した定着ベルト１２Ａ，１２Ｂより成るときも、上述したところと全く同様に当接部材２９を定着ベルト１２Ａ，１２Ｂの表面の記録材非通過領域に当接させることによって、分離シート１２７と定着ベルト１２Ａ，１２Ｂの表面との間のギャップＪを規制し、或いは分離シート１２７と定着ベルトとの当接圧を小さくすることができる。
【００６３】
上述のように、記録材搬送方向に対して直交する向きの分離シートの各端部に、その分離シートと定着部材外周面との間のギャップを保つための当接部材を設け、該当接部材を定着部材外周面の記録材非通過領域に当接させることにより、定着部材表面に傷がつけられる不具合を効果的に抑えることができる。その際、少なくとも定着部材外周面に接触する当接部材部分と、その当接部材２９が当接する定着部材の外周面部分のうちの少なくとも一方が、架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成されていると有利である。前述のように、架橋ふっ素樹脂は耐摩耗性に優れた材料であるため、この構成を採用することによって、ギャップＪを保ち、或いは分離シート１２７の先端部分２７Ａが定着部材に弱い当接圧で接触することを長期に亘って保証することができる。
【００６４】
また分離部材２７を、上述のように分離シート１２７によって構成した場合、その分離シート１２７の少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分２７Ａを、記録材搬送方向に対して直交する向きに引張るテンション付与手段を設けることが望ましい。図７及び図９に示した分離シート１２７は、その長手方向各端部が当接部材２９にそれぞれ固定され、その両当接部材２９がねじ３０を介して支持部材３１に支持されているが、そのねじ３０を回すことにより、分離シート１２７を矢印方向に引張り、これに張力を付与することができる。このように、ねじ３０は分離部材を引張るテンション付与手段の一例を構成している。この構成は、定着部材が定着ベルトより成るときも同様に採用できるものである。
【００６５】
上述のように、分離シート１２７に張力を付与すると、ニップを出た記録材Ｐが分離シート１２７に突き当たったとき、その分離シート１２７が記録材を剥離するのに必要な剛性を示す。分離シート１２７は、その先端部分２７が定着部材外周面に接触したときは、その当接圧を小さく留め、記録材Ｐを分離するときは、大きな剛性を示し、記録材Ｐが定着部材の外周面に巻き付くことを確実に防止することができるのである。
【００６６】
図５に示した定着装置２においては、先にも説明したように、定着部材が、複数のガイド部材に巻き掛けられた無端状の定着ベルト１２Ｂにより構成されていると共に、記録材ＰがニップＮを出る側の定着ベルト部分を案内するガイド部材は、定着ベルト１２Ｂの内周面が接触する固定ガイド部材２４により構成されているが、このような不動に固定された固定ガイド部材２４を用いると、記録材ＰがニップＮを出る側、すなわち出口側の定着ベルト部分の曲率半径を小さく設定することができる。例えば、図５に符号Ｘで示した出口側の定着ベルト部分の曲率半径を１０ｍｍ以下に設定でき、これによりニップＮを出た記録材Ｐを定着ベルト１２Ａからより一層分離しやすくなる。
【００６７】
その際、分離部材２７を上述の如き固定ガイド部材２４に対して位置決めすることが好ましい。例えば、分離部材２７と固定ガイド部材２４とを図示していない連結部材によって一体に固定連結して、分離部材２７を固定ガイド部材２４に対して位置決めするのである。固定ガイド部材２４は不動に固定されているので、かかるガイド部材２４に対して分離部材２７を位置決めすれば、定着ベルト１２Ｂに対する分離部材２７の相対位置精度を高めることができ、両者間の微小なギャップＪを保ち、或いは分離部材２７が定着ベルト１２Ｂの外周面に接触したとしても、その接触圧を極く弱いものにすることができる。これにより、定着ベルト１２Ｂの外周面の摩耗を防ぎ、その面に傷が付けられる不具合を防止することができ、長期に亘って、高品質なカラー画像を得ることができる。この構成は、図７乃至図９に示した構成を採用したときも、或いはこれを採用しないときも適用できるものである。
【００６８】
図５に示した固定ガイド部材２４の代りにガイドローラを用いたとすると、固定ガイド部材２４を用いた場合よりも、出口側の定着ベルト部分の曲率半径を小さくすることが困難となるだけでなく、このガイドローラの回転により、該ローラがその半径方向に振れ動くため、分離部材２７と定着ベルト外周面とのギャップＪを適正な大きさに保ち、或いは定着ベルト外周面に対する分離部材２７の当接圧を小さく留めることが容易ではない。図５に示した構成によると、このような不具合を回避できるのである。
【００６９】
また、固定ガイド部材２４の少なくとも定着ベルト内周面に接する部分が、架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成されていると、固定ガイド部材２４と定着ベルとの摩耗を抑え、これらの寿命を伸ばすことができる。
【００７０】
ところで、分離部材２７としては、分離シートのほか分離爪などを用いることもできるが、先の説明から判るように、分離部材２７は、その少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分が、架橋ふっ素樹脂を含有する分離シートにより構成されていることが有利である。かかる構成により、先にも述べた如く、定着部材と分離シート１２７とが互いに接触しても、その両者の摩耗を少なく抑えることができ、しかも分離シート１２７にトナーが固着し、その固着トナーが定着部材表面に傷を付ける不具合を防止することができる。
【００７１】
ふっ素樹脂にガラス繊維などの充填剤を添加した材料により分離シートを構成し、その耐摩耗性を向上させることもできるが、かかる分離シートは、架橋ふっ素樹脂を含有する材料より成る分離シートに比べ、定着部材外周面に対する摩擦係数が大きくなり、定着部材外周面を摩耗させる量が増大するおそれがある。
【００７２】
また、分離部材２７として、その少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分２７Ａが、多孔質ふっ素樹脂より成る分離シート１２７を用いることもできる。かかる分離シート１２７は、多孔質であるため、これが定着部材の外周面に当接したとしても、その接触面積が少なく、しかも当該分離シート１２７は軟質であるため、定着部材の外周面を摩耗させないか、又はその摩耗量を極くわずかなものにすることができ、長期に亘って高品質なカラー画像を得ることができる。しかも、分離シート１２７が多孔質であるとニップＮで加熱された記録材Ｐから出る水蒸気が分離シート１２７を透過するので、水蒸気が記録材Ｐに結露してその品質を低下させる不具合を防止できる。同じ目的で、図７及び図９に示すように、分離シート１２７に開口３６を形成し、この開口３６を通して水蒸気を上方に逃がすように構成することもできる。
【００７３】
また、図２に示すように、記録材ＰがニップＮに進入する側の定着ローラ外周面に対向配置された入口シート部材３７を設け、この入口シート部材３７と分離部材２７と定着装置２のケーシング３８によって、定着ローラ１２のまわりを取り囲むように構成すると、ケーシング３８の外に熱が多量に逃げることを防止でき、消費電力を低減できる効果が得られる。この構成は、定着部材が定着ベルトより成るときも同様に適用できるものである。
【００７４】
その際、入口シート部材３７の先端部分３７Ａが定着ローラ１２の外周面に接触しているか、又は近接していると、入口シート部材３７、ケーシング３８及び分離部材２７とにより、定着部材のまわりに形成される空間の密閉性を高めることができ、熱の放出防止効果を一層向上させることができる。ところが、入口シート部材３７をこのように配置すると、当該入口シート部材３７を定着部材外周面に近接させた場合でも、入口シート部材３７と定着部材の熱膨張などによって、その入口シート部材３７が定着部材外周面に接触することがある。従って、この場合も、定着部材の最外層の表層１８，１８Ａと、その定着部材の外周面を向いた入口シート部材３７の先端部分３７Ａのうちの少なくとも一方が、架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成されていることが好ましい。これにより、定着ローラ外周面の摩耗が促進されることを阻止でき、カラー画像の画質が劣化することを防止できる。
【００７５】
分離部材２７のみが架橋ふっ素樹脂を含んだ場合と、定着部材の表層のみが架橋ふっ素樹脂を含んだ場合と、両者が架橋ふっ素樹脂を含んだ場合のそれぞれについて、図２乃至図８に示した定着装置を用いた実験を行った。記録材としては秤量７０ｇ／ｍ２（厚さ８２μｍ）の紙を使用し、５万枚以上の定着動作を行った。その結果、いずれの場合にも、記録材の定着部材への巻き付きを防止でき、完成したカラー画像の光沢異常もなかった。
【００７６】
また、図２に示した入口シート部材３７とケーシング３８を設けることにより、記録材を定着装置に連続して送り込んだとき、５乃至１０％の消費電力の低減効果が得られたことも確認できた。
【００７７】
ところで、図１に関連して先に説明したように、記録材Ｐの一方の面にカラー画像を形成した後、その他方の面に重ね合わせトナー像を転写し、その重ね合わせトナー像を定着装置により定着することもあるが、この場合には、記録材Ｐは、その他方の面が定着部材に接する向きにして、定着部材と加圧ローラの間を通過する。この通過時に、一方の面に既に形成されているカラー画像が加圧ローラに接触するが、このとき加圧ローラからカラー画像に熱が伝えられて、そのカラー画像を構成するトナーが溶融し、これによって記録材Ｐが加圧ローラの外周面に巻き付くおそれがある。そこで、図示した各定着装置には、加圧ローラ１３に記録材Ｐが巻き付くことを防止するための分離部材４０が設けられている。この分離部材４０が加圧ローラ１３に接触することにより、加圧ローラ１３が摩耗して、その表面に傷が付けられると、一方の面に形成されているカラー画像にその傷に対応する跡ができ、その画質が劣化する。
【００７８】
従って、定着部材と、その定着部材に記録材が巻き付くことを防止するための分離部材２７と、これらに関連する前述の各構成を、加圧ローラ１３と、分離部材４０と、これらに関連する構成にそのまま適用することにより、記録材Ｐの他方の面に担持された重ね合わせトナー像の定着時に、記録材Ｐの一方の面に形成されたカラー画像の画質を劣化させることなく、その記録材Ｐが加圧ローラ１３に巻き付くことを阻止することができる。
【００７９】
図１には、以上説明した各構成の定着装置を採用できるカラー画像形成装置の一例を示したが、他の形式のカラー画像形成装置にも上述の各構成の定着装置を採用することが可能である。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、定着部材に離型剤を塗布せず、或いはその塗布量を少なくし、しかも記録材として薄紙を用いたときも、記録材が定着部材に巻き付く不具合を効果的に抑制でき、しかも高品質なカラー画像を得ることができる。
【００８１】
特に、請求項２に係る発明によれば、簡単かつ低コストで、表層が架橋ふっ素樹脂を含有する材料より成る定着部材を供することができる。
【００８２】
請求項６に係る発明によれば、固定ガイド部材の経時的な摩耗量を減らし、その寿命を伸ばすことができる。
【００８３】
請求項８に係る発明によれば、記録材から蒸発した水蒸気を分離シートを通して逃がすことができる。
【００８４】
請求項９に係る発明によれば、定着装置の消費電力を低減でき、しかも入口シート部材により定着部材外周面の摩耗が促進されることを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カラー画像形成装置の一例を示す概略図である。
【図２】定着装置の一例を示す断面図である。
【図３】定着装置の他の例を示す断面図である。
【図４】定着装置のさらに他の例を示す断面図である。
【図５】定着装置のさらに別の例を示す断面図である。
【図６】定着ベルトの拡大断面図である。
【図７】分離シートを保持する装置の一例を示す平面図である。
【図８】図７に示した分離シートと定着ローラとの位置関係を示す斜視図である。
【図９】図７とは異なる分離シート保持装置を示す平面図である。
【図１０】トナー粘着力の測定装置を示す説明図である。
【図１１】トナー粘着力とカラー画像の光沢度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２ 定着装置
１２Ａ 定着ベルト
１２Ｂ 定着ベルト
２４ 固定ガイド部材
２７ 分離部材
２７Ａ 先端部分
３７ 入口シート部材
３８ ケーシング
１２７ 分離シート
Ｎ ニップ
Ｐ 記録材
Ｔ トナー像
ｔ１ 厚さ
ｔ２ 厚さ
Claims (8)
- 定着部材と、該定着部材に圧接する加圧部材とを有し、互いに色の異なる複数のトナー像を重ね合わせて成る定着すべき重ね合わせトナー像を担持した記録材を、該重ね合わせトナー像が前記定着部材に接する向きにして、回転する定着部材と加圧部材の間のニップを通過させて該重ね合わせトナー像を加熱すると共に加圧して当該トナー像を記録材に定着する定着装置において、
少なくともバインダー樹脂、着色剤及び前記バインダー樹脂の流動開始温度よりも低い融点のワックスを含有するトナーを用い、前記ニップを出た記録材を前記定着部材の外周面から分離するための分離部材を設け、該分離部材は、その少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分が、使用可能な最も薄い記録材の厚さ以下の厚さに設定され、かつ少なくとも当該先端部分がふっ素樹脂を含有する材料により構成された分離シートより成り、該分離シートの少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分を、記録材搬送方向に対して直交する向きに引張るテンション付与手段を設けたことを特徴とする定着装置。 - 定着後のカラー画像の光沢度が５乃至２０％となるように、前記重ね合わせトナー像に対する温度条件と加圧条件を設定した請求項１に記載の定着装置。
- 定着部材と、該定着部材に圧接する加圧部材とを有し、互いに色の異なる複数のトナー像を重ね合わせて成る定着すべき重ね合わせトナー像を担持した記録材を、該重ね合わせトナー像が前記定着部材に接する向きにして、回転する定着部材と加圧部材の間のニップを通過させて該重ね合わせトナー像を加熱すると共に加圧して当該トナー像を記録材に定着する定着装置において、
少なくともバインダー樹脂、着色剤及び前記バインダー樹脂の流動開始温度よりも低い融点のワックスを含有するトナーを用い、定着後のカラー画像の光沢度が５乃至２０％となるように、前記重ね合わせトナー像に対する温度条件と加圧条件を設定し、前記ニップを出た記録材を前記定着部材の外周面から分離するための分離部材を設け、前記定着部材を、複数のガイド部材に巻き掛けられた無端状の定着ベルトにより構成すると共に、前記記録材が前記ニップを出る側の定着ベルト部分を案内するガイド部材を、定着ベルトの内周面が接触する固定ガイド部材により構成し、前記分離部材と前記固定ガイド部材とを連結部材によって一体に固定連結したことを特徴とする定着装置。 - 前記固定ガイド部材の少なくとも定着ベルト内周面に接する部分が架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成されている請求項３に記載の定着装置。
- 前記分離部材は、その少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分が、架橋ふっ素樹脂を含有する分離シートにより構成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の定着装置。
- 前記分離部材は、その少なくとも定着部材外周面を向いた先端部分が、多孔質ふっ素樹脂より成る分離シートにより構成されている請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置。
- 前記記録材が前記ニップに進入する側の定着部材外周面部分に対向して配置された入口シート部材を設け、該入口シート部材と前記分離部材と定着装置のケーシングとが前記定着部材のまわりを取り囲んでおり、定着部材の最外層の表層と、該定着部材の外周面を向いた入口シート部材の先端部分のうちの少なくとも一方が、架橋ふっ素樹脂を含有する材料により構成されている請求項１乃至６のいずれかに記載の定着装置。
- 請求項１乃至７のいずれかに記載の定着装置を有することを特徴とするカラー画像形成装置。
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