(57)【要約】【課題】本発明の目的は、簡単な構成及び動作で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。【解決手段】定着フィルム５０と加圧ローラ５３の定着ニップ部Ｎにて記録媒体に形成されたトナー画像を加熱及び加圧する定着装置Ｆであって、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加圧パッド５２を有し、加圧パッド５２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１．０×１０５Ｐａ・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１．０×１０３Ｐａ・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、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。【選択図】    図５
2010054526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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１．０×１０５Ｐａ・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１．０×１０３Ｐａ・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。
【請求項２】
前記加圧部材は、記録媒体上のトナーの溶融粘度が１．０×１０５Ｐａ・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。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【０００２】
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。
【背景技術】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２９７７６３
【特許文献２】特開２００１−５３１２
【特許文献３】特開２００５−２４１９５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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１．０×１０５Ｐａ・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１．０×１０３Ｐａ・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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
（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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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／ｍ２）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／ｃｍ２とした。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
【表１】
2010054526.tif 000003
【００４５】
このように、トナー温度１２０℃以上では、トナーの溶融粘度が１．０×１０３Ｐａ・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１．０×１０３Ｐａ・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。
【００４６】
したがって、本実験で用いたトナーＴの溶融粘度が１．０×１０３Ｐａ・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。
【００４７】
（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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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／ｍ２）を用い、画像形成装置によって未定着トナーＴを０．６ｍｇ／ｃｍ２載せた画像を作成し、定着ニップ部Ｎに通した。
【００５２】
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。
【００５３】
図６より、どの条件においても、トナーの溶融粘度が１．０×１０３Ｐａ・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。
【００５４】
【表２】
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【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
図７より、トナーの溶融粘度が１×１０５Ｐａ・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１×１０５Ｐａ・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１×１０５Ｐａ・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。
【００６１】
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１．０×１０５Ｐａ・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。
【００６２】
したがって、本実験で用いたトナーＴの溶融粘度が１．０×１０５Ｐａ・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１．０×１０３Ｐａ・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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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／ｍ２、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／ｍ２、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／ｍ２、以下、厚紙と記載する）を用いた。
【００６５】
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。
【００６６】
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１．０×１０５Ｐａ・ｓとなるトナー温度（９０℃）や、１．０×１０３Ｐａ・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。
【００６７】
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１．０×１０５Ｐａ・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１．０×１０３Ｐａ・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。
【００６８】
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。
【００６９】
【表３】
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【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
したがって、本実験で用いたトナーＴの溶融粘度が１．０×１０５Ｐａ・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１．０×１０３Ｐａ・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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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／ｍ２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／ｍ２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）。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】定着装置を備えた画像形成装置の模式断面図である。
【図２】定着装置の模式断面図である。
【図３】定着実験装置の模式図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【符号の説明】
【００８４】
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
【図１】
2010054526.tif 000006
【図２】
2010054526.tif 000007
【図３】
2010054526.tif 000008
【図４】
2010054526.tif 000009
【図５】
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【図６】
2010054526.tif 000011
【図７】
2010054526.tif 000012
【図８】
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【図９】
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