(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に熱源を有し所定の方向に回転する第１の回転体と、該第１の回転体に接触しながら該第１の回転体の回転方向とは反対の方向に回転する第２の回転体とを備え、これら２つの回転体が互いに接触してなるニップ部に搬送されてきた、前記第１の回転体に接触する側の表面に未定着トナー像を担持する用紙を、加熱するとともに加圧して、該未定着トナー像を該用紙に定着する定着装置を有する画像記録装置において、
前記定着装置が、
前記第１の回転体の、前記ニップ部よりも該第１の回転体の回転方向下流側で該第１の回転体表面と接触する接触部を有するとともに、該接触部よりもさらに該第１の回転体の回転方向上流側に延びた形状を有し、該上流側に延びた先端部が該第１の回転体表面から所定の間隙を隔てて配置され、片面にフッ素系樹脂層が形成された耐熱性プラスチックシートまたは金属シートを基材とし、該基材を前記フッ素樹脂層が形成された面を外側にして二つ折りにして形成した積層体を、該積層体の、折り目が形成された側の先端部が前記ニップ部を向くように配置してなる、前記ニップ部を通過した用紙を前記第１の回転体表面から剥離する剥離シートを備えたことを特徴とする画像記録装置。
【請求項２】
前記剥離シートが、二つ折りされた基材どうしの間に介在させた球形または円筒形の粒子により、該積層体の、折り目が形成された側の端縁に沿って形成された突起を有するものであることを特徴とする請求項１記載の画像記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子複写機・ファクシミリなどの電子写真方式の画像記録装置に用いられる定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子複写機・ファクシミリなどの電子写真方式の画像記録装置において、用紙上に転写されたトナー像を定着させる定着装置として、定着ロールと加圧ロールからなる一対のロールのニップ部に、トナー像が転写された用紙を通過させて、定着ロールによる加熱と二つのロールによる加圧とによりトナー像を用紙に融着させる定着装置が広く用いられている。
【０００３】
一般に、この定着方式では、用紙に融着したトナー像が定着ロールに接触するので、定着ロールとしては離型性のよいフッ素系樹脂を表面にコーティングしたロールが使用される。しかし、このような定着ロールを使用しても、溶融したトナーは軟かくかつ粘性が高いため定着ロール表面に付着しやすく用紙が巻き付く恐れがある。そこで、通常、次に示すような剥離爪による強制剥離装置を設けて定着ロールへの用紙の巻き付きを防止する方法が採用されている。
【０００４】
図１０は、剥離爪による強制剥離装置を備えた従来の定着装置の概略構成図である。
【０００５】
図１０に示すように、この定着装置は、矢印Ａ方向に回転する、ヒータ２を内蔵した定着ロール１と、定着ロール１に接触して矢印Ｂ方向に回転する加圧ロール６と、二つのロール１，６が接触してなるニップ部Ｎよりも定着ロール１の回転方向下流側に、定着ロール１の表面にその端縁が接触し、ニップ部Ｎを通過した用紙Ｐを定着ロール１から剥離する剥離爪１０が備えられている。通常、加圧ロール６としてはゴムロールが用いられ、所定の圧力で定着ロール１を押圧するよう配置されている。
【０００６】
剥離爪１０としては、従来、ポリイミド，ポリフエニレンサルファイトなどの耐熱性樹脂を成型し、その先端を鋭利な形状に仕上げものが用いられる。このような剥離爪１０がバネを用いて定着ロール１の表面に押し当てられるように設置される。剥離爪１０の定着ロール１表面に接する端縁の幅は２ｍｍ程度であり、そのような幅の狭い剥離爪１０が定着ロール１の軸方向に５〜６個程度配置されるのが普通である。このように、剥離爪１０は定着ロール１の表面とは部分的にしか接触していないので、定着ロール１表面には剥離爪１０による定着ロール１の軸方向に不均一な押圧力がかかり、定着ロール１表面が偏摩耗したり表面に傷を付けたりすることがある。また、用紙が複数の剥離爪のうちのいずれか一つの剥離爪に引っかかって用紙の巻き付きを生じた場合には、隣接する剥離爪が用紙による異常な力を受けて定着ロール１に強く押し付けられたり剥離爪が変形したりして、定着ロール１表面に大きな傷を付けたり偏摩耗を発生させたりすることがある。
【０００７】
そこで、このような問題を解消するため、特開昭５９−１８８６８１号公報には、次に示すようなプラスチックの剥離シートによって用紙の剥離を行う定着装置が開示されている。  図１１は、プラスチックの剥離シートによる強制剥離装置を備えた従来の定着装置の概略構成図である。
【０００８】
図１１に示すように、この定着装置は、矢印Ａ方向に回転する、ヒータ２が内蔵された定着ロール１と、定着ロール１に接触して矢印Ｂ方向に回転する加圧ロール６と、二つのロール１，６が接触してなるニップ部Ｎよりも定着ロール１の回転方向下流側に、定着ロール１の表面にその端縁が接触し、ニップ部Ｎを通過した用紙Ｐを定着ロール１から剥離する剥離シート１１が備えられている。剥離シート１１には、厚さ０．０５ｍｍ以上、曲げ弾性率１０３  ｋｇ／ｃｍ２  以上、融点１５０℃以上のプラスチックシートが用いられ、その鋭利な端縁が定着ロール１の軸方向の表面全体に均等に接触するように配備されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような剥離シートを備えた定着装置では、例えば白黒画像形成時のように、定着直後のトナー像の厚さが比較的薄くかつトナー像の粘度が大きい場合は問題なく剥離することができるが、カラー画像形成時のように、定着直後のトナー像の厚さが比較的厚くかつトナー像が定着ロールで高温に加熱されて粘着力が大きくなっている場合は、定着ロール表面のフッ素系樹脂層に多量のトナーが付着しており、薄膜の剥離シートの端縁に過大な剥離力が作用して、剥離シート先端が塑性変形を生じてめくれてしまい用紙を剥離できなくなるという現象を起こすことがある。また、それと同時に用紙の先端も大きな損傷を受け、めくれ上がったり、波打ったり、紙詰まりを起こしたりすることがある。特にフルカラー画像の定着においては、マゼンタ、イエロー、シアン、およびブラックの４色のトナーを用いるため、白黒画像の定着時よりも多量のトナーが重ね転写されて形成された未定着トナー像を定着しなければならず、剥離時に大きな剥離力が必要である。さらに、カラー画像の定着の場合はトナーを十分に発色させることが必要であり、そのためにトナーを十分に加熱して溶融させなければならず、従ってニップ部通過直後のトナーは低粘度となっているので、ますます大きな剥離力を必要とすることになる。
【００１０】
剥離シートに大きな剥離力がかかっても剥離シートが変形しないようにするために剥離シートを例えば２００μｍ以上の厚さとすれば剥離シートの変形は防止できるが、剥離シートの端縁のエッジ部分が、剥離されるべき用紙の厚さの数倍以上となり用紙を安定的に剥離することができなくなる。また、剥離シートの厚さを厚くし過ぎると剥離シートの曲げ剛性が大きくなり定着ロールを傷付ける恐れも生じる。
【００１１】
剥離シートを用いる代わりに従来の白黒画像の定着に多用されている剥離爪を複数個用いた場合は、上述の剥離シートにおけるような問題は発生しないが、定着後のトナー像が剥離爪によって強制的に剥がされるため、トナー像が剥離爪によって傷付けられて画像欠陥を生じやすい。そのため、カラー画像を剥離爪で強制的に剥がすことはほとんどない。
【００１２】
このような事情から、カラー画像の定着にはセルフストリッピング方式が採用されることが多い。セルフストリッピング方式とは、剥離爪や剥離シートなどによる強制剥離装置を用いずに用紙の腰の強さと定着ロールの弾性とで用紙が定着ロールから自然に剥離するようにした剥離方式である。このセルフストリッピング方式を成立させるための手段として、カラー画像定着の場合は、通常、ロールコアの表面にフッ素樹脂よりも離型性に優れたシリコーンゴムを用いた弾性層を形成した定着ロールを用い、さらにその弾性層表面に比較的多量（１０ｍｇ／Ａ４サイズ紙以上）のオイルを常時供給する方式が広く採用されている。
【００１３】
しかし、セルフストリッピングを達成する従来の定着装置には次のような種々の問題がある。
（１）定着ロール表面のシリコーンゴムの弾性層が摩耗したり離型性が劣化したり、オイルが定着ロール内部に染み込んで弾性層を劣化させるなどの原因により定着ロールの信頼性を低下させることがある。
（２）定期的にオイルの補給を行わなければならず、メインテナンス性に劣り、小型の複写機やプリンタには不向きである。
（３）コピー上にオイルが残りやすくボールペンやインクによる加筆性を低下させやすい。  本発明は、上記の事情に鑑み、画像、用紙、および定着ロールに損傷を与えることなく安定した剥離を行うことのできる剥離シートを備えた定着装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の第１の定着装置は、
内部に熱源を有し所定の方向に回転する第１の回転体と、第１の回転体に接触しながら第１の回転体の回転方向とは反対の方向に回転する第２の回転体とを備え、これら２つの回転体が互いに接触してなるニップ部に搬送されてきた、第１の回転体に接触する側の表面に未定着トナー像を担持する用紙を、加熱するとともに加圧して、未定着トナー像を上記用紙に定着する定着装置において、
上記第１の回転体が、表面に弾性層が形成されたものであり、かつ
上記第１の回転体の、上記ニップ部よりも第１の回転体の回転方向下流側に、第１の回転体表面にその端縁が接触し、上記ニップ部を通過した用紙を上記第１の回転体表面から剥離する剥離シートを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、上記の目的を達成する本発明の第２の定着装置は、
内部に熱源を有し所定の方向に回転する第１の回転体と、第１の回転体に接触しながら第１の回転体の回転方向とは反対の方向に回転する第２の回転体とを備え、これら２つの回転体が互いに接触してなるニップ部に搬送されてきた、第１の回転体に接触する側の表面に未定着トナー像を担持する用紙を、加熱するとともに加圧して、未定着トナー像を上記用紙に定着する定着装置において、
上記第１の回転体の、上記ニップ部よりも第１の回転体の回転方向下流側で第１の回転体表面と接触する接触部を有するとともに、その接触部よりもさらに第１の回転体の回転方向上流側に延びた形状を有し、上流側に延びた先端部が第１の回転体表面から所定の間隙を隔てて配置されてなる、上記ニップ部を通過した用紙を上記第１の回転体表面から剥離する剥離シートを備えたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の定着装置の第１の実施形態の概略構成図である。
【００１８】
図１に示す定着装置は、本発明の第１の定着装置に相当するものであり、矢印Ａ方向に回転する定着ロール１と、定着ロール１に接触しながら定着ロール１の回転方向Ａとは反対の矢印Ｂ方向に回転する加圧ロール６とを備えている。これら一対のロール１，６のニップ部Ｎに搬送されてきた、表面に未定着トナー像Ｔを担持する用紙Ｐを加熱するとともに加圧して未定着トナー像Ｔを用紙Ｐに定着する。定着ロール１のニップ部Ｎよりも定着ロール１の回転方向Ａ下流側には、定着ロール１表面に端縁が接触し、ニップ部Ｎを通過した用紙Ｐを定着ロール１表面から剥離する剥離シート７が備えられている。
【００１９】
ここで、本実施形態の定着ロール１は本発明にいう第１の回転体に相当し、本実施形態の加圧ロール６は本発明にいう第２の回転体に相当する。
【００２０】
定着ロール１は、アルミニウムのコア５の表面に厚さ０．５ｍｍの弾性層３を被覆しさらにその上に厚さ２０μｍの表面層４を被覆して形成されており、内部に熱源としてヒータ２を有している。本実施形態では、弾性層３としてゴム硬度２５°のシリコーンＬＳＲゴム（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  Ｒｕｂｂｅｒ）が用いられている。また、表面層４としてはＰＦＡ（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ−ａｌｋｏｘｙｆｌｕｏｒｏ  ｐｌａｓｔｉｃｓ）チューブが用いられている。
【００２１】
なお、弾性層３の材質としては、シリコーンゴム以外にフッ素ゴムを用いることができ、また、シリコーンゴムおよびフッ素ゴムからなる複数層積層された弾性層を用いてもよい。  図２は、第１の実施形態の定着装置に備えられた剥離シートの断面図である。
【００２２】
図１および図２に示すように、剥離シート７は、厚さ７５μｍのポリイミド樹脂の基材８と、基材８の表面８ａ、裏面８ｂおよび定着ロール１に接触する端縁８ｃに厚さ１０μｍのフッ素系樹脂層９が被覆されて形成されている。フッ素系樹脂樹脂層９を形成するため、例えば、ＰＦＡフィルムを用いることができる。
【００２３】
なお、本実施形態では剥離シート７の基材８としてポリイミド樹脂を用いているが、剥離シート７の基材８はポリイミド樹脂に限定されるものではなく、耐熱性のプラスチックシートまたは金属シートを用いてもよい。
【００２４】
剥離シート７は、その先端部の端縁７ａが定着ロール１に接触し、その接点から定着ロール１の回転方向Ａの方向に向かって引いた接線方向に沿って配置される。剥離シート７の端縁７ａは、定着ロール１の軸方向の幅全体に接触するだけの幅を有しており、剥離シート７は、その端縁７ａが定着ロール１の表面に３００ｇの圧接力で押し付けられるように、その後端部７ｂが金属製の支持プレート１２の先端部１２ａに固定されている。支持プレート１２は、その後端部１２ｂが本定着装置のフレーム（図示せず）にねじで固定されている。剥離シート７は、先端部の端縁７ａから後端部７ｂまでの長さが２ｍｍ〜７ｍｍ程度と比較的短かく形成されているので薄いシートであるにもかかわらず十分な剛性が確保されている。
【００２５】
剥離シート７の端縁７ａと定着ロール１との圧接力は、用紙Ｐ上のトナー像Ｔがニップ部Ｎで加熱加圧されて溶融し定着ロール１に付着しようとするのを剥離するための剥離力に相当するものであり、剥離シート７は定着すべきトナー像および用紙の性状により決まる剥離力に相当する圧接力で定着ロール１に圧接されている必要がある。なお、剥離力の測定方法については後述する。
また、剥離シート７と定着ロール１との圧接力は、上記の剥離力との関連性以外に次のような諸要素との関連性をも考慮して定められる。
【００２６】
先ず、圧接力の最小値は、加熱された剥離シート７の端縁７ａに生じる波打ちが消えるに十分な値でなければならず、また、圧接力の最大値は、剥離シートの限界たわみ量や塑性変形開始荷重、または定着ロール１に傷が発生する限界以下の値でなければならない。これらの制約から、圧接力の実用上の最適値は、Ａ４横サイズ用紙幅：２９７ｍｍで１００ｇ〜５００ｇの範囲内である。
【００２７】
耐熱性プラスチックシートを剥離シート７の基材として用いた場合、この圧接力を得るための剥離シート７の厚さは５０μｍ以上である必要がある。しかし、剥離シート７の厚さが１５０μｍ以上になると用紙Ｐが剥離シート７の端縁７ａに突き当たってスムーズに剥離できるなくなるため、実用上最適なシート厚さは５０μｍ〜１５０μｍであることが好ましい。
【００２８】
本実施形態における剥離シート７の端縁７ａには厚さ１０μｍのＰＦＡフィルムが被覆されているため、定着直後の溶融状態のトナー像が剥離シート７の表面をこすっても剥離シート７が傷付けられることはない。これは、剥離シート７の端縁７ａ全面でトナー像を支えているので剥離シート７の単位面積当たりの圧接力が小さくなるからである。しかし、剥離シート７の幅が用紙Ｐの幅より狭い場合は、剥離シート７の端縁７ａの両端部でトナー像がこすられてトナー像に筋が付き画質欠陥を発生させるので、剥離シート７の定着ロール軸方向の幅は用紙幅全体をカバーしている必要がある。
【００２９】
本実施形態の定着装置では、定着ロール１にオフセットしたトナーや紙粉が剥離シート７の端縁７ａで掻き取られて端縁７ａに近い剥離シート７の上面に蓄積することがあるが、端縁７ａはフッ素系樹脂が被覆されているため、トナーや紙粉の剥離シート７への付着力は弱く、トナーや紙粉が多少蓄積されても次にニップ部Ｎに供給されてきた用紙Ｐの先端が蓄積されたトナーや紙粉に接触することにより取り除かれるため、汚れが多量に蓄積することはない。
【００３０】
なお、剥離シート７の端縁７ａを定着ロール１の軸方向に対し傾斜させて定着ロール１表面に接触するように剥離シート７を斜めに配備することが好ましい。すなわち、端縁７ａの幅方向の両側端からニップ部Ｎまでの距離を両側端で０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の差を持たせて剥離シート７を定着ロール１の軸に対して斜めに配備することにより、用紙Ｐを幅方向の一方の側端から徐々に剥離し始めるようにすることができ、用紙Ｐの先端付近にベタ黒画像があるような場合に剥離開始時に生じる衝撃力を低減することができて好ましい。
【００３１】
上記のように、本発明の第１の定着装置は、従来、白黒定着には用いられてはいるもののカラー定着には用いることのできなかった剥離シートによる強制剥離方式の利点と、セルフストリッピング方式の利点とを組み合わせたものであり、基本的には、定着ロールの表面を弾性層とすることにより用紙にセルフストリッピング力を持たせてカラー定着における用紙の剥離力を白黒定着における剥離力と同程度のレベルまで低減させるとともに、剥離シートを低い圧接力で定着ロールに圧接させることにより、カラー定着の場合でも画像、用紙、および定着ロールに損傷を与えることなく安定した剥離を行うことのできる定着装置を実現しようとするものである。
【００３２】
上記の剥離力は、次の測定装置により測定される。
【００３３】
図３は、剥離力測定装置の概略構成図である。
【００３４】
図３に示すように、この剥離力測定装置は、実際の定着装置と同様、矢印Ａ方向に回転する定着ロール２１と、定着ロール２１に接触しながら定着ロール２１の回転方向Ａとは反対の方向Ｂに回転する加圧ロール２６とを備えている。定着ロール２１の内部には熱源としてヒータ２２が配備されている。これら一対のロール２１，２６のニップ部Ｎに搬送されてきた、表面に未定着トナー像Ｔを担持する用紙Ｐを加熱するとともに加圧して未定着トナー像Ｔを用紙Ｐに定着する。
【００３５】
定着ロール２１のニップ部Ｎよりも定着ロール２１の回転方向Ａの下流側には、ニップ部Ｎを通過した用紙Ｐを定着ロール２１表面から剥離する剥離爪２３が備えられている。剥離爪２３の端縁２３ａは予め設定された圧接力で定着ロール２１表面に押し付けられている。剥離爪２３の裏面２３ｂには歪みゲージ２４が貼付されており、未定着トナー像Ｔを担持した用紙Ｐがニップ部Ｎを通過した後の定着トナー像を剥離爪２３で強制剥離する際の剥離爪２３に作用する圧接力、すなわち剥離力を測定する。
【００３６】
具体的な測定条件としては、富士ゼロックス製Ａ４サイズＳ紙上に幅１００ｍｍ、長さ８０ｍｍの画像サイズでベタ未定着のテスト画像を形成し、このベタ未定着テスト画像を１０℃間隔の加熱温度に設定された定着ロール２１により用紙搬送速度１００ｍｍ／ｓｅｃで定着を行い、その時の剥離力を歪みゲージ２４により検出する。その時の定着条件は次の通りである。
定着ロール：直径４０ｍｍのアルミニウムコアに厚さ２０μｍのＰＦＡチューブを被覆したフッ素系樹脂コートハードロール。
【００３７】
加圧ロール：直径３４ｍｍのアルミニウムコアに厚さ３ｍｍ、ゴム硬度６０°のシリコーンゴムを被覆した弾性体ロール。
【００３８】
ニップ巾    ：６ｍｍ。
【００３９】
トナー        ：白黒トナーにはＦ社製Ｖｉｖａｃｅ５５０用トナーを使用、単位面積当たりのトナー重量は０．６５ｍｇ／ｃｍ２  。カラートナーはＦ社製ＡＣｏｌｏｒ  ６２０用トナーにポリエステルワックスを４重量％、およびポリプロピレンワックスを１重量％含ませたトナーを使用、単位面積当たりのトナー重量は２．０ｍｇ／ｃｍ２  。
【００４０】
この測定装置を用いて測定した結果を表１、表２、および表３に示す。
【００４１】
【表１】
0003622526.tif 000002
【００４２】
表１に示すように、定着ロールとして、フッ素樹脂をコーティングした、いわゆるハードロールを用いた場合は、白黒定着においては、定着許容温度範囲において最大剥離力が１０ｇであるのに対して、カラー定着においては最大剥離力が白黒定着の１３倍の１３０ｇまで増大している。この最大剥離力の値は幅１００ｍｍのテスト画像に対する値であるから、Ａ４横巾サイズの２９７ｍｍ幅のカラー画像を定着するには、剥離する瞬間に約４００ｇの衝撃力が剥離シートに作用することになる。そのため、厚さ７５μｍのポリイミド製の剥離シートが塑性変形してしまう恐れがあり、用紙の先端も大きな損傷を受けて波打ったり紙詰まりが発生する可能性がある。
【００４３】
本発明者らの実験によれば、用紙の先端が損傷を受けずに、また剥離シートの塑性変形やめくれが生じないで安定的に剥離できる限界荷重は幅１００ｍｍのテスト画像で７０ｇ、Ａ４横巾サイズの２９７ｍｍ換算値では約２００ｇであることが確かめられている。
【００４４】
また、表１に示した一連の実験結果より、単位面積当たりのトナー重量と最大剥離力とはほぼ比例関係にあることがわかる。また、カラートナーを十分発色させるためにトナーに熱を十分に供給してトナー粘度を下げトナーを溶融流動状態に近づけるに従い最大剥離力が大きくなっていくこと、つまり画像光沢を高めると大きい剥離力を必要とすることも確かめられている。
【００４５】
以上のことから、カラー定着の場合に白黒定着より大きい剥離力を必要とするのは、（１）トナー重量が多いこと、（２）画像光沢を高くしていること、の２要因に基づいていることがわかる。
【００４６】
表１に示すように、カラー定着の場合のトナー重量を２．０ｍｇ／ｃｍ２  から白黒定着の場合と同程度の０．６５ｍｇ／ｃｍ２  まで減少させることによって、剥離力を白黒と同程度の１０〜２０ｇまで低下させることができる。
【００４７】
しかし、その結果、画像光沢は８０グロス（７５°−７５°測定）から白黒定着の場合と同程度の１５グロス（７５°−７５°測定）まで低下してしまい、カラー画像の品質が大幅に劣化するので、このような方策をとるわけにはいかない。
【００４８】
そこで、本発明者らは剥離シートをカラー定着にも適用できるようにするため、定着ロールについての検討を行った。先ず、定着ロールの表面構造に着目して、表面にフッ素系樹脂層が形成された、いわゆるハードロールと、表面に弾性層が形成された、いわゆるソフトロールとの剥離力の比較を行った。測定装置には図３に示した剥離力測定装置を用いた。
【００４９】
表２は、定着ロールとして、直径４０ｍｍのアルミニウム製コアに弾性層として厚さ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ、ゴム硬度２５°のシリコーンＬＳＲゴムを被覆し、さらにその弾性層表面にフッ素系樹脂層を被覆した、いわゆるソフトロールを用いてカラー定着を行った場合の測定結果である。フッ素系樹脂層としては厚さ２０μｍのＰＦＡチューブを用いている。
【００５０】
【表２】
0003622526.tif 000003
【００５１】
表２に示すように、定着ロールの弾性層（シリコーンゴム）の厚さが０．３ｍｍ未満である場合は最大剥離力は前述の限界荷重：７０ｇを超過しているが、弾性層の厚さが０．３ｍｍ以上である場合は最大剥離力を、安定して剥離することのできる限界荷重：７０ｇ以下のレベルに低下させることができる。
【００５２】
従って、従来のソフトロールでは、弾性層の厚さを２ｍｍ〜３ｍｍ程度まで増加させて剥離力を１０ｇ程度以下にまで低下させてセルフストリッピングによる剥離を行っていたものを、本発明では０．３ｍｍ強程度の薄い弾性層を有するソフトロールとすることができる。通常、弾性層は熱伝導率が低いのでソフトロールの弾性層の厚さを薄くすることが可能となったことにより、定着ロール内部に備えられる熱源を小さくすることができ、また定着ロールの径も小さくなるので定着装置を小型化することが可能となる。
【００５３】
以上説明したように、表面に弾性層が形成された定着ロールを用いることにより、剥離力を大幅に低減できることがわかる。また、剥離力を用紙や剥離シートに損傷を与えない限界荷重：７０ｇ以下に低下させることが可能であり、カラー画像記録装置の定着装置に剥離シートを適用することができる。
【００５４】
定着ロール表面に弾性層を被覆することにより、剥離力が低下するメカニズムについては、ニップ内部では弾性層がトナー像を包み込むように変形しており、ニップ出口で圧力が開放された際に弾性体の変形が元に戻ろうとしてトナー像と弾性体の界面でマイクロスリップが起こり、このマイクロスリップが剥離力を低減させるためであると考えられる。従って、剥離力を低減するのに必要な弾性層の厚さは、用紙上のトナー層高さを弾性層で吸収してトナーを包み込むように弾性層が変形できる厚さということになる。ニップ内部で弾性層が加圧された際にトナー層高さが弾性体層の厚さの１０％以内であればトナー層高さ分を吸収することができる。カラー画像形成の場合の最大トナー層高さが約３０μｍであることを考えると、必要な弾性層の厚さは０．３ｍｍ以上ということになる。
【００５５】
ところで、弾性層表面にフッ素系樹脂層が形成された場合には、そのフッ素系樹脂層が弾性変形を妨げる方向に作用するが、フッ素系樹脂層の厚さがトナー層高さ以下、つまり約３０μｍ以下であれば、弾性体のトナー層高さ吸収能力を低下させることは少ない。
【００５６】
以上のことから、弾性層の厚さは０．３ｍｍ以上であればよく、また、弾性層表面にフッ素系樹脂を被覆した場合はその厚さが０．０３ｍｍ以下であれば、カラー定着の場合でも、剥離力を剥離シートの適用が可能な値以下に低下させることができ、画像、用紙、および定着ロールに損傷を与えることなく安定した剥離を行うことのできる定着装置を実現することができる。
【００５７】
表３は、定着ロールとして、直径４０ｍｍのアルミニウム製コアに弾性層として厚さ０．３ｍｍのシリコーンゴムを被覆しただけのソフトロールを用いてカラー定着を行った場合の剥離力の測定結果である。測定装置には図３に示した剥離力測定装置を用いた。
【００５８】
この場合は、表２の定着ロールのようなフッ素樹脂の表面層を有していないため、定着ロール表面にオイルを全く供給しない時にはシリコーンゴムの表面が短時間で摩耗してしまい実用に耐えられない。そこで、１ｍｇ／Ａ４サイズ紙〜１０ｍｇ／Ａ４サイズ紙のオイルを定着ロール表面に供給しながら定着を行い剥離力を測定した。
【００５９】
【表３】
0003622526.tif 000004
【００６０】
表３に示すように、オイル供給量がゼロの場合は剥離力：６５ｇの測定値が得られるものの、オイルを供給しないまま定着を続けるとシリコーンゴムの摩耗により画像劣化を引き起こしてしまうのでこの条件では定着を行うわけにはいかない。しかし、１ｍｇ／Ａ４サイズ紙程度のわずかなオイルを定着ロール表面に供給することによってシリコーンゴムの摩耗を防止し、かつ大幅に剥離力を低下させることができる。さらにオイル供給量を増加させて従来のカラー定着と同程度の１０ｍｇ／Ａ４サイズ紙のオイル供給量とすると、セルフストリッピングに近い領域まで剥離力を低下させることができるが、オイル供給量が多くなると剥離シートがオイルを掻き取ってしまい剥離シートの先端がオイルで濡れて、それが用紙先端に転写され、オイルしみというトラブルが発生する恐れがある。そのため、剥離シートを備えた定着装置の場合はオイル供給量は実用上１ｍｇ／Ａ４サイズ紙以下とする必要がある。表３に示すように、オイル供給量が１ｍｇ／Ａ４サイズ紙の場合でも剥離力は２０ｇであり、剥離シートを適用することが可能である。
【００６１】
このように、弾性層表面にフッ素系樹脂層が形成されておらず弾性層のみが形成された定着ロールでも、小量のオイルを定着ロール表面に供給することにより剥離力を低下させることは可能であるが、前述のようにオイルを用いると、オイルが定着ロール内部にしみ込んで信頼性を低下させたり、オイルの補給用の設備が必要であったり、コピー上にオイルが残りボールペンやインクによる加筆性を低下させるなどの問題を起こしやすいので、表２に示したように、定着ロールの弾性層表面にフッ素系樹脂層が形成された定着ロールを用いることが好ましい。
【００６２】
なお、弾性層表面にフッ素系樹脂層を有する定着ロールの場合でも、１ｍｇ／Ａ４サイズ紙のオイル量を供給することによって剥離力を約半分に低減することが可能である。この場合も、オイルしみのトラブル発生を避けるために、オイル供給量は１ｍｇ／Ａ４サイズ紙以下に設定することが好ましい。
【００６３】
次に、本発明の第２の定着装置の実施形態について説明する。
【００６４】
図４は、本発明の第２の定着装置に用いられる剥離シートの断面図である。
【００６５】
図４には、本発明の第２の定着装置に用いられる剥離シート１３が示されている。本発明の第２の定着装置は、本発明の第１の定着装置と同様、内部に熱源を有し所定の方向に回転する第１の回転体と、第１の回転体に接触しながら第１の回転体の回転方向とは反対の方向に回転する第２の回転体とを備え、これら２つの回転体が互いに接触してなるニップ部に搬送されてきた、第１の回転体に接触する側の表面に未定着トナー像を担持する用紙を加熱するとともに加圧して、未定着トナー像を用紙に定着するものであるが、本発明の第２の定着装置は次の２点において本発明の第１の定着装置と相違している。
【００６６】
第１の相違点は、本発明の第２の定着装置に備えられる剥離シート１３の構成および作用が本発明の第１の定着装置に備えられる剥離シート７（図１参照）と相違している点である。すなわち、本発明の第２の定着装置に備えられる剥離シート１３は、定着ロール１（第１の回転体）の、ニップ部Ｎよりも第１の回転体１の回転方向Ａの下流側で定着ロール１表面と接触する接触部１５を有するとともに、接触部１５よりもさらに定着ロール１の回転方向Ａの上流側に延びた形状を有し、その上流側に延びた先端部１３ａが定着ロール１表面から所定の間隙を隔てて配置されている。
【００６７】
第２の相違点は、本発明の第１の定着装置においては定着ロールの表面に形成された弾性層３（図１参照）を備えることが必須要件であったが、本発明の第２の定着装置では、定着ロールの表面に弾性層を備えることは必須要件ではないという点である。
【００６８】
図４に示すように、本実施形態の剥離シート１３は、その片面に１０μｍの厚さのフッ素系樹脂層１９が形成された、厚さ４０μｍのポリイミドフィルムを基材１８とし、基材１８をフッ素樹脂層１９が形成された面１９ａを外側にして二つ折りにして形成した積層体を、その積層体の、折り目が形成された側の先端部１３ａがニップ部Ｎを向くように配置されている。なお、基材１８は、ポリイミドフィルムに限られるものではなく、耐熱性プラスチックシートまたは金属シートを用いることができる。
【００６９】
積層体となった剥離シート１３の層厚は約１００μｍであり、ニップ部Ｎ側の端縁１３ａには、剥離シート１３が二つ折りにされたことにより形成された若干の膨らみが存在し、この膨らみの部分が定着ロール１に接触する接触部１５を形成している。この接触部１５近傍における剥離シート１３の厚さは１１０μｍ程度である。
【００７０】
剥離シート１３の他方の端縁１３ｂは、二つ折りにされた基材１８が支持プレート１４を挟み込むようにして接着されている。剥離シート１３のニップ部Ｎ側の端縁１３ａから、支持プレート１４で支持されている側の端縁１３ｂまでの長さは５ｍｍである。剥離シート１３の定着ロール１軸方向の幅は、通過する用紙幅全体をカバーする幅に設定されている。剥離シート１３は、支持プレート１４に支持された状態で、その端縁１３ａ近傍に形成された接触部１５が定着ロール１に対し押圧されるように配備される。
【００７１】
本実施形態の剥離シート１３の剥離性能は、第１の実施形態における剥離シート７（図１参照）の剥離性能とほぼ同様である。
【００７２】
本実施形態の定着装置においては、剥離シート１３の接触部１５が定着ロール１に接触しており定着ロール１上のオフセットトナーが剥離シート１３に付着する恐れがある。そこで、オフセットトナーが剥離シート１３に付着しにくいように、剥離シート１３表面は離型性のよいフッ素系樹脂層１９で被覆されている。
【００７３】
ここで、剥離シートの先端部の表面をフッ素系樹脂層で被覆した剥離シートを如何にして作製するかが問題となる。最も簡単な作製方法として、フッ素系樹脂を被覆したシート状ポリイミド基材を切断して所定サイズの剥離シートとする方法が考えられるが、この方法では基材の切断面にフッ素系樹脂が存在しないのでその部分にトナーが付着しやすく好ましくない。また、カッティングにより所定のサイズに切断した基材を用意した後に、個々の基材にフッ素系樹脂を被覆する方法も考えられるが、この方法では、切断面、特にエッジ部にフッ素系樹脂が被覆されにくく、局所的にフッ素系樹脂が被覆されていない個所ができてしまうことがある。
【００７４】
これに対して、図４に示した本実施形態の、二つ折り方式により作製された剥離シート１３では、剥離シート１３のニップ部Ｎ側の端縁１３ａにも所定の厚さのフッ素系樹脂層１９が形成されておりトナーの付着が防止される。また、二つ折り方式で作製されているため、端縁１３ａに尖ったエッジが形成されることがなく、オフセットトナーを掻き取りにくい形状となっている。従って、用紙Ｐ（図１参照）上のトナー像が定着ロール１に大量にオフセットした場合においても、ほとんどのオフセットトナーや紙粉は定着ロール１に付着したまま１回転し、その後用紙Ｐによって持ち去られることになり、剥離シート１３が汚れることが防止される。一部のオフセットトナーや紙粉が一時的に剥離シート１３の端縁１３ａに蓄積されることがあっても、次にニップ部Ｎに供給されてきた用紙Ｐの先端が、端縁１３ａに蓄積されたトナーや紙粉に接触して機外に持ち去るので剥離シート１３の汚れは防止される。
【００７５】
本実施形態の剥離シート１３は、先端部１３ａが滑らかで大きな曲率を持っているため、用紙Ｐ上のトナー像Ｔを剥離する際に剥離シート１３の先端で擦ったとしてもトナー像面に傷を付けにくいという利点がある。また、同様の理由から、本実施形態の剥離シート１３は、定着ロール１に対しても傷を付けにくい構造となっている。さらに、この剥離シート１３先端の大きな曲率により、用紙Ｐの先端が剥離シート１３の先端と正面衝突する確率が減少し、より安定して用紙Ｐを剥離することができる。
【００７６】
以上の理由により、表２を参照して説明した、最大剥離力、すなわち、安定して剥離することのできる限界荷重を第１の定着装置における７０ｇを、本実施形態では１５０ｇにまで向上させることができる。従って、本実施形態においては、必ずしも定着ロール１の表面に弾性層を形成する必要がない。
【００７７】
さらに、この二つ折り方式の剥離シートでは、定着ロール１に内蔵されたヒータによる加熱が原因となって剥離シートの端縁に発生しやすい波打ち現象が発生しにくいというメリットもある。実際に、剥離シート１３の定着ロール１に対する圧接力を、単層の剥離シート７（図２参照）の場合の圧接力の約１／２にまで減少させても波打ち現象が生じないことが確かめられており、Ａ４横サイズ用紙幅：２９７ｍｍの場合の圧接力を３０ｇにまで低下させることが可能である。
【００７８】
剥離シート１３が定着ロール１から剥離する剥離ポイントＳ、すなわちニップ部Ｎを通過した用紙Ｐが定着ロール１から剥離する点Ｓが、ニップ部Ｎの出口から離れて過ぎていると、用紙Ｐが定着ロール１に巻き付いたまま担持される時間が長くなるので、用紙Ｐ上のトナー画像の先端部が過熱されてグロスが高くなり、トナー画像の先端部にグロスムラを生じることがある。
【００７９】
トナー画像を担持した用紙の先端には、通常の画像形成時には画像が形成されない非画像形成領域がある。この非画像形成領域の用紙先端からの長さは画像形成装置により多少の差はあるが約５ｍｍ程度である。用紙がニップ部から出てくる過程において、トナー画像の先端がニップ部から出る前に、用紙先端が剥離シート１３により剥離され始めれば、上記のグロスムラを生じることがない。
【００８０】
そこで、剥離ポイントＳの位置を種々に変更してトナー画像の先端に発生するグロスムラを調査した。その結果を表４に示す。ここで、定着ロール１と加圧ロール６のニップ幅は６ｍｍである。
【００８１】
【表４】
0003622526.tif 000005
【００８２】
表４から明らかなように、ニップ部Ｎの出口から剥離ポイントＳまでの距離が、用紙の非画像形成領域の長さ：５ｍｍよりも長くなるとトナー画像の先端部にグロスムラが生じ始める。ニップ部Ｎの出口から剥離ポイントＳまでの距離が６ｍｍ以下であればグロスムラの問題が発生することはない。
【００８３】
すなわち、グロスムラの発生を防止するために、ニップ部出口からの距離が、用紙先端の非画像形成領域の長さよりも短い位置において第１の回転体（定着ロール）から用紙を剥離するようにすることが好ましい。
【００８４】
なお、第２の実施形態の変形例として次のような剥離シートを用いてもよい。
【００８５】
図５は、図４に示す剥離シートの変形例を示す図である。
【００８６】
図５に示すように、この剥離シート１３’は、図４に示す剥離シート１３と同様、片面にフッ素系樹脂層１９が形成された耐熱性プラスチックシートまたは金属シートを基材１８とし、基材１８をフッ素系樹脂層１９が形成された面を外側にして二つ折りした積層体として形成されており、この二つ折りされた基材１８どうしの間に、直径５〜１００μｍの球形または円筒形の粒子２０を介在させることにより、剥離シート１３’の、折り目が形成された側の端縁１３ａ’に沿った膨らみができ、図４に示す剥離シート１３における接触部１５よりも大き目の接触部１５’が形成される。粒子２０は、剥離シート１３’の端縁１３ａ’に沿って１０ｍｍ間隔で二つ折りされた基材１８どうしの間に挟み込まれる。なお、二つ折りされた基材１８どうしを接着材により接着するようにしてもよい。このように構成した剥離シート１３’は、図４に示す剥離シート１３と同様の剥離性能を有している。
【００８７】
次に、本発明の定着装置の第３の実施形態について説明する。
【００８８】
第１あるいは第２の実施形態の定着装置を用いて数百枚の連続定着動作を行わせると、剥離シートの端縁に一時的に若干量のオフセットトナーや紙粉が蓄積され、それらが、次に送られてきた用紙先端部により取り除かれるという現象が見られることがある。その結果、用紙の先端が多少汚されることになり、画像品質にとって好ましいことではない。このような場合には、次に説明する第３の実施形態の剥離シートを用いることが望ましい。
【００８９】
図６は、本発明の第３の実施形態に用いられる剥離シートの断面図である。
【００９０】
図６に示すように、この剥離シート２７は、厚さ７５μｍのポリイミドフィルムの基材２８に厚さ１０μｍのフッ素系樹脂層２９が被覆されて形成されており、剥離シート２７の、定着ロール１に対向する側の面２７ｂに高さ２０μｍの円錐型の形状を有する突起３０が複数形成されており、これら複数の突起３０が定着ロール１に接触している。突起３０は、高さ約２０μｍであり、剥離シート２７の定着ロール１に対向する側の面２７ｂの反対側の面２７ｃから型で押して塑性変形させることにより形成することができる。このように、基材２８を塑性変形させて複数の突起を形成することにより、比較的容易かつ安価に突起を有する剥離シートを得ることが可能となるので好ましい。
【００９１】
図７は、図６に示す剥離シートの平面図である。
【００９２】
図７に示すように、突起３０は、剥離シート２７の定着ロール１に対向する側の面２７ｂに、定着ロール１軸方向に並行に１０ｍｍの間隔で形成されている。
【００９３】
図８は、第３の実施形態の剥離シートの変形例を示す平面図であり、図９は、第３の実施形態の剥離シートの他の変形例を示す平面図である。
【００９４】
図８に示すように、剥離シート２７’上の複数の突起３０’を千鳥状に配列させることも本発明の定着装置の好ましい態様の一つであり、また、図９に示すように、剥離シート２７”に形成された複数の突起３０”が、定着ロール１の回転方向に沿う方向に延びた蒲鉾型の形状を有するものとすることも本発明の定着装置の好ましい態様である。
【００９５】
次に、第３の実施形態における複数の突起どうしの間隔について説明する。
【００９６】
図６に示すように、第３の実施形態における剥離シート２７は、端縁２７ａ近傍の突起３０で定着ロール１に接触しており、剥離シート２７の端縁２７ａと定着ロール１との間には２０μｍ程度の間隙が保たれた状態となっている。剥離シート２７は薄膜フィルムを基材２８として用いているため、突起３０どうしの間隔が広すぎると、突起と突起との間の剥離シート２７の端縁２７ａが定着ロール１に接触してしまう。これを防止するためには、突起３０どうしの間隔は、剥離シート２７の厚さとのバランスを勘案して３〜３０ｍｍ程度とすることが望ましい。
次に、第３の実施形態における剥離シート表面からの突起の高さについて説明する。
【００９７】
表５には、図６に示す剥離シート２７を用いて突起３０の高さを種々変更して剥離シート２７へのトナー・紙粉の蓄積汚れと、剥離性能について調査を行った結果が示されている。図６に示すように、突起３０は剥離シート２７の端縁２７ａの近傍に形成されているため、剥離シート２７の端縁２７ａと定着ロール１との間隙は、突起３０の高さより若干小さい程度である。この間隙が大きくなると、ニップ部Ｎを通過してきた用紙Ｐが剥離シート２７と定着ロール１の間に入り込んでしまい定着ロール１から剥離することができない。
【００９８】
【表５】
0003622526.tif 000006
【００９９】
表５に示すように、剥離シート２７の端縁２７ａと定着ロール１との間隙が１００μｍ以下であれば十分な剥離性能を発揮することができる。また、突起の高さが５μｍ未満になるとオフセットトナーや紙粉などが剥離シートに徐々に付着し始めるようになる。従って、剥離シート２７の端縁２７ａと定着ロール１との間隙は５μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。
【０１００】
なお、第３の実施形態において、剥離シートに形成する突起は、定着ロールの回転方向に沿う方向に延びた線状の突起であってもよい。このような線状の突起を、剥離シートの先端部近傍から形成するようにすることにより、突起と定着ロールとの接触位置の微妙なずれに対する設計上の自由度を増加させることができて好ましい。
【０１０１】
上記の各実施形態においては、第１および第２の回転体としてロールを用いた例について説明したが、本発明の定着装置における第１および第２の回転体はロールのみに限られるものではなく、例えばベルト型の回転体であってもよい。
【０１０２】
また、上記の各実施形態における説明では、本発明の剥離シートを、第１の回転体（定着ロール）からの用紙の剥離に適用した例についてのみ説明してきたが、両面コピーが可能な画像形成装置において、両面コピーを取る際に、第２の回転体（上記各実施形態では、加圧ロール６に相当する）からの用紙の剥離に対しても上記各実施形態と同様に適用することができる。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の定着装置によれば、第１の回転体を、表面に弾性層が形成されたものとし、かつニップ部よりも第１の回転体の回転方向下流側に、第１の回転体表面にその端縁を接触させて第１の回転体から用紙を剥離する剥離シートを備えたことにより、カラー定着のように多量のトナーが転写されて形成された未定着トナー像を、トナー像、用紙および第１の回転体に損傷を与えることなく安定した剥離を行うことのできる剥離シートを備えた定着装置を実現することができる
また、本発明の第２の定着装置によれば、第１の回転体の、ニップ部よりも第１の回転体の下流側で第１の回転体表面と接触する接触部を有するとともに、接触部よりもさらに第１の回転体の上流側に延びた形状を有し、その上流側に延びた先端部が第１の回転体表面から所定の間隙を隔てて配置された剥離シートを備えたことにより、本発明の第１の定着装置におけると同様、トナー像、用紙および第１の回転体に損傷を与えることなく第１の回転体表面の未定着トナー像を安定して剥離することのできる剥離シートを備えた定着装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着装置の第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態の定着装置に備えられた剥離シートの断面図である。
【図３】剥離力測定装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第２の定着装置に用いられる剥離シートの断面図である。
【図５】図４に示す剥離シートの変形例を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に用いられる剥離シートの断面図である。
【図７】図６に示す剥離シートの平面図である。
【図８】第３の実施形態の剥離シートの変形例を示す平面図である。
【図９】第３の実施形態の剥離シートの他の変形例を示す平面図である。
【図１０】剥離爪による強制剥離装置を備えた従来の定着装置の概略構成図である。
【図１１】プラスチックの剥離シートによる強制剥離装置を備えた従来の定着装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１      定着ロール
２      ヒータ
３      弾性層
４      表面層
５      コア
６      加圧ロール
７      剥離シート
７ａ    端縁
７ｂ    後端部
８      基材
８ａ    表面
８ｂ    裏面
８ｃ    端縁
９      フッ素系樹脂層
１０    剥離爪
１１    剥離シート
１２    支持プレート
１２ａ  先端部
１２ｂ  後端部
１３，１３’      剥離シート
１３ａ，１３ａ’，１３ｂ    端縁
１４    支持プレート
１５，１５’      接触部
１８    基材
１９    フッ素系樹脂層
１９ａ    面
２０    粒子
２１    定着ロール
２２    ヒータ
２３    剥離爪
２３ａ  端縁
２４    歪みゲージ
２６    加圧ロール
２７，２７’，２７”      剥離シート
２７ａ    端縁
２７ｂ，２７ｃ    面
２８    基材
２９    フッ素系樹脂層
３０，３０’，３０”      突起
【図１】
0003622526.tif 000007
【図２】
0003622526.tif 000008
【図３】
0003622526.tif 000009
【図４】
0003622526.tif 000010
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003622526.tif 000013
【図８】
0003622526.tif 000014
【図９】
0003622526.tif 000015
【図１０】
0003622526.tif 000016
【図１１】
0003622526.tif 000017