(57)【要約】【課題】定着画像の光沢を低光沢から高光沢まで幅広く制御可能であり、且つ高い定着強度を得ることができる長寿命の定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】対向して配置した加圧手段の間に未定着トナー画像が形成された支持体を挿通して、未定着トナー画像を定着させる定着装置であって、加圧手段のうち支持体上の未定着トナー画像形成面と接する側の加圧手段である少なくとも２以上のトナー付着側加圧手段と、少なくとも２以上のトナー付着側加圧手段の切替えを行う切替え手段と、を備える。トナー付着側加圧手段は、下地層と下地層上に形成された表面層とを含有し、未定着トナー画像定着時の加圧により下地層表面に微細凹凸を形成して表面層を変形させ、支持体に微細凹凸面を形成する第１のトナー付着側加圧手段と、下地層に平滑な層を設けて未定着トナー画像定着時に支持体に平滑面を形成する第２のトナー付着側加圧手段と、を有する。【選択図】図２
2011048244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置した加圧手段の間に未定着トナー画像が形成された支持体を挿通して、前記支持体上に前記未定着トナー画像を定着させる定着装置であって、
前記加圧手段のうち前記支持体上の未定着トナー画像形成面と接する側の加圧手段である少なくとも２以上のトナー付着側加圧手段と、
前記少なくとも２以上のトナー付着側加圧手段の切替えを行う切替え手段と、を備え、
前記少なくとも２以上のトナー付着側加圧手段は、下地層と該下地層上に形成された表面層とを含有し、前記未定着トナー画像定着時の加圧により前記下地層表面に微細凹凸を形成して前記表面層を変形させ、前記支持体に微細凹凸面を形成する第１のトナー付着側加圧手段と、前記下地層に平滑な層を設けて前記未定着トナー画像定着時に前記支持体に平滑面を形成する第２のトナー付着側加圧手段と、を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記下地層の弾性率は、前記表面層の弾性率よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記下地層及び前記表面層は、樹脂を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記トナー付着側加圧手段は、円筒状芯と、該円筒状芯上に形成された前記下地層と、該下地層上に形成された前記表面層と、を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記トナー付着側加圧手段は、エンドレスベルト状であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記対向して配置した加圧手段は、前記支持体を介して互いに接触して回転する回転部材であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記対向して配置した加圧手段のうち少なくとも１以上は、加熱手段を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記トナー付着側加圧手段の表面に設けられ、オイルを塗布するオイル塗布手段と、
前記オイルをふき取るオイルクリーニング手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項９】
前記トナーは、オフセット防止剤を含有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の定着装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の定着装置を備え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、トナー画像を用紙等の支持体上に定着する定着装置及びそれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真方法を用いたプリンタ等の画像形成装置が普及している。ここで、一般的な電子写真方法として、光導電性物質からなる感光体の表面に静電潜像を形成し、トナーを用いて該潜像を現像した後、用紙等の支持体にトナー画像を転写する方法が用いられている。また、トナーを用いて静電潜像を現像する方法としては、パウダークラフト法、カスケード法、磁気ブラシ法、ファーブラシ法、接触現像法、加圧現像法、磁性トナー法等の各種の乾式現像法が知られている。これらのうちで最も一般的な方法はカスケード法と磁気ブラシ法である。
【０００３】
他方、用紙等の支持体上に転写されたトナー画像を定着させる方法としては、例えば、溶剤定着法、圧力定着法、加熱定着法等が知られている。上記した溶剤定着法は、溶剤蒸気が飛散してしまうという問題や、臭気及び安全衛生上の問題があった。また、圧力定着法は、他の定着法と比べ定着特性、熱安定性に劣るという課題があった。これに対し、トナーを加熱溶融させて用紙等の支持体上に定着させる加熱定着法は、安全性及び経済性が高いため、広く採用されている。以下に加熱定着法に用いられる定着装置について図３を用いて説明する。
【０００４】
図３に示すように、加熱定着法に用いられる定着装置は、アルミニウム合金等の金属やセラミック、プラスチック等からなる円筒状芯２ａの内部にヒータ５を配置し、かつ、その円筒状芯２ａの表面層４ａとしてポリテトラフルオロエチレン等の耐熱性樹脂、あるいはシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱弾性体を被覆した加圧定着ローラ１を備えている。さらに、アルミニウム等から成る円筒状芯２ｂの表面にシリコーンゴムやフッ素系ゴム等の弾性体あるいはフッ素樹脂等の耐熱性樹脂からなる表面層４ｂを形成した加圧ローラ６も、上記加圧定着ローラ１と対向する位置に備えている。
【０００５】
また、分離爪１８は支持体１５である用紙等の巻付きを防止するためのものであり、幅数ｍｍのものが４〜５箇所に取付けられている。分離爪１８は、通常は加圧定着ローラ１側のみに設けられるが、高速機や両面印刷する場合には加圧ローラ６側にも取付けられる。
【０００６】
上述したような定着装置の中でも、加圧定着ローラ１と加圧ローラ６間にトナー画像が転写された支持体１５を挿通して加熱及び定着を行うヒートローラ法は、他の加熱定着法であるフラッシュ定着法あるいはオーブン定着法と比べて、定着性、定着速度、安全性、経済性等において優れているため、広く利用されている。
【０００７】
上述したような多くの方法から最も有効な方法を選択することで、出力画像の画質を向上させることができるが、未だに画質が十分ではないという問題があった。そこで、上記問題を解決するために、出力画像の光沢を均一にすることで出力画像の画質を向上させる技術が提案されている。例えば、特許文献１（特開２００５−３３８８０７号公報）、特許文献２（特開２００７−７２０１２号公報）および特許文献３（特開２００７−１６３９０２号公報）が挙げられる。具体的には、例えば、特許文献３では、支持体に形成された未定着トナー画像に表面を接触させて加熱及び加圧することでトナー画像を定着させる定着装置に用いられる無端状の定着ベルトを、未定着トナー画像と接する表面の微小硬度を５以上３０以下とし、光沢度Ｇｓ（２０°）を５０以上とすることで、画像の光沢を均一にし、平滑性を高めるという技術が開示されている。尚、光沢度については後述する。
【０００８】
しかし、上述したような電子写真方法を用いた画像形成装置には白黒画像等のモノクローム画像（モノクロ画像）のみならず、フルカラー画像を形成することが可能な装置がある。ここで、加圧定着ローラの表面層に耐熱性樹脂を形成した定着装置によって定着されたトナー画像は、一般的に白黒画像の場合は低光沢が望まれ、フルカラー画像の場合は高光沢が望まれることが多い。これらの要望に対し、１台のプリンタでは低光沢から高光沢までの画像を出力することが難しいという課題があった。特にこれからのＰＯＤ画像に関しては、出力画像の内容によって低光沢から高光沢までの画像が要求され、幅広い画質内容が要求されるようになってきている。
【０００９】
例えば、図３に示すような定着装置において、表面層４ａがフッ素系樹脂等で被覆された加圧定着ローラ１は、通常フッ素系樹脂等を加熱溶融して円筒状芯２ａ上に形成し、被覆面にバフ研磨等を施して製造されている。従って、表面層４ａの表面は平滑で弾性もあまりないため、定着時に支持体１５上のトナー画像が押し潰されて平滑になり、高光沢方向の画像となる。尚、フッ素系樹脂等は機械的強度も高く、表面の耐摩耗性に優れるため定ローラ１の長寿命化が可能である。
【００１０】
他方、加圧定着ローラ１の表面層４ａとしてシリコーンゴム等の弾性体を用いた定着装置においては、表面層４ａの表面に微細な凹凸が多数形成されており、かつ、弾性を有する。そのため、定着時にトナー画像が押し潰されて平滑になりにくく、低光沢方向の画像となる。しかし、シリコーンゴム等の弾性体は一般に耐摩耗性が劣り、支持体１５や分離爪１８あるいは温度センサ１９等との接触摩擦により摩耗し易い。そのため、短期間で定着不良を起し、加圧定着ローラ１の寿命が短くなってしまうという課題があった。
【００１１】
また、シリコーンゴム等の弾性体は機械的圧縮に弱いため、膜厚を厚くして補っている。しかしながら、加熱定着においてはヒータ５からの熱伝導性が悪いため、連続定着すると加圧定着ローラ１の表面が所定の温度を維持できず、定着力が低下してしまうという課題があった。
【００１２】
さらに、シリコーンゴム等の弾性体は、トナーオフセットを防ぐために塗布されるシリコーンオイル等の離型剤によって膨潤や変形し易く、用紙等の支持体１５にしわを発生させてしまうという課題があった。しかし、離型剤を塗布しないと支持体１５上のトナーの一部が表面層４ａに付着してしまい、加圧定着ローラ１と支持体１５との剥離性を低下させるという課題や、トナーのオフセットが起り易いという課題があり、定着装置のメンテナンスフリー化が難しくなってしまう。
【００１３】
上記課題に関連して、円筒状芯２ａ上に接着層を介してフッ素系熱収縮チューブを被覆し、その表面を十点平均粗さで２μｍ〜３０μｍＲｚに粗化したローラを用いて定着画像の光沢を除く方法が提案されている。例えば、特許文献４（特開昭６１−３２０８１号公報）が挙げられる。
【００１４】
しかし、加圧定着ローラは現像剤等の２〜３倍の寿命が望まれており、上記特許文献４に記載の加圧定着ローラでは、表面の粗化面が摩耗し易く、数１０万枚、場合によっては１００万枚以上の寿命を要求される加圧定着ローラとしては不十分である。さらに、高速定着には加圧定着ローラの回転数を上げる必要があり、上記特許文献４に記載されたような加圧定着ローラでは、粗化面がかえってオフセットの発生を助長するという課題もあった。
【００１５】
そこで、上述したような課題を解決するために、用紙の搬送方向に直列に配置された複数の定着器を備え、各定着器のそれぞれに形成されるニップの使用個数及び位置を切替えることで、用紙に加える熱量を変化させ、光沢度を調整する技術が提案されている。例えば、特許文献５（特開２０００−２２１８２１号公報）が挙げられる。また、高温定着部と低温定着部との２種の定着部を備え、用紙の搬送先を切替えることで、用紙に加える熱量を変化させ、光沢度を制御する技術も提案されている。例えば、特許文献６（特開２００８−１２２７０９号公報）が挙げられる。なお、特許文献７（特開平３−１１２９２４号公報）には、定着後のモノクローム（モノクロ）画像の光沢を抑え、且つ定着ロール自身の長寿命化を図るために、樹脂からなる下地層とその上に形成された樹脂からなる表面層とを有し、下地層には表面層よりも大きな弾性率と形成する微小凹凸面の粗さに対応した粒状体が形成または分散されていて、その粒状体が定着時の加圧により下地層表面に微小凹凸面を形成して表面層を変形し、支持体に微小凹凸面を形成するような構成の定着装置が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
近年、電子写真方法を適用した画像形成装置においては、高速、高画質、省電力化、小型化並びに低コスト化が要求されており、特に加圧定着ローラの長寿命化とメンテナンスフリー化が強く要望されている。しかし、上記特許文献５や特許文献６に記載された技術では、定着部を複数備える必要があり、上記要望に対応できないという課題があった。また、特許文献７の構成では、あくまでモノクロ画像の光沢度を抑える構成であり、カラー定着画像の光沢を低光沢から高光沢まで幅広く制御することは難しい。カラー定着画像の光沢を低光沢から高光沢まで幅広く制御可能にするためには、少なくても２以上のトナー付着側加圧手段が必要となる。
【００１７】
本発明はこのような実情を鑑みてなされたものであり、上記課題を解決し、モノクローム及びカラー定着画像の光沢を低光沢から高光沢まで幅広く制御可能であり、且つ高い定着強度を得ることができる長寿命の定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の定着装置は、対向して配置した加圧手段の間に未定着トナー画像が形成された支持体を挿通して、支持体上に未定着トナー画像を定着させる定着装置であって、加圧手段のうち支持体上の未定着トナー画像形成面と接する側の加圧手段である少なくとも２以上のトナー付着側加圧手段と、少なくとも２以上のトナー付着側加圧手段の切替えを行う切替え手段と、を備え、少なくとも２以上のトナー付着側加圧手段は、下地層と該下地層上に形成された表面層とを含有し、未定着トナー画像定着時の加圧により下地層表面に微細凹凸を形成して表面層を変形させ、支持体に微細凹凸面を形成する第１のトナー付着側加圧手段と、下地層に平滑な層を設けて未定着トナー画像定着時に支持体に平滑面を形成する第２のトナー付着側加圧手段と、を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の画像形成装置は、上記定着装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、定着強度に優れ且つ低光沢から高光沢まで幅広い光沢を有する画像を出力することができる長寿命の定着装置及び画像形成装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る定着装置の概略構成例を示す図である。
【図２】本実施形態に係る画像形成装置の概略構成例を示す図である。
【図３】本実施形態に係る定着装置の概略構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の実施形態の例について、図面を用いて詳細に説明する。尚、本実施形態では、定着装置として電子写真を定着する装置を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではない。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る定着装置の加圧定着ローラ１の概略構成例を示す。図１に示すように、本実施形態に係る定着装置が有する加圧定着ローラ１は、円筒状芯２と、下地層３と、表面層４と、ヒータ５とを備えている。尚、本実施形態では、アルミ合金の円筒状芯２の表面に樹脂からなる下地層３を設け、その上に樹脂からなる表面層４を被覆形成した加圧定着ローラを例に挙げて説明するが、これに限定されるものではない。
【００２４】
本実施形態に係る定着装置は、図１に示すような加圧定着ローラ１等の加圧手段の表面に下地層３と表面層４の２層の樹脂層を設けている。この下地層３は、表面層４よりも大きな弾性率の粒状体を形成又は分散したものである。
【００２５】
上記のような下地層３及び表面層４を備えることで、定着時の加圧によって粒状体が下地層表面に微小凹凸面を形成し、表面層４を下側から押し出し変形させることにより微小凹凸面を表面層４に形成することができる。このように表面層４に形成された凹凸面が用紙等の支持体の表面に光を散乱させる微小凹凸面を形成すると、光沢度を下げることができる。
【００２６】
他方、上述した加圧定着ローラとは異なるものとして、加圧定着ローラ等の加圧手段の表面に下地層３と表面層４の２層の樹脂層を設け、下地層を平滑にした層を設けることで、支持体表面に光を散乱させない平滑な面を形成することができる。これにより、光沢度を上げることができる。
【００２７】
従って、本実施形態に係る定着装置の加圧定着ローラ等は、表面層４が摩耗してもその下地層３によって、常に定着時に所定の凹凸を形成すること又は定着時に平滑な画像面を形成することができる。つまり、本実施形態に係る定着装置では、表面層４が存在するかぎり定着画像面に同じ凹凸面又は平滑面を形成することができる。
【００２８】
＜円筒状芯２＞
円筒状芯２の材料としては、アルミニウム合金等の金属、セラミック、耐熱性プラスチック等を適用することができる。
【００２９】
＜下地層３＞
下地層３の材料としては、ポリイミド、フッ素系ポリイミド、テトラフルオロエチレン等のフルオロカーボン重合体、上記ポリイミドとフッ素樹脂等の耐熱性樹脂の混合物等を適用することができる。
【００３０】
また、樹脂材料等の下地層３を円筒状芯２の表面に形成し、これに上述したような凹凸並びに平滑な面を形成してもよい。尚、凹凸な面を形成する場合は、下地層３の弾性率は表面層４の弾性率よりも大きいものを用いることが好ましい。これは、下地層３の弾性率が表面層４の弾性率以下では、加圧しても表面層４に凹凸を形成することができなくなってしまい、これを防ぐためである。
【００３１】
下地層３の凹凸構造を形成する粒状体としては、下地層３に金属等の無機フィラ又は有機フィラを均一に分散させたものも適用することができる。フィラを適用する場合は、フィラの弾性率が表面層４の弾性率より大きいものを選択すると良い。
【００３２】
さらに、下地層中に粒状の粒子を形成できるものとして、フッ素系ポリイミド等も適用することができる。これにより、硬化によって弾性率が大きいポリイミドの部分が、弾性率があまり大きくないフッ素樹脂の部分に比較的ランダムに形成され、ポリイミドの粒子を分散したと同じ作用効果を有する下地層３を得ることができる。
【００３３】
また、下地層３として多孔質層を適用した場合も、上記と同様な作用効果を得ることができる。尚、下地層３は表面層４を接着する接着剤を兼ねていることが望ましい。
【００３４】
上述したような下地層３の微小凹凸面の粗さは、好ましくは十点平均粗さで１０〜５０μｍ、特に１２〜４５μｍが好ましい。１０μｍ未満では後述する本実施形態の効果を十分得ることができない。また、下地層３の膜厚が５５μｍよりも厚くなると熱定着装置においては熱伝導性が悪くなり、定着速度あるいは定着強度を低下させるので好ましくない。他方、平滑な面を形成する場合の表面粗さは、７μｍ以下、特に４μｍ以下であることが好ましい。
【００３５】
＜表面層４＞
加圧定着ローラの表面層４の材料としては、四フッ化エチレン樹脂等の耐熱性フッ素系樹脂あるいはテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素系熱収縮樹脂等を適用することができる。表面層４の厚さは、耐摩耗性、熱伝導性及び機械特性等から２０〜１００μｍの厚さであることが望ましい。
【００３６】
＜ヒータ５＞
加圧定着ローラ１又は後述する加圧ローラを加熱するときは、従来公知の手段、例えばシーズヒータ等をローラの円筒状芯２の内側に設けて用いる。円筒状芯２の内部にヒータ５を設けることによって加熱定着をすることができる。
【００３７】
尚、加圧定着ローラ等の表面にトナーとの離形剤として用いられるシリコーンオイル等を塗布する機構を設けることもできる。また、シリコーンオイル等を塗布した表面をクリーニングする機構を設けることにより、直後の低光沢画像の出力に対応できるようにすることもできる。このようなオイル塗布機構及びオイルクリーニング機構を設けることで、上述した凹凸を形成する加圧定着ローラ及び平滑面を形成する加圧定着ローラの２つの機構による光沢度の調整をさらに詳細に行うことができる。
【００３８】
図２は、本実施形態に係る定着装置を有する画像形成装置の概略構成例を示す。図２に示すように、本実施形態に係る画像形成装置は、加圧定着ローラ１ａ、加圧定着ローラ１ｂ、加圧ローラ６、感光体ドラム７、現像部１０、レーザ光１１を照射する書込部、帯電部１２、クリーニング部１３、転写部１４、定着装置１６、除電部１７、を備えている。現像部１０は、現像剤８を収容している。尚、本実施形態では、定着装置１６が加圧により表面に微小凹凸が発生する機構を有する加圧定着ローラ１ａと加圧により表面に微小凹凸を発生しない加圧定着ローラ１ｂとの２種の加圧定着ローラを備える例を挙げて説明するがこれに限定されるものではない。例えば、加圧定着ローラを３種以上備えるような構成とすることも可能である。
【００３９】
有機光導電体層を表面に形成した感光体ドラム７は図２中の矢印の方向に回転する。帯電部１２は、感光体ドラム７の表面に所定の電荷を付与する。表面に所定の電荷が付与された感光体ドラム７に画像情報に応じて制御されたレーザ光１１が照射されると、レーザ光１１が照射された部分の電荷が消去され、感光体ドラム７の表面に静電潜像が形成される。次いで、現像部１０に収容されている現像剤８中で摩擦帯電されたトナー９により、感光体ドラム７の表面に形成されている静電潜像を現像して可視像とする。そして、感光体ドラム７上の可視像を転写部１４により、例えば記録用紙等の支持体１５上に転写し、定着装置１６により定着する。
【００４０】
除電部１７は、転写後の感光体ドラム７表面の電荷を除去する。クリーニング部１３は、残留トナーの清掃手段であるファーブラシ等により、感光体ドラム７の表面の残留トナー等を除去する。上記除電部１７やクリーニング部１３により電荷や残留トナー等を除去された感光体ドラム７は、再び帯電部１２によって帯電される。そして、上述したような一連の行程を繰り返すことによって次の複写が行われる。
【００４１】
＜加圧定着ローラ＞
本実施形態に係る定着装置１６の加圧定着ローラは、加圧により表面に微小凹凸が発生する機構を有する加圧定着ローラ１ａと、加圧により表面に微小凹凸を発生しない加圧定着ローラ１ｂとが装着されている。この加圧定着ローラ１ａ及び加圧定着ローラ１ｂを切替え手段により切替えることで、所望とする画像光沢で定着を行うことができる。この切替え手段とは、例えば、加圧定着ローラ１ａと加圧定着ローラ１ｂとを図２に示すように一つの軸に固定するが、その軸を精度よく一定角度回転（移動）させることの可能なモータといった動力手段が挙げられる。そして、所望の画像光沢を出力させるとき、この動力手段を画像形成装置内にある制御装置の制御によって駆動することにより、加圧定着ローラ１ａと加圧定着ローラ１ｂとを切り替える。なお、加圧定着ローラ１ａと加圧定着ローラ１ｂとが移動する場合に加圧ローラ６は、加圧定着ローラ１ａおよび加圧定着ローラ１ｂに接触しないように移動制御される。さらに、この定着機構には、オイル塗布により画像光沢をさらに詳細に制御するため、シリコーンオイル等の塗布機構とシリコーンオイルのクリーニング（拭き取る）機構を備えるようにしてもよい。このオイルクリーニング機構は、加圧定着ローラ６側だけでなく、加圧ローラ側にも装着することができ、更なる効果を上げることができる。
【００４２】
尚、コントローラ等の制御手段が出力画像の種類を判断し、その判断結果に基づいて切替え手段を制御することで、何れの加圧定着ローラを用いるかを切替えることができる。また、画像形成装置外にある操作部等を介して受付けたユーザの入力に基づいて適宜所望の光沢度を設定できるようにしてもよい。
【００４３】
ここで、定着後の画像は、定着時のトナーの溶融状態によりその表面が平坦であればあるほど光沢を増し、表面に定着時のオイルを微小に付着させることによっても更に光沢が増す。その反面、画像定着面に微小凸凹面を形成することにより光を散乱させることができるため、低光沢画像となる。
【００４４】
一般的に、カラー画像においては、反射光が色を際立たせるために高光沢画像が好まれる。また、オーバヘッドプロジェクタ（ＯＨＰ）では、投影する透過光が画像フィルム面で乱反射すると投影画像の品質が悪くなるために、画像フィルム面の平滑性が重要となっている。光沢度としては、２０％以上が望まれている。これに対し、モノクローム画像、特に、白黒画像においては、反射光が画像の品質（品位）を低下させることから極力低光沢のものが望まれ、光沢度としては１０％以下が望まれている。尚、光沢度については後述する。
【００４５】
以上のことから、最低光沢画像を得るための組合せは、加圧により表面に微小凹凸を形成する加圧定着ローラ１ａを用い、加圧定着ローラ１ａ及び加圧ローラ６表面にシリコーンオイルを塗布しない組合せである。また、最大の高光沢を得るための組合せは、加圧により表面に微小凹凸が発生しない加圧定着ローラ１ｂを用い、加圧定着ローラ及び加圧ローラ表面にシリコーンオイルを塗布する組合せとなる。
【００４６】
尚、本実施形態では、定着装置１６としてローラ型を適用した場合を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、例えばベルト定着方式にも同様に応用できる。
【００４７】
＜加圧ローラ６＞
加圧ローラ６は、定着時に加圧定着ローラ１をバックアップするもので、表面にシリコーンゴム、フッ素ゴム、フロロシリコンゴム等の弾性体層を所定のニップ幅が得られる膜厚に形成したものである。また、必要に応じてこれら表面にフッ素系熱収縮樹脂等を被膜したものを用いてもよい。
【００４８】
本実施形態では、定着装置１６の加圧ローラ６として、円筒状心の表面に耐熱性弾性体層として例えばＨＴＶ（High Temperature Vulcanization）シリコーンゴムを７ｍｍの厚さに被覆し、その上にＰＦＡ（四フッ化エチレンパーフルオルアルキルビニルエーテル共重合体）樹脂の熱収縮チューブを厚さ４０μｍに被覆して形成した加圧ローラ６を適用する例を挙げて説明するが、これに限定されるものではない。尚、加圧ローラ６は、加圧定着ローラ１の回転に伴って図２の矢印方向に回転可能に取付けられている。
【００４９】
尚、本実施形態に係る定着装置１６は、加圧定着ローラ１ａ及び加圧定着ローラ１ｂと加圧ローラ６との間に所定の圧力を加える図示しない加圧手段を備えている。なお、この加圧手段とは、一般的に知られているものであり、例えば、バネ等のものが挙げられる。そして、加圧手段は、所定の圧力をこの加圧ローラ６に与えることで、加圧ローラ６を加圧定着ローラ１ａあるいは加圧定着ローラ１ｂに押付けて加圧する手段である。また、必要に応じて、加圧定着ローラ１や加圧ローラ６の表面に各ローラの表面エネルギーを小さくする例えばシリコーンオイル等の有機シロキサン重合体の薄層を設けることで、各ローラと用紙等の支持体との離型性をよくすることができる。
【００５０】
また、支持体１５である用紙等の巻付きを防止するために、分離爪を設けるようにしてもよい。分離爪は、幅数ｍｍのものを４〜５箇所に取付けるとよい。尚、分離爪は、加圧定着ローラ１側のみに設けてもよいが、高速機や両面印刷する場合には加圧ローラ６側にも設けることが好ましい。
【００５１】
＜トナー＞
本実施形態に係る画像形成装置の現像部１０に収容されているトナーとしては、オフセット防止剤が添加されたトナー等を適用することができる。ここで、現像用トナーの粘弾性特性も定着画像の表面状態に影響を及ぼす。例えば、粘性を表す損失弾性率と弾性を表す貯蔵弾性率の比（損失正接＝損失弾性率／貯蔵弾性率）が大きいほど定着画像の光沢が大になる。これは、加圧又は加熱加圧されて押し潰されたトナー粒子は、元に戻ろうとする力より粘性力が大きいと、加圧定着ローラ１の表面状態に準じてしまうためである。従って、光沢を抑えるためには、損失弾性率と貯蔵弾性率との比は小さいことが望ましい。
【００５２】
また、前記貯蔵弾性率は、定着時の加圧定着ローラ１へのトナーオフセットに影響を及ぼし、貯蔵弾性率が小さすぎるとノンオフセットバンド（オフセットしない温度範囲）が狭くなり、大きいと定着強度に影響を及ぼし粘性も大きくなってしまう。
【００５３】
上記を踏まえ、損失弾性率（ｔａｎδ）の値は、４以下が好ましい。損失弾性率の値が４を超えると、定着画像の光沢度が１０％（１３５ｋｇ／連量紙）を超えてしまうため、モノクローム画像用としては好ましくない。また、貯蔵弾性率は２×１０２Ｐａ以上、特に２×１０2〜１×１０4Ｐａが好ましい。貯蔵弾性率が２×１０２Ｐａより小さくなってしまうと、ノンオフセットバンドが狭くなる傾向がある。
【００５４】
トナーとしては、例えばポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリ‐α‐メチルスチレン、スチレン‐クロロスチレン共重合体、スチレン‐プロピレン共重合体、スチレン‐ブタジェン共重合体、スチレン‐塩化ビニル共重合体、スチレン‐酢酸ビニル共重合体、スチレン‐マレイン酸共重合体、スチレン‐アクリル酸エステル共重合体（スチレン‐アクリル酸メチル共重合体、スチレン‐アクリル酸ブチル共重合体、スチレン‐アクリル酸オクチル共重合体、スチレン‐アクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン‐メタクリル酸エステル共重合体（スチレン‐メタクリル酸メチル共重合体、スチレン‐メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン‐メタクリル酸オクチル共重合体、スチレン‐メタクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン‐α‐クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン‐アクリロニトリル‐アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む重合体または共重合体）、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、エステル樹脂、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アイオノマー樹脂、ウレタン樹脂、ケトン樹脂、スチレン‐アクリル酸エチル樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール等の１種以上を主成分として、これに必要な色の顔料を配合して粉末状にしたものを使用することができる。
【実施例】
【００５５】
以下、本実施形態における定着動作による画像特性について具体的な例を挙げて説明するが、これに限定されるものではない。尚、加圧により表面に微小凹凸が発生する機構を有する加圧定着ローラを１ａとし、加圧により表面に微小凹凸を発生しない加圧定着ローラを１ｂとして説明する。
【００５６】
（実施例１）
アルミ合金製の円筒状芯２（圧縮弾性率：７×１０5ｋｇ／ｃｍ2）の表面を研磨して成形加工時の線条痕等の凹凸を除き、その表面にフッ素系ポリイミド（圧縮弾性率：１０５００ｋｇ／ｃｍ２）を塗布して加熱硬化し、下地層３とした。この下地層３上にＰＦＡの熱収縮チューブを被覆及び加熱して厚さ３５μｍの皮膜（圧縮弾性率：６８００ｋｇ／ｃｍ2）を形成し、図１に示すような内部にヒータ５を有する表面が平滑な加圧定着ローラ（外径６０ｍｍ）を作製した。尚、加圧定着ローラ１ａは、下地層３の膜厚５０μｍ、表面粗さ１３μｍとなるように形成した。他方、加圧定着ローラ１ｂは、下地層３の膜厚５５μｍ、表面粗さ５μｍとなるように形成した。
【００５７】
現像剤８として、以下の材料を用いた。
スチレン‐アクリル酸ブチル共重合体  １００重量部
サルチル酸クロム系錯化合物  ２重量部
カーボンブラック（カーボンＮｏ．４４）  １０重量部
ポリプロピレン  ５重量部
【００５８】
上記材料からなる配合物をヘンシェルミキサで予備混合し、二軸押出機で溶融混練後、ジェットミルにて粉砕し、ジグザグ分級機で平均粒径１１μｍに分級したトナーをフェライトキャリア（Ｆ‐１５０；パウダーテック社製）と３：９７（重量比）の割合で混合した二成分系現像剤を調製した。
【００５９】
この現像剤を用い、反転現像方式のレーザープリンタでＡ４サイズの紙を用いて速度６０枚／分にて連続印刷を行ない、表面に微小凹凸を発生する上記加圧定着ローラ１ａと加圧ローラ６のシリコーンオイルを塗布しない組合せで画像定着動作を行った。尚、定着装置１６のニップ圧力は４ｋｇ／ｃｍ2とし、加圧定着ローラ１ａの表面温度は１９０℃に設定した。
【００６０】
上述したような方法で得た定着画像は、１インチ角ベタ黒部で光沢度８．８％、定着強度が９０％以上であった。さらに、５０万枚の連続印刷定着試験後の光沢度、定着強度もほとんど上記の初期値と変わらなかった。
【００６１】
他方、定着装置１６の加圧定着ローラとして表面に微小凹凸を発生しない加圧定着ローラ１ｂと加圧ローラ６にシリコーンオイルを塗布する組合せで定着した。これにて得た画像は、１インチ角ベタ黒部で光沢度４８％、定着強度が９５％以上であった。
【００６２】
上記において、光沢度の測定は、１３５ｋｇ／連量（約４２ポンド／連量）紙に１インチ角ベタ黒画像を形成して定着し、変角光沢度計〔ＶＧ‐１Ｂ型：日本電色（株）製〕により光沢度：Ｇｓ（７５度）を測定した。
【００６３】
また、定着強度は、１インチ角ベタ黒画像部にスコッチメンディングテープ（３Ｍ社製Ｎｏ.８１０）を貼付け、その上を直径６０ｍｍの金属性ロールを用いて圧力２ｋｇで回転押圧した後、スコッチメンディングテープを引剥がし、剥離前後の画像濃度の比を求め評価した。
【００６４】
尚、本実施例及び以下に示す実施例２〜３及び比較例１〜２のそれぞれ下地層表面は平滑であり、そのままでは下地層中のポリイミド粒子の粗さを測定することができない。そこで、表面層を形成後に該表面層の一部を下地層との間で引き剥がし、露出した面の表面粗さを測定した（十点平均粗さ）。つまり、表面層の一部と下地層引き剥がすことによってフッ素系樹脂部分が表面層のＰＦＡ側に付着して剥がされ、ポリイミド部分が粒子状に残るので、その部分の粗さを測定した。
【００６５】
（実施例２）
表面層４の膜厚を４０μｍとし、加圧定着ローラ１ａの下地層３の膜厚５５μｍ、表面粗さ２５μｍとし、加圧定着ローラ１ｂの下地層３の膜厚２５μｍ、表面粗さ２μｍとする以外は実施例１と同様である。上記加圧定着ローラを定着装置１６に組込み、実施例１と同様に連続印刷定着試験を行ない定着画像の光沢度及び定着強度等を測定した。
【００６６】
定着装置１６の加圧定着ローラとして表面に微小凹凸を発生する加圧定着ローラ１ａと加圧ローラ６にシリコーンオイルを塗布しない組合せで定着した。これにて得た画像は、１インチ角ベタ黒部で光沢度８％、定着強度が９２％以上であった。
【００６７】
他方、定着装置１６の加圧定着ローラとして表面に微小凹凸を発生しない加圧定着ローラ１ｂと加圧ローラ６にシリコーンオイルを塗布する組合せで定着した。これにて得た画像は、１インチ角ベタ黒部で光沢度４９％、定着強度が９８％以上であった。
【００６８】
（実施例３）
下地層３の圧縮弾性率を９０００ｋｇ／ｃｍ2、表面層４の膜厚を２０μｍ、加圧定着ローラ１ａの下地層３の膜厚３５μｍ、表面粗さ４５μｍとし、加圧定着ローラ１ｂの下地層３の膜厚３５μｍ、表面粗さ７μｍとする以外は実施例１と同様である。上記加圧定着ローラを定着装置１６に組込み、実施例１と同様に連続印刷定着試験を行ない定着画像の光沢度及び定着強度等を測定した。
【００６９】
定着装置１６の加圧定着ローラとして表面に微小凹凸を発生する加圧定着ローラ１ａと加圧ローラ６にシリコーンオイルを塗布しない組合せで定着した。これにて得た画像は、１インチ角ベタ黒部で光沢度７．５％、定着強度が９０％以上であった。
【００７０】
他方、定着装置１６の加圧定着ローラとして表面に微小凹凸を発生しない加圧定着ローラ１ｂと加圧ローラ６にシリコーンオイルを塗布する組合せで定着した。これにて得た画像は、１インチ角ベタ黒部で光沢度３９％、定着強度が９５％以上であった。
【００７１】
（比較例１）
表面層の圧縮弾性率６７００ｋｇ／ｃｍ2、下地層３の圧縮弾性率を１６２００ｋｇ／ｃｍ2、表面層４の膜厚を３０μｍ、加圧定着ローラ１ａの下地層３の膜厚４０μｍ、表面粗さ５５μｍとする以外は実施例１と同様である。上記加圧定着ローラを定着装置１６に組込み、実施例１と同様に連続印刷定着試験を行ない定着画像の光沢度及び定着強度等を測定した。
【００７２】
定着装置１６の加圧定着ローラとして表面に微小凹凸を発生する加圧定着ローラ１ａと加圧ローラ６にシリコーンオイルを塗布しない組合せで定着した。これにて得た画像は、１インチ角ベタ黒部で光沢度６％、定着強度が９２％であった。しかし、３０万枚程度で表面層の破断が発生してしまった。
【００７３】
（比較例２）
下地層３の圧縮弾性率を２３０００ｋｇ／ｃｍ2、加圧定着ローラ１ａの下地層３の膜厚４５μｍ、表面粗さ８０μｍとする以外は実施例１と同様である。上記加圧定着ローラを定着装置１６に組込み、実施例１と同様に連続印刷定着試験を行ない定着画像の光沢度及び定着強度等を測定した。
【００７４】
定着装置１６の加圧定着ローラとして表面に微小凹凸を発生する加圧定着ローラ１ａと加圧ローラ６にシリコーンオイルを塗布しない組合せで定着した。これにて得た画像は、１インチ角ベタ黒部で光沢度５％、定着強度が８８％であった。しかし、２０万枚程度で表面層の破断が発生してしまった。
【００７５】
上述した実施例１〜３及び比較例１〜２の画像特性の結果を表１に示す。
【００７６】
【表１】
2011048244.tif 000003
【００７７】
表１に示すように、２つの特性の異なった加圧定着ローラを搭載することにより、１台の画像形成装置で、幅の広い光沢を有する画像が得ることができる。
【００７８】
本実施形態により、第１の定着機構を、支持体のトナー付着面と接する側の加圧定着ローラ等の加圧手段の表面に、定着時の加圧によってそれと接する支持体表面に光を散乱させる微小凹凸面を形成できるように構成したことにより、良好な品質の低光沢画像を得ることが可能となる。さらに、第２の定着機構を、定着時の加圧によってそれと接する支持体表面に光散乱を発生させない平滑面を形成できるように構成したことにより、良好な品質の高光沢画像を得ることが可能となる。オフセット防止剤が添加されたトナーを用い、上記両定着機構を兼ね備えた定着装置を搭載し、シリコーンオイル等の塗布機構及びクリーニング機構を付帯することにより、定着強度に優れ且つ低光沢から高光沢までさらに幅広い光沢を有する画像を出力することが可能となる。
【００７９】
また、上記第１の定着機構に用いる加圧定着ローラ等の加圧手段の下地層に形成した微小凹凸は、定着時の加圧により表面層を下から押出して表面層に凹凸を形成し、これが定着画像面に微小な凹凸面を転写する。そのため、表面層が摩耗消滅しないかぎり同一の微小凹凸面並びに平滑面を形成することが可能となる。さらに、加熱定着においては表面層の膜厚を薄く形成できるために熱伝導性が向上し、定着強度の優れたトナー画像を得ることが可能となる。
【００８０】
また、上述したように下地層に形成される微小凹凸が表面層の摩耗に関係無く表面層を下から押出して表面層に凹凸を形成するため、加圧定着ローラ等の加圧手段は１００万枚以上の連続印刷定着を行っても初期とほとんど変わらない高品質で定着強度の安定した定着画像を与えることが可能となる。つまり、加圧手段は長寿命であるので、長期間メンテナンスフリーの定着装置及び画像形成装置を提供することが可能となる。
【００８１】
さらに、定着装置を複数備える必要はなく、未定着トナー画像が接する側の加圧手段である加圧定着ローラ等を２以上備えるだけでよいため、低コスト化及び小型化を実現することが可能となる。
【００８２】
以上好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上述した定着装置及び画像形成装置に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であるということは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８３】
１    加圧定着ローラ
１ａ    第１の加圧定着ローラ
１ｂ    第２の加圧定着ローラ
２    円筒状芯
２ａ    円筒状芯
２ｂ    円筒状芯
３    下地層
４    表面層
４ａ    表面層
４ｂ    表面層
５    ヒータ
６    加圧ローラ
７    感光体ドラム
８    現像剤
９    トナー
１０    現像部
１１    レーザ光
１２    帯電部
１３    クリーニング部
１４    転写部
１５    支持体
１６    定着装置
１７    除電部
１８    分離爪
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８４】
【特許文献１】特開２００５−３３８８０７号公報
【特許文献２】特開２００７−７２０１２号公報
【特許文献３】特開２００７−１６３９０２号公報
【特許文献４】特開昭６１−３２０８１号公報
【特許文献５】特開２０００−２２１８２１号公報
【特許文献６】特開２００８−１２２７０９号公報
【特許文献７】特開平３−１１２９２４号公報
【図１】
2011048244.tif 000004
【図２】
2011048244.tif 000005
【図３】
2011048244.tif 000006