(57)【要約】【課題】  静電転写されたトナー像を定着出力する画像形成装置において、圧力定着器によるトナー像の圧縮変形の後に、非接触加熱手段によりトナー像の定着を行い出力させる。高速出力に伴い、定着必要電力が増大し、定着性の維持も困難になる。【解決手段】  圧力定着器により、トナー像の圧縮変形を行った後に非接触加熱手段によりトナーの溶融を行う事で、従来より少ないエネルギーでトナー間の溶融と結合及び記録材繊維面との結合を強化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのローラーを圧接させてなるニップ領域に、トナー像が支持された記録材を案内し挟持搬送させる事で、圧力のみによりトナー像の圧縮変形を行う圧力定着器と、トナー像が圧縮変形された後、非接触加熱方式の定着器でトナーの溶融を行い記録材への定着を行う定着装置、及び前記定着装置を具備することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記非接触加熱方式の定着器は、少なくともフラッシュランプと凹面ミラーを有し、前記ミラー反射面の背面側における圧力定着器と隣接する領域には断熱処理が施されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記非接触加熱方式の定着器は、少なくともマイクロ波の放射パターンとマイクロ波反射器を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電潜像担持体上に顕画像化されたトナー像を記録材上に転写、及び定着し出力する電子写真方式や静電記録方式を利用する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記画像形成装置において、所謂加熱ローラー定着が広く利用されている。ここで、画像形成装置の出力速度を高速化させる場合、一定の定着性能を確保するには、速度上昇に応じた加熱、加圧条件にする必要がある。
【０００３】
多段階の定着を行う事により、トナー像の定着性能を向上させ高速出力に対応させた技術例として特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８５９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示される画像形成装置においては、複数の定着器間における輻射や記録材を介した熱の相互作用が無視できないため、２つの定着器を互いに断熱する、昇温した圧力定着器に対する冷却手段を加える等、部材、部品の追加により相互作用を減じさせる手段が必要となり、部品コストの増大やエネルギー消費の無駄が増すという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係わる画像形成装置の代表的な構成は、
２つのローラーを互いに圧接させてなるニップ領域に、トナー像が担持された記録材を案内し挟持搬送させる事で、圧力のみによりトナー像の圧縮変形を行う圧力定着器と、前記圧縮変形されたトナー像を、非接触加熱手段により溶融させ記録材への定着を行う定着装置、及び前記定着装置を具備する画像形成装置である。
【０００７】
さらに、前記非接触加熱手段は、少なくともフラッシュランプと凹面ミラーを有し、前記ミラー反射面の背面側、特に圧力定着器と隣接する領域には断熱処理が施される画像形成装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、記録材上に転写されたトナー像を圧力定着器により圧縮変形させた後、非接触式の加熱手段によりトナーを溶融させて記録材上への定着を行う。
【０００９】
圧力定着により、トナー粒子間の空気を押し出し且つ粒子間の接触面積増大を行う。
【００１０】
つまりトナー粒子集団の密度と熱伝導率を上げた後に、光エネルギーや輻射熱、マイクロ波によるエネルギーを加えてトナーの溶融を行う事により、特に記録材繊維面付近のトナー粒子の溶融が促進され、トナー像の投錨効果（アンカー効果）の進展が計られ良好な定着性が得られる。
【００１１】
さらにトナーへの熱エネルギー付与を非接触方式で行うため、加熱部材へのトナーオフセットの心配が無い。
【００１２】
例えば加熱ローラーや定着ベルト等からなる加熱部材をトナー像に圧接させて熱エネルギーを加える方式において常用される加熱部材表面のクリーニング装置等の配設が必要なくなる。
【００１３】
以上、記録材上のトナー像を圧力定着器により圧縮変形させた後に非接触加熱定着を行う事により、エネルギーを効率的に利用したうえで良好な定着性能が得られ、かつ加熱部材の汚染の心配も少ない定着装置及び画像形成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明第１実施例を適用した画像形成装置の要部構成断面図
【図２】定着装置の要部構成断面図
【図３】キセノンフラッシュランプの点燈制御回路の要部構成図
【図４】フラッシュランプの照射エネルギーとベタ画像定着性の関係を表すグラフ
【図５】（ａ）はベタ画像出力紙を山折りにした模式図、（ｂ）ベタ画像出力紙を谷折りにした模式図、（ｃ）はベタ画像出力紙の折り目に擦り試験を加えた正面図
【図６】フラッシュランプの照射エネルギーと折り曲げ部の定着性の関係を表すグラフ
【図７】本発明第２実施例を適用した画像形成装置の要部断面構成図
【図８】マイクロ波照射器の要部構成図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
本実施例は、圧力のみによりトナー紛体に対し圧縮変形を行った後、フラッシュランプの発光エネルギーによりトナーの溶融変形を行い、その後自然冷却によりトナー像を記録材に対し定着させる装置である。
【００１７】
図１において、１００は本実施例を適用した画像形成装置であり、圧力定着器１２とフラッシュランプ定着器１３を直列に配置した事を特徴とする電子写真方式の画像形成装置である。
【００１８】
給紙ステーション８に格納された記録材は、給紙ローラー９により給紙されレジストローラー１０を介して搬送ベルト１１に静電吸着される。
【００１９】
この搬送ベルトは、周速６７７ｍｍ／ｓｅｃの速度にて駆動され、像形成装置１００は、Ａ４あるいはＬＴＲサイズメディアを最大１４０ｐｐｍで出力させる能力を有している。
【００２０】
４色のトナー像形成ステーションは、互いに共通の部品により４つのユニットが搬送ベルト１１に対し直列に配置されており、給紙側から順に、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に配置される。
【００２１】
４者における最も大きな違いは現像器に供給されるトナーであり、パッチ出力の濃度に応じ現像バイアス、転写バイアス、帯電バイアス等のフィードバック制御がそれぞれ行われる。
【００２２】
４色を代表し、ブラックトナーの像形成を説明すると、１は有機感光層を有する静電潜像担持体であり、不図示の高圧電源及び制御装置により出力される帯電バイアスが帯電部材３に印加されることにより表面の一様帯電が行われる。
【００２３】
イメージデータは不図示の画像処理コントローラーによりシリアルデータに変換された後、レーザースキャナーユニット２により走査露光されるレーザー光により、前記静電潜像担持体１上に静電潜像として形成される。なお、４は折り返しミラーである。
【００２４】
前記静電潜像は、現像器５及び不図示の高圧電源及び制御装置により出力される現像バイアスが現像材担持体に印加される事により顕画像化される。
【００２５】
前記トナー像は、搬送ベルト１１に担持された記録材の搬送タイミングに合わせて転写部材、及び転写バイアスの印加により記録材上に転写される。
【００２６】
転写工程の後、静電潜像担持体１上に残留したトナーは、クリーナー７によりクリーニングされ連続的に画像形成が行われる。
【００２７】
定着ステーションは、１２に示される圧力定着器と１３に示されるフラッシュランプ定着器から成る。
【００２８】
定着ステーションを通過した記録材は、フラッパー１４の動作により、そのままソーターユニット１６に出力される、もしくは自動両面出力のために反転経路１５に案内され、搬送経路１６を経由して再び搬送ベルト１１に吸着して２面目にトナー像が転写された後、定着出力される。
【００２９】
図２を用いて本実施例における定着器についてさらに説明する。
【００３０】
図中１２は圧力定着部、１３はフラッシュ定着部である。
【００３１】
圧力定着部１２において、２１、及び２２は、外径４６ｍｍ、加圧母線長さ３４８ｍｍの炭素鋼Ｓ５５Ｃから成り、かつ表面に厚さ１０μｍの硬質クロムメッキが施された金属ローラーである。
【００３２】
前記ローラー２１と２２は、互いにローラーベアリングで支持されたうえ、不図示の加圧機構により交差角１．３°、総圧７３０ｋｇｆにて互いに圧接され、未定着トナー像面側に位置するローラー２１に対し駆動が加えられ、記録材の挟持搬送を行う。
【００３３】
本圧力定着器において、ｍｏｎｄｉ社製、Ｂｉｏ  Ｔｏｐ３、坪量８０ｇ／ｍ２のＡ４サイズ紙を挟持搬送させた場合のニップ巾は、約０．５ｍｍであった事から、長手巾２９７ｍｍの前記Ｂｉｏ  Ｔｏｐ３を本定着器に挟持搬送させた場合、トナー像及び記録材に対し、４．９２ｋｇ／ｍｍ２の圧力が作用する。
【００３４】
フラッシュ定着部１３における３５はステンレス板に曲げ及びリブ加工が施された搬送ガイドであり、３１、３２、３３はキセノンフラッシュランプ、３４はステンレス製のランプカバーでありランプ面側は、バフ研摩、あるいはＣｒメッキが施される事によりランプからの光を搬送面に反射させ、記録材上に担持されるトナーの溶融を促進させるミラーになっている。
【００３５】
３６は断熱材、２３は定着入り口上ガイド、２４は定着入り口下ガイドであり、搬送ベルト１１から分離させた記録材を定着ニップに案内させる。
【００３６】
断熱材３６は、キセノンフラッシュランプの発光時に放射される赤外光が一部吸収される事により反射ミラー３４が昇温した場合においても加圧定着器１２、特にローラー２１、及び２２の昇温を防ぎ、フラッシュ定着と圧力定着の相互作用の発生を防ぐ。
【００３７】
またフラッシュ定着器１３の重心位置は、圧力定着器１２の重心位置よりも鉛直方向において高い位置に配置させる事で、フラッシュランプの発光により生じるフラッシュ定着器周りの昇温が、圧力定着器１２の昇温を極力防ぐべく配置構成される。
【００３８】
図３を用いて、フラッシュランプの点燈制御の説明を行う。
【００３９】
５０は、フラッシュランプ３１、３２、３３の点燈制御回路の要部構成図であり、本例において、３１、３２、３３は並列駆動が可能に構成されている。
【００４０】
例としてキセノンランプ３１の駆動回路構成の説明を行うと、５１はＡＣ−ＤＣコンバーター等から成る電源部、５２はダイオード、５３は給電コンデンサー、５４、５５はそれぞれキセノンランプの陽局と陰極、５６はキセノン管内面に配されたワイヤー電極等から成るトリガー電極である。５７はトリガー電圧発生回路であり、キセノンランプ３１の端子間電圧が充電完了電圧に達するタイミングで放電開始電圧（１２００〜１５００Ｖ程度）に相当する電圧を、トリガー電極５６に印加させる。
【００４１】
キセノンランプ３１から発せられるエネルギーは、コンデンサー５３の静電容量Ｃと印加される電位差Ｖにより凡そ決まり、
【００４２】
【数１】
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【００４３】
［Ｊ］、よってコンデンサー５３として１５０μＦの容量を選び、端子間電圧を２ＫＶに設定した場合、おおよそ３００Ｊ相当の光及び熱エネルギーがキセノンランプ３１から発せられる。
【００４４】
ランプ３１、３２、３３は、トナーの乗り量やメディアの情報に応じ任意のタイミングで点灯させる事が可能である。
【００４５】
本例において、ランプは、２５ｍｍ間隔で配置されており、照射領域は、搬送方向長さが７５ｍｍ、長手巾３３０ｍｍであることから２４７．５ｃｍ２である。
【００４６】
従って、コンデンサーＣ１、Ｃ２、Ｃ３が全て１５０μＦの容量を持ちかつ各コンデンサーの端子管電圧が２ＫＶ設定であり、ランプカバー３４反射面の反射率が１００％と仮定した場合（実際は６０〜７０％）、６６７ｍｍ／ｓｅｃの速度で搬送される記録材に対し、点燈間隔３７ｍｓｅｃでランプ３１から順に３２、３３が点燈した場合、記録材表面に対し計算上３．６Ｊ／ｃｍ２相当の光エネルギー及び熱エネルギーが放射される。
【００４７】
図４は、メディアとしてＢｉｏ  Ｔｏｐ３を用い、１４１線スクリーンにて形成した反射濃度が０．６付近のハーフトーンをイエロートナーで形成した場合の定着性を表し、横軸は、フラッシュ定着器１３のランプ発光段階での照射エネルギーであり、フラッシュランプ点燈制御回路５０における、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の容量、及び印加電圧、及び点燈本数を変える事により可変させてある。また縦軸は定着性、所謂濃度低下率を表しており、シルボン紙２枚を介してイエローパッチに加重１５．３ｇ／ｃｍ２を加え、５往復の擦り試験前後の濃度低下率である。
【００４８】
前記実験においては、圧力定着器１２によるトナー層の圧縮変形の後にフラッシュ定着を行った場合と圧力定着器を介さずにフラッシュ定着器のみにより定着を行った場合の定着性をプロットさせてある。
【００４９】
濃度低下率１５％を目標にした場合、圧力定着器によるトナーの圧縮変形後のフラッシュ定着であれば、４．５μＪ／ｃｍ２の照射エネルギーをランプ発光において生じさせれば達成できるのに対し、フラッシュ定着のみによる定着の場合、６．４μＪ／ｃｍ２の照射エネルギーが必要になる。
【００５０】
本例のフラッシュ定着器において照射エネルギーが６．４μＪ／ｃｍ２と４．５μＪ／ｃｍ２は、ランプを発行させる電力として約４７０Ｗの差となる。
【００５１】
圧力定着器の駆動に必要なエネルギーは、本例においては３０Ｗ以下ですむ事から、フラッシュ定着のみによる定着に対し、圧力定着の後にフラッシュ定着を実行する事により４００Ｗ強の電力が節約される事になる。
【００５２】
また、前記背景技術において説明した加熱ローラー定着器２台をもちい、搬送速度６７７ｍｍ／ｓｅｃにてＢｉｏ  Ｔｏｐ３、８０ｇ／ｍ２の定着を行うのに必要とした電力は、９５０〜１０００Ｗであった。
【００５３】
つまり、本実施例に示す構成の定着手段により定着を行う事により、複数の加熱定着ローラー定着を行う場合と比較しても、４００Ｗ強のエネルギーが節約できる事になる。
【００５４】
さらに、定着出力後の記録材を折り曲げた部分の濃度低下率を測定することにより定着強度の比較を行った。
【００５５】
比較は以下の手順で行った。
【００５６】
イエロートナーをベタ出力させた後、図５の（ａ）に示す様に画像面を一度谷折りした後、図５の（ｂ）に示す様に山折りを一度行う。
【００５７】
図５の（ｃ）に示す様に折り目を開いた後、折り目に対し分銅をシルボン紙２枚を介して置き２往復させる。分銅の加重は、１５．３ｇ／ｃｍ２である。
【００５８】
折り目に沿った５ヶ所の濃度を折り曲げる前の濃度Ｄ０に対し、折り曲げた後、擦り試験を行った後の濃度をＤ１として濃度低下率を計算し、５ヶ所の平均値を表したのが、図６に示すグラフである。
【００５９】
本例に示した圧力定着器通過後にフラッシュ定着を行えば、フラッシュランプの照射エネルギー約４．５μＪ／ｃｍ２で濃度低下率３５％が確保できるものの、フラッシュ定着のみでは６μＪ／ｃｍ２の照射エネルギーを加えても５０％以上濃度が低下してしまう。
【００６０】
つまり圧力定着の後にフラッシュ定着を行うことにより、記録材繊維面にトナーをより強固にアンカーさせ定着強度をあげる事が出来、しかもより小さい投入エネルギーにて定着性の向上を計ることが可能になる。
【実施例２】
【００６１】
本実施例の装置は、圧力のみによりトナー紛体に対し圧縮変形を行った後、マイクロ波によりトナー及び記録材の加熱を行うものである。
【００６２】
図７は、本実施例適用の画像形成装置２００の要部構成断面図であり、図中実施例１と同一の部材には同じ番号を振ってあり、圧力定着器１２に対し記録材の搬送方向下流側に２つのマイクロ波加熱器７１、７２を配置させてある。
【００６３】
図８は、本実施例に用いるマイクロ波加熱器７１の模式断面図であり、図中７３は支持体、７４は基板、７５は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波が印加される放射パターン、７６は、マイクロ波を記録材上のトナー層に対し収束させる反射鏡である。
【００６４】
圧力定着器によりトナー層が弾性変形された後、すなわちトナー間の接触面積及びトナーと記録材繊維面との接触面積が共に増大された状態でマイクロ波加熱が行われるため、マイクロ波加熱のみで得るには困難な定着強度と定着手段に対する投入エネルギーの節約が達成される。
【００６５】
また、溶融したトナー表面は高い粘度を持つため、背景技術において説明した加熱ローラー定着においては、トナーのオフセット汚れをクリーニングするウェブクリーナー等が必要になるのに対し、本例においては、トナーの溶融を非接触加熱手段で行うため、加熱手段に対するオフセット汚れの心配も無い。
【符号の説明】
【００６６】
１００‥実施例１の画像形成装置、１２‥圧力定着器、１３‥フラッシュ定着器、５０‥フラッシュランプ点灯制御回路要部構成図、２００‥実施例２の画像形成装置、３００‥従来の画像形成装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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