(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱層を有する加圧回転体と、表面にフッ素樹脂の離型層を有し、前記加圧回転体と互いに圧接してニップ部を形成する定着フィルムと、前記定着フィルムを加熱するヒータと、を有し、記録材のうち未定着トナー像が形成された表面が前記定着フィルムに対向するように前記ニップ部で記録材を挟持搬送させて記録材上に形成された未定着トナー像を記録材に定着する定着装置、を用いた定着方法において、
前記断熱層により前記加圧回転体が断熱されることで、前記ニップ部で挟持搬送される記録材の表面と裏面との間に生じる温度差であって、前記ニップ部のうちの記録材搬送方向下流端部における記録材の表面と裏面との温度差をΔＴ［℃］とし、
トナーのフローテスター１／２法溶融温度をＴ１／２［℃］とし、
記録材の所定部位が前記ニップ部を通過する時間をｔ［ｓｅｃ］とした場合、
ΔＴ≧−２０２ｔ＋（Ｔ１／２−６７）
が成り立つように定着することを特徴とする定着方法。
【請求項２】
前記断熱層の熱伝導率は、０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする請求項１に記載の定着方法。
【請求項３】
前記加圧回転体のアスカーＣ硬度は５０度以下で、前記ニップ部における平均圧力は０．３〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ２となるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着方法。
【請求項４】
前記断熱層は、スポンジで構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート等の記録材上に画像を形成する機能を備えた、例えば、複写機、プリンタなどの画像形成装置に適用される定着装置を用いた定着方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、レーザプリンタ等、電子写真プロセスを用いる画像形成装置に用いられる定着装置（像加熱装置）の定着方式として熱ローラ方式が上げられる。この方式では次のようにしてトナー像を記録材に永久画像として固着させるものである。まず、金属製の芯金上に弾性層、離型層を設け、芯金内部にハロゲンヒータ等の加熱源を配置した定着ローラと、芯金、弾性層、及び離型層からなる加圧ローラとを一定圧で互いに圧接するように構成する。そして、定着ローラと加圧ローラとの挟持部（ニップ部、定着ニップ部）にトナー像を担持した記録材を通すことにより、該トナー像を該記録材上に永久画像として固着させる。
このローラ定着方式において、高速化に対応すべくニップ幅を拡大するためには、各ローラのローラ径を大きくしなければならず、定着装置が大型化するとともに、熱容量が増大ひいては消費電力の増大、ウォームアップ時間が増加してしまうのが特徴である。
【０００３】
最近、フルカラー画像を形成する画像形成装置では、図９（ａ）に示すフィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。
このフィルム加熱方式の定着装置は、ニップ部Ｎを加熱する加熱体２４を備えた加熱定着ユニット２０と、弾性層１２を有する加圧ローラ１０とから構成され、不図示の加圧手段により加熱定着ユニット２０に加圧ローラ１０を圧接させてニップ部Ｎを形成している。加熱定着ユニット２０は、定着フィルム２１、ヒータホルダ２２、温度検知素子（サーミスタ）２３、加熱体２４から構成されている。
加圧ローラ１０は、不図示の駆動装置により矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。これにより、圧接して形成されたニップ部Ｎにおいて、加圧ローラ１０と定着フィルム２１との間に摩擦力が発生し、定着フィルム２１は加熱体２４表面と密着摺動しつつ、加圧ローラ１０に対して従動回転する。
【０００４】
この定着フィルム２１は、円筒状の定着フィルムであり、周長に余裕を持ってヒータホルダ２２に外嵌されており、層構成は、図９（ｂ）に示すように、基層２１ａ、弾性層２１ｂ、離型層２１ｃが順に設けられている。ここで、基層２１ａは、ニッケル、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等の金属製の電鋳ベルト或いはポリイミドなどの耐熱性樹脂からなる無端ベルトである。
基層２１ａの厚さは、金属製の電鋳ベルトの場合には厚さが２０〜７０μｍ程度、耐熱樹脂の場合には３０〜８０μｍ程度である。弾性層２１ｂは、基層２１ａ上に形成された厚さ１５０〜３５０μｍ程度のシリコンゴム層である。また、離型層２１ｃは、弾性層２１ｂ上にコーティング等によって形成された厚さ約１０〜２０μｍ程度のＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂、あるいは、弾性層２１ｂ上に厚さ約３０μｍ程度の低硬度のフッ素ゴムなどである。フッ素ゴムとしては、２元フッ化ビニリデン系ゴム、３元フッ化ビニリデン系ゴム、テトラフルオロエチレン−プロピレン系ゴム、フルオロホスファゼン系ゴム等があげられ、単独あるいは２種類以上ブレンドして用いられる。
ヒータホルダ２２は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性と、摺動性を具備した耐熱性樹脂により形成されている。
【０００５】
加熱体２４は、アルミナ等でできた基板表面に、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気抵抗材料がスクリーン印刷等により塗工され、その上に保護層としてガラスやフッ
素樹脂等がコートされている。
また、加熱体２４と定着フィルム２１の摩擦抵抗を低減するために、定着フィルム２１の内面に耐熱性のあるフッ素系グリース等の潤滑剤が塗布されている。
【０００６】
次に、加熱体２４の制御について述べる。
加熱体２４の発熱量の制御は、定着フィルム２１の裏面に設けられたサーミスタ２３により検知される温度情報を元に、所定の定着フィルム２１の目標温度が維持されるように加熱体２４への通電量を制御することで実現される。
また、異常過熱時の電流遮断部として機能するサーモスイッチ２９を有する。サーモスイッチ２９は、加熱体２４の裏面側で、長手方向の略中央部に所定の圧で押し当てられている。
トナーＴは、少なくとも着色剤と、結着樹脂と、ワックスとからなるものである。トナーにワックスを含有させることにより、定着フィルム２１の表面にワックスを供給することができ、良好な離型性が確保できる。
【０００７】
そして、未定着トナー像Ｔを担持する記録材Ｐを定着フィルム２１と加圧ローラ１０とのニップ部Ｎに通紙して加圧及び加熱することにより、未定着トナー像Ｔを記録材Ｐに定着させる。
このようなフィルム加熱方式の定着装置においては、定着フィルム２１が低熱容量であるため、従来の接触加熱方式である熱ローラ方式の装置に比べ省電力化及びウェイトタイム短縮化（クイックスタート）が可能である。また、多量のカラートナーが使用される定着装置の場合でも、定着フィルム２１のシリコンゴムなどによる弾性層により、定着フィルムがトナー層の凹凸に追従して接触することで、記録材Ｐの表層のトナーは均一に溶融し、良好な画像が得られる。なお、関連する従来例が開示された文献としては、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１４８９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の様なフルカラー画像のフィルム加熱方式の定着装置において、記録材Ｐとして表面の粗い普通紙を加熱定着する場合には、次のようなことが懸念される。それは、定着フィルムの離型層であるフッ素樹脂が硬いため、記録材Ｐの表層の凹凸まで追従することができず、定着フィルムが記録材の凸部のトナーと接触するが、記録材の凹部のトナーとは接触しない場合があることである。
【００１０】
図１０に、図９で説明した従来のフィルム加熱方式の定着工程における記録材Ｐとトナー画像Ｔの状態を示し、記録材の表面の凹凸により、濃度ムラが発生する理由を説明する。図１０には、そのトナーの状態の温度を濃度の分布で表現している。図１０（ａ）はニップ部Ｎを通過中の記録材Ｐとトナー像Ｔの状態を示す図であり、図１０（ｂ）はニップ部Ｎ通過直後における状態を示すモデル図である。
図１０（ａ）に示すように、従来の加熱方法は、トナー像Ｔを担持した記録材Ｐの表面（トナー像担持面、画像形成面）からの加熱だけではない。すなわち、加圧ローラ１０がウォームアップ時及び紙間で定着フィルムにより加熱され蓄熱されることで、加圧ローラ１０の接触により、記録材Ｐの裏面からも加熱が行われる。
【００１１】
この加熱方法の定着工程における記録材Ｐとトナー像Ｔの受ける熱量は、定着フィルムから記録材の表面への熱量Ｑ３と加圧ローラから記録材の裏面への熱量Ｑ４となる。また
、このフィルム加熱方式では、定着フィルム２１の温度が加圧ローラの温度よりも高いので、熱量Ｑ３＞熱量Ｑ４となり、記録材Ｐの表面と裏面に温度差ΔＴが生じる。ΔＴは定着フィルム２１の高熱伝導化や加圧ローラ１０の断熱化により、大きくすることができる。
【００１２】
しかし、従来のフィルム加熱方式では、この温度差ΔＴは十分でなく小さいため、記録材Ｐの上層の熱が下層に移動し難く、記録材Ｐの上層の温度が異常に高くなってしまう場合がある。
このような場合、従来の定着工程では、記録材Ｐの凸部のトナーは、加熱された定着フィルムと記録材Ｐの両方に挟まれて接触し、定着フィルムと記録材Ｐの両方から過度に熱と圧が加わり、過度に溶け広がり、記録材の繊維の透けが生じることが懸念される。
一方、凹部のトナーは、定着フィルムが記録材Ｐ表面上の凹凸に追従することができず、定着フィルムに加圧されず、熱が伝わり難く、溶け広がり難い。トナーの溶融が不足すると隣接したトナー同士が凝集し、記録材Ｐの地肌の見える面積が大きくなることが懸念される。
この様に、従来のフィルム加熱方式では、記録材の凸部と凹部のトナーで溶融状態の差が大きくなってしまう場合があり、このような場合には、記録材の表面の凹凸により濃度ムラが発生することが懸念される。
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、記録材の表面の凹凸に起因する濃度ムラの発生を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
断熱層を有する加圧回転体と、表面にフッ素樹脂の離型層を有し、前記加圧回転体と互いに圧接してニップ部を形成する定着フィルムと、前記定着フィルムを加熱するヒータと、を有し、記録材のうち未定着トナー像が形成された表面が前記定着フィルムに対向するように前記ニップ部で記録材を挟持搬送させて記録材上に形成された未定着トナー像を記録材に定着する定着装置、を用いた定着方法において、
前記断熱層により前記加圧回転体が断熱されることで、前記ニップ部で挟持搬送される記録材の表面と裏面との間に生じる温度差であって、前記ニップ部のうちの記録材搬送方向下流端部における記録材の表面と裏面との温度差をΔＴ［℃］とし、
トナーのフローテスター１／２法溶融温度をＴ１／２［℃］とし、
記録材の所定部位が前記ニップ部を通過する時間をｔ［ｓｅｃ］とした場合、
ΔＴ≧−２０２ｔ＋（Ｔ１／２−６７）
が成り立つように定着することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、記録材の表面の凹凸に起因する濃度ムラの発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１の定着装置の概略構成を示す断面図
【図２】定着工程における記録材とトナー画像の状態を示す図
【図３】ニップ部における圧力分布を示す図
【図４】ニップ部通過時における、時間に対する記録材の温度プロファイルを示す図
【図５】フローテスター昇温法における流動曲線と１／２法溶融温度を示す図
【図６】実験例２の、記録材の温度差とニップ部中の通過時間との関係を表す図
【図７】画像形成装置の概略構成を示す断面図
【図８】他の形態の定着装置の概略構成を示す断面図
【図９】従来の定着装置の概略構成を示す断面図
【図１０】従来の定着工程における記録材とトナー画像の状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の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、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り、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００１７】
［実施例１］
図１は、実施例１に係る像加熱装置の一例として、フィルム加熱方式の定着装置の概略構成を示す断面図である。
図１に示す定着装置の構成としては、図９に示した従来構成のものと同様であるため、図１に示す定着装置の各構成部材においては説明の便宜上、図９と同一の符号を用いている。本実施例においては、図９に示した従来のものに対して、材質等の実質的な構成が異なる部材についてのみ説明する。
本実施例の定着装置の構成は、図９に示した従来構成のものと比べて、加圧回転体としての加圧ローラ１０、及び、加熱回転体としての加熱定着ユニット２０と加圧ローラ１０との当接圧力に特徴がある。
本実施例では、定着フィルム２１の表面のＭＤ−１硬度が６６°であり、定着フィルムの層構成は、表層が厚さ１２μｍのフッ素樹脂のコーティング、弾性層が厚さ３００μｍのシリコンゴム層、基層が厚さ３０μｍのＳＵＳの電鋳で形成されている。また、本実施例の定着フィルム２１の外径は、２４  ｍｍのものを用いた。なお、ＭＤ−１硬度の測定は、高分子計器（株）製のマイクロゴム硬度計ＭＤ−１タイプＡ（以下、ＭＤ−１硬度計）を用いた。ＭＤ−１タイプＡは、ＪＩＳ  Ｋ  ６３０１で規定されているＪＩＳ−Ａ硬度の近似値が得られるものである。
【００１８】
加圧ローラ１０は金属（アルミあるいは鉄など）の芯金１１と、その外側に断熱性の高い断熱層としての弾性層１２、離型層（離型性層）１３から成る。
弾性層１２は、断熱効果を持たせるためシリコンゴムを発泡させ形成されたスポンジゴム層、あるいはシリコンゴム層内に中空のフィラーを分散させ、硬化物内に気泡部分を持たせ、断熱作用を高めた気泡ゴム層などがある。
離型層１３は、断熱性が高いものであればよい。例えば、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等の多孔質フッ素系樹脂、あるいはＧＬＳラテックスコーティングを施したものであってもよい。また、離型層１３はチューブを被覆させたものでも、表面を塗料でコートしたものであってもよい。
【００１９】
本実施例では、芯金１１は鉄の芯金、弾性層１２はシリコンスポンジゴム層で断熱化されており、加圧ローラ１０の外径は２８ｍｍ、弾性層１２の厚さは７ｍｍのものを用いた。本実施例の弾性層１２の熱伝導率は、約０．０７Ｗ／ｍ・Ｋである。熱伝導率は、幅１００ｍｍ、厚さ２０ｍｍ、長さ５０ｍｍの平面板状の試験体における表面を、ＪＩＳ  Ｒ２６１８  非定常熱線法に準じて、迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００（京都電子工業株式会社製）により、室温で測定したものである。
また、加圧ローラ１０の硬度は、アスカーＣ硬度計１ｋｇ荷重で、５０度以下が好ましく、本実施例の加圧ローラ１０のアスカーＣ硬度は、３５度（°）である。この様に加圧ローラの硬度を小さくし、加熱定着ユニット２０と加圧ローラとの加圧力を弱くすることで、ピーク圧力の低い、幅の広いニップ部Ｎを形成することができる。ここで、ニップ部Ｎは、加熱定着ユニット２０と加圧ローラ１０とが互いに圧接することで形成されている。
【００２０】
＜ニップ部の圧力プロファイル＞
本実施例においては、不図示の押圧力手段によって、加熱定着ユニット２０に加圧ローラ１０を加圧力１０ｋｇｆ（９８Ｎ）で押圧している。それにより、ニップ部Ｎの幅は約１１ｍｍである。
図３（ａ）に、本実施例におけるニップ部Ｎの圧力分布を実線で、平均圧力を点線で示す。尚、このニップ内における圧力分布についてニッタ株式会社製の圧力分布測定システムＰＩＮＣＨを用いて測定を行った。点線で示す平均圧力は、実線で示す圧力分布の平均値である。本実施例のニップ部Ｎは、ピーク圧力が０．７５ｋｇｆ／ｃｍ２（７．３５Ｎ／ｃｍ２）で、平均圧力が０．５ｋｇｆ／ｃｍ２（４．９Ｎ／ｃｍ２）である。
【００２１】
ここで、本実施例の定着装置が適用される画像形成装置について説明する。図７は、画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
感光ドラム１は矢印の方向に回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様に帯電される。次に、レーザスキャナ３より、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビームＬによる走査露光が施され、感光ドラム１上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４によりトナー（現像剤）を用いて現像、可視化される。
可視化されたトナー像（現像剤像）は、転写装置としての転写ローラ５により、所定のタイミングで搬送された記録材Ｐ上に感光ドラム１上より転写される。
このトナー像が転写された記録材Ｐは、加熱定着ユニット２０と加圧ローラ１０で構成される定着装置へと搬送され、永久画像として定着される。このとき、記録材Ｐのうちトナー像が形成された表面（像担持面、トナー担持面）が、加熱定着ユニット２０に対向するように、ニップ部Ｎで記録材Ｐが挟持搬送されて、加熱定着ユニット２０により記録材上に形成されたトナー像が加熱される。一方、感光ドラム１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置６により感光ドラム１表面より除去される。
【００２２】
［実施例２］
実施例２の定着装置は、実施例１から、加圧ローラ１０、及び、加熱定着ユニット２０と加圧ローラ１０との当接圧力を変更したものである。その他の構成については、実施例１の定着装置と同じ構成である。
【００２３】
本実施例では、芯金１１は鉄の芯金、弾性層１２は断熱効果を持たせるためシリコンゴムを発泡させ形成されたスポンジゴム層で、加圧ローラ１０の外径は２８ｍｍ、弾性層１２の厚さは７ｍｍのものを用いた。本実施例の弾性層１２の発泡倍率は、実施例１と比べて小さくしている。それにより、本実施例のシリコンスポンジゴム層の熱伝導率は、実施例１と比べて高くなり、約０．１５Ｗ／ｍ・Ｋである。また、本実施例の加圧ローラ１０のアスカーＣ硬度は、４５°である。
本実施例においては、不図示の押圧力手段によって、加熱定着ユニット２０に加圧ローラ１０を加圧力１５ｋｇｆ（１４７Ｎ）で押圧している。それにより、ニップ部Ｎの幅は約１０ｍｍである。
本実施例においても実施例１と同様にニップ部Ｎの圧力分布の測定を行なった。
図３（ｂ）に、本実施例におけるニップ部Ｎの圧力分布を実線で、平均圧力を点線で示す。本実施例のニップ部Ｎは、ピーク圧力が１．０ｋｇｆ／ｃｍ２（９．８Ｎ／ｃｍ２）で、平均圧力が０．７ｋｇｆ／ｃｍ２（６．８６Ｎ／ｃｍ２）である。
【００２４】
［比較例］
比較例の定着装置の構成は、図９の従来技術で説明した構成である。また、本比較例の定着装置は、実施例１のものと比べて、加圧ローラ１０、及び、加熱定着ユニット２０と加圧ローラ１０との当接圧力のみを変更したものである。その他の構成については、実施例１の定着装置と同じ構成である。
【００２５】
本比較例の加圧ローラ１０の弾性層１２は、シリコンゴムで形成されたソリッドゴム層で、実施例１のスポンジゴム層の弾性層１２と比べて熱伝導率が高く、断熱化されていない。また、本比較例の加圧ローラ１０のアスカーＣ硬度は、５７°である。本比較例の加圧ローラ１０の外径は２５ｍｍ、弾性層１２の厚さは５ｍｍのものを用いた。
本比較例において、不図示の押圧力手段によって、加熱定着ユニット２０に加圧ローラ１０を加圧力２５ｋｇｆ（２４５Ｎ）で押圧している。それにより、ニップ部Ｎの幅は約９．５ｍｍである。
本比較例においても実施例１と同様にニップ部Ｎの圧力分布の測定を行なった。
図３（ｃ）に、比較例におけるニップ部Ｎの圧力分布を実線で、平均圧力を点線で示す。本比較例のニップ部Ｎは、ピーク圧力が１．５ｋｇｆ／ｃｍ２（１４．７Ｎ／ｃｍ２）で、平均圧力が１．１５ｋｇｆ／ｃｍ２（１１．３Ｎ／ｃｍ２）である。
【００２６】
［実験例１］
実施例と比較例の定着装置で、同等の定着性になる定着プロセス条件を選定し、その定着プロセス条件で、実施例のベタ画像の濃度ムラが比較例と比べて改善するか実験した。実施例１、実施例２及び比較例の各定着装置で、異なる搬送速度（９０、１８０、２４０ｍｍ／ｓｅｃ）で、トナー画像サンプルを定着し、定着性が良好になる定着温度を選定した。
その後、その定着プロセス条件で濃度ムラ評価を行った。この実験例で用いたトナーは、ヒューレットパッカード社製のＡ４カラーレーザプリンタ（ＣＰ３５２５ｄｎ）のブラックトナーＡで、記録材Ｐは坪量７５ｇ／ｍ２の比較的表面の粗いＬｅｔｔｅｒサイズの普通紙（ＸＥＲＯＸ  Ｂｕｓｉｎｅｓｓ４２００）を用いた。
未定着のトナー画像サンプルは、ヒューレットパッカード社製のＡ４カラーレーザプリンタ（ＣＰ３５２５ｄｎ）を用いて、のり量が０．４５±０．０１ｍｇ／ｃｍ２
になるように作成した。
【００２７】
〔トナーＡのベタ画像の定着プロセス条件〕
定着温度の選定は、こすり定着性試験の結果が約５％になるようにしている。ここで言う定着温度とは、定着フィルム２１の裏面に設けられたサーミスタ２３により検知され、維持されている定着フィルム２１の目標温度である。
本実験例における定着画像のこすり定着性試験は、得られた画像をシルボン紙（クリーニングペーパ）で、往復５回、約２００ｇ荷重でこすり、画像のはがれを反射濃度の低下率（％）を算出した。定着性試験において、画像の反射濃度の低下率が１０％以下であれば、定着性は良好である。また、低下率が２０％を超えてしまうと、ユーザが画像を使用している時に、文字やハーフトーン画像が剥がれ、手や衣服やほかの紙が汚れるといった問題が発生するため、好ましくない。定着画像の濃度評価には、Ｘ−Ｒｉｔｅ（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製）を使用した。
【００２８】
〔トナーＡのベタ画像の濃度ムラ評価結果〕
定着性の良好な定着プロセス条件と、その時の濃度ムラ評価結果を表１、表２、表３に示す。表１は実施例１の定着プロセス条件と実験結果で、表２は実施例２のもので、表３は比較例のものである。上記の定着プロセス条件で以下のトナー画像の濃度ムラ評価を行った。トナー画像の濃度ムラの評価は目視で行った。その結果を下記の表１、表２、表３に示す。
〔評価基準〕
〇：濃度ムラがなく、極めて良好
△：濃度ムラの発生が僅かにあるが、許容可能
×：濃度ムラが目立つ
【００２９】
実施例１の定着プロセス条件と濃度ムラ評価結果
【表１】
0005704873.tif 000002
【００３０】
実施例２の定着プロセス条件と濃度ムラ評価結果
【表２】
0005704873.tif 000003
【００３１】
比較例の定着プロセス条件と濃度ムラ評価結果
【表３】
0005704873.tif 000004
【００３２】
表１、表２、表３の結果より、次のことがわかる。すなわち、実施例１では、こすり定着性試験が良好でかつ、濃度ムラが発生していない。実施例２では、こすり定着性試験が良好でかつ、濃度ムラの発生が僅かにあるが、許容可能である。比較例では、こすり定着性試験は良好であるが、濃度ムラが発生している。
これは、比較例では、記録材の凸部のトナーは、過度に溶け広がりやすくなり、記録材の繊維の透けが生じやすくなる。一方、記録材の凹部のトナーは、溶融不足により、トナー同士が凝集している。それにより、記録材の凸部と凹部のトナーで、溶融状態の差が大きくなり、濃度ムラが発生した。
【００３３】
実施例１は、実施例２と比べて、濃度ムラ評価が更に良化している。これは、実施例１では、実施例２と比べて、断熱性の高い加圧ローラを用いて、記録材Ｐの表面と裏面の温
度差を大きくしているからである。
【００３４】
〔トナーＢのベタ画像の濃度ムラ評価〕
実施例１、実施例２及び比較例の各定着装置で、使用するトナーをヒューレットパッカード社製のＡ４カラーレーザプリンタ（４７００ｄｎ）のブラックトナーＢに変えて、トナーＡの濃度ムラ評価と同様に定着性及び濃度ムラ評価を行った。トナーＢは、トナーＡと比べて溶融温度が高くなっている。このトナーを用いた時の実験結果を下記の表４、表５、表６に示す。
【００３５】
実施例１の定着プロセス条件と濃度ムラ評価結果
【表４】
0005704873.tif 000005
【００３６】
実施例２の定着プロセス条件と濃度ムラ評価結果
【表５】
0005704873.tif 000006
【００３７】
比較例の定着プロセス条件と濃度ムラ評価結果
【表６】
0005704873.tif 000007
【００３８】
表４、表５、表６の結果より、トナーＢの濃度ムラ評価においても、トナーＡの濃度ムラ評価と同様な結果であることがわかる。
【００３９】
〔トナーＣのベタ画像の濃度ムラ評価〕
実施例１、実施例２及び比較例の各定着装置で、使用するトナーを試作したブラックトナーＣに変えて、トナーＡの濃度ムラ評価と同様に定着性及び濃度ムラ評価を行った。トナーＣは、トナーＡと粒径及び比重はほぼ同等で、トナーＡと比べて溶融温度が低くなっている。このトナーＣを用いた時の実験結果を下記の表７、表８、表９に示す。
【００４０】
実施例１の定着プロセス条件と濃度ムラ評価結果
【表７】
0005704873.tif 000008
【００４１】
実施例２の定着プロセス条件と濃度ムラ評価結果
【表８】
0005704873.tif 000009
【００４２】
比較例の定着プロセス条件と濃度ムラ評価結果
【表９】
0005704873.tif 000010
【００４３】
表７、表８、表９の結果より、トナーＣの濃度ムラ評価においても、トナーＡの濃度ムラ評価と同様な結果であることがわかる。
【００４４】
［実験例２］
実施例１、実施例２及び比較例の各定着装置で、実験例１で濃度ムラ評価を行なった定着プロセス条件で、記録材の表面と裏面の温度差の測定を行なった。その結果を図６に示
す。
【００４５】
＜記録材Ｐの温度測定方法＞
図４にニップ部通過時における、時間に対する記録材Ｐの温度プロファイルを示す。図４（ａ）は実施例の温度プロファイルで、図４（ｂ）は比較例の温度プロファイルである。
温度プロファイルの測定は、次のようにして行った。温度検知部に熱容量が小さい熱電対（例えば、安立計器（株）製Ｋ型熱電対線径５０μｍ）を記録材Ｐの表面と裏面に貼り付け、その記録材Ｐを上記温度制御した定着装置のニップ部Ｎで挟持搬送させた。そして、そのときの熱電対から電位差信号を日置電機（株）製メモリハイコーダ（８８４２）にて測定した。図４（ａ）に示すように、ニップ部通過時における、時間に対する温度変化の様子を測定することができる。記録材Ｐとしては、坪量７５ｇ／ｍ２の比較的表面の粗いＬｅｔｔｅｒサイズの普通紙（ＸＥＲＯＸ  Ｂｕｓｉｎｅｓｓ４２００）を用いた。
【００４６】
以下に、図４（ａ）の実施例の温度プロファイルについて説明する。
定着装置に記録材Ｐが搬送されると、記録材Ｐの表面と裏面の温度は、ニップ部Ｎで加熱されて上昇する。弾性層１２により加圧ローラ１０が断熱されることで、定着フィルム２１の温度は、加圧ローラよりも高温となっており、記録材Ｐの表面温度は、記録材Ｐの裏面温度よりも高くなり、温度差ΔＴが生じる。ここで、温度差ΔＴは、ニップ部Ｎのうちの記録材搬送方向下流端部（ニップ出口）における記録材の表面と裏面との温度差である。実施例の加圧ローラ１０は、断熱化を高めているため、定着フィルムによる加熱の影響が少なく、蓄熱されない。そのため、ウォームアップ時間及び紙間が変化しても、温度差ΔＴは一定値が保たれる。
【００４７】
以下に、図４（ｂ）の比較例の温度プロファイルについて説明する。
比較例の加圧ローラの弾性層は、実施例の加圧ローラのものよりも断熱化されていないので、記録材の裏面が加熱されやすくなり、記録材Ｐの表面温度と裏面温度の差ΔＴが、実施例と比べて小さくなる。
【００４８】
＜温度差ΔＴとニップ部Ｎ中の通過時間ｔの関係式＞
実験例１で説明してきたように、こすり定着性試験が良好になる定着プロセス条件において、ニップ部中の通過時間ｔが長いほど定着温度を低下させることができ、記録材Ｐの表面と裏面の温度もニップ部中の通過時間ｔの増加にともない減少する。その結果、記録材Ｐの表面と裏面の温度差ΔＴもニップ部中の通過時間ｔの増加に伴い減少する。ここで、ニップ部中の通過時間ｔは、記録材Ｐの所定部位（例えば先端）がニップ部Ｎを通過する時間である。
また、こすり定着性試験が良好になる定着プロセス条件において、トナーの溶融温度が低いほど、定着温度を低下させることができ、記録材Ｐの表面と裏面の温度差ΔＴもトナーの溶融温度の低下に伴い減少する。
【００４９】
そこで、実施例１、実施例２及び比較例の各定着装置で、こすり定着性試験が良好になる定着プロセス条件において、温度差ΔＴ［℃］とニップ部中の通過時間ｔ［ｓｅｃ］との関係式を、
ΔＴ＝−αｔ＋（Ｔ１／２−β）・・・（１）
となるように設定した。
ここで、Ｔ１／２は、トナーのフローテスター１／２法溶融温度である。また、αとβは、定着装置の構成に特有な値になる。
【００５０】
＜トナーの１／２法溶融温度の測定方法＞
図５にフローテスター昇温法における流動曲線と１／２法溶融温度の模式図を示す。
定荷重押出し式細管式レオメーター、所謂フローテスターによる具体的な測定方法を以下に示す。
フローテスターＣＦＴ−５００（株式会社島津製作所製）を用いて１ｃｍ３の試料を、５０℃にて７分間保温した後、４℃／ｍｉｎの速度で昇温させながら、荷重１０ｋｇ／ｃｍ２でダイの細孔１ｍｍから押し出すようにし測定を行った。
図５では、フローテスターのトナー測定時に得られる流動曲線を、横軸に温度、縦軸にピストンストロークをとり模式的に示している。図中に、本発明で定義する軟化温度Ｔｓ、流出開始温度Ｔｆｂ、流出開始温度Ｔｆｂと流出終了温度Ｔｅとの中点である１／２法溶融温度Ｔ１／２を示している。
【００５１】
１／２法溶融温度の算出方法は、図５に示す流動曲線において、次のように算出される。すなわち、流出終了点Ｓｍａｘと流出開始点Ｓｍｉｎの差の１／２の値Ｘを求め（Ｘ＝（Ｓｍａｘ−Ｓｍｉｎ）／２）、ＸとＳｍｉｎを加えた点Ａの位置における温度、すなわち１／２法における溶融温度を求めることによって算出される。
従来から、フローテスターでの昇温法において、この１／２法溶融温度は、プリンタや複写機に使用されるトナーの温度特性として利用されている。
トナーＡ、トナーＢ及びトナーＣのＴ１／２を測定した結果、トナーＡのＴ１／２は、１１６℃であり、トナーＢのＴ１／２は、１１９℃であり、トナーＣのＴ１／２は、１１２℃であった。
【００５２】
＜実施例における記録材の温度差の領域＞
図６（ａ）は、実施例１、実施例２及び比較例において、トナーＡの定着プロセス条件で測定した温度差ΔＴとニップ部中の通過時間ｔとの関係を表すグラフである。
図６（ａ）の実線は、実施例２の△印のプロットの近似式で、ΔＴ＝−２０２ｔ＋４９となる。ここで、前記式（１）ΔＴ＝−αｔ＋（Ｔ１／２−β）と比較すると、トナーＡのＴ１／２は１１６℃なので、ΔＴ＝−２０２ｔ＋（Ｔ１／２−６７）となり、α＝−２０２、β＝−６７であった。
また、実施例２は、濃度ムラの発生が僅かにあるが、許容可能であることから、温度差ΔＴが［−２０２ｔ＋（Ｔ１／２−６７）］℃以上になれば、濃度ムラが良好になり、ΔＴ≧−２０２ｔ＋（Ｔ１／２−６７）が成り立つ。
【００５３】
同様に図６（ｂ）は、実施例１、実施例２及び比較例において、トナーＢの定着プロセス条件で測定した温度差ΔＴとニップ部中の通過時間ｔとの関係を表すグラフである。
図６（ｂ）の実線は、実施例２の△印のプロットの近似式で、ΔＴ＝−２０２ｔ＋５３となる。ここで、前記式（１）ΔＴ＝−αｔ＋（Ｔ１／２−β）と比較すると、トナーＢのＴ１／２は１１９℃なので、ΔＴ＝−２０２ｔ＋（Ｔ１／２−６７）となり、図６（ａ）で求めたα、βと等しくなった。トナーＢについても同様に、濃度ムラが良好になる条件として、ΔＴ≧−２０２ｔ＋（Ｔ１／２−６７）が成り立つ。
【００５４】
同様に図６（ｃ）は、実施例１、実施例２及び比較例において、トナーＣの定着プロセス条件で測定した温度差ΔＴとニップ部中の通過時間ｔとの関係を表すグラフである。
図６（ｃ）の実線は、実施例２の△印のプロットの近似式で、ΔＴ＝−２０２ｔ＋４５となる。ここで、前記式（１）ΔＴ＝−αｔ＋（Ｔ１／２−β）と比較すると、トナーＣのＴ１／２は１１２℃なので、ΔＴ＝−２０２ｔ＋（Ｔ１／２−６７）となり、図６（ａ）及び図６（ｂ）で求めたα、βと等しくなった。トナーＣについても同様に、濃度ムラが良好になる条件として、ΔＴ≧−２０２ｔ＋（Ｔ１／２−６７）が成り立つ。
【００５５】
［実験例３］
〔通紙時のヒータ消費電力測定〕
上記の搬送速度２４０ｍｍ／ｓｅｃの定着条件で、実施例１と比較例の通紙時のヒータ
消費電力を比較した。
室温２３℃、湿度６０％に保たれた実験室内で、定着装置の電源がオンになって２０秒後に３０枚／分で連続通紙し、連続通紙時のヒータの平均消費電力を電力計（ＨＩＯＫＩ３３３２ＰＯＷＥ  ＨｉＴＥＳＴＥＲ）を用いて測定した。使用した記録材は、坪量７５ｇ／ｍ２の比較的表面の粗いＬｅｔｔｅｒサイズの普通紙（ゼロックス社製）である。
【００５６】
トナーＡの定着プロセス条件で評価した結果、定着温度２０２℃の実施例１では連続通紙中の平均消費電力が、４７７Ｗであったのに対して、定着温度１８０℃の比較例の平均消費電力は、５４８Ｗであった。すなわち、実施例１の定着装置は、比較例の定着装置と比べて、７１Ｗ低く抑えられている。
同様にトナーＢの定着プロセス条件で評価した結果、定着温度２１２℃の実施例１では連続通紙中の消費電力が、４８８Ｗであったのに対して、定着温度１９０℃の比較例の消費電力は、５６４Ｗであった。すなわち、実施例１の定着装置は、比較例の定着装置と比べて、７６Ｗ低く抑えられている。
【００５７】
以上説明したように、加圧ローラに断熱層が設けられた定着装置において、ΔＴ≧−２０２ｔ＋（Ｔ１／２−６７）が成り立つように設定されることにより、表面の凹凸の粗い記録材Ｐを加熱定着する場合でも、濃度ムラの発生を防止することができる。
さらに、記録材の表面（トナー担持面）側から積極的に熱供給することで、トナーを溶融させ、記録材のトナー担持面近傍の層のみを温め、記録材の裏面（トナー担持面に対して裏側の面）への熱供給を低減することができる。これにより、無駄な熱供給を抑え、省エネルギー性を向上させることができる。
このとき、加圧ローラ１０の弾性層１２の熱伝導率が、０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。また、加圧ローラ１０のアスカーＣ硬度が、５０°以下で、ニップ部Ｎ内の平均圧力が、０．３ｋｇｆ／ｃｍ２（２．９４Ｎ／ｃｍ２）以上、０．８ｋｇｆ／ｃｍ２（７．８４Ｎ／ｃｍ２）以下（０．３〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ２）の範囲にあることが好ましい。また、加圧ローラ１０の断熱層がスポンジで構成されていると好ましい。
【００５８】
ここで、本発明を適用することで濃度ムラが防止できる理由について図２を用いて説明する。図２は、定着工程における記録材Ｐとトナー画像Ｔの状態を示す図である。図２には、そのトナーの状態の温度を濃度の分布で表現している。図２（ａ）は、ニップ部Ｎの通過中の記録材Ｐ、定着フィルム２１、及びトナー像Ｔの状態を示す図であり、図２（ｂ）はニップ部Ｎの通過直後における状態を示すモデル図である。
図２（ａ）に示すように、本発明における加熱方法の特徴は、トナー像Ｔを担持した記録材Ｐの表面から積極的に加熱し、加圧ローラ１０の断熱化により記録材Ｐの裏面からの加熱を減少させていることである。この加熱方法の定着工程で記録材Ｐとトナー像Ｔの受ける熱量は、定着フィルム２１から記録材Ｐの表面への熱量Ｑ１と加圧ローラ１０から記録材Ｐの裏面への熱量Ｑ２になる。
【００５９】
本発明を適用することで、熱量Ｑ１と熱量Ｑ２の差が大きくなり、記録材Ｐの表面と裏面の温度差が大きくなる。それにより、記録材Ｐの表面の熱が裏面に移動しやすくなり、記録材Ｐの表面温度が異常に高くならない。そのため、ニップ部中で記録材Ｐの凸部のトナーは、加熱された定着フィルム２１と記録材Ｐの両方に挟まれて接触するが、記録材Ｐからの加熱が抑えられ、過度に加熱されない。これにより、記録材Ｐの凸部のトナーは、適度に溶け広がることとなり、記録材Ｐの繊維の透けが防止される。
また、ニップ部Ｎの平均圧力を、従来の定着工程と比べて小さくし、記録材Ｐの凸部のトナーにかかる加圧力を弱くすることで、記録材の凸部のトナーは、過度な熱と圧がかからず、適度に溶け広がり、記録材Ｐの繊維の透けをより効果的に防止することができる。
【００６０】
一方、図２（ａ）に示すように、記録材Ｐの凹部のトナーは、ニップ部Ｎ中で定着フィ
ルム２１と接触しないが、記録材Ｐのトナー担時面側から積極的に熱供給することにより、凹部のトナーも溶融変形が進む。
図２で説明した様に、本発明を適用することで、記録材の凸部と凹部のトナーにおいては、溶融状態の差が小さくなり、記録材Ｐの表面の凹凸により発生する濃度ムラが防止される。
また、本発明により、記録材Ｐのトナー担時面側から積極的に熱供給し、トナーを溶融させ、記録材Ｐのトナー担持面近傍の層のみを温め、記録材層中のうち加熱が必要無い層への熱供給を低減することができる。これにより、無駄な熱供給を抑えることができ、省エネルギー性に優れた像加熱装置を提供することが可能となる。
【００６１】
上述した実施例で説明したフィルム加熱方式の定着装置の構成は、他の定着装置にも適用することができる。以下、これについて説明する。図８（ａ），（ｂ）はそれぞれ他の形態の定着装置の概略構成を示す断面図である。図８（ａ）に示す定着装置は、実施例１に対して加熱定着ユニット２０の構成を変えたもので、他の構成は、実施例１の定着装置と同じ構成としてある。実施例１の定着装置と同様の構成部分には同じ符号を付して再度の説明は省略する。
【００６２】
加熱定着ユニット２０は、定着フィルム２１、サーミスタ２３、定着ローラ２５、熱ローラ２６、ハロゲンヒータ２７、サーモスイッチ２９から構成されており、定着フィルム２１は熱ローラ２６と定着ローラ２５とに架け渡されている。
本構成の定着ローラ２５は、φ１４ｍｍのＳＵＳ製の芯金に、厚さ５ｍｍのシリコンスポンジゴム層からなる弾性層を設けた外径φ２４ｍｍの弾性ローラである。このときのアスカーＣ硬度は９．８Ｎ（１ｋｇｆ）加重時で、約４０°である。
熱ローラ２６は、肉厚１ｍｍ、外径φ１４ｍｍのアルミニウム製の中空円筒体である。この熱ローラ２６は、熱ローラ２６の外周面（表面）の一部を定着フィルム２１の内周面（内面）と接触させ、その接触領域からハロゲンヒータ２７による熱を定着フィルム２１に伝達して、定着フィルム２１を加熱する構成である。
【００６３】
加圧ローラ１０は不図示の駆動装置により矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。これにより、圧接して形成されたニップ部Ｎにおいて加圧ローラ１０と定着フィルム２１との間に摩擦力が発生し、定着フィルム２１は、加圧ローラ１０に対して従動回転する。本構成の定着装置における加圧力分布は、実施例１と同様に図３（ａ）の実線に示す分布を得る。
【００６４】
図８（ｂ）に示す定着装置は、図８（ａ）に示す定着装置において、加熱定着ユニット２０における定着ローラ２５の構成を、定着パッド２８の構成に変えたもので、他の構成は、図８（ａ）に示す定着装置と同じ構成としてある。定着パッド２８は、熱伝導度が低く、かつ、加圧ローラ１０の弾性層１２よりも硬い材料で形成されており、定着フィルム２１の内面と接触する表面には例えばＰＦＡやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる低摩擦層（図示せず）が形成されている。ここで、熱伝導度が低く、かつ、加圧ローラ１０の弾性層１２よりも硬い材料としては、例えば液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性と、摺動性を具備した耐熱性樹脂等を例示することができる。
【００６５】
なお、定着パッド２８と定着フィルム２１の摩擦抵抗を低減するために、定着フィルム２１の内面に耐熱性のあるフッ素系グリース等の潤滑剤が塗布されている。また、定着パッド２８の加圧ローラ１０との対向面は平面であり、ニップ部Ｎ内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるように構成されている。
本構成のベルト定着装置における加圧力分布も、実施例１と同様に図３（ａ）の実線に示す分布を得る。
図８に示す定着装置においても、ニップ部Ｎ通過時における記録材の表面と裏面の温度は、実施例１と同様に図４（ａ）に示す温度プロファイルになり、濃度ムラの発生を防止する効果がある。
また、本発明に係る像加熱装置は、上述した定着装置として機能する場合の例に限るものではなく、記録材上に定着されたトナー像に光沢を出すための装置として適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０・・加圧ローラ，  １２・・弾性層，  ２０・・加熱定着ユニット，  Ｎ・・ニップ部
【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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【図９】
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【図１０】
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