(57)【要約】【課題】記録媒体上のトナー画像を加熱により定着させ、次の冷却工程において記録媒体ごと冷却して画像の光沢度を調整する定着方法、装置において、加熱時の搬送速度よりも冷却時の搬送速度を遅くして、画像乱れやしわの問題を解決する。【解決手段】加熱部１をなすローラ２、３は、金属ローラ４の表層にゴム層５を持ち、最表面にＰＦＡチューブ６をかぶせて構成する。ローラ２、３での加熱ニップ後、トナー像ｔが乗った記録媒体Ｐの表面温度がＴｇ＋５４度である時に、記録媒体を冷却部１０を構成する同じく弾性層（ゴム層５）を持つ冷却ローラ対１１、１２でニップする。そして、加熱部１、冷却部１０それぞれでの記録媒体Ｐの搬送速度を変化させ、画像のチェックを行ったところ、加熱部１での搬送速度をＶ１、冷却部１０での搬送速度をＶ２とし、Ｖ１＞Ｖ２の場合、しわのない滑らかな画像が得られた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上のトナー画像を、加熱工程での加熱により前記記録媒体に定着させ、次の冷却工程において前記記録媒体ごと前記定着したトナー画像を冷却して該画像の光沢度を調整する定着方法において、前記加熱工程における前記記録媒体の搬送速度よりも前記冷却工程における前記記録媒体の搬送速度を遅くしてなることを特徴とする定着方法。
【請求項２】
請求項１の定着方法において、前記加熱工程で用いる加熱ローラ対として、金属性のハード加熱ローラであってその表層にＰＦＡまたはシリコン樹脂のコーティング層を１〜１００μｍの厚さに設けらたものを用いることを特徴とする定着方法。
【請求項３】
請求項１または２の定着方法において、前記記録媒体とトナー画像を前記加熱ローラで加熱し、分離させた後、加熱された記録媒体表面の温度がトナーＴｇ＋３０度以上である間に、さらに表層にゴムあるいはスポンジ状の表層を持つ冷却ローラ対で挟んで冷却することを特徴とする定着方法。
【請求項４】
請求項１または２の定着方法において、前記記録媒体とトナー画像を前記加熱ローラで加熱し、分離させた後、加熱された記録媒体表面の温度がトナーＴｇ＋５０度以上である間に、さらに表層にゴムあるいはスポンジ状の表層を持つ冷却ローラ対で挟んで冷却することを特徴とする定着方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかの定着方法において、前記冷却工程での前記記録媒体の搬送速度が、前記加熱工程での前記記録媒体の搬送速度の９０．００〜９９．９９９％であることを特徴とする定着方法。
【請求項６】
請求項３から５のいずれかの定着方法において、前記冷却ローラの最表層にＰＦＡあるいはシリコン樹脂層が設けられているものを用いることを特徴とする定着方法。
【請求項７】
請求項３から６のいずれかの定着方法において、前記冷却ローラの表面粗さがＲｚで０≦２０μｍであることを特徴とする定着方法。
【請求項８】
請求項２から７のいずれかの定着方法において、前記加熱工程で用いる前記加熱ローラの一である定着ローラにおいて、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離方法を実施することを特徴とする定着方法。
【請求項９】
請求項２から８のいずれかの定着方法において、前記加熱工程で用いる前記加熱ローラの一である加圧ローラにおいて、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離方法を実施することを特徴とする定着方法。
【請求項１０】
請求項３から９のいずれかの定着方法において、前記冷却工程で用いる前記冷却ローラの一である定着面ローラにおいて、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離方法を実施することを特徴とする定着方法。
【請求項１１】
請求項３から９のいずれかの定着方法において、前記冷却工程で用いる前記冷却ローラの一である加圧ローラにおいて、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離方法を実施することを特徴とする定着方法。
【請求項１２】
記録媒体上のトナー画像を、加熱部での加熱により前記記録媒体に定着させ、次の冷却部において前記記録媒体ごと前記定着したトナー画像を冷却して該画像の光沢度を調整する定着装置において、前記加熱部における前記記録媒体の搬送速度よりも前記冷却部における前記記録媒体の搬送速度を遅くしてなることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
請求項１２の定着装置において、前記加熱ローラ対として、金属性のハード加熱ローラであってその表層にＰＦＡまたはシリコン樹脂のコーティング層を１〜１００μｍの厚さに設けたものを用いることを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３の定着装置において、前記記録媒体とトナー画像を前記加熱ローラで加熱し、分離させた後、加熱された記録媒体表面の温度がトナーＴｇ＋３０度以上である間に、さらに表層にゴムあるいはスポンジ状の表層を持つ冷却ローラ対で挟んで冷却することを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１２または１３の定着装置において、前記記録媒体とトナー画像を前記加熱ローラで加熱し、分離させた後、加熱された記録媒体表面の温度がトナーＴｇ＋５０度以上である間に、さらに表層にゴムあるいはスポンジ状の表層を持つ冷却ローラ対で挟んで冷却することを特徴とする定着装置。
【請求項１６】
請求項１２から１５のいずれかの定着装置において、前記冷却ローラでの前記記録媒体の搬送速度が、前記加熱ローラでの前記記録媒体の搬送速度の９０．００〜９９．９９９％であることを特徴とする定着装置。
【請求項１７】
請求項１４から１６のいずれかの定着装置において、前記冷却ローラの最表層にＰＦＡあるいはシリコン樹脂層が設けられていることを特徴とする定着装置。
【請求項１８】
請求項１４から１７のいずれかの定着装置において、前記冷却ローラの表面粗さがＲｚで０≦２０μｍであることを特徴とする定着装置。
【請求項１９】
請求項１３から１８のいずれかの定着装置において、前記加熱ローラの一である定着ローラが、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２０】
請求項１３から１９のいずれかの定着装置において、前記加熱ローラの一である加圧ローラが、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２１】
請求項１４から２０のいずれかの定着装置において、前記冷却ローラの一である定着面ローラが、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２２】
請求項１４から２０のいずれかの定着装置において、前記冷却ローラの一である加圧ローラが、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２３】
請求項１２から２２のいずれかの定着装置を用いた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、トナーを用いて画像を形成する電子写真方式の複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関し、トナー画像を加熱して定着する定着装置を有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全のために省資源及び省エネルギー化の要求が高まっている。電子写真方式の画像形成装置においては、省エネルギー化のために消費電力を抑えるようにする技術傾向にあり、特に電力消費の激しい定着の分野においてはその傾向が著しい。
【０００３】
通常、カラー定着装置においては画像の光沢度を上げるためには定着温度を上げるか線速を下げることで充分にトナーを熱溶融させ、トナーのレベリングによりトナー表面を平滑化して光沢度を上げている。しかしながら、定着温度を上げた場合、定着器からの熱拡散が大きくなり、また線速を下げるとトナーのみならず記録媒体としての紙への熱供給も大きくなり、消費電力が増大してしまう。このような、記録媒体上のトナー表面を平滑にするために熱エネルギーを使用することは非常にエネルギー消費にとってマイナスであり、これを防止するために、加熱分離した後に冷却しながらニップしてトナー表面を平滑面で強制的に潰して平滑化する技術も存在している。この技術を利用することで特に加熱温度を上げることなく光沢度を上げることが可能となり、消費エネルギーを下げることが可能となる。
【０００４】
しかし、この方法を用いた場合、確かに上述のように、特に加熱温度を上げることなく光沢度を上げることが可能となり、消費エネルギーを下げられるが、出力された画像に細かなキズや画像乱れが多発しやすくなり、さらに酷い場合には、画像の長手方向にバンディングの発生があり得るため、解決方法の開発が望まれている。
【０００５】
この問題に対して、本願発明者等は鋭意検討を加え、まず画像形成装置の冷却部を外して画像のチェックを行ったが光沢度以外は特に問題が見られないので、冷却部において問題が発生していることまで把握した。しかし、これに対していわゆる機械的要因についてニップローラに偏芯や振れ、かつローラのイナーシャ、ギアの遊びなど徹底的に検討したが根本的問題の解決には至らず、早期にこの問題をクリアーすべく研究を続行することとなっていた。
【０００６】
さらに省エネルギーという観点では、特にファーストプリントまでの時間を短縮し、待機時の余熱をキャンセルすることで無駄な余熱エネルギーを省くことが提案されているが、前記方式では実際冷機時からプリント可能になるまでの時間は数分かかり、ユーザーの不満が増大しており早急な改良が望まれている。特に、カラー定着の場合画像面の光沢が重要であり、凹凸の激しい紙の上に形成されたトナーを均一に潰すために定着面に熱伝導性の低いゴム層を形成する必要があり、このゴム層がバリアーとなり定着面の昇温速度を低下させている。但し、ファーストプリント時間を短くする手段としては、低熱容量のベルトやフィルムを利用した熱ヘッドによる方式、誘導加熱による表層加熱方式、キャパシターでイニシャル投入電力を上げる方式などが既に実用化されつつある。しかしこれらの方式は高価な耐熱ベルトを使用するものであったり、高価な誘導ドライバーやキャパシターを用いるために定着装置の高コスト化につながりユーザーの不利益となっているため、早急な低コスト代替方式の開発が必要となっていた。
【０００７】
なお特許文献１には、定着装置下流に冷却装置を配し、冷却装の搬送速度を定着装置より遅いし、速度差による余剰のシートの扱いを規定し、かつ定着ローラに剥離爪について開示している。また特許文献２には、定着手段下流に冷却手段を配し、搬送速度差により、記録紙にテンションが生じてもスポンジ状部材からなるピンチロールで吸収し、冷却はファンで行い、加熱ローラは芯金にシリコンゴムを被覆し、表面はＰＦＡで形成し、加熱ローラ及び加圧ローラに剥離爪を配したものが開示してある。さらに特許文献３には、定着部材の構成が開示してあり、基体は金属ローラで、耐熱性ゴム層の上に離型層として３０μｍ厚のＰＦＡ塗膜が設けてある。またさらに、特許文献４には定着部下流に第１及び第２冷却部を設け、第２冷却部はヒートパイプと、搬送ローラの対とし、自然冷却、または送風手段による第１冷却部でガラス転移点温度まで下げ、さらにヒートパイプで冷却する技術が開示してある。またさらに、特許文献５には、定着手段下流に冷却手段、さらに下流に裁断手段を設け、裁断手段部でのトナー温度はガラス転移温度−１０℃〜軟化温度と規定している技術が開示してある。
【０００８】
なお、特許文献２には、定着部下流に冷却手段を配し、定着ニップ通過後、搬送速度を遅くすることや、金属ローラを用いる等開示がある。
【０００９】
【特許文献１】特許第０３５８６３５３号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
なお上述した特許文献１には、装置の高速化に伴い出力されたシートが高速で搬送され、冷えることなくスタックされるために積み重ねられたシートがブロッキング現象を起こしたり、また両面モードの時には熱いシートがそのまま感光体に突入することでドラムの寿命低下や、クリーニング不良を起こしそれを防止するためにシートを冷却する技術が開示されているが、この例の場合は、冷却面と接触を維持するためのものにすぎない。またスキャナの往復運動による時間遅れから読み込んだ潜像を書き出すタイミングがかなり遅れ、その結果として定着へシートが送られてくる間隔が広くなってしまうので、この遅れを取り戻すために定着装置から排紙されたシートを定着装置でのスピードよりも加速して搬送する必要があり、そのためにシートの冷却部の搬送スピードよりもシートの搬送スピードが必然的に速くなってしまう。これにより最終的に単位時間当たりのプリント枚数が確保できるのであるが、これが原因で冷却前に当然にシートの余剰が発生し、その余剰がジャム、しわ等を引き起こすことになり得る。そこで、これを押さえる機構を工夫している。すなわち、このような時に冷却部のスピードもシートの速度に合わせればよいかもしれないが、熱交換部分との接触時間が長ければ当然熱交換が充分に行えるので、冷却に触れているニップ時間を増やすため冷却の搬送スピードを落として冷却効果を高めている。従って最終的には冷却に突入するシートの紙間より冷却から排紙されるシートの紙間が狭いことでシートの搬送速度の違いを埋め単位時間当たりのプリント枚数の帳尻を合わせていると考えられる。以上により、この特許文献１の発明における定着部のスピードよりも冷却部のスピードが遅い理由は、定着部で排紙された後に搬送で加速することが主に原因となっており、単に冷却部前のスピードが速いという現象は加熱部の速度とは無関係であり、構成上も定着加熱部、加速搬送部、冷却部になっており、本発明の加熱後直ちに冷却ニップを加える構成とは異なる。従って、この発明は構成や使い方がやや似てはいるが、根本的構成、原理、及び使い方が全く異なる別の発明であるといえる。
【００１１】
本発明はユーザーの不利益とならない低コスト、省エネルぎーの定着方式の画像改良方法と定着装置を提供しようとするもので、さらに待機時の余熱を必要としないファーストプリント時間の短い定着装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、冷却のニップといってもシート等の記録媒体上のトナーを温度が高く粘度が低いうちに潰して光沢度を調整しようというものである。
【００１３】
具体的には、既に述べたように、通常カラー定着装置において光沢度を上げるためには定着温度をあげるか線速を下げることで充分にトナーを熱溶融させ、トナーのレベリングによりトナー表面を平滑化し光沢度をあげており、加熱温度を上げることなく光沢度を上げることが可能となり、かつ消費エネルギーを下げられる方法もあるが、出力された画像に細かなキズや画像乱れが多発しており、酷い場合には画像の長手方向にバンディングの発生が生じる。この問題に対して本発明者等は鋭意検討を加え、まず冷却部をはずして画像のチェックを行ったが光沢度以外は特に問題が見られないので、冷却部において問題が発生していることまでは掴むことができた。しかし、これに対して所謂機械的、機構的要因についてニップローラに偏芯や振れ、かつローラのイナーシャ、ギアの遊びなど徹底的に検討したが根本的問題の解決には至らなかった。
【００１４】
そこで本願発明者等は、実際の条件検討ではなく、考えられる理論から原因の究明を試み、その結果から実際の構成を試作し、これについての実証実験を行うことで、この加熱冷却方式の重大な欠点である細かなキズや画像乱れ、さらには画像長手方向のバンディングの問題をついに解決することができた。
【００１５】
即ち理論的な可能性の検討として、この技術において通常の常識では、第一の加熱部でニップ分離後第二の冷却部で同一線速により二重にニップを加えるのが普通である。しかし第一の加熱部でニップ分離後第二の冷却部で同一線速により二重にニップを加えると、確立的に第一のニップと第二のニップ間で引っ張り力が発生してしまうのではないかと考えた。この可能性としては、第一と第二のニップ幅の違いで記録媒体がローラに接触する周長が変化すること、ローラの表面の硬さバラツキでニップによる記録媒体の加え力が部分で変化すること、紙などの厚さが不均一な媒体を通すことでニップによる記録媒体の加え力が部分で変化することが問題であると考えた。この場合ニップ間で引っ張り力が変化することで画像の乱れやしわなどの問題が発生していると考えられ通常の方法での改善は非常に難しいものがある。
【００１６】
この技術においては、第一の加熱部でニップ分離後第二の冷却部で同一線速により二重にニップを加えると確立的に第一のニップと第二のニップ間で引っ張り力が発生してしまうということである。これは第一と第二のニップ幅の違いで記録媒体がローラに接触する周長が変化すること、ローラの表面の硬さバラツキでニップによる記録媒体の咥え力が部分で変化すること、紙などの厚さが不均一な媒体を通すことでニップによる記録媒体の加え、力が部分で変化することで発生し、このようにローラ表面の精度を現在の技術でこれ以上上げることはできず、さらに紙などの精度の低い記録媒体を使用する限り避けて通れない問題である。この理論的な問題を解決するために、本願発明者等は鋭意検討した結果、第一の加熱部に対して第二の冷却部の通紙速度が９５．００〜９９．９９９％であれば二重にニップを加えても確立的に第一のニップと第二のニップ間で引っ張り力が発生せず安定した画像が得られること着目した結果、上述してきた従来の問題を解決できた。
【００１７】
第一の加熱部に対して第二の冷却部の通紙速度が遅ければ良いが、これには限界があり、例えばあまり遅くしすぎると第一の加熱部と第二の冷却部のニップ間でたるみが発生して好ましくない。また、第一の加熱部と第二の冷却部の間の通紙速度が近すぎるとローラの精度や記録紙の精度の低さから確立的に引っ張り力が発生し好ましくない。従って、好ましくは９６〜９９．９９５％、より好ましくは９７〜９９．９９％更に好ましくは９７〜９９．９５％、更にもっと好ましくは９８〜９９．９２％、更によりもっと好ましくは９９〜９９．９％程度が良く、本発明の原理が明らかとなった時点で始めて実態に合わせた設計上の指針を設けることが可能となる。
【００１８】
すなわち、請求項１に係る本発明の定着方法は、記録媒体上のトナー画像を、加熱工程での加熱により前記記録媒体に定着させ、次の冷却工程において前記記録媒体ごと前記定着したトナー画像を冷却して該画像の光沢度を調整する定着方法において、前記加熱工程における前記記録媒体の搬送速度よりも前記冷却工程における前記記録媒体の搬送速度を遅くしてなることを特徴とする。
【００１９】
同請求項２に係る定着方法は、請求項１の定着方法において、前記加熱工程で用いる加熱ローラ対として、金属性のハード加熱ローラであってその表層にＰＦＡまたはシリコン樹脂のコーティング層を１〜１００μｍの厚さに設けらたものを用いることを特徴とする。
【００２０】
同請求項３に係る定着方法は、請求項１または２の定着方法において、前記記録媒体とトナー画像を前記加熱ローラで加熱し、分離させた後、加熱された記録媒体表面の温度がトナーＴｇ＋３０度以上である間に、さらに表層にゴムあるいはスポンジ状の表層を持つ冷却ローラ対で挟んで冷却することを特徴とする。
【００２１】
同請求項４に係る定着方法は、請求項１または２の定着方法において、前記記録媒体とトナー画像を前記加熱ローラで加熱し、分離させた後、加熱された記録媒体表面の温度がトナーＴｇ＋５０度以上である間に、さらに表層にゴムあるいはスポンジ状の表層を持つ冷却ローラ対で挟んで冷却することを特徴とする。
【００２２】
同請求項５に係る定着方法は、請求項１から４のいずれかの定着方法において、前記冷却工程での前記記録媒体の搬送速度が、前記加熱工程での前記記録媒体の搬送速度の９０．００〜９９．９９９％であることを特徴とする。
【００２３】
同請求項６に係る定着方法は、請求項３から５のいずれかの定着方法において、前記冷却ローラの最表層にＰＦＡあるいはシリコン樹脂層が設けられているものを用いることを特徴とする。
【００２４】
同請求項７に係る定着方法は、請求項３から６のいずれかの定着方法において、前記冷却ローラの表面粗さがＲｚで０≦２０μｍであることを特徴とする。
【００２５】
同請求項８に係る定着方法は、請求項２から７のいずれかの定着方法において、前記加熱工程で用いる前記加熱ローラの一である定着ローラにおいて、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離方法を実施することを特徴とする。
【００２６】
同請求項９に係る定着方法は、請求項２から８のいずれかの定着方法において、前記加熱工程で用いる前記加熱ローラの一である加圧ローラにおいて、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離方法を実施することを特徴とする。
【００２７】
同請求項１０に係る定着方法は、請求項３から９のいずれかの定着方法において、前記冷却工程で用いる前記冷却ローラの一である定着面ローラにおいて、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離方法を実施することを特徴とする。
【００２８】
同請求項１１に係る定着方法は、請求項３から９のいずれかの定着方法において、前記冷却工程で用いる前記冷却ローラの一である加圧ローラにおいて、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離方法を実施することを特徴とする。
【００２９】
請求項１２に係る本発明の定着装置は、記録媒体上のトナー画像を、加熱部での加熱により前記記録媒体に定着させ、次の冷却部において前記記録媒体ごと前記定着したトナー画像を冷却して該画像の光沢度を調整する定着装置において、前記加熱部における前記記録媒体の搬送速度よりも前記冷却部における前記記録媒体の搬送速度を遅くしてなることを特徴とする。
【００３０】
同請求項１３に係る定着装置は、請求項１３の定着装置において、前記加熱ローラ対として、金属性のハード加熱ローラであってその表層にＰＦＡまたはシリコン樹脂のコーティング層を１〜１００μｍの厚さに設けらたものを用いることを特徴とする。
【００３１】
同請求項１４に係る定着装置は、請求項１２または１３の定着装置において、前記記録媒体とトナー画像を前記加熱ローラで加熱し、分離させた後、加熱された記録媒体表面の温度がトナーＴｇ＋３０度以上である間に、さらに表層にゴムあるいはスポンジ状の表層を持つ冷却ローラ対で挟んで冷却することを特徴とする。
【００３２】
同請求項１５に係る定着装置は、請求項１２または１３の定着装置において、前記記録媒体とトナー画像を前記加熱ローラで加熱し、分離させた後、加熱された記録媒体表面の温度がトナーＴｇ＋５０度以上である間に、さらに表層にゴムあるいはスポンジ状の表層を持つ冷却ローラ対で挟んで冷却することを特徴とする。
【００３３】
同請求項１６に係る定着装置は、請求項１２から１５のいずれかの定着装置において、前記冷却ローラでの前記記録媒体の搬送速度が、前記加熱ローラでの前記記録媒体の搬送速度の９０．００〜９９．９９９％であることを特徴とする。
【００３４】
同請求項１７に係る定着装置は、請求項１４から１６のいずれかの定着装置において、前記冷却ローラの最表層にＰＦＡあるいはシリコン樹脂層が設けられていることを特徴とする。
【００３５】
同請求項１８に係る定着装置は、請求項１４から１７のいずれかの定着装置において、前記冷却ローラの表面粗さがＲｚで０≦２０μｍであることを特徴とする。
【００３６】
同請求項１９に係る定着装置は、請求項１３から１８のいずれかの定着装置において、前記加熱ローラの一である定着ローラが、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離手段を有することを特徴とする。
【００３７】
同請求項２０に係る定着装置は、請求項１３から１９のいずれかの定着装置において、前記加熱ローラの一である加圧ローラが、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離手段を有することを特徴とする。
【００３８】
同請求項２１に係る定着装置は、請求項１４から２０のいずれかの定着装置において、前記冷却ローラの一である定着面ローラが、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離手段を有することを特徴とする。
【００３９】
同請求項２２に係る定着装置は、請求項１４から２０のいずれかの定着装置において、前記冷却ローラの一である加圧ローラが、分離爪、分離板、空気吹き付け、サクション分離盤、リバースローラのうち少なくとも１種以上の強制分離手段を有することを特徴とする。
【００４０】
請求項２３に係る本発明の画像形成装置は、請求項１２から２２のいずれかの定着装置を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４１】
本発明は、加熱時の搬送速度よりも次の工程である冷却時の搬送速度を遅くすることで、画像乱れやしわの問題を解決できる。
【００４２】
また加熱部を構成する加熱ローラに、表層に弾性層をもたない金属性のハード加熱ローラを用い、その表層にＰＦＡまたはシリコン樹脂のコーティング層を１〜１００μｍの厚さに設けことにより、立ち上がり時間の短縮が可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。
【００４４】
まず、記録媒体の実搬送速度の測定方法には以下の方法が挙げられる。即ち、通紙方向へ長い記録媒体を用意し、第一の加熱部、及び第二の冷却部それぞれに対して記録媒体が送られる長さと時間を測定することで速度差がわかる。簡易的にはローラの回転数と直径より周速を推定することは可能であるが、ローラ表面にゴムがついている場合にはゴム変形があり正確ではない。
【００４５】
また省エネルギーという観点では、特にファーストプリントまでの時間を短縮し、待機時の余熱をキャンセルすることで無駄な余熱エネルギーを省くことが提案されている。
【００４６】
従来のカラー定着方式は画像の光沢度の均一性を維持するために、定着装置の加熱面側にゴムやスポンジ等の弾性層を設けることで、加熱ニップ時に凹凸の激しい記録媒体表面に定着面を均一に追随させ、凹凸の激しい記録媒体上に載ったトナーを均一に潰していた。しかし、これら弾性層は金属や樹脂にくらべ熱伝導性が低く、さらに凹凸に対する追随性をあげるために１００μｍ以上の厚さが必要であり、定着ローラの内部の熱源からの熱供給に対してバリアーとなり、定着表面の昇温時間が長くなり立ち上がり時間の長大化に繋がっていた。このために定着装置のファーストプリント時間に数分を要し、待機時の定着装置の余熱が必要となり無駄な電力消費の増大となっていた。
【００４７】
これらの問題を解決するために本発明においては、加熱ローラを金属表面にＰＦＡやシリコンなどの層を薄く形成した定着ローラを使用することで立ち上がり時間の短縮に取り組み、且つカラーで使用しても光沢ムラなどの問題が発生しない新しい定着方式の開発に成功した。
【００４８】
通常、加熱ローラを金属表面にＰＦＡやシリコンなどの層を薄く形成した定着ローラを使用すると金属の熱伝導性の高さと表面の離型層の薄さで立ち上がり時間が短くなる。しかし、これを用いた実際の画像は定着面が均一に記録媒体に追随しないために光沢ムラが発生してしまう。この問題を解決するために鋭意検討を加えた結果、加熱分離された記録媒体が冷えて温度が下がらない内にゴムローラで再加圧冷却することで表面が均一に潰され均一な光沢になることを見出した。当然、記録媒体が冷えてトナーが硬くなった状態では再ニップをかけてもトナー光沢の均一化はできなかった。更に検討を加えた結果、記録媒体の表面温度がトナーのＴｇ（ガラス転移温度：本願においては単にＴｇと記載する、）に対して＋５０度以上であれば画像の光沢の均一化が行えることが明らかとなった。この傾向は記録媒体の温度が加熱温度に近ければ近い程良く、好ましくは＋６０度以上、より好ましくは＋６５度以上、更に好ましくは＋７０度以上、更にもっと好ましくは＋７５度以上、更によりもっと好ましくは＋８０度以上が良い。
【００４９】
なお、加熱ローラ対の表面に弾性層が形成されている場合は、冷却ローラ対のニップで挟まれる前から光沢の均一性が得られており、冷却ニップする（本願においては冷却ローラ対のニップで挟まことを言う）により、全体の光沢度を上昇させる効果が得られる。この場合冷却ニップに入る時の必要な記録媒体表面の温度はＴｇ＋３０度以上あれば良い。この現象はハードローラの光沢度ムラが記録媒体の凹部において加圧がうまくかからず、トナーが潰れにくく、トナー表面の凹凸がそのまま残りやすく、冷却ローラ対で加圧する時にトナーの溶融粘度がより低くないと潰れにくいということが挙げられ、これに対して加熱ローラ対の表面が弾性層であれば最初から記録媒体の凹部へ表面の弾性体がめり込み、トナー表面を予め平滑に潰してしまい、冷却ローラ対でニップする時に加熱部を構成するローラがハードであった場合よりトナーの溶融粘度が高くても簡単に平滑になるためであろうと考えられる。
【００５０】
また、加熱ローラ表面の離型層は１００μｍ以上では離型層の熱伝導性が金属より著しく悪いため立ち上がり時間が長くなってしまう傾向があった。表面の離型層の厚さは薄ければ薄い程表面温度の上昇速度が上がるが、実際の装置で使用する場合、表層の磨耗が原因で表層が段段薄くなってしまう傾向があり限界がある。好ましくは１〜９０μｍ、より好ましくは２〜８０μｍ、さらに好ましくは３〜７０μｍ、さらにもっと好ましくは４〜６０μｍ、さらによりもっと好ましくは５〜５０μｍが良い。
【実施例１】
【００５１】
図１は本発明の実施対象となる画像形成装置の一構成例を示す概略図である。図示の装置は、タンデム型の電子写真方式のカラー画像形成装置の一例であり、本発明の実施がこのようなタイプのものに限定されるものではないが、図中１００Ｙ〜１００Ｋ（Ｙはイエロー、Ｃはシアン、Ｍはマゼンタ、Ｋはブラック。以下、同じ。）は像担持体であるドラム状の光導電性感光体であり、この感光体１００Ｙ〜１００Ｋの周囲には、現像装置、転写装置、光書き込み装置等の作像系２００Ｙ〜２００Ｋを並設し、その下方にベルト状の中間転写体３００、２次転写装置５００を配してある。この装置は、各感光体１００Ｙ〜１００Ｋ上の画像を作像系２００Ｙ〜２００Ｋの１次転写によりいったんベルト状の中間転写体３００に画像を順次転写し、その後に中間転写体３００上の画像を２次転写装置５００により記録媒体Ｐに一括転写する方式のものである。２次転写装置５００には、ローラ形状のものだけではなく転写搬送ベルト形状のものもある。なお、転写後の感光体１００Ｙ〜１００Ｋ上の残留トナーや紙粉等を除去するクリーニング装置や、感光体１００Ｙ〜１００Ｋ上の残留電荷を除電する除電装置等も設けるが、図示は省略してある。
【００５２】
また、この画像形成装置には、感光体１００Ｙ〜１００Ｋと２次転写装置５００の間の転写部に記録媒体Ｐを給紙する給紙部６００及びレジストローラ７００と、記録媒体Ｐに転写されたトナー画像を加熱定着する定着装置１１０が設けられている。なお、作像系２００Ｙ〜２００Ｋが備える現像装置では、例えば結着剤の主成分が樹脂であるトナーを用いる。
【００５３】
以下実施例を元に説明する。
実験に使用した温度測定装置は日本アビオニクス株式会社製、商品名Ｎｅｏ  Ｔｈｅｒｍｏ  ＴＵＳ６００であり、光沢度はコニカミノルタ社製、商品名Ｕｎｉ−Ｇｌｏｓｓ  ６０  である。
＜実験例１＞
図２に示すように加熱部１を構成する一対のローラ２、３は、それぞれ芯金となる金属ローラ４の表層としてゴム層５を持ち、さらに最表面にＰＦＡチューブ６をかぶせて構成し、それぞれ弾性層（ゴム層５）を持つものとした。加熱ローラ２は内部にヒータ７等を加熱手段として備えている。なお、加熱ローラ２の内部に加熱手段を配置せず、何らかの手段によって外部からの加熱を行っても良い。
【００５４】
これら加熱部１を構成するローラ２、３での加熱ニップ後、トナー像ｔが乗った記録媒体Ｐの表面温度がＴｇ＋５４度である時に、記録媒体を冷却部１０を構成するローラ対、すなわち、同じく弾性層（ゴム層５）を持つ冷却ローラ対（一対の冷却ローラ１１と加圧ローラ１２で構成する）でニップする構成として、加熱部１、冷却部１０それぞれでの記録媒体Ｐの搬送速度を変化させ、画像のチェックを行った。冷却ローラ１１の内部には冷却手段を有しても良いし、外部から何らかの手段で冷却ローラ１１を冷却しても良い。
【００５５】
また、加熱部１及び冷却部１０のローラ表面をなす弾性層はＰＦＡ製の場合で表面粗さはＲｚで０．１μｍである。加熱及び冷却両部１、１０ともに分離爪を設けた（図示は省略した）。このとき使用したトナーはポリエステル系でありのＴｇ６５℃であった。なお、加熱ローラ２の表面温度は１６０度、冷却ローラ１１の表面温度は５０度で実験を行った。
【００５６】
＜実験例１＞
加熱部１での搬送速度をＶ１、冷却部１０での搬送速度をＶ２とし、搬送速度Ｖ１＜Ｖ２の場合（例えばＶ１＝１５０ｍｍ／秒、Ｖ２＝１５０．１ｍｍ／秒）、画像全面に擦り跡とシワ、及びバンディングが発生した。
一方、搬送速度Ｖ１＝Ｖ２の場合（例えばＶ１＝１５０ｍｍ／秒、Ｖ２＝１５０ｍｍ／秒）の場合は、画像面に所々擦り跡が発生した。
そして搬送速度Ｖ１＞Ｖ２の場合（例えばＶ１＝１５０ｍｍ／秒、Ｖ２＝１４９．８５ｍｍ／秒）、しわのない滑らかな画像が得られた。
【００５７】
また加熱部１だけの場合は、当然画像全面に擦り跡とシワ発生はなく、光沢度は１２％であった。これに対して冷却部１０を通した場合で搬送速度がＶ１＞Ｖ２の場合、光沢度は４０％であった。Ｖ１＝Ｖ２やＶ１＜Ｖ２の場合は画像表面に擦り跡やシワ、及びバンディングがあり光沢度のバラツキが大きかった。但し、記録媒体の先端部近傍に画像がある場合爪キズの発生が見られた。しかし、記録媒体の画像書き出し部の仕様を限れば充分使用可能なレベルであった。
【００５８】
なお、ここでいう光沢度のバラツキと光沢ムラは多少意味が異なる。光沢度のバラツキは１０％以内の大きな範囲での変動、光沢ムラは細かな直径数ｍｍ程度の非光沢（５％程度）部が多数存在していることを指している。
【００５９】
＜実験例２＞
加熱部１のローラ最表面に３０μｍのＰＦＡコートを施した加熱ローラ２を用い（ハードローラ）、弾性層を持った加圧ローラ３で加圧した。加熱ニップでの記録媒体Ｐの表面温度がＴｇ＋７２度である時に、記録媒体Ｐを弾性層を持つ冷却ローラ１１と加圧ローラ１２でニップする構成として、それぞれの搬送速度を変化させて画像のチェックを行った。また、加熱部１及び冷却部１０でのローラ表面はＰＦＡ製で表面粗さはＲｚで０．１μｍであり、加熱部及び冷却部に非接触式分離板を設けた。分離板は長手方向に薄い（厚さ０．１２ｍｍ）板でローラに対して１００μｍのクリアランスを取った。なお、このとき使用したトナーはポリエステル系でありのＴｇ６５℃であった。
【００６０】
また加熱ローラ２の表面温度は１６０度、冷却ローラ１１の表面温度は４０度で実験を行った。加熱部１での搬送速度をＶ１、冷却部１０での搬送速度をＶ２とし、搬送速度Ｖ１＜Ｖ２の場合（Ｖ１＝１５０ｍｍ／秒、Ｖ２＝１５０．２ｍｍ／秒）、画像全面に擦り跡とシワが発生し、搬送速度Ｖ１＝Ｖ２の場合（Ｖ１＝１５０ｍｍ／秒、Ｖ２＝１５０ｍｍ／秒）、画像面に所々擦り跡が発生し、搬送速度Ｖ１＞Ｖ２の場合（Ｖ１＝１５０ｍｍ／秒、Ｖ２＝１４９．８ｍｍ／秒）で、しわのない滑らかな画像が得られた。記録媒体Ｐの先端部に爪キズの発生はなかった。しかし、確率的には低いが、記録媒体Ｐの中央部にこすれ跡が出る場合があった。但し、低確率的な発生であり、且つ程度が良く観察しなければわからない程度なので充分使用に耐え得るレベルであった。
【００６１】
また加熱部１だけの場合は当然画像全面に擦り跡とシワ発生はなく、光沢度は８％であり、表面には光沢ムラが多数見られた。これに対して冷却部１０を通した場合で速度がＶ１＞Ｖ２の場合、光沢度は３６％であり、光沢ムラの発生を押さえることができた。速度Ｖ１＝Ｖ２や、Ｖ１＜Ｖ２の場合は画像表面に擦り跡やシワ、及びバンディングがあり光沢度のバラツキが大きかった。
【００６２】
＜実験例３＞
実験例１の構成と実験例２の構成について立ち上がり時間の比較を行った。
加熱ローラ１の熱源として１２００Ｗのハロゲンヒータを用い、１６０℃までの昇温時間の測定を行ったところ、図２の構成において、金属厚さ２ｍｍ、弾性層厚さ３ｍｍ、昇温時間約６分、図示の構成において、金属厚さ２ｍｍ、弾性層厚さ３ｍｍ、昇温時間約１分１５秒という結果が得られた。特に実験例１の構成の場合、ハロゲンヒータのフル点灯では弾性層の熱伝導が悪く金属ローラと弾性層の間の温度が上がりすぎ弾性層の破壊が発生してしまいフル点灯ができないので、より時間がかかった。
【００６３】
＜実験例４＞
実験例２の構成において、金属層の厚さを０．４ｍｍにしたところ、立ち上がり時間は約１５秒であった。
【００６４】
＜比較例１＞
実施例１の加熱部１及び冷却部１０のローラ表面粗さをＲｚで３０μｍにして実験を行ったところ、光沢度は５％に下がった。
【００６５】
＜実験例６＞
実験例２において冷却部１０の表面をウレタンに変えたところ１０００００枚のランニングで表面にトナー固着が発生した。
【００６６】
＜実験例７＞
実験例２の加熱、及び冷却部の分離爪を取り払ったところ、記録媒体の巻き付きジャムの発生が見られた。
【００６７】
＜実験例８＞
実験例１の加熱部１及び冷却部１０に空気吹き付け分離装置を配して実験を行った。記録媒体Ｐの先端部画像にキズの発生もなく、光沢度の高い画像が得られたが、加熱部１の熱を多少奪い、かつ確率的に爪よりもジャムの発生が多かった。
【００６８】
＜実験例９＞
実験例１にサクション分離盤を取り付けて実験を行ったところ、爪キズの発生もなく、安定した分離性能が得られたが、コスト高となった。
【００６９】
＜実験例１０＞
実験例２の構成で分離爪の代わりに分離リバースコロを設けたところ、安定した分離性能が得られた。但し、３０００００枚程度で分離コロの表面に汚れがつきやすいという問題が残った。
【００７０】
＜実験例１１＞
実験例１の構成に分離板と空気吹き付け分離装置を組合せたところ、最も安定した分離性能が得られた。この時、分離板は接触式でもクリアランスをとった非接触式でも良いが、接触式の場合はローラ表面にキズが入りやすい問題があった。
【００７１】
なお以上説明してきた本発明においては、図３に示すような接触式分離爪、或いは非接触の分離板１３を取りつけて記録媒体Ｐの分離搬送を安定化させることも可能であり、他の方法としては図４のようなリバースローラＲＲによる強制分離（図４Ａ）、及び吸引ロッドＳＲのサクションによる強制分離（図４Ｂ）でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施対象となる画像形成装置の一構成例を示す概略図
【図２】本発明の定着装置の第１、第２の実験例を示す図
【図３】本発明の定着装置に接触式分離爪、或いは非接触の分離板をつけて記録媒体の分離搬送を安定化させる方式を示す図
【図４】リバースローラを用いる例を示す図（Ａ）と吸引ロッドを用いる例を示す図（Ｂ）
【符号の説明】
【００７３】
１：加熱部
２：加熱ローラ
３：加圧ローラ
４：金属ローラ
５：ゴム層
６：ＰＦＡチューブ
７：ヒータ
１０：冷却部
１１：冷却ローラ
１２：加圧ローラ
Ｐ：記録媒体
ｔ：トナー像
ＲＲ：リバースローラ
ＳＲ：吸引ロッド
【図１】
2008020483.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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