(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上にトナー離型層を有する加熱部材及び加圧部材から成り、少なくとも１つの加熱源としてのヒータを内部に有する熱定着装置を備える画像形成装置において、
未定着トナー像と接する前記加熱部材は芯金上に弾性層を有し弾性層上にフッ素樹脂をコーティングしたものであり、前記加圧部材は基材上に弾性層を介してフッ素樹脂チューブを被覆したものであり、
前記加熱部材のフッ素樹脂コーティング層の表面の粗さが前記加圧部材のフッ素樹脂チューブの表面の粗さよりも粗く、前記加熱部材の弾性層の硬度と前記加圧部材の弾性層の硬度とが同程度であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
芯金上に弾性層を有し弾性層上にトナー離型層を有する加熱部材としての加熱ロール及び加圧部材としての加圧ロールから成り、少なくとも１つの加熱源としてのヒータを有する熱定着装置を備える画像形成装置において、
前記加熱ロールは芯金上にシリコンゴムを形成した後にフッ素樹脂をコーティングしたものであり、前記加圧ロールは芯金上にシリコンゴムを、さらにシリコンゴム上にフッ素樹脂を被覆したものであり、
前記加熱ロールのフッ素樹脂コーティング層の表面の粗さが前記加圧ロールのフッ素樹脂チューブの表面の粗さよりも粗く、前記加熱ロールの弾性層の硬度と前記加圧ロールの弾性層の硬度とが同程度であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記加熱ロールと前記加圧ロールの表面歪み量がほぼ同程度であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
ワックス入りのトナーを使用し、前記加熱ロールや前記加圧ロールへ離型剤を塗布しないことを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
少なくとも前記加熱ロールの表面温度を検知する温度センサは、画像形成領域の前記加熱ロールの表面に非接触に設けられるか画像形成領域外の前記加熱ロールの表面に接触して設けられ、転写材を前記加熱ロールから分離案内する部材が前記加熱ロールの表面に非接触に設けられていることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は用紙の厚さや光沢などが異なる場合にも、そのような紙質に対応してしわや光沢ムラを起こすことなく均一な定着が高速で安定して行えるように制御できるようにした画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー画像形成装置における熱定着装置においては、第４２回電子写真学会技術講習会（１９９６年）予稿集の７０頁に記載されているように、モノクロ画像形成装置とは異なり、未定着トナー画像面に接する加熱ロールは弾性層を有するもので構成する必要がある。これはアルミニウムやステンレスなどの金属円筒状の芯金上にシリコンゴムなどの耐熱弾性層を０．５〜３ｍｍ程度の厚さに被覆したもので構成され、さらに表面の耐久性や離型性を高めるためにＰＦＡやＰＴＦＥなどの耐熱性の高いフッ素樹脂をコーティング加工やチューブ被覆することにより１５〜７０μｍ程度の厚さに設けているものもある。加熱源としては加熱ロールの金属芯金内側の空間にハロゲンランプを固定し通電制御したり、金属芯金内面に絶縁薄膜を設け、さらにその内側に抵抗発熱体を設け通電制御するものなどが知られている。通常の熱ロール定着装置の構成では、加熱ロールが上側、加圧ロールが下側に設けられることが多いが、加熱ロール（以降加熱ロールまたは上ロールと記す）とそれに接する加圧ロール（以降加圧ロールまたは下ロールと記す）の２つのロールを圧接した時のニップ形状は上ロールの弾性層を厚くすればするほど図１１（ａ）の模式図に示すように、上凸形状となり、下ロールの切線方向に向かい上ロールから離れる傾向になり、分離爪などの強制的に加熱ロールである上ロールから紙を引き剥がす手段を設けなくても分離が可能なセルフストリッピングに有利であり、またニップ幅も上ロールの弾性層を厚くすればするほど小径ロールでニップ幅を確保できる。これらのことは特開昭５５−１７１０８号や富士ゼロックステクニカルレポートＮｏ．９（１９９４）３８頁などにも記載されている。しかしながら、シリコンゴムなどの熱伝導率は金属などに比べて小さいため、上ロールの弾性層を厚くすればするほど加熱源からロール表面への熱伝達が悪く、ウオーミングアップタイムの増加、金属芯金部の温度上昇による弾性層の熱劣化などを引き起こす。また、加熱源からロール表面への熱伝達の悪化は、通紙時の表面温度低下を引き起こし高速化を困難にする。高速化のために金属芯金からの熱伝導を良くしようと加熱ロールのゴム厚を薄くした場合、定着ニップ形状がフラット形状や図１１（ｂ）に示すように下凸形状となり、加熱ロールである上ロールに巻き付いて剥がれにくい傾向になり、下凸形状になってしまうとセルフストリッピングには不利となり、必要なニップ幅を確保する場合に加熱ロールを非常に大径化しなくてはならない。高速化のために特開平５−１５０６７９号（富士ゼロックス社）のように定着ニップを形成する加圧部材として加圧ベルトを採用しニップ幅を確保する場合もセルフストリッピング性を確保することが難しい。
【０００３】
この現象に対する対策としては、第１に特開平８−３１４３２３号、特開平１０−１０９１９号、特開平１０−９７１５０号、特開平１１−７２１号、特開平１１−２４４６５号、特開平１１−３８８０２号などに記載されているように加熱ロール表面に、弾性層を持たないような外部加熱ロールを接触回転させ加熱ロール表面に効率的に熱供給する方法や、第２に加圧ロールが加熱ロールからあまり熱を奪わないようにするために、加圧ロール側に加熱源を設ける方法などが考えられてきた。
【０００４】
しかしながら、加熱源を多数設けても同時に電力供給すると最大消費電力が増大してしまう。また加圧ロール側に加熱源を設けた場合、両面コピー時の第２面目のコピーの際は加圧ロール温度を低く抑えないと画像光沢度の表裏差が増大してしまったり、湿度の高い条件下で塗工紙をコピーする場合も加圧ロールの温度を低く抑えないと特開平１１−１９４６４７号に記載のあるようにブリスタが発生してしまったりするが、加圧ロール内側にある加熱源で設定温度を早期に切り換えるのは難しい。加圧ロールをハードロール化すると設定温度を早期に切り換え易くなるが、両面コピー時の第１面目の画像劣化などが問題となってしまう。
【０００５】
また、近年、特開２０００−３４７４５４号などに記載されているようにトナーに低融点のワックスを分散混入させ加熱ロールの表層をフッ素樹脂で被覆する構成とすることにより、従来行われてきた技術手段である加熱ロールに離型剤を塗布する手段を使用することなく、コストダウンを図ると共に、ハードコピーへの加筆性やテープ付着性、ＯＨＴ透過性を向上させることが図られて来ている。これらを達成するには前記したように、セルフストリッピング性を確保することが重要であり、定着ニップ形状を横から見て上凸形状にすることが重要である。しかしながらコニカテクニカルレポート（１９９７年）に記載されているように、ニップ形状を上凸にしすぎると、封筒等で紙の重なり部分で生ずる封筒のシワという問題を生じてしまう。そこで特開平５−２６５３４４号や特開２０００−３２１９１３号に記載されているように、封筒シワとセルフストリッピング性を両立させる条件に設定することが従来行われてきたが、それでも特開２０００−３２１９１３に記載されているように数ｍｇ／頁程度のシリコンオイル塗布を必要としていた。よって、離型剤を塗布しないオイルレス定着構成で、封筒シワを防止しつつセルフストリッピング性を確保するには、ニップ形状以外の効果を加えないと難しい。
【０００６】
また、斤量や光沢、表面性の異なる様々な紙種に対しては、加熱ロールや加圧ロールの設定温度、プロセス速度などを変えるモードを何通りか作成しておき、開発者の限られた紙の知見から、所謂厚紙モードや光沢モードなどの名称で複数のモードを決めておき、限られた紙種に対しては対応するモードを指定して望ましい定着性や光沢度を得られるようにし、それ以外の紙種に対してはユーザに適宜手動にてモード選択してもらっている状況であるが、ユーザは試行錯誤しながら好ましいモードを選んでいるのが実状であり、また限られたモード数で様々な紙に対してユーザ要望に対応しきれているとは言い難い。また、開発者が想定していなかったような剛度が低い紙をユーザが通紙した場合、前記したセルフストリッピング性が確保できず加熱ロールに紙が巻き付いて機械が故障しサービスエンジニアが修理しなければならないという問題がある。この場合、加熱ロール表面に紙を強制分離させる分離部材を当接させれば良いが、分離部材の加熱ロール当接部が劣化し画像不良が生じ易い。また、通常の紙基材の表面に異なる材質のものを塗布した塗工紙において、所謂アート紙、コート紙など塗工量の多い紙は、紙への熱供給が多すぎた場合に紙基材内部から発生した水蒸気が塗工層により妨げられて紙の外へ逃げられない為に生じる、塗工紙特有のブリスター現象が発生する場合があり、普通紙に対して定着条件を変えて制御することが望ましいが、これまではそのような定着条件の変更は、上記されるようなモードの手動選択により行われきているのが実状である。また、同一紙に対しても、紙の含水率や、片面コピーか両面コピーかによって、定着条件を変更することは従来行われてきていたが、紙の斤量や光沢、剛度等の紙本来が持つ紙質との組み合わせで定着条件を変更することは行われてきていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決して、熱定着装置の加熱ロールと加圧ロールに挟まれて通紙されながら熱定着される用紙Ｐへの通紙時の熱伝達が適正で均一になされ、セルフストリッピングを損なうことなく、加熱源に供給する電力を必要以上に増大させることなく、しかも仕上がり光沢度が表裏によって変わったりすることなく均一に行われ、高速定着が可能で封筒しわや画像劣化やブリスタを起こすことなく、また、画像形成中にシリコンオイル塗布を熱ロールに施すことなく扱える画像形成装置を提供することを課題目的にするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的は次の技術手段（１）〜（５）項の何れか１項によって達成される。
【００１６】
（１）  基材上にトナー離型層を有する加熱部材及び加圧部材から成り、少なくとも１つの加熱源としてのヒータを内部に有する熱定着装置を備える画像形成装置において、未定着トナー像と接する前記加熱部材は芯金上に弾性層を有し弾性層上にフッ素樹脂をコーティングしたものであり、前記加圧部材は基材上に弾性層を介してフッ素樹脂チューブを被覆したものであり、前記加熱部材のフッ素樹脂コーティング層の表面の粗さが前記加圧部材のフッ素樹脂チューブの表面の粗さよりも粗く、前記加熱部材の弾性層の硬度と前記加圧部材の弾性層の硬度とが同程度であることを特徴とする画像形成装置。
【００１７】
（２）  芯金上に弾性層を有し弾性層上にトナー離型層を有する加熱部材としての加熱ロール及び加圧部材としての加圧ロールから成り、少なくとも１つの加熱源としてのヒータを有する熱定着装置を備える画像形成装置において、前記加熱ロールは芯金上にシリコンゴムを形成した後にフッ素樹脂をコーティングしたものであり、前記加圧ロールは芯金上にシリコンゴムを、さらにシリコンゴム上にフッ素樹脂を被覆したものであり、前記加熱ロールのフッ素樹脂コーティング層の表面の粗さが前記加圧ロールのフッ素樹脂チューブの表面の粗さよりも粗く、前記加熱ロールの弾性層の硬度と前記加圧ロールの弾性層の硬度とが同程度であることを特徴とする画像形成装置。
【００１８】
（３）  前記加熱ロールと前記加圧ロールの表面歪み量がほぼ同等であることを特徴とする（２）項に記載の画像形成装置。
【００２１】
（４）  ワックス入りのトナーを使用し、前記加熱ロールや前記加圧ロールへ離型剤を塗布しないことを特徴とする（２）又は（３）項に記載の画像形成装置。
【００２２】
（５）  少なくとも前記加熱ロールの表面温度を検知する温度センサは、画像形成領域の前記加熱ロールの表面に非接触に設けられるか画像形成領域外の前記加熱ロールの表面に接触して設けられ、転写材を前記加熱ロールから分離案内する部材が前記加熱ロールの表面に非接触に設けられていることを特徴とする（２）〜（４）項の何れか１項に記載の画像形成装置。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００２８】
図１は、本発明の画像形成装置の一実施の形態を示すカラー画像形成装置の断面構成図である。
【００２９】
このカラー画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、無端状転写ベルトユニット７と、給紙搬送手段及び熱定着装置２４とから成る。画像形成装置の本体Ａの上部には、原稿画像読み取り装置ＳＣが配置されている。
【００３０】
イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｙの周囲に配置された帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像手段４Ｙ、一次転写手段としての一次転写ロール５Ｙ、クリーニング手段６Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｍ、帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像手段４Ｍ、一次転写手段としての一次転写ロール５Ｍ、クリーニング手段６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｃ、帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像手段４Ｃ、一次転写手段としての一次転写ロール５Ｃ、クリーニング手段６Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、第１の像担持体としてのドラム状の感光体１Ｋ、帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像手段４Ｋ、一次転写手段としての一次転写ロール５Ｋ、クリーニング手段６Ｋを有する。
【００３１】
無端状転写ベルトユニット７は、複数のロール７１，７２，７３，７４，７６により巻回され、回動可能に支持された半導電性エンドレスベルト状の第２の像担持体としての無端状転写ベルト７０を有する。
【００３２】
画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、一次転写ロール５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋにより、回動する無端状転写ベルト７０上に逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録媒体である転写材としての用紙Ｐ（以下転写材は用紙Ｐという）は、給紙手段２１により給紙され、複数の中間ロール２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ、レジストロール２３を経て、二次転写手段５Ａに搬送され、用紙Ｐ上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された用紙Ｐは、熱定着装置２４により定着処理され、排紙ロール２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。
【００３３】
一方、二次転写手段５Ａにより用紙Ｐにカラー画像を転写した後、用紙Ｐを曲率分離した無端状転写ベルト７０は、クリーニング手段６Ａにより残留トナーが除去される。
【００３４】
画像形成処理中、一次転写ロール５Ｋは常時、感光体１Ｋに圧接している。他の一次転写ロール５Ｙ，５Ｍ，５Ｃはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃに圧接する。
【００３５】
二次転写手段５Ａは、ここを用紙Ｐが通過して二次転写が行われる時にのみ、無端状転写ベルト７０に圧接する。
【００３６】
次に本発明の画像形成装置に組み込まれる熱定着装置２４の実施の形態例について述べる。
【００３７】
なお下記実施の形態例においては定着プロセス速度１５０〜２２０ｍｍ／ｓｅｃ、コピー速度３０〜５０枚（Ａ４）、転写材上のトナー最大付着量は約１．２ｍｇ／ｃｍ2で検討を行った。但し実施の形態例４、８においては、上記したプロセス速度、コピー速度に限定せず最適画像が得られる条件も含まれる。また、シリコンオイル塗布は１００ｃｓのジメチルシリコンオイルが含浸されたオイル塗布ロールにより行った。
【００３８】
実施の形態例１
図２（ａ）、（ｂ）の模式図に示すように、加熱ロール２４１は外径５０ｍｍであり、アルミニウムの芯金２４１Ａの上に、弾性層２４１Ｂとしてソリッドシリコンゴム（ゴム硬度Ａｓｋｅｒ−Ｃスケールで３０°、熱伝導率（４．２〜５．０４）×１０-1Ｗ／ｍ・℃）を厚さ２ｍｍにライニングし、表層２４１Ｃはゴム上に接着層を介して厚さ３０μｍになるようにＰＦＡをコーティングした。また、芯金２４１Ａの内面には黒色耐熱塗装が施してある。
【００３９】
加圧ロール２４２は外径５０ｍｍであり、アルミニウムの芯金２４２Ａの上に、弾性層２４２Ｂとしてスポンジシリコンゴム（ゴム硬度Ａｓｋｅｒ−Ｃスケールで４０°、熱伝導率（０．２１〜１．２６）×１０-1Ｗ／ｍ・℃）を厚さ２ｍｍにライニングし、表層２４２Ｃを厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを被覆して形成した。この場合、表層のフッ素樹脂層の厚みは加熱ロールとほぼ同等レベルであり、かつ弾性層のシリコンゴム硬度が加熱ロールより硬いので、製品硬度としては加熱ロール２４１より硬くなった。
【００４０】
外部加熱ロール２４３は外径２５ｍｍであり、アルミニウムの芯金２４３Ａの上に、接着層を介して表層２４３ＣをＰＦＡで３０μｍの厚さにコーティングした。また、芯金２４３Ａの内面には黒色耐熱塗装が施してある。この外部加熱ロール２４３は加圧ロール２４２に当接されている。
【００４１】
トナーはエステル系ワックス分散型で、Ｓｔ−Ａｃ樹脂を母体とし重合法により製造したものを使用した。
また、シリコンオイル塗布はＡ４サイズ紙１枚当たり０．５ｍｇ程度塗布した場合と、全くオイルを塗布しないオイルレスの状態にした場合と両方を試みた。
【００４２】
加熱源であるヒータとして、加熱ロール２４１の内側にハロゲンランプｈ１、外部加熱ロール２４３の内側にハロゲンランプｈ２を設けてある。
【００４３】
加熱ロール２４１の表面に近接して非接触温度センサＳ１を設け、その検知温度でハロゲンランプｈ１を、外部加熱ロール２４３に接触する温度センサＳ３を図２（ｂ）に示すように設けるか、又は図２（ａ）に示すように加圧ロール２４２表面に近接して非接触の温度センサＳ２を設け、その検知温度でハロゲンランプｈ２を制御している。
【００４４】
このように、加圧ロール２４２の弾性層を加熱ロール２４１よりも熱伝導性の悪いもので構成し、表面に外部加熱ロール２４３を当接させることにより、加圧ロール２４２に対する温度制御を迅速に対応させコピーモードや検知湿度などによる温度変更を容易にでき高速化にも対応できるようになった。また加圧ロール弾性層が低熱伝導であることから加熱ロールから奪う熱量を少なくすることができ加熱ロール表面の温度低下を抑制することができ高速化に対応できるようになった。そして、加圧ロール２４２の弾性層をスポンジゴムで構成することにより、熱伝導率はベース素材がほぼ同じであるソリッドゴムに対し１／３〜１／１０に低下でき、かつ熱容量も低減できるため、より効果的である。また、加熱ロール２４１のソリッドゴムをＡｓｋｅｒ−Ｃスケールで約４０°以下に設定すれば、加圧ロール２４２の弾性層をスポンジゴムにしても、定着ニップ形状を上凸にできセルフストリッピング性は確保できる。加圧ロール２４２の弾性層をスポンジゴムで構成した場合は、表面の離型層としてＰＦＡなどのフッ素樹脂をコーティング加工により形成すると表面凹凸が非常に大きく問題となる。そのためこの場合は、表面の離型層としてＰＦＡチューブを被覆することが望ましい。この構成では、必要以上に加圧ロールの硬度を硬くしていないので、封筒シワの発生も抑制できた。
【００４５】
上述のように僅かなシリコンオイルの塗布を行った場合と全く行わなかった場合での差は認められず、何れも良好な定着状態が得られた。
【００４６】
実施の形態例２
図３の模式図に示すように、加熱ロール２４１は外径５０ｍｍであり、アルミニウムの芯金２４１Ａの上に、弾性層２４１Ｂとしてソリッドシリコンゴムを（ゴム硬度Ａｓｋｅｒ−Ｃスケールで３０°、熱伝導率（４．２〜５．０４）×１０-1Ｗ／ｍ・℃）厚さ２ｍｍにライニングし、表層２４１Ｃはゴム上に接着層を介して厚さ３０μｍになるようにＰＦＡをコーティングした。また、芯金２４１Ａの内面には黒色耐熱塗装が施してある。
【００４７】
加圧ロール２４２は外径５０ｍｍであり、アルミニウムの芯金２４２Ａの上に、弾性層２４２ＢとしてソリッドＳｉゴム（ゴム硬度Ａｓｋｅｒ−Ｃスケールで４０°、熱伝導率２．５２×１０-1Ｗ／ｍ・℃）を厚さ２ｍｍにライニングし、表層２４２Ｃを厚さ３０μｍのＰＦＡコーティングにした。また、芯金２４２Ａの内面には黒色耐熱塗装が施してある。
【００４８】
外部加熱ロール２４３は外径２５Φであり、アルミニウムの芯金２４３Ａの上に、表層２４３Ｃはゴム上に接着層を介して厚さ３０μｍになるようにＰＦＡをコーティングした。また、芯金２４３Ａの内面には黒色耐熱塗装が施してある。この外部加熱ロール２４３は加圧ロール２４２に当接されている。
【００４９】
トナーはエステル系ワックス分散型で、Ｓｔ−Ａｃ樹脂を母体とし重合法により製造したものを使用した。
【００５０】
加熱源であるヒータとして、加熱ロール２４１の内側にハロゲンランプｈ１、外部加熱ロール２４３の内側にハロゲンランプｈ２、加圧ロール２４２の内側にハロゲンランプｈ３を設けてある。
【００５１】
加熱ロール２４１の表面に近接した非接触温度センサＳ１を設け、その検知温度でハロゲンランプｈ１を、加圧ロール２４２の表面に近接して非接触の温度センサＳ２を設けその検知温度でハロゲンランプｈ２とｈ３を制御している。
【００５２】
そして、図９（ａ）ハロゲンランプの作動図に示すように、ウオーミングアップ時やスタンバイ時である非画像形成時は、ハロゲンランプｈ１とｈ３のみＯＮ／ＯＦＦ制御し、画像形成時はハロゲンランプｈ１とｈ２のみＯＮ／ＯＦＦ制御するようにした。
【００５３】
このように、非画像形成時は加圧ロール２４２の内側から、画像形成時は加圧ロール２４２の外側から加圧ロールを暖めることにより、非画像形成時に内側を含めて充分加圧ロール２４２を均一で望ましい温度に暖め、かつ画像形成時は加圧ロール２４２の温度制御を迅速に変更することが可能となり、また最大消費電力を抑制することが可能となる。また、加熱ロール２４１のソリッドゴムをＡｓｋｅｒ−Ｃスケールで加圧ロール２４２より柔らかく設定しているため、定着ニップ形状を上凸にできセルフストリッピング性は確保できた。
【００５４】
実施の形態例３
図４の模式図に示すように、加熱ロール２４１は外径５０ｍｍであり、アルミニウムの芯金２４１Ａの上に弾性層２４１Ｂとして、ソリッドシリコンゴム（ゴム硬度Ａｓｋｅｒ−Ｃスケールで３０°、熱伝導率（４．２〜５．０４）×１０-1Ｗ／ｍ・℃）を厚さ２ｍｍにライニングし、表層２４１Ｃはゴム上に接着層を介して厚さ３０μｍになるようにＰＦＡをコーティングした。また、芯金２４１Ａの内面には黒色耐熱塗装が施してある。
【００５５】
加圧ロール２４２は外径５０ｍｍであり、アルミニウムの芯金２４２Ａの上に弾性層２４２Ｂとして、ソリッドシリコンゴム（ゴム硬度Ａｓｋｅｒ−Ｃスケールで４０°、熱伝導率（２．５２〜５．０４）×１０-1Ｗ／ｍ・℃）を厚さ２ｍｍにライニングし、表層２４２Ｃはゴム上に接着層を介して厚さ３０μｍになるようにＰＦＡをコーティングした。また、芯金内面は黒色耐熱塗装が施してある。
【００５６】
外部加熱ロール２４４は外径２５ｍｍであり、アルミニウムの芯金２４４Ａの上に、表層２４４Ｃはゴム上に接着層を介して厚さ３０μｍになるようにＰＦＡをコーティングした。芯金２４４Ａの内面には黒色耐熱塗装が施してある。この外部加熱ロール２４４は加熱ロール２４１に当接されている。
【００５７】
トナーはエステル系ワックス分散型であり、Ｓｔ−Ａｃ樹脂を母体とし重合法により製造したものを使用した。
【００５８】
加熱源であるヒータとして、加熱ロール２４１の内側にハロゲンランプｈ１、外部加熱ロール２４４の内側にハロゲンランプｈ４、加圧ロール２４２の内側にハロゲンランプｈ３を設けてある。
【００５９】
加熱ロール２４１の表面に近接した非接触温度センサＳ１を設け、その検知温度でハロゲンランプｈ１、ｈ４を、加圧ロール２４２の表面に近接した非接触温度センサＳ２を設け、その検知温度でハロゲンランプｈ３を制御している。
【００６０】
そして、図９（ｂ）のハロゲンランプの作動図に示すように、ウオーミングアップ時やスタンバイ時である非画像形成時は、ハロゲンランプｈ１とｈ３のみＯＮ／ＯＦＦ制御し、画像形成時はハロゲンランプｈ１とｈ４のみＯＮ／ＯＦＦ制御している。
【００６１】
このように、非画像形成時は加熱ロール２４１及び加圧ロール２４２の内側から、画像形成時は加熱ロール２４１の内側及び外側から加熱ロール２４１を暖めることにより、非画像形成時に内側を含めて充分加圧ロール２４２を均一で望ましい温度に暖め、かつ画像形成時は加熱ロール２４１に対して非画像形成時より大きい最大電力を投入しつつ最大消費電力を抑制することが可能となり、限られた最大消費電力の中で加熱ロール２４１の表面温度低下を極力抑制することができ、高速化に対応できるようになった。また、加熱ロール２４１のソリッドゴムをＡｓｋｅｒ−Ｃスケールで加圧ロール２４２より柔らかく設定しているため、定着ニップ形状を上凸にできセルフストリッピング性は確保できた。
【００６２】
実施の形態例４
給紙カセットのダイヤルなどで、紙斤量をユーザが入力し、また、給紙付近の湿度を画像形成装置内に設けた市販湿度センサで検知もしくは推定し、給紙部または給紙搬送経路にある光沢検知センサにより塗工紙か非塗工紙かを検知し光沢検知センサの検出値により塗工紙の種類（紙の光沢のレベル）を判断し、更に、ユーザが片面コピーモードを選択したか両面コピーモードを選択したかを装置が判断するようにしてある。そして以上の情報により、加熱ロールの設定温度Ｔ１と加圧ロールの設定温度Ｔ２を設定する。加熱ロールと加圧ロールの設定温度変更だけで望ましい画像が得られないと判断した場合等は定着のプロセス速度やコピー速度の制御を行う。設定値はＴａｂｌｅ化されて図８の回路図に示すように予め制御装置に入力されている。即ち、Ｔ１＋Ｔ２やＴ１−Ｔ２を大きくしたり小さくしたりして、湿度や光沢度や斤量等の紙質や両面か片面かのモードによって、前記テーブル化されたデータと比較しながら、最適の定着ができるＴ１，Ｔ２を設定できるようにしてある。
【００６３】
このような構成にすることにより、紙種や湿度やコピーモードが変化した場合にも、ブリスタなどの不良を発生させることなく十分紙にトナーが定着され紙の光沢レベルに対応した望ましい安定した光沢カラー画像を得ることが可能になる。
【００６４】
実施の形態例５
図５の模式図に示すように、加熱ロール２４１は外径５０ｍｍであり、アルミニウムの芯金２４１Ａの上に、弾性層２４１Ｂとしてシリコンゴムを（ゴム硬度Ａｓｋｅｒ−Ｃスケールで３０°、熱伝導率（４．２〜５．０４）×１０-1Ｗ／ｍ・℃）厚さ２ｍｍにライニングし、表層２４１Ｃはゴム上に接着層を介して厚さ３０μｍになるようにＰＦＡをコーティング、表面粗さＲｚを１〜５μｍになるようにした。コーティング材を塗布、焼成後に研磨などの表面処理を適宜行うことにより表面粗さを望ましい値にすることができる。
【００６５】
加圧ロール２４２は外径５０ｍｍであり、アルミニウムの芯金２４２Ａの上に弾性層２４２Ｂとしてシリコンゴムを（ゴム硬度Ａｓｋｅｒ−Ｃスケールで３０°、熱伝導率（４．２〜５．０４）×１０-1Ｗ／ｍ・℃）厚さ２ｍｍにライニングし、表層２４２Ｃを厚さ３０μｍのＰＦＡチューブで被覆して形成した。その際、表面粗さＲｚは０．８μｍ以下になった。
【００６６】
トナーはエステル系ワックス分散型のＳｔ−Ａｃ重合樹脂を母体とし重合法により製造したものを使用した。シリコンオイルの塗布は全く行わなかった。
【００６７】
温度センサＳ１，Ｓ２は非接触輻射熱検知型センサを加熱ロールや加圧ロールに設けるか、又は該各ロールの非通紙部に接触サーミスタセンサを設けた。そして加熱ロール２４１及び加圧ロール２４２の内側にハロゲンランプｈ１，ｈ３が設けられている。
【００６８】
分離部材２４７はＰＴＦＥをコーティングしたバッフル板を非接触で定着器の出口に近い通紙路に近接して設けた。画像領域のロール表面に温度センサや分離部材を接触させないことにより、ロール表面の傷や摩耗を防止でき、画質劣化を抑えることができる。
【００６９】
このような構成により、表面にフッ素樹脂をコーティングした加熱ロール２４１の表面の粗さが表層にフッ素樹脂チューブを使用した加圧ロールの場合よりも粗いために用紙やトナー像との密着性が緩和されセルフストリッピング性で有利になるとともに、フッ素樹脂チューブを被覆した加圧ロール表面の粗さは小さく用紙との密着性が向上するために、加熱ロールに用紙が巻き込まれることは益々避けられ、セルフストリッピング性はさらに有利になる。この構成では、加熱ロールと加圧ロールの（シリコンゴム硬度が同じであるために）製品硬度がほぼ同じで、定着ニップ形状がほぼフラットであるにも関わらず、シリコンオイル塗布を行わなくともセルフストリッピング性が確保できた。定着ニップ形状がフラットでセルフストリッピング性が確保できるということは、封筒シワ抑制の性能として実施の形態例２等に対してさらに有利であることが言える。
【００７０】
実施の形態例６
図６の模式図に示すように、加熱ロール２４１は外径５０ｍｍであり、アルミニウムの芯金２４１Ａの上に、弾性層２４１Ｂとしてシリコンゴムを（ゴム硬度Ａｓｋｅｒ−Ｃスケールで３０°、熱伝導率（４．２〜５．０４）×１０-1Ｗ／ｍ・℃）厚さ１ｍｍにライニングし、シリコンゴム上に接着層を介して厚さ３０μｍになるようにＰＦＡをコーティング、表面粗さＲｚを１〜５μｍになるようにした。コーティング材を塗布、焼成後に研磨などの表面処理を適宜行うことにより表面粗さを望ましい値にすることができる。
【００７１】
加圧ベルト２４５Ｃはポリイミド（ＰＩ）のシームレスのものを基材として、表層を厚さ３０μｍのＰＦＡチューブで被覆したものである。表面粗さＲｚは０．８μｍ以下になった。
【００７２】
加圧ベルト２４５Ｃの張架構造、及び定着ニップ部での加圧ベルト２４５Ｃのバックアップ構造は図６の模式図に示すようにガイドロールを兼ねる駆動ロール２４５Ａ及び従動ロール２４５Ｂにエンドレスに掛けられている。加熱ロールと加圧ベルトのニップ部には、加圧ベルト裏側からバックアップするような固定押圧部材を設けても良い。
【００７３】
トナーはエステル系ワックス分散型のＳｔ−Ａｃ重合樹脂を母体とし重合法により製造したものを使用した。シリコンオイル塗布は全く行わなかった。
【００７４】
温度センサＳ１，Ｓ２は前述のものと同じように非接触輻射熱検知型センサ又は非通紙部に接触サーミスタセンサを設けた。そして加熱ロール２４１の内側にハロゲンランプｈ１を設けた。
【００７５】
分離部材２４７は図６に示すようにＰＴＦＥコーティングのバッフル板を設けた。このような構成により、表面にフッ素樹脂をコーティングした加熱ロール２４１の表面の粗さが表層にフッ素樹脂チューブを使用した加圧ベルト２４５Ｃよりも粗いために用紙やトナー像との密着性が緩和されセルフストリッピング性で有利になるとともに、フッ素樹脂チューブを被覆した加圧ベルト表面の粗さは小さく用紙との密着性が向上するために、加熱ロールに用紙が巻き込まれることは益々避けられ、セルフストリッピング性はさらに有利になる。この構成では、定着ニップ形状が下凸であるにも関わらず、Ａ４サイズ紙１枚当たり０．５ｍｇ程度塗布した微量オイル塗布であってもセルフストリッピング性は確保され、全くオイルを塗布しないオイルレスの状態にしても紙斤量や紙剛度が所定以上の値のものについてはセルフストリッピング性は確保された。
【００７６】
実施の形態例７
図７の模式図に示すように、加熱ベルト２４６Ｃはポリイミド（ＰＩ）のシームレスのものを基材として、シリコンゴム厚を０．２ｍｍ、表層に３０μｍのＰＦＡコーティングを行い、表面粗さＲｚを１〜５μｍにした。
【００７７】
加圧ロール２４２は外径３０ｍｍ、アルミニウムの芯金２４２Ａに、弾性層２４２Ｂとしてシリコンゴムを（ゴム硬度をＡｓｋｅｒ−Ｃ３０°）厚さ３ｍｍにライニングし、表層２４２Ｃに厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを被覆した。表面粗さＲｚは０．８μｍ以下になった。
【００７８】
加熱ロール２４６Ａは外径３０ｍｍ、アルミニウムの芯金の上に、表層としてＰＴＦＥを厚さ２０μｍにコーティングした。
【００７９】
補助ロール２４６Ｂは外径２０ｍｍ、アルミニウムの芯金に、シリコンスポンジゴム厚を３ｍｍ、表層ＰＦＡチューブ３０μｍにした。
【００８０】
トナーはエステル系ワックス分散型のＳｔ−Ａｃ樹脂を母体とし重合法により製造したものを使用した。シリコンオイル塗布は行わなかった。
【００８１】
温度センサＳ１，Ｓ２は前述のものと同様に非接触輻射熱検知型センサ又は非通紙部に接触サーミスタセンサを用いた。加熱ロール２４６Ａ内側にハロゲンランプｈ１を設けた。
【００８２】
分離部材２４７はＰＴＦＥコーティングのバッフル板であり、熱定着装置２４の出口近くに非接触で設けた。
【００８３】
従来、加熱ベルト定着ではセルフストリッピング性を確保するために定着ニップ形成部のバックアップロールはソフトロールであり、熱源を内部に設けても効率が悪かった。これに対し、本発明の構成は加熱ベルトの表面性をセルフストリッピング性に有利な構造にしたため、定着ニップ形状に自由度が生じ、バックアップロールとしてハードロールを設け内部に熱源を持ってくることが可能になり、加熱ベルトへの熱伝達が効率化された。このような構成により、表面にフッ素樹脂をコーティングした加熱ベルトの表面の粗さが表層にフッ素樹脂チューブを使用した加圧ロールの場合よりも粗いために用紙やトナー像との密着性が緩和されセルフストリッピング性で有利になるとともに、フッ素樹脂チューブを被覆した加圧ロール表面の粗さは小さく用紙との密着性が向上するために、加熱ベルトに用紙が巻き込まれることは益々避けられ、セルフストリッピング性はさらに有利になる。この構成では、シリコンオイル塗布を行わなくともセルフストリッピング性が確保できた。
【００８４】
実施の形態例８
トナーはエステル系ワックス分散型のＳｔ−Ａｃ重合樹脂を母体とし重合法により製造したものを使用した。
【００８５】
本発明の画像形成装置に実施の形態例１〜３、５〜７のような熱定着装置を組み込み、通紙経路中に用紙Ｐの反射光量を検知する方式の光沢検知センサや用紙の固定端から一定長さ水平方向に離れた先端部又は後端部の撓み量を静止状態で検出して剛度を検知する剛度検知センサを設置すると共に、画像形成装置の機内又は機外に湿度センサを設置しておき、それらの検出データを制御装置に入力させて図８の回路図に示すような制御を行い、温度Ｔ１，Ｔ２のコントロール及び線速のコントロールを行い、高速作動や紙質の変動においても光沢ムラのない良好な定着が行われることを確認した。尚、前述の剛度検知センサは図１０（ａ）の側面図に示すように、水平方向の用紙Ｐの固定端からの長さａに対する垂直方向の撓みｙを機械的に測る方法と、図１０（ｂ）の側面図に示すように水平部の反射光量が最大の状態から撓みの状態が始まる時の光量変化を反射光量検知センサＳ１０で検知すると共に、その時から用紙Ｐの後端近傍に設けた別の反射光量検知センサＳ１１の検出値がゼロになるまでの時間を測定してその大小で剛度を決める方法も採れる。そしてこのような反射光量検知のセンサを用いるときは光沢検知センサと剛度検知センサを兼用して設けることができる。
【００８６】
光沢検知センサの検出値により紙の塗工層の塗布量や紙の光沢に換算し、剛度検知センサの検出値により紙の剛度を割り出して、紙の塗工量や光沢やコシに応じて、定着分離性が確保でき、塗工紙でもブリスタが発生することなく、紙の光沢に近い画像光沢が得られるような定着条件に自動的に制御を行う。なお、紙の光沢と画像光沢の関係はユーザの好みによって変更可能なようにされていることが望ましい。
【００８７】
このような構成によって、紙光沢度から紙塗工量を予測しモードを自動検知し、紙ブリスター現象の発生を抑制し、紙剛度から紙斤量を予測し生産性を確保するために効率の良い適切な線速を自動検知して安定した良好な定着画像が持続して得られるようになった。
【００８８】
【発明の効果】
熱定着装置を装着した本発明の画像形成装置における加熱部材及び加圧部材の各表面硬度の大小関係や各表面粗さの大小関係を決めることにより、セルフストリッピング性の向上が図れた。
【００８９】
また、加熱部材及び加圧部材の各熱伝導率の大小関係を決めることにより、光沢度計や変位センサを設置して、用紙のグロスや斤量の変化にも自動的に対応して加熱部材及び加圧部材の各表面温度を決めて迅速な切り換えを行うことが可能になった。
【００９１】
本発明により、ワックス入りのトナー使用条件のもとで効果をより発揮し、シリコンオイル塗布を行わなくても済むようになり、コストダウンのみならず、ハードコピーの加筆性やテープ付着性、ＯＨＴ透過性を向上させることができる。
【００９２】
また、塗工量の多い紙に対し適正な光沢度のグロスが維持され、ブリスター現象の発生を抑える事が出来るようになった。
【００９３】
ＰＯＤ市場で要求されるアート紙、コート紙に対しての定着も適切な光沢度が得られるようになり、このような各紙に対する適切なトナー光沢が得られ、モードをユーザが設定することなく正確な自動検知による操作が可能になる。
【００９４】
加熱ロールや加熱ベルトのような加熱部材の表面にフッ素樹脂コーティングをおこなった場合は、温度センサや分離爪を当接させると、その部分のみ加熱ロールの表面が摩耗して表面粗さが小さくなり部分的に光沢ムラとなってしまうために、温度センサや分離ガイド部材を加熱ロール又は加熱ベルト表面に対して非接触に設けることは、光沢ムラの発生防止により効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施の形態を示すカラー画像形成装置の断面構成図である。
【図２】本発明に用いた熱定着装置の一例の構成を示す模式図である。
【図３】本発明に用いた熱定着装置の一例の構成を示す模式図である。
【図４】本発明に用いた熱定着装置の一例の構成を示す模式図である。
【図５】本発明に用いた熱定着装置の一例の構成を示す模式図である。
【図６】本発明に用いた熱定着装置の一例の構成を示す模式図である。
【図７】本発明に用いた熱定着装置の一例の構成を示す模式図である。
【図８】本発明に用いる熱定着装置における、紙質によって定着条件を制御する回路図である。
【図９】本発明に用いる熱定着装置における、ハロゲンランプの作動図である。
【図１０】搬送路に設けた光沢検知センサと剛度検知センサを示す側面図である。
【図１１】加熱ロールと加圧ロールのニップ状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ  感光体
２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ  帯電手段
３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ  露光手段
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ  現像手段
５Ａ  二次転写手段
５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ  一次転写ロール
６Ａ，６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ  クリーニング手段
７  無端状転写ベルトユニット
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ  画像形成部
２４  熱定着装置
２４１  加熱ロール
２４２  加圧ロール
２４３，２４４  外部加熱ロール
２４５Ｃ  加圧ベルト
２４６Ｃ  加熱ベルト
ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４  ハロゲンランプ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  温度センサ
Ｓ１０，Ｓ１１  反射光量検知センサ
【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】
0004802432.tif 000006
【図６】
0004802432.tif 000007
【図７】
0004802432.tif 000008
【図８】
0004802432.tif 000009
【図９】
0004802432.tif 000010
【図１０】
0004802432.tif 000011
【図１１】
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