(57)【要約】【課題】トナー画像の光沢度を切り換える光沢モードを設定可能な画像形成装置において、トナー画像の光沢ムラの低減と光沢度の変更を両立できるようにする。【解決手段】定着部１１２の有する加熱回転部材１０のトナー画像と接する表層のＭＤ−１硬度が２０〜７０であり、トナー画像の加熱定着時の光沢度を上げるように前記光沢モードが設定された場合、前記ニップ部に掛かる圧力が下がるように前記圧力変更部材が動作することを特徴とする。【選択図】図７
2012013761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、
加熱回転部材と、通電により発熱して前記加熱回転部材を加熱する加熱体と、前記加熱回転部材と接触して記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧回転部材と、前記加圧回転部材に対してニップ部に掛かる圧力を変更する動作を行う圧力変更部材と、を有し、ニップ部でトナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつトナー画像を記録材に加熱定着すると共に、前記圧力変更部材が動作してニップ部に掛かる圧力を変更することによりトナー画像の光沢度を切り換える定着部と、
を有し、トナー画像の光沢度を切り換える光沢モードを設定可能な画像形成装置において、
前記加熱回転部材のトナー画像と接する表層のＭＤ−１硬度が２０〜７０であり、トナー画像の加熱定着時の光沢度を上げるように前記光沢モードが設定された場合、前記ニップ部に掛かる圧力が下がるように前記圧力変更部材が動作することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、
加熱回転部材と、通電により発熱して前記加熱回転部材を加熱する加熱体と、前記加熱回転部材と接触して記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧回転部材と、前記加圧回転部材に対してニップ部に掛かる圧力を変更する動作を行う圧力変更部材と、を有し、ニップ部でトナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつトナー画像を記録材に加熱定着すると共に、前記圧力変更部材が動作してニップ部に掛かる圧力を変更することによりトナー画像の光沢度を切り換える定着部と、
を有し、トナー画像の光沢度を切り換える光沢モードを設定可能な画像形成装置において、
前記加熱体に印加する通電量を制御する通電制御部を有し、前記加熱回転部材のトナー画像と接する表層のＭＤ−１硬度が２０〜７０であり、トナー画像の加熱定着時の光沢度を上げるように前記光沢モードが設定された場合、前記ニップ部に掛かる圧力が下がるように前記圧力変更部材が動作すると共に、前記通電制御部はトナー画像の加熱定着時の前記加熱体の目標温度を上げるように前記加熱体に印加する通電量を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、
加熱回転部材と、通電により発熱して前記加熱回転部材を加熱する加熱体と、前記加熱回転部材と接触して記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧回転部材と、前記加圧回転部材に対してニップ部に掛かる圧力を変更する動作を行う圧力変更部材と、を有し、前記ニップ部でトナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつトナー画像を記録材に加熱定着すると共に、前記圧力変更部材が動作して前記ニップ部に掛かる圧力を変更することによりトナー画像の光沢度を切り換える定着部と、
を有し、トナー画像の光沢度を切り換える光沢モードを設定可能な画像形成装置において、
前記加熱回転部材を回転する駆動源と、前記駆動源の駆動を制御する駆動制御部と、を有し、前記加熱回転部材のトナー画像と接する表層のＭＤ−１硬度が２０〜７０であり、トナー画像の加熱定着時の光沢度を上げるように前記光沢モードが設定された場合、前記ニップ部に掛かる圧力が下がるように前記圧力変更部材が動作すると共に、前記駆動制御部はトナー画像の加熱定着時の記録材のニップ通過時間が維持されるように前記駆動源の駆動を制御して前記加熱回転部材の回転速度を下げ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、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を利用したプリンタや複写機に搭載される定着装置（定着器）として、熱ローラ方式の定着装置が知られている。このタイプの定着装置は、定着ローラと、定着ローラの内側に設けられ定着ローラを加熱するヒータと、定着ローラと接触してニップ部を形成する加圧ローラなどを有している。未定着トナー画像を担持する記録材はニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これによって記録材上のトナー画像は記録材に加熱定着される。
【０００３】
定着装置は、トナー画像の定着性を確保するとともに、記録材上のトナー画像の光沢などの画質を左右する機能も併せ持っている。定着装置で出力画像の画質に影響を与える要因として、記録材上のトナー画像に印加する温度、圧力、時間といったパラメータを挙げることができる。定着装置では、このパラメータを、使用するトナーの特性に対応した適正範囲に設定することで、良好な光沢の出力画像が得られるように工夫されている。
【０００４】
光沢に関しては印字画像の種類によって、あるいはユーザーによって好ましいとされる程度は様々である。このため、画像形成装置においては、一つの定着装置で所望の光沢を選択できるようにした提案がなされている。特許文献１には、記録材上のトナー画像に印加する圧力を変更することでトナー画像の光沢を可変制御する方法が提案されている。この定着装置は、高光沢を得るには圧力を高くし、低光沢を得るには圧力を低くするように構成されている。またトナー画像の光沢に影響を与える要因として、記録材上のトナー画像に直接接触する定着ローラの材質や層構成を挙げることができる。特に定着ローラ表層の硬度は定着ローラに加圧される加圧ローラの圧力との組み合わせによりトナー画像の記録材面の凹凸への追従性が変化してしまう。その結果、トナー画像の光沢とその光沢ムラの状態が変化する。特許文献２には、適切な光沢と文字再現性を得るために、定着ローラを構成する弾性層や表層の硬度と印加圧力の適正関係が提案されている。定着ローラとして、シリコーンゴムからなる弾性層とフッ素樹脂からなる表層を有したものを用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−４０８６３号公報
【特許文献２】特開２００６−３９１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
定着ローラにおいて、記録材に対する離型機能を有する表層として用いられるフッ素樹脂は、弾性層として用いられるゴム材料に比べて硬度が高い。このため、表層にフッ素樹脂を用いた定着ローラは繊維の粗い記録材面の凹凸に追従しにくい。すると記録材面の凸部と凹部でトナー画像に加熱ムラや加圧ムラが生じる。定着ニップ部に掛かる圧力を変更することによって光沢度を切り換える場合、高圧化によって光沢は高くなるが、記録材面の凹凸部の加熱ムラ、加圧ムラが促進されて、トナー画像に光沢ムラが生じてしまう。記録材面の凹凸に対して追従しやすい低硬度表層を有する定着ローラを用いると、光沢ムラは低減されるが、光沢値（光沢度）そのものは低下してしまう。これは定着ローラの低硬度表層が記録材面の凹凸に追従しすぎることで、記録材面の凹凸形状が低硬度表層で露わになってしまうためである。
【０００７】
本発明の目的は、トナー画像の光沢度を切り換える光沢モードを設定可能な画像形成装置において、トナー画像の光沢ムラの低減と光沢度の変更を両立できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、
記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、
加熱回転部材と、通電により発熱して前記加熱回転部材を加熱する加熱体と、前記加熱回転部材と接触して記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧回転部材と、前記加圧回転部材に対してニップ部に掛かる圧力を変更する動作を行う圧力変更部材と、を有し、ニップ部でトナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつトナー画像を記録材に加熱定着すると共に、前記圧力変更部材が動作してニップ部に掛かる圧力を変更することによりトナー画像の光沢度を切り換える定着部と、
を有し、トナー画像の光沢度を切り換える光沢モードを設定可能な画像形成装置において、
前記加熱回転部材のトナー画像と接する表層のＭＤ−１硬度が２０〜７０であり、トナー画像の加熱定着時の光沢度を上げるように前記光沢モードが設定された場合、前記ニップ部に掛かる圧力が下がるように前記圧力変更部材が動作することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、トナー画像の光沢度を切り換える光沢モードを設定可能な画像形成装置において、トナー画像の光沢ムラの低減と光沢度の変更を両立できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（Ａ）は実施例１に係る画像形成装置の定着装置で未定着トナー画像の加熱定着を行う様子を表わした説明図、（Ｂ）は従来の画像形成装置の定着装置で未定着トナー画像の加熱定着を行う様子を表わした説明図である。
【図２】比較例の画像形成装置の定着装置で未定着トナー画像の加熱定着を行う様子を表わした説明図である。
【図３】実施例２に係る画像形成装置の定着装置で未定着トナー画像の加熱定着を行うときの通常モード時と光沢モード時での定着ニップ部内の圧力および温度プロファイルの一例を表した図である。
【図４】実施例３に係る画像形成装置の定着装置で未定着トナー画像の加熱定着を行うときの通常モード時と光沢モード時での定着ニップ部内の圧力プロファイルと温度プロファイルの一例を表した図である。
【図５】（ａ）は実施例１に係る画像形成装置において光沢モードが設定されたときに制御部が実行する光沢モード変更処理のフローチャートである。（ｂ）は実施例２に係る画像形成装置において光沢モードが設定されたときに制御部が実行する光沢モード変更処理のフローチャートである。（ｃ）は実施例３に係る画像形成装置において光沢モードが設定されたときに制御部が実行する光沢モード変更処理のフローチャートである。
【図６】実施例１に係る画像形成装置が搭載する定着装置の定着ローラの低硬度表層の硬度測定時における断面模式図である。
【図７】実施例１に係る画像形成装置が搭載する定着装置の横断面構成模式図である。
【図８】実施例１に係る画像形成装置の概略構成模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[実施例１]画像形成装置例：図８は本発明に係る画像形成装置の一例の概略構成模式図である。この画像形成装置は、転写方式、電子写真プロセス利用のレーザビームカラープリンタである。本実施例に示す画像形成装置は、４つの画像形成部Ｐｙ，Ｐｍ，Ｐｃ，Ｐｋと、定着装置（定着部）１１２などを有している。そしてホストコンピュータなどの外部装置(不図示）から出力されるプリント指令に応じてＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとからなる制御部１００が所定の画像形成シーケンスを実行する。即ち、色の異なる４色のトナー画像を帯電、露光、現像、転写の各プロセスを経て記録材に形成する４つの画像形成部Ｐｙ，Ｐｍ，Ｐｃ，Ｐｋが順次駆動され、感光ドラム（像担持体）１０１が矢印方向へ所定の周速度（プロセススピード）で回転される。画像形成部Ｐｙ，Ｐｍ，Ｐｃ，Ｐｋの各感光ドラム１０１に跨るように駆動ローラ１０７ａと従動ローラ１０７ｂと転写ローラ対向ローラ１０７ｃにより中間転写ベルト１０８が懸け渡されている。この中間転写ベルト１０８は駆動ローラ１０７ａによって矢印方向へ感光ドラム１０１の回転周速度と対応した周速度で回転される。
【００１２】
本実施例の画像形成装置は、まず１色目のイエローの画像形成部Ｐｙにおいて、感光ドラム１０１の外周面（表面）が帯電ローラ１０２により所定の極性と電位に一様に帯電される。そしてこの感光ドラム１０１表面の帯電面に対しレーザ露光装置１０３が目的の画像情報に基づいたレーザ光Ｌを走査露光する。これにより帯電面の露光部分の電荷が除去され帯電面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置１０４によって現像される。現像装置１０４はトナー容器（不図示）と現像ローラを有し、現像ローラに現像バイアスを印加し感光ドラム１０１の静電潜像にトナーを付着させることによって静電潜像をトナー画像として可視化（顕像化）する。このトナー画像は１次転写ローラ１０６に一次転写バイアスを印加することにより中間転写ベルト１０８に１次転写される。この工程を画像形成部Ｐｙ以降の各画像形成部Ｐｍ，Ｐｃ，Ｐｋにおいても繰返し、中間転写ベルト１０８の外周面（表面）に４色のトナー画像を重ね合わせて多重転写される。
【００１３】
一方、所定のタイミングで給送カセット（不図示）から記録材Ｐが給送され、搬送ローラ１１１等により、中間転写ベルト１０８と転写ローラ１１０との間の転写ニップ部Ｔｎへと搬送される。転写ローラ１１０には転写バイアスが印加され、これによって中間転写ベルト１０８表面の４色のトナー画像は記録材Ｐに一括して２次転写される。
【００１４】
未定着の４色のフルカラーのトナー画像を担持した記録材Ｐは転写ニップ部Ｔｎを出た後に定着装置（定着部）１１２に導入される。定着装置１１２では未定着トナー画像を加熱・加圧して記録材に加熱定着する。未定着トナー画像が加熱定着された記録材Ｐは排出トレイ（不図示）に排出される。
【００１５】
トナー画像転写後の感光ドラム１０１表面の転写残トナーはクリーニング装置１０５により除去され、感光ドラム１０１は次の画像形成に備える。トナー画像転写後の中間転写ドラム１０９表面の転写残トナーはクリーニング装置１０９により除去され、中間転写ベルト１０８は次の画像形成に備える。
【００１６】
定着装置（定着部）の説明：以下の説明において、定着装置及び定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向である。幅とは短手方向の寸法である。図７は定着装置１１２の横断面構成模式図である。この定着装置は熱ローラ方式の定着装置である。本実施例に示す定着装置１１２は、加熱回転部材としての定着ローラ１０と、加熱体としてのハロゲンヒータ（以下、ヒータと記す）１４と、加圧回転部材としての加圧ローラ２０などを有している。
【００１７】
定着ローラ１０は、熱伝導性の良いアルミニウムや鉄などの金属材料からなる中空状の芯金１１を有している。そしてこの芯金１１の外周にシリコーンゴムなどの弾性層１２を設け、さらにこの弾性層１２の外周に離型層として低硬度のフッ素ゴムなどからなる低硬度表層１３を設けている。この低硬度表層１３は、ＭＤ−１硬度が２０〜７０であり、記録材Ｐが担持する未定着のトナー画像Ｔと接触する。この定着ローラ１０は、芯金１１の長手方向の両端部が定着装置の装置フレーム（不図示）に回転可能に支持されている。芯金１１の長手方向の一端部には駆動ギア（不図示）が設けられ、この駆動ギアは駆動源としての定着モータＭ１により回転駆動される。
【００１８】
低硬度表層１３において、低硬度のフッ素ゴムとして、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挙げられる。低硬度表層１３を形成する際に、これらのゴム材料を単独あるいは２種類以上ブレンドして用いられる。定着ローラ１０の層構成は上記のものに限られず低硬度表層１３のＭＤ−１硬度が２０〜７０の範囲内にあるものであれば本発明の効果が得られる。好ましくは低硬度表層１３のＭＤ−１硬度が３０〜５０の範囲内であればより本発明の効果が得られる。低硬度表層１３はＭＤ−１硬度が２０〜７０の範囲内であれば上記フッ素ゴムを用いて単層あるいは複数層で構成されていても良い。この低硬度表層１３の厚さは２０μｍ以上が好ましい。本実施例では、定着ローラ１０の低硬度表層１３のＭＤ−１硬度を３８．６に設定している。そして低硬度表層１３として厚さ３０μｍのフッ素ゴムを使用した。
【００１９】
ＭＤ−１硬度の測定は高分子計器株式会社製のマイクロゴム硬度計ＭＤ−１タイプＡ（以下、ＭＤ−１硬度計と表記）を用いた。以下にこの測定装置を用いた理由を述べる。図６は定着ローラ１０の低硬度表層１３の硬度測定時における断面模式図である。図６の（ａ）はＭＤ−１硬度計、（ｂ）はその他のゴム硬度計を用いた場合を示している。ＭＤ−１硬度計は、測定対象に押し込む押針が小さく、わずかな進入量で硬度測定を行うため、測定対象の表面近傍のみの硬度が得られる。一方、その他のゴム硬度計はＭＤ−１硬度計に比べ押針が大きく、測定対象への進入量も大きいため、測定対象の下層材質の影響を受けてしまう。例えば、離型層である低硬度表層１３に比べて弾性層１２が非常に軟らかく、弾性層１２を大きく変形させるように押針が進入する場合は、低硬度表層１３近傍の硬度よりも小さな値が出力される場合がある。また、更に押針が進入すると最下層の芯金１１の影響を受け、表層近傍の硬度よりも大きな値が出力される場合もある。本実施例では、本発明の効果に大きく寄与するのは定着ローラ１０の表面硬度であるため、この定着ローラ１０の表面硬度を測定するのに適した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。
【００２０】
ヒータ１４は、定着ローラ１０の芯金１１の内側に配置され、通電制御部１５から通電されることによって点灯して発熱し芯金１１の内周面（内面）を加熱する。定着ローラ１０において芯金１１の熱は弾性層１２を通じて低硬度表層１３に伝わり、これによって定着ローラ１０が加熱される。検知部材としてのサーミスタ１６は定着ローラ１０の外周面（表面）の温度を検知して出力信号（温度検知信号）を通電制御部１５に出力する。
【００２１】
加圧ローラ２０は、アルミニウムあるいは鉄などの金属材料からなる中実の芯金２１と、この芯金２１の外周に設けられたシリコーンゴムなどからなる弾性層２２と、この弾性層２２の表面を被覆するフッ素樹脂などからなる離型性層２３などを有している。この加圧ローラ２０は、定着ローラ１０の下方において加圧ローラ２０の外周面（表面）が定着ローラ１０表面と対向するように配設されている。そして芯金２１の長手方向の両端部が定着フレームに軸受Ｂを介して回転可能に支持されている。この芯金２１の長手方向の両端部を支持する軸受Ｂは定着フレームに上下動可能に支持されている。
【００２２】
定着装置１１２の加熱定着動作の説明：プリント指令に応じて制御部１００は駆動制御部１７に駆動指令を出力する。駆動制御部１７は制御部１００からの駆動指令に応じて定着モータＭ１を回転駆動する。定着モータＭ１の出力軸の回転は所定のギア列を介して定着ローラ１０の芯金１１に伝達され、これによって定着ローラ１０は所定の周速度（プロセススピード）で矢印方向へ回転する。定着ローラ１０の回転は定着ニップ部Ｎにおいて定着ローラ１０表面から加圧ローラ２０表面に伝達される。これにより加圧ローラ２０は定着ローラ１０の回転に追従して回転する。また、プリント指令に応じて制御部１００は通電制御部１５に通電指令を出力する。通電制御部１５は制御部１００からの通電指令に応じてＡＣ電源（不図示）よりヒータ１４に通電を開始する。これによりヒータ１４が点灯して定着ローラ１０を芯金１２の内部から加熱する。通電制御部１５はサーミスタ１６からの出力信号を取り込み、この出力信号に基づいて定着ローラ１０の表面が所定の定着温度（目標温度）を維持するようにヒータ１４に印加する通電量を制御する。定着モータＭ１を回転駆動し、かつ、ヒータ１４に印加する通電量を制御している状態において、未定着のトナー画像Ｔを担持した記録材Ｐがトナー画像担持面を上向きにして定着ニップ部Ｎに導入される。この記録材Ｐは定着ニップ部のＮにおいて定着ローラ１０表面と加圧ローラ２０表面とで挟持されその状態に搬送（挟持搬送）される。この搬送過程において記録材Ｐ上のトナー画像Ｔを定着ローラ１０の熱により溶融すると共に定着ニップ部Ｎで記録材Ｐに加圧されることによって記録材Ｐの面上に加熱定着される。トナー画像が加熱定着された記録材Ｐは定着ニップ部Ｎから排出される。
【００２３】
定着ニップ部Ｎの圧力変更機構３０の説明：本実施例では、定着ニップ部Ｎに掛かる圧力を変更するためのメカニズムとして、カム等を利用して定着ローラ１０と加圧ローラ２０の軸間距離を変える圧力変更機構３０を用いている。図７を参照して圧力変更機構３０を説明する。圧力変更機構３０は、加圧ローラ２０の芯金２１の長手方向両端部の軸受Ｂの下方に、圧力変更部材としての円盤状のカム３１を有している。カム３１は加圧ローラ２０の長手方向に沿って設けられたカム軸３２を介して定着フレームに回転可能に支持されている。このカム３１は、カム軸３２の長手方向の一端部に設けられている駆動ギア（不図示）が第２の駆動源としてのカムモータＭ２により回転駆動されることによって矢印方向に回転する。このカムモータＭ２の駆動はカムモータ駆動制御部（圧力変更部材駆動制御部）３３により制御される。カム３１の外周面に設けられているカム面３１ａは、カム３１の径方向においてカム面３１ａからカム軸３２までの寸法が漸近的に変化する円弧状に形成されている。そしてこのカム面３１ａにおいてカム面３１ａからカム軸３２までの寸法が最も大きくなる部位に軸受Ｂの外周面を接触させている。
【００２４】
本実施例の定着装置１１２は、定着ニップ部Ｎに掛かる圧力（以下、定着ニップ部Ｎの押圧力と記す）を圧力変更機構３０により０．０１〜１ＭＰａの範囲内で複数の所望の圧力に変更できるように構成してある。定着ニップ部Ｎの押圧力の最小圧力を０．０１ＭＰａに設定した理由は０．０１ＭＰａ以上の圧力でトナー画像に光沢変化が表れることに因る。定着ニップ部Ｎの押圧力を変更するには、画像形成装置に設けられている操作パネル（不図示）でユーザーが所望の光沢モードに設定する。本実施例では、定着ニップ部Ｎの押圧力を変更するために、３つの光沢モードを操作パネルから設定可能であり、この３つの光沢モードに対応して定着ニップ部Ｎの押圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を選択できる。本実施例では、カムモータ駆動制御部３３によりカムモータＭ２の駆動を制御しカム３１の回転量を変化させることによって定着ニップ部Ｎの押圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を得ている。操作パネルで３つの光沢モードのうち１つの光沢モードが設定されると、カムモータ駆動制御部３３は、操作パネルからこの設定された光沢モードと対応する光沢モード信号を取り込む。そしてこの光沢モード信号に基づいてカムモータＭ２の回転駆動量を求め、この回転駆動量に基づきカムモータＭ２を回転駆動する。
【００２５】
定着ニップ部の押圧力変更による光沢可変制御の説明：上述のように操作パネルで光沢モードが設定された際、この設定された光沢モードに応じて定着ニップ部Ｎの押圧力を低下させることによりトナー画像を高光沢化する。以下に定着ニップ部Ｎの押圧力を小さくすることにより光沢が向上する理由を図１を参照しながら説明する。
【００２６】
図１の（Ｂ）は従来の定着装置のように高硬度表層（例えばＰＦＡなど）を有する定着ローラを用いて未定着トナー画像の加熱定着を行う様子を表わした説明図である。図１の（Ｂ）において、（ａ）は記録材が定着ニップ部に導入されていないときの高硬度表層の表面状態を表わした断面図である。（ｂ）は押圧力Ｐ１＝０．２ＭＰａが印加されたときの定着ニップ部における高硬度表層の表面状態と記録材とトナーの様子を表わした断面図である。（ｃ）は押圧力をＰ２＝０．３ＭＰａ（＞Ｐ１）に変更したときの定着ニップ部における高硬度表層の表面状態と記録材とトナーの様子を表わした断面図である。図１（Ｂ）の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、定着ローラの表面温度を１８０℃に温調している。また定着ニップ部Ｎで記録材Ｐを挟持搬送する定着速度（プロセススピード）は３００ｍｍ／ｓｅｃに設定してある。
【００２７】
図１（Ｂ）の（ｂ）は高硬度表層が記録材のトナー画像担持面の凸部（以下、凸部と記す）にあるトナーに接触している。しかし記録材のトナー画像担持面の凹凸（以下、凹凸と記す）に対する追従性が悪く、記録材のトナー画像担持面の凹部（以下、凹部と記す）にあるトナーには接触していない。凸部にあるトナーは溶融が進むので、トナー同士が結合して平滑面が形成される。凹部にあるトナーは潰されずに粒状に残るため、平滑性は低くなる。従ってトナー画像としては凸部の平滑性による光沢が生じ、凹部の粒状トナーと並存しているために光沢ムラのあるトナー画像となる。このときの光沢度は８であった。光沢度は日本電色工業（株）製の光沢計ＶＧ−２０００を用いて、測定角度６０°で測定した。
【００２８】
図１（Ｂ）の（ｃ）では、定着ニップ部の押圧力がＰ２に上がったので、凸部のトナーがより押し潰されて広がり、平滑性が向上している。しかし、凹部のトナーには定着ローラの高硬度表層が接触しないので、トナーは潰されずに粒状に残り、平滑性は低いままである。従って、トナー画像としては凸部で平滑性が高くなり、凹部で平滑性が低いままなので、全体の光沢度は上昇するが、光沢ムラの生じたトナー画像となる。このときの光沢度は１６であった。
【００２９】
図１の（Ａ）は本実施例の定着装置１１２のように低硬度表層１３を有する定着ローラ１０を用いて未定着トナー画像の加熱定着を行う様子を表わした説明図である。図１の（Ａ）において、（ａ）は記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに導入されていないときの低硬度表層１３の表面状態を表わした断面図である。（ｃ）は押圧力Ｐ１＝０．２ＭＰａが印加されたときの定着ニップ部Ｎにおける低硬度表層１３の表面状態と記録材Ｐとトナーの様子を表わした断面図である。（ｄ）は押圧力をＰ２＝０．３ＭＰａ（＞Ｐ１）に変更したときの定着ニップ部Ｎにおける低硬度表層１３の表面状態と記録材Ｐとトナーの様子を表わした断面図である。（ｂ）は押圧力をＰ３＝０．１ＭＰａ（＜Ｐ１）に変更したときの定着ニップ部Ｎにおける低硬度表層１３の表面状態と記録材Ｐとトナーの様子を表わした断面図である。図１（Ａ）の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）では、図２と同様、定着ローラの表面温度を１８０℃に温調している。また定着ニップ部Ｎで記録材を挟持搬送する定着速度（プロセススピード）は３００ｍｍ／ｓｅｃに設定してある。
【００３０】
図１（Ａ）の（ｃ）では、低硬度表層１３が記録材の凹凸に追従して変形し、凸部、凹部のトナーに均一に接触している。高硬度表層の場合よりも凹部のトナー溶融が進み、トナー粒ピッチの凹凸は低減されている。また、凹部と凸部で均一にトナーが溶融するので光沢ムラが小さい。しかし、低硬度表層１３が凹凸に追従して変形しているために、その形状がトナー層表面に転写される。従って、トナー画像としてはトナー粒が均一に溶融しているが、凹凸が露出したトナー画像となる。このときの光沢度は８であった。低硬度表層１３の表層硬度の高低によってトナー画像の特徴は異なるが、この定着条件のときに正味の光沢度はほぼ同等になり、これを基準の定着条件とした。
【００３１】
図１（Ａ）の（ｄ）では、定着ニップ部Ｎの押圧力がＰ２＝０．３ＭＰａ（＞Ｐ１）に上がったことで、低硬度表層１３が記録材の凹凸に更に追従して変形している。その結果、トナー画像は記録材の凹凸の形状が更に露出するようになるので、正味の光沢度は低下する。このときの光沢度は４であった。
【００３２】
図１（Ａ）の（ｂ）では、定着ニップ部Ｎの押圧力がＰ２＝０．１ＭＰａ（＜Ｐ１）に下がったことで、低硬度表層１３の変形が適度に抑えられている。トナー層表面は低硬度表層１３の形状に倣って平滑化され、光沢度が上昇する。このときの光沢度は１３であった。
【００３３】
以上の事から、トナー画像の光沢は、定着ニップ部Ｎでのトナーの溶融度合いと、定着ローラ表面の形状によって変化する。定着ローラの表面形状は、定着ローラの表層硬度と定着ニップ部Ｎの押圧力とによって記録材の凹凸に対する追従性が変わることで変化する。低硬度表層１３を有する定着ローラ１０を使用する際には、定着ニップ部Ｎの押圧力を低下させることで、記録材の凹凸に対する追従性を適正化し、光沢度を増加させることができる。本実施例で用いた記録材は坪量８０ｇ／ｍ２の普通紙である。この記録材の凹凸の平均は１０μｍ程度、凹凸の周期は数１０μｍ程度である。定着ローラの表層を構成する材料のＭＤ−１硬度が２０〜７０の範囲にあれば、定着ニップ部に０．０１〜１ＭＰａの押圧力を印加することで、その表層を記録材の凹凸に追従させることができる。そして、０．０１〜１ＭＰａの範囲内で押圧力を変更することにより、その表層の記録材の凹凸に対する追従性を調整でき、トナー画像の光沢を可変制御することができる。
【００３４】
ここで、定着ローラ１０の低硬度表層１３のＭＤ−１硬度を２０から７０の範囲に特定した根拠を説明する。定着ローラの表層の材料としてＭＤ−１硬度が７０よりも大きい表層材（例えばＰＦＡ）を用いた場合、表層の下層に形成される中間層（本実施例では弾性層１２に相当）の硬度を低くしても、この表層は記録材の凹凸に対してわずかしか追従できない。このため、定着ニップ部の押圧力を変更しても表層の記録材の凹凸に対する追従性を調整することが出来ない。定着ローラの表層の材料としてＭＤ−１硬度が２０よりも小さい表層材（例えば前述したゴム材料等）を用いた場合、定着ニップ部の微小な押圧力で表層は記録材の凹凸に対して完全に追従してしまう。このため、定着ニップ部の押圧力を変更しても表層の記録材の凹凸に対する追従性を調整することが困難である。
【００３５】
定着ローラ１０において、ＭＤ−１硬度が２０から７０の範囲の低硬度表層１３の厚さは２０μｍ以上が好ましい。この厚さは、定着ニップ部Ｎに０．０１〜１ＭＰａの押圧力を印加したとき、記録材の凹凸の大きさ、凹凸の周期に追従して低硬度表層１３が変形するために必要な厚さである。低硬度表層１３の下層に形成される中間層（本実施例では弾性層１２に相当）の硬度は、特に制限されるものではないが、押圧力が加えられたときに、過度に変形せず、押圧力を低硬度表層まで伝達するのに必要な硬度を持っていれば良く、最低２０以上が望ましい。また、金属のように高硬度であっても、低硬度表層１３のみの変形で、記録材Ｐの凹凸への追従性を調整することは可能である。
【００３６】
図５の（ａ）は本実施例の画像形成装置において光沢モードが設定されたときに制御部１００が実行する光沢モード変更処理の一例のフローチャートである。Ｓ１では、光沢モードが設定されたか否かを判断する。光沢モードが設定された場合にＳ２に進む。Ｓ２では、カムモータ駆動制御部３３によりカムモータＭ２の駆動を制御する。即ち、カムモータ駆動制御部３３は、設定された光沢モードと対応する光沢モード信号に基づいてカムモータＭ２の回転駆動量を求め、この回転駆動量に基づきカムモータＭ２を回転駆動する。これにより記録材上のトナー画像は設定された光沢モードと対応する光沢度のトナー画像となる。
【００３７】
比較例の画像形成装置の説明：公知の画像形成装置において、トナー画像の光沢度を変更する光沢度制御方法として、定着温度を変更する方法、定着速度を変更する方法などが知られている。トナー画像を高光沢化するためには、定着温度を上げ、定着速度を低下させる。いずれもトナーの溶融を進めてトナー画像の表面を平滑化することで、トナー画像表面の光沢度を上げる方法である。本実施例の画像形成装置に対する比較例として、前述の低硬度表層１３を有する定着ローラ１０を用いた定着装置１１２を搭載する画像形成装置において、上記光沢度制御方法を適用した場合のトナー画像の状態を図２を参照して説明する。
【００３８】
図２は比較例の画像形成装置を用いて定着装置１１２により未定着トナー画像の加熱定着を行う様子を表わした説明図である。図２において、（ａ）は記録材が定着ニップ部に導入されていないときの低硬度表層の表面状態を表わした断面図である。（ｃ）は図２（ｃ）に示す基準の定着条件での定着ニップ部における低硬度表層の表面状態と記録材とトナーの様子を表わした断面図である。（ｂ）は光沢度を下げるために、定着温度を下げた場合、あるいは定着速度を早くしたときの定着ニップ部における低硬度表層の表面状態と記録材とトナーの様子を表わした断面図である。（ｄ）は光沢度を上げるために、定着温度を上げた場合、あるいは定着速度を遅くしたときの定着ニップ部における低硬度表層の表面状態と記録材とトナーの様子を表わした断面図である。
【００３９】
トナーは定着ニップ部Ｎで粉体の状態から溶融し、互いに結合してトナー層をつくる。この際、溶融が不十分であると、トナーが粒状に残ったり、結合が不完全でトナー層中に粒界が残ったりする。すると平滑性が低下し、光沢度が低下する。また、トナー層の表面には、接触する定着ローラの低硬度表層の形状が転写される。トナー溶融が進んでトナーの粘度が低下するほど、定着ローラの低硬度表層の形状が転写され易い。図２（ｂ）は基準である図２（ｃ）に対して、定着温度低下あるいは定着速度増加によって、トナーに与える熱量を減少させ、溶融を遅らせた状態である。従って、トナー同士の結合が不足して粒状に残り、あるいは粒界が多く残っている状態である。よって光沢度は減少する。図２（ｄ）は基準である図２（ｃ）に対して、定着温度上昇あるいは定着速度減少によって、トナーに与える熱量を増加させ、溶融を進ませた状態である。図２（ｃ）でわずかに残っていた粒界も消えるほど、トナー同士の結合が進んだ状態である。よって光沢度は上昇する。しかし、低硬度表層を有する定着ローラは、定着ニップ部で記録材の凹凸に追従して低硬度表層が変形する。トナー溶融が進んで、粒状のトナーや粒界が無くなっても、記録材の凹凸に追従して変形した低硬度表層の表面形状がトナー層表面に転写される。するとトナー画像の表面には凹凸感が残り、光沢度は抑えられ大きくは上昇しない。従って、低硬度表層を有する定着ローラを用いて光沢度を変更するには、定着ニップ部の押圧力を変更することが有効である。これにより、低硬度表層の記録材の凹凸への追従性を変え、その低硬度表層の表面形状がトナー層表面に転写されることによってトナー層表面の形状が変わり、光沢度を変えることができる。
【００４０】
本実施例の画像形成装置は、定着装置１１２においてＭＤ−１硬度が２０〜７０の範囲にある低硬度表層１３の定着ローラ１０を用いるので、トナー画像の光沢ムラを低減できる。そしてトナー画像の加熱定着時の光沢度を上げるように光沢モードが設定された場合、定着ニップ部に掛かる圧力が下がるようにカム３１を回転動作させる。これによりトナー画像の光沢ムラの低減と光沢度の変更を両立できる。
【００４１】
[実施例２]
画像形成装置の他の例を説明する。本実施例では、実施例１の画像形成装置と同じ部材・部分には同じ符号を付して再度の説明を省略する。実施例３についても同様とする。本実施例に示す画像形成装置は、操作パネルで光沢モードが設定された際（以下、光沢モード時と記す）、定着ニップ部Ｎの押圧力を低下させるとともに、定着ローラ１０の温度を定着温度より上げることを特徴としている。この点を除いて実施例１の画像形成装置と同じ構成としてある。定着ニップ部Ｎの押圧力をある程度低下させると定着ニップ部Ｎのニップ幅が狭くなる。そのため記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを通過する時間が短くなり、トナー画像に与えられる熱量が少なくなる。するとトナー溶融が不十分となり、トナーが粒状に残ったり、結合が不完全でトナー層中に粒界が残ったりして、トナー画像に凹凸が残るため、トナー画像の光沢度アップを妨げる要因となる。光沢モード時でもトナー画像に与えられる熱量を通常モード時と略等しい状態に維持することで、定着ニップ部Ｎの押圧力の変更によるトナー画像の光沢変化を有効に作用させる。ここで、通常モード時とは、定着ニップ部Ｎの押圧力を変更しない状態で未定着トナー画像Ｔの加熱定着を行うモードをいう。
【００４２】
図５の（ｂ）は本実施例の画像形成装置において光沢モードが設定されたときに制御部１００が実行する光沢モード変更処理の一例のフローチャートである。Ｓ１１では、光沢モードが設定されたか否かを判断する。光沢モードが設定された場合にＳ１２に進む。Ｓ１２では、カムモータ駆動制御部３３によりカムモータＭ２の駆動を制御する。即ち、カムモータ駆動制御部３３は、設定された光沢モードと対応する光沢モード信号に基づいてカムモータＭ２の回転駆動量を求め、この回転駆動量に基づきカムモータＭ２を回転駆動する。これにより記録材上のトナー画像は設定された光沢モードと対応する光沢度のトナー画像となる。またＳ１２では、通電制御部１５によりヒータ１４に印加する通電量を制御する。即ち、通電制御部１５は、トナー画像の加熱定着時のヒータ１４の定着温度を上げるようにヒータ１４に印加する通電量を制御する。
【００４３】
図３は、通常モード時と光沢モード時での定着ニップ部Ｎ内の圧力および温度プロファイルの一例である。定着ニップ部Ｎの圧力測定はニッタ（株）製の圧力分布測定システムＰＩＮＣＨを用いた。定着ニップ部Ｎの温度測定は、次のようにして行った。温度検知部の熱容量が小さい熱電対（例えば、安立計器株式会社製Ｋ型熱電対  線径５０μｍ）を記録材（記録紙）Ｐ上に貼り付け、その記録材Ｐを温調制御した定着装置１１２の定着ニップ部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式会社製メモリハイコーダー（８８４２）で測定した。
【００４４】
図３において、通常モード時の定着ニップ部Ｎ内の温度プロファイルと圧力プロファイルを点線で示し、光沢モード時の定着ニップ部Ｎ内の温度プロファイルと圧力プロファイルを実線で示している。通常モード時の温度プロファイルより、ニップ出口温度（定着ニップ部Ｎの記録材排出側の温度）はＴ１である。同じ温度設定のままで、定着ニップ部Ｎの押圧力を低下させると、定着ニップ部Ｎのニップ幅が狭くなり、ニップ出口温度はＴ２に低下する。本実施例に示す光沢モードでは、定着ニップ部Ｎの押圧力を低下させると共に、定着ローラ１０の温度を定着温度より上げる。本実施例の画像形成装置は、実施例１の画像形成装置と同様、定着装置１１２の定着ニップ部Ｎの押圧力を低下させる場合、カムモータ駆動制御部３３によりカムモータＭ２の駆動を制御しカム３１の回転量を変化させている。定着ローラ１０の温度を上げる場合、通電制御部１５は定着ローラ１０の温度を定着温度より上げるようにヒータ１４に印加する通電量を制御する。すると図３の光沢モード時の温度プロファイルに示すように、ニップ出口温度がＴ１になり、通常モード時と略同等の溶融状態を維持することができる。
【００４５】
本実施例の画像形成装置では、定着装置１１２においてＭＤ−１硬度が３８．６の低硬度表層を有する定着ローラ１０を用いた。そして通常モード：定着温度１８０℃、押圧力０．２ＭＰａ、光沢モード：定着温度１９０℃、押圧力０．１ＭＰａとした。その際、光沢度は通常モードで８、光沢モードで１５（６０°光沢計）であった。定着ローラ１０は画像形成装置の異なるプロセススピードに応じて種々のタイプのものがあり、この種々のタイプの定着ローラ１０によって適正な定着温度の設定値は変化する。したがって定着温度は、溶融過多によってトナーが定着ローラに付着するホットオフセットが発生しない範囲内で、適宜選択するのが良い。
【００４６】
本実施例の画像形成装置は、定着装置１１２においてＭＤ−１硬度が２０〜７０の範囲にある低硬度表層１３の定着ローラ１０を用いるので、トナー画像の光沢ムラを低減できる。そしてトナー画像の加熱定着時の光沢度を上げるように光沢モードが設定された場合、定着ニップ部に掛かる圧力が下がるようにカム３１を回転動作させる。これと共にトナー画像の加熱定着時の定着温度を上げるようにヒータ１４に印加する通電量を制御する。これによりトナー画像の光沢ムラの低減と光沢度の変更を両立できる。
【００４７】
［実施例３］
定着装置の他の例を説明する。本実施例に示す定着装置１１２は、光沢モード時、定着ニップ部Ｎの押圧力を低下させるとともに、定着ローラ１０の回転速度を通常モード時の記録材Ｐのニップ通過時間が維持されるように定着速度を下げることを特徴としている。つまり、光沢モード時のニップ幅減少による記録材Ｐのニップ通過時間の減少分を定着ローラ１０の回転速度（以下、定着速度と記す）を下げることで補うものである。この点を除いて実施例１の定着装置１１２と同じ構成としてある。
【００４８】
図５の（ｃ）は本実施例の画像形成装置において光沢モードが設定されたときに制御部１００が実行する光沢モード変更処理の一例のフローチャートである。Ｓ２１では、光沢モードが設定されたか否かを判断する。光沢モードが設定された場合にＳ２２に進む。Ｓ２２では、カムモータ駆動制御部３３によりカムモータＭ２の駆動を制御する。即ち、カムモータ駆動制御部３３は、設定された光沢モードと対応する光沢モード信号に基づいてカムモータＭ２の回転駆動量を求め、この回転駆動量に基づきカムモータＭ２を回転駆動する。これにより記録材上のトナー画像は設定された光沢モードと対応する光沢度のトナー画像となる。またＳ２２では、駆動制御部１７により定着モータＭ１の駆動を制御する。即ち、駆動制御部１７は、トナー画像の加熱定着時の記録材のニップ通過時間が維持されるように定着モータＭ１の駆動を制御して定着ローラ１０の回転速度を下げる。
【００４９】
図４は、通常モード時と光沢モード時での定着ニップ部Ｎ内の圧力プロファイルと温度プロファイルの一例である。図４において、通常モード時の定着ニップ部Ｎ内の温度プロファイルおよび圧力プロファイルを点線で示している。また光沢モード時の定着ニップ部Ｎ内の圧力プロファイルを実線で示している。また定着速度を変えずに押圧力を低下させた場合の定着ニップ部Ｎ内の圧力プロファイルを一点鎖線で示している。通常モード時の温度プロファイルより、ニップ出口温度はＴ１である。同じ定着速度のままで、定着ニップ部Ｎの押圧力を低下させると、ニップ幅が狭くなり、記録材Ｐのニップ通過時間が短くなるので、ニップ出口温度はＴ２に低下する。本実施例に示す光沢モードでは、押圧力を低下させるとともに、通常モード時の記録材Ｐのニップ通過時間が維持されるように定着速度を下げる。本実施例の画像形成装置は、実施例１の画像形成装置と同様、定着装置１１２の定着ニップ部Ｎの押圧力を低下させる場合、カムモータ駆動制御部３３によりカムモータＭ２の駆動を制御しカム３１の回転量を変化させている。定着速度を下げる場合、駆動制御部１７は通常モード時の記録材Ｐのニップ通過時間が維持されるように定着モータＭ１の駆動を制御する。すると図４の光沢モード時の圧力プロファイルに示すように、ニップ出口温度がＴ１になり、通常モード時と略同等の溶融状態を維持することができる。
【００５０】
本実施例の画像形成装置では、定着装置１１２においてＭＤ−１硬度が３８．６の低硬度表層を有する定着ローラ１０を用いた。そして通常モード：定着温度１８０℃、押圧力０．２ＭＰａ、定着速度３００ｍｍ／ｓｅｃ、光沢モード：定着温度１８０℃、押圧力０．１ＭＰａ、定着速度２７０ｍｍ／ｓｅｃとした。その際、光沢度は通常モードで８、光沢モードで１５（６０°光沢計）であった。
【００５１】
本実施例の画像形成装置は、定着装置１１２においてＭＤ−１硬度が２０〜７０の範囲にある低硬度表層１３の定着ローラ１０を用いるので、トナー画像の光沢ムラを低減できる。そしてトナー画像の加熱定着時の光沢度を上げるように光沢モードが設定された場合、定着ニップ部に掛かる圧力が下がるようにカム３１を回転動作させる。これと共にトナー画像の加熱定着時の記録材Ｐのニップ通過時間が維持されるように定着モータＭ１の駆動を制御する。これによりトナー画像の光沢ムラの低減と光沢度の変更を両立できる。
【００５２】
[その他の実施例]定着装置は熱ローラ方式に限られずフィルム加熱方式、ベルトニップ加熱方式、誘導加熱方式またはこれらの方式を組み合わせた加熱方式を採用してもよい。この場合、加熱体（加熱源）として複数の加熱体を用いても良い。定着装置は未定着トナー画像を記録材に加熱定着するものに限られず定着済みのトナー画像を再度加熱処理してトナー画像の光沢度を切り換える装置であってもよい。定着装置において定着モータにより定着ローラを回転する構成を採用しているが定着の回転はこれに限られず加圧ローラを定着モータにより回転しこの加圧ローラの回転に追従して定着ローラを回転させる構成を採用してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０：定着ローラ、１４：ハロゲンヒータ、１５：通電制御部、１７：駆動制御部、２０：加圧ローラ、３１：カム、１１２：定着装置、Ｍ１：定着モータ、Ｎ：定着ニップ部、Ｐ：記録材、Ｐｙ，Ｐｍ，Ｐｃ，Ｐｋ：画像形成部、Ｔ：トナー画像
【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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