JP2016009017A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を高速化した場合や低融点トナーを使用した場合であっても、得られる画像の光沢度の低下を抑制可能な定着装置を提供する。
【解決手段】加熱手段１４を備えた定着回転ユニット１０１と、その対向位置に配設される加圧回転ユニット１０２とを有し、搬送される記録材Ｐ上の未定着画像を定着ニップ部Ｎにおいて加熱し定着させる定着装置において、定着回転ユニット１０１は、複数の定着回転部材に張架された耐熱性の定着ベルト１３を有し、前記複数の定着回転部材は、少なくとも定着ニップ部Ｎを形成する定着ローラ１１と、定着ニップ部Ｎの記録材Ｐの搬送方向下流側に配置される定着ベルト支持ローラ１２ａを有し、定着ニップ部Ｎと定着ベルト支持ローラ１２ａとの間の領域において、定着ベルト１３の表面と記録材Ｐが搬送される搬送路ＴＲとの間隔が、記録材Ｐの搬送方向の下流に向かって漸増するように構成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置において、高い光沢度を有する画像を再現することは、高画質化を目指す上で考慮すべき重要な項目の一つである。近年、電子写真方式を活かしたプリントオンデマンド（ＰＯＤ）分野に対応可能な高速プリントシステムの開発において、主に写真などのカラー画像の画質や品位を向上させるために光沢度の高い画像形成が求められている。画像の光沢度が高いと画像濃度が高くなり、色域を広くすることができ、かつ高級感が得られる。

画像形成装置に使用される定着装置として、ベルト定着装置が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。
ベルト定着装置では、一定の方向に回転する無端状の定着ベルトと加圧部材とが接触して形成される定着ニップ部に、未定着のトナー像が担持された記録材をトナー像が定着ベルトの外周面に密着するように加圧された状態で導入し、該トナー像を記録材に定着させる。記録材上に定着されたトナー像は、定着ベルトの平滑面にならった表面平滑なものとなるため、特に光沢感に優れた定着画像が得られるという利点がある。また、定着ベルトを用いることで、記録材の巻き付きや紙しわを防止する試みも提案されている。

例えば、特許文献１では、定着部の未定着画像面の裏面側が搬送ベルトとなった定着装置が開示されている。この定着装置によれば、１対のローラでニップを形成する構成に比べてニップ幅を大きくとることができ、定着性を向上させることができる。
特許文献２では、定着部の未定着画像面の裏面側が搬送ベルトであり、該搬送ベルトに電荷を付与することで記録材を静電吸着させ、ニップ出口での記録材の定着ローラへの巻き付きを防止する定着装置が開示されている。
特許文献３では、定着部の未定着画像面の裏面側が静電吸着機構を有する搬送ベルトであり、ニップ出口部で搬送ベルトをニップ面に巻き付けることにより、記録材の紙しわや後端跳ねの発生を防止する定着装置が開示されている。
特許文献４では、連続紙の記録材に記録された情報を読み取る際の記録材の歪みを除去するために、定着手段の下流に記録材を挟持するローラを配置し、記録材を引っ張る構成の定着装置が開示されている。

ところで、近年の画像形成装置では、高速処理の要求やトナー定着時の省エネルギー化の要求から、オイルレス化した定着装置、ワックスを内包し、かつ低溶融化した低融点トナーが用いられている。

低融点トナーは、従来のトナーよりも低温で軟化し、定着温度がある程度まで上昇すると画像面が平滑化して光沢度が高くなるが、さらに高温域まで上昇するとオフセットが発生し、光沢度が低下してしまうという問題がある。
この現象は、特に高速処理を行う装置において顕著であり、画像形成速度が速くなるほど最大光沢度のピークが低くなるという現象がみられる（図１（Ａ）参照）。

そこで、本発明は上記課題を鑑み、装置を高速化した場合や低融点トナーを使用した場合であっても、得られる画像の光沢度の低下を抑制可能な定着装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る定着装置は、加熱手段を備えた定着回転ユニットと、その対向位置に配設される加圧回転ユニットとを有し、搬送される記録材上の未定着画像を定着ニップ部において加熱し定着させる定着装置において、前記定着回転ユニットは、複数の定着回転部材に張架された耐熱性の定着ベルトを有し、前記複数の定着回転部材は、少なくとも前記定着ニップ部を形成する定着ローラと、前記定着ニップ部の前記記録材の搬送方向下流側に配置される定着ベルト支持ローラを有し、前記定着ニップ部と前記定着ベルト支持ローラとの間の領域において、前記定着ベルトの表面と前記記録材が搬送される搬送路との間隔が、前記記録材の搬送方向の下流に向かって漸増するように構成されていることを特徴とする定着装置である。

本発明の定着装置によれば、装置を高速化した場合や低融点トナーを使用した場合であっても、得られる画像の光沢度の低下を抑制可能な定着装置を提供することができる。

（Ａ）は従来の定着装置、（Ｂ）及び（Ｃ）は本実施形態の定着装置により形成した画像の光沢度の値を示すグラフである。 従来の定着装置の構成の一例を示す模式図である。 従来の定着装置の一例を示す部分拡大図である。 記録材と定着部材との分離の態様を示す説明図である。 本実施形態の定着装置の一例を示す断面模式図である。 本実施形態の定着装置の一例を示す断面模式図である。 本実施形態のプロセスカートリッジの一例を示す断面模式図である。 本実施形態のプロセスカートリッジの一例を示す断面模式図である。 本実施形態の定着装置の一例を示す断面模式図である。 本実施形態の定着装置の一例を示す断面模式図である。 本実施形態の定着装置の一例を示す断面模式図である。 本実施形態の定着装置の一例を示す断面模式図である。 本実施形態の定着装置の一例を示す断面模式図である。 本実施形態の定着装置の一例を示す断面模式図である。 本実施形態の定着装置の一例を示す断面模式図である。 本実施形態の画像形成装置の構成の一例を示す断面模式図である。 本実施形態の画像形成装置の構成の一例を示す断面模式図である。

以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

まず、定着装置における定着部材と記録材との分離速度について説明する。
図２に従来の定着装置の一例を示す。図２の定着装置は、定着ローラ６１、加熱ローラ６２、定着ベルト６３、ハロゲンヒータ６４、加圧ローラ６６を備えている。
十分な定着性及び画像の高い光沢度を確保するために高温で定着を行うと、トナーの溶融により記録材Ｐ上の画像と定着ベルト６３表面との付着力が増加し、定着ニップ部Ｎの出口において定着ベルト６３に記録材Ｐが巻きついて排出される。巻き付きが発生した場合、記録材Ｐは図３に示すような分離手段６０（例えば、分離爪など）により強制的に分離される。

記録材Ｐの分離態様の違いを図４に示す。図４は記録材Ｐの搬送路ＴＲと、定着部材としての定着ローラ６１を示している。
定着ローラ６１に巻き付きが発生した後に強制的に分離された場合（Ｓ２）の分離時の角度は、巻き付かずに定着ローラ６１の接線方向に分離した場合（Ｓ１）の分離時の角度よりも大きくなる。すなわち、巻き付きが発生した後に強制的に分離された場合（Ｓ２）は、巻き付かずに定着ローラ６１の接線方向に分離した場合（Ｓ１）と比べて、記録材Ｐと定着部材表面との距離（以下、「離間距離」ともいう）が大きく、この離間距離が増大する速度（以下、「離間速度」ともいう）が非常に大きくなる。
定着ローラ６１の曲率と記録材自体の重みにより自然に分離した場合においても、巻き付きが発生した場合は、分離手段６０で強制的に分離した場合と同様、接線方向に分離した場合に比べて離間速度が速くなる。

一方、画像の光沢度はトナーの特性により定着温度の上昇とともに高くなるが、定着温度が一定の温度を超えると低下する。これは、高すぎる定着温度によるトナーの溶融によってトナー層の一部が定着部材面に付着するオフセットが発生し、画像表面が荒れることが原因である。
温度に対する光沢度が飽和する領域では、変形による表面の平滑化と微小なオフセット発生とが画像面内で同時に進行している。このとき、画像表面と定着部材表面との離間速度が遅い場合は、最も温度が高いトナー層最表面近くがオフセットする。一方、画像表面と定着部材表面との離間速度が速い場合は、トナー層内の温度と粘弾性に起因してトナー層表面よりも奥のトナーから分離し、表面の荒れが悪化する。
このことから、画像表面と定着部材表面との離間速度を遅くすることにより、光沢度のピークが高く、かつ、高温の定着温度条件下においても安定して高い光沢度を有する画像を形成することができると考えられる。

そこで、本実施形態の定着装置は、画像表面と定着部材表面との離間速度を遅くすることにより、装置を高速化した場合や低融点トナーを使用した場合であっても、得られる画像の光沢度の低下を抑制可能としている。

〔定着装置〕
（第一の実施形態）
図５及び図６に、第一の実施形態に係る定着装置を示す。
本実施形態の定着装置は、加熱手段１４を備えた定着回転ユニット１０１と、その対向位置に配設される加圧回転ユニット１０２とを有し、搬送される記録材Ｐ上の未定着画像を定着ニップ部Ｎにおいて加熱し定着させる定着装置であって、定着回転ユニット１０１は、複数の定着回転部材に張架された耐熱性の定着ベルト１３を有し、前記複数の定着回転部材は、少なくとも定着ニップ部Ｎを形成する定着ローラ１１と、定着ニップ部Ｎの記録材の搬送方向下流側に配置される定着ベルト支持ローラ１２ａを有し、定着ニップ部Ｎと定着ベルト支持ローラ１２ａとの間の領域において、定着ベルト１３の表面と記録材Ｐが搬送される搬送路ＴＲとの間隔が、記録材の搬送方向の下流に向かって漸増するように構成されている。

定着ベルト１３の表面と記録材Ｐが搬送される搬送路ＴＲとの間隔は、上述の「離間距離」を表す。
定着ベルト支持ローラ１２ａは、定着ベルト１３の表面と記録材Ｐが搬送される搬送路ＴＲとでなす角度及び離間距離が、定着ローラ表面に密着した定着ベルトで定着を行う場合よりも小さく、かつ記録材の搬送方向の下流に向かって徐々に大きくなるように定着ニップ部Ｎの記録材の搬送方向下流側に配置されている。

図５は、記録材Ｐとしてカット紙（例えば、規格寸法に裁断された用紙等）への画像形成に適用される定着装置を示し、図６は、記録材Ｐとして長尺状の媒体（例えば、ロール紙等）への画像形成に適用される定着装置をそれぞれ示している。
これらの定着装置は、供給される用紙の違いによって記録材の搬送手段の構成（主に、加圧回転ユニット１０２）において差異を有するが、画像の光沢度の低下を抑制可能とするための主要な構成（主に、定着回転ユニット１０１）は同一である。

定着ローラ１１は、ステンレス鋼などの鉄系芯金の表面に、シリコンゴム等の弾性層を設けたものであり、外径は４０ｍｍ〜８０ｍｍである。弾性層は肉厚が３ｍｍ〜２０ｍｍで、アスカーＣ硬度が１０〜５０度となっている。

定着ベルト１３の表面は、記録材Ｐ及び記録材Ｐ上の未定着トナー像と加圧接触するため、離型性及び耐熱性に優れた層で被覆されていることが必要であり、例えば、フッ素系樹脂等からなる表面離型層等に被覆されていることが好ましい。
また、形成される画像の均一性を得るために、前記表面離型層の下に１００〜３００μｍのシリコンゴムやフッ素ゴムなどの耐熱ゴムからなる弾性層を設けることが好ましい。

加熱ローラ１２ｃは、肉厚が５ｍｍ〜８ｍｍ、外径が８０ｍｍのアルミパイプが用いられる。
加熱手段１４としては、ヒータ、ランプ、電磁誘導式の加熱装置等が挙げられる。本実施形態では、加熱ローラ１２ｃに内蔵された加熱手段１４を示しているが、これに限定されない。

まず、図５に示す定着装置について説明する。
図５の定着装置は、加圧回転ユニット１０２が、複数の加圧回転部材に張架された耐熱性の加圧ベルト１７と、加圧ベルト１７を帯電させる帯電手段１８を有する。前記複数の加圧回転部材は、少なくとも定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ１６と、定着ニップ部Ｎの記録材Ｐの搬送方向下流側に配置される加圧ベルト支持ローラ１５ａとを有する。

加圧ベルト１７の表面が、定着回転ユニット１０１との対向面において記録材Ｐの搬送路ＴＲを規定する。すなわち、図の上側面に図示しないトナー像を保持した記録材（カット紙）Ｐは、搬送路ＴＲ上を図の右側から左側方向に搬送される。

また、加圧回転ユニット１０２は、記録材Ｐの搬送方向の定着ニップ部Ｎの上流側に加圧ベルト１７を帯電させる帯電手段１８、下流側に除電手段１９をそれぞれ備え、帯電させた加圧ベルト１７に記録材Ｐを静電吸着させて搬送する。
さらに、帯電手段１８が加圧ベルト１７に印加する電圧の値を制御する電圧制御手段（図示せず）を備える。

加圧ローラ１６としては、例えば、鉄系の芯金の上に弾性層が設けられた構成のものが挙げられる。加圧ローラ１６の直径は６０ｍｍ〜１００ｍｍである。
定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは、加圧ベルト１７に静電吸着しているため、画像面が定着ベルト１３に巻き付くのを防止することができる。さらに、定着ベルト支持ローラ１２ａの配置により、定着ベルト１３と搬送路ＴＲを規定する加圧ベルト１７の表面との距離が徐々に大きくなっており、定着ニップ部Ｎを通過した後の画像表面と定着ベルト１３表面の離間速度が遅くなり、高温時の光沢度低下が低減される。

記録材Ｐ表面から定着ベルト１３上に残されたトナーは、図示しない定着ベルトクリーニング手段によって除去される。
定着ニップ部Ｎの下流側には、加圧ベルト１７から記録材Ｐを静電的に剥離する手段である除電手段１９が設けられている。除電手段１９は、コロナ放電による帯電装置である。除電手段１９により記録材Ｐは除電され、加圧ベルト１７との静電吸着力が弱められ、または消失することにより記録材Ｐは円滑に加圧ベルト１７から剥離される。

加圧ベルト１７は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の耐熱樹脂材料で構成された基材からなる。基材の厚さは３０〜２００μｍのものが望ましい。表層にはシリコンゴムなどの耐熱性の弾性層を設けてもよい。加圧ベルト１７の体積抵抗率は１０^９〜１０^１６Ωｃｍ（オームセンチメートル）が好ましい。

加圧ベルト１７は、その表面側から帯電手段１８により電荷を付与される。帯電手段１８は、加圧ベルト１７の外面に接触する帯電ローラであり、図示しない電荷付与のための電圧を印加する電源を有し、該電源は図示しない制御手段により電圧を可変に制御される。
帯電手段１８に印加する電圧は任意に設定可能である。記録材Ｐの定着ベルト１３からの分離のしやすさ、吸着された加圧ベルト１７からの分離のしやすさは、記録材Ｐの種類（紙質、腰力、厚み、サイズなど）によって異なり、これに対応して印加電圧のレベルも調整する必要がある。また、省エネルギーの観点から、最適な電圧を設定することが望ましい。

本実施形態では、予め実験等（コンピュータシミュレーションを含む）により記録材Ｐの種類と電圧との最適な関係データを求め、この関係データテーブルを図示しない電圧制御手段のＲＯＭ等に格納している。
前記電圧制御手段は、図示しない操作パネルからの入力情報、図示しないセンサからの検知情報又は外部接続機器（例えば、ホストＰＣ）からの受信情報等に基づいて記録材Ｐの種類を認識し、認識された記録材Ｐの種類に基づいて上記関係データテーブルから最適な電圧を選択し、印加電圧を制御する。
前記電圧制御手段の制御により、記録材Ｐの種類が異なることに起因したトラブルを防止できるとともに、記録材Ｐの分離性を高めることができ、省エネルギー性向上も実現させることができる。

また、本実施形態では、電界によるトナーの飛散を防止するために、加圧ベルト１７にその表面側からトナーとは逆極性の電荷を付与してもよい。
定着ニップ部Ｎの手前に達した記録材Ｐは、帯電した加圧ベルト１７に接して分極することにより加圧ベルト１７へ静電吸着される。したがって、トナーが存在しない先端部余白においても加圧ベルト１７の帯電による静電力により吸引され、バタつくことなくニップ部への進入が進行する。このように、定着ニップ部Ｎの上流側入口近傍から静電力が生じるように電荷を付与する。
帯電方式は交流電圧印加方式であっても直流電圧印加方式であってもよい。また、帯電付与手段はコロナ帯電方式であってもよい。

次に、図６に示す定着装置について説明する。
図６の定着装置は、加圧回転ユニット１０２が、定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ１６と、定着ニップ部Ｎを通過した長尺状の記録材Ｐを搬送方向の下流側で支持または挟持して張架させる張架ローラ１５ｄとを有し、定着ニップ部Ｎと、張架ローラ１５ｄの記録材Ｐとの当接部とを結ぶ直線が、定着回転ユニット１０１との対向面において記録材Ｐの搬送路ＴＲを規定する。

図６の定着装置において、図の上側面に図示しないトナー像を保持した記録材（ロール紙）Ｐは、定着ニップ部Ｎと張架ローラ（張架ローラ対）１５ｄとの間の領域で張架された状態となる。
記録材Ｐの搬送において、先端が定着ニップ部Ｎを通過して張架ローラ１５ｄに到達するまでの間は張架されていない状態となるため、定着ベルト１３への巻き付きを防ぐことができない。同様に、記録材Ｐの後端が定着ニップ部Ｎを通過した後も張架されない状態となるため、定着ベルト１３への巻き付きを防ぐことはできない。そのため、張架されていない状態で定着ニップ部Ｎと張架ローラ１５ｄとの間を通過した記録材Ｐは画像形成に使用しないようにすることが好ましい。

なお、記録材Ｐの先端が定着ニップ部Ｎを通過後、確実に張架ローラ１５ｄ達し、具体的にはローラ対に挟持されるように、記録材Ｐの先端を誘導する図示しない支持部材を配置しても良い。

加圧ローラ１６としては、例えば、鉄系の芯金の上に弾性層が設けられた構成のものが挙げられる。加圧ローラ１６の直径は６０ｍｍ〜１００ｍｍである。
定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは、張架ローラ１５ｄにより引っ張られた状態であるため、画像面が定着ベルト１３に巻き付くのを防止することができる。さらに、定着ベルト支持ローラ１２ａの配置により、定着ベルト１３と搬送路ＴＲを構成する張架された記録材Ｐ自体の表面との距離が徐々に大きくなっており、定着ニップ部Ｎを通過した後の画像表面と定着ベルト１３表面の離間速度が遅くなり、高温時の光沢度低下が低減される。

記録材Ｐ表面から定着ベルト１３上に残されたトナーは、図示しない定着ベルトクリーニング手段によって除去される。

（第二の実施形態）
第二の実施形態に係る定着装置を図９、図１０、図１１及び図１２に示す。
本実施形態の定着装置は、定着回転ユニット１０１が、定着ローラ１１と定着ベルト支持ローラ１２ａとの間に、搬送される記録材Ｐに対して定着ベルト１３を押圧可能な押圧部材５１を有し、定着ローラ１１と押圧部材５１、５２との間の領域において、記録材Ｐは定着ベルト１３に付着して搬送される。

図９及び図１１は、上述の図５に示す第一の実施形態（カット紙が適用される定着装置）の変形例であり、押圧部材５１または押圧部材５２を備える以外は第一の実施形態と同様の構成である。
図１０及び図１２は、上述の図６に示す第一の実施形態（ロール紙が適用される定着装置）の変形例であり、押圧部材５１または押圧部材５２を備える以外は第一の実施形態と同様の構成である。

押圧部材は、ローラ状の部材であっても、パッド状の部材であってもよい。
例えば、図９及び図１０に示す例において、押圧部材５１はローラ状の部材であり、図１１及び図１２に示す例において、押圧部材５２はパッド状の部材である。
押圧部材５１、５２は、定着時に定着ベルト１３が記録材Ｐの画像が形成される面に押圧されるように配置され、定着ローラ１１と押圧部材５１、５２との間にニップが形成される。

なお、加圧回転ユニット１０２の押圧部材５１、５２の対向する位置に、圧力付与のためのローラやパッドを配置してもよい。
押圧部材５１、５２より記録材Ｐの搬送方向の下流において、定着ベルト１３の表面と記録材Ｐが搬送される搬送路ＴＲとの間隔は、記録材Ｐの搬送方向の下流に向かって漸増するように構成されている。

このような構成とすることにより、定着ニップ部Ｎより広い領域のニップ部を設けることができ、高速化された装置においても良好な定着性を確保することができ、かつ、形成される画像の光沢度の低下を抑制することができる。

（第三の実施形態）
第三の実施形態に係る定着装置を図１３及び図１４に示す。
本実施形態の定着装置は、加圧回転ユニット１０２が、定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ１６と、定着ニップ部Ｎの記録材Ｐの搬送方向下流側に、定着ローラ１１に対して搬送される記録材Ｐを押圧可能な押圧部材５３を有し、加圧ローラ１６と押圧部材５３との間の領域において、記録材Ｐは定着ローラ１１に付着して搬送される。

図１３は、上述の図５に示す第一の実施形態（カット紙が適用される定着装置）の変形例であり、押圧部材５３を備える以外は第一の実施形態と同様の構成である。
図１４は、上述の図６に示す第一の実施形態（ロール紙が適用される定着装置）の変形例であり、押圧部材５３を備える以外は第一の実施形態と同様の構成である。

押圧部材５３は、例えば、ローラ状の部材である。
押圧部材５３は定着ローラ１１に押圧されるように配置され、定着ベルト１３及び記録材Ｐが定着ローラ１１に巻き付く領域が形成される。
押圧部材５３より記録材Ｐの搬送方向の下流において、定着ベルト１３の表面と記録材Ｐが搬送される搬送路ＴＲとの間隔は、記録材Ｐの搬送方向の下流に向かって漸増するように構成されている。

このような構成とすることにより、定着ニップ部Ｎより広い領域のニップ部を定着ローラ１１に沿って設けることができ、ニップ部領域で複数の圧力ピークを設けることができる。
複数の圧力ピークを設けることにより、高速化された装置においても良好な定着性を確保することができ、かつ、形成される画像の光沢度の低下を抑制することができることに加え、画像の光沢度を制御することができ、さらに記録材Ｐ内の水分蒸発に起因するブリスタなどの画像劣化現象を低減することができる。

（第四の実施形態）
第四の実施形態に係る定着装置を図１５に示す。
図１５は、上述の図６に示す第一の実施形態（ロール紙が適用される定着装置）の変形例であり、記録材Ｐを巻き取って回収する回収ローラＰＲを備え、張架ローラ１５ｄが記録材Ｐを支持する部材である以外は第一の実施形態と同様の構成である。
回収ローラＰＲが記録材Ｐを巻き取りながら引っ張る力により、記録材Ｐは張架ローラ１５ｄに支持されて張架される。

このような構成により、定着ベルト１３と搬送路ＴＲを構成する張架された記録材Ｐ自体の表面との距離が徐々に大きくなっており、定着ニップ部Ｎを通過した後の画像表面と定着ベルト１３表面の離間速度が遅くなり、高温時の光沢度低下が低減される。

（プロセスカートリッジ）
本実施形態のプロセスカートリッジの例を図７及び図８に示す。
図７は図５に示す定着装置を筐体内に備えるプロセスカートリッジの例であり、図８は図６に示す定着装置を筐体内に備えるプロセスカートリッジの例である。
プロセスカートリッジを後述する画像形成装置に対して着脱可能とすることで、定着装置の交換を容易に行うことができる。

（画像形成装置）
本実施形態の画像形成装置は、少なくとも静電潜像を保持する静電潜像保持体と、前記静電潜像に対して静電トナー像を形成する現像手段と、前記静電潜像保持体または中間転写体である像担持体の表面に担持された前記静電トナー像を記録材に転写する転写装置と、前記記録材上の静電トナー像を定着させる本発明の定着装置とを備える。

本実施形態の画像形成装置を図１６及び図１７に示す。
図１６は、カット紙が適用される画像形成装置の例であり、図１７は、ロール紙が適用される画像形成装置の例であり、いずれも上述の本実施形態の定着装置を備える。
記録材Ｐの種類に応じた定着装置を備え、記録材Ｐの種類に応じた給紙、搬送機構を備える以外の構成は図１６及び図１７において同じである。

本実施形態の画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色を出力するためのユニットを有している。色数は４色に制限されるものではなく、５色以上のユニットを有する装置を採用しても良い。特に無色透明のクリアトナーを使用する場合は、主に使用される前記４色に加えて、５色目以降に使用することが多い。この場合、前記４色により画像を形成し、その上からカバーするようにクリアトナー層を形成したり、画像段差を埋めるようにクリアトナー層を形成するなどして、高光沢な画像を得ることができる。また、画像の一部のみクリアトナー層を形成したり、隠し文字として印字するなどの利用方法もある。
５色以上の画像形成方法は、図１６及び図１７に示す４色による画像形成方法と基本的には同様であるため、ここでは４色のカラー画像形成装置について説明する。

画像形成ユニット２０の機構について、イエローユニット２０Ｙを用いて説明する。
画像形成ユニット２０は像担持体２２、帯電装置２１、現像装置２３、ドラムクリーニング装置２４、図示しない除電装置等を備えている。像担持体２２表面を帯電装置２１で帯電させ、露光装置（光書込ユニット）１１０で潜像を形成し、現像装置２３でトナー像を形成する。これらの装置が各々共通の保持体に保持されて装置本体に対して一体的に脱着することで、それらを同時に交換できる構成となっている。

本装置において像担持体２２は感光体である。像担持体２２は、ドラム基体の表面上に有機感光層が形成されたドラム形状のものであって、図示しない駆動手段によって回転駆動される。帯電装置２１はローラであり、帯電バイアスが印加される帯電装置２１を像担持体２２に接触あるいは近接させながら、帯電装置２１と像担持体２２との間に放電を発生させることで、像担持体２２の表面を一様帯電せしめる。本実施形態では、トナーの正規帯電極性と同じマイナス極性に一様帯電せしめる。帯電バイアスとしては、直流電圧に交流電圧を重畳したものを採用している。帯電装置２１は、金属製の芯金の表面に導電性弾性材料からなる導電性弾性層が被覆されたものである。帯電ローラ等の帯電部材を像担持体２２に接触あるいは近接させる方式に代えて、帯電チャージャーによる方式を採用してもよい。

一様帯電せしめられた像担持体２２の表面は、光書込ユニット１１０から発せられるレーザー光によって光走査されて静電潜像を担持する。画像形成ユニット２０の上方には、潜像書込手段たる光書込ユニット１１０が配設されており、画像情報に基づいてレーザーダイオードから発したレーザー光により、像担持体２２を光走査する。この光走査により、像担持体２２上に静電潜像が形成される。
具体的には、像担持体２２の一様帯電した表面の全域のうち、レーザー光が照射された箇所は、電位を減衰せしめる。これにより、レーザー照射箇所の電位が、それ以外の箇所（地肌部）の電位よりも小さい静電潜像となる。

なお、光書込ユニット１１０は、光源から発したレーザー光を、図示しないポリゴンモータによって回転駆動したポリゴンミラーで主走査方向に偏光せしめながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体に照射するものである。ＬＥＤアレイの複数のＬＥＤから発したＬＥＤ光によって光書込を行うものを採用してもよい。このように像担持体２２表面に形成された静電潜像は、現像装置２３により、帯電したトナーを付着させることでトナー像を可視像化される。

現像装置２３は、現像ロールを内包する現像部と、現像剤を撹拌搬送する現像剤搬送部とを有している。そして、現像剤搬送部は、軸線方向の両端部がそれぞれ軸受けによって回転自在に支持される回転軸部材と、これの周面に螺旋状に突設せしめられた螺旋羽根と有するスクリュウ部材を具備しており、スクリュウ部材が回転することにより、現像剤が攪拌され現像ロールへと搬送される。

現像剤搬送部において、ケーシングの下壁には図示しないトナー濃度センサが設けられており、現像剤搬送部の現像剤のトナー濃度を検知する。トナー濃度センサとしては、透磁率センサからなるものが用いられている。トナーと磁性キャリアとを含有する現像剤の透磁率は、トナー濃度と相関関係があるため、透磁率センサは、トナー濃度を検知していることになる。

本画像形成装置には、現像装置の現像剤搬送部にトナーを補給するための図示しないトナー補給手段が設けられている。そして、画像形成装置の制御部は、ＲＡＭにトナー濃度検知センサからの出力電圧値の目標値であるＶｔｒｅｆを記憶している。トナー濃度検知センサからの出力電圧値と、Ｖｔｒｅｆとの差が所定値を超えた場合には、その差に応じた時間だけトナー補給手段を駆動する。これにより、現像装置２３における現像剤搬送部にトナーが補給される。

現像部に収容されている現像ロールは、スクリュウ部材に対向しているとともに、ケーシングに設けられた開口を通じて、像担持体２２にも対向している。また、現像ロールは、回転駆動される非磁性パイプからなる筒状の現像スリーブと、これの内部にスリーブと連れ回らないように固定されたマグネットローラとを具備している。そして、スクリュウ部材から供給される現像剤をマグネットローラの発する磁力によってスリーブ表面に担持しながら、スリーブの回転に伴って、像担持体２２に対向する現像領域に搬送する。

現像スリーブには、トナーと同極性であって、像担持体２２の静電潜像よりも大きく、且つ像担持体２２の一様帯電電位よりも小さな現像バイアスが印加されている。これにより、現像スリーブと像担持体２２の静電潜像との間には、現像スリーブ上のトナーを静電潜像に向けて静電移動させる現像ポテンシャルが作用する。また、現像スリーブと像担持体２２の地肌部との間には、現像スリーブ上のトナーをスリーブ表面に向けて移動させる非現像ポテンシャルが作用する。それら現像ポテンシャル及び非現像ポテンシャルの作用により、現像スリーブ上のトナーが像担持体２２の静電潜像に選択的に転移して、静電潜像をトナー像に現像する。

本実施形態の画像形成装置は、トナー、キャリアを有する二成分現像剤を使用した現像システムを使用しているが、このうちトナーのみを有する一成分現像剤を使用した現像システムを使用することもできる。このようにして像担持体２２にトナー像が現像され、次に中間転写ベルト３０上に順次転写される。
トナーとしては、低融点トナーを用いることができる。
トナー像を中間転写ベルト３０に転写したあとの像担持体２２の表面に残存する転写残トナーは、感光体用のクリーニング装置２４により除去され、感光体表面が清掃され、次いでその感光体表面は図示していない除電装置、例えば除電ランプによってその表面電位が初期化される。なお、クリーニング装置２４としてはクリーニングブレード、クリーニングローラー、クリーニングブラシ等を用いることができ、それらを併用してもよい。また、これらのクリーニング部材にトナーと逆極性の電圧を印加して、クリーニングの効率を高めることもできる。

本実施形態の画像形成装置は、感光体に形成されたトナー像を一度中間転写媒体に転写し、その後、中間転写媒体から転写材へトナー像の転写を行う中間転写方式の画像形成装置である。中間転写媒体として中間転写ベルト３０の例を示しているが、中間転写媒体はドラム形状でもよい。

画像形成ユニット２０の下方には、無端状の中間転写ベルト３０を張架している、像担持体たる中間転写ベルト３０の他に、駆動ローラ３２および従動ローラ（クリーニングバックアップローラ）３１、二次転写裏面ローラ３３、４つの一次転写ローラ２５、二次転写ローラ４３、ベルトクリーニング装置１３０、電位センサ１４０などを有している。

中間転写ベルト３０は、そのループ内側に配設された駆動ローラ３２、二次転写裏面ローラ３３、従動ローラ（クリーニングバックアップローラ）３１、及び４つの一次転写ローラ２５によって張架されている。そして、図示しない駆動手段によって回転駆動される駆動ローラ３２の回転力により、同方向に無端移動せしめられる。

中間転写ベルト５０の体積抵抗率は１ｅ^６［Ωｃｍ］〜１ｅ^１２［Ωｃｍ］、好ましくは約１ｅ^９［Ωｃｍ］程度である（三菱化学製ハイレスタ−ＵＰ ＭＣＰ ＨＴ４５にて、印加電圧１００Ｖの条件で測定）。

４つの一次転写ローラ２５は、無端移動せしめられる中間転写ベルト３０を像担持体２２の間に挟み込んでいる。これにより、中間転写ベルト３０の外表面と、像担持体２２とが当接するＹ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋ用の１次転写ニップが形成されている。
一次転写ローラ２５には、図示しない転写バイアス電源によってそれぞれ１次転写バイアスが印加されている。これにより、像担持体２２上のＹ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋトナー像と、一次転写ローラ２５との間に転写電界が形成される。

一次転写ローラ２５はそれぞれ離間可能となっており、Ｂｋのみ転写させる場合には他色のユニットは離間させる。一次転写ローラ２５は、金属製の芯金と、これの表面上に固定された導電性のスポンジ層とを具備している弾性ローラからなる。このような一次転写ローラ２５に対して、定電圧または定電流で制御された１次転写バイアスを印加する。
なお、一次転写ローラ２５に代えて、転写チャージャーや転写ブラシなどを採用してもよい。

初めに、中間転写ベルト３０は像担持体２２の回転に伴ってＹトナー用の１次転写ニップに進入し、Ｙトナー像は転写電界やニップ圧の作用により、中間転写ベルト３０に１次転写される。その後、中間転写ベルト３０はＣ、Ｍ、Ｂｋ用の１次転写ニップを順次通過する。そして、像担持体２２上のＣ、Ｍ、Ｂｋトナー像が、中間転写ベルト３０上に順次重ね合わされて１次転写される。

次に、中間転写ベルト３０上のトナー像は、二次転写部において中間転写ベルト３０から記録材Ｐに転写される。二次転写部では中間転写ベルト３０のループ内側に配設された二次転写裏面ローラ３３と二次転写ローラ４３の間に中間転写ベルト３０と二次転写ローラ４３を挟みこんでニップを形成している。このニップに記録材Ｐが進入する。

二次転写ローラ４３は接地されているのに対し、二次転写裏面ローラ３３には、二次転写バイアス電源３４によって二次転写バイアスが印加される。これにより、二次転写ローラ４３と二次転写裏面ローラ３３との間に、マイナス極性のトナーを二次転写裏面ローラ３３側から二次転写ローラ４３側に向けて静電移動させる二次転写電界が形成される。
二次転写バイアス電源３４は直流電源を有しており、トナーの正規の帯電極性と同極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。
二次転写バイアス電源は直流に交流を重畳させて印加させることができる電源でもよく、この場合、凹凸が大きい用紙などに対しても良好な転写性を得ることができる。

図１６の画像形成装置の給紙手段について説明する。
図１６に示すように、画像形成装置の下方には、カット紙である記録材Ｐを複数枚重ねた紙束の状態で収容した給紙カセット４０が配設されている。この給紙カセット４０は、紙束の一番上の記録材Ｐに給紙ローラ４０ａを当接させており、これを所定のタイミングで回転駆動させることで、その記録材Ｐを給紙路に向けて送り出す。

給紙路の末端付近には、レジストローラ対４１が配設されている。このレジストローラ対４１は、給紙カセット４０から送り出された記録材Ｐをローラ間に挟み込むとすぐに両ローラの回転を停止させる。
そして、挟み込んだ記録材Ｐを二次転写ニップ内で中間転写ベルト３０上のトナー像に同期させ得るタイミングで回転駆動を再開して、記録材Ｐを二次転写ニップに向けて送り出す。

二次転写ニップで記録材Ｐに密着せしめられた中間転写ベルト３０上の４色重ね合わせトナー像は、二次転写電界やニップ圧の作用によって記録材Ｐ上に一括二次転写され、フルカラートナー像となる。

記録材Ｐ上のトナー画像は、本実施形態の定着装置１００により加熱定着され、その後記録材Ｐは機外に排出される。
ここで、定着装置１００は図５に示す定着装置である。また、定着装置１００は筐体に収容された着脱可能なプロセスカートリッジとして備えられている。

次に、図１７の画像形成装置の給紙手段について説明する。
図１７に示すように、長尺状のロール紙（連続紙）である記録材Ｐは、給紙ローラ４０ｃによって給紙され、これを所定のタイミングで回転駆動させることで、その記録材Ｐを給紙路に向けて送り出す。

二次転写ニップで記録材Ｐに密着せしめられた中間転写ベルト３０上の４色重ね合わせトナー像は、二次転写電界やニップ圧の作用によって記録材Ｐ上に一括二次転写され、フルカラートナー像となる。

記録材Ｐ上のトナー画像は、定着装置１００により加熱定着され、その後記録材Ｐは機外に排出される。
ここで、定着装置１００は図６に示す定着装置である。また、定着装置１００は筐体に収容された着脱可能なプロセスカートリッジとして備えられている。
排出された記録材Ｐは、図１５に示したように回収手段によってロール状に回収してもよく、裁断等の処理を行ってもよい。

（光沢度の評価）
本実施形態の定着装置及び画像形成装置を用いて形成した画像について、光沢度を測定した結果を図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示す。
図１（Ｂ）は、図５に示す本実施形態の定着装置を備えた画像形成装置、図１（Ｃ）は図６に示す本実施形態の定着装置を備えた画像形成装置により得られた画像の測定結果である。
なお、図１（Ａ）は図２に示す従来の定着装置を用いた結果である。

光沢度は、株式会社村上色彩技術研究所製光沢計ＧＭ−２６Ｄを用い、６０℃光沢度を測定した。
光沢度は記録材の表面形状によっても変化するが、高い光沢が求められる場合においては、十分に平滑な記録材が適用される。そこで、記録材としては「ＰＯＤグロスコートＡ４（１２８ｇ／ｍ^２）」紙を用いた。

グラフの横軸の定着ベルト温度は、装置内の図示しない温度センサから得られる定着ニップ部入り口前の定着回転ベルト表面の温度であり、「◆」は定着ベルトの線速が１００ｍｍ／ｓの値、「□」は定着ベルトの線速が２００ｍｍ／ｓの値、「△」は定着ベルトの線速が４００ｍｍ／ｓの値である。

図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）の結果から明らかなように、本実施形態の定着装置を用いた画像形成装置では、線速が速くなった場合においても光沢度のピーク値が大きく低下していないことがわかる。
図１（Ａ）の結果と、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）の結果を比較すると、本実施形態の定着装置を用いることにより装置を高速化した場合であっても、得られる画像の光沢度の低下を抑制できることがわかる。

１１ 定着ローラ
１２ 定着ベルト支持ローラ
１３ 定着ベルト
１４ 加熱手段
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 加圧ベルト支持ローラ
１５ｄ 張架ローラ
１６ 加圧ローラ
１７ 加圧ベルト
１８ 帯電手段
１９ 除電手段
５１、５２、５３ 押圧部材
１００ 定着装置
１０１ 定着回転ユニット
１０２ 加圧回転ユニット
ＴＲ 搬送路
Ｐ 記録材
Ｎ 定着ニップ部

特開昭６１−１３２９７２号公報 特開２００４−１３３３７７号公報 特開２００５−５５７８６号公報 特開２００５−１５３３１３号公報

Claims (9)

1. 加熱手段を備えた定着回転ユニットと、その対向位置に配設される加圧回転ユニットとを有し、搬送される記録材上の未定着画像を定着ニップ部において加熱し定着させる定着装置において、
   前記定着回転ユニットは、複数の定着回転部材に張架された耐熱性の定着ベルトを有し、
   前記複数の定着回転部材は、少なくとも前記定着ニップ部を形成する定着ローラと、前記定着ニップ部の前記記録材の搬送方向下流側に配置される定着ベルト支持ローラを有し、
   前記定着ニップ部と前記定着ベルト支持ローラとの間の領域において、前記定着ベルトの表面と前記記録材が搬送される搬送路との間隔が、前記記録材の搬送方向の下流に向かって漸増するように構成されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記定着回転ユニットが、前記定着ローラと前記定着ベルト支持ローラとの間に、搬送される前記記録材に対して前記定着ベルトを押圧可能な押圧部材を有し、
   前記定着ローラと前記押圧部材との間の領域において、前記記録材は前記定着ベルトに付着して搬送されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加圧回転ユニットが、前記定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記定着ニップ部の前記記録材の搬送方向下流側に、前記定着ローラに対して搬送される前記記録材を押圧可能な押圧部材を有し、
   前記加圧ローラと前記押圧部材との間の領域において、前記記録材は前記定着ローラに付着して搬送されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記加圧回転ユニットが、複数の加圧回転部材に張架された耐熱性の加圧ベルトと、前記加圧ベルトを帯電させる帯電手段を有し、
   前記複数の加圧回転部材は、少なくとも前記定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記定着ニップ部の前記記録材の搬送方向下流側に配置される加圧ベルト支持ローラとを有し、
   前記加圧ベルトの表面が、前記定着回転ユニットとの対向面において前記記録材の搬送路を規定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記加圧回転ユニットは、前記記録材の搬送方向の前記定着ニップ部の上流側に前記加圧ベルトを帯電させる帯電手段、下流側に除電手段をそれぞれ備え、帯電させた前記加圧ベルトに前記記録材を静電吸着させて搬送することを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記帯電手段が前記加圧ベルトに印加する電圧の値を制御する電圧制御手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. 前記加圧回転ユニットが、前記定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記定着ニップ部を通過した長尺状の前記記録材を搬送方向の下流側で支持または挟持して張架させる張架ローラとを有し、
   前記定着ニップ部と、前記張架ローラの前記記録材との当接部とを結ぶ直線が、前記定着回転ユニットとの対向面において前記記録材の搬送路を規定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
8. 少なくとも静電潜像を保持する静電潜像保持体と、
   前記静電潜像に対して静電トナー像を形成する現像手段と、
   前記静電潜像保持体または中間転写体である像担持体の表面に担持された前記静電トナー像を記録材に転写する転写装置と、
   前記記録材上の静電トナー像を定着させる定着装置と、を備える画像形成装置において、前記定着装置が請求項１から７のいずれかに記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１から７のいずれかに記載の定着装置を筐体内に備え、画像形成装置に対して着脱可能であることを特徴とするプロセスカートリッジ。

Images