定着ベルト及びこれを用いた定着装置並びに画像形成装置
【課題】記録シート上に担持されたトナー像をベルト部材と重ね合わせた状態で加熱加圧することで定着させる方式にあって、画像濃度等に拘わらず良好な平滑性並びに均一な光沢性を得る。
【解決手段】未定着トナー像が担持された記録シート１の未定着トナー像に表面が接触し且つ加熱及び加圧することで定着させる定着装置に用いられる無端状の定着ベルト２であって、前記未定着トナー像と接する表面は、微小硬度が５以上３０以下であり且つ光沢度Ｇｓ（２０°）が５０以上に設定されている。
【解決手段】未定着トナー像が担持された記録シート１の未定着トナー像に表面が接触し且つ加熱及び加圧することで定着させる定着装置に用いられる無端状の定着ベルト２であって、前記未定着トナー像と接する表面は、微小硬度が５以上３０以下であり且つ光沢度Ｇｓ（２０°）が５０以上に設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式、静電記録方式等による画像形成装置にて形成されるトナー像を記録シートに転写又は定着するための定着ベルト及びこれを用いた定着装置並びに画像形成装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば電子写真方式による複写機やプリンタ等の画像形成装置がよく知られている。近年、デジタルスチルカメラにより撮影された写真画像を電子写真方式の画像形成装置にてプリント出力することが盛んに行われるようになっている。
このような用途では、形成される画像は高光沢の仕上げが好まれていることから、電子写真方式の画像形成装置での適用例が多数提示されている。
【０００３】
例えば、表面に熱可塑性樹脂からなる受像層が形成された記録シートを用いて、定着時には、定着ベルトを用いて記録シートの加熱・加圧によって軟化された受像層にトナー像を埋め込むようにして、画像の表面段差を低減させると共に、定着ベルトの表面性をそのまま写し取らせることで、画像表面の光沢を上げるようにした方式が記載されている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００４】
一方、このような定着ベルトそのものについても、好適な例が提示されている。例えば特許文献５では、ベルト基材の表面にフッ素系粒子が分散されたフルオロカーボンシロキサンゴムを主成分とした表面層を形成することで、長期に亘って安定した高光沢な画像が得られることが記載されている。
また、定着ベルト表面の硬度、特に微小硬度についても提示されており、特許文献６では、微小硬度を０．１〜５、表面光沢度を７５以上（入射角７５°にて）とすることで高光沢画像が得られることが記されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６４−３５４５２号公報（実施例、第１図）
【特許文献２】特開平５−２１６３２２号公報（課題を解決するための手段、図２）
【特許文献３】特開２００１−８３８３４号公報（実施例１、図２）
【特許文献４】特開２００４−１９１６７８号公報（発明の実施の形態、図１）
【特許文献５】特開２００５−４３６５７号公報（実施例）
【特許文献６】特開２００２−９１２１２号公報（実施例、表１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、トナーを担持する記録シートと定着ベルトを重ね合わせた状態で加熱加圧して定着させる方式にあっては、画像の光沢性を確保するためには、トナーを記録シート表面の熱可塑性樹脂層中に十分埋め込ませることが必要である。
【０００７】
しかしながら、定着ベルトの表面が柔らかすぎると、トナー画像の中間調部（ハーフトーン部）においてグロス低下が発生するという課題がある。
例えば、記録シート上に担持されるトナー像の高さは、その画像濃度に応じて数μｍ〜数１０μｍの範囲で散在するようになる。また、トナー濃度や画像解像度、スクリーン線数に応じてトナーの堆積密度もまちまちとなる。このため、特にトナー像のない部分では定着ベルトと記録シートの密着性が向上し高光沢を得ることができる一方、トナーが数１０μｍの高さに担持されたベタ画像（例えばプロセスブラック）の部分では、定着ベルトとトナー像との密着性が向上しトナー像に対し高加圧状態となることで、ベタ画像が記録シートの熱可塑性樹脂層中に良好に埋め込まれ、良好な平滑性、均一な光沢を得ることができるようになる。しかしながら、トナー濃度の中間調部分（ハーフトーン画像）の部分では、定着ベルトの表面自体が柔らかいため、トナーの表面形状に倣って変形できることからある程度の光沢は得られるものの、トナー像への圧力はベタ画像に比べ分散されるようになり、トナー像を記録シートの熱可塑性樹脂層中に十分埋め込むことができず、更には、定着ニップ時にトナー像が埋め込まれる際の歪が定着ニップ排出後に開放され微小な凹凸が復元するようになることから、非画像部やベタ画像部に比べ相対的に光沢が低下するようになる。
【０００８】
また、定着ベルトの表面が硬すぎる場合には、記録シート上のトナー像に対する定着ベルト表面の追従性が低下してしまい、画像濃度境界部（特に交差する線画の交差部の上流側に発生し易い）においてエッジボイドと呼ばれる気泡溜りが発生し、それによって高濃度部と低濃度部の境界部分に微小な光沢低下を引き起こしてしまう。更に、画像濃度によっては記録シートと定着ベルト表面との密着性が低下し、画像に光沢むらを生じてしまうようにもなる。更にまた、記録シートとして厚紙を使用する際には、厚紙の先端部分や両端部分などに当接するベルト表面に大きな応力が作用し、ベルト表面を損傷させるようにもなる。
【０００９】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、記録シート上に担持されたトナー像をベルト部材と重ね合わせた状態で加熱加圧することで定着させる方式にあって、画像濃度等に拘わらず良好な平滑性並びに均一な光沢性を得ることができる定着ベルト及びこれを用いた定着装置、画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような技術的課題を解決するために、本件発明者は、画像の光沢性について記録シート表面の受像層の効果に着目し、ハーフトーン画像での光沢度差を低減させることでの検討を重ねた結果、定着ベルト表面の硬さ及び平滑性のより適正な範囲を見出した。また、定着ベルトの平滑性を鏡面光沢度で評価する際、従来の入射角７５°では表面の微小な凹凸を直接反映した測定が困難であり、入射角を小さくすることで平滑性の適切な評価が可能であるとの知見を得て、本件発明を案出するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、図１に示すように、未定着トナー像が担持された記録シート１の未定着トナー像に表面が接触し且つ加熱及び加圧することで定着させる定着装置に用いられる無端状の定着ベルト２であって、前記未定着トナー像と接する表面は、微小硬度が５以上３０以下であり且つ光沢度Ｇｓ（２０°）が５０以上に設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
このような技術的手段において、定着ベルト２の微小硬度が５未満では定着ベルト２表面が柔らか過ぎ、特にハーフトーン画像（トナー濃度の中間調部分）のような場合には、定着ニップ域で定着ベルト２がトナー像の凹凸に合った変形を行うようになり、トナー像表面を十分均一に加圧することができなくなり、光沢のある画像を得難くなる。一方、微小硬度が３０を超えるようになると、定着ニップ域でトナー像を押しつぶすようになり、エッジボイドを発生したり、シャープな画像が得られないようになる。尚、微小硬度は、ダイナミック超微小硬度計ＤＵＨ−２０１（（株）島津製作所製）を用いて測定した値であり、薄い定着ベルト２の表面硬度を測定可能なものである。
【００１３】
また、定着ベルト２の微小硬度を所定の値に選定したとしても、定着ベルト２を使用する方式ではベルト表面がトナー像に写し取られるため、定着ベルト２の表面性が粗い場合には高光沢画像を得難いようになる。本発明では、定着ベルト２の鏡面光沢度としてより微小な凹凸を評価することが必要との判断から、入射角を２０°とする光沢度Ｇｓ（２０°）を規定した。そして、このＧｓ（２０°）が５０以上に設定されることで、画像表面の光沢も高く、また、光沢度差を小さく維持できるようになる。仮に、Ｇｓ（２０°）が５０未満では、画像の光沢性が低下してしまい、特に写真プリントのような適用ができなくなる。
【００１４】
また、本発明では、定着ベルト２の微小硬度を６以上３０以下にすることが好ましく、これによれば、定着ベルト２自体の耐摺擦性を一層高めることができるようになり、長期に亘って安定した画像を維持できるようになる。
【００１５】
更に、本発明の定着ベルト２は、耐熱性ベルト基材の表面に弾性層又は更に離型層が積層されたものとすることが好ましく、定着ベルト２としてベルト基材表面に弾性層を積層することで、定着ベルト２の機械的強度を向上させると共に安定した微小硬度を実現できるようになる。また、弾性層の上に更に離型層を備えることであっても差し支えなく、更には、ベルト基材の表面に離型層を備えるようにしてもよい。特に、離型層では定着ベルト２へのトナーの付着を抑止し、定着ベルト２表面の清浄作用を長期に亘って維持することができるようになる。
そして、弾性層及び離型層としては、フルオロカーボンシロキサンゴムを主成分とするものとすることが好ましく、これによれば、定着ベルト２へのトナー等の汚れ固着を抑止し、長期に亘って安定した表面を維持することができるようになる。更に、弾性層及び離型層としてフッ素微粒子を分散させたフルオロカーボンシロキサンゴムを主成分とするものにすれば、一層効果的になる。
【００１６】
また、本発明は、定着ベルト２のみならず、定着装置をも対象とするものであり、この場合、未定着トナー像が担持された記録シート１の未定着トナー像に定着ベルト２の表面が接触し且つ加熱加圧することで定着させる定着装置における定着ベルト２として、上述の定着ベルト２を用いるようにすればよい。
【００１７】
更に、このような定着装置に好適な記録シート１としては、少なくともトナー像担持面側に熱可塑性樹脂層が設けられ、この熱可塑性樹脂層上にトナー像を定着させるようにすることが好ましく、これによれば、トナー像を熱可塑性樹脂層に埋め込むことができ、画像の光沢性が向上するようになる。更にまた、トナー像の最上層として透明トナーを使用するようにすれば、画像面全面に亘って透明トナーを形成することができ、画像の光沢度を更に向上させ、より写真画像に近い仕上がりを得ることができるようになる。
【００１８】
また、トナー像が熱可塑性樹脂層に有効に埋め込まれる観点から、定着ニップ内の熱可塑性樹脂層の溶融粘度は、１１０℃の条件下にて１０４Ｐａ・ｓ以下となるように設定されていることが好ましい。
そして、画像の光沢むらを低減する観点から、定着された後の記録シート１上のトナー像は、当該記録シート１内での異なる画像面積率での光沢度の差ΔＧｓ（２０°）が１０以下に設定されることが好ましい。ここで、ΔＧｓ（２０°）とは、プロセスブラックの面積率を１０％間隔で出力したときの夫々のＧｓ（２０°）を測定し、その最大値と最小値との差を意味する。
【００１９】
更に、本発明は、画像形成装置をも対象とするものであり、この場合、記録シート１上に未定着トナー像を形成する作像エンジンと、上述の定着装置を備えるようにすればよい。また、このような画像形成装置のうち、作像エンジンが中間転写ベルトを用いる態様のものにおいては、定着ベルト２が中間転写ベルトを兼用するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、未定着トナー像が担持された記録シートの未定着トナー像に表面が接触し且つ加熱及び加圧することで定着させる定着装置に用いられる無端状の定着ベルトとして、定着ベルトの表面の微小硬度を５以上３０以下とし且つ光沢度Ｇｓ（２０°）を５０以上に設定したので、長期に亘って安定した高光沢画像が得られるようになる。特に、ハーフトーン画像のような画像濃度が異なる場合でも、良好な平滑性並びに均一な光沢性を得ることができ、画像段差感や画像境界部に生じるエッジボイドのない画像を得ることができる。
また、このような定着ベルトを用いることで、良好な平滑性並びに均一な光沢性が長期に亘って形成可能な定着装置並びに画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は、本発明が適用されたカラー画像形成装置の実施の形態１を示す。同図において、本実施の形態の画像形成装置は、例えば電子写真方式を採用したものであって、イエロー（Ｙ色）、マゼンタ（Ｍ色）、シアン（Ｃ色）及びブラック（Ｋ色）の４色トナー像を形成する作像エンジン２０と、作像エンジン２０に記録材としての用紙を供給する多段の給紙カセット１１〜１３を引き出し可能に収容し、作像エンジン２０の用紙搬送方向下流側に定着器４０を配設したものとなっている。
【００２２】
本実施の形態の作像エンジン２０は、所謂ロータリー方式であり、感光体ドラム２１上に形成された各色トナー像を中間転写ベルト３０上へ多重転写するようになっている。
感光体ドラム２１の周囲には、感光体ドラム２１を帯電する帯電ロール等の帯電器２２、感光体ドラム２１上に潜像を形成するレーザスキャナ等の露光器２３、感光体ドラム２１上の潜像を顕像化する現像器２４、感光体ドラム２１上の各色トナー像を中間転写ベルト３０上に一次転写する例えば一次転写ロールからなる一次転写器２５、感光体ドラム２１上に残留した残留トナーを清掃する感光体クリーナー２６が配設されている。
【００２３】
また、中間転写ベルト３０は、複数の張架ロールに張架され、例えば張架ロール３１を駆動ロール、張架ロール３２をテンションロールとして循環搬送するものであり、例えば二次転写ロールからなる二次転写器３４が張架ロール３３をバックアップロールとして対向配置されている。更に、この中間転写ベルト３０の張架ロール３１と対向する位置には、中間転写ベルト３０上の残留トナーを清掃するベルトクリーナー３５が設けられている。
更に、作像エンジン２０の上方には、現像器２４に各色トナーを補給する４色のトナーボックス３６が設けられ、図示外の搬送路を介して現像器２４内の夫々の色に対応した位置にトナーを供給するようになっている。
【００２４】
本実施の形態における用紙搬送系は、次のようになっている。夫々の給紙カセットから送り出された用紙は、用紙搬送経路１４に搬送され、二次転写器３４に入る前に用紙の位置決め規制を行うレジストロール１５、二次転写器３４によって未定着トナー像が転写された用紙を搬送する搬送ベルト１６、未定着トナー像を定着する定着器４０、定着後の用紙を排出トレイ１８へ送り出す排出ロール１７等が設けられている。そして、本実施の形態では、給紙カセット１１〜１３の他に用紙を手差し供給可能な手差しトレイ１９が設けられ、用紙搬送経路１４への用紙供給を可能にしている。
【００２５】
特に、本実施の形態の定着器４０は図３のように構成されている。同図において、定着器４０は、ハロゲンランプ等の加熱源４２を内部に有する定着ロール４１と、この定着ロール４１に対向して配置され且つ内部に加熱源４４を有する加圧ロール４３と、定着ロール４１と加圧ロール４３との間に挟持搬送され、定着ロール４１と複数のロール部材（剥離ロール４６、ステアリングロール４７）に張架されて循環する定着ベルト４５と、定着ロール４１の下流側で定着ベルト４５裏面に接して定着ベルト４５を冷却する冷却器４８とを備えたものとなっている。
【００２６】
定着ロール４１は、熱伝導性の高いアルミニウムやステンレス等の金属製コア４１ａの周囲に厚さ１０〜２００μｍ程度のＰＦＡチューブ等からなる離型層（図示せず）が形成された構成となっており、コア４１ａの内部に加熱源４２が設けられ、この加熱源４２は定着ロール４１表面が所定の温度になるように加熱制御されている。
一方、加圧ロール４３は、熱伝導性の高いアルミニウムやステンレス等の金属製のコア４３ａの周囲にゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ硬度）３０〜７０度程度のシリコーンゴム等の弾性層４３ｂが１〜３ｍｍ程度に均一に被覆されており、弾性層４３ｂの表面には定着ロール４１の離型層と同様の離型層（図示せず）が形成されている。また、本実施の形態では、この加圧ロール４３のコア４３ａの内部にも加熱源４４が設けられ、加圧ロール４３の表面が定着ロール４１の表面と同程度か０〜３０℃程度低い所定の温度になるように加熱制御されている。
そのため、定着器４０に搬送された用紙は、定着ロール４１と加圧ロール４３との定着ニップ域Ｎにて、トナー像面が定着ベルト４５に接した状態で十分な加熱、加圧がなされるようになる。尚、加圧ロール４３は、図示外の支持フレームに支持され、用紙が定着ニップ域Ｎを通過する際、定着ロール４１と加圧ロール４３との間に所定の荷重を印加するための加圧機構が設けられており、用紙の有無に合わせて加圧ロール４３がリトラクトするようになっている。
【００２７】
そして、定着ベルト４５は、図４（ａ）に示すように、耐熱性を有する基材層４５ａの上に、弾性層４５ｂ、離型層４５ｃを備えた３層構造のものとなっている。
基材層４５ａとしては、耐熱性、機械的強度及び熱特性（熱伝導性や膨張係数等）などの観点から、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾール、サーモトロピック液晶ポリマー等の耐熱性樹脂シートや、ニッケル、アルミニウム、ステンレス等の金属シートを用いることが可能であるが、熱特性を考慮するとポリイミド、ポリベンズイミダゾールからなる耐熱性樹脂シートが好ましい。また、基材層４５ａとしては、帯電特性を考慮して、上述の耐熱性樹脂に導電性粉体やカーボンブラック等を添加して体積抵抗率を調整するようにしてもよく、その形成方法についても公知の方法であれば特に制限されるものではない。
【００２８】
更に、基材層４５ａの厚みは、定着ベルト４５としての機械的強度、熱容量、熱伝導性等の観点から２０〜２００μｍの範囲であることが望ましい。厚みが２０μｍ未満であれば、機械的強度が不足して、定着ベルト４５としての取扱性が悪くなり、また、厚みが２００μｍを超えるようになると定着ベルト４５自体の熱容量が大きくなり過ぎ、ウォームアップ時間を長くしなければならなくなったり、それによる消費電力の増大も生じるようになる。
【００２９】
また、弾性層４５ｂとしては、耐熱性を有するものであれば特に限定されず、代表的にはシリコーンゴムやフッ素ゴムあるいはそれらのハイブリッドゴムが適用され、また、弾性層４５ｂを形成する方法については公知の方法であれば特に制限されるものではない。
更に、弾性層４５ｂの厚みとしては、弾性層４５ｂとしての機械的強度、熱容量、熱伝導性の機能の観点からすれば、１０〜２００μｍの範囲であることが好ましく、厚みが１０μｍ未満の場合には弾性体としての機能が発揮されないばかりか、定着ニップ域Ｎにおける弾性変形や応力による歪によってゴム弾性が失われたり、破損が生じたりするようになる。一方、２００μｍを超えると弾性層４５ｂ自体の熱容量が大きくなり過ぎ、ウォームアップ時間を長くしなければならなくなったり、それによる消費電力が増大するようにもなる。
【００３０】
離型層４５ｃとしては、トナーに対する離型性を有する材料であれば特に制約されるものではなく、公知の材料を利用することが可能である。例えば、トナー像との離型性や耐熱性を考慮したものとしてＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体樹脂）やＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂）、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）が挙げられる。
更に、離型層４５ｃとしてフッ素粒子が分散されたフルオロカーボンシロキサンゴムを主成分としたものを用いるようにすれば、離型層４５ｃ表面の安定性が長期に亘って確保されるようになり、光沢の高い画像が得られるようにもなる。
上述した離型層４５ｃでは、各種添加剤の配合比や分子量を制御することによって、最適な硬度を選択することができ、また、離型層４５ｃを形成する方法については、公知の方法であれば特に制限されるものではない。
そして、離型層４５ｃの厚みとしては、離型層４５ｃの摩耗による減耗やトナーとの離型性機能の観点から３〜５０μｍ程度のものが好ましい。
【００３１】
また、本実施の形態の定着ベルト４５としては、上述したような構造の如何に関わらず、用紙のトナー像と接するベルト表面の微小硬度が５〜３０であり、かつ、光沢度Ｇｓ（２０°）が５０以上に設定されている。そして、より好ましくは、微小硬度を６〜３０とすることで、定着ベルト４５の耐摺擦性を向上させることができるようになる。
微小硬度（ＤＨ：Dynamic Hardness）は、ダイナミック超微小硬度計ＤＵＨ−２０１（（株）島津製作所製）を用いて、測定荷重Ｐ（圧子が押し込み深さＤに達した際の荷重）を測定すると共に、その際の測定荷重Ｐと押し込み深さＤに基づき以下のように求めたものである。すなわち、硬度計の圧子の先端をベルト表面に垂直に一定速度で押し込み、そのときの押し込み深さＤと必要な荷重Ｐを測定する。このため測定試料の弾性変形だけでなく塑性変形をも含んだ状態での特性が測定されるようになる。
【００３２】
測定条件としては、次のようになっている。
・圧子：三角錐（１１５°）、ベルコビッチタイプ
・負荷速度：０．１４２１９ｍＮ／ｓｅｃ
・試験荷重：３ｍＮ
・測定環境：２２℃５５％ＲＨ
・算出式：微小硬度（ＤＨ）＝α×Ｐ／Ｄ２（ここで、α＝３．８５８４）
【００３３】
更に、光沢度Ｇｓ（２０°）は、ＪＩＳ Ｚ８７４１に基づいてグロス測定器ＧＢ−４５１２（ＢＹＫ−Gardner社製）を用いて、入射角と反射角を２０°としたときに得られる数値であり、本実施の形態では、定着ベルト４５表面の光沢度が５０以上となるようになっている。
【００３４】
尚、本実施の形態における定着ベルト４５は、上述した３層構成のものに限らず、例えば、図４（ｂ）（ｃ）に示すような構成のものであっても使用可能である。すなわち、図４（ｂ）に示すように、基材層４５ａ上に離型層４５ｃのみ備える構成や、（ｃ）に示すように、基材層４５ａのみの構成であってもよく、この場合、いずれも微小硬度及び光沢度Ｇｓ（２０°）を満足するようにすればよい。
【００３５】
そして、このような光沢を得るための方法としては特に制約されるものではないが、上述のベルトの層構成に応じて適宜選択する必要があると言える。例えば、基材層４５ａの上層に離型層４５ｃを有するベルトの場合、離型層４５ｃの塗布工程や、一次加硫時のパラメータを適宜選択して得られる。また基材層４５ａのみで形成されたベルトを用いる場合においては、例えば、研磨テープ等によりその表面を湿式又は乾式で研磨する方法により行うものであり、特に研磨テープの５０００番以上のものを選ぶなど適宜研磨条件を選択することが重要である。
【００３６】
また、図３に示すように、本実施の形態における定着器４０に用いられる剥離ロール４６は、定着ベルト４５の移動に従動して回転し、この剥離ロール４６が定着ベルト４５を巻き付けながら張架することで、定着ベルト４５の移動方向を急激に変化させるようになり、定着ベルト４５上の用紙は剥離ロール４６の位置で用紙自体の剛性によって自然に定着ベルト４５から剥離されるようになる。また、ステアリングロール４７は、定着ベルト４５自体を常時緊張させるようにしたものであり、定着ベルト４５を外方に押圧することで緊張を維持させ、定着ベルト４５が循環移動したときに生じる偏りを修正するために設けられている。
【００３７】
更に、本実施の形態での冷却器４８は、定着ロール４１と剥離ロール４６との間で、定着ベルト４５裏面に接して設けられ、定着ベルト４５の熱を吸熱することで定着ベルト４５を冷却するようになっている。そのため、定着ベルト４５に密着搬送される用紙の冷却が行われるようになる。本実施の形態での冷却器４８は、定着ベルト４５に沿った面から略直交する方向に延びた多数の放熱フィンが設けられたフィン部材４８ａと、これを覆うように設けられたカバー４８ｂとで筒状に構成されたものであり、図示外の送風ブロアによって内部に空気を流すことでフィン部材４８ａの熱を強制的に放熱させるようにしたものである。
【００３８】
ここで、本実施の形態において用いられる用紙について説明する。
本実施の形態の画像形成装置によれば、通常の画像形成装置で用いられる各種用紙（例えば普通紙、コート紙、アート紙等）に適用可能であるが、特に、図５に示すような構成の用紙を使用することで最も有効な効果が得られるようになる。
図５において、用紙は、所謂普通紙と同様の成分（セルロース等）からなる基材層Ｌ１と、基材層Ｌ１の両面に被覆される防湿層Ｌ２、更に、防湿層Ｌ２の上に被覆される受像層Ｌ３とで構成されている。
【００３９】
基材層Ｌ１として、特に、写真画像のような高光沢画像を形成する場合には、白色度が高く、適度な厚み（１５０〜２３０μｍ）を有していることが望ましい。
また、防湿層Ｌ２としては、例えばポリエチレン等の透気性の低い樹脂からなり、数μｍ程度のものでよい。この防湿層Ｌ２によって基材層Ｌ１への水分の侵入が抑止され、高湿環境下にあっても基材層Ｌ１が水分を吸ってカールするのを防いでいる。
更に、受像層Ｌ３としては、例えばポリエステル等の熱可塑性樹脂を主成分とする層であり、トナー像が形成される面（記録面）に形成されている。受像層Ｌ３の厚さとしては５〜３０μｍ程度が好ましく、受像層Ｌ３の厚さがこの範囲を下回ると、定着時にトナーを受像層Ｌ３内に十分埋め込むことができなくなり、画像表面に凹凸を生じて光沢度が低下する一方、この範囲を上回ると、例えば剥離部位（剥離ロールによる）などで用紙が湾曲したときに画像表面にクラックが発生し易くなる。尚、受像層Ｌ３としては、ポリエステルに限らず、スチレン−（メタ）アクリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、エポキシ樹脂、ポリウレタン等の合成樹脂を用いることができる。
【００４０】
次に、本実施の形態における画像形成装置の作動について、特に定着器４０での作動を中心に説明する。
図６（ａ）（ｂ）は、定着時の定着ニップ域Ｎでのトナー像の埋め込み状況を示すもので、（ａ）は定着前の定着ベルト４５と未定着トナー像が転写された用紙とが接触開始した状態を示し、（ｂ）は定着完了後の状態を示すものとなっている。尚、この例では、定着ベルト４５は基材層４５ａ上に離型層４５ｃを被覆したものとして示している。
【００４１】
本実施の形態では、定着前に（ａ）のような状態であったものが、定着ニップ域Ｎでは用紙の受像層Ｌ３（熱可塑性樹脂層）中にトナー像が押し込まれるようになる。そして、特に本実施の形態では、定着ベルト４５の微小硬度及び光沢度Ｇｓ（２０°）を所望の値にしていることから、定着ニップ域Ｎでのトナー像への十分均一な加圧が可能であり、未定着トナー像が用紙の受像層Ｌ３中に埋め込まれるようになる。
【００４２】
また、図７（ａ）（ｂ）は、画像濃度が異なる場合の定着時の定着ニップ域Ｎでのトナー像の埋め込み状況を示すもので、（ａ）は定着前に定着ベルト４５と未定着トナー像が接触する直前の状態であり、（ｂ）は定着ニップ域Ｎでの加圧状態を示している。
ここで、未定着トナー像は、（ｃ）のように、画像濃度が異なっており、ベタ部Ｔ１００（１００％）、１０％濃度部（Ｔ１０）、５０％濃度部（Ｔ５０）の３種の場合を例示しているが、Ｔ１００ではトナーが一番厚く、続いてＴ５０、Ｔ１０の順に薄くなっている。
そのため、定着ベルト４５で押圧された場合、定着ベルト４５の硬さが柔らか過ぎるとトナーの厚さが変化したとき、ベルト表面もそれに追随して変化し、夫々のトナー（Ｔ１００、Ｔ１０、Ｔ５０）に均等な加圧がなされず、例えばＴ１００では用紙の受像層Ｌ３への埋め込み不足を生じるようになり、定着後の画像表面の光沢性が低下するようになる。一方、定着ベルトの硬さが硬すぎると、一番厚いＴ１００に大きな加圧がなされ、画像崩れを生じたり、夫々のトナー（Ｔ１００、Ｔ１０、Ｔ５０）を十分均一に受像層Ｌ３に埋め込むことができずに、却って光沢むらを生じるようにもなる。
【００４３】
本実施の形態では、定着ベルト４５の微小硬度及び表面の光沢度Ｇｓ（２０°）を所望の値に調整したので、特に、上述のような画像濃度が異なる画像であっても、定着時の均一な加圧を可能にし、更に、定着後の画像表面の平滑性も向上できることから、写真画像のような高光沢画像を実現することができるようになる。
【００４４】
本実施の形態では、フルカラー４色の画像形成について説明したが、例えば透明トナーを加えた５色の画像形成装置にも適用でき、この場合、トナー像の最上層を透明トナーとすることで、この透明トナーを画像全域に亘って形成するようにすれば、カラートナーが形成されない部位（用紙自体の表面）の光沢度も向上させることができるようになる。また、全面に亘って、透明トナーによって平均化するようにすることも可能になり、一層画像の光沢度を向上させることができるようになる。
【００４５】
更に、本実施の形態では、所謂ロータリー方式の画像形成装置を示したが、例えば各色毎の作像ユニットを中間転写ベルトに対向して並列配置させた、所謂タンデム方式においても同様の定着器を備えるようにすれば、写真画像のような高光沢画像が得られるようになる。
更にまた、定着器として、定着ベルトを用いた定着器以外に、例えばその上流側に通常の加熱加圧方式の定着器を追加配置して、通常の普通紙へ出力する低光沢プリントと、写真画像のような高光沢プリントとを定着器を切り替えて行うようにしてもよい。
【００４６】
◎実施の形態２
図８は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態２を示すものである。本実施の形態は、実施の形態１と略同様に構成されるが、定着器４０を画像形成ユニット１０に装着自在なオプションユニット６０側に配置した構成となっている。そのため、画像形成ユニット１０側には、用紙の搬送経路中に通常の加熱加圧方式の定着部５０が実装されている。尚、実施の形態１と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。
【００４７】
本実施の形態における定着部５０は、通常の構成であり、加熱ロール５１と加圧ロール５２とのニップによって定着が行われるようになっている。尚、本実施の形態では、加熱ロール５１及び加圧ロール５２共に内部にハロゲンランプ等の加熱源を備えている。
そのため、本実施の形態では、画像形成ユニット１０内に備わる定着部５０によって用紙上の未定着トナー像は一旦定着が施された後、更にオプションユニット６０の定着器４０によって高光沢な画像が得られるようになる。そして、この定着器４０によって高光沢画像がなされた用紙は、オプションユニット６０側の排出ロール６１から排出トレイ１８へ排出されるようになる。尚、図中、符号５３は定着部５０の直後に設けられた搬送ロールである。
【００４８】
このような構成において、定着器４０は実施の形態１と同様のため、本実施の形態においても実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００４９】
◎実施の形態３
図９は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態３を示すものである。本実施の形態は、実施の形態２と略同様に構成されるが、画像形成ユニット１０に装着自在なオプションユニット７０の構成が実施の形態２の構成と異なる。また、画像形成ユニット１０内には、給紙カセットを４個（符号１１，１２，１３ａ，１３ｂ）備え、作像エンジン２０の上部にはトナーボックスを備えていない。尚、実施の形態２と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。
【００５０】
本実施の形態におけるオプションユニット７０は、画像形成ユニット１０内の定着部５０にて一旦定着され、排出ロール１７から排出される用紙に対し、切替部材７１によって下流側の用紙搬送経路を切り替えるようになっている。すなわち、オプションユニット７０の第１排出ロール７２からオプションユニット７０の上部筐体で形成される第１排出トレイ７３へ排出する経路と、搬送ベルト７４を介して実施の形態１と同様の定着器４０へ導き、定着後に第２排出ロール７５から第２排出トレイ７６へ導く経路とに切り替えられる。
【００５１】
そのため、例えば、普通紙に文字ものをプリントしたときには、定着部５０にて定着が行われた画像をそのまま第１排出トレイ７３へ排出する低光沢プリントを実現し、一方、専用用紙に写真画像をプリントするときには、定着部５０で一旦仮定着を行った後、定着器４０によって高光沢画像として第２排出トレイ７６へ排出する高光沢プリントを実現できるようになる。
本実施の形態では、このように、画像に合わせた定着を選択することができ、その分、画像に合った視認性を確保することができるようになり、また、消費電力も低減させることが可能になる。
【００５２】
更に、本実施の形態においても、定着器４０を実施の形態１と同様に構成したことから、高光沢画像を実現することができるようになる。
【００５３】
◎実施の形態４
図１０は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態４を示すものである。本実施の形態は、実施の形態１と略同様に構成されるが、定着器４０が専用とはならず、定着器４０の定着ベルトが作像エンジン２０の中間転写ベルトを兼用するベルト部材８０となっている。尚、実施の形態１と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。
【００５４】
本実施の形態では、作像エンジン２０の中間転写ベルトと定着ベルトとが共通化された１本のベルト部材８０となっており、このベルト部材８０は、複数の張架ロール（例えば、駆動ロール８２、定着ロール４１、剥離ロール４６、ステアリングロール４７等）に掛け渡されて循環移動するようになっている。尚、符号８１は二次転写器３４と対向配置されるバックアップロールであり、符号８３は、二次転写後の用紙を搬送する搬送ベルトとなっている。
【００５５】
本実施の形態においては、ベルト部材８０上に４色のトナー像を形成するまで、二次転写器３４、加圧ロール４３はリトラクトしており、また、定着ロール４１の加熱源はベルト部材８０を搬送されるトナー像に影響のない範囲に温度が低下している。このような状況下で４色のトナー像がベルト部材８０上に多重転写された後、二次転写器３４とバックアップロール８１との間の転写バイアスによってベルト部材８０上の多重化トナー像は用紙に一括転写される。一括転写された用紙は、搬送ベルトを介して定着ロール４１と加圧ロール４３で形成される定着ニップ域にて定着がなされるようになる。
【００５６】
本実施の形態では、このような転写同時定着方式の画像形成装置であり、このような方式にあってもベルト部材８０が実施の形態１と同様の構成となっていることから、実施の形態１と同様の効果を奏する。
尚、本実施の形態では、所謂ロータリー方式の画像形成装置としたが、所謂タンデム方式を採用すれば、二次転写器３４や加圧ロール４３のリトラクトを不要とし、更に、加熱源の制御も簡略化されることは明らかである。
【実施例】
【００５７】
本実施例は、各種の定着ベルトによる画像評価テストを行ったものである。
評価した定着ベルトは、ベルト基材として周長５２７．８ｍｍ×幅３３０ｍｍ×厚さ７５μｍの無端状で、カーボンブラックを添加して体積抵抗率をＲｖ＝１０１２Ω・ｃｍに調整したポリイミド基材を使用した。
【００５８】
このベルト基材の上に次の処理を行い試料とした。
○実施例１
基材上に、弾性層としてフルオロカーボンシロキサンゴム前駆体組成物であるＳＩＦＥＬ６１０（信越化学工業（株）製）と、更に、離型層として硬度を変えるために異なる種類のフッ素微粒子であるＰＴＦＥとをフッ素系溶媒に分散させて調整した塗布液を浸漬塗布することで厚さが略３０〜５０μｍの塗膜を形成した。その後一次加硫、二次加硫過程を経て、最終的に微小硬度が３〜３５である表面層が形成された７種の定着ベルトを得た。浸漬塗布法によって得られたベルト表面の光沢度Ｇｓ（２０°）は一次加硫パラメータを制御することでいずれも５０以上のものを得た。
そして、この中から、微小硬度が３及び３５の２種のものを比較例１及び比較例３とした。
○比較例１
上述したように、実施例１の中から、微小硬度の小さいものを選定した。
○比較例２
基材上に、弾性層としてフルオロカーボンシロキサンゴム前駆体組成物であるＳＩＦＥＬ６１０（信越化学工業（株）製）と、更に、離型層としてフッ素微粒子であるＰＴＦＥとをフッ素系溶媒に分散させて調整した塗布液を浸漬塗布することで塗膜を形成した。その後一次加硫、二次加硫過程を経て、最終的に表面層膜厚が略３０μｍとなる表面層を形成したベルトを作成した。このときベルト表面グロスは、一次加硫パラメータを制御することでいずれも５０以上のものを得たが、更にこの後、１μｍ程度の微小粒子を用いてベルト表面をドライ方式のホーニング処理（梨地ブラスト処理）し、ベルト表面の光沢度Ｇｓ（２０°）を５０以下としたベルトを得た。
○比較例３
上述したように、実施例１の中から、微小硬度の大きいものを選定した。
○比較例４
基材上に処理を行わず、基材単体のみを用いて厚さ８０μｍの１層構造のベルトを得た。また、このとき、微小硬度は４５であり、ベルトの光沢度Ｇｓ（２０°）は９０以上であった。
【００５９】
この評価に用いた用紙及びトナーは次の通り。
用紙は、Ａ４判（２１０×２９７ｍｍ）サイズで、基材層の両面にポリエチレン樹脂を約１０μｍの厚さにコーティングしたものに対し、画像面のみに、更にポリエステル樹脂を約２０μｍの厚さで塗工したものとした。
また、トナーは、ワックス成分が添加されたスチレン−アクリル樹脂からなる平均粒径５．６μｍからなるものを使用した。
【００６０】
評価方法については、以下のように行った。
先ず、用紙に未定着トナー像を担持させるため、定着部を取り外したカラー画像形成装置ＤｏｃｕＣｏｌｏｒ１２５６ＧＡ改造機（富士ゼロックス（株）製）を用いて、用紙上にトナー像を形成した。その後、この未定着トナー像を実施の形態１の定着器構成で、定着ベルトとして各種変更したものを挿通させて加熱加圧を行い、未定着トナー像が定着された画像の画像評価を行った。
【００６１】
評価項目は、次の項目とした。
●画像の光沢度Ｇｓ
評価に用いた画像は、イエロー、シアン、マゼンタの３色を重畳させて得られるプロセスブラックの面積率を１０％間隔で０〜１００％まで変化させたトナー像を、夫々９×９ｍｍ以上の画像領域を有する矩形のパッチ画像として形成し、定着後の画像の光沢度Ｇｓ（２０°）を測定した。そして、平均値（Ａｖｅ）と最大値と最小値との差ΔＧｓ（２０°）を算出した。
このとき、ΔＧｓ（２０°）の数値が小さいほど画像平滑性に優れ、数値が大きいほど平滑性に欠けることとなる。
●エッジボイド
トナーの埋め込み性を確認する目的で、図１１（ａ）に示すプロセスブラック１００％のクロスラインチャート（×印）を用いて、用紙の熱可塑性樹脂層の溶融粘度を変えて画像のエッジボイドの発生状況（特に×印の上流側に発生する）をＧ０（エッジボイドなし）〜Ｇ５（エッジボイドが全体にある）の６段階に分けて評価した。尚、用紙の熱可塑性樹脂層の溶融粘度は、定着温度を変えることで行い、粘度が約１０３Ｐａ・ｓと約１０４Ｐａ・ｓでのエッジボイドを確認した。
●パッチ段差
パッチ画像の段差についても評価を行い、１辺が１５ｍｍ角のプロセスブラック１００％の画像を形成し、図１１（ｂ）に示すように、用紙表面とパッチ画像との段差ｈについて目視確認を行った。
そのときの結果を次の基準で評価した。
○：違和感なし、△：少し違和感あり、×：違和感が大きい
●平滑性
所定の写真チャートを出力し、画像の平滑性に対し、目視評価を行った。
そのときの結果を次の基準で評価した。
○：違和感なし、△：少し違和感あり、×：違和感が大きい
●ベルト弾性層の劣化
用紙の走行テスト（１００，０００枚）を行い、ベルト弾性層の劣化状態に対して目視評価を行った。
そのときの結果を次の基準で評価した。
○：ヒビ割れ発生はなし、△：軽微なヒビ割れが発生、×：顕著なヒビ割れが発生
【００６２】
評価結果を図１２に示す。
これによると、実施例１−１から１−５のように、微小硬度が５〜３０であり、光沢度Ｇｓ（２０°）が５０以上であれば画像の光沢度Ｇｓも８０以上が確保され、光沢度差ΔＧｓも１０以下と良好な画像が得られ、表面性の違和感もなかった。更に、パッチ段差もなくエッジボイドの発生もないため、平滑性に優れた画像を得ることができた。更にまた、定着ニップ内における用紙の熱可塑性樹脂における溶融粘度が１０４Ｐａ・ｓ以下となる定着条件においてもエッジボイドなどの画像欠陥を生ずることがなかった。
一方、微小硬度が３と小さい場合（比較例１）や３５と大きい場合（比較例３）には、定着ベルトの光沢度Ｇｓ（２０°）が５０以上であっても、光沢度差ΔＧｓが若干大きくなり、熱可塑性樹脂の溶融粘度が１０４Ｐａ・ｓのときに若干エッジボイドが発生したり、パッチ段差や平滑性の点で違和感を生じた。
また、実施例１と同様に作製し、表面を故意に粗くした場合（比較例２）では、表面粗さを反映して画像の光沢度が大きく低下したり、平滑性で大きな違和感が生じた。そして、この場合は、ベルトの表面にとりわけ画像エッジ部に相当する箇所のトナーが付着していることも確認された。
更に、微小硬度を４５と大きくし、光沢度Ｇｓ（２０°）を大幅に上げた場合(比較例４)では、画像の光沢度Ｇｓや光沢度差ΔＧｓが低下すると共に、パッチ段差や平滑性で大きな違和感を生じた（光沢むらやエッジボイドが大）。特に、この場合、光沢度に関しては均一であるものの、用紙上の画像全体での画像グロスが低下し、高光沢画像の風合いが損なわれる結果となった。
この結果から、本件発明の有効性が確認された。
【００６３】
そして、本発明者は、更に詳細に微小硬度及び光沢度Ｇｓ（２０°）を検討した結果、定着ベルト表面の微小硬度が５より小さい場合には、画像の中間濃度部の光沢度が低下しΔＧｓ（２０°）が悪化してしまうことが分かった。また、定着ベルトの微小硬度が３０より大きい場合には、画像エッジ部のエッジボイドが出始め、非画像部と画像部の境界部における段差に関して違和感を感じる画像となった。このような条件で人物画のような絵柄の画像を定着すると、前者の場合は画像面内の光沢むらを生じて平滑性に欠ける画像となり、後者の場合には画像部と非画像部の画像境界部や濃淡の差の大きい画像においてレリーフ感が目立ちやすい画像となる。
更に、定着ベルトの長期的使用に対しては、微小硬度が６以上であればベルトの摺擦性が良好になることも分かった。
【００６４】
また、図１３は、実施例１−２で測定した画像濃度と光沢度との関係をプロットしたもので、これによれば、画像濃度を１０〜１００％に変化させても、均一な光沢度が得られることが理解される。これに対し、図１４は、比較例３で測定した画像濃度と光沢度との関係をプロットしたもので、上述した実施例１−２に比べ、画像濃度による光沢度の変化が見受けられることが理解される。
【００６５】
そして、本実施例では、熱可塑性樹脂層が１０４Ｐａ・ｓ以下であれば良好な画像が得られた。このとき、熱可塑性樹脂層の粘度変化を測定した結果が、図１５の図である。この粘度測定は、フローテスター粘度を測定したもので、荷重１０ｋｇｆ、直径５ｍｍ、昇温条件１℃／ｍｉｎとした。この結果から、熱可塑性樹脂層が１１０℃で１０４Ｐａ・ｓ以下であった。すなわち、このような条件であれば、トナー像を熱可塑性樹脂層に良好に埋め込むことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る定着装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の実施の形態１の概要を示す説明図である。
【図３】実施の形態１の定着器の概要を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は実施の形態１の定着ベルトの構造を示す説明図である。
【図５】実施の形態１で用いられる用紙の構造を示す説明図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は定着ニップ域での定着状況を示す説明図であり、（ａ）は定着ベルトと用紙とが接触した状態、（ｂ）は定着後の状態を示す。
【図７】（ａ）（ｂ）は定着ニップ域での画像濃度の異なる画像の定着状況を示す説明図であり、（ａ）は定着ベルトと用紙とが接触した状態、（ｂ）は定着後の状態を示す。また、（ｃ）は画像濃度の異なるパッチ画像を示す。
【図８】実施の形態２に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。
【図９】実施の形態３に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。
【図１０】実施の形態４に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。
【図１１】実施例の評価項目であり、（ａ）はエッジボイド、（ｂ）はパッチ段差を示す説明図である。
【図１２】実施例の結果を示す表である。
【図１３】実施例１−２の測定結果を示すグラフである。
【図１４】比較例３の測定結果を示すグラフである。
【図１５】用紙の熱可塑性樹脂層の粘度変化に関するグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１…記録シート，２…定着ベルト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式、静電記録方式等による画像形成装置にて形成されるトナー像を記録シートに転写又は定着するための定着ベルト及びこれを用いた定着装置並びに画像形成装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば電子写真方式による複写機やプリンタ等の画像形成装置がよく知られている。近年、デジタルスチルカメラにより撮影された写真画像を電子写真方式の画像形成装置にてプリント出力することが盛んに行われるようになっている。
このような用途では、形成される画像は高光沢の仕上げが好まれていることから、電子写真方式の画像形成装置での適用例が多数提示されている。
【０００３】
例えば、表面に熱可塑性樹脂からなる受像層が形成された記録シートを用いて、定着時には、定着ベルトを用いて記録シートの加熱・加圧によって軟化された受像層にトナー像を埋め込むようにして、画像の表面段差を低減させると共に、定着ベルトの表面性をそのまま写し取らせることで、画像表面の光沢を上げるようにした方式が記載されている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００４】
一方、このような定着ベルトそのものについても、好適な例が提示されている。例えば特許文献５では、ベルト基材の表面にフッ素系粒子が分散されたフルオロカーボンシロキサンゴムを主成分とした表面層を形成することで、長期に亘って安定した高光沢な画像が得られることが記載されている。
また、定着ベルト表面の硬度、特に微小硬度についても提示されており、特許文献６では、微小硬度を０．１〜５、表面光沢度を７５以上（入射角７５°にて）とすることで高光沢画像が得られることが記されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６４−３５４５２号公報（実施例、第１図）
【特許文献２】特開平５−２１６３２２号公報（課題を解決するための手段、図２）
【特許文献３】特開２００１−８３８３４号公報（実施例１、図２）
【特許文献４】特開２００４−１９１６７８号公報（発明の実施の形態、図１）
【特許文献５】特開２００５−４３６５７号公報（実施例）
【特許文献６】特開２００２−９１２１２号公報（実施例、表１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、トナーを担持する記録シートと定着ベルトを重ね合わせた状態で加熱加圧して定着させる方式にあっては、画像の光沢性を確保するためには、トナーを記録シート表面の熱可塑性樹脂層中に十分埋め込ませることが必要である。
【０００７】
しかしながら、定着ベルトの表面が柔らかすぎると、トナー画像の中間調部（ハーフトーン部）においてグロス低下が発生するという課題がある。
例えば、記録シート上に担持されるトナー像の高さは、その画像濃度に応じて数μｍ〜数１０μｍの範囲で散在するようになる。また、トナー濃度や画像解像度、スクリーン線数に応じてトナーの堆積密度もまちまちとなる。このため、特にトナー像のない部分では定着ベルトと記録シートの密着性が向上し高光沢を得ることができる一方、トナーが数１０μｍの高さに担持されたベタ画像（例えばプロセスブラック）の部分では、定着ベルトとトナー像との密着性が向上しトナー像に対し高加圧状態となることで、ベタ画像が記録シートの熱可塑性樹脂層中に良好に埋め込まれ、良好な平滑性、均一な光沢を得ることができるようになる。しかしながら、トナー濃度の中間調部分（ハーフトーン画像）の部分では、定着ベルトの表面自体が柔らかいため、トナーの表面形状に倣って変形できることからある程度の光沢は得られるものの、トナー像への圧力はベタ画像に比べ分散されるようになり、トナー像を記録シートの熱可塑性樹脂層中に十分埋め込むことができず、更には、定着ニップ時にトナー像が埋め込まれる際の歪が定着ニップ排出後に開放され微小な凹凸が復元するようになることから、非画像部やベタ画像部に比べ相対的に光沢が低下するようになる。
【０００８】
また、定着ベルトの表面が硬すぎる場合には、記録シート上のトナー像に対する定着ベルト表面の追従性が低下してしまい、画像濃度境界部（特に交差する線画の交差部の上流側に発生し易い）においてエッジボイドと呼ばれる気泡溜りが発生し、それによって高濃度部と低濃度部の境界部分に微小な光沢低下を引き起こしてしまう。更に、画像濃度によっては記録シートと定着ベルト表面との密着性が低下し、画像に光沢むらを生じてしまうようにもなる。更にまた、記録シートとして厚紙を使用する際には、厚紙の先端部分や両端部分などに当接するベルト表面に大きな応力が作用し、ベルト表面を損傷させるようにもなる。
【０００９】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、記録シート上に担持されたトナー像をベルト部材と重ね合わせた状態で加熱加圧することで定着させる方式にあって、画像濃度等に拘わらず良好な平滑性並びに均一な光沢性を得ることができる定着ベルト及びこれを用いた定着装置、画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような技術的課題を解決するために、本件発明者は、画像の光沢性について記録シート表面の受像層の効果に着目し、ハーフトーン画像での光沢度差を低減させることでの検討を重ねた結果、定着ベルト表面の硬さ及び平滑性のより適正な範囲を見出した。また、定着ベルトの平滑性を鏡面光沢度で評価する際、従来の入射角７５°では表面の微小な凹凸を直接反映した測定が困難であり、入射角を小さくすることで平滑性の適切な評価が可能であるとの知見を得て、本件発明を案出するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、図１に示すように、未定着トナー像が担持された記録シート１の未定着トナー像に表面が接触し且つ加熱及び加圧することで定着させる定着装置に用いられる無端状の定着ベルト２であって、前記未定着トナー像と接する表面は、微小硬度が５以上３０以下であり且つ光沢度Ｇｓ（２０°）が５０以上に設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
このような技術的手段において、定着ベルト２の微小硬度が５未満では定着ベルト２表面が柔らか過ぎ、特にハーフトーン画像（トナー濃度の中間調部分）のような場合には、定着ニップ域で定着ベルト２がトナー像の凹凸に合った変形を行うようになり、トナー像表面を十分均一に加圧することができなくなり、光沢のある画像を得難くなる。一方、微小硬度が３０を超えるようになると、定着ニップ域でトナー像を押しつぶすようになり、エッジボイドを発生したり、シャープな画像が得られないようになる。尚、微小硬度は、ダイナミック超微小硬度計ＤＵＨ−２０１（（株）島津製作所製）を用いて測定した値であり、薄い定着ベルト２の表面硬度を測定可能なものである。
【００１３】
また、定着ベルト２の微小硬度を所定の値に選定したとしても、定着ベルト２を使用する方式ではベルト表面がトナー像に写し取られるため、定着ベルト２の表面性が粗い場合には高光沢画像を得難いようになる。本発明では、定着ベルト２の鏡面光沢度としてより微小な凹凸を評価することが必要との判断から、入射角を２０°とする光沢度Ｇｓ（２０°）を規定した。そして、このＧｓ（２０°）が５０以上に設定されることで、画像表面の光沢も高く、また、光沢度差を小さく維持できるようになる。仮に、Ｇｓ（２０°）が５０未満では、画像の光沢性が低下してしまい、特に写真プリントのような適用ができなくなる。
【００１４】
また、本発明では、定着ベルト２の微小硬度を６以上３０以下にすることが好ましく、これによれば、定着ベルト２自体の耐摺擦性を一層高めることができるようになり、長期に亘って安定した画像を維持できるようになる。
【００１５】
更に、本発明の定着ベルト２は、耐熱性ベルト基材の表面に弾性層又は更に離型層が積層されたものとすることが好ましく、定着ベルト２としてベルト基材表面に弾性層を積層することで、定着ベルト２の機械的強度を向上させると共に安定した微小硬度を実現できるようになる。また、弾性層の上に更に離型層を備えることであっても差し支えなく、更には、ベルト基材の表面に離型層を備えるようにしてもよい。特に、離型層では定着ベルト２へのトナーの付着を抑止し、定着ベルト２表面の清浄作用を長期に亘って維持することができるようになる。
そして、弾性層及び離型層としては、フルオロカーボンシロキサンゴムを主成分とするものとすることが好ましく、これによれば、定着ベルト２へのトナー等の汚れ固着を抑止し、長期に亘って安定した表面を維持することができるようになる。更に、弾性層及び離型層としてフッ素微粒子を分散させたフルオロカーボンシロキサンゴムを主成分とするものにすれば、一層効果的になる。
【００１６】
また、本発明は、定着ベルト２のみならず、定着装置をも対象とするものであり、この場合、未定着トナー像が担持された記録シート１の未定着トナー像に定着ベルト２の表面が接触し且つ加熱加圧することで定着させる定着装置における定着ベルト２として、上述の定着ベルト２を用いるようにすればよい。
【００１７】
更に、このような定着装置に好適な記録シート１としては、少なくともトナー像担持面側に熱可塑性樹脂層が設けられ、この熱可塑性樹脂層上にトナー像を定着させるようにすることが好ましく、これによれば、トナー像を熱可塑性樹脂層に埋め込むことができ、画像の光沢性が向上するようになる。更にまた、トナー像の最上層として透明トナーを使用するようにすれば、画像面全面に亘って透明トナーを形成することができ、画像の光沢度を更に向上させ、より写真画像に近い仕上がりを得ることができるようになる。
【００１８】
また、トナー像が熱可塑性樹脂層に有効に埋め込まれる観点から、定着ニップ内の熱可塑性樹脂層の溶融粘度は、１１０℃の条件下にて１０４Ｐａ・ｓ以下となるように設定されていることが好ましい。
そして、画像の光沢むらを低減する観点から、定着された後の記録シート１上のトナー像は、当該記録シート１内での異なる画像面積率での光沢度の差ΔＧｓ（２０°）が１０以下に設定されることが好ましい。ここで、ΔＧｓ（２０°）とは、プロセスブラックの面積率を１０％間隔で出力したときの夫々のＧｓ（２０°）を測定し、その最大値と最小値との差を意味する。
【００１９】
更に、本発明は、画像形成装置をも対象とするものであり、この場合、記録シート１上に未定着トナー像を形成する作像エンジンと、上述の定着装置を備えるようにすればよい。また、このような画像形成装置のうち、作像エンジンが中間転写ベルトを用いる態様のものにおいては、定着ベルト２が中間転写ベルトを兼用するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、未定着トナー像が担持された記録シートの未定着トナー像に表面が接触し且つ加熱及び加圧することで定着させる定着装置に用いられる無端状の定着ベルトとして、定着ベルトの表面の微小硬度を５以上３０以下とし且つ光沢度Ｇｓ（２０°）を５０以上に設定したので、長期に亘って安定した高光沢画像が得られるようになる。特に、ハーフトーン画像のような画像濃度が異なる場合でも、良好な平滑性並びに均一な光沢性を得ることができ、画像段差感や画像境界部に生じるエッジボイドのない画像を得ることができる。
また、このような定着ベルトを用いることで、良好な平滑性並びに均一な光沢性が長期に亘って形成可能な定着装置並びに画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は、本発明が適用されたカラー画像形成装置の実施の形態１を示す。同図において、本実施の形態の画像形成装置は、例えば電子写真方式を採用したものであって、イエロー（Ｙ色）、マゼンタ（Ｍ色）、シアン（Ｃ色）及びブラック（Ｋ色）の４色トナー像を形成する作像エンジン２０と、作像エンジン２０に記録材としての用紙を供給する多段の給紙カセット１１〜１３を引き出し可能に収容し、作像エンジン２０の用紙搬送方向下流側に定着器４０を配設したものとなっている。
【００２２】
本実施の形態の作像エンジン２０は、所謂ロータリー方式であり、感光体ドラム２１上に形成された各色トナー像を中間転写ベルト３０上へ多重転写するようになっている。
感光体ドラム２１の周囲には、感光体ドラム２１を帯電する帯電ロール等の帯電器２２、感光体ドラム２１上に潜像を形成するレーザスキャナ等の露光器２３、感光体ドラム２１上の潜像を顕像化する現像器２４、感光体ドラム２１上の各色トナー像を中間転写ベルト３０上に一次転写する例えば一次転写ロールからなる一次転写器２５、感光体ドラム２１上に残留した残留トナーを清掃する感光体クリーナー２６が配設されている。
【００２３】
また、中間転写ベルト３０は、複数の張架ロールに張架され、例えば張架ロール３１を駆動ロール、張架ロール３２をテンションロールとして循環搬送するものであり、例えば二次転写ロールからなる二次転写器３４が張架ロール３３をバックアップロールとして対向配置されている。更に、この中間転写ベルト３０の張架ロール３１と対向する位置には、中間転写ベルト３０上の残留トナーを清掃するベルトクリーナー３５が設けられている。
更に、作像エンジン２０の上方には、現像器２４に各色トナーを補給する４色のトナーボックス３６が設けられ、図示外の搬送路を介して現像器２４内の夫々の色に対応した位置にトナーを供給するようになっている。
【００２４】
本実施の形態における用紙搬送系は、次のようになっている。夫々の給紙カセットから送り出された用紙は、用紙搬送経路１４に搬送され、二次転写器３４に入る前に用紙の位置決め規制を行うレジストロール１５、二次転写器３４によって未定着トナー像が転写された用紙を搬送する搬送ベルト１６、未定着トナー像を定着する定着器４０、定着後の用紙を排出トレイ１８へ送り出す排出ロール１７等が設けられている。そして、本実施の形態では、給紙カセット１１〜１３の他に用紙を手差し供給可能な手差しトレイ１９が設けられ、用紙搬送経路１４への用紙供給を可能にしている。
【００２５】
特に、本実施の形態の定着器４０は図３のように構成されている。同図において、定着器４０は、ハロゲンランプ等の加熱源４２を内部に有する定着ロール４１と、この定着ロール４１に対向して配置され且つ内部に加熱源４４を有する加圧ロール４３と、定着ロール４１と加圧ロール４３との間に挟持搬送され、定着ロール４１と複数のロール部材（剥離ロール４６、ステアリングロール４７）に張架されて循環する定着ベルト４５と、定着ロール４１の下流側で定着ベルト４５裏面に接して定着ベルト４５を冷却する冷却器４８とを備えたものとなっている。
【００２６】
定着ロール４１は、熱伝導性の高いアルミニウムやステンレス等の金属製コア４１ａの周囲に厚さ１０〜２００μｍ程度のＰＦＡチューブ等からなる離型層（図示せず）が形成された構成となっており、コア４１ａの内部に加熱源４２が設けられ、この加熱源４２は定着ロール４１表面が所定の温度になるように加熱制御されている。
一方、加圧ロール４３は、熱伝導性の高いアルミニウムやステンレス等の金属製のコア４３ａの周囲にゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ硬度）３０〜７０度程度のシリコーンゴム等の弾性層４３ｂが１〜３ｍｍ程度に均一に被覆されており、弾性層４３ｂの表面には定着ロール４１の離型層と同様の離型層（図示せず）が形成されている。また、本実施の形態では、この加圧ロール４３のコア４３ａの内部にも加熱源４４が設けられ、加圧ロール４３の表面が定着ロール４１の表面と同程度か０〜３０℃程度低い所定の温度になるように加熱制御されている。
そのため、定着器４０に搬送された用紙は、定着ロール４１と加圧ロール４３との定着ニップ域Ｎにて、トナー像面が定着ベルト４５に接した状態で十分な加熱、加圧がなされるようになる。尚、加圧ロール４３は、図示外の支持フレームに支持され、用紙が定着ニップ域Ｎを通過する際、定着ロール４１と加圧ロール４３との間に所定の荷重を印加するための加圧機構が設けられており、用紙の有無に合わせて加圧ロール４３がリトラクトするようになっている。
【００２７】
そして、定着ベルト４５は、図４（ａ）に示すように、耐熱性を有する基材層４５ａの上に、弾性層４５ｂ、離型層４５ｃを備えた３層構造のものとなっている。
基材層４５ａとしては、耐熱性、機械的強度及び熱特性（熱伝導性や膨張係数等）などの観点から、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾール、サーモトロピック液晶ポリマー等の耐熱性樹脂シートや、ニッケル、アルミニウム、ステンレス等の金属シートを用いることが可能であるが、熱特性を考慮するとポリイミド、ポリベンズイミダゾールからなる耐熱性樹脂シートが好ましい。また、基材層４５ａとしては、帯電特性を考慮して、上述の耐熱性樹脂に導電性粉体やカーボンブラック等を添加して体積抵抗率を調整するようにしてもよく、その形成方法についても公知の方法であれば特に制限されるものではない。
【００２８】
更に、基材層４５ａの厚みは、定着ベルト４５としての機械的強度、熱容量、熱伝導性等の観点から２０〜２００μｍの範囲であることが望ましい。厚みが２０μｍ未満であれば、機械的強度が不足して、定着ベルト４５としての取扱性が悪くなり、また、厚みが２００μｍを超えるようになると定着ベルト４５自体の熱容量が大きくなり過ぎ、ウォームアップ時間を長くしなければならなくなったり、それによる消費電力の増大も生じるようになる。
【００２９】
また、弾性層４５ｂとしては、耐熱性を有するものであれば特に限定されず、代表的にはシリコーンゴムやフッ素ゴムあるいはそれらのハイブリッドゴムが適用され、また、弾性層４５ｂを形成する方法については公知の方法であれば特に制限されるものではない。
更に、弾性層４５ｂの厚みとしては、弾性層４５ｂとしての機械的強度、熱容量、熱伝導性の機能の観点からすれば、１０〜２００μｍの範囲であることが好ましく、厚みが１０μｍ未満の場合には弾性体としての機能が発揮されないばかりか、定着ニップ域Ｎにおける弾性変形や応力による歪によってゴム弾性が失われたり、破損が生じたりするようになる。一方、２００μｍを超えると弾性層４５ｂ自体の熱容量が大きくなり過ぎ、ウォームアップ時間を長くしなければならなくなったり、それによる消費電力が増大するようにもなる。
【００３０】
離型層４５ｃとしては、トナーに対する離型性を有する材料であれば特に制約されるものではなく、公知の材料を利用することが可能である。例えば、トナー像との離型性や耐熱性を考慮したものとしてＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体樹脂）やＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂）、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）が挙げられる。
更に、離型層４５ｃとしてフッ素粒子が分散されたフルオロカーボンシロキサンゴムを主成分としたものを用いるようにすれば、離型層４５ｃ表面の安定性が長期に亘って確保されるようになり、光沢の高い画像が得られるようにもなる。
上述した離型層４５ｃでは、各種添加剤の配合比や分子量を制御することによって、最適な硬度を選択することができ、また、離型層４５ｃを形成する方法については、公知の方法であれば特に制限されるものではない。
そして、離型層４５ｃの厚みとしては、離型層４５ｃの摩耗による減耗やトナーとの離型性機能の観点から３〜５０μｍ程度のものが好ましい。
【００３１】
また、本実施の形態の定着ベルト４５としては、上述したような構造の如何に関わらず、用紙のトナー像と接するベルト表面の微小硬度が５〜３０であり、かつ、光沢度Ｇｓ（２０°）が５０以上に設定されている。そして、より好ましくは、微小硬度を６〜３０とすることで、定着ベルト４５の耐摺擦性を向上させることができるようになる。
微小硬度（ＤＨ：Dynamic Hardness）は、ダイナミック超微小硬度計ＤＵＨ−２０１（（株）島津製作所製）を用いて、測定荷重Ｐ（圧子が押し込み深さＤに達した際の荷重）を測定すると共に、その際の測定荷重Ｐと押し込み深さＤに基づき以下のように求めたものである。すなわち、硬度計の圧子の先端をベルト表面に垂直に一定速度で押し込み、そのときの押し込み深さＤと必要な荷重Ｐを測定する。このため測定試料の弾性変形だけでなく塑性変形をも含んだ状態での特性が測定されるようになる。
【００３２】
測定条件としては、次のようになっている。
・圧子：三角錐（１１５°）、ベルコビッチタイプ
・負荷速度：０．１４２１９ｍＮ／ｓｅｃ
・試験荷重：３ｍＮ
・測定環境：２２℃５５％ＲＨ
・算出式：微小硬度（ＤＨ）＝α×Ｐ／Ｄ２（ここで、α＝３．８５８４）
【００３３】
更に、光沢度Ｇｓ（２０°）は、ＪＩＳ Ｚ８７４１に基づいてグロス測定器ＧＢ−４５１２（ＢＹＫ−Gardner社製）を用いて、入射角と反射角を２０°としたときに得られる数値であり、本実施の形態では、定着ベルト４５表面の光沢度が５０以上となるようになっている。
【００３４】
尚、本実施の形態における定着ベルト４５は、上述した３層構成のものに限らず、例えば、図４（ｂ）（ｃ）に示すような構成のものであっても使用可能である。すなわち、図４（ｂ）に示すように、基材層４５ａ上に離型層４５ｃのみ備える構成や、（ｃ）に示すように、基材層４５ａのみの構成であってもよく、この場合、いずれも微小硬度及び光沢度Ｇｓ（２０°）を満足するようにすればよい。
【００３５】
そして、このような光沢を得るための方法としては特に制約されるものではないが、上述のベルトの層構成に応じて適宜選択する必要があると言える。例えば、基材層４５ａの上層に離型層４５ｃを有するベルトの場合、離型層４５ｃの塗布工程や、一次加硫時のパラメータを適宜選択して得られる。また基材層４５ａのみで形成されたベルトを用いる場合においては、例えば、研磨テープ等によりその表面を湿式又は乾式で研磨する方法により行うものであり、特に研磨テープの５０００番以上のものを選ぶなど適宜研磨条件を選択することが重要である。
【００３６】
また、図３に示すように、本実施の形態における定着器４０に用いられる剥離ロール４６は、定着ベルト４５の移動に従動して回転し、この剥離ロール４６が定着ベルト４５を巻き付けながら張架することで、定着ベルト４５の移動方向を急激に変化させるようになり、定着ベルト４５上の用紙は剥離ロール４６の位置で用紙自体の剛性によって自然に定着ベルト４５から剥離されるようになる。また、ステアリングロール４７は、定着ベルト４５自体を常時緊張させるようにしたものであり、定着ベルト４５を外方に押圧することで緊張を維持させ、定着ベルト４５が循環移動したときに生じる偏りを修正するために設けられている。
【００３７】
更に、本実施の形態での冷却器４８は、定着ロール４１と剥離ロール４６との間で、定着ベルト４５裏面に接して設けられ、定着ベルト４５の熱を吸熱することで定着ベルト４５を冷却するようになっている。そのため、定着ベルト４５に密着搬送される用紙の冷却が行われるようになる。本実施の形態での冷却器４８は、定着ベルト４５に沿った面から略直交する方向に延びた多数の放熱フィンが設けられたフィン部材４８ａと、これを覆うように設けられたカバー４８ｂとで筒状に構成されたものであり、図示外の送風ブロアによって内部に空気を流すことでフィン部材４８ａの熱を強制的に放熱させるようにしたものである。
【００３８】
ここで、本実施の形態において用いられる用紙について説明する。
本実施の形態の画像形成装置によれば、通常の画像形成装置で用いられる各種用紙（例えば普通紙、コート紙、アート紙等）に適用可能であるが、特に、図５に示すような構成の用紙を使用することで最も有効な効果が得られるようになる。
図５において、用紙は、所謂普通紙と同様の成分（セルロース等）からなる基材層Ｌ１と、基材層Ｌ１の両面に被覆される防湿層Ｌ２、更に、防湿層Ｌ２の上に被覆される受像層Ｌ３とで構成されている。
【００３９】
基材層Ｌ１として、特に、写真画像のような高光沢画像を形成する場合には、白色度が高く、適度な厚み（１５０〜２３０μｍ）を有していることが望ましい。
また、防湿層Ｌ２としては、例えばポリエチレン等の透気性の低い樹脂からなり、数μｍ程度のものでよい。この防湿層Ｌ２によって基材層Ｌ１への水分の侵入が抑止され、高湿環境下にあっても基材層Ｌ１が水分を吸ってカールするのを防いでいる。
更に、受像層Ｌ３としては、例えばポリエステル等の熱可塑性樹脂を主成分とする層であり、トナー像が形成される面（記録面）に形成されている。受像層Ｌ３の厚さとしては５〜３０μｍ程度が好ましく、受像層Ｌ３の厚さがこの範囲を下回ると、定着時にトナーを受像層Ｌ３内に十分埋め込むことができなくなり、画像表面に凹凸を生じて光沢度が低下する一方、この範囲を上回ると、例えば剥離部位（剥離ロールによる）などで用紙が湾曲したときに画像表面にクラックが発生し易くなる。尚、受像層Ｌ３としては、ポリエステルに限らず、スチレン−（メタ）アクリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、エポキシ樹脂、ポリウレタン等の合成樹脂を用いることができる。
【００４０】
次に、本実施の形態における画像形成装置の作動について、特に定着器４０での作動を中心に説明する。
図６（ａ）（ｂ）は、定着時の定着ニップ域Ｎでのトナー像の埋め込み状況を示すもので、（ａ）は定着前の定着ベルト４５と未定着トナー像が転写された用紙とが接触開始した状態を示し、（ｂ）は定着完了後の状態を示すものとなっている。尚、この例では、定着ベルト４５は基材層４５ａ上に離型層４５ｃを被覆したものとして示している。
【００４１】
本実施の形態では、定着前に（ａ）のような状態であったものが、定着ニップ域Ｎでは用紙の受像層Ｌ３（熱可塑性樹脂層）中にトナー像が押し込まれるようになる。そして、特に本実施の形態では、定着ベルト４５の微小硬度及び光沢度Ｇｓ（２０°）を所望の値にしていることから、定着ニップ域Ｎでのトナー像への十分均一な加圧が可能であり、未定着トナー像が用紙の受像層Ｌ３中に埋め込まれるようになる。
【００４２】
また、図７（ａ）（ｂ）は、画像濃度が異なる場合の定着時の定着ニップ域Ｎでのトナー像の埋め込み状況を示すもので、（ａ）は定着前に定着ベルト４５と未定着トナー像が接触する直前の状態であり、（ｂ）は定着ニップ域Ｎでの加圧状態を示している。
ここで、未定着トナー像は、（ｃ）のように、画像濃度が異なっており、ベタ部Ｔ１００（１００％）、１０％濃度部（Ｔ１０）、５０％濃度部（Ｔ５０）の３種の場合を例示しているが、Ｔ１００ではトナーが一番厚く、続いてＴ５０、Ｔ１０の順に薄くなっている。
そのため、定着ベルト４５で押圧された場合、定着ベルト４５の硬さが柔らか過ぎるとトナーの厚さが変化したとき、ベルト表面もそれに追随して変化し、夫々のトナー（Ｔ１００、Ｔ１０、Ｔ５０）に均等な加圧がなされず、例えばＴ１００では用紙の受像層Ｌ３への埋め込み不足を生じるようになり、定着後の画像表面の光沢性が低下するようになる。一方、定着ベルトの硬さが硬すぎると、一番厚いＴ１００に大きな加圧がなされ、画像崩れを生じたり、夫々のトナー（Ｔ１００、Ｔ１０、Ｔ５０）を十分均一に受像層Ｌ３に埋め込むことができずに、却って光沢むらを生じるようにもなる。
【００４３】
本実施の形態では、定着ベルト４５の微小硬度及び表面の光沢度Ｇｓ（２０°）を所望の値に調整したので、特に、上述のような画像濃度が異なる画像であっても、定着時の均一な加圧を可能にし、更に、定着後の画像表面の平滑性も向上できることから、写真画像のような高光沢画像を実現することができるようになる。
【００４４】
本実施の形態では、フルカラー４色の画像形成について説明したが、例えば透明トナーを加えた５色の画像形成装置にも適用でき、この場合、トナー像の最上層を透明トナーとすることで、この透明トナーを画像全域に亘って形成するようにすれば、カラートナーが形成されない部位（用紙自体の表面）の光沢度も向上させることができるようになる。また、全面に亘って、透明トナーによって平均化するようにすることも可能になり、一層画像の光沢度を向上させることができるようになる。
【００４５】
更に、本実施の形態では、所謂ロータリー方式の画像形成装置を示したが、例えば各色毎の作像ユニットを中間転写ベルトに対向して並列配置させた、所謂タンデム方式においても同様の定着器を備えるようにすれば、写真画像のような高光沢画像が得られるようになる。
更にまた、定着器として、定着ベルトを用いた定着器以外に、例えばその上流側に通常の加熱加圧方式の定着器を追加配置して、通常の普通紙へ出力する低光沢プリントと、写真画像のような高光沢プリントとを定着器を切り替えて行うようにしてもよい。
【００４６】
◎実施の形態２
図８は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態２を示すものである。本実施の形態は、実施の形態１と略同様に構成されるが、定着器４０を画像形成ユニット１０に装着自在なオプションユニット６０側に配置した構成となっている。そのため、画像形成ユニット１０側には、用紙の搬送経路中に通常の加熱加圧方式の定着部５０が実装されている。尚、実施の形態１と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。
【００４７】
本実施の形態における定着部５０は、通常の構成であり、加熱ロール５１と加圧ロール５２とのニップによって定着が行われるようになっている。尚、本実施の形態では、加熱ロール５１及び加圧ロール５２共に内部にハロゲンランプ等の加熱源を備えている。
そのため、本実施の形態では、画像形成ユニット１０内に備わる定着部５０によって用紙上の未定着トナー像は一旦定着が施された後、更にオプションユニット６０の定着器４０によって高光沢な画像が得られるようになる。そして、この定着器４０によって高光沢画像がなされた用紙は、オプションユニット６０側の排出ロール６１から排出トレイ１８へ排出されるようになる。尚、図中、符号５３は定着部５０の直後に設けられた搬送ロールである。
【００４８】
このような構成において、定着器４０は実施の形態１と同様のため、本実施の形態においても実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００４９】
◎実施の形態３
図９は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態３を示すものである。本実施の形態は、実施の形態２と略同様に構成されるが、画像形成ユニット１０に装着自在なオプションユニット７０の構成が実施の形態２の構成と異なる。また、画像形成ユニット１０内には、給紙カセットを４個（符号１１，１２，１３ａ，１３ｂ）備え、作像エンジン２０の上部にはトナーボックスを備えていない。尚、実施の形態２と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。
【００５０】
本実施の形態におけるオプションユニット７０は、画像形成ユニット１０内の定着部５０にて一旦定着され、排出ロール１７から排出される用紙に対し、切替部材７１によって下流側の用紙搬送経路を切り替えるようになっている。すなわち、オプションユニット７０の第１排出ロール７２からオプションユニット７０の上部筐体で形成される第１排出トレイ７３へ排出する経路と、搬送ベルト７４を介して実施の形態１と同様の定着器４０へ導き、定着後に第２排出ロール７５から第２排出トレイ７６へ導く経路とに切り替えられる。
【００５１】
そのため、例えば、普通紙に文字ものをプリントしたときには、定着部５０にて定着が行われた画像をそのまま第１排出トレイ７３へ排出する低光沢プリントを実現し、一方、専用用紙に写真画像をプリントするときには、定着部５０で一旦仮定着を行った後、定着器４０によって高光沢画像として第２排出トレイ７６へ排出する高光沢プリントを実現できるようになる。
本実施の形態では、このように、画像に合わせた定着を選択することができ、その分、画像に合った視認性を確保することができるようになり、また、消費電力も低減させることが可能になる。
【００５２】
更に、本実施の形態においても、定着器４０を実施の形態１と同様に構成したことから、高光沢画像を実現することができるようになる。
【００５３】
◎実施の形態４
図１０は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態４を示すものである。本実施の形態は、実施の形態１と略同様に構成されるが、定着器４０が専用とはならず、定着器４０の定着ベルトが作像エンジン２０の中間転写ベルトを兼用するベルト部材８０となっている。尚、実施の形態１と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。
【００５４】
本実施の形態では、作像エンジン２０の中間転写ベルトと定着ベルトとが共通化された１本のベルト部材８０となっており、このベルト部材８０は、複数の張架ロール（例えば、駆動ロール８２、定着ロール４１、剥離ロール４６、ステアリングロール４７等）に掛け渡されて循環移動するようになっている。尚、符号８１は二次転写器３４と対向配置されるバックアップロールであり、符号８３は、二次転写後の用紙を搬送する搬送ベルトとなっている。
【００５５】
本実施の形態においては、ベルト部材８０上に４色のトナー像を形成するまで、二次転写器３４、加圧ロール４３はリトラクトしており、また、定着ロール４１の加熱源はベルト部材８０を搬送されるトナー像に影響のない範囲に温度が低下している。このような状況下で４色のトナー像がベルト部材８０上に多重転写された後、二次転写器３４とバックアップロール８１との間の転写バイアスによってベルト部材８０上の多重化トナー像は用紙に一括転写される。一括転写された用紙は、搬送ベルトを介して定着ロール４１と加圧ロール４３で形成される定着ニップ域にて定着がなされるようになる。
【００５６】
本実施の形態では、このような転写同時定着方式の画像形成装置であり、このような方式にあってもベルト部材８０が実施の形態１と同様の構成となっていることから、実施の形態１と同様の効果を奏する。
尚、本実施の形態では、所謂ロータリー方式の画像形成装置としたが、所謂タンデム方式を採用すれば、二次転写器３４や加圧ロール４３のリトラクトを不要とし、更に、加熱源の制御も簡略化されることは明らかである。
【実施例】
【００５７】
本実施例は、各種の定着ベルトによる画像評価テストを行ったものである。
評価した定着ベルトは、ベルト基材として周長５２７．８ｍｍ×幅３３０ｍｍ×厚さ７５μｍの無端状で、カーボンブラックを添加して体積抵抗率をＲｖ＝１０１２Ω・ｃｍに調整したポリイミド基材を使用した。
【００５８】
このベルト基材の上に次の処理を行い試料とした。
○実施例１
基材上に、弾性層としてフルオロカーボンシロキサンゴム前駆体組成物であるＳＩＦＥＬ６１０（信越化学工業（株）製）と、更に、離型層として硬度を変えるために異なる種類のフッ素微粒子であるＰＴＦＥとをフッ素系溶媒に分散させて調整した塗布液を浸漬塗布することで厚さが略３０〜５０μｍの塗膜を形成した。その後一次加硫、二次加硫過程を経て、最終的に微小硬度が３〜３５である表面層が形成された７種の定着ベルトを得た。浸漬塗布法によって得られたベルト表面の光沢度Ｇｓ（２０°）は一次加硫パラメータを制御することでいずれも５０以上のものを得た。
そして、この中から、微小硬度が３及び３５の２種のものを比較例１及び比較例３とした。
○比較例１
上述したように、実施例１の中から、微小硬度の小さいものを選定した。
○比較例２
基材上に、弾性層としてフルオロカーボンシロキサンゴム前駆体組成物であるＳＩＦＥＬ６１０（信越化学工業（株）製）と、更に、離型層としてフッ素微粒子であるＰＴＦＥとをフッ素系溶媒に分散させて調整した塗布液を浸漬塗布することで塗膜を形成した。その後一次加硫、二次加硫過程を経て、最終的に表面層膜厚が略３０μｍとなる表面層を形成したベルトを作成した。このときベルト表面グロスは、一次加硫パラメータを制御することでいずれも５０以上のものを得たが、更にこの後、１μｍ程度の微小粒子を用いてベルト表面をドライ方式のホーニング処理（梨地ブラスト処理）し、ベルト表面の光沢度Ｇｓ（２０°）を５０以下としたベルトを得た。
○比較例３
上述したように、実施例１の中から、微小硬度の大きいものを選定した。
○比較例４
基材上に処理を行わず、基材単体のみを用いて厚さ８０μｍの１層構造のベルトを得た。また、このとき、微小硬度は４５であり、ベルトの光沢度Ｇｓ（２０°）は９０以上であった。
【００５９】
この評価に用いた用紙及びトナーは次の通り。
用紙は、Ａ４判（２１０×２９７ｍｍ）サイズで、基材層の両面にポリエチレン樹脂を約１０μｍの厚さにコーティングしたものに対し、画像面のみに、更にポリエステル樹脂を約２０μｍの厚さで塗工したものとした。
また、トナーは、ワックス成分が添加されたスチレン−アクリル樹脂からなる平均粒径５．６μｍからなるものを使用した。
【００６０】
評価方法については、以下のように行った。
先ず、用紙に未定着トナー像を担持させるため、定着部を取り外したカラー画像形成装置ＤｏｃｕＣｏｌｏｒ１２５６ＧＡ改造機（富士ゼロックス（株）製）を用いて、用紙上にトナー像を形成した。その後、この未定着トナー像を実施の形態１の定着器構成で、定着ベルトとして各種変更したものを挿通させて加熱加圧を行い、未定着トナー像が定着された画像の画像評価を行った。
【００６１】
評価項目は、次の項目とした。
●画像の光沢度Ｇｓ
評価に用いた画像は、イエロー、シアン、マゼンタの３色を重畳させて得られるプロセスブラックの面積率を１０％間隔で０〜１００％まで変化させたトナー像を、夫々９×９ｍｍ以上の画像領域を有する矩形のパッチ画像として形成し、定着後の画像の光沢度Ｇｓ（２０°）を測定した。そして、平均値（Ａｖｅ）と最大値と最小値との差ΔＧｓ（２０°）を算出した。
このとき、ΔＧｓ（２０°）の数値が小さいほど画像平滑性に優れ、数値が大きいほど平滑性に欠けることとなる。
●エッジボイド
トナーの埋め込み性を確認する目的で、図１１（ａ）に示すプロセスブラック１００％のクロスラインチャート（×印）を用いて、用紙の熱可塑性樹脂層の溶融粘度を変えて画像のエッジボイドの発生状況（特に×印の上流側に発生する）をＧ０（エッジボイドなし）〜Ｇ５（エッジボイドが全体にある）の６段階に分けて評価した。尚、用紙の熱可塑性樹脂層の溶融粘度は、定着温度を変えることで行い、粘度が約１０３Ｐａ・ｓと約１０４Ｐａ・ｓでのエッジボイドを確認した。
●パッチ段差
パッチ画像の段差についても評価を行い、１辺が１５ｍｍ角のプロセスブラック１００％の画像を形成し、図１１（ｂ）に示すように、用紙表面とパッチ画像との段差ｈについて目視確認を行った。
そのときの結果を次の基準で評価した。
○：違和感なし、△：少し違和感あり、×：違和感が大きい
●平滑性
所定の写真チャートを出力し、画像の平滑性に対し、目視評価を行った。
そのときの結果を次の基準で評価した。
○：違和感なし、△：少し違和感あり、×：違和感が大きい
●ベルト弾性層の劣化
用紙の走行テスト（１００，０００枚）を行い、ベルト弾性層の劣化状態に対して目視評価を行った。
そのときの結果を次の基準で評価した。
○：ヒビ割れ発生はなし、△：軽微なヒビ割れが発生、×：顕著なヒビ割れが発生
【００６２】
評価結果を図１２に示す。
これによると、実施例１−１から１−５のように、微小硬度が５〜３０であり、光沢度Ｇｓ（２０°）が５０以上であれば画像の光沢度Ｇｓも８０以上が確保され、光沢度差ΔＧｓも１０以下と良好な画像が得られ、表面性の違和感もなかった。更に、パッチ段差もなくエッジボイドの発生もないため、平滑性に優れた画像を得ることができた。更にまた、定着ニップ内における用紙の熱可塑性樹脂における溶融粘度が１０４Ｐａ・ｓ以下となる定着条件においてもエッジボイドなどの画像欠陥を生ずることがなかった。
一方、微小硬度が３と小さい場合（比較例１）や３５と大きい場合（比較例３）には、定着ベルトの光沢度Ｇｓ（２０°）が５０以上であっても、光沢度差ΔＧｓが若干大きくなり、熱可塑性樹脂の溶融粘度が１０４Ｐａ・ｓのときに若干エッジボイドが発生したり、パッチ段差や平滑性の点で違和感を生じた。
また、実施例１と同様に作製し、表面を故意に粗くした場合（比較例２）では、表面粗さを反映して画像の光沢度が大きく低下したり、平滑性で大きな違和感が生じた。そして、この場合は、ベルトの表面にとりわけ画像エッジ部に相当する箇所のトナーが付着していることも確認された。
更に、微小硬度を４５と大きくし、光沢度Ｇｓ（２０°）を大幅に上げた場合(比較例４)では、画像の光沢度Ｇｓや光沢度差ΔＧｓが低下すると共に、パッチ段差や平滑性で大きな違和感を生じた（光沢むらやエッジボイドが大）。特に、この場合、光沢度に関しては均一であるものの、用紙上の画像全体での画像グロスが低下し、高光沢画像の風合いが損なわれる結果となった。
この結果から、本件発明の有効性が確認された。
【００６３】
そして、本発明者は、更に詳細に微小硬度及び光沢度Ｇｓ（２０°）を検討した結果、定着ベルト表面の微小硬度が５より小さい場合には、画像の中間濃度部の光沢度が低下しΔＧｓ（２０°）が悪化してしまうことが分かった。また、定着ベルトの微小硬度が３０より大きい場合には、画像エッジ部のエッジボイドが出始め、非画像部と画像部の境界部における段差に関して違和感を感じる画像となった。このような条件で人物画のような絵柄の画像を定着すると、前者の場合は画像面内の光沢むらを生じて平滑性に欠ける画像となり、後者の場合には画像部と非画像部の画像境界部や濃淡の差の大きい画像においてレリーフ感が目立ちやすい画像となる。
更に、定着ベルトの長期的使用に対しては、微小硬度が６以上であればベルトの摺擦性が良好になることも分かった。
【００６４】
また、図１３は、実施例１−２で測定した画像濃度と光沢度との関係をプロットしたもので、これによれば、画像濃度を１０〜１００％に変化させても、均一な光沢度が得られることが理解される。これに対し、図１４は、比較例３で測定した画像濃度と光沢度との関係をプロットしたもので、上述した実施例１−２に比べ、画像濃度による光沢度の変化が見受けられることが理解される。
【００６５】
そして、本実施例では、熱可塑性樹脂層が１０４Ｐａ・ｓ以下であれば良好な画像が得られた。このとき、熱可塑性樹脂層の粘度変化を測定した結果が、図１５の図である。この粘度測定は、フローテスター粘度を測定したもので、荷重１０ｋｇｆ、直径５ｍｍ、昇温条件１℃／ｍｉｎとした。この結果から、熱可塑性樹脂層が１１０℃で１０４Ｐａ・ｓ以下であった。すなわち、このような条件であれば、トナー像を熱可塑性樹脂層に良好に埋め込むことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る定着装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の実施の形態１の概要を示す説明図である。
【図３】実施の形態１の定着器の概要を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は実施の形態１の定着ベルトの構造を示す説明図である。
【図５】実施の形態１で用いられる用紙の構造を示す説明図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は定着ニップ域での定着状況を示す説明図であり、（ａ）は定着ベルトと用紙とが接触した状態、（ｂ）は定着後の状態を示す。
【図７】（ａ）（ｂ）は定着ニップ域での画像濃度の異なる画像の定着状況を示す説明図であり、（ａ）は定着ベルトと用紙とが接触した状態、（ｂ）は定着後の状態を示す。また、（ｃ）は画像濃度の異なるパッチ画像を示す。
【図８】実施の形態２に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。
【図９】実施の形態３に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。
【図１０】実施の形態４に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。
【図１１】実施例の評価項目であり、（ａ）はエッジボイド、（ｂ）はパッチ段差を示す説明図である。
【図１２】実施例の結果を示す表である。
【図１３】実施例１−２の測定結果を示すグラフである。
【図１４】比較例３の測定結果を示すグラフである。
【図１５】用紙の熱可塑性樹脂層の粘度変化に関するグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１…記録シート，２…定着ベルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着トナー像が担持された記録シートの未定着トナー像に表面が接触し且つ加熱及び加圧することで定着させる定着装置に用いられる無端状の定着ベルトであって、
前記未定着トナー像と接する表面は、微小硬度が５以上３０以下であり且つ光沢度Ｇｓ（２０°）が５０以上に設定されていることを特徴とする定着ベルト。
【請求項２】
請求項１記載の定着ベルトにおいて、
前記微小硬度が６以上３０以下であることを特徴とする定着ベルト。
【請求項３】
請求項１記載の定着ベルトにおいて、
耐熱性ベルト基材の表面に弾性層又は更に離型層が積層されたものであることを特徴とする定着ベルト。
【請求項４】
請求項３記載の定着ベルトにおいて、
前記弾性層及び離型層は、フルオロカーボンシロキサンゴムを主成分とするものであることを特徴とする定着ベルト。
【請求項５】
請求項３記載の定着ベルトにおいて、
前記弾性層は、フッ素微粒子を分散させたフルオロカーボンシロキサンゴムを主成分とするものであることを特徴とする定着ベルト。
【請求項６】
未定着トナー像が担持された記録シートの未定着トナー像に定着ベルトの表面が接触し且つ加熱及び加圧することで定着させる定着装置であって、
前記定着ベルトとして請求項１記載のベルト部材を用いたことを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項６記載の定着装置において、
記録シートは少なくともトナー像担持面側に熱可塑性樹脂層が設けられ、この熱可塑性樹脂層上にトナー像を定着させることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項７記載の定着装置において、
前記トナー像の最上層は透明トナーであることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項７記載の定着装置において、
定着ニップ内の前記熱可塑性樹脂層の溶融粘度は、１１０℃の条件下にて１０４Ｐａ・ｓ以下となるように設定されていることを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項７記載の定着装置において、
定着された後の記録シート上のトナー像は、当該記録シート内での異なる画像面積率での光沢度の差ΔＧｓ（２０°）が１０以下に設定されていることを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
記録シート上に未定着トナー像を形成する作像エンジンと、
請求項６記載の定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の画像形成装置のうち、作像エンジンが中間転写ベルトを用いる態様のものにおいて、
前記定着ベルトが中間転写ベルトを兼用するものであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
未定着トナー像が担持された記録シートの未定着トナー像に表面が接触し且つ加熱及び加圧することで定着させる定着装置に用いられる無端状の定着ベルトであって、
前記未定着トナー像と接する表面は、微小硬度が５以上３０以下であり且つ光沢度Ｇｓ（２０°）が５０以上に設定されていることを特徴とする定着ベルト。
【請求項２】
請求項１記載の定着ベルトにおいて、
前記微小硬度が６以上３０以下であることを特徴とする定着ベルト。
【請求項３】
請求項１記載の定着ベルトにおいて、
耐熱性ベルト基材の表面に弾性層又は更に離型層が積層されたものであることを特徴とする定着ベルト。
【請求項４】
請求項３記載の定着ベルトにおいて、
前記弾性層及び離型層は、フルオロカーボンシロキサンゴムを主成分とするものであることを特徴とする定着ベルト。
【請求項５】
請求項３記載の定着ベルトにおいて、
前記弾性層は、フッ素微粒子を分散させたフルオロカーボンシロキサンゴムを主成分とするものであることを特徴とする定着ベルト。
【請求項６】
未定着トナー像が担持された記録シートの未定着トナー像に定着ベルトの表面が接触し且つ加熱及び加圧することで定着させる定着装置であって、
前記定着ベルトとして請求項１記載のベルト部材を用いたことを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項６記載の定着装置において、
記録シートは少なくともトナー像担持面側に熱可塑性樹脂層が設けられ、この熱可塑性樹脂層上にトナー像を定着させることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項７記載の定着装置において、
前記トナー像の最上層は透明トナーであることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項７記載の定着装置において、
定着ニップ内の前記熱可塑性樹脂層の溶融粘度は、１１０℃の条件下にて１０４Ｐａ・ｓ以下となるように設定されていることを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項７記載の定着装置において、
定着された後の記録シート上のトナー像は、当該記録シート内での異なる画像面積率での光沢度の差ΔＧｓ（２０°）が１０以下に設定されていることを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
記録シート上に未定着トナー像を形成する作像エンジンと、
請求項６記載の定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の画像形成装置のうち、作像エンジンが中間転写ベルトを用いる態様のものにおいて、
前記定着ベルトが中間転写ベルトを兼用するものであることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−１６３９０２（Ｐ２００７−１６３９０２Ａ）
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６０９９６（Ｐ２００５−３６０９９６）
【出願日】平成１７年１２月１４日（２００５．１２．１４）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１４日（２００５．１２．１４）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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