JP2008116504A - 定着部材、定着装置、画像形成装置、及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像を破壊する事無く、その表面に凹凸情報を記録できる定着部材を提供することを課題とする。
【解決手段】受像層を有する記録媒体の前記受像層に凹凸情報を記録する情報記録部を含む定着部材。
【選択図】なし

Description

本発明は、定着部材、定着装置、画像形成装置、及び画像形成方法に関するものである。

複写機等の画像形成装置においては、用紙等の記録媒体上に形成される画像の光沢を高めるために定着装置が備えられている。一般的に定着装置には、内部にヒータを備える定着ローラとこのローラに圧接する加圧ローラとから構成されるヒートローラが用いられている。また、より写真に近い光沢画像を得るために、ヒートローラと剥離ローラとの間に定着部材としての定着ベルトを張架した定着装置が提案されている。このような定着装置では、トナー像が転写された用紙が定着ベルトに接触した状態で加熱・加圧され、定着ベルトにより搬送されながら冷却されたのちに剥離ローラ位置で定着ベルトから分離されることにより、用紙上に光沢を有する画像が形成される。

従来、このような定着装置に利用される定着ベルトの外周面を形成する表面材料としては耐熱性のあるフッ素樹脂やフッ素系エラストマーやシリコーンゴム等が用いられている。また定着ベルトの基材は、ステンレス鋼、ニッケル鋼等からなる金属製のものや、耐熱樹脂ベルトが提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、従来、定着ベルトは、基材の外周面に、溶剤に希釈された樹脂溶液を浸漬塗布等により表面層を形成する工程を経て作製される。そのために、表面が均一で優れた光沢性の定着ベルトが作製される。この定着ベルトを用いることにより、優れた光沢画像が得られる。

特許第２９０３９７２号公報

ところで、上記のように生産された光沢画像に、作製場所などの情報の形成を嗜好する向きがある。

本発明は、画像を破壊することなく、記録媒体上に凹凸情報を記録できる定着部材、定着部材を用いた定着装置、定着装置を用いた画像形成装置、及び画像形成方法を提供する。

本発明の定着部材は、受像層を有する記録媒体の前記受像層に凹凸情報を記録する情報記録部を含む。

また、本発明の定着装置は、受像層を有する記録媒体の前記受像層に凹凸情報を記録する情報記録部を含む定着部材と、前記定着部材と接触して配置される加圧部材と、前記記録媒体を加熱する加熱部と、前記加熱された記録媒体を冷却する冷却部と、を有する。

また、本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体表面を帯電させる帯電手段と、帯電させた前記像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像を現像剤により現像しトナー像を形成する現像手段と、少なくとも前記トナー像と接する側に受像層を有する記録媒体に前記トナー像を転写する転写手段と、前記トナー像を前記記録媒体に加熱定着する加熱定着手段とを備え、前記加熱定着手段は、前記記録媒体の前記受像層に凹凸情報を記録する情報記録部を有する定着部材と、前記定着部材と接触して配置される加圧部材と、前記記録媒体を加熱する加熱部と、前記加熱された記録媒体を冷却する冷却部と、を有する。

また、本発明の画像形成方法は、像担持体表面を帯電させる帯電工程と、帯電させた前記像担持体表面に潜像を形成する潜像形成工程と、前記潜像を現像剤により現像しトナー像を形成する現像工程と、少なくとも前記トナー像と接する側に受像層を有する記録媒体に前記トナー像を転写する転写工程と、前記トナー像を前記記録媒体に加熱定着する加熱定着工程とを含み、前記加熱定着工程において、前記トナー像を記録媒体に加熱定着する際に、前記記録媒体の前記受像層に凹凸情報を記録する。

本発明によれば、画像を破壊することなく受像層を有する記録媒体上に凹凸情報を記録できる定着部材、定着部材を用いた定着装置、定着装置を用いた画像形成装置、及び画像形成方法を提供することができる。

まず、本実施形態に係る定着部材について説明する。

−定着部材の構成−
図１は、本実施形態に係る定着部材の構成例を示す模式斜視図である。定着部材１００は、基材１０１と表面層１０２と受像層を有する記録媒体の受像層に凹凸情報を記録する情報記録部１０３（１０３ａ，１０３ｂ）とを有するものである。図１（イ）は、受像層を有する記録媒体の受像層に凸情報を記録する凸部１０３ａを含む定着部材１００の例であり、図１（ロ）は、受像層を有する記録媒体の受像層に凹情報を記録する凹部１０３ｂを含む定着部材１００の例であり、図１（ハ）は、凸部１０３ａ及び凹部１０３ｂを含む定着部材１００の例である。すなわち、情報記録部１０３は、凸部１０３ａ及び凹部１０３ｂのうち少なくともどちらか一方を含むものである。

なお、「凹凸情報」とは、一般的に言う算術平均表面粗さＲａや十点平均表面粗さＲｚなど深さの違いによる凹凸に意味の認識が不可能なものではなく、文字や絵や記号など深さの違いによる凹凸に意味の認識が可能なものを意味する。従って、図１では、情報記録部１０３に四角形状を例に示しているが、情報記録部１０３は文字形状等であってもよい。

次に、本実施形態に係る定着部材１００について、例えば、基材１０１と、この基材１０１の片面に設けられた表面層１０２とから構成される定着ベルトの場合を具体例として、層構成や各層を構成する材料・物性等を挙げつつ、以下より詳細に説明する。

本実施形態に係る定着ベルトは、無端ベルト状であることが好ましいが、無端ベルト状に限定されるものではなく、ベルトに継ぎ目（シーム）がある定着ベルトでもよい（なお、本実施形態では、説明を容易とするために、定着ベルトが無端ベルト状であることを前提として説明する）。

−基材−
定着ベルトを構成する基材１０１は耐熱性及び機械的強度を有することが好ましい。耐熱性としては少なくとも８０℃以上、より好ましくは１００℃以上の温度域で、形状の変形や機械的強度の低下など、実用上問題となるような劣化が起こらないことが好ましい。このような耐熱性および機械的強度を満たす材料としては、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール等の耐熱性樹脂等を挙げることができ、これらの耐熱性樹脂等を用いて基材１０１を形成することが好ましい。

また、基材１０１には、機械的強度を向上させる等の目的で無機または有機フィラーを含有させてもよく、このようなフィラーとしては、一般的なシリコーンゴム組成物やポリイミド組成物に使用されている種々のフィラーを用いることができる。フィラーの具体例としては、煙霧質シリカ、沈降性シリカ、カーボンブラック、カーボン粉末、二酸化チタン、酸化アルミニウム、石英粉末、タルク、セリサイト及びベントナイト等の補強性充填剤、アスベスト、ガラス繊維、有機繊維等の繊維質充填剤などを例示することができる。

基材１０１の厚みは、特に制限されるものではないが、２０〜２００μｍの範囲が好ましく、より好ましくは３０〜１５０μｍの範囲、さらに好ましくは５０〜１３０μｍの範囲が適している。基材１０１の厚みが２０μｍより薄いと、加熱冷却時の寸法安定性や、強度が不足する場合がある。一方、基材１０１の厚みが２００μｍを超えると、定着ベルト全体の熱容量が増大して熱移動量が低下するため、定着装置や画像形成装置に利用した場合に転写速度やサイクルタイムの低下につながると共に消費電力が増大する場合がある。

−情報記録部−
図１（イ）〜（ハ）に示すように、本実施形態に係る情報記録部１０３は、凸部１０３ａ又は凹部１０３ｂのみ有するものでも、両方有するものでもよい。本実施形態に係る情報記録部１０３の凸部１０３ａは、受像層を有する記録媒体の受像層に凸情報を記録するものであり、凹部１０３ｂは、受像層を有する記録媒体の受像層に凹情報を記録するものである。

情報記録部１０３は、記録媒体に通常認識情報となる凹凸情報を記録することや、記録媒体に不可視情報となる凹凸情報を記録することができる。通常認識情報とは、通常に記録媒体に形成された写真画像などを観賞する場合に、目視により凹凸情報を確認することができるものであり、不可視情報とは、通常に記録媒体に形成された写真画像などを観賞する場合に、目視により凹凸情報を確認することができないものである。不可視情報とするためには、凹凸情報の面積を例えば５〜５０μｍ^２の範囲で凹凸高低差を３〜１５μｍの範囲とすればよく、通常認識情報とするためには、凹凸情報の面積を例えば１〜１００μｍ^２の範囲で凹凸高低差を１０〜５０μｍの範囲とすればよい。

図２は、本実施形態に係る定着部材の構成例を示す図１のａ−ａ’線における模式断面図である。図２に示す情報記録部１０３（凸部１０３ａ又は凹部１０３ｂ）の高さｈは、記録媒体の受像層の厚みより小さく設定されているものが好ましい。例えば、記録媒体の受像層の厚みが、３μｍ〜３０μｍの範囲である場合、情報記録部の高さは１以上〜３０μｍ未満の範囲が好ましく、より好ましくは１０以上〜２０μｍの範囲である。情報記録部の高さｈが、１μｍ未満であると凹凸情報が記録されない場合がある。また、情報記録部の高さｈは、レーザーフォーカス変位計により測定することができる。

図３は記録媒体の受像層に凹凸情報を記録することができる範囲を示す図である。情報記録部１０３の高さｈが記録媒体の受像層の厚みより小さい場合、図３（イ）に示すように、受像層全体（画像も含む）のどの位置でも画像を破壊することなく凹凸情報を記録することが可能である。また、情報記録部１０３が凸部１０３ａと凹部１０３ｂとを両方備える場合でも（図２（ハ）に示す）、凸部１０３ａと凹部１０３ｂのそれぞれの高さｈが、記録媒体の受像層の厚みより小さい限り、凸部１０３ａと凹部１０３ｂとの凹凸高低差ｄは、特に制限されるものではない。

また、情報記録部１０３の高さｈが、記録媒体の受像層の厚みより大きい場合でも、図３（ロ）に示すように、画像を除いた受像層上に凹凸情報を記録することにより、画像を破壊することなく凹凸情報を記録することが可能である。例えば、記録媒体の受像層の厚みが、３μｍ〜３０μｍの範囲である場合、記録媒体の受像層の厚みより大きい情報記録部１０３の高さｈが、３０μｍを超えて５０μｍ未満の範囲であれば、画像を除いた受像層上に画像を破壊することなく凹凸情報を記録することができる。情報記録部１０３の高さｈが、５０μｍ以上であると受像層又は画像を破壊する場合がある。

また、情報記録部１０３の高さｈが、受像層の厚みより大きい場合、図２（ハ）に示す凸部１０３ａと凹部１０３ｂとの凹凸高低差ｄは、５μｍ〜５０μｍの範囲であることが好ましい。凹凸高低差ｄが、５０μｍより大きいと受像層又は画像を破壊する場合がある。また、凹凸高低差ｄは、レーザーフォーカス変位計により測定することができる。

なお、定着ベルト表面の情報記録部１０３を形成する方法の例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。

記録媒体に通常認識情報となる凹凸情報を記録する情報記録部１０３の形成方法としては、以下の方法が例示される。

＜通常認識情報となる凹凸情報を記録する情報記録部１０３の形成方法＞
シート貼り付け法：耐熱シート等を所望の凹凸情報の形状にカットし、耐熱性接着剤等により、基材１０１表面に貼り付ける。その後に、耐熱シートを貼り付けた側の基材１０１の表面に後述する表面層１０２を形成する樹脂溶液を塗布し、加熱硬化することで耐熱シートの厚み分の凹部１０３ｂを有する表面層１０２を定着ベルト上に形成できる。また、耐熱シートの厚みを上記説明した情報記録部１０３の高さｈの範囲内（１μｍ〜５０μｍ）の厚みの耐熱シートを使用することにより画像を破壊することのない凹部１０３ｂを定着ベルト上に形成することができる。例えば、ポリイミド粘着テープを所望の凹凸情報の形状にカットし基材表面に貼り付け、後に表面層を塗布形成する。

マスキング法：耐熱シート等を所望の凹凸情報の形状にカットし、耐熱性接着剤等により、基材１０１表面に貼り付ける。その後に、耐熱シートを貼り付けた側の基材１０１の表面に後述する表面層１０２を形成する樹脂溶液を塗布し、加熱硬化した後に耐熱シート等を剥す。再度表面層１０２の耐熱シートを剥した部分に最初に塗布した樹脂溶液より薄く樹脂溶液を塗布することで凸部１０３ａを定着ベルト上に形成できる。

記録媒体に不可視情報となる凹凸情報を記録する情報記録部１０３の形成方法としては、以下の方法が例示される。

＜不可視情報となる凹凸情報を記録する情報記録部１０３の形成方法＞
粒子埋め込み法：基材１０１の表面に後述する表面層１０２を形成する樹脂溶液を塗布し、未硬化の塗布面に粒子を１個以上埋め込み、加熱硬化させることで粒子形状による凹部１０３ｂを有する表面層１０２を定着ベルト上に形成できる。粒子は、例えば、ゲル化シリコーンパウダ、ＰＴＦＥパウダ等を用いることができる。また、粒子の平均体積粒径は、特に制限されるものではないが、例えば、５μｍ〜５０μｍの範囲であることが好ましい。

高温蒸発物質塗布法：例えば、基材１０１に予め脂肪酸等の脂質等の高温で蒸発する性質を有する物質を塗布し、その後に、脂肪酸等を塗布した側の基材１０１の表面に表面層１０２を形成する樹脂溶液を塗布する。その後、脂肪酸等が表面層の加熱硬化により流れて、表面層１０２上に凹凸高低差の小さい流れ模様の情報記録部１０３を形成する。流れ模様とは、すじ状、波状等の模様である。脂肪酸としては、例えば、オレイン酸等を用いることができる。

レーザー処理法：例えば、基材１０１に表面層１０２を形成する樹脂溶液を塗布し、加熱硬化した後に、表面層１０２表面にレーザー処理を行い、表面層１０２の表面に所望の模様を施し、凹凸や光沢の異なる情報記録部１０３を形成する。レーザーの種類は、例えば、ＣＯ_２レーザー等が挙げられる。

−表面層の形成および表面層−
表面層１０２の形成は、基材の外周面に樹脂組成物を含む樹脂溶液を用いて表面層１０２を形成することにより行うことができる。表面層１０２の形成に際しては公知のスプレー塗布法やブレード塗布法等を利用することができるが、実用性の点では、浸漬塗布法を利用することが好ましい。なお、塗布直後の表面層はウェットな状態であり、流動性を有することから、表面層形成後に最初に行われる加熱処理（例えば、乾燥処理や１次硬化処理等）は、表面層１０２の流動による周方向の不均一化を防止するような処理を施すことが好ましい。

表面層１０２は耐熱性及び弾性を有することが好ましく、耐熱弾性体から構成されるものが好適である。この耐熱弾性体としては ＪＩＳタイプＡのゴム硬度で８０以下、水の接触角は９０度以上で、耐熱温度が１４０℃以上であることが望まれる。このような物性値を満たす耐熱弾性体としては、下式（ａ）で表されるパーフルオロエーテル基を主鎖に有する含フッ素エラストマーが好適であるが、これに限定されるものではない。

上記物性値を満たす耐熱弾性体の他の例として、フッ素ゴム、Ｓｉゴム等が挙げられる。

また樹脂溶液に含まれる樹脂組成物は、表面層１０２の表面に平滑性を付与するため、表面層１０２の表面を低エネルギー化することもできる樹脂組成物であることが好ましい。このような樹脂組成物としては、加熱による硬化処理によってフルオロカーボンシロキサンゴムを形成するフルオロカーボンシロキサンゴム組成物であることが好ましい。フルオロカーボンシロキサンゴムの主鎖が、パーフルオロアルキルエーテル構造及びパーフルオロアルキル構造のうち少なくともどちらかの構造を有することが好ましい。

なお、フルオロカーボンシロキサンゴム組成物の例として、下記一般式（１）で示される繰り返し単位を有するフルオロカーボンシロキサンを主成分とし、脂肪族不飽和基を有するフルオロカーボンポリマーが挙げられる。

但し、一般式（１）中、Ｒ^１０は置換又は未置換の一価の炭化水素基、ｘは１以上の整数、ａ，ｅはそれぞれ０又は１、ｂ，ｄはそれぞれ１〜４の整数、ｃは０〜８の整数を表す。

また、例えば、フルオロカーボンシロキサンゴム組成物とは、下記（Ａ）〜（Ｅ）に示す成分を含むものである。

（Ａ）成分としては、例えば、成分が下記一般式（２）で示されるものが挙げられる。

一般式（２）中、Ｘは−ＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＣＨ_２ＯＣＨ_２−又は−Ｙ−ＮＲ^１−ＣＯ−（Ｙは−ＣＨ_２−又は下記構造式（Ｚ）で示されるｏ，ｍ又はｐ−ジメチルシリルフェニレン基）で表される基、Ｒ^１は水素原子、置換若しくは非置換の一価炭化水素基である。

また、一般式（２）中、Ｘ’は−ＣＨ_２−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＯＣＨ_２−又は−ＣＯ−ＮＲ^１−Ｙ’−（Ｙ’は−ＣＨ_２−又は下記構造式（Ｚ’）で示されるｏ，ｍ又はｐ−ジメチルシリルフェニレン基）で表される基であり、Ｒ^１は上記と同じ基である。

さらに、一般式（２）中、Ｒｆ^１は二価のパーフルオロポリエーテル基であり、ａは独立に０又は１である。ここで、上記一般式のＲｆ^１は二価のパーフルオロポリエーテル構造であり、下記一般式（ｉ）、（ｉｉ）で表される。
（式中、ｐ及びｑは１〜１５０の整数であって、かつｐとｑの和の平均は、２〜２００である。また、ｒは０〜６の整数、ｔは２又は３である。）
（式中、ｕは１〜２００の整数、ｖは１〜５０の整数、ｔは上記と同じである。）

（Ｂ）成分としては、有機ケイ素化合物が、一分子中に一個以上の一価のパーフルオロオキシアルキル基、一価のパーフルオロアルキル基、二価のパーフルオロオキシアルキレン基または二価のパーフルオロアルキレン基を有し、かつケイ素原子に結合した水素原子を二個以上有するものが挙げられる。

（Ｃ）成分としては、充填剤が挙げられる。なお、充填剤としては、一般的なシリコーンゴム組成物に使用されている種々のフィラーを用いることができる。このようなフィラーとしては、例えば、煙霧質シリカ、沈降性シリカ、カーボンブラック、カーボン粉末、二酸化チタン、酸化アルミニウム、石英粉末、タルク、セリサイト及びベントナイト等の補強性充填剤、アスベスト、ガラス繊維、有機繊維等の繊維質充填剤などを例示することができる。

（Ｄ）成分としては、触媒が挙げられる。また、触媒としては、加熱により上記（Ａ）項および（Ｂ）項に示した成分を反応させて硬化を促進することが可能なものであれば公知の触媒を利用でき、例えば、白金触媒を硬化促進に必要な量を用いることができる。

（Ｅ）成分としては、オルガノシロキサンを主成分とし、オルガノシロキサンに更に炭素原子を介してケイ素原子に結合したパーフルオロアルキル基またはパーフルオロオキシアルキル基を一個以上有するものが挙げられる。

なお、上記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）および（Ｅ）項に示す成分を含むフルオロカーボンシロキサンゴム組成物としては信越化学製のサイフェルなどが挙げられる。本実施形態においては、このような市販品をそのままフルオロカーボンシロキサンゴム組成物としても利用できるが、さらに必要に応じて（Ｃ）項に示す充填剤を配合してフルオロカーボンシロキサンゴム組成物として利用することが好ましい。

また、樹脂溶液の溶媒としては、樹脂組成物を溶解させることができるものを必要に応じて利用できる。例えば、樹脂組成物として上述のフルオロカーボンシロキサンゴム組成物等のようなフッ素系の樹脂組成物を含む樹脂溶液の溶媒としては、フッ素系溶剤を用いることができる。

このようなフッ素系溶剤としては、公知のフッ素系溶剤が利用できるが、具体的にはメタキシレンヘキサフロライド：Ｃ_６Ｈ_４（ＣＦ_３）_２、パーフロロ（２−ブチルテトラヒドロフラン）：Ｃ_８Ｆ_１６Ｏ、パーフロロアルカンＣ_８Ｆ_１８、オクタフルオロシクロペンタン、ハイドロフルオロエーテル等が挙げられる。これらの溶剤は低表面張力であるために濡れ性がよく、一般的には精密部品や半導体の洗浄に用いられるものである。

−記録媒体−
本実施形態に用いられる記録媒体は、記録媒体用基材と、受像層とを含むものである。

記録媒体用基材としては、原紙が用いられ、例えばｐＨが４．５付近である酸性抄紙、炭酸カルシウム等のアルカリ性填料を主成分として含みｐＨが約６の弱酸性乃至約９の弱アルカリ性にある中性抄紙等の紙基体が用いられる。抄紙方法については、一般の長網多筒式、丸網単筒式、ヤンキー式、ツインワイヤ式等の抄紙機が適宜用いられる。また用途に応じて合成紙、不織布、合成樹脂フィルムも使用できる。

受像層としては、記録媒体用基材上に形成されてトナーの受像層として機能するものであれば特に制限されるものではないが、熱可塑性樹脂層であることが好ましい。受像層（熱可塑性樹脂層）の厚さは、特に制限されるものではないが、３μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましく、５〜１５μｍの範囲内であることがより好ましい。受像層の厚さが３μｍ未満では、定着時にトナーが受像層に完全に埋まり込まず、定着後の受像面の平滑性が悪化し高光沢画像が得られない場合がある。また、受像層の厚さが３０μｍを超える場合には、受像層の軟化が起こりにくく、トナーの埋め込み性が悪くなる。また、受像層の厚さは、使用されるトナーの粒子径の１／２以上、好ましくは、１倍〜３倍の厚さであることが適当である。

受像層を構成する熱可塑性樹脂としては、定着温度範囲にて変形する限り、公知の熱可塑性樹脂であれば特に限定されるものではないが、トナーとの相溶性の高いものを用いることが好ましい。トナーには、ポリエステル樹脂や、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体などが用いられる場合が多く、したがって、受像層に用いられる熱可塑性樹脂としても、ポリエステル樹脂やスチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体などの熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。

本実施形態に係る定着部材によれば、例えば、受像層を有する記録媒体の受像層上にトナー像が形成された記録媒体を、受像層と接触した状態で加熱加圧することによりトナー像を定着する定着部から、定着後の前記記録媒体を冷却する冷却部までの区間を搬送する定着部材を用いる定着方式において、定着部にて凹凸情報を記録し、冷却部にて情報記録部を設けた定着部材を冷却することができるため、定着部材から記録媒体の剥離が容易になるため、前記受像層表面の画像を壊さず凹凸情報を記録形成することができる。なお、一般的に、この定着方式では、定着時の加熱加圧によって、溶融状態となり軟化した状態のトナー像が、冷却されて固化するまで、定着部材の表面に接した状態が維持される。このため、固化したトナー像（すなわち、得られた画像）の表面状態は、記録媒体が定着後に定着部材と接した状態で搬送されない定着方式と比べて、定着ベルトの平滑性が反映され高光沢の画像となる。

＜定着装置＞
本実施形態に係る定着装置は、受像層を有する記録媒体の受像層に凹凸情報を記録する情報記録部を含む定着部材と、前記定着部材と接触して配置される加圧部材と、前記記録媒体を加熱する加熱部と、加熱された前記記録媒体を冷却する冷却部と、を有するものである。

定着装置の具体例は後述するが、本実施形態に係る定着装置の構成例としては、定着部材として上述したような定着ベルトと、加圧部材として記録媒体（例えばトナー像が形成された記録媒体）を加圧する定着部を形成するように相互に押圧した状態で定着ベルトを挟んで対向配置される一対のロールと、一対のロールの少なくとも一方に加熱機能を備えることにより記録媒体を加熱する加熱部を形成し、定着部（及び加熱部）を通過した記録媒体を前記定着ベルト表面に保持した状態で搬送しながら冷却する冷却部とを、有するものである。

なお、定着部（及び加熱部）から冷却部までの区間において、記録媒体は、そのトナー像が形成された面が定着ベルト表面に接触した状態で搬送されるが、冷却部の長さ（記録媒体の搬送方向の長さ）は、定着部（及び加熱部）にて加熱加圧され溶融状態となり軟化したトナー像が、固化するのに必要な長さであればよい。また、軟化したトナー像の固化は、ヒートシンク等を利用した強制冷却あるいは自然冷却のいずれかの方法で実施できるが、定着装置を小型化できる観点からは強制冷却により軟化したトナー像を固化させることが好ましい。

加熱部は、上記一対のロールに加熱機能を設けることより、定着部と同じ位置に設定されることが好ましいが、これに限定されるものではない。例えば、記録媒体が定着部を通過する前に、定着ベルトを挟んで対向配置される加熱機能を備える一対のロールを設けることにより、加熱部を形成してもよい。また、加熱機能は、記録媒体を加熱することができるものであれば特に制限されるものではなく、例えば、ハロゲンランプ等を用いることができる。

このような定着装置の具体例を図面により説明する。図４は本実施形態に係る定着装置の構成例を示す模式断面図である。定着装置２５は、加熱ロール７１、加熱ロール温度センサー７１ａ、加圧ロール７２、加圧ロール温度センサー７２ａ、定着ベルト（無端ベルト）７３、剥離ロール７４、テンションロール７５、通気ダクト７６、ヒートシンク７７、ヒートシンク先端温度センサー７７ａ、ベルト押さえ部材７８を備えるものである。

図４に示す定着装置において、無端ベルト７３は、上記説明した定着部材である。無端ベルト７３は、その内周面に接して反時計周り順に配置された加熱ロール７１、剥離ロール７４、テンションロール７５により張架され、図４中の矢印方向に回転可能である。

また、加熱ロール７１及び加圧ロール７２は、トナー像が形成された記録媒体を加熱加圧する定着部を形成するように相互に押圧した状態で無端ベルト７３を挟んで（接触して）対向配置されている加圧部材である。また、無端ベルト７３の外周面と加圧ロール７２との当接面の間は、記録媒体（不図示）を挿通させることができる。

加熱ロール７１および加圧ロール７２の内部には、加熱機能としてハロゲンランプ等（不図示）が内蔵されており、記録媒体を加熱する加熱部が形成されている。これらロール表面の加熱温度は、加熱ロール７１の外周面に配置された加熱ロール温度センサー７１ａと、加圧ロール７２の外周面に配置された加圧ロール温度センサー７２ａとによりモニターされると共に適温となるように調整される。加熱温度は、特に制限されるものではないが、１００℃〜１７０℃の範囲であることが好ましい。１００℃より低いと、記録媒体上に画像を定着させること又は記録媒体上に凹凸情報を記録することが困難となる場合があり、１７０℃より高いと画像が破壊される場合がある。

ヒートシンク７７により加熱された記録媒体を冷却する冷却部が形成されている。加熱ロール７１と剥離ロール７４との間の無端ベルト７３の内周面には、無端ベルト７３の回転方向に沿ってベルト押さえ部材７８と、３つのロールおよび無端ベルト７３を冷却するための通気ダクト７６を備えたヒートシンク７７がこの順に配置されている。また、ヒートシンク７７の加熱ロール７１が設けられた側の面に接して、ヒートシンク先端温度センサー７７ａが設けられている。ヒートシンク７７により形成される冷却部の長さは、特に制限されるものではないが、例えば、加熱された無端ベルト７３の温度が、６０℃〜９０℃の範囲まで冷却できる長さとなるようなものが好ましい。無端ベルト７３の温度が９０℃より高いと、剥離ロール７４により無端ベルト７３から記録媒体が剥離される際に、画像が破壊される場合がある。

この定着装置を用いた加熱定着処理は、無端ベルト７３の外周面と加圧ロール７２との当接部（定着部及び加熱部）の間を、不図示の搬送手段により搬送されてきたトナー像が転写された記録媒体（不図示）を、トナー像が形成された面が無端ベルト７３外周面と接触するように挿通させることにより行われる。この際、記録媒体が当接部を通過した際に記録媒体が加熱加圧されることにより記録媒体表面にトナー像が定着されると共に、無端ベルト７３に設けられた情報記録部に記録媒体が加熱加圧されることにより凹凸情報が記録される。

その後、加熱定着処理された記録媒体は、無端ベルト７３外周面と接触した状態を保ちながら、剥離ロール７４が設けられた位置まで搬送される。この定着部から剥離部までを移動する間に、記録媒体表面に定着された溶融状態のトナー像は、内周面がヒートシンク７７と接している無端ベルト７３の外周面（冷却部）により強制冷却され、固化される。続いて、剥離ロール７４が設けられた位置まで搬送された記録媒体は、無端ベルト７３外周面から剥離された後、機外へと排出される。

なお、記録媒体としては、上記説明したものと同様に熱可塑性樹脂を含む受像層を用いたものが利用できる。この場合には、定着時に受像層が軟化または溶融状態となり、受像層上に転写されているトナー像が、受像層中に埋め込まれる形で定着される。定着後の記録媒体は、無端ベルト７３の外周面に保持された状態で剥離ロール７４まで搬送され、剥離ロール７４により無端ベルト７３が上方に巻き上げられる際の曲率により無端ベルト７３から剥離される。

＜画像形成装置及び画像形成方法＞
本実施形態に係る画像形成装置は、像担持体と、像担持体表面を帯電させる帯電手段と、帯電させた像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、潜像を現像剤により現像しトナー像を形成する現像手段と、少なくともトナー像と接する側に受像層を有する記録媒体にトナー像を転写する転写手段と、トナー像を記録媒体に加熱定着する加熱定着手段とを備え、加熱定着手段は、記録媒体の受像層に凹凸情報を記録する情報記録部を含む定着部材と、定着部材と接触して配置される加圧部材と、記録媒体を加熱する加熱部と、加熱された記録媒体を冷却する冷却部と、を有する。

また、本実施形態に係る画像形成方法は、像担持体表面を帯電させる帯電工程と、帯電させた前記像担持体表面に潜像を形成する潜像形成工程と、前記潜像を現像剤により現像しトナー像を形成する現像工程と、少なくとも前記トナー像と接する側に受像層を有する記録媒体に前記トナー像を転写する転写工程と、前記トナー像を前記記録媒体に加熱定着する加熱定着工程とを含み、前記加熱定着工程において、前記トナー像を記録媒体に加熱定着する際に、前記記録媒体の前記受像層に凹凸情報を記録し、前記受像層に凹凸情報が記録された記録媒体を冷却する。

本実施形態に係る画像形成装置による加熱定着手段としては、上記説明した定着装置を使用することができ、上記のその他の手段は、画像形成装置において公知の手段を利用できる。

像担持体としては、例えば感光体ドラム等を使用することができる。また、記録媒体は上記と同様のものを用いることができる。

このような本実施形態に係る画像形成装置の具体例について以下に図面を用いて説明する。図５は本実施形態に係る画像形成装置の具体例を示す模式断面図である。画像形成装置１は、画像処理装置２と、ＲＯＳ（レーザ走査書き込み装置）３と、回転多面鏡４と、ｆ・θレンズ５と、反射ミラー６と、感光体ドラム７と、スコロトロン（帯電器）８と、現像装置９と、転写前帯電器１０と、中間転写ベルト１１と、一次転写ロール１２と、駆動ロール１３と、従動ロール１４ａと、テンションロール１４ｂと、バックアップロール１５と、記録媒体１６と、二次転写ロール１７と、給紙カセット１８と、フィードロール１８ａと、中間転写ベルトクリーニングユニット１９と、感光体クリーニングユニット２０と、現像剤収容部２１と、搬送ロール２２と、レジストロール２３と、搬送ベルト２４と、定着装置２５と、手差し給紙部２６と、排出トレイ６０と、を備えるものである。

感光体ドラム７の周囲には時計周り方向（回転方向）に沿って、感光体ドラム７表面を帯電する帯電手段であるスコロトロン８、感光体ドラム７表面に潜像を形成する潜像形成手段であるレーザ走査書き込み装置３、潜像を現像剤により現像しトナー像を形成する現像手段である現像装置９、転写前帯電器１０、中間転写ベルト１１を介して対抗配置された一次転写ロール１２、感光体クリーニングユニット２０が配置されている。また、感光体ドラム７と中間転写ベルト１１外周面との間に１次転写部が設けられている。なお、レーザ走査書き込み装置３は、回転多面鏡４と、ｆ・θレンズ５と、反射ミラー６と、を備えるものである。また、現像装置９は、現像剤収容部２１と連通しており、適宜、現像剤収容部２１から現像剤の供給を受けることができる。

また、感光体ドラム７の下側には、中間転写ベルト１１と、この中間転写ベルト１１を張架する為にその内周面に時計回り方向に配置された一次転写ロール１２と、駆動ロール１３と、バックアップロール１５と、従動ロール１４ａと、テンションロール１４ｂと、を含む中間転写ユニットが設けられている。更に、中間転写ベルト１１の外周面には、駆動ロール１３に対して中間転写ベルト１１を挟んで対向配置された中間転写ベルトクリーニングユニット１９と、バックアップロール１５に対して中間転写ベルト１１を挟んで対向配置された二次転写ロール１７と、が設けられている。また、二次転写ロール１７と中間転写ベルト１１外周面との間に、少なくともトナー像と接する側に受像層を有する記録媒体１６にトナー像を転写する転写手段である２次転写部が設けられている。

２次転写部へ記録媒体１６を搬送・供給する側には、給紙カセット１８と、フィードロール１８ａと、搬送ロール２２と、レジストロール２３と、給紙トレイ２６と、が設けられている。

一方、２次転写部から記録媒体１６が排出される側には、トナー像が転写された記録媒体１６を搬送する搬送ベルト２４と、トナー像を記録媒体１６に加熱定着する加熱定着手段である定着装置２５と、加熱定着された後の画像が形成された記録媒体１６を機外へ排出する排出トレイ６０とが設けられている。

加熱定着手段である定着装置２５は、記録媒体１６の受像層に凹凸情報を記録する情報記録部を含む定着部材と、定着部材と接触して配置される加圧部材と、記録媒体１６を加熱する加熱部と、加熱された記録媒体を冷却する冷却部とを備えるものであり、上記説明した定着装置（例えば図４に示す定着装置）を用いることができる。

本実施形態に係る画像形成装置１の動作及び画像形成方法について説明する。まず、感光体ドラム７表面がスコロトロン８により帯電され（帯電工程）、スコロトロン８と現像装置９との間の帯電された感光体ドラム７表面にレーザ走査書き込み装置３から照射されるレーザー光によって画像情報に応じた潜像が形成される（潜像形成工程）。次に、現像装置９により潜像が現像剤により現像され（現像工程）、トナー像を得た後、トナー像は１次転写部で中間転写ベルト１１外周面に転写される（転写工程）。なお、転写後の感光体ドラム７表面に残留するトナーは感光体クリーニングユニット２０により除去される。次に、トナー像が転写された中間転写ベルト１１が反時計周り方向に回転することにより２次転写部まで搬送され、２次転写部にて、記録媒体１６にトナー像が転写される。なお、２次転写部は、記録媒体１６を挿通させることが可能であり、また、２次転写部への記録媒体１６の搬送・供給は、給紙カセット１８内に収納された記録媒体１６をフィードロール１８ａ、搬送ロール２２、レジストロール２３を介して自動的に行うことができるが、給紙トレイ２６からレジストロール２３を介しても行うことができる。続いて、トナー像が転写された記録媒体１６は、搬送ベルト２４により定着装置２５に搬送される。そして、定着装置２５により加熱定着され（加熱定着工程）、凹凸情報を有する画像が形成される。その後、凹凸情報を有する画像が形成された記録媒体１６は排出トレイ６０に排出される。

図６は本実施形態に係る画像形成装置の他の構成例を示す模式断面図である。画像形成装置１ａは、図５に示した画像形成装置１と共通する部材については同一の符号が付してあり、さらに、第１定着装置２５ａと、二次定着ユニット５０と、を備えるものである。二次定着ユニット５０は、導入口５１と、切替ゲート５２と、搬送路５３と、排出ロール５４と、排出トレイ５５と、第２の搬送路５６と、搬送ロール５７と、トナー像を記録媒体１６に加熱定着する加熱定着手段である第２定着装置５８と、排出ロール５９と、排出トレイ６０ａと、を備えるものである。

図６に示す画像形成装置１ａは、図５に示す画像形成装置１の定着装置２５の代わりに、第１定着装置２５ａを内蔵すると共に、画像形成装置１の排出トレイ６０が本来設けられていた部分に、二次定着ユニット５０が外付けされている以外は画像形成装置１と同様の構成である。

第１定着装置２５ａは、情報記録部を有さない通常の定着装置である。

また、二次定着ユニット５０の第２定着装置５８は、上記説明した情報記録部を有する定着装置（例えば図４に示す定着装置）である。本実施形態に係る画像形成装置１ａでは、搬送経路を切り替えることにより、第２定着装置５８を使用して記録媒体１６に凹凸情報を記録する場合と第１定着装置２５ａを使用して凹凸情報を記録しない場合とを選択することができる。

二次定着ユニット５０は、第１定着装置２５ａから排出された記録媒体１６を受け入れる導入口５１を備え、導入口５１を介して二次定着ユニット５０内に搬送された記録媒体１６は、切替ゲート５２により搬送路５３または第２の搬送路５６のいずれかの搬送路に送られる。

この際、記録媒体１６に凹凸情報を記録する場合には、第１定着装置２５ａによりトナー像が記録媒体１６に加熱定着されて（又は加熱定着されないで）、第２の搬送路５６に送られ、搬送ロール５７を経て第２定着装置５８によりトナー像が記録媒体１６に加熱定着され、凹凸情報が記録された後、排出ロール５９を経て、２次定着ユニット５０の側面に設けられた排出トレイ６０ａに記録媒体１６が排出される。

一方、記録媒体１６に凹凸情報を記録しない場合には、第１定着装置２５ａによりトナー像が記録媒体１６に加熱定着されて、搬送路５３に送られ、排出ロール５４を経て、二次定着ユニット５０の上面に設けらた排出トレイ５５に記録媒体１６が排出される。

以上、本実施形態に係る画像形成装置は、情報記録部を含む定着装置を備えることにより、画像の作製場所や作成日時、画像形成装置の操作者、認証情報、コメント、メッセージ等の凹凸情報を記録媒体上に記録することが出来る。

以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。なお、以下の説明において「部」は「質量部」を意味する。

図７（イ）は、実施例において作成した情報記録部１０３を有する定着ベルト（定着部材１００）を示す図であり、図７（ロ）は、情報記録部１０３を有する定着ベルトを用いた定着装置を使用して記録媒体上に凹凸情報を記録した記録媒体の図であり、図７（ハ）は、情報記録部１０３を有する定着ベルトを用いた定着装置を備えた画像形成装置を使用して記録媒体上に凹凸情報及び画像を形成した記録媒体の図である。図７（イ）に示すように、定着ベルト（定着部材１００）上に、通常認識情報となる凹情報を記録媒体上に記録する凹部（Ａ−１）として「Ｆｕｊｉ」（文字情報）、通常認識情報となる凸情報を記録媒体上に記録する凸部（Ａ−２）として「Ｘｅｒｏｘ」（文字情報）、不可視情報となる凸情報を記録媒体上に記録する凸部として「∵」（記号情報）の形状となるように情報記録部をそれぞれ作成した。以下に具体的に説明する。

−定着ベルトの基材の作製−
まず、基材の原料であるユーワニスＳ（宇部興産製）は、Ｎ−メチル−ピロリドンを８０重量％とポリアミック酸を２０重量％とを混合したものであり、このユーワニスＳにポリアミック酸１００重量部に対しカーボンブラック１５重量部添加し、ビーズミルで２時間分散し、ポリイミド前駆体溶液を得た。

次に、ポリイミド前駆体溶液を内径１７０．１ｍｍの遠心成形用円筒状金型の内側に低速で回転させながら注入したのち、３００ｒｐｍの回転数で１２０℃に昇温し１時間保持後、基材の前駆体を得た。

この基材の前駆体を金型から脱型し、アルミ製焼成用型に挿入後、オーブン中にて２℃／分で昇温し３４０℃に達した後に３０分間保持し、続いて、２℃／分で降温し４０℃に達した後にオーブンより取り出し、脱型後に幅３７０ｍｍ幅にカットし１００μｍ厚さの無端ベルト状のポリイミド基材を得た。

上記で得られたポリイミド基材に以下の処理を施した。

＜実施例１＞
凹部を形成するために、厚さ２５μｍのポリイミドテープを「Ｆｕｊｉ Ｘｅｒｏｘ」の文字を左右対称となるように（図７（イ）に示す情報記録部１０３のように）切り出し、前記ポリイミド基材に貼り付けた。ポリイミド基材をアセトンで脱脂洗浄した後、表面層を以下のように形成した。

含フッ素エラストマー組成物であるサイフェル６１０（信越化学製）を７０重量％とフッ素系溶剤であるＸ−７０−５８０（信越化学製）を３０重量％とを混合した塗液を準備した。

続いて、この塗液を満たした塗布槽中に「Ｆｕｊｉ Ｘｅｒｏｘ」文字状（左右対称の文字）の切り出しテープを貼ったポリイミド基材をセットした円筒型を浸漬した後、２００ｍｍ／分の速度で引き上げることにより、基材外周面上に塗膜を形成し、塗膜が流れて変形しないように１２０℃のオーブン中にて３０分間１次加熱硬化した。続いて円筒型を２００℃の高温オーブン中に縦置きにして配置し４時間の２次加熱を行い含フッ素エラストマーからなる膜厚４０μｍの表面層を形成し、情報記録部の高さｈが２８μｍの凹部を形成したベルトを得た。なお、情報記録部の高さｈは、レーザーフォーカス変位計ＫＳ−１１００（キーエンス社製）により測定した。

＜実施例２＞
実施例１で作製されたベルトにおいて、含フッ素エラストマーが載った「Ｘｅｒｏｘ」文字状テープを剥し、ポリイミド基材の表面を露出させ、その箇所にスプレー塗布により含フッ素エラストマーからなる膜厚１５μｍの表面層を形成し、凸部の高さｈが１０μｍの情報記録部を形成した。

＜実施例３＞
上記実施例１のベルトを作製する際に、以下の不可視情報となる凹凸情報を記録媒体上に記録する情報記録部を形成した。

上記実施例１において、含フッ素エラストマーをポリイミド基材に塗布する前に、オレイン酸を浸けた針先をポリイミド基材に接触させ、凹部の高さｈが１５μｍの情報記録部「∵」を形成した。情報記録部の高さｈは、レーザーフォーカス変位計ＫＳ−１１００（キーエンス社製）により測定した。

−画像の評価−
上記実施例１〜３で得られた情報記録部を有する定着ベルトを用いた定着装置（図４）を備えた画像形成装置（富士ゼロックス社製、DocuCentreColor ｆ450）を用いて画像を形成した。

なお、画像の形成に際しては、トナーが埋め込まれる熱可塑性樹脂の受像層を有する記録媒体（デジタルコート紙：富士ゼッロクス製）を用いて画像を形成した。また、定着に際しては加熱ローラおよび加圧ローラの表面温度が１４０℃となるように設定した。なお、この表面温度は用紙の受像層の熱可塑性樹脂が軟化または溶融状態となる温度であるため、加熱定着時にはこの受像層が軟化または溶融状態となり、受像層上に転写されているトナー像が、定着されると同時に受像層に埋め込まれる。

上記実施例１、２で得られた定着ベルトを備えた画像形成装置により得られた通常認識情報となる凹凸情報（「Ｆｕｊｉ」及び「Ｘｅｒｏｘ」）は、目視による通常の写真観賞で確認でき、光沢画像として明確に認識できた。一方、上記実施例３で得られた定着ベルトを備えた画像形成装置により得られた不可視情報となる凹凸情報（「∵」）は、目視による通常の写真観賞では確認できないが、拡大鏡により確認できた。また、図７（ハ）に示したように、実施例１〜３で得られた定着ベルトを備えた画像形成装置により得られた画像は、破壊されていなかった。

このように、情報記録部を有する定着部材により、記録媒体に凹凸情報を記録することができた。すなわち、実施例で形成した情報記録部は、算術平均表面粗さＲａや十点平均表面粗さＲｚなど深さの違いによる凹凸に意味の認識が不可能な凹凸情報を記録するものとは異なる。さらに、画像上に凹凸情報を記録しても画像を破壊することはなかった。

本実施形態に係る定着部材の構成例を示す模式斜視図である。 本実施形態に係る定着部材の構成例を示す図１のａ−ａ’線における模式断面図である。 記録媒体の受像層に凹凸情報を記録することができる範囲を示す図である。 本実施形態に係る定着装置の構成例を示す模式断面図である。 本実施形態に係る画像形成装置の具体例を示す模式断面図である。 本実施形態に係る画像形成装置の他の具体例を示す模式断面図である。 実施例において作成した情報記録部を有する定着ベルト、凹凸情報を記録した記録媒体、及び凹凸情報及び画像を形成した記録媒体を示す図である。

符号の説明

１，１ａ 画像形成装置、２ 画像処理装置、３ ＲＯＳ（レーザ走査書き込み装置）、４ 回転多面鏡、５ ｆ・θレンズ、６ 反射ミラー、７ 感光体ドラム、８ スコロトロン、９ 現像装置、１０ 転写前帯電器、１１ 中間転写ベルト、１２ 一次転写ロール、１３ 駆動ロール、１４ａ 従動ロール、１４ｂ テンションロール、１５ バックアップロール、１６ 記録媒体、１７ 二次転写ロール、１８ 給紙カセット、１８ａ フィードロール、１９ 中間転写ベルトクリーニングユニット、２０ 感光体クリーニングユニット、２１ 現像材収容部、２２ 搬送ロール、２３ レジストロール、２４ 搬送ベルト、２５ 定着装置、２５ａ 第１定着装置、２６ 手差し給紙部、５０ 二次定着ユニット、５１ 導入口、５２ 切替ゲート、５３ 搬送路、５４ 排出ロール、５５ 排出トレイ、５６ 第２の搬送路、５７ 搬送ロール、５８ 第２定着装置、５９ 排出ロール、６０，６０ａ 排出トレイ、７１ 加熱ロール、７１ａ 加熱ロール温度センサー、７２ 加圧ロール、７２ａ 加圧ロール温度センサー、７３ 無端ベルト（定着ベルト）、７４ 剥離ロール、７５ テンションロール、７６ 通気ダクト、７７ ヒートシンク、７７ａ ヒートシンク先端温度センサー、７８ ベルト押さえ部材、１００ 定着ベルト、１０１ 基材、１０２ 表面層、１０３ 情報記録部、１０３ａ 凸部、１０３ｂ 凹部。

Claims (4)

1. 受像層を有する記録媒体の前記受像層に凹凸情報を記録する情報記録部を含むことを特徴とする定着部材。
2. 受像層を有する記録媒体の前記受像層に凹凸情報を記録する情報記録部を含む定着部材と、前記定着部材と接触して配置される加圧部材と、前記記録媒体を加熱する加熱部と、前記加熱された記録媒体を冷却する冷却部と、を有することを特徴とする定着装置。
3. 像担持体と、前記像担持体表面を帯電させる帯電手段と、帯電させた前記像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像を現像剤により現像しトナー像を形成する現像手段と、少なくとも前記トナー像と接する側に受像層を有する記録媒体に前記トナー像を転写する転写手段と、前記トナー像を前記記録媒体に加熱定着する加熱定着手段とを備え、
   前記加熱定着手段は、前記記録媒体の前記受像層に凹凸情報を記録する情報記録部を含む定着部材と、前記定着部材と接触して配置される加圧部材と、前記記録媒体を加熱する加熱部と、加熱された前記記録媒体を冷却する冷却部と、を有することを特徴とする画像形成装置。
4. 像担持体表面を帯電させる帯電工程と、帯電させた前記像担持体表面に潜像を形成する潜像形成工程と、前記潜像を現像剤により現像しトナー像を形成する現像工程と、少なくとも前記トナー像と接する側に受像層を有する記録媒体に前記トナー像を転写する転写工程と、前記トナー像を前記記録媒体に加熱定着する加熱定着工程とを含み、
   前記加熱定着工程において、前記トナー像を記録媒体に加熱定着する際に、前記記録媒体の前記受像層に凹凸情報を記録する、ことを特徴とする画像形成方法。