(57)【要約】【課題】高速両面印刷時、定着済みトナー像の画質劣化を起こさない定着用回転部材の提供。【解決手段】  本発明の定着用加圧ローラ７２は表層に、導電性フィラー７２４が添加されるとともに、表面粗さが所定の基準値未満まで低減された樹脂層７２３を備える。この構成によると、加圧ローラ７２の表面が平滑化されているので、厚紙の用紙が定着部に通紙されたときでも加圧ローラ７２に接触される用紙の面に加圧ローラ７２表面の凹凸が用紙に転写されることがほとんどない。これによって、高速両面印刷時、定着済みトナー像の画質劣化が防がれる。【選択図】  図２
2015001545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転定着部材に圧接して定着部を形成し、前記定着部を通紙される用紙上にトナー像を定着する加圧回転部材であって、前記加圧回転部材は表層に、導電性フィラーが添加されるとともに、表面粗さが所定の基準値未満まで低減された樹脂層を備えることを特徴とする定着用加圧回転部材。
【請求項２】
前記表面粗さの基準値が算術平均粗さ（Ｒａ）に換算して0.19μｍである、請求項１に記載の定着用加圧回転部材。
【請求項３】
前記樹脂層がフッ素樹脂であり、前記導電性フィラーがカーボンフィラーである、請求項１または２に記載の定着用加圧回転部材。
【請求項４】
回転定着部材と、
前記回転定着部材に圧接して定着部を形成し、前記定着部を通紙される用紙上にトナー像を定着する加圧回転部材と、
を備える定着装置であって、
前記加圧回転部材は表層に、導電性フィラーが添加されるとともに、表面粗さが所定の基準値未満まで低減された樹脂層を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
前記表面粗さの基準値が算術平均粗さ（Ｒａ）に換算して0.19μｍである、請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記樹脂層がフッ素樹脂であり、前記導電性フィラーがカーボンフィラーである、請求項４または５に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載の定着装置を備える、両面印刷機能を有する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー像の定着に用いられる定着用回転部材および定着装置、ならびに定着装置を備える両面印刷機能を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
両面印刷機能を有する画像形成装置における定着プロセスでは、一般的に、加熱ローラとこの加熱ローラに圧接する加圧ローラとのニップ部（定着部）に、転写部に置いて第１面に第１トナー像が転写された用紙を通紙して第１トナー像を定着した後、この用紙をスイッチバック（反転パス）機構によって反転させて転写部へ戻す。そして、転写部において第２面に第２トナー像が転写された用紙を再度、定着部に通紙して第２トナー像を定着する方式で行われる。１回目の通紙と２回目の通紙で用紙は反転されるので、加熱ローラに接する定着対象面は１回目が第１面で２回目が第２面となる。
【０００３】
つまり、１回目の通紙で既に第１トナー像が定着された第１面は２回目の通紙で加圧ローラに接触する。加熱ローラ、加圧ローラの構造について説明すると、中空芯金の周面に弾性層が形成され、その更に外側にフッ素樹脂層（フッ素チューブ）が形成される。フッ素樹脂が用いられる理由は特許文献１に記載されているようにトナーの離型性が良いからである。
【０００４】
高速印刷に対応した機種では加圧ローラ側のフッ素樹脂層に導電性のフィラー（例えば、カーボンフィラー）が添加される。これは高速回転で加熱ローラと加圧ローラとが擦れ合うことでフッ素樹脂層が静電帯電してトナー像が乱れることが防止するために、加圧ローラ表面に導電性を付与して静電気を除電するためである。除電機構としてはアース機構が挙げられる。
【０００５】
加熱ローラではなく加圧ローラ側のフッ素樹脂層が、導電性のフィラーの添加用途に採用される理由はフィラー添加の影響が定着対象面のトナー像に及ぶのを防ぐためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３０４９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、加圧ローラ表層のフッ素樹脂層にフィラーが添加されることで加圧ローラの表面粗さが低下する。この表面粗さの低下は片面印刷であれば問題とはならないが両面印刷時の２回目の通紙で用紙の第１面が加圧ローラ表面に接触する際に第１面の定着済みトナー像の画質に影響が出る場合がある。それでも普通紙のように薄く表面に凹凸が多い用紙であれば見た目に顕著な違和感があるほどの画質の劣化として現われないが、本発明者らが300 g/m2 厚紙と呼ばれる極端に厚く表面の平滑性が高められた用紙で実験した結果、特にトナー像の光沢性が著しく劣化する問題が発生した。この理由は、紙が厚手になることで厚み方向に弾力性を持つようになるので定着済みトナー像を加圧ローラで押さえ付けたときに加圧ローラ表面の凹凸がトナー像に転写されて見た目に光沢性が悪くなると考えられる。
【０００８】
追跡実験によると、定着部への通算の通紙枚数が少ないほど加圧ローラの表面粗さによる画質への影響が大きくなり、１万枚を超えるとほとんど影響がなくなることが分かった。その理由として通紙を重ねることによるフィラーの摩耗で表面粗さが低下していくことで影響が少なくなることが予想される。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高速両面印刷時、定着済みトナー像の画質劣化を起こさない定着用加圧ローラ、定着装置および両面印刷機能を有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明の定着用加圧回転部材は表層に、導電性フィラーが添加されるとともに、表面粗さが所定の基準値未満まで低減された樹脂層を備える。
【００１１】
この構成によると、加圧回転部材の表面が平滑化されているので、厚紙の用紙が定着部に通紙されたときでも加圧回転部材に接触される用紙の面に加圧回転部材表面の凹凸が用紙に転写されることがほとんどない。これによって、高速両面印刷時、定着済みトナー像の画質劣化が防がれる。
【００１２】
前記表面粗さの基準値は実験で確かめられた数値では算術平均粗さ（Ｒａ）で0.19μｍである。
【００１３】
前記樹脂層の例としてトナー離型性の良いフッ素樹脂が挙げられ、前記導電性フィラーの例として安価で導電性の良いカーボンフィラーが挙げられる。
【００１４】
本発明の定着装置は前記定着用加圧回転部材を回転定着部材に圧接させて定着部を形成した構成を備える。
【００１５】
本発明の画像形成装置は前記定着装置を備え、両面印刷機能を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、高速両面印刷時、定着済みトナー像の画質劣化を起こさない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】定着用加圧ローラを示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、この発明の第１の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に示すように、画像形成装置１０は、装置本体１００、自動原稿搬送装置（ＡＤＦ:Automatic Document Feeder）２００、及び制御部３００を備えている。
【００２０】
装置本体１００は、第１画像読取部１１０、画像形成部１２０、及び給紙部１３０を備えている。第１画像読取部１１０は、装置本体１００の上部に配置され、第１画像読取部１１０の下に画像形成部１２０が配置され、画像形成部１２０の下に給紙部１３０が配置されている。第１画像読取部１１０とＡＤＦ２００とによって画像読取装置４００が構成されている。
【００２１】
画像形成部１２０は、第１画像読取部１１０との間に画像形成処理済みの用紙を収容する用紙排紙トレイ６７を設けるための空間８３を有するように、一部の水平方向の断面積が第１画像読取部１１０より小さく形成されている。このように、装置本体１００は、所謂胴内排出形状を呈している。用紙として、普通紙、印画紙、ＯＨＰフィルム等の記録媒体が挙げられる。
【００２２】
画像形成部１２０は、露光ユニット３、４個の画像形成部５１，５２，５３，５４、中間転写ベルトユニット６、二次転写ローラ６６、定着装置７、用紙排紙トレイ６７、及び用紙搬送路６８，６９を備え、用紙に画像形成処理を行う。
【００２３】
中間転写ベルトユニット６は、中間転写ベルト６１、駆動ローラ６２、従動ローラ６３、及びテンションローラを有している。中間転写ベルト６１は、駆動ローラ６２と従動ローラ６３との間に張架されてループ状の移動経路を形成している。
【００２４】
画像形成部１２０は、ブラック、並びに、カラー画像を色分解して得られる減法混色の３原色であるシアン、マゼンタ及びイエローの４色の各色相に対応した画像データを用いて、画像形成部５１，５２、５３，５４において画像形成処理を行う。画像形成部５１〜５４は、中間転写ベルト６１の移動経路に沿って一列に配置されている。画像形成部５２〜５４は、画像形成部５１と実質的に同様に構成されている。
【００２５】
ブラックの画像形成部５１は、感光体ドラム１、帯電装置２、現像装置４、一次転写ローラ５、及びクリーニングユニット６４を備えている。
【００２６】
帯電装置２は、感光体ドラム１の表面を所定の電位に均一に帯電させる。
【００２７】
露光ユニット３は、図示しない半導体レーザ、ポリゴンミラー、第１ｆθレンズ及び第２ｆθレンズを備えており、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各色相の画像データによって変調されたレーザビームのそれぞれを、画像形成部５１〜５４のそれぞれの感光体ドラム１に照射する。４個の感光体ドラム１のそれぞれの周面には、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各色相の画像データによる静電潜像が形成される。
【００２８】
現像装置４は、静電潜像が形成された感光体ドラム１の周面に、画像形成部５１〜５４のそれぞれの色相のトナー（現像剤）を供給し、静電潜像をトナー像に顕像化する。
【００２９】
クリーニングユニット６４は、現像及び画像転写の後における感光体ドラム１の表面に残留したトナーを回収する。
【００３０】
中間転写ベルト６１の外周面は、４個の感光体ドラム１に順に対向する。中間転写ベルト６１を挟んで各感光体ドラム１に対向する位置のそれぞれに、一次転写ローラ５が配置されている。中間転写ベルト６１と感光体ドラム１とが互いに対向する位置のそれぞれが、一次転写位置である。
【００３１】
一次転写ローラ５には、感光体ドラム１の周面に担持されたトナー像を中間転写ベルト６１上に転写するために、トナーの帯電極性（マイナス）と逆極性（プラス）の一次転写バイアスが定電圧制御によって印加される。これによって、感光体ドラム１のそれぞれに形成された各色相のトナー像は中間転写ベルト６１の外周面に順次重ねて転写（一次転写）され、中間転写ベルト６１の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。
【００３２】
但し、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色相の一部のみの画像データが入力された場合は、４個の感光体ドラム１のうち、入力された画像データの色相に対応する一部のみにおいて静電潜像及びトナー像の形成が行われる。例えば、モノクロ印刷モード時には、ブラックの色相に対応した画像形成部５１の感光体ドラム１のみにおいて静電潜像の形成及びトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト６１の外周面にはブラックのトナー像のみが転写（一次転写）される。
【００３３】
画像形成部５１〜５４の全てにおいて画像形成処理が行われるフルカラー画像形成時には、４個の一次転写ローラ５が中間転写ベルト６１を全ての感光体ドラム１に圧接させる。一方、画像形成部５１のみにおいて画像形成処理が行われるモノクロ画像形成時には、画像形成部５１のみにおいて一次転写ローラ５が中間転写ベルト６１を感光体ドラム１に圧接させる。
【００３４】
各一次転写ローラ５は、ステンレス等の金属を素材とする軸の表面を導電性の弾性材によって被覆して構成されており、導電性の弾性材によって中間転写ベルト６１に均一に高電圧を印加する。
【００３５】
二次転写ローラ６６は、中間転写ベルト６１を挟んで駆動ローラ６２に所定のニップ圧で圧接している。二次転写ローラ６は、導電性樹脂であって硬質材料で構成されている。二次転写ローラ６６は、中間転写ベルト６１の外周面に担持されたトナー像を、用紙に転写（二次転写）する。
【００３６】
一次転写位置のそれぞれにおいて中間転写ベルト６１の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト６１の回転によって、中間転写ベルト６１と二次転写ローラ６６との対向位置である二次転写位置へ搬送される。
【００３７】
給紙部１３０の給紙トレイ８１には、用紙が収容されている。用紙搬送路６８には、複数の搬送ローラ１２Ａ，１２Ｂが配置されている。用紙搬送路６８は、給紙トレイ８１に収容されている用紙を、二次転写位置（本発明でいう転写部。）及び定着装置７を経由して用紙排紙トレイ６７へ送るために、略垂直方向に配置されている。
【００３８】
用紙搬送路６９には、複数の搬送ローラ１２Ｃ，１２Ｄが配置されている。用紙搬送路６９は、用紙の搬送方向において、定着装置７の下流側から二次転写位置の上流側まで設けられている。用紙搬送路６９には、定着装置７を通過した後で用紙排紙トレイ６７へ排出される用紙が、それまでの後端を前にして搬送される。これによって、用紙は表裏を反転した状態で、二次転写位置へ再送される。
【００３９】
給紙部１３０は、給紙カセット８１の他に、手差しトレイ８２を備えている。給紙カセット８１及び手差しトレイ８２のそれぞれには、用紙が収容される。
【００４０】
給紙部１３０は、給紙カセット８１又は手差しトレイ８２の何れかから１枚ずつ用紙を給紙する。給紙カセット８１に収容された用紙は、ピックアップローラ１１Ａによって給紙され、用紙搬送路６８を経由して二次転写位置へ搬送される。手差しトレイ８２に収容された用紙は、ピックアップローラ１１Ｂによって給紙され、用紙搬送路６８を経由して二次転写位置へ搬送される。給紙カセット８１には普通紙と250 g/m2 までの厚紙をセットすることが可能である。市販される厚紙で最も厚い300 g/m2 の厚紙は手差しトレイ８２にセットされる。
【００４１】
用紙搬送方向において二次転写位置の上流側に、レジストローラ１３が配置されている。レジストローラ１３は、給紙カセット８１又は手差しトレイ８２から給紙された用紙の先端を、中間転写ベルト６１の表面に形成されたトナー像の先端と合わせるタイミングで回転を開始し、二次転写位置へ用紙を供給する。
【００４２】
給紙部１３０から給紙された用紙が二次転写位置を通過する際に、駆動ローラ６２に、トナーの帯電極性（マイナス）と同極性（マイナス）の高電圧の転写電圧が印加される。これによって、中間転写ベルト６１の外周面から用紙の表面に、トナー像が二次転写される。
【００４３】
トナー像が用紙に転写された後の中間転写ベルト６１上に残留した現像剤は、中間転写ベルト用クリーニング装置６５によって回収される。
【００４４】
トナー像が転写された用紙は、定着装置７に導かれる。定着装置７は加熱ローラ７１および加圧ローラ（本発明の定着用加圧ローラ。）７２を備える。加熱ローラ７１は本発明の回転定着部材の一例である。加圧ローラ７２は加熱ローラ７１に圧接して定着部を形成し、トナー像が転写された用紙は定着部に通紙されることで加熱及び加圧される。これによって、トナー像が、用紙の表面に堅牢に定着する。トナー像が定着した用紙は、トナー像が定着した面を下にして用紙排紙トレイ６７上へ排出される。
【００４５】
図２は定着用加圧ローラ７２の構造を示す断面図である。加圧ローラ７２は表層に、導電性フィラー７２４が添加された樹脂層７２３を備える。一例として図２に示すように、加圧ローラ７２は、金属製の中空円筒の芯金７２１の周囲を弾性材料から成る弾性層７２２が所定の膜厚で被覆され、さらに弾性層７２２の周囲が所定の膜圧の前記樹脂層７２３で被覆された形態である。加圧ローラ７２はこの形態に限らず、表層に前記樹脂層７２３が形成されたものであれば、中間層である弾性層７２３を省略することも可能である。
【００４６】
加圧ローラ７２の表層の樹脂層７２３の樹脂材料については、フッ素樹脂が好適に用いられる。フッ素樹脂は機械的強度とトナーの離型性に優れるからある。またフッ素樹脂は張力にも富むので、この材料を加圧ローラ７２の表層の形態にするには所定の膜厚でチューブ状に成形したフッ素樹脂チューブを引き伸ばして前記弾性層７２２の外周に圧着させれば良い。フッ素樹脂の例としてはペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などが挙げられる。
【００４７】
ただし、樹脂層７２３の材料はフッ素樹脂に限らず、定着用のローラとして耐え得る特性（機械的強度、耐熱性や硬度など。）を備えたものであれば様々な材料の中から選択することができる。
【００４８】
導電性フィラー７２４の材料については、カーボンフィラーが好適に用いられる。カーボンフィラーは導電性に優れ、安価に入手できる材料の一つである。カーボンフィラーをフッ素樹脂チューブに添加するには、溶融されたフッ素樹脂中にカーボンフィラーを均一分散させたコロイド状の原料をチューブ状に成形すれば良い。
【００４９】
ただし、導電性フィラー７２４の材料はカーボンフィラーには限定されない。
【００５０】
樹脂層７２３に添加された導電性フィラー７２４は粒子であっても固形物である。また樹脂層７２３の表面から露出するフィラーもあると考えられる。このため、樹脂層７２３の表面にはミクロの凹凸が存在している。
【００５１】
本発明では樹脂層７２３表面の凹凸を減らして平滑化するために加圧ローラ７２の表面の研磨加工を行う。
【００５２】
以下に、この表面研磨加工後の加圧ローラを、定着装置７の加圧ローラ７２に使用した上記実施形態に係る画像形成装置を動作させて300 g/m2厚紙に両面印刷を行った実施例を表１に示す。同表比較例は表面研磨加工を施さなかった加圧ローラを使用した場合である。実施例、比較例ともに加圧ローラ７２の樹脂層７２３にはＰＦＡチューブ（膜厚50 μm。）を使用した。導電性フィラー７２４にはカーボンフィラーとして、カーボンブラック（粒径10nm〜200nm）を使用した。
【００５３】
表１において、鏡面光沢度の測定は、JIS P 8142:2005（紙及び板紙−75 度鏡面光沢度の測定方法）に定義された測定方法に準拠する。表面粗さは、JIS B 0601:2001（製品の幾何特性仕様 (GPS) −表面性状：輪郭曲線方式−用語，定義及び表面性状パラメータ）に定義された算術平均粗さ（Ｒａ）の算出方法に準拠する。
【００５４】
【表１】
2015001545.tif 000003
【００５５】
表１の結果についてまず、加圧ローラ７２の表面粗さについて説明する。表面研磨加工をしなかった比較例で用いる加圧ローラの算術平均粗さＲａは0.26μｍであったが、実施例で用いた加圧ローラでは0.19μｍにまで低減される。
【００５６】
次に、300 g/m2の厚紙を使用して高速両面印刷を行った。条件を同一にして比較実験を行うため、第１面、第２面共に黒色トナーによるベタ画像を転写・定着させた。両面にトナー像が定着されたこの厚紙の第１面の鏡面光沢度を測定したところ実施例では75％、比較例では47％であった。表面研磨した加圧ローラ７２を使用した実施例によると厚紙の両面印刷時の第１面の鏡面光沢度が著しく向上した。
【００５７】
比較例でも通紙枚数が12,000枚に達すると、加圧ローラ７２の算術平均粗さＲａは0.12で300 g/m2厚紙の第１面の鏡面光沢度は77％を記録することから紙との摺擦が繰り返されることで加圧ローラの表面が研磨されたとの同じ効果が得られることが分かる。
【００５８】
さらに考察すると、厚紙は両面印刷のプロセスを通して定着部に２回通紙されるが、１回目の通紙でトナー像が定着された第１面は、２回目の通紙で加圧ローラ７２に摺擦される。このとき加圧ローラ７２は通紙される厚紙を加圧する。300 g/m2ほどの厚紙では厚み方向に弾性を持つようになるので加圧ローラ７２から受ける圧力によって圧縮されることになる。加圧ローラ７２を研磨していない比較例では加圧ローラの表面が粗いために第１面の定着済みトナー像に加圧ローラ７２表面の凹凸が転写されてしまい、これによって鏡面光沢度が低下する。加圧ローラ７２の表面粗さを低減させている実施例ではこうしたトナー像への凹凸の転写がほとんどないので光沢度の低下が生じない結果となったと考えられる。
【００５９】
本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本実施形態では第１の実施形態の定着装置７における回転定着部材として加熱されながら周回駆動される無端ベルト７１１を使用したものである。この実施形態においても第１の実施形態と同様に加圧ローラ７２の表面粗さを所定の基準値以下に低減させておくことで、高速両面印刷時の定着済みトナー像の画質劣化が防がれる。また、第１の実施形態の加圧ローラ７２の構成は、それに限定させるものではなく、無端ベルトの表面の凹凸に適用することも可能である。
【００６０】
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６１】
１…画像形成装置
７…定着装置
７１…加熱ローラ（回転定着部材の一例）
７１１…無端ベルト（回転定着部材の他の例）
７２…加圧ローラ（加圧回転部材の一例）
７２１…芯金
７２２…弾性層
７２３…樹脂層
７２４…導電性フィラー
【図１】
2015001545.tif 000004
【図２】
2015001545.tif 000005
【図３】
2015001545.tif 000006