(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱回転体と、前記加熱回転体と共にニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、トナー画像が形成された記録材を前記ニップ部で搬送しながら加熱する定着部と、
トナーが記録材に保持される方向の静電気力が生じるように前記加熱回転体の表面と前記加圧ローラの表面との間に電位差を設ける電圧印加部と、
を有し、前記ニップ部における記録材の搬送速度が異なる複数のプリントモードを実行可能な画像形成装置において、
前記装置は、記録材としての紙媒体に画像を形成するための第１のプリントモードと、記録材としての紙媒体に画像を形成するためのプリントモードであり、前記搬送速度が前記第１のプリントモードよりも遅い第２のプリントモードと、を実行可能であり、
前記電圧印加部は、前記第１のプリントモードにおける前記電位差を、前記搬送速度が前記第１のプリントモードよりも遅い前記第２のプリントモードにおける電位差よりも小さくなるように設定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第１のプリントモードにおいて前記搬送速度は前記装置で設定可能な最大速度に設定され、前記第１のプリントモードにおける前記電位差は、前記第１のプリントモードを除くいずれのプリントモードにおける前記電位差よりも小さくなるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第１のプリントモードで使用される記録材の坪量は、前記第２のプリントモードで使用される記録材の坪量よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記第１のプリントモードで使用される記録材の平滑度は、前記第２のプリントモードで使用される記録材の平滑度よりも高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記加熱回転体は、筒状のフィルムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記定着部は前記フィルムの内面に接触するヒータを有し、前記ヒータは前記フィルムを介して前記加圧ローラと共にニップ部を形成することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複写機やＬＢＰ等、電子写真方式を採用した画像形成装置であって記録材に形成されたトナー画像を加熱定着する定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機、プリンタが備える定着装置として加熱ローラを用いた装置や、フィルムを用いた装置が知られている。いずれの定着装置においても、記録材上の未定着トナーの一部が定着ローラやフィルムの表面に付着し、トナーが付着した部分が次に記録材と接する際に、記録材側に転移するという「オフセット」という画像不良が生じることがある。このオフセットの抑制するために、トナーの記録材に対する静電的な付着力をアップさせる構成が知られている。例えば、特許文献１には、定着フィルムの基材部にトナーと同極性の電圧を印加することでトナーを静電的に記録材上に保持しやすいように制御するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−８０９４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
静電オフセットのいくつかの種類の中で目立ちやすい画像不良として知られているのが剥離オフセットである。剥離オフセットは、記録材の抵抗値が高い場合に、記録材の後端部が定着ニップ部を抜ける際、定着フィルム表面との間で強い剥離放電が生じ、トナーと逆極性の局所帯電部が残ることで生じる。
【０００５】
この剥離オフセットは、剥離オフセット電界を打ち消す方向の電圧、つまりトナーの記録材に対する静電的な付着力をアップする方向の電圧を印加することによって抑制できるものの、次のような課題がある。
【０００６】
それは、記録材に炭酸カルシウムを主成分とする紙粉が多く含まれる場合、紙粉はプラス帯電しやすい性質があり、加圧ローラに印加する電圧が大きいと、プラス帯電した紙粉が定着フィルム側に吸着されやすくなる。定着フィルムに吸着した紙粉は、徐々に蓄積し、その蓄積量が増えると、定着フィルム表面のフッ素樹脂の離型性能を低下させる。離型性が低下すると、フィルムに付着するオフセットトナー量も増え、紙粉とトナーが混ざり合った「トナー汚れ」が発生する。トナー汚れは、定着フィルム表面に蓄積する場合と、加圧ローラ表面に蓄積する場合、あるいは、両方に蓄積する場合がある。これらは、定着フィルムと加圧ローラの表面の離型性能のバランスや材料特性によって装置固有の特性によって決まることが多い。いずれにしても、トナー汚れの蓄積量が一定量を超えると、「トナーかす」として記録材表面に吐き出されることによる画像不良が発生する場合がある。
【０００７】
そこで、本発明に係る目的は、剥離オフセットの抑制とトナー汚れの抑制とを両立できる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するための本発明は、加熱回転体と、前記加熱回転体と共にニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、トナー画像が形成された記録材を前記ニップ部で搬送しながら加熱する定着部と、トナーが記録材に保持される方向の静電気力が生じるように前記加熱回転体の表面と前記加圧ローラの表面との間に電位差を設ける電圧印加部と、を有し、前記ニップ部における記録材の搬送速度が異なる複数のプリントモードを実行可能な画像形成装置において、前記装置は、記録材としての紙媒体に画像を形成するための第１のプリントモードと、記録材としての紙媒体に画像を形成するためのプリントモードであり、前記搬送速度が前記第１のプリントモードよりも遅い第２のプリントモードと、を実行可能であり、前記電圧印加部は、前記第１のプリントモードにおける前記電位差を、前記搬送速度が前記第１のプリントモードよりも遅い前記第２のプリントモードにおける電位差よりも小さくなるように設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、プリントモードによらず、トナー汚れ発生の抑制と剥離オフセットの抑制とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る画像形成装置を表す概略構成図。
【図２】本発明に係る加熱定着装置を表す概略構成図。
【図３】本発明の実施形態を説明する図。
【図４】本発明の実施形態を説明する図。
【図５】本発明の実施形態を説明する図。
【図６】本発明の実施例４を説明する図。
【図７】本発明の実施例４を説明する図。
【図８】本発明の実施例６を説明する図。
【図９】本発明の比較例３を説明する図。
【図１０】本発明の比較例４を説明する図。
【図１１】本発明に適用できるその他の加熱定着装置を表す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（１）画像形成装置例
図１は本実施例を代表する定着装置を具備した画像形成装置の概略構成図である。
【００１２】
１は感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウム製のシリンダ上に形成されている。感光ドラム１は矢印の方向に回転駆動し、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様帯電される。次に、レーザースキャナ３より、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザ光Ｌによる走査露光が施され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４で現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
【００１３】
可視化されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５により、所定のタイミングで搬送された記録材Ｐ上に感光ドラム１上より転写される。ここで、感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と、記録材の先端の書き出し位置が合致するように８のトップセンサにて記録材の先端を検知し、タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録材Ｐは感光ドラム１と転写ローラ５に一定の加圧力で挟持搬送される。このトナー像が転写された記録材Ｐは定着装置６へと搬送され、永久画像として定着される。一方、感光ドラム１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置７により感光ドラム１表面より除去される。また、９は定着装置６内に設けられた排紙センサであり、紙がトップセンサ８と排紙センサの間で紙詰まりなどを起こした際に、それを検知する為のセンサである。
【００１４】
（２）定着装置６
１）定着装置の断面構成
図２は本実施例を代表する定着装置６の長手方向の中央部における断面構成を表す模式図である。以下、簡単に定着部と記す。この定着部６は互いに圧接して定着ニップ部Ｎを形成するフィルムユニット１０と、加圧ローラ２０と、を有する。フィルムユニット１０は、筒状のフィルム１３と、ヒータ１１と、ヒータ１１を支持する断熱ホルダー１２と、を有する。
【００１５】
ヒータ１１は、フィルム１３の内面に接触することにより定着ニップ部Ｎの加熱を行う。ヒータ１１は、低熱容量のプレート状であり、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性セラミックで形成された基板の表面に、長手方向に沿って、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ２、Ｔａ２Ｎ等の発熱抵抗層が、スクリーン印刷等により形成されている。このヒータ１１がフィルム１３と接する面には、熱効率を損なわない範囲で発熱抵抗層を保護するガラス層などの保護層１１ａを設けられることが多い。ヒータ１１を保持する断熱ホルダー１２は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成され、フィルム１３の回転をガイドする役目も持つ。金属ステー１４は、フィルムユニット１０の曲げ剛性を向上させるために断熱ホルダー１２を長手方向に渡って支持する部材である。
【００１６】
加熱回転体としてのフィルム１３は、クイックスタートを可能にするために総厚２００μｍ以下の厚みの耐熱性フィルムである。ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂にカーボンブラック等の導電性微粒子を添加した導電性樹脂、あるいは耐熱性、高熱伝導性を有するＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の純金属、あるいは合金を用いた導電性金属を基層として用いている。また、長寿命の定着装置を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れた基層厚みとして、２０μｍ以上の厚みが好ましい。よって、フィルム１３の基層の厚みとしては２０μｍ以上２００μｍ以下が最適である。さらに、オフセット防止や記録材の分離性を確保するために表層には次のような材料が用いられる。ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン  パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン  ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレン  テトラフルオロエチレン共重合体）、ＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等のフッ素樹脂や、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂である。また、表層と基層の間には、中間ゴム層として厚みが１００μｍ〜３００μｍ程度のシリコーンゴム層が形成してあってもよい。中間ゴム層を形成することにより記録材表面の凹凸やトナー画像の凹凸とフィルム１３の表面が追従しやすくなり、良好な定着画質を提供することが可能となる。
【００１７】
加圧ローラ２０は芯金２１と、芯金２１の外側に形成された弾性層２２と、弾性層２２の外側に形成された表層２３と、を有する。芯金２１は、ＳＵＳ、ＳＵＭ、Ａｌ等の金属で形成されている。弾性層２２は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スポンジゴム、あるいはシリコーンゴムに中空のフィラー（マイクロバルーン等）を分散させた気泡ゴム等で形成される。弾性層２２にはカーボンブラック等の導電性粒子を添加し、導電性を付与させている。これらの弾性層は単層であってもよいし、熱伝導性や硬度など目的に応じて性質の異なる複数の層を積層して形成してあってもよい。表層２３は、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等で形成される。本実施例では、加圧ローラの芯金に、トナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加することで、静電オフセットや剥離オフセット等の画像不良を抑制しているが、電圧印加部については後述する。
【００１８】
また、加圧ローラ２０は芯金２１の端部に設けられた不図示の駆動ギアにより、図２の矢印の方向に回転する駆動力を得る。駆動力は制御手段を統制する不図示のＣＰＵからの指令に従い、不図示のモータより伝達される。この加圧ローラの回転駆動に伴って、フィルム１３は加圧ローラ２０との摩擦力により従動回転する。フィルム１３とヒータ１１との間には、フッ素系やシリコーン系の耐熱性グリース等の潤滑剤を介在させることにより、摩擦抵抗を低く抑え、滑らかにフィルム１３が回転可能となる。また、ヒータ１１の温度制御はセラミック基板の背面に設けたサーミスタ等の温度検知センサ１５の信号に応じて、ＣＰＵが発熱抵抗層に印加する電圧のデューティー比や波数等を決定し適切に制御することで、定着ニップ内の温度を所望の定着設定温度に保つ。
【００１９】
未定着トナー画像Ｔを保持した記録材Ｐは所定のタイミングで、不図示の供給手段によって適宜供給され、定着ニップ内に搬送され加熱定着が行われる。定着ニップ部より排出された記録材Ｐは不図示の排紙ガイドに案内されて排出される。
【００２０】
２）電圧印加部
図２の３１は加圧ローラ２０に可変の電圧を印加する電源であり、不図示の制御回路部からの指令により、所定の電圧が印加される。電圧電源３１からの経路は、不図示の安全回路と給電ケーブルを経て、板バネ等導電部材３２の先端に設けたカーボンチップ等の給電手段３３を介して、加圧ローラ２０の芯金部の一部分と接触させ、トナーＴと逆極性の電圧を芯金に印加する。加圧ローラに印加する電圧の印加量や制御方法について次に説明する。
【００２１】
また、加圧ローラ２０と対向するフィルム１３に関しては、フィルム内面の導電性の基層より、導電性部材３４と金属ステー１４を介して接地させている。
【００２２】
（３）加圧ローラ印加電圧の制御方法
（剥離オフセットの発生原因）
図３を用いて剥離オフセットの原因と加圧ローラに印加する電圧の有効性について説明する。ここでは、負極性に帯電するネガトナーを用いている。また、定着ニップ部は本来接触しているが、図中では説明のためにフィルム表面と加圧ローラ表面を離して描いている。図３（ａ）に示すように、記録材後端が定着ニップＮを抜ける際、記録材後端部のプラス電荷とフィルム表面で剥離放電が発生する。ここでの記録材が保持しているプラス電荷は、トナー画像Ｔを記録材上に転写する際に転写ローラ５に印加するプラス電圧に由来するものである。記録材後端とフィルム表面で剥離放電が発生すると、フィルム表面には局所的に強くプラス帯電した領域Ａが発生する。フィルムが回転し、図３（ｂ）に示すようにプラス帯電した領域Ａがニップ上流側に戻ってきた際に、後続の記録材が定着ニップに導入されると、マイナス帯電した未定着トナーＴがプラス帯電した領域Ａに引き付けられる。このとき、図３（ｃ）に示すように、加圧ローラ側からプラス電圧をアシストすることによって、フィルム表面のプラス帯電した領域Ａに引き寄せられるトナーが記録材側に保持されやすくなり、剥離オフセットを防止することができる。従って、加圧ローラに印加する電圧が高い方が、剥離オフセット改善効果が高い。
【００２３】
（紙粉の吸着原因）
一方で、図３（ｄ）に示したように、プラス帯電した紙粉は、加圧ローラに印加したプラス電圧とは反発する静電気力を受けるので、フィルム表面に吸着しやすくなる。紙粉がプラス帯電する理由は後述する。よって、加圧ローラへの印加電圧が高い方が、紙粉の蓄積量は増える。
【００２４】
（記録材の種類による影響）
ここで、ユーザの使用する記録材の種類と剥離オフセット、或いは加圧ローラ汚れの関係について説明する。
【００２５】
多くのユーザが多用する記録材は一般的に「普通紙」と分類される。普通紙は紙の坪量として概ね６４ｇ／ｍ２〜９０ｇ／ｍ２と規定されている場合が多く、比較的平滑な表面性である。ここでは、坪量が６４ｇ／ｍ２以下の、一般的に「薄紙」と分類される紙についても、まとめて普通紙として扱うことにする。画像形成装置で印字される際には、「普通紙モード」（第１のプリントモード）が使用される。「普通紙モード」は画像形成装置の初期設定で選択されているモードであり、多くのユーザがもっとも多用する通常使用のモードである。通常、「普通紙モード」におけるプリントスピードは装置で設定可能な最大速度である。普通紙に印字する画像パターンの中で、一般的な印字サンプルである「文字画像」のくっきり感を強調するため、近年では白色度の高い普通紙を好むユーザが多い。普通紙の白色度をアップさせる為には、紙の顛料として炭酸カルシウムの添加量が増える。炭酸カルシウムを主成分とする紙粉は他の部材との摩擦によりプラス帯電しやすい性質をもつ。例えば、フィルムや加圧ローラの表層に用いるフッ素樹脂部材と摩擦することで、フッ素樹脂はマイナスに、紙粉はプラスに帯電しやすい。加圧ローラにプラス電圧を印加する構成で、このような紙粉の多い普通紙を継続的に使用すると、フィルム或いは加圧ローラに紙粉汚れが蓄積されやすい。従って、普通紙モードにおいては可能な限り加圧ローラに印加するプラス電圧は低く制御されることが望ましい。
【００２６】
一方で、「厚紙」として分類される紙の坪量は、一般的に１００ｇ／ｍ２〜２５０ｇ／ｍ２である。また、坪量としては７５ｇ／ｍ２〜９０ｇ／ｍ２と普通紙に近いが、普通紙よりも表面性が粗い（平滑度が低い）紙として「ラフ紙」と分類されるものがある。更には、厚紙の１種で、特にカラー画像の光沢度を強調できる紙として「光沢紙（グロス紙）」と分類されるものがある。これらを総称して、ここでは「特殊紙」と呼ぶことにする。画像形成装置で印字される場合には、「特殊紙モード」（第２のプリントモード）が使用される。「特殊紙モード」は、厚紙、ラフ紙、光沢紙等の特性に応じて、さらに複数のモードに分かれている場合もある。「特殊紙」は普通紙と比較して、紙厚の影響で抵抗値が高く、画像形成装置において、トナー画像を記録材に転写する転写工程においては、転写電圧値も高い。すなわち、記録材が保持しているプラス電荷が普通紙よりも多い。
【００２７】
従って、記録材後端が定着ニップ部を通過する際の剥離放電量が多く、剥離オフセット対策としての加圧ローラ電圧は高い方が望ましい。一方で、普通紙と比較して顛料として使用される炭酸カルシウムの割合が小さく、フィルムや加圧ローラ表面への紙粉の蓄積も少ない。さらに、特殊紙は紙が厚いので、普通紙と比較して、トナーを定着させるのに多くの熱エネルギーを必要とする。
【００２８】
坪量の小さいラフ紙においても、紙表面の凹凸性が原因で普通紙と比較して転写性が劣る為、転写電圧値が高い。従って、ラフ紙も厚紙と同様に、剥離オフセットの対策としては、加圧ローラに高い電圧値を印加する必要がある。また、加熱定着の際にも、フィルム表面との密着性が悪い為、普通紙より多くの熱エネルギーを与える必要がある。
【００２９】
（本実施形態の電圧制御方法）
上述したような紙の特性を考慮し、本発明における実施形態としては、以下のような関係に従って電圧制御を行う。
「普通紙モード」で印字される際に加圧ローラに印加する電圧を「Ｖｎ（ｖｏｌｔ）」、普通紙モードの記録材の搬送速度を「Ｍｎ（ｍｍ／ｓｅｃ）」とする。「特殊紙モード」で印字される際に加圧ローラに印加する電圧を「Ｖｓ（ｖｏｌｔ）」、特殊紙モードの記録材の搬送速度を「Ｍｓ（ｍｍ／ｓｅｃ）」と定義する。この時、Ｖｎ、Ｍｎ、Ｖｓ、Ｍｓは次のような関係となる。
加圧ローラ電圧（ｖｏｌｔ）      ：Ｖｎ（普通紙）＜Ｖｓ（特殊紙）
記録材の搬送速度（ｍｍ／ｓｅｃ）：Ｍｎ（普通紙）＞Ｍｓ（特殊紙）
【００３０】
すなわち、紙粉量が比較的多く、加圧ローラ汚れを発生させやすい「普通紙モード」においては、加圧ローラに印加する電圧を下げ、紙粉の引き込み量をできるだけ抑制する。このとき、普通紙モードにおいて電圧値を下げても剥離オフセットが問題とならない理由を記録材の搬送速度の観点で次に説明する。
【００３１】
図３（ａ）で説明したように、剥離オフセットは記録材後端の電荷が、フィルムに対して剥離放電することにより発生する。剥離放電のしやすさ（放電開始電圧）は、図４に示すパッシェンの法則に従うと、記録材後端−フィルム間の距離（ギャップ）により、１０μｍ程度の距離では数百Ｖ程度の電位差で剥離放電し、フィルム側が帯電することになる。
【００３２】
図５に普通紙モードと特殊紙モードにおいて、記録材後端がニップ下流から排出してから時間ｔ（ｍｓｅｃ）経過した時の、記録材後端とフィルム間のギャップの様子を示す。記録材の搬送速度の速い「普通紙モード」は、図５（ａ）に示すように後端が定着ニップ下流から遠ざかるスピードが速く、ギャップがすぐに広がる。よって、剥離放電の発生する時間も短く、また記録材の保持するプラス電荷も少ないので、剥離放電量が少なく、フィルム表面に残る剥離帯電量は少ない（図中、点線で示した放電エリアが狭い）。一方、図５（ｂ）に示す、記録材の搬送速度の遅い特殊紙モードでは、後端が定着ニップ下流から遠ざかるスピードが遅く、ギャップが広がらない。よって、剥離放電の発生する時間も長く、また、高い転写電圧を受けることによる記録材の保持するプラス電荷も多いので、剥離放電量が多く、フィルム表面に残る剥離帯電量は多くなる（図中、点線で示す放電エリアが広い）。
【００３３】
「特殊紙モード」を「普通紙モード」と同じ記録材の搬送速度で印字を行うことで、剥離放電を抑制する方法も考えられるが、上記に説明したように、特殊紙に分類される記録材はトナー定着の際に普通紙より多くの熱量を要する。より多くの熱量を供給する為に温調温度を上げる対応も考えられるが、温調温度を高く設定した場合に発生する問題、例えば紙のカール・積載性の悪化や、定着画質の劣化、紙からの水蒸気の発生量増加などの懸念を伴うので望ましくない。
【００３４】
以下に、本実施形態の電圧制御を適用した実施例１〜５について、剥離オフセットとトナー汚れについて評価した結果を説明する。
【００３５】
（４）効果の比較
以下に説明する評価において、用いた記録材の種類は次の通りである。
普通紙については、Ｏｃｅ社製  Ｒｅｄ  Ｌａｂｅｌ  坪量：８０ｇ／ｍ２
特殊紙については、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｐａｐｅｒ社製  Ｈａｍｍｅｒ  Ｍｉｌｌ  坪量：１２０ｇ／ｍ２の厚紙を使用した。
【００３６】
評価に用いた画像形成装置は、ＬＢＰ（レーザービームプリンター）を用い、以下の実施例に従って適宜構成を変更させてある。
【００３７】
（剥離オフセット評価）
普通紙および特殊紙に対して、それぞれ低温低湿環境（１５℃／１０％ＲＨ）に放置した紙にハーフトーン画像パターンを連続５０枚通紙して、剥離オフセットを評価した。なお、本評価に用いているトナーはマイナス極性に帯電する特性を持ったネガトナーを用いて評価している。評価結果は以下のように分類した。
◎：全く発生しない。
○：ごく軽微かつ部分的に発生する。よく見れば判るレベル。
△：軽微かつ部分的に発生する。
×：長手全域にシャープなスジ状で発生する。
【００３８】
（トナー汚れ評価）
トナー汚れの評価には、普通紙および特殊紙を用いて、低温低湿度環境（１５℃／１０％ＲＨ）で４枚連続通紙後、５分休止を繰り返すプリントモードで１０，０００枚通紙したあとの加圧ローラ汚れを評価した。評価結果は以下のように分類した。
◎：全く汚れは発生しない。
○：加圧ローラに極軽微な汚れが発生するが、紙上には付着しない。
△：加圧ローラに軽微な汚れが発生、紙上には軽微な汚れが付着する場合がある。
×：加圧ローラ表面の汚れが目立ち、紙上にも目立つ汚れが付着する。
【００３９】
以下に説明する実施例に対して、上記の評価を行った。
【００４０】
（実施例１）
本実施例で説明する製品仕様の詳細について以下に説明する。
【００４１】
画像形成装置の装置内での「普通紙モード」の記録材の搬送速度は、２２０ｍｍ／ｓｅｃであり、１分間にＡ４サイズを縦送りで４０枚の印字が可能である。紙に接触するフィルム１３、加圧ローラ２０等も記録材の搬送速度と略同じ周速で回転する。また、「特殊紙モード」の記録材の搬送速度は普通紙モードの半速であり１１０ｍｍ／ｓｅｃである。
【００４２】
フィルム１３は、外径が１８ｍｍである。基層は厚み７０μｍのＰＩ（ポリイミド）製である。基層にはカーボンブラックを添加してあり電気特性としては導電性である。その上に弾性層として、厚み２００μｍのシリコーンゴム層を設ける。表層は、厚さ２５μｍのチューブ状に成型したフッ素樹脂（ＰＦＡ）を被覆する。表層のＰＦＡは絶縁性である。
【００４３】
加圧ローラ２０は、外径が２２ｍｍである。芯金は外形１４ｍｍの鉄製で、その上に弾性層として厚さ約４．０ｍｍの導電性ソリッドシリコーンゴム層を形成してある。さらに表層には厚さ５０μｍのＰＦＡチューブを被覆する。表層のＰＦＡチューブは絶縁性である。加圧ローラ２０は、表面にアスカーＣ硬度計を１ｋｇの荷重で当接させた際に測定される硬度が５５°になるようにシリコーンゴムの硬度を調整した。
【００４４】
また、加圧ローラ２０とフィルム１３、断熱ホルダー１２の当接圧力は、２１５Ｎである。
【００４５】
実施例１の構成において、剥離オフセット評価とトナー汚れ評価を、加圧ローラに印加する電圧値を変化させて行った結果について、表１に記載する。普通紙と特殊紙の両方に対して行った結果である。
【００４６】
【表１】
0006456165.tif 000002
【００４７】
表１には比較例として、通紙モードによって電圧値を変化させない場合について比較例１、比較例２を記載している。比較例１では剥離オフセットを重視して、モードを問わず高い電圧値＝１２００Ｖを印加しているが、弊害として普通紙の加圧ローラ汚れが悪化する。また比較例２は加圧ローラ汚れを防止するためにモードに依らず低い電圧値＝４００Ｖを印加しているが、一方で特殊紙を用いた場合の剥離オフセットが悪い。
【００４８】
それに対して本実施例では、普通紙モードでは低い電圧値＝４００Ｖを、特殊紙モードでは高い電圧値＝１２００Ｖを選択することで、剥離オフセットの抑制と加圧ローラ汚れの抑制との両立が可能となる。
【００４９】
尚、本実施例の技術思想は、普通紙モードと特殊紙モードとにおける電圧の設定に限るものではない。定着ニップ部における記録材の搬送速度が異なる複数のプリントモードを実行可能な画像形成装置において、次のような設定を行うものである。それは、第１のプリントモードにおける電圧値を、搬送速度が前記第１のプリントモードよりも遅い第２のプリントモードのおける電圧値よりも小さくなるように設定するものである。これによって、剥離オフセットの抑制と加圧ローラ汚れの抑制との両立が可能になる。
【００５０】
（実施例２）
実施例２では、基本的な構成は実施例１と同様であり、加圧ローラの表層に用いるＰＦＡチューブに以下に述べるような低帯電特性のＰＦＡチューブを使用していることを特徴とする。
【００５１】
低帯電特性のＰＦＡチューブとは、フッ素樹脂であるＰＦＡ（テトラフルオロエチレン  パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアクリル二トリル（ＰＡＮ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の中から選ばれる少なくとも１種類のポリマーと、フッ素系界面活性剤等のモノマー電解質を含有していることを特徴とするフッ素樹脂チューブである。フッ素系界面活性剤の代表的な材料としては、フルオロアルキルスルホン酸誘導体のスルホン酸、ジスルホン酸、スルホンイミド、スルホンアミド等から選ばれる。例として、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム等がある。これらポリマーおよびモノマーのフッ素樹脂に対する添加量はそれぞれフッ素樹脂１００部に対して、０．０５部以上５部以下が望ましい。０．０５部以下では効果的な帯電特性が得られず、５部以上では加工性が悪化する。
【００５２】
このような材料構成のＰＦＡチューブを使用することで、記録材が定着ニップを抜ける際に剥離帯電しても、帯電電荷が速やかに電荷減衰し剥離オフセットを抑制する効果が得られやすくなる。モノマー電解質のみを含有させた場合、紙との摩擦帯電特性は良化するが、フィルム側の剥離電荷を減衰させるまでの効果は小さい。そこに前記ポリマーを添加することにより、ポリマー内でのイオンの移動度を上げる事が可能となり、剥離帯電電荷の減衰を促進させる効果を得る。
【００５３】
実施例２の比較結果を表２に示す。表２では実施例１〜５までの比較結果をまとめている。表２では、それぞれの実施例において、普通紙モードと特殊紙モードにおいて剥離オフセットとトナー汚れが両立できる電圧の設定値とそのときの発生レベルについてまとめてある。
【００５４】
表２の結果より明らかなように、実施例２の方が、実施例１よりも同じ印加電圧に対する普通紙の剥離オフセットのレベルが良くなっている。上記に説明した、低帯電特性のＰＦＡチューブを加圧ローラ表層に使用することによって、本発明の効果をより高めることが可能となる。
【００５５】
（実施例３）
実施例３を説明する構成の詳細は以下のとおりである。
【００５６】
実施例３では実施例２で使用した、加圧ローラ表層の低帯電特性のチューブを、フィルム表層のチューブにも適用した例である。材料の構成については実施例２と同様である為、説明を省略する。本実施例では、剥離放電によりプラス電荷が帯電するフィルム側において、低帯電特性のＰＦＡチューブを使用しているので、より効果的に剥離電荷の電荷減衰を高めることができる。その結果、剥離オフセットを防止するために必要な加圧ローラに印加する電圧の値を下げることができる。また、加圧ローラ汚れのレベルも向上している。
【００５７】
（実施例４）
実施例４では、実施例２の構成において、フィルムの基層および加圧ローラの弾性層に、カーボン繊維材料やカーボンナノ材料を分散させてあることを特徴とする。カーボン繊維材料やカーボンナノ材料の例としては、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイル等の材料が選択できる。まずフィルムの基層については、ポリイミド等のベース材料に熱伝導率が３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のカーボンナノファイバーが添加されてある。繊維径として平均５０ｎｍ〜５００ｎｍ、繊維長として平均１０μｍ〜２００μｍの範囲のカーボンナノファイバーが望ましい。添加量としては、ポリイミド樹脂１００部に対して１０〜６０部の配合比が望ましい。基層の電気抵抗率は、配合比に応じて変化するが、１０８Ω・ｍ以下の導電性であることが望ましい。本実施例では１０６Ω・ｍ以下としている。カーボンナノファイバーの添加により、基層の熱伝導率が向上するだけでなく、図６に示すようにフィルムの断面構成に置いて、基層と弾性層の界面に介在するファイバーの効果により、フィルム表面の帯電電荷を除電する効果が高まる。除電効果が高まることにより、紙との摺察による摩擦帯電電荷の除電、および紙がニップを抜ける際の剥離帯電量を抑制することができる。
【００５８】
また、同様に加圧ローラの弾性層に対しても、同様の効果を得る事が出来る。本実施例では、弾性層を２層に分割し、芯金側から厚み３ｍｍの弾性層１、厚み１ｍｍの弾性層２とし、弾性層１は導電性の導電シリコーンゴム、弾性層２にカーボンナノ材料を添加した。弾性層は１層のみ成型し、その全体に添加するような構成であっても良い。添加するカーボン繊維材料やカーボンナノ材料の例は上記同様である。弾性層２のシリコーンゴムに添加する好適なカーボンファイバーとして、熱伝導率が３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、繊維径として平均１μｍ〜２０μｍ、繊維長として平均１０〜３００μｍの範囲のカーボンファイバーが望ましい。添加量としては、シリコーンゴム１００部に対して、１０部〜６０部の配合比であることが望ましい。本実施例では、熱伝導率６００Ｗ／ｍ・Ｋのカーボンファイバーを約５０部の割合で配合させてある。弾性層２にカーボンファイバーを添加することにより、次のような効果が得られる。弾性層２の熱伝導率が向上するだけでなく、図７に示すように、加圧ローラの断面構成において、弾性層２と表層の界面に介在するカーボンファイバーの効果により、加圧ローラ表面および、フィルム表面の帯電電荷を除電する効果が高まる。除電効果が高まることにより、紙との摺擦による摩擦帯電荷の除電、およびフィルム上の剥離帯電量を抑制することができる。
【００５９】
実施例４の構成を用いた剥離オフセットとトナー汚れ評価の結果は、表２にあるように普通紙モードにおける加圧ローラへの印加電圧を最も低く設定しても、剥離オフセットを抑制できていることがわかる。また、印加電圧を低くできることにより、加圧ローラのトナー汚れも良好である。
【００６０】
尚、本実施例では、フィルムの基層と加圧ローラの弾性層２の両方に対して、上記カーボン繊維やカーボンナノ材料を添加したが、いずれか一方のみに添加する構成であってもよい。フィルムの基層や加圧ローラの弾性層以外の層、例えば、フィルムのゴム弾性層や表層、加圧ローラの表層、もしくは各層間にプライマを用いて接着させる場合はプライマ材料に添加することも可能である。
【００６１】
（実施例５）
実施例５を説明する構成の詳細は以下のとおりである。
【００６２】
実施例１〜４では加圧ローラに電圧を印加する加熱定着部構成について説明してきたが、実施例５では、フィルムにトナーと逆極性の電圧を印加する構成である。フィルム側に電圧を印加する構成であっても、実施例１〜４と同様の効果が期待できる。フィルムに電圧を印加する構成は、例えば、フィルムの導電性基層に対して、フィルムの内面から給電部を介して電圧を供給できる。あるいは、フィルム長手の端部において、導電性の基層を露出させる構成とし、端部の露出部において導電性ブラシ等を介して給電することも可能である。あるいは、フィルムの基層に絶縁性の耐熱樹脂を使用する場合は、基層と表層の間に、導電性のプライマ層等を設け、導電プライマ層をフィルム端部に露出させ、露出部に給電ブラシと当接するような方法で給電することも可能である。
【００６３】
実施例５では実施例１の構成に対して、導電性のフィルム基層部に内面から電圧を印加した場合について、効果を確認した。用いたトナーは負極性に帯電するネガトナーであるため、フィルム基層にはマイナスの電圧を印加している。また、加圧ローラについては、芯金部を経由して接地させる構成とした。
【００６４】
表２より明らかなように、フィルムに電圧を印加する場合でも、普通紙モードでは剥離電オフセットを抑制するのに必要な電圧値は特殊紙モードよりも大幅に下げることができ、その結果、トナー汚れも問題ないレベルまで良化させることが可能である。
【００６５】
本実施例では、フィルムのみに電圧を印加したが、フィルムと加圧ローラの両方に電圧を印加するような構成であっても、同様の効果が期待でき、加圧ローラ−フィルムそれぞれに印加した電圧の電位差で説明することができる。
【００６６】
（実施例６）
実施例６における制御の詳細を、図８を用いて説明する。定着装置は実施例４の構成と同様である。図８（ａ）に示すように、実施例６は、特殊紙モードを紙種に応じて更に複数のモードに分割した例である。具体的には、厚紙モード、ラフ紙モード、グロス紙モードである。これらの特殊紙に分類される紙種の性質によって、剥離オフセットを抑制するのに必要な加圧ローラの電圧が異なる場合がある。よって、各紙種別にモードを分けて電圧値を変更している。このように、特殊紙モードをさらに紙種に対応させて分けることにより、少しでも加圧ローラに印加する電圧を下げられるモードにおいては、紙粉の引き込み量を最小限に抑制することができる。また、剥離オフセットの厳しい紙種に対しては、優先的に画像の良化を図ることが可能となる。また、図８（ａ）の特殊紙モードは記録材の搬送速度を１１０ｍｍ／ｓｅｃ（普通紙モード：２２０ｍｍ／ｓｅｃの半速）としたがこれに限定されない。例えばグロス紙モードはさらに速度を遅くして７０ｍｍ／ｓｅｃと設定し、そのスピードに合った加圧ローラ電圧を印加するように変更することも可能である。画像形成装置や定着装置の部材特性等に応じて、これら特殊紙モードの更なる分割や、各特殊紙モードの搬送速度、加圧ローラ電圧値は個別に設定することができる。
【００６７】
また、図８（ａ）では使用環境の湿度に対して、電圧の制御値を変更しない例として説明したが、図８（ｂ）に示すように、環境の湿度に応じて印加する電圧を変更するような制御を行うこともできる。これは、各環境における剥離オフセットの発生のしやすさに対応して変更したものである。一般的に、低湿度環境の方が記録材の水分量が減り、抵抗値が上昇する。記録材の抵抗値が上昇すれば、転写工程における転写電圧が高くなる為に記録材が保持するプラス電荷が増える。よって、高湿度環境よりも剥離オフセットのレベルが悪化しやすい。一方で、高湿度環境では剥離オフセットが目立ちにくくなる為、各通紙モードに対して、必要な加圧ローラへの印加電圧を下げることができる。
【００６８】
（比較例１）
表２における比較例１は、実施例１の構成において、普通紙モードにおいても、特殊紙モードにおいても加圧ローラに印加する電圧を１２００Ｖと高い値で制御した例である。剥離オフセットは発生しないが、普通紙モードにおいて加圧ローラ表面に目立つ汚れが発生した。
【００６９】
（比較例２）
表２における比較例２は、実施例１の構成において、普通紙モードにおいても、特殊紙モードにおいても加圧ローラ印加電圧を４００Ｖと低い値で制御した例である。加圧ローラ汚れは問題ないレベルに留まるが、特殊紙モードにおいて目立ちやすい剥離オフセットが発生した。
【００７０】
（比較例３）
表２における比較例３では、実施例１の構成において、フィルム基層に用いる材料をポリイミド（ＰＩ）からステンレス製スリーブ（ＳＵＳスリーブ）に変更した構成である。以下、ＳＵＳスリーブを基層に用いたフィルムは定着スリーブと呼ぶ。外径はφ１８で基層厚みは３０．０μｍである。比較例３は実施例１と比較すると、剥離オフセットを抑制するために加圧ローラに印加する電圧値が高い。図９を用いて説明する。図にはヒータと、ヒータを保持しフィルム、あるいは定着スリーブの走行を規制するフィルムガイド部材も示してある。ニップ上下流ではフィルムガイドとの接触部を支点としてフィルム、あるいは定着スリーブの変形が図のように屈曲した形状となる。実線で示した定着スリーは点線で示したフィルムと比較すると、屈曲カーブが大きくなる。これは、定着スリーブの方が樹脂製のフィルムよりも剛性が高いことによる。フィルムと比較すると、同じ搬送速度で紙を通紙させた場合に、定着スリーブと紙の距離が近づく関係になる為、放電開始電圧も低くなり、且つより長い時間剥離放電が発生する為、樹脂製のフィルムに比較して剥離電荷が多くなる。従って、ＳＵＳを基層に用いた定着スリーブよりもポリイミド樹脂を基層に用いたフィルムの方がより剥離オフセットの抑制には効果的である。
【００７１】
（比較例４）
表２における比較例４では、実施例１の構成において、フィルムの外径を１８ｍｍから３０ｍｍに変更した事を特徴とする。比較例４は実施例１と比較すると、剥離オフセットを抑制するための電圧値が高い。図１０を用いて説明する。実線で示した外径３０ｍｍのフィルムは点線で示した外径１８ｍｍのフィルムと比較すると、ニップ下流での曲率半径が大きくなる。外径１８ｍｍと比較すると、同じ搬送速度で紙を通紙させた場合に、紙との距離が近づくので、放電開始電圧も低くなる。また、より長い時間剥離放電が発生する為、１８ｍｍフィルムと比較して剥離電荷が多くなる。従って、小径のフィルム用いた方がより剥離オフセットの抑制には効果的である。
【００７２】
〔実施形態の他の適用例〕
（画像形成装置の適用例）
実施形態の説明には、モノクロ画像を形成する画像形成装置を用いて説明を行ったが、複数種のトナーを用いて画像を形成するような、例えばフルカラー画像形成装置に適用しても同様の効果が期待できる。
【００７３】
（定着装置の適用例）
本発明を適用できる定着装置は、フィルム加熱定着方式の装置に限られるものではなく、熱ローラ方式の定着装置であっても同様の効果が期待できる。
【００７４】
また、図１１に示すようなフィルム加熱定着方式の熱源として、フィルムユニット５０の内部にハロゲンランプ５１を用いるような構成であってもよい。図１１におけるその他の構成部材は、図２と同様である為説明は省略する。
【００７５】
更には、フィルムや定着スリーブの基層、或いは定着ローラの層構成を成す一部の層が、通電により直接発熱する方式や、誘導発熱型の定着方式であっても同様の効果が得られる。
【００７６】
【表２】
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【符号の説明】
【００７７】
６  定着装置
１１  ヒータ
１３  フィルム
２０  加圧ローラ
５１  ハロゲンヒータ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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