(57)【要約】【課題】  摩擦帯電によるトナーの付着を防止することのできる定着装置を提供すること。【解決手段】  表面に離型層を備えた互いに加熱ローラ並びに加圧ローラを圧接した状態で回転可能に設け、この圧接部で未定着トナー像を担持した用紙等を把持搬送しつつ上記トナー像を定着する定着装置において、上記一対の回転体の少なくとも一方の回転体の表面に、０．５〜１０００ｍｇ／ｍ2で界面活性剤が予め塗布されてなることを特徴とする定着装置を使用することで、使用当初から摩擦帯電に伴うオフセット防止効果が効果的に防止され、しかも界面活性剤の補充することなく、連続してこのオフセット防止効果を維持することが可能となる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に離型層を備えた互いに加熱ローラ並びに加圧ローラを圧接した状態で回転可能に設け、この圧接部で未定着トナー像を担持した用紙等を把持搬送しつつ上記トナー像を定着する定着装置において、
上記一対の回転体の少なくとも一方の回転体の表面に、０．５〜１０００ｍｇ／ｍ2で界面活性剤が予め塗布されてなることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
上記加熱ローラの表面離型層が絶縁性若しくは高抵抗性の材料で構成されてなる請求項１のいずれかに記載の定着装置。
【請求項３】
上記加圧ローラ表面離型層が絶縁性のＰＦＡチューブを材料として構成されてなる請求項１に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に用いられる定着装置であって、特に摩擦帯電によるトナーの付着を防止することのできる定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記のような画像形成装置に用いられる定着装置では、像担持体である用紙、記録シートなどが定着装置の加熱ローラ（定着ローラ）面から順次離れていく時に、画像を構成している現像剤たるトナーの一部が加熱ローラの表面に付着する、いわゆるオフセットを生じる。上記オフセットを生じたトナーは更に加熱ローラに対して所定の押圧力を付与する加圧ローラにも乗り移り、用紙等を汚す原因となる。
【０００３】
上記のようなオフセットが生じる原因は、次の通りである。
【０００４】
一般に正帯電のトナーを定着する場合、加熱ローラに導電性若しくは表面導電性のコーティングを施し、加圧ローラの方は絶縁性若しくは高抵抗性の材質で構成し、これらを組み合わせて使用することが多く、具体的にはフッ素系の材質で構成されることが多い。例えば加熱ローラの表面離型層には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・コポリマー）若しくはそれに導電剤を混入したものが使われ、加圧ローラには、シリコンゴムに表面離型層としてＰＦＡチューブを巻いたものが使用されている。
【０００５】
このような定着装置で用紙を通過させると、フッ素系の材料の場合は、帯電系列がマイナスのため、摩擦帯電により加熱ローラはマイナスに帯電し、用紙上のプラストナーを引きつける。
【０００６】
加圧ローラがあまりにも摩擦帯電しすぎる場合には、用紙との間で火花放電を生じるなどの画像を乱す原因となる。特に、出荷初期には加圧ローラ表面に傷などがなく平滑な表面状態（エアギャップが小さい）であるため摩擦帯電が生じやすい。この現象は特に、ハーフトーン、ベタ黒などのソリッド画像について顕著であり、斑点状の画像不良となる。加熱ローラについても同様で、コーティング抵抗が高い場合には、出荷当初に摩擦帯電が生じやすく、オフセットなどの異常画像を引き起こし易い。
【０００７】
このような出荷当初に摩擦帯電、すなわち、ローラ表面が平滑で用紙とのエアギャップが小さいために生じやすい摩擦帯電は、実際の使用に伴って相当時間が経過してくると、使用によりローラ表面が粗くなったり、用紙糟がローラ表面に付着することで、ローラ表面に作られた微細な凹凸によりエアギャップが大きくなり、摩擦放電が生じにくくなるためと考えられている。
【０００８】
同様にコーティング抵抗が高い場合には、出荷当初に摩擦帯電が生じやすく、オフセットなどの異常画像を生じやすい。
【０００９】
このような電気力によるオフセットの低減については、例えば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】第２７６７７６５号公報第３欄３２行目〜第４欄１３行目
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１によると、定着装置にある種の界面活性剤を塗布することで、摩擦帯電を防止することができることが記載されている。しかしながら上述した特許文献１にも記述されているように、界面活性剤により加圧ローラの表面電位も下げることができるものの、一度通紙した記録材（用紙）を再通紙する場合に、用紙表面に付着した界面活性剤が感光ドラムに付着し感光現象や感光体帯電を妨げる問題もあった。そのため界面活性剤の効果を持続するためには補給部材が必用となり、補給することなく効果を維持することは困難であった。
【００１１】
そこで、本発明者等は、上述した従来の界面活性剤の使用について鋭意研究した結果、
定着装置の使用に伴ってローラ表面が適度に粗され、ローラ表面に形成された微細な凹凸により摩擦帯電が生じにくくなるまでの間、ローラ表面に界面活性剤が保持されている量を出荷時にローラ表面に所定量塗布することで、使用当初は界面活性剤の作用でオフセットを防止しつつ、界面活性剤の補給なしに摩擦帯電に伴うオフセット防止効果を維持できることを見出すことができた。
【００１２】
従って本発明の目的は、界面活性剤の初期塗布のみで、効果的に摩擦帯電を抑制することが出来る定着装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記したような課題の解決を目的とするものであり、その要旨とするところが、互いに圧接する一対の回転体を備え、この圧接部で未定着トナー像を担持した用紙等を把持搬送しつつ上記トナー像を定着する定着装置において、上記一対の回転体の少なくとも一方の回転体の表面に塗布量が、０．５〜１０００ｍｇ／ｍ2である界面活性剤が予め塗布されてなることを特徴とする定着装置である。
【００１４】
上のように界面活性剤の塗布量は定着ローラの摩擦帯電防止に大きく影響し特に、１０〜１００ｍｇ／ｍ2において帯電防止効果が優れていることが確認された。
【００１５】
またこの数値範囲であれば用紙に付着する量が非常に微量である。よって、両面複写時等の一度定着ユニットを通過した用紙が再度感光体を通過する場合においても、界面活性剤による感光体汚染の影響は生じなかった。
【００１６】
上記界面活性剤は加圧ローラ、加熱ローラ或はその両方に塗布される。
【００１７】
上記加圧ローラ表面離型層が絶縁性若しくは高抵抗性の材料で構成されてなる場合に、上記界面活性剤の塗布による帯電防止効果が期待できる。
上記加圧ローラ表面離型層の材質の一例としてデュポン社製のＰＦＡチューブ４５１が挙げられる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は以上述べたように、表面に離型層を備えた互いに加熱ローラ並びに加圧ローラを圧接した状態で回転可能に設け、この圧接部で未定着トナー像を担持した用紙等を把持搬送しつつ上記トナー像を定着する定着装置において、上記一対の回転体の少なくとも一方の回転体の表面に、０．５〜１０００ｍｇ／ｍ2で界面活性剤が予め塗布されてなることを特徴とする定着装置を使用することで、使用当初から摩擦帯電に伴うオフセット防止効果が効果的に防止され、しかも界面活性剤の補充することなく、連続してこのオフセット防止効果を維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
続いて、添付図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施形態にかかる定着装置の概要を示す断面図、図２は図１に示した定着装置の概念図、図３は本定着装置を適用可能な画像形成装置全体の概略断面図である。
【００２０】
最初に、図３を参照して、本発明が用いられた電子写真方式の画像形成装置の一例である複写装置３０について説明する。全体として３０で示した複写装置は下方に複数の用紙収納部３１を有し、その上方に両面ユニット３２が配置され、その上方には画像形成部３３と定着装置３４が設けられている。更にその上部には原稿画像をＣＣＤなどの受光素子３８を用いてディジタル式に読み取る画像読み取り装置３５と原稿を自動的に画像読み取り装置上面の原稿載置部３９へ自動的に供給する自動原稿搬送装置３６が取り付けられている。
【００２１】
画像形成部３３には感光体ドラム４０の円周上に、帯電装置４１、現像装置４２、クリーニング装置４３が配置された作像ユニット４４が設けられており、下方には感光体ドラム４０に対向して転写装置４５が配置されている。感光体ドラム４０は例えば直径８４ｍｍのアルミ円筒の表面にＯＰＣ（有機感光体）やａ−Ｓｉ感光体に代表される感光層が形成されており、図５において時計方向に回転駆動される。帯電装置４１はコロナ放電により回転する感光体ドラム４０の表面を数百Ｖに帯電させる。帯電装置４１の回転方向の下流側では画像読み取り部３５にてディジタル処理された画像信号に基きレーザー露光装置（ＬＳＵ）３７から導かれた原稿画像光が照射されて静電潜像が形成される。現像装置４２では現像ローラが回転して、現像ローラ表面に形成された磁気ブラシが感光体ドラム４０表面に接触し、静電潜像に対して帯電したトナーを付着させてトナー画像を形成する。トナー画像は転写装置４６において、記録用紙が感光体ドラムと４０とその周速と同じ速度で移動する転写ベルト４６ａとの間に挟持された状態で搬送されながら帯電されてトナー画像が用紙上に転写される。転写装置４６の下流側にはクリーニング装置４３が配置されており、感光体ドラム４０の表面上に残留したトナーや他の付着物が除去される。上記複写装置３０の転写装置４６は、転写ベルトを用いたものが採用されているが、これをそれ自体公知の転写ローラに置き換えることも可能である。
【００２２】
上記転写ローラ或は転写ベルトを備えた転写部４６でトナー像が転写された用紙は、用紙搬送方向下流側に設けられた定着装置３４に運ばれ、定着装置３４の定着ローラ３４ａとこれに対向する加圧ローラ３４ｂの間を通り、用紙上のトナーが定着ローラ３４ａの熱によって溶融定着される。加圧ローラ３４ｂは、用紙を上記定着ローラ３４ａに押し付けて、トナーの定着を確実にするためのものである。
【００２３】
次に上記定着装置３４の構造を模式的に図１を参照して説明する。
【００２４】
図１に示すように、定着装置３４は、全体を絶縁性のプラスチック材料で成形された定着装置ハウジング（筐体）１で囲まれている。ハウジング１内には、前記１対の定着ローラ３４ａとこの定着ローラ３４ａに押圧される加圧ローラ３４ｂと、上記両ローラの両端部を例えば軸受手段を使用して回転自在に支持するための一対の金属製フレーム２（図中は一方のみを表示している）が設けられている。そして上記ハウジング１は絶縁性のプラスチック材料で成型されているため、ハウジング内部に設けられた金属製フレーム２も、複写装置３０本体とは絶縁された状態となっている。
【００２５】
このフレーム２は接地されており、定着ローラ３４ａ表面の電荷は金属製フレーム２を介して接地されるようになっている。また既に述べたように、感光体ドラム４０に接触して回転する転写ローラ４には感光体ドラム４０の表面に付着するトナーとは逆電気極性の電圧が電源５により印加されている。この図に示した例ではトナーは正特性として扱われているが、勿論負特性のトナーであっても構わない。なお、上記転写ローラ４から定着装置３４に至る用紙搬送路に設けられた用紙ガイド６は接地させておくことが望ましい。
【００２６】
次に、トナーを正電荷担持体（正帯電したトナー）を例にとって図２によって定着装置内における電荷の状態を説明する。
【００２７】
図２に示すように、感光体ドラム４０の表面に付着する正電荷をもつトナーは、トナーと逆極性に電圧を印加された転写ローラに引きつけられ、転写ローラ４との間を進む用紙Ｐの上面に転写される。トナー画像が転写された用紙は途中のガイド６を通過する時にガイド６側に負の電位を発生させる。
【００２８】
その後用紙Ｐは、定着装置３４内に進み、定着装置３４内の定着ローラ３４ａと加圧ローラ３４ｂの間を通過し、用紙に定着される。このとき、例えば加圧ローラ３４ｂとして表面にフッ素系に離型層として絶縁性のＰＦＡチューブを使用し、また加熱ローラ３４ａ表面に導電性の同じくフッ素系の離型層であるＰＦＡチューブを使用した場合、このローラ対の初期の状態では表面が極めて滑らかなため摩擦帯電が生じやすく、その結果、加圧ローラ表面には負の電荷が生じ、加熱ローラ表面に生じた電荷は接地を通じて除去される。このとき絶縁性の加圧ローラ３４ｂには負の電荷が保持され、定着時に正に帯電したトナーを用紙Ｐにひきつけるように作用する。この原理を利用してオフセットを防止するのであるが、加熱ローラ３４ａの電荷が十分抜けない場合には、加熱ローラ３４ａ表面に負の電荷が幾分蓄積されオフセットが生じてしまうこととなる。特に摩擦の生じやすい初期においては、この現象が発生し易くなる傾向がある。
【００２９】
本発明においては、上述した定着装置を組み立てる際に、加熱ローラ３４ａ、加圧ローラ３４ｂの少なくとも一方のローラ表面に界面活性剤を所定量塗布したものを使用する。このように界面活性剤を使用することで、摩擦帯電の生じやすい状況下でも摩擦電荷を適度に抑え、加熱ローラ３４ａへのオフセットを防止しつつ、加圧ローラ３４ｂに保持された摩擦電荷により用紙Ｐへのトナーひきつけ効果を維持することができる。
【００３０】
ここで使用する界面活性剤の種類としては、その基本成分がアルキルエーテル硫酸Ｎａ、アルカンスルホン酸Ｎａ、ポリオキシエチレン高級アルコールエーテル、アルキルリン酸カリウム塩が効果的であり、特にポリオキシエチレン高級アルコールエーテルの効果が顕著である。
【００３１】
界面活性剤は、加熱ローラ３４ａと加圧ローラ３４ｂの両方に塗布しても良いが、双方は所定の圧力が付与された状態で使用するため、いずれか一方に塗布するだけでも、十分に所期の効果を得ることができる。それは、一方のローラに塗布された界面活性剤は、使用に当たって相互に接触するので相手のローラに乗り移るためと考えられる。
【００３２】
また界面活性剤による塗布量は、使用する加熱ローラや加圧ローラ表面の離型層の材質によって適宜決定されるが、デュポン社製のＰＦＡチューブ４５１を表面離型層に用いた加圧ローラ３４ｂを使用し、加熱ローラにＰＦＡコーティングを施したものを使用した実験では、花王株式会社製のエマール２０Ｃ（陰イオン性）の８％希釈液（水に希釈）を噴霧し塗布量を変化させた場合には、０．５〜１０００ｍｇ／ｍ2について初期の塗布のみで補給することなくオフセット防止効果が維持できるという効果が確認された。
【００３３】
また表面離型層にＰＴＦＥを用いた加圧ローラ或は加熱ローラでも同様の傾向が確認できた。さらに、花王株式会社製のエマゾールスーパーＬ−１０Ｆ（非イオン系）、エレクトロストリッパーＡＣ（両性）を加熱ローラ３４ａ表面に上述した範囲で塗布した場合においても、陰イオン性界面活性剤が、同様の塗布量で高温下でも分解しにくく効果が大きいことが確認された。
【００３４】
なお、塗布量は噴霧装置に、上述した範囲（界面活性剤の原液換算値で０．５〜１０００ｍｇ／ｍ2）所定の塗布量を入れ、全てを塗布すべきローラ、例えば加熱ローラを回転させながら、全量噴霧することで、調整した。
【００３５】
更に、より良好な効果を得るためには、１０〜１００ｍｇ／ｍ2の塗布が望ましいことも確認された。ただし、塗布量が多すぎると離型性が悪化し、オフセットが発生することが確認された。特に低湿環境（１０℃１５％ＲＨ）で長時間放置すると界面活性剤内の水分が蒸発し、離型性が悪化する傾向があり、また上述した範囲よりも少量の塗布量では、帯電効果が抑制されるローラ表面の微小ギャップ形成まで持続しないため好ましくない。
【００３６】
本発明者による予備実験として、界面活性剤の基本成分とローラ表面への塗布のしやすさについて行った結果を表１に示した。
【００３７】
【表１】
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この予備実験によれば他の界面活性剤に比べ、エマルゲン（原液有効成分１００％）については有効成分８％時における塗布の容易性について優秀であることが確認された。
【００３８】
なお、表中、（◎）は濡れ性がよく撥水することなく塗布できたことを意味し、同じく（△）は非常に微細な水滴状に付着した状態であるが、傾けても流れ落ちることが無い状態を意味している。
【００３９】
次に、表２に界面活性剤の種類と有効成分８％塗布時の帯電防止効果結果を記載する。この実験は、京セラミタ製複写機ＫＭ３５３０（複写速度３５枚／分）を使用し、印字率５％の未定着トナーを形成して連続１０万回の定着テストを行った。なおこのＫＭ３５３０に使用されている定着装置の構造的な詳細は例えば特開２００２−２０２６７６号に開示されているが、以下のような加熱ローラ並びに加圧ローラに交換して行った。
【００４０】
具体的には、上記定着ローラとしては、外径３６ｍｍ、肉厚０．９ｍｍのアルミ表面に絶縁性（体積抵抗１０１4Ωｃｍ以上）のプライマー層を介して高抵抗のＰＦＡ（表面抵抗６．６７×１０11Ω／表面抵抗は１００Ｖ印加したピッチ０．１ｍｍのくし型電極を用いて計測）を２０μｍの厚みにコーティングしたものを、また加圧ローラとしては、軸に外径３２ｍｍのシリコンゴム（ゴム硬度アスカーＣ５２度の加熱硬化型の液状シリコンゴム成形品で体積抵抗１０14Ωｃｍ以上）に絶縁性（体積抵抗１０14Ωｃｍ以上）のＰＦＡチューブを設けたものを用いた。そして、加熱ローラにはあらかじめ表２で示された塗布量の界面活性剤を前述したように、噴霧機に塗布する量を入れ、その全量を、加熱ローラを回転させながら塗布した。その後、加熱ローラと加圧ローラの両者を１．７×１０４Ｎ／ｍで加圧したものを用いた。そしてこの定着ローラの熱源としては、６００Ｗ（メイン）と４００Ｗ（サブ）の２本のヒータを使用した。
【００４１】
なお感光体としてはａ−Ｓｉ感光体（表面電位約３００Ｖ）を使用し、正帯電トナー（平均帯電量３〜５μＣ／ｇ）による反転現像を常温常湿（２０℃６５％）にて行った。また画像形成に使用した用紙は坪量６４ｇ／ｍ2の上質紙を使用した。
【００４２】
【表２】
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この実験結果によれば、陰イオン系のエマール２０Ｃ（原液成分２５％）、エマール２０ＣＭ（原液成分２５％）、ラムテルＰＳ（原液成分４０％）（いずれも花王株式会社製）については、ローラ表面塗布量が原液換算値として０．５〜１０００ｍｇ／ｍ2の場合において、環境状態に係わらずいずれも帯電防止について良い効果が確認された。
【００４３】
また、非イオン系のエマルゲン（原液有効成分１００％）、エレクトリックストリッパーＦ（原液成分７０％）については、常温常湿（２０℃６５％ＲＨ）下においては、陰イオン系の界面活性剤と同等の結果が得られたが、低温低湿（１０℃１５％ＲＨ）下においては、ローラ表面塗布量が１０ｍｇ／ｍ2以下、又は、１００ｍｇ／ｍ2以上の場合において、帯電防止効果が低下する結果となった。
【００４４】
表中の（○）、（△）、（×）は以下の意味を示している。
【００４５】
（○）は、オフセットの発生が全く無い状態。
【００４６】
（△）は、問題の無いレベルではあるが若干のオフセットが認められる状態。
【００４７】
（×）は、オフセットがあり、実使用に支障のある状態。
【００４８】
このような界面活性剤は、通紙を繰り返すと、徐々にローラ表面から剥がれていくが、通紙することでローラ表面には紙との接触により細かい傷が徐々に形成され、また紙の成分がローラ表面に付着することでローラ表面に細かい凹凸が形成されることで、やがて摩擦帯電が抑制されていく。その結果、連続した定着によってもオフセットは有効に防止できた。なお、界面活性剤エマール２０Ｃを１０ｍｇ塗布した加熱ローラの実験途中で１００枚程度通紙した後、加熱ローラを定着装置から取り外しを純水洗浄し残界面活性剤量を測定したが検出されなかった。したがって、この時点では加熱ローラ表面に界面活性剤が残存していないことがわかった。このとき電子顕微鏡による加圧ローラの表面観察においては、初期の平滑な表面に対して幾分微小な凹凸が形成され、また画像形成に使用した用紙から分離したと思われる炭酸カルシウム（紙の充填剤）の付着が見とめられた。そしてこの加熱ローラを再度組み立て、引き続き連続した定着を１０万回まで行ったが、オフセットは生じることが無かった。以上の実験から、組み立てに際して所定量の界面活性剤を塗布することで、摩擦帯電を効果的に防止し、オフセットを効果的に防止することができた。
【００４９】
なお界面活性剤エマール２０Ｃを１０ｍｇ塗布した加熱ローラ３４ａの実験において、当初の１００枚の画像形成し定着の終了した用紙を再度手差し給紙部より通紙し、トナー画像が形成されていない裏面側にも画像形成を行ったが、界面活性剤の影響と思われる画像への影響は全く生じていなかった。
【００５０】
上述した実験では加熱ローラ３４ａに高い抵抗のＰＦＡコーティングを行ったものを使用したが、より絶縁性の高い例えば表面抵抗が２．０×１０13Ωのものについて、界面活性剤エマール２０Ｃを１０ｍｇ塗布したものについても、定着装置の使用当初より摩擦帯電に伴うオフセット現象が有効に防止でき、１０万回の画像形成においても安定したの結果が得られた。この場合、絶縁性のより高い加熱ローラの方が摩擦電荷を生じやすいことを考慮すると効果が高いと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる定着装置の概要を示す断面図。
【図２】図１に示した定着装置の定着装置の概念図。
【図３】本発明の一実施形態に係る定着装置を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１…定着装置ハウジング
２…金属フレーム
３…電源
４…転写ローラ
５…電源
６…ガイド
７…主帯電部
３４…定着装置
３４ａ…定着ローラ
３４ｂ…加圧ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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