(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱される定着部材と、該定着部材との間に定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、前記定着ニップにおいてトナー転写後の用紙を挟持搬送しつつトナーを加熱及び加圧して用紙に定着する定着装置であって、
前記定着部材は、導電層と、該導電層の表面に設けられるプライマー層と、該プライマー層の表面に設けられる絶縁性の離型層と、を備え、
前記プライマー層は、バインダー樹脂と、該バインダー樹脂中に分散される導電性フィラーと、を有し、
前記導電性フィラーは、前記離型層の表面に沿う方向に配向されて、該方向に先細形状に突出する尖鋭部を有していると共に前記バインダー樹脂よりも高い導電性を有していることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記バインダー樹脂は、前記導電性フィラーと前記離型層の表面との間の放電開始電界以下では絶縁性を有していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記導電性フィラーは、鱗片形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー像を用紙に定着させる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置においては、感光体ドラム等の像担持体を帯電させ、帯電した像担持体を画像データに基づいて露光して像担持体の表面に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置でトナー像に現像している。像担持体の表面に形成されたトナー像は、用紙に転写された後、定着装置によって加熱及び加圧されて用紙に定着される。
【０００３】
定着装置の定着方式としては、加熱される定着ローラーと加圧ローラーとを用いるローラー定着方式や、加熱される定着ベルトと加圧ローラーとを用いるベルト定着方式などが主流である。これらの方式では、定着ローラーや定着ベルト等の定着部材と加圧ローラーとの間に定着ニップが形成され、定着ニップを用紙が通過する際に、トナー像が加熱及び加圧されるようになっている。定着部材は、一般的に、導電層と、この導電層にプライマー層を介して設けられる離型層と、を有している。
【０００４】
このような定着部材においては、用紙に転写されたトナーが定着ニップで定着部材に静電的に付着する「静電オフセット」と呼ばれる現象が発生する場合がある。静電オフセットは、定着部材の離型層が用紙との摩擦等によって電荷を帯び、この電荷に、用紙に転写されたトナーが静電的に引き寄せられ、引き寄せられたトナーが用紙に再転写されて定着される現象である。
【０００５】
静電オフセットに対する対策として、特許文献１には、非線形抵抗特性を有する粒子を離型層に含有させた加圧ローラーが記載されている。この加圧ローラーでは、離型層の厚さ方向にかかる電圧が一定値を超えると、非線形抵抗特性の粒子によって離型層の抵抗値が急激に低下して導電性となり、離型層の帯電電位の上昇を一定まで抑えて、加圧ローラーと定着部材との電位差を保つようになっている。
【０００６】
また、特許文献２には、複数の針状突起物を有するテトラポット型の導電性粒子をプライマー層に含有させた定着部材が記載されている。この定着部材では、複数の針状突起物によって導電経路が形成され、離型層の電荷を逃がしやすくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１２８６４６号公報
【特許文献２】特開２０１１−７１１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上記特許文献１に記載の定着部材においては、離型層に粒子を含有させているので、低温定着トナーを用いた場合に、離型層に紙粉やトナー成分が付着又は固着して離型性が低下するという問題がある。一方、上記特許文献２に記載の定着装置においては、導電性粒子をプライマー層に含有させているので離型性低下の問題はないが、導電経路が局部的に形成されることでリークが起こり、ピンホールの発生等の局部的な絶縁破壊が起こる虞がある。
【０００９】
そこで、本発明は上記事情を考慮し、局部的な絶縁破壊を防ぎつつ離型層の表面に蓄積した電荷を確実に除電できる定着装置及びこの定着装置を備えた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、本発明の定着装置は、加熱される定着部材と、該定着部材との間に定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、前記定着ニップにおいてトナー転写後の用紙を挟持搬送しつつトナーを加熱及び加圧して用紙に定着する定着装置であって、前記定着部材は、導電層と、該導電層の表面に設けられるプライマー層と、該プライマー層の表面に設けられる絶縁性の離型層と、を備え、前記プライマー層は、バインダー樹脂と、該バインダー樹脂中に分散される導電性フィラーと、を有し、前記導電性フィラーは、前記離型層の表面に沿う方向に配向されて、該方向に先細形状に突出する尖鋭部を有していると共に前記バインダー樹脂よりも高い導電性を有していることを特徴とする。
【００１１】
このような構成を採用することにより、離型層の表面に帯電した電荷は、バインダー樹脂内では離型層の表面の法線方向に沿って導電性フィラーにリークし、導電性フィラー内では離型層の表面に平行な方向に沿って拡散するので、離型層の表面と導電層との間に複数の階段状の導電経路が形成される。そして、このような階段状の導電経路に沿って蓄積した電荷がリークするので、離型層の表面と導電層との間にピンホール等の局部的な絶縁破壊が発生し難い。したがって、摩擦等によって離型層の表面に発生した電荷は、ピンホール等の局部的な絶縁破壊を生じさせずに速やかに除電されるので、静電オフセットの発生を確実に防止することができる。
【００１２】
さらに、離型層表面の摩擦帯電により発生した電荷は、導電性フィラーの尖鋭部により集中的にリークしやすいので、導電性フィラー内を離型層の表面に沿う方向に拡散させる距離を長くできる。したがって、離型層の表面と導電層との間に直線状の絶縁破壊を起こしにくくできる。
【００１３】
本発明の定着装置において、前記バインダー樹脂は、前記導電性フィラーと前記離型層の表面との間の放電開始電界以下では絶縁性を有していることを特徴としても良い。
【００１４】
このような構成を採用することにより、離型層の表面に帯電した電荷を、バインダー樹脂ではなく導電性フィラーに確実にリークさせることができる。
【００１５】
本発明の定着装置において、前記導電性フィラーは、鱗片形状を有していることを特徴としても良い。
【００１６】
このような構成を採用することにより、リークした電荷を速やかに拡散することができる。
【００１７】
本発明の画像形成装置は、上記したいずれかの定着装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、離型層の表面に蓄積した電荷を、絶縁破壊を起こすことなく速やかに除電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る定着装置を模式的に示す正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る定着装置において、定着部材のプライマー層を模式的に示す図であり、図３（Ａ）は断面図、図３（Ｂ）は平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る定着装置において、離型層の除電過程を模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態に係る定着装置及び画像形成装置について説明する。
【００２１】
まず、図１を用いて、プリンター１（画像形成装置）の全体の構成について説明する。図１は本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す模式図である。以下の説明では、図１における紙面手前側をプリンター１の正面側（前側）とし、左右の向きプリンターを正面から見た方向を基準とする。
【００２２】
プリンター１は、箱型形状の筐体２を備えており、筐体２の下部には用紙を収納する給紙カセット３が着脱可能に収容されている。給紙カセット３の右上には、給紙カセット３から用紙を給紙する給紙装置４が設けられている。また、筐体２の上面には排紙トレイ５が設けられている。
【００２３】
給紙カセット３の上方には、レーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される露光装置７と、画像形成部８とが設けられている。画像形成部８は、回転可能に設けられる感光体ドラム９を有し、感光体ドラム９の周囲には、帯電装置１０と、現像装置１１と、転写ローラー１２と、クリーニング装置１３とが、感光体ドラム９の回転方向（図１の矢印Ｘ参照）に沿って配置されている。現像装置１１は、トナーを収容するトナーコンテナ１４に接続されている。画像形成部８の上方には定着装置１６が設けられ、定着装置１６の上方には、排紙装置１７が設けられている。
【００２４】
さらに、筐体２の内部には、給紙装置４から、感光体ドラム９と転写ローラー１２との間に形成される転写部２０と、定着装置１６とを通って排紙装置１７に向かう用紙の搬送経路２２が設けられている。搬送経路２２の右側には、両面印刷用の反転経路２３が設けられている。
【００２５】
次に、このような構成を備えたプリンター１の画像形成動作について説明する。帯電装置１０によって感光体ドラム９の表面が帯電された後、露光装置７からのレーザー光（図１の一点鎖線Ｐ参照）により感光体ドラム９に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム９の表面に静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置１１において、トナーコンテナ１３から供給されるトナーによってトナー像に現像される。
【００２６】
一方、給紙装置４によって給紙カセット３から取り出された用紙は、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて画像形成部８へと搬送され、転写部２０で感光体ドラム９上のトナー像が用紙に転写される。トナー像を転写された用紙は、搬送経路２２を下流側へと搬送されて定着装置１６に進入し、この定着装置１６において用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙装置１７によって排紙トレイ５に排出される。感光体ドラム９上に残留したトナーは、クリーニング装置１３によって回収される。
【００２７】
次に、定着装置１６について、図２及び図３を参照して説明する。図２は定着装置を模式的に示す側面図、図３は定着装置のプライマー層を模式的に説明する図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は断面図である。
【００２８】
図２に示されるように、定着装置１６は、内側から加熱される定着部材としての定着ローラー３１と、定着ローラー３１を加熱するハロゲンヒーター３２と、定着ローラー３１に圧接される加圧部材としての加圧ローラー３３と、を備えている。
【００２９】
定着ローラー３１は、導電層である円筒状の芯金３５と、芯金３５の外周面に設けられるプライマー層３６と、プライマー層３６の外周面に設けられる離型層３７と、を有している。芯金３５は、例えば、厚さが０．５５ｍｍ、径が３０ｍｍのアルミニウム管を使用できる。
【００３０】
図３に示されるように、プライマー層３６は、図３に示されるように、絶縁性のバインダー樹脂３９と、バインダー樹脂３９中に分散される導電性フィラー４０と、を有している。プライマー層３６の厚さは、例えば、５μｍ〜１０μｍである。バインダー樹脂３９としては、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）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系樹脂やＰＩ（ポリイミド）等を使用できる。
【００３１】
導電性フィラー４０は、先細形状に突出する尖鋭部４０ａを少なくとも一つ有する鱗片形状であり、バインダー樹脂３９よりも高い導電率を有している。導電性フィラー４０の導電率は、例えば、１．０×１０−３〜１．０×１０８（Ｓ／ｍ）である。言い換えると、バインダー樹脂３９は、離型層３７の表面と芯金３５との間に電界が生じた際に、離型層３７の表面と導電性フィラー４０間で最初に放電が開始され、この放電開始電界まで、離型層３７の表面とバインダー樹脂３９との間に放電は生じず、バインダー樹脂３９は絶縁性を保っている。
【００３２】
導電性フィラー４０は、図３（Ａ）に示されるように、離型層３７の表面に平行な面に沿う姿勢に配向されて、バインダー樹脂３９に分散されている。すなわち、尖鋭部４０ａは、離型層３７の表面に平行な方向に突出している。導電性フィラー４０のバインダー樹脂３９に対する含有率は、例えば、０．１〜１０ｗｔ％である。
【００３３】
導電性フィラー４０としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト、導電性酸化チタン、チタン酸カリウム等を使用することができる。
【００３４】
離型層３７は、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂等の絶縁性樹脂によって形成され、厚さは、例えば、１０μｍ〜１５μｍである。
【００３５】
定着ローラー３１は回転可能に支持されている。また、芯金３５は筐体２を介して接地されている。
【００３６】
図２に示されるように、ハロゲンヒーター３２は、定着ローラー３１の内部に配置され、定着ローラー３１の内周面に対して輻射熱を放射して定着ローラー３１を加熱する。
【００３７】
加圧ローラー３３は、円筒状の芯金と、芯金の外周面に設けられた弾性層と、弾性層の外周面に接着層を介して設けられた離型層と、を有している。加圧ローラー３３は回転可能に支持されて、定着ローラー３１に圧接して定着ローラー３１との間に定着ニップ４３を形成する。
【００３８】
上記構成を有する定着装置１６において、用紙にトナーを定着させる際には、ハロゲンヒーター３２を稼働させて定着ローラー３１を加熱する。搬送経路２２に沿って搬送されてきた用紙は、定着ニップ４３を通過する際にトナー像が加熱及び加圧されて用紙に定着される。このように定着ニップ４３を用紙が通過すると、定着ローラー３１が用紙と摩擦して帯電する場合がある。具体的には、用紙と直接接触する離型層３７が帯電する。
【００３９】
次に、離型層３７の表面に蓄積した電荷が除電される過程について、図４を参照して説明する。図４は除電過程を模式的に示す断面図である。離型層３７の表面に電荷Ｑが蓄積されると、蓄積された電荷Ｒは、絶縁性の離型層３７を通過して、プライマー層３６中の導電性フィラー４０に選択的にリークする。この際、導電性フィラー４０の尖鋭部４０ａ近傍の電界が強く、蓄積された電荷Ｑの放電を誘発するため、尖鋭部４０ａに特にリークしやすい。導電性フィラー４０にリークした電荷Ｑは、導電性フィラー４０内を面方向に拡散した後、最も近くに存在する導電性フィラー４０にリークし、最後に芯金３５にリークする。
【００４０】
つまり、離型層３７の表面に蓄積した電荷Ｑは、離型層３７とバインダー樹脂３９内では離型層３７の表面の法線方向に沿ってリークし、導電性フィラー４０内では離型層３７の表面に平行な方向に沿って拡散する。このように、離型層３７の表面と芯金３５との間に、図４の矢印で示されるような複数の階段状の導電経路が選択的に形成される。この階段状の導電経路に沿って蓄積した電荷Ｑがリークするので、離型層３７の表面と芯金３５との間にピンホール等の局部的な絶縁破壊が発生し難い。
【００４１】
また、離型層３７の表面に摩擦帯電により発生した電荷は、導電性フィラー４０の尖鋭部４０ａにより集中的にリークしやすいので、導電性フィラー４０内を離型層の表面に沿う方向に拡散させる距離を長くできる。したがって、離型層３７の表面と導電層との間に直線状の絶縁破壊を起こしにくくできる。
【００４２】
次に、本発明の定着装置１６を備えた画像形成装置を用いて画像形成実験を行った際の画像と定着ローラーとを評価した結果について説明する。
【００４３】
定着装置１６は、φ３０ｍｍの定着ローラー３１とφ３０ｍｍの加圧ローラー３３とを有するローラー定着方式とした。定着ローラー３１として、φ３０ｍｍのアルミニウム製の芯金３５の表面に、プライマー層３６と離型層３７とを積層したものを使用した。プライマー層３６のバインダー樹脂３９は、フッ素系絶縁樹脂を使用し、導電性フィラー４０は、鱗片状の低抵抗フィラーを使用した。導電性フィラー４０の導電率は、３．７×１０７Ｓ／ｍ、バインダー樹脂３９に対する含有率は５ｗｔ％である。プライマー層３６の厚さは５μｍである。離型層３７としては、厚さ２０μｍのＰＦＡを使用した。
【００４４】
前記の定着ローラー３１において、離型層３７と芯金３５との間に電圧をかけた際の放電現象を観察した。その結果、３００Ｖの電圧をかけた際に、離型層３７の表面と導電性フィラー４０との間に放電が生じた。一方、比較例として、導電性フィラー４０を添加していないプライマー層３６を有する定着部材においては、１ｋＶ以上の電圧をかけた際に、離型層３７の表面とプライマー層３６との間に放電が生じた。このように、離型層３７の表面に存在する電荷は、バインダー樹脂３９よりも導電性フィラー４０に放電しやすいことが確認された。
【００４５】
この定着ローラー３１を備える定着装置１６を用いて画像形成を行った結果、静電オフセットのない良好な画像が得られた。また、耐久試験後も、定着ローラー３１の離型性が低下せず、定着ローラー３１にピンホール等の局部的な絶縁破壊が生じなかった。
【００４６】
比較例として、導電性フィラー４０として粒状低抵抗フィラーを使用した場合、前述と同様の画像形成実験の結果、静電オフセットが発生した。また、耐久試験の結果、ピンホール等の局部破壊が観測された。これは以下の理由によると考えられる。離型層３７の表面に蓄積した電荷Ｗは、粒状低抵抗フィラーにリークされるが、粒状低抵抗フィラー内では、離型層３７の表面と平行な方向へはほとんど拡散されない。したがって、離型層３７の表面と平行な方向への拡散距離が短いので、離型層３７の表面と芯金３５との間に形成される直線状の導電経路に沿って集中的にリークすることで、ピンホールが発生しやすい。
【００４７】
上記説明したように本実施形態に係る定着装置１６においては、定着ローラー３１のプライマー層３６のバインダー樹脂３９に導電性フィラー４０を添加したので、離型層３７の表面に蓄積した電荷が、導電性フィラー４０を介して芯金３５にリークしやすくなる。したがって、離型層３７の帯電を防止でき、静電オフセットを防ぐことができる。
【００４８】
さらに、離型層３７の表面に蓄積した電荷は、階段状の導電経路を介して芯金３５にリークするので、離型層３７とプライマー層３６とを直線状に貫通するような局部破壊が発生しづらい。したがって、ピンホールの発生を防止でき、定着ローラー３１を高寿命化できる。
【００４９】
また、導電性フィラー４０は、離型層３７の表面に平行な方向に突出する尖鋭部４０ａを有する鱗片形状であるので、離型層３７の表面に蓄積した電荷は、この尖鋭部４０ａに特にリークしやすい。そして、導電性フィラー４０の面内を拡散するので、離型層３７の表面に沿う方向への電荷の拡散距離を長くできる。
【００５０】
なお、導電性フィラー４０は、鱗片形状ではなく、尖鋭な端部を有する繊維状や針状の形状であってもよい。この場合、導電性フィラー４０の長さ方向が離型層３７の表面と平行な姿勢となるように配向して、バインダー樹脂３９に分散する。このような姿勢とすることで、尖鋭な端部にリークした電荷は、導電性フィラー４０内を離型層の表面と平行な方向に拡散するので、鱗片状の場合と同様に階段状の導通経路が形成される。そして、離型層３７の表面に蓄積した電荷はこの導通経路を通って芯金にリークするので、静電オフセットの発生を防止できる。
【００５１】
また、本実施形態では、定着ローラー３１を用いるローラー定着方式の定着装置１６について説明したが、定着ベルトを用いるベルト定着方式の定着装置にも本発明を適用することができる。
【００５２】
さらに、本発明の実施形態では、プリンター１に本発明の構成を適用した場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、複合機等のプリンター１以外の画像形成装置に本発明の構成を適用しても良い。
【００５３】
さらに、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る定着装置及び画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００５４】
１  プリンター（画像形成装置）
３１  定着ローラー（定着部材）
３３  加圧ローラー（加圧部材）
３５  芯金（導電層）
３６  プライマー層
３７  離型層
３９  バインダー樹脂
４０  導電性フィラー
４０ａ  尖鋭部
４３  定着ニップ
【図１】
0006387990.tif 000002
【図２】
0006387990.tif 000003
【図３】
0006387990.tif 000004
【図４】
0006387990.tif 000005