(57)【要約】【課題】固定加圧部材と定着ローラが摺擦し、摩擦帯電により定着ローラが正極側に帯電するとオフセットが発生し定着品質が悪化する。【解決手段】加熱回転体の表層をフッ素ゴムとフッ素樹脂を含むラテックスゴムで形成し、固定加圧部材の表層をラテックスゴムとの摺擦により正極側に帯電する材料で形成し、負極性トナーに対し前記ラテックスゴムを負極側に帯電させる。【選択図】図１
2012063509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱回転体と、
前記加熱回転体に対向配置される固定加圧部材と、
を有し、前記加熱回転体と前記固定加圧部材とで形成されるニップ部に記録材を通紙させて前記記録材のトナー画像を加熱する画像加熱装置において、
前記加熱回転体の表層をフッ素ゴムとフッ素樹脂を含むラテックスゴムで形成し、
前記固定加圧部材の表層を前記ラテックスゴムとの摺擦により正極側に帯電する材料で形成し、負極性トナーに対し前記ラテックスゴムを負極側に帯電させたことを特徴とする画像加熱装置。
【請求項２】
前記固定加圧部材の表層は、前記正極側に帯電する材料で形成される第１領域と、該第１領域に対し定着ニップ下流端から上流側もしくは下流方向にフッ素樹脂層で形成される第２領域と、を隣接して備えることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
【請求項３】
前記正極側に帯電する材料が、ガラスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像加熱装置。
【請求項４】
前記正極側に帯電する材料が、金属系の酸化皮膜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像加熱装置。
【請求項５】
前記金属系の酸化皮膜が、クロム、ニッケル、ＳＵＳと窒化鋼の合金、ダイヤモンドライクカーボン、窒化クロムメッキ、炭化窒化チタンメッキ、ニッケルメッキ、アルマイト皮膜のいずれか一つで形成されることを特徴とする請求項４に記載の画像加熱装置。
【請求項６】
前記第２領域は、定着ニップ下流端から下流方向に０．５ｍｍ以上のフッ素樹脂層で形成し、その他の領域を第１領域として前記正極側に帯電する材料で形成したことを特徴とする請求項２に記載の画像加熱装置。
【請求項７】
前記第２領域は、定着ニップ下流端から上流方向に定着ニップ幅の２５％を超えない範囲内でフッ素樹脂を形成し、その他の領域を第１領域として前記正極側に帯電する材料で形成したことを特徴とする請求項２に記載の画像加熱装置。
【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・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置に使用される画像加熱装置に関する。
【０００２】
画像加熱装置としては、記録材上に形成した未定着トナー画像を固着画像として加熱定着する定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を増大させる光沢度増大装置等を挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】
電子写真方式を採用する画像形成装置に具備される定着装置として、いわゆる熱ローラ方式の加熱定着装置が広く用いられている。これは、未定着トナー像を担持した記録材を互いに圧接して回転する加熱回転体である定着ローラ（加熱ローラ）と加圧ローラとで形成される圧接ニップ部を通過させることにより、固着画像として定着させるものである。
【０００４】
また、低コスト、省スペースを実現するための定着方式として、加圧ローラの替わりに加圧のための固定式加圧部材を用いるものも知られている。特に固定式加圧部材を用いた加熱定着装置において、紙搬送性、耐久性、離型性を追及したものが提案されている（特許文献１）。
【０００５】
この定着装置は、定着ローラの表層をフッ素ゴムとフッ素樹脂を混ぜ合わせたラテックスゴム（以下、ラテックスゴムと記載する）を塗布、焼成したもので形成する。ラテックスゴムはフッ素ゴムを含んでいるため紙搬送性に優れ、またフッ素樹脂を含んでいるため離型性に優れる。さらに、フッ素樹脂に比べて表層の膜厚を厚くできるため、摺擦による摩耗にも比較的強い。これらの理由から定着ローラの表層にラテックスゴムが形成される。
【０００６】
ところで、加熱定着装置において定着ローラに対向配置される加圧ローラに負極性のトナーと逆極性である正極性の電圧を印加することで、記録紙にトナーを引きつける電界を発生させることが知られる（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−１６０７９５号公報
【特許文献２】特開２００３−０１５４４８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、特許文献１に知られる加熱定着方式では、固定加圧部材と加熱回転体である定着ローラが摺擦するため、摩擦帯電により両者は非常に帯電しやすい。定着ローラの表層としてラテックスゴムを形成し、固定加圧部材表層として離型性付与のためのフッ素樹脂層を形成した場合、定着ローラは正極側に、固定加圧部材は負極側に帯電する。これは、ラテックスゴムはフッ素ゴムを含んでおり、フッ素樹脂と摺擦させると上記のように帯電してしまうからである。このような帯電が生じると、画像形成に負極性のトナーを用いる場合、定着ローラが正極側に帯電して定着過程において定着ローラに負極性トナーがオフセットすることとなる。
【０００９】
オフセットとは記録材上の未定着トナーが定着プロセスにおいて定着ローラ３０に付着し、定着ローラ１周後に再度記録材に転写される現象であり、定着品質を表す指標の一つである。
【００１０】
更に、定着ローラにトナーが付着すると定着ローラの離型性が低下し、定着ローラ表面にトナーや紙粉等がより付着しやすくなる。これらが汚れとなって定着ローラ上に溜まっていき、何らかのきっかけで溜まった汚れが記録材上に転移してしまい画像不良となる。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するものであり、加熱回転体の表層にラテックスゴムを形成すると共に、加熱回転体への負極性トナーのオフセットを抑えることができる画像加熱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】
【００１２】
上記目的を達成するために、この発明に係わる画像加熱装置の代表的な構成は、加熱回転体と、前記加熱回転体に対向配置される固定加圧部材と、を有し、前記加熱回転体と前記固定加圧部材とで形成されるニップ部に記録材を通紙させて前記記録材のトナー画像を加熱する画像加熱装置において、前記加熱回転体の表層をフッ素ゴムとフッ素樹脂を含むラテックスゴムで形成し、前記固定加圧部材の表層を前記ラテックスゴムとの摺擦により正極側に帯電する材料で形成し、負極性トナーに対し前記ラテックスゴムを負極側に帯電させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電圧印加を必要とせず摺擦により、固定加圧部材の表面が正極側に帯電し、加熱回転体の表層を形成するラテックスゴムが負極側に帯電することで、負極性のトナーを用いる場合に加熱回転体へのトナーの付着を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る画像加熱装置の第１の実施形態に関し、（ａ）は全体概略構成図、（ｂ）は加熱ニップ部近傍の拡大図である。
【図２】本発明に係る画像加熱装置を搭載する画像形成装置の概略構成図である。
【図３】本発明に係る画像加熱装置の第１の実施形態の温度制御系を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係る画像加熱装置の第２の実施形態に関し、（ａ）はフッ素樹脂層を定着ニップ後端から上流側および下流側に設けた実施形態の全体概略構成図、（ｂ）はフッ素樹脂層を定着ニップ後端から下流側のみに設けた図、（ｃ）はフッ素樹脂層を定着ニップ後端から上流側のみに設けた図である。
【図５】トナー汚れが記録材に付着するメカニズムに関し、（ａ）は定着ローラ表層に付着するオフセットトナーを示す図、（ｂ）は定着ニップ内の表層に付着したオフセットトナーが下流側へ押し出されることを示す図、（ｃ）は定着ニップ後端付近の表層に押し出され徐々にトナー汚れとして溜まっていくことを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一又は対応する部分には同一の符号を付す。
【００１６】
《第１の実施形態》
（画像形成装置）
本発明に係る画像加熱装置を搭載する画像形成装置の一例の全体構成図を図２に示す。この画像形成装置は電子写真方式を用いたレーザービームプリンタである。
【００１７】
本実施形態に示すプリンタ１は、プリンタ１の筐体を構成するプリンタ本体（画像形成装置本体）１ａの外部に設けられたホストコンピュータ等の画像情報提供装置（図示せず）から画像情報を入力する。そしてプリンタ１は、入力した画像情報に応じた画像をシート状の記録材（記録媒体）Ｐに形成して記録するという一連の画像形成プロセスを公知の電子写真方式に則り行う。
【００１８】
プリンタ１は、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体２と、一次帯電機構８と、現像装置３と、を保持するプロセスカートリッジ４を備えている。また、画像情報提供装置から入力した画像情報に応じた露光処理工程により感光体２の外周面に画像情報に応じた静電潜像を形成するレーザスキャナユニット５を備えている。また、記録材Ｐに画像を転写する処理を施すロール状の回転自在な転写体６と、画像転写処理済みの記録材Ｐに加熱及び加圧により定着処理を施す加熱定着装置としての定着装置７を備えている。
【００１９】
次に、プリンタ１における一連の画像形成プロセスに関して説明する。プリンタ１がプリント信号を受信すると感光体２の回転駆動が開始される。感光体２は矢印Ｋ１の時計方向に規定の周速度にて回転駆動される。これと共に規定のバイアスが印加されている一次帯電機構８により感光体２の表面が規定の電位分布に帯電せしめられる。本実施形態ではレーザー露光部を反転現像する、いわゆる反転現像方式を用い帯電電位は負極性とする。
【００２０】
次に、画像情報提供装置からの画像情報に応じて感光体２の表面の帯電処理済みの部位がスキャナユニット５により走査及び露光される。露光された領域では表面の電位が打ち消され、表面の電位は周囲よりも相対的に正極側になり画像情報に応じた静電潜像が感光体２の表面に形成される。現像装置３にて現像剤を負極性に帯電させる。負極性に帯電した現像剤は、周囲より相対的に正極側の電位である露光領域に現像されて、感光体２の表面に現像剤画像として可視像化される。
【００２１】
一方、所定のタイミングにて駆動された給送ローラ１２により給送カセット１１から記録材Ｐが一枚分離給送される。給送カセット１１には複数枚の記録材Ｐが積載収容されている。給送カセット１１はプリンタ本体１ａに取り外し可能に装着されている。給送カセット１１から給送された記録材Ｐはレジストローラ対１３により所定の制御タイミングにて感光体２と転写体６との間に形成された転写ニップ部へと給送され、転写ニップ部を挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において感光体２側のトナー画像が転写体６により記録材Ｐ側に順次に転写される。
【００２２】
そして、転写処理済みの記録材Ｐは、定着装置７によりトナー画像の加熱定着処理が施されたのち、プリンタ本体１ａにて回転自在に支持された定着排出部１４を経由してプリンタ排出部１５により機外へと排出される。排出された記録材Ｐは、プリンタ本体１ａの上面に取り付けられたトレイ１６上に積載される。以上により、一連の画像形成プロセスが終了することとなる。
【００２３】
（プロセスカートリッジ）
図２でカバー９の開閉により、プロセスカートリッジ４のプリンタ本体１ａからの離脱、プリンタ本体１ａへの挿入が行われる。
【００２４】
（画像加熱装置）
画像加熱装置として加熱定着装置の一例の断面図を図１（ａ）に、加熱ニップ部及びその近傍拡大図を図１（ｂ）に、温度制御系を図３に示す。３０は加熱部材としての定着ローラ（定着用回転体）である。２１は定着ローラ３０をその外部から加熱する加熱手段（加熱源）としてのヒータである。４０は固定加圧部材、４３は加圧バネである。
【００２５】
ａ）定着ローラ３０
加熱回転体としての定着ローラ３０は、芯金３１の周囲にシリコーンゴム等の弾性層を配置、その弾性層３２の周囲に表層３３を有する。芯金３１の材料としてはアルミ、鉄、ＳＵＳ等が用いられる。
【００２６】
弾性層３２の材料として耐熱性を有するシリコーンゴムやフッ素ゴム等を用いる。また弾性層３２の材料として、断熱性を向上させるため、シリコーンゴムなどにマイクロバルーンなどの中空フィラーなどを配合したバルーンゴムを用いても良い。あるいは、吸水性ポリマーが含有されたシリコーンゴム、シリコーンゴムを水発泡させたスポンジゴム等の低熱容量でありかつ断熱性を有する材料を弾性層として形成しても良い。
【００２７】
さらに、弾性層３２と表層３３の間に蓄熱層として、シリコーンゴムやフッ素ゴムに高熱伝導フィラーを配合した高熱伝導ゴム層を設けても良い。加熱源より供給される熱量を蓄熱層に蓄えることで定着に要する熱量を効率的に記録材へ供給でき定着性が向上する。
【００２８】
なお定着ローラ３０は、アルミ等の金属パイプ内に加熱源であるハロゲンヒータを具備し、表面に薄肉で高熱伝導の弾性層を設け定着ローラ温度の立ち上がりが早い熱ローラ方式でも良い。
【００２９】
本実施形態では、フッ素ゴムとフッ素樹脂を含むラテックスゴムを表層３３の材料として用いる表層３３の材料にラテックスゴムを用いる理由を以下に述べる。
【００３０】
本実施形態の定着プロセスにおいて、記録材は固定加圧部材と摺擦するため、加圧部材が記録材の搬送抵抗となる。そのため記録材を安定して搬送するためには、定着ローラ表層３３の摩擦係数を高くする等して、定着ローラと記録材の摩擦力を搬送抵抗よりも大きくする必要がある。また、トナーオフセットを防ぐため、表層３３には離型性も求められる。
【００３１】
以上より、表層３３には紙搬送性、離型性の両方を満足する材料を形成する必要がある。フッ素樹脂は離型性が高いが摩擦係数が小さく紙搬送性を満足できないため、表層３３の材料として適さない。また、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性を有するゴムは、摩擦係数が高くタック性もあるため紙搬送性には優れるが、離型性が良くないため表層３３の材料として適さない。
【００３２】
これに対し、ラテックスゴムは紙搬送性に優れるフッ素ゴムを含んでおり、かつ離型性の良いフッ素樹脂を含んでいるため、紙搬送性と離型性の両方を満足する。よって、ラテックスゴムは紙搬送性、離型性を両方満足するため、表層３３の材料に適している。弾性層３２の上にラテックスゴムを塗布、焼成し表層３３を形成する。
【００３３】
ラテックスゴムに含むフッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）、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樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン樹脂）がある。あるいは、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン樹脂）、ＥＣＴＦＥ（クロロトリフルオエチレン・エチレン樹脂）等がある。この定着ローラ３０は芯金３１の長手両端部が定着装置７の装置フレーム（図示せず）に軸受を介して回転自在に保持されている。
【００３４】
ｂ）ヒータ２１
ヒータ２１は、長手方向（定着ローラ３０の回転軸方向）に細長いヒータ基板２１ａを有する。基板２１ａとして、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性のセラミックス基板や、ポリイミド、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂基板が用いられる。基板２１ａの一面には、長手方向に沿って、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ２、Ｔａ２Ｎ等の通電発熱抵抗層２１ｂがスクリーン印刷等により線状もしくは細帯状に塗工して形成されている。抵抗層２１ｂの厚さは１０μｍ程度、幅は１〜５ｍｍ程度である。また、抵抗層２１ｂの保護、及び絶縁の確保を目的として、例えばガラス、ポリイミド樹脂などからなる絶縁保護層２１ｃを、抵抗層２１ｂを覆うように基板２１ａの一面に設ける。その保護層２１ｃの厚さは１０μｍから１００μｍ程度とする。
【００３５】
上記ヒータ２１は保護層２１ｃを定着ローラ３０の表面と対向させるように、基板２１ａがホルダー２３に保持されている。ホルダー２３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、熱伝導率が低いほど定着ローラ３０の加熱に際する熱効率が高くなる。よって樹脂層の中に中空のフィラー、例えばガラスバルーン、シリカバルーン等を内包してあっても良い。
【００３６】
ホルダー２３は長手方向の両端部が装置フレームに保持された定着ステー２４と係合する。そして、加圧手段として鋼材製でコイルバネ形状のヒータ加圧バネ２７が定着ステー２４の長手両端部を加圧することによって、ホルダー２３は定着ローラ３０側に加圧される。定着ステー２４は長手方向の両端に受けた加圧力をホルダー２３の長手方向に対して均一に伝えなければならないため、鉄、ＳＵＳ、ジンコート鋼板等の剛性のある材料を使用し、横断面形状をコの字型等にすることで形状的にも剛性を高めている。これにより、ホルダー２３の撓みを抑えた状態で、ヒータ２１の保護層２１ｃ表面は定着ローラ３０表面に加圧され、その加圧力により定着ローラ３０の弾性層３２が変形して定着ローラ３０表面に所定幅の加熱ニップ部Ｎｈが略均一に形成できる。
【００３７】
ｃ）加圧バネ４３
加圧バネ４３は、コイルバネ形状を有するとともに、加圧部材４０の長手方向の両端付近と中央付近の計３箇所に配置している。これにより、加圧部材４０の撓みを抑えた状態で定着ローラ３０に加圧することができるため、定着ニップ部Ｎｔは所定幅に略均一に形成させることができる。フィルム加熱方式の一般的な加圧力は，１０ｋｇｆ〜２５ｋｇｆ程度である。しかし、本構成では定着ローラと加圧部材とが摺擦するため、フィルム加熱方式に比べてトルクが大きくなる。そのため本構成での加圧力は３ｋｇｆ〜１０ｋｇｆ程度が望ましい。本実施形態の加圧力は５ｋｇｆである。
【００３８】
加圧バネ４３の材料としては、鉄やＳＵＳ等を用いる。なお、加圧部材４０の長手方向中央付近に配置された加圧バネ４３は記録材の搬送域の内側に位置するが、加圧部材４０の長手方向の両端付近に配置された加圧バネ４３は記録材の搬送域との位置関係は問わない。
【００３９】
ｄ）固定加圧部材４０
加熱回転体である定着ローラ３０に対向配置される固定加圧部材４０は、基材４１と、その基材４１の表面に形成された固定加圧部材表層４２から形成される。基材４１と固定加圧部材表層４２を一体的に設けても構わない。この固定加圧部材４０は、定着ローラ３０の径方向においてヒータ２１と対向するように装置フレームに定着ローラ３０と並列に配置される。そして基材４１の長手方向の両端部が装置フレームに紙面上下方向へ可動可能な状態で保持されるとともに、加圧手段としての加圧バネ４３によって定着ローラ３０側に加圧される。その加圧バネ４３の加圧力により、基材４１上の固定加圧部材表層４２が定着ローラ３０表面と接し、定着ローラ３０の弾性層３２が変形して、所定幅の定着ニップＮｔが形成される。本発明に係る固定加圧部材表層４２の詳細は後述する。
【００４０】
（３）定着装置の加熱定着動作
定着ローラ３０は、芯金３１の端部に設けられた駆動ギアが回転駆動系（図示せず）により駆動されることにより、矢印方向に回転される。その状態で制御手段としての温度制御部１００（図３）が通電駆動手段としてのトライアック素子１０１をＯＮし、ＡＣ電源１０２よりヒータ２１の基板２１ａの長手方向の端部に設けられた電極部（図示せず）を通じて抵抗層２１ｂへの通電を開始する。
【００４１】
抵抗層２１ｂは通電されることで発熱し、その抵抗層２１ｂの発熱に応じてヒータ２１が昇温する。ヒータ２１は、ヒータ２１自体が低熱容量である為、温度立ち上がりが速い。そのヒータ２１の立ち上がり温度は、基板２１ａの他方の面に設けられたサーミスタ等の温度検知手段２２により検知され、その検知信号を温度制御部１００が取り込む。温度制御部１００は、その検知信号に基づきトライアック素子１０１をＯＮ／ＯＦＦして抵抗層２１ｂへの通電を制御することにより、ヒータ２１を所定の温度（目標温度）に維持する温度制御を行う。
【００４２】
そのヒータ２１の熱で回転中の定着ローラ３０表面が加熱されることによって、定着ローラ３０表面は記録材Ｐのトナーを溶融し、記録材Ｐ上に定着させる定着可能温度に保たれる。
【００４３】
ヒータ２１の温度制御方式としては、検知信号に応じて、抵抗層２１ｂに印加される電圧のデューティー比や波数等を適切に制御することで、ヒータ２１を所定の温度に温度制御する。ヒータ２１の温度制御を行う他の構成として、定着ローラ３０の表面の温度を温度検知手段（図示せず）で検知する。そしてその検知信号に基づき温度制御部１００によりトライアック素子１０１をＯＮ／ＯＦＦして抵抗層２１ｂへの通電を制御することよって、ヒータ２１を所定の温度に維持するようにしてもよい。
【００４４】
上記のように定着ローラ３０表面を定着可能温度とするようにヒータ２１を温度制御することによって、記録材Ｐの定着性を一定に保つことができる。それとともに、記録材Ｐに対し熱を与えすぎることによって発生するホットオフセットなどの画像不良も防止できる。
【００４５】
定着ローラ３０の表面を定着可能温度に保った状態で、未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐが加圧部材４０の固定加圧部材表層４２に接しながらニップ部Ｎｔに導入される。その記録材Ｐはニップ部Ｎｔにおいて定着ローラ３０の表面と固定加圧部材表層４２とにより挟持搬送される。そしてその搬送過程において、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔを定着ローラ３０の熱で記録材Ｐ上に加熱定着して固着画像とする。ここで、加圧部材４０は熱容量が小さいため、定着ローラ３０の熱は記録材Ｐに迅速に伝わり、短い接触時間でも、記録材Ｐ上のトナー画像Ｔを加熱定着することが可能である。
【００４６】
（４）固定加圧部材の表層
負極性トナーのオフセットを軽減するため、固定加圧部材表層４２は定着ローラ３０との摺擦により正極側に帯電すること、それによってラテックスゴムは負極側に帯電することが求められる。よって、固定加圧部材表層４２にはラテックスゴムと摺擦して正極側に帯電する材料を選択する。また、固定加圧部材表層４２は記録材Ｐの搬送を妨げないような摺動性と、記録材Ｐとの摺擦で削れないような耐磨耗性を有していることも要求される。本実施形態ではこれらの特性を満足するため、固定加圧部材表層４２の母材の材料にガラスを選択する。
【００４７】
フッ素樹脂はラテックスゴムとの摺擦により負極性に帯電するため固定加圧部材表層４２の材料として適さない。また、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ＬＣＰ（液晶ポリエステル樹脂）、ＰＩ（ポリイミド樹脂）等の耐熱性樹脂も適さない。ラテックスゴムとの摺擦により負極性に帯電するためであり、フッ素樹脂と同様に固定加圧部材表層４２の材料として適さない。
【００４８】
ガラスと同等の効果が期待できる固定加圧部材表層４２の材料としては鉄やアルミニウム、クロム、ニッケル、銅、真ちゅう、銀、金等の金属がある。また、ＳＵＳと窒化鋼等の合金、ダイヤモンドライクカーボンや窒化クロム（Ｃｒ２Ｎ）メッキ、炭化窒化チタン（ＴｉＣＮ）メッキ、ニッケルメッキ等の金属系ハードコーティング、アルマイト皮膜等の金属系の酸化皮膜等がある。特にクロムやニッケル、ＳＵＳや窒化鋼等の合金、ダイヤモンドライクカーボンや窒化クロムメッキ、炭化窒化チタンメッキ、ニッケルメッキ等の金属系のハードコーティング、アルマイト皮膜等の金属系の酸化皮膜は、以下の点で良い。即ち、ガラスに比べ耐磨耗性が高く、定着ローラとの摺擦による摩耗をより軽減できる。
【００４９】
特許文献１に示すようなフィルム加熱方式の加熱定着装置では、定着部材と加圧部材は共に回転状態にあり両者の摺擦は少ない。しかし、本実施形態に示した加熱定着装置では、定着ローラと固定加圧部材は記録材が介在しない時には両者は常に摺擦しており、フィルム加熱方式の加熱定着装置とはその点で大きく異なる。本実施形態では定着ローラと固定加圧部材表面との摺擦により摩擦帯電が生じるが、その摩擦帯電を活用して負極性トナーのオフセットに有利な電位構成を構築することで、積極的に負極性トナーのオフセットを防止する。
【００５０】
（５）比較実験
上述したように本実施形態では負極性のトナーを用いて画像形成する装置において、定着ローラ３０の表層３３にラテックスゴムを形成し、固定加圧部材表層４２に定着ローラ３０と摺擦して正極側に帯電する材料を形成することを特徴としている。発明の効果を確認するため、本実施形態の構成で定着した場合と従来の構成で定着した場合について以下のような３例の比較実験を行った。
【００５１】
ａ）比較実験１
定着ローラ表層３３の材料と紙搬送性の関係を調べるため、以下に示す実験を行った。表層３３に従来例であるフッ素樹脂を形成した定着ローラと、本実施形態であるラテックスゴムを形成した定着ローラとで紙搬送性を比較した。
【００５２】
紙搬送性の評価は、定着ローラ３０を１８０℃に温調制御し、記録材を１０枚連続で通紙させ、１０枚全て通紙できるレベルを紙搬送性が問題無いレベルとした。実験に用いた定着ローラ３０は、芯金上に発泡性シリコーンゴムを配置し、その上に高熱伝導シリコーンゴム（熱伝導率１．３  Ｗ／ｍ  Ｋ）を配置、さらにその上に表層３３を形成する。ラテックスゴムはフッ素ゴムとＦＥＰを混合させたダイキン工業製ダイエルラテックスＧＬＳ−２１３Ｌを用いた。固定加圧部材の固定加圧部材表層４２にはガラスを形成した。
【００５３】
比較実験の結果、表層３３にフッ素樹脂を形成した定着ローラは、１０枚全て通紙できず、紙搬送性に問題があった。一方、表層３３にラテックスゴムを形成した定着ローラは１０枚全て通紙でき、紙搬送性は問題無いレベルであった。この理由を以下に示す。
【００５４】
本実施形態の定着プロセスにおいて、記録材は固定加圧部材と摺擦するため、固定加圧部材が記録材の搬送抵抗となる。そのため、記録材を安定して搬送するためには、定着ローラ表層３３の摩擦係数を高くする等して、定着ローラと記録材の摩擦力を搬送抵抗よりも大きくする必要がある。フッ素樹脂は摩擦係数が小さいため、定着ローラ３０と記録材の摩擦力が搬送抵抗よりも小さく、本実施形態の構成では安定して紙搬送できなかった。
【００５５】
一方、ラテックスゴムはフッ素ゴムを含んでおり、フッ素樹脂に比べて摩擦係数が高く、定着ローラ３０と記録材の摩擦力が大きいため、本実施形態においても安定して紙搬送する事ができた。よって、定着ローラ表層３３にラテックスゴムを形成することで、本実施形態の構成で紙搬送性を問題無いレベルとする事ができる。なお、本実験は記録材の搬送速度１３０ｍｍ／ｓ、記録材はゼロックス社製Ｘｘ４２００（７５［ｇ／ｍ２］）を使用し室温２５℃、湿度５０％の室内環境で行った。
【００５６】
ａ）比較実験２
ラテックスゴム表層３３を有する定着ローラ３０と固定加圧部材の表層４２を摺擦させ、定着ローラ３０の表面電位を測定する実験を行った。固定加圧部材の固定加圧部材表層４２に本実施形態であるガラスを形成した構成と、従来例であるフッ素樹脂層、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＬＣＰ、ＰＩを形成した構成とで、定着ローラ３０の表面電位を測定し両者を比較した。
【００５７】
実験に用いた定着ローラ３０は比較実験１と同じ物を用い、表層にはフッ素ゴムとＦＥＰを混合させたラテックスゴム（ダイキン工業製ダイエルラテックスＧＬＳ−２１３Ｌ）を形成した。
【００５８】
定着ローラ３０を１８０℃に温調設定し、定着ローラ３０を１０秒間回転させ、固定加圧部材４０と摺擦させた時の定着ローラ３０の表面電位、及び固定加圧部材４０の表面電位を表面電位計にて計測した。計測結果を表１に示す。表１から固定加圧部材表層４２にフッ素樹脂を形成した構成では、定着ローラ３０の表面電位は＋４［ｋＶ］、加圧部材固定加圧部材表層４２の表面電位は−４［ｋＶ］となる。固定加圧部材表層４２にＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂を形成した構成では、定着ローラ３０の表面電位は＋２［ｋＶ］、加圧部材固定加圧部材表層４２の表面電位は−２［ｋＶ］となる。
【００５９】
従来例の構成では、定着ローラ３０は正極性、加圧部材は負極性に帯電する。両者の電位関係より、負極性トナーには定着ローラ側に引き寄せられる静電気力が生じるため、従来例はトナーオフセットが発生しやすい構成である。なお、固定加圧部材表層４２にフッ素樹脂を形成した構成の方がＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂を形成した構成と比べて、定着ローラはより正極側に、加圧部材はより負極側に帯電する。これは、フッ素樹脂はＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂に比べて負極性に帯電しやすいためである。
【００６０】
一方、本実施形態である固定加圧部材表層４２にガラスを形成した構成では、定着ローラ３０の表面電位は−１［ｋＶ］、固定加圧部材表層４２の表面電位は１［ｋＶ］となる。本実施形態の構成では、定着ローラ３０は負極性に、固定加圧部材４０は正極性に帯電する。両者の電位関係より、負極性トナーには固定加圧部材４０側に引き寄せられる静電気力が生じるため、本実施形態は負極性トナーのオフセットが発生しにくい構成となる。よって、固定加圧部材表層４２にガラスを形成する本実施形態の構成を用いることで、固定加圧部材表層４２にフッ素樹脂を形成する従来構成に比べて、負極性トナーがオフセットしにくい電位構成とすることができる。なお、本実験は室温２５℃、湿度５０％の室内環境で行った。
【００６１】
【表１】
2012063509.tif 000003
【００６２】
ｂ）比較実験３
固定加圧部材固定加圧部材表層４２の違いによる負極性トナーのオフセット量の比較実験を行った。前述したように、オフセットとは記録材上の未定着トナーが定着プロセスにおいて定着ローラ３０に付着し、定着ローラ１周後に再度記録材に転写される現象であり、定着品質を表す指標の一つである。記録材へ再度転写したトナー量を視覚的に判別してランク付けを行い、固定加圧部材表層４２の違いによるオフセットの比較評価を行った。ランク付けは１から５までの５段階で評価し、１はオフセットがかなり目立つレベル、３はほとんどオフセットが見られず問題無いレベル、５はオフセットが確認できないレベルであり、評価試験では３レベル以上を問題無いレベルとする。一般的にオフセットするトナーが少ないほど定着品質は良い。
固定加圧部材表層４２に本実施形態であるガラスを用いた構成と、従来例であるフッ素樹脂、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＬＣＰ、ＰＩを用いた構成とで、オフセットランクの比較を行った。実験に用いた定着ローラ３０は比較実験２と同じである。評価結果を表２に示す。表２に示すように、従来例であるフッ素樹脂、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂を固定加圧部材表層４２に形成すると、オフセットランクは３レベルを下回り問題のあるレベルである。
【００６３】
一方、本実施形態である固定加圧部材表層４２にガラスを形成すると、オフセットランクが４レベルとなり問題無いレベルである３レベルを上回る。
【００６４】
よって、固定加圧部材表層４２にガラスを形成する本実施形態の構成を用いることで、負極性トナーのオフセットレベルを問題無いレベルまで改善できた。
【００６５】
比較実験２の結果より明らかであるが、固定加圧部材表層４２に従来例であるフッ素樹脂、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂を形成すると、定着ローラ３０は正極性に、加圧部材は負極性に帯電する。これらの構成では、負極性トナーは定着ローラ側に引き寄せられる静電気力を受けるため、負極性トナーが定着ローラ３０にオフセットしてオフセットランクが下がった。
【００６６】
なお、固定加圧部材表層４２にＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂を形成した構成に比べて、フッ素樹脂を形成した構成の方が負極性トナーのオフセットランクが良くない。即ち、比較実験２に関する表１に示すように、固定加圧部材表層４２にフッ素樹脂を形成した構成の方が、耐熱性樹脂を形成した構成と比べて、定着ローラはより正極側に、固定加圧部材はより負極側に帯電する。固定加圧部材表層４２にフッ素樹脂を形成した構成の方が、耐熱性樹脂を形成した構成よりも負極性トナーが定着ローラ側に引き寄せられる静電気力が大きく、負極性トナーのオフセットが発生しやすい。よって、固定加圧部材表層４２にフッ素樹脂を形成した構成の方が、耐熱性樹脂を形成した構成よりも負極性トナーのオフセットランクが下がった。
【００６７】
一方、本実施形態である固定加圧部材表層４２にガラスを形成した構成では、定着ローラ３０は負極性に、固定加圧部材は正極性に帯電する。負極性トナーは加圧部材側に引き寄せられる静電気力を受けるため、負極性トナーのオフセットが起きにくく本実施形態の構成ではオフセットレベルが問題無いレベルであった。
【００６８】
よって、固定加圧部材表層４２にガラスを形成する本実施形態の構成を用いることで、従来例に比べて負極性トナーのオフセット量が軽減し、オフセットランクが問題無いレベルまで改善した。なお、本実験は記録材の搬送速度１３０ｍｍ／ｓ、記録材はゼロックス社製Ｘｘ４２００（７５［ｇ／ｍ２］）を使用し室温２５℃、湿度５０％の室内環境で行った。
【００６９】
【表２】
2012063509.tif 000004
【００７０】
《第２の実施形態》
本実施形態における、画像形成装置の構成、及び加熱定着装置の定着ローラ構成は第１の実施形態と同様であるため、説明を省く。
【００７１】
本実施形態は第１の実施形態の画像加熱装置において、定着ニップ後端付近の固定加圧部材表層４２にフッ素樹脂層を形成することを特徴とする。即ち、固定加圧部材表層４２は、正極側に帯電する材料で形成される第１領域（４２ａ）と、該第１領域に対し定着ニップ下流端から上流側もしくは下流方向にフッ素樹脂層で形成される第２領域（４２ｂ）と、を隣接して備える。
【００７２】
本実施形態の目的は、定着ローラ３０に大量のトナー汚れが付着する特異なケースにおいて、オフセットに優位な電位構成を維持しつつ、固定加圧部材の表層や記録材に付着するトナー汚れを軽減することである。本実施形態の具体的な構成図を図４（ａ）に示す。固定加圧部材表層４２の定着ニップＮｔの後端付近にフッ素樹脂層４２（ｂ）を形成し、定着ニップＮｔの後端から下流方向に形成する距離をＮａ、定着ニップＮｔの後端から上流方向に形成する距離をＮｂとする。
【００７３】
ここで、トナー汚れが記録材に付着するメカニズムを図５で説明する。大量のトナー汚れが付着する特異な例として、例えば定着動作中に排紙部での紙詰まり等で紙搬送不良が発生した際に、未定着トナーが載った記録材が定着ニップに挟持された状態で記録材を排紙口から引き抜いて取り除く場合がある。用紙を引き抜いた際に定着ローラ３０に大量の未定着トナーが付着する。
【００７４】
そして、定着ローラ表層に付着したオフセットトナーは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、固定加圧部材表層４２に付着する。定着ニップＮｔ内の固定加圧部材表層４２に付着したオフセットトナーは、回転する定着ローラ３０との付着力によって徐々に下流側へ押し出される。そして、オフセットトナーは図５（ｃ）に示すように定着ニップ後端付近の固定加圧部材表層４２に押し出され、徐々にトナー汚れとして溜まっていく。固定加圧部材表層４２のトナー汚れが溜まる領域は、定着ニップＮｔの後端から下流側へ２ｍｍ程度である。このようにして溜まったトナー汚れが、記録材裏面に付着すると、品質不良となる。
【００７５】
本実施形態の効果を確認するため、以下に示す実験を行った。未定着トナーの載った未定着画像を定着ニップＮｔ部に挟持した状態で、加熱定着装置の排出口より記録材を引き抜き、未定着トナーを定着ローラ３０へ付着させる。さらに、定着ローラ３０を回転させオフセットトナーを固定加圧部材表層４２に付着させる。その状態で白紙の記録材を１枚通紙し、記録材裏面にトナー汚れを付着させて排出させる。
【００７６】
記録材排出後に固定加圧部材表層４２に残るトナー汚れをランク付けして、本実施形態の効果を検証した。ランク付けは１から５までの数字で評価し、固定加圧部材表層４２にトナー汚れが確認できないレベルを５、トナー汚れがほとんど見られず問題無いレベルを３、トナー汚れが多く残り問題のあるレベルを１とし、３レベル以上を問題無いレベルとした。
【００７７】
トナー汚れを軽減すべく、第１の実施形態に対し離型性の観点から改善した本実施形態を説明するために、上記実験を図４に示す本実施形態構成と、図１に示す第１の実施形態の構成とで比較した。本実施形態の構成としては、図4（ａ）（ｂ）（ｃ）を含む。なお定着ローラ３０は外径が１２［ｍｍ］のものを用いた。
【００７８】
Ｎａ、Ｎｂという定着ニップ内の幅の測定方法を以下に述べる。事前に全面ブラックを印字、定着させていた用紙をブラックの面を印字面として通紙し、定着ニップＮｔに用紙が挟持された時に本体電源を切り、３０秒程度その状態を維持してから排紙する。排紙された用紙の光沢差を測定してＮａ、Ｎｂの値を得る。実験結果を表３に示す。
【００７９】
表３より、第１の実施形態の構成において固定加圧部材表層４２に残るトナー汚れはほとんど見られず問題無いレベルであった。これに対し、本実施形態の構成では更に固定加圧部材表層４２に残るトナー汚れを軽減できる。
【００８０】
この理由を以下に述べる。固定加圧部材表層４２に付着したオフセットトナーは、定着ローラとの付着力によって下流側に押し出され、定着ニップＮｔの後端付近にトナー汚れとして徐々に溜まる。本実施形態の構成を用いると、クリーニング用紙を通紙してトナー汚れを除去する場合、フッ素樹脂はガラスに比べて離型性が高いため、トナー汚れを排出しやすい。トナー汚れが固定加圧部材表層４２に付着する力が比較的低くなり、トナー汚れがクリーニング用紙裏面に付着しやすくなるからである。よって、本実施形態の構成を用いることで定着ローラ３０に大量のトナー汚れが付着する特異なケースにおいても、固定加圧部材表層４２に残るトナー汚れを軽減できる。
【００８１】
また、表３の結果より、フッ素樹脂層４２（ｂ）を定着ニップＮｔの後端から２［ｍｍ］以上形成しても固定加圧部材表層４２に残るトナー汚れは、それ以上軽減しないことが分かる。この理由はトナー汚れが溜まる固定加圧部材表層４２の領域が定着ニップ後端から２［ｍｍ］程度であるためである。
【００８２】
定着ローラ外径とトナー汚れが溜まる固定加圧部材表層４２の領域との関係を調べるため、芯金の径は異なるが弾性層及び表層の層構成が等しい外径が１２［ｍｍ］及び１６［ｍｍ］の定着ローラを用いて同様の実験を行った。トナー汚れが溜まる固定加圧部材表層４２の領域は共に定着ニップ後端から２［ｍｍ］程度であり、外径が１２［ｍｍ］及び１６［ｍｍ］の定着ローラは同様の実験結果であった。
【００８３】
この理由を以下に述べる。固定加圧部材表層４２に付着したオフセットトナーが定着ローラにより下流側へ押し出される力は定着ローラ表層の材質によって変化し定着ローラの外径によっては変化しない。また、定着ニップ領域外に押し出されたオフセットトナーは、外気に冷やされ固着するため、定着ローラの外径が変化してもある領域以上にトナー汚れが広がることはない。よって、トナー汚れが溜まる固定加圧部材表層４２の領域は定着ローラの外径によって変化せず、本実施形態の構成では定着ニップ後端から２［ｍｍ］程度である。
【００８４】
また、表３の結果から、定着ニップＮｔの後端から下流方向にフッ素樹脂層４２（ｂ）を０．５［ｍｍ］以上形成すると、固定加圧部材表層４２に残るトナー汚れをより軽減できる。この理由を以下に述べる。フッ素樹脂層４２（ｂ）の幅が狭すぎた場合、図４（ａ）のＧに示すフッ素樹脂層４２（ｂ）の下流側に位置するガラス層の領域にトナー汚れが溜まる。そうした場合、固定加圧部材表層４２に残るトナー汚れは、第１の実施形態と同等の結果となるため本実施形態の優位性を示すことができない。よって、フッ素樹脂層４２（ｂ）を０．５ｍｍ以上形成することで固定加圧部材表層４２に残るトナー汚れを実施形態１の構成と比べて軽減できる。
【００８５】
また、フッ素樹脂層４２（ｂ）を定着ニップＮｔ領域の内外に渡って連続して形成すると、定着ニップＮｔ領域内の固定加圧部材表層４２に付着したトナー汚れも排出されやすくなる。
【００８６】
特に、表３においてＮａ＝２［ｍｍ］、Ｎｂ＝１［ｍｍ］の構成は、定着ニップＮｔの後端付近のフッ素樹脂層４２（ｂ）の幅が最も広く、本実施形態で比較した中では固定加圧部材表層４２に残るトナー汚れを最も軽減できる構成である。
【００８７】
しかし、定着ローラ３０とガラス層４２（ａ）との接触幅が狭くなりすぎると、定着ローラは正極側に帯電するため負極性トナーのオフセットが増加する。そこで、定着ローラが負極性の電位を維持するために必要な定着ニップ領域内のフッ素樹脂層４２（ｂ）の範囲を調べるため以下の実験を行った。図４（ｃ）に示すように、フッ素樹脂層４２（ｂ）を定着ニップ後端から上流方向に変化させ、定着ローラ表面電位測定、及び負極性トナーのオフセットランク評価を行った。
【００８８】
ランク付けは、第１の実施形態と同様に３レベル以上を問題無いものとする。定着ローラは外径が１２［ｍｍ］及び１６［ｍｍ］の２種類を用い弾性層及び表層の層構成は等しいものとした。比較結果を表４に示す。外径が１２［ｍｍ］の構成では、定着ニップ後端から上流方向にフッ素樹脂層４２（ｂ）を１．００［ｍｍ］以内、外径が１６［ｍｍ］の構成では１．２５［ｍｍ］以内で形成すれば問題無い。定着ローラの表面電位は負極性に保たれ、トナーオフセットのランクも３以上であるからである。
【００８９】
定着ローラ外径が１２［ｍｍ］の構成では定着ニップ幅は約４［ｍｍ］であり、フッ素樹脂層４２（ｂ）の幅が１．００［ｍｍ］であると、定着ニップ幅に対して約２５％の幅となる。同様に、定着ローラ外径が１６［ｍｍ］の構成では定着ニップ幅は約５［ｍｍ］であり、フッ素樹脂層４２（ｂ）の幅が１．２５［ｍｍ］であると定着ニップ幅に対して約２５％の幅となる。よって、負極性トナーのオフセットを問題無いレベルに抑えるためには、定着ニップＮｔ内のフッ素樹脂層４２（ｂ）の幅を定着ニップ幅に対して２５％を超えない範囲内にする必要がある。
【００９０】
以上の結果より、固定加圧部材表層４２においてフッ素樹脂層４２（ｂ）を定着ニップＮｔの後端付近に形成する本実施形態の構成を用いることで、固定加圧部材表層４２に残るトナー汚れを軽減できる。なお、固定加圧部材表層４２に形成するガラス層４２（ａ）は実施形態１と同様にガラスと同等の効果が期待できる他の材料を用いて形成しても良い。
【００９１】
例えば、鉄やアルミニウム、クロム、ニッケル、銅、真ちゅう、銀、金等の金属、ＳＵＳや窒化鋼等の合金が用いられる。また、ダイヤモンドライクカーボンや窒化クロム（Ｃｒ２Ｎ）メッキ、炭化窒化チタン（ＴｉＣＮ）メッキ、ニッケルメッキ等の金属系ハードコーティング、アルマイト皮膜等の金属系の酸化皮膜等の材料を固定加圧部材表層４２（ａ）に形成してもよい。また、フッ素樹脂層４２（ｂ）の材料としては例えばＰＴＦＥや、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＥＣＴＦＥ等がある。
【００９２】
【表３】
2012063509.tif 000005
【００９３】
【表４】
2012063509.tif 000006
【符号の説明】
【００９４】
２１・・加熱手段、２１ａ・・基板、２１ｂ・・抵抗層、２１ｃ・・保護層、２２・・温度検知素子、２３・・ホルダー、２４・・定着ステー、２７・・加圧バネ、３０・・定着ローラ、３１・・  芯金、３２・・弾性層、３３・・表層、４０・・固定加圧部材、４１・・固定加圧部材基層、４２・・固定加圧部材固定加圧部材表層４２（ａ）・・  ガラス層、４２（ｂ）・・フッ素樹脂層、４３・・加圧バネ、Ｐ・・記録材、Ｔ・・トナー、Ｎｈ・・加熱ニップ、Ｎｔ・・定着ニップ
【図１】
2012063509.tif 000007
【図２】
2012063509.tif 000008
【図３】
2012063509.tif 000009
【図４】
2012063509.tif 000010
【図５】
2012063509.tif 000011