(57)【要約】【課題】加熱ローラーについて帯電防止効果と離型性とを高める。【解決手段】定着装置１４は、画像形成部１３で転写された用紙上のトナー像に対し定着処理を施す。定着装置１４は、円筒状の加熱ローラー１４１と、この加熱ローラー１４１と対向配置された加圧ローラー１４２とを備える。ローラー定着方式やフィルム加熱方式に使用される加熱ローラー１４１の表面材料に、フッ素樹脂にカーボンを混合させたものを使用する。この表面材料に負極性のコロナ放電を０．５秒間施したときの最小表面電位が−０．５ｋＶから−０．０３５ｋＶとなる材料を加熱ローラー１４１の表面材料として採用する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を担持する用紙を加熱する加熱部材と、当該加熱部材による加熱と同時に用紙を加圧する加圧部材を有し、用紙を加熱及び加圧することで当該用紙にトナー像を定着させる定着装置であって、
前記加熱部材の表面材料は、フッ素樹脂中に導電性粒子を分散させたものを含み、当該表面材料に予め定められた時間だけ負極性のコロナ放電を施して帯電させたときの最小表面電位が−０．５ｋＶ〜−０．０３５ｋＶとなる範囲で形成されている定着装置。
【請求項２】
前記加熱部材の表面材料における導電性粒子の量は２ｗｔ％から１０ｗｔ％である請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記導電性粒子はカーボンである請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の定着装置と、
を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー像を加圧・加熱することにより用紙に定着させる定着装置及びその定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンターや複写機等の画像形成装置の定着装置としてローラー定着方式やフィルム加熱方式が用いられている。ローラー定着方式は構成が簡単であると共に高速化に対応でき、フィルム加熱方式は省エネルギーの面で有効である。しかし、このようなローラー定着方式やフィルム加熱方式では、紙上のトナー像が加熱ローラーに静電的に転移する静電オフセットが発生しやすい。特に正帯電トナーを使用する場合、加熱ローラーの表面が紙との摩擦で負に帯電することで静電オフセットが発生しやすい状況を作り出しており、印刷品質の低下を招く原因となっていた。
【０００３】
特許文献１には、定着装置におけるトナー像と接する定着装置材の材質を、少なくともフッ素樹脂と導電性材料を用いることで、静電オフセットを防止する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１４６３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、静電オフセットの発生を抑えるために導電性材料の混合比を多くすると、用紙が加熱ローラーから離れにくくなる（離型性の低下）。離型性の低下はトナーが加熱ローラーへ付着する原因となり、印刷品質の低下を招く。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、加熱ローラーについて帯電防止効果と離型性とを高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明における定着装置は、トナー像を担持する用紙を加熱する加熱部材と、当該加熱部材による加熱と同時に用紙を加圧する加圧部材を有し、用紙を加熱及び加圧することで当該用紙にトナー像を定着させる定着装置であって、
前記加熱部材の表面材料は、フッ素樹脂中に導電性粒子を分散させたものを含み、当該表面材料に予め定められた時間だけ負極性のコロナ放電を施して帯電させたときの最小表面電位が−０．５ｋＶ〜−０．０３５ｋＶとなる範囲で形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
フッ素樹脂中に導電性材料を分散させた加熱ローラーの表面材料に対してコロナ放電を施して負極性に帯電させ、そのときの最小表面電位が−０．５ｋＶ〜−０．０３５ｋＶとなる表面材料を加熱ローラーの材料として採用することで、加熱ローラーの表面に帯電防止機能と離型性を持たせることができ、静電オフセット及びトナー付着を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る画像形成装置の内部構成を概略的に示す図である。
【図２】静電気拡散測定機９０を用いた実験装置の一例を示す概略図である。
【図３】実験で得られた最小表面電位とカーボン量の関係を示したグラフである。
【図４】実験結果にカーボンの分散状態を加えた表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の実施の形態では、本発明における定着装置を備えた画像形成装置としてプリンターを例に説明するが、この他にコピー機、ファクシミリ機、これら複数の機能を備えた複合機等、電子写真方式を採用した画像形成装置であればよい。
【００１１】
図１は、本発明に係る画像形成装置１の内部構成を概略的に示す図である。画像形成装置１は、貯留された用紙を必要に応じて給紙する給紙部１２、給紙部１２から給紙された用紙に所定の画像を転写する画像形成部１３、画像形成部１３で用紙に転写された転写画像に定着処理を施す定着装置１４が装置本体１１内に装備されているとともに、装置本体１１の上面位置に定着処理後の用紙が排紙される排紙部１５が設けられることによって形成されている。
【００１２】
給紙部１２は、給紙カセット１２１に積層載置された用紙の束を、給紙ローラー１２２の回転動作によって最上位の用紙から１枚ずつ画像形成部１３に向けて給紙する。
【００１３】
画像形成部１３は、電子写真プロセスによって、用紙上に所定のトナー像を転写する。画像形成部１３は、回転可能に軸支された光導電性を有する感光体ドラム１３１と、この感光体ドラム１３１の周囲にその回転方向に沿って順次配設された帯電装置１３２と、露光装置１３３と、現像装置２０と、クリーニング装置１３４とを備える。給紙カセット１２１から給紙ローラー１２２の駆動で排紙された用紙は、搬送ベルト１３５の駆動で感光体ドラム１３１の周面に向けて給紙される。
【００１４】
現像装置２０は、感光体ドラム１３１の周面にトナーを供給してその周面にトナー像を形成させるものである。現像装置２０には、現像装置２０へトナーを補給するための着脱可能なトナーコンテナ３０が装着されている。
【００１５】
定着装置１４は、画像形成部１３で転写された用紙上のトナー像に対し定着処理を施すものである。この定着装置１４は、円筒状の加熱ローラー１４１と、この加熱ローラー１４１と対向配置された加圧ローラー１４２とを備えている。加圧ローラー１４２は加熱ローラー１４１に圧接され、用紙が挟持されるニップ部を加熱ローラー１４１と共に形成する。
【００１６】
画像形成装置１の基本的な動作を説明する。図１で時計方向に回転する感光体ドラム１３１の周面は、まず、帯電装置１３２により一様に帯電される。ついで、コンピューター等の外部の機器から伝送された画像情報に基づく露光装置１３３からの光の照射により感光体ドラム１３１の周面上に静電潜像が形成される。この静電潜像に向けて現像装置２０からトナーが供給されることにより静電潜像が現像され、感光体ドラム１３１の周面にトナー像が形成される。
【００１７】
そして、トナー像が形成された感光体ドラム１３１に向けて、給紙部１２の給紙カセット１２１から給紙された用紙が搬送ベルト１３５の駆動で供給され、感光体ドラム１３１に対向した、不図示の転写ローラーの作用によって感光体ドラム１３１周面のトナー像が用紙に転写される。トナー像が転写された用紙は、感光体ドラム１３１から分離され、搬送ベルト１３５の駆動で定着装置１４に向けて搬送される。そして、定着装置１４での加熱ローラー１４１による加熱及び加圧ローラー１４２の加圧処理でトナー像が用紙に定着される。
【００１８】
定着処理後の用紙は、排紙部１５の排紙トレイ１５１上に排出される。トナー像が用紙に転写された後の感光体ドラム１３１の周面は、クリーニング装置１３４でクリーニング処理が施され、次の画像形成処理のために帯電装置１３２へ戻される。
【００１９】
定着装置１４の加熱ローラー１４１は、ローラー定着方式またはフィルム加熱方式のどちらの方式であっても構わない。ローラー定着方式は構成が簡単であると共に高速化に対応でき、フィルム加熱方式は省エネルギーの面で有効である。
【００２０】
そして、定着装置の加熱ローラー１４１は、その表面材料に離型性を持たせるため（用紙離れを良くするため）に一般的に焼成されたフッ素樹脂が使用されている。しかしフッ素樹脂は絶縁性で、一度帯電すると減衰しにくい性質を持ち、紙上のトナーが加熱ローラー１４１に静電的に移動してしまう静電オフセットの原因となっていた。特に正帯電トナーを使用する場合、加熱ローラー１４１の表面が紙との摩擦で負に帯電することで静電オフセットが発生しやすい状況となる。トナーが加熱ローラー１４１に転移すると、後に続いて搬送される用紙にそのトナーが付着して用紙を汚してしまい、印刷品質の低下を招いてしまう。
【００２１】
そこで、フッ素樹脂に導電性材料（例えばカーボン）を混合することで、加熱ローラー１４１の表面の帯電を抑え、静電オフセットを抑制する方法がある。しかし、フッ素樹脂における導電性材料の混合比を多くすると、分散状態が悪化し、離型性が低下する。離型性が低下すると用紙が加熱ローラー１４１に付着しやすくなってしまう。
【００２２】
つまり、加熱ローラー１４１の表面材料であるフッ素樹脂に導電性材料を加えることで静電オフセットを防ぐことができるが、導電性材料の割合が高くなると離型性が低下して逆にトナー付着を招いてしまう。従って、フッ素樹脂に対する導電性材料の適度な割合を導く必要がある。
【００２３】
そこで、導電性材料の最適な混合比を導出するために、カーボン量が０ｗｔ％、１ｗｔ％、２ｗｔ％、２．５ｗｔ％、５ｗｔ％、１０ｗｔ％、１５ｗｔ％及び２０ｗｔ％の８種類からなる表面材料の表面材料サンプル（以下、単に「サンプル」という）を作成した。ここで、導電性材料としてカーボンを使用する。そして、以下で説明するような実験を行うことで、最適な表面材料の条件を導出した。
【００２４】
＜実験１＞  まず、静電気拡散測定機を用いて各サンプルをコロナ放電によって帯電させ、最小表面電位を測定する。具体的には、上記８種類のサンプルを静電気拡散測定機ＮＳ−Ｄ１００（(株)ナノシーズ社製）を用いて帯電させ、表面電位を計測する。静電気拡散測定機ＮＳ−Ｄ１００は、日本工業規格ＪＩＳＣ６１３４０−２−１（国際規格はＩＥＣ６１３４０−２−１）で規定されている試験法に基づいている。
【００２５】
図２は、静電気拡散測定機９０を用いた実験装置の一例を示す概略図である。静電気拡散測定機９０は、３か所のコロナ放電部９１、帯電センサー９２及びサンプル台９３を備える。コロナ放電部９１はサンプル台９３に載置されたサンプルＳに対してコロナ放電を施す。サンプル台９３はアース接地された金属板を有し、サンプルＳはその金属板上に載置される。コロナ放電部９１は矢印Ｙの方向に移動しながら、サンプルＳに対して合計３回のコロナ放電を施す。これにより、サンプルＳの表面は均一に帯電する。帯電センサー９２はコロナ放電が３回行われたサンプルＳの表面電位を測定し、測定した結果をパソコン８１等の表示装置に送信する。パソコン８１はその測定結果を表示する。
【００２６】
実験条件としては、コロナ放電を発生させるために帯電装置（不図示）の電圧は−３．０ｋＶ、放電時間は０．５秒間である。サンプルＳは温度２３℃、湿度５０％の環境下において、アース接地された金属板上に載置されて実験が行われた。
【００２７】
図３は、上記８種類のサンプルに対して上記条件で行った実験で得られた最小表面電位とカーボン量の関係を示したグラフである。実験の結果、サンプルのカーボン量が多いと最小表面電位の絶対値が小さくなる、即ち帯電量が小さくなることが分かった。
【００２８】
＜実験２＞  次に静電オフセットの発生を確認する実験を行った。京セラドキュメントソリューションズ製のプリンター（ＦＳ−４３００ＤＮ）を用いて、実験１と同じ０ｗｔ％、１ｗｔ％、２ｗｔ％、２．５ｗｔ％、５ｗｔ％、１０ｗｔ％、１５ｗｔ％及び２０ｗｔ％のカーボン量を表面材料に含む８種類の加熱ローラーに対して白紙を５００枚通紙し、その後に画像サンプルを印刷し、静電オフセットの発生有無を確認した。白紙を通紙することで加熱ローラーの表面を帯電させている。
【００２９】
実験の結果、カーボン量０ｗｔ％の加熱ローラーを用いた際にはその表面に静電オフセットの発生が確認され、１ｗｔ％の加熱ローラーの場合は微量の静電オフセットの発生が確認された。２ｗｔ％、２．５ｗｔ％、５ｗｔ％、１０ｗｔ％、１５ｗｔ％及び２０ｗｔ％の加熱ローラーでは、静電オフセットの発生は確認されなかった。このことから、カーボン量が少ないサンプルは帯電しやすいため、静電オフセットが発生しやすいと考えられる。
【００３０】
＜実験３＞  次に、加熱ローラーの離型性を確認する実験を行った。実験２と同様の京セラドキュメントソリューションズ製のプリンター（ＦＳ−４３００ＤＮ）を用いて、実験１と同じ０ｗｔ％、１ｗｔ％、２ｗｔ％、２．５ｗｔ％、５ｗｔ％、１０ｗｔ％、１５ｗｔ％及び２０ｗｔ％のカーボン量を表面材料に含む８種類の加熱ローラーのそれぞれを使用して１０００００枚に画像サンプルを印刷した。
【００３１】
実験の結果、０ｗｔ％、１ｗｔ％、２ｗｔ％、２．５ｗｔ％、５ｗｔ％及び１０ｗｔ％の加熱ローラーではトナー付着の発生は確認されなかったが、１５ｗｔ％及び２０ｗｔ％の加熱ローラーではトナー付着が発生した。このことから、カーボン量が多いと分散状態が悪化、離型性が低下して用紙が加熱ローラーに付着しやすくなり、これによりトナーが加熱ローラーに移ることでトナー付着が発生しやすくなったと考えられる。
【００３２】
図４は、実験１〜実験３の実験結果に、カーボンの分散状態を加えた表である。実験２より静電オフセットが発生しないカーボン量は２ｗｔ％以上、実験３より離型性が保たれてトナー付着が発生しないカーボン量は１０％ｗｔ以下であることが分かった。従って、静電オフセットとトナー付着が共に発生しない最適なカーボン量は２ｗｔ％〜１０ｗｔ％であり、そのときの最小表面電位は−０．５ｋＶ〜−０．０３５ｋＶである。
【００３３】
つまり、静電拡散測定機を用いて加熱ローラーの表面材料の各種サンプルに負極性のコロナ放電を０．５秒間施したときの最小表面電位が−０．５ｋＶ〜−０．０３５ｋＶとなる表面材料は、静電オフセットとトナー付着を共に防ぐことができ、印刷品質の劣化を防ぐことができる。更に加えると、カーボン量を２ｗｔ％〜１０ｗｔ％のサンプルに対して上記条件でコロナ放電を施すと、最小表面電位が−０．５ｋＶ〜−０．０３５ｋＶとなり、この材料を加熱ローラーの表面に用いることで静電オフセットとトナー付着を共に防ぐことができる。
【００３４】
このように、フッ素樹脂に対するカーボンの混合比を低く抑えて分散状態を改善し、最小表面電位を最適化することにより、加熱ローラーの表面材料に帯電防止機能と離型性を持たせることができ、静電オフセット及びトナー付着を同時に防ぐことができる。
【符号の説明】
【００３５】
１      画像形成装置
１４    定着装置
１４１  加熱ローラー
１４２  加圧ローラー
９０    静電気拡散測定機
９１    コロナ放電部
９２    帯電センサー
９３    サンプル台
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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