(57)【要約】【課題】トナー像を担持した記録材をニップ部で挟持搬送する際のトナー像の静電オフセットの発生を低減できる加熱定着装置の提供。【解決手段】加熱用回転体４０と、前記加熱用回転体と接触する加圧用回転体２０と、を有し、前記加熱用回転体と前記加圧用回転体の間のニップ部Ｎでトナー像Ｔを担持する記録材Ｐを挟持搬送しつつトナー像を記録材に加熱定着する加熱定着装置において、前記加圧用回転体は弾性層２２と前記弾性層を被覆する最表層２１とを有し、前記弾性層と前記最表層のうち少なくとも前記最表層には非線形抵抗特性を有する粒子を含んでいることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱用回転体と、前記加熱用回転体と接触する加圧用回転体と、を有し、前記加熱用回転体と前記加圧用回転体の間のニップ部でトナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつトナー像を記録材に加熱定着する加熱定着装置において、
前記加圧用回転体は弾性層と前記弾性層を被覆する最表層とを有し、前記弾性層と前記最表層のうち少なくとも前記最表層には非線形抵抗特性を有する粒子を含んでいることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】
前記最表層は、フッ素樹脂に前記非線形抵抗特性を有する粒子を含んでなる離型層であることを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項３】
前記フッ素樹脂の材料は、パープルアロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、又はポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）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（ＦＥＰ）であることを特徴とする請求項２に記載の加熱定着装置。
【請求項４】
前記非線形抵抗特性を有する粒子が、セラミックバリスタ粉末であることを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項５】
前記セラミックバリスタ粉末が、ＺｎＯと複数の添加物との混合物を焼成し粉砕した粉末であることを特徴とする請求項４に記載の加熱定着装置。
【請求項６】
前記セラミックバリスタ粉末が、ＳｉＣと複数の添加物との混合物を焼成し粉砕した粉末であることを特徴とする請求項４に記載の加熱定着装置。
【請求項７】
前記セラミックバリスタ粉末が、ＢａＴｉＯ３と複数の添加物との混合物を焼成し粉砕した粉末であることを特徴とする請求項４に記載の加熱定着装置。
【請求項８】
前記加圧用回転体は、前記弾性層を保持する芯金を有し、前記芯金は整流素子を介して接地していることを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項９】
前記芯金にトナー像と逆極性のバイアスを印加することを特徴とする請求項８に記載の加熱定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機や電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載する加熱定着装置（定着器）に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載する加熱定着装置（定着器）として、フィルム加熱方式のものがある。特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４にはこのフィルム加熱方式の定着器が記載されている。フィルム加熱方式の定着器は、セラミックス製の基板上に発熱体を有するヒータと、このヒータに接触しつつ回転する定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有する。定着フィルムは、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上するために、次のような構成とされる。即ち、耐熱性、離型性及び耐久性を兼ね備えたＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＰＳ等の樹脂の膜厚が１００μｍ以下、より好ましくは２０〜４０μｍの単層フィルムにより構成される。或いは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ等の基層フィルムの表面上に導電プライマー層を挟んでＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂からなる離型層をコーティング又はチューブで被覆した複合フィルムにより構成される。複合フィルムの膜厚は単層フィルムと同じである。未定着トナー像を担持する記録材は定着器のニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上の未定着トナー像は記録材に加熱定着される。この定着器は、ヒータへの通電を開始し定着可能温度まで昇温するのに要する時間（ウォームアップタイム）が短いというメリットを有する。従って、この定着器を搭載する画像形成装置は、プリント指令の入力後、１枚目の画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：Ｆｉｒｓｔ  ＰｒｉｎｔＯｕｔ  Ｔｉｍｅ）を短くできる。またこのタイプの定着器は、プリント指令を待つ待機中の消費電力が少ないというメリットもある。またこのタイプの定着器は、構造が簡単であり、低価格化に有利であるというメリットもある。
【０００３】
しかし、熱伝導率が低く、熱容量の非常に小さいポリイミドなどを定着フィルムの基層の材料として用いたフィルム加熱方式の定着器を、特に高速な画像形成装置に搭載するには、記録材への未定着トナー像の定着性に限界がある。
【０００４】
そこで、フィルム加熱方式の定着器の低価格性や、ウォームアップが短い等のメリットを維持したまま、定着器を高速で駆動することに対する要望が強い。
【０００５】
高速機に対応するためには、定着フィルムの基層の材料にポリイミド等の有機耐熱樹脂を用いたのでは熱伝導性が悪く、高速化した際に記録材に十分な熱量を供給することが不可能となる。そのため、定着フィルムの基層には極力熱伝導率の高い材料を使用する必要がある。定着フィルムの基層の材料にＳＵＳ、Ｎｉ等の薄肉金属を用いた一例が特許文献５や特許文献６に提案されている。
【０００６】
画像形成プロセスにおける定着工程において、上記のように画像形成装置の高速化に伴い、種々の画像問題が発生することがあるが、様々な構成で回避してきた。
【０００７】
画像問題の一つとして、トナーのオフセットがある。
【０００８】
オフセットとは、未定着トナー像を担持した記録材がニップ部を通過する際に、記録材上の未定着トナー像のトナーの一部が定着フィルムの外周面（表面）に付着し、そのトナーがゴースト画像として記録材上に定着する現象をいう。即ち、記録材がニップ部を通過する際に定着フィルム表面に付着したトナーは、定着フィルムが一周回転して記録材と再び接触する際に記録材上に再転写され、ゴースト画像として記録材上に定着するのである。
【０００９】
オフセットには、温度的要因で発生するものと静電的要因で発生するものとがある。温度要因で発生するオフセットは温度の最適化によって解決できるが、静電要因のオフセットは解決しにくい。
【００１０】
上述の静電要因のオフセット（以下、静電オフセットと記す）のメカニズムについて説明する。図９は静電オフセットのメカニズムの説明図であって、ニップ部近傍における電界図である。図１０は記録材の静電オフセットモデル図である。
【００１１】
図９のように、例えば、未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐがニップ部Ｆに突入する際、定着フィルム表面が未定着トナー像Ｔのトナーの帯電極性とは逆極性に帯電しているとする。そして、加圧ローラ表面が未定着トナー像Ｔのトナーの帯電極性と同極性に帯電しているとする。このような場合、ニップ部Ｆ直前に矢印で示す方向の電界が発生し、未定着トナー像Ｔのトナーの一部を記録材Ｐから引き離す力が働く。なお、図９には一例としてトナーがマイナス極性に帯電している場合を示した。このため、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔのトナーの一部は記録材Ｐ上への保持力を失い、定着フィルム表面に静電的に付着する現象が発生する。この定着フィルム表面に付着したトナーが上述のとおり、定着フィルムが一周回転した後、記録材Ｐ上に再転写されたのち定着される。そのため図１０のモデル図に示すように、正規の描画パターンＴａが記録材Ｐの搬送方向後方の定着フィルム１周分の位置においてゴースト画像としてオフセットしたパターンＴａ’が記録材Ｐに形成される。
【００１２】
上述の静電オフセットを防止する方法としては、定着フィルムに未定着トナー像と同極性のバイアスを印加することが効果的である。特許文献７には、定着フィルムへのバイアスの印加方式が提案されている。定着フィルムの導電性プライマー層に給電ブラシによってバイアスを印加することにより、定着フィルム表面の電位を安定させる。そして加圧ローラの芯金には整流素子を介して接地若しくはトナーと逆極性のバイアスを印加する。これにより、定着時、記録材上の未定着トナー像への静電的な悪影響を生じにくくさせるようにしている。
【００１３】
また、特許文献８には、接地されている除電部材の先端を加圧ローラ表面に近接させた位置に配置して加圧ローラ表面を除電することにより、加圧ローラ表面電位を安定化させ、静電オフセットを防止する方式が提案されている。
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献４】特開平４−２０４９８０号公報
【特許文献５】特開２００３−４５６１５号公報
【特許文献６】特開２００３−１５６９５４号公報
【特許文献７】特開２００２−１３２０７２号公報
【特許文献８】特開２００４−１０９１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
画像形成装置においては、近年、画像形成装置の様々な地域への普及や、画像形成装置の高速化、プリントボリュームの増大化など静電オフセットが発生する要因が増加している。静電オフセットが発生しやすくなる要因を詳しく説明すると、記録材が定着器内のニップ部を通過する際に、記録材と加圧ローラ表面は擦れることにより、それぞれが摩擦帯電により帯電する。加圧ローラ表面の表層には、一般的にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂からなる離型層が設けられている。フッ素樹脂は帯電列の中で最もマイナス極性に帯電しやすいことが知られている。そのため加圧ローラ表面は、記録材がニップ部を通過するごとにマイナス極性の電荷を蓄積していってしまう。
【００１５】
近年は様々な地域で画像形成装置が普及してきたために、低温低湿環境で使用されることも多く、このような環境では摩擦帯電が発生しやすい。また、画像形成装置の高速化及びボリュームの増大化により、一度のジョブで連続してプリントする枚数が増加傾向にあるために、加圧ローラ表面は大量の記録材との摩擦帯電によりマイナス極性に大きく帯電する＝チャージアップしてしまうのである。加圧ローラ表面がマイナス極性にチャージアップしてしまうと、定着フィルム表面のマイナス極性の電位よりも大きくなり、定着フィルム表面と加圧ローラ表面での間に発生する電界の電気力線の向きが反転してしまう。すると、未定着トナー像を記録材から引き離す力が働いてしまうために、静電オフセットが発生しやすくなってしまうのである。
【００１６】
以上説明したように、画像形成装置の使用環境や、画像形成装置の高速化など時代のニーズにより、静電オフセットは定着器の加圧ローラ表面に発生しやすい要因が増えてきている。そのため、従来の方式では十分には静電オフセットを防止することができない可能性があり、さらなる改良が必要である。
【００１７】
そこで、様々な環境下の使用や、画像形成装置の高速化、プリントボリュームの増大化など加圧ローラ表面のチャージアップしやすい要因が重なった場合においても静電オフセットの発生が無い良好な画像を得ることのできる加熱定着装置の開発が望まれていた。
【００１８】
本発明の目的は、トナー像を担持した記録材をニップ部で挟持搬送する際のトナー像の静電オフセットの発生を低減できる加熱定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するための構成は、加熱用回転体と、前記加熱用回転体と接触する加圧用回転体と、を有し、前記加熱用回転体と前記加圧用回転体の間のニップ部でトナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつトナー像を記録材に加熱定着する加熱定着装置において、前記加圧用回転体は弾性層と前記弾性層を被覆する最表層とを有し、前記弾性層と前記最表層のうち少なくとも前記最表層には非線形抵抗特性を有する粒子を含んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、トナー像を担持した記録材をニップ部で挟持搬送する際のトナー像の静電オフセットの発生を低減できる加熱定着装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を図面に基づいて説明する。
【００２２】
［実施例１］
（１）画像形成装置例
図８は本発明に係る加熱定着装置を搭載できる画像形成装置の一例の構成模型図である。この画像形成装置は電子写真方式のレーザープリンタであって、ホストコンピュータ等の外部装置（不図示）より入力する画像情報に応じた画像を記録材に形成する。
【００２３】
本実施例に示すプリンタは、外部装置からプリント指令を入力すると、像担持体としてのドラム形状の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１を矢印方向に所定の速度で回転駆動する。その感光ドラム１は感光ドラム１の外周面（表面）が帯電器２により所定の極性・電位に一様に帯電される。その感光ドラム１表面の帯電面に対して露光集団としてのレーザースキャナ３により画像情報の書き込みがなされる。レーザースキャナ３は、外部機器からプリンタに入力される画像情報の時系列電気デジタル画素信号に応じて変調されたレーザー光Ｌを出力する。そしてレーザースキャナ３はそのレーザー光Ｌにより感光ドラム１の帯電面を走査露光する。これにより、感光ドラム表面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。その静電潜像は現像器４によりトナー（現像剤）を用いてトナー画像（以下、トナー像と記す）として現像される。レーザープリンタの場合、一般に、静電潜像の露光明部にトナーを付着させて現像する反転現像方式が用いられる。本実施例のプリンタでは、トナーとして、負（マイナス）の帯電極性のネガトナーを用いている。感光ドラム１表面のトナー像は感光ドラム１の回転によって感光ドラム１表面と転写ローラ５の外周面（表面）との圧接部である転写ニップ部に送られていく。
【００２４】
以上が画像形成部の構成である。
【００２５】
一方、給送トレイ８のシート積載台８ａ上に積載して載置されている記録材（転写用紙、ＯＨＰシート）Ｐは、所定の制御タイミングで駆動される給送ローラ９により一枚ずつピックアップされ、搬送ローラ１０と搬送コロ１０ａによりレジスト部へと送られる。
レジスト部では、記録材Ｐの先端をレジストローラ１１とレジストコロ１１ａ間のニップ部で一旦受け止めて記録材Ｐの斜行矯正を行い、所定の搬送タイミングでその記録材ＰをトップセンサＳ１を通して転写ニップ部へと給送する。即ち、レジスト部では、感光ドラム１表面のトナー像の先端部位が転写ニップ部に到達したとき、記録材Ｐの先端部位も転写ニップ部に到達するように記録材Ｐの搬送タイミングが制御される。また、トップセンサＳ１による記録材先端通過検知信号に基づいて感光ドラム１に対する画像書き出しタイミング等が制御される。
【００２６】
転写ニップ部に給送された記録材Ｐは感光ドラム１と転写ローラ５とにより挟持搬送される。そしてその記録材Ｐの搬送過程において転写ローラ５に印加される転写バイアスにより感光ドラム１表面のトナー像が記録材Ｐに転写され、記録材Ｐはそのトナー像を後述の加熱定着装置１２の定着フィルム４０側の面上に担持する。転写ニップ部で未定着トナー像を担持した記録材Ｐは感光ドラム１表面から分離されて加熱定着装置１２へと搬送される。
【００２７】
加熱定着装置１２は、未定着トナー像を担持した記録材Ｐに後述のニップ部（定着ニップ部）Ｆで熱と圧力を付与することによって未定着トナー像を記録材Ｐに加熱定着し、その記録材Ｐをニップ部Ｆから排出する。
【００２８】
加熱定着装置１２のニップ部Ｆから排出された記録材Ｐは記録材後端通過を検知する排出センサＳ２を通して中間排出ローラ１３に搬送される。そして中間排出ローラ１３から搬送される記録材Ｐを排出ローラ１４が排出トレイ１５上に排出する。
【００２９】
記録材Ｐ分離後の感光ドラム１表面は、クリーニング部材６により転写残トナーが除去され、繰り返して作像に供される。
【００３０】
本実施例のプリンタは、感光ドラム１と帯電器２と現像器４とクリーナー６を一体化してプロセスカートリッジ７としている。そしてそのカートリッジ７はプリンタの筐体を構成するプリンタ本体１００に対して取り外し可能に装着されている。
【００３１】
プリンタ本体１００には冷却ファン１６が設けられている。このファン１６は、適宜回転され、外気をプリンタ本体１００内に取り込んで画像形成部、電装基板等の昇温箇所を冷却する。冷却ファン１６の近傍には、サーミスタ等の温度検知手段１７が設けられ、ファン１６によって機外の空気を取り込んだ際に、プリンタが設置されている環境の温度を検知する。そして、その検知結果を加熱定着装置１２の温度制御シーケンスにフィードバックしている。
【００３２】
（２）加熱定着装置
以下の説明において、加熱定着装置及び加熱定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。短手方向とは、記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向である。幅とは短手方向の寸法である。
【００３３】
図１は加熱定着装置１２の一例の横断側面模型図である。図２は図１の加熱定着装置１２を記録材の導入側から見た図である。図３は定着フィルム４０の層構成模型図である。この加熱定着装置１２は、加圧ローラを回転駆動し定着フィルムを加圧ローラの搬送力により回転させる加圧ローラ駆動方式・フィルム加熱方式の所謂テンションレスタイプの装置である。
【００３４】
本実施例に示す加熱定着装置１２は、加熱体としてのヒータ３０と、加熱用回転体（可撓性部材）としての円筒状の定着フィルム４０と、加熱体保持部材としてのヒータホルダー５０と、剛性加圧部材としての加圧ステー６０と、を有する。また、加熱定着装置１２は、定着フィルム４０と接触する加圧用回転体としての加圧ローラ２０を有する。ヒータ３０、定着フィルム４０、ヒータホルダー５０、加圧ステー６０及び加圧ローラ２０は、何れも長手方向に細長い部材である。
【００３５】
（２−１）定着フィルム４０
定着フィルム４０は、薄肉の可撓性・耐熱性を有するエンドレスベルト状の基層４１と、この基層４１の外周に設けられている導電プライマー層４２と、この導電プライマー層４２の外周に設けられている離型層４３と、を有する。
【００３６】
基層４１として、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などの導電フィラーを混入し導電化したものを薄肉の可撓性を有するエンドレスベルト状に加工したものを用いている。基層４１は上記のものに限られず熱伝導率の高いＳＵＳ、Ｎｉ等の薄肉金属をエンドレスベルト状に加工したものを用いるほうがより好ましい。
【００３７】
導電性プライマー層４２は厚さ５μｍ、表面抵抗１０６Ω／□の接着層である。
【００３８】
離型層４３は、所定のフッ素樹脂に導電性カーボンをブレンドしたチューブを導電性プライマー層４２に被覆することによって形成してある。或いは、離型層４３は、所定のフッ素樹脂に導電性カーボンをブレンドしたものを導電性プライマー層４２にコーティングすることによって形成してある。離型層４３はチューブを被覆させたものの方が耐久性に優れる。離型層４３のフッ素樹脂としては、パープルアロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）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（ＦＥＰ）等が用いられている。
【００３９】
定着フィルム４０において、外径は熱容量が抑えられ、立ち上がりを早くするために小さい方が好ましい。しかしながら、外径を小さくしすぎるとニップ部Ｆの幅が狭くなってしまうために極度に小さくすることはできない。
【００４０】
従って、定着フィルム４０は、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させ、さらに機械的強度を満足するようポリイミド、ＳＵＳ等からなる基層４１の肉厚を１００μｍ以下、好ましくは７０μｍ以下２０μｍ以上としている。そして基層４１の内径は１６〜３０ｍｍとしている。離型層４３においては、フッ素樹脂層を１０μｍ〜５０μｍ程度の厚みで形成することが好ましい。
【００４１】
（２−２）ヒータホルダー
ヒータホルダー５０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横断面半円弧状樋型に形成されている。このヒータホルダー５０は、熱伝導率が低いほどヒータ３０により定着フィルム４０の内周面（内面）を加熱するときの熱効率が高くなる。よってヒータホルダー５０を形成する耐熱性樹脂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。ヒータホルダー５０の下面（加圧ローラ２０側の面）には、ヒータホルダー５０の長手方向に沿って凹溝５１が設けられている。そしてこの凹溝５１からヒータ３０の後述する保護摺動層３４が露出するように凹溝５１によりヒータ３０の基板３１を保持している。そしてそのヒータホルダー５０の外周には定着フィルム４０がルーズに外嵌されている。定着フィルム４０が外嵌されたヒータホルダー５０は、ヒータホルダー５０の長手方向両端部が装置フレーム（不図示）の一対の保持部材に保持されている。
【００４２】
（２−３）加圧ローラ
加圧ローラ２０は、芯金としての丸軸状の芯軸部２３と、この芯軸部２３の外周面（表面）に設けられている弾性層２２と、を有する。つまり、芯金である芯軸部２３は弾性層２２を保持している。また、加圧ローラ２０は、その弾性層２２の外周面（表面）に最表層として離型層２１を有する。つまり、離型層２１は弾性層２２を被覆している。この加圧ローラ２０は、ヒータホルダー５０により保持されているヒータ３０と平行になるように芯軸部２３の長手方向両端部が上記装置フレームの一対の保持部材に軸受（不図示）を介して回転自在に保持されている。
【００４３】
芯軸部２３は、アルミ、鉄などの材料により丸軸状に形成されている。芯軸部２３として、高強度、低熱容量で断熱効果の高いセラミック多孔質体を用いても良い。
【００４４】
弾性層２２として、シリコーンゴムで形成された弾性層（ソリッドゴム層）、或いは断熱効果をもたせるためにシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層（スポンジ層）を用いることができる。また、弾性層２２として、より断熱効果を持たせるためにシリコーンゴム層内に中空フィラーや、吸水性ポリマー及び水を添加することで形成された多孔質を有する弾性層（気泡ゴム層）を用いることができる。
【００４５】
ここで、加圧ローラ２０は、弾性層２２の熱容量が大きく、また弾性層２２の熱伝導率が少しでも大きいと、ニップ部Ｆを通じて定着フィルム４０表面から熱を吸収しやすくなる。そのため、定着フィルム４０表面温度が上昇しにくくなる。従って、弾性層２２は、できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材料の方が、定着フィルム４０表面温度の立ち上がり時間に有利である。しかし、カラー画像形成装置や高速仕様の画像形成装置に加熱定着装置１２を搭載する場合、加圧ローラ２０からの熱の供給が未定着トナー像Ｔの定着性や記録材Ｐに加熱定着されたトナー像のグロスの向上に必要である。そのため、弾性層２２の熱容量・熱伝導率はある程度高いほうが好ましい。従って、加熱定着装置１２を搭載する画像形成装置のプロセススピードなどを考慮して弾性層２２の熱容量・熱伝導率を決める必要がある。ここで、上記シリコーンゴムのソリッドゴムは熱伝導率が０．２５〜０．２９Ｗ／ｍ・Ｋ、スポンジゴム・気泡ゴムは０．１１〜０．１６Ｗ／ｍ・Ｋであり、スポンジゴム・気泡ゴムはソリッドゴムの約半分の値を示す。また、熱容量に関連する比重はソリッドゴムが各１．０５〜１．３０、スポンジゴム・気泡ゴムが約０．７５〜０．８５である。また弾性層２２は体積抵抗率が１０３〜１０９Ω・ｃｍの導電性を有する。導電性を付与するために、例えば、ケッチェンブラックなどのカーボンブラックやアルミニウム等の金属紛を用いることができる。本実施例では高速仕様の画像形成装置に加熱定着装置１２を搭載するために、適正なニップ幅Ｆが形成でき、かつ熱容量をある程度確保する必要があることから、肉厚が３ｍｍのソリッドゴムを弾性層２２として用いている。そして加圧ローラ２０の外径をφ３０ｍｍとしている。
【００４６】
離型層２１は、フッ素樹脂に非線形抵抗特性を有する粒子を含んでいる。つまり、フッ素樹脂に非線形抵抗体である粒状のバリスタをフィラーとして含んでいる。フッ素樹脂としては、パープルアロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）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（ＦＥＰ）等が用いられている。
【００４７】
バリスタは、従来、半導体素子の分野で一定以上の電流を回路から回避させるために使用されている素子である。そして、バリスタは、使用する材料の種類や粒度、添加物の種類、焼成条件などを組み合わせることで非線形抵抗特性を発揮する。このバリスタをフィラーとして離型層２１に含ませることにより、離型層２１の表面と裏面にかかる電圧が降伏電圧以下の場合では離型層２１は高い抵抗を示し、離型層２１の表面と裏面にかかる電圧が降伏電圧以上の場合では、離型層２１の抵抗は急激に下がる。このような非線形抵抗特性により離型層２１にかかる電圧を降伏電圧以下になるように抵抗が変動し、記録材Ｐとの摩擦帯電による離型層表面、即ち加圧ローラ２０表面のチャージアップも降伏電圧程度にとどめることが可能となる。
【００４８】
バリスタのベースとなる材料は、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＢａＴｉＯ３、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３などがあるが、安定して非線形抵抗特性を得ることができるＺｎＯが一般的である。
【００４９】
一般的にＺｎＯをベース材料としたバリスタ材（セラミックバリスタ粉末）は、微小なＺｎＯに微量な酸化物を数種類添加した場合、これらの添加物の中でイオン半径がＺｎイオンよりも大きいものはＺｎＯ中に固溶せずに結晶粒界にあると考えられている。電圧依存性を示すこの結晶粒界の厚さは非常に薄く、１００Å程度或いはそれ以下であると考えられている。この結晶粒界の数が多いほどより高い降伏電圧設定となる。降伏電圧以上の電圧がバリスタ材にかかると抵抗が急激に低下することで電流を流し、高電位に上昇することを防ぐことができる。
【００５０】
本実施例で使用するバリスタ材は、ベース材料にＺｎＯを用いている。そして複数の添加物としてＢｉ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３をそれぞれＺｎＯに対して所定量添加している。Ｂｉ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ３の添加量は、それぞれ０．５０ｍｏｌ％、１．００ｍｏｌ％、１．００ｍｏｌ％、２．００ｍｏｌ％である。また、Ｎｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３の添加量は、それぞれ０．０５ｍｏｌ％、０．１０ｍｏｌ％、０．５０ｍｏｌ％、０．５０ｍｏｌ％である。これらの原料を水と有機バインダー類とともに混合装置に入れ、混合して、それぞれ均一なスラリーを調整した。次に、得られたスラリーをスプレードライヤーで噴霧することにより粒径が０．２μｍ程度の造粒紛の固まりを作成し、これをまた、粉砕して、０．５乃至数μｍの紛体として用いている。つまり、セラミックバリスタ粉末は、ＺｎＯと複数の添加物との混合物を焼成し粉砕した粉末である。
【００５１】
従って、この紛体の中に結晶粒界が存在しており、これが、電圧コントロールに重要な役割を果たす。今後このような製法ものをバリスタ粉末と表現する。
【００５２】
本実施例では、非線形抵抗特性を安定して得ることができるＺｎＯをベース材料として用いたが、ＳｉＣやＢａＴｉＯ３などをベース材料に用いても良い。また、添加物の種類や添加量が本実施例と異なっていても非線形抵抗特性を得ることができる。つまり、セラミックバリスタ粉末は、ＳｉＣと複数の添加物との混合物を焼成し粉砕した粉末であってもよい。また、セラミックバリスタ粉末は、ＢａＴｉＯ３と複数の添加物との混合物を焼成し粉砕した粉末であってもよい。
【００５３】
本実施例においては、離型層２１として、ＰＦＡ樹脂１００重量部に対し、平均０．７μｍ粒径のバリスタ粉末を１０重量部均一に分散・混入させて、厚み５０μｍのＰＦＡチューブを作成した。このＰＦＡチューブの電圧−電流特性を測定した。すると、１００Ｖ未満の電圧がかかった状態ではほぼ電流が流れず絶縁状態を保っていたが、降伏電圧である１００Ｖ以上の電圧がかかると急激に抵抗が下がり、電流が流れ始めるのが確認できた。本実施例においては、降伏電圧が１００ＶになるようなＰＦＡチューブを作成したが、バリスタ粉末の粒径及び重量濃度を調整することで任意の降伏電圧を得ることができる。
【００５４】
このバリスタ粉末混入ＰＦＡチューブを弾性層２２の表面に被覆し、そのバリスタ粉末混入ＰＦＡチューブを離型層２１とした。
【００５５】
（２−４）ヒータ
図４の（ａ）はヒータ３０の一例の構成模型図、（ｂ）は（ａ）のヒータ３０のＡ−Ａ矢視拡大断面図である。
【００５６】
ヒータ３０は長手方向に細長い基板３１を有する。この基板３１は、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性のセラミックス基板、或いはポリイミド、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂基板である。その基板３１の表面（加圧ローラ２０側の面）には、基板３１の長手方向に沿ってＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ２、Ｔａ２Ｎ等の通電発熱抵抗層３２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してある。通電発熱抵抗層３２は、厚み１０μｍ程度、幅１〜５ｍｍ程度である。また、基板３１の表面には、通電発熱抵抗層３２に給電するための給電電極３３・３３が基板３１の長手方向両端部の内側に設けられている。また、基板３１の表面には、通電発熱抵抗層３２の熱効率を損なわない範囲で通電発熱抵抗層３２を保護する保護摺動層３４を設けてあっても良い。ただし、保護摺動層３４の厚みは十分薄く、通電発熱抵抗層３２の表面性を良好にする程度が好ましい。保護摺動層３４として、フッ素樹脂層を単独ないしは混合して通電発熱抵抗層３２に被覆することが考えられる。フッ素樹脂としては、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、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（ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオロエチレン樹脂（ＥＴＦＥ）等が用いられる。また、フッ素樹脂としては、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂（ＣＴＥＦ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）等が用いられる。また、保護摺動層３４としては、グラファイト、ダイアモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）、二硫化モリブデン等からなる乾性被膜潤滑剤、ガラスコート等の保護摺動層が考えられる。
【００５７】
上記ヒータ３０において、基板３１として熱伝導性の良好な窒化アルミ等を使用する場合には、通電発熱抵抗層３２は基板３１の裏面（加圧ローラ２０と反対側の面）に形成してあっても良い。
【００５８】
（２−５）加圧ステー
加圧ステー６０は、剛性を有する金属等の材料により横断面下向Ｕ字形状に形成してある。この加圧ステー６０は、定着フィルム４０の内側においてヒータホルダー５０の上面（加圧ローラ２０と反対側の面）の短手方向中央に配置されている。
そして加圧ステー６０は、加圧ステー６０の長手方向両端部を加圧ばね等の加圧手段により加圧ローラ２０の軸線に向けて付勢することによってヒータ３０の基板３１の表面を定着フィルム４０を介して加圧ローラ２０表面に加圧している。これにより加圧ローラ２０の弾性層２２が基板３１表面に沿って弾性変形する。これによって加圧ローラ２０表面と定着フィルム４０表面との間に未定着トナー像Ｔの加熱定着に必要な所定幅のニップ部（定着ニップ部）Ｆが形成される。つまり、加熱用回転体と加圧用回転体の間にニップ部が形成される。
【００５９】
（３）加熱定着装置の加熱定着動作
制御手段としての回転駆動・温調制御部７０はＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとからなる。メモリには、加圧ローラ２０の回転制御に必要な回転駆動制御シーケンス、ヒータ３０の温調制御に必要な温度制御シーケンス、及び定着フィルム４０へのバイアス印加の制御に必要なバイアス印加制御シーケンスなどの各種プログラムが記憶されている。
【００６０】
制御部７０は、プリント指令に応じて回転駆動制御シーケンスを実行し、駆動源であるモータＭを駆動して加圧ローラ２０の芯軸部２３の端部に設けられている駆動ギアＧを回転させる。これにより加圧ローラ２０は所定の周速度（プロセススピード）で矢印方向へ回転する。その際、ニップ部Ｆにおける加圧ローラ２０表面と定着フィルム４０表面との摩擦力によって定着フィルム４０に加圧ローラ２０の回転方向とは逆向きに回転する回転力が作用する。これにより、定着フィルム４０は、定着フィルム４０の内周面（内面）がヒータ３０の保護摺動層３４に摺動しながらヒータホルダー５０の外周を加圧ローラ２０と略同じ周速度で矢印方向へ従動回転する。
【００６１】
また、制御部７０は、プリント指令に応じて温度制御シーケンスを実行し、ヒータ３０の給電電極３３・３３を通じて通電発熱抵抗層３２に通電する。その通電により通電発熱抵抗層３２が発熱しヒータ３０は急速昇温して定着フィルム４０を加熱する。ヒータ３０の温度は基板３１の裏面に設けられている温度検知手段としてのサーミスタ等の温度検知素子ＴＨにより検知され、その温度検知素子ＴＨはヒータ３０の温度検知信号を制御部７０に出力する。この温度検知素子ＴＨは、ヒータ３０の長手方向におけるニップ部Ｆの記録材搬送領域においてプリンタに使用可能な各種サイズの記録材Ｐが必ず通過する領域に配置されている。制御部７０は、温度検知素子ＴＨから温度検知信号を取り込み、その温度検知信号に基づいてヒータ３０が所定の温調温度（目標温度）を維持するように通電発熱抵抗層３２への通電を制御する。つまり、制御部７０は、温度検知素子ＴＨからの温度検知信号に基づきヒータ３０が所定の温調温度を維持するように通電発熱抵抗層３２に印加される電圧のデューティー比や波数などを適切に制御している。
【００６２】
加圧ローラ２０及び定着フィルム４０の回転が安定し、かつヒータ３０の温度が所定の温調温度に維持された状態で、未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐがニップ部Ｆに導入される。その記録材Ｐはニップ部Ｆで定着フィルム４０表面と加圧ローラ２０表面とにより挟持搬送される。その搬送過程において記録材Ｐにはヒータ３０により加熱されている定着フィルム２０の熱とニップ部Ｆの圧力が加えられ、その熱と圧力によってトナー像Ｔは記録材Ｐの面上に加熱定着される。
【００６３】
ここで、上記温度検知素子ＴＨは基板３１の裏面に限らずＳＵＳなどの板バネ（不図示）等の支持部材によって定着フィルム４０内面に弾性的に当接させるようにしてもよい。
【００６４】
また、ヒータ３０の基板３１の裏面には、サーモスイッチ、温度ヒューズ等のサーモプロテクタＴＰが配置されている。サーモプロテクタＴＰは通電回路によりヒータ３０の通電発熱抵抗層３２と直列接続されている。これにより、ヒータ３０が温度検知素子ＴＨの故障等により暴走状態になったときにヒータ３０の異常昇温をサーモプロテクタＴＰが検出し、通電発熱抵抗層３２への通電をシャットダウンする構成となっている。
【００６５】
（４）定着フィルム４０と加圧ローラ２０の接地形態
図１、図２、図５を参照して、定着フィルム４０と加圧ローラ２０の接地形態を説明する。図５は定着フィルム４０とバイアス印加手段８０の説明図である。
【００６６】
８０は定着フィルム４０にバイアスを印加するバイアス印加手段である。このバイアス印加手段８０は、電源８１と、給電用導電性ブラシ８２と、を有する。導電性ブラシ８２は、図５のように、定着フィルム４０の長手方向の一端部においてトナー像加熱領域（＝記録材搬送領域）の外側の部位に露出させた導電性プライマー層４２と接触している。電源８１は、導電性ブラシ５２と導電性プライマー層４２を介して定着フィルム４０にトナーと同極性の電圧を印加する。また加圧ローラ２０の芯軸部２３は整流素子９０を介して電気的に接地されている。これにより、加圧ローラ２０の芯軸部２３にトナーと同極性の電荷が蓄積するのを防止するとともに、導電性を有する弾性層２２も電気的に接地させた状態にしている。
【００６７】
上記電源８１は、制御部７０がバイアス印加制御シーケンスを実行することによって、定着フィルム４０に所定の電圧を印加する。即ち、制御部７０は、トップセンサＳ１が記録材先端通過を検知してから排出センサＳ２が記録材後端通過を検知するまでの間、バイアス印加制御シーケンスを実行する。これにより、電源８１は定着フィルム４０に−４００Ｖの電圧を印加し、定着フィルム４０表面をマイナスに帯電させる。
【００６８】
（５）本実施例の加熱定着装置の作用効果の説明
本実施例の加熱定着装置の作用効果を確認するため、比較例として２種類の従来系加熱定着装置を用意した。そして、本実施例の加熱定着装置と比較例の２種類の従来系加熱定着装置について、連続通紙におけるオフセットの画像レベルを比較し、加圧ローラ表面と定着フィルム表面の帯電電位を測定した。
【００６９】
加圧ローラ表面及びフィルム表面の帯電電位は、ＴＲＥＫ社製表面電位計（商品名  ＭＯＤＥＬ３４７  プローブにはＭＯＤＥ６００Ｂ−８を使用）を用いて、測定した。
【００７０】
図６は比較例１の従来系加熱定着装置２００の横断面構成模型図である。図７は比較例２の従来系加熱定着装置３００の横断面構成模型図である。比較例１及び比較例２の従来系加熱定着装置２００，３００において、本実施例の加熱定着装置１２と共通する部材・部分には同じ符号を付している。
【００７１】
比較例１の従来系加熱定着装置１２０は、離型層２１としてピュアの絶縁ＰＦＡチューブを被覆した導電性弾性層２２を有する加圧ローラ２０を用いた。そしてその加圧ローラ２０の芯軸部２３に電源１２１から＋６００Ｖの電圧を印加する構成とした。
【００７２】
比較例２の従来系加熱定着装置２２０は、離型層２１として表面抵抗値が１０９Ω／□の導電性ＰＦＡチューブを被覆した、体積抵抗１０６Ω・ｃｍの導電性弾性層２２を有する加圧ローラ２０を用いた。そしてその加圧ローラ２０の芯軸部２３と除電針２２１を接地するとともに、この除電針２２１の先端を加圧ローラ２０表面と２ｍｍの位置に設置し、加圧ローラ２０表面を除電する構成とした。
【００７３】
各加熱定着装置１２，１２０，２２０において、加圧ローラ２０の離型層２１、弾性層２２の厚み、定着フィルム４０はそれぞれ同一である。また、各加熱定着装置１２，１２０，２２０において、定着フィルム４０へのバイアス印加手段８０によるバイアス印加方式も同一である。
【００７４】
上記３つの加熱定着装置１２，１２０，２２０のそれぞれについて、プロセススピード１５０ｍｍ／ｓｅｃ、１分間当り２５枚の印字枚数（以下、２５ｐｐｍと記す）の画像形成装置にて８００枚の連続画像形成を行った。そしてその時の定着画像にオフセットによる画像不良があるか否かを確認した。検討の結果を表１に示す。試験環境は摩擦帯電が起きやすい１５℃、１０％ＲＨの低温低湿環境である。記録材としては経験的に加圧ローラ２０表面がチャージアップしやすいことがわかっているラフ紙のＦｏｘＲｉｖｅｒＢｏｎｄ（ＬＴＲサイズ、坪量９０ｇ／ｍ２）の紙を用いた。
【００７５】
また、各加熱定着装置１２，１２０，２２０の加圧ローラ２０に電荷が蓄積していない状態で検討を行えるように、検討前に加圧ローラ２０表面をアルコール拭きし、かつ芯軸部２３を接地させている。
【００７６】
表１において、符号の意味は次のとおりである。画像レベルとしては、○：オフセットは発生せず、良好な画像である、△：オフセットは発生するが、許容レベルであり実用上可である、×：オフセットが悪いレベルで発生しており、ＮＧである。
【００７７】
またどの加熱定着装置１２，１２０，２２０においてもプリント中の定着フィルム４０表面の帯電電位は−３００Ｖ程度を推移しており、加圧ローラ構成における差は見られなかった。
【００７８】
【表１】
2009128646.tif 000003
【００７９】
表１に示すように、本実施例の加熱定着装置では、５００枚の連続プリントにおいてオフセットによる画像不良は発生せず、記録材上の未定着画像を良好に加熱定着することができた。また５００枚通紙における加圧ローラ表面の帯電電位は、通紙１枚目の−２０Ｖからチャージアップし始めるが、１００枚目以降はおおよそ−１００Ｖ付近で停滞している。これは本実施例の加圧ローラ２０の離型層２１であるＰＦＡチューブには、１００Ｖ以上の電圧が印加されると急激に抵抗が下がり電流が流れるように調整された量のバリスタ粉末を混入されているためである。
【００８０】
加圧ローラ２０において、芯軸部２３は接地され、弾性層２２も導電性を有しているために、ＰＦＡチューブの内面側の電位はほぼゼロである。従って、加圧ローラ表面（ＰＦＡチューブ外周面）が帯電している電位が、そのままＰＦＡチューブに印加されている電位とほぼ等しい。加圧ローラ表面が記録材Ｐとの摩擦帯電により−１００Ｖまでチャージアップすると、加圧ローラ表面のマイナスの電荷を接地されている芯軸部２３に逃がすようにＰＦＡチューブの抵抗が下がる。ところが、ＰＦＡチューブにかかる電圧が１００Ｖを下回ると、ＰＦＡチューブの抵抗が上昇する。そのため、記録材Ｐとの摩擦帯電でのチャージアップを吸収するように、ＰＦＡチューブの抵抗が変動し、加圧ローラ表面はほぼ−１００Ｖで安定的に推移するようになる。
【００８１】
定着フィルム表面の帯電電位は約−３００Ｖであるから、定着フィルム表面と加圧ローラ表面では２００Ｖの電位差を持ちつづけている。定着フィルム表面の帯電電位の方が相対的にマイナスであるために、加圧ローラ表面から定着フィルム表面へ電気力線が向かう電界が形成される。この形成電界の作用により記録材Ｐ上のマイナスに帯電した未定着トナーには記録材Ｐに保持される向きに力が働くために、オフセット（静電オフセット）が抑制されているのである。なお、定着フィルム表面電位が−３００Ｖになる理由は定着フィルムの離型層が導電であることに起因する。記録材（紙）が定着ニップに介在し、かつ転写ニップまたは導電排紙ローラに接している場合、定着フィルムから紙を通じて転写ニップまたは導電排紙ローラに向かって電流が流れてしまうためである。電流が外部に流れてしまうために定着フィルム表面の電位が降下してしまう。
【００８２】
比較例１の加熱定着装置１２０においては、初期の百数十枚程度まではオフセットも発生せず、何ら問題もなかった。しかし、連続プリント２００枚目前後から軽微なオフセット（静電オフセット）が発生し始めた。その後もオフセットレベルは徐々に悪化し、４００枚目あたりではＮＧレベルのオフセットが発生するようになった。
【００８３】
比較例１の加熱定着装置１２０の加圧ローラ２０は、絶縁性ＰＦＡチューブの離型層２１の下層に導電性の弾性層２２を有する構成であり、芯軸部２３には＋６００Ｖの電圧が印加されている。そのため通紙初期では加圧ローラ２０表面は＋５５０Ｖ、定着フィルム４０表面は−３００Ｖであるから、定着フィルム表面と加圧ローラ表面では８５０Ｖの電位差を有している。従って、強い電界作用により未定着トナーは記録材上に保持されている。加圧ローラ２０の離型層２１は絶縁性ＰＦＡチューブの５０μｍだけであり、この加圧ローラ２０の静電容量は大きいため、加圧ローラ表面電位は記録材Ｐとの摩擦帯電により急激にチャージアップすることはない。しかし、表１に見られるように、通紙１００枚目では＋１００Ｖ、３００枚目で−２５０Ｖへと徐々にチャージアップしていく。このように定着フィルム表面と加圧ローラ表面での電位差が小さくなると電解が弱まり、記録材上に未定着トナーを押さえつける力が低減することで軽微なオフセットが発生しやすくなる。４００枚目で定着フィルム表面電位と同じく−３００Ｖまでチャージアップしてしまい、定着フィルム表面と加圧ローラ表面での電位差は無く、ところによっては逆転してしまっている。そのために未定着トナーを記録材上に保持することができなくなりオフセットがＮＧレベルでのオフセットが発生してしまった。
【００８４】
比較例２の加熱定着装置２２０においては、通紙初期の数十枚程度はオフセットが発生しない良好な画像であったが、１００枚目ころから軽微なオフセット（静電オフセット）が若干発生するようになった。その後は３００枚目あたりからレベルの悪いオフセットが発生しだすようになった。
【００８５】
比較例２の加熱定着装置２２０の加圧ローラ２０は、導電性ＰＦＡチューブの離型層２１の下層に導電性の弾性層２２を有する構成である。そして加圧ローラ２０の芯軸部２３と除電針２２１を接地するとともに、この除電針２２１の先端を加圧ローラ表面と２ｍｍの位置に設置し、その除電針２２１によって加圧ローラ表面を除電している。この加圧ローラ２０は離型層２１と弾性層２２が導電性であるために、比較例１の加熱定着装置１２０と比較すると摩擦帯電しづらく、帯電電荷も芯軸部２３と通じてアースに逃げやすい。
そのため記録材Ｐとの摩擦帯電により加圧ローラ表面電位は急激に上昇することはないが徐々にチャージアップし、５００枚程度通紙すると−１６００Ｖ程度まで上昇する。すると、加圧ローラ表面と２ｍｍまで接近させた除電針５５との放電が始まり、摩擦帯電と放電による除電との平衡状態になることで、加圧ローラ表面は−１６００Ｖ程度で推移するようになる。
【００８６】
加圧ローラ表面電位は２００枚程度の通紙で−４００Ｖとなり、定着フィルム表面電位の−３００Ｖを逆転してしまっている。よって定着フィルム表面から加圧ローラ表面へ電気力線が向かう電界が形成されおり、この形成電界の作用により記録材上の未定着トナーは記録材Ｐから離れる方向に力が働く。このように導電性の加圧ローラ２０を用いることで、チャージアップを抑制しようとしているものの、摩擦帯電がおきやすい条件ではチャージアップが起きてしまう。また加圧ローラ表面と除電針２２１との間での放電開始電圧は１６００Ｖと非常に高く、効果的に加圧ローラ表面を除電することはできなかった。
【００８７】
以上のように、加圧ローラ表面が記録材Ｐとの摩擦帯電によりチャージアップしやすい条件での大量の連続プリントにおいては、比較例１と比較例２の従来系加熱定着装置１２０，２２０ではオフセットを完全に防止することはできなかった。しかし、本実施例の加熱定着装置１２においては加圧ローラ表面を一定の帯電電位に安定して抑えることができために、オフセットの無い良好な画像を得ることが確認できた。
【００８８】
以上説明したように、本実施例の加熱定着装置１２は、加圧ローラ２０の離型層２１に非線形抵抗体であるバリスタをフィラーとして含むことにより、離型層２１は下記のような作用効果を奏する。即ち、離型層２１の内面と外面との間にかかる電圧が一定値を超えると、非線形抵抗特性により絶縁だった離型層２１の抵抗値が急激に低下し、導電性となる。上記加圧ローラ２０を用いることで、記録材Ｐとの摩擦帯電によりチャージアップしやすい加圧ローラ表面の帯電電位を、ある一定までの上昇に抑えることができる。そのため、定着フィルム表面と加圧ローラ表面との電位差を保つことにより、静電オフセットを防止することが可能となる。従って、本実施例の加熱定着装置１２は、低温低湿環境下で連続プリントが続いた場合でも、静電オフセットの発生を低減でき、良好な定着画像を安定して得ることができる。
【００８９】
［実施例２］
実施例１の加熱定着装置１２における加圧ローラ２０の他の例を説明する。
【００９０】
実施例１の加熱定着装置２１は、加圧ローラ２０の離型層２１として、ＺｎＯをベース材料とし８種類の酸化物を添加したバリスタ材をフッ素樹脂にブレンドしたものを用いることによって、加圧ローラ表面電位の安定化を図った。しかし、ＺｎＯ系のバリスタの非線形抵抗特性は結晶粒界に依存しており、数十μｍという薄膜層に高い降伏電圧を設定するためには、０．５乃至数μｍのバリスタ粉末を多量にＰＦＡ粉末とブレンさせる必要があった。加圧ローラ２０の離型層２１はフッ素樹脂に多量のバリスタ材がブレンドされているため、バリスタ材をブレンドしない定着フィルム４０の離型層４３に比べると、定着フィルム表面の離型性は若干劣ってしまう。しかし、実施例１の２５ｐｐｍのような低速の画像形成装置に搭載する加熱定着装置でバリスタ材をフッ素樹脂にブレンドした離型層２１を具備する加圧ローラ２０を用いる分には、画像形成装置の製品寿命も短いこともあり何ら問題は発生しない。ところが、高速の画像形成装置の加熱定着装置でバリスタ材をフッ素樹脂にブレンドした離型層２１を具備する加圧ローラ２０を用いる場合には、画像形成装置の製品寿命が延び、プリントボリュームが増加する。そのため、高速の画像形成装置においては、加圧ローラ２０の離型層２１にバリスタ材がブレンドされていることで、若干劣っていた加圧ローラ表面の離型性は長時間の耐久によりさらに低下してしまう。その結果、加圧ローラ表面に紙紛やトナーが蓄積してしまう可能性がある。加圧ローラ表面にトナーが蓄積してしまうと、そのトナーが記録材Ｐを汚してしまうことがある。
【００９１】
よって本実施例においては、加圧ローラ２０の加圧ローラ表面にトナーが蓄積しづらい離型層２１の構成を示す。
【００９２】
本実施例の加圧ローラ２０の離型層２１で使用するバリスタは、ＳｉＣ粒子である。ＳｉＣ系バリスタの非線形抵抗特性は、ＳｉＣ粒子同士の接触に起因しており、結晶粒界の数が効いているＺｎＯ系バリスタとは性質が異なる。そのためＺｎＯ系バリスタに比べると、ＳｉＣ系バリスタは非線形抵抗特性には劣るが、ＳｉＣ系バリスタは、バリスタ粉末のＰＦＡ樹脂に対する重量濃度が小さくても非線形特性を発揮できる利点がある。ＺｎＯ系バリスタは、顕著に優れた非線形抵抗特性を有し、降伏電圧以上の電圧がバリスタ材にかかると抵抗が急激に低下することで電流を流し、高電位に上昇することを防ぐことができる。一方、ＳｉＣ系バリスタは、バリスタ材に印加される電圧が上昇するに応じて、徐々に抵抗が下がるという性質を持つ。また、ＳｉＣ系バリスタはＺｎＯ系バリスタに比べると高価であり、コストがかかってしまうために低速機では採用することは難しい。
【００９３】
本実施例においては、離型層２１として、ＰＦＡ樹脂１００重量部に対し、平均１．０μｍ粒径のＳｉＣバリスタ粒子を５重量部均一に分散・混入させて、厚み５０μｍのＰＦＡチューブを作成した。そのＰＦＡチューブを離型層２１として備える加圧ローラ２０の弾性層２２と芯軸部２３は、それぞれ実施例１の加圧ローラ２０のそれと同じである。
【００９４】
本実施例の加圧ローラ２０を具備する加熱定着装置１２と実施例１の加熱定着装置１２について、プロセススピード３１１ｍｍ／ｓｅｃ、１分間当り５５枚の印字枚数（以下、５５ｐｐｍと記す）の画像形成装置にて３０万枚の連続通紙耐久を行った。そしてその時の加圧ローラ表面の汚れ具合と静電オフセット、加圧ローラ表面電位を比較した。結果を表２に記す。
【００９５】
【表２】
2009128646.tif 000004
【００９６】
実施例１の加熱定着装置１２は、連続通紙耐久を通じて加圧ローラ表面電位はチャージアップすることなく安定しており、−１００Ｖを維持していた。そのため静電オフセットも３０万枚の通紙耐久においても発生することは無かった。しかし、通紙耐久で１５万枚程度を超えた時期から加圧ローラ表面にトナーが蓄積し始め、記録材Ｐの汚染も発生してしまった。これは長い通紙耐久を行うことで、定着フィルム表面の離型性が落ち始めたことにより、トナーがわずかに定着フィルム表面に付着するようになり、それが加圧ローラ表面に移動し、蓄積してしまったためである。
【００９７】
一方、本実施例２においては、加圧ローラ表面電位は−２３０Ｖ程度までチャージアップするが、静電オフセットが発生するようなことはなかった。また、通紙耐久３０万枚を終了しても加圧ローラ表面が汚れるようなことは無かった。
【００９８】
これは次の理由に因る。耐久により定着フィルム表面の離型性が落ちることで、定着フィルム表面にわずかに付着したトナーが加圧ローラ表面へ移動する。しかし加圧ローラ表面へ移動したトナーは、加圧ローラ表面の離型性が高いために加圧ローラ表面に蓄積することは無く、再び定着フィルムへ移動するか、記録材Ｐの裏に吐き出されてしまう。
【００９９】
以上のように、本実施例２の加圧ローラ２０を用いることで、５５ｐｐｍのような高速の画像形成装置で長い耐久寿命により静電オフセットが発生しやすく、かつ加圧ローラ汚れの発生しやすい条件においても、良好な定着画像を得ることができた。
【０１００】
［実施例３］
実施例１の加熱定着装置１２における加圧ローラ２０の他の例を説明する。
【０１０１】
実施例１、及び実施例２の加圧ローラ２０においては、最表層である離型層２１の一成分を構成するフッ素樹脂にバリスタ粉末を混入することにより、離型層２１に非線形抵抗特性を持たせている。そしてその離型層２１の下層にある弾性層２２には、例えば、ケッチェンブラックなどのカーボンブラックやアルミニウム等の金属紛を導電材として用いて、体積抵抗率が１０３〜１０９Ω・ｃｍの導電性を付与させている。このような構成にすることで、芯軸部電位とほぼ同等の離型層内面と離型層外面の電位差を降伏電圧程度に抑えることができた。
【０１０２】
実施例３においては、加圧ローラ２０の弾性層２２に、導電材の代わりとして、離型層２１にブレンドしたバリスタ粉末と同一のものをブレンドさせている。
【０１０３】
本実施例の加圧ローラ２０は、離型層２１と弾性層２２は基本的には絶縁を保っている。しかし、記録材との摩擦帯電により加圧ローラ表面がチャージアップし、芯軸部２３と離型層２１の電位差が降伏電圧以上になった場合に、離型層２１と弾性層２２の抵抗が急激に下がる。そして芯軸部２３と離型層２１の電位差を降伏電圧程度に抑えるように抵抗が変動し、実施例１、及び実施例２の加圧ローラ２０と同等の結果を得ることができる。
【０１０４】
このように本実施例の加圧ローラ２２は、加圧ローラ２０の弾性層２２に、導電材の代わりとして、離型層２１にブレンドしたバリスタ粉末と同一のものをブレンドすることで、材料手配を統一化することができ、製造上のメリットを有している。
【０１０５】
しかし、一般的に導電材のほうが、バリスタ粉末よりも安価であるため、加圧ローラ２０を構成するに当たり、材料手配と材料コストの両面を考慮に入れてよりメリットの大きな構成を選ぶ必要がある。
【０１０６】
前述した各部材の層の厚みや外径などの有効な寸法、またはバイアスの設定値などは、前記実施例１、２、３に記載のものに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】加熱定着装置の一例の横断側面模型図
【図２】図１の加熱定着装置を記録材の導入側から見た図
【図３】定着フィルムの層構成模型図
【図４】ヒータの一例の構成説明図
【図５】定着フィルムとバイアス印加手段の説明図
【図６】比較例１の従来系加熱定着装置の横断面構成模型図
【図７】比較例２の従来系加熱定着装置３００の横断面構成模型図
【図８】画像形成装置の一例の構成模型図
【図９】静電オフセットのメカニズムの説明図
【図１０】記録材の静電オフセットモデル図
【符号の説明】
【０１０８】
２０‥‥加圧ローラ、２１‥‥離型層、２２‥‥弾性層、３０‥‥ヒータ、４０‥‥定着フィルム、８０‥‥バイアス印加手段、Ｐ‥‥記録材、Ｔ‥‥トナー画像
【図２】
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【図１】
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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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