JP2004085854A

JP2004085854A - 定着装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2004085854A
Application number: JP2002246227A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Obara; 小原　泰成; Hiroaki Sakai; 酒井　宏明
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】導電基体５１ａ上に弾性層５１ｂおよび表面離型層５１ｃを設けた熱定着手段５１と、熱定着手段５１に圧接する加圧手段５２の表面を導電離型層５２ｃとし、熱定着手段６１もしくは加圧手段５２にバイアス５９を印加してニップ部ＮでトナーＴを記録材１９上に押し付ける向きの電位差を形成するようにした定着装置１３において、記録材１９の種類や印字条件によらずニップ部Ｎにおける電位差を安定させることで、記録材１９の巻き付きやジャム、あるいは画像不良の発生をなくす。
【解決手段】熱定着手段５１の導電基体５１ａから離型層５１ｃの表面までの厚みが０．３ｍｍより大きく１ｍｍより小さい範囲であり、かつ、印加電圧１ｋＶにおける導電基体５１ａから離型層５１ｃの表面までの体積固有抵抗率が１×１０^１５Ω・ｃｍ以上であること。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録材（記録媒体）上の未定着トナー画像を定着させる定着装置、および該定着装置を有する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、記録材上に画像を形成する画像形成方法として転写タイプの電子写真方式が広く用いられている。
【０００３】
その一般的な方法は、光導電性物質を利用した感光体上に、帯電、露光を行って電気的潜像を形成し、この潜像を着色されたトナーで現像し、紙などの記録材上に転写したあと、記録材ごと加熱、加圧してトナーを記録材上に溶融固着させて定着画像を得るものである。そして、感光体上の残留トナーをクリーニングし、上述の工程を繰り返すものである。
【０００４】
このような画像形成方法または装置に使われる定着装置としては、内部に加熱源を有するローラやフィルム形状の熱定着手段と、この熱定着手段に加圧接触してニップ部（定着ニップ部）を形成し、記録材を搬送する加圧手段たる弾性ローラとの対が使用される。
【０００５】
従来、定着装置におけるオフセット問題を解決する手段として、熱定着手段の表面へシリコーンオイルなどの離型剤をウエブ、パッド等により塗布したり、あるいは、オフセットしたトナーをクリーニング部材へ回収する手法がとられていた。
【０００６】
しかし最近は、熱定着手段、加圧手段たる弾性ローラのどちらか一方または双方にバイアスを印加し、記録材から熱定着手段上へのトナーオフセットを防止する構成が普及している。
【０００７】
すなわち、前記画像形成工程において、トナー転写後の記録材はトナーと逆極性の電荷を帯びており、トナーはその静電気力によって記録材上に保持されている。定着装置においてオフセットを防止するためには、記録材が保持する電荷を維持したまま、定着ニップ部に記録材を搬送する必要がある。
【０００８】
また、記録材の搬送スピードが比較的速い画像形成装置では、定着ニップ部で記録材から発生する水蒸気により、未定着トナー画像が搬送方向後方に飛び散る「後方飛び散り」が発生する。
【０００９】
そのため、トナーの熱定着手段へのオフセットや、上記「後方飛び散り」を防止するには、定着ニップ部においてトナーを記録材に押し付ける向きに電位差を発生させることが有効な手段となるのである。その結果、クリーニング部材が不要になり、定着装置の小型、低コスト化が図れる上、ユーザーがクリーニング部材を定期的に交換するといった手間も省けるようになる。
【００１０】
定着ニップ部で電位差を形成する方法としては、例えば次のようなものがある。
【００１１】
▲１▼．熱定着手段として、金属パイプ上にプライマ−を介して薄層の離型層を設けた熱ローラと、加圧手段として、芯金上にゴム弾性層と、その上に導電離型層を設けた弾性ローラを用いる場合、熱ローラの金属パイプを接地し、弾性ローラ側の導電離型層にトナーと逆極性のバイアスを印加する方式である。
【００１２】
▲２▼．あるいは、熱ローラの金属パイプにトナーと同極性のバイアスを印加し、加圧手段の導電離型層にブラシ等を当接させ、トナーと同極性の電荷のみが流れるようにダイオードを接続したものである。
【００１３】
このように、加圧手段側の表面を低抵抗化することにより、加圧手段表面に記録材との摩擦帯電による電荷が残らず所望の電位とすることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、熱定着手段として、導電性基体上にプライマを介して厚み５０μｍ以下の離型層を被覆したものは、加圧手段側から高電圧（５００Ｖ以上）を印加するとバイアスリークを起こし、画像が乱れるだけでなく、画像形成装置本体の故障の原因となる。したがって、高速化に対応させるために高電圧を印加することができなかった。
【００１５】
そこで、バイアスリークを防止するために、熱定着手段の導電性基体上に弾性ゴム層、さらにその上に離型層を形成して絶縁性を高める方法がある。
【００１６】
しかし、絶縁性を高めるためにゴム層の厚みを厚くすると、熱定着手段の静電容量が小さくなり、後で詳述するように、記録材による摩擦電荷が蓄積しやすくなる。すなわち、定着ニップ部における熱定着手段と加圧手段表面の電位差が大きくなる。その結果、記録材が熱定着手段表面に静電吸着され、巻き付きやジャムが発生しやすくなる。
【００１７】
また、弾性ゴムとして使われるシリコーンゴムや、フッ素ゴムは熱伝導が悪いため、通常、熱伝導剤をゴムに添加し、ゴムの熱伝導率を高めたものが使用される。
【００１８】
熱伝導剤としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛等の金属酸化物を単体、もしくは組み合わせて調合したものが多い。
【００１９】
ところが、熱伝導率を高めるためにこれら熱伝導剤を添加量を増やすと、高電圧下におけるゴムの体積抵抗率が低下する。これは、金属酸化物が電圧依存性を持ち、電圧を印加すると抵抗値が低下するためである。
【００２０】
このように熱定着手段の体積抵抗率が低下すると、記録材の印字条件によっては、熱定着手段表面が加圧手段としての弾性ローラ側から給電されるバイアスと同極性の電荷を帯びてしまう。すなわち、定着ニップ部における熱定着手段と加圧手段表面の電位差が小さくなる。その結果、定着ニップ部においてトナーを記録材上に押し付ける力が弱まり、「後方飛び散り」が発生する。
【００２１】
以上のように、高速化に対応させるために熱定着手段として導電性基体上に弾性ゴム層、さらにその上に離型層を形成するようにした場合、定着ニップ部における電位差が安定せず、記録材の巻き付きやジャム、あるいは「後方飛び散り」という画像不良が発生してしまうことがあった。
【００２２】
本発明は上記のような問題点を解消すること、すなわち導電基体上に弾性層および表面離型層を設けた熱定着手段と、熱定着手段に圧接する加圧手段の表面を導電離型層とし、熱定着手段もしくは加圧手段にバイアスを印加してニップ部でトナーを記録材上に押し付ける向きの電位差を形成するようにした定着装置において、記録材の種類や印字条件によらずニップ部における電位差を安定させることで、記録材の巻き付きやジャム、あるいは画像不良の発生をなくすことである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする、定着装置および画像形成装置である。
【００２４】
（１）導電基体上に弾性層および表面離型層を設けた熱定着手段と、熱定着手段を加熱する加熱手段と、熱定着手段に圧接しニップ部を形成する表面が導電性の加圧手段とを備え、このニップ部に未定着トナー画像を担持した記録材を導入して挟持搬送させることで定着画像を得る定着装置において、
上記熱定着手段と加圧手段の間にはトナーを記録材上に押し付ける向きに電位差が形成されており、
上記熱定着手段の導電基体から離型層表面までの厚みが０．３ｍｍより大きく１ｍｍより小さい範囲であり、
かつ、印加電圧１ｋＶにおける導電基体から離型層表面までの体積固有抵抗率が１×１０^１５Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする定着装置。
【００２５】
（２）トナーを記録材上に押し付ける向きの電位差は、加圧手段にトナーと逆極性のバイアスを印加して形成されることを特徴とする（１）に記載の定着装置。
【００２６】
（３）導電基体上の弾性層はシリコーンゴムであり、離型層はフッ素樹脂であることを特徴とする（１）に記載の定着装置。
【００２７】
（４）熱定着手段の導電基体が金属ベルトであることを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載の定着装置。
【００２８】
（５）記録材上に未定着トナー画像を形成担持させる作像手段と、記録材上の未定着トナー画像を記録材上に定着させる定着手段を有する画像形成装置であり、定着手段が（１）から（４）の何れか１項に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
【００２９】
〈作　用〉
１）すなわち、熱定着手段の導電基体から離型層表面までの厚みが０．３ｍｍより大きく１ｍｍより小さい範囲であり、かつ、印加電圧１ｋＶにおける導電基体から離型層表面までの体積抵抗率が１×１０^１５Ω・ｃｍ以上であるように構成した結果、ニップ部に高電圧を印加可能となり画像形成装置の高速化に対応できるようになる。
【００３０】
２）とくに、熱定着手段の導電基体から離型層表面までの厚みを３００μｍより大きく、その体積固有抵抗率（１ｋＶ印加時）を１×１０^１５Ω・ｃｍ以上となるようにすることで、バイアスリークの発生がなくなると同時に、記録材の種類や印字条件によらず安定した電位差を保つことができるようになる。
【００３１】
３）また、熱定着手段の導電基体から離型層表面までの厚みを１ｍｍより小さくすることで、熱定着手段の静電容量を確保できるため、表面が記録材との摩擦によりチャージアップすることを防止できるようになる。その結果、記録材の静電吸着力を増大させることがなくなるため、分離爪等の分離手段によるジャムの発生を軽減できる。
【００３２】
さらに、熱定着手段表面の電位を安定化できるので、熱定着手段を小径化し、分離手段を非接触にすることで定着装置の小型・低コスト化を達成できるようになる。
【００３３】
４）また、トナーを記録材上に押し付ける向きの電位差は、加圧手段にトナーと逆極性のバイアスを印加して形成される。電圧印加方法をこのようにすると、記録材のトナー保持電荷を加圧手段から供給できるので、必要最低限の電圧を印加するだけでよい。
【００３４】
５）導電基体上の弾性層はシリコーンゴムとすることで、熱定着手段の耐熱性ゴムの選択幅が広がる。
【００３５】
６）離型層はフッ素樹脂、なかでもＰＦＡ樹脂であればチューブ状に加工し易いので、絶縁性が高まる。
【００３６】
７）さらに、熱定着手段の導電基体が金属ベルトであるオンデマンド定着装置に本発明を適用すれば、定着装置の小型化、クイックスタート性が向上する上、従来、オンデマンド定着装置で困難であった電位差の形成が安定しておこなえるようになる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
〈第１の実施例〉
（１）画像形成装置例
図１は画像形成装置例の概略構成模型図である。本例の画像形成装置は転写タイプの電子写真プロセスを使用したレーザービームプリンターであり、熱ローラ定着装置を備え、両面印字機能を有している。
【００３８】
１は装置のほぼ中央部に設置された感光ドラムであり、矢印の時計方向に所定の周速度（プロセススピード）、本例では２００ｍｍ／ｓの周速度にて回転駆動される。感光ドラム１はその回転過程においてその表面が一次帯電器２９により所定の極性・電位に均一に帯電され、その帯電面に対して露光装置２８により像露光がなされることで、感光ドラム１の表面に像露光パターンに対応した静電潜像が形成される。露光装置２８はレーザービームスキャナであり、画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザービームを出力して、回転する感光ドラム１の帯電面を走査露光することで、感光ドラム１の表面に像露光パターンに対応した静電潜像を形成する。この静電潜像は、反転現像器３０によりネガ帯電トナーでトナー像として反転現像されて可視化される。
【００３９】
感光ドラム１での上記の作像に同期してカセット３６から記録材（転写材）１９が給紙ローラ２５により取り出され、搬送ガイド３４、搬送ローラ３３、搬送ガイド３２を経てレジストローラ対３１に搬送される。レジストローラ対３１は、記録材１９が来るまで停止しており、これに記録材１９の先端が突き当たることにより、記録材１９の斜行を補正する。その後、レジストローラ対３１は、感光ドラム１上へ画像を形成し始める書き出し信号に合わせて回転を開始し、記録材１９は転写ガイド１４を経て感光ドラム１と転写ローラ４で形成される転写ニップへと搬送される。感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写ニップで記録材１９上に転写される。
【００４０】
転写が終了した記録材１９は、小径ドラムによる曲率分離と除電針８による静電分離の作用で、感光ドラム１から分離される。除電針８は、不図示のバイアス電源により転写バイアスの極性と逆の極性の電圧が印加されている。
【００４１】
感光ドラム１から分離された記録材１９は、搬送ガイド１０を経て定着装置１３へ搬送され、そこで未定着トナー像が定着されて固定画像となる。
【００４２】
ここで、片面印字モードが選択されている場合には、定着装置１３を出た記録材１９はフラッパ３７により搬送ガイド３８側へ送られ、排紙ローラ４５により排紙トレイ４６へ排出される。
【００４３】
一方、両面印字モードが選択されているときは、定着装置１３を出た一方面側印字・定着済みの記録材１９は、フラッパ３７により搬送ガイド３９側に搬送され、搬送ローラ４０（スイッチバックローラ）により一旦、搬送ガイド４１方向に搬送された後、搬送ローラ４０の逆回転により搬送ガイド４２の方向へ搬送される。この工程で記録材１９の表裏が反転される。表裏が反転した記録材１９は、搬送ローラ４３、搬送ガイド４４を経て再び転写工程に付され、他方面側に対するトナー画像の転写を受け、定着装置１３でそのトナー画像の定着処理を受ける。定着装置１３を出た両面印字済みの記録材１９は、フラッパ３７により上方に搬送され、搬送ガイド３８、排紙ローラ４５を経て排紙トレイ４６に排出される。なお、４７は機内を保護、防音する外装である。
【００４４】
転写ローラ４は、芯金上にウレタン、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ等のゴムあるいはそれらを発砲させたスポンジ状の弾性層を被覆したローラφ１７であり、ローラ硬度４０°以下（Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度、５００ｇ荷重）のものが、転写時の文字中抜け、感光ドラム１の削れを防止する上で使用される。この弾性層にカーボンや金属微粉末を均一に分散し、体積抵抗率１０^６〜１０^９Ω・ｃｍの中抵抗ローラとすることで、比較的高抵抗な記録材であっても良好な静電転写をおこなうことができる。体積抵抗率が１０^６Ω・ｃｍより小さくなると感光ドラム１へ過剰な電流が流れ感光ドラムへダメージを与えてしまい、逆に体積抵抗率が１０^９Ω・ｃｍより大きいと転写に必要な電流が不足して転写不良となる。
【００４５】
したがって、転写ローラの抵抗値には前記最適値が存在する。このとき、転写ローラ４には芯金からその抵抗値に応じて、１ｋＶ〜６ｋＶの適正な電圧が印加される。
【００４６】
（２）定着装置１３
図２は定着装置１３部分の拡大横断面模型図である。本例における定着装置１３は熱ローラ定着装置である。
【００４７】
５１は熱定着手段としての定着ローラであり、導電基体（芯金）としての鉄、ＳＵＳ、アルミ等の金属パイプ５１ａ上に、弾性層５１ｂとしてシリコーンゴム、フッ素ゴムを被覆し、さらにその上に離型層５１ｃとしてＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂層を形成したものである。
【００４８】
又、５２は加圧手段としての弾性加圧ローラであり、鉄、ＳＵＳ、アルミ等のムクの芯金５２ａ上に、弾性層５２ｂとしてシリコーンゴム、フッ素ゴム（厚み４ｍｍ〜８ｍｍ）を被覆し、さらにその上に導電性離型層５２ｃとしてＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂層（３０μｍ〜１００μｍ）を形成したものである。
【００４９】
定着ローラ５１は内部に加熱源であるハロゲンヒーター５３を備え、ハロゲンヒーター５３は定着ローラ表面に当接した温度検出手段であるサーミスタ５４の信号に基づいてローラ温度が略一定になるように不図示の制御ＣＰＵによりオンオフ制御される。
【００５０】
加圧ローラ５２は所定の圧力で定着ローラ５１に当接して定着ニップ部Ｎを形成し、定着ローラ５１が矢印の時計方向に回転駆動されることにより矢印の反時計方向に従動回転する。
【００５１】
この定着ニップ部Ｎに未定着トナー画像Ｔを担持した記録材１９が導入されて定着ニップ部Ｎで挟持搬送されていく過程において定着ローラ５１の熱と定着ニップ部Ｎの加圧力とで未定着トナー画像Ｔが記録材１９の面に永久固着画像として定着される。定着ニップ部Ｎを出た記録材１９は分離爪５７により定着ローラ５１から分離される。なお、５６は分離爪５７を定着ローラ表面に付勢するためのバネであり、５５は記録材１９を定着ニップ部Ｎに導くための入り口ガイドである。
【００５２】
定着ローラ５１は芯金５１ａが接地Ｇされており、加圧ローラ５２は表面の離型層である導電フッ素樹脂層５２ｃに導電ブラシ部材５８が当接されており、電源５９によりトナーと逆極性のバイアスが印加されている。加圧ローラ表面の離型層である導電フッ素樹脂層５２ｃは表面抵抗が１×１０^６Ω／□以下であれば、電源５９により印加した電圧が加圧ローラ表面に現われ、定着ローラ５１との間で所望の電位差を得ることができる。
【００５３】
ここで、本実施例の定着ローラ５１についてさらに詳細に説明する。定着ローラ５１は、アルミ芯金５１ａ上に熱伝導剤として金属酸化物を添加して熱伝導率を高めたシリコーンゴム層５１ｂを設け、さらにその上にＰＦＡチューブ５１ｃを被覆したものである。
【００５４】
シリコーンゴムに添加する金属酸化物の量は、目標とする熱伝導率および、金属酸化物の種類により異なるが、熱伝導率λが１．２〜１．８×１０^−３ｃａｌ／ｃｍ／℃／ｓであれば、重量比でゴム１００部に対して２０部以内の量を添加すればよい。
【００５５】
アルミ芯金５１ａとシリコーンゴム５１ｂの間、およびシリコーンゴム５１ｂとＰＦＡチューブ５１ｃの間にはそれぞれプライマ−数μｍがあり、芯金−シリコーンゴム、シリコーンゴム−ＰＦＡチューブを接着している。
【００５６】
本発明では、定着ローラ５１の導電基体である芯金５１ａから表面離型層であるＰＦＡチューブ５１ｃ表面までの厚みが、３００μｍより大きく１ｍｍより小さくなるように成形している。また、定着ローラ芯金５１ａとＰＦＡチューブ表面５１ｃ間の体積固有抵抗率（１ｋＶ印加時）が１×１０^１５Ω・ｃｍ以上となるようにゴム材を選択している。これらの理由は、後で詳細に説明する。
【００５７】
このような定着ローラ５１の製造は、あらかじめプライマ−を塗布した芯金５１ａと内面をエッチング処理したＰＦＡチューブ５１ｃ内側にプライマ−を塗布・乾燥させ、これらを筒型内に固定し、芯金とＰＦＡチューブの間に液状のシリコーンゴムを注型し、加熱、硬化させることによって製造する方法がある。または、あらかじめ芯金５１ａ上に加硫成形したゴム５１ｂを所定の厚さまで研磨したあと、ゴム５１ｂ上にプライマ−を塗布し、内面をエッチング処理したＰＦＡチューブ５１ｃを被せて加熱、接着する方法があり、どちらの方法によって作られてもよい。
【００５８】
（３）定着装置１３の性能評価
次に、本発明に係る定着装置１３の具体的な効果（性能）について、比較例を引用しながら説明する。
【００５９】
１）実施例１
使用した画像形成装置は前述した図１のレーザービームプリンターであり、ネガ帯電トナーによって感光ドラム１上の静電潜像を反転現像し、転写ローラ４にプラスバイアスを印加して記録材１９上に未定着トナー画像を得るものである。なお、プロセススピードは２００ｍｍ／ｓである。
【００６０】
定着ローラ５１として、厚み３ｍｍのアルミ芯金（外径φ４９．３）５１ａ上に、熱伝導剤として酸化ケイ素を用いた厚みが３００μｍのシリコーンゴム５１ｂと、その上に厚み５０μｍのＰＦＡチューブ５１ｃ〔原材料４５０ＨＰ−Ｊ／三井・デュポンフロロケミカル（株）製〕を被覆した外径φ５０の定着ローラを用いた。
【００６１】
一方、加圧ローラ５２として、外径φ３０の鉄芯金５２ａ上に厚み５ｍｍのシリコーンゴム５２ｂ、その上に厚み５０μｍの導電ＰＦＡチューブ５２ｃを被覆した外径φ４０のローラを用いた。この加圧ローラ５２を加圧力４９０Ｎで定着ローラ５１に圧接し、７ｍｍのニップ幅を得ることができた。また、定着ローラ５１に駆動が掛かると、加圧ローラ５２表面には＋６００Ｖのバイアスが印加される。
【００６２】
２）比較例１
定着ローラとして実施例１で用いたシリコーンゴムの代わりに、熱伝導剤として酸化亜鉛を添加した、ＪＩＳ‐Ａ硬度５０°のシリコーンゴムを用いた。その他、定着ローラ構成、加圧ローラ構成等は実施例１と同じである。
【００６３】
３）比較例２
定着ローラとして比較例１で用いたシリコーンゴムを使用し、ＰＦＡチューブ材料を〔原材料４５１ＨＰ−Ｊ／三井・デュポンフロロケミカル（株）製〕に変更したローラを用いた。その他、定着ローラ構成、加圧ローラ構成等は実施例１と同じである。
【００６４】
４）画像印字時の帯電性評価
上記の実施例１、比較例１、比較例２の各定着装置をそれぞれ前記レーザービームプリンター（図１）に装着し、両面連続プリントをおこなって定着ローラ５１と加圧ローラ５２表面の電位差および画像の評価をおこなった。
【００６５】
評価に使った記録材は、坪量６４ｇ／ｍ^２のＡ４サイズ普通紙であり、印字パターンは、４ドット印字、２０ドット非印字の横線（解像度６００ｄｐｉ）である。この横線画像が紙上でオフセットおよび「後方飛び散り」しないかを評価した。
【００６６】
その結果、表１に示すように実施例１の定着ローラを使用した場合は、電位差が保たれており画像不良は発生しなかったが、比較例１、比較例２の定着ローラでは、電位差が小さくなり「後方飛び散り」が発生した。
【００６７】
【表１】

【００６８】
このように、実施例１の定着ローラが優れた性能を示す理由は、次のように考えられる。
【００６９】
通常、定着ローラ、加圧ローラ表面に使用されているフッ素樹脂は、紙の主原料であるセルロースとの摩擦によりマイナスに帯電する傾向がある。ところが、紙上にトナー像を印字した場合には、この摩擦帯電以外にトナーによって密着した紙をローラ表面から分離する際に発生する分離帯電が起こるため、未定着トナー像が接触する定着ローラ表面が常にマイナスになるとは限らない。
【００７０】
例えば、比較的抵抗の高い記録材上に印字をおこなった場合には、印字面側が接触する定着ローラ側は、前記摩擦帯電よりも定着ローラから紙が離れる際の分離帯電のほうが大きくなり、定着ローラ表面がプラスに帯電する場合がある。
【００７１】
本発明者らが検討した結果、この分離帯電のし易さは、記録材の体積抵抗値と定着ローラの体積抵抗値に関係があることがわかった。
【００７２】
すなわち、定着ローラの体積抵抗値が、記録材の体積抵抗値に近づくと定着ローラ表面が分離帯電を受けやすいことがわかった。
【００７３】
特に、薄紙で２面目をプリントすると、定着装置を一度通過しているため、紙が高抵抗化（１０^９Ω）する上、トナーが介在することで定着ローラに強く静電吸着するため、分離電荷が残留しやすいと考えられる。
【００７４】
５）定着ローラの抵抗値（体積固有抵抗率）
本実験例の定着ローラの抵抗値を測定すると、表１に示すように定着ローラの抵抗が小さい場合に定着ローラがプラス帯電し、電位差がなくなっていることがわかる。
【００７５】
このように、本発明において定着ローラの抵抗値（体積固有抵抗率）が重要な物性値となる。
【００７６】
定着ローラの抵抗値（体積固有抵抗率）は大きいほど良いが、少なくとも１０^１１Ω（体積固有抵抗率に換算して１×１０^１５Ω・ｃｍ）以上が必要である。このとき定着ローラの抵抗値の測定方法は、図３に示すように、定着ローラ５１の表面に導電シート６０を巻き付け、芯金５１ａと導電シート６０間に所定の電圧を高抵抗計６１で印加することで測定できる。
【００７７】
本実験例では、高抵抗計としてＵｌｔｒａ　Ｈｉｇｈ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｍｅｔｅｒ　Ｒ８３４０（アドバンテスト製）を用い、１ｋＶを印加しておこなった。
【００７８】
体積固有抵抗率ρは、定着ローラ外径Ｄ［ｃｍ］、定着ローラの芯金から表面までの厚みｔ［ｃｍ］、導電シートの幅Ｌ［ｃｍ］、抵抗値の測定結果Ｒｖ［Ω］から、次式で換算して求めることができる。
【００７９】
ρ＝π・Ｄ・Ｌ・Ｒｖ／ｔ
６）画像印字なしの時の帯電性評価
また、定着ローラ５１の芯金から表面までの厚みも本発明において重要な物性値となる。
【００８０】
すなわち、厚みが小さくなるとバイアスがリークする恐れがあり、逆に厚みが大きくなると、印字率が小さい場合に紙と定着ローラの摩擦帯電が支配的になり、定着ローラが強くマイナスに帯電（チャージアップ）してしまう。その結果、紙は定着ローラに強く貼り付くため、ジャムが発生する。
【００８１】
これらを評価するため、実施例１の定着ローラ５１に使われたシリコーンゴムを用い、芯金の外径を変えることにより、シリコーンゴムの厚みを振って実験をおこなった。なお、ＰＦＡチューブ５１ｃは実施例１と同じである。
【００８２】
バイアスリークの評価方法は、定着装置に１．５ｋＶのバイアスを印加しながら空回転させ、加圧ローラ表面の電位をモニターしておこなった。この印加電圧１．５ｋＶという値は、比較的高速の画像形成装置（プロセススピードが１００ｍｍ／ｓ以上）で印加させる可能性がある最大電圧である。また、紙による定着ローラの帯電性は、印字を行わない状態で連続の両面プリントをおこない、ローラ表面の電位を測定した。さらに、そのときの定着装置におけるジャム率をカウントした。
【００８３】
その結果、図４に示すように、芯金から表面までの厚みが０．３ｍｍ以下になるとリークが発生することがわかった。また、厚みが１ｍｍを超えると定着ローラ表面の電位がマイナスに強く帯電し（定着ローラ表面が５５０Ｖであり、加圧ローラ表面との電位差は１１５０Ｖ）、分離爪によるジャム率が１／５０００を超え多発し始めた。
【００８４】
これは、芯金から表面までの厚みが１ｍｍを超えると定着ローラの静電容量が小さくなり、記録材との摩擦で発生した電荷が蓄積されることが原因と考えられる。
【００８５】
すなわち、定着ローラの芯金から表面までの厚みは、３００μｍより大きく１ｍｍより小さいという好ましい範囲が存在する。
【００８６】
さらに、定着ローラの芯金から表面までの厚みを１ｍｍとしても、熱伝導剤を添加し熱伝導率を高めているので、定着性やウォームアップ時間（常温から電源を投入し、プリント開始可能な所定温度に達するまでの時間）は、厚み３５０μｍである実施例１の定着ローラとほとんど変わらなかった。
【００８７】
実施例１の定着装置は、加圧ローラ表面を純粋なＰＦＡ樹脂に導電フィラーを混ぜて低抵抗化した導電ＰＦＡ樹脂としているため、純粋なＰＦＡ樹脂に比べてトナーに対する離型性が低下しているのだが、上で説明したように、常に定着ローラとの電位差が保たれているため、オフセットトナーが加圧ローラにほとんど転移せず、加圧ローラ表面が汚れることもない。
【００８８】
〈第２の実施例〉
図５は、本実施例における定着装置の横断面模型図を示したものである。上述した第１の実施例と同様の構成に関しては同一符号を付し、その説明は省略する。
【００８９】
７１は熱定着手段としての定着ローラであり、導電基体としての１ｍｍ肉厚のアルミ製パイプ芯金７１ａの上に、弾性層として、ＪＩＳ−Ａ硬度４０°のシリコーンゴム層７１ｂ（４００μｍ）と、その上に、表面離型層として、厚み３０μｍのＰＦＡチューブ７１ｃを被覆した外径φ３０のものである。
【００９０】
また、７２は加圧部材としての弾性加圧ローラであり、φ１０の鉄製芯金７２ａ上に、弾性層として、厚さ５ｍｍの導電性シリコーンゴムを発泡させた導電スポンジゴム層７２ｂを設け、その上に、導電離型層として、厚み３０μｍの導電性ＰＦＡチューブ７２ｃを被覆した外径φ２０のものである。
【００９１】
定着ローラ７１の内部にはハロゲンヒーター７３があり、端部非通紙域に設けられたサーミスタ７４により定着ローラ７１を温調する。また定着ローラ芯金７１ａにはバイアス電源７７により、トナーと同極性のバイアス−５００Ｖが印加されており、加圧ローラ芯金７２ａには加圧ローラ上のプラス電荷を逃がす向きに、整流素子であるダイオード７６が接続されている。また、７５は入り口ガイドであり、７８は非接触のガイド部材である。
【００９２】
なお、定着ローラ７１の体積固有抵抗率は、実施例１と同様な測定方法で３×１０^１５Ω・ｃｍ（１ｋＶ印加時）であり、印字パターンによらず定着ローラ上の電位を安定させることができる。
【００９３】
また、定着ローラ芯金７１ａの肉厚が薄いため、加圧力を大きくすることができないので、定着ローラ表面および加圧ローラの硬度を小さくし、低圧でもニップ幅を確保できるようになっている。
【００９４】
本実施例のような構成にすることで、紙種や印字パターンによって定着ローラ７１上の電位が安定するためオフセットや「後方飛び散り」が発生しないだけでなく、紙による摩擦帯電により定着ローラ７１が過度にマイナスにチャージアップすることを防止できるので、定着ローラ７１に分離爪を当接させる必要がなく、曲率分離による紙の分離が可能となる。しかも、定着ローラ７１には、画像領域において接触するものがなく、従来、定着ローラ７１の寿命を決めていた分離爪による離型層の剥がれが起きず、定着ローラの寿命を大幅に伸ばすことができる。さらに、本実施例では加圧ローラ７２の弾性スポンジ層７２ｂを導電化しているので、芯金７２ａを介してダイオード７６を接続するだけでよく、実施例１のような導電ブラシ（５８）が不要となる。従って定着装置の小型化、簡略化となり、大幅なコストダウンを達成することができる。
【００９５】
〈第３の実施例〉
図６は、本実施例における定着装置の横断面模型図を示したものである。この定着装置をプロセススピード１５０ｍｍ／ｓのレーザービームプリンターに適用した例を示す。画像形成装置の他の構成については実施例１と同じであり説明を省略する。また、定着装置において、第１の実施例、第２の実施例と同様の構成に関しては、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００９６】
８１は熱定着手段としてのエンドレス状の金属ベルトであり、下面に加熱体８３を固定保持させた横断面半円弧状のベルトガイド部材（ステイ）８４に対して、周長に余裕を持たせた形で外嵌させてある。金属ベルト８１は、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、厚みを１００μｍ以下としたＳＵＳ、ニッケル等の金属製薄肉スリーブ８１ａを導電基体とし、その上に弾性層８１ｂであるシリコーンゴム３００μｍと、最表層に表面離型層としてのフッ素樹脂コーティング層８１ｃ（１０〜３０μｍ）を被覆した複合層のベルトである。なお、金属ベルト８１の端部には、シリコーンゴム層８１ｂ、フッ素樹脂層８１ｃが被覆されない金属製薄肉スリーブ露出部（幅５ｍｍ程度）が設けられている。
【００９７】
８２は加圧手段としてのφ２５の弾性加圧ローラであり、鉄・アルミなどの芯金パイプ８２ａ上にシリコーンゴム（厚み３ｍｍ）からなる弾性層８２ｂ、さらに表層８２ｃに表面抵抗が１０^６Ωの導電ＰＦＡチューブ３０μｍを形成しており、不図示の駆動手段により矢印の反時計方向に回転駆動される。
【００９８】
ベルトガイド部材８４の下面に固定保持させた加熱体８３と加圧ローラ８２は金属ベルト８１を挟ませて圧接させて定着ニップ部Ｎを形成させている。
【００９９】
金属ベルト８１は、加圧ローラ８２の回転により、矢印の時計方向に加熱体８３の面に密着して、この加熱体面を摺動しながら、所定の速度で従動回転する。この所定の速度とは、未定着トナー画像Ｔを担持した記録材１９の搬送速度と略同一速度である。８６は定着ニップ部Ｎに記録材１９をスムーズに導くためのガイド部材である。
【０１００】
加熱体８３は、電力供給により発熱する加熱源としての通電発熱体８３ａを含み、この通電発熱体８３ａの発熱により定着ニップ部Ｎを加熱する。通電発熱体８３ａは、定着ニップ部Ｎへの熱伝導を考慮し、金属ベルト内面に接触する側面にあり、表面を摺動性の良いポリイミド等の耐熱樹脂でコーティングしてある。また、金属ベルト内面は、鏡面仕上げがされると同時に必要に応じてグリースが塗布される。
【０１０１】
加熱体８３の通電発熱体８３ａを含む面の通紙域内には、不図示のサーミスタがあり、加熱体８３の温度を検知する。
【０１０２】
未定着トナー画像Ｔを担持した記録材１９は、定着ニップ部Ｎに搬送され、記録材１９と金属ベルト８１は密着して、定着ニップ部Ｎを通過していく。
【０１０３】
５８は、加圧ローラ表面へ＋６００Ｖの給電をおこなう導電ブラシであり、８７は金属ベルト８１の端部の金属製薄肉スリーブ露出部において金属基体に接触し、接地するための導電ブラシである。８５はベルトガイド部材８４の内側に配設した剛性ステイである。
【０１０４】
従来、この方式の定着装置は、通電発熱体８３ａと金属ベルト８１が近接しているために、金属ベルト８１にバイアス電圧を印加するのが難しかったが、本実施例では加圧ローラ表面からトナーと逆極性のバイアスを給電し、一方金属ベルト基体８１ａを接地することで電位差を形成できるようになり、オフセットや「後方飛び散り」を防止できる。
【０１０５】
また、熱ローラ定着装置に比べて、加熱源８３から定着ニップ部Ｎまでの熱伝導率、すなわち熱抵抗に対してシビアであり、前記のように金属ベルト基体８１ａ上にゴム弾性層８１ｂを設ける場合は、高熱伝導剤を可能な限り添加して熱伝導率を上げる必要があった。
【０１０６】
本実施例では、金属ベルト基体８１ａから表面フッ素コーティング層８１ｃまでの体積固有抵抗率（１ｋＶ印加時）が１×１０^１５Ω・ｃｍ以上となるようにゴム材を選択しているので、従来、熱伝導剤の添加により体積抵抗値が下がって金属ベルト表面が記録材により帯電するのを防止することが可能となる。
【０１０７】
体積固有抵抗率の測定方法は、基本的に実施例１の方法と同じであるので説明は省略する。
【０１０８】
その結果、オンデマンド性を確保しながら、金属ベルト上の弾性層の作用で記録材上のトナーを包み込み画質に優れた定着装置を提供できるようになる。
【０１０９】
〈その他〉
１）第１の実施例の定着装置（図２）、第２の実施例の定着装置（図５）、第３の実施例の定着装置（図６）において、熱定着手段である定着ローラもしくは金属ベルトの導電基体を電磁誘導発熱させることで定着ローラを加熱する構成にすることもできる。
【０１１０】
２）第３の実施例の定着装置（図７）において、加熱源としての加熱体８３は例示の面状の通電発熱体に限られず、鉄板等の電磁誘導発熱性部材にして金属ベルトを加熱するように構成しても良い。
【０１１１】
３）加圧手段はローラ体に限られない。回動駆動されるベルト体にすることもできる。加圧手段も熱源で加熱する構成にすることもできる。
【０１１２】
４）画像形成装置の記録材に対する未定着トナー画像の作像原理・プロセスは転写タイプの電子写真方式に限られず任意である。　５）本発明の定着装置には画像を仮定着する像加熱装置、画像を担持した記録材を再加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置等も含まれる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、導電基体上に弾性層および表面離型層を設けた熱定着手段と、熱定着手段に圧接する加圧手段の表面を導電離型層とし、熱定着手段もしくは加圧手段にバイアスを印加してニップ部でトナーを記録材上に押し付ける向きの電位差を形成するようにした定着装置において、記録材の種類や印字条件によらずニップ部における電位差を安定させて、記録材の巻き付きやジャム、あるいは画像不良の発生をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例における画像形成装置の概略構成模型図
【図２】定着装置部分の拡大構成模型図
【図３】熱定着手段としての定着ローラの体積抵抗値の測定方法を説明した図
【図４】定着ローラの金属基体から離型層表面までの厚みと記録材による帯電性を説明した図
【図５】第２の実施例における定着装置部分の拡大構成模型図
【図６】第３の実施例における定着装置部分の拡大構成模型図
【符号の説明】
５１、７１、８１‥‥熱定着手段
５２、７２，８２‥‥加圧手段
１９‥‥記録材
５９、７７‥‥高圧電源

Claims

導電基体上に弾性層および表面離型層を設けた熱定着手段と、熱定着手段を加熱する加熱手段と、熱定着手段に圧接しニップ部を形成する表面が導電性の加圧手段とを備え、このニップ部に未定着トナー画像を担持した記録材を導入して挟持搬送させることで定着画像を得る定着装置において、
上記熱定着手段と加圧手段の間にはトナーを記録材上に押し付ける向きに電位差が形成されており、
上記熱定着手段の導電基体から離型層表面までの厚みが０．３ｍｍより大きく１ｍｍより小さい範囲であり、
かつ、印加電圧１ｋＶにおける導電基体から離型層表面までの体積固有抵抗率が１×１０^１５Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする定着装置。
トナーを記録材上に押し付ける向きの電位差は、加圧手段にトナーと逆極性のバイアスを印加して形成されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
導電基体上の弾性層はシリコーンゴムであり、離型層はフッ素樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
熱定着手段の導電基体が金属ベルトであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の定着装置。
記録材上に未定着トナー画像を形成担持させる作像手段と、記録材上の未定着トナー画像を記録材上に定着させる定着手段を有する画像形成装置であり、定着手段が請求項１から４の何れか１項に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。