JP5901278B2 - 定着装置及び定着装置で用いるフィルム - Google Patents

Description

本発明は、電子写真プリンタ、複写機などの画像形成装置に用いられる定
着装置、及び、定着装置に用いるフィルムに関する。

電子写真方式の画像形成装置に用いる定着装置としてフィルム加熱方式の定着装置がある。
フィルム加熱方式の定着装置は、高耐熱性の筒状のフィルムと、フィルムの内面と接触するセラミックヒータ（以下、ヒータと記す）と、フィルムを介してヒータと共にニップ部を形成する加圧ローラを有する。そして、ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱しトナー像を記録材に定着する。フィルム加熱方式の定着装置で用いるヒータ及びフィルムは低熱容量なので、省電力化及びウェイトタイム短縮化（クイックスタート）が可能になるという長所がある。

上記の定着装置において、加圧ローラの表面に紙粉やトナーが付着するのを抑制するために、加圧ローラの表層として高抵抗のフッ素樹脂層を用いると、記録材との摺擦で加圧ローラがトナーと同極性の電荷で帯電する場合がある。その結果、ニップ部で記録材が担持していた未定着トナーが静電的な力で引き剥がされフィルムに付着し、次の周回で画像として現れるオフセット（以下、全面オフセットと記す）が発生するという課題があった。

全面オフセット対策として、特許文献１には、フィルムにトナーと同極性のバイアスを印加してトナーが紙に吸着される方向の電界を形成する手法が開示されている。

また、前述した全面オフセットの他に、剥離オフセットという課題もある。剥離オフセットは、記録材の後端がニップ部を抜ける際の剥離帯電によってフィルム表面が局所的にトナーと逆極性の電荷で強く帯電し、それによってその帯電領域が記録材に対向した時にオフセット電界が形成されて発生するものである。

この剥離オフセットの対策として、特許文献２に定着部材（フィルム）の抵抗値を下げて帯電を小さくする手法が開示されている。

特開平９−８０９４６号公報 特許３３９７５４８号

特許文献１の全面オフセット対策を行うためには、フィルム表面にトナーと同極性のバイアスを印加した際に、加圧ローラ側に電流がリークせずフィルムの表面電位を維持できるようにフィルムの厚み方向の抵抗値を上げる必要がある。しかしながら、フィルムの厚み方向の抵抗値を上げると、全面オフセットは抑制できるものの、記録材が剥離する際に形成されたフィルムの剥離電荷が十分に減衰しないため、剥離オフセットは悪化する。

一方、特許文献２の剥離オフセットの対策のためには、フィルムの表面に帯電した電荷が素早く減衰するようにフィルムの厚み方向の抵抗値を下げる必要がある。しかしながら、フィルムの厚み方向の抵抗値を下げると、剥離オフセットは抑制できるものの、フィルム表面に印加したバイアスによる電流が加圧ローラ側にリークして全面オフセットが悪化する。

以上述べたように、全面オフセットと剥離オフセットの対策を両立することが困難であった。

そこで、本発明の目的は、全面オフセットと剥離オフセットを両立することができる定着装置及び定着装置で用いるフィルムを提供することである。

本願発明の好適な実施形態の一つ目は、ヒータと、ヒータにより加熱される筒状のフィルムと、前記フィルムに接触してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱しトナー像を記録材に定着する定着装置において、前記フィルムは、導電性を有する基層と、金属ケイ素、炭化ケイ素、及び、酸化亜鉛のうち少なくとも一つを含有したゴムで形成した弾性層と、導電性添加剤を含有したフッ素樹脂で形成した離型層と、を有し、前記フィルムの厚み方向の抵抗値は、前記フィルムの表面と裏面の間に印加する電圧が５００Ｖ以下の範囲では５×１０ ^１１ （Ω・ｃｍ ^２ ）以上であり、１０００Ｖ以上の範囲では５×１０ ^９ （Ω・ｃｍ ^２ ）以下であることを特徴とするものである。
本願発明の好適な実施形態の２つ目は、ヒータと、ヒータにより加熱される筒状のフィルムと、前記フィルムに接触してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱しトナー像を記録材に定着する定着装置において、前記フィルムは、導電性を有する基層と、金属ケイ素、炭化ケイ素、及び、酸化亜鉛のうち少なくとも一つを含有したゴムで形成された弾性層と、フッ素樹脂で形成した離型層と、接着成分を含有したフッ素樹脂で形成し前記離型層と前記弾性層を接着するための接着層と、を有し、前記離型層と前記接着層の少なくとも一方に導電性添加剤を含有しており、前記フィルムの厚み方向の抵抗値は、前記フィルムの表面と裏面の間に印加する電圧が５００Ｖ以下の範囲では５×１０ ^１１ （Ω・ｃｍ ^２ ）以上であり、１０００Ｖ以上の範囲では５×１０ ^９ （Ω・ｃｍ ^２ ）以下であることを特徴とすることを特徴とするものである。

本願発明の好適な実施形態の３つ目は、記録材に担持したトナー像を記録材に定着する定着装置に用いられる筒状のフィルムにおいて、前記フィルムは、導電性を有する基層と、金属ケイ素、炭化ケイ素、及び、酸化亜鉛のうち少なくとも一つを含有したゴムで形成した弾性層と、導電性添加剤を含有したフッ素樹脂で形成した離型層と、を有し、前記フィルムの厚み方向の抵抗値は、前記フィルムの表面と裏面の間に印加する電圧が５００Ｖ以下の範囲では５×１０ ^１１ （Ω・ｃｍ ^２ ）以上であり、１０００Ｖ以上の範囲では５×１０ ^９ （Ω・ｃｍ ^２ ）以下であることを特徴とするものである。
本願発明の好適な実施形態の４つ目は、記録材に担持したトナー像を記録材に定着する定着装置に用いられる筒状のフィルムにおいて、前記フィルムは、導電性を有する基層と、金属ケイ素、炭化ケイ素、及び、酸化亜鉛のうち少なくとも一つを含有したゴムで形成された弾性層と、フッ素樹脂で形成した離型層と、接着成分を含有したフッ素樹脂で形成し前記離型層と前記弾性層を接着するための接着層と、を有し、前記離型層と前記接着層の少なくとも一方に導電性添加剤を含有し、前記フィルムの厚み方向の抵抗値は、前記フィルムの表面と裏面の間に印加する電圧が５００Ｖ以下の範囲では５×１０ ^１１ （Ω・ｃｍ ^２ ）以上であり、１０００Ｖ以上の範囲では５×１０ ^９ （Ω・ｃｍ ^２ ）以下であることを特徴とするものである。

本発明によれば、全面オフセットと剥離オフセットの抑制を両立できる定着装置及び定着装置で用いるフィルムを提供することができる。

実施例１に係る定着装置の断面図 実施例１に係る、フィルムの印加電圧と単位面積当たりの厚み方向の抵抗値の関係を表したグラフ 実施例１に係るフィルムの厚み方向の抵抗値を測定した試験片の一例を表した模式図 実施例１に係るフィルムの厚み方向の抵抗値の測定方法を表した模式図 実施例１に係るフィルムの断面図 実施例１に係る、剥離帯電が発生した定着装置の断面のイメージ図 比較例１及び２に係る、フィルムの印加電圧と単位面積当たりの厚み方向の抵抗値の関係を表したグラフ 実施例２に係る、フィルムの印加電圧と単位面積当たりの厚み方向の抵抗値の関係を表したグラフ

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施の形態に基づいて例示的に詳しく説明する。

図１は実施例１に係る定着装置の断面図である。実施例１の定着装置は、高耐熱性の筒状のフィルム２５と、前記フィルムの内面と接触するヒータとしてのセラミックヒータ２０と、フィルム２５を介して前記ヒータ２０と共にニップ部Ｎを形成する加圧ローラ２６を有する。そして、ニップ部でトナー像Ｔを担持した記録材Ｐを搬送しながら加熱しトナー像Ｔを記録材Ｐに定着するものである。

また、実施例１の定着装置は、フィルム２５にバイアスを印加してフィルム２５の表面を所定の電位するためのバイアス印加手段５０を有している。

ここで、実施例１の定着装置を構成する各部材について説明を行う。セラミックヒータ２０は、窒化アルミニウム、アルミナ等からなる細長い耐熱性のヒータ基板２１を有している。そしてこのヒータ基板２１の表面に通電により発熱する通電発熱抵抗層としての抵抗体パターン２２が長手方向に沿って形成されている。更に、抵抗体パターン２２の表面は、保護層としてのガラス層２３で被覆されている。また、ヒータ基板２１の裏面（ニップ部Ｎと反対側の面）には、ヒータ２０の温度を検知する温度検知部材としてのサーミスタ２４が配設されている。ヒータホルダ２９の材料として、液晶ポリマー，ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の耐熱性樹脂が用いられている。このヒータホルダ２９は、ヒータ２０を支持する支持部材としての機能だけでなく、フィルム２５の回転をガイドするガイド部材としての機能を有している。

加圧部材としての加圧ローラ２６は、芯軸部２６１の外周に弾性層２６２を有し、弾性層２６２の外周に表層２６３を有している。加圧ローラ２６の外径は約３０ｍｍである。芯軸部２６１にはアルミニウム又は鉄などの金属材料や、高強度で且つ低熱容量である断熱効果の高いセラミックス多孔質体を用いてもよい。実施例１の芯軸部２６１は、中実のアルミニウム芯金を用いている。弾性層２６２は、耐熱性のシリコーンゴムからなる厚さ３ｍｍの層であり、カーボン等の導電性添加剤を添加することで導電性としている。表層２６３は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂からなる厚さ１０〜５０μｍの離型層チューブである。ここで、ＰＦＡは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、ＰＴＦＥはポリテトラフルオロエチレン、ＦＥＰはテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体の略称である。

実施例１では、加圧ローラ２６の表層２６３の材料はピュアのフッ素樹脂（厚さ３０μｍのピュアのＰＦＡチューブ）とする。従って、実施例１の加圧ローラ２６の表面抵抗値は１×１０^１４Ω／ｃｍ^２以上と高抵抗である。その理由は、表層２６３に抵抗を下げるカーボン等を添加すると、表面の平滑性が低下しトナーや紙粉で汚れる現象（以下、コンタミと記す）が発生する場合があるからである。

従って、加圧ローラ２６の表面は、記録材との摺擦によってマイナス（トナーと同極性）に帯電して、記録材の未定着トナーの保持力を弱める電界を形成してしまう。

そこで、実施例１では、フィルム２５の表面をトナーと同極性の電位（マイナス）にするために、バイアス印加手段５０により、フィルム２５にマイナス極性のバイアスを印加する。フィルム２５に印加するバイアスは、バイアス電源５３から導電ブラシなどの給電手段５１を介して、フィルム２５表面に一部露出させているフィルム２５の後述するステンレス（ＳＵＳ）の基層に印加する。そして、このバイアスは、バイアス制御手段５４により印加電圧の大きさ及び印加タイミングの制御を行っている。実施例１では、装置がノーマルな環境（気温２３℃、湿度５０％）に置かれた際に、バイアスとしてフィルム２５の表面が−４００Ｖの電位になるようにバイアスを印加している。また、加圧ローラ２６は、抵抗を介して芯軸部２６１をアースしており、バイアスは印加していない。

また、実施例１では、低温低湿環境（気温１０℃、湿度１５％）のように加圧ローラ２６が記録材との摺擦でマイナス帯電しやすい環境においては、フィルム２５の表面のマイナス電位を絶対値の上限として５００Ｖまで印加することが可能である。

尚、フィルム２５の表面に印加するマイナス電位の絶対値の上限が５００Ｖ未満の装置であっても良い。

実施例１の特徴的な構成であるフィルム２５について説明する。フィルム２５は、可撓性を有する直径３０ｍｍの筒状のもので、半円弧状のフィルムガイド部材２９に対してルーズに外嵌されている。

実施例１のフィルム２５が全面オフセット及び剥離オフセットの抑制を両立させるために有している特性について説明する。フィルム２５は、フィルム２５の単位面積当たりの厚み方向の電気抵抗値（Ω・ｃｍ^２）は、図２に示すように、フィルム２５の厚み方向の抵抗値がフィルムの電位が５５０〜７００Ｖの範囲で急激に下がる特性を有している。

尚、図２は、フィルム２５が定着可能な温度（１４０℃）である場合の特性である。この厚み方向の抵抗値が急激に下がる電位となる印加電圧を降伏電圧と称す。

実施例１のフィルム２５は、フィルム２５の厚み方向の抵抗値が、フィルム２５の表面と裏面の間に印加する電圧が５００Ｖ以下の範囲で５×１０^１１（Ω・ｃｍ^２）以上で、１０００Ｖ以上の範囲で５×１０^９（Ω・ｃｍ^２）以下であるという特徴を有する。

尚、上記の５００Ｖは、全面オフセット対策のためにフィルム２５に印加するバイアスの最大値である。また、上記の１０００Ｖは、記録材の後端がフィルムから剥離する際にフィルムに形成される剥離帯電電位のうち、実用上画像不良として認識されるオフセットを引き起こす最小の電位である。

また、実施例１の抵抗値測定で用いた測定器の抵抗値下限の測定限界は１×１０^８Ω・ｃｍ^２であるため、図２において１×１０^８Ω・ｃｍ^２と記載している抵抗値は測定限界を下回っており、実際にはさらに低い抵抗値になっていると考えられる。

次に、上記のフィルム２５の特性で全面オフセットを抑制できる理由を説明する。前述したように、実施例１では、加圧ローラ２６の表層２６３は、ピュアのフッ素樹脂を用いているため、記録材との摺擦で加圧ローラ２６の表層２６３はトナーと同極性の電荷で帯電してしまう。そこで、実施例１では全面オフセット対策としてフィルム２５の表面の電位が−４００Ｖになるようにバイアスを印加している。これによりフィルム２５の表面と加圧ローラ２６の表面の間に電界を形成し、記録材Ｐ上の未定着トナーＴを記録材Ｐに静電的に抑えつけ、全面オフセットの発生を抑制する。

しかしながら、フィルム２５の厚み方向の抵抗値が小さい場合、全面オフセットの抑制効果が小さくなったり、逆に悪化したりする。なぜならフィルム２５の厚み方向の抵抗値が低い場合、バイアスを印加した時にフィルム２５を介して電流がリークするためである。このリークした電流は、通紙中もしくは紙間において、記録材を介して又は直接、バイアスの電荷が加圧ローラに注入され、加圧ローラ２６が更にマイナス（トナーと同極性）に帯電してしまう。また、電流がリークすることでフィルム２５表面電位の絶対値が小さくなる。その結果、ニップ部Ｎにおいて、未定着トナーＴを記録材Ｐに抑えつける電界の力が弱まる、または、未定着トナーＴを記録材Ｐから引き剥がす方向の電界の力が発生し、全面オフセットが発生する。

そこで、フィルム２５の表面が−５００Ｖ以下の範囲の電位になるようにバイアスを印加した際に、フィルム２５の単位面積当たりの厚み方向の抵抗値が５×１０^１１（Ω・ｃｍ^２）以上であると、電流のリークは少なく全面オフセットは発生しない。なぜなら、フィルム２５の表面電位は維持され、加圧ローラ２６が更にマイナスに帯電することが無く、ニップ部Ｎにおいて電界の力によって未定着トナーＴを記録材Ｐに抑えつけることができるからである。

次に、剥離オフセットを抑制するために必要なフィルム２５の特性について説明する。
図６は、剥離オフセットが発生した場合の剥離帯電の様子を模式的に表したイメージ図である。記録材Ｐがニップ部Ｎを通過して記録材Ｐの後端がフィルム２５の表層２５３から剥離する際の記録材Ｐとフィルム２５の間の電位差がパッシェン曲線により与えられた放電閾値を超えると放電する。その放電によってフィルム２５の表面に剥離帯電領域Ｒが形成される。その剥離帯電領域Ｒはフィルムの長手方向に帯状に形成されその幅は０．１〜２ｍｍである。

また、剥離帯電領域Ｒは、未定着トナー像Ｔを記録材に引き付けておくために記録材Ｐに与えた電荷と同じ極性になるため、必ずトナーと逆極性になる。ここで、放電が起こる電位差は、周辺環境の空気中に含まれる水蒸気量や記録材後端の電荷、記録材の抵抗値によって変わるため、さまざまな電圧で放電が発生する可能性がある。しかし、実際に実用上問題があるレベルの剥離オフセットは、フィルム２５に形成される剥帯帯電領域Ｒの電位が１０００Ｖ以上となった場合に発生しやすい。

剥離オフセットのレベルは、剥離帯電電荷の減衰率によって変わる。そして、この減衰率は、フィルム２５の厚み方向の抵抗値が小さい程大きくなる。

実施例１において、フィルム２５が１回転する間に剥離帯電電荷をフィルム２５の厚み方向に通過させて除去するためには、フィルム２５の厚み方向の抵抗値が５×１０^９（Ω・ｃｍ^２）以下である必要がある。その理由を、厚み方向の抵抗値が５×１０^９（Ω・ｃｍ^２）であるフィルム２５に１０００Ｖの剥離帯電電位が印加されたケースで計算を行い、説明する。

フィルム２５の単位面積当たりの静電容量Ｃは、ゴムフィラーの種類にもよるが、およそ６×１０^−１１（Ｆ／ｃｍ^２）である。従って、１０００Ｖの剥離帯電電位が印加された場合の剥離電荷Ｑは、Ｑ＝６×１０^−８（Ｑ／ｃｍ^２）である。一方、単位時間あたりにフィルム２５からリークする電流Ｉは次のように計算できる。
Ｉ＝１０００（Ｖ）／５×１０^９（Ω／ｃｍ^２）＝２×１０^−７（Ａ）
また、実施例１のフィルム２５はΦ３０ｍｍであるため、フィルム一周にかかる時間は０．２７（ｓｅｃ）である。従って、フィルム２５が一回転する間にフィルム２５からリークする電荷ΔＱは次のように計算できる。
ΔＱ＝２×１０^−７（Ａ）×０．２７（ｓｅｃ）＝５．４×１０^−８（Ｑ）
よって、剥離電荷Ｑがフィルム２５一周のうちに減衰する割合は、次のようになる。
ΔＱ／Ｑ＝５．４×１０^−８／６×１０^−８＝０．９（＝９０％）
以上から、剥離帯電電荷はフィルムが一周する間に大部分（９０％）が減衰する。

フィルム２５上の剥離帯電電荷が９０％減衰すると、フィルム２５の表面の剥離帯電の電位が１００Ｖになるため、実用上問題にならないレベルになる。

従って、フィルム２５の表面の剥離帯電の電位が１０００Ｖ以上の範囲で、フィルムの厚み方向の抵抗値が５×１０^９（Ω・ｃｍ^２）以下であれば、剥離オフセットを抑制することができる。

ここまで述べたことをまとめると、全面オフセット及び剥離オフセットの抑制を両立させるためには、フィルム２５は次のような特性を有していれば良い。

即ち、フィルム２５の厚み方向の抵抗値が、フィルム２５の表面と裏面の間に印加する電圧が５００Ｖ以下の範囲で５×１０^１１（Ω・ｃｍ^２）以上であり、１０００Ｖ以上の範囲で５×１０^９（Ω・ｃｍ^２）以下となる特性である。

次に、前述したフィルム２５の電気抵抗値を測定する方法の一例を説明する。実施例１では、体積抵抗を測定する際に一般的に用いられる二重リング法で抵抗値の測定を行った。前準備として、抵抗値を測定するフィルム２５は、６０ｍｍ角の板状に切り出し、表層２５３側に図３に示す形状（すなわち図中のａおよびｂの箇所）の金属蒸着を施し試験片を作成した。この金属蒸着を行った目的は、高抵抗な材料であっても安定して接触面積を確保することにある。なお、実施例１では、基層２５１としてステンレス（ＳＵＳ）を用いているため、基層２５１側には金属蒸着を行っていない。

次に、具体的な体積抵抗値の測定方法を説明する。図４に実施例１で用いたフィルム２５の厚み方向抵抗測定方法を示す。電流測定器としては、ＫＥＩＴＨＬＥＹ社製 高抵抗測定器「ＭＯＤＥＬ ６５１７Ａ」を用いた。また、本測定はフィルムの試験片をフィルム２５が定着動作を行う際の温度（１４０℃）に加熱して行った。抵抗測定前に、主電極ａ、ガード電極ｂ、対向電極ｃとアースをつないで電荷の除去を行った。そして、印加電圧を１００〜１０００Ｖの間で振り、それぞれ測定値が安定している電圧印加から２分後の電流値を読み、各電圧での単位面積当たりの厚み方向の抵抗値Ｒ（Ω・ｃｍ^２）を、以下の（式１）に従って算出した。

ここで、（式１）で用いた記号は、ρ（Ωｃｍ）：体積抵抗率、ｔ（ｃｍ）：フィルム厚さ、Ｉ（Ａ）：測定電流値、Ｖ（Ｖ）：印加電圧値、ｒ（ｃｍ）：主電極の直径（＝２．５ｃｍ）である。ここで、実施例１においては、単位面積当たりの厚み方向の抵抗値Ｒ（Ω・ｃｍ^２）は、（式１）にも示す通り、体積抵抗率ρとフィルム厚さｔの積として定義した。

次に、実施例１における、前述のような抵抗特性を有するフィルム２５の層構成の一例を示す。フィルム２５の層構造は、図５に示すように、内側から基層２５１、弾性層２５２、表層２５３が設けられた複層からなる。

基層２５１の材料として、熱伝導性及び導電性及び耐久性を高めるためにステンレス（ＳＵＳ）、ニッケル（Ｎｉ）等の薄肉金属材料を用いている。基層２５１は熱容量を小さくしてクイックスタート性を満足させると同時に機械的強度も満足させる必要があるため、厚みは１５μｍ以上５０μｍ以下とすることが望ましい。実施例１の基層２５１は、厚み３５μｍの円筒形のステンレス（ＳＵＳ）素管とした。弾性層２５２は、シリコーンゴムを材料として形成している。この弾性層２５２を設けることで、トナー画像Ｔを包み込み、均一に熱を与えることができるようになるため、光沢度が高くでムラの無い良質な定着画像を得ることが可能になる。また、弾性層２５２は、シリコーンゴム単体では熱伝導性が低いため、熱伝導性フィラーを添加する。弾性層２５２の熱伝導率としては１．２Ｗ／ｍｋ程度を確保すると良い。

上記の熱伝導率の条件のみで熱伝導フィラーの候補を挙げると、アルミナ、金属ケイ素、炭化ケイ素、酸化亜鉛が考えられる。しかしながら、図３のようにフィルム２５の厚み方向の抵抗値がフィルム２５の電位が５５０〜７００Ｖの範囲で急激に下がる特性を満たすためには、金属ケイ素、炭化ケイ素、酸化亜鉛のうち少なくとも一つを選択する必要がある。

アルミナはバンドキャップの値が大きく高絶縁となりやすく、ゴムに少量入れただけで降伏電圧が１０００Ｖ以上になってしまうので、図３のような抵抗特性を持たせることは難しい。

前述した理由から実施例１においては、弾性層２５２にゴム剤であるジメチルポリシロキサン１００重量部に対して、熱伝導性フィラーである金属ケイ素を４００重量部含有し、その熱伝導率を１．２Ｗ／ｍｋとしている。また、弾性層２５２の厚さは２４０μｍとしている。

表層２５３は離型層として、高い耐摩耗性、及び、トナーに対する高い離型性が要求される。材料としては、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（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）等のフッ素樹脂が用いられる。そして、このフッ素樹脂に有機リン化合物、五酸化アンチモン、酸化チタン、リチウム塩等のイオン導電剤やカーボンブラック、カーボンナノファイバー等の電子導電剤を添加して抵抗値を調整する。また、厚さは１０μｍから５０μｍ程度であることが好ましく、チューブを被覆させたものでも、表面を塗料でコートしたものであってもよい。実施例１の表層２５３は、フッ素樹脂としてＰＦＡを用いている。そのＰＦＡに（Ｃ_２Ｈ_５）_４Ｐ・ＢＲで表される有機リン系化合物であるヒシコーリンＰＸ−２Ｂ（日本化学工業（株）製）を７重量％混合する。ＰＦＡは、厚さが１５μｍのコート層とした。

プライマ層２５４は表層２５３と弾性層２５２を接着させるための接着層であり、低融点のフッ素樹脂やフッ素化シリコーンなどのフッ素樹脂プライマからなる。このプライマ層２５４には、接着性能を上げるためにシランカップリング剤等の接着成分を含有することもできる。また、カーボンブラック等の電子導電剤やイオン導電剤、帯電防止剤を添加することもできる。実施例１では導電剤及び帯電防止剤は添加せず、絶縁のフッ素樹脂層とし、その厚みを３μｍとした。

実施例１の定着装置の作用効果を説明するために、比較例の定着装置との比較実験を行った結果を示す。実施例１のフィルム２５は、図２に示すような電圧−抵抗特性を示す。

比較例１及び比較例２と、実施例１との相違点は、定着装置に配されるフィルム２５の構成のみである。その他の構成は実施例１と同一であるので説明を省略する。図７は、比較例１及び比較例２の定着装置で用いたフィルムの表面と裏面の間に印加した電圧と単位面積当たりの厚み方向の抵抗値との関係を表したグラフである。図７によると、比較例１のフィルムのフィルム厚み方向の抵抗値は、印加電圧が１００〜１０００Ｖの範囲において５×１０^１１（Ω・ｃｍ^２）以上になっている。一方、比較例２のフィルムのフィルム厚み方向の抵抗値は、印加電圧が１００Ｖ以下の範囲では、５×１０^１１（Ω・ｃｍ^２）以上であるものの、印加電圧が２００Ｖ以上の範囲では５×１０^９（Ω・ｃｍ^２）以下に低下している。尚、単位面積当たりの厚み方向の抵抗値の測定方法は、実施例１で示した方法と同じであるので省略する。

次に、比較例１及び比較例２のフィルム２５の層構成の一例を説明する。表１に実施例１および比較例１及び２のフィルムの層構成についてまとめた表を示す。

比較例１及び２の基層２５１は、実施例１と同じステンレス（ＳＵＳ）である。基層２５１、弾性層２５２、表層２５３の厚みおよび熱伝導率は実施例１と同じである。

比較例１については、弾性層２５２とプライマ層２５４は実施例１と同一である。比較例１のフィルムは、実施例１と表層２５３のみが異なる。比較例１の表層２５３は、導電剤を添加していないピュアＰＦＡを用いたコーティング層としている。

比較例２の弾性層２５２は、シリコーンゴムの熱伝導フィラーとしては実施例１と同じく金属ケイ素を含有するが、更に導電剤としてカーボンブラックを１０ｗｔ％含有している。また、比較例２の表層２５３は、ＰＦＡに導電剤としてカーボンブラックを５ｗｔ％含有している。比較例２のプライマ層も、導電剤としてカーボンブラックを５ｗｔ％含有している。

本検証を行った条件を述べる。本検証で用いた定着装置は、フィルムの加圧ローラへの加圧力は１８６．２Ｎ（１９ｋｇｆ）、ニップ部の幅は９ｍｍである。試験を行った環境は、剥離オフセット及び全面オフセットが発生しやすい低温低湿環境（気温１０℃、湿度１５％）とした。評価紙はＮｅｅｎａｈ Ｂｏｎｄ（高抵抗紙、レターサイズ、坪量６０ｇ／ｍ^２）とした。この条件で、実施例１、比較例１及び２の定着装置に連続１００枚通紙し、１、１０、５０、１００枚目の剥離オフセットと全面オフセットのレベルを評価した。また同時に、通紙中の加圧ローラ２６の表面電位を、ＴＲＥＫ社製 表面電位計 「ＭＯＤＥＬ３７０」を用いて測定した。

表２に、実施例１と比較例１及び２の定着装置における通紙枚数ごとの剥離オフセット及び全面オフセットのレベルと加圧ローラの表面電位を示す。表２における剥離オフセット及び全面オフセットのレベルを表す記号について説明する。表中の○は剥離、全面オフセットが発生せず良好であることを示している。また、表中の△は剥離、全面オフセットが発生するものの、許容レベルであり実用上問題がないことを示している。また、表中の×は剥離、全面オフセットが悪いレベルで発生しており実用上問題があることを示している。

表２の結果によれは、実施例１のフィルムを用いた定着装置では、連続１００枚の通紙を通して、剥離オフセットと全面オフセットが共に発生せず、レベルは良好であった。また、このときの加圧ローラ２６の表面電位も１００枚通紙後においても−１００Ｖであり、顕著な帯電は見られなかった。

その理由は、実施例１のフィルム２５が図２に示すような抵抗特性を有するからである。すなわち、実施例１のフィルム２５は、フィルム２５の表面と裏面の間に、剥離オフセットとして実用上問題となる１０００Ｖ以上の電圧を印加した際に、単位面積当たりの厚み方向の抵抗値が５×１０^９（Ω・ｃｍ^２）以下になる。その結果、フィルム２５が一周するうちに剥離帯電電荷が実用上問題のないレベルまで減衰するため、剥離オフセットは発生しない。また、実施例１のフィルム２５は、フィルム２５の表面と裏面の間にバ５００Ｖ以下の電圧を印加した場合の単位面積当たりの厚み方向の抵抗値が５×１０^１１（Ω・ｃｍ^２）以上になる。その結果、バイアスを印加した際の電流のリークが起こらず、加圧ローラ２６の表面電位が維持され、且つ、加圧ローラ２６の方に電流が流れて加圧ローラ２６の表面のマイナス帯電が悪化することもないので、全面オフセットが発生しない。

これに対して、比較例１及び２の定着装置を用いた場合、剥離オフセットもしくは全面オフセットが発生し実用上問題のあるレベルとなった。

比較例１の定着装置では先行紙の無い１枚目こそ剥離オフセットは発生しなかったが、１０枚目以降では剥離オフセットが発生し実用上問題のあるレベルであった。これは、比較例１のフィルムが、実用上問題となる剥離帯電の電位である１０００Ｖを印加した場合においても、その単位面積当たりの厚み方向の抵抗値が５×１０^１１（Ω・ｃｍ^２）以上と高いためである。その結果、フィルムが一周しても剥離帯電電荷がほとんど減衰せず、フィルムの次周において剥離帯電領域Ｒがトナーを吸着してしまい剥離オフセットを引き起こしてしまった。

一方、比較例２の定着装置では１枚目は加圧ローラがマイナスの電荷で帯電していないため全面オフセットの発生が無かったが、通紙枚数が増えるにつれて加圧ローラがマイナス（トナーと同極性）の電荷で帯電した。そして、１０枚目で軽微な全面オフセットが発生し、５０枚通紙した時点で実用上問題のあるレベルの全面オフセットが発生した。これは、比較例２のフィルムが、バイアス印加電位の絶対値である４００Ｖを印加した場合において、その単位面積当たりの厚み方向の抵抗値が５×１０^９（Ω・ｃｍ^２）以下と低いためである。その結果、バイアスが通紙中および紙間でフィルム２５を介して加圧ローラ２６に電流がリークすることで、加圧ローラがマイナスの電荷で帯電し、未定着トナーを記録材に抑えつける力が弱まり全面オフセットが発生した。

以上のように、実施例１のフィルムを用いれば、全面オフセットと剥離オフセットの双方の抑制を両立できるという比較例１及び２にはない作用効果があることがわかる。

尚、フィルム２５の降伏電圧は、実施例１と同じである必要はない。フィルム２５の厚み方向の抵抗値が、フィルム２５の表面と裏面の間に印加する電圧が５００Ｖ以下の範囲で５×１０^１１（Ω・ｃｍ^２）以上であり、１０００Ｖ以上の範囲で５×１０^９（Ω・ｃｍ^２）以下となるような降伏電圧であれば良い。そのためには、フィルム２５の表層２５３に添加するイオン導電剤の添加量を増減させることや、弾性層に添加する金属ケイ素フィラーの入れ目量を増減させることが効果的である。また、弾性層の厚みを増減させることで、降伏電圧を変えることも可能である。

また、実施例１は、プライマ層を有しないフィルムにおいても、表層２５３にイオン導電剤や電子導電剤を含有して抵抗値を調整すれば良いので、適用できる。

また、実施例１では、フィルム２５の弾性層２５２に含有する熱伝導フィラーとして金属ケイ素を単独で用いた。しかしながら、炭化ケイ素、酸化亜鉛のいずれかのもの、又は、金属ケイ素、炭化ケイ素、酸化亜鉛を混合したものを弾性層２５２に含有する熱伝導フィラーとして用いても良い。

実施例２の構成について説明する。実施例２と実施例１の定着装置の違いはフィルム２５の構成のみであり、その他の実施例１と同一の構成については説明を省略する。

実施例２のフィルムで実施例１と異なる点は、表層２５３を高抵抗のピュアＰＦＡとしている点と、表層２５３と弾性層２５２の間のプライマ層２５４にイオン導電剤を添加している点である。表３に、実施例２のフィルムの層の構成を示す。

表３に示すように、実施例２のフィルムの基層２５１及び弾性層２５２は、実施例１と同じである。表層２５３は、厚さを１５μｍのピュアのＰＦＡを用いた。プライマ層２５４は、厚さ３μｍのフッ素樹脂層にして、イオン導電剤を含有し抵抗値を調整した。イオン導電剤としてはカーボン、リチウム塩、有機リン化合物、ホウ素化合物塩などを用いることができる。そのうちリチウム塩としてはＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＳＯ_３ＣＦ_３、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＳＯ_３Ｃ_４Ｆ_９、ＬｉＣ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_３、ＬｉＢ（Ｃ_６Ｈ_５）_４などを用いた。なお、実施例２ではリチウム塩のＬｉＣ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_３を用いる。

次に、実施例２のフィルム２５の電気特性について説明する。実施例２のフィルム２５の定着温度（１４０℃）における、フィルム２５の表面と裏面の間に印加した電圧と単位面積当たりの厚み方向の抵抗値（Ω・ｃｍ^２）の関係を表すグラフを図８示す。

図８に示すように、実施例２のフィルム２５の厚み方向の抵抗値は、６００〜８００Ｖに降伏電圧がある。その結果、フィルム２５の厚み方向の抵抗値は、５００Ｖ以下では５×１０^１１Ω・ｃｍ^２以上になり、１０００Ｖ以上では５×１０^９Ω・ｃｍ^２以下になる。

このような電気特性を有するフィルム２５を用いた場合、実施例１と同等の作用効果を得ることができる。すなわち、剥離オフセットと全面オフセットの抑制を両立することができる。

実施例２では、フィルム２５のプライマ層が含有するイオン導電剤をリチウム塩としたが、カーボンなどの電子導電剤や、有機リン化合物などその他のイオン導電剤を用いることも可能である。また、実施例１と同様に、プライマ層２５４に入れる添加剤の入れ目量を増減させて降伏電圧を変えることも可能である。

実施例３の構成について説明する。実施例３と実施例１の定着装置の違いはフィルム２５の構成のみであり、その他の実施例１と同一の構成については説明を省略する。

実施例３のフィルムと実施例２のフィルムの相違点は、弾性層２５２に含有する熱伝導フィラーを炭化ケイ素としている点と、表層２５３のＰＦＡとプライマ層２５４のフッ素樹脂の両方が導電性添加剤を含有している点である。表４に、実施例３のフィルムの層構成を示す。

表４によれば、実施例３のフィルムの基層２５１は実施例１と同じく、厚み３５μｍのステンレス（ＳＵＳ）とした。弾性層２５２は、シリコーンゴム１００重量部に対して、熱伝導フィラーとして炭化ケイ素を３００重量部含有し、熱伝導率を１．５Ｗ／ｍｋ、その厚さを２４０μｍとした。そして、表層２５３およびプライマ層２５４は、イオン導電剤としてリチウム塩のＬｉＣ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_３を含有した。

表４に示すような層構成のフィルム２５を用いることで、実施例１及び２と同等の作用効果を得ることができる。すなわち、剥離オフセットと全面オフセットの抑制を両立することができる。

実施例３においては、フィルム２５の弾性層２５２が含有する熱伝導フィラーは、炭化ケイ素であったが、これに限らない。フィルム２５の弾性層２５２が含有する熱伝導フィラーとして、金属ケイ素、及び、酸化亜鉛を単独で用いても良いし、又は、金属ケイ素、炭化ケイ素、及び、酸化亜鉛を混合させて用いても良い。また、実施例１及び２と同様に、弾性層２５２に入れる熱伝導フィラーの種類や混合する割合を変えることで、降伏電圧をシフトさせることも可能である。

Ｃ 定着装置
２０ ヒータ
２５ フィルム
２６ 加圧ローラ
２９ フィルムガイド
５０ バイアス印加手段

Claims (5)

1. ヒータと、ヒータにより加熱される筒状のフィルムと、前記フィルムに接触してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱しトナー像を記録材に定着する定着装置において、
   前記フィルムは、導電性を有する基層と、金属ケイ素、炭化ケイ素、及び、酸化亜鉛のうち少なくとも一つを含有したゴムで形成した弾性層と、導電性添加剤を含有したフッ素樹脂で形成した離型層と、を有し、
   前記フィルムの厚み方向の抵抗値は、前記フィルムの表面と裏面の間に印加する電圧が５００Ｖ以下の範囲では５×１０ ^１１ （Ω・ｃｍ ^２ ）以上であり、１０００Ｖ以上の範囲では５×１０ ^９ （Ω・ｃｍ ^２ ）以下であることを特徴とする定着装置。
2. ヒータと、ヒータにより加熱される筒状のフィルムと、前記フィルムに接触してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱しトナー像を記録材に定着する定着装置において、
   前記フィルムは、導電性を有する基層と、金属ケイ素、炭化ケイ素、及び、酸化亜鉛のうち少なくとも一つを含有したゴムで形成された弾性層と、フッ素樹脂で形成した離型層と、接着成分を含有したフッ素樹脂で形成し前記離型層と前記弾性層を接着するための接着層と、を有し、前記離型層と前記接着層の少なくとも一方に導電性添加剤を含有しており、
   前記フィルムの厚み方向の抵抗値は、前記フィルムの表面と裏面の間に印加する電圧が５００Ｖ以下の範囲では５×１０ ^１１ （Ω・ｃｍ ^２ ）以上であり、１０００Ｖ以上の範囲では５×１０ ^９ （Ω・ｃｍ ^２ ）以下であることを特徴とする定着装置。
3. 前記ヒータは前記フィルムの内面と接触し、前記加圧部材は前記フィルムを介して前記ヒータと共に前記ニップ部を形成する請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 記録材に担持したトナー像を記録材に定着する定着装置に用いられる筒状のフィルムにおいて、
   前記フィルムは、導電性を有する基層と、金属ケイ素、炭化ケイ素、及び、酸化亜鉛のうち少なくとも一つを含有したゴムで形成した弾性層と、導電性添加剤を含有したフッ素樹脂で形成した離型層と、を有し、
   前記フィルムの厚み方向の抵抗値は、前記フィルムの表面と裏面の間に印加する電圧が５００Ｖ以下の範囲では５×１０ ^１１ （Ω・ｃｍ ^２ ）以上であり、１０００Ｖ以上の範囲では５×１０ ^９ （Ω・ｃｍ ^２ ）以下であることを特徴とするフィルム。
5. 記録材に担持したトナー像を記録材に定着する定着装置に用いられる筒状のフィルムにおいて、
   前記フィルムは、導電性を有する基層と、金属ケイ素、炭化ケイ素、及び、酸化亜鉛のうち少なくとも一つを含有したゴムで形成された弾性層と、フッ素樹脂で形成した離型層と、接着成分を含有したフッ素樹脂で形成し前記離型層と前記弾性層を接着するための接着層と、を有し、前記離型層と前記接着層の少なくとも一方に導電性添加剤を含有し、
   前記フィルムの厚み方向の抵抗値は、前記フィルムの表面と裏面の間に印加する電圧が５００Ｖ以下の範囲では５×１０ ^１１ （Ω・ｃｍ ^２ ）以上であり、１０００Ｖ以上の範囲では５×１０ ^９ （Ω・ｃｍ ^２ ）以下であることを特徴とするフィルム。