JP6614104B2

JP6614104B2 - 定着装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP6614104B2
Application number: JP2016218017A
Authority: JP
Inventors: 広貴川崎
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2019-12-04
Anticipated expiration: 2036-11-08
Also published as: JP2018077302A

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

例えば、フッ素系樹脂の表層からなる定着ローラー（加熱部材）と、加圧ローラー（加圧部材）とを備え、トナー像が形成された状態で搬送される媒体に、定着ベルトと加圧ローラーとで、トナー像を定着させる定着装置が知られている（特許文献１参照）。また、定着ローラーにフッ素系の樹脂を用いることは、トナーの離型性を持たせるために一般的である。

特開２００６−１３３６２４号公報

ところで、上記の定着装置の場合、定着ローラーの表層がフッ素系樹脂であること、すなわち、定着ローラーの表層が絶縁性を有することから、一度定着ローラーが帯電すると静電気が抜け難く、いわゆる静電オフセットが発生する場合がある。そこで、導電性粒子をフッ素樹脂と混合して表層を定着ローラーの表層に用いることで定着ローラーの帯電を抑えることができる。しかしながら、フッ素樹脂に対する導電性粒子の混合比を高くすることに伴い定着ローラーの表面の硬度が高くなることで、定着ローラーの表層が紙などの媒体の微小な凹凸に対して追従しなくなり、画像光沢斑が発生し得る。

本発明は、加熱部材への静電オフセットの発生を抑制しつつ、画像光沢斑の発生を抑制することができる定着装置の提供を目的とする。

本発明の定着装置は、無端状の多層構造とされ、熱を付与されつつ軸周りに回転しながらトナー像が形成された媒体に接触して、前記媒体を加熱する加熱部材と、軸周りに回転して前記加熱部材とで前記媒体を加圧する加圧部材と、を備え、前記加熱部材の表層の材質は、絶縁性樹脂と導電性粒子とを含み、前記導電性粒子の含有率が２ｗｔ％以上５ｗｔ％以下とされ、前記加熱部材のマルテンス硬さは、前記表層の温度が１００℃である場合に０．４９Ｎ／ｍｍ^２以上０．７４Ｎ／ｍｍ^２以下とされ、前記加熱部材を０．５秒間負帯電させて所定時間経過した時点における、前記表層の最小表面電位は、−０．４７８ｋＶ以上−０．０４１ｋＶ以下である。

本発明の画像形成装置は、媒体にトナー像を形成するトナー像形成部と、前記定着装置であって、前記トナー像形成部により媒体に形成されたトナー像を媒体に定着する定着装置と、を備えている。

本発明の定着装置は、加熱部材への静電オフセットの発生を抑制しつつ、画像光沢斑の発生を抑制することができる。

本発明の画像形成装置は、加熱部材への静電オフセットの発生及び画像光沢斑の発生に伴う画像形成不良が抑制される。

本発明を実施するための形態（以下、本実施形態という。）の画像形成装置の斜視図である。本実施形態の画像形成装置を正面側から見た概略図である。本実施形態の画像形成装置を構成する制御部と、定着装置を構成する各構成要素との関係を示すブロック図である。本実施形態の画像形成装置を構成する定着装置を正面側から見た概略図（断面図）である。本実施形態の定着装置を構成する加熱ローラーの被覆層の部分断面図（縦断面図）である。定着装置についての評価試験の条件及び結果を示す表である。変形例の定着装置を正面側から見た概略図（断面図）である。

≪概要≫
以下、本実施形態の画像形成装置１０（図１及び図２参照）の全体構成及び画像形成装置１０による画像形成動作、本実施形態の要部である定着装置６０（図４参照）の構成並びに本実施形態の効果について、これらの記載順で説明する。

本明細書では、図中における矢印Ｆｒ及び矢印Ｒｒで示す方向をそれぞれ装置奥行き方向手前側及び奥側、矢印Ｒ及び矢印Ｌで示す方向をそれぞれ装置幅方向右側及び左側、矢印Ｕ及び矢印Ｌｏで示す方向をそれぞれ装置高さ方向上側及び下側とする。また、本明細書では、画像形成装置１０を装置奥行き方向手前側から見た側を画像形成装置１０の正面側として説明する。

≪画像形成装置の全体構成≫
画像形成装置１０の全体構成については、図１及び図２を参照しつつ説明する。画像形成装置１０は、本体２０と、給紙カセット３０と、搬送装置４０と、トナー像形成部５０と、定着装置６０と、制御部ＣＵとを含んで構成される電子写真方式の装置とされている。

本体２０は、その内部に給紙カセット３０と、搬送装置４０と、トナー像形成部５０と、定着装置６０と、制御部ＣＵとを収容する機能を有する。本体２０は、箱状の外装とされている。本体２０の上面の一部は、トナー像が定着された（画像が形成された）媒体Ｓが排出される排出トレイ２２とされている。なお、正面側から見た本体２０の左端面には蓋２４が設けられており、本体２０には、蓋２４が倒れた状態で（図１参照）、後述する定着装置６０が着脱可能とされている。

給紙カセット３０は、本体２０の下側に配置され、画像が形成される媒体Ｓを重ねて収容するようになっている。搬送装置４０は、給紙カセット３０に収容されていた媒体Ｓを、給紙カセット３０から排出トレイ２２まで搬送経路Ｐに沿って搬送する機能を有する。搬送装置４０は、複数の従動ローラー及び駆動ローラーと、複数の駆動ローラーを駆動する駆動源（図示省略）とを備えている。ここで、図中の矢印Ｙの指す方向は、媒体Ｓの搬送方向とされている。

トナー像形成部５０は、搬送装置４０により搬送される媒体Ｓにトナー像を形成する機能を有する。トナー像形成部５０は、正面側から見て本体２０内の中央に配置されている。トナー像形成部５０は、感光体５１と、帯電装置５２と、露光装置５３と、現像装置５４と、転写ローラー５５とを含んで構成されている。

トナー像形成部５０は、帯電装置５２により軸周りに回転する感光体５１を帯電し、露光装置５３により感光体５１を露光して潜像を形成し、現像装置５４により潜像をトナー像として現像し、転写ローラー５５により媒体Ｓにトナー像を転写するようになっている。以上のようにして、トナー像形成部５０は、媒体Ｓにトナー像を形成するようになっている。

定着装置６０は、トナー像形成部５０によりトナー像が転写された媒体Ｓ（トナー像が形成された媒体）にトナー像を定着する機能を有する。定着装置６０は、正面側から見て本体２０内の左側に配置されている。定着装置６０は本実施形態の要部であることから、定着装置６０の具体的な構成については後述する。

制御部ＣＵは、外部装置（図示省略）から画像データを受け取り、当該画像データに基づいて画像形成装置１０を構成する各要素を制御する機能を有する。制御部ＣＵの具体的な機能については、後述する画像形成動作及び定着動作の説明の中で説明する。

≪画像形成動作≫
次に、本実施形態の画像形成装置１０による画像形成動作について図２及び図３を参照しながら説明する。

まず、外部装置（図示省略）から画像データを受け取った制御部ＣＵは、トナー像形成部５０を作動させる。そして、帯電装置５２が感光体５１を帯電し、露光装置５３が感光体５１を露光して潜像を形成し、現像装置５４が潜像をトナー像として現像することで、感光体５１にトナー像が形成される。

また、制御部ＣＵは、搬送装置４０を作動させて、感光体５１に形成されたトナー像が感光体５１の軸周りの回転により転写位置（感光体５１と転写ローラー５５とが接触する部分）に到達するタイミングに合わせて、媒体Ｓを転写位置に送り込む。そして、転写ローラー５５が感光体５１に形成されたトナー像を媒体Ｓに転写させて、媒体Ｓにトナー像が形成される。

次いで、制御部ＣＵは、定着装置６０を作動させて、転写ローラー５５により媒体Ｓに転写されたトナー像を媒体Ｓに定着させる。そして、トナー像が定着された媒体Ｓ、すなわち、画像が形成された媒体Ｓは、搬送装置４０により更に搬送方向下流側に搬送され、本体２０の排出トレイ２２に排出されて、画像形成動作が終了する。

≪要部（定着装置）の構成≫
次に、本実施形態の要部である定着装置６０の構成について図４及び図５（主に図４）を参照しながら詳しく説明する。

定着装置６０は、加熱ローラー６１（加熱部材の一例）と、加圧ローラー６２（加圧部材の一例）と、熱源６３と、温度センサー６６と、ハウジングＨＧと、一対の側板（図示省略）とを含んで構成されている。加熱ローラー６１、加圧ローラー６２、及び熱源６３は、それぞれ長尺とされており、互いにそれらの長手方向を（装置奥行き方向に）沿わせた状態で、一対の側板に位置決めされている。そして、定着装置６０は、長尺とされており、その長手方向を装置奥行き方向に沿わせた状態で、画像形成装置１０の本体２０に取り付けられている（図１参照）。なお、定着装置６０を構成するハウジングＨＧ以外の構成要素は、ハウジングＨＧ内に収容されている。

＜加熱ローラー＞
加熱ローラー６１は、トナー像形成部５０により媒体Ｓに形成されたトナー像（を構成するトナー）及び媒体Ｓを加熱する機能を有する。加熱ローラー６１は、長尺のパイプ６１Ａと、パイプ６１Ａの外周を覆う弾性層６１Ｂと、弾性層６１Ｂの外周を覆う表層６１Ｃを含んで構成されたローラーとされている。すなわち、加熱ローラー６１は、無端状とされている。

加熱ローラー６１は、後述する熱源６３により熱を付与されつつ、後述する加圧ローラー６２に従動して軸周りに回転するようになっている。ここで、図３における符号Ｏは加熱ローラー６１の軸（回転中心）を示しており、矢印Ａは加熱ローラー６１の回転方向を示している。そして、加熱ローラー６１は、搬送装置４０により搬送されるトナー像が形成された媒体Ｓを、後述するニップＮにおいて加圧ローラー６２とで加圧するようになっている。その結果、加熱ローラー６１は、軸周りに回転しながらトナー像が形成された媒体Ｓに接触して、媒体Ｓを加熱し、加圧ローラー６２とでニップＮを通過する媒体Ｓを加圧して、媒体Ｓにトナー像を定着させるようになっている。

加熱ローラー６１の両端の部分にはフランジ（図示省略）が嵌め込まれており、加熱ローラー６１は各フランジに接着されて固定されている。そして、各フランジは、それぞれに嵌め込まれたシャフト（図示省略）を介して一対の側板に回転可能に支持されている。

次に、加熱ローラー６１の構成について詳しく説明する。

パイプ６１Ａは、一例として、外径φ３５ｍｍ、厚み０．７ｍｍのアルミ素管とされている。また、弾性層６１Ｂは、一例として、厚み１００μｍのシリコーンゴムとされている。

表層６１Ｃは、フッ素樹脂（以下、ＰＦＡと記載する。絶縁性樹脂の一例）と、導電性カーボンブラック（以下、ＣＢと記載する。導電性粒子の一例）とで構成されている、一例として厚み２０μｍの層とされている。ここで、表層６１Ｃについて別の見方をすると、表層６１Ｃは、ＰＦＡにＣＢを分散させた厚み２０μｍの層といえる。なお、表層６１ＣにおけるＣＢの含有率は、一例として、２ｗｔ％以上５ｗｔ％以下とされている。

加熱ローラー６１のマルテンス硬さは、表層６１Ｃの温度が１００℃である場合に、０．４９Ｎ／ｍｍ^２以上０．７４Ｎ／ｍｍ^２以下とされている。ここで、加熱ローラー６１のマルテンス硬さは、ＩＳＯ１４５７７規格に基く超微小硬度計ＨＭ２０００（株式会社フィッシャー・インスツルメンツ製）を用いて、１００℃に加熱した加熱ローラー６１に対し、最大試験荷重２０ｍＮ、荷重アプリケーション時間２０秒の試験条件で測定したものである。

なお、前述のとおり、加熱ローラー６１の硬さについて本明細書では「マルテンス硬さ」を用いて特定しているが、その技術的意味は、以下のとおりである。すなわち、前述のとおり、表層６１Ｃは、その厚みが一例として２０μｍの薄膜であることから、マイクロビッカーズ硬さでの特定は適さず、マルテンス硬さで特定することが適していることによる。また、マイクロ領域とナノ領域との試験では、押し込み量が非常に小さいため、試験片の表面粗さは測定精度に大きく影響することによる。さらに、表層６１Ｃの表面（外周）の凹凸が媒体Ｓの画像光沢斑の発生に関連することによる。以上の３つの理由により、本明細書では、加熱ローラー６１の硬さについて「マルテンス硬さ」を用いて特定している。

加熱ローラー６１は、コロナ放電を０．５秒間行い負極性に帯電させた場合に、所定時間経過後の最小表面電位が−０．４７８ｋＶ以上−０．０４１ｋＶ以下となる。ここで、所定時間とは、一例として３０秒とされている。また、最小表面電位とは帯電量の大きさを意味する。また、最小表面電位の値は、ＪＩＳ６１３４０−２−１規格（国際機関ＩＥＣ６１３４０−２−１）に基く静電気拡散測定機ＮＳ−Ｄ１００（株式会社ナノシーズ製）を用いて、加熱ローラー６１をアースに設置した金属板上に置き、測定環境２５℃、湿度５０％のもと、コロナ放電時間０．５秒、帯電電極を負極性として測定したものである。

＜加圧ローラー＞
加圧ローラー６２は、トナー像形成部５０により媒体Ｓに形成されたトナー像（を構成するトナー）及び媒体Ｓを、加熱ローラー６１とともに加圧する機能を有する。加圧ローラー６２は、長尺のシャフトと、当該シャフトの外周を覆う被覆層（一例としてシリコンゴム製）とを含んで構成されたローラーとされている。加圧ローラー６２は、装置奥行き方向から見て、加熱ローラー６１の下側に配置されている。また、加圧ローラー６２の上側の部分には、加圧ローラー６２の外周に沿って凹んだ状態の加熱ローラー６１の下側の部分が接触している。そして、前述のニップＮとは、加圧ローラー６２と加熱ローラー６１とにより形成される、加圧ローラー６２と加熱ローラー６１との接触部分を意味する。

加圧ローラー６２のシャフトの一端には、駆動源（図示省略）が連結されている。そして、加圧ローラー６２は、駆動源により駆動され、軸周りに回転して、加熱ローラー６１を周回させるようになっている。ここで、図３における矢印Ｂは、加圧ローラー６２の回転方向を示している。

＜熱源＞
熱源６３は、加熱ローラー６１が媒体Ｓを加熱するための熱を、加熱ローラー６１に付与する機能を有する。熱源６３は、一例として、棒状のハロゲンランプとされている。熱源６３は、加熱ローラー６１内に配置され、自身の軸を軸Ｏに重ねた状態で加熱ローラー６１の内周に対向している。そして、熱源６３は、電源（図示省略）から電圧が印加されると、発光して加熱ローラー６１に熱を付与するようになっている。

＜温度センサー＞
温度センサー６６は、加熱ローラー６１の温度を検知する機能を有する。温度センサー６６は、一例として、加熱ローラー６１の外周に対向して配置されている。なお、温度センサー６６に検知された温度（温度に関するデータ）は、定められた周期で制御部ＣＵに送信されるようになっている。

≪効果≫
次に、本実施形態の効果について図６の表を参照しながら説明する。本実施形態の効果は、後述する２つの評価実験から導かれる総合評価から得られたものである。

＜各サンプルの説明＞
図６の表に示されるように、サンプルとして、サンプル１〜８の加熱ローラーを用意し、各サンプルに対して、マルテンス硬さと、最小表面電位とを測定した。これらの測定方法は、前述のとおりである。なお、各サンプルは、表層６１ＣにおけるＣＢの含有率が異なっている。その結果、マルテンス硬さと、最小表面電位との測定結果が異なっている。

＜評価方法の説明＞
各サンプルの評価実験として、画像光沢斑についての評価実験と、静電オフセットについての評価実験とを行った。

画像光沢斑についての評価実験では、各サンプルの加熱ローラーを備えた定着装置６０をプリンタＦＳ−４３００ＤＮ（京セラドキュメントソリューションズ株式会社製）に搭載したうえで、媒体Ｓに画像を形成し（媒体Ｓに画像サンプルを印字し）、試験者により画像光沢斑の発生の有無を評価した。その結果、画像光沢斑が発生していない場合を「良好」とし、発生している場合を「発生」と評価し、やや発生している場合を「やや発生」とした。そして、画像光沢斑についての評価実験では、「良好」であれば合格とした。

また、静電オフセットについての評価実験では、各サンプルの加熱ローラーを備えた定着装置６０をプリンタＦＳ−４３００ＤＮ（京セラドキュメントソリューションズ株式会社製）に搭載したうえで、媒体Ｓを５００枚通紙させた後、媒体Ｓに画像サンプルを印字した。そして、試験者により各サンプルの加熱ローラーに静電オフセットが発生しているかを確認した。当該確認は、各サンプルの加熱ローラーにトナーが付着しているか否かで確認した。その結果、静電オフセットが発生していない場合を「良好」とし、発生している場合を「発生」と評価し、やや発生している場合を「やや発生」とした。そして、静電オフセットについての評価実験では、「良好」であれば合格とした。

本評価実験では、画像光沢斑についての評価実験と、静電オフセットについての評価実験とにおいて、何れの場合も「良好」の場合を「合格」とした。

＜画像光沢斑についての評価試験の結果＞
図８の表に示されるように、サンプル１〜５では、「良好」であった。サンプル６では「やや発生」であった。サンプル７及び８では、「発生」であった。すなわち、ＣＢ含有率が５ｗｔ％以下の場合、加熱ローラーのマルテンス硬さが０．７４Ｎ／ｍｍ^２以下の場合、及び、最小表面電位が−０．０４１ｋＶ以下の場合は、画像光沢斑について「良好」であった。

＜静電オフセットについての評価試験の結果＞
図８の表に示されるように、サンプル３〜８では、「良好」であった。サンプル２では「やや発生」であった。サンプル１では、「発生」であった。すなわち、ＣＢ含有率が２ｗｔ％以上の場合、加熱ローラーのマルテンス硬さが０．４９Ｎ／ｍｍ^２以上の場合、及び、最小表面電位が−０．４７８ｋＶ以上の場合は、静電オフセットについて「良好」であった。

＜総合評価の結果＞
前述のとおりであるから、総合評価では、サンプル３〜５のみが「合格」であった。

＜考察＞
ＣＢ含有率が高いほど、加熱ローラーのマルテンス硬さの値が大きくなる。そして、加熱ローラーのマルテンス硬さの値が０．８Ｎ／ｍｍ^２の当たりから、画像光沢斑が発生し始める。これは、加熱ローラーの表面の硬度が高くなることで、加熱ローラーの表層が媒体Ｓの微小な凹凸に対して追従できなくなったためと考えられる。しかしながら、加熱ローラーのマルテンス硬さの値が０．８Ｎ／ｍｍ^２を超えている場合であっても、静電オフセットは発生していない。これは、ＣＢ含有率が高いことで加熱ローラーの静電気がリークし易いためと考えられる。

サンプル３〜５の加熱ローラーは、サンプル１及び２の加熱ローラーに比べて、静電オフセットの発生の点で優位である。また、サンプル３〜５の加熱ローラーは、サンプル６〜９の加熱ローラーに比べて、画像光沢斑の発生の点で優位である。以上より、サンプル３〜５の加熱ローラーは、サンプル１、２、６〜８の加熱ローラーに比べて、静電オフセットの発生の点及び画像光沢斑の発生の点で優位である。なお、サンプル３〜５の加熱ローラーは本発明の技術的範囲に含まれる形態であり、サンプル１、２、６〜８の加熱ローラーは本発明の技術的範囲に含まれない形態である。

以上の総合評価によれば、本実施形態の加熱ローラー６１は、定着装置６０に用いた場合に、静電オフセットの発生を抑制しつつ、画像光沢斑の発生を抑制することができる。これに伴い、本実施形態の定着装置６０は、加熱ローラー６１への静電オフセットの発生を抑制しつつ、画像光沢斑の発生を抑制することができる。また、本実施形態の画像形成装置１０は、加熱ローラー６１への静電オフセットの発生及び画像光沢斑の発生に伴う画像形成不良が抑制される。

以上のとおり、本発明について本実施形態を例として説明したが、本発明の技術的範囲は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の技術的範囲には、下記のような形態も含まれる。

例えば、本実施形態の説明では、表層６１Ｃを構成する絶縁性樹脂の一例をＰＦＡであるとして説明したが、絶縁性樹脂はＰＦＡでなくてもよい。例えば、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂その他の絶縁性の樹脂であってもよい。

また、本実施形態の説明では、表層６１Ｃを構成する導電性粒子の一例をＣＢであるとして説明したが、導電性粒子はＣＢでなくてもよい。例えば、鉄の粒子、アルミニウムの粒子その他の導電性の粒子であってもよい。

また、本実施形態の定着装置６０では、加熱部材の一例を加熱ローラー６１として説明した。しかしながら、加熱部材はローラー状でなくてもよい。例えば、図７の変形例の定着装置６０Ｄのように、加熱部材は、加熱ベルト６１Ｄであってもよい。

１０画像形成装置
５０トナー像形成部
６０定着装置
６１加熱ローラー（加熱部材の一例）
６１Ｃ表層
６２加圧ローラー（加圧部材の一例）
Ｓ媒体

Claims

無端状の多層構造とされ、熱を付与されつつ軸周りに回転しながらトナー像が形成された媒体に接触して、前記媒体を加熱する加熱部材と、
軸周りに回転して前記加熱部材とで前記媒体を加圧する加圧部材と、
を備え、
前記加熱部材の表層の材質は、フッ素樹脂と導電性カーボンブラックとを含み、前記導電性カーボンブラックの含有率が２ｗｔ％以上５ｗｔ％以下とされ、
前記加熱部材のマルテンス硬さは、前記表層の温度が１００℃である場合に０．４９Ｎ／ｍｍ２以上０．７４Ｎ／ｍｍ２以下とされる、
定着装置。
媒体にトナー像を形成するトナー像形成部と、
請求項１に記載の定着装置であって、前記トナー像形成部により媒体に形成されたトナー像を媒体に定着する定着装置と、
を備えた画像形成装置。