WO2010016624A1

WO2010016624A1 - 画像加熱装置

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Publication number: WO2010016624A1
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Inventors: 高田　成明
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Abstract

記録材上のトナー像を加熱二ツプ部で加熱する加熱回転体と；前記加熱回転体に接触し、前記加熱二ップ部を形成する加圧回転体と；前記加熱二ツプ部を通過した前記加熱回転体の外周面に接し、前記外周面を加熱する第１外部加熱部材であって、前記外周面と接触する面に離型層を具備する第１外部加熱部材と；前記第１外部加熱部材で加熱された前記外周面を加熱する第２外部加熱部材であって、前記第２外部加熱部材の前記外周面と接触する面に導電剤を含む離型層を具備する第２外部加熱部材とを有し、前記第１外部加熱部材の離型層の水に対する接触角は、前記第２外部加熱部材の離型層の水に対する接触角よりも大きく、前記第２外部加熱部材の表面抵抗は前記第１外部加熱部材の表面抵抗よりも低いことを特徴とする画像形成装置。

Description

画像加熱装置

　本発明は、記録材上の画像に接する加熱回転体の表面に当接させて複数の外部加熱部材を配置した画像加熱装置、詳しくは外部加熱部材の表面の加熱性能を長持ちさせる構造に関する。

　外周面が記録材上の画像に接する加熱回転体（定着ローラ、定着ベルト、加圧ローラ、加圧ベルト）に加圧部材を圧接して、記録材を挟持するニップ部を形成した画像加熱装置が広く用いられている。画像加熱装置の一例である定着装置では、トナー像を転写された記録材が、定着ニップで挟持して搬送される過程で加熱・加圧を受けて、トナー像が融解・押潰されることにより記録材の表面に画像として定着される。
　このような定着装置で定着速度を高めようとすると、記録材との接触に伴う加熱回転体の表面温度の低下を、内面側からの加熱だけでは賄いきれなくなる。また、定着装置の起動後に加熱回転体の表面温度が必要な温度に達するまでの時間を短縮することも求められている。
　このため、特開２００４−３７５５５号公報では、加熱回転体の外周面に当接して回転して加熱部材の表面を直接加熱する外部加熱部材を、記録材に接する位置から加熱回転体の回転方向に沿って複数配置した定着装置が実用化されている。
　また、加熱回転体の外周面には、融解したトナーからの離型性を高めるための離型層が形成されているため、抵抗が高く、記録材との接触に伴って帯電し易くなっている。
　このような定着装置で定着速度を高めようとすると、記録材との接触頻度が高まって加熱回転体の外周面が過剰な電位まで帯電してしまい、記録材上に担持された未定着トナー像を乱して画像品質を低下させる可能性がある。
　そこで、特開２００２−６２７５２号公報には、表面に形成された離型層に導電性物質を含有させて抵抗値を低くした外部加熱部材を接地電位に接続して、加熱回転体の外周面を除電させるようにした定着装置が示される。
　特開２００２−６２７５２号公報に示されるように、外部加熱部材の離型層に導電性物質を含有させると、離型層の離型性が低下してしまい、外部加熱部材の表面が汚れ易くなって溶融したトナー等が連れ回り易くなる。その結果、外部加熱部材と加熱回転体との正常な接触状態が損なわれて、本来の加熱性能を発揮できなくなる。
　特に、特開２００４−３７５５５号公報に開示されるように複数の外部加熱部材を設ける場合、定着ニップ部で加熱回転体に付着したトナーが初めに接触する加熱回転体の回転方向の上流側の外部加熱部材は、汚れが集中するため、短期間で加熱性能が損なわれてしまう。

　本発明は、外部加熱部材を複数用いる画像加熱装置において、外部加熱部材による加熱性能を長期間に渡って維持できる画像加熱装置を提供することを目的としている。
　本発明は、記録材上のトナー像を加熱ニップ部で加熱する加熱回転体と；前記加熱回転体に接触し、前記加熱ニップ部を形成する加圧回転体と；前記加熱ニップ部を通過した前記加熱回転体の外周面に接し、前記外周面を加熱する第１外部加熱部材であって、前記外周面と接触する面に離型層を具備する第１外部加熱部材と；前記第１外部加熱部材で加熱された前記外周面を加熱する第２外部加熱部材であって、前記第２外部加熱部材の前記外周面と接触する面に導電剤を含む離型層を具備する第２外部加熱部材とを有し、前記第１外部加熱部材の離型層の水に対する接触角は、前記第２外部加熱部材の離型層の水に対する接触角よりも大きく、前記第２外部加熱部材の表面抵抗は前記第１外部加熱部材の表面抵抗よりも低いことを特徴とする画像形成装置を提供する。
　また、本発明は、記録材上のトナー像を加熱ニップ部で加熱する加熱回転体と；前記加熱回転体に接触し、前記加熱ニップ部を形成する加圧回転体と；前記加熱ニップ部を通過した前記加熱回転体の外周面に接し、前記外周面を加熱する第１外部加熱部材であって、前記第１外部加熱部材の前記外周面と接触する面に離型層を具備する第１外部加熱部材と；前記第１外部加熱部材で加熱された前記外周面を加熱する第２外部加熱部材であって、前記第２外部加熱部材の前記外周面と接触する面に導電剤を含む離型層を具備する第２外部加熱部材と；を有し、前記第１外部加熱部材の離型層の水に対する接触角は、前記第２外部加熱部材の離型層の水に対する接触角よりも大きく、前記第２外部加熱部材の前記離型層を占める前記導電剤の割合は、前記第２外部加熱部材の前記離型層を占める前記導電剤の割合よりも大きいことを特徴とする画像形成装置を提供する。
　以下、本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、下流側の外部加熱部材が上流側の外部加熱部材よりも低抵抗である限りにおいて、各実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
　本実施形態では、未定着トナー像を記録材に定着させる定着装置について説明するが、本発明は、定着済み画像又は半定着画像を担持した記録材を加熱加圧して画像の表面性状を調整する加熱処理装置としても実施できる。
　なお、特許文献１に示される画像形成装置及び定着装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。また、請求項で用いた構成名に括弧を付して示した参照記号は、発明の理解を助けるための例示であって、実施形態中の該当する部材等に構成を限定する趣旨のものではない。
＜画像形成装置＞
　図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。
　図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト６に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを配置したタンデム型フルカラーレーザプリンタである。
　画像形成部Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、下から上に順にトナー像を中間転写ベルト６へ転写するように配置され、それぞれ電子写真プロセスを用いてトナー像が形成される感光ドラム１を備えている。それぞれの感光ドラム１の周囲には、感光ドラム１の回転方向に沿って帯電装置２、現像装置３、一次転写ローラ９、及びクリーニング装置４が配置されている。露光装置５は、画像形成部Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋの感光ドラム１に対して、レーザー走査露光光学系を用いて共通に露光を行うように配置されている。
　画像形成部Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋにおいて、露光装置５により、画像データに基づいた走査露光が、帯電装置２によって一様に帯電された感光ドラム１上になされて、感光ドラム１表面に走査露光画像に対応する静電像が形成される。
　現像装置３は、感光ドラム１の表面に形成された静電像を、トナー像として現像する。画像形成部Ｙの現像装置３にはイエロートナー、画像形成部Ｃの現像器３にはシアントナー、画像形成部Ｍの現像器３にはマゼンタトナー、画像形成部Ｋの現像器３にはブラックトナーがそれぞれ充填されている。このため、画像形成部Ｙの感光ドラム１にはイエロートナー像が、画像形成部Ｃの感光ドラム１にはシアントナー像が、画像形成部Ｍの感光ドラム１にはマゼンタトナー像が、画像形成部Ｋの感光ドラム１にはブラックトナー像がそれぞれ形成される。
　画像形成部Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋのそれぞれの感光ドラム１に現像された上記各色の単色トナー像は、感光ドラム１の回転と同期して等速で回転する中間転写ベルト６へ所定の位置合わせ状態で順に重畳されるように一次転写される。これにより、中間転写ベルト６上に、未定着のフルカラートナー像が合成形成される。
　第１実施形態では、エンドレスの中間転写ベルト６を用いており、中間転写ベルト６は、駆動ローラ７、二次転写対向ローラ１４、テンションローラ８に懸回して張架され、駆動ローラ７によって回転駆動される。
　画像形成部Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋのそれぞれの一次転写ローラ９は、感光ドラム１に向かって中間転写ベルト６を付勢して、感光ドラム１と中間転写ベルト６との間にトナー像の一次転写部を形成する。
　不図示のバイアス電源が一次転写ローラ９に対してトナー像と逆極性の一次転写バイアスを印加する。これにより、画像形成部Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋの感光ドラム１から中間転写ベルト６に対して、各色のトナー画像が一次転写される。
　画像形成部Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋにおいて感光ドラム１から中間転写ベルト６へトナー像を一次転写した後に、感光ドラム１上に残った転写残トナーは、クリーニング装置４によって除去される。
　このような工程を中間転写ベルト６の回転に同調して、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像形成部Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋで行うことにより、中間転写ベルト６上に各色のトナー像が順次重ねて一次転写される。なお、単色のみの画像形成（単色モード）時には、上記工程は、目的の色の画像形成部（例えばブラックの画像形成部Ｋ）についてのみ行われる。
　一方、記録材カセット１０にセットされた記録材Ｓは、給送ローラ１１によって一枚分離給送されて、搬送路１０ａを通って、レジストローラ１２に先端を当接した状態で停止する。記録材Ｓは、中央基準にて搬送される。レジストローラ１２は、所定の制御タイミングで起動して、中間転写ベルト６と二次転写ローラ１３とのニップ部である二次転写部へ記録材Ｓを送り込む。
　二次転写ローラ１３は、接地電位に接続された二次転写対向ローラ１４に内側から支持された中間転写ベルト６に当接して記録材Ｓに対するトナー像の二次転写部を形成する。中間転写ベルト６上に一次転写して重ね合わせたトナー像は、不図示のバイアス電源がトナーと逆極性のバイアスを二次転写ローラ１３に印加することにより、記録材Ｓ上に一括二次転写される。
　二次転写部を通過した中間転写ベルト６上に残った二次転写残トナーは、ベルトクリーニング装置１５によって除去される。
　トナー像を二次転写された記録材Ｓは、中間転写ベルト６から曲率分離され、搬送路１０ｂを通って画像加熱装置の一例である定着装置Ｆに導入される。定着装置Ｆは、トナー像が二次転写された記録材を加熱・加圧しつつ挟持搬送する過程で、トナー像を融解、押潰して記録材Ｓ上にフルカラー画像を定着させる。
　定着装置Ｆから送り出された記録材Ｓは、搬送路１０ｃを通って、フルカラープリント、もしくはモノカラープリントとして、排紙トレイ１６に排紙される。
＜画像加熱装置＞
　図２は定着装置の構成の説明図である。
　電子写真方式の画像形成における定着装置は、記録材と、静電的に記録材に担持されたトナーとを、回転している定着ローラと加圧ローラとの圧接部で挟持搬送して溶融定着させる熱ローラ方式が主流である。
　熱ローラ方式では、画像品質（定着性と光沢感など）を良好に保つために、定着ローラの表面にシリコンゴム等の弾性層を被覆して用いることが多い。そして、弾性層の上にパーテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）やパーフロロアルコキシ（ＰＦＡ）等からなる離型層を被覆して溶融したトナーに対する良好な離型性を確保している。
　また、加圧ローラも、両面画像品質を考慮してシリコンゴム等の弾性層が被覆されることが多く、弾性層の上に定着ローラと同様な材料を用いて離型層を被覆することで良好な離型性を保っている。
　熱ローラ方式は、定着ローラや加圧ローラのシリンダ内部にハロゲンランプ等の熱源を設け、内面加熱方式によるローラ加熱を行っている。弾性層及び離型層を有する定着ローラを内面加熱方式で加熱する場合、弾性層及び離型層の熱伝導性が悪いため、未定着トナー像を担持した記録材を連続通過させた場合定着ローラ表面の温度低下が著しくなる。
　定着ローラの表面温度を検知する温度検知センサが、定着ローラ表面の温度低下を検知してハロゲンランプを点灯させても、ハロゲンランプからの熱が定着ローラの表面に到達するまでに多くの時間を必要とする。このため、定着ローラの表面温度は、ハロゲンランプからの熱がローラ表面に伝達されるまで低下し続け、最低定着保証温度を下回って定着不良が発生してしまう。
　図２に示すように、そこで、第１実施形態の定着装置Ｆでは、熱源を内蔵して熱伝導率の高い物質を用いた第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５を定着ローラ１７の表面に圧接して回転させている。定着ローラを第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５によって表面から直接加熱する外部加熱方式が採用されている。
　外部加熱方式では、第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５の表面は、定着ローラ１７の表面よりも高い温度に制御される。第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５と定着ローラ１７との圧接ニップ部では、外部加熱ローラ２２、２５から定着ローラ１７の表面へ直接伝熱するため、内面加熱方式に比べて定着ローラ１７の温度低下を効果的に防止できる。
　定着装置Ｆは、内面側から加熱されて表面側が記録材に接する加熱部材（１７）と、加熱部材の表面に当接して回転する複数の外部加熱ローラ部材（２２、２５）とを備える。そして、記録材に接する位置（Ｎ３）から加熱部材の回転方向に沿って下流側に位置する外部加熱ローラ部材（２５）は、上流側に位置する外部加熱ローラ部材（２２）よりも抵抗値を低くしている。また、第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５は、各々、除電可能な電位（接地電位）に接続されている。
　定着ローラ１７は、アルミニウムや鉄等の金属でできた芯金１７ａを基層とし、その表面にシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性の弾性層１７ｂを被覆している。更に、弾性層１７ｂの表層には、耐熱性のフッ素チューブで構成される離型層１７ｃが被覆されている。定着ローラ１７は、不図示の駆動装置によって回転駆動されて回転速度を制御されている。
　離型層１７ｃは、カーボンなどの導電剤は含まれておらず、定着ローラ１７の表面の表面抵抗率は１×１０^１５Ωｓｑである。また、離型層１７ｃとしてフッ素チューブを用いることによって、表面は高い離型性を確保している。定着ローラ１７の表面、つまり、離型層１７ｃの離型層の水に対する接触角は１１０°である。なお、水に対する接触角が大きいほどトナーに対する離型性は高くなる。
　加熱源１８は、定着ローラ１７の中心に配置したハロゲンヒータ等の熱発生素子であって、定着ローラ１７の芯金１７ａの内側面を赤外線加熱する。
　接触式のサーミスタ１９は、定着ローラ１７の表面に接触して表面温度を検知する。サーミスタ１９は、定着ローラ１７の表面温度を正確に検知できるものであれば、例えば赤外線検知型の非接触サーミスタであっても良い。
　温度制御装置２０は、サーミスタ１９の検知結果に基づいて加熱源１８の出力を制御して、サーミスタ１９によって検知される定着ローラ１７の表面温度を、或る一定の温度範囲に収める。
　加圧ローラ２１は、回転軸の両端が不図示のバネ部材によって定着ローラ１７の回転軸に向かって付勢されることにより、定着ローラ１７に圧接して、記録材Ｓの定着ニップＮ３を形成する。加圧ローラ２１は、定着ローラ１７と同様に、芯金２１ａの表層を弾性層２１ｂにより被覆し、その外側を離型層２１ｃにより被覆して形成される。
　ここで、加圧ローラ２１は、芯金２１ａの内部に加熱源を有するものであっても、有さないものであっても良いが、第１実施形態では、簡略化のため加熱源を有さないものを用いる。
　また、第１実施形態においては、加熱回転体の一例である定着ローラ１７がローラタイプであるが、加圧部材に圧接して定着ニップを形成できるものであれば、ベルト式加熱回転体を採用してもよい。
　また、第１実施形態においては、加熱部材の一例である加圧ローラ２１がローラタイプであるが、定着部材に圧接して定着ニップを形成できるものであれば、ベルト式加熱部材を採用してもよい。
　定着ロ−ラ１７の表面の弾性層１７ｂは、比較的に厚くて熱伝導性が低いため、トナー像の定着時に記録材Ｓに奪われる熱量を、定着ロ−ラ１７の加熱源１８から補わせる際の障害となる。定着装置Ｆの高速化を実現するためには、定着ロ−ラ１７の加熱源１８だけに頼っていては、熱応答が間に合わなくなって定着ローラ１７の表面温度を一定に保つことが困難である。
　このため、トナー像の定着時に記録材Ｓに接触して温度低下した熱定着ロ−ラ１７の表面を直接加熱するように、第１及び第２外部加熱ロ−ラ２２、２５を定着ロ−ラ１７に当接させて設けている。２本の第１及び第２外部加熱ロ−ラ２２、２５を設けることにより、定着ロ−ラ１７の表面に与える熱量を増やして定着装置Ｆの高速化を実現している。
　第１外部加熱ローラ２２は、定着ニップＮ３から見て、定着ローラ１７の回転方向の上流側に配設され、不図示の加圧機構に付勢されて定着ローラ１７に圧接する。第１外部加熱ローラ２２は、アルミニウムや鉄等の金属でできた芯金２２ａを基層として、その表面に耐熱性のフッ素コートの離型層２２ｃを被覆してある。
　第１外部加熱ローラ２２の離型層２２ｃは、定着ローラ１７の離型層１７ｃと同様に、導電剤は含まれていない。しかし、定着ローラ１７の離型層１７ｃよりも薄いため、第１外部加熱ローラ２２の表面の表面抵抗率は１×１０^１２~１×１０^１４Ωｓｑである。
　また、離型層２２ｃはフッ素コートを用いているため、第１外部加熱ローラ２２の表面の水に対する接触角は、フッ素チューブを用いる定着ローラ１７の水に対する接触角よりも小さくなっている。外部加熱ローラ２２の表面、つまり、離型層２２ｃは、水に対する接触角が９５°である。
　加熱源２３は、第１外部加熱ローラ２２に内包されたハロゲンヒータ等の熱発生素子であって、第１外部加熱ローラ２２の芯金２２ａの内側面を赤外線加熱する。
　接触式のサーミスタ２４は、第１外部加熱ローラ２２の表面に接触して表面温度を検知する。
　温度制御装置２０は、サーミスタ２４の検知結果に基づいて加熱源２３の出力を制御して、サーミスタ２４によって検知される第１外部加熱ローラ２２の表面温度を、或る一定の温度範囲に収める。
　第２外部加熱ローラ２５は、定着ニップＮ３から見て、第１外部加熱ローラ２２よりも下流側に配設され、不図示の加圧機構に付勢されて定着ローラ１７に圧接する。第２外部加熱ローラ２５は、アルミニウムや鉄等の金属でできた芯金２５ａを基層として、その表面に耐熱性のフッ素コートの離型層２５ｃを被覆してある。
　第２外部加熱ローラ２５の離型層２５ｃは、カーボンの一種であるアセチレンブラックを導電剤として含んでいる。離型層２５ｃに導電剤が占める割合は７重量％である。
　導電剤の含有によって、第２外部加熱ローラ２５の表面、つまり、離型層２５ｃの表面抵抗率は１×１０^７Ω／ｓｑに調整されている。また、離型層２５ｃにおける導電剤の割合は第１外部加熱ローラ２２の離型層２２ｃよりも多いため、第２外部加熱ローラ２５の表面の水に対する接触角は第１外部加熱ローラ２２ｃの表面の水に対する接触角よりも小さい。
　第２外部加熱ローラ２５の表面の接触角は８５°である。
　加熱源２６は、第２外部加熱ローラ２５に内包されたハロゲンヒータ等の熱発生素子であって、第２外部加熱ローラ２５の芯金２５ａの内側面を赤外線加熱する。
　接触式のサーミスタ２７は、第２外部加熱ローラ２５の表面に接触して表面温度を検知する。
　温度制御装置２０は、サーミスタ２７の検知結果に基づいて加熱源２６の出力を制御して、サーミスタ２７によって検知される第２外部加熱ローラ２５の表面温度を、或る一定の温度範囲に収める。
　外部加熱部材クリーニング手段の一例である第１及び第２清掃ローラ２９、３０は、第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５にそれぞれ圧接して回転する円筒状の清掃部材である。第１及び第２清掃ローラ２９、３０は、芯金２９ａ、３０ａの表面に、粗い表面性状を有する耐熱材料、例えばフェルト、スポンジ、不織布等の表層２９ｃ、３０ｃを設けて形成される。
　第１清掃ローラ２９は、第１外部加熱ローラ２２よりも表面温度が低いため、第１外部加熱ローラ２２の表面に溶融状態で付着したトナーを固化して表層２９ｃの組織に取り込む。また、第２清掃ローラ３０は、第２外部加熱ローラ２５よりも表面温度が低いため、第２外部加熱ローラ２５の表面に溶融状態で付着したトナーを固化して表層３０ｃの組織に取り込む。

　実施例１では、定着ローラ１７の表面は、温度制御装置２０によって、２００℃±３℃の範囲に温度調整される。第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５の表面は、定着ローラ１７の表面温度に従って、２００℃~２５０℃の範囲で温度調整される。定着ニップＮ３で定着ローラ１７に接触して加熱される加圧ローラ２１の表面温度は１５０℃程度になっている。
　記録材Ｓ上の未定着トナー像と直接に接触する定着ローラ１７の離型層１７ｃは、定着ローラ１７に記録材Ｓのトナーが移転して画像品質を低下させるオフセット画像不良を防止すべく、高い離型性が必要である。また、記録材Ｓと頻繁に直接に接触する定着ローラ１７の離型層１７ｃは、摩耗が大きくなり易いため、高い耐摩耗性を備えていることが必要である。
　そこで、実施例１では、コーティング形成されたコート層の離型層に比較して離型性及び耐摩耗性が高い「熱収縮チューブを用いたチューブ層」の離型層１７ｃを採用している。具体的には、定着ローラ１７の離型層１７ｃは、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブによって形成されている。
　一方、第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５の離型層２２ｃ、２５ｃは、記録材Ｓと接触しないので、定着ローラ１７の離型層１７ｃほどには耐摩耗性を必要としない。しかし、定着ローラ１７の表面に接触して効率的に熱供給するために、高い熱伝導性が必要である。
　また、第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５の離型層２２ｃ、２５ｃが汚れると、定着ローラ１７に対する熱伝導性が低下するばかりか、定着ローラ１７の離型層１７ｃに傷を付けて、定着画像の表面性を損なう場合もある。
　このため、第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５の離型層２２ｃ、２５ｃには、定着ローラ１７の離型層１７ｃほどではないが、高い離型性を備え、かつ、熱伝導性に優れていることが要求される。
　そこで、実施例１では、第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５は、導電性の円筒材料の表面に導電性物質の一例である導電性フィラーを含有させたフッ素樹脂材料をコートして離型層２２ｃ、２５ｃを形成した。フッ素樹脂材料としてはＰＴＦＥ又はＰＦＡのコート層を用いて、第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５の離型層２２ｃ、２５ｃを形成できる。ＰＴＦＥ又はＰＦＡのコート層は、同材料のチューブ材料に比べて表面の平滑度が劣るため、離型性では若干劣るものの、離型層２２ｃ、２５ｃを薄く形成できるので、高い熱伝導率と高い除電性を実現できる。さらに具体的には、第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５の離型層２２ｃ、２５ｃは、厚さ１０μｍのＰＴＦＥコート層で形成されている。
＜導電性＞
　絶縁性の離型層１７ｃで覆われた定着ローラ１７の表面は、定着ニップＮ３における記録材Ｓの搬送によって電荷がチャージアップすることがある。定着ローラ１７と加圧ローラ２１とが圧接する定着ニップＮ３では、挟持搬送される記録材Ｓとの接触を通じて、定着ローラ１７の離型層１７ｃが高い電位に帯電することがある。チャージアップした電荷が放電しにくい低湿度の環境下で高速の連続画像形成を長時間継続したような場合、離型層１７ｃの帯電電位が高まって、定着ニップＮ３の直前で未定着トナー像が乱される飛散り現象が発生することがあった。
　これに対して、定着ローラ１７の離型層１７ｃ及び弾性層１７ｂにカーボンブラック等の導電性フィラーを混入して抵抗値を低下させるとともに、芯金１７ａを接地電位に接続して帯電を放電させることが提案された。しかし、この場合、離型層１７ｃのチャージアップを防止できるが、導電性物質としての導電性フィラーの混入によって離型層１７ｃの表面平滑性が低下して離形性が悪化することで、オフセット画像不良が発生し易くなった。また、表面平滑性が低下して離型性が悪化することで、定着ローラ１７の耐摩耗性が低下する問題もある。
　また、第１外部加熱ローラ２２の離型層２２ｃに導電性フィラーを混入して抵抗値を低下させるとともに、芯金２２ａを接地電位に接続して帯電を放電させることも提案された。しかし、この場合、離型層２２ｃの表面平滑性が悪化した第１外部加熱ローラ２２に溶融状態のトナーが連れ回って定着ローラ１７に対する接触を妨げるため、短期間で所要の加熱性能を発揮できなくなることが判明した。
　すなわち、第１外部加熱ローラ２２の表面を導電性にするために、離型層２２ｃにカーボンブラック等の導電性フィラーを混入することで、表面平滑性の悪化による離型性の低下、耐摩耗性の低下が発生する。
　さらに、第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５の両方の離型層２２ｃ、２５ｃに等しく導電性フィラーを混入して抵抗値を低下させるとともに、芯金２２ａ、２５ｃを接地電位に接続することも実験された。
　この場合、定着ニップ部Ｎ３で定着ローラ１７に付着したトナーの多くは第１外部加熱ローラ２２に付着するため、第２外部加熱ローラ２５に付着するトナーの量は少ない。しかし、第１外部加熱ローラ２２の離型層２２ｃには多量のトナーが付着し、第１外部加熱ローラ２２の加熱性能は短時間で損なわれてしまった。
　そこで、実施例１では、下流側の第２外部加熱ローラ２５の離型層２５ｃに導電性フィラーが分散されて導電性が付与されているとともに、第２外部加熱ローラ２５の芯金２５ｃが接地電位に接続されている。
　一方、第１外部加熱ローラ２２の離型層２２ｃは、導電性フィラーを含んでいないため、絶縁性であり、水に対する接触角は１１０度程度である。ただし、離型層１７ｃが厚い定着ローラ１７の表面抵抗は１×１０^１５Ωｓｑであって、離型層２２ｃが薄い第１外部加熱ローラ２２の表面抵抗１×１０^１２~１×１０^１４Ωｓｑよりも高い。これに対して、第２外部加熱ローラ２２の離型層２２ｃは、導電性フィラーを混入させることで、表面抵抗が１×１０^７Ω／ｓｑ、水に対する接触角が９５度程度に調整されている。ここで、水に対する接触角が大きいほど、トナーに対する離型性が高く、トナーが付着しにくくなっている。
　第１実施例においては、第１外部加熱ローラ２２の離型性が第２外部加熱ローラ２５よりも高くなっている。その結果、定着ニップ部Ｎ３で定着ローラ１７に付着したトナーの一部は、第１外部加熱ローラ２２をすり抜けて、第２外部加熱ローラ２５に転移する。このようにして、定着ローラ１７のトナーは第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５に分散されるため、第１外部加熱ローラ２２の加熱性能は、長期間にわたって安定的に確保される。
　なお、本実施形態では、外部加熱ローラ２２の離型層２２ｃには導電剤を含有させていないが、離型層２２ｃの占める割合が５重量％となる様にアセチレンブラックを含有させ、離型層２２ｃの表面抵抗率を１×１０^１１Ω／ｓｑにすることも可能である。
＜除電効果＞
　図３は実施例１の定着装置における定着ローラの表面電位の変化の説明図、図４は比較例の定着装置における定着ローラの表面電位の変化の説明図である。
　比較例の定着装置は、導電性フィラーを分散しない以外は実施例１と同様に離型層２５ｃを形成した第２外部加熱ローラ２５を採用している。すなわち、絶縁性で除電性能が無い第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５を定着ローラ１７に当接して外部加熱を行う定着装置である。
　図２を参照して図３に示すように、第２外部加熱ローラ２５の離型層２５ｃが導電化された実施例１の場合、定着ローラ１７の表面のある１点における表面電位は、第２外部加熱ローラ２５を通過する度に接地電位に近付く。
　定着ローラ１７の表面電位は、定着ローラ１７と加圧ローラ２１との定着ニップＮ３を通過する度に、記録材Ｓとの接触によってマイナス側に大きくなる。
　定着ローラ１７の表面電位は、定着ローラ１７と第１外部加熱ローラ２２とのニップ部を通過する際に、定着ローラ１７の離型層１７ｃと第１外部加熱ローラ２２の離型層２２ｃとの接触により若干マイナス側に大きくなる。
　その後、定着ローラ１７と第２外部加熱ローラ２５とのニップ部を通過する際に、第２外部加熱ローラ２５の離型層２５ｃが導電化されているため、定着ローラ１７の離型層１７ｃの表面は除電されて電位が０Ｖ近くまで戻る。
　このような帯電と除電のプロセスが定着ローラ１７の１回転ごとに繰り返されるので、定着ローラ１７の表面電位は、最大でも−数１００Ｖ程度までしか上がらない。−数１００Ｖ程度のチャージアップでは、定着ニップＮ３の直前で記録材Ｐに担持された未定着トナー像が乱される飛散り現象は抑制される。
　図２を参照して図４に示すように、第２外部加熱ローラ２５に除電性能が無い比較例の場合、定着ローラ１７の表面のある１点における表面電位は、定着ローラ１７が回転するごとに上昇し続ける。
　定着ローラ１７の表面電位は、定着ローラ１７と加圧ローラ２１との定着ニップＮ３を通過する度に、記録材Ｓとの接触によってマイナス側に大きくなる。
　定着ローラ１７の表面電位は、定着ローラ１７と第１外部加熱ローラ２２とのニップ部を通過する際に、定着ローラ１７の離型層１７ｃと第１外部加熱ローラ２２の離型層２２ｃとの接触により若干マイナス側に大きくなる。
　その後、定着ローラ１７と第２外部加熱ローラ２５とのニップ部を通過する際にも、定着ローラ１７と第１外部加熱ローラ２２とのニップ部を通過する際と同様に、定着ローラ１７の表面電位は若干マイナス側に大きくなる。
　すなわち、離型層２５ｃが導電化されていないため、定着ローラ１７の表面電位は、定着ローラ１７の離型層１７ｃと第１外部加熱ローラ２２の離型層２２ｃとの接触により若干マイナス側に大きくなる。
　このような帯電のみのプロセスが繰り返される結果、記録材Ｓの種類、画像形成速度、連続画像形成枚数、雰囲気環境によっては、定着ローラ１７の表面電位が最終的に−数ｋＶにまで上昇する場合がある。そして、この場合、定着ニップＮ３の直前で記録材Ｓに担持された未定着トナー像が乱される飛散り現象が発生する。
　ここで、実施例１の第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５の抵抗値及び接触角と、定着ローラ１７の抵抗値及び接触角の関係について述べる。実施例１では、第１外部加熱ローラ２２の表面の離型性は、定着ローラ１７の表面よりも低いが第２外部加熱ローラ２５の表面よりも高い。従って、上流側の第１外部加熱部材及び下流側の第２外部加熱部材の水に対する接触角をそれぞれαｕ、αｄとし、加熱回転体の水に対する接触角をαｔとするとき、αｔ＞αｕ＞αｄの関係を満たしている。
　また、実施例１では、下流側に位置する第２外部加熱ローラ２５は、上流側に位置する第１外部加熱ローラ２２に比較して導電性が高く接地電位に接続されている。上流側及び下流側の外部加熱ローラ部材の抵抗値をそれぞれＲｕ、Ｒｄとし、前記加熱部材の抵抗値をＲｔとするとき、Ｒｔ＞Ｒｕ＞Ｒｄの関係を満たしている。
　なお、上述の接触角および抵抗は以下のように測定した。
（接触角の測定）
　協和界面科学株式会社製接触角計（ＣＡ−Ｘ型）を用いて取扱説明書に準じて、ローラの接触角を長手方向３点、周方向４点の計１２点について、イオン交換水または市販の精製水を用いて測定し、測定時の平均値をもってローラ表層の接触角とした。測定環境は２３℃６０％ＲＨとした。
（抵抗測定）
　表面抵抗率測定は、ＪＩＳ−Ｋ６９１１に準拠し、導電性ゴムを電極とすることで電極とローラ表面の良好な接触性を得た上で、超高抵抗抵抗計（アドバンテスト社製Ｒ８３４０）を用いて測定した。測定条件は、印加電圧＝１０００Ｖ、電圧印加時間＝３０ｓｅｃとした。
　実施例１では、定着ニップＮ３を起点にして定着ローラ１７の回転方向の上流側に位置する第１外部加熱ローラ２２の離型層２２ｃは、離型層２５ｃよりも導電性フィラーの含有率が低いために、高い離形性を有する。定着ニップＮ３を起点にして定着ローラ１７の回転方向の上流側に位置する第２外部加熱ローラ２５の離型層２５ｃは、離型層２２ｃよりも導電性フィラーの含有率が高いために、高い導電性を有する。
　実施例１では、定着ローラ１７に付着したトナーや紙紛は、定着ローラ１７の回転によって、上流側の第１外部加熱ローラ２２のところに搬送されてくる。そして、定着ローラ１７の表面は、第１外部加熱ローラ２２の表面よりも離形性が高いため、定着ローラに付着していたトナーは、第１外部加熱ローラ２２に転移する。
　そして、第１外部加熱ローラ２２をすり抜けたトナーは、第１外部加熱ローラ２２よりも離型性の低い第２外部加熱ローラ２５に転移する。このような構成によって、第１外部加熱ローラ２２にトナー等の付着物が集中することを防止し、第１及び第２外部加熱ローラ２２、２５の加熱能力を安定させることができた。

　図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。
　図２は定着装置の構成の説明図である。
　図３は実施例１の定着装置における定着ローラの表面電位の変化の説明図である。
　図４は比較例の定着装置における定着ローラの表面電位の変化の説明図である。

　本発明によれば、外部加熱部材を複数用いる画像加熱装置において、外部加熱部材による加熱性能を長期間に渡って維持できる画像加熱装置を提供することが可能となる。

Claims

記録材上のトナー像を加熱ニップ部で加熱する加熱回転体と；
　前記加熱回転体に接触し、前記加熱ニップ部を形成する加圧回転体と；
　前記加熱ニップ部を通過した前記加熱回転体の外周面に接し、前記外周面を加熱する第１外部加熱部材であって、前記外周面と接触する面に離型層を具備する第１外部加熱部材と；
　前記第１外部加熱部材で加熱された前記外周面を加熱する第２外部加熱部材であって、前記第２外部加熱部材の前記外周面と接触する面に導電剤を含む離型層を具備する第２外部加熱部材と；
　を有し
　前記第１外部加熱部材の離型層の水に対する接触角は、前記第２外部加熱部材の離型層の水に対する接触角よりも大きく、前記第２外部加熱部材の表面抵抗は前記第１外部加熱部材の表面抵抗よりも低いことを特徴とする画像形成装置。
前記加熱回転体の表面の水に対する接触角は、前記第１外部加熱部材の離型層の水に対する接触角よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記第１外部加熱ローラの表面に付着するトナーを除去する第１クリーニング手段と；前記第２外部加熱ローラの表面に付着するトナーを除去する第２クリーニング手段とを更に有することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
記録材上のトナー像を加熱ニップ部で加熱する加熱回転体と；
　前記加熱回転体に接触し、前記加熱ニップ部を形成する加圧回転体と；
　前記加熱ニップ部を通過した前記加熱回転体の外周面に接し、前記外周面を加熱する第１外部加熱部材であって、前記外周面と接触する面に離型層を具備する第１外部加熱部材と；
　前記第１外部加熱部材で加熱された前記外周面を加熱する第２外部加熱部材であって、前記第２外部加熱部材の前記外周面と接触する面に導電剤を含む離型層を具備する第２外部加熱部材と；
　を有し、
　前記第１外部加熱部材の離型層の水に対する接触角は、前記第２外部加熱部材の離型層の水に対する接触角よりも大きく、前記第２外部加熱部材の前記離型層を占める前記導電剤の割合は、前記第２外部加熱部材の前記離型層を占める前記導電剤の割合よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。
前記加熱回転体の表面の水に対する接触角は、前記第１外部加熱部材の離型層の水に対する接触角よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
前記第１外部加熱ローラの表面に付着するトナーを除去する第１クリーニング手段；前記第２外部加熱ローラの表面に付着するトナーを除去する第２クリーニング手段を更に有することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。