JP3143468B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置
に用いられ未定着像を圧力もしくは熱と圧力により定着
する定着装置に関する。

［従来技術］ 第９図の定着装置の一例を示す。

上側の定着ローラ１は、アルミニウム・鉄等で構成さ
れた中空芯金の内空にハロゲンランプ等のヒータ２を入
れたもので、このヒータ２により定着ローラ１の加熱が
なされる。下側の加圧ローラ３は、鉄やステンレス等の
芯金４の外周をシリコンゴム等の離型性を有する弾性体
５で被覆したものである。上記定着ローラ１と加圧ロー
ラ３はばね（不図示）等の付勢手段により互いに所定の
加圧力で接触させてあり、また矢印方向に回転駆動され
る。

６は定着ローラ１の面に接触させたサーミスタ等の感
温素子であり、定着ローラ１の表面温度を検知する。こ
の感温素子６の検出温度に応じて温調回路によりヒータ
２への通電制御され、定着ローラ１の表面温度が所定の
熱定着温度に自動管理される。７は定着ローラ１の面か
らトナー像を支持する転写材Ｐを分離する分離爪であ
り、先端エッジ部を定着ローラ１の面に適当な加圧力を
もって接触させて配設してある。８は定着ローラ１面に
押圧接触させたフェルト等のクリーナーであり、定着ロ
ーラ１面に付着したトナーtcや紙粉等を拭掃除去する。
９は定着装置の金属材製の底板、10・11は転写材入り口
ガイドと同出口ガイドであり、それぞれ上記底板９の上
向きに、折り曲げ前面壁と後面壁とに取付支持させてあ
る。入り口ガイド10を通って定着装置内に進入してきた
転写材Ｐは、互いに加圧接触して回転駆動されている定
着ローラ１と加圧ローラ３のニップ部に入って両ローラ
１・３のニップ部を通過していく。この通過して行く過
程で転写材Ｐ上の未定着トナー像taが、熱及び圧力によ
り永久固着像tbとして定着されていく。

ローラ１・３のニップ部を通過し像定着を受けた転写
材Ｐはその先端部が分離爪７により定着ローラ１面から
分離され、出口ガイド11を通して定着装置外へと排出さ
れる。

上記定着過程において定着ローラ１は直接未定着トナ
ー像taを加熱加圧して軟化させ転写材Ｐに固着させるわ
けであるが、トナー像の一部は定着ローラ表面に付着す
る（以下オフセットと記す）ことがある。このようなオ
フセットしたトナーtcは回転にともなって転写材Ｐの不
当な場所に定着されて転写材Ｐを汚したり、あるいは紙
間で加圧ローラ３に移って蓄積した転写材Ｐの裏を汚し
たり分離を困難にしたりする。オフセットの主な原因と
して、トナーとローラとの物理的結合力及び静電気力の
二つをあげることができる。前者を原因とするオフセッ
トに対してはローラ表面を滑らかさを上げたり、表面エ
ネルギーを下げたりすることにより効果がある。具体的
にこのような性質を持つ材料としてはPTFEやPFA等のフ
ッ素樹脂をあげることができるが、これらのフッ素樹脂
は定着ローラの被覆材料として必要な耐熱性、耐摩耗
性、耐食性に関しても優れている。一方後者の静電気力
は摩擦や剥離などによって帯電した定着ローラ、加圧ロ
ーラ、転写材などがつくる電界中において帯電粉体であ
るトナーに働くもので、定着ローラとの間に引力或いは
加圧ローラ、転写材との間の斥力が強く働く場合には、
しばしば著しいオフセットを起こす。

このような電気的作用によるオフセットを軽減させる
ための手段として、定着ローラ表面被覆層に導電性を持
たせて帯電電荷を逃がしたり、帯電防止剤を表面に塗布
して帯電を防止したりする方法がある。

定着ローラ表面を導電性とすることは、定着ローラの
帯電を防止する効果はあるが、加圧ローラによる反発電
界の影響は防止できない。また、電子写真方式では、転
写定着間の距離が最大サイズの転写材より短いし抵抗を
下げることにより転写の電流が定着ローラに流れ込み転
写不良の原因になる。

また、帯電防止剤を塗布すると、一度通紙した転写材
を再通紙する場合に、転写材表面に付着した界面活性剤
が感光体に付着し感光現象や感光体帯電を妨げることに
なる。このような場合には良好な画像は期待できない。
また、表面に塗布するような系の場合にはその効果を持
続させるためには補給部材が必要となる。

そこで近年、定着ローラにトナーと同極姓の電圧を印
加して電界の作用によりトナーを抑え込むという方法が
考えられている。

第６図にこの一例を示す。

電源14から定着ローラ１の芯金にトナーと同極性の−
1.5kVのバイアス電圧が印加される。

13は芯金上に設けられた25μｍ厚のPFA樹脂である。

［発明が解決する問題点］ しかし、この定着方式では、十分な電圧を定着ローラ
に印加することに顕著な効果があるが、通紙時に５〜40
0μＡもの電流が流れる。本来純粋なPFAは絶縁体である
が、単層コーティングのような場合は表面被覆材の組織
中に図に示す様な多くのピンホールＨが存在して抵抗値
が低下している。

このような場合、電源14の電流容量が不足し印加電圧
が降下してしまってオフセットに対する効果が半減する
ばかりでなく、転写材を通じて電流が流れ出し、転写機
構にまで悪影響を与えてしまう。また、転写材トナーと
同極性の電荷を注入してしまう恐れがあり、その場合転
写材のトナー保持力が減じるためにオフセットを促進さ
せてしまう可能性がある。この問題を防ぐために定着ロ
ーラの被覆材としてPFAチューブを用いたり、PFAの多重
コーティングを施したり、被覆層のプライマとして絶縁
性のものを用いたりして被覆材の抵抗値は高めることが
できる。

しかしながら、このようにして定着ローラ被覆層の絶
縁性を高めるに従い、被覆層表面の帯電が著しくなり、
その表面に存在する電荷は徐々に蓄積してローラ外部に
電界に大きな影響を及すようになる。この帯電によって
発生する電界は、オフセット防止の目的でローラ芯金に
印加している電圧によって生じる電界を弱める向きに発
生する傾向がある。そしてこのような帯電による作用
は、時にはローラ芯金に印加した電圧の効果を相殺して
しまうほど強力なものとして観測され、しばしばオフセ
ットが発生し、対策として不十分なものとなっていた。

このような帯電の様子はローラの表面電位を測定する
ことにより確認される。負帯電のトナーに対するオフセ
ットを防止する離型層としてPFAチューブを被覆した定
着ローラに−500V印加し、連続通紙を行なったときの定
着ローラ表面電位変化の様子は第７図のようになる。ま
た第８図は通紙時の定着ローラ表面電位変化の様子を１
枚分の時間詳しくは見たもので、時刻t₀は転写材先端が
ニップに入った時刻であり、時刻t₁はニップから出た時
刻である。

第７図をみて明らかなように、通紙前には定着ローラ
芯金に印加した−500Vの電圧がそのまま表面電位として
観測されているのに対し、100枚通紙した後には−250V
にまで変化している。これは通紙を繰り返すうちに定着
ローラ表面に帯電によって正電荷が蓄積したために、こ
れが形成する電界が芯金電位による電界を相殺してしま
っているためである。この様な場合、オフセット抑制手
段としての芯金電位の効果は殆ど見られなくなり100枚
通紙後には顕著なオフセットが確認された。一方第８図
をみるとこの様な帯電の主な原因は摩擦によるものでな
く剥離によるものであることがわかる。t₀からt₁までの
間では転写材とローラ表面との間に摩擦が生じているの
にもかかわらずローラの表面電位はほとんど変化せず、
転写材がローラから離れるt₁に於て大きな帯電が観測さ
れている。この様な剥離帯電は定着ローラ芯金電位と転
写材表面電位との間に大きな電位差があるために発生す
るものであるが、そもそも芯金にバイアス電圧を印加す
ることはそれらの電位下がつくる電界によってトナーが
転写材に押しつけられる効果に頼るものであるから、上
記剥離帯電は原理的に避けられないものである。

［問題点を解決する手段］ 上記問題点を解決する本発明は、芯金の外側に表面絶
縁層が設けられた定着ローラと、前記定着ローラとニッ
プを形成する加圧ローラと、前記定着ローラの芯金に電
圧を印加する電圧印加手段と、を有し、前記ニップで記
録材上の未定着像が前記定着ローラと接するように記録
材を挟持搬送し未定着像を記録材上に定着する定着装置
において、前記加圧ローラは表面もしくは表面近傍に導
電性弾性層を有し、前記導電性弾性層の体積抵抗は10²
〜10⁵Ωcmであることを特徴とするものである。

［実施例］ 第１図は本発明の実施例の定着装置の概略断面図であ
る。この実施例では定着ローラ１として、アルミニウム
やステンレスなどの芯金17をピュアなPFAチューブ131で
被覆したものを用いている。被覆層としてはこのような
フッ素樹脂のチューブの他にフッ素樹脂の多重コーティ
ング処理によるものや、フッ素樹脂の接着剤として絶縁
性、耐圧性の非常に高いものを用いることができる。

絶縁層としての被覆層は体積抵抗10¹⁴Ωcm以上が好ま
しく、また絶縁耐圧は1kV以上あることが好ましい。

本実施例で用いた定着ローラは30μｍのPFAチューブ
を被覆層に持つものであるが、表面と芯金との間の実抵
抗で10¹⁴Ω以上（500V印加時）、絶縁耐圧2KVを示し
た。このような高い絶縁性、耐圧性が示されるものはチ
ューブ成形することによって第６図に示すようなピンホ
ールＨがその構造に含まれなくなり、PFA樹脂が本来持
っている高い絶縁性が確保されるためである。

このようなPFAチューブ131を被覆層にもつ定着ローラ
を用いた本実施例に於いては、芯金に高電圧を印加して
も転写材Ｐに電流が流れ出ることがなくなり、電圧源14
の電流容量が小さくても印加電圧が降下してしまうこと
がなく、安定した電圧の供給を可能にしている。また、
第１図では省略してあるが定着ローラ周囲に配設してあ
る温度検知素子に対してもリークする心配がなくなり安
全性、電気素子保護の点からも優れた構成になる。

また、本実施例を転写位置と定着位置間の距離が最大
転写材より短い電子写真装置に用いた場合も、漏洩電流
が微小なため転写機構に影響を及ぼすことがなくなり良
好な転写画像を得ることができる。

一方、加圧ローラ３には表面層である弾性材として導
電性シリコーンゴム51を用いており、弾性材は接地され
ている。このように導電性弾性材で構成された加圧ロー
ラ３は転写材と摺擦しても帯電せず、トナーに対して静
電的斥力を及ぼさなくなるためにオフセット抑制に対し
て効果がある。この様な性質を示す為の導電性弾性材51
の電気抵抗としては体積抵抗で10⁵Ωcm以下で、加圧ロ
ーラの実抵抗としての表面（10cm²）と芯金間で10¹¹Ω
（500V印加）以下であることが好ましい。さらに、転写
材の一部が転写動作を受ながら本定着装置に入る装置構
成の場合には、加圧ローラが極端に低抵抗であると高湿
環境下で転写材から無制限に電荷を逃がしてしまい、転
写不良等の弊害を発生する恐れがある。従って好ましく
は体積抵抗で10²〜10⁵Ωcmの導電性弾性材を用い、加圧
ローラの実抵抗で10³〜10¹¹Ωになるように構成するこ
とが好ましい（以下この構成の加圧ローラを導電性加圧
ローラと記す）。

上記定着ローラ芯金１にトナーと同極性の電圧を印加
してオフセットを抑制する場合に、この導電性加圧ロー
ラを組み合わせて用いることにより転写材の電位を安定
させ、定着ローラ表面の電位を最小限に抑えることがで
き、結果として連続通紙する場合でも高いオフセット抑
止効果を持続できる。

［実験例］ 定着ローラ表面被覆材として厚さ300μｍのPFA樹脂層
を施したものを用い、定着ローラ芯金にはオフセット抑
制バイアスとして−500V印加する場合において、加圧ロ
ーラの弾性材として導電性のものを用いてそれを接地し
た場合と絶縁性の弾性材を用いた場合とで連続通紙した
時の定着ローラ表面電位を比較測定した。ここで用いた
導電性弾性材は体積抵抗で10⁵Ωcm程度で比較的高めの
ものであるが、本実験で用いた装置構成は定着装置が転
写機構から十分に離れていないため転写抜け防止の意味
でこのようなものを選んだ。なお実抵抗は約10⁹Ωであ
る。

第２図はその結果を示すものであるが、図を見て明ら
かなように絶縁性加圧ローラを用いた場合においては10
00枚通紙後で定着ローラが帯電して、400Vも表面電位が
降下してしまっているのに比べて、導電性加圧ローラを
用いた場合には、1000枚通紙した後でも100V程度しか降
下していない。

第３図は上記それぞれの系に於いて通紙枚数に対する
オフセットしたトナーの積算量を測定したものである。
なお、トナーとしては負に帯電したものを用いた。絶縁
性加圧ローラを用いた場合は通紙枚数が増えるとともに
加速的にオフセットトナーが増えるのに対し、導電性加
圧ローラを用いた場合はオフセット量は非常に少なく抑
えられている。

［第２実施例］ 第４図は本発明の第２実施例を示した概略図である。
この第２実施例では加圧ローラ３の導電性弾性材51を整
流素子15を介して接地している。この整流素子15の接続
の仕方としては、トナーと逆極性の電荷が接地側から弾
性材に移動できる方向に接続する。これによって加圧ロ
ーラはトナーと逆極性の電圧にバイアスされることにな
り、オフセットを抑制する効果をもつ（セルフバイアス
効果）。このセルフバイアス効果により加圧ローラ芯金
に与えられる電位の最大値は整流素子15の逆耐圧に等し
く、あまり高い逆耐圧のものを選ぶとチャージアップし
た場合に定着ローラの帯電を促進してしまうばかりか、
定着ローラ芯金、及び周囲の部材に対して放電して部材
の破損や電波障害を発生する恐れがある。そこで、加圧
ローラ芯金と定着ローラ芯金との最大電位差が3KV以下
になるように整流素子を選ぶのが好ましい。

また近年のように装置が小型化し、転写機構から定着
装置に至るまでの搬送距離が短くなっている装置構成に
おいて、第１実施例で導電性弾性材の抵抗値が極端に低
い場合には、導電性加圧ローラを通して転写電流が流出
してしまって転写抜け等の弊害が発生するが、本実施例
はそのような場合に於いても整流素子15により転写電流
の漏洩を防ぐ効果を持つ。従って本実施例の装置構成に
すれば、導電性弾性材として非常に低抵抗なものも用い
ることができる。

［第３実施例］ 第５図は本発明の第３実施例を示した概略図である。
本実施例は加圧ローラ３の離型性を更に上げた構成にな
っており、加圧ローラの導電性弾性材51の外側に表面被
覆層として導電化PFAチューブ16を施してある。導電化P
FAチューブ16は一般に導電性シリコーンゴム等の弾性材
に比べて体積抵抗は高く10⁷〜10¹⁰Ωcm程度であるが、
その厚みは数10μｍ以下であり導電性弾性材との組み合
わせにより帯電防止効果は十分に示す。加圧ローラ表面
に離型層を設けることにより、シリコーンゴム単層のも
のに比べて表面へのトナーの付着が飛躍的に減少し、転
写材が加圧ローラに巻き付いたり、転写材の裏汚れが発
生することはなくなる。

本実施例では被覆材として導電化PFAチューブを用い
たが、通常のフッ素樹脂チューブやコーティングでも薄
い被覆層にして実抵抗を低くすれば同様な効果が期待で
きる。また、それらフッ素樹脂被覆層のプライマとして
導電性プライマを用いて、より低抵抗化することも可能
である。

加圧ローラを導電化したことにより転写材からトナー
保持電荷の流出が問題となる場合には第２実施例で示し
た整流素子15を組み込むことにより完全なものとなる。

［発明の効果］ 以上説明した通り本発明によれば、転写材の電位が安
定し、定着ローラ表面の帯電が軽減され、十分なオフセ
ット抑制効果が持続される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の定着装置の断面図 第２図は、通紙枚数に対する定着ローラ表面電位変化を
示す図 第３図は、通紙枚数に対するオフセットトナー重量を示
す図 第４図は、本発明の他の実施例を示す概略断面図 第５図は、本発明の他の実施例を示す概略断面図、 第６図は、定着ローラにバイアス電圧を印加した定着装
置の概略断面図 第７図、第８図は第６図の装置における定着ローラの帯
電を示す図 第９図は、従来の定着装置の縦断面図 １は定着ローラ、２はヒータ、３は加圧ローラ、４は加
圧ローラ芯金、51は加圧ローラの導電性弾性材、131は
定着ローラのPFAチューブ層、17は定着ローラ芯金、14
は電源、Ｐは転写材、taは未定着トナー像、Ｈはピンホ
ール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 昭彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 長谷川 浩人 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 合議体 審判長 多喜 鉄雄 審判官 伏見 隆夫 審判官 城所 宏 (56)参考文献 特開 昭59−180571（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−96970（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−8677（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−63575（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−161278（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−154287（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−89079（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−219879（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−293376（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−184075（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭58−23626（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】芯金の外側に表面絶縁層が設けられた定着
   ローラと、前記定着ローラとニップを形成する加圧ロー
   ラと、前記定着ローラの芯金に電圧を印加する電圧印加
   手段と、を有し、前記ニップで記録材上の未定着像が前
   記定着ローラと接するように記録材を挟持搬送し未定着
   像を記録材上に定着する定着装置において、 前記加圧ローラは表面もしくは表面近傍に導電性弾性層
   を有し、前記導電性弾性層の体積抵抗は10²〜10⁵Ωcmで
   あることを特徴とする定着装置。