JPH03220581A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 の１１ 本発明は、電子写真装置や静電記録装置などの画像形成
装置において、記録材上に形成した画像を定着するのに
使用される定着装置に関する。

藍監立且１ 静電記録方式によりシート状の記録材に画像を形成し、
この画像を加熱ローラからなる定着ローラを備えた定着
装置を用いて記録材上に熱定着するようにした静電記録
装置が広く普及している。

第４図に、上述の静電記録装置における従来の定着装置
を示す。

第４図において、５は定着ローラで、定着装置は、定着
ローラ５と加圧ローラ６とを備えてなっており、定着ロ
ーラ５で記録材１０上の画像に熱を加え、加圧ローラ６
で画像に加圧を加えることにより、画像を構成している
トナーＴを加熱、溶融して、記録材１０上に画像を定着
するようになっている。

定着ローラ５は、アルミニウムなどの円筒体状芯金上に
オフセット防止用の例えばテフロン（商品名）層をコー
ティングしてなっており、内部にヒータ１１を配設して
加熱ローラとしである。

加圧ローラ６は、鉄などの芯金１２上にシリコンゴムな
と耐熱性を有するスポンジ層を被覆し、その上にシリコ
ンゴム層を被覆してなっており、これにより全体として
適度の弾性を具備するようにしである。加圧ローラ６は
、定着ローラ５に対し適当なニップ幅を持たせて圧接し
である。

静電記録装置の図示しない画像形成部位で画像を形成し
て、その画像を転写された記録材１０は、静電記録装置
の搬送路を通って定着装置に導かれ、そのローラ５．６
の間のニップ部Ｎを通過し、この通過の間に定着ローラ
５により加えられる熱と加圧ローラ６により加えられる
圧力とによって、画像を構成するトナーＴを加熱、溶融
することにより、画像が記録材１０上に定着、固定され
る６画像の定着を終了した記録材１０は、その後、静電
記録装置の排出路を通って外部に排出される。

このような定着装置では、定着ローラ５の表面温度をサ
ーミスタ等の図示しない温度検知手段で検知して略一定
の温度に保持すると共に、記録材１０をその上の画像が
定着ローラ５に直接当接するように、画像を定着ローラ
５側として定着ローラ５と加圧ローラ６との間に送給し
ている。

このため、画像の定着時に加熱、軟化して粘性を増した
トナーＴが定着ローラ５の表面に付着して、これを汚染
（オフセット）し、この定着ローラ５をオフセットした
トナーＴにより、次に送給されて来る記録材１０が汚染
される虞が生じるのを免れない。

このような事態を回避するために、従来から棒状のフェ
ルト材やウェブなどのクリーニング手段を設けて、定着
ローラ５に圧接することにより定着ローラ５をクリーニ
ングしたり、定着ローラ５の表面にシリコーンオイルな
どの離型剤を塗布してクリーニングするなど、種々の提
案がなされている。

第４図の定着装置においては、装置のケーシング９の定
着ローラ５頂部近くの位置に、定着ローラ５の軸線方向
に延びる開口を形成し、その開口に、耐熱性フェルトに
シリコーンオイルを含浸させたクリーニング材８をホル
ダ７で支持してなる棒状のオイル塗布兼クリーニング部
材を装着して、これを定着ローラ５に当接させるように
しである。

が　　　°　　　　よ　　　と　　　るしかしながら、
上記従来の定着装置では、定着ローラ５の表面に高価な
フッ素樹脂を用いているために、定着ローラ５のコスト
アップを生じる欠点があった。

またフッ素樹脂は樹脂材料の中では高強度、高耐摩耗性
の材料であるが、定着ローラ５の表面に使用した場合に
は、定着ローラ５の表面周囲に配置される分離爪、サー
モスイッチ、サーミスタといった部材と接触するので、
長期間の使用によりやはり摩耗を起こしてしまう。この
ため定着ローラ５表面のフッ素樹脂層の摩耗による凹凸
やその凹凸部での汚れによって、画像が乱されるといっ
た問題もあった。

この定着ローラ５表面のフッ素樹脂層の摩耗により生じ
る問題に対しての対策として、フッ素樹脂層を厚くする
方法が考えられるが、フッ素樹脂は熱伝導率が低いため
厚くしすぎると、内部ヒータ１１からの熱伝導が遅れ、
定着不良といった問題が生じるので、フッ素樹脂層を厚
くする方法にも限界があり、根本的な解決にはならない
。

更に上記従来の定着装置では、フッ素樹脂の体積抵抗率
が高いために定着ローラ５の使用中に帯電し、その帯電
による電界によって定着時に画像を構成するトナーＴが
定着ローラ５にオフセットしてしまう、帯電オフセット
という現象を生じる問題もある。

従って、本発明の目的は、定着ローラ表面の耐摩耗性を
向上すると共に定着ローラの帯電オフセットを防止して
、画像の乱れを生じることなく良好に定着することがで
き、且つそのために定着ローラが高価になることがない
ようにした定着装置を提供することである。

る　　　　の 上記目的は本発明に係る定着装置にて達成される。要約
すれば本発明は、定着ローラと加圧ローラとの間に画像
を転写した記録材を挿通して、前記画像を加熱、加圧す
ることにより、前記画像を前記記録材上に定着する定着
装置において、前記定着ローラの表面上にダイヤモンド
状薄膜を形成すると共に、前記定着ローラの表面へシリ
コーンオイルを塗布するオイル塗布手段を設けたことを
特徴とする定着装置である。前記ダイヤモンド状薄膜は
、グラフディトとダイヤモンドの中間状態のアモルファ
ス状のダイヤモンド層とされ、また前記ダイヤモンド状
薄膜は、前記定着ローラの表面上に弾性層を介した場合
でも形成され得る。

塞１Ｌ例 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

第１図は、本発明の定着装置の一実施例を示す構成図で
ある。

本発明の定着装置は、第１図に示すように、従来と同様
、定着ローラｌ、加圧ローラ２およびオイル塗布手段４
から基本的になっており、定着ローラｌの内部にはヒー
タ３が設けられる。加圧ローラ２は、芯金２Ｂ上にシリ
コーンゴム層２Ａを被覆してなっている。

本発明の定着装置の特徴は、定着ローラｌを、アルミニ
ウム製の円筒体状芯金ＩＢの表面上に非晶質のダイヤモ
ンド状薄膜ＩＡを設けた構成にしたことである。ダイア
モンド状薄膜ＩＡは、メタン（ＣＨ４）ガスをグロー放
電により分解するプラズマＣＶＤ法によって成膜され、
グラファイトとダイヤモンドの中間状態のアモルファス
状のダイヤモンド層となっている。

このダイヤモンド状薄膜の特徴としては、硬度がビッカ
ース硬度で３０００Ｋｇ／ｍｒｒｒと高硬度であること
、耐熱性がフッ素樹脂の２５０℃程度であるのに対し、
該薄膜では４００℃程度まで向上すること、摩擦係数が
０．１と低いこと、熱伝導率がフッ素樹脂の５．０Ｘ１
０−’ｃａβ／ｃｍ−８−ｄｅｇに対し、該薄膜では５
．０×１０’ｃａｌ／ｃｍ−ｓ−ｄｅｇと１桁程度高い
こと、材料費がＣＨ４を用いるため非常に低いという点
が挙げられる。

アルミニウム製の円筒体状芯金ＩＢの表面上へ設けるダ
イヤモンド状薄膜ＩＡの膜厚としては、０．３μｍ以上
あれば本発明の目的とする効果を十分に発揮させること
ができる。膜厚の上限は成膜速度から生産性を考慮する
と、１０μｍ以下とすることが望ましい。

上記のダイヤモンド状薄膜ＩＡを表面に設けた定着ロー
ラ１は、硬度および耐摩耗性に関して優れた能力を発揮
するが、フッ素樹脂のような非粘着性に乏しいために、
このままではトナーの付着がすぐに発生してしまう。そ
こで本発明では、オイル塗布手段４によりダイヤモンド
状薄膜ｌＡ上にシリコーンオイルを塗布して、定着ロー
ラｌの非粘着性を向上させる方法を用いる。

上記においてシリコーンオイルを用いるのは、ダイヤモ
ンド状薄膜ＬＡは炭素（Ｃ）から構成されており、その
炭素のシリコーンオイル中の硅素（Ｓｔ）との結合力が
、他のオイル等の分子との結合力と比べて大きいため、
シリコーンオイルを塗布すると、シリコーンオイルが薄
膜ＩＡ上に良好に付着して馴染み、そのため定着ローラ
１の表面周囲に配置される分離爪、サーモスイッチ、サ
ーミスタといった部材と接触しても、シリコーンオイル
が取り除かれにくく、また塗布むらが生じにくいため、
定着ローラｌの表面上に均一なシリコーンオイル層を形
成して、定着ローラ１の表面にフッ素樹脂を用いたとき
よりも優れた離型性を付与することができるからである
。

フッ素樹脂自身は、離型性は良い方であるが、オフセッ
ト現象のようなトナーの付着を防ぐほどの離型性は有し
ていない。そのため従来から、定着ローラの表面にシリ
コーンオイルを塗布し、オイルの膜を形成して、オイル
膜内の分裂による離型性を利用して、定着ローラ表面の
離型性を向上させる方法が考えらている。しかしながら
、定着ローラ表面のフッ素樹脂層の上にシリコーンオイ
ル塗布を施した場合、微視的に見て、フッ素樹脂の離型
性によりシリコーンオイルがはじかれるため、均一なシ
リコーンオイルの膜を形成することができず、その結果
、定着ローラ表面のオイルの膜がない箇所からトナー付
着が生じるといった現象が発生する。このため従来は、
定着ローラにオイル塗布による十分な離型効果を得るこ
とができなかった。

これに対し、本発明のように、定着ローラ１の表面にダ
イヤモンド状薄膜ＩＡを形成した場合は、定着ローラｌ
の表面に微視的に見ても均一なシリコーンオイルの膜を
形成できるため、定着ローラ１の表面にシリコーンオイ
ルによる離型効果を十分に発揮できる。またアモルファ
スのダイヤモンド状薄膜ｌＡは、体積抵抗率が１Ｏ１２
Ωｃｍ程度と低く、定着ローラ１が帯電してもすぐに帯
電した電荷が減少するため、静電気によるオフセットが
生じにくい。

シリコーンオイルは、上述したように、オイル塗布手段
４によって定着ローラｌの表面のダイヤモンド状薄膜ｌ
Ａ上に塗布される。オイル塗布手段４は、シリコーンオ
イル４Ｂを収容したオイルだめ４Ｃの底壁に、定着ロー
ラ１の表面に接触するオイル供給部材４Ａと、定着ロー
ラｌの回転方向下流側の表面に接触するオイル塗布ブレ
ード１３とを設けてなっている。

オイル塗布手段４のオイル溜め４Ｃ内に収容されたシリ
コーンオイル４Ｂは、オイル供給部材４Ａを通って定着
ローラ１の表面上に供給され、その供給されたシリコー
ンオイル４Ｂを塗布ブレード１３が一様に拡げて、定着
ローラ１表面のダイヤモンド状溝膜ＩＡ上に均一に塗布
する。

上記のオイル供給部材４Ａは、オイル溜め４Ｃからシリ
コーンオイル４Ｂを浸透させながら、定着ローラ１の表
面上に徐々に供給できるような部材で形成される。供給
部材４Ａの具体的例を挙げれば、例えばＰＴＦＥの多孔
質体（住良電工製ボアフロン）を直方体に成型したもの
を用いることができる。

本オイル塗布手段４による塗布方式では、シリコーンオ
イルを定着ローラ１の表面上にに積極的に塗布すること
ができるため、本発明に用いるのに一番好ましい。

本発明で使用することができる他の塗布方式のオイル塗
布手段を、第２図に示す。第２図に示すオイル塗布手段
５は、ウェブクリーナ方式となっており、定着ローラ１
表面のクリーニング装置を兼ねている。

本オイル塗布手段５は、予めシリコーンオイルを浸み込
ませであるウェブ５Ｄを巻いたウェブローラ５Ａと、ウ
ェブ５Ｄを巻き取る巻取りローラ５Ｃと、ウェブローラ
５Ａから巻き出されたウェブ５Ｄを定着ローラ１表面の
ダイヤモンド状溝膜ＩＡ上に押し付ける押圧ローラ５Ｂ
とからなっている。押圧ローラ５Ｂでの押圧によってウ
ェブ５Ｄは、定着ローラ１表面のダイヤモンド状溝膜Ｉ
Ａ上に押し付けられながら、巻取リローラ５Ａでの巻取
りによって走行して、予め浸み込ませであるシリコーン
オイルを薄膜ＩＡ上に塗布し、且つ薄膜ＩＡ上をクリー
ンニゲする。

本発明に係る定着ローラと、従来のフッ素樹脂層を表面
に設けた定着ローラとに対して行なった耐久試験結果に
ついて述べる。

従来の定着ローラは、アルミニウム製の円筒体状芯金上
にプライマーを塗布し、ＰＦＡの粉末をディスバージョ
ンしたのち焼結を行なって、芯金上にフッ素樹脂層を厚
み３０μｍ程度に形成したものを用いた。本発明の定着
ローラは、メタンガス（ＣＨ４）をグロー放電により分
解するプラズマＣＶＤ法によって、アルミニウム製の円
筒体状芯金上にダイヤモンド状薄膜を厚み５μｍ程度に
形成したものを用いた。いずれの定着ローラも、第１図
に示したオイル塗布手段４と同様な手段を用いて、その
表面上にシリコーンオイルが塗布された。シリコーンオ
イルは、例えばジメチルポリシロキサン構造を有したも
の（トーレ・シリコーン（株）製　５Ｈ２００オイル粘
度１００００Ｃ３）を用いた。

その結果、従来のフッ素樹脂層を設けた定着口−ラでは
、Ａ４の記録材を１００００枚程度通紙した時点で、分
離爪、サーモスイッチ、サーミスタが接触する部分に摩
耗が肉■で観察でき１通紙枚数が１５００００枚程度に
通紙と、定着ローラ１表面の摩耗により記録材上の定着
した画像に乱れが発生するようになった。

これに対し、本発明のダイヤモンド状薄膜を設けた定着
ローラでは、記録材を３０００００枚通紙時点において
ち、サーモスイッチなどの各部材との接触箇所に肉眼で
摩耗をほとんど観察することができず、定着ローラ表面
へのトナーの付着も全く生じなかった。

以上のように、本発明の定着装置では、定着ローラな、
芯金の表面上にダイヤモンド状薄膜を設けた構成とし、
その薄膜上にシリコーンオイルを塗布するようにしてい
るので、定着ローラの耐摩耗性、耐熱性が向上し、定着
装置の長寿命化が然も低コストで図られ、且つ定着性が
良好になる。

第３図は、本発明の定着装置の他の実施例を示す構成図
である。本実施例の定着装置では、定着ローラ１のアル
ミニウム製の円筒体状芯金ＩＢ上に弾性体層ＩＣを設け
、その上にダイヤモンド状薄膜ＩＡを設けた点が、第１
図に示した定着装置と異なる０本定着装置のその他の構
成は、第１図に示した定着装置と基本的に同じで、第３
図において第１図に付した符号と同一の符号は同一の部
材を示す。

本実施例では、定着ローラ１の寿命低下を生じることな
く、第１図に示した定着装置のときよりも定着性を更に
向上させることを目的としている。そのため定着ローラ
ｌに弾性層ＩＣを設けて、加圧ローラ２側だけでなく、
定着ローラｌ側の表面にもある程度の弾力性を持たせる
ことにより、定着ローラ１と加圧ローラ２とのニップ部
Ｎにおける密着性を高めて、定着性能の向上を実現させ
るものである。

定着ローラｌの弾性層ｌＣは、炭素（Ｃ）と硅素（Ｓｉ
）との結合力を利用して、弾性層ＩＣとその上の炭素で
構成されるダイヤモンド状薄膜ＩＡとの密着力を高める
ために、シリコーンゴムを用いて形成することが好まし
い。またシリコーンゴムの中でも、シリコーンオイルの
滲み出しの少ない高架橋タイプのものが好ましい。弾性
層ＩＣの厚みとしては、熱伝導、定着性の両者を考慮し
た場合、１０μｍから５０μｍ程度が望ましい。

弾性層ＩＣ上にダイヤモンド状薄膜ＩＡは、先の実施例
のときと同様にして、メタンガス（ＣＨ４）をグロー放
電により分解するプラズマＣＶＤ法によって形成させれ
ばよい。ダイヤモンド状溝膜ＬＡ上には、同様にオイル
塗布手段４によってシリコーンオイルを塗布して、非粘
着性が与えられる。

本実施例に係る定着ローラを用いた場合と、第１図に示
した先の実施例に係る定着ローラを用いた場合での定着
性の比較試験結果について述べる。

本実施例の定着ローラは、アルミニウム製の円筒体状芯
金上にブライマーを介してシリコーンゴムからなる弾性
層を３０ｕｍの厚で設け、その上にダイヤモンド状薄膜
を３μｍの厚で生成したものを用いた。先の実施例の定
着ローラは、アルミニウム製の円筒体状芯金上にダイヤ
モンド状薄膜を１０１ｍの厚で生成したものを用いた。

その結果、定着ローラと加圧ローラとの間の加圧力が等
しい場合、本実施例の弾性体層を設けた定着ローラの方
が、ベタ黒画像の定着性は５％程度上昇することが判っ
た。ここでの定着性は、記録材上に定着されたベタ黒画
像をシルボンＣ（商品名）によりＱ、４ｇ／ｍｒｒｒの
圧力で押した状態で、５回往復して擦った際の濃度低下
率で表され１次式のように求まる。

定着性（％）＝（擦り前濃度−擦り後濃度）／擦り前濃
度ｘｌＯＯ 以上のように、本実施例の画像定着装置では、定着ロー
ラの芯金上に弾性層を設けてから、その上にダイヤモン
ド状薄膜を設けて、薄膜上にシリコーンオイルを塗布し
ているので、定着ローラの耐摩耗性、耐熱性が向上し、
定着装置の長寿命化が低コストで図られるばかりでなく
、定着性が−段と向上する。

４艶立皇１ 以上説明したように、本発明の定着装置では、定着ロー
ラを、芯金上に弾性層を介して又は介さずにダイヤモン
ド状薄膜を形成した構成とし、その薄膜の表面にシリコ
ーンオイルを塗布しているので、定着ローラの耐摩耗性
、耐熱性が向上し、定着装置の長寿命化が低コストで図
られ、また定着性が良好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の定着装置の一実施例を示す構成図で
ある。 第２図は、第１図の定着装置で使用するオイル塗布手段
の他の例を示す説明図である。 第３図は、本発明の定着装置の他の実施例を示す構成図
である。 第４図は、従来の定着装置を示す構成図である。 ｌ：定着ローラ １Ａ：ダイヤモンド状薄膜 ｌＢ：芯金 ＩＣ二弾性層 ２：加圧ローラ ４．５ニオイル塗布手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）定着ローラと加圧ローラとの間に画像を転写した記
   録材を挿通して、前記画像を加熱、加圧することにより
   、前記画像を前記記録材上に定着する定着装置において
   、前記定着ローラの表面上にダイヤモンド状薄膜を形成
   すると共に、前記定着ローラの表面へシリコーンオイル
   を塗布するオイル塗布手段を設けたことを特徴とする定
   着装置。 ２）前記ダイヤモンド状薄膜が、グラファイトとダイヤ
   モンドの中間状態のアモルファス状のダイヤモンド層で
   ある請求項１記載の定着装置。 ３）前記ダイヤモンド状薄膜が、前記定着ローラの表面
   上に弾性層を介して形成される請求項１又は２記載の定
   着装置。