JPH10186920A - 定着装置 - Google Patents

定着装置

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JPH10186920A
JPH10186920A JP8343478A JP34347896A JPH10186920A JP H10186920 A JPH10186920 A JP H10186920A JP 8343478 A JP8343478 A JP 8343478A JP 34347896 A JP34347896 A JP 34347896A JP H10186920 A JPH10186920 A JP H10186920A
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JP
Japan
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fixing
pressure roller
pfa
release layer
layer
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JP8343478A
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English (en)
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Hiroshi Kataoka
洋 片岡
Masaharu Okubo
正晴 大久保
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Canon Inc
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Canon Inc
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/20—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat
    • G03G15/2003—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat
    • G03G15/2014—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat using contact heat
    • G03G15/2053—Structural details of heat elements, e.g. structure of roller or belt, eddy current, induction heating
    • G03G15/2057—Structural details of heat elements, e.g. structure of roller or belt, eddy current, induction heating relating to the chemical composition of the heat element and layers thereof

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 定着装置の定着回転体の離型層を、末端基−
CF3のPFA樹脂で形成し、加圧回転体の離型層をP
FA樹脂で形成した定着装置において発生するオフセッ
トを防止する。 【解決手段】 一対の回転体の間に未定着トナー像をの
せた記録材を挿入して、加熱・加圧してトナー像を記録
材上に定着する定着装置において、未定着トナー像と接
する定着回転体の表面には、末端基が−CF3になって
いるPFA樹脂で形成された離型層を有し、他方の加圧
回転体の表面には、導電性付与材を含有するPFA樹脂
で形成された、体積抵抗値が1013〜1015Ω・cm
(DC500V印加)の離型層を設けることでオフセッ
トを解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、未定着トナー像を
記録材に加熱・加圧作用を施すことで、永久画像として
定着する定着装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、記録材上に未定着画像としてトナ
ー像を転写し、これを加熱・加圧することで定着し、永
久画像とする画像形成装置において用いられる画像定着
装置は、図1に示すような構成となっている。図1にお
いて1は記録材搬送手段としての定着回転体の1例であ
る定着ローラであり、例としてアルミニウムや鉄等の芯
金11上にPFA、、PTFE等のフッ素樹脂から成る
離型層12を設け、内部には加熱手段としてヒータ3が
設けられ定着ローラを内部より加熱している。
【0003】一方、加圧回転体の1例である加圧ローラ
2は不図示の加圧手段によって定着ローラに押圧され、
定着ニップNを形成している。加圧ローラは、例として
アルミニウムや鉄等の芯金21上に、耐熱性を持ったシ
リコンスポンジゴム等からなる弾性層22を、更にPF
A、PTFE等のフッ素樹脂から成る離型性の良い樹脂
からなる離型層23が形成されている。
【0004】離型層12は、トナー像が定着ローラに転
移して後続の画像を汚す、“オフセット現象を防止する
ものである。更に、トナー固有の静電荷(本図では、ト
ナーがマイナス極性の場合について説明しているが、プ
ラス極性の場合は、トナーへの定着バイアス極性はプラ
スになる)を利用して、定着バイアス電源8により芯金
にトナーと同極性のバイアス電圧を印加することで、よ
り確実にオフセット現象を防止している。
【0005】又、離型層23は、記録材上から定着ロー
ラを介して加圧ローラに転移したオフセットトナーや記
録材裏面に付着したトナーが、加圧ローラ表面に付着す
るのを防止している。
【0006】加圧ダイオード素子9は、加圧ローラ芯金
と本体GND間に、加圧ローラ芯金側がカソード、本体
GND側がアノードとなるように接続することで、加圧
ローラ芯金電位がマイナスとならないようにし、定着ロ
ーラ表面と加圧ローラ芯金間に電位差を作り、その電界
によってオフセット現象を防止している。
【0007】未定着トナー7は、定着ニップにおいて加
熱・加圧されることで、記録材上に定着される。
【0008】4は入り口ガイドであり、未定着トナー像
が形成された記録材6を、定着ニップに搬送し、記録材
上に永久画像として定着している。
【0009】5は定着ローラの表面温度を検知する温度
検知センサーであるサーミスタであり、定着ローラ表面
に所定の当接圧で当接しており、定着ローラ表面の温度
が一定となるようにヒータへの通電をオン・オフ(通電
をオン・オフさせている電気回路は不図示)している。
【0010】定着ローラの離型層をPFA(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)樹脂で形成する場合、他のフッ素樹脂に較べて
熱可塑性に優れているが、バイアス電圧の印加を受けて
局所的に電流が流れ、その部分の離型層が破損し、離型
性が低下して、トナーが付着する傾向があった。トナー
が付着した部分では記録材に形成されるトナー定着像の
部分的欠損をもたらす。この問題を解決する有効な方法
として、PFA樹脂として末端基が−CF3となってい
るものを使用することが提案されている(特開平5−7
2934号公報)。
【0011】ところで、末端基が−CF3となっている
PFA樹脂で定着ローラの離型層を形成する場合、加圧
ローラ側の離型層もPFA樹脂で形成することは、離型
性の点で有利であるが、トナーの静電的なオフセット現
象が生じる問題があった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、定着
回転体の離型層を末端基−CF3のPFA樹脂で形成
し、加圧回転体の離型層をPFA樹脂で形成した定着装
置に生ずるオフセット現象を解決することを目的とする
ものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、一対の回転体
の間に未定着トナー像をのせた記録材を挿入して、加熱
・加圧してトナー像を記録材上に定着する定着装置にお
いて、未定着トナー像と接する定着回転体の表面には、
末端基が−CF3になっているPFA樹脂で形成された
離型層を有し、他方の加圧回転体の表面には、導電性付
与材を含有するPFA樹脂で形成された、体積抵抗値が
1013〜1015Ω・cm(DC500V印加)の離型層
を有することを特徴とする定着装置である。
【0014】本発明の定着装置がオフセットを生じない
構成になっているのは、次のように説明できるものと考
えられる。
【0015】連続コピー時に定着装置に、搬送されてく
る記録材は、トナー像のある面はトナー固有の極性、例
えばマイナス極性ならば、マイナス極性となり、裏面は
トナー保持電荷の極性によってプラス極性となってい
る。そのため、電荷をもっている記録材と摺擦すること
によって、定着回転体表面はプラスに帯電してしまい、
オフセット防止のために印加しているDCマイナスバイ
アスとキャンセルしてしまい、オフセット抑制効果が小
さくなる。又、加圧回転体表面はマイナスに帯電してし
まい、定着回転体と加圧回転体間の電界を弱めて、同様
にオフセット抑制効果が低下する。そこで、本発明で
は、加圧回転体の離型層の抵抗を1015Ω・cm以下に
下げることによって、摩擦帯電により生ずる定着回転体
の表面上のプラス電荷を逃がし、定着バイアス電位を所
期の設定値に保つと共に、加圧回転体自体の表面帯電を
押え、これにより定着時にトナーが定着回転体に付着す
る、即ちオフセットを防止できたものである。また、P
FA樹脂自体は高抵抗であり、低抵抗化のために、炭素
微粉末、一酸化チタン、酸化スズ、等の導電性付与材を
含有させる。このとき、導電性付与材の混入量の増加に
従って、PFA樹脂の離型性が低下し、両面コピー時等
において、記録材裏面に付着したトナーが加圧回転体表
面に付着してしまう。加圧回転体表面にトナーが付着す
ると、更に離型性が低下してしまい、トナー付着が起こ
り易くなってしまう。
【0016】そこで、加圧回転体のPFA樹脂離型層の
離型性を過度に低下させないよう、導電性付与材の含有
量を離型層の抵抗が1013Ω・cmを下回らない程度に
押えたものである。
【0017】定着回転体の離型層の形成に用いる末端基
−CF3のPFA樹脂は、PFA樹脂の末端基−OFを
−F3に置換して得ることができる。
【0018】末端基が−CF3であるPFA樹脂として
は、市販品としては、テフロン450HP−J(商品
名,三井・デュポンケミカル社製)がある。加圧回転体
の離型層を形成するPFA樹脂としては、末端基が−C
F3のタイプのものでも、そうでないタイプのものでも
いずれでもよい。オフセット防止の目的で印加している
定着バイアスを、定着回転体と加圧回転体間の電位差と
して効率よく利用するために、定着回転体表装の離型層
の抵抗値は高抵抗であった方が良く、体積抵抗値として
は、1014〜1016Ω・cm(DC500v印加)の高
抵抗が望ましい。
【0019】また、離型層の形態としては、PFA樹脂
の性質の安定性の点から、PFAチューブが好適であ
る。
【0020】また、加圧回転体の離型層の下側には、定
着回転体との間で十分なニップ巾を形成するために、弾
性層が設けられていることが好適である。また、この弾
性層の抵抗値は、オフセット防止の点から103〜106
Ω・cm(DC100V印加)が好適であり、また、加
圧回転体全体の抵抗値は、オフセット防止の点から、1
010〜1013Ω(DC500V印加)が好適である。
【0021】
【発明の実施の形態】
(実施例1)以下に、本発明の第1の実施例を図1に沿
って説明する。
【0022】尚、本実施例における定着装置の構成で、
従来例と同様である箇所については説明を省略する。
又、広く知られている電子写真方式の画像形成装置につ
いても説明は省略する。
【0023】本実施例で用いた、画像形成装置はA4サ
イズの記録材を横方向の通紙で毎分25枚プリントする
ことが可能である。
【0024】定着ローラ1は、直径40mm、肉厚1m
mのアルミニウムを芯金11とし、離型層12として厚
さ50μmのPFAチューブを被覆している。本発明の
特徴であるPFA樹脂には、末端基が−CF3から成る
PFA樹脂を用いている。芯金上へはチューブとして被
覆する以外に、芯金上にスプレー塗布して焼付け形成
(焼成)する方法もある。定着バイアスとして、定着ロ
ーラ芯金には−700vDCをDC電源8によって印加
することで定着ローラ表面電位を約−650vに保持
し、定着ローラと加圧ローラ間にオフセット防止の電位
差を付与するようにしている。
【0025】加圧ローラ2は、直径14mmの鉄芯金2
1の上に厚さ8mmのシリコンスポンジゴムから成る弾
性層22、更に弾性層の上に離型層23として体積抵抗
値が1015Ω・cm(DC500v印加)のPFA樹脂
(商品名:PFA 350−J、三井−デュポンフロロ
ケミカル社製)を厚さ50μmのPFAチューブとして
被覆し、加圧ローラとしての硬度は約56度(アスカー
C硬度計にて1Kg荷重)とし、20N(ニュートン)
の押圧力によって定着ローラに押し当てることで、約5
mm巾の定着ニップNを得ている。加圧芯金と本体GN
D間には、耐圧2Kvのダイオード素子9を加圧芯金側
をカソード、本体GND側をアノードとして接続し、加
圧ローラ表面をプラス電位に保持するような構成として
いる。
【0026】加圧ローラ表層に離型層として用いるPF
A樹脂の体積抵抗値を1013〜1015Ω・cm(DC5
00v印加)の高抵抗とすることと、加圧ローラへのト
ナー付着に関する実験例を下記の表1で説明する。実験
は、定着ローラ表層にPFA450HP−Jを用いて、
加圧ローラ表層のPFA樹脂の体積抵抗値を、1012Ω
・cm/1013Ω・cm1015Ω・cm/1016Ω・c
m(DC500v印加)と変えて耐久を行い、加圧ロー
ラ、定着ローラへのトナー付着の状況、画像上への黒ポ
チ、等の発生状況を確認した。尚、この検討に用いた加
圧ローラ弾性層の体積抵抗値は、約106Ω・cm(D
C100v印加)であり、加圧ローラ全体としての抵抗
値は、それぞれ109Ω、1010Ω、1013Ω、1014
Ω(DC500v印加)であった。この加圧ローラとし
ての抵抗値の測定方法は、定着ローラ芯金に加圧ローラ
を所定の圧(当接圧20N)で当接させた状態で、定着
芯金−加圧芯金間にDC500vを印加した時の抵抗値
を測定したものである。又、通紙に用いた記録材は、填
料として炭酸カルシウムを18%含有している秤量80
g・m2のA4サイズの普通紙を通紙した。
【0027】
【表1】
【0028】このように加圧ローラ表層の体積抵抗値が
1013〜1015Ω・cmとなるようにカーボン粒子を分
散したPFA樹脂を用いれば、PFA樹脂の特徴である
高離型性を損なうことがないので、初期から5万枚の通
紙にわたって、加圧ローラにトナー付着が発生すること
を防止でき、画像上への黒ポチの発生もなかった。
【0029】これに対して、体積抵抗値が1012Ω・c
m以下になるように、カーボン粒子をPFA樹脂に分散
させると、PFA樹脂の特徴である離型性が損なわれて
しまい、加圧ローラにトナー付着が起こり、記録材への
裏汚れ、画像上のへの黒ポチとして発生してしまった。
又、体積抵抗値が1016Ω・cm以上となるようにカー
ボン粒子を分散させたり、カーボン粒子を分散させずに
PFA樹脂のみで、加圧ローラチューブを成形したもの
は、定着ローラ表層に発生した帯電電位であるプラス電
荷を逃がすことが出来ずに、オフセット現象が発生して
しまった。以上のような理由から、加圧ローラ弾性層の
体積抵抗値を、103〜106Ω・cm(DC100v印
加)賭するのが最適である。
【0030】(実施例2)以下に、本発明の第2の実施
例を図2に沿って説明する。
【0031】尚、定着装置の構成で、実施例1と同様で
ある箇所については説明を省略する。
【0032】本実施例で用いた、画像形成装置はA4サ
イズの記録材を縦方向の通紙で、毎分12枚プリントす
ることが可能である。
【0033】定着ローラ1は、直径25mm、肉厚2m
mのアルミニウムを芯金11とし、離型層12として厚
さ30μmのPFAチューブを被覆している。本実施例
でも、定着ローラ表層のPFAチューブには、末端基が
−CF3から成るPFA樹脂(商品名:450HP−
J)を用いている。本実施例では、定着芯金と本体GN
D間に、耐圧1.5Kvのダイオード素子10を定着芯
金側をアノード、本体GND側をカソードとして接続
し、定着ローラ表面のプラス電荷を逃がすような構成と
し、定着ローラ−加圧ローラ間にオフセット防止の電位
差を付与するようにしている。
【0034】加圧ローラ2は、直径10mmの鉄芯金2
1の上に厚さ7mmのシリコンソリッドゴムから成る弾
性層22、更に弾性層の上に離型層23として体積抵抗
値が1014Ω・cm(DC500印加)のPFA樹脂
(商品名:350−J、三井−デュポンフロロケミカル
社製)を厚さ30μmのPFAチューブとして被覆し、
加圧ローラとしての硬度は44度(アスカーC硬度計に
て500g荷重)とし、9N(ニュートン)の押圧力に
よって定着ローラに押し当てることで、約2.5mm巾
の定着ニップNを得ている。加圧芯金と本体GND間に
は、耐圧1.5Kvのダイオード素子9を加圧芯金側を
カソード、本体GND側をアノードとして接続し、加圧
ローラ表面をプラス電位に保持するような構成としてい
る。
【0035】本実施例においても、定着ローラ−加圧ロ
ーラ間の電位差を安定して保持するために、定着ローラ
表層の離型層の抵抗値は高抵抗が適すため、フッ素樹脂
のみで定着ローラの表層チューブとした方が良く、体積
抵抗値としては、1014〜1016Ω・cm(DC500
v印加)の高抵抗が望ましい。本実施例では8×1015
Ω・cmである。
【0036】次に、本実施例で、加圧ローラの弾性層と
してシリコンのソリッドゴムを用いた点について説明す
る。
【0037】実施例1で説明したようなスポンジゴムを
用いた加圧ローラでは、スポンジゴム層の上に30〜5
0μm程度の極薄いPFA樹脂層を被覆しているため、
トナー付着は、図3に示すように、スポンジの発泡セル
の凹凸に沿って、凹部にトナーが入り込み、そこを核と
してフラット部にもトナー付着が拡大していく。そこ
で、本実施例では、弾性層にソリッドゴムを用いること
で、加圧ローラ表面に表れる凹凸を無くし、トナー付着
の発生を防止したものである。そして、更に、加圧ロー
ラ表層に用いたPFA樹脂に体積抵抗値が1013Ω・c
m(DC500v印加)と高抵抗のものを用いて、高離
型性を保った。又、弾性層の体積抵抗値は105Ω・c
m(DC100v印加)として、加圧ローラとしての抵
抗値は、1010Ω(DC500v印加)であった。
【0038】下記の表2に、従来例で加圧ローラにシリ
コンスポンジゴムを用いた場合と、本実施例での、加圧
ローラ表面に付着するトナーの状態を観察した実験結果
を示す。実験に用いた記録材は、填料として炭酸カルシ
ウムを約20%含有している秤量80g/m2のA4サ
イズの普通紙を用いた。
【0039】
【表2】
【0040】上記のように加圧ローラの弾性層のソリッ
ドゴムを用いた本実施例では、8万枚通紙時点で、加圧
ローラ表面全体に軽微に付着し始めたが、スポンジゴム
を用いた系では、5万枚を超えた時点から加圧ローラ表
面の凹部にトナー付着が発生し始め、8万枚通紙時点で
は加圧ローラ表面全体に付着が進行していた。
【0041】(実施例3)以下に、本発明の第3の実施
例を図4に沿って説明する。
【0042】本実施例では、加熱回転体として熱容量の
極めて小さいフィルムを内部から加熱するフィルム加熱
方式の定着装置に関するものである。
【0043】フィルム加熱方式の定着装置は、フィルム
を内部から加熱するフィルム加熱方式として、特開昭6
3−313182号公報、特開平2−157878、4
−44075〜44083、4−204980〜204
984号公報等に提案されている。
【0044】具体的には、薄肉の耐熱性フィルム(又は
シート)50と、フィルムの内面に一定温調される加熱
体(ヒータ)70と、フィルムの外周面側に、この加熱
体に対向して加圧ローラ60を有し、フィルムは画像定
着実行時にはフィルムと加圧ローラの間に搬送される記
録材と同一方向に同一速度で回転させる。フィルムを挟
んで加熱体と加圧ローラとの圧接により形成される定着
ニップNを通過することで、記録材上の未定着トナー面
をフィルムを介して加熱し、加圧することで溶解し記録
材上に定着させるものである。
【0045】フィルムは熱容量を小さくしてクイックス
タート性を向上させるために、フィルム膜厚が層厚50
〜20μm程度の耐熱性・離型性・耐久強度性・熱伝導
性、等を考慮して構成された複合層フィルムである。
【0046】本実施例で用いたフィルムは、層51がフ
ィルム基層として耐熱樹脂ポリイミド(PI)に、熱伝
導性が良い金属酸化物としてマグネシア(MgO)を4
5wt%分散させている。
【0047】層52のプライマー層は、基層と離型層5
3の接着性を確保するために、ポリイミド樹脂+フッ素
樹脂の接着剤に、導電性を付与するために酸化チタン
(TiO2)を分散させている。
【0048】層53の離型層には、本発明の特徴である
末端基が−CF3から成るフッ素樹脂PFA450HP
−Jに、導電性カーボン粒子を0.3wt%の割合で分
散させた。
【0049】55は加熱体を断熱支持させたヒートホル
ダーである。
【0050】加圧ローラ60は、直径10mmのアルミ
ニウム芯金61の上に厚さ6mmの導電性シリコンゴム
から成る弾性層62、更に離型層63として体積抵抗値
が1015Ω・cm(DC500v印加)のPFA樹脂
(商品名: )を厚さ40μmのPFAチ
ューブとして被覆し、加圧ローラの直径として23mm
のローラとし、硬度は約42度(アスカーC硬度計にて
500g荷重)とし、8N(ニュートン)の押圧力によ
ってフィルムに押し当てることで、約3mm巾の定着ニ
ップNを得ている。弾性層としている導電性シリコンス
ポンジゴムは体積抵抗値が106Ω・cm(DC100
v印加)であり、加圧ローラの抵抗値としては1011Ω
(DC500v印加)とした。
【0051】フィルムは加圧ローラの回転によって、従
動回転しており、搬送されてくる記録材の搬送速度と同
一速度でシワなく回転する構造となっている。
【0052】本実施例では、図5に示すように、加圧ロ
ーラの端部に抵抗値が106〜1010Ω・cm(DC1
00v印加)程度の中抵抗ゴム輪65が設けられてお
り、フィルムのプライマー層と接し、加圧ローラ芯金
は、抵抗値100MΩの抵抗素子70を介して本体GN
Dに接地されている構成となっている。このような構成
とすることで、オフセット対策を施している。
【0053】加熱体は、電気絶縁性・耐熱性・低熱容量
の材料であるAl2O3(アルミナ)のセラミック基板7
1の一方の面に、線状に形成した発熱源として銀パラジ
ウム(Ag/Pd)の通電発熱体72を設け、この通電
発熱体表面を電気絶縁性に優れるガラスのコート層で覆
っている。
【0054】又、加熱体の他方の面には、温度検知素子
であるサーミスタ73や温度ヒューズ、等を設けてい
る。
【0055】この加熱体は、制御回路(図示せず)から
の通電制御によって、温度を常に一定に保持するように
温調制御がなされている。
【0056】以上、説明したような、フィルム加熱定着
装置を用いて、普通紙やOHTでのオフセット現象、加
圧ローラへのトナー付着が無く画像上のへの黒ポチの発
生も無かった。
【0057】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の定着装置
は、オフセットを防止し、また、加圧回転体にトナーが
付着することが防止でき、画像上への黒ポチの発生や、
画像裏汚れの発生を防止できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】定着装置の説明図
【図2】本発明の実施例2の説明図
【図3】トナー付着発生の概略図
【図4】本発明の実施例3の説明図。1
【図5】本発明の実施例3の説明図。2
【符号の説明】
1 定着ローラ 2 加圧ローラ 3 ヒータ 4 入り口ガイド 5 温度検知センサー(サーミスタ) 6 記録材 7 トナー 8 定着バイアス電源 9 加圧ダイオード素子 10 定着ダイオード素子 11 定着ローラ芯金 12 離型性樹脂層 21 加圧ローラ芯金 22 弾性層 23 離型層 N 定着ニップ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の回転体の間に未定着トナー像をの
    せた記録材を挿入して、加熱・加圧してトナー像を記録
    材上に定着する定着装置において、未定着トナー像と接
    する定着回転体の表面には、末端基が−CF3になって
    いるPFA樹脂で形成された離型層を有し、他方の加圧
    回転体の表面には、導電性付与材を含有するPFA樹脂
    で形成された、体積抵抗値が1013〜1015Ω・cm
    (DC500V印加)の離型層を有することを特徴とす
    る定着装置。
  2. 【請求項2】 定着回転体の麗型層の体積抵抗値が10
    14〜1016Ω・cm(DC500V印加)であることを
    特徴とする定着装置。
  3. 【請求項3】 加圧回転体の離型層の下側に弾性層を有
    することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  4. 【請求項4】 弾性層の体積抵抗値が103〜106Ω・
    cm(DC100V印加)であり、加圧回転体全体の抵
    抗値が1010〜1013Ω・cm(DC500V印加)で
    あることを特徴とする請求項3に記載の定着装置。
  5. 【請求項5】 導電性付与材が炭素微粉末であることを
    特徴とする請求項1に記載の定着装置。
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