DE3889935T2

DE3889935T2 - Bildfixiervorrichtung und Rolle dafür.

Info

Publication number: DE3889935T2
Application number: DE3889935T
Authority: DE
Inventors: Tsohiyuki Hatta; Masaya Nishi; Hisaaki Senba; Michio Shigenobu
Original assignee: Canon Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-02-04
Filing date: 1988-02-03
Publication date: 1994-10-13
Anticipated expiration: 2008-02-04
Also published as: KR880010355A; JP2763290B2; DE3889935D1; US5045891A; EP0277651B1; EP0277651A2; JPS63192071A; EP0277651A3; KR910007442B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildfixiervorrichtung und eine zugehörige Rolle, die mit einer Vorrichtung für die Fixierung eines Tonerbildes verwendet werden kann, welches von einem elektrofotografischen Gerät oder einem elektrostatischen Aufzeichnungsgerät gebildet worden ist.
Eine Heizrolle wird zur Zeit am meisten für die Fixierung des Tonerbildes verwendet, wobei ein Aufzeichnungselement mit einem nicht fixierten Bild, das zum Beispiel von einem hitzeschmelzbaren Toner gebildet wird, durch einen Walzenspalt, der zwischen den Rollen gebildet ist, geführt wird. Wenigstens eine dieser Rollen wird erhitzt, wodurch das Tonerbild erhitzt und gepreßt wird, um es zu fixieren. Bei diesem System steht die Heizrolle in direktem Kontakt mit dem Tonerbild, so daß die Effizienz der Hitzeübertragung sehr gut ist. Es verbleiben jedoch einige zugehörige Probleme, gegen die Maßnahmen getroffen werden müssen. Eines dieser Probleme ist die "Verschiebung", wobei der Toner nur teilweise auf die Rolle übertragen wird, was nicht wünschenswert ist. Diese Verschiebung wird in zwei Typen unterteilt. Es gibt eine Niedrigtemperatur-Verschiebung, bei der der Bildfixierbetrieb nicht ausreichend ist. Andererseits gibt es eine Hochtemperatur-Verschiebung, die zu erhöhten Temperaturen der Rolle führt. Der Mechanismus für das Auftreten dieser Verschiebung ist jedoch noch nicht ganz verstanden. Auf jeden Fall umfassen die gegenwärtigen Maßnahmen gegen diese Verschiebung eine Beschichtung der Rolle mit einem Freisetzungsharz, wie einem Fluorharz, ein mechanisches Reinigen der Rolle, um den Verschiebungstoner zu entfernen sowie die Zuführung eines Freisetzungsmittels an die Rolle, wie Silikonöl oder ähnliches, um die Menge des Verschiebungstoners selbst zu reduzieren.
Einer der Gründe für die Herstellung des Verschiebungstoners ist die Triboelektrisierung, die von dem Kontakt einer oberen Rolle mit dem Aufzeichnungsmaterial oder mit der unteren Rolle abstammt und die mit bis zu einigen Hundert Volt den geladenen Toner, der auf dem Aufzeichnungsmedium abgelagert ist, elektrostatisch zu der oberen Rolle anzieht. Eine andere Maßnahme gegen die Verschiebung ist auf die Reduktion des Oberflächenpotentials der oberen Rolle gerichtet. Demgemäß wurde ein Versuch unternommen, den elektrischen Widerstand der Oberflächenschicht der Rolle, die aus einem Freisetzungsharz hergestellt ist, zu reduzieren. Die japanische Patentanmeldung 13226/1983 schlägt feine amorphe Partikel mit einem geringen Widerstand vor, wie ein Metallpulver oder Kohleschwarz, die eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen und die der Oberflächenschicht mit dem Freisetzungsharz zugefügt werden.
Jedoch ist das Mischen des Pulvers mit einem geringen elektrischen Widerstand nicht ausreichend, um die Triboelektrisierung zu verhindern. Daher kann eine Verschiebungstonerproduktion nicht auf ein ausreichendes Maß reduziert werden. Die Erfinder haben diese Probleme berücksichtigt und untersucht und sind zu dem folgenden gekommen.
In der Figur 1 ist im Schnitt ein Rollenpaar an dem Walzenspalt gezeigt, wobei die obere Rolle ein feines Pulver mit einem geringen Widerstand enthält. Ein Aufzeichnungsmaterial 3, wie ein Papierblatt, das ein nicht fixiertes Tonerbild T aufweist, ist zwischen einer oberen Rolle 1 und der unteren Rolle angeordnet. Das Tonerbild T auf dem Aufzeichnungsmaterial 3 wird durch Pressen und Erhitzen in dem Walzenspalt fixiert, der zwischen der oberen Rolle 1 und der unteren Rolle 2 ausgebildet ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Rolle durch die Reibung mit dem Aufzeichnungsmaterial oder mit dem Toner oder mit ähnlichem elektrisch aufgeladen. Andererseits ist die obere Rolle 1, die in Kontakt mit dem Tonerbild steht, mit einer Harzüberzugsschicht 4 eines Fluorharzes beschichtet, wie Perfluoralkoxy (PFA)- oder Polytetrafluorethylen (PTFE)-Harz, welches eine gute Oberflächenfreisetzungseigenschaft zeigt. Solche Fluorharze werden jedoch an der am stärksten negativen Ladungsstelle in den triboelektrischen Serien angeordnet. Dies bedeutet, daß sie sehr einfach mit einer negativen Polarität beladen werden können. Wenn sie in Reibungskontakt mit dem Aufzeichnungsmaterial stehen, werden sie in der Regel bis zu einigen Hundert Volt aufladen. Wenn der Toner positiv geladen ist, wird somit der Toner einfach durch die elektrostatische Anziehungskraft auf die obere Rolle übertragen. Wenn für die Vermeidung der negativen Ladung ein feines Pulver 5 mit einem geringen Widerstand in die Harzschicht 4 eingefügt wird, liegen die feinen Partikel 5 in der Harzschicht 4 in einer Weise gemäß Figur 1 dispergiert vor. Makroskopisch nimmt das Potential der oberen Rolle bis zu einigen 10 Volt ab, so daß dementsprechend die Menge des Verschiebungstoners mehr oder weniger reduziert wird. Die Menge des Verschiebungstoners ist jedoch noch groß. Obwohl die feinen Partikel 5 mit geringem Widerstand in der Regel uniform dispergiert vorliegen, befinden sich in einigen Abschnitten, wie angezeigt durch den Abschnitt a), die feinen Partikel in Kontakt miteinander, so daß der Rollenoberflächenabschnitt und das Kernmetall 6 elektrostatisch kontaktiert sind, während in anderen Abschnitten, angezeigt durch den Abschnitt b), die Partikel nicht in Kontakt zueinander stehen, so daß dieser Oberflächenabschnitt der Rolle elektrisch isoliert von dem Kernmaterial 6 ist. Ein Oberflächenabschnitt a' der Region a ist elektrisch mit dem Kernmaterial 6 verbunden, so daß die durch die Reibung hergestellte, elektrische Ladung zu dem Kernmaterial 6 geführt wird, wodurch die Menge der Ladung, die auf der Rolle verbleibt, klein ist. Somit wird der Toner T', der gegenüber dem Oberflächenabschnitt a' angeordnet ist, nicht einfach auf die Rolle überführt, da die elektrostatische Anziehungskraft klein ist.
Der Oberflächenabschnitt b' des Abschnitts b ist jedoch isoliert, so daß die durch die Reibung hergestellte, negative Ladung auf der Rolle verbleibt. Dadurch wird eine starke elektrostatische Anziehungskraft zwischen der Rolle und dem Toner T'' erzeugt, der dem Oberflächenabschnitt b' gegenüberliegt, was dazu führt, daß der Toner einfach auf die Rolle überführt wird. Da beide Oberflächenabschnitte a' und b' vorliegen, scheint das Oberflächenpotential der Rolle makroskopisch herabgesetzt, wobei allerdings eine Tonerverschiebung an den isolierten Abschnitten, wie den Oberflächenregionen b', auftritt. Im Ergebnis ist die Menge der Tonerverschiebung nicht sehr stark reduziert. Aus der obigen Erläuterung ist abzuleiten, die Menge der feinen Partikel 5, die der Rolle zugefügt werden, anzuheben, da dadurch die Region a (Oberflächenabschnitte a') zunimmt, was die Verschiebung reduziert. Mit einem Anstieg des Pulverinhaltes nimmt jedoch der Fluorharzinhalt ab, so daß die Freisetzungseigenschaft reduziert wird. Während die elektrostatische Verschiebung reduziert wird, nimmt die aus der physikalischen Adhäsion resultierende Verschiebung zu, so daß die Verschiebung im ganzen nicht reduziert ist.
Aus dieser Beschreibung ist zu verstehen, daß es sehr schwierig ist, die Verschiebung zu reduzieren, wenn ein feines Pulver mit einem geringen Widerstand der Rolle zugesetzt wird und wenn dessen Inhalt gering gehalten wird.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 209769/1983 offenbart Kohlenstoffasern, die der Oberflächenschicht einer Fixierungsrolle zugesetzt werden, und offenbart weiter, daß der elektrische Widerstand der Fixierungsrolle herabgesetzt werden kann, wobei gleichzeitig der Reibungswiderstand zunimmt. Jedoch ist die Rolle mit zugemischten, gewöhnlichen Fasern noch nicht ausreichend bezüglich des Reibungswiderstandes, da bei wiederholten Bildfixierungsvorgängen die Rollenoberfläche durch die Reibung relativ bald aufgerauht wird. Wenn die Rollenoberfläche aufgerauht ist, lagert sich der Toner auf der Oberfläche ab, was zu einer Abnahme der Anti-Elektrisierung und zu einer einfachen Ablagerung des Toners auf der Rollenoberfläche aufgrund der Klebfähigkeit des auf der Oberfläche abgelagerten Toners führt. Die mit dem Toner kontaminierte Rollenoberfläche kann einfach mit dem Aufzeichnungsmaterial, welches das Tonerbild aufweist, umhüllt werden.
Die Druckschrift JP-A 61-138 272 offenbart eine Rollenfixiervorrichtung, worin eine Zahl von leitfähigen Nadeln, die in einer Freisetzungsharzschicht sich von einem leitfähigen Kernmetall strahlenförmig ausbreiten, auf der Oberfläche einer Fixierungsrolle ausgebildet sind, um die elektrostatische Anziehung eines Tonerbildes zu verhindern. Die in dieser Druckschrift verwendeten Fasern sind aus Eisen hergestellt. Im Gegensatz dazu werden bei der Erfindung Einzelkristall-Fasern verwendet, die einen geringen Volumenwiderstand aufweisen.
Die Druckschrift JP-A 57-202578 beschreibt eine Fixiervorrichtung mit einer Druckkontaktrolle, die an ihrem äußeren Umfang einen elastischen Körper aufweist, der beispielsweise aus einem Silikongummi hergestellt ist. Die oben erwähnte Schicht wird aus einem gemischten Kristall aus SnO&sub2;, SnO&sub2; x TiO&sub2; oder aus SnO&sub2; x BaSO&sub4; aufgebaut. Dieser Stand der Technik erwähnt weder den Volumenwiderstand der Fasern, noch daß die Fasern aus einem Einzelkristall hergestellt werden. Im Gegensatz zu der technischen Lehre der Erfindung benutzt dieser Stand der Technik gemischte Kristallfasern.
Die JP-A 57-205 765 offenbart eine Rolle für die Fixierung eines Toners, wobei in den Silikongummi der Rolle Kaliumtitanat-Fasern eingelagert sind. Auch diese Druckschrift erwähnt nicht, daß die Fasern einen geringen Volumenwiderstand aufweisen sollen oder daß sie aus einem Einzelkristall bestehen sollen.
Demgemäß ist eine prinzipielle Aufgabe der Erfindung, eine Bildfixiervorrichtung und eine zugehörige Rolle bereit zustellen, bei der die Triboelektrisierung der Rolle positiv und mikroskopisch verhindert wird, ohne daß die Freisetzungseigenschaft der Rolle abnimmt, wodurch die Tonerverschiebung signifikant reduziert wird.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Bildfixiervorrichtung und eine zugehörige Rolle bereitzustellen, wobei die Verschiebung über einen langen Zeitraum verhindert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Rolle gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Fixiervorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun unter Berücksichtigung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen verdeutlicht werden.
Figur 1 ist ein Schnitt durch eine bekannte Fixiervorrichtung.
Figur 2 ist ein Schnitt durch eine Bildfixiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 3 ist ein Schnitt durch einen Walzenspalt einer Bildfixiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 4 ist ein Schnitt durch einen Walzenspaltabschnitt einer Bildfixiervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 5 ist eine Vorderansicht einer Bildfixiervorrichtung, die ein Erdungsmittel für die Rolle zeigt.
Figur 6 ist ein Schnitt durch einen Walzenspaltabschnitt einer Bildfixiervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In der Figur 2 ist eine Bildfixiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Fixiervorrichtung weist eine obere Rolle (eine erste Fixierrolle) 10, die mit einem Tonerbild kontaktierbar ist, das auf einem Aufzeichnungsmaterial vorliegt, und eine untere Rolle (eine zweite Fixierrolle) 20 auf, die eine elastische Schicht hat, welche durch ein nicht gezeigtes Preßmittel in Preßkontakt mit der oberen Rolle 10 gebracht werden kann, zumindest wenn der Bildfixierbetrieb durchgeführt wird. Die obere Rolle 10 hat eine Oberflächenüberzugsschicht aus einem Harz mit einer Freisetzungseigenschaft sowie eine Heizquelle 7, um die Rolle zu erhitzen. Die obere Rolle 10 und die untere Rolle 20 stehen in Preßkontakt, um einen Walzenspalt N mit einer geeigneten Spaltenbreite auszubilden. Die Rollen drehen sich in die durch die Pfeile angezeigte Richtung mittels eines nicht gezeigten Antriebsmittels. Das Aufzeichnungsmaterial, welches ein nicht fixiertes Tonerbild aufweist, wird in durch einen Pfeil A angezeigten Richtung in den Walzenspalt N1 eingeführt.
Die Temperatur der Oberfläche der oberen Rolle 10 wird durch einen Temperatursensor 8, der die Rolle 10 kontaktiert, angezeigt. Die Oberflächentemperatur wird kontrolliert auf einem bestimmten Niveau gehalten. Die Oberfläche der oberen Rolle 10 wird ferner durch ein hitzeresistentes Filzkissen 9 gereinigt, welches die obere Rolle 10 kontaktiert.
Bei dieser Ausführungsform können die Anpreßmittel und die Antriebsmittel gemäß einem bekannten Typ ausgebildet sein, so daß hier eine detaillierte Erläuterung aus Gründen der Einfachheit weggelassen werden kann.
Figur 3 ist eine vergrößerte und etwas schematische Querschnittsansicht der oberen Rolle 10 und der unteren Rolle 20 an dem Walzenspalt N. Das Aufzeichnungsmaterial ist jedoch durch den Walzenspalt gezogen. In dieser Figur ist das Aufzeichnungsmaterial mit dem Tonerbild T durch das Bezugszeichen 30 angezeigt. Die obere Rolle ist mit einer Freisetzungsharzschicht 40 bedeckt und weist ein Kernmetall 60 auf. In der Harzschicht 40 sind, wie in der Figur dargestellt, Einzelkristallfasern 50, die geraden Nadeln ähneln, eingemischt. Diese Fasern werden im folgenden als "Einzelkristall-Haarfasern" oder als "Haarkristallfasern" (whisker fibers) bezeichnet. Die Haarkristallfasern 50 haben einen relativ geringen Volumenwiderstand und werden zugefügt und einheitlich in der Harzschicht 40, die aus einem Fluorharz oder ähnlichem besteht, dispergiert. Die Enden der Haarkristallfasern sind zu der Oberfläche der Rolle oder zu dem Kernmetall ausgerichtet, wobei zur gleichen Zeit die Fasern in einer komplizierten Weise in der Harzschicht verschlungen vorliegen. Es wird somit angenommen, daß eine große Zahl von elektrischen Kontakten etabliert wird. Im Gegensatz zu dem bekannten Stand der Technik gemäß Figur 1 werden hier aus diesem Grund eine große Zahl von leitfähigen Wegen mit dem Ergebnis gebildet, daß die elektrische Ladung auf der Rollenoberfläche in einfacher Weise streuen kann. Da die Einzelkristallfasern in Form von Nadeln vorliegen, wird zusätzlich die elektrische Ladung auf der Rollenoberfläche einfach an den Enden der Einzelkristallfasern entladen. Die Einzelkristallfasern sind gerade, so daß die Enden der in großer Zahl vorliegenden Fasern an der Oberfläche der Rolle oder dicht benachbart dazu vorliegen.
Demgemäß stagniert die durch die Triboelektrisierung an der Rollenoberfläche hergestellte, elektrische Ladung nicht an der Rollenoberfläche, sondern wird zu dem Kernmetall 60 entladen, wodurch die Rollenoberfläche sogar dann einheitlich entladen wird, wenn dies mikroskopisch betrachtet wird. Dies reduziert die elektrostatische Anziehungskraft zwischen dem Toner T und der Rolle und reduziert somit in einem starken Maße die Tonerverschiebung aufgrund der Triboelektrisierung.
Da bei dieser Ausführungsform die Einzelkristall-Haarfasern, die keine gewöhnliche Niedrigresistenzfasern darstellen, sondern Fasern mit einer hohen mechanischen Festigkeit sind, hinzugefügt werden, wird die Festigkeit und die Härte der Harzschicht verbessert. Auch unter den verschiedenen Betriebsbedingungen, die bei der Fixierungsvorrichtung vorliegen, stellen die Einzelkristall-Haarfasern eine Hitzeresistenz und Haltbarkeit über einen langen Zeitraum bereit und halten diese aufrecht. Wenn beispielsweise bekannte Fasern, wie Kohlenstoffasern, verwendet werden, wird die Oberfläche leicht abgetragen, wodurch die Rollenoberfläche relativ bald aufgerauht wird, so daß eine Tonerverschiebung in einfacher Weise auftreten kann, obwohl der elektrische Widerstand der Rolle selbst reduziert ist. Gemäß dieser Ausführungsform, die Einzelkristall-Haarfasern verwendet, kann die Glätte der Rollenoberfläche über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Daher kann ferner der Rollenentladungseffekt und somit auch der die Verschiebung verhindernde Effekt über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Die Effektivität der Funktion der Haarkristallfasern nimmt mit einem Abfall des elektrischen Widerstandes zu, wobei jedoch gefunden wurde, daß die Fasern effektiv sind, wenn der Volumenwiderstand nicht mehr als 10¹&sup0; Ohm x cm beträgt.
Die Länge der Haarkristallfasern sollte nicht zu kurz sein, da sie sonst ähnlich den bekannten Partikeln werden. Andererseits sollten sie auch nicht zu lang sein, da ansonsten die Glätte der Harzschicht abnimmt, so daß der dichte Kontakt zwischen der Rollenoberfläche und dem Aufzeichnungsmaterial zerstört wird, wodurch ein guter Bildfixierungsbetrieb verhindert wird. Es wurde herausgefunden, daß 5-30 Mikron der durchschnittlichen Länge bevorzugt ist.
Eine geringere Menge der Einzelkristall-Haarfasern würde vorteilhaft sein, da dann der Harzgehalt als Grundmaterial der Rollenoberflächenschicht nicht reduziert wird, d.h. die Freisetzungseigenschaft kann aufrechterhalten werden. Andererseits führt eine geringere Menge der Fasern zu reduzierten Kontakten zwischen den Fasern und somit zu keiner effektiven Reduktion des elektrischen Widerstandes der Harzschicht. Mit einer Zunahme der Fasern wird die Freisetzbarkeit stärker abnehmen. Unter Berücksichtigung dieser Betrachtungen beträgt die Menge der Einzelkristall-Haarfasern 2-20 Gew.% bezüglich des Freisetzungsharzes.
Als Harz für das Grundmaterial der Rollenoberfläche sind Fluorharze mit einer Freisetzungseigenschaft geeignet, wie PFA oder PTFE. Als Material für die Einzelkristall-Haarfasern sind Kaliumtitanat-Haarfasern, Siliciumcarbid-Haarfasern oder Kohlenstoff-Haarfasern oder ähnliches geeignet.
Gemäß der Beschreibung der obigen Ausführungsform liegen die Haarfasern 50 dispergiert in der gesamten Harzschicht 40 vor, die auf dem Kernmetall 60 gebildet ist. Dabei ist die Struktur der Schicht auf dem Kernmetall nicht darauf beschränkt. Das Wichtigste bei dieser Ausführungsform ist, daß die elektrische Ladung, die sich aus der Triboelektrisierung ergibt, an einer Stagnation zumindest an der Oberfläche der Rolle oder der Oberflächenschicht gehindert wird, um dies zu erreichen, enthält die Harzschicht die Haarfasern. Wenn die Rolle aus mehreren Harz- oder elastischen Schichten auf dem Kernmetall besteht, ist es somit möglich, daß die Haarfasern zumindest in der äußersten Schicht mit Freisetzungseigenschaften enthalten sind.
In der Figur 4 ist ein vergrößerter Walzenspaltabschnitt der Fixierungsvorrichtung gezeigt, die gemäß der oben beschriebenen Art aufgebaut ist. Die obere Rolle 1 weist ein Kernmetall 60, eine hitzeresistente, elastische Schicht 70, die aus einem Silikongummi oder ähnlichem besteht, und eine Fluorharzschicht 40 auf, die auf der elastischen Schicht als eine Oberflächenfreisetzungsschicht fungiert. Die Einzelkristall-Haarfasern 50 sind zumindest in der Oberflächenschicht 40 enthalten. In ähnlicher Weise wie bei der obigen Ausführungsform wird die auf der Harzschichtoberfläche produzierte triboelektrische Ladung an der Zwischenfläche zwischen dieser Harzschichtoberfläche und der elastischen Schicht 40 oder in die elastische Schicht 70 entladen, so daß die elektrische Ladung nicht auf der Rollenoberfläche stagniert. Dadurch wird die elektrostatische Tonerverschiebung signifikant reduziert.
Das gleiche tritt bei dem Fall ein, wo die Schicht 70 keine elastische Schicht, sondern eine andere Harzschicht (z.B. eine Bindungsschicht) ist.
Um die zu der unteren Schicht 70 eingeführte, elektrische Ladung zu dem Kernmetall 60 zu entladen, enthält die untere Schicht 70 vorzugsweise ein Material mit einem geringen elektrischen Widerstand, z.B. Einzelkristall-Haarfasern.
Bei den obigen Ausführungsformen ist ferner bevorzugt, daß das Kernmetall der Rolle elektrisch geerdet ist, um in bekannter Weise die in dem Kernmetall vorliegende, elektrische Ladung zu entladen. In diesem Fall kann das Kernmetall der Rolle direkt geerdet sein oder es kann durch einen vorbestimmten Widerstand geerdet sein.
Figur 5 zeigt ein Beispiel, wo das Kernmetall mittels eines Widerstandes geerdet ist. Das Kernmetall 60 der oberen Rolle 10 wird drehbar in einer Seitenplatte 12 eines Bilderzeugungsgerätes oder eines Bildfixierungsgerätes unter Verwendung eines Trägers 11 gelagert. Die untere Rolle 20 wird durch ein geeignetes Preßmittel (eine Preßfeder 13 in dem gezeigten Beispiel) gegen die obere Rolle 10 gepreßt, um eine gewünschte Walzenspaltbreite zu erzeugen. Der Träger 11 besteht aus einem hitzeresistenten Harz, das eine elektrisch isolierende Eigenschaft aufweist. Die Seitenplatte 12 und das Kernmaterial 60 der Rolle sind elektrisch isoliert. Eine Blattfeder 15 kontaktiert eine Längsendfläche des Kernmetalls 60. Die Feder 15 besteht aus einem leitfähigen Material und ist an ihrem anderen Ende an der Seitenplatte oder an einem Rahmen des Bilderzeugungsgerätes durch ein isolierendes Harz 14 befestigt. Die Feder 15 ist durch einen Widerstand von nicht mehr als 10¹² Ohm geerdet. Mit dieser Struktur wird die triboelektrische Ladung, die in das Kernmetall 60 der oberen Rolle 10 entladen worden ist, weiter durch die Blattfeder 15 entladen, so daß die Oberfläche der oberen Rolle 10 nicht sehr stark geladen ist. In diesem Sinne ist dies eine weitere bevorzugte Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform wird eine Kombination einer Blattfeder und eines Widerstandes verwendet, wobei dies aber beispielsweise dadurch modifiziert werden kann, daß ein Träger 11 aus einem Harzmaterial besteht, welches eine halbleitende Eigenschaft hat, um die elektrische Ladung durch den Träger zu der geerdeten Seitenplatte 12 zu entladen. Für den Zweck der effektiven Entladung der elektrischen Ladung ist es nicht immer notwendig, die Rolle direkt zu erden. Die Rolle kann durch einen Widerstand von nicht mehr als 10¹² Ohm elektrostatisch geerdet sein. Im folgenden werden Experimente unter Verwendung der Erfindung sowie Experimente unter Nichtverwendung der Erfindung beschrieben werden.

Beispiele 1-3

Eine Fluorharzunterlage (POLYFOLON EK-1980 GY, erhältlich von Daikin Kogyo Kabushiki, Kaisha, Japan) und ein Füllstoff, der in der Tabelle 1 gezeigt ist, wurden gemischt und ausreichend gerührt. Eine PTFE Harzdispersionsflüssigkeit (POLYFLON E-4300 CR, erhältlich von Dakin Kogyo Kabushiki Kaisha, Japan) und ein Füllmaterial, das in der Tabelle 1 gezeigt ist, wurden gemischt und ausreichend gerührt, um ein Anstrichmittel zu erzeugen. Eine Aluminiumröhre mit einem Durchmesser von 40 mm wurde an einer Rollenbasis hergestellt. Deren Oberfläche wurde mit einem 100 Aluminiumoxid-Pulver aufgerauht. Die obige Unterlage wurde in einer Dicke von 10 Mikron angewandt und wurde für 20 Minuten bei 150ºC getrocknet. Ferner wurde das oben beschriebene Anstrichmittel in einer Dicke von 20 Mikron angewandt und wurde für 20 Minuten bei 390ºC gesintert.
Die so bereitgestellte Fixierungsrolle wurde in eine Fixierungsvorrichtung einer Kopiermaschine befestigt (NP-3525, erhältlich von Canon Kabushiki Kaisha, Japan). Ein Haltbarkeitstest wurde durchgeführt, bei dem die Kontamination der Rolle beobachtet wurde, nachdem 1.000 Blätter eines ebenen Papieres der Größe JIS A4 fixiert worden sind. Eine Beschädigung oder Einschnitte auf der Oberfläche der Rolle wurden nach 30.000, 50.000 bzw. 70.000 fixierten Blättern beobachtet. Es wurde festgestellt, daß bei einer Beschädigung der Harzoberfläche die Menge des verschobenen Toners so zunahm, daß die Rollenkontamination nicht länger vernachlässigbar war. Ferner wurden die Aufzeichnungsmaterialien relativ einfach um die Rolle gewickelt. Tabelle 1 Beschädigung (Zahl der Blätter x 10&sup4;) Füllmaterial Volumenwiderstand (Ω. cm) Länge (um) Menge Gew. % Kontamination Auswertung (Reduktions-Sintern) Kaliumtitanat s-c Fasern (Reduktions-Sintern) Kaliumtitanat-Fasern Kaliumtitanat-Pulver Größe Tabelle 1 (Fortsetzung) Siliciumcarbid s-c Fasern Siliciumcarbid Fasern Siliciumcarbid Pulver Kohlenstoff-s-c Fasern Kohlenstoff-Fasern Kohlenstoffpulver Größe E: verwenbar, G: gerade verwendbar mit kleinen Problemen, N: nicht verwendbar

Beispiele 4-10

Einzelkristallfasern aus Kaliumtitanat wurden der Unterlage und dem Anstrichmittel, die in dem Beispiel 1 verwendet wurden, in einer Menge gemäß Tabelle 2 hinzugefügt. Die elektrischen Widerstände der Fasern wurden durch eine Oberflächenbehandlung mit Zinnoxid (SnO&sub2;) unterschiedlich gestaltet.
Die Fixierungsrolle wurde in der gleichen Weise hergestellt, wobei jedoch die obige Unterlage und das Anstrichmittel verwendet wurden. Die Ergebnisse des Haltbarkeitstests sind in der Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 Beschädigung (Zahl der Blätter x 10&sup4;) Beispiel Volumenwiderstand (Ωxcm) Länge (um) Menge Gew.% Kontamination Auswertung

Beispiele 11-16

Einzelkristallfasern aus Kaliumtitanat mit unterschiedlichen Durchschnittslängen und mit einem durch Reduktions-Sintern (10&sup4; Ohm x cm) herabgesetzten Widerstand wurden zu der Unterlage und zu dem Anstrichmittel, die in dem Beispiel 1 verwendet wurden, in der Menge gemäß Tabelle 3 hinzugefügt.
Eine Fixierungsrolle wurde in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 1 hergestellt, wobei die obige Unterlage und das Anstrichmittel verwendet wurden. Haltbarkeitstests wurden durchgeführt. Deren Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3 Beschädigung (Zahl der Blätter x 10&sup4;) Beispiel Länge (um) Menge Gew.% Kontamination Auswertung

Beispiele 17-28

Einzelkristallfasern aus Kaliumtitanat mit einer Länge von 10 Mikron und mit einem durch Reduktions-Sintern (10&sup4; Ohm x cm) herabgesetztem Widerstand wurden zu einer Fluorharzunterlage (POLYFLON EK), zu einer PTFE Dispersion (POLYFLON E- 4300 CR) (Grundmaterial für eine erste Harzschicht) und zu einer PFA Dispersion (NEOFLON AD-1, verfügbar von Daikin Kogyo Kabushiki Kaisha, Japan) (Grundmaterial für eine zweite Harzschicht) in den Mengen gemäß Tabelle 4 hinzugefügt.
Die Fixierungsrolle wurde in der gleichen Weise hergestellt, wobei die obige Unterlage und das Anstrichmittel verwendet wurden. Die Ergebnisse des Haltbarkeitstests sind in der Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4 Beschädigung (Zahl der Blätter x 10&sup4;) Beispiel Harz Menge der Kaliumtitanat s-c-Fasern (%) Kontamination Auswertung
bei den obigen Ausführungsformen wurden die Haarfasern zu der Harzüberzugsschicht hinzugefügt, welche die Freisetzungseigenschaft der oberen Rolle hat, d.h. die mit einem nicht fixierten Tonerbild kontaktierbaren Rollen. Die Zugabe ist jedoch nicht auf die obere Rolle beschränkt. Es werden Ausführungsformen beschrieben werden, wobei die Erfindung in die untere Rolle, d.h. eine Preßrolle, eingefügt wurde.
Kürzlich wurde eine Doppelbild-Herstellfunktion entwickelt, womit Bilder auf beiden Seiten eines Aufzeichnungsmediums in einem Bilderzeugungsgerät, wie einem elektrofotografischen Gerät, hergestellt werden können. Im Gegensatz zu einem konventionellen Gerät wird in solch einem Gerät die untere Rolle (Preßrolle) in Kontakt mit einem bereits fixierten Bild gebracht. Damit entsteht das Problem, daß das Aufzeichnungsmaterial um die untere Rolle gewickelt wird oder daß der fixierte Toner in dem Walzenspalt wieder fusioniert und auf der Oberfläche der unteren Rolle (Verschiebung) abgelagert wird. Um dieses Problem zu vermeiden, wird eine untere Rolle mit einer Harzoberflächenschicht bereitgestellt, welche eine Freisetzungseigenschaft besitzt.
Beispielsweise wird ein Fluorgummilatex mit einer Fluorharzkomponente als eine dünne Schicht auf ein hitzeresistentes, elastisches Material (Silikongummi oder ähnliches) aufgebracht, das seinerseits auf dem Kernmetall vorliegt, oder das hitzeresistente, elastische Material wird mit einer Röhre aus einem Fluorharzmaterial beschichtet. Die folgende Ausführungsform (siehe Figur 6) weist eine Harzoberflächenschicht auf, die Einzelkristall-Haarfasern hat.
Wenn eine Freisetzungsfähigkeit der unteren Rolle erforderlich ist, weist die untere Rolle 20 eine Harzoberflächenschicht 100 auf, die eine Freisetzungseigenschaft hat, und die aus einem Fluorharz oder ähnlichem besteht und die auf dem hitzeresistenten, elastischen Material 80 aus Silikonoder ähnlichem auf dem Kernmetall 90 angeordnet ist. Dies soll verhindern, daß das Aufzeichnungsmaterial 30 sich um die untere Rolle wickelt und soll ferner verhindern, daß das fixierte Tonerbild auf der Oberfläche der unteren Rolle 20 abgelagert wird. Wenn ein positiv aufladbarer Toner verwendet wird, zeigt die Harzüberzugsschicht in ähnlicher Weise wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform eine sehr stark negative Ladungseigenschaft, wodurch der Toner, der durch den Kontakt mit der Harzschicht an dem Walzenspalt N fusioniert wird, sich teilweise durch die elektrostatische Anziehungskraft auf der unteren Rolle ablagert. Durch die Anziehungskraft des Toners auf die Rolle wird das mit dem Bild stark verbundene Aufzeichnungsmaterial 30 gleichzeitig auf die Rolle gezogen, so daß es um die Rolle gewickelt wird.
Um dies zu vermeiden, werden der Überzugsschicht der unteren Rolle Haarkristallfasern zugesetzt.
In der Figur 6 ist ein vergrößerter Schnitt durch den Walzenspaltabschnitt einer Bildfixierungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform gezeigt, wobei die untere Rolle 20 eine elastische Schicht 80, beispielsweise aus Silikongummi, und eine Harzüberzugsschicht 100 aufweist, die aus einem Fluorharz, wie PTFE oder PFA, besteht, welche die oben beschriebenen Einzelkristall-Haarfasern enthält, die darin einheitlich dispergiert vorliegen. Dadurch wird in ähnlicher Weise wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform die triboelektrische Ladung zwischen der unteren Rolle 20 und dem Aufzeichnungsmaterial 30 oder dem fixierten Tonerbild T1 reduziert. Die elektrische Ladung auf der Harzschicht wird einfach auf die elastische Schicht entladen, wodurch die Menge der auf der Oberfläche verbleibenden, elektrischen Ladung reduziert wird. Zusätzlich wird die elektrostatische Kraft zwischen dem Tonerbild und der Oberfläche der Harzschicht reduziert. Selbst wenn das fixierte Tonerbild T1 in dem Walzenspalt N wieder fusioniert wird, wird es nicht auf die Überzugsharzschichtoberfläche der unteren Rolle transferiert, wobei auch das Aufzeichnungsmaterial 30 sich nicht um die untere Rolle wickelt. Diese Funktion kann durch eine relativ kleine Menge an zugefügten Einzelkristall-Haarfasern durchgeführt werden. Die Freisetzungseigenschaft der Überzugsschicht wird nicht abgebaut, und gleichzeitig wird die Harzschicht verstärkt. Im Ergebnis ist die Haltbarkeit der Rolle signifikant erhöht.
Bei der obigen Beschreibung war der Toner positiv aufladbar, wobei der die Verschiebung reduzierende Effekt auf negativ aufladbare Toner angewandt wird. Wenn die untere Rolle einfach mit der Fluorharzschicht auf der elastischen Schicht beschichtet wird, wie in einer bekannten Vorrichtung, wird die Harzschicht stark zu der negativen Polarität aufgeladen. Eine starke elektrostatische Abstoßungskraft wird zwischen der unteren Rolle und dem nicht fixierten Tonerbild C auf dem Aufzeichnungsmaterial 30 sowie dem fixierten Toner T1 erzeugt. Demgemäß wird der Toner T zu der oberen Rolle 10 gedrängt und ein Teil davon lagert sich auf der Oberfläche der oberen Rolle ab. Wenn jedoch die in der Figur 6 gezeigte, untere Rolle verwendet wird, wird die auf der Harzschicht der unteren Rolle verbleibende, elektrische Ladung reduziert, die elektrostatische Abstoßungskraft wird reduziert, wodurch die Verschiebung des Toners T zu der oberen Rolle 10 signifikant reduziert wird.
Gemäß der obigen Erläuterung werden die Haarfasern nur in die Harzüberzugsschicht eingefügt. Um die triboelektrische Ladung auf der unteren Rolle zu reduzieren, ist bevorzugt, den elektrischen Widerstand der elastischen Schicht auch zu reduzieren. Für diesen Zweck weist der Silikongummi (Methylvinylsilikon, Nitrosilikongummi) vorzugsweise einen geringen Widerstand auf oder er enthält vorzugsweise Haarfasern nach der Erfindung.
Durch die Zufügung der Einzelkristall-Haarfasern in die Harzüberzugsschicht der unteren Rolle wurde die Kontamination der unteren Rolle soweit verbessert, daß keine praktischen Probleme entstehen.
Bei dieser Ausführungsform ist bevorzugt, daß die untere Rolle direkt oder durch einen Widerstand elektrisch geerdet wird, wobei die gleichen Mittel wie bei der oberen Rolle in der Figur 5 verwendet werden können, um einen weiteren Anstieg der Ladungsentfernungsgeschwindigkeit zu erzielen.
Bei den obigen Ausführungsformen wurden die Haarfasern zu der Harzüberzugsschicht der oberen Rolle oder der unteren Rolle hinzugefügt. Sie können jedoch auch in beiden Rollen enthalten sein.
Zusätzlich zu den Einzelkristall-Haarfasern können zu der Oberflächenschicht der Rolle Partikel mit einem geringen Widerstand hinzugefügt werden, die einen Volumenwiderstand von nicht mehr als 10¹&sup0; Ohm x cm aufweisen. Solche, in dem Grundmaterial der Oberflächenschicht vorliegende Partikel etablieren eine extrem große Zahl an elektrisch leitfähigen Wegen durch ihren eigenen Kontakt miteinander oder durch Kontakt mit den Haarfasern, um so zu dem Anstieg der von der Rollenoberfläche entfernten Ladung beizutragen. Ferner werden Partikel aus einem Material, das eine Vickers Härte von nicht weniger als 2.000 kg/mm² aufweist, zusätzlich zu den Einzelkristall-Haarfasern in die Oberflächenschicht eingefügt, wodurch der Abriebwiderstand der Oberflächenschicht zunimmt und der die Verschiebung verhindernde Effekt auch zunimmt. Geeignete Materialien für diese Partikel sind Titannitrid-Pulver, Siliciumkarbid-Pulver, Titankarbid-Pulver und Wolfram-Kohlenstoff-Pulver.
Wenn die Haarfasern und die Partikel der Harzoberflächenschicht der Rolle hinzugefügt werden, ist der Fasergehalt bezüglich der Harzschicht (Gew.%) vorzugsweise größer als der entsprechende Partikelgehalt (Gew.%). Dadurch kann der Abbau der Freisetzbarkeitsfähigkeit des Harzes effektiv verhindert werden. Die Mengen der Haarfasern und der Partikel bezüglich der Oberflächenharzschicht beträgt vorzugsweise nicht weniger als 3 Gew.% und nicht mehr als 20 Gew.% im Gesamten. Die Gesamtmenge (Fasern + Partikel) beträgt vorzugsweise nicht mehr als 20 Gew.%, da dadurch der Abfall der Freisetzbarkeit des Harzes effektiv verhindert werden kann. Die Menge der Fasern oder der Partikel beträgt vorzugsweise weniger als 3 Gew.%, da damit der Entladungseffekt in ausreichender Weise zunimmt, so daß die Verschiebung effektiv verhindert werden kann. Gleichzeitig nimmt der Abriebwiderstand zu, wodurch die Verhinderung einer Verschiebung verstärkt wird.
Wie oben beschrieben, wird der Ladungsentfernungseffekt von der Oberfläche der Fixierungsrolle verstärkt, der Abriebwiderstand wird erhöht, so daß der Ladungsentfernungseffekt über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann und wodurch der die Verschiebung verhindernde Effekt ausreichend ist. Dieser die Verschiebung verhindernde Effekt kann über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden.
Obwohl die Erfindung unter Bezug auf die oben offenbarten Strukturen beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese Details beschränkt. Die Anmeldung umfaßt auch solche Modifikationen oder Veränderungen, die innerhalb den Absichten der Verbesserungen liegen oder innerhalb des Schutzumfanges der folgenden Ansprüche.

Claims

1. Rolle (10) zum Fixieren eines Tonerbildes auf einem Aufzeichnungsmaterial (30) mit einem leitfähigen Grundelement (60) und einer Oberflächenfreisetzungsschicht (40), die Fasern (50) aufweist, welche außen an dem Grundelement angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (50) aus einem Einzelkristallmaterial bestehen und einen Volumenwiderstand von nicht mehr als 10¹&sup0; Ω x cm aufweisen.

2. Rolle nach Anspruch 1, wobei die Fasern (50) eine Länge von 5-30 um haben.

3. Rolle nach Anspruch 1, wobei die Menge der Fasern (50) 2-20 Gew.% bezüglich des Grundmaterials der Oberflächenschicht (40) beträgt.

4. Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Oberflächenschicht (40) ein Grundmaterial aus einem Fluorharz aufweist.

5. Rolle nach Anspruch 4, wobei die Oberflächenschicht (40) ein Grundmaterial aus einem Polytetrafluorethylen- Harz aufweist.

6. Rolle nach Anspruch 4, wobei die Oberflächenschicht (40) ein Grundmaterial aus einem Perfluoralkoxy-Harz aufweist.

7. Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fasern (50) aus Kaliumtitanat sind.

8. Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fasern (50) aus Siliciumkarbid sind.

9. Rolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fasern (50) aus Kohlenstoff sind.

10. Rolle nach Anspruch 1, die ferner eine Zwischenschicht (70) zwischen dem Grundelement (60) und der Oberflächenschicht (40) aufweist, wobei die Zwischenschicht (70) Einzelkristallfasern ähnlich geraden Nadeln enthält, die darin gemischt vorliegen.

11. Bildfixiervorrichtung für die Fixierung eines Tonerbildes auf einem Aufzeichnungsmaterial mit einer Fixierrolle (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10 und einem Aufnahmeelement (20), das einen Walzenspalt mit der Rolle bildet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, die ferner Mittel (15) für die elektrische Erdung der Rolle aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, die ferner Mittel für die elektrische Erdung der Rolle mittels Widerstandsmitteln (16) aufweist.