JP2000267483A

JP2000267483A - 加熱装置

Info

Publication number: JP2000267483A
Application number: JP11073618A
Authority: JP
Inventors: Osamu Watanabe; 督渡辺
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】バイアス電圧を用いずに静電オフセットを防
止する。【解決手段】互いに圧接しながら回転する回転体で転
写材を挟圧搬送するためのニップ部を形成し、ニップ部
で転写材に形成されている未定着現像剤像を加熱２０、
加圧２８することによって現像剤像を転写材に永久画像
として定着させる加熱装置において、少なくとも回転体
のうちいずれか一方は他の回転体と接する離型層を有
し、離型層にはフッ素樹脂に圧電セラミクス(ＢaＴiＯ₃
等)を分極処理させたものを０.１〜６０wt%添加させ
る。これによりローラ表面が自己分極し、オフセットを
防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタ、複写
機、ファクシミリ等の電子写真方式による画像形成装置
に用いられる加熱装置に関する。さらには、画像を担持
した転写材を加熱して表面性(つや等)を改質する装置、
シート状物を給紙して乾燥処理・ラミネート処理する装
置等の加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真複写装置等の画像形成装
置に用いられている加熱装置は、図３に示すように、定
着ローラ１を備える。定着ローラ１は、外周面が離型層
２等で被覆されている中空の芯金３からなる。定着ロー
ラ１の芯金３の内部にはヒータ４が配置されている。

【０００３】定着ローラ１には加圧ローラ５が回転可能
に圧接されている。加圧ローラ５は芯金６を有し、該芯
金６の外周面は弾性層７で覆われている。加圧ローラ５
は定着ローラ１と互いに協働して転写材Ｐを挟圧搬送す
るためのニップ部を形成する。

【０００４】定着ローラ１の周囲には、転写材Ｐが定着
ローラ１に巻き付くことを防止するための分離爪(図示
せず)および定着ローラ１の表面温度を検知する温度検
知素子８が配置されている。温度検知素子８は定着ロー
ラ１の表面温度を示す温度検知信号を出力し、該温度検
知信号は温度制御回路(図示せず)に与えられる。温度制
御回路は温度検知信号に基づきヒータ４の動作をオンオ
フ制御し、ヒータ４のオンオフ動作によって定着ローラ
１の表面温度が所定の温度に保持される。定着時、未定
着トナー像が形成されている転写材Ｐは定着ローラ１と
加圧ローラ５との間のニップ部に差し込まれる。転写材
Ｐのニップ部の通過中、転写材Ｐ上の未定着トナー像は
熱および圧力によって転写材Ｐ上に融着され、転写材Ｐ
には永久画像が形成される。しかし、転写材Ｐ上の未定
着トナー像を形成するトナーの一部が定着ローラ１の表
面に転移し(いわゆるオフセット現象)、定着ローラ１表
面にトナーが付着することがある。定着ローラ１表面の
付着トナーは次に送られてくる転写材Ｐに再び付着し、
転写材Ｐはトナーによって汚染される。

【０００５】オフセット現象の発生の原因として、トナ
ーと定着ローラ１との物理的結合力および静電気力が考
えられる。トナーと定着ローラ１との物理的結合力を原
因とするオフセット現象の発生は、定着ローラ１表面の
滑らかさを増すことによって抑えられ、また、定着ロー
ラ１の表面エネルギーを低下させることによって抑えら
れる。よって、定着ローラ１表面に形成されている離型
層２によってトナーと定着ローラ１との物理的結合力を
原因とするオフセット現象の発生を抑制することができ
る。

【０００６】これに対し、オフセット現象の発生原因と
なる静電気力は、摩擦、剥離等によって帯電している定
着ローラ１、加圧ローラ５、転写材Ｐ等が形成する電界
中において帯電粉体であるトナーに作用する静電気力で
あり、トナーと定着ローラ１との間に作用する引力、ト
ナーと加圧ローラ５との間に作用する斥力、または、ト
ナーと転写材Ｐとの間に作用する斥力によってトナーが
定着ローラ１表面に転移する。

【０００７】上記電気的作用によるオフセット現象の発
生を抑制するために、トナー像を形成するトナーが有す
る電荷と同極性の電圧を定着ローラ１に印加し、定着ロ
ーラ１と加圧ローラ５との間に形成される電界によって
トナーの転移を阻止する方法(特願平２-０１３９０６号
に記載)が提案されている。

【０００８】上記の方法が用いられている加熱装置とし
て、図４に示すように、外周面が離型層２で被覆されて
いる中空の芯金３からなる定着ローラ１と、定着ローラ
１の芯金３の内部に配置されているヒータ４と、定着ロ
ーラ１に回転可能に圧接され、外周面が弾性層７で覆わ
れている芯金６からなる加圧ローラ５と、転写材Ｐが定
着ローラ１に巻き付くことを防止するための分離爪(図
示せず)と、定着ローラ１の表面温度を検知する温度検
知素子８と、トナー像を形成するトナーが有する電荷と
同極性のバイアス電圧を定着ローラ１の芯金３に印加す
る電源１０１とを備えるものがある。

【０００９】この加熱装置では、定着ローラ１の芯金３
へのバイアス電圧の印加によって定着ローラ１と加圧ロ
ーラ５との間のニップ部において電界が形成され、バイ
アス電圧と同極性の電荷を有するトナーが定着ローラ１
の離型層２に転移しない。また、バイアス電圧の印加を
行うことにより、定着ローラ１表面の電位が安定し、定
着ローラ１と加圧ローラ５の間に作用する電界が安定す
る。バイアス電圧の印加を行わない場合は、加圧ローラ
５との摺動摩擦や転写材からの電荷供与による離型層２
のチャージアップが発生する。この際、現像剤に含まれ
る反転電荷をもった成分(反転トナーと称する)や、転写
材中に含まれる現像剤と逆極性の填料等の定着ローラへ
の付着によるオフセットが悪化や電荷のリークによる静
電ノイズの発生等の問題が生じる。このため、バイアス
電圧の印加を行い、定着ローラの表面電位を安定させる
必要がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように定着ローラへバイアス電圧を印加する場合、以下
に列記するような欠点がある。 (１) バイアス電圧のリークを防ぐために、定着ローラ
周辺の金属部材との沿面距離をとらねばならず、このた
め、装置全体の小型化が困難であったこと、(２) バイ
アス電圧を印加するための電極や高圧電源を設ける必要
があるため、コストが余計にかかること、(３) バイア
ス電圧をかける電極とローラとの接点が、ブラシ等で形
成されるため、接触不良が発生することがあり、バイア
ス電圧の効果がでなかったり、ノイズの発生の原因にな
っていたこと、等々である。

【００１１】本発明は上記に鑑みなされたものであっ
て、本発明の目的は上記のような種々の問題点が解消さ
れた、バイアス電圧印加を行わずに転写材上に形成され
ている現像剤像を構成する現像剤が、定着ローラ等の回
転体表面に転移するオフセット現像の発生を抑制するこ
とができる優れた加熱装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題・目的は以下
に示す本発明によって解決・達成される。すなわち本願
第１の発明によれば、すなわち本発明は、互いに圧接し
ながら回転する一対の回転体で転写材を挟圧搬送するた
めのニップ部を形成し、該ニップ部で前記転写材に形成
されている未定着現像剤像を加熱、加圧することによっ
て前記現像剤像を前記転写材に永久画像として定着させ
る加熱装置において、少なくとも前記回転体のうちのい
ずれか一方は他の回転体と接する離型層を有し、該離型
層には少なくとも圧電性を有する物質を０.１〜６０wt%
含有することにより達成される。

【００１３】また、本願第２の発明によれば、上記目的
は、前記離型層は少なくとも圧電性セラミクスが添加さ
れたフッ素樹脂であることにより達成される。さらに、
本願第３の発明によれば、上記目的は、前記離型層は少
なくとも分極処理を施したチタン酸バリウムまたはチタ
ン酸バリウムとジルコン酸鉛の固溶体が添加されたフッ
素樹脂であることにより達成される。

【００１４】(作用)本発明の用いるフッ素樹脂離型層
は、フィラーとして圧電性セラミクスを添加している。
焦電性セラミクスおよび強誘電性セラミクスはいずれも
圧電性を示すため、これらも圧電性セラミクスの中に含
まれる。これらの物質は適度な温度または加圧条件下で
電気分極を生じ、外部に電界を発生しているため、バイ
アス電圧を用いなくても離型層を現像剤と同極性の電位
に制御でき、オフセットを防止することができる。した
がって、本発明の少なくとも圧電性セラミクスを含有す
るフッ素樹脂離型層を用いる場合、現像剤像がニップ部
を通過する際に、加熱または加圧によるひずみ変化によ
って電気分極を出現させることができる。

【００１５】この電気分極によって、上記第一の回転体
と上記第二の回転体との間には電位差が生じ、上記ニッ
プ部およびその近傍にオフセット現像を抑制するための
電界が発生し続ける。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の詳細を実施例により図面に基
づいて説明するが、本発明がこれらによってなんら限定
されるものではない。

【００１７】[実施例１]以下に、本発明の一実施例につ
いて図面を参照しながら説明する。図１は本願第一の発
明の加熱装置の一実施例の主要部を示す概略構成図であ
る。加熱装置は、図１に示すように、定着ローラ１を備
える。定着ローラ１は、外周面が離型層２で被覆されて
いる中空の芯金３からなる。本実施例では、離型層２の
厚さ寸法は３０μmである。芯金３は、アルミニウム材
製の中空円筒部材からなり、その肉厚は３mmである。定
着ローラ１の外径寸法は、２０mmである。定着ローラ１
の芯金３の内部には、ヒータ４が配置されている。

【００１８】定着ローラ１には、加圧ローラ５が回転可
能に圧接されている。加圧ローラ５は、芯金６を有し、
該芯金６の外周面は弾性層７で覆われている。本実施例
では、弾性層７は、界面活性剤が分散されているシリコ
ンゴム材からなる。この弾性層７は導電フィラーの添加
により、導電化され、加圧ローラの表面は芯金を通して
接地されている。弾性層７の厚さ寸法は、４mmであり、
その体積抵抗値は、１０¹⁰〜１０¹²Ωcmである。加圧ロ
ーラ５の外径寸法は１６mmである。加圧ローラ５は定着
ローラ１と互いに協働して転写材Ｐを挟圧搬送するため
のニップ部を形成する。

【００１９】定着ローラ１の周囲には、定着ローラ１の
表面温度を検知する温度検知素子８が配置されている。
温度検知素子８は、定着ローラ１の表面温度を示す温度
検知信号を出力し、該温度検知信号は温度制御回路(図
示せず)に与えられる。温度制御回路は、温度検知信号
に基づきヒータ４の動作をオンオフ制御し、ヒータ４の
オンオフ動作によって、定着ローラ１の表面温度が所定
の温度に保持される。

【００２０】次に、本実施例に用いる定着ローラ１につ
いて説明する。定着ローラ１の表面離型層は、例えばＰ
ＦＡ(四フッ化エチレン-パーフルオロアルキルビニルエ
ーテル共重合体)、ＰＴＦＥ(ポリ四フッ化エチレン)、
ＦＥＰ(四フッ化エチレン-六フッ化プロピレン共重合
体)等のフッ素樹脂に分極処理を行った圧電性セラミク
スを添加させたものである。

【００２１】本実施例では、圧電性(強誘電性)セラミク
スであるチタン酸バリウム(ＢaＴiＯ₃)を添加させたも
のである。圧電性セラミクスの分極処理方法としては、
(１)セラミクスをキュリー点温度以下の室温で、電界を
一定時間加える、(２)キュリー点温度以下のなるべく高
い温度で、電界を一定時間加える、(３)キュリー点以上
の温度から電界を印加しながら常温まで冷却する、(４)
ポリマーを高温で強い静磁場を作用させながら冷却す
る、等の方法を用いることができる。

【００２２】エレクトレット処理がなされた離型層を有
するローラの成形法は、あらかじめ芯金上に成形された
樹脂塗膜に前記製法の処理を行うことができる。この
際、芯金上の膜厚は１０〜３００μm、好ましくは３０
〜２００μmが望ましい。

【００２３】本実施例では、定着ローラ１の離型層とし
てＰＴＦＥとＰＦＡの混合物にチタン酸バリウム粉体を
６:２:２(重量比率)の割合で混合し、芯金表面に粉体塗
装等の通常の方法で塗膜した後、定着ローラ１を１００
℃で加熱しながら、-２０kV/cmの電界を２時間印加し
た。この処理を５回繰り返し、膜厚３０μmの離型層１
０を得た。本実施例では、チタン酸バリウムを２０%添
加しているが、これは０.１〜６０wt%、好ましくは１〜
２５wt%の添加が望ましい。

【００２４】上記定着ローラを用いた加熱装置(加熱装
置(ｂ)とする)に、負極性をもつ現像剤像がある転写体
を１０００枚通紙し、定着ローラ１および加圧ローラ５
に付着した現像剤のオフセット量を測定したところ、表
１に示すように、チタン酸バリウムを添加したものは、
しないもの(加熱装置(ａ)とする)に比べて著しくオフセ
ット量が減少している。これは分極処理されたチタン酸
バリウムにより、ＰＦＡの離型層１０が常に安定的に負
に帯電し、負極性の電位となり、加圧ローラ５から定着
ローラ１の方向への電界が発生したため、負帯電性トナ
ーが付着しなくなったことによるものであると考えられ
る。

【００２５】本実施例では圧電セラミクスであるＢaＴi
Ｏ₃を用いたが、チタン酸バリウムとジルコン酸鉛(Ｐb
ＺrＯ₃)の固溶体を高温分極処理を行ったものでも同様
の効果が得られた。

【００２６】[実施例２]次に本発明の他の実施例につい
て図２を用いて説明する。図２において、耐熱性定着ベ
ルト２５はエンドレスベルト状フィルムであり、駆動ロ
ーラ２６と、従動ローラ２７と、この両ローラ２６,２
７間の下方にヒータ支持体２１に保持させて固定支持さ
せて配設した加熱体２０との互いに並行な上記３部材２
６,２７,２０間に懸回張設してある。

【００２７】従動ローラ２７はフィルム(定着ベルト)２
５のテンションローラを兼ねさせてあり、定着ベルト２
５は駆動ローラ２６の時計方向回転駆動に伴い時計方向
に所定の速度、すなわち不図示の画像形成部側から搬送
されてくる未定着トナー画像Ｔを上面に担持した被加熱
部材としての記録材Ｐの搬送速度と同じ周速度をもって
シワや蛇行、速度遅れなく回転駆動される。

【００２８】加圧ローラ２８はシリコンゴム等の離型性
のよいゴム弾性層を有するローラであり、前記定着ベル
ト２５の下行側フィルム部分を挟ませて加熱体２０の下
面に対して付勢手段により例えば総圧４〜１０kgの当接
圧をもって対向圧接させてあり、記録材Ｐの搬送方向に
順方向の反時計方向に回転する。

【００２９】また、加熱体２０は、厚み１.０mm、幅１
０.０mm、長さ３５０mmの良熱電導体、例えばアルミ
ナ、窒化アルミニウム等の基板上に電気抵抗材料を幅
２.５mm、長さ３００mmに塗工したものであり、この電
気抵抗材料に通電することにより熱エネルギーを発生さ
せるようにしている。

【００３０】さらに、上記加熱体２０の基板の背面に
は、温度検知手段としての温度センサー２９が装着され
ており、この温度センサー２９には、画像形成動作の実
行中に加熱体２０の基板が所定の設定温度(温調温度)に
なるように、この温度センサーにより検知した温度に応
じて、加熱体２０へ供給する電力を制御する通電制御手
段である通電制御部(不図示)が接続されている。また、
この通電制御部は、加熱体２０へ供給する電力を制御し
ている。

【００３１】ヒータ支持体２１は例えばＰＰＳ(ポロフ
ェニレンサルファイド)、ＰＡＩ(ポリアミドイミド)、
ＰＩ(ポリイミド)、ＰＥＥＫ(ポリエーテルエーテルケ
トン)、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹
脂とセラミクス・金属・ガラス等の複合材料等で構成でき
る。

【００３２】回転駆動されるエンドレスベルト２５は、
繰り返してトナー画像の加熱定着に供されるから、耐熱
性・離型性・耐久性に優れ、一般的には総厚１００μm以
下、好ましくは４０μm以下の薄肉のものを使用する。

【００３３】例えばポリイミド・ポリエーテルイミド・Ｐ
ＥＳ(ポリエーテルサルファイド)・ＰＦＡ等の耐熱樹脂
の単層フィルム、あるいは複合層フィルム、例えば２０
μm厚フィルムの少なくとも画像当接面側にＰＦＡ等の
フッ素樹脂に分極処理を施したチタン酸バリウムを１.
５wt%添加した離型性コート層を１０μm厚に施したもの
等である。

【００３４】本実施例のような離型性コート層を有する
定着ベルトを設けたことにより、オフセットは大幅に低
減できる。

【００３５】このように本発明は、ベルトを用いた加熱
装置に関しても応用できる。

【００３６】

【表１】＊:電界の大きさが負の場合は逆向きの電界

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、定着ローラ、定着フィルムといった回転体の離型層
を圧電性セラミクスを添加させたフッ素樹脂から形成す
ることにより、離型層が永久分極を起こし、バイアス電
圧を用いずに現像剤のオフセットを防止することができ
る。また、環境の変化や繰り返しの仕様に対しても安定
している。このため、コストを抑えながら画像品質を損
なわない加熱装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における加熱装置の概要を示
す模式断面図。

【図２】本発明の実施例２における加熱装置の概要を示
す模式断面図。

【図３】従来の加熱装置の一例の概要を示す模式断面
図。

【図４】従来の加熱装置の他の例の概要を示す模式断面
図。

【符号の説明】

１定着ローラ２離型層３芯金４ヒータ５加圧ローラ６芯金７弾性層８温度検知素子９,１０離型層２０加熱体２１ヒータ支持体２５定着ベルト(エンドレスベルト状フィルム) ２６駆動ローラ２７従動ローラ２８加圧ローラ２９温度センサー３０通電制御部１０１電源Ｐ転写材Ｔ未定着トナー画像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに圧接しながら回転する一対の回転
体で転写材を挟圧搬送するためのニップ部を形成し、該
ニップ部で前記転写材に形成されている未定着現像剤像
を加熱、加圧することによって前記現像剤像を前記転写
材に永久画像として定着させる加熱装置において、少な
くとも前記回転体のうちのいずれか一方は他の回転体と
接する離型層を有し、該離型層には少なくとも圧電性を
有する物質が０.１〜６０重量%含有されていることを特
徴とする加熱装置。
【請求項２】前記離型層は少なくとも圧電性セラミク
スが添加されたフッ素樹脂であることを特徴とする、請
求項１記載の加熱装置。
【請求項３】前記離型層は少なくとも分極処理を施し
たチタン酸バリウムまたはチタン酸バリウムとジルコン
酸鉛の固溶体が添加されたフッ素樹脂であることを特徴
とする、請求項１または２記載の加熱装置。