JP2002304073A

JP2002304073A - 電子写真画像形成装置の加熱定着装置

Info

Publication number: JP2002304073A
Application number: JP2001105986A
Authority: JP
Inventors: Yukikazu Kamei; 幸和亀井; Tomohiro Oikawa; 智博及川; Shiro Wakahara; 史郎若原; Hideki Onishi; 英樹大西; Hiroshi Doshoda; 洋道正田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】オフセットを防止可能で、かつコストの低減
化および装置の小型化を図ることが可能な電子写真画像
形成装置の加熱定着装置を提供する。【解決手段】一対の回転体の間に未定着画像を担持し
た転写材６を通過させて加熱することにより、転写材６
に画像を永久定着させる。回転体は、加熱手段（ハロゲ
ンヒータ１３）を有する定着ローラ１１と、定着ローラ
１１に押圧された加圧ローラ１２とからなる。定着ロー
ラ１１または定着ローラ１２の少くとも一方には、強誘
電体層（１１Ｂ，１２Ｂ）を形成する。強誘電体層（１
１Ｂ，１２Ｂ）は、双極子配向処理がなされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一対の回転体の間
にモノクロ画像または４色フルカラー画像で形成された
未定着画像を担持した転写材を通過させて加熱すること
により、前記転写材に画像を永久定着させる電子写真画
像形成装置の加熱定着装置に関し、例えば電子写真装置
あるいは静電記録装置における定着技術分野において利
用される加熱定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子写真画像形成装置の加熱定着
装置を、図１１に示す概略構成図に基づき説明する。従
来の電子写真画像形成装置の加熱定着装置は、図１１に
示すように、定着ローラと加圧ローラとが互いに圧接す
るようにして配置されており、加熱手段により定着ロー
ラを加熱して、画像の定着を行うようになっている。

【０００３】定着ローラ１は、中空の金属製芯金の外表
面に、トナー離型層を有する弾性体層またはトナー離型
層を有するコート層を設けて構成されており、芯金の内
部には加熱手段２が配設されている。また、定着ローラ
１には、離型剤塗布兼クリーニング部材３が押圧して配
設されている。この離型剤塗布兼クリーニング部材３
は、離型剤（例えばシリコンオイル等）を含浸させた耐
熱性フェルトからなるクリーニング材３Ａと、これを支
持するホルダ３Ｂとからなる。

【０００４】また、加圧ローラ４は、芯金４Ｂの周囲
に、例えば低温加硫型シリコンゴム（ＬＴＶ）の弾性体
層４Ａを有している。これらのローラ対の間に、トナー
（モノクロまたは４色カラー（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋ））５
からなる像を担持した転写材６が通過することにより定
着動作が行われ、最終画像が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、装置
の小型化、紙資源の有効利用等の面から、両面印字対
応、最終印字画像におけるオイルによるグロス感（光沢
感）の低減、ユーザーが転写材を触った時のオイルベた
つき感の削減、メンテナンスフリーといった問題の解決
を目的として、クリーニング部材およびオイル塗付機構
を用いない構成が必要となってきた。このため、ホット
オフセット、コールドオフセットおよび静電オフセット
を発生しない定着装置の提供が必要となってきた。ここ
で、ホットオフセットとは、トナーの加熱過多によりト
ナーの熱凝集が定着ローラの表面上で生じ、定着ローラ
の表面にトナーが付着してしまう画像劣化をいう。ま
た、コールドオフセットとは、トナーの加熱不足により
トナーが溶融しきれずに紙に定着することなく剥がれ落
ちてしまう画像劣化をいう。さらに、静電オフセットと
は、電荷を持ったトナーがローラ対の間に入った際に、
例えば加圧ローラの摩擦によるチャージアップ等によっ
て、トナーの転写材方向への保持力とは逆向きの電界を
受け、トナー像が定着ローラ側に転移し、ローラ上に乗
って１周した後、再び転写材上に定着されてしまい、画
像を損なう現象のことをいう。

【０００６】そこで、ホットオフセットおよびコールド
オフセットを防止する方法として、定着ローラに対し
て、トナー離型性のあるシリコンオイル等を微量塗布す
る方法や、最近では、トナーの内部に離型性のあるワッ
クスを混合分散して重合反応し、内包させることにより
オイル塗布機構を用いなくてもよいカラー画像形成装置
が開発されている。しかしながら、シリコンオイル等を
微量塗布する場合には、メンテナンス等の問題、画質の
グロスアップの問題があり、ワックス内包トナーの場合
においてはコストアップが避けられずに、ワックスによ
る画像形成装置および画質への悪影響等といった問題が
依然として残ってしまう。

【０００７】また、静電オフセットを防止する方法とし
て、図１２および図１３に示すような加熱定着装置が開
発されている。図１２に示す加熱定着装置は、加圧ロー
ラ側にトナーと逆極性のバイアスを印加することによ
り、上下ローラ間に電位差を持たせて、トナーを転写材
側に引き付け、オフセットを防止しようとしたものであ
る。この加熱定着装置は、電圧印加という点等を除け
ば、基本的には本発明のコンセプトと同じである。

【０００８】この加熱定着装置の定着ローラ７は、図１
２に示すように、芯金７Ｂと離型性層７Ａとからなり、
不図示の摺動接点を介してアースに接続されている。一
方、加圧ローラ９は、芯金９Ｃ上に、その体積抵抗が１
０⁹Ω・ｃｍ以下の導電性弾性層９Ｂと離型性層９Ａを
形成してなり、不図示の摺動接点により、高圧電源１０
からトナーと逆極性の所定バイアスが印加される構成と
なっている。

【０００９】また、図１３に示す加熱定着装置は、図１
２に示す加熱定着装置とほぼ同様のローラ構成となって
いる。そして、ローラ対の各々に整流器としてのダイオ
ード８Ａ，８Ｂを接続することにより、セルフバイアス
でローラ間に電位を持たせる方法を採用している。な
お、図１３に示す加熱定着装置において、トナー５は、
負極性であると仮定している。

【００１０】この加熱定着装置は、図１３に示すよう
に、定着ローラ７に対して、その芯金に不図示の摺動接
点を介して、トナー５と同極性の負の電荷をためる向き
にダイオード８Ａを接続している。また、加圧ローラ９
に対して、その芯金に不図示の摺動接点を介して、トナ
ー５と逆極性の正の電荷をためる向きにダイオード８Ｂ
を接続している。この加熱定着装置は、ダイオード８
Ａ，８Ｂを接続したローラ対の間に電位を持った転写材
６が進入してくると、その電位に誘起されてローラ対の
間に電位差が生じ、トナー５を転写材６側に引き付ける
電界をつくり、オフセットを防止するようにしたもので
ある。なお、トナー５が正極性の場合には、ダイオード
８Ａ，８Ｂの向きは、図１３に示す向きとは逆になる。

【００１１】しかしながら、図１２に示す従来の加熱定
着装置では、特に低湿度環境下において高圧電源１０に
よって印加されるバイアス値以上に、転写材６が高い電
位状態でローラ対に進入して来た場合、加圧ローラ９の
電位はトナー５を転写材６側に引き寄せる力としては全
く寄与できないために、オフセットが生じてしまうとい
う問題があった。さらに、加圧ローラ９に別途高圧電源
を設けているため、コストアップや、サイズアップ等の
問題も生じてしまう。

【００１２】また、図１３に示す従来の加熱定着装置で
は、高湿度環境下において、ダイオード８Ａ，８Ｂ自身
の吸湿およびダイオード８Ａ，８Ｂの周囲の沿面への結
露等により、漏れ電流が多くなる。このため、ローラ対
の間に十分な電位差を保持できなくなり、オフセットが
生じるという問題があった。このような問題に対して、
予め最悪のケースを想定して高めの電位を設定すればよ
いが、環境条件に基づく不安定さという意味では芳しく
ない。さらに、ダイオード８Ａ，８Ｂを接続しなければ
ならないため、コストアップという問題も生じてしま
う。

【００１３】本発明は、前述した事情に鑑み提案された
もので、オフセットを防止可能で、かつコストの低減化
および装置の小型化を図ることが可能な電子写真画像形
成装置の加熱定着装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電子写真画
像形成装置の加熱定着装置は、前述した目的を達成する
ため、以下の特徴点を備えている。

【００１５】すなわち、本発明に係る電子写真画像形成
装置の加熱定着装置は、一対の回転体の間に未定着画像
を担持した転写材を通過させて加熱することにより、前
記転写材に画像を永久定着させる電子写真画像形成装置
の加熱定着装置において、前記回転体は、加熱手段を有
する定着ローラと、該定着ローラに押圧された加圧ロー
ラとからなり、前記定着ローラまたは前記定着ローラの
少くとも一方には、強誘電体層が形成されており、該強
誘電体層は、双極子配向処理がなされていることを特微
とするものである。

【００１６】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記定着ローラには、トナーの帯電極
性と同極性の焦電電位が形成されていることが好まし
い。

【００１７】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記加圧ローラには、トナーの帯電極
性と逆極性の焦電電位が形成されていることが好まし
い。

【００１８】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記定着ローラまたは前記加圧ローラ
には、電気導電性支持体層が形成されていることが好ま
しい。

【００１９】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記電気導電性支持体層は、接地され
ていることが好ましい。

【００２０】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記定着ローラまたは前記加圧ローラ
の少なくとも一方には、弾性体層が形成されていること
が好ましい。

【００２１】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記強誘電体層は、少なくともその一
部に有機系材料を含むことが好ましい。

【００２２】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記強誘電体層は、少なくともその一
部に無機系材料を含むことが好ましい。この場合、前記
無機系材料は、少なくとも３成分からなるセラミクス焼
結体であることが好ましい。

【００２３】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記強誘電体層の比誘電率は、１０以
上であることが好ましい。

【００２４】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記強誘電体層の体積固有抵抗率は、
１０¹⁴Ω・ｃｍ以上かつ１０¹⁵Ω・ｃｍ以下であること
が好ましい。

【００２５】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置は、一対の回転体の間にフルカラーの未
定着画像を担持した転写材を通過させて加熱することに
より、前記転写材にフルカラー画像を永久定着させる電
子写真画像形成装置の加熱定着装置において、前記回転
体は、加熱手段を有する定着ローラと、該定着ローラに
押圧された加圧ローラとからなり、前記定着ローラは、
芯金からなる最内層と、導電性部材からなる中間層と、
強誘電体からなる最外層とから構成されていることを特
徴とするものである。

【００２６】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記加圧ローラは、芯金からなる最内
層と、導電性部材からなる中間層と、強誘電体からなる
最外層とから構成されていることが好ましい。

【００２７】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記導電性部材は、弾性体であること
が好ましい。

【００２８】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記強誘電体層の表層部分には、接地
された導電性部材が当接配置されていることが好まし
い。

【００２９】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記定着ローラの表面温度は、前記強
誘電体層のキュリー点温度よりも低いことが好ましい。

【００３０】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記加圧ローラの表面温度は、前記強
誘電体層のキュリー点温度よりも低いことが好ましい。

【００３１】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記定着ローラの焦電電位は、その絶
対値が２５０Ｖ以上であることが好ましい。

【００３２】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記加圧ローラの焦電電位は、その絶
対値が５００Ｖ以上であることが好ましい。

【００３３】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記定着ローラの強誘電体層の層厚
は、１０μｍ以上であることが好ましい。

【００３４】また、前記電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記加圧ローラの強誘電体層の層厚
は、２０μｍ以上であることが好ましい。

【００３５】このように、本発明に係る電子写真画像形
成装置の加熱定着装置は、定着ローラあるいは加圧ロー
ラの少なくとも一方に、所定の焦電電位を保持させ、定
着ローラの表層には、トナーと同極性の焦電電位が形成
された強誘電体を被覆し、また、加圧ローラの表層に
は、トナーと逆極性の焦電電位が形成された強誘電体を
被覆することにより、焦電電位が形成する電界の作用で
トナーを転写材側に引き付ける方向の電界を生じさせ、
強制的にトナーを転写材側に転写させることにより、ホ
ットオフセット、コールドオフセットおよび静電オフセ
ットを効果的に防止することができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す具体的な実施例
に基づいて、本発明に係る電子写真画像形成装置の加熱
定着装置の実施形態を説明する。

【００３７】＜加熱定着装置の実施例１＞図１は、本発
明に係る電子写真画像形成装置の加熱定着装置の実施例
１を示す概略構成図である。なお、実施例１の加熱定着
装置では、トナーは負極性のものと仮定して説明する。

【００３８】実施例１の加熱定着装置は、図１に示すよ
うに、定着ローラ１１と加圧ローラ１２とが対向して設
けられており、これらのローラ１１，１２からなるロー
ラ対は、所定の圧力で互いに押圧されている。また、定
着ローラ１１の内部にはハロゲンヒータ１３が配設され
ており、このハロゲンヒータ１３により加熱が行われ
る。さらに、定着ローラ１１に接して設けられた温度検
知手段（図示せず）により温度制御が行われ、回転する
ローラ対の間を未定着画像を担持した転写材６が通過す
ることにより、画像の定着動作が行われる。

【００３９】定着ローラ１１は、芯金１１Ａとその最外
層に設けられた強誘電体層１１Ｂ（中間層として弾性体
層を有する場合有り）からなり、芯金１１Ａは、不図示
の摺動接点を介して接地されている。強誘電体層１１Ｂ
には、トナー５と同極性の焦電電位が所定の値で形成さ
れており、強誘電体層１１Ｂの表面には、除電ブラシ１
４が接触して配置されている。

【００４０】一方、加圧ローラ１２は、芯金１２Ａとそ
の最外層に設けられた強誘電体層１２Ｂ、および中間層
として導電性弾性層１２Ｃ（例えば、導電性シリコンゴ
ム）かならり、芯金１２Ａは、不図示の摺動接点を介し
て接地されている。強誘電体層１２Ｂは、トナー５と逆
極性の焦電電位が所定の値で形成されており、強誘電体
層１２Ｂの表面には、除電ブラシ１４が接触配置されて
いる。

【００４１】なお、図１においては、マイナスに帯電し
たトナー５を定着ローラ１１側から引き離し、加圧ロー
ラ１２側に引き付けるように、強誘電体層１２Ｂの双極
子の向きおよび焦電電位極性が示されているが、もし、
プラスに帯電したトナー５を扱う場合には、強誘電体層
１１Ｂの双極子の向きおよび焦電電位極性を、それぞれ
逆にすればよい。

【００４２】また、強誘電体層１１Ｂに形成された焦電
電位に関しては、後述するように、殆ど周囲環境に影響
されることがない。また、外部電源を用いて電圧印加を
行わずに、強誘電体層１１Ｂに形成された永久双極子が
発現する焦電電位を用いるため、リークおよび安全規格
といった高電圧を用いる場合に考慮しなければならない
諸問題に関して留意する必要性がないので、ローラ対の
間のリークおよび安全規格対応のための耐圧対策上の観
点から、装置の複雑化、大型化、高コスト化等を考慮し
なくてもよい。したがって、自由に焦電電位の設定を行
うことが可能であり、この点に関しても、従来技術と比
較して飛躍的に改善されたと言える。

【００４３】＜加熱定着装置の実施例２＞図２は、本発
明に係る電子写真画像形成装置の加熱定着装置の実施例
２を示す概略構成図である。なお、実施例２の加熱定着
装置では、トナーは負極性のものと仮定して説明する。

【００４４】実施例２の加熱定着装置は、図２に示すよ
うに、定着ローラ３１と加圧ローラ３２とが対向して設
けられており、これらのローラ３１，３２からなるロー
ラ対は、所定の圧力で互いに押圧されている。また、定
着ローラ３１の内部にはハロゲンヒータ３３が配設され
ており、このハロゲンヒータ３３により加熱が行われ
る。さらに、定着ローラ３１に接して設けられた温度検
知手段（図示せず）により温度制御が行われ、回転する
ローラ対の間を未定着画像を担持した転写材６が通過す
ることにより、画像の定着動作が行われる。

【００４５】定着ローラ３１は、芯金３１Ａとその外層
に設けられた強誘電体層３１Ｂ（中間層として弾性体層
を有する場合有り）からなり、芯金３１Ａは、不図示の
摺動接点を介して接地されている。強誘電体層３１Ｂ
は、トナー５と同極性の焦電電位が所定の値で形成され
ており、強誘電体層３１Ｂの表面には、除電ブラシ４１
が接触して配置されている。一方、加圧ローラ３２は、
芯金３２Ａとその外層に設けられた導電性弾性層３２Ｂ
（例えば、導電性シリコンゴム）を有している。

【００４６】なお、図２においては、マイナスに帯電し
たトナー５を定着ローラ側３１から引き離し、加圧ロー
ラ３２側に引き付けるように、強誘電体層３１Ｂの双極
子の向きおよび焦電電位極性が示されているが、もし、
プラスに帯電したトナー５を扱う場合には、強誘電体層
３１Ｂの双極子の向きおよび焦電電位極性を、それぞれ
逆にすればよい。

【００４７】また、強誘電体層３１Ｂに形成された焦電
電位に関しては、後述するように、殆ど周囲環境に影響
されることがない。また、外部電源を用いて電圧印加を
行わずに、強誘電体層３１Ｂに形成された永久双極子が
発現する焦電電位を用いるため、リークおよび安全規格
といった高電圧を用いる場合に考慮しなければならない
諸問題に関して留意する必要性がないので、ローラ対の
間のリークおよび安全規格対応のための耐圧対策上の観
点から、装置の複雑化、大型化、高コスト化等を考慮し
なくてもよい。したがって、自由に焦電電位の設定を行
うことが可能であり、この点に関しても、従来技術と比
較して飛躍的に改善されたと言える。

【００４８】図３は、各環境下において、転写材である
転写紙のオフセットを防止するために、定着ローラの強
誘電体層にどれだけの焦電電位を与える必要があるかを
検討した結果を示す説明図である。図３において、
（ａ）はＬ／Ｌ、（ｂ）はＮ／Ｎ、（ｃ）はＨ／Ｈの環
境下における説明図である。

【００４９】図３から明らかなように、各環境下におい
て、転写紙のオフセットを防止するためには、約−２５
０Ｖ以上の焦電電位が必要であることがわかった。発明
者らの実験によれば、同様に、加圧ローラに対して＋５
００Ｖ以上の焦電電位を与えることにより、さらにオフ
セット防止効果が向上し、従来のオイル塗布が必要とさ
れていたフルカラートナーを用いた場合においても、オ
イルレスで良好な画像が得られることが判明した。ま
た、図３から明らかなように、定着ローラに形成する焦
電電位の値は、＋（−）２５０Ｖ〜＋（−）１５００Ｖ
の範囲であると思われる。

【００５０】次に、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置の定着ローラおよび加圧ローラに形成さ
れた強誘電体層について述べる。この強誘電体層内の構
成分子は永久双極子であり、自発分極性を有している。
この自発分極の形成機構に基づき分類すると、規則不規
則型と変位型とに大別される。

【００５１】規則不規則型は、その双極子配向の規則性
の変化により、強誘電相や常誘電相ができるものをい
い、強誘電相では隣り合う永久双極子が双極子モーメン
トを打ち消し合わないように規則的に配向するため自発
分極を持つに至る。一方、常誘電相では双極子の配向が
不規則になり、互いの双極子モーメントを打ち消してし
まうため無極性となる。このような双極子配向は、何ら
かの協同効果により隣り合う双極子が互いに平行になろ
うとする力とエントロピー的に不規則になる力の程度に
よって定まる。

【００５２】有機系材料であるフッ化ビニリデン系ポリ
マー、その他、分子間水素結合を有する樹脂中にアミノ
基およびカルボニル基、シアノ基、またはチオカルボニ
ル基を有する有機化合物を有する樹脂、当該樹脂におい
てアミノ基およびカルボニル基、シアノ基、またはチオ
カルボニル基（以下、官能基という）は、主鎖部分に存
在してもよく、側鎖部分に存在してもよい。また、これ
らの官能基を有する樹脂のうちの１群の官能基を有する
樹脂であってもよく、また２群以上の官能基が存在する
樹脂であってもよい。

【００５３】また、変位型は、各イオンが、正および負
電荷の中心が一致する位置より微小距離だけ変位するこ
とにより自発分極を持ち、この変位は単位包の大きさに
比して小さい。常誘電相では、正負イオンの中心が一致
するため無極性になる。このようなイオンの変位は、転
移点以下で双極子間のクーロン力による長距離相互作用
によって生ずるもので、無機系の酸化物材料である強誘
電体として、一般式［（Ｂｉ₂Ｏ₂）²⁺（ＸＹ₂Ｏ₇）^2-］
（式中、ＸはＳｒ，Ｐｂ、またはＮａ_0.5Ｂｉ₀ _.5を表
し、ＹはＴａまたはＮｂを表す）、または、一般式［Ｘ
_nＢｉ₄Ｔｉ_n+3Ｏ₃ _n+12］（式中、ＸはＳｒ，Ｐｂ，Ｂ
ａ、またはＮａ_0.5Ｂｉ_0.5を表し、ｎは１または２を表
す）のものが用いられる。具体的には、無機系の酸化物
材料である強誘電体として、チタン酸バリウム等がこれ
に属する。

【００５４】焦電性、自発性分極性および分極反転性を
有した強誘電体に抗電界（Ｃｏｅｒｃｉｖｅｆｉｅｌ
ｄ：すなわち分極処理が可能となるある一定以上の外部
電界強度を意味し、強誘電体の構成ポリマー、膜厚、周
囲雰囲気温度等によって異なる）以上の電圧を印加（接
触（ローラ帯電法）、非接触（コロナ帯電法）のどちら
でも可）することにより、この永久双極子を一方向に揃
える。これを双極子配向処理（以下、ポーリング処理と
いう）という。

【００５５】このポーリング処理がなされると、次に抗
電界以上の電圧が外部より付与されなければ、半永久的
に同一方向、同電位にて電位保持される。さらに、この
強誘電体素子中のポーリングされた永久双極子を表面焦
電電位として発現させるために、強誘電体素子の表面全
体をある特定温度（強誘電体の構成ポリマーにより異な
るが、本発明においてはキュリー点温度（１５０℃）以
下である１２０℃前後が望ましい）に加熱する。その
後、室温に冷却すれば、強誘電体素子表面に永久双極子
の分極電荷に起因する表面電位が検出される。以上のプ
ロセスを、図４を用いてさらに詳細に説明する。

【００５６】強誘電体層に永久双極子を形成するには、
図４（ａ）〜（ｄ）のプロセスが用いられる。導電性支持基体２０上に形成した強誘電体素子２１を
正極に帯電させるために、負極にバイアス（−２０００
Ｖ程度）を印加した帯電ローラ２２を用いて接触帯電さ
せる（ポーリング処理）。この後、強誘電体素子２１の
表面における実電荷が分極電荷を中和しているため、強
誘電体素子２１上のみかけの表面電位は中和されて小さ
い値を示している（図４（ａ））。強誘電体素子全面を１４５℃にて加熱する（図４
（ｂ））。この加熱により、双極子２３の配向が一部崩れ、双極
子２３の大きさがみかけ上、小さくなる（図４
（ｃ））。一部配向の崩れた双極子２３の分極電荷とバランスし
ない表面実電荷２４を、強誘電体素子２１の加熱作用に
よる体積固有抵抗の低下（常温１０¹⁴〜１０¹⁵Ω・ｃｍ
が１４５℃加熱により１０₁₂Ω・ｃｍ以下となる）に伴
って、リークさせることができる。室温にまで冷却することにより、永久双極子２３は、
もとのポーリング状態に復帰するが、強誘電体素子２１
の表面実電荷２４は大部分がリークし相殺されているた
め、もはや永久双極子２３とはバランスせず、永久双極
子２３に起因した任意の表面電位が発現する（図４
（ｄ））。

【００５７】本実験においては、強誘電体素子の膜厚４
０μｍとして形成することにより、＋１０００Ｖの表面
電位が得られた。この表面電位は、帯電条件、強誘電体
素子２１の材質、膜厚等のパラメータにより任意に調整
することが可能である。また、強誘電体素子２１の焦電
電位は、強誘電体素子２１を形成する材質により若干異
なるが、その膜厚に正比例し、通常膜厚１μｍで２５Ｖ
の焦電電位が得られることが分かっている。

【００５８】以上のプロセスにより得られた強誘電体素
子を放置して、その表面電位と経時変化を求めた。図５
に、強誘電体素子の表面電位の経時変化のグラフを示
す。図５より明らかなように、本実施形態に係る強誘電
体素子を２年間という長期間、常温状態で放置したにも
かかわらず、その表面電位を測定した結果、２年後にお
いても十数Ｖ程度の減衰しか認められず、実用上殆ど問
題がないということが判明した。この任意の表面電位が
発現した強誘電体素子を定着ローラの表層に形成して用
い、転写材上に形成されたトナー像を加熱溶融すること
により、オフセットの全くない良好な画質が得られるこ
とが実験により確認された。

【００５９】このプロセスの大きな特徴は、強誘電体素
子に発現した表面電位は半永久的に保持されるものであ
り、結果として定着装置には高電圧電源を設ける必要が
なく、外部からの電圧付与を一切必要とせずにオフセッ
トのない良好な画像定着が行われることである。

【００６０】本発明に係る電子写真画像形成装置の加熱
定着装置に用いる強誘電体素子は、強誘電体層と導電性
支持体層からなる。また、この強誘電体素子は、図６に
示すように、強誘電体層２５と導電性支持体層２６が、
密着した状態であってもよく（図６（ａ））、強誘電体
層２５と導電性支持体層２６の間に導電性弾性体中間層
２７を設けてもよく（図６（ｂ））、さらに、強誘電体
層２５の表層部分を耐擦性部材２８（耐熱性も要求され
るのでテフロン（テフロンは登録商標であり、物質名は
ポリテトラフルオロエチレン）等）で被覆するか、コー
ティングすることが好ましい（図６（ｃ））。

【００６１】本発明に係る電子写真画像形成装置の加熱
定着装置の開発過程において使用された強誘電体層とし
て、好適であったものを下記に記す。まず、有機系強誘
電体として、ポリフッ化ビニリデンとテトラフルオロエ
チレンの共重合体［Ｐ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ）］を、ポリ
フッ化ビニリデンの分率が０〜１００ｍｏｌ％（８０ｍ
ｏｌ％の場合が最も好適であった）で調整したもの、お
よびポリフッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共
重合体［Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）］をポリフッ化ビニリ
デンの分率を同様に０〜１００ｍｏ１％で調整したもの
を用い、無機系強誘電体として、３成分から構成される
セラミクス焼結体である、チタン酸ビスマスストロンチ
ウム（ＳｒＢｉ₄Ｔｉ₄Ｏ₁₅）を用いた。

【００６２】しかし、基本的には、帯電ローラ、帯電ブ
ラシまたはコロナ帯電器等によって抗電界以上の電界を
付与された時に、強誘電体中に永久双極子によるポーリ
ング現象が行われ、さらに、加熱手段によりキュリー点
以下でその近傍の特定温度で加熱されることにより表面
に焦電電位が発現される特性を有したもので、定着装置
に用いるため耐熱性も具備した材質のものであればどの
ようなものであってもよく、特に限定されるものではな
い。

【００６３】次に、導電性支持体層であるが、必要な機
械的強度および耐熱性を有し、かつ、導電性を有するも
のであればよく、その材質は特に限定するものではな
い。例えば、導電性支持体層の材料として、加工性や形
状安定性、強誘電体素子との接着性等の面から、アルマ
イト（Ａｌ₂Ｏ₃）処理が施されたアルミニウム等の金
属、導電性ポリマーやカーボンブラック等の導電性無機
物、内部にカーボンブラック、金属酸化物、金属粉、イ
オン導電剤、グラファィト等の導電剤を加硫成型時に充
填した導電性ゴム（例えば導電性シリコンゴム）を用い
ることが好ましい。

【００６４】＜有機強誘電体素子の製造方法＞有機強誘
電体素子の製造方法には、大別すると以下に示す３つの
方法がある。導電性を有する支持体層を形成した後、支持体層上に
有機強誘電体層を形成する方法。有機強誘電体層を形成した後、有機強誘電体層上に導
電性を有する支持体を形成する方法。有機強誘電体層と導電性支持体層を別々に形成した
後、両者を導電性接着剤等により貼り合わせる方法。

【００６５】本発明に係る電子写真画像形成装置の加熱
定着装置では、有機系強誘電体素子の製造方法として、
基本的には上記の製造方法を採用している。具体的な
製造方法を以下に説明する。ただし、この製造方法に限
定されるものではなく、本発明に係る電子写真画像形成
装置の加熱定着装置に用いる定着部材の形状、強誘電体
素子の膜厚形成条件等によって、最適な製造方法を任意
に選択すればよい。すなわち、定着部材がローラ状のも
のであれば、後述するディッピング法が望ましく、ベル
ト状のものであればロールコート法あるいはスプレイコ
ート法が望ましい。

【００６６】＜有機強誘電体素子の製造方法の一例＞図
７に、有機強誘電体素子の製造方法の一例を示す。有機
強誘電体素子を製造するには、図７（ａ）に示すよう
に、有機強誘電体層を構成する材料（例えば、ポリフッ
化ビニリデンとテトラフルオロエチレンまたはトリフル
オロエチレンを特定ｍｏｌ比により混合させた共重合
体）を、アセトン溶液等の溶媒中に溶解し、その溶液５
１を外径がφ５μｍの空孔を有するメンブランフィルタ
５２を用いて窒素ガスで加圧濾過した後、アセトン蒸気
を満たした雰囲気中に置かれたスピンコータ６０（マニ
ュアルスピナーＡＳＳ−３００：ＡＢＬＥ社製）により
４５０ｒｐｍ程度の回転数で、円板状の回転板に固定さ
れた導電性基板６１（これは転写部材として好適な任意
の形状でよく、本発明においては可撓性合成樹脂からな
るフィルムにカーボンブラック等の導電剤を分散したも
の、もしくは合成樹脂ベルトにカーボンブラック等の導
電剤を分散したもの等）上に滴下させ、遠心力により回
転塗布した後、加熱炉（ＹａｍａｔｏＤＮ６４恒温
槽）にて１３３℃、１時間で熱処理を行った。

【００６７】このような熱処理を行った理由は、以下の
通りである。すなわち、本製造方法で得られた強誘電体
素子は、結晶部分と非結晶部分が混在する複雑な高次構
造からなり、このままで用いると、結晶化度が低すぎて
強誘電性を得ることができない。しかし、前述した熱処
理を行うことにより、結晶化度が飛躍的に高められ、強
誘電性が得られる。この熱処理温度は、強誘電体ポリマ
ーの融点（Ｔｍ）とキュリー点（Ｔｃ）の間の温度で行
えばよい。本実施例では、１３３℃にて１時間の熱処理
を行ったが、温度および加熱時間は、使用する強誘電体
ポリマーに適するように調整すればよい。

【００６８】また、スピンコータを用いた理由は、強誘
電体の膜厚の制御が容易であったことが挙げられる。す
なわち、スピンコータの回転数を制御することにより、
強誘電体の膜厚を任意に調整することが可能であった。
強誘電体層の必要膜厚は、ポーリング後の帯電電位との
関係で略４０μｍ必要であったが、スピンコータの回転
数を略４５０ｒｐｍに設定することにより所望の膜厚を
形成することができた。さらに、厚く製膜するのであれ
ば、スピンコータの回転数をダウンさせればよいし、逆
にサブミクロンオーダーで薄くしたいのであれば回転数
をアップさせればよい。

【００６９】また、有機強誘電体素子の製造方法の他の
例として、図７（ｂ）に示す方法がある。この有機強誘
電体素子の製造方法では、図７（ｂ）に示すように、予
め芯金に導電性弾性ゴムが形成された定着ローラ６２を
旋盤器等のチェック６３で保持し、任意の回転数で回転
させる。その近傍に、前述した溶液５１が内部に充填さ
れたカートリッジ６４を固定保持し、定着ローラ６２の
取り付け軸に対し平行移動させながら窒素ガスで加圧濾
過し噴霧する。この方法により定着ローラ６２の表面に
強誘電体層を形成することができる。

【００７０】さらに、上述した具体的な製造方法以外の
製造方法を説明する。前述したの製造方法として、例
えば、有機強誘電体層を形成するモノマー材料を真空中
で蒸発させ、導電性支持体層上で重合し、製作する方法
や、モノマー材料を溶媒中に溶解し、その溶液をディッ
ピング法、バーコート法、スピンコート法、ロールコー
ト法、スプレイコート法等により導電性支持体層上に塗
布し、その後、加熱溶融し、急冷する方法、あるいは、
強誘電体ポリマー溶液を蒸着法、スパッタ法で堆積する
方法等を挙げることができる。この場合、導電性支持体
層は、金属や導電性有機物等をそのまま用いてもよく、
また、耐熱性ゴム基体中に、導電性物質を分散させて導
電性を付加したものであってもよい。

【００７１】また、前述したの製造方法として、例え
ば、有機強誘電体を構成する材料を溶媒に溶解し、その
溶液をディッピング法、バーコート法、ロールコート
法、スプレイコート法、スピンコート法、もしくは蒸着
法、スパッタ法等により基板上に塗布または堆積した
後、加熱溶融、急冷し、塗膜を基板より剥離し、必要に
応じて延伸、加熱等の強誘電性発現のための処理を行な
い膜化する方法や、有機強誘電体層を構成する材料を加
熱溶融しながら加圧して膜化した後、急冷し、必要に応
じて、延伸、加熱等の強誘電性発現のための処理を行な
い膜化する方法等を挙げることができる。

【００７２】この場合、導電性支持体層は、有機強誘電
体層上に、導電性を有する物質を塗布、蒸着あるいはイ
オンコート等により形成する方法により製造することが
できる。また、前述したの製造方法として、上記の
製造方法により得られた強誘電性体層と金属や導電性有
機物等の基材を、導電性を有する接着剤を用いて密着す
る方法を挙げることができる。

【００７３】＜無機強誘電体素子の製造方法＞無機強誘
電体素子の製造方法には、大別すると以下の２つの方法
がある。導電性を有する支持体層を形成した後、支持体層上に
無機強誘電体層を形成する方法。無機強誘電体層と導電性支持体層を別々に形成した
後、両者を貼り合わせる方法。本発明に係る電子写真画
像形成装置の加熱定着装置では、無機強誘電体素子の製
造方法として、基本的には上記の製造方法を採用して
いる。具体的な製造方法を以下に説明する。ただし、こ
の製造方法に限定されるものではない。

【００７４】＜無機強誘電体素子の製造方法の一例＞無
機強誘電体素子を製造するには、まず、炭酸ストロンチ
ウム（ＳｒＣＯ₃）０．７６３ｇ、酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₂）１．６５２ｇおよび三酸化ビスマス（Ｂｉ₂Ｏ₃）
４．８１８ｇを充分に混合した後、この混合物を電気炉
を用いて８９０℃で１時間焼結する。そして、焼結後の
混合物を乳鉢を用いて粉砕して、粉末状のＳｒＢｉ₄Ｔ
ｉ₄Ｏ₁₅を得る。このようにして得たＳｒＢｉ₄Ｔｉ₄Ｏ
₁₅の粉末５０％、ポリビニルブチラール（積水化学社製
の「エスレックＢＸ−Ｌ」）２．５％およびメチルエチ
ルケトン４７．５％からなる混合物を、ボールミリング
により１時間分散混合した。このようにして得た分散混
合液を、導電性基板（白金等）上に、乾燥後の膜厚が４
０μｍとなるように、バーコーターを用いて塗布した
後、６０℃で３時間加熱乾燥させ、さらに、１０００℃
〜１２００℃で焼結させて、強誘電体層を形成すること
により、強誘電体素子を得ることができた。

【００７５】さらに、上述した具体的な製造方法以外の
製造方法を説明する。前述したの製造方法として、例
えば、強誘電体材料、樹脂および溶剤を混合溶解させ、
この混合溶液を、ディッピング法、ロールコート法、ス
プレイコート法、スピンコート法等により導電性基板上
に塗布した後、溶媒を除去して強誘電体層を形成する方
法、ヨウ素を添加したアセトン溶液中に強誘電体粒子を
分散させ電着法により膜化して強誘電体層とする方法、
支持体層上に、マグネトロンスパッタリング法、レーザ
ブレーション法、化学蒸着法の１種である無機金属錯体
分解法（ＭＯＣＶＤ法）あるいはゾルゲル法等により強
誘電体を積層する方法等を挙げることができる。

【００７６】また、前述したの製造方法として、例え
ば、固相反応等により強誘電体膜を作製した後、導電性
を有する接着剤を用いて支持体層と密着させて製作する
方法等を挙げることができる。この場合、強誘電体層を
形成する混合溶液に用いる溶剤は、無機系の酸化物強誘
電体を変質させない溶剤であって、上記樹脂材料を溶解
あるいは分散し得る溶剤であればよく、そのような溶剤
としては、例えば、ケトン系溶剤、塩素系溶剤、芳香族
系極性溶剤等を挙げることができる。

【００７７】以上のように、様々な製造方法により得ら
れた強誘電体素子（フィルム状、もしくはシームレスチ
ューブ状、または直接定着部材にコートするために溶液
状となったもの）を、転写部材として好適な形状に加工
（転写部材の基材形状に沿って被覆、接着、コーティン
グする等の処理）した。その後、前述したローラ接触帯
電等によるポーリング処理、加熱処理を施し、所望の焦
電電位の発現を行えばよい。このプロセスは、逆の場合
でもよい。すなわち、予め所望の焦電電位が発現された
強誘電体素子を、後から定着部材に被覆、接着、コーテ
ィングしてもよく、性能上何ら問題はない。

【００７８】強誘電体素子の帯電方法として、高電圧が
印加された導電性ゴムローラを強誘電体層に接触させ、
抵抗値１０⁵〜１０⁹Ω・ｃｍ程度の導電性ゴムローラに
数百ボルト以上の電圧を印加して帯電させる方法、抵抗
値１０³〜１０⁵Ω・ｃｍの細い繊維状の線材を、導電性
ローラ表面にブラシ状に取り付けて接触性を高め帯電さ
せる方法、コロナ帯電器を用いてパルスコロナを付加し
て帯電する方法等を挙げることができる。また、加熱方
法として、キセノンランプ、ハロゲンランプ等により加
熱照射する方法、面状発熱体等で接触加熱する方法、高
出力レーザによる加熱、ビートローラで接触加熱する方
法等を挙げることができる。

【００７９】次に、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置が、実機に用いられる実施例の説明を行
う。図９、図１０に基づいて、本発明に係る電子写真画
像形成装置の加熱定着装置を適用した画像形成装置の実
施例１〜実施例３を説明する。なお、この実施例１〜実
施例３により本発明が限定されるものではなく、本発明
の加熱定着装置は、電子写真プロセスを用いた複写機、
レーザビームプリンタ、液体現像プロセス、その他の記
録装置等の画像形成装置全般に適用され得るものであ
る。

【００８０】＜画像形成装置の実施例１＞実施例１の画
像形成装置は、モノクロ画像を形成するためのモノクロ
画像形成装置であり、図９に示すように、その画像形成
部には、接地されたドラム状の感光体１０１（外径φ３
０ｍｍ）が配置されており、矢印方向へ線速１００ｍ／
ｓｅｃで回転している。また、感光体１０１の周囲に
は、帯電装置１０２、露光装置１０３、現像装置１０
４、クリーニング装置１０５、転写ローラ１０７および
加熱定着装置１０８が配置されている。

【００８１】実施例１の画像形成装置では、帯電装置１
０２により感光体１０１をある特定電位（例えば−６０
０Ｖ）に一様に帯電し、この感光体１０１上に、露光装
置１０３により画像情報に応じた静電潜像を形成する。
静電潜像部分の帯電電位は略０Ｖに減衰しており、その
上に、現像装置１０４により負極で帯電されたトナーが
静電的に付着して現像される。像形成後のトナー像部分
の帯電電位は、−２００Ｖである。

【００８２】転写ローラ１０７は、接地されたアルミニ
ウム製の芯金の表面に導電性ゴム（体積固有抵抗率１０
⁵Ω・ｃｍ以下の弾性ゴム）を厚さ３ｍｍで成型してロ
ーラ状にしたものである。この転写ローラ１０７は、ス
プリング（図示せず）の付勢力により、感光体１０１の
表面に対して１０００ｇ／ｃｍ²以下の圧力で圧接され
ている。そして、感光体１０１の回転に従動して転写ロ
ーラ１０７を回転させ、転写材を転写ニップ部で搬送
し、電圧印加することにより、感光体１０１上のトナー
を転写材上に転移させて、記録画像を得ることができ
る。転写材上に形成されたトナー像は、加熱定着装置１
０８に搬送され、加熱溶融されて最終画像となる。

【００８３】加熱定着装置１０８は、定着ローラ１０８
Ａと、加圧ローラ１０８Ｂとからなる。定着ローラ１０
８Ａは、外径がφ３０ｍｍの中空の金属性芯金（例えば
アルミ製）の内部に加熱装置を有している。また、芯金
の表面には、前述した製造方法（例えばスプレイコート
法）により形成された強誘電体層が厚さ１０μｍでコー
ティングされている。この強誘電体層には、予め−２５
０Ｖの焦電電位が発現されている。また、定着ローラ１
０８Ａにおける加熱温度は、強誘電体のキュリー点以下
である１２０℃に設定されている。また、トナーは、低
温定着用に開発された低融点トナーであり、負帯電して
いる。

【００８４】このトナーは、例えば、２種の樹脂（樹脂
Ａ，樹脂Ｂ）を混合してなる結着樹脂と、融点６０℃の
低融点ワックスの１種以上とを含有する。具体的には、
樹脂Ａの軟化点が１２０℃、ガラス転移点が５８℃であ
り、樹脂Ｂの軟化点が９０℃以上、１２０℃未満、ガラ
ス転移点が５８℃である静電荷像現像用トナーを用い
る。実験によると、最低定着温度は１００℃前後と低
く、定着温度１２０℃においても十分な定着強度を得る
ことができた。また、本実施例１に用いられたトナー
は、ＮＮ環境における最低定着温度として、１００℃以
下であることが実験により確認された。したがって、Ｌ
Ｌ環境における定着性を考えた場合、定着温度として、
上記１２０℃の設定が好適であると考える。

【００８５】なお、定着温度に対してのキュリー温度の
許容値であるが、キュリー点を超える温度を強誘電体に
与えることにより、焦電電位は再分散され、焦電電位の
低減をきたすため、定着温度はキュリー点より低ければ
低いほど良い。キュリー点の設定も強誘電体の組成を変
えることによりある程度調整可能であるが、本実施例１
に用いた強誘電体は、焦電電位の発現効率および発現期
間とのバランスを考慮して組成形成し、キュリー点を１
５０℃とした。

【００８６】このキュリー点（１５０℃）に対して、定
着温度が−２０℃以下であれば、焦電電位の低減に関し
殆ど影響を与えることがないことが判明した。したがっ
て、本実施例１における定着温度の適正値は、コントロ
ール上限温度を１３０℃とし、さらに、温度コントロー
ルの温度リップルを考慮して、コントロール中心設定温
度が１２０℃となるようにした。また、加圧ローラ１０
８Ｂは、外径がφ１０ｍｍの芯金の表層にスポンジ弾性
体（厚１０ｍｍ）を有し、さらにその表面を、トナー離
型性および耐熱性のあるＰＦＡチューブで被覆してい
る。

【００８７】＜画像形成装置の実施例２＞実施例２の画
像形成装置は、前述した実施例１の画像形成装置とほぼ
同様の構成を備えたモノクロ画像形成装置であるが、定
着ローラ１０８Ａと加圧ローラ１０８Ｂの構成におい
て、実施例１の画像形成装置と相違している。すなわ
ち、実施例２の画像形成装置の定着ローラ１０８Ａは、
外径がφ３０ｍｍの中空の金属性芯金（例えばアルミ
製）の内部に加熱装置を有している。また、芯金の表面
には、トナー離型性のあるテフロンコートが３０μｍの
厚さで施されている。

【００８８】また、加圧ローラ１０８Ｂは、外径がφ１
０ｍｍの芯金の表層に導電性スポンジ弾性体（厚さ１０
ｍｍ）を有し、さらにその表面を、焦電電位が予め発現
処理された強誘電体を形成したチューブで被覆してい
る。この加圧ローラ１０８Ｂは、耐熱性と導電性を有し
たチューブに対して、前述した製造方法（例えばスプレ
イコート法）により形成された強誘電体層が厚さ２０μ
ｍでコーティングされており、強誘電体層には、予め＋
５００Ｖの焦電電位が発現されている。その他の構成
は、図９に示す実施例２の画像形成装置と、同様となっ
ている。

【００８９】＜画像形成装置の実施例３＞実施例３の画
像形成装置は、フルカラー画像を形成するためのフルカ
ラー画像形成装置であり、図１０に示すように、その画
像形成部には、接地されたドラム状の感光体２０１（外
径φ７０ｍｍ）が配置されており、矢印方向へ線速１０
０ｍ／ｓｅｃで回転している。また、感光体２０１の周
囲には、帯電装置２０２、露光装置２０３、現像装置２
０４Ａ（Ｙ），２０４Ｂ（Ｍ），２０４Ｃ（Ｃ），２０
４Ｄ（Ｂｋ）、クリーニング装置２０５、除電器２０
６、転写ローラ２０７、および加熱定着装置２０８が配
置されている。

【００９０】実施例３の画像形成装置では、帯電装置２
０２により感光体２０１をある特定電位（例えば−６０
０Ｖ）に一様に帯電し、この感光体２０１上に、露光装
置２０３により画像情報に応じた静電潜像を形成する。
静電潜像部分の帯電電位は略０Ｖにて減衰しており、そ
の上に、現像装置２０４Ａにより負極で帯電されたイエ
ロートナーが静電的に付着して現像される。像形成後の
トナー像部分の帯電電位は、−２００Ｖである。

【００９１】転写ローラ２０７は、接地されたアルミニ
ウム製の芯金の表面に導電性ゴム（体積固有抵抗率１０
⁵Ω・ｃｍ以下の弾性ゴム）を厚さ３ｍｍで成型してロ
ーラ状にしたものである。この転写ローラ２０７は、ス
プリング（図示せず）の付勢力により、感光体２０１の
表面に対して圧接されている。そして、感光体２０１の
回転に従動して転写ローラ２０７を回転させ、転写材を
静電吸着保持して搬送し、電圧印加することにより、感
光体２０１上のトナーを転写材上に転移させて、記録画
像を得ることができる。このような動作を各色４工程行
うことにより、フルカラー画像を転写材上に形成するこ
とができる。画像形成が終わると、剥離爪２０９によ
り、転写ローラ２０７上から転写材を剥離して加熱定着
装置２０８に搬送し、加熱溶融されて最終画像となる。

【００９２】加熱定着装置２０８は、定着ローラ２０８
Ａと、加圧ローラ２０８Ｂとからなる。定着ローラ２０
８Ａは、外径がφ４０ｍｍとなっており、内部に加熱装
置を有している。この定着ローラ２０８Ａは、外径がφ
３０ｍｍの中空の金属性芯金（例えばアルミ製）の表面
に、導電性シリコンゴム層を厚さ５ｍｍで形成し、さら
にその表層に前述した製造方法（例えばスプレィコート
法）により形成された強誘電体層が厚さ２８μｍでコー
ティングされている。この強誘電体層には、予め−７０
０Ｖの焦電電位が発現されている。また、定着ローラ２
０８Ａにおける加熱温度は、強誘電体のキュリー点以下
である１２０℃に設定されている。また、トナーは、低
温定着用に開発された低融点トナーを使用し、負帯電し
ている。

【００９３】また、加圧ローラ２０８Ｂは、外径がφ４
０ｍｍとなっており、内部に加熱装置を有している。こ
の加圧ローラ２０８Ｂは、外径がφ３０ｍｍの中空の金
属性芯金（例えばアルミ製）の表面に、導電性シリコン
ゴムを厚さ５ｍｍで形成し、さらにその表層に前述した
製造方法（例えばスプレィコート法）により形成された
強誘電体層が厚さ３６μｍでコーティングされている。
この強誘電体には、予め＋９００Ｖの焦電電位が発現さ
れている。また、加圧ローラ２０８Ｂにおける加熱温度
は、強誘電体のキュリー点以下である１２０℃に設定さ
れている。

【００９４】本実施例３によれば、定着ローラ２０８Ａ
側あるいは加圧ローラ２０８Ｂ側のいずれか一方、また
はその双方の表面に、焦電電位が発現された強誘電体層
を形成することにより、トナー物性、モノクロ、フルカ
ラーおよび周囲環境等の要因に左右されず、さらにオイ
ルレスであっても、オフセットの発生しない良好な画像
を得ることができる。また、高圧電源を用いることな
く、高圧印加も行わないため、定着ローラ２０８Ａと加
圧ローラ２０８Ｂ間のリーク対策、および安全規格を満
たすために必要な耐圧対策等を考慮する必要がない。

【００９５】なお、定着ローラ２０８Ａに形成する強誘
電体の焦電電位の下限は、低温環境下において、フルカ
ラー多層トナーにおけるオフセットを防止できる最低の
焦電電位値となる。すなわち、図８に示すように、低温
環境下においてトナーが負帯電している場合に、定着ロ
ーラ２０８Ａの焦電電位とオフセットレベルとの関係を
検証する実験結果より、焦電電位値は、モノクロトナー
の場合には−２５０（Ｖ）程度であり、カラートナー
（２層）の場合には−７００（Ｖ）程度であることがわ
かった。また、図８（ｂ）に示すように、加圧ローラ２
０８Ｂの焦電電位値は、オフセットを防止できる最低ラ
インが、モノクロトナーの場合には＋５００（Ｖ）程度
であり、カラートナーの場合には＋９００（Ｖ）である
ことがわかる。

【００９６】このように、加圧ローラ２０８Ｂの焦電電
位値と比較して小さい値でオフセットを防止できるの
は、加圧ローラ２０８Ｂの焦電電位は、転写材の厚み距
離を介して、表面のトナーに力を及ぼす方法であるのに
対して、定着ローラ２０８Ｂの焦電電位を利用した方
が、微小なエアギャップのみを介するだけで力をトナー
に及ぼすことができるため、より効果的に力を発揮でき
るためである。

【００９７】一方、焦電電位値の上限については、特に
制限はない。すなわち、ローラ対間のリーク対策、およ
び安全規格を満たすために必要な耐圧対策等を意識しな
くてもよく、また、定着ローラ２０８Ａヘの転写材の巻
き付きといった問題の発生を防ぐ必要もない。これは、
転写材がプラス電位を有していても、強誘電体表面に
は、静電吸着を引き起こす電荷の蓄積はなく、たとえ電
荷が生じても、除電ブラシにより取り除かれるため、紙
のコシが失くなっているＨ／Ｈにおいても、転写材の巻
き付きが生じないためである。

【００９８】発明者らの実験によれば、−１５００Ｖ以
上の焦電電位を形成しても、オフセット性に関して差が
ないことが判明した。以上より、焦電電位値は＋（−）
２５０〜＋（−）１５００（Ｖ）の間が適切な値と思わ
れる。なお、上限側の１５００Ｖに関しては、これ以上
高くした場合でもオフセット性に関し変化が無く、ま
た、焦電電位を１５００Ｖ以上にする場合、ポーリング
処理時に強誘電体を帯電処理するのに多大なエネルギー
を必要とするため、これ以上の焦電電位の設定は好まし
くない。

【００９９】

【発明の効果】本発明に係る電子写真画像形成装置の加
熱定着装置は、上述した構成を備えているため、以下の
効果を奏することができる。

【０１００】すなわち、本発明に係る電子写真画像形成
装置の加熱定着装置によれば、定着ローラあるいは加圧
ローラの少くとも一方に、強誘電体層を一部に含む層を
形成することにより、強誘電体の焦電電位を用いて、オ
フセットのない良好な画像を得ることができる。

【０１０１】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、定着ローラに対して、トナー
の帯電極性と同極性の焦電電位を形成することにより、
オフセットのない良好な画像を得ることができる。

【０１０２】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、加圧ローラに対して、トナー
の帯電極性と逆極性の焦電電位を形成することにより、
オフセットのない良好な画像を得ることができる。

【０１０３】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、定着ローラまたは加圧ローラ
の少なくとも一方に、電気導電性支持体層を形成するこ
とにより、強誘電体表面に付着した実電荷のリークを容
易に行うことができ、焦電電位の減衰をきたさず、オフ
セットのない良好な定着を行うことができる。

【０１０４】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、定着ローラまたは加圧ローラ
に設けられた電気導電性支持体を接地することにより、
強誘電体表面に付着した実電荷のリークを容易に行うこ
とができ、焦電電位の減衰をきたさず、オフセットのな
い良好な定着を行うことができる。

【０１０５】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、定着ローラまたは加圧ローラ
の少なくとも一方に、弾性体層を形成することにより、
ローラ対により形成されるニップを大きくすることがで
き、低い温度で良好な定着を行うことができる。

【０１０６】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、強誘電体層を、少なくともそ
の一部に有機系材料を含む材料で構成することにより、
低バイアスの抗電界付加により永久双極子の配向を行
い、強誘電体のポーリング特性の安定化を図ることがで
きるとともに、定着を行うに好適な経時的に安定した高
い焦電電位を得ることができる。

【０１０７】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、強誘電体層を、少なくともそ
の一部に無機系材料を含む材料で構成することにより、
低バイアスの抗電界付加により永久双極子の配向を行
い、強誘電体のポーリング特性の安定化を図ることがで
きるとともに、定着を行うに好適な経時的に安定した高
い焦電電位を得ることができる。

【０１０８】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、無機系材料として少なくとも
３成分からなるセラミクス焼結体を用いることにより、
低バイアスの抗電界付加により永久双極子の配向を行
い、強誘電体のポーリング特性の安定化を図ることがで
きるとともに、定着を行うに好適な経時的に安定した高
い焦電電位を得ることができる。

【０１０９】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、強誘電体層の比誘電率を１０
以上とすることにより、比較的低い電界で大きな分極電
荷量を得ることができ、帯電トナーに対して静電的な反
発力（吸引力）が大きくなり、オフセット防止効果をよ
り一層高めることができる。

【０１１０】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、強誘電体層の体積固有抵抗率
を、１０¹⁴Ω・ｃｍ以上かつ１０¹⁵Ω・ｃｍ以下とする
ことにより、ポーリング特性の安定化を図ることができ
るとともに、強誘電体表面において経時的に安定した高
い焦電電位を得ることができ、長期間にわたって定着時
におけるオフセット現象を防止することができる。

【０１１１】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、フルカラー画像を永久定着さ
せるために使用する定着ローラの構成として、最内層に
芯金、中間層に導電性部材、最外層に強誘電体を形成す
ることにより、強誘電体の焦電電位を用いてオフセット
を防止し、フルカラー画像の定着においても、オイルレ
スで良好な定着を行うことができる。

【０１１２】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、フルカラー画像を永久定着さ
せるために使用する加圧ローラの構成として、最内層に
芯金、中間層に導電性部材、最外層に強誘電体を形成す
ることにより、強誘電体の焦電電位を用いてオフセット
を防止し、フルカラー画像の定着においても、オイルレ
スで良好な定着を行うことができる。

【０１１３】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、定着ローラまたは加圧ローラ
の中間層に設けられた導電性部材を弾性体で形成するこ
とにより、ローラ対で形成されるニップをワイド化する
ことができるため、定着温度を上げることなく低温で良
好な定着を行うことができる。

【０１１４】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、強誘電体の表層部分に、接地
された導電性部材を当接配置することにより、焦電電位
の発現した強誘電体の表面に不要な実電荷が付着し、焦
電電位が減衰してしまうという不都合を防止することが
できる。

【０１１５】すなわち、強誘電体に付着した実電荷を、
当該導電性部材によりリークすることが可能となり、こ
れにより、強誘電体の焦電電位の低減をきたさず、長期
にわたって良好なオフセットのない定着を行うことがで
きる。

【０１１６】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、定着ローラのコントロール温
度を強誘電体のキュリー点温度より低い温度とすること
により、強誘電体の焦電電位の低減および永久双極子の
分散をきたさず、長期にわたって良好なオフセットのな
い定着を行うことができる。

【０１１７】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、加圧ローラのコントロール温
度を強誘電体のキュリー点温度より低い温度とすること
により、強誘電体の焦電電位の低減および永久双極子の
分散をきたさず、長期にわたって良好なオフセットのな
い定着を行うことができる。

【０１１８】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、定着ローラの焦電電位の絶対
値を２５０Ｖ以上とすることにより、あらゆる環境下に
おいてオフセットのない良好な定着を行うことができ
る。

【０１１９】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、加圧ローラの焦電電位の絶対
値を５００Ｖ以上とすることにより、あらゆる環境下に
おいて、オフセットのない良好な定着を行うことができ
る。

【０１２０】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、定着ローラの強誘電体層の層
厚を１０μｍ以上とすることにより、オフセット防止に
必要な焦電電位の発現を行うことができる。

【０１２１】また、本発明に係る電子写真画像形成装置
の加熱定着装置によれば、加圧ローラの強誘電体層の層
厚を２０μｍ以上とすることにより、オフセット防止に
必要な焦電電位の発現を行うことができる。

【０１２２】以上説明したように、本発明に係る電子写
真画像形成装置の加熱定着装置によれば、定着ローラあ
るいは加圧ローラの少なくとも一方に、所定の焦電電位
が発現された強誘電体層を設けることにより、トナー物
性、モノクロ、フルカラーおよび環境等の条件が変動し
ても、それぞれの状態に応じて常に効果的にオフセット
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る加熱定着装置の概略構
成図である。

【図２】本発明の実施例２に係る加熱定着装置の概略構
成図である。

【図３】各環境、転写材の違いによるオフセットレベル
と焦電電位の関係を示す説明図である。

【図４】強誘電体に永久双極子を形成するプロセスの一
例を示す説明図である。

【図５】強誘電体の表面電位と経時変化を示すグラフで
ある。

【図６】強誘電体層の概略構成図である。

【図７】有機強誘電体素子の製造方法の一例を示す説明
図である。

【図８】ＬＬ環境におけるモノクロ、フルカラーのオフ
セット、焦電電位の関係を示す説明図である。

【図９】モノクロ画像形成装置の概略構成図である。

【図１０】フルカラー画像形成装置の概略構成図であ
る。

【図１１】従来の加熱定着装置（１）の概略構成図であ
る。

【図１２】従来の加熱定着装置（２）の概略構成図であ
る。

【図１３】従来の加熱定着装置（３）の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１定着ローラ２加熱手段３離型剤塗布兼クリーニング部材３Ａクリーニング材３Ｂホルダ４加圧ローラ４Ａ弾性体層４Ｂ芯金５トナー像６転写材７定着ローラ７Ａ離型性層７Ｂ芯金８Ａ，Ｂダイオード９加圧ローラ９Ａ離型性層９Ｂ導電性弾性層９Ｃ芯金１０高圧電源１１定着ローラ１１Ａ芯金１１Ｂ強誘電体層１２加圧ローラ１２Ａ芯金１２Ｂ強誘電体層１２Ｃ導電性弾性層１３ハロゲンヒータ１４除電ブラシ２０導電性支持基体２１強誘電体素子２２帯電ローラ２３永久双極子２４表面実電荷２５強誘電体層２６導電性支持体層２７導電性弾性体中間層２８耐擦性部材３１定着ローラ３１Ａ芯金３１Ｂ強誘電体層３２加圧ローラ３２Ａ芯金３２Ｂ導電性弾性層３３ハロゲンヒータ４１除電ブラシ５１溶液５２メンブランフィルタ６０スピンコータ６１導電性基板６２定着ローラ６３チェック６４カートリッジ１０１感光体１０２帯電装置１０３露光装置１０４現像装置１０５クリーニング装置１０７転写ローラ１０８加熱定着装置１０８Ａ定着ローラ１０８Ｂ加圧ローラ２０１感光体２０２帯電装置２０３露光装置２０４現像装置２０５クリーニング装置２０６除電器２０７転写ローラ２０８加熱定着装置２０８Ａ定着ローラ２０８Ｂ加圧ローラ２０９剥離爪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者若原史郎大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者大西英樹大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者道正田洋大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2H030 AD04 2H033 AA09 AA11 BA13 BB04 BB08 BB14 BB15 BB29 BB30 CA26 3J103 AA02 AA21 AA51 BA03 BA41 CA01 EA11 FA18 FA19 GA02 GA56 HA03 HA04 HA12 HA20 HA42 HA52 3K058 AA00 AA45 BA18 CA12 CA23 DA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の回転体の間に未定着画像を担持し
た転写材を通過させて加熱することにより、前記転写材
に画像を永久定着させる電子写真画像形成装置の加熱定
着装置において、前記回転体は、加熱手段を有する定着ローラと、該定着
ローラに押圧された加圧ローラとからなり、前記定着ローラまたは前記定着ローラの少くとも一方に
は、強誘電体層が形成されており、該強誘電体層は、双極子配向処理がなされていることを
特微とする電子写真画像形成装置の加熱定着装置。
【請求項２】前記定着ローラには、トナーの帯電極性
と同極性の焦電電位が形成されていることを特徴とする
請求項１記載の電子写真画像形成装置の加熱定着装置。
【請求項３】前記加圧ローラには、トナーの帯電極性
と逆極性の焦電電位が形成されていることを特徴とする
請求項１または２記載の電子写真画像形成装置の加熱定
着装置。
【請求項４】前記定着ローラまたは前記加圧ローラの
少なくとも一方には、電気導電性支持体層が形成されて
いることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１
項記載の電子写真画像形成装置の加熱定着装置。
【請求項５】前記電気導電性支持体層は、接地されて
いることを特徴とする請求項３または４記載の電子写真
画像形成装置の加熱定着装置。
【請求項６】前記定着ローラまたは前記加圧ローラの
少なくとも一方には、弾性体層が形成されていることを
特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項記載の電
子写真画像形成装置の加熱定着装置。
【請求項７】前記強誘電体層は、少なくともその一部
に有機系材料を含むことを特徴とする請求項１〜６のう
ちのいずれか１項記載の電子写真画像形成装置の加熱定
着装置。
【請求項８】前記強誘電体層は、少なくともその一部
に無機系材料を含むことを特徴とする請求項１〜６のう
ちのいずれか１項記載の電子写真画像形成装置の加熱定
着装置。
【請求項９】前記無機系材料は、少なくとも３成分か
らなるセラミクス焼結体であることを特徴とする請求項
８記載の電子写真画像形成装置の加熱定着装置。
【請求項１０】前記強誘電体層の比誘電率は、１０以
上であることを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれ
か１項記載の電子写真画像形成装置の加熱定着装置。
【請求項１１】前記強誘電体層の体積固有抵抗率は、
１０¹⁴Ω・ｃｍ以上かつ１０¹⁵Ω・ｃｍ以下であること
を特徴とする請求項１〜１０のうちのいずれか１項記載
の電子写真画像形成装置の加熱定着装置。
【請求項１２】一対の回転体の間にフルカラーの未定
着画像を担持した転写材を通過させて加熱することによ
り、前記転写材にフルカラー画像を永久定着させる電子
写真画像形成装置の加熱定着装置において、前記回転体は、加熱手段を有する定着ローラと、該定着
ローラに押圧された加圧ローラとからなり、前記定着ローラは、芯金からなる最内層と、導電性部材
からなる中間層と、強誘電体からなる最外層とから構成
されていることを特徴とする電子写真画像形成装置の加
熱定着装置。
【請求項１３】前記加圧ローラは、芯金からなる最内
層と、導電性部材からなる中間層と、強誘電体からなる
最外層とから構成されていることを特徴とする請求項１
２記載の電子写真画像形成装置の加熱定着装置。
【請求項１４】前記導電性部材は、弾性体であること
を特徴とする請求項１２または１３記載の電子写真画像
形成装置の加熱定着装置。
【請求項１５】前記強誘電体層の表層部分には、接地
された導電性部材が当接配置されていることを特徴とす
る請求項１〜１４のうちのいずれか１項記載の電子写真
画像形成装置の加熱定着装置。
【請求項１６】前記定着ローラの表面温度は、前記強
誘電体層のキュリー点温度よりも低いことを特徴とする
請求項１〜１５のうちのいずれか１項記載の電子写真画
像形成装置の加熱定着装置。
【請求項１７】前記加圧ローラの表面温度は、前記強
誘電体層のキュリー点温度よりも低いことを特徴とする
請求項１〜１６のうちのいずれか１項記載の電子写真画
像形成装置の加熱定着装置。
【請求項１８】前記定着ローラの焦電電位は、その絶
対値が２５０Ｖ以上であることを特徴とする請求項１〜
１７のうちのいずれか１項記載の電子写真画像形成装置
の加熱定着装置。
【請求項１９】前記加圧ローラの焦電電位は、その絶
対値が５００Ｖ以上であることを特徴とする請求項１〜
１８のうちのいずれか１項記載の電子写真画像形成装置
の加熱定着装置。
【請求項２０】前記定着ローラの強誘電体層の層厚
は、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜１
９のうちのいずれか１項記載の電子写真画像形成装置の
加熱定着装置。
【請求項２１】前記加圧ローラの強誘電体層の層厚
は、２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜２
０のうちのいずれか１項記載の電子写真画像形成装置の
加熱定着装置。