JP2003084609A

JP2003084609A - 定着装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2003084609A
Application number: JP2002131238A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sato; 雅彦佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2003-03-19
Also published as: US7254361B2; US20020197089A1; US6658230B2; US20040213606A1

Abstract

(57)【要約】【課題】帯電状態にあるトナー像が定着装置に進入し
た際の帯電状態の変化を抑えてオフセットを防止可能な
構成を備えた定着装置を提供する。【解決手段】体積平均粒径が５〜１０μｍ、その粒径
５μｍ以下のものが６０〜８０個数％のトナーを含む現
像剤を用いて潜像担持体上に形成されている静電潜像の
可視像処理および可視像の転写工程を行った後、転写さ
れたトナー像を定着する定着装置において、上記トナー
像を担持したシートの搬送路を挟んで対向する定着ロー
ラおよび加圧ローラを備え、上記加圧ローラは、表面抵
抗率を１×１０^７〜１×１０^１０Ω／□に設定されてい
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、定着装置およびこ
れを用いる画像形成装置に関し、さらに詳しくは、定着
装置でのオフセット防止構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機やファクシミリあるいはプリンタ
さらには印刷機などの画像形成装置においては、画像形
成方式の一つとである電子写真法を利用した構成を備え
たものがある。電子写真法においては、潜像担持体であ
る感光体上に担持されている静電潜像に対してトナーな
どの現像剤を用いて可視像処理が行われる。

【０００３】可視像処理に用いられる現像剤には、トナ
ー自体に帯電性および磁性などを持たせて搬送性および
静電潜像への静電付着が可能な一成分系現像剤やトナー
とキャリアとを含む二成分系現像剤とがあり、これらト
ナーは、近年、画質向上の要望にこたえる目的で小粒径
化が採用されるようになってきている。小粒径トナーを
用いることにより、ドット再現性や鮮鋭度を向上させて
画質を向上させることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電子写真法を採用した
画像形成装置では、潜像担持体である感光体上に担持さ
れた可視像であるトナー像の転写行程が終了すると、ト
ナー像が転写されたシートを対象として定着行程が実行
される。定着行程では、一例として、一つのローラを対
向当接させて熱・圧力を作用させ得ることによりトナー
を加熱融解させてシートに浸透させる熱ローラ定着方式
がある。熱ローラ定着方式を採用する構成には、例え
ば、熱源を内蔵した定着ローラとこれに当接する加圧ロ
ーラとを組み合わせた構成があり、定着ローラの表面に
はオフセット防止のためにテフロン（登録商標）などの
離型剤を用いた離型層が設けられ、加圧ローラには芯金
表面にシリコンゴムなどの弾性体層が設けられている。
加圧ローラは、定着ローラに圧接することで弾性体層を
定着ローラの周面形状に倣うように変形させて定着ニッ
プを構成するようになっている。熱ローラ定着方式は、
ベルトを用いた定着方式に比べて、熱および圧力を作用
させやすいという利点があり、定着効率がよいという理
由で多用されている。

【０００５】また、近年、ドット再現性や鮮鋭度の向上
を目的として小粒径のトナーを用いた画像形成装置が提
案されている。小粒径のトナーとは体積平均粒径として
は５〜１０μｍになるように形成されているものである
が、上記範囲内に収めることを目的としてトナーを製造
しても、その過程において、更に粒径の小さいトナーの
粒（粒径としては５μｍ以下で以後、これを便宜上、微
粉トナーと呼ぶ）が数多く発生する（割合としては６０
〜８０個数％程度）。微粉トナーは、画像形成装置にお
けるコントロールが困難なことから、画像形成装置に対
する影響を抑えるため、微粉トナーは全体として１０個
数％程度になるように調整されている。近年、トナーに
おける低コスト化や省資源における要求が高まってお
り、低コスト化の観点から、ある程度の微粉をそのまま
使用することや、極力同粒径のトナーを構成するために
製造工程を複雑にすること、省資源の観点から破棄を行
わずに利用するということが今後の要求になってくる。
即ち、体積平均粒径が５〜１０μｍであり、５μｍ以下
の微粉トナーが６０〜８０個数％であるトナーを如何に
利用するかが今後の課題となっている（以下、このよう
なトナーを小粒径トナーと称する）。

【０００６】小粒径トナーを用いたトナー像は微粉トナ
ーを多く含んでいることから外部からの静電気力の影響
により遊離しやすい。つまり、定着ローラと加圧ローラ
とは互いに連動しながら回転するが、画像形成動作に伴
い０〜−５ＫＶ程度に摩擦帯電を生じる。このため、定
着されるまではトナーとシートとの間での静電気力のみ
で付着しているトナーはローラ間に発生している帯電の
影響を受けて飛び散り、定着ローラ側に付着する場合が
ある。例えば、デジタル複写機の場合でいうと、トナー
像は低い値で負に帯電しており、シートに転写されたト
ナー像はシート側に誘起されている正の帯電力によって
引きつけられて付着している。

【０００７】一方、定着装置に用いられる加圧ローラの
表層部にテフロン（登録商標）等の絶縁層が設けられて
いる場合には、テフロン（登録商標）が大きな負の帯電
部分であるために、定着装置に進入した際のトナー像は
加圧ローラ側からの大きな負の帯電力との間で反発力を
生じてしまい、定着ローラ側にはじかれて付着するとオ
フセットが発生することになる。

【０００８】このことは、上述した小粒径トナーにのみ
限られるものではなく、例えば、従来のように体積平均
粒径が２０μｍ以上のトナーでも見られる現象ではあ
る。また、体積平均粒径は５μｍ〜１０μｍ程度に小粒
径化されており、微粉トナーを取り除いたトナーでも見
られる現象ではある。そして、加圧ローラの表面抵抗率
を１×１０^１０〜１×１０^１２Ω／□程度に低くすれば
この様な従来のトナーに対しては微粉トナーの割合が少
ないことと相まってオフセットは目立たなくなることが
確認されている。しかしながら、上述した小粒径トナー
では加圧ローラの表面抵抗率を１×１０ ^１０〜１×１０
^１２Ω／□程度に低くしたものの、上述した理由により
オフセットが発生し、改善されることはなかった。

【０００９】一方、上記オフセットを防止する技術とし
て加圧ローラの表面を導電性にする（表面抵抗率でいえ
ば１×１０^２〜１×１０^４Ω／□程度）ということがし
ばしば行われる。従来のような体積平均粒径が２０μｍ
以上のトナーであればトナー自体が重量を有しているた
め、導電性にすることで定着装置に侵入した際に電荷の
放電が行われ、あとはトナー自体の重量で保持され、オ
フセットは低減されるものの、上述したような小粒径ト
ナーの場合は、定着装置に進入した直後、トナー像がシ
ートの裏側に位置する加圧ローラとの間で電荷が急激に
放電されるショックにより、画像面のトナーが（特に微
粉トナーが）定着ローラ側に向けて遊離し、これがオフ
セットの原因となる。これらの現象は、抵抗値が高い種
類の紙を使用するとき（両面コピーモードにおける第一
面コピー時の定着工程で水分を若干失って抵抗が高くな
った、第二面定着時のような場合も含む）に紙の帯電量
が大きくなって顕著に見られる。

【００１０】本発明の目的は、上記従来の定着装置にお
ける問題に鑑み、帯電状態にある小粒径トナー像が定着
装置に進入した際の帯電状態の変化を抑えてオフセット
を防止可能な構成を備えた定着装置および画像形成装置
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
体積平均粒径が５〜１０μｍ、その粒径５μｍ以下のも
のが６０〜８０個数％のトナーを含む現像剤を用いて潜
像担持体上に形成されている静電潜像の可視像処理およ
び可視像の転写工程を行った後、転写されたトナー像を
定着する定着装置において、上記トナー像を担持したシ
ートの搬送路を挟んで対向する定着ローラおよび加圧ロ
ーラを備え、上記加圧ローラは、表面抵抗率を１×１０
^７〜１×１０^１０Ω／□に設定されていることを特徴と
している。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明に加えて、上記加圧ローラの表面は、フッ素樹脂にカ
ーボンを含有させた被覆層が設けられていることを特徴
としている。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明に加えて、上記加圧ローラは表層部と芯金と
の間に絶縁層が設けられていることを特徴としている。

【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
うちの一つに記載の定着装置を画像形成装置に用いるこ
とを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図示実施例により本発明の
実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係
る実施例による定着装置を備えた画像形成装置の模式図
であり、同図に示した画像形成装置は露光光による静電
潜像形成が可能な複写機である。なお、本発明では、複
写機に限らず、プリンタやファクシミリ装置あるいは印
刷機なども画像形成装置の対象とすること勿論である。
図１において複写機１は、潜像担持体として感光体ドラ
ム２を備えており、感光体ドラム２の周辺には、回転過
程において画像形成処理を実行する帯電装置３、露光装
置４、現像装置５、転写装置６およびクリーニング装置
７がそれぞれ配置されている。

【００１６】複写機１では、帯電装置３による一様帯電
後、露光装置４を介して感光体ドラム２に静電潜像が形
成され、静電潜像が現像装置５によって供給されるトナ
ーを用いて可視像処理される。現像装置５によって可視
像処理された感光体ドラム２上のトナー像は、図示しな
い給紙装置から繰り出されるシートに対して転写装置６
を介して転写される。転写後の感光体ドラム２はクリー
ニング装置７によって未転写トナーや残留電化を除去さ
れて帯電装置３による一様帯電が施されて画像形成に備
えられる。

【００１７】本実施例では、現像装置５において用いら
れる現像剤として、体積平均粒径が５〜１０μｍ、その
粒径５μ以下のものが６０〜８０個数％含まれたトナー
が用いられる。トナーの構成として樹脂成分、着色剤か
らなり、さらに、ワックス成分や無機微粒子を添加した
構成を採用する場合もある。製造方法は特に限定される
ものではなく、粉砕方式、重合方式いずれを用いること
も可能である。

【００１８】樹脂成分としては従来公知の樹脂全てを用
いることができ、例えば、以下のものが挙げられる。ス
チレン、ポリ−α−スチルスチレン、スチレン−クロロ
スチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、ス
チレン−ブタジェン共重合体、スチレン−塩化ビニル共
重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マ
レイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重
合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチ
レン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン
−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等の
スチレン樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単
重合体または共重合体）、ポリエステル樹脂、エポキシ
樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フ
ェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、
ポリプロピレン樹脂、石油樹脂、ポリウレタン樹脂、ケ
トン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キ
シレン樹脂、ポリビニルブチラート樹脂等が挙げられ
る。また、単独使用も可能であるが、二種類併用しても
良い。着色剤としては公知のものとして、カーボンブラ
ック、ランプブラック、鉄黒、群青、ニグロシン染料、
アニリンブルー、カルコオイルブルー、オイルブラッ
ク、アゾオイルブラック等、特に限定はされない。ワッ
クス成分としては公知のものとして、カルナウバワック
ス、ライスワックス、合成エステルワックスなど、特に
限定されないものが用いられる。無機微粒子としては、
公知のものとして、シリカ、酸化チタン微粉末などが用
いられる。

【００１９】トナー像を転写されたシートは、転写位置
から図示しない排紙部に向けて延長された搬送路中に配
置されている定着装置８によってトナー像が定着され
る。定着装置８は、熱源８Ａ１（図２参照）を内蔵した
定着ローラ８Ａと加圧ローラ８Ｂとをシートの搬送路を
挟んで対向当接させて配置し、トナー像に対して熱・圧
力を作用させてトナーを加熱融着する熱ローラ定着方式
が採用されている。

【００２０】図２は、定着装置８の詳細を示す図であ
り、同図において、定着ローラ８Ａは、熱源８Ａ１を内
蔵するアルミニュウムや鉄あるいはステンレスや真鍮な
どの熱良導体からなる芯金８Ａ２を備え、その表面に
は、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（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）などからなる離型剤を用いたオフセット防
止層８Ａ３が設けられている。定着ローラ８Ａは、図示
しない温度検知センサの監視により１５０〜２００℃に
設定されている。

【００２１】加圧ローラ８Ｂは、金属製芯金８Ｂ１の表
面にシリコンゴムなどの絶縁体層８Ｂ２を有し、さらに
表面に位置する表層部には、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（ＰＦＡ）を用い
た被覆層８Ｂ３が設けられている。

【００２２】加圧ローラ８Ｂの表層部に位置する被覆層
８Ｂ３には、球状カーボンなどの導電剤が含有されてお
り、その含有率は加圧ローラ８Ｂの表面抵抗として次の
値が得られる量に管理されている。測定電圧５００Ｖに
おける表面抵抗率が１×１０^１０Ω／□未満であるこ
と、測定電圧１０Ｖにおける表面抵抗率が１×１０^７Ω
／□以上であること、を条件としている。

【００２３】加圧ローラ８Ｂの表面抵抗に関しては、油
化電子製ハイレスタＩＰを用いて上記測定電圧の条件下
において測定した。尚、上記計測は、測定電圧が５００
Ｖという高圧で計測する場合、表面抵抗率が１×１０^９
〜１×１０^１１Ω／□程度であれば問題なく計測が可能
になるが、１×１０^５〜１×１０^７Ω／□程度の試料の
正確な値な値が求めにくいこと、一方、測定電圧が１０
Ｖの場合は逆に１×１０^５〜１×１０^８Ω／□程度で有
れば問題なく計測されるが、１×１０^９〜１×１０^１１
Ω／□程度の試料の正確な値な値が求めにくいことか
ら、正確に１×１０^７〜１×１０^１０Ω／□を求めるの
に２通りの計測を行っている。

【００２４】加圧ローラ８Ｂの表面抵抗を上述した特性
とすることにより、定着ローラ８Ａと接触しながら回転
する際に発生する帯電電圧が０〜−１ＫＶ程度と、従来
の０〜−５ＫＶに比べて低い電圧を維持するようになっ
ている。また、現像剤のトナー：キャリア混合比（Ｔ
Ｃ）と帯電量（Ｑ／Ｍ）をブローオフ法によって測定す
ると、帯電量（Ｑ／Ｍ）は４０〜５０μＣ／ｇ、混合比
（ＴＣ）は、３〜５重量％である。

【００２５】本実施例は以上のような構成であるから、
図示しない駆動源により定着ローラ８Ａが駆動されると
定着ローラ８Ａに圧接して定着ニップ部を構成している
加圧ローラが摩擦力を介して連動し等速で回転する。定
着ローラ８Ａと連動回転する加圧ローラ８Ｂは、その表
層部において摩擦接触による帯電を生じるが、加圧ロー
ラ８Ｂの表層部に位置する被覆層８Ｂ３の表面抵抗によ
り帯電量が緩和され、上述したように、従来の０〜−５
ＫＶよりも低電圧である０〜−１ＫＶ程度に抑えられる
ことになる。このため、定着ニップ部にトナー像を担持
したシートが進入してくると、シートに静電吸着してい
るトナー、つまり、負に帯電しているトナーと加圧ロー
ラ８Ｂの被覆層８Ｂ３との間での静電反発が緩和される
ので、シート上のトナーが定着ローラ８Ａに向けて飛翔
するのが抑制されることになる。

【００２６】加圧ローラ８Ｂは、表層部に位置する被覆
層８Ｂ３と芯金８Ｂ１との間に絶縁層８Ｂ２を有してい
るので、被覆層８Ｂ３に発生した帯電電荷が芯金８Ｂ１
に向けて急激に放電されることがないので、上述した帯
電電位が維持され、急激な電荷の放電が発生した場合に
シート上のトナー間での静電気力が乱れてトナーが遊離
しやすくなり、定着ローラ８Ａに向けて飛翔しやすくな
るのを抑えることもできる。これにより、定着ローラ８
Ａ側にオフセットしようとするトナーの飛翔が殆ど発生
しない状態とすることができるので、オフセットによる
汚損などの不良画像ができるのを確実に防止することが
できる。

【００２７】本発明者は、上述した表面抵抗率を設定し
た加圧ローラ８Ｂを用いてオフセットの発生状況を実験
したところ、図３に示す結果を得た。実験に用いるトナ
ーは本発明の小粒径トナー（体積平均粒径５〜１０μｍ
で５μ以下の微粒トナーを６０〜８０個数％含む）、粒
径が小さいトナー（体積平均粒径５〜１０μｍで微粒ト
ナー除去処理を実施し、微粒トナーを２０〜４０個数％
に調整したもの）、粒径が大きいトナー（体積平均粒径
２０μｍ以上）の３種類とし、オフセットの結果を◎、
○、△、×の４種類で評価した。また、加圧ローラの表
面抵抗率は１０^５〜１０^１１Ω／□まで１０乗単位で計
測した（１０^１ ^３Ω／□も参考として実験した）。

【００２８】この結果から、粒径が大きいトナーの場合
は、絶縁性の加圧ローラでなければ導電性に至るまでか
なりの範囲でオフセットの抑止効果が期待できた。これ
は、平均粒径自体を２０μｍ以上に設定すると、たとえ
２０μｍ以下のトナー粉が存在していても、そのトナー
粉の大きさとして５〜２０μｍ程度の大きさがほとんど
を占めており、５μｍ以下の微粉トナーはほとんど存在
していないことが考えられる。

【００２９】次に、粒径が小さいトナーの場合は、１０
^１１Ω／□程度で効果が得られた。しかしながら、加圧
ローラの表面を極めて導電性に近づけると、定着装置に
進入直後にオフセットが確認された。これは課題として
挙げたように、小粒径トナーの場合は、定着装置に進入
した直後、トナー像がシートの裏側に位置する加圧ロー
ラとの間で電荷が急激に放電されるのでショックが画像
面のトナーに伝達し、結果として定着ローラ側に向けて
遊離するトナーが発生し、これがオフセットすることに
よるものと考えられる。但し、この粒径が小さいトナー
の場合は微粉トナーの除去が行われているため、１０^５
〜１０^６Ω／□であれば実用化に耐えうる可能性があっ
た。

【００３０】本発明の小粒径トナーを用いた場合は、１
０^７〜１０^１０Ω／□という極めて、狭い範囲でしかオ
フセットの防止効果が見られず、特に、１０^５〜１０^６
Ω／□では定着装置に侵入直後に多量のオフセットが確
認された。

【００３１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、小粒径の
トナーを用いた場合に加圧ローラ側の帯電特性として、
トナーの飛翔を生じさせない程度の抵抗特性とされるこ
とによりトナーが定着ローラに向けてオフセットするの
が確実に防止される。これにより、オフセットによる不
良画像の発生を防止することが可能となる。

【００３２】請求項２記載の発明によれば、加圧ローラ
の表面層での抵抗特性をカーボンにより緩和させた状態
とすることができるので、トナーが定着ローラに向けて
飛翔するのを抑制してオフセットの発生を防止すること
が可能となる。

【００３３】請求項３記載の発明によれば、加圧ローラ
表層部と芯金との間に絶縁層が設けられているので、表
層部での帯電特性を変化させることがなく、急激な電荷
放出によるトナーの付着状態が変化するのを防止するこ
とができ、トナーの付着状態が変化するのを防止するこ
とが可能となる。

【００３４】請求項４記載の発明によれば、定着ローラ
へのトナーの飛翔を加圧ローラ側の帯電特性によって防
止できるので、オフセット発生による不良画像の発生を
防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の一例を
示す模式図である。

【図２】図１に示した画像形成装置に用いられる定着装
置の要部構成を示す模式図である。

【図３】表面抵抗率とオフセット発生状況との実験結果
を示す図である。

【符号の説明】

１画像形成装置の一つである複写機２潜像担持体である感光体ドラム８定着装置８Ａ定着ローラ８Ｂ加圧ローラ８Ｂ１芯金８Ｂ２絶縁層８Ｂ３被覆層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】体積平均粒径が５〜１０μｍ、その粒径５
μｍ以下のものが６０〜８０個数％のトナーを含む現像
剤を用いて潜像担持体上に形成されている静電潜像の可
視像処理および可視像の転写工程を行った後、転写され
たトナー像を定着する定着装置において、上記トナー像を担持したシートの搬送路を挟んで対向す
る定着ローラおよび加圧ローラを備え、上記加圧ローラは、表面抵抗率を１×１０^７〜１×１０
^１０Ω／□に設定されていることを特徴とする定着装
置。
【請求項２】請求項１記載の定着装置において、上記加圧ローラの表面は、フッ素樹脂にカーボンを含有
させた被覆層が設けられていることを特徴とする定着装
置。
【請求項３】請求項１または２記載の定着装置におい
て、上記加圧ローラは表層部と芯金との間に絶縁層が設けら
れていることを特徴とする定着装置。
【請求項４】請求項１乃至３のうちの一つに記載の定着
装置を用いることを特徴とする画像形成装置。