JP2575093B2

JP2575093B2 - 定着装置

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Publication number: JP2575093B2
Application number: JP63307929A
Authority: JP
Inventors: 幸一奥田; 洋二友行; 敏男宮本; 順治荒矢; 行弘大関; 雅信斉藤; 俊治中村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-12-07
Filing date: 1988-12-07
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JPH02154287A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、電子写真装置あるいは静電記録装置におけ
る画像形成装置の分野において利用され、特に対をなす
ローラ間で、未定着トナー像をもつ記録材を挟持搬送し
て加圧定着する定着装置に関する。

［従来の技術］従来、画像形成装置の定着装置は、定着ローラとこれ
に加圧接触して従動回転する加圧ローラを有するものが
挙げられる。このような定着手段の一例を第６図に示
す。この定着手段は、熱定着ローラ21と加圧ローラ22に
より未定着現像剤像としての未定着トナー画像を記録材
としての転写材Ｐ面に熱圧定着するものである。

上側の定着ローラ21は、アルミニウム・鉄等の中空芯
金の外周面をPTFE、PFA、あるいはシリコーンゴム等の
離型性のよい材料で被覆したもので、内空にはハロゲン
ランプ等のヒータ23が入れられており、このヒータによ
り定着ローラ21の加熱がなされる。下側の加圧ローラ22
は、鉄や、ステンレスなどの芯金の外周をシリコーンゴ
ム等の離型性を有する弾性体で被覆したものである。上
記定着ローラ21と加圧ローラ22は図示しないばね等の付
勢手段により互いに所定の加圧力で接触させてあり、ま
た矢示方向に回転駆動される。

24は定着ローラ21の面に接触させたサーミスタ等の感
温素子であり、定着ローラ21の表面温度を検知する。こ
の感温素子24の検出温度に応じて温調回路によりヒータ
23への通電が制御され、定着ローラ21の表面温度が所定
に設定した熱定着温度に自動管理される。

25は定着ローラ21の面から転写材を分離する分離爪で
あり、先端エッジ部を定着ローラ21の面に適当な加圧力
をもって接触させて配設してある。26は定着ローラ21面
に押圧接触させたフェルト等のクリーナであり、定着ロ
ーラ21面に付着したトナーや紙粉等を拭掃除去する。27
は定着装置の金属材製の底板、28及び29は転写材入口ガ
イドと同出口ガイドであり、夫々上記底板27の上向き折
り曲げ前面壁と後面壁とに取付け支持されている。

図示しない転写手段としての転写帯電器により像担持
体としてのドラム表面からトナー画像の転写を受け、定
着手段へ搬送された転写材Ｐは、入口ガイド28を通って
定着装置12内へ進入し、互いに加圧接触して回転駆動さ
れている定着ローラ21と加圧ローラ22のニップ部に入っ
て両ローラ21及び22のニップ部を通過していく。このニ
ップ部を通過していく過程で転写材Ｐ面の未定着トナー
画像taが定着ローラ21の熱と、定着ローラ21と加圧ロー
ラ22間の加圧力で転写材Ｐ面に永久固着像tbとして熱圧
定着されていく。

ローラ21及び22のニップ部を通過し像定着を受けた転
写材Ｐはその先端部が分離爪25により定着ローラ21面か
ら分離され、出口ガイド29を通して図示しないシートパ
スへ入り、排紙トレイへ排出される。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来の上記定着装置は、像担持材たる
転写材Ｐが両ローラ21及び22のニップ部を通過して画像
面が定着ローラ21面から順次に離れていくとき画像を構
成している現像剤たるトナーの一部が大なり小なり定着
ローラ21面に付着残留し、いわゆるオフセットが生じ
る。このオフセットトナーtcの量が多いと分離爪25に付
着して転写材の分離性を悪化させて転写材Ｐの定着ロー
ラ周面に対する巻き付きトラブルを生じさせたり、クリ
ーナ26をすり抜けて感温素子24に付着して温調性能を悪
化させたり、転写材面に再付着して出力画像面を汚した
りする結果となる。

第６図（Ａ）及び第６図（Ｂ）は定着ローラ21面に対
するトナーのオフセット現像を説明する模型図であり、
定着ローラ21と加圧ローラ22とのニップ部にはさまれた
転写材Ｐのトナー画像部分tbを示している。トナー画像
部分tbを構成しているトナーの定着ローラ21面へのオフ
セット量は、定着ローラ21面に対するトナーの付着力Ｆ
と、転写材Ｐ面に対するトナーの付着力Ｇと、さらに定
着ローラ21、加圧ローラ22、転写材Ｐが帯電していると
きにはローラ21・22のニップ部内の電界ｅから受ける力
Ｅにより決まる。

上記の力Ｆ・Ｇ・Ｅの合成力が第６図（Ａ）に示した
ように上向き（定着ローラ21面に向う方向）であると定
着ローラ21面に対するトナーのオフセット量が多く、第
６図（Ｂ）に示したように下向き（転写材Ｐ面に向う方
向）であるときは少なくなる。

そこで転写材Ｐのトナー画像面に接する定着ローラ21
について前述のようにその外周面にPTFE等の離型性のよ
い材料で被覆したり、シリコーンオイル等の離型材を塗
布して力Ｆを小さくする、定着ローラ21・加圧ローラ22
の少なくとも片方に電圧を印加して力Ｅを下向きにす
る、あるいはローラを導電化して力Ｅの発生を防ぐ等の
手段がとられている。

さらに定着ローラ21を装置のシグナルグランドに対し
電気的に浮かせる状態つまり接地されていない状態（以
下、フロート状態という）にするとオフセットが低減で
きることも知られている。

これは、定着ローラ21を電気的にフロート状態に保っ
た場合、トナーが定着ローラ21へ少しオフセットするこ
とによって、定着ローラ21の電位がトナーの帯電極性側
に変化し、記録材である紙面上のトナーが定着ローラ21
から反発力を受けるというもので、この定着ローラから
の反発力によりオフセットが低減される。

ところが定着ローラを電気的にフロート状態にした場
合、特に低湿下において、定着ローラ21が紙との摩擦等
の原因により数KVにも帯電して放電を起こし、放電によ
る電気ノイズが発生して装置が誤動作を起こすという危
険性があった。

一方、定着ローラ21を接地した場合には、電気ノイズ
が発生せず装置の誤動作は起きないが、上記フロート状
態にした場合の定着ローラ21から転写材上のトナーへの
反発力が生じないためオフセットが増大してしまうとい
う問題があった。

本発明は上述のごとくの問題を解消し、現像剤の定着
ローラへのオフセットがなく、しかも定着ローラの帯電
による装置の誤動作がない定着装置を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］本発明によれば、上記目的は、互いに圧接する一対の回転体を有し、この回転体対の
圧接部で未定着トナー像を担持した記録材を挟持搬送し
未定着トナー像を記録材上に定着する定着装置におい
て、上記回転体対の未定着トナー像と接する回転体はダイ
オードを介して接地されており、上記ダイオードは未定
着トナー像と接する回転体にトナーと逆極性の電圧を生
じることなく、トナーと同極性の電圧を生じるように接
続されている、ことにより達成される。

［作用］上記のように第一の構成による画像形成装置が起動す
ると、正、負のいずれか一方に帯電した現像剤による未
定着現像剤像が形成された記録材が一対の定着ローラの
間に搬送され、加圧定着される。このとき、現像剤と直
接接するローラ表面に少量の現像剤が付着した場合、該
ローラはダイオードを介して接地され、さらに、該ダイ
オードは上記付着した現像剤の荷電極性と逆極性の電荷
が流れるように接続されていることから、上記ローラの
電位は現像剤と同じ荷電極性となる。しかして、ローラ
表面では記録材上の現像剤を反発させる向きの力が働
く。

［実施例］以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を説明す
る。

第１図は、定着ローラに搬送される記録材としての転
写材上の未定着現像剤像を形成する現像剤としてのトナ
ーを負に帯電させる場合の第一実施例装置、また第２図
は上記トナーを正に帯電させる場合の第二実施例装置の
定着ローラの構成を示す拡大断面図である。

図中において上側の定着ローラ21は、アルミニウム、
鉄等の中空芯金21bの外周面をPTFE、PFAあるいはシリコ
ーンゴム等の離型性のよい材料21aで被覆したものであ
る。なお、離型層21aは導電性または絶縁性のどちらで
もよい。

同図中、下側の加圧ローラ22は、鉄やステンレスなど
の芯金22bの外周をシリコーンゴムやフッ素ゴム等の離
型性を有する弾性体22aで被覆したものである。弾性層2
2aは導電性または絶縁性のどちらでもよい。また、芯金
22bは接地してもしなくてもよい。

定着ローラ21の芯金は、ダイオード100を介して接地
されており、その接続の向きは第１図、第２図のいずれ
も定着ローラ21がトナーの荷電極性に帯電したときにそ
の帯電を保持するように接続されている。

第３図にダイオード100の電圧と電流の特性曲線を示
す。図からも明らかなようにダイオード100は、順方向
接続である領域Ａにおいては電流がいくら流れても電圧
は上がらない。また、逆方向接続である領域Ｂにおいて
はほんのわずかに電流を流すだけで電圧は降伏電圧点Ｃ
まで上がり、さらに電流を流しても電圧はそれ程上がら
なくなる。

このように定着ローラ21を第１図及び第２図に示すた
ような構成にすると、トナーがほんのわずかに定着ロー
ラ21にオフセットした場合、ダイオード100がトナーの
帯電極性に対して逆方向になるように接続されているた
め、定着ローラ21をフロート状態にしたのと同じ状態と
なり、定着ローラ21の電位はトナーの帯電極性に変化し
て電界的、つまり同極性による反発力によってオフセッ
トを減少させることができる。

また、低湿下において定着ローラ21がトナー付着以外
の他の原因で帯電した場合、例えば定着ローラ21がトナ
ーと異極性に帯電した場合はほとんど接地状態となり、
またトナーと同極性に帯電した場合でも第３図降伏電圧
点Ｃ以上に電圧は上がらない。なお、通常のダイオード
における降伏電圧点は、1KV未満であり、放電による装
置の誤作動は発生しない。

発明者がさらに検討を進めた結果、ダイオード100の
静電容量が小さい程、オフセット量を減らせることが明
らかとなった。これは例えば同じ帯電量のトナーが定着
ローラ21にオフセットした場合、定着ローラ21とシャー
シの結合容量が小さい程定着ローラ21の電位変動が大き
くなり、転写材上のトナーに対する反発電界が大きくな
るためと考えられる。発明者の実験によれば、オフセッ
ト防止に必要なダイオードの静電容量は100pF以下であ
った。

ここで上記静電容量とは、第３図に示した領域Ｄ、す
なわち逆方向降伏電圧点Ｃ以下の逆バイアスをダイオー
ド100に印加した際の静電容量である。

発明者はさらに、第３図中の逆方向降伏電圧点Ｃが50
V以上であるダイオードでなければオフセット防止効果
がないことを明らかにした。これはダイオード100の逆
方向降伏電圧が小さい場合には、トナーがオフセットし
ても定着ローラ21の電位が逆方向降伏電圧以上になれな
いため、転写材上のトナーに対して十分な反発電界を生
じさせることができないためと考えられる。

第４図は、像担持体に圧接するように配設され、像担
持体上の未定着現像剤像を転写材に転写する転写部材、
例えば転写ローラを備えた転写手段を有する画像形成装
置に本発明を適用した例である。

転写部材としての転写ローラ50は鉄、ステンレス等の
芯金50bを導電性弾性体50aで被覆したもので、バイアス
電圧が図示しない電源から印加される。転写ローラ50は
転写ローラを有しない転写帯電器に比べ、転写材に直接
接触してバイアス電圧を印加できるため、高湿環境下で
の転写不良がないという利点を有している。しかし本発
明者の検討したところによれば、上記装置は高湿下にお
いて、転写電流が吸湿し低抵抗化した転写材である紙Ｐ
を介して定着ローラ21に流れて定着ローラ21表面が転写
ローラ50と同じ極性に帯電し、トナーを定着ローラ21側
に引つけてオフセットが発生するという欠点があること
が明らかになった。

第５図の実験例は上記の欠点を解決するためのもので、
転写帯電器を用いた装置に比べて転写不良、転写ズレが
なく、かつオフセットもない。まお、第４図は負帯電ト
ナーを用いた場合であるが、正帯電トナーを使用した場
合はダイオードの向きを第２図のように構成することに
よって同様の効果を得られることは言うまでもない。

例えば、第４図の構成で装置の最大通紙幅を220mm、
転写バイアスを＋500Vとし、静電容量20pFかつ逆方向降
伏電圧600Vのダイオード100を介して定着ローラ21を接
地した装置と、定着ローラ21を単にアースした装置によ
りオフセット量を比較したところ、高湿下においてダイ
オードを用いた装置のオフセット量は定着ローラ21をア
ースした装置の約1/100にすることができた。

なお、本実施例の説明において定着ローラ21の表面に
形成された離型層は導電性でも絶縁性でもよいと述べた
が、本発明は、絶縁性のローラに適用することによって
オフセットの減少をより効果的に行えることが明らかと
なった。すなわち、導電性ローラ（離型層体積抵抗値10
⁸Ωcm未満）は離型層にカーボン等の導電材を混ぜるた
め、トナーに対する離型性が低下するのに対し、絶縁性
ローラ（離型層体積抵抗値10⁸Ωcm以上）では導電材の
量が少ないため、トナーの離型性が高くなり、オフセッ
トは少ない。

本発明者はさらに、絶縁性離型層を有する定着ローラ
21において、定着ローラ21の離型層表面と芯金の間の静
電容量が大きいローラほど、定着ローラ21の芯金をアー
スした場合とダイオードを介して接地した場合のオフセ
ット量の差が大きくなることがわかった。すなわち、芯
金を厚さ数mmのシリコーン（Si）ゴムで覆ったような静
電容量1pF/cm²未満のローラにおいては離型層表面とシ
ャーシの結合容量が小さく、トナーがオフセットした際
にある程度紙面上のトナーに対して反発電界を生ずる。
一方、芯金を数十μｍのフッ素樹脂で覆ったような静電
容量1pF/cm²以上のローラにおいては、離型層表面とシ
ャーシの結合容量が大きく、トナーがオフセットした際
にほとんど反発電界を生じない。

しかし、材質的な面からローラ表面の離型性を比較し
た場合、芯金をフッ素樹脂で覆った後者のローラの方が
芯金をSiゴムで覆った前者のローラよりも離型性に優れ
ている。また離型層の形成においても、前者のローラで
はSiゴム層を数mmの厚さに形成させなければならないた
め、ローラ表面の平滑化が困難となる。

以上のことを考慮すると、本発明は離型層の体積抵抗
が10⁸Ωcm以上で、かつ離型層表面とローラ芯金との間
の静電容量が1pF/cm²以上のローラに適用した場合に、
より一層のオフセットの低限効果を得られることが明ら
かになった。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、画像形成装置の定着ロ
ーラのうち記録材上の未定着現像剤像と直接接するロー
ラをダイオードを介して接地し、しかもダイオードは、
ローラが未定着現像剤像の荷電極性に帯電したときに、
その帯電を保持するように接続する構造としたので、ロ
ーラ表面に未定着現像剤像を形成する現像剤の一部が付
着した場合に、ローラの電位は記録材上の未定着現像剤
像の荷電極性と同じ荷電極性となる。したがって、ロー
ラ表面では、記録材上の未定着現像剤像を引き離す方向
のいわゆる反発力が生じるため、ローラへのオフセット
がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一実施例装置の定着装置の構成を示す拡大断
面図、第２図は第二実施例装置の定着装段の構成を示す
拡大断面図、第３図は第１図装置及び第２図装置に使用
したダイオードの電流と電圧の特性曲線、第４図は他の
実施例装置の構成の部分拡大断面図、第５図は従来装置
における定着装置の一例を示す断面図、第６図（Ａ）及
び第６図（Ｂ）は定着ローラのオフセットのメカニズム
を説明する図である。１……像担持体（ドラム） 21……定着ローラ 22……加圧ローラ 50……転写部材（転写ローラ） 100……ダイオードＰ……記録材（転写材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒矢順治東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者大関行弘東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者斉藤雅信東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者中村俊治東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭59−34573（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−47368（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに圧接する一対の回転体を有し、この
回転体対の圧接部で未定着トナー像を担持した記録材を
挟持搬送し未定着トナー像を記録材上に定着する定着装
置において、上記回転体対の未定着トナー像と接する回転体はダイオ
ードを介して接地されており、上記ダイオードは未定着
トナー像と接する回転体にトナーと逆極性の電圧を生じ
ることなく、トナーと同極性の電圧を生じるように接続
されていることを特徴とする定着装置。