JP2767765B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザビームプリンタや複写機等の電子写
真装置に装着される加圧型あるいは加熱加圧型の定着装
置に関する。

［従来の技術］ 従来の画像形成装置の定着装置としては、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。このような定着装置の一例を第７図
に示す。この定着装置は、定着ローラ１と加圧ローラ２
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
材としての記録材Ｐ面に熱圧定着するものである。

上側の定着ローラ１は、アルミニウム・鉄等の中空芯
金３の内部にハロゲンランプ等のヒータ４が入れられた
もので、このヒータ４により定着ローラ１の加熱がなさ
れる。下側の加圧ローラ２は、鉄や、ステンレスなどの
芯金５の外周をシリコーンゴム等の離型性を有する弾性
体６で被覆したものである。上記定着ローラ１と加圧ロ
ーラ２はばね（図示せず）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、また矢印で示す方向に回
転駆動される。

上記定着ローラ１の表面にはサーミスタ等の感温素子
７が接触しており、定着ローラ１の表面温度を検知す
る。この感温素子７の検出温度に応じて温調回路により
ヒータ４への通電が制御され、定着ローラ１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。また、
上記定着ローラ１の表面には分離爪８が先端エッジ部を
該定着ローラ１の表面に適当な加圧力をもって接触配設
されており、上記定着ローラ１の表面から記録材Ｐを分
離する。さらに、フェルト等のクリーナ９も定着ローラ
１の表面に押圧接触して配設されており、定着ローラ１
の表面に付着したトナーや紙粉等を拭掃除去する。ま
た、定着装置の金属材製の底板10の前面壁には記録材の
入口ガイド11が取り付けられ、上記底板10の後面壁には
記録材の出口ガイド12が取付け支持されている。

次に、以上のような構成の定着装置における定着手法
について説明する。

先ず、転写手段としての転写帯電器（図示せず）によ
り潜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記録材Ｐは、入口ガイド
11を通って定着装置内へ進入し、互いに加圧接触して回
転駆動されている定着ローラ１と加圧ローラ２のニップ
部に入って両ローラ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記録材Ｐ面の未定着トナー
画像taが定着ローラ１の熱と、定着ローラ１と加圧ロー
ラ２間の加圧力で記録材Ｐ面に永久固着像tbとして熱圧
定着されていく。

上記定着ローラ１及び加圧ローラ２のニップ部を通過
し像定着を受けた記録材Ｐはその先端部が分離爪８によ
り定着ローラ１面から分離され、出口ガイド12を通して
シートパス（図示せず）へ入り、排紙トレイ（図示せ
ず）へ排出される。

しかしながら、従来の上記画像形成装置における定着
手段は、像担持材たる記録材Ｐが定着ローラ１及び加圧
ローラ２のニップ部を通過して画像面が定着ローラ１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１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８に付着して記録材の分離性
を悪化させて記録材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９をすり抜けて感
温素子７に付着して温調性能を悪化させたり、記録材面
に再付着して出力画像面を汚すことがあった。

オフセットの主な原因として、トナーとローラとの物
理的結合力及び静電気力の二つをあげることができる。
前者を原因とするオフセットに対してはローラ表面の滑
らかさを上げたり、表面エネルギーを下げたりすること
により効果がある。具体的にこのような性質を持つ材料
としてはPTFEやPFA等のフッ素樹脂をあげることができ
るが、これらのフッ素樹脂は定着ローラの被覆材料とし
て必要な耐熱性、耐体摩耗性、耐食性に関しても優れて
いる。一方、後者の静電気力は摩擦や剥離などによって
帯電した定着ローラ、加圧ローラ、記録材などがつくる
電界中において帯電粉体であるトナーに働くもので、定
着ローラとの間の引力あるいは加圧ローラ、記録材との
間の斥力が強く働く場合には、しばしば著しいオフセッ
トを起こす。

このような電気的作用によるオフセットを軽減させる
ための手法として、定着ローラ表面被覆層に導電性を持
たせて帯電電荷を逃がす第一の手法や、界面活性剤を表
面に塗布して帯電を防止する第二の手法があった。ま
た、第三の手法として定着ローラにトナーと同極性の電
圧を印加して電界の作用によりトナーを抑え込むという
手法が考えられていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例の第一の手法によれば、定
着ローラの帯電を防止する効果はあるが、加圧ローラの
帯電までは制御できないという問題点があった。また、
抵抗を下げることにより転写の電流が定着ローラに流れ
込み転写不良等の原因になっていた。

また、第二の手法については、界面活性剤の効果によ
り加圧ローラの表面電位も下げることができるが弊害も
多い。つまり、一度通紙した記録材を再通紙する場合
に、記録材表面に付着した界面活性剤が感光ドラムに付
着し感光現象や感光体帯電を妨げるという問題点があっ
た。このような場合には良好な画像は期待できず、表面
に塗布するような系の場合にはその効果を持続させるた
めに補給部材が必要となっていた。

さらに、第三の手法によれば、十分な電圧を定着ロー
ラに印加することにより顕著な効果があるが、第８図に
示すように、従来の定着ローラ１の表面被覆材13は離型
性を向上させることが主な目的であったため、定着ロー
ラ１に電圧を印加する場合に求められる絶縁性に関して
は不十分なものであった。例えば、プライマ14を被覆し
たアルミニウム芯金３を25μｍの厚さのPFA樹脂でコー
ティングした定着ローラ１に−1.5kv印加した場合に
は、通紙時に５〜400μＡもの電流が流れる。本来純粋
なPFAは絶縁体であるが、単層コーティングのような場
合には表面被覆材の組織中に図に示すような多くの不完
全な部分（ピンホール）Ｈが存在しており絶縁層として
機能しない。このような場合、第７図に示す電圧印加手
段たる電源15の電流容量が不足し印加電圧が降下してし
まってオフセットに対する効果が半減するばかりでな
く、記録材を通じて電流が流れ出し、転写機構にまで悪
影響を与えるという問題点があった。また、記録材にト
ナーと同極性の電荷を注入してしまう虞れがあり、その
場合転写材のトナー保持力が減じるためにオフセットを
促進させてしまう可能性があった。

本発明は、上記問題点を解決し、定着ローラにおける
電流の漏れがなく、また、感光現象に影響を与えること
のない定着装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、上記目的は、 芯金と表面離型層とを備え記録材上の未定着トナーと
接し記録材に未定着トナーを定着する定着ローラと、上
記定着ローラの芯金に電圧を印加する電圧印加手段とを
有し、この電圧印加手段により発生する電界の方向は上
記定着ローラ表面から未定着トナーが離間する方向であ
る定着装置において、 上記定着ローラの表面離型層は体積抵抗が10¹³Ωcm以
上の樹脂チューブである、 ことにより達成される。

［作用］ 本発明によれば、定着ローラの芯金に現像剤と同極性
の電圧を印加すると、該芯金上に材質的にも形状的にも
芯金と記録材を絶縁する絶縁部材であって、体積抵抗が
10¹³Ωcm以上の樹脂チューブが被覆されているため、電
荷を定着ローラ外に漏らすことなく加圧ローラとの間に
電界を発生させる。この電界は、絶縁部材の表面に接触
した未定着現像剤を該表面から離す方向に発生するの
で、定着ローラへのオフセットを防止する。そして、上
記絶縁部材が電荷の漏洩を阻止するので、電圧印加手段
の電圧が所定値に保たれ、また、現像剤へ現像剤と同極
性の電荷が注入されることがない。かくして、オフセッ
トの確実な抑制が行なわれる。

［実施例及び参考例］ 本発明の実施例及び参考例を添付図面の第１図ないし
第６図を用いて説明する。

〈実施例〉 先ず、第１図ないし第３図（Ａ），（Ｂ）を用いて本
発明の実施例を説明する。なお、第８図に示す従来例装
置と共通箇所には同一符号を付して説明を省略する。本
実施例は、定着ローラ１として、アルミニウムやステン
レスなどの芯金３を絶縁部材たるPFAチューブ16で被覆
し表面離型層としたところが従来例と異なる。本実施例
によれば、第２図に示すようにPFAチューブ16にピンホ
ールが形成されず、高い絶縁性を示す。本実施例のPFA
チューブ16は体積抵抗が10¹³Ω・cm以上である。

第３図（Ａ），（Ｂ）に上記定着ローラ１の簡単な形
成過程を示す。第３図（Ａ）において、16は予め別工程
で加工された筒状のPFA薄膜であり、PFA単体で加工され
るため容易に均一な膜を形成することができる。このよ
うに加工されたPFA薄膜16でプライマ14をコーティング
した芯金３を包んだ後、第３図（Ｂ）に示すように加熱
してPFA薄膜を収縮させプライマにより芯金に接着す
る。

上記過程で形成されたPFA層の特徴的なことは第８図
に示すようなピンホールＨを含まないことにある。その
ため上記PFAチューブ定着ローラを用いた本実施例にお
いては、芯金に高電圧を印加しても記録材Ｐに電流が流
れ出ることがなくなり、電圧印加手段たる電源15の電流
容量が小さくても印加電圧が降下してしまうことがな
く、安定してオフセットを抑制することができる。ま
た、定着ローラ周囲に配設してある感温素子７等に対し
てもリークする心配がなくなり安全性、電気素子保護の
点からも優れた構成になる。さらに、漏洩電流が微少な
ため転写機構に影響を及ぼすことがなくなり良好な画像
を得ることができる。

（実施例） 第８図に示す従来例のPFAコーティングを施した定着
ローラと本実施例のPFAチューブを施した定着ローラの
実装して通紙したときの漏洩電流、転写抜け、静電オフ
セットを評価した結果を第１表に示す。評価は電源の容
量を十分確保して−1.5kvの定電圧を定着ローラ芯金に
印加した場合と定着ローラを接地した場合について行な
った。定着ローラの直径はともに30mm、PFA層の厚さは
両者とも25μｍのものに関するものである。

第１表から明らかなように定着ローラに電圧を印加し
ない系では転写抜けは発生しないが低温低湿及び常温常
湿の環境で静電オフセットが顕著に発生する。この静電
オフセットは定着ローラ芯金に−1.5kvの電圧を印加す
ることにより抑えることができるが、この系の場合定着
ローラのPFAコーティングのものでは高温高湿の環境で
電流が転写機構に流れ出てしまい転写抜けの弊害を起こ
している。これに対してPFA層としてチューブを用いた
定着ローラについては芯金に電圧を印加する系において
も漏洩電流はほとんど流れず、すべての環境において静
電オフセットはもちろんのこと、転写抜けも起こさな
い。

〈第一参考例〉 次に、第４図を用いて本発明に関する第一参考例を説
明する。なお、本発明の実施例及び第８図に示す従来例
と共通箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本参考例は、定着ローラ被覆層をPFAコーティング改
質層で形成したところが既述の実施例と異なる。第８図
の従来例に示したとおり単層コーティングによるPFA被
覆層13にはピンホールＨが数多く存在しているが、これ
を第４図に示すように剛体ローラＲにより加圧しながら
PFA層13を圧縮高密化し、その後加熱溶融することによ
り、ピンホールＨのない改質層17を作成することができ
る。このような被覆層を持つ定着ローラは第一実施例の
定着ローラとして用いる場合、転写抜け及びオフセット
抑制という点で同様な効果を発揮できる。

さらに、第一参考例におけるローラ被覆層はPFAチュ
ーブ層より芯金との接着が良好であり耐久性に非常に優
れているという利点がある。

なお、参考例の被覆層にはPTFEコーティング層も適用
することができる。

〈第二参考例〉 次に、第５図を用いて本発明の第二参考例について説
明する。なお、既述の本発明の実施例及び第８図に示す
従来例と共通箇所には同一符号を付して説明を省略す
る。

本参考例では定着ローラの被覆層としてPFAの多層コ
ーティング層を用いたところが実施例と異なる。参考例
によれば、単層コーティングにおけるPFA層13Aのピンホ
ールＨをさらに外側のPFA層13Bが覆って被覆層全体を貫
通するピンホールがなくなるため、実施例と同様な効果
を発揮できる。

この参考例におけるPFA層は実施例のものに比べて厚
く作成できるため、記録材と芯金との間の抵抗を非常に
高くすることができる。したがって、本参考例は記録材
の抵抗が顕著に低下する高湿環境において有効である。
なお、PFA層の代りにPTFE層を用いても良い。

〈第三参考例〉 次に本発明に関して第三参考例を第６図を用いて説明
する。なお、既述の本発明の実施例及び第８図に示す従
来例と共通箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本参考例は定着ローラ芯金３とPFAコーティング層13
とを接着しているプライマ層18に絶縁性を持たせている
ことが実施例と異なる。本参考例によれば、PFA層13中
のピンホールＨの有無によらず絶縁性を確保できる。し
たがって、高価なPFA層を薄くすることが可能であり、
コスト面で優れている。

［発明の効果］ 以上説明したように定着ローラの表面被覆材に材質
的、及び形状的に絶縁性を持たせることにより、静電オ
フセット防止のために定着ローラ芯金に電圧を印加する
場合において、芯金から記録材に流れ出る電流がなくな
るため、安定したオフセット抑制電圧を確保できるばか
りか、転写機構との干渉を防ぐことが可能で転写不良な
どの弊害をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例装置の概略構成を示す断面図、
第２図は第１図装置の定着ローラ表層の一部拡大断面
図、第３図（Ａ），（Ｂ）は第１図装置の定着ローラに
おけるPFAチューブ被覆の手法を示す図、第４図は本発
明に関する第一参考例装置の概略構成を示す断面図、第
５図は第二参考例装置の概略構成を示す断面図、第６図
は第三参考例装置の概略構成を示す断面図、第７図は従
来例装置の概略構成を示す断面図、第８図は第７図装置
の定着ローラ表層の一部拡大断面図である。 １……定着ローラ ２……加圧ローラ ３……芯金 15……電圧印加手段（電源） 16……絶縁部材（PFAチューブ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 弓納持 貴康 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 竹内 昭彦 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 長谷川 浩人 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59−180571（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−189673（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−300281（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−225264（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−184075（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−95045（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】芯金と表面離型層とを備え記録材上の未定
   着トナーと接し記録材に未定着トナーを定着する定着ロ
   ーラと、上記定着ローラの芯金に電圧を印加する電圧印
   加手段とを有し、この電圧印加手段により発生する電界
   の方向は上記定着ローラ表面から未定着トナーが離間す
   る方向である定着装置において、 上記定着ローラの表面離型層は体積抵抗が10¹³Ωcm以上
   の樹脂チューブであることを特徴とする定着装置。