JP2845454B2

JP2845454B2 - 定着装置および定着ローラ

Info

Publication number: JP2845454B2
Application number: JP63180754A
Authority: JP
Inventors: 正晴大久保; 幸一奥田; 行弘大関; 美穂青木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-07-20
Filing date: 1988-07-20
Publication date: 1999-01-13
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JPH0229768A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、複写機やレーザービームプリンタなどの定
着装置および定着ローラに関するものである。

［従来の技術］従来から、トナー像を転写材に加熱して定着させるた
めに、内部に加熱源を有する中空状の金属ローラと弾性
ローラの組み合せで用いられることが多い。

前記金属ローラの表面には、トナーに対して離型性に
優れたテフロン樹脂やシリコンゴムあるいはシリコンゴ
ムの上にテフロン樹脂の薄い層を形成したものが用いら
れている。

また前記弾性ローラとして、金属の芯金の表面に、シ
リコンゴムやふっ素ゴムの層を形成し、さらに、この表
面に薄いPFAの層を形成したものが用いられている。

このように、定着ローラとして、単にゴム層だけでな
く、その表面に薄いPFAの層を形成することにより、ト
ナーの汚れが、ゴムローラの表面に付着しずらくなった
り、オフセット防止のために、定着ローラに塗布してい
るシリコンオイルがゴム層に浸透しずらくなってゴム層
の膨潤が防止でき、ゴムローラの寿命が大幅に延びると
いう長所を有する。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、前述した従来の技術では、通紙によ
り、定着ローラが摩擦帯電により帯電し、紙がこのロー
ラに巻きついてしまったり、ローラの作る電界によって
未定着のトナーがとびちったり、ライン像をにじませた
りするという欠点があった。また重要な問題としてロー
ラ間で加熱されたトナーが、定着ローラの作る電界によ
ってオフセットしてしまうという欠点があった。

この対策として、従来は、導電性の除電部材をローラ
表面に当接させたりしてローラ表面の除電を行なってい
たが、この方法では、除電効果に限度があった。

また別の対策として、カーボンやアルミニウム、銅等
の導電性粉末を分散させたシリコンゴムを用いた定着ロ
ーラや同じくカーボン等の導電性粉末を分散させたPFA
樹脂の薄層を用いた定着ローラが知られているが、これ
らは、いずれも離型性のよいPFA樹脂やシリコンゴム中
に、不純物を大量に混入するために、元の材料にくらべ
て、離型性が大幅に低下したり、ゴムの硬度が大きくな
ったりするという問題点があった。

また、上記のような従来の導電性粉末は、導電性粉末
がゴム層に均一に混ざらない場合、抵抗むらが生じ、局
部的にオフセットが発生するという問題があった。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもの
である。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明は、界面活性剤を
含有したシリコンゴム層を備えた定着ローラを有し、前
記定着ローラはトナーを担持した記録材と接しトナーを
記録材上に定着する定着装置において、前記界面活性剤
は、ふっ素系界面活性剤であり、前記定着ローラは前記
シリコンゴム層の外側に表面離型層を備えたものとする
ものである。

［作用］本発明によれば、定着ローラの弾性層に動電性物質を
たとえ均一に混入できなくとも、弾性層の抵抗むらを抑
えて定着ローラの表面全体においてオフセットを防止で
きる。

［実施例］第１図は本発明の第１実施例を示している。

そして、定着ローラ２は、内部の加熱源、たとえば、
ハロゲンヒータ９によって加熱される。また定着ローラ
２は、厚さ0.7〜2.0mmの円筒状のアルミニウムまたはス
テンレススチール製の金属パイプ６の上に弾性層である
シリコンゴムの層７を0.2〜2.0mmの厚みで形成してい
る。

このシリコンゴムの中には、0.01〜３重量％、より好
ましくは0.1〜２重量％のふっ素系界面活性剤を混入し
ている。ふっ素系界面活性剤は前記した従来の導電性物
質の比べて、シリコンゴム中での含有量の変動に対する
抵抗値の変化の度合いが小さいため、たとえシリコンゴ
ム中に均一に混ざらなくとも、シリコンゴム層の抵抗む
らは抑えられ、ローラ表面全体でオフセットを防止でき
るのである。

さらに、この上には、10〜50μｍの厚みで離型層であ
るPFA樹脂の層８を形成している。このため、ふっ素系
界面活性剤がローラ表面に露呈することはなく、紙と接
してシリコンゴムから抜けてしまうことを防止できる。

このPFA樹脂の薄い層８を形成する方法としては、PFA
樹脂を分散した液を、スプレーで均一に塗布した後、乾
燥し、焼成することによって形成される。またこのよう
な薄い層８を得る方法としては、PFA樹脂の薄いチュー
ブを被覆したのち、加熱してPFAのチューブをゴム層に
接着することによって得られる。

定着ローラ２の表面には、その表面温度を検出して制
御するために、サーミスタ等の検温素子12を定着ローラ
２に接触して摺動するように配置している。定着ローラ
２の表面は、トナーが、若干量、オフセットするため
に、シリコンオイル界面活性剤等の離型剤を塗布した
り、オフセットしたトナーを清掃するためのクリーニン
グパッドを定着ローラ表面に押し当てている。クリーニ
ングパッドは離型剤を含んだテフロン樹脂の耐熱性フェ
ルト10を耐熱性樹脂の枠11で固定している。

定着ローラ２と対向している加圧ローラ１には、鉄の
上にメッキを施し、あるいはステンレススチール製の芯
金３の上にスポンジ４を巻いて、さらに、その上にシリ
コンゴムの0.5〜2mmの薄い層５を形成している。

この一対のローラ1,2のニップ間に記録材である紙等
の転写材15の上に形成されたトナー像16を進入させて定
着させる。

13は前記定着ローラ２に転写材15が付着したときには
がすための分離爪、14は前記転写材15を一対のローラ1,
2の間に進入させるガイド、17は定着後の転写材15を案
内するためのガイドである。

前記２つのローラ1,2の間には、４〜10Kgの圧力が印
加されており、定着ローラは160〜190℃に加熱されてい
る。

加圧ローラ１の芯金３は、強度の点で、直径８〜14mm
またはそれ以上が必要である。またスポンジ４による層
は、大半が独立気泡で、その厚みは２〜3mmまたはそれ
以上が必要である。

前記定着ローラ２のシリコンゴムの層５にまぜるふっ
素系界面活性剤は、ふっ素化アルキルエステルの他にパ
ーフルオロアルキルポリオキシエチレンエタノール、パ
ーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキ
ルアンモニウム塩、パーフルオロアルキルベタイン、パ
ーフルオロアルキルアミンオキサイド、パーフルオロア
ルキルエチレンオキシド付加物、パーフルオロアルキル
リン酸エステル、非解離性パーフルオロアルキル化合物
等があり、たとえば、ユニダイン（ダイキン工業製）や
EFTOP（三菱金属製）等が市販されている。

これらは、ゴム全体重量の0.01〜3.0重量％の範囲で
まぜられており、3.0重量％より多いと、加硫時の硬化
障害をひきおこす傾向にあるので、好ましくない。

一方、0.01重量％より少ないと、この定着ローラ２の
表面電荷を逃がす効果が少なくなる。

第２図は第１図の加圧ローラ１および定着ローラ２を
使用した場合の帯電の様子を示している。

この場合、レーザービームプリンタを用い、OPCドラ
ムを負電荷したのち、負極性トナーで反転現像をしてい
る場合で示す。したがって、転写材15上のトナーは負極
性であり、転写材15の裏側の転写によって印加された電
荷は正極性である。

転写材15の通紙により、定着ローラ２、加圧ローラ１
は、それぞれ正、負の極性に帯電される。通常の摩擦帯
電特性では、転写材15の紙よりテフロン樹脂、シリコン
ゴムのほうが、負帯電性が強いが、実際の定着ローラで
は、摩擦力および上下から、ローラではさむという形状
のためか、正極性に帯電し、その表面電位は＋２〜＋3K
Vになる。したがって、この電気力のために、転写材15
上のトナーの一部が定着ローラの表面にオフセット（図
中、符号20）する。

ところが定着ローラ２のゴム層にふっ素系界面剤を少
なくとも0.01重量％入れることによって、シリコンゴム
の層７の抵抗を10¹⁰〜10¹³Ωcmの体積抵抗に下げること
ができ、したがって、表面電位も＋1KV以下にすること
が可能である。

実際にレーザービームプリンタを用いて検討した結果
を次に示す。

プロセススピード約50mm/sec、負極性トナーを用いた
ところ、クリーニングパッドにたまるトナー量が大幅に
減少し、10万枚プリントをくり返しても、上下２本のロ
ーラの汚れは、ほとんど見られなかった。

この場合、定着ローラ２の金属パイプ６は、図示され
ていない導電性軸受または導電性のばねを接触させるこ
とにより、接地されており、この接地することは、定着
ローラ２に帯電した電荷を逃がすのに重要である。

またクリーニングパッドには、シリコンオイルを含浸
したものを用いた。

ふっ素系界面活性剤を用いる理由は、耐熱性があり、
定着ローラ２として用いる180〜200℃前後の温度で安定
していることがあげられる。他の界面活性剤では、分解
してしまい、上記の温度では効果をあらわさない。また
加熱によりシリコンゴム中から抜け出ることも、少な
く、効果が長期間にわたって続くことも、ふっ素系界面
活性剤を用いる理由である。

ここで、PFA層は絶縁体ではあるが、10〜50μｍと薄
層のために、またPFA層に無数の貫通孔を有しているの
で、上記の効果が妨げられることはない。しかも、PFA
層は、シリコンゴム層の表面の大部分を被覆しているの
で、シリコンゴムに含まれ、シリコン系−ふっ素系とい
う異種の物質であるためにシリコンゴムから抜けやすい
ふっ素系界面活性剤が蒸発してしまうことも大幅に防止
できる。

また低抵抗化する手段として、液体をゴム中に分散さ
せるために、均一な抵抗を有することが可能である。

第３図は本発明の第２実施例を示している。

この第２実施例における定着ローラ２は、円筒状の金
属、つまり、金属パイプ６の上にPFAまたはPTFE等のテ
フロン樹脂21が均一に塗布されている。一方、加圧ロー
ラ１は芯金３の上に硬度20〜50゜のシリコンゴム層22が
形成されている。このシリコンゴム層22には、シリコン
ゴムの他に、0.01〜3.0重量％、好ましくは、0.1〜1.0
重量％のふっ素系界面活性剤が混入している。通常、こ
のような加圧ローラは、進入してくる紙との摩擦帯電
で、−2KV以上に帯電しているが、この実施例の加圧ロ
ーラ１では、それが−500V程度に低下してしまう。これ
は、ふっ素系界面活性剤を、ゴム中に混入することによ
り、ゴムの体積抵抗値が、10¹⁵〜10¹⁶Ωcmに低下し、ゴ
ムローラの表面に帯電した電荷が、従来より短い時間で
減衰してしまうためである。

このことは、本発明のように、表面にPFAのような絶
縁体を形成していても、PFA層が10〜50μｍと比較的薄
いために、障害とはならない。またPFAと紙の摩擦帯電
は、シリコンゴムと紙の摩擦帯電よりも、弱いので、ゴ
ムローラに帯電する電荷量自体が少なくなり、トナーの
オフセットに有利である。またこの実施例のように、加
圧ローラ１として、硬度の比較的小さいゴムローラが必
要な場合、ふっ素系界面活性剤を用いると、硬度を上げ
ることにならなくて有利である。さらに、抵抗値の均一
なローラを作りやすいので、製造および品質の面から有
利である。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、定着ローラがふ
っ素系界面活性剤を含有したシリコンゴム層の外側に表
面離型層を備えることにより、シリコン−ふっ素系とい
う異種の物質どうしであるためにシリコンゴムから抜け
やすいふっ素系界面活性剤がシリコンゴムから抜けるこ
とを防止し、オフセットの発生を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示した側面図、第２図は
第１図の装置のローラの帯電状況の説明図、第３図は本
発明の第２実施例を示した側面図である。１……加圧ローラ、２……定着ローラ、６……金属パイプ、７……シリコンゴムの層、８……PFA樹脂の層、15……転写材、 16……トナー像。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青木美穂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58−83878（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−153983（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−99640（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】界面活性剤を含有したシリコンゴム層を備
えた定着ローラを有し、前記定着ローラはトナーを担持
した記録材と接しトナーを記録材上に定着する定着装置
において、前記界面活性剤は、ふっ素系界面活性剤であり、前記定
着ローラは前記シリコンゴム層の外側に表面離型層を備
えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】前記ふっ素系界面活性剤は、液体であるこ
とを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】前記表面離型層は、チューブであることを
特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項４】前記シリコンゴム層は、前記ふっ素系界面
活性剤を0.01〜３重量％含有することを特徴とする請求
項１記載の定着装置。
【請求項５】界面活性剤を含有したシリコンゴム層を備
えた定着ローラにおいて、前記界面活性剤は、ふっ素系界面活性剤であり、前記シ
リコンゴム層の外側に表面離型層を備えることを特徴と
する定着ローラ。