JP2895559B2 - 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、電子写真複写機等の画像形成装置における
定着装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来一般的な電子写真複写機等の画像形成装置におい
ては様々な定着方式が提案され実施されているが現在で
は熱定着方式が主流をなしている。なかでも一対のロー
ラを用いるヒートロール定着方式は熱効率が良いなどの
理由から多く採用されている。その基本的な構成を、画
像形成側に熱源を持つローラを用いる場合を例にとり第
８図に示す。

第８図において、１は定着ローラであり、内部に発熱
源たるハロゲンヒータ２を有している。該定着ローラ１
は、表層をゴム等の弾性体３を用いて構成した加圧ロー
ラ４と、適当な圧接幅（以下ニッブ幅とする）をもって
対をなしており、駆動手段（図示せず）により本体から
の駆動を受け回転する。未定着画像は紙等の記録材がこ
の一対のローラの間を通過する際に、熱及び圧力で該記
録材に定着される。稼働中、定着ローラ１の表面は、サ
ーミスタ５により略一定温度に維持されている。

以上のような定着装置における定着ローラには一般
に、現像剤の付着を防止する目的で、フッ素樹脂等の離
型性の良い樹脂の被覆が行なわれているが、従来、この
ようなローラの製法としては、先ず第一に、フッ素樹脂
の粉体塗料あるいはディスパージョン塗料を用いて、焼
成する方法がとられていた。また、第二の方法として、
例えば、特開昭59−198118号公報に記載されているよう
に金属製等の円筒状の芯金に熱収縮フッ素樹脂チューブ
を加熱融着する方法も提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記第一、第二の従来例にあっては次
のような問題点があった。

先ず、第一の製法では、一般的に塗装効率が低く、か
つ、高価になる傾向があった。また該ローラに潤滑剤あ
るいは離型剤としてシリコーンオイルが供給される場合
には、塗装粒子間に入り込んだ進入オイルが定着熱（15
0〜200℃）のため、膨張して皮膜にふくれが生じやすい
といった問題点があった。さらに、この第一の製法によ
って形成された樹脂層にはピンホールが形成されている
ため、該樹脂層の特性を変える目的で添加物を混入して
も特性が均一にならず、安定した効果が得られないとい
う問題点もあった。

一方、第二の製法であるフッ素樹脂チューブ方式で
は、フッ素樹脂そのものが極端に負に帯電し易く（表面
電位で概ね−2.5kv〜−3kvあるいはそれ以上）、特に定
着部において負電荷をもった現像剤を用いる場合、フッ
素樹脂と現像剤の間で大きな静電的反発力が生じ、記録
材上の現像剤を吹き飛ばしてしまい、結果的に画像上に
大きな乱れ（飛び散り、がさつきなど）を生じさせると
いった問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決し、離型性が良く、か
つ、画像に悪影響を与えることのない定着ローラまたは
加圧ローラを有する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、負に帯電した現像剤像
を記録材上に定着するための定着部材を有し、該定着部
材の表層はフッ素樹脂のフィルムまたはチューブで形成
され、この表層が現像剤を担持した記録材と接する定着
装置において、 上記定着部材のフィルムまたはチューブは鉄粉に対し
て正に帯電する物質が添加されている、 ことにより達成される。

本発明によれば、定着部材のフィルムまたはチューブ
は鉄粉に対して正に帯電する物質が添加されているの
で、定着部材の表面が極端に負に帯電しても素早くその
電位を落とす（絶対値を下げる）ことができ、現像剤が
飛び散ることを防止できる。

また、上記表層はフッ素樹脂のフィルムまたはチュー
ブで形成されているので、高い耐摩耗性、耐久性を達成
する。

［実施例］ 本発明の第一実施例及び第四実施例を添加図面の第１
図ないし第７図及び第９図を用いて説明する。

（第一実施例） 先ず、本発明の第一実施例を第１図ないし第３図を用
いて説明し、さらに、第９図を用いて従来例との比較を
行なう。

本実施例装置は、記録材上に形成された負に帯電する
特性の現像剤像を記録材上に定着させる定着手段として
定着ローラ及び加圧ローラのローラ対を有している。

第１図において、１は上記定着手段のうち、現像剤像
に接する部材としての定着ローラであり、芯金６上に接
着剤としてのプライマ層７を介して、鉄粉に対して正に
帯電する物質を添加した、PFAのチューブ８の最上層が
形成されている。上記定着ローラ１の下方には上記定着
手段のうち、記録材に接する部材としての加圧ローラ４
が圧接して配設されている。

ここで、正に帯電する物質とはブローオフ法で測定し
たときに鉄粉キャリアに対し、正のトリボ電荷を有する
ものをいう。例えば、以下に挙げるような物質がある。

ニグロシン及びそれらの変成物 四級アンモニウム塩、ピリジニウム塩、アミン、アミ
ドなどの含チッ素化合物、含チッ素複素環化合物 有機スズオキサイド及びこれらの誘導体 トリフェニメタン系染料及びこれらのレーキ顔料 含チッ素モノマー単重合体、あるいは他のビニル系モ
ノマーとの共重合体 ポリアミド 具体的には第１表に示すような物質である。

構成上、以上に挙げた物質は、粒径で20μｍ以下もし
くはこれらを添加するフッ素樹脂の成形しようとするフ
ィルムまたはチューブの厚みの２分の１以下であること
が好ましく、これ以上のものだと添加の際に、均等に混
ざりにくくなってしまうかあるいは、表層に突出してし
まい、フッ素樹脂の特徴の一つである離型性を損なう場
合がある。なお、これら物質を添加する際、固体で添加
せずとも良い。

次に、これらの物質の添加量は、基材となるフッ素樹
脂材料100重量部に対して0.1重量部〜20重量部であるこ
とが好ましい。これは、添加量が0.1重量部より少ない
と効果がほとんど得られないばかりでなく、均一に分散
されにくくなってしまうし、20重量部より多く添加しよ
うとすると、その帯電が正に反転してしまう。あるいは
基材であるフッ素樹脂の離型性を大きく損なうことが実
験により確認された。

一方、成形したフッ素樹脂フィルムまたはチューブの
厚みは10μｍ〜100μｍ程度が最も好ましく、基材とす
るフッ素樹脂材料としては、例としてパーフルオロアル
コキシド（PFA）、ポリテトラフルオロエチレン（PTF
E）、ヘキサフルオロプロピレン共重合体（FEP）などが
挙げられる。

次に、上記構成の定着装置を用いて定着部において負
電荷をもつ現像剤で形成された未定着画像を定着しよう
とする場合において第２図及び第９図を用いて説明す
る。

一般に、正電荷と負電荷は引き合うものであり、正電
荷同士あるいは負電荷同士は反発し合うことが知られて
いるが、従来、熱定着ローラ等の表層はその材質（PFA,
PTFEといったフッ素樹脂）の特性から極端に負に帯電し
易い傾向にあった。したがって、第９図に示すように負
電荷をもった現像剤９を定着しようとする場合には、負
に帯電した樹脂層20と該現像剤９との間に静電的な反発
力が生じるため、静電オフセットは生じにくい。しか
し、該樹脂層20の帯電が極端に負に大きいため、該現像
剤との間に生じる反発力（第９図において矢印Ｆで示
す）が現像剤９と記録材10の間の様々な引力・吸着力に
勝り、結果的に記録材上の未定着画像を吹き飛ばしてし
まう。その結果、画像上に大きな乱れ（飛び散り、がさ
つき等）を生じさせる現象が著しく、定着部で負電荷を
もつ現像剤を使用する場合の特に大きな問題であった。

近年、塗装・焼成タイプをの表層形成では樹脂層・現
像剤間の反発力を弱めるべく、その表層の体積抵抗値を
小さくするよう、研究、開発が盛んに行なわれているも
のの、表面性を損なう、あるいは、静電オフセットが発
生し易くなるなどの弊害があり、また、フッ素樹脂チュ
ーブを用いたタイプでは、何ら対策が施されていないの
が現状であった。

そこで第２図に示すように本実施例では該表層を表層
自体が適度な電位を有するようにした。すなわち、表面
電位で、−10［ｖ］〜−１［kv］、好ましくは−100
［ｖ］〜−300［ｖ］程度に帯電するよう、鉄粉に対し
て正に帯電する物質を添加したチューブ状あるいはシー
ト状のPFAで表層を構成したのである。その結果、負電
荷をもつ現像剤９に対して表層たる樹脂層８を適当な負
に帯電させることで、フッ素樹脂チューブあるいはフィ
ルムの特性を損なうこともなく、現像剤のオフセットを
確実に防止しながら、静電的反発力による画像の乱れを
防止することができた。なお、実験では樹脂層８の表面
電位が−２［kv］より負に小さくなろうとするあたりか
ら良好な結果が得られはじめたが、上述のごとく−１
［kv］以下で特に良好で、より好ましくは−100［ｖ］
〜−300［ｖ］程度の帯電であった。また、−10［ｖ］
より±０［ｖ］に近づくと静電オフセットが発生し易く
なるという結果を得た。この際定着部において負電荷を
もった現像剤で形成されている未定着画像の記憶材上の
トリボ（単位重量当りの電荷量）は−５〜−20［μq/
g］程度のものについて実験を行なった。

トリボの測定には、いわゆる吸引式ファラデーゲージ
法を使用した。この吸引式ファラデーゲージ法は概ね第
３図に示すように構成された装置を用いて吸引口11を記
録材に押し付けて現像剤を吸引し、内筒のフィルタ12に
採集する。このとき内筒は外部から静電的にシールドさ
れており、ここに蓄積された現像剤の電荷量は、接続さ
れたファラデーゲージ13によって、また吸引された現像
剤の重量はフィルタの重量増加分より算出されるので、
記録材上の現像剤のトリボ（単位重量当りの電荷量）を
計算できる。

さらにこの実験では樹脂層８への添加物質としてトリ
ブチルベンジルアンモニウム−１−ヒドロキシ−４−ナ
フトスルフォン酸塩を用いたが、これの平均粒径は５
［μｍ］で、鉄粉キャリアに対する帯電量は1.84［μq/
g］であった。

なお、帯電量は、添加物質が鉄粉キャリア200/300［m
esh］に対して２［wt％］になるように精秤して充分混
合した後、ブローオフ（東芝ケミカル社製TB−200）に
て測定したものである。

（第二実施例） 次に、本発明の第二実施例について第４図及び第５図
を用いて説明する。なお、第一実施例との共通箇所には
同一符号を付して説明を省略する。

本実施例は本発明を未定着画像と直接接しない加圧ロ
ーラ側に実施したところが第一実施例と異なる。この定
着装置を用いて定着部において負電荷をもつ現像剤で形
成された未定着画像を定着しようとする場合について第
４図、第５図を参照して説明する。

第４図において発熱源２を内蔵した定着ローラ１と適
当なニップをもって対をなす加圧ローラ４は弾性体層３
上の表層たる樹脂層８に鉄粉に対して正に帯電する物質
を添加したPFAのチューブをもって構成され、その周面
上には表面を除電するための除電ブラシ14を当接させて
いる。樹脂層８は記録材10との接触・摩擦によって弱い
負に帯電するよう制御・構成されている。未定着画像を
のせた記録材10が定着装置に進入すると、第５図に示す
ようにそのニップ部において、加圧ローラ表層の樹脂層
８には弱い負電荷が発生する。また、記録材10にはこれ
に誘起される形で正の電荷が発生するので該現像剤９と
記録剤10の間の静電的引力は増大し、結果として該現像
剤９はオフセットしにくくなると同時に飛び散りやがさ
つきが起きにくくなる。

一方、記録材との帯電により弱い負に帯電した樹脂層
８は記録材と離れてから、除電ブラシ14により除電され
る。これは記録材との摩擦帯電電荷が樹脂層に蓄積され
て該現像剤との間で強い反発力が発生するのを防ぐため
である。なお、第一実施例で用いた現像剤に対して実験
したところ、ニグロシンを添加した樹脂層８の記録材と
の接触・摩擦による帯電表面電位が除電ブラシまでの間
で、概ね−500［ｖ］までで良好な結果を得た。ここ
で、ニグロシンの平均粒径は５［μｍ］で、鉄粉キャリ
アに対する帯電量は16.76［μq/g］であった（測定は第
一実施例と同様の手法を用いた）。

〈第三実施例〉 次に、本発明の第三実施例を第６図を用いて説明す
る。なお、第一実施例との共通箇所には同一符号を付し
て説明を省略する。

本実施例では、定着手段のうち、現像剤像に接する部
材としてシームレス定着フィルムを利用したところが第
一実施例と異なる。シームレスベルト形状に成形された
定着フィルム15は鉄粉に対して正に帯電する物質を添加
したPFAのフィルムで構成され、その内側に設けられた
定着発熱体16の部分で加圧ローラと適当なニップをもっ
て当接されている。未定着画像を載せた記録材10はニッ
プ部で加熱・加圧定着される。

このように、定着フィルムを用いた定着装置において
も従来飛び散り、がさつきなどの画像の乱れが問題とな
っていたが、本発明によるところのフィルムを用いれ
ば、第一実施例と同様、抜群の結果が得られる。

〈第四実施例〉 次に、本発明の第四実施例について、第７図を用いて
説明する。

本実施例は有端の定着フィルムを利用したところが第
三実施例と異なる。本実施例によっても、第一実施例と
同様、抜群の効果を得ることができる。

なお、本発明は熱定着方式に限定されるものでもな
く、未定着画像あるいは記録材に直接接触する定着方式
総てに応用できる。

また、鉄粉に対して正に帯電する物質として既述の物
質の他に、第２表に示す物質に対しても実験・測定を行
なっており、既述の物質を添加した場合と同様の効果を
得られることを確認している（測定はいずれも第一実施
例と同様の手法を用いた）。

［発明の効果］ 以上のように、本発明は、定着部材のフィルムまたは
チューブは鉄粉に対して正に帯電する物質が添加されて
いることを特徴とするものであり、定着部材の表面が極
端に負に帯電しても素早くその電位を落とす（絶対値を
下げる）ことができ、現像剤が飛び散ることを防止する
ことができる。さらに、本発明は離型剤塗布機構を備え
た定着装置の離型剤中に薬剤を添加する場合と異なり、
極めて安全であり、いかなる稼働状況（すなわち、稼働
初期あるいは10万枚使用後等の本体の稼働状態）であっ
てもその効果は全く損なわれることはなく、離型剤塗布
機構等の特別な機構を設ける必要もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例装置の概略構成を示す断面
図、第２図は第１図装置のニップ部の拡大断面図、第３
図は第一実施例の測定に用いたファラデーゲージ法によ
る測定装置の概略構成を示す断面図、第４図は本発明の
第二実施例装置の概略構成を示す断面図、第５図は第４
図装置のニップ部の拡大断面図、第６図は本発明の第三
実施例装置の概略構成を示す断面図、第７図は本発明の
第四実施例装置の概略構成を示す断面図、第８図は従来
の定着装置の概略構成を示す断面図、第９図は第８図装
置のニップ部の拡大断面図である。 １……現像剤像に接する部材（定着ローラ） ２……記録材に接する部材（加圧ローラ） ８……フッ素樹脂のチューブ（表層、樹脂層） 15……フッ素樹脂のフィルム（表層）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−281480（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−213683（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−289572（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負に帯電した現像剤像を記録材上に定着す
   るための定着部材を有し、該定着部材の表層はフッ素樹
   脂のフィルムまたはチューブで形成され、この表層が現
   像剤を担持した記録材と接する定着装置において、 上記定着部材のフィルムまたはチューブは鉄粉に対して
   正に帯電する物質が添加されていることを特徴とする定
   着装置。