JP2925217B2

JP2925217B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2925217B2
Application number: JP2929890A
Authority: JP
Inventors: 貢一諏訪; 正弘後藤; 高広井上; 康一廣島; 辰一月田; 淳一加藤; 秀幸矢野; 学高野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-02-07
Filing date: 1990-02-07
Publication date: 1999-07-28
Anticipated expiration: 2014-07-28
Also published as: JPH03231786A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、接触型の転写手段を備えた画像形成装置に
関するものである。

〔従来技術〕

第５図に接触型の転写手段を用いた従来の画像形成装
置を示す。

像担持体である感光ドラム２の周囲に各々配置され
た、一次帯電器８、レーザスキヤナ１、現像装置３によ
って感光ドラム上に形成された未定着トナー像は感光ド
ラムと圧接する転写ローラ４により、転写材５に転写さ
れる。転写後の残留トナーはその後、クリーニング装置
７により感光ドラムから回収される。一方、転写材上に
転写されたトナー像は定着装置14によって定着される。

第６図は定着装置14の拡大断面図である。

定着装置14は、一対のローラが圧接して配置されてお
り、加熱手段によってローラを加熱することにより定着
を行うものである。15の定着ローラは、中空のアルミ芯
金外面にフツ素樹脂層を設けた構成を有しており、その
中にはハロゲンヒータ11が配設されている。17はシリコ
ーンオイル塗布兼クリーニング部材であり、シリコーン
オイルを含浸させた耐熱性フエルトからなるクリーニン
グ材17Aとこれを支持するホルダー17Bとから成る構成を
有しており、定着ローラに押圧されている。また、加圧
ローラ16は、芯金16Bの周囲に、例えば低温加硫型シリ
コーンゴム（LTV）の弾性体層16Aを有する。

また、転写ローラ４に代表される接触転写装置はコロ
ナ転写装置と比較して、低電圧で転写が可能なためオゾ
ンの発生が少ないという利点を有している。さらに転写
材の搬送力にも優れているため薄紙から封筒まで多種に
わたる転写材の転写・搬送が可能でさらに転写時に発生
する画像ブレが少ない。このため小型の電子写真プリン
ター等に有効である。

〔発明が解決する問題点〕

しかしながら、前記従来例の転写ローラ４と熱ローラ
定着装置14を有する画像形成装置において次のような問
題点が見出された。

１）像担持体上のトナーや、転写材から発生する紙粉等
が転写ローラ４を介して転写材裏面に付着し搬送され、
加圧ローラに付着し、加圧ローラの離型性が低下する。
このため熱ローラ定着装置14の加圧ローラが汚れてしま
いこれが進行すると定着画像光沢ムラ、転写材裏汚れ、
加圧ローラへの転写材の巻きつき等の現象が発生する。

このため、加圧ローラの寿命が短くなり、コロナ転写
装置を使用した場合10万枚程度の耐久性があったのに比
べ、３万枚程度で加圧ローラ汚れにより耐久寿命となっ
てしまう。

２）転写ローラ４は像担持体である感光ドラム２とロー
ラ対を形成し転写材を搬送する。このとき定着装置内の
ローラ対との周速が全く同一でないため、転写ローラ４
と定着装置14の間で転写材にストレスが加わる。このス
トレスの影響で転写材のシワが定着装置を通過するとき
発生し易くなる。この現象はとくに吸湿した薄紙や封筒
で発生し易い。

１）の現象については、転写ローラのクリーニングを
完全にすることにより解決することが可能であるが、転
写ローラにクリーニング部材を設けることが、装置の複
雑化をまねくだけでなく、クリーニングしたトナーの廃
棄が問題になる。さらに転写ローラ４には感光ドラム２
との間にニツプを形成するために弾性体が用いられる。
このとき低圧力でニツプを形成しないと文字部の中央部
が転写されない中抜けと呼ばれる現象が発生する。従っ
て転写ローラ４には低硬度のゴムあるいは発泡スポンジ
等が用いられる。このため転写ローラ４の表面粗さが粗
く摩擦係数も高くなり表面についたトナーのクリーニン
グが難しいという問題もある。

２）の現象に関しては転写ローラ４の感光ドラム２に
対する押圧力を低くし、かつ感光ドラム２に対して従動
回転させることでシワは改善されるが、逆に転写材が定
着器へ突入したときのシヨツクや給紙、レジストローラ
を抜けたときのシヨツクで画像ブレが発生する。この問
題に関しては転写、定着間の距離を十分とり転写材にル
ープを形成させることでも解決できるが小型のプリンタ
ー等ではこのようなスペースをとることは困難である。

このように転写装置として転写ローラ４のような接触
型の転写装置を用いて且つ、搬送性、耐久性に優れた定
着動作を行うことは困難であった。

〔問題点を解決する手段〕

上記問題点を解決するため本発明は、未定着像を担持
する像担持体と、前記像担持体とニップを形成しこのニ
ップで未定着像を記録材上に転写するための転写回転体
と、ニップを形成しこのニップで未定着像を担持した記
録材を挟持搬送し未定着像を記録材上に定着する一対の
定着回転体と、を有し、前記像担持体と前記転写回転体
で形成されるニップと前記定着回転体対で形成されるニ
ップとの間の距離が最大サイズの記録材の長さより短い
画像形成装置において、前記定着回転体対の未定着像と
接しない側の定着回転体は弾性層上に前記転写回転体よ
り滑り性の良い表面樹脂層を有することを特徴とするも
のである。

〔実施例〕

第１図に本発明の実施例の画像形成装置を示す。

尚、定着装置以外の構成は第５図従来例と同様である
ため転写ローラを除いて説明は省略する。

また、転写ローラと感光ドラムが形成するニツプと定
着ローラ対間のニツプ間の距離は最大サイズの記録材長
より短い。

転写ローラ４は、軸芯金周囲に、EPDM、ウレタン、シ
リコーン、NBR等のゴムまたは発泡スポンジからなりそ
の抵抗値制御を、カーボンブラツク、金属粉等のフイラ
ー、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物等
を分散させることにより行っているものである。そし
て、その駆動については、例えば像担持体２に駆動ギア
を設けることにより、それによって駆動を転写ローラに
伝達するといった方法を用いて、駆動を行っている。転
写ローラ４は硬度が15〜40度（ASKERC）、抵抗値は10⁶
〜10⁹Ω周速は感光ドラム２に対して１〜５％速く駆動
することで各環境にわたって中抜け、転写不良等がなく
画像ブレのない良好な転写画像を得ることができる。本
実施例では硬度30度（ASKERC）抵抗値10⁸ΩのEPDM発泡
スポンジで表面を研磨して外径を18mmとした転写ローラ
を用い周速は感光ドラム２よりも３％速く駆動した。な
お、上記数値のうち硬度はローラに成型したのちの硬度
であり、抵抗値は転写ローラ４に10mm幅の電極の周面に
巻き芯金と電極間の抵抗を1KVの電圧を印加して求めた
値であり、周速は転写ローラ４の角速度と外径から求め
ている。

第２図に定着装置を示す。

定着ローラ９の構造は中空で中央部の外径が端部より
も小さい逆クラウン形状のアルミ芯金9Bの周囲にプライ
マー塗布後、PFAデイスパージヨン塗布を行い、その後
焼結させたフツ素樹脂層9Aを有している。定着ローラ芯
金内には加熱用ハロゲンヒータ11が設けられている。

定着ローラ９は不図示の温度検知素子により表面温度
が検知され、この検知温度が一定となるようにヒータ11
への通電が制御される。

加圧ローラ10については、軸芯金10Cの周囲にHTVある
いはLTVシリコーンゴム層10Bを設け、更にその上層にテ
トラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエ
ーテル共重合体（PFA）チユーブ10Aが被覆してある。こ
のとき加圧ローラ10は中央部の外径が端部に比べて大き
いクラウン形状とする。このPFAチユーブは、非粘着性
は勿論、耐摩耗性にも優れているため、長期間に亙る使
用において、非粘着性を維持できる表層となりうること
ができるのである。

筆者らは第１図実施例の装置にLTVシリコーンゴム（J
ISA15度）の肉厚5mm上にPFAチユーブを被覆した外径20m
mの加圧ローラを使用し離型剤塗布機構もクリーニング
機構も設けずに耐久試験を行った。

その結果、30万枚通紙後においても、加圧ローラの汚
れはわずかしか見られず、しかもその汚れも固着してい
る状態ではなく軽く指でこするだけで落ちる程度のもの
であった。

また、高温高湿下（32.5℃、80％）で薄紙（坪量52g/
m²）や封筒を通紙したところシワの発生もなく、得られ
た転写画像も良好であった。

一方、加圧ローラとして硬度25度（JISA）のLTVシリ
コーンゴムを厚さ5mmに被覆しただけの外径20mmのもの
を使用し比較実験を行ったところ、３万枚通紙で加圧ロ
ーラは汚れて、紙の加圧ローラへの巻きつきが発生し
た。また、高温高湿下では吸湿した薄紙や封筒のシワが
観察された。

このような差異がでる理由は以下の様に考えられる。

加圧ローラ汚れに関しては、転写ローラ４が絶えず感
光ドラム２と接触しているため感光ドラム２上のカブリ
トナー、反転カブリトナーが転写ローラ４に付着する。
転写ローラ４は前回転、後回転紙間でトナーと同極性の
バイアスが印加されて転写ローラ４上に付着したトナー
を感光ドラム２に逆転移させる。このように転写ローラ
４の汚れは、バイアス電圧を逆極性にすることで特別な
クリーニング手段を設けなくても実用上問題のないレベ
ルで除去することができる。

この結果、目視ではほとんどわからない程度に転写材
の裏汚れは防止することはできるが、実際には転写ロー
ラ４上のトナーを100％クリーニングすることができず
僅かではあるが転写材裏面にトナーが付着して加圧ロー
ラ10に運ばれる。このため加圧ローラにわずかでも粘着
性があるとトナーによる汚れが発生する。とくに転写ロ
ーラ表面よりも離型性が悪いとこの現象は顕著である。
また転写ローラ４は感光ドラム２の周速よりも速い周速
で駆動されているため、必ず転写材との間で相対速度差
が生じる。この結果転写材の紙粉発生量が増大するだけ
でなく、転写材裏面へのトナー、紙粉の付着を増長させ
る。

一方、紙シワに関しては転写ローラと定着ローラ対で
紙の送り速度が異なるため紙にストレスが加わってその
結果シワが発生する。このストレスを解放するためには
転写ローラと感光ドラム間又は加圧ローラと定着ローラ
間で紙が僅かでもスリツプしてくれることが望ましい。

しかし、転写ローラ、感光ドラム間でのスリツプは画
像ブレとなって表われるため好ましくなく、定着ロー
ラ、加圧ローラ間でスリツプさせることが良い。従っ
て、定着ローラ及び加圧ローラの滑り性が要求され、特
に加圧ローラの表面滑り性が重要となる。

このように転写ローラを用いた画像形成装置では加圧
ローラ汚れ、紙シワを防止するためには転写ローラの表
面性よりも優れた離型性、滑り性を有する材料を加圧ロ
ーラ表面に設けることが非常に有効である。

本実施例の様にPFAチユーブを加圧ローラ表層に設け
た構成では上記要件を満たすことができ加圧ローラ汚
れ、紙シワの生じない画像形成装置が達成できる。

さらに具体的に転写ローラ、加圧ローラ及び定着装置
に要求される特性を列挙する。

加圧ローラと転写ローラの表面性の関係は前述のよう
に表面離型性、滑り性が加圧ローラの方が優れているこ
とが要求される。これを実現するためには、転写ローラ
としては表面にゴム層を加圧ローラは両面に樹脂層を有
することで達成される。これはゴム層のもつ表面性が一
般に樹脂層に比べてトナー、紙粉等を付着させる力が強
く、摩擦力も大きいため転写材搬送力が強く、滑りも生
じない。さらに最表層のゴム層を研磨面とすることで上
記効果はさらに増す。

以上の様な特性を満足させるためには転写ローラとし
てEPDM、NBR、ウレタン、シリコーン等のゴム材を使用
し、とくに硬度が40度（JISA）以下の軟質のゴム材を使
用すること、この場合、ゴム面は研磨面が望ましいが脱
型しただけの面でも十分に機能する。また上記ゴムを発
泡させてスポンジ状に成型し、表面を研磨することでも
十分な特性が得られる。

一方加圧ローラの表面は滑り性、離型性をもつ樹脂層
で形成することがよく、さらに加圧ローラとして使用す
るために耐熱性が要求され、このような要求を満たす樹
脂層としては四フツ化エチレン、四フツ化エチレン・パ
ーフロロアルキルエーテル共重合体、四フツ化エチレン
・六フツ化プロピレン共重合体等のフツ素樹脂、シリコ
ーン樹脂等が使用できる。

以上の様な材質の転写ローラ、加圧ローラを用いた画
像形成装置では、加圧ローラ硬度がASKERCで30〜70度の
範囲に有り、定着ローラ、加圧ローラ間の総圧力が15Kg
以下であることが好ましく、有効にスリツプを生じ易
い。

このように定着装置を構成することで特別な転写ロー
ラクリーニング手段等設けることなく、トナーと同極性
のバイアスを印加する程度で長期にわたって耐久性に優
れ加圧ローラ汚れ、紙シワの発生を防止することができ
る。さらに定着装置からクリーニング手段、離型剤塗布
手段等を取り除くことができるようになり装置構成の更
なる簡素化をはかることができる。

次に本発明の別の実施例について説明する。

本実施例の特徴は、加圧ローラ表面にゴムとフツ素樹
脂との混合物から成る層を用いている点にある。転写ロ
ーラ等の他の条件は前記実施例と同等なので説明は省略
する。第３図が、本実施例における定着装置を表わした
断面図である。定着ローラ９については、前述の実施例
と同様なものとし、加圧ローラ12は、芯金12Dの周囲に
シリコーンゴムあるいはフツ素ゴムの弾性層12Cを設
け、その上層12Bと12Aがフツ素樹脂とフツ素ゴムの混合
物を有する塗料を焼成した層である。

このようにフツ素樹脂とフツ素ゴムの混合物を有する
塗料を塗布、焼成することにより、表層として薄層のフ
ツ素樹脂層12Aが形成できる。

このフツ素樹脂とフツ素ゴムとの混合物層は例えばフ
ツ素ゴム水性塗料：ダイエルGL213（商品名、ダイキン
製）のスプレーガン等の塗布手段により20〜30μｍ程度
にゴム層12C上に塗布し、乾燥した後、280℃以上の温度
で焼成を行うと、混合物層内においてはブラウン運動に
よって表面にフツ素樹脂が浮き出てくることにより、12
Aのようにフツ素樹脂リツチの表層が出来上るわけであ
る。この12Aの厚みは、焼成温度と時間で変化するが、3
10℃で30分間程度の焼成を行うと、12A層は５μｍ程度
になりしかもフツ素樹脂含有率も非常に高いものとなる
ため、非粘着性に関しても優れたものとなる。

第１実施例で述べたPFAチユーブローラは、ローラ硬
度でASKERC52゜であるのに対し、本実施例において、同
硬度のゴムを用い、同径のものでローラ硬度はASKERC37
゜と非常に柔らかいものとなっている。よって定着に充
分なニツプ巾を得るためにはPFAチユーブローラに比べ
て小さめの加圧力で良いため、紙や封筒等のシワのラチ
チユードが広がるといった利点がある。また、低圧力で
十分なニツプが形成できるために画像形成装置の高速化
も可能となる。さらに紙や定着ローラとの摩擦による加
圧ローラ表層の摩耗についても有利になる。

弾性ゴム層12CとしてJISA15゜のゴム硬度のシリコー
ンゴムを５（mm）厚にし、フツ素樹脂とフツ素ゴムの混
合層を30μｍの厚みで塗布後、310℃、30分間加熱した
ローラ径20mmの加圧ローラを転写ローラを用いた画像形
成装置の離型剤塗布機構及びクリーニング機構とも持た
ない定着装置に用いて耐久を行った。

その結果、20万枚通紙迄、ベタ黒画像にむらを生じさ
せることはなく、また紙シワ等の発生がなかった。

本実施例によれば、加圧ローラ表面に、フツ素樹脂と
フツ素ゴムの混合層を設けることにより、ローラ硬度の
低い非粘着性加圧ローラが得られ、画像形成装置の高速
化に充分対応可能となる。

また、本実施例ではフツ素ゴムとフツ素樹脂の混合物
に更に導電性物質を混入することにより、加圧ローラの
抵抗値をコントロールすることもできる。

第４図は本発明の他の実施例である画像形成装置の略
断面図である。本実施例の特徴は転写ローラ４及び定着
装置６の改良によりプリンターの高速化、高耐久化に対
応したものである。本実施例の他の画像形成部は前記実
施例と同様なので説明は省略する。

転写ローラ４は外径6mmの鉄又はSusからできた芯金の
上に抵抗値が10⁵Ωの導電性の発泡ウレタンスポンジを5
mmの厚みで設け、その上に体積固有抵抗値が10¹⁰Ωｍの
ウレタンゴム層を1mmの厚みで設け外径が20mmの転写ロ
ーラを得る。このとき転写ローラのローラ硬度はASKERC
で35度、抵抗値は10⁹Ωであった。

このような構成の転写ローラ４を用いることにより低
いローラ硬度でありながら耐摩耗性にすぐれ、高摩擦係
数、高強度という特徴をするウレタンゴムを表層に有し
ているため耐久による削れ、傷等がなくなり、優れた搬
送性能をもつ転写ローラが得られる。

一般に軟質のゴム又は発泡スポンジは耐摩耗性がなく
長期間使用すると、外径が小さくなり転写ローラを駆動
している場合、周速が遅くなり搬送力が低下したり傷が
発生して、トナーがそこに埋めこまれクリーニングする
ことができなくなる。そのため転写ローラの耐久寿命は
約10万枚程度だったが、本実施例では30万枚以上の耐久
性能を有している。

一方、定着装置の特徴は第２の実施例で述べた加圧ロ
ーラの表層に、更にフツ素樹脂のみの層を設けることに
より加圧ローラ寿命を延ばした点にある。

同図において、芯金13Eの周囲に、シリコーンゴムあ
るいはフツ素ゴム層13Dを設け、その上にフツ素ゴムと
フツ素樹脂からなる混合物を20〜30μｍ程度塗布し（13
C、13B層）乾燥させた。その上にFEPあるいはPFA樹脂の
エマルジヨン状態のものを10μｍ程度塗布し（13A層）
た後一次焼成を行う。この時、フツ素樹脂とフツ素ゴム
の混合層はフツ素樹脂のブラウン運動により13A層側に
浮上し、フツ素樹脂リツチな層13Cとフツ素ゴムリツチ
な層13Cに別れる。13B層は、フツ素樹脂13Aとなじみが
良いため接着強度が増す。この後、１次焼成よりも高い
温度で再度焼成を行い、表層のフツ素樹脂を溶融し、完
全に接着させ、表面においてはより平滑なものとなる。

本実施例においては、フツ素樹脂層の厚みが10μｍ以
上となるため、加圧ローラの汚れに対する耐久性も実施
例２で述べたものよりも向上することになる。しかもロ
ーラ硬度についても、実施例２の加圧ローラに比べASKE
RCで３゜程度上昇するだけであるので低圧力でニツプが
形成できプリンターが高速化しても十分な定着性が得ら
れ紙、封筒シワについても充分な効果がある。

筆者らの実験によると、加圧ローラ径φ20、弾性ゴム
13DにJISA20゜のゴム硬度シリコーンゴムを５（mm）厚
にし、フツ素樹脂とフツ素ゴムの混合層を30μｍ塗布、
更にFEPエマルジヨンを10μｍ塗布したものについての
１次焼成を260℃15分、２次焼成を310℃30分行ったもの
を耐久試験で評価した結果、30万枚時点では、若干の紙
端部に相当する表層のはがれ上に付着した汚れは存在す
るものの画像を乱すには至らなかった。また転写ローラ
４も耐久後その性能は変らなかった。よって２つめの実
施例を更に長寿命化することができ、プリンターとして
長寿命高速である特徴をもつことが可能となった。

具体的な数値では転写ローラ及び定着装置が約30万枚
無交換で使用でき、紙送りスピードで120mm/sec程度の
高速化までには十分対応できる定着性が得られる画像形
成装置が提供できる。

以上本実施例では回転体としてローラ状で説明したが
ベルト状等にも適用できるものである。

〔効果〕

以上本発明によれば、画像むら、記録材の加圧ローラ
への巻き付き等といった問題を起こさずに、薄紙から封
筒にいたる様々な記録材に対し紙シワ等を起こさず安定
した搬送性を得ることができ、画像形成装置の高速化に
も十分対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の画像形成装置の簡略断面図、第２図は第１図の実施例の定着装置の拡大断面図、第３図は本発明の別の実施例の定着装置部分を示す拡大
断面図、第４図は本発明の更に別の実施例の画像形成装置を示す
簡略断面図、第５図は従来の画像形成装置の簡略断面図、第６図は第５図に示した画像形成装置の定着装置の拡大
断面図である。１はレーザスキヤナ、２は像担持体、３は現像装置、４
は転写ローラ、５は転写材、６は定着装置、７はクリー
ニング装置、８は接触帯電装置である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者廣島康一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)発明者月田辰一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)発明者加藤淳一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)発明者矢野秀幸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)発明者高野学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)参考文献特開平１−161278（ＪＰ，Ａ) 特開平１−288881（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−21465（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/20 G03G 15/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】未定着像を担持する像担持体と、前記像担
持体とニップを形成しこのニップで未定着像を記録材上
に転写するための転写回転体と、ニップを形成しこのニ
ップで未定着像を担持した記録材を挟持搬送し未定着像
を記録材上に定着する一対の定着回転体と、を有し、前
記像担持体と前記転写回転体で形成されるニップと前記
定着回転体対で形成されるニップとの間の距離が最大サ
イズの記録材の長さより短い画像形成装置において、前記定着回転体対の未定着像と接しない側の定着回転体
は弾性層上に前記転写回転体より滑り性の良い表面樹脂
層を有することを特徴とする画像形成装置。