JP2994771B2

JP2994771B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP2994771B2
Application number: JP3036172A
Authority: JP
Inventors: 康正大塚; 秀夫七▲瀧▼
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-03-01
Filing date: 1991-03-01
Publication date: 1999-12-27
Anticipated expiration: 2014-12-27
Also published as: JPH04274472A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複写機、電子写真プリン
タ等の画像形成装置に用いられ未定着像を圧力もしくは
熱と圧力により定着する定着装置に関する。

【０００２】〔背景技術〕図９は定着装置の一例を示
す。

【０００３】上側の定着ローラ１は、アルミニウム・鉄
等で構成された中空芯金の内空にハロゲンランプ等のヒ
ータ２を入れたもので、このヒータ２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３は、鉄やステ
ンレス等の芯金４の外周をシリコンゴム等の離型性を有
する弾性体５で被覆したものである。上記定着ローラ１
と加圧ローラ３はばね（不図示）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、また矢印方向に回
転駆動される。

【０００４】６は定着ローラ１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１の表面温度を検
知する。この感温素子６の検出温度に応じて温調回路に
よりヒータ２への通電制御され、定着ローラ１の表面温
度が所定の熱定着温度に自動管理される。７は定着ロー
ラ１の面からトナー像を支持する転写材Ｐを分離する分
離爪であり、先端エッジ部を定着ローラ１の面に適当な
加圧力をもって接触させて配設してある。８は定着ロー
ラ１面に押圧接触させたフェルト等のクリーナーであ
り、定着ローラ１面に付着したトナーｔｃや紙粉等を拭
掃除去する。９は定着装置の金属材製の底板、１０・１
１は転写材入り口ガイドと同出口ガイドであり、それぞ
れ上記底板９の上向きに、折り曲げ前面壁と後面壁とに
取付支持させてある。入り口ガイド１０を通って定着装
置内に進入してきた転写材Ｐは、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３のニップ
部に入って両ローラ１・３のニップ部を通過していく。
この通過して行く過程で転写材Ｐ上の未定着トナー像ｔ
ａが、熱及び圧力により永久固着像ｔｂとして定着され
ていく。

【０００５】ローラ１・３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７により定着ロー
ラ１面から分離され、出口ガイド１１を通して定着装置
外へと排出される。

【０００６】上記定着過程において定着ローラ１は直接
未定着トナー像ｔａを加熱加圧して軟化させ転写材Ｐに
固着させるわけであるが、トナー像の一部は定着ローラ
表面に付着する（以下オフセットと記す）ことがある。
このようなオフセットしたトナーｔｃは回転にともなっ
て転写材Ｐの不当な場所に定着されて転写材Ｐを汚した
り、あるいは紙間で加圧ローラ３に移って蓄積した転写
材Ｐの裏を汚したり分離を困難にしたりする。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を滑らかさを上
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Ｐ
ＴＦＥ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、転写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
ーラとの間に引力或いは加圧ローラ、転写材との間の斥
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。

【０００７】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段として、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したり、帯電防止剤を
表面に塗布して帯電を防止したりする方法がある。

【０００８】定着ローラ表面を導電性とすることは、定
着ローラの帯電を防止する効果はあるが、加圧ローラに
よる反発電界の影響は防止できない。また、電子写真方
式では、転写定着間の距離が最大サイズの転写材より短
い場合には特に高湿環境下において転写の電流が定着ロ
ーラに流れ込み転写不良の原因になる。

【０００９】また、帯電防止剤を塗布すると、一度通紙
した転写材を再通紙する場合に、転写材表面に付着した
帯電防止剤が感光体に付着し感光現象や感光体帯電を妨
げることになる。このような場合には良好な画像は期待
できない。また、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は補給部材が必要となる。

【００１０】そこで近年、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
いう方法が考えられている。

【００１１】図６にこの一例を示す。

【００１２】電源１４から定着ローラ１の芯金にトナー
と同極性の−６００Ｖのバイアス電圧が印加される。

【００１３】１３は芯金上に設けられた２５μｍ厚のＰ
ＦＡ樹脂コーティグ層である。

【００１４】しかし、この定着方式では、十分な電圧を
定着ローラに印加することに顕著な効果があるが、通紙
時に５〜４００μＡもの電流が流れる。本来純粋なＰＦ
Ａは絶縁体であるが、単層コーティングのような場合は
表面被覆材の組織中に図に示す様な多くのピンホールＨ
が存在して抵抗値が低下している。

【００１５】このような場合、電源１４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、転写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てしまう。また、転
写材トナーと同極性の電荷を注入してしまう恐れがあ
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る。この問題を防
ぐために定着ローラの被覆材としてＰＦＡチューブを用
いたり、ＰＦＡの多重コーティングを施したり、被覆層
のプライマとして絶縁性のものを用いたりして被覆材の
抵抗値は高めることができる。

【００１６】しかしながら、このようにして定着ローラ
被覆層の絶縁性を高めるに従い、被覆層表面の帯電が著
しくなり、その表面に存在する電荷は徐々に蓄積してロ
ーラ外部に電界に大きな影響を及ぼすようになる。この
帯電によって発生する電界は、オフセット防止の目的で
ローラ芯金に印加している電圧によって生じる電界を弱
める向きに発生する傾向がある。そしてこのような帯電
による作用は、時にはローラ芯金に印加した電圧の効果
を相殺してしまうほど強力なものとして観測され、しば
しばオフセットが発生し、対策として不十分なものとな
っていた。

【００１７】このような帯電の様子はローラの表面電位
を測定することにより確認される。負帯電のトナーに対
するオフセットを防止する離型層としてＰＦＡチューブ
を被覆した定着ローラに−６００Ｖ印加し、連続通紙を
行なったときの定着ローラ表面電位変化の様子は図７の
ようになる。また図８は通紙時の定着ローラ表面電位変
化の様子を１枚分の時間詳しく見たもので、時刻ｔ₀は
転写材先端がニップに入った時刻であり、時刻ｔ₁はニ
ップから出た時刻である。

【００１８】図７をみて明らかなように、通紙前には定
着ローラ芯金に印加した−５００Ｖの電圧がそのまま表
面電位として観測されているのに対し、１００枚通紙し
た後には−２５０Ｖにまで変化している。これは通紙を
繰り返すうちに定着ローラ表面に帯電によって正電荷が
蓄積したために、これが形成する電界が芯金電位による
電界を相殺してしまっているためである。この様な場
合、オフセット抑制手段としての芯金電位の効果は殆ど
見られなくなり１００枚通紙後には顕著なオフセットが
確認された。一方図８をみるとこの様な帯電の主な原因
は摩擦によるものでなく剥離によるものであることがわ
かる。ｔ₀からｔ₁までの間では転写材とローラ表面との
間に摩擦が生じているのにもかかわらずローラの表面電
位はほとんど変化せず、転写材がローラから離れるｔ₁
に於て大きな帯電が観測されている。この様な剥離帯電
は定着ローラ芯金電位と転写材表面電位との間に大きな
電位差があるために発生するものであるが、そもそも芯
金にバイアス電圧を印加することはそれらの電位差がつ
くる電界によってトナーが転写材に押しつけられる効果
に依るものであるから、上記剥離帯電は原理的に避けら
れないものである。

【００１９】上記問題点を解決するために先にわれわれ
は、芯金と芯金の外側に設けられた表面絶縁層を有する
第１ローラと、この定着ローラと圧接する加圧ローラ
と、定着ローラにバイアス電圧を印加するバイアス電源
と、を有し、定着ローラと加圧ローラで未定着像を支持
した支持材を狭持搬送して定着する定着装置であって、
上記加圧ローラは表面に接地した低抵抗層を有するもの
を提案した。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
成で定着ローラと加圧ローラとの間に充分な絶縁がなさ
れないと、せっかくのバイアスが漏れて第１のローラに
電圧が印加できなかったり、あるいは、第１のローラと
第２のローラ間で放電が生じてノイズが発生し、装置自
身の制御あるいは周辺の機械の作動に支障をきたすこと
がある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、導電層と、この導電層の外側に設けられた表
面絶縁層と、を備えた第１回転体と、この第１回転体と
接する第２回転体と、この第１回転体の導電層に電圧を
印加し第１回転体と第２回転体の間に電界を形成する電
界形成手段と、を有する定着装置において、上記第２回
転体は表面低抵抗層を有し、上記第２回転体の軸方向に
関して上記表面絶縁層の端部は上記表面低抵抗層の端部
より外側に設けられていることを特徴とするものであ
る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。

【００２３】図１は本発明の実施例の定着装置の概略断
面図である。この実施例では定着ローラ１として、アル
ミニウムやステンレスなどの導電層である芯金１７をピ
ュアなＰＦＡチューブ１３１で被覆したものを用いてい
る。被覆層としてはこのようなフッ素樹脂のチューブの
他にフッ素樹脂の多重コーティング処理によるものや、
フッ素樹脂の接着剤として絶縁性、耐圧性の非常に高い
ものを用いることができる。

【００２４】絶縁層としての被覆層は体積抵抗１０¹⁴Ω
ｃｍ以上、表面抵抗１０¹²Ω以上が好ましく、また絶縁
耐圧は１ＫＶ以上あることが好ましい。

【００２５】本実施例で用いた定着ローラは５０μｍの
ＰＦＡチューブを被覆層に持つものであるが、表面と芯
金との間の実抵抗で１０¹⁴Ω以上（横河ヒューレットパ
ッカード社製、高抵抗計Ｍｏｄｅｌ４３２９Ａにて５０
０Ｖ印加して測定）、絶縁耐圧２ＫＶを示した。このよ
うな高い絶縁性、耐圧性が示されるものはチューブ成形
することによって図６に示すようなピンホールＨがその
構造に含まれなくなり、ＰＦＡ樹脂が本来持っている高
い絶縁性が確保されるためである。

【００２６】このようなＰＦＡチューブ１３１を被覆層
にもつ定着ローラを用いた本実施例に於ては、芯金に高
電圧を印加しても転写材Ｐに電流が流れ出ることがなく
なり、電圧源１４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、安定した電圧の供給を可能に
している。また、図１では省略してあるが定着ローラ周
囲に配設してある温度検知素子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。

【００２７】また、本実施例を転写位置と定着位置間の
距離が最大転写材より短い電子写真装置に用いた場合
も、漏洩電流が微小なため転写機構に影響を及ぼすこと
がなくなり良好な転写画像を得ることができる。

【００２８】一方、第２の回転体である加圧ローラ３に
は表面層である弾性材として導電性シリコーンゴム５１
を用いており、弾性材は接地されている。このように導
電性弾性材で構成された加圧ローラ３は転写材と摺擦し
ても帯電せず、トナーに対して静電的斥力を及ぼさなく
なるためにオフセット抑制に対して効果がある。この様
な性質を示す為の導電性弾性材５１の電気抵抗としては
体積抵抗で１０⁵Ωｃｍ以下で、加圧ローラの実抵抗と
しての表面（１０ｃｍ²）と芯金間で１０¹¹Ω（５００
Ｖ印加）以下であることが好ましい。さらに、転写材の
一部が転写動作を受けながら本定着装置に入る装置構成
の場合には、加圧ローラが極端に低抵抗であると高湿環
境下で転写材から無制限に電荷を逃がしてしまい、転写
不良等の弊害を発生する恐れがある。従って、好ましく
は体積抵抗で１０²〜１０⁵Ωｃｍの導電性弾性材を用
い、加圧ローラの実抵抗で１０³〜１０¹¹Ωになるよう
に構成することが好ましい（以下この構成の加圧ローラ
を導電性加圧ローラと記す）。

【００２９】上記定着ローラ芯金１にトナーと同極性の
電圧を印加してオフセットを抑制する場合に、この導電
性加圧ローラを組み合わせて用いることにより転写材の
電位を安定させ、定着ローラ表面の電位を最小限に抑え
ることができ、結果として連続通紙する場合でも高いオ
フセット抑止効果を持続できる。

【００３０】定着ローラと加圧ローラとの軸方向位置関
係を図１０に示す。

【００３１】加圧ローラ３の低抵抗層の端Ｂより、定着
ローラ１の絶縁層の端が外側にあり、距離ＡＢは定着ロ
ーラ１の芯金に印加されている電圧Ｖに対してＡＢ＝Ｖ
／３００＋αｍｍ以上とるようにする。

【００３２】この値は、通常の空間の絶縁耐圧が、１Ｋ
Ｖ／ｍｍであるのに対して、絶縁物表面に沿って絶縁破
壊が生じる電圧はより低く、３００Ｖ／ｍｍ程度が、下
限であることから導かれた。

【００３３】またαは装置内での組み立て時に生じる公
差で定着ローラ１と加圧ローラ３のスラストガタ等を加
算したものである。通常１ｍｍ以下である。

【００３４】（実験例）定着ローラ表面被覆材として厚
さ５０μｍのＰＦＡ樹脂チューブをかぶせたものを用
い、定着ローラ芯金にはオフセット抑制バイアスとして
−６００Ｖ印加する場合において、加圧ローラの弾性材
として導電性のものを用いてそれを接地した場合と絶縁
性の弾性材を用いた場合とで連続通紙した時の定着ロー
ラ表面電位を比較測定した。ここで用いた導電性弾性材
は体積抵抗で１０⁵Ωｃｍ程度で比較的高めのものであ
るが、本実験で用いた装置構成は定着装置が転写機構か
ら十分に離れていないため転写抜け防止の意味でこのよ
うなものを選んだ。なお実抵抗は約１０⁹Ωである。こ
のような構成で加圧ローラ３の低抵抗層端面と定着ロー
ラ１の絶縁層の端面との距離を３ｍｍとした。

【００３５】加圧ローラ、定着ローラのスラストガタ等
の公差は加えても１ｍｍ以下でありＶ／３００＝２ｍｍ
であるので、３ｍｍの距離をとっておくことで定着ロー
ラ１の芯金バイアスが加圧ローラ３の低抵抗層へ放電す
ることはなかった。

【００３６】一方で、定着ローラの絶縁層の端と加圧ロ
ーラ低抵抗層の端の距離を１．５ｍｍとすると定着ロー
ラと加圧ローラ間で時々リークが発生し、周辺の装置に
ノイズが飛びこみ該動作が生じた。

【００３７】そしてこの構成で定着ローラの表面電位の
変化を測定結果を図２に示す。

【００３８】図を見て明らかなように絶縁性加圧ローラ
を用いた場合においては１０００枚通紙後で定着ローラ
が帯電して、４００Ｖも表面電位が降下してしまってい
るのに比べて、導電性加圧ローラを用いた場合には、１
０００枚通紙した後でも１００Ｖ程度しか降下していな
い。

【００３９】図３は上記それぞれの系に於て通紙枚数に
対するオフセットしたトナーの積算量を測定したもので
ある。なお、トナーとしては負に帯電してものを用い
た。絶縁性加圧ローラを用いた場合は通紙枚数が増える
とともに加速的にオフセットトナーが増えるのに対し、
導電性加圧ローラを用いた場合はオフセット量は非常に
少なく抑えられている。

【００４０】このようにして本実施例ではバイアスのリ
ークによるオフセットやノイズの発生を防止することが
できた。

【００４１】（第２実施例）図４は本発明の第２実施例
を示した概略図である。この第２実施例では加圧ローラ
３の導電性弾性材５１を整流素子１５を介して接地して
いる。この整流素子１５の接続の仕方としては、トナー
と逆極性の電荷が接地側から弾性材に移動できる方向に
接続する。これによって加圧ローラはトナーと逆極性の
電圧にバイアスされることになり、オフセットを抑制す
る効果をもつ（セルフバイアス効果）。このセルフバイ
アス効果により加圧ローラ芯金に与えられる電位の最大
値は整流素子１５の逆耐圧に等しく、あまり高い逆耐圧
のものを選ぶとチャージアップした場合に定着ローラの
帯電を促進してしまうばかりか、定着ローラ芯金、及び
周囲の部材に対して放電して部材の破損や電波障害を発
生する恐れがある。そこで、加圧ローラ芯金と定着ロー
ラ芯金との最大電位差が３ＫＶ以下になるように整流素
子を選ぶのが好ましい。

【００４２】また近年のように装置が小型化し、転写機
構から定着装置に至るまでの搬送距離が短くなっている
装置構成において、第１実施例で導電性弾性材の抵抗値
が極端に低い場合には、導電性加圧ローラを通して転写
電流が流出してしまって転写抜け等の弊害が発生する
が、本実施例はそのような場合に於ても整流素子１５に
より転写電流の漏洩を防ぐ効果を持つ。従って本実施例
の装置構成にすれば導電性弾性材として非常に低抵抗層
なものを用いることができる。

【００４３】この場合の加圧ローラ低抵抗層の端Ｂと定
着ローラ絶縁層の端部Ａとの距離はダイオードの逆耐圧
Ｖ′とバイアス電圧Ｖに対してＡＢ＝（Ｖ＋Ｖ′）／３
００＋αで与えられる。

【００４４】（第３実施例）図５は本発明の第３実施例
を示した該略図である。本実施例は加圧ローラ３の離型
性を更に上げた構成になっており、加圧ローラの導電性
弾性材５１の外側に表面被覆層として導電化ＰＦＡチュ
ーブ１６を施してある。導電化ＰＦＡチューブ１６は一
般に導電性シリコーンゴム等の弾性材に比べて体積抵抗
は高く１０⁷〜１０¹⁰Ωｃｍ程度であるが、その厚みは
数１０μｍ以下であり導電性弾性材との組み合わせによ
り帯電防止効果は十分に示す。加圧ローラ表面に離型層
を設けることにより、シリコーンゴム単層のものに比べ
て表面へのトナーの付着が飛躍的に減少し、転写材が加
圧ローラに巻き付いたり、転写材の裏汚れが発生するこ
とはなくなる。

【００４５】本実施例では被覆材として導電化ＰＦＡチ
ューブを用いたが、通常のフッ素樹脂チューブやコーテ
ィングでも薄い被覆層にして実抵抗を低くすれば同様な
効果が期待できる。また、それらフッ素樹脂被覆層のプ
ライマとして導電性プライマを用いて、より低抵抗化す
ることも可能である。

【００４６】加圧ローラを導電化したことにより転写材
からトナー保持電荷の流出が問題となる場合には第２実
施例で示した整流素子１５を組み込むことにより完全な
ものとなる。

【００４７】この場合もまた定着ローラ絶縁層端部Ａと
加圧ローラ低抵抗層の端部Ｂとの距離ＡＢはＡＢ＝Ｖ／
３００＋αで与えられる。

【００４８】（第４実施例）前述までの定端ローラ１は
パイプ状であったが図１１のように両端を絞り加工ある
いは圧入によって細くしたものでも良い。そしてこの絞
り部分の外側まで絶縁層を付けると良い。

【００４９】これによって沿面の絶縁距離をのばすとと
もに加圧ローラ芯金に対しても空間距離Ｌを図１０の空
間距離ｌよりも大きくでき空間を通してのリーク、放電
を防止できる。

【００５０】さらには図１２のように絶縁層をＰＦＡチ
ューブで構成し定着ローラは端部のしぼり部にまで未接
着のまま広げておいても良い。これによって加圧ローラ
３の低抵抗層端から定着ローラ１の芯金までの距離はほ
ぼ２Ｓとれ、かつ加圧ローラ芯金との絶縁距離をあける
ことができ、一層リークにつよい構成とすることができ
る。

【００５１】以上すべての実施例で定着ローラ芯金にバ
イアスが印加されているが加圧ローラ芯金側にトナーと
逆極性の電圧を印加し、定着ローラ側の芯金を接地する
構成でも良い。

【００５２】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、転写
材の電位が安定し、定着ローラ表面の帯電が軽減され、
十分なオフセット抑制効果が持続される。

【００５３】そして定着ローラバイアスのリークに起因
するノイズの発生やオフセットの発生も防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の定着装置の断面図である。

【図２】通紙枚数に対する定着ローラ表面電位変化を示
す図である。

【図３】通紙枚数に対するオフセットトナー重量を示す
図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す概略断面図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す概略断面図である。

【図６】定着ローラにバイアス電圧を印加した定着装置
の概略断面図である。

【図７】図６の装置における定着ローラの帯電を示す図
である。

【図８】図６の装置における定着ローラの帯電を示す図
である。

【図９】従来の定着装置の縦断面図である。

【図１０】本発明の実施例の定着ローラと加圧ローラの
軸方向の位置関係を示す図である。

【図１１】本発明の他の実施例の断面図である。

【図１２】本発明の他の実施例の断面図である。

【符号の説明】

１定着ローラ２ヒータ３加圧ローラ４加圧ローラ芯金１４電源１７定着ローラ芯金１９絶縁層５１加圧ローラの導電性弾性材１３１定着ローラのＰＦＡチューブ層Ｐ転写材ｔａ未定着トナー像Ｈピンホール

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】導電層と、この導電層の外側に設けられ
た表面絶縁層と、を備えた第１回転体と、この第１回転
体と接する第２回転体と、この第１回転体の導電層に電
圧を印加し第１回転体と第２回転体の間に電界を形成す
る電界形成手段と、を有する定着装置において、上記第２回転体は表面低抵抗層を有し、上記第２回転体
の軸方向に関して上記表面絶縁層の端部は上記表面低抵
抗層の端部より外側に設けられていることを特徴とする
定着装置。
【請求項２】上記第２回転体の実抵抗は１０¹¹Ω以下
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】上記表面絶縁層の体積抵抗値は１０¹⁴Ω
ｃｍ以上であり、上記表面低抵抗層の体積抵抗値は１０
¹⁰Ωｃｍ以下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】上記基材と上記第１回転体表面間の実抵
抗は１０¹⁴Ω以上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５】上記表面絶縁層の端部と上記表面低抵抗
層の端部の回転体の軸方向に対する距離ａ〔ｍｍ〕と、
上記バイアス電源の印加電圧ｂ〔Ｖ〕の関係はａ＞ｂ／３００であることを特徴とする請求項１記載の定着装置。