JP3098070B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザービームプリン
ター、複写機などの画像形成装置に用いられる定着装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像形成装置には、図５に示すように、
未定着トナー像ｔａを加熱および加圧することによって
転写材Ｐに永久画像ｔｂとして定着させる定着装置が用
いられている。

【０００３】定着装置は、定着ローラ１を備える。定着
ローラ１は、アルミニウム・鉄等などの中空の芯金から
なる。定着ローラ１には、ハロゲンランプからなるヒー
タ２が内蔵され、このヒータ２によって定着ローラ１の
加熱が行われる。

【０００４】定着ローラ１には加圧ローラ３が回転可能
に圧接され、加圧ローラ３は定着ローラ１に従動回転さ
れる。加圧ローラ３は、鉄やステンレス等の芯金３０４
を有し、該芯金３０４の外周面はシリコンゴムなどの離
型性を有する弾性層３０５で被覆されている。定着ロー
ラ１と加圧ローラ３とはばね部材（図示せず）などの付
勢手段により互いに所定の加圧力で接触し、かつ転写材
Ｐを挟圧搬送するためのニップ部を形成する。

【０００５】定着ローラ１の周囲には、定着ローラ１の
表面温度を検出する感温素子６と、定着後の転写材Ｐを
定着ローラ１から確実に分離するための分離爪７と、定
着ローラ１表面に付着したオフセットトナーｔｃなどを
定着ローラ１表面から除去するクリーニング部材８と配
置されている。

【０００６】感温素子６の検出温度は定着ローラ１の表
面温度制御に用いられる。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への通電が制御され、定着ロ
ーラ１の表面温度は所定の熱定着温度に保持される。

【０００７】定着ローラ１の面から転写材Ｐを分離する
分離爪７は、その先端エッジ部が定着ローラ１の面に適
当な加圧力で接触するように配置されている。クリーニ
ング部材８は、定着ローラ１表面に押圧接触されている
フェルト部材からなり、該フェルト部材は定着ローラ１
表面に付着したトナーｔｃや紙粉等を拭掃除去する。

【０００８】定着ローラ１と加圧ローラ３との間のニッ
プ部の入口には、入り口ガイド１０が配置され、該ニッ
プ部の出口には出口ガイド１１が配置されている。入り
口ガイド１０および出口ガイド１１は下部筐体９に取り
付けられている。

【０００９】定着時、転写材Ｐは入り口ガイド１０を通
って定着装置内に進入する。転写材Ｐは、互いに圧接さ
れながら回転駆動されている定着ローラ１と加圧ローラ
３との間のニップ部に差し込まれる。転写材Ｐのニップ
部の通過中、転写材Ｐ上の未定着トナー像ｔａが熱およ
び圧力を受け、転写材Ｐ上には永久画像ｔｂが形成され
る。

【００１０】定着処理後、転写材Ｐはその先端部が分離
爪７に当接されることによって定着ローラ１から分離さ
れ、出口ガイド１１を通して定着装置外へ排出される。

【００１１】上記定着過程では未定着トナー像ｔａを直
接に加熱加圧することによって軟化させ、未定着トナー
像ｔａを永久画像ｔｂとして転写材Ｐに固着させるプロ
セスが行われているが、トナー像の一部は定着ローラ１
表面に付着する（以下、「オフセット」と記す。）こと
がある。

【００１２】定着ローラ１の回転に伴いオフセットトナ
ーｔｃは移動され、該オフセットトナーｔｃが転写材Ｐ
の不当な場所に定着されることによって転写材Ｐを汚す
ことがある。また、オフセットトナーｔｃが加圧ローラ
３に転移し、転写材Ｐの裏を汚し、または転写材Ｐの加
圧ローラ３からの分離を困難にすることがある。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
力およ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
を向上し、表面エネルギーを小さくすることによって効
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等の弗素樹脂をあげることができる
が、これらの弗素樹脂は定着ローラ１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。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１、加圧ローラ３、転写材Ｐ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き、定着ローラ
１との間の引力あるいは加圧ローラ３、転写材Ｐ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。

【００１３】このような電気的作用によるオフセットを
軽減させるための有効な手段として、定着ローラ１にト
ナーと逆極性の電圧を印加したり、整流素子で定着ロー
ラ１と加圧ローラ３との間に形成される電界の向きを操
作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。この手段で重要なことは、ニップ部付
近に強電界を得るために定着ローラ１の芯金のみならず
弾性ローラである加圧ローラ３も表層付近を導電性物質
で構成しなければ効果が半減してしまうという点であ
る。

【００１４】最もオフセットに対する抑制効果を得るこ
とができる定着装置として、図６に示すように、弾性層
３０２の表層が導電性ＰＦＡチューブからなる離型層３
０１で被覆されている加圧ローラ３と、芯金１０２の表
面がＰＦＡチューブ１０１で被覆されている定着ローラ
１とを備え、芯金１０２にはトナーの帯電極性と逆の極
性の電圧を印加しているものがある。この定着装置で
は、ニップ部付近にオフセットを抑制するための強電界
を得ることができ、顕著なオフセット抑制効果がある。
また、定着ローラ１の芯金１０２に印加する電圧を高く
するとより多くの種類の転写材に対応することができ
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、印加電圧を上
げると、放電や漏電などの危険性が増加する。すなわ
ち、定着ローラ１の表面は離型性を向上させることを主
な目的としてＰＦＡチューブからなる離型層１０１で被
覆されているから、定着ローラ１と加圧ローラ３との間
に高電位差を与える場合、耐絶縁性に関しては不十分な
ものである。通常の定着ローラの離型層としては数十μ
ｍの離型性の良い樹脂のコーティングまたはチューブ等
が用いられるが、コーティング層中にはピンホール、ク
ラック等の構造欠陥が存在しており、その部分での絶縁
耐圧が低下している。また、チューブを用いることによ
ってこれらの欠陥は低減するが、定着ローラ１には複数
の当接物が当接され、該定着ローラ１の当接物との接触
部分では摩耗により離型層の厚みが不十分になり絶縁耐
圧が低下する。

【００１６】実際に離型層の絶縁耐圧が印加電位差に比
べ不十分になると、電源１４の電流容量の不足に伴い電
位差が縮小し、オフセットに対する効果が半減すると共
に、転写材Ｐを通じて電流が流れ出し、転写機構にまで
悪影響を与えることがある。また、転写材Ｐにトナーと
逆の極性の電荷を注入する恐れがある。転写材Ｐにトナ
ーと逆の極性の電荷を注入すると、転写材Ｐのトナー保
持力が減じられるから、オフセットが促進されることに
なる。さらに、定着ローラ１と加圧ローラ３との間に漏
洩電流が流れるから離型層１０１，３０１が漏洩電流に
よる発熱で破壊されることがある。その結果、トナーに
対する離型性が低下し、トナーが定着ローラ１に付着し
易くなる。この付着トナーは画像の剥ぎ取り、転写材の
ローラへの巻き付けなどの原因となる。

【００１７】本発明の目的は、定着ローラの表層および
加圧ローラの表面を漏洩電流による熱で破壊することな
く、オフセット抑制電界を形成することができる定着装
置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、芯金を備えた定着ローラと、弾性層を備え上記定
着ローラとニップ部を形成する加圧ローラとを有し、上
記ニップ部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定着装置において、上記
加圧ローラの弾性層は導電性であり、上記定着ローラの
芯金と上記加圧ローラの弾性層との間には電位差が与え
られ、上記定着ローラ及び上記加圧ローラは共に表面に
絶縁性チューブを有することにより達成される。

【００１９】

【作用】本発明の定着装置では、上記定着ローラの芯金
と上記加圧ローラの弾性層との間に電位差が与えられ
る。上記定着ローラと上記加圧ローラとの間にはオフセ
ット抑制電界が形成され、上記定着ローラの被覆層およ
び上記加圧ローラの被覆層は絶縁性チューブから形成さ
れており、漏洩電流による熱破壊から保護する。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明の定着装置の実施例について
図面を参照しながら説明する。

【００２１】図１は本発明の定着装置の一実施例を示す
構成図である。

【００２２】定着装置は、図１に示すように、定着ロー
ラ１を備える。定着装置１はアルミニウムやステンレス
などの中空の芯金１０２を有し、該芯金１０２の外周面
は厚さ３０μｍのＰＦＡチューブからなる離型層１０１
で被覆されている。このような弗素樹脂チューブの離型
層１０１では、通常、体積抵抗率が１０¹⁴Ωｃｍ以上、
絶縁耐圧１ＫＶ以上である。この高い絶縁性、耐圧性が
得られるのはチューブ成形することによってピンホール
等の欠陥ををその構造に含まなくなり、ＰＦＡ樹脂が本
来持っている高い絶縁性が確保されるからである。

【００２３】このようなＰＦＡチューブからなる離型層
１０１を有する定着ローラ１が用いられている定着装置
では、芯金１０２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することがなく、安定した電圧
の供給をすることができる。また、定着ローラ１周囲に
配置されている温度検知素子（図示せず）等に対して電
流が漏洩することがなくなり、安全性、電気素子保護な
どの効果を得ることができる。さらに、漏洩電流が微小
であるから、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。

【００２４】これに対し、加圧ローラ３には導電性シリ
コンゴムからなる弾性層３０２が形成され、弾性層３０
２は接地されている。弾性層３０２の表面は厚さ３０μ
ｍのＰＦＡチューブからなる離型層３０３で被覆され、
離型性が向上されている。ＰＦＡなどの弗素樹脂は摩擦
により負に帯電し易いから、負極性帯電トナーを使用す
る場合、離型層が弗素樹脂からなる加圧ローラとトナー
との間に静電的斥力が働き、オフセットの原因になるこ
とがある。しかし、本実施例では、弾性層３０２に導電
性シリコンゴムが用いられ離型層３０３をなすＰＦＡ樹
脂が３０μｍと薄いから、加圧ローラ３の電気容量とし
ては大きくなり、摩擦帯電によって生じた電荷による表
面電位の上昇を低く抑えることができ、摩擦帯電による
オフセットの悪化を防ぐことができる。この導電性を有
する弾性層３０２の電気抵抗としては体積抵抗で１０⁵
Ωｃｍ以下のものが望ましい。また、絶縁性を有する離
型層３０３を形成する弗素樹脂の厚さに関しては、定着
ローラ１および加圧ローラ３に与える電位差を３ＫＶ以
下でオフセット抑制効果を得るためには１００μｍ以下
のものが望ましい。

【００２５】以上により、定着ローラ１の芯金１０２に
−５００Ｖの電位を外部電源１４から与え、定着ローラ
１と加圧ローラ３との間に５００Ｖの電位差を与えるこ
とにより、良好なオフセット抑制効果が得られ、トナー
の付着を防止することができる。ＰＦＡ樹脂の絶縁耐圧
は２０ＫＶ／ｍｍ程度であるから、厚さ３０μｍである
離型層３０３であれば６００Ｖの絶縁耐圧を確保するこ
とができる。本実施例では定着ローラ１、加圧ローラ３
にそれぞれこの絶縁耐圧を確保していることになるが、
これによって例え一方の離型層１０１に欠陥があったと
しても離型層３０３によって絶縁耐圧が確保されている
から、定着ローラ１と加圧ローラ３との間の電位差が維
持できなくなることは無い。また定着ローラ１の離型層
１０１が温度検知素子等の当接物との摺擦によって破壊
されたとしても同様に定着ローラ１と加圧ローラ３との
間のオフセット抑制電位差は確保される。そして、漏洩
電流はなくなり各離型層１０１，３０３は熱的な破壊を
受けず，本来の高い離型性を維持することができる。

【００２６】次に、定着装置に対する通紙テストおよび
そのテストで得られた評価について説明する。

【００２７】定着ローラ１および加圧ローラ３の離型層
としてＰＦＡチューブを用いた場合のオフセットおよび
ローラ汚れの評価を表１に示す。定着ローラ１の芯金１
０２には−５００Ｖの電位を与え、加圧ローラ３の弾性
層３０２は接地されている。表１中のそれぞれの評価は
２０万枚の通紙を行なった場合のものである。

【００２８】

【表１】 表中Ｎｏ．４，５，６は加圧ローラ３の離型層としてカ
ーボン分散ＰＦＡチューブを用いて表面まで導電化を図
ったものであり、加圧ローラ３の摩擦帯電をなくして表
面電位を接地電位に等しく取れるから、初期オフセット
に対しては顕著な効果がある。しかし、テスト途中で定
着ローラ１の離型層１０１を形成するＰＦＡチューブが
破損し、定着ローラ１および加圧ローラ３間の電位差が
得られなくなり、途中からオフセットの発生が増加し
た。また、離型層１０１の損傷を介して加圧ローラ３に
電流が漏れ、加圧ローラ３の離型層３０３を形成するＰ
ＦＡチューブにはジュール熱が与えられ、離型層３０３
が破壊され、本来の離型性を低下させてしまうことが確
認された。また、表１からわかるように導電性ＰＦＡチ
ューブを加圧ローラ３の離型層として用いた場合には、
定着ローラ１の離型層の絶縁耐圧が十分であっても、加
圧ローラ３にトナーが付着、蓄積してしまう。

【００２９】一方、加圧ローラ３の離型層に絶縁性のＰ
ＦＡチューブを用いた例が表中のＮｏ．１，２，３であ
る。加圧ローラ摩擦帯電によって表面電位としては負の
電位が観測されており、チューブが厚くなると値が大き
くなることがわかる。オフセットもこの値を反映してお
り、本実施例では負極性帯電トナーを用いているために
チューブを厚くするとオフセットが悪化する。正極性帯
電トナーを用いる場合には定着ローラのＰＦＡチューブ
に同様のことがいえる。表１のオフセット評価からチュ
ーブの厚さとしては１００μｍ以下が好ましいことがわ
かる。定着ローラ１および加圧ローラ３間に与える電位
差を大きくすることにより、１００μｍ以上のチューブ
を用いることもできるが、厚みが増すと熱拡散特性が悪
化し絶縁耐圧が期待したものより低下するから、オフセ
ット抑制とのバランスを取るのが難しくなる。ローラ汚
れに関してはＮｏ．１，２については良好であり、大き
な改善がみられたのに対し、２０μｍＰＦＡチューブを
用いた加圧ローラ３の場合には軽微なトナー付着がみら
れた。これは定着ローラ１のＰＦＡチューブが破損した
ために、加圧ローラ３のＰＦＡチューブに絶縁耐圧を越
えた電圧が掛かり熱破壊を起こしたものと考えられる。

【００３０】次に、他の定着装置について説明する。

【００３１】図２は本発明の定着装置の他の実施例を示
す構成図である。

【００３２】他の定着装置では、オフセットに対して更
なる効果を得るために加圧ローラ３の弾性層３０２を整
流素子１５を介して接地している。この整流素子１５の
接続の方法としては、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３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）。本実施例においてはＰＦＡチューブから
なる離型層３０３の帯電による表面電位を相殺する程度
のセルフバイアス効果が得られ、オフセットを抑制する
ことができる。また、定着ローラ１の離型層１０１およ
び加圧ローラ３の離型層３０３が絶縁物質であるから、
整流素子１５による高電圧保持に対しても強く、絶縁破
壊を抑制できてローラ汚れを防止することができる。

【００３３】次に、さらに他の定着装置について説明す
る。図３は本発明の定着装置のさらに他の実施例を示す
構成図である。さらに他の定着装置では、負極性帯電ト
ナーに対してオフセット抑制電界を得るために、加圧ロ
ーラ３の弾性層３０２に電源１４により＋５００Ｖの電
位を与えている。オフセット抑制効果としては図１の定
着装置と同じであるが、加圧ローラ３には当接物がない
ために機械的な離型層３０３の破損はなく、周囲の部材
との絶縁耐圧も加圧ローラ３の離型層３０３により確保
している。そして当接物のある定着ローラ１は芯金１７
が接地され、、摩耗により離型層１０１が破損しても転
写材Ｐや周囲の部材に電流が漏洩することがなく、画質
確保のみならず安全面でも優れた効果を発揮する。

【００３４】さらに、定着ローラ１の周辺部材との絶縁
空隙が確保されるならば、図４に示すように、整流素子
１５を介して接地することにより、オフセットに対して
より一層の効果を得ることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の定着装
置によれば、上記定着ローラの芯金と上記加圧ローラの
弾性層との間に電位差が与えられることによってオフセ
ット抑制電界が形成されるが、上記定着ローラの被覆層
および上記加圧ローラの被覆層を絶縁性チューブである
こととしたので、漏洩電流による熱破壊から保護しなが
ら、オフセットおよびローラ表面のトナー付着を防止す
ることできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定着装置の一実施例を示す構成図であ
る。

【図２】本発明の定着装置の他の実施例を示す構成図で
ある。

【図３】本発明の定着装置のさらに他の実施例を示す構
成図である。

【図４】本発明の定着装置のさらに他の実施例を示す構
成図である。

【図５】従来の定着装置の一例を示す構成図である。

【図６】従来の定着装置の他の例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 定着ローラ ２ ヒータ ３ 加圧ローラ １４ 電源 １５ 整流素子 １０１，３０３ 離型層 １０２，３０４ 芯金 ３０１ 導電性被覆層 ３０２ 弾性層 Ｐ 転写材 ｔａ 未定着トナー像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 康正 東京都大田区下丸子三丁目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 昭63−289572（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−145682（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 芯金を備えた定着ローラと、弾性層を備
   え上記定着ローラとニップ部を形成する加圧ローラとを
   有し、上記ニップ部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定着装置におい
   て、上記加圧ローラの弾性層は導電性であり、上記定着
   ローラの芯金と上記加圧ローラの弾性層との間には電位
   差が与えられ、上記定着ローラ及び上記加圧ローラは共
   に表面に絶縁性チューブを有することを特徴とする定着
   装置。