JP3591907B2 - 多色画像用定着装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、レーザプリンタ等のフルカラー画像形成装置に適用される定着装置、特に直接加熱方式の定着ローラを備えた定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
未定着のトナー像を転写材に定着させるために、当該転写材を、内部に加熱源を有する中空状の加熱ローラとこれに圧接する加圧ローラとを組み合わせてなる定着装置に搬入し、これらローラ間に挾持通過させることが一般的に行われている。
【０００３】
定着ローラ対に挾持される際、未定着のトナー像は加熱されて溶融し、加圧されて転写材上に定着されるのであるが、その一部が加熱ローラに移ると、当該トナーは別の箇所あるいは別の転写材に付着し、ゴースト像となって、画像品質を損なう。
【０００４】
そこで従来から加熱ローラにトナーが付着することを防止するために、加熱ローラの離型性を上げるべく、加熱ローラにオイルを塗布することが広く行われている。このオイル塗布の方法は各種あるが、例えば特開昭６２−５２８４号公報に開示されるような、オイルを貯蔵するタンクからフェルト等の塗布部材を介在させて加熱ローラに塗布するものがある。その他に良く知られた塗布方法としては、例えば特開昭６１−１０９０８４号公報に開示されるような、高粘度オイルを含浸させたローラを加熱ローラに当接させるようにしたものもある。
【０００５】
このように加熱ローラ表面にオイルを塗布することによって、溶融トナーの加熱ローラへのオフセットを防ぐようにしているわけであるが、特にフルカラー画像形成における定着工程ではイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各種トナーを積層して転写材上に定着させるので、確実なオフセット防止が容易でない。即ち、オリジナル原稿に近い色を再現するのに複数層のトナーを加熱溶融して混色させる必要があり、そのために軟化点の低い、即ち、低融点のシャープメルトなトナーを使用することになるために、オフセットが発生しやすくなる。
【０００６】
シャープメルトなトナーが極めて低粘度の状態で溶融されることと、複数の色の積層によってトナー層の厚みが増大することによって、加熱ローラへトナーが移転する「オフセット現象」の発生が助長されるわけであるが、更に各カラートナーに含まれる顔料が異なることから生じる溶融性の違いによって、それぞれの定着温度範囲（適正な定着が可能な温度範囲）が異なり、単色の定着温度範囲に比べて共通の温度範囲が狭く、一段とオフセットし易くなる傾向がある。
【０００７】
このために、カラー画像形成装置の定着装置における加熱ローラの表層材料には、モノクロ画像定着装置に使用されオイルレス定着を実現するテフロン（商品名）等のフッ素樹脂系の材質が適さず、シリコーンゴム又はシリコーン樹脂が使用される。これは、上述したカラー定着のオフセット防止のためには、シリコーンオイル等の離型剤が不可欠で、当該シリコーンオイルを加熱ローラ表層に塗布する必要があるが、フッ素樹脂はこのシリコーンオイルとの濡れ性が極めて悪く、塗布が困難だからである。
【０００８】
一方、加圧ローラの材料についても、転写材の両面にカラー画像を形成する場合には、両面定着時に、転写材の既に画像が形成されている面側のトナー画像は、トナーを溶融するのに十分な加熱状態にある加圧ローラに接触することになるので、固相から液相に再び相転移し、加圧ローラ表面に対してオフセットを起こし易い点が考慮されなければならない。そのために加圧ローラの材料には、加熱ローラと同様に離型剤に対する濡れ性に優れたシリコーンゴム又はシリコーン樹脂のようなものが使用されている。そして、このような材質の加圧ローラに対して離型剤を塗布する構成が、例えば、特開平５−１２７５５５号公報や特開平５−１８８８１３号公報に開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来構成の定着装置では、繰り返し通紙を行うと、ローラが摩擦帯電により帯電し、そのために転写材がローラに巻き付いてしまったり、あるいはローラの電界により未定着のトナーが飛び散り、ライン像を滲ませたりすることがあり、更にはローラ表面の帯電が大きくなるとトナーとローラ間の静電気力に起因したオフセットを引き起こす問題もある。
【００１０】
導電性の除電部材をローラ表面に当接させてローラ表面の除電を行っても除電効果に限界があるので、ローラ表面被覆層に導電性を持たせることで帯電電荷を逃がすことが考えられる。即ち、カーボンやアルミニウム、銅等の導電性粉末をシリコーンゴム等に分散するのである。けれども、このような構成では、分散物質の存在の為に離型性が著しく低下したり、表層の硬度が変化する等の不具合が発生する。また離型性の確保と導電性を両立させるためには、材料的制約が極めて大きいこととなる。
【００１１】
そこで特開平２−２９７６８号公報では、金属支持体上に耐熱性と弾性と導電性とを併せ持つゴム層を形成し、更に当該ゴム層の表面にパーフロロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）の薄層を有した２層構造の定着ローラを提案し、定着ローラの帯電を減少させ、離型性も保障するとしている。シリコーンゴムの中に０．０１〜３重量％のフッ素系界面活性剤を混入することで帯電減少と硬度の増大回避を両立させると説明されている。けれども十分な除電効果を奏するように混入量を増やすとローラの硬化は避けることができない。加熱ローラと加圧ローラのニップ状態は、頻度的に片面コピーの方が多いことに照らして、排紙方向が加圧ローラ側にやや傾くように調整されているが、上記のような界面活性剤の混入による加熱ローラ側のみの硬度変化は、ニップ部での排紙方向を加熱ローラ側に傾かせ、排出転写材が加熱ローラに巻きつき易くなり、好ましくない。
【００１２】
特開平３−２４８１８３号公報では、芯金上に形成された弾性体層が、下層である導電性ゴム層と上層である厚さ１ミリメートル以下のシリコーンゴム層とでなる加圧ローラが提案されている。このような構成によりローラの除電を行いながら、ローラニップ部の方向も加圧ローラ側に確保される。
【００１３】
しかしながら、このようにシリコーン系材料でローラ芯金を被覆する表層を形成する構造では、離型剤たるシリコーンオイルが熱と共に当該層に浸透して径を太らせる膨潤作用が働く。その結果、経時的に熱膨張現象が起こり、転写材搬送の線速等に影響を与え、引っ張りによる光沢ムラ等も発生する。
【００１４】
そこで本発明は、上記のような従来技術の問題に鑑み、ローラ表面の離型性を確保しながら、膨潤作用も受けず、静電気力に起因したオフセットも一段と防止できる定着装置を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にしたがい、離型層を表面に形成し熱源を内蔵する加熱ローラと、同じく離型層を表面に形成し熱源を内蔵して当該加熱ローラに圧接する加圧ローラと、これらローラに離型剤を付与する離型剤付与手段とを備え、多色画像の定着に供される定着装置において、これらローラが、芯金上にベース層、耐油層、シリコーン系離型層を順に重ねる３層構造をとり、及び両ローラのベース層が導電性弾性体で形成され且つ耐油層が導電性である。
【００１６】
当該ベース層の他に、ベース層に上積みされ芯金の一部に接する耐油層も導電性弾性体で形成されていれば、なお好適である。
ベース層は主にシリコーンゴム等からなり、耐油層はフッ素ゴムやフッ化シリコーンゴムからなっている。離型層材料は主にシリコーンゴムやシリコーン樹脂である。
【００１７】
導電性弾性体層の表面抵抗値が１×１０^８Ω以下であれば、好ましい。
導電性弾性体層を有するローラの芯金軸受がボールベアリング又は導電性断熱ブッシュであることも好都合である。
【００１８】
【実施例】
本発明の詳細を、図に示された実施例に基づいて、説明する。
図１に本発明に係る定着装置の主要構成を示す。加熱ローラ１は、金属製中空芯金にハロゲンランプ等のヒータ２を内蔵してなる。当該加熱ローラ１に対向配置され当該加圧ローラと同じ構成をとる加圧ローラ３は、加圧スプリング４の作用によって加熱ローラ１に圧接されていて、これらローラは転写材たる用紙を図の右方から左方へ搬送するように回転する。各ローラに内蔵されたヒータによって定着装置の加熱が行われる。加熱ローラに接触するようにサーミスタ５が配置され、ローラ表面の温度を検知する。このサーミスタの検出温度に応じて不図示の温度回路によりヒータへの通電が制御され、加熱ローラ１の表面温度が所定の熱定着温度に調整される。ローラ間に挟持搬送される用紙は、分離爪６によってローラ１から分離され、排紙検知具７に接触した後、排紙ローラ８を通って定着装置外へと排出される。
【００１９】
図２に、図１に示された加圧ローラ３のヒータを省略した状態での構成例を示す。３層構造をとる点については加熱ローラも全く同じである。図示のローラは、例えばアルミニウムからなる芯金９上にシリコーンゴムからなる導電性ベース層１０が被覆され、それを覆うようにフッ化シリコーンゴムからなる厚さ０．０１〜０．１ｍｍの耐油層１１が存在している。この耐油層１１も導電性であり、除電のために好都合となっている。更に表層としてシリコーンゴムからなる厚さ０．０３〜０．１５ｍｍの離型層１２がコーティングされている。この表層にはシリコーンオイルが含浸されている。
【００２０】
上記構成のローラの長手方向断面を図３に示す。ローラ両端が軸受１４で支持され、当該軸受１４はアースされている。軸受が図３（ｂ）に示されるように、ボールベアリング乃至導電性断熱ブッシュ１４’でなっていれば、ローラ表面の除電がよりスムーズになる。また図３（ｃ）に拡大して示されるように、耐油層１１は、ローラ端面でベース層１０を覆い、芯金９に接している。
【００２１】
実施例１
上記構成の定着装置のジャム又はローラ巻き付きの程度を確認するために、加熱ローラ、加圧ローラともベース層と耐油層が導電性のものと、加圧ローラのみのベース層と耐油層が導電性のものと、加圧ローラのベース層のみが導電性のものを、両ローラ共に導電性層を有しないものと比較してローラ以外は同一条件にして両面コピーによる通紙試験を行った。その結果を図４に示す。この結果から、両ローラとも導電性層を含まないものに比べて、加圧ローラのベース層を導電性としたものは、ジャム発生率が遥かに低くなっていることが判る。更に加圧ローラのベース層と耐油層を導電性としたものは、その効果が一段と向上していることが理解できる。加熱ローラ、加圧ローラともベース層と耐油層が導電性である本発明に係る構成では、ジャム発生率がゼロとなった。
【００２２】
実施例２
両面コピー時の表面電位とジャム又はローラ巻き付きの程度の関係を確認するために、ローラの表面抵抗を変化させて、ジャム発生率の試験を行った。図５に示された結果から理解されるように、ローラ表面の電位を「Ｒ≦１０^８（Ω）」に調整すれば、両面コピー時のジャム発生の不具合を解消することが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１に記載の定着装置によれば、加熱及び加圧ローラが、芯金上にベース層、耐油層、シリコーン系離型層を順に重ねる３層構造をとり、並びに両ローラのベース層が導電性弾性体で形成され且つ耐油層が導電性であるので、膨油作用を受けることなく、ローラの帯電を防止でき、用紙とローラ表面の静電吸着を抑えることができる。特に、帯電防止を内部層の材質をもって行うようにしたので、表面離型層に帯電防止のための処理を施さずにすみ、当該層の材料的制約を少なくすることが可能となった。両面コピー時のジャム発生率もほぼゼロに低減できる。
【００２４】
請求項２に記載の定着装置によれば、ベース層の他に、ベース層に上積みされ芯金の一部に接する耐油層も導電性弾性体で形成されているので、離型性の確保と帯電防止を両立できる。
【００２５】
請求項３に記載の定着装置によれば、導電性弾性体層の表面抵抗値が１×１０^８Ω以下であるので、両面コピー時の定着ユニット内のジャムやローラへの巻き付きが抑制乃至防止される。
【００２６】
請求項４に記載の定着装置によれば、導電性弾性体層を有するローラの芯金軸受がボールベアリング又は導電性断熱ブッシュであるので、導電性層を通してローラ芯金に伝わった電荷をボールベアリング又は導電性断熱ブッシュによって装置本体に伝え、ローラに生じる電荷を放出でき、コピー時の定着ユニット内のジャムやローラへの巻き付きが確実に抑制乃至防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置の概略図である。
【図２】図１の定着装置に用いられる加圧ローラの概略断面図である。
【図３】図２のローラの長手方向断面図で、（ａ）が全体図、（ｂ）が軸受部の変形例図、（ｃ）が（ａ）のＡ部分拡大図である。
【図４】両面コピー時の導電性層とジャム又はローラ巻き付きの発生率との関係図である。
【図５】両面コピー時の表面電位とジャム又はローラ巻き付きの発生率との関係図である。
【符号の説明】
９ 芯金
１０ ベース層
１１ 耐油層
１２ 離型層
１４ 軸受

Claims (4)

1. 離型層を表面に形成し熱源を内蔵する加熱ローラと、同じく離型層を表面に形成し熱源を内蔵して当該加熱ローラに圧接する加圧ローラと、これらローラに離型剤を付与する離型剤付与手段とを備え、多色画像の定着に供される定着装置において、
   これらローラが、芯金上にベース層、耐油層、シリコーン系離型層を順に重ねる３層構造をとること、及び
   上記両ローラのベース層が導電性弾性体で形成され且つ耐油層が導電性であること
   を特徴とする定着装置。
2. 前記ベース層に上積みされ芯金の一部に接する耐油層が導電性弾性体で形成されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 導電性弾性体層の表面抵抗値が１×１０^８Ω以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 導電性弾性体層を有するローラの芯金軸受がボールベアリング又は導電性断熱ブッシュであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。

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