JPH04232983A - 複合定着部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 〔発明の背景〕本発明は定着装置の改良、さらに詳しく
は複合定着部材に関する。 【０００２】トナー材料を永久的に支持体表面に定着さ
せるためには、該トナー材料を構成する各成分が混じり
合い、粘着性を帯びるまで該材料を加熱する必要がある
。加熱によりトナーが支持体の繊維または細孔中に、あ
る程度流入する。その後トナー材料が冷却すると固化し
て該支持体に強く結合する。 【０００３】 〔先行技術〕支持体上にトナー画像を定着させるために
熱エネルギーを用いることは公知である。電気的に画像
化されたトナー画像の熱定着に関する種々の提案が開示
されている。これらの方法には、例えば圧着状態に維持
した一対のローラ、ローラに圧着した平坦またはカーブ
した板部材、およびローラに圧着したベルト部材のよう
な各種の装置を使用して加熱と加圧を同時に行なう方法
が包含される。 【０００４】従来の定着装置は、比較的大型で高速の複
写機を使って多くのコピーを定着する場合に有効であっ
た。この場合、作動温度もしくは作動温度付近に機械を
維持するための待機用加熱部材の使用が容認されている
。しかしながら、定着装置を室温以上に維持するための
待機用のパワーを必要としない瞬時オン定着の出現に対
する要望が絶えない。加熱ローラ用ヒータとして自動温
度制御性を有する正のサーミスターを使用する方法は公
知である。このローラは加熱制御温度検出部材により予
め決められた温度に制御される。定着ロールの製作にお
いて放射線吸収材料を用いてウオーミングアップ時間を
短縮したり、レフレクタとハウジング間に冷却空気が通
過する導路を形成するようにハウジングから熱的に間隔
を置いて配設した軽質レフレクタから成る瞬時オン放射
定着装置を用いる方法も公知である。放射エネルギーを
搬送するためのゴム状材料から成る第１層、放射エネル
ギーを吸収するための第２層、および定着ロール表面に
良好な剥離性能を付与するために該第２層上に被覆した
第３層とを有する円筒部を使用する方法も公知である。 これら複数の定着ロール層は比較的薄く、かつ瞬時始動
能力を有している。定着ローラを支持する金属またはセ
ラミックコアを有し、熱絶縁層、電気絶縁層およびコア
の外面上に形成された保護層を有する瞬時オン定着の使
用も公知である。 【０００５】従来の定着装置の欠点は、比較的複雑で製
作費用が高く、および／または装置の質量が比較的大き
くて瞬時始動能力がないことである。また従来の定着ロ
ーラは、充分な機械的強度と加熱特性を容易に発揮する
ようには必ずしも適合されていないという欠点がある。 そこで本発明の目的は、加熱部材を形成する導電性繊維
強化樹脂シリンダから成る新規で改良された定着装置を
提供することにある。本発明の他の目的は、比較的小さ
な熱質量を有し、製作が比較的容易なように設計され、
機械的電気的両物性を併せ持つシリンダが提供できる単
一成形法に基ずいて設計された定着装置を提供すること
にある。 【０００６】本発明の他の目的および利点は以下の記載
を判読することにより一層明瞭になるはずであり、また
本発明の新規な特徴は本明細書の一部をなす添付特許請
求の範囲中に詳細に記載されるはずである。 【０００７】〔発明の要約〕本発明は、比較的薄い壁部
を有する中空シリンダを包含する定着ロールに関するも
のであり、該シリンダは抵抗率０．５乃至０．０５オー
ムｃｍの導電性繊維フィラーで強化した樹脂組成物から
成り、このシリンダは、内外両表面、該シリンダ面に張
り付けた熱エネルギー源、ニップを規定する中空シリン
ダ外表面と接合して配設されたバックアップローラ、比
較的薄層の該壁部内に配設した加熱部材であって中空シ
リンダの機械的性質を強化する機能をも併せ持つ導電性
繊維フィラーから成る加熱部材、およびシリンダの外表
面に剥離層を形成させるために該樹脂組成物の一部を成
す約０．２５重量％のフルオロカーボンから成る添加剤
、から成っている。 【０００８】〔図面の簡単な説明〕添付図面を参照する
と本発明が一層理解し易くなる。類似の箇所には同一符
号数字を用いた。 【０００９】図１は本発明に係わる複写機を示す説明図
である。 【００１０】図２および図３は従来の定着部材を示す説
明図である。 【００１１】図４は本発明に係わる図１における定着装
置を示す等角図である。 【００１２】図５は本発明の他の提案に係わる図１にお
ける瞬時オン定着装置を示す等角図である。 【００１３】 〔発明の説明〕図１について説明する。自動電子複写装
置の一例を符号１０で示してある。該機械は部材１２で
示す画像記録ドラムを包含し、その外縁は適当な光電導
性材料により被覆してある。このドラム１２をシヤフト
装置１４に取り付けて、機械フレーム（図示せず）以内
で矢印１５方向に回転させて画像が現れた表面１３が一
群の電子処理ステーションを通過するようにする。適当
な駆動装置（図示せず）によりパワーを供給し各種の協
調機械構成部分の動きを調整し、これによりオリジナル
の入力情報の忠実な複写を最終支持体材料またはコピー
シート１６上に記録させる。 【００１４】先ずドラム１２を回転させて光導電体面１
３を帯電ステーション１７を通して移動させ、画像形成
に先立ち公知方法により該光導電体面１３を一様に帯電
させる。次いでドラム１２を露光ステーションへ回転さ
せ、複写する原稿文書の光画像を帯電光導電体面１３に
露光して潜像を形成させる。電荷は該露光領域に選択的
に分散して原稿文書の静電潜像を形成する。露光後ドラ
ム１２を回転させて光導電体面１３上に形成した静電潜
像を現像ステーション１９に移動させてドラム１２の光
導電体面１３上に公知の現像剤ミックスを付着させて可
視像とする。通常、適当な現像ステーションには融着性
強磁性キヤリア粒子およびトナー着色微粒子を含む磁化
性現像剤ミックスを利用する磁気ブラシ現像装置が包含
されている。 【００１５】最終支持体材料である記録シート１６は進
行方向に高く傾斜したスタック支持トレイ２０上のスタ
ック整理部中に支持する。高いスタック位置でシートセ
パレタ２１から個々のシートを記録装置２２にフイード
する。次いでドラム上に画像が現れて適切な記録状態に
ある転写ステーション２３に該シートを送る。光導電体
面１３上の現像画像を最終支持体材料から成るシート１
６と転写ステーション２３内で接触させ、このトナー画
像を光導電体面１３から最終支持体シート１６の接触面
側に転写する。 【００１６】トナー画像を最終支持体材料またはコピー
シート１６に転写後、画像が現れたシートを定着ステー
ション２４へ運び、転写粉末画像を支持体材料に融着さ
せる。定着工程後、コピーシート１６をトレイ２５のよ
うな適宜の排出装置に送る。 【００１７】殆ど全部のトナー粉末はコピーシート１６
に転写されるが、いくらかは残留トナーとして光導電性
面１３上に残る。転写操作後に光導電性面１３上に残っ
た残留トナー粒子は、清掃ステーション２６を通過させ
る間にドラム１２から除去する。この際のトナー粒子は
、例えば清掃用ブレードのような簡便な装置により光導
電性面１３から機械的に除去する。 【００１８】コピー機を通常モードで作動させる際には
、複写するべき原稿文書を水平透明プラテン２７上に画
像側を下にして置き、移動光学装置を使用して該静止原
稿を走査する。この走査装置は、静止レンズ３０および
協動する一対の移動式走査ミラー、ハーフレートミラー
３１および適当なキヤリジ上に支持したフルレートミラ
ー３２を包含している。 【００１９】記録補助ローラ３５およびスイッチ３７を
包含する文書ハンドラー３３を具備させてもよい。文書
挿入時に、スイッチ３７により記録補助ローラ３５を作
動させ、文書を前方にフィードして文書ハンドラー３３
用後端ガイドに向けて配列させる。ピンチローラ３８が
始動して１８０°カーブしたガイド周りの文書をコピー
用プラテン２７上にフイードする。この文書を、プラテ
ンベルト３９を備えたプラテンベルト搬送部により搬送
する。コピー後は、プラテンベルト３９の作動により排
出ピンチローラ４１が文書をプラテンから文書キヤッチ
トレイ４３に排出する。 【００２０】定着ステーション２４は、加熱定着ローラ
４５およびバックアップもしくは加圧ローラ４７を備え
て、定着すべきコピーシートが進行するためのニップを
形成している。コピーシートは適宜複数の剥離フインガ
ー（図示せず）により定着ローラから剥離される。この
加圧ローラ４７はシリコンゴム、ＰＦＴまたは他の適当
な材料から作られたゴム状層で被覆されたシヤフト周り
に回転する回転部から成っている。定着ロール４５は図
２および図３に示した一対の端末キヤップ４９上に取り
付けられた回転円筒部４８から成っている。 【００２１】瞬時オンの場合、機械の始動時に用紙が定
着ステーションに到達する時間よりも短時間、すなわち
約５乃至１０秒以内に作動温度まで昇温させなければな
らない。この時間は、印刷開始ボタンもしくはコピー開
始ボタンを押した後にコピーシート１６が支持体トレイ
２０から転写ステーション２３、定着装置２４に搬送さ
れるまでに５乃至１０秒必要であると仮定した場合であ
る。通常、定着装置２４は少なくとも１２０°Ｃに昇温
する必要がある。合理的な電力水準の場合、５秒間で約
１２０°Ｃの温度上昇を剛体で達成するには加熱質量が
小さい場合において７００ワットを必要とする。本発明
の円筒部４８は、カーボングラフアイト、ボロンカーバ
イドまたは機械的強度を有する他の繊維材料から作った
中空シリンダから成る。この円筒部４８の好ましい壁厚
は０．５乃至１．０ミリメートル（約２０乃至４０ミル
）である。本発明は瞬時オンの場合に極めて有利である
が、機械的特性と熱的特性との両方を同時に要求される
任意の型の定着装置に適用できる。 【００２２】公知技術である図２および図３について説
明する。フイラメントワインデイング円筒部４８上に接
着剤で固定したガラス繊維裏打ち５０が支持されている
。このガラス繊維裏打ち５０上に加熱線、印刷回路また
はフォトエッチング回路パターン５２が取り付けられて
いる。ＰＦＡまたはゴムのような適当な剥離剤５４がこ
の加熱部材を被覆している。 【００２３】この定着ロールは、円周力および梁強度を
包含する充分な機械的強度を有することが重要である。 円周力は、定着ローラコア材料が内向放射状圧力に対抗
する性質であり、梁強度は定着ローラコア材料が曲げに
抵抗する物性である。従来から、縦軸に対して例えば約
５０°程度斜めに巻き付けた繊維から成るフイラメント
ワインデイングチユーブまたはシリンダを使用すると充
分な機械的強度が得られることは公知である。しかし、
このようなフイラメントワインデイングシリンダ類は依
然として別個の裏打ちおよび加熱部材を必要としている
。 【００２４】本発明によれば、シリンダ中に導電性フィ
ラーを使用すれば別個の裏打ちや加熱部材の必要性を排
除できる。図４について説明する。ここではシリンダ壁
５８と剥離剤６０のみから成る一層簡単な構成が示して
ある。樹脂中に埋め込んだヒータを構成する導電性フィ
ラーの使用については、例えば水パイプを凍結から保護
するケーブルヒータはカーボンブラック充填ポリエチレ
ンまたはゴムから作られており公知である。しかし、こ
れらは比較的低温で使用するのが普通である。次に示す
ように、このような系は充分な高温（４００乃至４５０
°Ｆ以下）においてもローラ定着に使用できるのである
。計算に用いたデータはモダーン・プラスチックス・エ
ンサイクロペデイア「Ｍｏｄｅｒｎ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ
　Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ」６２巻、１９８５−１９
８６）（以後ＭＰＥと呼称）記載のデータを参照した。 【００２５】 　　熱安定性に関しては、次の材料等が適当である：　
　　　ａ）エポキシ：無充填、ＨＤＴ＝２８８°Ｃ（５
５０°Ｆ）以下　　　　　　　　　　　　　　　　　　
ガラス繊維充填、ＨＤＴ＝２６０°Ｃ（５００°）　　
　　ｂ）ポリアミド−イミド：無充填、ＨＤＴ＝２６０
〜２７４°Ｃ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５
００〜５２５°Ｆ）　　　　　　　　　　ガラスまたは
グラフアイト充填、ＨＤＴ＝２７４°Ｃ（５２５°Ｆ）
　　　　ｃ）カ−ボン繊維：＞３１５°Ｃ（６００°Ｆ
）（酸化性雰囲気から保護）　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　（ＨＤＴ＝荷重下での熱変形
温度）【００２６】電気抵抗率に関しては、長さ＝２５
．５ｃｍ（１０インチ）２５、外径＝２．４５ｃｍ（１
インチ）の薄壁チユーブを考慮する。厚さをｔミル、材
料の体積抵抗率をρオームｃｍとする。 【００２７】６５０ｗの入力と仮定する。この入力が適
当であることは後に示す。 【００２８】上記の寸法で１１０ボルト／６５０ｗのパ
ワーを長さ方向に沿って引き出すのに適当な電気抵抗を
有するヒータの厚さｔは次式で与えられる。 ｔ＝６７ρ 【００２９】したがって、２０ミル厚さのチユーブを使
用する場合、体積抵抗率ρ＝０．３オームｃｍの材料が
必要になる。このことは、例えば２５％ニッケル被覆炭
素繊維充填ポリアミドーイミド（ＰＡＩ）（ρ＝０．２
オームｃｍ）として市販されている公知材料を用いて達
成することができる。 ＰＡＩの代わりにポリアミド（ＰＡ）を使用する場合の
データを考えてみると：　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　１５％　　２０％　　３０％　　
　　４０％ＰＡ＋Ｎｉ被覆炭素、ρ＝０．５　　０．１
　　０．０５　　０．０２　（オームｃｍ）　ＰＡ＋炭
素　　　　　　　　　　ρ＝−−−　　１．４　　０．
７　　　　−−−　　　（オームｃｍ）　【００３０】
このことは、Ｎｉ被覆炭素に炭素またはガラス繊維を適
宜にブレンドすることにより所望するρ＝０．３オーム
ｃｍ近辺のいかなるρを有する材料でも得ることができ
ることを示している。 【００３１】機械的剛性に関してはガラス強化エポキシ
チユーブ（ＯＤ≒２．５４ｃｍ（１インチ）、長さ≒２
４．５ｃｍ（１０インチ））の場合に、０．０８６ミリ
メートル（３５ミル）の厚さにおいて適切な剛性値以上
の値であり、０．０５ミリメートル（２０ミル）厚さに
おいてさえも適切な剛性を有することが最近に至り判明
した。限定因子は剛性であり、強度は要求値を遥かに上
回っている。ガラスの代わりに炭素（グラフアイト）繊
維を使用したとすると強度は僅かに増加するが、剛性は
ＭＰＥからの次のデータによっても分かるように約２×
だけ増加する。 【００３２】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＰＡＩ
　（無充填）　　　ＰＡＩ＋３０％ガラス　　　　ＰＡ
Ｉ＋グラファイト弾性率　（×１０６　ｐｓｉ）　　　
　　０．６〜０．７　　　　　　　　　　　１．７　　
　　　　　　　　　　　　２．９極限強さ　（×１０３
　ｐｓｉ）　　　　１７〜２７　　　　　　　　　　　
　２８　　　　　　　　　　　　　　　３０　【００３
３】結論的には、炭素強化樹脂から作った２０ミルチユ
ーブが適当な剛性を有することになる。 【００３４】このような定着に必要なウオームアップ時
間を計算した。熱伝導率ｋおよび熱拡散率αの値を推定
する必要があるが、ポリアミドのデータ（ＭＰＥ）から
類推して、炭素強化ＰＡＩのｋ≒２４×１０−４ｃａｌ
／（ｃｍ．ｓ・°Ｃ）およびα≒０．００４ｃｍ３　／
ｓを用いた。入力６５０ｗおよび前記の寸法に対して計
算されたウオームアップ時間は次のようである。 【００３５】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　次の表面温度に達するまでの時間（秒）　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　３５０°Ｆ　　　　３９０°Ｆ　　　　４００°Ｆ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（１７７°Ｃ）（１９９°Ｃ）（２０４°Ｃ）ａ）
２０ミルチユーブ　　　　　　　　　　　　６．０　　
　　　　　　７．０　　　　　　　　７．２ｂ）３５ミ
ルチユーブ　　　　　　　　　　１０．３　　　　　　
１１．９　　　　　　１２．３【００３６】かくして、
０．０５ミリメートル（２０ミル）チューブでは６００
ｗが適当なパワーである。 【００３７】ホットローラ定着には例えばテフロンのよ
うな低エネルギーの隔離用外層が必要で、これにより融
解トナーが粘着するのを防止する。このような層は通常
スプレーまたは成形技術で施工することにより製作費を
著しく低減することができる。本発明の他の提案によれ
ば、この工程は図５に示すように、製作前の定着コアの
バルクに対して適当な材料を添加することにより省略す
ることができ。この方法は典型的な金属定着コアには適
用できないことは当然であるが、樹脂コアに対しては好
適である。図５に示すように、単一シリンダ壁６２は加
熱部材、壁の機械的固定わく、および剥離剤から成って
いる。 【００３８】低エネルギー添加物は固体表面に移動して
表面張力を著しく低減する。例えば、ある種のフルオロ
カーボンを０．２５重量％添加しただけでポリスチレン
、ポリメチルメタクリレートおよびポリ塩加ビニルの表
面張力を純フルオロカーボン表面の表面張力に類似の約
１５乃至２０ダイン／ｃｍまで低減できる。 【００３９】フルオロアルキル側鎖の長さが異なる二種
類のポリフルオロアルキルメタクリレートの混合物の表
面を接触角測定により研究した。長いフルオロアルキル
側鎖を有する低エネルギー成分が表面に濃縮されること
が分かった。他の例では、フルオロカーボンポリマー類
は炭化水素系ポリマー類と混合すると著しい表面活性を
示すことが分かった。コポリマー中の低エネルギー成分
の表面活性の研究も開示されている。例えば、エス・ウ
ー（Ｓ．Ｗｕ）　著「ポリマー・インタフエース・エン
ド・アドヘッシヨン」（Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆ
ａｃｅ　ａｎｄ　Ａｄｈｅｓｉｏｎ）　、デッカー（Ｄ
ｅｋｋｅｒ）発行、頁２０９−２１０（１９８２）を参
照されたい。 【００４０】多くの場合において極少量（０．２５％）
の添加剤がｙｃを、ｙｃ＝１９ダイン／ｃｍの典型的な
非粘着性ポリマーであるテフロンのｙｃよりも遥かに低
い程度まで低減させる。ポリマー性の添加剤を使用する
ことにより、またはモノマー、オリゴマーまたはポリマ
ー性のバイセグメント型、すなわち一方のセグメントが
低エネルギー成分であり、他方のセグメントがマトリッ
クス樹脂と相容性で所謂”アンカー”を形成するバイセ
グメント型のポリマー性添加剤を使用することにより、
生成した表面層を一層耐久性にすることが可能である。 【００４１】この剥離層を例えばシリコーンゴムスプレ
ーのように別個に施したとしても、一方のセグメントを
シリコーン様とし、他方のセグメントを樹脂様にするこ
とにより、上記の概念は該ゴムの接着手段を提供するは
ずである。 【００４２】以上、現時点で本発明の好ましい実施態様
と思われる事柄について例示し述べてきたが、当業者に
とって多数の変形や修正があり得ることは認識でき、こ
れらの変形や修正は、本発明の精神および範囲内のもの
である限り、本願の特許請求の範囲に含まれるつもりで
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明に係る複写機を示す説明図である。

【図２】　　従来の定着部材を示す説明図である。

【図３】　　従来の定着部材を示す説明図である。

【図４】　　本発明に係る図１における定着装置を示す
等角図である。

【図５】　　本発明の他の提案に係る図１における瞬時
オン定着装置を示す等角図である。

【符号の説明】

１０　　自動電子複写装置、１２　　ドラム、１３　　
光導電体面、１４　　シャフト装置、１６　　コピーシ
ート、１７　　帯電ステーション、１９　　現像ステー
ション、２０　　スタック支持トレイ、２２　　記録装
置、２３　　転写ステーション、２４定着ステーション
、２５　　トレイ、２６　　清掃ステーション、２７　
　水平透明プラテン、３０　　静止レンズ、３１　　ハ
ーフレートミラー、３２　　フルレートミラー、３３　
　文書ハンドラー、３５　　記録補助ローラ、３７　　
スイッチ、３８　　ピンチローラ、３９　　プラテンベ
ルト、４１　　排出ピンチローラ、４３　　文書キャッ
チトレイ、４５　　加熱定着ローラ、４７　　加圧ロー
ラ、４８　　円筒部、４９端末キャップ、５０　　ガラ
ス繊維裏打ち、５２　　回路パターン、５４　　剥離剤
、５８　　シリンダ壁、６０　　剥離剤

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　支持体上にトナー画像を定着するため
   にトナー画像を担持した支持体材料が通過するニップを
   規定するタイプの定着装置であって、前記定着装置が１
   ０秒以内に約１２０°Ｃ温度上昇される定着装置を有す
   る静電複写装置において、次のものを含む定着装置：抵
   抗率が０．５乃至０．０５オームｃｍの導電性繊維フィ
   ラー強化樹脂組成物から成り、かつ外表面と内表面とを
   有して包囲する空気を内蔵する比較的薄肉の壁部を有す
   る中空シリンダを包含する定着ローラ、前記ニップを規
   定する前記中空シリンダ外表面と接合して配設されたバ
   ックアップローラ、この中空シリンダの機械的強度を強
   化する機能を併せ持つ導電性繊維フィラーから成る加熱
   部材であって比較的薄肉の該壁部中に配設された加熱部
   材、およびこの樹脂組成物の一部をなし、シリンダ外表
   面上に剥離層を提供するための約０．２５重量％のフル
   オロカーボンから成る添加剤。