JPH04316070A - 定着装置 - 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】

【産業上の利用分野】本発明は、定着ローラ及び加圧ロ
ーラの間に現像剤像を載せた転写材を搬送し現像剤像を
転写材に定着させる定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真装置においては、カール
ソンプロセスと呼ばれる手法により紙等の転写材上に現
像剤像たるトナー像を形成した後、該トナー像を永久像
として定着させている。定着方式としては様々なものが
提案されているが、近年では効率、経済性等の理由によ
り定着ローラあるいは加圧ローラのうち、少なくとも一
方のローラに加熱源を有したローラ対によって転写材を
挟圧搬送してトナー像を溶融定着させる熱ローラ定着装
置が多用されている。

【０００３】図１１は熱ローラ定着装置の一例を示すも
ので基本構成としてはハロゲンランプ等の加熱源３を有
する定着ローラ１とこれに圧接するシリコーンゴム等の
弾性層９を芯金１０上に有する加圧ローラ２とからなる
。定着ローラ１は芯金４のまわりにトナーの粘性による
付着を防止する目的でフッ素樹脂等の離型性の良い樹脂
層５が形成されている。このような構成の定着ローラ１
及び加圧ローラ２は所定の加圧力で圧接して圧接部（以
下、ニップ部とする）を形成しており、駆動手段（図示
せず）により駆動を受けて回転することにより上記ニッ
プ部にて転写材Ｐを挟圧搬送せしめる。転写材Ｐ上のト
ナー像Ｔは、両ローラ間を通過する際圧力を受けながら
熱溶融し、ローラ対を出て冷却されることにより永久像
として転写材Ｐに定着する。

【０００４】このような定着装置では定着ローラの表面
がトナー像と直接接触するため、溶融したトナー等の粘
着物質が定着ローラに付着する。いわゆるオフセットと
称される現象である。このオフセットが発生すると、オ
フセットしたトナーがローラに載って運ばれ、再び転写
材Ｐに付着して画像を汚すことがあり、問題となってい
た。オフセット現象を軽減、または防止する手法として
は定着ローラ表面に離型性の良い樹脂を設けたもの、あ
るいは該表面の電位を制御するものが挙げられる。

【０００５】この表面の電位を制御する手法は、オフセ
ットがトナーの粘性による付着力だけでなく定着部での
静電気力によっても発生することに着目し、その静電気
力を制御しようとするものである。

【０００６】静電気力によるオフセット現象は帯電した
トナーが電界によって力を受け転写材Ｐから定着ローラ
１へ転移するために発生する。すなわち、図１１のよう
な一般的な定着装置においては、感光ドラム（図示せず
）等との接触あるいは摩擦帯電により、定着ローラ１が
マイナス数十ボルト〜数百ボルト、加圧ローラ２はそれ
よりも大きく数百ボルト〜数万ボルトに帯電する。特に
、定着ローラ１の表層であるフッ素樹脂は、負に帯電し
易い傾向を示し、また、電気的にも絶縁されているため
、上記のように帯電し易い。一方、以上のようなローラ
対に挟持される転写材Ｐは正電荷を帯びている。したが
って、これらの電位関係によってトナーには定着ローラ
との間に静電引力が働く。例えば、正帯電のトナーであ
って転写材と定着ローラの電位が高く、また、加圧ロー
ラの電位が低い場合、強い静電引力が働き、トナーは、
定着ローラに付着する。逆に、負帯電のトナーであって
も、上記と逆の電位にあればやはりオフセットが発生す
る。

【０００７】そこでこのようなオフセット現象を上記静
電気力の制御によって軽減しようとする手法が従来から
多く用いられている。例えば、特開昭５５−５５３７４
においては、コロナ放電器をローラ外周面に対向配設す
ることにより、また、バイアスローラ、除電クロス等を
ローラ外周面に当接させることによって、定着、加圧い
ずれかのローラを除帯電し、オフセットを減らす手法が
開示されている。

【０００８】また、特開昭５５−９６９７０等において
は、ローラの芯金にバイアス電圧を印加して、トナーと
ローラ間に静電的反発力を生じさせてオフセットを減ら
す手法が開示されている。図１２にこのような定着装置
の一例を示す。図１２において定着ローラ１は、芯金４
上にシリコーンゴム等の弾性層５ａとフッ素樹脂離型層
５ｂを有しており、該芯金４には電圧印加手段６により
電圧が印加されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例は、いずれも実施し難いかもしくは十分な効果が得
られないという問題点を有していた。

【００１０】先ず、外部よりローラ表面に電位を与えよ
うとする場合においては、コロナ帯電を用いるとフッ素
樹脂やゴム層が劣化する他、シリコーンオイル等で放電
器が汚れ、放電が不均質、不安定となる問題点があった
。また、バイアスローラ、ブラシ等による接触帯電も実
際にシリコーンオイル等の塗布された定着ローラに対し
てはそれのみでは不均質かつ不十分な帯電しか与えられ
ず、また、バイアスローラ、ブラシがオイル、トナー、
紙粉で汚れ、帯電能力の劣化が早くなるという問題点が
あった。

【００１１】一方、図１２に示すような芯金よりバイア
ス電圧を印加する場合においては、上述のような劣化、
シリコーンオイル等による汚れ等は少なく、短期的には
所定の電位を確保できる。しかし、実験を行った結果、
何枚もの転写材を連続的に通紙すると（すなわち、連続
コピーを行うと）ローラの表面電位が徐々に下がって行
き十分な電位が確保されなくなって、オフセットが発生
または急増するということが判った。さらに連続コピー
以外でも、休止時間を少なくして断続的にコピーを行う
と、同様の現象が生ずることが判り実質的に安定的な使
用ができないという問題点があった。

【００１２】本発明は、上記問題点を解決し、トナーの
静電気力によるオフセットを確実に防止する定着装置を
提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、芯金上に弾性層あるいは樹脂層を有し、互に圧接
して回転自在に配設された定着ローラ及び加圧ローラの
ローラ対を有し、未定着現像剤像を担持した転写材を上
記ローラ対の圧接部にて挟圧搬送することにより定着を
行う定着装置において、少なくとも上記ローラ対のいず
れか一方の最外層が絶縁材で形成され、該絶縁材で形成
された最外層を有するローラの芯金に接続され上記未定
着現像剤像が上記転写材へ向かう方向の電界を発生させ
る電圧印加手段と、該電圧印加手段が接続されたローラ
の最外層に接し得る除電手段とを有していることにより
達成される。

【００１４】

【作用】本発明によれば、定着ローラあるいは加圧ロー
ラの少なくとも一方の芯金に、現像剤が転写材へ向かう
方向の電圧を印加すると、現像剤は静電気力によって定
着ローラ表面から引き離されオフセットを発生させない
。また、上記電圧の印加を続けて行うと、ローラの最外
層たる絶縁材に該電圧の極性と逆極性の電荷が蓄積する
傾向を示すが、上記最外層に除電手段を接触させること
により、上記蓄積を防ぐ。かくして、電圧の印加による
静電気的オフセットの防止が確実に行われる。

【００１５】

【実施例】本発明の第一実施例ないし第六実施例を図面
に基づいて説明する。

【００１６】〈第一実施例〉先ず、本発明の第一実施例
を図１及び図２を用いて説明する。

【００１７】図１において、１は定着ローラであって、
アルミニウム、鉄等の熱伝導性の良い芯金４を有し、そ
の最外層に体積抵抗が１０１４Ωｃｍ以上ある絶縁性か
つ高離型性のテフロン（登録商標）等のフッ素樹脂層５
を設けている。芯金４には、トナーと同極性のバイアス
電位を付与するための電圧印加手段たる電源６が接続さ
れている。本実施例ではトナーに正帯電するものを用い
たため、トナーと同じく正極性で＋１ＫＶ程度のバイア
スを印加する。一方、定着ローラ１の外周面に対して少
なくとも先端部を接触させた耐熱性導電材よりなる除電
手段たるブラシ（例えば、カーボンファイバー）７が設
けられブラシ７は他端が接地されている。

【００１８】このように、本実施例においても従来例の
ように定着ローラの芯金にバイアスを印加しているが、
従来例と異なる点について以下に説明する。

【００１９】従来例で説明したバイアス印加系における
問題について検討したところ、ローラの表面電位の低下
はバイアスと逆極性の摩擦電荷がローラ表面に蓄積され
ることが原因であることを発見した。すなわち、転写材
をローラ対で挟圧搬送する際主に転写材とローラ間との
間で摩擦電荷が生ずるが、ローラの芯金にバイアスが印
加されているので、ローラの絶縁層表面には該バイアス
と引き合う形で逆極性の電荷だけが残留し転写材の通過
枚数に従って蓄積される。したがってこの電荷がバイア
ス電位を打ち消すことになり、従来例で説明したように
ローラの表面電位の低下となって現れると考えられた。

【００２０】もし転写材の通過間隔が長ければ（例えば
１０分に１枚程度コピーするようなゆっくりとした間欠
モードの場合）表面に蓄積された電荷が徐々に放電され
るので、このような蓄積電荷による影響は少なくなるが
、連続コピーなどでは放電されることなく蓄積されるた
めローラの電荷低下が顕著となると考えられる。

【００２１】そこで、本発明は、通常用いられるフッ素
樹脂層５あるいは弾性体からなる最外層を有する上記定
着ローラ１に対してその芯金４に所定のバイアスを印加
する一方、定着ローラ１の外周面よりブラシ７を接触さ
せてその表面を除電することとしたのである。これによ
り表面に残留したバイアスとは逆極性の電荷の幾分かが
、ブラシ７により除去されるため従来のような大きな電
位降下が生じず、定着ローラ１は必要な表面電位を安定
的に維持できる。従って定着ローラとトナーとは同極性
同士であるため静電的反発力が働きオフセットは生じな
い。

【００２２】以上のような構成において得られる効果を
図２のローラ表面電位の変化をもって示す。当図は定着
ローラの表面電位の時間推移を示すものであって実線に
示すようにバイアス電源が動作すると即座にローラの電
位は、ほぼ付与されるバイアス電位に近い値（＋１．０
ＫＶ近く）に上昇する。この後転写材Ｐがローラ対に通
過すると（この間を「通紙」と示している）転写材とし
て一般的に用いられる紙は、定着ローラ１の表層材（フ
ッ素、シリコーン樹脂またはエラストマー）と比べて帯
電列上正に帯電し易いので摩擦帯電により紙が正、ロー
ラ表面に負電荷が生ずる。ローラ表面は絶縁層であるか
ら芯金方向への電荷移動はなく従来は、点線に示すよう
にローラ表面の負電荷の蓄積分だけ通紙毎に電位降下す
る。しかし本実施例では、ローラの回転によって摩擦帯
電部位が、除電手段たるブラシ７部を通過する際負帯電
の幾分かは接地されたブラシ７を通って除去される。こ
のため本実施例では実線に示すように除去し切れずロー
ラ表面に残った負電荷分通紙毎にわずかづつ電位降下す
るものの従来のように大きな電位降下（点線）がない。 定着ローラの表面転移がトナーと同極性であってかつ十
分確保されれば連続通紙であってもトナーとローラ間に
常に十分な静電反発力が働くので当然オフセットは生じ
ない。

【００２３】ところで、本実施例においてローラ表面の
除電手段のオイル、紙粉汚れによる除電能の劣化が心配
に思われるが、本実施例における当部材は従来例で述べ
たように、除電手段の除電のみによりオフセットを防止
するのではなく、芯金に印加されるバイアスの効果の低
減を極力防止する補助的役割を担うものであり、ローラ
表面の電荷を完璧に零にしなくとも十分に効果がある。 除電手段は劣化してもローラ表面の電荷のある程度の除
去能力は保持されその限りにおいてはローラの電位降下
は少ない。従って本発明の効果は持続される。実際プラ
イマーを介して３０μｍ　厚の絶縁性ＰＦＡを表層にコ
ーティングした定着ローラを用い、カーボンファイバー
製の接地された除電ブラシをその表面（ＰＦＡ）に当接
させつつ芯金に＋１．０ＫＶの電圧を印加し、正帯電ト
ナーに対するオフセット発生の有無を長期間試験したと
ころ、１０万枚のコピー後においてもオフセットの発生
は極めて少なかった。

【００２４】〈第二実施例〉次に、本発明の第二実施例
を図３ないし図５に基づいて説明する。なお、第一実施
例との共通箇所には同一符号を付して説明を省略する。

【００２５】既に述べたように、本発明においては、通
紙中のローラ表面電位を所定の値で安定して維持するこ
とが眼目であり、そのためにローラ表面の摩擦電荷を如
何に効率良く除去するかが、重要である。本実施例では
上記第一実施例以上にこの除電効率を上げオフセットの
軽減を図った実施例を示す。

【００２６】図３はその実施形態であって、表層が絶縁
体よりなる定着ローラの芯金にバイアスを印加するが、
バイアス電源６と芯金の間にスイッチ８を設けてバイア
ス側と接地側への切り換えを可能としておく。一方、ロ
ーラの外周面にブラシ７を設けるがこの部材をローラ表
面に対して接離可能とし、接離させる手段（図示せず）
を設けておく。次にバイアス電源、ブラシの動作タイミ
ングを図４に示す。コピーが始まるとスイッチ８がバイ
アス側へ投入されバイアスが芯金に付与される。（図中
ＯＮ状態）また、ほぼ同時にブラシ７がローラ表面に当
接する。（図中ＯＮ状態）これにより通紙前一旦ローラ
表面の除電が行われる。（但し、この動作は必須のもの
ではない）。

【００２７】ついで、転写材Ｐがローラ対間を搬送され
る（図中通紙ＯＮ状態）。このときバイアスはそのまま
付与（ＯＮ）されるがブラシはローラ表面から離間する
（図中ＯＦＦ状態）。転写材Ｐがローラ対を通過し切る
と次の転写材が至るまでの間（図中ＯＦＦ状態）。今度
は、逆にスイッチ８が接地側に切り換わる（図中ＯＦＦ
状態）。一方、ブラシがローラ表面に当接する。これに
よりローラ表面の除電が行われる。ついで再び転写材Ｐ
が、ローラ対に来るとバイアス−ＯＮ、ブラシ−ＯＦＦ
となる。このシーケンスをコピー中くり返して後コピー
が終了する際共にＯＦＦとなる。

【００２８】次に、このようなシーケンス下でのローラ
の除電、帯電効率について説明する。

【００２９】既述のように通紙中はバイアスが印加され
る一方、摩擦電荷の発生によりローラの表面電位が一旦
下がる。紙間では、ブラシがローラに当接し除電が始ま
るがこのとき上記第一実施例と違ってバイアスが切れ芯
金が接地されている。

【００３０】上記第一実施例のようにバイアス印加状態
下では、芯金とローラ表面電荷間に静電引力が働くため
ブラシを経由しての除電は表面電荷の何割かに留まりこ
のため図２中実線に示したように、電位の低下はわずか
づつであるが通紙する度に続く。一方、本実施例にあっ
ては芯金、ブラシ共に等電位で接地されているためロー
ラ表面の電荷を保持する静電界はなく、表面電荷はぼ余
すところなく除去される。従って、再びバイアスが印加
されるとコピー開始時と同じ表面電位が得られることに
なる。ローラ表面の電位推移を上記第一実施例同様、正
帯電トナー、定着ローラへ＋１．０ＫＶのバイアスを印
加した系について調べてみると図５に示すように必ず通
紙時の初期値は＋１．０ＫＶ程度に戻っていることが確
かめられた。

【００３１】また、ブラシの当接時間が大幅に短縮化さ
れる分、劣化が遅くなり除電効率は長期に亘って維持で
きる。

【００３２】上記第一実施例同様表層にＰＦＡを有する
定着ローラ、正帯電トナーを用い芯金に＋１．０ＫＶの
電圧を印加し、耐久試験を行ったところ上記第一実施例
の倍以上（２０万枚）のコピー後においてもオフセット
の発生はなかった。

【００３３】なお、ブラシの接離機構は、ソレノイド等
を用いて極めて容易にかつ多様に実施できるものであり
、かつ、その機構そのものに重要性はないので説明は省
略する。

【００３４】〈第三実施例〉次に、本発明の第三実施例
を図６に基づいて説明する。なお、第一実施例との共通
箇所については同一符号を付して説明を省略する。

【００３５】本実施例の定着ローラ１は芯金４上に厚さ
０．５ｍｍのシリコーンゴムから成る弾性層５ａが被覆
され、最外層に厚さ５０μｍ　のＰＦＡチューブから成
る離型層５ｂが被覆されているところが第一実施例と異
なる。また、除電手段として除電ローラ１１を当接させ
るところが第一実施例と異なる。

【００３６】本定着装置において定着ローラの芯金４に
直流バイアス＋５００Ｖを印加し５００枚連続定着を行
ったところまったくオフセットは発生しなかった。

【００３７】〈第四実施例〉次に、本発明の第四実施例
を図７及び図８に基づいて説明する。なお、第三実施例
との共通箇所については同一符号を付して説明を省略す
る。

【００３８】本実施例は図７に示すように除電手段とし
てアルミニウムで形成された電極ローラ１２を用い、最
外層に直流バイアスを印加するところが第三実施例と異
なる。直流バイアスは電圧印加手段と同様に正極性バイ
アスとした。

【００３９】本実施例装置と従来例装置を用いて連続定
着を行ったときの定着ローラの表面電位の変化を図８に
示す。

【００４０】図８から明らかなように、本実施例によれ
ば、定着ローラの表面電位は、芯金に与えられた電位を
維持するのに対し、従来例のものでは大きく負の方向へ
変動している。

【００４１】実際にオフセットの評価を行ったところ本
実施例の定着装置では１０００枚連続定着を行っても全
くオフセットが発生しなかったのに対し、従来の定着装
置では３０枚でオフセットが発生した。

【００４２】なお、本実施例においては定着ローラはゴ
ム層５ａを有するいわゆるソフトローラについて説明し
たが、第一実施例のように芯金４に直接ＰＴＦＥの焼成
層等が被覆されて構成されるいわゆるハードローラ及び
芯金４に直接ＰＦＡチューブ等で被覆されて構成される
いわゆるチューブローラに関しても同様な効果を示す。

【００４３】〈第五実施例〉次に、本発明の第五実施例
を図９に基づいて説明する。なお、第三実施例との共通
箇所には同一符号を付して説明を省略する。

【００４４】図９は本発明の第五実施例装置の断面図で
ある。

【００４５】本実施例は定着ローラの表層５ｂに交流バ
イアス（５０Ｖ，５００Ｈｚ）を印加することを特徴と
する。本実施例装置において定着ローラの芯金４に直流
バイアス＋５００Ｖを印加し、連続定着時の表面電位を
測定したところ、安定して＋５００Ｖを示した。さらに
、２０００枚連続定着を行ってもまったくオフセットは
発生しなかった。

【００４６】〈第六実施例〉次に、本発明の第六実施例
を図１０に基づいて説明する。なお、第一実施例との共
通箇所には同一符号を付して説明を省略する。

【００４７】上述の実施例においては、定着ローラにバ
イアスを印加する例を述べたが本実施例では加圧ローラ
にバイアスを印加する例を述べる。図１０はその要部を
示すもので高抵抗のシリコーンゴムを表層９に持つ加圧
ローラの芯金１０にバイアスを印加する手段としての電
源６を接続する。バイアスの極性はトナーを転写材へ引
き付ける方向に働かせるためにトナーとは逆極性となり
正帯電トナーの場合負のバイアスとなる。（当図はこの
例を示す）また、ローラの外周面に接する導電化された
ローラ１３があって接地されている。

【００４８】このような構成において、通紙を行うと導
電化されたローラ１３のないバイアス印加だけでは正の
摩擦電荷がローラ表面に蓄積し加圧ローラ表面の電位が
低下しトナーへの静電引力が弱まり通紙を重ねるに従っ
てオフセットが増加するが、ローラ１３が加圧ローラ表
面を除電する本構成では、正電荷を少しづつ除電するこ
とでその加圧ローラ表面への蓄積を抑え表面電位の低下
を最小限に留めることができる。その結果、連続通紙等
においてもオフセットの発生を抑えることが可能となる
。

【００４９】また、ローラ１３の少なくとも表層を耐熱
性かつ導電性の繊維体（例えばノーメックス（登録商標
）とカーボンファイバーチップを混ぜた）で形成すれば
、わずかに発生するオフセットトナーを除去するクリー
ニング部材をも兼用できる。

【００５０】なお、１３の除電手段はローラ以外でも良
く、ブラシ等他の手段に置き換えることは可能である。

【００５１】以上のような本実施例にあっては正帯電ト
ナーを例にとって説明したが、負帯電トナーであっても
上記本実施例とは帯電極性が逆になるようにバイアス設
定すれば同様の効果が得られる。

【００５２】また、第一実施例と本実施例を組み合わせ
上下ローラ共にバイアスを印加することも可能である。

【００５３】なお、本発明で用いられる定着、加圧ロー
ラは少なくともバイアスを印加する例のローラがその最
外層を絶縁材により構成するものであるから芯金上が単
層ではなく多層に及ぶものであっても構わないし、内層
に導電、半導電層を有することも可能である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
最外層に絶縁材を有するローラの芯金にバイアス電圧を
印加し、かつ、該ローラの最外層に除電手段を接触させ
るので、バイアス電圧の低下を招くことがなく、静電気
力の制御によってオフセットを確実に防止できる。また
、離型性の良い絶縁材を用いることでトナーの粘性によ
る付着も防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例装置の概略構成を示す断面
図である。

【図２】図１装置における定着ローラの表面電位の変化
を示す図である。

【図３】本発明の第二実施例装置の概略構成を示す断面
図である。

【図４】図３装置の電圧印加手段及び除電手段の動作タ
イミングを示すタイミングチャートである。

【図５】図３装置における定着ローラの表面電位の変化
を示す図である。

【図６】本発明の第三実施例装置の概略構成を示す断面
図である。

【図７】本発明の第四実施例装置の概略構成を示す断面
図である。

【図８】図６装置における定着ローラの表面電位の変化
を示す図である。

【図９】本発明の第五実施例装置の概略構成を示す断面
図である。

【図１０】本発明の第六実施例装置の概略構成を示す断
面図である。

【図１１】従来例装置の概略構成を示す断面図である。

【図１２】他の従来例装置の概略構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１　定着ローラ ２　　加圧ローラ ４，９　　芯金 ５，１０　　弾性層，樹脂層 ６　　電圧印加手段（電源） ７　　除電手段（ブラシ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　芯金上に弾性層あるいは樹脂層を有し、
   互に圧接して回転自在に配設された定着ローラ及び加圧
   ローラのローラ対を有し、未定着現像剤像を担持した転
   写材を上記ローラ対の圧接部にて挟圧搬送することによ
   り定着を行う定着装置において、少なくとも上記ローラ
   対のいずれか一方の最外層が絶縁材で形成され、該絶縁
   材で形成された最外層を有するローラの芯金に接続され
   上記未定着現像剤像が上記転写材へ向かう方向の電界を
   発生させる電圧印加手段と、該電圧印加手段が接続され
   たローラの最外層に接し得る除電手段とを有しているこ
   とを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】　転写材を挟圧搬送する際、未定着現像剤
   像と接する定着ローラは、最外層がフッ素樹脂の絶縁材
   で形成され、芯金には現像剤の帯電極性と同極性の電圧
   印加手段が接続されていることとする請求項１に記載の
   定着装置。
3. 【請求項３】　除電手段をローラの最外層に対して接離
   自在に配設し、電圧印加手段による電圧の印加を断続自
   在にすることとする請求項１または請求項２に記載の定
   着装置。
4. 【請求項４】　除電手段は電圧印加手段と同極性の電圧
   を最外層に印加する手段であることとする請求項１ない
   し請求項３のうちの一に記載の定着装置。
5. 【請求項５】　転写材を挟圧搬送する際未定着現像剤像
   と接しない加圧ローラは、最外層がシリコーンエラスト
   マー等の絶縁材で形成され、芯金には現像剤の帯電極性
   と逆極性の電圧印加手段が接続されていることとする請
   求項１ないし請求項４のうちの一に記載の定着装置。