JPH05158369A

JPH05158369A - 定着装置

Info

Publication number: JPH05158369A
Application number: JP34985091A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Takahashi; 正義高橋; Makoto Jinzai; 誠陣在
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-12-10
Filing date: 1991-12-10
Publication date: 1993-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】静電的に発生するオフセット現象を抑制する
ことができる定着装置を提供する。【構成】定着ローラ１は、ハロゲンランプ１ａが内蔵
されている中空円筒状の芯金１ｂを有する。芯金１ｂは
外周面にはＰＡＩからなるプライマー層１ｃが形成さ
れ、該プライマー層１ｃにはオフセット現象の発生を防
止するための離型層１ｄが積層されている。離型層１ｄ
は弾性黒鉛体を含有しているＰＴＦＥの焼成層からな
る。弾性黒鉛体はＥＬＦＩＴＥ（登録商標、興国石油株
式会社製）からなる。弾性黒鉛体の離型層１ｄに対する
充填密度は０．３ｇ／ｃｍ³であり、その圧縮率５０％
における回復率は７０％である。ＰＴＦＥへの弾性黒鉛
体の含有量は１０〜２０重量％の範囲内であることが好
ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真複写装置など
の画像形成装置に用いられる、転写材上の未定着現像剤
像を該転写材上に定着させるための定着装置に関し、特
に、一対のローラを用いる熱定着方式による定着装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な電子写真複写機等の画像形成装
置においては、様々な定着方式が提案されまた実施され
ているが、現在では熱定着方式がその主流をなしてい
る。なかでも、一対のローラを用いるヒートロール定着
方式は熱効率が良い等の理由から多く採用されている。
このヒートロール定着方式においては、未定着画像が直
接的に定着ローラと接触することにより、未定着画像を
形成するトナーの一部が定着ローラ上に転移する、いわ
ゆる、オフセット現象によるオフセットトナーや転写材
から発せられる紙粉などが定着ローラ表面に付着するか
ら、該定着ローラ表面に付着しているオフセットトナー
および紙粉を除去するクリーニング機構が設けられてい
る。

【０００３】このヒートロール定着方式による定着装置
は、図４に示すように、定着ローラ５を備える。定着ロ
ーラ５は、弗素樹脂からなるオフセット現象の発生を防
止するための離型層５ａが形成されている中空円筒状の
芯金５ｂと、該芯金５ｂ内に収容されているハロゲンラ
ンプ５ｃとからなる。

【０００４】定着ローラ５には加圧ローラ６が回転可能
に圧接され、加圧ローラ６は定着ローラ５と協働して転
写材を挟圧搬送するためのニップ部を形成する。加圧ロ
ーラ６は、円柱状の芯金６ｂを有し、該芯金６ｂの表面
はゴムなどの弾性層６ａで被覆されている。

【０００５】定着ローラ５に付着するオフセットトナー
および転写材からの紙粉はパッド状のクリーニング部材
７で除去される。クリーニング部材７は定着ローラ５の
表面に所定の圧力で押し付けられている。

【０００６】転写材８の定着時、未定着トナー像が形成
されている転写材８はニップ部へ向けて搬送される。転
写材８がニップ部を通過するとき、該転写材８上の未定
着トナー像に熱および圧力が加えられ、トナー像が転写
材８に定着される。転写材８のニップ部の通過時、未定
着トナー像を形成するトナーの一部が定着ローラ５に転
移するオフセット現象が発生し、オフセットトナーが定
着ローラ５の外周面に付着する。また、転写材８から発
生される紙粉が定着ローラ５の外周面に付着する。

【０００７】定着ローラ５の回転に伴い定着ローラ５の
外周面に付着しているオフセットトナーおよび紙粉はク
リーニング部材７に向けて搬送される。上記オフセット
トナーおよび紙粉はクリーニング部材７で補集される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、定着ローラ５
の離型層５ａを形成する弗素樹脂はオフセット現象の発
生の防止を目的とする高離型性材料であるから、該離型
層５ａの抵抗値は高くなり、該離型層５ａの表面が転写
材８との摩擦帯電により大きく帯電する。その結果、転
写材８上のトナーが静電作用により定着ローラ５の表面
に吸着されることによってオフセット現象が発生する
（いわゆる静電オフセット）。

【０００９】この静電的に発生するオフセット現象を防
止する目的として、定着ローラ５の離型層５ａを形成す
る弗素樹脂中にカーボンブラックや二酸化チタン等の低
抵抗物の微粉末等を混入させ、定着ローラの離型層５ａ
を低抵抗化することにより表層の摩擦帯電を防止し、上
記オフセット現象の発生を防止するという技術も提案さ
れている（特公昭５８−２３６２６号，特公平２−５９
４６８号に記載）。

【００１０】離型層５ａの低抵抗化を目的としてカーボ
ンブラックや二酸化チタン等の微粉末を樹脂層中に混入
する場合、これらの材料は微粉末であるから、凝集して
二次粒子を形成し易く、充分に離型層５ａを低抵抗化す
ることが困難である。特に、これらのローラの製造工程
においては、加熱ローラの表層を形成している弗素樹脂
等の材料は高粘性であるから、これらの微粉末材料を均
一に分散させることは非常に困難であり、静電気的に発
するオフセット現象を完全に防止するための抵抗値にす
るためには、樹脂層に多量の微粉末を混入させることが
必要になる。また、その弊害作用として、カーボンブラ
ックや二酸化チタン等の微粉末材料が離型層５ａから露
出し長時間上記定着装置を使用すると、表層３ａと転写
材等との摩擦等による摩擦によりこれらの微粉末材料が
表層３ａから離脱する場合があり、そしてこれらの微粉
末材料により離型層３ａを大きく傷つけてしまうことに
より、定着ローラ５の耐久寿命が短くなることがある。
同時にこれらの微粉末材料が表層３ａに露出することに
より離型層５ａの離型性が低下し、かえってオフセット
現象の発生が助長されることもある。また、従来例にあ
るゴムなどの弾性層を有せず、直接に芯金上にフッ素樹
脂などのオフセット防止層を有するハードローラにおい
ては、ゴムなどの弾性層を有するソフトローラと比較し
て定着性が劣るなどの問題がある。

【００１１】これに対し、加圧ローラ６は熱と圧力とを
同時に受けているから、長期に使用された場合、弾性層
６ａの硬度の低下を起こすことがある。その結果、転写
材８にシワを発生させたり、又、とびちりや尾引き等に
よる画像の劣化を生じさせることがある。

【００１２】加圧ローラ６には数mmの厚さの絶縁性の弾
性層６ａが形成されているから、転写材８または定着ロ
ーラ５と摩擦によって瞬時に弾性層６ａは数百ｖ〜数ｋ
ｖに帯電される。転写材８上のトナーの極性が負である
とき、定着ローラ５側に電界を生じ定着ローラ５に静電
的にオフセット現象が生ずる。

【００１３】本発明の目的は、静電的に発生するオフセ
ット現象を抑制することができ、かつ高画質、高耐久、
高定着性を実現することができる定着装置を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、表面にオフセット現象の発生を防止するための離
型層が形成され、内部に発熱体を有する定着ローラと、
表面に弾性層が形成され、上記定着ローラに回転可能に
圧接されている加圧ローラとを備え、上記定着ローラと
上記加圧ローラとは互いに協働して未定着現像剤像が形
成されている転写材を挟圧搬送するためのニップ部を形
成する定着装置において、上記定着ローラの離型層およ
び上記加圧ローラの弾性層の内のいずれか一方の層に弾
性黒鉛体が含有されていることにより達成される。

【００１５】

【作用】本発明の定着装置では、上記定着ローラの離型
層および上記加圧ローラの弾性層の内のいずれか一方の
層に弾性黒鉛体が含有されている。

【００１６】上記弾性黒鉛体は一般にハニカム構造を有
し、優れた電気伝導性を有する。上記定着ローラの離型
層が上記弾性黒鉛体を含有しているとき、上記定着ロー
ラの離型層の表面抵抗は十分に小さくなり、静電的に発
生するオフセット現象は抑制される。上記加圧ローラの
弾性層が上記弾性黒鉛体を含有しているとき、上記加圧
ローラの弾性層の表面抵抗は十分に小さくなり、静電的
に発生するオフセット現象は抑制される。

【００１７】

【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。

【００１８】図１は本発明の定着装置の一実施例の主要
部を示す構成図である。

【００１９】定着装置は、図１に示すように、定着ロー
ラ１を備える。定着ローラ１は、ハロゲンランプ１ａが
内蔵されている中空円筒状の芯金１ｂを有する。芯金１
ｂは外周面にはＰＡＩ（ポリアミドイミド）からなるプ
ライマー層１ｃが形成され、該プライマー層１ｃにはオ
フセット現象の発生を防止するための離型層１ｄが積層
されている。

【００２０】離型層１ｄは弾性黒鉛体を含有しているＰ
ＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の焼成層からな
る。弾性黒鉛体はＥＬＦＩＴＥ（登録商標、興国石油株
式会社製）からなる。弾性黒鉛体の離型層１ｄに対する
充填密度は０．３ｇ／ｃｍ³であり、その圧縮率５０％
における回復率は７０％である。

【００２１】定着ローラ１には加圧ローラ２が圧接さ
れ、加圧ローラ２は定着ローラ１と協働して転写材を挟
圧搬送するためのニップ部を形成する。加圧ローラ２は
円柱状の芯金２ａを有し、該芯金２ａの外周面はゴムな
どの弾性層２ｂで被覆されている。

【００２２】転写材（図示せず）の定着時、未定着トナ
ー像が形成されている転写材はニップ部へ向けて搬送さ
れる。転写材がニップ部を通過するとき、該転写材上の
未定着トナー像に熱および圧力が加えられ、トナー像が
転写材に定着される。

【００２３】次に、定着装置のオフセット性に対する評
価、画質に対する評価および耐久寿命に対する評価につ
いて従来の定着装置のオフセット性、画質および耐久寿
命のそれぞれに対する評価と比較しながら述べる。本評
価においては、定着ローラ１の離型層１ｄにおける弾性
黒鉛体の含有量（重量％で示す）を０％〜３０％の範囲
内で適宜に選択し、弾性黒鉛体の含有量が異なる定着ロ
ーラ１毎に評価を行う。

【００２４】従来例で使用されている定着装置は、表面
に離型層が形成されている定着ローラを備え、該離型層
はカーボンブラックを含有しているＰＴＦＥの焼成層か
らなる。カーボンブラックはカーボンブラック＃４４
（三菱化成株式会社製）からなる。）定着ローラの芯金
およびプライマー層は本実施例の定着ローラ１の芯金１
ａおよびプライマー層１ｂにそれぞれ同じである。加圧
ローラは本実施例の加圧ローラ２と同じである。

【００２５】本実施例および比較例における評価の結果
は表１に示され、従来例における評価の結果は表２に示
され、各表の結果から以下のことが明らかになる。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】まず、弾性黒鉛体の含有量が５％〜２５％の範囲内にあ
る実験番号３，４，５，６，７の定着装置においては、
表１に示すように、弾性黒鉛体の含有量の増加に伴い定
着ローラの表面抵抗値が低下するとともに、オフセット
性が良くなる傾向にある。しかし、実験番号７の定着装
置および実験番号８の定着装置では、表面抵抗値が低下
しているにもかかわらず、オフセット性が悪化している
が、これは弾性黒鉛体の含有率が高すぎることによって
生じる離型層１ａの離型性の劣化に起因するものである
と考察される。

【００２８】これに対し、従来例においては、表２に示
すように、カーボンブラックの含有量の増加に伴い定着
ローラの表面抵抗値が低下する傾向があるが、該表面抵
抗値は静電的に発生するオフセット現象を防止すること
が可能な値にまで低下せず、完全にオフセット現象の発
生の防止をすることはできない。また、ＰＴＦＥ樹脂中
のカーボンブラックの含有率を２５重量％より大きくす
ることはできない。

【００２９】次に、転写材上に定着された網点画像のと
びちりによって画質を評価する。従来例においては、定
着前の画像と比較して、定着後の画像がつぶれてとびち
るなどの定着することによる画質の劣化が確認された。
これに対し、実験番号３，４，５，６，７の定着装置に
おいては、離型層１ｄに弾性黒鉛体を含有させることに
よって定着後の画像のとびちりによる画質劣化が格段に
減少している。これは離型層１ｄに含有されている弾性
黒鉛体によって離型層１ｄに弾性が僅かに生じ、定着時
の画像のつぶれが少なくなるからであると考えられる。
また、定着性においても実験番号３，４，５，６，７は
実験番号１，２，８に比べて優れている。これは離型層
に弾性が生じトナーをつつみこむ効果によるものと考え
られる。

【００３０】次に、本実施例（実験番号３〜７）の定着
ローラ１の耐久寿命に関しては、従来例の定着ローラの
耐久寿命に比して格段に向上していることがわかる。し
かし、実験番号７の定着装置および実験番号８の定着装
置に見られるように、弾性黒鉛体の含有率が過剰になる
と、弾性黒鉛体が離型層１ｄから外部へ露出する傾向は
強くなるから、耐久寿命は他の定着装置の耐久寿命に比
して劣る。また、実験番号７，８の定着装置の耐久寿命
の劣性は、表１に示す摩耗量からも明らかである。

【００３１】以上より、ＰＴＦＥの焼成層への弾性黒鉛
体の含有量が５〜２５重量％の範囲内である定着ローラ
１を備える定着装置においては、オフセット性、画質お
よび耐久寿命が優れている。また、ＰＴＦＥの焼成層へ
の弾性黒鉛体の含有量を１０〜２０重量％の範囲内とす
ることによって、より優れたオフセット性、画質および
耐久寿命を有する定着装置を得ることができる。

【００３２】次に、他の定着装置について説明する。他
の定着装置では、離型層が弾性黒鉛体を含有しているＰ
ＦＡの焼成層からなる定着ローラを用いている。他の定
着装置が組み込まれている画像形成装置で得られた評価
の結果は、表３から明らかなように、他の定着装置が優
れた性能を有することを示している。

【００３３】

【表３】次に、さらに他の定着装置について説明する。さらに他
の定着装置では、離型層が弾性黒鉛体を含有している成
形ＰＦＡチューブからなる定着ローラを用いている。さ
らに他の定着装置が組み込まれている画像形成装置で得
られた評価の結果は、表４から明らかなように、さらに
他の定着装置が優れた性能を有することを示している。

【００３４】

【表４】次に、さらに他の定着装置について説明する。図２は本
発明の定着装置のさらに他の実施例の主要部を示す構成
図、図３は図２の定着装置に用いられている加圧ローラ
のアスカーＣ硬度と通紙枚数との関係を示す図である。

【００３５】定着装置は、図２に示すように、定着ロー
ラ３を備える。定着ローラ３はハロゲンランプ１ａが内
蔵されている中空円筒状の芯金１ｂを有する。芯金１ｂ
の外周面にはプライマー層１ｃが形成され、該プライマ
ー層１ｃにはオフセット現象の発生を防止するための離
型層３ａが形成されている。離型層３ａは弗素樹脂から
なる。

【００３６】定着ローラ３には加圧ローラ４が圧接さ
れ、加圧ローラ４は定着ローラ３と協働して転写材を挟
圧搬送するためのニップ部を形成する。加圧ローラ４は
直径寸法が３０mmである円柱状の芯金４ａを有し、該芯
金４ａの外周面にはプライマー層４ｂが形成されてい
る。プライマー層４ｂには弾性層４ｃが積層されてい
る。弾性層４ｃは弾性を有するシリコーンゴムからな
り、その厚さ寸法は５mmである。弾性層４ｃにはプライ
マー層４ｄが形成され、プライマー層４ｄには表面層４
ｅが形成されている。表面層４ｅは厚さ寸法が５０μm
であるＰＦＡ製のチューブからなる。

【００３７】弾性層４ｃには、弾性黒鉛体が含まれてい
る。シリコーンゴムに対する弾性黒鉛体の含有率は約３
０重量％である。シリコーンゴム単体の体積抵抗値は１
０⁸〜１０¹⁰Ωcm程度である。加圧ローラ４のアスカー
Ｃ硬度は、表面層４ｅを含む値で約６３度である。

【００３８】次に、定着装置に対する耐久テストについ
て述べる。耐久テストには、本発明の定着装置（図２）
が組み込まれている画像形成装置と、従来の定着装置が
組み込まれている画像形成装置とが用いられ、各画像形
成装置に対して連続的に通紙が行われる。

【００３９】図３から明らかなように、通紙枚数が４０
万枚に到達するまでの間、加圧ローラ４の弾性は高い値
に維持され、アスカーＣ硬度の低下率は従来の定着装置
の加圧ローラのアスカーＣ硬度の低下率に比してかなり
低い。なお、本図中の○印は本発明の定着装置（図２）
の加圧ローラ４のアスカーＣ硬度を示し、△印は従来の
定着装置の加圧ローラのアスカーＣ硬度を示す。

【００４０】また、従来の画像形成装置では、通紙枚数
がほぼ２０万枚に到達した時点で紙じわが発生し、ニッ
プ部の大きさの増大に起因する画像のとびちり、尾引き
などが発生している。

【００４１】これに対し、本発明の定着装置（図２）が
組み込まれている画像形成装置では、通紙枚数が約４０
万枚に到達した時点でアスカーＣ硬度の低下は僅かであ
り、紙じわの発生、画像への悪影響などは確認されてい
ない。また、弾性層４ｃの抵抗値が非常に小さいから、
転写材との摩擦による加圧ローラの帯電量は僅かであ
り、静電的なオフセット現象の発生を抑制することがで
きる。例えば、従来の加圧ローラの帯電量が−数百ｖか
ら−数千ｖまで到達することに対し、加圧ローラ４の帯
電量は−１００ｖ〜−２００ｖ程度である。よって、通
紙枚数が少なくとも約４０万枚に到達するまで定着ロー
ラ３および加圧ローラ４にトナーなどによる汚れが付着
することを防止することができ、良好な画像を長期間に
亘り得ることができる。

【００４２】なお、本実施例では、弾性層４ｃをＰＦＡ
チューブからなる表面層４ｃで被覆しているが、弾性層
４ｃが表面層４ｅで被覆されていない加圧ローラを用い
ることもできる。上記加圧ローラでは、加圧ローラ４と
同様に、表面抵抗が低抵抗であるから、４０万枚の通紙
による耐久テストで加圧ローラ４にトナーなどによる汚
れが付着していないことが確認されている。

【００４３】本実施例では、弾性層４ｃに対する弾性黒
鉛体の含有率を３０重量％としているが、弾性層４ｃに
対する弾性黒鉛体の含有率を５重量％とすることもでき
る。弾性黒鉛体の含有率を５重量％とすることによっ
て、弾性層４ｃの抵抗値は１０¹²程度に上昇したが、耐
久テスト期間内におけるアスカーＣ程度の変化は小さ
く、その変化範囲は初期値より２〜３度低い値までの範
囲である。よって、汚れのない良好な画像を得ることが
できる。なお、上記のアスカーＣ硬度の変化が僅かであ
ることは、弾性黒鉛体の圧縮後における回復率が高いこ
とに起因していると考えられる。

【００４４】なお、本実施例では、弾性層４ｃをシリコ
ーンゴム材としているが、該シリコーンゴム材に代えて
他のゴム材を用いることもできる。例えば、耐熱性の高
い弗素ゴムを用いることができる。

【００４５】また、本実施例では、耐久テスト条件とし
て定着ローラの表面温度を約１８０℃として耐久テスト
をしているが、定着温度が１８０℃より高い温度に抑制
されているとき、加圧ローラ４のアスカーＣ硬度は通紙
枚数２０万枚程度までの範囲内で３度程度低下する。し
かし、従来の加圧ローラに比してアスカーＣ硬度の低下
はわずかであり、耐久寿命も長い。

【００４６】

【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、上記弾性黒鉛体が上記定着ローラの離型層
および上記加圧ローラの弾性層の内のいずれか一方の層
に含有されていることにより、該一方の層の表面抵抗が
低くなるから、該一方の層の表面抵抗の高さに起因して
静電的に発するオフセット現象を抑制することができ
る。また、高耐久、高画質、高定着性を得ることができ
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さらに他の実施例を示す構
成図である。

【図３】図２の定着装置に用いられている加圧ローラの
アスカーＣ硬度と通紙枚数との関係を示す図である。

【図４】従来の定着装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１，３定着ローラ２，４加圧ローラ１ｄ離型層４ｃ弾性層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面にオフセット現象の発生を防止する
ための離型層が形成され、内部に発熱体を有する定着ロ
ーラと、表面に弾性層が形成され、上記定着ローラに回
転可能に圧接されている加圧ローラとを備え、上記定着
ローラと上記加圧ローラとは互いに協働して未定着現像
剤像が形成されている転写材を挟圧搬送するためのニッ
プ部を形成する定着装置において、上記定着ローラの離
型層および上記加圧ローラの弾性層の内のいずれか一方
の層に弾性黒鉛体が含有されていることを特徴とする定
着装置。
【請求項２】定着ローラの離型層は、弾性黒鉛体を５
重量％から２５重量％までの範囲内の比率で含有してい
る弗素樹脂からなることとする請求項１に記載の定着装
置。
【請求項３】加圧ローラの弾性層は、弾性黒鉛体を含
有ているシリコーンゴム、弗素ゴムなどのゴム材からな
ることとする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】弾性黒鉛体の充填密度は０．５ｇ／ｃｍ³
以下であり、該弾性黒鉛体の回復率は、１０％から９０
％までの範囲内の圧縮率において、５０％以上であるこ
ととする請求項２または請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】弾性黒鉛体はハニカム構造を有すること
とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項６】弾性黒鉛体は、炭素質材料を硝酸、硝酸
と硫酸との混酸などの酸で処理した後に該炭素質材料に
２４００℃以上の温度で黒鉛化処理を施すことによって
製造される黒鉛体であることとする請求項２または請求
項３に記載の定着装置。
【請求項７】炭素質材料は、水素の含有量が２重量％
以上である炭素質メソフェーズ、コークスなどの材料か
らなることとする請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】炭素質材料を酸で処理する時間は０℃か
ら１５０℃までの範囲内の温度で５分から５時間までの
範囲内であることとする請求項６に記載の定着装置。