JPS63161472A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子写真装置あるいは静電記録装置に用いら
れる定着装置に関するもので特に高耐久性定着ローラに
関するものである。

（従来の技術及び問題点） 従来、現像剤として乾式の樹脂性トナー（以後トナーと
記す）像を定着する定着装置におおいては、圧力定着、
熱定着、熱圧定着が用いられているが、でき上った画像
の質並びに定着性の点て一般に熱圧定着を含む熱定着が
主流である。さらにこの熱定着の内でも定着装置の簡便
さ、安全性の問題から、熱ロール定着が主に用いられて
いる。

熱ロール定着は、加熱された一対のローラ間に現像剤支
持シート（以下「支持シート」という。）すなわちトナ
ー像支持するシートを挾持搬送させることでトナー像を
定着させるものである。各ローラの材質としては、トナ
ー像に接触する定着ローラかアルミニウム製の中空ロー
ラの表面フッ素樹脂（例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥ）等の低
表面エネルギーの物質を形成したものか用いられ、他方
、上記定着ローラに加圧接触する加圧ローラは、ステン
レス等の剛性を有する中空金属ローラの表面にシリコン
ゴム、フッ素ゴム等の耐熱性ゴムを数ｆｆ１ｌｌの厚さ
に形成したものか用いられる。前述のととくのローラ構
成により、定着ローラ表面は１８０℃ないし２００°Ｃ
に加熱されかつ、加圧ローラと定着ローラの接触幅（以
下「ニップ幅」という。）が６〜１０数ＩＩＩＩ！ｌ、
圧力か数Ｋｇ／Ｃｒ５２の条件下において定着か行なわ
れている。この定着方法は、トナー像及び現像剤担持シ
ートを十分加熱してトナー像を溶融させて支持シートに
付着させるための、支持シート自体へ多量な熱か奪われ
てしまい、定着に用いられるエネルギーの効率は低いも
のになっている。

これに対して使用するトナーの軟化点を低下させること
により定着温度を下げ支持シートへ奪われるエネルギー
を抑制して上述のエネルギーロスを減少させ定着効率を
上げるという努力がなされているが、トナーは画像性を
維持するための適度な粒径に粉砕可能でかつブロッキン
グと呼ばれる凝固を発生しないようその材質か選ばれな
ければならないため、実際上、軟化点を低くすることは
困難でこれに対し本願出願人による先の出願（特願昭６
ｌ−２４６６０９）にて２０Ｋｇ／Ｃｒ５２以上の圧力
の下で熱を同時に加えることにより、トナーの軟化点を
低下させてトナーを支持シートに定着させる定着装置か
提案されている。

この定着装置においては、前述のごとくトナーの定着温
度を低下させたことにより、従来の定着装置のごとく定
着ローラと加圧ローラと加圧ローラのニップ幅を広くし
なくとも定着が可能なため、支持シート（例えば紙）の
定着ローラとの接触時間を短くすることか可能となり、
紙へ奪われる熱量か減少し実質上省エネルキー化か可能
となる。かかる装置では、前述のような高圧力を両ロー
ラ間に印加しなから紙等の支持シートを挾持搬送するた
めに、定着ローラの表面材質は耐摩耗特性に優れかつ軟
化したトナーが付着しないよう高離型性か求められてい
る。しかしながら、現在迄定着ローラの表面材として主
に用いられているものはＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹
脂であるため、上述のような高圧印加時には実質上の耐
摩耗特性がなく紙等の像支持材との接触により表面が粗
くなり離型性か著しく低下するという欠点を有している
。従来この欠点を補う手段としてシリコーンオイル等の
離型剤を塗布することが行なわれているが、高圧印加に
よって生じた粗れは従来の低圧時に発生する粗れよりも
深く、圧力抜は等を生じるため、トナーが定着されずシ
リコーンオイルの効果を生かすことがてきない。これに
対してアルミニウムのシリンダ表面を陽極酸化した後、
この陽極酸化によって形成されるアルマイト表面及びア
ルマイトの表面から内部に向って形成されている直径数
百人の微細孔にフッ素樹脂を含浸塗布した定着ローラか
提案されている。このローラはフッ素樹脂コートにより
初期の離型性も良く、さらにフッ素樹脂が高硬度のアル
マイト上に数ＪＬＩｌの厚みに形成されているためフッ
素樹脂の厚さ以上の摩耗かないという利点、さらに、ま
た表層のフッ素樹脂が摩耗しても前述微細孔中のフッ素
樹脂がアルマイト表面に析出し離型性を確保することが
可能であると言われている。

しかし、本願発明者か同様のフッ素樹脂加工アルマイト
について実験を行なったところ、表層テフロンが摩耗し
た後急激に離型性か低下した。使用法によっては部分的
に離型性か一時回復することもあるが、数万枚の通紙に
よって完全にアルマイト層か裸出し離型効果が低下又は
消失してしまった。これは前述微細孔中にフッ素樹脂か
十分含浸されていない、あるいはフッ素樹脂の延伸か十
分でなくアルマイト表面に十分床がらず離型層を形成で
きないということに起因する。このように高圧力下にて
加熱による定着を達成する装置は未だ実現されていない
。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、以上のような事態に対処すべくなされたもの
であって、低消費エネルギーてかつ高速に対応でき、安
定して高画質の画像が得られる定着装置を提供すること
を目的とする。

本発明は上記目的の達成のために、 現像剤支持シートを挟圧搬送するための、互いに高圧下
で加圧接触して回転する複数のローラの少なくとも一つ
のローラ内にローラの加熱用の熱源を備えている熱圧定
着装置において、上記複数のローラのうちの少なくとも
一つのローラは、外表面にアルミニウムの陽極酸化によ
る皮膜層を有し、 上記皮膜層は、その表面及び微細孔に潤滑剤がそれぞれ
成膜及び含浸されている、 ことにより構成される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明の定着装置を適用した電子写真装置であ
り、これについて予め簡単に説明をしておく。

先ず、コピーボタンか（図示せず）押されると感光体ド
ラムｌが矢印方向に回転を始める。

感光体ドラム１は回転に伴なって帯電器３より一様に帯
電される。一方、原稿照明系２は感光体トラム１の回転
に伴なって、ホームポジションから移動を開始する。原
稿台４上の原稿照明ランプ５により照明され、レンズ系
６を介して順次原稿光像が露光位置７に於一様に帯電さ
れた感光体トラム１に露光される。これにより、感光体
ドラム１上に静電潜像が形成される。そして、この静電
潜像は現像器８によりトナー像に現像され、トナー像は
給紙ローラ９とレジストローラ１０により前述トナー像
の先端に同期して給紙された支持シートとしての転写紙
Ｐに転写帯電器１１により転写される。トナー像が転写
紙Ｐはさらに搬送ベルト１２により搬送されて本発明の
定着装置Ｆに至る。転写紙Ｐは内部に熱源を有する定着
ローラ１４と、これに圧接する加圧ローラ１３との回転
体対により挾持搬送される。

このとき定着ローラ１４からの熱伝導と加圧ローラ１３
からの圧力により樹脂からなるトナーは、軟化し転写紙
Ｐ上に定着される。そして、定着後、転写紙Ｐは分離爪
１５により前記ローラ対から剥離され機外に排出される
。尚、トナー像が転写された感光体ドラムは、クリーナ
ー１７により残留トナーを除去され次回の画像形成に備
えることとなる。

次に第１図及び第２図を用いて本発明である定着装置及
び定着ローラについて詳述する。

第２図は本発明の定着装置下の概略縦断面図である。こ
の装置は、加圧ローラ１３．定着ローラ１４１分離爪１
５．温度センサー１８．加熱ヒータ２０を備えている。

加圧ローラ１３と定着ローラ１４は、バネ等（図示せず
）により互に圧接されており、該圧接力は、２０にｇ／
Ｃｍ２以上１００Ｋｇ／Ｃｍ２以下であり望ましくは２
５にｇ／Ｃｍ”以上８０Ｋｇ／（：ｍ’以下である。ま
た、２０Ｋｇ／Ｃｍ２以下の圧力では定着率が著しく低
下し、１２０　ＫｇｌＣ■２以上の場合転写紙が圧力に
よって強くつぶされるので、表面が光沢を帯びる等の欠
点を生じる。また、両ローラの接触幅にツブ幅）は、転
写紙への必要以上の熱を与えないため極力挟いことが望
ましく、上記ローラ周速度が６００＋１ｍ／ｓｅｃ場合
、３〜４１１１１か望ましい。但し、ニップ幅は他に圧
接力、定着ロール温度等によって定められているため、
諸条件を考慮して適宜設定する。

次に、加熱ヒーター２０によって加熱昇温させられる定
着ローラ１４の表面温度について述べると、定着すべき
現像剤（トナー）に含まれる複数種の樹脂成分の内その
ＪＩＳ　　Ｋ−２５３１の測定で決められる軟化点か最
も高い樹脂の軟化点温度よりも定着ローラ表面温度が若
干低く設定されることが好ましく、例えばトナーに含ま
れる樹脂が軟化点７０℃のワックスと軟化点１９０℃の
スチレン−アクリルから成る場合、上記表面温度は１０
０〜１６０°Ｃの範囲に設定されることが望ましい。こ
れも他の圧力等の諸条件を考慮して適宜前記範囲内にて
設定する。

次に、各部について詳述する。まず本発明の主眼たる定
着ローラ１４について第１図をも参照して述べる。定着
ローラ１４は中空アルミニウムシリンダ４２の内部にハ
ロゲンランプ等の加熱ヒータ２０を有し、前述の定着温
度迄加熱昇温させられておりかつ温度センサー１８によ
り表面温度を検知し温調回路（図示せず）により定着温
度を保つように調温されている。

該定着ローラ１４の中空アルミニウムシリンダーは第１
図に示すように表面が２０〜３０４ｍの厚みで陽極酸化
層４３か形成されており、さらに陽極酸化層４３の表面
及び陽極酸化の微細孔４４は金属石帥、金属硫化物等の
潤滑剤４１で被われている。ここで用いられる、潤滑剤
４１は、金属石鹸としてステアリン酸亜鉛、ステアリン
酸カルシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸ア
ルミニウム等が用いられ、金属硫化物としては、二硫化
モリブテン等が用いられる。または上記金属石鹸と金属
硫化物の混合物でもよい。

次に、定着ローラ１４の製造方法について簡単に述べる
。アルミニウムシリンダー４２は表面を０．５　ｇｍ　
ｒ＋ｓｓ以下の粗さに仕上られた後、公知の硫酸性陽極
酸化処理を施し、２０〜３０鉢朧のアルマイト層４３を
形成する。さらに、前記潤滑剤層の形成法は２種類あり
、第一方法は前記方法にて作成したアルマイト表面シリ
ンダを１００〜１２０℃で数時間加熱し、表面及び孔４
４１６残留する水分を除去した後、さらに１５０〜１６
０℃迄昇温させる。このアルマイト表面に加熱溶融させ
た金属石鹸、あるいは金属石鹸に金属硫化物を混合した
ものを塗布し、全体に均一に被うようにする。その後全
体を室温迄冷却した後に表面２０００番以上のサンドベ
ーパーで研磨し、定着ロールとする。以上の工程により
微細孔４４の内部に潤滑剤が含浸されかつ表面研磨によ
り表面層に１ｇｍ以下の厚さの潤滑層が形成される。

次に第二の方法としては、アルマイト処理後、電界析出
方法を用いて上述の微細孔４４の低部から金属石鹸、金
属硫化物等の成分を直接沈着させて行く方法かある。こ
の方法によれば、微細孔４４の底部から密に潤滑剤が含
浸されるための第一の方法よりも多くの潤滑剤が付与さ
れ若干耐久性が増す。また第二の方法によって得られた
アルマイトシリンダーも含浸後２０００〜３０００番の
サンドペーパーで研磨することにより表面潤滑層が形成
される。

次に、加圧ローラ１３について詳述する。加圧ローラ１
３は前記ニップ部における圧接力とニップ幅を確保する
ための種々の材質から選ばれるが、定着時に熱と圧力を
過不足なく与えるに望まし形態について述べる。第２図
に示す加圧ロール１３は鋼（ステンレス）製の中空ある
いは中実の芯金３０の上に０．２〜［■厚に耐熱性のゴ
ム層３１、例えばシリコンゴムフッ素ゴムを形成し、そ
の後フッ素樹脂からなる肉厚０．２〜０．８ｍｍのフィ
ルム層を設けたものである。各層の厚みは所望する圧力
、ニップ幅により適宜定められるが、ローラー周速度６
００ｍｍ／ｓｅｅ　、定着ローラ温度１６０８Ｃ、ニッ
プ部圧力４０Ｋｇ／Ｃｍ２、ニップ幅３〜３．５ｍｎ＋
の場合、硬度７０度のシリコンゴム厚０．５　ｍｍフッ
素樹脂層厚０．５＋ａｍにすることで条件を達成できる
。また上記ゴムと樹脂との複合材料の他、ニップ幅、ニ
ップ圧力を所望の値に設定できるものとして、芳香族ポ
リアミド樹脂繊維からなる紙［ノーメックス　デュポン
社製］によって作られた厚さ１００〜３００　ｇｍの円
板を前記ローラ芯金３０の軸方向に多数枚積層した後、
芯金両端からこれを圧縮固定することにより該加圧ロー
ラの硬度を所望の値の設定することが可能となる。

次に、上記定着ローラ、加圧ローラを用いた定着装置に
用いるトナーについて述べる。本発明に用いられるトナ
ーは熱定着特性及び圧力定着特定の両者の特性を有する
ものが望ましいが、圧力定着性の強いトナーは前述の従
来例に示したごとく、現像安定性及びトナー作成上の問
題より好ましくない。望ましくは熱定着特性を有する樹
脂に圧力定着性を有するワックス等の軟質材料を付与す
ることにより目的を達成することかできる。すなわち高
軟化温度樹脂に低軟化点ワックスを混合したトナーによ
り達成される。

さらにこのワックスについて詳述すると、一定の温度迄
加熱されると急激に流動性か増すシャープメルト性を有
するものが望ましい。作成法としては、このワックスと
前述の熱定着性を有する樹脂を公知の方法で混練するあ
るいは、前述の樹脂のモノマーとワックスを混合し該千
ツマ−を重合して得られたものを粉砕９分極してトナー
か得られる。また、必要に応じて該トナーに磁性粉体を
混ぜたものでも良い。

ここで用いられるワックスの融点は用いる電子写真装置
における定着装置の速度及び上述ローラ１４の表面湿度
と、ローラ１３との接触幅によって選ばれる。

次に、混合比について述べると、これも用いるべき樹脂
により変化するが樹脂ｌに対し、３倍以上のワックスを
混ぜた場合前述の圧力定着性が強く発生することとなり
、トナー自体が軟質となるため現像特性が悪化する他、
プロツキンク現象が発生するため好ましくない。好まし
くは、樹脂ｌに対しワックスが２倍以下である。

但し、上記混合系に対し圧力が印加された場合シャープ
メルト特性を有するパーサミド７２５（日本ヘンケル製
、ポリアミド）等の樹脂の場合単独で用いることも可能
である。

次に本発明の各ローラを用いた定着装置の実施例を従来
例と比較して表１に示す。なお、定着性の比較に際して
用いたトナーは全て、以下の外法によって作成されたも
のである。

トナー作成法 スチレンモノマー　　　　２０００重量部環化ゴム（ア
ルペックス（：Ｒ４５０゜ヘキストジャバン社製）４０
０重量部 ボントロンＥ８１（荷電制御剤。

オリエント化学工業製）８０重量部 カーボンブラック（ＳＴＥＲＩＮＧ　Ｒ。

米国キャボット社製）６００重量部 パラフィンワックス１５５°Ｆ （軟化点６９°Ｇ　）　　　　　２０００重量部上記成
分をアトライターにより温度８０℃て４時間部合して単
量体組成物を調製した。得られた単量体組成物２５４重
量部を、アミノ変性シリカ（アエロジル２００の１００
重量部をアミノプロピルトリエトキシシラン５重量部で
処理したもの）　１２重量部および０．ＩＮ塩ｆｉ２５
重量部を含有する８５°Ｃに加温された蒸留水１２００
重量部の水性媒体へＴＫホモミキサーの攪拌下に投入し
、投入後１５分間１０，０００ｒｐｍで攪拌して、分散
造粒した。

造粒後液温を６０℃に下げ、重合開始剤として２．２′
−アゾビス−（２，４−ジメチルバレロニトリル）３重
量部および２，２′−アゾビスイソブチロニトリル１．
５重量部を水性媒体へ添加して、３０分間攪拌した。さ
らに、攪拌をバルド刃攪拌に変えて６０℃で１０時間攪
拌し、重合を完結させた。

得られた重合トナー含有の水性媒体を冷却し、脱水し、
水酸化ナトリウム溶液で洗浄してアミノ変性シリカを溶
液除去し、水洗し体積平均粒径７．１島ｌの重合トナー
を得た。

上記重合トナーに重量比で５％となるよう疎水性シリカ
を混ぜ攪拌した後、混合重量比トナー：キャリアか１：
９になるようにトナーとキャリアを混合し、２成分トナ
ーとしたものを用いた。

（以下余白） （発明の効果） 本発明は以上のように、高圧下て接触するローラの一つ
の外表面にアルミニウム陽極酸化による皮膜層を形成し
、その皮膜層の表面及び微細孔に潤滑剤を成膜そして含
浸させることとしたので、加熱とともに従来の熱定着装
置に比して数倍の圧力を印加することにより、ニップ幅
を１／２〜１７３以下に減少せしめ、定着ローラ温度を
２０６Ｃ以上低下でき、より高速の定着を従来の２７３
以下のエネルギーで行なうことか可能になった。さらに
は、定着ローラの耐久性か従来方式のローラをそのまま
用いる場合に比べ２倍以上になり長寿命化が図れるよう
になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の定着装置のローラの表面部での部分断
面図、第２図は上記ローラを用いた本発明の実施例たる
定着装置を示す概略断面図、第３図は第２図装置を用い
た電子写真装置の概略側面図である。 １４・・・・・・・・・定着ローラ ４１・・・・・・・・・潤滑剤（層） ４３・・・・・・・・・皮膜層 ４４・・・・・・・・・微細孔 特許出願人　　　　　　　キャノン株式会社代理人　　
　弁理士　　　藤　　岡　　　徹第　　１　　図 第　　２　　図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）現像剤支持シートを挟圧搬送するための、互いに
   高圧下で加圧接触して回転する複数のローラの少なくと
   も一つのローラ内にローラの加熱用の熱源を備えている
   熱圧定着装置において、 上記複数のローラのうちの少なくとも一つ のローラは、外表面にアルミニウムの陽極酸化による皮
   膜層を有し、 上記皮膜層は、その表面及び微細孔に潤滑 剤がそれぞれ成膜及び含浸されている、 ことを特徴とする定着装置。
2. （２）潤滑剤は、金属石鹸あるいは金属硫化物もしくは
   これら両者の混合物からなることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載の定着装置。
3. （３）ローラー対の圧接力が２０キログラム／平方セン
   チメートル以上１００キログラム／平方センチメートル
   以下であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   または（２）項記載の定着装置。
4. （４）現像剤は複数の樹脂からなると共に、ローラの表
   面温度は、これら各々の樹脂のＪＩＳＫ−２５３１によ
   る測定で決められる軟化点の最高の軟化点温度よりも低
   く設定されていることを特徴とする特許請求の範囲第（
   １）項ないし第（３）項のうちの１つに記載の定着装置
   。
5. （５）アルミニウム陽極酸化皮膜層を有するローラに対
   向して圧接するローラが、金属製芯金にゴム層を設け、
   さらにその上にフッ素樹脂を巻きつけあるいはチューブ
   状にして被せてなることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項ないし第（４）項のうち１つに記載の定着装置
   。
6. （６）アルミニウム陽極酸化皮膜層を有するローラに対
   向して圧接するローラが、金属製芯金に耐熱性樹脂繊維
   からなる紙をローラ軸方向に積層し圧縮してなることを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項ないし第（４）項
   のうちの１つに記載の定着装置。