JPS63192071A - 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〕 本発明は電子写真複写機、レーザービームプリンター、
ファクシミリ等の画像形成装置において使用される定着
装置に関し、特には圧接して回転する一対のローラ間に
、未定着像を有する記録材を通過させることにより、そ
の記録材上に未定着像を定着する定着装置に関するもの
である。

〔従来技術〕

従来、定着装置については加圧、及び又は加熱による定
着装置等種々の形態が考案され実施されているが、現状
では熱効率の観点から少なくとも一方のローラが熱源に
よって加熱される一対のローラを有する所謂加熱ローラ
定着装置が主流を成している。

この加熱ローラ定着装置は上記一対のローラ間に未定着
像、例えば熱溶融性の未定着トナー像を有する記録材が
通過することにより、その記録材上にトナー像が加熱・
加圧されて定着されるものである。この定着装置によれ
ば加熱されたローラが直接未定着像に接触するため熱伝
達効率が極めて優れるが、その反面いくつかの弊害も生
じ、それに対する対策がなされるのが常である。

その弊害の１つとして、オフセット現象と呼ばれる、ト
ナーのローラへの転移現象がある。オフセット現象は通
常、定着不良気味で起きる低温オフセットと、ローラの
昇温に伴う高温オフセットに分かれるが、必ずしもその
メカニズムは明らかではない。ただ、近年ではこのオフ
セット現象に対する対策として、ローラにフッ素樹脂等
の離型性樹脂被覆を施すと共に、ローラ、に付着したオ
フセット・トナーを機械的に除去清掃したり、シリコー
ンオイル等の離型剤をローラに塗布することにより、オ
フセット・トナーそのものを減少させる対策がなされて
いる。

一方、一対のローラにおいて、上ローラが記録材、或い
は下ローラとの摩擦帯電により数１０Ｖ以上に帯電する
ため、記録材上の荷電トナーが静電的に上ローラに引き
寄せられるという観点から、オフセット現象に対する他
の対策として、上ローラの表面電位を下げることが有効
とされる。そのため、ローラの離型性樹脂表層の抵抗を
低（することが試みられ、離型性樹脂表層に′導電性を
有する金属粉末やカーボン・ブラック等の非晶質な低抵
抗微粉末を添加することが特公昭５８−２３６２６号公
報により知られている。

〔発明が解決しようとしている問題点〕しかしながら、
上記の様な低抵抗粉末を混入したローラに於いては十分
にその摩擦帯電を抑止する事が出来ず、結果的にオフセ
ット・トナーを軽減し切れないという欠点がある。この
点について本発明者らは考察及び検討を加えた結果、次
の様な理由によるものと考えるに至った。第３図はロー
ラ対によるニップ部を拡大し、模式的に示したものであ
る。図において、ｌは上ローラ、２は下ローラ、３は未
定着トナー像Ｔを有する紙等の記録材である。

記録材３上のトナーＴは、上ローラｌと下ローラ２とが
形成するニップ部に於いて加圧、加熱され記録材３上に
定着されようとするが、この時ローラは−す 記録材トナー等との摩擦により帯電する。一方、通常ト
ナー像と接する上ローラ１はその表面離型性に優れる、
ＰＦＡ、ＰＴＦＥの如きフッ素樹脂被覆層４を有してい
るが、この様なフッ素系樹脂は摩擦帯電系列上、最も負
帯電し易く、通常記録材と摩擦すると数１００ｖ以上に
も及ぶ。従って特に正帯電のトナーを用いると、トナー
は静電引力により容易に上ローラ側へ転移し付着する。

従って、この負帯電を抑止するため従来の様に低抵抗な
微粉末５を樹脂層４に添加した場合には、微粉末５の樹
脂層４中での分散の様子は第３図の様になっている。

この様な樹脂層を設ける事により、巨視的に見れば数１
００Ｖ以上帯電していた上ローラも高々数１０Ｖ以下に
低下し、これに伴なってオフセットするトナーも多少軽
減されるが依然としてオフセット・トナーＩは多い。こ
こで、上記樹脂層を微視的に見ると、低抵抗な微粉末５
は、概ね一様に分散しているが、第３図の領域ａの如く
微粉末が互いに接触して連なり、表層部とローラの芯金
６が、静電的に接続されている部位も有れば、逆に領域
すの如（微粉末同士が独立して接点を持たないため、表
層部が芯金６に対し実質的に絶縁状態になる部位もある
。

領域ａの表面部分ａ′　は芯金６と電気的に導通状態に
あるため、摩擦によって生ずる電荷が芯金６へリークし
、ローラ上に残留する電荷は少ない。従って表面部分ａ
′　と対向する位置にあるトナーＴ′　はローラ方向へ
の静電引力が小さくオフセットしすらい。

しかし、領域すの表面部分ｂ′　は実質的に絶縁状態に
あるため、摩擦によって生ずる負電荷がローラ上に残留
し、表面部分ｂ′　に対向するトナーＴ′との間で強い
静電引力が働くため、トナーは容易にオフセットしてし
まう。従って巨視的には表面部分ａ′　とｂ′　が混在
するためローラの帯電電位は下して見えるが、表面部分
ｂ′　の様に絶縁状態にある所でオフセットが発生する
ため、結果的にはオフセット・トナー畳はそれ程軽減さ
れない。また、上記の説明から容易に推測される様に、
オフセット現象を軽減するには領域ａ（表面部分ａ′）
を増やせば良いのだから、微粉末５の外添量を増やすと
いう手段が考えられる。しかし、微粉末の添加比率が多
くなれば、当然離型性樹脂材たるフッ素樹脂の比率が下
がり、その分ローラの離型性が損なわれるため、静電的
なオフセット現象が軽減される一方、物理的な付着によ
るオフセット現象が増加して結局、オフセット現象は軽
減されない。

この様に従来の如く低抵抗微粉末を用いたローラに於い
て、その添加比率を低（抑えつつ、オフセット現象を軽
減する事は極めて難しかった。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明の目的は、ローラの離型性を損なうことな
（、確実に且つ微視的にも均一にローラ上の摩擦帯電を
防止し、これによりオフセット現象を著しく軽減するこ
とができる定着装置を提供することにある。

即ち、上記目的を達成するために、本発明はローラ表面
の離型性樹脂被覆層として、比較的低抵抗なウィスカー
状単結晶繊維を含有した離型性樹脂被覆層を有するロー
ラを以って定着装置を構成するものである。

〔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２図は本発明を適用可能な定着装置のの一実施例を示
している。図において、１０は上ローラで、本実施例で
は未定着トナー像に接触する側のローラ、２０は弾性層
を有する下ローラで少なくとも定着時に上ローラ１０に
不図示の加圧手段によって圧接する。上ローラ１０はそ
の表面に離型性樹脂被覆層を有し、内部にはローラを加
熱する熱源７が設けられている。上ローラ１０と下ロー
ラ２０は適切な巾のニップ部Ｎをもって互いに圧接し、
不図示の駆動手段により図中矢印方向にそれぞれ回転駆
動される。そして、未定着トナー像が形成された記録材
は矢印Ａ方向からニップ部Ｎに街え込まれる。

上ローラ１０は温度検知素子８により、その表面温度が
検知され、所定の表面温度に維持される。９は上ローラ
ｌＯの表面をクリーニングする耐熱性のフェルトパッド
である。

尚、本例において、上記加圧手段や駆動手段は公知のも
のが使用可能である。

第１図は上記第２図の上ローラ１０及び下ローラ２０に
より形成されるニップ部Ｎの拡大模式図である。但し、
図では記録材がニップ部Ｎに衛え込まれた状態を示して
いる。

図において、３０はトナー像Ｔを有する紙等の記録材、
４０は離型性樹脂被覆層、６０は芯金であり、離型性樹
脂被覆層４０の中には本発明の特徴たるウィスカー状単
結晶繊維５０が含有されている。

以下、第１図にい基づいて本発明の特徴を更に説明する
。本発明の最大の特徴は比較的体積固有抵抗の低いウィ
スカー状単結晶繊維５０を、フッ素樹脂等の離型性樹脂
被覆層４０内に均一に分散添加したローラを使用するこ
とにある。ウィスカー状単結晶繊維は、その一端がロー
ラ表面及び芯金に析出する一方、樹脂被覆層内では繊維
が複雑に絡み合うため、電気的に数多（の接点が形成さ
れると考えられる。このため、第３図に示した従来例と
異なり、無数の導通経路が形成され、ローラ表面の電荷
が容易にリークされる。又、添加物が粒状ではなく、針
状であるため、ローラ表面の電荷が単結晶繊維端部への
放電し易い。従ってローラ表面上の摩擦帯電により生じ
た電荷は、ローラ表面に滞留する事なく芯金６０に流れ
込みローラ表面は微視的に見ても均一に除電される。而
して、トナーＴとローラ間の静電引力は小さく、摩擦帯
電によるオフセット現象は従来とは比較にならないぐら
い軽減される。

ここで、添加物として通常の低抵抗繊維ではなく、ウィ
スカー状単結晶繊維を用いたのは単結晶繊維が強度的に
優れており、樹脂被覆層の強度。

硬度の向上に効果的であり、定着装置に用いるという苛
酷な使用条件下に於いても、耐熱性、耐久性といった面
で長期的に安定した効果を維持するからに他ならない。

例えば、カーボン繊維の様な通常の繊維を用いた場合、
樹脂被覆層の摩耗が激しい。これに対して、ウィスカー
状単結晶繊維を用いる事により、前述の如くオフセット
現象の軽減と樹脂被覆層の高硬度化の両面が同時に可能
となり、事実本発明者らの検討ではｌＯ万枚以上の使用
後に於いても樹脂被覆層の摩耗や損傷は問題にならない
レベルまで改善された。

また、混合するウィスカー状単結晶繊維の抵抗値はその
機能を考えると低い程効果的であるが、体積固有抵抗値
としてｌσ０Ω・ｃｍ以下であれば、実質的に問題ない
事が確かめられている。

また、ウィスカー状単結晶繊維の長さについては短か過
ぎると粉末状になるため従来と同様に効果が無（なるし
、長過ぎる場合は樹脂被覆層の平滑性が損なわれてロー
ラ表面と記録材との密着性が悪くなり、トナー像の定着
を妨げる。故に、適切な長さは５〜３０μｍである。

さらに、ウィスカー状単結晶繊維の含有量は樹脂の比率
を下げない（即ち、離型性を落さない）という点から見
れば少ないに越した事はない。しかし、少なければそれ
だけ繊維同士の接触が減り、樹脂被覆層の抵抗が実質的
に上がるため、効果が無（なる。一方、多くなると離型
性が悪くなる。

従って、ウィスカー状単結晶繊維の含有量は離型性樹脂
に対し重量化で２〜２０％が有効である。

ところで、前記実施例ではローラ芯金６０上に形成され
る樹脂被覆層４０に全てウィスカー状単結晶繊維５０を
分散せしめた場合を示したが、芯金上の層構成はこれに
限定されるものではない。即ち、本発明は、少なくとも
ローラ表面（或いは表層）に摩擦帯電電荷が滞溜しない
ようにすることが重要であり、そのために離型性樹脂表
層にウィスカー状単結晶繊維を混入せしめているもので
ある。

従って、例えばローラが芯金上に複数の樹脂あるいは弾
性体から成る眉により構成されている場合、少なくとも
離型性を有する最外層にウィスカー状単結晶繊維１１を
混入せしめたローラを以って定着装置を構成する事は可
能である。第４図はその様に構成された定着装置の上下
ローラによるニップ形成部の拡大模式図であって、上ロ
ーラｌは芯金６０上に耐熱性弾性体層（シリコーンゴム
等）７０を設け、さらにその上に離型性表層たるフッ素
樹脂層４０を設けている。そして、少なくとも離型性樹
脂層４０にウィスカー状単結晶繊維５０を混入しておく
事により、前記実施例同様、樹脂表面に発生した摩擦帯
電電荷が弾性体層７０との界面、あるいは弾性体層７０
内に流れ落ちるため、ローラ表面には電荷が滞溜せず、
従って前記実施例同様、静電的なオフセット現象は著る
しく軽減される。

また、７０が弾性体層ではな（他の樹脂層（例えば接着
層）として設けられている場合も同様である。

さらに層の界面あるいは、表層４０の下層７０に流れ込
んだ電荷を芯金６０にリークさせるために、下層７０を
適切な抵抗値を有する部材（例えば、上記ウィスカー状
単結晶繊維等の低抵抗物質を混入せしめたもの）で形成
させればより効果的である。

ところで、前記各々の実施例では特に言及しなかったが
、ローラ芯金に滞溜する電荷を適宜リークさせるため、
ローラ芯金を電気的に接地させることがより好ましい。

この場合、ローラ芯金を直接接地状態としても良いし、
所定の抵抗素子を介して接地してもよい。第５図は抵抗
素子を介して接地した場合を示している。上ローラｌＯ
の芯金６０は軸受１１を介して画像形成装置本体（ある
いは定着装置）の側板１２に軸中心を固定され、回転自
在となっている。下ローラ２０はこの位置固定された上
ローラｌＯに対して適当な加圧手段（図では加圧バネ１
３による）により上ローラ１０側へ押圧され、所望のニ
ップ巾を形成している。この軸受１１は絶縁性の耐熱性
樹脂を使用しており、当部位において側板１２とローラ
芯金６０は電気的に絶縁状態にある。ローラ芯金６０の
一端面には絶縁性樹脂１４を台座として側板（あるいは
本体側）に固定された導電材による板バネ１５が常時当
接しており、さらにその板バネ１５は抵抗素子（１０１
２Ω以下）　１６を介して接地されている。この様な構
成を取る事により、上ローラ１０の芯金６０に流れ込ん
だ摩擦帯電電荷は板バネ１５を介して適宜リークして行
くため、上ローラｌＯの表面が過度に帯電する事がな（
、より好ましい実施形態と言える。−尚本例では板バネ
と抵抗素子による構成を用いたが、軸受１１自体を半導
電性の樹脂材料を用いて電荷をリークさせる等、その他
種々の形態が適用できる。つまり、より効果的に電荷を
リークさせ・るためには必ずしもローラを直接接地とし
な（てもよ（、少なくとも１０１２Ω以下の抵抗を介し
てローラを静電的に接地することで所期の目的は達成で
きる。

次に、さらに詳細な本発明の実験例及び比較例を挙げる
。

〔実験例１〜３〕 フッ素樹脂ブライマー（ポリフロンＥＫ−１９８０ＧＹ
ダイキン工業社製）と離型性樹脂層のＰＴＦＥ樹脂分散
液（ポリフロンＥ−４３０ＯＣＲダイキン工業社製）に
それぞれ第１表に示す充填剤を配合し、充分に撹拌した
塗料を作成した。

一方直径４０ｍｍのアルミパイプから作成したローラ基
材表面を、＃１００ア、ルミナ粉末でホーニング加工し
、粗面化し、配合したブライマーを１０μｍの厚さに塗
布し、１５°Ｃｌ２Ｏ分の乾燥を行った。更にその後で
同一配合の離型性樹脂層を２０μの厚さに塗布し、３９
０°Ｃ２２０分の焼成を行った。

この定着ローラを複写機（ＮＰ−３５２５キャノン社製
）の定着装置に取付け、耐久試験を行った。　１０００
枚通紙後のローラの汚れ及び３万枚、５万枚、７万枚で
のローラ樹脂面のキズ状態を確認した。

第１表 ０使用可能　　０　若干問題あるが使用可能　　×使用
不可〔実験例１７〜２８〕 体積抵抗１０’Ω・ｃｍで長さ１０μｍの還元焼成した
チタン酸カリウム単結晶繊維をフッ素樹脂ブライマー（
ボリアｏ　ンＥＫ−１９０８ＧＹ）とＰＴＦＥ樹脂分散
液（ボリア　ｏ　ンＥ−４３０ＯＣＲ）、及びＰＦＡ樹
脂分散液（ネオフロンＡＤ−１ダイキン工業社製）にそ
れぞれ第４表に示す配合量で配合した。

この配合塗料を使用し実験例１と同一の方法で加工し、
定着ローラを作成した。この定着ローラについても実験
例１と同一の耐久試験を行った。

その結果を第４表に示す。

第　　４　　表 次に、前述の実験例は上ローラ、つまり未定着トナー像
に接触する側のローラの離型性樹脂被覆層に、ウィスカ
ー状単結晶繊維を添加した例を示したが、ウィスカー状
単結晶繊維の添加は上ローラに限定されるものではない
。以下、加圧ローラとしての下ローラに本発明を適用し
た場合を説明する。

近年、電子写真装置等の画像形成装置に於いては、記録
材の両面に画像を記録出来る両面機能を備えた装置が、
開発されている。この様な装置では従来と異なり下ロー
ラ（加圧ローラ）が既に定着された画像と接するため、
記録材が下ローラに巻き付いたり、定着済みのトナーが
ニップ部で再溶融して下ローラ表面に付着する（オフセ
ットする）といった問題が起き易い。そこでこの様な装
置にあっては下ローラ表層にも離型性樹脂層を設けた定
着装置が用いられている。

例えば、芯金上の耐熱性弾性体（シリコーンゴム等）の
上にフッ素系樹脂成分を混入したフッ素ゴムラテックス
を薄層にコーティングしたり、或いは耐熱性弾性体上に
フッ素系樹脂をチューブ状にして被覆するといったこと
が行われている。本例はそのような離型性樹脂層にウィ
スカー状単結通常下ローラ２０は芯金９０上のシリコー
ンゴム等の耐熱性弾性体層８０の上にフッ素樹脂等の離
型材からなる樹脂被覆表層１００を設けており、記録材
３０の巻き付きや定着済のトナー像の下ローラ２０表面
への付着を防ごうとしている。しかし前記実施例と同様
、正帯電トナーを用いた場合について考えると、既述の
様に樹脂被覆層が強い負帯電特性を示すため定着済のト
ナー像がニップ部Ｎにおいてこの樹脂層と接するとトナ
ー像が軟化しその一部が静電引力により下ローラへ付着
する。そして、同時にトナーがローラへ引き寄せられる
力により、トナー像と強（固着している記録材３０もロ
ーラへ引き寄せられ巻き付く場合が多い。

そこで、樹脂被覆層にウィスカー状単結晶繊維と混入さ
せた下ローラを以って定着装置を構成する。

第６図はこの様な定着装置に於けるニップ部の拡大模式
図であって、下ローラ２０はシリコーンゴム等からなる
弾性体層８０上にＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素系樹脂に
上記ウィスカー状単結晶繊維を適量混入し一様に分散さ
せて形成した離型性樹脂被摩擦帯電は発生しずらく、樹
脂表面の電荷は弾性体層へ容易に流れ込むため表面に残
留する電荷は少な（なり、トナー像と樹脂層界面で働く
静電引力が軽減される。故に定着済のトナー像Ｔ１がニ
ップ部Ｎに於いて軟化しても、下ローラ２０の樹脂被覆
層表面に転移せず、記録材３０が下ローラ側へ引き寄せ
られ巻き付く事もない。そして、この様な機能を比較的
少量の添加量で発揮する事が出来るため、樹脂被覆層の
離型性を損なうこともないし、樹脂被田層の強化も同時
に実現されるため、ローラの耐久性を著るしく上げる事
が可能となった。

尚、上記実施例では正帯電トナーを例に取って説明した
が負帯電トナーに対してもオフセット現象の軽減に効果
が有る。即ち、従来の様に単にフッ素系樹脂のみを弾性
体層上に被覆した下ローラを用いると、樹脂被覆層が強
（負に帯電するため定着済のトナー像Ｔ１のみならず、
記録材３０上の未定着トナー像Ｔに対しても同極性であ
るが故に下ローラとトナーとの間に強い静電反発力が働
く。このためトナーＴは上ローラ（定着ローラ）１０側
へ押しやられ、その一部は上ローラ表面に付着してしま
う。これに対し、第６図様な下ローラを用いた定着装置
に於いては下ローラの樹脂被覆層表面の残留電荷が小さ
くなるため、上記静電反発力が弱くなり、従ってトナー
Ｔの上ローラ１０へのオフセットは極めて少なくなる。

さらに、上記例は樹脂被覆層のみにウィスカー状単結晶
繊維を添加した例を示したが、下ローラの帯電を抑止す
るには弾性体層の抵抗をも下げる事がより好ましい。こ
のためには従来提案されている様な低抵抗シリコーンゴ
ム（メチル・ビニルシリコーン、ニトロシリコーンゴム
）等の他、本発明に挙げたウィスカー状単結晶繊維を混
入せしめたシリコーンゴムを用いることが望ましい。

」： 以箋、いずれしにても下ローラの樹脂被覆層にウィスカ
ー状単結晶繊維添加することで、下ローラの汚れは問題
とならないレベルに改善された。

尚、前述した実施例では上ローラ、或いは下ローラの樹
脂被覆層にウィスカー状単結晶繊維を含有させた場合を
説明したが、両方のローラにウィスカー状単結晶繊維を
含有させてもよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明によれば、一対のローラのうち
少なくともいずれか一方のローラの離型性樹脂被覆表層
中に、ウィスカー状単結晶繊維を適量添加したローラを
以って定着装置を構成する事により、被覆表層の摩擦帯
電を抑止し、正負いす゛ づれの帯電特性を有するトナーに対しても、そのオフセ
ット発生量を問題にならないレベルまで軽、減する事が
、可能となった。また、本発明によれば、ウィスカー状
単結晶繊維であるが故に、被覆表層の強度を上げる事も
同時に可能となり、長期的な使用に対してもローラの損
傷を生ずる事がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す一対のローラによるニッ
プ部の拡大模式図である。 第２図は本発明を適用した定着装置の一例を示す概略断
面図である。 第３図は従来例を示す一対のローラによるニップ部の拡
大模式図である。 第４図は本発明の他の実施例を示す一対のローラによる
ニップ部の拡大模式図である。 第５図はローラを接地状態にするための一実施例を示す
概略図である。 第６図は本発明の他の実施例を示す一対のローラによる
ニップ部の拡大模式図である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧接して回転する一対のローラ間に、未定着像を
   有する記録材を通過させることにより、記録材上に未定
   着像を定着する定着装置において、前記一対のローラの
   うち、少なくとも一方のローラはウィスカー状単結晶繊
   維を含有する離型性樹脂表層を有することを特徴とする
   定着装置。
2. （２）前記単結晶繊維の体積抵抗が１０＾１＾０Ω・ｃ
   ｍ以下である特許請求の範囲第（１）項に記載の定着装
   置。
3. （３）前記単結晶繊維の長さが５〜３０μｍである特許
   請求の範囲第（１）項又は第（２）項に記載の定着装置
   。
4. （４）前記単結晶繊維の含有量が前記樹脂表層を形成す
   る離型性樹脂に対して２〜２０重量％混合されている特
   許請求の範囲第（１）項乃至第３項に記載の定着装置。
5. （５）前記樹脂表層中の離型性樹脂がフッ素系樹脂から
   成る特許請求の範囲第（１）項乃至第（４）項に記載の
   定着装置。
6. （６）前記樹脂表層中の離型性樹脂がＰＴＦＥ（ポリテ
   トラフロロエチレン）樹脂、或いはＰＦＡ（パーフロロ
   アルコキシ）樹脂から成る特許請求の範囲第（５）項に
   記載の定着装置。
7. （７）前記単結晶繊維がチタン酸カリウムウィスカーで
   ある特許請求の範囲第（１）項乃至第（６）項に記載の
   定着装置。
8. （８）前記単結晶繊維を有するローラは接地されている
   特許請求の範囲第（１）項に記載の定着装置。
9. （９）前記単結晶繊維を有するローラは所定の抵抗を介
   して接地されている特許請求の範囲第（１）項に記載の
   定着装置。
10. （１０）前記一対のローラのうち、少なくとも一方のロ
    ーラは加熱源によって加熱されている特許請求の範囲第
    （１）項に記載の定着装置。