JPH0522908B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電子写真装置、静電記録装置又は印
刷機、プリンター等によつて形成されたトナー像
等のような被定着物を定着するための定着装置に
関する。詳細には本発明は所定の極性の被定着物
に対して接触或いは記録材に対して接触するため
の定着用の回転体の構成及び特性に関する。

一般に、正又は負の極性を帯びたトナー像を電
気的に支持する記録材（例えば紙）を接触定着さ
せる場合、トナー像を形成するトナー粒子がロー
ラやベルト等の回転体に付着するというオフセツ
ト現象が生じてしまう。従来ではこれを防止する
ために離型層（４沸化エチレン又はシリコンゴム
等からなる）又は離型液（シリコンオイル等）を
回転体表面に施したりするものがあつたが、その
防止効果は不十分であつた。

これに加えて改良提案が特開昭55−55374号公
報、特開昭55−96970号公報に開示されている。
これはトナー像に接触する回転体に外部からトナ
ー像と同極性のバイアス電圧を印加するもの、又
はトナー像と反対側のローラにトナーと逆極性の
バイアス電位を印加するものである。ところがコ
ロトロン等のコロナ帯電器で印加した場合は装置
が大型・複雑化・コストアツプするばかりでな
く、コロナ帯電器が汚れると火花放電やリークが
生じ易く、信頼性、安全性に乏しいものであつ
た。また、バイアスロールで印加した場合は、実
際上の効果が少なく、かつバイアスロールが汚れ
易く、実用的でなかつた。

また、このような高電圧を消費するものは限ら
れた電力の範囲内で定着駆動や露光ランプ等或い
はこれらに加えて加熱ヒータの制御を行うものに
おいて、余分な電力を使用するため他の装置に対
し数多くの制限を余儀なくされてしまう。

さらに従来のものではオフセツト防止効果が安
定していないばかりでなく、トナー像が飛散して
得られる画像が乱れたりしていた。従つて、数回
孫コピーをした際画像がつぶれたりすることが多
かつた。

本発明は、このような従来の問題点を解決する
ことを目的とし、簡易な構成で従来からは予期で
きない優れた効果、即ち格別のオフセツト防止能
力を有する定着用の回転体を提供するものであ
る。

本発明は、使用する定着用回転体にオフセツト
現象を防止できる摩擦帯電を生じさせる定着装置
を提供することを目的とする。

又、本発明は多くの無駄な電力を消費せずに安
価でかつ確実にオフセツトを減少でき、定着画像
の画像状態も良好にできる定着装置を提供するこ
とを他の目的とする。

以下の説明で本発明のさらなる目的が理解され
よう。

＜概論＞ 本発明者らはオフセツトの発生が、トナーの凝
集力やトナーと接触するローラ間の粘着力ばかり
でなく接触による摩擦帯電電位の形成及び分離時
の剥離帯電電位に大きく依存している点を解明し
た。この点に注目し、本発明者らは多くの実験と
鋭意研究の結果、以下に説明する理論とその解決
策を導いた。

即ち、その基本的理論は第１図に基いて説明さ
れる。

一般にトナー像Ｔやコーテイング用の樹脂材等
の被定着物と、ローラやベルト等の回転体に着目
すると、そこに作用する力は、主に被定着物Ｔと
接触する第１回転体１と被定着物Ｔ間に作用する
粘着力F₁と被定着物Ｔ同志の凝集力F₂と被定着
物Ｔと記録材Ｐ間に作用する粘着力F₃との合力
F_Aと被定着物Ｔと第１回転体間に作用する静電
気力F₄と被定着物Ｔと記録材Ｐ間に作用する静
電気力F₅と未定着の被定着物Ｔと接しない第２
回転体２と被定着物Ｔ間に作用する静電気力F₆
の静電気合力F_Bと、に大別される。

上記オフセツトに有害な粘着力F₁を減少させ
るために、従来から第１回転体表面にPTFEや、
PFA等の離型性被覆層を設けたり、更に、それ
らの表面にジメチルシリコンオイル等の離型液を
塗布したりすることが行われている。

上記構成とすることにより、粘着力によるオフ
セツトは減少させることができるが、それでもオ
フセツトが生じることが判つた。

その場合のオフセツトの発生の主原因は、静電
気合力F_Bを主体とする被定着物、第１・２回転
体及び記録材間相互の摩擦帯電電位にある。

従つて、静電気合力F_Bを主体とする摩擦帯電
電位の総合力が被定着物を記録材方向へ向かわせ
しめる正の分力を有していれば、オフセツトの発
生が大幅に防止できる。

そしてこの総合力は静電気合力F_Bに均等とみ
なせるから、この静電気合力F_Bを適切な状態に
するため、本発明では第１回転体又は第２回転体
等の定着用回転体に着目したものである。

つまり、オフセツト防止効果を向上させるため
には、前述の合力F_Aと静電気合力F_Bとの総合合
力F_Cが被定着物を第２回転体方向へ向かわせし
める正の分力を保持するようにすればよい。その
ために、本発明では被定着物Ｔと記録材Ｐ間に作
用する静電気力F₅を両者が強固に密着し合うよ
うな吸引力となるように、かつ、第２回転体と被
定着物間に作用する静電気力F₆をオフセツトに
悪影響のない程度の弱い斥力となるように定着用
回転体を以下の構成にしたものである。

本発明は、未定着トナー像と接する定着回転体
と、この定着回転体と圧接する加圧回転体間で、
負帯電性の未定着トナー像を支持した記録材を挟
持搬送して定着を行う定着装置において、 上記加圧回転体は、芯金と、この芯金上に設け
られ低抵抗物質を含有する弾性層と、この弾性層
上に設けられ体積抵抗率が10¹⁰Ω・cm以上の表面
離型層と、を有することを特徴とするものであ
る。

以下本発明を具体例を揚げて説明する。

第２図に本発明が適用される電子写真装置の一
例を説明し、次に各実施例を説明する。

第２図に示した静電潜像形成のための感光材並
びに形成プロセスは、特公昭42−23910号公報に
記載のものに基づいているが、これらに限定され
るものではなく、特公昭44−2040号公報、同42−
19748号公報、同43−24748号公報、同45−37957
号公報、同49−27048号公報、同44−13437号公
報、同45−24077号公報、同43−17947号公報、同
45−25236号公報、その他、周知のものが適用で
きる。図示の装置について説明を加える。

金属円筒上に感光層を設けた感光体ドラム２０
は一次帯電器２１によつて一様に正帯電され、次
いで一次帯電器２１と逆極性の帯電を与える二次
帯電器２２により再帯電されると同時にランプ２
３で原画像を照射し、この光像を光学系１３を介
して感光層に与える。この事によつて感光ドラム
２０の表面絶縁層上に光像の明暗のパターンに応
じて表面電荷密度の差による静電潜像を形成し、
次いで、全面露光ランプ１４により感光層の全面
を一様に露光することにより、原画像の明暗に応
じて表面電位に差を生ぜしめコントラストの高い
静電潜像を形成し、次いで、現像器１５内の現像
スリーブ１５₁との摩擦帯電により、負極性に帯
電されたトナーにより前記潜像は現像され、可視
化される。前記現像プロセスは特開昭55−18656
号、特開昭55−18657号、特開昭55−18678号特開
昭55−18679号夫々に記載の現像方法又は装置に
基づくものを用いた。

次いでトナー像をカセツト２４から供給された
紙等の支持材１７の裏面に、転写帯電器１８によ
り正帯電を与え、その静電的吸引力により前記感
光ドラム上の可視像を支持材上に転写し、その転
写トナー像をローラ１，２により熱定着する。

ドラム２０は、ブレードクリーニング手段１９
によりクリーニングされ再使用される。

第３図は、第２図に於ける電子写真装置の定着
部の拡大図である。第３図で、１はハロゲンヒー
タ等の加熱用のヒータ３を内部に有する定着用回
転体としての定着ローラで、駆動モータ（不図
示）からの、駆動力を受けて矢示方向に回転す
る。２は定着用回転体としての加圧ローラで、定
着ローラ１に圧接して摺擦回転する。この定着ロ
ーラ１は、アルミニウム、ステンレス、銅等の金
属製中空ロラ芯１₂の外周面に四沸化エチレン樹
脂等の耐熱離型性樹脂層１₁を20〜100μ厚に設け
たものである。加圧ローラ２はベアリング（不図
示）に回転可能に支持されている。このローラ２
は定着ローラ１に公知の加圧手段によつて少くと
も定着時に圧接し、金属製ローラ芯２₁の外周面
に低抵抗弾性体層２₂を比較的厚く（好ましくは
２〜10mm程度）設け、更にその外周に、高抵抗弾
性体層２₃を比較的薄く（好ましくは0.05〜２mm
程度）設けたものより成る。低抵抗弾性体層２₂
は、シリコンゴム、フツソゴム等にカーボンパウ
ダーやカーボンフアイバー等の周知の低抵抗物質
を混入させたものであり、10¹⁰Ω・cm以下の体積
抵抗であることが望ましい。

また、高抵抗弾性体層２₃は、記録材又は／及
び定着ローラとの摩擦により負極性に帯電するも
のであることが必要であり、更に離型性の良好な
ものであることが好ましい。ここでいう高抵抗と
は10¹⁰Ω・cm以上、より好ましくは10¹²Ω・cm以
上である。

上記特性は、後に詳述するある種のシリコンゴ
ムやフツソゴム等によつて満足される。

定着ローラ１の外周面にはサーミスタ、熱電対
等の感温素子４が接触配置され、それの検出信号
を公知の制御手段（不図示）に導き、定着ローラ
１の外周面の温度を（ヒータ３の出力、又はその
印加電圧等を制御することで）トナー像溶融温度
に保持している。

５₁、５₂は定着後のコピー紙をローラから確実
に分離するための分離爪である。

６は定着ローラ表面へ付着したオフセツトトナ
ーや紙粉等の異物をローラ表面から除去するため
のクリーニング部材であり、ノーメツクス（登録
商標）、ヒメロン（登録商標）等の耐熱不織布よ
りなるクリーニングウエブ６₁を用いている。

上記クリーニングウエブ６₁はシリコンゴム、
フツソゴム、フロロシリコンゴム、シリコンゴム
スポンジ等の弾性を有する押当てローラ６₃によ
り定着ローラに当接している。又、このウエブ６
_１は、駆動を与えられる巻取りローラ６₅により供
給ローラ６₂から微量づつその当接位置を変える
ように移動し、常にクリーニングウエブ６₁の新
しい面が定着ローラに当接する。

（実施例１） 上記装置に適用できる加圧ローラ２を以下の如
く製造した。

未加硫シリコンゴム100重量部に対して、充填
剤として市販されているシリカ微粉体である日本
アエロジル社のAEROSIL200を30重量部、及び、
導電性カーボンフアイバーを８重量部混合して加
硫剤とともに充分混練し、未加硫ゴムシートとし
た。

上記未加硫ゴムシートを常温で３日放置したも
のを用意した。次に、外径50mmのステンレス芯金
をブラスト処理した後、接着剤を塗布し、25℃環
境で５時間放置し、その後120℃で20分分間ベー
キングを行つた。

上記芯金に、上記未加硫ゴムシートを被覆し、
圧力150Kg／cm²、温度170℃で30分間加硫を行い、
その後外径59.7mmに研摩した。次いで上記導電性
カーボンフアイバーを除いた以外は上記未加硫ゴ
ムシートと同一の未加硫ゴムシートを用意し、上
記ゴムローラ上に接着剤とともに被覆し、再び圧
力150Kg／cm²、温度170℃で30分間加硫を行つた。
更に200℃で４時間、２次加硫をした後、外径
60.0mmに仕上げ研摩した。上記内層の体積抵抗は
10⁶Ω・cm、完成したローラの体積抵抗は10¹⁵
Ω・cmであつた。上記ローラはコピー紙と比較し
て摩擦帯電系列で、より負順位に位置するもので
ある。

定着ローラ１として、肉厚７mmのアルミ芯金１
_２上に30μｍ厚のPFA被覆樹脂層１₁を施した外径
60mmのローラを用い、上記加圧ローラ２と全圧60
Kgで圧接協働回転させ、A3サイズ紙１枚当り300
mgのトナーをのせ、23枚／分（ローラ周速270
mm／sec）のスピードでコピーを行つた。99枚連
続通紙後のオフセツトトナー量を、コピー紙上の
全トナー量に対する重量比率（％）で示すと、
0.06％であり、クリーニングウエブεの送りスピ
ードが0.5mm／分でも充分にクリーニング可能で
あつた。

また、99枚通紙後の加圧ローラ２の表面電位は
−700V、定着前の（トナー像を担持した）コピ
ー紙の表面電位は＋220V、定着後のコピー紙の
表面電位は＋410Vであつた。即ち、ネガトナー
を担持したコピー紙Ｐは転写部で受けたプラス電
荷により全体としてプラスに帯電している。次に
定着部に於いて、コピー紙Ｐと加圧ローラ２との
摩擦帯電により、加圧ローラ２はマイナスに、コ
ピー紙Ｐはプラスに帯電するため、定着後のコピ
ー紙はプラス電荷が増大している。よつてコピー
紙とトナーとの静電吸引力が増大するため、良好
にオフセツトを防止できる。

一方、加圧ローラ２は単純にみればトナーオフ
セツトが生じやすい極性に帯電するが、上記の如
く薄くかつ高抵抗という構成とすることにより、
帯電電位が非常に小さく制御でき、トナーオフセ
ツトへの影響は無視できる。更に、上記構成とす
ることにより、トビチリ等の無い良好な画質が得
られた。

（比較例１） 比較例とし、従来から知られている一般的な加
圧ローラ２（即ち厚い弾性ローラ）を以下に示す
如く製造した。

未加硫シリコンゴムに充填剤として、市販され
ているシリカ微粉体である日本アエロジル社のＡ
−EROSIL200を、未加硫ゴム100重量部に対して
30重量部混合して、加硫剤とともに充分混練し未
加硫ゴムシートとし、この未加硫ゴムシートを常
温で３日放置したものを用意した。

次に、外径50mmのステンレス芯金をブラスト処
理した後、接着剤を塗布し、25℃環境で５時間放
置し、その後120℃で20分間ベーキングを行つた。
その後、上記芯金に上記未加硫ゴムシートを被覆
し、圧力150Kg／cm²、温度170℃で30分間１次加硫
（プレス加硫機使用）を行い更に、200℃で４時
間、２次加硫をした後、外径59.5mmに研削した。
次いで前記ロールを180℃のジメチルシリコンオ
イル（25℃における粘度が100csのもの）中に48
時間浸漬して膨潤させた後、外径60mmに仕上げ研
摩して、加圧ローラとした。

上記ローラも、実施例１と同様にコピー紙と比
較して摩擦帯電系列で、より、負順位に位置して
いる。

加圧ローラとして上記ローラを用いた以外は、
実施例１と同様の定着装置を用いて、実施例１と
同様な通紙を行つたところ、99枚連続通紙後のオ
フセツトトナー量（重量％）は0.6％であり、ク
リーニングウエブ６₁の送りスピードが0.5mm／分
では充分にクリーニングできない程のオフセツト
トナーが生じ、これがローラからコピー紙へ移行
し、コピーの品質を大幅に低下させてしまつた。
かつ、画像のトビチリも非常に大きかつた。

また、99枚通紙後の加圧ローラ表面電位は、−
6000V以上（数万〜数十万ボルト）、定着前の
（トナー像を担持した）コピー紙の表面電位は、＋
220V、定着後のコピー紙の表面電位は＋400Vで
あつた。

即ち、比較例１では加圧ローラが負の高電位に
帯電するため、トナーが静電斥力を受け、定着ロ
ーラへのオフセツトが増大する。更に、上記静電
斥力のため定着時にトナーが飛び散り、画質も低
下してしまう。

以上述べたように、本実施例１では従来例（比
較例１）と比較して、トナーオフセツトを１／10
にすることができた。更に、トビチリ等の無い良
好な画像が得られた。

以上述べたように本発明では、コピー紙とロー
ラの摩擦帯電現象を利用して、簡易な構成でオフ
セツトを防止し、付随効果として画像のトビチ
リ、尾引き等の無い、高画質のコピーを得ること
が可能となつた。

重要なことは、転写時にコピー紙が受けたトナ
ーと逆極性の電荷を、定着時に減らさずに、又は
定着時に増やすことにより、トナーとコピー紙間
に於ける静電吸引力を強固なものとして、オフセ
ツトや画像のトビチリ等を防止するものである。

他の重要なことは、上記の場合、加圧ローラは
トナーと同極性に帯電し、トナーに対して静電斥
力を及ぼしオフセツトに悪い影響を与える恐れが
生じるため、 加圧ローラの静電容量を大
きくすることによつて、加圧ローラを高電位に帯
電させないことである。

また、表層に絶縁層を設けない全て低抵抗層の
ローラは、コピー紙がローラへ突入する時に、コ
ピー紙上の電荷がローラから逃げてしまい、その
際前引き等の画像乱れが生じる場合があり、かつ
オフセツトも多い。

又、他の本発明の実施例としては、芯金上に絶
縁層を有し、さらにこの上に導電層（低抵抗層）
を有し、その外層として薄い高抵抗層でかつトナ
ーと同極性帯電をして、表層が高電位にならない
ものがある。

上記実施例は、未定着画像のような被定着物と
は直接接触しない側の定着用回転体に本発明を適
用した好ましい実施例であるが、本発明はこれに
限定されることなく、両面定着用の回転体や、未
定着画像と直接接触する定着ローラ側の回転体に
適用しても良い。

以上説明したように、本発明は、定着用回転体
の表面層に比較的薄い高抵抗の表面層とし、かつ
その表面層が記録材（又は／かつこれと接触する
他の定着用回転体）との摩擦帯電で、上記被定着
物の極性と同極性に帯電するようにしたので、オ
フセツト防止効果が優れ、画像乱れや画像流れを
防止して優れた画像を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる発明理論を説明するた
めの概要説明図、第２図は本発明が適用される記
録装置の説明図、第３図は本発明実施例の要部説
明図、第４図は本発明の他の実施例の説明図であ
る。 １は定着ローラ、２は加圧ローラ、３はヒー
タ、１₁は樹脂層、２₃は高抵抗弾性層、Ｔはトナ
ー、Ｐはコピー紙。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 未定着トナー像と接する定着回転体と、この
   定着回転体と圧接する加圧回転体間で、負帯電性
   の未定着トナー像を支持した記録材を挟持搬送し
   て定着を行う定着装置において、 上記加圧回転体は、芯金と、この芯金上に設け
   られ低抵抗物質を含有する弾性層と、この弾性層
   上に設けられ体積抵抗率が10¹⁰Ω・cm以上の表面
   離型層と、を有することを特徴とする定着装置。