(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金とフッ素樹脂表面層とをプライマーで接着した定着ローラと、導電性フィラーを含有しない絶縁性のフッ素樹脂表面層を有する加圧ローラとを有し、定着ローラを清掃する清掃部材を有しておらず、両ローラ間で負極性に帯電したトナー像を記録紙に定着する定着装置において、
上記定着ローラのフッ素樹脂表面層は抵抗値が１０１２Ω・ｃｍ以上で厚さが３０〜７０μｍであり、上記プライマー層は導電性のカーボンブラックを３．０〜１０．０％含有し抵抗値が１０４〜１０７Ω・ｃｍであり厚さが３〜１５μｍであることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
上記定着ローラに負極性のバイアス電圧を印加する手段を有することとする請求項１に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、レーザービームプリンター（以下、ＬＢＰと略す）やＬＥＤプリンターに用いる熱定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＬＢＰや複写機等では、紙等にトナーを定着するために、熱を利用して、トナーを定着する熱定着装置を使用するのが殆どである。これは、保存性が優れており、低速機から高速機まで対応できること、トナーの選択の幅が広いこと等にメリットが多いためである。
【０００３】
この熱定着装置の中で、特に熱ローラ定着装置が広く使われている。この熱ローラ定着装置の画像面側の定着ローラには、金属パイプの表面に３０〜１００μｍのフッ素樹脂のチューブを被覆したものや、フッ素樹脂のコーティングを施したものが使われている。フッ素樹脂の中でも、反転現像系には、離型性が良いＰＦＡ樹脂が使われる場合が多い。また、非画像面側の加圧ローラには、金属の芯金の上にゴムの弾性層を作り、その表面に離型性が良いＰＦＡ樹脂やＦＥＰ樹脂が使われている。
【０００４】
しかし、このような装置においては、定着装置に通紙する紙が定着装置から抜け出る瞬間に、紙の後端が定着ローラに強く接触し、定着ローラに線状の帯電域を残すことで画像に悪影響を残すという現象が発生することがあった。
【０００５】
そこで、上記樹脂に、低抵抗のフィラーを入れるという手法が提案された。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例によれば、上記のような低抵抗の樹脂を有する定着ローラを使用すると、紙に載っている電荷が逃げ易くなったり、フィラーがフッ素樹脂の表面に出るので、純粋なフッ素樹脂より離型性が悪くなり、却ってオフセットがひどくなる現象が発生するという問題があった。
【０００７】
また、従来は定着ローラの表面をクリーニングするためと離型性の向上のために、シリコーンオイルを含浸させたフェルト部材やオイル塗布部材を定着ローラに当接させる場合が多かったが、材料技術の進歩とユーザーメンテナンスの要請から、定着装置のクリーニング部材を使用しない傾向にある。
【０００８】
ところが、従来の定着装置のクリーニング部材は、耐熱性のフェルト等で作られており、このフェルトを介して、定着ローラの表面に帯電した表面電荷が逃げ易いので、表面電位を低くでき、オフセットも発生し難かったが、最近使われてきているようなクリーニング部材を使用しない装置では、定着ローラの表面が帯電し易く、かつ帯電した表面電荷が逃げ難いので、表面電位が高くなり、オフセット対策も必ずしも十分でなかった。
【０００９】
以上のような問題に対しては、フッ素樹脂層と芯金とを接着させるプライマー層を低抵抗化することも考えられるが、低抵抗化することにより接着力が低下するという問題もあった。
【００１０】
本出願に係る第１の発明は、上記問題点を解決し、定着ローラの表面の離型性を重視して、表層のフッ素樹脂層を高抵抗化した場合で、クリーニング部材等の定着ローラに接触する部材を具備しない定着装置においても、紙の後端の接触が原因となるオフセット、並びに定着ローラの表面が高電位となることで発生するオフセットを防止し、かつプライマー層の接着力をより一層十分に確保することのできる定着装置を提供することを目的としている。
【００１２】
さらに、本出願に係る第２の発明は、上記目的の他、より一層オフセットを確実に防止することのできる定着装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本出願に係る第１の発明によれば、上記目的は、芯金とフッ素樹脂表面層とをプライマーで接着した定着ローラと、導電性フィラーを含有しない絶縁性のフッ素樹脂表面層を有する加圧ローラとを有し、定着ローラを清掃する清掃部材を有しておらず、両ローラ間で負極性に帯電したトナー像を記録紙に定着する定着装置において、
上記定着ローラのフッ素樹脂表面層は抵抗値が１０１２Ω・ｃｍ以上で厚さが３０〜７０μｍであり、上記プライマー層は導電性のカーボンブラックを３．０〜１０．０％含有し抵抗値が１０４〜１０７Ω・ｃｍであり厚さが３〜１５μｍであることにより達成される。
【００１７】
更に、本出願に係る第２の発明によれば、上記目的は、上記第１の発明において、定着ローラに負極性のバイアス電圧が印加する手段を備えていることにより達成される。
【００２０】
【作用】
本出願に係る第１の発明によれば、厚さが３０〜７０μｍの表層のフッ素樹脂層の抵抗値が１０１２Ω・ｃｍ以上なので、負極性の未定着像の保持に必要な転写材上の転写電荷を容易に逃がすことなく、確実にオフセットを防止する。一方、転写材の後端が排出時に定着ローラに接触した場合、あるいはクリーニング部材等の接触部材が無いために定着ローラの表面が高電位となった場合でも、プライマー層に、導電性のカーボンブラックを３．０〜１０．０％含有することにより、プライマー層の接着力を低下させることなく、表層からの電荷の移動が容易で表面の帯電電位を低下させ、オフセットを確実に防止する。また、定着ローラも加圧ローラも表面がフッ素樹脂であるという点でも、互いに摩擦帯電しにくく、オフセットが防止される。
【００２１】
さらには、プライマー層の抵抗値を１０４〜１０７Ω・ｃｍの抵抗値を有することにより、上述のように表層からの電荷の移動を容易にする。
【００２２】
さらに、本出願に係る第２の発明によれば、上記第１の発明において、定着ローラに負極性のバイアス電圧が印加する手段を備えたので、定着ローラの表層に、転写材上の未定着像の帯電極性と逆極性のバイアス電圧を付与してオフセットをより一層確実に防止する。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００２６】
（第１の実施例）
先ず、本発明の第１の実施例を、図１及び図２に基づいて説明する。図１は本実施例におけるレーザービームプリンター（以下、ＬＢＰと略す）の概略構成を示す図である。図中１は、画像情報に応じて発信されるレーザー光を、照射及び走査する光学手段と走査手段を有したスキャナユニットである。また、１０は、主たる画像形成手段を内蔵したプロセスカートリッジであって、像保持部材の感光ドラム３、半導電性のゴムからなるローラ帯電器４、トナー６を感光ドラム３上に現像する現像装置５、及び廃トナーを感光ドラム３上から除去するクリーナ８等から構成されている。
【００２７】
このプロセスカートリッジ１０内の感光ドラム３は、矢印の方向に回転しており、ローラ帯電器４により、その表面を一様に帯電された後、スキャナユニット１で発信されたレーザー光を、ミラー２を介して照射されることにより、その表面上に静電潜像が形成されるようになっている。そして、この静電潜像は、現像装置５によりトナーが供給され、トナー像として可視像化される。
【００２８】
一方、給紙カセット１２内の転写材１４は、給紙ローラ１３及び給紙ローラ１３に対向して設けられた分離パッド（図示せず）により、一枚ずつ分離されて給送され、給紙された転写材１４は、上下のガイド１３ａに沿って、一対のレジストローラ１５に搬送される。レジストローラ１５は、転写材１４が来るまで停止しており、これに転写材１４の先端が突き当たることにより、転写材１４の斜行を補正する。次いで、レジストローラ１５は、上記感光ドラム３上に形成された画像の先端と同期するように、転写材１４を転写部へと搬送する。なお、このレジストローラ１５の近くに給紙センサー（図示せず）が設置されており、通紙状態やジャム、転写材の長さを検知できる。
【００２９】
以上のようにして転写部に搬送された転写材１４は、転写ローラ７からトナーと逆極性の電荷を転写材１４の裏側から与えられ、上記感光ドラム３上に形成されたトナー像が上記転写材１４に転写される。このトナー像を転写された転写材１４は、搬送ローラ１６ａ及び搬送ガイド１６ｂにより定着装置１７へ搬送され、上記定着装置１７は、転写材１４上のトナー像を熱及び圧力で、転写材１４上に溶解、固着させることにより記録画像とする。そして、画像定着後の転写材１４はフラッパ（図示せず）により選択された各搬送ローラを経て排出トレイ１８に排出される。
【００３０】
次に、以上のような本実施例装置に用いられる定着装置１７を、図２に基づいて詳しく説明する。図２は、定着装置１７の概観を示すものであり、定着ローラ２１、加圧ローラ２２、分離爪２５、加熱源としてのハロゲンランプ３５、温調用のサーミスタ２９、定着入口ガイド３４等から構成されている。
【００３１】
定着ローラ２１は、中空のアルミニウムまたは鉄、ステンレス・スティールのパイプ２３の上に、接着層としてのプライマー層３０、さらにその上にフッ素樹脂層２４を有した構成となっている。プライマー層３０は、５〜２０μｍが適当であり、フッ素樹脂層２４の厚みは３０〜７０μｍが適当である。このフッ素樹脂層２４は、ＰＦＡ樹脂のチューブで形成しても良く、ＰＦＡ樹脂を焼き付けても良い。また、この定着ローラ２１は、離型性を重視しているので、フッ素樹脂にはフィラーを混ぜない純粋のＰＦＡ樹脂で構成されている。
【００３２】
また、加圧ローラ２２は、芯金２６をアルミニウムまたは鉄、ステンレス・スティールで作り、その上に導電性のスポンジ層２７をプライマー（図示せず）を介して接着し、最上層部にＰＦＡ樹脂のチューブ２８を被覆している。このＰＦＡ樹脂のチューブ２８も離型性を重視して、導電性のフィラーは混ぜていない。なお、図中３２はトナーである。
【００３３】
更に、上記定着ローラ２１には、高圧電源、あるいはバリスタ、ダイオード、抵抗素子等の自己電圧発生素子（いずれも図示せず）により、バイアス電圧が印加されるようになっている。このバイアス電圧は、トナーと同極性であり、トナーが定着ローラ２１にオフセットするのを防止している。
【００３４】
ここで、従来機種の問題であった、紙の後端が定着ローラ２１と接触し、定着ローラ２１の表面が負極性に帯電して、次に来た紙上のトナー像の一部がオフセットする現象は、定着ローラ２１のプライマー層３０を次のような構成にすることで解決できた。
【００３５】
即ち、定着ローラ２１のプライマー層３０は、フッ素樹脂をバインダーの主原料に導電性のカーボンブラックを３〜１０％均一に混合している。あるいは、このプライマー層３０が３〜１０μｍの厚みで、１０４〜１０７Ω・ｃｍの抵抗値を有するように低抵抗のフィラーを混合している。低抵抗のフィラーとしては、カーボンの他に酸化スズ、酸化チタン等が使用可能である。このようにプライマー層を導電化すると、上述したような紙の後端によるオフセットを減少することができる。
【００３６】
つまり、定着ローラ２１の表面のフッ素樹脂が１０１５〜１０１６Ω・ｃｍの高抵抗であっても、プライマー層３０の抵抗を低くすることによって、フッ素樹脂層２４の表面に帯電した電荷が、５０μｍの程度のフッ素樹脂層２４を通過するものと考えられる。この現象は、定着器のヒーターが点灯し、温度が上昇すると、熱でキャリヤーが動き易くなることが助長するものと考えられる。しかし、フィラーを多く入れると、接着性が劣ることになり、多くは入れられない。混入するフィラーとしては、カーボンが適当であり、その量は３〜１０％が適当である。カーボンを入れていくと徐々に接着力が低下していき、１０％以上入れると、接着力が大きく低下するので、適当でない。また、３％以下では上述したような効果が顕著ではない。また、この混合比を抵抗測定すると、このプライマー層が３〜１５μｍの厚みで、１０４〜１０７Ω・ｃｍの抵抗値を有することになる。このプライマー層は、厚いと電荷が移動するのに時間がかかり、また容量を持つので、上記したオフセットの効果を減じることになる。このプライマー層が薄いと、ムラになり易く、かつ接着力が十分でない。従って、このプライマー層の厚みは、３〜１５μｍが適当である。
【００３７】
また、オフセットを防止するために、定着ローラ２１にはバイアス電圧を印加しているが、定着ローラ２１の表面が低抵抗であるとバイアス電圧がリークする場合があるため、定着ローラ２１の表面層は高抵抗である必要がある。そこで、本実施例においては、定着ローラ２１の表面層の抵抗値を、１０１２Ω・ｃｍ以上とすることにより、バイアス電圧のリークを防止している。
【００３８】
なお、ピュアーなフッ素樹脂の抵抗値は、１０１５〜１０１６Ω・ｃｍであるが、これに絶縁性のカーボンを１〜１０％入れることによって、１０１２Ω・ｃｍ以上の抵抗にすれば、フッ素樹脂層２４を介して、緩やかに電荷が移動し、オフセット及び紙の後端オフセットに対し、より効果を有する。
【００３９】
以下、本実施例の定着装置及び画像形成装置を用いて行った実験例について説明する。
【００４０】
（実験例１）
定着ローラ２１の構成は、１ｍｍの厚みのアルミニウムのパイプ２３の上に接着層としてのプライマー層３０を１０μｍの厚みで設け、更にその上に５０μｍのＰＦＡチューブ層２４を設けた。このとき、プライマー層３０は、約５％のカーボンを混ぜた。加圧ローラ２２は、芯金２６を鉄、あるいはステンレス・スティールで作り、その上に１０４〜１０８Ω・ｃｍの導電性のスポンジ層２７をプライマー（図示せず）を介して接着し、最上層部にピュアーのＰＦＡ樹脂のチューブ２８を被覆している。
【００４１】
このような構成の定着装置を用いて画像形成を行ったところ、紙の後端によるオフセットを減少することができた。
【００４２】
（実験例２）
定着ローラ２１の構成は、１ｍｍの厚みのアルミニウムのパイプ２３の上に接着層としてのプライマー層３０を１０μｍの厚みで設け、さらにその上に５０μｍのＰＦＡチューブ層２４を設けた。このとき、プライマー層３０は、約５％のカーボンを混ぜた。加圧ローラ２２は、芯金２６を鉄、あるいはステンレス・スティールで作り、その上に１０４〜１０８Ω・ｃｍの導電性のスポンジ層２７をプライマー（図示せず）を介して接着し、最上層部にピュアーのＰＦＡ樹脂のチューブ２８を被覆している。
【００４３】
また、この定着ローラ２１には、高圧電源により、トナーと同極性の負極性である約−１０００Ｖのバイアス電圧を印加した。
【００４４】
このような定着装置を用いて画像形成を行ったところ、トナーが定着ローラ２１にオフセットするのを防止すると同時に、紙の後端によるオフセットを減少させ、かつバイアス電圧のリーク現象の発生をなくすことができた。
【００４５】
（実験例３）
定着ローラ２１の構成は、１ｍｍの厚みのアルミニウムのパイプ２３の上に接着層としてのプライマー層３０を１０μｍの厚みで設け、更にその上に５０μｍのＰＦＡチューブ層２４を設けた。このとき、プライマー層３０は、約５％のカーボンを混ぜた。加圧ローラ２２は、芯金２６を鉄、あるいはステンレス・スティールで作り、その上に１０４〜１０８Ω・ｃｍの導電性のスポンジ層２７をプライマー（図示せず）を介して接着し、最上層部にピュアーのＰＦＡ樹脂のチューブ２８を被覆している。
【００４６】
また、この定着ローラ２１には、バリスタ、ダイオード、抵抗素子等、自己電圧発生素子により、トナーと同極性の負極性で約−１００Ｖのバイアス電圧を印加した。
【００４７】
このような定着装置を用いて画像形成を行ったところ、トナーが定着ローラ２１にオフセットするのを防止すると同時に、紙の後端によるオフセットを減少することができた。また、このような構成の定着装置は、高圧電源を省略できるというメリットもある。
【００４８】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例について説明する。なお、第１の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。
【００４９】
第１の実施例では、加圧ローラ２２の表面には、ピュアーのＰＦＡ樹脂のチューブを使用したが、本実施例では、加圧ローラ２２の表層のＰＦＡチューブの抵抗が、１０１２〜１０１６Ω・ｃｍとなるように、絶縁性のカーボンブラックを１〜５％混ぜた。このようにすることで、定着ローラ２１の表面が帯電しても、加圧ローラ２２の表面に接触することで、定着ローラ２１の表面の電荷がリークし、上述したような紙の後端によるオフセットを減少することができる。
【００５０】
この場合、定着ローラ２１が、１０１２Ω・ｃｍ以上の抵抗値を有するように構成すれば、オフセットに対する効果は更に向上する。
【００５１】
このようにすると、定着ローラ２１が、１０１５〜１０１６Ω・ｃｍの高抵抗のＰＦＡチューブであっても、加圧ローラ２２の表層と接触することにより、定着ローラ２１の表面の電荷をリークすることができる。
【００５２】
以下、本実施例の定着装置及び画像形成装置を用いて行った実験例について説明する。
【００５３】
（実験例４）
定着ローラ２１の構成は、１ｍｍの厚みのアルミニウムのパイプ２３の上に接着層としてのプライマー層３０を１０μｍの厚みで設け、更にその上に５０μｍのピュアーのＰＦＡチューブ層２４を設けた。このとき、プライマー層３０は、約５％のカーボンを混ぜた。加圧ローラ２２は、芯金２６を鉄、あるいはステンレス・スティールで作り、その上に１０４〜１０８Ω・ｃｍの導電性のスポンジ層２７をプライマー（図示せず）を介して接着し、最上層部にＰＦＡ樹脂のチューブ２８を被覆している。そして、この表層のＰＦＡチューブは、その抵抗が、１０１２〜１０１６Ω・ｃｍとなるように、絶縁性カーボンブラックを１〜５％混ぜた。
【００５４】
また、この定着ローラ２１には、バリスタ、ダイオード、抵抗素子等、自己電圧発生素子により、トナーと同極性の負極性で約−１００Ｖのバイアス電圧を印加した。
【００５５】
このような定着装置を用いて画像形成を行ったところ、いずれの表層も高抵抗なので、バイアス電圧がリークし難く、かつ、トナーが定着ローラ２１にオフセットするのを防止すると同時に、紙の後端によるオフセットを減少させることができた。また、このような定着装置は、高圧電源を省略できるというメリットも有する。
【００５６】
（実験例５）
定着ローラ２１の構成は、１ｍｍの厚みのアルミニウムのパイプ２３の上に接着層としてのプライマー層３０を１０μｍの厚みで設け、更にその上に５０μｍのＰＦＡチューブ層２４を設けた。このとき、プライマー層は、約５％のカーボンを混ぜた。ＰＦＡチューブ層２４は、１０１６Ω・ｃｍの抵抗値を有するピュアーの絶縁性のフッ素樹脂である。加圧ローラ２２は、芯金２６を鉄、あるいはステンレス・スティールで作り、その上に１０４〜１０８Ω・ｃｍの導電性のスポンジ層２７をプライマー（図示せず）を介して接着し、最上層部にＰＦＡ樹脂のチューブ２８を被覆している。そして、この表層のＰＦＡチューブの抵抗が、１０１２〜１０１６Ω・ｃｍとなるように、絶縁性カーボンブラックを１〜５％混ぜた。
【００５７】
また、この定着ローラ２１には、高圧電源で、トナーと同極性の負極性で約−１０００Ｖのバイアス電圧を印加した。
【００５８】
このような定着装置を用いて画像形成を行ったところ、いずれの表層も高抵抗なので、バイアス電圧がリークし難く、かつ、トナーが定着ローラ２１にオフセットするのを防止すると同時に、紙の後端によるオフセットを減少させることができた。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本出願に係る第１の発明によれば、定着ローラの厚さが３０〜７０μｍの表層のフッ素樹脂層の抵抗値を１０１２Ω・ｃｍ以上とし、定着ローラに接触する清掃部材を設けずに、プライマー層に、導電性のカーボンブラックを３．０〜１０．０％含有させたので、定着像の保持に必要な転写材上の転写電荷を容易に逃がすことなく、かつ、転写材の後端が排出時に定着ローラに接触した場合、あるいはクリーニング部材等の接触部材が無いために定着ローラの表面が高電位となった場合でも、その電荷を表層から容易に移動させて表面の帯電電位を低下させることができ、オフセットを確実に防止することができる。また、定着ローラも加圧ローラも表面がフッ素樹脂であるという点でも、互いに摩擦帯電しにくく、オフセットが防止できる。また、プライマー層の抵抗値を１０４〜１０７Ω・ｃｍの抵抗値を有することにより、上述のように表層からの電荷の移動を容易にすることができる。
【００６１】
更に、本出願に係る第２の発明によれば、上記第１の発明において、定着ローラに負極性のバイアス電圧が印加する手段を備えたので、定着ローラの表層に、転写材上の未定着像の帯電極性と逆極性のバイアス電圧を付与してオフセットをより一層確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるレーザービームプリンターの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例における定着装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１７  定着装置
２１  定着ローラ
２２  加圧ローラ
２３  パイプ（芯金）
２４  フッ素樹脂層
２８  ＰＦＡ樹脂のチューブ（フッ素樹脂膜）
３０  プライマー層
【図１】
0003566338.tif 000002
【図２】
0003566338.tif 000003