(57)【要約】【課題】離形性が悪くなることによるオフセットの発生を防ぐことができる定着装置を提供すること。【解決手段】通電により発熱する通電発熱抵抗層を有する加熱体と、前記加熱体と摺動するフィルムと、前記フィルムを挟んで前記加熱体と定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、未定着トナー画像が形成された記録材を定着ニップのフィルムと加圧部材の間で挟持搬送させることによりフィルムを介した加熱体からの熱により未定着トナー画像を記録材上に定着させる定着装置において、前記フィルムに導電性層を具備させ、前記導電性層にトナーの有する電荷と同極性のバイアス電圧を印加する手段を備え、加圧部材は、導電性の芯金上に低抵抗弾性層を有し、該弾性層上に絶縁性の離形層が形成されており、芯金は非線形素子を介して接地されることにより芯金に流れる電流を制限する。【選択図】図１
2006072097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱する通電発熱抵抗層を有する加熱体と、前記加熱体と摺動するフィルムと、前記フィルムを挟んで前記加熱体と定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、未定着トナー画像が形成された記録材を定着ニップのフィルムと加圧部材の間で挟持搬送させることによりフィルムを介した加熱体からの熱により未定着トナー画像を記録材上に定着させる定着装置において、
前記フィルムに導電性層を具備させ、前記導電性層にトナーの有する電荷と同極性のバイアス電圧を印加する手段を備え、加圧部材は、導電性の芯金上に低抵抗弾性層を有し、該弾性層上に絶縁性の離形層が形成されており、芯金は非線形素子を介して接地されることにより芯金に流れる電流を制限することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
非線形素子がダイオードであり、ダイオードは芯金がフィルムに印加されるバイアスと同極性になる向きに配設されることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
ダイオードと直列に抵抗が接続されたことを特徴とする請求項２記載の定着装置。
【請求項４】
非線形素子がバリスタであることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項５】
バリスタと直列にダイオードが接続され、ダイオードは芯金がフィルムに印加されるバイアスと逆極性になる向きに配設されるたことを特徴とする請求項４記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機・レーザービームプリンタ・マイクロフィルムリーダープリンタ・画像表示装置・記録機等の画像形成装置において、記録材に形成担持させた現像剤像を永久固着像として加熱定着（仮定着処理も含む）させる加熱装置としてのフィルム加熱方式の加熱定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電子写真装置・静電記録装置等の画像形成装置において、転写材・感光紙・静電記録紙等の被記録材（以下、紙と記す）上に転写方式或は直接方式の電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセス等の適宜の作像プロセス手段で形成担持させた未定着トナー画像を紙面に永久固着画像として加熱定着させるトナー画像加熱定着装置としては、従来、熱ローラ方式の定着装置が多用されている。これは、所定の温度に維持された定着ローラと、弾性層を有して該定着ローラに圧接する加圧ローラを有し、該両ローラの圧接ニップ部である定着ニップ部に未定着トナー画像を形成担持させた紙を導入して挟持搬送させることで未定着トナー画像を紙面に加熱定着させるものである。しかし、この熱ローラ方式の定着装置は定着ローラの表面温度を所定の定着温度に立ち上げるまでのウォームアップタイムが長い等の問題がある。
【０００３】
一方、ウォームアップタイムを短縮化した定着装置として所謂フィルム加熱方式の装置が提案され、実用化もされている（特許文献１〜４）。
【０００４】
この装置は、加熱体と、該加熱体に伝熱部材を挟んで圧接して加熱ニップ部を形成する回転弾性加圧ローラを有し、伝熱部材は加熱ニップ部を加熱体に密着して移動駆動され、加熱ニップ部の伝熱部材と加圧ローラとの間に未定着トナー画像を担持させた紙を導入して伝熱部材と一緒に加熱ニップ部を挟持搬送移動させて加熱ニップ部において未定着トナー画像を加熱体により伝熱部材を介して加熱して紙に定着させるものである。
【０００５】
加熱体としては、一般に、アルミナ等の耐熱性・電気絶縁性・良熱伝導性の加熱体基板と、該基板面に形成具備させた線状或は細帯状の通電発熱層を基本構成とする、全体に低熱容量で昇温の速い細板状のセラミックヒータが用いられている。移動伝熱部材としては、厚み１５〜１００μｍ程度のポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等のフィルムを基層とすることで絶縁性、耐熱性、機械的強度を確保し、厚み２〜６μｍ程度の導電性プライマー層を基層の上に形成し、定着フィルム全体のチャージアップを防止するため、電気的にアースに接続されている。
【０００６】
更に、その上には厚み５〜１０μｍ程度のＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等による離型層が形成されトナーオフセットを防止している。加熱体は、支持部材に固定して配設され、この加熱体と加圧ローラとを伝熱部材としての定着フィルムを挟んで加圧ローラの弾性に抗して圧接させて所定幅の加熱ニップ部（定着ニップ部）を形成させる。定着フィルムを駆動手段により、或は加圧ローラを回転駆動させることで加熱ニップ部において加熱体面に密着摺動させながら所定の速度で回転移動あるいは走行移動させ、又、加熱体に通電して加熱体を所定の定着温度に立ち上がらせて温調した状態において、加熱ニップ部の定着フィルムと加圧ローラとの間に、未定着トナー画像を担持させた紙をそのトナー画像担持面側を定着フィルム側にして導入して定着フィルム面に密着させて定着フィルムと一緒に加熱ニップ部を挟持搬送移動させることにより、加熱ニップ部を通過していく過程において紙面の未定着トナー画像が定着フィルムを介して加熱体により加熱されて加熱定着される。加熱ニップ部を通過した紙部分は定着フィルム面から分離して搬送される。
【０００７】
このようなフィルム加熱方式の定着装置は、加熱部である加熱ニップ部を集中的に加熱するので熱効率が良く、加熱体・定着フィルムとして低熱容量で昇温の速いものを用いて加熱部である加熱ニップ部を迅速に所定の温度に昇温させることができ、従って、装置の待機中に加熱体に通電して予熱（スタンバイ温調）をしておく必要がなくてウォームアップタイムの短縮化（クイックスタート性）が可能となる、省電力化できる、画像形成装置の機内昇温を低めることができる等の利点を有し、効果的なものである。
【０００８】
又、定着装置は加熱ニップ部に、未定着トナー画像を担持させた紙を導入して加熱定着処理させたとき、トナー画像が接触する定着フィルムの面にトナー画像の一部が付着する「オフセット」と呼ばれる問題がある。フィルム加熱方式の場合、フィルムに当接する清掃部材は、フィルムの走行性、耐久性の問題から配設することは困難なため、オフセットによる画像汚れが発生し易いという問題があった。
【０００９】
又、加熱ニップ部に紙が導入されたとき紙が加熱ニップ部で急速に加熱されることで紙に含まれる水分が急速に水蒸気化しその水蒸気が加熱ニップ部の紙入口側に吹き出すことで、加熱ニップ部の紙入口側において紙上の未定着トナー画像の一部が飛散する「飛び散り」と呼ばれる問題もしばしば併発する。このようなオフセットや飛び散りに対して、定着フィルムや加圧ローラにバイアスを印加する等の手段により、トナーが、定着フィルムに付着したり、飛散しないような電界を形成する方策が講じられてきた。例えば、加圧ローラにトナーと逆極性のバイアスを印加することが特許文献５等に記載されている。しかしながら、このような構成は加圧ローラからのリーク防止のための様々な工夫をしなければならず、装置の複雑化やコストアップを招いてしまうという欠点があった。
【００１０】
又、定着フィルム側にトナーと同極性のバイアスを印加することが、特許文献６，７等に記載されている。この方法は、先述のような加圧ローラにバイアスを印加する場合と比べ、転写材のトナー担持面に対して、直接バイアスを印加する方法であるため、より有効に働くが、構成上余り大きなバイアスを印加することができず、装置の高速化、転写材の種類や状態によっては加圧ローラ表層が摩擦帯電によるチャージアップをしてしまった場合に、トナーを紙に引きつける電界を打ち消す方向の電界を形成してしまいフィルムへのバイアスの効果が不十分になることがあった。更には、定着フィルムに印加したバイアスがリークしないように加圧ローラの表層は絶縁でありながらも、加圧ローラの表面の摩擦帯電によるチャージアップを小さくするために、加圧ローラの耐熱弾性体層に導電性付与材としてカーボン粉末等を添加して導電性とした加圧ローラも提案されていて、定着フィルムへのバイアス印加と併用され、オフセットや飛び散りを防止しているものがある。
【００１１】
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平１−２６３６７９号公報
【特許文献３】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献４】特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報
【特許文献５】特許第３１０２３１７号公報
【特許文献６】特開平９−１２７８０９号公報
【特許文献７】特開平１０−２２１９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
オフセットや飛び散りを防止するために定着フィルムへのバイアス印加と加圧ローラの表層は絶縁で且つ加圧ローラの耐熱弾性体層を導電性という構成を採った場合で、且つ、異物等の混入により傷が入る等して加圧ローラ表層にピンホールが発生した場合、加圧ローラ芯金を接地にすると、ピンホールがフィルムと接したときに、定着フィルムのバイアスが加圧ローラの耐熱弾性層に向かって火花放電を起こしてしまうことがあった。この火花放電により定着フィルムの表層がダメージを受け、離形性が悪くなってしまいオフセットが発生することがある。
【００１３】
これに対し加圧ローラの芯金をフロートにするとリークは防止できるが、加圧ローラに非常に大きな電荷が蓄積されてしまい、それが導体の周囲の部材との間で火花放電し、その際生じるノイズで制御系の信号に乱れを生じさせることが心配される。又、抵抗を介して芯金を接地することでリーク電流を小さくする方法もあるが、火花放電を防止することは困難であり、定着フィルムの表層のダメージを完全に無くすことはできない。
【００１４】
又、異物等の混入が有っても加圧ローラ表層にピンホールが空くのを防止するために加圧ローラ表層を厚くする方法もあるが、一般に加圧ローラ表層を厚くすると加圧ローラ硬度が高くなり、加圧ローラの低硬度が困難になるだけでなく、絶縁層が分厚くなることから加圧ローラ表層の摩擦帯電によるチャージアップが悪くなってしまう。又、加圧ローラに絶縁層を設けることで加圧ローラへの火花放電は防止できるが、この方法でも加圧ローラ表層の摩擦帯電によるチャージアップが悪くなるだけでなく、加圧ローラの構成の複雑化やコストアップを招いてしまうという欠点があった。
【００１５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、異物等の混入により傷が入る等して加圧ローラ表層にピンホールが発生した場合でも、フィルムバイアスが加圧ローラにリークすることで、定着フィルムの表層がダメージを受け、離形性が悪くなることによるオフセットの発生を防ぐことができる定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明は、通電により発熱する通電発熱抵抗層を有する加熱体と、前記加熱体と摺動するフィルムと、前記フィルムを挟んで前記加熱体と定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、未定着トナー画像が形成された記録材を定着ニップのフィルムと加圧部材の間で挟持搬送させることによりフィルムを介した加熱体からの熱により未定着トナー画像を記録材上に定着させる定着装置において、前記フィルムに導電性層を具備させ、前記導電性層にトナーの有する電荷と同極性のバイアス電圧を印加する手段を備え、加圧部材は、導電性の芯金上に低抵抗弾性層を有し、該弾性層上に絶縁性の離形層が形成されており、芯金は非線形素子を介して接地されることにより芯金に流れる電流を制限することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、異物等の混入により傷が入るなどして加圧ローラ表層にピンホールが発生した場合でも、定着フィルムバイアスが火花放電をすることが防止できるため、定着フィルムの表層がダメージを受け、離形性が悪くなることによるオフセットの発生を防ぐことができる。
【００１８】
又、非線形素子がダイオードであり、ダイオードは芯金がフィルムに印加されるバイアスと同極性になる向きに配設されることで、簡単な構成で且つ比較的安価に、加圧ローラ表層のピンホールによる火花放電が防止でき、定着フィルムの表層がダメージを受けるのを防止できる。
【００１９】
更に、ダイオードと直列に抵抗を接続することで、電流が制限されるため、過大な逆電流がダイオードに流れてダイオードを破損することを防止できる。
【００２０】
又、非線形素子がバリスタであることで加圧ローラ表層のピンホールによる火花放電が防止でき、定着フィルムの表層がダメージを受けるのを防止できるだけでなく、芯金の電位を制限できるので、芯金に非常に大きな電荷が蓄積されてしまい、それが導体の周囲の部材との間で火花放電し、その際生じるノイズで制御系の信号に乱れを生じさせることを防止できる。
【００２１】
更に、バリスタと直列にダイオードが接続され、ダイオードは芯金がフィルムに印加されるバイアスと逆極性になる向きに配設されることで、バリスタにより加圧ローラ表層のピンホールによる火花放電、芯金に蓄積された電荷による火花放電を防止するだけでなく、ダイオードにより、加圧ローラにフィルムバイアスと逆極性の電位を持たせることで、フィルムと加圧ローラの電位差が大きくなり、より有効にフィルムバイアスが作用し、オフセットや飛び散りの防止が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
＜実施の形態１＞
図１は本発明に係る加熱定着装置の断面図である。
【００２４】
図１において、１は定着フィルムであり、上面が開放した樋状のフィルムガイド２に外嵌させてある。定着フィルム１の内周長とフィルムガイド２の外周長は、定着フィルム１の方を例えば３ｍｍ程大きくしてあり、従って、定着フィルム１はフィルムガイド２に対し周長の余裕を持ってルーズに外嵌している。
【００２５】
定着フィルム１は、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、基層を厚み１５〜１００μｍ程度で形成し、材質としてはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等にすることで絶縁性、耐熱性、機械的強度を確保し、厚み２〜６μｍ程度の導電性プライマー層を基層の上に形成し、電源１２と接続され、トナーと同極性のバイアス、本実施の形態においては−５００Ｖのバイアスが印加されオフセットや飛び散りの発生を防止している。更に、その上には厚み５〜１０μｍ程度のＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等による離型層が形成されトナーオフセットを防止している。
【００２６】
ヒータ３は、アルミナ等で構成された基板表面に、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気抵抗材料を厚み約１０μｍ、幅１〜５ｍｍにスクリーン印刷等により塗工し、この上に保護層としてガラスやフッ素樹脂等をコートして構成している。このヒータ３には、フィルム１を挟んで加圧部材としての加圧ローラ４が圧接されており、ニップ部Ｎを形成している。
【００２７】
加圧ローラ４には芯金５に導電性のシリコーンゴム（体積抵抗率は１０6 Ωｃｍ以下）から成る弾性層６を設け、これを約５０μｍ厚の絶縁ＰＦＡチューブで被覆したものを用いた。芯金５の端部より駆動手段（図示せず）により駆動され、この駆動に伴って、フィルム１も従動回転するようになっている。
【００２８】
本実施の形態における温度制御は、ヒータ３上に設けられた温度検知手段たるサーミスタ７の出力に応じて、制御手段（図示せず）が電源（図示せず）からヒータ３に通電するＡＣ電力を、位相制御、波数制御等により所望の値とすることで行う。
【００２９】
即ち、サーミスタ７の検知温度が所定の設定温度より低いとヒータ３が昇温するように、又、高い場合はヒータ３が降温するように通電を制御することで、ヒータ３の温度を定着時に一定に保つように温調する。
【００３０】
そして、上記圧接部への記録材Ｐの進入側における前記フイルムに対向して外部に電極部材８を設け、この電極部材８に電源９によってバイアス電圧を印加している。又、フィルム１には電源１０によって電極部材８とは反対極性のバイアス電圧を印加している。１１は加圧ローラ４の芯材５にフイルム１とは反対極性のバイアス電圧を印加する電源である。１５はフイルム１、ヒータ３等が加圧ローラ４により加圧された際に変形しないために設けられた逆Ｕ字型の補強板金である。
【００３１】
次に、動作について説明する。
【００３２】
加熱定着装置における定着フィルム１は、加圧ローラ４に従動する。サーミスタ７によって検知された温度を基にヒータ３への通電を制御する。フィルムガイド２は熱硬化性のプラスチックでできており、その下面にヒータを取り付ける構成となっており、定着フィルム１はフィルムガイド２に沿って移動する。
【００３３】
従って、定着フィルム１を介して形成されるヒータ３と加圧ローラ４のニップ部Ｎに、未定着のトナー像Ｔを担持した記録材Ｐが搬送されると、記録材Ｐ上の未定着のトナー像Ｔは、ニップ部Ｎにおいて熱と圧力が加えられることにより溶融し、該記録材Ｐ上に定着される。転写材Ｐは紙面に向かって右側から表面にトナーＴが付着した状態で供給され、ヒータ３と加圧ローラ４のニップ部Ｎで加熱を受け、トナーＴは溶融して記録材Ｐ上に定着され、左側に排出される。
【００３４】
本実施の形態においては、加圧ローラ４の芯金５がダイオード１３と直列に繋がれた抵抗１７を介してアースに接続されている。ダイオード１３は高圧ダイオードで、フィルムバイアスに対して充分な耐圧を有するもの（３ｋＶ以上）が望ましく、芯金がフィルムに印加されるバイアスと同極性になる向きに、即ち加圧ローラ表層にピンホールがあってもフィルムバイアスが加圧ローラ弾性層を介して芯金にリークしない方向に配設されている。又、抵抗１７は過大な逆電流がダイオードに流れてダイオードを破損することを防止するために配設されており、本実施の形態では、ダイオード保護に充分な１０ＭΩの抵抗とした。
【００３５】
上記構成にすることにより、フィルムバイアスを印加することと加圧ローラの弾性層を導電にすることでオフセットや飛び散りの発生がなく、更には異物等の混入により傷が入る等して加圧ローラ表層にピンホールが発生した場合でも、フィルムバイアスが火花放電をすることが防止できるため、定着フィルムの表層がダメージを受け、離形性が悪くなることで発生するオフセットも防止することができる。
【００３６】
＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２を図２に基づいて説明する。
【００３７】
本実施の形態に係る定着装置は、図２に示すように、ダイオード及び抵抗の代わりにバリスタが配設されている以外、構成は実施の形態１と同様である。加圧ローラ４の芯金５がバリスタ１８を介してアースに接続されている。バリスタ１８のバリスタ電圧は加圧ローラ表層にピンホールがあってもフィルムバイアスが加圧ローラ弾性層を介して芯金にリークしないようにフィルムバイアス以上が望ましく、又、バリスタ電圧を高くし過ぎると、加圧ローラに大きな電荷が蓄積されてしまい、それが導体の周囲の部材との間で火花放電を起こす可能性がある。本実施の形態では、フィルムバイアスが−５００Ｖであるため、バリスタ電位が７００Ｖのバリスタを配設した。
【００３８】
上記構成にすることにより、フィルムバイアスを印加することと加圧ローラの弾性層を導電にすることでオフセットや飛び散りの発生がなく、更には異物等の混入により傷が入る等して加圧ローラ表層にピンホールが発生した場合でも、フィルムバイアスが火花放電をすることが防止できるため、定着フィルムの表層がダメージを受け、離形性が悪くなることで発生するオフセットも防止できる。又、芯金の電位を制限できるので、芯金に非常に大きな電荷が蓄積されてしまい、それが導体の周囲の部材との間で火花放電し、その際生じるノイズで制御系の信号に乱れを生じさせることも防止することができる。
【００３９】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３を図３に基づいて説明する。
【００４０】
本実施の形態の定着装置は、図３に示すように、バリスタ１８と芯金５の間にダイオード１９が配設されている以外、構成は実施の形態２と同様である。ダイオード１９は高圧ダイオードで、フィルムバイアスに対して充分な耐圧を有するもの（３ｋＶ以上）が望ましく、芯金がフィルムに印加されるバイアスと逆極性になる向きに配設されている。これによりバリスタにより加圧ローラ表層のピンホールによる火花放電、芯金に蓄積された電荷による火花放電を防止するだけでなく、ダイオードにより加圧ローラ４に実電荷が蓄積され、加圧ローラ４がフィルムバイアスと逆極性の電位を持つことで、フィルムと加圧ローラの電位差が大きくなり、より有効にフィルムバイアスが作用し、静電オフセットの発生し易い低湿環境や高抵抗の転写材を使用した場合や、飛び散りの発生し易い水分量の多い転写材を使用した場合でもオフセットや飛び散りを防止することができる。又、有効にフィルムバイアスが作用することから、装置の高速化にも対応可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る定着装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る定着装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る定着装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１      定着フィルム
４      加圧ローラ
５      加圧ローラ芯金
１３    ダイオード
１７    抵抗
１８    バリスタ
【図１】
2006072097.tif 000003
【図２】
2006072097.tif 000004
【図３】
2006072097.tif 000005