(57)【要約】【課題】静電オフセットの発生原因となる加圧部材のピンホールを検出して対処することができる定着装置および画像形成装置を提供すること。【解決手段】フィルムユニット２０と加圧ローラ２１との間に所定の電圧を印加し、それらのフィルムユニット２０と加圧ローラ２１との間に流れる電流に基づいて、加圧ローラ２１の表面に生じたピンホールを検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部材と、表面に絶縁層が形成されかつ内側に弾性の導電層が形成された加圧部材と、を備え、前記加熱部材と前記加圧部材の間に、未定着のトナー画像が転写された記録媒体を通過させることにより、前記トナー画像を前記記録媒体に定着させる定着装置において、
前記加熱部材から前記加圧部材に所定の電圧を印加する印加手段と、
前記印加手段が前記電圧を印加したときに、前記加熱部材と前記加圧部材との間の電流を検出し、検出された前記電流が所定の閾値以上のときは、前記トナー画像を前記記録媒体に定着させる動作前に前記加熱部材によって前記加圧部材の表面がトナーのガラス転移温度以上になるように加熱し、且つ前記加圧部材が駆動されるように制御する制御部と、
を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
加熱部材と、表面に絶縁層が形成されかつ内側に弾性の導電層が形成された加圧部材と、を備え、前記加熱部材と前記加圧部材の間に、未定着のトナー画像が転写された記録媒体を通過させることにより、前記トナー画像を前記記録媒体に定着させる定着装置において、
前記加熱部材から前記加圧部材に所定の電圧を印加する印加手段と、
前記印加手段が前記電圧を印加したときに、前記加熱部材と前記加圧部材との間の電流を検出し、検出された前記電流が所定の閾値以上のときに、前記加熱部材と前記加圧部材との間に前記電圧を印加するための回路の電気抵抗を高くする制御部と、
を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
前記制御部によって検出された前記電流が所定の閾値以上のときに、ユーザに警告を発することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記制御部によって検出された前記電流が所定の閾値以上のときに、所定の閾値以上に検出された電流の周期に応じて前記加圧部材の移動速度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項５】
像担持体から記録媒体に未定着のトナー画像を転写してから、定着装置を用いて、前記未定着のトナー画像を前記記録媒体に定着させる画像形成装置において、
前記定着装置として、請求項１から３のいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式により記録媒体上に形成されたトナー画像を定着させるための定着装置、および、その定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、複写機等の画像形成装置の小型化に伴い、記録媒体上に転写されたトナー像を定着させる定着器として、クリーニング部材を用いないものが要求されてきている。クリーニング部材を用いない定着器においても、静電オフセットによる画像の汚れが発生しないことが重要である。
【０００３】
静電オフセットとは、記録媒体上のトナー画像を形成するトナーが定着器のローラに転移し、そのローラが一回転したときに、そのローラに転移したトナーが記録媒体上に定着されることによって、画像の乱れを招く現象である。例えば、トナー画像が形成された記録媒体が定着器のローラ対の間に入ったときに、ローラと記録媒体との摩擦によって、電荷をもったトナーがチャージアップされる。そのチャージアップされたトナーには、それを記録媒体に定着させる方向の保持力とは逆向きの電界が作用し、それによってトナーがローラ側に転移するおそれがある。
【０００４】
このような静電オフセットの対策として、特許文献１には、定着器のヒートローラ（加熱部材）にトナーと同極性のバイアス電圧を印加すると共に、定着器の加圧ローラ（加圧部材）にトナーと逆極性のバイアス電圧を調整可能に印加する構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−００６１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように、定着器のヒートローラと加圧ローラにバイアス電圧を印加する構成においては、バイアス電圧を高くしてローラ間の電位差を大きくする程、加圧ローラの表面の絶縁層と、その内側の導電ゴム層と、の間で電流がリークするおそれがある。そのリークによって、加圧ローラの表面の絶縁層にピンホールが形成される場合がある。また、異物が侵入した場合にも加圧ローラの表面の絶縁層にピンホールが発生するおそれがある。
【０００７】
このようなピンホールを発生した場合には、そのピンホールを通して加圧ローラからグランドへ電流がリークし、加圧ローラの表面に電位変化が起きて静電オフセットが発生して、画像の汚れが生じるおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、静電オフセットの発生原因となる加圧部材のピンホールを検出して対処することができる定着装置および画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の定着装置は、加熱部材と、表面に絶縁層が形成されかつ内側に弾性の導電層が形成された加圧部材と、を備え、前記加熱部材と前記加圧部材の間に、未定着のトナー画像が転写された記録媒体を通過させることにより、前記トナー画像を前記記録媒体に定着させる定着装置において、前記加熱部材から前記加圧部材に所定の電圧を印加する印加手段と、前記印加手段が前記電圧を印加したときに、前記加熱部材と前記加圧部材との間の電流を検出し、検出された前記電流が所定の閾値以上のときは、前記トナー画像を前記記録媒体に定着させる動作前に前記加熱部材によって前記加圧部材の表面がトナーのガラス転移温度以上になるように加熱し、且つ前記加圧部材が駆動されるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の定着装置は、加熱部材と、表面に絶縁層が形成されかつ内側に弾性の導電層が形成された加圧部材と、を備え、前記加熱部材と前記加圧部材の間に、未定着のトナー画像が転写された記録媒体を通過させることにより、前記トナー画像を前記記録媒体に定着させる定着装置において、前記加熱部材から前記加圧部材に所定の電圧を印加する印加手段と、前記印加手段が前記電圧を印加したときに、前記加熱部材と前記加圧部材との間の電流を検出し、検出された前記電流が所定の閾値以上のときに、前記加熱部材と前記加圧部材との間に印加するための回路の電気抵抗を高くする制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の画像形成装置は、像担持体から記録媒体に未定着のトナー画像を転写してから、定着装置を用いて、前記未定着のトナー画像を前記記録媒体に定着させる画像形成装置において、前記定着装置として、上記の定着装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、加熱部材と加圧部材との間に所定の電圧を印加したときに流れる電流に基づいて、加圧部材のピンホールを確実に検出することができる。さらに、加圧部材に付着しているトナーをガラス転移温度以上に加熱することにより、そのトナーをピンホール内に入り込ませて、そのピンホールを修復することができる。加熱部材と加圧部材との間に所定の電圧を印加したときに、所定の閾値以上の電流が流れるときに、加熱部材と加圧部材との間に電圧を印加するための回路の電気抵抗を高くすることにより、ピンホールの影響を受けることなく加圧部材に電圧を印加することができる。これらの結果、加圧部材のピンホールに起因する静電オフセットを防止して、高品位の画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態における画像形成装置の概略構成図である。
【図２】図１における定着ユニットの要部の断面図である。
【図３】図１の画像形成装置の制御系のブロック構成図である。
【図４】ピンホール検出信号の一例の説明図である。
【図５】ピンホール検出信号の閾値の異なる例の説明図である。
【図６】ピンホールの修復状態の説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態におけるリーク電流検出処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態における定着ユニットの要部の概略構成図である。
【図９】本発明の第２の実施形態におけるリーク電流検出処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の第３の実施形態における画像形成装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態における加圧ローラの速度制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における画像形成装置の概略構成図である。
【００１６】
帯電用高圧電源１に接続された帯電ローラ２は、像担持体（感光ドラム）３を所定の一定電位に帯電させ、露光手段４は、潜像を形成する像担持体３上のポイントを露光させて、そのポイントを所定の電位に低下させる。現像容器５内のトナーは、現像スリーブ６上に一様に載せられる。そして、像担持体３上の低下された電位と現像スリーブ６に印加する電位との差、つまり電界の作用を利用して、現像スリーブ６上のトナーを像担持体３上へ付着させる。供給機構により供給された用紙等の記録媒体は、転写前ガイド７に沿って、転写ローラ８が位置する所定の転写領域に搬送される。その転写位置において、像担持体３に付着したトナーにより形成されるトナー画像が記録媒体上に転写される。トナー画像が転写された記録媒体は定着ニップ入り口ガイド１１に沿って搬送され、その記録媒体は、その上に転写されたトナー画像が定着ユニット（定着器）１２によって定着されてから排出される。像担持体３上に付着して記録媒体上に転写しきれなかったトナーは、クリーニングブレード９により廃トナー収容スペース１０内に掻き落されて回収される。
【００１７】
図２は、定着ユニット１２の概略構成図、図３は、定着ユニット１２の制御部の概略のブロック構成図である。
【００１８】
本例の定着ユニット１２は、フィルムユニット（加熱部材）２０と加圧ロ−ラ（加圧部材）２１とを含む。フィルムユニット２０には、加熱源（ヒーター）１９、定着フィルム１５、フィルムガイド１３、Ｔステ−１４、温度検出素子１８が備えられている。加熱源１９は、例えばセラミックヒーターであり、セラミック基板上に発熱ペーストを印刷して構成される発熱体と、この発熱体の保護と絶縁性を確保するためのガラスコーティング層と、を含み、発熱体に電力制御されたＡＣ電流が供給することにより発熱する。定着フィルム１５は、例えばポリイミド製であり、厚さ約７０μｍの円筒形に形成されていて、記録媒体１６上に転写されたトナー画像を形成するトナー１７に対して、加熱源１９からの熱を効率良く伝える。フィルムガイド１３は、長手方向（図２中の紙面の表裏方向）に複数のリブが形成されており、これにより、定着フィルム１５との間の抵抗を抑えながら、定着フィルム１５の矢印Ａ方向の周動を補助する。Ｔステ−１４は例えば鋼板製であり、フィルムガイド１３を介して定着フィルム１５に均一な圧力を加える。
【００１９】
セラミック基板の裏側に位置する温度検出素子（サーミスタ）１８は温度変化を検出し、この検出結果に基づいて、定着ユニット１２の制御部１００が加熱源１９の目標温度を決定する。その制御部１００は、決定した目標温度に応じて、駆動部１０１を介して加熱源１９に供給する電力を制御することにより、加熱源１９の温度を目標温度（記録温度）に保つ。加熱源１９と対向する位置の定着フィルム１５は、フィルムガイド１３によって平面をなすようにガイドされ、その平面の部分に対して、加圧ローラ２１は図２のように変形を伴って圧接する。
【００２０】
本例の加圧ローラ２１は、アルミニウムから成る芯金２１Ａに、シリコンゴム２１Ｂの導電層と、フッ素チューブ２１Ｃの絶縁層（表面層）と、を被覆した構成となっている。したがって、加圧ローラ２１は、表面に絶縁層が形成され、かつ内側に弾性の導電層が形成された加圧部材を構成する。この加圧ローラ２１は、定着フィルム１５を挟んで加熱源１９と対向し、不図示のバネにより、所定圧力（ニップ圧）でフィルムユニット２０に圧接する。これにより、フィルムユニット２０と加圧ローラ２１との間に、５〜７ｍｍの加熱ニップ部２２が形成される。
【００２１】
加圧ローラ２１は、加圧ローラ駆動部１０２により矢印Ｂ方向に回転駆動され、これに従動して定着フィルム１５が矢印Ａ方向に回転することにより、加熱ニップ部２２に導入された記録媒体１６が定着フィルム１５と密着した状態で矢印Ｃ方向に搬送される。このように記録媒体１６が加熱ニップ部２２を通して搬送されることにより、その記録媒体１６上に転写された未定着のトナー像は、加熱源１９の熱とニップ圧とにより記録媒体上に定着される。
【００２２】
本実施形態においては、図１のように、電源２４によって加圧ローラ２１と定着フィルム１５との間に所定のバイアス電圧をかけることによって、静電オフセットの発生を抑制する。また、後述するように、加圧ローラ２１に流れるバイアス電流を電流計２３によって検出し、その検出結果から加圧ローラ２１の表面に生じたピンホールを検出する。さらに、そのバイアス電流を利用してピンホールを修復する。
【００２３】
加熱ニップ部２２に記録媒体１６が位置していない状態（非通紙状態）において、ピンホールが生じていない場合には、フッ素チューブ２１Ｃによって形成される絶縁層のために電流は検出されない。一方、ピンホールが生じた場合には、そのピンホールを通してリークする電流が検出される。例えば、加圧ローラ２１のシリコンゴム２１Ｂ（導電層）の抵抗が１０ＭΩ、バイアス電圧が１０００Ｖの場合、ピンホールが発生した部分から電流がリークして、１μＡの電流が検出される。また、加圧ローラ２１は円筒形であって、所定速度で矢印Ｂ方向に回転しているため、加圧ローラ２１が１回転する間において、同一のピンホールが同じタイミングで検出される。例えば、ピンホールが１つの場合、電流計２３による検出電流の変動周期は、加圧ローラ２１の回転周期と一致する。
【００２４】
図４は、２つのピンホールが生じた場合の例であり、加圧ローラ２１の回転周期内において、１つ目のピンホールの位置に対応する電流の検出時期ｔ１、および２つ目のピンホールの位置に対応する電流の検出時期ｔ２は、共通している。制御部１００は、このように画像形成装置の動作中に電流計２３の検出電流を監視することにより、加圧ローラ２１の表面層におけるピンホールの有無を判定することができる。ピンホールが存在している場合には、ユーザに対して、記録画像の異常が発生する可能性があることを報知するための警告を発することができる。図４の例の場合は、０．７μＡを閾値として、それ以上の電流が流れるたときにピンホールが存在すると判定する。つまり、制御部１００は、電流家２３の検出電流（リーク電流）が０．７μＡ以上のときに、ピンホール検出信号を出力する。
【００２５】
静電オフセット防止用の最適な電位差を生じさせるために、電源２４によって印加するバイアス電圧は、画像記録装置の構造によって異なる。図５は、バイアス電圧と、ピンホールを検出するときの検出電流の閾値と、の関係の例を示す。このように、バイアス電圧に応じて閾値を変更することにより、ピンホールを確実に検出することができる。
【００２６】
また、ピンホールが検出された場合、加熱ニップ部２２に記録媒体１６が位置していない状態（非通紙状態）において、加熱源１９によって加熱ニップ部２２を所定の温度（例えば、２２０℃）に高めることにより、ピンホールを修復することができる。すなわち、加熱源１９の発熱により、加圧ローラ２１や定着フィルム１５上に堆積しているトナーの温度をガラス転移温度以上（Ｔｇ以上）として、加圧ローラ２１を矢印Ｂ方向に回転させつつ、定着フィルム１５を矢印Ａ方向に従動回転させる。そして、それらに堆積しているトナーを加圧ローラ２１上のピンホール内に入り込ませることによって、ピンホールを修復することができる。図６は、加圧ローラ２１のピンホール部分（離型性の悪い部分）２７に、加熱ニップ部２２の温度上昇により変形したトナーが入り込んでピンホールを修復した状態を示している。
【００２７】
図７は、以上のようなリーク電流の検出処理を説明するためのフローチャートである。この検出処理は、例えば、画像記録動作前の加圧ローラ２１の回転時、および連続的な記録動作の休止時において、繰り返し実行することができる。
【００２８】
前述したように、電流計２３によってリーク電流を検出し（ステップＳ１）、そのリーク電流が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。リーク電流が所定の閾値以上であるときは、前述したように、加圧ローラ２１や定着フィルム１５上に堆積しているトナーを加熱源１９の発熱により変形させて、そのトナーをピンホール内に埋め込むことにより、ピンホールを修復する（ステップＳ３）。そのピンホールの修復の程度は、電流計２３によってリーク電流を検出することにより確認することができる。また、このようなピンホールの修復処理（ステップＳ３）に代わって、あるいは共に、ピンホールの発生によって記録画像の異常が生じる可能性があることをユーザに報知してもよい。
【００２９】
（第２の実施形態）
図８は、本実施形態における要部の説明図であり、スイッチ２７の切換によって、定着ユニット１５におけるバイアス電圧の印加回路中に通常抵抗２５とピンホール対応抵抗２６を選択的に介在させる構成となっている。ピンホールのない加圧ローラ２１の抵抗が１０-12Ωの場合、ピンホールが検出されたときに通常抵抗２５（例えば、１．２ＧΩ）からピンホール対応抵抗２６（１．０ＴΩ）に変更することによって、ピンホールのない状態を擬似的につくることができる。すなわち、ピンホール対応抵抗２６に切り換えることにより、ピンホールのある加圧ローラ２１の電気抵抗がピンホールのない加圧ローラ２１と同等となるため、ピンホールのある加圧ローラ２１に電流が流れない状態となる。
【００３０】
この結果、ピンホールによりリーク電流が流れる回路が形成されて、転写ローラ８に対するバイアス電圧がかかりにくくなった場合の問題、つまり記録媒体１６上に転写されるべきトナーが抜ける現象を抑えることができる。また、ピンホールを修復したときには、再び通常抵抗２５に切り換える。これにより、ピンホール対応抵抗２６に切り換えたときの静電オフセットによる画像悪化を最小限に抑えることができる。
【００３１】
図９は、本実施形態におけるリーク電流の検出処理を説明するためのフローチャートである。この検出処理は、例えば、画像記録動作前の加圧ローラ２１の回転時、および連続的な記録動作の休止時において、繰り返し実行することができる。
【００３２】
まず、電流計２３によってリーク電流を検出し（ステップＳ１１）、そのリーク電流が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。リーク電流が所定の閾値以上であるときは、前述したように、スイッチ２７を通常抵抗２５側からピンホール対向抵抗２６側に切り換える（ステップＳ１３）。つまり、リーク電流が所定の閾値以上のときに、定着フィルム１５（加熱部材）と加圧ローラ２１（加圧部材）との間に電圧を印加するための回路の電気抵抗を高くする。スイッチ２７は、制御部１００（図３参照）によって制御することができる。その後、前述した実施形態と同様に、加圧ローラ２１や定着フィルム１５上に堆積しているトナーを加熱源１９の発熱により変形させて、そのトナーをピンホール内に埋め込むことにより、ピンホールを修復する（ステップＳ１４）。その後、再び、電流計２３によってリーク電流を検出し（ステップＳ１５）、そのリーク電流が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。リーク電流が所定の閾値以上であるときはステップＳ１４に戻り、一方、それが所定の閾値未満のときは、スイッチ２７を通常抵抗２５側からピンホール対向抵抗２６側に切り換える（ステップＳ１６）。リーク電流が所定の閾値以上であるときは、ピンホールの発生によって記録画像の異常が生じる可能性があることをユーザに報知してもよい。
【００３３】
（第３の実施形態）
図１０は、本実施形態における画像形成装置の要部の概略構成図であり、前述した図１と同様の部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００３４】
本実施形態においては、定着ユニット１２に放熱ローラ２７が備えられている。本例の場合、この放熱ローラ２７は加圧ローラ２１の表面に接触して、その加圧ローラ２１を加熱する構成となっている。加圧ローラ２１におけるピンホールの存在が検出されたときに、この放熱ローラ２７によって加圧ローラ２１および定着フィルム１５を所定の温度（例えば、２２０℃）に加熱する。これにより、加圧ローラ２１や定着フィルム１５上に堆積しているトナーを変形させて、そのトナーをピンホール内に埋め込むことにより、ピンホールを修復することができる。
【００３５】
（第４の実施形態）
ピンホールの修復処理時には、そのピンホールに対してより効果的にトナーを埋め込むために、加圧ローラ２１の回転速度を制御することが望ましい。
【００３６】
すなわち、図１１のように、加圧ローラ２１に生じたピンホールの位置を検出し（ステップＳ２１）を検出し、その検出したピンホールの位置に応じて加圧ローラ２１の回転速度を制御する（ステップＳ２２）。具体的には、図４のように、加圧ローラ２１の回転に応じてリーク電流が周期的に検出されたときに、そのリーク電流の検出タイミングと、加圧ローラ２１の回転位置と、に基づいて、加圧ローラ２１におけるピンホールの位置を検出することができる。リーク電流の検出タイミングは、ピンホール検出信号の出力タイミングに対応し、加圧ローラ２１の回転位置は、その絶縁層の移動位置に対応する。そして、そのピンホールが加熱ニップ部２２を通過するときに、加圧ローラ２１の回転速度を一時的に下げる。つまり、加熱ニップ部２２におけるピンホールの部分の通過速度（移動速度）を下げることにより、そのピンホールの部分に対して、フィルムユニット２０からの熱と、フィルムユニット２０との間の接触圧と、をより効果的に作用させる。これにより、ピンホールをより効果的に修復することができる。
【００３７】
（他の実施形態）
定着ユニット１２は、種々に画像形成装置に対して組み込み可能な定着装置として構成することができる。また、定着ユニット１２におけるフィルムユニット２０および加圧ローラ２１は、加熱部材および加圧部材を構成するものであればよい。その加熱部材としては、フィルムユニット２０の他、加熱機構を備えたベルトやヒートローラなどを用いることができ、また、加圧部材としてはベルトなどを用いることができる。加圧部材は、その表面の絶縁層が加熱部材との対向位置を通って移動可能な構成であればよい。
【符号の説明】
【００３８】
１２  定着ユニット（定着器）
１５  定着フィルム
１６  記録媒体
１７  トナ−
１８  温度検出素子
１９  加熱源
２０  フィルムユニット（加熱部材）
２１  加圧ローラ（加圧部材）
２３  電流計
【図１】
2011133666.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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