(57)【要約】【課題】加熱部材における静電オフセットの発生を適切に抑制する。【解決手段】定着装置７が、導電性の芯金３１Ａと芯金３１Ａの周囲に設けた絶縁層３１Ｂと有し、回転しながら媒体Ｓ上の未定着のトナーを加熱する加熱部材３１と、回転しながら加熱部材３１と共に加圧領域Ｎ２を形成し、加圧領域Ｎ２を通過する媒体Ｓを加圧する加圧部材３２と、芯金３１ＡとグランドＧとの間に接続され、芯金３１Ａと絶縁層３１Ｂの表面との電位差が第１閾値未満である場合に、トナーと逆極性の電荷を絶縁層３１Ｂに蓄積させる第１方向に向けてグランドＧと加熱部材３１との間に流れる電流を遮断する第１素子Ｄ１と、芯金３１ＡとグランドＧとの間に接続され、芯金３１Ａと絶縁層３１Ｂの表面との電位差が第２閾値未満である場合に、第１方向とは逆向きの第２方向に向けてグランドＧと加熱部材３１との間に流れる電流を遮断する第２素子Ｄ２と、を有する機能部材３５と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の芯金と前記芯金の周囲に設けた絶縁層と有し、回転しながら媒体上の未定着のトナーを加熱する加熱部材と、
回転しながら前記加熱部材と共に加圧領域を形成し、前記加圧領域を通過する前記媒体を加圧する加圧部材と、
前記芯金とグランドとの間に接続され、前記芯金と前記絶縁層の表面との電位差が第１閾値未満である場合に、前記トナーと逆極性の電荷を前記絶縁層に蓄積させる第１方向に向けて前記グランドと前記加熱部材との間に流れる電流を遮断する第１素子と、前記芯金とグランドとの間に接続され、前記芯金と前記絶縁層の表面との電位差が第２閾値未満である場合に、前記第１方向とは逆向きの第２方向に向けて前記グランドと前記加熱部材との間に流れる電流を遮断する第２素子と、を有する機能部材と、を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記第１素子は第１ツェナーダイオードであり、前記第２素子は第２ツェナーダイオードであり、
前記第１閾値は前記第１ツェナーダイオードのツェナー電圧であり、前記第２閾値は前記第２ツェナーダイオードのツェナー電圧であり、
前記第１ツェナーダイオードのカソードと前記第２ツェナーダイオードのカソードとが対向している、ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記トナーは正極性に帯電しており、
前記第１ツェナーダイオードのアノードは前記芯金側に接続され、前記第２ツェナーダイオードのアノードは前記グランド側に接続される、ことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体上のトナーを定着させる定着装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンター等の電子写真方式の画像形成装置は、用紙等の記録媒体にトナー像を定着させる加熱ローラー方式またはフィルム加熱方式の定着装置を備える。加熱ローラー方式の定着装置は、構成が簡易であると共に高速化を実現することが可能である。一方で、フィルム加熱方式の定着装置は、省エネルギー化を実現することが可能である。定着装置が備える加熱部材および加圧部材は、フッ素樹脂等によって構成される表面材質を有することによって用紙の離型性を確保する。
【０００３】
フッ素樹脂は絶縁性であるので、一度帯電すると電荷が減衰し難い。そのため、加熱部材や加圧部材にフッ素樹脂が適用されると、静電オフセットを生じる原因となる場合がある。そこで、絶縁性のフッ素樹脂を加熱部材や加圧部材に適用する際に、ツェナーダイオード等の機能部材を介して加熱部材や加圧部材を接地させることによって、加熱部材と加圧部材との電位差を安定化させることが提案されている。
【０００４】
具体的な一例としては、正帯電トナーによる画像形成を採用した構成において、加熱部材の負帯電を抑制するために、ツェナーダイオードのカソードを加熱部材側に接続し、アノードをグランド側に接続することが提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示される定着装置は、定着ローラー（加熱部材）とグランドとの間に抵抗と定電圧ダイオードとを直列に接続し、加圧ローラー（加圧部材）とグランドとの間にも抵抗と定電圧ダイオードとを直列に接続している。用紙に担持されたトナーが負電荷に帯電されている場合、定着ローラーに接続される定電圧ダイオードはアノードが定着ローラー側に接続され、加圧ローラーに接続される定電圧ダイオードはカソードが加圧ローラー側に接続される構成が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３００７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術によれば、用紙の負帯電による加熱部材の誘導帯電が生じることによって、静電オフセットが生じる可能性がある。
【０００８】
また、上記した通り、加熱部材の表面材質を構成する絶縁層は、帯電した電荷が抜けずに蓄積するという性質を有するので、導体である加熱部材の芯金と絶縁層とがコンデンサーのように振舞うことがある。正帯電トナーを使用する場合、トナー像を用紙に転写する転写ローラーが用紙に対して負電荷を印加するので、負帯電した用紙から加熱部材の絶縁層に対して負電荷が充電される。特に、用紙が含水紙である場合には用紙の抵抗値が低くなるので、加熱部材に印加される負電荷が増大する。
【０００９】
用紙の後端が転写ローラーを脱した後は用紙への負帯電の印加が途絶えるので、トナーと用紙との間の静電吸着力が低下する。加熱部材の絶縁層に充電された負電荷が放電するとき、正帯電トナーが加熱部材の表面に付着して静電オフセットが生じることがある。
【００１０】
加熱部材に蓄積する電荷量を低く抑え、静電オフセットを防止するために、加熱部材の芯金に対してツェナーダイオード等の一方向にのみ極性を有する機能部材を接続する構成が既に提案されている。しかしながら、以上の構成においては、逆極性の帯電現象が起こった場合には静電オフセットが発生してしまう可能性がある。
【００１１】
以上の事情を考慮して、本発明は、定着装置における静電オフセットの発生を適切に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る定着装置は、導電性の芯金と前記芯金の周囲に設けた絶縁層と有し、回転しながら媒体上の未定着のトナーを加熱する加熱部材と、回転しながら前記加熱部材と共に加圧領域を形成し、前記加圧領域を通過する前記媒体を加圧する加圧部材と、前記芯金とグランドとの間に接続され、前記芯金と前記絶縁層の表面との電位差が第１閾値未満である場合に、前記トナーと逆極性の電荷を前記絶縁層に蓄積させる第１方向に向けて前記グランドと前記加熱部材との間に流れる電流を遮断する第１素子と、前記芯金とグランドとの間に接続され、前記芯金と前記絶縁層の表面との電位差が第２閾値未満である場合に、前記第１方向とは逆向きの第２方向に向けて前記グランドと前記加熱部材との間に流れる電流を遮断する第２素子と、を有する機能部材と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
好適には、上記した定着装置において、前記第１素子は第１ツェナーダイオードであり、前記第２素子は第２ツェナーダイオードであり、前記第１閾値は前記第１ツェナーダイオードのツェナー電圧であり、前記第２閾値は前記第２ツェナーダイオードのツェナー電圧であり、前記第１ツェナーダイオードのカソードと前記第２ツェナーダイオードのカソードとが対向している。
【００１４】
好適には、上記した定着装置において、前記トナーは正極性に帯電しており、前記第１ツェナーダイオードのアノードは前記芯金側に接続され、前記第２ツェナーダイオードのアノードは前記グランド側に接続される。
【００１５】
本発明に係る画像形成装置は、上記した定着装置を備えている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、定着装置における静電オフセットの発生を適切に抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る定着装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。なお、図１等の紙面手前が正面であり、各図に示す「Ｌ」は「左」を示し、「Ｒ」は「右」を示し、「Ｕ」は「上」を示し、「Ｄ」は「下」を示している。
【００１９】
１．画像形成装置の全体構成
図１を参照しつつ、画像形成装置１の全体構成について説明する。本実施形態の画像形成装置１は、カラートナー像をシートＳに対して定着させるカラープリンターである。図１は、画像形成装置１の内部構造を模式的に示す断面図である。
【００２０】
画像形成装置１は、略直方体状の外観を構成する装置本体２を備えている。装置本体２の下部には、紙製のシートＳを収容する給紙カセット３が着脱可能に設けられている。装置本体２の上面には、排紙トレイ４が設けられている。なお、媒体の一例としてのシートＳは、紙製に限らず、樹脂製のシート等であってもよい。
【００２１】
画像形成装置１は、給紙装置５と、作像装置６と、定着装置７と、を装置本体２の内部に備えている。給紙装置５は、給紙カセット３から排紙トレイ４まで延びる搬送路８の上流端部に設けられている。定着装置７は搬送路８の下流側に設けられ、作像装置６は搬送路８において給紙装置５と定着装置７との間に設けられている。
【００２２】
作像装置６は、４つのトナーコンテナ１０と、中間転写ベルト１１と、４つのドラムユニット１２と、光走査装置１３と、を含む。４つのトナーコンテナ１０は、４色（イエロー，マゼンタ，シアン，ブラック）のトナー（現像剤）を収容する。中間転写ベルト１１は、図１における左回りに回転する。各ドラムユニット１２は、感光体ドラム１４と、帯電装置１５と、現像装置１６と、一次転写ローラー１７と、クリーニング装置１８と、を含む。各一次転写ローラー１７は、感光体ドラム１４との間に中間転写ベルト１１を挟むように設けられている。
【００２３】
中間転写ベルト１１の右側には、二次転写ローラー１９が接触して転写ニップＮ１を形成している。二次転写ローラー１９は、シートＳの印字裏面側から負のバイアスを印加することによって、正極性に帯電したトナーをシートＳの通過時にシートＳ上に電気的に転写させる。
【００２４】
２．画像形成処理
画像形成装置１は、以下の手順でシートＳに画像形成を行う。各帯電装置１５は、感光体ドラム１４の表面を帯電させる。各感光体ドラム１４は、光走査装置１３から出射された走査光を受け、静電潜像を担持する。各現像装置１６は、トナーコンテナ１０から供給されたトナーを用いて感光体ドラム１４上の静電潜像をトナー像に現像する。各一次転写ローラー１７は、感光体ドラム１４上のトナー像を回転する中間転写ベルト１１に一次転写する。中間転写ベルト１１は、回転しながら４色のトナー像を重ねたフルカラーのトナー像を担持する。
【００２５】
シートＳは、給紙装置５によって給紙カセット３から搬送路８に送り出される。二次転写ローラー１９は、転写ニップＮ１を通過するシートＳに中間転写ベルト１１上のトナー像を二次転写する。定着装置７は定着ニップＮ２（加圧領域）を通過する未定着のトナー像をシートＳに熱定着させる。その後、シートＳは排紙トレイ４に排出される。各クリーニング装置１８は感光体ドラム１４上に残ったトナーを除去する。
【００２６】
３．定着装置
図２は、定着装置７の詳細構造を模式的に示す断面図である。定着装置７は、加熱ローラー３１（加熱部材）と、加圧ローラー３２（加圧部材）と、ハウジング３３と、熱源３４と、機能部材３５と、を備えている。
【００２７】
加熱ローラー３１は、前後方向（回転軸方向）に長い略円筒状の部材である。加熱ローラー３１は、アルミニウムや鉄等の金属で構成された導電性の芯金３１Ａと、絶縁性を有するＰＦＡ等のフッ素樹脂で構成された絶縁層３１Ｂと、を備えている。加熱ローラー３１は、その回転軸周りに回転しながら、未定着のトナー像が表面に形成されたシートＳを加熱する加熱部材である。
【００２８】
シートＳの離型性を高めるために、添加剤のより少ないフッ素樹脂（例えば、添加剤が添加されていない純粋なフッ素樹脂）が絶縁層３１Ｂを構成するのに用いられると好適である。絶縁層３１Ｂは、数１０μｍ（例えば、５０μｍ）から数１００μｍ（例えば、３００μｍ）の厚さのＰＦＡチューブである。絶縁層３１Ｂは誘電体であり、絶縁層３１Ｂの厚さが大きいほど加熱ローラー３１の静電容量も増大する。芯金３１Ａと絶縁層３１Ｂとの間に形成されるプライマー層は、アルミニウム等の金属を含有する添加剤が添加され、数μｍから数１０μｍの厚さで構成されると好適である。
【００２９】
芯金３１Ａは、機能部材３５を介してグランドＧと接続されている（すなわち、接地している）。絶縁層３１Ｂの表面は、負極性の電荷が蓄積したシートＳとの接触によって負極性の電荷が蓄積し、絶縁層３１Ｂの内周（芯金３１Ａ側）が絶縁層３１Ｂの表面に対して正極性側になる。これにより、加熱ローラー３１は、芯金３１Ａと絶縁層３１Ｂの表面との間に電位差を有することで電荷を蓄積するコンデンサーとして機能する。
【００３０】
なお、絶縁層３１Ｂは、フッ素樹脂のみから構成されていてもよいし、絶縁層を有するシリコーンゴム等で構成され芯金３１Ａの外周面に積層された弾性層と、絶縁性を有するＰＦＡ等のフッ素樹脂で構成され弾性層を被覆する離型層と、を備えていてもよい。
【００３１】
加圧ローラー３２は、加熱ローラー３１と同様、前後方向（回転軸方向）に長い略円筒状の部材である。加圧ローラー３２は、円柱状の芯金３２Ａと、芯金３２Ａの外周面に積層された弾性層３２Ｂと、弾性層３２Ｂを被覆する離型層３２Ｃと、を備えている。例えば、芯金３２Ａはステンレス鋼（ＳＵＳ）やアルミニウム等の金属によって構成され、弾性層３２Ｂはシリコーンゴム等によって構成され、離型層３２ＣはＰＦＡ等のフッ素樹脂で構成される。
【００３２】
加圧ローラー３２は、不図示のバネに付勢されて加熱ローラー３１に押し付けられており、加熱ローラー３１と加圧ローラー３２との間に定着ニップＮ２が形成される。加圧ローラー３２は、その後端部に取り付けられた駆動ギアを介してモーター等の駆動源に接続され、駆動源によって回転駆動される。不図示のモーター等の駆動源によって回転駆動される。加熱ローラー３１は、加圧ローラー３２によって従動回転される。
【００３３】
加圧ローラー３２は、その回転軸周りに回転しながら、加熱ローラー３１と共に定着ニップＮ２を形成し、定着ニップＮ２を通過するシートＳを加圧する加圧部材である。溶融したトナーが加熱ローラー３１によって加圧されることにより、シートＳに定着される。
【００３４】
ハウジング３３は、加熱ローラー３１および加圧ローラー３２を収容する筐体であり、前後方向に長い略箱型状に形成されている。ハウジング３３は、例えば、金属等の導電性材料によって構成される。ハウジング３３は、下面の水平方向略中央に開口した給紙口３３Ａと、上面の水平方向略中央に開口した排紙口３３Ｂとを有する。給紙口３３Ａおよび排紙口３３Ｂを介して、シートＳの搬送路８がハウジング３３内を通過している。
【００３５】
熱源３４は、例えば、ハロゲンヒーターまたはセラミックヒーター等により構成され、加熱ローラー３１の内部空間に設けられる。熱源３４は、不図示の電源から供給される電力によって発熱し、加熱ローラー３１を加熱する。
【００３６】
機能部材３５は、加熱ローラー３１の芯金３１ＡとグランドＧ（接地）との間に設けられる。機能部材３５は、芯金３１Ａ側に配置された第１ツェナーダイオードＤ１と、グランドＧ側に配置された第２ツェナーダイオードＤ２とを備える。第１ツェナーダイオードＤ１のカソードと第２ツェナーダイオードＤ２のカソードとが対向している。すなわち、機能部材３５は、電気的に正負両極性の機能を有している。
【００３７】
第１ツェナーダイオードＤ１は、芯金３１Ａと絶縁層３１Ｂの表面との電位差Δが第１閾値未満である場合に、トナーと逆極性の電荷を絶縁層３１Ｂに蓄積させる第１方向に向けてグランドＧと加熱ローラー３１との間に流れる電流を遮断するように構成される。第１閾値は、第１ツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧に相当する。
【００３８】
シートＳに正帯電トナーが転写される本実施形態においては、第１ツェナーダイオードＤ１は、加熱ローラー３１からグランドＧへの電流を許容すると共に、芯金３１Ａと絶縁層３１Ｂの表面との電位差Δが第１閾値未満である場合にグランドＧから加熱ローラー３１への電流を遮断する一方、電位差Δが第１閾値以上である場合にグランドＧから加熱ローラー３１への電流を許容するように構成される。すなわち、第１ツェナーダイオードＤ１のアノードが芯金３１Ａ側に接続され、カソードがグランドＧ側に接続される。
【００３９】
第２ツェナーダイオードＤ２は、芯金３１Ａと絶縁層３１Ｂの表面との電位差Δが第２閾値未満である場合に、第１方向とは逆向きの第２方向に向けてグランドＧと加熱ローラー３１との間に流れる電流を遮断するように構成される。第２閾値は、第２ツェナーダイオードＤ２のツェナー電圧に相当する。
【００４０】
シートＳに正帯電トナーが転写される本実施形態においては、第２ツェナーダイオードＤ２は、グランドＧから加熱ローラー３１への電流を許容すると共に、芯金３１Ａと絶縁層３１Ｂの表面との電位差Δが第２閾値未満である場合に加熱ローラー３１からグランドＧへの電流を遮断する一方、電位差Δが第２閾値以上である場合に加熱ローラー３１からグランドＧへの電流を許容するように構成される。すなわち、第２ツェナーダイオードＤ２のアノードがグランドＧ側に接続され、カソードが芯金３１Ａ側に接続される。
【００４１】
各ツェナーダイオードＤのツェナー電圧は、数１００Ｖ（例えば、５００Ｖ）から数ｋＶ（例えば、２ｋＶ）の範囲で個別に設定されると好適である。各ツェナーダイオードＤのツェナー電圧は、定着装置７を含んだ定着システムの帯電性（例えば、加熱ローラー３１の静電容量）に応じて設定されると好適である。また、定着プロセス以前の処理（転写プロセス）等の影響も考慮に入れてツェナー電圧が設定されるとより好適である。
【００４２】
４．本実施形態の技術的効果
上記したように、本実施形態に係る構成によれば、定着装置７が、導電性の芯金３１Ａと芯金３１Ａの周囲に設けた絶縁層３１Ｂと有し、回転しながらシートＳ上の未定着のトナーを加熱する加熱ローラー３１と、回転しながら加熱ローラー３１と共に定着ニップＮ２を形成し、定着ニップＮ２を通過するシートＳを加圧する加圧ローラー３２と、芯金３１ＡとグランドＧとの間に接続され、芯金３１Ａと絶縁層３１Ｂの表面との電位差Δが第１閾値未満である場合に、トナーと逆極性の電荷を絶縁層３１Ｂに蓄積させる第１方向に向けてグランドＧと加熱ローラー３１との間に流れる電流を遮断する第１素子Ｄ１と、芯金３１ＡとグランドＧとの間に接続され、芯金３１Ａと絶縁層３１Ｂの表面との電位差Δが第２閾値未満である場合に、第１方向とは逆向きの第２方向に向けてグランドＧと加熱ローラー３１との間に流れる電流を遮断する第２素子Ｄ２と、を有する機能部材３５と、を備える。以上の構成によれば、グランドＧと加熱ローラー３１との間に流れる電流を遮断することで、芯金３１Ａと絶縁層３１Ｂの表面との電位差Δが低く抑えられるので、定着装置７における静電オフセットの発生が適切に抑制される。
【００４３】
特に、加熱ローラー３１に接続される機能部材３５が、互いに逆向きの極性を有する第１素子Ｄ１および第２素子Ｄ２を有するので、機能部材３５において電気的に正負両極性の機能が実現される。したがって、加熱ローラー３１における正極性の帯電および負極性の帯電の双方を抑制することが可能である。ひいては、定着装置７における静電オフセットの発生が適切に抑制される。
【００４４】
また、第１素子Ｄ１が第１ツェナーダイオードＤ１であり、第２素子Ｄ２が第２ツェナーダイオードＤ２であり、第１閾値が第１ツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧であり、第２閾値が第２ツェナーダイオードＤ２のツェナー電圧であり、第１ツェナーダイオードＤ１のカソードと第２ツェナーダイオードＤ２のカソードとが対向している構成によれば、機能部材３５を簡易な構成で実現することが可能である。
【００４５】
また、トナーが正極性に帯電しており、第１ツェナーダイオードＤ１のアノードが芯金３１Ａ側に接続され、第２ツェナーダイオードＤ２のアノードがグランドＧ側に接続される構成によれば、機能部材３５を簡易な構成で実現することが可能である。
【００４６】
また、以上の構成によれば、上記の定着装置７を備えた画像形成装置１が提供される。
【００４７】
５．変形例
上記した実施形態は多様に変形される。以下に実施形態の変形例を示す。実施形態および変形例から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない限り適宜に併合することが可能である。
【００４８】
上記した実施形態の説明では、画像形成装置１において、正帯電したトナーが採用されているが、負帯電したトナーが採用されてもよい。負極性に帯電したトナーを用いる構成においては、二次転写ローラー１９がシートＳに正のバイアスを印加すると好適である。
【００４９】
上記した実施形態の説明では、熱源３４としてハロゲンランプが採用されているが、任意の加熱部材が採用され得る。例えば、加熱ローラー３１を外部から加熱するＩＨ発熱ユニットが熱源３４として採用されてもよい。ＩＨ発熱ユニットは、定着ニップＮ２の反対側に設けられている。ＩＨ発熱ユニットは、略半円筒状のホルダーに支持された複数のＩＨコイルを含み。複数のＩＨコイルは、フェライト等の強磁性体で形成されたアーチコアで覆われている。各ＩＨコイルは、電源（図示せず）から電力の供給を受けて高周波磁界を発生させて加熱ローラー３１を加熱する。
【００５０】
上記した実施形態の説明では、一例として、本発明の画像形成装置１がカラープリンターである場合を示しているが、これに限らず、例えば、モノクロプリンター、複写機、ファクシミリまたは複合機等に本発明を適用してもよい。
【００５１】
なお、上記実施形態の説明は、本発明に係る温度検出装置、定着装置、および画像形成装置における一態様を示すものであって、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５２】
１      画像形成装置
７      定着装置
３１    加熱ローラー（加熱部材）
３１Ａ  芯金
３１Ｂ  絶縁層
３２    加圧ローラー（加圧部材）
３５    機能部材
Ｄ１    第１ツェナーダイオード（第１素子）
Ｄ２    第２ツェナーダイオード（第２素子）
Ｇ      グランド
Ｓ      シート（媒体）
【図１】
2019159143.tif 000003
【図２】
2019159143.tif 000004