(57)【要約】【課題】外部加熱定着方式を用いた画像形成装置において、静電オフセットの生じない誘導加熱定着方式を用いた画像形成装置を提供することにある。【解決手段】芯金とその周囲に形成された弾性体とからなる定着ローラと、磁性金属部材から構成されて誘導加熱手段の電磁誘導により加熱される加熱ローラと、定着ローラに当接することによって用紙を挿通するニップを形成する加圧ローラとを備えた定着装置より、転写材表面に像担持体より転写させたトナー像を加熱定着させる画像形成装置において、加熱ローラにトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加する手段を備え、該手段により転写材に対し略０．９μＡ以上５．５μＡ以下の電流を通電することを特徴とする画像形成装置。【選択図】図３
2004133336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金とその周囲に形成された弾性体とからなる定着ローラと、
磁性金属部材から構成されて誘導加熱手段の電磁誘導により加熱される加熱ローラと、
定着ローラに当接することによって用紙を挿通するニップを形成する加圧ローラとを備えた定着装置により、転写材表面に像担持体より転写させたトナー像を加熱定着させる画像形成装置において、
加熱ローラにトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加する手段を備え、該手段により転写材に対し略０．７μＡ以上５．５μＡ以下の電流を通電することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
定着ローラは、その表面に、被覆樹脂層を備え、この被覆樹脂層の摩擦帯電極性と用紙上のトナーの帯電極性とが逆極性である定着手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
加熱ローラにトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加する手段を備え、
該手段により転写材に対し略０．８μＡ以上５．０μＡ以下の電流を通電することを特徴とする請求項１から請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記被覆樹脂がフッ素系樹脂であって、前記トナーの摩擦帯電極性と前記バイアス電圧との両方が正極性であることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
加熱定着させる手段が、交番磁界により磁性金属部材に渦電流を発生させジュール熱を生じさせ、このジュール熱により金属部材を含む加熱体とその加熱体によって加熱される誘導加熱手段であることを特徴とする請求項１から請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項６】
バイアス電圧を印加する手段が、ファーブラシ、コロトロンチャージャーであることを特徴とする請求項１から請求項５に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱したローラ対のニップ間を未定着トナー画像を担持した用紙を挿通させて用紙上未定着トナーを加熱、溶融させて用紙に定着させる定着装置を用いた画像形成装置に関する。特に、電磁誘導加熱方式の定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子写真方式の画像形成装置においてはニップを形成するロール対の少なくとも一方のローラ内部に内蔵された熱源によって加熱されたローラ対のニップ間を、未定着トナー画像を担持した用紙を挿通させてることによって用紙上のトナーを定着させる熱ローラ定着方式が用いられている。この様な熱ローラ定着方式では、定着ローラの熱容量が大きく、定着ローラ内部に内蔵されたハロゲンランプなどの熱源からのロール表面への熱の伝播に長時間が必要である。その結果、画像形成装置本体に電源を入れてから定着可能な定着温度に達するまでのウオームアップ時間に数分もの時間が必要であるため、画像出力動作を速やかに実行できないといった問題があった。
【０００３】
さらに、フルカラー画像形成装置では、フルカラー画像のグロス性を所望の範囲内に安定的に維持させる為に、定着ローラの表面温度だけでなくて加圧ローラの表面温度をも一定範囲内に安定的に制御する事が必要である事から、定着ローラと加圧ローラの両方にハロゲンランプなどを内蔵させている場合が多く見られる。この場合、画像形成装置全体の消費電力には限界があるので、定着ローラのみに熱源を内蔵させる構成に比較すると、フルカラー機では定着ローラ内部の熱源の消費電力を削減せざるを得ない。その結果、フルカラー画像形成装置でのウォームアップ時間、省エネモードからの復帰時間はさらに長時間化しており、短縮が要求されてきた。
【０００４】
このような、従来からの熱ローラ定着方式でのウオームアップ時間の短縮、消費電力の低減などを目的として近年において例えば特開１９９９−２４４６１公報に記載されているような外部加熱方式が提案されている。この公報には定着ローラを外部から加熱する為の加熱ローラが用いられており、定着ローラ表面への熱の伝播を行なわせるには好適である。加熱ローラ内部にはハロゲンランプなどの熱源が内蔵されており、速やかに加熱ローラ表面に熱が伝播できるように金属製ローラが使用される。定着ローラは金属製の加熱ローラから良好な熱伝播を行う為の所定のニップ幅を確保できるように芯金周囲に発泡ゴム体などの弾性体層を形成させ、さらにその外周面には用紙上のトナーに対して離型効果を持たせる為の樹脂層などが塗布されている。
【０００５】
電磁誘導加熱方式の定着装置として、交番磁界により磁性金属部材に渦電流を発生させジュール熱を生じさせ、このジュール熱により金属部材を含む加熱体を磁気誘導発熱させることが提案されている。
【０００６】
こうした樹脂層は絶縁性であって、画像形成を何枚も繰り返すうちに電荷が溜まり、用紙上のトナーと静電的に吸着することによって溶融定着時に用紙上のトナーが定着ローラ表面に転移することによる静電オフセットが生じる事がある。とくに、定着ローラ表面の離型層にフッ素樹脂を用いた場合には負帯電しやすく、用紙上トナーが正帯電であれば上記の静電オフセットが生じ易い。このような静電オフセットを防止する為に、定着ローラ表面のフッ素樹脂系離型層にカーボンなどの導電性微粒子を分散させて中心の芯金からグランドに接地させて負電荷の増加を抑える事が行われる。
【０００７】
静電オフセットとは、定着部で、定着する際に未定着トナーが、熱ローラの方に残り、熱ローラが２回転目に、回転してきた時、用紙にトナーが移る現象のことであり、このオフセットは、定着ローラの直径×πの当りに発生する。
【０００８】
さらに、ニップ部を形成させてトナーを転写材上に加熱・加圧定着させているため、ニップ部に侵入する直前で逃げ場を失った空気や水蒸気がトナーＴを後方に吹き飛ばすことがあった。これは、いわゆる尾引き現象と呼ばれる現象であり、横線が後方に向かって飛び散ることがあった。
この現象は、トナーと転写材間の電気的拘束力が弱まったときに生じるものであり、トナーＴが十分に帯電されていなかったり、転写材の抵抗が下がってトナーＴを保持出来なくなった場合に生じる。従って、環境としては高温高湿度下において生じ易いが、他の環境下においても、例えば定着の前工程である転写・分離の工程で転写材やトナーを過剰に除電した場合等に、定着工程において尾引きが生じることがある。
【０００９】
同様に、裏汚れ、飛び散りという問題点も生じる。
【００１０】
裏汚れとは、定着部で、定着する際に未定着トナーが、熱ローラの方に残り、通紙後、熱ローラの方に残ったトナーが、加圧ローラに移り、次の用紙が、定着部に進入してきた時に、用紙の裏面にトナーの付く現象の事である。
【００１１】
飛び散り現象とは、画像の横線が、太く滲んだように太くなることである。
【００１２】
しかし、芯金とこの離型層の間に分厚い弾性体層が介在するので、芯金を通じての負電荷の放出は不十分であり、上記の問題点の抜本対策が望まれてきた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】。
【００１４】
そこで本発明の目的は、上記問題に鑑みて、定着率を安定し、静電オフセット、尾引き、飛散りの生じない電磁誘導加熱方式を用いた画像形成装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、芯金とその周囲に形成された弾性体とからなる定着ローラと、磁性金属部材から構成されて誘導加熱手段の電磁誘導により加熱される加熱ローラと、定着ローラに当接することによって用紙を挿通するニップを形成する加圧ローラとを備えた定着装置より、転写材表面に像担持体より転写させたトナー像を加熱定着させる画像形成装置において、加熱ローラにトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加する手段を備え、該手段により転写材に対し略０．７μＡ以上５．５μＡ以下の電流を通電することを特徴とする画像形成装置を特徴とする。
【００１６】
請求項１の発明によれば、導電性の金属からなる加熱ローラを通じて定着ローラ表面の樹脂層に、トナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧（略０．９μＡ以上５．５μＡ以下の電流）を注入することによって、被覆樹脂層の摩擦帯電が抑制されてトナーと被覆樹脂層との静電引力を低減するので、トナーが被覆樹脂層に静電吸着される事による静電オフセットが防止される。
さらに請求項２の発明は、定着ローラの被覆樹脂層の摩擦帯電極性と用紙上のトナーの帯電極性とが逆極性である定着手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置を特徴とする。
請求項２の発明によれば、定着ローラの被覆樹脂層の摩擦帯電極性と用紙上のトナーの帯電極性とが逆極性であるため、導電性の金属からなる加熱ローラを通じて定着ローラ表面の樹脂層に、トナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧（略０．７μＡ以上５．７μＡ以下の電流）を注入することによって、被覆樹脂層の摩擦帯電が抑制されてトナーと被覆樹脂層との静電引力を低減するので、トナーが被覆樹脂層に静電吸着される事による静電オフセットが防止される。
さらに請求項３の発明は、加熱ローラにトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加する手段を備え、該手段により転写材に対し略０．８μＡ以上５．０μＡ以下の電流を通電することを特徴とする請求項１から請求項２に記載の画像形成装置を特徴とする。
請求項３の発明によれば、定着ローラの被覆樹脂層の摩擦帯電極性と用紙上のトナーの帯電極性とが逆極性であるため、導電性の金属からなる加熱ローラを通じて定着ローラ表面の樹脂層に、トナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧（略０．８μＡ以上５．５μＡ以下の電流）を注入することによって、定着性能の向上、裏汚れ、尾引き、定着オフセット、飛び散り現象を防止することができる。
さらに請求項４の発明は、前記被覆樹脂がフッ素系樹脂であって、前記トナーの摩擦帯電極性と前記バイアス電圧との両方が正極性であることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の画像形成装置を特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明によれば、定着ローラ表面が特に負電荷を発生、帯電しやすいフッ素系樹脂であって、それに静電吸着しやすい正帯電トナーを用いたとしても、加熱ローラ表面からフッ素系樹脂層表面に正のバイアス電荷を注入してそのフッ素系樹脂層の負電荷を中和若しくは低減させるので、定着ローラとトナーの静電吸着による静電オフセットを有効に防止しうる。
さらに請求項５の発明は、加熱定着させる手段が、交番磁界により磁性金属部材に渦電流を発生させジュール熱を生じさせ、このジュール熱により金属部材を含む加熱体とその加熱体によって加熱される誘導加熱手段であることを特徴とする請求項１から請求項２に記載の画像形成装置を特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明によれば、定着ローラ表面が特に負電荷を発生、帯電しやすいフッ素系樹脂であって、それに静電吸着しやすい正帯電トナーを用いたとしても、加熱ローラを通じて定着ローラ表面の負電荷をグランドに逃がす事によって、定着ローラとトナーの静電吸着による静電オフセットを有効に防止しうる。
さらに請求項６の発明は、バイアス電圧を印加する手段が、ファーブラシ、コロトロンチャージャーであることを特徴とする請求項１から請求項５に記載の画像形成装置を特徴とする。
【００１９】
請求項６の発明によれば、簡単に、ファーブラシ、コロトロンチャージャーよって、バイアス電圧を印加するので、定着ローラとトナーの静電吸着による静電オフセット等の不具合を有効に防止しうる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明は、特に、画像形成装置２００は、パソコン（図示せず）からの画像データをトナーによって、用紙に乗せ、その用紙の出力を行なう画像プリンタ出力や、読取り部１１Ｕで読取られた原稿画像データを用紙に乗せて、出力を行なう複写する機能を備えたマルチファンクションタイプの出力装置に適応する。
【００２１】
以下、本発明に従って構成された装置本体の好適実施形態を添付図面を参照して更に説明する。
【００２２】
尚、以下の実施形態は本発明を具体化した一例であって本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００２３】
図１はこの発明の第１の実施形態にかかる画像形成装置２００の外観構成を示す斜視図である。図２は画像形成装置２００の内部構成を示す正面図である。図３は原稿搬送部を不図示として、画像形成装置２００の右側面から見た原稿カバーの開閉状態を示す模式図である。
図１、図２に示すように、画像形成装置２００は本体ハウジング１１とその上方の上ハウジング１１Ｕと、上ハウジングの上部に開平自在に載置された原稿搬送部１４で区画されている。
【００２４】
本件は、特に、画像形成装置２００は、パソコン（図示せず）からの画像データを用紙に乗せて、出力を行なうプリンタ出力や、読取り部１１Ｕで読取られた原稿画像データを用紙に乗せて、出力を行なう複写する場合に、効果がある。
【００２５】
本体ハウジング１１と上ハウジング１１Ｕの中間部には右側側面から略水平方向に内側に入り込んだシート材スタック空間部１２が形成されている。シート材スタック空間部１２には本体ハウジングから横方向に排出されるシート材を受け取り、積載する為の上シートトレイ１、下シートトレイ２が設けられている。このように、画像形成装置本体内部にシート排出部を設けたいわゆる胴内排紙方式の画像形成装置においては、シートスタック空間の占有空間を設ける必要から、画像形成部のコンパクト化が要求され現像装置においてもコンパクトかつ低コストの１成分現像方式が有利である。
上ハウジング１１Ｕは画像読取り位置において原稿を露光して画像を読取るための露光部１５を内蔵しておりその上面には操作パネル１３や透明なガラス板からなる原稿載置板２１が配設されている。上ハウジング１１Ｕの上方には原稿画像を読み取るために原稿を画像読取り位置Ｒに搬送するための原稿搬送部１４が載置されている。原稿カバー１４ｄは図３に示すように機械奥側のヒンジ部９によって上ハウジング上に開平自在に支持されている。原稿カバー１４ｄは実線で示す閉位置において通常載置されており、破線で示す開位置まで開放することが可能である。画像形成装置２００はシートスルー方式と原稿固定方式の２方式の原稿画像読取りを行なうことが可能である。まずシートスルー方式は閉状態の原稿搬送部１４によって画像読取り位置Ｒを通過している原稿を、画像読取り位置に対向して固定配置された露光部１５で画像読取りする方式である。さらに原稿固定型方式は、原稿搬送部１４を開状態とし、原稿載置板２１上面に原稿を載置し、露光部１５を移動させつつ画像読取りする方式である。本実施形態は、シートスルー方式に基づいた実施例として説明を行なう。本体ハウジング１１は、下ハウジング１１Ｄとその上方の連結ハウジング１１Ｃに区画できる。下ハウジング１１Ｄは用紙の給紙部と、用紙上にトナー画像を形成する画像形成部と、用紙上のトナー画像を定着するための定着部を内蔵している。連結ハウジング１１Ｃは定着後の用紙を搬送してシート材スタック空間のシートトレイに向けて排出するための用紙搬送路を内蔵している。
上ハウジング１１Ｕの構成を図１、図２を元に説明する。
上ハウジング１１Ｕの手前側には操作パネル１３が備えられている。原稿搬送部１４は原稿給紙トレイ１４ａと原稿搬送部本体１４ｂと原稿排紙トレイ１４ｃと原稿カバー１４ｄを備えている。原稿排紙トレイ１４ｃは原稿カバー１４ｄ上面の一部に直付けで形成している。原稿搬送路ｄの延長上の上流端に原稿給紙トレイ１４ａが配設され、原稿搬送路ｄの延長上の下流端には原稿排出トレイ１４ｃが配設されている。原稿読取り部本体１４ｂには原稿搬送路ｄに沿って原稿搬送方向の上流側から下流側にかけてピックアップローラ２２、搬送ローラ対２３とレジストローラ対２４、排出ローラ対２５が設けられている。搬送ローラ対２３は駆動ローラ２３ａと分離ローラ２３ｂから構成されている。分離ローラ２３ｂは回転負荷が所定トルクを下回る場合のみ駆動ローラ２３ａと逆方向に回転し、回転負荷が所定トルクを上回る場合には駆動ローラ２３ａと従動回転するようになっている。
レジストローラ対２４と排出ローラ対２５の間には画像読取り部Ｒが設けられている。画像読取り位置Ｒには原稿載置板２１への対向する向きにシェーディング補正用の白基準板２６と、白基準板２６の上方にあって白基準板２６を原稿載置板２１に押圧するための原稿押圧部２６ａとが設けられている。原稿搬送路ｄは搬送ローラ対２３から画像読取り位置Ｒに至る間において反転するように湾曲している。原稿搬送路ｄの上流側から下流側に向けて各センサが設けられている。つまり、原稿給紙トレイ１４ａ中央部に原稿検知センサＳ１が設けられ、搬送ローラ対２３の下流側に給紙センサＳ２が設けられ、排出ローラ対２５の下流側に排出センサＳ３が設けらている。
原稿搬送部で原稿を搬送移動させつつ固定した露光ランプで原稿露光させるいわゆるシートスルー原稿読取り方式に基づいて以下の説明を進める。原稿給送トレイ１４ａに画像面を上向きにセットされたＭ枚の原稿は、ばね部材６ａによって上向きに付勢されたセット原稿押さえ部材６ｂによって所定の圧力でピックアップローラ２２に押しつけられる。操作パネル１３のコピー開始ボタンがオンされると図示しない１次給紙駆動手段によりピックアップローラ２２と搬送ローラ２３が回転駆動される。原稿給紙トレイ１４ａにセットされた原稿はピックアップローラ２２によって上面側から通常複数枚が搬送ローラ対２３に送られる。搬送ローラ対２３に送られた複数枚の原稿は分離ローラ２３ｂにより最上部の１枚のみが分離されてレジストローラ対２４に向けて搬送される。原稿先端が給紙センサＳ２によって検出されてから所定の距離だけ搬送された後、給紙駆動手段の作動停止により搬送ローラ対２３の駆動ローラ２３ａとピックアップローラ２２の回転駆動が停止され一次給紙が終了する。原稿はその先端がレジストローラ対２４のニップ部に押圧されかつその先端にたわみが形成された状態で停止させられる。
一次給紙が終了してから所定時間経過後、２次給紙が開始される。つまり図示しない２次給紙駆動手段の作動によりレジストローラ対２４が回転駆動される。原稿はレジストローラ対２４により画像読取り位置Ｒ及び排出ローラ対２５に向けて搬送させられた後、最終的には排出ローラ対２５によって原稿排出トレイ１４ｃ上に排出される。排出ローラ対の下流側に設けられた排紙センサＳ３により原稿の後端通過を検知したことによって原稿１枚の画像読取りの完了を検出するようになっている。排紙センサＳ３は原稿の給紙搬送完了毎に原稿枚数を計数するカウント機能を有しており、原稿セット検知センサＳ１が後続の原稿を検知していれば、２枚目以降の原稿搬送が続行される。原稿は画像読取り位置Ｒを通過する際に白基準板２６と原稿押圧部２６ａによって原稿載置板２１の表面を軽く押圧されながら搬送され、原稿画像面が原稿載置板を挟んで対抗する露光ランプ２７によって光走査されるようになっている。
次に、露光部１５について説明する。図２において、露光ランプ２７及び反射板２８と第１ミラー２９と第２ミラー３０と第３ミラー３１と集光レンズ３２とイメージセンサ、例えばライン型のＣＣＤ３３を備えている。露光ランプ２７と第１ミラー２９は第一キャリッジ（図示せず）上に搭載され、第２ミラー３０、第３ミラー３１は第二キャリッジ（図示せず）上に搭載されている。シートスルー方式で原稿画像を読み取る設定では、第一キャリッジが前記画像読み取り位置Ｒの直下に移動し、露光ランプ２７からの光照射光が移動中の原稿を露光する。照射光は第１ミラー２９、第２ミラー３０、第３ミラー３１、集光レンズ３２を通じてＣＣＤ３３に到達して光電変換処理を経て電気信号となるように読み取られる。また、原稿固定方式で原稿画像を読み取る場合には、原稿載置板２１上の載置された原稿画像は露光部１５による読取走査を受けることにより、ＣＣＤ３３上に縮小結像され、光電変換処理を経て電気信号となるように読み取られる。引き続き図２を参照して、本体ハウジング１１を形成する下ハウジング１１Ｄと連結ハウジング１１Ｃの内、下ハウジングの構造について説明する。下ハウジング１１Ｄの下方の給紙部にはシートカセット３４と、画像形成部３６と、定着装置３７とが内蔵さている。シートカセット３４に収容されたシート材Ｐは繰り出しコロ３４ａにより１枚ずつ送り出される。下ハウジング１１Ｄの左側下方部には開閉可能な手差し給紙トレイ３５が備えられていて、この手差し給紙トレイ３５にセットされたシート材Ｐも繰り出しコロ３５ａにより１枚ずつ送り出される。
次に画像形成部について説明する。感光体ドラム２０１は外径４０ｍｍの正帯電性のアモルファスシリコン感光体ドラムであって、駆動時には図示した方向に２００ｍｍ／秒の速度で回転する。尚、本複写機においては省エネの為に感光体ドラム付近には画像流れ対策用のドラムヒータは一切備えられてはいない。
感光体ドラム３８の表面は５ＫＶの高電圧が印可されたメインチャージャー２０２から発生したコロナ放電によって＋２５０Ｖに一様帯電した後、レーザースキャニングユニット４０からのビーム光の照射によって明電位＋１０Ｖと暗電位＋２５０Ｖの部分からなる静電潜像が形成される。更に感光体の回転によって静電潜像は現像位置にまで回転移動する。現像装置３００内部の現像スリーブ３０１は非磁性のアルミニウム製であって、内部に固定磁石を配して現像ローラを構成している。現像スリーブ３０１の外径は２０ｍｍであって、感光体ドラム２０１と３００μｍの間隙をもって、回転自在に支持されており、駆動時には感光体ドラムと同一方向に３６０ｍｍ／秒の速度で回転する。現像部３００内は、体積平均粒径９μｍ（コールターカウンターによるメジアン径）の正帯電の磁性トナーが充填されており、図示しない穂切り板で現像スリーブ表面にトナー薄層が形成される。現像スリーブ３０１には＋１００Ｖの直流電圧と、周波数２ＫＨＺ、ピークツーピーク電圧２ＫＶの交流電界とが重畳した現像バイアス電圧が印可されている。現像領域まで搬送されたトナーはこの現像バイアスによってスリーブ表面から飛翔し感光体ドラム２０１表面の露光部を現像する。
シートカセット３４或いは手差し給紙トレイ３５から１枚ずつ繰り出され搬送路３を通じて上方に搬送されてきた用紙は、感光体上のトナー画像がローラ転写部４２に接近するのに同期して、レジストローラ４で搬送タイミングが調整され、感光体ドラム３８と転写ローラ４２との間を搬送される。これによって、用紙先端とトナー画像部先端が一致してローラ転写部を通過することによってトナー画像中のトナーの大部分が用紙上に転移する。用紙上に転移せず感光体ドラム表面に残留した一部トナーは、最下流に設けられたクリーニング装置５０によって除去される。トナー像が転写された用紙は定着装置５０へトナー像を用紙上に定着してコピー物が得られる。
定着ニップを通過した用紙はそのまま垂直方向の垂直搬送路４２に沿って上方に搬送される。垂直搬送路４２は連結ハウジング１１Ｃに入り搬送ローラ対４３を通過すると、右方向の水平搬送路４４と斜め上方の搬送路４５に分岐しており、その分岐箇所において用紙の搬送方向を振り分ける分岐爪４６が設けられている。２図においては用紙は水平搬送路４４へと進行方向を振り分けられ、下シートトレイ２上へと排出される。
【００２６】
ここで、実施例を説明する。
【００２７】
図４に示す定着装置は画像形成装置に用いられる電磁誘導加熱方式の定着装置である。
【００２８】
誘導加熱手段５５の電磁誘導により加熱される加熱ローラ５３と、定着ローラ５１と、加熱ローラ５３と定着ローラ５１とに張架されて加熱ローラ５３により加熱されるとともに定着ローラ５１に回転を与える無端帯状の耐熱性ベルト５８と、耐熱性ベルト５８を介して定着ローラ５１に圧接されるともに耐熱性ベルト５８に対して順方向に回転する加圧ローラとから構成されている。
【００２９】
図示するように、定着装置にはサーミスタなどの熱応答性の高い感温素子からなり耐熱性ベルト５８の温度を検出する温度検出手段５６が、定着ニップ部Ｎの入口側近傍において耐熱性ベルト５８の内面側に当接して配置されている。
【００３０】
そして、バイアス印加ローラ５７が、耐熱ベルト５８によって、加熱ローラ５３と定着ローラ５１ととも、掛けられている。
【００３１】
本件は、このバイアス印加ローラ５７に所定バイアスを印加すると、耐熱ベルト５８を伝わって、通紙に影響を及ぼす。
【００３２】
又、このバイアス印加ローラ５７は、ファーブラシでも、電荷チャージャーでもいい。
さらに、定着装置には、温度検出手段５６により検出された温度情報が所定の周期で格納される温度格納手段１２が設けられている。
【００３３】
ここで、加熱ローラ５３はたとえばＳＵＳ等の中空円筒状の磁性金属部材からなり、外径がたとえば２５ｍｍ、肉厚がたとえば０．５ｍｍのアルミニウム製のローラ本体５３ａとから構成されている。
【００３４】
定着ローラ５１は外径が１２ｍｍの鉄製の芯金５１ａと、芯金５１ａの表面に被覆された厚さが６．５ｍｍである弾性層５１ｂと、離型性を高めるために弾性層５１ｂの表面に被覆された厚さ７０μｍである被覆樹脂層（例えば、ＰＦＡチューブ層等）５１ｃとから構成されている。弾性層５１ｂはアスカＣ硬度が２５度であるシリコンゴムの発泡体から形成されている。また定着ローラは周速度が感光体ドラム４と等速の１００ｍｍ／ｓｅｃとなる様に制御部７０からの駆動電流を受け、図示しない駆動手段で回転するようになっている。
【００３５】
このような構成により、加圧ローラ１の熱容量が定着ローラ５１の熱容量より小さくなるので、加熱ローラ５３が急速に加熱されてウォームアップ時間が短縮される。
加熱ローラ５３と定着ローラ５１の間に張架された耐熱性ベルト５８は、誘導加熱手段５５によって加熱される加熱ローラ５３との接触部位Ｗで加熱される。
【００３６】
そして、駆動手段による定着ローラ５１の回転に伴う耐熱性ベルト５８の回転によって耐熱性ベルト５８の内面が連続的に加熱され、結果としてベルト全体に加熱される。
【００３７】
ここで、耐熱性ベルト５８は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ等の磁性を有する金属部材を基材とした発熱層５８ａと、その表面を被覆するようにして設けられたシリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性部材からなる離型層５８ｂとから構成される複合層ベルトである。これによれば、仮に何らかの原因で、たとえば耐熱性ベルト５８と加熱ローラ５３との間に異物が混入しても、耐熱性ベルト５８の発熱層５８ａの電磁誘導による発熱するので、温度ムラが少なく信頼性が高くなる。
【００３８】
なお、発熱層５８ａの厚さとしては、２５μｍから５５μｍ程度が望ましく、特に３０μｍ程度が望ましい。
発熱層５８ａの厚さが５５μｍより大きい場合には、ベルト回転時に発生する歪み応力が大きくなり、剪断力によるクラックの発生や機械的強度の極端な低下を引き起こす。また、発熱層５８ａの厚さが２５μｍより小さい場合には、ベルト回転時の蛇行が原因で発生するベルト端部へのスラスト負荷によりクラックや割れ等の破損が発生する。離型層５８ｂの厚さとしては、１１０μｍから３２０μｍ程度が望ましく、特に２００μｍ程度が望ましい。このようにすれば、記録材に形成されたトナー像を耐熱性ベルト５８の表層部が十分に包み込むため、トナー像を均一に加熱溶融することが可能になる。
【００３９】
離型層５８ｂの厚さが１１０μｍよりも小さい場合には、耐熱性ベルト５８の熱容量が小さくなってトナー定着工程において、ベルト表面温度が急速に低下し、定着性能を十分に確保することができない。また、離型層５８ｂの厚さが３２０μｍよりも大きい場合には、耐熱性ベルト５８の熱容量が大きくなってウォームアップにかかる時間が長くなるのに加え、トナー定着工程においてベルト表面温度が低下しにくくなって、定着部出口における融解したトナーの凝集効果が得られず、離型性が低下してトナーがベルトに付着する、いわゆるホットオフセットが発生する。
なお、耐熱性ベルト５８の基材として、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ等の金属部材からなる発熱層５８ａの代わりに、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂などの耐熱性を有する樹脂層を用いてもよい。
【００４０】
基材が耐熱性の高い樹脂部材である樹脂層から構成されれば、耐熱性ベルト５８が加熱ローラ５３の曲率に応じて密着しやすくなるため、加熱体の保有する熱が耐熱性ベルト５８に効率良く伝達される。この場合、樹脂層の厚さとしては、２０μｍから１５０μｍ程度が望ましく、特に７５μｍ程度が望ましい。樹脂層の厚さが２０μｍよりも小さい場合には、ベルト回転時の蛇行に対する機械的強度が得られない。また、樹脂層の厚さが１５０μｍより大きい場合には、熱遮蔽効果が高くなって加熱ローラ５３から耐熱性ベルト５８の離型層５８ｂへの熱伝播効率が低下するため、定着性能の低下が発生する。
加圧ローラ５２は外径が２５ｍｍ、肉厚が１ｍｍであるアルミニウム製のローラ本体５２ａと、ローラ本体５２ａの表面に離型性を高めるために塗布された厚さが１５μｍのＰＴＦＥ層とから構成されている。ローラ本体５２ａの内部には最大消費電力が４００Ｗのハロゲンランプ５８が内蔵されている。加圧ローラ５２は図示しない付勢手段で定着ローラ５１に圧接しており定着ローラ５１の回転に応じて従動回転するようになっている。
電磁誘導により加熱ローラ５３を加熱する誘導加熱手段５５は、図２に示すように、磁界発生手段である励磁コイル５９と、この励磁コイル５９が巻き回された支持板６０とを有している。ここで、支持板６０は加熱ローラ５３の外周面に近接配置された半円弧形状をしており、励磁コイル５９は長い一本の励磁コイル線材をこの支持板６０に沿って加熱ローラ５３の軸方向に交互に巻き付けたものからなり、その巻き付け長さは耐熱性ベルト５８と加熱ローラ５３とが接する領域と同じにされている。
【００４１】
これによれば、当該誘導加熱手段５５により電磁誘導加熱される加熱ローラ５３の領域が最大となり、発熱している加熱ローラ５３表面と耐熱性ベルト５８とが接する時間も最大となるので、伝熱効率が高くなる。
なお、励磁コイル５９は、発振回路が周波数可変とされた駆動電源に接続されている。
励磁コイル５９のさらに外側には、フェライト等の強磁性体よりなる半円弧形状部材である励磁コイルコア６１が、コア支持部材６１に固定されて励磁コイル５９に近接配設されている。なお、本実施の形態において、励磁コイルコア６１は比透磁率が２５００のものを使用している。
【００４２】
励磁コイル５９には駆動電源から１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交流電流、好ましくは２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの高周波交流電流が給電され、これにより交番磁界を発生する。そして、加熱ローラ５３と耐熱性ベルト５８との接触領域Ｗおよびその近傍部においてこの交番磁界が加熱ローラ５３および耐熱性ベルト５８の発熱層５８ａに作用し、これらの内部では上記の磁界の変化を妨げる方向Ｂに渦電流Ｉが流れる。
この渦電流Ｉが加熱ローラ５３および発熱層５８ａの抵抗に応じたジュール熱を発生させ、主として加熱ローラ５３と耐熱性ベルト５８との接触領域およびその近傍部において加熱ローラ５３および発熱層３ｂを有する耐熱性ベルト５８が電磁誘導発熱して加熱される。
本画像形成装置では、図示しない操作表示部に画像形成装置全体の電源スイッチが設けられている。電源スイッチをオンした段階で記憶された設定に従ってウォームアップが開始され、定着ローラは画像出力時と同じ周速１００ｍｍ／ｓｅｃで回転を開始し、加熱ローラと加圧ローラは定着ローラに従動回転するようになっている。
次に、本願発明の特徴である加熱ローラへのバイアス印加手段、アース手段等について説明する。図３に示す第１の実施形態として加熱ローラ５３には＋８００Ｖの電圧を印加する為のバイアス印加手段７１が接続されている。画像出力時に加熱ローラ５３には＋８００Ｖの電圧がバイアス印加手段７１によって印加される。画像出力を繰り返すうちに、定着ローラ５１の表面を被覆しているフッ素系樹脂からなるＰＦＡチューブ層５１ｃは、用紙などと摩擦帯電して負電荷が発生するが、加熱ローラ５３から正電荷が付与されるために負帯電極性が過剰に上昇することが防止される。用紙Ｐ上のトナー画像は正電荷が残留しているが、定着ローラ５１表面の負帯電が効果的に抑制されているので静電オフセットの発生が防止されている。加熱ローラ５３と定着ローラ５１は所定のニップ幅で接触しているので、加熱ローラ５３からのバイアス電圧を特に有効に定着ローラ表面に付与することが可能である。
また、図５に示す比較例には、加熱ローラを始めとする全てのローラに、バイアス印加手段やアース手段が備えられてはいない。画像出力を繰り返すうちに、定着ローラ５１の表面を被覆しているフッ素系樹脂からなるＰＦＡチューブ層５１ｃは、用紙などと摩擦帯電して負電荷が発生する。用紙Ｐ上のトナー画像は正電荷が残留しているので、静電オフセットが発生する。
実施形態１において、加熱ローラ５３には＋８００Ｖバイアス電圧を印加したがこれに限定するものではなくて、＋２００乃至＋２０００Ｖの範囲のバイアス電圧が好適に使用できる。
その実験結果等に基いて、本特許発明を説明する。
【００４３】
加熱ローラにトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加する手段を備え、該手段により転写材に対し略０．７μＡ以上５．５μＡ以下（特には、略０．８μＡ以上５．０μＡ以下）の電流を通電することを特徴とする本発明を説明する。
【００４４】
従来、一般的には、定着ローラの表面抵抗は、１×１０５〜１×１０８Ωの範囲である。その表面抵抗の定着ローラであれば、定着部での裏汚れ、定着部での尾引き、オフセット、飛び散り等の問題点があった。
【００４５】
そこで、その問題点を解消するために、加熱ローラにトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加する制御手段を採用した。
【００４６】
実験条件は、用紙（転写材）は、坪量８０ｇ／ｍ２のＡ４サイズ普通紙を縦方向に通紙し、周速１００ｍｍ／ｓｅｃで回転を開始し、加熱ローラと加圧ローラは定着ローラに従動回転するようになっている。
【００４７】
画像出力時に加熱ローラ５３には＋８００Ｖの電圧がバイアス印加手段７１によって印加される。定着ローラ表面温度を１６０±３℃の範囲に維持するようにオン、オフ制御されるようになっている。
【００４８】
こうして行った実験結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2004133336.tif 000003
【００５０】
▲１▼裏汚れ
◎は、裏汚れが全く発生しない状態である。
【００５１】
○は、裏汚れが発生しないが、すこし定着ローラが汚れる状態である。
【００５２】
△は、支障のないレヘ゛ルではあるが、裏汚れが少し発生し、定着ローラも少
し汚れる状態である。
【００５３】
×は、裏汚れがかなりの頻度で発生する状態である。
【００５４】
▲２▼尾引き
◎は、尾引きが全く発生しない状態である。
【００５５】
○は、尾引きが発生しないが、すこし定着ローラが汚れる状態である。
【００５６】
△は、支障のないレヘ゛ルではあるが、尾引きが少し発生する状態である。
【００５７】
×は、尾引きがかなりの頻度で発生する状態である。
【００５８】
▲３▼定着オフセット
◎は、定着オフセットが全く発生しない状態である。
【００５９】
○は、定着オフセットが発生しないが、すこし定着ローラが汚れる状態で
ある。
【００６０】
△は、支障のないレヘ゛ルではあるが、定着オフセットが少し発生する状態で
ある。
【００６１】
×は、定着オフセットがかなりの頻度で発生する状態である。
【００６２】
▲４▼飛び散り現象
◎は、飛び散り現象が全く発生しない状態である。
【００６３】
○は、飛び散り現象が発生しないが、すこし定着ローラが汚れる状態である。
【００６４】
△は、支障のないレヘ゛ルではあるが、飛び散り現象が少し発生する状態であ
る。
【００６５】
×は、飛び散り現象がかなりの頻度で発生する状態である。
裏汚れは、０．６μＡ以下では、裏汚れがかなりの頻度で発生する状態である。
【００６６】
尾引きは、０．６μＡ以下では、尾引きがかなりの頻度で発生する状態である。
【００６７】
定着オフセットは、５．８μＡ以上では、定着オフセットがかなりの頻度で発生する状態である。
【００６８】
飛び散り現象は、５．６μＡ以上では、飛び散り現象がかなりの頻度で発生する状態である。
【００６９】
そこで、最適なバイアス電流値の範囲は、略０．７μＡ以上５．５μＡ以下である。もっとも、効果的な（臨海的な）範囲は、略０．８μＡ以上５．０μＡ以下である。この範囲であれば、前述の問題点が、すべて、発生しない良好な範囲である。
【００７０】
ここで、定着性能（定着率）は、同極性のバイアス電圧を印加する電流値（以下、バイアス電流値という）が、０．８μＡ以上５．７μＡ以下であれば、
定着性能が良く、問題のない状態である。
本実施例においては、外部加熱ローラ本体と加圧ローラ本体をアルミ製としたがそれに限定するものではなくて、鉄や銅やニッケルやステンレスなどの金属を使用可能である。また、定着ローラ本体やの芯金を鉄製としたがをそれに限定するものではなくて、アルミニウムや銅やニッケルやステンレスなどの金属を使用可能である。
定着ローラ５１において、芯金５１ａの表面に被覆された弾性層５１ｂの厚さを６．５ｍｍとしたがこれに限定するものではなくて、２〜１５ｍｍの範囲が好適に使用できる。弾性層５１ｂを形成するシリコンゴムはアスカＣ硬度が２５度のものを使用したが、それに限定するものではなくてアスカＣ硬度が１０乃至９０度のものが好適に使用できる。弾性層５１ｂの表面に被覆された離型性層をＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パー−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体）チューブとしたがそれに限定するものではなくて、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＥＣＴＦＥ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体）などのフッ素樹脂から選択することが可能である。さらに、この離型性層の肉厚は７０μｍとしたが、２０〜１００μｍの範囲から好適に使用される。
加圧ローラ５２のアルミニウム製のローラ本体は肉厚が１．０ｍｍのものを使用したがこれに限定するものではなくて０．５〜３ｍｍの範囲のものが好適に使用できる。
ローラ本体５２ａの表面の離型性層はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）としたが、それ以外にもＰＦＡ層（テトラフルオロエチレン−パー−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＥＣＴＦＥ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体）などのフッ素樹脂から選択することが可能である。この離型性層の肉厚は１５μｍとしたが、１０〜１００μｍの範囲から好適に使用される
加熱ローラ５３の肉厚は０．５ｍｍとしたがこれに限定するものではなくて０．２〜２．０ｍｍの範囲のものが好適に使用される。また、金属ローラをそのまま使用するのではなくて、その表面をＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ層（テトラフルオロエチレン−パー−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＥＣＴＦＥ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体）などのフッ素樹脂から選択される離型性層で被覆してあっても良い。この場合の肉厚は１０〜１００μｍの範囲から好適に使用される。
【００７１】
【発明の効果】
加熱ローラから定着ローラ表面の樹脂層に、トナーの帯電極性と同極性つまり被覆樹脂層の摩擦帯電極性と逆極性のバイアス電圧を注入することによって、被覆樹脂層の摩擦帯電が抑制されてトナーと被覆樹脂層との静電引力を低減するので、トナーが被覆樹脂層に静電吸着される事による静電オフセットが防止される。
定着ローラ表面が特に負電荷を発生、帯電しやすいフッ素系樹脂であって、それに静電吸着しやすい正帯電トナーを用いたとしても、加熱ローラ表面からフッ素系樹脂層表面に正のバイアス電荷（略０．７μＡ以上５．５μＡ以下の電流、さらに、好ましくは、略０．８μＡ以上５．０μＡ以下の電流）を注入してそのフッ素系樹脂層の負電荷を中和若しくは低減させるので、定着ローラとトナーの静電吸着による静電オフセット、裏汚れ、尾引き、飛び散り現象を有効に防止しうる。
【００７２】
また、定着ローラ表面の樹脂層にたまる電荷を加熱ローラを通じてグランドに逃がす事によって、定着ローラ表面の電荷を低減しうるので定着ローラとトナーの静電吸着による静電オフセットを有効に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成の１例を模式的に示す正面図である。
【図２】各色画像形成部を模式的に示す正面図である。
【図３】第１の実施形態の機械を詳述する側面図である。
【図４】比較例の定着装置５０の内部構造を詳述する模式図である。
【符号の説明】
５０　　定着装置
５１　　　定着ローラ
５１　　　加圧ローラ
５１ａ　　芯金
５１ｂ　　弾性層
５１ｃ　　ＰＦＡチューブ層
５２　　　加圧ローラ
５２ａ　　ローラ本体
５２ｂ　　ＰＴＦＥ層
５３　　　加熱ローラ
５３ａ　　ローラ本体
５４　　　サーミスタ
５５　　　サーミスタ
５６　　　サーミスタ
５７　　　ハロゲンランプ
５８　　　ハロゲンランプ
７０　　　電源制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004133336.tif 000006
【図４】
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