(57)【要約】【課題】画像品質の劣化を最小限に止め、かつ、良好な定着ベルトの耐久性を得ることができる画像形成装置を提供することである。【解決手段】表面に高抵抗の離型層をコーティングした定着ベルト２４とローラとの間に形成されるニップに未定着トナー像を担持した記録材Ｐを通過させて未定着トナー像を該記録材に定着する定着装置を具備する画像形成装置において、定着ベルト２４にバイアス電圧を印加する手段を設け、該バイアス印加手段によって印加するバイアス電圧を作像時の画像処理方法に応じて変化させる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に高抵抗の離型層をコーティングした定着ベルトとローラとの間に形成されるニップに未定着トナー像を担持した記録材を通過させて未定着トナー像を該記録材に定着する定着装置を具備する画像形成装置において、前記定着ベルトにバイアス電圧を印加する手段を設け、該バイアス印加手段によって印加するバイアス電圧を作像時の画像処理方法に応じて変化させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、作像時の画像処理方法がハーフトーンを独立ドットで作像する場合、前記定着ベルトに印加するバイアス電圧を高く設定し、作像時の画像処理方法がハーフトーンを万線パターンで作像する場合、前記定着ベルトに印加するバイアス電圧を低くするあるいはオフすることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着ベルトを有する定着装置を具備する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
可視像形成のためにトナーを用いる画像形成装置においては、トナー画像を転写紙等の記録材に永久画像として定着するために定着装置が備えられている。かかる定着装置において、ローラとエンドレスベルトとの間で形成されるニップに未定着トナー像を担持した記録材を通過させ、その際、熱、圧力等の作用により、未定着トナー像を記録材に定着するようにしたベルト定着方式の装置もよく知られている。この種のベルトを用いる定着装置においては、加圧ローラ等が小径ローラでも定着ニップ幅を広く取れるため、装置自体を小型化することができ、多量のトナーを担持するフルカラーの画像形成装置に適している。
【０００３】
しかし、ベルト定着装置は定着ニップ幅を大きく取れるものの、次に述べるような通常のローラ同士の定着装置で発生しなかった不具合が生じた。定着装置では、通紙により定着部材や加圧部材と転写紙との摩擦帯電・剥離帯電によって定着部材・加圧部材が帯電する。図３のグラフはＡ３サイズを１枚プリントしたときの定着ニップ直前で測定した定着ベルトの電位を示し、この図３で説明すると、定着ニップを転写紙が通過し、ニップ出口で定着ベルト（ローラ）から剥離すると剥離放電が生じ、定着ベルト（ローラ）表面が帯電する。白紙を通紙すると、シリコン表面はマイナスに帯電するが、転写紙後端が剥離する際にはＡで示すように、プラスに帯電する。その帯電量は、線速が早いほど大きく、また、定着ベルト表面にシリコンゴムを用いたフルカラー定着機でより大きくなる。さらに、ベルト定着装置では従来のローラ方式に比べニップ幅が広いため、帯電電位が高くなる傾向がある。
【０００４】
このプラス帯電は、その他の部分と比較して電位が高いため、紙間で減衰せず、定着ベルト上に横帯電位ムラとして残った状態で次の転写紙を定着することになる。このとき、ベルト上の横帯プラス電位が次の画像を乱してしまう。特に、次の転写紙がハーフトーンの場合顕著であり、ドットが乱れて“横黒帯”として定着ベルト周期で発生する（以下、定着横黒帯という。）。この異常画像は、ベルト定着でも特に、定着ニップ前にプレヒート部分を持つ形式のもの場合顕著であり、従来のローラ定着に近い構成のものではほとんど発生しない。これは、プレヒート部分では未定着画像が、十分な圧がかからない状態で定着ベルト上の電位に影響されるのに対して、ローラタイプでは未定着画像がベルトに近づくと直ちに定着ニップにより圧力がかかるために、トナー像が動かないためと考えられる。
【０００５】
この定着横黒帯を解決するためには、定着ベルト上の転写紙剥離放電跡のプラス電位を取り除けば良い。しかしながら、モノクロ定着装置のテフロン（商品名）のローラと異なり、カラー定着で用いるシリコンゴムの場合、ベルト上の電位は除電ブラシ程度では除去できない。したがって、従来行われていたテフロンローラの非画像面に除電ブラシを当接し、ローラ表面を除電する方法で上記定着横黒帯を解決することができない。
【０００６】
また、定着横黒帯の問題を解決するために、ベルト表面の材質を導電性にする方法がある。これは主にシリコンゴム内にカーボンなどの導電性物質を分散して作るものであるが、トナーに対する離型性が損なわれるため、ホットオフセット等の副作用が大きい。また、ベルト表面にバイアスを印加する方法としてコロナ放電を利用するものがあるが、放電によりオゾンが発生しゴムの劣化や、オゾンフィルターの必要性など問題が多い。
【０００７】
ところで、定着ベルトに当接したブラシやブレードにバイアスを印加する方法や、定着ベルト表面に接触するローラにバイアスを印加するものが特開平１０−２２１９８３号公報や特開２０００−３０５３８８公報等に開示されている。これらの方法は、ベルト上に均一にバイアスを印加できるものであり、定着横黒帯に対して有効である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載された技術では電気的に高抵抗なベルト表面にバイアスを印加することによって剥離放電後電位をキャンセルするため高圧バイアス（２〜３ｋＶ程度）が必要であり、ベルト表面の高抵抗層にキズやピンホール等があるとリークが発生する。初期的に存在するキズやピンホールについては、ユニット組付け時に選別することにより除去することができるが、ベルト表面層内部に気泡状に存在するものについては目視およびリーク検査により抽出することが困難である。このようなベルトに対し高圧バイアスを印加し続けた場合、経時で気泡により表面層の層厚がうすい部位で絶縁破壊が発生し、リークが発生する。はじめは微少なリークであるが、リークを繰り返すことにより表面層の物理的な破壊ひいてはベルト基材の破壊が始まる。つまり、定着ベルトに高圧バイアスを印加し続けることは寿命を短くすることにほかならないことであった。
【０００９】
本発明は、上記した従来の問題に鑑み、画像品質の劣化を最小限に止め、かつ、良好な定着ベルトの耐久性を得ることができる画像形成装置を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、表面に高抵抗の離型層をコーティングした定着ベルトとローラとの間に形成されるニップに未定着トナー像を担持した記録材を通過させて未定着トナー像を該記録材に定着する定着装置を具備する画像形成装置において、前記定着ベルトにバイアス電圧を印加する手段を設け、該バイアス印加手段によって印加するバイアス電圧を作像時の画像処理方法に応じて変化させることを特徴としている。
【００１１】
なお、本発明は、作像時の画像処理方法がハーフトーンを独立ドットで作像する場合、前記定着ベルトに印加するバイアス電圧を高く設定し、作像時の画像処理方法がハーフトーンを万線パターンで作像する場合、前記定着ベルトに印加するバイアス電圧を低くするあるいはオフすると、効果的である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の概略を示す構成図である。
【００１３】
本例の画像形成装置は、タンデム方式のフルカラープリンタであり、ベルト転写装置１のベルト走行辺に沿って４個の作像ユニット２が配置され、該作像ユニット２はイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの４色のトナー像を形成するように構成されている。各作像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ、２Ｋは、像担持体としての感光体ドラム３を有し、該感光体ドラム３が図示していない駆動装置によって反時計方向へ回転されるとき、帯電手段としての帯電ローラ４によって一様に帯電された部分にはユニット毎にその色の画像情報に応じたレーザ光５が露光される。この露光により形成された静電潜像は、現像手段６より現像されてトナー像となり、ベルト転写装置１に対向する位置へ到来する。
【００１４】
他方、給紙部１０からは転写材Ｐが給紙され、給紙された転写材Ｐはレジストローラ１３により上記したトナー像と同期してベルト転写装置１上に搬送され転写ローラ７の作用によってそのトナー像が転写される。
【００１５】
フルカラープリントの場合、転写材Ｐには、第１の作像ユニット２Ｙで形成されたＹトナー像が転写され、その間に第２の作像ユニット２ＭではＭ成分色の潜像が形成され、現像手段６にてＭトナーによるＭトナー像が得られると、先の第１の作像ユニット２Ｙで転写が終了した転写材ＰにそのＭトナー像が転写されてＹトナー像と重ね合わされる。以下、Ｃトナー像、Ｋトナー像についても同様な方法で画像形成が行われ、転写材Ｐに４色のトナー像が重ね合わされる。そして、４色のトナー像が重ね合わされた転写材Ｐはベルト転写装置１から分離されて定着装置２０へ搬送される。なお、転写が終了したそれぞれの感光体はクリーニング手段８によって残留トナーが除去され、引き続き行われる次の像形成に備えられる。
【００１６】
定着装置２０は、図２に示すように、ベルト支持体としての定着ローラ２１、加熱ローラ２２及び補助ローラ２３に巻き掛けられた定着ベルト２４と、定着ローラ２１及び補助ローラ２３に定着ベルト２４を介して対向配置された加圧ローラ２５を有している。定着ローラ２１は、直径が３０ｍｍで表面に厚さ６ｍｍのシリコンスポンジが被覆されている。加熱ローラ２２は、直径が３０ｍｍで、厚さ１ｍｍのアルミパイプで構成され、加熱手段としてヒータ２６を内蔵している。補助ローラ２３は直径８ｍｍのステンレスローラである。定着ベルト２４は、周長が６０ｍｍであり、厚さ９０μｍのポリイミドベルト表面に、厚さ１５０μｍのシリコンゴムがコーティングされている。また、加圧ローラ２５は直径４０ｍｍで、厚さ１．５ｍｍのシリコンゴムが被覆され、内部に加熱手段としてのヒータ２７が設けられている。なお、符号２８は加熱ヒータ２６の温度制御に用いるサーミスタ、２９は加圧ヒータ２７の温度制御に用いるサーミスタである。
【００１７】
上記定着装置２０は、加圧ローラ２５が図示していない駆動部によって図２の時計方向に回転駆動され、定着ローラ２１は加圧ローラ２５によって従動回転される。この定着ローラ２１の従動回転によって定着ベルト２４が反時計方向へ回転走行する。未トナー定着トナー像を担持した転写材Ｐは、トナー像が定着ベルト２４に接するようにして加圧ローラ２５と対向する補助ローラ２３から定着ローラ２１の間に形成された定着ニップに入り込む。そして、定着を終えた転写材Ｐは図示していない排紙ガイドに案内され、排紙ローラ４０を介して機外へ排出される。
【００１８】
定着ベルト２４には、定着ニップを越えた直後の位置でその表面を清掃するクリーニングローラ３０が設けられ、クリーニングローラ３０にはその表面に付着した汚れを除去するスクレーパ３１が設けられている。そして、定着ベルト２４には、クリーニングローラ３０に続いてオイル塗布ローラ３２が配設されて定着ベルト表面に離型剤としてのシリコンオイルを均一に塗布している。このオイル塗布ローラ３１の表面は、中抵抗、例えば１０８〜９Ωのシリコンゴムでコーティングされている。
【００１９】
ところで、本実施形態のごとき定着ベルト２４を用いている定着装置では、転写材Ｐが定着ベルト２４から剥離と剥離放電が生じ、定着ベルト表面がプラス帯電する。このプラス帯電は、定着横黒帯を発生せしめて画像品質を悪化させるため、定着ベルト２４に高圧バイアス（−２〜−３ｋＶ）を印加することが定着横黒帯の防止に有効である。
【００２０】
本実施形態の定着装置２０では、上記したオイル塗布ローラ３２を介してバイアスを印加している。しかし、高圧のバイアスを印加すると、定着ベルト２４の寿命が短くなるという問題があることは先に説明した。
【００２１】
そこで、本発明者は上記定着横黒帯の現象に着目した。この定着黒横帯は、ハーフトーンを形成するドットが散ることにより濃度差となって現れるものであるため、ハーフトーンを形成する際の画像処理方法により、ドットチリの程度が異なることを見出した。具体的には、ハーフトーンを２×２や４×４と行った独立ドットで形成すると、定着横黒帯は図４のＢで示すように、全方向へ広がったチリが濃度差として現れるため、画像品質の低下を招く。これに対し、ハーフトーンを縦長の細線で形成した万線パターンで形成した場合は、図５のＣで示すように、上下方向のものは縦長パターンと重なるため、横方向にもののみが濃度差となって現れる。したがって、ハーフトーンを万線パターンで形成する画像処理方法では定着横黒帯の影響が少ない。
【００２２】
そこで、本発明では画像処理法に応じて定着ベルト２４に印加するバイアスを−２．５ｋＶと−１．５ｋＶとに切り換えている。すなわち、ハーフトーンを独立ドットで形成する画質モードのときは−２．５ｋＶのバイアスを印加し、ハーフトーンを万線パターンで形成する画質モードのときは−１．５ｋＶのバイアスを印加するように構成している。この印加バイアスの切り換えは、−２．５ｋＶと−１．５ｋＶの電源を備えて印加する電源自体を切り換える方法や印加バイアスの大きさを制御して可変する方法等が適用できる。また、万線パターンで形成する画質モードのときはバイアスを印加しないようにしてもよく、この場合上記の切り換えが不要で印加バイアスのオン・オフ制御で済む。
【００２３】
ところで、ハーフトーンを独立ドットで形成する画質モードと万線パターンで形成する画質モードを有するカラー画像形成装置は、高画質モードと通常モードを備えたものに多く見られる。このとき、高画質モードではハーフトーンを独立ドットで形成するので、プリント開始時に高品質モードが選択されている場合には通常のバイアスを定着ベルト２４に印加することで定着横黒帯が防止されて高品質のプリントが得られる。また、通常モードではハーフトーンを万線パターンで形成するので、プリント開始時に通常モードが選択されている場合には定着ベルト２４に印加するバイアスを小さくするか印加しないことで、定着ベルトの高寿命化が得られる。しかも、このとき定着横黒帯が生ずるが、万線パターンは定着横黒帯の影響が小さいので、画質の低下も僅かで済む。
【００２４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、各種改変することができる。
例えば、上記実施形態では定着ベルト２５が３本のローラに巻き掛けられているが、ローラであるベルト支持体は２本、さらには４本以上であってもよい。
【００２５】
さらに、ベルト支持体は１つの駆動ローラを設ければ、他のベルト支持体は少なくともベルト摺動面が湾曲した固定部材であってもよい。
さらにまた、上記実施形態ではオイル塗布ローラ３２を介して定着ベルト２４にバイアスを印加しているが、定着ベルトへのバイアス印加はブラシ、ブレード等を用いてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の構成によれば、作像時の画像処理方法により印可するバイアス電圧を変化させるので、定着ベルトの耐久性と良好な画像品質とを共立することができる。
【００２７】
請求項２の構成によれば、作像時の画像処理方法がハーフトーンを独立ドットで作像する場合、定着ベルトに印加するバイアス電圧を高く設定するので、定着横黒帯を防止し高品位な画像品質を得ることができ、作像時の画像処理方法がハーフトーンを万線パターンで作像する場合、定着ベルトに印加するバイアス電圧を低くするあるいはオフするので、定着ベルトの高寿命を達成することができる。
【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を示す構成図である。
【図２】本発明に係る定着装置の構成を示す拡大説明図である。
【図３】Ａ３サイズを１枚プリントしたときの定着ニップ直前で測定した定着ベルトの電位を示すグラフである。
【図４】ハーフトーンを独立ドットで形成したときの定着横黒帯の現象を示す説明図である。
【図５】ハーフトーンを万線パターンで形成したときの定着横黒帯の現象を示す説明図である。
【符号の説明】
２０　　定着装置
２１　　定着ローラ
２２　　加熱ローラ
２３　　補助ローラ
２４　　定着ベルト
２５　　加圧ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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