(57)【要約】【課題】未定着トナー画像Ｔが形成された記録材Ｐを、該記録材の未定着トナー画像担持面側である記録材表面側に対応する第１の回転体１０と、未定着トナー画像担持面側とは反対面側である記録材裏面側に対応する第２の回転体２０との圧接で形成される定着ニップ部Ｎに導入して挟持搬送させることにより、未定着トナー画像を記録材上に加熱定着させ、記録材が定着ニップ部を通過中には、第１と第２の回転体には直流電圧を印加する構成を有した加熱定着装置について、画像先端に顕著に現れる尾引き、帯状に発生する尾引きの問題を解消すること。【解決手段】第１と第２の各回転体１０・２０に対して直流電圧の印加を開始し始めるタイミングは、任意の時間差がつけられていること。各々の回転体１０・２０に対する直流電圧の印加は、複数段階の電圧値を経て、所望とする直流電圧値を印加するものであること。【選択図】図２
2004093638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着トナー画像が形成された記録材を、該記録材の未定着トナー画像担持面側である記録材表面側に対応する第１の回転体と、未定着トナー画像担持面側とは反対面側である記録材裏面側に対応する第２の回転体との圧接で形成される定着ニップ部に導入して挟持搬送させることにより、未定着トナー画像を記録材上に加熱定着させ、記録材が定着ニップ部を通過中には、第１と第２の回転体には直流電圧を印加する構成を有した加熱定着装置であり、
第１と第２の各回転体に対して直流電圧の印加を開始し始めるタイミングは、任意の時間差がつけられていることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】
前記の第１と第２の各回転体に対して直流電圧の印加を開始し始めるタイミングは、定着ニップ部に導入される記録材の先端部が定着ニップ部に到達する前の時点で第１と第２の一方の回転体に印加を開始し始め、これとは時間差をつけて記録材の先端部が定着ニップ部に到達するまでには他方の回転体にも印加を開始し始めるものであり、記録材が定着ニップ部に挟持搬送されたタイミングでは、第１と第２の回転体にはそれぞれに直流電圧が印加されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱定着装置。
【請求項３】
未定着トナー画像が形成された記録材を、該記録材の未定着トナー画像担持面側である記録材表面側に対応する第１の回転体と、未定着トナー画像担持面側とは反対面側である記録材裏面側に対応する第２の回転体との圧接で形成される定着ニップ部に導入して挟持搬送させることにより、未定着トナー画像を記録材上に加熱定着させ、記録材が定着ニップ部を通過中には、第１と第２の回転体には直流電圧を印加する構成を有した加熱定着装置であり、
各々の回転体に対する直流電圧の印加は、複数段階の電圧値を経て、所望とする直流電圧値を印加するものであることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項４】
未定着トナー画像が形成された記録材を、該記録材の未定着トナー画像担持面側である記録材表面側に対応する第１の回転体と、未定着トナー画像担持面側とは反対面側である記録材裏面側に対応する第２の回転体との圧接で形成される定着ニップ部に導入して挟持搬送させることにより、未定着トナー画像を記録材上に加熱定着させ、記録材が定着ニップ部を通過中には、第１と第２の回転体には直流電圧を印加する構成を有した加熱定着装置であり、
第１と第２の各回転体に対して直流電圧の印加を開始し始めるタイミングは、任意の時間差がつけられており、かつ各々の回転体に対する直流電圧の印加は、複数段階の電圧値を経て、所望とする直流電圧値を印加するものであることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項５】
前記の回転体に印加する複数段階を有した直流電圧値の設定は、所望とする直流電圧値より小さな電圧値から、大きい方へ変更していくことで所望とする直流電圧値に至ることを特徴とする請求項３または４に記載の加熱定着装置。
【請求項６】
記録材表面側に対応する第１の回転体にはトナーと同極性の直流電圧を印加し、記録材裏面側に対応する第２の回転体にはトナーと逆極性の直流電圧を印加することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の加熱定着装置。
【請求項７】
前記の定着ニップ部よりも記録材搬送方向下流側には記録材裏面側と接触する電極部材が設けられており、該電極部材は、電気的に接地されている構成、若しくは、記録材裏面側に対応する第２の回転体に印加されている直流電圧と同極性の直流電圧が印加される構成、の何れかであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の加熱定着装置。
【請求項８】
前記の電極部材が導電性のブラシであることを特徴とする請求項７に記載の加熱定着装置。
【請求項９】
前記の定着ニップ部よりも記録材搬送方向下流側には記録材搬送保持部材としてのローラ対が設けてあり、該ローラ対の記録材裏面と接触するローラは電気的に導電性が付与されたものであり、電気的に接地状態にある構成であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の加熱定着装置。
【請求項１０】
記録材表面側に対応する第１の回転体は、少なくとも、基材となる基層、離型層としての表層、基層と離型層との間の接着層から形成された、可撓性を有する中空回転体から構成されており、該中空回転体内面に内接する加熱部材で加熱され、該回転体に対する直流電圧の印加は前記の接着層を介してなされるものであることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の加熱定着装置。
【請求項１１】
記録材裏面側に対応する第２の回転体は、中心から外側に向かって、金属製の芯金、弾性層としてのゴム層、離型層としての表層、から構成されており、該回転体に対する直流電圧の印加は、芯金を介して、若しくは、表層に直接、なされるものであることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の加熱定着装置。
【請求項１２】
記録材に未定着トナー画像を形成する作像手段と、未定着トナー画像を記録材上に加熱定着させる加熱定着手段を有する画像形成装置において、
前記の加熱定着手段は請求項１〜１１の何れかに記載の加熱定着装置であ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、電子写真方式や静電記録方式等を用いた画像形成装置に適用される加熱定着装置に関するものである。
【０００２】
より詳しくは、未定着トナー画像が形成された記録材を、該記録材の未定着トナー画像担持面側である記録材表面側に対応する第１の回転体と、未定着トナー画像担持面側とは反対面側である記録材裏面側に対応する第２の回転体との圧接で形成される定着ニップ部に導入して挟持搬送させることにより、未定着トナー画像を記録材上に加熱定着させ、記録材が定着ニップ部を通過中には、第１と第２の回転体には直流電圧を印加する構成を有した加熱定着装置の改善に関する。
【０００３】
【従来の技術】
上記のような加熱定着装置の代表例としては、熱ローラ方式やフィルム加熱方式の装置が挙げられ、広く用いられている。
【０００４】
図１２は該加熱定着装置の模式図である。Ｐは未定着トナー画像Ｔが形成された記録材である。１００は記録材Ｐの未定着トナー画像担持面側である記録材表面側に対応する第１の回転体、２００は記録材Ｐの未定着トナー画像担持面側とは反対面側である記録材裏面側に対応する第２の回転体である。より具体的に、第１の回転体１００は、熱ローラ方式の加熱定着装置にあっては、ハロゲンヒータ等の内蔵熱源で所定の温度に加熱温調される熱ローラ（定着ローラ、ヒートローラ）、フィルム加熱方式の加熱定着装置にあっては内面に接するセラミックヒータ等の加熱部材（加熱体）で加熱される円筒状もしくはエンドレスベルト状の耐熱性の薄肉フィルム（定着フィルム）もしくはスリーブ（定着スリーブ）である。以下、この第１の回転体１００を定着回転体と記す。第２の回転体２００は、芯金、弾性層、表面離型層等からなる弾性加圧ローラである。以下、この第２の回転体２００を加圧回転体と記す。
【０００５】
上記の定着回転体１００と加圧回転体２００とを加圧回転体２００の弾性層の弾性に抗して所定の押圧力で圧接させて所定幅の定着ニップ部（加熱ニップ）Ｎを形成させて、該両回転体１００・２００を矢印の方向に回転させている。
【０００６】
その定着ニップ部Ｎに未定着トナー画像Ｔが形成された記録材Ｐが導入されて定着ニップ部Ｎで挟持搬送されていく。この定着ニップ部Ｎにおける記録材Ｐの挟持搬送過程において、定着回転体１００による加熱と定着ニップ部Ｎの加圧力にて記録材Ｐ上の未定着トナー画像Ｔが記録材Ｐ面に永久固着画像として定着される。定着ニップ部Ｎを出た記録材Ｐは定着回転体１００から分離されて、定着排紙ローラ対６１・６１ａに挟持されて排出搬送されていく。
【０００７】
ところで、近年のコンピュータ産業の発展に伴い、プリンターの需要も世界的に高まり世界各国で使用されるようになっている。これにより、記録材Ｐとして使用される紙種も、厚み、表面性、坪量、等多種多様に富むと同時に画像形成装置の高速化と相まって、１枚目の記録材を排出するまでの時間の短縮（＝ファーストプリントアウトタイム、などと称されている）や様々な記録材でも十分な定着性の確保を達成する、などの観点から、定着温調温度をアップさせたり、フィルム加熱方式の加熱定着装置にあっては定着回転体としての定着フィルムの熱伝導性の向上、等、発熱体から記録材へ与える熱量を増加させることで、満足の得られる定着性の確保を図ってきた。
【０００８】
また、ユーザの画質に対する要求も高まり、トナーにより形成されるドット再現性の向上、階調性に優れた画像形成装置が開発され、これを実施する手段の一つとしてトナーの粒径も更に微小粒径化することで高画質化の要求を達成してきた。
【０００９】
前述の状況下で、画像形成プロセスにおける定着工程においても種々の画像不良の問題が発生してきたが、問題に応じた新たな技術を開発することで、解決・改善を図ってきた。
【００１０】
例えば、図１２に示した加熱定着装置において、定着ニップ部Ｎに記録材Ｐが突入する際に、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔが、記録材進行方向の後ろ側に帯状に飛び散る画像不良現象（＝以下、定着尾引き、と称する）が発生することがある。この定着尾引きは、定着ニップ部Ｎに記録材Ｐが突入する際、定着ニップ部Ｎよりも記録材搬送方向上流側（以下、定着ニップ部上流側と記す）に記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔが飛び散り、続いて定着ニップ部Ｎで加熱定着されて、記録材Ｐ上に固定されたトナー像となり、図１３に示すように乱れた飛び散り画像となる現象である。
【００１１】
上記した尾引きの原因は、記録材Ｐに含有された水分が定着ニップ部Ｎで、急激に加熱されることで発生する水蒸気であると考えられている。即ち、発生した水蒸気は定着ニップ部近傍の空間に蒸発することになるが、定着ニップ部上流側の空間では図１２の矢印Ｈの方向に逃げ易く、発生する水蒸気の勢いで、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔが吹き飛ばされることで発生するものである。
【００１２】
また、定着尾引きは、画像形成装置の高速化に伴いって、定着ニップ部Ｎを通過する記録材Ｐに供給する熱量を増やさざるを得なくなり、発生する水蒸気量も多くなり、且つ、発生する水蒸気の勢いも強くなることで、より強く未定着トナー像を吹き飛ばすことになり、定着尾引きが発生し易くなってしまう。
【００１３】
更に、記録材Ｐの進行方向とは逆方向に水蒸気は逃げ易い（定着ニップ部上流で発生した水蒸気は、定着ニップ部に遮断されることになるため）ため、定着尾引きの現象である飛び散りは、記録材の進行方向と水平な横線で目立ちやすくなり、また、横線を形成するトナー像の上に載っているトナー載り量が多くなる適当な線巾の横線で顕著に目立ってくる現象である。
【００１４】
上記した定着尾引きを防止するために有効的な手段として、未定着トナー像の記録材上の保持力を高めることが提案されている。
【００１５】
一例として、定着回転体１００の導電部材層に給電手段である定着バイアス電源７７から給電ブラシ７８を介してトナーと同極性の定着バイアスを印加すると同時に、定着ニップ部下流側において記録材裏面に接触する導電性ブラシ７９を設置し、ＧＮＤに接地する構成とすることで、定着尾引きの抑止効果を狙っている。
【００１６】
前述したような構成で、定着ニップ部Ｎに存在する記録材Ｐが導電性ブラシ７９と接していれば、記録材Ｐを介して、定着回転体１００から記録材Ｐ、そして導電性ブラシ７９を経てＧＮＤに至る電流経路が形成されることになる。このような電流経路が形成されることで、定着回転体１００と記録材Ｐ、記録材Ｐと導電性ブラシ７９の間で、それぞれに電圧降下が生じることとなり、この際に発生する電界が記録材Ｐに対するトナーＴの保持力として働くことで、定着尾引きを防止している。
【００１７】
加えて、加圧回転体２００の芯金にはトナーと逆極性の電荷が接地側から流れ込むようにダイオード８０を介して接地することで、記録材裏面からのトナーの保持力が増すように構成している。
【００１８】
また、導電性ブラシ７９のかわりに定着排紙ローラ６１を導電化して接地することでも同様の効果があることは言うまでもない。
【００１９】
近年の高速化が図られる画像形成装置では、前述したように定着尾引きが発生しやすい条件にあるため、高速化を図っても定着尾引きの発生を抑止するために、より大きな定着バイアスを印加せざるを得なくなってきている。
【００２０】
また、これらのオフセットを抑止する効果を高めるための技術として、定着回転体１００のみでなく、加圧回転体２００にもトナーと逆極性の定着バイアスを印加することで、定着回転体１００と加圧回転体２００の間に記録材Ｐ上の未定着トナーＴが保持されるような電界をより積極的に形成することで、オフセットを防止する構成もとられている。
【００２１】
こちらの加圧回転体２００に印加する定着バイアス値も、前述した定着フィルムと同様に、より大きな定着バイアスにせざるを得なくなってきている。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以下のような問題が発生した。
【００２３】
▲１▼．定着ニップ部Ｎを形成する定着回転体１００と加圧回転体２００の間に電界を形成するための定着バイアスを各々の回転体に印加すると、各々の回転体の表層に用いられる離型層としての表層（多くは優れた離型性を有するフッ素系の樹脂が用いられた薄肉チューブを被覆、若しくは、フッ素系の樹脂をコーティングして用いられている）は、高抵抗体、若しくは、絶縁体であるため、定着ニップ部Ｎ中では接触している定着回転体１００と加圧回転体２００が、定着ニップ部下流側で分離する際に、定着ニップ部Ｎ中で形成されていた電界を打ち消す向きに、各回転体１００と２００の表層中には電荷の移動が発生することになる。即ち、定着回転体１００の表層ではプラスの電荷が表面に生じることになり、加圧回転体２００の表層ではマイナスの電荷が生じることになる。この傾向は、回転体の表層として、絶縁体であるフッ素樹脂系のチューブを被覆している加圧回転体２００で顕著になって表れる。
【００２４】
そのため、この逆極性の電荷の影響により、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔを保持する目的で印加している定着バイアスによる電界の効果が小さくなり、先に説明した定着尾引き現象の抑止効果が小さくなり、定着尾引き現象が発生してしまうことになる。
【００２５】
また、この時に発生する逆極性の電荷の発生量は、定着ニップ部中で形成している電界が大きいほど、その電界を打ち消す向きに生じる電界も大きくなるため、発生する逆電荷の量も大きくなる。
【００２６】
これは、高速化を図った画像形成装置において、定着尾引きの発生を抑止するために、より大きな定着バイアスを印加し、定着フィルムと加圧ローラの間の電位差をより大きくし、その間の電界を大きなものとせざるを得ないことが大きく関係している。
【００２７】
▲２▼．定着ニップ部Ｎを形成する定着回転体１００と加圧回転体２００の間に電界を形成するための定着バイアスを印加するタイミングとしては、従来は、記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに到達する直前に印加を開始し、記録材Ｐが定着ニップ部Ｎに到達した時点では所望とする電界が形成されている構成としている。
【００２８】
このような構成を用いて、高速化を図った画像形成装置として毎分４５枚（ＬＴＲサイズ縦搬送、プロセススピード２６６ｍｍ／ｓｅｃ）の画像形成が行える画像形成装置を用いて、定着尾引きの発生を防止するには、定着回転体１００と加圧回転体２００の間に形成する電界の強さもより強い（大きな）ものとなるように各々の回転体１００・２００に印加する直流電圧を設定しないといけないことが判明した。
【００２９】
これは、高速化を図った画像形成装置においては、定着ニップ部Ｎを記録材Ｐが通過する時間も短時間化しており、この短時間化した間で常に良好な定着性を得るために記録材に加える熱量も大きくせざるを得なくなるため、その結果として、記録材から発生する水蒸気の量、水蒸気の発生する勢いも強くなるため、定着尾引きも発生し易くなり、また、定着尾引きの発生レベルも悪化することになる。
【００３０】
このような高速化された画像形成装置においても定着尾引きの発生のない加熱定着装置とするには、より強い電界を定着ニップ部Ｎを形成する回転体対１００・２００の間で形成しなければならなくなる。
【００３１】
▲３▼．上記したような、より強い電界を形成することで、定着尾引きの発生を抑止することが可能となるが、その一方で次のような問題の発生が顕在化した。
【００３２】
より強い電界を形成するために、定着回転体１００と加圧回転体２００の各々には、より大きな直流電圧の印加が必要となってくる。より大きな直流電圧を印加した場合、各々の回転体１００・２００がもっている電気容量を満たすために、より多くの電流を流すことになる。そのため、各々の回転体１００・２００に直流電圧が印加されていない状態から所望の電圧が印加されている状態に移行する間では、瞬間的により多くの電流が流れる現象（電流のオーバーシュート）を経た後に所望の電圧に落ち着くことになる。
【００３３】
先にも説明したように、各々の回転体１００・２００は表層として離型性に優れたフッ素樹脂（絶縁体）を採用しているため電圧が印加され電界が形成されると、定着ニップ部下流側で定着回転体１００と加圧回転体２００が分離する際に、この電界を打ち消す向きに電界が発生し、各々の回転体１００・２００には定着バイアスで印加している極性とは逆の極性の電荷が蓄積されることになる。
【００３４】
各々の回転体１００・２００に流れる電流が過剰となる電流のオーバーシュートは、瞬間的なものであることから（高圧電源の仕様にもよるが、時間にして数百ミリ秒）、定着尾引きを防止するために必要な電位差より大きな電位差が形成されるのは極短時間ではあるが、画像形成装置も高速化されているため、定着回転体１００や加圧回転体２００で考えると無視できないものとなってしまう。
【００３５】
これに起因して、定着ニップ部Ｎには所望するより強い電界が形成されることになり、定着ニップ部下流側で各々の回転体１００・２００が分離する際に生じる逆極性の電荷量も大きいものとなってしまう。この逆極性電荷の影響をうけ、定着回転体１００と加圧回転体２００上には所望の電位より低い電位となる部分が生じてしまい、電界が部分的に弱くなってしまう現象が発生してしまった。
【００３６】
以上説明してきたように、所望の電界が極短時間ではあるが形成されないことによって、記録材Ｐ上には、図１４に示したように、ある巾をもった、記録材搬送方向と直交する帯状の定着尾引きが発生することになる。
【００３７】
この現象は、各々の回転体１００・２００に流れ込んでいる直流電流が瞬間的にオーバーシュートするために発生しているの帯状の定着尾引きであるため、電流のオーバーシュートを防止できれば、その発生は抑止できる。
【００３８】
これを実現するには、定着バイアスを発生している電源トランスの容量を、より大きな容量の電源トランスとすることによって過渡的な電流が流れるのをなくすことでも達成は可能であるが、オーバースペックな電源トランスを搭載することになり、製品コストの面で好ましくない。
【００３９】
また、近年の画像形成装置の小型化によって、電気部品（抵抗、ＩＣ、トランジスタ、電源トランス、など）が実装されている電気基板の大きさも小型化を図ることが必須であり、より大きな容量をもった電源トランス（電源トランスの大きさも、当然大きくなる）を実装することは、電気基板の制約からも、その実現が難しいものとなっている。
【００４０】
本発明は、上記のような、未定着トナー画像が形成された記録材を、該記録材の未定着トナー画像担持面側である記録材表面側に対応する第１の回転体と、未定着トナー画像担持面側とは反対面側である記録材裏面側に対応する第２の回転体との圧接で形成される定着ニップ部に導入して挟持搬送させることにより、未定着トナー画像を記録材上に加熱定着させ、記録材が定着ニップ部を通過中には、第１と第２の回転体には直流電圧を印加する構成を有した加熱定着装置について、上記のように画像先端に顕著に現れる尾引き、帯状に発生する尾引きの問題を解消することを目的とするものである。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の手段構成を特徴とする、加熱定着装置および画像形成装置である。
【００４２】
（１）未定着トナー画像が形成された記録材を、該記録材の未定着トナー画像担持面側である記録材表面側に対応する第１の回転体と、未定着トナー画像担持面側とは反対面側である記録材裏面側に対応する第２の回転体との圧接で形成される定着ニップ部に導入して挟持搬送させることにより、未定着トナー画像を記録材上に加熱定着させ、記録材が定着ニップ部を通過中には、第１と第２の回転体には直流電圧を印加する構成を有した加熱定着装置であり、
第１と第２の各回転体に対して直流電圧の印加を開始し始めるタイミングは、任意の時間差がつけられていることを特徴とする加熱定着装置。
【００４３】
（２）前記の第１と第２の各回転体に対して直流電圧の印加を開始し始めるタイミングは、定着ニップ部に導入される記録材の先端部が定着ニップ部に到達する前の時点で第１と第２の一方の回転体に印加を開始し始め、これとは時間差をつけて記録材の先端部が定着ニップ部に到達するまでには他方の回転体にも印加を開始し始めるものであり、記録材が定着ニップ部に挟持搬送されたタイミングでは、第１と第２の回転体にはそれぞれに直流電圧が印加されていることを特徴とする（１）に記載の加熱定着装置。
【００４４】
（３）未定着トナー画像が形成された記録材を、該記録材の未定着トナー画像担持面側である記録材表面側に対応する第１の回転体と、未定着トナー画像担持面側とは反対面側である記録材裏面側に対応する第２の回転体との圧接で形成される定着ニップ部に導入して挟持搬送させることにより、未定着トナー画像を記録材上に加熱定着させ、記録材が定着ニップ部を通過中には、第１と第２の回転体には直流電圧を印加する構成を有した加熱定着装置であり、
各々の回転体に対する直流電圧の印加は、複数段階の電圧値を経て、所望とする直流電圧値を印加するものであることを特徴とする加熱定着装置。
【００４５】
（４）未定着トナー画像が形成された記録材を、該記録材の未定着トナー画像担持面側である記録材表面側に対応する第１の回転体と、未定着トナー画像担持面側とは反対面側である記録材裏面側に対応する第２の回転体との圧接で形成される定着ニップ部に導入して挟持搬送させることにより、未定着トナー画像を記録材上に加熱定着させ、記録材が定着ニップ部を通過中には、第１と第２の回転体には直流電圧を印加する構成を有した加熱定着装置であり、
第１と第２の各回転体に対して直流電圧の印加を開始し始めるタイミングは、任意の時間差がつけられており、かつ各々の回転体に対する直流電圧の印加は、複数段階の電圧値を経て、所望とする直流電圧値を印加するものであることを特徴とする加熱定着装置。
【００４６】
（５）前記の回転体に印加する複数段階を有した直流電圧値の設定は、所望とする直流電圧値より小さな電圧値から、大きい方へ変更していくことで所望とする直流電圧値に至ることを特徴とする（３）または（４）に記載の加熱定着装置。
【００４７】
（６）記録材表面側に対応する第１の回転体にはトナーと同極性の直流電圧を印加し、記録材裏面側に対応する第２の回転体にはトナーと逆極性の直流電圧を印加することを特徴とする（１）〜（５）の何れかに記載の加熱定着装置。
【００４８】
（７）前記の定着ニップ部よりも記録材搬送方向下流側には記録材裏面側と接触する電極部材が設けられており、該電極部材は、電気的に接地されている構成、若しくは、記録材裏面側に対応する第２の回転体に印加されている直流電圧と同極性の直流電圧が印加される構成、の何れかであることを特徴とする（１）〜（６）の何れかに記載の加熱定着装置。
【００４９】
（８）前記の電極部材が導電性のブラシであることを特徴とする（７）に記載の加熱定着装置。
【００５０】
（９）前記の定着ニップ部よりも記録材搬送方向下流側には記録材搬送保持部材としてのローラ対が設けてあり、該ローラ対の記録材裏面と接触するローラは電気的に導電性が付与されたものであり、電気的に接地状態にある構成であることを特徴とする（１）〜（８）の何れかに記載の加熱定着装置。
【００５１】
（１０）記録材表面側に対応する第１の回転体は、少なくとも、基材となる基層、離型層としての表層、基層と離型層との間の接着層から形成された、可撓性を有する中空回転体から構成されており、該中空回転体内面に内接する加熱部材で加熱され、該回転体に対する直流電圧の印加は前記の接着層を介してなされるものであることを特徴とする（１）〜（９）の何れかに記載の加熱定着装置。
【００５２】
（１１）記録材裏面側に対応する第２の回転体は、中心から外側に向かって、金属製の芯金、弾性層としてのゴム層、離型層としての表層、から構成されており、該回転体に対する直流電圧の印加は、芯金を介して、若しくは、表層に直接、なされるものであることを特徴とする（１）〜（１０）の何れかに記載の加熱定着装置。
【００５３】
（１２）記録材に未定着トナー画像を形成する作像手段と、未定着トナー画像を記録材上に加熱定着させる加熱定着手段を有する画像形成装置において、
前記の加熱定着手段は（１）〜（１１）の何れかに記載の加熱定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
【００５４】
〈作　用〉
▲１▼．すなわち、定着ニップ部を形成する第１と第２の各々の回転体の間に形成される電界の強さを任意の時間差をもって段階的にかえることで、一度の電界の変化量を小さく抑えることで、定着ニップ部下流で第１の回転体と第２の回転体が分離する際に生じる逆極性の電荷の発生量を小さく抑えるように制御するものである。
【００５５】
その利点として、定着ニップ部に形成される電界を常に最適なものとしておくことが可能となり、定着尾引き現象の発生を常に抑止できる加熱定着装置を提供することが可能となる。
【００５６】
▲２▼．第１と第２の各々の回転体に印加する直流電圧（定着バイアス）の具体的な設定は、所望とする定着バイアス値よりも小さな定着バイアス値から印加を始め、所定時間（数百ミリ秒）経過の後に、所望とする定着バイアス値に切り替えることで、定着バイアスを印加した際に生じる電流のオーバーシュートによって生じる所望とする電界よりも強い電界の形成を防ぎ、その電界を打ち消す向きに生じる逆極性の電荷の発生により極短時間ではあるが生じる電位差のむらをなくすものであり、効果として、定着ニップ部の電位差のむらに起因して発生する帯状の定着尾引きを防止できる加熱定着装置を提供することが可能となる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
〈第１の実施例〉
（１）画像形成装置例
図１は本実施例における画像形成装置の構成略図である。本例の画像形成装置は電子写真プロセス利用のレーザプリンターであり、プロセスカートリッジ着脱式で、記録材としてＬＴＲサイズ１分間あたり４５枚の出力が可能なものである。また、６００ｄｐｉ（ｄｏｔ　ｐｅｒ　ｉｎｃｈ）の画像解像度を有している。
【００５８】
２は感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の素管上に形成されている。
【００５９】
感光ドラム２は矢印の方向に回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ３によって一様帯電される。
【００６０】
次に、その回転感光ドラム２の一様帯電面に対してレーザスキャナユニット８１によりレーザビーム走査露光Ｌが施されて画像情報の静電潜像が形成される。感光ドラム２に対するレーザビーム走査露光Ｌは画像情報に応じて点灯制御されたレーザビームがレーザスキャナユニット８１内で回転するポリゴンミラーにより反射されてなされる。
【００６１】
この静電潜像は現像装置４で現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
【００６２】
可視化されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５により、給紙機構部から所定のタイミングで搬送された記録材（転写材）Ｐ上に感光ドラム２上より転写される。
【００６３】
記録材Ｐは給紙機構部の選択された上段または下段のカセット７２から給紙ローラ対７３によってピックアップされ、給紙搬送路７４を経て、紙先端部を検知するレジストローラ対７５に送られ、感光ドラム２上の可視像であるトナー像とタイミングを一致させた後、感光ドラム２と転写ローラ５との当接部である転写ニップに搬送されることになる。このとき記録材Ｐは感光ドラム２と転写ローラ５に一定の加圧力で挟持搬送される。
【００６４】
転写ニップでトナー像が転写された記録材Ｐは感光ドラム２の面から分離されて定着装置７へと搬送され、永久画像として定着され、排紙ローラ対７１を経て、排紙トレイ７０に排出されることになる。
【００６５】
一方、感光ドラム２上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング部材６により感光ドラム表面より除去され、感光ドラム２は繰返して作像に供される。
【００６６】
本例のプリンターは、上記の感光ドラム２、帯電ローラ３、現像装置４、クリーニング装置６の４つのプロセス機器を一括してプリンター本体に対して着脱交換自在のプロセスカートリッジ１としてある。
【００６７】
（２）加熱定着装置７
１）加熱定着装置７の全体的な構成説明
図２は加熱定着装置７の概略構成の横断面模型図である。本例の加熱定着装置７は、特開平４−４４０７５〜４４０８３、４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に開示の、定着回転体として円筒状（エンドレスベルト状）の定着フィルムを用いた、フィルム加熱方式、加圧用回転体駆動方式の加熱定着装置である。
【００６８】
１０は第１の回転体、すなわち定着回転体としての円筒状（エンドレスベルト状）の定着フィルムである。この定着フィルム１０は、図３のように、耐熱性樹脂や金属の基層１０ａと、その外周面に導電性プライマー層（接着層）１０ｂを介して積層した離型層としての表層１０ｃの、複数の層構成からなる全体に熱容量が小さく、可撓性の薄肉回転体である。この定着フィルム１０については後記２）項で更に詳述する。
【００６９】
この定着フィルム１０は、下面に加熱用ヒータ（加熱部材、加熱体）としてのセラミックヒータ１１を固定保持させた断熱ステイホルダー１２にルーズに外嵌させてある。セラミックヒータ１１については後記３）項で更に詳述する。
【００７０】
断熱ステイホルダー１２は、加熱用ヒータ１１を保持するとともに回転する定着フィルム１０の搬送ガイドも兼ねている、定着ニップの反対方向側への放熱を防ぐための部材であり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等により形成されている。本実施例では液晶ポリマー製の断熱ステイホルダーとしている。
【００７１】
２０は第２の回転体、すなわち加圧回転体としての弾性加圧ローラである。この加圧ローラ２０は、芯金２１と、この芯金２１の外側に形成した、シリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコンゴムを発泡して形成された弾性層２２と、さらにその上に形成した、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、等の離型層２３からなる。
【００７２】
加圧ローラ２０は断熱ステイホルダー１２に保持された加熱用ヒータ１１の下面に対して定着フィルム１０を挟んで不図示の加圧手段としての加圧バネにより、総圧１２７Ｎで押圧され、約７ｍｍ巾の定着ニップ部Ｎを形成している。
【００７３】
加圧ローラ２０は芯金２１に固着した加圧ローラ駆動ギア（不図示）に駆動系から回転力が伝達されることにより図２において矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ２０の回転駆動による該加圧ローラ２０の外面と定着フィルム１０との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により円筒状の定着フィルム１０に回転力が作用して該定着フィルム１０がその内面側が加熱用ヒータ１１の下向き面に密着して摺動しながら断熱ステイホルダー１２の外回りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。
【００７４】
図には省略したけれども断熱ステイホルダー１２の端部には回転する定着フィルム１３の端部を受止めて長手位置を規制し、該定着フィルムの軸線方向への寄り移動を規制するフランジ部材を配設してある。このフランジ部材に用いられる材料としては、耐熱性に優れ、比較的熱伝導性が良くなく、滑り性にも優れる材料として、ＰＰＳ、液晶ポリマー、ＰＥＴ、ＰＩ、ＰＡ、等のガラス繊維含有の樹脂が用いられている。
【００７５】
また、定着フィルム１０は内部の加熱用ヒータ１１及び断熱ステイホルダー１２に摺擦しながら回転するため、加熱用ヒータ１１、及び、断熱ステイホルダー１２と定着フィルム１０の間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このため加熱用ヒータ１１、及び、断熱ステイホルダー１２の表面に耐熱性グリースを潤滑剤として少量塗布してある。これにより定着フィルム１０はスムースに回転することが可能となる。
【００７６】
加圧ローラ２０が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム１０が従動回転状態になり、またヒータ１１に通電がなされ、該ヒータ１１が昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Ｎの定着フィルム１０と加圧ローラ２０との間に未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐが耐熱性の定着入口ガイド２７に沿って案内されて導入され、定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐのトナー像担持面側が定着フィルム１０の外面に密着してフィルム１０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、ヒータ１１の熱が定着フィルム１０を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。
【００７７】
定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着フィルム１３から曲率分離され、記録材裏面側と接触する電極部材としての導電ブラシ７９、定着排紙センサ７６、定着排紙ローラ対６１・６１ａ、排紙ローラ対７１を経て、排紙トレイ７０に排出されることになる。導電ブラシ７９はダイオード８０を介して電気的に接地されている。
【００７８】
定着排紙センサ７６は定着ニップ部に記録材が存在するかを判断するセンサであり、ヒータ１１への通電制御、記録材の定着ニップへの滞留の検知などに用いられる信号を出力するものである。また、この定着排紙センサ７６は、記録材が該定着排紙センサ７６上に存在する時にＯＮ状態となるセンサとして設けてあり、定着ニップ部の極近傍に設けてあるので定着ニップ部の記録材の存在をしるものとしても利用が可能である。
【００７９】
７７は定着回転体としての定着フィルム１０にトナーと同極性の定着バイアスを印加する第１の電源である。すなわち定着フィルム１０のプライマー層１０ｂの長手方向の一部は図３のように周方向で露出しており、ここに尾引き、オフセット防止の目的で、定着フィルム表面がトナーと同極性のマイナスの電位を保持するように、電源７７から給電ブラシ７８を介して定着バイアスとして直流電圧−７００Ｖを印加している。この定着バイアスにより記録材Ｐ上の未定着トナーＴが定着フィルム１０上に転移（オフセット）することを防止している。
【００８０】
８２は加圧回転体としての加圧ローラ２０にトナーと逆極性の定着バイアスを印加する第２の電源である。加圧ローラ２０にも、先に述べた定着フィルム１０と同様に、尾引き、オフセット防止の目的で、定着フィルム１０との間に電界を形成するべく、加圧ローラ芯金２１に第２の電源８２から直流電圧＋５００Ｖを印加することで、加圧ローラ表面の電位がトナーと逆極性のプラスとなるように設定し、記録材裏面からのトナーの保持力を高めている。加圧ローラ表層に直接に定着バイアスを印加する構成にもできる。
【００８１】
また、定着ニップ部直後に設けられた導電性ブラシ７９や、定着排紙ローラ６１を、本体フレーム（ＧＮＤ）と接地したり、また、加圧ローラ２０に給電しているプラスの直流電圧を印加することによって、定着フィルム１０から記録材Ｐを介して、導電性ブラシ７８や定着排紙ローラ６１への電流回路を形成することで、定着尾引きやオフセット、などの現象の抑止効果を高める構成がとられる画像形成装置の実施形態もある。
【００８２】
本実施例では、導電性ブラシ７９と本体フレーム（ＧＮＤ）の間に、本体フレーム側をアノード側としてダイオード８０を設けている。
【００８３】
８３は画像形成装置の制御回路部であり、画像形成装置全体の作像動作シーケンス制御を司る。上記の第１および第２の電源７７・８２はこの制御回路部８３に設定した制御プログラムに従ってそれぞれ定着フィルム１０と加圧ローラ２０に対する定着バイアスの印加タイミングや出力の制御がなされる。この定着バイアスの制御については後記（３）項にて詳述する。
【００８４】
このような薄肉の定着フィルム１０を用いたフィルム加熱方式の加熱定着装置においては、加熱ヒータとしてのセラミックヒータの高い剛性のために、弾性層を有している加圧ローラ２０がこれを圧接させたヒータ１１の扁平下面にならって圧接部で扁平になって所定幅の定着ニップ部Ｎを形成し、定着ニップ部Ｎのみを加熱することでクイックスタートを達成することで、スタンバイ中はヒータ１１への通電を行わない大きく省エネルギーを達成した加熱定着を実現している。
【００８５】
２）定着フィルム１０
第１の回転体、すなわち定着回転体としての円筒状の耐熱性の定着フィルム１０は、定着ニップ部Ｎにおいてヒータ１１の熱を効率よく被加熱材としての記録材Ｐに与えるため、厚みは総厚１００μｍ以下、好ましくは２０〜７０μｍとかなり薄くしている。
【００８６】
この定着フィルム１１は、前述したように、フィルム基層１０ａ、プライマー層１０ｂ、離型層１０ｃの３層構成で構成されており、フィルム基層１０ａ側がヒータ１１側であり、離型層１０ｃ側が加圧ローラ２０側である。フィルム基層１０ａはヒータ１１の後述するガラス保護層１０ｃより絶縁性の高いポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等であり、耐熱性、高弾性を有しており、可撓性のある厚み２５〜６５μｍ程度の樹脂フィルムとして形成されている。また、フィルム基層１０ａにより定着フィルム全体の引裂強度等の機械的強度を保っている。プライマー層１０ｂは厚み２〜６μｍ程度の薄い層で形成されており、定着フィルム１０の帯電防止として、電気的な導電路となるように、カーボンや酸化金属などを分散させ導電性を付与した、導電性プライマー層とするのが一般的である。離型層１３ｃは定着フィルムにトナーが付着するトナーオフセット防止層であり、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂を厚み１０μｍ程度に被覆し形成してある。離型層１０ｃも定着フィルム表層の帯電を軽減し、電子写真ではひろく知られる静電オフセットなどの現象を防止するため、離型性中にもカーボンや酸化金属などを分散させ導電性を付与しているのが一般的である。
【００８７】
より詳しくは、基層１０ａとして、耐熱性、熱可塑性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、などの耐熱性樹脂、あるいは耐熱性、高熱伝導性を有するＳＵＳ（ステンレス鋼）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｎ（亜鉛）、などの金属材料を単独ないし複合して形成してある。
【００８８】
樹脂製の基層１０ａの場合には、熱伝導性を向上するために、ＢＮ（窒化ホウ素）、アルミナ、Ａｌ、等の高熱伝導性粉末が混入してあっても良い。また、長寿命の定着フィルム１０を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れた基層１０ａとするには、約２５μｍ以上の厚みが必要となる。よって定着フィルム１０の総厚みとしては２５μｍ以上１００μｍ以下が最適である。
【００８９】
さらにオフセット防止や記録材の分離性を確保するために表層１３ｃには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）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン共重合体）、等の離型性の良好なフッ素樹脂を混合ないし単独でコーティング、または、被覆したものである。
【００９０】
本実施例で用いた定着フィルム１０は極短時間での定着可能温度までの昇温を可能にするために６０μｍの総厚と、基層１０ａとしては、耐熱性、熱可塑性を有するポリイミドの樹脂フィルムであり、熱ストレス、機械的ストレスに耐え、長寿命の定着回転体とするために充分な強度を持たせる目的で基層１０ａの膜厚は４５μｍとし、外径は略φ２５ｍｍとした。
【００９１】
また、基層１０ａの上には、カーボン等の導電材を適量分散した導電性プライマー層（接着層）１０ｂを、膜厚５μｍで塗布している。
【００９２】
そして、導電性プライマー層１０ｂの上には、トナーや紙粉の付着防止、定着フィルム１０からの記録材Ｐの分離性を確保するために、離型性に優れ耐熱性が高いフッ素樹脂としてＰＦＡをディッピング塗布法にて、１０μｍの膜厚で塗布することで、離型層１０ｃとし、これらの基層１０ａ、プライマー層１０ｂ、離型層１０ｃで、略φ２５ｍｍの定着フィルム１０が形成されている。
【００９３】
３）加熱用ヒータ１１
加熱ヒータ１１には一般にセラミックヒータが使用される。図４は本例における加熱ヒータ１１を含む定着ニップ部Ｎ部分の拡大横断模型面、図５は該加熱ヒータ１１の構成説明図である。
【００９４】
例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の高電気絶縁性・良熱伝導性・低熱容量のセラミック基板１１ａの表面（定着フィルムと対面する側の面）に基板長手（図４の紙面に垂直の方向）に沿って銀パラジューム（Ａｇ／Ｐｂ）・Ｔａ２Ｎ等の通電発熱抵抗層１１ｂをスクリーン印刷等で１０μｍ程度の厚みで、巾４ｍｍ程度の、細帯状に塗工して形成具備させ、さらに該発熱抵抗層形成面を定着フィルム１０との摺擦に耐えることが可能な薄層のガラス保護層（ガラスコート）１１ｃで覆ってなるものである。ガラス保護層１１ｃは、ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂと定着フィルム１０の導電性プライマー層１０ｂの間の耐圧絶縁性を満足するために、５０μｍ程度の厚みで形成されている。このヒータ１１は、電極１１ｆ及び１１ｇより不図示の電源により通電発熱抵抗層１１ｂに通電がなされることにより該通電発熱抵抗層１１ｂが発熱してセラミック基板１１ａ、ガラス保護層１１ｃを含むヒータ全体が急速昇温する。
【００９５】
このヒータ１１の昇温がヒータ背面に配置された温度検知素子１４により検知され、その温度検知情報が電極１１ｈ及び１１ｉより不図示の不図示の通電制御部へフィードバックされる。通電制御部は温度検知素子１４で検知されるヒータ温度が所定のほぼ一定温度（定着温調温度）に維持されるように通電発熱抵抗層１１ｃに対する通電を制御する。すなわちヒータ１１は所定の定着温度に加熱・温調される。
【００９６】
通電発熱抵抗層１１ｃへの通電制御方法としては、交流電圧の波数によって投入電力を制御する波数制御方式や交流電圧のゼロクロスからの所定の遅延時間後に次のゼロクロスまで通電する位相制御方式等が適用される。
【００９７】
さらにヒータ背面には、サーミスタ等の温度検知素子１４と暴走時にヒータの通電発熱抵抗層１１ｂへの通電をシャットダウンするための温度ヒューズ、あるいはサーモスイッチ等のサーモプロテクター１５が当接してあり、これらは画像形成装置が搬送可能な最小幅の記録材の搬送域内に配置されている。
【００９８】
温度検知素子１４については、画像形成装置本体が搬送可能な最小幅の記録材が搬送された場合であっても、記録材上のトナー像を定着不良、高温オフセット等の問題を起こさずに適度な定着温度で加熱定着するために、記録材最小搬送域内に設けられている。一方サーモプロテクター１５についても、最小幅の記録材が搬送された場合に非搬送領域において、搬送領域よりも熱抵抗が小さい非搬送領域で過剰加熱されることにより、通常の搬送時であってもサーモプロテクターが誤動作して通電をシャットアウトする等の問題を引き起こさないように、記録材最小搬送域内に設けられている。
【００９９】
（３）定着バイアス制御
次に、本発明の特徴である、定着回転体としての定着フィルム１０と加圧回転体としての加圧ローラ２０に定着バイアスを、順次、任意の時間差を設けて印加する制御に関して図６または図７を用いて説明する。この制御は制御回路部８３が行う。すなわち制御回路部８３がこれに設定した制御プログラムに従って第１および第２の電源７７・８２から定着フィルム１０と加圧ローラ２０に対する定着バイアスの印加タイミングを所定に時間差制御する。
【０１００】
図６は、従来例と比較した定着フィルム１０と加圧ローラ２０への定着バイアスの印加タイミングの説明図である。図中の定着排紙センサ７６（図２）の信号は、先述したように該センサ７６に記録材Ｐが到達している間はＯＮとなる信号であり、ほぼ定着ニップ部Ｎに記録材Ｐが存在しているタイミングと一致するものである。
【０１０１】
図６に示したように、従来の定着バイアスの印加タイミングは、定着ニップ部Ｎに記録材Ｐが到達する直前に、定着フィルム１０、及び、加圧ローラ２０への定着バイアスを同時に印加し始めている。
【０１０２】
そのため、発明が解決しようとする課題の項で説明したように、定着ニップ部Ｎにおいては定着フィルム１０と加圧ローラ２０の間に形成されている電界を打ち消す向きの電界が、定着ニップ部下流側で定着フィルム１０と加圧ローラ２０が分離する際に生じることになり、定着ニップ部内で定着フィルム１０と加圧ローラ２０の各回転体の表層にある電位とは逆極性の電荷が生じることになる。
【０１０３】
これは、先にも説明したように、表層をコーティングやスプレー塗布、ディッピングなどで形成している定着フィルム１０よりも、絶縁体であるフッ素樹脂系のチューブを表層として被覆している加圧ローラ２０で、逆向きの電荷の発生が顕著となってあらわれる。この逆極性の電荷の影響により、定着尾引きを防止するために印加している定着バイアスによる電界が所望するよりも小さくなってしまう。
【０１０４】
これを確認するために、定着フィルム１０と加圧ローラ２０の表層に生じている電荷を表面電位として測定した結果を概念図として図７に示した。図７にあるように、定着バイアスの印加と同時に、定着フィルム１０と加圧ローラ２０の表面電位は、所望の電位に安定に落ち着く前に不安定な状態を経てから、所望とする約１２００Ｖの電位差として落ち着くことが分かる。この約１２００Ｖの電位差に収束する前に、記録材が定着ニップ部に到達してしまうと定着尾引きの発生を抑止する電界が形成されていないため、定着尾引きが発生してしまうことになる。
【０１０５】
既に解決しようとする課題の項でも説明したが、高速化を達成した加熱定着装置では最適な定着性を得るために、より高温の定着温調温度とせざるを得ないため定着ニップ部で発生する水蒸気の量が多くなる、また発生する水蒸気の勢いが強くなる、ことから従来の加熱定着装置に比較して、定着回転体１０の間により大きな電位差による強い電界の形成が必要となる。そのため、より強く形成された電界を打ち消すために定着ニップ部下流側で定着回転体としての定着フィルム１０と加圧回転体としての加圧ローラ２０が分離する際に生じる逆向きの電界も強くなり、発生する逆極性の電荷量も多くなることから、定着尾引きやオフセットを抑止する目的で印加している定着バイアスの効果が小さいものとなってしまう。
【０１０６】
そこで、定着尾引きやオフセットを抑止するために形成している電界を打ち消す向きに生じる逆向きの電界の強さを小さくするために、定着バイアスで形成する電位差の変化量を小さく抑え、その電位差に応じて発生する電界の強さを小さくすることで、逆向きに発生する電界も弱くなるように、定着回転対の間に形成する電位差をコントロールするのが本発明の主旨である。
【０１０７】
ここで、定着回転体１０と加圧回転体２０の間に形成される電界が所望とする電位差に収束してから記録材を定着ニップに到達するように、記録材の定着ニップへの記録材搬送タイミングを遅らせることでも、効果は期待できるが、従来の技術の項でも説明したが、１枚目の画像が出力されるまでの時間を短縮化する（ファーストプリントアウトの短縮化）は、最近の画像形成装置では必須のものとして要求される項目であり、これを阻害することになる定着ニップ部への記録材の搬送タイミングを遅らせることは、ユーザの利便性を損なうことになるため、実施できない対策となっている。
【０１０８】
次に、本発明の第１の実施例の内容である、定着バイアスを印加する際に生じる電位差の変化を小さく抑えることで発生する電界の変化量を小さいものとし、それを打ち消そうとして生じる逆向きの電界も小さく抑え発生する逆極性の電荷量も小さく抑える内容について説明する。
【０１０９】
図６に示したように、本実施例では、定着ニップ部Ｎに記録材Ｐが到達する約３００ミリ秒前に加圧ローラ２０への定着バイアスとして＋５００Ｖの直流電圧の印加を開始し始めた。
【０１１０】
この時点では定着フィルム１０と加圧ローラ２０の間の電位差は約５００Ｖであることから定着フィルム１０と加圧ローラ２０間に形成される電界も、比較例の１２００Ｖに比べて電位差に応じた小さいもの、５００／１２００として約４０％となる。そのため、定着ニップ部下流側で定着フィルム１０と加圧ローラ２０が分離する際に生じる逆向きの電界の強さも小さいものとなり、そこに生じる逆極性の電荷量も小さいものとすることが可能となり、加圧ローラ２０に印加している定着バイアスの効果を、より効率よく作用させることが可能とできる。
【０１１１】
次に、加圧ローラ２０への定着バイアスの印加から約１７０ミリ秒経過後に、定着フィルム１０への定着バイアスとして−７００Ｖの直流高圧の印加を開始し始めた。この瞬間に変化する定着フィルム１０と加圧ローラ２０の間の電位差は約７００Ｖであり、比較例と比べても７００／１２００と、約６０％とすることが可能となるため、先の加圧ローラの場合と同様に、この電界を打ち消す向きに生じる逆向きの電界も弱いものとできる。その効果として、加圧ローラの場合と同様に、定着フィルムに印加している定着バイアスの効果を、より効率的なものとして、定着尾引き、オフセットを防止することが可能と出来る。
【０１１２】
ここで、加圧ローラ２０のバイアス印加から定着フィルム１０へのバイアス印加への時間差を１７０ミリ秒としたのは、加圧ローラ２０にバイアスを印加し始めて後１７０ミリ秒後には、印加を開始した部分は定着ニップ部下流側をこえる（定着フィルムと分離する）ため、加圧ローラ２０への定着バイアス印加による電位差の影響による逆極性電荷の蓄積の影響がなくなり、次に印加を開始する定着バイアスの効果をより高めるためである。
【０１１３】
以上、説明してきた本発明の第１の実施例での定着バイアスの印加タイミングによる画像形成装置としての効果を、定着尾引きの発生で確認した。確認は定着尾引きの発生し易い、記録材、画像パターン、環境として確認した。記録材としてキヤノン販売（株）から販売されている商品名：オフィスプランナー、Ａ４サイズ、６４ｇ／ｍ２を高温高湿環境下に長時間放置し、十分に吸湿した記録材として用いた。
【０１１４】
画像パターンとしては、先にも説明したように定着尾引きの発生し易いものとして６ｄｏｔ横線（略２５μｍのライン）、３０ｄｏｔ（略１３０μｍの非印字域）のスペースが繰り返されるものとした。
【０１１５】
また、環境は記録材を放置した高温高湿の環境として３０℃／８０％の環境下で行った。
【０１１６】
確認の結果を表１に示す。
【０１１７】
【表１】
2004093638.tif 000003
【０１１８】
表１に示したように、従来の定着バイアスの印加タイミングでは、プリント開始直後の１枚目の定着尾引きの発生が良くないことが分かる。これは、定着回転体である定着フィルム１０と加圧回転体である加圧ローラ２０の各々の回転体１０・２０への定着バイアスが印加されていない状態から、定着バイアスを印加することで形成される約１２００Ｖの電位差により形成される電界を打ち消す向きに生じる逆向きの電界の形成による生じる逆極性の電荷により、定着バイアスによる定着尾引きの抑止効果が小さくなるためである。
【０１１９】
比較して、本発明の第１の実施例では、プリント開始直後の１枚目でも、定着尾引きの発生抑止効果が高く、発明の効果が現れていることが分かる。
【０１２０】
本実施例では、定着バイアスを印加する順番として、加圧ローラ２０から先に定着バイアスの印加を実施するものとした。ここで、加圧ローラ２０から先に定着バイアスを印加した理由に関して、再度詳細に記す。
【０１２１】
本実施例で用いた加熱定着装置では、定着回転体としての定着フィルム１０の表層に用いている離型層１０ｃはフッ素樹脂材をコーティングして形成したものであり、コーティングの特性上、▲１▼．コーティング膜厚の厚み、▲２▼．極微小なピンホールの発生、に起因してフッ素樹脂材料自体よりも低い体積抵抗値のコーティング層となっている。
【０１２２】
対して、加圧ローラ２０の表層に用いている離型層２３はフッ素樹脂からなるチューブを被覆して形成したものであり、フッ素樹脂材料と同等の体積抵抗値を有する絶縁体であるため、加圧ローラ２０に定着バイアスを印加した時に生じる電界を打ち消す向きに生じる逆向きの電界による逆極性の電荷量が多く生じることになるため、その逆極性の電荷の影響による定着回転体としての定着フィルム１０と加圧回転体としての加圧ローラ２０との回転体間の電位差への影響を滅してから、記録材を定着ニップに導きたいため、定着フィルム１０に先行して加圧ローラ２０に定着バイアスを印加させる構成をとったほうが、定着尾引きの抑止効果が高まることになる。
【０１２３】
そこで、本実施例では加圧ローラ２０に先行して定着バイアスを印加するものとした。
【０１２４】
これは、定着フィルム１０と加圧ローラ２０の表層に用いる材料の体積抵抗値、及び、その表層の成型方法、などに左右されるものであり、用いる加熱定着装置に応じて、定着ローラ１０、若しくは、加圧ローラ２０の何れかを先行して定着バイアスを印加するように設定すれば本実施例で説明した効果は期待できるものである。
【０１２５】
また、定着バイアスを印加するタイミングに関しても、定着フィルム１０と加圧ローラ２０の表層に用いる材料の体積抵抗値、及び、その表層の成型方法、などで左右されるものであり、用いる加熱定着装置に応じて、任意に選択すれば良いものである。
【０１２６】
〈第２の実施例〉
以下に、本発明に係る第２の実施例を示す。第２の実施例は、定着回転体である定着フィルム１０、及び、加圧回転体である加圧ローラ２０への定着バイアスの印加手段として、所望の定着バイアス値よりも小さな複数段階の定着バイアス値を経てから、所望の定着バイアス値に設定することで、一度に印加する定着バイアス値を小さく抑え、定着バイアス電源の負荷を小さくし、定着バイアス印加時に流れる電流のオーバーシュートの発生をなくし、定着回転体表面の電位を安定化させることで帯状に発生する定着尾引きを抑止するものである。
【０１２７】
先に述べた、従来の技術や第１の実施例と、相違ない箇所に関しては記述・説明を省略し、本実施例での特徴となる点についてのみ説明を行うものとする。また、本実施例で用いた画像形成装置、加熱定着装置、及び、それらを構成する各部材は同様のものを用いた。
【０１２８】
本実施例では、図８に示したように、定着バイアスとして印加するバイアス値を、所望の定着バイアス値より小さいバイアス値の印加を経てから、所望の定着バイアス値を印加するものとしている。
【０１２９】
具体的に、定着フィルム１０には、最初に−４００Ｖの直流電圧を印加した後、１５０ミリ秒経過後に、所望の−７００Ｖの直流電圧の印加へと切り替えている。加圧ローラ２０には、最初に＋２５０Ｖの直流電圧を印加した後、同じく１５０ミリ秒経過後に、所望となる＋５００Ｖの直流電圧の印加へと切り替えている。そして、定着ニップ部に記録材が搬送される直前には、定着フィルム１０、及び、加圧ローラ２０には、定着尾引きを抑止するために所望となる定着バイアスとして、１２００Ｖの電位差による電界が形成されている。
【０１３０】
定着フィルム１０に印加する上記の定着バイアスの切替は、図９に示したように、第１の電源７７と給電ブラシ７８の間に、高抵抗体として１０〜１００ＭΩ程度の抵抗Ｒを設け、この抵抗Ｒを介して電源７７から給電ブラシ７８に定着バイアスを印加する経路と、抵抗Ｒを介さないで定着バイアスを印加する経路とを、制御回路部８３で切替え制御されるスィッチング素子やリレーなどの切替部材８５によって切替えることで行なわせた。第２の電源８２から加圧ローラ２０に印加する上記の定着バイアスの切替も上記と同様の経路切替え構成で行なわせた。
【０１３１】
また、図１０に、比較例として用いた従来例での定着バイアス印加の手法である一度に所望の定着バイアス値を印加した場合と、本実施例で用いた複数段階を経た後に所望となる定着バイアス値を印加する場合での、定着フィルムと加圧ローラの給電ブラシに流れる電流の推移をモニターした結果の概念図を示した。
【０１３２】
図から分かるように、一度に所望となる定着バイアス値を印加した場合は、流れる電流値が定常状態で流れる電流値よりも大きな電流値が流れる電流のオーバーシュート現象が発生した後、定常状態で流れる電流値に落ち着いていることが分かる。
【０１３３】
これは、定着フィルム１０や加圧ローラ２０を形成している各部材はある一定の体積抵抗値を有した材料であり、特に表層の離型層に用いられるフッ素系の樹脂は高抵抗体若しくは絶縁体であるため、これらの各回転体に所望となる定着バイアスを印加するために定着バイアス電源は、より多くの電流を流すことで所望の電位に収束しようとしているために発生している現象である。
【０１３４】
これは定着フィルム１０や加圧ローラ２０が、ある容量を持ったコンデンサとして考えると分かりやすい。この容量分が電荷で満たされるまでは、より大きな電流が流れることになり、容量分が電荷で満たされると定常状態の電流値として落ち着くものである。
【０１３５】
対して、本実施例では、所望とする直流電圧値よりも小さな定着バイアスを印加した後、所望とする定着バイアス値へと切り替えているため、上述した電流のオーバーシュートを小さく抑えることが可能となっていることが分かる。
【０１３６】
次に、オーバーシュートを小さく抑えた場合の効果について説明する。
【０１３７】
定着フィルム１０や加圧ローラ２０は、定着バイアスが印加されることで発生する電界を打ち消す逆向きの電界が生じる性質を有していることは先に述べたとおりである。
【０１３８】
そのため、オーバーシュートが大きくなると、そのオーバーシュートによって生じる電界も大きくなり、それを打ち消す逆向きに定着ニップ部下流側で定着フィルム１０と加圧ローラ２０が分離する際に生じる電界も強いものとなり、そのタイミングで定着フィルム１０や加圧ローラ２０の表層に生じる逆極性の電荷量も多くなることになり、その逆極性の電荷の影響をうけて定着フィルム１０や加圧ローラ２０の表層にあらわれる電位も乱れ、そのタイミングでは定着尾引きやオフセットを抑止するために印加している定着バイアスの効果がなくなることになる。
【０１３９】
これは、表層として絶縁体であるフッ素樹脂系のチューブを被覆している加圧ローラ２０で特に顕著にあらわれる。そのため、発明が解決しようとする課題の項で図１４を用いて説明したように、ある一定巾での帯状の定着尾引きが生じることになる。
【０１４０】
図１１に、定着フィルム１０と加圧ローラ２０の表面電位をモニターした結果の概略図を示した。この図から、本発明の第２の実施例での定着バイアスの印加制御のほうが、電流のオーバーシュートが小さくなっていることが分かる。
【０１４１】
次に、本発明の実施例と従来の実施形態例での、帯状の定着尾引きの抑止効果を確認した結果を表２に記す。効果の確認は、先の実施例１と同様の確認にて行った。
【０１４２】
【表２】
2004093638.tif 000004
【０１４３】
表２に示したように、従来の実施形態では発生していた帯状の定着尾引きの発生が、本実施例では発生することなく、常に良好な画像が得られることが実証された。
【０１４４】
〈第３の実施例〉
上記第２の実施例での説明では、定着バイアス値を２段階として切り替えるものとしたが、定着バイアスの印加タイミングは定着フィルムと加圧ローラで同期させた実施系で説明、効果の確認を行ったが、先に述べた第１の実施例で説明したように、定着フィルムと加圧ローラへの定着印加バイアスのタイミングをずらした系で実施すれば、定着尾引きの発生抑止効果が高まるのは言うまでもない。
【０１４５】
以上のように、画像形成装置の高速化に伴い、よりシビアとなる定着尾引きの発生を抑止する効果を高めた加熱定着装置を、定着バイアス電源のオーバースペックをすることなく、確立し提供することが達成できる。
【０１４６】
〈その他〉
１）加熱体としてのセラミックヒータ１１の構成形態は実施例のものに限られないことは勿論である。また、ヒータ１１は必ずしも定着ニップ部Ｎに位置していなくてもよい。例えば、ヒータ１１を定着ニップ部Ｎよりもフィルム移動方向上流側に位置させて配設することも出来る。
【０１４７】
２）フィルム加熱方式の加熱定着装置は、実施例のものは加圧用回転体駆動方式であるが、エンドレスの定着フィルムの内周面に駆動ローラを設け、フィルムにテンションを加えながら駆動する方式の装置であってもよい。
【０１４８】
３）本発明において加熱定着装置はフィルム加熱方式に限られるものではなく、熱ローラ方式の装置であってもよい。要するに、加熱部材と加圧部材とのニップで画像を担持した記録材を挟持搬送させて記録材上の画像を加熱する像加熱装置であればよい。
【０１４９】
４）本発明の加熱定着装置には、未定着画像を記録材上に永久画像として加熱定着させる定着装置ばかりでなく、未定着画像を記録材上に仮定着させる像加熱装置、画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する像加熱装置なども包含される。
【０１５０】
５）画像形成装置の作像方式は電子写真方式に限られず、静電記録方式、磁気記録方式等であってもよいし、また転写方式でも直接方式でもよい。
【０１５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、未定着トナー画像が形成された記録材を、該記録材の未定着トナー画像担持面側である記録材表面側に対応する第１の回転体と、未定着トナー画像担持面側とは反対面側である記録材裏面側に対応する第２の回転体との圧接で形成される定着ニップ部に導入して挟持搬送させることにより、未定着トナー画像を記録材上に加熱定着させ、記録材が定着ニップ部を通過中には、第１と第２の回転体には直流電圧を印加する構成を有した加熱定着装置について、画像先端に顕著に現れる尾引き、帯状に発生する尾引きの問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置例の概略構成図
【図２】加熱定着装置部分の拡大模型図
【図３】定着フィルムの層構成模型図
【図４】定着ニップ部部分の拡大横断面模型図
【図５】加熱用ヒータ（セラミックヒータ）の構成説明図
【図６】第１の実施例における定着バイアス制御の説明図（その１）
【図７】第１の実施例における定着バイアス制御の説明図（その２）
【図８】第２の実施例における定着バイアス制御の説明図（その１）
【図９】定着バイアス切替え構成の説明図
【図１０】第２の実施例における定着バイアス制御の説明図（その２）
【図１１】第２の実施例における定着バイアス制御の説明図（その３）
【図１２】加熱定着装置の概念図
【図１３】定着尾引きの概念図（その１）
【図１４】定着尾引きの概念図（その２）
【符号の説明】
１・・プロセスカートリッジ、２・・感光ドラム、３・・帯電ローラ、４・・現像装置、５・・転写ローラ、６・・クリーニング部材、７・・加熱定着装置、１０・・定着部材、１１・・加熱部材（加熱用ヒータ）、１１ａ・・セラミック基板、１１ｂ、１１ｃ・・通電発熱抵抗層、１１ｄ・・薄肉ガラス保護層、１１ｅ・・摺動層、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ・・電極、１２・・ステイホルダー、１３・・定着回転体（定着フィルム）、１３ａ・・導電プライマー層、１３ｂ・・表層（離型層）、１４・・温度検知素子、１５・・サーモプロテクタ、１７・・フランジ、１８・・コネクタ、２０・・加圧ローラ、２１・・加圧ローラ芯金、２２・・加圧ローラ弾性層、２３・・加圧ローラ離型層、２５・・加圧バネ、２６・・加圧ローラ駆動用ギア、２７・・定着入口ガイド、２８・・ダイオード、７６・・定着排紙センサ、７７・・定着バイアス電源、７８・・給電ブラシ、７９・・導電性ブラシ、Ｎ・・定着ニップ、Ｌ・・レーザビーム、Ｐ・・記録材、ｔ・・未定着トナー像、Ｓ・・記録材搬送基準
【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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【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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【図１２】
2004093638.tif 000016
【図１３】
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【図１４】
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