(57)【要約】【課題】  定着部材と加圧部材との少なくとも一方に対して、長期に渡りバイアス電圧の印加を安定して行うことができるようにする。【解決手段】  定着装置は、記録材上のトナー９３からなる未定着画像に接する定着部材とこの定着部材に圧接する加圧部材とを有し、前記定着部材と前記加圧部材とにより記録材を狭持搬送して記録材上の未定着画像を記録材に定着させる。定着部材と加圧部材との少なくとも一方はボールベアリング８１により回転可能に支持され、ボールベアリング８１には、ボールベアリング８１にて支持された定着部材と加圧部材との少なくとも一方の表面に所定の電位を付与するためのバイアス電圧を印加するバイアス装置９４が電気的に接続されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材上の顕像剤からなる未定着画像に接する定着部材とこの定着部材に圧接する加圧部材とを有し、前記定着部材と前記加圧部材とにより記録材を狭持搬送して記録材上の未定着画像を記録材に定着させる定着装置において、
前記定着部材と加圧部材との少なくとも一方は軸受部材により回転可能に支持され、
前記軸受部材には、その軸受部材にて支持された前記定着部材と加圧部材との少なくとも一方の表面に所定の電位を付与するためのバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段が電気的に接続されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記バイアス電圧は、記録材上の画像を形成する顕像剤とは逆極性の顕像剤を記録材に留める向きの電界を生じさせる電圧であ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】
前記定着部材と前記加圧部材とが支持部材によって支持され、前記バイアス電圧印加手段が電気的に接続されている軸受部材は、絶縁性部材を介して前記支持部材に設けられ、前記絶縁性部材により前記支持部材と絶縁され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４】
前記定着部材を加熱する加熱手段と、前記定着部材の表面に対向して設けられ、定着部材表面が過熱状態である場合に前記加熱手段への通電を遮断する過熱遮断手段とをさらに備え、前記絶縁性部材は熱可塑性を有し、
前記過熱遮断手段は、前記絶縁性部材の昇温による変形により定着部材との距離が接近するように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記軸受部材は外輪部とこの外輪部に対して相対的に回転可能な内輪部とを有し、前記バイアス電圧印加手段は前記外輪部に電気的に接続され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６】
前記バイアス電圧印加手段が接続されている前記軸受部材における内輪部と定着部材あるいは加圧部材の前記内輪部との嵌合面との間の抵抗は１０７Ω以下であることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
前記バイアス電圧印加手段が接続されている前記軸受部材における内輪部と定着部材あるいは加圧部材と前記内輪部との嵌合面との表面粗さは、中心線平均粗さＲａで、０．４ａ以上かつ１２．５ａ以下、最大高さＲｍａｘで、１．６Ｓ以上かつ５０Ｓ以下、十点平均粗さＲｚで、１．６Ｚ以上かつ５０Ｚ以下の何れかであることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項８】
前記軸受部材は、外輪部と内輪部との間に転動体を保持したころがり軸受であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項９】
前記ころがり軸受は、外輪部と内輪部の隙間に電気導電性を有する潤滑油が付与されていることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記ころがり軸受は、外輪部と転動体および内輪部と転動体のそれぞれの接触する面の表面粗さが、中心線平均粗さＲａで、０．０５ａ以上かつ３．２ａ以下、最大高さＲｍａｘで、０．２Ｓ以上かつ１２．５Ｓ以下、十点平均粗さＲｚで、０．２Ｚ以上かつ１２．５Ｚ以下の何れかであることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
【請求項１１】
前記定着部材は導電性の芯金上に中間層と表面絶縁層とを有し、前記加圧部材は導電性の芯金上に絶縁性弾性層と中間層と表面抵抗層とを有し、前記軸受部材を介して前記バイアス電圧が印加される前記定着部材と前記加圧部材との少なくとも一方の中間層は導電性を有し、この中間層は、前記軸受部材の内輪部が嵌合される嵌合面まで延設され、前記嵌合面を介して中間層にバイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項１２】
前記定着部材は前記軸受部材で支持され、前記軸受部材の内輪部と定着部材は、導電性部材にて電気的に接続され、前記導電性部材は、定着部材のスラスト方向の移動を規制する係止部材としての機能を有することを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項１３】
前記軸受部材の内輪部と前記定着部材あるいは前記加圧部材との嵌合面の嵌め合いは、中間嵌めよりも締めしろが大きいことを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項１４】
記録材上の顕像剤からなる未定着画像に接する定着部材とこの定着部材に圧接する加圧部材とにより記録材を狭持搬送して記録材上の未定着画像を記録材に定着させる定着方法において、
前記定着部材と加圧部材との少なくとも一方を軸受部材により回転可能に支持し、前記軸受部材には、その軸受部材にて支持された前記定着部材と加圧部材との少なくとも一方の表面に所定の電位を付与するためのバイアス電圧を印加することを特徴とする定着方法。
【請求項１５】
前記バイアス電圧は、記録材上の画像を形成する顕像剤とは逆極性の顕像剤を記録材に留める向きの電界を生じさせる電圧であることを特徴とする請求項１４に記載の定着方法。
【請求項１６】
前記軸受部材と前記定着部材あるいは前記加圧部材との嵌合面において、前記定着部材あるいは前記加圧部材側の面に導電性を付与してバイアス電圧を印加することを特徴とする請求項１４に記載の定着方法。
【請求項１７】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の定着装置を備えてい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、複写機やプリンタといった電子写真装置等の定着方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の定着装置を始め乾燥装置や消去装置あるいは印刷装置では、ローラ状あるいはベルト状の定着部材と加圧部材とで、顕像剤であるトナー等の顕像剤にて形成された未定着画像や印字画像を担持した記録材を狭持搬送して、加熱によって溶融や乾燥を行ない記録材の定着等を行なっている。
【０００３】
例えば電子写真方式の画像形成装置は、本実施の形態を説明する図３に示すように、感光体ドラム１およびその周囲の各手段からなる画像形成部を有し、記録材の流れにおける画像形成部の下流側に、定着装置１４を備えた定着部を有する。画像形成部では、感光体ドラム１にトナー像を形成し、このトナー像を記録材に転写する。定着部では、定着部材（定着ローラ３１）と加圧部材（加圧ローラ３２）との間のニップ部に記録材を挟み込み、この記録材を搬送しながらトナー像を加熱溶融させて記録材に定着させる。
【０００４】
ここで、画像形成部において記録材の裏面等に逆極性の顕像剤である逆極性トナーが付着した場合、定着ローラ３１や加圧ローラ３２のトナーに対する離型性能に比べて、トナーに対する静電気的な力（加圧ローラ３２方向への静電気力）が支配的であると、加圧ローラ３２に対して逆極性トナーが溶融付着してしまう。また、この逆極性トナーは、加圧ローラ３２に当接する第２加熱部材や清掃部材等に溶融付着し、さらには定着ローラ３１や記録材の表裏に再付着して、記録材上の画像に画像不良を招いてしまう。
【０００５】
また、逆極性トナーなど、記録材に定着されないで各手段に付着し堆積する溶融トナーの量が多くなると、それら手段の性能を確保できなくなり、正常な画像形成動作が妨げられることになる。あるいは、長期的に画像形成機能を維持できなくなり、各手段の寿命が極端に短くなるといった問題が生じる。
【０００６】
そこで、従来では、定着ローラにバイアス電圧を印加することにより、記録材からのトナーの移動を防止するようにしている。例えば特開２００２−４９２５９号公報では、定着部材に導電性ブラシを摺接させてバイアス電圧を印加している。特開平５−１８８８１５号公報および特開２００１−２４９５６４号公報では、リン青銅板やその他の接点材料などの導通部材を定着部材に摺接させてバイアス印加を印加している。
【特許文献１】特開２００２−４９２５９号公報（公開日  平成１４年２月１５日）
【特許文献２】特開平５−１８８８１５号公報（公開日  平成５年７月３０日）
【特許文献３】特開２００１−２４９５６４号公報（公開日  平成１３年９月１４日）
【特許文献４】特公平４−３９０７７号公報（公開日  昭和５９年１２月２７日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記従来の何れの公報の技術も導通部材を定着部材に対して直接に摺接させるものであるため、摺接部分に磨耗や削れ、傷等が生じる。この場合、特に定着部材の表面の磨耗や削れは、リーク電流を誘発し易く、バイアス電圧の印加に影響し、導通不良や過大電流が流れる要因になる。このため、長期の使用において定着装置の安定した性能を維持することが困難である。また、鉄系材料を用いた場合、防錆目的で表面処理を施すが、導通部材の接触で、この処理面が傷付き、環境によっては極端に防錆能力が低下することがあった。
【０００８】
したがって、本発明は定着部材と加圧部材との少なくとも一方に対して、長期に渡りバイアス電圧の印加を安定して行うことができ、この結果、長期に渡って安定した動作を行うことができる定着方法、定着装置および画像形成装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の定着装置は、記録材上の顕像剤からなる未定着画像に接する定着部材とこの定着部材に圧接する加圧部材とを有し、前記定着部材と前記加圧部材とにより記録材を狭持搬送して記録材上の未定着画像を記録材に定着させる定着装置において、前記定着部材と加圧部材との少なくとも一方は軸受部材により回転可能に支持され、前記軸受部材には、その軸受部材にて支持された前記定着部材と加圧部材との少なくとも一方の表面に所定の電位を付与するためのバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段が電気的に接続されていることを特徴としている。
【００１０】
上記の定着装置において、前記バイアス電圧は、記録材上の画像を形成する顕像剤とは逆極性の顕像剤を記録材に留める向きの電界を生じさせる電圧である構成としてもよい。
【００１１】
上記の定着装置において、前記定着部材と前記加圧部材とが支持部材、例えば定着装置のフレームによって支持され、前記バイアス電圧印加手段が電気的に接続されている軸受部材は、絶縁性部材を介して前記支持部材に設けられ、前記絶縁性部材により前記支持部材と絶縁されている構成としてもよい。
【００１２】
上記の定着装置は、前記定着部材を加熱する加熱手段と、前記定着部材の表面に対向して設けられ、定着部材表面が過熱状態である場合に前記加熱手段への通電を遮断する過熱遮断手段とをさらに備え、前記絶縁性部材は熱可塑性を有し、前記過熱遮断手段は、前記絶縁性部材の昇温による変形により定着部材との距離が接近するように設けられている構成としてもよい。
【００１３】
上記の定着装置において、前記軸受部材は外輪部とこの外輪部に対して相対的に回転可能な内輪部とを有し、前記バイアス電圧印加手段は前記外輪部に電気的に接続されている構成としてもよい。
【００１４】
上記の定着装置において、前記バイアス電圧印加手段が接続されている前記軸受部材における内輪部と定着部材あるいは加圧部材と前記内輪部との嵌合面との間の抵抗は１０７Ω以下である構成としてもよい。
【００１５】
上記の定着装置において、前記バイアス電圧印加手段が接続されている前記軸受部材における内輪部と定着部材あるいは加圧部材と前記内輪部との嵌合面との表面粗さは、中心線平均粗さＲａで、０．４ａ以上かつ１２．５ａ以下、最大高さＲｍａｘで、１．６Ｓ以上かつ５０Ｓ以下、十点平均粗さＲｚで、１．６Ｚ以上かつ５０Ｚ以下の何れかである構成としてもよい。
【００１６】
上記の定着装置において、前記軸受部材は、外輪部と内輪部との間に転動体を保持したころがり軸受である構成としてもよい。
【００１７】
上記の定着装置において、前記ころがり軸受は、外輪部と内輪部の隙間に電気導電性を有する潤滑油が付与されている構成としてもよい。
【００１８】
上記の定着装置において、前記ころがり軸受は、外輪部と転動体および内輪部と転動体のそれぞれの接触する面の表面粗さが、中心線平均粗さＲａで、０．０５ａ以上かつ３．２ａ以下、最大高さＲｍａｘで、０．２Ｓ以上かつ１２．５Ｓ以下、十点平均粗さＲｚで、０．２Ｚ以上かつ１２．５Ｚ以下の何れかである構成としてもよい。
【００１９】
上記の定着装置において、前記定着部材は導電性の芯金上に中間層と表面絶縁層とを有し、前記加圧部材は導電性の芯金上に絶縁性弾性層と中間層と表面抵抗層とを有し、前記軸受部材を介して前記バイアス電圧が印加される前記定着部材と前記加圧部材との少なくとも一方の中間層は導電性を有し、この中間層は、前記軸受部材の内輪部が嵌合される嵌合面まで延設され、前記嵌合面を介して中間層にバイアス電圧が印加される構成としてもよい。
【００２０】
上記の定着装置において、定着部材は軸受部材で支持され、前記軸受部材の内輪部と定着部材は、導電性部材にて電気的に接続され、前記導電性部材は、定着部材のスラスト方向の移動を規制する係止部材としての機能を有する構成としてもよい。
【００２１】
上記の定着装置において、前記軸受部材の内輪部と前記定着部材あるいは前記加圧部材との嵌合面の嵌め合いは、中間嵌めよりも締めしろが大きい構成としてもよい。
【００２２】
本発明の定着方法は、記録材上の顕像剤からなる未定着画像に接する定着部材とこの定着部材に圧接する加圧部材とにより記録材を狭持搬送して記録材上の未定着画像を記録材に定着させる定着方法において、前記定着部材と加圧部材との少なくとも一方を軸受部材により回転可能に支持し、前記軸受部材には、その軸受部材にて支持された前記定着部材と加圧部材との少なくとも一方の表面に所定の電位を付与するためのバイアス電圧を印加することを特徴としている。
【００２３】
上記の定着方法において、前記バイアス電圧は、記録材上の画像を形成する顕像剤とは逆極性の顕像剤を記録材に留める向きの電界を生じさせる電圧である構成としてもよい。
【００２４】
上記の定着方法において、前記軸受部材と前記定着部材あるいは前記加圧部材との嵌合面において、前記定着部材あるいは前記加圧部材側の面に導電性を付与してバイアス電圧を印加する構成としてもよい。
【００２５】
本発明の画像形成装置は、上記いずれかの定着装置を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明の定着装置は、前記定着部材と加圧部材との少なくとも一方が軸受部材により回転可能に支持され、前記軸受部材には、その軸受部材にて支持された前記定着部材と加圧部材との少なくとも一方の表面に所定の電位を付与するためのバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段が電気的に接続されている構成である。
【００２７】
また、本発明の定着方法は、前記定着部材と加圧部材との少なくとも一方を軸受部材により回転可能に支持し、前記軸受部材には、その軸受部材にて支持された前記定着部材と加圧部材との少なくとも一方の表面に所定の電位を付与するためのバイアス電圧を印加する構成である。したがって、以下の効果を奏する。
【００２８】
すなわち、従来では、例えば定着部材（例えば定着ローラ）の表面に所定の電位を付与する場合、バイアス電圧を供給するための電極部材を定着部材の表面に摺接させていた。この場合、肉厚の薄い定着部材では、安定してバイアス電圧を供給することが困難である。例えば上記電極部材としてカーボンブラシを用いた場合でも、カーボンブラシが磨耗するので、カーボンブラシと定着部材との良好な導通を確保するために、定期的にメンテナンスを行う必要がある。
【００２９】
これに対し、本願発明のように、定着部材（および／または加圧部材）を回転可能に支持する軸受部材を介してバイアス電圧を供給すれば、定着部材（および／または加圧部材）が回転する場合であっても、軸受部材と定着部材（および／または加圧部材）との電気的な接触が安定して行われるので、長期に渡ってバイアス電圧の安定した供給が可能となる。この結果、長期に渡って安定した定着動作を行うことができる。
【００３０】
上記の定着装置において、前記バイアス電圧は、記録材上の画像を形成する顕像剤とは逆極性の顕像剤を記録材に留める向きの電界を生じさせる電圧であり、また、上記の定着方法において、前記バイアス電圧は、記録材上の画像を形成する顕像剤とは逆極性の顕像剤を記録材に留める向きの電界を生じさせる電圧である。したがって、以下の効果を奏する。
【００３１】
例えば電子写真方式の画像形成装置では、現像プロセスにて画像形成担持体に形成された未定着の顕像剤像、例えば未定着のトナー画像が、転写プロセスにて記録材上に転写される。その後、記録材上の未定着トナー画像は、定着装置による定着プロセスにて記録材に定着される。
【００３２】
ここで、上記転写プロセスを終えた記録材上には、トナー画像を形成する正規帯電トナー（以下、正規トナーと称する）、および正規トナーとは極性の異なる逆極性に帯電した顕像剤（以下、逆極性トナーと称する）が存在する。
【００３３】
正規トナーは、画像形成担持体上に潜像に応じた顕像を形成し、転写プロセスにおいて、未定着画像として記録材における定着部材と接する面に転写される。一方、逆極性トナーは、転写プロセスが接触方式であり、転写部材として転写ローラや転写ベルトが使用される場合、搬送される記録材と記録材との間において、画像形成担持体から転写部材へ転写バイアスによる静電気力にて移動し、転写部材の表面に吸着される。
【００３４】
転写部材に移動した逆極性トナーは、通常、ブレードや静電気力を使用するクリーニングプロセスにて除去されるものの、完全には除去されずに一部が転写部材上に残っている。例えば、マイナス帯電の正規トナーでは、残留するプラスの逆極性トナーは、次の記録材に対して転写プロセスが行われているときに、静電気力、ファン・デル・ワールス力、架橋力あるいは他の力によって転写部材から記録材の裏面に付着し、定着プロセスを行う定着装置に運ばれてくる。
【００３５】
記録材裏面のプラスの逆極性トナーは、定着部材と加圧部材の回転接触により摩擦帯電が生じるる定着プロセスにおいて、定着部材や加圧部材の表面が負に帯電していると、容易に記録材裏面から剥離し、逆極性トナーのプラス電荷を引き寄せてしまう。
【００３６】
この場合、逆極性トナーは、定着プロセスでの加熱により溶融し、加圧部材表面に付着した状態で残留する。したがって、そのまま放置すれば、加圧部材表面が逆極性トナーで汚れ、更には、これら逆極性トナーが多くなると、正規トナーを引き寄せて、汚れを加速させることもある。またそれ以降に搬送されてくる記録材の裏面に付着して画像不良を引き起こす。
【００３７】
また、定着部材と加圧部材との圧接回転において両者間に記録材が存在しない状態では、逆極性トナーは、加圧部材表面の離型性能によって、加圧部材表面から定着部材表面に移動する。この場合、逆極性トナーは、定着部材の表面から、後に定着プロセスが施される記録材の表面（画像形成面）に移動することになり、その記録材において画像不良を引き起こす。
【００３８】
そこで、本発明では、定着プロセスにおいて、逆極性トナー（記録材上の画像を形成する顕像剤とは逆極性の顕像剤）を記録材に留める向きの保留電界を付与し、記録材の裏面に付着している逆極性トナーが加圧部材に移動せず、記録材の裏面に留まるようにしている。これにより、定着プロセスにおいて、記録材の裏面に付着している逆極性トナーはそのまま記録材の裏面に定着された状態で排紙される。なお、１枚あたりの記録材の裏面に付着する逆極性トナーの量は少量であるので、記録材の裏面に定着させた場合であっても画像欠陥には至らない。
【００３９】
これにより、本発明の構成では、逆極性トナーによる画像不良を抑制して正常な画像形成動作を維持することができる。また、加圧部材の汚れが抑制されるので、オイル塗布機構など加圧部材の清掃および離型に必要な機構を簡略化することが可能となる。さらに、逆極性トナーが他の機能的手段に付着することを防止できるので、長期的な使用においても良好な画質と各手段の寿命の確保が可能となる。
【００４０】
上記の定着装置において、前記定着部材と前記加圧部材とが支持部材によって支持され、前記バイアス電圧印加手段が電気的に接続されている軸受部材は、絶縁性部材を介して前記支持部材に設けられ、前記絶縁性部材により前記支持部材と絶縁されている構成とした場合、以下の効果を奏する。
【００４１】
バイアス電圧を印加すべき定着部材または加圧部材に対して適切にバイアス電圧を印加するためには、バイアス電圧印加手段が接続されている軸受部材を定着部材および加圧部材の支持部材（例えば定着装置のフレーム）と絶縁することが好ましい。そこで、本発明の構成では、バイアス電圧印加手段が接続されている軸受部材を絶縁性部材を介して支持部材に設けている。これにより、定着部材と加圧部材との少なくとも一方に対して適切にバイアス電圧を印加することができ、安定した定着動作を行うことができる。
【００４２】
上記の定着装置は、加熱手段と過熱遮断手段とをさらに備え、前記絶縁性部材は熱可塑性を有し、前記加熱遮断手段は、前記絶縁性部材の昇温による変形により定着部材との距離が接近するように設けられている構成としている。
【００４３】
例えば定着部材にバイアス電圧を印加する場合において、昨今の省エネに対応した定着部材である例えば薄肉定着ローラでは、バイアス印加の効果を高めるために、定着ローラをこの定着ローラを支持する支持部材（例えば定着装置のフレーム）から絶縁する必要があるものの、加熱される薄肉定着ローラにおける加熱異常時の対応が不十分である。そこで、本発明の定着装置では上記の構成を採用している。
【００４４】
すなわち、定着部材が異常過熱になると、その熱を受けて熱可塑性を有する絶縁性部材が溶融・変形する。これにより、絶縁性部材の昇温による変形で、定着部材と過熱遮断手段との距離が接近するように設けられている。この結果、接近した定着部材の熱により過熱遮断手段は、定着部材の過熱に対して迅速に応答し、加熱手段への通電を短時間で遮断する。このような構成により、定着装置の異常過熱およびそれによる故障を適切に防止することができる。
【００４５】
上記の定着装置において、バイアス電圧印加手段は軸受部材の外輪部に電気的に接続されている構成とした場合、バイアス電圧印加手段が直接接続されている部分は非回転部分であるので、バイアス電圧印加手段側の接続部材としては特別なものを用いる必要がなく、かつバイアス電圧の安定した供給が可能となる。
【００４６】
上記の定着装置において、前記バイアス電圧印加手段が接続されている前記軸受部材における内輪部と定着部材あるいは加圧部材と前記内輪部との嵌合面との間の抵抗が１０７Ω以下である場合、軸受部材と定着部材あるいは加圧部材との間の接続部の抵抗が低くなるので、バイアス電圧を効果的に印加することができ、かつ上記接続部での発熱を低減することができる。
【００４７】
上記の定着装置において、前記バイアス電圧印加手段が接続されている前記軸受部材における内輪部と定着部材あるいは加圧部材と前記内輪部との嵌合面との表面粗さは、中心線平均粗さＲａで、０．４ａ以上かつ１２．５ａ以下、最大高さＲｍａｘで、１．６Ｓ以上かつ５０Ｓ以下、十点平均粗さＲｚで、１．６Ｚ以上かつ５０Ｚ以下の何れかである場合、上記嵌合面の表面粗さが低くなる。このように、前記嵌合面の表面粗さが低い方が前記嵌合面同士の接触抵抗が減少するので、バイアス電圧を効果的に印加することができ、かつ上記接続部での発熱を低減することができる。
【００４８】
なお、表面粗さの上限値は、主として電圧降下等の不具合を生じない範囲の値、さらには嵌合面の非接触部でのスパークの防止を考慮した範囲の値であり、下限値は、加工精度、加工時間などに基づく加工コストを考慮した場合の値である。
【００４９】
上記の定着装置において、前記軸受部材をころがり軸受とした構成では、次の効果を奏する。すなわち、軸受部材は、荷重を支持できるだけでなく、電気的に接続されている必要があり、金属接触が存在するころがり軸受が最適である。このころがり軸受を使用した場合には、接触抵抗がより少なくなり、バイアス電圧を効果的に印加することができ、かつ軸受部材と定着部材あるいは加圧部材との間の接続部の発熱を確実に低減することができる。
【００５０】
上記の定着装置において、前記ころがり軸受は外輪部と内輪部の隙間に電気導電性を有する潤滑油が付与されている構成とした場合、潤滑剤が導電性を有するので、軸受部材での電気抵抗を低減することができる。この結果、バイアス電圧を効果的に印加することができ、かつ軸受部材と定着部材あるいは加圧部材との間の接続部の発熱を確実に低減することができる。なお、表面粗さは、低いほうが、接触面積を増やせ、接触抵抗を低くできるが、いたずら低くすることは、加工精度を上げる必要がありコスト上昇を招くことになり、上記の範囲に収める必要がある。
【００５１】
上記の定着装置において、前記ころがり軸受は、外輪部と転動体および内輪部と転動体のそれぞれの接触する面の表面粗さが、中心線平均粗さＲａで、０．０５ａ以上かつ３．２ａ以下、最大高さＲｍａｘで、０．２Ｓ以上かつ１２．５Ｓ以下、十点平均粗さＲｚで、０．２Ｚ以上かつ１２．５Ｚ以下の何れかである構成とした場合、転動体が回転移動する際の接触面積を駆動力の伝達に支障がない程度に増加させることができ、外輪部と転動体及び内輪部と転動体での接触抵抗を低減でき、バイアス電圧を効果的に印加することができる。なお、表面粗さを低くしすぎると、回転移動において、境界潤滑状態となり、摩擦抵抗が増えてしまい、逆に不具合が生じ、最悪は焼き付きを発生させてしまう。従って、上記のような範囲に収める必要がある。
【００５２】
上記の定着装置において、定着部材は導電性の芯金上に中間層と表面絶縁層とを有し、加圧部材は導電性の芯金上に絶縁性弾性層と中間層と表面抵抗層とを有し、軸受部材を介して前記バイアス電圧が印加される前記定着部材と前記加圧部材との少なくとも一方の中間層は導電性を有し、この中間層は、前記軸受部材の内輪部が嵌合される嵌合面まで延設され、前記嵌合面を介して中間層にバイアス電圧が印加される。このように中間層を導電性とし、前記中間層を介してバイアス電圧を印加することで、軸受部材に例えば防錆処理が施されているような場合であっても、途中に介在する抵抗成分を少なくすることができ、この抵抗成分による電圧降下を低減でき、効果的にバイアス電圧を印加することが可能となる。また、上記の定着方法において、前記軸受部材と前記定着部材あるいは前記加圧部材との嵌合面において、前記定着部材あるいは前記加圧部材側の面に導電性を付与してバイアス電圧を印加するようにして、バイアス電圧印加による逆極性の顕像剤を記録材に留める効果を高めることができ。
【００５３】
上記の定着装置において、定着部材は軸受部材で支持され、前記軸受部材の内輪部と定着部材は、導電性部材にて電気的に接続され、前記導電性部材は、定着部材のスラスト方向の移動を規制する係止部材としての機能を有する。こうすることで、定着部材と軸受部材の内輪部は、確実に電気的な接続が成され、バイアス電圧の印加を確実に行えるので、バイアス電圧の印加による逆極性の顕像剤を記録材に留める効果を高めることができる。
【００５４】
上記の定着装置において、常温以上に加熱されている時に、前記軸受部材の内輪部と前記定着部材あるいは前記加圧部材との嵌合面の嵌め合いは、中間嵌めよりも締めしろが大きいことで、嵌合面の接触面積を増加させることができ、嵌合面の接触抵抗を低減して、バイアス電圧の印加による逆極性の顕像剤を記録材に留める効果を高めることができる。
【００５５】
即ち、バイアス電圧を印加する時に、嵌め合いの隙間が大きいと接触抵抗が大きくなってしまう。一方、嵌合する物同士の材質や熱的特性を考慮して、使用温度域において、隙間がなくなり、ガタがほとんどない状態か、若干きつい状態で嵌合しているような場合では、接触抵抗を大幅に低減できるようになる。そして、ガタのほとんどんない状態は中間嵌めと呼ばれ、若干きつい状態は締り嵌めと呼ばれ、そのガタの程度或いはきつさの程度はしめしろと呼ばれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態を図面に基づいて以下に説明する。
図３は本実施の形態における電子写真方式の画像形成装置の内部構造を示す正面図である。この画像形成装置４１は、画像読取装置４２（図４参照）にて読み込まれた画像や、画像形成装置４１に外部から接続された機器（例えばパーソナルコンピュータなどの画像処理装置）からのデータを画像として記録出力するものである。
【００５７】
画像形成装置４１には、感光体ドラム１を中心に、画像形成プロセスの各機能を担う各プロセスユニットが配置され、これらにより画像形成部が構成されている。感光体ドラム１の周囲には、感光体ドラム１の回転方向に、帯電装置２、光走査装置３、現像装置４、転写装置５、クリーニング装置６および除電装置７等が順次配置されている。
【００５８】
帯電装置２は、感光体ドラム１の表面を均一に帯電させるものである。光走査装置３は、均一に帯電された感光体ドラム１上に光像を走査して静電潜像を書き込むものである。現像装置4は、光走査装置３により書き込まれた静電潜像を現像剤補給容器８から供給される現像剤により顕像化するものである。転写装置５は、感光体ドラム１上に顕像化された画像を記録材上に転写するものである。クリーニング装置６は、感光体ドラム１上に残留した現像剤を除去して感光体ドラム１上に新たな画像を形成することを可能にするものである。除電装置７は、感光体ドラム１表面の電荷を除去するものである。
【００５９】
画像形成装置４１の下部には供給トレイ９が内装されている。この供給トレイ９は、記録材を収容する記録材収容トレイである。供給トレイ９に収容された記録材は、ピックアップローラ１０等により１枚ずつ分離され、レジストローラ１１まで搬送され、レジストローラ１１により感光体ドラム１に形成された画像とのタイミングが計られ、転写装置５と感光体ドラム１との間に順次供給される。そして感光体ドラム１上に記録再現された画像は記録材上に転写される。なお、供給トレイ９への記録材の補給は、画像形成装置４１の正面側（操作側）に供給トレイ９を引き出して行なう。
【００６０】
画像形成装置４１の下面には記録材受入口１２，１３が形成されている。これら記録材受入口１２，１３は、図４に示すように、周辺装置として準備されている多段の記録材供給トレイを有する記録材供給装置４６、および大量の記録材を収容可能とした記録材供給装置４７等から送られてくる記録材を受け入れ、画像形成部に向かって記録材を順次供給するためのものである。
【００６１】
画像形成装置４１内の上部には、定着装置１４が配置されている。この定着装置１４は、画像が転写された記録材を順次受け入れて、定着部材としての定着ローラ３１と加圧部材としての加圧ローラ３２等により、記録材上に転写された現像画像を熱と圧力により定着するものである。これにより、記録材上に画像が記録される。
【００６２】
画像が記録された記録材は、搬送ローラ１５によりさらに上方搬送され、切換えゲート１６を通過する。そして、記録材の排出トレイが画像形成装置４１に外装された積載トレイ１７に設定されている場合、記録材は反転ローラ１８により積載トレイ１７上に排出される。一方、両面画像形成や後処理が指定されている場合、記録材は、一旦反転ローラ１８により積載トレイ１７に向けて排出される。なお、この場合には、記録材を完全に排出せず、記録材を狭持させたまま反転ローラ１８を逆転させる。そして、記録材を逆方向、つまり両面画像形成や後処理のために選択的に装着されている記録材再供給搬送装置４３（図４参照）や後処理装置４５（図４参照）の装着されている方向に反転搬送する。このとき、切換えゲート１６は、図３の実線の状態から破線の状態に切換えられる。
【００６３】
両面画像形成を行なう場合、反転搬送された記録材は、記録材再供給搬送装置４３を通り、再び画像形成装置４１に供給される。後処理が成される場合、反転搬送された記録材は、記録材再搬送装置４３から別の切換えゲートにて、中継搬送装置４４を介して後処理装置４５に搬送され、後処理が施される。
【００６４】
光走査装置３の上空間部には、画像形成プロセスを制御する回路基板および外部機器からの画像データを受け入れるインターフェイス基板等を収容する制御装置１９が配置され、光走査装置３の下空間部には、各種の上記インターフェイス基板、ならびに各上記画像形成プロセスＵＮに対して電力を供給する電源装置２０が配置されている。
【００６５】
図３に示した画像形成装置４１は、図４に示す画像形成システムに備えられている。この画像形成システムは、画像形成装置４１の他、画像読取装置４２、記録材再供給搬送装置４３、中継搬送装置４４、後処理装置４５、記録材供給装置４６および記録材供給装置４７を備えている。
【００６６】
画像読取装置４２は、セットされた原稿の画像を露光走査して光電変換素子であるＣＣＤ上に結像し、原稿画像を電気的信号に変換した上で画像データとして出力する。読み取られた画像データは、画像形成装置４１の画像処理装置にて、画像補正やラスタライズ等の加工処理後に、光走査装置３にて感光体ドラム１へ書き込まれる。
【００６７】
この画像読取装置４２は、原稿の片面だけでなく両面をほぼ同時に読み取ることができるようになっており、また自動（自動原稿搬送装置４８）／手動にて原稿を搬送することができる。
【００６８】
記録材再供給搬送装置４３は、画像形成装置４１の左側側面に取り付けられた記録材搬送経路ユニットである。この記録材再供給搬送装置４３は、定着装置１４から排出された画像が記録された記録材を画像形成装置４１上部の排紙部の反転ローラ１８を用いて反転搬送して、記録材の表裏を反転した上で、再度、画像形成装置４１における画像形成部の感光体ドラム１と転写装置５との間（転写部）に向かって供給する。
【００６９】
中継搬送装置４４は、記録材を後処理装置４５に搬送するものであり、記録材再供給搬送装置４３と後処理装置４５との間に装着されている。
【００７０】
後処理装置４５は、画像形成システムの左側位置に配置されており、第１の記録材排出部４５ａと第２の記録材排出部４５ｂとを備えている。
【００７１】
第１の記録材排出部４５ａは、画像形成装置４１から排出された画像の形成された記録材を、後処理装置４５の側面上部に設けられた受け取り搬送部４５ｃによって受け取り、記録材がそのままの状態で排出される排出部である。第２の記録材排出部４５ｂは、ステープル，パンチ等選択的に装着される後処理装置４５により後処理が成された記録材が排出される排出部である。これら第１と第２の記録材排出部４５ａ，４５ｂは、使用者によって適宜選択される。
【００７２】
後処理装置４５は、図示しないが、所定枚数の記録材に対してステープル処理を施す機能、Ｂ４もしくはＡ３などの記録材の紙折りする機能、ファイリング用の穴を形成する機能、あるいはソートや仕分けを行うために数ビン〜数１０ビンの多数の記録材排出部を有する機能のうち幾つかを組み合わせて搭載している。
【００７３】
図５に上記定着装置１４の構造をさらに詳細に示す。図５は定着装置１４を示す概略の縦断面図である。同図の定着装置１４において、ローラ形状をなす定着ローラ３１および加圧ローラ３２は、それぞれ内部に導電性の芯金６１および７１を有している。
【００７４】
定着ローラ３１には、アルミウムや鉄、およびそれらの合金が多用されている。本実施の形態において、定着ローラ３１は、鉄系の冷間圧延炭素鋼鋼管を引き抜き等で所望の外径、肉厚に加工し、その後研磨加工を行ない外径４０ｍｍ、肉厚１．３ｍｍに製作されている。定着ローラ３１の両端部は、外径を３０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍに絞り加工を行なって、定着ローラ３１に加わる荷重を軸支部材であるボールベアリング（ころがり軸受の一種）で支える。定着ローラ３１の芯金６１は、防錆の目的で材料表面に対してパーカライジング処理（リン酸塩被膜処理）を施し、錆の発生を抑制している。
【００７５】
定着ローラ３１における、絞り加工を施していない中央のスリーブ部分には、加熱溶融したトナーとの接触でも離型性能を維持できるフッ素系樹脂が一般的に用いられる。前記フッ素樹脂としては、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）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、あるいはそれらの混合体であり、導電性の芯金６１上に、中間層６２を介して表面絶縁層６３としてコーティングされている。
【００７６】
表面絶縁層６３としては、耐熱性および離型性の観点から、その他、例えば、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（ＦＥＰ）、エチレン／テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン／クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂、あるいはフッ素ゴムラテックスを含む材料を各々単独で、もしくは２種類以上を組み合わせて使用することもできる。これらは、塗布・焼成によって形成すること、あるいはチューブ被覆で形成すること等ができる。
【００７７】
中間層６２は、表面絶縁層６３としてのフッ素樹脂とパーカライジング処理した炭素鋼鋼管表面との接着性を高めるものである。本実施の形態では、ゴム系あるいはレジン系接着材等の絶縁性プライマを用いている。なお、中間層６２としては、前述の絶縁性プライマ以外に、導電性プライマを用いることができる。
【００７８】
また、定着ローラ３１の内面には耐熱吸熱層が形成されている。この耐熱吸熱層は、定着ローラ３１が内包した加熱体であるハロゲンランプ６４が定着ローラの内周面に赤外光等の放射エネルギーを放出した場合に、これを効率良く吸収して熱に変換するものである。耐熱吸熱層は、例えば、変性シリコーン樹脂、無機耐熱黒顔料、炭化水素（溶剤）などを混合したものを塗布し乾燥させたものであり、膜厚２０〜３０μｍに形成する。一般的に、オキツモ（商品名）、テツゾール（商品名）、セルモブラック（商品名）等の耐熱塗料が用いられている。本実施の形態では、オキツモを用いている。
【００７９】
なお、定着ローラ３１において、６６は、定着ローラ３１の表面温度を検出する温度検出素子であるサーミスタであり、６５は過昇温防止手段としてのサーモスタットである。また、６７は上剥離爪であり、定着ローラ３１に貼り付いた記録材９１を機械的に剥ぎ取るものであり、７８は下剥離爪であり、加圧ローラ３２に貼り付いた記録材９１を機械的に剥ぎ取るものである。
【００８０】
なお、本実施例で用いるサーミスタは、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、ハウジング１２９に固定支持された弾性部材であるステンレス板１２５上にサーミスタチップ１２４を直接ボンディングして、熱応答性を早くしたものである。このサーミスタは、バイアス電圧を印加すること、摩擦帯電によって高電位になっている定着ローラ３１、加圧ローラ３２および加熱ローラ７７に当接することから、高電圧に対して、温度制御装置や画像形成装置などの電気系統を保護する必要がある。特に、ステンレス板と前述した各々のローラとが近接しており、温度制御装置の２次回路との絶縁耐圧を十分確保しておかなければならない。
【００８１】
そこで、本実施の形態におけるサーミスタは、サーミスタチップ１２４をボンディングしているステンレス板１２５の受熱面側に対して絶縁被覆層１２６を被せ、その上に耐熱離型層１２７を被せる。また、その反対側の面には保護層１２８を被せる。また、ステンレス板１２５とハウジング１２９との間において、当接するローラ表面との絶縁距離を確保するために、絶縁被覆層１２６、耐熱離型層１２７および保護層１２８にて、ステンレス板１２５をハウジング１２９の境界付近まで覆っている。こうすることで、サーミスタチップ１２４やステンレス板１２５に対して、各々のローラからリーク電流が流れることがなく、高電圧による破損や劣化といった不具合が解消される。この結果、安定したバイアス電圧を印加することができるとともに、正確な温度情報を取得することができ、良好な温度制御を実施することができる。
【００８２】
本実施の形態において、絶縁被覆層１２６は接着剤を含んだ厚み５０μｍのポリイミド（商品名：カプトン）であり、耐熱離型層１２７は接着剤を含んだ厚み１３０μｍのガラス繊維に耐熱離型樹脂を含浸させたものである。また、保護層１２８は接着剤を含んだ厚み８０μｍのテフロン（登録商標）である。なお、これら材料は、上記のものに限定されず、諸性能において代替できるものであれば、他の材料でもよい。
【００８３】
加圧ローラ３２は、鉄やステンレス等の導電性の芯金７１上に、シリコ−ンゴム等の耐熱性を有する絶縁性弾性層７２を形成し、その外周に中間層７３を形成する。この中間層７３の外周には、表面の離型性能を向上させる表面抵抗層７４を形成する。中間層７３は、絶縁性弾性層７２と表面抵抗層７４との接着性を高めるものである。本実施の形態において、中間層７３には、絶縁性弾性層７２との接着であるので、絶縁性プライマを用いている。
【００８４】
加圧ローラ３２の表面抵抗層７４は、表面抵抗率として１０１０Ωを用いている。１０５Ωでも使用できるレベルでるが、より好ましくは、１０７Ω〜１０１８Ω以上の表面抵抗率が良い。また、体積抵抗率は、１０７Ω・ｃｍ以上、より好ましくは、１０１０Ω・ｃｍ以上である。
【００８５】
絶縁性弾性層７２としては、前述のシリコーンゴム系であれば、高温加硫型シリコーンゴム（ＨＴＶ）、付加反応硬化型シリコーンゴム（ＬＴＶ）、縮合反応硬化型シリコーンゴム（ＲＴＶ）、その他にフッ素ゴム、またはこれらの混合物等が挙げられる。具体的には、例えば、ジメチルシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム、ビニルシリコーンゴム等のシリコーンゴム系、フッ化ビニリデンゴム、テトラフルオロエチレン−プロピレンゴム、テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテルゴム、ホスファゼン系フッ素ゴム、フルオロポリエーテル等のフッ素ゴム等を使用することができる。これらのゴムは、各々単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができ、注型・加硫、研磨等で成形する。
【００８６】
図１は定着ローラ３１の支持構造を示す正面図、図２は同分解斜視図である。定着ローラ３１は、図１および図２に示すように、定着装置１４のフレーム８２に取り付けられたボールベアリング８１により支持されている。フレーム８２は鉄系の冷間圧延鋼をプレス成形したものである。このフレーム８２は例えば画像形成装置４１のフレームに取り付けられている。ボールベアリング８１は、外輪部８１ａ、転動体（図示せず）および内輪部８１ｂを有し、定着ローラ３１の両端部における絞り部分のジャーナル部３１ａに嵌合されている。
【００８７】
加圧ローラ３２は、ステンレス等の軸部に対して、ボールベアリング（図示せず）を嵌合し、このボールベアリングを、フレームにカシメた支点軸から延びる荷重レバーにより受けて、定着ローラ３１の中心軸方向へ、荷重バネ等によって荷重する。この荷重による圧接力は、本実施の形態において、７６４Ｎ（両端合計）であるが、記録材９１の種類、定着ローラ３１や加圧ローラ３２の剛性、温調温度等の条件や性能によって、任意に設定可能である。
【００８８】
定着ローラ３１においてボールベアリング８１と嵌合する部分は、表面絶縁層６３の非コーティング部である。前述のパーカライジング処理部とボールベアリングの内輪部８１ｂとは、嵌め合いにより接触しており、これにより、ボールベアリング８１の外輪部８１ａに対してバイアス装置９４から定着バイアス電圧を印加すると、ボールベアリング８１の外輪部８１ａ→転動体→内輪部８１ｂ→定着ローラ両端部→導電性の芯金６１という経路で定着バイアス電圧が印加される。
【００８９】
ボールベアリング８１の外輪部８１ａとフレーム８２とは金属材料にて形成されている。したがって、これら両者を直接嵌合した状態でボールベアリング８１の外輪部８１ａに定着バイアス電圧を印加すると、定着バイアス電圧は、外輪部８１ａからそのままフレーム８２に印加され、フレーム８２を介して接地されることになる。このような場合、定着ローラ３１の芯金６１に適切な定着バイアス電圧が印加されず、記録材９１の裏面に付着する逆極性トナー９２を記録材９１に留めることができなくなる。
【００９０】
そこで、図１および図２に示すように、フレーム８２とボールベアリング８１の外輪部８１ａとの間に、電気絶縁性の材料からなる絶縁性部材であるベアリングホルダ８３を設け、このベアリングホルダ８３により両者を電気的に絶縁する。ベアリングホルダ８３の材料としては、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド）やＰＰＯ樹脂（ポリフェニレンオキシド）等の耐熱・絶縁材料を使用することができる。上記の状態では、定着ローラ３１はフレーム８２と絶縁された状態であるので、ボールベアリング８１の外輪部８１ａに対して定着バイアス電圧を印加した場合には、定着ローラ３１に対して適切に定着バイアス電圧を印加することができる。なお、図１において、８４は、定着ローラ３１の表面温度を検出するサーミスタである。
【００９１】
従来は、定着ローラ３１の導電性の芯金６１にバイアス電圧を印加する場合、リン青銅板や接点材料などの導通部材を芯金６１に摺接させて導通させ、定着バイアス電圧を印加するようにしていた。この場合、芯金６１と導通部材との接触する部分、特に芯金の表面は、摺接による摩擦により磨耗や摩滅を生じ、導通不良の原因となる。
【００９２】
しかしながら、本実施の形態の構成によれば、ボールベアリング８１の外輪部８１ａにバイアス装置９４を接続しているので、バイアス装置９４接続用の導通部材と定着ローラ３１との摺接による定着ローラ３１の磨耗がない。すなわち、定着ローラ３１への定着バイアス電圧の印加経路における回転部分の導通は、ボールベアリング８１の外輪部８１ａと転動体、転動体と内輪部８１ｂとの間の接触によって実現でき、これによって定着ローラ３１の磨耗を生じることなく定着ローラ３１に定着バイアス電圧を印加することができる。
【００９３】
また、ボールベアリング８１の外輪部８１ａと内輪部８１ｂとの間にある転動体は、通常、ベアリング材料同志の金属接触を極力少なくして、回転摩擦が少ない状態を維持し、回転に必要な駆動力を極力少なくして、荷重を支えるようにしているが、単に金属同志の接触だけでは、回転による摩擦の影響により焼き付きを起こしてしまう。そこで、シリコーン系やフッ素系オイルをベースとした潤滑剤（グリス）を外輪部８１ａと内輪部８１ｂとの間に注入し、金属同志の接触でも焼き付きを起こさないようにしている。
【００９４】
上記のように、ボールベアリング８１はグリス（例えばフッ素系グリス）により潤滑を行っているものの、この状態でも転動体と外輪部８１ａや内輪部８１ｂとの金属接触が存在し、外輪部８１ａに供給した定着バイアス電圧は、内輪部８１ｂに伝わり、芯金６１に伝わる。なお、グリス等の潤滑剤そのものは電気的には絶縁体であるので、さらに良好な通電を行うために、ベースとなる潤滑剤に対してカーボンや非カーボン系等の導電性付与剤を配合し、潤滑剤自体に導電性を持たせてもよい。
【００９５】
上記のように、定着装置１４では、ボールベアリング８１を介して定着ローラ３１に定着バイアス電圧が印加され、定着ローラ３１と加圧ローラ３２とは所定の荷重で相互に圧接され、記録材９１を狭持搬送しながらトナーからなる未定着画像を加熱溶融し記録材９１上に定着する。
【００９６】
なお、本実施の形態で用いた材料や寸法、形状等は、それらに限定されるものではなく、所望の性能を逸脱しない範囲で、適宜変更可能であり、種々のものを用いることができる。
【００９７】
さらに、本実施の形態の定着装置１４では、加圧ローラ３２の周囲に、清掃部材である第１クリーニングローラ７５および第２クリーニングローラ７６と、第２加熱部材である加熱ローラ７７が当接している。なお、７９は、６６と同様に、加熱ローラ７７の表面温度を検出する温度検出素子であるサーミスタである。
【００９８】
第１および第２クリーニングローラ７５，７６は、アルミニウムや鉄、あるいはそれらの合金（ステンレス鋼も含む）材料からなり、中空ローラあるいは中実ローラを加工して、両端部にすべり軸受やころがり軸受を嵌合し、荷重バネ等により、加圧ローラ３２に対して所定範囲のニップを保持しながら圧接している。本実施の形態では、炭素鋼やステンレス鋼製の外径１５ｍｍ（第２クリーニングローラ７６）と８ｍｍ（第１クリーニングローラ７５）のクリーニングローラである。これら第１および第２クリーニングローラ７５,７６の表面は、加圧ローラ３２表面に少量残留するトナーを清掃するために、所定の表面粗さを付与している。
【００９９】
一方、加熱ローラ７７は、アルミニウムや鉄、あるいはそれらの合金（ステンレス鋼も含む）材料を用いた中空ローラであり、最外周面に設けた表面離型層７７ａによって離型性能を維持したまま、加圧ローラ３２と圧接した際のニップでの熱伝導によって表面を加熱する。本実施の形態では、アルミニウム合金製の外径１５ｍｍ、肉厚０．８５ｍｍのストレートパイプ７７ｂの外周面に、中間層７７ｃと表面離型層７７ａとを順次形成し、ストレートパイプ７７ｂの内周面には、定着ローラ３１と同様に耐熱吸熱層を設け、内部には、ハロゲンランプ７７ｄを内包している。
【０１００】
加熱ローラ７７において、中間層７７ｃや表面離型層（表面絶縁層）７７ａは、定着ローラ３１と異なる構成を用いることが可能であるが、本実施の形態では同じ構成を用いている。また、加熱ローラ７７についても、両端部にすべり軸受やころがり軸受を嵌合し、荷重バネ等により、加圧ローラ３２に対して所定範囲のニップを保持しながら圧接している。
【０１０１】
定着ローラ３１には、図５に示すように、記録材９１の裏面に付着してくる逆極性トナー９２を記録材９１に留める向きに電位差を付与する目的で、バイアス装置９４からバイアス電圧を印加する。本実施の形態において、転写装置５は、接触方式で転写を行うものであり、図３ではローラ状のものを示しているものの、ベルト状であってもよい。なお、図５において、記録材９１における定着ローラ３１側の面に付着しているトナー９３は、画像を形成するトナーである。
【０１０２】
ここで、転写装置５は、定着装置１４に対して記録材９１の流れにおける上流に位置しており、感光体ドラム１上に形成されたトナーによる静電顕像であるトナー画像を記録材９１に写し取る転写プロセスを行う。このときに、上記の逆極性トナー９２が転写装置５の表面に付着し、さらに転写装置５の表面から記録材９１の裏面に付着する。
【０１０３】
転写装置５では、通常、逆極性トナーや紙紛等を除去するような機構を有するものの、完全には除去できないことが多く、この残留した逆極性トナーや紙紛は、転写装置５の表面に蓄積されてくる。そして、電気的あるいは機械的付着力等の力のバランスによって、一部あるいは全部が記録材９１に付着して、下流側の定着装置１４に運ばれてくる。
【０１０４】
通常であれば、上記逆極性トナー９２や紙紛等は、そのまま記録材９１に付着し、記録材９１と共に画像形成装置４１から排出される。しかしながら、従来の定着装置１４では、多数枚の定着処理を行った場合、定着装置１４の条件、特に定着ローラ３１や加圧ローラ３２の摩擦帯電によって生じた静電気力の大きさや極性等によって、逆極性トナー９２が記録材９１から引き剥がされて加圧ローラ３２、さらには定着ローラ３１にまで付着し、その結果、記録材９１の裏面や表面に画像不良や欠陥を発生させてしまうこととなっていた。
【０１０５】
そこで、本実施の形態の定着装置１４では、定着ローラ３１における導電性の芯金６１に、逆極性トナー９２（例えば、正極性）の帯電極性とは逆極性（例えば、負極性）の定着バイアス電圧を印加している。
【０１０６】
このような構成では、バイアス装置９４から定着ローラ３１の芯金６１に印加される定着バイアス電圧にて、記録材９１の裏面の逆極性トナー９２を記録材９１の裏面に留める方向の静電気力が作用する。これにより、記録材９１の裏面の逆極性トナー９２は、加圧ローラ３２の方へ引き剥がされることなく記録材９１上に留まる。その結果、記録材９１の裏面に定着されて記録材９１と共に画像形成装置４１から排紙される。なお、記録材９１上の逆極性トナー９２は、記録材９１の１枚あたりの量が少量であるので、定着された画像に対してはほとんど影響のないものである。
【０１０７】
次に、バイアス装置９４からの定着バイアスについてさらに説明する。
図６は、定着装置１４において定着ローラ３１と加圧ローラ３２との間に記録材９１が挟持された状態を示す要部の縦断面図である。
【０１０８】
本実施の形態では、定着バイアス電圧として、定着ローラ３１の導電性の芯金６１に対して−１ｋＶを印加している。この定着バイアス電圧の極性は、逆極性トナー９２の帯電極性が正極性であるのでマイナスである。これにより、逆極性トナー９２と定着ローラ３１の芯金６１との間には静電引力が作用し、この逆極性トナー９２を記録材９１の裏面に留めることができる。
【０１０９】
定着バイアス電圧の大きさには適度な範囲が存在する。すなわち、定着バイアス電圧が小さすぎると、逆極性トナー９２を記録材９１の裏面に留めるための静電引力が不足し、逆極性トナー９２が加圧ローラ３２の方へ移動してしまう。一方、定着バイアス電圧が大きすぎると、上記静電引力が大きくなって逆極性トナー９２を記録材９１に留める力は大きくなるものの、定着ローラ３１の表面絶縁層６３が薄いために耐電圧が低くなり、絶縁破壊を引き起こしてしまう。したがって、定着バイアス電圧の範囲は、定着ローラ３１における表面絶縁層６３や中間層６２の材質、電気的特性、膜厚、材料欠陥（ピンホールや傷等）の有無あるいは層構造等にも依存するが、概ね−１００Ｖ〜２ｋＶの範囲（逆極性トナー９２の帯電極性が負極性であれば、＋２００Ｖ〜２ｋＶの範囲）とするのが好ましい。ただし、ローラの構成やトナーの帯電条件、各ローラの帯電条件などによっては、ゼロ電位（接地）とすることやフロートとすることでも同様の効果を得ることが可能である。
【０１１０】
図７には、本実施の形態の定着装置１４において、定着バイアス電圧と記録材９１上における画像不良の程度との関係について調べた結果を示す。同図の結果より、定着バイアス電圧が大きい場合、あるいは定着ローラ３１の表面絶縁層６３の表面抵抗率が大きい場合の方が、画像不良の発生を抑制する機能が高いことがわかる。特に、記録材９１の搬送速度が速く、プロセス速度が速い高速機（例えば、プロセス速度：３９５ｍｍ／ｓ、複写速度：７０枚／分）では、表面抵抗率を大きくして、例えば１０１４Ω以上、より好ましくは１０１５Ω以上を付与する。これにより、定着ローラ３１表面に電荷を保持する時間を例えば０．２秒以上（好ましくは０．３秒以上）に保ち、電荷の漏洩減衰する時間を長く保つことで、効果的に逆極性トナー９２を記録材９１に留めることができるようになる。
【０１１１】
上記の内容は、バイアス電圧９４から供給される定着バイアス電圧による電流が多すぎても不具合があることも示しており、定着ローラ３１は、安定した電流の供給を維持する表面抵抗率を有するものであることが望ましい。特に、流れる電流が多すぎると、不要な個所へのリーク電流が増加し、画像処理系や画像形成プロセスなどの処理系や制御系へのノイズ等による別の不具合を発生させることになる。定着ローラ３１を流れる電流を安定化するための定着ローラ３１の表面抵抗率は、表面絶縁層６３の体積抵抗率を規定し、表面状態（表面粗さ、付着している水分量、環境条件等）を最適にすることにより得ることができる。このために、表面絶縁層６３の体積抵抗率は、１０１３Ω・ｃｍより大きい範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０１４Ω・ｃｍ以上にすることが望ましい。あまり、多くの電流を流してしまうと、急激な電流の変化により、制御装置などの機器の動作に支障が出たり、加圧ローラ３２の表面抵抗層７４が劣化したり、穴があいてしまうといった悪影響が生じる。
【０１１２】
また、バイアス装置９４から定着ローラ３１に定着バイアス電圧を印加することにより画像不良の発生を抑制する機能は、定着ローラ３１や加圧ローラ３２に用いられる導電性の芯金６１，７１，中間層６２，７３、または表面絶縁層６３や表面抵抗層７４の種類を変えた場合であっても、若干の変動はあるものの、同様に得ることができる。さらには、記録材９１の種類や厚み、大きさを変えても、同様に得ることができる。
【０１１３】
なお、本実施の形態では、加熱体としてハロゲンランプ６４を用いた場合について説明したが、定着ローラ３１の加熱方式としては、その他、ジュール熱により定着ローラ３１を加熱する誘導加熱方式、芯金６１の表面や内面に形成した抵抗発熱層による抵抗発熱方式、あるいはキセノン等の高エネルギーの照射による閃光発熱方式、圧力定着方式等を使用可能である。これら、種々の加熱方式を適用した場合にも、定着ローラ３１に定着バイアス電圧を印加することによる上記の機能は、若干の差は生じるものの、同様に得ることができ、定着装置１４は特定の加熱方式に限定されるものではない。
【０１１４】
さらに、本実施の形態において、定着ローラ３１にはハロゲンランプ６４を２本内包しており、一方が中央部、他方が両端部を主として加熱する。ハロゲンランプ６４が加熱する領域は、これに限定されず全幅加熱と部分加熱に分けたものでもよく、かつハロゲンランプ６４の数も２本に限定されず、３本以上あるいは１本でもよい。
【０１１５】
また、定着ローラ３１は、上述した材料以外に、ステンレス鋼、ニッケルおよびその合金など耐熱性、機械的強度などで、条件を満足するものであれば使用することができる。そして、両端部において絞り加工を施してあってもよい。
【０１１６】
以上のように、本実施の形態の構成は、ベルト状あるいはローラ状の接触によって転写する接触転写方式の定着装置において、特に効果が大きい。
【０１１７】
〔実施の形態２〕
本発明の実施の他の形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記の実施の形態に示した部材と同一の機能を有する部材には同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１１８】
本実施の形態の定着装置１０１は図８に示す構成となっている。定着ローラ３１は、例えば、外径４０ｍｍのストレート形状をなす導電性の芯金６１に、中間層６２および表面絶縁層６３が形成されている。本実施の形態においても、定着ローラ３１は、ボールベアリング８１を介してフレーム８２に支持され、かつボールベアリング８１はベアリングホルダ８３によりフレーム８２と電気的に絶縁されている。加圧ローラ３２は、外径が３５ｍｍである点以外は、実施の形態１の構成と同様である。
【０１１９】
この定着装置１０１は例えばハロゲンランプ６４による加熱方式を用いて定着を行なうものであり、ハロゲンランプ６４は、定着ローラ３１に２本（１本は定着ローラ３１の中央部加熱用、他の１本は定着ローラ３１の両端部加熱用）が内方され、加熱ローラ７７に１本（全幅加熱用）が内包されている。
【０１２０】
加圧ローラ３２の表面には、加熱ローラ７７以外にクリーニングローラ１０２が当接している。このクリーニングローラ１０２は、加圧ローラ３２の回転方向における加熱ローラの上流側に位置している。
【０１２１】
この定着装置１０１を備えた画像形成装置４１のプロセス速度は例えば３３５ｍｍ／ｓであり、複写速度あるいはプリント速度は５５〜６５枚／分である。この画像形成装置４１における転写装置５は例えばベルト状である。
【０１２２】
クリーニングローラ１０２は前記クリーニングローラ７５，７６と同様の構成であり、導電性を有する。このクリーニングローラ１０２にはバイアス装置１０５から定着バイアス電圧が印加されている。この定着バイアス電圧は、定着装置１０１において、記録材９１の裏面に付着する例えば正極性の逆極性トナー９２を記録材９１の裏面に留める方向の静電気力を付与するためのものである。定着バイアス電圧は、逆極性トナー９２と同極性の電圧であり、本実施の形態において＋１ｋＶとしている。
【０１２３】
上記定着バイアス電圧はクリーニングローラ１０２を介して加圧ローラ３２の表面に印加され、加圧ローラ３２の表面が正電位を帯びる。これにより、記録材９１の裏面（加圧ローラ３２側の面）の逆極性トナー９２は加圧ローラ３２側に寄せ付けられず、記録材９１裏面に留まる。この結果、記録材９１の裏面に極少量付着している逆極性トナー９２は、記録材９１に定着され、記録材９１と共に画像形成装置４１から排出される。
【０１２４】
図９には、本実施の形態の定着装置１０１において、定着バイアス電圧と記録材９１上における画像不良の程度との関係について調べた結果を示す。同図の結果より、加圧ローラ３２における表面抵抗層７４の表面抵抗率が大きいほど、また定着バイアス電圧が大きいほど、画像不良の発生を抑制する機能が高いことがわかる。この場合、加圧ローラ３２の表面抵抗層７４に応じた定着バイアス電圧を印加すると効果が高い。
【０１２５】
一方、定着バイアス電圧や表面抵抗層７４の表面抵抗率が低すぎると、加圧ローラ３２表面に保持される電荷を加圧ローラ３２の表面電位として作用するために必要な時間だけ維持できなくなり、逆極性トナー９２を記録材９１へ留める効果が早期に減少する。すなわち、表面抵抗層７４の表面抵抗率が小さく、減衰時間が短いような状態（例えば、０．２秒よりも短い状態）では、逆極性トナー９２に対する十分な引き留め作用が発揮されない。
【０１２６】
これは、クリーニングローラ１０２からの定着バイアス電圧が作用した、クリーニングローラ１０２に対する加圧ローラ３２のニップ部が、定着ローラ３１に対するニップ部に到達するまでに、そのニップ部の電位が低下し、その電位による静電気力により逆極性トナー９２を記録材９１に十分に留めることができないためである。その結果、逆極性トナー９２は加圧ローラ３２表面に移動し、その一部はクリーニングローラ１０２に回収される。しかしながら、残りのものは、加熱ローラ７７表面や加圧ローラ３２表面に残留し、最終的には、別の記録材９１の裏面や定着ローラ３１の表面に再付着する。定着ローラ３１の表面に付着したものは別の記録材９１の表面に付着して画像欠陥を生じさせる。
【０１２７】
本実施の形態の定着装置１０１では、加圧ローラ３２における表面抵抗層７４の表面抵抗率を大きくして、例えば１０７Ω以上、より好ましくは１０８Ω以上の表面抵抗率を付与する。これにより、加圧ローラ３２表面に電荷を保持する時間を例えば０．２秒以上（好ましくは０．３秒以上）に保ち、電荷の漏洩減衰する時間を長く保つことで、効果的に逆極性トナー９２を記録材９１に留めることができるようになる。
【０１２８】
また、表面抵抗層７４の体積抵抗率についても同様であり、１０５Ω・ｃｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは１０１０Ω・ｃｍ以上とすることにより、同様の効果を得ることができる。
【０１２９】
また、バイアス装置１０５から定着バイアス電圧を印加することにより画像不良の発生を抑制する機能は、定着ローラ３１や加圧ローラ３２に用いられる導電性の芯金６１，７１，中間層６２，７３、または表面絶縁層６３や表面抵抗層７４の種類を変えた場合であっても、若干の変動はあるものの、同様に得ることができる。さらには、記録材９１の種類や厚み、大きさを変えても、同様に得ることができる。
【０１３０】
上記の定着装置１０１では、逆極性トナー９２を記録材９１に留めるように、加圧ローラ３２に対してバイアス装置１０５から定着バイアス電圧を印加する構成であるが、この構成の発展形態として、図１０に示す構成も可能である。図１０に示す定着装置１１１では、バイアス装置１０５からクリーニングローラ１０２を介して加圧ローラ３２の表面に定着バイアス電圧を印加するとともに、バイアス装置９４から定着ローラ３１の導電性の芯金６１に対して定着バイアス電圧を印加する構成である。
【０１３１】
すなわち、定着ローラ３１の芯金６１には、第１定着バイアス電圧として記録材９１上の逆極性トナー９２と逆極性の電圧を印加する一方、加圧ローラ３２の表面に当接する、第１クリーニングローラとしてのクリーニングローラ１０２には、第２着バイアス電圧として記録材９１上の逆極性トナー９２と同極性の電圧を印加している。本実施の形態おいて、第１定着バイアス電圧は、例えば−１ｋＶとし、第２定着バイアス電圧は例えば＋８００Ｖとしている。
【０１３２】
なお、定着装置１１１では、第２クリーニングローラ７６は、加圧ローラ３２の回転方向における加熱ローラ７７に対する上流側位置に設けられ、第１クリーニングローラとしてのクリーニングローラ１０２は、下流側位置に設けられている。
【０１３３】
また、第２定着バイアス電圧は、クリーニングローラ１０２に代えて加熱ローラ７７に印加してもよく、この場合には例えば＋１ｋＶとする。
【０１３４】
定着装置１１１では、定着装置１０１における、加圧ローラ３２に第２定着バイアス電圧を印加することによる記録材９１への逆極性トナー９２の保留機能、および定着装置１４における、定着ローラ３１に第１定着バイアス電圧を印加することによる記録材９１への逆極性トナー９２の保留機能の両方の保留機能が作用し、逆極性トナー９２を記録材９１から加圧ローラ３２の表面へ移動させることなく、確実に記録材９１に保留させることができる。
【０１３５】
すなわち、定着装置１１１では、記録材９１の逆極性トナー９２に対して、定着ローラ３１と加圧ローラ３２との双方から逆極性トナー９２を記録材９１に留めておく方向の静電気力が作用し、より大きな力による記録材９１への逆極性トナー９２の保留機能が働くことになる。
【０１３６】
ここで、第１定着バイアス電圧により定着ローラ３１へ流れ込む電流は通常１０μＡ以下程度であり、また記録材９１が定着装置１１１を通過する時には、記録材９１を通って電流が流れる場合でも、通常２０〜４０μＡ程度である。しかしながら、定着ローラ３１や加圧ローラ３２などの表面抵抗率や体積抵抗率、ローラの構成などの条件によっては、１５０μＡより多く流れてしまう場合がある。このような場合、定着ローラ３１→加圧ローラ３２→画像形成装置４１のフレーム、定着ローラ３１→記録材９１→画像形成装置４１のフレーム、あるいはクリーニングローラ１０２→加圧ローラ３２→記録材９１→画像形成装置４１のフレームなどの経路で電流が流れ過ぎると、流れた電流によって、画像形成装置４１の制御装置や画像処理装置にノイズ等が混入し、誤動作を引き起こす。したがって、定着バイアス電圧として流す電流は、所定の少ない範囲に抑える必要がある。また、流れた電流によって、加圧ローラ３２の表面抵抗層７４が劣化したり、穴があいたりして、支障が出てしまうことがある。
【０１３７】
以上のように、本実施の形態の構成は、ベルト状あるいはローラ状の接触によって転写する接触転写方式の定着装置において、特に効果が大きい。
【０１３８】
〔実施の形態３〕
本発明の実施のさらに他の形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記の実施の形態に示した部材と同一の機能を有する部材には同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１３９】
本実施の形態において、画像形成装置４１は説明の便宜上例えば図５に示す定着装置１４を備えているものとする。定着ローラ３１のボールベアリング８１による支持構造や定着ローラ３１にボールベアリング８１を介して定着バイアス電圧を印加する構成については実施の形態１において前述したとおりである。
【０１４０】
定着装置１４において、ボールベアリング８１を介してのバイアス装置９４と定着ローラ３１との電気的接続および定着バイアス電圧の供給は、その電気的経路に存在する各部材の接触部での接触抵抗と各部材の体積抵抗率や表面抵抗率などが影響する。また、ボールベアリング８１では、転動体が外輪部８１ａと内輪部８１ｂの案内面を転がりながら移動して、摩擦抵抗を少なくした状態で荷重を支える。したがって、上記案内面において電気的な接続がより良好となり、ボールベアリング８１が焼き付きなく動作するには、ころがり軸受等のボールベアリング８１において、外輪部８１ａと転動体、内輪部８１ｂと転動体の各接触面の表面粗さが、中心線平均粗さＲａで、０．０５ａ以上かつ３．２ａ以下、最大高さＲｍａｘで、０．２Ｓ以上かつ１２．５Ｓ以下、十点平均粗さＲｚで、０．２Ｚ以上かつ１２．５Ｚ以下の何れかであることが望ましい。上記各面の表面粗さは、あまり粗いと接触抵抗が増加するばかりではなく、回転時の振動が大きくなるため、適度な粗さであることが好ましい。
【０１４１】
また、ボールベアリング８１の内輪部８１ｂと定着ローラ３１との嵌合面、あるいは内輪部８１ｂと加圧ローラ３２との嵌合面のそれぞれの表面粗さについても、加熱時に良好な接触抵抗を得るためには、中心線平均粗さＲａで、０．４ａ以上かつ１２．５ａ以下、最大高さＲｍａｘで、１．６Ｓ以上かつ５０Ｓ以下、十点平均粗さＲｚで、１．６Ｚ以上かつ５０Ｚ以下の何れかであることが好ましい。
【０１４２】
ボールベアリング８１が嵌合する定着ローラ３１の表面には、前述のように、防錆の目的でパーカライジング処理が施されている。このパーカライジング処理施工面は、リン酸塩被膜である。この被膜は、その膜厚や被膜処理工程にもよるものの、完全な絶縁層ではなく抵抗層として働くことになる。したがって、数百Ｖの電圧を印加した場合でも抵抗値に応じた電圧降下が生じるものの、その電圧は定着バイアス電圧として機能することが可能であり、記録材９１に逆極性トナー９２を引き留めるように作用する。
【０１４３】
なお、定着ローラ３１におけるボールベアリング８１の嵌合面において、上記のようなパーカライジング処理面、アルマイト処理面、不導体処理面、焼き付け塗装面、酸化被膜処理面あるいはアルカリ処理面などのような表面処理層１３０が存在する場合であっても、そこでの電圧降下が許容できる範囲のものであれば、そのような面はボールベアリング８１の嵌合面として使用可能である。また、定着ローラ３１とボールベアリング８１の内輪部８１ｂとの間、およびその近傍に潤滑剤が塗布されている場合であっても、ボールベアリング８１の外輪部８１ａから定着ローラ３１の芯金６１など、定着バイアス電圧の作用部までの抵抗値が１０７Ω以下であれば、同様に、記録材９１への逆極性トナー９２の保留機能を得ることができる。
【０１４４】
また、抵抗層として働く上記の表面処理層１３０に導電性を付与する処理を施した場合、あるいは表面処理層１３０に代えて導電性を付与する処理を施した場合には、抵抗層による電圧降下を低く押さえ、印加する定着バイアス電圧を有効に作用させることができるようになる。例えば、本実施例の定着ローラ３１は、導電性の芯金６１上に表面処理層１３０として、パーカライジング処理を施し、その上に中間層６２を形成し、更のその上に表面絶縁層６３を形成する。ここで、中間層６２は、導電性プライマであり、図１５に示すように、ボールベアリング８１との嵌合面まで広い範囲にわたって塗布し、表面絶縁層６３は、定着ローラ３１の正規トナーと接する部分より僅かに広い範囲に塗布する。こうすることで、定着バイアス電圧は、内輪部８１ｂから、中間層６２を介して、表面絶縁層６３に印加することが可能で、途中経路の抵抗成分などによる電圧降下を低く抑えることができる。
【０１４５】
また、このような処理以外にも、図１１に示すように、導電性部材８５（定着ローラ３１のストップリングとは別の部材、あるいはストップリングと兼用した部材）で、ボールベアリング８１の内輪部８１ｂと定着ローラ３１の芯金６１とを接触させて電気的に接続することでも、定着バイアス電圧を効果的に印加することができる。なお、ストップリングは、定着ローラ３１の芯金６１に形成した溝部や長穴部にはめ込まれ、スラスト方向へ定着ローラ３１の移動を規制するものであり、通常、ばね鋼などにて形成され弾性を有する。例えば、導電性部材８５を定着ローラ３１の芯金６１と内輪部８１ｂとが導電性部材８５に同時に接触するような形状とすることで、ボールベアリング８１と定着ローラ３１との確実な導通、およびスラスト方向への定着ローラ３１の移動規制を両立させることができる。
【０１４６】
また、定着ローラ３１とボールベアリング８１との嵌合面は、通常上記のように接触抵抗を伴っているものの、表面粗さをより小さくすることで接触抵抗を少なくして、両者の良好な導通を得ることができる。さらに、定着装置１４を組み立てる際には、作業の効率上、常温では、定着部材２１とボールベアリング８１とは緩く嵌合し、定着ローラ３１の温度が上昇して、定着バイアス電圧が印加される際には、表面粗さとはめあいの条件から電気的導通がより増加し、接触抵抗が低くなる。
【０１４７】
組み立て時は、容易に取外しができ、加熱によって中間嵌めや締り嵌めのように、はめいは、中間嵌めよりも締めしろが大きくする。実際に使用する温度条件あるいはそれに近い条件では、嵌合部分の接触抵抗が低くなり、効果的に定着バイアス電圧を作用させることができる。
【０１４８】
例えば、ボールベアリング８１に嵌合する定着ローラ３１の嵌合部分の寸法公差としては、ボールベアリング８１や定着ローラ３１及び加圧ローラ３２の嵌合部分の材質、形状、熱膨張率等を考慮すると、−５０μｍ〜＋１０μｍ、好ましくは、−４０μｍ〜＋８μｍ、より好ましくは、−３５μｍ〜＋５μｍにすることで、常温での組み立てでは、緩く嵌合しているので、ボールベアリング８１に定着ローラ３１あるいは加圧ローラ３２の嵌合部分が、容易に挿入でき、作業効率を損なうことはない。
【０１４９】
一方、ウォームアップや通紙中など定着バイアス電圧を印加する時には、各々の温度が上昇するので前記はめあいは、中間嵌めや締り嵌めの状態になるので、嵌合部分の接触面積が増大して、接触抵抗が低くなり、この接触抵抗による電圧降下などの不具合がなくなり、定着バイアス電圧の効果がより高くなる。
【０１５０】
また、定着ローラ３１とボールベアリング８１の材質を考慮した構成することも可能である。
【０１５１】
また、導電性プライマ、ストップリングによる嵌合部に導電性を付与する手法の他の例として、定着ローラ３１の芯金６１を製作する場合に、ボールベアリング８１との嵌合部に対してマスキング等によりパーカライジング処理が加わらないようにし、導電性の芯金６１の表面を露出させるようにしてもよい。こうすることで、定着ローラ３１の嵌合部（パーカライジング処理がされていない部分）の表面抵抗が減少し、ボールベアリング８１の内輪部８１ｂと定着ローラ３１の嵌合部との接触抵抗が低くなり、ボールベアリング８１の外輪部８１ａから定着ローラ３１の芯金６１までの導通が良好となる。すなわち、外輪部８１ａから芯金６１までの電気的経路は、抵抗が小さくなる一方、急激な電流が流れた場合の緩衝機能となる程度の抵抗が存在する状態となる。これにより、逆極性トナー９２を記録材９１に保留させるための定着バイアス電圧を有向に作用させることができる。
【０１５２】
本発明の定着装置は、前記軸受部材としてころがり軸受を使用し、このころがり軸受は外輪部と内輪部の間に転動体を保持し、その隙間に潤滑剤を充填した構成である。軸受部材は、荷重を支持できるだけでなく、電気的に接続されている必要があり、かつ駆動力を無駄なく伝達する構成が不可欠である。また、潤滑剤が間にあることでも、電気的な接続を保つことができ、安定してバイアス電圧を供給することができる。
【０１５３】
なお、ここで説明したボールベアリング８１は、深溝玉軸受（転動体が球形のもの）を用いているが、電気的接続が可能で、定着ローラの回転に支障がなく、熱的に使用可能なものであれば、これに限定されるものではない。例えばころ状や針状のものを用いても良く、その内部構造や材質等も本実施の形態で述べたものに限定されるものではない。
【０１５４】
また、構造上荷重が比較的大きくない場合では、すべり軸受を用いることも可能である。この場合、すべり軸受をカーボン等を含有した耐熱樹脂材料で構成こと、あるいはすべり軸受に使用できる耐磨耗性の高い金属材料（鋳鉄、青銅、ホワイトメタルなど）を用いることも可能である。
【０１５５】
〔実施の形態４〕
本発明の実施のさらに他の形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記の実施の形態に示した部材と同一の機能を有する部材には同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１５６】
本実施の形態において、定着装置は図１２に示す構成となっている。図１２は定着装置１２１を示す概略の縦断面図である。同図の定着装置１２１において、定着ローラ３１のボールベアリング８１による支持構造、定着ローラ３１にボールベアリング８１を介して定着バイアス電圧を印加する構成、およびベアリングホルダ８３による絶縁構造については実施の形態１において前述したとおりである。
【０１５７】
定着ローラ３１は前記定着装置１０１の場合のようにストレート形状であり、外径が３５ｍｍである。この定着ローラ３１の表面絶縁層６３は、前記定着装置１４の場合と同様、非常に抵抗率の高い材料からなる。本実施の形態の形態において、表面絶縁層６３はＰＦＡとＰＴＦＥとを混合したものを塗布・焼成して形成されている。
【０１５８】
定着ローラ３１の表面には、温度検出素子であるサーミスタ６６が、定着ローラ３１の軸方向における中央部から４５ｍｍの位置および１４５ｍｍの位置にそれぞれ配置されている。また、定着ローラ３１の表面には、定着ローラ３１の過昇温を検出した場合に、ハロゲンランプ６４への１次ラインを直接遮断して通電停止する過熱遮断手段が１つ以上、近接もしくは略接触して配置されている。本実施の形態においては、過熱遮断手段であるサーモスタット６５が定着ローラ３１の表面に対して所定の空隙（約０．８ｍｍ）を保持して配置されている。サーモスタット６５およびサーミスタ６６は例えばフレーム８２に設けられている。
【０１５９】
加圧ローラ３２は、表面抵抗層７４の表面抵抗率が１０１０〜１０１１Ωであり、絶縁性弾性層７２がシリコンゴムをベースとした耐熱弾性層となっている。
【０１６０】
本実施の形態の定着装置１２１においても、定着ローラ３１を支持するボールベアリング８１と定着装置１２１のフレーム８２とが電気絶縁性を有するベアリングホルダ８３にて絶縁されている。定着装置１２１においてベアリングホルダ８３を設けることの主目的は、他の定着装置の場合と同様、ボールベアリング８１（定着ローラ３１）と定着装置１２１のフレーム８２電気的絶縁である。
【０１６１】
ベアリングホルダ８３の材料としては、熱可塑性を有する材料、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）をベースとした材料やポリアセタール、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル系、ポリテトラフルオロエチレン等を単独、あるいは複数を併用混合してプラスチックアロイとしたもの、ガラス繊維や非金属充填材等を混合して複合材料としたものを用いてもよい。上記熱可塑性を有する材料としては、固体状の鎖状ポリマーからなり、所定の温度以上に加熱することにより変形が迅速に進むものであり、電気絶縁性を有し、かつ過昇温時２３０〜２７０℃以上に加熱することで変形するものであればどのようなものでもよい。
【０１６２】
ベアリングホルダ８３を使用してボールベアリング８１（定着ローラ３１）とフレーム８２とを絶縁し、定着バイアス電圧を印加した状態において、ハロゲンランプ６４が何らかの異常により連続点灯をしてしまった場合には、通常であればサーミスタ６６が定着ローラ３１の表面温度が温度制御範囲から逸脱したことを検出し、制御装置がトライアック等のスイッチング素子をＯＦＦにする。しかしながら、このスイッチング素子がショートしたことによる連続点灯であれば、制御装置は通電を遮断することができない。また、制御装置のハードウェア上の故障やソフトウェアの暴走等が生じた場合も、同様に正常にＯＦＦすることができない場合がある。
【０１６３】
このような状態は適切な温度制御ができない状態であり、定着装置１２１、さらには画像形成装置４１の異常過熱やそれによる故障を招来する。特に、近年における省エネルギーの要望の高まりに応じて、ウォームアップ時間を短縮する目的などで、定着ローラ３１を薄肉構造として熱容量を小さくしている場合には、加熱速度が早く、異常過熱および故障に至るまでの時間も短いことが多い。
【０１６４】
また、ハロゲンランプ６４の配熱特性（例えば、局部加熱等により加熱領域をかなり厳密に区分けしている状態）や大電力ハロゲンランプを使用しているために加熱速度の大きいところと小さいところに大きな差を有し、サーモスタット６５の配置に制約がある場合などでは、サーモスタット６５の作動に極端な差が生じることがある。このような場合には、サーモスタット６５が適切に作動しない、あるいは作動してもかなり時間を要するといった事態となる。
【０１６５】
そこで、本実施の形態定着装置１２１では、ベアリングホルダ８３を熱可塑性材料にて形成し、サーモスタット６５を例えばフレーム８２に設けている。これにより、異常過熱が起こった場合に、ベアリングホルダ８３が、その熱を受け、かつ定着ローラ３１と加圧ローラ３２の圧接荷重の反力を受けることによって、変形、溶融し、予め与えていたサーモスタット６５と定着ローラ３１との空隙（本実施例では約０．８ｍｍ）が狭くなる。この結果、サーモスタット６５は定着ローラ３１の過昇温に反応し易くなり、迅速に動作する。
【０１６６】
即ち、図１３に示すように、定着ローラ３１とボールベアリング８１との位置関係はほぼ変化せず、ボールベアリング８１（定着ローラ３１）とフレーム８２（フレーム８２に設けられたサーモスタット６５）との距離が、Ａ１あるいはＡ２だけ縮んだ状態となり、サーモスタット６５が定着ローラ３１の異常過熱に対して、距離が縮んだ分、反応がし易くなり、通電を遮断するまでの時間が短くできる。なお、通常の構成では、サーモスタット６５と定着ローラ３１の空隙は一定に保たれており、サーモスタット６５への熱伝導と放射によって、サーモスタット６５内部のバイメタルが作動温度を越える時は、通電を遮断する。
【０１６７】
そして、制御装置では、サーモスタット６５による通電の遮断をのみを検出すること、あるいはこれに加えて定着バイアス電圧の異常を検出することにより、定着装置１２１の過昇温と判断することができる。
【０１６８】
上記の構成では、従来の構成に比べて、迅速かつ確実に異常過熱に対応した動作を行い、定着装置１２１、さらには画像形成装置４１の異常過熱による大きな故障を防止して、装置の信頼性を高めることができる。
【０１６９】
以上のように、本発明の定着装置は、前記軸受部材と前記定着部材あるいは前記加圧部材と電気的に接続されて、前記軸受部材を介してバイアス電圧を印加する場合、前記定着部材あるいは前記加圧部材の前記軸受部材と嵌合する部分に導電性を付与して電気的に接続した構成である。
【０１７０】
また、本発明の定着装置は、前記軸受部材と前記定着部材あるいは前記加圧部材と電気的に接続されて、前記軸受部材を介してバイアス電圧を印加する場合、前記定着部材あるいは前記加圧部材と前記軸受部材とを導電性を有する導通部材で電気的に接続した構成である。
【０１７１】
定着部材や加圧部材の軸受部材と勘合する部分と軸受部材におけるそれらとの嵌合部分に導電性を付与することで、軸受部材から定着部材や加圧部材への抵抗値を低くすることができ、バイアス電圧の低下による実質的な供給バイアス電圧の低下を防止できる。すなわち、上記経路の抵抗となる、軸受部材と各部材との接触抵抗を小さくすれば、定着部材や加圧部材に対してロスなくバイアス電圧を供給し、より効果的に逆極性トナーを記録材へ留めることができる。
【０１７２】
本発明の定着装置は、前記軸受部材と定着部材あるいは加圧部材との嵌め合いを、加熱時の接触抵抗を低くするために、中間嵌め或いは締り嵌めとした構成である。これにより、嵌合面での接触面積が増加して、接触抵抗が減少し、バイアス電圧を効果的に印加することができ、かつ上記接続部での発熱を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明は、複写機やプリンタといった電子写真装置における定着装置、湿式電子写真装置における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、リライタブルメディア用消去装置等で好適に実施される画像形成装置の定着方法もしくは乾燥方法、並びにこれら定着方法、乾燥方法を使用する定着装置、乾燥装置にとして利用可能である。また、複写機やプリンタといった画像形成装置の加熱装置あるいは乾燥装置の用途以外にも、印刷装置全般のローラ状あるいはベルト状の定着部材と加圧部材で、記録材を狭持搬送する方法および装置としても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】本発明の実施の一形態における定着ローラの支持構造を示す正面図である。
【図２】図５に示した定着ローラの支持構造における分解斜視図である。
【図３】本発明の実施の一形態における電子写真方式の画像形成装置の内部構造を示す正面図である。
【図４】図３に示した画像形成装置を備える画像形成システムの内部構造を示す正面図である。
【図５】本発明の実施の一形態の定着装置を示す概略の縦断面図である。
【図６】図５に示した定着装置において定着ローラと加圧ローラとの間に記録材が挟持された状態を示す要部の縦断面図である。
【図７】図５に示した定着装置における定着バイアス電圧と記録材上における画像不良の程度との関係を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の他の形態における定着装置を示す概略の縦断面図である。
【図９】図８に示した定着装置における定着バイアス電圧と記録材上における画像不良の程度との関係を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施のさらに他の形態における定着装置を示す概略の縦断面図である。
【図１１】本発明の実施のさらに他の形態における定着装置が備える定着ローラの端部の構造を示す分解斜視図である。
【図１２】本発明の実施のさらに他の形態における定着装置を示す概略の縦断面図である。
【図１３】図１２に示した定着装置の定着ローラ部分の構造を示す正面図である。
【図１４】図１３（ａ）は本発明の実施の形態におけるサーミスタを示す正面図、図１３（ｂ）は同平面図である。
【図１５】本発明の実施の形態の定着ローラにおける中間層（導電性プライマ）および表面絶縁層の形成範囲を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１７５】
14,101,111,121    定着装置
３１    定着ローラ（定着部材）
３２    加圧ローラ（加圧部材）
４１    画像形成装置
６１    芯金
６２    中間層
６３    表面絶縁層
６４    ハロゲンランプ
６５    サーモスタット
６６    サーミスタ
７１    芯金
７２    絶縁性弾性層
７３    中間層
７４    表面抵抗層
７５    第１クリーニングローラ
７６    第２クリーニングローラ
７７    加熱ローラ
８１    ボールベアリング（軸受部材）
８１ａ  外輪部
８１ｂ  内輪部
８２    フレーム（支持部材）
８３    ベアリングホルダ（絶縁性部材）
９１    記録材
９２    逆極性トナー（逆極性顕像剤）
94,105    バイアス装置
１０２    クリーニングローラ（電位付与部材、清掃部材）
１２４    サーミスタチップ
１２５    ステンレス板
１２６    絶縁被覆層
１２７    耐熱離型層
１２８    保護層
１２９    ハウジング
１３０    表面処理層
【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】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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