(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルムと、前記フィルムの内面に接触する加熱体と、前記フィルムを介して前記加熱体と共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記フィルムにトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加する電源と、を有し、トナー像を担持する記録材を前記定着ニップ部で挟持搬送しつつ記録材上のトナー像を記録材に加熱定着する定着装置において、
前記フィルムと前記電源の間には、一方の電極が前記フィルム側、他方の電極が前記電源側となるように、紙フェノール基板上にギャップを設けて形成された一対の電極が電気的に直列に繋がれており、前記フィルムと前記一方の電極の間は抵抗体を介して接地されており、前記一対の電極間の抵抗値が湿度に応じて変化する構成としたことを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱材としての記録材を耐熱性フィルム（以下、単にフィルムと称する）を介して加熱体に密着させ、記録材とフィルムを共に移動させて加熱体の熱をフィルムを介して該記録材に与えるフィルム加熱方式の定着装置及び該定着装置を適用した複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、定着装置として熱ローラ方式とフィルム加熱方式がある。この定着装置は例えば、複写機、レーザービームプリンタ等に画像形成装置おいて、未定着トナー像を記録材に定着するために使用されており、所定の定着温度に維持された加熱体からの熱で記録材上の未定着トナー像を加熱で溶融固着させ、記録材上に定着させている。
【０００３】
図７はフィルム加熱方式の定着装置の一例（加熱装置）を示す斜視図、図８はその端面図であり、フィルムとして円筒状のエンドレスフィルム４−２を用い、このフィルム４−２の周長の少なくとも一部は常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）とし、フィルム４−２は加圧回転部材としての加圧ローラ４−４の回転駆動力で回転するようにした装置である。
【０００４】
フィルム４−２の特徴としては、伝熱性を高めて熱容量を小さくし、クイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は１００μｍ以下、好ましくは１０〜５０μｍ程度の耐熱性のあるＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＦＥＰの単層、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ，ＰＥＳ，ＰＰＳ等の外周表面にＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＦＥＰ等を混合コーティングした複合層フィルムを使用できる。４−３は加熱体４−１を断熱支持するホルダーであり、フィルム内面のガイド部材と装置の補強部材としてのステーを兼ねている。
【０００５】
この加熱体４−１は該加熱体を断熱支持するステー４−３の外側下面に長手に沿って設けた溝４−３ａに嵌め込んで接着して固定支持させてある。この加熱体４−１は、ヒータ基板５−１１の表面に設けた通電発熱低抗体５−１２に対する給電により該通電発熱抵抗体が長手全長にわたって発熱することで速やかに昇温し、その昇温がヒータ基板５−１１の裏面に設けた温度検知素子５−２４で検知されて後述する温度制御手段としてのＣＰＵ５−４０にフィードバックされ、加熱定着時、この温度検知素子５−２４の検知温度が所定の設定温度に維持されるように通電発熱抵抗体５−１２への通電が制御される。
【０００６】
フィルム４−２は加熱体４−１を含むステー４−３に外嵌させてあり、加熱体４−１を含むステー４−３に対し周長に余裕をもってルーズに外嵌している。４−９はフィルムの寄り移動規制手段として、ステー４−３の左右両端部に配設したフィルム端部を受け止めるフランジ部材である。４−４は加熱体４−１との間にフィルム４−２を挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成し、且つフィルム４−２を回転駆動させる加圧回転体としての加圧ローラであり、金属軸４−１０ａと、シリコンゴム等の離型性の良い耐熱ゴム層４−１０ｂよりなり、不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の抑圧力をもってフィルム４−２を挟ませて加熱体４−１の表面に圧接させて配設してある。
【０００７】
そして、駆動手段Ｍにより不図示の動力伝達系を介して回転駆動力が伝達され、矢印の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ４−４の回転駆動による該ローラとフィルム外面との摩擦力でフィルム４−２に回転力が作用し（記録材Ｐが圧接ニップ部Ｎに導入された時は該記録材Ｐを介してフィルム４ー２に回転力が間接的に作用し）、このフィルム４−２が加熱体４−１の表面に圧接摺動しつつ矢印の時計方向ａに回転駆動される。フィルム内面ガイド部材を兼ねるステー４−３はこのフィルム４−２の回転を容易にする。
【０００８】
そこで、複写機など画像形成装置のコピーボタンの押下もしくはプリント命令信号に基づいて、あるいは画像定着すべき未定着トナー像Ｔを支持した記録材Ｐの先端が装置の手前側に配設したセンサー（不図示）に検知された時の信号に基づいて、加圧ローラ４−４の回転駆動が開始され、加熱体４−１の昇温が開始される。
【０００９】
加圧ローラ４−４の回転によるフィルム４−２の回転周速度が定常化し、加熱体４−１の温度が所定温度に立ち上がった状態において、定着ニップ部Ｎのフィルム４−２と加圧ローラ４−４との間に画像定着すべき記録材Ｐが導入されてフィルム４−２と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されることにより、加熱体４−１の熱がフィルム４−２を介して記録材Ｐに付与され、未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通った記録材Ｐはフィルム４−２の面から分離されて搬送される。
【００１０】
図９は上記加熱体４−１の構成を示す表面図、図１０はその加熱体の裏面図であり、アルミナ（ＡＩ2０3）等のセラミック基板であるヒータ基板５−１１上（表面）に、通電発熱抵抗体５−１２として、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気抵抗材料を厚み１０〜３０μｍ、幅０．８〜３ｍｍにスクリーン印刷等により塗工・焼成するとともに、この通電発熱抵抗体５−１２の導電パターン５−１５・５−１６、通電発熱抵抗体５−１２の給電電極パターン５−１３・５−１４、ヒータ基板５−１１の裏面にサーミスタ等の温度検知素子５−２４、この温度検知素子５−２４の導電パターン５−２２・５−２３、これ等導電パターン５−１５・５−１６、給電電極パターン５−１３・５−１４等の上に、オーバコート層４−７（保護層）としてガラスやフッ素樹脂などを施している。
【００１１】
また、ヒータ基板５−１１を貫通したスルーホール５−２０・５−２１を介して、ヒータ基板５−１１の表面には導電パターン５−２２・５−２３に通電する温度検出素子５−２４の給電電極パターン５−１８・５−１９が配置されている。
【００１２】
また、図９，図１０に示すように、加熱体４−１の給電電極パターン５−１３・５−１４には、ステー４−３に加熱体４−１を固定支持するためのコネクタ５−３１が装着され、このコネクタ５−３１内の電気接点としての加圧バネ５−３２により、給電ワイヤ５−３３を介して、通電発熱抵抗体５−１２は電源５−３４とトライアック５−３５等からなる給電回路と接続される。また、加熱体４−１の給電電極パターン５−１８・５−１９には、ステー４−３に加熱体４−１を固定支持するためのコネクタ５−３６が装着され、コネクタ内の電気的接点としての加圧ばね５−３７により、給電ワイヤ５−３８を介して、温度検知素子５−２４はＡ／Ｄコンバータ５−３９と接続される。
【００１３】
加熱体４−１の温度検出情報として、記録材Ｐの通過域内に設けられた温度検知素子５−２４のサーミスタ電圧がＡ／Ｄコンバータ５−３９へ入力され、デジタルデータとして温度制御手段としてのＣＰＵ５−４０へ取り込まれる。ＣＰＵ５−４０は、その入力されたデジタルデータを基に、加熱体温度を所定の一定温度に制御すべくトライアック５−３５を制御する。制御方法としては、通電発熱抵抗体５−１２の印加電圧または電流をコントロールするか、通電時間をコントロールする方法がとられている。通電時間をコントロールする方法には、電源波形の半波ごとに、通電するしないを制御するゼロクロス波数制御、電源波形の半波毎に通電する位相角を制御する位相制御などがある。
【００１４】
一方、フィルム４−２には図７に示すように、バッテリ４−１４から板バネ接点４−１１、金属軸４−１０ａ、導電ゴム４−１２を通してフィルム４−２の導電プライマー４−１３にトナーの帯電極性と同極性のバイアス、本例では−６００Ｖの高圧バイアスが印加されるように構成されている。この構成がバイアス印加手段である。フィルム４−２の構成は前述のようにポリイミドフィルムに導電プライマー層さらにその上にＰＴＦＥとＰＦＡもしくはＦＥＰの混合物からなるフッ素樹脂がコーティングされており、このＰＴＦＥに対するＰＦＡもしくはＦＥＰの混合割合は１０〜３０重量％以上のものをコーティングした総厚６０μｍの複合層フィルムを用いる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来の定着装置においては、常にフィルムにトナーの帯電極性と同極性のマイナスバイアスが印加されているので、図１２に示されるようにフィルムバイアスＯＮ状態では低湿、高湿共に尾びきレベルはＯＫである。尾びきとは横ライン画像で顕著に目立っ画像不良のことである。
【００１６】
一方、加圧ローラ汚れは低湿下で発生する。これは定着ニップ間で記録材粉がプラスに帯電しやすくフィルムのバイアス（マイナス）に引かれてフィルムに記録材粉と共にトナーも付着し、フィルムから加圧ローラヘ汚れが転移するものと考えられている。加圧ローラ及びフィルムがトナーや記録材粉で汚れると記録材も汚染し画像不良となる。
【００１７】
また、フィルムバイアスをＯＦＦにすると、低湿、高湿下ではローラ汚れは起きにくいが、高湿下では尾びきが発生する。このように環境（湿度）により、尾びきとローラ汚れによる画像不良が発生しない条件が存在しない状況となる。
【００１８】
低湿環境下において、記録材の搬送が断続的に行われると、加圧ローラ表面が非搬送時にプラスに帯電する場合が生じてくる。従来装置における測定例では＋５００Ｖ〜１ＫＶに帯電されるため、マイナスに帯電されているトナーには加圧ローラ側へ付着しようとする静電吸着力が働き、加圧ローラをトナーで汚染し、このトナーが定着ニップ部を通過する記録材に付着して醜い画像とすることがあった。
【００１９】
さらに記録材に含まれる成分、例えば炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）、カオリン、タルク等が静電吸着して、加圧ローラを汚染するという問題があった。また、この問題を解決するために、フィルムにバイアスを印加せずに該フィルムと加圧ローラの電位差を少なくし、前記のような静電的な力による加圧ローラヘのトナー付着量を抑えた場合は、湿度が高くなるにつれ、尾びきと呼ばれる画像不良が発生する。この現象は湿度が高いところでは、記録材上トナーが転写されてから定着ニップ部に入る直前には、トナーのトリボ（静電気量）が低下し、記録材との静電的な吸着力が低下しているため、定着ニップ部での圧力と熱により、記録材の進行方向とは逆方向にトナーが尾をひく現象が生じる。即ち図１２に示すように尾びき（画像不良）と加圧ローラ汚れが無く鮮明な画像が形成できる条件が成立しないという問題があった。
【００２０】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、環境に応じてフィルムバイアスのＯＮ／ＯＦＦが自動的に切り換えられ、フィルム、加圧ローラ汚れ及び尾びきのない鮮明な画像が得られる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を有することを特徴とする定着装置及び画像形成装置である。
【００２２】
フィルムと、前記フィルムの内面に接触する加熱体と、前記フィルムを介して前記加熱体と共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記フィルムにトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加する電源と、を有し、トナー像を担持する記録材を前記定着ニップ部で挟持搬送しつつ記録材上のトナー像を記録材に加熱定着する定着装置において、前記フィルムと前記電源の間には、一方の電極が前記フィルム側、他方の電極が前記電源側となるように、紙フェノール基板上にギャップを設けて形成された一対の電極が電気的に直列に繋がれており、前記フィルムと前記一方の電極の間は抵抗体を介して接地されており、前記一対の電極間の抵抗値が湿度に応じて変化する構成としたことを特徴とする定着装置。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を添付図面について説明する。
【００２８】
（第１の実施例）
図１は本発明の定着装置を適用した画像形成装置の概略構成図を示すもので、像形成は、一般的な電子写真技術に基づくものであり、時計方向に回転駆動される感光ドラム１−２の表面が帯電ローラ１−６により-６００Ｖに帯電され、この帯電面に画像に基づくレーザー照射Ｌが施されて、潜像が形成される。この潜像が現像スリーブ１−４と対向すると、現像スリーブ１−４上のマイナスに帯電されたトナーが潜像上へ飛翔付着する。この飛翔付着する力は、接地された感光ドラム１−２と-３００Ｖに印加された現像スリーブ１−４間との電位差と静電吸着力による。この感光ドラム上の表面電位は-６００〜-１５０Ｖの範囲で帯電しており、トナーが付着してないところは-６００Ｖ、トナーの付着量が多いほど-１５０Ｖに近づく。
【００２９】
一方、搬送ローラ１−１により搬送された記録材Ｐが感光ドラム１−２と転写ローラ１−３間の転写ニップ部を通過すると、この転写ニップ部で上記感光ドラム１−２に形成されたトナー像が記録材Ｐに転写される。トナーが記録材Ｐに転写するのに適正なバイアスは＋２０００〜＋３０００Ｖである。その後、トナー像を担持する記録材Ｐはヒータ表面が１８０℃〜２１０℃に温調された定着装置１−５へ搬送され、トナーは記録材Ｐ上に加熱定着され画像形成が行われる。１−７は感光ドラム表面のクリーニング部材である。
【００３０】
図２は本発明による定着装置の構成を示す斜視図、図３はその端面図である。フィルム２−１への給電は導電ゴムリング２−２が加圧ローラ２−５の金属軸２−３に嵌められ、この金属軸２−３ヘバイアス電源２−４から-６００Ｖが供給される。第１の実施例に於いては、フィルム２−１ヘのバイアス電源２−４が環境（特に湿度）により電気抵抗値が変化する環境可変素子２−６と直列に接続され、抵抗体２−７と並列接続されている。この抵抗体２−７は第１の実施例では３００ＭΩのものを使用した。
【００３１】
図４、図５は上記環境可変素子２−６の構成を示すもので、厚さｔ１＝１ｍｍ、電気低抗値は１×１０9Ω〜１×１０11Ωの紙フェノール基板２−６−１から構成され、第１の実施例では７．６×１０10Ωのものを使用した。また、この時の抵抗値測定は常温常湿下（２５℃、４５％）で行い、三菱油化株式会社製ハイレスターを用いて、電極２−６−２ａ，２−６−２ｂは面積が１００ｃｍ2で抵抗測定時の印加電圧は５００Ｖの実抵抗値を測定した。
【００３２】
この紙フェノール基板２−６−１上にエッチング処理により、電極間距離ｔ３＝０．５ｍｍ、電極パターン幅ｔ４＝５ｍｍとし、２０μｍ厚の銅メッキを行って電極２−６−２ａ，２−６−２ｂを形成した。このような構成による電極２−６−２ａ，２−６−２ｂ間に−６００Ｖ印加した時に各環境下で測定された電流値と抵抗値を図１１に示す。低湿下（相対湿度１０％）では絶縁で電流が流れないが、高湿度環境になるにつれ電流が流れ、２〜３×１０9Ω程度になる。この特性を利用したものが定着装置に組み込まれている。
即ち、フィルム２−１と電源２−４の間には、一方の電極がフィルム側、他方の電極が電源側となるように、紙フェノール基板上にギャップを設けて形成された一対の電極２−６ａ・２−６−２ｂが電気的に直列に繋がれており、フィルム２−１と一方の電極の間は抵抗体２−７を介して接地されており、前記一対の電極間の抵抗値が湿度に応じて変化する構成としたことを特徴とする定着装置である。
【００３３】
第１の実施例に於いては、この定着装置内では−６００Ｖのバイアスがフィルム２−１に印加され、電流が流れる場合は２μＡ程度の電流が観測される。即ち、低湿下に於いては、環境可変素子２−６は絶縁になるため、−６００Ｖ印加されてもフィルム２−１にはバイアスが印加されず、抵抗体２−７を介して本体に接地される。この場合は従来例でも述べたように尾びきも加圧ローラ汚れもなく鮮明な画像が得られる。
【００３４】
また、高湿になるにつれ、環境可変素子２−６の抵抗は低くなるので、−６００Ｖ印加されている場合は、２μＡ程度の電流がフィルム２−１に流れ、尾びきもローラ汚れも生じることなく、鮮明な画像が得られる。このように自動的に低湿下ではフィルムバイアスをＯＦＦとし、高湿下ではフィルムバイアスをＯＮとすることができる。
【００３５】
なお、低湿下でバイアス（−６００Ｖ）が印加されない時に抵抗３００ＭΩを介して接地されてない場合は、フィルム２−１と加圧ローラ２−５が電気的に浮いている状態になり、フィルム２−１及び加圧ローラ２−５の電位が不安定になり、やはり尾びきなどの不良画像が印字されることになる。
【００３６】
（第２の実施例）
図６は環境可変素子２−６の第２の実施例を示すもので、両電極２−６−２ａ、２−６−２ｂとこの電極間にナイロン樹脂５０μｍ厚のものをコート３−１したもので、第１の実施例と同様に環境湿度に応じて電気低抗値が変化し同様の効果が得られる。ナイロン樹脂などの湿度により電気抵抗値が変化しやすい材料をコートすることで、より応答性が早まり、より正確に環境湿度に応じた制御が可能となる。また、第２の実施例に於いては、電極間とこの電極にコートする材料はナイロンを用いたが、その他ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ樹脂、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル系樹脂、ポリプロピレン樹脂、等環境（特に湿度）により電気抵抗が変わる材料であれば代用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、環境つまり湿度に応じてバイアス印加手段によるフィルムバイアスのＯＮ／ＯＦＦが自動で切り替えられ、フィルム、加圧ローラ汚れ及び尾びきのない鮮明な画像定着が得られるという効果がある。
【００３８】
【００３９】
また、本発明によれば、紙フェノール基板と、この紙フェノール基板上に形成した電極とで環境可変素子を構成したので、簡単な構成でフィルムバイアスのＯＮ／ＯＦＦが自動で切り替えられるという効果がある。
【００４０】
また、本発明によれば、電極間を環境湿度に応じて電気低抗値が変化しやすい材料でコートして構成したので、簡単な構成でフィルムバイアスのＯＮ／ＯＦＦがより確実に自動で切り替えられるという効果がある。
【００４１】
また、本発明によれば、定着装置とを備えた画像形成装置において、前記定着装置を適用したので、トナー汚れの生じない高品質の画像を形成することのできる画像形成装置を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の画像形成装置の概略構成図。
【図２】実施例の定着装置の構成説明図。
【図３】定着装置の端面図。
【図４】環境可変素子の第１の実施例を示す斜視図。
【図５】環境可変素子の第１の実施例を示す側面図。
【図６】環境可変素子の第２の実施例を示す側面図。
【図７】フィルム加熱方式の定着装置を示す斜視図。
【図８】フィルム加熱方式の定着装置を示す端面図。
【図９】加熱体の平面図。
【図１０】加熱体の裏面図。
【図１１】基板の電極の両側に−６００Ｖ印加した時に各環境下で測定された電流値と抵抗値の関係を示す図。
【図１２】フィルムバイアスＯＮ状態では低湿、高湿共に尾びきレベルはＯＫであることを示す図。
【符号の説明】
１−１…搬送ローラ
１−２…感光ドラム
１−３…転写ローラ
１−５…定着装置
２−６…環境可変素子
【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１２】
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【図１１】
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