(57)【要約】      （修正有）【課題】十分な定着性を確保でき、併せてフィルム加熱方式のカラー画像形成装置においては、立ち上がり時間が早いユーザビリティに優れたものを提供する。【解決手段】画像形成プロセスを経てトナー像が形成された被記録材のシートは定着フィルム１０と加圧ローラとの間のニップ部に送り込まれる。ニップ部の前半部では電極Ｍ１でシート上のトナー像のトナー極性と逆極性のバイアス電圧を印加し、後半部では電極Ｍ２でトナーと同極性のバイアス電圧を印加する。セラミックヒータ１５を加熱し、シート上のトナー像を加熱する。トナーの一部はシートの繊維組織中に入り込み、熱が行き届かずに「鬆」などの定着不良になる。そこで、トナーと逆極性の電圧を印加して入り込んだトナーを電気力（クーロン力）でシート表面層まで引き上げる。引き上げられたトナーを加熱溶着し、トナー像全域のすべてのトナーを永久定着して高品質画像を得る。【選択図】図２
2007304477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電特性を有する現像剤によって現像剤像が形成された被記録材であるシートを挟圧して搬送する一対の回転体を備え、それら一対の回転体間のニップ部に搬送されてきたシート上の現像剤像を加熱および加圧して永久定着させる定着装置において、
前記ニップ部を形成する部位の前記回転体にバイアス電圧を印加することによって電気力を励起し、その電気力で前記シートの繊維組織中に埋没した前記現像剤像の現像剤をシート表面層まで引き出して加熱可能に構成したことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記回転体の一方に前記現像剤の極性と同極性のバイアス電圧を印加する第１電極を有し、また前記回転体の他方に前記現像剤の極性と逆極性のバイアス電圧を印加する第２電極を有す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】
前記シートの搬送方向の上流側に前記第１電極が配置され、かつ下流側に前記第２電極が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記第１電極または前記第２電極に直流バイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項２または３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記直流バイアス電圧に、実質的に交流バイアス電圧が重畳されていることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記シートの記録面に臨む側に配置された前記回転体の一方の弾性層の厚さＬ２よりも前記第１，第２電極間の間隔Ｌ１が大きく、Ｌ１＞Ｌ２を満たす位置にそれぞれ前記第１，第２電極が配置されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着装置を備え、カラー画像を形成する画像形成プロセスによって前記シート上に現像剤像を形成してから前記定着装置に搬送可能に構成されたことを特徴とするカラー画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真技術や静電記録方式などの記録方式を用いた複写機、ファクシミリ装置、プリンタおよび複合機などの電子写真画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」という）に装備され、画像を永久定着させる定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置では、電子写真技術など利用した画像形成プロセス手段によって被記録材であるシートの表面に現像剤（トナー）でトナー像を形成し、定着装置に送って未定着状態のトナー像をシート上に永久定着することで印刷画像を得る。
【０００３】
定着装置は、従来、未定着トナー像を加熱してシート上に永久定着する熱ローラ方式のものが多用されてきた。また近年、稼動時の立ち上がりの速さや省エネに優れたフィルム加熱方式も実用に供され、先に本出願人によって提案されたものなどがある（たとえば、特許文献１，２，３，４参照）。これら特許文献に開示された定着装置は、加熱体として用いたセラミックヒータを発熱させ、対向する定着ローラと円筒形定着フィルムとの間に形成されるニップ部に熱を作用させる。円筒形の定着フィルムの材質には耐熱性で低熱容量の材料が用いられている。そうしたセラミックヒータを熱源に用いたフィルム加熱方式の定着装置の場合、画像形成時のみセラミックヒータに通電して所定の定着温度まで発熱させればよい。したがって、画像形成装置に電源投入してＯＮ状態にしてから画像形成が可能になるまでのいわゆる「立ち上がり時間」が早いので、省電力効果がある。
【０００４】
具体的に、図１６を参照して、フィルム加熱方式の定着装置の一例を概略的に説明する。定着フィルム１０はポリイミドなど耐熱性樹脂で円筒形に成形された回転体であり、半円筒形状のフィルムガイド１６の外周に沿って適度な遊びをもって取り付けられている。フィルムガイド１６の内側には横長の低熱容量のセラミックヒータ（線状加熱手段）１５が配置されている。また、アルミナなどのセラミック基板を用いたヒータ基板１４上に発熱抵抗体１３が配置され、この発熱抵抗体１３上に保護層１２がガラスやフッ素樹脂などを被覆して成形されている。また、フィルムガイド１６に対向して弾性を有する加圧ローラ３０が配置され、定着フィルム１０を挟み込むようにしてセラミックヒータ１５に所定の圧接力をもって所定幅によるニップ部Ｎを形成するよう、相互に圧接し合っている。加圧ローラ３０は回転駆動源であるモータＭから回転動力を受けて図中反時計廻りの方向に回転する。加圧ローラ３０の回転摩擦力によって一緒に定着フィルム１０が連れ回され、ニップ部Ｎにてセラミックヒータ１５に密着して摺動する。かくして円筒形の定着フィルム１０は時計廻り方向に加圧ローラ３０の回転周速度にほぼ同期した速度で回転し、フィルムガイド１６の外側に沿って回動する（加圧ローラ駆動方式）。
【０００５】
この図１６の構造例では、定着フィルム１０に耐熱性樹脂を用いたものを示しているが、金属質で形成した定着フィルム１０を加熱部材として発熱させる電磁誘導加熱方式の定着装置も提案されている（たとえば、特許文献５参照）。すなわち、この電磁誘導加熱方式の定着装置の場合、磁場発生手段である励磁コイルと磁性コアから発生させた磁束によって金属製回転体である定着フィルム１０の金属層に渦電流を誘導させ、発生ジュール熱でその回転体である定着フィルム１０を加熱する。加熱によって発熱した金属製の定着フィルム１０と上記加圧ローラ３０との間に形成されるニップ部Ｎに被記録材のシートＰを送り込んで挟圧し、シートＰ上の未定着トナー像を金属製の定着フィルム１０の熱で加熱しつつ加圧することで、シートＰ上に永久定着させるものである。この電磁誘導加熱方式の定着装置にあっては、誘導電流の発生を利用して直接金属製の定着フィルム１０を発熱させることができるので、ハロゲンランプを熱源に用いる前述の熱ローラ方式の定着装置と比べると、効率の高い定着プロセスを実現できる利点がある。
【０００６】
このように、電磁誘導加熱方式の定着装置においてもフィルム加熱方式のものと同様、熱ローラ方式の定着装置と比較して低熱容量であるために加熱開始から所要の定着温度に達するまでの立ち上がり時間が早い。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平０２−１５７８７８号公報
【特許文献３】特開平０４−４４０７５号公報
【特許文献４】特開平０４−２０４９８０号公報
【特許文献５】実開昭５１−１０９７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、フィルム加熱方式および電磁誘導加熱方式のいずれの定着装置にあっても、カラー画像を定着する場合はつぎの点に問題がある。
【０００９】
特にフルカラー画像を形成する画像形成装置では多量のトナーが使用される。それに装備される定着装置の場合、高性能の定着性を得ようとすれば、定着フィルムに形成したシリコーンゴムなどによる弾性層をたとえば１００μｍ以上といったある程度の厚さに確保する必要がある。しかし、弾性層を厚くすればそれだけ熱容量も増加するため、定着装置の立ち上がり時間が遅くなり、立ち上がり時間が早いという本来のフィルム加熱方式の利点を損ねることになる。逆に、立ち上がり時間を短くしようとして定着フィルムの弾性層の厚さを薄く（１００μｍ以下）すると、立ち上がり時間が早いという利点は維持できても、定着性が損なわれ、画像不良や画像を劣化させる原因となる。
【００１０】
ちなみに、弾性層の厚さを１００μｍ以下に薄くすると、定着フィルムが回転体としてシートＰの表面層の凹凸やトナー層の凹凸に追従できない。特に、シートＰの場合は繊維組織奥方にまで入り込んだトナーにまで熱が十分に伝達されず、「鬆」などと呼ばれる画像不良が発生する。この画像不良の一種である鬆とは、シートＰの表層のトナーは十分に定着されるが、シート繊維奥のトナーは十分溶融されず、それが原因で印刷画像に局所的に穴があいたかのように見えることをいう。鬆の発生は、静電オフセット防止のために、トナー像と同極性のバイアスを定着フィルムに印加した場合に顕著に現れる。その場合、シートＰの繊維奥方に入り込んだトナーはさらに繊維奥方に押し込まれてしまい、そのために弾性層からの熱伝達が不十分となり、鬆の発生を助長してしまうのである。
【００１１】
したがって、本発明の主たる目的は、十分な定着性を確保できる定着装置を提供することにあり、併せて特にフィルム加熱方式の定着装置の場合に所要の定着温度に達するまでの立ち上がり時間が早く定着性能に優れた画像形成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の定着装置は、静電特性を有する現像剤によって現像剤像が形成された被記録材であるシートを挟圧して搬送する一対の回転体を備え、それら一対の回転体間のニップ部に搬送されてきたシート上の現像剤像を加熱および加圧して永久定着させるものにおいて、前記ニップ部を形成する部位の前記回転体にバイアス電圧を印加することによって電気力を励起し、その電気力で前記シートの繊維組織中に埋没した前記現像剤像の現像剤をシート表面層まで引き出して加熱可能に構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のカラー画像形成装置は、上記定着装置を備え、カラー画像を形成する画像形成プロセスによって前記シート上に現像剤像を形成してから前記定着装置に搬送可能に構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の定着装置によれば、以下の効果がある。シート上に形成された現像剤像の現像剤がシートの繊維組織中に入り込んで加熱時に十分な溶融がなされない場合、画像不良の原因になる。それを解消するため、加熱・加圧による定着部となる一対の回転体間のニップ部にバイアス電圧を印加することにより、電気力（クーロン力）でもってシート繊維組織中の現像剤をシート表面層に引き出して加熱する。結果、シート上のすべての現像剤像に対して一様に定着して十分な定着性を確保することができる。
【００１５】
また、本発明のカラー画像形成装置によれば、かかる定着性能の高い定着装置を備えることにより、一対の回転体の厚さ寸法などに改良を加えることで所要の定着温度に達するまでの「立ち上がり時間」が早くなり、作業性能が著しく高められる。また、たとえばＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）などによるフルカラー印刷時は特に多量の現像剤（トナー）を消費する。その場合でも優れた定着性を発揮する定着装置を装備したことで、たとえば一般に「鬆」と呼ばれる画像不良を起こさず、高性能を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明による定着装置および画像形成装置のそれぞれ好適な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
（画像形成装置）
図１は、画像形成装置の具体例としてカラーレーザプリンタの要部を示す。有機感光体やアモルファスシリコン感光体で成形された像担持体としての感光体ドラム１０１を有し、この感光体ドラム１０１は画像形成時に図中矢印の反時計廻り方向に所定のプロセス速度（周速度）で回転する。感光体ドラム１０１の表面は回転する過程で帯電装置１０２の帯電ローラによって帯電バイアス電圧が印加され、所定の極性による電位でもって一様に帯電される。その帯電処理面に露光手段であるレーザスキャナ１１０から出力されたレーザ光１０３で目標とする画像情報を走査して露光処理を行う。すなわち、レーザスキャナ１１０は、画像読取装置（図示略）から発生した画像信号によって目標の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調（オン／オフ）されたレーザ光１０３を露光用に出力する。その露光レーザ光１０３でもって感光体ドラム１０１面に走査露光した目標の画像情報に対応する静電潜像を形成する。ミラー１０９はレーザスキャナ１１０から出力されたレーザ光１０３を感光体ドラム１０１の露光位置に偏向させる。
【００１８】
フルカラー画像を形成する場合、まず目標とする第１の色分解成分画像としてたとえばイエロー（Ｙ）の成分画像について走査露光が行われ、その潜像が形成される。その潜像はＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の４色カラーに対応する現像装置１０４のうち、イエロー現像器１０４Ｙが作動してＹ色のトナ一像として現像される。その（Ｙ）色トナー像は感光体ドラム１０１と中間転写体ドラム１０５との接触部（または近接部）である一次転写部Ｔｌにて、中間転写体ドラム１０５上に転写される。中間転写体ドラム１０５へのトナー像転写後、感光体ドラム１０１の表面には未転写のトナーなど付着物が残留して付着しており、それら残トナーなどの付着物はクリーナ１０７で除去してクリーニングされる。
【００１９】
かくして帯電、走査露光、現像、一次転写およびクリーニングからなる上記一連のプロセスサイクルが目標とする第２，第３，第４の色分解成分画像ごとに順次実行される。第２の色分解成分画像はたとえばマゼンタ（Ｍ）色成分の画像で、マゼンタ現像器１０４Ｍが作動する。第３の色分解成分画像はたとえばシアン成分画像で、シアン現像器１０４Ｃが作動する。そして、第４の色分解成分画像はたとえば黒成分画像で、ブラック現像器１０４ＢＫが作動する。それら各色分解成分画像について順次実行されて中間転写体ドラム１０５の表面にＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）による４色のトナー像が順次重ねて転写され、目的のフルカラー画像に対応したカラートナー画像が形成される。
【００２０】
中間転写体ドラム１０５は、金属製ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を設けたもので、感光体ドラム１０１に接触するか近接し、感光体ドラム１０１とほぼ同じ周速度で矢印方向の時計廻り方向に回転する。それによって、中間転写体ドラム１０５にバイアス電圧を印加し、電位を付与して感光体ドラム１０１との電位差で感光体ドラム１０１上のトナー像を中間転写体ドラム１０５に転写させる。
【００２１】
中間転写体ドラム１０５上に形成されたカラーのトナ一像は、中間転写体ドラム１０５と転写ローラ１０６とが接触するニップ部である二次転写部Ｔ２において、給送部（図示略）から所定のタイミングで送り込まれたシートＰ上に転写される。転写ローラ１０６はシートＰの背面からトナーと逆極性の電荷を供給し、中間転写体ドラム１０５の表面からシートＰに合成されたカラーのトナー像を順に一括転写する。
【００２２】
二次転写部Ｔ２を通過したシートＰは中間転写体ドラム１０５から分離され、定着装置１００へと送り込まれて未定着のトナー像を加熱・加圧することで定着処理を行い、永久定着して装置機体外の排出トレイ（図示略）へと排出される。
【００２３】
シートＰ上にカラーのトナー像が転写されると、転写後の中間転写体ドラム１０５ではクリーナ１０８によって転写残トナーや紙粉などの付着した残留物が除去される。クリーナ１０８は常に中間転写ドラム１０５に非接触状態で保持されており、中間転写ドラム１０５からシートＰへのカラーのトナー像を二次転写する実行過程において、中間転写体ドラム１０５との接触状態に保持される。
【００２４】
また、転写ローラ１０６も常に中間転写体ドラム１０５に非接触状態に保持され、中間転写体ドラム１０５からシートＰへのカラーのトナー像を二次転写する実行過程において、シートＰを挟んだ形で中間転写体ドラム１０５との接触状態に保持される。
【００２５】
なお、以上はフルカラー画像の形成例であるが、もちろん白黒画像などモノカラー画像のプリントモードも実行でき、また両面画像プリントモードもまた実行可能である。両面画像プリントモードの場合は、定着装置１００から送り出されてシート表側第一面に画像プリント済みのシートＰは再循環搬送機構（図示略）を介して表裏反転されて再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれる。そこでシート裏側第二面に対するトナー画像転写を受け、再び定着装置１００に導入されてその第二面に対するトナー画像の定着処理を実行し、それによって両面画像プリントが出力される。
【００２６】
＜定着装置−第１の実施形態＞
図２は、本実施形態のフィルム加熱方式による定着装置１００を示す。なお、図１６で示したフィルム加熱方式の定着装置との相違点を明確にするために、対応する部材や部位に同一符号を付してある。
【００２７】
加熱手段であるセラミックヒータ１５は、セラミック基板１４、発熱抵抗体１３および被覆層１２からなる積層体である。セラミック基板１４にはアルミナなど耐熱性を有する材料が使用される。発熱抵抗体１３は、たとえばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）などの電気抵抗材料をスクリーン印刷などしてセラミック基板１４上に塗工および焼成され、温調回路２７に電気的に接続されてその温調回路２７から電流を受けて発熱する。また、被覆層１２は、好ましくはガラスやフッ素樹脂などでセラミック基板１４および発熱抵抗体１３を被覆したものが用いられる。
【００２８】
また、半円筒形のフィルムガイド１６を有し、このフィルムガイド１６の外側に沿って次に説明する加圧ローラ３０と共に「一対の回転体」を構成する円筒形の定着フィルム１０がルーズな状態で取り付けられ、セラミックヒータ１５を保持している。フィルムガイド１６の左右両端にはフランジ部材が嵌合して結合され、左右位置を固定しつつ定着フィルム１０の回転時にそのフィルム端部を受け、定着フィルム１０のフィルムガイド１６の長手方向に沿って寄る移動を規制する役割を担う。
【００２９】
上記定着フィルム１０に対向する回転体の一方である加圧ローラ３０は、図３に示すように、ローラ芯金となるローラシャフト３０ａの外周にシリコンゴム、フッ素ゴムおよびフッ素樹脂など耐熱性を有する弾性材層３０ｂを被覆成形したものである。ローラシャフト３０ａは両端部で装置枠体（図示略）に回転可能に軸支されている。また、加圧用の剛性ステイ２２の両端部と装置枠体に設けたスプリングホルダ２９ａ，２９ｂとの間にそれぞれコイル状の加圧ばね２５ａ，２５ｂを圧縮状態で装着することで加圧用の剛性ステイ２２を図でいう下方に押し下げるばね力で付勢している。これによってセラミックヒータ１５のニップ部Ｎに対応する部分の下面と加圧ローラ３０の上面とが定着フィルム１０を挟んで圧接し、所定幅寸法を有して定着部となるニップ部Ｎを形成している。このような加圧ローラ３０は、回転駆動源のモータから回転動力を受けて図２中矢印で示す反時計廻り方向に回転する。加圧ローラ３０の回転摩擦力で定着フィルム１０が一緒に連れ回され、定着フィルム１０の内面がニップ部Ｎにてセラミックヒータ１５の下面に密着して摺動しつつ、時計廻り方向に加圧ローラ３０の周速度にほぼ同期した速度で回転し、フィルムガイド１６の外側に沿って回転する。
【００３０】
この場合、ニップ部Ｎにおけるセラミックヒータ１５の下面と定着フィルム１０の内面との相互の摺動による摩擦力を低減化させるために、ニップ部Ｎのセラミックヒータ１５の下面と定着フィルム１０の内面との間に耐熱性グリースなどの潤滑剤を充填することができる。あるいは、その耐熱性グリースに代えてセラミックヒータ１５の下面を潤滑部材で被覆することでも可能である。摩擦低減の構造にはその他にも、フィルムガイド１６の周面に円筒長さ方向に沿って所定の間隔で凹凸形成することにより、フィルムガイド１６の周面と定着フィルム１０の内面との接触による摺動抵抗を低減させ、定着フィルム１０の回転負荷を軽減させることができる。
【００３１】
また一方、ニップ部Ｎにおける温度は、図２中の温度検知手段１１や温調回路２７などで構成される温調系で発熱抵抗体１３に対して供給される電流を制御することにより、所定温度に温調維持される。温度検知手段１１は定着フィルム１０の温度を検知するサーミスタなどの温度センサであり、本実施形態では温度センサ１１で測定した定着フィルム１０の温度情報に基づいてニップ部Ｎにおける温度制御が行われる。すなわち、定着フィルム１０が回転し、温調回路２７のＯＮによって電流が発熱抵抗体１３に給電されると発熱抵抗体１３が発熱し、定着フィルム１０に熱が伝わることで、ニップ部Ｎが所定温度に立ち上がって温調される。
【００３２】
そのような温調環境下で、画像形成手段で未定着のトナー像Ｔが形成されてニップ部Ｎに送られてきたシートＰは、ニップ部Ｎの定着フィルム１０と加圧ローラ３０との間に画像面が上向いた定着フィルム１０に対面して導入される。ニップＮにて画像面が定着フィルム１０の外面に密着し、定着フィルム１０と一緒にニップ部Ｎにて挟持されて搬送される。ニップ部Ｎを定着フィルム１０と一緒にシートＰを挟持して搬送する過程でセラミックヒータ１５は定着フィルム１０を加熱し、定着フィルム１０が発熱するとシートＰ上の未定着のトナー像Ｔが加熱され、定着されることで印刷画像を得る。シートＰ上のトナー像Ｔはニップ部Ｎを通過して冷却され、シート材Ｐ上に永久的に固着して定着後は定着フィルム１０の外面から分離して排出される。
【００３３】
なお、本実施形態においてトナーに低軟化物質を含有させたものを想定した場合は、定着装置１００にオフセット防止のためのオイル塗布機構を設置していない。しかし、低軟化物質を含有しないトナーを使用する場合は、そうしたオイル塗布機構を設けることができる。また、低軟化物質を含有させたトナーを使用した場合にもオイル塗布や冷却分離を行うことができる。
【００３４】
（ 定着フィルム）
ここで、図４を参照して本実施形態による円筒状の定着フィルム１０の積層構造について説明する。
【００３５】
定着フィルム１０は、たとえばポリイミド樹脂による基層１上にプライマ層（Primer）を介して弾性層２が形成され、この弾性層２上にフッ素樹脂からなる離型層３を形成して構成されている。
【００３６】
弾性層２にはシリコーンゴム、フッ素ゴムおよびフルオロシリコーンゴムなど耐熱性と熱伝導率に優れたものが用いられ、厚さ１０〜５００μｍ、硬度６０°（ＪＩＳ−Ａ）以下であることが望ましい。また、弾性層２の熱伝導率λについては、たとえば６×１０−４〜２×１０−３〔ｋｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ.〕が好ましい。熱伝導率λが６×１０−４〜２×１０−３〔ｋｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ.〕よりも小さい値である場合、熱抵抗が大きくなって定着フィルム１０の表層（離型層３）での温度上昇が遅くなる。また、熱伝導率λが６×１０−４〜２×１０−３〔ｋｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ.〕よりも大きい値である場合には、硬度が高くなり過ぎて圧縮歪みが悪化する。
【００３７】
また、離型層３には厚さ１〜１００μｍのフッ素樹脂（ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ）、シリコン樹脂、フルオロシリコンゴム、フッ素ゴムおよびシリコンゴムなど離型性と耐熱性に優れたものが用いられる。この離型層３の厚さが１μｍ以下で薄いと、塗膜の塗ムラで離型しにくい離型不良部分が発生し、耐久性不足をきたす。また、離型層３の厚さが１００μｍを超えると熱伝導が悪化し、離型層３を樹脂系で成形した場合は特に硬度が過大となって弾性層２の効果が失われてしまうので、以上の点を配慮すべきである。
【００３８】
（バイアス電圧制御）
つぎに、本発明の要点となるトナー定着性を向上させるために、ニップ部Ｎに対して印加されるバイアス電圧の制御について説明する。
【００３９】
定着フィルム１０の弾性層２の厚さを薄くすると、その弾性層２がシートＰの繊維表面の凹凸（ざらつき）に追従しづらくなり、定着フィルム１０からの熱がシートＰの繊維奥方に入り込んだトナーに伝達されにくくなる。その結果、シートＰの表面層と繊維奥方とではトナーの溶け方に差が大きくなり、「光沢斑」や「鬆」など画像不良を発生する。また、従来のように、定着フィルム１０にトナーと同極性のバイアス電圧のみを印加すると、オフセットおよび飛び散りに関しては効果的である。しかし反面、トナーがシートＰの繊維奥方に電気的な力で押し付けられてしまうため、さらに定着フィルム１０からトナーへの熱伝達が困難となる。
【００４０】
そこで、ニップ部Ｎにおいてトナーの極性と逆極性のバイアス電圧を印加することにより、シートＰの繊維奥方に入り込んだトナーをシートＰの表面層まで電気的な力で引き上げ、定着フィルム１０に接触させる。そのようにして引き上げたトナーを定着フィルム１０に接触させることで溶解でき、シートＰの繊維奥方に入り込んだトナーを有効に活かすようにする。
【００４１】
以上のような観点から、トナー引き上げによる定着性向上を目標として、トナーと逆極性のバイアス電圧をニップ部Ｎに印加する電極ならびにその配置を設定するのが主点である。なお、本実施形態ではトナーの極性を「負極性」に設定している。
【００４２】
具体的に、図２において、ニップ部Ｎの前半部に対して電極Ｍ１にトナーの極性と「逆極性」の正（＋）の直流バイアス電圧を印加すると、誘電分極によって定着フィルム１０の表面が正（＋）に帯電される。その正（＋）帯電によってシートＰの繊維奥方に入り込んで負（−）帯電しているトナーが電気力（クーロン力）で定着フィルム１０の表面層まで引き上げられる。引き上げられたトナーはセラミックヒータ１５の発熱抵抗体１３によって有効かつ十分に溶融される。それに対して、ニップ部Ｎの後半部においては、トナーのオフセットを防止するために、電極Ｍ２にトナーの極性と同極性の負（−）のバイアス電圧を印加し、それによって定着フィルム１０の表面層が負（−）に帯電され、電気力でシートＰをニップ部Ｎから分離し易いようにする。
【００４３】
図５は、そうしたニップ部Ｎの前半部から後半部への印加過程によるトナー定着形態を模式的に示している。すなわち、電極Ｍ１と電極Ｍ２との間隔Ｌ１をたとえば約２〜３ｍｍ以下に狭くすると、電極Ｍ１からの電界と電極Ｍ２からの電界が互いに影響し合い、目標とする効果を得にくい。また、間隔Ｌ１が狭いときにたとえば１ｋＶ以上の高電圧を印加すると、電極Ｍ１と電極Ｍ２との間で放電現象が発生するなどといった問題が発生する。したがって、間隔Ｌ１は定着フィルム１０の厚さＬ２よりも十分に大きく配置することが好ましい。具体的には、電極間隔Ｌ１は定着フィルム１０の厚さＬ２の１００倍程度以上大きくすることが好ましい。
【００４４】
正（＋）帯電のトナーに対しては、電極Ｍ１と電極Ｍ２の極性を逆にすれば同様の効果が得られる。電極Ｍ１と電極Ｍ２はセラミックヒータ１５のセラミック基板１４上に発熱抵抗体１３と同様にスクリーン印刷などで電極を形成することもできる。図６は、発熱抵抗体１３の間に電極Ｍ１を配置した構造であり、また図７は電極Ｍ２の一部をニップ部Ｎ外に配置した構造を示し、いずれの構造でも可能である。
【００４５】
以上から明らかなように、第１の実施形態によれば、定着フィルム１０の弾性層１３を薄く形成した場合でも、正（＋）の直流バイアス電圧を印加することでシートＰの繊維奥方に入り込んだトナーが定着フィルム１０の表面層まで電気的クーロン力で引き上げられる。シートＰの表面層に引き上げられたトナーは一様に溶融されるので、「光沢斑」や「鬆」など画像不良の発生を有効に防止することができる。
【００４６】
＜定着装置−第２の実施形態＞
図８〜図１３は、第２の実施形態による定着装置１００を示す。画像形成装置および定着フィルム１０の構造は第１の実施形態と同一であるので重複する説明は省略する。
【００４７】
この第２の実施形態では、図８に示すように、トナーの極性と「同極性」の直流バイアス電圧が電極Ｍ１に印加される。さらに、その直流バイアス電圧に交流バイアス電圧を重畳させるものである。図９は、そうしたバイアス印加電圧のプロファイルを示す。この場合、電極Ｍ１に印加する直流バイアス電圧をたとえば＋４００（Ｖ：ボルト）とし、この直流バイアス電圧に最小値がゼロ（０）ボルト以上となるような正弦波の交流バイアス電圧を重畳させている。
【００４８】
すなわち、直流バイアス電圧に交流バイアス電圧を重畳させることで、第１の実施形態と同様にシートＰの繊維奥方に入り込んだトナーを電気クーロン力で引き上げることができる。また、バイアス電圧を時間的に変化させてトナーに与える力を変動させているため、単に直流バイアス電圧を印加するよりも、繊維奥方に様々な帯電量で入り込んで凝集しているトナーに対して効果的に作用する。重畳させる交流バイアス電圧は矩形波などであってもよい。
【００４９】
なお、直流バイアス電圧に直に交流バイアス電圧を重畳させる場合の他にも、直流バイアス電圧を切り替えることで実質的に直流バイアス電圧に交流バイアス電圧を重畳させる制御方法を採用できる。たとえば、図１０に示すように、正（＋）バイアス電圧のデューティ値を７５％に設定して電圧値を＋６００（Ｖ）にし、負（−）バイアス電圧のデューティ値を２５％に設定して電圧値を−２００（Ｖ）にする。そうすることで波形の平均値はこの場合＋４００（Ｖ）にすることができる。したがって波形の平均値が正（＋）であるため、第１の実施形態と同様にトナーを定着フィルム１０の表面層に有効に引き上げることができる。また、図１１に示すように、トナーと逆極性のバイアス電圧を印加する電極Ｍ２にも、同じく負（−）の直流バイアス電圧に交流バイアス電圧を重畳させるようにしてもよい。また、正（＋）と負（−）の直流バイアス電圧を切り替える方法で、実質的に直流バイアス電圧に交流バイアス電圧を重畳させる方法を採用することもできる。また、図１２に示すように、発熱抵抗体１３の間に電極Ｍ１を配置することもでき、図１３に示すように、電極Ｍ２の一部をニップ部Ｎの外領域に配置してもよい。
【００５０】
＜定着装置−第３の実施形態＞
つぎに、図１４および図１５は、第３の実施形態による定着装置１００を示す。第１および第２の実施形態では加熱源としてセラミックヒータ１５を用い、定着フィルム１０を加熱するフィルム加熱方式が説明された。それに対して、この第３の実施形態では、図１４に示すように、加熱手段にハロンゲンヒータ２４を用いてその輻射熱を利用するフィルム加熱方式が構成されている。
【００５１】
この輻射熱によるフィルム加熱方式の定着装置は、ニップ部Ｎにて第１および第２の実施形態と同じセラミック板（摺動板）にトナーの極性と逆極性のバイアス電圧を印加する電極Ｍ１を設け、またトナーの極性と同極性のバイアス電圧を印加する電極Ｍ２を設けている。それによって定着フィルム１０のゴム弾性層の層厚さを薄くしても、均一な定着画像が得られる効果がある。
【００５２】
また、図１５に示すように、ハロゲンヒータ２４を定着フィルム１０の外側に配置して、定着フィルム１０を外側から加熱する構造も可能である。また、第２の実施形態と同じく、直流バイアス電圧に交流バイアス電圧を重畳させるようにすることもできる。さらに、正（＋）と負（−）の直流バイアス電圧を切り替える制御方法でもって、実質的に直流バイアス電圧に交流バイアス電圧を重畳させる制御方法を採用することも可能である。
【００５３】
なお、本発明について第１〜第３の実施形態が説明されたが、本発明の主旨を逸脱しない範囲内でその他の実施形態、応用例、変形例およびそれらの組み合わせも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明によるフィルム加熱方式の定着装置を装備した画像形成装置を示す図。
【図２】第１の実施形態による定着装置の要部を示す図。
【図３】同要部を示す図。
【図４】第１の実施形態における定着フィルムの積層断面図。
【図５】同定着フィルムの作用を説明する模式図。
【図６】第１の実施形態において定着装置の電極配置パターンを示す図。
【図７】第１の実施形態において定着装置の電極配置パターンを示す図。
【図８】第２の実施形態における定着装置を示す図。
【図９】第２の実施形態における定着装置のバイアス電圧波形を示すグラフ。
【図１０】第２の実施形態における定着装置のバイアス電圧シーケンスを示すグラフ。
【図１１】第２の実施形態において定着装置の電極配置パターンを示す図。
【図１２】同じく第２の実施形態において定着装置の電極配置パターンを示す図。
【図１３】同じく第２の実施形態において定着装置の電極配置パターンを示す図。
【図１４】第３の実施形態における加熱源の配置例を示す図。
【図１５】同じく第３の実施形態における加熱源の配置例を示す図。
【図１６】フィルム加熱方式の定着装置の従来例を示す図。
【符号の説明】
【００５５】
１              基層
２              弾性層
３              離型層
１０            定着フィルム（回転体）
１１            温度センサ（温度検知手段）
１２            被覆層
１３            発熱抵抗体
１４            ヒータ基板
１５            セラミックヒータ
１６            フィルムガイド
１７            ハロゲンヒータ（加熱源）
２２            加圧用の剛性ステイ
２４            ハロゲンヒータ
２７            温調回路
２９ａ，２９ｂ  ばねホルダ
２５ａ，２５ｂ  加圧ばね
３０            加圧ローラ（回転体）
３０ａ          ローラシャフト
３０ｂ          弾性層
１００          定着装置
１０２          帯電装置
１０３          レーザ光
１０４          現像装置
１０５          中間転写体ドラム
１０６          転写ローラ
１０７，１０８  クリーナ
Ｍ１            逆極性バイアス電圧印加電極
Ｍ２            同極性バイアス電圧印加電極
Ｔ              トナー（現像剤）
Ｐ              シート
【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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【図１６】
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