JP2001100578A

JP2001100578A - 定着装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2001100578A
Application number: JP28011599A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Sato; 慶明佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2001-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】セルフバイアスにより安価な構成で定着バイア
スを築き、画像不良の防止と、定着ローラ電位が過度に
高くなってリーク放電が発生するのを防止する定着装置
を提供する。【解決手段】定着ローラ 100とグランドとの間に抵抗 1
15と定電圧ダイオード 113を直列に接続し、加圧ローラ
101とグランドとの間にも抵抗 116と定電圧ダイオード
114を直列に接続し、転写材 109に担持されたトナー 1
08が負電荷に帯電されている場合、定着ローラ 100に接
続される定電圧ダイオード 113はローラ側をアノードと
し、加圧ローラ 101側に接続される定電圧ダイオード 1
14はローラ側をカソードとなるように接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、定着装置および画像形
成装置に係り、ファクシミリ、レーザープリンター、複
写機等の電子写真式の画像形成装置に用いられる定着装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像形成装置としては、電子写真
方式、熱転写方式、インクジェット方式等さまざまな方
式が用いられている。このうち、電子写真方式を用いた
ものは、高速、高画質、静粛性の点で他の方式に比べ優
れており、複写機、ページプリンタの像形成エンジンと
して広く採用されている。

【０００３】電子写真方式の画像形成は、静電気的な力
を利用し、現像剤としてのトナー粒子による画像を紙等
の転写材上に形成する。さらにトナー粒子による像を転
写材上に溶融固着させ安定した画像にするのが定着装置
である。以下に電子写真方式のカラー画像形成装置を例
に挙げ、電子写真方式におけるトナー画像形成原理、及
び定着装置の従来例について説明を行う。

【０００４】図６に電子写真方式を用いたカラー画像形
成装置の概略構成図を示す。図に示した画像形成装置が
採用している画像形成方式は、電子写真方式の中でも中
間転写方式として知られる方式である。

【０００５】まず、潜像担持体としての感光ドラム１
は、矢印に示す方向に回転駆動され、その表面は帯電器
２により−６００Ｖに一様帯電される。その後、レーザ
ー露光光学系３等による走査光Ｌにより感光ドラム１の
表面には、画像に対応する潜像が形成される。走査光の
露光により感光ドラム１に形成された潜像部の電位は、
およそ−２００Ｖである。

【０００６】一方、現像剤であるトナーを内包した各色
現像器５（黒）、６（マゼンタ）、７（シアン）、８
（イエロー）は、感光ドラム１の近傍に配置されたロー
タ２２に図のように配置されており、ロータ２２が９０
度ごとに公転することで、これらの各色の現像器が順次
感光ドラム１と対向した現像位置に配置される。

【０００７】図６に示す状態において、黒色現像器５の
現像ローラ５ａ上には負の極性に帯電されたトナーが一
定量供給されており、また現像ローラ５ａには電源（不
図示）により現像バイアスが印加されている。現像バイ
アスは帯電電位と露光部電位の間の適切な値に設定する
ことで、感光ドラム１上の潜像に選択的にトナーを付着
させることにより現像を行うことができる。

【０００８】このようにして感光ドラム１上に形成され
た単色像は、矢印で示す方向に感光ドラム１と略同じ速
度で回転する無端状の中間転写ベルト９上へ、転写ロー
ラー１０に対して電源１９より印加されるプラス極性の
転写バイアス（２００Ｖ〜７００Ｖ）により順次転写さ
れ、また転写後に感光ドラム１の表面に残留したトナー
はクリーナー１７により除去される。

【０００９】上記工程は、中間転写ベルト９の回転に同
期して各色現像器５〜８について順次行われ、中間転写
ベルト９上に４色重ねのカラー像が形成されると、転写
材１８を介して２次転写ローラー１１が当接され、印加
されるプラス極性のバイアス（１ｋＶ）によりカラー像
は転写材１８上に一括して２次転写される。

【００１０】以上の工程が終了すると、２次転写の残り
のトナーをクリーナー１３により除去した後、中間転写
ベルト９を除電帯電器１４（不図示）により除電する。
除電帯電器１４としては、ＡＣコロナ帯電を用いること
が多い。また、除電効率を上げるため、中間転写ベルト
９の背面に電極を設けるのが一般的である。なお、図
中、ローラー１６はテンションローラー、１５は駆動ロ
ーラー、１２は２次転写対向ローラである。

【００１１】中間転写ベルト９として、通常厚さ７０μ
ｍ〜２００μｍ、体積抵抗率１０¹¹Ωｃｍ〜１０¹⁶Ωｃ
ｍ程度のＰＶｄＦ、ポリアミド、ポリイミド、ＰＥＴ、
ポリカーボネート等の樹脂フィルムベルトや０．５〜２
ｍｍ厚程度のゴムの低抵抗な基層の上に厚さ数十μｍの
離型性の良い高抵抗な樹脂層を設けたゴムベルト等を用
いることができる。

【００１２】転写材上に転写されたフルカラートナー像
は、その後定着装置２１を通過することで転写材上に定
着され、装置の出力画像となる。

【００１３】図７に従来例における定着装置の概略構成
を示した。

【００１４】定着装置は、中央にハロゲンヒータ１０７
ａ，１０７ｂ（不図示）を備えた２本の加熱ローラ（定
着ローラ１００、加圧ローラ１０１）の間を、未定着現
像剤像１０８を載せた転写材１０９が通過できるように
構成されている。

【００１５】トナー溶融を良好に行い転写材上に定着さ
せるためには、定着ローラ、加圧ローラの当接ニップを
確保する必要があるため、各々のローラは、アルミ芯金
１０２ａ、１０２ｂの周りに厚さ２ｍｍのシリコンゴム
より成る弾性層１０３ａ、１０３ｂを設けている。また
ローラ表面にトナーや紙粉が固着するのを防ぐため、ロ
ーラの最表層はＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の離型性の良い樹脂
によるコーティング層１０４ａ、１０４ｂとなってい
る。

【００１６】一方、定着装置では、トナーの定着ローラ
へのオフセットや、転写材のトナー保持能力不足が原因
で発生する尾引き、また定着ニップ直前でトナーが定着
ローラ側に飛ぶことで発生する輪廓ぼけ等の画像問題を
防ぐため、トナーが定着ローラから離れ、転写材側に引
き付ける方向に電界を築くのも一般的である。

【００１７】このような電界を築くため、本従来例で
は、定着ローラ１００の芯金に電源１１０によりマイナ
ス極性（−１５００Ｖ）の定着バイアスが印加できるよ
うになっており、加圧ローラ１０１の芯金１０２ｂを接
地している。

【００１８】本従来例によるトナーは負極性であるた
め、該トナーは定着装置における定着部で転写材側に引
き付けられたままとなり、上記問題が回避できる。

【００１９】尚、バイアス印加を行うのはローラ芯に限
らず、ローラの最表層または中間層に導電性を持たせ、
そこに導電ブラシを介してバイアスを印加する方法等も
用いることができる。

【００２０】また、加圧ローラ１０１にプラス極性のバ
イアスを印加し、定着ローラ１００をグランドとした場
合においても、定着部で同様の電界を築くことができる
のは明らかであり、同様の効果を得ることができる。

【００２１】しかしながら、従来においては、定着装置
における定着部で所望の電界を築くためにバイアス電源
１１０が必要となり、コストアップとなってしまう問題
があった。

【００２２】そこで、より簡素な構成で定着バイアスを
印加する方法として、例えば図８に示すように、定着ロ
ーラ１００と加圧ローラ１０１に、ダイオード１１１、
１１２を接続した構成の、所謂セルフバイアス方式が提
案されている。

【００２３】以下にセルフバイアスを用いた場合のバイ
アス形成原理を簡単に説明する。

【００２４】一般に、定着装置に向けて搬送される転写
材は、転写プロセスを経た直後であるため、多くの場合
帯電状態にある。例えばマイナス極性に帯電した転写材
が図８に示した定着装置に入った場合、加圧ローラ１０
１側ではプラス電荷がダイオード１１２を通過し自由に
供給されるため、加圧ローラ１０１（芯金１０２ｂ）の
電位はグランドと同じ０Ｖとなる。

【００２５】一方、定着ローラ１００側のダイオード１
１１は、グランドからのプラス電荷の流入を遮断する方
向に接続されているので、プラス電荷の供給はなく、定
着ローラ１００（芯金１０２ａ）は、転写材１０８の電
荷により誘起されたマイナスの電位を持つことになる。

【００２６】更に、転写材１０８は定着ローラ１００、
加圧ローラ１０１に接するため、転写材１０８のマイナ
ス電荷の一部は直接ローラに付与される。そして、加圧
ローラ１０１に付与されたマイナス電荷は、ダイオード
１１２を通過し消え去るが、定着ローラ１００にはマイ
ナス電荷が蓄積されるため、その分のマイナス電位を持
つことができる。

【００２７】このように、加圧ローラ１０１の電位が０
Ｖ近傍なのに対し、定着ローラ１００は誘起された分、
実電荷による分と、双方の寄与による大きなマイナス電
位を持つことができ、負極性のトナーを転写材に押し付
ける方向に電界を築くことができる。その結果電源によ
るバイアスで電界を築いた場合と同様、オフセット、尾
引き、輪廓ボケといった問題を防ぐことができる。

【００２８】転写材がプラス帯電していた場合も同様の
原理で、定着ローラが０Ｖ近傍であるのに対し加圧ロー
ラはプラスの電位を持つことができ、同様の電界を築く
ことができる。

【００２９】また、転写材が常にマイナス極性に帯電す
るのであれば、加圧ローラ側のダイオードを、プラス極
性に帯電するのであれば定着ローラ側のダイオードをそ
れぞれ省略し、直接グランドとしてもセルフバイアスが
成立する。

【００３０】セルフバイアス方式を構成する要素に用い
るダイオードとして好適なのは、静電容量が低く、また
漏れ電流の少ないダイオードである。静電容量が大きい
と、誘起電位、実電荷による電位が共に小さくなってし
まい、定着ローラ、加圧ローラ間の電位差を大きくする
ことができない。また漏れ電流が多いと電荷遮断効果が
薄れ、グランドより定着ローラに流入したプラス電荷が
やはり電位差を弱めてしまう。

【００３１】ダイオードとしては、静電容量が２００ｐ
Ｆ以下、漏れ電流が１００ｎＡ以下のものを用いること
ができ、望ましくは容量５０ｐＦ以下、漏れ電流１０ｎ
Ａ以下のものが良い。

【００３２】実際には、ローラ自体も静電容量を持ち、
またダイオード以外でも漏れ電流は生じている。定着ロ
ーラであれば、加圧ローラや、装置のグランド板金など
との間に静電容量、漏れ電流が生じ、セルフバイアスの
形成に影響を及ぼす。このような構造上のローラの静電
容量、漏れ電流もそれぞれ２００ｐＦ以下、１００ｎＡ
以下とすることが望ましい。

【００３３】ここでの静電容量及び漏れ電流は、後述す
る本発明の実施の形態に示したのと同様な方法で測定し
得られる値を基にしている。

【００３４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ダイオード
を利用したセルフバイアスを用いた場合、定着ローラ１
００と加圧ローラ１０１間に電位差を形成することがで
きるが、ローラが持つ電位の値は転写材の種類や、装置
の設置環境に大きく左右されるため、以下のような問題
が発生していた。

【００３５】つまり、一部の転写材を低湿環境で使用し
た場合、転写材が強い帯電状態にある場合があり、その
ような転写材を図８のような定着装置に通すと、ローラ
の電位が非常に大きくなってしまう。その結果、ローラ
やローラと同電位の配線と周辺の導電部材（筐体等、装
置内のグランド板金、他の配線や回路（不図示））との
間でリーク放電が発生し、部品の破壊や、火花による発
火、放電ノイズによる装置の誤動作の原因となる場合が
あった。

【００３６】また、転写材を１枚通紙した際のローラ電
位がリーク放電を起こさないレベルであっても、転写材
を連続して通紙した場合に、ローラへの実電荷の付与、
蓄積が徐々に行われると、最終的にローラは高い帯電状
態となり、やはりリーク放電は発生してしまう。

【００３７】図９は、図８のようなセルフバイアスを用
いた定着装置に、低湿環境でマイナス極性に帯電した転
写材を連続通紙した場合の定着ローラ（芯）電位の変化
の例を示したものである。

【００３８】基本的に、通紙中は誘起電位が生じるため
電位が（この場合はマイナス方向に）上がり、紙間で電
位が下がるという変化を繰り返していることが分かる
が、ローラに実電荷が蓄積されるために、次第に電位の
ベースラインが上昇している様子が示されている。

【００３９】電位が上昇すると、漏れ電流も大きくなる
ため、やがて供給電荷と、漏れ電荷の関係は平衡に達
し、ベースラインの上昇は止まる。そしてある時に、電
位が急激に下がっているが、これはリーク放電が発生し
たことを示している。

【００４０】リーク放電を防ぐためには、ローラまたは
ローラと同電位の配線と、他の導電部材との間の沿面距
離を更に十分にとれば良いのであるが、装置の小型化、
低価格化のニーズに反してしまう。

【００４１】また、ダイオードの漏れ電流を調整するこ
とで電位のベースラインをより低い値で安定させリーク
放電を防ぐこともできるが、一般的にダイオードの漏れ
電流は温度によって大きく変動するので、電位が不安定
となることが予測される。

【００４２】そこで本発明では、セルフバイアスを使っ
た安価な構成でありながら、定着ローラ、加圧ローラ間
に目的の電位差を安定して築くことができ、オフセッ
ト、尾びき、輪郭ぼけ等の画像問題の抑制と、リーク放
電防止の両立が可能な定着装置及びこの定着装置を備え
た画像形成装置を提供することを主目的としている。

【００４３】

【課題を解決するための手段】本出願に係る第１の発明
は、互いに接触して定着ニップ部を形成し、該ニップ部
を主に第１の極性の電荷を有する未定着現像剤像を担持
した転写材が通過することで該転写材上の現像剤を加熱
・加圧して定着する第１、第２の２つの回転体と、前記
第１または第２の回転体のうち未定着現像剤に接する側
の回転体に前記第１の極性の電位を保持させ、他方をグ
ランドまたは第１の極性と反対の電位とするように、ま
たは、前記第１または第２の回転体のうち未定着未定着
現像剤に接しない側の回転体に前記第１の極性と逆の電
位を保持させ、他方をグランドまたは第１の極性の電位
とするように、前記第１の回転体と前記第２の回転体の
沿う方またはいずれか一方とグランド間に接続されたダ
イオードを有するセルフバイアス手段とを少なくとも有
する定着装置において、前記セルフバイアス手段は、前
記ダイオードとして定電圧ダイオードを用いたことを特
徴とする。

【００４４】本出願に係る第２の発明は、上記第１の発
明で、前記セルフバイアス手段は、前記第１の回転体お
よび前記第２の回転体の夫々に定電圧ダイオードを接続
方向を逆にして設けたことを特徴とする。

【００４５】本出願に係る第３の発明は、上記第１の発
明で、前記セルフバイアス手段は、前記グランド電位側
の回転体を直接グランド側に接続したことを特徴とす
る。

【００４６】本出願に係る第４の発明は、上記いずれか
の発明で、前記第１の極性の電荷は負極の電荷であっ
て、前記未定着現像剤に接する側の回転体に接続される
定電圧ダイオードは、回転体側がアノード側としたこと
を特徴とする。

【００４７】本出願に係る第５の発明は、上記第１から
３のいずれかの発明で、前記第１の極性の電荷は正極の
電荷であって、前記未定着現像剤に接する側の回転体に
接続される定電圧ダイオードは、回転体側がカソード側
としたことを特徴とする。

【００４８】本出願に係る第６の発明は、上記いずれか
の発明で、前記セルフバイアス手段は、前記定電圧ダイ
オードと直列に抵抗を接続したことを特徴とする。

【００４９】本出願に係る第７の発明は、上記第６の発
明で、前記定電圧ダイオードと直列に接続された抵抗
は、１ｋΩ以上 500ＭΩ以下であることを特徴とする。

【００５０】本出願に係る第８の発明は、上記いずれか
の発明で、前記セルフバイアス手段は、複数の定電圧ダ
イオードを直列に接続したことを特徴とする。

【００５１】本出願に係る第９の発明は、上記第１から
７のいずれかの発明で、前記セルフバイアス手段は、定
電圧ダイオードの静電容量を 200ｐＦ以下、望ましくは
50ｐＦ以下としたことを特徴とする。

【００５２】本出願に係る第10の発明は、上記第８の発
明で、前記セルフバイアス手段は、直列に接続された複
数の前記定電圧ダイオードの全体としての静電容量を 2
00ｐＦ以下、望ましくは50ｐＦ以下としたことを特徴と
する。

【００５３】本出願に係る第11の発明は、上記第１、
２、３、４、５、６、７または９の発明で、前記セルフ
バイアス手段は、前記定電圧ダイオードの漏れ電流を 1
00ｎＡ以下、望ましくは10ｎＡ以下としたことを特徴と
する。

【００５４】本出願に係る第12の発明は、上記第８また
は10の発明で、前記セルフバイアス手段は、直列に接続
された複数の前記定電圧ダイオードの全体としての漏れ
電流を 100ｎＡ以下、望ましくは10ｎＡ以下としたこと
を特徴とする。

【００５５】本出願に係る第13の発明は、上記いずれか
の発明で、前記回転体の導電部とグランドの間、また
は、前記双方の回転体の導電部との間に持つ、前記ダイ
オードの分を除く静電容量は 200ｐＦ以下、望ましくは
100ｐＦ以下であることを特徴とする。

【００５６】本出願に係る第14の発明は、上記いずれか
の発明で、前記回転体の導電部からの漏れ電流は 100ｎ
Ａ以下、望ましくは10ｎＡ以下であることを特徴とす
る。

【００５７】本出願に係る第15の発明は、上記いずれか
の発明で、前記回転体の導電部とグランドとの間の最小
沿面距離をＬ（ｍｍ）、前記回転体に接続する前記定電
圧ダイオードのツェナー電圧をＶｚ１（Ｖ）とした時、Ｖｚ１≦1000×Ｌの関係を有することを特徴とする。

【００５８】本出願に係る第16の発明は、上記いずれか
の発明で、前記２つの回転体の導電部の間に、定電圧ダ
イオードが接続されていることを特徴とする。

【００５９】本出願に係る第17の発明は、上記いずれか
の発明で、前記セルフバイアス手段は、前記定電圧ダイ
オードと直列に電源を接続したことを特徴とする。

【００６０】本出願に係る第18の発明は、上記第17の発
明で、前記回転体の導電部とグランドとの間の最小沿面
距離をＬ（mm）、前記回転体に接続する定電圧ダイオー
ドのツェナー電圧をVz3(V)、前記電源による印加電圧を
Vb(V) とした時、Ｖｚ３＋｜Ｖｂ｜＜＝1000×Ｌの関係を有することを特徴とする。

【００６１】本出願に係る第19の発明は、上記第１、
２、３または第４の発明で、前記第１の極性の電荷は負
極の電荷であって、前記未定着現像剤に接しない側の回
転体に接続される定電圧ダイオードは、回転体側がカソ
ード側としたことを特徴とする。

【００６２】本出願に係る第20の発明は、上記第１、
２、３または第５の発明で、前記第１の極性の電荷は正
極の電荷であって、前記未定着現像剤に接しない側の回
転体に接続される定電圧ダイオードは、回転体側がアノ
ード側としたことを特徴とする。

【００６３】本出願に係る第21の発明は、像担持体と、
像担持体上に形成された、現像剤像を転写材に転写する
転写手段と、前記転写手段を経て前記転写材に担持され
た未定着現像像を加熱・加圧により定着する定着手段を
少なくとも有する画像形成装置において、前記定着手段
として、上記いずれかの発明の定着装置を用いたことを
特徴とする。

【００６４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は本発
明の第１の実施の形態を示す。

【００６５】本実施の形態における画像形成装置の機械
的な構成は図６に示す従来例と同じである。また、定着
装置においても、バイアス印加部以外は従来例と同様の
ものを用いることができるが、ここでより詳細な説明を
行う。

【００６６】図１は本実施の形態における定着装置の概
略構成を示し、本実施の形態の定着装置では、内側にハ
ロゲンヒータ（不図示）を内包した２本の加熱ローラ
（定着ローラ１００、加圧ローラ１０１）が所定の圧力
で接触し、矢印方向に回転可能に配置されている。

【００６７】本実施の形態では、ローラの直径はどちら
も４０Φであり、ローラ長は定着ローラ１００が２３４
ｍｍ、加圧ローラ１０１が２２８ｍｍ、圧力は４０ｋｇ
ｆとした。

【００６８】各々のローラは、中空のアルミ製ローラ芯
１０２ａ、１０２ｂの外側に厚さ約２ｍｍのシリコーン
ゴム弾性層１０３ａ、１０３ｂを有しており、更にその
外側の表層は高離型のフッ素樹脂（ＰＦＡ等）より成る
厚さ２０μｍのコート層１０４ａ、１０４ｂが設けられ
ている。シリコンゴムには、熱伝導性を向上させるため
ベンガラ、シリカ等の添加剤が加えられており、またゴ
ム硬度は８°（テストピース硬度ＪＩＳＡ）に調整さ
れている。

【００６９】転写プロセスを終え、未定着トナー像を保
持した転写材は、未定着面を図中の上方向に向けて定着
装置に入り、定着ローラ１００、加圧ローラ１０１の当
接ニップ（約９ｍｍ）１０５を通過する。本実施の形態
では定着ローラ１００は周速が約１２０ｍｍ／ｓとなる
よう矢印方向に回転駆動されており、加圧ローラ１０１
は従動回転される。

【００７０】さらに、定着ローラ芯１０２ａとグランド
の間には定電圧ダイオード１１３と抵抗１１５が直列に
接続されている。

【００７１】本実施の形態では、トナーの帯電極性は従
来例と同じ負極性であるので、定着ローラに接続される
定電圧ダイオード１１３は、アノードが定着ローラ側、
カソードがグランド側となるよう接続されている。

【００７２】一方、加圧ローラ芯１０２ｂとグランドの
間にも同様に抵抗１１６と定電圧ダイオード１１４が接
続されているが、ダイオードの向きは定着ローラ１００
に接続される定電圧ダイオード１１３とは向きが逆方向
に接続されている。

【００７３】本実施の形態のように、定電圧ダイオード
をセルフバイアス用のダイオードとして用いれば、ロー
ラの電位がツェナー電位（Ｖｚ値）以上になった場合に
逆方向電流が流れ、それ以上の電位の上昇を抑えること
ができるため、ツェナー電位をリーク放電の起こらない
電位に設定すれば、従来例で発生した問題を防ぐことが
できる。

【００７４】本実施の形態では、ツェナー電位（Ｖｚ
値）を１．５ｋＶとし、定着ローラ芯とグランドと同電
位の板金間の最短沿面距離（２ｍｍ）の場合でも、リー
ク放電が発生しないようにした。

【００７５】一般的に、沿面距離１ｍｍに対し、絶縁が
保てる電位差は１ｋＶ程度であるため、ローラ芯とグラ
ンドの間の最小沿面距離をＬ（単位ｍｍ）、ツェナー電
位Ｖｚ（単位Ｖ）とすると、常に、Ｖｚ≦Ｌ×１０００を満たすことが望ましい。

【００７６】定電圧ダイオードに直列に接続された抵抗
は、ローラ電位がＶｚ値を超えた場合、一度に大量の逆
電流が流れ、定電圧ダイオードが破壊されるのを防ぐた
めに設けられている。

【００７７】従来例に述べた通り、セルフバイアスで用
いるのに適したダイオードは静電容量が小さく、漏れ電
流の少ないものである。ツェナーダイオードでこのよう
な条件を満たすものは、一般的に逆電流に対する強度が
弱く、電流抑制用の抵抗が必要となるのである。

【００７８】抵抗値は低すぎるとツェナーダイオード保
護の効果がなく、また高すぎると抵抗の両端で大きな電
位差が生じローラの電位が不安定となる。本発明者の検
討によれば、１ｋΩ以上の抵抗を用いた場合にツェナー
ダイオード保護の効果があり、また５００ＭΩ以下の場
合にローラの電位が安定した。尚、本実施の形態では抵
抗値を１００ｋΩとした。

【００７９】また、本実施の形態では、セルフバイアス
による電位を有効に築くため、定電圧ダイオードの静電
容量を２００ｐＦ以下、望ましくは５０ｐＦ以下、ツェ
ナー電位Ｖｚの２／３の逆電圧を印加した時流れる漏れ
電流を１００ｎＡ以下、望ましくは１０ｎＡ以下とし
た。なお、静電容量、漏れ電流の測定方法は本実施の形
態の説明の最後に示した。

【００８０】図２は低湿環境において、本実施の形態の
セルフバイアスを採用した定着装置に、低湿環境で負極
性に帯電した転写材を連続通紙した場合の定着ローラ
（芯）電位の変化の例を示したものである。図９で既に
示した通常のダイオードを用いた場合の電位変化と比較
すると、通紙中の電位はダイオードのＶｚ値を超えるこ
とはなく安定した挙動を示すことが分かる。

【００８１】また前述のように、ローラの静電容量、漏
れ電流もそれぞれ２００ｐＦ以下、１００ｎＡ以下とす
ることが望ましい。

【００８２】以上述べたように、本実施の形態では、セ
ルフバイアスにより従来例と同様に定着装置の定着部で
所定の電界を築くことができ、画像不良防止効果がある
のに加え、ツェナーダイオードを採用したことで、ロー
ラの電位が過度に高く成ることがなく、リーク放電の発
生を防ぐことができる。

【００８３】また、ツェナーダイオードと直列に抵抗を
接続することにより、過大な逆電流によりツェナーダイ
オードが破壊するのを防止することができる。

【００８４】本実施の形態におけるダイオードの静電容
量測定、漏れ電流測定はそれぞれ次のようにして行っ
た。静電容量測定使用機器：本体 NF ELECTRONIC INSTRUMENBTS社製 2345 LCZ METER プローブ NF ELECTRONIC INSTRUMENBTS社製 2325A TEST LEADS 測定モード：容量測定周波数１２０Ｈｚ測定環境：２３℃ ６０％ＲＨ漏れ電流測定使用機器：アドバンテスト社製デジタル超高抵抗／微
少電流計R8340A 測定モード：電圧印加電流測定電圧印加後５秒後の電
流を測定した。

【００８５】測定環境：２３℃ ６０％ＲＨ本実施の形態では、ツェナーダイオードのツェナー電位
（Ｖｚ）＝１５００Ｖだったので、その２／３の１００
０Ｖの逆電圧を印加した。

【００８６】尚、本装置から印加できる電圧は、１００
０Ｖが上限であるため、それ以上の逆電圧を印加し測定
する必要がある時は別の高圧電源により電圧印加を行
い、電流測定を行った。

【００８７】また、ローラの静電容量測定も同様に行っ
たが、漏れ電流測定は、加熱状態と室温状態、または回
転状態と停止状態で大きく変わるため、加熱温度、回転
速度とも通常使用時と同様にし、１０００Ｖの電圧印加
時の漏れ電流を測定した。

【００８８】（第２の実施の形態）図３は第３の実施の
形態を示す定着装置の概略構成である。

【００８９】本実施の形態における画像形成装置の構成
及び、バイアス印加部以外の定着装置の構成は従来例お
よび第１の実施の形態で示したものと同様であるので、
同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略す
る。

【００９０】本実施の形態においても、定着ローラ１０
０とグランドの間に抵抗１１７と定電圧ダイオード１１
８を直列に接続するのは第１の実施の形態同様である
が、本実施の形態において定電圧ダイオード１１８を複
数（図では５個）直列に接続した点が異なる。

【００９１】定電圧ダイオード１１８をこのように複数
個接続し用いることにより、例えば１つのダイオードの
ツェナー電位Ｖｚが３００Ｖであれば、５個直列に接続
することでＶｚ＝１５００Ｖとすることができる。

【００９２】なお、定電圧ダイオード１１８を５個直列
に接続した状態におけるダイオード全体の静電容量、漏
れ電流は第１の実施の形態同様とした。

【００９３】一般に市販され入手が容易であり、容量、
漏れ電流等の特性がセルフバイアスに適しているツェナ
ーダイオードがあっても、最適なＶｚ値のものがなけれ
ば使用できなかったが、本実施の形態のように、複数の
定電圧ダイオードを直列に接続して用いれば、目的通り
のＶｚ値を有するツェナーダイオードとすることができ
る。

【００９４】更に、ダイオードを複数直列に接続したこ
とでダイオードの静電容量を小さくでき、セルフバイア
スによる電位形成が有利になるのも、本実施の形態にお
ける大きな利点である。

【００９５】本実施の形態のように、ダイオードを５個
直列に接続した場合には、ダイオード１つの場合と比較
し静電容量を１／５とすることができる。

【００９６】このように、本実施の形態のように定電圧
ダイオードを複数直列に接続し用いることにより、第１
の実施の形態で得られる効果に加え、ツェナー電位（Ｖ
ｚ値）を自由に設定することができるので、設計の自由
度が高まり、また、ダイオードの全体の静電容量を減少
できるのでセルフバイアスによる電位形成が良好とな
り、画像問題の防止効果が更に向上する。

【００９７】尚、本実施の形態では、定電圧ダイオード
は定着ローラ側に接続し、加圧ローラ側は図８に示すよ
うな通常のセルフバイアスで用いられるダイオード１１
９を接続した。

【００９８】これは、転写材が一方の極性に帯電しやす
く、リーク放電の心配があるものの、他方の極性にはあ
まり帯電されず、リーク放電の心配がない時は、リーク
の心配がないローラ側の定電圧ダイオードを省略するこ
とができることによるもので、本実施の形態では加圧ロ
ーラ１０１側の定電圧ダイオードを省略し、通常のダイ
オードとした。また前述したように、転写材の帯電極性
が常に同じ場合には、省略した側を直接グランドとして
も良い。

【００９９】（第３の実施の形態）図４は本発明の第３
の実施の形態における定着装置の概略構成である。本実
施の形態における画像形成装置の構成及び、バイアス印
加部以外の定着装置の構成は従来例及び第１の実施の形
態で示したものと同様であるので、同一の符号を付しそ
の説明を省略する。

【０１００】本実施の形態では、図４に示すように、定
着ローラ１００と加圧ローラ１０１の間に定電圧ダイオ
ード１２１と抵抗１２０を直列に接続した。

【０１０１】第１の実施の形態のように、定着ローラ１
００および加圧ローラ１０１にそれぞれ別々の定電圧ダ
イオード１１３、１１４（ツェナー電位はそれぞれＶｚ
１、Ｖｚ２とする。）を接続した場合、それぞれのロー
ラとグランドとの電位差はツェナー電位以上となること
はないが、ダイオードの接続方向が異なるため、定着ロ
ーラは−Ｖｚ１まで、加圧ローラは＋Ｖｚ２までの電位
を持つことができ、定着ローラ１００と加圧ローラ１０
１間の電位差は最大Ｖｚ１＋Ｖｚ２まで大きくなる可能
性がある。

【０１０２】本実施の形態では、そのような場合におい
ても、定着ローラ１００、加圧ローラ１０１間でリーク
放電が発生しないよう、定着ローラ１００と加圧ローラ
１０１間に定電圧ダイオード１２１（ツェナー電位Ｖｚ
３）を接続している。

【０１０３】定着ローラ１００と加圧ローラ１０１間の
リーク開始電圧をＶｒとした時、Ｖｚ３＜Ｖｒとなるよ
うにすることで、定着ローラ１００と加圧ローラ１０１
間の電位差がリーク発生値以上とならないよう規制して
いる。

【０１０４】以上述べたように、本実施の形態によれ
ば、第１の実施の形態と同様な効果が得られるのに加
え、定着ローラ１００と加圧ローラ１０１の間にツェナ
ーダイオード１２１を接続したことにより、定着ローラ
１００と加圧ローラの間で発生するリーク放電を確実に
防ぐことができる。

【０１０５】（第４の実施の形態）図５は本発明の第４
の実施の形態における定着装置の概略構成である。本実
施の形態における画像形成装置の構成及び、バイアス印
加部以外の定着装置の構成は従来例および第１の実施の
形態で示したものと同様であるので、同一の部材には同
じ符号を付してその説明は省略する。

【０１０６】本実施の形態では、定着ローラ１００とグ
ランドの間に定電圧ダイオード１２３と抵抗１２２、更
に電源１２４を直列に接続した。

【０１０７】従来例で述べたように、オフセット、尾引
き、輪郭ボケなどの画像問題は、定着ローラ１００と加
圧ローラ１０１間に所定の方向に大きな電位差を設ける
ことで改善できる。

【０１０８】セルフバイアスにおいては、加熱ローラ間
の定着ニップ部に侵入する帯電された転写材により、前
記ローラに誘起される電位、及び、転写材から前記ロー
ラに直接付与される電荷により形成される電位で、この
ような電位差が形成されることになるが、常に目的どお
りの電位を築けるわけではない。

【０１０９】前記転写材の帯電電荷が少ない場合や、前
記ローラの静電容量が比較的大きい場合、転写材の通紙
１枚目でローラに実電荷の蓄積がない場合では電位が不
足する場合があった。

【０１１０】本実施の形態では、電源１２４により、−
５００Ｖ程度の電位をかさ上げすることで、セルフバイ
アスだけでは不足する分を補い、常に必要十分な電位を
築けるようにした。

【０１１１】また、セルフバイアス用のダイオードとし
て、第１の実施の形態と同様に、定電圧ダイオード１２
３を用いているので、電位が一定以上に成ることはな
く、リーク放電を防ぐことができ、また抵抗１２２も接
続されているので、ダイオード１２３の破壊も防ぐこと
ができる。

【０１１２】さらに、本実施の形態において、電源１２
４により印加する電圧は、セルフバイアスの不足分で良
いため、電源のみを用いた従来例に比べ、印加電圧を低
くできる利点がある。

【０１１３】尚、リーク放電を防ぐためには、ローラ芯
とグランドの間の最小沿面距離をＬ（単位ｍｍ）、ツェ
ナー電位Ｖｚ（単位Ｖ）、電源による印加電圧をＶｂ
（Ｖ）とすると、常に、Ｖｚ＋｜Ｖｂ｜≦Ｌ×１０００を満たすことが望ましい。

【０１１４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、セ
ルフバイアスにより定着装置の定着部で所定の電界を築
くことができ、画像不良防止効果があるのに加え、ツェ
ナーダイオードを採用したことでローラの電位が過度に
高く成ることがなく、リーク放電の発生を防ぐことがで
きる。また、ツェナーダイオードと直列に抵抗を接続す
ることにより、過大な逆電流によりツェナーダイオード
が破壊するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における定着装置の
概略構成図。

【図２】図１の定着装置に、低湿環境で負極性に帯電し
た転写材を連続通紙した場合の定着ローラ（芯）電位の
変化を示した図。

【図３】本発明の第２の実施の形態における定着装置の
概略構成図。

【図４】本発明の第３の実施の形態における定着装置の
概略構成図。

【図５】本発明の第４の実施の形態における定着装置の
概略構成図。

【図６】従来の画像形成装置の概略構成図。

【図７】従来の定着装置の概略構成図。

【図８】セルフバイアスを用いた従来の定着装置の概略
構成図。

【図９】セルフバイアスを用いた従来の定着装置に、低
湿環境で負極性に帯電した転写材を連続通紙した場合の
定着ローラ（芯）電位の変化を示した図。

【符号の説明】

１…感光ドラム２…帯電器３…レーザー露光光学系４…走査光５…現像器（黒）６…現像器（マ
ゼンダ）７…現像器（シアン）８…現像器（イ
エロー）９…中間転写ベルト１０…１次転写ロ
ーラー１１…２次転写ローラー１２…２次転写
対向ローラー１３…クリーナー１４…除電帯電
器１５…駆動ローラー１６…テンショ
ンローラー１７…クリーナー１８…転写材１９…バイアス電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに接触して定着ニップ部を形成し、
該ニップ部を主に第１の極性の電荷を有する未定着現像
剤像を担持した転写材が通過することで該転写材上の現
像剤を加熱・加圧して定着する第１、第２の２つの回転
体と、前記第１または第２の回転体のうち未定着現像剤
に接する側の回転体に前記第１の極性の電位を保持さ
せ、他方をグランドまたは第１の極性と反対の電位とす
るように、または、前記第１または第２の回転体のうち
未定着未定着現像剤に接しない側の回転体に前記第１の
極性と逆の電位を保持させ、他方をグランドまたは第１
の極性の電位とするように、前記第１の回転体と前記第
２の回転体の沿う方またはいずれか一方とグランド間に
接続されたダイオードを有するセルフバイアス手段とを
少なくとも有する定着装置において、前記セルフバイアス手段は、前記ダイオードとして定電
圧ダイオードを用いたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】前記セルフバイアス手段は、前記第１の
回転体および前記第２の回転体の夫々に定電圧ダイオー
ドを接続方向を逆にして設けたことを特徴とする請求項
１に記載の定着装置。
【請求項３】前記セルフバイアス手段は、前記グラン
ド電位側の回転体を直接グランド側に接続したことを特
徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】前記第１の極性の電荷は負極の電荷であ
って、前記未定着現像剤に接する側の回転体に接続され
る定電圧ダイオードは、回転体側がアノード側としたこ
とを特徴とする請求項１、２または３に記載の定着装
置。
【請求項５】前記第１の極性の電荷は正極の電荷であ
って、前記未定着現像剤に接する側の回転体に接続され
る定電圧ダイオードは、回転体側がカソード側としたこ
とを特徴とする請求項１、２または３に記載の定着装
置。
【請求項６】前記セルフバイアス手段は、前記定電圧
ダイオードと直列に抵抗を接続したことを特徴とする請
求項１ないし５のいずれか一つに記載の定着装置。
【請求項７】前記定電圧ダイオードと直列に接続され
た抵抗は、１ｋΩ以上５００ＭΩ以下であることを特徴
とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】前記セルフバイアス手段は、複数の定電
圧ダイオードを直列に接続したことを特徴とする請求項
１ないし７のいずれか一つに記載の定着装置。
【請求項９】前記セルフバイアス手段は、定電圧ダイ
オードの静電容量を２００ｐＦ以下、望ましくは５０ｐ
Ｆ以下としたことを特徴とする請求項１ないし７のいず
れか一つに記載の定着装置。
【請求項１０】前記セルフバイアス手段は、直列に接
続された複数の前記定電圧ダイオードの全体としての静
電容量を２００ｐＦ以下、望ましくは５０ｐＦ以下とし
たことを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
【請求項１１】前記セルフバイアス手段は、前記定電
圧ダイオードの漏れ電流を１００ｎＡ以下、望ましくは
１０ｎＡ以下としたことを特徴とする請求項１、２、
３、４、５、６、７または９に記載の定着装置。
【請求項１２】前記セルフバイアス手段は、直列に接
続された複数の前記定電圧ダイオードの全体としての漏
れ電流を１００ｎＡ以下、望ましくは１０ｎＡ以下とし
たことを特徴とする請求項８または１０に記載の定着装
置。
【請求項１３】前記回転体の導電部とグランドの間、
または、前記双方の回転体の導電部との間に持つ、前記
ダイオードの分を除く静電容量は２００ｐＦ以下、望ま
しくは１００ｐＦ以下であることを特徴とする請求項１
ないし１２のいずれか一つに記載の定着装置。
【請求項１４】前記回転体の導電部からの漏れ電流は
１００ｎＡ以下、望ましくは１０ｎＡ以下であることを
特徴とする請求項１ないし１３のいずれか一つに記載の
定着装置。
【請求項１５】前記回転体の導電部とグランドとの間
の最小沿面距離をＬ（ｍｍ）、前記回転体に接続する前
記定電圧ダイオードのツェナー電圧をＶｚ１（Ｖ）とし
た時、Ｖｚ１≦１０００×Ｌの関係を有することを特徴とする請求項１ないし１４の
いずれか一つに記載の定着装置。
【請求項１６】前記２つの回転体の導電部の間に、定
電圧ダイオードが接続されていることを特徴とする請求
項１ないし１５のいずれか一つに記載の定着装置。
【請求項１７】前記セルフバイアス手段は、前記定電
圧ダイオードと直列に電源を接続したことを特徴とする
請求項１ないし１６のいずれか一つに記載の定着装置。
【請求項１８】前記回転体の導電部とグランドとの間
の最小沿面距離をＬ（ｍｍ）、前記回転体に接続する定
電圧ダイオードのツェナー電圧をＶｚ３（Ｖ）、前記電
源による印加電圧をＶｂ（Ｖ）とした時、Ｖｚ３＋｜Ｖｂ｜＜＝１０００×Ｌの関係を有することを特徴とする請求項１７に記載の定
着装置。
【請求項１９】前記第１の極性の電荷は負極の電荷で
あって、前記未定着現像剤に接しない側の回転体に接続
される定電圧ダイオードは、回転体側がカソード側とし
たことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の
定着装置。
【請求項２０】前記第１の極性の電荷は正極の電荷で
あって、前記未定着現像剤に接しない側の回転体に接続
される定電圧ダイオードは、回転体側がアノード側とし
たことを特徴とする請求項１、２、３または５に記載の
定着装置。
【請求項２１】像担持体と、像担持体上に形成され
た、現像剤像を転写材に転写する転写手段と、前記転写
手段を経て前記転写材に担持された未定着現像像を加熱
・加圧により定着する定着手段を少なくとも有する画像
形成装置において、前記定着手段として、請求項１ない
し２０のいずれか一つに記載の定着装置を用いたことを
特徴とする画像形成装置。