JP2004163920A - 定着装置、定着装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着装置のヒートローラへのトナー付着による用紙へのオフセットを低減するために静電気力を低減させる手法のうち、ヒートロ−ラにトナーと同極性の電圧を印加するという手法における、回転体であるヒートローラに高電圧を印加することは限界があり、必ずしも実用的な方法とは言えない問題点の解決を提言すること。
【解決手段】 プレスローラとヒートローラとを具備してなる定着装置において、少なくとも上記ヒートローラを装置本体に対して絶縁されたハウジング内に設けられた導電性フレームを介して回転自在に配置する共に、上記導電性フレームに上記トナーと同極のバイアス電圧を印加することを特徴とする定着装置。そして定着装置のフレームがトナーと同極性に電圧印加されている結果、フレームを介してヒートローラにも電圧が印加されトナーのヒートローラへの付着が防止される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置に用いられる定着装置であって、トナーの転写された用紙を把持し、該用紙を加圧すると共に加熱するヒートローラ（いわゆる加熱ローラ）とプレスローラ（いわゆる加熱ローラに対して所定の押圧力を付与する加圧ローラ）とを具備してなる定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置に関し、特に上記ヒートローラへのトナーの付着を防止することのできる定着装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、上記のような画像形成装置に用いられる定着装置は、トナーが転写された用紙、記録シートなどが定着装置のヒートローラ面から順次離れていくときに画像を構成している現像剤たるトナーの一部がヒートローラの表面に付着する。
付着トナー量が多いと用紙がヒートローラに付着する。いわゆる巻き付を生じたり、用紙に再付着し用紙を汚す，いわゆるオフセットといった問題が生じる。

上記のような問題が生じる原因は、トナーとヒートローラとの物理的結合によるものと、両者の静電気力によるものとが挙げられる。

上記物理的結合による巻き付きなどを防止するには、ヒートローラの表面の滑らかさを高めることが考えられ、ヒートローラの表面にＰＴＦＥやＰＦＡのコーティングなどの処理を施すことが効果的である。これらの材料は耐熱性、対摩耗性にも優れているので、定着装置用として多用されている。

一方、上記ヒートローラと用紙との静電気力については、摩擦や剥離によって帯電したヒートローラ、プレスローラ、用紙が相互に作る電界中において帯電体であるトナーに働く電気力に関するもので、ヒートローラとの間に働く引力、斥力によって著しい付着を生じることになる。従って、この電気力によるオフセットを低減させるには、第１の方法として、ヒートローラ表面に導電性をもたせた被覆をつくる方法、或いは第２の方法としてヒートローラ表面に界面活性剤を塗布する方法、更には第３の方法としてヒートローラにトナーと同極の電圧を印加する方法などが知られている。これらの手法は例えば特許文献１に開示されている。
第２７６７７６５号公報第３欄３２行目〜第４欄１３行目

上記静電気力を低減させる手法の内、ヒートローラにトナーと同極性の電圧を印加するという手法は、十分な電圧をヒートローラに印加すればトナーの付着に対して顕著な効果を奏すると思われるが、回転体であるヒートローラに高電圧を印加することは限界があり、必ずしも実用的な方法とは言えない問題点があった。

本発明は上記したような、問題点の解決を目的とし、定着装置全体にトナーと同極の電圧を印加することで、回転体であるヒートローラに直接的には電圧を印加することなくヒートローラへの電圧印加を達成することに成功したものである。

本発明は、上記したような課題の解決を目的とするものであり、その要旨とするところが、プレスローラとヒートローラとを具備してなる定着装置において、少なくとも上記ヒートローラを装置本体に対して絶縁されたハウジング内に設けられた導電性フレームを介して回転自在に配置する共に、上記導電性フレームに上記トナーと同極のバイアス電圧を印加することを特徴とする定着装置である。

この場合、上記ヒートローラを金属等の導電材料により構成する事が望ましい。

また、プレスローラは、それ自身絶縁性材料により構成されるか、或は絶縁性材料が被覆されたものである事が望ましい。

上記バイアス電圧をかける電源を、主帯電部に電荷を与える電源と兼用することによって電源に関するコストを抑制することができる。
上記定着装置は、トナーを用いて画像形成するいかなる静電式画像形成装置にも適用可能である。

本発明は以上述べたように、プレスローラとヒートローラとを具備してなる定着装置において、少なくとも上記ヒートローラを装置本体に対して絶縁されたハウジング内に設けられた導電性フレームを介して回転自在に配置する共に、上記導電性フレームに上記トナーと同極のバイアス電圧を印加することを特徴とする定着装置である。従って、定着装置内に進む用紙は、絶縁された定着ハウジング内に設けられた金属フレームへの直接的な電圧印加に伴ってヒートローラにトナーと同極性の電圧が印加されているので、用紙上の同極性のトナーはヒートローラに対して静電気的に保持することが出来ず、用紙に保持された状態でヒートローラとプレスローラの間に把持され、用紙に定着される。こうして、定着装置のフレームがトナーと同極性に電圧印加されている結果、トナーのヒートローラへの付着が防止され、用紙の汚れ或はヒートローラへの用紙の巻き付きが防止される。

上記定着装置は、トナーを用いて画像形成するいかなる静電式画像形成装置にも適用可能である。

続いて、添付図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施形態にかかる定着装置の概要を示す断面図、図２は図１に示した定着装置の概念図、図３は同装置の電源を示す概念図、図４は、同装置の電源の変形例を示す概念図、図５は本定着装置を適用可能な画像形成装置全体の概略断面図である。

最初に、図５を参照して、本発明が用いられた電子写真方式の画像形成装置の一例である複写装置３０について説明する。全体として３０で示した複写装置は下方に複数の用紙収納部３１を有し、その上方に両面ユニット３２が配置され、その上方には画像形成部３３と定着装置３４が設けられている。更にその上部には原稿画像をＣＣＤなどの受光素子３８を用いてディジタル式に読み取る画像読み取り装置３５と原稿を自動的に画像読み取り装置上面の原稿載置部３９へ自動的に供給する自動原稿搬送装置３６が取り付けられている。

画像形成部３３には感光体ドラム４０の円周上に、帯電装置４１、現像装置４２、クリーニング装置４３が配置された作像ユニット４４が設けられており、下方には感光体ドラム４０に対向して転写装置４５が配置されている。感光体ドラム４０は例えば直径８４ｍｍのアルミ円筒の表面にＯＰＣ（有機感光体）やａ−Ｓｉ感光体に代表される感光層が形成されており、図５において時計方向に回転駆動される。帯電装置４１はコロナ放電により回転する感光体ドラム４０の表面を数百Ｖに帯電させる。帯電装置４１の回転方向の下流側では画像読み取り部３５にてデジタル処理された画像信号に基きレーザー露光装置（ＬＳＵ）３７から導かれた原稿画像光が照射されて静電潜像が形成される。現像装置４２では現像ローラが回転して、現像ローラ表面に形成された磁気ブラシが感光体ドラム４０表面に接触し、静電潜像に対して帯電したトナーを付着させてトナー画像を形成する。トナー画像は転写装置４６において、記録用紙が感光体ドラムと４０とその周速と同じ速度で移動する転写ベルト４６ａとの間に挟持された状態で搬送されながら帯電されてトナー画像が用紙上に転写される。転写装置４６の下流側にはクリーニング装置４３が配置されており、感光体ドラム４０の表面上に残留したトナーや他の付着物が除去される。上記複写装置３０の転写装置４６は、転写ベルトを用いたものが採用されているが、これをそれ自体公知の転写ローラに置き換えることも可能である。

上記転写ローラ或は転写ベルトを備えた転写部４６でトナー像が転写された用紙は、用紙搬送方向下流側に設けられた定着装置３４に運ばれ、定着装置３４のヒートローラ３４ａとこれに対向するプレスローラ３４ｂの間を通り、用紙上のトナーがヒートローラ３４ａの熱によって溶融定着される。プレスローラ３４ｂは、用紙を上記ヒートローラ３４ａに押し付けて、トナーの定着を確実にするためのものである。

次に上記定着装置３４の構造を模式的に図１を参照して説明する。

図１に示すように、定着装置３４は、全体を絶縁性のプラスチック材料で成形された定着装置ハウジング（筐体）１で囲まれている。ハウジング１内には、前記１対のヒートローラ３４ａとこのヒートローラ３４ａに押圧されるプレスローラ３４ｂと、上記両ローラの両端部を例えば軸受手段を使用して回転自在に支持するための一対の金属製フレーム２（図中は一方のみを表示している）が設けられている。そして上記ハウジング１は絶縁性のプラスチック材料で成型されているため、ハウジング内部に設けられた金属製フレーム２も、複写装置３０本体とは絶縁された状態となっている。

このフレーム２には、トナーの極性と同極性の電圧を印加することのできる電源３が接続されており、ヒートローラ３４ａへは金属製フレーム２を介して電圧が印加されるようになっている。また既に述べたように、感光体ドラム４０に接触して回転する転写ローラ４には感光体ドラム４０の表面に付着するトナーとは逆電気極性の電圧が電源５により印加されている。この図に示した例ではトナーは正特性として扱われているが、勿論負特性のトナーであっても構わない。なお、上記転写ローラ４から定着装置３４に至る用紙搬送路に設けられた用紙ガイド６は接地させておくことが望ましい。

次に、トナーを正電荷担持体（正帯電したトナー）を例にとって図２によって定着装置内における電荷の状態を説明する。

図２に示すように、感光体ドラム４０の表面に付着する正電荷をもつトナーは、トナーと逆極性に電圧を印加された転写ローラに引きつけられ、転写ローラ４との間を進む用紙Ｐの上面に転写される。トナー画像が転写された用紙は途中のガイド６を通過する時にガイド６側に負の電位を発生させる。

その後用紙Ｐは、定着装置３４内に進むが、少なくとも定着装置３４内のヒートローラ３４ａには金属フレーム２を介して正極性の電圧が印加されているので、用紙上の正極性のトナーはヒートローラ３４ａに乗り移ることが出来ず、用紙に保持されたままヒートローラ３４ａとプレスローラ３４ｂの間を通過し、用紙に定着される。こうして、フレーム２及びこれに接続されたヒートローラ３４ａがトナーと同極性に電圧印加されている結果、トナーのヒートローラ３４ａへの用紙のトナーの付着が防止され、用紙の汚れ或はヒートローラ３４ａへの用紙の巻き付きが防止される。

図３は上記定着装置３４への電圧印加のための専用の高圧電源Ｂ１を備えた場合を示している。

上記高圧電源は、定着装置専用のものでなくても、例えば主帯電部の電源と兼用したものでも良い。図４はこのような主帯電部７の電源Ｂ２と定着装置３４への電源Ｂ２を兼用した場合を示す。これによって電源に関するコストを抑制することができる。

本発明の効果を確認するため、京セラミタ製複写機ＫＭ３５３０（複写速度３５枚／分）の定着装置のみを交換した改造機を用いて実験を行った。このＫＭ３５３０に使用されている定着装置の詳細は例えば特開２００２−２０２６７６号に開示されているが、以下のような構造を採用している。

すなわち図６に示した定着装置の分解図、図７に示したヒートローラ並びにプレスローラを保持するフレーム構造を参照して、図中１００は、ヒートローラ１０３とプレスローラ１０４を収容した本体としての第一筐体、１０２はこれらヒートローラ１０３とプレスローラ１０４をカバーするためのフタ体としての第二筐体、１０５はヒータ（メインとサブの２本）、１０６はヒートローラ１０３を支持するハウジングを構成する前フレーム、１０７は同じくヒートローラ１０３を支持するハウジングを構成する後フレーム、１０８は定着された用紙をヒートローラ１０３から分離する分離爪、１０９は駆動ギア、１１０はコネクタ、１１１は用紙の搬送路（排出口）、１１２はヒートローラ１０３の軸受、１１３はプレスローラ１０４の軸受、１１４はプレスローラ１０４を支持するハウジングの一部を構成し、プレスローラ１０４をヒートローラ１０３に圧接するための加圧レバー、１１５は加圧レバー１１４を回動自在に軸支した加圧レバーピン、１１６はプレスローラ１０４をヒートローラ１０３に圧接する手段としてのバネである。

定着装置ハウジングとしては、ＰＥＴ、ＰＢＴ等からなる耐熱性樹脂（絶縁性）で構成した第一筐体１００と第二筐体１０２とからなり、この第一筐体１００と第二筐体１０２とを連結させることで定着装置となる構成である。具体的には図中下方側の第一筐体１００に、ヒートローラ１０３、プレスローラ１０４、該ヒートローラ１０３とプレスローラ１０４のローラ対を支持する導電性の金属材料（亜鉛メッキ鋼板）をプレス成形した前フレーム１０６と後フレーム１０７、および、プレスローラ１０４を支持してヒートローラ１０３に圧接するための加圧レバー１１４（前後のフレーム同様亜鉛メッキ鋼板をプレス成形）などからなるヒートローラユニットが装着され、この第一筐体１００に第二筐体１０２でカバーされる。こうして組み立てられた定着装置に対して、ＫＭ３５３０では用紙搬送路として複写機の下方から上方に向けて用紙が移動する縦型搬送路を採用しているため、搬送されてくる用紙は図６では図中下方側より第１筐体１００に形成された用紙導入口（図示せず）より定着装置内に侵入し、両ローラ間に形成されたニップを通過して第２筐体１０２に形成された用紙排出口（記録紙搬送路１１１）より定着装置より下流側へ送り出される。なおこの第一筐体１００と第二筐体１０２は、図６からも理解されるように、用紙搬送方向（図中矢印で示したような下から上に向かう方向）に対して略直角方向に、ローラ対を収容した本体とフタ体とに分割可能に構成されているものである。

そして今回の改造部分は、絶縁性の耐熱樹脂で成形された定着装置ハウジングを画像形成装置本体に対して前述した特開２００２−２０２６７６号に開示されたような前フレーム１０６ｃ（図６参照）を使用することなく樹脂製ハウジング自体を複写機本体に直接固定すると共に、上記ヒートローラとして外径３６ｍｍ、肉厚０．９ｍｍのアルミ表面に導電性のＰＦＡ（体積抵抗１０^８〜１０^１０Ωｃｍ）を２０μｍの厚みにコーティングしたもの、プレスローラとして軸に外径３２ｍｍのシリコンゴム／ゴム硬度アスカーＣ５２度の加熱硬化型の液状シリコンゴム成形品に絶縁性のＰＦＡチューブを設けたものを用い、両者を１．７×１０^４Ｎ／ｍで加圧したものを用いた。そしてこのヒートローラの熱源としては、６００Ｗ（メイン）と４００Ｗ（サブ）の２本のヒータを使用した。

なお感光体としてはａ−Ｓｉ感光体（表面電位約３００Ｖ）を使用し、正帯電トナー（平均帯電量３〜５μＣ／ｇ）による反転現像を常温常湿（２０℃６５％）にて行った。

そして定着装置に対しては後フレーム１０７に新しく設けた折り曲げ部１２０に第二筐体１０２の外側に形成した接続孔１２２より導電性のネジ１２４を用いて電極１２６を接続することで、後ろフレーム１０７を介して通紙時のみ定電圧源より＋２ＫＶの印加することで、ヒートローラ１０３に対してはヒートローラの軸と軸受１１２（導電性）とを導電性のブッシュ１３０を介して、また、プレスローラ１０４に対してはプレスローラ１０４の軸と軸受１１３（導電性）との間に導電性のブッシュを介してこの印加電圧が付与できるようにした。このときフレームを介して流れた電流値は１０μＡ（アンペア）程度であった。

このような条件下で、５０万回の画像形成を行ったが、トナーのヒートローラ１０３、更にはプレスローラ１０４への付着が防止され、用紙の汚れや用紙の巻きつきといった問題も全く生じなかった。

本発明の一実施形態に係る定着装置を示す概略断面図。 図１に示した定着装置の電荷の状態を示す概念図。 図１に示した定着装置の専用電源を示す図。 電源を主帯電部と兼用した場合の配線図。 本実施形態に係る定着装置を備えることのできる画像形成装置の一例を示す断面図。 本発明の一具体例としての定着装置の分解図、 図６に示した定着装置におけるヒートローラ並びにプレスローラを保持するフレーム構造を示す斜視図。

符号の説明

１…定着装置ハウジング
２…金属フレーム
３…電源
４…転写ローラ
５…電源
６…ガイド
７…主帯電部
３４…定着装置
３４ａ…ヒートローラ
３４ｂ…プレスローラ
Ｂ１、Ｂ２…電源

Claims (5)

1. プレスローラとヒートローラとを具備してなる定着装置において、
   少なくとも上記ヒートローラを装置本体に対して絶縁されたハウジング内に設けられた導電性フレームを介して回転自在に配置する共に、上記導電性フレームに上記トナーと同極のバイアス電圧を印加することを特徴とする定着装置。
2. 上記ヒートローラが導電材料により構成されてなる請求項１記載の定着装置。
3. プレスローラが導電性の軸表面に絶縁性材料により構成され或は絶縁性材料が被覆されたものである請求項１或は２のいずれかに記載の定着装置。
4. 上記バイアス電圧をかける電源が、主帯電部に電荷を与える電源と兼用されてなる請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
5. 上記請求項１〜４に記載の定着装置を備えてなる画像形成装置。

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