JP2004279971A

JP2004279971A - 定着装置

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Publication number: JP2004279971A
Application number: JP2003074387A
Authority: JP
Inventors: Toshiji Hachisuga; 利治蜂須賀
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: JP4422970B2

Abstract

【課題】ベルト定着装置において、黒画像部の多い転写紙を通紙すると、転写紙との間の摩擦帯電により、定着ベルト等が帯電し、定着残像という現象が起こりやすい。定着後、転写紙が定着ベルトから剥離すると剥離放電が生じ、定着ベルト表面が帯電し、定着横黒帯という現象が発生しやすい。どちらも画質劣化の原因となっていたので、これらを解消する。
【解決手段】定着ベルト１は、ヒータ５で加熱される加熱ローラ３の周囲に密着して加熱され、同様にヒータ６で加熱された加圧ローラ４との間のニップ部にトナー像を担持した転写紙Ｓが送り込まれる。定着後の転写紙Ｓは、トナー像と逆極性の高圧電源１４に接続された導電性ブラシ１３に裏面を接触される。定着ベルト１はその後、トナー像と同極性の高圧電源１１に接続されたオイル塗布ローラ９に接触する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、画像形成装置における定着装置、特にベルトを用いたカラー画像の定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来のベルト定着装置の周辺を示す概要図である。
同図に置いて、符号１は定着ベルト、２は定着ローラ、３は加熱ローラ、４は加圧ローラ、５は加熱ローラ用のヒータ、６は加圧ローラ用のヒータ、７はクリーニングローラ、８はスクレーパ、９はオイル塗布ローラ、１０はオイルタンクＳはトナー像転写後の転写紙をそれぞれ示す。
定着ベルト１は、ヒータ５によって加熱された加熱ローラ３の周囲を回りながら定着に適した温度まで温められる。加圧ローラ４もヒータ６によって定着に適した温度まで温められる。定着ベルトの回転に伴って、定着ローラも定着ベルトから熱を供給されて定着に適した温度まで温められる。
【０００３】
少なくとも定着ベルトに面する側に、転写によってトナー像を担持した転写紙Ｓは、加熱された定着ベルトに接して温度上昇しながら、定着ベルト１と加圧ローラ４との間のニップ部に送り込まれ、所定の熱と圧力を受けてトナー像は転写紙Ｓに定着される。
転写紙Ｓを送り出した定着ベルト１は、クリーニングローラ７によりベルト面に残っているトナーを掻き取られ、次いでオイル塗布ローラ９により、離形剤としてのオイルがオイルタンク１０から供給されてベルト表面に塗布され、次の定着に備える。
【０００４】
ベルト定着装置は従来のローラ定着装置に比べ、小径ローラでニップ幅が大きく取れるために、装置を小型化できる。しかしながら、この大きな定着ニップにより、従来にはない不具合が生じる。
図５は画像形成時の定着ニップ入り口付近における定着ベルト電位を示す図である。
定着装置に通紙すると、定着部材や加圧部材と転写紙との間の摩擦帯電・剥離帯電により、定着部材・加圧部材が帯電する。その帯電量は、線速が早いほど大きく、また、定着部材表面にシリコンゴムを用いたフルカラー定着機で大きくなる。ニップ幅が広いことにより、帯電電位が高くなる傾向がある。その極性は、白紙通紙のときシリコンゴム表面はマイナス帯電する。
【０００５】
定着ニップを転写紙が通過し、ニップ出口で定着ベルト、あるいはローラから剥離すると剥離放電が生じ、定着ベルト、あるいはローラ表面が帯電する。白紙を通紙すると、シリコン表面はマイナスに帯電するが、転写紙後端が剥離する際にはプラスに帯電する。プラス帯電もマイナス帯電と同様、線速が早いほど大きく、また、定着部材表面にシリコンゴムを用いたフルカラー定着機で大きくなる。またベルト定着装置では従来のローラ方式に比べニップ幅が広いため、帯電電位が高くなる傾向がある。その電位は図５に符号Ｐで示すようにピーク値で１ｋＶにも達する。このような転写紙の剥離によって定着ベルト上に発生する電位を剥離電位と呼ぶことにする。
【０００６】
図６は画像形成が連続的に行われた場合の定着ニップ入り口付近の定着ベルト電位を示す図である。
上記のプラスの剥離電位は、その他の部分と比較して電位も高いために、連続的に送られてくる次の転写紙との間で減衰せず、定着ベルト上に横帯状の電位ムラとして残った状態で次の転写紙を定着することになる。この時、ベルト上の横帯状のプラス電位が、次の画像を乱してしまう。特にハーフトーンにおいて顕著であり、ドットが乱れて“横黒帯”として定着ベルト周期で発生する。このような異常画像を以後“定着横黒帯”呼ぶ。
【０００７】
また、黒べた画像を有する転写紙を通紙すると定着ベルト表面のシリコンゴムは通常とは逆に、プラスに帯電する。その電位は２００〜３００Ｖである。
前述の定着横黒帯と同様、定着ベルトがプラスに帯電した状態で画像を定着すると、転写紙とベルトが同極性のため、転写紙に対するトナーの吸着力が減少し、ドットのチリが発生する。
特に、転写紙の前半部分に黒文字があり、その下方にハーフトーンがある場合、ハーフトーン部に前半の黒文字部分のポジ残像、いわゆる“定着残像”が発生する。これは定着ベルトの黒文字部分と接触したベルト部分が転写紙と同極性に帯電し、ベルトが１周した後ハーフトーンのドットを乱すことが原因である。このような異常画像を、以後“定着残像”と呼ぶ。
【０００８】
これらの異常画像はベルト定着でも特に、定着ニップ前にプレヒート部分を持った構成の場合に顕著であり、従来のローラ定着に近い構成のものではほとんど発生しない。
これは、プレヒート部分では未定着画像が、十分な圧がかからない状態で定着ベルト上の電位に影響されるのに対して、ローラタイプでは未定着画像がベルトに近づくと直ちに定着ニップにより圧力がかかるために、トナー像が動かないためと考えられる。
【０００９】
“定着横黒帯”や“定着残像”を解決するためには、定着ベルト上の剥離電位等のプラス電位を取り除けば良い。モノクロ定着ユニットのテフロン（登録商標）ローラであれば、従来どおり、テフロン（登録商標）ローラの非画像面に除電ブラシを当接し、ローラ表面を除電すればよい。しかしながら、モノクロ定着ユニットのテフロン（登録商標）ローラと異なり、カラー定着で用いるシリコンゴムの場合、ベルト上の電位は除電ブラシ程度では除去できない。
【００１０】
この問題を解決するために、ベルト表面の材質を導電性にする方法がある。これは主に、シリコンゴム内にカーボンなどの導電性物質を分散して作る物であるが、トナーに対する離型性が損なわれるため、ホットオフセット等副作用が大きい。
また、ベルト表面にバイアスを印加する方法として、コロナ放電を利用するものがあるが、放電によりオゾンが発生しゴムの劣化や、オゾンフィルターが必要となるなど問題が多い。
【００１１】
定着ベルトに当接したブラシやブレードにバイアスを印加する方法や、定着ベルト表面に接触するローラにバイアスを印加するものがある（たとえば、特許文献１参照。）。
図７はクリーニング部材に高圧のバイアスを与える従来例を示す図である。
同図において符号１１は高圧電源を示す。
高圧電源１１は、クリーニングローラ７にトナー像と同極性の高圧のバイアスを与え、定着ベルト１をトナーと同極性に帯電させている。
これはベルト上に均一にバイアスを印加できるものであり、比較的低いバイアスでも定着残像に対しては有効である。しかしながら電気的に高抵抗なベルト表面にバイアスを印加することによって、かなり高い電位の剥離電位をキャンセルするには、逆極性の高圧バイアスとして絶対値で３ｋＶ程度が必要であり、ベルト表面の高抵抗層にキズやピンホール等があるとリークが発生する。
【００１２】
初期的に存在するキズやピンホールについては、ＵＮＩＴ組付け時に選別することにより除去することが出来るが、ベルト表面層内部に気泡状に存在するものについては、目視あるいはリーク検査によっても抽出することが困難である。このようなベルトに対し高圧バイアスを印加し続けた場合、経時で気泡により表面層の総厚がうすい部位で絶縁破壊が発生し、リークが発生する。はじめは微少なリークであるが、リークを繰り返すことにより表面層の物理的な破壊、ひいてはベルト基材の破壊が始まる。
【００１３】
つまり、定着ベルトに高圧バイアスを印加し続けることは寿命が短くなることである。この不具合はバイアス電圧が高いほど大きい。従って、ベルト表面に印加するバイアスは−２ｋＶ以下にしたい。
一方、剥離電位を発生させないため、定着出口下流に導電性部材を配設し、定着部材の電位をコントロールしているものもあり、剥離電位軽減にはある程度効果があるが、定着残像には全く効果がない（例えば、特許文献２参照。）。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１０−２２１９８３号公報（第５頁、第２図）
【特許文献２】
特開２０００−１３１９８３号公報（第５頁、第１図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
定着バイアスを高くしなくとも、剥離放電をおさえ、“定着残像”を防止することのできる方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、高抵抗の離型層を有する定着ベルトと加圧ローラとの間に形成される定着ニップに対し、少なくとも前記定着ベルトに面する側にトナー像を有する転写紙を通過させて該トナー像を定着させる定着装置において、前記転写紙の裏面側を前記トナー像と逆極性の電位に帯電させる電圧印加手段を、前記定着ニップ出口より下流側に設けたことを特徴とする。
請求項２の発明では、請求項１に記載の定着装置において、前記定着ベルト表面を、前記トナー像と同極性に帯電させる電圧印加手段を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明では、請求項２に記載の定着装置において、前記定着ベルトに離型剤を塗布する塗布ローラをさらに有し、前記定着ベルト表面を帯電させる電圧印加手段は、高圧電源と、該電源からの高電位を前記塗布ローラに供給する手段であることを特徴とする。
請求項４の発明では、請求項３に記載の定着装置において、前記塗布ローラは表面がシリコンゴムコーティングを施され、ローラ抵抗が１０^１２〜１０^１４Ωであることを特徴とする。
請求項５の発明では、請求項２ないし４のいずれか１つに記載の定着装置において、前記定着ベルト表面を帯電させるための供給電位は、絶対値が１．５ｋＶ以上、２ｋＶ以下であることを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明では、請求項５に記載の定着装置において、前記転写紙裏面側を帯電させるための供給電位は、絶対値が２ｋＶ以上、好ましくは２．５ｋＶ以上であることを特徴とする。
請求項７の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の定着装置において、前記転写紙裏面側を帯電させる電圧印加手段は、高圧電源と導電性ブラシを有することを特徴とする。
請求項８の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の定着装置を用いた画像形成装置を特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に実施の形態に従って本発明を説明する。
図１は本発明の実施形態を説明するための図である。
同図において符号１３は電圧印加手段としての導電性ブラシ、１４は導電性ブラシ用の高圧電源である。その他の符号は図４に準ずる。
定着ニップによってマイナス帯電のトナー像が定着された転写紙Ｓが定着ニップから送り出されたあと、定着ベルト１は、部分的にプラス帯電、あるいはマイナス帯電と、表面電位がムラになっている。この状態で定着ベルトがさらに移動を続けると、残留トナーがクリーニングローラ７で除去され、オイル塗布ローラ９により離型剤としてのオイルが塗布される。
導電性ブラシ１３は、定着ニップから排出される転写紙裏面に接触して、高圧電源１４からの高電圧をかける位置に設置してある。
【００２０】
具体的な構成例を示す。

【００２１】
定着残像の生じやすい画像をプリントして、出力画像の定着横黒帯に関する品質を評価した。画像評価は５点法とし、最良の画質を評価５、商品として使用可能な画質を４、実用に供しうる画質を３とした。
なお、前述のように、印加電圧によっては定着ユニットの寿命を縮める可能性もあるので、各条件とも、寿命の測定を行った。方法はＡ４サイズのプリントを繰り返し、寿命の尽きたときの通紙枚数を、端数切り捨ての１０００枚単位（便宜上１０００枚を１単位としてＫと表現する）で評価する。商品としての寿命の目標をここでは６０Ｋ枚として、６０Ｋ枚までの通紙実験を行った。
表１に示す結果が得られた。導電性ブラシ１３に与える電位をブラシバイアスと表記した。
【００２２】
【表１】

【００２３】
ブラシバイアスはユニット寿命に影響を与えないことが分かった。定着横黒帯を発生させないためには、ブラシバイアスに３ｋＶ以上かければよい。なお、表１には示してないが、定着残像に関する評価値は、すべての場合において、評価値２となっていた。すなわち、ブラシバイアスは定着残像直接の因果関係はなさそうである。
【００２４】
図２は本発明の他の実施形態を説明するための図である。
同図において符号１１は塗布ローラ用の高圧電源を示す。その他の構成は図１と同様である。
オイル塗布ローラ９の図示しない芯金には高圧電源１１からトナーと同極性の高電位が供給される。その結果、定着ベルトの表面は電位ムラが解消されて、供給電位とほぼ同電位に帯電される。
上記オイル塗布ローラに０ｋＶから−４ｋＶまで段階を分けて高電位を印加した場合の、定着残像に関する画質評価の結果を示す。ただし、このとき、転写紙裏面への高電圧印加は行っていない。
評価方法は、前記定着横黒帯の場合と同様である。また、前記と同様ユニット寿命についても測定した。
表２に示す結果が得られた。オイル塗布ローラ９に与える電位をローラバイアスと表記した。
【００２５】
【表２】

【００２６】
評価値が４以上になったのは、ローラバイアスの絶対値が１．５ｋＶ以上の場合であった。しかし、絶対値が２．５ｋＶ以上では、ユニットの寿命が目標値を下回ることが分かった。したがって、画質と寿命の双方を満足させるためには、ローラバイアスの絶対値は１．５ｋＶ以上、２ｋＶ以下にするのがよい。
【００２７】
次に、オイル塗布ユニットにはトナー像と同極性の電位を供給し、導電性ブラシにはトナー像と逆極性の電位を同時に与えて、両バイアスの相互依存性があるかどうかを調べた。方法はそれぞれのバイアス値を変化させて、各組合せにおける画質評価値を調べる。
表３、４に示す結果が得られた。
【００２８】
【表３】

【００２９】
【表４】

【００３０】
定着残像に関する画質は、ブラシバイアスの如何にかかわらず、ローラバイアスの違いのみで評価値が決まっている。これに対し、定着横黒帯に関する画質は、ブラシバイアスが２．５ｋＶ以下の場合若干の相互依存性が見られる。
結局、定着残像、および定着横黒帯の双方に関する画質を、評価値４以上にできる条件は、ローラバイアスの絶対値が１．５ｋＶ以上で、ブラシバイアスが２．０ｋＶ以上の組合せであることが明らかとなった。評価値が５以上になる組合せに限れば、ローラバイアスの絶対値が１．５ｋＶ以上、ブラシバイアスが２．５ｋＶ以上の組合せとなる。
ただし、前記の寿命試験の結果からローラバイアスの絶対値は、２．０ｋＶ以下である必要があることが分かっている。
【００３１】
図３はローラバイアス、ブラシバイアス共に印加した場合の、定着ベルト表面の電位を調べたグラフである。
同図から明らかなように、定着横黒帯の原因となる急峻なプラス帯電がすべて解消され、安定した表面電位が得られている。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、ベルトを用いた定着装置において発生しやすく、画質低下の原因となる定着残像、定着横黒帯等がなくなり、良質な画像が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための図である。
【図２】本発明の他の実施形態を説明するための図である。
【図３】本発明の効果を示す定着ベルト電位のグラフである。
【図４】従来のベルト定着装置の周辺を示す概要図である。
【図５】画像形成時の定着ニップ入り口付近における定着ベルト電位を示す図である。
【図６】画像形成が連続的に行われた場合の定着ニップ入り口付近の定着ベルト電位を示す図である。
【図７】クリーニング部材に高圧のバイアスを与える従来例を示す図である。
【符号の説明】
１定着ベルト
２定着ローラ
３加熱ローラ
４加圧ローラ
５ヒータ
６ヒータ
７クリーニングローラ
９オイル塗布ローラ
１１高圧電源
１３導電性ブラシ
１４高圧電源

Claims

高抵抗の離型層を有する定着ベルトと加圧ローラとの間に形成される定着ニップに対し、前記定着ベルトに面する側にトナー像を有する転写紙を通過させて該トナー像を定着させる定着装置において、前記転写紙の前記トナー像のある面と反対側の面を前記トナー像と逆極性の電位に帯電させる電圧印加手段を、前記定着ニップ出口より下流側に設けたことを特徴とする定着装置。
請求項１に記載の定着装置において、前記定着ベルト表面を、前記トナー像と同極性に帯電させる電圧印加手段を有することを特徴とする定着装置。
請求項２に記載の定着装置において、前記定着ベルトに離型剤を塗布する塗布ローラをさらに有し、前記定着ベルト表面を帯電させる電圧印加手段は、高圧電源と、該電源からの高電位を前記塗布ローラに供給する手段であることを特徴とする定着装置。
請求項３に記載の定着装置において、前記塗布ローラは表面がシリコンゴムコーティングを施され、ローラ抵抗が１０^１２〜１０^１４Ωであることを特徴とする定着装置。
請求項２ないし４のいずれか１つに記載の定着装置において、前記定着ベルト表面を帯電させるための供給電位は、絶対値が１．５ｋＶ以上、２ｋＶ以下であることを特徴とする定着装置。
請求項５に記載の定着装置において、前記転写紙裏面側を帯電させるための供給電位は、絶対値が２ｋＶ以上、好ましくは２．５ｋＶ以上であることを特徴とする定着装置。
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の定着装置において、前記転写紙裏面側を帯電させる電圧印加手段は、高圧電源と導電性ブラシを有することを特徴とする定着装置。
請求項１ないし７のいずれか１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。