JP2005091580A

JP2005091580A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2005091580A
Application number: JP2003323013A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kano; 健一狩野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】加熱部材、もしくは加圧部材表面に定着性改善のためのバイアスを印加した際に、加熱部材中のヒータを介して商用電源の外乱がバイアス出力回路に影響を及ぼし、画像悪化を引き起こすという課題を解決することを目的とする。
【解決手段】加熱部材、もしくは加圧部材の少なくとも一方の表面にバイアス電圧を印加する電圧印加手段を備え、前記バイアス電圧は２個以上の放電抵抗を介して加熱部材、もしくは加圧部材の少なくとも一方の表面に印加される構成において、前記放電抵抗間の端子とアース接地電位との間にコンデンサを挿入することを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

この発明は複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等、電子写真プロセスを用いる画像形成装置、特に、像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記トナー像を記録材上へ転写する転写手段と、前記記録材上のトナー像を、少なくとも加熱部材と弾性層を有する加圧部材とで挟持搬送させて前記トナー像を前記記録材上に定着する定着手段とを備えた画像形成装置に関するものである。

この種の画像形成装置における定着装置では、高温高湿環境において、紙などの記録材の含水分量が多い状態では、転写部で記録材の裏面に供給される転写電荷が記録材沿面を伝達してリークしやすく、記録材上に転写形成されたトナー像の保持力を失いやすい。また含水分量が多いと、定着ニップ部で発生する蒸気量が増え、特に横線画像で尾引きと呼ばれる蒸気の圧力によるトナー飛散が発生していた。

また、記録材裏面の転写電荷によるトナー像の保持力が弱まるために、記録材に定着されずに定着フィルム、または定着ローラにトナーが付着するオフセット現象により、定着フィルムまたは定着ローラの１回転後に付着していたトナーが記録材に定着される画像不良が発生しやすかった。

また、定着フィルムにオフセット現象によりトナーが付着し、定着フィルムに対向して圧接される加圧ローラに転移し、加圧ローラ汚れを発生させる要因となっていた。

そこで、従来は加熱体近辺での水蒸気の発生による画像不良を防止するため、例えばなどにあるように定着ローラ側をアースし、記録材と当接する電極に電圧を印加する方式がとられている（例えば、特許文献１参照。）。以下、この電圧を定着バイアスと称することとする。

一方、定着バイアスは数百ボルト以上の高圧出力となるため、その生成するための出力回路は、コストダウンのために、像担持体を帯電する帯電回路、もしくは静電潜像をトナー像として現像する現像回路、もしくはトナー像を記録材上へ転写する転写回路など、他の高圧出力回路から分岐させる構成となることがある。
特開平０８−２７２２４５号公報

しかしながら、他の高圧出力回路から分岐させて定着バイアスを供給する場合、分岐元となる高圧出力回路が定着バイアス回路、記録材、定着フィルム、および定着ヒータを介して商用電源と結合されるため、少なからず商用電源が外乱となって高圧出力回路に影響を及ぼすという課題があった。帯電回路から分岐させて定着バイアスを生成する例を挙げると、商用電源の外乱が帯電バイアスに重畳し帯電ローラの電荷ムラを引き起こし、結果として画像の主走査方向の縞模様（以下バンディングと称する）となって現れてしまう。

このバンディングを解消するために、定着バイアスの出力インピーダンスすなわち放電抵抗の抵抗値を大きくすることによって商用電源からの外乱を減衰させる対策が考えられる。しかしながら、放電抵抗値を大きくした場合、実際に記録材に印加されるバイアスが低下するために尾引き対策としての定着バイアスの効果が十分に得られなくなる。以上のように放電抵抗値のみの調整では尾引き対策とバンディング対策の両立が非常に困難である。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、尾引きの改善と商用電源から高圧出力回路への外乱除去を両立した画像形成装置を得ることを目的とする。

この発明は次の構成からなることを特徴とする画像形成装置である。

（１）像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記トナー像を記録材上へ転写する転写手段と、前記記録材上のトナー像を、少なくとも加熱部材と弾性層を有する加圧部材とで挟持搬送させて前記トナー像を前記記録材上に定着する定着手段とを有する画像形成装置において、前記加熱部材、もしくは加圧部材の少なくとも一方の表面にバイアス電圧を印加する電圧印加手段と、前記加熱部材と前記加圧部材とのニップ部近傍に接地された導通手段とを備え、前記導通手段は前記記録材の挟持搬送時に該記録材に対し接触すると共に、前記バイアス電圧の放電抵抗が２個以上の直列接続から構成され、それら放電抵抗群のいずれかの端子と接地電位との間にコンデンサを挿入することを特徴とする画像形成装置。

（２）帯電手段、現像手段、転写手段、除電手段用に有するいずれかのバイアス電源からの出力を分岐させ、その出力を加熱部材もしくは加圧部材表面に印加可能とし、かつ前記バイアス電源から加熱部材もしくは加圧部材表面に通じる分岐経路中に設けられた２個以上の抵抗群の間のいずれかの端子と接地電位との間にコンデンサを挿入することを特徴とする前記（１）記載の画像形成装置。

以上説明したように、この発明によれば、記録材上のトナー像を定着する加熱部材、もしくは加圧部材の少なくとも一方にバイアス電圧を印加する手段を備えた系において、バイアス電圧の放電抵抗経路にコンデンサを挿入する構成とすることによって、バイアス電圧による尾引きの対策効果を保持しながらも、その弊害となる商用電源の外乱を除去することが可能となり、大幅な画像改善が期待され、かつ定着バイアスに関する設計の自由度の高い画像形成装置の提供が可能になるという効果がある。

以下、この発明の実施の一形態を添付図面について説明する。

図１は、この発明の実施例１による画像形成装置である電子写真方式レーザビームプリンター（以下、ＬＢＰと記す）の概略構成図、図２は、このＬＢＰの定着装置の要部を表した図、図３は、‘尾引き画像’の発生を説明するための図、図４は、定着フィルムに高圧バイアスを印加した際の等価回路図である。図５は、本発明における定着バイアスの出力回路およびその放電抵抗の概略を示した図である。

図１において、１は表面に有機感光層が形成された像担持体としての有機感光ドラム（以下、感光ドラムと略称する）であり、矢印方向に回転駆動する。２は前記感光ドラム１の表面を負極性に一様に帯電するための帯電ローラ、３は画像データに応じて強度変調させたレーザ露光を行うためのレーザスキャナユニット、４は負極性一成分トナーにより静電潜像の顕画像化を行う現像装置であり、露光部に現像を行う所謂反転現像を行っている。

５はトナー像を記録材Ｐ上に転写する転写ローラ、６は記録材Ｐを感光ドラム１から分離させるための除電針、７は転写工程後の感光ドラム１上に残留したトナーをクリーニングするためのクリーナーである。トナー像を転写された記録材Ｐは、搬送ガイド８を経て、ヒータユニット１０、及び加圧ローラ１１、定着入口ガイド９、排紙ガイド１２、排紙ローラ１３等からなる定着装置に送られ、前記ヒータユニット１０と加圧ローラ１１により挟持搬送される事で、トナー像の加熱定着が行われる。

なお、この実施例１において、排紙ローラ１３は導電性ゴムから成り、かつ芯金１３ａは接地されている。従って、後述する定着フィルムにバイアスが印加され、かつ記録材Ｐが定着フィルム、加圧ローラ１１と排紙ローラ１３両方に挟持搬送された場合にバイアス電源から、記録材Ｐを介してアースヘの通電経路が形成される。

９０はこの実施例１に示すＬＢＰの動作制御を行うＣＰＵであり、外部機器との通信、及び記録材Ｐの先後端位置の検知を行うトップセンサー１８、排紙センサー１９等の出力を基に、モータ、レーザ、高圧やヒータへの通電制御を行う。この実施例１においては、一次帯電の高圧出力回路（バイアス電源）２０からのＤＣバイアス出力が放電抵抗２６を介して定着フィルムの表面に誘導される。

ここで、図３を用いて‘尾引き画像’と呼ばれるトナーの飛び散り現象について説明する。図中、１０はヒータユニット、１１は加圧ローラであり、この両者が圧接して形成する定着ニップ部Ｎの温度は、１５０℃〜２００℃程度の温度に制御され、通紙中は記録材Ｐに含まれる水分が常に蒸発して蒸気６０が発生している。その蒸気圧により、定着ニップから上流側の未定着トナー像の一部Ｔが記録材の搬送方向上流側に吹き飛ばされる事により、前記尾引き画像が発生する。

定着バイアスはこの「尾引き」と呼ばれる画像不良を改善するために印加されるものであり、その概要について以下に説明する。

図４は、定着フィルム表面にトナーと同極性のＤＣバイアスを印加した場合の定着ニップ部Ｎに、トナー像が転写された記録材Ｐが突入したときの等価回路の一例である。１０２は前記定着フィルム１００の導電プライマー層であり、バイアス電源２０からは−６００ＶのＤＣバイアスが印加されており、１０３は離型層、１１は加圧ローラである。

２６は放電抵抗、１３は導電性ゴムを表層とする排紙ローラであり、芯金１３ａが接地されている。導電プライマー層１０２へのバイアス印加は、不図示の導電ブラシ、導電ゴムリング等の給電部材を導電プライマー層１０２に接触させる事で行っている。Ｒｅは、前記給電部材と導電プライマー層間の接触抵抗、及び導電プライマー層１０２の定着ニップ部Ｎ近傍までの抵抗を表しており、Ｒｆは離型層の抵抗を表している。

定着ニップ部Ｎの近傍Ｐｎでは、紙などの記録材Ｐが加熱され、水蒸気が発生しているため、離型層と加圧ローラの間の領域の電気抵抗は低下して等価回路上、直列につながる他の抵抗に比べ無視できるほど小さくなり、Ｐｎの領域では等電位とみなす事が出来る。定着ニップ通過後の紙は含水率が低下し、かつ温度も高くなる事から抵抗値は無視出来なくなり、接地電極である排紙ローラ１３までの抵抗を、Ｒｇで表している。また、この接地電極である排紙ローラ１３の記録材Ｐとの接触抵抗とアースＥまでの抵抗はＲｈで表している。

この実施例１において、バイアス電源２０からは−６００Ｖが印加され、抵抗Ｒｅおよび放電抵抗２６による電圧降下から、定着フィルム１００の表面に現れる表面電位は、−４００〜−５５０Ｖである。定着フィルム１００の導電プライマー層１０２から離型層１０３、記録材Ｐ、接地電極である排紙ローラ１３を介して電流ｉが流れると、導電プライマー１０２と記録材Ｐの等電位部Ｐｎ間に電界Ｅｆが生じる。これにより、トナーは負極性の電荷を持つため、記録材Ｐに対する拘束力Ｆｔが働き、特に定着ニップ部Ｎの近傍において、トナーは記録材Ｐに強く拘束され、前記尾引き、オフセット、飛び散り等の画像不良が大幅に改善される。

本実施例においてバイアス電源２０は一次帯電出力回路から分岐する構成となっている。図５は一次帯電ＡＣドライブ回路２０３、バイアス回路２１０（すなわち一次帯電出力回路）および放電抵抗２６について詳細に図示したものである。図中において放電抵抗２６は２０７および２０８の２つの抵抗により構成されており、これらを介して定着フィルム１００にバイアスが印加されている。バイアス電源２１０は、これら放電抵抗２０７、２０８、定着フィルム１００、ヒータ２１２を介して商用電源２１３と接続されている。従って安全規格（ＩＥＣ６０９５０１９９９等）を満足するためには、これらの経路中に強化絶縁を施す必要がある。本実施例において、定着フィルム１００に印加される電圧値は−６００Ｖ程度であり、商用電源の最大ピーク値は２４０×√２＝３４０Ｖである。従って最大９４０Ｖが動作電圧となる。ＩＥＣ６０９５０では９５０Ｖの動作電圧に対して絶縁耐圧２３４３Ｖの基礎絶縁および付加絶縁を要求している。ヒータ２１２には絶縁物であるガラスコーティングが施されているが、２３４３Ｖもの高圧に対する絶縁性は有していないため、別途絶縁構成をとる必要があり、放電抵抗によって絶縁が施される場合が多い。

本実施例においても、耐圧が２３４３Ｖ以上の抵抗器を２０７および２０８に使用している。ＩＥＣ６０９５０：１９９９「２．２．８．２」項によれば、本実施例では１つの抵抗あたり２３４３Ｖ以上の耐圧を有している抵抗２つを直列接続して基礎絶縁および付加絶縁の二重絶縁を構成することができるとしている。また同項の規定により２０７および２０８の抵抗値は同じ公称抵抗値である必要がある。

この抵抗が商用電源２１３とバイアス電源２１０を分離しており、抵抗値が小さいと図６に示すような商用電源周波数のリップルが重畳された一次帯電出力となってしまうため、このリップル周期すなわち商用電源周波数ｆ_ＡＣと画像プロセススピードＶ_ＰＳで決定される周期（＝Ｖ_ＰＳ／ｆ_ＡＣ）の縞模様（所謂バンディング）となって画像に現れる。従来、これを改善するために２０７および２０８の抵抗値を大きくして商用電源２１３からの外乱を軽減する手段がとられていたが、抵抗値を大きくすることにより定着バイアスの電圧値（供給電荷量）が減少するために、本来の定着バイアスの目的である尾引き改善の効果が小さくなってしまう。本発明ではバンディングおよび尾引きを同時に改善することを目的として、図５に示すように新たにコンデンサ２０９を２０７と２０８の間の端子と、アースの間に挿入している。これにより商用電源２１３側からみて抵抗２０８とコンデンサ２０９がＲＣフィルタとなり、商用電源２１３からの外乱を除去することが可能となる。図７はコンデンサ２０９が挿入された場合の一次帯電出力の波形概略図である。

ここでコンデンサ２０９について説明する。コンデンサ２０９はアースと接地されるため、商用電源２１３とアースの間に二重絶縁が必要となる。この経路における絶縁対象となる最大動作電圧は商用電源のピーク値３４０Ｖのみとなるため、ヒータ２１２のガラスコーティングが基礎絶縁、抵抗２０８が付加絶縁となり、二重絶縁が実現される。従ってコンデンサ２０９は安全規格で定められる認定品である必要は無く、実際にコンデンサに印加される６００Ｖ以上の耐圧（機能絶縁）を有していれば良いため、コンデンサ自体のコストも低く抑えることが可能である。

次にコンデンサの容量値Ｃについて説明する。本実施例において、尾引き対策の効果を考慮して２０８を１０ＭΩ（＝Ｒ）とすると、カットオフ周波数ｆｃを１０Ｈｚ以下に設定した場合、

上式よりＣは１５９０ｐＦ以上となる。本実施例ではさらに効果を上げるためにＣ＝０．０１ｕＦを挿入している。これにより５０Ｈｚや６０Ｈｚ等に代表される商用電源周波数の外乱は除去される。商用電源周波数が５０Ｈｚとすると、

上式よりｆ＝５０Ｈｚのゲインが３％程度と計算され、外乱が３％程度に減少することを示している。この定数において画像評価を行ったところ、画像上でバンディングを目認することは非常に困難であり、コンデンサ挿入による画質改善が明らかであった。従来のコンデンサ無しの構成においては、バンディングを解消するために２０７、２０８を各々５０ＭΩ以上に設定する場合もあることから、コンデンサを挿入した系の場合、抵抗値設定の自由度が大きくなり、バンディングを気にすることなく尾引き対策がしやすくなるという大きなメリットがある。

なお本実施例において定着フィルム１００の導電プライマー層１０２に定着バイアスを印加する形態を説明しているが、当然ながら加圧ローラ１１から定着バイアスを印加する形態においても本発明は有効である。

以上のように、この実施例１によれば、定着ローラまたは定着フィルムに印加する定着バイアスの放電抵抗の間にコンデンサを挿入することにより、商用電源からの外乱除去と尾引き改善の対策を両立することが可能となる。

実施例１において、放電抵抗２６は２つの抵抗によって構成されるが、これが３個以上の抵抗によって構成された場合について説明する。図８は放電抵抗２６が４つの抵抗２０７、２０８、２１５、２１６で構成されている場合を示した図である。コンデンサの挿入位置は２０９、２１４、２１７のいずれか、または２箇所ないし３箇所ともに挿入することが可能である。このとき商用電源と高圧出力回路の絶縁に関しては、２１５、２１６に規定の絶縁耐圧（本実施例では２３４３Ｖ）を有する同じ公称抵抗値の２つの抵抗を使用し二重絶縁とする。このとき２０７、２０８は６００Ｖ以上の耐圧（機能絶縁）を満足すればよい。この構成によりさらに外乱除去のフィルタの設計自由度を向上することが可能となる。抵抗およびコンデンサの数がさらに増えた場合でも同様である。

実施例１において、放電抵抗２６が２の倍数の抵抗数によって構成される場合について説明する。実施例１では１個の抵抗値で基礎絶縁分の耐圧をもつ抵抗を使用しているが、これを複数個に分割した場合、１個あたりの耐圧を抵抗数で分割することが可能となる。図８のように４個で構成した場合には、２個の抵抗で２３４３Ｖの耐圧を満足すれば良いため、１個あたりの抵抗の耐圧は１１７１．５Ｖとなる。抵抗の数を増やすことによって１個当たりの抵抗の耐圧をさらに低くすることが可能であるため、抵抗の耐圧ランクと抵抗数量の組み合わせ次第ではさらなるコストダウンが可能となる。この実施例においては、コンデンサの位置は２１４だけとなる。なぜなら２１５と２１６の２つの抵抗で基礎絶縁が実現され、同じく２０７と２０８によって付加絶縁が実現されるからである。この構成をとることにより、コンデンサが挿入された形態（効果）を保ちながら、放電抵抗のコストダウンをはかることが可能となる。

本実施例による画像形成装置の全体構成を表す図本実施例における画像形成装置に適用された定着装置の構成を表す図従来の課題である「尾引き」を説明するための図従来の課題である「尾引き」に対する一般的な対策の概念図実施例１を説明する図従来の課題となる高圧出力波形への影響を表す波形概略図本発明による高圧出力波形への効果を表す波形概略図実施例２および３を説明する図

符号の説明

１有機感光ドラム
２帯電部材
１０ヒータユニット
１１加圧ローラ
１３排紙ローラ
２０１次帯電用高圧電源
２６放電抵抗
３３除電ブラシ
５０定着ローラ
９０ＣＰＵ
１００定着フィルム
１０２定着フィルムのプライマー層
１０３定着フィルムの離型層
１３０フィルムガイド
１５５サーミスタ
１７０補強板金
２０１カップリングコンデンサ
２０２１次帯電トランス
２０３１次帯電ＡＣドライブ回路
２０４１次帯電ＤＣフィードバック回路
２０５整流ダイオード
２０６整流用コンデンサ
２０７，２０８，２１５，２１６放電抵抗
２０９，２１４，２１７高耐圧コンデンサ
２１０１次帯電出力
２１２ヒータ
２１３商用電源

Claims

像担持体を帯電する帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記トナー像を記録材上へ転写する転写手段と、前記記録材上のトナー像を、少なくとも加熱部材と弾性層を有する加圧部材とで挟持搬送させて前記トナー像を前記記録材上に定着する定着手段とを有する画像形成装置において、
前記加熱部材、もしくは加圧部材の少なくとも一方の表面にバイアス電圧を印加する電圧印加手段と、前記加熱部材と前記加圧部材とのニップ部近傍に接地された導通手段とを備え、前記導通手段は前記記録材の挟持搬送時に該記録材に対し接触すると共に、前記バイアス電圧は少なくとも２つ以上の抵抗素子から構成される放電抵抗群を介して印加され、前記放電抵抗群のいずれかの端子と接地電位との間にコンデンサを挿入する事を特徴とする画像形成装置。
帯電手段、現像手段、転写手段、除電手段用に有するいずれかのバイアス電源からの出力を分岐させ、その出力を加熱部材もしくは加圧部材表面に印加可能とし、かつ前記バイアス電源から加熱部材もしくは加圧部材表面に通じる分岐経路中に少なくとも２つ以上の抵抗素子から構成される放電抵抗群を備え、前記放電抵抗群のいずれかの端子と接地電位との間にコンデンサを挿入することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。