JP2005292689A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐久使用で発生する定着尾引きを防止することを目的とする。
【解決手段】 加圧ローラ表面給電の定着器で、加圧ローラとバイアス電源の間に電流検出手段を設けておき、定着ニップに紙が突入した際に流れる電流が一定になるように加圧ローラに印加する電圧を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置の定着装置に関するものである。

従来の定着装置の構成を図１０に示す。

図１０に示すところの２１は従来の定着装置で、１は定着ローラ、２は定着ローラ芯金、３は弾性層、４は定着ローラ表層のＰＦＡ、５は加圧ローラ、６は加圧ローラ芯金、７はシリコーンゴム、８はＰＦＡ、９はヒータ、１０は温度検出手段であるところとのサーミスタ、１１は分離爪、１２は分離爪を加圧するバネ、Ｎは定着ニップ、１３は紙を定着ニップＮに案内する入り口ガイド、１４は排紙ガイド、１５は給電ブラシ、１６は絶縁板、１７は給電コード、１８はバイアス電源、１９は定着外装カバー、２０は定着フレームである。

定着ローラ１は、アルミ製のパイプ形状の芯金２上にシリコーンゴム製の弾性層３を設け、表面を絶縁性のＰＦＡ樹脂４で被覆したものである。

定着ローラ１は、定着ローラ内に設けたヒータ９により加熱され温調制御される。

定着ローラ１の温度は、サーミスタ１０で検出し、ヒータの駆動にフィードバックする。

加圧ローラ５は、鉄製の芯金６上にシリコーンゴム弾性層を設け表層にカーボンを分散した導電性のＰＦＡ樹脂の表層離型層８を設けている。

加圧ローラ４の表面硬度は、アスカーＣ硬度計を押し圧９．８Ｎで当接させた場合に５５〜６５°程度である。

加圧ローラ４は、定着ローラ１に加圧圧接される。当接圧は、９８Ｎから９８０Ｎ程度である。

定着ローラの芯金２は、電気的に接地されている。

加圧ローラの表面には、給電ブラシ１６が当接している。

給電ブラシは、直径が１０ミクロンのステンレス繊維を２０本束ねて、その束を５個程度をアルミニウム板金ではさんだものである。

給電ブラシ１５は、絶縁部材１６により定着フレーム２０電気的に絶縁している。

給電ブラシ１５には、電源コード１７が接続しており電源１８から電圧供給を行う。

このバイアス構成により定着ローラ１と加圧ローラ４には、電位差を形成する。

この電位差により、紙上のトナーが定着ニップＮの前で定着ローラに転移することで発生するオフセットや、定着ローラや、加圧ローラの微少な帯電により紙上のトナーが乱される飛び散りといた画像不良を防止する。

定着器２１での紙搬送は、定着入り口ガイド１３に沿って未定着画像を載せた紙を定着ローラ１と加圧ローラ５で形成する定着ニップＮに導く。

紙上のトナー像は、加熱加圧されて紙に定着する。

紙は、その後分離爪１１より分離されて、排紙ガイド１４に支持されながら、定着器後方へと搬送されトナー画像の定着を終する。
定着ローラと加圧ローラとの間に定着バイアスを印加する従来技術として特許文献１がある。
特開２００１−３５０３６０号公報

しかしながら、上記従来例では、耐久使用により定着ローラ表面に紙紛やトナーの成分が付着して帯電しやすくなる。

定着ローラが帯電すると、定着ローラ、加圧ローラ間の電位コントラストが小さくなり、画像不良が発生するようになるといった問題があった。

このことを防止する手段として、最初から加圧バイアスを大きくすることが考えられるが、上下の電位コントラストを大きくすると、紙が定着ローラに静電吸着し、分離爪で分離することができずに、紙詰まりを発生してしまうという問題があった。

本発明は、以上の点に着目して成されたもので、耐久使用で発生する定着尾引きを防止する定着装置を提供することを目的とする。

１．上記目的を達成するために本出願にかかる第一の発明は、
導電離型層を有する加圧ローラにバイアス手段により給電を行う画像形成装置の定着装置において
加圧ローラに流れる電流を検出する手段を設けており、定着ローラと加圧ローラで形成する定着ニップに紙が入ったときに加圧ローラに流れる電流を検出し、その電流値が所定の値になるようにバイアス電源の電圧を制御することを特徴とする。

上記構成において定着ニップに紙が入ったときの電流が一定になるように加圧ローラの電圧を制御することは、定着ローラと加圧ローラの表面電位が定着ローラの帯電によらず一定になるように作用する。

２．上記目的を達成するために本出願にかかる第二の発明は、
加圧ローラ表面の導電離型層を設けており、定着ローラ芯金にバイアスを印加する画像形成装置の定着装置において
加圧ローラは電気的に接地されており、かつ、加圧ローラに流れる電流を検出する電流検出手段を備えていて、定着ローラに電圧を印加するバイアス手段は、電圧の変更が可能な構成であって、定着ローラと加圧ローラで形成する定着ニップに紙が入ったときに加圧ローラに流れる電流を検出し、その電流値が所定の値になるように定着ローラのバイアス電源の電圧を制御することを特徴とする。

上記構成において定着ニップに紙が入ったときに加圧ローラに流れる電流が一定になるように定着ローラに印加する電圧を制御することは、定着ローラの表面電位が定着ローラの帯電によらず一定になるように作用する。

３．上記目的を達成するために本出願にかかる第三の発明は、
導電離型層を有する加圧ローラにバイアス手段により給電を行う画像形成装置の定着装置において
加圧ローラにバイアスを供給するバイアス手段として、定電流電源と定電圧電源を備えており、定着ニップに紙が進入したときには定電流電源でバイアスを印加し、その後、定電圧電源でのバイアス印加に切り替える事を特徴とする。定電圧電源で印加する電圧値は、定電流電源でバイアスを印加したときに発生した電圧値を元にすることを特徴とする。

上記構成において、定電流のバイアスを印加することは、紙搬送スピードの速い定着装置でも高圧電源の立ち上がりを確保できるように作用する。また、紙先端のみ定電流とし、先端以外では定電圧のバイアスを印加することは、紙の先端以外で大きな電圧値になることを防止するように作用する。

なお、さらに詳細に説明すれば、本発明は下記の構成によって前記課題を解決できた。

（１）未定着トナー像を載せた転写材を加熱加圧された定着ローラと加圧ローラで構成するローラ対で狭持搬送し、トナー像を加熱溶融することで転写材上に定着する定着装置であって、加圧ローラ表面に導電性の離型層を有し、その導電層にバイアスを印加する定着装置において、加圧ローラへのバイアス手段として電圧値の変更が可能な定電圧電源を設けており、かつ、その定電圧電源から加圧ローラに流れる電流を検出する電流検出手段を設けており、転写材先端がローラ対で形成するニップに突入したときに加圧ローラに流れる電流値が所定の値になるように加圧ローラに印加する電圧値を制御することを特徴とする定着装置。

（２）未定着トナー像を載せた転写材を加熱加圧された定着ローラと加圧ローラで構成するローラ対で狭持搬送し、トナー像を加熱溶融することで転写材上に定着する定着装置であって、定着ローラは、金属芯金の上に絶縁性の離型層を有しており、その金属芯金にバイアスを印加し、また、加圧ローラ表面には導電性の離型層を有する定着装置において、定着ローラ芯金へのバイアス手段として電圧値の変更が可能な定電圧電源を設けており、また、加圧ローラ表面は、電気的に接地されており、加圧ローラに流れる電流値を検出する電流検出手段を設けており、転写材先端がローラ対で形成するニップに突入したときに加圧ローラに流れる電流値が所定の値になるように定着ローラに印加する電圧値を制御することを特徴とする定着装置。

（３）未定着トナー像を載せた転写材を加熱加圧された定着ローラと加圧ローラで構成するローラ対で狭持搬送し、トナー像を加熱溶融することで転写材上に定着する定着装置であって、加圧ローラ表面に導電性の離型層を有し、その導電層にバイアスを印加する定着装置において、加圧ローラへのバイアス手段として定電流電源と、電圧値の変更が可能な定電圧電源を設けており、かつ、定電流電源には、発生した電圧値を検出するための電圧検出手段が設けてあって、転写材先端がローラ対で形成するニップに突入したときには加圧ローラには、定電流電源からバイアスを印加し、その後、定電圧電源のバイアス印加に切り替え、定電圧電源で印加する電圧値は、定電流電源でバイアスを印加した際に発生した電圧を元にしていることを特徴とする定着装置。

１．本出願に係る第一の発明によれば、
定着ニップに紙が入ったときの電流が一定になるように加圧ローラの電圧を制御することは、耐久使用で定着ローラが帯電しやすくなった場合にも定着ローラと加圧ローラの表面電位の差を一定に保つことができ、定着器の使用枚数によらず、オフセット、尾引きといった画像不良の発生を防止できるという効果がある。

２．本出願に係る第二の発明によれば、
定着ニップに紙が入ったときの加圧ローラに流れる電流が一定になるように定着ローラ芯金に印加する電圧を制御することは、耐久使用で定着ローラが帯電しやすくなった場合にも定着ローラの表面電位を一定に保つことができ、定着器の使用枚数によらず、オフセット、尾引きといった画像不良の発生を防止できるという効果がある。

３．本出願に係る第三の発明によれば、
定着ニップに紙先端付近で定電流のバイアスを印加し、そのとき発生した電圧をもとに電圧値を決定して定着ニップを紙が通過している間、その定電圧のバイアスを印加することは、紙搬送速度が速い定着装置においても耐久を通して定着ローラと加圧ローラの表面電位の差を一定に保つことができ、定着器の使用枚数によらず、オフセット、尾引きといった画像不良の発生を防止できるという効果がある。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

（第１の実施例）
図１に本発明の第一の実施例を示す。

図１に示すところの１は定着ローラ、２は定着ローラ芯金、３は弾性層、４は離型層である。

５は、加圧ローラ、６は加圧ローラ芯金、７は弾性層、８は離型層兼導電層である。

９はヒータ、１０は温度センサー、１１は分離爪、１２は分離積めバネ、１３は定着入り口ガイド、１４は排紙ガイド、１５加圧給電ブラシ、１６は絶縁部材、１７は給電用のリード線、１８は加圧バイアス用の高圧電源、１９は断熱カバー、２０は定着フレーム、２１は定着器、２２は電流検出手段、２３は制御装置、２４は転写材であるところの紙である。

定着ローラ１の外径は、５０ｍｍである。芯金２はアルミニウム製で厚みが３ｍｍである。弾性層３はＪＩＳ硬度３０°のシリコーンゴム製で厚みは、２５０μｍである。離型層４はＰＦＡ樹脂で厚みが５０μｍである。定着ローラ１の外径５０ｍｍ部分の軸方向長さは３３０ｍｍである。

加圧ローラ５は外径が４０ｍｍである。芯金６は鉄製で外径が３０ｍｍである。弾性層７はＪＩＳ硬度３０°のシリコーンゴム製で厚みは、約５ｍｍである。離型層８は電気導電性のＰＦＡ樹脂で厚みが５０μｍである。離型層８の表面抵抗は、１０^４〜１０^８Ωであればよく、本実施例では、１０^６Ωとした。加圧ローラ５の外径４０ｍｍ部分の軸方向長さは３２０ｍｍである。

加圧ローラ５は、不図示の加圧手段により定着ローラ１に２７４Ｎの力で当接する。

定着ローラ１は回転駆動しており、周速は１６７ｍｍ／ｓｅｃである。加圧ローラ５は定着ローラに従動回転する。

この定着器２１で通紙可能な紙２４サイズは、幅２９７ｍｍのＡ３サイズまでである。

定着ローラ１は内部に設けたヒータ９により加熱される。

定着ローラ１には、温度センサー１０が取り付けてあり、温度センサー１０の情報を元に画像形成装置に設けた制御装置が定着ローラ１の表面が１９０℃になるようにヒータ９の駆動を制御する。

分離爪１１は、定着ローラ１にと右折している先端の幅が２ｍｍで先端部分は、主断面半径が１５μｍの曲面形状をしており、表面をＰＦＡ樹脂でコーティングしている。分離爪１１は、分離爪バネ１２により１．４７Ｎの力で定着ローラに当接している。

定着ニップを通過した紙は、融けたトナーの粘性や静電気力により定着ローラ１に吸着している。

分離爪は、その紙を定着ローラから剥離する。

定着入り口ガイド１３は、未定着画像を載せた紙を定着ニップに導入する。

定着排紙ガイド１４は、定着後の紙を支持して搬送を安定させる。

紙２４には、不図示の画像形成手段、転写手段によりトナー像が形成されている。

トナー像は、一成分の磁性トナーで形成されており、トナーの帯電極性は、マイナスである。

加圧ローラ５の表層導電離型層８には、軸方向短部で給電ブラシ１５が接触しており、電源１８により通常＋２０００Ｖの電圧が印加されている。

バイアス電源１８は、０Ｖから＋３０００Ｖの出力が可能であり、その出力電圧は、本体制御装置２３で制御する。

定着ローラ１の芯金２は、電気的に接地しており、定着ローラ１と加圧ローラ５の間には、通常＋２０００Ｖの電位差を設ける。

加圧バイアスは、定着ローラ１と加圧ローラ５の間に電界を形成し、紙２４上のトナーを静電気的に紙に押さえつけて、定着での飛び散り、オフセット、尾引きといった画像不良を防止する。

飛び散りは、紙上のトナーが広がることによりにじんだようになる画像不良である。

尾引きは、飛び散りの一種で、紙搬送方向に対して垂直方向の横線が部分的に切れたり、紙搬送方向下流側ににじんだようになる現象である。

オフセットは、定着ニップを通過したトナーが定着ローラに付着して、定着ローラの周回一周後に汚れとして紙面上に付着する現象である。

給電ブラシ１５とバイアス電源１８の間には、電流検出手段２２が設けてあり、加圧ローラに流れる電流をモニターする。

電流検出手段２２は、本体の制御装置２３に接続しており、本体の制御装置は、電流検出手段２２からの信号によりバイアス電源１８の出力を変更する。

その動作を図１３に沿って説明する。

図１３は、定着ニップを通過する紙と高圧電源の動作を説明する図である。同図の横軸は時間を示す。縦軸の上段は、紙の通過状況を示し、二段目は電圧を、下段は電流波形を模式的に示す。

横軸の記号Ｊは、紙先端位置、Ｋは画像先端でＪからの時間は、３０ｍｓである、ＬはＪから８０ｍｓ後の時間である、Ｍは電流が流れ終わる時間で約１５０ｍｓである。

電圧の制御は、まず紙先端に合わせて電圧を印加する。

グラフ上のｋの時点３０ｍｓ後に電圧が立ち上がるので、ｋの時点から、電流検出手段により電流値を読み取りながら、電流値が５．５μＡになるように電圧値を制御する。フィードバックに要する時間は、約５０ｍｓで、グラフ上Ｌの時間までである。

紙先端で決定した電圧値での加圧ローラへの電圧印加は、紙後端、もしくは、画像域が定着ニップを抜けるまで行う。

図１３においてＪからＫに相当する紙先端での高圧電源立ち上げ時に加圧ローラに印加する電圧は、２ｋＶとして、その後電流値が一定になるように電圧値を変化させる。

もしくは、前回の定着動作で加圧ローラに印加した電圧値を本体制御部に記憶させておき、高圧電源立ち上げ時には、その電圧を印加して、その後、電流値を検出ながら電圧値を制御しても良い。

上記構成とした理由を以下に示す。

加圧ローラに印加する電圧と、そこに流れる電流、および、紙の電位の関係を把握するための実験を以下に示す。

加圧ローラに定電圧を印加し、加圧ローラに流れる電流と定着ニップ前の紙電位を測定するための構成を図２に示す。

電位計には、トレック（株）製のＭｏｄｅｌ．３４１を使用した。図２に示すところの２６は、電位計の測定部である。

電位計の測定部と定着ニップの距離を仮にＡとする。

この測定系で、通紙時の加圧ローラ電流と紙電位の関係を示したのが図３である。

図３の上段が紙電位、下段が加圧ローラ電流である。

紙電位と加圧ローラ電流を同時に測定すると測定位置の違いから時間的なずれが生じる。

そのずれが図２で示したところのＡに相当する。

図３は、加圧ローラに＋２ｋＶ印加したときの紙電位と加圧ローラ電流の様子である。

紙電位は、先端では、略０Ｖであるが、紙先端が定着ニップＮに入った瞬間に＋１．２ｋＶ程度になる。

加圧ローラ電流は、定着ニップに紙が入った瞬間に流れるが、その後流れなくなる。

電流が流れる時間は、１００〜１５０ｍ秒であった。

つまり、紙先端が定着ニップに入ると加圧ローラから紙に電荷が供給され電位が上昇する。

電位が上昇しきると電流が流れなくなる。

紙先端で加圧ローラに流れる電流は、定着ローラの表面電位で変化する。

図７は、定着ローラの表面電位を変化させて測定した加圧ローラの紙先端での電流値である。

定着ローラの電位が０Ｖの時には、５．７μＡの電流が流れるのに対して、定着ローラ表面が加圧バイアスと同じ略＋２ｋＶに帯電していると電流は流れない。

これは、電位差がある定着ローラ表面と加圧ローラの間に紙が入ってくることにより、紙が充電されるからである。

一方、定着ローラの表面電位は、通紙により上昇する傾向がる。

理由は、定着ローラ１の表面を被覆するＰＦＡ樹脂に通紙により細かな傷がついたりトナーや紙紛が付着して、帯電しやすくなるからである。

通紙枚数と定着ローラの表面電位の関係を図４に示す。

図４の横軸は、通紙枚数、縦軸は、定着ローラの表面電位である。

定着ローラの電位は、初期は、略０Ｖであるが、通紙とともに上昇し、５万枚程度通紙すると＋９００Ｖ程度になる。

耐久により定着ローラの電位が上昇すると、図７に示したように、紙が定着ニップに入ったときに加圧ローラに流れる電流値は、小さくなる。

また、定着ローラが＋に帯電すると定着ローラ１と加圧ローラ５で形成する電位差が小さくなり、画像不良が発生するようになる。

定着ローラ１と加圧ローラ５の電位差と画像の関係を図５に示す。

オフセットを防止するのに必要な電位差は、１．５ｋＶ以上、尾引きを防止するのに必要な電位差は、１．７Ｖ以上であることを示す。

耐久後にもオフセットの防止のための電位差が取れるように、加圧バイアスの電圧値を大きく設定しておくことも考えられる。

しかし、加圧バイアスを大きく設定しておくと、定着ローラが帯電していない初期に、紙が定着ローラ１に強く静電吸着し、紙詰まりを発生してしまうという問題もある。

紙詰まりは、定着ローラに紙が強く静電吸着てしまうため分離爪１１ではがすことができなくなり発生する。

定着ローラと加圧ローラの電位差と紙詰まりの関係を図６に示す。

横軸は、定着ローラと加圧ローラの電位差、縦軸は、紙を１０００枚通紙したときに紙詰まりが発生した回数である。

定着ローラ、加圧ローラの電位差が２．２ｋＶでは、紙詰まりは発生しないが、２．５ｋＶ以上では、紙詰まりが発生する。

画像、および、紙詰まりから、定着ローラと加圧ローラの電位差は、２ｋＶ程度が適当である。

本実施例の構成では、紙先端で加圧ローラに流れる電流が５．５μＡになるように加圧バイアスを制御する。

この構成で通紙確認を行ったところ、加圧ローラの電圧は、定着器初期では、２ｋＶ、５万枚通紙後では、２．９ｋＶで、耐久を通して約２ｋＶの定着ローラ／加圧ローラ電位差を保つことができた。

また、耐久を通して、尾引きやオフセットの画像不良、分離爪での紙詰まりといった不具合の発生はなかった。

なお、紙先端での定着バイアスの電圧制御は、通紙ごとに行っても良いし、数枚から数十枚に一回の割合で行っても良い。

以上のように構成することで、定着ローラが帯電した場合でも定着ローラと加圧ローラの電位差を適正に保つことができ、耐久使用による画像不良や、紙詰まりが発生しない定着装置を構成することができる。

（第２の実施例）
図８に本発明の第二の実施例を示す。

図８に示すところの２７は定着ローラ、２８は定着ローラ芯金、２９は離型層、３０は加圧ローラ、３１は加圧ローラ芯金、３２は弾性層、３３は離型層、３４は高圧電源、３５は分離爪を加圧するためのバネ、３６は定着装置である。

定着ローラ２７は外径の大きい面長部と軸受けと勘合するジャーナル部があり、面長部は外径４０ｍｍ、軸方向長さは、３３０ｍｍである。

芯金２８は厚みが１．５ｍｍのアルミニウム製である。

表層の離型層３３は厚さが２０μｍのＰＦＡ樹脂である。

加圧ローラ３０は、面長部とその両端にローラを支持する軸があり、面長部は、外径３０ｍｍ、軸不幸長さ３２０ｍｍである。

芯金３１は、ニッケル鍍金を施した鉄製で、外径は、２０ｍｍである。

弾性層３２は、ＪＩＳ硬度３０°、電気抵抗１０^５Ωｃｍのシリコーンゴム製である。

離型層３３は、導電離型層で電気抵抗１０^５ΩｃｍのＰＦＡ樹脂である。

定着ローラ２７の内部にはヒータが設けてあり、定着ローラ２７の加熱を行う。定着ローラ２７の温度制御は、温度センサー１０で表面温度を検出し、本体制御装置でヒータ９の駆動を制御することで行う。

定着ローラが、１９０℃になるように温調制御する。

加圧ローラ３０は、不図示の加圧手段で１７６Ｎの力で定着ローラ２７に当接する。

定着ローラ２７の周速は、１５０ｍｍ／ｓｅｃである。加圧ローラは、定着ローラに従動回転する。

分離爪１１はバネ３５で加圧され、０．３Ｎの力で定着ローラ２７に当接する。

定着ローラ２７の離型層２９が４０μｍ以下と小さい場合には、分離爪１１による磨耗量を小さく抑えるために、当接圧を小さく本実施例のように設定する場合がある。

定着ローラ芯金２８には、高圧電源３４が接続されている。

高圧電源は、−１ｋＶから−２ｋＶの出力が可能である。

加圧ローラ芯金３１は、電流検出手段２２を介して電気的に接地している。

この定着装置で定着ローラに定電圧を印加して紙を通紙すると、紙先端で接地から加圧ローラに向かってプラスの電流が流れる。

この電流は、定着ローラの表面で値が変化する。

図９に定着ローラ電位と加圧ローラ向かって流れる電流の関係を示す。

図９に示すグラフの横軸は、定着ローラの表面電位、縦軸は加圧ローラに流れる電流値である。

定着ローラの電位が−１ｋＶの時には、加圧ローラに−６μＡの電流が流れるが、定着ローラの電位が０Ｖの時には、電流は流れない。

定着ローラ表面電位は、芯金２８に印加した電圧と離型層２９の帯電の合計である。

芯金に−１ｋＶ印加していても、耐久使用により離型層２９が＋５００Ｖに帯電すると定着ローラの表面電位は、表面の帯電電位により相殺されて−５００Ｖに小さくなる。

定着ローラの表面電位が小さくなると尾引きやオフセットといった画像不良が発生する。

一方、耐久使用による離型層２９の帯電を見越して定着バイアスの電圧を大きめに設定しておくと、初期に定着ローラ２７の表面電位が大きくなりすぎ、紙が静電吸着するようになる。すると、本実施例のように分離爪１１を２０ｇｆ以下の小さい力で定着ローラに当接させている場合には、分離爪１１に紙先端が引っかかって紙詰まりが発生するようになる。

本実施例での適正な定着ローラの表面電位は、−１ｋＶである。

定着ローラ２７の表面電位が−１ｋＶのときに紙先端で加圧ローラに流れる電流は、６μＡである。

本実施例では、この適正な定着ローラ電位を耐久を維持するために紙先端で加圧ローラに流れる電流が６μＡになるように定着ローラ芯金に印加する電圧を制御する。

この構成で、耐久を行ったところ、定着ローラ芯金２８に印加する電圧は初期は、−１ｋＶであったが、５万枚通紙後は、−１．５ｋＶであった。

これにより、定着ローラの表面電位は耐久をとおして−１ｋＶであり、オフセット／尾引きといった画像不良や紙詰まりの発生もなかった。

以上のように構成することで、定着ローラに電圧を印加する定着装置においても定着ローラの表面離型層の帯電による画像不良を、定着バイアスアップの弊害である紙詰まりを伴うことなく改善することができる。

（第３の実施例）
図１１に本発明の第三の実施例を示す。

本実施例では、高速の定着装置の場合を示す。

図１１の定着装置は、定着ローラの周速が３００ｍｍ／ｓでＡ４サイズの紙を毎分６０枚定着可能な定着装置である。

図１１に示すところの３６は定着装置、１は定着ローラ、２は定着ローラ芯金、３は弾性層、４は離型層である。

５は加圧ローラ、６は加圧ローラ芯金、７は弾性層、８は離型層兼導電層である。

９はヒータ、１０は温度センサー、１１は分離爪、１２は分離積めバネ、１３は定着入り口ガイド、１４は排紙ガイド、１５加圧給電ブラシ、１６は絶縁部材、１７は給電用のリード線、１８は加圧バイアス用の高圧電源、１９は断熱カバー、２０は定着フレーム、２４は転写材であるところの紙である。

定着ローラ１の外径は、５０ｍｍである。芯金２はアルミニウム製で厚みが３ｍｍである。弾性層３はＪＩＳ硬度３０°のシリコーンゴム製で厚みは、２５０μｍである。離型層４はＰＦＡ樹脂で厚みが５０μｍである。定着ローラ１の外径５０ｍｍ部分の軸方向長さは３３０ｍｍである。

加圧ローラ５は外径が４０ｍｍである。芯金６は鉄製で外径が３０ｍｍである。弾性層７はＪＩＳ硬度３０°のシリコーンゴム製で厚みは、約５ｍｍである。離型層８は電気導電性のＰＦＡ樹脂で厚みが５０μｍである。離型層８の表面抵抗は、１０^４〜１０^８Ωであればよく、本実施例では、１０^６Ωとした。加圧ローラ５の外径４０ｍｍ部分の軸方向長さは３２０ｍｍである。

加圧ローラ５は、不図示の加圧手段により定着ローラ１に６３７Ｎの力で当接する。

図１１に示すところの３７は定電流電源、３８は電圧検知手段、３９は定電圧電源、４０は電圧切替え装置である。

定電流電源３７の定電流値は、６μＡである。定電流電源３７は０Ｖから３ｋＶの電圧出力が可能で、０Ｖから３ｋＶまでの立ち上がり時間は、１５ｍｓである。

電圧検出手段３８は、定電流電源３７が発生した電圧を検出して本体制御部２３に信号を送る。

定電圧電源３９は、本体制御部２３からの信号により、電圧値が変更可能な電源である。出力可能な電圧範囲は、２ｋＶから３ｋＶで出力電圧を安定させるために立ち上がりは、若干遅く８０ｍｓとしている。

電圧切替え装置４０は、本体制御装置２３の信号により、加圧ローラ５に印加するバイアスを定電流電源３７か定電圧電源３９か、もしくは両方印加するかを切り替える。

次に、本実施例の定着装置の動作を図１２に沿って説明する。

図１２は、加圧ローラに印加するバイアスを定着ニップＮを紙が通過するタイミングと合わせて示したものである。

図１２の横軸は、時間経過を示す。

図１２の上段は、定着ニップを紙が通過する時間を示したものである。

二段目は、定電流電源３７のバイアス印加タイミングを示す。

三段目は、定電圧電源３９が発生する電圧値をしめす。

下段は、加圧ローラに印加される合成電圧を示す。

本実施例の動作を説明すると、まず、紙の先端位置で定電流バイアスを印加する。定電流バイアスを印加する時間は、１５０ｍｓである。

画像の先端マージンは、一般的には、５ｍｍ以上なので、紙搬送スピードが３００ｍｍ／ｓの本実施例の場合、紙先端がニップに到達した１７ｍｓ後に画像がニップに到達する。

定電流電源３７の立ち上がりは、１５ｍｓなので画像先端からバイアスを作用させることが出来、画像不良の発生を防止することが出来る。

定電流バイアスを印加し始めた最初の７０ｍｓで電圧値を検出する。

電圧値を読み取ったところで、その電圧を出力するように定電圧電源を駆動する。

定電圧電源は、電圧が立ち上がるまでに８０ｍｓ程度要するが立ち上がる間も定電流電源によりバイアスが印加されているので尾引き等の画像不良は、発生しない。

また、紙への充電が終わるまでに定電流バイアスの印加を終了するので、大きな電圧を印加しすぎることもない。

以上のように構成することで、紙の先端から後端まで、尾引き防止に必要なバイアスを加圧ローラに印加することが出来、しかも紙の充電が終わるまでに定電流バイアスの印加を終了するので、必要以上に大きな電圧を印加することもない。

この構成で、５万枚の通紙試験を行ったところ、加圧ローラの電圧は、定着器初期では、２ｋＶ、５万枚通紙後では、２．９ｋＶで、耐久を通して約２ｋＶの定着ローラ／加圧ローラ電位差を保つことができた。

また、耐久を通して、尾引きやオフセットの画像不良、分離爪での紙詰まりといった不具合の発生はなかった。

なお、紙先端での定電流バイアス印加による加圧バイアス電圧制御は、通紙ごとに行っても良いし、数枚から数十枚に一回の割合で行っても良い。

この場合、電圧決定を行わない定着動作時は、加圧ローラには、前の定電流印加時に決定した電圧値を印加するようにする。

本発明の第一の実施例に係る画像形成装置の構成を説明する図である。 本発明にかかる実験構成を説明する図である。 上記実験構成で測定した加圧ローラ電流と紙電位の関係を説明する図である。 耐久による定着ローラの帯電を説明する図である。 定着ローラと加圧ローラの電位差と画像の関係を説明する図である。 定着ローラと加圧ローラの電位差と分離詰めジャムの関係を示す図である。 定着ローラ電位と加圧ローラ電流の関係を示す図である。 本発明の第二の実施例に係る画像形成装置の構成を説明する図である。 定着ローラ電位と加圧ローラ電流の関係を示す図である。 従来の画像形成装置を示す図である。 本発明の第三の実施例に係る画像形成装置の構成を説明する図である。 第三の実施例のバイアス印加シーケンスを示す図である。 第一の実施例のバイアス印加シーケンスを示す図である。

符号の説明

１ 定着ローラ
５ 加圧ローラ
１８ 高圧電源（バイアス電源）
３４ 高圧電源
３９ 定電圧電源
２２ 電流検出手段
３７ 定電流電源
３８ 電圧検出手段
３９ 定電圧電源

Claims (3)

1. 未定着トナー像を載せた転写材を加熱加圧された定着ローラと加圧ローラで構成するローラ対で狭持搬送し、トナー像を加熱溶融することで転写材上に定着する定着装置であって、加圧ローラ表面に導電性の離型層を有し、その導電層にバイアスを印加する定着装置において、
   加圧ローラへのバイアス手段として電圧値の変更が可能な定電圧電源を設けており、かつ、その定電圧電源から加圧ローラに流れる電流を検出する電流検出手段を設けており、転写材先端がローラ対で形成するニップに突入したときに加圧ローラに流れる電流値が所定の値になるように加圧ローラに印加する電圧値を制御することを特徴とする定着装置。
2. 未定着トナー像を載せた転写材を加熱加圧された定着ローラと加圧ローラで構成するローラ対で狭持搬送し、トナー像を加熱溶融することで転写材上に定着する定着装置であって、
   定着ローラは、金属芯金の上に絶縁性の離型層を有しており、その金属芯金にバイアスを印加し、また、加圧ローラ表面には導電性の離型層を有する定着装置において、
   定着ローラ芯金へのバイアス手段として電圧値の変更が可能な定電圧電源を設けており、また、加圧ローラ表面は、電気的に接地されており、加圧ローラに流れる電流値を検出する電流検出手段を設けており、転写材先端がローラ対で形成するニップに突入したときに加圧ローラに流れる電流値が所定の値になるように定着ローラに印加する電圧値を制御することを特徴とする定着装置。
3. 未定着トナー像を載せた転写材を加熱加圧された定着ローラと加圧ローラで構成するローラ対で狭持搬送し、トナー像を加熱溶融することで転写材上に定着する定着装置であって、加圧ローラ表面に導電性の離型層を有し、その導電層にバイアスを印加する定着装置において、
   加圧ローラへのバイアス手段として定電流電源と、電圧値の変更が可能な定電圧電源を設けており、かつ、定電流電源には、発生した電圧値を検出するための電圧検出手段が設けてあって、
   転写材先端がローラ対で形成するニップに突入したときには加圧ローラには、定電流電源からバイアスを印加し、その後、定電圧電源のバイアス印加に切り替え、定電圧電源で印加する電圧値は、定電流電源でバイアスを印加した際に発生した電圧を元にしていることを特徴とする定着装置。

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