JP2006195003A - Image forming apparatus and its fixing bias output circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は画像形成装置及びその定着バイアス出力回路に関し、例えば、複写機、レーザプリンタ、ファキシミリ等の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、前記加熱部材に交流電圧を給電することによって加熱機能を実現する画像形成装置及びその定着バイアス出力回路に関するものである。 The present invention relates to an image forming apparatus and a fixing bias output circuit thereof, for example, an image forming apparatus using an electrophotographic process such as a copying machine, a laser printer, and a facsimile machine, in particular, a charging unit for charging an image carrier, and the image carrier. An exposure unit that forms an electrostatic latent image thereon, a developing unit that develops the electrostatic latent image as a toner image, a transfer unit that transfers the toner image onto a recording material, and a toner image on the recording material A fixing means for fixing and fixing the toner image on the recording material by sandwiching and transporting the toner image between at least a heating member and a pressure member having an elastic layer, and realizing a heating function by supplying an AC voltage to the heating member The present invention relates to an image forming apparatus and a fixing bias output circuit thereof.
この種の画像形成装置における定着装置では、高温多湿の環境において、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。 In a fixing device in this type of image forming apparatus, in a high-temperature and high-humidity environment, when the moisture content of the recording material such as paper is high, the transfer charge supplied to the back surface of the recording material at the transfer portion is transmitted along the recording material. And the toner image transferred and formed on the recording material is easily lost.
また、記録材の含水分量が多いと、ヒータと加圧ローラが記録材を挟む定着ニップ部で発生する蒸気量が増え、特に記録材の搬送方向と垂直の横線画像で、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。 In addition, when the moisture content of the recording material is large, the amount of steam generated at the fixing nip where the heater and the pressure roller sandwich the recording material increases. Especially in the horizontal line image perpendicular to the conveyance direction of the recording material, steam called tailing is generated. The toner was scattered due to the pressure of.
また、記録材の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、トナーが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に付着していたトナーが1回転後に記録材に定着されるという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。 In addition, since the toner image holding force due to the transfer charge on the back surface of the recording material is weakened, the toner is not fixed to the recording material, and the toner adheres to the fixing film or the fixing roller. An image defect in which the adhered toner is fixed to the recording material after one rotation is likely to occur. In addition, toner adheres to the fixing film due to an offset phenomenon, and is transferred to a pressure roller pressed against the fixing film, which causes pressure roller contamination.
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、例えば特許文献1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取られている。以下、この電圧を定着バイアスと称することとする。 Therefore, conventionally, in order to prevent image defects due to the generation of water vapor in the vicinity of the heating body, there is a method in which the fixing roller side is grounded and a voltage is applied to the electrode in contact with the recording material as disclosed in Patent Document 1, for example. Has been taken. Hereinafter, this voltage is referred to as a fixing bias.
一方、定着装置は、抵抗発熱体への給電により発生する熱によって加熱定着を行う。給電方法として商用電源からの交流電圧を用いる方法と、この交流電圧を整流し直流電圧に変換して用いる方法がある。一般的に整流回路が不要な前者のほうが安価に構成することができる。
ところで、抵抗発熱体への交流電圧印加を行う方法において、抵抗発熱体をコーティングしているガラスが、等価回路上ではコンデンサとして作用するため、定着フィルムを介して定着ニップ部に交流電圧が伝達される。一方、記録材の含水分量が上昇すると記録材のインピーダンスが急激に低下する。このとき記録材が感光ドラムと転写ローラからなる転写ニップと定着ニップに同時に挟持された場合、定着ニップ上の交流電圧が記録材を介して転写ニップに伝達し、転写ニップ上での転写電圧を変動させることによって、転写ムラを引き起こし、結果として画像の主走査方向の縞模様(濃度ムラ)となって現れてしまう。 By the way, in the method of applying the AC voltage to the resistance heating element, the glass coated with the resistance heating element acts as a capacitor on the equivalent circuit, so that the AC voltage is transmitted to the fixing nip portion through the fixing film. The On the other hand, when the moisture content of the recording material increases, the impedance of the recording material rapidly decreases. At this time, when the recording material is held between the transfer nip and the fixing nip composed of the photosensitive drum and the transfer roller at the same time, the AC voltage on the fixing nip is transmitted to the transfer nip through the recording material, and the transfer voltage on the transfer nip is changed. The fluctuation causes transfer unevenness, and as a result, appears as a striped pattern (density unevenness) in the main scanning direction of the image.
さらに、尾引きを軽減するためには、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下げる対策が効果的であるが、この放電抵抗が転写電圧のリーク経路の1つであるために、転写電圧の低下を招く。転写電圧の直流成分が低下することによって、定着ニップから伝達する交流電圧がより強調され、強い転写ムラを引き起こしてしまう。 Furthermore, in order to reduce tailing, it is effective to take measures to lower the output impedance of the fixing bias, that is, the resistance value of the discharge resistance. However, since this discharge resistance is one of the leakage paths of the transfer voltage, The transfer voltage is lowered. When the DC component of the transfer voltage is reduced, the AC voltage transmitted from the fixing nip is more emphasized, and strong transfer unevenness is caused.
本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、尾引きの改善と交流電圧による転写電圧変動の除去とを両立させた画像形成装置及びその定着バイアス出力回路を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an image forming apparatus and a fixing bias output circuit thereof that achieve both improvement of tailing and removal of transfer voltage fluctuation due to AC voltage. To do.
本発明は、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。 The present invention is an image forming apparatus having the following configuration.
(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であって、前記加熱部材には交流電圧を給電する定着手段とを備える画像形成装置において、前記定着手段が、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ためのバイアス電圧発生手段と、前記加熱部材もしくは加圧部材の表面と前記バイアス電圧発生手段とを接続する導電手段とを備え、前記導電手段と接地電位との間に容量素子が挿入されていることを特徴とし、商用電源から転写ニップ上に伝達される交流電圧変動成分を除去することができ、濃度ムラを解消することが可能となる。。 (1) Charging means for charging the image carrier, exposure means for forming an electrostatic latent image on the image carrier, developing means for developing the electrostatic latent image as a toner image, and recording the toner image Transfer means for transferring onto the material; and fixing means for fixing the toner image on the recording material by sandwiching and conveying the recording material between at least a heating member and a pressure member having an elastic layer, In the image forming apparatus including a fixing unit that supplies an AC voltage to the member, the fixing unit generates a bias voltage for applying a bias voltage to at least one surface of the heating member or the pressure member, and A conductive means for connecting the surface of the heating member or the pressure member and the bias voltage generating means, and a capacitive element is inserted between the conductive means and the ground potential, Can be removed AC voltage variation component to be transferred to the transfer nip, it is possible to eliminate the density unevenness. .
(2)前記導電手段と接地電位との間に、前記容量素子と直列に更に抵抗素子が挿入されていることを特徴とし、商用電源から転写ニップ上に伝達される交流電圧変動成分を除去し濃度ムラを解消すると共に、落雷等のサージ電圧が商用電源に侵入した場合も装置を保護することが可能となる。。 (2) A resistance element is further inserted in series with the capacitive element between the conductive means and the ground potential, and an AC voltage fluctuation component transmitted from the commercial power source to the transfer nip is removed. In addition to eliminating the density unevenness, the apparatus can be protected even when a surge voltage such as a lightning strike enters the commercial power supply. .
(3)前記容量素子及び/又は抵抗素子を前記バイアス電発生手段を提供する発生回路基板上に設けることを特徴とし、追加部材も必要ないため安価な構成とすることが可能となる。メカニカルな構成においてもより単純な構成とすることが可能となる。 (3) The capacitive element and / or the resistive element is provided on a generating circuit board that provides the bias electricity generating means, and no additional member is required, so that an inexpensive configuration can be achieved. Even in a mechanical configuration, a simpler configuration can be achieved.
以上説明したように、本発明によれば、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、加熱部材もしくは加圧部材とバイアス電圧を接続する導電経路にコンデンサや抵抗を挿入する構成とすることによって、商用電源から転写ニップに伝達される交流電圧成分の外乱を除去することが可能となり、多湿下で放置された吸湿紙などの低インピーダンス紙においても、十分な画質を安価にかつ簡易に実現することが可能になるという効果がある。 As described above, according to the present invention, in a system including a heating member for fixing a toner image on a recording material or a means for applying a bias voltage to at least one of the pressing members, the heating member or the pressing member By inserting a capacitor or resistor in the conductive path that connects the bias voltage to the bias voltage, it is possible to remove disturbance of the AC voltage component transmitted from the commercial power supply to the transfer nip, and the moisture absorption that is left under high humidity Even in the case of low impedance paper such as paper, there is an effect that sufficient image quality can be easily realized at low cost.
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<画像形成装置の概略構成例>
図8は、本実施形態の定着バイアス出力回路が適用される画像形成装置の一例である、電子写真方式レーザビームプリンタ(以下、LBPと記す)の概略構成図である。
<Schematic configuration example of image forming apparatus>
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an electrophotographic laser beam printer (hereinafter referred to as LBP) which is an example of an image forming apparatus to which the fixing bias output circuit of the present embodiment is applied.
図8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X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である。 In FIG. 8, reference numeral 1 denotes an organic photosensitive drum (hereinafter abbreviated as a photosensitive drum) as an image carrier having an organic photosensitive layer formed on the surface thereof, and is driven to rotate in the arrow direction X. 2 is a charging roller for uniformly charging the surface of the photosensitive drum 1 in a negative polarity, 3 is a laser scanner unit for performing laser exposure with intensity modulation according to image data, and 4 is a negative polarity one-component toner. Is a developing device that visualizes an electrostatic latent image, and performs so-called reversal development that develops the exposed portion. 5 is a transfer roller for transferring the toner image onto the recording material P, 6 is a charge eliminating needle for separating the recording material from the photosensitive drum 1, and 7 is for cleaning the toner remaining on the photosensitive drum 1 after the transfer process. It is a cleaner.
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、加圧ローラ11、定着入口ガイド9、排紙ガイド12、及び排紙ローラ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とにより挟持搬送されることで、トナー像の加熱定着が行われる。
The recording material P to which the toner image has been transferred is sent through a
なお、本実施形態において、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定着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Yが形成される。
In the present embodiment, the
90は、本実施形態のLBPの動作制御を行うCPUであり、外部機器との通信制御、及び記録材の先後端位置の検知を行うトップセンサ18、排紙センサ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などを行う。
本実施形態においては、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。
In the present embodiment, a DC bias output from a primary charging high voltage output circuit (bias power supply) 20 is induced to the surface of the fixing film via a
尚、定着装置では、ヒータ212上の抵抗発熱体に商用電源213からの交流電圧を印加することによって加熱定着を行う。このとき印加タイミングや印加時間は、スイッチ素子302をCPU90によってON/OFFすることによって制御される。ヒータ212をコーティングしているガラスは電気的にはコンデンサとして見なされ、本実施系における容量値は数百pF程度となる。従って、商用電源213の交流電圧は、抵抗発熱体からコーティングガラスを介して、ヒータと加圧ローラが記録材を挟む定着ニップ部に伝達する。
In the fixing device, heat fixing is performed by applying an AC voltage from the
(定着装置要部の構成例)
図9は、本実施形態の定着装置の要部を示した図である。
(Configuration example of main part of fixing device)
FIG. 9 is a diagram illustrating a main part of the fixing device of the present embodiment.
212は、アルミナ基板上に銀合金からなる抵抗発熱体を印刷し、その抵抗発熱体表面にガラスコートを行い、また、サーミスタ155、電極(図示せず)等を配置したセラミックヒータである。130は、液晶ポリマー等の耐熱樹脂からなるフィルムガイド兼ヒータホルダ、100は、ポリイミド樹脂に熱伝導フィラーを分散させた厚さ30〜80μm、内径φ24mmの円筒形ベースフィルム表面に、フッ素樹脂に導電性カーボンを分散させた抵抗が1×10E5Ω・cm以下で厚さが2〜10μmのプライマー層を形成し、さらにその上にフッ素樹脂に導電性付与物質を分散させた抵抗が1×10E7Ω・cm〜1×10E13Ω・cmで厚さが5〜20μmの離型層が形成された3層構成の定着フィルムである。170は、ヒータ150、フィルム100、フィルムガイド130等からなるヒータユニット(加熱部材)10が、加圧ローラ(加圧部材)11との圧接により不必要な変形を生じさせないための補強板金、26は、高圧のバイアス電源20とフイルム100とを接続する放電抵抗である。
(‘尾引き画像’現象とその対策)
図10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。
('Tail image' phenomenon and countermeasures)
A toner scattering phenomenon called “tail image” will be described with reference to FIG.
図中、ヒータユニット10と加圧ローラ11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、定着ニップ部N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下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。
In the figure, the temperature of the fixing nip N formed by the pressure contact between the
上述のバイアス電源20により放電抵抗26を介して印可される定着バイアスは、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、定着バイアスの作用の概要について以下に説明する。
The fixing bias applied by the
図11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における、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。尚、各部の参照番号で図8乃至図10と同じ番号は、同様の機能構成部を表わしている。 FIG. 11 is an example of an equivalent circuit when the recording material P onto which the toner image is transferred enters the fixing nip portion N when a DC bias having the same polarity as the toner is applied to the surface of the fixing film. Note that the same reference numerals as those in FIGS. 8 to 10 denote the same functional components.
102は、図9で説明した前記定着フィルム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は図9で説明した離型層である。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に接触させることで行っている。
Rdは、バイアス電源20から放電抵抗26までの抵抗であり、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(離型層と加圧ローラの間の領域)では、紙などの記録材Pが加熱されて水蒸気が発生しているため、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ことが出来る。定着ニップ部Nを通過後の紙は含水率が低下し、かつ温度も高くなること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。
Rd is a resistance from the
図11において、バイアス電源20からは−600Vが印加され、抵抗Rd及び放電抵抗26による電圧降下から、定着フィルム100の表面にあらわれる表面電位は、−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、導電プライマー層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。バイアス電源20の電圧値を一定とした場合、放電抵抗26の抵抗値が小さいほど、電界Efの強度が大きくなり改善効果が向上する。
In FIG. 11, −600 V is applied from the
しかしながら、放電抵抗26の抵抗値が小さくなると、記録材Pが転写部と定着部との両方に把持されている場合に、記録材Pを伝達してきた転写電流が定着フィルム100、放電抵抗26を通って流出しやすくなるため、転写ニップ部(後述の図1のNt)での転写電圧(DC電圧)が低下し、濃度が薄くなったり、白抜けするといった不具合が発生する。従って、放電抵抗26の抵抗値はこれらの条件によって制限される。
However, when the resistance value of the
<本実施形態の画像形成装置の第1構成例>
図1は、本実施形態の定着バイアス出力回路及びその放電抵抗の概略を示した図である。尚、本実施形態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。
<First Configuration Example of Image Forming Apparatus of Present Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing an outline of the fixing bias output circuit of the present embodiment and its discharge resistance. In the present embodiment, the
図1において、放電抵抗26は2つの抵抗207及び208により構成されており、これらを介して定着フィルムにバイアスが印加されている。バイアス電源20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(IEC 60950 1999 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。本実施形態において、定着フィルム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。IEC 60950では950Vの動作電圧に対して絶縁耐圧2343Vの基礎絶縁及び付加絶縁を要求している。
In FIG. 1, the
本実施形態では、耐圧が2343V以上の抵抗器を207及び208に使用している。IEC 60950:1999「2.2.8.2」項によれば、本実施形態では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及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及び208の抵抗値は同じ公称抵抗値である必要がある。本実施形態では207及び208の抵抗値を各々20MΩとしている。 In this embodiment, resistors having a withstand voltage of 2343 V or more are used for 207 and 208. According to IEC 60950: 1999 “2.2.8.2”, in this embodiment, two resistors having a withstand voltage of 2343 V or more per resistor are connected in series to form double insulation of basic insulation and additional insulation. You can do that. Further, the resistance values of 207 and 208 need to be the same nominal resistance value according to the provision of the same paragraph. In this embodiment, the resistance values of 207 and 208 are each 20 MΩ.
ここで、記録材Pの抵抗値に関して、再生紙を使用した場合、多湿下においては体積抵抗率が2×108 Ω・cm程度まで低下することがある。厚み0.1mmのA4サイズ紙(長さ297mm×幅210mm)に換算すると、抵抗値はおよそ300MΩとなる。本実施形態では定着ニップNと転写ニップNtの距離は120mmであるため、この間の抵抗値は、およそ120MΩとなる。これに比べて非多湿下では少なくとも2桁以上抵抗値が大きい。 Here, regarding the resistance value of the recording material P, when recycled paper is used, the volume resistivity may decrease to about 2 × 10 8 Ω · cm under high humidity. When converted to A4 size paper (length 297 mm × width 210 mm) having a thickness of 0.1 mm, the resistance value is approximately 300 MΩ. In this embodiment, since the distance between the fixing nip N and the transfer nip Nt is 120 mm, the resistance value therebetween is approximately 120 MΩ. Compared to this, the resistance value is at least two orders of magnitude greater under non-humidity.
図2は、転写電源300(+1kVdc)とバイアス回路20(−600Vdc)との間に存在している、多湿環境下における各抵抗値を示している。 FIG. 2 shows each resistance value in a humid environment that exists between the transfer power supply 300 (+1 kVdc) and the bias circuit 20 (−600 Vdc).
図中、R207及びR208は前述の放電抵抗207及び208の抵抗値、Rtは転写ローラ5の抵抗値と転写電源300の出力インピーダンスの合計値、Rpは転写ニップNtと定着ニップNの間の長さでの記録材Pの抵抗値を示している。Nt及びNは等価回路上、各々転写ニップ及び定着ニップに対応するの位置を示している。
In the figure, R207 and R208 are the resistance values of the
図2の(a)は記録材Pが吸湿していない場合の一例であり、図2の(b)は記録材Pが吸湿している場合の一例である。この図より、吸湿紙は非吸湿紙を使用した場合と比較すると、転写ニップNt上での転写電圧が吸湿紙のほうが低下することが分かる。これらの吸湿紙を使用して転写電圧が低下した場合においても、仕様として定められた画像濃度が保たれるように設計される。 2A is an example when the recording material P does not absorb moisture, and FIG. 2B is an example when the recording material P absorbs moisture. From this figure, it is understood that the transfer voltage on the transfer nip Nt is lower in the moisture absorbent paper than in the case where the moisture absorbent paper is non-absorbent paper. Even when the transfer voltage is lowered using these moisture-absorbing papers, the image density defined as the specification is designed to be maintained.
しかしながら、図3に示すように転写電圧が交流成分の変動を受けた場合は、その最低転写電圧を大きく下回るために、商用電源周波数に依存した周期的な濃度ムラが発生したり、全く転写されない白抜けが周期的に発生する。 However, as shown in FIG. 3, when the transfer voltage is subject to fluctuations in the alternating current component, it is much lower than the minimum transfer voltage, so that periodic density unevenness depending on the commercial power supply frequency occurs or is not transferred at all. White spots occur periodically.
これを改善するために、本実施形態では、図1に示すように、定着フィルム100にバイアスを供給する導電経路にコンデンサ209を挿入する。
In order to improve this, in this embodiment, a
以下、図4を用いてコンデンサ209の効果及び要求される容量値について説明する。
Hereinafter, the effect of the
P0はヒータ212のガラスコーティング部分の位置を示し、P1は定着ニップNの位置、P3は転写ニップNtの位置、P3は転写電源300の出力部の位置を示している。図4はこれらの位置関係における等価回路を示している。C1はヒータ212のガラスコーティングによって形成されるコンデンサ容量成分値を示している。本実施形態ではおよそ200pF〜400pFであり、一例として250pFを記載している。C3は転写電源300の出力部と接地電位の浮遊容量を表しており、およそ数pFから数十pF程度であると予測される。ここでは例として10pFを記載している。商用電源213からヒータ212のガラスコーティングを介して伝達された交流電圧は、記録材Pを通って、転写ニップNt(図4中のP2の位置)に到達する。従って、P2の位置における交流電圧の振幅は、C1とRpの合成インピーダンス(複素インピーダンス)Z0、及びRtとC3の合成インピーダンスZ2の比によって決定される。ここで、これらの合成インピーダンスは、下式のように決定される。
P0 indicates the position of the glass coating portion of the
ここで、fは商用電源周波数(計算例として60Hzを使用)、jは複素数を表しj2=-1となる。Z0及びZ2の合成インピーダンスの絶対値は、下式のように決定される。 Here, f is a commercial power supply frequency (60 Hz is used as a calculation example), j represents a complex number, and j 2 = −1. The absolute value of the combined impedance of Z0 and Z2 is determined as follows:
これらの式に基づいてZ0及びZ2を計算すると、図4の(a)の記録材Pが吸湿していない場合、P2の位置における交流電圧は、P0の位置における交流電圧の300/10300≒0.03となり3%に減衰することがわかる。同様に計算すると、図4の(b)の記録材Pが吸湿している場合、減衰率は70%程度であり、非常に大きな交流電圧が転写ニップNtに伝達されることがわかる。ここで、図4の(c)に示すようにコンデンサC2を定着ニップN(P1)の部分と接地電位の間に挿入した場合について考える。C2は例として高圧セラミックコンデンサの中で安価に入手しやすい容量値で最大となる10000pFを用いた。このC2の複素インピーダンスをZ4、C1の複素インピーダンスをZ1、P1からP3までの合成インピーダンスをZ3とすると、各々下式のように決定される。 When Z0 and Z2 are calculated based on these equations, when the recording material P in FIG. 4A does not absorb moisture, the AC voltage at the P2 position is 300 / 10300≈0.03 of the AC voltage at the P0 position. It turns out that it attenuates to 3%. Similarly, when the recording material P in FIG. 4B absorbs moisture, the attenuation rate is about 70%, and it can be seen that a very large AC voltage is transmitted to the transfer nip Nt. Consider the case where the capacitor C2 is inserted between the fixing nip N (P1) and the ground potential as shown in FIG. As C2, as an example, a maximum value of 10,000 pF was used as a capacitance value that was easily available at low cost among high-pressure ceramic capacitors. If the complex impedance of C2 is Z4, the complex impedance of C1 is Z1, and the combined impedance from P1 to P3 is Z3, each is determined as follows.
これらの合成インピーダンスの絶対値は、下式のように決定される。 The absolute values of these combined impedances are determined as follows:
これらの式を用いて、Z4=0.3MΩ、Z1=10MΩ、Z3=380MΩと計算される。Z3に比べてZ4は非常に小さいので、Z3とZ4の合成インピーダンスはほぼ0.3MΩと見なすことができる。従って、定着ニップN(P1)における交流電圧の減衰率はおよそ3%となり、さらにRpとZ2の比より、転写ニップNt(P2)における交流電圧の減衰率はおよそ2%となる。すなわち吸湿紙を用いた場合にも、乾燥紙を用いた場合と同程度の減衰率となり、交流電圧による転写電圧の変動を除去できることを示している。
実際に10000pFを挿入した状態で印刷を行ったところ、濃度ムラが解消されることが確認できた。
Using these equations, Z4 = 0.3 MΩ, Z1 = 10 MΩ, and Z3 = 380 MΩ are calculated. Since Z4 is very small compared to Z3, the combined impedance of Z3 and Z4 can be regarded as approximately 0.3 MΩ. Therefore, the AC voltage attenuation rate at the fixing nip N (P1) is about 3%, and the AC voltage attenuation rate at the transfer nip Nt (P2) is about 2% based on the ratio of Rp and Z2. That is, even when moisture-absorbing paper is used, the attenuation rate is about the same as when dry paper is used, indicating that fluctuations in transfer voltage due to AC voltage can be removed.
When printing was actually performed with 10000 pF inserted, it was confirmed that density unevenness was eliminated.
なお、本実施形態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。
In the present embodiment, a mode in which a fixing bias is applied to the
以上のように、本実施形態によれば、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導電経路にコンデンサを挿入することにより、商用電源から転写ニップ上に伝達される交流電圧変動成分を除去することができ、濃度ムラを解消することが可能となる。 As described above, according to this embodiment, the AC voltage fluctuation component transmitted from the commercial power supply to the transfer nip is removed by inserting the capacitor in the conductive path of the fixing bias applied to the fixing roller or the fixing film. And density unevenness can be eliminated.
<本実施形態の画像形成装置の第2構成例>
上記第1構成例1において、定着バイアスの導電経路にコンデンサを追加する構成を説明したが、第2構成例ではさらに抵抗を直列に追加した構成について説明する。
<Second Configuration Example of Image Forming Apparatus of Present Embodiment>
In the first configuration example 1, the configuration in which the capacitor is added to the conductive path of the fixing bias has been described. In the second configuration example, a configuration in which a resistor is further added in series will be described.
第1構成例のようにコンデンサのみを挿入した場合、図4の(c)に示すように、商用電源と接地電位間のインピーダンスはZ1とZ4の合計となるが、Z1>>Z4であることから近似的にZ1とみなすことができる。ここで落雷等により商用電源にコモンモードのサージが発生した場合、そのサージ電圧はZ1すなわちヒータ212のガラスコーティングにかかることになる。サージ保護回路が備えられている場合やガラスコーティングの耐圧が高い場合は問題とならないが、保護回路もなく、ガラスコーティングの耐圧も低い場合は、ガラスコーティングが破壊してしまう。国際規格IEC61000-4-5に規定されるような雷サージ電圧(±4kV, パルス幅50us)を印加しても破壊しないためには、ガラスコーティングにかかる電圧が耐圧(第2構成例では例として1.5kVとする)以下となるようにしなければならない。これを解決するために、本実施形態では図5もしくは図6に示したように定着バイアスの導電経路と接地電位の間に抵抗301及びコンデンサ209を直列挿入した場合について説明する。雷サージ印加時にガラスコーティングにかかる電圧の過渡特性を計算機でシュミレーションすると抵抗301が500kΩ程度以上になると、ガラスコーティングにかかる電圧は1.5kV以下になることが計算で求められる。
When only a capacitor is inserted as in the first configuration example, as shown in FIG. 4C, the impedance between the commercial power supply and the ground potential is the sum of Z1 and Z4, but Z1 >> Z4. Therefore, it can be regarded approximately as Z1. Here, when a common mode surge is generated in the commercial power source due to lightning or the like, the surge voltage is applied to Z1, that is, the glass coating of the
しかしながら、抵抗301の抵抗値が大きくなると濃度ムラ解消の効果が低下する。図7は抵抗301として1MΩを挿入した場合の等価回路を示している。インピーダンスZ4は1.04MΩとなり、P1における交流電圧の減衰率は約9%となる。さらにP2での減衰率は約7%となる。この条件において画像印刷を行ったところ、図4の(a)の吸湿していない記録材Pを使用した場合と同等の画質を得ることができた。R301を5MΩ、10MΩとさらに大きくして印刷すると、次第に濃度ムラが発生する。従って、抵抗301の抵抗値とコンデンサC2の合成インピーダンスが、ヒータ212のガラスコーティングのインピーダンスの十分の一程度以下になるように設定することによって、本発明による効果が十分に得られることになる。
However, when the resistance value of the
以上より、ガラスコーティングの耐圧が低い場合においても、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導電経路にコンデンサと抵抗を直列挿入することにより、商用電源から転写ニップ上に伝達される交流電圧変動成分を除去し濃度ムラを解消すると共に、落雷等のサージ電圧が商用電源に侵入した場合も装置を保護することが可能となる。 From the above, even when the pressure resistance of the glass coating is low, the AC voltage fluctuation transmitted from the commercial power supply to the transfer nip can be obtained by inserting a capacitor and resistor in series in the conductive path of the fixing bias applied to the fixing roller or fixing film. The components can be removed to eliminate density unevenness, and the device can be protected even when a surge voltage such as a lightning strike enters the commercial power supply.
<本実施形態の画像形成装置の第3構成例>
上記第1構成例及び第2構成例において、コンデンサ209及び抵抗301は定着フィルム100もしくは加圧ローラ11の表面とバイアス電源20を接続する導電経路中に設けている。その実現手段としては別途接点やコンデンサや抵抗301を保持する部材が必要となる。
<Third Configuration Example of Image Forming Apparatus of This Embodiment>
In the first configuration example and the second configuration example, the
第3構成例では、図示しないが、バイアス電源20の回路が実装された基板上にコンデンサ209や抵抗301を実装することを特徴とする。
Although not shown in the third configuration example, the
これにより、追加部材も必要ないため安価な構成とすることが可能となる。メカニカルな構成においてもより単純な構成とすることが可能となる。 Thereby, since an additional member is not required, it becomes possible to set it as an inexpensive structure. Even in a mechanical configuration, a simpler configuration can be achieved.
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
33 除電ブラシ
20 1次帯電用高圧電源
26 放電抵抗
50 定着ローラ
90 CPU
100 定着フィルム
102 定着フィルムのプライマー層
103 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
207,208 放電抵抗
209 高圧コンデンサ
212 ヒータ
213 商用電源
300 転写電源
301 抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Organic photosensitive drum 2
DESCRIPTION OF
Claims (9)
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であって、前記加熱部材には交流電圧を給電する定着手段とを備える画像形成装置において、
前記定着手段が、
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ためのバイアス電圧発生手段と、
前記加熱部材もしくは加圧部材の表面と前記バイアス電圧発生手段とを接続する導電手段とを備え、
前記導電手段と接地電位との間に容量素子が挿入されていることを特徴とする画像形成装置。 Charging means for charging the image carrier;
Exposure means for forming an electrostatic latent image on the image carrier;
Developing means for developing the electrostatic latent image as a toner image;
Transfer means for transferring the toner image onto a recording material;
Fixing means for fixing the toner image on the recording material by sandwiching and transporting the recording material between at least a heating member and a pressure member having an elastic layer, wherein the heating member is supplied with an AC voltage. An image forming apparatus comprising:
The fixing means;
Bias voltage generating means for applying a bias voltage to at least one surface of the heating member or the pressure member;
A conductive means for connecting the surface of the heating member or the pressure member and the bias voltage generating means;
An image forming apparatus, wherein a capacitive element is inserted between the conductive means and a ground potential.
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であって、前記加熱部材には交流電圧を給電する定着手段とを備える画像形成装置における、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ための定着バイアス出力回路であって、
前記加熱部材もしくは加圧部材の表面とバイアス電圧発生手段とを接続する導電手段と接地電位との間に容量素子が挿入されていることを特徴とする定着バイアス出力回路。 Charging means for charging the image carrier;
Exposure means for forming an electrostatic latent image on the image carrier;
Developing means for developing the electrostatic latent image as a toner image;
Transfer means for transferring the toner image onto a recording material;
Fixing means for fixing the toner image on the recording material by sandwiching and conveying the recording material between at least a heating member and a pressure member having an elastic layer, wherein the heating member is supplied with an AC voltage. A fixing bias output circuit for applying a bias voltage to at least one surface of the heating member or the pressure member in an image forming apparatus comprising:
A fixing bias output circuit, wherein a capacitive element is inserted between a conductive means for connecting a surface of the heating member or the pressure member and a bias voltage generating means and a ground potential.
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