JP2010256529A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子写真方式や静電記録方式など画像形成装置において、定着フィルムへの紙粉の付着を抑えて、この紙粉付着に起因するトナー汚れ現象を防止する。
【解決手段】トナー像を担持し移動する像担持体と、前記像担持体の前記トナー像を担持する表面と記録材を介して当接し、電圧が印加され前記記録材に前記トナー像を転写させる転写部材と、前記トナー像が転写された記録材を、前記トナーと同極性の電圧で印加された定着フィルムを介して加熱加圧して、前記トナー像を前記記録材に定着させる定着装置と、画像形成動作を制御する制御手段とを備えた画像形成装置であって、制御手段は、記録材の先端から画像先端までの非印字領域Ｓ１および画像後端から記録材の後端までの非印字領域Ｓ２に対して、転写部材にトナーと同極性の転写バイアスＶｎを印加させる画像形成装置により前記課題を解決する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式などによって画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、特にその定着フィルムへの紙粉の付着に起因するトナー汚れ現象の防止に関するものである。

従来、電子写真方式、静電記録方式等を採用する画像形成装置に具備される定着装置においては、未定着トナー像を担持した記録材（転写材ともいう）を、互いに圧接して回転する定着ローラと加圧ローラとで形成されるニップ部（定着ニップ部）を通過させることにより記録材上に永久画像として定着させる、いわゆる加熱定着装置が広く用いられている。

従来の加熱定着装置の一例を図１３に示す。図１３において、１は加熱手段としての定着ローラであり、機械的強度を満足するように厚み０．５ｍｍ〜４ｍｍ程度のアルミの中空芯金３の内部にハロゲンランプ２が配設されている。そして、不図示の電源からの通電により中空芯金３内部から記録材上のトナーを融解させるのに十分な加熱を行う。また、記録材の搬送によって定着ローラ表面がチャージアップすることで発生するオフセットを防止するため、離型性層４にカーボンブラック等の導電部材を混入しているものもある。さらに定着ローラ１の中空芯金３は電気的にアース接続、もしくはダイオード素子を介して接地されていたり、バイアス印加手段３０によって、バイアス印加されており、定着ローラ表面がチャージアップしてオフセット画像が発生するのを防止している。
一方、６は前記定着ローラ１とローラ長手方向両端部において不図示の加圧バネにより圧接して記録材を挟持搬送する加圧ローラである。よって、加圧ローラ６の弾性により両ローラ間に十分なニップ幅を形成することができる。このニップ部に挟持搬送される記録材Ｐ上のトナー像を定着ローラ１からの加熱により定着することができる。また、特にスタンバイ時に加熱定着装置に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑える手法、詳しくはヒータ部と加圧ローラの間に薄肉のフィルムを介して記録材上のトナー像を定着するフィルム加熱方式による加熱定着方法の例が特許文献１ないし４等に提案されている。

図１４にフィルム加熱方式の一例の概略構成を示した。すなわち、図１４において、加熱ローラ１０は、耐熱性のあるステイホルダ（支持体）１２に固定支持させた加熱部材（加熱体、以下「ヒータ」と記す）１１と、前記ヒータ１１に耐熱性の薄肉フィルム（以下、「定着フィルム」と記す）１３から構成されている。そして、所定のニップ幅のニップ部（定着ニップ部）を形成するため、不図示の加圧手段により加圧ローラ６との間に所定の加圧力を付与させてある。ヒータ１１を所定の温度に加熱・温調させ、定着フィルム１３を矢印の方向に搬送移動させた状態において、定着ニップ部の定着フィルム１３と加圧ローラ６との間に被加熱材としての未定着トナー像を形成担持させた記録材を導入する。すると、記録材は定着フィルム１３の面に密着して前記定着フィルム１３と一緒に定着ニップ部を挟持搬送される。この定着ニップ部において、記録材・トナー像がヒータ１１により定着フィルム１３を介して加熱されて記録材上のトナー像が加熱定着される。 このように、フィルム加熱方式の加熱定着装置では、スタンバイ中にヒータへの通電を行わず、画像形成装置がプリント信号を受信してから記録材が定着ニップ部に到達するまでの間に急速にヒータへの通電により定着可能な温度まで加熱する。これにより、記録材上の未定着トナー像を加熱定着することが可能であり、省エネを満足する加熱定着手段である。

特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平２−１５７８７８号公報 特開平４−４４０７５号公報 特開平４−２０４９８０号公報

しかしながら、昨今、電子写真方式のプリンタは全世界で幅広く使用され、これにともないプリンタに使用される記録材も多種多様化してきている。例えば、ヨーロッパ市場では、記録材として、腰があり白色度の良いものが好まれており、記録材に用いられるフィラーとしては、ＣａＣＯ３が多く使用されている。従来一般に間接（転写）方式、あるいは直接方式によって未定着トナーが形成される際、記録材にはプラスの電荷が与えられ、ＣａＣＯ３ 等を含む紙粉もプラスの電荷を持つことが知られている。一方、画像上の問題等から定着フィルムには、マイナスのバイアスが印加されることが多く、プラスに帯電した紙粉を静電気的に定着フィルムヘと引き寄せてしまう傾向がある。その結果、定着フィルムに多量の紙粉が付着すると、定着フィルム表面の離型性が悪化し、運ばれてきたトナーが定着フィルムに容易に転移しやすくなる。この転移したトナーを以下、オフセットトナーと称す。このオフセットトナーは、定着フィルム周期のタイミングで、次の記録材の印字面に汚れとなって付着したり、記録材が定着ニップに介在しないタイミングで、加圧ローラ側へ転移することになる。加圧ローラにトナーが転移すると、加圧ローラの離型性も著しく低下するため、記録材（特に記録材がＯＨＰフィルムの場合）が加圧ローラに巻き付いたり、蓄積されたトナー汚れが一気に放出されて、記録材の裏面を著しく汚したりするという問題も生じる。

このような紙粉付着によるトナー汚れ現象は、低湿環境下ほどひどくなり、例えば、温度１５℃・湿度１０％の環境下でＣａＣＯ３ を１０〜１５％含んだ記録材を用いて通紙耐久テストを行うと、連続プリント１０００枚〜２０００枚の通紙枚数で加圧ローラは汚れ始め、それとほぼ同じ枚数で記録材にトナー汚れが発生し画像不良になることがある。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、電子写真方式や静電記録方式など画像形成装置において、定着フィルムへの紙粉の付着を抑えて、この紙粉付着に起因するトナー汚れ現象を防止することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明では、画像形成装置を次の（１）のとおりに構成する。

（１）トナー像を担持し移動する像担持体と、前記像担持体の前記トナー像を担持する表面と記録材を介して当接し、電圧が印加され前記記録材に前記トナー像を転写させる転写部材と、前記トナー像が転写された記録材を、前記トナーと同極性の電圧で印加された定着フィルムを介して加熱加圧して、前記トナー像を前記記録材に定着させる定着装置と、画像形成動作を制御する制御手段とを備えた画像形成装置であって、
前記制御手段は、前記記録材の先端から画像先端までの非印字領域および画像後端から当該記録材の後端までの非印字領域に対して、前記転写部材からトナーと同極性の電圧を印加させる画像形成装置。

本発明によれば、定着フィルムへの紙粉の付着を抑えて、この紙粉付着に起因するトナー汚れ現象を防止することができる。

実施例１の画像形成装置の概略構成を示す断面図 実施例１における、画像位置と転写バイアスの関係を示す図 実施例１における記録材Ｐの搬送タイミングを示す図 実施例１における転写バイアスの動作タイミングを示す図 実施例１における転写バイアス印加手段の制御ブロック図 実施例１における定着装置の構成を示す断面図 実施例１における定着フィルムへの給電回路を示す模式図 実施例１における定着バイアスの等価回路を示す模式図 実施例２おける画像位置と転写バイアスの関係を示す図 実施例２における記録材Ｐの搬送タイミングを示す図 実施例２における転写バイアスの動作タイミングを示す図 実施例３における転写バイアスの印加状態を示す図 従来例における加熱定着装置の構成を示す断面図 従来例における定着装置の構成を示す断面図

以下、本発明の実施の形態を画像形成装置の実施例にもとづいて詳しく説明する。なお、各実施例は、電子写真方式の画像形成装置であるが、誘電体ドラムを用い、トナーの転写、定着を行う静電記録方式の画像形成装置においても同様に実施することができる。また、各実施例は、感光体ドラムから記録材へ直接転写するものであるが、中間転写ベルトを介して記録材へ転写するものにおいても同様に実施することができる。そこで、請求項では、これらのトナー像を担持する、感光体ドラム、誘電体ドラム、中間転写ベルトを像担持体と表記している。

図１は、実施例１である“画像形成装置”の概略構成を示す断面図である。

Ａ 画像形成装置の全体説明
図１において、１０１は感光体ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。感光体ドラム１０１は矢印の方向に回転駆動（請求項でいう，移動に相当）される。まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ１０２によって一様帯電される。次に、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビーム１０３による走査露光が施され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置１０４で現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。可視化されたトナー像は、転写用高圧電源により転写バイアスを印加することで、感光体ドラム１０１に記録材を介して当接する転写部材としての転写ローラ１０５により、転写ニップ部Ｎ１の位置において、所定のタイミングで搬送された記録材Ｐ上に感光体ドラム１０１上より転写される。ここで感光体ドラム１０１上のトナー像の画像形成位置と記録材の先端の書き出し位置が合致するようにトップセンサ１０８にて記録材の先端を検知し、タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録材Ｐは感光体ドラム１０１と転写ローラ１０５に一定の加圧力で挟持搬送される。このトナー像が転写された記録材Ｐは定着装置１０６へと搬送され加熱加圧され、永久画像として定着される。一方、感光体ドラム１０１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置１０７により感光体ドラム１０１表面より除去される。

Ｂ 転写装置
図２は本実施例における、記録材Ｐの画像位置と転写バイアスの関係を示す概略図である。転写バイアスＶ０、Ｖｔ、Ｖｃ、Ｖｎはいずれも転写用高圧電源により定電圧制御で転写ローラ１０５に印加される電圧である。転写バイアスＶ０は、転写ニップ部Ｎ１に記録材Ｐが存在しないタイミングに転写ローラ１０５に印加される。転写バイアスＶｔは、転写強バイアスで、例えば感光体ドラム１０１と転写ローラ１０５間で形成される転写ニップ部Ｎ１に記録材Ｐが存在しないときに、不図示の電源より転写ローラ１０５に一定電流を定電流制御で付与したときの発生電圧Ｖ０から予め設定した制御式により算出する、いわゆるＰＴＶＣ制御方式等で決定した電圧値である。この転写バイアスＶｔは、転写ニップ部Ｎ１に画像形成領域Ｓが存在するタイミングにおいて転写ローラ１０５に印加される。Ｖｃは転写ニップ部Ｎ１に記録材Ｐが存在しないタイミングにおいて、転写ローラ１０５に付着したトナーを感光体ドラム１０１上に吐き出すために印加される、転写ローラクリーニングバイアスであり、本実施例ではマイナス１０００Ｖとした。Ｖｎは、記録材Ｐの先端非印字領域Ｓ１と後端非印字領域Ｓ２をマイナスに帯電させるための転写逆バイアスであり、本実施例ではＶｎをマイナス５００Ｖに設定した。

図３は本実施例における記録材Ｐの搬送タイミングを示す概略図であり、図４は本実施例における転写バイアスの動作タイミングを示す概略図である。転写バイアスの動作タイミングは、紙先端Ｘ０がトップセンサ１０８をＯＮするタイミングＴ０を起点として、記録材Ｐの先端Ｘ０が転写ニップ部に突入するタイミングＴ１、画像先端Ｘ１が転写ニップ部Ｎに突入するタイミングＴ２、画像後端Ｘ２が転写ニップ部Ｎ１を抜けるタイミングＴ３、紙後端Ｘ３が転写ニップ部Ｎ１を抜けるタイミングＴ４において、転写用高圧電源による印加バイアスを切り替える。各タイミングにおけるバイアス印加状態は、Ｔ０からＴ１までは転写バイアスＶ０を出力し、Ｔ１からＴ２までは転写バイアスＶｎを出力し、Ｔ２からＴ３までは転写バイアスＶｔを出力し、Ｔ３からＴ４までは転写バイアスＶｎを出力する。その他、画像形成装置のプリント動作（画像形成動作）中で、Ｔ０以前の紙先端がトップセンサをＯＮするまでの間や、Ｔ４以降の紙後端が排紙センサ１２７をＯＦＦするまでの間、および、連続プリント動作中のプリント間は、転写バイアスＶ０を出力する。連続プリントのラスト紙後端が排紙センサ１２７をＯＦＦしてからプリント動作が終了するまでの所定時間の間には、転写ローラをクリーニングする目的で、転写バイアスＶｃが印加される。各タイミングＴ１からＴ４の動作タイミングは、紙の搬送速度をＰｓ［ｍｍ／ｓｅｃ］、トップセンサ１０８から転写ニップ部Ｎ先端までの距離をＹ０［ｍｍ］、紙先端Ｘ０から画像先端Ｘ１までの長さをＹ１［ｍｍ］、紙先端Ｘ０から画像後端Ｘ２までの長さをＹ２［ｍｍ］、紙先端Ｘ０から紙後端Ｘ３までの長さをＹ３［ｍｍ］、とした場合に、紙先端Ｘ０がトップセンサ１０８をきるタイミングＴ０を起点として、Ｔ１はＹ０／Ｐｓ［ｓｅｃ］、Ｔ２は（Ｙ０＋Ｙ１）／Ｐｓ［ｓｅｃ］、Ｔ３は（Ｙ０＋Ｙ２）／Ｐｓ［ｓｅｃ］、Ｔ４は（Ｙ０＋Ｙ３）／Ｐｓ［ｓｅｃ］、だけ遅れたタイミングで実行される。連続プリント動作中の２枚目以降に関しては、再び各プリント紙先端Ｘ０がトップセンサ１０８をきるタイミングを起点として、その起点から、Ｔ１はＹ０／Ｐｓ［ｓｅｃ］、Ｔ２は（Ｙ０＋Ｙ１）／Ｐｓ［ｓｅｃ］、Ｔ３は（Ｙ０＋Ｙ２）／Ｐｓ［ｓｅｃ］、Ｔ４は（Ｙ０＋Ｙ３）／Ｐｓ［ｓｅｃ］、だけ遅れたタイミングで実行される。

図５は本実施例における転写バイアス印加手段の制御ブロック図である。ＣＰＵ１３０は、転写バイアス印加動作に関連する情報を検知、記憶、演算、実行するためのＤＣコントローラである。ＣＰＵ１３０は、トップセンサ１０８と排紙センサ１２７のＯＮ、ＯＦＦ情報を記憶するセンサ情報記憶手段１３１と、印字する印字パターンの画像データからレーザーが露光する印字情報を記憶する印字情報記憶手段１３２を有する。また、両情報記憶手段に記憶された情報とタイマ手段によるタイミングを調整するタイマ手段１３３を有する。さらに、両情報御記憶手段に記憶された情報とタイマ手段によるタイミング情報をもとに演算処理を実行し、その演算処理の結果にもとづき、転写バイアス印加手段１３５にバイアス印加タイミングを指令する制御部１３４を有する。転写バイアス印加手段１３５は、制御部１３４からの指令にもとづきバイアス印加を実行するように構成される。

なお、本実施例では、紙の搬送速度Ｐｓは１５０ｍｍ／ｓｅｃ、トップセンサ１０８から転写ニップ部Ｎまでの距離Ｙ０は２５ｍｍとしている。そして、Ｔ０を起点とした各タイミングＴ１からＴ４の動作タイミングや、紙先端Ｘ０を基準とした画像先端Ｘ１までの長さＹ１、画像後端Ｘ２までの長さＹ２などの画像位置関係に関しては、前述のセンサ情報記憶手段１３１と、印字情報記憶手段１３２と、タイマ手段１３３の情報をもとに、制御部１３４で演算処理を実行して算出される。またこの算出結果にもとづき、制御部１３４の指令で転写バイアス印加手段１３５から所望の転写バイアスが印加される。

以上、本実施例の転写バイアス印加タイミングの動作をまとめると、画像形成領域Ｓが転写ニップ部Ｎ１を通過するタイミングＴ２にて転写装置が転写バイアスＶｔを印加する。そして、画像形成されていない先端非印字領域Ｓ１と後端非印字領域Ｓ２が転写ニップ部Ｎ１を通過するタイミングでは、転写装置は転写バイアスＶｔと逆極性の転写逆バイアスＶｎを印加する。その結果、先端非印字領域Ｓ１と後端非印字領域Ｓ２上に付着している紙粉Ｄ１は、転写逆バイアスＶｎと同極性に帯電され、その極性を維持したまま、定着装置１０６に搬送される。詳細は後述するが、本実施例の定着装置１０６では、定着フィルム１１３の表面をマイナス極性に帯電させることで、マイナス極性を持つトナーＴが静電的に定着フィルム１１３にオフセットする現象を防止している。これと同様の作用効果により、記録材Ｐ上の紙粉Ｄ１は、転写バイアスＶｎの影響を受けてマイナスに帯電しているので、同じくマイナス帯電している定着フィルム１１３にオフセットしないで定着ニップＮ２を通過できる。また、マイナス帯電している記録材Ｐ上の領域Ｓ１、Ｓ２が定着ニップＮ２を通過することで、プラス帯電して定着フィルム１１３に付着している紙粉Ｄ２を、記録材Ｐ上に静電的に回収することができる。

Ｂ 定着装置
図６に、本実施例における定着装置１０６の構成を示す。図６において、定着部材１１０は以下の部材から構成される。１１３は熱容量の小さな定着フィルムであり、図７に示すように、クイックスタートを可能にするために総厚１００μｍ以下の厚みの耐熱性フィルムである。基層１１３ａとしてポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂、あるいは耐熱性、高熱伝導性を有するＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｎ等の金属部材を単独ないし複合して形成してある。樹脂製の基層１１３ａの場合には、熱伝導性を向上するために、ＢＮ、アルミナ、Ａｌ等の高熱伝導性粉末を混入してあっても良い。また、長寿命の定着フィルム１１３を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れた基層１１３ａとして、総厚２０μｍ以上の厚みが必要である。よって定着フィルム１１３の総厚みとしては２０μｍ以上１００μｍ以下が最適である。さらに、図７に示すように、オフセット防止や記録材の分離性を確保するために表層にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレン テトラフルオロエチレン共重合体）、ＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合ないし単独で離型性層１１３ｃを被覆してある。前記離型性層１１３ｃは、カーボンブラック、イオン導電性物質等の導電性部材が混入されており、比抵抗が１×１０７〜１×１０１４Ω・ｃｍ程度で厚さが５〜２０μｍ程度被覆されている。被覆の方法としては、例えば基層１１３ａの外面に接着剤である導電性プライマ層１１３ｂを塗布し、離型性層１１３ｃを被覆する等、基層１１３ａもしくはプライマ層１１３ｂのどちらかが少なくとも導電性部材より形成されている。導電性プライマ層１１３ｂはカーボンブラック等の導電性付与部材が分散されており、比抵抗が１×１０５Ω・ｃｍ以下で厚み２〜１０μｍ程度で形成されている。

また、１１１（図６参照）は、前記定着フィルム基層１１３ａを基材としてなる定着フィルム１１３の内部に具備されたヒータである。定着ニップ部において前記ヒータ１１１を定着フィルム１１３の内面に接触することにより、定着ニップ部に搬送された記録材上のトナー像を溶融、定着させるニップ部の加熱を行う。ヒータ１１１は、アルミナ、ＡｌＮ等のセラミック材料より形成される高熱伝導性基板の定着ニップと反対側もしくは、ニップ側に、長手方向に沿って、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、Ｎｉ／Ｃｒ、ＲｕＯ２、Ｔａ２Ｎ、ＴａＳｉＯ２等の導電剤とガラス、ポリイミド等のマトリックス成分からなる通電発熱抵抗層をスクリーン印刷、蒸着、スパッタリング、メッキ、金属箔等により、厚み１０μｍ程度、幅１〜５ｍｍ程度の線状もしくは細帯状で弓状に塗工して形成されている。そして、前記ヒータ１１１による加熱温度はサーミスタ等の温度検知手段１１４によって検出され、加熱温度が所定温度になるように制御される。また通電発熱抵抗層の上には、耐熱性のポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ガラス等の絶縁性保護層を形成してある。また、定着ニップ側の定着フィルムと摺擦する部分には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレン テトラフルオロエチレン共重合体）、ＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等のフッ素樹脂層やポリイミド、ポリアミドイミド等の樹脂を単独ないし、混合して被覆する。あるいはグラファイト、二硫化モリブデン等からなる乾性被膜潤滑剤、ガラス、ＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）等を薄く塗布あるいは蒸着することによって形成された摺動層を設けてあっても良い。これにより、定着フィルムとヒータは低摩擦係数で滑らかに摺動することが可能になる。あるいは、高熱伝導基板の定着フィルムと摺動する面の表面粗さを所定以下に抑え、潤滑性グリース等により摺動性を確保し、熱抵抗を小さく抑えることで熱効率を向上させる構成であっても良い。１１２はヒータ１１１を保持し、ニップと反対方向への放熱を防ぐための断熱ステイホルダであり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成されており、定着フィルム１１３が余裕をもってルーズに外嵌されている。そして、定着フィルム１１３は矢印の方向に回転自在に配置されている。また、加圧部材としての加圧ローラ１２０は、ＳＵＳ、ＳＵＭ、Ａｌ等の金属製芯金１２１の外側に好ましくは導電性部材を分散させたシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコンゴムを発泡して形成された弾性層１２２からなる。そして、弾性層１２２の上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性層１２３を形成してあってもよい。加圧ローラ１２０は前記の定着部材１１０の方向に不図示の加圧バネ等の加圧手段により、長手方向両端部から加熱定着に必要なニップ部を形成するべく十分に加圧されている。また、加圧ローラ１２０の金属製芯金１２１の長手方向端部より、不図示の駆動手段により回転駆動される。この結果断熱ステイホルダ１１２の外周面に余裕をもってルーズに外嵌されている定着フィルム１１３は加圧ローラ１２０の外周面により摩擦力で従動回転させられる。
また、図７に示すように、１１６は、定着フィルム１１３の導電性プライマ層に導電性ブラシ１１７等によって給電するためのバイアス印加手段である。このバイアス印加手段１１６により、マイナス極性を持つトナーが静電的に定着フィルム１１３に付着するのを防止するため、記録材搬送タイミングに応じてマイナス極性の所定の電圧を定着フィルム導電層１１３ｂに印加することが可能となっている。また、図６において、１２５、１２６は定着ニップ下流側に配置された導電性排出ゴムローラ、排出コロであり、定着ニップから排出された記録材Ｐを挟持搬送するローラ対である。導電性排出ゴムローラ１２５はアルミ等の金属製芯金にシリコンゴム等の耐熱ゴムにカーボンブラック等の導電性付与部材が分散されたゴム層が形成されており、前記導電性ゴムは比抵抗が１×１０６Ω以下の導電性を付与されている。また導電性排出ゴムローラ１２５の金属製芯金は電気的に接地された状態となっており、定着フィルム１１３の導電性プライマ層１１３ｂにバイアス印加手段１１６によって印加された電圧との間で所定の電位差を形成している。よって、記録材Ｐが定着ニップおよび導電性排出ゴムローラ１２５に接触している間は、導電性排出ゴムローラ１２５と定着フィルム１１３の導電性プライマ層１１３ｂの間で電流経路が形成されている。ここで本実施例では、導電性排出ゴムローラ１２５で説明しているが、記録材と接触する導電性部材は導電性ブラシ、導電性ガイド等どのような形態であってもよい。要は定着フィルム１１３の導電性プライマ層１１３ｂとの間で電位差を生じることで記録材を介して電流経路を形成するものであれば良い。また、加圧ローラ１２０の金属製芯金１２１はダイオード等の整流素子１２４によってトナーと逆極性の電荷が加圧ローラ芯金１２１や導電性弾性層１２２に誘起される構成となっている。これにより、定着フィルム１１３の導電性プライマ層１１３ｂと加圧ローラ１２０の導電性弾性層１２２との間に所定の電位差を生じさせる構成となっている。１２７は記録材が定着ニップから排出されたことを検知する排紙センサである。特に加圧ローラ１２０の導電性部材と接地間に整流素子１２４を介在させることは、加圧ローラ１２０表面の電位を安定させることが可能になるため、装置間でのばらつきを抑え、オフセット現象の安定化を図るために有効である。

以上が定着装置の構成であり、記録材Ｐは不図示の供給手段によって適宜供給され、耐熱性の定着入口ガイド１１５に沿って加熱部材１１０と加圧部材１２０によって形成される定着ニップＮ２内に搬送される。その後、定着ニップＮ２より排出された記録材Ｐは導電性排出ゴムローラ１２５と排出コロ１２６によって挟持搬送され、耐熱性の不図示の定着排出ガイドに案内されて不図示の排出トレイ上に排出される。また、記録材Ｐを定着ニップ内で加熱定着している間は、記録材の先端位置の検知を行うトップセンサ１０８、排紙センサ１２７の信号を基に、前記バイアス印加手段１１６により定着フィルム導電プライマ層へ所定のマイナスバイアスを印加している。

Ｃ 定着バイアス回路
図８は、本実施例における定着装置の要部を示した図であり、定着ニップ部に、未定着トナーＴ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を示している。１１６はバイアス印加手段であり、定着フィルム１１３の導電性プライマ層１１３ｂへバイアスが印加される。導電性プライマ層１１３ｂへのバイアス印加は、図７に示したような導電ブラシ、あるいは不図示の導電ゴムリング等の給電部材を導電性プライマ層１１３ｂに接触させることで行う。バイアス印加手段１１６の出力端から導電性プライマ層１１３ｂ間には保護抵抗として抵抗Ｒｄが接続されている。また、Ｒｂは前記給電部材と導電性プライマ層１１３ｂ間の接触抵抗、および導電性プライマ層１１３の定着ニップ部付近までの抵抗を示しており、Ｒｆは定着フィルムの離型性層１３ｃの抵抗を表している。定着ニップ部の近傍Ｐｎの領域では、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、Ｐｎ部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程小さくなり、Ｐｎの領域では等電位と見なすことができる。定着ニップ通過後の記録材は含水率が低下することから、抵抗値は無視できなくなり、接地電極である導電性排出ゴムローラ１２５までの抵抗をＲｐで表している。また、接地電極である導電性排出ゴムローラ１２５の記録材Ｐとの接触抵抗とアースまでの抵抗はＲｈで表している。

以上の等価回路により、バイアス印加手段１１６でトナーと同極性のマイナスバイアスＶｎを印加すると、定着フィルム１１３の導電性プライマ層１１３ｂの電位Ｖｎと離型性層１１３ｃ、記録材Ｐ、接地電極である導電性排出ゴムローラ１２５を介して接地電位との間に電流ｉが流れる。その結果、導電性プライマ層１１３ｂと記録材Ｐの等電位部Ｐｎ間に電界Ｅｆが生じ、この電界により、マイナスに帯電しているトナーＴには、電荷量ｑに比例した記録材Ｐに対する拘束力Ｆｔ＝ｑ・Ｅｆが働く。これにより、トナーＴは、静電的に定着フィルム離型性層１１３ｃに付着することなく、定着ニップＮ２を通過することができ、定着フィルム１１３へのオフセットトナーを軽減することができる。

また、図２において、非印字領域Ｓ１、Ｓ２上の紙粉Ｄ１も、転写逆バイアスＶｎの影響でマイナスに帯電している。そのため、トナーＴと同じく、定着フィルム１１３に付着することなく、定着ニップＮ２を通過することができ、定着フィルム上に紙粉Ｄ１が蓄積するのを抑制できる。しかし、その一方で、転写バイアスＶｔの影響を受けてプラスに帯電した紙粉Ｄ２は、逆に定着フィルム１１３に引き寄せられ表面に付着して残存してしまう。このような紙粉Ｄ２に対しては、マイナスに帯電した記録材Ｐを定着ニップＮ２に通過させることで、再び記録材Ｐへ静電的に回収することができる。つまり、本実施例では、転写逆バイアスＶｎが印加される非印字領域Ｓ１、Ｓ２領域が定着ニップＮ２を通過することで、定着フィルム１１３上の紙粉Ｄ２を回収することができる。このような作用効果により、定着フィルム１１３に蓄積する紙粉Ｄの量は軽減され、定着フィルム表面の離型性を延命することがきる。このため、離型性の低下によりトナーが定着フィルム１１３にオフセットして次の記録材Ｐの印字面を汚したりする現象を抑制することができる。また、オフセットトナーが加圧ローラ１２０へ転移した後に、記録材Ｐ（特に記録材がＯＨＰフィルムの場合）が加圧ローラ１２０に巻き付いたり、蓄積されたトナー汚れが一気に放出され、記録材Ｐの裏面を著しく汚し付着してしまう現象を抑制することができる。

Ｄ 実験結果
使用した画像形成装置は、記録材搬送スピードが１５０ｍｍ／ｓｅｃのレーザービームプリンタである。このプリンタは、現像装置においてトナーをマイナス帯電させてジャンピング現像法により感光体ドラム上にトナー画像を形成し、転写ローラで記録材上に画像を転写する装置である。転写装置としては、転写ローラは外径１２．５ｍｍのイオン導電性のスポンジローラを使用し、転写バイアスＶｎの出力は−５００Ｖである。定着装置としては、前記定着フィルム１１３は外径３０ｍｍの厚み４０μｍのＳＵＳ３０４材を筒状に形成した部材の外面に導電性プライマ層１１３ｂを４μｍ塗布し、さらに導電部材を分散したＰＦＡを離型性層１１３ｃとして１０μｍ形成した。離型性層１３ｃの比抵抗を１×１０９Ω・ｃｍとした。また、加圧ローラ１２０は外径２２ｍｍのアルミ芯金外面に厚み４ｍｍ、外径３０ｍｍの導電性シリコンゴムよりなる弾性層１２２を形成し、さらに外層には厚み４０μｍの絶縁ＰＦＡチューブを形成した。また、図６に示すように、加圧ローラ１２０のアルミ芯金１２１には接地との間に整流素子１２４を介在させ、加圧ローラ１２０の導電性弾性層１２２にはトナーと逆極性の電荷が誘起されるように接続した。定着バイアスＶｎの出力はマイナス１．０ｋＶである。

実験は、温度１５℃・湿度１０％の環境下でＣａＣＯ３ を１０〜１５％含んだ記録材Ｐを用いて、従来例と本実施例の２条件でトータル１００００枚の連続プリント耐久を行った。耐久画像は紙先後端に２０ｍｍの非印字領域を設けた４％印字画像とし、プリント枚数が５００枚、１０００枚、５０００枚、１００００枚時点において、定着フィルムへの紙粉汚染レベルと、記録材裏面のトナー汚れを比較した。表１に実験結果を示す。表において数値はランクを示し、○は全く問題の無いレベル、△○は微小に発生しているレベル、△は許容レベル、△×は悪いことが確認できるレベル、×は劣悪レベルを示す。（以下の表図に示すレベルも同様の表記とする。）

以上の結果より、本実施例は、従来例に比して明らかに紙粉の付着量が軽減し、それに起因するトナー汚れも改善していることがわかる。本実施例の実験結果によると、先後端のわずか２０ｍｍ程度の非印字領域にのみ転写逆バイアスＶｎを印加するだけでも、その効果を発揮することが実証された。とりわけ、記録材Ｐの先後端は紙製造の裁断でエッジが立ち、そのエッジが定着フィルム１１３と摺擦することで、紙紛が発生しやすい領域でもある。本実施例の制御では、この紙粉が発生しやすい領域に対して、常に集中的に転写逆バイアスＶｎを印加し続けたこと、そして、この逆バイアスが印加された領域が定着ニップＮ２を通過することで、すでにプラス帯電して定着フィルム１１３に付着してしまっている紙粉Ｄ２を、再び記録材Ｐに回収し続けたことにより、連続プリントすればするほど、従来に比して、その改善効果がより顕著になったと思われる。

このように、本実施例によれば、紙粉が発生しやすい先後端の非印字領域に対して転写逆バイアスを印加することで、この領域における紙粉をマイナスに帯電させて定着フィルムへの付着を防止する。さらに、すでに定着フィルムに付着している紙粉を再び記録材Ｐへと回収する。このことで、連続プリント耐久を通して、定着フィルム上に付着、蓄積する紙粉の量を軽減し、その表面の離型性を延命し、それに起因する、オフセット現象や記録材裏面のトナー汚れ現象を抑制することができる。

なお、本実施例では、転写逆バイアスをマイナス５００Ｖとしているが、このバイアスの絶対値が大きすぎると、転写クリーニングと同じ作用により、同じくマイナスに帯電して転写ローラ上に付着しているトナーを記録材の裏面に転写してしまうおそれがある。このような理由により、転写逆バイアスＶｎは、転写クリーニングバイアスＶｃよりも小さくなるように設定している。また、本実施例では、通紙中の転写逆バイアスＶｎを定電圧で出力制御しているが、転写ローラや記録材Ｐの負荷抵抗によらず、安定して所望の電流を供給できる方法として、定電流で出力制御しても良い。

実施例２である“画像形成装置”について説明する。本実施例は、実施例１で実行している紙先後端の非印字領域Ｓ１、Ｓ２での転写逆バイアスＶｎ印加だけでなく、紙先後端以外の非印字領域（印字率０％の領域）に対しても、転写逆バイアスＶｎを印加することを特徴としている。本実施例は、実施例１に比べると、転写逆バイアスＶｎの印加時間が長くなるので、定着フィルム上に付着する紙粉の量をさらに軽減するとともに、すでに定着フィルム上に付着している紙粉を効率よく回収することもできる。以下に、本実施例について説明するが、実施例１と同様の箇所については説明を省略する。

図９に本実施例における画像位置と転写バイアスの関係の概略図、図１０に本実施例における記録材Ｐの搬送タイミングの概略図、図１１に本実施例における転写バイアスの動作タイミングの概略図を示す。本実施例では、記録材Ｐ中の印字領域Ｓが複数に分断される場合を想定しており、先後端余白Ｓ１、Ｓ２領域以外にも、非印字領域（印字率０％の領域）Ｓｍｎが存在する。本実施例では、実施例１で印加していた転写逆バイアスＶｎを、紙先後端余白Ｓ１、Ｓ２以外に、この非印字領域Ｓｍｎに対しても印加する。
この非印字領域Ｓｍｎの先端Ｘｍが転写ニップ部Ｎ１に突入するタイミングをＴｍ、後端Ｘｎが転写ニップ部Ｎ１を抜けるタイミングをＴｎとする。すると、タイミングＴｍ、Ｔｎの動作タイミングは、紙の搬送速度をＰｓ［ｍｍ／ｓｅｃ］、トップセンサ１０８から転写ニップ部Ｎ１先端までの距離をＹ０［ｍｍ］、紙先端Ｘ０からＸｍまでの長さをＹｍ［ｍｍ］、紙先端Ｘ０からＸｎまでの長さをＹｎ［ｍｍ］、とした場合に、紙先端Ｘ０がトップセンサ１０８をきるタイミングＴ０を起点として、ＴｍはＹｍ／Ｐｓ［ｓｅｃ］、ＴｎはＹｎ／Ｐｓ［ｓｅｃ］となる。したがって、実施例１に比べると、非印字領域Ｓｍｎが転写ニップ部Ｎ１を通過する時間Δ｜Ｔｎ−Ｔｍ｜［ｓｅｃ］だけ、転写逆バイアスＶｎを印加する時間が長くなる。
ただし、非印字領域Ｓｍｎの幅｜Ｙｎ−Ｙｍ｜［ｍｍ］と転写ニップ部Ｎ１の幅｜Ｎｄ｜［ｍｍ］の関係が、｜Ｙｎ−Ｙｍ｜＜｜Ｎｄ｜の場合には、非印字領域Ｓｍｎと、画像形成領域Ｓの一部が、同一のタイミングにて転写ニップ部内に共存した状態になるため、このタイミングでは、転写性を悪化させるようなマイナスの転写逆バイアスＶｎを印加できない。また、｜Ｙｎ−Ｙｍ｜＞｜Ｎｄ｜を満たしていても、｜Ｙｎ−Ｙｍ｜の長さに十分な間隔がないと、転写バイアス切替えが遅れたり、切替え時にオーバーシュートを引き起こすなどして、瞬間的に電流不足や過電流を引き起こすおそれもある。また、それが原因で画像形成領域Ｓに画像不良を引き起こしたり、紙粉Ｄ１に対しても安定して所望のマイナス電荷に帯電できないことも考えられる。
本実施例では、このような弊害が生じないことを条件に、印字率０％領域Ｓｍｎの幅｜Ｙｍ−Ｙｎ｜を２０ｍｍと設定した。つまり、前述した印字情報記憶手段１３２とタイマ手段１３３の情報をもとに、非印字領域Ｓｍｎの幅が２０ｍｍ以上あると算出されたタイミングに限り、ＴｍとＴｎのタイミングで転写バイアスの切替えを実行する。この非印字領域Ｓｍｎは、請求項でいう、記録材の搬送方向の所定幅以上の印字率０％の領域に相当する。

次に本実施例の効果を確認するため、実施例１と同様の実験を行い、紙粉付着レベルと記録材裏面へのトナー汚れについて、従来例、実施例１との比較を行った。

以上より、本実施例２は、実施例１に比して、紙粉汚染がさらに改善する結果となった。本実施例によれば、通紙中の転写逆バイアスＶｎを、紙先後端余白Ｓ１、Ｓ２に加えて非印字領域Ｓｍｎにも、繰り返し印加しつづけることで、記録材Ｐのより広い領域をマイナスに帯電させることができる。その結果、記録材Ｐ上の紙粉が定着フィルムに付着するのをさらに抑制できるとともに、すでに定着フィルム上に付着しているプラス帯電した紙粉を記録材Ｐ上に効率よく回収することができる。このようにして、紙粉付着に起因する記録材裏面のトナー汚れ等のレベルをさらに改善することができる。

実施例３である“画像形成装置”について説明する。本実施例は、定着フィルムに付着している紙粉やトナーをクリーニングする目的で、マイナスに帯電させた記録材Ｐを定着装置に挿通するモードを設けることを特徴としている。以下、本実施例について説明するが、実施例１、２と同様の構成については説明を省略する。

図１２に本実施例で実行するモードにおける転写バイアスの印加状態を示す。本モードでは、記録材Ｐの全面に画像形成を行わない状態で転写逆バイアスＶｎを印加し、記録材Ｐをマイナスに帯電した状態で定着装置１０６に挿通する。定着装置１０６内に挿通された記録材Ｐは、定着ニップＮ２で、定着フィルム１１３上でプラスに帯電している紙粉Ｄ２を、前述した静電的な作用により、効率よく、記録材Ｐに転移させることができる。このようなモードを定期的に繰り返すことで、定着フィルム１１３上に紙粉Ｄ２が蓄積するのを防止できるので、定着フィルムの離型性を延命し、それに起因する、オフセット現象や記録材裏面のトナー汚れ現象を抑制することができる。そこで、以上のようなモードを、連続プリント耐久の合間に、１０００枚に１回１枚のペースで実行することで、実施例１と同様の実験を行い、紙粉付着レベルと記録材裏面へのトナー汚れについて、従来例、実施例１、実施例２との比較を行った。

以上の結果より、本実施例のように、１０００枚の１回１枚のペースでも、定期的にクリーニングモードを設け、マイナスに帯電した記録材を定着装置に挿通することで、連続プリント耐久１００００枚を通して、紙粉の付着を大幅に軽減できる。これにより、紙粉付着により悪化してしまう記録材裏面のトナー汚れに対しても改善効果があることが確認された。また、この作用効果を上げるには、このモードを、ユーザーが指定して動作させるだけでなく、給紙可能な状態を検知するなどして、スタンバイ中や連続プリントジョブの合間、プリントジョブ終了後などに、自動的に動作させてもよい。また、汚れやすいＬＬ環境や耐久後半などの状況に応じて、１回のモード実行に対して、複数枚の記録材Ｐを挿通してもよい。

Ｐ 記録材
Ｔ トナー
１０１ 感光体ドラム
１０２ 帯電ローラ
１０３ レーザビーム
１０４ 現像装置
１０５ 転写ローラ
１０６ 定着装置
１１０ 定着部材
１１３ 定着フィルム
１１６ バイアス印加手段
１２０ 加圧ローラ

Claims (3)

1. トナー像を担持し移動する像担持体と、前記像担持体の前記トナー像を担持する表面と記録材を介して当接し、電圧が印加され前記記録材に前記トナー像を転写させる転写部材と、前記トナー像が転写された記録材を、前記トナーと同極性の電圧で印加された定着フィルムを介して加熱加圧して、前記トナー像を前記記録材に定着させる定着装置と、画像形成動作を制御する制御手段とを備えた画像形成装置であって、
   前記制御手段は、前記記録材の先端から画像先端までの非印字領域および画像後端から当該記録材の後端までの非印字領域に対して、前記転写部材からトナーと同極性の電圧を印加させることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記記録材の前記画像先端から前記画像後端までの間に、前記記録材の搬送方向の所定幅以上の印字率０％の領域がある場合にも、前記転写部材にトナーと同極性の電圧を印加することを特徴とする画像形成装置。
3. トナー像を担持し移動する像担持体と、前記像担持体の前記トナー像を担持する表面と記録材を介して当接し、電圧が印加され前記記録材に前記トナー像を転写させる転写部材と、前記トナー像が転写された記録材を、前記トナーと同極性の電圧で印加された定着フィルムを介して加熱加圧して、前記トナー像を前記記録材に定着させる定着装置と、画像形成動作を制御する制御手段とを備えた画像形成装置であって、
   前記制御手段は、前記転写部材にトナーと同極性の電圧を印加した状態での、前記像担持体の前記表面とこれに当接する前記転写部材の間の転写ニップ部に、記録材を搬送させて帯電させた後に前記定着装置に挿通する処理を、所定のプリント枚数ごとに実行することを特徴とする画像形成装置。

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