JP2013113910A - 加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次転写ニップ部の転写電圧に交流電圧のＡＣ成分が重畳することによる画像の副走査方向の濃度ムラを防止する。
【解決手段】記録紙上のトナー像１３１と接触する定着ローラ１５４と、定着ローラ１５４と共に記録紙を搬送する定着ニップ部Ｎ１を形成する加圧ローラ１２５と、定着ローラ１５４と加熱ニップ部Ｎ２を形成する加熱ローラ１１１とを有する加熱定着装置において、定着ニップ部Ｎ１と加熱ニップ部Ｎ２の間の抵抗値が、定着ニップ部Ｎ１から加圧ローラ１２５を介した接地までの抵抗値（Ｒ_Ｒ＋Ｒ_２）の抵抗と、中間転写体１４６上のトナー像１３１を記録紙に転写する転写ローラ１４５の芯金１４１から記録紙までの抵抗値と転写ローラ１４５に電圧を印加する高圧電源１４４と芯金１４１の間に接続されている抵抗の抵抗値の和（Ｒ_Ｔ＋Ｒ_１）の抵抗とを並列接続した場合の合成抵抗の抵抗値の所定倍以上であることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の記録紙に画像を形成する画像形成装置に搭載する加熱定着装置に関する。

電子写真方式等の画像プロセス装置により記録紙に形成したトナー画像を固着画像として加熱処理する加熱定着装置では、高温多湿の環境下で、記録紙の含水量が多いと加熱ローラと加圧ローラが記録紙を挟む定着ニップ部で転写不良等の画像不良が発生しやすい。そこで、従来は加熱ローラのヒータ付近での水蒸気発生による画像不良を防止するために、加圧ローラ及び加熱ローラを高抵抗を介して接地する方法が取られる場合もあった。

図６（ａ）は従来のフィルム加熱方式の加熱定着装置の概略構成図である。加熱定着装置は、加熱ローラである加熱ローラ１１０と加圧ローラ１２４を有し、加熱ローラ１１０と加圧ローラ１２４で定着ニップ部Ｎを形成する。加熱ローラ１１０のヒータ１０１は、図６（ａ）の奥行き方向を長手方向とする細長薄板形状の低熱容量ヒータである。このヒータ１０１は、絶縁性と高熱伝導率の細長薄板形状のヒータ基板１０２と、このヒータ基板１０２に設置された発熱抵抗体部１０３と、この発熱抵抗体部１０３をコーティングするガラス１０４を有する。断熱ヒータホルダ１０５は、支持部材として機能し、下面に部材長手方向に沿ってヒータ１０１を嵌め込む溝が形成されており、ヒータ１０１はこの溝に嵌め込まれて固定支持されている。更に、断熱ヒータホルダ１０５は金属ステイ１０６によりヒータ１０１側へ押圧されている。ヒータ１０１の露出面は、熱伝導性の高いフィルム層１０７が押し当てられ、フィルム層１０７の外周面上に離型層１０８が形成されている。フィルム層１０７は、その電位を固定させるため、導電シート１０９により金属ステイ１０６と連結されている。加圧ローラ１２４は、芯金１２０の外周面上に弾性層１２１が形成され、その外周面上に離型層１２２が形成されている。また、上述した転写不良を防止するため、芯金１２０と金属ステイ１０６は高抵抗値の保護抵抗１２３を介して接地されている。

中間転写ベルト１４６上に転写されたトナー像１３１は、二次転写ローラ１４５と従動ローラ１４０の間の二次転写ニップ部Ｎ’で記録紙１３０上に転写される。なお、記録紙１３０は図のＡの方向に搬送される。二次転写ローラ１４５は芯金１４１の外周面上に弾性層１４２が形成されている。芯金１４１には、高圧電源１４４から高圧電源保護抵抗１４３を介してトナーの帯電極性と逆極性である正極性の電圧が印加される。

一方、近年では加熱定着装置として、例えば特許文献１、２に開示されている回転接触式の外部加熱定着装置が知られている。図６（ｂ）は回転接触式の外部加熱定着装置の概略構成図である。この加熱定着装置は加熱ローラ１１１、定着ローラ１５４、加圧ローラ１２５で構成されており、加熱ローラ１１１と定着ローラ１５４は加熱ニップ部Ｎ２を形成し、定着ローラ１５４と加圧ローラ１２５は定着ニップ部Ｎ１を形成する。加熱ローラ１１１は図６（ａ）の加熱ローラ１１０と、加圧ローラ１２５は図６（ａ）の加圧ローラ１２４と同様の構成である。定着ローラ１５４は、芯金１５０の外周面上に弾性層１５１が形成されている。そして、その弾性層１５１の外周面上に蓄熱層１５２が形成され、更にその蓄熱層１５２の外周面上に離型層１５３が形成されている。

特開２０１０−９１６６５号公報 特開２０１０−９１７１７号公報

しかし、上述した外部加熱定着装置には、以下のような課題がある。すなわち、発熱抵抗体部１０３へ交流電圧を印加することにより昇温、給電遮断を行っているため、ガラス１０４が等価回路上、コンデンサ２１１として作用し、フィルム層１０７に交流電圧のＡＣ成分がカップリングする。フィルム層１０７にカップリングした交流電圧のＡＣ成分は、加圧ローラ１２５の芯金１２０、弾性層１２１、離型層１２２を介し、記録紙１３０上に印加される。また、離型層１０８及び離型層１５３は絶縁性の物質であるが、厚みが数十μｍと薄く、コンデンサ２１２として作用し、上述のフィルム層１０７にカップリングしたＡＣ成分は定着ローラ１５４の蓄熱層１５２にカップリングする。また定着ローラ１５４の蓄熱層１５２は導電性フィラーが含有されている導電性の物質であるため、蓄熱層１５２を介して、定着ニップ部Ｎ１近辺まで交流電圧のＡＣ成分が伝達される。そして定着ローラ１５４の離型層１５３は絶縁性の物質であるものの、厚みが数十μｍと薄いため、コンデンサ２１３として作用し、記録紙１３０上に交流電圧のＡＣ成分が印加される。この場合記録紙１３０の含水分量が上昇すると、記録紙１３０のインピーダンス２１４が低下する。そして、記録紙１３０が二次転写ニップ部Ｎ’と定着ニップ部Ｎ１で同時に挟持される場合がある。この場合、定着ニップ部Ｎ１の交流電圧のＡＣ成分が記録紙１３０を介して二次転写ニップ部Ｎ’に伝達し、二次転写ニップ部Ｎ’の電圧を変動させてしまう。記録紙１３０の先端が二次転写ニップ部Ｎ’に突入し、記録紙１３０の後端が二次転写ニップ部Ｎ’を出るまでの二次転写ニップ部Ｎ’の電圧を図７に示す。図７は横軸に時間ｔ、縦軸に二次転写ニップ部Ｎ’の電圧Ｖを表している。記録紙１３０の先端が二次転写ニップ部Ｎ’に突入する時間Ｔ１直前に二次転写ニップ部Ｎ’の電圧が印加される。そして、記録紙１３０の先端が定着ニップ部Ｎ１に突入する時間Ｔ２から二次転写ニップ部Ｎ’の電圧は定着ニップ部Ｎ１の交流電圧のＡＣ成分が記録紙１３０を介して二次転写ニップ部Ｎ’に伝達する。この伝達される交流電圧のＡＣ成分を、以下ではリップル電圧という。図７中のリップル電圧の周期Ｔ_１は交流電圧の周期と同一である。そして記録紙１３０の後端が二次転写ニップ部Ｎ’を出る時間Ｔ３になると、二次転写ニップ部Ｎ’の電圧が交流電圧のＡＣ成分の影響を受けない。このようにＴ２〜Ｔ３の時間では二次転写ニップ部Ｎ’の転写電圧に交流電圧のＡＣ成分が重畳することにより、転写ムラを引き起こし、結果として画像の副走査方向の縞模様（以下、濃度ムラという）となって現れてしまう。なお、副走査方向とは記録紙１３０が搬送される方向、図６のＡの方向をいう。

本発明は、このような状況のもとでなされたものであり、二次転写ニップ部の転写電圧に交流電圧のＡＣ成分が重畳することによる画像の副走査方向の濃度ムラを防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有する。

第１離型層と、前記第１離型層の下側に設けられた蓄熱層と、前記蓄熱層の下側に設けられた第１弾性層とを有し、前記第１離型層が記録紙上のトナー像と接触する定着ローラと、第２離型層と、前記第２離型層の下に設けられた第２弾性層とを有し、前記定着ローラと共に記録紙を搬送する第１ニップ部を形成する加圧ローラと、第３離型層と、第３離型層の下に設けられたフィルム層と、前記フィルム層を内部から加熱するヒータとを有し、前記第３離型層が前記第１離型層と第２ニップ部を形成する加熱ローラと、を備え、記録紙上に形成されたトナー像を加熱定着する加熱定着装置において、前記第１ニップ部と前記第２ニップ部の間の抵抗値が、前記第１ニップ部から前記加圧ローラを介した接地までの抵抗値（Ｒ_Ｒ＋Ｒ_２）の抵抗と、中間転写体上のトナー像を記録紙に転写する転写ローラの芯金から前記記録紙までの抵抗値と前記転写ローラに電圧を印加する印加手段と前記芯金の間に接続されている抵抗の抵抗値の和（Ｒ_Ｔ＋Ｒ_１）の抵抗とを並列接続した場合の合成抵抗の抵抗値の所定倍以上であることを特徴とする加熱定着装置。

本発明によれば、二次転写ニップ部の転写電圧に交流電圧のＡＣ成分が重畳することによる画像の副走査方向の濃度ムラを防止することができる。

実施例１乃至３の画像形成装置を説明する図 実施例１の外部加熱定着装置を説明する図 外部加熱定着装置の等価回路を説明する図 実施例２の外部加熱定着装置の等価回路を説明する図 実施例３の外部加熱定着装置の等価回路を説明する図 従来例の加熱定着装置、及び外部加熱定着装置を説明する図 従来例の外部加熱定着装置の二次転写ニップ部の電圧変化を説明する図

以下に図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

まず、本実施例における画像形成装置の構成を説明し、次いで加熱定着装置について詳しく説明する。

［画像形成装置の構成］
本実施例の画像形成装置において、記録紙上に、未定着トナー像を形成する方法及び装置の構成は一般的であり、図１の画像形成装置の概略構成図を用いて説明する。本実施例における画像形成装置は、中間転写ベルト１４６上（中間転写体上）に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー像を順次転写することで、カラー画像を形成する。なお、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは符号の記載につき、以下で省略する場合がある。像担持体である感光ドラム１の周面には、回転方向（矢印Ｒ１方向）に沿って順に、帯電器２、レーザ光Ｌを感光ドラム１に照射する露光装置３、現像器５、中間転写ベルト１４６を介して一次転写ローラ１０、及び、クリーナー１６が配置されている。まず、感光ドラム１は、その表面が帯電器２によって負極性に帯電される。次に帯電された感光ドラム１は、露光装置３の露光光であるレーザ光Ｌにより表面に静電潜像が形成される。露光された部分は表面電位が上がる。１色目のイエロートナーが収納された現像器５によって、感光ドラム１上の静電潜像にイエローのトナーが付着され、イエローのトナー像が形成される。感光ドラム１上のトナー像は中間転写ベルト１４６に一次転写され、一次転写後の感光ドラム１は、弾性体ブレードを有するクリーナー１６によって表面の転写残トナーが除去される。なお、カートリッジ３０は、帯電器２、感光ドラム１、現像器５、クリーナー１６から構成される。このカートリッジ３０には、イエローカートリッジ３０Ｙ、マゼンタカートリッジ３０Ｍ、シアンカートリッジ３０Ｃ、ブラックカートリッジ３０Ｋがある。以上の帯電、露光、現像、転写、クリーニングの一連の画像形成プロセスを、２色目のマゼンタカートリッジ３０Ｍから４色目のブラックカートリッジ３０Ｋの各カートリッジについても順次行い、カラー画像が中間転写ベルト１４６上に転写される。

一方、中間転写ベルト１４６は、駆動ローラ１２と従動ローラ１４０に支持され、図中の矢印Ｒ４の方向に回転する駆動ローラ１２によって、矢印Ｒ３の方向に回転する。記録紙１３０は、給紙ローラ４により給紙されると、二次転写ローラ１４５に不図示の電源から正極性の転写電圧が印加される。その結果、中間転写ベルト１４６上のカラー画像が記録紙１３０上に転写される。カラー画像を担持した記録紙１３０は加熱定着装置１００に搬送され、表面のカラー画像の定着が行われる。

［加熱定着装置］
次いで、加熱定着装置１００について以下に説明する。本実施例の加熱定着装置１００は、上述した回転接触式の外部加熱定着装置である。

＜加圧ローラ＞
本実施例における外部加熱定着装置を図２に示す。加圧ローラ１２５は、外径φ２０ｍｍであり、φ１２ｍｍの鉄製の芯金１２０の外側に、シリコーンゴムを発泡した厚さ４ｍｍの弾性層１２１（第２弾性層）が形成されている。加圧ローラ１２５は、熱容量が大きく熱伝導率が高いと、定着ローラ１５４表面の熱を奪い易く、また加圧ローラ１２５が定着ローラ１５４から受ける熱が加圧ローラ１２５内部へ吸収され易くなる。その結果、定着ローラ１５４及び加圧ローラ１２５の表面温度が上昇しにくくなる。すなわち、加圧ローラ１２５としては低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材質の方が、定着ローラ１５４の熱を奪いにくいため、定着ローラ１５４の表面温度の立ち上がり時間を短縮できる。上述のシリコーンゴムを発泡した発泡ゴムの熱伝導率は０．１１〜０．１６Ｗ／ｍ・Ｋであり、０．２５〜０．２９Ｗ／ｍ・Ｋ程度のソリッドゴムよりも熱伝導率が低い。また、熱容量に関係する比重はソリッドゴムが約１．０５〜１．３０であるのに対して、発泡ゴムが約０．７５〜０．８５であって、低熱容量でもある。従って、加圧ローラ１２５の弾性層１２１としてこの発泡ゴムを用いることで定着ローラ１５４表面温度の立ち上がり時間を短縮できる。なお、弾性層１２１の発泡ゴムには導電性フィラーが添加されている。

加圧ローラ１２５の最表層にはパーフルオロアルコキシ樹脂（以下、ＰＦＡという）からなる離型層１２２（第２離型層）が形成されている。この離型層１２２にも導電性フィラーが添加されている。離型層１２２はＰＦＡのチューブを被覆させたものでも表面をＰＦＡの塗料でコートティングしたものであっても良いが、本実施例では、耐久性の優れるチューブを使用した。離型層１２２の材質としては、ＰＦＡの他に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂や、離型性の良いフッ素ゴムやシリコーンゴム等を用いても良い。

弾性層１２１の硬度は、低ければ軽圧でも定着ニップ部Ｎ１（第１ニップ部）の幅が得られるが、低すぎると耐久性が低下するため、本実施例では、その硬度はＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度（４．９Ｎ荷重）で、４０〜４５°とした。加圧ローラ１２５は、不図示の加圧バネによって加圧され、幅７ｍｍの定着ニップ部Ｎ１を形成している。離型層１２２は導電性フィラーを含有しているため、転写ニップ部Ｎ’から記録紙１３０⇒離型層１２２⇒弾性層１２１⇒芯金１２０を介して下側に転写電流が抜けて、転写不良が発生する。転写不良の対策として、４００ＭΩの保護抵抗１２３がグランド（接地）の間に挿入されている。

＜加熱ローラ＞
加熱ローラ１１１は、加熱体であるヒータ１０１が断熱ヒータホルダ１０５に保持された構成となっている。加熱ローラ１１１のフィルム層１０７は不図示の加圧バネによって定着ローラ１５４に加圧され、幅７．５ｍｍの加熱ニップ部Ｎ２（第２ニップ部）が形成されている。フィルム層１０７の材質は、ヒータ１０１の熱を受けるため耐熱性が必要であり、ヒータ１０１と摺動するため、強度も必要となり、ＳＵＳ（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｕｓｅｄ Ｓｔｅｅｌ：ステンレス鋼）などの金属やポリイミドなどの耐熱性樹脂を用いると良い。金属は樹脂に比べると強度があるため、薄肉化でき、また熱伝導率も高いため、ヒータ１０１の熱を定着ローラ１５４へ伝達しやすい。樹脂は金属に比べると比重が小さいため、熱容量が小さく温まりやすい利点がある。また樹脂は塗工成型により薄肉のフィルムが成型できるため安価に成型できる。本実施例では、フィルム層１０７の材質としてポリイミド樹脂を用い、熱伝導率を向上させるためカーボン系の熱伝導フィラーを添加した。フィルム層１０７の厚さは薄いほどヒータ１０１の熱を定着ローラ１５４表面に伝達しやすいが強度が低下するため、２０μｍ〜１００μｍ程度が好ましく、本実施例では６０μｍとした。フィルム層１０７の最表層は汚れの付着を低減するためＰＦＡの離型層１０８（第３離型層）が形成されている。フィルム層１０７の離型層１０８の材質は、加圧ローラ１２５の離型層１２２と同様、ＰＦＡの他に、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂を用いても良い。フィルム層１０７の離型層１０８は薄いほどヒータ１０１の熱を定着ローラ１５４表面に伝達しやすいため、１μｍ〜２０μｍ程度が好ましく、本実施例では１０μｍとした。

ヒータ１０１は、幅６ｍｍで厚さ１ｍｍのアルミナのヒータ基板１０２表面に、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷により１０μｍ塗工し、その上に発熱体保護層としてガラス１０４を５０μｍの厚さで覆ったものを用いた。ヒータ１０１とフィルム層１０７の摺動性を良くするため、ヒータ１０１のガラス１０４面に耐熱性のフッ素グリスが塗布されている。そして、ヒータ１０１の熱は、加熱ニップ部Ｎ２を介して、定着ローラ１５４の表面を加熱する。またフィルム層１０７の摩擦帯電等を防止し、フィルム層１０７内の電位を安定させるため、金属ステイ１０６と接地（グランド）との間に４００ＭΩの保護抵抗１２６が挿入（設置）されている。

＜定着ローラ＞
次いで、本実施例の定着ローラ１５４の構成について以下に説明する。本実施例の定着ローラ１５４は、鉄製の芯金１５０の外側に、加圧ローラ１２５の弾性層１２１と同じ発泡ゴムの弾性層１５１（第１弾性層）が形成されている。そして、その弾性層１５１の外周面上に蓄熱層１５２が形成され、更にその蓄熱層１５２の外周面上に離型層１５３（第１離型層）が形成されている。定着ローラ１５４は、熱容量が大きく、熱伝導率が大きいと、外表面から受ける熱が定着ローラ１５４内部へ吸収され易く、表面温度が上昇しにくくなる。すなわち、できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材質の方が、定着ローラ１５４の表面温度の立ち上がり時間を短縮できる。弾性層１５１の発泡ゴムは、加圧ローラ１２５の弾性層１２１と同じであり、低熱容量（比重：約０．７５〜０．８５）で熱伝導率が低い（熱伝導率：０．１１〜０．１６Ｗ／ｍ・Ｋ）。従って、この発泡ゴムは、定着ローラ１５４の表面温度の立ち上がり時間を短縮できる。定着ローラ１５４の外径は小さい方が熱容量を抑えられるが、小さ過ぎると加熱ニップ部Ｎ２及び定着ニップ部Ｎ１の幅が狭くなってしまうので適度な長さの径が必要であり、本実施例では、外径をφ２０ｍｍとした。弾性層１５１の肉厚に関しても、薄過ぎれば金属製の芯金に熱が逃げるので適度な厚みが必要であり、本実施例では、弾性層１５１の厚さを４ｍｍとした。従来、上述のように記録紙上へのトナー像の定着が繰り返されると、フィルム層１０７表面に紙粉やトナーが蓄積し汚れてしまう場合があった。また、フィルム層１０７の汚れによる熱伝達不足で定着不良が発生することや、フィルム層１０７からの汚れの吐き出しによる画像不良が発生することもあった。本実施例の定着ローラ１５４は、表面のマイクロ硬度を低く抑えた構成であり、表面のマイクロ硬度を低くすることで、このフィルム層１０７への汚れの付着を抑制している。

弾性層１５１は、熱容量が大きく、熱伝導率が大きいと、外表面から受ける熱が定着ローラ１５４内部へ吸収され易く、定着ローラ１５４の表面温度が上昇しにくくなる。しかし、熱容量が小さく、熱伝導率が低いだけであると、定着ローラ１５４の表面温度は上昇しやすいが、最表層しか暖まらないため記録紙１３０上のトナーの定着を行うには熱量が足りない場合がある。そのため、上述したように弾性層１５１の定着ローラ１５４の表面に熱を溜める蓄熱層１５２が形成されている。蓄熱層１５２は、加熱ローラ１１１からの熱を素早く蓄熱するために熱伝導率が高い方が良く、ソリッドゴムに熱伝導フィラーを添加するなどし、熱伝導率を０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上にしたものを用いるのが好ましい。蓄熱層１５２の熱容量は、ゴムの熱伝導率（比重）とその厚さにより調整し、画像形成装置の印字速度に合せて、厚さを３０μｍ〜１ｍｍ程度にして用いると良い。また定着ローラ１５４内の電位を安定させるため、芯金１５０と接地との間に４００ＭΩの保護抵抗１２７が挿入されている。

［二次転写ローラ］
二次転写ローラ１４５はニトリルゴムとエチレン−エピクロルヒドリン共重合体との混合により形成された、外径φ２０ｍｍ、芯金１４１の径φ１２ｍｍのイオン導電性スポンジローラを用いた。二次転写ローラ１４５の抵抗値は、温度２３℃、湿度５０％の環境下で印加電圧１ｋＶにより測定したところ１０^６〜１０^８Ω程度であった。電圧印加部である高圧電源１４４には、二次転写ローラ１４５の芯金１４１にトナーの帯電極性と逆極性である正極性の電圧が高圧電源保護抵抗１４３を介して印加される。本実施例では高圧電源１４４を環境に応じて０．６ｋＶ〜３．５ｋＶまで可変させ、高圧電源保護抵抗１４３の抵抗値は３３ＭΩである。

［加熱定着装置の等価回路］
次に図２に示す外部加熱定着装置の等価回路を図３（ａ）に示す。図３（ａ）で、高圧電源１４４の出力値をＶ_Ｔ、商用電源の実効値をＶ_ＡＣ、高圧電源保護抵抗１４３の抵抗値をＲ_１、二次転写ローラ１４５の芯金１４１から二次転写ニップ部Ｎ’までの抵抗値をＲ_Ｔ、記録紙１３０の抵抗値をＲ_Ｐと表している。また、加熱ニップ部Ｎ２から定着ニップ部Ｎ１までの抵抗値をＲ_Ｆ、発熱抵抗体部１０３から加熱ニップ部Ｎ２までに形成される容量をＣ_Ｇ、定着ニップ部Ｎ１から加圧ローラ１２５の芯金１２０までの抵抗値をＲ_Ｒと表している。更に、保護抵抗１２６，１２７，１２３の抵抗値をそれぞれＲ_３，Ｒ_４，Ｒ_２、記録紙１３０へ流れる電流値をＩ_１、加圧ローラ１２５へ流れる電流値をＩ_２と表している。この場合、二次転写ニップ部Ｎ’のリップル電圧Ｖ_Ｐは下記の（１）式で表すことができる。

（１）式より二次転写ニップ部Ｎ’のリップル電圧Ｖ_Ｐを小さくするためには、抵抗値（Ｒ_１＋Ｒ_Ｔ）の抵抗と抵抗値（Ｒ_２＋Ｒ_Ｒ）の抵抗を並列接続した場合の合成抵抗の抵抗値と比較して、Ｒ_Ｆの抵抗値を大きくしなければならない。

＜リップル電圧Ｖｐと濃度ムラの関係＞
二次転写ニップ部Ｎ’のリップル電圧Ｖ_Ｐと画像の副走査方向の濃度ムラの関係は以下の検討で明らかになった。図２の加熱ローラ１１１、定着ローラ１５４、加圧ローラ１２５で構成されている外部加熱定着装置を取り外し、高圧電源１４４の直流成分の出力電圧に対し、交流成分の電圧を重畳し画像の確認を行った。印加した交流成分の電圧は周波数を固定し、リップル電圧Ｖｐを可変させて検討を実施した。固定した交流成分の電圧の周波数は一般にＤｏｏｌｅｙが提唱している空間周波数ＶＴＦ（Ｖｉｓｕａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）より画像の副走査方向の濃度ムラが約０．９ｍｍ程度になるように決定した。画像の確認方法は以下の通りである。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色単色ハーフトーンを３０％の印字率で印字する。そして印字画像の主走査方向１ラインの濃度を平均化し、一元化した副走査方向の濃度データをＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）解析する。なお、主走査方向とは副走査方向に直交する方向をいう。ＦＦＴ解析の結果で、上述の固定した周波数成分にピークが発生しなければ、良と判断する。上記の条件により、リップル電圧Ｖｐを可変させたところ、５０Ｖ程度まで下げると、ＦＦＴ解析で固定した周波数成分にピークが発生しなかった。よって上記の条件においてもＶｐが５０Ｖ以下であれば濃度ムラが視認できない。

＜濃度ムラ低減の構成＞
商用電源の交流電圧は定格１００〜２４０Ｖとしているものの、各国の電源事情をふまえると、定格電圧の±１０％は許容する必要がある。そこで（１）式の商用電源の実効値の最大値はＶ_ＡＣ＊√２＝２４０＊１．１＊√２＝３７３．５［Ｖ］となる。また記録紙１３０の二次転写ニップ部Ｎ’から定着ニップ部Ｎ１までの抵抗値Ｒ_Ｐは二次転写ニップ部Ｎ’から定着ニップ部Ｎ１までの距離が短く、高温高湿環境で記録紙１３０の含水分量が上昇することを考慮すると、Ｒ_Ｐの抵抗値は無視する必要がある。従って、（１）式は以下の（２）式で表すことができる。

よって加熱ニップ部Ｎ２から定着ニップ部Ｎ１までの抵抗値Ｒ_Ｆは以下の（３）式で表すことができる。

加熱ニップ部Ｎ２から定着ニップ部Ｎ１までの抵抗値Ｒ_Ｆは、抵抗値Ｒ_１と抵抗値Ｒ_Ｔの和の抵抗と抵抗値Ｒ_Ｒと抵抗値Ｒ_２の和の抵抗とを並列接続した合成抵抗の抵抗値に対して７．４７倍以上（所定倍以上）にすれば、副走査方向の濃度ムラを防ぐことができる。なお、抵抗値Ｒ_Ｆが上述の合成抵抗の抵抗値に対し７．４７倍以上にするためには、抵抗値Ｒ_Ｒの値を小さくする必要がある。そのため、既に述べたように加圧ローラ１２５の弾性層１２１、離型層１２２には導電性フィラーが添加されている。

本実施例では加圧ローラ１２５の芯金１２０、加熱ローラ１１１の金属ステイ１０６、定着ローラ１５４の芯金１５０に各々保護抵抗を接続した。しかし、静電オフセット対策でよく採用される電圧も印加する構成でもよい。図３（ｂ）に加圧ローラ１２５に電圧Ｖ_１を、定着ローラ１５４に電圧Ｖ_２を印加する例を示す。

本実施例によれば、二次転写ニップ部の転写電圧に交流電圧のＡＣ成分が重畳することによる画像の副走査方向の濃度ムラを防止することができる。

本実施例では、リップル電圧Ｖｐが５０Ｖ以下でなければならないという条件は満たさないものの、濃度ムラをある程度低減できる例について以下に述べる。

まず、保護抵抗１２３の抵抗値Ｒ_２の抵抗値を下げ、Ｉ_２＞＞Ｉ_１の場合の等価回路を図４（ａ）に示す。この場合、二次転写ニップ部Ｎ’のリップル電圧Ｖ_Ｐは下記の式（４）で表すことができる。

よって加熱ニップ部Ｎ２から定着ニップ部Ｎ１までの抵抗値Ｒ_Ｆは以下の式（５）で表すことができる。

加熱ニップ部Ｎ２から定着ニップ部Ｎ１までの抵抗値Ｒ_Ｆは、定着ニップ部Ｎ１から加圧ローラ１２５の芯金１２０までの抵抗値Ｒ_Ｒと保護抵抗１２３の抵抗値Ｒ_２の和より少なくとも大きくすることで、画像の副走査方向の濃度ムラを防ぐことができる。すなわち、Ｒ_Ｆ＞（Ｒ_Ｒ＋Ｒ_２）であり、式（５）を代入するとＶ_Ｐ＜（Ｖ_ＡＣ／√２）となりＶ_ＡＣ＝２４０Ｖの場合、Ｖ_Ｐ＜１７０Ｖとなる。Ｖ_Ｐが５０Ｖ以下の条件は満たさないが、ある程度の濃度ムラを低減できることが判明した。

また、保護抵抗１２３の抵抗値Ｒ_２の抵抗値を上げ、Ｉ_１＞＞Ｉ_２の場合の等価回路を図４（ｂ）に示す。二次転写ニップ部Ｎ’のリップル電圧Ｖ_Ｐは下記の式（６）で表すことができる。

よって加熱ニップ部Ｎ２から定着ニップ部Ｎ１までの抵抗値Ｒ_Ｆは以下の式（７）で表すことができる。

加熱ニップ部Ｎ２から定着ニップ部Ｎ１までの抵抗値Ｒ_Ｆは高圧電源保護抵抗１４３の抵抗値Ｒ_１と二次転写ローラ１４５の芯金１４１から転写ニップ部Ｎ’までの抵抗値Ｒ_Ｔの和より少なくとも大きくすることで、副走査方向の濃度ムラを防ぐことができる。すなわち、Ｒ_Ｆ＞（Ｒ_１＋Ｒ_Ｔ）であり、式（７）を代入するとＶ_Ｐ＜（Ｖ_ＡＣ／√２）となりＶ_ＡＣ＝２４０Ｖの場合、Ｖ_Ｐ＜１７０Ｖとなる。Ｖ_Ｐが５０Ｖ以下の条件は満たさないが、ある程度の濃度ムラを低減できることが判明した。

本実施例によれば、二次転写ニップ部の転写電圧に交流電圧のＡＣ成分が重畳することによる画像の副走査方向の濃度ムラを防止することができる。

本実施例において、画像形成装置については上記実施例１と同じであり説明を省略する。また加熱定着装置においても、実施例１と同じく回転接触式の外部加熱定着装置であり、断面図を既に従来例で述べた図６（ｂ）に示す。保護抵抗の接続方法以外は実施例１と同じである。実施例１と同じ部材については、同一の符号で示し説明を省略する。実施例１では加圧ローラ１２５の芯金１２０、定着ローラ１５４の芯金１５０、加熱ローラ１１１の金属ステイ１０６に接続されている保護抵抗は独立して３つ必要であった。しかし、保護抵抗を加熱定着装置に設置することは装置の大型化、コストアップに繋がる。そこで本実施例では１つの保護抵抗を用いて、画像の副走査方向の濃度ムラを抑制する方法について述べる。

図６（ｂ）に示す外部加熱定着装置の電気的な等価回路を図５に示す。実施例１で説明した図３（ａ）とは加熱ローラ１１１の金属ステイ１０６と加圧ローラ１２５の芯金１２０が同電位になることが異なる。そこで二次転写ニップ部Ｎ’のリップル電圧Ｖ_Ｐは下記の式（８）で表すことができる。

（８）式より分かるように（１）式の加熱ニップ部Ｎ２から定着ニップ部Ｎ１までの抵抗値Ｒ_Ｆが、定着ニップ部Ｎ１から加圧ローラ１２５の芯金１２０までの抵抗値Ｒ_Ｒの抵抗と抵抗値Ｒ_Ｆの抵抗を並列接続した場合の合成抵抗の抵抗値に回路上置き替わっている。これは本実施例の構成では加熱ニップ部Ｎ２から定着ニップ部Ｎ１までの抵抗値が、Ｒ_ＲとＲ_Ｆの抵抗の並列接続した場合の合成抵抗の抵抗値になっていることに起因する。抵抗値Ｒ_ＲとＲ_Ｆの抵抗を並列接続した場合の合成抵抗の抵抗値をＲとすると、（８）式は（９）式のように表すことができる。

またリップル電圧Ｖｐ、商用電源の最大値Ｖ_ＡＣに実施例１と同一の値を代入し、記録紙の二次転写ニップ部Ｎ’から定着ニップ部Ｎ１までの抵抗値Ｒ_Ｐを実施例１と同様に無視すると、（９）式は以下の式（１０）で表すことができる。

よって抵抗値Ｒ_ＲとＲ_Ｆの合成抵抗Ｒは以下の式（１１）で表すことができる。

保護抵抗一つでも抵抗値Ｒ_ＲとＲ_Ｆの合成抵抗Ｒは高圧電源保護抵抗１４３の抵抗値Ｒ_１と二次転写ローラ１４５の芯金１４１から転写ニップ部Ｎ’までの抵抗値Ｒ_Ｔの和の６．４７倍以上（所定倍以上）にすることで、副走査方向の濃度ムラを防ぐことができる。

本実施例によれば、二次転写ニップ部の転写電圧に交流電圧のＡＣ成分が重畳することによる画像の副走査方向の濃度ムラを防止することができる。

１１１ 加熱ローラ
１２５ 加圧ローラ
１５４ 定着ローラ
Ｎ１ 定着ニップ部
Ｎ２ 加熱ニップ部

Claims (6)

1. 第１離型層と、前記第１離型層の下側に設けられた蓄熱層と、前記蓄熱層の下側に設けられた第１弾性層とを有し、前記第１離型層が記録紙上のトナー像と接触する定着ローラと、
   第２離型層と、前記第２離型層の下に設けられた第２弾性層とを有し、前記定着ローラと共に記録紙を搬送する第１ニップ部を形成する加圧ローラと、
   第３離型層と、第３離型層の下に設けられたフィルム層と、前記フィルム層を内部から加熱するヒータとを有し、前記第３離型層が前記第１離型層と第２ニップ部を形成する加熱ローラと、を備え、記録紙上に形成されたトナー像を加熱定着する加熱定着装置において、
   前記第１ニップ部と前記第２ニップ部の間の抵抗値が、
   前記第１ニップ部から前記加圧ローラを介した接地までの抵抗値（Ｒ_Ｒ＋Ｒ_２）の抵抗と、中間転写体上のトナー像を記録紙に転写する転写ローラの芯金から前記記録紙までの抵抗値と前記転写ローラに電圧を印加する印加手段と前記芯金の間に接続されている抵抗の抵抗値の和（Ｒ_Ｔ＋Ｒ_１）の抵抗とを並列接続した場合の合成抵抗の抵抗値の所定倍以上であることを特徴とする加熱定着装置。
2. 第１離型層と、前記第１離型層の下側に設けられた蓄熱層と、前記蓄熱層の下側に設けられた第１弾性層とを有し、前記第１離型層が記録紙上のトナー像と接触する定着ローラと、
   第２離型層と、前記第２離型層の下に設けられた第２弾性層とを有し、前記定着ローラと共に記録紙を搬送する第１ニップ部を形成する加圧ローラと、
   第３離型層と、第３離型層の下に設けられたフィルム層と、前記フィルム層を内部から加熱するヒータとを有し、前記第３離型層が前記第１離型層と第２ニップ部を形成する加熱ローラと、を備え、記録紙上に形成されたトナー像を加熱定着する加熱定着装置において、
   前記第１ニップ部と前記第２ニップ部の間の抵抗値が、
   前記第１ニップ部から前記加圧ローラを介した接地までの抵抗値（Ｒ_Ｒ＋Ｒ_２）より大きい、または、中間転写体上のトナー像を記録紙に転写する転写ローラの芯金から前記記録紙までの抵抗値と前記転写ローラに電圧を印加する印加手段と前記芯金の間に接続されている抵抗の抵抗値の和（Ｒ_Ｔ＋Ｒ_１）より大きいことを特徴とする加熱定着装置。
3. 第１離型層と、前記第１離型層の下側に設けられた蓄熱層と、前記蓄熱層の下側に設けられた第１弾性層とを有し、前記第１離型層が記録紙上のトナー像と接触する定着ローラと、
   第２離型層と、前記第２離型層の下に設けられた第２弾性層とを有し、前記定着ローラと共に記録紙を搬送する第１ニップ部を形成する加圧ローラと、
   第３離型層と、第３離型層の下に設けられたフィルム層と、前記フィルム層を内部から加熱するヒータとを有し、前記第３離型層が前記第１離型層と第２ニップ部を形成する加熱ローラと、を備え、
   前記定着ローラ、前記加圧ローラ及び前記加熱ローラが、一の抵抗を介して接地されている、記録紙上に形成されたトナー像を加熱定着する加熱定着装置において、
   前記第１ニップ部から前記第２ニップ部までの抵抗値と前記第１ニップ部と前記加圧ローラの芯金までの抵抗値の和が、
   中間転写体上のトナー像を記録紙に転写する転写ローラの芯金から前記記録紙までの抵抗値と前記転写ローラに電圧を印加する印加手段と前記芯金の間に接続されている抵抗の抵抗値の和（Ｒ_Ｔ＋Ｒ_１）の所定倍以上であることを特徴とする加熱定着装置。
4. 前記第２弾性層の材質は、導電性フィラーが添加されたシリコーンゴムであることを特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。
5. 前記第２離型層は導電性フィラーを添加してあることを特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。
6. 前記定着ローラと接地との間、前記加圧ローラと接地との間、及び前記加熱ローラと接地との間に、それぞれ保護抵抗が接続され、または前記定着ローラ、前記加圧ローラ、及び加圧ローラに電圧がそれぞれ印加されることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱定着装置。

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