JP2015084084A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】定着手段への交流電圧の印加による転写電圧の変動をより効果的に抑制することのできる画像形成装置を提供する。【解決手段】像担持体1と、像担持体1との間で記録材を挟持すると共に、電圧が印加されることでトナー像を像担持体1から記録材Pに転写させる転写手段5と、記録材Pを挟持すると共に、交流電圧が印加されることで記録材Pを加熱してトナー像を記録材Pに定着させる定着手段12と、を有する画像形成装置は、定着手段12により記録材Pを挟持する定着挟持部Nfと、像担持体1と転写手段5とにより記録材Pを挟持する転写挟持部Ntと、に同時に挟持された記録材Pに接触する導電部材18と、導電部材18と接地電位との間に並列に接続された抵抗素子22及び容量素子23と、を有する構成とする。【選択図】図2

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関するものである。
従来、例えば電子写真方式の画像形成装置では、電子写真感光体(感光体)が一様に帯電された後に、画像情報に応じて露光されることで、感光体上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、トナーを用いてトナー像として現像された後に、転写手段により直接又は中間転写体を介して記録用紙などの記録材に転写される。その後、記録材に転写されたトナー像は、定着手段によって記録材上に加熱定着される。転写手段は、一般に、感光体や中間転写体といった像担持体との間に転写ニップを形成し、この転写ニップにおいて記録材を挟持して搬送すると共に転写電圧が印加されることで、トナー像を記録材に転写させる。また、定着手段は、一般に、加熱源を備えた加熱部材と、この加熱部材に圧接される加圧部材と、を有して構成される。そして、加熱部材と加圧部材との接触部に形成された定着ニップにおいて記録材を挟持して搬送すると共に加熱することで、トナー像を記録材に定着させる。
一方、定着手段としては、加熱源が発熱体として抵抗発熱体を有し、この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ものがある。加熱源への給電は、温度検知素子による温度検知結果に応じて制御される。この加熱源への給電方法としては、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。一般に、商用電源から給電する方法は、整流回路が不要なため、より安価な構成にすることが可能となる。
加熱源に交流電圧を印加する場合、加熱源の基板上に配置された発熱体をコーティングしているガラスは、等価回路上ではコンデンサとして作用する。そのため、この場合、例えば加熱部材を構成する定着フィルムを介して定着ニップに交流電圧が印加されることになる。
ここで、吸水率の高い記録材はインピーダンスが低くなるため、特に高温高湿環境下で放置された紙などの低抵抗の記録材を用いると、定着ニップに印加された交流電圧が記録材を介して転写ニップに伝播する。そして、この交流電圧の振動の周期で転写電流に過不足が生じ、転写画像に濃度ムラ(これを「ACバンディング画像」ともいう。)が発生する場合がある。このように、交流電圧が記録材に印加される構成では、ACバンディング画像が発生する場合がある。
これに対し、特許文献1は、定着手段をコンデンサを介して接地する構成を開示している。この構成によれば、定着ニップから記録材を介して転写ニップにかかる交流電圧を減衰させることで、ACバンディング画像を抑制することが可能となる。
特開2006−195003号公報
ところが、上記従来の構成では、落雷などにより電源電圧にサージが発生した場合、そのサージ電圧の多くが加熱源のガラスコーティングや温度検知素子にかかり、このガラスコーティングや温度検知素子が破壊されてしまう場合がある。
特許文献1は、これを抑制するため、定着手段と接地電位との間においてコンデンサと直列に抵抗体を接続し、ガラスコーティングや温度検知素子などにかかるサージ電圧の分圧を下げる構成を開示している。
しかしながら、このように抵抗体が直列にされていると、コンデンサを接続したことによる交流電圧の減衰率が低下し、コンデンサの容量を大きくしてもACバンディング画像を十分に抑制することができない場合がある。
したがって、本発明の目的は、定着手段への交流電圧の印加による転写電圧の変動をより効果的に抑制することのできる画像形成装置を提供することである。
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体との間で記録材を挟持すると共に、電圧が印加されることでトナー像を前記像担持体から記録材に転写させる転写手段と、記録材を挟持すると共に、交流電圧が印加されることで記録材を加熱してトナー像を記録材に定着させる定着手段と、を有する画像形成装置において、前記定着手段により記録材を挟持する定着挟持部と、前記像担持体と前記転写手段とにより記録材を挟持する転写挟持部と、に同時に挟持された記録材に接触する導電部材と、前記導電部材と接地電位との間に並列に接続された抵抗素子及び容量素子と、を有することを特徴とする画像形成装置である。
本発明によれば、定着手段への交流電圧の印加による転写電圧の変動をより効果的に抑制することができる。
画像形成装置の概略縦断面図である。 実施例1の画像形成装置の要部の模式図である。 実施例2の画像形成装置の要部の模式図である。 実施例3の画像形成装置の要部の模式図である。 比較例1の画像形成装置の要部の模式図である。 比較例2の画像形成装置の要部の模式図である。 比較例3の画像形成装置の要部の模式図である。 比較例4の画像形成装置の要部の模式図である。 比較例5の画像形成装置の要部の模式図である。 実施例4の画像評価結果を示すグラフ図である。
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
[実施例1]
1.画像形成装置の全体的な構成及び動作
図1は、本発明の一実施例に係る画像形成装置の模式的な縦断面図である。本実施例の画像形成装置100は、電子写真方式のレーザープリンタである。
画像形成装置100は、像担持体としてドラム型(円筒形)の電子写真感光体(感光体)である感光ドラム1を有する。感光ドラム1は、OPC(有機光半導体)、アモルファスセレン、アモルファスシリコンなどの感光材料を、アルミニウムやニッケルなどで形成されたシリンダ状のドラム基体上に設けて構成したものである。感光ドラム1は、装置本体Mに回転自在に支持されており、駆動源m1によって図中矢印Rd方向に230mm/秒のプロセススピード(周速度)で回転駆動される。本実施例では、感光ドラム1の外径は24mmである。
感光ドラム1の周囲には、その回転方向に沿って順に、次の各手段が配置されている。まず、帯電手段としてのローラ状の帯電部材である帯電ローラ2が配置されている。次に、露光手段としての露光装置(レーザースキャナ装置)3が配置されている。次に、現像手段としての現像装置4が配置されている。次に、転写手段としてのローラ状の転写部材である転写ローラ5が配置されている。この転写ローラ5は、感光ドラム1との間で記録材Pを挟持すると共に、電圧が印加されることでトナー像を感光ドラム1から記録材Pに転写させる転写手段の一例である。次に、クリーニング手段としてのクリーニング装置6が配置されている。
また、装置本体Mの図中下部には、紙などの記録材Pを収納した記録材カセット7が配置されている。また、記録材カセット7から記録材Pの搬送経路に沿って順に、給送ローラ8、搬送ローラ9、トップセンサ10、転写前ガイド17、搬送ガイド11、定着装置12、排出センサ13、搬送ローラ14、排出ローラ15、排出トレイ16が配置されている。また、詳しくは後述するように、定着装置12には定着入口ガイド18、定着出口ローラ19が設けられている。
次に、画像形成動作について説明する。感光ドラム1は、駆動源m1によって図中矢印Rd方向に回転駆動される。回転する感光ドラム1の表面は、帯電ローラ2によって所定の極性(本実施例では負極性)の所定の電位に略一様に帯電される。このとき、帯電ローラ2には、図示しない帯電電源(高圧電源)から帯電バイアス(帯電電圧)が印加される。帯電した感光ドラム1の表面は、露光装置(レーザー光学系)3によって、画像情報に基づいた画像露光Lがなされ、露光された部分の電荷が除去されて静電潜像(静電像)が形成される。感光ドラム1上に形成された静電潜像は、現像装置4によってトナー像として現像される。現像装置4は、トナーを感光ドラム1との対向部(現像部)に供給する現像剤担持体としての現像ローラ4aを有する。そして、この現像ローラ4aに、図示しない現像電源(高圧電源)から現像バイアス(現像電圧)が印加されることによって、感光ドラム1上の静電潜像にトナーが付着されて、トナー像として現像(顕像化)される。本実施例では、一様に帯電された後に露光されることで電位の絶対値が低下した感光ドラム1上の露光部に、感光ドラム1の帯電極性と同極性に帯電したトナーを付着させる反転現像方式で、トナー像が形成される。
感光ドラム1上に形成されたトナー像は、転写ローラ5の作用によって、紙などの記録材Pに転写される。転写ローラ5は、付勢手段としての付勢部材である転写加圧バネ(図示せず)により感光ドラム1に向けて付勢(押圧)され、感光ドラム1に圧接されている。これにより、感光ドラム1と転写ローラ5との間の接触部に転写ニップ(転写挟持部)Ntが形成されている。転写ローラ5は、感光ドラム1の回転に従動して回転する。本実施例では、転写ローラ5の外径は12.5mmである。転写ローラ5は、感光ドラム1との間で記録材Pを挟持して搬送する。このとき、転写ローラ5には、転写電源(高圧電源)21から現像時のトナーの帯電極性(正規の帯電極性)とは逆極性の直流電圧である転写バイアス(転写電圧)が印加される。これにより、感光ドラム1上のトナー像が、記録材P上の所定の位置に転写される。
記録材Pは、記録材カセット7に収納されており、給送ローラ8によって1枚ずつ送り出され、搬送ローラ9によって搬送されて、ガイド部材である転写前ガイド17に沿って転写ニップNtに搬送される。このとき、記録材Pは、トップセンサ10によって先端が検知され、感光ドラム1上のトナー像と同期がとられる。
表面にトナー像が転写された記録材Pは、搬送ガイド11に沿って定着装置12に搬送され、ここで未定着トナー像が加熱及び加圧されて記録材Pの表面に定着される。定着装置12の詳細については後述する。
定着装置12によってトナー像が定着された後の記録材Pは、搬送ローラ14によって搬送され、排出ローラ15によって装置本体Mの図中上面に形成された排出トレイ16上に排出される。このとき、記録材Pは、ジャム(紙詰まり)の有無の確認などのために、排出センサ13によって後端が検知される。本実施例においては、紙間は23mm(紙間時間は0.1秒)であり、プリントスピードは毎分45枚である。ここで、「紙間」とは、複数の記録材Pへ連続的に画像を転写する連続プリント中の記録材Pと記録材Pとの搬送経路上での距離間隔(区間)である。また、「紙間時間」とは、紙間が記録材Pの搬送経路上の所定箇所(例えば、転写ニップNtの上流側の端部)を通過するのにかかる時間である。また、「プリントスピード」とは、装置本体Mから排出される記録材Pの1分当たりの枚数である。
一方、トナー像を記録材Pに転写した後の感光ドラム1は、記録材Pに転写されないでその表面に残ったトナー(転写残トナー)がクリーニング装置6のクリーニングブレード6aによって除去され、次の画像形成に供される。
以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行うことができる。
2.定着装置
次に、定着装置12について説明する。本実施例では、定着装置12は、可撓性のエンドレスベルトから成る定着フィルムを有する加圧ローラ駆動方式の定着装置である。
更に説明すると、定着装置12は、フィルム状の定着回転体である定着フィルム12aを有する。また、定着装置12は、定着フィルム12aに当接された加圧部材としての加圧ローラ12bを有する。また、定着装置12は、定着フィルム12aを介してトナーを加熱する加熱源としてのセラミックヒータ(以下、単に「ヒータ」ともいう。)12cを有する。また、定着装置12は、ヒータ12cを支持する支持部材であるヒータホルダ12dを有する。定着フィルム12a、ヒータ12c、ヒータホルダ12dなどで加熱部材が構成される。
本実施例では、定着フィルム12aは、変形させられていない状態では略円筒形であり、その外径は18mmである。より詳細には、この定着フィルム12aは、次のような3層構成を有する。まず、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の円筒形ベースフィルムを有する。また、その表面に、フッ素樹脂に導電性カーボンを分散させた、体積抵抗率1×10Ω・cm以下、厚さ1〜6μmのプライマー層が形成されている。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、厚さ5〜20μmの離型層が形成されている。
本実施例では、ヒータ12cは、アルミナ基板上に発熱体としての銀合金からなる抵抗発熱体を印刷し、その抵抗発熱体の表面にガラスコーティングを施して構成されている。また、ヒータ12cには、温度検知素子としてサーミスタ(図示せず)が設けられている。そして、ヒータ12cは、発熱体としての抵抗発熱体に、本実施例では商用電源とされる交流電源(交流電圧源、ヒータ駆動電源)20(図2)から交流電圧が印加されることで発熱する。ヒータ12cへの電力の供給、ヒータ12cの温調は、装置本体Mに設けられ画像形成装置100の動作を統括的に制御する制御手段としてCPU(図示せず)によって行われる。
本実施例では、加圧ローラ12bの外径は20mmである。この加圧ローラ12bは、金属製の芯金12eの外周面に、シリコーンゴムなどの弾性を有する耐熱性の弾性層12fが設けられ、また最表層にフッ素樹脂などの離型性の高い材料を用いた離型層(図示せず)が設けられて構成されている。加圧ローラ12bは、付勢部材である加圧バネ(図示せず)によって押圧され、離型層の外周面によって、図中下方から定着フィルム12aをヒータ12cに押し付けている。これにより、定着フィルム12aと加圧ローラ12bとの間の接触部に定着ニップ(定着挟持部)Nfが形成されている。
加圧ローラ12bが駆動源m1により図中矢印R12b方向に回転駆動されることで、定着ニップNfにおける加圧ローラ12bと定着フィルム12aとの間の圧接摩擦力により、定着フィルム12aに回転力が作用する。そして、定着フィルム12aは、その内周面がヒータ12cの図中下方を向いた面に密着して摺動しながら、図中矢印R12a方向に、加圧ローラ12bの回転に従動して回転する。
また、ヒータ12cに電力が供給され、ヒータ12cが昇温して所定の温度に立ち上がり、温調された状態が維持される。この状態において、定着ニップNfの定着フィルム12aと加圧ローラ12bとの間に、未定着トナー像を担持した記録材Pが導入される。これにより、定着ニップNfにおいて、記録材Pのトナー像を担持した面側が定着フィルム12aの外周面に密着した状態で、記録材Pは定着フィルム12aと一緒に加圧ローラ12bとヒータ12cとの間に挟持されて搬送されていく。この挟持搬送過程において、ヒータ12cの熱が定着フィルム12aを介して記録材Pに付与され、記録材P上の未定着トナー像が、記録材P上に加熱及び加圧されて溶融定着される。定着ニップNfを通過した記録材Pは、定着フィルム12aから曲率分離される。
ここで、前述のように、ヒータ12cにおいて抵抗発熱体をコーティングしているガラス(ガラスコーティング)は、電気的にはコンデンサと見なされ、その容量は数百pF程度(200pF〜400pF)である。したがって、交流電源20からの交流電圧は、抵抗発熱体からガスコーティングを介して定着ニップNfに伝達される。また、本実施例では、記録材Pの搬送経路において、定着ニップNfと転写ニップNtとに記録材Pが同時に挟持されることがある。
本実施例では、記録材Pの搬送方向において、転写ニップNtの下流側、かつ、定着ニップNfの上流側に、記録材Pを案内するガイド部材として定着入口ガイド18が設けられている。定着入口ガイド18は、転写ニップNtから定着ニップNfへ記録材Pを搬送する際のガイドの役割を果たす。定着入口ガイド18は、記録材Pに接触してその搬送軌跡を規制して、定着ニップNfへ記録材Pを案内する。定着入口ガイド18は、定着ニップNfと転写ニップNtとに同時に挟持された記録材Pに接触する導電部材の一例である。換言すると、定着入口ガイド18は、感光ドラム1に記録材Pが接触しているときに記録材Pが接触する感光ドラム1以外の導電性の部材(導電部材)の一例である。本実施例では、定着入口ガイド18は、導電材料として金属で形成されている。
また、本実施例では、記録材Pの搬送方向において、定着ニップNfの下流側に、記録材Pを挟持して搬送する定着出口ローラ(対)19が設けられている。本実施例では、定着出口ローラ19は、芯金の外周に弾性層を形成して構成されており、弾性層は導電性ゴムから成り、芯金は電気的に接地されている。
なお、本実施例では、定着フィルム12aには、バイアス電源30から制限抵抗31を介して定着バイアス(DCバイアス)が印加されるようになっている(図2)。バイアス電源30から負極性の直流電圧が定着フィルム12aに印加されると、定着ニップNfにおいて負極性のトナーを記録材Pに向けて付勢する方向の電界が生じる。これにより、定着ニップNfにおけるトナー像の定着フィルム12aへのオフセットや飛び散りなどを抑制することができる。
本実施例では、定着フィルム12a、加圧ローラ12b、ヒータ12c、ヒータホルダ12d、定着入口ガイド18、定着出口ローラ19などを有して定着装置12が構成される。この定着装置12は、記録材Pを挟持すると共に、交流電圧が印加されることで記録材Pを加熱してトナー像を記録材Pに定着させる定着手段の一例である。
3.本実施例と比較例との対比説明
次に、本実施例の効果を比較例との対比において詳しく説明する。図2、図5〜図9は、それぞれ本実施例、比較例1〜比較例5の画像形成装置の要部の構成を電気的な要素と共に模式的に示したものである。比較例1〜5の構成は、以下に特に言及する点を除いて、本実施例の構成と実質的に同じである。
図中、Chはヒータ12cのガラスコーティングによって形成されるコンデンサの容量、Cfは定着フィルム12aによって形成されるコンデンサの容量を示している。これら容量Ch、Cfなどの合成容量が、定着装置12に交流電圧を印加する交流電圧源(交流電源)20から定着ニップNfまでの結合容量である。ただし、ここではヒータ12aのガラスコーティングによって形成されるコンデンサの容量Chが当該合成容量を代表するものとする。また、Cdは感光ドラム1によって形成されるコンデンサの容量を示している。また、Rpは定着ニップNfと転写ニップNtとの間の記録材Pの抵抗値、Rtは転写ローラ5の抵抗値と転写電源21の出力インピーダンスの合計値を示している。
(比較例1)
図5に示す比較例1は、特許文献1に記載されるような構成である。すなわち、比較例1では、定着フィルム12aに印加する定着バイアスの導電経路に、容量素子であるコンデンサ40と抵抗素子である抵抗体(抵抗器)41とが直列に接続されている。これにより、定着ニップNfから記録材Pを介して転写ニップNtにかかる交流電圧を減衰させてACバンディング画像を抑制するとともに、ヒータ12cのガラスコーティングなどにかかるサージ電圧の分圧を下げてその破壊を抑制しようとするものである。
(比較例2)
図6に示す比較例2は、比較例1における転写ニップNtにかかる交流電圧を減衰させてACバンディング画像を抑制する対策がなされていない構成である。すなわち、比較例2は、比較例1からコンデンサ40及び抵抗体41を省いたものである。
(比較例3)
図7に示す比較例3では、定着入口ガイド18が電気的に直接接地されている。
転写前ガイド17に沿って転写ニップNtに搬送された記録材Pは、転写ニップNtで感光ドラム1と転写ローラ5との両方と接触し、転写電源21によって形成される電場により、転写ニップNtへ転写電流が供給される。図中のItは、定着入口ガイド18から接地電位に流れる電流値であり、そのAC成分をIta、DC成分をItdとする。交流電源20から発生する交流電圧の振動がヒータ12cのガラスコーティング、定着フィルム12a、記録材Pへと伝播し、転写ニップNtで転写電圧に交流電圧の振動が重畳される。
ここで、定着入口ガイド18を電気的に直接接地すると、上述の交流電圧の振動が定着入口ガイド18を介して接地電位へ流れる。これにより、転写ニップNtでの交流電圧の振動を減衰させることができ、ACバンディング画像を抑制することが可能となる。
しかし、定着入口ガイド18を電気的に直接接地する構成では、特に高温高湿環境下で放置した紙などの低抵抗の記録材Pを用いた場合に、転写電流が記録材P及び定着入口ガイド18を介して接地電位に流れることでDC電流Itdが大きくなる。そのため、転写電流が不足して画像不良(転写抜け画像)が発生する場合がある。
このように、定着入口ガイド18と接地電位との間には一定以上の電気抵抗をもたせ、接地電位に逃げる電流Itdを減らし、転写抜け画像を抑制する必要がある。
(比較例4)
図8に示す比較例4では、定着入口ガイド18と接地電位との間に、抵抗素子である抵抗体42が接続されている。
抵抗体42によって接地電位に逃げる電流Itdを小さくすることが可能となるため、転写抜け画像を抑制することができる。
しかし、交流電源20から発生する交流電圧の振動に対するインピーダンスも高くなってしまうため、定着装置12から記録材Pを介して転写ニップNtに伝播する交流電圧の減衰に対しては効果が小さい。そのため、ACバンディング画像を抑制する対策として十分な効果が得られない。
(比較例5)
図9に示す比較例5では、ACバンディング画像の抑制と転写抜け画像の抑制を両立させるために、定着入口ガイド18と接地電位との間に容量素子であるコンデンサ43が接続されている。
定着入口ガイド18と接地電位との間にコンデンサ43を接続すると、定着装置12から記録材Pを介して転写ニップNtに伝播する交流電圧の振動がコンデンサ43を介して接地電位へ流れることでAC電流Itaが大きくなる。これにより、転写ニップNtでの交流電圧の振動を減衰させることができ、ACバンディング画像を抑制することが可能となる。
また、コンデンサ43に電荷が貯えられれば、接地電位に対して直流の転写電流はほぼ絶縁状態となるため、接地電位へ流れるDC電流Itdを小さくすることができ、転写抜け画像を抑制することが可能となる。
(比較例の画像評価)
比較例1〜5について、高温高湿環境下(30℃/80%)で、転写ニップNtでの転写電流の振動と画像不良との関係を調べた。画像評価は、記録材Pとしてキヤノン製A4サイズ紙OceRedLabel(坪量80g/m)を上記環境下で放置したものを使用して行った。評価項目は、ACバンディング画像(AC電圧の振動の周期で転写電圧に過不足が生じて生じる濃度ムラ)、転写抜け画像(転写電流が不足して画像の一部が転写されずに抜け落ちた画像)、及び後述する飛び散り画像とした。評価基準は、評価用の種々の画像を出力して、上記各項目の画像不良が発生しないか又は実用上許容できる程度のものは合格(OK)、実用上許容できない程度のものは不合格(NG)とした。なお、評価画像の形成時には、転写電源21からは約1kVの転写電圧が出力され、感光ドラム1へ流れる転写電流は約10μAであった。結果を後掲表1に示す。
比較例1では、ACバンディング画像を抑制する対策のない比較例2に比べて、転写ニップNtにおける転写電圧の振動(ピークピーク値)を350Vから200Vに減衰させることができる。そのため、比較例1は、ACバンディング画像に対して一定の効果を有する。しかし、更に効果を上げるためにコンデンサ40の容量を上げると、ヒータ12cのガラスコーティングなどにかかる落雷などによるサージ電圧が高くなり、ヒータ12cなどの破壊が懸念されるため、コンデンサ40の容量は一定以上大きくすることができない。そして、上記破壊を抑制できる範囲で最も容量の高い4700pFのコンデンサ40を用いた場合でも、転写ニップNtで200Vの転写電圧の振動(ピークピーク値)が発生し、ACバンディング画像が発生する場合があった。そのため、比較例1では、ACバンディング画像を抑制する対策とサージ電圧によるヒータ12cなどの破壊を抑制する対策とを両立することは困難である。
比較例3では、転写ニップNtでの交流電圧の振動を接地電位へ逃がすことができるため、転写ニップNtでの転写電圧の振動(ピークピーク値)を40Vに減衰させることができ、ACバンディング画像の発生はなかった。しかし、直流の転写電流が記録材P及び定着入口ガイド18を介して接地電位に逃げるため、転写抜け画像が発生する場合があった。
比較例4では、転写電流が接地電位に逃げることは抑制できるものの、接地電位に逃げる交流電圧の振動も減衰してしまうため、転写ニップNtでの転写電圧の振動(ピークピーク値)は250Vとなり、ACバンディング画像が発生する場合があった。
また、比較例5では、比較的大容量のコンデンサ43を介して、抵抗体を介さずに交流電圧の振動を逃がすことができる。そのため、47000pFのコンデンサ43を使用した場合、転写ニップNtでの転写電圧の振動(ピークピーク値)は100Vまで減衰させることができ、ACバンディング画像の発生はなかった。しかし、比較例5では、高抵抗の記録材Pを用いた場合などに、定着入口ガイド18と記録材Pとの摺擦によって定着入口ガイド18が帯電する。そして、定着入口ガイド18とトナーとの間で発生した反力のため、トナーの飛び散り(飛び散り画像)が発生する場合があった。高抵抗の記録材Pとしては、低温低湿環境下(10℃/15%)で放置されたキヤノン製A4サイズ紙OceRedLabel(坪量80g/m)を使用した。
このように、Itdを小さくしすぎると飛び散り画像が発生してしまうため、転写抜け画像と飛び散り画像を抑制するためには、Itdは一定範囲内に収めることが望まれる。つまり、導電部材18が転写挟持部Ntと定着挟持部Nfとの間の記録材Pの搬送経路にある場合には、導電部材18と接地電位との間にコンデンサ43を接続しただけでは、導電部材18と記録材Pとの摺擦によって導電部材18が帯電する場合がある。そして、この導電部材18が帯電すると、飛び散り画像が発生する場合がある。
(本実施例)
図2に示すように、本実施例では、定着入口ガイド18と接地電位との間に、容量素子であるコンデンサ23と抵抗素子である抵抗体22とが並列に接続される。すなわち、定着入口ガイド18は、コンデンサ23、抵抗体22のそれぞれの一方の端子に接続されており、コンデンサ23、抵抗体22のそれぞれの他方の端子は接地電位(グランド)に接続されている。コンデンサ23は、Itaを大きくしACバンディング画像を抑制するためのものである。抵抗体22は、Itbを一定範囲内に収めて転写抜け画像及び定着入口ガイド18の帯電を抑制するためのものである。これにより、定着入口ガイド18の帯電を抑制し、記録材Pとの摺擦で発生した電位を下げることができる。
ここで、定着フィルム12aの表面電位を一定以下に保つために、加圧ローラ12bの芯金12eは抵抗体を介して電気的に接地される場合がある。この場合、記録材Pが定着ニップNfに突入すると、定着ニップNfに転写電流が逃げ、記録材Pが定着ニップNfに突入する前後で転写ニップNtでの転写性が異なり、画像全体で一様な転写性を得ることができない場合がある。そのため、転写抜け画像の抑制と画像の一様性とを両立するためには、抵抗体22の抵抗値を大きくしすぎることは望ましくない。つまり、定着入口ガイド18を介した転写電流の逃げによる転写抜け画像を抑制するためには、抵抗体22の抵抗値は一定以上に大きくすることが望まれる。しかし、画像の一様性を確保するためには、記録材Pが定着ニップNfに突入する前後での転写電流が逃げる量の差を小さくするように、抵抗値を一定以下に小さくすることが望まれる。このように、本実施例を適用する画像形成装置100の具体的構成などに応じて、定着入口ガイド18と接地電位との間に接続する抵抗体22には最適な抵抗値がある。
本実施例の画像形成装置100において、定着入口ガイド18と接地電位との間に接続する抵抗体22として、高圧抵抗の抵抗値を20MΩ、30MΩ、40MΩ、50MΩと振り、転写抜け画像及び飛び散り画像の発生の状況を検討した。その結果、30MΩ以下の抵抗値では、飛び散り画像の発生は抑制できるものの、転写抜け画像を抑制する効果は不十分であった。一方、50MΩの抵抗値では、定着ニップNfに突入する前後での転写性の差による濃度差が発生した。そのため、本実施例の画像形成装置100では、抵抗体22の抵抗値は40MΩが最適であることがわかった。
また、定着入口ガイド18と接地電位との間に接続するコンデンサ23の容量は、大きいほどACバンディング画像の抑制に対して効果がある。このコンデンサ23は記録材Pを介してヒータ12cに間接的に接続されるだけなので、落雷などによるサージ電圧がヒータ12cのガラスコーティングなどに過大に印加されること抑制するために、このコンデンサ23と直列に抵抗体を接続する必要はない。そして、そのような直列に接続する抵抗体を設けなくても、コンデンサ22の容量は可及的に高くすることができる。本実施例の画像形成装置100において、コンデンサ23の容量を4700pF、10000pF、30000pF、47000pFと振り、ACバンディング画像の発生の状況を確認した。その結果、コンデンサ23の容量は高いほどACバンディング画像に対して効果が高かった。
上記の結果に鑑みて、本実施例では、定着入口ガイド18と接地電位との間に、40MΩの抵抗体22と47000pFのコンデンサ23とを並列に接続した。
(本実施例の画像評価)
本実施例について、高温高湿環境下(30℃/80%)及び低温低湿環境下(10℃/15%)で、転写ニップNtでの転写電流の振動と画像不良との関係を調べた。画像評価は、記録材Pとしてキヤノン製A4サイズ紙OceRedLabel(坪量80g/m)を上記各環境下で放置したものを使用して行った。評価方法、評価項目、評価基準などは、比較例1〜5の場合と同様である。結果を後掲表1に示す。
高温高湿環境下においては、転写ニップNtでの転写電流の振動(ピークピーク値)は80Vとなり、ACバンディング画像の発生はなかった。また、定着入口ガイド18と接地電位との間に抵抗体22が接続されているため、Itdを小さく抑えることができ、転写抜け画像の発生もなかった。
一方、低温低湿環境下においては、定着入口ガイド18と記録材Pとの摺擦はあるものの、定着入口ガイド18と接地電位との間に抵抗体22が接続されており、定着入口ガイド18は接地電位に対し絶縁ではない。そのため、定着入口ガイド18が帯電し続けないため、飛び散り画像の発生はなかった。
以上、本実施例によれば、定着入口ガイド18を介して接地電位へAC電流Itaを十分に逃がすと共に、定着入口ガイド18を介して接地電位へ逃げるDC電流Itdを一定範囲に収めることが可能となる。これにより、コンデンサ23によりACバンディング画像を抑制し、抵抗体22によって転写抜け画像及び飛び散り画像を抑制することが可能となる。このように、本実施例によれば、記録材Pを介して転写ニップNtに交流電圧が伝達されることによるACバンディング画像、転写電流不足による転写抜け画像、及び定着入口ガイド18とされる導電部材の過帯電による画像不良を抑制することが可能となる。
[実施例2]
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本的な構成及び動作は実施例1のものと実質的に同じである。したがって、実施例1の画像形成装置のものと同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。
実施例1では、定着ニップNfと転写ニップNtとに同時に挟持された記録材Pに接触する導電部材として、記録材Pの搬送方向において定着ニップNfの上流側、かつ、転写ニップNtの下流側に配置される定着入口ガイド18を用いた。一方、本実施例では、実施例1と同様、記録材Pの搬送方向において転写ニップNtの上流側には、記録材Pを案内するガイド部材として転写前ガイド17が設けられている。転写前ガイド17は、記録材Pに接触してその搬送軌跡を規制して、転写ニップNtへ記録材Pを案内する。本実施例では、転写前ガイド17は、導電材料として金属で形成されている。そこで、本実施例では、定着ニップNfと転写ニップNtとに同時に挟持された記録材Pに接触する導電部材として、この記録材Pの搬送方向において転写ニップNtの上流側に配置される転写前ガイド17を用いる。
ここで、図9を参照して説明した比較例5に対応して、転写前ガイド17と接地電位との間に容量素子であるコンデンサを接続することが考えられる。これにより、定着装置12から記録材Pを介して転写ニップNtに伝播する交流電圧の振動がコンデンサを介して接地電位へ流れることで、転写ニップNtでの交流電圧の振動を減衰させ、また接地電位に対して直流の転写電流が逃げることも抑制できる。
しかし、この場合、高抵抗の記録材Pを用いた場合などに、転写前ガイド17と記録材Pとの摺擦によって転写前ガイド17が帯電し、トナーが転写前ガイド17上に集まり、記録材Pがトナーで汚れてしまう場合があった。このように、導電部材17が転写挟持部Ntよりも記録材Pの搬送方向の上流側にある場合には、導電部材17と記録材Pとの摺擦により導電部材17が帯電し、トナーが導電部材17上に集まり、記録材Pがトナーで汚れてしまう場合がある。
そこで、図3に示すように、本実施例では、転写前ガイド17と接地電位との間に、容量素子であるコンデンサ23と抵抗素子である抵抗体22とが並列に接続される。すなわち、転写前ガイド17は、コンデンサ23、抵抗体22のそれぞれの一方の端子に接続されており、コンデンサ23、抵抗体22のそれぞれの他方の端子は接地電位(グランド)に接続されている。本実施例では、転写前ガイド17と接地電位との間に、40MΩの抵抗体22と47000pFのコンデンサ23とを並列に接続した。
本実施例について、実施例1及び比較例1〜5と同様の画像評価を行った結果を後掲表1に示す。
ここで、剛性の異なる種々の記録材Pを安定的に搬送させるためには、記録材Pの搬送経路上の部材によって記録材Pの搬送軌跡を規制することが好ましい。特に、転写ニップNtへの記録材Pの搬送を安定化させるためには、記録材Pの鉛直方向上下(記録材Pの表側と裏側の両面側)に転写前ガイド17を配置し、転写前ガイド17と記録材Pとを接触させて、記録材Pの搬送軌跡を規制することが望ましい。この点、転写前ガイド17は転写ニップNtよりも記録材Pの搬送方向の上流側にあるため、転写前ガイド17に搬送される記録材P上に未定着のトナー像はない。そのため、鉛直方向上下(記録材Pの表側と裏側の両面側)の転写前ガイド17によって記録材Pの搬送を規制しやすい。一方、定着入口ガイド18は、転写ニップNtよりも記録材Pの搬送方向の下流側にあるため、定着入口ガイド18に搬送される記録材P上には未定着のトナー像がある。そのため、記録材Pの未定着のトナー像がある面で記録材Pの搬送軌跡を規制することは難しい。そのため、定着ニップNfへの記録材Pの搬送を安定化させるためには、記録材Pの鉛直方向下側(記録材Pの裏側)に定着入口ガイド18を配置する場合が多い。そして、記録材Pの種類や記録材の搬送状態によっては、記録材Pが定着入口ガイド18と接触しない場合があり得る。
このようなことから、鉛直方向上下(記録材Pの表側と裏側の両面側)に転写前ガイド17を設けて記録材Pの搬送軌跡を規制し、この転写前ガイド17と接地電位との間にコンデンサ23と抵抗体22とを並列に接続することが好ましい。これにより、記録材Pの全体でより一様なバンディング画像の抑制や転写抜け画像の抑制などの効果を得やすくなる。本実施例では、記録材Pの搬送経路の鉛直方向上下(記録材Pの表側と裏側の両面側)に転写前ガイド17(転写前下ガイド17a、転写前上ガイド17b)を配置した。
一方、実施例1の構成の方が、本実施例の構成よりも、定着入口ガイド18とされる導電部材は交流電圧の振動の発生源に近く、交流電圧の振動の減衰が少ない。そのため、実施例1の構成の方が、本実施例の構成よりも、同等の効果を得るために必要なコンデンサの容量を小さくすることができ、コストダウンを図ることが可能となる。
このように、本実施例の構成では、実施例1の構成に比べて、コンデンサの容量を大きくする必要がある。しかし、本実施例の構成では、より安定的に記録材Pを導電部材に接触させやすく、記録材Pの略全域でより一様なバンディング画像の抑制や転写抜け画像の抑制などの効果を得やすい。
[実施例3]
次に、本発明の更に他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本的な構成及び動作は実施例1のものと実質的に同じである。したがって、実施例1の画像形成装置のものと同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。
本実施例では、定着ニップNfと転写ニップNtとに同時に挟持された記録材Pに接触する導電部材として、記録材Pの搬送方向において定着ニップNfの下流側に配置される定着出口ローラ19を用いる。
つまり、図4に示すように、本実施例では、記録材Pが定着ニップNfを通過した後に接触する導電性ローラで構成された定着出口ローラ19と、接地電位との間に、容量素子であるコンデンサ23と抵抗素子である抵抗体22とが並列にされる。すなわち、定着出口ローラ19は、コンデンサ23、抵抗体22のそれぞれの一方の端子に接続されており、コンデンサ23、抵抗体22のそれぞれの他方の端子は接地電位(グランド)に接続されている。本実施例では、定着出口ローラ19(より詳細にはローラ対の少なくとも一方)と接地電位との間に、40MΩの抵抗体22と47000pFのコンデンサ23とを並列に接続した。
本実施例について、実施例1、実施例2及び比較例1〜5と同様の画像評価を行った結果を後掲表1に示す。
一般に、定着ニップNfを通過した後の記録材Pは、水分が蒸発することで体積抵抗が高くなる。そのため、本実施例の構成では、交流電圧の振動が伝わりにくく、実施例1と同様の効果を得るためには、定着出口ローラ19と接地電位との間に接続するコンデンサ22の容量を大きくする必要がある。一方、定着出口ローラ19は、トナー像を定着した後の記録材Pに接触するものである。そのため、この定着出口ローラ19は、実施例2と同様に安定的に記録材Pに接触させる構成をとりやすく、記録材Pの略全域でより一様なバンディング画像の抑制や転写抜け画像の抑制の効果を得やすい。
このように、記録材Pの搬送方向において定着ニップNfの下流側に配置される導電部材19に抵抗体22及びコンデンサ23を並列に接続した場合でも、ACバンディング画像の抑制や転写抜け画像の抑制の効果を得ることができる。
Figure 2015084084
[実施例4]
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本的な構成及び動作は実施例1のものと実質的に同じである。したがって、実施例1の画像形成装置のものと同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。
近年、プリントスピードに対する要求は高まっている。プリントスピードを向上させるには、プロセススピードを速くする、あるいは連続プリント中の記録材と記録材との搬送経路上の距離間隔(紙間)を縮める手段をとることが多い。プロセススピードだけでプリントスピードを上げると定着性の確保が困難となるため、プリントスピードを上げる場合には、プロセススピードと紙間を共に調整することが多い。
実施例1〜3のように紙間が一定以上に広い場合には、記録材Pが定着入口ガイド18などの導電部材と接している区間でコンデンサ23に蓄えられた電荷は、紙間で放電されやすい。しかし、後述するように紙間が狭くなるにつれ、コンデンサ23に蓄えられた電荷は紙間で放電されにくくなる。
特に吸湿紙などの電気抵抗の低い記録材Pを用いる場合、定着入口ガイド18などの導電部材と接地電位との間に接続したコンデンサ23に電荷が溜まるまで、転写電流が逃げて、転写電流が不足する方向に変化する場合がある。このような場合でも、コンデンサ23に電荷が一定以上溜まると、コンデンサ23への転写電流の逃げが少なくなる。そのため、このような場合には、コンデンサ23に電荷が溜まる前後で転写性が異なってしまい、プリント開始からプリント終了までの一連のプリント(ジョブ)全体での画質の一様性を得ることが困難になることがある。
したがって、ジョブ全体で画質の一様性を確保するためには、紙間が最も短いプリント条件下において、コンデンサ23に溜まった電荷を紙間で十分に放電させられることが望まれる。つまり、紙間が最も短いプリント条件下において、ジョブにおけるいずれの記録材Pの先端が定着入口ガイド18などの導電部材との接触部に突入するよりも前にコンデンサ23の電荷は十分に抜けていることが望まれる。
コンデンサ23の容量が大きいほど、記録材Pを介したコンデンサ23への転写電流の逃げが多くなり、またコンデンサ23の放電に必要な時間が延びる。一方、紙間の時間が長い、コンデンサ23の容量が小さい、あるいは抵抗体22の抵抗値が低いことなどによって、紙間でのコンデンサ23の放電が十分であれば、ジョブの途中での転写性の変化は十分に少なくなる。
ここで、紙間では定着入口ガイド18などの導電部材に記録材Pは接触していない。そのため、紙間でのコンデンサ23の放電は、主に導電部材と接地電位との間に接続されているコンデンサ23と抵抗体22との定数で決まり、記録材Pの抵抗などによらないRC回路で考えることができる。
(実施例4の画像評価)
実施例1〜3における画像評価は、プロセススピード230mm/秒、紙間23mm(紙間時間0.1秒)、毎分45枚のプリントスピードで行った。一方、本実施例では、プロセススピードは230mm/秒のまま、紙間を12mm(紙間時間0.05秒)に短縮し、プリントスピードを毎分47枚に向上した条件下で行う。
高温高湿環境下(30℃/80%)で、紙間時間と画像不良との関係を調べた。画像評価は、記録材Pとしてキヤノン製A4サイズ紙OceRedLabel(坪量80g/m)を上記環境下で放置したものを使用して行った。実施例1〜3の結果から、コンデンサ容量は4700pF以上のものを使用した。評価項目は、転写抜け画像、ACバンディング画像とした。評価基準は、評価用の種々の画像を30枚連続出力して、30枚の中で上記の画像不良の発生レベルに差がないものは合格(○)、30枚中1枚でも差があるものには不合格(×)とした。結果を後掲表2に示し、表2の結果をグラフ化したものを図10に示す。
上述のように、ジョブ全体での画像の一様性を保つためには、最も短い紙間時間でもコンデンサ23の電荷が十分に抜けていることが望まれる。紙間でのコンデンサ23の放電は、定着入口ガイド18などの導電部材と接地電位との間に配置したコンデンサ23の容量C、抵抗体22の抵抗値R、及び紙間時間Tで決まる。表2及び図10の結果から、最も短い紙間時間を最小紙間時間Tmとしたとき、
R×C≦20×Tm
の関係式を満たすことが好ましいことがわかる。
このように、本実施例では、所定の転写性を実現する所定の転写バイアスに対する実際に出力する転写バイアスの幅が確保しにくい場合などにおける、吸湿紙などの電気抵抗の低い記録材Pを用いた際のジョブ全体での画像の一様性を考慮する。この場合、上記関係式で表されるように、紙間時間によって抵抗体22の抵抗値及びコンデンサ23の容量に一定の制限を加えることが好ましい。つまり、この場合、上記結果に基づいて、本実施例で説明したジョブ全体での画像の一様性(転写弱抜け)に対する影響と、実施例1〜3で説明したACバンディング画像などの画像不良に対する影響とのバランスを取ることが好ましい。これにより、紙間時間を短縮する場合においても、ジョブ全体を通してコンデンサ23への電流の逃げを一様にでき、画像の一様性を保つことが容易になる。
Figure 2015084084
[その他の実施例]
以上、本発明を具体的な実施例に即して説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではない。
例えば、上述の実施例では、抵抗体として所定の抵抗値の高圧抵抗、コンデンサとして所定の容量値の高耐圧コンデンサを用いたが、所望に応じて適宜任意の電気抵抗、適宜任意の電気容量を示す材料あるいは素子を用いることができる。
また、上述の実施例では、ACバンディング画像は定着装置のヒータに印加される交流電圧に起因して発生するものとして説明した。しかし、交流電圧を駆動源とする加熱源を有することなどにより交流電圧が記録材に印加される構成であれば、本発明は同様に適用することができ、同様の効果が得られる。
また、上述の実施例においては、定着挟持部と転写挟持部とに同時に挟持された記録材に接触する導電部材として、転写前ガイド、定着入口ガイド又は定着出口ローラを用いた。しかし、この導電部材は、定着挟持部と転写挟持部とに同時に挟持された記録材に接触するものであれば、任意の態様をとることができ、同様の効果を得られる。つまり、記録材を案内する機能或いは記録材を搬送する機能を有する導電部材を用いることで、別途導電部材を設けることなく、簡易で安価な構成を実現しやすい。ただし、本発明の効果を得るために、当該導電部材が記録材を案内する機能或いは記録材を搬送する機能を有していることは必須ではない。上述の実施例における転写前ガイド、定着入口ガイド、定着出口ローラに加えて又は代えて、記録材を案内又は搬送するガイド部材又は搬送部材の機能を有していない導電部材を設けてもよい。
また、上述の実施例では、定着ニップから、像担持体としての感光体と転写部材とで形成される転写ニップに伝達される交流電圧の影響を抑制する場合について説明した。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、定着ニップから、像担持体としての中間転写体と転写部材とで形成される転写ニップに伝達される交流電圧の影響を抑制するためにも等しく適用することができる。つまり、第1の像担持体としての感光体に形成されたトナー像を、無端状のベルトなどとされる第2の像担持体としての中間転写体に転写(一次転写)した後に、該中間転写体から記録材にトナー像を転写(二次転写)する中間転写方式の画像形成装置がある。二次転写は、中間転写体に接触して転写ニップ(二次転写ニップ)を形成する二次転写部材に二次転写電圧が印加されることで行われる。この場合、定着装置に印加される交流電圧が二次転写ニップにおける二次転写電圧に影響して、濃度ムラなどの画像不良が発生することが懸念される。したがって、導電部材の配置とコンデンサ及び抵抗体の接続に関し、上述の実施例における転写ニップを二次転写ニップと読み替えて、実質的に上述の実施例と同じ構成を適用することで、そのような画像不良を抑制することができる。
また、本発明は、モノクロ/カラー画像形成装置において共通の課題を解決するものであり、本実施例による効果は、モノクロ画像形成装置のみでなく、カラー画像形成装置に対しても同様の効果が得られるものである。
また、転写手段は、ローラ状の転写部材に限定されるものではなく、ブラシ状やブレード状などの任意の態様の転写部材であってよい。
1 感光ドラム
5 転写ローラ
12 定着装置
12a 定着フィルム
12b 加圧ローラ
12c セラミックヒータ
17 転写前ガイド
18 定着入口ガイド
19 定着出口ローラ
20 交流電源
21 転写電源
22 抵抗体
23 コンデンサ

Claims (11)

  1. トナー像を担持する像担持体と、
    前記像担持体との間で記録材を挟持すると共に、電圧が印加されることでトナー像を前記像担持体から記録材に転写させる転写手段と、
    記録材を挟持すると共に、交流電圧が印加されることで記録材を加熱してトナー像を記録材に定着させる定着手段と、を有する画像形成装置において、
    前記定着手段により記録材を挟持する定着挟持部と、前記像担持体と前記転写手段とにより記録材を挟持する転写挟持部と、に同時に挟持された記録材に接触する導電部材と、
    前記導電部材と接地電位との間に並列に接続された抵抗素子及び容量素子と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記導電部材は、記録材の搬送方向において前記定着挟持部の上流側、かつ、前記転写挟持部の下流側に配置されることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記導電部材は、前記転写挟持部から前記定着挟持部へ搬送される記録材を案内するガイド部材であることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記導電部材は、記録材の搬送方向において前記転写挟持部の上流側に配置されることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  5. 前記導電部材は、前記転写挟持部へ搬送される記録材を案内するガイド部材であることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
  6. 前記ガイド部材は、記録材の表側及び裏側の両面側にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
  7. 前記導電部材は、記録材の搬送方向において前記定着挟持部の下流側に配置されることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  8. 前記導電部材は、記録材を搬送する搬送部材であることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
  9. 前記定着手段は、交流電圧が印加されることにより発熱する加熱源を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  10. 前記転写手段には、直流電圧が印加されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  11. 前記抵抗素子の抵抗値をR、前記容量素子の容量をC、複数の記録材へ連続的に画像を転写する際に記録材の搬送経路上で記録材と記録材との間の区間が所定箇所を通過するのにかかる時間が最も短い場合の時間をTmとしたとき、
    R×C≦20×Tm
    の関係式を満たすことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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