JP2017090841A

JP2017090841A - 定着装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2017090841A
Application number: JP2015224574A
Authority: JP
Inventors: 尚志本家; Hisashi Honke; 谷口　悟; Satoru Taniguchi; 悟谷口; 吉岡　真人; Masato Yoshioka; 真人吉岡; 洋彦相場; Hirohiko Aiba; 太佑皆川; Daisuke Minagawa; 正起廣瀬; Masaki Hirose
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2017-05-25
Anticipated expiration: 2035-11-17
Also published as: US20170139373A1; JP6598650B2; US10114337B2

Abstract

【課題】オフセットの発生と先端尾引きの発生を共に解決し、可及的に紙間時間を短くし得る定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】紙間時間内で、トナーと同極性のバイアスに切り替えてから、記録材がニップ部に突入するまでの時間を切り替え時間としたとき、前記紙間時間の長さに対応する異なる切り替え時間を予め記憶しておき、記憶された紙間時間と切り替え時間の対応関係に基づいて、実際の記録材の紙間時間に応じて切り替え時間を変更し、前記バイアス印加手段の切り替えタイミングを制御する。【選択図】図７

Description

本発明は、記録材に形成されたトナー像を加熱定着する定着装置及びこれを用いた電子写真プリンタ、複写機などの画像形成装置に関する。

従来のこの種の画像形成装置の定着装置としては、たとえば、特許文献１に記載のようなフィルム加熱方式の定着装置が知られている。
すなわち、ヒータにより加熱される筒状の定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータと共にニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、ニップ部でトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱しトナー像を記録材に定着する。
この定着装置においては、「先端尾引き」と呼ばれる画像不良が発生することがあった。尾引きとは、吸湿量の多い記録材を加熱定着した場合において、記録材中より噴出した水蒸気によって、記録材の搬送方向と反対方向にトナー像を飛散させる現象である。
この尾引き対策として、特許文献１では、定着フィルムにトナーと同極性のバイアスを印加し、トナーが記録材に吸引される方向の電界を形成する手法が開示されている。この電界によりトナーが記録材に押さえつけられ、その結果、水蒸気によるトナー像の飛び散りが低減する。

一方、定着装置においては、この尾引き不良のほかに、「オフセット」と呼ばれる画像不良が発生することも知られている。オフセットとは、ニップ部にて記録材を搬送する過程で、加圧ローラの表面が次第にチャージアップし、その結果、記録材上の未定着トナーが引き剥がされることで発生する現象である。
このオフセット対策として、特許文献２には、記録材がニップ部を通過していない非通過期間において、定着フィルムあるいは加圧ローラにトナーと逆極性のバイアスを印加し、加圧ローラのチャージアップを防止するという手法が開示されている。

特開２０００−１３１９７４号公報特開２０１０−１２８４７４号公報

しかしながら、近年、画像形成装置に対してはプリント速度の高速化が進み、記録材がニップ部を通過しない非通過期間が短くなっているために、「オフセット」と「先端尾引き」の課題の解決を両立することが困難となっている。以下に、その理由を説明する。
「オフセット」とは、記録材Ｐの通紙に伴い、加圧ローラがトナーの極性と同極性にチャージアップすることで、定着フィルムにトナーを引きつける電界の力が発生することが原因である。十分な紙間時間を確保することが困難である画像形成装置においては、紙間でトナーと逆極性のバイアスを印加する時間が十分にとれない。
その結果、加圧ローラに十分な電荷を付与させることができず、チャージアップを防ぐ効果が小さくなり、「オフセット」が発生してしまう場合がある。
一方、短い紙間時間においても、加圧ローラに十分なトナーと逆極性の電荷を付与するため、紙間にて定着フィルムに対しトナーと逆極性のバイアスを印加する時間を長く設定することもできる。しかし、この場合、後続の記録材Ｐがニップ部Ｎを通過する際に印加すべきトナーと同極性のバイアスを印加するように切り替えてから、後続の記録材Ｐが定着ニップを通過するまでの切り替え時間が短くなり、その結果、「先端尾引き」を引き起
こす場合がある。

本発明は、上記した問題点を解決するためになされたもので、その目的は、オフセットの発生と先端尾引きの発生を共に解決し、可及的に紙間時間を短くし得る定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の定着装置は、
加熱体により加熱される筒状の定着フィルムと、該定着フィルムに接触してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で未定着のトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱しトナー像を記録材に定着する構成で、
前記定着フィルムに前記トナーと同極性のバイアス、前記定着フィルム又は前記加圧部材にトナーと逆極性のバイアスを印加するバイアス印加手段を有し、
該バイアス印加手段は、記録材が前記ニップ部を通過するニップ通過時には、前記定着フィルムにトナーと同極性のバイアスを印加し、先行の記録材が前記ニップ部を通過した後、後続の記録材がニップ部に突入するまでの紙間時間内で、前記定着フィルムに前記トナーと逆極性のバイアスを印加する定着装置において、
前記紙間時間内で、トナーと同極性のバイアスに切り替えてから、記録材がニップ部に突入するまでの時間を切り替え時間としたとき、
前記紙間時間の長さに対応する異なる切り替え時間を予め記憶しておき、
記憶された紙間時間と切り替え時間の対応関係に基づいて、実際の記録材の紙間時間に応じて切り替え時間を変更し、前記バイアス印加手段の切り替えタイミングを制御することを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、記録材に未定着のトナー像を形成する画像形成部と、前記未定着のトナー像を定着するための上記した本発明の定着装置と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、オフセットの発生と先端尾引きの発生を共に解決し、可及的に紙間時間を短くすることができる。

実施例１に係る画像形成装置の断面図。実施例１に係る定着装置の断面図。実施例１に係る定着フィルムの断面図。比較例１に係る定着フィルム表面電位の時間変化を表したグラフ。比較例２に係る定着フィルム表面電位の時間変化を表したグラフ。比較例１，２に係る加圧ローラ表面電位のプリント枚数変化を表したグラフ。実施例１に係る定着フィルム表面電位の時間変化、および加圧ローラ表面電位のプリント枚数による変化を表したグラフ。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施の形態に基づいて例示的に詳しく説明する。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係る画像形成装置の断面図である。
（画像形成装置の概略構成）
この画像形成装置は、記録材上にトナー画像を形成する画像形成部１００Ａと、画像形成部１００Ａに記録材を送り出す記録材送り部１００Ｂと、記録材上のトナー画像を記録
材に加熱定着する定着装置１００Ｃを有している。
画像形成部１００Ａは、像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１を有している。この感光ドラム１は、画像形成装置の筺体を構成する画像形成装置本体（以下、装置本体と記す）Ｍに回転自在に支持されている。感光ドラム１の外周面の周囲には、その回転方向に沿って順に、帯電ローラ２と、レーザースキャナ３と、現像装置４と、転写ローラ５と、クリーニング装置６が配設されている。
記録材送り部１００Ｂは、送り出しローラ１１を有している。この送り出しローラ１１は、不図示の搬送駆動モータによって矢印方向に所定のタイミングで回転され、カセット７に積載収納されている記録材Ｐの搬送経路に沿って順に、搬送ローラ８と、トップセンサ９と、搬送ガイド１０と、定着部（定着装置と記す）Ｃ、搬送ローラ１２と、排出ローラ１３と、排出トレイ１４が配設されている。

本実施例の画像形成装置は、画像形成部１００Ａと記録材送り部１００Ｂと定着装置１００Ｃ等を制御する制御部３１有している。制御部３１はＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭ等のメモリからなり、メモリには画像形成に必要な各種プログラムが記憶されている。
この制御部３１はホストコンピュータ等の外部装置からプリント信号を取り込み、そのプリント信号に基づいて所定の画像形成制御シーケンスを実行する。これにより、ドラムモータが回転駆動され、感光ドラム１は所定の周速度（プロセススピード）で矢印方向に回転する。回転された感光ドラム１表面は、帯電ローラ２によって、トナーと同極性（ここではマイナス極性）の所定の電位に一様に帯電される。この感光ドラム１表面の帯電面に対し、レーザースキャナ３が画像情報に基づいてレーザー光Ｌを走査し、感光ドラム１表面を露光する。そしてこの露光によって、露光部分の電荷が除去され、感光ドラム１表面に静電潜像が形成される。

現像装置４は現像ローラ４１と、トナーを収納するトナー容器４２等を有している。トナーは不図示のウレタンブレード等の部材により摩擦され、所定の極性に帯電される。本実施例１ではマイナス極性に帯電されたトナーを用いている。この現像装置４は、現像ローラ４１に現像バイアス電源（不図示）によりマイナスバイアスが印加されることによって、感光ドラム１表面の静電潜像に、電位差を利用してトナーを付着させ、静電潜像を未定着のトナー画像Ｔとして現像する。感光ドラム１表面に形成されたトナー画像Ｔは、トナーと逆極性であるプラスバイアスを転写ローラ５に印加することによって、転写バイアスによる電位差を利用して記録材Ｐに転写される。
また、記録送り部材Ｂに設けられている搬送駆動モータが回転駆動され、送り出しローラ１１は、カセット７から記録材Ｐを搬送ローラ８に送り出す。この記録材Ｐは搬送ローラ８によって搬送され、トップセンサ９を通過して感光ドラム１表面と転写ローラ５の外周面との間の転写ニップ部に搬送される。このとき記録材Ｐは検出手段としてのトップセンサ９によって記録材の先端位置が検出される。
感光ドラム１表面に形成されたトナー画像Ｔが転写された記録材Ｐは、搬送ガイド１０に沿って、定着装置１００Ｃに搬送され、この定着装置１００Ｃで記録材Ｐ上のトナー画像Ｔが加熱および加圧されて記録材Ｐ上に加熱定着される。

トナー画像Ｔが加熱定着された記録材Ｐは、搬送ローラ１２、排出ローラ１３の順に搬送されて装置本体Ｍ上面の排出トレイ１４に排出される。
トナー画像を記録材Ｐに転写した後の感光ドラム１表面に残留している転写残トナーは、クリーニング装置６のクリーニングブレード６１によって除去され、クリーニング装置６内に蓄積される。以上の動作を繰り返すことで順次プリントを行うようになっている。本実施例の画像形成装置はＡ４サイズの場合、６０枚／分のプリント速度でプリントを行うことができる。

（定着装置の構成）
図２は、本実施例１に係る画像形成装置の定着装置の横断側面図である。
本実施例１の定着装置１００Ｃは、加熱体としてのセラミックヒータ２０によって加熱される筒状の定着フィルム２５と、定着フィルム２５に接触してニップ部を形成する加圧部材としての加圧ローラ２６と、を有する。このニップ部で未定着のトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱し、トナー像を記録材に定着することを基本構成とする。
また、本実施例１の特徴的な構成として、定着フィルム２５にバイアスを印加する、バイアス印加装置５０を有している。すなわち、定着フィルム２５には、トナーと同極性のバイアス、定着フィルム２５には、トナーと逆極性のバイアスを印加する。

（ヒータ）
セラミックヒータ２０は、窒化アルミニウム、アルミナ等からなる耐熱性のヒータ基板２１を有している。このヒータ基板２１の表面には、通電により発熱する通電発熱抵抗層としての抵抗体パターン２２が、例えば、印刷によってヒータ基板２１の長手方向に沿って形成されている。この抵抗体パターン２２表面は、保護層としてのガラス層２３で被覆されている。また、ヒータ基板２１の裏面（ニップ部Ｎと反対側の面）には、セラミックヒータ２０の温度を検知する温度検知部材としてのサーミスタ２４が配設されている。フィルムガイド部材２９は、セラミックヒータ２０を支持する支持部材として作用するとともに、定着フィルム２５の回転をガイドするガイド部材としても作用する。フィルムガイド部材２９の材料としては、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂が用いられている。

（加圧ローラ）
加圧ローラ２６は、芯軸部２６１の外周に弾性層２６２を有し、弾性層２６２の外周に表層２６３を有している。加圧ローラ２６の外径は約３０ｍｍである。芯軸部２６１には、アルミニウム、鉄などの金属材料が中実もしくは中空で用いられる。実施例１では、中実のアルミニウムを芯金材料として用いている。弾性層２６２は、断熱性のシリコーンゴムから成り、カーボン等の電気伝導材を添加することで導電性としている。実施例１では弾性層２６２はカーボンを適量添加し、体積抵抗率を１×１０^５（Ω・ｃｍ）程度に調整したシリコーンゴムからなり、その厚みは３ｍｍとしている。
表層２６３は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂からなる厚さ１０〜８０ｕｍの離型性チューブである。ここで、ＰＦＡは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、ＰＴＦＥはポリテトラフルオロエチレン（４フッ化）、ＦＥＰは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（４，６フッ化）の略称である。
実施例１では、加圧ローラ２６の表層２６３の材料は絶縁のフッ素樹脂（厚さ３０μｍのピュアのＰＦＡチューブ）としている。従って、実施例１の加圧ローラ２６の体積抵抗率は１×１０^１４（Ω・ｃｍ）以上と高抵抗である。ピュアのフッ素樹脂を用いた理由は、表層２６３に抵抗を下げるカーボン等を添加すると、表面の平滑性が低下しトナーや紙粉で汚れる現象（コンタミネーション）が発生する場合があるためである。

（定着フィルム）
エンドレスベルト状の耐熱性フィルム（定着フィルム）２５は、直径３０ｍｍの円筒形状である。定着フィルム２５は可撓性を有し、半円弧状のフィルムガイド部材２９に対してルーズに外嵌されている。定着フィルム２５の層構造は、図３の円内に示すように、内側から基層２５１、弾性層２５２、表層２５３が設けられた複層からなる。
基層２５１の材料として、熱伝導性と耐久性を高めるためにＳＵＳ、Ｎｉ等の薄肉金属を用いている。また、その他の材料としてポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ等の低熱容量の耐熱性樹脂材料を用いることもできる。基層２５１は熱容量を小さくしてクイックスタート性を満足させると同時に、機械的強度も満足させる必要があるため、厚みは１５μｍ以上５０μｍ以下とすることが望ましい。実施例１の基層２５１は厚み
３５μｍの円筒形のステンレス（ＳＵＳ）素管とした。弾性層２５２はシリコーンゴムを材料として形成している。この弾性層２５２を設けることで、トナー画像Ｔを包み込み、均一に熱を与えることができるようになるため、光沢度が高くてムラのない良質な画像を得ることが可能になる。また、弾性層２５２はシリコーンゴム単体では熱伝導性が低いため、熱伝導性フィラーを添加する。弾性層２５２の熱伝導率としては１．２Ｗ／ｍｋ以上を確保すると良い。

熱伝導フィラーの候補として、アルミナ、金属ケイ素、炭化ケイ素、酸化亜鉛等が挙げられる。実施例１においては、弾性層２５２にゴム材であるジメチルポリシロキサン１００重量部に対して、熱伝導性フィラーである金属ケイ素を４００重量部含有し、その熱伝導率を１．２Ｗ／ｍｋとしている。また弾性層２５２の厚さは２１０μｍとしている。
表層２５３は離型層として、高い耐摩耗性およびトナーに対する高い離型性が要求される。材料としては先述のＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂が用いられる。そして、そのフッ素樹脂に有機リン化合物、リチウム塩等のイオン導電剤や五酸化アンチモン、酸化チタン、カーボンブラック、カーボンナノファイバー等の電子導電材を添加して抵抗値を調整する。また、厚さは１０μｍから５０μｍ程度であることが好ましく、チューブを被覆させたものであっても、表面を塗料でコートしたものであっても良い。
実施例１の表層２５３は、フッ素樹脂としてＰＦＡを用いている。そのＰＦＡに（Ｃ_２Ｈ_５）_４Ｐ・ＢＲで表される有機リン化合物である、ヒシコーリンＰＸ−２Ｂ（日本化学工業（株）製）を７重量部混合する。また、厚さは１５μｍでコーティング層とした。

（バイアス印加手段）
続いて、実施例１の特徴的な構成であるバイアス印加装置５０について説明する。
定着フィルム２５に印加するバイアスは、バイアス電源５３から導電ブラシなどの給電手段５１を介して、定着フィルム２５表面に一部露出させている導電の基層２５１に印加する。また、加圧ローラ２６は芯軸部２６１から、カーボンチップなどの給電部材５５を介して接地している。
実施例１では、定着フィルム２５に対して、トナーと同極性のバイアス（負バイアス）と、トナーと逆極性のバイアス（正バイアス）を、切り替えて印加することができる構成となっている。
バイアスの大きさは、正バイアスが＋８００Ｖ、負バイアスが−５００Ｖであり、例えば、トランスと抵抗により構成されるバイアス電源５３により、印加される。バイアスの切り替えは、バイアス制御部５４によって、リレーなどの手段により行う。

そして、記録材Ｐがニップ部Ｎを通過する時（以降、通紙時と称する）は負バイアス、そして記録材Ｐがニップ部Ｎを非通過の時（以降、紙間と称する）は正バイアスを印加している。その目的を以下に示す。
通紙時にトナーと同極性のバイアスを印加する目的は、尾引きの改善である。ここで、尾引きとは、記録材Ｐが定着ニップを通過する際、記録材Ｐより噴出した水蒸気によって、トナー画像Ｔのトナーが記録材Ｐの搬送方向と逆方向に飛散させられることで画像が乱れるという問題である。定着フィルムにマイナスバイアスを印加することで、未定着のトナー画像Ｔのトナーを記録材Ｐに抑えつける電界の力が働くようになるため、上記尾引きの発生を防止することができる。
紙間でトナーと逆極性のバイアスを印加する目的は、静電オフセットの改善である。ここで、静電オフセットとは、ニップ部Ｎで記録材Ｐが担持していた未定着のトナー画像Ｔのトナーが、静電的な力で記録材Ｐから引きはがされ定着フィルム２５に付着し、次の周回で画像として現れる現象のことである。

この静電オフセットは、記録材Ｐを大量に通紙した後に発生しやすい現象である。その理由を以下に示す。加圧ローラ２６の表層は上述のように１×１０^１４（Ω・ｃｍ）以上
と高抵抗である。また、加圧ローラ２６の表層２６３を構成する材料であるＰＦＡは記録材Ｐとの摺擦でマイナスに帯電しやすい特徴を有する。このため、記録材Ｐを通紙することで、摺擦により加圧ローラ２６の表層２６３にマイナス電荷が蓄積され、チャージアップしてしまう。記録材Ｐの通紙量が増加すると、定着フィルム２５の表面電位より、加圧ローラ２６の表面電位がマイナスに大きくなってしまう現象（電位の逆転）が発生する。その結果、未定着のトナー画像Ｔのトナーが静電的な力により、記録材Ｐから引きはがされ定着フィルムに付着することで、上記静電オフセットが発生してしまう。

上記静電オフセットを改善する手段として、紙間で定着フィルム２５に＋バイアスを印加して、定着フィルム２５の表層２５３を介して加圧ローラ２６の表層２６３にプラス電荷を付与することが効果的である。理由は、通紙時に付与されたマイナス電荷を、紙間で定着フィルム表層から受けたプラスの電荷でキャンセルすることで、加圧ローラ２６の表層２６３がトナーと同極性にチャージアップすることを防ぐことができるためである。その結果、定着フィルム表面と加圧ローラ表面の間で、未定着のトナー画像Ｔのトナーを記録材Ｐに抑えつけるために十分な電界を形成することができ、オフセットは発生しない。
プラス電荷を加圧ローラ表面に付与する手段として、加圧ローラ２６の芯軸部２６１にプラスバイアスを印加することも可能である。しかし、実施例１のように加圧ローラ２６の表層２６３の電気抵抗値が高い場合、より電気抵抗値の低い定着フィルム２５の表面を介して電荷を付与する方が、格段に効率が良い。

（バイアス切り替えタイミング）
上記のように実施例１の画像形成装置では、定着フィルム２５に、通紙時は−５００Ｖ，紙間では＋８００Ｖを印加している。このとき、紙間でのプラスバイアスから通紙時のマイナスバイアスに切り替えるタイミングが重要である。
上述のように、尾引きを抑制するためには、記録材Ｐの先端が定着ニップに突入する時には、−５００Ｖのバイアスが定着フィルムに印加されていることが望ましい。このため、定着バイアスの切り替えの際に発生する立ち上がりにかかる時間を考慮して、マイナスバイアスに切り替える設定とする必要がある。
なお、定着バイアスの立ち上がりにかかる時間は、高圧回路の時定数、定着フィルムおよび加圧ローラのチャージアップ度合い、周辺環境の水分率（温湿度）などの影響を受ける。一方、静電オフセットを抑制するためには、紙間でプラスバイアスを印加する時間はなるべく長い方が望ましい。
その理由は、上述のように加圧ローラ２６表面のマイナス電荷をキャンセルするために、なるべく多くのプラス電荷を付与したいためである。上記尾引きと静電オフセットを抑制する条件を考慮して、記録材Ｐがニップに突入する所定時間前にマイナスバイアスに切り替えるという制御を行っていた。（以降、ｔを切り替え時間と称する）そして、従来技術では、紙間長さｄに寄らず一定の切り替え時間ｔを設定していた。
しかし、近年の高速化の流れに伴い、紙間時間ｄを短くする必要に迫られている。そして、紙間時間ｄが上記ｔに比べ十分に大きくない場合、前記静電オフセットと、記録材Ｐ先端部における尾引きの問題を両立できないという課題があった。具体的には、紙間が短い場合の連続通紙時に静電オフセットが、紙間が長い場合に先端部尾引きが発生するという問題があった。

そこで、本発明では、バイアス印加装置５０は、記録材Ｐがニップ部Ｎを通過するニップ通過時には、定着フィルム２５にトナーと同極性のバイアスを印加し、記録材Ｐが前記ニップ部Ｎを通過していない紙間のニップ非通過時には、定着フィルム２５にトナーと逆極性のバイアスを印加する。すなわち、先行の記録材Ｐがニップ部Ｎを通過した後、後続の記録材Ｐがニップ部Ｎに突入するまでの紙間時間内で、定着フィルム２５にトナーと逆極性のバイアスを印加する。
そして、紙間時間内で、トナーと同極性のバイアスに切り替えてから、記録材Ｐがニッ
プ部Ｎに突入するまでの時間を切り替え時間ｔとしたとき、紙間時間の長さに対応する異なる切り替え時間の対応関係を予め記憶しておく。この記憶された紙間時間と切り替え時間の対応関係に基づいて、実際の記録材Ｐの紙間時間に応じて切り替え時間を変更し、バイアス印加装置５０の切り替えタイミングを制御するようになっている。
この紙間時間の長さに対応する異なる切り替え時間は、次のような時間である。
すなわち、記録材Ｐのニップ通過時に、トナーと同極性のバイアスを印加した際の定着フィルム表面電位をＶ０とする。また、記録材Ｐの紙間時間内（ニップ非通過時）の定着フィルム２５の表面電位のうち、トナーと逆極性側に最も大きな値となる表面電位をｖとする。このとき、定着フィルム２５の表面電位が、｜ｖ−Ｖ０｜の大きさに応じて、ｖからＶ０に到達するまでに必要な時間であり、先端尾引きが生じない時間である。

ここで、図４、図５及び図６を用い、比較例１および比較例２の定着バイアス制御について説明を行う。そして、比較例１の定着バイアス制御は切り替え時間ｔが長く（ｔ１＝９０ｍｓｅｃ）、比較例２は切り替え時間ｔが短い（ｔ２＝５０ｍｓｅｃ）場合の制御の例である。
図４は、比較例１の定着バイアス制御に対して、紙間時間ｄが長い（ｄｌ＝１６０ｍｓｅｃ）場合と、紙間時間ｄが短い（ｄｓ＝１００ｍｓｅｃ）場合の定着フィルム表面電位の時間変化を表したグラフである。
また、図５は比較例２の定着バイアス制御に対して、紙間時間ｄが長い（ｄｌ＝１６０ｍｓｅｃ）場合と紙間時間ｄが短い（ｄｓ＝１００ｍｓｅｃ）場合の定着フィルム表面電位の時間変化を表したグラフである。
また、図６は、比較例１および比較例２の画像形成装置において、紙間時間をｄｓ＝１００ｍｓｅｃと短く設定し、連続プリントを３００枚行った場合における、加圧ローラ表面電位とプリント枚数の関係を表したグラフである。

比較例１
まず、比較例１について説明する。
比較例１では、紙間時間がｄｌ＝１６０ｍｓｅｃの場合、切り替え時間ｔ＝９０ｍｓｅｃに設定するため、図４（１）に示す定着フィルム表面電位のプロファイルとなる。すなわち、比較例１では、タイミング「ａ−ｔ１」において、定着バイアスを正から負に切り替える。その結果、記録材Ｐの先端がニップ部Ｎに突入するタイミング「ａ」において、定着フィルム表面が−５００Ｖに立ち上がっているため、先端部尾引きは発生しない。

一方、比較例１では、紙間時間がｄｓ＝１００ｍｓｅｃの場合においても、切り替え時間ｔ＝９０ｍｓｅｃに設定するため、図４（２）に示す定着フィルム表面電位のプロファイルとなる。すなわち、比較例１では同様にタイミング「ａ−ｔ１」において、定着バイアスを正から負に切り替えることになるため、紙間において正バイアスを掛ける時間が短く十分なプラス電荷を付与することができない。その結果、加圧ローラ表面が記録材Ｐより受ける負の電荷によるチャージアップを防ぐことができない。
図６に、比較例１の画像形成装置にて、紙間時間がｄｓ＝１００ｍｓｅｃにて連続プリントを行った場合の、プリント枚数と加圧ローラ表面電位の関係を示す。
通紙開始時には、チャージアップしていなかった加圧ローラ表面電位が、連続１００枚程度通紙した頃には−５００Ｖに達し、連続２５０枚後には−６５０Ｖとなる。その結果、定着フィルム表面電位（−５００Ｖ）よりも負に大きな電位となり、記録材Ｐ上の未定着トナーと定着フィルムに引き寄せる方向に電界が発生してしまうため、オフセットが発生してしまう。

比較例２
次に、比較例２について説明する。比較例２では、紙間時間がｄｓ＝１００ｍｓｅｃの場合、切り替え時間ｔ＝５０ｍｓｅｃに設定するため、図５（２）に示す定着フィルム表
面電位のプロファイルとなる。
すなわち、比較例２ではタイミング「ａ−ｔ２」において、定着バイアスを正から負に切り替える。その結果、紙間での正バイアスが制御電位である＋８００Ｖまで上がらず＋６００Ｖであり、切り替え時間ｔをｔ２＝５０ｍｓｅｃと短くしても、後続の記録材Ｐの先端では−５００Ｖに到達するため先端部の尾引きは発生しない。
また、図６に、比較例２において、連続プリントした場合の加圧ローラ表面電位とプリント枚数の関係を示す。比較例２においては、紙間時間がｄｓ＝１００ｍｓｅｃと短い場合においても、紙間において十分な正電荷が加圧ローラ表面に付与されるため、連続２５０枚プリントを行った場合においても加圧ローラ表面電位が−３００Ｖまでしか到達しない。その結果、オフセットは発生しない。
一方、比較例２において、紙間時間がｄｌ＝１６０ｍｓｅｃの場合、切り替え時間ｔ＝５０ｍｓｅｃに設定するため、図５（１）に示す定着フィルム表面電位のプロファイルとなる。この場合、紙間での正バイアスが＋８００Ｖまで到達しているため、切り替え時間ｔをｔ２と短くした場合、後続の記録材Ｐの先端部（図中Ｄの領域）にて−５００Ｖに到達しない。その結果、後続の記録材Ｐの先端部にて尾引きが発生してしまうという問題があった。

（実施例１の定着バイアス制御）
本実施例１では、紙間時間ｄと適切な切り替え時間ｔとの関係を予め求めて制御テーブルに記憶しておき、この制御テーブルに記憶された紙間時間ｄと切り替え時間ｔとの関係に基づいて、実際の紙間時間ｄから対応する切り替え時間を導出し、前記バイアス印加装置５０による切り替えタイミングを設定する。紙間時間ｄが大きいほど、切り替え時間ｔが大きくなるよう設定される。
表１は、実施例１における定着バイアスの切り替え時間ｔを決定するための制御テーブルである。実施例１では、紙間時間ｄを送り出しローラ１１の給紙動作の間隔より推測する。実施例１では、これをすべてのページプリントに対して行う。

実施例１の画像形成装置において、紙間時間ｄをｄｌ＝１６０ｍｓｅｃ、およびｄｓ＝１００ｍｓｅｃに設定した場合の定着フィルムの表面電位と切り替え時間の関係を図７（１）、図７（２）に示す。
また、図７（３）は従来例１および２の画像形成装置において、紙間時間をｄｓ＝１００ｍｓｅｃと短く設定し、連続プリントを３００枚行った場合における、加圧ローラ表面電位とプリント枚数の関係を表したグラフである。
なお、実施例１においてはｄｌ＝１６０ｍｓｅｃとｄｓ＝１００ｍｓｅｃの２種類の紙間時間でプリント動作を行う。前者は、坪量の大きな紙種や表面の粗い紙種であっても定着性能を満足できるように、定着性を重視したモード、後者はプリント速度を重視したモードである。
ここで、実施例１においては、紙間時間ｄより紙間での定着フィルム表面電位の正バイアス方向の最大値ｖを予測することができる。紙間時間ｄが長い場合ｖは正方向に大きくなり、ｄが短い場合ｖは正方向に小さくなる。たとえば、紙間時間ｄ＝ｄｌ＝１６０ｍｓｅｃの場合、ｖ＝ｖ_１＝＋８００Ｖまで到達する一方、紙間時間ｄ＝ｄｓ＝１００ｍｓｅｃの場合、ｖ＝ｖ_２＝＋６００Ｖまでしか到達しない。

次に、実施例１の定着フィルムのバイアス制御について説明を行う。
実施例１においては、紙間時間がｄｌ＝１６０ｍｓｅｃと長い場合、表１に示すテーブルに従い、ｔ＝ｔ１＝９０ｍｓｅｃに設定する。その時の定着フィルム表面電位と時間の関係を図７（１）に示す。
この場合、図７（１）のグラフより、紙間にて定着フィルム２５の表面電位が正バイアス方向に最大でｖ_１＝＋８００Ｖまで到達する。このとき後続の記録材Ｐに対してバイアス切り替え時間をｔ_１≧９０ｍｓｅｃに設定する必要があるが、この実施例１では９０ｍｓｅｃに設定している。この結果、後続の記録材Ｐの先端部にて、定着フィルム表面電位が所望の電位（−５００Ｖ）に到達しているため、先端部尾引きは発生しない。
また、紙間時間がｄｓ＝１００ｍｓｅｃと短い場合、表１に示す制御テーブルに従い、切り替え時間ｔをｔ２＝５０ｍｓｅｃに設定する。その時の定着フィルム２５の表面電位と時間の関係を図７（２）に示し、連続プリントを２５０枚行った際の加圧ローラ２６の表面電位とプリント枚数の関係を図７（３）に示している。
図７（２）のグラフより、紙間にて定着フィルム２５の表面電位が正バイアス方向に最大でｖ_２＝＋６００Ｖまでしか到達しない。このため、後続の記録材Ｐに対するバイアスの切り替え時間を、ｔ_２＝５０ｍｓｅｃと短い値に設定しても、後続の記録材Ｐ先端にて、定着フィルム２５の表面電位が所望の電位（Ｖ０＝−５００Ｖ）に到達し、先端尾引きは発生しない。

また、実施例１においては、紙間時間がｄｓ＝１００ｍｓｅｃと短い場合においても、図７（２）に示すように、紙間において十分な正電荷が加圧ローラ２６の表面に付与される。その結果、図７（３）に示すように、連続２５０枚プリントを行った場合においても、加圧ローラ２６の表面電位が−３００Ｖまでしか到達せず、オフセットは発生しない。
以上のように、実施例１の定着バイアスの切り替え時間ｔの制御テーブルを用いれば、様々な紙間時間ｄにおいて、最適な切り替え時間ｔを設定することができるため、静電オフセットと先端部尾引きの発生を抑えることができる。

（実施例１と比較例の実験結果）
実施例１の画像形成装置の作用効果を説明するために、比較例の画像形成装置との比較実験を行った。
実施例１の画像形成装置は、定着バイアスの切り替え時間ｔを表１に示すテーブルに従い決定する。一方、比較例１、２の画像形成装置は、切り替え時間ｔを紙間時間ｄによらず固定値とし、それぞれ比較例１は５０ｍｓｅｃ、比較例２は９０ｍｓｅｃとした。その他の構成は実施例１と同一であるので説明を省略する。

まず、本実験の条件について説明する。
本実験で用いた画像形成装置の記録材の搬送速度は３５０ｍｍ／ｓｅｃである。紙間時間ｄは、送り出しローラ１１の動作間隔を調整し、１００ｍｓｅｃと１６０ｍｓｅｃの両方で通紙を行った。
定着装置は、定着フィルム２５を加圧ローラ２６に１８６．２Ｎ（１９ｋｇｆ）で加圧しており、そのニップ幅は９ｍｍである。試験を行った環境は気温２３℃、湿度５０％であり、評価紙は、キヤノン株式会社のＣＳ−６８０、（Ａ４サイズ、６８ｇ／ｃｍ^２）を用いた。この条件で、各画像形成装置において、片面連続通紙モードで５００枚通紙し、静電オフセットおよび先端部の尾引のレベルを評価した。

表２に、実施例１と比較例１、２における先端部尾引きと静電オフセットのレベルを示す。表中の○は先端部尾引き、静電オフセットが発生せず良好であったことを表している。表中の×は、先端部尾引き、全面オフセットが悪いレベルで発生しており実用上問題があることを示している。

表２の結果によれば、実施例１の画像形成装置では、紙間時間が１００ｍｓｅｃ、１６０ｍｓｅｃの何れの場合においても先端部尾引きおよび静電オフセットが発生せず良好な画像が得られた。その理由は、紙間時間ｄが変わった場合においても、最適な切り替え時間ｔを設定することができるためである。
一方、比較例１、２の画像形成装置では、問題が発生した。比較例１では、紙間時間ｄが１６０ｍｓｅｃの場合に先端部尾引きが発生し、比較例２では、紙間時間が１００ｍｓｅｃの場合に静電オフセットが発生した。
以上のように、実施例１の画像形成装置を用いれば、比較例１、２には無い作用効果、すなわち先端部尾引きおよび静電オフセットの無い良好な画像を得られることが分かる。
なお、実施例１では、加圧ローラ２６は芯軸部を介して接地する構成としたが、バイアスを印加する構成としても同様の作用効果を得ることができる。この場合、加圧ローラ２６には、トナーと逆極性のバイアスを通紙中、および紙間で印加することが望ましい。

また、実施例１では、紙間での定着フィルムの電位を紙間長さより推測する構成としたが、定着フィルムの表面電位を直接測定する手段を用いることもできる。この場合、より精度の高い制御が可能になる。
さらに、実施例１では、バイアスを切り替えるバイアス制御部５４として、リレー等を用いるケースについて説明したが、ツェナーダイオード等を用いた切り替え手段とすることも可能である。この場合、リレー方式より電圧変化の時定数が大きくなる傾向があるため、本実施例１による作用効果が大きくなる。
また、実施例１では、紙間時間ｄを送り出しローラ１１の動作間隔より推測したが、センサ等を用いて直接検知することも可能である。その場合、トップセンサ９の検知結果を用いることで、紙間時間ｄを判断する方法が効果的である。

［実施例２］
次に、本願発明の実施例２について説明する。
実施例２と実施例１の違いは、定着バイアスの印加タイミング制御に関する項目のみであり、その他の構成は実施例１と同一であり、同一の構成については、説明を省略するものとする。
実施例２は、多段カセットを使用し複数のカセットを織り交ぜて記録材を給紙するような画像形成装置に適した構成である。この場合、給紙から定着ニップまでの搬送路が給紙口により異なり、給紙タイミングを用いて紙間を予測するよりも、実測した方が定着バイ
アスの印加タイミング制御を簡便にすることができる。
したがって、実施例２の定着バイアスの印加タイミング制御について、実施例１と異なる点は、紙間時間ｄを、記録材Ｐの先端を検出する検出手段としてのトップセンサ９の検知結果から推測している点である。実際の検出結果に対応して制御テーブルについても変更されている。

実施例２の制御テーブルを表３に示す。
実施例２では、トップセンサ９で先行紙後端から後続紙先端を検知するまでの時間を紙間時間ｄと定義している。そして、得られた紙間時間ｄをもとに、表３に従い、実施例２における定着バイアスの切り替え時間ｔを決定する。実施例２では、これをすべてのページプリントに対して行う。

このように、実施例２の画像形成装置を用いれば、紙間時間ｄに対して、最適な切り替え時間ｔを設定することができるため、先端尾引きおよび静電オフセットの発生を抑制し、良質な画像を得ることができる。

［実施例３］
次に、本発明の実施例３について説明する。
実施例３と実施例１の違いは、周囲環境の水分量を検出する検出手段として環境湿度を検知する湿度センサＴｈを設けた点と、定着バイアスの印加タイミング制御の制御テーブルを変更した点のみであり、その他の構成は実施例１と同一なので、同一の構成については、説明を省略する。
実施例３では、周囲の環境湿度を検出する湿度センサＴｈを有しており、この湿度センサＴｈの検出結果に応じて、切り替え時間を修正するようになっている。具体的には、定着バイアスの制御テーブルを変更している。
このように変更する理由は、定着フィルム２５の表面電位の応答性が、周囲の環境の水分量の影響を受けるからである。より水分率が低い、すなわち低湿環境ほど応答性は低くなり、高湿環境ほど応答性は高くなる。

表４に、本実施例３の定着バイアスの制御テーブルを示している。
本実施例３では、紙間時間ｄと切り替え時間ｔとの関係を記憶した制御テーブルを複数種類設けている。具体的には、「環境湿度Ａ：２５％未満」、「環境湿度Ｂ：２５％以上６０％未満」、「環境湿度Ｃ：６０％以上」の複数種類３つに分けている。そして、湿度センサＴｈの検出結果に基づいて、制御に使用する制御テーブルを変更する。

このように、実施例３の画像形成装置を用いれば、環境湿度に応じて、最適な切り替え時間ｔを設定することができるため、先端尾引きおよび静電オフセットの発生を抑制し、良質な画像を得ることができる。
なお、実施例３では、周辺の水分率を検出する手段として環境湿度を用いたが、水分率を直接検出する手段を用いることも可能である。また、一般的に使用されるオフィス等の環境においては、周囲環境温度と周囲の水分率の間には相関があるため、周囲環境温度を検出する検出手段としての温度センサの検知結果から周囲の水分率を推測して制御に反映させることも可能である。

１００Ｃ定着装置
２０セラミックヒータ（加熱体）
２５定着フィルム
２６加圧ローラ（加圧部材）
５０バイアス印加装置（バイアス印加手段）
Ｎニップ部
Ｐ記録材
Ｔトナー画像
Ｔｈ湿度センサ（検出手段）
ｄ紙間時間
ｔ切り替え時間
ｖ定着フィルムの表面電位の最大値（ニップ非通過時）
Ｖ０定着フィルムの表面電位（ニップ通過時）

Claims

加熱体により加熱される筒状の定着フィルムと、該定着フィルムに接触してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で未定着のトナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱しトナー像を記録材に定着する構成で、
前記定着フィルムに前記トナーと同極性のバイアス、前記定着フィルム又は前記加圧部材にトナーと逆極性のバイアスを印加するバイアス印加手段を有し、
該バイアス印加手段は、記録材が前記ニップ部を通過するニップ通過時には、前記定着フィルムにトナーと同極性のバイアスを印加し、先行の記録材が前記ニップ部を通過した後、後続の記録材がニップ部に突入するまでの紙間時間内で、前記定着フィルムに前記トナーと逆極性のバイアスを印加する定着装置において、
前記紙間時間内で、トナーと同極性のバイアスに切り替えてから、記録材がニップ部に突入するまでの時間を切り替え時間としたとき、
前記紙間時間の長さに対応する異なる切り替え時間を予め記憶しておき、
記憶された紙間時間と切り替え時間の対応関係に基づいて、実際の記録材の紙間時間に応じて切り替え時間を変更し、前記バイアス印加手段の切り替えタイミングを制御することを特徴とする定着装置。
紙間時間が大きいほど、切り替え時間が大きくなるよう設定することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記紙間時間の長さに対応して予め記憶されている切り替え時間は、
前記記録材のニップ通過時にトナーと同極性のバイアスを印加した際の定着フィルム表面電位をＶ０とし、前記記録材のニップ非通過時の定着フィルムの表面電位のうちトナーと逆極性側に最も大きな値となる表面電位をｖとした時に、定着フィルムの表面電位が、｜ｖ−Ｖ０｜の大きさに応じて、ｖからＶ０に到達するまでに必要な時間である請求項１又は２に記載の定着装置。
｜ｖ−Ｖ０｜の値が大きいほど、切り替え時間を大きく設定することを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
記録材の先端位置を検出する検出手段を有し、該検出手段による検出結果から、紙間時間を求める請求項３又は４に記載の定着装置。
前記定着フィルムの厚さ方向の電気抵抗値は、前記加圧部材の厚さ方向の電気抵抗値より小さく、前記記録材のニップ非通過時においては、前記定着フィルムを介して、加圧部材の表面にトナーと逆極性の電荷を与えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置。
周囲環境の水分量を検出する検出手段を有し、
該検出手段の検出結果に応じて、前記切り替え時間を修正する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着装置。
前記紙間時間と切り替え時間との対応関係を記憶した制御テーブルを周囲環境の水分量に応じて複数種類設け、前記検出手段の検出結果に基づいて制御テーブルを変更する請求項７に記載の定着装置。
検出手段は周囲環境の湿度を検出する湿度センサである請求項７に記載の定着装置。
検出手段は、周囲環境の水分率と相関がある周囲環境の温度を検出する温度センサであ
る請求項７に記載の定着装置。
記録材に未定着のトナー像を形成する画像形成部と、該画像形成部にて形成された記録材の未定着のトナー像を定着するための定着装置と、を備えた画像形成装置であって、
前記定着装置は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。