JP2018004935A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部材で生じる放電の周辺部品への影響を防ぐ。【解決手段】プリンター１（画像形成装置）の定着装置１８は、芯金２１ａと芯金２１ａに周設された絶縁層２１ｂとを有する加熱部材２１と、加熱部材２１に圧接して加熱部材２１との間に定着ニップＮを形成する加圧部材２２と、芯金２１ａとグランドＧとの間に接続されると共に、通紙中の加熱部材２１における芯金２１ａと絶縁層２１ｂの表面との電位差が所定の閾値電圧に達しない場合にグランドＧから加熱部材２１への電流を遮断する機能部材２４と、芯金２１ａと機能部材２４との間に設けられ、絶縁層２１ｂが所定の放電電圧以上に蓄電したときに絶縁層２１ｂに蓄積された余剰の電荷を放電させる被放電部材２５とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、用紙上の未定着トナーを定着させる定着装置、及びこの定着装置を備えた複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

従来、プリンターや複写機等の電子写真方式の画像形成装置は、用紙にトナー像を定着させる加熱ローラー方式やフィルム加熱方式の定着装置を備える。加熱ローラー方式の定着装置は、構成が簡単であると共に高速化を実現することができ、フィルム加熱方式の定着装置は、省エネルギー化を実現することができる。定着装置に備わる加熱部材や加圧部材は、フッ素樹脂等からなる表面材質を有して構成されることで、加熱部材や加圧部材に対する用紙の離型性を確保する。フッ素樹脂は、絶縁性であり、一度帯電すると減衰し難い性質を有するため、加熱部材や加圧部材に適用された場合に静電オフセットを発生することがある。そこで、この絶縁性のフッ素樹脂を加熱部材や加圧部材に適用する場合には、ツェナーダイオード等の機能部材を介して加熱部材や加圧部材を接地することにより、加熱部材と加圧部材との電位差を安定化するものがある。例えば、用紙に正帯電トナーで画像が形成される場合には、加熱部材の負帯電を抑制するために、加熱部材側にカソードを接続すると共にグランド側にアノードを接続してツェナーダイオードを設ける。

例えば、特許文献１に開示される定着装置は、定着ローラー（加熱部材）とグランドとの間に抵抗と定電圧ダイオードを直列に接続し、加圧ローラー（加圧部材）とグランドとの間にも抵抗と定電圧ダイオードを直列に接続している。そして、用紙に担持されたトナーが負電荷に帯電されている場合には、定着ローラーに接続される定電圧ダイオードはアノードを定着ローラー側に接続して設けられ、加圧ローラーに接続される定電圧ダイオードはカソードを加圧ローラー側に接続して設けられる。

特開２００１−１００５７８号公報

上記のように、加熱部材の表面材質を構成する絶縁層は、帯電した電荷が抜けずに蓄積するという性質を有するため、加熱部材の芯金と絶縁層とがコンデンサーのように振舞うことがある。正帯電のトナーを使用する場合には、トナー像を用紙に転写する転写ローラーが用紙に対して負電荷を印加するため、負帯電の用紙から加熱部材の絶縁層に負電荷が充電される。特に、用紙が含水紙の場合には紙の抵抗が低くなるので、加熱部材に印加される負電荷が大きくなる。用紙の後端が転写ローラーを抜けた後、用紙への負電荷の印加が途絶えるので、トナーと用紙との静電吸着力が低下する。このとき、加熱部材の絶縁層に充電された負電荷が放電するときに、正帯電のトナーが加熱部材の表面に付着して静電オフセットを発生することがある。

加熱部材に蓄積する電荷量を低く抑え、静電オフセットを防ぐために、加熱部材の芯金に対してツェナーダイオード等の機能部材を接続する構成が知られている。しかしながら、この構成では、機能部材が破損等によりフロート状態となった場合に、加熱部材（絶縁層）に対する電荷の蓄積（蓄電）が止まらず、最終的には加熱部材の周辺部品への放電が生じることになる。この放電は、定着装置に備わる温度センサー等の電気部品へと発生した場合、定着装置やこの電気部品の誤動作や破損を招くおそれがある。更に、この電気部品が画像形成装置本体の制御基板に接続されていれば、上記の放電が電気部品を介して制御基板へと影響し、画像形成装置本体自身の破損を招く可能性がある。

本発明では、加熱部材で生じる放電の周辺部品への影響を防ぐことを目的とする。

本発明の定着装置は、芯金と前記芯金に周設された絶縁層とを有する加熱部材と、前記加熱部材に圧接して前記加熱部材との間に定着ニップを形成する加圧部材と、前記芯金とグランドとの間に接続されると共に、通紙中の前記加熱部材における前記芯金と前記絶縁層の表面との電位差が所定の閾値電圧に達しない場合に前記グランドから前記加熱部材への電流を遮断する機能部材と、前記芯金と前記機能部材との間に設けられ、前記絶縁層が所定の放電電圧以上に蓄電したときに前記絶縁層に蓄積された余剰の電荷を放電させる被放電部材と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、被放電部材は、機能部材が破損等によりフロート状態となって、絶縁層が所定の放電電圧以上に蓄電しようとする場合でも、絶縁層に蓄積される余剰の電荷を、被放電部材の設置位置で優先的に放電させることができる。従って、絶縁層の過剰な蓄電を抑制して、加熱部材で生じる放電の周辺部品への影響を防ぐことが可能となる。そのため、加熱部材の周辺部品を、定着装置を備える画像形成装置本体の制御基板に接続していても、上記の放電が周辺部品を介して制御基板へと影響することがなく、画像形成装置本体自身の破損を防ぐことができる。

前記機能部材は、ツェナーダイオードで構成され、前記ツェナーダイオードのアノードが前記芯金側に接続されると共に、前記ツェナーダイオードのカソードが前記グランド側に接続され、前記被放電部材は、前記芯金と前記ツェナーダイオードとの接続回路と所定の距離だけ離れて設けられるとよい。

このような構成を採用することで、ツェナーダイオードで構成される機能部材に適した被放電部材を構成することができる。

前記加熱部材及び前記加圧部材を収容するハウジングを更に備え、前記被放電部材は、導電性材料で構成されていてグランドに接続されている前記ハウジングの一部を用いて構成されてもよい。

このような構成を採用することで、被放電部材を簡易な構成で実現することができる。

前記被放電部材は、前記接続回路に向けて突出した鋭利な形状で形成されてもよい。

このような構成を採用することで、接続回路を、この定着装置を備える画像形成装置本体の金属フレームや定着装置のハウジングに近接して設けることができない場合でも、鋭利な形状の被放電部材によって、放電を誘発することができる。

本発明の画像形成装置は、上記した何れかの定着装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、加熱部材で生じる放電の周辺部品への影響を防ぐことが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプリンターを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置において、加熱部材の絶縁層に蓄電した電位と、この電位が周囲に与える影響との関係を示す概要図である。 本発明の他の実施形態に係る定着装置を示す断面図である。

先ず、本発明の実施形態に係るプリンター１（画像形成装置）の全体の構成について図１を参照しながら説明する。以下、説明の便宜上、図１における紙面手前側をプリンター１の前側とする。

プリンター１は、箱型形状のプリンター本体２を備える。プリンター本体２の下部には、用紙を収納する給紙カセット３が収容され、プリンター本体２の上面には排紙トレイ４が設けられる。

プリンター本体２の上部には、レーザー・スキャニング・ユニット等で構成される露光器５が設けられ、露光器５の下方には、画像形成部６が設けられる。画像形成部６には、像担持体である感光体ドラム１０が回転可能に設けられ、感光体ドラム１０の周囲には、帯電器１１と、現像器１２と、転写ローラー１３と、クリーニング装置１４とが、感光体ドラム１０の回転方向（図１の矢印Ｘ参照）に沿って配置される。

プリンター本体２の内部には、用紙の搬送経路１５が設けられる。搬送経路１５の上流端には給紙部１６が設けられる。搬送経路１５の中流部には、感光体ドラム１０と転写ローラー１３によって構成される転写部１７が設けられる。搬送経路１５の下流部には定着装置１８が設けられる。なお、転写部１７は、転写ローラー１３によって用紙の印字裏面側から負のバイアスを印加し、正極性に帯電されたトナーを用紙通過時に用紙上に電気的に転写させるように構成される。

次に、このような構成を備えたプリンター１の画像形成動作について説明する。プリンター１では、他のコンピューター等から画像データが入力され、印刷開始の指示がなされる。そして、帯電器１１が感光体ドラム１０の表面を帯電し、露光器５が画像データに基づいて感光体ドラム１０を露光して、感光体ドラム１０の表面に静電潜像が形成される。次に、現像器１２が静電潜像をトナーによってトナー像に現像する。

一方、給紙カセット３の用紙が、給紙部１６によって取り出されて搬送経路１５を搬送される。用紙は、感光体ドラム１０上のトナー像の位置にタイミングを合わせて転写部１７へと搬送され、転写部１７によってトナー像が用紙に転写される。次に、トナー像を転写された用紙は、定着装置１８へと搬送され、定着装置１８によってトナー像が用紙に定着される。トナー像を定着された用紙は、排紙トレイ４へと排出される。なお、感光体ドラム１０上に残留したトナーは、クリーニング装置１４によって回収される。

次に、定着装置１８について、図２を用いて説明する。図２に示されるように、定着装置１８は、ハウジング２０と、加熱部材２１と、加圧部材２２と、熱源２３と、機能部材２４と、被放電部材２５と、温度センサー２６とを備える。

ハウジング２０は、金属などの導電性材料で、前後方向に長い略箱型状に形成される。ハウジング２０は、右面の上下方向略中央に開口した給紙口２０ａと、左面の上下方向略中央に開口した排紙口２０ｂとを有する。給紙口２０ａ及び排紙口２０ｂを介して、搬送経路１５がハウジング２０内を通過していて、搬送経路１５に沿って給紙口２０ａを介してハウジング２０内に導入された用紙は、排紙口２０ｂを介してハウジング２０から排出される。また、ハウジング２０内では、加熱部材２１及び加圧部材２２が、搬送経路１５を挟んで上側及び下側にそれぞれ配置され、加熱部材２１と加圧部材２２との間に定着ニップＮが形成される。

加熱部材２１は、前後方向に長い円筒状に形成されると共に、ハウジング２０内で回転可能に支持される加熱ローラーである。加熱部材２１の回転軸方向は、前後方向である。加熱部材２１は、加圧部材２２の回転に伴って摺動して回転する。

加熱部材２１は、例えば、円筒状の芯金２１ａと、芯金２１ａに周設される絶縁層２１ｂとから構成される。芯金２１ａは、アルミニウムや鉄等の金属で形成される。芯金２１ａは、機能部材２４を介してグランドＧ（接地）と接続されている。絶縁層２１ｂは、絶縁性を有するＰＦＡ等のフッ素樹脂から形成される。絶縁層２１ｂの表面は、負極性の電荷が蓄積した用紙との接触によって負極性の電荷が蓄積し、絶縁層２１ｂは、芯金２１ａ側が絶縁層２１ｂの表面に対して正極性側になる。これにより、加熱部材２１は、芯金２１ａと絶縁層２１ｂの表面との間に電位差を有することで電荷を蓄積するコンデンサーのように振る舞う。なお、絶縁層２１ｂは、フッ素樹脂のみから構成されていてもよいが、絶縁性を有するシリコンゴム等から構成されていて芯金２１ａに周設される弾性層と、絶縁性を有するＰＦＡ等のフッ素樹脂から構成されていて弾性層を被覆する離型層とによって構成されてもよい。

加圧部材２２は、前後方向に長い円柱状に形成されると共に、ハウジング２０内で回転可能に支持される加圧ローラーである。加圧部材２２の回転軸方向は、前後方向である。加圧部材２２は、加熱部材２１の外周面に対して圧接されることで、加熱部材２１と加圧部材２２との間には定着ニップＮが形成される。加圧部材２２の後端部には、駆動ギア（図示せず）が取り付けられる。加圧部材２２は、駆動ギアを介してモーター等の駆動源（図示せず）に接続され、この駆動源によって回転駆動される。

加圧部材２２は、例えば、円柱状の芯金２２ａと、この芯金２２ａに周設される弾性層２２ｂと、この弾性層２２ｂを被覆する離型層２２ｃと、によって構成される。加圧部材２２の芯金２２ａは、例えば、ＳＵＳやアルミニウム等の金属によって形成され、この芯金２２ａが加圧部材２２の回転軸となる。加圧部材２２の弾性層２２ｂは、例えば、シリコンゴム等によって形成され、加圧部材２２の離型層２２ｃは、例えば、ＰＦＡ等のフッ素樹脂によって形成される。

熱源２３は、例えば、ハロゲンヒーターやセラミックヒーター等で構成され、加熱部材２１の内部空間に設けられる。熱源２３は、電源（図示せず）から供給される電力によって発熱し、加熱部材２１を加熱するように構成されている。

機能部材２４は、加熱部材２１の芯金２１ａとグランドＧとの間に接続される。機能部材２４は、基本的には加熱部材２１からグランドＧへの電流を許容する。また、機能部材２４は、通紙中の加熱部材２１の芯金２１ａと絶縁層２１ｂの表面との電位差が所定の閾値電圧未満の場合にグランドＧから加熱部材２１への電流を遮断する。一方、機能部材２４は、通紙中の加熱部材２１の芯金２１ａと絶縁層２１ｂの表面との電位差が所定の閾値電圧以上の場合にグランドＧから加熱部材２１への電流を許容する。

ところで、加熱部材２１の絶縁層２１ｂは、帯電した電荷が抜けずに蓄積するという性質を有する。正帯電のトナーを使用する場合には、トナー像を用紙に吸着させるために転写ローラー１３が用紙に対して負電荷を印加する。このトナー像を転写された用紙が搬送経路１５に沿って転写ローラー１３（転写部１７）から定着装置１８へと搬送されるとき、用紙の先端は、トナー側の正電荷と用紙側の負電荷とが平衡した状態で加熱部材２１と加圧部材２２との間に進入する。そして、用紙の後端が転写ローラー１３（転写部１７）を抜けると、用紙への負電荷の印加が途絶えるので、トナー側の正電荷に比重が偏る。このとき、トナー像と対向する加熱部材２１の表面の絶縁層２１ｂでは、用紙上のトナー側の正電荷に釣られて負電荷が蓄積される。ここで、機能部材２４は、グランドＧから加熱部材２１への電流を遮断するので、加熱部材２１の絶縁層２１ｂに蓄積される電荷量を所定の閾値電圧に抑制している。

機能部材２４の所定の閾値電圧は、例えば、加熱部材２１及び加圧部材２２によってトナー像の適正な定着処理を可能とする加熱部材２１の表面電位の上限値として、１ＫＶ以下に、好ましくは１ＫＶに設定される（図３参照）。機能部材２４は、例えば、所定の閾値電圧をツェナー電圧として有するツェナーダイオードで構成され、アノードが芯金２１ａ側に接続されると共に、カソードがグランドＧ側に接続される。

被放電部材２５は、加熱部材２１の芯金２１ａと機能部材２４との間に設けられ、グランドＧに接続される。例えば、被放電部材２５は、グランドＧに接続されたプリンター本体２の金属フレームの一部、又はこの金属フレームに電気的に接続されたハウジング２０の一部で構成される。被放電部材２５は、例えば、芯金２１ａとツェナーダイオードとしての機能部材２４との間の接続回路２７と、所定の距離（例えば、約１〜２ｍｍ）だけ間隔を空けて設けられる。この接続回路２７は、φ１ｍｍ以下の被覆した線材で構成され、未被覆部分２７ａを一部に含み、被放電部材２５は、この未被覆部分２７ａに対応して配置される。図２では、ハウジング２０の排紙口２０ｂの縁部を被放電部材２５として用いる例を示すが、被放電部材２５の構成はこれに限定されず、接続回路２７の未被覆部分２７ａに近接していれば、プリンター本体２の金属フレームやハウジング２０の何れの部分を利用してもよい。

ところで、上記したように、機能部材２４は、加熱部材２１の絶縁層２１ｂに蓄積される電荷量を所定の閾値電圧に抑制しているが、機能部材２４が破損等によりフロート状態となった場合に、加熱部材２１の絶縁層２１ｂに対する電荷の蓄積（蓄電）が止まらなくなる。そして、加熱部材２１の絶縁層２１ｂにおける電荷量が、加熱部材２１の芯金２１ａ及び絶縁層２１ｂ（疑似コンデンサ）で蓄積可能な所定の放電電圧（例えば、１０ＫＶ）以上になると、余剰の電荷の放電を発生することになる（図３参照）。被放電部材２５は、このように絶縁層２１ｂが所定の放電電圧以上に蓄電した場合に、絶縁層２１ｂに蓄積された余剰の電荷を、被放電部材２５の設置位置で優先的に放電させる。例えば、被放電部材２５は、１ＫＶ〜１０ＫＶの範囲で、好ましくは５ＫＶ程度で放電させるように構成される。

温度センサー２６は、ハウジング２０の内部で加熱部材２１の近傍に、例えば、加熱部材２１の表面から約１ｍｍの間隔を空けた位置に設けられる。温度センサー２６は、例えば、サーミスタで構成され、加熱部材２１の表面温度を検知する。

本実施形態によれば、上述のように、プリンター１（画像形成装置）の定着装置１８は、芯金２１ａと芯金２１ａに周設された絶縁層２１ｂとを有する加熱部材２１と、加熱部材２１に圧接して加熱部材２１との間に定着ニップＮを形成する加圧部材２２と、芯金２１ａとグランドＧとの間に接続されると共に、通紙中の加熱部材２１における芯金２１ａと絶縁層２１ｂの表面との電位差が所定の閾値電圧に達しない場合にグランドＧから加熱部材２１への電流を遮断する機能部材２４と、芯金２１ａと機能部材２４との間に設けられ、絶縁層２１ｂが所定の放電電圧以上に蓄電したときに絶縁層２１ｂに蓄積された余剰の電荷を放電させる被放電部材２５とを備える。

これにより、被放電部材２５は、機能部材２４が破損等によりフロート状態となって、絶縁層２１ｂが所定の放電電圧以上に蓄電しようとする場合でも、絶縁層２１ｂに蓄積される余剰の電荷を、被放電部材２５の設置位置で優先的に放電させることができる。従って、絶縁層２１ｂの過剰な蓄電を抑制して、加熱部材２１で生じる放電の周辺部品への影響を防ぐことが可能となる。そのため、周辺部品をプリンター１本体の制御基板に接続していても、上記の放電が周辺部品を介して制御基板へと影響することがなく、プリンター１本体自身の破損を防ぐことができる。

また、本実施形態によれば、機能部材２４は、ツェナーダイオードで構成され、ツェナーダイオードのアノードが芯金２１ａ側に接続されると共に、ツェナーダイオードのカソードがグランドＧ側に接続される。被放電部材２５は、芯金２１ａとツェナーダイオードとの接続回路２７と所定の距離だけ間隔を空けて設けられる。

これにより、ツェナーダイオードで構成される機能部材２４に適した被放電部材２５を構成することができる。

また、本実施形態によれば、定着装置１８は、加熱部材２１及び加圧部材２２を収容するハウジング２０を更に備える。被放電部材２５は、導電性材料で構成されていてグランドに接続されているハウジング２０の一部を用いて構成される。

これにより、被放電部材２５を簡易な構成で実現することができる。

本実施形態では、被放電部材２５が、グランドＧに接続されたプリンター本体２の金属フレームの一部、又はこの金属フレームに電気的に接続されたハウジング２０の一部で構成される例を説明したが、被放電部材２５の構成はこの例に限定されない。例えば、他の異なる実施形態では、図４に示すように、被放電部材２５は、導電性材料で形成され、接続回路２７の未被覆部分２７ａに向けて突出した鋭利な形状で形成されてもよい。なお、被放電部材２５は、このような鋭利な形状に限定されず、優先的に放電を誘発できる形状であれば他の形状でもよい。

これにより、接続回路２７をプリンター本体２の金属フレームやハウジング２０に近接して設けることができない場合でも、鋭利な形状の被放電部材２５によって、放電を誘発することができる。

本実施形態では、加熱ローラーとしての加熱部材２１を用いる場合について説明したが、他の異なる実施形態では、定着ベルトを加熱部材２１として用いても良い。本実施形態では、加圧ローラーとしての加圧部材２２を用いる場合について説明したが、他の異なる実施形態では、加圧ベルトを加圧部材２２として用いても良い。

本実施形態では、ハロゲンヒーターやセラミックヒーター等の熱源２３を加熱部材２１の内部空間に設ける構成について説明したが、他の異なる実施形態では、ＩＨコイルからなる熱源２３を加熱部材２１の外部に設けて構成してもよい。

本実施形態では、プリンター１に本発明の構成を適用する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、複合機等の他の画像形成装置に本発明の構成を適用することも可能である。

１ プリンター（画像形成装置）
６ 画像形成部
１０ 感光体ドラム
１３ 転写ローラー
１５ 搬送経路
１８ 定着装置
２０ ハウジング
２１ 加熱部材
２１ａ 芯金
２１ｂ 絶縁層
２２ 加圧部材
２３ 熱源
２４ 機能部材
２５ 被放電部材
２６ 温度センサー
２７ 接続回路
２７ａ 未被覆部分

Claims (5)

1. 芯金と前記芯金に周設された絶縁層とを有する加熱部材と、
   前記加熱部材に圧接して前記加熱部材との間に定着ニップを形成する加圧部材と、
   前記芯金とグランドとの間に接続されると共に、通紙中の前記加熱部材における前記芯金と前記絶縁層の表面との電位差が所定の閾値電圧に達しない場合に前記グランドから前記加熱部材への電流を遮断する機能部材と、
   前記芯金と前記機能部材との間に設けられ、前記絶縁層が所定の放電電圧以上に蓄電したときに前記絶縁層に蓄積された余剰の電荷を放電させる被放電部材と、を備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記機能部材は、ツェナーダイオードで構成され、前記ツェナーダイオードのアノードが前記芯金側に接続されると共に、前記ツェナーダイオードのカソードが前記グランド側に接続され、
   前記被放電部材は、前記芯金と前記ツェナーダイオードとの接続回路と所定の距離だけ離れて設けられることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加熱部材及び前記加圧部材を収容するハウジングを更に備え、
   前記被放電部材は、導電性材料で構成されていてグランドに接続されている前記ハウジングの一部を用いて構成されることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記被放電部材は、前記接続回路に向けて突出した鋭利な形状で形成されることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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