JP3819317B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、用紙表面に付着したトナー像を用紙に定着させる定着装置が備えられた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、ヒートローラ及び圧ローラからなる定着ローラのニップ部に用紙を挿通し、未定着トナー像を用紙に加熱加圧定着する定着装置が備えられている。この定着装置では、ウォームアップ時及び両ローラのニップ部に用紙がない時は、当該ニップ部においてヒートローラから圧ローラに熱が伝達されて圧ローラが暖められ、ニップ部に用紙が挿通された時にヒートローラ及び圧ローラの両側からトナー像及び用紙を加熱するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、ウォームアップ時に両ローラのニップ部においてヒートローラから圧ローラに熱を付与して圧ローラを暖める場合、ヒートローラから圧ローラに大量の熱が奪われるのでウォームアップに長時間を要する。また、高速印刷用にニップ幅を大きく構成する場合、ニップ幅の拡大に伴って用紙への供給熱量が増加して消費電力が大きくなるため、一般的な電源容量（1500W）では不十分である。さらに、ニップ幅を拡大するためには両ローラの外形を大きくしなければならないため、定着装置が大型化するという問題も生じる。また、定着ベルトを用いて両ローラのニップ部に用紙が搬送される前にトナー像及び用紙を加熱する方式も提案されているが、用紙搬送状態が安定しないために画像乱れが生じ易く、また、ベルトと用紙との間の距離が大きいためにローラ方式で加熱する場合ほどの効果は得られない。
【０００４】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ヒートローラ及び圧ローラのニップ幅を大きく構成しなくても確実にトナー像及び用紙に必要な加熱を行うことを可能としながら、消費電力を抑え、ウォームアップ時間も短縮することができる定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、ヒートローラ及び圧ローラからなる定着ローラ対を有し、用紙表面の未定着トナーを用紙に定着させる定着装置を用いた画像形成装置において、
前記ヒートローラには強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層が設けられ、前記ヒートローラに対向させて配設された昇温用コイルによって前記ヒートローラが誘導加熱方式で加熱され、
前記両ローラのニップ部の用紙搬送方向上流側には、前記ヒートローラに用紙を吸着させるためのバイアスが印加されるバイアス印加手段として、前記ヒートローラに当接して従動回転するバイアスローラが設けられ、このバイアスローラが、強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層を有し、前記昇温用コイルによって昇温されるものである。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置であって、前記昇温用コイルが、前記ヒートローラ及び圧ローラのニップ部と前記バイアス印加手段との間に配設されているものである。
【０００７】
これらの構成によれば、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部の用紙搬送方向上流側に設けたバイアス印加手段によって用紙をヒートローラに吸着させるので、用紙が上記ニップ部に搬送される前から用紙をヒートローラで加熱することができる。これにより、用紙がヒートローラによって加熱される時間及び距離が長くなるので、両ローラのニップ幅を拡大しなくてもヒートローラから用紙に大量の熱が付与される。従って、上記ニップ部においては用紙に大量の熱を供給する必要がないので、高速印刷用の定着を行う場合でもニップ幅を拡大する必要がない。また、用紙に大量の熱を付与する場合でもニップ幅を拡大する必要がないので、当該ニップ部から圧ローラに熱量が奪われることがない。よって、ヒートローラを加熱するために要する消費電力を低減し、定着装置のウォームアップ時間を短縮することが可能になる。
【０００８】
また、ヒートローラに加えてバイアスローラまでが昇温用コイルによって加熱されるので、当該バイアスローラは用紙をヒートローラに吸着させることに加えて、用紙を加熱する役割を果たす。これによって、更に多くの熱を用紙に付与することができ、用紙へのトナー定着性を更に向上させることができる。
【０００９】
また、ヒートローラを誘導加熱方式で加熱することでウォームアップ時間削減及び加熱効率向上を図ることができる他、特に、請求項２に記載の発明の場合は、ヒートローラに対向する位置に昇温用コイルを配設するので、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部近傍に昇温用コイルを配置することが可能になり、当該ニップ部を効率良く加熱することが可能になる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置であって、前記未定着トナーの定着が行われる用紙の各サイズに応じた加熱性能を有する各々の前記昇温用コイルを設けておき、前記定着装置に搬送されてくる用紙サイズに応じて、当該用紙のサイズに応じた加熱性能を有する前記昇温用コイルに切り換えられるものである。
【００１１】
この構成によれば、各サイズの用紙を加熱するために必要な熱量を的確にヒートローラに発生させることができる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置であって、前記バイアス印加手段に交流バイアスを印加するものである。
【００１３】
この構成によれば、バイアス印加手段に印加する交流バイアスによって用紙上のトナーが除電されるので、オフセットを防止することができる。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置であって、前記バイアス印加手段にトナーと同極性のバイアスを印加するものである。
【００１５】
この構成によれば、用紙がバイアス印加手段を通過するときに、用紙上のトナーがヒートローラ側に付勢されるので、ヒートローラからトナーに熱が供給され易くなる。これにより、トナーを溶け易くして用紙への定着性を向上させることができる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置であって、前記圧ローラにトナーと逆極性の電圧を印加するものである。
【００１７】
この構成によれば、バイアス印加手段を通過した後にヒートローラ側に付勢された状態となっているトナーを、用紙が圧ローラを通過するときに再び用紙側に付勢することができる。これにより、トナーの用紙への定着性が更に向上する。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置であって、強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層が前記圧ローラに設けられ、前記昇温コイルによって圧ローラが昇温されるように構成されているものである。
【００１９】
この構成によれば、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部に用紙が搬送されてきた時に圧ローラからも用紙を加熱することができるので、更に多くの熱を用紙に付与することができ、用紙へのトナー定着性を更に向上させることができる。
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の画像形成装置であって、前記バイアス印加手段又は前記圧ローラには、前記強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層に代えて、非磁性かつ導電性の金属からなる薄膜状の発熱層が設けられたものである。
【００２１】
この構成によれば、強磁性かつ導電性の金属によって発熱層を形成する場合よりも、バイアスローラ及び圧ローラの発熱層の発熱量を抑制して消費電力量を抑えることができるので、昇温用コイルからの電力供給量のバランスを制御して、ヒートローラに集中的に効率よく供給することができる。
【００２２】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記圧ローラが低熱容量の材質からなるものである。
【００２３】
この構成によれば、圧ローラが短時間で昇温し、かつ、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部においてヒートローラから圧ローラに移動する熱量を抑制することができるので、ヒートローラの加熱に要する消費電力が低減され、定着装置のウォームアップ時間も短縮される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置について図面を参照して説明する。図１は本発明に係る画像形成装置の概略構成の１例を模式的に示す図、図２は各色の画像形成部を模式的に示す図である。なお、図１では現像装置３及びクリーニング装置２０は内部構成の図示を省略している。図１に示すように、プリンタ１（画像形成装置の１例）はタンデム方式のフルカラー画像形成装置であってプリンタ本体ハウジング２の内部において用紙搬送ベルト８の上方にはその搬送方向の上流から下流方向に向かって（図１では右方から左方にかけて）、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色画像形成部が用紙搬送ベルト８の上方に設けられている。外部ＰＣ装置からの出力画像の色情報に応じてフルカラー画像出力とモノクロ画像出力の何れかが選択され、画像出力速度はフルカラー画像出力とモノクロ画像出力の何れもＡ４サイズにおいて約20枚／分である。各々の画像形成部には、アモルファスシリコン感光体ドラム４と、その周囲には主帯電器５と、ＬＥＤ露光部６と、現像装置３と、転写ローラ９と、クリーニング装置２０が備えられている。クリーニング機構２０は、感光体ドラム４の表面を清掃するためのクリーニングローラ２１及びクリーニングブレード２２、これらクリーニングローラ２１及びクリーニングブレード２２によってドラム表面から除去されたトナーを一箇所に集めるためのスパイラル２３を有している。
【００２５】
図２に示すように、現像装置３には内部に図示しない固定磁石を配した現像スリーブ３ａが設けられている。コールターカウンタによるメジアン径（体積基準）が約9μｍのブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色トナー５重量部と平均粒径約70μｍのフェライトキャリア９５重量部とを混合してなされる各色現像剤が現像装置３内に収納されており、現像スリーブ３ａ表面には各色現像剤による磁気ブラシが形成されている。ここで、トナーはキャリアとの摩擦帯電によって正に帯電する。各色画像形成部の各々のアモルファスシリコン感光体ドラム４と現像スリーブ３ａとは互いが対向した現像領域において、図示する同じ方向に回転しており、感光体ドラム４の周速度は約100mm/sec、現像スリーブ３ａの周速度は約200mm/secである。感光体ドラム４と現像スリーブ３ａとの隙間と、図示しない穂切板と現像スリーブ３ａとの隙間は何れも約0.5mmである。現像スリーブ３ａには約+300Vの現像バイアス電圧が印加されている。
【００２６】
図１、図２において最初に感光体ドラム４が帯電部５によって一様に約+400Vに帯電され、外部ＰＣ等から入力された原稿画像データに基づくＬＥＤ光がＬＥＤプリントヘッドユニット６からドラム表面上に照射される。光照射された露光部分が約+25Vにまで光減衰し、非露光部分の約+400Vの部分とで静電潜像が形成される。現像スリーブに印加された約+300Vの現像バイアス電圧によって現像剤中の正帯電トナーが感光体表面の露光部分に反転現像される。画像形成を繰り返して現像剤中のトナーが消費されてもトナー濃度を一定値に維持する為に、トナー供給容器７Ｂ、７Ｙ、７Ｃ、７Ｍから図示しない搬送手段によって各色現像装置３に対してトナー補給がそれぞれ行われる。
【００２７】
用紙搬送ベルト８は転写ローラ９によって各感光体ドラム４に押し付けられた状態とされ、不図示のモータ等によって回転駆動される駆動ローラ１０と、この駆動ローラ１０によって無端回転される用紙搬送ベルト８に従って回転する従動ローラ１１とによって、搬送速度が感光体ドラム４と等速の約100mm/secとなる様に、転写領域において感光体４と同方向に駆動される。転写ローラ９には約-1.5kVの電圧が印加されている。
【００２８】
給紙機構１２から用紙搬送路１３を経由して用紙搬送ベルト８側に用紙が搬送されると、レジストローラ１７によって各感光体ドラム４及び転写ローラ９等による画像転写動作と給紙動作のタイミングが調整される。当該タイミングの調整後、レジストローラ１７が回転駆動されて用紙が感光体ドラム４と用紙搬送ベルト８との間に搬送される。
【００２９】
そして感光体ドラム４と用紙搬送ベルト８との間に、給紙機構１２から用紙搬送路１３を経由して用紙が搬送され、用紙が各感光体ドラム４と用紙搬送ベルト８との間を搬送されていく間に、約-1.5kVが印加された転写ローラ９によって各感光体ドラム４表面の正帯電の各色のトナー像が次々に用紙側に転写される。
【００３０】
全ての感光体ドラム４からトナー像が転写された用紙は、本発明に係る定着装置１４に搬送されてトナー像が定着され、カラー画像が形成される。この定着装置１４の定着ローラ対を通過した用紙は用紙搬送路１５に送られ、排出部１６から排出される。
【００３１】
定着装置１４について説明する。図３は定着装置１４の概略構成を示す側面図である。定着装置１４は、ヒートローラ１４１，圧ローラ１４２及びバイアスローラ１４３を備え、これら全てのローラが誘導加熱方式（ＩＨ方式）で加熱される。定着装置１４は、用紙はヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部に搬送される前にバイアスローラ１４３を通過するようになっている。バイアスローラ１４３には、用紙をヒートローラ１４１に吸着させるためのバイアスが印加されている。このバイアスローラ１４３によって、用紙がバイアスローラ１４３を通過した地点から用紙をヒートローラ１４１に吸着させておき、用紙がヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部に差し掛かる前から用紙がヒートローラ１４１で加熱されるようにする。そして、ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部で用紙を加熱加圧してトナー層を用紙に定着させる。これら各ローラは、図３に示す矢印方向に回転して用紙を搬送するようになっている。
【００３２】
ヒートローラ１４１は外径が約20mmであって、表面に強磁性かつ導電性の金属（例えば、鉄,SUS等）からなる肉厚約1.5mmの発熱層１４１ａが形成されている。この発熱層１４１ａの外面側には、フッ素樹脂等からなる離形層１４１ｂが設けられている。
【００３３】
圧ローラ１４２は外径が約10mmであって、ヒートローラ１４１に圧接された状態で設けられている。この圧ローラ１４２は、強磁性かつ導電性の金属（例えば、鉄,SUS等）からなる肉厚約1mmの発熱層１４２ａを下層、カーボンブラックを分散させた肉厚約1.55mmの弾性ゴム層１４２ｂを上層とした２層構造となっており、ヒートローラ１４１との間に所望のニップを形成することが可能である。さらに、圧ローラ１４２には、用紙上の正帯電トナーとは逆極性の負の直流バイアス電圧約-2kVが印加されており、約-20μAの電流が流れるように調整されている。圧ローラ１４２は図示しない付勢手段によってヒートローラ１４１に付勢されており、ヒートローラ１４１の駆動に合わせて従動回転するようになっている。
【００３４】
バイアスローラ１４３は、ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部よりも用紙搬送方向上流側に配設されている。このバイアスローラ１４３は外径が約5mmであって、強磁性かつ導電性の金属（例えば、鉄,SUS等）からなる肉厚約1mmの発熱層１４３ａを下層、カーボンブラックを分散させた肉厚約1mmのフッ素ゴム層１４３ｂを上層とした２層構造となっている。
【００３５】
さらに、バイアスローラ１４３には、用紙上の正帯電トナーと同極性の正の直流電圧約1.5kVに、周波数約1KHzであってピークツーピーク電圧が約1.1kVの交流電圧が重畳印加されており、約+20μAの電流が流れるように調整されている。バイアスローラ１４３は、図示しない付勢手段によってヒートローラ１４１に付勢されており、ヒートローラ１４１の駆動に合わせて従動回転するようになっている。
【００３６】
ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部とバイアスローラ１４３との間には、ヒートローラ１４１，圧ローラ１４２及びバイアスローラ１４３を誘導加熱方式によって発熱させるためのＩＨコイル（昇温用コイル）１４５が設けられている。ＩＨコイル１４５は、ヒートローラ１４１の回転軸方向に螺旋状に巻かれたコイルからなり、ヒートローラ１４１の表面に対向させて設けられている。ＩＨコイル１４５は、ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部の近傍であって、かつ、バイアスローラ１４３をも加熱し得る位置に配設される。ＩＨコイル１４５に高周波電流が流れると、それによって生じた高周波磁界によって、ヒートローラ１４１，圧ローラ１４２及びバイアスローラ１４３の各発熱層１４１ａ，１４２ａ，１４３ａに誘導渦電流が発生し、ジュール熱により各ローラ自体（各発熱層）が昇温するようになっている。
【００３７】
上記構成でなる定着装置１４によるトナー定着について説明する。図４は定着装置１４によるトナー定着を模式的に示す図である。各色のトナー転写が終了した用紙がヒートローラ１４１及びバイアスローラ１４３のニップ部まで搬送されてくると、ＩＨコイル１４５によって発熱されたバイアスローラ１４３によってトナー及び用紙が加熱される。そして、バイアスローラ１４３に印加されているバイアスによって（図４(1)バイアス印加）、用紙はヒートローラ１４１に静電吸着する。さらに、このバイアスローラ１４３に印加されている正のバイアスは用紙上の正帯電トナーと同極性であるから、用紙上のトナーはヒートローラ１４１側に付勢される（図４(2)ヒートローラ側にトナー付勢）。ヒートローラ１４１の表面に付勢されたトナーは、ヒートローラ１４１からの熱で溶融する（図４(3)トナー溶融）。
【００３８】
用紙がヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部に搬送されてくると、このニップ部ではヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２の両方によってトナー及び用紙が加圧加熱され、圧ローラ１４２には用紙上の正帯電トナーと逆極性の負のバイアスが印加されている（図４(4)加圧・加熱・バイアス印加）。これにより、トナーがヒートローラ１４１の表面から用紙側に付勢されると共に、加熱によりトナーが更に溶融し、加圧によりトナーが用紙に押し付けられ、トナーが用紙に定着する（図４(5)定着）。
【００３９】
このように、第１の実施形態に係る定着装置１４によって上記トナー定着を行うと、用紙はバイアスローラ１４３及びヒートローラ１４１のニップ部を通過後にヒートローラ１４１表面に吸着し、ヒートローラ１４１によって加熱されるので、用紙はヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部に搬送される前からヒートローラ１４１によって加熱される。これにより、用紙がヒートローラ１４１によって加熱される時間及び距離が長くなるので、ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ幅を拡大しなくても、ヒートローラ１４１から用紙に多くの熱を付与することができる。従って、ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部においてヒートローラ１４１から圧ローラ１４２に多くの熱が奪われないようにすることができるので、ヒートローラ１４１を加熱するために要する消費電力を低減し、定着装置１４のウォームアップ時間を短縮することが可能になる。
【００４０】
また、バイアスローラ１４３にトナーと同極性のバイアスを印加しているので、用紙上のトナーはヒートローラ１４１側に付勢され、ヒートローラ１４１からトナーに熱が供給され易くなり、トナーが溶け易くなって用紙への定着性が向上する。さらに、バイアスローラ１４３には交流バイアスが重畳されており、用紙上のトナーが除電されるので、オフセットを防止することができる。
【００４１】
また、圧ローラ１４２にトナーと逆極性のバイアスを印加しており、圧ローラ１４２側（用紙側）にトナーが付勢されるので、更に用紙に対するトナー定着性が向上する。更に、かかる圧ローラ１４２へのバイアス印加の条件によっては、ヒートローラ１４１から用紙を分離させることも可能である。
【００４２】
次に、定着装置１４の第２の実施形態を説明する。図５は定着装置１４の第２の実施形態の概略を示す側面図である。上記第１の実施形態では、バイアスローラ１４３及び圧ローラ１４２の発熱層１４３ａ，１４２ａが強磁性かつ導電性の金属から形成されているが、この発熱層１４３ａ，１４２ａを、非磁性かつ導電性の金属（例えば、銅，アルミニウム，SUS304等）で形成してもよい。この構成によれば、強磁性かつ導電性の金属によって発熱層を形成する場合よりも、バイアスローラ１４３及び圧ローラ１４２の発熱層１４３ａ，１４２ａの発熱量を抑制して消費電力量を抑えることができるので、ＩＨコイル１４５からの電力供給量のバランスを制御して、ヒートローラ１４１に集中的に効率よく供給することができる。
【００４３】
次に、本発明に係る定着装置１４の第３の実施形態を説明する。図６は定着装置１４の第３の実施形態の概略を示す側面図である。上記第１及び第２の実施形態では、バイアスローラ１４３によって、ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部よりも上流側において用紙にバイアスを印加するようにしているが、図６に示すように、針電極１４３’によってバイアスを印加するようにしてもよい。また、特に図示しないが、バイアスローラ１４３や針電極１４３’に代えて、チャージャ又は除電ブラシ等を用いてバイアスを印加するようにしてもよい。
【００４４】
なお、本発明は上記実施の形態の構成に限られず、更に種々の変形が可能である。例えば、バイアスローラ１４３及び圧ローラ１４２に印加するバイアス値等は上記実施形態で示した値に限られず、適宜変更が可能である。
【００４５】
また、上記第１の実施形態では、バイアスローラ１４３にトナーと同極性のバイアスを印加するようにしているが、トナーと逆極性のバイアスを印加して用紙をヒートローラ１４１に吸着させることも可能である。
【００４６】
また、用紙の各サイズ毎に各々のＩＨコイル１４５を設けておき、定着装置１４に搬送されてくる用紙サイズに応じた加熱性能を有する各ＩＨコイル１４５を使い分けるようにしてもよい。これにより、各サイズの用紙を加熱するために必要な熱量を的確にヒートローラ１４１に発生させることができる。例えば、ヒートローラ１４１の回転軸方向を基準とした用紙幅が大きい用紙に対して定着動作を行なった後に、それまでよりも用紙幅が小さい用紙に定着動作を行なうときは、ヒートローラ１４１に発生させる熱量が少ないＩＨコイル１４５に切り替えて使用することによって、ヒートローラ１４１が高温になり過ぎることを防止することができる。
【００４７】
また、上記実施形態では、ヒートローラ１４１，圧ローラ１４２及びバイアスローラ１４３のすべてに発熱層１４１ａ，１４２ａ，１４３ａが設けられているが、ヒートローラ１４１のみに発熱層１４１ａを形成する構成であってもよいし、ヒートローラ１４１に発熱層１４１ａを設けると共に、圧ローラ１４２又はバイアスローラ１４３のいずれか一方に発熱層を設けるようにしてもよい。
【００４８】
また、圧ローラ１４２を低熱容量の材質で形成してもよい。この場合は、圧ローラ１４２が短時間で昇温すると共に、ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部においてヒートローラ１４１から圧ローラ１４２に移動する熱量を抑制することができ、ヒートローラ１４１の加熱に要する消費電力が低減され、定着装置１４のウォームアップ時間も短縮される。
【００４９】
また、上記実施形態では、誘導加熱方式によってヒートローラ１４１を加熱するようにしているが、ハロゲン加熱方式によってヒートローラ１４１を加熱することも可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部の用紙搬送方向上流側に設けたバイアス印加手段によって用紙をヒートローラに吸着させるので、用紙が上記ニップ部に搬送される前から用紙がヒートローラによって加熱することができる。これにより、用紙がヒートローラによって加熱される時間及び距離が長くなるので、両ローラのニップ幅を拡大しなくてもヒートローラから用紙に大量の熱が付与される。また、上記ニップ部においては用紙に大量の熱を供給する必要がないので、高速印刷用の定着を行う場合でもニップ幅を拡大する必要がない。これにより、当該ニップ部から圧ローラに大量の熱量が奪われないようにすることができるので、ヒートローラを加熱するために要する消費電力を低減し、定着装置のウォームアップ時間を短縮することが可能になる。
【００５１】
また、ヒートローラに加えてバイアスローラまでが昇温用コイルによって加熱されるので、当該バイアスローラは用紙をヒートローラに吸着させることに加え、用紙を加熱する役割まで果たすことになる。これによって、更に多くの熱を用紙に付与することができ、用紙へのトナー定着性を更に向上させることができる。
【００５２】
また、ヒートローラに強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層を設け、ヒートローラに対向させて配設された昇温用コイルによってヒートローラを誘導加熱方式で加熱するので、ウォームアップ時間削減及び加熱効率向上を図ることができる他、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部近傍に昇温用コイルを配置することが可能になり、当該ニップ部を効率良く加熱することが可能になる。
【００５３】
また、未定着トナーの定着が行われる用紙の各サイズに応じた加熱性能を有する各々の昇温用コイルを設けておき、定着装置に搬送されてくる用紙サイズに応じて、当該用紙のサイズに応じた加熱性能を有する前記昇温用コイルに切り換えられる構成とした場合は、各サイズの用紙を加熱するために必要な熱量を的確にヒートローラに発生させることができる。
【００５４】
また、バイアス印加手段に交流バイアスを印加するようにすれば、用紙上のトナーが除電されるので、オフセットを防止することができる。
【００５５】
また、バイアス印加手段にトナーと同極性のバイアスを印加するようにすれば、用紙がバイアス印加手段を通過するときに、用紙上のトナーがヒートローラ側に付勢されるので、ヒートローラからトナーに熱が供給され易くなる。これにより、トナーを溶け易くして用紙への定着性を向上させることができる。
【００５６】
また、圧ローラにトナーと逆極性の電圧を印加するようにすれば、バイアス印加手段を通過した後にヒートローラ側に付勢された状態となっているトナーを、用紙が圧ローラを通過する時点で再び用紙側に付勢することができる。これにより、トナーの用紙への定着性が更に向上する。
【００５７】
また、強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層を圧ローラに設け、昇温コイルによって当該圧ローラが昇温される構成とした場合は、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部に用紙が搬送されてきた時に圧ローラからも用紙を加熱することができるので、更に多くの熱を用紙に付与することができ、用紙へのトナー定着性を更に向上させることができる。
【００５８】
また、バイアス印加手段又は圧ローラに、強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層に代えて、非磁性かつ導電性の金属からなる薄膜状の発熱層を設けた場合には、強磁性かつ導電性の金属によって発熱層を形成する場合よりも、バイアスローラ及び圧ローラの発熱層の発熱量を抑制して消費電力量を抑えることができるので、昇温用コイルからの電力供給量のバランスを制御して、ヒートローラに集中的に効率よく供給することができる。
【００５９】
また、圧ローラを低熱容量の材質で形成した場合は、圧ローラが短時間で昇温すると共に、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部においてヒートローラから圧ローラに移動する熱量を抑制することができ、ヒートローラの加熱に要する消費電力が低減され、定着装置のウォームアップ時間も短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】 本発明に係る画像形成装置に備えられる画像形成部を模式的に示す図である。
【図３】 本発明に係る画像形成装置に備えられる定着装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】 定着装置によるトナー定着を模式的に示す図である。
【図５】 定着装置の第２の実施形態の概略を示す側面図である。
【図６】 定着装置の第３の実施形態の概略を示す側面図である。
【符号の説明】
１４ 定着装置
１４１ ヒートローラ
１４１ａ 発熱層
１４１ｂ 離形層
１４２ 圧ローラ １４２ａ 発熱層
１４２ｂ 離形層
１４３ バイアスローラ
１４３ａ 発熱層
１４３ｂ 離形層
１４３’ 針電極
１４５ ＩＨコイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、用紙表面に付着したトナー像を用紙に定着させる定着装置が備えられた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、ヒートローラ及び圧ローラからなる定着ローラのニップ部に用紙を挿通し、未定着トナー像を用紙に加熱加圧定着する定着装置が備えられている。この定着装置では、ウォームアップ時及び両ローラのニップ部に用紙がない時は、当該ニップ部においてヒートローラから圧ローラに熱が伝達されて圧ローラが暖められ、ニップ部に用紙が挿通された時にヒートローラ及び圧ローラの両側からトナー像及び用紙を加熱するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、ウォームアップ時に両ローラのニップ部においてヒートローラから圧ローラに熱を付与して圧ローラを暖める場合、ヒートローラから圧ローラに大量の熱が奪われるのでウォームアップに長時間を要する。また、高速印刷用にニップ幅を大きく構成する場合、ニップ幅の拡大に伴って用紙への供給熱量が増加して消費電力が大きくなるため、一般的な電源容量（1500W）では不十分である。さらに、ニップ幅を拡大するためには両ローラの外形を大きくしなければならないため、定着装置が大型化するという問題も生じる。また、定着ベルトを用いて両ローラのニップ部に用紙が搬送される前にトナー像及び用紙を加熱する方式も提案されているが、用紙搬送状態が安定しないために画像乱れが生じ易く、また、ベルトと用紙との間の距離が大きいためにローラ方式で加熱する場合ほどの効果は得られない。
【０００４】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ヒートローラ及び圧ローラのニップ幅を大きく構成しなくても確実にトナー像及び用紙に必要な加熱を行うことを可能としながら、消費電力を抑え、ウォームアップ時間も短縮することができる定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、ヒートローラ及び圧ローラからなる定着ローラ対を有し、用紙表面の未定着トナーを用紙に定着させる定着装置を用いた画像形成装置において、
前記ヒートローラには強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層が設けられ、前記ヒートローラに対向させて配設された昇温用コイルによって前記ヒートローラが誘導加熱方式で加熱され、
前記両ローラのニップ部の用紙搬送方向上流側には、前記ヒートローラに用紙を吸着させるためのバイアスが印加されるバイアス印加手段として、前記ヒートローラに当接して従動回転するバイアスローラが設けられ、このバイアスローラが、強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層を有し、前記昇温用コイルによって昇温されるものである。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置であって、前記昇温用コイルが、前記ヒートローラ及び圧ローラのニップ部と前記バイアス印加手段との間に配設されているものである。
【０００７】
これらの構成によれば、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部の用紙搬送方向上流側に設けたバイアス印加手段によって用紙をヒートローラに吸着させるので、用紙が上記ニップ部に搬送される前から用紙をヒートローラで加熱することができる。これにより、用紙がヒートローラによって加熱される時間及び距離が長くなるので、両ローラのニップ幅を拡大しなくてもヒートローラから用紙に大量の熱が付与される。従って、上記ニップ部においては用紙に大量の熱を供給する必要がないので、高速印刷用の定着を行う場合でもニップ幅を拡大する必要がない。また、用紙に大量の熱を付与する場合でもニップ幅を拡大する必要がないので、当該ニップ部から圧ローラに熱量が奪われることがない。よって、ヒートローラを加熱するために要する消費電力を低減し、定着装置のウォームアップ時間を短縮することが可能になる。
【０００８】
また、ヒートローラに加えてバイアスローラまでが昇温用コイルによって加熱されるので、当該バイアスローラは用紙をヒートローラに吸着させることに加えて、用紙を加熱する役割を果たす。これによって、更に多くの熱を用紙に付与することができ、用紙へのトナー定着性を更に向上させることができる。
【０００９】
また、ヒートローラを誘導加熱方式で加熱することでウォームアップ時間削減及び加熱効率向上を図ることができる他、特に、請求項２に記載の発明の場合は、ヒートローラに対向する位置に昇温用コイルを配設するので、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部近傍に昇温用コイルを配置することが可能になり、当該ニップ部を効率良く加熱することが可能になる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置であって、前記未定着トナーの定着が行われる用紙の各サイズに応じた加熱性能を有する各々の前記昇温用コイルを設けておき、前記定着装置に搬送されてくる用紙サイズに応じて、当該用紙のサイズに応じた加熱性能を有する前記昇温用コイルに切り換えられるものである。
【００１１】
この構成によれば、各サイズの用紙を加熱するために必要な熱量を的確にヒートローラに発生させることができる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置であって、前記バイアス印加手段に交流バイアスを印加するものである。
【００１３】
この構成によれば、バイアス印加手段に印加する交流バイアスによって用紙上のトナーが除電されるので、オフセットを防止することができる。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置であって、前記バイアス印加手段にトナーと同極性のバイアスを印加するものである。
【００１５】
この構成によれば、用紙がバイアス印加手段を通過するときに、用紙上のトナーがヒートローラ側に付勢されるので、ヒートローラからトナーに熱が供給され易くなる。これにより、トナーを溶け易くして用紙への定着性を向上させることができる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置であって、前記圧ローラにトナーと逆極性の電圧を印加するものである。
【００１７】
この構成によれば、バイアス印加手段を通過した後にヒートローラ側に付勢された状態となっているトナーを、用紙が圧ローラを通過するときに再び用紙側に付勢することができる。これにより、トナーの用紙への定着性が更に向上する。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置であって、強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層が前記圧ローラに設けられ、前記昇温コイルによって圧ローラが昇温されるように構成されているものである。
【００１９】
この構成によれば、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部に用紙が搬送されてきた時に圧ローラからも用紙を加熱することができるので、更に多くの熱を用紙に付与することができ、用紙へのトナー定着性を更に向上させることができる。
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の画像形成装置であって、前記バイアス印加手段又は前記圧ローラには、前記強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層に代えて、非磁性かつ導電性の金属からなる薄膜状の発熱層が設けられたものである。
【００２１】
この構成によれば、強磁性かつ導電性の金属によって発熱層を形成する場合よりも、バイアスローラ及び圧ローラの発熱層の発熱量を抑制して消費電力量を抑えることができるので、昇温用コイルからの電力供給量のバランスを制御して、ヒートローラに集中的に効率よく供給することができる。
【００２２】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記圧ローラが低熱容量の材質からなるものである。
【００２３】
この構成によれば、圧ローラが短時間で昇温し、かつ、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部においてヒートローラから圧ローラに移動する熱量を抑制することができるので、ヒートローラの加熱に要する消費電力が低減され、定着装置のウォームアップ時間も短縮される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置について図面を参照して説明する。図１は本発明に係る画像形成装置の概略構成の１例を模式的に示す図、図２は各色の画像形成部を模式的に示す図である。なお、図１では現像装置３及びクリーニング装置２０は内部構成の図示を省略している。図１に示すように、プリンタ１（画像形成装置の１例）はタンデム方式のフルカラー画像形成装置であってプリンタ本体ハウジング２の内部において用紙搬送ベルト８の上方にはその搬送方向の上流から下流方向に向かって（図１では右方から左方にかけて）、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色画像形成部が用紙搬送ベルト８の上方に設けられている。外部ＰＣ装置からの出力画像の色情報に応じてフルカラー画像出力とモノクロ画像出力の何れかが選択され、画像出力速度はフルカラー画像出力とモノクロ画像出力の何れもＡ４サイズにおいて約20枚／分である。各々の画像形成部には、アモルファスシリコン感光体ドラム４と、その周囲には主帯電器５と、ＬＥＤ露光部６と、現像装置３と、転写ローラ９と、クリーニング装置２０が備えられている。クリーニング機構２０は、感光体ドラム４の表面を清掃するためのクリーニングローラ２１及びクリーニングブレード２２、これらクリーニングローラ２１及びクリーニングブレード２２によってドラム表面から除去されたトナーを一箇所に集めるためのスパイラル２３を有している。
【００２５】
図２に示すように、現像装置３には内部に図示しない固定磁石を配した現像スリーブ３ａが設けられている。コールターカウンタによるメジアン径（体積基準）が約9μｍのブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色トナー５重量部と平均粒径約70μｍのフェライトキャリア９５重量部とを混合してなされる各色現像剤が現像装置３内に収納されており、現像スリーブ３ａ表面には各色現像剤による磁気ブラシが形成されている。ここで、トナーはキャリアとの摩擦帯電によって正に帯電する。各色画像形成部の各々のアモルファスシリコン感光体ドラム４と現像スリーブ３ａとは互いが対向した現像領域において、図示する同じ方向に回転しており、感光体ドラム４の周速度は約100mm/sec、現像スリーブ３ａの周速度は約200mm/secである。感光体ドラム４と現像スリーブ３ａとの隙間と、図示しない穂切板と現像スリーブ３ａとの隙間は何れも約0.5mmである。現像スリーブ３ａには約+300Vの現像バイアス電圧が印加されている。
【００２６】
図１、図２において最初に感光体ドラム４が帯電部５によって一様に約+400Vに帯電され、外部ＰＣ等から入力された原稿画像データに基づくＬＥＤ光がＬＥＤプリントヘッドユニット６からドラム表面上に照射される。光照射された露光部分が約+25Vにまで光減衰し、非露光部分の約+400Vの部分とで静電潜像が形成される。現像スリーブに印加された約+300Vの現像バイアス電圧によって現像剤中の正帯電トナーが感光体表面の露光部分に反転現像される。画像形成を繰り返して現像剤中のトナーが消費されてもトナー濃度を一定値に維持する為に、トナー供給容器７Ｂ、７Ｙ、７Ｃ、７Ｍから図示しない搬送手段によって各色現像装置３に対してトナー補給がそれぞれ行われる。
【００２７】
用紙搬送ベルト８は転写ローラ９によって各感光体ドラム４に押し付けられた状態とされ、不図示のモータ等によって回転駆動される駆動ローラ１０と、この駆動ローラ１０によって無端回転される用紙搬送ベルト８に従って回転する従動ローラ１１とによって、搬送速度が感光体ドラム４と等速の約100mm/secとなる様に、転写領域において感光体４と同方向に駆動される。転写ローラ９には約-1.5kVの電圧が印加されている。
【００２８】
給紙機構１２から用紙搬送路１３を経由して用紙搬送ベルト８側に用紙が搬送されると、レジストローラ１７によって各感光体ドラム４及び転写ローラ９等による画像転写動作と給紙動作のタイミングが調整される。当該タイミングの調整後、レジストローラ１７が回転駆動されて用紙が感光体ドラム４と用紙搬送ベルト８との間に搬送される。
【００２９】
そして感光体ドラム４と用紙搬送ベルト８との間に、給紙機構１２から用紙搬送路１３を経由して用紙が搬送され、用紙が各感光体ドラム４と用紙搬送ベルト８との間を搬送されていく間に、約-1.5kVが印加された転写ローラ９によって各感光体ドラム４表面の正帯電の各色のトナー像が次々に用紙側に転写される。
【００３０】
全ての感光体ドラム４からトナー像が転写された用紙は、本発明に係る定着装置１４に搬送されてトナー像が定着され、カラー画像が形成される。この定着装置１４の定着ローラ対を通過した用紙は用紙搬送路１５に送られ、排出部１６から排出される。
【００３１】
定着装置１４について説明する。図３は定着装置１４の概略構成を示す側面図である。定着装置１４は、ヒートローラ１４１，圧ローラ１４２及びバイアスローラ１４３を備え、これら全てのローラが誘導加熱方式（ＩＨ方式）で加熱される。定着装置１４は、用紙はヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部に搬送される前にバイアスローラ１４３を通過するようになっている。バイアスローラ１４３には、用紙をヒートローラ１４１に吸着させるためのバイアスが印加されている。このバイアスローラ１４３によって、用紙がバイアスローラ１４３を通過した地点から用紙をヒートローラ１４１に吸着させておき、用紙がヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部に差し掛かる前から用紙がヒートローラ１４１で加熱されるようにする。そして、ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部で用紙を加熱加圧してトナー層を用紙に定着させる。これら各ローラは、図３に示す矢印方向に回転して用紙を搬送するようになっている。
【００３２】
ヒートローラ１４１は外径が約20mmであって、表面に強磁性かつ導電性の金属（例えば、鉄,SUS等）からなる肉厚約1.5mmの発熱層１４１ａが形成されている。この発熱層１４１ａの外面側には、フッ素樹脂等からなる離形層１４１ｂが設けられている。
【００３３】
圧ローラ１４２は外径が約10mmであって、ヒートローラ１４１に圧接された状態で設けられている。この圧ローラ１４２は、強磁性かつ導電性の金属（例えば、鉄,SUS等）からなる肉厚約1mmの発熱層１４２ａを下層、カーボンブラックを分散させた肉厚約1.55mmの弾性ゴム層１４２ｂを上層とした２層構造となっており、ヒートローラ１４１との間に所望のニップを形成することが可能である。さらに、圧ローラ１４２には、用紙上の正帯電トナーとは逆極性の負の直流バイアス電圧約-2kVが印加されており、約-20μAの電流が流れるように調整されている。圧ローラ１４２は図示しない付勢手段によってヒートローラ１４１に付勢されており、ヒートローラ１４１の駆動に合わせて従動回転するようになっている。
【００３４】
バイアスローラ１４３は、ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部よりも用紙搬送方向上流側に配設されている。このバイアスローラ１４３は外径が約5mmであって、強磁性かつ導電性の金属（例えば、鉄,SUS等）からなる肉厚約1mmの発熱層１４３ａを下層、カーボンブラックを分散させた肉厚約1mmのフッ素ゴム層１４３ｂを上層とした２層構造となっている。
【００３５】
さらに、バイアスローラ１４３には、用紙上の正帯電トナーと同極性の正の直流電圧約1.5kVに、周波数約1KHzであってピークツーピーク電圧が約1.1kVの交流電圧が重畳印加されており、約+20μAの電流が流れるように調整されている。バイアスローラ１４３は、図示しない付勢手段によってヒートローラ１４１に付勢されており、ヒートローラ１４１の駆動に合わせて従動回転するようになっている。
【００３６】
ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部とバイアスローラ１４３との間には、ヒートローラ１４１，圧ローラ１４２及びバイアスローラ１４３を誘導加熱方式によって発熱させるためのＩＨコイル（昇温用コイル）１４５が設けられている。ＩＨコイル１４５は、ヒートローラ１４１の回転軸方向に螺旋状に巻かれたコイルからなり、ヒートローラ１４１の表面に対向させて設けられている。ＩＨコイル１４５は、ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部の近傍であって、かつ、バイアスローラ１４３をも加熱し得る位置に配設される。ＩＨコイル１４５に高周波電流が流れると、それによって生じた高周波磁界によって、ヒートローラ１４１，圧ローラ１４２及びバイアスローラ１４３の各発熱層１４１ａ，１４２ａ，１４３ａに誘導渦電流が発生し、ジュール熱により各ローラ自体（各発熱層）が昇温するようになっている。
【００３７】
上記構成でなる定着装置１４によるトナー定着について説明する。図４は定着装置１４によるトナー定着を模式的に示す図である。各色のトナー転写が終了した用紙がヒートローラ１４１及びバイアスローラ１４３のニップ部まで搬送されてくると、ＩＨコイル１４５によって発熱されたバイアスローラ１４３によってトナー及び用紙が加熱される。そして、バイアスローラ１４３に印加されているバイアスによって（図４(1)バイアス印加）、用紙はヒートローラ１４１に静電吸着する。さらに、このバイアスローラ１４３に印加されている正のバイアスは用紙上の正帯電トナーと同極性であるから、用紙上のトナーはヒートローラ１４１側に付勢される（図４(2)ヒートローラ側にトナー付勢）。ヒートローラ１４１の表面に付勢されたトナーは、ヒートローラ１４１からの熱で溶融する（図４(3)トナー溶融）。
【００３８】
用紙がヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部に搬送されてくると、このニップ部ではヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２の両方によってトナー及び用紙が加圧加熱され、圧ローラ１４２には用紙上の正帯電トナーと逆極性の負のバイアスが印加されている（図４(4)加圧・加熱・バイアス印加）。これにより、トナーがヒートローラ１４１の表面から用紙側に付勢されると共に、加熱によりトナーが更に溶融し、加圧によりトナーが用紙に押し付けられ、トナーが用紙に定着する（図４(5)定着）。
【００３９】
このように、第１の実施形態に係る定着装置１４によって上記トナー定着を行うと、用紙はバイアスローラ１４３及びヒートローラ１４１のニップ部を通過後にヒートローラ１４１表面に吸着し、ヒートローラ１４１によって加熱されるので、用紙はヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部に搬送される前からヒートローラ１４１によって加熱される。これにより、用紙がヒートローラ１４１によって加熱される時間及び距離が長くなるので、ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ幅を拡大しなくても、ヒートローラ１４１から用紙に多くの熱を付与することができる。従って、ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部においてヒートローラ１４１から圧ローラ１４２に多くの熱が奪われないようにすることができるので、ヒートローラ１４１を加熱するために要する消費電力を低減し、定着装置１４のウォームアップ時間を短縮することが可能になる。
【００４０】
また、バイアスローラ１４３にトナーと同極性のバイアスを印加しているので、用紙上のトナーはヒートローラ１４１側に付勢され、ヒートローラ１４１からトナーに熱が供給され易くなり、トナーが溶け易くなって用紙への定着性が向上する。さらに、バイアスローラ１４３には交流バイアスが重畳されており、用紙上のトナーが除電されるので、オフセットを防止することができる。
【００４１】
また、圧ローラ１４２にトナーと逆極性のバイアスを印加しており、圧ローラ１４２側（用紙側）にトナーが付勢されるので、更に用紙に対するトナー定着性が向上する。更に、かかる圧ローラ１４２へのバイアス印加の条件によっては、ヒートローラ１４１から用紙を分離させることも可能である。
【００４２】
次に、定着装置１４の第２の実施形態を説明する。図５は定着装置１４の第２の実施形態の概略を示す側面図である。上記第１の実施形態では、バイアスローラ１４３及び圧ローラ１４２の発熱層１４３ａ，１４２ａが強磁性かつ導電性の金属から形成されているが、この発熱層１４３ａ，１４２ａを、非磁性かつ導電性の金属（例えば、銅，アルミニウム，SUS304等）で形成してもよい。この構成によれば、強磁性かつ導電性の金属によって発熱層を形成する場合よりも、バイアスローラ１４３及び圧ローラ１４２の発熱層１４３ａ，１４２ａの発熱量を抑制して消費電力量を抑えることができるので、ＩＨコイル１４５からの電力供給量のバランスを制御して、ヒートローラ１４１に集中的に効率よく供給することができる。
【００４３】
次に、本発明に係る定着装置１４の第３の実施形態を説明する。図６は定着装置１４の第３の実施形態の概略を示す側面図である。上記第１及び第２の実施形態では、バイアスローラ１４３によって、ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部よりも上流側において用紙にバイアスを印加するようにしているが、図６に示すように、針電極１４３’によってバイアスを印加するようにしてもよい。また、特に図示しないが、バイアスローラ１４３や針電極１４３’に代えて、チャージャ又は除電ブラシ等を用いてバイアスを印加するようにしてもよい。
【００４４】
なお、本発明は上記実施の形態の構成に限られず、更に種々の変形が可能である。例えば、バイアスローラ１４３及び圧ローラ１４２に印加するバイアス値等は上記実施形態で示した値に限られず、適宜変更が可能である。
【００４５】
また、上記第１の実施形態では、バイアスローラ１４３にトナーと同極性のバイアスを印加するようにしているが、トナーと逆極性のバイアスを印加して用紙をヒートローラ１４１に吸着させることも可能である。
【００４６】
また、用紙の各サイズ毎に各々のＩＨコイル１４５を設けておき、定着装置１４に搬送されてくる用紙サイズに応じた加熱性能を有する各ＩＨコイル１４５を使い分けるようにしてもよい。これにより、各サイズの用紙を加熱するために必要な熱量を的確にヒートローラ１４１に発生させることができる。例えば、ヒートローラ１４１の回転軸方向を基準とした用紙幅が大きい用紙に対して定着動作を行なった後に、それまでよりも用紙幅が小さい用紙に定着動作を行なうときは、ヒートローラ１４１に発生させる熱量が少ないＩＨコイル１４５に切り替えて使用することによって、ヒートローラ１４１が高温になり過ぎることを防止することができる。
【００４７】
また、上記実施形態では、ヒートローラ１４１，圧ローラ１４２及びバイアスローラ１４３のすべてに発熱層１４１ａ，１４２ａ，１４３ａが設けられているが、ヒートローラ１４１のみに発熱層１４１ａを形成する構成であってもよいし、ヒートローラ１４１に発熱層１４１ａを設けると共に、圧ローラ１４２又はバイアスローラ１４３のいずれか一方に発熱層を設けるようにしてもよい。
【００４８】
また、圧ローラ１４２を低熱容量の材質で形成してもよい。この場合は、圧ローラ１４２が短時間で昇温すると共に、ヒートローラ１４１及び圧ローラ１４２のニップ部においてヒートローラ１４１から圧ローラ１４２に移動する熱量を抑制することができ、ヒートローラ１４１の加熱に要する消費電力が低減され、定着装置１４のウォームアップ時間も短縮される。
【００４９】
また、上記実施形態では、誘導加熱方式によってヒートローラ１４１を加熱するようにしているが、ハロゲン加熱方式によってヒートローラ１４１を加熱することも可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部の用紙搬送方向上流側に設けたバイアス印加手段によって用紙をヒートローラに吸着させるので、用紙が上記ニップ部に搬送される前から用紙がヒートローラによって加熱することができる。これにより、用紙がヒートローラによって加熱される時間及び距離が長くなるので、両ローラのニップ幅を拡大しなくてもヒートローラから用紙に大量の熱が付与される。また、上記ニップ部においては用紙に大量の熱を供給する必要がないので、高速印刷用の定着を行う場合でもニップ幅を拡大する必要がない。これにより、当該ニップ部から圧ローラに大量の熱量が奪われないようにすることができるので、ヒートローラを加熱するために要する消費電力を低減し、定着装置のウォームアップ時間を短縮することが可能になる。
【００５１】
また、ヒートローラに加えてバイアスローラまでが昇温用コイルによって加熱されるので、当該バイアスローラは用紙をヒートローラに吸着させることに加え、用紙を加熱する役割まで果たすことになる。これによって、更に多くの熱を用紙に付与することができ、用紙へのトナー定着性を更に向上させることができる。
【００５２】
また、ヒートローラに強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層を設け、ヒートローラに対向させて配設された昇温用コイルによってヒートローラを誘導加熱方式で加熱するので、ウォームアップ時間削減及び加熱効率向上を図ることができる他、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部近傍に昇温用コイルを配置することが可能になり、当該ニップ部を効率良く加熱することが可能になる。
【００５３】
また、未定着トナーの定着が行われる用紙の各サイズに応じた加熱性能を有する各々の昇温用コイルを設けておき、定着装置に搬送されてくる用紙サイズに応じて、当該用紙のサイズに応じた加熱性能を有する前記昇温用コイルに切り換えられる構成とした場合は、各サイズの用紙を加熱するために必要な熱量を的確にヒートローラに発生させることができる。
【００５４】
また、バイアス印加手段に交流バイアスを印加するようにすれば、用紙上のトナーが除電されるので、オフセットを防止することができる。
【００５５】
また、バイアス印加手段にトナーと同極性のバイアスを印加するようにすれば、用紙がバイアス印加手段を通過するときに、用紙上のトナーがヒートローラ側に付勢されるので、ヒートローラからトナーに熱が供給され易くなる。これにより、トナーを溶け易くして用紙への定着性を向上させることができる。
【００５６】
また、圧ローラにトナーと逆極性の電圧を印加するようにすれば、バイアス印加手段を通過した後にヒートローラ側に付勢された状態となっているトナーを、用紙が圧ローラを通過する時点で再び用紙側に付勢することができる。これにより、トナーの用紙への定着性が更に向上する。
【００５７】
また、強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層を圧ローラに設け、昇温コイルによって当該圧ローラが昇温される構成とした場合は、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部に用紙が搬送されてきた時に圧ローラからも用紙を加熱することができるので、更に多くの熱を用紙に付与することができ、用紙へのトナー定着性を更に向上させることができる。
【００５８】
また、バイアス印加手段又は圧ローラに、強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層に代えて、非磁性かつ導電性の金属からなる薄膜状の発熱層を設けた場合には、強磁性かつ導電性の金属によって発熱層を形成する場合よりも、バイアスローラ及び圧ローラの発熱層の発熱量を抑制して消費電力量を抑えることができるので、昇温用コイルからの電力供給量のバランスを制御して、ヒートローラに集中的に効率よく供給することができる。
【００５９】
また、圧ローラを低熱容量の材質で形成した場合は、圧ローラが短時間で昇温すると共に、ヒートローラ及び圧ローラのニップ部においてヒートローラから圧ローラに移動する熱量を抑制することができ、ヒートローラの加熱に要する消費電力が低減され、定着装置のウォームアップ時間も短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】 本発明に係る画像形成装置に備えられる画像形成部を模式的に示す図である。
【図３】 本発明に係る画像形成装置に備えられる定着装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】 定着装置によるトナー定着を模式的に示す図である。
【図５】 定着装置の第２の実施形態の概略を示す側面図である。
【図６】 定着装置の第３の実施形態の概略を示す側面図である。
【符号の説明】
１４ 定着装置
１４１ ヒートローラ
１４１ａ 発熱層
１４１ｂ 離形層
１４２ 圧ローラ １４２ａ 発熱層
１４２ｂ 離形層
１４３ バイアスローラ
１４３ａ 発熱層
１４３ｂ 離形層
１４３’ 針電極
１４５ ＩＨコイル
Claims (9)
- ヒートローラ及び圧ローラからなる定着ローラ対を有し、用紙表面の未定着トナーを用紙に定着させる定着装置を用いた画像形成装置において、
前記ヒートローラには強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層が設けられ、前記ヒートローラに対向させて配設された昇温用コイルによって前記ヒートローラが誘導加熱方式で加熱され、
前記両ローラのニップ部の用紙搬送方向上流側には、前記ヒートローラに用紙を吸着させるためのバイアスが印加されるバイアス印加手段として、前記ヒートローラに当接して従動回転するバイアスローラが設けられ、このバイアスローラが、強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層を有し、前記昇温用コイルによって昇温される画像形成装置。 - 前記昇温用コイルが、前記ヒートローラ及び圧ローラのニップ部と前記バイアス印加手段との間に配設されている請求項１に記載の画像形成装置。
- 前記未定着トナーの定着が行われる用紙の各サイズに応じた加熱性能を有する各々の前記昇温用コイルを設けておき、前記定着装置に搬送されてくる用紙サイズに応じて、当該用紙のサイズに応じた加熱性能を有する前記昇温用コイルに切り換えられる請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
- 前記バイアス印加手段に交流バイアスを印加する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記バイアス印加手段にトナーと同極性のバイアスを印加する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記圧ローラにトナーと逆極性の電圧を印加する請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
- 強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層が前記圧ローラに設けられ、前記昇温コイルによって圧ローラが昇温されるように構成されている請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記バイアス印加手段又は前記圧ローラには、前記強磁性かつ導電性材料からなる薄膜状の発熱層に代えて、非磁性かつ導電性の金属からなる薄膜状の発熱層が設けられている請求項７に記載の画像形成装置。
- 前記圧ローラが低熱容量の材質からなる請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
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