JP3977200B2 - 像加熱装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電物質が混入されている離型層を有する移動部材と、加圧部材と、記録材に担持されたトナーの帯電極性と同極性の電圧を前記移動部材に印加する電源を有するバイアス印加手段と、前記バイアス印加手段により印加する前記電圧を設定する制御回路部と、を有し、前記移動部材と前記加圧部材のニップ部でトナー像を担持する記録材を挟持搬送して記録材上のトナー像を加熱する像加熱装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば電子写真方式などの複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に具備させる像加熱装置としての加熱定着手段としては、熱効率、安全性が良好な接触加熱型の熱ローラ方式の加熱定着装置や、クイックスタート性(オンデマンド性)を有し、スタンバイ時に装置に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えた、省エネルギータイプのフィルム加熱方式の加熱定着装置等が採用されている。
【0003】
熱ローラ方式の加熱定着装置は、ハロゲンヒータ等の内装熱源で加熱されて所定の温度に温調される加熱部材としての回転定着ローラと、この定着ローラに所定に圧接された加圧部材としての回転加圧ローラとを有し、両ローラの圧接ニップ部(定着ニップ部)に記録材を導入して挟持搬送させることで未定着画像を記録材面に加熱定着させるものである。
【0004】
フィルム加熱方式の加熱定着装置は特開昭63−313182号公報・特開平1−263679号公報等に提案されており、加熱体に移動部材としての耐熱フィルムを加圧部材で押圧密着させて走行させ、耐熱フィルムを挟んで加熱体と加圧部材とで形成される定着ニップ部の耐熱フィルムと加圧部材との間に記録材を導入して耐熱フィルムに密着させて耐熱フィルムと一緒に定着ニップ部を通過させることで加熱体の熱を耐熱フィルムを介して記録材に与えて未定着画像を記録材面に加熱定着させるものである。
【0005】
図7にフィルム加熱方式の加熱定着装置の一例の概略構成を示した。27は加熱部材としての定着ユニット(定着フィルムアセンブリ)、18は加圧部材としての弾性加圧ローラであり、上記両者27・18の圧接により定着ニップ部Nを形成させている。
【0006】
加熱部材としての定着ユニット27は、ステイホルダー17と、このホルダー17の下面に固定保持させて配設したセラミックヒータ等の加熱体15と、この加熱体15を取り付けたステイホルダー17にルーズに外嵌させた可撓性の移動部材としての円筒状の定着フィルム14等からなる。定着フィルム14は表面から絶縁性離型層−導電層−基材層からなる。
【0007】
加圧部材としての弾性加圧ローラ18は芯金29と、弾性層30と、表面の絶縁性離型31等からなる。
【0008】
上記の定着ユニット27側の加熱体15と加圧部材としての弾性加圧ローラ18を対向させて定着フィルム14を挟んで圧接させて定着ニップ部Nを形成させている。
【0009】
弾性加圧ローラ18は矢印の反時計方向に回転駆動され、定着フィルム14はこの弾性加圧ローラ18の回転に従動して定着フィルム14がその内面が定着ニップ部Nにおいて加熱体15の面に密着して摺動しながら矢印の時計方向に回転状態になる。
【0010】
そして、定着ニップ部Nの定着フィルム14と弾性加圧ローラ18の間に、表面に未定着トナー画像Tを形成担持させた記録材Pが導入されて挟持搬送される。この挟持搬送過程において、記録材P上の未定着トナー画像Tが定着ニップ部Nにおいて加熱体15により定着フィルム14を介して加熱されて、また定着ニップ部Nの加圧力にて定着される。
【0011】
熱ローラ方式、フィルム加熱方式ともに定着の際に発生する画質上の問題としては以下のようなものがある。
【0012】
▲1▼.すなわち、定着ニップ導入部の直前において、記録材P上のトナーTが部分的に記録材搬送方向の下流側に吹き飛ばされるような現象(以下、後方トナー飛び散り)、
▲2▼.および記録材P上のトナーTの一部が定着されずに定着フィルム14や定着ローラ側に付着してしまい、トナーが付着した部分が次に記録材と接する際に、定着フィルム14、定着ローラ上のトナーが記録材側に転移するという画像不良(以下、オフセット)、である。
【0013】
これらの現象の抑制対策として、従来トナーの記録材に対する静電的な付着力をアップさせる方法が試みられている。
【0014】
例えば、前述した図7に示すフィルム加熱方式の加熱定着装置を例にして説明すると、表面から絶縁性離型層−導電層−基材層からなる定着フィルム14の導電層部に定着バイアス印加電源Eより導電ブラシ51を介してトナーTと同極性の定着バイアス(本例では、トナーTの帯電極性はマイナス)を所定量印加し、加圧ローラ18の表面の絶縁性離型層31を挟んで、電界の作用により記録材P上のトナーTを印字面から反発電界によって押え込む方式、または加圧ローラ18の芯金部29にトナーTと逆極性の定着バイアスを印加し、加圧ローラ表面にトナーTと逆極性の電荷を誘起させトナーTを記録材Pに引き付け固定する方式が行われている。
【0015】
更に効果を高めるため、図8に示すように、定着ニップ部Nよりも記録材搬送方向の下流側に導電ブラシ等の除電手段52を設けて、定着ニップ通過後の記録材Pの印字面の裏面にこの除電手段52が接触するような構成をとり、前記方式と同様に定着フィルム14または加圧ローラ18にトナーTと同極性または逆極性のバイアスを印加することで記録材Pの抵抗を介して除電手段52の設置部から印加した定着バイアスと逆極性または同極性の電荷を記録材Pの裏面に誘起させ、誘起した電荷で逆極性であるトナーTを記録材Pに引きつけ固定する方式が行われている。
【0016】
静電オフセットを防止するための定着バイアスには最適値があり、最適値より大きくても小さくても静電オフセットは悪化する。一方、後方トナー飛び散りを防止するための定着バイアスは大きいほどよい。したがって、定着バイアスの設定を静電オフセットに対しての最適値にすると、静電オフセットは完全に防止することができるが、後方トナー飛び散りが著しく発生してしまう。また、後方トナー飛び散りを完全に防止するために定着バイアスを可能な限り大きくすると静電オフセットが顕著に発生してしまう。そのため、定着バイアスは静電オフセット、後方トナー飛び散り共に良好なレベルを保てる値に設定している。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような加熱定着装置において、装置の最大通紙幅よりも幅の狭い記録材(小サイズメディア)を連続的に通紙して加熱定着を続けた場合、定着ニップ部の記録材が通過しない領域(非通紙域)では、熱を奪うメディアが無いため温度が上昇し続ける。一方、定着ニップ部の記録材が通過する領域(通紙域)では温調系により所定の定着温度に保たれているため、図9のように、定着ニップ部の非通紙域と通紙域の温度差が大きくなる、いわゆる非通紙部過昇温現象を生じる。
【0018】
ここで、図9のグラフの横軸は時間である。小サイズプリントと記載した領域では小サイズを連続プリントしている。その直後に普通紙を連続プリントしているが、それが普通紙サイズプリントと記載した領域である。この時の非通紙域と通紙域の温度測定を行っており、非通紙部昇温が大きくなることを説明したグラフである。
【0019】
このような非通紙部過昇温現象状態の時に上記記録材よりも幅の広い記録材(大サイズメディア)をプリントした場合、定着ニップ部内の長手方向温度分布は図10のようになっているため、すなわち、小サイズにおける通紙域では所定の定着温度に保たれるため、この小サイズにおける通紙域に対応している画像領域は良好な定着画像が得られるが、非通紙域は幅の狭い記録材プリントにより昇温しているため、通紙域の設定温度より高い温度まで上昇し、この小サイズにおける非通紙域に対応している画像領域は過定着によるホットオフセットが発生してしまう。
【0020】
また、このように定着ニップ内の温度が非常に高く、ホットオフセットが発生しやすい状態では定着バイアスの影響を非常に受けやすくなり定着バイアスが適切でない場合は静電オフセットとホットオフセットが同時に発生した激しい画像不良となってしまう。
【0021】
このホットオフセットを防止するため小サイズ記録材がプリントされた後に普通サイズ記録材がプリントされる場合は、小サイズ記録材のプリント枚数により表1のように通常の普通サイズ記録材の定着温度より低くすることでホットオフセットを抑制している。
【0022】
【表1】
【0023】
しかしながら、小サイズ記録材プリント枚数が増加すると、非通紙部昇温が大きくなり、表1のように普通サイズ記録材の定着温度を低くしても若干のホットオフセットが発生してしまう。また、ホットオフセットを防止しようとして普通サイズ記録材の定着温度を更に低くしようとすると小サイズ記録材における通紙域において定着不良が発生してしまう。
【0024】
本発明は上記に鑑みて提案されたもので、小サイズ記録材(第1の幅の記録材)を加熱処理した後に大サイズ記録材(第1の幅の記録材よりも幅の広い第2の記録材)を加熱処理した場合に発生するオフセットを抑制することを目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする像加熱装置である。
【0026】
(1)導電物質が混入されている離型層を有する移動部材と、加圧部材と、記録材に担持されたトナーの帯電極性と同極性の電圧を前記移動部材に印加する電源を有するバイアス印加手段と、前記バイアス印加手段により印加する前記電圧を設定する制御回路部と、を有し、前記移動部材と前記加圧部材のニップ部でトナー像を担持する記録材を挟持搬送して記録材上のトナー像を加熱する像加熱装置において、
第 1 の幅の記録材を加熱処理した後の所定時間内に前記第1の幅の記録材よりも幅が広い第2の幅の記録材の加熱処理を開始する場合、前記制御回路部は、前記所定時間後に前記第2の幅の記録材の加熱処理を開始する場合に設定する前記トナーの帯電極性と同極性の電圧よりも前記トナーの帯電極性と同極性で且つ絶対値が小さい電圧を設定することを特徴とする像加熱装置。
(2)前記制御回路部は、前記所定時間内に前記第2の幅の記録材の加熱処理を開始する場合、前記第1の幅の記録材の処理枚数及び前記第1の幅の記録材の加熱処理終了時からの経過時間に応じて電圧を設定することを特徴とする(1)に記載の像加熱装置。
(3)前記制御回路部は、前記所定時間内に前記第2の幅の記録材の加熱処理を開始する場合に前記第2の幅の記録材の処理枚数が増えるに連れて前記電圧を、前記所定時間後に前記第2の幅の記録材の加熱処理を開始する場合に設定する前記トナーの帯電極性と同極性の電圧に近づけるように設定することを特徴とする(1)または(2)に記載の像加熱装置。
【0032】
【発明の実施の形態】
〈実施例1〉
(1)画像形成装置例の説明
図1は本実施例における画像形成装置の構成略図である。本例の画像形成装置は電子写真プロセス利用のレーザプリンタである。
【0033】
19は感光ドラムであり、OPC、アモルファスSe、アモルファスSi等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。
【0034】
感光ドラム19は矢印の方向に回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ20によって一様帯電される。
【0035】
次に、その回転感光ドラム19の一様帯電面に対してレーザスキャナユニット21によりレーザビーム走査露光Lが施されて画像情報の静電潜像が形成される。感光ドラム19に対するレーザビーム走査露光Lは画像情報に応じてON/OFF制御されたレーザビームがレーザスキャナユニット21内で回転するポリゴンミラーにより反射されてなされる。
【0036】
この静電潜像は現像装置22で現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、2成分現像法、FEED現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
【0037】
可視化されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ23により、不図示の給紙機構部から所定のタイミングで搬送された記録材P上に感光ドラム19上より転写される。ここで感光ドラム19上のトナー像の画像形成位置と記録材の先端の書き出し位置が合致するようにセンサ24にて記録材Pの先端を検知し、タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録材Pは感光ドラム19と転写ローラ23に一定の加圧力で挟持搬送される。なお、本例においては記録材の装置内搬送は中央基準搬送でなされる。
【0038】
このトナー像が転写された記録材Pは加熱定着装置25へと搬送され、永久画像として定着される。
【0039】
一方、感光ドラム19上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置26により感光ドラム19表面より除去される。
【0040】
100は画像形成装置の制御回路部であり、画像形成装置全体の作像動作シーケン制御を司る。Eは定着装置25に対する定着バイアス印加電源、101はこの電源Eのドライバである。また、不図示の給紙部から定着装置25に至る記録材搬送路に記録材が所定以上の幅を持つものである場合に動作する幅センサを設けており、制御回路部100はこの幅センサの信号または不図示の給紙カセットに設けられたセンサ信号により装置に通紙使用される記録材のサイズを判断するとともに、装置の最大通紙幅よりも幅の狭い記録材(第1の幅の記録材)が通紙(加熱処理)された後にそれよりも幅の広い記録材(第2の幅の記録材)を通紙(加熱処理)する場合は幅の狭い記録材の通紙枚数及び幅の狭い記録材プリント終了から幅の広い記録材プリントまでの時間に応じてドライバ101を介して電源Eの出力を制御して定着装置25に対する定着バイアス印加量を所定に制御している。これについては後述する。
上記において、電源Eとドライバ101が、記録材に担持されたトナーの帯電極性と同極性の電圧を、後述する移動部材(定着フィルム)に印加する電源を有するバイアス印加手段である。
【0041】
(2)加熱定着装置25
図2は加熱定着装置25の概略構成模型図である。本例の加熱定着装置25は、特開平4−44075〜44083、4−204980〜204984号公報等に開示の、移動部材として円筒状(エンドレスベルト状)・可撓性の定着フィルムを用いた、フィルム加熱方式、加圧用回転体駆動方式(テンションレスタイプ)の加熱装置である。
【0042】
1)装置25の全体的構成
27は加熱部材(定着ユニット、定着フィルムアセンブリ)、18は加圧部材としての加圧ローラであり、両者27・18の圧接により定着ニップ部Nを形成させている。
【0043】
加熱部材27は図面に垂直方向を長手とする部材であり、横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するステイホルダー(支持部材)17と、このステイホルダー17の下面に、該部材の長手に沿って設けた凹溝部に嵌め入れて固定して配設した、加熱体としてのセラミックヒータ15と、該ヒータ15を取り付けたステイホルダー17にルーズに外嵌した移動部材としての、熱容量の小さな、円筒状の可撓性・耐熱性の定着フィルム14等からなる。
【0044】
加圧ローラ18は、芯金29と、該芯金上に同心一体に形成具備させたシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコンゴムを発泡して形成された弾性層30とから成る回転体である。弾性層30上にはPFA、PTFE、FEP等のフッ素樹脂などから成る耐熱離型性層31を形成してあってもよい。
【0045】
より具体的に、加圧ローラ18は芯金29の外部にシリコンゴムを成形した弾性層あるいはシリコンゴムを発泡して成るスポンジ弾性層30、さらにその外層にPTFEあるいはPFA、FEP等の離型性層31をチューブ状に、あるいはコーティング塗工して形成して成る。
【0046】
加圧ローラ18は芯金29の両端部を装置シャーシー(不図示)の手前側と奥側の側板間に軸受部材を介して回転自由に軸受保持させて配設してある。
【0047】
加熱部材27は、この加圧ローラ18の上側に、ヒータ15側を下向きにして加圧ローラ18に並行に配置し、ステイホルダー17の両端部を不図示のバネ等の加圧手段にて加圧ローラ18の軸線方向に附勢することで、ヒータ15の下向き面を定着フィルム14を介して加圧ローラ18の弾性層30に該弾性層の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部Nを形成させてある。加圧ローラ30側を加圧手段にて加熱部材27の下面に押し上げ附勢して所定幅の定着ニップ部Nを形成する装置構成にすることもできる。
【0048】
加圧ローラ18は駆動手段Mにより矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ18の回転駆動による該加圧ローラ18の外面と定着フィルム14との、定着ニップ部Nにおける圧接摩擦力により円筒状の定着フィルム14に回転力が作用して該定着フィルム14がその内面側がヒータ15の下向き面に密着して摺動しながらステイホルダー17の外回りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。
【0049】
加圧ローラ18が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム14が従動回転状態になり、またヒータ15に通電がなされ、該ヒータ15が昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Nの定着フィルム14と加圧ローラ18との間に未定着トナー像Tを担持した記録材Pが耐熱性の定着入口ガイド32に沿って案内されて導入され、定着ニップ部Nにおいて記録材Pのトナー像担持面側が定着フィルム14の外面に密着してフィルム14と一緒に定着ニップ部Nを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、ヒータ15の熱が定着フィルム14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Tが記録材P上に加熱・加圧されて溶融定着される。
【0050】
また、定着ニップN内で記録材Pが搬送されている間は定着フィルム14に接している給電ブラシ51からトナーと同極性のバイアス(トナーの帯電極性と同極性の電圧)が印加されオフセットや後方トナー飛び散りを抑制している。また、定着ニップNの記録材搬送方向の下流側には除電ブラシ52を設置し、記録材Pの印字面の裏面に接するような構成をとっている。定着ニップ部Nを通過した記録材Pは耐熱性の定着排紙ガイド33に案内されて不図示の排出トレイ上に排出される。
【0051】
2)ヒータ15
図3は本例における加熱体としてのセラミックヒータ15の構造模型図であり、(a)は一部切欠き表面模型図、(b)は裏面模型図、(c)は拡大横断面模型図である。
【0052】
このヒータ15は、
▲1▼.通紙方向と直交する方向を長手とする横長の、アルミナ等のセラミック、ポリイミド、PPS、液晶ポリマーなどの耐熱性、高絶縁性・良熱伝導性・低熱容量の部材からなるヒータ基板a、
▲2▼.上記のヒータ基板aの表面側に長手に沿ってスクリーン印刷等により線状あるいは帯状に塗工した、電流が流れることにより発熱する銀パラジウム(Ag/Pd)、RuO2、Ta2Nなどの電気抵抗材料の、厚み10μm程度、幅1〜5mm程度の発熱層(通電発熱抵抗層)b、
▲3▼.上記の発熱層bに対する給電パターンとして、同じくヒータ基板aの表面側に銀ペーストのスクリーン印刷等によりパターン形成した、第1と第2の電極部c・d及び延長電路部e・f、並びに後記するサーミスタ出力用の第3と第4の電極部g・h、
▲4▼.発熱層bと延長電路部e・fの保護と絶縁性を確保するためにそれ等の上に形成した、定着フィルム14との摺擦に耐えることが可能な、厚み10μm程度の薄肉のガラスコート、フッ素樹脂層等の保護層i、
▲5▼.ヒータ基板aの裏面側に設けた、温度検知素子としてのサーミスタ28及びサーミスタ出力用の延長電路部k・m、
等からなる。
【0053】
サーミスタ出力用の第3と第4の電極部g・hと、サーミスタ出力用の延長電路部k・mの端末はそれぞれスルーホールn・oを介して電気的に導通させてある。
【0054】
上記のヒータ15は表面側を下向きに露呈させてステイホルダー17に固定して支持させてある。
【0055】
上記ヒータ15の第1と第2の電極部c・d側には給電用コネクタ34が装着される。また第3と第4の電極部g・h側には温調回路用コネクタ35が装着される。
【0056】
ヒータ駆動回路部36から上記の給電用コネクタ34を介して第1と第2の電極部c・dに給電されることで発熱層bが発熱してヒータ15が迅速に昇温する(ACライン)。
【0057】
そのヒータ15の温度がサーミスタ28により検知され、検知温度の電気的情報が第3と第4の電極部g・hと上記の温調回路用コネクタ35を介してヒータ駆動回路部36に入力する(DCライン)。
【0058】
ヒータ駆動回路部36はサーミスタ28の検知温度が所定の設定温度(定着温度)に維持されるように給電回路部の出力電力を、電圧のデューティー比や波数等を適切に制御する。これにより、定着ニップ部Nにおいて定着フィルム14の表面温度を定着可能な温度に保つ。すなわち、定着ニップ部Nでの温調温度を略一定に保ち記録材上のトナー像を定着するのに必要な加熱を行う。
【0059】
ヒータ15は、金属製基板上の定着ニップ反対側に絶縁層、通電発熱抵抗層を順次積層してなる金属製加熱用ヒータであり、該金属製基板は定着ニップ側が湾曲した形状であっても良い。ヒータ基板aとして耐摩耗性に優れ、熱伝導性の良好なAlN(チッ化アルミ)等を用いた場合には発熱層bを上記基板に対して定着ニップ部と反対側に形成してあっても良い。
【0060】
2)ステイホルダー17
ステイホルダー17は、例えば耐熱性プラスチック製部材より形成され、ヒータ15を保持するとともに定着フィルム14の搬送ガイドも兼ねている。よって定着フィルム14との摺動性を高めるために、定着フィルム14とヒータ15やステイホルダー17の外周面の間に耐熱性の高いグリース等を介在させてある。
【0061】
より具体的に、ステイホルダー17はヒータ15を保持し、定着ニップ部Nと反対方向への放熱を防ぐための断熱部材であり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、PPS、PEEK等により形成されており、定着フィルム14が余裕をもってルーズに外嵌されていて、矢印の方向に回転自在に配置されている。定着フィルム14は内部のヒータ15およびステイホルダー17に摺擦しながら回転するため、ヒータ15およびステイホルダー17と定着フィルム14の間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このためヒータ15およびステイホルダー17の表面に耐熱性グリース等の潤滑剤を介在させてある。これにより定着フィルム14はスムーズに回転することが可能となる。
【0062】
3)定着フィルム14
移動部材としての定着フィルム14は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、膜厚を総厚100μm以下、好ましくは60μm以下とするのがよい。さらにオフセット防止や記録材の分離性を確保するために表層にはPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(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)、FEP(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)、ETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体)、CTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、PVDF(ポリビニリデンフルオライド)等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合ないし単独で被覆したものである。
【0063】
より具体的には、定着フィルム14は、定着ニップ部Nにおいてヒータ15の熱を効率よく記録材に与えるため、厚みは20〜70μmとかなり薄くしている。定着フィルム14はフィルム基層、導電性プライマー層、離型性層の3層構成で構成されており、フィルム基層側がヒータ側であり、離型性層が加圧ローラ側である。
【0064】
フィルム基層は絶縁性の高いポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK等であり、耐熱性、高弾性を有しており、可撓性のある厚み15〜60μm程度で形成されている。また、フィルム基層により定着フィルム14全体の引裂強度等の機械的強度を保っている。
【0065】
導電性プライマー層は厚み2〜6μm程度の薄い層で形成されており、定着フィルム表面に一部露出している。静電オフセット等を防止するため、定着フィルム表面に露出した導電性プライマー層には導電ブラシ51が接しており、プリント中は電源Eからトナーと同極性のバイアス(定着バイアス)を印加している。本例ではトナーの帯電極性はマイナスであり、電源Eからはマイナスの帯電バイアスが印加される。帯電バイアスの印加は加圧ローラ18にトナーと逆極性のバイアスを印加しても良いし、これらを併用しても良い。
【0066】
離型性層は定着フィルム14に対するトナーオフセット防止層であり、離型性の良好なPFA、PTFE、FEP等のフッ素樹脂を厚み5〜15μm程度に被覆して形成してある。また、定着フィルム14表面のチャージアップを軽減し、静電オフセットを防止するため、離型性層中には比抵抗が103Ωcm〜106Ωcm程度のカーボンブラック等の導電部材(導電物質)が混入されている。
【0067】
(3)定着バイアスシーケンス
前述したように、不図示の給紙部から定着装置25に至る記録材搬送路に記録材が所定以上の幅を持つものである場合に動作する幅センサを設けており、制御回路部100はこの幅センサの信号または不図示の給紙カセットに設けられたセンサ信号により装置に通紙使用される記録材のサイズを判断するとともに、装置の最大通紙幅よりも幅の狭い記録材(第1の幅の記録材)が通紙(加熱処理)された後にそれよりも幅の広い記録材(第2の幅の記録材)を通紙(加熱処理)する場合は幅の狭い記録材の通紙枚数及び幅の狭い記録材プリント終了(第1の幅の記録材を加熱処理した後)から幅の広い記録材プリントまでの時間(第2の幅の記録材を加熱処理を開始するまでの時間)に応じてドライバ101を介して電源Eから導電ブラシ51への出力を制御して定着装置25に対する定着バイアス印加量を所定に制御している。
【0068】
上記において、幅の狭い記録材プリント終了は、本実施例においては、幅の狭い記録材の最後の1枚の後端が、定着装置の定着ニップ部Nよりも記録材搬送方向下流側に配設された不図示の排紙センサの位置を通過した時としている。また、幅の広い記録材プリントまでとは、本実施例においては、幅の広い記録材の最初の1枚目の先端が定着ニップ部Nに突入する所定時間前時点として、制御回路部100に上記の時間を演算させている。
【0069】
通常、普通サイズ記録材(第2の幅の記録材)をプリントする場合の定着バイアスは以下のようにして決定している。
【0070】
定着バイアスはオフセット、後方トナー飛び散りを抑制するためのものである。定着バイアス値を変化させながらオフセットおよび後方トナー飛び散りのレベルを比較すると表2のようになった。
【0071】
この評価はオフセット、後方トナー飛び散りの発生しやすい紙や印字パターンで行っており、通常使用する場合では△レベル以上であれば全く問題ない。オフセットの評価はオフセットの発生しやすいゼロックス75g/m2紙で行い、後方トナー飛び散りはレベルの悪いバジャーボンド60g/m2紙で行った。
【0072】
【表2】
【0073】
すなわち、オフセットにおいては−100Vの場合が最も良く、−100Vより大きくても小さくても悪化する傾向にある。一方、後方トナー飛び散りにおいては定着バイアスが大きくなるほど良化している。定着バイアスを−100Vに設定した場合、オフセットは問題無いが、後方トナー飛び散りが悪いレベルである。また、後方トナー飛び散りのレベルを良くするために定着バイアスを−900Vにした場合、オフセットが悪化してしまう。定着バイアスを−600Vに設定した場合、オフセット、後方トナー飛び散りとも比較的良好なレベルに保たれている。以上の結果より、通常のプリント時の定着バイアスは−600Vとする。
【0074】
次に小サイズ記録材(第1の幅の記録材)がプリントされた直後で普通サイズ記録材をプリントする時の定着バイアスについて説明する。
【0075】
表3は小サイズ記録材であるcom#10サイズの封筒を30枚連続プリントして10秒後に普通サイズ記録材を1枚プリントした時の定着バイアス値とその時のオフセット、後方トナー飛び散りの評価結果である。オフセットの評価はオフセットの発生しやすい小サイズ記録材における非通紙域で行った。
【0076】
【表3】
【0077】
この場合のオフセットは非通紙部昇温によるホットオフセットが主な要因であるが、定着バイアスによってオフセットレベルに大きく差が出る。すなわち、全体的にオフセットレベルが悪化し、△レベル以上は−100Vの時のみである。
【0078】
一方、後方トナー飛び散りは若干レベルが良化していた。これは、小サイズ記録材のプリントにより加圧ローラにおいて、小サイズ記録材における非通紙域の昇温による熱膨張で加圧ローラの形状が逆クラウン形状になり、両端部の搬送速度が中央部より速くなったことに起因すると考えられる。すなわち、中央部と両端部の搬送速度が等しい場合に記録材は搬送方向と垂直方向に微小波打ちがあり、その山部(定着フィルムに近い部分)は定着ニップに突入する前から熱の影響を受け易く定着ニップに突入する前から徐々に水蒸気を放出している。一方谷部(定着フィルムから遠い部分)では熱の影響を受けにくいため定着ニップに突入する前はほとんど水蒸気を放出しない。この谷部のように定着ニップ前で水蒸気をほとんど放出しない部分が定着ニップに突入すると定着ニップに突入した瞬間に一気に水蒸気を放出し、その水蒸気が強い勢いで未定着トナーを上流側に吹き飛ばしてしまう。しかしながら両端部の搬送速度が中央部より速い場合、記録材は両端に引っ張られながら搬送されるため、上記のような山部、谷部が存在せず後方トナー飛び散りのレベルが良化すると考えられる。
【0079】
そのため、定着バイアスが−100V以上の場合が△レベル以上であった。以上の結果より小サイズ記録材がプリントされた直後で小サイズ記録材における非通紙域が昇温している状態では定着バイアスを−100Vに設定し、オフセットの悪化を防止するようにした。
【0080】
小サイズ記録材プリント終了から時間が経過すると小サイズ記録材における非通紙域の温度は低くなり、この状態から普通サイズ記録材をプリントしてもオフセットは発生しない。また、普通サイズ記録材プリントにより小サイズ記録材における非通紙部の温度は低くなり普通サイズ記録材を数枚プリントした後ではオフセットは発生しなくなる。したがって定着バイアスを−100Vに設定するのは小サイズ記録材プリント終了から普通サイズ記録材プリントまでの時間が120秒以内であり、且つ普通サイズ記録材5枚目までとし、それ以降は通常の定着バイアスである−600Vを印加することとした。
即ち、第 1 の幅の記録材(小サイズ記録材)を加熱処理した後の所定時間内に第1の幅の記録材よりも幅が広い第2の幅の記録材(普通サイズ記録材)の加熱処理を開始する場合、制御回路部100は、前記所定時間後に第2の幅の記録材の加熱処理を開始する場合に設定するトナーの帯電極性と同極性の電圧(−600V)よりもトナーの帯電極性と同極性で且つ絶対値が小さい電圧(−100V)を設定する。
【0081】
以上の制御で、com#10サイズの封筒を30枚プリントした後、LTRサイズ紙を10秒後に5枚プリントした。
【0082】
▲1▼.比較例1として小サイズ記録材がプリントされた直後の普通サイズ記録材プリント時も通常の定着バイアスである−600V印加してプリントしたも
の、
▲2▼.比較例2として小サイズ記録材がプリントされた直後の普通サイズ記録材プリント時の通常の定着バイアスである−600Vを印加し、普通サイズ記
録材プリント時の定着温度を更に10℃低くしたもの
の評価も行った。
【0083】
評価はオフセット、後方トナー飛び散り、小サイズ記録材における通紙域の定着性について行った。結果を表4に示す。
【0084】
【表4】
【0085】
以上のように、比較例1では、定着性や後方トナー飛び散りは良好なレベルであるが、定着バイアスが−600V印加されているため、このように小サイズ記録材における非通紙部が昇温している状態ではオフセットが悪化してしまい、△×レベルになってしまう。
【0086】
比較例2では、定着温度が低いためオフセットは目立っていないが、定着性が悪化してしまう。
【0087】
それに対して本実施例のように小サイズ記録材プリント後に普通サイズ記録材をプリントする場合は最初の5枚のみ定着バイアスを−100Vに設定するようにした場合、オフセット、後方トナー飛び散り、定着性ともにバランスのとれた良好な画像を得ることができた。
【0088】
以上のように、小サイズ記録材プリント後、普通サイズ記録材をプリントする場合は定着バイアスをオフセット及び後方トナー飛び散りが発生しない値に設定することにより、小サイズ記録材をプリントした直後で小サイズ記録材における非通紙部温度が高い場合でも良好な画像を得ることができた。
【0089】
〈実施例2〉
本実施例において、画像形成装置および加熱定着装置全体の構成は前記実施例1と同様であるため再度の説明を省く。本実施例では小サイズ記録材プリント枚数、及び小サイズ記録材プリントから普通サイズ記録材プリントまでの時間に応じて定着バイアスを設定することを特徴とする。
【0090】
小サイズ記録材を145℃温調で連続プリントした後、普通サイズ(大サイズ)の記録材をプリントした時の小サイズ記録材における非通紙域の温度を測定した。結果を図4に示す。なお、「通常の設定温度」は普通サイズの記録材定着時の設定温度である。ここで、図4において、横軸は時間である。小サイズ紙をプリントした後20秒後に普通サイズ紙をプリントした場合の非通紙域の温度測定結果が「20秒後」というグラフである。また、60秒後に普通サイズ紙をプリントした場合の非通紙域の温度測定結果が「60秒後」というグラフである。普通サイズ▲1▼、▲2▼は小サイズ紙プリント終了からそれぞれ20秒後、60秒後に普通サイズをプリントしたことを表している。定着ニップ内を小サイズの記録材が通過する場合、ヒータ15の発熱層bの幅(長さ)と比較して記録材の幅が十分に小さく非通紙域ではヒータの熱が奪われないまま加熱されるため、非通紙域の温度は小サイズの記録材プリント枚数が増加するにつれて高くなっていく。それに対して通紙域は温度検知素子によって一定に保つように温調されているため通紙域と非通紙域の温度差は大きくなる。小サイズプリント終了後、非通紙部昇温は時間の経過とともに下がっていく。
【0091】
図4の▲1▼は小サイズ記録材を40枚プリントしてから20秒後に普通サイズ記録材のプリントを行ったものである。この場合、小サイズプリント終了から普通サイズプリントまでの時間が短く、非通紙部の温度が下がらないうちから普通サイズ記録材プリントを行ったために小サイズにおける非通紙域で温度が250℃以上に上昇してしまい激しいホットオフセットが発生した。
【0092】
それに対して図4の▲2▼は小サイズプリント終了から60秒後に普通サイズのプリントを行ったものである。この場合、小サイズプリント終了から普通サイズプリントまでの時間が比較的長く、非通紙部の温度がある程度下がった状態から普通サイズのプリントを行ったため、小サイズにおける非通紙域の温度は230℃程度であった。
【0093】
以上のように、小サイズ記録材プリント後の普通サイズ記録材プリントにおけるオフセットは小サイズ記録材プリント終了から普通サイズ記録材プリントまでの時間に大きく依存しており、この時間が短い程オフセットは悪化する。
【0094】
また、小サイズ記録材における非通紙域の温度は小サイズ記録材のプリント枚数が増加するほど高くなっている。
【0095】
したがって本実施例では小サイズ記録材をプリントした後所定時間内に普通サイズの記録材を通紙する場合の定着バイアス設定をオフセットが発生しないように低くする。また、その時の定着バイアス設定は小サイズ記録材プリント枚数と、小サイズ記録材プリントから普通サイズ記録材プリントまでの時間によって決定する。表5はその決定用テーブルの一例である。制御回路部100にはこの決定用テーブルが設定してあり、制御回路部100はこれに従って帯電バイアスを制御する。
即ち、制御回路部100は、所定時間内に第2の幅の記録材(普通サイズ記録材)の加熱処理を開始する場合、第1の幅の記録材(小サイズ記録材)の処理枚数及び第1の幅の記録材の加熱処理終了時からの経過時間に応じて電圧を設定する。
【0096】
【表5】
【0097】
以上の制御で、com#10サイズの封筒を10枚、20枚、30枚、40枚プリント後、10秒、40秒、70秒100秒後に普通サイズ記録材をプリントした時のオフセット、後方トナー飛び散り評価を行った。
【0098】
オフセットの評価はオフセットの発生しやすいゼロックス75g/m2紙で行い、後方トナー飛び散りはレベルの悪いバジャーボンド60g/m2紙で行った。
【0099】
比較例として小サイズプリント終了後から120秒以内であれば、小サイズ記録材プリント枚数、小サイズ記録材プリントから普通サイズ記録材プリントまでの時間に関わらず一律で定着バイアスを−100Vに設定するものも同様に評価を行った。結果を表6及び表7に示す。
【0100】
【表6】
【0101】
【表7】
【0102】
以上のように本実施例では小サイズ記録材プリント枚数、小サイズ記録材プリント終了から普通サイズ記録材プリントまでの時間に応じて定着バイアスをオフセットが悪化しない範囲で通常設定に近づけるように設定しているためオフセットを良好なレベルに保ちつつ後方トナー飛び散りのレベルも良くしている。
【0103】
一方、比較例では小サイズ記録材プリント枚数及び小サイズ記録材プリント終了から普通サイズ記録材プリントまでの時間に関わらず定着バイアスは−100Vであるので、オフセットは良好なレベルに保たれるが、小サイズ記録材プリント枚数が少ない場合や小サイズ記録材プリント終了から普通サイズ記録材プリントまでの時間が長い場合は後方トナー飛び散りのレベルは本実施例と比較すると悪い。
【0104】
以上のように小サイズ記録材プリント枚数及び小サイズ記録材プリント終了から普通サイズ記録材プリントまでの時間に応じて普通サイズ記録材プリント時の定着バイアスをオフセットが悪化しない範囲で通常設定に近づけるように設定することにより小サイズ記録材プリント枚数が少ない場合や小サイズ記録材プリント終了から普通サイズ記録材プリントまでの時間が長い場合に後方トナー飛び散りのレベルを良くすることができた。
【0105】
〈実施例3〉
本実施例において、画像形成装置および加熱定着装置全体の構成は前記実施例1及び2と同様であるため再度の説明を省く。本実施例でも小サイズ記録材プリント枚数及び小サイズ記録材プリント終了から普通サイズ記録材プリントまでの時間に応じて定着バイアスを設定するが、普通サイズ記録材が1枚通過する毎に定着バイアスを徐々に通常設定値に近づけることを特徴とする。
即ち、制御回路部100は、所定時間内に第2の幅の記録材(普通サイズ記録材)の加熱処理を開始する場合に第2の幅の記録材の処理枚数が増えるに連れて電圧(定着バイアス)を、所定時間後に第2の幅の記録材の加熱処理を開始する場合に設定するトナーの帯電極性と同極性の電圧(−600V)に近づけるように設定する。
【0106】
小サイズプリントによって小サイズ記録材における非通紙域の温度は上昇するがその後に普通サイズの記録材をプリントすることで小サイズ記録材における非通紙部の熱は普通サイズ記録材に奪われるため小サイズ記録材における非通紙部の温度は低くなる。そのため、普通サイズ記録材をプリントすることでオフセットは発生しづらくなる。
【0107】
そこで本実施例では小サイズ記録材プリント後の普通サイズ記録材プリント時の定着バイアスを小サイズ記録材のプリント枚数に応じて表8〜表11のような設定にする。制御回路部100にはこれらのテーブルが設定してあり、制御回路部100はこれに従って帯電バイアスを制御する。
【0108】
【表8】
【0109】
【表9】
【0110】
【表10】
【0111】
【表11】
【0112】
以上のような制御で、com#10封筒のプリントを30枚行って10秒後、LTRサイズ記録材のプリントを行いオフセット、後方トナー飛び散りの評価を行った。
【0113】
比較例として小サイズ記録材プリント後の普通サイズ記録材プリント時に設定バイアスを1枚目から5枚目まで同じ設定値にしたもので同様の評価を行った。結果を表12に示す。
【0114】
【表12】
【0115】
1枚目は実施例1及び実施例2と同じ定着バイアス設定であるためオフセットは良好で、後方トナー飛び散りは問題無いレベルであるが、通常プリントした場合と比較すると若干悪目である。2枚目は1枚目より定着バイアスが後方トナー飛び散りに対して良化する設定であり、非通紙部温度も低くなっているためオフセット、後方トナー飛び散りともに1枚目より良化している。3枚目も同様にオフセット、後方トナー飛び散りともに2枚目より良化している。4枚目には定着バイアスは通常設定に戻っており、小サイズ記録材における通紙域と非通紙域の温度差もほとんど無くなっているのでオフセット、後方トナー飛び散りともに3枚目より良化している。
【0116】
〈その他〉
1)加熱体としてのセラミックヒータ15の構成形態は実施例のものに限られないことは勿論である。
【0117】
ヒータ15は必ずしも定着ニップ部Nに位置していなくてもよい。例えば、図8のようにヒータ15を定着ニップ部Nよりもフィルム移動方向上流側に位置させて配設することも出来る。
【0118】
2)ヒータ15はセラミックヒータに限られるものではない。例えば鉄板等の電磁誘導発熱性部材とすることも出来る。図9はヒータとして鉄板等の電磁誘導発熱性部材15Aを用い、これを定着ニップ部Nの位置に配設して、これに交番磁束発生手段としての電磁コイル38と磁性コア39により発生させた高周波磁界を作用させることで発熱させる装置構成にすることも出来る。この場合もヒータとしての電磁誘導発熱性部材15Aは必ずしも定着ニップ部Nに位置していなくてもよい。
【0119】
また移動部材としてのフィルム15自体を電磁誘導発熱性部材にして交番磁束発生手段で発熱させる装置構成にすることも出来る。
【0120】
3)フィルム加熱方式の加熱定着装置は、実施例のものは加圧用回転体駆動方式であるが、エンドレスの定着フィルムの内周面に駆動ローラを設け、フィルムにテンションを加えながら駆動する方式の装置であってもよいし、フィルムをロール巻きの有端ウエブ状にし、これを走行駆動させる方式の装置であってもよい。
【0121】
4)本発明において像加熱装置はフィルム加熱方式に限られるものではなく、熱ローラ方式など、加熱部材と加圧部材とのニップで画像を担持した記録材を挟持搬送させて記録材上の画像を加熱する像加熱装置であればよい。
【0122】
5)本発明の像加熱装置には、未定着画像を記録材上に固着画像として加熱定着させる定着装置ばかりでなく、未定着画像を記録材上に仮定着させる加熱装置、画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する加熱装置なども包含される。
【0123】
6)画像形成装置の作像方式は電子写真方式に限られず、静電記録方式、磁気記録方式等であってもよいし、また転写方式でも直接方式でもよい。
【0124】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第1の幅の記録材を加熱処理した後に第1の幅の記録材よりも幅の広い第2の記録材を加熱処理した場合に発生するオフセットを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1における画像形成装置の構成略図
【図2】 加熱定着装置の構成略図
【図3】 加熱体としてのセラミックヒータの構成略図
【図4】 小サイズ非通紙域の温度測定結果
【図5】 他の構成の加熱定着装置の構成略図
【図6】 更に他の構成の加熱定着装置の構成略図
【図7】 従来例における加熱定着装置の構成略図(その1)
【図8】 従来例における加熱定着装置の構成略図(その2)
【図9】 従来例における小サイズ非通紙域の温度測定結果
【図10】 従来例におけるヒータ内長手方向温度分布の概念図
【符号の説明】
25・・加熱定着装置、14・・定着フィルム、15・・セラミックヒータ
17・・ステイホルダー、51・・給電ブラシ、52・・除電ブラシ、N・・定着ニップ部、P・・記録材
Claims (3)
- 導電物質が混入されている離型層を有する移動部材と、加圧部材と、記録材に担持されたトナーの帯電極性と同極性の電圧を前記移動部材に印加する電源を有するバイアス印加手段と、前記バイアス印加手段により印加する前記電圧を設定する制御回路部と、を有し、前記移動部材と前記加圧部材のニップ部でトナー像を担持する記録材を挟持搬送して記録材上のトナー像を加熱する像加熱装置において、
第 1 の幅の記録材を加熱処理した後の所定時間内に前記第1の幅の記録材よりも幅が広い第2の幅の記録材の加熱処理を開始する場合、前記制御回路部は、前記所定時間後に前記第2の幅の記録材の加熱処理を開始する場合に設定する前記トナーの帯電極性と同極性の電圧よりも前記トナーの帯電極性と同極性で且つ絶対値が小さい電圧を設定することを特徴とする像加熱装置。 - 前記制御回路部は、前記所定時間内に前記第2の幅の記録材の加熱処理を開始する場合、前記第1の幅の記録材の処理枚数及び前記第1の幅の記録材の加熱処理終了時からの経過時間に応じて電圧を設定することを特徴とする請求項1に記載の像加熱装置。
- 前記制御回路部は、前記所定時間内に前記第2の幅の記録材の加熱処理を開始する場合に前記第2の幅の記録材の処理枚数が増えるに連れて前記電圧を、前記所定時間後に前記第2の幅の記録材の加熱処理を開始する場合に設定する前記トナーの帯電極性と同極性の電圧に近づけるように設定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の像加熱装置。
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