JP4040340B2 - 定着装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録材上にトナー像を加熱定着する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像形成装置を図面により説明する。
【０００３】
図６は従来の画像形成装置としての４色のトナーを重ね合わせることにより、フルカラー画像を得ることができるフルカラー画像形成装置の断面図である。
【０００４】
図６に示す画像形成装置は、像担持体として感光ドラム１を備えている。感光ドラム１表面は、先ず、帯電装置２によって一様帯電され、次に、第１の画像情報に応じて、露光装置３によって、ＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームによる走査露光が行われることにより、静電潜像が形成される。
【０００５】
このように形成された静電潜像は、現像装置４により、可視化される。現像装置４は、第１色目のトナーとして、ブラックトナーが内包された第１の現像器４ａ、第２色目のトナーとして、マゼンタトナーが内包された第２の現像器４ｂ、第３色目のトナーとして、シアントナーが内包された第３の現像器４ｃ、第４色目のトナーとして、イエロートナーが内包された第４の現像器４ｄと、これらを搭載し、矢印Ｄ1 方向に回転可能な回転支持体とを備えている。この回転支持体を矢印Ｄ1 方向に回転させることにより、現像に供される現像器を順に感光ドラム１に対向する現像位置に配置する構成となっている。
【０００６】
上述の第１の静電潜像は、第１色目のトナーとしてブラックトナーが内包された第１の現像器４ａによりブラックのトナー像として現像される。現像された第１のトナー像は、転写手段５の一部を構成する中間転写ベルト（中間転写体）５ａに一次転写される。
【０００７】
中間転写ベルト５ａは、その内側に配置された一次転写ローラ６によって、感光ドラム１表面に所定の押圧力をもって押圧されており、感光ドラム１との間に一次転写ニップ部Ｔ1 を形成している。中間転写ベルト５ａは、感光ドラム１の周速とほぼ等速度で感光ドラム１の回転方向（矢印Ｄ2 方向）に回転駆動される。上述の感光ドラム１表面に形成されたトナー像は、上述の一次転写ローラ６に対して、一次転写バイアス印加電源（不図示）によってトナーの帯電極性とは逆極性の電圧（一次転写バイアス）が印加されることにより、中間転写ベルト５ａ表面に静電的に一次転写される。尚、一次転写が終了した感光ドラム１表面に若干量残存する一次転写残トナーは、クリーニング装置７によって除去される。
【０００８】
続いて、上述の一連の画像形成工程、即ち一次帯電、露光、現像、一次転写、クリーニングを残りの３色について繰り返し、その都度、マゼンタトナーにより現像された第２のトナー像、シアントナーにより現像された第３のトナー像、イエロートナーにより現像された第４のトナー像が順次中間転写ベルト５ａ表面に一次転写されて重ね合わされる。
【０００９】
その後、中間転写ベルト５ａ表面に対して離間状態にあった二次転写ローラ８が所定の押圧力をもって中間転写ベルト５ａ表面に圧接され、中間転写ベルト５ａとの間に二次転写ニップ部Ｔ2 を形成する。二次転写ローラ８は、矢印Ｄ3 方向に回転駆動され、二次転写バイアス印加手段（不図示）によって、トナーの帯電極性とは逆極性の電圧（二次転写バイアス）が印加されることにより、二次転写ニップ部Ｔ2 に所定のタイミングで搬送されてくる転写材Ｐ表面に、中間転写ベルト５ａ表面に重ね合わされた４色のトナー像が一括で二次転写される。
【００１０】
トナー像（即ち未定着トナー像）を担持した記録材Ｐは、入り口ガイド板９を通って内部に加熱源（図示せず）を有する定着ローラ１０と加圧ローラ１１に加熱加圧されながら搬送され、定着を終える。そして、トナー像二次転写後の中間転写ベルト５ａは、表面に若干量残存する二次転写残トナーが、駆動手段（不図示）により所定のタイミングで中間転写ベルト５ａ表面に対して当接状態となるクリーニングローラ２１により除去される。
【００１１】
しかしながら、上記の構成においては、未定着トナー像を定着する際に、未定着トナー像の一部が定着ローラ１０側に引き付けられ、定着ローラ１０の一周後に再び転写材Ｐ上にトナーが吐き出されることによるオフセット画像が発生することがあった。
【００１２】
ここで、オフセットとは、通常、記録材Ｐ裏面のプラス電荷により保持されている、記録材Ｐ表面のマイナス極性に帯電したトナーが、表面が絶縁又は半導電性の定着ローラ１０及び表面が絶縁性の加圧ローラ１１により形成される圧接部（以下、「定着ニップ部」と呼ぶ）に突入する際に、定着ニップ部近傍における定着ローラ１０表面電位がプラス方向に振れた際に、記録材Ｐ裏面のプラス電荷により保持できなくなり、定着ローラ１０側に移動する現象である。
【００１３】
この付着したトナーが、定着ローラ１０の１周後に再び転写材Ｐに戻ることにより、転写材Ｐ上に画像不良として現れてしまう。このオフセット現象は、特に、２色以上のトナーを重ねてカラー画像を形成するカラー画像形成装置における、２色以上のトナーを重ね合わせたベタ画像において顕著となる。即ち、トナー層が厚く体積している表面においては、転写材Ｐ裏面の電荷により全てのトナーを保持することが難しく、オフセット現象も発生し易くなる。
【００１４】
この現象を防止するためには、定着ローラ１０表面に導電性を持たせることが考えられるが、この場合は、トナーのマイナス電荷が定着ローラを通して逃げてしまうこととなり、紙裏のプラス電荷によってトナーを引き止めることができなくなってしまう。このことにより、結局はオフセット現象が発生してしまうこととなり、根本的な解決とならない。
【００１５】
これに対して、従来の画像形成装置においては、定着ローラ１０に負のバイアスを印加することにより、定着ローラ１０とトナーの間に反発電界を生じさせることによりオフセットを防止する方法が試みられている。
【００１６】
図７は定着ローラ１０に負バイアスを印加している従来の画像形成装置の定着装置の断面図である。
【００１７】
図７において、バイアス電源１２より定着ローラ１０に対して負のバイアスが印加され、定着ローラ１０表面が負に帯電する構成としている。このことにより、トナーと定着ローラ１０表面との間に反発電界を生じ、オフセット現象を防止する試みがなされている。
【００１８】
更に、近年、定着ローラ１０にバイアスを印加し、定着ニップ部直後に、アースに接続された導電排紙ローラを設け、定着ローラ１０から転写材Ｐを通って排紙ローラからアースへと流れる、電流パスを形成することによりオフセット防止を図った構成が提案されている。本構成を図８を用いて詳述する。
【００１９】
図８において、１２は定着ローラに対して負のバイアスを印加するバイアス印加手段である。又、排紙ローラ１８は導電化されており、アースに接続されている。バイアス印加手段１２から印加されたバイアスは、定着ローラ１０、転写材Ｐを通って排紙ローラ１８からアースに流れ込むことにより、電流パスが形成される。
【００２０】
この電流パスは、定着ニップ部を転写材Ｐが通過することにより、水蒸気が発生することによって、より効果的に形成される。即ち、電流パスは、定着ローラ１０に印加されたバイアスが直接定着ニップ部内で転写材Ｐ裏面に突き抜けることによって発生しているのではなく、定着ニップ部を転写材が通過した後に発生する水蒸気によって転写材Ｐの抵抗が減少することによって発生している。
【００２１】
このため、通常の使用状況においては、定着ニップ部上流側又は定着ニップ部内において転写材Ｐ裏面の転写電荷を損なうことなく、電流パスが形成される。
【００２２】
このように、電流パスを形成することにより、トナー層表面と、転写材Ｐ裏面の間に電界が形成される。この電界によって、トナーが厚く体積した場合においても、トナー粒子を転写材側に引き付ける力が発生し、トナー最上層が定着ローラ表面に付着することなく、良好な画像を得ることが可能となる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構成においても尚、オフセット現象が発生する場合があった。特に、転写材Ｐの表面性及び画像パターンにより、オフセットの発生する条件に違いがあることが本発明者の検討によって明らかになった。
【００２４】
即ち、表面の粗い転写材Ｐにあっては、転写材の凹凸の中にトナーが入り込む形となり、且つ、転写材の凹凸のため、定着ローラとトナー層の間に空隙（空気層）が生じることとなる。この空気層が断熱層として働くことから、トナーの溶融が不十分な状態となってしまい、オフセット現象を防止するためには、より大きな値のバイアスが必要になる。この場合は、前記の通り、ベタ画像や、２色以上のトナー像を重ねてカラー画像を形成した場合において顕著となる。これは、トナーが厚く積層することにより、トナー溶融により多くのエネルギーを要するため、定着が不十分な状態で定着ローラ１０に引き付けられるトナー量が増加するためである。
【００２５】
逆に、表面の滑らかな転写材Ｐにあっては、例えば１色のみのトナーが隙間を空けて転写材Ｐ上に乗っている場合（例えば、単色のハーフトーン画像がこれに当たる）、過剰なバイアスを印加することにより、定着ローラ１０とトナー粒子の接触部分が多くなるため、トナー粒子が非常に強くマイナスに帯電してしまい、却ってトナー粒子間の反発力を増し、オフセット現象を生じ易くしてしまう。
【００２６】
更に、表面の滑らかな転写材Ｐ上の単色ハーフトーン画像では、転写材Ｐと定着ローラの接触面積も大きく、定着ニップ部内において、転写材Ｐを突き抜ける方向に電流が生じ易くなるため、転写材Ｐ裏面に保持されているプラス電荷と定着バイアスによるマイナス電荷が相殺され、トナー像が定着ニップ部に突入する前に、転写材Ｐ裏面の電荷が失われ易くなる。
【００２７】
このことにより、転写材Ｐ裏面のプラス電荷により保持されていた、マイナスに帯電したトナーは、転写材Ｐに保持される力を失い、定着ローラ１０側に引き寄せられ、オフセット現象が生じてしまうという問題があった。
【００２８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、転写材の表面状態に拘らず、ベタ画像等のトナーが厚く堆積した画像や単色ハーフトーン等のトナーが隙間を空けて転写材上に乗っている場合を問わず、オフセットのない良質な画像を得ることができる定着装置を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、加熱源を有し転写材上の未定着トナー像と接触する回転体と、前記回転体と圧接して、前記未定着トナー像が形成された転写材を挟持搬送するための圧接部を形成する加圧部材と、接地されており転写材に接触する導電部材と、前記回転体にトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加する電源と、を有し、前記電源によってトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加することにより前記導電部材と前記回転体の両方に転写材が接触している時に転写材を介して前記導電部材と前記回転体との間に電流パスを形成し未定着トナー像を転写材に引き付けている定着装置において、
ラフ紙モードと、普通紙モードと、平滑紙モードを有し、前記ラフ紙モードの場合は前記電源が前記回転体に印加する電圧値を前記普通紙モードの場合の電圧値よりトナーの帯電極性と同極性で絶対値が大きい電圧に設定し、平滑紙モードの場合は前記普通紙モードの場合の電圧値よりトナーの帯電極性と同極性で絶対値が小さい電圧に設定することを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３２】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の定着装置を搭載する画像形成装置の断面図である。画像形成装置として、４色のトナーを重ね合わせることにより、フルカラー画像を得ることができるフルカラー画像形成装置を用いている。
【００３３】
図１に示す画像形成装置は、像担持体として感光ドラム１を備えている。感光ドラム１表面は、先ず、帯電装置としての帯電ローラ２によって、一様帯電され、次に、第１の画像情報に応じて、露光装置３によって、ＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームによる捜査露光が行われることにより、静電潜像が形成される。
【００３４】
このように形成された静電潜像は、現像装置４により可視化される。現像装置４は、第１色目のトナーとして、ブラックトナーが内包された第１の現像器４ａ、第２色目のトナーとして、マゼンタトナーが内包された第２の現像器４ｂ、第３色目のトナーとして、シアントナーが内包された第３の現像器４ｃ、第４色目のトナーとして、イエロートナーが内包された第４の現像器４ｄと、これらを搭載して矢印Ｄ１方向に回転可能な回転支持体とを備えている。この回転支持体を矢印Ｄ１方向に回転させることにより、現像に供される現像器を順に感光ドラム１に対向する現像位置に配置する構成となっている。
【００３５】
上述の第１の静電潜像は、第１色目のトナーとしてブラックトナーが内包された第１の現像器４ａによりブラックのトナー像として現像される。現像された第１のトナー像は、転写手段５の一部を構成する中間転写ベルト（中間転写体）５ａに一次転写される。中間転写ベルト５ａは、例えば厚さ５０〜２００μｍ、体積抵抗率１０8 〜１０14Ω・ｃｍに調整されたＰＶｄＦ、ＰＥＴ、ポリカーボネート、ポリエチレン、シリコーン等の樹脂により構成される。
【００３６】
又、厚さ０．３〜２ｍｍ、体積抵抗率１０4 〜１０8 Ω・ｃｍに調整されたウレタンゴム、ヒドリンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ等の弾性基層上に、厚さ２〜１００μｍ、体積抵抗率１０8 〜１０14Ω・ｃｍに調整されたゴム、又は樹脂を表層として設ける構成としても良い。中間転写ベルト５ａは、周長が４４１ｍｍに設定されており、ローラ５ｂ，５ｃ，５ｄに掛け渡されている。
【００３７】
中間転写ベルト５ａは、その内側に配置された一次転写ローラ６によって、感光ドラム１表面に所定の押圧力をもって押圧されており、感光ドラム１との間に一次転写ニップ部Ｔ１を形成している。中間転写ベルト５ａは、感光ドラム１の周速とほぼ等速度で感光ドラム１の回転方向（矢印Ｄ２方向）に回転駆動される。
【００３８】
上述の感光ドラム１表面に形成されたトナー像は、上述の一次転写ローラ６に対して、一次転写バイアス印加電源（不図示）によってトナーの帯電極性とは逆極性の電圧（一次転写バイアス）が印加されることにより、中間転写ベルト５ａ表面に静電的に一次転写される。尚、一次転写が終了した感光ドラム１表面に若干量残存する一次転写残トナーは、クリーニング装置７によって除去される。
【００３９】
続いて、上述の一連の画像形成工程、即ち、一次帯電、露光、現像、一次転写、クリーニングを残りの３色について繰り返し、その都度、マゼンタトナーにより現像された第２のトナー像、シアントナーにより現像された第３のトナー像、イエロートナーにより現像された第４のトナー像が、順次中間転写ベルト５ａ表面に一次転写されて重ね合わされる。
【００４０】
その後、中間転写ベルト５ａ表面に対して離間状態にあった二次転写ローラが所定の押圧力をもって中間転写ベルト５ａ表面に圧接され、中間転写ベルト５ａとの間に二次転写ニップ部Ｔ２を形成する。二次転写ローラは、矢印Ｄ３方向に回転駆動され、二次転写バイアス印加手段（不図示）によって、トナーの帯電極性とは逆極性の電圧（二次転写バイアス）が印加されることにより、二次転写ニップ部Ｔ２に所定のタイミングで搬送されてくる転写材Ｐ表面に、中間転写ベルト５ａ表面に重ね合わされた４色のトナー像が一括で二次転写される。
【００４１】
トナー像二次転写後の転写材（記録材）Ｐは、定着装置へと搬送され、ここで、加熱・加圧されて永久画像として定着された後、機外（画像形成装置本体外部）へ排出される。
【００４２】
そして、トナー像二次転写後の中間転写ベルト５ａは、表面に若干量残存する二次転写残トナーが、駆動手段（不図示）により所定のタイミングで中間転写ベルト５ａ表面に対して当接状態となるクリーニングローラ２１により除去される。このクリーニングローラ２１は、例えば芯金の周囲に厚さ２〜６ｍｍ、体積抵抗率１０4 〜１０6 Ω・ｃｍに調整されたゴム、樹脂等の表層が形成されており、感光ドラム１表面のトナー像が中間転写ベルト５ａ表面に順次一次転写されている際には、中間転写ベルト５ａ表面から離間され、中間転写ベルト５ａ表面のトナー像が転写材Ｐ表面に当接され、高圧電源（不図示）によりバイアスが印加される。
【００４３】
これにより中間転写ベルト５ａ表面に残存する二次転写残トナーは、本来の帯電極性とは逆の帯電極性に帯電され、連続して行われる後続の画像形成工程の第１色目のブラックトナーによる第１のトナー像が感光ドラム１表面から中間転写ベルト５ａ表面に一次転写されると同時に、一次転写ニップ部Ｔ１において、中間転写ベルト５ａ表面から感光ドラム１表面へと逆転写され、中間転写ベルト５ａ表面のクリーニング工程が完了する。
【００４４】
次に、本実施の形態に係る定着装置について図２を用いて詳述する。
【００４５】
図２において、定着ローラ１０は外径３０ｍｍ、肉厚２ｍｍのアルミニウム円筒１０−ａ上に、約３０μｍ厚のＰＦＡ等のフッ素樹脂の表面層１０−ｂを有している。又、内部には加熱体として、不図示のハロゲンヒータが配設されており、所定の制御により定着ローラ１０の温度が適温となるように加熱する。
【００４６】
加圧ローラ１１は外径２４ｍｍで、外径１２ｍｍの芯金１１−ａ上に、シリコーンスポンジの弾性層１１−ｂを設け、定着に十分な熱量を与えるだけのニップを定着ローラに圧接することで形成している。又、加圧ローラ１１の最外層は３０μｍ厚のＰＦＡチューブ１１−ｃで形成され、離型性を向上させている。
【００４７】
ここで、定着ローラの表面層１０−ｂには、導電剤が分散され、体積抵抗値が１０5 Ω・ｃｍ〜１０13Ω・ｃｍ程度に調整されている。これに対し、加圧ローラ１１の最外層たるＰＦＡチューブは、１０14Ω・ｃｍ以上の体積抵抗値を持ち、定着ローラ表面層１０−ｂに比べて高い抵抗値を持っている。
【００４８】
定着ローラ表面層に分散する導電剤としては、有機リン塩、パーフルオロアルキル基を含む有機塩といったイオン導電性導電剤、若しくはカーボン等の電子導電性導電剤等、任意の導電剤を使用することができる。本実施の形態においては、定着ローラ表面層に、カーボンを５重量％分散することにより、体積抵抗を約１０9 Ω・ｃｍに形成している。
【００４９】
又、定着ローラ基体としてのアルミニウム円筒は、アースに接続されている。入り口ガイド板９は、記録材Ｐの定着ニップ部への進入位置を決定し、紙シワ等を防止する。
【００５０】
更に、アルミニウム円筒１０−ａは、バイアス電源１７に接続されており、バイアス電源１７から任意の電圧を印加できる構成となっている。バイアス電源１７から定着ローラ１０に印加される電圧は、画像形成装置内のＣＰＵ１３により、値がコントロールされる。本実施の形態のバイアス電源は、０Ｖ〜−１ｋＶの範囲で電圧を変化させることができる。
【００５１】
本実施の形態における画像出力用の転写材として、ボンド紙等のラフ紙を三種類（Ａ，Ｂ，Ｃ）、普通紙を３種類（Ｄ，Ｅ，Ｆ）、平滑紙を３種類（Ｇ，Ｈ，Ｉ）それぞれ用意した。それぞれの紙種のベック平滑度を測定した結果を表１に示す。
【００５２】
ベック平滑度の測定方法は、ＪＩＳ−Ｐ−８１１９に基づく。即ち、面積１０平方センチメートル（直径３７．４ｍｍ）のガラス面と紙面間を１０ミリリットルの空気が通過する時間（単位：秒）を測定する。この試験方法では表面の粗い紙は数値が低く、平滑な紙は数値が高くなる。
【００５３】
【表１】
画像出力に使用する画像パターンとしては、以下の３種類を用意した。
【００５４】
・先端５ｍｍ〜８０ｍｍの間の部分に、シアンとマゼンタのベタ画像を重ねた、所謂２次色ベタ画像を描画し、後半はベタ白画像となるパターン。静電オフセットは、トナーが厚く堆積した状態でより目立つため、この画像が最も厳しいと考えられる。
【００５５】
・先端５ｍｍ〜８０ｍｍの間の部分に、マゼンタ一色のハーフトーンを印字し、後半はベタ白画像となるパターン。単色のハーフトーン画像では、トナーの分布がまばらになるため、トナーに対するチャージや、ニップ部内での転写材Ｐ裏面へのマイナス電荷突き抜けに対しては、最も厳しい画像と考えられる。
【００５６】
・実用画像。具体的には、グラフと文字の組み合わせで、２次色のベタ部分や単色のハーフトーン画像を適当な割合で含んだ画像。実際のユーザの使用状況において、一般的に用いられると思われる画像を用意した。
【００５７】
本実施の形態に係る画像形成装置は、ユーザーが紙の平滑度に合わせて３モード（ラフ紙モード、普通紙モード、平滑紙モード）のうち、任意のモードを選択できる形式とした。
【００５８】
このときの定着バイアスの値は、ラフ紙モードにおいては−１０００Ｖ、普通紙モードにおいては−５００Ｖ、平滑紙モードにおいては−１００Ｖとした。モードの選択は、画像形成装置のオペレーションパネル（不図示）から行うこととした。
【００５９】
表２にそれぞれの紙種において、各モードで画像を出力した際の２次色ベタ及び単色ハーフトーンのオフセットレベルの評価結果を示す。
【００６０】
【表２】
表中、○：全く問題ないレベル、△：のオフセットは見られるものの、実用画像上は問題ないレベル、×：ひどくオフセットしていて、実用画像上でも許容できないレベルを表す。
【００６１】
この表より、二次色オフセットのレベルは、転写材表面が粗い程、バイアスをアップしないと改善せず、逆に、単色オフセットのレベルは、転写材表面が平滑である程、バイアスを下げないと改善しないことが分かる。これらを総合すると、ベック平滑度１０秒以下は、ラフ紙モード、１１秒から５１秒までは普通紙モード、５２秒以上は平滑紙モードで印字するのが適切であることが分かる。
【００６２】
本実施の形態においては、カラー画像形成装置を例として挙げたが、無論、単色のみを用いるモノクロ画像形成装置にも、本発明は適用可能である。又、本実施の形態においては、ラフ紙モード、普通紙モード、平滑紙モードの３種のモードを設けたが、４種以上のモードを持つ画像形成装置も当然考えられる。更に、画像形成装置本体のオペレーションパネルからモード設定を行うだけでなく、画像形成装置がホストコンピュータに接続されている場合は、コンピュータ上から、モード設定命令を送信し、それを受けてモード変更を行う構成としても良い。
【００６３】
＜実施の形態２＞
図３に本発明の実施の形態２に係る画像形成装置の断面図を示す。
【００６４】
本実施の形態の特徴は、前記実施の形態１では、ユーザが手動で転写材のタイプを入力したのに対し、画像形成装置内に備えた、センサによって自動的に転写材の表面性を検知し、適切な定着バイアスモードを選択することを可能とした点にある。
【００６５】
本実施の形態において、画像形成プロセスそのものは、実施の形態１と同様であるが、転写材搬送経路上に、転写材表面性検知部材１４が具備されている。本実施の形態における転写材表面性検知部材１４は、図３に示すように、二次転写ニップ部Ｔ２よりも上流側に設置され、画像が印字されない状態での転写材Ｐ表面に光を照射し、反射光の出力を検知することにより、転写材Ｐの表面性を検知するものである。
【００６６】
図４を用いて転写材表面性検知部材について詳述する。
【００６７】
図４において、転写材Ｐの上面位置は不図示のセンサーによって検知され、常に一定の高さに保たれる。
【００６８】
又、４１は常に一定の光量に保たれた光源、４２は光源４１からの光を平行光とするレンズであり、光源４１からの光は転写材Ｐにより反射され、その反射光がレンズ４３を通過して受光素子４４で検知される。そして、受光素子４４は光源４１からの光をθの角度で受ける。
【００６９】
そして、表面が粗れている転写材の場合、該転写材での反射光量が少なく、表面が粗れていない場合は反射光量は大きくなる。
【００７０】
この転写材表面性検知部材４１を用いて、実施例１のＡ〜Ｉの転写材につき受光素子４４において検出される出力を表３に示す。
【００７１】
この結果から、受光素子４４の出力によって、転写材Ｐの表面性を検知可能であることが分かる。
【００７２】
この結果を元に、受光素子４４の出力が０．３６Ｖ以下のときはラフ紙モードに、又、出力が０．３７Ｖ〜０．６Ｖのときは普通紙モード、そして、出力が０．６１Ｖ以上のときは平滑紙モードに入るよう画像形成装置を設定する。
【００７３】
【表３】
本実施の形態における画像形成装置を用いて、実施の形態１と同様の紙種を用いて画像出力を行ったところ、ラフ紙、普通紙、平滑紙それぞれにおいて、適切な定着バイアスモードに入り、実施の形態１と同様、オフセットのない良好な画像を得ることができた。
【００７４】
本実施の形態においては、転写材表面に光を照射し、光の反射率を測定することによる光学式の表面性検知手段を用いたが、搬送中の転写材表面に接触部材を接触させ、接触部材の振動を検知することにより、転写材表面性を検知する接触式転写材表面性検知手段を用いる構成とすることも勿論可能である。
【００７５】
＜実施の形態３＞
本実施の形態は、定着装置として、フィルム定着装置を用いたことを特徴とする。
【００７６】
図５において、本実施の形態に係るフィルム定着装置について詳述する。
【００７７】
フィルム式加熱定着装置は、表面にフッ素樹脂から成る離型層が形成された厚さ５０μｍ程度のポリイミドフィルム２２と、そのフィルムガイド２０、セラミック基板上に抵抗発熱体と電極及び保護ガラス等から成るヒーター１９、ヒーター裏面に配置されたサーミスタ２３等から成るヒータユニットと不図示の加圧手段によりヒータユニットに対して加圧される加圧ローラ１１を基本構成とするものである。
【００７８】
図５を用いて本実施の形態に係るフィルム定着装置について詳述する。
【００７９】
本実施の形態に係る定着装置は、特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報等に開示された円筒状の定着フィルムを用いたフィルム加熱方式・加圧ローラ駆動式・テンションレスタイプの加熱定着装置である。
【００８０】
定着部材は、加熱体１９、断熱ステイホルダー２０、定着フィルム２２等から構成されている。加圧部材は弾性加圧ローラ１１である。加熱体１９は薄肉・横長のセラミックヒータ（以下、ヒータと略記する）である。
【００８１】
断熱ステイホルダー２０は、ヒータ１９を保持し、定着ニップ部と反対方向への放熱を防ぐ部材であり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等により形成されている。断熱ステイホルダー２０は横断面略半円弧状樋型の横長で、耐熱性、電気絶縁性で、高い荷重に耐えられる部材であり、ヒータ１９はこの断熱ステイホルダー２０の下面のほぼ中央部に部材長手に沿って設けた溝部に表面側を下向きに露呈させて嵌入して固定支持させてある。
【００８２】
定着フィルム２２は円筒状の耐熱性フィルムであり、ヒータを含む断熱ステイホルダー２０に対して周長に余裕を持たせた形でルーズに外嵌させてあり、断熱ステイホルダー２０は定着フィルム２２を内面から支える。
【００８３】
定着フィルム２２は熱容量の小さなものであり、クイックスタートを可能にするために総厚１００μｍ以下の厚みで耐熱性、熱可塑性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等を単独又は混合して基層としたフィルムである。
【００８４】
又、長寿命の加熱定着装置を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れたフィルムとして総厚２０μｍ以上の厚みが必要である。よって、定着フィルム２２の総厚みとしては２０μｍ以上１００μｍ以下が最適である。更に、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、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合或は単独で被覆したものである。
【００８５】
又、基層フィルムと表層の間には、導電性プライマー層が設けられる。これは、基層と表面等の接着性を高めると同時に、バイアスを印加する際、定着ローラにおける導電性基体と同様の役割を担っている。
【００８６】
加圧部材としての弾性加圧ローラ１１は、不図示の軸受部材に保持させ、断熱ステイホルダー２０の下面側に固定支持させたヒータ１９の下向き表面に対して定着フィルム２２を挟ませて、不図示の加圧手段により長手方向両端部から加熱定着に必要な定着ニップ部を形成するべく十分に加圧されている。
【００８７】
加圧ローラ１１は不図示の駆動手段により矢印の反時計方向に回転駆動される（加圧用回転体駆動方式）。この加圧ローラ１１の回転駆動による該ローラの外面と定着フィルム２２の外面との、定着ニップ部における圧接摩擦力で定着フィルム２２に回転力が作用して、該定着フィルム２２はその内面が定着ニップ部においてヒータ１９の下向き表面に密着して摺動しながら矢印の時計方向に加圧ローラ１１の回転周速度にほぼ対応した周速度をもって断熱ステイホルダー２０の外回りを従動回転状態になる。
【００８８】
この場合、断熱ステイホルダー２０の外回りを従動回転する円筒状の定着フィルム２２はその周長の定着ニップ部とその近傍部の定着フィルム部分以外の定着フィルム部分はテンションフリー（テンションが加わらない状態）の状態にある。
【００８９】
定着フィルム２２はその内面側がヒータ１９及び断熱ステイホルダー２０の外面の一部に摺擦しながら回転するため、ヒータ１９及び断熱ステイホルダー２０と定着フィルム２２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１９及び断熱ステイホルダー２０の表面に耐熱性グリース等の潤滑剤を少量介在させてある。これにより定着フィルム２２はスムーズに回転することが可能となる。
【００９０】
加圧ローラ１１が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム２２が断熱ステイホルダー２０の外回りを従動回転状態になり、ヒータ１９に通電がなされて、その発熱で定着ニップ部の温度が所定に立ち上がって温調された状態において、定着ニップ部に、未定着トナー像を形成担持させた記録材Ｐが定着入口ガイド板９に沿って導入され、定着ニップ部において記録材Ｐの未定着トナー像担持面側が定着フィルム２２の外面に密着して定着フィルム２２と一緒に定着ニップ部を挟持搬送されていく。
【００９１】
この記録材Ｐの挟持搬送過程において、ヒータ１９の熱が定着フィルム２２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熱圧定着される。
【００９２】
定着フィルムの導電性プライマー部分には、電源から、バイアス電源が印加され、実施の形態２と同様の転写材表面性検知部材からの情報に基づき、異なるバイアス電圧が印加される。
【００９３】
本実施の形態に係る画像形成装置を用いて、実施の形態１と同様の紙種を用いて画像出力を行ったところ、ラフ紙、普通紙、平滑紙それぞれにおいて、適切な定着バイアスモードに入り、実施の形態１と同様、オフセットのない良好な画像を得ることができた。
【００９４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、転写材の表面性により適切な定着バイアスの値を選択し、転写材の表面状態によらず、オフセット現象の発生しない良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るカラー画像形成装置の概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る定着装置の概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る画像形成装置の概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る転写材表面性検知部材の図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係るフィルム定着装置の断面図である。
【図６】従来の画像形成装置の概略断面図である。
【図７】従来の定着装置の概略断面図である。
【図８】従来の定着装置（定着バイアスにより電流パスを形成するもの）の概略断面図である。
【図９】ベック平滑度と受光素子出力の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 感光ドラム
２ 一次帯電機構（帯電ローラ）
３ 露光装置（レーザースキャナ）
４ 現像装置
４ａ ブラック現像器
４ｂ シアン現像器
４ｃ マゼンタ現像器
４ｄ イエロー現像器
５ａ 中間転写ベルト
５ｂ〜５ｄ 中間転写ベルト懸架ローラ
６ 一次転写ローラ
７ クリーニング装置
８ 二次転写ローラ
９ 定着入り口ガイド板
１０ 定着ローラ
１０−ａ 定着ローラ基体（アルミニウム円筒）
１０−ｂ 定着ローラ表層
１１ 加圧ローラ
１１−ａ 加圧ローラ芯金
１１−ｂ 加圧ローラ弾性層
１１−ｃ 加圧ローラ表層
１２ バイアス電源
１４ 転写材表面性検知部材
１８ 導電排紙ローラ
１９ ヒータ
２０ 断熱ステイホルダー
２２ 定着フィルム
２３ サーミスタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録材上にトナー像を加熱定着する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像形成装置を図面により説明する。
【０００３】
図６は従来の画像形成装置としての４色のトナーを重ね合わせることにより、フルカラー画像を得ることができるフルカラー画像形成装置の断面図である。
【０００４】
図６に示す画像形成装置は、像担持体として感光ドラム１を備えている。感光ドラム１表面は、先ず、帯電装置２によって一様帯電され、次に、第１の画像情報に応じて、露光装置３によって、ＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームによる走査露光が行われることにより、静電潜像が形成される。
【０００５】
このように形成された静電潜像は、現像装置４により、可視化される。現像装置４は、第１色目のトナーとして、ブラックトナーが内包された第１の現像器４ａ、第２色目のトナーとして、マゼンタトナーが内包された第２の現像器４ｂ、第３色目のトナーとして、シアントナーが内包された第３の現像器４ｃ、第４色目のトナーとして、イエロートナーが内包された第４の現像器４ｄと、これらを搭載し、矢印Ｄ1 方向に回転可能な回転支持体とを備えている。この回転支持体を矢印Ｄ1 方向に回転させることにより、現像に供される現像器を順に感光ドラム１に対向する現像位置に配置する構成となっている。
【０００６】
上述の第１の静電潜像は、第１色目のトナーとしてブラックトナーが内包された第１の現像器４ａによりブラックのトナー像として現像される。現像された第１のトナー像は、転写手段５の一部を構成する中間転写ベルト（中間転写体）５ａに一次転写される。
【０００７】
中間転写ベルト５ａは、その内側に配置された一次転写ローラ６によって、感光ドラム１表面に所定の押圧力をもって押圧されており、感光ドラム１との間に一次転写ニップ部Ｔ1 を形成している。中間転写ベルト５ａは、感光ドラム１の周速とほぼ等速度で感光ドラム１の回転方向（矢印Ｄ2 方向）に回転駆動される。上述の感光ドラム１表面に形成されたトナー像は、上述の一次転写ローラ６に対して、一次転写バイアス印加電源（不図示）によってトナーの帯電極性とは逆極性の電圧（一次転写バイアス）が印加されることにより、中間転写ベルト５ａ表面に静電的に一次転写される。尚、一次転写が終了した感光ドラム１表面に若干量残存する一次転写残トナーは、クリーニング装置７によって除去される。
【０００８】
続いて、上述の一連の画像形成工程、即ち一次帯電、露光、現像、一次転写、クリーニングを残りの３色について繰り返し、その都度、マゼンタトナーにより現像された第２のトナー像、シアントナーにより現像された第３のトナー像、イエロートナーにより現像された第４のトナー像が順次中間転写ベルト５ａ表面に一次転写されて重ね合わされる。
【０００９】
その後、中間転写ベルト５ａ表面に対して離間状態にあった二次転写ローラ８が所定の押圧力をもって中間転写ベルト５ａ表面に圧接され、中間転写ベルト５ａとの間に二次転写ニップ部Ｔ2 を形成する。二次転写ローラ８は、矢印Ｄ3 方向に回転駆動され、二次転写バイアス印加手段（不図示）によって、トナーの帯電極性とは逆極性の電圧（二次転写バイアス）が印加されることにより、二次転写ニップ部Ｔ2 に所定のタイミングで搬送されてくる転写材Ｐ表面に、中間転写ベルト５ａ表面に重ね合わされた４色のトナー像が一括で二次転写される。
【００１０】
トナー像（即ち未定着トナー像）を担持した記録材Ｐは、入り口ガイド板９を通って内部に加熱源（図示せず）を有する定着ローラ１０と加圧ローラ１１に加熱加圧されながら搬送され、定着を終える。そして、トナー像二次転写後の中間転写ベルト５ａは、表面に若干量残存する二次転写残トナーが、駆動手段（不図示）により所定のタイミングで中間転写ベルト５ａ表面に対して当接状態となるクリーニングローラ２１により除去される。
【００１１】
しかしながら、上記の構成においては、未定着トナー像を定着する際に、未定着トナー像の一部が定着ローラ１０側に引き付けられ、定着ローラ１０の一周後に再び転写材Ｐ上にトナーが吐き出されることによるオフセット画像が発生することがあった。
【００１２】
ここで、オフセットとは、通常、記録材Ｐ裏面のプラス電荷により保持されている、記録材Ｐ表面のマイナス極性に帯電したトナーが、表面が絶縁又は半導電性の定着ローラ１０及び表面が絶縁性の加圧ローラ１１により形成される圧接部（以下、「定着ニップ部」と呼ぶ）に突入する際に、定着ニップ部近傍における定着ローラ１０表面電位がプラス方向に振れた際に、記録材Ｐ裏面のプラス電荷により保持できなくなり、定着ローラ１０側に移動する現象である。
【００１３】
この付着したトナーが、定着ローラ１０の１周後に再び転写材Ｐに戻ることにより、転写材Ｐ上に画像不良として現れてしまう。このオフセット現象は、特に、２色以上のトナーを重ねてカラー画像を形成するカラー画像形成装置における、２色以上のトナーを重ね合わせたベタ画像において顕著となる。即ち、トナー層が厚く体積している表面においては、転写材Ｐ裏面の電荷により全てのトナーを保持することが難しく、オフセット現象も発生し易くなる。
【００１４】
この現象を防止するためには、定着ローラ１０表面に導電性を持たせることが考えられるが、この場合は、トナーのマイナス電荷が定着ローラを通して逃げてしまうこととなり、紙裏のプラス電荷によってトナーを引き止めることができなくなってしまう。このことにより、結局はオフセット現象が発生してしまうこととなり、根本的な解決とならない。
【００１５】
これに対して、従来の画像形成装置においては、定着ローラ１０に負のバイアスを印加することにより、定着ローラ１０とトナーの間に反発電界を生じさせることによりオフセットを防止する方法が試みられている。
【００１６】
図７は定着ローラ１０に負バイアスを印加している従来の画像形成装置の定着装置の断面図である。
【００１７】
図７において、バイアス電源１２より定着ローラ１０に対して負のバイアスが印加され、定着ローラ１０表面が負に帯電する構成としている。このことにより、トナーと定着ローラ１０表面との間に反発電界を生じ、オフセット現象を防止する試みがなされている。
【００１８】
更に、近年、定着ローラ１０にバイアスを印加し、定着ニップ部直後に、アースに接続された導電排紙ローラを設け、定着ローラ１０から転写材Ｐを通って排紙ローラからアースへと流れる、電流パスを形成することによりオフセット防止を図った構成が提案されている。本構成を図８を用いて詳述する。
【００１９】
図８において、１２は定着ローラに対して負のバイアスを印加するバイアス印加手段である。又、排紙ローラ１８は導電化されており、アースに接続されている。バイアス印加手段１２から印加されたバイアスは、定着ローラ１０、転写材Ｐを通って排紙ローラ１８からアースに流れ込むことにより、電流パスが形成される。
【００２０】
この電流パスは、定着ニップ部を転写材Ｐが通過することにより、水蒸気が発生することによって、より効果的に形成される。即ち、電流パスは、定着ローラ１０に印加されたバイアスが直接定着ニップ部内で転写材Ｐ裏面に突き抜けることによって発生しているのではなく、定着ニップ部を転写材が通過した後に発生する水蒸気によって転写材Ｐの抵抗が減少することによって発生している。
【００２１】
このため、通常の使用状況においては、定着ニップ部上流側又は定着ニップ部内において転写材Ｐ裏面の転写電荷を損なうことなく、電流パスが形成される。
【００２２】
このように、電流パスを形成することにより、トナー層表面と、転写材Ｐ裏面の間に電界が形成される。この電界によって、トナーが厚く体積した場合においても、トナー粒子を転写材側に引き付ける力が発生し、トナー最上層が定着ローラ表面に付着することなく、良好な画像を得ることが可能となる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構成においても尚、オフセット現象が発生する場合があった。特に、転写材Ｐの表面性及び画像パターンにより、オフセットの発生する条件に違いがあることが本発明者の検討によって明らかになった。
【００２４】
即ち、表面の粗い転写材Ｐにあっては、転写材の凹凸の中にトナーが入り込む形となり、且つ、転写材の凹凸のため、定着ローラとトナー層の間に空隙（空気層）が生じることとなる。この空気層が断熱層として働くことから、トナーの溶融が不十分な状態となってしまい、オフセット現象を防止するためには、より大きな値のバイアスが必要になる。この場合は、前記の通り、ベタ画像や、２色以上のトナー像を重ねてカラー画像を形成した場合において顕著となる。これは、トナーが厚く積層することにより、トナー溶融により多くのエネルギーを要するため、定着が不十分な状態で定着ローラ１０に引き付けられるトナー量が増加するためである。
【００２５】
逆に、表面の滑らかな転写材Ｐにあっては、例えば１色のみのトナーが隙間を空けて転写材Ｐ上に乗っている場合（例えば、単色のハーフトーン画像がこれに当たる）、過剰なバイアスを印加することにより、定着ローラ１０とトナー粒子の接触部分が多くなるため、トナー粒子が非常に強くマイナスに帯電してしまい、却ってトナー粒子間の反発力を増し、オフセット現象を生じ易くしてしまう。
【００２６】
更に、表面の滑らかな転写材Ｐ上の単色ハーフトーン画像では、転写材Ｐと定着ローラの接触面積も大きく、定着ニップ部内において、転写材Ｐを突き抜ける方向に電流が生じ易くなるため、転写材Ｐ裏面に保持されているプラス電荷と定着バイアスによるマイナス電荷が相殺され、トナー像が定着ニップ部に突入する前に、転写材Ｐ裏面の電荷が失われ易くなる。
【００２７】
このことにより、転写材Ｐ裏面のプラス電荷により保持されていた、マイナスに帯電したトナーは、転写材Ｐに保持される力を失い、定着ローラ１０側に引き寄せられ、オフセット現象が生じてしまうという問題があった。
【００２８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、転写材の表面状態に拘らず、ベタ画像等のトナーが厚く堆積した画像や単色ハーフトーン等のトナーが隙間を空けて転写材上に乗っている場合を問わず、オフセットのない良質な画像を得ることができる定着装置を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、加熱源を有し転写材上の未定着トナー像と接触する回転体と、前記回転体と圧接して、前記未定着トナー像が形成された転写材を挟持搬送するための圧接部を形成する加圧部材と、接地されており転写材に接触する導電部材と、前記回転体にトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加する電源と、を有し、前記電源によってトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加することにより前記導電部材と前記回転体の両方に転写材が接触している時に転写材を介して前記導電部材と前記回転体との間に電流パスを形成し未定着トナー像を転写材に引き付けている定着装置において、
ラフ紙モードと、普通紙モードと、平滑紙モードを有し、前記ラフ紙モードの場合は前記電源が前記回転体に印加する電圧値を前記普通紙モードの場合の電圧値よりトナーの帯電極性と同極性で絶対値が大きい電圧に設定し、平滑紙モードの場合は前記普通紙モードの場合の電圧値よりトナーの帯電極性と同極性で絶対値が小さい電圧に設定することを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３２】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の定着装置を搭載する画像形成装置の断面図である。画像形成装置として、４色のトナーを重ね合わせることにより、フルカラー画像を得ることができるフルカラー画像形成装置を用いている。
【００３３】
図１に示す画像形成装置は、像担持体として感光ドラム１を備えている。感光ドラム１表面は、先ず、帯電装置としての帯電ローラ２によって、一様帯電され、次に、第１の画像情報に応じて、露光装置３によって、ＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームによる捜査露光が行われることにより、静電潜像が形成される。
【００３４】
このように形成された静電潜像は、現像装置４により可視化される。現像装置４は、第１色目のトナーとして、ブラックトナーが内包された第１の現像器４ａ、第２色目のトナーとして、マゼンタトナーが内包された第２の現像器４ｂ、第３色目のトナーとして、シアントナーが内包された第３の現像器４ｃ、第４色目のトナーとして、イエロートナーが内包された第４の現像器４ｄと、これらを搭載して矢印Ｄ１方向に回転可能な回転支持体とを備えている。この回転支持体を矢印Ｄ１方向に回転させることにより、現像に供される現像器を順に感光ドラム１に対向する現像位置に配置する構成となっている。
【００３５】
上述の第１の静電潜像は、第１色目のトナーとしてブラックトナーが内包された第１の現像器４ａによりブラックのトナー像として現像される。現像された第１のトナー像は、転写手段５の一部を構成する中間転写ベルト（中間転写体）５ａに一次転写される。中間転写ベルト５ａは、例えば厚さ５０〜２００μｍ、体積抵抗率１０8 〜１０14Ω・ｃｍに調整されたＰＶｄＦ、ＰＥＴ、ポリカーボネート、ポリエチレン、シリコーン等の樹脂により構成される。
【００３６】
又、厚さ０．３〜２ｍｍ、体積抵抗率１０4 〜１０8 Ω・ｃｍに調整されたウレタンゴム、ヒドリンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ等の弾性基層上に、厚さ２〜１００μｍ、体積抵抗率１０8 〜１０14Ω・ｃｍに調整されたゴム、又は樹脂を表層として設ける構成としても良い。中間転写ベルト５ａは、周長が４４１ｍｍに設定されており、ローラ５ｂ，５ｃ，５ｄに掛け渡されている。
【００３７】
中間転写ベルト５ａは、その内側に配置された一次転写ローラ６によって、感光ドラム１表面に所定の押圧力をもって押圧されており、感光ドラム１との間に一次転写ニップ部Ｔ１を形成している。中間転写ベルト５ａは、感光ドラム１の周速とほぼ等速度で感光ドラム１の回転方向（矢印Ｄ２方向）に回転駆動される。
【００３８】
上述の感光ドラム１表面に形成されたトナー像は、上述の一次転写ローラ６に対して、一次転写バイアス印加電源（不図示）によってトナーの帯電極性とは逆極性の電圧（一次転写バイアス）が印加されることにより、中間転写ベルト５ａ表面に静電的に一次転写される。尚、一次転写が終了した感光ドラム１表面に若干量残存する一次転写残トナーは、クリーニング装置７によって除去される。
【００３９】
続いて、上述の一連の画像形成工程、即ち、一次帯電、露光、現像、一次転写、クリーニングを残りの３色について繰り返し、その都度、マゼンタトナーにより現像された第２のトナー像、シアントナーにより現像された第３のトナー像、イエロートナーにより現像された第４のトナー像が、順次中間転写ベルト５ａ表面に一次転写されて重ね合わされる。
【００４０】
その後、中間転写ベルト５ａ表面に対して離間状態にあった二次転写ローラが所定の押圧力をもって中間転写ベルト５ａ表面に圧接され、中間転写ベルト５ａとの間に二次転写ニップ部Ｔ２を形成する。二次転写ローラは、矢印Ｄ３方向に回転駆動され、二次転写バイアス印加手段（不図示）によって、トナーの帯電極性とは逆極性の電圧（二次転写バイアス）が印加されることにより、二次転写ニップ部Ｔ２に所定のタイミングで搬送されてくる転写材Ｐ表面に、中間転写ベルト５ａ表面に重ね合わされた４色のトナー像が一括で二次転写される。
【００４１】
トナー像二次転写後の転写材（記録材）Ｐは、定着装置へと搬送され、ここで、加熱・加圧されて永久画像として定着された後、機外（画像形成装置本体外部）へ排出される。
【００４２】
そして、トナー像二次転写後の中間転写ベルト５ａは、表面に若干量残存する二次転写残トナーが、駆動手段（不図示）により所定のタイミングで中間転写ベルト５ａ表面に対して当接状態となるクリーニングローラ２１により除去される。このクリーニングローラ２１は、例えば芯金の周囲に厚さ２〜６ｍｍ、体積抵抗率１０4 〜１０6 Ω・ｃｍに調整されたゴム、樹脂等の表層が形成されており、感光ドラム１表面のトナー像が中間転写ベルト５ａ表面に順次一次転写されている際には、中間転写ベルト５ａ表面から離間され、中間転写ベルト５ａ表面のトナー像が転写材Ｐ表面に当接され、高圧電源（不図示）によりバイアスが印加される。
【００４３】
これにより中間転写ベルト５ａ表面に残存する二次転写残トナーは、本来の帯電極性とは逆の帯電極性に帯電され、連続して行われる後続の画像形成工程の第１色目のブラックトナーによる第１のトナー像が感光ドラム１表面から中間転写ベルト５ａ表面に一次転写されると同時に、一次転写ニップ部Ｔ１において、中間転写ベルト５ａ表面から感光ドラム１表面へと逆転写され、中間転写ベルト５ａ表面のクリーニング工程が完了する。
【００４４】
次に、本実施の形態に係る定着装置について図２を用いて詳述する。
【００４５】
図２において、定着ローラ１０は外径３０ｍｍ、肉厚２ｍｍのアルミニウム円筒１０−ａ上に、約３０μｍ厚のＰＦＡ等のフッ素樹脂の表面層１０−ｂを有している。又、内部には加熱体として、不図示のハロゲンヒータが配設されており、所定の制御により定着ローラ１０の温度が適温となるように加熱する。
【００４６】
加圧ローラ１１は外径２４ｍｍで、外径１２ｍｍの芯金１１−ａ上に、シリコーンスポンジの弾性層１１−ｂを設け、定着に十分な熱量を与えるだけのニップを定着ローラに圧接することで形成している。又、加圧ローラ１１の最外層は３０μｍ厚のＰＦＡチューブ１１−ｃで形成され、離型性を向上させている。
【００４７】
ここで、定着ローラの表面層１０−ｂには、導電剤が分散され、体積抵抗値が１０5 Ω・ｃｍ〜１０13Ω・ｃｍ程度に調整されている。これに対し、加圧ローラ１１の最外層たるＰＦＡチューブは、１０14Ω・ｃｍ以上の体積抵抗値を持ち、定着ローラ表面層１０−ｂに比べて高い抵抗値を持っている。
【００４８】
定着ローラ表面層に分散する導電剤としては、有機リン塩、パーフルオロアルキル基を含む有機塩といったイオン導電性導電剤、若しくはカーボン等の電子導電性導電剤等、任意の導電剤を使用することができる。本実施の形態においては、定着ローラ表面層に、カーボンを５重量％分散することにより、体積抵抗を約１０9 Ω・ｃｍに形成している。
【００４９】
又、定着ローラ基体としてのアルミニウム円筒は、アースに接続されている。入り口ガイド板９は、記録材Ｐの定着ニップ部への進入位置を決定し、紙シワ等を防止する。
【００５０】
更に、アルミニウム円筒１０−ａは、バイアス電源１７に接続されており、バイアス電源１７から任意の電圧を印加できる構成となっている。バイアス電源１７から定着ローラ１０に印加される電圧は、画像形成装置内のＣＰＵ１３により、値がコントロールされる。本実施の形態のバイアス電源は、０Ｖ〜−１ｋＶの範囲で電圧を変化させることができる。
【００５１】
本実施の形態における画像出力用の転写材として、ボンド紙等のラフ紙を三種類（Ａ，Ｂ，Ｃ）、普通紙を３種類（Ｄ，Ｅ，Ｆ）、平滑紙を３種類（Ｇ，Ｈ，Ｉ）それぞれ用意した。それぞれの紙種のベック平滑度を測定した結果を表１に示す。
【００５２】
ベック平滑度の測定方法は、ＪＩＳ−Ｐ−８１１９に基づく。即ち、面積１０平方センチメートル（直径３７．４ｍｍ）のガラス面と紙面間を１０ミリリットルの空気が通過する時間（単位：秒）を測定する。この試験方法では表面の粗い紙は数値が低く、平滑な紙は数値が高くなる。
【００５３】
【表１】
【００５４】
・先端５ｍｍ〜８０ｍｍの間の部分に、シアンとマゼンタのベタ画像を重ねた、所謂２次色ベタ画像を描画し、後半はベタ白画像となるパターン。静電オフセットは、トナーが厚く堆積した状態でより目立つため、この画像が最も厳しいと考えられる。
【００５５】
・先端５ｍｍ〜８０ｍｍの間の部分に、マゼンタ一色のハーフトーンを印字し、後半はベタ白画像となるパターン。単色のハーフトーン画像では、トナーの分布がまばらになるため、トナーに対するチャージや、ニップ部内での転写材Ｐ裏面へのマイナス電荷突き抜けに対しては、最も厳しい画像と考えられる。
【００５６】
・実用画像。具体的には、グラフと文字の組み合わせで、２次色のベタ部分や単色のハーフトーン画像を適当な割合で含んだ画像。実際のユーザの使用状況において、一般的に用いられると思われる画像を用意した。
【００５７】
本実施の形態に係る画像形成装置は、ユーザーが紙の平滑度に合わせて３モード（ラフ紙モード、普通紙モード、平滑紙モード）のうち、任意のモードを選択できる形式とした。
【００５８】
このときの定着バイアスの値は、ラフ紙モードにおいては−１０００Ｖ、普通紙モードにおいては−５００Ｖ、平滑紙モードにおいては−１００Ｖとした。モードの選択は、画像形成装置のオペレーションパネル（不図示）から行うこととした。
【００５９】
表２にそれぞれの紙種において、各モードで画像を出力した際の２次色ベタ及び単色ハーフトーンのオフセットレベルの評価結果を示す。
【００６０】
【表２】
【００６１】
この表より、二次色オフセットのレベルは、転写材表面が粗い程、バイアスをアップしないと改善せず、逆に、単色オフセットのレベルは、転写材表面が平滑である程、バイアスを下げないと改善しないことが分かる。これらを総合すると、ベック平滑度１０秒以下は、ラフ紙モード、１１秒から５１秒までは普通紙モード、５２秒以上は平滑紙モードで印字するのが適切であることが分かる。
【００６２】
本実施の形態においては、カラー画像形成装置を例として挙げたが、無論、単色のみを用いるモノクロ画像形成装置にも、本発明は適用可能である。又、本実施の形態においては、ラフ紙モード、普通紙モード、平滑紙モードの３種のモードを設けたが、４種以上のモードを持つ画像形成装置も当然考えられる。更に、画像形成装置本体のオペレーションパネルからモード設定を行うだけでなく、画像形成装置がホストコンピュータに接続されている場合は、コンピュータ上から、モード設定命令を送信し、それを受けてモード変更を行う構成としても良い。
【００６３】
＜実施の形態２＞
図３に本発明の実施の形態２に係る画像形成装置の断面図を示す。
【００６４】
本実施の形態の特徴は、前記実施の形態１では、ユーザが手動で転写材のタイプを入力したのに対し、画像形成装置内に備えた、センサによって自動的に転写材の表面性を検知し、適切な定着バイアスモードを選択することを可能とした点にある。
【００６５】
本実施の形態において、画像形成プロセスそのものは、実施の形態１と同様であるが、転写材搬送経路上に、転写材表面性検知部材１４が具備されている。本実施の形態における転写材表面性検知部材１４は、図３に示すように、二次転写ニップ部Ｔ２よりも上流側に設置され、画像が印字されない状態での転写材Ｐ表面に光を照射し、反射光の出力を検知することにより、転写材Ｐの表面性を検知するものである。
【００６６】
図４を用いて転写材表面性検知部材について詳述する。
【００６７】
図４において、転写材Ｐの上面位置は不図示のセンサーによって検知され、常に一定の高さに保たれる。
【００６８】
又、４１は常に一定の光量に保たれた光源、４２は光源４１からの光を平行光とするレンズであり、光源４１からの光は転写材Ｐにより反射され、その反射光がレンズ４３を通過して受光素子４４で検知される。そして、受光素子４４は光源４１からの光をθの角度で受ける。
【００６９】
そして、表面が粗れている転写材の場合、該転写材での反射光量が少なく、表面が粗れていない場合は反射光量は大きくなる。
【００７０】
この転写材表面性検知部材４１を用いて、実施例１のＡ〜Ｉの転写材につき受光素子４４において検出される出力を表３に示す。
【００７１】
この結果から、受光素子４４の出力によって、転写材Ｐの表面性を検知可能であることが分かる。
【００７２】
この結果を元に、受光素子４４の出力が０．３６Ｖ以下のときはラフ紙モードに、又、出力が０．３７Ｖ〜０．６Ｖのときは普通紙モード、そして、出力が０．６１Ｖ以上のときは平滑紙モードに入るよう画像形成装置を設定する。
【００７３】
【表３】
【００７４】
本実施の形態においては、転写材表面に光を照射し、光の反射率を測定することによる光学式の表面性検知手段を用いたが、搬送中の転写材表面に接触部材を接触させ、接触部材の振動を検知することにより、転写材表面性を検知する接触式転写材表面性検知手段を用いる構成とすることも勿論可能である。
【００７５】
＜実施の形態３＞
本実施の形態は、定着装置として、フィルム定着装置を用いたことを特徴とする。
【００７６】
図５において、本実施の形態に係るフィルム定着装置について詳述する。
【００７７】
フィルム式加熱定着装置は、表面にフッ素樹脂から成る離型層が形成された厚さ５０μｍ程度のポリイミドフィルム２２と、そのフィルムガイド２０、セラミック基板上に抵抗発熱体と電極及び保護ガラス等から成るヒーター１９、ヒーター裏面に配置されたサーミスタ２３等から成るヒータユニットと不図示の加圧手段によりヒータユニットに対して加圧される加圧ローラ１１を基本構成とするものである。
【００７８】
図５を用いて本実施の形態に係るフィルム定着装置について詳述する。
【００７９】
本実施の形態に係る定着装置は、特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報等に開示された円筒状の定着フィルムを用いたフィルム加熱方式・加圧ローラ駆動式・テンションレスタイプの加熱定着装置である。
【００８０】
定着部材は、加熱体１９、断熱ステイホルダー２０、定着フィルム２２等から構成されている。加圧部材は弾性加圧ローラ１１である。加熱体１９は薄肉・横長のセラミックヒータ（以下、ヒータと略記する）である。
【００８１】
断熱ステイホルダー２０は、ヒータ１９を保持し、定着ニップ部と反対方向への放熱を防ぐ部材であり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等により形成されている。断熱ステイホルダー２０は横断面略半円弧状樋型の横長で、耐熱性、電気絶縁性で、高い荷重に耐えられる部材であり、ヒータ１９はこの断熱ステイホルダー２０の下面のほぼ中央部に部材長手に沿って設けた溝部に表面側を下向きに露呈させて嵌入して固定支持させてある。
【００８２】
定着フィルム２２は円筒状の耐熱性フィルムであり、ヒータを含む断熱ステイホルダー２０に対して周長に余裕を持たせた形でルーズに外嵌させてあり、断熱ステイホルダー２０は定着フィルム２２を内面から支える。
【００８３】
定着フィルム２２は熱容量の小さなものであり、クイックスタートを可能にするために総厚１００μｍ以下の厚みで耐熱性、熱可塑性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等を単独又は混合して基層としたフィルムである。
【００８４】
又、長寿命の加熱定着装置を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れたフィルムとして総厚２０μｍ以上の厚みが必要である。よって、定着フィルム２２の総厚みとしては２０μｍ以上１００μｍ以下が最適である。更に、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、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合或は単独で被覆したものである。
【００８５】
又、基層フィルムと表層の間には、導電性プライマー層が設けられる。これは、基層と表面等の接着性を高めると同時に、バイアスを印加する際、定着ローラにおける導電性基体と同様の役割を担っている。
【００８６】
加圧部材としての弾性加圧ローラ１１は、不図示の軸受部材に保持させ、断熱ステイホルダー２０の下面側に固定支持させたヒータ１９の下向き表面に対して定着フィルム２２を挟ませて、不図示の加圧手段により長手方向両端部から加熱定着に必要な定着ニップ部を形成するべく十分に加圧されている。
【００８７】
加圧ローラ１１は不図示の駆動手段により矢印の反時計方向に回転駆動される（加圧用回転体駆動方式）。この加圧ローラ１１の回転駆動による該ローラの外面と定着フィルム２２の外面との、定着ニップ部における圧接摩擦力で定着フィルム２２に回転力が作用して、該定着フィルム２２はその内面が定着ニップ部においてヒータ１９の下向き表面に密着して摺動しながら矢印の時計方向に加圧ローラ１１の回転周速度にほぼ対応した周速度をもって断熱ステイホルダー２０の外回りを従動回転状態になる。
【００８８】
この場合、断熱ステイホルダー２０の外回りを従動回転する円筒状の定着フィルム２２はその周長の定着ニップ部とその近傍部の定着フィルム部分以外の定着フィルム部分はテンションフリー（テンションが加わらない状態）の状態にある。
【００８９】
定着フィルム２２はその内面側がヒータ１９及び断熱ステイホルダー２０の外面の一部に摺擦しながら回転するため、ヒータ１９及び断熱ステイホルダー２０と定着フィルム２２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１９及び断熱ステイホルダー２０の表面に耐熱性グリース等の潤滑剤を少量介在させてある。これにより定着フィルム２２はスムーズに回転することが可能となる。
【００９０】
加圧ローラ１１が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム２２が断熱ステイホルダー２０の外回りを従動回転状態になり、ヒータ１９に通電がなされて、その発熱で定着ニップ部の温度が所定に立ち上がって温調された状態において、定着ニップ部に、未定着トナー像を形成担持させた記録材Ｐが定着入口ガイド板９に沿って導入され、定着ニップ部において記録材Ｐの未定着トナー像担持面側が定着フィルム２２の外面に密着して定着フィルム２２と一緒に定着ニップ部を挟持搬送されていく。
【００９１】
この記録材Ｐの挟持搬送過程において、ヒータ１９の熱が定着フィルム２２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熱圧定着される。
【００９２】
定着フィルムの導電性プライマー部分には、電源から、バイアス電源が印加され、実施の形態２と同様の転写材表面性検知部材からの情報に基づき、異なるバイアス電圧が印加される。
【００９３】
本実施の形態に係る画像形成装置を用いて、実施の形態１と同様の紙種を用いて画像出力を行ったところ、ラフ紙、普通紙、平滑紙それぞれにおいて、適切な定着バイアスモードに入り、実施の形態１と同様、オフセットのない良好な画像を得ることができた。
【００９４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、転写材の表面性により適切な定着バイアスの値を選択し、転写材の表面状態によらず、オフセット現象の発生しない良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るカラー画像形成装置の概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る定着装置の概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る画像形成装置の概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る転写材表面性検知部材の図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係るフィルム定着装置の断面図である。
【図６】従来の画像形成装置の概略断面図である。
【図７】従来の定着装置の概略断面図である。
【図８】従来の定着装置（定着バイアスにより電流パスを形成するもの）の概略断面図である。
【図９】ベック平滑度と受光素子出力の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 感光ドラム
２ 一次帯電機構（帯電ローラ）
３ 露光装置（レーザースキャナ）
４ 現像装置
４ａ ブラック現像器
４ｂ シアン現像器
４ｃ マゼンタ現像器
４ｄ イエロー現像器
５ａ 中間転写ベルト
５ｂ〜５ｄ 中間転写ベルト懸架ローラ
６ 一次転写ローラ
７ クリーニング装置
８ 二次転写ローラ
９ 定着入り口ガイド板
１０ 定着ローラ
１０−ａ 定着ローラ基体（アルミニウム円筒）
１０−ｂ 定着ローラ表層
１１ 加圧ローラ
１１−ａ 加圧ローラ芯金
１１−ｂ 加圧ローラ弾性層
１１−ｃ 加圧ローラ表層
１２ バイアス電源
１４ 転写材表面性検知部材
１８ 導電排紙ローラ
１９ ヒータ
２０ 断熱ステイホルダー
２２ 定着フィルム
２３ サーミスタ
Claims (1)
- 加熱源を有し転写材上の未定着トナー像と接触する回転体と、前記回転体と圧接して、前記未定着トナー像が形成された転写材を挟持搬送するための圧接部を形成する加圧部材と、接地されており転写材に接触する導電部材と、前記回転体にトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加する電源と、を有し、前記電源によってトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加することにより前記導電部材と前記回転体の両方に転写材が接触している時に転写材を介して前記導電部材と前記回転体との間に電流パスを形成し未定着トナー像を転写材に引き付けている定着装置において、
ラフ紙モードと、普通紙モードと、平滑紙モードを有し、前記ラフ紙モードの場合は前記電源が前記回転体に印加する電圧値を前記普通紙モードの場合の電圧値よりトナーの帯電極性と同極性で絶対値が大きい電圧に設定し、平滑紙モードの場合は前記普通紙モードの場合の電圧値よりトナーの帯電極性と同極性で絶対値が小さい電圧に設定することを特徴とする定着装置。
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