JP6071306B2 - 画像加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式などを利用した複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置において、定着装置などとして用いることのできる電磁誘導加熱方式の画像加熱装置に関するものである。

電子写真方式などを利用した画像形成装置は、被加熱材である記録紙などの記録材上に転写方式や直接方式で形成されて担持された未定着トナー像をその記録材に定着させる、画像加熱装置としての定着装置を有する。

この定着装置は、一般に、記録材上の未定着トナー像を熱溶融させる回転加熱体（定着ローラ、エンドレスベルトからなる定着ベルトなど）と、これに圧接して記録材を挟持する回転加圧体（加圧ローラ、エンドレスベルトからなる加圧ベルトなど）と、を有する。

回転加熱体は、発熱体によって内部又は外部から、直接又は間接的に加熱される。発熱体としては、例えば、ハロゲンヒータや抵抗発熱体などが挙げられる。しかし、特に近年では、画像形成装置の省エネルギー化と、ユーザーの操作性向上（クイックプリント、ウォームアップ時間の短縮）との両立を図ることが重視されている。そのため、発熱効率の高い電磁誘導加熱方式を用いた定着装置が提案されている。

この電磁誘導加熱方式を用いた定着装置は、金属導体（導電部材、磁性材料、誘導発熱体）を備えた回転加熱体に誘導電流（渦電流）を発生させ、金属導体の表皮抵抗によって回転加熱体そのものをジュール発熱させる。そのため、発熱効率が極めて向上するため、ウォームアップ時間の短縮が可能となる。

ところで、従来の定着装置においては、未定着トナー像が回転加熱体の表面に直接接触するため、未定着トナー像の一部が回転加熱体表面に転移する、所謂、オフセット現象を生じるという課題がある。一般的に、定着装置において生じるオフセットは、温度的要因のものと静電的要因のものに大別される。

前者の温度的要因によるオフセットには、次の２つのものがある。即ち、一つは、回転加熱体の表面温度が低すぎるために、記録材上のトナーが十分溶融できずにオフセットが発生する場合の低温オフセットである。もう一つは、逆に回転加熱体の表面温度が高すぎるために、記録材上のトナーが溶融しすぎてオフセットが発生する場合の高温オフセットである。

従って、温度的要因によるオフセットは、回転加熱体の表面温度を適切に定めることによって抑制することが可能である。

一方、後者の静電的要因によるオフセット（以下「静電オフセット」ともいう。）は、記録材上の帯電したトナーが静電的に回転加熱体の表面に転移するものであり、トナーと記録材との静電的付着力と、トナーと回転加熱体との静電的付着力との関係に起因する。

通常、記録材上の未定着トナー像は、トナー自身が有する電荷と、記録材の背面に注入された電荷（トナーとは逆極性の電荷）とにより、記録材上に静電的に強く保持されている。

しかし、未定着トナー像と接する回転加熱体の表面がトナーとは逆極性に帯電している場合には、未定着トナー像の一部が回転加熱体の表面に静電的に付着し、静電オフセットが生じてしまうことがある。

又、未定着トナー像と接しない回転加圧体の表面がトナーと同極性に帯電している場合には、記録材の背面に注入された電荷と逆極性であることから、記録材が定着ニップ部を通過する際に記録材の背面の電荷が回転加圧体の表面の電荷により中和される。その結果、未定着トナー像の一部について、記録材との間の静電的な付着力が低下してしまうため、静電オフセットが生じてしまうことがある。

従って、静電オフセットは、回転加熱体及び回転加圧体の表面電位を適切に定めることによって抑制される。

ここで、静電オフセットを抑制するために、回転加熱体の表面がトナーとは逆極性の電位となるように、回転加熱体にバイアスを印加する方法が知られている。この場合、印加するバイアスが大きすぎると、その電界により未定着トナー像を乱す（例えば、意図しない放電などによりトナー像が飛び散ったようになる飛び散り画像を発生させる）ことがある。そのため、通常、印加するバイアスは数百〜数千ボルト程度になる。しかし、この方法では、バイアスを印加する高圧電源が必要であり、又バイアスが印加される部材から周辺の部材に対するリークによる誤動作が懸念される。

一方、静電オフセットを抑制するために高圧電源を必要としない方法としては、次のような方法が提案されている。特許文献１では、未定着トナー像と接する回転体とアースとの間、及び未定着トナー像と接する回転体とは反対側の回転体とアースとの間に、ダイオードを接続する方法が提案されている。又、特許文献２では、コンデンサとダイオード及び抵抗からなる起電圧発生回路を、誘導加熱される回転加熱体に接続する方法が提案されている。

特許２５９２９６８号公報 特開２００５−１２３１１３号公報

しかしながら、特許文献１に開示される方法では、未定着トナー像と接する回転体とその反対側の回転体との間の摩擦帯電、各回転体と記録材との間の摩擦帯電によって、各回転体の表面電位が決定される。しかし、これらの各回転体の表面電位を決定する項目は、使用する記録材や記録材が通過する頻度（生産性）、各回転体の表面性（材料や耐久劣化など）、使用環境によって変化し一定ではない。そのため、各回転体の表面電位の極性を決定できるだけで、その電位を制御することは困難である。又、連続通紙を行うと、摩擦帯電による電荷が蓄積され続けるため、リークや飛び散り画像の悪化が懸念される。

一方、特許文献２に開示される方法では、回転加熱体の表面電位は誘導加熱コイルから回転加熱体に誘起される電圧と起電圧発生回路とにより決定される。そのため、回転加熱体の表面の極性と電位とを制御することが可能である。しかし、比較的複雑な構成の起電圧発生回路が必要であり、又回転加圧体の表面がトナーと同極性に帯電してしまうことによる静電オフセットを抑制することは考慮されていない。

尚、以上では、定着装置を例として従来の画像加熱装置の課題を説明したが、例えば未定着トナー像を仮定着させる仮定着装置など他の画像加熱装置においても同様の課題が生じ得る。

従って、本発明の目的は、簡易な構成で静電オフセットを抑制することのできる画像加熱装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像加熱装置にて達成される。要約すれば、本発明は、励磁コイルと、前記励磁コイルに高周波電流を印加する電流印加器と、記録材上のトナー像をニップ部で加熱する加熱回転体であって、前記励磁コイルからの磁束の電磁誘導によって発熱する導電性基層と、前記導電性基層上に設けられた絶縁性表層と、を備えた加熱回転体と、前記加熱回転体に圧接して前記ニップ部を形成する加圧回転体であって、１０^３Ω・ｃｍ〜１０^１３Ω・ｃｍの体積抵抗率と、前記絶縁性表層によって前記導電性基層から電気的に絶縁される幅と、を有する導電性表層と、前記導電性表層に対し前記加熱回転体とは反対側に設けられた電気絶縁性の弾性層と、を備えた加圧回転体と、前記加圧回転体の表面電位がトナーの正規の帯電極性とは逆極性となる向きで前記導電性表層と接地との間に接続され、前記導電性基層には接続されていない整流素子と、を有することを特徴とする画像加熱装置である。
本発明の他の態様によると、励磁コイルと、前記励磁コイルに周波数が１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波電流を印加する電流印加器と、記録材上のトナー像をニップ部で加熱する加熱ローラであって、前記励磁コイルからの磁束の電磁誘導によって発熱する芯金と、前記芯金上に設けられた体積抵抗率が１０^１６Ω・ｃｍ以上の絶縁性表層と、を備えた加熱ローラと、前記加熱ローラに圧接して前記ニップ部を形成する加圧ローラであって、前記絶縁性表層によって前記芯金から電気的に絶縁される幅と、１０^３Ω・ｃｍ〜１０^１３Ω・ｃｍの体積抵抗率と、を有する導電性表層と、前記導電性表層に対し前記加熱ローラとは反対側に設けられた電気絶縁性の弾性層と、を備えた加圧ローラと、前記加熱ローラの表面電位がトナーの正規の帯電極性と同極性となる向きで前記芯金と接地との間に接続され、前記導電性表層には接続されていないダイオードと、前記加圧ローラの表面電位がトナーの正規の帯電極性とは逆極性となる向きで前記導電性表層と接地との間に接続され、前記芯金には接続されていない別のダイオードと、を有することを特徴とする画像加熱装置が提供される。

本発明によれば、簡易な構成で静電オフセットを抑制することができる。

本発明の一実施例に係る画像加熱装置を備えた画像形成装置の一例の模式的な断面図である。 本発明の一実施例に係る定着装置（電磁誘導加熱方式の画像加熱装置）の模式的な断面図である。 本発明の一実施例に係る定着装置の模式的な正面図である。 本発明の一実施例に係る定着装置の定着ニップ部の模式的な拡大断面図である。 定着ローラの発熱原理を説明するための模式図である。 本発明の一実施例における定着装置の等価回路図である。 本発明の一実施例における定着ローラ及び加圧ローラの表面電位の波形を示すグラフ図である。 本発明の各実施例の変形態様を説明するための定着装置の定着ニップ部の模式的な拡大断面図である。 本発明の他の実施例に係る定着装置の模式的な正面図である。 本発明の他の実施例における定着装置の等価回路図である。 本発明の他の実施例における定着ローラ及び加圧ローラの表面電位の波形を示すグラフ図である。 本発明の更に他の実施例に係る定着装置の模式的な正面図である。 本発明の更に他の実施例における定着装置の等価回路図である。 本発明の更に他の実施例における定着ローラ及び加圧ローラの表面電位の波形を示すグラフ図である。

以下、本発明に係る画像加熱装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
１．画像形成装置の全体構成及び動作
図１は、本発明の一実施例に係る電磁誘導加熱方式の画像加熱装置を定着装置として備えた画像形成装置の一例の模式的な断面図である。

本実施例の画像形成装置１００は、転写式電子写真プロセスを利用した、レーザー走査露光方式のデジタル画像形成装置（複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機能機など）である。

画像形成装置１００は、像担持体としての回転可能なドラム型の電子写真感光体（感光体）である感光ドラム４１を有する。感光ドラム４１は、図１中の矢印方向（時計回り）に所定の周速度で回転駆動される。

感光ドラム４１は、その回転課程において、帯電手段としてのローラ型の帯電部材である帯電ローラ（一次帯電器）４２によって帯電処理される。本実施例では、感光ドラム４１は、マイナス極性の所定の暗電位Ｖｄに略一様に帯電処理される。

感光ドラム４１の略一様に帯電処理された表面は、露光手段としてのレーザービームスキャナ４３によってレーザービームＬで走査露光される。レーザービームスキャナ４３は、画像読取装置、ワードプロセッサ、コンピュータなどのホスト装置（図示せず）から入力されるデジタル画像信号に対応して変調されたレーザービームＬを出力する。レーザービームＬで走査露光されることにより、感光ドラム４１の露光部分の電位の絶対値は小さくなって明電位Ｖｌとなる。これにより、感光ドラム４１の表面に画像信号に対応した静電潜像（静電像）が形成される。

感光ドラム４１の表面に形成された静電潜像は、現像手段としての現像器４４により、トナー像として現像（顕像化）される。本実施例では、現像器４４は、感光ドラム４１の表面の露光部（明電位Ｖｌ部）に、マイナス極性に帯電したトナーを付着させることで、トナー像を形成する。即ち、本実施例では、静電潜像を現像するトナーの意図された帯電極性（正規の帯電極性）は、マイナス極性である。

一方、給紙トレイ（図示せず）から給紙された記録紙などの記録材Ｐが、転写手段としてのローラ型の転写部材である転写ローラ４５と感光ドラム４１との圧接部（転写部）へ、感光ドラム４１の回転と同期された適切なタイミングで搬送される。そして、この記録材Ｐの表面に、感光ドラム４１上のトナー像ｔが、順次、静電的に転写される。このとき、転写ローラ４５には、トナーの正規の帯電極性（本実施例ではマイナス極性）とは逆極性の直流電圧である転写バイアスが印加される。

トナー像ｔが転写された記録材Ｐは、感光ドラム４１から分離され、後述する定着装置１０に導入される。そして、この記録材Ｐは、定着装置１０によって搬送されながら加圧及び加熱されることで、トナー像ｔの定着処理を受ける。その後、この画像が定着された記録材Ｐは、機外に排出される。

又、記録材Ｐが分離された後の感光ドラム４１は、クリーニング手段としてのクリーニング装置４６によって、その表面に残ったトナーなどの転写残留物の除去を受ける。その後、感光ドラム４１は、繰り返して作像に供される。

２．定着装置の全体構成及び動作
次に、定着装置１０の構成について説明する。

図２は、本実施例の定着装置１０の要部の模式的な断面図である。又、図３は、本実施例の定着装置１０の要部の模式的な正面図である。又、図４は、本実施例の定着装置１０におけるニップ部Ｎの模式的な拡大断面図である。

尚、画像形成装置１００、定着装置１について、手前側、奥側とは、それぞれ記録材Ｐの搬送方向に略直交する方向の一方の端部側、他方の端部側であって、図１、図２の紙面手前側、奥側をいうものとする。

定着装置１０は、電磁誘導加熱方式の画像加熱装置の一例である。定着装置１０は、回転加熱体（加熱回転体、第１の回転体）としての定着ローラ１と、回転加圧体（加圧回転体、第２の回転体）としての加圧ローラ２と、を有する。定着ローラ１と加圧ローラ２とは、互いに所定の押圧力で圧接させられた一対のローラ対であり、その圧接部に、記録材Ｐの搬送方向に所定幅の定着ニップ部Ｎが形成されている。定着ローラ１と加圧ローラ２とは、それぞれの回転軸線方向が略平行になるように、本実施例では上下方向に並べて配置されている。

定着ローラ１は、導電発熱層（導電性基層、誘導発熱体）としての芯金１ａと、この芯金１ａの周面上に設けられた表層１ｂと、を有する。芯金１ａは、鉄、ニッケル又はこれらの合金などの強磁性体金属で形成される。表層１ｂは、定着ローラ１の表面のトナー離型性を高めるために、ＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素樹脂で形成される。本実施例では、定着ローラ１は、外径が４０ｍｍ、厚さが０．５ｍｍ、回転軸線方向の長さが３４０ｍｍである。又、本実施例では、表層１ｂの厚さは３０μｍである。尚、カラー画像などの高画質な定着画像を得るために、芯金１ａと表層１ｂとの間に、シリコーンゴムなどの耐熱性の弾性体で形成された耐熱弾性層を設けても良い。

定着ローラ１は、その回転軸線方向の両端部が、それぞれ定着装置１０の手前側と奥側の側板（定着ユニットフレーム）２１、２２に、軸受２３、２３を介して回転可能に支持されている。

定着ローラ１の内側の中空部には、定着ローラ１に誘導電流（渦電流）を誘起させて定着ローラ１をジュール発熱させるための高周波磁界（交番磁界）を発生する、磁場発生手段としてのコイルアセンブリ３が挿入されて配置されている。

加圧ローラ２は、芯金２ａと、この芯金２ａの周面上に設けられた弾性層としての耐熱弾性層２ｂと、この耐熱弾性層２ｂの周面上に導電性の材料で形成された導電層としての導電表層（導電性表層）２ｃと、を有する。芯金２ａは、鉄などの導電部材で形成される。耐熱弾性層２ｂは、シリコーンゴムなどの耐熱性の弾性体で形成される。導電表層２ｃは、導電性フッ素樹脂などで形成される。本実施例では、加圧ローラ２は、外径が３８ｍｍ、回転軸線方向の長さが３３０ｍｍである。又、本実施例では、芯金２ａの外径は２８ｍｍ、厚さは３ｍｍである。又、本実施例では、耐熱弾性層２ｂの厚さは５ｍｍである。又、本実施例では、導電表層２ｃの厚さは５０μｍである。

加圧ローラ２の表面の、画像形成装置１００で使用可能な最大幅の記録材Ｐを使用した場合でも記録材Ｐが接しない領域（非通紙部）に、除電手段としてのブラシ状の接触部材である除電ブラシ（導電性ブラシ、除電針）２７が接触させられて電気的に導通が保たれている。この非通紙部は、加圧ローラ２の回転軸線方向の両端部側に生じるが、本実施例では手前側の非通紙部に除電ブラシ２７が接触させられている。そして、この除電ブラシ２７は、整流手段としての整流素子であるダイオード２８を介して電気的に接地（グランドに接続）されている。

ダイオード２８は、カソード側が除電ブラシ２７と接続され、アノード側が接地に接続されている。これは、本実施例ではトナーの正規の帯電極性がマイナス極性であり、定着ニップ部Ｎにおける記録材Ｐ上の未定着トナー像のトナーの帯電極性が主にマイナス極性であることから、加圧ローラ２の表面電位をそのトナーとは逆極性のプラス極性とするためである。

加圧ローラ２は、その芯金２ａの回転軸線方向の両端部が、それぞれ定着装置１０の手前側と奥側の側板２１、２２に、軸受２６、２６を介して回転自在に支持されている。

定着ローラ１と加圧ローラ２とは、加圧機構（図示せず）によって、加圧ローラ２の耐熱弾性層２ｂの弾性力に抗して互いに圧接させられている。これにより、定着ローラ１と加圧ローラ２との間に、被加熱材としての記録材Ｐを挟持搬送して、この記録材Ｐ上にトナー像を定着させるための、記録材Ｐの搬送方向における幅が約５ｍｍの定着ニップ部Ｎが形成されている。

ここで、定着ローラ１の芯金１ａと、加圧ローラ２の表層２ｃとは、電気的に絶縁されていることが重要である。即ち、上述のように、加圧ローラ２の表面電位をトナーの帯電極性（本実施例ではマイナス極性）と逆極性であるプラス極性とするために、加圧ローラ２の表面にはダイオード２８のカソード側が接続されている。ところが、加圧ローラ２の表層１ｂと定着ローラ１の芯金１ａとが電気的に導通している場合、加圧ローラ２のプラス電荷が定着ローラ１の芯金１ａに移動してしまい、加圧ローラ２の表面電位を安定してプラス極性にすることが困難となる。

従って、図４に示すように、本実施例では、定着ローラ１の表層１ｂとしては、体積抵抗率が１０¹⁶Ω・ｃｍ以上の電気絶縁性のフッ素樹脂が用いられている。即ち、本実施例では定着ローラ１の表層１ｂは、電気的に絶縁性の材料で形成された層である絶縁表層（絶縁性表層、電気絶縁層）とされる。又、本実施例では、定着ローラ１の表層１ｂの回転軸方向の長さは、加圧ローラ２の導電表層２ｃの回転軸方向長さよりも長くされている。これにより、定着ローラ１及び加圧ローラ２が回転しても、常に定着ローラ１の芯金１ａと加圧ローラ２の導電表層２ｃとの電気的な絶縁を保つことが可能となる。

尚、加圧ローラ２の導電表層２ｃの体積抵抗率が小さすぎると、導電表層２ｃの機械的強度及びトナーの離形性が低下してしまう。又、加圧ローラ２の導電表層２ｃの体積抵抗率大きすぎると、導電の効果が期待できなくなってしまう。このことから、加圧ローラ２の導電表層２ｃの体積抵抗率は、１０³Ω・ｃｍ〜１０¹³Ω・ｃｍ程度が望ましい。

磁場発生手段としてのコイルアセンブリ３は、ボビン４、磁性材からなる芯材（磁性コア）５（５ａ、５ｂ）、励磁コイル（誘導コイル）６、電気絶縁性の部材で作製されたステー７などの組み立て体である。磁性コア５は、ボビン４に保持されている。又、励磁コイル６は、ボビン４の周囲に電線を巻回して形成されている。このボビン４、磁性コア５、励磁コイル６から成るユニットが、ステー７に固定されて支持されている。

コイルアセンブリ３は、定着ローラ１の内側の中空部において、所定の角度姿勢で且つ定着ローラ１の内面と励磁コイル６との間に一定のギャップ（隙間）を保持させた状態で、非回転に固定して配置されている。コイルアセンブリ３は、ステー７の長手方向の両端部７ａ、７ａが、それぞれ定着装置１０の手前側と奥側の保持部材２４、２５に支持されている。

磁性コア５は、フェライト、パーマロイなどの、高透磁率で残留磁束密度の低い材料で形成される。そして、磁性コア５は、励磁コイル６によって発生した磁束を定着ローラ１に導く。本実施例では、磁性コア５は、定着ローラ１の回転軸線方向に略直交する断面がＴ字型である。この断面Ｔ字の磁性コア５は、基部（横棒部分）５ａと、突出部（縦棒部分）５ｂとの２枚の板状磁性コアを組み合わせて構成されている。

励磁コイル６は、定着ローラ１の回転軸線方向に略平行に延びるように略楕円形に巻かれた巻線部を、定着ローラ１の内面に沿って湾曲させた形状とされる。更に説明すると、励磁コイル６は、磁性コア５を周回するように、ボビン４の形状に合せて横長舟型に複数回巻回して、両端で折り曲げられて巻かれるリッツ線を束ねたものであり、定着ローラ１の内周に沿うように湾曲されて配置されている。磁性コア５の突出部５ｂは、磁性コア５の基部５ａから、励磁コイル６の巻き中心部に向けて、ボビン４を貫通するようにして設けられている。

励磁コイル６の２本のリード線（コイル供給線）１６ａ、１６ｂが、ステー７の奥側から外部に引き出されている。そして、このリード線１６ａ、１６ｂは、励磁コイル６に高周波電流を供給（印加）する高周波インバーター（励磁回路、電流印加器）６０に接続されている。

作像部（転写部）側から定着装置１０に搬送された記録材Ｐは、定着前ガイド板１２によって、定着ニップ部Ｎの入口部に案内される。又、定着ニップ部Ｎに導入されて定着ニップ部Ｎを出た記録材Ｐは、分離爪１３によって定着ローラ１に巻き付くのが抑制され、定着ローラ１から分離される。定着ニップ部Ｎの出口部を出た記録材Ｐは、定着後ガイド板１４によって、定着装置１０の外部へと案内されて排出される。

ボビン４、ステー７、分離爪１３は、耐熱及び電気絶縁性エンジニアリング・プラスチックで形成されている。

定着ローラ１の奥側の端部には、駆動伝達部材としてのドライブギアＧ１が固定されている。このドライブギアＧ１に、駆動源Ｍ１から駆動伝達系（図示せず）を介して回転力が伝達される。これにより、定着ローラ１は、図２中の矢印Ａ方向（時計回り）に、３００ｍｍ／ｓｅｃの周速度で回転駆動される。

加圧ローラ２は、定着ニップ部Ｎでの定着ローラ１との摩擦力で、定着ローラ１の回転駆動に従動して図２中の矢印Ｂ方向（反時計回り）に回転する。

又、定着装置１０には、定着ローラクリーナ１５が設けられている。定着ローラクリーナ１５は、クリーニング部材としてのクリーニングウエブ１５ａをロール巻きに保持したウエブ繰り出し軸部１５ｂと、ウエブ巻取り軸部１５ｃと、を有する。又、定着ローラクリーナ１５は、ウエブ繰り出し軸部１５ｂとウエブ巻取り軸部１５ｃとの間のウエブ１５ａを定着ローラ１の外面に押し付ける押し付けローラ１５ｄを有する。押し付けローラ１５ｄで定着ローラ１に押し付けたウエブ１５ａで、定着ローラ１の表面にオフセットしたトナーなどの付着物が拭われて、定着ローラ１の外面が清掃される。定着ローラ１に押し付けられるウエブ１５ａは、繰り出し軸部１５ｂ側から巻取り軸部１５ｃ側にウエブ１５ａが少しずつ送られることで、徐々に更新される。

定着装置１０には、定着ローラ１の温度を検知する温度検知手段としての温度センサであるサーミスタ１１が設けられている。本実施例では、サーミスタ１１は、定着ローラ１の中央温度検知装置として機能する。即ち、サーミスタ１１は、定着ローラ１の回転軸線方向の中央部分（図３中の仮想線Ｓ）の近傍において、定着ローラ１を隔てて励磁コイル６に向かい合うように、定着ローラ１の表面に接触させて配置されている。サーミスタ１１は、弾性部材により、定着ローラ１の外面に対して押圧されて、弾性的に圧接させられている。このサーミスタ１１の温度検知信号は、画像形成装置１００に設けられた制御手段としての制御回路である制御部（ＣＰＵ）５０に入力される。

次に、定着装置１０の動作について説明する。

画像形成装置１００の制御部５０は、画像形成装置１００のメイン電源スイッチのＯＮにより、画像形成装置１００を起動させて、所定の作像シーケンス制御をスタートさせる。定着装置１０では、駆動源Ｍ１が起動されることにより、定着ローラ１の回転が開始される。この定着ローラ１の回転に従動して加圧ローラ２の回転も開始される。又、制御部５０は、高周波インバーター（励磁回路）６０を起動させて、励磁コイル６に高周波電流（例えば１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ）を流す。これにより、励磁コイル６の周囲に高周波交番磁束が発生し、定着ローラ１が電磁誘導発熱して、所定の定着温度Ｔ（例えば１７０℃）に向かって昇温していく。この定着ローラ１の昇温がサーミスタ１１で検知され、その検知温度情報が制御部５０に入力される。制御部５０は、このサーミスタ１１によって検知される温度が所定の定着温度Ｔに維持されるように、高周波インバーター６０から励磁コイル６に供給する電力を制御して、定着ローラ１の温調を行う。

この温調状態において、定着ニップ部Ｎに対して作像部側から未定着トナー像ｔを担持した被加熱材としての記録材Ｐが導入される。そして、この記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていくことで、定着ローラ１の熱と定着ニップ部Ｎにおける加圧力とで、未定着トナー像ｔが記録材Ｐの表面に定着される。

３．電磁誘導発熱
次に、図５を参照して、導電部材である定着ローラ１の芯金１ａの電磁誘導発熱の原理について説明する。

励磁コイル６には、高周波インバーター６０から交流電流が印加され、これによって励磁コイル６の周囲には、図５中の矢印Ｈで示した磁束が生成、消滅を繰り返す。磁束Ｈは、磁性コア５（５ａ、５ｂ）と芯金１ａとによって形成された磁路に沿って導かれる。励磁コイル６が生成した磁束の変化に対して、芯金１ａ内では、磁束の変化を妨げる方向に磁束を発生するように渦電流が発生する。この渦電流を図５中の矢印Ｃで示す。この渦電流Ｃは、表皮効果により芯金１ａの励磁コイル６側の面に集中して流れ、芯金１ａの表皮抵抗Ｒｓに比例した電力で発熱を生じる。

ここで、励磁コイル６に印加する交流電流の周波数ｆ（Ｈｚ）、芯金１ａの透磁率μ（Ｈ／ｍ）、芯金１ａの固有抵抗ρ（Ω・ｍ）から得られる、表皮深さδ（ｍ）及び表皮抵抗Ｒｓ（Ω）は、式１及び式２で示される。

又、芯金１ａに誘導される渦電流Ｉ_f（Ａ）は、芯金１ａ内に通過する磁束の量に比例することから、励磁コイル６の巻き数Ｎ（回）、励磁コイル６に印加されるコイル電流Ｉ（Ａ）を用いて、式３で示される。

以上より、芯金１ａに発生する電力Ｗ（Ｗ）は、芯金１ａ内に誘導される渦電流Ｉ_fと表皮抵抗によるジュール発熱であることから、式４で示される。

式４より、芯金１ａの発熱量を増加させるためには、芯金１ａとして、鉄やニッケルなどの強磁性金属又はその合金のような、高透磁率（μが大きい）で高抵抗（ρが大きい）な材料を用いればよく、又励磁コイル６の巻き数を増やしても良いことがわかる。

又、高周波インバーター６０から励磁コイル６に印加するコイル電流Ｉ又はコイル電流の周波数ｆを制御することにより、芯金１ａの発熱量を最適に制御することが可能となる。

４．静電オフセットの抑制
図６は、本実施例の定着装置１０の等価回路を示す。

Ｖ_ihは、励磁コイル６による高周波電流による電圧である。Ｖ_ihは、一般的な誘導加熱方式の画像加熱装置では、周波数が１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度であり、電圧が５０Ｖ〜６００Ｖ程度である。

Ｃ₁は、励磁コイル６と定着ローラ１の芯金１ａとの間の容量である。Ｃ₁の容量値は、励磁コイル６を保持するボビン４、ステー７、及び励磁コイル６と芯金１ａとの間の雰囲気の、それぞれの誘電率に依存する。

Ｃ₂は、定着ローラ１の芯金１ａと加圧ローラ２の導電表層２ｃとの間の容量である。Ｃ₂の容量値は、定着ローラ１の表層１ｂの誘電率に依存する。

Ｒ₂は、加圧ローラ２の導電表層２ｃとダイオード２８との間の抵抗である。Ｒ₂の抵抗値は、加圧ローラ２の導電表層２ｃの体積抵抗率と、加圧ローラ２の導電表層２ｃと除電ブラシ２７との接触抵抗とに依存する。

Ｄは、ダイオード２８であり、カソード側が除電ブラシ２７と接続され、アノード側は電気的に接地されている。

定着ローラ１の表面電位は、図６のＶ₁の位置の電位で示される。又、加圧ローラ２の表面電位は、図６のＶ₂の位置の電位で示される。上述のように、定着ローラ１の芯金１ａと加圧ローラ２の導電表層２ｃとが電気的に絶縁されていることから、定着ローラＶ₁の電位と加圧ローラＶ₂の電位とは、所定の電位差を持つことになる。

次に、図７を参照して、定着ローラ１の表面電位Ｖ₁、加圧ローラ２の表面電位Ｖ₂の波形について説明する。

定着ローラ１の表面電位Ｖ₁は、Ｖ_ihの高周波電流により誘起される電位であることから、Ｖ_ihの周波数と等しい周波数を有し、その平均値（Ａｖｅ）はほぼ０Ｖである。

一方、加圧ローラ２の表面電位Ｖ₂は、抵抗Ｒ₂を介してダイオード２８のカソード側と接続されているため、プラス極性のみに半波整流され、その平均値はプラス極性となる。

このように、本実施例では、定着ローラ１の芯金１ａには高周波の電位が誘起されるため、定着ローラ１の表面電位Ｖ₁の平均がほぼ０であり、且つ、加圧ローラ２の表面電位Ｖ₂の平均をプラス極性にすることが可能である。即ち、定着ニップ部Ｎにおける主にマイナス極性に帯電した記録材Ｐ上の未定着トナー像のトナーは、記録材Ｐの背面（トナー担持面とは反対側の面）に接する加圧ローラ２の表面電位がその逆極性であるプラス極性であるため、記録材Ｐ上に静電的に強く保持される。一方、定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐ上のトナーと接する定着ローラ１の表面電位は平均して０Ｖであるため、相対的に記録材Ｐ上のトナーを静電的に引き付ける力は弱い。そのため、簡易な構成で、定着ローラ１に対する静電オフセットを抑制することが可能となる。

ここで、比較例として、上述の特許文献１に示されるような、加熱源にハロゲンヒータを用いた場合について調べた。この場合、定着ローラ１の表面電位Ｖ₁及び加圧ローラ２の表面電位Ｖ₂は、各ローラと記録材Ｐとの間の摩擦帯電、及び各ローラ間の摩擦帯電により、連続通紙をするに伴って上昇し続ける（チャージアップする）。そのため、１０００枚程度の連続通紙後には、静電オフセットの発生は抑制されたが、周辺部材に対してリークが発生し、又出力画像にはそれぞれの電位によるトナー飛び散りが確認できた。

これに対して、本実施例では、定着ローラ１の芯金１ａを誘導加熱し、又定着ローラ１の芯金１ａと電気的に絶縁されている加圧ローラ２の表面には導電表層２ｃを設ける。そして、この導電表層２ｃに、ダイオード２８のカソード側が接続されて、ダイオード２８のアノード側が電気的に接地される。そのため、定着ローラ１の芯金１ａに誘起される高周波の電位により、定着ローラ１の表面電位Ｖ₁及び加圧ローラ２の表面電位Ｖ₂が定まることから、上述のような摩擦帯電によるチャージアップが抑制される。そして、本実施例では、連続通紙後にも、静電オフセットの発生が抑制されるだけではなく、周辺部材へのリーク及びトナー飛び散りのいずれも発生しなかった。

ここで、本実施例の構成では、定着ローラ１、加圧ローラ２の電位を上述のように維持するためには、定着ローラの芯金１ａに渦電流が誘導されていることが好ましい。このため、少なくとも定着ニップ部Ｎを、未定着トナー像を担持した記録材Ｐが通過している間は、励磁コイル６に高周波電流が印加されている状態を維持するようにすることが好ましい。通常、未定着トナー像を担持した記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを通過している間は、定着ローラ１から記録材Ｐに熱が奪われる状態となっているため、励磁コイル６には高周波電流が印加されている状態が維持される。

尚、定着装置１０の各構成及び設定値に関しては、本実施例のものは一例であって、使用する条件などによって、適宜変更することができる。特に、定着ローラ１の導電発熱層と加圧ローラ２の導電層との電気的な絶縁を保つことが可能な構成であれば、定着ローラ１と加圧ローラ２の層構成は本実施例のものに限定されず、次のような変形態様においても同様の効果を得ることが可能である。図８は、定着ローラ１と加圧ローラ２の層構成の変形態様を説明するための模式的な拡大断面図である。図８（ａ）は本実施例の層構成を示し、図８（ｂ）〜（ｄ）が変形態様を示す。

例えば、図８（ｂ）に示すように、加圧ローラ２の表層を電気絶縁性のフッ素樹脂などを用いて絶縁表層２ｃとし、その下層の弾性層を導電ゴムなどを用いて導電弾性層２ｂとする。そして、導電弾性層２ｂとダイオード２８とを接続するか又は芯金２ａとダイオード２８とを接続しても良い。

又、図８（ｃ）に示すように、加圧ローラ２の表層を絶縁表層２ｃとし、その絶縁表層２ｃと弾性層２ｂとの間に導電層２ｄを設け、この導電層２ｄとダイオード２８とを接続しても良い。

又、図８（ｄ）に示すように、定着ローラ１の表層が導電表層１ｂである場合には、その導電表層１ｂと導電発熱層１ａとの間に絶縁層１ｃを設ければ、定着ローラ１の導電発熱層１ａと加圧ローラ２の導電表層２ｃとの電気的な絶縁が確保可能である。この場合、加圧ローラ２の層構成は、図８（ａ）〜（ｃ）のいずれの態様でもよい（図８（ｄ）は図８（ａ）と同じ層構成の場合を示す）。

以上、本実施例によれば、回転加圧体の記録材と接する表面又はその下層に導電層が設けられる。又、この導電層と接地との間には、回転加圧体の表面がトナーの帯電極性とは逆極性となるような向きに、ダイオードが接続される。又、回転加熱体の導電発熱層と回転加圧体の導電層とは電気的に絶縁されている。そのため、記録材とトナーとの静電的付着力を損なうことがないため、静電オフセットを抑制することができる。

実施例２
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置、定着装置の基本的な構成及び動作は、実施例１のものと同じである。従って、実施例１のものと同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。

実施例１では、定着ローラ１の芯金１ａは電気的に接地されていない。そのため、実施例１では、定着ローラ１の表面電位Ｖ₁は、図７に示すように高周波の波形を有する。このため、定着ローラ１の表面電位Ｖ₁は、平均としてはほぼゼロであるが、定着ローラ１が加熱されている瞬間毎には、プラス極税又はマイナス極性の電位を保持することとなる。従って、定着ローラ１の表面電位Ｖ₁がプラス極性になる瞬間において、若干の静電オフセットが発生してしまうことが考えられる。

図９は、本実施例の定着装置１０の要部の模式的な正面図である。

本実施例では、定着ローラ１の導電発熱層である芯金１ａの表面に、除電手段としてのブラシ状の接触部材である除電ブラシ（導電性ブラシ、除電針）２９が接触させられて電気的に導通が保たれている。そして、この除電ブラシ２９は、電気的に接地（グランドに接続）されている。尚、本実施例では、この除電ブラシ２９は、手前側の側板の外側に位置する定着ローラ１の表面（非通紙部）に接触させられている。定着ローラ１の回転軸線方向におけるこの除電ブラシ２９が接触させられる部分には、絶縁表層１ｂは設けられていない。但し、この除電ブラシ２９は、例えば定着ローラ１の内面に接触させるなどしてもよい。

図１０は、本実施例の定着装置１０の等価回路を示す。

Ｃ₁、Ｃ₂、Ｒ₂、Ｄは、それぞれ実施例１で説明した通りである。

Ｒ₁は、定着ローラ１の芯金１ａと除電ブラシ２９との接触抵抗を表す。

そして、本実施例では、定着ローラ１の表面電位Ｖ₁、加圧ローラ２の表面電位Ｖ₂の波形（電位）は、図１１に示すようになる。

即ち、定着ローラ１の芯金１ａが除電ブラシ２９を介して電気的に接地されているため、定着ローラ１の表面電位はほぼゼロとなる。

このように、本実施例では、定着ローラ１の表面電位Ｖ₁は常にほぼゼロであり、且つ、加圧ローラ２の表面電位Ｖ₂の平均をプラス極性にすることが可能である。本実施例では、定着ローラ１の表面電位Ｖ₂が瞬間的にプラス極性となることもないので、それにより若干発生する可能性のある静電オフセットをも抑制することができる。そのため、簡易な構成で、より良好に静電オフセットを抑止することが可能となる。

以上、本実施例によれば、回転加熱体の導電発熱層が電気的に接地されているため、常に回転加熱体の表面電位をゼロ付近にすることができる。そのため、静電オフセットをより一層抑制することができる。

尚、定着装置１０の各構成及び設定値に関しては、本実施例のものは一例であって、実施例１で説明したのと同様、使用する条件などによって、適宜変更することができる（特に定着ローラ１と加圧ローラ２の層構成について図８参照）。

実施例３
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置、定着装置の基本的な構成及び動作は、実施例１のものと同じである。従って、実施例１のものと同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。

図１２は、本実施例の定着装置１０の模式的な正面図である。

本実施例では、定着ローラ１の導電発熱層である芯金１ａの表面に、除電手段としてのブラシ状の接触部材である除電ブラシ（導電性ブラシ、除電針）２９が接触させられて電気的に導通が保たれている。そして、この除電ブラシ２９は、整流手段としての整流素子であるダイオード３０を介して電気的に接地（グランドに接続）されている。尚、本実施例では、この除電ブラシ２９は、手前側の側板の外側に位置する定着ローラ１の表面（非通紙部）に接触させられている。定着ローラ１の回転軸線方向におけるこの除電ブラシ２９が接触させられる部分には、絶縁表層１ｂは設けられていない。但し、この除電ブラシ２９は、例えば定着ローラ１の内面に接触させるなどしてもよい。

本実施例では、ダイオード３０は、アノード側が除電ブラシ２９と接続され、カソード側が接地に接続されている。これは、本実施例ではトナーの正規の帯電極性がマイナス極性であり、定着ニップ部Ｎにおける記録材Ｐ上の未定着トナー像のトナーの帯電極性が主にマイナス極性であることから、定着ローラ１の表面電位をそのトナーと同極性のマイナス極性とするためである。

図１３は、本実施例の定着装置１０の等価回路を示す。

Ｃ₁、Ｃ₂、Ｒ₂は、それぞれ実施例１で説明した通りである。

Ｒ₁は、定着ローラ１の芯金１ａと除電ブラシ２９との接触抵抗を表す。

Ｄ₁は、定着ローラ１の芯金１ａに除電ブラシ２９を介して接続されたダイオード３０であり、アノード側が除電ブラシ２９と接続され、カソード側は電気的に接地されている。

Ｄ₂は、加圧ローラ２の導電表層２ｃに除電ブラシ２７を介して接続されたダイオード２８であり、カソード側が除電ブラシ２７と接続され、アノード側は電気的に接地されている。

そして、本実施例では、定着ローラ１の表面電位Ｖ₁、加圧ローラ２の表面電位Ｖ₂の波形は、図１４に示すようになる。

即ち、定着ローラ１の表面電位Ｖ₁は、Ｖ_ihの高周波電流により誘起される電位であることから、Ｖ_ihの周波数と等しい周波数をする。又、定着ローラ１の表面電位Ｖ₁は、抵抗Ｒ₁を介してダイオード３０のアノード側と接続されているため、マイナス極性のみに半波整流され、その平均値はマイナス極性となる。

一方、加圧ローラ２の表面電位Ｖ₂は、抵抗Ｒ₂を介してダイオード２８のカソード側と接続されているため、プラス極性のみに半波整流され、その平均値はプラス極性となる。

このように、本実施例では、定着ローラ１の表面電位Ｖ₁は常にマイナス極性であり、且つ、加圧ローラ２の表面電位Ｖ₂は常にプラス極性にすることが可能である。従って、定着ローラ１の表面電位Ｖ₁と加圧ローラ２の表面電位Ｖ₂との電位差をより大きくすることができる。即ち、定着ニップ部Ｎにおける記録材Ｐ上の未定着トナー像のトナーは、定着ローラ１側からは反発される方向の力が働き、加圧ローラ２側（即ち、記録材Ｐ側）には引き付けられる力が働く。そのため、より良好に静電オフセットを抑制することが可能である。

以上、本実施例によれば、回転加熱体の導電発熱層と接地との間には、回転加熱体の表面がトナーの帯電極性と同極性となるような向きに、ダイオードが接続されている。そのため、静電オフセットをより一層抑制することができる。

尚、定着装置１０の各構成及び設定値に関しては、本実施例のものは一例であって、実施例１で説明したのと同様、使用する条件などによって、適宜変更することができる（特に定着ローラ１と加圧ローラ２の層構成について図８参照）。

その他
以上、本発明を具体的な実施例に即して説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではない。

（１）電磁誘導加熱方式の画像加熱装置は、上述の実施例の画像加熱定着装置としての使用に限定されるものではない。例えば、未定着画像を記録材に仮定着する仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつやなどの画像表面性を改質する表面改質装置などとしても有効である。又、その他、例えば、紙幣などのしわ除去用の熱プレス装置や、熱ラミネート装置、紙などの含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、記録材状部材（シート）を加熱処理する加熱装置として用いても有効である。

（２）回転加熱体の形態は、ローラに限定されるものではない。例えば、エンドレスベルトなどの他の形態の回転体とすることができる。又、固定又は回転自在の加熱部材と接触するエンドレスベルト体などの他の回転体により記録材状部材を加熱しても良い。加熱部材は、誘導発熱体である導電部材単体の部材として構成することもできるし、導電部材の層を含む、耐熱性樹脂、セラミックスなどの他の材料層との２層以上の複合層部材として構成することもできる。又、回転加圧体に関しても同様に、ローラに限定されるものではない。例えば、エンドレスベルトなどの他の形態の回転体とすることができる。

（３）磁束発生手段による導電部材の誘導加熱は、上述の実施例の内部加熱方式に限定されるものではない。磁束発生手段を導電部材の外側に配設した外部加熱方式の装置構成とすることもできる。

（４）励磁コイルの巻回形状は、回転加熱体の長手方向に平行に伸延して巻回される形状に限定されるものではない。例えば、回転加熱体と略同芯となる方向に巻回しても良い。

（５）未定着トナー像の帯電極性は、上述の実施例のマイナス極性に限られず、プラス極性であっても良い。その場合は、上述の実施例とは逆向きにダイオードを接続すれば良い。

（６）上述の実施例では、定着ローラクリーナを設けたが、これを省いた構成とすることもできる。

１ 定着ローラ（回転加熱体）
２ 加圧ローラ（回転加圧体）
１０ 定着装置
２７ 除電ブラシ
２８ ダイオード
２９ 除電ブラシ
３０ ダイオード
Ｐ 記録材（被加熱材）
ｔ トナー像

Claims (9)

1. 励磁コイルと、
   前記励磁コイルに高周波電流を印加する電流印加器と、
   記録材上のトナー像をニップ部で加熱する加熱回転体であって、前記励磁コイルからの磁束の電磁誘導によって発熱する導電性基層と、前記導電性基層上に設けられた絶縁性表層と、を備えた加熱回転体と、
   前記加熱回転体に圧接して前記ニップ部を形成する加圧回転体であって、１０^３Ω・ｃｍ〜１０^１３Ω・ｃｍの体積抵抗率と、前記絶縁性表層によって前記導電性基層から電気的に絶縁される幅と、を有する導電性表層と、前記導電性表層に対し前記加熱回転体とは反対側に設けられた電気絶縁性の弾性層と、を備えた加圧回転体と、
   前記加圧回転体の表面電位がトナーの正規の帯電極性とは逆極性となる向きで前記導電性表層と接地との間に接続され、前記導電性基層には接続されていない整流素子と、を有することを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記導電性表層と接触する導電性ブラシを有し、
   前記整流素子は、前記導電性ブラシと接地との間に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記整流素子は、ダイオードであることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像加熱装置。
4. 前記加熱回転体の表面電位がトナーの正規の帯電極性と同極性となる向きで前記導電性基層と接地との間に接続され、前記導電性表層には接続されていない別の整流素子を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像加熱装置。
5. 前記導電性基層と接触する別の導電性ブラシを有し、
   前記別の整流素子は、前記別の導電性ブラシと接地との間に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の画像加熱装置。
6. 前記別の整流素子は、ダイオードであることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像加熱装置。
7. 前記絶縁性表層の体積抵抗率は、１０^１６Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像加熱装置。
8. 前記電流印加器は、周波数が１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの電流を印加することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の画像加熱装置。
9. 励磁コイルと、
   前記励磁コイルに周波数が１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波電流を印加する電流印加器と、
   記録材上のトナー像をニップ部で加熱する加熱ローラであって、前記励磁コイルからの磁束の電磁誘導によって発熱する芯金と、前記芯金上に設けられた体積抵抗率が１０^１６Ω・ｃｍ以上の絶縁性表層と、を備えた加熱ローラと、
   前記加熱ローラに圧接して前記ニップ部を形成する加圧ローラであって、前記絶縁性表層によって前記芯金から電気的に絶縁される幅と、１０^３Ω・ｃｍ〜１０^１３Ω・ｃｍの体積抵抗率と、を有する導電性表層と、前記導電性表層に対し前記加熱ローラとは反対側に設けられた電気絶縁性の弾性層と、を備えた加圧ローラと、
   前記加熱ローラの表面電位がトナーの正規の帯電極性と同極性となる向きで前記芯金と接地との間に接続され、前記導電性表層には接続されていないダイオードと、
   前記加圧ローラの表面電位がトナーの正規の帯電極性とは逆極性となる向きで前記導電性表層と接地との間に接続され、前記芯金には接続されていない別のダイオードと、
   を有することを特徴とする画像加熱装置。

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