JP6232996B2 - 電荷供給装置、シート状発熱体への電荷供給方法、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート状発熱体用の電荷供給装置および電荷供給方法、当該電荷供給装置を含む定着装置、および当該定着装置を有する画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、普通紙などの記録媒体上の未定着トナー画像を記録媒体に定着させるための定着装置を有する。当該定着装置は、例えば、周方向に回転可能な管状の発熱ベルトと、当該発熱ベルトの外周面に当接自在な加圧部材と、を有する。上記発熱ベルトは、導電性および可撓性を有し、電荷の供給によって発熱する発熱チューブ、および、前記発熱チューブに接触して配置される電極、を含む。当該発熱ベルトは、弾性部材の弾性によって付勢されて上記電極に当接する導電部材から、電荷が供給されて発熱する（例えば、特許文献１および２参照）。

特開２００４−２７９５４７号公報 特開平０９−０１６０１３号公報

上記発熱ベルトの回転トルクよりも強い力で上記導電部材を上記電極に当接させると、上記発熱ベルトが周方向に回転することができないことがある。上記回転トルクよりも弱い力で上記導電部材を上記電極に当接させると、周方向に回転する上記発熱ベルトから電極が瞬間的に離れること（「ハネ」とも言う）がある。１０Ａ程度の比較的大きな電流が電極に流れているときにハネが生じると、リーク電流が発生し、発熱ベルトが損傷することがある。また、このような発熱ベルトおよび導電部材を画像形成装置の定着装置に用いると、定着不良による画像不良を生じることがある。

本発明の第１の目的は、移動するシート状発熱体の電極に対しても、当該電極に対する導電部材の接触性に優れる電荷供給装置および電荷供給方法を提供することである。
本発明の第２の目的は、導電部材の発熱ベルトへの接触性に優れる定着装置を提供することである。
本発明の第３の目的は、当該定着装置を有する画像形成装置を提供することである。

本発明に係る電荷供給装置は、導電性および可撓性を有し、電荷の供給によって発熱する移動可能な発熱シート、および、上記発熱シートに接触して配置される電極、を含むシート状発熱体に、上記電荷を供給するための装置である。当該電荷供給装置は、上記電極に接触して電荷を供給するための導電部材と、当該導電部材と一体に配置され、上記電極を上記導電部材に磁力によって引き寄せるための電磁石と、上記導電部材が上記電極に当接するように上記導電部材を上記電極に向けて付勢する付勢部材と、を有する。

また、本発明に係る電荷供給方法は、上記に電荷を供給する方法である。当該電荷供給方法は、上記発熱シートの発熱に要する電荷を導電部材に供給する工程と、当該導電部材と一体に配置された電磁石を、上記導電部材への電荷の供給に同期して作動させて、上記発熱シートが移動可能であって、かつ上記電極が上記導電部材に磁力によって接触するように、上記電極を上記導電部材に引き寄せる工程と、を含み、上記導電部材は付勢部材による付勢によって上記電極に当接している。

さらに、本発明に係る定着装置は、周方向に回転可能な管状の発熱ベルトと、当該発熱ベルトの外周面に当接自在な加圧部材と、を有する。当該発熱ベルトは、導電性および可撓性を有し、電荷の供給によって発熱する発熱チューブ、および、当該発熱チューブに接触して配置される電極、を含む。上記定着装置は、上記電極に接触して電荷を供給するための導電部材と、当該導電部材と一体に配置され、上記電極を上記導電部材に磁力によって引き寄せるための電磁石と、上記導電部材が上記電極に当接するように上記導電部材を上記電極に向けて付勢する付勢部材と、をさらに有する。

さらに、本発明に係る画像形成装置は、記録媒体上のトナー画像を前記記録媒体に定着するための上記定着装置を少なくとも有する。

上記導電部材は、形状の維持に不安定な上記電極に接触するにあたり、当該電極を上記電磁石の磁力によって引き寄せる。よって、本発明によれば、移動するシート状発熱体の電極に対しても、当該電極に対する導電部材の接触性に優れる電荷供給装置および電荷供給方法を提供することができる。また、上記シート状発熱体を管状の発熱ベルトとして画像形成装置用の定着装置に用いることによって、導電部材の発熱ベルトへの接触性に優れる定着装置を提供することができ、また、当該定着装置を有する画像形成装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成を模式的に示す図である。 図２Ａは、本発明の一実施形態に係る定着装置を正面から見たときの構成を模式的に示す図であり、図２Ｂは、当該定着装置を側方から見たときの構成を模式的に示す図であり、図２Ｃは、当該定着装置における導電部材と電極との接触部を拡大して模式的に示す図である。 当該定着装置の発熱ベルトの構造を模式的に示す部分断面図である。

本発明の一実施の形態に係る画像形成装置は、記録媒体上の未定着のトナー画像を前記記録媒体に定着するための定着装置を少なくとも有する。当該画像形成装置は、定着装置以外は公知の画像形成装置と同様に構成することが可能である。たとえば、本実施の形態に係る画像形成装置は、感光体と、感光体を帯電させる帯電装置と、帯電した感光体に光を照射して静電潜像を形成する露光装置と、静電潜像が形成された感光体にトナーを供給して静電潜像に応じたトナー画像を形成する現像装置と、静電潜像に形成されたトナー画像を記録媒体に転写するための転写装置と、上記定着装置と、によって構成される。「トナー画像」とは、トナーが画像状に集合した状態を言う。

本実施の形態に係る画像形成装置の一例を図１に示す。図１に示されるように、画像形成装置５０は、画像読み取り部、画像形成部、中間転写部、記録媒体搬送部および定着装置７０を有する。

上記画像読み取り部は、給紙装置８１、スキャナー８２、ＣＣＤセンサー８３および画像処理部８４を有する。

上記画像形成部は、例えば、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各色に対応する四つの画像形成ユニットを含む。これらの画像形成ユニットは、例えば、図１中、上からイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの順で配置され、各色のトナーを収容する以外はいずれも同じに構成されている。

上記画像形成ユニットは、図１に示されるように、感光体ドラム５１、感光体ドラム５１を帯電させる帯電装置５２、帯電した感光体ドラム５１に光を照射して静電潜像を形成する露光装置５３、静電潜像が形成された感光体ドラム５１にトナーを供給して静電潜像に応じたトナー画像を形成する現像装置５４、および、感光体ドラム５１の残留トナーを除去するクリーニング装置５５、を有する。

感光体ドラム５１は、例えば、光導電性を有する負帯電型の有機感光体である。帯電装置５２は、例えば、コロナ帯電器である。帯電装置５２は、帯電ローラや帯電ブラシ、帯電ブレードなどの接触帯電部材を感光体ドラム５１に接触させて帯電させる接触帯電装置であってもよい。露光装置５３は、例えば、半導体レーザーで構成される。現像装置５４は、例えば、トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を収容する二成分現像用の現像装置である。

上記中間転写部は、一次転写ユニットと二次転写ユニットを含む。当該一次転写ユニットは、中間転写ベルト６１、一次転写ローラ６２、バックアップローラ６３、複数の支持ローラ６４およびクリーニング装置６５を有する。中間転写ベルト６１は、無端状のベルトである。中間転写ベルト６１は、バックアップローラ６３および支持ローラ６４によって、ループ状に張架される。バックアップローラ６３および支持ローラ６４の少なくとも一つのローラが回転駆動することにより、中間転写ベルト６１は、無端軌道上を一方向に一定速度で走行する。

上記二次転写ユニットは、二次転写ベルト６６、二次転写ローラ６７および複数の支持ローラ６８を有する。二次転写ベルト６６も、無端状のベルトである。二次転写ベルト６６は、二次転写ローラ６７および支持ローラ６８によってループ状に張架される。

上記記録媒体搬送部は、三つの給紙トレイユニット９１および複数のレジストローラ対９２を有する。給紙トレイユニット９１には、坪量やサイズなどに基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類ごとに収容される。レジストローラ対９２は、所期の搬送経路を形成するように配置されている。

定着装置７０は、図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、周方向に回転可能な管状の発熱ベルト７３と、発熱ベルト７３の外周面に当接自在な加圧ローラ７４と、発熱ベルト７３に電荷を供給するための電荷供給装置７５と、発熱ベルト７３の内部において加圧ローラ７４に併設される回転自在な定着ローラ７２と、を有する。

定着ローラ７２は、円柱状の芯金７２１と、その周面上に配置される樹脂層７２２とを有する。樹脂層７２２の外径は、発熱ベルト７３の内径よりも小さい。定着ローラ７２は、回転可能に配置されており、発熱ベルト７３の周方向における一部分で発熱ベルト７３の内周面に接触する。

加圧ローラ７４は、回転駆動するローラである。加圧ローラ７４は、円柱状の芯金７４１と、その周面上に配置される樹脂層７４２とを有する。加圧ローラ７４は、発熱ベルト７３を介して定着ローラ７２に対向して配置される。加圧ローラ７４は、定着ローラ７２に向けて発熱ベルト７３の外周面を押圧可能に配置されている。加圧ローラ７４は、通常は、発熱ベルト７３と離れて配置される。たとえば、加圧ローラ７４は、芯金７４１が定着ローラ７２の芯金７２１に向けて接近、離間するように構成されている。

樹脂層７２２、７４２は、例えば、公知の樹脂の層または公知の樹脂が発泡してなる層である。上記樹脂の例には、シリコーンゴムおよびフッ素ゴムが含まれる。樹脂層７２２、７４２の少なくともいずれかは、加圧ローラ７４による押圧によって変形する弾性を有する。

なお、加圧ローラ７４は、普通紙などの記録媒体に対する離型性を有する離型層を、樹脂層７４２上にさらに有していてもよい。当該離型層は、例えば、フッ素系チューブやフッ素系コーティングによって構成される。上記離型層の厚さは、例えば１〜２０μｍである。

発熱ベルト７３は、図３に示されるように、導電性および可撓性を有し、電荷の供給によって発熱する発熱チューブ２０、および、発熱チューブ２０に接触して配置される電極１４、１４、を含む。発熱チューブ２０は、発熱層１２、弾性層１６、および離型層１８がこの順で重ねられて構成されている。

発熱層１２は、耐熱性樹脂製のチューブと、当該チューブ中に分散されている導電性フィラーとを含む。発熱層の１２の厚さは、例えば、所期の発熱量を得る観点から、３０〜２００μｍである。上記耐熱性樹脂に対する導電性フィラーの含有量は、例えば、１０〜６０体積％である。

上記耐熱性樹脂は、シート状発熱体の用途の応じた耐熱性を有する樹脂である。当該耐熱性樹脂の例には、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルエーテルケトン、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリアミド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、これらの誘導体よりなる樹脂、および、これらの変性樹脂、が含まれる。

上記導電性フィラーは、金属または非金属の導電性材料の粒子である。当該導電性フィラーの例には、Ｃ；Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｗ、Ｉｎなどの金属；ＶＯ_２、Ｒｕ_２Ｏ、ＺｒＯ_２、ＩｎＯなどの金属酸化物；ＴａＮ、Ｔａ_２Ｎ、ＺｒＮ、ＮｂＮ、ＶＮなどの金属窒化物；ＴｉＢ_２、ＺｒＢ_２、ＨｆＢ_２、ＴａＢ_２、ＭｏＢ_２、ＣｒＢ_２、Ｂ_４Ｃ、ＭｏＢなどのホウ素化合物；ＳｉＣ、ＺｒＣ、ＶＣ、ＴｉＣなどの金属炭化物；および、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｚｎ、ステンレス鋼などの合金；が含まれる。

弾性層１６は、弾性を有する。弾性層１６の厚さは、例えば、発熱層１２からの熱の伝達と発熱チューブ２０の記録媒体に対する密着性との観点から、５〜３００μｍである。弾性層１６の材料の例には、シリコーンゴム、熱可塑性エラストマーおよびゴム材料が含まれる。

上記熱可塑性エラストマーの例には、ポリエステル系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、スチレン−ブタジエントリブロック系エラストマーおよびポリオレフィン系エラストマーが含まれる。上記ゴム材料の例には、スチレン−ブタジエンゴム、ハイスチレンゴム、ポリブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、エチレン−プロピレン共重合体、ニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴムおよびノルボルネンゴムが含まれる。

離型層１８は、発熱チューブ２０の表面の離型性を高める。離型層１８の厚さは、例えば５〜２０μｍである。

離型層１８の材料の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、アルコール可溶性ナイロン、ポリカーボネート、ポリアリレート、フェノール、ポリオキシメチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリホスファゼン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンエーテル、ポリパラバン酸、ポリアリルフェノール、フッ素樹脂、ポリ尿素、アイオノマー、シリコーン、および、これらの混合物または共重合体、が含まれる。特に好ましくは、フッ素樹脂、ポリウレタンまたはシリコーンである。

電極１４は、例えば、磁性を有する金属の薄肉のリングである。電極１４は、導電性接着剤によって発熱層１２の周面に接着されている。電極１４の幅（発熱チューブ２０の軸方向における電極１４の長さ）は、例えば、発熱層１２および後述の導電ブラシ７５３に対する電極１４の接着面積を十分に大きくする観点から、５〜３０ｍｍである。電極１４の厚さは、例えば、適度の強度と柔軟性との両立の観点から、１０〜１００μｍである。

電極１４の材料の例には、鉄、ニッケル、および、ＳＵＳ４３０などの磁性を有するステンレス鋼、が含まれる。

上記導電性接着剤は、例えば、エポキシ樹脂などの接着母材と前述した導電性フィラーとを含む組成物、またはシランカップリング剤、である。当該シランカップリング剤の例には、アルキルアミノトリアルコキシシランが含まれる。

電荷供給装置７５は、図２Ａおよび図２Ｃに示されるように、発熱ベルト７３に電荷を供給するための装置である。電荷供給装置７５は、交流電源７５１と、交流電源７５１に導線７５２によって電気的に接続されている導電ブラシ７５３と、導電ブラシ７５３に固定された絶縁性の支持部７５４と、支持部７５４によって導電ブラシ７５３から離れて支持されている磁性部材７５５と、導電ブラシ７５３に電気的に接続され、磁性部材７５５に接触せずに磁性部材７５５を囲むコイル７５６と、導電ブラシ７５３が電極１４に当接するように導電ブラシ７５３を電極１４に向けて付勢するコイルバネ７５７とを有する。

導電ブラシ７５３は、電極１４に接触して電荷を供給するための部材であり、例えば、黒鉛や銅−黒鉛複合材料などのカーボン系材料で構成された塊である。

磁性部材７５５は、導電ブラシ７５３と一体に配置され、電極１４を導電ブラシ７５３に磁力によって引き寄せるための部材である。磁性部材７５５およびコイル７５６は、電磁石を構成している。磁性部材７５５は、例えば、ＳＵＳ４３０などの磁性材料で構成された棒状の部材である。磁性部材７５５は、その端面が電極１４の表面に接するように、電極１４上に配置されている。

コイル７５６の巻き数は、導電ブラシ７５３に供給された電荷によって、少なくとも電極１４を導電ブラシ７５３に引き寄せて接触させるのに十分な磁力を磁性部材７５５に生じさせる巻き数である。たとえば、当該磁力は、コイルバネ７５７が導電ブラシ７５３を電極１４に押し付ける力と上記磁力（磁性部材７５５が発熱ベルト７３を引き寄せて導電ブラシ７５３と電極１４とを接触させる力）との和が加圧ローラ７４の回転トルク未満となる強さである。このように、当該磁力は、コイル７５６の巻き数によって調整される。コイル７５６の材料は、例えば銅である。

画像形成装置５０による画像の形成を説明する。
スキャナー８２は、給紙装置８１から送られたコンタクトガラス上の原稿Ｄを光学的に走査して読み取る。原稿Ｄからの反射光がＣＣＤセンサー８３により読み取られ、入力画像データとなる。入力画像データは、画像処理部８４において所定の画像処理が施され、露光装置５３に送られる。

一方で、感光体ドラム５１は、一定の周速度で回転する。帯電装置５２は、感光体ドラム５１の表面を一様に負極性に帯電させる。露光装置５３は、各色成分の入力画像データに対応するレーザー光で感光体ドラム５１を照射する。こうして感光体ドラム５１の表面には、静電潜像が形成される。現像装置５４は、感光体ドラム５１の表面にトナーを付着させることにより静電潜像を可視化する。こうして感光体ドラム５１の表面に、静電潜像に応じた単色のトナー画像が形成される。感光体ドラム５１の表面のトナー画像は、中間転写ベルト６１に転写される。感光体ドラム５１の転写残トナーは、クリーニング装置５５によって除去される。

感光体ドラム５１上のトナー画像は、一次転写ローラ６２によって中間転写ベルト６１を感光体ドラム５１に圧接させ、一次転写ローラ６２に転写電圧を印加することによって、中間転写ベルト６１に転写される。中間転写ベルト６１には、各感光体ドラム５１で形成された各色のトナー画像が順次重なるように転写される。

一方、二次転写ローラ６７は、二次転写ベルト６６をバックアップローラ６３に向けて押圧し、中間転写ベルト６１に圧接させる。それにより、二次転写ニップ部が形成される。他方、給紙トレイユニット９１からレジストローラ対９２を介して上記二次転写ニップ部に用紙Ｓが搬送される。レジストローラ対９２は、用紙Ｓの傾きを補正し、また搬送のタイミングを調整する。

二次転写ニップに用紙Ｓが搬送されると、二次転写ローラ６７に転写電圧が印加され、中間転写ベルト６１上のトナー画像が用紙Ｓに転写される。トナー画像が転写された用紙Ｓは、二次転写ベルト６６によって、定着装置７０に搬送される。中間転写ベルト６１上の転写残トナーは、クリーニング装置６５によって除去される。

次いで、定着装置７０によるトナー画像の定着を説明する。
定着装置７０では、用紙Ｓの搬送に際して、加圧ローラ７４が定着ローラ７２および発熱ベルト７３に向けて圧接する。加圧ローラ７４の圧接により、定着ニップ部が形成される。導電ブラシ７５３は、コイルバネ７５７によって、加圧ローラ７４の回転トルクよりも弱い力で電極１４に向けて付勢されて電極１４に当接している。よって、加圧ローラ７４の圧接により、発熱ベルト７３および定着ローラ７２が加圧ローラ７４に従動し、ともに回転する。このように、発熱ベルト７３は、加圧ローラ７４に従動した回転することから、加圧ローラ７４の回転トルクは、発熱ベルト７３の回転トルクと実質的に同じである。

交流電源７５１から、発熱チューブ２０の発熱に要する電荷が導電ブラシ７５３に供給されると、当該電荷は、導電ブラシ７５３から電極１４に供給され、発熱層１２の発熱に供される。同時に、当該電荷は、コイル７５６にも供給される。磁性部材７５５は、絶縁性の支持部７５４を介して導電ブラシ７５３に固定されているので、当該電荷は、磁性部材７５５には供給されない。

コイル７５６に電荷が供給されると、コイル７５６の内部の磁性部材７５５が磁化し、磁力を発生する。電極１４は、磁性材料で構成され、また、磁性部材７５５およびコイル７５６（電磁石）は、導電ブラシ７５３と一体に配置されていることから、当該磁力によって、電極１４は、導電ブラシ７５３に引き寄せられる。こうして、導電ブラシ７５３と一体に配置された電磁石が、導電ブラシ７５３への電荷の供給に同期して作動する。それにより、電極１４が導電ブラシ７５３にコイルバネ７５７の付勢によって接触しながらも、上記磁力によってさらに引き寄せられる。

コイルバネ７５７によって導電ブラシ７５３を電極１４に押し付ける力（押圧力）と、磁性部材７５５による磁力の合力は、加圧ローラ７４の回転トルクよりも小さい。よって、発熱ベルト７３は、電荷の供給によって所期の通りに発熱しながら回転し続ける。

発熱ベルト７３は、可撓性を有し、かつ周方向に回転する。コイルバネ７５７による上記押圧力のみで導電ブラシ７５３を電極１４に当接させると、例えば、発熱ベルト７３が回転の最中にハネが生じたときに、導電ブラシ７５３が電極１４から離れてしまう。

しかしながら、本実施の形態では、上記電磁石は、発熱ベルト７３の発熱時に同期して作動することから、発熱ベルト７３の回転時には、導電ブラシ７５３と電極１４とが接触させる力に上記の引き寄せる力がさらに加わるため、ハネが生じない。よって、電極１４が導電ブラシ７５３から離れなくなり、導電ブラシ７５３からのリーク電流が発生しない。したがって、回転する発熱ベルト７３には常に適切に電荷が供給され、発熱ベルト７３は当該電荷の供給量に応じた所期の熱量で発熱し、かつ、当該リーク電流による発熱ベルト７３の破損は防止される。

こうして、上記定着ニップ部において、用紙Ｓおよびその上のトナー画像は、発熱ベルト７３によって加熱され、かつ定着ローラ７２および加圧ローラ７４によって加圧される。そして、当該トナー画像は、用紙Ｓに定着する。このようにトナー画像が形成された用紙Ｓは、画像形成装置５０外に排出される。

以上の説明から明らかなように、電荷供給装置７５は、前述した導電ブラシ７５３および上記電磁石を有することから、導電ブラシ７５３への電荷供給時には、電極１４は、移動または変形しても、導電ブラシ７５３と常に接触する。このように、電荷供給装置７５は、移動する発熱ベルト７３の電極１４に対しても、電極１４に対する導電ブラシ７５３の優れた接触性を発揮する。よって、発熱ベルト７３と導電ブラシ７５３との接触性に優れる定着装置７０が提供され、画像形成装置５０における定着不良の発生を防止することができる。

また、電荷供給装置７５がコイルバネ７５７をさらに有すると、導電ブラシ７５３と電極１４とが、電極１４を導電ブラシ７５３に引き寄せる上記磁力に加えて、導電ブラシ７５３を電極１４に向けて押し出す上記押圧力によって、接触させられる。このように、発熱ベルト７３の回転時における導電ブラシ７５３と電極１４との接触性を高める観点からより一層効果的である。

また、導電ブラシ７５３と電極１４とを接触させるための力にはコイルバネ７５７による上記押圧力が補われていることから、上記磁力は、当該押圧力との和が発熱ベルト７３の回転トルクを下回る範囲において、ハネを防止するのに十分に大きければよい。このため、上記磁力のみによって導電ブラシ７５３と電極１４との接触を維持する場合に比べて、コイルの巻き数がより少なく、当該磁力の設定がより容易である。よって、電荷供給装置７５がコイルバネ７５７をさらに有することは、上記の定着不良の発生を安定して防止する観点から、より一層効果的である。

また、磁性部材７５５が支持部７５４によって導電ブラシ７５３と一体に配置され、またコイル７５６に囲まれていることによって、導電ブラシ７５３から電極１４への電荷の供給と、上記磁力による電極１４の導電ブラシ７５３への引き寄せとを、簡易な構成で同時に実現することが可能である。このように、電磁石が上記の磁性部材７５５およびコイル７５６によって構成されていることは、発熱ベルト７３の発熱と導電ブラシ７５３および電極１４の接触性の確保との同期を簡易な構成で実現する観点から、より一層効果的である。

また、磁性部材７５５が絶縁性の支持部７５４によって導電ブラシ７５３と一体に配置されていることから、磁性部材７５５には電荷が供給されず、よって、磁性部材７５５から発熱チューブ２０へのリーク電流が発生しない。このように、磁性部材７５５が絶縁性の支持部７５４によって導電ブラシ７５３と一体に配置されていることは、リーク電流による発熱チューブ２０の破損を防止する観点から、より一層効果的である。

また、導電ブラシ７５３は、電極１４との接触により、電極１４の回転時の軌道に沿って摩耗する。したがって、導電ブラシ７５３は、電極１４に対する導電ブラシ７５３の接触面積を大きくし、電極１４に対する導電ブラシ７５３の接触性を高める観点から、より一層効果的である。

なお、発熱ベルト７３を押圧する構成は、加圧ローラ７４を含まなくてもよい。たとえば、発熱ベルト７３は、弾性を有し、回転駆動する定着ローラと、発熱ベルト７３を介して当該定着ローラに対向して配置される、表面の滑りのよい硬い部材と、よって押圧されてもよい。この場合、発熱ベルト７３の回転トルクは、定着ローラの回転トルクと実質的に同じである。

また、発熱ベルト７３は、例えば発熱層１２のみの単層構造であってもよいし、上記耐熱性樹脂で構成される補強層などの他の層をさらに有していてもよい。

また、電極１４は、通常、本実施の形態のように一対で配置されるが、所期の発熱のための電荷を発熱チューブ２０に供給可能であれば、二以上あってもよい。

また、発熱ベルト７３の内部または周面に、上記電磁石の磁力によって十分に引き寄せられる磁性体を含む場合には、電極１４は、磁性を有していなくてもよい。たとえば、発熱層１２が導電性フィラーとして十分量の鉄フィラーを含有する場合は、電極１４に代えて、磁性を有さない電極を用いることが可能である。

また、電極１４は、金属の薄板を丸めてなるリングであることが、耐久性の観点から好ましいが、導電性のペーストの固化物のような、金属製のリング以外の形態であってもよい。

また、電極１４に接触する導電部材は、導電ブラシ７５３のように電極１４の表面に対して相対的に摺動する部材でなくてもよい。たとえば、当該導電部材は、電極１４の表面に当接して回転する、軸受け構造を含む導電性の部材であってもよい。上記導電部材の形態は、電極の形態に応じて、適宜に決めることが好ましい。

また、導電ブラシ７５３を電極１４に向けて付勢する部材は、コイルバネ７５７でなくてもよい。コイルバネ７５７以外の付勢部材の例には、樹脂製の弾性体および永久磁石が含まれる。

また、磁性部材７５５は、電極１４に接して配置されていてもよいし、非接触で配置されていてもよい。また、発熱ベルト７３を磁力で引き寄せ、その結果、電極１４が導電ブラシ７５３に引き寄せられるならば、磁性部材７５５は、発熱ベルト７３の外周面上に配置されていてもよい。磁性材料７５５と電極１４との距離が小さいほど上記磁力をより強く作用させることが可能となる。よって、磁性部材７５５と電極１４との距離が小さいことは、上記磁力が許容される範囲に上記磁力をより容易に設定する観点、および、上記磁力に係るプロセスマージンを大きくする観点、から好ましい。

また、上記電磁石は、交流電源７５１からの電荷の供給によって磁力を発生するように構成されているが、発熱ベルト７３の発熱と同期して当該磁力を発生すれば、別の電源から電荷が供給されてもよい。この場合、コイル７５６の巻き数の他に、電荷の供給量によっても上記磁力の強さを調整することが可能となる。

また、電荷供給装置７５は、付勢手段による付勢だけでは、発熱体の電極と導電部材とが十分に接触しないおそれがある（すなわち、当該発熱体が移動可能である）形態において有効である。よって、発熱体は、管状の発熱ベルトに限らず、シート状の発熱体であってもよい。また、当該発熱体は、移動自在に構成された発熱体に限られない。電荷供給装置７５は、画像形成装置５０以外の用途においても、例えば、当該発熱体を含む装置の振動や、気流による揺らぎなどが生じ得るように配置されるシート状の発熱体などの、移動可能に構成された発熱体に対しても、導電ブラシ７５３と電極１４との良好な接触性を実現することができる。

［管状発熱ベルトの作製］
ポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミド酸（宇部興産株式会社製、Ｕ−ワニスＳ３０１）１００ｇと、カーボンナノチューブ（昭和電工株式会社製、ＶＧＣＦ）２０ｇを、遊星方式の混合機で十分に混合し、発熱層用塗料を得る。次いで、ステンレス鋼製の円筒状の芯金（直径：３０ｍｍ）の外周面に、当該発熱層用料塗料をスパイラル塗布によって塗布し、発熱層用塗料の厚さ５００μｍの塗膜を形成する。なお、「ＶＧＣＦ」は、昭和電工株式会社の登録商標である。

次いで、当該塗膜を１５０℃で１時間乾燥させ、塗膜を十分に固化させる。次いで、当該塗膜を４００℃で２０分間加熱し、塗膜中のポリアミド酸を十分にイミド化させ、ポリイミド樹脂製の管状の発熱層を得る。当該発熱層の厚さは、１５０μｍである。

次いで、上記発熱層の両端部を除く外周面に、以下に示す弾性層用塗料を塗布し、弾性層用塗料の塗膜を形成する。次いで、当該塗膜を１５０℃で３０分間加熱して当該塗膜中のゴムを一次加硫し、さらに２００℃で４時間加熱して当該塗膜中のゴムのポスト加硫を行う。こうして、上記発熱層の外周面上に弾性層を形成する。弾性層の厚さは、２００μｍである。
（弾性層用塗料）
シリコーンゴムＫＥ１３７９（信越化学工業株式会社製） ２質量部
シリコーンゴムＤＹ３５６０１３（東レ・ダウコーニング株式会社製） １質量部

次いで、上記弾性層の外周面に、以下に示す離型層用塗料を塗布し、離型層用塗料の塗膜を形成する。次いで、当該塗膜を２３０℃で３０分間加熱し、さらに２７０℃で１０分間加熱し、上記弾性層上に離型層を形成する。離型層の厚さは、３０μｍである。こうして、発熱層、弾性層、および離型層がこの順で重ねられてなる発熱チューブを得る。
（離型層用塗料）
ＰＴＦＥ ７質量部
ＰＦＡ ３質量部

次いで、上記発熱チューブにおける発熱層の両端部に導電性接着剤を塗布し、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）の薄肉（厚さ６０μｍ）のリングからなる電極を当該両端部に接着し、管状の発熱ベルトを得る。

［実施例１］
上記管状発熱ベルトを図２Ａ〜図２Ｃに示す定着装置に装着し、定着装置１を構成する。定着装置１のコイルバネの導電ブラシを電極に押し付ける力（Ｆ_１）は、０．９７Ｎである。定着装置１のコイル通電時における磁性部材の磁力（Ｆ_Ｍ）によって当該磁性部材が電極側端面を引き寄せる力（Ｆ_２）は、０．９０Ｎである。管状発熱ベルトの回転トルク（Ｆ_３）は１．２０Ｎである。管状発熱ベルトへの発熱のための通電は、通常、管状発熱ベルトの回転駆動中に行われるので、導電ブラシの管状発熱ベルト（電極）に対する摩擦係数は、動摩擦係数であり、その値は１．３である。なお、定着装置１におけるコイルの巻き数は、４００である。

電磁石の上記磁力Ｆ_Ｍは、下記式（１）によって求められる。
式（１）
Ｆ_Ｍ（Ｎ）＝Ｍ・Ｈ
式（１）中、Ｍは、電磁石が形成する磁極（Ｗｂ）であり、Ｈは、電磁石が形成する磁場（Ａ／ｍ）である。

回転トルクＦ_３（Ｎ）は、すなわち回転ローラの回転トルクであり、回転ローラの回転トルク（すなわちＦ_３）は、下記式（２）によって求められる。
式（２）
Ｆ_３（Ｎ）＝ｒ_２・Ｆ_Ｒ
式（２）中、ｒ_２は、回転ローラの半径（ｍｍ）であり、Ｆ_Ｒは、回転ローラを回す力（Ｎ／ｍｍ）である。

［実施例２および比較例１］
コイルの巻き数を６００に代えた以外は定着装置１と同様に構成される定着装置２を準備する。定着装置２におけるＦ_２は、１．２０Ｎである。また、コイルの巻き数を８００に代えた以外は定着装置１と同様に構成される定着装置Ｃ１を準備する。定着装置Ｃ１におけるＦ_２は、１．５０Ｎである。導電ブラシの管状発熱ベルト（電極）に対する動摩擦係数は、定着装置２および定着装置Ｃ１のいずれも、１．３である。

［比較例２および３］
電磁石を永久磁石１に代えた以外は定着装置１と同様に構成される定着装置Ｃ２を準備する。定着装置Ｃ２の永久磁石１の電極側端面を引き寄せる力（Ｆ_２）は、０．８１Ｎである。定着装置Ｃ２における導電ブラシの管状発熱ベルト（電極）に対する動摩擦係数は、１．５である。また、電磁石を永久磁石２に代えた以外は定着装置１と同様に構成される定着装置Ｃ３を準備する。定着装置Ｃ３の永久磁石２の電極側端面を引き寄せる力（Ｆ_２）力は、０．８４Ｎである。永久磁石２による力Ｆ_２は、管状発熱ベルトの回転駆動開始時にも作用するので、定着装置Ｃ３における導電ブラシの管状発熱ベルト（電極）に対する摩擦係数は、静摩擦係数であり、その値は１．５である。

［比較例４］
電磁石を配置せず、バネの弾性力によってのみ導電ブラシを電極に押し付けて接触させる以外（すなわち、上記支持部、磁性部材およびコイルを有さない以外）は定着装置１と同様に構成される定着装置Ｃ４を準備する。定着装置Ｃ４のバネによる導電ブラシの電極への押圧力（Ｆ_１）は、０．９７Ｎである。当該押圧力Ｆ_１は、管状発熱ベルトの回転駆動開始時にも作用するので、定着装置Ｃ４における導電ブラシの管状発熱ベルト（電極）に対する摩擦係数は、静摩擦係数であり、その値は１．５である。

［評価］
（１）リーク電流の発生
定着装置１、２およびＣ１〜Ｃ４のそれぞれを、図１に示す画像形成装置に、定着装置として装着し、上記電荷供給装置における交流電源から、１０Ａで、導電ブラシを介して管状発熱ベルトに電荷を供給し、印字率１００％のベタ画像を１０００枚形成する。１０００枚のベタ画像を形成する間の、導電ブラシから発熱チューブへのリーク電流の発生回数を測定する。当該リーク電流の発生回数は、オシロスコープ ＧＲ７０００（株式会社キーエンス製）によって求められる。

（２）定着性
１０００枚の上記ベタ画像の中から無作為に１０枚のベタ画像を取り出し、当該ベタ画像の外観を観察し、当該ベタ画像中の、定着不良の有無を調べ、下記の基準により評価する。なお、定着不良とは、画像滲みの有無である。
（基準）
○：ベタ画像に定着不良を有する
×：ベタ画像に定着不良を有する

定着装置１、２およびＣ１〜Ｃ４における、コイルの巻き数、上記の力Ｆ１〜Ｆ３、摩擦係数、導電ブラシが管状発熱ベルトに当接する力と、管状発熱ベルトの回転する力との大小関係、リーク電流の発生回数および定着性の評価結果を、表１に示す。

定着装置１および２では、いずれも、導電ブラシから発熱チューブへのリーク電流が発生せず、また定着性が良好である。これは、管状発熱ベルトの回転時に電磁石によって電極が導電ブラシに引き寄せられて接触するので、上記リーク電流による発熱チューブの破損が生じない。

特に、上記Ｆ_２がより小さな定着装置１も、上記Ｆ_２がより大きな定着装置２も、いずれも上記の良好な結果を奏している。これは、定着装置１および２のいずれも、導電ブラシがバネによって電極に当接するように付勢されているため、と考えられる。つまり、上記Ｆ_２は、管状発熱ベルトの回転時における電極と導電ブラシとの離間を防止する程度の大きさであればよく（すなわち、さほどに大きくなくてもよく）、管状発熱ベルトの回転を止めない比較的広い許容範囲の中から決められればよいため、と考えられる。このように、バネの付勢によって導電ブラシを電極に当接させることにより、上記効果が得られる上記Ｆ_２の範囲をより拡げることが可能である。

一方で、定着装置Ｃ１では、管状発熱ベルトが回転しない。これは、電極に当接する導電ブラシが管状発熱ベルトの回転を減速、停止させるため、と考えられる。

また、定着装置Ｃ２では、導電ブラシから発熱チューブへのリーク電流が発生し、かつ定着性が不十分である。これは、バネおよび永久磁石１による上記当接力によって、管状発熱ベルトの回転時における導電ブラシと電極との接触性は良好であるものの、この良好な接触状態が常に保たれるため、導電ブラシの削れ粉のような異物が上記接触部に侵入または当該接触部で発生したときに、導電ブラシと電極との良好な接触状態が損なわれるため、と考えられる。

また、定着装置Ｃ３では、管状発熱ベルトが回転しない。これは、バネおよび永久磁石２による上記当接力が管状発熱ベルトの回転トルクＢを上回っていることから、管状発熱ベルトが当初から回転できないため、と考えられる。

また、定着装置Ｃ４では、導電ブラシから発熱チューブへのリーク電流が発生し、かつ定着性が不十分である。これは、バネの押圧力だけでは、管状発熱ベルトの回転時における導電ブラシと電極との接触性が不十分である（ハネが生じる）ため、と考えられる。

本発明に係る電荷供給装置は、導電部材と電極との接触が不安定なシート状発熱体において、導電部材と電極との接触安定性を飛躍的に高めることができる。したがって、本発明は、当該シート状発熱体を用いる技術のさらなる発展、および、当該シート状発熱体のさらなる普及、に貢献することが期待される。

１２ 発熱層
１４ 電極
１６ 弾性層
１８ 離型層
２０ 発熱チューブ
５０ 画像形成装置
５１ 感光体ドラム
５２ 帯電装置
５３ 露光装置
５４ 現像装置
５５、６５ クリーニング装置
６１ 中間転写ベルト
６２ 一次転写ローラ
６３ バックアップローラ
６４、６８ 支持ローラ
６６ 二次転写ベルト
６７ 二次転写ローラ
７０ 定着装置
７２ 定着ローラ
７３ 発熱ベルト
７４ 加圧ローラ
７５ 電荷供給装置
８１ 給紙装置
８２ スキャナー
８３ ＣＣＤセンサー
８４ 画像処理部
９１ 給紙トレイユニット
９２ レジストローラ対
７２１、７４１ 芯金
７２２、７４２ 樹脂層
７５１ 交流電源
７５２ 導線
７５３ 導電ブラシ
７５４ 支持部
７５５ 磁性部材
７５６ コイル
７５７ コイルバネ
Ｄ 原稿
Ｓ 用紙

Claims (12)

1. 導電性および可撓性を有し、電荷の供給によって発熱する移動可能な発熱シート、および、前記発熱シートに接触して配置される電極、を含むシート状発熱体に、前記電荷を供給するための装置であって、
   前記電極に接触して電荷を供給するための導電部材と、
   前記導電部材と一体に配置され、前記電極を前記導電部材に磁力によって引き寄せるための電磁石と、
   前記導電部材が前記電極に当接するように前記導電部材を前記電極に向けて付勢する付勢部材と、を有する、電荷供給装置。
2. 前記電磁石は、前記導電部材に固定されて前記電磁石を前記導電部材から離して支持する絶縁性の支持部によって前記導電部材と一体に配置される、磁性材料で構成された磁性部材と、前記導電部材に電気的に接続され、前記磁性部材に接触せずに前記磁性部材を囲むコイルと、を含む、請求項１に記載の電荷供給装置。
3. 前記導電部材は、導電ブラシである、請求項１または２に記載の電荷供給装置。
4. 導電性および可撓性を有し、電荷の供給によって発熱する移動可能な発熱シート、および、前記発熱シートに接触して配置される電極、を含むシート状発熱体に電荷を供給する方法であって、
   前記発熱シートの発熱に要する電荷を導電部材に供給する工程と、
   前記導電部材と一体に配置された電磁石を、前記導電部材への電荷の供給に同期して作動させて、前記発熱シートが移動可能であって、かつ前記電極が前記導電部材に磁力によって接触するように、前記電極を前記導電部材に引き寄せる工程と、
   を含み、
   前記導電部材は付勢部材による付勢によって前記電極に当接している、シート状発熱体への電荷供給方法。
5. 前記電磁石は、前記導電部材に固定されて前記電磁石を前記導電部材から離して支持する絶縁性の支持部によって前記導電部材と一体に配置される、磁性材料で構成された磁性部材と、前記導電部材に電気的に接続され、前記磁性部材に接触せずに前記磁性部材を囲むコイルと、を含み、
   前記導電部材への電荷の供給によって前記電磁石が作動する、
   請求項４に記載のシート状発熱体への電荷供給方法。
6. 前記導電部材は、導電ブラシである、請求項４または５に記載のシート状発熱体への電荷供給方法。
7. 周方向に回転可能な管状の発熱ベルトと、前記発熱ベルトの外周面に当接自在な加圧部材と、を有する定着装置であって、
   前記発熱ベルトは、導電性および可撓性を有し、電荷の供給によって発熱する発熱チューブ、および、前記発熱チューブに接触して配置される電極、を含み、
   前記定着装置は、
   前記電極に接触して電荷を供給するための導電部材と、
   前記導電部材と一体に配置され、前記電極を前記導電部材に磁力によって引き寄せるための電磁石と、
   前記導電部材が前記電極に当接するように前記導電部材を前記電極に向けて付勢する付勢部材とを、さらに有する、定着装置。
8. 前記磁力は、前記発熱ベルトの回転トルク未満である、請求項７に記載の定着装置。
9. 前記磁力と、前記付勢部材によって前記導電部材を前記電極に押し付ける力との和は、前記発熱ベルトの回転トルク未満である、請求項７または８に記載の定着装置。
10. 前記電磁石は、前記導電部材に固定されて前記電磁石を前記導電部材から離して支持する絶縁性の支持部によって前記導電部材と一体に配置される、磁性材料で構成された磁性部材と、前記導電部材に電気的に接続され、前記磁性部材に接触せずに前記磁性部材を囲むコイルと、を含む、請求項７〜９のいずれか一項に記載の定着装置。
11. 前記導電部材は、導電ブラシである、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の定着装置。
12. 記録媒体上のトナー画像を前記記録媒体に定着するための、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の定着装置を少なくとも有する画像形成装置。

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