JP6575425B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、シートにトナーを定着させる定着装置及び画像形成装置に関する。

定着装置では、トナー画像が形成されたシートが、ローラー又はベルトで構成される一対の定着部材の間のニップ部を通過するときに加熱及び加圧されることによって、シートにトナー画像が定着する。

上記定着装置では、トナーの一部が定着部材の表面に転移するオフセット現象が発生することがある。このオフセット現象を防止するために、転写部と定着部との間にコロトロンを設け、このコロトロンによってシート上のトナーに対して電荷を付与する画像形成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−４８３３８号公報

しかしながら、オフセット現象の発生のし易さは、シート上のトナーの帯電状態に限らず、定着部材の帯電状態にも依存する。よって、上記のようにシート上のトナーに対して電荷を付与するだけでは、オフセット現象を十分に抑制することができない。

本発明の目的は、オフセット現象を十分に抑制することが可能な定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

本発明の一の局面に係る定着装置は、第１定着部材と、第２定着部材と、電荷付与部と、を備える。前記第１定着部材は、搬送路に沿って搬送されるシート上の未定着のトナーに当接する。前記第２定着部材は、前記第１定着部材との間で前記シートが通過するニップ部を形成する。前記電荷付与部は、前記第１定着部材の外周面から離間して配置された放電電極及び対向電極の間でコロナ放電を発生させ、前記第１定着部材の外周面における前記ニップ部よりも前記外周面の移動方向上流側部分と前記シート上の未定着のトナーとに電荷を付与する。

本発明の他の局面に係る画像形成装置は、作像部と、前記定着装置と、を備える。前記作像部は、シートにトナー画像を形成する。前記定着装置は、前記シートに前記トナー画像を定着させる。

本発明によれば、オフセット現象を十分に抑制することが可能な定着装置及び画像形成装置が提供される。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係る画像形成装置における定着部の構成を示す図である。 図３は、本発明の実施形態に係る画像形成装置における放電電極及び対向電極の形状を示す図である。 図４は、本発明の実施形態に係る画像形成装置における電荷付与部の構成を示す図である。 図５は、本発明の実施形態に係る画像形成装置における定着ベルト及びトナー像の帯電状態の一例を示す図である。 図６は、本発明の実施形態に係る画像形成装置における放電電極への印加電流と定着ベルトの表面の電位とツェナー電圧との関係の一例を示す図である。 図７は、本発明の実施形態に係る画像形成装置における電荷付与部の変形例の構成を示す図である。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

［画像形成装置の構成］
まず、図１を参照しつつ、本発明の実施形態に係る画像形成装置１の構成について説明する。図１に示されるように、画像形成装置１は、シートカセット２、作像部３、定着部４、及び制御部５などを備える。定着部４、もしくは、定着部４と制御部５との組み合わせが、本発明の定着装置の一例である。なお、本発明は、プリンターに限らず、コピー機、ファクシミリ装置、複合機のような任意の画像形成装置にも適用可能である。

シートカセット２は、記録用紙などのシートを収容する。

作像部３は、感光体ドラム、帯電器、露光装置、現像装置、及び転写装置などを備える。作像部３は、シートカセット２から給送される前記シートにトナー画像を形成する。

定着部４は、前記トナー画像が形成された前記シートを加熱及び加圧することにより、前記シートに前記トナー画像を定着させる。定着部４の具体的な構成については後述する。

制御部５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭなどの制御機器を備える。前記ＣＰＵは、各種の演算処理を実行するプロセッサーである。前記ＲＯＭは、前記ＣＰＵに各種の処理を実行させるための制御プログラムなどの情報が予め記憶される不揮発性の記憶部である。前記ＲＡＭは、前記ＣＰＵが実行する各種の処理の一時記憶メモリー（作業領域）として使用される揮発性又は不揮発性の記憶部である。なお、制御部５は、前記各種の処理を実現する電子回路を備えるものであってもよい。

［定着部の構成］
次に、図２を参照しつつ、本発明の実施形態に係る画像形成装置１における定着部４の構成について説明する。

定着部４は、定着ユニット１０、誘導加熱ユニット２０、及び電荷付与部３０を備える。

図２に示されるように、定着ユニット１０は、定着ベルト１１（本発明の第１定着部材の一例）と、加圧ローラー１２（本発明の第２定着部材の一例）と、定着ベルト１１の内側に配置される保持部材１３、ニップ形成部材１４及びガイド板１５と、搬送ガイド１７と、分離板１８とを含む。

定着ベルト１１は、シートＳの搬送方向に垂直な幅方向（以下、単に「幅方向」と称す）に長い略円筒状に形成されている。定着ベルト１１は、保持部材１３、ニップ形成部材１４及びガイド板１５によって、前記幅方向に延びる回転軸の周りを回転可能に支持されている。

定着ベルト１１は、基材層と、前記基材層上に設けられた弾性層と、前記弾性層を被覆する離型層と、を備えている。前記基材層は、例えばニッケル電気鋳造や銅等の金属にメッキ処理や圧延処理を施すことによって形成されている。前記弾性層は、例えばシリコンゴムによって形成されている。前記離型層は、例えばＰＦＡ等のフッ素系樹脂によって形成されている。

加圧ローラー１２は、前記幅方向に長い略円筒状を成している。加圧ローラー１２は、不図示の加圧機構によって定着ベルト１１に圧接され、定着ベルト１１と加圧ローラー１２の間にはニップ部１６が形成される。加圧ローラー１２は、定着フレーム（不図示）に回転可能に支持されている。加圧ローラー１２は、不図示の駆動機構によって回転駆動される。

加圧ローラー１２は、例えば、円筒状の芯材と、前記芯材上に設けられた弾性層と、前記弾性層を被覆する離型層と、を備えている。前記芯材は、例えばステンレスやアルミニウム等の金属によって形成されている。前記弾性層は、例えばシリコンゴムやシリコンスポンジによって形成されている。前記離型層は、例えばＰＦＡ等のフッ素系樹脂によって形成されている。

誘導加熱ユニット２０は、定着ベルト１１の外周に沿って円弧状に配置される誘導コイル２１と、誘導コイル２１を保持するコイル保持部２２と、アーチコア２３ａと、センターコア２３ｂと、サイドコア２３ｃと、アーチコア２３ａを保持するアーチコア保持部２４と、カバー部２５とを備える。

シートＳにトナーＴを定着させる際には、誘導コイル２１に高周波電流が印加される。これに伴って、誘導コイル２１によって磁界が発生されて、この磁界の作用によって定着ベルト１１に渦電流が発生し、定着ベルト１１が発熱する。つまり、誘導コイル２１によって定着ベルト１１が加熱される。また、前記磁界の作用によってガイド板１５が発熱し、ガイド板１５によっても定着ベルト１１が加熱される。

また、シートＳにトナーＴを定着させる際には、加圧ローラー１２が不図示の駆動機構によって回転駆動される。これに伴って、加圧ローラー１２に圧接する定着ベルト１１が加圧ローラー１２の回転に従動して回転する。このように定着ベルト１１が回転すると、定着ベルト１１がニップ形成部材１４に対して摺動する。この状態で、シートＳがニップ部１６に進入すると、加熱された定着ベルト１１が、シートＳ上の未定着のトナーＴに当接する。その結果、トナーＴが溶融するとともに加圧されて、トナーＴがシートＳに定着する。ニップ部１６を通過したシートＳは、分離板１８によって定着ベルト１１から分離されて定着ユニット１０の外部へ排出される。

ところで、このような定着部４において、トナーＴの一部が定着ベルト１１の表面に転移するオフセット現象が発生することがある。このオフセット現象を防止するために、作像部３の前記転写装置と定着部４との間にコロトロンを設け、このコロトロンによってシートＳ上のトナーＴに対して電荷を付与することが考えられる。しかしながら、オフセット現象の発生のし易さは、シートＳ上のトナーＴの帯電状態に限らず、定着ベルト１１の帯電状態にも依存する。よって、このようにシートＳ上のトナーＴに対して電荷を付与するだけでは、オフセット現象を十分に抑制することができない。そこで、本実施形態では、電荷付与部３０を設けることにより、オフセット現象を十分に抑制することを可能とした。

本実施形態では、シートＳ上の未定着のトナーＴは正に帯電しているものとする。一方、定着ベルト１１の離型層に用いられるＰＦＡ等のフッ素系樹脂は負に帯電し易い。よって、このままの状態では、正に帯電しているトナーＴが負に帯電している定着ベルト１１の表面に転移するオフセット現象が発生しやすい。そこで、本実施形態では、電荷付与部３０によって、シートＳ上のトナーＴと同極性（すなわち、正の極性）の電荷が定着ベルト１１の表面に付与される。このように、本実施形態では、定着ベルト１１の表面をトナーＴと同極性に帯電させることにより、電荷の反発を利用して、トナーＴが定着ベルト１１の表面に転移することを効果的に抑制することができる。

［電荷付与部の構成］
電荷付与部３０は、放電電極３１と、放電電極３１を挟んで互いに対向する一対の対向電極３２，３３と、これらの電極を保持する電極保持部３４と、誘導加熱ユニット２０のコイル保持部２２に対して電極保持部３４を着脱可能に固定するボルト３５とを備える。

放電電極３１及び対向電極３２，３３は、定着ベルト１１の外周面から離間して配置されている。図３に示すように、放電電極３１は、定着ベルト１１に対向する側の端部に前記幅方向に沿って鋸歯が形成された、板厚の薄い（ｔ０．１）、ステンレス製の平板状電極である。対向電極３２，３３は、放電電極３１に形成された各歯の尖端部３１ａから所定距離だけ離れて配置されたステンレス製の平板状電極である。

図４は、電荷付与部３０の構成を示している。放電電極３１には高圧電源３６が接続されている。定着部４による定着動作が行われるときに、制御部５の制御により放電電極３１に対して高電圧が印加される。放電電極３１に対して高電圧が印加されると、放電電極３１に形成された各歯の尖端部３１ａと対向電極３２，３３との間で持続的にコロナ放電が発生する。コロナ放電によって発生した正のイオンは、放電電極３１の尖端部３１ａから離れる方向へ移動し、その一部の正のイオンによって定着ベルト１１の表面が正に帯電される。この結果、図５に示すように、負に帯電していた定着ベルト１１の表面が、電荷付与部３０からの正のイオンによって正に帯電し、その状態でニップ部１６へと移動することになる。これにより、ニップ部１６では、シートＳ上のトナーＴと定着ベルト１１の表面とが同極性となるため、定着ベルト１１の表面へのトナーＴの転移を抑制することができる。

なお、コロナ放電によって発生した正のイオンの他の一部は、定着ベルト１１と対向電極３３との隙間を通って、ニップ部１６へと向かっているシートＳの表面に到達する。この結果、シートＳの表面のトナーＴが、電荷付与部３０からの正のイオンによってさらに正に帯電し、その状態でニップ部１６へと移動することになる。これにより、定着ベルト１１の表面へのトナーＴの転移をさらに抑制することができる。このように、コロナ放電によって発生した正のイオンが、ニップ部１６へと向かっているシートＳ上のトナーＴにより到達しやすくするために、電荷付与部３０は、定着ベルト１１の外周面におけるニップ部１６よりも前記外周面の移動方向上流側部分（すなわち、図５に示した一点鎖線よりも下側の部分）に対向する位置に設けられている。なお、コロナ放電によって発生した正のイオンがシートＳ上のトナーＴにより到達しやすくするために、図５に示すように、放電電極３１の尖端部３１ａの向き（図５に示す矢印Ａの方向）が、ニップ部１６の手前の搬送路と平行な方向（図５に示す矢印Ｂの方向）よりもやや搬送路寄りであってもよい。なお、負に帯電している定着ベルト１１の表面を正に帯電させることが電荷付与部３０の主な役割であるため、本実施形態では、尖端部３１ａと定着ベルト１１との間の距離が、尖端部３１ａと前記搬送路との間の距離よりも近くなっている。

なお、本実施形態では、定着ベルト１１の表面を正に帯電させる効果をより高めるために、図４に示すように、ツェナーダイオード３７を介して対向電極３２，３３を接地している。図６は、放電電極３１への印加電流と、ツェナーダイオード３７のツェナー電圧とを変化させた時の定着ベルト１１の表面の電位の測定結果を示している。図６から明らかなように、放電電極３１への印加電流が大きいほど、そして、ツェナーダイオード３７のツェナー電圧が高いほど、定着ベルト１１の表面の電位が高くなる。これは、ツェナーダイオード３７のツェナー電圧が高くなるほど、対向電極３２，３３の電位が高くなり、その結果、コロナ放電によって発生した正のイオンのうち、対向電極３２，３３へ向かう正のイオンの割合が減って、定着ベルト１１に向かう正のイオンの割合が増えるからである。よって、ツェナー電圧を高くするほど、定着ベルト１１の表面を正に帯電させる効果を高めることができる。ただし、ツェナー電圧を高くし過ぎると、シートＳ間で搬送ガイド１７の表面を正に帯電させてしまい、正に帯電した搬送ガイド１７が負に帯電しているシートＳを吸着してしまうことがある。そこで、本実施形態では、ツェナー電圧が１５０Ｖのツェナーダイオード３７が用いられる。

なお、定着ベルト１１の表面を正に帯電させる効果をより高めるための他の方法として、放電電極３１の尖端部３１ａと対向電極３２，３３との間の距離を大きくすることも考えられる。しかしながら、放電電極３１の尖端部３１ａと対向電極３２，３３との間の距離を大きくするためには、より広い設置空間が必要となる。これに対して、本実施形態のようにツェナーダイオード３７を用いることによって、広い設置空間を必要とせずに、定着ベルト１１の表面を正に帯電させる効果をより高めることが可能である。

以上のように、本実施形態によれば、電荷付与部３０によって定着ベルト１１の表面とシートＳ上のトナーＴとに電荷を付与することによって、オフセット現象を十分に抑制することが可能である。

なお、本実施形態では、シートＳ上のトナーＴが正に帯電している場合について説明したが、シートＳ上のトナーＴが負に帯電している場合には、電荷付与部３０の放電電極３１に負の電圧を印加して定着ベルト１１の表面を負に帯電させればよい。この場合も、前記実施形態と同様に、定着ベルト１１の表面をトナーＴと同極性に帯電されることにより、電荷の反発を利用して、トナーＴが定着ベルト１１の表面に転移することを効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、電荷付与部３０の放電電極３１として、鋸歯が形成されたステンレス製の平板状電極を用いているが、本発明はこれに限定されず、シートＳの搬送方向に垂直な幅方向に沿って並設される複数の尖端部３１ａを含む任意の形状の電極を用いることができる。さらには、タングステンワイヤを放電電極３１として用いてもよい。ただし、タングステンワイヤを放電電極３１として用いる場合には、オゾンの発生量が多いという欠点があるため、オゾンの発生量を抑制するためには、鋸歯のように複数の尖端部３１ａを含む電極を用いるのが好ましい。

また、本実施形態では、放電電極３１を挟んで互いに対向する一対の対向電極３２，３３が設けられているが、シートＳ上のトナーＴを正に帯電させる効果をより高めるために、図７に示すように、放電電極３１に対してニップ部１６の手前の搬送路から遠い側の対向電極３２のみが設けられていてもよい。これにより、コロナ放電によって発生した正のイオンがシートＳ上のトナーＴへより向かいやすくなる。ただし、コロナ放電を安定的に発生させることを優先する場合には、本実施形態のように、放電電極３１を挟んで互いに対向する一対の対向電極３２，３３が設けられてもよい。

また、本実施形態では、誘導加熱ユニット２０によって定着ベルト１１を加熱しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、ハロゲンヒーターなどによって定着ローラーを加熱する構成にも本発明は適用できる。

１ 画像形成装置
４ 定着部
１０ 定着ユニット
１１ 定着ベルト
１２ 加圧ローラー
１６ 定着ニップ
１７ 搬送ガイド
２０ 誘導加熱ユニット
３０ 電荷付与部
３１ 放電電極
３１ａ 尖端部
３２，３３ 対向電極
３４ 電極保持部
３５ ボルト
３６ 高圧電源
３７ ツェナーダイオード

Claims (6)

1. 搬送路に沿って搬送されるシート上の未定着のトナーに当接する第１定着部材と、
   前記第１定着部材との間で前記シートが通過するニップ部を形成する第２定着部材と、
   前記第１定着部材の外周面から離間して配置された放電電極及び対向電極の間でコロナ放電を発生させ、前記第１定着部材の外周面における前記ニップ部よりも前記外周面の移動方向上流側部分と前記シート上の未定着のトナーとに前記トナーと同極性の電荷を付与する電荷付与部と、
   を備え、
   前記放電電極が、前記シートの搬送方向に垂直な幅方向に沿って並設される複数の尖端部を含み、
   前記尖端部の向きが、前記ニップ部の手前の前記搬送路と平行な方向よりも前記搬送路寄りである、
   定着装置。
2. 前記放電電極が、前記シートの搬送方向に垂直な幅方向に沿って鋸歯が形成された平板状電極であり、
   複数の前記尖端部が、前記鋸歯の先端部である、
   請求項１に記載の定着装置。
3. 前記対向電極がツェナーダイオードを介して接地されている、
   請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記対向電極が、前記放電電極を挟んで互いに対向する一対の電極を含む、
   請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記対向電極が、前記放電電極に対して、前記ニップ部の手前の前記搬送路から遠い側に設けられている、
   請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
6. シートにトナー画像を形成する作像部と、
   前記シートに前記トナー画像を定着させる請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置と、
   を備える画像形成装置。
   

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