JPH11143264A - 加熱装置およびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィルム定着方式の定着装置では、加圧部材
にトナーオフセットを生じ、このトナーが転写材に転写
されて該転写材表面に汚れを発生するという課題があっ
た。 【解決手段】 発熱部材２０に対向して配置される加圧
部材２８と、前記発熱部材を内包するように該発熱部材
と前記加圧部材との間に挟持された定着フィルム２５
と、前記加圧部材に当接して配置された帯電部材５０
と、前記帯電部材に電圧を印加する電圧印加手段５２と
を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は転写材上に形成され
たトナー画像を該転写材に加熱定着する加熱装置および
この加熱装置を備えた複写機、レーザービームプリンタ
等の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の画像形成装置は、帯電手
段で一様に帯電した像担持体表面に、原稿画像あるいは
コンピュータから入力した画像信号に対応した画像露光
を照射して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像手段
でトナー像に現像し、このトナー像を転写手段で転写材
に転写し、この転写材上のトナー像を該転写材上に定着
手段で定着して出力する電子写真方式の複写機やレーザ
ービームプリンタ等がある。

【０００３】上記定着装置としては、発熱部材に耐熱性
の定着フィルムを摺接させ、この定着フィルムを介して
上記発熱部材に加圧部材を圧接させることにより、定着
フィルムの移動と共に定着フィルムと該加圧部材とで挟
持搬送する転写材に、定着フイルムを介して発熱部材か
ら熱エネルギーを与えて加熱定着するフイルム定着方式
の加熱装置が用いられている。

【０００４】図５は、上記フィルム定着方式の加熱装置
の一例を示す断面図であり、図５において、２０は支持
体としてのステー２１に支持された発熱部材たるヒー
タ、２５は耐熱性の高い材料を離型性のよい材料で被覆
したエンドレスベルト状の定着フィルムであり、この定
着フイルム２５はヒータ２０と略平行に配設された駆動
ローラー２６及び従動ローラー２７との間に懸回張設さ
れて摺接するように配設されている。

【０００５】また、上記ヒータ２０の下面には、定着フ
ィルム２５を挟むように加圧部材としての加圧ローラ２
８が、付勢手段（図示せず）によって例えば総圧力５ｋ
ｇ重程度の当接圧で対向圧接されており、この加圧ロー
ラ２８は、シリコンゴム等の離型性の良いゴム弾性層を
有してヒータ２０との間に定着ニップＮを形成してい
る。

【０００６】次に動作について説明する。

【０００７】まず、駆動ローラ２６が回転駆動手段とし
ての駆動モータＭにより矢印の方向に回転駆動される
と、テンションローラを兼ねる従動ローラ２７により所
定のテンションを与えられた定着フィルム２５は、矢印
ａの方向に所定の周速度で回転し、この定着フィルム２
５の回転走行に伴い加圧ローラ２８も矢印の反時計方向
に従動回転する。

【０００８】トナー像Ｔを転写された後の転写材Ｐは、
転写材供給手段（図示せず）により定着フィルム２５と
加圧ローラ２８との間に順次送り込まれ、定着ニップＮ
に突入すると、定着フィルム２５及び加圧ローラ２８の
回転に伴って挟持搬送されると共に、ヒータ２０が発す
る熱エネルギを付与され、転写材Ｐ上のトナー像Ｔが該
転写材Ｐに定着される。

【０００９】この種のフィルム定着方式の加熱定着装置
では、発熱部材としてのヒータ２０、及び該ヒータ２０
の熱エネルギーを転写材Ｐに伝導する部材としての定着
フィルム２５を低熱容量化できるため、省電力化、ウエ
イトタイムの短縮化（クイックスタート性）が可能にな
る利点があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の加熱装置には以下に説明するような課題が生ず
る場合があった。

【００１１】トナー像Ｔを有する転写材Ｐが定着ニップ
Ｎを通過する際に、微量のトナーが転写材Ｐから定着フ
ィルム２５に転移する、いわゆるオフセット現象が発生
する。この転移トナーの一部は、定着フィルム２５が一
周した後に再び転写材Ｐの後端に転移するか、定着フィ
ルム２５に残留して、次に定着ニップＮを通過する次の
転写材Ｐに転写される。これら転写材Ｐに転写されたト
ナーはきわめて微量であるため、実用上まったく問題と
ならない。

【００１２】ところが上記の転移トナーの一部は、加圧
ローラ２８に転移する。加圧ローラ２８上に一旦トナー
が付着すると、その部分は表面エネルギーが著しく低下
し、さらにトナーが付着し易くなる。その結果、加圧ロ
ーラ２８上に島状あるいは面状にトナーの薄層が形成さ
れる。このトナーの薄層の加圧ローラ２８への付着力
は、加圧ローラ２８の表面温度が低い（とくにトナーの
ガラス転移温度より低い）場合に弱くなる。

【００１３】この種のフィルム定着装置の場合、装置が
待機状態にある場合、ヒータ２０への通電は行なわな
い。従って、加圧ローラ２８も通常室温程度、少なくと
もガラス転移温度以下に保たれている。その状態で定着
動作を開始すると、定着ニップＮにおいて定着フィルム
２５の表面は急速に昇温する。

【００１４】このため、転写材Ｐが定着ニップＮに到達
する前に、加圧ローラ２８の表面に弱い力で付着したト
ナー層の表面が軟化し、定着フィルム２５と密着する
と、トナー層の一部のトナーは加圧ローラ２８から剥離
し、定着フィルム２５に転移する。転移したトナーは、
その後すぐに定着ニップＮに到着し通過してゆく転写材
Ｐに順次熱転写される。その結果、転写材Ｐの表面には
斑点状の汚れが発生する。

【００１５】そこで、従来は、上記加圧ローラ２８のト
ナー汚れに起因する転写材Ｐの斑点状汚れを防止するた
めに、図９に示すように、加圧ローラ２８にクリーニン
グ部材（以下、スクレーパと称す）５０を当接させ、加
圧ローラ２８上の汚れであるオフセットトナーや紙粉を
除去する手段を本出願人は提案している。

【００１６】しかしながら、スクレーパ５０が加圧ロー
ラ２８と当接しているために、以下のような課題が生じ
た。 １）通紙による摩擦帯電に加え、クリーニング部材５０
との摺擦による摩擦帯電により、加圧ローラ２８表面は
チャージアップする。 ２）加圧ローラ２８表面の帯電極性がトナーと逆極性で
ある場合はもちろん、同極性の場合にもトナー内の反転
電荷を持つ成分による静電的なトナーオフセットが発生
し、加圧ローラ２８表面の汚れが増す。 ３）これらにより、スクレーパ５０だけではトナーの捕
集が困難になり、スクレーパ５０からのトナーのすり抜
けによる転写材の裏汚れや、スクレーパ５０上にトナー
が過剰に溜まり、固着することによる加圧ローラの停止
及び転写材の搬送不良が発生する。

【００１７】このような場合、従来の熱ローラ定着方式
であれば、加圧ローラと接する定着ローラ側にトナーと
逆極性の電圧を印加し、加圧ローラ表面の電位を下げ
て、トナーオフセットを防止することができるが、フイ
ルム定着方式では、フイルムに電圧を印加することは困
難である。

【００１８】また、加圧ローラ芯金に電圧を印加する場
合、加圧ローラの弾性層にカーボン等のフィラーを添加
して、低抵抗もしくは中抵抗にする必要があるが、フイ
ラーを均一に分散させることが困難である。

【００１９】また均一に分散させたとしても、弾性層の
硬度が相対的に増し、定着ニップＮを広くとることが困
難になる。この場合、フイルム定着方式では従来の熱ロ
ーラ方式よりも加圧力が低いために、ニップが小さくな
ることで定着性を損なうことになる。

【００２０】本発明は、上記従来のフィルム定着方式に
おける静電オフセットにより生じる加圧ローラのトナー
による汚れを原因とする転写材の斑点状汚れを防止し、
常に良好な定着画像が得られる加熱定着装置および該加
熱定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的
とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を有
することを特徴とする加熱装置およびこれを備えた画像
形成装置である。

【００２２】（１）前記発熱部材に対向して配置される
加圧部材と、前記発熱部材を内包するように該発熱部材
と前記加圧部材との間に挟持された定着フィルムと、前
記加圧部材に当接して配置された帯電部材と、前記帯電
部材に電圧を印加する電圧印加手段とを備えた加熱装置
である。

【００２３】（２）発熱部材に対向して配置される加圧
部材と、前記発熱部材を内包するように該発熱部材と前
記加圧部材との間に挟持された定着フィルムと、前記加
圧部材に当接して配置されたクリーニング部材と、前記
クリーニング部材に電圧を印加する電圧印加手段とを備
えた加熱装置である。

【００２４】（３）前記クリーニング部材は少なくとも
金属または１０⁴ Ω・ｃｍ以上１０¹⁶Ω・ｃｍ以下の体
横抵抗を有する樹脂からなり、スクレーパまたはブレー
ドであることを特徴とする加熱装置である。

【００２５】（４）原稿画像あるいは入力した画像信号
に対応したトナー画像を像担持体に形成し、この像担持
体上のトナー画像を記録材上に転写する画像形成手段
と、この画像形成手段により前記記録材上に形成された
トナー画像を該転写材に加熱定着させる請求項１から請
求項３のうちのいずれか１項記載の加熱装置とを備えた
画像形成装置である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を添
付図面に基づいて詳細に説明する。

【００２７】実施の形態１．図１はこの発明の実施の形
態１による画像形成装置を示す概略構成図であり、図１
において、１０は像担持体としてのドラム型の電子写真
感光体（以下、感光ドラムと称す）であり、この感光ド
ラム１０は、たとえばＯＰＣ感光ドラムなどがある。

【００２８】この感光ドラム１０の上方には、帯電手段
としての一次帯電装置１１が配設されている。この一次
帯電装置１１は、画像形成時に、感光ドラム１０の表面
を一様に帯電するもので、帯電された感光ドラム１０の
表面には、原稿画像などの画像信号に対応した画像露光
光１２がミラー１５〜１７を介して照射されることによ
り静電潜像が形成される。そして、現像装置１３は、感
光ドラム１０上の静電潜像を現像してトナー像を形成す
る。

【００２９】本実施の形態１で使用されるトナーは、体
積平均粒径約７μｍの１成分ネガトナーであり、結着樹
脂は主にポリエステルである。このトナーのガラス転移
温度（Ｔｇ）は約６０℃で、軟化温度あるいは定着可能
温度（Ｔｍ）は約１３０℃である。

【００３０】転写手段である転写帯電装置１４は、感光
ドラム１０上のトナー画像を転写材としての転写紙１８
へ転写するもので、感光ドラム上のトナー画像が転写さ
れた後の転写紙１８は、転写材搬送装置３２により定着
装置１９へと搬送され、この加熱定着装置１９において
トナー画像が定着され、出力画像として形成して排出さ
れる。なお、上記の感光ドラム１０、一次帯電装置１
１、現像装置１３及び転写帯電装置１４により画像形成
手段１８を構成している。

【００３１】上記定着装置１９は、図２に示すようにフ
ィルム定着方式の定着装置であり、耐熱性の高い材料で
形成されたエンドレスベルト状の定着フィルム２５は、
支持体２１に支持された発熱部材であるヒータ２０に摺
接するように、ヒータ２０と略平行に配設された駆動ロ
ーラ２６と従動ローラ２７との間に懸回張設されてい
る。

【００３２】また、上記ヒータ２０の下面には、定着フ
ィルム２５を介在させて加圧部材としての加圧ローラ２
８が、付勢手段（図示せず）によって例えば総圧力５ｋ
ｇ重程度の当接圧で対向圧接されている。この加圧ロー
ラ２８は、シリコンゴム等の離型性の良いゴム弾性層、
ないしはさらにその表面に、シリコンゴムよりもさらに
離型性のよいＰＦＡ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰ等のフッ素樹脂
層を有しており、ヒータ２０に圧接することで定着ニッ
プＮを形成している。加圧ローラ２８の外径は２０ｍｍ
ないしは３０ｍｍである。

【００３３】そして、駆動ローラ２６が回転駆動手段と
しての駆動モータＭにより時計方向に回転駆動すると、
テンションローラを兼ねる従動ローラ２７により所定の
テンションを与えられた定着フィルム２５は、時計回り
方向に所定の周速度で回転し、この定着フィルム２５の
周回走行に伴い加圧ローラ２８も反時計回り方向に従動
回転し、これにより転写材Ｐは、定着フィルム２５と加
圧ローラ２８との間に挟持されながら搬送されることに
なる。駆動モータＭは、後述する加圧ローラクリーニン
グモード選択スイッチ３１により選択した検知信号によ
り所定のタイミングで回転することが可能となってい
る。

【００３４】このように周回される定着フィルム２５
は、繰り返してトナー像の加熱定着に供されることにな
るから、耐熱性、離型性、耐磨耗性に優れたフィルム
で、かつ一般的には総厚１００μｍ以下、好ましくは４
０μｍ以下の薄肉のものを使用する。例えば、ポリイミ
ド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ等の耐熱樹脂の単層、
あるいはこれらの耐熱樹脂の表面を、ＰＦＡ，ＰＴＦ
Ｅ，ＦＥＰ等のフッ素樹脂層復合層で被覆したフィルム
を使用すると良い。周長は３０ないし６０ｍｍである。

【００３５】また、ヒータ２０は、厚み１．０ｍｍ、帽
１０．０ｍｍ、長さ３５０ｍｍの良熱伝導体、例えばア
ルミナ、窒化アルミニウム等の基板上に電気抵抗材料を
幅２．５ｍｍ、長さ３００ｍｍに塗工したものであり、
この電気抵抗材料に通電することで熱エネルギーを発生
させるようにしている。

【００３６】さらに、上記ヒータ２０の基板の背面に
は、温度検知手段としての温度センサー２９が装着され
ており、この温度センサー２９には、画像形成動作の実
行中にヒータ２０の基板が所定の設定温度（温調温度）
になるように、この温度センサーにより検知した温度に
応じて、ヒータ２０へ供給する電力を制御する通電制御
手段である通電制御部３０が接続されている。また、こ
の通電制御部３０は、ヒータ２０へ供給する電力を制御
している。

【００３７】加圧ローラ２８の下部には、帯電部材とし
てのスクレーパ５１が、加圧ローラ２８の回転方向に対
し順方向に設置されている。図２に示すスクレーパ５１
は厚さ２０〜５００μｍのステンレスで形成されている
が、鉄、アルミニウム等で形成することも可能である。
また、スクレーパ５１には電圧印加手段としての電源５
２が接統されており、直流電圧Ｖが印加されている。

【００３８】表１は図２に示す定着装置１９を適用した
画像形成装置を、以下の条件で１００Ｋ枚連続通紙試験
したときの、直流電圧Ｖと斑点状汚れ、スクレーパ５１
上に蓄積された溶融固着トナーによる加圧ローラ２８停
止の発生の程度の関係を示したものである。

【００３９】

【表１】 上記結果から、本実施の形態１のようなネガトナーの場
合、転写材上のトナーの大部分がプラスの転写バイアス
により、正極性に反転しており、表層材質が負極性に帯
電しやすいＰＦＡ，ＰＴＦＥ等で形成されている加圧ロ
ーラ２８の表面に付着しやすいため、４００Ｖ以上の正
極性の電圧を印加することにより、加圧ローラ表面のマ
イナス電位を下げているためと考えられる。

【００４０】また、加圧ローラ２８の表層が同じでポジ
トナーを使用した場合にも、転写材上トナーの中に反転
していない成分が含まれており、これが加圧ローラ２８
の汚れの原因になるため、この場合も適当な大きさの正
極性の電圧を印加すると同様に斑点状汚れを防止するこ
とができる。

【００４１】本出願人らの実験では、加圧ローラ２８の
表層材料が通紙時にどの極性に帯電するかによって決ま
り、一般には帯電極性と反対極性の電圧を印加すること
で斑点状汚れを防止する効果が得られる。

【００４２】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、加圧ローラ２８に当接させた金属スクレーパ５１に
電圧を印加することにより、斑点状の汚れを防止するこ
とができる。

【００４３】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２によるフィルム定着方式の定着装置を示す断面図で
あり、前記図２に示す実施の形態１と同一部分には同一
符号を付して重複説明を省略する。図３に示すスクレー
パ１００は厚さ２０〜５００μｍの耐熱性のポリイミド
樹脂を基材１０１としている。この基材１０１として
は、ポリイミド樹脂以外にも、フェノール樹脂やポリエ
ーテルイミド、ＰＥＳ，ＰＰＳといった耐熱樹脂や液晶
ポリマー、あるいはこれらの樹脂にガラスやカーボン繊
維などを混合し、強度を上げたものを用いることができ
る。

【００４４】また、スクレーパ１００の表面には、表面
抵抗１０７Ω／口以下、厚み３〜８μｍのプライマー層
１０２が設けてある。このプライマー層１０２は絶縁性
・離型性にすぐれた体積抵抗１０ １１Ω・ｃｍ以上、
厚さ５〜２０μｍのＰＦＡ，ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂や
シリコン樹脂からなる離型層１０３が接着されている。

【００４５】本実施の形態２では、体積抵抗１０ １４
Ωｃｍ、厚み１００μｍのポリイミド基材１０１の表面
に、表面抵抗５×１０４Ω／口、厚み６μｍのプライマ
ー１０２、さらにその上にＰＦＡ，ＰＴＦＥの比が７５
／２５からなるフッ素樹脂を厚み１０μｍでスプレー塗
布したものを使用した。このフッ素樹脂層の体積抵抗は
１０ １２Ω・ｃｍである。

【００４６】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、スクレーパ１００を中抵抗化させることで、スクレ
ーパの環境安定性が増し、湿度や温度などを検知し、制
御をかけないでも安定した性能が得られる。

【００４７】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３によるフィルム定着方式の定着装置として用いられ
る加熱装置を示す断面図であり、前記図２に示す実施の
形態１と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略
する。本実施の形態３では、図４に示すように、スクレ
ーパ５１に電圧印加手段としての直流電源５３と交流電
源５４を接続し、重畳電圧を印加できるようにしたもの
で、直流成分としてＶｄｃ＝十２００Ｖ、交流成分とし
てＶｐｐ＝１．４ｋＶ，Ｖｆ（周波数）＝２ｋＨｚが印
加されている。

【００４８】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、交流電圧をかけることにより、クリーニング能力が
向上し、１００Ｋ通紙後も斑点状の汚れは発生しなかっ
た。この結果、長期耐久試験における安定性がさらに向
上した。

【００４９】実施の形態４．本実施の形態４は湿度セン
サー（図示せず）から湿度の情報を得て、この情報に基
づいてスクレーパ５１に印加する電圧を制御する。つま
り、トナーオフセットの生じ易い低湿環境では電圧を上
げて汚れを防止するようにする。このように、適切な電
圧に制御するため、スクレーパの抵抗値変動も少なく、
長期にわたって安定した性能を得られる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、発熱部材に対向して配置される加圧部材に当接して
帯電部材を設け、この帯電部材に電圧を印加するように
構成したので、加圧部材の汚れの原因となるチャージア
ップを防止することができる効果がある。

【００５１】また、この発明によれば、発熱部材に対向
して配置される加圧部材に当接してクリーニング部材を
設け、このクリーニング部材に電圧を印加するように構
成したので、トナーの静電オフセットによる加圧部材の
汚れを防止することができる効果がある。

【００５２】また、この発明によれば、クリーニング部
材を金属または１０⁴ Ω・ｃｍ以上１０¹⁶Ω・ｃｍ以下
の体積抵抗を有する樹脂からなるスクレーパもしくはブ
レードで形成するように構成したので、より効果的に上
記効果を得られる。

【００５３】また、この発明によれば、発熱部材に対向
して配置される加圧部材に当接して帯電部材を設け、こ
の帯電部材に電圧を印加する加熱装置あるいは発熱部材
に対向して配置される加圧部材に当接してクリーニング
部材を設け、このクリーニング部材に電圧を印加する加
熱装置を、画像形成装置の定着装置として用いるように
構成したので、静電オフセットにより生じる加圧部材の
トナーによる汚れを原因とする転写材の斑点状汚れを防
止し、良好な定着画像が得られる画像形成装置を提供す
ることができる。また、電圧の制御により、環境安定性
が高く、耐久性の高い画像形成装置を提供することがで
きる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１による画像形成装置を
示す概略構成図である。

【図２】 この画像形成装置に適用した本発明の加熱装
置を用いたフィルム定着方式の定着装置を示す断面図で
ある。

【図３】 この発明の形態２による加熱装置を用いたフ
ィルム定着方式の定着装置を示す断面図である。

【図４】 この発明の形態３による加熱装置を用いたフ
ィルム定着方式の定着装置を示す断面図である。

【図５】 従来の加熱装置を適用したフイルム定着方式
の定着装置を示す断面図である。

【図６】 従来の他のフイルム定着方式の加熱定着装置
を示す断面図である。

【符号の説明】

１０：像担持体（感光ドラム） １１：一次帯電装置（画像形成手段） １２：画像露光（画像形成手段） １３：現像装置（画像形成手段） １４：転写帯電装置（画像形成手段） １８：転写材 １９：定着装置 ２０：ヒータ（発熱部材） ２５：定着フィルム ２８：加圧ローラ（加圧部材） ５０、１００：スクレーパ（帯電部材） ５２：電源（電圧印加手段） ５３：直流電源（電圧印加手段） ５４：交流電源（電圧印加手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱部材に対向して配置される加圧部材
   と、前記発熱部材を内包するように該発熱部材と前記加
   圧部材との間に挟持された定着フィルムと、前記加圧部
   材に当接して配置された帯電部材と、前記帯電部材に電
   圧を印加する電圧印加手段とを備えたことを特徴とする
   加熱装置。
2. 【請求項２】 発熱部材に対向して配置される加圧部材
   と、前記発熱部材を内包するように該発熱部材と前記加
   圧部材との間に挟持された定着フィルムと、前記加圧部
   材に当接して配置されたクリーニング部材と、前記クリ
   ーニング部材に電圧を印加する電圧印加手段とを備えた
   ことを特徴とする加熱装置。
3. 【請求項３】 前記クリーニング部材は少なくとも金属
   または１０⁴ Ω・ｃｍ以上１０¹⁶Ω・ｃｍ以下の体積抵
   抗を有する樹脂からなり、スクレーパまたはブレードで
   あることを特徴とする請求項２記載の加熱装置。
4. 【請求項４】 原稿画像あるいは入力した画像信号に対
   応したトナー画像を像担持体に形成し、この像担持体上
   のトナー画像を記録材上に転写する画像形成手段と、こ
   の画像形成手段により前記記録材上に形成されたトナー
   画像を該転写材に加熱定着させる請求項１から請求項３
   のうちのいずれか１項記載の加熱装置とを備えたことを
   特徴とする画像形成装置。