JP3869964B2

JP3869964B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3869964B2
Application number: JP37675598A
Authority: JP
Inventors: 喜美倉持
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JP2000194206A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真プロセス等を用いた複写機・ファクシミリ・プリンタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
より詳しくは、電子写真感光体等の像担持体に可転写像を形成担持させ、その可転写像を像担持体から転写材（記録材）に接触式転写手段で静電転写させ、転写材に転写された可転写像を接触式定着手段で転写材に定着させる行程を有する画像形成装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
図４にそのような画像形成装置例の概略構成模型図を示した。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザビームプリンタである。
【０００４】
１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。
【０００５】
感光ドラム１はその回転過程において一次帯電装置（帯電器）２によりその周面が所定の極性・電位に一様に帯電処理される。一次帯電装置２は本例のものは感光ドラム１面に当接させて配設した接触帯電部材としての帯電ローラと、この帯電ローラに帯電バイアスを印加する電源（不図示）からなる。帯電ローラ２に所定の帯電バイアスが印加されることで、回転感光ドラム１面が所定の極性・電位例えばほぼ−７００Ｖ（暗部電位ＶＤ）に接触帯電方式で一様に帯電処理される。
【０００６】
次いで、その回転感光ドラム１の一様帯電処理面に画像露光装置としてのレーザスキャナ３により目的の画像情報パターンに対応のレーザビーム走査露光Ｌがなされることにより、感光ドラム１面のレーザビーム走査露光部分の帯電電位が例えば−１５０Ｖ（明部電位ＶＬ）に減衰して、非露光部分の上記−７００Ｖの暗部電位ＶＤとの電位コントラストにより感光ドラム１面に目的の画像情報パターンに対応した静電潜像が形成される。
【０００７】
その静電潜像がトナー現像装置（現像器）４により可転写のトナー画像として現像される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法等が用いられる。レーザビームプリンタの場合はイメージ露光と反転現像との組み合わせで用いられることが多い。本例ではトナー現像装置４はネガトナーを用いた反転現像装置であり、感光ドラム１面に形成された静電潜像の明部電位ＶＬ部分（レーザビーム走査露光部分）にトナーが付着して静電潜像が反転現像される。
【０００８】
５は転写帯電装置（転写帯電器）である。感光ドラム１面に圧接させて転写ニップ部位である転写部位Ｔを形成させた接触転写部材としての転写ローラ６と、この転写ローラに所定の転写バイアスを印加する電源７からなる。転写ローラ６に印加する転写バイアスはトナーの帯電極性とは逆極性にされる。本例では正の転写バイアス例えば＋２〜３ｋＶの転写バイアスを転写部位Ｔを転写材Ｐが通過している間転写ローラ６に印加している。
【０００９】
転写材Ｐは給紙カセットＣから給紙ローラ９と分離部材（不図示）との協動により１枚分離給紙され、レジストローラ１０と転写前ガイド部材１１を通って転写部位Ｔに導入される。レジストローラ１０は給紙部からの給紙転写材の斜行修正をするとともに、感光ドラム側の画像形成と同期をとって適切なタイミングで転写材Ｐを転写部位Ｔに給送する。転写前ガイド部材１１は転写材Ｐを転写部位Ｔに対して適切な挿入角度で進入させる役目をしている。この転写前ガイド部材１１は導電性であり、バリスタ１２を介してグランドＧに接続されている。
【００１０】
転写材Ｐは転写部位Ｔを挟持搬送され、その間転写ローラ６に転写バイアスが印加されることで転写材Ｐの裏面がトナーの帯電極性（負）とは逆極性の正に接触帯電されて転写部位Ｔにおいて感光ドラム１面側のトナー像が転写材Ｐの表面側に順次に静電転写されて行く。
【００１１】
転写部位Ｔを出た転写材は感光ドラム１面から順次に分離されて定着装置（定着器）１３に導入され、トナー像の定着処理を受け、画像形成物として排出搬送される。また、転写材分離後の感光ドラム１面はクリーニング装置８により転写残トナー等の残留付着物の除去を受けて清掃され繰り返して作像に供される。
【００１２】
本例における定着装置１３は例えば特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報等に開示の、円筒状の定着フィルムを用いたフィルム加熱方式、加圧ローラ駆動式の加熱装置である。
【００１３】
１４と１５は互いに上下に当接させて定着ニップ部（加熱ニップ部）Ｎを形成させた定着部材（加熱部材）と加圧部材である。
【００１４】
定着部材１４は、加熱体としてのヒータ１４ａ、ステイホルダー１４ｂ、円筒状の耐熱性フィルム（定着フィルム）１４ｃ等から構成されている。加圧部材１５は弾性加圧ローラである。
【００１５】
ヒータ１４ａは例えば所謂セラミックヒータである。セラミックヒータは、アルミナ等の耐熱性・電気絶縁性・良熱伝導性・低熱容量のセラミック基板と、この基板面に形成具備させたＡｇ／Ｐｄ等の通電発熱体のパターン層を基本構成とし、通電発熱体パターン層に給電回路から給電されることにより該通電発熱体パターン層が発熱してヒータ１が全体的に迅速に昇温し、その昇温が不図示の温度検知素子で検知され、その検知温度情報が温度制御回路に入力してヒータの温度が所定の温度に維持されるように給電回路が制御される。
【００１６】
ステイホルダー１４ｂは、ヒータ１４ａを保持し、ニップ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。本例のステイホルダー１４ｂは横断面円弧状樋型の横長で、耐熱性、電気絶縁性で、高い加重に耐えられる部材であり、ヒータ１４ａはこのステイホルダー１４ｂの下面のほぼ中央部に部材長手に沿って設けた溝部に加熱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。
【００１７】
定着フィルム１４ｃは円筒状の耐熱性フィルムであり、ヒータ１４ａを含むステイホルダー１４ｂ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、ステイホルダー１４ｂは定着フィルム１４ｃを内面から支える。
【００１８】
定着フィルム１４ｃ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等を基層としたフィルムである。また、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１４ｃの総厚みとしては２０μｍ以上１００μｍ以下が最適である。さら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ないし単独で被覆したものである。
【００１９】
加圧部材としての弾性加圧ローラ１５は、芯金と、その外側に設けたシリコンゴム等の耐熱性の弾性離型層からなる。
【００２０】
この弾性加圧ローラ１５は、不図示の軸受部材に保持させ、ステイホルダー１４ｂの下面側に固定支持させたヒータ１４ａの下向きの加熱面に対して定着フィルム１４ｃ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Ｎを形成するべく十分に加圧されている。
【００２１】
弾性加圧ローラ１５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）。この弾性加圧ローラ１５の回転駆動による該ローラ１５の外面と定着フィルム１４ｃの外面との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力で定着フィルム１４ｃに回転力が作用して、該定着フィルム１４ｃはその内面が定着ニップ部Ｎにおいてヒータ１４ａの下向き加熱面に密着して摺動しながら矢印の時計方向に弾性加圧ローラ１５の回転周速度にほぼ対応した周速度をもってステイホルダー１４ｂの外回りを従動回転状態になる。
【００２２】
この場合、ステイホルダー１４ｂの外回りを従動回転する円筒状の定着フィルム１４ｃはその周長の定着ニップ部Ｎ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。
【００２３】
定着フィルム１４ｃはその内面側がヒータ１４ａおよびステイホルダー１４ｂの外面の一部に摺擦しながら回転するため、ヒータ１４ａおよびステイホルダー１４ｂと定着フィルム１４ｃ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１４ａおよびステイホルダー１４ｂ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１４ｃはスムーズに回転することが可能となる。
【００２４】
また、定着フィルム１４ｃにはその肉厚内に導電性層を具備させてあり、トナーを熱で転写材Ｐに定着するときに転写材Ｐからでる水蒸気でトナーが動くのを防止するために電源１６からその導電性層にトナーの帯電極性と同極性、本例では負のトナー移動防止バイアスを印加している。
【００２５】
而して、弾性加圧ローラ１５が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム１４ｃがステイホルダー１４ｂの外回りを従動回転状態になり、ヒータ１４ａに通電がなされて該ヒータ１４ａの発熱で定着ニップ部Ｎ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Ｎに、未定着トナー像を担持させた転写材Ｐが導入され、定着ニップ部Ｎにおいて転写材Ｐの未定着トナー像担持面側が定着フィルム１４ｃの外面に密着して定着フィルム１４ｃと一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。
【００２６】
この転写材Ｐの挟持搬送過程において、ヒータ１４ａの熱が定着フィルム１４ｃを介して転写材Ｐに付与され、転写材Ｐ上の未定着トナー像が熱と圧力をかけられることで定着される。
【００２７】
転写材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過すると定着フィルム１４ｃの外面から曲率分離して排紙部へ搬送される。
【００２８】
バリスタ１２は転写材Ｐの汚れを防止する役目をする。即ち低湿度環境では転写材Ｐと転写前ガイド部材１１との摩擦によって転写前ガイド部材１１は帯電する。転写前ガイド部材１１の電位はプラスであり、バリスタ１２がない場合には１０００Ｖくらいに達するのでトナーを引き付けて、転写前ガイド部材１１にトナーが付着する。この付着したトナーが次の転写材に付着して汚れとなる。バリスタ１２があると、転写前ガイド部材１１の電位はバリスタ１２の降伏電圧Ｖｔｈ１以上になるとバリスタ１２に電流が流れて降伏電圧Ｖｔｈ１に保たれるので、トナーを充分に引き付ける電位には達しない。従って、転写材は汚れない。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来例の画像形成装置では高湿環境下で湿気を帯びて低抵抗化した転写材Ｐが図４のように定着装置１３の定着ニップ部Ｎ、転写帯電装置５の転写部位Ｔ、転写前ガイド部材１１の３者にかかっている状態（跨がって存在している状態）になると、転写帯電装置５の電流は低抵抗化した転写材Ｐを通して定着装置１３の定着フィルム１４ｃから負の電源１６に流れる。
【００３０】
図５にこの状態での等価回路を示す。Ｒｌは定着装置１３と転写部位Ｔとの間の転写材Ｐの抵抗、Ｒ２は転写ローラ６の抵抗、Ｒ３は転写部位Ｔと転写前ガイド部材１１との間の抵抗、７は転写ローラ６に対する転写バイアス印加電源、１６は定着フィルム１４ｃに対するトナーオフセット防止バイアス印加電源である。
【００３１】
転写バイアス印加電源７の電流は転写ローラ６の抵抗Ｒ２と定着フィルム１４ｃと転写部位Ｔとの間の転写材Ｐの抵抗Ｒｌを通して電源１６に流れる。このとき、バリスタ１２に印加される電圧はバリスタ１２の降伏電圧より低いため、バリスタ１２にはほとんど電流は流れない。
【００３２】
そして、転写材Ｐの電位ＶＰは転写ローラ６の抵抗Ｒ２に比べて定着フィルム１４ｃと転写部位Ｔとの間の転写材Ｐの抵抗Ｒｌが充分小さいときは負電位になる。
【００３３】
ここでは感光ドラム１上のトナーの電位（＝明部電位）はＶＬ＝−１５０Ｖとして説明する。上述したように、転写部位Ｔでの転写材Ｐの電位ＶＰが負電位になり、感光ドラム１上のトナーの電位ＶＬより小さくなると（例えばＶＬ＝一１５０Ｖ、ＶＰ＝−２００Ｖ）、転写材Ｐは感光ドラム１上のトナーを引き寄せることができなくなり、感光ドラム１上のトナー量に対する転写材Ｐ上のトナー量で示される転写効率は低下する。
【００３４】
そこで本発明の目的は、定着部材に像オフセット防止用バイアスを供給していても、転写材Ｐが吸湿して低抵抗化したときの転写効率を低下させない画像形成装置を提供することである。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする画像形成装置である。
【００３６】
（１）帯電極性が負極性のトナーの像を担持する像担持体と
前記像担持体に接触して転写ニップ部を形成する転写部材と、前記転写部材に正極性の電圧を印加する転写バイアス印加電源を有し前記像担持体から転写材へトナー像を転写する転写帯電器と、
前記転写ニップ部へ転写材を導く導電性のガイド部材と、
定着部材と、前記定着部材と共に定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材の導電性層に負極性の電圧を印加するトナーオフセット防止バイアス電源と、を有し、前記定着ニップ部で転写材上のトナー像を定着する定着器と、
を有し、前記ガイド部材と前記定着ニップ部間の距離が転写材の長さより短い画像形成装置において、
前記ガイド部材と前記転写ニップ部間の距離が前記転写ニップ部と前記定着ニップ部間の距離よりも短くなっており、カソードに正極性の電圧が印加された時に定電圧特性を示し、前記カソードに負極性の電圧が印加された時に略短絡状態を示す片方向定電圧素子が前記カソードを前記ガイド部材側にして前記ガイド部材と接地間に繋がっており、低抵抗の転写材が前記ガイド部材と前記定着ニップ部の両方に接触している時、接地から前記片方向定電圧素子及び転写材を介して前記トナーオフセット防止バイアス電源へ電流が流れることを特徴とする画像形成装置。
（２）前記定着部材はフィルムと前記フィルムの内周面に接触するように固定配置されたヒータを有し、前記定着ニップ部は前記フィルムを介して前記ヒータと前記加圧部材によって形成されており、前記導電性層は前記フィルムに設けられていることを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
【００４２】
〈作用〉
上記の構成において、片方向定電圧素子を転写部位での転写材の電位が負のときはグランドからこの素子と導電性のガイド部材を通して転写材に電流が流れ、転写部位での転写材の電位が正のときは定電圧特性を示す方向に挿入する。
【００４３】
すると、転写部位での転写材の電位が負になろうとしてもグランドから電流が流れるため転写部位での転写材の電位は零ボルト付近にとどまる。
【００４４】
このため、転写材Ｐが吸湿して低抵抗化しても、転写部位での転写材の電位（ほぼ０Ｖ）は像担持体上の可転写像の電位よりも高いために像担持体から転写材へ可転写像を引き寄せることができ、転写効率は低下しない。
【００４５】
すなわち、導電性のガイド部材を片方向のみに定電圧特性を示す片方向定電圧素子で接地し、この素子を転写部位での転写材の電位が負のときはグランドからこの素子とガイド部材を通して転写材に電流が流れる方向に挿入することで、転写材が吸湿して低抵抗化しても像担持体から転写材へ可転写像を引き寄せることができ、転写効率は低下しない。
【００４６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態例に係る画像形成装置の概略構成模型図、図２は該装置の等価回路、図３は片方向定電圧素子の特性を示す図である。
【００４７】
本例の画像形成装置は前述した図４のプリンタと同様に転写式電子写真プロセス利用のレーザビームプリンタである。
【００４８】
本例のプリンタは図４のプリンタにおいて導電性の転写前ガイド部材１１とグランドＧとの間に介在させたバリスタ１２を片方向定電圧素子１７にしたものである。その他のプリンタ構成は図４のプリンタと同様であるので同じ構成部材・部分は同じ符号を付して再度の説明を省略する。
【００４９】
ここでは、説明を容易にするために片方向定電圧素子１７としてアバランシェタイプのダイオードを用いた場合について説明するが、図３の特性を示す素子であればなんでもよい。例えばツェナータイオードでもよい。
【００５０】
転写前ガイド部材１１は導電性であり、片方向定電圧素子１７（アバランシェタイプのダイオード）を介してグランドＧに接続さている。接続の方向はカソードが転写前ガイド部材１１側である。
【００５１】
図３の（ａ）図はアバランシェタイプのダイオード１７のカソードに正電圧を印加した場合であり、その特性は（ｃ）図の（ａ）領域である。電源の電圧Ｅを増加していくとアバランシェタイプダイオード１７の電圧Ｖは増加する。そして、アバランシェタイプダイオード１７の電圧Ｖが、アバランシェタイプのダイオードがアバランシェ降伏を起こす電圧Ｖｔｈに達すると、電源の電圧Ｅを増加してもアバランシェタイプダイオードの電圧Ｖは電圧Ｖｔｈより極端に大きくはならない。
【００５２】
一方、（ｂ）図はアバランシェタイプのダイオード１７のカソードに負電圧を印加した場合であり、その特性は（ｃ）図の（ｂ）領域である。電源の電圧Ｅを増加していくとアバランシェタイプダイオードの電圧Ｖはほとんど増加せずに電流は急激に増加する。つまりほぼ短絡状態となる。
【００５３】
次に、高湿環境下で転写材Ｐが吸湿して低抵抗化した時について説明する。転写材Ｐが図１のように定着装置１３の定着ニップ部Ｎ、転写帯電装置５の転写部位Ｔ、転写前ガイド部材１１の３者にかかっている状態になると、転写帯電装置５の電流は低抵抗化した転写材Ｐを通して定着フィルム１４ｃから負の高圧電源１６に流れる。ここまでは従来例と変わらない。
【００５４】
この状態での等価回路を図２に示す。電流Ｉ１が流れると転写部位Ｔでの転写材Ｐの電位ＶＰは負になる。ＶＰが負になるとアバランシェタイプのダイオード１７のカソードは負電圧を印加した状態になるため、グランドＧからアバランシェタイプのダイオード１７→抵抗Ｒ３→抵抗Ｒｌを通して電源１６に電流Ｉ２が流れる。転写部位Ｔでの転写材Ｐは抵抗Ｒ３を介してグランドＧを短絡した状態となる。そして、抵抗Ｒ３は抵抗Ｒｌに比べて充分小さいため、転写部位Ｔでの電位ＶＰは零ボルトに近づく。このため、転写部位Ｔでの転写材Ｐの電位ＶＰ（ほぼ０Ｖ）は感光ドラム１上のトナーの電位ＶＬ（−１５０Ｖ）よりも高いために感光ドラム１からトナーを引き寄せることができ、転写効率は低下しない。
【００５５】
片方向定電圧素子１７はバリスタ１２と同じ機能（転写材の汚れ防止）も同時にもつ。即ち、低湿度環境では転写材Ｐと転写前ガイド部材１１との摩擦によって転写前ガイド部材１１は帯電するが、転写前ガイド部材１１の電位は片方向定電圧素子１７の降伏電圧Ｖｔｈ１以上になると片方向定電圧素子１７に電流が流れて降伏電圧Ｖｔｈ１に保たれるので、トナーを充分に引き付ける電位には達しない。従って、転写材は汚れない。
【００５６】
本発明において、像担持体１は電子写真感光体に限られず、静電記録誘電体、磁気記録磁性体、カラー画像形成装置における中間転写体など任意であり、またそれらに対する可転写像の形成原理・プロセス手段も任意である。
【００５７】
定着装置１３も加熱体としてセラミックヒータ１４ａを用いたフィルム加熱方式の加熱装置に限られず、加熱体として電磁誘導発熱性部材を用いたもの、熱ローラ方式の加熱装置、圧力定着装置などその他の接触式定着手段を用いることができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電子写真感光体等の像担持体に可転写像を形成担持させ、その可転写像を像担持体から転写材に接触式転写手段で静電転写させ、転写材に転写された可転写像を接触式定着手段で転写材に定着させる行程を有する画像形成装置について、定着部材に像オフセット防止用バイアスを供給していても、転写材が吸湿して低抵抗化したときの転写効率を低下させない画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る画像形成装置の概略構成模型図
【図２】該装置の等価回路
【図３】片方向定電圧素子（アバランシェタイプダイオード）の特性を示す図
【図４】従来例の画像形成装置の概略構成模型図
【図５】該装置の等価回路
【符号の説明】
１・・像坦持体（感光ドラム）、２・・一次帯電装置（帯電ローラ）、３・・画像露光装置（レーザスキャナ）、４・・現像装置、５・・転写帯電装置、６・・転写ローラ、７・・転写バイアス印加用の高圧電源、８・・クリーニング装置、Ｃ・・給紙カセット、Ｐ・・転写材、９・・給紙ローラ、１０・・レジストローラ、１１・・転写前ガイド部材（導電性）、１２・・バリスタ、１３・・定着装置、１４・・定着部材、１５・・加圧部材（弾性加圧ローラ）、１６・・トナーオフセット防止バイアス印加用の高圧電源、１７・・片方向定電圧素子

Claims

帯電極性が負極性のトナーの像を担持する像担持体と
前記像担持体に接触して転写ニップ部を形成する転写部材と、前記転写部材に正極性の電圧を印加する転写バイアス印加電源を有し前記像担持体から転写材へトナー像を転写する転写帯電器と、
前記転写ニップ部へ転写材を導く導電性のガイド部材と、
定着部材と、前記定着部材と共に定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材の導電性層に負極性の電圧を印加するトナーオフセット防止バイアス電源と、を有し、前記定着ニップ部で転写材上のトナー像を定着する定着器と、
を有し、前記ガイド部材と前記定着ニップ部間の距離が転写材の長さより短い画像形成装置において、
前記ガイド部材と前記転写ニップ部間の距離が前記転写ニップ部と前記定着ニップ部間の距離よりも短くなっており、カソードに正極性の電圧が印加された時に定電圧特性を示し、前記カソードに負極性の電圧が印加された時に略短絡状態を示す片方向定電圧素子が前記カソードを前記ガイド部材側にして前記ガイド部材と接地間に繋がっており、低抵抗の転写材が前記ガイド部材と前記定着ニップ部の両方に接触している時、接地から前記片方向定電圧素子及び転写材を介して前記トナーオフセット防止バイアス電源へ電流が流れることを特徴とする画像形成装置。
前記定着部材はフィルムと前記フィルムの内周面に接触するように固定配置されたヒータを有し、前記定着ニップ部は前記フィルムを介して前記ヒータと前記加圧部材によって形成されており、前記導電性層は前記フィルムに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。