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発明の名称 加熱装置およびこれを備えた画像形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−143264
公開日 平成11年(1999)5月28日
出願番号 特願平9−325254
出願日 平成9年(1997)11月11日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】高梨 幸雄
発明者 渡辺 督
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【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。
【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。
【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。
【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。
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28が、付勢手段(図示せず)によって例えば総圧力5kg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25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11、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28が、付勢手段(図示せず)によって例えば総圧力5kg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40μm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,PTFE,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52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 14Ωcm、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。




 

 


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