JP2004054182A

JP2004054182A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2004054182A
Application number: JP2002215270A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Obara; 小原　泰成
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: JP4164304B2

Abstract

【課題】定着ニップ部Ｎを形成する第１と第２の定着部材５０・５１を有し、未定着トナー像を静電的に担持している記録材１９を前記ニップ部Ｎで挟持搬送して未定着トナー像を記録材上に定着させる定着装置１３を備え、前記第１と第２の定着部材５０・５１のいずれか一方、または、そのニップ近傍で、記録材１９の通過に合わせてバイアスを印加する電圧印加手段５２〜５４を有する画像形成装置において、剥離オフセットの防止と尾引き防止の両立を図り、常に高品位な画像が得られるようにすることを目的とする。
【解決手段】搬送される記録材１３の後端を検出する手段４８を有し、この記録材の後端を検出する手段４８により、前記電圧印加手段５２〜５４の出力を切り替えるタイミングを決定することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は記録材（紙等の記録媒体）上に画像を形成する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
より詳しくは、定着ニップ部を形成する第１と第２の定着部材を有し、未定着トナー像を静電的に担持している記録材を前記定着ニップ部で挟持搬送して未定着トナー像を記録材上に定着させる定着装置を備え、前記第１と第２の定着部材のいずれか一方、または、その定着ニップ近傍で、記録材の通過に合わせてバイアスを印加する電圧印加手段を有する画像形成装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、記録材上に画像を形成する画像形成方法として電子写真方式が広く用いられている。その一般的な方法は、光導電性物質を利用した感光体上に帯電、露光を行って電気的潜像を形成し、この潜像を着色されたトナーで現像し、紙などの記録材上に転写したあと記録材ごと加熱、加圧してトナーを記録材上に溶融固着させて定着画像を得るものである。そして、感光体上の残留トナーをクリーニングし、上述の工程を繰り返すものである。
【０００４】
このような画像形成装置に使われる定着装置（定着器）として、内部に加熱源を有するローラやフィルム形状の熱定着手段と、この熱定着手段に加圧接触して定着ニップ部を形成し、記録材を搬送する弾性ローラの対が使用される。
【０００５】
従来、定着装置におけるトナーオフセット問題を解決する手段として、熱定着手段の表面へシリコンオイルなどの離型剤をウエブ、パッド等により塗布したり、あるいは、オフセットしたトナーをクリーニング部材へ回収する手法がとられていた。
【０００６】
しかし最近は、熱定着手段、弾性ローラのどちらか一方または双方に、バイアスを印加し、熱定着手段上へのトナーオフセットを防止する構成が普及している。すなわち、前記画像形成工程において、トナー像転写後の記録材はトナーと逆極性の電荷を帯びており、トナーは記録材上に静電的に保持されているが、この未定着トナー像の熱定着手段へのオフセットを防止するには、定着工程においてトナーを記録材に押しつける向きの電位差を発生させることが有効な手段となる。その結果、クリーニング部材が不要になり、定着装置の小型、低コスト化が図れる上、ユーザーがクリーニング部材を定期的に交換するといった手間も省けるようになる。
【０００７】
定着装置にバイアスを印加する方法としては、主に次の二つの方式がある。
【０００８】
Ａ）一つは、熱定着手段側は表面にトナーと同極性の電位を誘起させ、一方、熱定着手段に圧接する弾性ローラ側は、導電性ゴムを用いたローラ芯金にダイオードを介して接地し、電極効果によりトナーと同極性の電荷を除去する方式である。
【０００９】
Ｂ）もう一つは、熱定着手段側の導電性基体は接地、もしくはトナーと同極性の弱バイアスを印加し、熱定着手段に圧接する弾性ローラ側は、表面を低抵抗離型層としてトナーと逆極性のバイアスを印加する方式である。
【００１０】
前者Ａ）は、表面離型層として絶縁のフッ素樹脂を使用できるので離型性が高く汚れにくいというメリットがある反面、記録材の種類や印字率により記録材の保持する電荷が異なり、表面の電位が安定しにくいという欠点がある。また、熱定着手段表面にリークサイトがあると、吸湿した記録材の場合、記録材を伝わって転写−定着間で電流が流れるため記録材のトナー保持電荷が消失し、後方飛び散りが発生する場合がある。
【００１１】
一方後者Ｂ）は、記録材の裏からトナーを保持する電荷を供給できるため、記録材および定着部材表面の電位が安定し、オフセットが発生しにくいというメリットがある。
【００１２】
ところで、前記のように定着装置にバイアスを印加する場合、記録材と熱定着手段が静電吸着しやすく、記録材が保持する電荷により、熱定着手段からの分離時に剥離帯電を引き起しやすいという欠点があった。
【００１３】
この記録材による剥離帯電を防止するために、表面離型層よりも芯金を接着するプライマーを導電化して熱定着手段の静電容量を大きくするといった対策が施されている。
【００１４】
また、熱定着手段としてフィルムを用いた場合には、特許第３１２６５５２号の公報に記載されているように、トナー像と接する離型層および、その下のプライマ−層を低抵抗化することが提案されている。
【００１５】
さらに、前記のような構成に加え、分離時に記録材の電荷を除電することが有効な手段であることが知られている。
【００１６】
その方法として、記録材が定着ニップにある間はバイアスを印加して、記録材後端が定着ニップに到達するタイミングに合わせて印加バイアスをオフすることが提案されている。
【００１７】
また、定着装置のニップ近傍に配置された帯電部材にバイアスを印加して、記録材がくるタイミングに合わせて、記録材の裏からトナー保持電荷を供給する方法もある。
【００１８】
従来、定着装置またはそのニップ近傍に配置された電圧印加手段の出力を切り替えるタイミングは、画像書き出し信号（ＶＳＹＮＣ信号）を基準にして決められていた。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、記録材には裁断バラツキがあり、特に長尺紙ほどその許容寸法は大きくなる。一例を挙げると、ＩＳＯ２１６により定められた用紙寸法の許容差は、寸法が１５０ｍｍを超え６００ｍｍ以下である定型紙の場合には±２．０ｍｍが許容されている。
【００２０】
このように記録材の称呼寸法に対しズレが生じると、次のような不具合が発生する。
【００２１】
記録材後端が定着ニップに到達するタイミングに合わせて印加バイアスをオフする装置を例に説明する。
【００２２】
記録材の長さ（搬送方向長さ）が称呼寸法よりも短くなった場合には、記録材後端を除電するタイミングが遅れるため、熱定着手段としての定着ローラの表面が剥離帯電してしまう。その結果、定着ローラ一周後の記録材上の画像を乱したり、画像を剥ぎ取ってさらに定着ローラ一周後にオフセットを引き起こす、いわゆる「剥離オフセット」が発生する。
【００２３】
逆に、記録材の長さが称呼寸法よりも長い場合には、記録材上の未定着トナーが溶融固着する前に、記録材裏のトナー保持電荷が消失するため、記録材後端部で「後方飛び散り」が発生してしまうという問題がある。
【００２４】
また、両面プリントをおこなう場合には、記録材が１度定着装置を通過すると長さが縮むため、さらに記録材の寸法は変化することになる。
【００２５】
特に、近年のように、不定形サイズの記録材を扱うことを可能にした画像形成装置では、ユーザーが画像形成装置のオペレーションパネルやパソコンから記録材サイズを入力し、その入力サイズに基づいて定着装置のバイアスタイミングが決定されるため、入力サイズと記録材の実寸法のズレが生じやすく、前記不具合が発生する可能性が高かった。
【００２６】
さらに、転写ローラにより感光ドラム上のトナー像を記録材上に転写する装置では、文字の中抜けを防止するために感光ドラムよりも転写ローラの周速を早くしているため、印字条件により定着装置に送られた記録材後端の位置にズレが生じる。
【００２７】
図９は、周速Ｖ１で回転駆動される感光ドラム１に対し、転写ローラ４を当接させて転写ニップ部Ｔを形成させ、転写ローラ４を感光ドラム１に対して周速差を設けて回転駆動させ、転写ニップ部Ｔに記録材１９を導入して感光ドラム１面側のトナー像ｔを記録材１９の面に静電転写させる系の概略構成図である。
【００２８】
この場合、記録材１９の搬送スピードＶ３は、感光ドラム１の周速Ｖ１と転写ローラ４の周速Ｖ２の中間になるが、感光ドラム１と記録材１９の間にトナーｔがあると、その摩擦力が減少するため、記録材１９の搬送スピードＶ３は転写ローラ４の周速Ｖ２に近づく。
【００２９】
その結果、感光ドラム１上の印字率が高い場合には記録材１９の搬送スピードが速くなり、記録材１９の長さが長いほど定着装置におけるバイアスタイミングと記録材後端のズレ量が大きくなるのである。
【００３０】
以上のように、従来の方式では最適なバイアスタイミングに対し、定着装置に送られた記録材後端の位置が変動する要因が複数あり、前記画像不良を完全に防止することができなかった。
【００３１】
本発明は上記のような問題点を解消すること、すなわち、定着装置の定着部材に、または定着ニップ部近傍で記録材の通過に合わせてバイアスを印加する画像形成装置において、剥離オフセットの防止と尾引き防止の両立を図り、常に高品位な画像が得られるようにすることを目的とする。
【００３２】
【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。
【００３３】
（１）ニップ部を形成する第１と第２の定着部材を有し、未定着トナー像を静電的に担持している記録材を前記ニップ部で挟持搬送して未定着トナー像を記録材上に定着させる定着装置を備え、前記第１と第２の定着部材のいずれか一方、または、そのニップ近傍で、記録材の通過に合わせてバイアスを印加する電圧印加手段を有する画像形成装置において、
搬送される記録材の後端を検出する手段を有し、この記録材の後端を検出する手段により、前記電圧印加手段の出力を切り替えるタイミングを決定することを特徴とする画像形成装置。
【００３４】
（２）像担持体上のトナー像を静電的に記録材に転写する転写回転体と、記録材上の未定着トナー像を定着回転体と加圧回転体で形成されるニップ部で記録材上に溶融定着する定着装置とを備え、前記定着回転体と加圧回転体のいずれか一方、または、そのニップ近傍で、記録材の通過に合わせてバイアスを印加する電圧印加手段を有する画像形成装置において、
搬送される記録材の後端を検出する手段を有し、この記録材の後端を検出する手段により、前記電圧印加手段の出力を切り替えるタイミングを決定することを特徴とする画像形成装置。
【００３５】
（３）前記記録材の後端を検出する手段とは、給紙部から定着装置までの記録材搬送部に配置されたセンサであることを特徴とする（１）または（２）に記載の画像形成装置。
【００３６】
（４）前記センサとはセンサフラグであることを特徴とする（３）に記載の画像形成装置。
【００３７】
（５）前記センサとは光学式センサであることを特徴とする（３）に記載の画像形成装置。
【００３８】
（６）前記記録材の後端を検出する手段とは、転写回転体に印加する転写バイアスを記録材の長さを超えて印加したときの電流変化を検出しておこなうことを特徴とする（２）から（５）の何れかに記載の画像形成装置。
【００３９】
（７）前記記録材の後端を検出する手段とは、転写回転体に印加する転写バイアスを記録材の長さを超えて印加したときの電圧変化を検出しておこなうことを特徴とする（２）から（５）の何れかに記載の画像形成装置。
【００４０】
（作　用）
記録材の後端を検出し、その検出タイミングを基準に印加バイアスの出力を切り替えるように制御したので、記録材による定着装置の剥離帯電や後方飛び散りがトレードオフすることを防止でき、常に高品位な画像が得られる。
【００４１】
記録材の後端を検出する手段は、給紙部から定着装置までの記録材搬送部に配置されたセンサを検出手段とすることで、記録材サイズのバラツキや、定着装置通過後の記録材の縮みによるタイミングのズレを補正することができる。
【００４２】
前記センサは記録材搬送部に配置されたジャム検知用のセンサフラグでよい。あるいは、記録材搬送部に配置された紙とＯＨＴを判別する光学式センサでもよい。
【００４３】
また、記録材の後端を検出する手段とは、転写回転体に印加する転写バイアスを記録材の長さを超えて印加したときの電流変化を検出しておこなうことにより、転写手段として転写ローラを用いたときの記録材の搬送スピード変化によるタイミングのズレまで補正することができるので、ゼロエッジ（縁なし）プリントに対応できるようになる。さらに、記録材の後端を検出する手段として、転写回転体に印加する転写バイアスを記録材の長さを超えて印加したときの電圧変化を検出してもよい。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００４５】
〈第１の実施例〉
図１は第１の実施例の画像形成装置の概略構成模式図である。本実施例の画像形成装置は、自動両面装置を備えた転写方式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンターである。なお、本レーザービームプリンターのプロセススピードＶｐは２００ｍｍ／ｓである。
【００４６】
（１）画像形成装置の全体的な概略構成
１は画像形成装置内に設置された、像担持体としての電子写真感光ドラムであり、その表面を一次帯電器２９により均一に帯電し、露光装置２８により像露光を行って、感光ドラム１の表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像器３０によりトナー像として可視化される。一般に感光ドラム１の面を一次帯電器２９により負極性の所定電位に一様に帯電処理し、イメージ露光と、ネガトナーを用いた反転現像とを組み合わせてトナー像を形成するものが多い。
【００４７】
感光ドラム１での作像に同期して紙カセット３６から記録材（紙、ＯＨＴなど）１９が給紙ローラ２５により取り出され、搬送ガイド３４、搬送ローラ３３、搬送ガイド３２を経てレジストローラ対３１ａ・１３ｂに搬送される。
【００４８】
レジストローラ対３１ａ・１３ｂは、記録材１９が来るまで停止しており、このレジストローラ対３１ａ・１３ｂのニップ部Ｒに記録材１９の先端が突き当たることにより、記録材１９の斜行を補正する。
【００４９】
レジストローラ対３１ａ・１３ｂの手前には、記録材１９の搬送路内に配置されたセンサフラグ４８があり、記録材１９が到達したことを不図示のフォトカプラが遮光されることにより検出する。その後、レジストローラ対３１ａ・１３ｂは、感光ドラム１上へ画像を形成し始める書き出し信号（以下、ＶＳＹＮＣ信号と呼ぶ）に合わせて回転を開始し、記録材１９は転写ガイド１４を経て感光ドラム１と転写回転体としての転写ローラ４で形成される転写ニップ部Ｔへと搬送される。転写ローラ４には不図示のバイアス電源からトナーの帯電極性とは逆極性の、本例ではプラスの転写バイアスが所定の制御タイミングにて印加され、これにより、感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写ニップ部Ｔで記録材１９上に静電転写される。
【００５０】
転写が終了した記録材１９は、小径感光ドラムによる曲率分離と除電針８による静電分離の作用で、感光ドラム１の面から分離される。除電針８は、不図示のバイアス電源により転写バイアスの極性と逆の極性の電圧が印加されている。感光ドラム１から分離された記録材１９は、搬送ガイド１０を経て定着装置１３へ搬送され、そこで未定着トナー像が定着されて固定画像となる。
【００５１】
片面印字の場合には記録材１９はフラッパ３７により搬送ガイド３８へ送られ排紙ローラ４５により排紙トレイ４６へ排出される。
【００５２】
一方、両面印字のときは、定着を終了した記録材１９は、フラッパ３７により搬送ガイド３９に搬送され、搬送ローラ４０により一旦、搬送ガイド４１方向に搬送された後、搬送ローラ４０の逆回転により、記録材１９が搬送ガイド４２の方向へ搬送される。この工程で記録材１９の表裏が反転される。
【００５３】
表裏が反転した記録材１９は、搬送ローラ４３、搬送ガイド４４を経て再び転写工程に付される。２回目の転写、定着工程が終了した記録材１９は、フラッパ３７により上方に搬送され、搬送ガイド３８、排紙ローラ４５を経て排紙トレイ４６に排出される。４７は機内を保護、防音する外装である。
【００５４】
（２）レジストローラ対３１ａ・１３ｂ
レジストローラ対３１ａ・１３ｂは、鉄、ＳＵＳ等の金属上ローラ３１ａ（φ１４）と、芯金上にクロロプレンゴム、ＥＰＤＭ等のソリッドゴムを巻いた下ローラ３１ｂ（φ１４）の対からなる。これらローラ対３１ａ・１３ｂで形成されるニップ部Ｒに記録材１９を搬送して画像書き出し信号と同期をとる。レジストローラ対３１ａ・１３ｂの周速は、感光ドラム１の周速と同じに設定されている。
【００５５】
（３）転写ローラ４
転写ローラ４は、芯金上にウレタン、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ等のゴムあるいはそれらを発砲させたスポンジ状の弾性層を被覆したローラφ１７であり、感光ドラム１に対して所定の押圧力で当接させて所定幅の転写ニップ部Ｔを形成させてある。ローラ硬度４０°以下（Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度、５００ｇ荷重）のものが、転写時の文字中抜け、感光ドラム１の削れを防止する上で使用される。この弾性層にカーボンや金属微粉末を均一に分散し、体積抵抗率１０^６〜１０^９Ω・ｃｍの中抵抗ローラとすることで、比較的高抵抗な記録材であっても良好な静電転写をおこなうことができる。体積抵抗率が１０^６Ω・ｃｍより小さくなると感光ドラム１へ過剰な電流が流れ感光ドラムへダメージを与えてしまい、逆に体積抵抗率が１０^９Ω・ｃｍより大きいと転写に必要な電流が不足して転写不良となる。
【００５６】
したがって、転写ローラ４の抵抗値には前記最適値が存在する。このとき、転写ローラ４には芯金からその抵抗値に応じて、１ｋＶ〜６ｋＶの適性な電圧が印加される。
【００５７】
また、転写ローラ４は記録材１９がＯＨＴや厚紙等である場合に発生しやすい「中抜け」を防止するために、不図示のギヤを用いて周速（転写ローラ４の外径から計算される値）を感光ドラム１に対して１０５％〜１２０％と速く回転させている。これにより、実際の記録材搬送スピードは感光ドラム１に対して１％ほど速くなる。この記録材搬送スピードは、長尺記録材を通紙した場合でもレジストローラ対３１ａ・１３ｂとの間でブレなどの搬送不良が発生しない速さである。
【００５８】
（４）定着装置１３
本実施例における定着装置１３はヒートローラタイプの装置である。すなわち、鉄、アルミ等のパイプ芯金の上に離型性のよいフッ素樹脂１０〜５０μｍを被覆した、第１の定着部材（熱定着手段、定着回転体）としての定着ローラ５０と、鉄、アルミ等の芯金上に弾性層としてシリコンゴム、あるいはスポンジゴムを、さらにその上に導電性フッ素樹脂１０〜５０μｍを被覆した、第２の定着部材（加圧回転体）としての加圧ローラ５１を有する。加圧ローラ５１は所定の圧力で定着ローラ５０に当接して幅８ｍｍの定着ニップ部Ｎを形成する。また、定着ローラ５０は、内部に加熱源であるハロゲンヒーターＨを備え、不図示の温度検出手段によりローラ表面温度が略一定になるように温調されながら回転駆動する。なお、加圧ローラ５１は従動回転である。
【００５９】
駆動を受ける定着ローラ５０の周速は、加熱時にほぼプロセススピードＶｐとなるようにローラの外径、ギヤが選択される。従って、定着ニップ部Ｎと転写ニップ部Ｔとの間で記録材１９が過度に引っ張られることによるブレや、逆に、記録材が撓んで印字面が他の構成部品に強く接触することはない。
【００６０】
（５）定着装置１３に対する電圧オン−オフ制御
定着装置１３に対する電圧オン−オフ制御について図２の模式図を用いて説明する。ここで、レジストローラ対３１ａ・３１ｂのニップ部Ｒから定着装置１３の定着ニップ部Ｎまでの記録材搬送距離をＬ１、センサフラグ４８の位置Ｓから定着装置１３の定着ニップ部Ｎまでの記録材搬送距離をＬ１’とした。
【００６１】
定着装置１３の定着ニップ部Ｎに未定着トナー画像を担持した記録材１９が搬送され、定着画像を形成し、定着ローラ５０に当接した分離爪（不図示）によりローラ５０から分離される。
【００６２】
本実施例では、定着ローラ芯金を接地させ、加圧ローラ５１の表面に表面抵抗が１×１０^６Ω／□である低抵抗のＰＦＡチューブを巻き、その非通紙部表面に給電部材を当接している。加圧ローラ５１の表面には、高圧電源５３から給電部材を介してトナーと逆極性のバイアス＋６００Ｖを印加している。５２はバイアスのオン−オフ切り替えスイッチであり、記録材１９が定着装置１３に搬送されてくるタイミングに合わせて制御回路５４でオン−オフ切り替え制御される。制御回路５４は画像形成装置の動作を制御するＣＰＵであり、バスライン５４‘を介して信号が伝達される。
【００６３】
バイアスをオンするタイミングは、ＶＳＹＮＣ信号からレジストローラ対３１ａ・３１ｂが動き出すまでの時間分と記録材１９がレジストローラ対３１ａ・３１ｂのニップ部Ｒから定着装置１３の定着ニップ部Ｎまでに要する時間Ｌ１／Ｖｐ［秒］により決定される。
【００６４】
次に、印加バイアスをオフするタイミングについて説明する。図３は、記録材１９が定着ニップ部Ｎに侵入する様子を示したものである。
【００６５】
（ａ）は時刻Ｔ＝Ｔａにおける状態を示したもので、図からわかるように、この状態では記録材後端の印字画像ｔは未だ定着ニップ部Ｎに達していない。しかし、Ｔ＝Ｔａ以後では、バイアスをオフしても「後方飛び散り」は発生しない。その理由は、図中Ａで示した領域では記録材１９は定着ローラ５０のニップ接線に沿って搬送されるため、定着ローラ５０から輻射熱を強く受け溶融するので、もはや記録材１９のトナー保持電荷は必要ないのである。本実施例の場合、前記Ａの長さは８ｍｍである。
【００６６】
（ｂ）は、Ｔ＝Ｔａから時間が進んだ時刻Ｔ＝Ｔｂにおける記録材後端位置Ｂ（定着ニップ部Ｎの中心から４ｍｍ排紙側）を示したものであり、記録材後端が不図示の分離爪により定着ローラ５０から離れる瞬間を表している。この時刻には、記録材１９の電位は十分低下し定着ローラ５０上が剥離帯電しないようにしておく必要がある。
【００６７】
本発明者の検討では、記録材１９の電位が＋２００Ｖ以下であれば剥離帯電しないことがわかった。
【００６８】
また、印加バイアスをオフするときには定着装置と高圧回路のインピーダンスで決る立ち下げ時定数τの分だけ電圧降下時間は遅れる。本実施例の定着装置の時定数τは３０ｍｓであった。
【００６９】
従って、印加バイアスをオフする適正なタイミングは次のようになる。図４は、記録材１９の電位とバイアスオフタイミングの関係を図示したものである。前述のように、Ｔ＝Ｔａより前にオフすると「後方飛び散り」が発生し、Ｔ＝Ｔｂ−τ＝Ｔｂ’より後にオフすると記録材１９の電位が＋２００Ｖ以上となるため「剥離オフセット」が発生してしまう。つまり、印加バイアスをオフするタイミングは、Ｔ＝ＴａからＴ＝Ｔｂ’の間（図中、斜線部）という適正なタイミングが存在するのである。
【００７０】
本実施例では、図３の（ａ）、（ｂ）においてＡからＢまでの距離が１２ｍｍあり、バイアスの立ち下げ時定数分の長さ６ｍｍ（＝２００ｍｍ／ｓ×０．０３ｓ）を差し引いた６ｍｍ内でバイアスをオフすればよい。
【００７１】
具体的には、記録材後端がセンサフラグ４８を通過しフォトカプラの遮光が解除されるとＣＰＵ５４に信号が送られ、所定のタイミング（Ｌ１’／Ｖｐ）［秒］でスイッチ５２がオフ（図３の（ｂ））される。
【００７２】
従来、画像書き出し信号を基にバイアスをオフする装置では、以上の理由から印加バイアスをオフするタイミングをＴ＝ＴａからＴ＝Ｔｂ’の間となるように選択されていた。
【００７３】
実際、Ａ４横サイズの記録材に文字画像を印字して片面プリントした場合には、何ら問題なく印字できた。
【００７４】
ところが、Ａ３サイズにグラフィック画像を印字し、連続して両面プリントしたところプリント１面目のグラフィック画像に定着ローラ周期の画像飛び散りが発生した。
【００７５】
これは、従来の方式では、記録材の長さが変動する次に示す要因が考慮されていなかったことが原因である。
【００７６】
▲１▼．記録材の裁断バラツキ；
本実施例の場合、用紙寸法の許容差は、±２．０ｍｍである。
【００７７】
▲２▼．定着装置を１回通過することによる記録材の縮み；
高温高湿環境に十分放置した記録材を通紙した後が最も縮む。
【００７８】
▲３▼．転写ローラ早回しによる紙搬送スピードの変化；
転写ローラ４は外径の製造バラツキがある。
【００７９】
本実施例では、記録材搬送スピードは転写ローラ４の外径が上限であり、かつ使用が進んだローラほど大きくなる。また、印字率が高い場合ほど記録材１９と感光ドラム１の摩擦力が低下し搬送スピードが大きくなる。
【００８０】
表１は、前記記録材の長さが変動する要因を、本実施例の装置を用いて測定したものである。表１中、記録材（紙）後端が転写側にズレる場合を「遅れる」、逆に排紙側にズレる場合を「進む」と表記した。
【００８１】
【表１】

【００８２】
なお、前記▲２▼の変動量は、記録材として本レーザービームプリンターで使われる最大長４２０ｍｍの紙（坪量６４ｇ／ｍ^２）を用いた。
【００８３】
また、前記▲３▼の変動量は、外径中心の転写ローラ（新品）と外径上限の転写ローラ（使用品）でグラフィック画像を印字し、印字精度を比較しておこなった。
【００８４】
表１に示すように、従来の画像書き出し信号を基にバイアスをオフする方式では、両面プリントをおこなうと定着装置における記録材後端位置の変動幅Δ（進む側＋遅れる側）が７．５ｍｍあり、前述のオフタイミングの適正な範囲６ｍｍ内に収まらない。
【００８５】
すなわち、「後方飛び散り」と「剥離オフセット」がトレードオフの関係となり、両者を満足する解が存在しなかった。
【００８６】
本実施例では、記録材後端がレジストローラ対３１ａ・３１ｂの手前に設けられたセンサフラグ４８を通過した際のオンオフ信号を検出して、定着装置の印加バイアスタイミングを決定するように制御した。
【００８７】
その結果、表１に示す如く、前記変動要因▲１▼の記録材の裁断バラツキや、変動要因▲２▼の定着装置を１回通過することによる記録材の縮みが発生しても、センサフラグ４８により記録材後端が検出され、そのタイミングを基準に定着装置のバイアスをオフするようにしたので、定着装置位置における紙長さの変動要因は表１に示すように１．５ｍｍとなり「後方飛び散り」と「剥離オフセット」の両者を防止することが可能になった。
【００８８】
上の例では、定型サイズを用いた場合を説明してきたが、ユーザーが不定型サイズの記録材を用い、画像形成装置へのサイズ入力を間違えた場合でも自動的に印加バイアスタイミングが補正されるので、ユーザーの手を煩わせることなく高品位な画像を提供できる。
【００８９】
また、自動両面装置を備えず、手差し両面をおこなう画像形成装置でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００９０】
さらに、記録材の後端を検出する手段は、前記センサフラグ４８に限定されるものではなく、給紙口から定着装置までの間に配置されたその他のセンサを用いることができる。たとえば、ＯＨＴと紙とを判別する光学式センサであっても良い。
【００９１】
〈第２の実施例〉
本実施例を図５・図６に基づいて説明する。なお、前記第１の実施例と同様な作用をする部品には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００９２】
本実施例では、通紙中に転写ローラ４に印加される転写バイアスを利用して記録材後端を検出し、定着装置における印加バイアスのオフタイミングを決定するようにしたことを特徴とする。
【００９３】
まず、転写ローラ４にバイアスを印加する電源系とその制御系について説明する。図５に示すように、電源系は、定電流電源５９と、出力値を変更可能な定電圧電源５８と電流計５７を有し、これらは、切り替えスイッチ５６を介して転写ローラ４の芯金に接続されている。定電流電源５９には、定電流バイアスを印加しているときに電圧をモニターする電圧計６０が接続されている。
【００９４】
制御系は、画像形成装置の動作を制御するＣＰＵ５４、およびメモリー５５がバスライン５４‘で接続されており、前記定電流電源５９、電圧計６０、定電圧電源５８、および切り替えスイッチ５６を制御する。
【００９５】
次に、転写ローラ４に印加するバイアスのシーケンスを説明する。図６は、本実施形における転写バイアス制御のシーケンスを示すタイミングチャートである。
【００９６】
転写バイアスは、まず、通紙前の前回転で転写ローラ４に定電流電源により、１０μＡの定電流バイアスを印加し、そのときの電圧Ｖｔｏを電圧計でモニターする（区間Ａ）。画像形成装置の作像準備が整うまでは、転写ローラ４にモニターした電圧Ｖｔｏを印加して回転待機する（区間Ｂ）。作像準備が終了したら、感光ドラム１上の画像に合わせてレジストローラ対３１ａ・３１ｂを駆動し、転写ニップ部Ｔに記録材１９を搬送する。
【００９７】
記録材１９の搬送タイミングに合わせて、スイッチ５６により定電圧電源５８を選択し、プリント用の定電圧バイアスに切り替える（区間Ｃ）。区間Ｃでの転写電圧をＶｔとすると、Ｖｔは、
Ｖｔ＝Ｖｔ０×ａ＋ｂ［ｋＶ］
の式に従って決定される。ここで、ａ＝１．０、ｂ＝１．１である。
【００９８】
このとき、定電圧電源５８に接続された電流計５７により通紙中の電流をモニターし、バスラインを介してメモリー５５に電流値が格納される。これをＩ１とする。
【００９９】
転写電圧Ｖｔは、記録材サイズよりも長く転写ローラ４に印加し、転写ローラ４に瞬時流れる電流Ｉ２をメモリー５５に格納されたＩ１と比較して大きく上回った時点を記録材後端として検出する。本実施例では、Ｉ２がＩ１に対し１５０％を上回ったら記録材後端であると判断するように設定した。
【０１００】
検出閾値を１５０％とした理由は、転写ローラ４の周方向の抵抗ムラが十分小さく、通紙中の電流変動に対し十分マージンがあり、かつ、最も抵抗の低い記録材を通紙した際の通紙中、記録材通過後の電流変化が１７０％であったためである。実際に、坪量６４ｇ／ｍ^２の紙を通紙したときは、Ｉ１＝１０μＡ、Ｉ２＝２０μＡであった。
【０１０１】
転写電圧Ｖｔを印加する時間は、記録材サイズよりも１０ｍｍだけ長く印加すれば記録材サイズが変動しても確実に記録材１９の後端を検出できた。
【０１０２】
定着装置に印加したバイアスをオフするタイミングは、転写ニップ部Ｔの中心から定着ニップ部Ｎの中心の距離をＬ２とすると、転写ローラ４で記録材後端であると判断した時間からＬ２／Ｖｐ秒後にオフするように設定した。
【０１０３】
本実施例は、転写ニップ部Ｔで記録材後端を検出しているため、前記第１の実施例で説明した転写ローラ早回しによる記録材後端位置のズレが発生しない。したがって前記第１の実施例よりさらに正確に定着装置においてバイアスをオフすることができる。
【０１０４】
その結果、従来困難であった記録材後端部ゼロエッジ（縁なし）プリントをおこなった場合も後方飛び散りのない高品位な画像をユーザーに提供できる。
【０１０５】
以上は、プリント中の転写バイアスとして定電圧電源を用いて記録材への転写をおこなう場合を説明したが、転写バイアスとして定電流制御をおこない、記録材後端における電圧変化を検知するようにしても良い。
【０１０６】
〈第３の実施例〉
次に、本発明の第３の実施例について図７・図８に基づいて説明する。なお、前記第１と第２の実施例と同様の構成に関しては、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１０７】
本実施例では、オンデマンド定着を可能にしたプロセススピード１００ｍｍ／ｓのレーザービームプリンターに適用した場合について説明する。
【０１０８】
図７は本実施例で用いた定着装置１３の概略構成模型図である。本実施例で用いた定着装置１３は、特開平４−４４０７５〜４４０８３、４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に開示の、円筒状フィルムを用いた、フィルム加熱方式、加圧用回転体駆動方式（テンションレスタイプ）のオンデマンド定着装置である。
【０１０９】
８０は第１の定着部材（熱定着手段）としてのフィルムアセンブリ、８１は第２の定着部材（加圧回転体）としての弾性加圧ローラであり、両者８０・８１の圧接により定着ニップ部Ｎを形成させている。
【０１１０】
フィルムアセンブリ８０は、横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するフィルムガイド部材（ステイ）８３と、このフィルムガイド部材８３の下面に、該部材８３の長手に沿って設けた凹溝部に嵌め入れて固定して配設した、加熱体としてのセラミックヒータ８４と、該ヒータ８４を取り付けたフィルムガイド部材８３にルーズに外嵌した、定着回転体としてのエンドレスベルト状（円筒状）の耐熱性の定着フィルム８２と、フィルムガイド部材８３内に挿入した補強ステイ８６等からなる。
【０１１１】
定着フィルム８２は、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、膜厚を１００μｍ以下、好ましくは２０〜６０μｍであり、耐熱・強度・耐久性に優れたポリイミド・ポリアミド・ＰＥＥＫ・ＰＥＳ等の単層フィルム、あるいは前述の単層フィルムにＰＴＦＥ・ＰＦＡ・ＦＥＰ等の離型層をコーティングした複合層フィルムである。定着フィルムの表面は、剥離オフセットを軽減するため、低抵抗化されている。
【０１１２】
加熱体としてのセラミックヒータ８４は電力供給により発熱する加熱源としての通電発熱体８４ａを含み、全体に低熱容量で、電力供給により迅速に昇温する。
【０１１３】
加圧ローラ８１は、φ２５であり、鉄・アルミ等の芯金パイプ８１ａ上に、シリコーンゴム（厚さ３ｍｍ）からなるゴム弾性層８１ｂ、更に表層に絶縁ＰＦＡチューブによる離型層８１ｃを形成してある。
【０１１４】
加圧ローラ８１は芯金パイプ８１ａの両端部を装置シャーシー（不図示）の手前側と奥側の側板間に軸受部材を介して回転自由に軸受保持させて配設してある。
【０１１５】
フィルムアセンブリ８０は、加圧ローラ８１の上側に、セラミックヒータ８４側を下向きにして加圧ローラ８１に並行に配置し、不図示の付勢バネにて加圧ローラ８１の軸線方向に押圧附勢することで、セラミックヒータ８４の下向き面を定着フィルム８２を介して加圧ローラ８１の弾性層に該弾性層の弾性に抗して圧接させ、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させてある。
【０１１６】
加圧ローラ８０は駆動系９０から回転力が伝達されることにより矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ８１の回転駆動による該加圧ローラ８１の外面と定着フィルム８２との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により円筒状の定着フィルム８２に回転力が作用して該定着フィルム８２がその内面側がセラミックヒータ８４の下向き面に密着して摺動しながらフィルムガイド部材８３の外回りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。セラミックヒータ８４の表面、フィルムガイド部材８３にはシリコングリースが塗布され、定着フィルム８２の内面との摺動性を良くしている。
【０１１７】
そして、不図示のヒータ駆動回路からセラミックヒータ８４の通電発熱体８４ａに給電されることで通電発熱体８４ａが発熱してセラミックヒータ８４が迅速に昇温する。ヒータ駆動回路はヒータ裏面側に接触させて設けたサーミスタ等の温度検知手段８５で検知されるヒータ温度が所定のほぼ一定温度（定着温度）に維持されるように通電発熱体８４ａに対する通電を制御する。すなわちセラミックヒータ８４は所定の定着温度に加熱・温調される。
【０１１８】
加圧ローラ８１が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム８２が従動回転状態になり、またセラミックヒータ８４に通電がなされ、該ヒータ８４が昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Ｎの定着フィルム８２と加圧ローラ８１との間に未定着トナー画像ｔを担持した記録材１９が導入され、定着ニップ部Ｎにおいて記録材１９のトナー画像担持面側が定着フィルム８２の外面に密着して該フィルム８２と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。８７は定着ニップ部Ｎに記録材１９をスムーズに導くためのガイド部材である。この挟持搬送過程において、セラミックヒータ８４の熱が定着フィルム８２を介して記録材１９に付与され、記録材１９上の未定着トナー画像ｔが記録材１９上に加熱・加圧されて溶融定着される。
【０１１９】
定着ニップ部Ｎを通過した記録材１９は定着フィルム８２から曲率分離されて排出搬送される。
【０１２０】
次に、上記の定着装置１３を含むレーザービームプリンターについて本発明の特徴となる部分についてその概要を説明する。図８は、本実施例の主要構成をなす転写工程、定着工程間を示したプリンター本体の模式図である。
【０１２１】
９０は定着装置１３の加圧ローラ８１の回転速度を制御するモーターであり、転写ニップ部Ｔと定着ニップ部Ｎ間の記録材搬送路内に配置されたセンサフラグ４９により転写ニップ部Ｔ―定着ニップ部Ｎ間の記録材搬送途中でできるループ量を検知し、モーター９０をフィードバック制御する。
【０１２２】
Ｐ１はループができた状態であり、Ｐ２は記録材１９のスピードが速くなりループが消えた状態を示す。
【０１２３】
これは、加圧ローラ８１で記録材１９を搬送し、オンデマンド定着をおこなう系では、通紙中に加圧ローラ８１が温まり膨張するため、記録材後端ほど記録材のスピードが速くなるからであり、ループが消えると記録材１９が突っ張り記録材上の未定着トナー像にブレが生じる。このため、ループを制御する手段が有効となる。
【０１２４】
７７は定着ニップ部Ｎの入口側で定着ニップ部Ｎの近傍に配置された電圧印加手段としての帯電針であり、３μＡの定電流を印加する定電流電源７８とオン−オフを切り替えるスイッチ７９とが接続されており、記録材１９が帯電針７７上を通過している間だけトナーと逆極性のバイアスを印加するように制御される。
【０１２５】
このように、定着ニップ部Ｎの近傍に帯電針７７を設ける理由は、定着フィルム８２を使用しているため、構造上定着装置にバイアスを印加するのが困難であり、記録材裏からトナー保持電荷を供給する低コストの部材が別途必要となるためである。
【０１２６】
また、記録材１９が帯電針７７上を通過している間だけバイアスを印加するのは、次の理由による。
【０１２７】
帯電針７７の設置場所は、できるだけ記録材１９に近接した場所であり、かつ記録材１９が定着ニップ部Ｎに保持されている間、記録材１９の先端から後端まで一様に電荷を供給できる場所であることから、定着ニップ部Ｎに近い場所が好ましい。ところが、帯電針７７を定着ニップ部Ｎに近づけ、記録材１９が存在しないときにバイアスを印加すると、帯電針７７の近くにある定着フィルム８２の表面がプラスに帯電し、オフセットが発生してしまう。したがって、紙間ではバイアスを印加しないように、記録材後端でオフする必要があった。
【０１２８】
本実施例では、ループ制御に用いるセンサフラグ４９で記録材後端を検出し、帯電針７７の記録材後端におけるバイアスを切り替えるようにした。
【０１２９】
記録材の後端を検出する方法と制御は前記の第１の実施例と同じであり、その説明は省略する。
【０１３０】
前記のように、転写ニップ部Ｔから後の記録材スピードが変化する本実施例のような場合でも、センサフラグ４９から定着ニップ部Ｎまでの距離が短いので記録材後端でバイアスを正確に切り替えることができ、記録材後端に合わせて記録材１９に電荷を供給できるようになる。
【０１３１】
尚、本発明は、上述の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術思想内であらゆる変形が可能である。
【０１３２】
〈その他〉
１）第３の実施例におけるフィルム加熱方式の加熱装置は、例示のような加圧ローラ駆動方式、テンションフリータイプのフィルム加熱方式の装置に限られるものではなく、エンドレスフィルムの内周面に駆動ローラを設け、フィルムにテンションを加えながら駆動する装置構成のものにすることもできるし、フィルムを有端のウエブ状にして、これを走行移動させる装置構成のものにすることもできる。
【０１３３】
２）加熱体８４は、ＳＵＳ材や金属材をヒータ基板とした平板型ヒータや異型湾曲ヒータとすることもできる。加熱体８４はセラミックヒータに限られない。例えば、電磁誘導発熱部材にすることも出来る。
【０１３４】
３）加圧回転体としての加圧ローラは回動ベルト形態のものにすることもできる。
【０１３５】
４）定着装置１３は圧力定着タイプであってもよい。
【０１３６】
５）転写方式の画像形成装置において転写手段は転写回転体に限られず、コロナ帯電器であってもよい。
【０１３７】
６）画像形成装置の作像原理・プロセスは実施例の電子写真方式に限れるものではないことは勿論であり、静電記録方式、磁気記録方式、中間転写方式等の装置であってもよい。
【０１３８】
また、画像形成装置は転写方式に限られず、記録材として感光紙（エレクトロファックス紙）や静電記録紙等を用いた直接方式の画像形成装置であってもよい。
【０１３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、定着装置または、そのニップ近傍で、記録材の通過に合わせて印加バイアスを切り替える装置において、記録材の後端を検出し、その検出タイミングを基準に印加バイアスを切り替えるように制御したので、記録材による定着装置の剥離帯電や後方飛び散りがトレードオフすることを防止でき、常に高品位な画像が得られる。
【０１４０】
また、ユーザーが不定型サイズの記録材を用い、画像形成装置へのサイズ入力を間違えた場合でも自動的に記録材後端の印加バイアスタイミングが補正されるので、ユーザーの手を煩わせることなく高品位な画像を提供できる。
【０１４１】
さらに、従来困難であったゼロエッジ（縁なし）プリントをおこなった場合も記録材の全域に亘って高品位な画像が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例における画像形成装置の概略構成模型図
【図２】第１の実施例における制御系の模式図
【図３】第１の実施例における定着装置内の記録材の位置関係を示した図
【図４】第１の実施例における加圧バイアスのタイミングチャート
【図５】第２の実施例における制御系の模式図
【図６】第２の実施例における転写バイアスのタイミングチャート
【図７】第３の実施例におけるフィルム加熱定着装置の概略構成模型図
【図８】第３の実施例における制御系の模式図
【図９】従来の転写ローラ早回しを行う画像形成装置の説明図
【符号の説明】
１‥‥感光ドラム、４‥‥転写ローラ、１９‥‥記録材（紙）、ｔ‥‥トナー、４８・４９‥‥センサフラグ、５０‥‥定着ローラ、５１‥‥加圧ローラ、５２‥‥切り替えスイッチ、５３‥‥高圧電源、５４‥‥ＣＰＵ

Claims

ニップ部を形成する第１と第２の定着部材を有し、未定着トナー像を静電的に担持している記録材を前記ニップ部で挟持搬送して未定着トナー像を記録材上に定着させる定着装置を備え、前記第１と第２の定着部材のいずれか一方、または、そのニップ近傍で、記録材の通過に合わせてバイアスを印加する電圧印加手段を有する画像形成装置において、
搬送される記録材の後端を検出する手段を有し、この記録材の後端を検出する手段により、前記電圧印加手段の出力を切り替えるタイミングを決定することを特徴とする画像形成装置。
像担持体上のトナー像を静電的に記録材に転写する転写回転体と、記録材上の未定着トナー像を定着回転体と加圧回転体で形成されるニップ部で記録材上に溶融定着する定着装置とを備え、前記定着回転体と加圧回転体のいずれか一方、または、そのニップ近傍で、記録材の通過に合わせてバイアスを印加する電圧印加手段を有する画像形成装置において、
搬送される記録材の後端を検出する手段を有し、この記録材の後端を検出する手段により、前記電圧印加手段の出力を切り替えるタイミングを決定することを特徴とする画像形成装置。
前記記録材の後端を検出する手段とは、給紙部から定着装置までの記録材搬送部に配置されたセンサであることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記センサとはセンサフラグであることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
前記センサとは光学式センサであることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
前記記録材の後端を検出する手段とは、転写回転体に印加する転写バイアスを記録材の長さを超えて印加したときの電流変化を検出しておこなうことを特徴とする請求項２から５の何れかに記載の画像形成装置。
前記記録材の後端を検出する手段とは、転写回転体に印加する転写バイアスを記録材の長さを超えて印加したときの電圧変化を検出しておこなうことを特徴とする請求項２から５の何れかに記載の画像形成装置。