JP2010164636A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置を大型化することなく、定着フィルムに接触するヒータの絶縁層の絶縁破壊を抑える。
【解決手段】 加圧ローラとフレームグラウンドとの間にコンデンサを接続する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、定着フィルムを用いて記録材に形成されたトナー像を加熱定着する加熱定着ユニットを搭載する画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載する定着装置として、定着フィルムを用いたものが提案されている。以下、図８により定着フィルムを用いた定着装置について説明する。

ヒータ１０１、ヒータガラス１０２、定着フィルム１０３、加圧部材（以下、加圧ローラと呼ぶ）１０４、加圧ローラ軸１０５電気的接地に接続する導電性の金属部材（以下、フレームグラウンドと呼ぶ）１０８、加圧部材とフレームグラウンドとの間に接続された抵抗１０６、ＡＣ電源１１０、加圧ローラ軸受１１１から構成されている。

この定着装置では、加熱部材である加熱用回転体の耐熱性フィルム（定着フィルム）を発熱体に、加圧ローラにより密着させて、加圧ローラにより定着フィルムを発熱体に摺動回転させ、定着フィルムと加圧ローラとで形成される圧接ニップ部（定着ニップ部）にトナー像を担持した記録紙を導入して、記録紙を定着フィルムと一緒に搬送させて、定着フィルムを介して付与される発熱体からの熱と定着ニップ部の加圧力によって、トナー像を記録紙上に永久画像として定着するものである。

加圧ローラ１０４は、芯金１０５上に耐熱性かつ導電性の例えばシリコーンスポンジからなるゴム層を設け、その表面にはＰＦＡチューブからなる離型性層を被せて形成されている。

定着フィルム１０３は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ等の基層フィルムの表面上に、導電性プライマー層を挟んでＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂からなる離型性層をコーティングまたはチューブで形成した複合層フィルムで構成されている。

加圧部材とフレームグラウンドとの間に接続された抵抗１０６は、商用電源ラインからの過大電圧のノイズによる絶縁層の絶縁破壊防止や、電源ラインから放射されるノイズレベルを低減させるために用いられている。電源ラインに過大電圧ノイズが印加されたときには、ヒータガラス１０２にかかる電圧を印加電圧より下げることができ、ヒータガラスの絶縁破壊を防止している。このような構成が特許文献１に開示されている。
特開平６−５１６５９号公報

しかしながら、上記例では、加圧ローラとフレームグラウンドの沿面・空間距離が十分にとれない構成の時に、雷サージ等の過大電圧ノイズによる高電圧が加圧ローラにかかり、加圧ローラからフレームグラウンドに放電する可能性がある。この放電により、加圧ローラの電位はフレームグラウンドと同電位になり、雷サージ等の過大電圧ノイズによる高電圧はヒータを覆う絶縁層と加圧ローラの持つ絶縁層の両端にかかり、絶縁層の絶縁破壊に至る可能性がある。この絶縁破壊を避けるためには、加圧ローラとフレームグラウンドとの沿面・空間距離を十分にとる必要性があり、この沿面・空間距離により装置の大型化を招いてしまっていた。

そこで本発明では、上記課題を解決するためになされたもので、装置の小型化と絶縁層の絶縁破壊防止とを両立させたフィルム加熱方式の定着装置を実現させることを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、記録材にトナー像を形成する画像形成部と、通電により発熱する抵抗体と前記抵抗体を覆う絶縁層を有するヒータと、前記ヒータの前記絶縁層と接触する導電性の定着フィルムと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共にトナー像を担持する記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、を有する定着ユニットと、装置の電気的接地に接続された金属部材と、を有する画像形成装置において、前記加圧部材と前記金属部材との間にコンデンサが接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、加圧部材と金属部材との間にコンデンサを接続することで、過大電圧ノイズが印加された時に、印加電圧は、ヒータの絶縁層の容量と、加圧部材の容量と、コンデンサの容量の比によって分圧されて、絶縁層と加圧部材のそれぞれの両端にかかる電圧を絶縁耐圧以下に抑制する。そのため、それぞれの絶縁破壊が避けられる。また、加圧部材にかかる電位が低くなるために金属部材に放電させないための沿面・空間距離を短くすることができ、装置の小型化が可能になる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

図１に定着装置（定着ユニット）を搭載する画像形成装置の構成を示す。給紙カセット２０１に積載された記録紙はピックアップローラ２０２によって１枚だけ給紙カセット２０１から送出され、給紙ローラ２０３によってレジストローラ２０４に向けて搬送される。さらに記録紙はレジストローラ２０４によって所定のタイミングでプロセスカートリッジ２０５へ搬送される。プロセスカートリッジ２０５は、帯電手段２０６、現像手段としての現像ローラ２０７、クリーニング手段であるクリーナ２０８、および電子写真感光体である感光体ドラム２０９で一体的に構成されており、公知である電子写真プロセスの一連の処理によって未定着トナー像が記録紙上に形成される。

感光体ドラム２０９は帯電手段２０６によって表面を一様に帯電された後、像露光手段であるスキャナユニット２１１により画像信号に基づいた像露光が行なわれる。スキャナユニット２１１内のレーザダイオード２１２から出射されるレーザ光は、回転するポリゴンミラー２１３および反射ミラー２１４を経て主走査方向に、感光体ドラム２０９の回転により副走査方向に走査され、感光体ドラム２０９の表面上に２次元の潜像が形成される。感光体ドラム２０９の潜像は現像ローラ２０７によってトナー像として可視化され、トナー像は転写ローラ２１０によって、レジストローラ２０４から搬送されてきた記録紙上に転写される。このような記録材にトナー像を形成する部分を画像形成部と称する。

続いて、トナー像が転写された記録紙は定着装置２１５に搬送されると記録紙は加熱加圧処理され、記録紙上の未定着トナー像が記録紙に定着される。記録紙はさらに中間排紙ローラ２１６、排紙ローラ２１７によって画像形成装置本体外に排出され、一連のプリント動作を終える。

図２に定着装置の断面図を示す。１０１はセラミック基板上に抵抗体、及び抵抗体を覆うヒータガラス（絶縁層）１０２が形成されているヒータ、１０３は定着スリーブ（導電性の定着フィルム）、１０４は導電性の芯金（軸）１０５及びゴム層を有する加圧ローラ、１０７はコンデンサ、１０８はフレームグラウンド（金属部材）、１１０はＡＣ電源、１１１は加圧ローラ軸受、１０６は絶縁を強化する抵抗である。ヒータ１０１は定着フィルム１０３の内面に接触しており、加圧ローラ１０４は定着フィルム１０３を介してヒータ１０１と共にトナー像を担持する記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成している。ヒータ１０１の絶縁層１０２が定着フィルム１０３の内面に接触している。ヒータ１０１の抵抗体に通電される（電力供給される）ことにより抵抗体が発熱する。コンデンサ１０７は定着ユニット内に配置されている。フレームグラウンド１０８は画像形成装置の電気的接地（アース）に接続されている。

本実施例では、加圧部材の軸である加圧ローラ軸からフレームグラウンドにコンデンサを介して接続することを特徴とする。コンデンサは、モールド部材で作られた加圧部材軸受１１１に格納され、バネ１１４によりフレームグラウンド１０８に接地される。フレームグラウンド加圧ローラとの間は、後述する沿面・空間距離の計算により算出した距離をとる。このような構成にすることにより、ＡＣ電源に過大電圧ノイズが印加されても、ヒータガラスの容量と、加圧部材の容量と、コンデンサの容量の比によって分圧されるので、加圧部材にかかる電位を下げることができる。よって、加圧部材からフレームグラウンドに放電させないための沿面・空間距離を短くすることができる。また、雷サージの印加による電流（以下、サージ電流と呼ぶ。）は、絶縁を強化する抵抗が高抵抗であり、コンデンサのインピーダンスと抵抗のインピーダンスを比較するとコンデンサのインピーダンスの方が低いために、コンデンサ１０７を介してフレームグラウンドに流れやすくなり、放電し難くなる。

本実施例のコンデンサの容量と加圧部材とフレームグラウンドの沿面・空間距離の決定方法は、図３と図４を用いて説明する。図３は、定着装置の構成を電気的な等価回路に表した図である。図４は、決定方法をフローチャートにて説明した図である。

Ｓ１００において、コンデンサの容量をＣｘ、抵抗の抵抗値をＲ、雷サージ電圧(最大電圧)をＶｓｕｒｇｅ、ヒータガラスの絶縁耐圧をＶａとする。また、ヒータガラスの静電容量（セラミック基板上の抵抗体と定着フィルム間の静電容量）をＣｈ、加圧ローラの静電容量（定着ニップ部と加圧ローラ軸との間の静電容量）をＣｒとし、それぞれのインピーダンスをＺｈ、Ｚｒ、並列のコンデンサと抵抗の合成インピーダンスをＺｘとする。過大電圧ノイズＶｓｕｒｇｅはＡ点に印加される。

Ｓ１０１において、Ｚｈ、Ｚｒ、Ｚｘは、
Ｚｈ＝１／ｊωＣｈ
Ｚｒ＝１／ｊωＣｒ ・・・（１）
Ｚｘ＝Ｒ／／（１／ｊωＣｘ）
Ｚｈ、Ｚｒ、Ｚｘにより、合成インピーダンスをＺとおくと、
Ｚ＝Ｚｈ＋Ｚｒ＋Ｚｘ＝１／ｊωＣｈ＋１／ｊωＣｒ＋Ｒ／／（１／ｊωＣｘ）・・・（２）
となる。

Ｓ１０２において、ノイズ電流Ｉｓｕｒｇｅは、Ｉｓｕｒｇｅ＝Ｖｓｕｒｇｅ／Ｚと表されるので、ヒータガラスにかかる電圧（セラミック基板上の抵抗体と定着フィルム間に掛かる電圧）Ｖｈは、
Ｖｈ＝Ｉｓｕｒｇｅ×Ｚｈ
＝Ｖｓｕｒｇｅ×Ｚｈ／Ｚ
＝Ｖｓｕｒｇｅ×Ｚｈ／（１／ｊωＣｈ＋１／ｊωＣｒ＋Ｒ／／（１／ｊωＣｘ））・・・（３）
で表される。

Ｓ１０３において、サージ電圧は高い周波数を持つので、抵抗のインピーダンスとコンデンサのインピーダンスはＲ＞＞１／ｊωＣｘの関係であり、Ｒ／／（１／ｊωＣｘ）≒１／ｊωＣｘである。
これよりより、（３）式で求めたＶｈは、
Ｖｈ≒Ｖｓｕｒｇｅ×Ｚｈ／（１／ｊωＣｈ＋１／ｊωＣｒ＋１／ｊωＣｘ）
＝Ｖｓｕｒｇｅ×ＣｘＣｒ／（ＣｈＣｘ＋ＣｘＣｒ＋ＣｒＣｈ） ・・・（４）
と近似できる。

Ｓ１０４において、絶縁破壊を起こさないためには、セラミック基板上の抵抗体と電気的接地間に雷サージ電圧(最大電圧)Ｖｓｕｒｇｅが印加された場合に、ヒータガラスにかかる電圧Ｖｈはそれ自身の絶縁耐圧Ｖａ以下にする必要がある。よって、
Ｖｈ＜Ｖａ ・・・（５）
を満たす必要がある。

（５）、（６）式より、ヒータガラスの絶縁破壊を起こさないＣｘが求まる。
Ｓ１０５において、このコンデンサの容量Ｃｘを求めることにより、コンデンサ両極間の電位差、つまり加圧部材の電位Ｖｘは、
Ｖｘ＝Ｖｓｕｒｇｅ×ＣｈＣｒ／（ＣｈＣｘ＋ＣｘＣｒ＋ＣｒＣｈ） ・・・（６）
で求められる。

Ｓ１０６において、このＶｘにより加圧部材からフレームグラウンドに放電しないためのフレームグラウンドとの沿面・空間距離Ｘが決定される。

本実施例では、ヒータガラスの絶縁耐圧Ｖａが１．５ｋＶであることに対し、過大電圧ノイズＶｓｕｒｇｅは６ｋＶ、ヒータガラスの静電容量Ｃｈは１０００ｐＦ、加圧ローラの静電容量Ｃｒは７００ｐＦ、抵抗Ｒは１０ＭΩであるため、コンデンサの容量Ｃｘを１００ｐＦと決定した。これにより従来技術では、Ｖｘが６ｋＶであったのに対して、本実施例ではＶｘは５ｋＶとすることができた。よって、加圧ローラにかかる電位を従来より抑制し、加圧ローラとフレームグラウンドとの沿面・空間距離を短く、且つ精度良く沿面・空間距離を決定することができるため、装置の小型化が実現できる。

実施例２における定着装置以外の構成はは実施例１と同様であり、同じ構成部材については同じ番号を付しその説明は省略する。また、定着装置の構成は定着装置の断面図である図５を用いて説明する。

本実施例が実施例１と異なる点は、加圧部材とフレームグラウンドの間に抵抗が接続されていない構成である点である。よって、本実施例は、加圧部材の軸である加圧ローラ軸からフレームグラウンドにコンデンサを介して設置することを特徴とする。このような構成においても実施例１と同様に、ＡＣ電源に過大電圧ノイズが印加されても、加圧部材にかかる電位を下げることができるために加圧部材からフレームグラウンドに放電させないための沿面・空間距離を短くすることができる。また、サージ電流は、加圧部材におけるフレームグラウンドに対するインピーダンスが小さくるために、コンデンサ１０７を介してフレームグラウンドに流れやすくなり、放電し難くなる。

本実施例のコンデンサの容量と加圧部材とフレームグラウンドの沿面・空間距離の決定方法は、図６と図７を用いて説明する。図６は、定着装置の構成を電気的な等価回路に表した図である。図７は、決定方法をフローチャートにて説明した図である。

Ｓ２００において、コンデンサの容量をＣｘ、雷サージ電圧(最大電圧)をＶｓｕｒｇｅ、ヒータガラスの絶縁耐圧をＶａとする。また、ヒータガラス、加圧ローラの静電容量をそれぞれＣｈ、Ｃｒとし、それぞれのインピーダンスをＺｈ、Ｚｒ、並列のコンデンサと抵抗の合成インピーダンスをＺｘとする。過大電圧ノイズＶｓｕｒｇｅはＡ点に印加される。

Ｓ２０１において、Ｚｈ、Ｚｒ、Ｚｘは、
Ｚｈ＝１／ｊωＣｈ
Ｚｒ＝１／ｊωＣｒ ・・・（７）
Ｚｘ＝１／ｊωＣｘ
Ｚｈ、Ｚｒ、Ｚｘにより、合成インピーダンスをＺとおくと、
Ｚ＝Ｚｈ＋Ｚｒ＋Ｚｘ＝１／ｊωＣｈ＋１／ｊωＣｒ＋１／ｊωＣｘ ・・・（８）
となる。

Ｓ２０２において、ノイズ電流Ｉｓｕｒｇｅは、Ｉｓｕｒｇｅ＝Ｖｓｕｒｇｅ／Ｚと表されるので、ヒータガラスにかかる電圧Ｖｈは、
Ｖｈ＝Ｉｓｕｒｇｅ×Ｚｈ
＝Ｖｓｕｒｇｅ×Ｚｈ／Ｚ
＝Ｖｓｕｒｇｅ×Ｚｈ／（１／ｊωＣｈ＋１／ｊωＣｒ＋１／ｊωＣｘ）
＝Ｖｓｕｒｇｅ×ＣｘＣｒ／（ＣｈＣｘ＋ＣｘＣｒ＋ＣｒＣｈ） ・・・（９）
で表される。

Ｓ２０３において、絶縁破壊を起こさないためには、ヒータガラスにかかる電圧Ｖｈはそれ自身の絶縁耐圧以下にする必要があるため、
Ｖｈ＜Ｖａ ・・・（１０）
を満たす必要がある。

（９）、（１０）式より、ヒータガラスの絶縁破壊を起こさないＣｘが求まる。

Ｓ２０４において、このコンデンサの容量Ｃｘを求めることにより、コンデンサ両極間の電位差つまり加圧部材の電位Ｖｘは、
Ｖｘ＝Ｖｓｕｒｇｅ×ＣｈＣｒ／（ＣｈＣｘ＋ＣｘＣｒ＋ＣｒＣｈ） ・・・（１１）
で求められる。

Ｓ２０５において、このＶｘにより加圧部材からフレームグラウンドに放電しないためのフレームグラウンドとの沿面・空間距離Ｘが決定される。

本実施例では、ヒータガラスの絶縁耐圧Ｖａが１．５ｋＶであることに対し、過大電圧ノイズＶｓｕｒｇｅは６ｋＶ、ヒータガラスの静電容量Ｃｈは１０００ｐＦ、加圧ローラの静電容量Ｃｒは７００ｐＦであるため、実施例１と同様コンデンサの容量Ｃｘを１００ｐＦと決定した。実施例１と同様に、従来技術では、Ｖｘが６ｋＶであったのに対して、本実施例では、Ｖｘを５ｋＶとすることができた。よって、実施例２のような構成においても、加圧ローラにかかる電位を従来より抑制し、加圧ローラとフレームグラウンドとの沿面・空間距離を短く、且つ精度良く沿面・空間距離を決定することができるため、装置の小型化が実現できる。

本発明におけるプリンタの構成図である。 実施例１における定着装置の断面図である。 実施例１における定着装置の等価回路図である。 実施例１におけるフローチャートである。 実施例２における定着装置の断面図である。 実施例２における定着装置の等価回路図である。 実施例１におけるフローチャートである。 従来例における定着装置の断面図である。

１０１ 抵抗体
１０２ ヒータガラス
１０３ 定着フィルム
１０４ 加圧ローラ
１０５ 加圧ローラ軸
１０６ 絶縁を強化する抵抗
１０７ コンデンサ
１０８ フレームグラウンド
１０９ 記録材
１１０ ＡＣ電源
１１１ 加圧ローラ軸受
１１４ バネ

Claims (4)

1. 記録材にトナー像を形成する画像形成部と、
   通電により発熱する抵抗体と前記抵抗体を覆う絶縁層を有するヒータと、前記ヒータの前記絶縁層と接触する導電性の定着フィルムと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共にトナー像を担持する記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧部材と、を有する定着ユニットと、
   装置の電気的接地に接続された金属部材と、
   を有する画像形成装置において、
   前記加圧部材と前記金属部材との間にコンデンサが接続されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記コンデンサは、前記加圧部材と前記金属部材との間に接続された抵抗と並列に接続さ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。
3. 前記抵抗体と電気的接地間に最大電圧Ｖｓｕｒｇｅが印加された場合に、前記コンデンサの容量Ｃｘと、前記抵抗体と前記定着フィルム間の静電容量Ｃｈと、前記加圧部材の定着ニップ部と加圧部材の軸との間の静電容量Ｃｒと、の比の逆比例で最大電圧を分圧した、前記抵抗体と前記定着フィルム間に掛かる電圧Ｖｈ（＝Ｖｓｕｒｇｅ×ＣｘＣｒ／（ＣｈＣｘ＋ＣｘＣｒ＋ＣｒＣｈ））が、前記絶縁層の絶縁耐圧Ｖａより小さいことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記コンデンサは前記定着ユニット内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。