JP2006053302A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
温度検知手段の大型化やコストアップを招くことなく、温度検知素子に蓄積したトナーの転移による用紙裏汚れを防止するとともに、高精度な温度制御が要求される高速定着や多種用紙の高画質カラー定着を実現する。
【解決手段】
加熱ローラと、加熱ローラに圧接した加圧ベルトと、加熱ローラ表面に接触して加熱ローラの表面温度を検知する温度検知手段とを有する定着装置を備えた画像形成装置において、加圧ベルトの表面を清掃する清掃手段を、加熱ローラと温度検知手段との接触箇所に対応させて設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やプリンタなどの画像形成装置に関するものであり、特に加熱ローラ表面に接触して加熱ローラの表面温度を検知する温度検知手段を有する定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。

一般に画像形成装置の定着装置は、加熱ローラの表面温度を一定に維持するために加熱ローラの表面温度を検知する温度検知手段を備えている。この温度検知手段には、加熱ローラ表面に接触して温度を検知する接触式温度検知手段による方式と、加熱ローラ表面に接触せずに温度を検知する非接触式温度検知手段による方式とが知られている。

接触式の場合は、加熱ローラとサーミスタ等の温度検知素子とが接触するため、加熱ローラに付着したオフセットトナーが温度検知素子に蓄積し、この蓄積したトナーが用紙へ転移して用紙汚れを発生させてしまうという問題がある。

そのため、接触式の場合は、加熱ローラと用紙とが接触する通紙部よりも外側となる非通紙部に温度検知素子を設けるのが一般的である。

一方、非接触式の場合は、赤外線にて温度を検知するタイプと、輻射熱を検知するタイプとがあり、接触式の場合と異なり、加熱ローラ通紙部への設置が可能である。

特開２００３−９８８９９号公報

従来方式では、接触式および非接触式とも、用紙が加熱ローラと接する通紙部分の温度を間接的に検知するため温度応答性には限界がある。その結果、高精度な温度制御が要求される高速定着、或は、多種の用紙、すなわち用紙の坪量が６０ｇ／ｍ^２〜２１０ｇ／ｍ^２の薄紙から厚紙や封筒、ＯＨＰシートなどに対して適正な温度制御を行う高画質のカラー画像の定着には、以下の理由から対応しきれないという問題がある。

先ず、接触式サーミスタを加熱ローラ端部の非通紙部へ設ける接触式温度検知の場合は、加熱ローラ自体の軸方向への熱伝達がよくないため、用紙と接しトナーを溶融する加熱ローラの通紙部は、用紙に熱が奪われて温度が下がるけれども、温度検知している加熱ローラ端部の非通紙部では、熱が用紙に奪われないため温度が急には下がらない。その結果、加熱ローラの通紙部と接触サーミスタが検知する温度にずれが生じ、加熱ローラを一定の温度に維持することが難しいものとなっている。

また、多種の用紙に応じて加熱ローラの表面温度を適正な温度に切り替える場合においては、この様な非通紙部と通紙部との温度ずれにより、非通紙部に設けた接触式サーミスタの検知温度だけでは、加熱ローラの通紙部の温度を高精度に制御することが困難である。

これに対し、非接触式温度検知の場合は、加熱ローラと接しないため、加熱ローラの通紙部に設けることができ、それ故、上述したような非通紙部の温度を検知する接触式温度検知よりも通紙部の温度を精度よく検知することが可能である。しかしながら、赤外線タイプおよび輻射熱タイプには、それぞれ以下の問題がある。

先ず、赤外線タイプの場合は、検知素子周辺の気流やゆらぎの影響を防ぐための保護部材が必要である。そのため、接触式や輻射熱タイプと比べると温度検知するサーミスタ部がかなり大型となる他、部品数も多く低コスト化が困難という問題がある。

また、輻射熱タイプの場合は、一般に接触式サーミスタと同じ検知素子を加熱ローラからある空隙を保って保持させることで、加熱ローラ表面温度を空気層を介して検知するものである。それ故、簡単な構成であり、小型、低コストに対してはもっとも有利である。しかしながら、空気層を介して加熱ローラの温度を検知するため、やはり加熱ローラ表面温度と検知温度には時間的な遅れによるずれが生じ、その結果、接触式温度検知と同様、高速定着や多種用紙に対する高画質のカラー定着では、加熱ローラの温度が安定せず、コールドオフセットやホットオフセットが発生し、最悪の場合、用紙の巻きつきジャムが発生するという問題がある。

本発明は、加熱ローラと、加熱ローラに圧接した加圧ベルトと、加熱ローラ表面に接触して加熱ローラの表面温度を検知する温度検知手段とを有する定着装置を備えた画像形成装置において、前記加圧ベルトの表面を清掃する清掃手段を、前記加熱ローラと温度検知手段との接触箇所に対応させて設けたことを特徴とする。

本発明によれば、温度検知手段の大型化やコストアップを招くことなく、温度検知素子に蓄積したトナーの転移による用紙裏汚れを防止するとともに、高精度な温度制御が要求される高速定着や多種用紙の高画質カラー定着を実現することができる。

以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。

はじめに、図２を用いて画像形成装置の全体構成を説明する。図２において、符号１は感光体ベルトであり、矢印ａ方向へ無端移動可能に支持されている。符合２は帯電ブラシ、符号３は帯電ローラであり、帯電ブラシ２および帯電ローラ３は感光体ベルト１の表面に接触させて設けられ、感光体ベルト１の表面を均一に帯電させる。均一に帯電された感光体ベルト１の表面に光を照射する露光装置４は、パソコン、イメージスキャナ等による画像、文字の情報にしたがいドット単位で感光体ベルト１を露光し、感光体ベルト１の表面に静電潜像を形成する。

感光体ベルト１上に形成された静電潜像には、現像機５Ｋ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃのいずれかによりトナーが供給されトナー像として可視化され、第１転写位置Ｔ１へ搬送される。第１転写位置Ｔ１では、感光体ベルト１と中間転写体６との電位差により、感光体ベルト上のトナー像が中間転写体６の表面へ転写される。

第１転写位置Ｔ１を通過した感光体ベルト１の表面は、残像除去器７からの光照射により電位が一定以下に落とされて静電潜像が消去され、続いて清掃装置８により第１転写位置Ｔ１で転写されずに感光体ベルト１上に残留したトナーが除去され、次の画像形成が可能な状態となる。

上記の工程を各現像機５Ｋ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃにより必要数繰り返すことにより、中間転写体６の表面には、画像、文字の情報に見合うトナー像が形成される。

その後、中間転写体６上に転写されたトナー像は第２転写位置Ｔ２で転写器９によって、記録媒体供給装置１０によりカセット１１から供給された記録媒体に転写される。トナー像が転写された記録媒体は、中間転写体６から剥離され、定着装置１２に送り込まれ、トナー像を記録媒体に定着し、記録媒体排出装置１３によって排出される。

なお、図２において符号１４は中間転写体６の表面を清掃する清掃装置である。

次に図１を用いて定着装置の構成を説明する。

定着装置１２は、加熱ローラ１５、加圧ベルト１６、温度検知手段をなす接触式サーミスタ１７、クリーナ１８、入口ガイド１９、剥離ガイド２０、側板２１から構成される。

未定着のトナー像を保持した記録媒体Ｐは矢印ｂ方向へ搬送され、加熱ローラ１５と接触部ｈで接し、そこでトナー像が記録媒体Ｐに溶融定着されたのち、剥離ガイド２０により加熱ローラ１５から剥離されて排出される。

加熱ローラ１５は、厚さ１ｍｍのパイプ状のアルミ芯金１５ａの上に、厚さ０.８ｍｍ、ＪＩＳ硬度２０度のシリコーンゴム層１５ｂで被覆された外径４０.４ｍｍの弾性ローラであり、その表面にはトナーとの離型性を確保するため厚さ３０μｍのＰＦＡ（四弗化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）が被覆されている。また、内部にはヒータ１５ｃを備えており、この熱によってトナーを溶融する。また、加熱ローラ１５は、側板２１に回転可能に支持されており、図示しないギヤを介して矢印ｃ方向へ回転駆動される。

加圧ベルト１６は、厚さ８０μｍ、内径３０ｍｍのシームレスのポリイミドベルトであり、その表面にはトナーとの離型性を確保するため、厚さ３０μｍのＰＦＡがコートされている。また、加圧ベルト１６は、加圧部材２２a，２２ｂおよび加圧ローラ２２ｃからなる加圧手段２２によって懸架され、加圧アーム２３と加圧バネ２４によって加熱ローラ１５に巻付き角度θをなして接し、トナーを溶融するための接触部ｈを形成している。

接触式サーミスタ１７は、加熱ローラ１５の通紙部に当接し、加熱ローラ１５の表面温度を高精度に検知してヒータ１５ｃの発熱を制御している。そのため、加熱ローラ１５の通紙部の温度を直接検知することができ、熱応答性がよく、高精度の温度制御を実現している。なお、本発明では、一例として芝浦電子（株）製 ボードセンサＰＭ７Ｓ−３４２形の接触式サーミスタを用いている。

クリーナ１８は、加圧ベルト１６と接してトナーあるいは紙粉を除去する清掃部材１８ａと、固定軸２５に回転可能に支持された基材１８ｂとから構成され、加圧ベルト１６と従動回転する構成となっている。これにより、加圧ベルト１６に付着したトナーおよび紙粉はクリーナ１８によって除去され、用紙への再付着が防止される。

清掃部材１８ａは、耐熱性で弾性がありトナーや紙粉を保持するのに適した繊維材料であり、ポリアミド繊維の不織布あるいはポリエステルの極細繊維とポリウレタンとからなる人工皮革である。なお、本発明では、以下の理由から東レ（株）製 人工皮革（型式Ｋ１００１０Ｄ）を用いている。

一般に、清掃部材としてはポリアミド繊維の不織布が用いられるが、人工皮革は極細繊維のため表面の平滑性がよく、そのためポリアミド繊維の不織布よりも加圧ベルト１６と均一な接触面が形成できる。さらにトナーと同じ材質であるポリエステル樹脂のため、トナーとの親和性がよく、その結果トナー保持の持続性がポリアミド繊維よりも優れている。

基材１８ｂは、耐熱性で固定軸２５との摺動性および耐磨耗性のよい材料であり、本発明では一例として、ＰＰＳ樹脂とし、固定軸２５との摺動面にフッ素系潤滑材を塗布している。

次に、接触サーミスタ１７とクリーナ１８との位置関係を図３を用いて説明する。

図３は、本発明に係わる定着装置の長手方向の概略構成図であり、加熱ローラ１５、加圧ベルト１６、接触式サーミスタ１７、クリーナ１８の位置関係を示している。接触式サーミスタ１７は、内部にヒータ１５ｃを有する加熱ローラ１５の通紙部に当接している。そのため、加熱ローラ１５の通紙部の温度を直接検知するため、熱応答性がよく、高精度の温度制御が可能となっている。しかしながら、反面、接触式サーミスタ１７の表面には、加熱ローラ１５に付着するオフセットトナーや紙粉が蓄積されるため、やがて、それらは塊となって加熱ローラ１５へ付着する。その結果、トナーや紙粉の塊は、加熱ローラ１５の回転に伴ない、加圧ベルト１６へ転移した後、用紙Ｐの裏面へ付着することになる。特にこの現象は、ユーザが印字モードを誤って厚紙を薄紙モードにて印字してしまったり、あるいは何らかの原因で用紙Ｐの重送やジャムが生じた場合には、オフセットトナーが増大するため、大きな塊となって用紙Ｐを汚す結果となる。

そこで本発明では、加圧ベルト１６の表面を清掃するクリーナ１８を、加熱ローラ１５と接触式サーミスタ１７との接触箇所に対応させて加圧ベルト１６側の位置へ設けることにより、加圧ベルト１６に転移したトナーや紙粉を除去し、用紙裏面への汚れを防止している。なお、本発明では、低コストの点から、クリーナ１８の幅は、接触式サーミスタ１７の幅よりも若干幅広くしているが、加圧ベルト１６の全幅に対して当接する構造であっても構わない。

次に、本発明に係わるクリーナの形状および加圧ベルトとの当接状態について、図４を用いて説明する。図４はクリーナ１８と加圧ベルト１６の拡大断面図である。

クリーナ１８は固定軸２５に挿入され、ワッシャ２６にて位置決めされている。クリーナ１８の基材１８ｂの端面には、外側に向かうに従い下降するテーパ面が設けられており、加圧ベルト１６と所定の角度θを形成している。これにより、清掃部材１８ａの端部のエッジが加圧ベルト１６に当接しない構造としている。すなわち、清掃部材１８ａの端部のエッジが加圧ベルト１６に当接すると、そのエッジにより加圧ベルト１６の表面を傷つけてしまい、その結果として画像不良を招くことになるからである。

一方、清掃部材１８ａの幅は基材５１ｂの幅よりもδだけ短くして、清掃部材１８ａの端部のはみ出しを防止している。すなわち、清掃部材１８ａが基材１８ｂよりもはみ出すと、ワッシャ２６と接触し、その接触負荷によってクリーナ１８が回転しなくなり、その結果、清掃部材１８ａが加圧ベルト１６と摺動し、加圧ベルト１６の表面を傷つけたり、あるいは清掃部材１８ａが基材１８ｂから剥がれてしまう不具合が生じるからである。

本構成により、クリーナによる加圧ベルトの傷つきが防止でき、その結果として、定着装置の長寿命化を実現している。

次に、本発明に係わるクリーナの清掃部材の形状について、図５を用いて説明する。清掃部材１８ａの基材１８ｂと接する面には、耐熱性の接着材もしくは耐熱性の両面テープがあり、クリーナ１８は、この清掃部材１８ａを基材１８ｂに巻きつけた構造となっている。図５の（ａ）は、清掃部材１８ａを基材１８ｂに対して突合せた状態であり、（ｂ）は清掃部材１８ａを角度θにて螺旋巻きにした状態を示している。

清掃部材１８ａを付き合わせた場合、その突合せ部Ｇはクリーナ１８の軸方向、すなわち回転方向に対して直角の向きになる。そのため、突合せ部Ｇに隙間が生じると、クリーナ１８が回転しなくなり、その結果、前述したように、清掃部材１８ａが加圧ベルト１６と摺動し、加圧ベルト１６の表面を傷つけたり、あるいは清掃部材１８ａが基材１８ｂから剥がれてしまう不具合が生じる。なお、清掃部材１８ａに、ポリエステルの極細繊維とポリウレタンとからなる人工皮革を用いた場合、清掃部材１８ａは熱により収縮するため、突合せ部Ｇの隙間がより広がる特性をもっており、そのため、加圧ベルト１６の傷つきや清掃部材の剥がれの危険性が増大する。

これに対して、図５の（ｂ）にように、清掃部材１８ａを螺旋巻きにした場合は、張り合わせ部Ｇはクリーナ１８の回転方向に対して角度θで形成されるため、張り合わせ部Ｇによる回転負荷はほとんどない。また、清掃部材１８ａが螺旋巻きのため、熱収縮すると張り合わせ部が狭まる方向に作用し、クリーナ１８は安定して回転することができる。

従って、本発明では、清掃部材１８ａを基材１８ｂに対して螺旋巻きにする構造とし、その結果、クリーナ１８の回転を安定させ、加圧ベルト１６を傷つけることなく、加圧ベルトに付着するトナーや紙粉を除去することができ、定着装置の長寿命化が実現できる。

本発明に係わる定着装置の概略断面図である。 本発明に係わる画像形成装置の概略構成図である。 本発明に係わる接触サーミスタとクリーナの位置関係を示す概略構成図である。 本発明に係わるクリーナの拡大断面図である。 本発明に係わるクリーナの構成図である。

符号の説明

１５は加熱ローラ、１６は加圧ベルト、１７は温度検知手段、１８は清掃手段である。

Claims (4)

1. 加熱ローラと、加熱ローラに圧接した加圧ベルトと、加熱ローラ表面に接触して加熱ローラの表面温度を検知する温度検知手段とを有する定着装置を備えた画像形成装置において、前記加圧ベルトの表面を清掃する清掃手段を、前記加熱ローラと温度検知手段との接触箇所に対応させて設けたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記清掃手段は、耐熱樹脂からなる基材と、この基材表面に螺旋巻きに貼られた、ポリエステル極細繊維とポリウレタンとからなる人工皮革とを有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記人工皮革の幅を前記基材の幅よりも狭くし、且つ、前記基材の端面には、外側に向かうに従い下降するテーパ面を設けたことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記清掃手段が加圧ベルトと従動回転することを特徴とする請求項１乃至３いずれかの項に記載の画像形成装置。
   

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