JP2013088769A

JP2013088769A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2013088769A
Application number: JP2011232038A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sawada; 正志澤田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-05-13

Abstract

【課題】現像冷却に伴い、相対湿度が高まり画像流れが生じるのを抑制することができる。
【解決手段】前記現像器を冷却する第一風路と、前記帯電装置へ空気を送る第二風路と、を備え、前記第一風路において前記現像器を冷却した空気を第二風路へと送る送風手段。
【選択図】図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真プロセスを利用した画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、帯電処理した感光体に露光により形成した静電像をトナーで現像する。

長期間の撹拌による摺擦や他のユニットからの伝熱により現像容器内に収容されたトナーの温度が上昇すると、トナーの流動性が悪くなり、トナーが現像スリーブに均一にコートされに難くなる。その結果、トナーによる静電像の現像性が低下して、画像不良を招く恐れがあった。

そのため、現像器にエアで冷却しトナーの温度上昇を抑制する構成が特許文献１に開示されている。

他方、放電を伴い感光体を帯電させる帯電装置が知られている。例えば、感光体に帯電ローラのように接触させ微小空隙で放電させたり、コロナ帯電器のようにコロナ放電させたりすることで感光体を帯電する構成が知られている。このように、空気中で放電が起きるとオゾンや硝酸イオン化合物などの放電生成物が発生する。この放電生成物が感光体へ付着して空気中の水分を吸湿すると感光体の表面抵抗が低下して画像流れと呼ばれる画像不良が生じる。

これに対して、放電生成物が吸湿した水分が感光体をヒータによって、加熱されて乾燥し画像流れを抑制する構成が知られている。

特開２００６−２５９１１８号公報

ここで、ヒータでエアを加熱し乾燥させたエアを帯電装置へ導いて画像流れの発生を抑制することが考えられる。しかし、画像流れを抑制するためにヒータで高温に加熱したエアを帯電装置へ導くと、帯電装置に隣接する現像装置へ熱が伝わり現像性の低下を招く。

つまり、現像装置よりも高い温度に加熱して乾燥させたエアを帯電装置へ導くと隣接する現像装置の昇温を招き好ましくない。当然、センサを用いて現像性の低下を招かない程度の温度に加熱乾燥させたエアを帯電装置へ導くことが考えられるがコストの増加を招くため好ましくない。

そこで、センサを用いることなく現像性の低下を抑制しつつも、帯電装置へ導くエアを外気よりも高い温度に加熱乾燥させることにより画像流れの発生を抑制することを目的とする。

そこで本発明の画像形成装置は「感光体と、前記感光体を帯電する帯電装置と、前記感光体上に形成された静電像をトナーで現像する現像器と、を備える画像形成装置において、前記現像器を冷却する第一風路と、前記帯電装置へ空気を送る第二風路と、を備え、前記第一風路において前記現像器を冷却した空気を第二風路へと送る送風手段と、を備える」ことを特徴とする。

センサを用いることなく現像性の低下を抑制しつつも、帯電装置へ導くエアを外気よりも高い温度に加熱乾燥させることにより画像流れの発生を抑制することができる。

画像形成装置の画像略構成図である。感光体周辺のエアフローを説明するための斜視図である。感光体周辺のダクト構成を説明するための図である。画像形成装置の接続関係を説明するためのブロック図である。感光体ドラムの温調制御を説明するためのフローチャートである。画像形成枚数に応じた感光体ドラムの温調制御を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則してさらに詳しく説明する。なお、画像形成装置の構成部品の寸法、材質、形状、及びその相対位置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

画像形成装置としてのプリンタ１００の概略構成について説明をしたあと、感光体周辺のエアフローとダクト構成について説明する。

§１．｛画像形成装置の概略構成について｝
■（画像形成装置の概略構成について）
図１の（ａ）は画像形成装置の概略構成を説明するための図である。画像形成装置としてのプリンタ１００は第１から第４のステーションＳ（Ｂｋ〜Ｔ）を備え、それぞれの感光ドラム上に異なるトナーで画像を形成する。図１の（ｂ）は画像形成部としてのステーションを拡大した詳細図である。各ステーションは感光ドラム上に形成された静電像を現像するトナーの種類（分光特性）を除き略同一であるため、第１のステーション（Ｂｋ）を代表して説明する。

画像形成部としてのステーションＳ（Ｂｋ）は像担持体としての感光ドラムＤと、感光ドラムＤを帯電する帯電装置としてのコロナ帯電器１０を備える。感光ドラムＤはコロナ帯電器１０により帯電されたあと、レーザスキャナＬＳからの露光Ｌにより感光ドラム上に静電像が形成される。感光ドラムＤ上に形成された静電像は現像装置２０に収容されるブラックトナーによりトナー像へ現像される。感光ドラムＤ上に現像されたトナー像は転写部材としての転写ローラ３０により中間転写体としての中間転写ベルトＩＴＢへと転写される。中間転写ベルトへと転写されずに感光ドラムＤ上に付着した転写残トナーはクリーニングブレードを備える清掃装置４０により清掃除去される。なお、感光ドラムＤ上（感光体上）にトナー像を形成するために関与するコロナ帯電器、現像器などを画像形成部と呼ぶ。なお、本実施例では帯電装置としてコロナ帯電器を例に挙げて説明したが、コロナ帯電方式に限定したものではない。

このように、各ステーションが備える感光ドラムＤから、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の順に転写されたトナー像は中間転写ベルト上に重ねられる。そして、重ねられたトナー像は２次転写部ＳＴにおいてカセットＣから搬送された記録材へ転写される。２次転写部ＳＴにおいて記録材へと転写されずに中間転写ベルト上に残留したトナーは不図示のベルトクリーナにより清掃される。

記録材上に転写されたトナー像はトナーと接触してトナーを加熱溶融させて記録材へ定着する定着装置Ｆにより記録材へと定着され、画像が定着された記録材は機外へと排出される。

§２．｛感光ドラム周辺の詳しい説明｝
以下に、帯電装置１０、現像装置２０、現像装置を冷却するための放熱機構（ヒートシンク、ダクト及びファン）について説明したあと、エアフローについて斜視図を用いて説明する。

■（画像形成部周辺の構成について）
図１の（ｂ）は感光ドラムＤ周辺の各要素について説明するための拡大図である。以下に各要素にいて簡単に説明する。帯電装置１０はコの字形状のシールド１１と帯電電圧が印加されることでコロナ放電を起こす放電ワイヤ１２を備える。コロナ帯電器１０はコの字形状の上方に不図示のスリットが設けられており、シールド１１の上部からシールド１１の開口に向けてエアを流すことができる。また、コロナ帯電器１０は感光ドラムＤと非接触に設けられている。

続いて、感光ドラムＤの内部には感光ドラムを加熱するヒータＨを備える。また、感光ドラムＤの回転方向下流側、現像装置２０の上流側には感光ドラムＤの表面の温度を検知する検知手段としての温度センサＴＨが配置されている。本実施例の温度センサは感光ドラムＤに非接触に配置されたサーモパイルを用いた。

現像装置２０はトナーとキャリアを含む現像剤とを収容する現像容器２１と、現像容器２１に収容された現像剤を撹拌するスクリュ２２を備える。トナーはスクリュでキャリアと共に撹拌されて帯電される。ここで、撹拌摺擦に伴い、トナーは帯電すると共に摩擦により熱が生じる。帯電されたトナーは現像剤担持体としての現像スリーブに担持され感光体と対向する現像域へ搬送される。現像域において感光体上に形成された静電像はトナーによりトナー像へと現像される。なお、本実施例では、バインダ（基材）がポリエステル系の樹脂（ガラス転移点は４５℃〜６０℃）の平均粒径は５〜１０μｍのトナーを用いた。

続いて、現像容器２１と接触して現像装置２０を冷却する機構について説明する。現像容器２０の背面には放熱用の突起部としてのヒートシンク５１が設けられている。ヒートシンク５１は現像容器２０よりも熱伝導率が高い部材を突起形状（表面積が平面よりも大きい）にしてあり、効率的に現像装置２０を冷却することができる。

また、本実施例のプリンタ１００は現像装置２０の長手方向に設けられたヒートシンク５１と現像装置２０の両方の長手方向全域を覆うように、現像装置２０を冷却するため風路としてのダクト５０を備える。ダクト５０には装置奥側に設けられたファンＦ１により装置本体へと吸気され、装置奥側から手前側に向けて現像装置２０を冷却するためのエアフローが形成される。

■（エアフローについて）
続いて、本実施例のエアフローについて斜視図を用いて簡単に説明する。図２は本実施例のプリンタ１００の画像形成部周りのエアフローについて説明するための図である。

プリンタ１００の装置本体奥側には、本体内部に外気を吸気する吸気ファンＦ１と、本体から機外へと排気する排気ファンＦ２を備える。なお、吸気ファンや排気ファンの位置は所望のエアフローを形成することが出来ればその配置を特に限るものではない。

本体後カバーのルーバーを通して、吸気ファンＦ１から送風されたエアは、現像装置２０を冷却するためのヒートシンク５１へとエアと現像ダクト５０により導かれる。現像装置２０はスクリュによる撹拌等により昇温するため、外気により現像装置２０を冷却する必要がある。なお、前述の通り本実施例で用いたトナーのガラス転移点は５０℃程度であるため、現像装置２０は４０℃以下に冷却することが望まれる。現像容器の昇温度合いにもよるが、本実施例の現像装置を冷却することなく、１０分連続回転すると、５０℃程度に昇温するため現像性を低下させないためには現像容器を外部から冷却することが望ましい。

装置本体前側まで導かれたエアは現像装置２０から熱を受け、吸気部のエアの温度よりも高くなっている。現像ダクト５０を通って本体前側まで導かれたエアは、装置の前側に設けられた連結ダクトによりコロナ帯電器１０へと導かれる。

そして、現像装置２０を冷却したエアは排気ファンＦ２によってコロナ帯電器１０の上方から感光ドラムＤへ向けて導かれ機外へと排出される。以上が、本実施例におけるエアフローの概略についての説明である。本実施例のダクト構成について詳しく説明する。

§３．｛ダクト構成について｝
前述のようなエアフロー（空気の流れ）を形成するために、本実施例では、各ダクト（現像、帯電、連結）を図３に示すように連結した。また、図３の破線矢印は空気の流れを示している。

図３は本実施例のエアフローが形成されるダクト（風路）その接続関係を説明するための図である。図３の（ａ）は画像形成部周辺の俯瞰図であり、図３の（ｂ）は装置前側からの側面図である。

本実施例のダクトは大きく分けて３つある。第一のダクトはヒートシンク（ｈｅａｔｓｉｎｋ：放熱器）５１を覆うダクト５０（以降、現像ダクト）、第二のダクトはコロナ帯電器１０の重力方向上方に設けられたダクト６０（以降、帯電ダクト）である。最後のダクトは帯電ダクトと現像ダクトを連結するダクト７０（以降、連結ダクト）である。

また、吸気ファンＦ１により機内へと導かれる外気は、感光ドラムＤ１へ直接導かれると感光ドラムＤ１の温度が低下する可能性がある。そのため、吸気ファンＦ１と現像ダクト５０は結合部としてのコネクタ５１により気密性を保ちながら連結されている。吸気ファンＦ１から送られるエアは、現像装置２０の長手方向に奥から手前に向けて流れ、連結ダクト７０へと導かれる。

現像ダクト５０と連結ダクト７０はコネクタ７１により、帯電ダクト６０と連結ダクト７０はコネクタ７２により連結されている。連結ダクト７０は現像ダクト５０から送られてきたエアを帯電ダクト６０へと導く。

装置本体後側に設けられた排気ファンＦ２でエアを機外に向けて排気することによって、コロナ帯電器上部から感光ドラムＤへ向けて現像装置を冷却したエアが導かれる。帯電ダクト６０と排気ファンＦ２はコネクタ６１により連結されており、コロナ帯電器近傍のエアは排気ファンＦ２によりフィルタ８０へと導かれる。本実施例のフィルタ８０はコロナ帯電器の放電に伴い生じる放電生成物を吸着除去する活性炭フィルタを用いた。

なお、本実施例では、コロナ放電により生じる放電生成物が帯電ダクトからの漏れを抑制する本実施例のようなダクト構成において、帯電ダクト６０上流の空気流量よりも帯電ダクト６０下流の空気流量の方が多くなるようした。具体的には吸気ファンＦ１を回転させてダクトへと送る空気流量を、排気ファンＦ２を回転させて機外へと送る空気流量よりも少なくするように設定した。また、スクリュ２２が回転する若しくは放電ワイヤ１２へ電圧が印加されるときには、吸気ファンと排気ファンの両方を回転させる。

ここで、定着装置Ｆの排熱を利用するダクト構成も考えられるが、以下の２点で好ましくない。１点目は、定着温度は加熱する記録材の枚数や厚みにより目標温度等を変更する場合が多く、また現像装置の温度と比べて極めて高い。そのため、定着装置Ｆを熱源として加熱したエアを用いると画像流れを低減できるものの、現像性の低下を招く恐れがある。

２点目は定着装置Ｆ１ではトナーの加熱に伴い揮発性有機化合物が空気中へと揮発する。また、定着分離性を高めるためのシリコンオイルが加熱により揮発してしまう。このような物質が含有するエアをコロナ帯電器へと導くと放電ワイヤなどが汚れ帯電不良を招くため好ましくない。

■（各部における空気の温度について）
続いて、各部の温度関係について簡単に説明する。前述の通りコネクタ７１におけるエアの温度はコネクタ５１におけるエアの温度よりも高くなる。具体的には、コネクタ７１における連続画像形成時の温度は外気温が３０℃としたとき約４０℃であり、コネクタ５１の温度は外気と同温度の３０℃となった。なお、現像装置２０を冷却した空気は外気温より高いが、冷却対象である現像装置２０の温度を超えることはない。

また、連続作像中の現像器は冷却しなければ、外気温が３０℃環境下において５０℃に達する。本実施例のヒートシンク５１は熱伝導性の高いアルミニウム材料を使用しており、現像装置２０はエアフローによる冷却によって約４０℃に保たれる。当然、現像装置２０を冷却した空気（約４０℃）は外気よりも温度が高くなるため相対湿度が外気よりも低くなる。

これにより、コロナ帯電器１０には外気よりも相対湿度の低下した空気が流れることになる。なお、コロナ帯電器１０と感光ドラムＤの隙間に帯電ダクト６０外から入る空気の量を抑えるようなファンの風量に設定している。これにより、外気よりも相対湿度の低い空気をコロナ帯電器１０へ送ることにより、画像流れの発生を抑制することができる。

§４．｛感光体の温調制御について｝
続いて、本実施例の感光ドラムの温調制御について説明する。

■（ブロック図について）
図４は本実施例のプリンタ１００と制御回路２００の接続関係を説明するためのブロック図である。プリンタ部にはドラム温度を検知する検知手段としてのドラム温度センサＴＨと、感光ドラムＤを加熱するドラムヒータＨを備える。ドラム温度センサＴＨの検知結果は制御手段としての制御回路２００へ通知される。制御回路２００の内部には中央演算回路２０１（以下ＣＰＵ）と、メモリ２０２を備える。ＣＰＵ２０１はメモリ２０２に格納されたプログラムに従い、温度センサＴＨからの出力に基づき、ドラムヒータＨを制御する。なお、ＣＰＵ２０１はメモリ２０２に画像形成枚数を記録したり、画像形成開始からの時間を記録させたりすることによりソフトカウンタやソフトタイマとして機能させることができる。なお、ドラムヒータＨは、ユーザによってＯＮ／ＯＦＦが切り替えすることができる不図示のスイッチを備える。

■（フローチャートについて）
続いて、本実施例の温調制御について図５に記載のフローチャートを用いて説明する。なお、下記温調制御は制御手段としての制御回路２００により実行される。

ドラムヒータＨのスイッチがＯＮされている状態において、制御回路２００はドラムヒータへ通電制御を実行する。具体的には、制御回路２００は所定間隔毎にドラム温度センサＴＨの検知結果を取得する（Ｓ１０１）。ドラム温度センサＴＨの検知結果が所定温度（３８℃）以上であるか否かに応じて、制御回路はドラムヒータＨのＯＮ／ＯＦＦを切替え制御する（Ｓ１０２）。

検知された感光ドラムＤの表面温度が３８℃以上である場合（Ｓ１０２：ｎｏ）には、制御回路２００はドラムヒータＨの通電を停止する（Ｓ１０４）。また、検知された感光ドラムＤの表面温度が３８℃未満である場合（Ｓ１０２：ｙｅｓ）には、制御回路２００はドラムヒータＨに通電する（Ｓ１０３）。

その後、制御回路２００はスイッチがＯＦＦされていれば（Ｓ１０５：ｙｅｓ）、ドラムヒータＨへの通電を停止しつつ制御を終了する（Ｓ１０６）。逆に、スイッチがＯＮされている場合（Ｓ１０５：ｎｏ）、上記Ｓ１０１〜Ｓ１０４の処理を継続実行する。

以上の制御により、感光ドラムＤの表面の温度を３８℃に温調することができる。なお、現像装置２０の温度が低い場合（室温に近い場合）は、ドラムヒータ４７ａへの通電により感光ドラム３ａ表面温度が３８℃以上に保たれる。これにより、画像流れを抑制することができる。

また、現像器温度が高い場合（４０℃に近い場合）は、現像ダクト５０内の空気温度が高くなる。そのため、現像ダクトから送風される湿度の低い空気により画像流れを抑制することができる。当然、現像装置２０により加熱された空気が感光ドラムＤへと送られると、エアによる感光体表面温度の低下が少なくなり、ヒータが消費する電力は少なくなる。

以下に本実施例について説明する。なお、実施例１と同一の構成については同一符号を付すことにより重複する説明は適宜省略する。

プリンタ本体に電源を投入した直後など、現像剤が循環していない時間が長い場合には現像装置２０の温度は室温程度に冷めている。そのため、現像ダクト５０内の空気の温度上昇は小さくなる。当然、帯電ダクト６０へと送られる空気の温度が低いと画像流れを抑制する効果が低くなる。逆に、連続画像形成時には、現像装置２０はトナーの攪拌などにより高温になり、帯電ダクト６０へ送られる空気は乾燥するため画像流れを十分に抑制することができる。

そこで、本実施例では現像器の温度が攪拌等により十分に高くなるまでの間はドラムヒータＨにより画像流れを積極的に抑制すると共に、連像画像形成に伴い帯電装置１０へ送られる空気が乾燥するに従いドラムヒータＨの使用を控える制御を採用した。

図６は本実施例の温調制御を説明するためのフローチャートである。なお、画像形成開始から現像装置が十分に昇温するまでの期間を検知するために、本実施例では画像形成枚数をカウントするソフトカウンタを用いた。当然、画像形成開始からの時間やスクリュによる現像剤の撹拌時間を計測するタイマや現像装置２０の温度を検知する温度センサの出力を用いてもよい。

制御回路２００はプリンタへの電源ＯＮ時の初期化動作として画像形成枚数を一時的に保持するカウンタをリセットする（Ｓ２０１）。

続いて、制御回路２００は連続画像形成枚数が所定枚数未満（Ｓ２０２：ｎｏ）の場合には、Ｓ２０３に示すような第一の目標温度（４０℃）で温調制御を継続する（Ｓ２０４：ｎｏ）。所定枚数（１０枚）画像形成を行った後には（Ｓ２０２：ｙｅｓ）、現像装置２０が昇温することにより乾燥した空気がコロナ帯電器１０へと送られるため、第一の目標温度に感光ドラムＤを温調することは不要となる。

そのため、制御回路２００は第一の目標温度よりも低い第二の目標温度（３８℃）で感光ドラムを温調制御する（Ｓ２０４）。当然、低湿度環境においては第二低い温度へのドラム温調とは感光ドラムをヒータで加熱しない場合も含むものとする。

そして、ドラムヒータスイッチがオフにならない限りに、制御回路２００は画像形成に伴いカウンタを更新しつつ上記Ｓ２０２〜Ｓ２０４の処理を実行する（Ｓ２０５、Ｓ２０６）。

Ｄ感光ドラム（感光体）
１０コロナ帯電器（帯電装置）
２０現像器（現像装置）
５０現像ダクト（第一風路）
６０帯電ダクト（第二風路）
７０連結ダクト（連結風路）
Ｆ１吸気ファン（送風手段）
Ｆ２排気ファン（送風手段）

Claims

感光体と、前記感光体を帯電する帯電装置と、前記感光体上に形成された静電像をトナーで現像する現像器と、を備える画像形成装置において、
前記現像器を冷却する第一風路と、前記帯電装置へ空気を送る第二風路と、を備え、
前記第一風路において前記現像器を冷却した空気を第二風路へと送る送風手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
感光体を加熱する加熱手段と、前記感光体の温度を検知する検知手段と、
前記感光体が所定温度よりも低くなるように前記加熱手段を制御する制御手段と、を有する請求項１に記載の画像形成装置。