JP2013161067A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置よりも用紙搬送方向下流側の、ローラやコロなどの用紙搬送部材をより簡易で確実に清掃できるようにする。
【解決手段】トナー画像を用紙Ｐに溶融定着させる通常モードと、搬送ローラ対５６ａ，５６ｂなどの搬送部材をクリーニングするクリーニングモードとに切り換え可能とし、クリーニングモードが選択されると、作像ユニット２０で特定パターンのトナー画像が形成されると共に、定着装置５の設定温度が通常モードよりも高くなり、特定パターンのトナー画像が形成された用紙Ｐが定着装置５を通過し、搬送ローラ対５６ａ，５６ｂなどの搬送部材に到達したときも、特定パターンのトナー画像が溶融状態を維持するようにする。そして、搬送部材に付着しているトナーを、特定パターンのトナー画像で吸着して除去する。
【選択図】図３

Description

本発明は画像形成装置に関し、より詳細には、用紙に転写された未定着のトナー画像を加熱して用紙に溶融定着させる画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置では、感光体表面に形成された静電潜像にトナーを付着させて現像し、現像されたトナー画像を用紙などの被転写材に転写させた後、定着装置によってトナー画像を被転写材に定着させている。そして、このような画像形成装置において、一般に広く使用されている定着装置は、圧接した一対のローラのニップ部に被転写材を通過させて加熱及び加圧を行い、トナー画像を被転写材に溶融定着させるものである。

従来の画像形成装置では、定着装置よりも用紙搬送方向下流側のローラやコロなどの用紙搬送部材に、定着装置で被転写材に十分に溶融定着しなかったトナーが付着し、被転写材の搬送に支障が生じたり、後続の被転写材が汚れるといった問題が生じることがあった。

そこで、これまでは、定着装置よりも用紙搬送方向下流側のローラやコロなどの用紙搬送部材を、トナーが付着しにくいフッ素樹脂材料などで構成したり、サービスマンによる保守点検時に清掃するようにしていた。

また、特許文献１では、粘着性を有するクリーニング層が形成されたクリーニングシートを定着装置に搬送して、定着ローラを清掃する技術が提案されている。

特開平3-58074号公報

従来、トナー画像の定着ローラからの離型性を高めるため、ワックスなどの離型剤をトナーに配合していたが、近年、離型剤の配合量を減らす傾向にあり、従来よりもトナー付着がしやすい状況にある。また、用紙などの被転写材の種類が増加し、被転写材とトナーとの接着性のバラツキが大きくなってきている。このため、定着装置よりも用紙搬送方向下流側の、ローラやコロなどの用紙搬送部材のより簡易で確実な清掃が望まれている。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、像担持体上にトナー画像を形成する画像形成部と、形成されたトナー画像を像担持体から被転写材に転写させる転写部と、被転写材上に転写されたトナー画像を加熱して被転写材に溶融定着させる定着装置と、定着装置を通過した被転写材を搬送する搬送部材とを備え、トナー画像を被転写材に溶融定着させる通常モードと、前記搬送部材をクリーニングするクリーニングモードとに切り換え可能な画像形成装置であって、クリーニングモードが選択されると、画像形成部で特定パターンのトナー画像が形成されると共に、定着装置の設定温度が通常モードよりも高くなり、特定パターンのトナー画像が形成された被転写材が定着装置を通過し、前記搬送部材に到達したときも、特定パターンのトナー画像が溶融状態を維持するようにして、前記搬送部材に付着しているトナーを、特定パターンのトナー画像で吸着して除去することを特徴とするものである。

ここで、前記特定パターンのトナー画像としてはベタ画像であるのが好ましい。なお、本明細書においてベタ画像とは、被転写材の全面又は所定領域の全体にわたってトナーが付着している画像をいうものとする。

また、前記特定パターンのトナー画像の形状としては、帯状で、搬送方向に対して垂直方向の長さが、前記搬送部材の当該長さ以上であるのが好ましい。

そしてまた、前記搬送部材が回転自在の部材である場合には、前記特定パターンのトナー画像の搬送方向の長さは、前記搬送部材の周長以上であるのが好ましい。

本発明の画像形成装置では、クリーニングモードを選択することにより、特定パターンのトナー画像が形成されると共に、定着装置の設定温度が通常モードよりも高くなるので、被転写材が定着装置を通過し、ローラやコロなどの搬送部材に到達したときも、特定パターンのトナー画像が溶融状態を維持するようになる。これにより、前記搬送部材に付着しているトナーを、特定パターンのトナー画像で吸着して除去できる。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概説図である。 作像ユニットの概説図である。 定着装置の概説図である。 特定パターンのトナー画像が形成された用紙の一例を示す平面図である。

以下、本発明に係る画像形成装置について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明に係る画像形成装置の一例を示す概説図を示す。画像形成装置１は、主に画像を印刷するプリンタ部１００と、主に原稿画像を読み取るイメージリーダー部２００と、操作入力部３００とから構成されている。操作入力部３００は、使用者が印刷条件等を入力する入力部３１０と、装置の稼働状況や使用者の入力結果を表示する表示パネル３２０とを有する。後述するクリーニングモードと通常モードとの切り換えは、入力部３１０から行うことができる。

イメージリーダー部２００は、不図示の原稿ガラス板の上に載置された原稿を、スキャナを移動して読み取る公知のものである。原稿画像は、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の三色に色分解されて、不図示のＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサにより電気信号に変換され、Ｒ・Ｇ・Ｂの画像データとしてプリンタ部１００へ送られる。

プリンタ部１００は、その内部中央部に中間転写ベルト（像担持体）１１を備えている。中間転写ベルト１１は半導電性材料からなっており、３つのローラ１２、１３、１４に張架されて、図において反時計回りに回転している。中間転写ベルト１１の下面水平部の下には、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色にそれぞれ対応する４つの画像形成部として作像ユニット２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ（以下、「作像ユニット２０」と総称することがある）が、中間転写ベルト１１に沿って並んで配置されている。

図２に示すように、作像ユニット２０は円筒状の感光体２１を有し、感光体２１の周囲には、回転方向に沿って順に、感光体２１の表面を均一に帯電させる帯電器２２と、均一に帯電した感光体２１の表面に色データに応じて露光することによって静電潜像を形成するプリントヘッド２３と、感光体２１の表面に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー画像とする現像装置３０と、中間転写ベルト１１を挟んで感光体２１と対向する位置で中間転写ベルト１１の内側に接触して設けられ、感光体２１の表面に形成されたトナー画像を中間転写ベルト１１の下面に一次転写するための一次転写ローラ２４と、一次転写の後に感光体２１の表面に残留するトナーを回収してクリーニングするクリーナ２５が配置されている。プリントヘッド２３は、感光体２１の軸方向と平行な走査方向に多数並べられたＬＥＤ列で構成されている。

図１に戻って、作像部ユニット２０の各現像装置には、各色トナーを一定量補給するサブホッパー６２Ｙ、６２Ｍ、６２Ｃ、６２Ｋ（以下、「サブホッパー６２」と総称することがある）が設けられており、ここから不図示のジョイントを介して各現像装置にトナーが供給される。サブホッパー６２の上方には、トナー容器６１Ｙ、６１Ｍ、６１Ｃ、６１Ｋ（以下、「トナー容器６１」と総称することがある）が着脱自在に設けられている。サブホッパー６２内のトナー残量が少なくなると、トナー容器６１からサブホッパー６２にトナーが供給される。トナー容器６１内のトナーがなくなると、新しいトナー容器６１と交換される。これらのトナー量の検出やトナー供給は、不図示のセンサや駆動手段で実行される。

中間転写ベルト１１を張架するローラ１２の外側には二次転写ローラ（転写部）４４が圧接されている。二次転写ローラ４４と中間転写ベルト１１との接触部分が二次転写領域となる。二次転写ローラ４４は、不図示の離接機構により、中間転写ベルト１１に接触する位置と接触しない位置とに移動可能に設けられている。また、中間転写ベルト１１を張架するローラ１４の外側にはクリーニングブラシ１５が設けられており、中間転写ベルト１１の表面に残るトナーを掻き取って廃トナーボックス１６に回収している。このクリーニングブラシ１５も中間転写ベルト１１に接触する位置と接触しない位置とに移動可能に設けられている。

プリンタ部１００の下方には給紙カセット４１が着脱自在に設けられている。給紙カセット４１に積載収容された用紙は給紙ローラ４２によって最上部のものから１枚ずつ搬送路Ａに送り出される。搬送路Ａは、給紙カセット４１からタイミングローラ対４３のニップ部、二次転写領域、定着装置５を通って排紙トレイまで伸びている。タイミングローラ対４３は、給紙カセット４１から送られてきた用紙を中間転写ベルト１１上の画像と同期をとって二次転写領域に給紙するためのものである。タイミングローラ対４３の近傍には、タイミングセンサ４５が設けられている。このタイミングセンサ４５は、用紙の先端がタイミングローラ対４３で挟まれたことを検知するものである。タイミングセンサ４５が用紙の先端を検知すると、タイミングローラ対４３は一時回転を停止し、その後、中間転写ベルト１１上のトナー画像と同期をとって用紙を二次転写領域に送り出す。

定着装置５は、トナー画像が二次転写された用紙が定着ベルト５３と加圧ローラ５４のニップ部を通過する間に、トナー画像を加熱・加圧して用紙に溶融定着させる。定着装置５については後述する。

制御部７０は、各種センサの情報や使用者の指示に応じて装置全体の動作を設計された仕様で駆動制御する動作制御部７１と、イメージリーダ２００で読み取ったりパソコンやＦＡＸなどで受信したデジタルデータを格納するデータ格納部７２と、記憶手段７３と、電源部７４を有する。記憶手段７３は、画像形成枚数を積算して記憶する機能を持っている。また、電源部７４は画像形成や転写や定着に必要なそれぞれの電圧を制御する。

このような構成の画像形成装置において、画像信号が入力されると、動作制御部７１で色別に変換したデジタル画像信号を作成し、この信号がそれぞれの色のプリントヘッド２３のＬＥＤ駆動回路に入力され、ＬＥＤが発光して均一に帯電した感光体２１の表面を露光し、各色別の静電潜像を形成する。この露光は、４個のプリントヘッド２３が色順に時間差をもって実行される。この形成された静電潜像は、各現像装置３０によって現像されたトナー画像となる。次ぎに、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加された一次転写ローラ２４によってトナー画像は中間転写ベルト１１に転写される。この動作が各色で行われ、中間転写ベルト１１上に各色が重ね合わさったトナー画像が形成される。

次に、中間転写ベルト１１に形成されたトナー画像は二次転写領域に運ばれる。そして、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加された二次転写ローラ４４によって、トナー画像は、二次転写領域を通過する用紙に一括して二次転写される。なお、モノクロ画像の場合には、作像ユニット２０Ｋだけが稼働してブラックのトナー画像が作られ、前記フルカラー画像の場合と同様に、一次転写及び二次転写された後、定着装置５で用紙に溶融定着される。

図３に、図１の画像形成装置Ｄに搭載されている定着装置５及びその近傍の概略構成図を示す。この定着装置５では、加熱ローラ５２と定着ローラ５１との間に定着ベルト５３が張架され、加圧ローラ５４が定着ベルト５３を介して定着ローラ５１に圧接している。定着ローラ５１は、不図示の回転駆動手段によって反時計回りに回転し、これによって定着ベルト５３及び加圧ローラ５４、加熱ローラ５２はそれぞれ従動して回転する。なお、回転駆動手段を定着ローラ５１ではなく、加熱ローラ５２又は加圧ローラ５４に設けて駆動回転させ、他のローラを従動回転させるようにしてもよい。

加熱ローラ５２には、加熱ローラ５２の軸方向中央部を主として加熱するハロゲンヒータ５５Ａと、加熱ローラ５２の軸方向両端部を主として加熱するハロゲンヒータ５５Ｂとが内蔵されている。また、加熱ローラ５２の外周部には、定着ベルト５３の表面から微小間隙を隔てて温度センサーＳが設置されている。温度センサーＳによって加熱ローラ５２の表面温度が検知され、制御手段７０（図１に図示）によってハロゲンヒータ５５Ａ，５５Ｂへの通電が入切制御される。これにより、加熱ローラ５２の表面は所定温度に維持され、また加熱ローラ５２の設定温度は切り換え可能とされる。

定着ローラ５１は円筒状の芯金５１１からなる。芯金５１１の材質に特に限定はないが、アルミニウムや鉄などの金属材料が好ましい。また、芯金の厚さは、０．１〜５ｍｍの範囲が好ましく、軽量化及びウォームアップ時間の短縮化等を考慮すると０．２〜１．５ｍｍの範囲がより好ましい。また、表面の離型性を向上させるために、芯金５１１の表面に、ＰＦＡやＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素系材料からなるチューブを被着する、あるいは前記フッ素系材料でコーティング層を形成して表層としてもよい。表層の厚さは５〜１００μｍの範囲が好ましく、水との接触角は９０度以上が好ましい。さらに、表面粗さは０．０１〜５０μｍの範囲が好ましい。また、ニップ部Ｎの幅を大きくするために、芯金５１１と表層との間に、弾性層をさらに設けてもよい。弾性層の材質としては、弾性と耐熱性を有するものが望ましく、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどが挙げられる。弾性層の厚さに特に限定はないが、通常は、０．０５〜２ｍｍの範囲が好ましい。

加圧ローラ５４は、芯金５４１の表面に、シリコーンゴムからなる弾性層５４２が形成され、その表面に表層としてのＰＦＡチューブ（不図示）が被着されてなる。弾性層５４２の材質としては、弾性と耐熱性を有するものが望ましく、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどが挙げられる。弾性層５４２の厚さに特に限定はないが、通常は、０．０５〜２ｍｍの範囲が好ましい。

定着ベルト５３は、ニッケルやステンレスなどの金属材料又はポリイミドやポリアミドなどの樹脂材料で成形した無端状の基体の外周面に、シリコンゴム等の弾性層を形成し、その表面に、フッ素樹脂などからなる離型層を形成してなる。

このような構成の定着装置５において、トナー画像が二次転写された用紙Ｐが定着ベルト５３と加圧ローラ５４のニップ部を通過する際に、トナー画像に対して加熱及び加圧がなされトナー画像は用紙に溶融定着する。定着装置５を通過した用紙Ｐは、搬送ローラ対５６ａ，５６ｂとコロ５７、そして排紙ローラ対５８ａ，５８ｂによって外部に排出される。

定着装置５を通過した後、用紙Ｐの、トナー画像が形成された面と接触するローラ５６ａ、コロ５７、ローラ５８ａにはトナーが付着しやすい。そこで、本発明の画像形成装置では、特定パターンのトナー画像を形成すると共に、定着装置５の設定温度を通常モードよりも高くして、ローラ５６ａ、コロ５７、ローラ５８ａを用紙Ｐが到達したときも、特定パターンのトナー画像が溶融状態を維持しているようにして、ローラ５６ａ、コロ５７、ローラ５８ａに付着したトナーを特定パターンのトナー画像で吸着して除去する。

溶融状態のトナー画像によって、ローラ５６ａ、コロ５７、ローラ５８ａに付着したトナーが吸着され除去される機構は次のようなものではないかと推測している。ローラ５６ａを例に以下説明する。

トナー粒子ｔと用紙との吸着力を「Ａ」、トナー粒子同士の吸着力を「Ｂ」、トナー粒子ｔとローラ５６ａとの吸着力を「Ｃ」とすると、トナー粒子ｔがＮ個集まってできたトナー群Ｔと用紙との吸着力は「Ａ×Ｎ」と表すことができる。そして、用紙の種類にかかわらず、トナー群Ｔに作用する各吸着力の大きさが下記不等式を満足するように、ローラ５６ａの材質等が選択決定されているので、トナー群Ｔがローラ５６ａに付着することはない。
Ａ×Ｎ＞Ｃ 且つ Ｂ＞Ｃ
また、通常、トナー粒子ｔに作用する各吸着力の大きさも下記不等式のようになり、トナー粒子ｔがローラ５６ａに付着することもない。
Ａ＞Ｃ 且つ Ｂ＞Ｃ

ところが、トナー粒子ｔとの吸着力が低い用紙の場合には、
Ａ’≦Ｃ
となる場合がある。この場合には、トナー粒子ｔが用紙からローラ５６ａに移動し、ローラ５６ａに付着する。

次に、ローラ５６ａに付着したトナー粒子ｔと用紙上のトナー群Ｔとが接触した場合を考える。ローラ５６ａに付着したトナー粒子ｔ及び用紙上のトナー群Ｔの少なくとも一方が溶融状態であると、両者は合体し、トナー粒子ｔはトナー群Ｔに吸着力Ｂで吸着する。これにより、トナー粒子はローラ５６ａから除去される。

ローラ５６ａ等に付着したトナーを効果的に吸着除去するために用紙に形成するトナー画像は、用紙の所定領域の全体にわたってトナーが付着しているベタ画像が好ましい。ただし、ベタ画像は用紙全体にわたって形成する必要はなく、少なくとも搬送部材と接触する領域に形成されていればよい。例えば、図４に示すように、ベタ画像を帯状とし、用紙搬送方向に対して垂直方向の長さＷをローラ５６ａなどの搬送部材の当該長さ以上とすればよい。また、複数個の搬送部材が設けられている場合には、それぞれの搬送部材と接触するように複数の帯状のベタ画像を形成してもよいし、あるいは複数個の搬送部材のすべてと接触するように１つの帯状のベタ画像を形成してもよい。さらに、搬送部材がローラやコロなどの回転部材である場合には、用紙搬送方向の長さＬを当該搬送部材の周長以上であるのが好ましい。

そしてまた、前述のように、搬送部材にトナーが付着しやすいのはトナー粒子や塊の小さいトナー群であることから、白紙部のかぶりトナーが最も搬送部材に付着しやすい。したがって、形成した画像のデジタルデータから、連続して白紙部となっている部分にベタ画像を主に形成するようにしてもよい。

クリーニングモードのときの加熱ローラ５２の設定温度は、通常モードのときの設定温度よりも高くするが、具体的な設定温度は、定着装置から搬送部材までの距離や用紙搬送速度、トナーの種類などを考慮し、特定パターンのトナー画像が形成された用紙が、搬送部材に到達したときも、当該トナー画像が溶融状態を維持しているように適宜決定すればよい。

また、通常モードからクリーニングモードに切り換えて、搬送部材をクリーニングするのは、記憶手段７３（図１に図示）に記憶された画像形成の積算枚数が所定枚数に達するごとであってもよいし、使用者が入力部３１０（図１に図示）からクリーニングモードを選択入力したときであってもよいし、その両方であってもよい。

以上説明した実施形態の定着装置は、定着ローラ５１と加圧ローラ５４とが定着ベルト５３を介して圧接した構造であったが、定着装置は、定着ベルト５３を用いずに定着ローラ５１と加圧ローラ５４とを直接圧接させた構造としてもよい。この場合、定着ローラ５１を加熱する加熱手段は、定着ローラ５１の内部又は外周部に設ければよい。加熱手段はハロゲンヒータの他、従来公知の手段を用いることができる。

さらには、加圧ローラ５４に加熱手段を設けても加熱ローラ５２を直接加熱するようにしてもよい。加熱手段は加圧ローラ５４の内部又は外周部に設ければよい。加熱手段はハロゲンヒータの他、従来公知の手段を用いることができる。

本発明の画像形成装置では、搬送部材に付着しているトナーを、特定パターンのトナー画像で吸着して除去でき有用である。

５ 定着装置
Ｐ 用紙（被転写材）
１１ 中間転写ベルト
２０ 作像ユニット（画像形成部）
４４ 二次転写ローラ（転写部）
５６ａ，５６ｂ 搬送ローラ対（搬送部材）
５７ コロ（搬送部材）
５８ａ，５８ｂ 排紙ローラ対（搬送部材）

Claims (4)

1. 像担持体上にトナー画像を形成する画像形成部と、形成されたトナー画像を像担持体から被転写材に転写させる転写部と、被転写材上に転写されたトナー画像を加熱して被転写材に溶融定着させる定着装置と、定着装置を通過した被転写材を搬送する搬送部材とを備え、トナー画像を被転写材に溶融定着させる通常モードと、前記搬送部材をクリーニングするクリーニングモードとに切り換え可能な画像形成装置であって、
   クリーニングモードが選択されると、画像形成部で特定パターンのトナー画像が形成されると共に、定着装置の設定温度が通常モードよりも高くなり、
   特定パターンのトナー画像が形成された被転写材が定着装置を通過し、前記搬送部材に到達したときも、特定パターンのトナー画像が溶融状態を維持するようにして、前記搬送部材に付着したトナーを、特定パターンのトナー画像で吸着して除去することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記特定パターンのトナー画像がベタ画像である請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記特定パターンのトナー画像の形状が帯状で、搬送方向に対して垂直方向の長さが、前記搬送部材の当該長さ以上である請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記搬送部材が回転自在の部材であり、前記特定パターンのトナー画像の搬送方向の長さが、前記搬送部材の周長以上である請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。