JP4217863B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の電子写真方式の画像形成装置に係り、より詳しくは、その定着手段の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、レーザプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置において使用される定着装置は、特開平8−185108号公報や、特開平9−281827号公報等に開示されているように、感光体ドラムに形成されたトナー像を、転写ローラと感光体ドラムとの間を通過させる用紙等の被記録媒体に転写した後、当該被記録媒体を1つの加熱ローラと1つの加圧ローラとの間を通過させることにより、トナーを加熱溶融し、被記録媒体上にトナー像を定着させるものである。ところで、近年では、画像形成装置の高速化が著しくなり、被記録媒体の搬送速度の高速化に伴い、定着装置での通過速度も速くなっている。その結果、加熱ローラから被記録媒体上のトナーに十分な熱が伝達され難くなり、定着が不十分になる虞があった。この問題を解消するため、定着温度を高くすることが考えられるが、これに伴い定着部の温度を高くするとその近辺の画像形成部の温度も高くなり、この温度上昇に伴うトナーダメージを防止することが困難となるという問題が別途発生する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、定着部の温度を上げることなく、被記録媒体上のトナーに十分な熱エネルギーを付与するために、1つの加熱ローラと1つの加圧ローラとの間のニップ幅を大きくすることが考えられる。そのために、前記加熱ローラ及び加圧ローラの直径を大きくすると、これらのローラの熱容量が大きくなってしまう。そのため、例えば、電源立ち上げ時から印刷可能となるまでの初動時間を短くし、または一定時間使用しない場合にも、加熱ローラを予熱保持するための消費電力が大きくなり、低消費電力(節電)を達成できないという問題があった。
【0004】
この問題を解消すべく、1つの加熱ローラに対して直径の小さな2つの加圧ローラを隣接させて配置し、節電効果を向上させつつ、ニップ幅も大きくすることが考えられたが、従来では、被記録媒体の非印字面に摺接するこの加圧ローラの周面の汚れを防止する対策がなされていなかった。
【0005】
本発明は、前記従来の問題点を改良すべくなされたものであり、低消費電力を達成しつつ、ニップ幅も大きくして高速画像形成が可能となり、且つ被記録媒体に汚れが転写されないようにした定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、搬送される用紙等の被記録媒体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、被記録媒体に形成されたトナー像を加熱定着する定着手段とを備えた画像形成装置において、前記定着手段は、被記録媒体の搬送経路を挟んで一方に加熱ローラを配置し、他方には前記加熱ローラの外周面に当接する直径の異なる2つの加圧ローラを隣接して配置し、単一のローラ状のクリーナ部材にて前記搬送経路から離れた側から前記2つの加圧ローラをそれぞれに摺接押圧するように構成し、前記2つの加圧ローラのうち直径が他方の加圧ローラよりも小径の加圧ローラを前記クリーナ部材にて押圧するバックアップ力にて加熱ローラに押圧するように構成し、そのときのバックアップ力のうち前記加熱ローラと前記小径の加圧ローラとの軸心を結ぶ法線方向分力を、前記押圧点での両ローラの外周面の接線方向分力より大きくなるように構成したことを特徴とするものである。
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の画像形成装置としてのレーザプリンタの一実施形態を示す概略側断面図、図2は定着手段の第1参考例の側断面図、図3は定着手段の第2参考例の側断面図、図4は定着手段の第1実施形態の側断面図である。
【0012】
図1において、レーザプリンタ1は、本体ケース2内に、被記録媒体としての用紙3を給紙するためのフィーダ部4、給紙された用紙3に所定の画像を形成するための画像形成部5及び定着手段としての定着装置18などを備えている。
【0013】
フィーダ部4は、本体ケース2内の底部に、着脱可能に装着される給紙トレイ6と、給紙トレイ6内に設けられた用紙押圧板7と、給紙トレイ6の一端側端部の上方に設けられる給紙ローラ8およびパット手段9と、給紙ローラ8に対し用紙3の搬送方向の下流側に設けられる紙粉取りローラ10、搬送ローラ11と、搬送ローラ11に対し用紙3の搬送方向の下流側に設けられるレジストローラ12とを備えている。
【0014】
用紙押圧板7は、用紙3を積層状にスタック可能とされ、給紙ローラ8に対して遠い方の端部において揺動可能に支持されることによって、近い方の端部が上下方向に移動可能とされており、また、その裏側から図示しないばねによって上方向に付勢されている。そのため、用紙押圧板7は、用紙3の積層量が増えるに従って、給紙ローラ8に対して遠い方の端部を支点として、ばねの付勢力に抗して下向きに揺動される。給紙ローラ8およびパット手段9は、互いに対向状に配設され、パット手段9の裏側に配設されるばね13によって、給紙パット9が給紙ローラ8に向かって押圧されている。用紙押圧板7上の最上位にある用紙3は、用紙押圧板7の裏側から図示しないばねによって給紙ローラ8に向かって押圧され、その給紙ローラ8の回転によって給紙ローラ8とパット手段9とで挟まれた後、1枚毎に給紙される。給紙された用紙3は、紙粉取りローラ10にて紙粉が取り除かれた後、搬送ローラ11によって、レジストローラ12に送られる。レジストローラ12は、1対のローラから構成されており、用紙3を所定のレジスト後に、画像形成部5に送るようにしている。
【0015】
なお、このフィーダ部4は、さらに、マルチパーパストレイ14と、マルチパーパストレイ14上に積層される用紙3を給紙するためのマルチパーパス側給紙ローラ15およびマルチパーパス側給紙パット25とを備えており、マルチパーパス側給紙ローラ15およびマルチパーパス側給紙パット25は、互いに対向状に配設され、マルチパーパス側給紙パット25の裏側に配設されるばねによって、マルチパーパス側給紙パット25がマルチパーパス側給紙ローラ15に向かって押圧されている。マルチパーパストレイ14上に積層される用紙3は、マルチパーパス側給紙ローラ15の回転によってマルチパーパス側給紙ローラ15とマルチパーパス側給紙パット25とで挟まれた後、1枚毎に給紙されて前記レジストローラ12に送られる。
【0016】
画像形成部5には、スキャナユニット16、プロセスユニット17、定着装置18などを備えている。
【0017】
スキャナユニット16は、本体ケース2内の上部のうち、排紙トレイ48の下面側に配置され、レーザ発光部(図示せず。)、回転駆動されるポリゴンミラー19、レンズ20及び22、反射鏡21などを備えており、レーザ発光部から発光される所定の画像データに基づくレーザビームを、鎖線で示すように、ポリゴンミラー19、レンズ20、反射鏡21、レンズ22の順に通過あるいは反射させて、プロセスユニット17における感光体(像担持体)の一例としての感光体ドラム27の表面上に高速走査にて照射させている。
【0018】
プロセスユニット17は、感光体ユニットとしてのドラムカートリッジ26内に、感光体ドラム27、スコロトロン型帯電器29、転写手段としての転写ローラ30、クリーナ装置としてのクリーニングローラ51、2次ローラ52及び摺擦部材53等を備えている。
【0019】
このレーザプリンタ1では、転写ローラ30によって用紙3に転写された後に感光体ドラム27の表面上に残存する残存トナーを、現像ローラ31によって回収する、いわゆるクリーナレス方式によって残存トナーを回収するようにしている。このようなクリーナレス方式によって感光体ドラム27の表面上の残存トナーを回収すれば、ブレードなどのクリーナ装置や廃トナーの貯留手段を設ける必要がないため、装置構成の簡略化、小型化およびコストの低減化を図ることができる。
【0020】
感光体の一例としての感光体ドラム27は、現像ローラ31の側方位置において、その現像ローラ31と対向するような状態で図1で反時計方向に回転可能に配設されている。この感光体ドラム27は、ドラム本体が接地されるとともに、その表面部分(感光層)は、例えば、α−Si:H等のアモルファスシリコン系、CdSの硫化カドミウム系、ZnO等の酸化亜鉛系、AsSe3 等のセレン系の材料、もしくは有機系感光体材料、例えば、ポリカーボネートなどから構成される正帯電性の感光層により形成されている。
【0021】
この感光体ドラム27の駆動軸である回転中心軸は、ドラムカートリッジ26の左右両側から突出しており、図示しないメインモータからの動力によって回転駆動されるように構成されている。
【0022】
帯電手段としてのスコロトロン型帯電器29は、感光体ドラム27の上方に、感光体ドラム27に接触しないように、所定の間隔を隔てて配設されている。スコロトロン型帯電器29は、タングステンなどの帯電用ワイヤからコロナ放電を発生させる正帯電用のスコロトロン型の帯電器であり、感光体ドラム27の表面を一様に正極性に帯電させるように構成されている。また、このスコロトロン型帯電器29は、帯電電源によりオン・オフされる。
そして、感光体ドラム27の表面は、その感光体ドラム27の回転に伴なって、まず、スコロトロン型帯電器29により一様に正帯電された後、スキャナユニット16からのレーザービームの高速走査により露光され、所定の画像データに基づく静電潜像が形成される。
【0023】
転写ローラ30は、感光体ドラム27の下方において、この感光体ドラム27に対向するように配置され、ドラムカートリッジ26に図1において時計方向に回転可能に支持されている。この転写ローラ30は、金属製のローラ軸に、イオン導電性のゴム材料からなるローラが被覆されており、転写時には、転写バイアス印加電源から転写バイアス(転写順バイアス)が印加されるように構成されている。そのため、感光体ドラム27の表面上に担持された可視像(トナー像)は、用紙3が感光体ドラム27と転写ローラ30との間を通る間に用紙3に転写される。
【0024】
現像ユニットとしての現像カートリッジ28は、前記ドラムカートリッジ26に対して着脱自在に装着されており、現像剤担持体としての現像ローラ31、層厚規制ブレード32、供給ローラ33およびトナーボックス34などを備えている。
【0025】
トナーボックス34内には、現像剤として、正帯電性の非磁性1成分のトナーが充填されている。このトナーとしては、重合性単量体、たとえば、スチレンなどのスチレン系単量体や、アクリル酸、アルキル(C1〜C4)アクリレート、アルキル(C1〜C4)メタアクリレートなどのアクリル系単量体を、懸濁重合などの公知の重合方法によって共重合させることにより得られる重合トナーが使用されている。このような重合トナーは、球状をなし、流動性が極めて良好である。なお、このようなトナーには、カーボンブラックなどの着色剤やワックスなどが配合されるとともに、流動性を向上させるために、シリカなどの外添剤が添加されている。その粒子径は、約6〜10μm程度である。
【0026】
そして、トナーボックス34内のトナーは、トナーボックス34の中心に設けられる回転軸35に支持されるアジテータ36の矢印方向(図1で反時計方向)への回転により、攪拌されて、トナーボックス34の側部に開口されたトナー供給口から放出される。
【0027】
トナー供給口の側方位置には、供給ローラ33が図1で時計方向に回転可能に配設されており、また、この供給ローラ33に対向して、現像ローラ31が図1で時計方向に回転可能に配設されている。そして、これら供給ローラ33と現像ローラ31とは、そのそれぞれがある程度圧縮するような状態で互いに当接されている。
【0028】
供給ローラ33は、金属製のローラ軸に、導電性の発泡材料からなるローラが被覆されている。また、現像ローラ31は、金属製のローラ軸に、導電性のゴム材料からなるローラが被覆されている。より具体的には、現像ローラ31のローラ部分は、カーボン微粒子などを含む導電性のウレタンゴムまたはシリコーンゴムからなるローラ本体の表面に、フッ素が含有されているウレタンゴムまたはシリコーンゴムのコート層が被覆されている。なお、現像ローラ31には、図示しない現像バイアス印加電源から現像バイアスが印加される。
【0029】
また、現像ローラ31の近傍には、層厚規制ブレード32が配設されている。この層厚規制ブレード32は、金属の板ばね材からなるブレード本体の先端部に、絶縁性のシリコーンゴムからなる断面半円形状の押圧部を備えている。
【0030】
そして、トナー供給口から放出されるトナーは、供給ローラ33の回転により、現像ローラ31に供給され、この時、供給ローラ33と現像ローラ31との間で正に摩擦帯電され、さらに、現像ローラ31上に供給されたトナーは、現像ローラ31の回転に伴って、層厚規制ブレード32の押圧部と現像ローラ31との間に進入し、ここでさらに十分に摩擦帯電されて、一定厚さの薄層として現像ローラ31上に担持される。
【0031】
次いで、現像ローラ31の回転により、現像ローラ31上に担持されかつ正帯電されているトナーが、感光体ドラム27に対向して接触する時に、感光体ドラム27の表面上に形成される静電潜像、すなわち、一様に正帯電されている感光体ドラム27の表面のうち、レーザービームによって露光され電位が下がっている露光部分に供給され、選択的に担持されることによって可視像化され、これによって反転現像が達成される。
【0032】
次に、定着手段としての定着装置18の構成について説明する。定着装置18は、図1に示すように、プロセスユニット17の側方下流側に配設され、第1参考例では、後に詳述する1つの加熱ローラ41と、この加熱ローラ41を押圧するように互いに近接配置された2つの加圧ローラ42、43および、この2つの加圧ローラ42、43の背面側に配置されて摺擦するクリーナ部材44と、これらの下流側に設けられる1対の搬送ローラ45を備えている。加熱ローラ41は、アルミ等の金属製で加熱のためのハロゲンランプ等のヒータ55(図2参照)を備えており、プロセスユニット17において用紙3上に転写されたトナーを、用紙3が加熱ローラ41と加圧ローラ42、43との間を通過する間に熱定着させ、その後、その用紙3を搬送ローラ45によって、排紙パス46に搬送するようにしている。排紙パス46に送られた用紙3は、排紙ローラ47に送られて、その排紙ローラ47によって排紙トレイ48上に排紙される。
【0033】
また、本参考例においては、用紙3の表裏両面に画像を形成するため、定着装置18より搬送下流側に反転搬送装置49が設けられている。この反転搬送装置49は、方向転換のために前記搬送ローラ45と排紙パス46と排紙ローラ47とが共用され、フラッパ50を介して図示しない複数の搬送ローラに導かれ、それから前記給紙ローラ8よりも搬送下流側の搬送ローラ11の箇所に連通するリターンパス51に導かれる。即ち、排紙ローラ47は正逆回転切替え可能に構成されており、排紙トレイ48に用紙を排紙する場合には、正回転するが、両面印刷の場合には、最初の画像形成時に用紙3の片面(上面)のトナー像の定着を終えて排紙パス46に出た用紙3は、その進行方向の先端部が排紙ローラ47の箇所で挟持された状態で一旦停止し、次いで排紙ローラ47は逆回転する。そのとき、フラッパ50が下方を向くように姿勢が切替えられ、用紙3は逆搬送され、図示しない複数の搬送ローラを介してリターンパス51に導かれ、搬送ローラ11、レジストローラ12の箇所では、用紙3の非印字面が下方に向くように反転される結果、その状態で画像形成部5を通過させると、用紙3の裏面に画像形成できることになる。
【0034】
次に、図2に示す定着装置18の第1参考例をさらに詳述すると、加熱部材の一例としての加熱ローラ41はアルミまた鉄製のパイプ部41aの内径部にヒータ55が配置されたものである。前記パイプ部41aの外周表面層はフッ素系のコート層である。加熱ローラ41より小径の2つの加圧ローラ42、43は互いに接近して配置されている。加圧部材の一例としての各加圧ローラ42、43の外周部は耐熱性のゴム等の弾性体にて構成され、その最外周表面層は、同じくフッ素系のコート層である。従って、加熱ローラ41と2つの加圧ローラ42、43との間を通過する用紙3に対するニップ幅が大きくすることができる結果、加熱ローラ41の温度を高くすることなく、且つ用紙3の搬送速度を速い状態のもとで、用紙3に対するトナー像の定着を確実に行うことができる。
【0035】
用紙3の両面に画像形成する場合には、先にトナー像を定着させた用紙3の片面が加圧ローラ42、43の外周面と対面して通過するときに、そのトナーが両加圧ローラ42、43に転写されて汚れ易い。このトナーの汚れは、後続する用紙3が定着装置18を通過するときに、その用紙3に再度転写ささ用紙を汚して画像品質を悪化させる。従って、この両加圧ローラ42、43を清掃するために以下のようにクリーナ部材44を設ける。即ち、この2つの加圧ローラ42、43の背面側(前記ニップ側と反対側)には、両ローラ42、43の外周面に摺擦する1つのクリーナ部材44を配置し、図示しない付勢手段により加圧ローラ42、43に対して押圧する。本実施形態におけるクリーナ部材44はローラ状であり、その外周部44aは、不織布や織物等の繊維性部材にて構成され、クリーニング効果を向上させるために、シリコーンオイルを含浸させてある。
【0036】
また、加圧ローラ42、43との接触部分におけるローラ状のクリーナ部材44の回転方向を、前記2つの加圧ローラ42、43の回転方向(実施形態では図2において時計方向回り)に対して逆向き(カウンタ方向)に設定することにより、各加圧ローラ42、43の外周面に対してクリーナ部材44が相対速度差を持って摺擦できて、加圧ローラ42、43の外周面のトナー像の除去(清掃)を効率良く実行できる。なお、クリーナ部材44を加圧ローラ42、43と前記接触部分において同方向に回転させる場合であっても、クリーナ部材44の周速と加圧ローラ42、43の周速とに差異を設けることにより、前記と同様の効果を奏することができる。
【0037】
図3に示す第2参考例では、加熱ローラ41、2つの加圧42、43は第1参考例と同じであるが、1つのクリーナ部材56を回転しない部材とし、2つの加圧ローラ42、43の外周面に一挙に摺接するようにバネ等の弾性付勢手段57にて押圧するように構成したものである。クリーニング56を静止させたものでも、加圧ローラ42、43の周速に対する相対速度差を有することになり、第1参考例と同じ作用・効果を奏することができる。
【0038】
図4に示す第1実施形態では、加熱ローラ41′の外周部はアルミまた鉄製のパイプ部41a′の内径部にヒータ55が配置されたものであり、このパイプ部41a′の外周に耐熱性ゴム等の弾性体層58を被覆し、該弾性体層58の表面層をフッ素系のコート層とする。加熱ローラ41′より小径の2つの加圧ローラ59、60は互いに接近して配置されており、そのうち用紙3の搬入側の加圧ローラ59の直径を搬出側の加圧ローラ60の直径よりもさらに小さくすることにより、加熱ローラ41′に対する用紙3のニップ部61、62を接近させることができる。また、一方の加圧ローラ60は、最外層にフッ素系コート層を施したアルミまた鉄製の筒部60aの内径部にヒータ63を配置して、加熱定着作用を促進させるように構成している。他方の加圧ローラ59は前記参考例と同じく耐熱性ゴム等の弾性体であり、同じく最外層にフッ素系コート層を施す。
【0039】
ローラ状であって外周部が繊維性部材からなるクリーナ部材64にて前記2つの加圧ローラ59、60の背面側に摺接させて、前記加圧ローラ59、60との接触部分においてカウンタ方向に回転することにより、両加圧ローラ59、60の外周面のトナーの除去(清掃)を行うのは、第1参考例と同様である。第1実施形態では、第1の加圧ローラ59の直径が小さいため、その剛性が低くなり、加熱ローラ41′への押圧が不足するおそれがある。そのため、ローラ状のクリーナ部材64の長さと、第1の加圧ローラ59の長さとを略同じくし、クリーナ部材64によるバックアップ力Fにて第1の加圧ローラ59をその外周長さ全体にわたって加熱ローラ41′に均一な強さで押圧できるようにする。このとき、前記バックアップ力Fのうち、第1の加圧ローラ59と加熱ローラ41′とのニップ部(押圧点)61を通り両ローラ41′、59の中心を通る方向(ローラの直径方向)の分力(法線方向分力FNという)が、両ローラ41′、59のニップ部(押圧点)61における接線方向分力FTより大きくなるように、加圧ローラ59とクリーナ部材64との直径比率を設定する。これにより、クリーナ部材64にて加圧ローラ59を効率良く加熱ローラ41′に押圧でき、加圧ローラ59が他方の加圧ローラ60から離れる方向の力が小となり、両ニップ部61、62を近接させた状態に保持できる。
【0040】
本発明に係る2つの加圧ローラの直径を加熱ローラの直径寄り小さくすることにより加熱ローラに対する加圧ローラのニップ部の間隔が短くなり、トナーの定着作用が向上する。前記第1、第2参考例では、加熱部材及び加圧部材がローラであったが、ベルトにて構成しても良い。
【0041】
【0042】
【0043】
【0044】
【0045】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明は、搬送される用紙等の被記録媒体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、被記録媒体に形成されたトナー像を加熱定着する定着手段とを備えた画像形成装置において、前記定着手段は、被記録媒体の搬送経路を挟んで一方に加熱ローラを配置し、他方には前記加熱ローラの外周面に当接する直径の異なる2つの加圧ローラを隣接して配置し、単一のローラ状のクリーナ部材にて前記搬送経路から離れた側から前記2つの加圧ローラをそれぞれに摺接押圧するように構成し、前記2つの加圧ローラのうち直径が他方の加圧ローラよりも小径の加圧ローラを前記クリーナ部材にて押圧するバックアップ力にて加熱ローラに押圧するように構成し、そのときのバックアップ力のうち前記加熱ローラと前記小径の加圧ローラとの軸心を結ぶ法線方向分力を、前記押圧点での両ローラの外周面の接線方向分力より大きくなるように構成したことを特徴とするものである。
【0046】
このように構成すれば、加熱ローラに対する加圧ローラによる被記録媒体のニップ幅を大きくすることができる結果、加熱ローラの温度を高くすることなく、且つ被記録媒体の搬送速度、ひいては画像形成速度を速くしても、定着作用を損なうことがなく、安定した画像形成を実現できるという効果を奏する。そして、前記2つの加圧ローラの直径を異ならせ、そのうちの1つの加圧ローラの直径を小さくすれば、2つの加圧ローラによるニップ部の間隔を短縮できて定着作用を向上させることができる。その場合、直径の小さい加圧ローラを加熱ローラに押圧する押圧力をローラ状のクリーナ部材の押圧力(バックアップ力)によりバックアップさせる。そして、そのときのバックアップ力のうち前記加熱ローラと小径の加圧ローラとの軸心を結ぶ法線方向分力を、前記押圧点での両ローラの外周面の接線方向分力より大きくなるように構成したことで、剛性の小さい小径のクリーナ部材による押圧力が、直径の小さい加圧ローラのローラ軸線に沿って均等に作用できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の画像形成装置としての、レーザプリンタの一実施形態を示す概略側断面図である。
【図2】 定着装置の第1参考例の側面図である。
【図3】 定着装置の第2参考例の側面図である。
【図4】 定着装置の第1実施形態の側面図である。
【符号の説明】
1 レーザプリンタ
2 本体ケース
3 被記録媒体としての用紙
5 画像形成部
17 プロセスユニット
18 定着手段としての定着装置
41、41′、加熱ローラ
42、43、59、60 加圧ローラ
44、56、64 クリーナ部材
55 ヒータ
Claims (1)
- 搬送される用紙等の被記録媒体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、被記録媒体に形成されたトナー像を加熱定着する定着手段とを備えた画像形成装置において、
前記定着手段は、被記録媒体の搬送経路を挟んで一方に加熱ローラを配置し、他方には前記加熱ローラの外周面に当接する直径の異なる2つの加圧ローラを隣接して配置し、
単一のローラ状のクリーナ部材にて前記搬送経路から離れた側から前記2つの加圧ローラをそれぞれに摺接押圧するように構成し、
前記2つの加圧ローラのうち直径が他方の加圧ローラよりも小径の加圧ローラを前記クリーナ部材にて押圧するバックアップ力にて加熱ローラに押圧するように構成し、そのときのバックアップ力のうち前記加熱ローラと前記小径の加圧ローラとの軸心を結ぶ法線方向分力を、前記押圧点での両ローラの外周面の接線方向分力より大きくなるように構成したことを特徴とする画像形成装置。
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