JP4878194B2

JP4878194B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4878194B2
Application number: JP2006093968A
Authority: JP
Inventors: 潤中垣
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007271688A

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ装置および複合機などの電子写真画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」という）に関する。

近年、画像形成装置の分野では高画質化や高速化がますます求められてきており、定着装置においても熱容量の大きなものが用いられるようになってきている。画像形成装置は、像担持体である電子写真感光体ドラム（以下、単に「感光体ドラム」という）や無端状中間転写体ベルトに作像および転写されたトナー像を被転写材であるシート上に転写し、そのシート上のトナー像を定着装置で加熱及び加圧して定着させる。

定着装置の熱容量大型化に伴い、特に中間転写方式を採用したカラー画像形成装置の場合、下記に示すように中間転写体ベルトが定着装置から受ける熱によって中間転写体ベルトのみならず感光体ドラム周辺も高温化する問題がある。中間転写方式では、上記感光体ドラム上の潜像をトナーを用いてトナー画像に現像し、一旦そのトナー画像を上記中間転写体ベルトに転写し（一次転写）、それから中間転写体ベルト上の一次転写像を記録紙などシート上に転写する（二次転写）。その場合、定着装置に近接した部分の中間転写体ベルトでは、定着装置から発生する熱を受けてその部分の中間転写体ベルトが高温になる。すると、その熱で中間転写体ベルト上に一次転写されたトナー像が溶着し、画像不良を起こしてしまう。また、一次転写部では中間転写体ベルトが感光体ドラムに接触しているから、高温化した中間転写体ベルトの熱が感光体ドラムやその周辺の現像器やクリーニング装置などの機器に伝わり、それらの機器に収容されているトナーが固着して画像劣化や装置作動不良の原因となる。

したがって、画像不良などを抑えるために、定着装置による中間転写体ベルトの高温化防止は重要な課題の１つである。従来、定着装置との間に断熱部材や冷却手段を配置して中間転写体ベルトの温度を下げたり、また電動ファンによって定着装置との間に空気流を形成して中間転写体ベルトへの熱の伝播を防ぐ構造が提案されてきた。先に本出願人においても、冷却手段を配置して中間転写体ベルトを冷却するようにした画像形成装置を提案している（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００５−０３１５０３号公報

冷却手段や断熱部材を設ける構造では、画像形成装置本体にそれらを設置するスペースを特別に確保する必要に迫られる。近年、画像形成装置の小型化に伴い、各機器や部品もより小型化される傾向にあることから、限られた画像形成装置本体のスペースにそうした冷却手段や断熱部材の設置スペースを割くことは負担である。加えて、冷却効果や断熱効果を高めるべくペルチェ素子とか真空断熱材などといった高価な部材を使用した場合は、製造コストの高騰につながってしまう。

また、画像形成装置本体の小型化は、電動ファンで空気流を形成するのに必要な空気流路を確保することが困難となり、十分な冷却能力が得られないという問題に直面する。その解決策として、電動ファンの性能を高めて空気流路の風量を上げてやることが考えられる。しかしその場合、強力な風力で二次転写後に中間転写体ベルト上に残留したトナーやシート転写後の定着装置にて定着前のシート上のトナーが飛散してしまうといった新たな不具合が発生する。また特許文献１に示されるように、中間転写体ユニット内に冷却手段を配置した場合では、冷却手段として電動ファンを用いると中間転写体ベルト内面に吹き付けられた空気は、中間転写体ベルトの回転方向の端面から吹き出し、被転写材に転写された未定着トナー像や中間転写体ベルトのクリーニング装置で捕集されたトナー等を飛散させてしまう恐れがある。また電動ファンは空気を吸い込むため、中間転写体ユニット外から中間転写体ユニット内へ空気が流入する。画像形成装置内にはトナー等の浮遊物が少なからず存在するため、これら浮遊物が中間転写体ユニット内に流入し、電動ファンにより中間転写体ベルト内面に吹き付けられる。すると中間転写体ベルト内面にトナー等の不純物が付着し、中間転写体ベルトの駆動部でスリップが発生し、色ずれや画像ずれが発生したり、転写部で転写不良等の問題が発生する。

以上から、本発明の目的は、限られた画像形成装置本体内のスペースを有効活用して大型化を抑え、無端状ベルト体が熱影響を受けて高温化するのを効率的に冷却し、トナーの付着や飛散による画像不良や機能不良などの問題を解消した画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、周回動する無端状ベルト体と、前記無端状ベルト体を周回動可能に支持する支持フレームと、前記支持フレームに設けられ、前記無端状ベルト体に背面側から対面して開口された熱取込口を有するとともに、外部空気を吸入する吸気口および内部空気を排出する排気口を有し、それら熱取込口、吸気口および排気口が連通する冷却空間を内部に有する第１ダクトと、少なくとも前記熱取込口の周囲に沿って装着されて前記無端状ベルト体に背面側から対面した部分を密封する可撓性シール部材と、画像形成装置本体に設けられ、前記吸気口に連通して外部空気を前記冷却空間に導入するための第２ダクトと、前記画像形成装置本体に設けられ、前記排気口に連通して前記冷却空間の内部空気に含まれる熱を外部に排出するための第３ダクトと、前記第２，第３ダクトに設けられて前記第１ダクトの冷却空間に空気流を形成するための電動回転式ファンと、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の画像形成装置によれば、第１ダクトの冷却空間を画像形成装置本体側の第２，第３ダクトに連通させ、外部空気を導入して排出する一連の空気流路が形成されるので、特別な冷却手段や断熱部材を設ける必要がない。それにより、画像形成装置本体の大型化を抑えつつ、無端状ベルト体の熱を第１ダクトの熱取込口から奪って冷却空間で冷却し、排気口から第３ダクトを経て外部に排出することができる。無端状ベルト体は熱の影響で過熱せず、その上に担持したトナー画像などのトナーが熱で融着するのを防止して画像不良や転写不良などを防ぐことができる。加えて、第１、第２および第３ダクトによる一連の空気流路は、画像形成装置本体内で少なからずトナーなどが浮遊する空間とは完全に分離されているので、浮遊トナーなどの飛散を防止することができる。また、無端状ベルト体内周面が浮遊トナーなどで汚れるのを防ぐことが可能となり、無端状ベルト体の駆動部でスリップが発生することで画像不良が発生することを防止できる。

以下、本発明による画像形成装置の好適な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、画像形成装置の具体例としてカラーデジタルプリンタを示す。４つの感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄはそれぞれ帯電ローラ１０２ａ〜１０２ｄによって表面を一様な電荷に帯電される。レーザスキャナ１０３ａ〜１０３ｄにはそれぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の画像信号が入力され、この画像信号に応じてドラム表面をレーザ光で照射し、電荷を中和し、潜像を形成する。感光体ドラム上に形成された潜像は現像器１０４ａ〜１０４ｄによってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーで現像される。各感光体ドラム上に現像されたトナーは一次転写ローラ１０５ａ〜１０５ｄによって無端ベルト状の像担持体である中間転写体ベルト１０６に順番に転写され、中間転写体ベルト１０６上にフルカラーのトナー像が形成される。感光体ドラム上の転写残トナーは、ドラムクリーナ１０７ａ〜１０７ｄによって回収される。

一方、給紙カセット１１１、１１２もしくは手差し給送部１１３のいずれかから給送された記録紙など被転写材であるシートは搬送ローラ１１４でレジストローラ１１５に向けて搬送される。停止状態のレジストローラ１１５にシートの先端が突き当たり、ループを形成した後、中間転写体ベルト１０６上のトナー像と同期してレジストローラ１１５を回転開始させる。

中間転写体ベルト１０６上のトナー像は二次転写外側ローラ１０９によってシートに転写され、定着装置１１０で加熱および加圧してシート上に定着される。その後、シートは排出部１１６ａ，１１６ｂから装置本体の機外へと排出される。また、二次転写部において転写されなかった中間転写体ベルト１０６上の転写残トナーは中間転写体クリーナ１０８によって回収される。

図２および図３は、中間転写体ベルト１０６を捲回して回動走行可能に支持する支持フレーム１０などで構成された中間転写体ユニット１を示す。なお、図３は説明のために中間転写体ベルト１０６を省略している。

中間転写体ベルト１０６は支持フレーム１０に回転軸支された駆動ローラ１１、テンションローラ１２および二次転写内側ローラ１３の各ローラ間に捲回されている。また一次転写ローラ１０５ａ〜１０５ｄが軸受で回転軸支され、その軸受をばね１４によって一次転写ローラが中間転写体ベルト１０６の背面側である内面に押し当たるよう付勢している。

中間転写体ユニット１０６が画像形成装置の装置本体に装着されると、駆動ローラ１１のローラ端部に結合された駆動ギア１５が装置本体側に備わっている駆動系と連結され、図２中の矢印Ａで示す時計廻り方向への回転駆動を受ける。駆動ローラ１１が回転すると、中間転写体ベルト１０６は回転摩擦力で回動走行させられる。また、一次転写ローラ１０５ａ〜ｄは中間転写体ベルト１０６を挟んで感光体ドラム１０１と加圧当接し、中間転写体ベルト１０６が走行することで従動して回転する。

支持フレーム１０には、ＩＴＢ冷却用の第１ダクト１６が固定して取り付けられている。この第１ダクト１６は、支持フレーム１０を横断する方向の一端側にエア吸気口１７が設けられ、他端側に排気口１８が設けられている。吸気口１７および排気口１８にはそれぞれシール１９ａ，１９ｂが貼着され、図５に示すように、装置本体の前側板５１に設けた第２ダクト５３と後側板５２に設けた第３ダクト５４にシール１９ａ，１９ｂを介して気密的に連結される。さらに、そうした第１ダクト１６の中間転写体ベルト１０６に対面して臨む側には熱取込口２０（図２，図３参照）が開口されている。すなわち、二次転写内側ローラ１３の下流側とテンションローラ１２の上流側との間の部分の中間転写体ベルト１０６に臨んでかかる熱取込口２０が設けられている。

熱取込口２０をその部位に設けた理由は、図１で明らかなように、テンションローラ１２と二次転写内側ローラ１３との間の部位は発生熱源である定着装置１１０に最も近接しており、その定着装置１１０から中間転写体ベルト１０６が最も熱を受け易い部分である。したがって、その部分に熱取込口２０を臨ませることで、中間転写体ベルト１０６の熱を奪って第１ダクト１６の内部の冷却空間２４（図４参照）に効率的に取り込み易くしている。

図４において、第１ダクト１６の熱取込口２０では、その口周囲全域にシール部材が貼着されている。中間転写体ベルト１０６の周回方向で熱取込口２０の上下端には可撓性シート形状の周回方向シール２１が貼着されている。図４は、中間転写体ベルト１０６にその周回方向シール２１が撓んで接した状態を示す。また中間転写体ベルト１０６の周回方向と直交する横断方向の両端部に可撓性を有する両幅方向シール２２が貼着されている。ここで、第１ダクト１６に対し周回方向シール２１が撓むことで生じる隙間を塞ぐ必要があるため、両幅方向シール２２にはある程度の厚みが必要である。周回方向シール２１の材質としては中間転写体ベルト１０６の幅方向にわたってベルトと摺擦するので摩擦抵抗の低いものが望ましく、常に中間転写体ベルト１０６に密接して摺動するのでベルト表面に貼り付かないよう表面にマット処理が施されている。また、両幅方向シール２２はその端部で中間転写体ベルト１０６に対して進入量を持って貼着されている。すなわち、両幅方向シール２２は、弾性を有する基材２２ａの表面にフェルト状部材２２ｂを貼り付けて成形され、中間転写体ベルト１０６に対して侵入量をもって貼着されている。両幅方向シール２２のフェルト状部材２２ｂは中間転写体ベルト１０６との摩擦抵抗を減らすためのものである。

このように、第１ダクト１６の熱取込口２０に装着された可撓性シール部材として、周回方向シール２１と両幅方向シール２２が中間転写体ベルト１０６に対してそれぞれ進入量をもって貼着されているから、周回動する中間転写体ベルト１０６に擦られて撓むことができる。それにより、第１ダクト１６の冷却空間２４を中間転写体ベルト１０６との間で密閉状態にして形成することができる。

一方、図５に示すように、画像形成装置の装置本体においては中間転写体ユニット１側に設けた第１ダクト１６に気密的に連結される以下の第２，第３ダクト５３，５４が設けられている。

中間転写体ユニット１は、装置本体の枠体フレームを形成する前側板５１と後側板５２の間に配置される。感光体ドラムなど電子写真エンジン部もそうした前側板５１と後側板５２の間に配置されている。第１ダクト１６の吸気口１７はシール１９ａを介して前側板５１に設けた第２ダクト５３に気密的に連通できるようになっている。また、第１ダクト１６の排気口１８はシール１９ｂを介して後側板５２に設けた第３ダクト５４に機密的に連通できるようになっている。そうした装置本体側の第２ダクト５３は前側板５１の手前側まで延びていて、前側板５１よりも手前の部分に電動回転式の吸気ファン５５が装着されている。第３ダクト５４は後側板５２を横断して外装面まで延びており、出口側にやはり電動回転式の排気ファン５６が装着されている。

以上の構成により、画像形成装置にて画像形成による作像中、定着装置１１０で発生した熱によって温度上昇した中間転写体ベルト１０６から熱を奪い、効率的に冷却する。

作像動作中、吸気ファン５５と排気ファン５６は、装置本体に装備されて作動システム全体の制御を統括的に司る制御装置（図示略）から出力された作動信号により、図５中の矢印Ｂ方向に沿った空気流を形成する方向へ回転する。前側板５１よりも手前側で第２ダクト５３から吸入された清浄な空気は、中間転写体ユニット１の吸気口１７から第１ダクト１６内の冷却空間２４に導入される。冷却空間２４では清浄空気が前側板５１の側から後側板５２の側へと中間転写体ベルト１０６の背面側である内面に沿って流れることで、中間転写体ベルト１０６の温度を下げる。中間転写体ベルト１０６から熱を奪った空気は排気口１８から第３ダクト５４に送られ、排気ファン５６の回転作動によって装置本体の機外へと排気される。

ところで、装置本体内のシート搬送路にてシートがたとえばジャム（紙詰まり）を発生して作像動作が緊急停止したような場合、中間転写体ベルト１０６に対して以下のように冷却が行われる。

装置本体の作動停止によって中間転写体ベルト１０６上には感光体ドラムから一次転写されたトナー像が保持された状態になる。このような異常停止時にあっては、二次転写内外側ローラ１３，１０９にて二次転写する際の高圧バイアス電圧は瞬時に切られてオフ（ＯＦＦ）になる。しかし、中間転写体ベルト１０６を回動走行させる駆動モータは、中間転写体ユニット１の慣性によって瞬間的には駆動停止できず、高圧バイアス電圧がオフされるタイミングよりも送れてその回転駆動を停止する。

高圧バイアス電圧が停止オフしたことで、二次転写内外側ローラ１３，１０９による二次転写部では、中間転写体ベルト１０６上のトナーがシートに瞬時に転写されなくなる。一方中間転写体ベルト１０６の回転は瞬時には停止しないため、二次転写内側ローラ１３より下流側かつテンションローラ１２より上流側の中間転写体ベルト１０６上には、高圧バイアス電圧が停止したため二次転写部で被転写材に転写されなかったトナー像が担持された状態になる。その残留トナーが熱の影響で中間転写体ベルト１０６上に融着してしまうのを防ぐため、異常停止を感知した制御装置は緊急の制御信号を出力して吸気ファン５５と排気ファン５６を通常の作像動作時よりも速い回転速度で回転させる。回転増速された吸気ファン５５と排気ファン５６による強力な空気流でもって中間転写体ベルト１０６の冷却を通常時よりも強めて行なう。それにより、中間転写体ベルト１０６へのトナー融着を有効に防止できる。

以上、本実施形態の画像形成装置の構成および効果をまとめると、中間転写体ユニット１に設けた第１ダクト１６内の冷却空間２４の熱取込口２０を中間転写体ベルト１０６に臨ませている。そこは中間転写体ベルト１０６が定着装置１１０に最も近接した部分であり、定着装置１１０からの熱を受けて中間転写体ベルト１０６が高温化し易い個所であり、効率的に熱を奪って冷却することができる。また、熱取込口２０の周囲を周回方向シール２１と両幅方向シール２２で囲ってベルト表面に密着させて密封することで、中間転写体ベルト１０６から奪った熱を逃がすことなく冷却空間２４に呼び込んで冷却できる。冷却した内部空気は画像形成装置本体側の第２ダクト５３から第３ダクト５４に連通する空気流路に誘導し、排気ファン５６で引っ張って装置本体の機外に排出することができる。

また、第１ダクト１６に設けた吸気口１７と排気口１８は装置本体側の第２，第３ダクト５３，５４に気密的に連結され、前側板５１よりも手前側で吸気する。図５で明らかなように、それによって少なからずトナーが浮遊している前後側板５１，５２間の空気を中間転写体ベルト１０６内面に吹き付けることがなくなり、中間転写体ベルト１０６のスリップによる色ずれなどによる画像不良を防止できる。また、後側板５２より奥側で排気することで排気によってクリーナなどに存在しているトナーを機内に飛散することも防げ、被転写材であるシートに転写された未定着トナー像を乱さない。

なお、本発明について上記実施形態で説明されたが、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であればその他の実施形態、応用例、変形例およびそれらの組み合わせも可能である。

たとえば、上記実施形態においては第２ダクト５３から第１ダクト１６を経由して第３ダクト５４までの長さ寸法がやや長く圧力損失が大きいことを考慮し、補助的に排気ファン５６を装備させている。しかし、吸気ファン５５および排気ファン５６のいずれか一方のみで中間転写体ベルト１０６の冷却に必要な空気が送れるに足りる場合は、一方のファンを省略でき、それだけ部材点数を削減でき、コスト的にも有利であり、しかも同様な効果を得ることができる。

また、本実施形態として中間転写方式の画像形成装置を具体例に挙げたが、被転写材シートを搬送する搬送用ベルトなど、画像形成装置本体内に装備された他のベルト状回転体の冷却に対しても本発明を適用することができる。

本発明による画像形成装置の実施形態の具体例として示すカラーデジタルプリンタを示す図。本実施形態の中間転写体ユニットを示す断面図。同中間転写体ユニットを示す斜視図。同中間転写体ユニットに設けられた第１ダクトを示す拡大断面図。本実施形態の画像形成装置本体の側板間に中間転写体ユニットが設けられて第２，第３ダクトとの連通状態を示す平面図。

符号の説明

１中間転写体ユニット
１０支持フレーム
１１駆動ローラ
１２テンションローラ
１３二次転写内側ローラ
１６第１ダクト
１７吸気口
１８排気口
１９ａ，１９ｂシール
２０熱取込口
２１周回方向シール
２２両幅方向シール
２４冷却空間
５１前側板
５２後側板
５３第２ダクト
５４第３ダクト
５５吸気ファン
５６排気ファン
１０１感光体ドラム
１０６中間転写体ベルト
１０９二次転写外側ローラ
１１０定着装置

Claims

周回動する無端状ベルト体と、
前記無端状ベルト体を周回動可能に支持する支持フレームと、
前記支持フレームに設けられ、前記無端状ベルト体に背面側から対面して開口された熱取込口を有するとともに、外部空気を吸入する吸気口および内部空気を排出する排気口を有し、それら熱取込口、吸気口および排気口が連通する冷却空間を内部に有する第１ダクトと、
少なくとも前記熱取込口の周囲に沿って装着されて前記無端状ベルト体に背面側から対面した部分を密封する可撓性シール部材と、
画像形成装置本体に設けられ、前記吸気口に連通して外部空気を前記冷却空間に導入するための第２ダクトと、
前記画像形成装置本体に設けられ、前記排気口に連通して前記冷却空間の内部空気に含まれる熱を外部に排出するための第３ダクトと、
前記第２もしくは第３ダクトに設けられて前記第１ダクトの冷却空間に空気流を形成するための電動回転式ファンと、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
前記第１ダクトの吸気口および排気口が、前記画像形成装置本体の枠体を形成する一方側の側板に設けた前記第２ダクトと他方側の側板に設けた前記第３ダクトにそれぞれ連通し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。
前記無端状ベルト体が中間転写体ベルトである場合に、ベルト周回方向で一次転写部の上流側かつ二次転写部の下流側との間のベルト部分に臨んで定着装置が配置され、前記中間転写体ベルトを挟んで前記定着装置と対向するよう、一次転写部の上流側かつ二次転写部の下流側にて中間転写体ベルト背面に臨んで前記第１ダクトの熱取込口が設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記第１ダクトの熱取込口に装着された前記可撓性シール部材が、前記無端状ベルト体に周回方向で密着する両幅方向シールと周回方向に直交する方向で密着する周回方向シールとからなり、前記周回方向シールの前記無端状ベルト体との摩擦係数が前記両幅方向シールの前記無端状ベルト体との摩擦係数よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記画像形成装置本体で作像中に異常停止したとき、制御手段によって前記電動回転式ファンに作動信号を送出してファン回転速度を増速させることにより、前記第１，第２および第３ダクトによる空気流路を流れる風量を上げることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。