JP5725399B2

JP5725399B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5725399B2
Application number: JP2010228131A
Authority: JP
Inventors: 高井　真悟; 真悟高井; 庄司　裕; 裕庄司
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2030-10-08
Also published as: US9152119B2; JP2012083452A; US20120087703A1

Description

本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に関するものである。

画像形成装置としては、電子写真技術を用いてシート状部材である用紙上にトナー画像を形成し、定着装置を通過させることでトナーを溶融し融着させるものが知られている。また、印刷速度の高速化に伴い、定着装置により熱せられた用紙を速やかに冷却するための冷却装置を備えた画像形成装置も知られている。

特許文献１に記載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に、用紙に接触して用紙を搬送しつつ冷却する冷却ローラを備えた冷却装置が設けられている。冷却装置には用紙の搬送方向に間隔をおいて配列された２つローラが設けられており、用紙を搬送する弾性部材からなる搬送ベルトを張架している。搬送ベルトを張架する一方のローラは駆動ローラとして搬送ベルトを回転させる。また、搬送ベルトを張架する２つのローラの間には、搬送ベルトのおもて面に接するように冷却ローラが配設されており、冷却ローラは搬送ベルトの搬送力を利用した連れ回りで回転するようになっている。定着装置を通って高温となった用紙を搬送ベルトで担持搬送し、冷却ローラと搬送ベルトとが接することで形成されるニップ領域で冷却ローラに用紙を接触させることで、用紙の熱が冷却ローラに吸熱され用紙が冷却される。

搬送ベルトを回転させる駆動ローラとしては、搬送ベルトの蛇行を抑えるために駆動ローラの軸方向中央部の直径を両端部より大きくした太鼓状の形状である所謂クラウン形状とすることがある。駆動ローラをクラウン形状とすることで、搬送ベルトが駆動ローラの軸方向中央部を超えて駆動ローラ軸方向に移動しにくくなり、搬送ベルトの蛇行を抑制することができる。

ところが、クラウン形状の駆動ローラは駆動ローラ中央部と端部とで直径が異なるため、駆動ローラ軸方向中央部における搬送ベルトの張力が駆動ローラ軸方向端部における搬送ベルトの張力よりも高くなり、駆動ローラ軸方向で搬送ベルトに張力差が生じる。このような張力差が搬送ベルトに生じると、冷却ローラとベルトとで用紙を挟持した際、用紙に対する搬送ベルトからの圧力に駆動ローラ軸方向で差が生じ、その圧力差に起因する光沢ムラが用紙上の画像に発生するといった問題が生じる。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、用紙上の画像の光沢ムラを低減できる画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、シート状部材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記シート状部材上に形成されたトナー像を少なくとも熱によってシート状部材に定着させる定着手段と、前記定着手段よりもシート状部材搬送方向下流側に配設されており、該定着手段によってトナー像が定着されたシート状部材を冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、前記冷却手段は、シート状部材に接することで該シート状部材を冷却する冷却ローラと、前記冷却ローラに前記シート状部材を圧接させるとともに該シート状部材を担持搬送する、複数の張架部材によって回転可能に張架されたベルト部材と、前記複数の張架部材の一つであり前記ベルト部材を回転駆動させる駆動ローラと、前記ベルト部材のおもて面に接触させないで前記駆動ローラに対向させて配設した従動ローラとを備えており、前記駆動ローラは、軸方向で複数のコロに分割されており、該複数のコロそれぞれが軸方向両端部から中央部に向けて外径が連続的に大きくなるクラウン形状を有し、前記ベルト部材は、弾性部材からなる単一の平ベルトであって、分割された前記複数のコロで張架されて回転し、前記複数のコロに当接して稜線が波打つことを特徴とするものである。

本発明においては、駆動ローラがクラウン形状を有する複数のコロからなるため、コロの軸方向中央部と端部との直径の差を、前記コロと同じ曲率のクラウン形状を有する軸方向で分割されていない単一の駆動ローラよりも小さくすることができる。これにより、前記複数のコロからなる駆動ローラの軸方向の直径の差が、前記単一の駆動ローラよりも小さくなるので、その分、前記単一の駆動ローラを用いた場合よりもベルト部材の駆動ローラ軸方向の張力差を小さくすることができる。よって、冷却ローラとベルト部材とでシート状部材を挟持した際、用紙に対するベルト部材からの圧力に駆動ローラ軸方向で生じる圧力差が小さくなるので、その分、圧力差に起因するシート部材上の画像の光沢ムラを低減することができる。

以上、本発明によれば、用紙上の画像の光沢ムラを低減できるという優れた効果がある。

本実施形態に係る冷却装置を上方から見た場合の模式図。本実施形態に係る複写機の概略構成図。本実施形態に係る冷却装置の概略構成図。従来の冷却装置の例を示す図。曲率半径が同じである、単一のコロと複数のコロそれぞれで構成された各駆動ローラの模式図。駆動ローラを軸方向で分割した複数のコロの軸方向の幅と同程度の幅を有する平ベルトを複数のコロそれぞれに掛け回した冷却装置を上方から見た場合の模式図。

以下、本発明を、画像形成装置としての電子写真複写機（以下、単に「複写機」という。）に適用した一実施形態について説明する。

図２は、本実施形態に係る複写機の概略構成図である。
複写機には、無端移動体たる中間転写ベルト４１を張架しながら図中反時計回りに無端移動せしめる転写装置４０が配設されている。転写装置４０は、中間転写ベルト４１の他、４つの一次転写器５Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋなども備えている。

中間転写ベルト４１は、駆動ローラ４４、テンションローラ４３、二次転写対向ローラ４６、および、従動ローラ４２などの張架ローラに張架された状態で、図２中時計回り方向に回転駆動される。駆動ローラ４４は、図示しないモータ等の駆動源により回転駆動され、駆動ローラ４４から中間転写ベルト４１に駆動源の駆動力が伝達され、中間転写ベルト４１が一定速度で回転する。

駆動ローラ４４と従動ローラ４２との間のベルト張架部分には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４つの画像形成ユニット４８Ｙ，４８Ｃ，４８Ｍ，４８Ｋが並んで配置されている。画像形成ユニット４８には、潜像担持体としての感光体１の周囲に、コロナ帯電器２や現像装置４などが設けられている。また、感光体１に対して中間転写ベルト４１を介して対向する位置に一次転写器５が配設されている。

画像形成ユニット４８Ｙ，４８Ｃ，４８Ｍ，４８Ｋの上方には、２つの画像書込装置３が設けられている。この画像書込装置３は、パソコンなどから送信された画像情報に基づいて、各画像形成ユニット４８に設けられた感光体１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｋ上に静電潜像を形成するためのものである。

また、中間転写ベルト４１を挟んで二次転写対向ローラ４６に対向する位置には、二次転写ローラ２２が設けられている。二次転写ローラ２２は、図示しないバネなどの付勢手段によって中間転写ベルト方向へ加圧され、二次転写対向ローラ４６と二次転写ローラ２２とで中間転写ベルト４１を挟み込んで二次転写ニップを形成している。そして、図示しない電源によってトナーと逆極性の二次転写バイアスが二次転写ローラ２２に印加されることで、二次転写ニップ内に二次転写電界が形成される。中間転写ベルト４１上のトナー像をシート材たる用紙Ｓ上に二次転写する際には、二次転写ローラ２２に二次転写バイアスを印加して二次転写ニップに二次転写電界を形成して、中間転写ベルト４１上の４色トナー像を二次転写電界やニップ圧によって用紙Ｓに一括転写する。これにより、用紙Ｓの白色と相まってフルカラー画像が用紙Ｓの印刷面に形成される。

二次転写ニップで二次転写を終えた用紙Ｓは、二次転写ニップよりも用紙搬送方向下流側に配置されている定着装置７に送られる。この定着装置７は、ヒータランプを内蔵した加熱ローラ８と、表面を弾性体で覆われた加圧ローラ９とを当接させた構成となっている。定着装置７よりも用紙搬送方向下流側には用紙Ｓを冷却する冷却装置１０が設けられている。

次に、本実施形態における複写機の動作について説明する。
感光体１の表面をコロナ帯電器２により帯電し、画像書込装置３からの書込光によって感光体１の表面に静電潜像を作像する。現像装置４は感光体１上に形成された静電潜像上に粉体のトナーを電気的に付着させ可視化する。感光体１上の可視化されたトナー像は、一次転写器５によって感光体１上から中間転写ベルト４１上に転写される。中間転写ベルト４１上に転写されたトナー像は二次転写ニップで中間転写ベルト４１上から用紙Ｓの表面へ転写される。その後、トナーが転写された用紙Ｓは定着装置７の内部に送り込まれ、加熱ローラ８と加圧ローラ９との間を通過することにより熱と圧力とが加えられ、用紙Ｓにトナー像が定着される。このようにトナー像が定着された用紙Ｓは、定着装置７よりも用紙搬送方向下流側に設置された冷却装置１０に搬送され冷却された後、排紙口１１から装置外に排出される。

図３は、本実施形態に係る冷却装置１０の概略構成図である。冷却装置１０には用紙Ｐの搬送方向（左右方向）に間隔をおいて配列された駆動ローラ１４と従動ローラ１９とが設けられており、用紙Ｓを担持搬送する弾性部材からなる平ベルト１３を展張している。駆動ローラ１４は図示しない駆動源と連結されており、駆動ローラ１４が図中反時計回りに回転することで平ベルト１３が図中反時計回り方向に回転し、平ベルト１３のおもて面に担持した用紙Ｓを図中右側から左側へ搬送する。なお、従動ローラ１９は平ベルト１３の回転に連れまわって図中反時計回りに回転する。また、従動ローラ１９としては単一のローラ部材（単一のコロ）からなるものを用いても良いし、ローラ部材を軸方向で分割し複数のコロからなるものを用いても良い。

駆動ローラ１４と従動ローラ１９との中間位置には、平ベルト１３に食い込むように上から管状のローラである冷却パイプ１２が圧接されており、冷却パイプ１２は平ベルト１３の搬送力を利用した連れ回りで回転するようになっている。冷却パイプ１２としては、空冷のためのフィン１２ａ（図１などを参照）や冷却液の循環機構などを備えたものを用いることができる。また、従動ローラ１９の上方には定着装置７から搬送されてきた用紙Ｓをガイドする図示しない用紙受入ガイドが設けられており、駆動ローラ１４の上方には冷却装置１０から排紙口１１に用紙Ｓをガイドする用紙排出ガイドが設けられている。

定着装置７を通って高温となった用紙Ｓが、冷却装置１０の冷却パイプ１２と平ベルト１３とで形成されるニップ領域部を通過して排紙口１１から装置外に排出される。この際、冷却パイプ１２と平ベルト１３とが接することで形成されるニップ領域で、用紙Ｓは平ベルト１３の張力によって冷却パイプ１２に圧接されながら搬送される。そのため、用紙Ｓは冷却パイプ１２に密着しながら前記ニップ領域を通過するので、その際に用紙Ｓの熱は冷却パイプ１２に吸熱され用紙Ｓが十分に冷却される。また、冷却パイプ１２に用紙Ｓを広範囲で接触させることにより効率良く用紙Ｓを冷却することができる。

また、本実施形態においては、図３に示すように冷却装置１０の出口に平ベルト１３に接触しないように平ベルト１３を介して駆動ローラ１４と対向する位置に従動ローラ１７を設置している。これにより、冷却装置１０を出た直後の余熱により十分にトナーが固化していない用紙Ｓの表面が、用紙排出ガイドの端部などの鋭利な部分に接触するのを従動ローラ１７の湾曲したローラ表面によって抑制し、用紙Ｓ上の画像に線状のキズが発生するのを抑制することができる。

ここで、従来の冷却装置では、図４に示すように平ベルト１３を回転させるための駆動ローラ３４のコロ１６は、平ベルト１３の蛇行を防止すべく、駆動ローラ３４の軸方向中央部Ａの直径を端部より大きくした太鼓状の形状、所謂クラウン形状とすることが多い。ところが、駆動ローラ３４の軸方向中央部Ａにおける平ベルト１３の張力は、他の部分と比較して高くなる。そのため、冷却パイプ１２と平ベルト１３との間に用紙Ｓが挟持された場合、用紙Ｓに対する平ベルト１３からの圧力もまた駆動ローラ３４のコロ１６の中央部Ａに相当する場所（平ベルト１３上のハッチング部分）は、他の場所に比べて高くなり、圧力差に起因する光沢ムラが発生してしまう場合がある。すなわち、トナー凝固工程におけるベルト張力の部分的な差が原因で、用紙Ｓ上の画像に光沢ムラが発生してしまう。

なお、クラウン形状を有する駆動ローラとして図４に示すような単一のローラ部材からなるものだけではなく、ローラ部材を軸方向で分割した複数のコロからなり、それら複数のコロ全体で１つのクラウン形状を形成するようなものであっても、上述したのと同様の理由により圧力差に起因する光沢ムラが発生する。

さらに、駆動ローラ軸方向両端部から中央部に向けて外径が連続的に小さくなる所謂逆クラウン形状を有する駆動ローラを用いた場合でも、平ベルト１３の駆動ローラ軸方向で張力差が生じる。そのため、用紙Ｓに対する平ベルト１３からの圧力に駆動ローラ軸方向で差が生じ、その圧力差に起因する光沢ムラが発生してしまう。

特に、電子写真方式のカラー画像形成装置においては、近年、カラー化が進み、より高品位の画質を得るために定着装置のオイルレス化が主流となりつつあるが、上述した用紙Ｓ上の画像に光沢ムラが発生する現象は、特にオイルレス定着を行う電子写真方式のカラー画像形成装置において顕著に現れる現象である。

すなわち、冷却装置による用紙Ｓの冷却において、用紙上のトナーからなる画像は圧力や冷却時間の影響を受け易く、その結果、表面状態が変化して用紙上の画像の光沢ムラを起こし易い状態となる。

一方、本実施形態の冷却装置１０では、図１に示すように平ベルト１３を張架し回転駆動させる駆動ローラ１４が軸方向で複数のコロ１５に分割されており、複数のコロ１５それぞれが軸方向両端部から中央部に向けて外径が連続的に大きくなるクラウン形状を有している。

駆動ローラ１４をクラウン形状を持った複数のコロ１５から構成することで、図５に示すようなコロ１５と同じ曲率半径Ｒを持つ単一のコロ１６で駆動ローラ３４を構成する場合よりも、クラウン形状を持ったコロ１５の軸方向中央部と端部との落差が小さく（Δｈ１＞Δｈ２）なる。そのため、コロ１５と同じ曲率半径Ｒを持つ単一のコロ１６からなる駆動ローラ３４で平ベルト１３を張架した場合よりも、曲率半径Ｒのクラウン形状を持った複数のコロ１５からなる駆動ローラ１４で平ベルト１３を張架した場合のほうが、平ベルト１３の駆動ローラ軸方向における部分的な張力差が小さくなる。これにより、駆動ローラ１４のクラウン形状を持った複数のコロ１５により平ベルト１３の蛇行防止性能を維持しつつ、平ベルト１３の駆動ローラ軸方向における張力のバラツキを小さくすることが可能となる。よって、前記単一のコロ１６からなる駆動ローラ３４を用いて平ベルト１３の駆動ローラ軸方向における張力のバラツキが大きい場合よりも、平ベルト１３の駆動ローラ軸方向の圧力差に起因する光沢ムラを低減させることができる。

ここで、駆動ローラ１４がクラウン形状を有する複数のコロ１５からなるため、図６に示すように、コロ１５の軸方向の幅と同程度の幅を有する平ベルト１８をコロ１５それぞれに掛け回し、それら複数の平ベルト１８で用紙Ｓを担持搬送するような構成を採用することも考えられる。なお、図６においては従動ローラ１９も軸方向で複数のコロ３８に分割し、複数のコロ３８で各平ベルト１８を複数のコロ１５とともに張架している。ところが、このような構成の場合、隣り合う平ベルト間には必然的に駆動ローラ軸方向で隙間ができるため、平ベルト１８からの張力によって冷却パイプ１２に用紙Ｓを圧接させたときの軸方向の圧力や、用紙Ｓから冷却パイプ１２及び平ベルト１８に奪い取られる熱量に差が生じ、用紙Ｓ上の画像に光沢ムラが発生する場合がある。

一方、本実施形態の冷却装置１０のように、駆動ローラ１４の軸方向の幅と同程度の幅を有する単一の平ベルト１３をクラウン形状を有する複数のコロ１５からなる駆動ローラ１４に掛け回すことで、図６を用いて説明したような隣り合う平ベルト間に隙間があることで前述した理由により生じ得る光沢ムラを抑制することができる。

また、平ベルト１３の駆動ローラ軸方向における張力のバラツキを小さくすることだけを考えれば、駆動ローラ１４の複数のコロ１５にクラウン形状を設けずに軸方向で一端側から他端側にかけてコロ１５の直径を同じにすればよいが、この場合、平ベルト１３が蛇行し易くなってしまう。そのため、クラウン形状を有していないフラットな複数のコロ１５それぞれを独立して駆動可能に構成し、平ベルト１３が蛇行した際にコロ１５の回転速度を個々で変化させて平ベルト１３の蛇行を戻すようなことが考えられる。しかしながら、平ベルト１３が蛇行したことを検知する検知手段や、複数のコロ１５それぞれに別個で駆動源を設ける必要があるため、装置の大型化やコスト上昇を招いてしまう。

そのため、本実施形態の冷却装置１０に設けられた駆動ローラ１４のように、複数のコロ１５それぞれがクラウン形状を有することで、装置の大型化やコスト上昇を抑えつつ、用紙Ｓ上の画像に光沢ムラが発生しない程度の小さな張力差で、駆動ローラ１４の軸方向の幅と同程度の幅を有する平ベルト１３を蛇行させることなく回転させることができる。

なお、本願発明者らが、弾性体からなる平ベルト１３の厚さを１［ｍｍ］程度、ゴム硬度を５５［ｈｓ］（ＪＩＳＫ６２５３タイプＡ）程度、平ベルト１３の張力をベルト伸び率で４［％］程度、駆動ローラ１４の中央部の直径をφ１９［ｍｍ］、クラウン形状の曲率半径を１４００［ｍｍ］程度、幅をコロ１５の個数４個にて３３０［ｍｍ］に設定して実験を行った結果、平ベルト１３の蛇行防止性能を維持しつつ、良好な光沢ムラの防止効果が得られた。

また、本実施形態のような冷却装置１０の構成を採用することにより、オイルレス定着を採用した電子写真方式のカラー画像形成装置においても、用紙Ｓ上の画像の光沢ムラの低減や線状のキズの発生を抑制することが可能となる。

以上、本実施形態によれば、シート状部材である用紙Ｓを冷却する冷却ローラである冷却パイプ１２と、冷却パイプ１２に用紙Ｓを圧接させるとともに用紙Ｓを担持搬送する、複数の張架部材である張架ローラによって回転可能に張架されたベルト部材である平ベルト１３と、複数の張架ローラの一つであり平ベルト１３を回転駆動させる駆動ローラ１４とを備えた冷却装置１０において、駆動ローラ１４は軸方向で複数のコロ１５に分割されており、複数のコロ１５それぞれがクラウン形状を有する。駆動ローラ１４がクラウン形状を有する複数のコロ１５からなるため、コロ１５の軸方向中央部と端部との直径の差を、コロ１５と同じ曲率のクラウン形状を有する軸方向で分割されていない単一の駆動ローラよりも小さくすることができる。これにより、複数のコロ１５からなる駆動ローラ１４の軸方向の直径の差が、前記単一の駆動ローラよりも小さくなるので、その分、前記単一の駆動ローラを用いた場合よりも平ベルト１３の駆動ローラ軸方向における張力差を小さくすることができる。よって、冷却パイプ１２と平ベルト１３とで用紙Ｓを挟持した際、用紙Ｓに対する平ベルト１３からの圧力に駆動ローラ軸方向で生じる圧力差が小さくなるので、その分、圧力差に起因する用紙Ｓ上の画像の光沢ムラを低減することができる。
また、平ベルト１３のおもて面に接触させないで駆動ローラ１４に対向させて配設したローラ部材である従動ローラ１７を有することで、冷却装置１０を出た直後の余熱により十分にトナーが固化していない用紙Ｓの表面が、用紙ガイドの端部などの鋭利な部分に接触するのを従動ローラ１７によって抑制し、用紙Ｓ上の画像に線状のキズが発生するのを抑制することができる。
また、本実施形態によれば、冷却パイプ１２として空冷のためのフィン１２ａや冷却液の循環機構などの放熱手段を有するものを用いることができる。
また、本実施形態によれば、シート状部材である用紙Ｓ上にトナー像を形成するトナー像形成手段である画像形成ユニット４８と、用紙Ｓ上に形成されたトナー像を少なくとも熱によって用紙Ｓに定着させる熱定着手段である定着装置７と、用紙Ｓを冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、前記冷却手段として本発明の冷却装置１０を用い、冷却装置１０を定着装置７よりも用紙搬送方向下流側に配設して、定着装置７によってトナー像が定着された用紙Ｓを冷却装置１０で冷却することで、用紙Ｓ上の画像の光沢ムラの低減や線状のキズの発生を抑制することが可能となる。

１感光体
２コロナ帯電器
３画像書込装置
４現像装置
５一次転写器
７定着装置
８加熱ローラ
９加圧ローラ
１０冷却装置
１１排紙口
１２冷却パイプ
１３平ベルト
１４駆動ローラ
１５コロ
１６コロ
１７従動ローラ
１８平ベルト
１９従動ローラ
２２二次転写ローラ
３４駆動ローラ
３８コロ
４０転写装置
４１中間転写ベルト
４２従動ローラ
４３テンションローラ
４４駆動ローラ
４６二次転写対向ローラ
４８画像形成ユニット

特開２００６−３８１９号公報

Claims

シート状部材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記シート状部材上に形成されたトナー像を少なくとも熱によってシート状部材に定着させる定着手段と、
前記定着手段よりもシート状部材搬送方向下流側に配設されており、該定着手段によってトナー像が定着されたシート状部材を冷却する冷却手段とを備えた画像形成装置において、
前記冷却手段は、シート状部材に接することで該シート状部材を冷却する冷却ローラと、前記冷却ローラに前記シート状部材を圧接させるとともに該シート状部材を担持搬送する、複数の張架部材によって回転可能に張架されたベルト部材と、前記複数の張架部材の一つであり前記ベルト部材を回転駆動させる駆動ローラと、前記ベルト部材のおもて面に接触させないで前記駆動ローラに対向させて配設した従動ローラとを備えており、
前記駆動ローラは、軸方向で複数のコロに分割されており、該複数のコロそれぞれが軸方向両端部から中央部に向けて外径が連続的に大きくなるクラウン形状を有し、
前記ベルト部材は、弾性部材からなる単一の平ベルトであって、分割された前記複数のコロで張架されて回転し、前記複数のコロに当接して稜線が波打つことを特徴とする画像形成装置。