JP2010049178A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】剥離性を改善するため小径の剥離ローラーをニップ出口に配置していたが、停止時ベルトがローラーの形状に変形する癖つきや、剥離ローラー部での繰り返しの曲げ応力が高く、ベルトの寿命が低下するという課題があった。
【解決手段】用紙の剛性を検知する剛性検知手段と、用紙に記録される画像を認識する画像パターン認識手段と、剛性検知手段と画像パターン認識手段の信号から、剥離ローラーの移動を判断する判断手段とを有して、判断手段の信号によって加圧ローラーとバックアップローラーが形成するニップの用紙排出方向と剥離ローラーまでのベルト表面がほぼ一致するよう剥離ローラーを移動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トナーを用いて用紙上にトナーを加熱定着する電子写真方式の画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、感光体上にレーザー走査により潜像を形成し、現像手段で潜像にトナーを付着させ、そのトナー画像を第一の転写手段で中間転写ベルトに転写し、第二の転写手段で中間転写ベルトから用紙にトナー画像を転写して、定着装置で熱と圧力でトナーを用紙上に溶融定着する。

定着装置では、加熱したローラーまたはベルトに、バックアップローラーを押し当て用紙を挟むニップ部を形成し、用紙を搬送させながら用紙上のトナーに圧力と熱を加える。

特許第３１５５８０４号公報

ここで用紙が薄く剛性が低い場合、溶融したトナーの付着力により用紙がローラーまたはベルトに巻付く場合がある。特許文献１では、ベルトを張架するローラーの一方が小径の剥離ローラーで構成することが記載されている。

例えば、用紙全幅に近い幅で、用紙先端近くに２色以上のトナー層が面を形成している場合、用紙厚さが０．０７ｍｍ程度になると用紙は非常に巻付きやすくなる。このような画像、用紙厚さでも安定して剥離させるには、剥離ローラーの直径は１０ｍｍ以下が望ましい。

しかしながら、このような小径のローラーにベルトが巻かれた場合、装置が停止している間にベルトに巻き癖が付き、その結果、次の定着動作で画像の光沢ムラが発生する。また、小さい曲率半径で曲げ応力が高くなるため、ベルトの寿命も低下する。

本発明の目的は、用紙の巻付きがなく、長寿命の定着装置を有する画像形成装置を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明は、感光体上に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段と、前記感光体上のトナー画像が転写される中間転写ベルトと、前記感光体上のトナー画像を中間転写ベルトに転写する第一の転写手段と、用紙を搬送する用紙搬送手段と、前記中間転写ベルト上のトナー画象を用紙に転写する第二の転写手段と、用紙上のトナー画像を溶融定着する定着装置とを有する電子写真方式の画像形成装置を対象とするものである。

そして本発明の第１の手段は、前記定着装置が、加熱ローラーと、表面が弾性体である加圧ローラーと、張力ローラーと、前記加熱ローラーと加圧ローラーと張力ローラーの間に張架された定着ベルトと、その定着ベルトを介して加圧ローラーに向けて押し付けられるバックアップローラーと、前記加圧ローラーの外周に沿って移動可能であってその加圧ローラーより小径の剥離ローラーと、その剥離ローラーを前記加圧ローラーとバックアップローラーのニップ部出口の用紙搬送方向に移動させる移動手段とを有し、
前記用紙の剛性を検知する剛性検知手段と、前期用紙に記録される画像を認識する画像パターン認識手段と、前記剛性検知手段と画像パターン認識手段の信号から、前記剥離ローラーの移動を判断する判断手段とを備え、
その判断手段の信号によって前記ニップ部の用紙排出方向と前記剥離ローラーまでの前記定着ベルト表面がほぼ一致するように、前記剥離ローラーを移動するように構成されていることを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記加圧ローラーとバックアップローラーのニップ部出口近傍に、前記剥離ローラーの移動に応じて退避可能な剥離爪を有することを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１または第２の手段において、前記剥離ローラーは中空状になって気体または液体によって冷却されていることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、用紙の巻付きがなく、長寿命の定着装置を有する画像形成装置を提供することができる。

前記第１の手段は前述のような構成になっており、２色以上のトナー画像が幅広のべた画像で形成されていなければ、用紙が薄く剛性が低くとも巻付かないため、画像パターン認識手段で画像を認識して、その結果を判断手段により判断し、剥離ローラーを用いない。また、用紙が厚く剛性が高ければ、用紙の先端近くに２色以上のトナー画像がほぼ全面に形成されても巻付くことはないため、剛性検知手段の結果を判断手段で判断し、剥離ローラーを用いない。このように小径の剥離ローラーを用いる頻度を下げることで、ベルトの寿命を延ばすことが可能になる。

一方、バックアップローラーが形成するニップの用紙排出方向と剥離ローラーまでのベルト表面が一致する位置に剥離ローラーを移動することで、剥離ローラーを退避している場合と、剥離ローラーを用いる場合で用紙の搬送方向が変化せずに、同じ搬送経路を用いることができる。

前記第２の手段では、加圧ローラーとバックアップローラーのニップ部出口近傍に、剥離ローラーの移動に応じて退避可能な剥離爪を有する。

用紙が薄く剛性が低く、２色以上のトナー画像がほぼ全幅に形成されていても、用紙先端から画像まで余白が十分あれば（例えば５ｍｍ以上）、剥離爪で用紙を剥離することが可能である。この余白（または余白と考えてよい程度の印字密度の線画や文字）が用紙先端から十分な距離があると、画像パターン認識手段が認識した場合、判断手段は剥離ローラーを移動させずに、剥離爪を用いて用紙を剥離させる。余白が不十分で用紙剛性も低い場合は剥離ローラーを用い、その場合剥離爪は退避させる。

剥離ローラーを用いる頻度がより低下するため、ベルトの寿命を一層向上させることができる。

前記第３の手段では、前記剥離ローラーが気体または液体によって冷却されている。剥離ローラーを冷却することで剥離性を向上させ、より剛性の低い薄紙を用いることが可能になる。また、トナーを冷却後剥離することで画像に光沢を持たせることが可能になる。さらに、定常的に冷却した剥離ローラーを用いていると、冷却によりベルトから奪われた分の熱を加熱ローラーで供給しなければならず消費電力が増すが、本発明では必要が無ければ退避しているため、熱効率がよい。

次に本発明の実施例を図とともに説明する。図１から図３は本発明の実施例に係る定着装置６０を説明するための図で、図１は、剥離ローラー６６が退避した状態を示している。

ベルト６１は、加圧ローラー６３と加熱ローラー６２とテンションローラー６５に張り渡されている。ベルトの材質は80〜100μｍ厚のポリイミドで、剥離性を向上させるため表面は30μm程度のフッ素樹脂がコートされる。表面の粗い用紙の定着性を改善するため、表面のコート層とポリイミド層の間に数百μmのシリコンゴム層を設けてもよい。

バックアップローラー６４は、バネ等で加圧ローラー６３に向かって押し付けられている。加熱ローラー６２内にはヒーター６８があって、図示されていない温度センサーでベルト表面温度を測定し、所定の定着温度を維持するよう制御される。加圧ローラー６３およびバックアップローラー６４は図示されない駆動機構により回転し、用紙４を図中矢印a方向に搬送する。

加圧ローラー６３は低硬度ゴム層６３１を有し、バックアップローラー６４は高硬度ゴム層６４１を有する。バックアップローラー６４を加圧することで、ニップ形状は加圧ローラー６３側が凹になり、用紙４は加圧ローラー６３から離れる方向に排出されるため、巻付きにくくなる。

剥離爪６７は、加圧ローラー６３とバックアップローラー６４のニップ部出口近傍に配置される。剥離ローラー６６はこの図では退避した状態であり、ベルト６１とは接していない。

図２は、剥離ローラー６６が移動した状態を示している。剥離ローラー６６は同図に示されているように、用紙４のニップ出口からの排出方向とベルト６１の表面が一致する位置に移動する。そのため、図示されていないが定着装置６０以降の搬送経路を変更する必要が無い。この状態で剥離爪６７は、剥離ローラー６６に当たらないように退避している。

テンションローラー６５は、剥離ローラー６６の移動により位置を下げて、ベルト６１に異常な張力がかからないようにする。

剥離ローラー６６の直径は１５ｍｍ以下で、オイル塗布機構を持たない定着装置の場合は１０ｍｍ以下が望ましい。剥離ローラー６６を中空にして、気体または液体で剥離ローラー６６を冷却し、ベルト６１表面の温度を１４０℃以下にすれば剥離性が改善されるため、その場合は直径は２０ｍｍ以下にすればよい。冷却する場合、剥離性の改善に加え、トナー画像に光沢を与える効果もある。

図３は、剥離ローラー６６の動作機構の構成を示している。

剥離ローラー６６は支持アームA６６１に支持され、支持アームA６６１は駆動機構A６６２により図中矢印c方向に回動する。支持アームA６６１の支点は、加圧ローラー６３の回転中心と一致させる。これによって剥離を行う位置と、ベルト６１に接しないように退避する位置への移動を、単純な回動動作で行うことが可能になり、移動機構の構成を簡略化できる。

剥離爪６７は支持アームB６７１に支持され、支持アームB６７１は駆動機構B６７２により図中矢印d方向に回動する。テンションローラー６５は支持アームC６５１で支持され、図示されていないバネ等でベルト６１に張力を与えている。剥離ローラー６６が移動した場合は、ベルト６１の軌跡変化に対応して支持アームC６５１は図中矢印b方向に回動する。

判断手段６０１は、剛性検知手段２０１と画像パターン認識手段２０２の信号に応じて、駆動機構A６６２と駆動機構B６７２の動作指示を行う。

図４は、本発明の実施例の動作を説明するためのフローチャートである。

初めに、画像に光沢を付与するか判断する。これは画像形成装置の操作者の指示による。光沢を付与する場合は、剥離ローラー６６を移動させる。光沢を付与しない場合は、以下用紙の巻付きの可能性を判断する。

判断手段６０１は、画像パターン認識手段２０２から余白の情報を得て余白が十分か判断する。例えば余白が１０ｍｍ以上であれば剥離爪６７による剥離が可能と判断し、次の画像の情報を待つ。余白が不十分であれば、画像パターン認識手段２０２から画像の情報を得て、２色以上で用紙の全幅に近いベタ画像でなければ、巻付きは起きないと判断し次の画像の情報を待つ。

２色以上で、かつ用紙の全幅に近いベタ画像で巻付く恐れがある場合は、剛性検知手段２０１の情報を得て、用紙の剛性により剥離が可能か判断し、例えば用紙の厚さが１００μm以上であれば剥離が可能であるので、次の画像の情報を待つ。用紙の剛性が不足と判断したら、駆動機構A６６２と駆動機構B６７２を動作させ、図２に示すように剥離爪６７を退避させて剥離ローラー６６を所定の位置に移動し、剥離ローラー６６により用紙剥離を行う。

本実施例によれば、剥離ローラー６６の使用頻度を低くすることが可能で、剥離性のよい小径のローラーを用いながら、ベルト６１の癖つきや、繰り返し応力による破断を防止することが可能で、定着装置の高画質化と長寿命化が図れる。さらに、剥離ローラー６６を冷却して、画像に光沢を与えることが可能で、光沢が必要ない場合は剥離ローラー６６を退避してベルト６１の熱が奪われることを防ぎ、消費電力の上昇を防ぐことが可能になる。

図５は、前記剛性検知手段２０１の概略構成図である。

厚さ検知ローラー２７は、図中上下動可能に支持され、スプリングＣ２６により搬送ローラー２５に押し付けられている。変位センサーＡ２０は、厚さ検知ローラー２７の上下動を計測する。

厚さ検知ローラー２７と搬送ローラー２５の下流には、用紙検知センサー２９が配置される。搬送ローラー２５は、図示されていない駆動手段により図中矢印ｅ方向に回転する。搬送ローラー２５は、用紙を搬送するための摩擦駆動力を確保するため、ゴムローラーが望ましく、また、厚さ検知精度を上げるためには硬度５０度（アスカーＡ型）以上が望ましい。

剛性検知レバー３３は、支点Ｂ３６を中心に回動可能に支持される。スプリングＢ３２は、剛性検知レバー３３を図中矢印f方向に引き、ストッパ３７に突き当てる。変位センサーＢ３０は、剛性検知レバー３３の回転変位を計測する。

レジストローラーＡ４１は表面が金属であり、レジストローラーＢ４２は表面がゴムである。レジストローラーＢ４２は図示されていない駆動機構により回転し、用紙を図中矢印ｇ方向に搬送する。

搬送されてきた用紙は厚さ検知ローラー２７を押し上げ、変位センサーＡ２０がその変位を計測する。

さらに、剛性検知レバー３３を用紙の剛性で回動させ、変位センサーＢ３０の出力を変化させる。変位センサーＡ２０と変位センサーＢ３０の出力は、データ処理手段３８に入力され、データ処理手段３８は用紙の剛性を求める。

用紙の剛性は、変位センサーＡ２０の値により求められる用紙の厚さのみで求めてもよい。ただし、用紙が重送した場合、見かけ上厚さは厚いが用紙一枚の剛性が低く巻付く恐れがある。変位センサーＡ２０と変位センサーＢ３０の値を用いれば、剛性を確実に検知できる。

用紙検知センサー２９は用紙の先端を検知し、そこから所定の距離用紙を搬送するようにする。この距離は、レジストローラーＡ４１とレジストローラーＢ４２のニップ部に用紙先端を押し付け、たわませてスキューを補正できる量に設定される。スキュー補正後、レジストローラーＡ４１とレジストローラーＢ４２が用紙を搬送する。

図６は、本発明の実施例に係る画像形成装置の概略構成図である。

画像形成装置１は、各色の現像ユニット５０１〜５０４を転写ベルト２上に配置し、転写ベルト２上にトナーによるカラー像を形成し、そのカラー像を用紙堆積手段４から搬送される用紙に転写し、定着器６０で熱と圧力でトナーを溶融定着してカラー画像を形成する。

現像ユニットは４式あり、それぞれ、黒色トナーを有するＫ現像ユニット５０１、シアン色トナーを有するＣ現像ユニット５０２、マゼンタ色トナーを有するＭ現像ユニット５０３、イエロー色トナーを有するＹ現像ユニット５０４である。現像ユニットは、トナーを貯めるトナーホッパ５３、トナー層を形成し感光体ドラム５４にトナーを接触させる現像ローラー５２、感光体ドラム５４上をクリーニングするドラムクリーナ５７、感光体ドラム５４上を帯電させる帯電器５５、感光体ドラム５４上に静電潜像を書き込む露光器５６で構成される。

中間転写ベルト２は複数のローラーに張架され、ベルト駆動ローラー３で搬送される。ベルトクリーナ９１は、中間転写ベルト２上の残留トナーを除去する。一次転写ローラー５８は、感光体ドラム５４に対向して中間転写ベルト２内側に配置される。

用紙搬送経路８は、用紙を堆積する用紙堆積手段４から、ピックローラー９、分離ローラー１１、剛性検知手段２０１を経て、二次転写ローラー７と中間転写ベルト２の間を通過し、搬送ベルト８１から定着器６０へ至る。剛性検知装置２０１の下流には搬送路を切り替える搬送路切り替えガイド７０を有し、用紙の厚さと剛性から重送と判断した用紙を重送紙退避路７１から、重送紙退避部７２へ送る。

画像を形成する場合、感光体ドラム５４上を帯電器５５で帯電させ、露光器５６で画像に応じた光をあてて、感光体ドラム５４上の電位を落とす。その部位が感光体ドラム５４の回転により現像ローラー５２に達し、トナー層と接すると帯電しているトナーが画像位置に付着してトナー画像が形成される。

感光体ドラム５４上のトナー画像は、一次転写ローラー５８が中間転写ベルト２を押し付ける部位で、中間転写ベルト２上に転写される。

各現像ユニットの感光体ドラム５４上のトナー画像は中間転写ベルト２上に転写され、カラーのトナー画像が形成される。そして中間転写ベルト２の搬送により、二次転写ローラー７の部位で搬送されてきた用紙上にトナー画像は転写される。トナー画像が転写された用紙は搬送ベルト８１により定着器６０に搬送され、熱と圧力により、トナーが溶融定着されカラー画像が形成される。

画像パターン認識手段２０２と剛性検知手段２０１で、剥離ローラー６６が必要と判断された場合は、剥離ローラー６６を移動させ用紙の剥離を行う。また、画像に光沢が必要と指示された場合も剥離ローラー６６を移動させる。

本実施例によれば、剥離ローラー６６の使用頻度を低くすることが可能で、剥離性のよい小径のローラーを用いながら、ベルト６１の癖つきや、繰り返し応力による破断を防止することが可能で、定着装置の高画質化と長寿命化が図れる。さらに、剥離ローラー６６を冷却して画像に光沢を与えることが可能で、光沢が必要ない場合は剥離ローラー６６を退避してベルト６１の熱が奪われることを防ぎ、消費電力の上昇を防ぐことが可能になる。

本発明の実施例に係る定着装置の剥離ローラー移動前の概略構成図である。 本発明の実施例に係る定着装置の剥離ローラー移動後の概略構成図である。 本発明の実施例に係る定着装置の概略構成図である。 本発明の実施例に係る定着装置の動作フローチャートである。 本発明の実施例で用いる剛性検知手段の概略構成図である。 本発明の実施例に係る画像形成装置の概略構成図である。

符号の説明

１：画像形成装置、２：中間転写ベルト、３：ベルト駆動ローラー、４：用紙堆積手段、７：転写ローラー、８：搬送路、９：ピックローラー、１１：分離ローラー、２０：変位センサーＡ、１２：厚さ検知レバー、２２：スプリングＡ、２３：厚さ検知ローラー、２４：支点Ａ、２５：搬送ローラー、３０：変位センサーＢ、３２：スプリングＢ、３３：剛性検知レバー、３４：従動ローラー、３５：スプリングＣ、３６：支点Ｂ、３７：ストッパ、３８：剛性判断手段、５２：現像ローラー、５４：感光体ドラム、５５：露光器、５６：帯電器、５７：ドラムクリーナ、５８：一次転写ローラー、６０：定着器、６１：定着ベルト、６２：加熱ローラー、６３：加圧ローラー、６４：バックアップローラー、６５：テンションローラー、６６：剥離ローラー、７０：搬送路切り替えガイド、７１：重送紙退避路、７２：重送紙退避部、８１：搬送ベルト、９１：ベルトクリーナ、２０１：剛性検知手段、２０２：画像パターン認識手段、５０１〜５０４：現像ユニット、６０１：判断手段。

Claims (3)

1. 感光体上に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像手段と、前記感光体上のトナー画像が転写される中間転写ベルトと、前記感光体上のトナー画像を中間転写ベルトに転写する第一の転写手段と、用紙を搬送する用紙搬送手段と、前記中間転写ベルト上のトナー画象を用紙に転写する第二の転写手段と、用紙上のトナー画像を溶融定着する定着装置とを有する電子写真方式の画像形成装置において、前記定着装置は、加熱ローラーと、表面が弾性体である加圧ローラーと、張力ローラーと、前記加熱ローラーと加圧ローラーと張力ローラーの間に張架された定着ベルトと、その定着ベルトを介して加圧ローラーに向けて押し付けられるバックアップローラーと、前記加圧ローラーの外周に沿って移動可能であってその加圧ローラーより小径の剥離ローラーと、その剥離ローラーを前記加圧ローラーとバックアップローラーのニップ部出口の用紙搬送方向に移動させる移動手段とを有し、
   前記用紙の剛性を検知する剛性検知手段と、前記用紙に記録される画像を認識する画像パターン認識手段と、前記剛性検知手段と画像パターン認識手段の信号から、前記剥離ローラーの移動を判断する判断手段とを備え、
   その判断手段の信号によって前記ニップ部の用紙排出方向と前記剥離ローラーまでの前記定着ベルト表面がほぼ一致するように、前記剥離ローラーを移動するように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、前記加圧ローラーとバックアップローラーのニップ部出口近傍に、前記剥離ローラーの移動に応じて退避可能な剥離爪を有することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２記載の画像形成装置において、前記剥離ローラーは中空状になって気体または液体によって冷却されていることを特徴とする画像形成装置。

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