JP4024176B2

JP4024176B2 - 定着装置及びこれを搭載した画像形成装置

Info

Publication number: JP4024176B2
Application number: JP2003100796A
Authority: JP
Inventors: 誠江木
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2023-04-03
Also published as: JP2004309661A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＰＣ（Plain Paper Copier）やプリンタなどの画像形成装置において用いられる定着装置に関する。また、この定着装置を搭載した画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＰＣやプリンタなど、電子写真方式の画像形成装置では、トナーを転写した用紙に熱を加えてトナーを定着する必要がある。用紙に熱を加えるのに用いられるのは定着ローラや定着ベルトといった定着部材である。定着部材はトナーに直接接触するため、その表面にはトナーの付着を防ぐ離型層が設けられている。しかしながら、いくら離型層の性能が高くても、ある程度のトナーが残留することは免れ難い。そこで、定着部材の表面にクリーニングウェブを接触させ、このクリーニングウェブにより定着部材表面からトナーを拭い取るという手法が用いられている。特許文献１、２、３に、クリーニングウェブにより定着部材の表面を清掃する定着装置の例を見ることができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−２８０１８１号公報
【特許文献２】
特開２０００−１６２９１７号公報
【特許文献３】
特開平５−２０４２７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記各特許文献に記載された定着装置は、いずれも、連続通紙後の再駆動時に生じる問題には格別の考慮が払われていない。
【０００５】
連続通紙後の再駆動時に生じる問題とは次のようなことである。すなわちクリーニングウェブは、交換することなく画像形成装置の全使用期間にわたって使用できるようにするため、１回あたりの送り量は極く僅かに設定されている。そのため、印字率の高い用紙が何枚も連続通紙されると、クリーニングウェブの同一箇所が多量のトナーを拭うことになり、クリーニングウェブと定着部材との間のウェブニップに、ウェブが吸収しきれなかったトナーが溜まる。定着ローラが連続駆動中は、滞留したトナーがトナーのすり抜けを防止するが、一旦定着ローラの駆動が停止した後に再駆動する際には、滞留したトナーはウェブニップをすり抜けて用紙に付着する、いわゆる「オフセット」を引き起こす。
【０００６】
特許文献１に記載された定着装置では、通算の通紙枚数に応じてクリーニングウェブを巻き取る巻き取り軸の回転量もしくは回転時間を制御している。連続通紙によりクリーニングウェブのニップ部にトナーが集中したときの対策は講じられていない。
【０００７】
特許文献２に記載された定着装置では、通紙１枚毎に行う通常のウェブ巻き取りに加え、ジャム処理後にリカバリするときには特別なウェブ巻き取りを行い、定着部材に大量に付着したトナーを除去している。しかしながら、通常の連続通紙によるクリーニングウェブのニップ部へのトナー集中という問題には対処できていない。
【０００８】
特許文献３に記載された定着装置では、クリーニングウェブの汚れの程度を推定して、ウェブの汚れの程度が一定の値を越えた場合にのみ、ウェブを巻き取っている。しかしながら、連続通紙であるかどうかは汚れの程度を推定する因子には掲げられてていない。
【０００９】
トナーのオフセットを防止するには、クリーニングウェブの１回当たりの送り量を大きくすればよい。しかしながらそのようにするとクリーニングウェブの消費率が大きくなり、クリーニングウェブを交換することなく画像形成装置の全使用期間にわたって使用することが難しくなる。クリーニングウェブの長さを長くして使用期間の延長を図ろうと思えば、今度はクリーニングウェブのロール直径が増大し、画像形成装置に収納するのが難しくなる。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、クリーニングウェブにより定着部材の表面を清掃する定着装置において、連続通紙によりウェブニップにトナーが滞留した場合、いたずらにクリーニングウェブの消費量を増すことなく、滞留したトナーを確実に除去し、後続の用紙にオフセットさせないようにすることにある。また、このような定着装置を搭載した高性能の画像形成装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するため、本発明では、定着装置が、トナー像を転写した用紙の表面に接触して用紙にトナーを定着する定着部材と、前記定着部材に接触するクリーニングウェブと、前記クリーニングウェブを繰り出す繰り出しリールと、前記クリーニングウェブを巻き取る巻き取りリールと、用紙の通紙１枚毎に前記クリーニングウェブを第１所定量巻き取るように前記巻き取りリールを制御するとともに、連続通紙の通紙枚数をカウントし、最後の用紙を通紙した後、所定枚数以上の連続通紙が行われている場合は、前記定着部材が動きを止めるまでの間に、前記クリーニングウェブを第２所定量巻き取るように前記巻き取りリールを制御するウェブ送り装置とを備えるものとした。
【００１２】
この構成によれば、画像比率の高い用紙が何枚も連続通紙され、ウェブニップにトナーが溜まっていたとしても、クリーニングウェブを第１所定量に追加して第２所定量巻き取ることによりクリーニングウェブの未使用部分が滞留したトナーに対面し、この未使用部分にトナーが吸収される。従ってウェブニップに滞留したトナーがウェブニップをすり抜けて後続の用紙に付着し、オフセットを引き起こすといった事態には発展しない。しかもクリーニングウェブを第１所定量に追加して第２所定量巻き取ることは必要なときだけ行われるので、クリーニングウェブの消費量が無闇に増えることがなく、従来用いられていた程度の量のクリーニングウェブをもって画像形成装置の全使用期間をまかなうことが可能である。
【００１３】
（２）上記のような定着装置において、連続通紙の枚数に応じ、前記第２所定量が段階的に変化するものとした。
【００１４】
この構成によれば、連続通紙の枚数が多ければそれに応じてクリーニングウェブの未使用部分が多く引き出され、トナーが確実に吸収される。
【００１５】
（３）さらに本発明では、上記定着装置を画像形成装置に搭載したから、トナーのオフセットのない、品質の高いプリントやコピーを得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜５に基づき説明する。図１は定着装置の概略構造を示す模型的断面図、図２は定着装置を構成するローラを軸線を含む平面で切断した断面図、図３は定着動作のフローチャート、図４は画像形成装置の一例であるタンデム方式カラープリンタの概略構造を示す模型的断面図、図５は上記プリンタの画像形成部の概略構造を示す模型的断面図である。
【００１７】
図４のプリンタ１においては、外部コンピュータからの原稿画像データの色情報に応じてフルカラー画像出力とモノクロ画像出力の何れかが選択される。画像出力速度はフルカラーの場合でもモノクロの場合でもＡ４サイズで２０枚／分とされている。なお本明細書には画像出力速度以外にも寸法、比率、速度、電圧、温度等の具体的な数値が登場するが、これらの数値は一つの好適例の例示である。
【００１８】
プリンタ１のハウジング２の内部には用紙搬送ベルト８が配置されている。用紙搬送ベルト８はプーリ１０、１１に巻き掛けられ、用紙を図４において右方から左方へと水平に搬送する。用紙搬送ベルト８の用紙受入側には給紙装置１２と用紙搬送路１３が配置される。用紙搬送ベルト８の用紙排出側には定着装置５０、用紙搬送路１５、及び排出部１６が配置される。排出部１６はハウジング２の上面に設けられる。
【００１９】
用紙搬送ベルト８の上には計４台の画像形成部が用紙搬送方向の上流側から下流側に向けて直列に配置される。４台の画像形成部とは、上流側から順に、マゼンタ用の画像形成部３０Ｍ、シアン用の画像形成部３０Ｃ、イエロー用の画像形成部３０Ｙ、及びブラック用の画像形成部３０Ｂである。
【００２０】
画像形成部３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｙ、３０Ｂの構造を図５に示す。各画像形成部とも構造は共通なので、「Ｍ」「Ｃ」「Ｙ」「Ｂ」の識別記号を省き、「３０」の符号のみ置いている。
【００２１】
画像形成部３０の中核をなすのはアモルファスシリコンを感光体とする感光体ドラム４であり、その周囲に主帯電器５、ＬＥＤプリントヘッドユニット６、現像装置３、及びクリーニング装置２０が配置されている。また図４に見られるように、転写ローラ９が用紙搬送ベルト８を隔てて感光体ドラム４に対峙する。転写ローラ９は用紙搬送ベルト８を支持し、感光体ドラム４に当接させる役割も担う。転写ローラ９には−１．５ｋＶの電圧が印加されている。
【００２２】
現像装置３はマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のトナーとフェライトキャリアを５：９５の重量比で混合したトナーを収容する。トナーはコールターカウンタによるメジアン径（体積基準）が９μｍ、フェライトキャリアは平均粒径が７０μｍとなっている。現像装置３には固定磁石（図示せず）を内蔵した現像スリーブ３ａが設けられている。
【００２３】
感光体ドラム４と現像スリーブ３ａとは０．５ｍｍの隙間を隔てて対峙し、対向する表面同士が同方向に移動する向きに回転する。感光体ドラム４の周速度は１００ｍｍ／ｓｅｃ、現像スリーブ３ａの周速度は２００ｍｍ／ｓｅｃである。現像スリーブ３ａの表面にはトナーにより磁気ブラシが形成される。またトナーはキャリアとの摩擦により正に帯電する。現像スリーブ３ａに対しては図示しない穂切板が設けられる。穂切板と現像スリーブ３ａとの隙間は０．５ｍｍである。現像スリーブ３ａには＋３００Ｖの現像バイアス電圧が印加される。
【００２４】
現像により、現像装置３の中のトナーが消費される。消費したトナーを補うため、画像形成部３０Ｂ、３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍに対応してトナー供給容器７Ｂ、７Ｙ、７Ｃ、７Ｍを設け、図示しない搬送手段によりトナーを補給する。これにより、現像装置３は常に適量のトナーを内部に保有することになる。
【００２５】
クリーニング装置２０は感光体ドラム４に接触するゴム製のクリーニングローラ２１、用紙に転写されなかったトナーを感光体ドラム４からかき落とすクリーニングブレード２２、及びトナーを図示しない回収容器に排出する排出スパイラル２３を有する。なおクリーニング装置２０のカバーは図４においては図示を省略してある。
【００２６】
プリンタ１は次のように画像出力動作を行う。
【００２７】
感光体ドラム４の表面は主帯電器５により一様に＋４００Ｖに帯電せしめられている。外部のコンピュータなどから原稿画像データが入力されると、ＬＥＤプリントヘッド６が原稿画像データに対応するＬＥＤ光を感光体ドラム４の表面に照射する。感光体ドラム４の表面は、ＬＥＤ光の照射された露光部の電圧が＋２５Ｖにまで減衰し、非露光部の＋４００Ｖの部分と合わせて静電潜像が形成される。現像スリーブ３ａに印加された＋３００Ｖの現像バイアス電圧により、トナー中の正帯電トナーが前記露光部に付着し、静電潜像がトナーで可視化される。
【００２８】
用紙搬送ベルト８は、給紙装置１２から供給された用紙を載せ、感光体ドラム４の表面の移動方向と同じ方向に、感光体ドラム４の周速度と同じ１００ｍｍ／ｓｅｃで走行している。用紙上の所定位置からトナーの転写が開始されるよう、ＬＥＤプリントヘッド６による感光体ドラム４の露光タイミングが設定される。
【００２９】
用紙搬送ベルト８上の用紙が感光体ドラム４の下を通過する際、転写ローラ９に印加された−１．５ＫＶの電圧により、感光体ドラム４に付着したトナーが用紙に引きつけられる。これにより、トナーが用紙に転写される。
【００３０】
用紙に転写されなかったトナーはクリーニングブレード２２によりかき落とされ、排出スパイラル２３により図示しない回収容器に排出される。クリーニングローラ２１はトナー転写後の感光体ドラム４の表面を整える。
【００３１】
画像形成部３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｙ、３０Ｂでマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のトナーを順次転写され、未定着ではあるもののトナーによりカラー画像を形成された用紙は用紙搬送ベルト８を出て定着装置５０に引き込まれる。そして定着装置５０の内部で定着ローラによりトナーを定着された後、用紙搬送路１５を経て排出部１６に排出される。
【００３２】
続いて図１、２に基づき定着装置５０の構造を説明する。
【００３３】
定着装置５０は定着部材と加圧部材を備える。この実施形態では定着ローラ５１が定着部材を構成し、加圧ローラ５２が加圧部材を構成する。定着ローラ５１と加圧ローラ５２とは所定の圧力で互いに圧接せしめられ、所定幅の定着ニップを形成する。この定着ニップを、未定着トナーＴを担持した用紙Ｐが通過する。
【００３４】
定着ローラ５１は図示しない駆動装置により回転駆動せしめられる。加圧ローラ５２は定着ローラ５１に従って回転する。定着ローラ５１及び加圧ローラ５２の周速度が用紙搬送ベルト８の走行速度と同じ１００ｍｍ／ｓｅｃとなるように定着ローラ５１の回転数が制御される。
【００３５】
定着ローラ５１は、図２に示すように、アルミ管５５の表面にシリコンゴム層５６を設け、さらにその表面にＲＦＡ（テトラフルオロエチレン−パー−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体）又はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）チューブを被せたり、コーティングを施すなどして離型層５７を形成し、平滑性とトナーの離型性を高めたものである。定着ローラ５１の内部には熱源であるハロゲンランプ５３が配置されている。
【００３６】
加圧ローラ５２は定着ローラ５１と同じ構造を有し、内部には熱源であるハロゲンランプ５４が配置されている。
【００３７】
定着ローラ５１の表面にクリーニングウェブ６０が接触する。クリーニングウェブ６０はアラミド繊維とポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維を３：７の重量比で混合した厚さ５４μの不織布で、シリコーンオイルを含浸させてある。このクリーニングウェブ６０を繰り出しリール６１から繰り出し、巻き取りリール６２に巻き取る。繰り出しリール６１と巻き取りリール６２の間のクリーニングウェブ６０を加圧ローラ６３が定着ローラ５１に圧接させることにより、幅４ｍｍ程度のウェブニップ６４が形成される。
【００３８】
ウェブ送り装置６５が巻き取りリール６２を駆動する。ウェブ送り装置６５は図示しないソレノイドを動力源として巻き取りリール６２に所定角度単位の回転を与える。クリーニングウェブ６０の送り量は巻き取りリール６２に巻かれたクリーニングウェブ６０の量に比例して変動するものであるが、その平均の送り量が０．０３ｍｍになるように巻き取りリール６２の回転角度を設定する。
【００３９】
繰り出しリール６１と加圧ローラ６３の間でクリーニングウェブ６０がたるむことのないよう、図示しない制動装置が繰り出しリール６１にブレーキをかけている。そのため繰り出しリール６１は、クリーニングウェブ６０が引かれないかぎり回転しない。
【００４０】
次に、図３のフローチャートを参照しつつ定着動作を説明する。
【００４１】
プリントの開始とともに定着ローラ５１の駆動が開始され、定着ローラ５１と加圧ローラ５２はそれぞれ図１において矢印方向に回転する。またハロゲンランプ５３、５４への通電が開始され、定着装置５０はウォーミングアップの局面に入る（ステップ＃１０１）。
【００４２】
ウォーミングアップ完了後、画像形成部３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｙ、３０Ｂでマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のトナーを順次転写された用紙Ｐが定着ニップを通る。熱と圧力により用紙ＰにトナーＴを定着した後、定着ローラ５１の表面はクリーニングウェブ６０によって清掃される。ウェブ送り装置６５は通紙１枚毎に平均送り量０．０３ｍｍの微少送りをクリーニングウェブ６０に与える（ステップ＃１０２）。用紙Ｐのサイズが大きく、いわゆるダブルカウントサイズに相当するときは、通紙１枚毎に２回分の微少送りが与えられる。
【００４３】
ステップ＃１０３では連続通紙の通紙枚数をカウントする。ステップ＃１０４では連続通紙の残り枚数をチェックする。通紙すべき用紙Ｐが残っていればステップ＃１０２に戻り、動作を繰り返す。最後の用紙Ｐが通紙し、通紙残数がゼロになったらステップ＃１０５に進む。
【００４４】
ステップ＃１０５では連続通紙の枚数が１１枚以上であるかどうかをチェックする。１１枚以上でない、すなわち１０枚までの場合はステップ＃１０９に進む。
ステップ＃１０９では定着装置ローラ５１の駆動が停止し、ハロゲンランプ５３、５４への通電も停止し、定着動作は終了する。連続通紙の枚数が１１枚以上の場合はステップ＃１０６に進む。
【００４５】
ステップ＃１０６では連続通紙の枚数が５１枚以上であるかどうかをチェックする。５１枚以上でない、すなわち１１〜５０枚の場合はステップ＃１０７に進む。ステップ＃１０７ではウェブ送り装置６５がクリーニングウェブ６０に０．１５ｍｍの追加送りを与える。最後の用紙Ｐが通紙した後も、定着ローラ５１が完全に動きを止めるまで、定着ローラ５１は何回転分かの回転を行う。この回転期間中、追加送りされた０．１５ｍｍの未使用部分が滞留したトナーを吸収するので、ウェブニップ６４に滞留したトナーがウェブニップ６４をすり抜けて後続の用紙Ｐに付着し、オフセットを引き起こすといった事態には発展しない。ステップ＃１０７の後ステップ＃１０９に進み、定着動作は終了する。
【００４６】
ステップ＃１０６で連続通紙の枚数が５１枚以上であった場合はステップ＃１０８に進む。ステップ＃１０８ではウェブ送り装置６５がクリーニングウェブ６０に０．３ｍｍの追加送りを与える。最後の用紙Ｐが通紙した後も、定着ローラ５１が完全に動きを止めるまで、定着ローラ５１は何回転分かの回転を行う。この回転期間中、追加送りされた０．３ｍｍの未使用部分が滞留したトナーを吸収するので、ウェブニップ６４に滞留したトナーがウェブニップ６４をすり抜けて後続の用紙Ｐに付着し、オフセットを引き起こすといった事態には発展しない。ステップ＃１０８の後ステップ＃１０９に進み、定着動作は終了する。
【００４７】
以上本発明の実施形態につき説明したが、この他、発明の主旨から逸脱しない範囲で種々の改変を加えて実施することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、所定枚数以上の連続通紙が行われたときは、最後の用紙を通紙した後、定着部材が動きを止めるまでの間に、ウェブ送り装置がクリーニングウェブを第２所定量の追加の巻き取りを行うから、画像比率の高い用紙が何枚も連続通紙され、ウェブニップにトナーが溜まっていたとしても、追加送りによりトナーに対面することとなったクリーニングウェブの未使用部分がウェブニップに滞留したトナーを吸収する。従って滞留したトナーがウェブニップをすり抜けて後続の用紙に付着し、オフセットを引き起こすといった事態には発展しない。そして、クリーニングウェブを第１所定量に追加して第２所定量巻き取ることは必要なときだけ行われるので、クリーニングウェブの消費量が無闇に増えることがなく、従来用いられていた程度の量のクリーニングウェブをもって画像形成装置の全使用期間をまかなうことが可能である。そしてこのような定着装置を画像形成装置に搭載したから、トナーのオフセットのない、品質の高いプリントやコピーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る定着装置の概略構造を示す模型的断面図
【図２】定着装置を構成するローラを軸線を含む平面で切断した断面図
【図３】定着動作のフローチャート
【図４】タンデム方式カラープリンタの概略構造を示す模型的断面図
【図５】図４のプリンタの画像形成部の概略構造を示す模型的断面図
【符号の説明】
１プリンタ
２ハウジング
８用紙搬送ベルト
９転写ローラ
１２給紙装置
１３、１５用紙搬送路
１６排出部
３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｙ、３０Ｂ画像形成部
５０定着部
５１定着ローラ
５２加圧ローラ
５３、５４ハロゲンランプ
６０クリーニングウェブ
６１繰り出しリール
６２巻き取りリール
６３加圧ローラ
６４ウェブニップ
６５ウェブ送り装置
Ｐ用紙
Ｔトナー

Claims

次の構成を備えた定着装置：
（ａ）トナー像を転写した用紙の表面に接触して用紙にトナーを定着する定着部材
（ｂ）前記定着部材に接触するクリーニングウェブと、前記クリーニングウェブを繰り出す繰り出しリールと、前記クリーニングウェブを巻き取る巻き取りリール
（ｃ）用紙の通紙１枚毎に前記クリーニングウェブを第１所定量巻き取るように前記巻き取りリールを制御するとともに、連続通紙の通紙枚数をカウントし、最後の用紙を通紙した後、所定枚数以上の連続通紙が行われている場合は、前記定着部材が動きを止めるまでの間に、前記クリーニングウェブを第２所定量巻き取るように前記巻き取りリールを制御するウェブ送り装置。
連続通紙の枚数に応じ、前記第２所定量が段階的に変化することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
請求項１又は請求項２に記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。