JP2004045950A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト部材の基体寿命を長くするベルト定着装置を備える画像形成装置を提供すると共に、ベルト部材端部のみを冷却し、ベルト部材の基体の長寿命化を図るもの。
【解決手段】ベルト定着装置は、無端状のベルト部材と、冷却手段とを備え、冷却手段によりベルト部材の移動方向に対して直交する方向のベルト部材の端部を冷却することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成に用いられるベルト定着装置を備える画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられている定着装置として、弾性層を有して所定の温度に維持された発熱ゴムローラと、発熱ゴムローラに圧接し、弾性層を有する加圧ゴムローラとによって、未定着のトナー画像が形成された転写材を挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ定着方式が多用されている。
【０００３】
しかしながら、この種の装置では、発熱ゴムローラの熱抵抗や熱容量が大きいので、ウォーミングアップ時間が長くなると共に、弾性層内側の温度が高くなり、発熱ゴムローラの寿命を短くしていた。
【０００４】
また、カラー画像ではベタ面積が大きい画像が多く、そのベタ画像も黒以外のものが多くて光沢むらなどが目立つ。上記の発熱ゴムローラ及び加圧ゴムローラにハードローラを用いる場合は、転写材（記録紙）やトナー層の凹凸に応じた光沢のむらが生じるため、画像品位が低下するという問題点があった。
【０００５】
これらの問題点を解決するために、無端状のベルト部材（定着ベルト）を用い、複数のローラ部材により定着ベルトを支持張架するもので、定着ベルト内部の定着ローラ（支持加圧ローラ）と、定着ベルトを挟んで支持加圧ローラと対向する加圧ローラ（外部加圧ローラ）と、内部に定着ベルトを加熱する加熱部材を有る加熱ローラ（支持加熱ローラ）とを設け、定着ベルトの回転方向で、支持加圧ローラの上流側に設けられるベルトニップ部と、支持加圧ローラと外部加圧ローラとの間に設けられる定着ニップ部とにて記録紙上のトナー像を定着するベルト定着装置が、特開平１０−３０７４９６号公報等により開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平１０−３０７４９６号公報等に開示のベルト定着装置において、ベルト部材（定着ベルト）の片寄りを鍔などに突き当てることで、片寄りを規制すると、機械的な負荷と熱的な負荷とから、定着ベルトの端部（定着ベルトの移動方向に対して直交する方向のベルト部材端部）で基体の割れなどが発生して使用できなくなるという問題が起こる。
【０００７】
本発明は係る問題点を解決し、ベルト部材の基体寿命を長くするベルト定着装置を備える画像形成装置を提供することを目的とするもので、ベルト部材端部のみを冷却し、ベルト部材の基体の長寿命化を図るものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、未定着のトナー像を転写材上に転写した後、前記未定着のトナー像をベルト定着装置により加圧加熱し、前記転写材上に固着させて定着を行う画像形成装置において、前記ベルト定着装置は、無端状のベルト部材と、冷却手段とを備え、前記冷却手段により前記ベルト部材の移動方向に対して直交する方向のベルト部材の端部を冷却することを特徴とする画像形成装置によって達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。また、以下の実施の形態の説明におけるベルト部材端部とは、ベルト部材の移動方向に対して直交する方向のベルト部材の端部を意味する。
【００１０】
本発明に係わるベルト定着装置を用いる画像形成装置の一実施形態の画像形成プロセスおよび各機構について、図１ないし図５を用いて説明する。図１は、本発明に係わるベルト定着装置を用いる画像形成装置の一実施形態を示すカラー画像形成装置の断面構成図であり、図２は、ベルト定着装置の一例の概要断面構成図であり、図３は、本発明に係わるベルト部材端部の第１の例の冷却手段を設けたベルト定着装置の背面図であり、図４は、本発明に係わるベルト部材端部の第２の例の冷却手段を設けたベルト定着装置の概要断面構成図であり、図５は、図４の冷却手段の斜視図とベルト定着装置の背面図である。
【００１１】
図１において、画像形成装置ＧＳは、画像形成装置本体ＧＨと画像読取装置ＹＳとから構成される。
【００１２】
画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置２０１と原稿画像走査露光装置２０２から成る画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台上に載置された原稿Ｄは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置２０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。この際、原稿台上から搬送される原稿Ｄは、光沢レベル選択手段として用いられる光沢度レベル検出センサＰＫａにより、原稿画像の光沢度、および原稿画像のモノクロ、カラーの判別や両面画像の判別が行われる。
【００１３】
ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されたアナログ信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、画像書き込み部（露光手段）３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに信号を送る。
【００１４】
自動原稿送り装置２０１は自動両面原稿搬送手段を備えている。この自動原稿送り装置２０１は原稿載置台上から搬送される多数枚の原稿Ｄの内容を、連続して一挙に読み取り、記憶手段に蓄積する事が可能であるから（電子ＲＤＨ機能）、複写機能により多数枚の原稿内容を複写する場合、或いはファクシミリ機能により多数枚の原稿Ｄを送信する場合等に便利に使用される。
【００１５】
画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、ベルト状の中間転写体としての中間転写ベルト６と、再給紙機構（ＡＤＵ機構）を含む給紙搬送手段と、定着手段としてのベルト定着装置１７とからなる。
【００１６】
イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、像形成体としての感光体ドラム１Ｙと、感光体ドラム１Ｙの周囲に配置されたＹのトナー像形成手段としての帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像装置４Ｙ及び像形成体クリーニング手段８Ｙを有する。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、像形成体としての感光体ドラム１Ｍと、Ｍのトナー像形成手段としての帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像装置４Ｍ及び像形成体クリーニング手段８Ｍを有する。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、像形成体としての感光体ドラム１Ｃと、Ｃのトナー像形成手段としての帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像装置４Ｃ及び像形成体クリーニング手段８Ｃを有する。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、像形成体としての感光体ドラム１Ｋと、Ｋのトナー像形成手段としての帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像装置４Ｋ及び像形成体クリーニング手段８Ｋを有する。帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光手段３Ｃ及び帯電手段２Ｋと露光手段３Ｋとは、潜像形成手段を構成する。現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋによる現像は、使用するトナー極性と同極性（本実施形態においては負極性）の直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される反転現像にて行われる。
【００１７】
中間転写ベルト６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。
【００１８】
画像形成プロセスの概要について以下に説明する。
画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｋより形成された各色の画像は、使用するトナーと反対極性（本実施形態においては正極性）の１次転写転写バイアス（不図示）が印加される１次転写手段としての１次転写ローラ７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ及び７Ｋにより、回動する中間転写ベルト６上に逐次転写されて（１次転写）、合成されたカラー画像（カラートナー像）が形成される。給紙カセット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ内に収容された記録紙Ｐは、給紙カセット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃにそれぞれ設けられる送り出しローラ２１および給紙ローラ２２Ａにより給紙され、搬送ローラ２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、レジストローラ２３等を経て、２次転写手段としての２次転写ローラ７Ａに搬送され、記録紙Ｐ上の一方の面（表面）にカラー画像が一括して転写される（２次転写）。
【００１９】
カラー画像が転写された記録紙Ｐは、ベルト定着装置１７により定着処理され、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。
【００２０】
転写後の感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの周面上に残った転写残トナーは、像形成体クリーニング手段８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋによりクリーニングされ次の画像形成サイクルに入る。
【００２１】
一方、２次転写ローラ７Ａにより記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、記録紙Ｐを曲率分離した中間転写ベルト６は、中間転写体クリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。
【００２２】
なお、上記画像形成プロセスにおいてはカラー画像形成にて説明したが、カラー画像形成のみならずモノクロ画像の形成や両面画像形成も行われることは勿論である。
【００２３】
図２によれば、本発明に係わるベルト定着装置１７は、無端状のベルト部材としての定着ベルト２７と、定着ベルト２７の内周面の一方において定着ベルト２７を支持張架する支持加圧ローラ１７ａと、定着ベルト２７を挟んで外部加圧ローラ１７ｂと当接し、支持加圧ローラ１７ａを押圧（加圧）する外部加圧ローラ１７ｂと、内部に加熱部材としてのハロゲンヒータＨＬａを有し定着ベルト２７の内周面の他方において定着ベルト２７を支持張架する支持加熱ローラ１７ｃのローラ部材を備えて定着ベルト２７を張架するもので、支持加熱ローラ１７ｃによって加熱される定着ベルト２７を挟んで支持加圧ローラ１７ａと外部加圧ローラ１７ｂとの間に定着ニップ部Ｎｂを形成すると共に、定着ベルト２７と外部加圧ローラ１７ｂとの間にベルトニップ部Ｎａを形成して、該ベルトニップ部Ｎａと定着ニップ部Ｎｂとを通して熱と圧力とを加えることにより記録紙Ｐ上のトナー像（或いはカラートナー像）を定着するものである。
【００２４】
定着ベルト２７としては、基体として内径６０〜１５０ｍｍ程度で、厚さが２０〜８０μｍ程度のニッケル電鋳ベルト、或いは厚さが５０〜２００μｍ程度の耐熱性樹脂ベルトを基体として用い、該基体の外側（外周面）に、厚さ１００〜５００μｍ程度のシリコンゴムを被覆したものに、離型層として表面に厚さ３０〜５０μｍ程度のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）やＰＴＦＥコーティング加工を施し、或いはＰＦＡチューブを被覆したものを用いる。
【００２５】
支持加圧ローラ１７ａは、例えばＳＴＫＭ（機械構造用炭素鋼管）等のスチール材を用いた、肉厚２〜５ｍｍ程度の円筒状の金属パイプ１７１ａと、該金属パイプ１７１ａの外周面に厚さ０．５〜５ｍｍのシリコンゴム層１７２ａを設け、さらに該シリコンゴム層１７２ａの外側に厚さ３０〜７０μｍ程度のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブ１７３ａとからなる、外径２５〜７０ｍｍ程度のソフトローラとして構成される。
【００２６】
外部加圧ローラ１７ｂは、例えばＳＴＫＭ（機械構造用炭素鋼管）等のスチール材やアルミ材を用いた、肉厚２〜５ｍｍ程度の円筒状の金属パイプ１７１ｂと、該金属パイプ１７１ｂの外周面に厚さ１〜３ｍｍのシリコンゴム層１７２ｂを設け、さらに該シリコンゴム層１７２ｂの外側に厚さ２０〜５０μｍ程度のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブを用いた離型層１７３ｂとからなる、外径４０〜８０ｍｍ程度のソフトローラとして構成される。また外部加圧ローラ１７ｂの内部に、図に点線で示すように、加熱部材としてのハロゲンヒータＨＬａを設けてもよい。
【００２７】
内部に定着ベルト２７を加熱する加熱部材としてのハロゲンヒータＨＬａが設けられる支持加熱ローラ１７ｃは、基体として例えばアルミ材を用いた、肉厚１〜２ｍｍ程度の円筒状の金属パイプ１７１ｃと、該金属パイプ１７１ｃの外周面に厚さ１０〜３０μｍ程度のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）コーティング１７２ｃとを形成した、外径３０〜７０ｍｍ程度のローラ部材として構成される。当該支持加熱ローラ１７ｃの両端部には、定着ベルト２７の片寄りを防止するための規制部材としてリング状の鍔Ｔｂが嵌入されて設けられる。
【００２８】
不図示の駆動モータにより支持加圧ローラ１７ａを回転駆動し、支持加圧ローラ１７ａの回転により定着ベルト２７を支持搬送させて従動回転させる。外部加圧ローラ１７ｂを回転駆動し、外部加圧ローラ１７ｂにより定着ベルト２７を支持搬送し、定着ベルト２７を従動回転させるようにしてもよい。
【００２９】
定着ベルト２７と外部加圧ローラ１７ｂとの間に形成されるベルトニップ部Ｎａと、支持加圧ローラ１７ａと外部加圧ローラ１７ｂとの間に形成させる定着ニップ部Ｎｂとにより、進入ガイド１７ｓを通して定着領域へ進入される記録紙Ｐ上のトナー像（或いはカラートナー像）を加圧加熱し、記録紙Ｐ上に固着定着させる。
【００３０】
また、支持加熱ローラ１７ｃに接触する温度センサＴＳ１を設け、支持加熱ローラ１７ｃの温度制御を行う。定着ベルト２７の外周面の温度を非接触センサで検知してもよい。
【００３１】
冒頭にて述べたように、ベルト定着装置において、ベルト部材（定着ベルト）の片寄りを鍔などに突き当てることで、片寄りを規制すると、機械的な負荷と熱的な負荷とから、定着ベルトの端部（定着ベルトの移動方向に対して直交する方向のベルト部材端部）で基体の割れなどが発生して使用できなくなる。
【００３２】
即ち、ベルト部材の寄り規制としては、ベルト部材端部を上述した鍔などの規制部材で端部へ寄ろうとするベルト部材の移動を規制する方法が、安価で安定しているためよく用いられるが、ベルト部材は定着に必要な温度、例えば１８０℃にまで加熱され、金属部材や樹脂部材を用いた基体は、熱によって、脆化や高分子の架橋切断などにより強度が低下する。このため、この規制部材による寄り規制で応力が集中する端部から基体が割れたり、亀裂が入ったりして、使用できなくなっていた。本発明では以下に述べるように、転写材上のトナー画像（トナー像）の定着に影響のない端部の非画像領域だけを冷却することで、該端部部分の温度を下げ、熱による強度低下を防止して、ベルト部材の寿命を長くするものである。
【００３３】
冷却手段の第１の例としては、図３に示すように、送風装置として例えばプロペラファンからなる冷却ファンＲＦａを用い、支持加熱ローラ１７ｃに巻き付けられ、鍔Ｔｂにより片寄りを規制され、鍔Ｔｂによる機械的な負荷と支持加熱ローラ１７ｃによる熱的な負荷とが掛けられる定着ベルト２７を、冷却ファンＲＦａにより、例えば外気を、定着ベルト２７の画像領域外の端部（非画像領域で、定着ベルト２７の移動方向に対して直交する方向の定着ベルト２７の画像領域外の端部）に吹き付け（送風し）、金属部材や樹脂部材を用いた基体からなる定着ベルト２７の端部を冷却する。この際、定着ベルト２７の端部のみを冷却するように、当該送風装置に、例えば耐熱性の樹脂部材からなる板材を用いた隔壁ＫＦａを設けて冷却ファンＲＦａから定着ベルト２７端部への送風路ＳＲａを形成し、送風路ＳＲａを通して冷却ファンＲＦａから定着ベルト２７端部への送風を行うことが好ましい。定着ベルト２７の端部に不図示の温度センサを設けて冷却ファンＲＦａの送風を制御することも可能である。
【００３４】
また図４または図５は第２の例を示すもので、冷却手段として冷却部材をベルト部材の端部に当接させるものである。本発明のベルト定着装置１７は、図２にて述べた構成であり、冷却手段としては、冷却部材として例えばアルミの棒材からなり、回転軸Ｊａにより定着ベルト２７に従動回転される端部冷却ローラ１７ｒを、定着ベルト２７を挟んで支持加圧ローラ１７ａに対向して設け、支持加熱ローラ１７ｃに巻き付けられ、鍔Ｔｂにより片寄りを規制され、鍔Ｔｂによる機械的な負荷と支持加熱ローラ１７ｃによる熱的な負荷とが掛けられる定着ベルト２７の画像領域外の端部（非画像領域で、定着ベルト２７の移動方向に対して直交する方向の定着ベルト２７の画像領域外の端部）に、端部冷却ローラ１７ｒを当接させ、金属部材や樹脂部材を用いた基体からなる定着ベルト２７の端部のみを冷却する。この際、図５（Ａ）に示すように、端部冷却ローラ１７ｒに放熱手段として例えばアルミ材からなるフィンＦＮを端部冷却ローラ１７ｒの端部に設けて、端部冷却ローラ１７ｒの回転に伴って端部冷却ローラ１７ｒのファンＦａを羽根の如く回転するようにしたり、或いは図５（Ｂ）に示すように例えば銅材からなる金属板ＫＰを当該フィンＦＮの熱輸送路として設け、当該金属板ＫＰの一端をフィンＦＮに取り付け、他端を端部冷却ローラ１７ｒに当接させて、端部冷却ローラ１７ｒの放熱を行うようにして、定着ベルト２７の端部のみを冷却するようにする。
【００３５】
なお前述したように、定着ベルト２７は支持加圧ローラ１７ａもしくは外部加圧ローラ１７ｂによって駆動されており、進入ガイド板１７ｓなどにより定着領域に搬送させてきたトナー画像（トナー像）を保持した記録紙Ｐと定着ベルト２７を、支持加圧ローラ１７ａを挟んで外部加圧ローラ１７ｂが加圧し、定着ベルト２７の持つ熱と外部加圧ローラ１７ｂによる圧力とによって、トナー画像（トナー像）が記録紙Ｐに定着されるが、記録紙Ｐ上のトナー層（トナー像）には、ゴムもしくは薄い離型層を介して定着ベルト２７のゴムが当接されるため、ゴムが変形して、記録紙Ｐやトナー層の凹凸に追従して、均一に接触し、光沢むらなどのない均一な定着が行われるので、トナー画像（トナー像）は適度な光沢が保たれ、また定着後、記録紙Ｐは安定して定着ベルト２７から分離される。
【００３６】
上記本実施の形態の説明では、ニップ部において転写材に接触する部材の一方がベルト部材で、一方がローラ部材である構成（ベルトニップ部と定着ニップ部とからなるニップ部を有する構成）について説明したが、ベルト部材を対としてニップ部を形成して転写材を挟む構成についても、同様に効果があることは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、機械的な負荷と熱的な負荷とによるベルト部材端部（ベルト部材の移動方向に対して直交する方向のベルト部材端部）でのベルト部材の基体の割れが抑止され、長寿命のベルト部材を有するベルト定着装置を備える画像形成装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるベルト定着装置を用いる画像形成装置の一実施形態を示すカラー画像形成装置の断面構成図である。
【図２】ベルト定着装置の一例の概要断面構成図である。
【図３】本発明に係わるベルト部材端部の第１の例の冷却手段を設けたベルト定着装置の背面図である。
【図４】本発明に係わるベルト部材端部の第２の例の冷却手段を設けたベルト定着装置の概要断面構成図である。
【図５】図４の冷却手段の斜視図とベルト定着装置の背面図である。
【符号の説明】
１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ　感光体ドラム
２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ　帯電手段
３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ　露光手段
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ　現像装置
７Ａ　２次転写ローラ
７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ　１次転写ローラ
８Ａ　中間転写体クリーニング手段
８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋ　像形成体クリーニング手段
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ　画像形成部
１７　ベルト定着装置
１７ａ　支持加圧ローラ
１７ｂ　外部加圧ローラ
１７ｃ　支持加熱ローラ
１７ｓ　進入ガイド板
１７ｒ　端部冷却ローラ
２７　定着ベルト
ＨＬａ　ハロゲンヒータ
ＫＦａ　隔壁
Ｎａ　ベルトニップ部
Ｎｂ　定着ニップ部
ＲＦａ　冷却ファン
ＳＲａ　送風路
Ｐ　記録紙

Claims (5)

1. 未定着のトナー像を転写材上に転写した後、前記未定着のトナー像をベルト定着装置により加圧加熱し、前記転写材上に固着させて定着を行う画像形成装置において、
   前記ベルト定着装置は、
   無端状のベルト部材と、
   冷却手段とを備え、
   前記冷却手段により前記ベルト部材の移動方向に対して直交する方向のベルト部材の端部を冷却することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記冷却手段は、送風装置であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記送風装置は、送風路を有することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記冷却手段は、冷却部材を前記ベルト部材の端部に当接するものであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記冷却部材は、放熱手段もしくは放熱手段への熱輸送路を有することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。

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