JP5136243B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真法を利用する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関し、特に転写ベルトを有する画像形成装置に関する。

従来、電子写真感光体（以下、像担持体、又は単に感光体ともいう。）上のトナー像を記録材に転写する方式として、中間転写体（以下、転写ベルト、又は中間転写ベルトという。）を用いた画像形成方式が知られている。この方式は感光体から転写材にトナー像を転写する工程内に、もう一つの転写工程を入れ、感光体から転写ベルトに一次転写した後、転写ベルトの一次転写像を転写材に二次転写することで最終画像を得る。この方式は、色分解された原稿画像をブラック、シアン、マゼンタ、イエロー等のトナーによる減色混合を用いて再現する、いわゆるフルカラー画像形成装置における各色トナー像の多重転写方式として採用されることが多い。

また、このような画像形成装置においては、二次転写された転写材のトナー像を定着するため、ローラ又はベルトにより加熱及び加圧する方式の定着装置が一般に用いられている。

然るに、近年、画像形成装置の小型化、高速化により、定着装置が高温で、かつ、転写ベルトとの間の距離が短いという構成の画像形成装置が市場に多く提供されており、定着装置の発する熱による転写ベルトの温度上昇が問題となっている。

このため、転写ベルトの冷却が要求され、転写ベルトの近くに設置した冷却ファンにより空気を吹き付けて冷却するという技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、転写ベルトへの空気の吹き付けは、転写ベルト上に残留する転写残トナーを除去するためにも有効な手段である。
特開平５−１５８３１１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、冷却ファンにより空気を中間転写体である転写ベルトに吹き付ける際に、画像形成装置内に浮遊するトナーを転写ベルト、感光体、帯電装置等に飛散させ、画像に影響を及ぼすおそれがある。また、画像形成装置内をトナーで汚してしまうという問題もある。

本発明の目的は、上記のような問題を解決し、画像に影響を及ぼすとか、装置内をトナーで汚すといった問題のない、簡単な構成で装置内を汚さず、転写ベルトの冷却と残トナーの除去ができ、安定した画像形成を行える画像形成装置を提供することにある。

本発明の目的は、下記の構成を有する画像形成装置を用いることにより達成することができる。

１．トナー像を担持する像担持体と、
前記像担持体から一次転写されたトナー像を担持し、担持したトナー像を移動しながら転写材に二次転写する転写ベルトと、
転写材に二次転写されたトナー像を加熱定着する定着装置と、
回転する羽根車を備え、一方から吸引した空気を他方へと排出するファンと、
を有する画像形成装置において、
前記羽根車の外周により形成される円周から、空気の流れ方向と逆方向に向けて、前記羽根車の回転軸方向に延びる円筒状の領域を主吸引領域とするとき、前記ファンは、前記主吸引領域の少なくとも一部が前記転写ベルトに重なるように、かつ、前記主吸引領域の少なくとも一部が重なる前記転写ベルトの周辺における空気の流れ方向が、前記転写ベルトの表面から離間する方向となると共に、前記羽根車の外周により形成される円周から、空気の流れ方向に向けて、前記羽根車の回転軸方向に延びる円筒状の領域を主排気領域とするとき、前記ファンは、前記主排気領域の少なくとも一部が前記定着装置に重なるように配設されることを特徴とする画像形成装置。

２．前記ファンによる空気の流れ方向が、前記転写ベルトの移動方向と同一となる方向成分を有していることを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。

３．前記ファンに対して空気の流れ方向の上流側に、フィルタを配設することを特徴とする前記１又は２に記載の画像形成装置。

本発明に係る画像形成装置によれば、転写ベルトを適切に冷却しながら残留トナーを除去するとともに、画像形成装置内に浮遊するトナーが感光体や帯電装置等に飛散することを防止する、装置内汚れや画像への悪影響のない画像形成装置を提供することができる。

即ち、転写ベルトの冷却と残留トナーの除去とを、ファンの吸引により行うため、画像形成装置内に浮遊するトナーを装置内に吹き付けることがなく、飛散トナーによる装置内汚れや画質不良の発生を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は実施の形態に限定されない。

図１は、本発明の画像形成装置の実施の形態としてのカラー用の画像形成装置を示す概略構成図である。

この画像形成装置１００は、タンデム構成のフルカラーの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、中間転写体ユニット７と、給紙搬送手段２１及び定着装置２４とから成る。画像形成装置本体Ａの上部には、原稿画像読み取り装置ＳＣが配置されている。

イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、像担持体としてのドラム状の感光体１Ｙ、該感光体１Ｙの周囲に配置された帯電装置２Ｙ、像露光手段３Ｙ、現像器４Ｙ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｙ、クリーニング手段６Ｙを有する。

マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、ドラム状の感光体１Ｍ、該感光体１Ｍの周囲に配置された帯電装置２Ｍ、像露光手段３Ｍ、現像器４Ｍ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｍ、クリーニング手段６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、ドラム状の感光体１Ｃ、該感光体１Ｃの周囲に配置された帯電装置２Ｃ、像露光手段３Ｃ、現像器４Ｃ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｃ、クリーニング手段６Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、ドラム状の感光体１Ｋ、該感光体１Ｋの周囲に配置された帯電装置２Ｋ、像露光手段３Ｋ、現像器４Ｋ、一次転写手段としての一次転写ローラ５Ｋ、クリーニング手段６Ｋを有する。

中間転写体ユニット７は、転写ベルトとしての中間転写ベルト７０を有し、中間転写ベルト７０は、複数のローラに巻回されて回動可能に支持される、半導電性エンドレスベルト状のベルトからなる。

画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋより形成された各色の画像は、一次転写ローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋにより、回動する中間転写ベルト７０上に逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット２０内に収容された転写材Ｐは、給紙手段２１により給紙され、複数の中間ローラ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、レジストローラ２３を経て、二次転写手段としての二次転写ローラ５Ａに搬送され、転写材Ｐ上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された転写材Ｐは、定着装置２４により定着処理され、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。

一方、二次転写手段としての二次転写ローラ５Ａにより転写材Ｐにカラー画像を転写した後、転写材Ｐを曲率分離した中間転写ベルト７０は、クリーニング手段６Ａにより残留トナーが除去される。

画像形成処理中、一次転写ローラ５Ｋは常時、感光体１Ｋに圧接している。他の一次転写ローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃに圧接する。

二次転写ローラ５Ａは、ここを転写材Ｐが通過して二次転写が行われる時にのみ、中間転写ベルト７０に圧接する。

また、画像形成装置本体Ａから筐体８を支持レール８２Ｌ、８２Ｒを介して引き出し可能にしてある。

筐体８は、画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、中間転写体ユニット７とから成る。

画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、垂直方向に縦列配置されている。感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの図示左側方には中間転写体ユニット７が配置されている。中間転写体ユニット７は、ローラ７１、７２、７３、７４、７７を巻回して回動可能な中間転写ベルト７０、一次転写ローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ及びクリーニング手段６Ａとから成る。

筐体８の引き出し操作により、画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、中間転写体ユニット７とは、一体となって、画像形成装置本体Ａから引き出される。

このように感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に帯電、露光、現像によりトナー像を形成し、中間転写ベルト７０上に各色のトナー像を一次転写して重ね合わせ、それを一括して転写材Ｐに二次転写し、定着装置２４で加圧及び加熱により固定して定着する。トナー像を中間転写ベルト７０に転移させた後の感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、クリーニング手段６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋで転写時に各感光体上に残された残留トナーを清掃した後、上記の帯電、露光、現像のサイクルに入り、次の像形成が行われる。

図２は、本発明に係るファンを有する画像形成装置の第１の実施形態を示す部分拡大図であり、図３は、図２のＡ部の拡大図である。第１の実施形態の画像形成装置では、ファンユニット７５が転写材Ｐの搬送径路の下方に配設されている。

定着装置２４は、加熱ローラ２４１、無端状の定着ベルト２４２、支持加圧ローラ２４３、及び外部加圧ローラ２４６等からなる。

無端状の定着ベルト２４２は、金属基体もしくは耐熱樹脂基体とシリコンゴムとをベルト状に成型したもので、ヒータ（参照符号なし）を内蔵した加熱ローラ２４１と支持加圧ローラ２４３との間に巻回されている。

定着ベルト２４２は前記加熱ローラ２４１の駆動回転によって回転され、支持加圧ローラ２４３との間に支持され、搬送される。

加熱ローラ２４１にはアルミニウムのパイプ材を用いている。

外部加圧ローラ２４６は、定着ベルト２４２を挟んで支持加圧ローラ２４３に圧接している。

中間転写ベルト７０からトナー像を二次転写された転写材Ｐは、定着装置２４へと搬送され、外部加圧ローラ２４６と支持加圧ローラ２４３とのニップ部に、定着ベルト２４２を挟んで挟持されて定着される。

ファンユニット７５は、ファン７５１とフィルタ７５２とを有しており、ファン７５１に対して空気の流れ方向Ｖ１の上流側にフィルタ７５２が配設されている。

本発明に係るファンユニット７５が、ファン７５１に対して空気の流れ方向Ｖ１の上流側にフィルタ７５２を配設されているため、空中に飛散するトナー等を捕集するとともに、空気の流れ方向の下流側へのトナー等の飛散を防止している。

図３は、図２の部分拡大図であり、本発明の画像形成装置に係る第１の実施形態におけるファンユニット７５の構成及び動作を説明するための概略図である。ファン７５１は回転する羽根車７５１ａを備えている。

図３（ａ）は、本発明に係るファンユニット７５の中間転写ベルト７０に対する配設位置関係を説明するための概略図である。図３（ｂ）は、本発明に係るファンユニット７５により形成される空気の流れ方向Ｖ１と、中間転写ベルト７０の移動方向Ｖ２との方向を比較した図である。

図３（ａ）における符号のＫＲは、羽根車７５１ａの外周により形成される円周から、空気の流れ方向Ｖ１と逆方向に向けて、ファン７５１の回転軸方向に延びる円筒状の領域を示し、ここではこれを主吸引領域と称する。

また、符号のＨＲは、羽根車７５１ａの外周により形成される円周から、空気の流れ方向Ｖ１と同方向に向けて、ファン７５１の回転軸方向に延びる円筒状の領域を示し、ここではこれを主排気領域と称する。

図３は、ファン７５１により形成される空気の流れ方向（以下、ファンの傾き方向ともいう）Ｖ１と、中間転写ベルト７０の移動方向（以下、中間転写ベルトの傾き方向ともいう）Ｖ２との方向の関係について説明するための図である。

図３（ａ）に示すように、主吸引領域ＫＲの一部は中間転写ベルト７０に重なるように配設されている。

本発明に係るファン７５１により形成される主吸引領域ＫＲが中間転写ベルト７０に重なるという構成により、中間転写ベルト７０が適切に冷却されるとともに、中間転写ベルト７０上に残留する転写残トナーが適切に除去される。

図３（ａ）において、水平方向Ｈに対し、ファンの傾き方向Ｖ１のなす角度をθ１とし、中間転写ベルトの傾き方向Ｖ２のなす角度をθ２とすると、２つの傾き方向Ｖ１、Ｖ２の傾き角の差θは、θ＝θ２−θ１ で表される。

図３（ｂ）は、縦軸をＹ軸、横軸をＸ軸とし、２つの傾き方向Ｖ１、Ｖ２の傾き角の差（以下、ファン・ベルト傾き角という）θを変えずに全体を反時計方向に回転させ、中間転写ベルトの傾き方向Ｖ２をＸ軸に一致させた状態を示す図である。このとき、ファン７５１の傾き方向Ｖ１は、Ｘ軸方向成分Ｖ１ｘと、Ｙ軸方向成分Ｖ１ｙとに分解できる。

ここで、ファン７５１のＸ軸方向成分Ｖ１ｘは中間転写ベルトの傾き方向Ｖ２と同一方向を示していることから、ファン７５１による空気の流れ方向Ｖ１は、中間転写ベルトの傾き方向（移動方向）Ｖ２と同一の方向成分を有していることが判る。

また、Ｘ軸が中間転写ベルト７０と平行であり、ファン７５１のＹ軸方向成分Ｖ１ｙがＸ軸から離間する方向を示していることから、ファン７５１は、空気の流れが中間転写ベルト７０の表面から離間する方向となるように空気を吸引していることが判る。

本発明に係るファン７５１による空気の流れ方向Ｖ１が中間転写ベルト７０の移動方向Ｖ２と同一の方向成分を有していることにより、空気の流れを乱すことなく、中間転写ベルト７０に対し新たな空気を表面に送り込み、適切に冷却することができる。

また、ファン７５１による空気の流れ方向Ｖ１が、中間転写ベルト７０の表面から離間する方向となるように構成されていることから、中間転写ベルト７０上に残留する転写残トナーが適切に除去される。

本発明者は、実験により、ファン・ベルト傾き角θを鋭角に設定したファンユニット７５を配設することが、中間転写ベルト７０上の残留トナーの除去と、中間転写ベルト７０の冷却との２つの課題に有効であることを発見した。

即ち、本発明に係るファン・ベルト傾き角θが上記２つの問題に対して有効である範囲は、０°＜θ＜９０°の範囲であり、より好ましい範囲は、１０°＜θ＜４５°の範囲であった。

実験を通じて本発明者は、ファン・ベルト傾き角θの値が小さい程、中間転写ベルト７０を冷却する効果が高くなり、ファン・ベルト傾き角θの値が大きい程、中間転写ベルト７０上に残留するトナーが除去されやすくなることを把握した。

一方、転写材Ｐの加圧加熱定着は、定着ベルト２４２と転写材Ｐとを、前記支持加圧ローラ２４３とこれと対向する外部加圧ローラ２４６との間にニップ状に挟み、加圧加熱定着することにより行われる。

図２及び図３に示すように、主排気領域ＨＲは、主吸引領域ＫＲと逆方向の空気の流れ方向Ｖ１に向けて形成され、ファンユニット７５は、主排気領域ＨＲが定着装置２４の下方部分に重なるように、配設されている。

本発明に係るファン７５１を備えたファンユニット７５が、形成する主排気領域ＨＲを定着装置２４の下方部分に重ねるように配設されることにより、外部加圧ローラ２４６を冷却し、転写材Ｐ通過の前後における過度の温度変化を抑制している。

図４は、本発明に係るファンを有する画像形成装置の第２の実施形態を示す部分拡大図である。

第２の実施形態の画像形成装置では、ファンユニット７５が転写材Ｐの搬送径路の上方に配設されている。第１の実施形態の画像形成装置では、傾き角度がθ２で傾斜する中間転写ベルト７０に沿って、ファンユニット７５の傾き角度はθ１で配設し、ファン・ベルト傾き角度θがθ＝θ２−θ１となるように配設されていた。

これに対し、第２の実施形態では、ファンユニット７５は、ローラ７４から垂直に延びる中間転写ベルト７０に対するファンユニット７５の傾き角（ファン・ベルト傾き角度）がθ３となる傾きで転写材Ｐの搬送径路の上方に配設されている。

本発明に係る第２の実施形態の画像形成装置におけるファン・ベルト傾き角θ３は、０°＜θ３＜９０°の範囲であり、より好ましい範囲は、１０°＜θ３＜４５°の範囲である。

第２の実施形態の画像形成装置は、図４に示すように、第１の実施形態と同様に、ファンユニット７５により形成される主吸引領域ＫＲの一部が中間転写ベルト７０に重なるように配設されている。また、主排気領域ＨＲは、定着装置２４の上方部分に重なるように配設されている。

その他の構成及び動作については第１の実施形態と同一であり、同一の部材には同一の符番を付してあるため、説明は省略する。

本発明に係るファン７５１を備えた画像形成装置の第２の実施形態が、形成する主排気領域ＨＲを定着装置２４の側面部上方部分に重ねるように配設されることにより、定着装置側面部を冷却し、中間転写ベルト７０の垂直走行面における温度上昇を抑制できる。

なお、第２の実施の形態では、ファンユニット７５を定着装置２４と中間転写体ユニット７との中間に配設する構成としたが、ファンユニット７５を定着装置２４の上方に配設し、定着装置２４と中間転写体ユニット７との間隙から吸気する構成としても良い。

本発明の画像形成装置の実施の形態としてのカラー用の画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明に係るファンを有する画像形成装置の第１の実施形態を示す部分拡大図である。 図２のＡ部の拡大図である。 本発明に係るファンを有する画像形成装置の第２の実施形態を示す部分拡大図である。

符号の説明

１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光体（像担持体）
２４ 定着装置
７ 中間転写体ユニット
７０ 中間転写ベルト（転写ベルト、中間転写体）
７５ ファンユニット
７５１ ファン
７５１ａ 羽根車
７５２ フィルタ
Ａ 画像形成装置本体
Ｈ 水平方向
ＨＲ 主排気領域
ＫＲ 主吸引領域
Ｐ 転写材
Ｖ１ ファンの傾き方向（ファンによる空気の流れ方向）
Ｖ１ｘ Ｘ軸方向成分
Ｖ１ｙ Ｙ軸方向成分
Ｖ２ 中間転写ベルトの傾き方向（転写ベルトの移動方向）
θ、θ３ ファン・ベルト傾き角

Claims (3)

1. トナー像を担持する像担持体と、
   前記像担持体から一次転写されたトナー像を担持し、担持したトナー像を移動しながら転写材に二次転写する転写ベルトと、
   転写材に二次転写されたトナー像を加熱定着する定着装置と、
   回転する羽根車を備え、一方から吸引した空気を他方へと排出するファンと、
   を有する画像形成装置において、
   前記羽根車の外周により形成される円周から、空気の流れ方向と逆方向に向けて、前記羽根車の回転軸方向に延びる円筒状の領域を主吸引領域とするとき、前記ファンは、前記主吸引領域の少なくとも一部が前記転写ベルトに重なるように、かつ、前記主吸引領域の少なくとも一部が重なる前記転写ベルトの周辺における空気の流れ方向が、前記転写ベルトの表面から離間する方向となると共に、前記羽根車の外周により形成される円周から、空気の流れ方向に向けて、前記羽根車の回転軸方向に延びる円筒状の領域を主排気領域とするとき、前記ファンは、前記主排気領域の少なくとも一部が前記定着装置に重なるように配設されることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ファンによる空気の流れ方向が、前記転写ベルトの移動方向と同一となる方向成分を有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。
3. 前記ファンに対して空気の流れ方向の上流側に、フィルタを配設することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。

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