(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記第2ローラ部の、前記軸方向に関して前記第1ローラ部からより離れた端部の外径の大きさと、前記第3ローラ部の、前記軸方向に関して前記第1ローラ部からより離れた端部の外径の大きさと、が等しい、
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。
【発明を実施するための形態】
【0011】
<第1の実施の形態>
まず、本発明の第1の実施の形態について説明する。第1の実施の形態に係るプリンタ1(画像形成装置)は、電子写真方式のレーザビームプリンタである。プリンタ1は、
図1に示すように、プリンタ本体1Aに装着及び引出し可能に設けられた給送カセット2と、シートにトナー像を形成する画像形成ユニット11と、画像形成部によって形成された画像をシートに定着させる定着ユニット10と、を有している。
【0012】
画像形成ユニット11は、レーザスキャナ8と、感光体ドラム7と、転写ローラ9と、プリンタ本体1Aに対して着脱可能なプロセスカートリッジ6と、を有している。プリンタ1に画像形成の指令が出力されると、プリンタ1に接続された外部のコンピュータ等から入力された画像情報に基づいて、画像形成ユニット11による画像形成プロセスが開始される。レーザスキャナ8は、入力された画像情報に基づいて、感光体ドラム7に向けてレーザ光を照射する。このとき感光体ドラム7は、不図示の帯電ローラにより予め帯電されており、レーザ光が照射されることで感光体ドラム7上に静電潜像が形成される。その後、プロセスカートリッジ6が有する不図示の現像ローラによりこの静電潜像が現像され、感光体ドラム7上にトナー像tが形成される。
【0013】
上述の画像形成動作に並行して、カセット2に昇降可能に支持され、シートSが積載された中板2aが上方に回動する。この結果、中板2a上に積載されたシートSの先端部が給送ローラ3に圧接する。シートSは、給送ローラ3及び分離パッド3aによって1枚ずつ分離されて給送される。給送されたシートSは、搬送ローラ対4によってレジストレーションローラ対5に搬送される。
【0014】
レジストレーションローラ対5は、シートにループを形成させて斜行を補正し、所定の搬送タイミングでシートSを感光体ドラム7及び転写ローラ9によって形成される転写ニップN(転写手段)に向けて搬送する。感光体ドラム7上に形成されたトナー像は、転写ニップNにおいて転写ローラ9から転写バイアスが印加されてシートSに転写される。シートSは、定着ユニット10によって加熱及び加圧されることでトナー像が定着され、排出3連ローラ12により排出トレイ13上に排出される。なお、排出3連ローラ12は、排出ローラ12aと、排出コロ12bと、両面搬送コロ12cと、を有しており、排出トレイ13にシートSが排出される際には、シートSは、案内部材14によって排出ローラ12a及び排出コロ12bに案内される。
【0015】
シートの両面に画像を形成する場合には、第1面に画像が形成されたシートは、案内部材14によって排出ローラ12a及び両面搬送コロ12cへと搬送される。そして、シートSは、これら排出ローラ12a及び両面搬送コロ12cによってスイッチバックされて、両面搬送路15に搬送される。両面搬送路15に搬送されたシートSは、両面搬送ローラ対16,17によってレジストレーションローラ対5に再度搬送されて、転写ニップNにおいて第2面に画像が形成され、排出トレイ13に排出される。
【0016】
次に、
図2乃至
図6を用いて、定着ユニット10の構成について説明する。定着ユニット10は、
図2及び
図3に示すように、定着フレーム20と、定着フレーム20に回転可能に支持される加圧ローラ101及び加熱ローラ102と、を有している。加熱ローラ102の内部には、ヒータ105が取付けられており、ヒータ105は、加熱ローラ102を加熱する。
【0017】
加圧ローラ101は、不図示の駆動手段によって矢印B方向に回転する。加熱ローラ102は、定着バネ103によって加圧ローラ101に近づく方向(矢印C方向)に付勢され、ニップ圧F1で加圧ローラ101に圧接している。そして、加熱ローラ102は、加圧ローラ101によって矢印E方向に従動回転している。これら加圧ローラ101及び加熱ローラ102は、定着ニップ104(定着手段)を形成している。
【0018】
また、定着ユニット10は、定着フレーム20に固定された上フレーム107及び下フレーム108と、上フレーム107に回転可能に支持された定着コロ群106と、を有している。定着コロ群106(従動回転体ユニット)は、
図3(b)に示すように、シート搬送方向(矢印A方向)に直交する幅方向に並んで配置された複数(本実施の形態では2つ)の定着コロ106a,106b(従動回転体)から構成されている。定着コロ群106は、定着ニップ104よりシート搬送方向における下流に配置されていると共に、定着ニップ104のシート搬送方向における下流に配置されたローラ(回転体)のうち、最も上流に設けられている。加圧ローラ101及び加熱ローラ102によって搬送されたシートSは、定着コロ群106、下フレーム108、湾曲フレーム21(
図1参照)及び案内部材14によって排出3連ローラ12に向けて案内される。
【0019】
次に、定着コロ群106の形状について説明する。なお、定着コロ106a,106bは、同じ形状であるため、ここでは定着コロ106aのみを説明し、定着コロ106bの説明は省略する。
【0020】
定着コロ106aは、
図4に示すように、回転軸106a9と、回転軸106a9に固定される第1ローラ部106a6、第2ローラ部106a4及び第3ローラ部106a5と、を有している。これら第1ローラ部106a6、第2ローラ部106a4及び第3ローラ部106a5は、回転軸106a9と共に一体的に回転する。また、第2ローラ部106a4及び第3ローラ部106a5は、第1ローラ部106a6の軸方向においてそれぞれスリット106a7,106a8(溝部)を存して形成されている。これらスリット106a7,106a8は、定着コロ106aの全周に亘って環状に形成され、かつ搬送されるシートとの間に空隙を存するように形成されている。すなわち、スリットを挟んで回転軸106a9の軸方向における両側にローラ部が形成され、スリット106a7,106a8は、第1ローラ部106a6、第2ローラ部106a4及び第3ローラ部106a5と軸方向に異なる位置に設けられている。
【0021】
第1ローラ部106a6、第2ローラ部106a4及び第3ローラ部106a5は、シートのトナー像が転写された画像面(転写面)に接触する接触部106a3を構成している。スリット106a7,106a8は、接触部106a3の外周面から回転軸106a9の軸方向に直交する方向に切り欠かれて構成されている。すなわち、シートが定着コロ106aに接触する際には、接触部106a3はシートに接触するが、スリット106a7,106a8はシートに接触しない。
【0022】
第2ローラ部106a4の軸方向における外側の端部116a4の外径をD1、第3ローラ部106a5の軸方向における外側の端部116a5の外径をD2、第1ローラ部106a6の中央部116a6の外径をD3とする。このとき、外径D1、外径D2及び外径D3の寸法は、
D1=17.6mm、D2=17.6mm、D3=21.0mm
に設定され、
D1=D2<D3
の関係になっている。
【0023】
定着コロ106aは、第1ローラ部106a6の軸方向における中央部116a6を中心に面対称に形成されている。すなわち、接触部106a3は、回転軸106a9の軸方向における中央部116a6の外径D3(=21.0mm)が、両端部116a4,116a5の外径D2,D3(=17.6mm)に比して大きく設定されている。また、接触部106a3は、中央部116a6から両端部116a4,116a5に向けて徐々に外径が小さくなるように形成され、全体として略太鼓形状に形成されている。
【0024】
次に、定着コロ群106の支持構成及び配置について説明する。上フレーム107は、
図5に示すように、軸受部107a,107b,107c,107dを有している。定着コロ106aの回転軸106a9の一端106a2は、軸受部107bに支持され、定着コロ106aの回転軸106a9の他端106a1は、軸受部107aに支持される。これにより、定着コロ106aは、軸線Laを中心に上フレーム107に回転可能に支持される。同様にして、定着コロ106bは、軸受部107c、107dに回転軸106b9が支持され、軸線Lbを中心に回転可能に支持される。
【0025】
図6は、
図2における面Xでの断面図である。定着ユニット10によって搬送されるシートSは、
図6に示すように、幅方向における中心が軸線Pを通るように搬送される。言い換えれば、シートが搬送される搬送路Wの幅方向における中央は軸線P上にある。そして、軸線Pと直交する直交軸Qに対して、軸線La,Lbがそれぞれなす角θa,θb(傾斜角)は、
θa=θb=2.5度
に設定されている。
【0026】
なお、定着コロ106a,106bは、軸線Pを中心に対称的に配置されており、定着コロ106aの回転軸106a9は、搬送路Wの幅方向における中央側の一端106a2が他端106a1よりもシート搬送方向における下流に位置するように傾斜している。
【0027】
次に、定着ユニット10の動作について詳しく説明する。
図2に示すように、シートの画像面S1にトナー像tを担持したシートSは、加圧ローラ101及び加熱ローラ102によって形成される定着ニップ104に挟持される。その際、加熱ローラ102の表面102aは、ヒータ105によって高温となっているため、定着ニップ104においてシートSは加熱される。これにより、画像面S1上のトナー像tは溶融し、溶融したトナー像tは、ニップ圧F1によってシートSに定着される。定着ニップ104を通過したシートSは、定着後のトナー像t2を定着コロ群106に接触させた後、矢印A方向に搬送される。
【0028】
ここで、定着コロ群106を定着ニップ104の近傍に配置した場合、シートSは完全に冷却されず、高温のまま定着コロ群106に到達する。また、加熱ローラ102の熱が定着コロ群106に直接伝わり、定着コロ群106も高温となる。近年ではトナーの低融点化が進められているため、シートSが定着コロ群106に到達する時点では、画像面S1上のトナー像t2は十分に冷却凝固しきっておらず、半溶融の状態となっている。
【0029】
次に、シートSの画像面S1と定着コロ群106の接触状態について
図7を用いて説明する。なお、定着コロ106a,106bは、同じ形状であるため、ここでは定着コロ106aのみを説明し、定着コロ106bの説明は省略する。
図7(a)は、定着コロ106aの側面から視た図であり、
図7(b)は、
図7(a)の矢印V方向から視た図である。
【0030】
先述したように、定着コロ106aの接触部106a3の外径は、D1=D2<D3の関係となっているため、
図7(a)に示すように、定着コロ106aとシートSの画像面S1とは接触部106a3の中央部116a6上の点126a6で接触を開始する。また、定着コロ106aとシートSとの接触圧が大きくなると、まず第1ローラ部106a6の外周面全体にシートが接触し、次に第2ローラ部106a4及び第3ローラ部106a5の外周面にシートが接触する。このように、定着コロ106aとシートSとの接触圧が大きくなると、第1ローラ部106a6だけでなく第2ローラ部106a4及び第3ローラ部106a5にもシートSが接触するので、シートSと定着コロ106aとの接触圧を分散することができる。その結果、シートSに定着コロと接触した跡を付きにくくすることができる。
【0031】
なお、以下では、便宜的に点126a6とシートSとが接触し、点126a6においてトナーが付着したものとして説明する。
図7(b)に示すように、点126a6とスリット106a8との距離Hは、
H=2.0mm
に設定されている。シートSの画像面S1上のトナー像t2は半溶融状態となっているため、トナー像t2の一部が付着トナーt3として定着コロ106aの第1ローラ部106a6の外周面に付着する。このときの単位時間当たりのトナー付着量をN1とする。
【0032】
定着コロ106aはシートとの摩擦力Faの回転方向における分力Fa1により矢印G方向に従動回転する。そのため、付着トナーt3は、定着コロ106aが矢印G方向に一回転した後、再びシートSの画像面S1に接触する。先述したように、定着コロ106aの軸線Laは直交軸Qに対して角θaで傾いているので(
図6参照)、
図7(b)に示すように、定着コロ106aの接触部106a3とシートSの画像面S1は点126a6において角θaをもって摺動している。これにより、付着トナーt3は第1ローラ部106a6の外周面からシートSに擦りつけられる形で吐き出される。この時の単位時間あたりのトナー吐き出し量をN2とする。ここで、単位時間当たりのトナー付着量N1とトナー吐き出し量N2が
N1<N2
の関係になっているとき、付着トナーt3をすべてシートS上に吐き出すことができ、定着コロ106aの接触部106a3の外周面にトナーが堆積するのを防止することができる。
【0033】
一方、単位時間当たりのトナー付着量N1が多く、N1<N2の関係を満たさない場合は、
図7(b)に示すように、付着トナーt3は、シートSとの摩擦力Faの軸線La方向における分力Fa2によりスリット106a8内へと移動する。その結果、第1ローラ部106a6の外周面上に付着トナーt3が堆積することなく、付着トナーt3は堆積トナーt4としてスリット106a8内に堆積する。
【0034】
特に、本実施の形態では、装置本体の小型化、およびコストダウンの一環として、搬送ローラ対のうち、駆動ローラを廃止し、画像面側に接触する定着コロ群106のみを用いた構成となっている。この場合、シートは搬送ローラ対に挟持されないため、シートの画像面S1側と定着コロ106aの接触圧は小さくなり、トナー吐き出し量N2の値が比較的小さくなる。
【0035】
また、本実施の形態では、距離Hを2.0mmに設定しているが、付着トナーt3が第1ローラ部106a6の外周面上に堆積しないためには、付着トナーt3がスリット106a8内へと移動する移動距離は短い方が好ましい。すなわち、定着コロ106aの接触部106a3に付着トナーt3が付着している時間を短くするには、接触部106a3を構成する第1ローラ部106a6、第2ローラ部106a4及び第3ローラ部106a5の軸方向における長さを短くする方が良い。一方、第1ローラ部106a6、第2ローラ部106a4及び第3ローラ部106a5の軸方向における長さを短くすると、これらがシートに接触することでシートに筋が付きやすくなる。このように、付着トナーt3の移動距離を短くすることと、シートに筋を付けないようにすることに鑑みると、点126a6とスリット106a8との距離Hは、5.0mm以下であることが好ましい。そして、第1ローラ部106a6の軸方向における長さは、点126a6とスリット106a8との距離Hの2倍に相当するので、10.0mm以下であることが好ましい。
【0036】
このように、付着トナーt3がスリット106a8内へ移動し続けることにより、堆積トナーが定着コロ106aの接触部106a3の外周面上に堆積することによる画像はがれを防止することができる。以上の構成により、定着ニップ104とその下流に配置された定着コロ群106との径路を短縮した場合、及び低融点トナーを用いた場合でも、定着コロ群106の表面にトナーが付着・堆積することを抑制した画像形成装置を提供することができる。
【0037】
<第2の実施の形態>
次いで、本発明の第2の実施の形態について説明するが、第2の実施の形態は、定着コロを4つ設けた点で第1の実施の形態と異なり、第1の実施の形態と同様の構成については、図示を省略、又は図に同一符号を付して説明する。
【0038】
定着コロ群206(従動回転体ユニット)は、
図8に示すように、4つの定着コロ106a,106b,206c,206d(従動回転体)を有しており、定着コロ106a,106b,206c,206dは、上フレーム107に回転可能に支持されている。すなわち、本実施の形態では、軸線Pの幅方向における一方側及び他方側にそれぞれ2つの定着コロ106a,206cと2つの定着コロ106b,206dとをそれぞれ配置している。なお、定着コロ206c,206dの形状及び支持構成は、第1の実施の形態で説明した定着コロ106a,106bと同様であるため、説明を省略する。
【0039】
図9(a)に示すように、軸線Pと定着コロ106a,106b,206c,206dの中心との距離Wa,Wb,Wc,Wdは、
Wa=Wb=27mm、Wc=Wd=110mm
に設定されており、
Wa=Wb<Wc=Wd
の関係が成立している。
【0040】
また、定着コロ206cは、軸線Lcを中心に回転可能に支持されており、定着コロ206dは、軸線Ldを中心に回転可能に支持されている。軸線Lc,Ldと直交軸Qとがなす角θc,θd(傾斜角)は、
θc=θd=5.0度
に設定されている。このため、角θa、θb、θc、θdの関係は、
θa=θb<θc=θd
となっている。このように、定着コロ106a,106b,206c,206dは、軸線Pを中心に対称的に配置されており、軸線Pに対して外側に向けて傾斜して配置されている。また、定着コロ106a,106b,206c,206dは、搬送路Wの幅方向における外側に配置されるものほど、直交軸Qに対する傾斜角が大きく設定されている。
【0041】
次に、シートSが定着コロ群206から受ける力について説明する。シートSが定着コロ106aから受ける力Fa5は、
図7(b)に示した定着コロ106aがシートSから受ける摩擦力Faの反作用である。これは、シートSが定着コロ106b、206c、206dから受ける力Fb5、Fc5、Fd5についても同様である。
【0042】
先述したように、直交軸Qと定着コロ106a,106b,206c,206dの軸線La,Lb、Lc、Ldがなす角θa、θb、θc、θdの関係は、
θa=θb<θc=θd
となっている。これより、
図9(b)に示すように、直交軸Qに対して力Fa5、Fb5、Fc5、Fd5がなす角θa5、θb5、θc5、θd5は、
θa5=θb5>θc5=θd5
の関係となる。
【0043】
すなわち、定着コロ106a,106bに比して、軸線Pからより幅方向における外側に配置された定着コロ206c、206dの方が、シートSを外側に引き延ばしながら搬送する。これより、シートSは、定着コロ群206から幅方向における外側に引き延ばされる方向に力を受けるため、シワの発生を抑制することができる。
【0044】
なお、上述した第1及び第2の実施の形態では、角θa,θbは、2.5度に設定され、角θc,θdは5.0度に設定されていたが、これに限らない。すなわち、これら角θa,θb,θc,θdは、シートSに対して幅方向における外側に引き延ばすように力を付与していたが、この力によってシートSが損傷しない程度の角度に設定されればよい。具体的には、角θa,θb,θc,θdは、1.5度以上10度以下に設定されることが好ましい。
【0045】
また、上述した第1及び第2の実施の形態では、定着コロ(例えば106a)は、3つのローラ部と2つのスリットを有していたが、これに限定されない。すなわち、2つのローラ部と1つのスリットを有する定着コロを用いてもよく、4つ以上のローラ部と3つ以上のスリットを有する定着コロを用いてもよい。