(57)【要約】【課題】単純な構造で感光体ドラムの温度上昇を十分に抑制する。【解決手段】感光体ドラム２１は、中心軸Ｘからみた径方向において、多層構造を具備する。まず、最も外側には、前記のような静電潜像を形成可能な層である感光体層２１１が設けられる。感光体層２１１と軸部２１２の間には、熱吸収層２１３、放熱層２１４が外側から順次設けられている。ここで、熱吸収層２１３は、感光体層２１１よりも熱吸収能力が高い材料で構成される。熱吸収層２１３は、上記の特性を得るために、熱を高効率で吸収可能な材料（熱吸収材料）を含む。特に感光体ドラム２１における好ましい温度付近において熱を高効率で吸収する材料を用いることによって、定着ローラー等による加熱がある場合でも、感光体ドラム２１の温度を、この好ましい温度付近に維持することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する感光体ドラムの表面に露光によって形成された静電潜像によってトナーで構成されたパターンを、媒体に転写して出力する画像形成装置であって、
前記感光体ドラムは、回転軸の周りの径方向において、
前記静電潜像が表面に形成される感光体層と、
前記感光体層の前記径方向における内側において前記感光体層と接して設けられ、前記感光体層よりも熱吸収能力の高い熱吸収層と、
を含む多層構造とされたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記熱吸収層は、吸収した熱により相変化をする相変化材料を含んで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記熱吸収層は、前記相変化材料を内包するマイクロカプセルが混合されて構成されたことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記熱吸収層は、前記径方向において多層構造とされ、
当該多層構造において、前記径方向の内側における前記相変化材料の相変化温度は、前記径方向の外側における前記相変化材料の相変化温度よりも低く設定されたことを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記感光体ドラムは、
前記熱吸収層の前記径方向における内側において前記熱吸収層と接して設けられ、金属で構成された放熱層を具備することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記感光体ドラムは、前記放熱層の前記径方向における内側において、前記放熱層と接する放熱フィンが空隙中において前記径方向における内側に向かって突出する構成を具備することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記感光体ドラムに形成された前記パターンが一次転写される中間転写ベルトを具備し、前記中間転写ベルトに一次転写された前記パターンを、前記中間転写ベルトを駆動して前記媒体に二次転写する構成とされ、
二次転写後の前記媒体を加熱して前記パターンを定着させる定着ユニットを具備することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光体ドラム上に形成されたトナーパターンを媒体上に転写して画像を形成して出力する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザープリンターにおいては、円筒形状の感光体ドラムの表面において、露光部分に対応してパターニングされたトナーのパターンが形成され、このパターンが、感光体ドラムに掛け渡された中間転写ベルトに一次転写され、その後に媒体（用紙）に二次転写され、定着ユニットにおいて高温で定着されることによって、画像が形成されて出力される。ここで、カラー画像を形成する場合には、感光体ドラムは、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（黄色）、Ｋ（ブラック）の４色に対応して４種類独立して設けられ、それぞれの色のパターンが各感光体ドラムに形成される。中間転写ベルトにおいては、各色のパターンが順次転写されて重ね合わされてから、媒体に転写される。媒体にこのパターンが転写された後に、中間転写ベルトはクリーニング部を通過して清浄化された（初期状態に戻された）後に、次の出力のために同様の工程が繰り返される。
【０００３】
ここで、定着ユニットにおいては、高温（例えば１５０℃以上）に維持された定着ローラーが用いられ、用紙が定着ローラーで搬送される際に加圧されかつ高温とされることによって、トナーで構成されたカラー画像が用紙上に定着する。一方、このように定着が行われる前においては、トナーの温度はこれよりも低い一定の温度に保たれることが好ましい。
【０００４】
一方、定着ローラーと感光体ドラムとは直接接さないものの、装置内においてこれらは近接した位置にある。このため、感光体ドラムの温度も定着ローラーの影響を受けて上昇することがある。また、感光体ドラム自身においては、トナーのパターンを形成する際に、露光、現像が繰り返し行われ、この際の露光や摩擦等によっても温度が上昇することがある。
【０００５】
特に連続して多数の出力を行った場合には、温度が上昇した感光体ドラムやこれと接する中間転写ベルトの上でトナーが劣化する場合があり、これに起因して形成される画像に欠陥が発生する場合がある。このため、こうした感光体ドラムの温度上昇を抑制することが望まれる。これに対して、特許文献１には、感光体ドラムの内側に冷却のためのフィンを形成し、かつこの部分に冷却風を流す構成を具備する画像形成装置が記載されている。特許文献２には、感光体ドラムの回転に伴って冷却風を生成可能なフランジを感光体ドラムの内側に生成することによって、動作中における感光体ドラムを冷却することができる画像形成装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３３３８９７号公報
【特許文献２】特開２００９−２０４７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術においては、冷却ファン等を設け、かつ複数の感光体ドラムを全て冷却する必要があるため、装置全体の構造が複雑となり、装置が高価となった。特許文献２に記載の技術においては、このように構造が複雑とはならないが、上記の構造によるだけでは冷却効率は不十分であった。
【０００８】
このため、単純な構造で感光体ドラムの温度上昇を十分に抑制することが望まれた。
【０００９】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、上記課題を解決できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の画像形成装置は、回転する感光体ドラムの表面に露光によって形成された静電潜像によってトナーで構成されたパターンを、媒体に転写して出力する画像形成装置であって、前記感光体ドラムは、回転軸の周りの径方向において、前記静電潜像が表面に形成される感光体層と、前記感光体層の前記径方向における内側において前記感光体層と接して設けられ、前記感光体層よりも熱吸収能力の高い熱吸収層と、を含む多層構造とされたことを特徴とする。
本発明の画像形成装置において、前記熱吸収層は、吸収した熱により相変化をする相変化材料を含んで構成されたことを特徴とする。
本発明の画像形成装置において、前記熱吸収層は、前記相変化材料を内包するマイクロカプセルが混合されて構成されたことを特徴とする。
本発明の画像形成装置において、前記熱吸収層は、前記径方向において多層構造とされ、当該多層構造において、前記径方向の内側における前記相変化材料の相変化温度は、前記径方向の外側における前記相変化材料の相変化温度よりも低く設定されたことを特徴とする。
本発明の画像形成装置において、前記感光体ドラムは、前記熱吸収層の前記径方向における内側において前記熱吸収層と接して設けられ、金属で構成された放熱層を具備することを特徴とする。
本発明の画像形成装置において、前記感光体ドラムは、前記放熱層の前記径方向における内側において、前記放熱層と接する放熱フィンが空隙中において前記径方向における内側に向かって突出する構成を具備することを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、前記感光体ドラムに形成された前記パターンが一次転写される中間転写ベルトを具備し、前記中間転写ベルトに一次転写された前記パターンを、前記中間転写ベルトを駆動して前記媒体に二次転写する構成とされ、二次転写後の前記媒体を加熱して前記パターンを定着させる定着ユニットを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記の構成により、画像形成装置において、単純な構造で感光体ドラムの温度上昇を十分に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る画像処理装置において用いられる感光体ドラムの構造を示す断面図である。
【図３】感光体ドラムにおいて用いられる熱吸収層の構造を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る画像処理装置において用いられる感光体ドラムの第１の変形例の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る画像処理装置において用いられる感光体ドラムの第２の変形例の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。実施の形態となる画像形成装置１は、特許文献１、２に記載の画像形成装置と同様に、感光体ドラム、中間転写ベルト等を用いて媒体（用紙）にカラー画像を形成して出力する。
【００１４】
図１は、この画像形成装置１の構造を示す断面図であり、ここでは、中間転写ベルト１０に関わる構成のみが示されており、これ以外の構造以外については、画像形成装置１の構成は、従来より知られる画像形成装置、あるいは特許文献１、２に記載の画像形成装置と同様である。
【００１５】
この画像形成装置１においては、図中において左右に細長い環状とされた中間転写ベルト１０は、図中下側で４つの感光体ドラム２１〜２４と上側から一次転写ローラー２５に挟持されて右側に駆動されることによって、図中反時計回りに駆動される。感光体ドラム２１〜２４には、それぞれ露光装置、現像装置(共に詳細は省略）が設けられる。感光体ドラム２１〜２４には、その表面において一様な帯電が可能であり、露光された箇所の電荷を除去することによって静電潜像を表面に形成可能とされる。この静電潜像に対して帯電したトナー粒子が付着することによって、トナーのパターンが形成される。感光体ドラム２１〜２４のそれぞれには、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（黄色）、Ｋ（ブラック）の各色のトナーで構成されたパターンがそれぞれ形成され、各パターンが中間転写ベルト１０に順次転写（一次転写）されることによって、カラー画像に対応するトナーパターンが中間転写ベルト１０の表面に形成される。その後、図中右端において、中間転写ベルト１０が２つの二次転写ローラー２６で用紙Ｐと同時に挟持されて搬送される際に、このトナーパターンが用紙Ｐに転写(二次転写）される。二次転写後の中間転写ベルト１０は、クリーニング部３０を通過することによってその表面が初期状態とされ、中間転写ベルト１０が図中反時計回りに駆動されることによって、上記の動作が次の用紙Ｐに対して繰り返される。
【００１６】
一方、二次転写後の用紙Ｐは、定着装置４０を介して図中上側に駆動される。定着装置４０においてこの駆動のために用いられる定着ローラー４１の温度は、加熱機構により高温（例えば１５０℃以上）に制御され、定着ローラー４１によって用紙Ｐが搬送される際に、加圧かつ加熱されることによって、二次転写されたトナーパターンが用紙Ｐに定着する。以上の動作についても、従来より知られる画像形成装置と同様である。
【００１７】
ここで、感光体ドラム２１〜２４は定着ローラー４１とは直接接さないが、定着ローラー４１から感光体ドラム２１〜２４に熱が伝導する場合がある。また、感光体ドラム２１〜２４は、定着ローラー４１とは異なり加熱機構を具備しないものの、露光が繰り返されることによって、その温度が上昇する場合がある。
【００１８】
なお、上記において用いられる各ドラム、ローラー（感光体ドラム２１〜２４、一次転写ローラー２５、二次転写ローラー２６、定着ローラー４１）はいずれも図１における紙面垂直方向を中心軸とする円筒形状とされる。このため、上記のように中間転写ベルト１０を図示されるように反時計回りに駆動することができる。また、図１の形態で中間転写ベルト１０に張力を付与するために、同様の円筒形状のテンションローラー２７が中間転写ベルト１０の内側において適宜設けられている。
【００１９】
感光体ドラム２１〜２４は同一の構造を具備し、熱流入があった場合でも、特にその表面の温度が上昇しにくい構成とされる。このため、感光体ドラム２１〜２４の表面にトナーパターンとして付着したトナーの劣化が抑制される。図２は、この感光体ドラム２１の回転軸に垂直な断面図である。
【００２０】
この感光体ドラム２１は、中心軸（回転軸）Ｘからみた径方向において、多層構造を具備する。まず、最も外側には、前記のような静電潜像を形成可能な層である感光体層２１１が設けられる。感光体層２１１は、従来の感光体ドラムを構成する材料と同様に、例えばアモルファスシリコンで構成される。上記のようなトナーパターンを表面に形成させる作用は、この感光体層２１１によってもたらされる。
【００２１】
感光体ドラム２１の最も内側（中心軸Ｘ側）には、軸部２１２が設けられ、軸部２１２の外側には空洞（空気層）が設けられる。実際にはこの空洞の一部には、軸部２１２とその外側の部分とを連結する梁構造が適宜設けられているが、図２においては、この梁部が設けられていない箇所の断面が示されている。このため、この感光体ドラム２１を、中心軸Ｘ（軸部２１２）の周りで回動させることができる。軸部２１２、感光体層２１１、梁部は、これらが一体化されて十分な機械的強度を有するように同一の材料で構成することができる。あるいは、機械的強度が維持できる限りにおいて、これらを異なる材料で構成した上で組み立てて構成してもよい。
【００２２】
感光体層２１１と軸部２１２の間には、熱吸収層２１３、放熱層２１４が外側から順次設けられている。ここで、熱吸収層２１３は、感光体層２１１よりも熱吸収能力が高い材料で構成される。また、放熱層２１４は、熱吸収層２１３からの内側の空洞（空気層）に対する熱伝導を効率的に行わせるように、熱伝導率の高い金属（アルミニウム等）で構成される。
【００２３】
熱吸収層２１３は、上記の特性を得るために、熱を高効率で吸収可能な材料（熱吸収材料）を含む。特に感光体ドラム２１における好ましい温度付近において熱を高効率で吸収する材料を用いることによって、定着ローラー４１等による加熱がある場合でも、感光体ドラム２１の温度を、この好ましい温度付近に維持することができる。こうした材料としては、この温度付近において相変化する温度（例えば融点）をもつ相変化材料を用いることができる。
【００２４】
図３は、熱吸収層２１３の構造を具体的に示す断面図である。感光体ドラム２１における好ましい温度を４０℃とした場合には、相変化温度を４０℃に設定した蓄熱カプセル２１３１（製品名ＨＳカプセル：三菱製紙（株））を用いることができる。蓄熱カプセル２１３１は、上記のような相変化材料がマイクロカプセル中に収められた粉末状の材料であり、これを母材となる高分子材料２１３２に添加、分散させて用いることができる。この際、相変化材料がマイクロカプセルの内部で相変化により固体から液体に変化しても、外部からみた蓄熱カプセル２１３１の形態には全く変化がないため、熱吸収により相変化が起こっても、熱吸収層２１３及び感光体ドラム２１においては、その温度以外についての特性の変化は生じない。
【００２５】
例えば、アクリル樹脂材料（高分子材料２１３２）１００重量部に対してこの蓄熱カプセル２１３１を２０重量部添加して溶媒中に分散させた液体を生成し、この液体を、前記のような感光体層２１１の内面に所定の厚さ（例えば１００μｍ）だけスプレー塗布し、乾燥させて熱吸収層２１３を形成することができる。その後、放熱層２１４を、蒸着等の方法によってこの表面に形成すれば、上記の感光体ドラム２１を得ることができる。
【００２６】
前記のような感光体ドラム２１への熱流入は、その表面側（感光体層２１１の表面）側で発生する。この熱は、上記のような熱吸収層２１３が感光体層２１１の内側で接するため、熱吸収層２１３に吸収され、感光体層２１１の表面（感光体ドラム２１）の表面の温度上昇は抑制される。その後、熱吸収層２１３の熱は、放熱層２１４を介して特許文献２に記載の技術と同様に、内側に放熱される。
【００２７】
このため、上記の感光体ドラム２１においては、外部からの熱流入や表面で摩擦熱が発生した場合でも、感光体ドラム２１の表面の温度上昇が抑制される。これによって、感光体ドラム２１表面におけるトナーの劣化が抑制される。他の感光体ドラム２２〜２４についても同様である。このため、この画像形成装置１においては、連続して多数の出力を行った場合でも、感光体ドラムの温度上昇に起因する欠陥の発生が抑制される。
【００２８】
また、上記の画像形成装置１は、従来の画像形成装置において、従来の感光体ドラムに代えて上記の構造の感光体ドラム２１等を用いることによって得られる。このため、この画像形成装置１の構造は単純であり、これを安価に得ることができる。
【００２９】
上記と同様の熱吸収層を設けた上で、更に上記の効果を高めることができる構造について説明する。図４は、このような変形例（第１の変形例）となる感光体ドラム５１の構造を図２に対応させて示す断面図である。ここでは、前記の感光体ドラム２１と同様に、感光体層２１１、熱吸収層２１３、放熱層２１４、軸部２１２が外側から順次設けられる。ここでは、更に、軸部２１２からその外側の放熱層２１４にかけて、渦状の放熱フィン２１５が放射状に複数設けられる。放熱フィン２１５は、放熱層２１４と同様に、熱伝導率の高い金属で構成される。この放熱フィン２１５を設けることによって放熱面積を大きくし、熱吸収層２１３が吸収した熱を、より効率的に空気中に放熱することができる。特に、放熱フィン２１５を渦状に構成することにより、放熱フィン２１５を回転の際の抵抗とならないようにすることができると共に、放熱効率を特に高めることができる。あるいは、放熱フィン２１５によって内側で回転の際に気流を生成することができ、これによって放熱効率を高めることもできる。
【００３０】
なお、この構成においては、放熱フィン２１５の形状は、これによる放熱効率を高くし、かつ感光体ドラム５１を円滑に回動させることができる限りにおいて、適宜設定することができる。また、放熱フィン２１５を構成する材料は、熱伝導率の高い金属とすることが好ましく、例えば、図１の構造を形成した後で放熱フィン２１５を内部に組み込んでこの感光体ドラム５１を得ることができる。
【００３１】
また、図５は、他の変形例（第２の変形例）となる感光体ドラム６１の構造を同様に示す断面図である。ここでは、前記の感光体ドラム２１における熱吸収層２１３が、外側の熱吸収層２１３Ａ、内側の熱吸収層２１３Ｂの２層構造とされている。ここで、この感光体ドラム６１における熱は外側から流入するため、この構造においては、この熱は熱吸収層２１３Ａに流入してから熱吸収層２１３Ｂに流入してから内側の放熱層２１４を介して放熱される。このため、一般的には熱吸収層２１３Ｂの温度は熱吸収層２１３Ａの温度よりも低くなる。
【００３２】
ここで、熱吸収層２１３Ａ、２１３Ｂを、前記のような相変化材料（蓄熱カプセル２１３１）を用いて構成する場合には、用いられる相変化材料の相変化温度を異なるようにすることができる。この場合、内側の熱吸収層２１３Ｂにおける相変化温度を、外側の熱吸収層２１３Ａにおける相変化温度よりも低く設定することによって、熱の内側への移動をより円滑に行うことができ、放熱効率を特に高めることができる。上記のように、感光体ドラム６１の表面の温度を４０℃に設定する場合には、外側の熱吸収層２１３Ａにおける相変化温度を前記の感光体ドラム２１（熱吸収層２１３）における場合と同様に４０℃とし、内側の熱吸収層２１３Ｂにおける相変化温度を３６℃とすることができる。この際、前記のようにスプレー塗布により各熱吸収層を形成する場合には、熱吸収層２１３Ａを形成した後で同様の工程によって熱吸収層２１３Ｂをその上に形成すればよい。
【００３３】
なお、図５の例では、熱吸収層２１３が２層構造とされたが、これを３層以上の積層構造としてもよい。こうした場合には、上記の相変化温度が、内側に向かって徐々に低下していくような構成が好ましい。また、図５の構想に対して、図４のような放熱フィンを更に組み合わせてもよい。
【００３４】
実際に、上記の構成の感光体ドラムを用いた場合における感光体ドラム表面の温度、中間転写ベルトの温度と、上記の熱吸収層を具備しない従来の感光体ドラムを用いた場合におけるこれらの温度を、Ａ４用紙に対してカラー印字率１５％とした同一の画像を画像を１００００枚連続して形成した場合について測定した。その結果について説明する。
【００３５】
実施例１においては、図２における熱吸収層２１３として、相変化温度を４０℃とした蓄熱カプセル２１３１を、アクリル樹脂（高分子材料２１３２）１００重量部を溶媒として２０重量部添加し、塗布後における厚さ１００μｍとして乾燥させたものが用いられた。放熱層２１４としては、厚さ１０μｍで蒸着によって形成されたアルミニウム層を用いた。感光体層２１１としては、アモルファスシリコン層を用いた。
【００３６】
実施例２においては、実施例１と同様の感光体ドラムに加え、図４における冷却フィン２１５を追加したものが用いられた。
【００３７】
実施例３においては、図５に示された２層構造の熱吸収層を、外側の熱吸収層２１３Ａとして厚さを５０μｍとした実施例１と同様の組成のものを用い、かつ内側の熱吸収層２１３Ｂを相変化温度を３６℃として同様に厚さを５０μｍとして形成したものを用いた。
【００３８】
比較例としては、実施例１における熱吸収層がない感光体ドラムが用いられた。
【００３９】
なお、図１における全ての感光体ドラムとして、上記の各感光体ドラムが用いられた。また、表面の温度が測定された感光体ドラムは、実際には図１において最も二次転写ローラー２６に近い感光体ドラム２４（ブラック）において測定された。また、中間転写ベルト１０の温度としては、図１において中間転写ベルト１０と当接するクリーニング部３０の温度が測定された。結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
2019139115.tif 000003
【００４１】
この結果より、どの実施例においても、比較例よりも感光体ドラム及び中間転写ベルト表面の温度を低下させることができることが明らかである。また、比較例においては、この処理時において、クリーニング部においてトナーが凝集・固着（ソフトブロッキング）し、これによって、出力される画像に欠陥が発生した。これに対し、どの実施例においても、こうした状況は発生せず、安定して良好な画像を形成することができた。
【００４２】
なお、上記の例では、熱吸収層２１３として、高分子材料２１３２中に蓄熱カプセル２１３１が分散したものが用いられた。しかしながら、同様の効果を奏する限りにおいて、熱吸収層の構成は任意である。感光体ドラムにおける感光体層、軸部、放熱層の構成についても、上記と同様の効果を奏する限りにおいて、任意である。画像形成装置全体の構成についても、感光体ドラムがが同様に用いられる限りにおいて、任意である。
【符号の説明】
【００４３】
１  画像形成装置
１０  中間転写ベルト
２１〜２４、５１、６１  感光体ドラム
２５  一次転写ローラー
２６  二次転写ローラー
２７  テンションローラー
３０  クリーニング部
４０  定着装置
４１  定着ローラー
２１１  感光体層
２１２  軸部
２１３、２１３Ａ、２１３Ｂ  熱吸収層
２１４  放熱層
２１５  放熱フィン
２１３１  蓄熱カプセル
２１３２  高分子材料
Ｐ  用紙
Ｘ  中心軸（回転軸）
【図１】
2019139115.tif 000004
【図２】
2019139115.tif 000005
【図３】
2019139115.tif 000006
【図４】
2019139115.tif 000007
【図５】
2019139115.tif 000008