JP2005156997A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィルタを使用せずに飛散トナーを集塵する機能を有しかつ排熱利用機能を付加し、エネルギ節約となる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 トナー担持体１３と静電潜像担持体１５を有し、前記静電潜像担持体１３上の静電潜像を、前記トナー担持体１５に付着したトナーにより顕像化する画像形成装置において、その内部に送風ファン３１と、熱源４０とこの熱源の作用により発熱する発熱体７を有し、前記送風ファン３１を上記顕像化領域に通じる空間に空気流を発生する位置に配置し、前記発熱体７を空気流と接触する位置に配置した。
【選択図】 図７

Description

本発明は、例えば複写機、プリンタ、ＭＦＰなどの電子写真法を利用し転写紙上に画像を形成する画像形成装置に関する。

画像形成装置においてファンにて気流を発生して飛散トナーを含んだ空気をダクトにて集め、フィルタで集塵する技術は知られている（例えば特許文献１ないし３参照）。
画像形成装置では現像ユニット内に固定された多極の磁石群の周りを回転するスリーブの表面に強磁性の粒子であるキャリアを循環し、キャリアにてトナー粒子を静電力により搬送して静電潜像担持体上にトナーにて顕像化する。
この現像プロセスにて、キャリアとの付着が弱いトナーがあったりトナーが過多に供給されたりすると、トナーが現像ユニット外部へ浮遊し機内に付着して汚れたり、機外へ粉塵として排出されるなどの不具合があった。
さらに最近ではカラー化と高速化が進み、以前にも増して飛散トナーが発生し易くなっている。このような状況のため、飛散トナーの捕獲のための装置が多く開発されている。その原理はファンにて気流を発生して飛散トナーを含んだ空気をダクトにて集め、フィルタで集塵する。
例えば特許文献１では４つの現像ユニットに繋がる共通ダクトと、ダクト共通部にファンとフィルタを配置している。画像機器内部では飛散トナーの集塵以外にもオゾン除去や、電装基板、定着ユニットや静電潜像書込みユニットなどの発熱による機器内部温度上昇を低減するために多くのファンを使用している。
そのため、消費電力の増大や、ファンと流体が発する騒音の増大といった環境問題がクローズアップされている。そこで、ファンを効率使用するための技術、例えば特許文献２では現像器内部と定着器を囲む空間を同一ファンで吸気している。
飛散トナーを含め機外への粉塵放出を減少する目的として、特許文献３では機内における空気循環装置が開示されている。機外への熱排気が損なわれるので、空気流路に放熱坂を設ける工夫がされている。
特開平７−２０７５３号公報 特開平８−２２０９５２号公報 特開平９−１９７９４６号公報

このように飛散トナーの集塵には、ファンにて発生した気流とフィルタの組み合わせを基本原理とした従来の技術が多数ある。しかし、カラー化や高速化に伴い、ファンの数あるいは使用電圧を上げて流量を増やさなければ対応できなくなっている。
この副作用が騒音の増大である。一般にフィルタなどで圧力損失が大きくなるとファンによる騒音が増大することが知られている。飛散トナーを集塵するためのフィルタは目が細かく、さらに早期の目詰まりで圧力損失がさらに大きくなってしまう。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決するために、フィルタを使用せずに飛散トナーを集塵する機能を有しかつ排熱利用機能を付加し、エネルギ節約となる画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、トナー担持体と静電潜像担持体を有し、前記静電潜像担持体上の静電潜像を、前記トナー担持体に付着したトナーにより顕像化する画像形成装置において、その内部に送風ファンと、熱源とこの熱源の作用により発熱する発熱体を有し、前記送風ファンを上記顕像化領域に通じる空間に空気流を発生する位置に配置し、前記発熱体を空気流と接触する位置に配置した画像形成装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記送風ファンと顕像化領域に通じる空間をダクトで連結した請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、複数のトナー担持体と複数の静電潜像担持体を有し、複数の顕像化領域へのダクトを連結している請求項２記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記送風ファンに連結したダクトを有し、このダクト内あるいはダクト終端に発熱体を設置した請求項２または３記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記ダクト終端がその内部にある請求項２ないし４のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、その内部に転写紙を収納するトレイを有しており、前記ダクト終端から排出される空気流が転写紙上へ到達する位置に前記ダクト終端を配置する請求項５記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、ダクトに連通する断熱ダクト内面に突起物を有する請求項２記載の画像形成装置を特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、前記発熱体が立体構造である請求項４記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、前記断熱ダクトに屈曲部を有し、この屈曲部前後に前記発熱体を設置した請求項７または８記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、前記発熱体が着脱可能である請求項４記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、表面に熱伝導性グリースを塗布した前記発熱体上にシートを貼り付けた請求項４記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、前記発熱体が網目構造である請求項４記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１３に記載の発明は、シート状に転写したトナーを溶融固着させる定着部材を有し、前記熱源が定着部材であって、前記発熱体が前記定着部材から受熱する請求項１ないし１２のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１４に記載の発明は、前記熱源と前記発熱体が電気抵抗発熱体と給電装置および電気抵抗発熱体から受熱する構造体からなる請求項１ないし１２のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１５に記載の発明は、前記熱源が定着直後の転写紙であり、前記発熱体が前記転写紙と接触して受熱する構造体である請求項１ないし１２のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、飛散トナーを気流で収集し、その気流中にトナーの軟化点以上の温度となる発熱体を置くことで、気流中の飛散トナーが軟化して発熱体に付着する。
これによって、トナーの集塵をフィルタなしで行うことが可能となり、ファン騒音が低減し、さらに、フィルタが省略できるので省資源であり、フィルタ交換などの煩わしさが解消される。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明による画像形成装置の構造を示す概略図である。画像形成装置１は上部に自動原稿送り装置１０とスキャナーユニット１１を配置し、原稿の画像を読み取る。
感光体ドラム１３を４本タンデムで配列し、それぞれに１つずつの現像ユニット１５とクリーニングユニット１４と帯電ユニット１６が配置される。感光体ドラム１３は図中反時計回りに回転し、読込み画像情報に応じて書き込みユニット１２にて静電潜像が形成され、現像ユニットでトナー粒子により顕像化される。
このトナー画像は中間転写ベルト１７上に静電力で感光体ドラム１３から転写され、４色のトナーが順次重ねられていく。転写シートである転写紙は転写紙カセット２２に堆積され最上部から一枚ずつ取り出され、転写ローラ１９と転写ベルト１７との挟持部に搬送される。ここで、転写ベルト１７から転写紙へ静電力にてトナー画像が転写される。
この転写紙は搬送ベルト２０にて定着ユニット１８へ搬送され、トナー画像が用紙へと溶融固着される。転写紙は両面反転ユニット２１を経由して裏面への両面印刷がなされる。
高速化および省資源のために両面印刷機会が増えているため、高温になった転写紙が裏面印刷されるときに中間転写ベルトを過熱し、ひいては感光体ドラム１３を過熱してその寿命低下の恐れがある。そこで、定着ユニット１８直後に転写紙冷却用の冷却ローラ２３を設ける。
この冷却ローラ２３は内部にヒートパイプを用い、表面が金属のローラにより構成されている。転写紙は機外の排紙トレイに排出されて印刷が完了する。感光体ドラム１３と現像ユニット１５の下流の領域Ａには、顕像に寄与できずにキャリアから離脱して現像ユニット内に回収されなかったトナーが空気中に放出される場合がある。

図２は飛散トナーを吸気・回収するための磁気ダクトとファンを説明する概略斜視図である。上述した飛散トナーは図２に示す吸気ダクト３０とファン３１で回収する。
吸気ダクト３０には４つの開口部３１ａ〜３１ｄがあり、それぞれ４つの領域に位置するように画像形成装置の背面部へ設置した（図５）ファン３１は領域Ａの空気を吸い込むとともに飛散トナーを回収する。
図３は補助ダクトの配置を示す概略図である。図４は図３の補助ダクトの概略斜視図である。領域Ａの広さは画像形成装置の大きさによって異なる。高速機器では飛散トナーの量も多くなるが領域Ａに図３に示すような補助ダクト３２を挿入することができる。
この補助ダクト３２は吸気ダクト３０の開口部３１ａ〜ｄに結合し、現像ニップに向かった側面に開口部３３を有している。これにより効果的に飛散トナーを回収することができる。
図５は断熱ダクトの配置を説明する概略正面図である。図６は図５の断熱ダクトを示す側面図である。定着ユニット１８と中間転写ベルト１７とを隔離するような断熱ダクト３５を図５のように配置している。

図７はトナー集塵装置を組み込んだ画像形成装置を示す概略図である。図８は断熱ダクトと定着ユニットを示す断面図である。この断熱ダクト３５は吸気ダクト３０と連結ダクト３４で結合されており、ファン３１による気流が流れ込むようになっている。
断熱ダクト３５の下面の一部は定着ユニット１８の外装部材４０が兼用されている（図８）。この外装部材４０が発熱体の役割をもち、加熱された定着部材からの熱伝達（空気による伝達、対流、輻射熱）によって加熱される。
定着ユニットは基材ローラ５、この基材ローラ５のまわりの断熱ゴム層６、定着ベルト７、加熱ローラ８およびこの加熱ローラ８内に配置される加熱ヒータ９から構成されている。
定着部材１８は約１８０℃程度に加熱され、外装部材４０も１００℃を超える温度となり、飛散トナーが付着すると軟化して付着する。外装部材４０は亜鉛鋼板やアルミ板などの金属材料が望ましい。図８では定着部材１８としてベルト方式を示したが、ローラ方式であっても良く、その方式は特に限定されない。
断熱ダクト３５の下流側には排気ダクト３６が連結され画像機器の背面を通って転写紙トレイへと気流を運び、排気部３７から気流を排気できる構造となっている。
排気される空気は定着ユニット１８の熱によって温められており、この気流が転写紙に吹きかけられると、転写紙の除湿効果が得られ含水分を５％程度の状態に保つことができる。
図９は断熱ダクト３５中に設けた突起物４１を示す断面図である。図１０は図９の突起物の分布を示す概略図である。図９のように断熱ダクト３５の内面に突起物４１を設けると、定着ユニットの外装部材４０への飛散トナーの付着量が増加した。

図１１は定着ユニット１８の外装部材４０に設けたアルミ製のフィンを示す斜視図である。図１２は外装部材４０とアルミ製のフィンの締結を示す概略図である。図１１のように定着ユニット１８の外装部材４０にアルミ製のフィン４２を下部からネジ４３で着脱可能に締結した。
このアルミ製のフィン４２は断熱ダクト３５内に収納できる大きさとした。この場合に、飛散トナーはアルミ製のフィンフィン４２に付着し、より多くの集塵が可能となった。
図１３は断熱ダクト３５に設けたガスケットを示す断面図である。図１４は図１３のガスケットの正面図である。図１３のように、複数の金属製のガスケット４４を断熱ダクト３５の途中に配置した。
ガスケット４４の下部は外装部材４０に熱抵抗が小さくなるように接着されている。上部は通電により発熱する電気抵抗発熱体４５がガスケット４４と絶縁されるように密着し、導線４６を通して画像機器本体の電源から給電される。
外装部材４０が飛散トナーを付着するのに不十分な温度のとき、電気抵抗発熱体４５で補助加熱することによってガスケット４４はトナー軟化温度となる。飛散トナーはガスケット４４に多く付着した。
図１５は断熱ダクト内に配置した屈曲路を示す正面図である。図１６は図１５の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。図１５のように断熱ダクト３５内に屈曲路４７を配置した。気流は図１６のブロック矢印のように流れていく。飛散トナーは屈曲部４８付近に多く付着した。

図１７は図２と同様な集塵装置を示す概略図である。図１８は図１７の集塵装置に配置する冷却ローラを示す概略図である。図１９は図１７の集塵装置に配置する冷却ローラを備えた画像形成装置を示す概略図である。
図１７ないし図１９において、画像形成装置は定着直後の転写紙を冷却するためにヒートパイプを内部に配した金属製の冷却ローラ５１を有する。この冷却ローラ５１に補助コロ５２で転写紙を巻き付けるようにすることで転写紙から熱を吸収する。
冷却ローラ５１の一端にはフィン５３が内部のヒートパイプに接続されており、通常はこのフィン５３をファンで冷却する。そこで、トナー回収装置の連結ダクト３４から分岐ダクト５０を接続して、その内部にフィン５３が入るようにした。
これによって、分岐ダクト５０にも飛散トナーを含んだ気流が流れ、フィン５３の周りに飛散トナーが付着し、集塵効果を得た。ダクトによる効率的な飛散トナーの回収ができる。
カラー複写機の現像ユニット毎にファンを設ける必要がないので、騒音源が少なくなり、省資源となる。ダクト内に発熱体があるため、飛散トナーが発熱体に接触する確率が高くなるので、集塵の効率が向上する。
集塵できずに残った飛散トナーを機外へ放出することがないので、オフィスへの粉塵放出がなくなる。また、温められた空気を機内で再利用することができ、温められた空気を転写紙の除湿防止に再利用することができ、従来その用途に用いていたヒータを節約でき省資源化に寄与できる。

断熱ダクト内は層流に近い気流となっているため、壁面から離れた所を流れる飛散トナーが発熱体に接触する確率が低くなる。そこで、断熱ダクト内面に付けた突起物が乱流を発生し、層流が崩れることで発熱体と飛散トナーの接触する確率が高くなるので集塵効果が向上する。
断面積当たりの発熱体の表面積が広くなるので、発熱体と飛散トナーが接触する確率が高くなるので集塵効果が向上する。屈曲部では乱流が発生したり、慣性力で飛散トナーが外側へ軌道を逸することで発熱体と飛散トナーが接触する確率が高くなる。そのため、発熱体と飛散トナーの接触する確率が高くなるので集塵効果が向上する。
高速機など、印刷総数が高くなる画像機器は飛散トナーの量が多くなる。発熱体にて軟化し付着したトナーの量も多くなるので、クリーニングが必要となるときがある。そこで、発熱体が着脱可能な構造なので、取り外して表面のトナーを除去して再度設置することができる。
発熱体を着脱することなく、表面のシートのみを取り換えることができるのでクリーニングが容易となる。発熱体が網目構造なので、気流を妨げることなく飛散トナーと発熱体が接触する確率が高くなり、飛散トナーの集塵効果を向上することができる。
定着ユニットから外部へ放熱される熱を有効利用することで、省エネルギを同時に達成することができる。容易に発熱体の温度制御が可能となる。そのため、確実に飛散トナーの軟化温度となり確実に集塵が期待できる。
定着直後の転写紙を冷却する冷却装置が吸収した熱を、飛散トナーの集塵に再利用することができ、省エネルギを行いつつトナー集塵が行える。

本発明による画像形成装置の構造を示す概略図。 飛散トナーを吸気・回収するための磁気ダクトとファンを説明する概略斜視図。 補助ダクトの配置を示す概略図。 図３の補助ダクトの画像斜視図。 断熱ダクトの配置を説明する概略正面図。 図５の断熱ダクトを示す側面図。 トナー集塵装置を組み込んだ画像形成装置を示す概略図。 断熱ダクトと定着ユニットを示す断面図。 断熱ダクト中に設けた突起物を示す断面図。 図９の突起物の分布を示す概略図。 定着ユニットの外装部材に設けたアルミ製のフィンを示す斜視図。 外装部材とアルミ製のフィンの締結を示す概略図。 断熱ダクトに設けたガスケットを示す断面図。 図１３のガスケットの正面図。 断熱ダクト内に配置した屈曲路を示す正面図。 図１５の線Ｂ−Ｂに沿う断面図。 図２と同様な集塵装置を示す概略図。 図１７の集塵装置に配置する冷却ローラを示す概略図。 図１７の集塵装置に配置する冷却ローラを備えた画像形成装置を示す概略図。

符号の説明

１ 画像形成装置、７ 定着部材（定着ベルト）、１３ 静電潜像担持体（感光体ドラム）、１５ トナー担持体（現像ユニット）、２２ トレイ（カセット）、３１ 送風ファン、３４ ダクト（連結ダクト）、３５ 断熱ダクト、４０ 外装部材（熱源、発熱体）、４１ 突起物、４５ 電気抵抗発熱体、４６ 給電装置（導線）、４８ 屈曲部

Claims (15)

1. トナー担持体と静電潜像担持体を有し、前記静電潜像担持体上の静電潜像を、前記トナー担持体に付着したトナーにより顕像化する画像形成装置において、その内部に送風ファンと、熱源とこの熱源の作用により発熱する発熱体を有し、前記送風ファンを上記顕像化領域に通じる空間に空気流を発生する位置に配置し、前記発熱体を空気流と接触する位置に配置したことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記送風ファンと顕像化領域に通じる空間をダクトで連結したことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 複数のトナー担持体と複数の静電潜像担持体を有し、複数の顕像化領域へのダクトを連結していることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記送風ファンに連結したダクトを有し、このダクト内あるいはダクト終端に発熱体を設置したことを特徴とする請求項２または３記載の画像形成装置。
5. 前記ダクト終端がその内部にあることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項記載の画像形成装置。
6. その内部に転写紙を収納するトレイを有しており、前記ダクト終端から排出される空気流が転写紙上へ到達する位置に前記ダクト終端を配置することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
7. ダクトに連通する断熱ダクト内面に突起物を有することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
8. 前記発熱体が立体構造であることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
9. 前記断熱ダクトに屈曲部を有し、この屈曲部前後に前記発熱体を設置したことを特徴とする請求項７又は８記載の画像形成装置。
10. 前記発熱体が着脱可能であることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
11. 表面に熱伝導性グリースを塗布した前記発熱体上にシートを貼り付けたことを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
12. 前記発熱体が網目構造であることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
13. シート状に転写したトナーを溶融固着させる定着部材を有し、前記熱源が定着部材であって、前記発熱体が前記定着部材から受熱することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項記載の画像形成装置。
14. 前記熱源と前記発熱体が電気抵抗発熱体と給電装置および電気抵抗発熱体から受熱する構造体からなることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項記載の画像形成装置。
15. 前記熱源が定着直後の転写紙であり、前記発熱体が前記転写紙と接触して受熱する構造体であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項記載の画像形成装置。

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