JP2007047357A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着部材の温度を印刷許可温度にまで低下させるのにさほど待ち時間を必要とせず、しかも駆動部材や電源等の電力及び機械的スペースも必要とせず、かつ低コストで定着部材を冷却することができる定着装置及び該装置を具えた画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 正回転及び逆回転が可能な定着部材を具えた定着装置において、定着部材（５）の冷却を要する際、定着部材を逆回転させると回転して、それによって発生する風を定着部材に送ってあてるプロペラ１２を有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複写機、ファクシミリ装置、複合機等の電子写真画像形成装置に設けられる定着装置及び該定着装置を具えた画像形成装置に関し、特に高熱容量部材であって降温率が低い加圧ローラをはじめとする定着部材の温度が印刷許可温度の上限温度を超えて冷却をする必要がある際に、低コストで冷却することができる技術に係るものである。

印刷許可温度に上限温度が設定されており、正回転及び逆回転が可能な定着部材として、例えば加圧ローラを具えた定着装置において、ホットオフセットを防止する手段のひとつとして、加圧ローラが印刷許可温度よりも高い場合、印刷許可温度にまで低下させるために、加圧ローラを回転させて温度を放熱させる技術や、定着装置内にファンを設けて風を発生させるといった手段で加圧ローラの温度を印刷許可温度にまで低下させる技術は既に知られている（例えば、特許文献１，２，３参照）。しかしながら、前者のように単純に加圧ローラを回転させる技術では降温率が小さく、印刷許可温度に下がるまでの待機時間が必要となり、それが長くなるとクレームになることがある。

また、後者のようにファンを追加設置する技術の中で、特許文献１は定着ローラを空冷するための冷却ファンを設けたものであるが、この冷却ファンはＣＰＵから電源部への駆動指令に基づきファンモータに電力が供給されて回転するようになっており、ＣＰＵや電源部やファンモータを必要とする。特許文献２は定着ローラ及び筐体に送風して冷却する定着ファンを筐体の長手方向側部の近傍に設けたものであるが、この場合も図示していないが定着ファンを回転駆動するための部材を別途必要とする。特許文献３は加熱ローラ内部の誘導コイルを冷却するための冷却ファンを加熱ローラの軸方向両端部に配置し、一方のファンを吹き込み用、他方のファンを吸い出し用としたものであるが、この場合も図示していないが両冷却ファンを回転駆動する部材や制御部材を別途必要とする。このようにファン追加設置の技術で従来から知られているのは、ファンを駆動する部材や電源などを併置する必要があり、そのため電力及び機械的スペースを要し、コストアップにつながるという問題があった。

特開平４−９６０７７号公報 特開２０００−１４７９４０号公報 特開２００２−７２７６４号公報

そこでこの発明は、前記従来のものの問題点を解決し、定着部材の温度を印刷許可温度にまで低下させるのにさほど待ち時間を必要とせず、しかも駆動部材や電源等の電力及び機械的スペースも必要とせず、かつ低コストで定着部材を冷却することができる定着装置及び該装置を具えた画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、正回転及び逆回転が可能な定着部材を具えた定着装置において、定着部材の冷却を要する際、定着部材を逆回転させると回転して、それによって発生する風を定着部材にあてるプロペラを有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、プロペラは、定着部材に設けたギヤと噛合したワンウェイクラッチ入りギヤに軸部が挿入して設けられ、定着部材を逆回転させるとワンウェイクラッチがロックして回転開始し、風を発生させるようになっている。請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、定着部材は、加圧ローラであり、プロペラで発生した風が加圧ローラの芯金中空部に流れるようになっている。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかにおいて、定着部材は、降下目標温度によって逆回転数を変化させられるようになっている。請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかにおいて、定着部材は、降下目標温度に達すると逆回転から正回転に変化させられるようになっている。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の定着装置を具えた画像形成装置である。

この発明は、前記のようであって、正回転及び逆回転が可能な定着部材を具えた定着装置において、定着部材の冷却を要する際、定着部材を逆回転させると回転して、それによって発生する風を定着部材にあてるプロペラを有するので、従来のファンモータなどの駆動部材や電源等を用いるのに比し、電力及び機械的スペースを必要とせず、低コストで定着部材を冷却することができる。しかも、定着部材の温度を印刷許可温度にまで低下させるのにさほど待ち時間を必要とせず、ユーザーの待機時間削減の効果が期待できる。

この発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、ベルト定着装置の要部を示す概略斜視図である。１はベルト定着装置で、無端状の定着ベルト２と、この定着ベルトを回転可能に支持する１対のベルト搬送ローラとしての定着ローラ３及び加熱ローラ４と、定着ローラ３の下部において定着ベルト２とニップを形成し、該ベルトに未定着用紙（転写紙）Ｐを押し付ける加圧ローラ５とを具えている。６はテンションローラである。

定着ローラ３及び加圧ローラ５のそれぞれ一端部には互いに噛合するギヤ７，８が設けられ、加圧ローラ５のギヤ８に噛合する駆動ギヤ１０が設けられている。図示しない駆動部材から駆動ギヤ１０が回転駆動力を受けると、駆動ギヤ１０と噛合するギヤ８、ギヤ８と噛合するギヤ７を介して定着ローラ３及び加圧ローラ５が矢印で示すように反対方向に回転され、定着ローラ３の回転に伴って定着ベルト２も矢印で示すように定着ローラ３と同方向に回転移動されるようになっている。加熱ローラ４は図示していないがその内部に熱源としてのヒータを有している。加圧ローラ５は、鉄などからなる芯金とその表面に弾性層あるいは離型層の少なくともどちらか一方を有し、図示していないが内部に熱源としてのヒータを有している。

また、加圧ローラ５のギヤ８に噛合するギヤ１１が設けられ、該ギヤの軸部には小型プロペラ１２を有する軸部が挿入されている。ギヤ１１の軸部には図示しないワンウェイクラッチが内蔵され、加圧ローラ５が逆回転すると該クラッチがロックされてプロペラ１２が回転し、風を発生させるようになっている。ギヤ１１の軸部上にあるプロペラ１２の位置は、プロペラ１２が回転することにより発生する風が図２に矢印で示すように加圧ローラ５の一端開口部からその芯金中空部へ流れるような位置関係になっている。

定着装置１には定着離型幅なる定着品質を得るための温度設定幅が存在する。これに伴い、図３に示すような定着性を確保するための下限温度、ホットオフセットを防止するための上限温度が設定されている。例えば、定着待機温度（この待機温度は通常状態下でのものでなく、立ち上がりやヒータが点灯した直後の状態下の温度が高いときのもの）に対し印刷許可温度（設定温度を含み上限温度と下限温度の範囲の温度）が高い場合、印刷許可温度にまで定着装置を冷却する必要がある。要冷却温度と定着装置の冷却能力によっては、印刷完了までの待機時間が長くなる。

定着装置１において冷却が必要な状況になったとき、前記のように公知の定着回転による自然放熱といった手段があるが、熱容量の高い部材の自然放熱には多くの時間を有する。風を定着装置にあてて冷却する場合、降温しにくい部材、つまり熱容量の高い部材へ風をあてるといった気流設計が冷却効率を高める。例えば図１に示すような定着装置１においては加圧ローラ５の芯金の熱容量が一番高いことから、この部分に直接、冷却させるための風を吹き付け、また図２に示す通り、その風を加圧ローラ５の芯金中空部に流すといった気流設計によって更なる冷却効率を得られる。

図３に降温プロフィールを示す。同図において定着上限温度と下限温度の間が印刷許可温度の範囲であり、前記立ち上がり時等の待機温度はこの温度よりやや高くなっている。従来技術のところで説明したように加圧ローラ５を単純に回転のみにより降温する自然放熱の場合にはなだらかな降温特性曲線Ａとなり、上限温度に達して印刷許可となるにもそれなりの待機時間が必要であるが、この発明のようにプロペラ１２による風をあてて降温する場合にはすぐ急降下する降温特性曲線Ｂとなり、短かい待機時間で上限温度に達して印刷許可となる。このように、この発明の場合にはダウンシュートによって過冷却となる恐れがある一方、設定温度以下になるまでは前記ヒータが点灯しないため、通紙によって定着温度が定着下限温度を下回り定着性に影響を受ける場合がある。

そこで、このダウンシュートによる過冷却を抑えるために、表１に示す通り、要冷却温度区分によって加圧ローラ５の逆回転数を変化させるようにしている。すなわち、要冷却温度が降下目標温度より２０℃以上のときは逆回転数を１００％、降下目標温度より１０〜２０℃のときは逆回転数を８０％、降下目標温度より０〜１０℃のときは逆回転数を４０％とする。換言すると、降下目標温度に対して２０℃以上となっているときの逆回転数を１００％とし、これを基準にして１０〜２０℃のときは８０％、０〜１０℃のときは４０％、と徐々に逆回転数を減少制御する。このような制御により狙いの温度へのソフト着地が可能となり冷却後直後の定着性を確保できる。また、ダウンシュートによる過冷却を抑えるために、要冷却温度がある温度（降下目標温度）に達した場合に、加圧ローラ５の逆回転を正回転に切替えるようにしてもよい。この場合には加圧ローラ５の正回転が開始するとともにプロペラ１２は停止し、当然風量もカットされる。このような制御により前記と同様に狙いの温度へのソフト着地が可能となり冷却後直後の定着性を確保できる。

次に前記ベルト定着装置１の作用について説明する。定着装置１における通常の定着工程においては、駆動ギヤ１０からギヤ８を介して加圧ローラ５が回転力を受けると、ギヤ７を介して定着ローラ３が加圧ローラ５と反対方向に回転し、該定着ローラの回転に伴ってベルト２が回転移動する。これにより両者のニップへ送られる転写紙Ｐに対する定着がニップ部で行われる。この通常の定着工程の場合、加圧ローラ５が正回転であるため、その回転によりギヤ８と噛合するギヤ１１内のワンウェイクラッチはロックしないでフリーの状態にある。そのため、ギヤ１１の軸部にあるプロペラ１２は回転しない。

定着装置１の冷却を要する場合、駆動ギヤ１０からギヤ８を介して加圧ローラ５を逆回転させると、その回転によりギヤ１１のワンウェイクラッチがロックし、加圧ローラ５の逆回転力がギヤ１１に伝達される。これによりギヤ１１の軸部にあるプロペラ１２が回転を開始して風を発生させる。そして、その風を加圧ローラ５の一端開口部から芯金の中空部内に送ってあてて、該部を冷却する。要冷却温度が印刷許可温度である設定温度に達したところで、加圧ローラ５の逆回転を正回転に切替え、加圧ローラ５が正回転すると、ワンウェイクラッチのロックが外れて再びフリーの状態になり、プロペラ１２は回転を停止する。

前記したベルト定着装置１は、複写機、ファクシミリ装置、複合機等の電子写真画像形成装置に装備して実施することができる。図４は、その一例を示し、その主要構成部材を説明すると、画像形成装置５０は、色分解毎の画像を同一の中間転写体に順次転写し、中間転写体上に重畳された画像を転写紙に一括転写する方式が用いられ、次に挙げる各装置を備えている。原稿画像に応じた各色毎の画像を形成する作像装置５１Ｃ、５１Ｙ、５１Ｍ、５１ＢＫと、各作像装置５１Ｃ〜５１ＢＫに対向して配置された転写装置５２と、各作像装置５１Ｃ〜５１ＢＫと転写装置５２とが対向する転写領域に各種転写紙を供給する手差しトレイ５３、給紙カセット５４と、手差しトレイ５３又は給紙カセット５４から搬送されてきた転写紙を作像装置５１Ｃ〜５１ＢＫによる作像のタイミングに合わせて供給するレジストローラ６０と、転写領域において転写後の転写紙の定着を行うベルト定着装置１とが備えられている。

各作像装置５１Ｃ〜５１ＢＫは、それぞれシアン、イエロー、マゼンタ、ブラックの各色の現像を行うものであり、用いるトナーの色が異なるが、その構成が同様であるから、作像装置５１Ｃの構成を各作像像装置５１Ｃ〜５１ＢＫの代表として説明する。作像装置５１Ｃは、静電潜像担持体としての感光体ドラム５５Ｃ、感光体ドラム５５Ｃの周りに順に配置されている帯電装置５７Ｃ、現像装置５６Ｃ、クリーニング装置５８Ｃを有し、帯電装置５７Ｃと現像装置５６Ｃとの間で書き込み装置５９からの露光光を受ける周知の構成が用いられる。

尚、前記実施の形態で示したベルト定着装置１はあくまでも好ましい一例であり、プロペラ１２で風をあてる部材としては加圧ローラ５以外の定着部材としてもよい。また、プロペラ１２の取付態様等も任意であり、必ずしも図示のようなものとしなくともよい等、細部の設計は実施に際して任意に変更、修正することが可能である。

次に、特許請求の範囲の請求項２以下に記載した発明の特有な効果について説明する。請求項２に記載の発明によれば、ワンウェイクラッチを用いることにより、正回転と逆回転の切替えを自動的に、かつ容易に行うことが可能になる。

請求項３に記載の発明によれば、冷却する際、降温しづらい部材である加圧ローラの芯金中空部にプロペラからの風が流れるようにして、加圧ローラを効率的に冷却することができる。例えば、加圧ローラの芯金には鉄が採用されていることが多く、またこのことから印刷許可上限温度も温度降下しにくい加圧ローラの表面温度を設定していることが多いが、前記のようにプロペラで発生する風を加圧ローラの芯金中空部にあてることによって冷却の効率を高めることができる。

請求項４に記載の発明によれば、降下目標温度によって逆回転数を変化させることにより、ダウンシュートを抑えるため、過冷却による定着性への悪影響を排除することができる。すなわち、降下目標温度まで冷却する際、過冷却を起こすと直後印刷における定着性に必要な温度が得られない場合があるが、このダウンシュートによる過冷却を抑えるために、降下目標までの温度によって逆回転数を変化させ、風量を抑えることで狙いの温度へソフトに着地させ、このことで直後定着性に影響を与えずに冷却効率を向上させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、降下目標温度になった時点で逆回転を正回転へと変化させることにより、ダウンシュートを抑えるため、過冷却による定着性への悪影響を排除することができる。すなわち、降下目標温度まで冷却が進んだ時点で逆回転から正回転に変化させ、風量をカットする。これにより正回転のみの降温勾配となり、狙いの温度へソフトに着地させることができ、請求項４に記載の発明と同様に直後定着性に影響を与えずに冷却効率を向上させることができる。請求項６に記載の発明によれば、前記のように電力及び機械的スペースを必要とせず、低コストで定着部材を冷却することができ、定着部材の温度を印刷許可温度にまで低下させるのにさほど待ち時間を必要としない定着装置を具えた画像形成装置を実現して提供することができる。

この発明の一実施の形態に係るベルト定着装置を示す概略側面図である。 同上の加圧ローラの芯金中空部への冷風気流の流れを示す斜視図である。 降温プロフィールを示すグラフである。 同上のベルト定着装置を具えた画像形成装置の概略側面図である。

符号の説明

１ ベルト定着装置
２ 定着ベルト
３ 定着ローラ
４ 加熱ローラ
５ 加圧ローラ
６ テンションローラ
７，８ ギヤ
１０ 駆動ギヤ
１１ ギヤ
１２ プロペラ
Ｐ 未定着用紙（転写紙）

Claims (6)

1. 正回転及び逆回転が可能な定着部材を具えている定着装置において、定着部材の冷却を要する際、定着部材を逆回転させると回転して、それによって発生する風を定着部材にあてるプロペラを有することを特徴とする定着装置。
2. プロペラは、定着部材に設けたギヤと噛合したワンウェイクラッチ入りギヤに軸部が挿入して設けられ、定着部材を逆回転させるとワンウェイクラッチがロックして回転開始し、風を発生させるようになっている請求項１記載の定着装置。
3. 定着部材は、加圧ローラであり、プロペラで発生した風が加圧ローラの芯金中空部に流れるようになっている請求項１又は２記載の定着装置。
4. 定着部材は、降下目標温度によって逆回転数を変化させられるようになっている請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置。
5. 定着部材は、降下目標温度に達すると逆回転から正回転に変化させられるようになっている請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の定着装置を具えたことを特徴とする画像形成装置。

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