JP2007293164A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータホルダが不要な構成で、かつ、ダクト開口部とローラ開口部（空気導入口）とのずれを発生させることなく、冷却効率が低下しない冷却送風機構を備える定着装置を有する画像形成装置を提供すること。
【解決手段】定着ローラと加圧ローラとでトナーを担持する転写材を挟持、押圧する定着装置を有する画像形成装置において、前記定着ローラ又は加圧ローラの一方又は双方にヒータを内設し、ローラ内に空気を送る、またはローラ内の空気を排出するダクトを有し、当該ダクトが前記ヒータを保持することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真複写機、プリンタ等の画像形成装置に関するもので、特に、冷却手段を付設した定着装置を有する画像形成装置に関する。

内部からヒータで加熱される定着ローラと加圧ローラを用いた定着装置では、コート紙に発生し易いブリスタ（紙材又はトナーの内部の水分が蒸発しコート面（薄膜）から逃げ切れず気泡となる現象）を回避するため定着温度を低く抑える必要があり、逆に、普通紙のカールを回避するため定着温度を高くする必要がある。また、定着ローラの表面温度が通紙部と非通紙部との放熱量に差が生じ、非通紙部の表面温度が高くなり、大きいサイズの記録紙を用いて定着動作を行うと高温オフセットという不具合が生じる場合がある。この定着ローラの表面温度を一応に保つ冷却手段として熱ローラの回転を駆動源として回転し、熱ローラの中央部に風を送る送風手段を熱ローラの両端部にそれぞれ設けた外気を送風する機構が提案されている（例えば、特許文献１参照）
特開平９−４４０２９号公報

しかしながら、ローラ内部を冷却する場合、ローラ内のヒータを支えるヒータホルダとエアーダクトを配置する必要がありヒータホルダにより空気導入経路（送風面積）が狭められ冷却効率が低下する問題がある。

また、ローラが変芯（変形）している場合には圧着ローラが加熱ローラに追随して移動することがあり、その際エアーダクトとローラの開口部にずれが生じ冷却効率が低下したり、周辺への空気漏れが生じ、本来冷却したくない部分を冷やしてしまったり、熱をばらまいてしまう場合がある。

また、コピー終了後、効率よく冷却したい場合、他方のローラから離間状態で冷却するのが好ましいが、連続コピー中ではできるだけ温度上昇を抑えるため加圧状態で冷却するのが好ましい。このローラの離間、加圧の両方の状態にエアーダクトを設定するとローラ周辺への空気漏れが生じ、本来冷却したくない部分まで冷やしてしまったり、熱をばらまいてしまう場合がある。逆に離間、圧着状態の共通部分のみに送風するようにダクト開口部を小さくすると冷却効率が低下する不都合が生じる。

本発明は、ヒータホルダが不要な構成で、かつ、ダクト開口部とローラ開口部（空気導入口）とのずれを発生させることなく、冷却効率が低下しない冷却送風機構を備えた定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的は、下記のような構成によって達成される。

（１）定着ローラと加圧ローラとでトナーを担持する転写材を挟持、押圧する定着装置を有する画像形成装置において、前記定着ローラ又は加圧ローラの一方又は双方にヒータを内設し、ローラ内に空気を送る、またはローラ内の空気を排出するダクトを有し、当該ダクトが前記ヒータを保持することを特徴とする画像形成装置。

（２）定着ローラと加圧ローラとでトナーを担持する転写材を挟持、押圧する定着装置を有する画像形成装置において、前記定着ローラ又は加圧ローラの一方又は双方にヒータを内設し、ローラ内に空気を送る、またはローラ内の空気を排出するダクト有し、前記定着ローラ又は加圧ローラの移動動作に前記ダクトが連動することを特徴とする画像形成装置。

（３）定着ローラと加圧ローラとでトナーを担持する転写材を挟持、押圧する定着装置を有する画像形成装置において、定着ローラ又は加圧ローラを外部から加熱する、内部にヒータを内設する外部加熱ローラの内側に空気を送る、または外部加熱ローラの内側の空気を排出するダクトを有し、当該ダクトが前記ヒータを保持することを特徴とする画像形成装置。

ヒータホルダが不要となりローラ開口部の空気送風に使用できる面積が広くなり、かつ、ローラを移動してもダクト開口部とローラ開口部（空気導入口）とのずれが発生せず、不必要部分への送風が回避でき、効率よく冷却処理が可能となる。

はじめに、本発明の画像形成装置について図１を基に説明する。

本発明の実施の形態における説明では、本明細書に用いる用語により技術範囲が限定されることはない。

図１は画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。

図１において、１０は像担持体である感光体、１１は帯電手段であるスコロトロン帯電器、１２はデジタル式の露光書込み手段である書込装置、１３は現像手段である現像器、１４は感光体１０の表面を清掃するためのクリーニング装置、１５は感光体１０のクリーニング用のブレード、１６は現像スリーブ、２０は中間転写体である中間転写ベルト（以下、単にベルトともいう。）を示す。

画像形成手段１は感光体１０、スコロトロン帯電器１１、現像器１３、およびクリーニング装置１４等からなっており、各色毎の画像形成手段１の機械的な構成は同じであるので、図ではＹ（イエロー）系列のみの構成について参照符号を付けており、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ（黒）の構成要素については参照符号を省略した。

各色毎の画像形成手段１の配置は中間転写ベルト２０の走行方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順になっている。転写時には、１次転写ローラ２５が中間転写ベルト２０を感光体１０に圧着させる。なお、圧着領域では感光体１０は中間転写ベルト２０の走行方向と同方向、かつ、同線速度で回転する。

中間転写ベルト２０は駆動ローラ２１、アースローラ２２、テンションローラ２３、除電ローラ２７、従動ローラ２４に張架され、これらのローラと中間転写ベルト２０、１次転写ローラ２５、クリーニング手段であるクリーニング装置２８等でベルトユニット２を構成する。なお、前記アースローラ（バックアップローラ）２２は、アルミ地肌のままの導電性アルミローラで、接地されている。

感光体１０は、例えばアルミ材によって形成される円筒状の金属基体の外周に導電層、ａ−Ｓｉ層あるいは有機感光体（ＯＰＣ）等の感光層を形成したものであり、導電層を接地した状態で図の矢印で示す反時計方向に回転する。

読み取り装置８０からの画像データに対応する電気信号は、画像形成レーザで光信号に変換され、書込装置１２によって感光体１０上に投光される。

現像器１３は、感光体１０の周面に対し所定の間隔を保ち、感光体１０の回転方向と逆方向に回転する円筒状の非磁性ステンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ１６を有している。

中間転写ベルト２０の走行は不図示の駆動モータによる駆動ローラ２１の回転によって行われる。当該中間転写ベルト２０の材質は、体積抵抗率１０⁶〜１０¹²Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．０４〜０．１０ｍｍの半導電性フィルム基体の外側に、好ましくはトナーフィルミング防止層として厚さ５〜５０μｍのフッ素コーティングを行った、２層構成のシームレスベルトである。ベルトの基体としては、この他に、シリコンゴム或いはウレタンゴム等に導電材料を分散した厚さ０．５〜２．０ｍｍの半導電性ゴムベルトを使用することもできる。

１次転写ローラ２５は、トナーと逆極性の直流電圧が印加され、不図示の圧着および圧着解除機構によってベルト内側から中間転写ベルト２０を感光体１０に押し当て、アースローラ２２とで形成されたニップ部Ｓで、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー像を転写材Ｐに再転写（２次転写）する。

２６は、２次転写手段である２次転写ローラで、不図示の圧着および圧着解除機構によって転写材Ｐを介してアースローラ２２を押圧し、中間転写ベルト２０上のトナー像を転写材Ｐに転写する機能を有する。なお、２次転写ローラ２６は、表面がコート層で覆われた導電性のソリッドゴムからなり、転写時にはトナーと逆極性バイアス電圧が印加されいる（または、アースローラ２２にトナーと同極性の電圧印加し、転写ローラ２６をアースしてもよい。）。

除電ローラ２７には、トナーと同極性または逆極性の直流電圧を重畳した交流電圧が印加され、トナー像を転写材Ｐに転写後、中間転写ベルト２０に残留するトナーの電荷を弱めている。

４は、本発明に係わる定着装置である。なお、定着装置４の詳細については後述する。

７０は紙送り出しローラ、７１はタイミングローラ、７２は紙カセット、７３は搬送ローラである。８１は排紙ローラで、定着された転写材を排紙皿８２へ排出する。

制御部Ｂ１は、画像形成プロセス制御、定着温度制御、転写材搬送制御、トナー濃度制御等を行う。

次に、図１に基づいて画像形成プロセスを説明する。

画像記録のスタートと同時に不図示の感光体駆動モータの始動により色信号Ｙの感光体１０は矢印で示す反時計方向に回転され、同時にスコロトロン帯電器１１の帯電作用により感光体１０に電位の付与が開始される。

感光体１０は電位を付与されたあと、書込装置１２によってＹの画像データに対応する画像の書込みが開始され、感光体１０の表面に原稿画像のＹの画像に対応する静電潜像が形成される。

前記静電潜像はＹの現像器１３により非接触の状態で反転現像され、感光体１０の回転に応じＹのトナー像が感光体１０上に形成される。

当該感光体１０上に形成されたＹのトナー像は、Ｙの１次転写ローラ２５の作用により、中間転写ベルト２０上に一次転写される。

その後、前記感光体１０はクリーニングのブレード１５によって残留トナーが清掃され、次の画像形成サイクルにはいる（以下、Ｍ、Ｃ、Ｋのクリーニングプロセスにても同様故、説明を省略する）。

次いで、書込装置１２によってＭ（マゼンタ）の色信号すなわちＭの画像データに対応する画像書き込みが行われ、感光体１０の表面に原稿画像のＭの画像に対応する静電潜像が形成される。当該静電潜像は、Ｍの現像器１３により感光体１０上にＭのトナー像となり、Ｍの１次転写ローラ２５において、中間転写ベルト２０上の前記Ｙのトナー像と同期が取られ、前記Ｙのトナー像の上に重ね合わされる。

同様のプロセスにより、Ｙ、Ｍの重ね合わせトナー像と同期が取られ、Ｃ（シアン）のトナー像が、Ｃの１次転写ローラ２５において、前記のＹ、Ｍの重ね合わせトナー像上へ重ね合わされる。次に、すでに形成されているＹ、Ｍ、Ｃの重ね合わせトナー像と同期が取られ、Ｋのトナー像が、Ｋの１次転写ローラ２５において、前記のＹ、Ｍ、Ｃの重ね合わせトナー像上へ重ね合わされ、Ｙ、Ｍ、ＣおよびＫの重ね合わせトナー像が形成される。

重ね合わせトナー像が担持されている中間転写ベルト２０は矢印のように時計方向に送られ、転写材Ｐが紙カセット７２より、紙送り出しローラ７０によって送り出され、搬送ローラ７３を経て、タイミングローラ７１へ搬送され一時停止し、その後前記タイミングローラ７１の駆動によって、中間転写ベルト２０上の重ね合わせトナー像と同期がとられて、トナーと逆極性の直流電圧が印加されている２次転写ローラ２６（中間転写ベルト２０に圧着状態にある）のニップ部Ｓに給送され、中間転写ベルト２０上の重ね合わせトナー像が一括して転写材Ｐに２次転写される。

その後、中間転写ベルト２０は走行し、除電ローラ２７によって残留トナーの電荷が弱められ、クリーニング装置２８でベルト上の残存トナーがクリーニング装置２８のブレード２９によって清掃され、次の画像形成サイクルに入る。

掻き落とされたトナーは、クリーニング装置２８内に溜められ、不図示の搬送スクリューの回転によって軸方向（図において紙表面から紙裏面方向）に搬送し、不図示の廃棄管を介して貯留箱に溜められる。

前記重ね合わせトナー像が転写された転写材Ｐは、定着装置４へと送られ、ニップ部Ｔで定着ベルト４４を介して加圧ローラである上加圧ローラ４２と定着ローラである下加圧ローラ４３とで挟持、加圧され定着される。トナー像が定着された転写材Ｐは、排紙ローラ８１によって排紙皿８２へ搬送される。

以下、本発明に係わる定着装置について説明する。

前述したが、ブリスタとカールの防止対策を両立させるために、冷却手段としてダクトを配置しローラ内に外気を送風する機構が採用されているが、ヒータホルダーにより空気導入経路（送風面積）が狭められ空気に流れが不十分となる問題や、圧着ローラの離間、圧着の両方の状態にエアーダクトを設定すると、ローラからエアーダクトがずれて周辺への空気漏れ、本来冷却したくない部分まで冷やしてしまったり、熱をばらまいてしまう問題がある。逆に離間、圧着状態の共通部分のみに送風するようにダクト開口部を小さくすると冷却効率が低下する問題が生じる。

本発明は、上記のような問題を回避するために提案するものである。

以下、本発明の詳細を図を基に説明する。

図２は、図１における定着装置の構造を示す図である。

図２（ａ）は図１における矢印Ｘ１方向から視た断面図である。

図２（ｂ）は図２（ａ）における矢印Ｘ２方向から視たダクト関連の図である。

図２（ｃ）は図２（ａ）における矢印Ｘ３方向から視たダクト関連の図である。

図２において、定着装置４は、ベルト加熱ローラ４１、定着ローラである上加圧ローラ４２、加圧ローラである下加圧ローラ４３、定着ベルト４４等から構成されている。前記ベルト加熱ローラ４１は薄手のアルミから形成された円筒状のもので、両端部がホルダ４６ａ、４６ｂで支持されたハロゲンヒータ４６等を内包し内部から所定の温度まで加熱され、その温度は、前記加熱ローラ４１の表面に設置された不図示の接触温度センサにより検出され、制御部Ｂ１で所定の温度に制御される。なお、当該ベルト加熱ローラ４１は、両端部が軸受４１ａ、４１ｂを介して定着装置の枠体Ｔ１、Ｔ２に支持されている。

上加圧ローラ４２はステンレス製の軸芯４２１にシリコーンゴムを倦着加工したもので、不図示の軸受を介して前記枠体Ｔ１、Ｔ２に支持されている。また、前記定着ベルト４４は、無端状のポリイミド基体にシリコーンゴムと３０μｍのＰＦＡチューブを被覆し、前記ベルト加熱ローラ４１と上加圧ローラ４２とに巻架され所定の張力で展張されている。
また、前記上加圧ローラ４２は、前記軸芯４２１と一体の駆動歯車４２２に不図示の駆動部から伝達される動力によって矢印ｇ方向に回転し、定着ベルト４４も矢印ｈ方向に走行する。

下加圧ローラ４３は薄手のアルミから形成された円筒状のもので、両端部が軸受４３ａ、４３ｂを介してダクト固定板５０、５１に支持されている。当該ダクト固定板５０、５１は軸受４７ａ、４７ｂを介して前記枠体Ｔ１、Ｔ２に支持されている回動軸４７と一体に図２（ａ）で左右対称に軸止されており、前記回動軸４７を支点として回動自在となっている。前記ダクト固定板５０、５１は、前記カム軸４９と一体で同位相に軸止された偏芯カム４８ａ、４８ｂに係合するカムローラ４８ｃをダクト固定板５０、５１上に有し、不図示の駆動部から回転力が伝達される偏芯カム４８ａ、４８ｂによって矢印Ｒ方向に回動する。すなわち、前記ダクト固定板５０、５１の回動によって前記下加圧ローラ４３が前記定着ベルト４４を介して上加圧ローラ４２を押圧しニップ部Ｔを形成し、または定着ベルト４４から離間する構造となっている。

次に、ダクトの分割について説明する。

図３は、図２のダクトを拡大した図である。

図３（ａ）は図２の送風側から視たダクトの拡大図である。

図３（ｂ）は図３（ａ）の断面図である。

図３（ｃ）は図２の排気側から視たダクトの拡大図である。

図３（ｄ）は図３（ｃ）の断面図である。

前記ダクト固定板５０、５１には、ハロゲンヒータ４５を保持するダクト５２、５３が取付けられている。前記ダクト５２はダクト固定板５０から取外し（分割）可能な分割部５２ａとダクト固定板５０に固定され、伸縮自在の送風管５４と連通する固定部５２ｂとから構成さている。また、前記ダクト５３もダクト固定板５１から取外し（分割）可能な分割部５３ａとダクト固定板５１に固定され、伸縮自在の送風管５９と連通する固定部５３ｂとから構成さている。ダクト５２および５３の支持部ｆにおいて分割部と固定部でハロゲンヒータ４５の両端部を挟み込むように保持している。すなわち、ハロゲンヒータ４５を交換する場合には、ダクト固定板５０、５１から図３のハッチングで示す分割部５２ａ（図３（ａ）、（ｂ）参照）、５３ａ（図３（ｃ）、（ｄ）参照）を取外すことで容易にハロゲンヒータ４５の交換が可能となる。ただし、図３（ｂ）、（ｄ）は分割部５２ａ、５３ａを取り外した状態の図である。

図２に戻って、前記送風管５４はエルボ５６の支持部材５５を介してエルボ５６に連通し、さらに、エルボ５６はシロッコファンＦＮからの空気を導く送風部材ＢＬと一体の連結部材５７を介して連通している。なお、前記送風部材ＢＬおよびシロッコファンＢＬは前記枠体Ｔ１に固定されている箱状の取付け台５８に固定されている。ただし、前記取付け台５８は、ハロゲンヒータ４５の取り替えに際して、枠体Ｔ１から取り外しが可能である。

すなわち、外気を取り入れたシロッコファンＢＬは空気を矢印Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４方向に送り、下加圧ローラ４３の内部を通過する過程でローラ、ハロゲンヒータを冷却することになる。

なお、下加圧ローラ４３の温度は、前記下加圧ローラ４３表面に設置された不図示の接触温度センサにより検出され、制御部Ｂ１で所定の温度に制御される。

前記下加圧ローラ４３の内部を通過した空気は前記ダクト５３を経由して連通する伸縮自在の送風管５９を通過して枠体Ｔ２に支持されている排気筒６０から排出される。

上記の定着装置の構成から、本発明は、ダクト固定板５０、５１に載設されたダクト５２、５３にハロゲンヒータ４５の両端部が保持されており、当該ハロゲンヒータ４５は下加圧ローラ４３を内部から加熱する。また、ダクト固定板５０、５１支持される下加圧ローラ４３が上加圧ローラ４２へ加圧および加圧解除するローラの移動動作に際し、その移動に伴って伸縮自在の送風管５４、５９と連通するダクト５２、５３が連動することを特徴としている。すなわち、ダクトがヒータを保持し、加圧ローラの移動動作とダクトが連動することにより従来技術のようなエアーダクトとローラの開口部のずれや、ヒータホルダーにより空気導入経路（送風面積）が狭められることによる冷却効率が低下する問題を回避することができる。

以上、下加圧ローラの内部からヒータ等でローラを加熱する加熱方式について述べたが、上加圧ローラ（円筒状にする。）の一方又は上、下加圧ローラ双方にヒータを内設し、ローラ内に空気を送る構成にすることで同様な効果を得ることもできる。

次に、上加圧ローラまたは下加圧ローラを外部から外部加熱ローラで加熱する場合、外部加熱ローラの内部に空気を送風し、当該外部加熱ローラを冷却する方法について述べる。

図４は、外部加熱ローラ方式の定着装置を示す図である。ただし、図４と図２の同一参照符号は同一機能を持つものとする。

図４（ａ）は、用紙搬送方向で上流側から視た定着装置の断面図である。

図４（ｂ）は、外部加熱ローラへの送風側から視たダクトのの側面図である。

図４（ｂ）は、外部加熱ローラの排気側から視たダクトの側面図である。

図４において、定着ローラである上加圧ローラ４２はステンレス製の軸芯にシリコーンゴムを倦着加工したもので両端部が不図示の軸受を介して枠体Ｔ１、Ｔ２に支持されている。加圧ローラである下加圧ローラ４３は、不図示の加圧機構によって定着処理の際には上加圧ローラ４２を押圧しニップ部Ｔを形成する。４０は、外部加熱ローラであって薄手のアルミから形成された円筒状のもので、両端部が後述するダクトで支持されたハロゲンヒータ４５ａを内包し内部からローラを所定の温度まで加熱する。その温度は、前記外部加熱ローラ４０の表面に設置された不図示の接触温度センサにより検出され、その温度は、前記外部加熱ローラ４０に設置された不図示の接触温度センサにより制御部Ｂ１で所定の温度に制御される。当該外部加熱ローラ４０は、不図示のバネによって前記上加圧ローラ４２を押圧し加熱する。前記ヒータ４５ａの両端部は、分割部５２ａ、５２ｂに分割可能なダクト５２と、分割部５３ａ、５３ｂに分割可能なダクト５３で支持され、当該ダクト５２，５３は枠体Ｔ１、Ｔ２に載設されている。前記ダクト５２の前記分割部５２ｂには送風管５４と連通し、不図示の送風源からの風（図２のシロッコファンＦＮ参照）は矢印Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４方向に流れ、前記ダクト５３の分割部５３ｂと連通する送風管５９を通り排気筒６０から排気される。この外部加熱ローラ４０を空気が通過する過程で冷却される。なお、ダクトを分割可能にすることによって図２２の実施の形態と同様にヒータを交換する場合の作業が容易になる。

以上のように、外部から定着ローラである上加圧ローラを加熱する場合でも外部加熱ローラのヒータをダクトで支持することによって従来のような空気導入経路（送風面積）が狭められ冷却効率が低下する問題が回避され、効率の良い冷却処理が可能となる。

なお、加圧ローラである下加圧ローラに同様な外部加熱ローラを適用しても同様な効果可能である。

画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。 図１における定着装置の構造を示す図である。 図２のダクトを拡大した図である。 外部加熱ローラ方式の定着装置を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成手段
１０ 感光体
４ 定着装置
４０ 外部加熱ローラ
４１ ベルト加熱ローラ
４２ 上加圧ローラ
４３ 下加圧ローラ
４４ 定着ベルト
４５、４５ａ ハロゲンヒータ
４８ａ、４８ｂ 偏芯カム
４９ カム軸
５０、５１ ダクト固定板
５２、５３ ダクト
５４、５９ 送風管
５６ エルボ
５８ 取付け台
６０ 排気筒
ＦＮ シロッコファン

Claims (5)

1. 定着ローラと加圧ローラとでトナーを担持する転写材を挟持、押圧する定着装置を有する画像形成装置において、前記定着ローラ又は加圧ローラの一方又は双方にヒータを内設し、ローラ内に空気を送る、またはローラ内の空気を排出するダクトを有し、当該ダクトが前記ヒータを保持することを特徴とする画像形成装置。
2. 定着ローラと加圧ローラとでトナーを担持する転写材を挟持、押圧する定着装置を有する画像形成装置において、前記定着ローラ又は加圧ローラの一方又は双方にヒータを内設し、ローラ内に空気を送る、またはローラ内の空気を排出するダクト有し、前記定着ローラ又は加圧ローラの移動動作に前記ダクトが連動することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記ヒータを保持している前記ダクトが分割できる構造になっていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 定着ローラと加圧ローラとでトナーを担持する転写材を挟持、押圧する定着装置を有する画像形成装置において、定着ローラ又は加圧ローラを外部から加熱する、内部にヒータを内設する外部加熱ローラの内側に空気を送る、または外部加熱ローラの内側の空気を排出するダクトを有し、当該ダクトが前記ヒータを保持することを特徴とする画像形成装置。
5. 前記ヒータを保持している前記ダクトが分割できる構造になっていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。

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