JP2008032904A - 画像加熱装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】中央基準Sで導入される記録材をニップ部Nにて挟持搬送して記録材上の画像を加熱する加熱回転体33と、この加熱回転体の記録材搬送領域Q両側の記録材搬送領域外Ra・Rbをそれぞれ送風により冷却する第1と第2の冷却手段と、を有する画像加熱装置において、非通紙部領域である両端部Ra・Rbの温度上昇を防止し、かつ、両端部に送風される風速分布をほぼ対称にして、安定した画像加熱処理と記録材搬送を達成する。
【解決手段】第1と第2の冷却手段は、それぞれ、加熱回転体33に対向して送風口aが形成されたダクト51L・51Rと、このダクトに冷却風を送風する冷却ファン52L・52Rと、を有し、第1の冷却手段の冷却ファン52L・と第2の冷却手段の冷却ファン52Rの回転方向が逆であること。
【選択図】図6

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式や静電記録方式等を採用した画像形成装置に用いられ、記録材上の画像を加熱する画像加熱装置に関する。
この画像加熱装置としては、例えば、記録材上の未定着画像を定着する定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢を増大させる光沢増大化装置等を挙げることができる。
上記のような画像形成装置は、作像手段によりシート状の記録材(用紙)上に未定着トナー像を形成した後、定着手段により、該トナー像を固着像として定着させている。
定着手段には様々な方式が提案されているが、トナー像を加熱・加圧して定着させる熱圧定着方式の定着装置が一般に用いられている。この定着装置は、加熱手段で加熱される加熱回転体(加熱ローラ、加熱ベルトなど)と、これと圧接して定着ニップ部を形成する加圧回転体(加圧ローラ、加圧ベルトなど)を有している。そして、この両回転体を回転させ、定着ニップ部に未定着トナー像を担持させた記録材を導入して挟持搬送させることで、トナー像を加熱回転体の熱とニップ圧で記録材面に熱圧定着させるものである。
このような定着装置においては、装置に通紙可能な最大幅を有する大サイズ記録材よりも幅が小さい小サイズ記録材を連続的に通紙して定着を実行させた場合に、加熱回転体の非通紙域(記録材搬送領域外)の表面の温度が過度に上昇する。これは、小サイズ記録材を連続的に通紙すると、定着ニップ部の記録材の通過しない非通紙域では記録材による奪熱が無い分だけ、部分的に蓄熱されるためである。
この現象は、定着装置の端部昇温あるいは非通紙部昇温と称され、この端部昇温が高温になると、ホットオフセットの発生や装置構成部品の熱劣化につながる。
このような、非通紙部昇温を防止するべく、定着装置に送風ファンを設けて、非通紙部の加熱ローラおよび加圧ローラに送風することにより、その温度上昇を押さえる構成が、例えば特許文献1や2に提案されている。
特許文献1や2においては、記録材が中央基準で導入される定着装置について、加熱ローラの通紙域両側に生じる一方側と他方側の非通紙部をそれぞれ送風により冷却して非通紙部昇温を抑える送風冷却手段として、2組の冷却ファンとダクトを具備させている。また、特許文献1の定着装置は、さらに、冷却域を可変とするシャッターを有していて、記録材のサイズによって冷却域を設定し、冷却を行う構成である。
特開平4−51179号公報 特開2001−201979号公報
しかしながら、従来の構成では、それぞれの側の送風冷却手段により冷却される、加熱ローラの一方側と他方側の非通紙部の温度分布が実際上同じではない。
その理由として、それぞれの側の送風冷却手段間における、フィンの回転によって連続的に空気を圧送する軸流ファンに見られる旋回流や、冷却ファンから送風される空気流を加熱ローラの非通紙部に導く案内手段であるダクトの形状等の相違が挙げられる。
加熱ローラの一方側と他方側の非通紙部の温度分布が異なると、例えば加熱ローラの通紙域端部近傍の温度が両端側で異なり、そのために定着不良を生じる。また、加圧ローラの熱による膨張も両端部で異なるので、記録材を搬送する際に記録材が加圧ローラ軸方向に寄ってしまう等の問題がある。
図16は上記の従来例の課題を説明する概略図である。(1)と(2)は、それぞれ、冷却ファン101とダクト102を有する、タイプAとタイプBの2タイプの送風冷却手段である。このタイプAとタイプBの送風冷却手段において、冷却ファン101は軸流ファンである。aはダクト102の送風口であり、(3)の加熱ローラ103の非通紙部Ra・Rbに対向する。
タイプAの送風冷却手段は、軸流ファン101から送風される空気流を加熱ローラの非通紙部に案内するダクト102の形状が、軸流ファン101の軸中心(軸線)に対して対称である。
タイプBの送風冷却手段は、軸流ファン101から送風される空気流を加熱ローラの非通紙部に案内するダクト102の形状が、軸流ファン101の軸中心に対して非対称である。
(3)において、O−Oは加熱ローラ103の回転中心軸線、矢印Yは加熱ローラ103の回転方向、Sは定着装置に導入される記録材の中央基準搬送線(仮想線)である。Qは小サイズ記録材の通紙域、RaとRbは、小サイズ記録材を通紙したときに、加熱ローラ103の通紙域Qの両側に生じる一方側と他方側の非通紙部である。
上記の一方側と他方側の非通紙部RaとRbに対する送風冷却手段が、それぞれタイプAの送風冷却手段である場合には、その両方の送風冷却手段のダクト送風口aにおける風速分布は例えばV−Aのようになる。この場合は、加熱ローラ103の一方側と他方側の非通紙部RaとRbへの風速分布は同様となる。又、中央基準Sに対して対称といえる。
しかし、上記の一方側と他方側の非通紙部RaとRbに対する送風冷却手段が、それぞれタイプBの送風冷却手段である場合には、ダクト壁面での空気流の損失がダクト壁面の傾きによって異なる。そのために、一方側と他方側の非通紙部RaとRbに対する送風冷却手段のダクト送風口aにおける風速分布が例えばV−Bのようになってしまう。この場合は、加熱ローラ103の一方側と他方側の非通紙部RaとRbへの風速分布は中央基準Sに対して非対称となり、一方側と他方側の非通紙部RaとRbの温度分布に違いを生じる。
近年では、装置の小型化が求められており、ダクトの距離は短くなり、形状も常に対称形状にするということは難しい。
又、一方側と他方側の非通紙部RaとRbにおける送風冷却手段がタイプAのように、ダクト102の形状が軸流ファン101の軸中心に対して対称であっても、一方側と他方側の非通紙部RaとRbの冷却効果や範囲が非対称になってしまう。すなわち、加熱ローラ103は矢印Y方向に回転している。そのため、一方側と他方側の非通紙部RaとRbおける送風冷却手段の軸流ファン102のフィン回転方向が同じで、空気流の流線方向が中央基準Sに対して非対称であると、ダクト送風口aからでた冷却風の流線が回転する加熱ローラ103の影響を受ける。その結果、加熱ローラ103に沿う冷却風の流線が、一方側と他方側の非通紙部RaとRbにおいて非対称になり、冷却効果や範囲が非対称になってしまう。
そのため、加熱ローラ103の通紙域Qの幅方向端部近傍で、上述のように加熱ローラ103の通紙域幅方向端部近傍の温度が両端で異なる。その結果として、定着不良が生じたり、加圧ローラの熱による膨張も両端部側で異なるので記録材を搬送する際に記録材が軸方向に寄ってしまう等の問題がある。
近年ではカラー化が進み、より定着する温度の精度が求められ、加えて高速化を実現するためには上述の問題を解消することが求められる。
本発明は前述の事情に鑑みて提案されたものであり、その目的とするところは、上記のような画像加熱装置において、非通紙部領域である両端部の温度上昇を防止し、かつ、両端部に送風される風速分布を対称にすることである。これにより、安定した画像加熱処理と記録材搬送を達成することである。
上記の目的を達成するための本発明に係る画像加熱装置の代表的な構成は、記録材上の画像をニップ部にて加熱する加熱回転体と、記録材の幅方向長さが設定長さよりも短いとき記録材搬送領域外となる前記加熱回転体の幅方向一端側と他端側の領域を冷却する第1の冷却ファン及び第2の冷却ファンと、を有する画像加熱装置において、前記第1の冷却ファンと前記第2の冷却ファンの回転方向を互いに逆向きとしたことを特徴とする。
本発明の画像加熱装置によれば、非通紙部領域である両端部の温度上昇を防止し、かつ、両端部に送風される風速分布を互いにほぼ対称にして、安定した画像加熱処理と記録材搬送を達成することができる。
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例(実施例)を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(1)画像形成部
図10は本発明に従う画像加熱装置を定着装置として搭載した画像形成装置の一例である電子写真フルカラープリンタの概略構成を示す縦断面模式図である。まず、画像形成部の概略を説明する。
このプリンタは、制御回路部(制御手段:CPU)100と通信可能に接続した外部ホスト装置200からの入力画像情報に応じて作像動作して、記録材上にフルカラー画像を形成して出力することができる。
外部ホスト装置200は、コンピュータ、イメージリーダー等である。制御回路部100は、外部ホスト装置200と信号の授受をする。また、各種作像機器と信号の授受をし、作像シーケンス制御を司る。
8は無端状でフレキシブルな中間転写ベルト(以下、ベルトと略記する)であり、二次転写対向ローラ9とテンションロ−ラ10との間に張架されていて、ローラ9が駆動されることにより矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。11は二次転写ローラであり、二次転写対向ローラ9に対してベルト8を介して圧接させてある。ベルト8と二次転写ローラ11との当接部が二次転写部である。
1Y・1M・1C・1Bkは第1〜第4の4つの画像形成部であり、ベルト8の下側においてベルト移動方向に沿って所定の間隔をおいて一列に配置されている。各画像形成部はレーザ露光方式の電子写真プロセス機構であり、それぞれ、矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される像担持体としてのドラム型の電子写真感光体(以下、ドラムと略記する)2を有する。各ドラム2の周囲には、一次帯電器3、現像装置4、転写手段としての転写ローラ5、ドラムクリーナ装置6が配置されている。各転写ローラ5はベルト8の内側に配置してあり、ベルト8の下行き側ベルト部分を介して対応するドラム2に対して圧接させてある。各ドラム2とベルト8との当接部が一次転写部である。7は各画像形成部のドラム2に対するレーザ露光装置であり、与えられる画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応した発光を行うレーザ発光手段、ポリゴンミラー、反射ミラー等で構成されている。
制御回路部100は外部ホスト装置200から入力されたカラー色分解画像信号に基づいて、各画像形成部を作像動作させる。これにより、第1〜第4の画像形成部1Y・1M・1C・1Bkにおいて、それぞれ回転するドラム2の面に対して所定の制御タイミングで、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色トナー像が形成される。なお、ドラム2にトナー像を形成する電子写真作像原理・プロセスは公知に属するからその説明は省略する。
各画像形成部のドラム2の面に形成される上記のトナー像はそれぞれ一次転写部にて、各ドラム2の回転方向と順方向に、かつ各ドラム2の回転速度に対応した速度で回転駆動されているベルト8の外面に対して順次に重畳転写される。これにより、ベルト8の面に上記の4つのトナー像の重ね合わせによる未定着のフルカラートナー像が合成形成される。
一方、所定の給紙タイミングにて、それぞれ大小各種幅サイズの記録材Pを積載収容させた上下多段のカセット給紙部13A・13B・13Cのうちの選択された段位の給紙カセットの給紙ローラ14が駆動される。これにより、その段位の給紙カセットに積載収納されている記録材Pが1枚分離給紙されて縦搬送パス15を通ってレジストローラ16に搬送される。手差し給紙が選択されているときには、給紙ローラ18が駆動される。これにより、手差しトレイ(マルチ・パーパス・トレイ)17上に積載セットされている記録材が1枚分離給紙されて縦搬送パス15を通ってレジストローラ16に搬送される。
レジストローラ16は、回転するベルト8上の上記のフルカラートナー像の先端が二次転写部に到達するタイミングに合わせて記録材Pの先端部が二次転写部に到達するように記録材Pをタイミング搬送する。これにより、二次転写部において、ベルト8上のフルカラーのトナー像が一括して記録材Pの面に順次に二次転写されていく。二次転写部を出た記録材は、ベルト8の面から分離され、縦ガイド19に案内されて、定着装置20に導入される。この定着装置20により、上記の複数色のトナー像が溶融混色されて記録材表面に固着像として定着される。定着装置20を出た記録材はフルカラー画像形成物として搬送パス21を通って排紙ローラ22により排紙トレイ23上に送り出される。
二次転写部にて記録材分離後のベルト8の面はベルトクリーニング装置12により二次転写残トナー等の残留付着物の除去を受けて清掃され、繰り返して作像に供される。
モノ黒プリントモードの場合には、ブラックトナー像を形成する第4の画像形成部Bkのみが作像動作制御される。両面プリントモードが選択されている場合には、第1面プリント済みの記録材が排紙ローラ22により排紙トレイ23上に送り出されていき、後端部が排紙ローラ22を通過する直前時点で排紙ローラ22の回転が逆転に変換される。これにより、記録材はスイッチバックされて再搬送パス24に導入される。そして、表裏反転状態になって再びレジストローラ16に搬送される。以後は、第1面プリント時と同様に、二次転写部、定着装置20に搬送されて、両面プリント画像形成物として排紙トレイ23上に送り出される。
(2)定着装置20
以下の説明において、定着装置またはこれを構成している部材について長手方向とは記録材搬送路面内において記録材搬送方向に直交する方向に並行な方向である。定着装置に関して、正面とは記録材導入側の面、左右とは装置を正面から見て左または右である。記録材の幅とは記録材面において記録材搬送方向に直交する方向の記録材寸法である。
図1は図10における定着装置20部分の拡大横断面模式図である。この定着装置20は、大別して、ベルト加熱方式の定着機構部20Aと、送風冷却機構部20Bとからなる。
(2−1)定着機構部20A
まず、主として図1〜図4、図9を参照して、定着機構部20Aの概略を説明する。図2は定着機構部20Aと送風冷却機構部20Bとの分解斜視図、図3は定着機構部20Aの定着ベルトアセンブリと加圧ローラの正面模式図、図4はその縦断正面模式図、図9は定着装置の制御系統のブロック図である。
定着機構部20Aは、基本的には特開平4−44075〜44083、4−204980〜204984号公報等に開示のベルト(フィルム)加熱方式・加圧回転体駆動方式(テンションレスタイプ)のオンデマンド定着装置である。
31は定着ベルトアセンブリ、32は加圧回転体としての弾性加圧ローラである。この定着ベルトアセンブリ31と加圧ローラ32の両者の圧接により定着ニップ部Nを形成させている。
定着ベルトアセンブリ31において、33は加熱回転体としての、円筒状(エンドレスベルト状、スリーブ状)で、可撓性を有する定着ベルトである。34は横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するベルトガイド部材(以下、ガイド部材と略記する)である。35は加熱源(加熱体)としてのセラミックヒータ(以下、ヒータと略記する)であり、ガイド部材34の外面に、該部材の長手に沿って設けた凹溝部に嵌め入れて固定して配設してある。定着ベルト33はヒータ35を取り付けたガイド部材34に対してルーズに外嵌させてある。36は横断面コ字型の剛性加圧ステイ(以下、ステイと略記する)であり、ガイド部材34の内側に配設してある。37はステイ36の左右両端部の外方突出腕部36aにそれぞれ嵌着した端部ホルダ、37aはこの端部ホルダ37と一体のフランジ部である。
定着ベルト33は、通常、耐熱性樹脂ベルトや金属ベルトをベース層にして、これに、弾性層、離型層等を付加した複合層構造体であり、肉薄で、可撓性を有し、全体的に高熱伝導率・低熱容量の部材である。
セラミックヒータ35は、定着ベルト33・記録材Pの移動方向に直交する方向を長手とする低熱容量の横長・肉薄の線状加熱体である。チッ化アルミニウム・アルミナ等のセラミック材のヒータ基板と、この基板面に形成した銀−パラジウム等の通電発熱層と、を基本構成としている。セラミックヒータは各種公知であるからその詳細説明は省略する。
加圧ローラ32は、芯金32aに、シリコーンゴム等の弾性層32bを設けて硬度を下げたものである。表面性を向上させるために、さらに外周に、PTFE、PFA、FEP等のフッ素樹脂層32cを設けてもよい。加圧ローラ32は、芯金32aの左右両端部を装置フレーム38の左右の側板38L・38R間に軸受部材39を介して回転自由に軸受保持させて配設してある。
上記の加圧ローラ32に対して、定着ベルトアセンブリ31を、ヒータ35側を対向させて並行に配列する。そして、左右の端部ホルダ37を、それぞれ、不図示の加圧機構により所定の力Fで加圧ローラ32の軸線方向に附勢する。これにより、ヒータ35の面を定着ベルト33を介して加圧ローラ32に対して弾性層32bの弾性に抗して圧接させて、加熱定着に必要な、記録材搬送方向に関して所定幅の定着ニップ部Nを形成させてある。加圧機構は、圧解除機構を有し、ジャム処理時等に加圧を解除して、定着ニップ部Nに挟み込まれている記録材Pの除去が容易な構成となっている。
40と41は装置フレーム38に組付けた入り口ガイドと定着排紙ローラである。入り口ガイド40は、二次転写ニップ部を通り、縦ガイド19に案内されて定着装置20に進入した記録材Pが、定着ニップ部Nに正確にガイドされるよう、記録材Pを導く役割を果たす。
Gは加圧ローラ32の芯金32aの一端部に固着したドライブギアである。このギアGに定着モータM1の回転力が不図示の動力伝達機構を介して伝達されることで、加圧ローラ32が図1において矢印の時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ32の回転駆動により、加圧ローラ32と定着ベルト33の外面との定着ニップ部Nにおける摩擦力で定着ベルト33に回転力が作用する。これにより、定着ベルト33が、その内面が定着ニップ部Nにおいてヒータ35に密着して摺動しながら矢印の反時計方向にガイド部材34の外回りを回転する(加圧ローラ駆動方式)。定着ベルト33は加圧ローラ32の回転周速度にほぼ対応した周速度をもって回転する。左右のフランジ部37aは、回転する定着ベルト33がガイド部材34の長手に沿って左方または右方に寄り移動したとき寄り側のベルト端部を受け止めて移動を規制する役目をする。定着ベルト33の内面にはグリス(潤滑剤)を塗布して、ヒータ35・ガイド部材34に対する定着ベルト33の摺動性を確保している。
定着ニップ部Nに導入された記録材Pは、加圧ローラ32と定着ベルト33の回転により挟持搬送される。本実施例では、記録材Pの搬送は記録材中心の、いわゆる中央基準搬送で行われる。すなわち、装置に通紙使用可能な大小いかなる幅の記録材も、記録材幅方向中央部が定着ベルト33の長手方向中央部を通過することになる。Sはその記録材中央通紙基準線(仮想線)である。
TH1とTH2は第1と第2の温度検知手段としてのメインとサブの2つのサーミスタである。メインサーミスタTH1は、大小いかなる幅の記録材も通紙部となるヒータ部分の温度を検出するように、ヒータ35の長手方向のほぼ中央部位置においてヒータ裏面に対して接触させて配設してある。サブサーミスタTH2は、装置に通紙使用可能な最大幅の記録材よりも小さい幅の記録材を通紙したときの非通紙部に対応する定着ベルト部分の温度を検出するように、定着ベルト33の内面に弾性的に接触させて配設してある。具体的には、このサブサーミスタTH2は、ガイド部材34に基部を固定した板ばね形状の弾性支持部材42の自由端部に支持されている。そして、このサブサーミスタTH2を弾性支持部材42の弾性により定着ベルト33の内面に弾性的に接触させて配設してある。
ヒータ35は、電力供給部としてのヒータ駆動回路92(図9)から、ヒータ基板面に具備させた通電発熱層に対して通電がなされることで、通電発熱層が発熱して、ヒータ35がヒータ長手方向の有効発熱幅全域において急速に昇温する。そのヒータ温度がメインサーミスタTH1により検出され、ヒータ温度に関する電気的情報がA/Dコンバータ81を介して制御回路部100に入力する。また、サブサーミスタTH2により定着ベルト33の温度が検出され、定着ベルト温度に関する電気的情報がA/Dコンバータ82を介して制御回路部100に入力する。制御回路部100は、メインサーミスタTH1、サブサーミスタTH2の出力をもとに、定着ヒータ35の温調制御内容を決定し、ヒータ駆動回路92から定着ヒータ35への通電を制御する。すなわち、メインサーミスタTH1で検出されるヒータ温度が所定の定着温度に維持されるように定着ヒータ35を温調制御する。
そして、制御回路部100は、外部ホスト装置200からのプリント信号あるいは他の制御信号に基づいて、定着モータ駆動回路91を制御して、加圧ローラ32の回転駆動を開始させる。また、ヒータ駆動回路92を制御して、ヒータ35のヒートアップを開始させる。定着ベルト33の回転速度が定常化し、ヒータ35の温度が所定に立ち上がった状態において、画像形成部側から定着ニップ部Nに未定着トナー像tを担持した記録材Pが入り口ガイド40に沿って案内されて導入される。記録材Pのトナー画像担持面側が定着ベルト33に対面する。記録材Pは定着ニップ部Nにおいて定着ベルト33を介してヒータ35に密着して定着ニップ部Nを定着ベルト33と一緒に移動通過していく。その移動通過過程においてヒータ35で加熱される定着ベルト33により記録材Pに熱が付与されてトナー画像tが記録材P面に加熱定着される。定着ニップ部Nを通過した記録材Pは定着ベルト33の面から分離されて排出搬送される。
(2−2)送風冷却機構部20B
次に、主として図5〜図8を参照して、送風冷却機構部20Bを説明する。送風冷却機構部20Bは、装置に通紙使用可能な最大幅の記録材よりも小さい幅の記録材を連続通紙した際に生じる、定着機構部20Aの非通紙部昇温を送風により冷却する冷却手段である。図5はこの送風冷却機構部20Bの分解斜視図である。図6〜図8はシャッター板の動作説明図である。図6〜図8は、定着機構部を記録材の搬送方向下流側から見た図である。従って、後述する冷却ファン52L・52Rの回転方向は、通紙部へのエアーの吹き込みが無いように、定着ベルト33の端部側を向くような方向とされている。
送風冷却機構部20Bは、第1の冷却手段として、定着ベルト33の長手方向左側の部分に対向して送風口aが形成された左側ダクト51Lと、このダクト51Lに冷却風を送風する左側冷却ファン52Lを有する。また、第2の冷却手段として、定着ベルト33の長手方向右側の部分に対向して送風口aが形成された右側ダクト51Rと、このダクト51Rに冷却風を送風する右側冷却ファン52Rを有する。また、左側ダクト51Lの送風口aと右側ダクト51Rの送風口aの開口幅を調節する開口幅調節手段としてのシャッター機構53を有する。
左右のダクト51L・51Rは、それぞれ、ダクト軸線を定着ベルト33の回転軸線O−O(図6)に対して略垂直な方向にして配設されている。そして、この左右のダクト51L・51Rの送風口a側とは反対側にそれぞれ送風手段としての冷却ファン52L・52Rが配置されている。
左右の冷却ファン52L・52Rは軸流ファンであり、左側冷却ファン52Lのフィン回転方向cに対し、右側冷却ファン52Rのフィン回転方向dは逆である。フィン回転方向が互いに逆であるけれども、この左右の冷却ファン52L・52Rは、出力方向(風向き方向)は同じで、同性能のファンである。
左右のダクト51L・51Rの形状は、対応するファン52L・52Rの回転軸線方向に対してそれぞれ対称な形状(同形状)とされている。又は中央基準S(定着ベルト33の長手中央)に対して対称形状とされている。
シャッター機構53は、シャッターフレーム54、このフレームの長手方向左側部と右側部とにそれぞれ具備させた窓穴b・b、左右一対の可動シャッター板55L・55R、シャッターモータM2、シャッター板位置検知手段55a・55b・PH等を有する。左右の窓穴b・bの形状・大きさは、それぞれ、左右のダクト51L・51Rの送風口a・aの形状・大きさに対応させてある。そして、左右のダクト51L・51Rは、それぞれ、送風口aを基板54の左右の窓穴bに対応合致させて、基板54に固定して配設してある。
左右一対の可動シャッター板55L・55Rは、基板54のダクト51L・51Rを固定して配設した側とは反対側の面に配設してある。左側のシャッター板55Lは左側の窓穴b、すなわち、左側ダクト51Lの送風口aの開口幅を調節するように移動する。右側のシャッター板55Rは右側の窓穴b、すなわち、右側ダクト51Rの送風口aの開口幅を調節するように移動する。左右のシャッター板55L・55Rは、不図示のラック−ピニオン機構により連結されている。そして、シャッターモータ(パルスモータ)M2によりピニオンが正逆回転駆動されることにより、連動して左右ダクト51L・51Rの送風口aの開口幅を同じように広狭調節するように移動制御される。
図6〜図8においては、煩雑を避けるために、送風冷却機構部20Bは、左右側の各ダクト51L・51R、冷却ファン52L・52R、シャッター板55L・55Rだけを示した。
ここで、記録材について、定着装置に通紙使用可能な最大幅の記録材を大サイズ用紙、最小幅の記録材を小サイズ用紙、大サイズ用紙と小サイズ用紙の間の幅の記録材を中サイズ用紙とする。
図6は、小サイズ用紙の通紙時の状態を示もので、Qは小サイズ用紙の通紙域、Ra・Rbは通紙域Qの左右両側に生じる非通紙域(記録材搬送領域外)である。左右のダクト51L・51Rの送風口aは、それぞれ、左右の非通紙域Ra・Rbに対向している。また、左右のダクト51L・51Rの送風口aの幅は、それぞれ、左右の非通紙域Ra・Rbの幅に対応させてある。そして、左右のシャッター板55L・55Rは、それぞれ、左右のダクト51L・51Rの送風口aを全開状態にした位置に移動されている。従って、小サイズ用紙の通紙時に生じる定着ベルト33の左右の非通紙域Ra・Rbが、それぞれ、左右のダクト51L・51Rの全開状態の送風口aから吹き出る冷却風によって冷却されて、小サイズ用紙連続通紙時の非通紙部昇温が防止される。
図7は、中サイズ用紙の通紙時の状態を示もので、Qは中サイズ用紙の通紙域、Ra・Rbは通紙域Qの左右両側に生じる非通紙域である。左右のシャッター板55L・55Rは、それぞれ、左右のダクト51L・51Rの送風口aの開口幅を中サイズ用紙の幅に応じて狭めた位置に移動される。したがって、中サイズ用紙の通紙時に生じる定着ベルト33の左右の非通紙域Ra・Rbが、それぞれ、左右のダクト51L・51Rの開口幅が調節された送風口aから吹き出る冷却風によって冷却されて、中サイズ用紙の連続通紙時の非通紙部昇温が防止される。
図8は大サイズ用紙の通紙時の状態を示もので、この場合は、定着ベルト33に非通紙部昇温は生じないので、左右のシャッター板55L・55Rは、それぞれ、左右のダクト51L・51Rの送風口aを全閉状態にした位置に移動される。従って、定着ベルト33は冷却風による冷却を受けない。この大サイズ用紙通紙の場合は、冷却ファン52L・52Rを停止状態に保持させる制御でもよい。また、この場合は、左右のシャッター板55L・55Rを、それぞれ、左右のダクト51L・51Rの送風口aに対して全閉の位置に移動させる制御をなしにしてもよい。
このように、左右のシャッター板55L・55Rは、通紙使用される記録材の幅に対応した位置に移動するように制御される。これにより、左右のダクト51L・51Rの送風口aが、通紙される記録材幅に最適な開口幅に調整されて、最適な非通紙域幅での送風冷却がなされる。具体的に、左右のシャッター板55L・55Rの一方のシャッター板55Rの折り曲げ縁部55a(図1・図5)には、各種幅サイズの記録材に対応して決められた複数のエッジ部55bを設けてある。また、そのエッジ部55bを検出するフォトセンサPHをシャッターフレーム54に固定して設けてある。そのフォトセンサPHのエッジ部検知情報がA/Dコンバータ83を介して制御回路部100に入力する。制御回路部100は外部ホスト装置200等から入力した、使用する記録材の幅サイズ情報に対応したエッジ部55bがフォトセンサPHで検出されるようにシャッターモータM2を正回転または逆回転制御して、左右のシャッター板55L・55Rを移動させる。そして、フォトセンサPHにより、通紙使用される記録材の幅サイズ情報に対応したエッジ部55bが検出された時点でシャッターモータM2の駆動を停止させる。これにより、左右のシャッター板55L・55Rは、通紙使用される記録材の幅に対応した位置に移動される。
次に、本実施例の定着装置における左右の冷却ファン52L・52Rの動作について説明する。画像形成時に、上述の大サイズ用紙よりも幅の小さい中・小サイズ用紙を連続定着した場合、非通紙域Ra・Rbの温度が上昇する。第2の温度検知手段としてのサブサーミスタTH2は、非通紙域に対応する定着ベルト部分の内面温度を検知する。制御回路部100はサブサーミスタTH2が予め定めた或る温度を検知したら、シャッターモータ駆動回路93を制御して、シャッターモータM2により左右のシャッター板55L・55Rを記録材の幅に対応した位置に移動させる。また、冷却ファン駆動回路94(図9)を制御して、左右の冷却ファン52L・52Rの動作を開始させる。これにより、非通紙部上昇が押えられる。そして、サブサーミスタTH2の検知温度が予め定めた或る温度まで下降したら、冷却ファン52L・52Rの動作を停止させる。
この冷却ファン52L・52RのサブサーミスタのTH2の検知温度によるON−OFF制御の温度レンジは、冷却ファンの動作状況により、変更するように制御されている。
本実施例での冷却ファン52L・52RのON−OFF制御の温度レンジは、例えば、B4サイズ用紙(中サイズ用紙)を100枚連続通紙した場合には次ぎのように制御している。すなわち、通紙枚数が0〜30枚の時は、冷却ファン52L・52Rの動作開始温度をサブサーミスタTH2の検知温度が200℃になった時に、冷却ファンの停止温度をサブサーミスタの検知温度が190℃になった時に行う。そして、31〜60枚の時は、同じく冷却ファンの動作温度を開始205℃、停止195℃にて行う。以後30枚ごとに、冷却ファンの動作の開始温度と、停止温度を5℃ずつ上げている。
前述のように、左右の冷却ファン52L・52Rの、一方の冷却ファン52Lのフィン回転方向cに対し他方の冷却ファン52Rのフィン回転方向dは逆回転であり、左右のダクト51L・51Rの形状は同形状又は中央基準Sに対して対称形状である。これにより、左右側の非通紙域Ra・Rbにそれぞれ送風される空気流の風速分布と流線方向は中央基準Sに対して対称となる分布となり、定着ベルト33の温度分布は長手中央に対し対称となる。
上記のように、定着ベルト33の左右の非通紙域Ra・Rbに送風される空気流の風速分布と流線方向が中央基準Sに対して対称であることにより、通紙域幅方向端部近傍の温度が両端で同じなので、定着不良が起こることがない。又、定着ベルト33の左右の非通紙域Ra・Rbが冷却された温度分布は中央基準Sに対して対称となるので、両非通紙域Ra・Rbに温度検知手段TH2を設ける必要がなく一方の非通紙域のみに設けるだけで良い。さらに、定着ベルト33の温度分布は長手中央に対し対称となるので、熱による加圧ローラ32の膨張も長手中央に対し対称となり、記録材搬送時に記録材がローラ片側に寄ることはない。従って、安定した定着と記録材搬送をすることができる。
本実施例の定着装置は、熱源を有する回転体の非通紙領域である両端部に送風される風速分布を対称にすることにより、両端部の温度差をなくすものである。これにより、定着不良や非通紙部昇温による不具合がなく、安定した記録媒体搬送を達成することができる。特にクイックスタートや省エネルギーを目的とする薄肉のベルト加熱方式においては、熱容量が小さいため、両端部に送風される空気流の風速差が冷却効果の差としてベルトの温度分布に顕著に表れる。そのため、両端部に送風される風速の分布が対称であるときのベルトの冷却効果はより大きいといえる。
図11は本実施例の画像加熱装置としての定着装置20の外観斜視図、図12は横断側面模型図、図14〜図15はシャッター板の動作説明図である。
本実施例の定着装置20も、大別して、ベルト加熱方式の定着機構部20Aと、送風冷却機構部20Bとからなる。また、記録材Pの搬送は、記録材中心の、いわゆる中央基準搬送で行われる。
本実施例における定着機構部20Aは、加熱回転体としてのエンドレスベルト状の定着ベルト33を、互いに略並行に配列した、駆動ローラ61と、従動ローララ62と、加熱体35を保持させたヒータ支持体63と、の3部材間に懸回張設してある。従動ローラ11は定着ベルト1のテンションローラを兼ねる。加熱体35は、定着ベルト33・記録材Pの移動方向に直交する方向を長手とするセラミックヒータである。このヒータ35に対して定着ベルト33を介して弾性加圧ローラ32を圧接させて定着ニップ部Nを形成させてある。駆動ローラ61が定着モータM1により、図12において矢印の時計方向に回転駆動される。これにより、定着ベルト33が矢印の時計方向に回転駆動される。従動ローラ11と加圧ローラ32は定着ベルト33の回転に従動して回転する。定着ベルト33の内面は、ヒータ35とヒータ支持体63に対して摺動移動する。
ヒータ35は、ヒータ駆動回路から、ヒータ基板面に具備させた通電発熱層に対して通電がなされることで、通電発熱層が発熱して、ヒータ35がヒータ長手方向の有効発熱幅全域において急速に昇温する。そのヒータ温度が、第1と第2の温度検知手段としてのメインとサブの2つのサーミスタTH1とTH2により検知される。メインサーミスタTH1は、大小いかなる幅の記録材も通紙部となるヒータ部分の温度を検出するように、ヒータ35の長手方向のほぼ中央部位置においてヒータ裏面に対して接触させて配設してある。サブサーミスタTH2は、装置に通紙使用可能な最大幅の記録材よりも小さい幅の記録材を通紙したときの非通紙部に対応するヒータ部分の温度を検出するように、ヒータ35の長手方向端部に接触させて配設してある。メインサーミスタTH1により検出され、ヒータ温度に関する電気的情報がA/Dコンバータを介して制御回路部に入力する。また、サブサーミスタTH2により定着ベルト33の温度が検出され、定着ベルト温度に関する電気的情報がA/Dコンバータを介して制御回路部に入力する。制御回路部は、メインサーミスタTH1、サブサーミスタTH2の出力をもとに、定着ヒータ35の温調制御内容を決定し、ヒータ駆動回路から定着ヒータ35への通電を制御する。すなわち、メインサーミスタTH1で検出されるヒータ温度が所定の定着温度に維持されるように定着ヒータ35を温調制御する。
そして、制御回路部は、外部ホスト装置からのプリント信号あるいは他の制御信号に基づいて、定着モータM1の駆動回路を制御して、駆動ローラ61の回転駆動を開始させる。また、ヒータ駆動回路を制御して、ヒータ35のヒートアップを開始させる。定着ベルト33の回転速度が定常化し、ヒータ35の温度が所定に立ち上がった状態において、画像形成部側から定着ニップ部Nに未定着トナー像tを担持した記録材Pが入り口ガイド40に沿って案内されて導入される。記録材Pのトナー画像担持面側が定着ベルト33に対面する。記録材Pは定着ニップ部Nにおいて定着ベルト33を介してヒータ35に密着して定着ニップ部Nを定着ベルト33と一緒に移動通過していく。その移動通過過程においてヒータ35で加熱される定着ベルト33により記録材Pに熱が付与されてトナー画像tが記録材P面に加熱定着される。定着ニップ部Nを通過した記録材Pは定着ベルト33の面から分離され、出口ガイド42に沿って排出搬送される。
送風冷却機構部20Bは、第1の冷却手段として、駆動ローラ61と従動ローラ62との間の定着ベルト部分の外面の左側部分に対応させて配設した左側ダクト51Lと、このダクト51Lに冷却風を送風する左側冷却ファン52Lを有する。また、第2の冷却手段として、上記の定着ベルト部分の外面の右側部分に対応させて配設した右側ダクト51Rと、このダクト51Rに冷却風を送風する右側冷却ファン52Rを有する。
左側ダクト51Lと右側ダクト51Lは、従動ローラ62側から駆動ローラ61側に方向に延在させてあり、定着ベルト33に対面する底面側をそれぞれ定着ベルト33に対向する送風口aとして開放してある。また、左側ダクト51Lと右側ダクト51Rの駆動ローラ61側の端面は冷却風出口部として開放してある。左右の冷却ファン52Lと52Rは、それぞれ、左右のダクト51Lと51Rの冷却風出口部側とは反対側においてダクト内に配設してある。
左側ダクト51Lの内側の側面板56Lと右側ダクト51Rの内側の側面板56Lは定着ベルト33の長手方向にスライド移動可能に構成されている。そして、左側ダクト51Lの側面板56Lの冷却ファン52L側の端部は内向きに略直角に折り曲げて左シャッター板55Lとしてある。また、右側ダクト51Rの側面板56Rの冷却ファン52R側の端部も内向きに略直角に折り曲げて右シャッター板55Lとしてある。このシャッター板55L付きの左側面板56Lと、シャッター板55R付きの右側面板56Rは、モータ・駆動ギア等からなるスライド機構57により、連動して左右ダクト51L・51Rの送風口aの開口幅を同じように広狭調節するように移動制御される。
制御回路部は、通紙される記録材の幅サイズ情報に対応してスライド機構57を制御して、シャッター板55L付きの左側面板56Lと、シャッター板55R付きの右側面板56Rをその記録材の幅に対応した位置に移動する。すなわち、制御回路部は、定着ニップ部Nを通る記録材の幅サイズに対応して、左右の送風冷却手段において、各冷却ファン52L・52Rからの送風範囲を最適な幅に変えるようにスライド機構57を制御する。
左右のダクト51L・51Rは、それぞれ、ダクト軸線を定着ベルト33の回転軸線に略垂直な方向にして配設されている。左右のダクト51L・51Rの形状は同形状又は中央基準S(定着ベルト33の長手中央)に対して対称形状である。左右の冷却ファン52L・52Rは軸流ファンであり、左側冷却ファン52Lのフィン回転方向cに対し、右側冷却ファン52Rのフィン回転方向dは逆である。フィン回転方向が互いに逆であるけれども、この左右の冷却ファン52L・52R8は、出力方向(風向き方向)は同じで、同性能のファンである。
図13は、小サイズ用紙(定着装置に通紙使用可能な最小幅の記録材)の通紙時の状態を示もので、Qは小サイズ用紙の通紙域、Ra・Rbは通紙域Qの左右両側に生じる非通紙域(記録材搬送領域外)である。左右のダクト51L・51Rの送風口aは、それぞれ、左右の非通紙域Ra・Rbに対向している。また、左右のダクト51L・51Rの送風口aの幅は、それぞれ、左右の非通紙域Ra・Rbの幅に対応させてある。
そして、シャッター板55L付きの左側面板56Lと、シャッター板55R付きの右側面板56Rは、それぞれ、左右のダクト51L・51Rの送風口aを全開状態にした位置に移動されている。従って、小サイズ用紙の通紙時に生じる定着ベルト33の左右の非通紙域Ra・Rbが、それぞれ、左右のダクト51L・51Rの全開状態の送風口aから吹き出る冷却風によって冷却されて、小サイズ用紙連続通紙時の非通紙部昇温が防止される。
図14は、中サイズ用紙(定着装置に通紙使用可能な最大幅の記録材を大サイズ用紙と最小幅の記録材の間の幅の記録材)の通紙時の状態を示もので、Qは中サイズ用紙の通紙域、Ra・Rbは通紙域Qの左右両側に生じる非通紙域である。シャッター板55L付きの左側面板56Lと、シャッター板55R付きの右側面板56Rは、それぞれ、左右のダクト51L・51Rの送風口aの開口幅を中サイズ用紙の幅に応じて狭めた位置に移動される。したがって、中サイズ用紙の通紙時に生じる定着ベルト33の左右の非通紙域Ra・Rbが、それぞれ、左右のダクト51L・51Rの開口幅が調節された送風口aから吹き出る冷却風によって冷却されて、中サイズ用紙の連続通紙時の非通紙部昇温が防止される。
図15は大サイズ用紙(定着装置に通紙使用可能な最大幅の記録材)の通紙時の状態を示もので、この場合は、定着ベルト33に非通紙部昇温は生じない。そこで、シャッター板55L付きの左側面板56Lと、シャッター板55R付きの右側面板56Rは、それぞれ、左右のダクト51L・51Rの送風口aを全閉状態にした位置に移動される。従って、定着ベルト33は冷却風による冷却を受けない。この大サイズ用紙通紙の場合は、冷却ファン52L・52Rを停止状態に保持させる制御でもよい。また、この場合は、左右のシャッター板55L・55Rを、それぞれ、左右のダクト51L・51Rの送風口aに対して全閉の位置に移動させる制御をなしにしてもよい。
制御回路部は、サブサーミスタTH2が予め定めた或る温度を検知したら、スライド機構57を制御して、シャッター板55L付きの左側面板56Lと、シャッター板55R付きの右側面板56Rを、それぞれ、記録材の幅に対応した位置に移動させる。また、冷却ファン駆動回路を制御して、左右の冷却ファン52L・52Rの動作を開始させる。これにより、非通紙部上昇が押さえられる。そして、サブサーミスタTH2の検知温度が予め定めた或る温度まで下降したら、冷却ファン52L・52Rの動作を停止させる。
この実施例2の定着装置の構成の場合も、前記実施例1の定着装置と同様の効果が得られる。
1)実施例1・2において、左右の冷却ファン52L・52Rは、加熱回転体である定着ベルト33の長手中央に対して対称の風速分布である、ロータの回転方向が両端部で対称であるブロワーファン等でも良い。
2)定着機構部20Aは、実施例1・2のベルト加熱方式・加圧回転体駆動方式に限られない。駆動手段によって回転され、ハロゲンランプ等で加熱される加熱ローラとそれに圧接する加圧ローラとで形成される熱ローラ方式、その他の方式のものにすることができる。電磁誘導加熱方式の装置にすることもできる。
3)本発明の画像加熱装置は、実施例の定着装置に限られず、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢を増大させる光沢増大化装置等としても使用できる。
実施例1における定着装置の横断面模型図 その定着装置の定着機構部と送風冷却機構部との分解斜視模型図 定着機構部の一部切り欠き正面模型図 定着機構部の縦断正面模型図 送風冷却機構部の分解斜視模型図 小サイズ用紙連続通紙時の送風冷却機構部の状態説明図 中サイズ用紙連続通紙時の送風冷却機構部の状態説明図 大サイズ用紙連続通紙時の送風冷却機構部の状態説明図 定着装置制御系統のブロック図 実施例1における画像形成装置の横断面模型図 実施例2における定着装置の外観斜視模型図 定着装置の横断面模型図 小サイズ用紙連続通紙時の送風冷却機構部の状態説明図 中サイズ用紙連続通紙時の送風冷却機構部の状態説明図 大サイズ用紙連続通紙時の送風冷却機構部の状態説明図 従来例装置の説明図
符号の説明
20・・定着装置、20A・・定着機構部、20B・・送風冷却機構部、31・・定着ベルトアセンブリ、33・・定着ベルト(加熱回転体)、35・・加熱源(加熱体:セラミックヒータ)、32・・加圧ローラ(加圧回転体)、N・・定着ニップ部、TH1・・第1の温度検知手段(メインサーミスタ)、TH2・・第2の温度検知手段(サブサーミスタ)、51L・51R・・ダクト、a・・送風口、52L・52R・・冷却ファン、55L・55R・・シャッター板、P・・記録材、Q・・通紙域、R・・非通紙域

Claims (3)

  1. 記録材上の画像をニップ部にて加熱する加熱回転体と、記録材の幅方向長さが設定長さよりも短いとき記録材搬送領域外となる前記加熱回転体の幅方向一端側と他端側の領域を冷却する第1の冷却ファン及び第2の冷却ファンと、を有する画像加熱装置において、
    前記第1の冷却ファンと前記第2の冷却ファンの回転方向を互いに逆向きとしたことを特徴とする画像加熱装置。
  2. 前記第1の冷却ファンによるエアーを前記加熱回転体に導く第1のダクトと、前記第2の冷却ファンによるエアーを前記加熱回転体に導く第2のダクトと、を有し、これらダクトは対応するファンの回転軸線方向に対してそれぞれ対称な形状とされていることを特徴とする請求項1の画像加熱装置。
  3. 前記加熱回転体の幅方向一端側の温度を検出する検出手段と、前記検出手段による検出温度が設定温度に上昇したとき前記第1の冷却ファンと前記第2の冷却ファンによる冷却動作を実行させる実行手段と、を有することを特徴とする請求項1又は2の画像加熱装置。
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