JP2009300856A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着フィルムの非通紙領域の昇温を防止するとともに、定着フィルムの温度分布を均一に近づけることができ、定着オフセットの発生を防止すること。
【解決手段】 定着装置１６は、定着フィルム２０２と、定着フィルム２０２の非通紙領域を冷却するための冷却ファン３０１と、冷却ファン３０１から送られる風を送風口から非通紙領域に案内する送風ガイド３０２と、送風口を開閉するシャッター３０３とを有する。そして、記録紙のサイズに応じて、シャッター３０３を開閉して送風口の開口面積を決定し、決定された開口面積に応じて冷却ファン３０１の送風量を決定する。
【選択図】図３

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、記録紙上の画像を加熱する定着装置及びその定着装置を備える画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置において、未定着トナー像を記録紙に定着する定着方式として、安全性、定着性の良さ等から未定着トナー像を加熱し、溶融して記録紙に定着させる熱定着方式が一般に用いられる。

熱定着方式のひとつとして、加熱回転部材と加圧回転部材とが圧接された定着領域（定着ニップ部）に記録紙を挟持搬送し、未定着トナー像を加熱、加圧して熱定着させる加熱定着方式がある。加熱定着方式は、熱源としてセラミック面発ヒータ（以下、面発ヒータ）等を用いている。

近年の画像形成装置においては、例えば、Ａ３サイズ等の比較的大サイズの記録紙から、Ａ４Ｒ、Ｂ５サイズのような通常よく使用される小サイズの記録紙まで、様々なサイズの記録紙の通紙を可能にする多様化が進んでいる。このため、加熱回転部材と加圧回転部材の軸方向の長さを、例えば、Ａ３サイズ等の比較的大サイズに対応するように構成する必要性がある。

このとき、Ａ４Ｒ、Ｂ５等の小サイズの記録紙が定着装置を通過する場合に、加熱回転部材の有効定着領域において、記録紙が通過しない非通紙領域が多くなる。さらに、小サイズの記録紙を連続通紙した際には、非通紙領域に対応する加熱回転部材表面から記録紙によって熱が奪われないため、非通紙領域の表面温度が通紙領域に対して高くなる、いわゆる非通紙領域昇温現象を生じる。

非通紙領域昇温現象によってヒータ温度に偏りが生じると、画像不良やヒータの故障要因となる。具体的には、温度差による定着オフセットやヒータ割れ等が挙げられる。

このような非通紙領域昇温現象の防止技術として、非通紙領域の温度を検出するための温度検出素子を設け、該温度検出素子からの信号に応じてファンをオン／オフ制御することで非通紙領域の温度制御を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、定着ニップ部を通過する記録紙の幅に応じて送風領域を変更するため、送風口の開口幅方向の長さを調節するためのシャッターを有する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。具体的には、最初は用紙サイズに対応した位置にシャッターを開いておき、所定の通紙枚数を超えるごとにシャッターを閉じる方向に一定の距離だけ移動させるよう構成されている。
特開昭６０−１３６７７９号公報 特開２００７−１８７８１６号公報（実施例２）

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術は、定着領域の温度によって送風ファンの制御を行っているが、送風口の開口幅が一定であったため、非通紙領域と送風口の開口幅が不一致となり、通紙／非通紙の境界面において温度ムラを発生してしまう。

また、特許文献２に記載の従来技術では、シャッターを駆動する所定の通紙枚数までにおいて、風が加熱回転部材の通紙領域に回り込むことにより通紙領域における温度低下が発生する。

また、所定の通紙枚数を超えたときはシャッターを閉じる方向に移動させるので、通紙領域の温度低下は解決できるものの、通紙領域と非通紙領域の境界部分には風が当たらず、境界部分の温度上昇を引き起こしてしまう。そのため、小サイズ紙から、より面積の広い記録紙へと記録紙サイズが変化した場合には定着オフセットを発生させることがあった。

本発明の目的は、加熱回転手段の非通紙領域の昇温を防止するとともに、加熱回転手段の温度分布を均一に近づけることができ、定着オフセットの発生を防止する定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の定着装置は、通紙する記録紙に熱を加えて、前記記録紙上の未定着の画像を前記記録紙に溶融定着させる加熱回転手段と、前記加熱回転手段の非通紙領域を冷却するための送風手段と、前記送風手段から送られる風を送風口から前記非通紙領域に案内する案内手段と、前記案内手段の前記送風口を開閉する開閉手段と、前記記録紙のサイズに応じて、前記開閉手段を開閉して前記案内手段の前記送風口の開口面積を決定し、決定された前記開口面積に応じて前記送風手段の送風量を決定する制御手段と、を備えることを特徴とする。

請求項５記載の画像形成装置は、請求項１記載の定着装置を備える。

本発明によれば、加熱回転手段の非通紙領域の昇温を防止するとともに、加熱回転手段の温度分布を均一に近づけることができ、定着オフセットの発生を防止する定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。

図１に示す画像形成装置は、電子写真方式でタンデム型の中間転写ベルトを有するカラー画像形成装置である。

この画像形成装置は、イエロー色の画像を形成する画像形成部１Ｙと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１Ｍと、シアン色の画像を形成する画像形成部１Ｃと、ブラック色の画像を形成する画像形成部１Ｂｋの４つの画像形成部を備える。

これら４つの画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、一定の間隔において一列に配置される。さらにその下方に、給紙ユニット１７、手差しトレイ２０を配置し、記録紙の搬送パス１８を縦に配置し、その上方に定着装置１６を備えている。

各画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋには、それぞれ像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムという）２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが設置されている。

各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの周囲には、一次帯電器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、ドラムクリーナ装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄがそれぞれ配置されている。

一次帯電器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとの間の下方には、レーザ露光装置７が設置されている。

各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、負帯電のＯＰＣ感光体でアルミニウム製のドラム基体上に光導電層を有しており、駆動装置（不図示）によって時計回り方向に所定のプロセス速度で回転駆動される。

一次帯電器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、帯電バイアス電源（不図示）から印加される帯電バイアスによって、各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの表面を負極性の所定電位に均一に帯電する。

感光ドラム２下方に配置されるレーザ露光装置７は、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、ポリゴンレンズ、反射ミラー等で構成されている。

レーザ露光装置７は、各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに露光をすることによって、各一次帯電器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄで帯電された各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの表面に画像情報に応じた各色の静電潜像を形成する。レーザ露光装置７の詳細構成に関しては後述する。

各現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、それぞれイエロートナー、シアントナー、マゼンタトナー、ブラックトナーが収納されている。各現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ上に形成される各静電潜像に各色のトナーを付着させることで、各静電潜像をトナー像として現像（可視像化）する。

転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、各一次転写部３２ａ〜３２ｄにて、中間転写ベルト８を介して各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに当接可能に配置されている。各感光ドラム２上のトナー像を、順次中間転写ベルト８上に転写し重ね合わせていくことで、中間転写ベルト８上にフルカラーのトナー像が転写（形成）される。

ドラムクリーナ装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、クリーニングブレード等で構成され、感光ドラム２上の一次転写時の残留した転写残トナーを感光ドラム２から掻き落とし、ドラムの表面を清掃する。

中間転写ベルト８は、各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの上面側に配置されて、二次転写対向ローラ１０とテンションローラ１１間に張架されている。また、二次転写対向ローラ１０は、二次転写部３４において、中間転写ベルト８を介して二次転写ローラ１２と当接可能に配置されている。

また、中間転写ベルト８は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム、ポリフッ化ビニリデン樹脂フィルム等のような誘電体樹脂によって構成されている。中間転写ベルト８に転写された画像（トナー像）は二次転写部３４において、給紙ユニット１７から搬送され、記録紙上に転写される。

給紙部は、記録紙Ｐを収納するための給紙ユニット１７、手差しトレイ２０、給紙ユニット１７内もしくは手差しトレイ２０から記録紙Ｐを１枚ずつ送り出すためのピックアップローラを備える。

また、給紙部は、各ピックアップローラから送り出された記録紙Ｐをレジストローラまで搬送するための給紙ローラ、搬送パス１８、画像形成部１の画像形成タイミングに合わせて記録紙Ｐを二次転写領域へ送り出すためのレジストローラ１９を備える。

定着装置１６は、内部にアルミナヒータ等の熱源を備えた円筒状の定着フィルム２０２と、定着フィルム２０２に加圧される加圧ローラ２０３（加圧ローラ２０３に熱源を備える場合もある）からなる。また、定着装置１６の下流側には、定着装置１６から排出された記録紙Ｐを装置の外部に導き出すための外排紙ローラ２１と、排紙トレイ２２が配設される。

図２は、図１における定着装置１６の概略構成図である。

図２において、定着装置１６は、面発ヒータ（セラミックヒータ）２０１、円筒状の定着フィルム２０２、加圧ローラ２０３、コの字板金２１１、温度検知用のサーミスタ２１２、ホルダ２１３、セルフバイアス回路２１４を備える。

加熱回転手段としての定着フィルム２０２と加圧ローラ２０３の当接部である定着ニップ部に、未定着の画像（トナー像）を搭載した記録紙を通紙することで画像を記録紙に溶融定着する。

定着フィルム２０２内部に配置された面発ヒータ２０１は、セラミックに発熱パターンを印刷したヒータで、１秒間に５０℃ほど温度上昇する極めて応答性の高いヒータである。

定着フィルム２０２は、金属を基材とし、その上に３００μｍほどのゴム層を設け、そのゴム層にフッ素表面処理を施したフィルムで、熱容量が極めて小さく、ニップ部のみ面発ヒータ２０１の熱を伝える。

加圧ローラ２０３は、硬度６０°程度のローラで定着フィルム２０２を摩擦駆動している。コの字板金２１１は、定着フィルム２０２を内側から加圧ローラ２０３に加圧しているで、加圧力は１８０Ｎ程度である。定着温度制御のために、面発ヒータ２０１の温度を検知するサーミスタ２１２は、面発ヒータ２０１の中央に配置されている。

図３は、図２の定着装置１６の非通紙領域３０７を冷却する冷却機構３０５の概略構成図である。

図３において、定着装置１６の定着フィルム２０２の上部には、定着フィルム２０２の軸方向両端部の非通紙領域３０７を冷却するための冷却機構３０５が設けられている。符号３０８は通紙領域を示す。冷却機構３０５も本発明の定着装置を構成する。

冷却機構３０５において、送風手段としての冷却ファン３０１には、シロッコファン等の遠心ファンや軸流ファンが用いられる。さらに、冷却ファン３０１の下方には、非通紙領域３０７に送風場所を限定するための、案内手段としての送風ガイド３０２が設けられている。

さらに、送風ガイド３０２の定着フィルム２０２側（送風口側）には、送風ガイド３０２の送風口を開閉するための、開閉手段としてのシャッター３０３が備えられている。シャッター３０３は、通紙する記録紙Ｐのサイズに対して予め定められた位置に移動することで、各記録紙サイズに対応した最適な送風ガイド３０２の送風口の開口面積での送風ができる。

図４は、図３の冷却機構３０５の制御回路図である。

定着装置１６によって定着動作を行う対象の記録紙サイズが決定されると、制御手段としてのＣＰＵ４０７は、シャッター３０３を予め定められた位置に移動させる。シャッター３０３は、シャッター駆動モータ４０２によって駆動され、シャッター駆動モータ４０２が正回転するとシャッター３０３は開く方向に、逆回転するとシャッター３０３は閉じる方向に移動する。

シャッター３０３には、移動量（開閉量）を検知するための可変抵抗４０３が備えられている。可変抵抗４０３は、シャッター３０３の移動量に応じて、抵抗値を０〜１０ｋΩに可変する。このとき、抵抗４０１及び可変抵抗４０３の分圧からＣＰＵ４０７は、シャッター３０３の移動量を検知することができる。

本実施の形態において、開口長は、固定長であって５０ｍｍであり、開口幅は、例えば、通紙された記録紙サイズがＢ５であった場合には４０ｍｍとなる。

この開口面積と、定着装置１６の非通紙領域３０７を通紙領域３０８と均一の温度に保つために必要となる単位面積当たりの送風量とを掛け合わせることで、冷却ファン３０１の送風量を決定することができる。

送風量が決定されると、送風量と比例の関係にある冷却ファン３０１の回転速度が決定される。このとき、回転速度に応じた駆動電圧を、冷却ファン３０１を駆動するファンモータ４０６に供給する必要がある。駆動電圧は、トランジスタ４０４及び４０５によって制御され、ＣＰＵ４０７に内蔵されたＤ／Ａコンバータによってファン駆動電圧を可変することができる。

具体的には、冷却ファン３０１の最大駆動電圧が２４Ｖであり、そのときの回転速度が２０００ｒＰｍであり、必要回転速度が１０００ｒＰｍである場合には、駆動電圧と回転速度は比例関係にあるため、駆動電圧を１２Ｖとする。これによって回転速度を制御することができる。

図５は、図４の冷却機構３０５によって実行される非通紙領域の冷却制御処理の手順を示すフローチャートである。

本フローチャートは、図４におけるＣＰＵ４０７の制御の下に実行される。

画像形成装置が動作を開始すると、形成される画像によって記録紙サイズが決定される（ステップＳ５０１）。このとき、ＣＰＵ４０７は、記録紙サイズによって非通紙領域３０７が定着フィルム２０２上に存在するか否かの判定を行う（ステップＳ５０２）。

非通紙領域３０７が存在していない場合、冷却を行う必要がないため、ＣＰＵ４０７は、冷却ファン３０１の駆動を停止する（ステップＳ５０３）。また、非通紙領域３０７が存在する場合には、ＣＰＵ４０７は、記録紙サイズに応じて送風ガイド３０２の送風口の開口面積を決定する（ステップＳ５０４）。尚、送風ガイド３０２の送風口開口面積を決定するということはシャッター３０３の移動量を決定するということである。

そして、ＣＰＵ４０７は、送風ガイド３０２の送風口の開口面積に応じて、シャッター駆動モータ４０２を駆動することで、所定の位置にシャッター３０３を移動させる（ステップＳ５０５）。このとき、ＣＰＵ４０７は、シャッター３０３の移動による移動量から、冷却に必要となる送風量を算出する（ステップＳ５０６）。

そして、ＣＰＵ４０７は、冷却に必要となる送風量に応じた冷却ファン３０１の回転速度を決定し（ステップＳ５０７）、決定した回転速度によって、ファンモータ４０６を駆動制御する（ステップＳ５０８）。そして、本処理を終了する。

さらに送風量を精度よく制御するために、送風ガイド３０２内に上記送風量計３０４が設けてある。送風量計３０４によって検知された送風量と必要送風量とを比較し、差異がなくなるように、冷却ファン３０１の回転速度を制御することで、単位面積当たりの送風量を精度よく制御できる。

図６は、図３における冷却ファン３０１の回転速度と送風量の関係を表したテーブルを示す図である。

予め、冷却ファン３０１の回転速度に対する発生送風量を測定しておき、その値をテーブルとしてＣＰＵ４０７に保持しておくことで、送風量計３０４を用いる場合と同様に、冷却ファン３０１の送風量を精度よく制御することができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 図１における定着装置１６の概略構成図である。 図２の定着装置１６の非通紙領域３０７を冷却する冷却機構３０５の概略構成図である。 図３の冷却機構３０５の制御回路図である。 図４の冷却機構３０５によって実行される非通紙領域の冷却制御処理の手順を示すフローチャートである。 図３における冷却ファン３０１の回転速度と送風量の関係を表したテーブルを示す図である。

符号の説明

２０１ 面発ヒータ
２０２ 定着フィルム
２０３ 加圧ローラ
３０１ 冷却ファン
３０２ 送風ガイド
３０３ シャッター
３０４ 送風量計
３０５ 冷却機構
３０７ 非通紙利用域
３０８ 通紙領域
４０２ シャッター駆動モータ
４０６ ファンモータ
４０７ ＣＰＵ

Claims (5)

1. 通紙する記録紙に熱を加えて、前記記録紙上の未定着の画像を前記記録紙に溶融定着させる加熱回転手段と、
   前記加熱回転手段の非通紙領域を冷却するための送風手段と、
   前記送風手段から送られる風を送風口から前記非通紙領域に案内する案内手段と、
   前記案内手段の前記送風口を開閉する開閉手段と、
   前記記録紙のサイズに応じて、前記開閉手段を開閉して前記案内手段の前記送風口の開口面積を決定し、決定された前記開口面積に応じて前記送風手段の送風量を決定する制御手段と、
   を備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記制御手段は、決定された前記開口面積に、前記非通紙領域を通紙領域と均一の温度に保つために必要となる単位面積当たりの前記送風手段の送風量を掛けることで、前記送風手段の送風量を決定することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記送風手段の送風量を検知するための検知手段を備え、
   前記制御手段は、前記検知手段より検知された送風量に応じて前記送風手段の送風量を決定することを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
4. 前記制御手段は、送風手段の回転速度と送風量との関係を表したテーブルを有し、
   前記制御手段は、前記テーブルに応じて前記送風手段の送風量を決定することを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
5. 請求項１記載の定着装置を備える画像形成装置。

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