JP2010002711A

JP2010002711A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2010002711A
Application number: JP2008161671A
Authority: JP
Inventors: Fuyuko Koyama; 芙由子小山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2010-01-07

Abstract

【課題】ダクトやファンの個数を最小限に押さえたまま、複数のプロセスカートリッジのうち、他のプロセスカートリッジに比べ加熱定着器に最も近い位置に配置されたプロセスカートリッジを優先的に冷却し、装置全体の効率的な冷却を行うことが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】用紙に転写されたトナー画像を熱定着する加熱定着器と、感光体ドラム及び現像器を含み、各色の異なる像を形成可能な複数のプロセスカートリッジを持ち、当該各プロセスカートリッジは装置本体内に並列に配置された画像形成装置において、プロセスカートリッジを冷却する少なくとも一つ以上の冷却ダクトとファンと持ち、前記冷却ダクトの少なくとも一つがファンの上流部で二股に分岐し、分岐した風路の一方が、加熱定着器に最も近いプロセスカートリッジを冷却し、もう一方の風路は複数の開口部を持ち、その他のプロセスカートリッジを冷却する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子写真方式を利用して記録材に画像形成を行う複写機、プリンタ等の画像形成装置に関する。

近年、電子写真方式を採用する画像形成装置では、フルカラー化が進んでおり、感光体ドラムを有するプロセスカートリッジも4つ以上を配置している。そして、本体の大きさを小さくし、厚紙等の転写材の種類による画像不良を無くすために、4つのプロセスカートリッジで作像した像を中間転写ベルトに一次転写した後、転写材に二次転写する構成が多く用いられている。

更にこの中間転写ベルトとプロセスカートリッジの配置は、プロセスカートリッジから二次転写部への距離を出来るだけ短くすると共に、プロセスカートリッジの感光体ドラムに対しレーザー露光装置を本体下方に配置し、一次転写で作成した像を二次転写までの時間を短くすることで、プリントタイムの短縮が可能となる。

また、このような画像形成装置においては、本体をコンパクトに設計されている為、加熱定着器からの熱や露光装置、各種電気部品からの熱が本体内に滞留しやすく、本体のエアフローは熟慮する必要がある。一方、コストや装置本体の小型化の面からも最小限のファンを用いて効率的なエアフローを形成することが求められている。

前記の画像形成装置のような、複数のプロセスカートリッジの下方にレーザー露光装置であるスキャナユニットが配置されている画像形成装置においては、前記プロセスカートリッジを効率的に冷却を行う為に、プロセスカートリッジとスキャナユニットの間の空間を風路として利用し、前記プロセスカートリッジを長手方向にそって冷却を行う場合がある。

このような画像形成装置において従来は、該プロセスカートリッジの前方と後方に、前記複数のプロセスカートリッジに対し、各該プロセスカートリッジに対応する複数の開口部を持つ共通の吸気ダクトと共通の排気ダクトを配置し、エアフローを形成していた。

また、吸気ダクトと排気ダクトにはそれぞれファンが1個ずつ、ダクトのプロセスカートリッジの長手方向に略直行する方向の一端に備えられており、図７に示すように、吸気ファンと排気ファンは逆の端部に備えられている。それにより、複数のプロセスカートリッジの下に略均一的に風を流すことができている。

しかしながら、実際の画像形成装置においては、加熱定着器の熱により複数のプロセスカートリッジは均等に昇温度するのではなく、加熱定着器の最も近くに配置されたプロセスカートリッジの昇温と最も遠くに配置されたプロセスカートリッジの昇温とでは、大きな差が出ることが確認されている。

図８は、図７に示すような吸気ファンと排気ファンは逆の端部に備えられ、それにより、複数のプロセスカートリッジの下に略均一的に風を流すことができる従来のエアフロー構成を採用した画像形成装置の、プロセスカートリッジ内の温度上昇を表している。熱定着器はブラックのプロセスカートリッジに最も近く、イエローのカートリッジが最も遠い配置となっている。図8は、3時間通紙し、室温を30℃とした場合に換算した値であり、Y、M、C、Kの各プロセスカートリッジの温度はそれぞれ、36.05℃、37.65℃、39.15℃、40.75℃となっている。熱定着器に最も近いプロセスカートリッジと最も遠いカートリッジとの差は4.7℃にも昇る。

プロセスカートリッジの温度が45℃を越えるとトナーの融着などの問題が起こってくる。そのため、昇温が大きい加熱定着器に近いプロセスカートリッジを重点的に冷却する必要があり、各プロセスカートリッジを均一に冷却する従来のエアフローでは非効率的であるという問題がある。また、加熱定着器に最も近いプロセスカートリッジを単独のファンとダクトで冷却した場合には、該プロセスカートリッジを効率的に冷却することができるが、電力消費の増加、部品点数、コストの増加を招き、本体の大型化や、騒音の増大に繋がるといった問題がある。(特許文献１)
さらに、プロセスカートリッジだけではなく、加熱定着器の熱の影響はスキャナユニットへも影響する。スキャナユニットからドラムへ露光をする時、光の進む空間に温度差があると、露光のムラができ、画像の安定性に影響を与えてしまう恐れがある。
特開2003−280496号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、ダクトやファンの個数を最小限に押さえたまま、複数のプロセスカートリッジのうち、他のプロセスカートリッジに比べ加熱定着器に最も近い位置に配置されたプロセスカートリッジを優先的に冷却し、複数のプロセスカートリッジ間における温度差を低減し、装置全体の効率的な冷却を行うことが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の問題を達成するため、本発明では、
用紙に転写されたトナー画像を熱定着する加熱定着器と、感光体ドラム及び現像器を含み、各色の異なる像を形成可能な複数のプロセスカートリッジを持ち、当該各プロセスカートリッジは装置本体内に並列に配置された画像形成装置において、
プロセスカートリッジを冷却する少なくとも一つ以上の冷却ダクトとファンと持ち、前記冷却ダクトの少なくとも一つがファンの上流部で二股に分岐し、分岐した風路の一方が、加熱定着器に最も近いプロセスカートリッジを単独で冷却し、もう一方の風路は複数の開口部を持ち、その他のプロセスカートリッジをまとめて冷却することにより、他のプロセスカートリッジに比べ加熱定着器に最も近い位置に配置されたプロセスカートリッジを優先的に冷却できるようにした。

本発明によれば、ダクトやファンの個数を最小限に押さえたまま、複数のプロセスカートリッジのうち、他のプロセスカートリッジに比べ加熱定着器に最も近い位置に配置されたプロセスカートリッジを優先的に冷却することにより、複数のプロセスカートリッジ間における温度差を低減し、装置全体の効率的な冷却を行うことが可能な画像形成装置を提供することができる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

次に、本発明に係る実施例として、図面を参照し詳細に説明する。

先ず本実施系の画像形成装置本体構成において、画像形成装置100の基本構成を図1を用いて説明する。

本説明は、電子写真方式の複数色又はフルカラーの画像形成装置として、各色毎に応じて感光体ドラム104を水平に１列に複数配列し、各感光体ドラム104上に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト101に順次重ね合わせてカラー画像を形成する、いわゆるインライン型の画像形成装置となっている。

画像形成装置100は、一定の間隔をおいて略水平な一直線上に配置されたプロセスカートリッジ103Ｙ、103Ｍ、103Ｃ、103Ｋを備えており、それぞれイエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色の画像を形成する。

各プロセスカートリッジ103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104（以下、感光体ドラムという）が設置されている。感光ドラム104の周囲には、一次帯電器109、現像手段105、ドラムクリーナ装置112、転写手段としての一次転写ローラ114 がそれぞれ配置されており、一次帯電器109と現像手段105との間の下方には、レーザー露光装置108が設置されている。

感光体ドラム104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）によって所定のプロセススピードで回転駆動される。

一次帯電手段としての一次帯電器109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感光ドラム104の表面を負極性の所定電位に均一に帯電する。

現像手段105は、トナーを内蔵し、それぞれ各感光体ドラム104上に形成される各静電潜像に各色のトナーを付着させてトナー像として現像（可視像化）する。

一次転写手段としての転写ローラ108は、中間転写ベルトユニット115内に配設され、感光体ドラム104に対向付勢されるよう配置されている。

ドラムクリーナ装置112は、感光体ドラム104上で一次転写時の残留した転写残トナーを感光体ドラム104から除去するためのクリーニングブレード等を有しており、回収された廃トナーは廃トナー収納部113に回収される。なお、感光体ドラム104上の廃トナーをドラムクリーナ装置ではなく、中間転写ベルト101に転写させ、プロセスカートリッジ103内に廃トナーを回収しないものもある。

中間転写ベルトユニット115は、二次転写対向ローラを兼ねる駆動ローラ116と、図示しない駆動ローラ軸上のギアを備え、同じく図示しない本体上の駆動ギアにより回転駆動される。駆動ローラ116は、二次転写ローラ117と対向するよう配置されている。

なお、中間転写ベルトユニット115は転写フレーム102で保持されており、この転写フレーム内には感光体ドラム104で作成された像を中間転写ベルト101に転写するために高圧を供給するための転写高圧電源127が内蔵されている。

また、二次転写ローラ117の、転写材Ｐの搬送方向下流側には、定着ローラ118と加圧ローラ119を有する定着装置が縦パス構成で設置されている。

レーザー露光装置108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ー発光手段で構成され、各感光体ドラム104に露光を行うことによって、各一次帯電器109で帯電された各感光体ドラム104の表面に画像情報に応じた各色の静電潜像を形成する。

次に、上記した画像形成装置による画像形成動作について説明する。

原稿読取装置120で原稿を読み取り、画像形成開始信号が発せられると、所定のプロセススピードで回転駆動される各プロセスカートリッジ103の各感光ドラム104は、それぞれ一次帯電器109によって一様に負極性に帯電される。そして、レーザー露光装置108は、外部から入力されるカラー色分解された画像信号をレーザー発光素子から照射し各感光体ドラム104上に各色の静電潜像を形成する。

そして、まず感光体ドラム104上に形成された静電潜像に、感光体ドラム104の帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像手段105により、各色のトナーを付着させてトナー像として可視像化する。このトナー像は、感光体ドラム104と一次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された一次転写ローラ114により、駆動されている中間転写ベルト101に一次転写される。

以下、同様にして、中間転写ベルトユニット115でイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー像を順次重ね合わせ、フルカラーのトナー像を中間転写ベルトユニット115に形成する。

なお、各感光体ドラム104上に残留した転写残トナーは、ドラムクリーナ装置112に設けられたクリーナブレード等により掻き落とされ、回収される。

そして、中間転写ベルトユニット115上のフルカラートナー像先端が、転写駆動ローラ（二次転写対向ローラ）116と二次転写ローラ117間の二次転写部に移動されるタイミングに合わせて、給紙カセット121又は手差しトレイ122から給紙される転写材（用紙）Ｐが、略垂直に形成された搬送パスを通り、レジストローラ123により二次転写部に搬送される。二次転写部に搬送された転写材Ｐに、二次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された二次転写ローラ117により、フルカラーのトナー像が一括して二次転写される。

この際、二次転写の残留トナーは転写クリーニング装置107で掻き落とされ、廃トナーとして搬送・回収される。

フルカラーのトナー像が形成された転写材Ｐは、下流に位置する定着装置に搬送され、定着ローラ118と加圧ローラ119との間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像が加熱、加圧されて転写材Ｐの表面に熱定着された後に、第一の排紙ローラ124によって本体上面の排紙トレイ125上に排出されて、一連の画像形成動作を終了する。

なお画像形成装置にはオプションとして、第一の排紙ローラ124の上方に追加の増設排紙装置126Ｃが内蔵できる構成となっている。

続いて、プロセスカートリッジ周りのエアフロー構成を図１、図２を用いて説明する。

本実施例では、図1に示す各103とプロセスカートリッジとスキャナユニット108の間の空間140を利用し、プロセスカートリッジ103の前方から後方へプロセスカートリッジの長手方向に沿ってエアフローを形成している。

図２はスキャナユニットと、プロセスカートリッジ周りのエアフローの形成に必要なダクトを上面から見た図である。

図２に示すように、スキャナユニットの前方には、吸気ダクト1が備えられており、吸気ダクト1の左端には吸気ファン3が備えられ、画像形成装置本体の左側面に設けられた開口部から吸気するようになっている。上記吸気ダクトにはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各プロセスカートリッジに含まれる現像機の下に、プロセスカートリッジの長手方向の奥側に向けてエアーを吐き出すように開口部が設けられている。一方スキャナユニットの後方には、排気ダクト2が備えられており、排気ダクト2の後端に排気ファン4が備えられ、本体内の熱を後方へと排気するようになっている。排気ダクト2には、吸気ダクトの開口部に対応する位置に、プロセスカートリッジの長手方向の手前側からエアー吸気するように開口部が設けられている。

そしてこれらの吸気ダクトと排気ダクトにより、本体内の熱を前方から後方へ、各プロセスカートリッジの長手方向に沿ってエアーを流すことができる。図３、図４はこれらのスキャナユニットとプロセスカートリッジ周りのダクトを本体に対して斜め前面と斜め背面から見た図である。

次に、図４を用いて排気ダクト2の構成を示す。排気ダクト2は本体内のエアーを吸気する開口部を持つダクト部材2Ａと、ダクト部材2Ａに取り付き、風路を形成するダクト部材2Ｂ、本体のエアーを本体の外部に排気する排気ファン4を備える、ダクト部材2Ｃ、2Ｄとから成る。

図５は、排気ダクト2の断面を上方から見た図である。本実施例の画像形成装置においては、図１に示すとおり、加熱定着器150がブラックのプロセスカートリッジ103Ｋの上方に配置されている。その為、加熱定着器150からの熱の影響を受け、前記複数のプロセスカートリッジ103のうち、ブラックのプロセスカートリッジ103Ｋの昇温が最も大きくなるという検討結果が得られている。その為、前記複数の効率的にプロセスカートリッジを冷却する為にはブラックのプロセスカートリッジ103Ｋの下方を冷却するエアーの風量を増やす必要がある。また、ブラックのプロセスカートリッジで加熱定着器からの熱を排熱していくことで、その他のプロセスカートリッジへの加熱定着器からの熱の影響を押さえる効果も期待できる。

図５に示すとおり、ダクト2はダクト部材2Ｄにおいてファンの上流に最低20ｍｍの空間を空け二股に風路が分岐され、ダクト部材2Ａ内においても、仕切りにより、ブラックのプロセスカートリッジに対応する開口部21Ｙに繋がる風路ａと、その他のイエロー、マゼンタ、シアンのプロセスカートリッジに対応する開口部21Ｙ、21Ｍ、21Ｃに繋がる風路ｂとが分離されている。

ダクトの上流はフィンの回転により渦が出来ており、ファン付近に障害物がある場合には、偏流を起こす可能性が高い。ファンの上流で偏流が起きてしまうと、ファンの抵抗は増加し、効率の低下、騒音の増大を招く。その為、本実施例では、ダクト部材2Dにおいて図５のようにファンの上流に空間を設け、風路を二股に分岐することによりファン上流の変流を防いでいる。

図６は、排気ダクト2を図５のＥ-Ｅ断面で切断した断面図である。一般に、エアフローにおけるファンの風量はダクトの形状、主に断面積に起因するところが大きい。本実施例ではファンの偏流を防ぐ為に、ファンの上流に最低20ｍｍの空間を空け、その後２つの風路に分岐されている。このときのブラックのプロセスカートリッジ103Ｋに対する開口部21Ｋへ繋がる風路ａの断面Ａとその他の複数のプロセスカートリッジに対応する開口部21Ｙ、21Ｍ、21Ｃへ繋がる風路ｂの断面Ｂを図６に示す。断面Ａと断面Ｂの面積は等しく、ここで風路ａでは、その風路をブラックのプロセスカートリッジ103Ｋに対する開口部21Ｋからの吸気に独占できるが、風路ｂでは、その他の複数のプロセスカートリッジからの吸気を共通で行うこととなる。その結果、風路を独占できるブラックの開口部21Ｋからの風量を増やすことができる。また、その他の開口部21Ｙ、21Ｍ、21Ｃにおいては加熱定着器から影響が少ない21Ｙの面積を21Ｎ、21Ｃよりも小さくするとともに、ダクト2Ｄとの繋ぎの開口部の位置をシミュレーションにより、開口部に流れる流量が21Ｍ＜21Ｃとなるような位置に配置している。それにより、各開口部に流れる流量は21Ｙ＜21Ｍ＜21Ｃ＜2１Ｋとなっており、昇温か大きい、プロセスカートリッジを優先的に冷却することができ、プロセスカートリッジ全体を効率的に冷却することが可能となる。

また、本実施例の排気ダクト2の風速を測定した結果、図５における21Ｙ、21Ｍ、21Ｃ、21Ｋに流れるエアーの風速は21Ｙに流れる風速をＹとすると、それぞれ、Ｙm/s 、Ｙ+0.3m/s 、Ｙ+0.6m/s 、Ｙ+1.6m/s とすることが出来た。これは、加熱定着器から最も近いブラックのプロセスカートリッジ103Ｋに対する冷却能力が最も高く、その他のプロセスカートリッジ大しても熱源から近い順に冷却能力が高いことを示している。これにより、従来のエアフロー構成で、プロセスカートリッジ間の温度差が4.7℃であったところを、おおよそ0℃に低減することができる。

本発明が適用された画像形成装置の断面図スキャナユニットとプロセスカートリッジ周りのダクトを上方から見た説明図同上のユニットを斜め前方から見た説明図同上のユニットを斜め背面から見た説明図同上のユニットを斜め背面から見た説明図本発明が適用された排気ダクトの断面図従来のプロセスカートリッジ周りのダクト構成 3時間通紙し、室温を30℃とした場合に換算した値を示す図

符号の説明

100 画像形成装置
103 プロセスカートリッジ
104 感光体ドラム
108 レーザー露光装置
105 トナー補給装置
140 スキャナユニットとプロセスカートリッジの間の空間
150 加熱定着器
Ａ排気ダクト2における風路ａの断面
Ｂ排気ダクト2における風路ｂの断面

Claims

用紙に転写されたトナー画像を熱定着する加熱定着器と、感光体ドラム及び現像器を含み、各色の異なる像を形成可能な複数のプロセスカートリッジを持ち、当該各プロセスカートリッジは装置本体内に並列に配置された画像形成装置において、
プロセスカートリッジを冷却する少なくとも一つ以上の冷却ダクトとファンと持ち、前記冷却ダクトの少なくとも一つがファンの上流部で二股に分岐し、分岐した風路の一方が、加熱定着器に最も近いプロセスカートリッジを冷却し、もう一方の風路は複数の開口部を持ち、その他のプロセスカートリッジを冷却することを特徴とする画像形成装置。
前記画像形成装置は露光装置であるスキャナユニットを持ち、前記プロセスカートリッジと前記スキャナユニットの間を風路として利用し、該プロセスカートリッジの長手方向に沿って、前方から後方へ流れるエアフローを形成する為に、前記プロセスカートリッジの前方と後方に、吸気ダクトと該吸気ダクトを持つことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記冷却ダクトにおいて、二股に分岐した風路のうち、加熱定着器に最も近いプロセスカートリッジ以外のその他のプロセスカートリッジを冷却する風路の複数の開口部は、その位置や面積により、熱源からの距離に応じ、各開口部に流れる流量を調節していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記画像形成装置の最も過熱定着機に近いプロセスカートリッジは、二次転写部にも最も近いことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。