JP2017120404A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
前記画像形成部により記録材に形成された画像を定着するためのニップ部を形成する加熱回転体及び加圧回転体と、
前記ニップ部の入口近傍から吸気口を介して取り込んだエアを排出するダクトと、
前記ダクトの通気経路に設けられ離型剤に起因する微粒子を回収するフィルタと、
前記ダクト内にエアを引き込むためのファンと、を有し、
前記吸気口と前記加熱回転体の間隔をd(mm)、前記フィルタの面積をFs(cm2)、前記フィルタにおけるエアの通過風速をFv(cm/s)としたとき、以下を満足することを特徴とするものである。
(1)画像形成装置の全体構成
本実施例の特徴部分を説明する前に、画像形成装置の全体構成について説明する。図4は画像形成装置の構成を示す図である。図12は制御回路と各構成の関係を示すブロック図である。プリンタ1は、電子写真プロセスを用いる画像形成部で画像を形成し、この画像を転写部にてシートに転写し、画像が転写されたシートを定着部で加熱することでシートPに画像を定着させる装置である。本実施例の説明で用いるプリンタ1は、電子写真プロセスを用いた4色フルカラーのマルチファンクションプリンタ(カラー画像形成装置)である。なお、プリンタ1は、モノクロのマルチファンクションプリンタやシングルファンクションプリンタであってもよい。以下、図を用いて詳細に説明する。
プリンタ1が画像形成動作を行う場合、制御回路Aは次のような制御を行う。制御回路Aは、画像形成タイミングに合わせて第1から第4のステーション5Y、5M、5C、5Kのドラム6を図中時計方向に所定の速度で回転駆動させる。制御回路Aは、ドラム6の回転速度に応じた速度且つドラム6の回転方向に対して順回転する方向にベルト10cが回転するように駆動ローラ10aの駆動を制御する。また、制御回路Aはレーザースキャナユニット8や帯電ローラ(不図示)を作動させる。
次に定着装置103と、定着装置103の近傍で発生するダストDについて説明する。
図5(a)は定着ユニットの断面を示す図である。図5(b)はベルトユニットを分解した様子を示す図である。本実施例における定着装置103は、ヒータ101aによって加熱された小径の定着ベルト105(以後ベルトと呼ぶ)を用いてトナー画像をシートPに定着させる低熱容量な定着装置である。定着装置103は、加熱回転体としてのベルト105を備えた定着ベルトユニット101(定着ユニットと呼ぶ)と、加圧回転体としての加圧ローラ102と、加熱部としての面状のヒータ101aと、筐体100とを備えている。図5の(a)に示すように筐体100にはシート入口400とシート出口500が設けられており、定着ユニット101と加圧ローラ102の間のニップ部101bにシートPが通過させることができる。本実施例では、シート入口400がシート出口500よりも重力方向下方に配置されているため、シートPが重力方向下方から上方に向けて搬送される。この構成を縦パス構成と称する。
定着ユニット101は、後述する加圧ローラ102に当接して加圧ローラ102との間にニップ部101bを形成し、ニップ部101bにおいてトナー画像をシートPに定着させる定着ユニットである。定着ユニット101は、図5(a)・図5(b)に示すように、複数の部材で構成された組み立て体である。
図6(a)は定着ユニットのニップ部近傍まで搬送されたシートを示す図である。図6(b)はベルトの層構成を示す図である。図6(c)は加圧ローラ102の層構成を示す図である。
図6の(c)は加圧ローラ102の層構成を示す図である。加圧ローラ102は、ベルト105の外周面に当接してベルト105との間にニップを形成するニップ形成部材である。本実施例の加圧ローラ102は、複数の層によって構成されたローラ部材である。詳細に述べると、加圧ローラ102は、金属(アルミや鉄)の芯金102aと、シリコンゴム等で形成された弾性層102b、弾性層102bを被覆する離型層102cを有している。離型層102cはPFA等のフッ素系樹脂を材料するチューブであり弾性層102b上に接着されている。
上述した構成を用いて定着装置103は画像形成処理中に定着処理を行う。定着処理を行う際、制御回路Aは駆動モータ(不図示)を制御して、加圧ローラ102を回転方向R102(図1(a))に所定の速度で回転駆動させ、ベルト105を従動回転させる。
次に、トナーSに含有された離型剤(以下、ワックスと称する)に起因する超微粒子(以下、ダストDと称する)の発生と、ダストDの性質について説明する。
上述したように定着装置103は、シートPに高温のベルト105を接触させることでシートにトナー画像を定着させている。このような構成を用いて定着処理を行う場合、定着処理時に一部のトナーSがベルトに転移(付着)してしまうことがある。これをオフセット現象と呼ぶ。オフセット現象は画像不良の原因となるためこれを解決することが望ましい。
本願発明者等の検討によれば、上述したダストDの多くは定着装置103のシートのシート入口(図1)の近傍に存在することが分かった。また、ダストDは、気温が高い状況では大粒径化して近傍部材に付着しやすくなることが分かった。以下、詳細に説明する。
ワックスに起因するダストの性質として、高温下で大粒径化する性質と、大粒径化したダストDが周辺の固形物に付着する性質が挙げられる。図8(a)はダストの合体現象を説明するための図である。図8(b)はダストの付着現象を説明する模式図である。
次に、ダストDの発生箇所について、図10と図11に基づいて説明する。図10(a)は定着処理の進行に伴い拡大する定着ベルト上のワックス付着領域の様子を示す図である。図10(b)は、ワックスの付着領域とダストDの発生領域の関係を示す図である。図11は定着ベルトの周辺の気流の流れを説明する図である。
次にダストDの発生量と温度の関係について検証すべく試験を行った。図9(a)は、試験1における画像形成処理の経過時間とダストD発生量の関係を説明するグラフである。
以上で述べたダストDの性質を踏まえて、ダストDの回収方法を説明する。初めにダストDを濾過するフィルタユニット50の構成と動作を説明し、次にフィルタユニット50近辺からのダストDの流出を抑制するエアフロー構成を説明する。最後にエアフローの動作シーケンスを説明する。
フィルタユニット50は、図1(a)に示すように、シートPの搬送方向において定着ユニット101と、転写ユニット10の間に位置している。あるいは、シートPの搬送方向において定着装置103のニップ部101bと、転写手段の転写部12aの間に位置している。
フィルタ51は、吸気口52aを通過するエアからダストDを濾過(回収、除去)するための濾過部材である。ワックスに起因するダストDを回収する場合、フィルタ51は、静電不織布フィルタであることが望ましい。静電不織布フィルタとは静電気を保持した繊維を不織布状に形成したもので、ダストDを高効率で濾過することができる。
フィルタ51は、図2(a)と図2(b)に示すように、シート搬送方向と直交する方向(回転体であるベルト105の回転軸方向)を長手とする細長い形状をしている。図2(b)のシートP上に斜線で示した領域は、所定の幅サイズのシートPを使用した場合の画像形成が可能な領域Wp−max(前述の長さ範囲Bに相当)である。なお、実際には図2(b)で見えているシートPの裏面側に画像が形成される。図2(b)に示すように、領域Wp−maxはシートPの幅サイズ以下の領域である。この領域においてシートP上にトナー画像が形成され、この領域において、ベルト105にワックスが付着し、この領域においてダストDが発生する。
フィルタ51の面積と位置は、フィルタ51によるダストの低減量を決める重要パラメータである。ダストを多く低減したいときは、フィルタ51をダスト発生箇所であるベルト105に近接させてダストをより効果的に吸引するとともに、フィルタ51の面積Fs(cm2)をより大きくすれば良い。図24(a)に示すようにフィルタのエア通過風速Fvが小さくなればなるほど、フィルタ通気抵抗は下がり、ダスト濾過率は上昇する。通過風速Fvが小さくなれば、エアに含まれるダストの移動速度も下がるため、ダストはフィルタを構成する静電不織布の繊維にキャッチされやすくなる為である。また図24(b)に示すように、通過風速Fvはフィルタの面積Fs(cm2)と反比例の関係にある。すなわち、フィルタ面積Fsが大きくなれば通過風速Fvが下がり、フィルタ通気抵抗も下がる。フィルタ通気抵抗が下がれば、同じファンを用いた時にフィルタに吸引されるエアの風量Q(L/min)が増加して、より多くのダストをフィルタ51に引き込むことができる。さらに通過風速Fvの低下とともにフィルタ51のダスト濾過率が上昇する。つまりプリンタ1から発生するダストは、フィルタ面積Fsを大きくすればするほど低減できるわけである。以下、フィルタの面積と位置、フィルタによるダスト低減量の関係をより詳細に解説し、フィルタの面積と位置を決める数式を導出する。
図17(a)と図17(b)より、吸引風量Qが上昇すれば、ダスト低減率αも上昇することがわかる。これは、吸引風量Qの上昇に伴い、ベルト105から発生したダストDがフィルタ51により多く引き込まれる為である。
α≧50%:1.25×d(mm)−8.67≦Q(L/min)
α≧60%:2.89×d(mm)−22.9≦Q(L/min)
α≧50%:1.25×d(mm)−8.67≦Q(L/min)≦200
α≧60%:2.89×d(mm)−22.9≦Q(L/min)≦200
Q(L/min)=Fs(cm2)×Fv(cm/s)÷1000×60
Fs(cm2)=Q(L/min)÷Fv(cm/s)×1000÷60
α≧50%:
α≧50%:
上述したように、フィルタ51をベルト105の近傍に配置した場合、フィルタ51と搬送されるシートPとの距離も近くなる。そのためシートPの搬送が乱れた場合にフィルタ51の吸気面51aとシートPが接触する虞がある。フィルタ51とシートPが接触すると、シートP上のトナー画像が乱れる虞がある。また、シートPによってフィルタ51が傷つき、ダストDの回収効率が低下する虞がある。
次にプリンタ内のエアフローについて説明する。ダストDを効率良く回収する場合、プリンタ内のエアフロー、特に定着装置103の周辺のエアフローについて適切に制御することが望ましい。以下、定着装置103の周辺のエアフローに関わる構成について詳細に説明する。
上述したように、第一ファン61の風量が多いとエアを多く吸引できる一方で、シート入口400の近傍のエアの温度を低下させやすい。すなわち、第一ファン61の風量が多いとダストを多く回収できる一方で多くのダストDを発生させやすい。そのため、フィルタユニット50によってダストDを効率よく低減させるには、第一ファン61の風量を適切に保つことが望ましい。以後、第一ファン61による吸気によってダストDが回収されることをダスト回収作用と呼び、第一ファン61の吸気によって、ダストの発生量が増加することをダスト増大作用と呼ぶ。
水分を含むシートPが定着装置103で加熱されると、シートPからは水蒸気が発生する。この水蒸気によって、空間Cは湿度が高い状態になる。空間Cは、シート搬送方向において定着装置103よりも下流側で且つ排出ローラ14よりも上流側の空間領域である。空間Cの湿度が高いと結露が発生し易いため、ガイド部材15上には水滴が付着しやすい。搬送されてきたシートPにガイド部材15上の水滴が付着すると画像不良の発生を招く。
また、上述したエアフローの調整を行っても少なからずダストDが第三ファン63に引き込まれるため、ダストDの発生量が多い画像形成処理の開始初期(図9(b)参照)では第三ファン63の動作を抑えてダストDの排出を抑制している。そして、画像形成処理が進行してダストDの発生が少なくなった時点で第三ファン63を作動させ、空間Cの水蒸気と熱気を機外に排出している。
上述したように、ダストDはシート入口400の近傍において発生し易い。しかしながら、一部のダストDはシート出口500の近傍で発生する場合がある。また、定着装置103の近傍に存在する一部のダストDは、シートPの搬送に伴って定着装置103よりもシート搬送方向の下流側の空間Cに運ばれる場合がある。あるいは、シート入口400近傍で発生したダストDの一部が熱対流によって空間Cへと運ばれる場合がある。
に引き込まれてしまう。そこで本実施例では、第二ファンの風量を“100”に維持して、
第三ファン63の風量が、第一ファン61の風量と第二ファン62の風量の和を下回るようにしている。換言すると、第一ファン61による送風と第三ファン63による送風が並行して行われる場合、第二ファンは、第三ファンの風量と第一ファンの風量の差の風量よりも多い風量で送風を行う。
次に、実施例2について説明する。図21は実施例2におけるフィルタユニットの配置と輻射熱Eの関係を示す図である。図22は変形例1におけるフィルタユニットの配置と輻射熱Eの関係を示す図である。図23は変形例2におけるフィルタユニットの配置と輻射熱Eの関係を示す図である。
以上、本発明について実施例を用いて説明したが、本発明は実施例に記載の構成に限られるものではない。実施例で例示した寸法等の数値は一例であって、本発明の効果が得られる範囲においては適宜設定してよい。また、本発明の効果が得られる範囲において実施例に記載の一部構成を同様の機能を有する他の構成に置き換えてもよい。
15 ガイド部材
50 フィルタユニット
51 フィルタ
52 ダクト
52a 吸気口
61 第一ファン
62 第二ファン
63 第三ファン
101 定着ベルトユニット
101a ヒータ
101b ニップ部
102 加圧ローラ
103 定着装置
105 定着ベルト
400 シート入口
500 シート出口
TH サーミスタ
A 制御回路
Wp−max 最大画像幅
P シート
S トナー
α ダスト低減率
d ベルトとフィルタ間の距離
Fs フィルタ面積
Claims (10)
- 前記d(mm)は5以上100以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- 前記Fv(cm/s)は5以上30以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記フィルタの通気抵抗(Pa)は50以上130以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記フィルタは前記吸気口に設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記フィルタは、その短手方向の中央部が前記ダクトの内側に向けて突出した曲面形状を為していることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
- 前記フィルタの幅は、前記画像形成装置に使用可能な最小幅の記録材の幅以上であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記フィルタは静電不織布であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記吸気口は、記録材の搬送方向において、前記画像形成部により記録材に画像を形成する位置から、前記ニップ部に至るまでの範囲内に位置することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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