JP2019109285A - 画像加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】非通紙領域における温度上昇と温度ムラを抑制できる画像加熱装置を提供することである。【解決手段】トナー像tを担持した記録材Pを挟持搬送してトナー像を加熱するニップ部Nを形成する加熱部材101および加圧部材106と、ニップ部の長手方向において、装置に使用可能な記録材のうち最大幅サイズの記録材よりも幅狭の記録材が通過しない非通過領域となる、加熱部材と加圧部材の少なくとも一方の非通過領域に送風する送風部50であって、送風するためのファン51と、ファンの風を非通過領域へ誘導するための開口部53と、開口部の開口位置を調整する調整機構62と、を備える送風部50と、を有し、送風部50は非通過領域の幅方向に風量分布をもっており、風量ピーク位置を変化可能である。【選択図】図1
Description
本発明は、電子写真方式などの複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの機能を複数備えた複合機等の画像形成装置に搭載する定着装置として用いれば好適な画像加熱装置に関するものである。
画像形成装置に用いられる加熱定着装置においては、記録材(以下、用紙と記す)の非通過部昇温(以下、非通紙部昇温と記す)という課題がある。ここで、装置に使用可能な最大幅サイズの用紙を最大サイズ用紙と記す。また、最大サイズ用紙よりも幅狭な用紙を小サイズ用紙と記す。
定着装置に小サイズ用紙を連続的に通紙した場合に、装置において用紙が通過する通紙領域では加熱体からの熱が用紙に付与されるが、用紙が通過しない非通紙領域では、加熱体からの熱が加熱部材及び加圧部材等の定着装置を構成する部材に蓄積する。そのために、非通紙部昇温が発生する。
非通紙部昇温の抑制方法としては、冷却ファン等の冷却手段を設けて加熱部材の非通紙部昇温部分を直接冷却する方法がある(特許文献1)。この方法は、発熱体や加熱部材の非通紙領域に温度検知素子を配置し、非通紙領域の検知温度に応じた風量の冷却風を非通紙領域に積極的に当てることで、非通紙部昇温を抑制することが可能となる。また、この方法は、用紙の幅に応じて冷却領域を変える制御を行うことで用紙の異なる幅にも対応することが可能である。
上記の非通紙部昇温の抑制方法においては、非通紙領域の全体的な温度を抑制することが可能である。しかしながら、加熱部材や加圧部材等の定着部材の長手方向における温度分布を十分に均一化することが困難であった。
本発明の目的は、記録材の非通過領域における温度上昇と温度ムラを抑制できる画像加熱装置を提供することである。
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、トナー像を担持した記録材を挟持搬送してトナー像を加熱するニップ部を形成する加熱部材および加圧部材と、前記ニップ部の長手方向において、装置に使用可能な記録材のうち最大幅サイズの記録材よりも幅狭の記録材が通過しない非通過領域となる、前記加熱部材と前記加圧部材の少なくとも一方の非通過領域に送風する送風部であって、送風するためのファンと、前記ファンの風を前記非通過領域へ誘導するための開口部と、前記開口部の開口位置を調整する調整機構と、を備える送風部と、を有し、送風部は前記非通過領域の幅方向に風量分布をもっており、風量ピーク位置を変化可能であることを特徴とする。
本発明によれば、記録材の非通紙領域における温度上昇と温度ムラを抑制することができる。
《実施例1》
(1)画像形成装置例
図2は本実施例における画像形成装置20の概略構成を示す模式図であり、電子写真式のレーザープリンタである。この画像形成装置20はプリントサーバ等の外部装置30から制御回路部(CPU:以下、制御部と記す)44に入力する画像情報(プリント指令)に基づいて装置本体21の内部の画像形成部22が画像形成動作(プリント動作)する。そして、記録媒体としてのシート状の記録材(以下、用紙と記す)Pにトナー像を形成して画像形成物としてプリントアウトする。制御部44は画像形成装置20を統括的に制御する。
(1)画像形成装置例
図2は本実施例における画像形成装置20の概略構成を示す模式図であり、電子写真式のレーザープリンタである。この画像形成装置20はプリントサーバ等の外部装置30から制御回路部(CPU:以下、制御部と記す)44に入力する画像情報(プリント指令)に基づいて装置本体21の内部の画像形成部22が画像形成動作(プリント動作)する。そして、記録媒体としてのシート状の記録材(以下、用紙と記す)Pにトナー像を形成して画像形成物としてプリントアウトする。制御部44は画像形成装置20を統括的に制御する。
用紙Pにトナー像を形成する画像形成部22は、像担持体としての矢印の時計方向に所定の周速度(プロセススピード)で回転駆動される感光体ドラム(以下、ドラムと記す)1を有する。また、画像形成部22はこのドラム1に作用する電子写真プロセス機器としての、帯電ローラ2、レーザースキャナユニット3、現像器4、転写ローラ9、クリーニング装置11を有する。以上の画像形成部22の電子写真プロセスや動作は周知であるから詳細な説明は割愛する。
用紙Pは給送ローラ6が所定の制御タイミングにて駆動されてカセット5から1枚分離給送され、レジストローラ7により所定の制御タイミングにてドラム1と転写ローラ9で形成される転写ニップ部Tに導入され、ドラム1からトナー像の転写を受ける。転写ニップ部Tを出た用紙Pはドラム面から分離されて画像加熱装置としての定着装置(定着部)10に導入され、用紙P上のトナー像が固着像として熱圧定着される。定着装置10を出た用紙Pは搬送路12を通って画像形成物として排出ローラ対13によってトレー14上に送り出される。
(2)定着装置
図3は定着装置10の要部の横断面模式図と制御系統のブロック図である。図4は定着装置10の要部の長手方向の構成模式図である。この定着装置10は、基本的には、特開平4−44075〜44083号公報等に開示されるフィルム(ベルト)加熱方式、加圧用回転体駆動方式(テンションレスタイプ)の画像加熱装置である。
図3は定着装置10の要部の横断面模式図と制御系統のブロック図である。図4は定着装置10の要部の長手方向の構成模式図である。この定着装置10は、基本的には、特開平4−44075〜44083号公報等に開示されるフィルム(ベルト)加熱方式、加圧用回転体駆動方式(テンションレスタイプ)の画像加熱装置である。
この定着装置10は、大別して、加熱部材(加熱用回転体)としての筒状の加熱フィルム101を備えた加熱ユニット100、加圧部材(加圧用回転体)としての加圧ローラ106、送風部50、これらを組み付けた装置フレーム70、を有する。
加熱ユニット100は、加熱フィルム101、加熱体としてのヒータ102、フィルムガイド部材103、補強ステー104、一端側(手前側)と他端側(奥側)の端末部材(フランジ部材)105L・105Rなどによるアセンブリである。
一対の回転体としての加熱フィルム(定着フィルム:以下、フィルムと記す)101と加圧ローラ106の協働によりニップ部(定着ニップ部)Nが形成される。ニップ部Nは画像形成部22側から導入される未定着トナー像tを担持している用紙Pを挟持搬送してトナー像tを熱と圧力で固着像として定着する部分である。フィルム101はニップ部Nにおいてトナー像tを担持する用紙Pと接触しつつ回転する。
(フィルム)
フィルム101は、例えば、筒状(エンドレスベルト状、スリーブ状)の耐熱フィルムや金属からなる基層を主体とし、その外周面に弾性層、更には離型層を設けた、全体的に可撓性を有する肉薄の伝熱部材である。フィルム101は自由状態においては自身の弾性によりほぼ円筒形状を呈する。
フィルム101は、例えば、筒状(エンドレスベルト状、スリーブ状)の耐熱フィルムや金属からなる基層を主体とし、その外周面に弾性層、更には離型層を設けた、全体的に可撓性を有する肉薄の伝熱部材である。フィルム101は自由状態においては自身の弾性によりほぼ円筒形状を呈する。
本実施例におけるフィルム101は、厚み30μmの円筒状に形成したSUS製の基層上に、厚み約300μmのシリコーンゴム層(弾性層)を形成し、更に厚み30μmのPFA樹脂チューブ(最表面層)を被覆してなる。このような構成で作成したフィルム101の熱容量を測定したところ、12.2×10-2J/cm2・℃(熱フィルム1cm2あたりの熱容量)であった。
フィルム101の基層にはポリイミドなどの樹脂を用いることも出来るが、ポリイミドよりもSUSやニッケルといった金属の方が、熱伝導率がおよそ10倍と大きく、より高いオンデマンド性を得ることができる。本実施例においては、フィルム101の基層には金属であるSUSを用いた。
フィルム101の弾性層には、比較的熱伝導率の高いゴム層を用いている。これはより高いオンデマンド性を得る為である。本実施例で用いた材質は比熱が約12.2×10-1J/g・℃である。
フィルム101の表面には、フッ素樹脂層を設けることで、表面の離型性を向上し、フィルム表面にトナーが一旦付着し、再度、用紙Pに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。フィルム101の最表面のフッ素樹脂層として15μmのフッ素樹脂コーティングを被覆している。
一般に、フィルム101の熱容量が大きくなると、温度立ち上がりが鈍くなり、オンデマンド性が損なわれる。たとえば、定着装置の構成にも拠るが、スタンバイ温調無しで、1分以内での立ち上がりを想定した場合、フィルム101の熱容量は約4.2J/cm2・℃以下である必要があることが分かっている。
本実施例においては、室温状態からの立ち上げの際に、ヒータ102に約1000Wの電力を供給して、フィルム101が190℃に20秒以内に立ち上がる様に設計してある。シリコーンゴム層には、比熱が約12.2×10-1J/g・℃の材質を用いており、このとき、シリコーンゴムの厚みは500μm以下でなければならなく、フィルム101の熱容量は約18.9×10-2J/cm2・℃以下である必要がある。
本実施例においては、高画質な画像を得るために必要なシリコーンゴムの厚みは200μm以上であった。この際の熱容量は8.8×10-2J/cm2・℃であった。
つまり、本実施例と同様の定着装置の構成における、フィルム101の熱容量は4.2J/cm2・℃以下が一般的に対象となる。この中で、よりオンデマンド性と高画質の両立を図ることができる、熱容量8.8×10-2J/cm2・℃以上18.9×10-2J/cm2・℃以下のフィルムを用いることとした。
(ヒータ)
本実施例において、熱源としてのヒータ102には、通電により急峻に昇温する所定熱容量で細長で薄い板状のセラミックヒータを用いている。このヒータ102は、アルミナや窒化アルミ等の良熱伝性・電気絶縁性のセラミックからなる細長で薄い板状のヒータ基板と、この基板面に長手に沿って具備させたAgPd合金、NiSn合金、RuO2等を主成分とする抵抗発熱体層と、を基本構成としている。
本実施例において、熱源としてのヒータ102には、通電により急峻に昇温する所定熱容量で細長で薄い板状のセラミックヒータを用いている。このヒータ102は、アルミナや窒化アルミ等の良熱伝性・電気絶縁性のセラミックからなる細長で薄い板状のヒータ基板と、この基板面に長手に沿って具備させたAgPd合金、NiSn合金、RuO2等を主成分とする抵抗発熱体層と、を基本構成としている。
(フィルムガイド部材)
フィルムガイド部材(以下、ガイドと記す)103はヒータ102を保持するとともにフィルム101の回転をガイドする役割を果たす、フィルム101の長手方向(幅方向)に沿って長い耐熱性・剛性を有する部材である。本実施例においては、断面略半円弧状樋型の液晶ポリマー樹脂成形品である。液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト7755(商品名)を使用した。ゼナイト7755の最大使用可能温度は、約270℃である。ヒータ102はこのガイド103の外面のガイド長手に沿って形成された細長溝部(座面)に嵌め込まれて保持されている。
フィルムガイド部材(以下、ガイドと記す)103はヒータ102を保持するとともにフィルム101の回転をガイドする役割を果たす、フィルム101の長手方向(幅方向)に沿って長い耐熱性・剛性を有する部材である。本実施例においては、断面略半円弧状樋型の液晶ポリマー樹脂成形品である。液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト7755(商品名)を使用した。ゼナイト7755の最大使用可能温度は、約270℃である。ヒータ102はこのガイド103の外面のガイド長手に沿って形成された細長溝部(座面)に嵌め込まれて保持されている。
(補強ステー)
補強ステー(以下、ステーと記す)104はガイド103を補強する、フィルム101の長手方向に沿って長い剛性部材であり、高い圧力を掛けられても撓みにくい材質であることが望ましい。本実施例においては横断面逆Uの字型のSUS304の型材を用いている。ステー104はガイド103の内側(ヒータ101側とは反対側)に配設されてガイド103を支持する。
補強ステー(以下、ステーと記す)104はガイド103を補強する、フィルム101の長手方向に沿って長い剛性部材であり、高い圧力を掛けられても撓みにくい材質であることが望ましい。本実施例においては横断面逆Uの字型のSUS304の型材を用いている。ステー104はガイド103の内側(ヒータ101側とは反対側)に配設されてガイド103を支持する。
(端末部材)
フィルム101は、上記のヒータ102、ガイド103、ステー104の組立体に対してルーズに外嵌(外挿)されている。ガイド103とステー104の一端側と他端側の端部はそれぞれフィルム101の一端側と他端側の開口部から外側に所定に突出している。その両突出部に対してそれぞれ一端側と他端側の端末部材105L・105Rが嵌着されている。
フィルム101は、上記のヒータ102、ガイド103、ステー104の組立体に対してルーズに外嵌(外挿)されている。ガイド103とステー104の一端側と他端側の端部はそれぞれフィルム101の一端側と他端側の開口部から外側に所定に突出している。その両突出部に対してそれぞれ一端側と他端側の端末部材105L・105Rが嵌着されている。
端末部材105L・105Rは加熱ユニット100におけるフィルム101の長手方向移動および周方向の形状を規制する規制部材である。フィルム101は一端側と他端側の端末部材105L・105Rの対向するフランジ部105a間に位置している。端末部材105L・105Rはそれぞれ被押圧部(加圧受部)105bを有する。
(加圧ローラ)
加圧ローラ106は、ステンレス製の芯金106aに、厚み約4mmのシリコーンゴム層106bを形成し、その上に厚み約50μmのPFA樹脂チューブ106cを被覆してなる。加圧ローラ106は、装置フレーム70の一端側と他端側の側板70L・70R間において、芯金106aの一端側と他端側がそれぞれ軸受71を介して回転可能に支持されている。
加圧ローラ106は、ステンレス製の芯金106aに、厚み約4mmのシリコーンゴム層106bを形成し、その上に厚み約50μmのPFA樹脂チューブ106cを被覆してなる。加圧ローラ106は、装置フレーム70の一端側と他端側の側板70L・70R間において、芯金106aの一端側と他端側がそれぞれ軸受71を介して回転可能に支持されている。
加熱ユニット100は、側板70L・70R間において、加圧ローラ106に対してヒータ102の側を対向させて、加圧ローラ106に実質平行に配列されている。加熱ユニット100における端末部材105L・105Rはそれぞれの被押圧部105bが側板70L・70Rに対称に形成されたガイドスリット72に対して加圧ローラ106の方向へスライド移動可能に係合されている。
端末部材105L・105Rは、それぞれ、被押圧部105bにおいて加圧機構の加圧ばね107により加圧ローラ106に向かう方向へ所定の加圧力F(本例においては片側98N(10kgf)、総圧196N(20kgf))の加圧力Fを受ける。その加圧力Fにより、加熱ユニット100の端末部材105L・105R、ステー104、ガイド103、ヒータ102の全体が加圧ローラ106の方向に加圧される。
そのため、ガイド103とヒータ102はフィルム101を介して加圧ローラ106に対して弾性層106bの弾性に抗して所定の加圧力で押圧されて、フィルム101と加圧ローラ106との間に用紙搬送方向aに関して所定幅のニップ部Nが形成される。
本実施例においては、ヒータ102がフィルム101の内面に摺接するように配置され、加圧ローラ106とフィルム101を挟んでニップ部Nを形成する摺動部材(ニップ形成部材)として機能している。もしくは、ヒータ102と、ヒータ102を保持しているガイド103の少なくとも一部とがフィルム101の内面に摺接するように配置され、加圧ローラ106とフィルム101を挟んでニップ部Nを形成する摺動部材として機能している。
(定着動作)
加圧ローラ106の芯金106aの他端側には同心一体に加圧ローラギアGが配設されている。このギアGに対して制御部44で制御されるモータ(駆動原)M1から駆動伝達機構(不図示)を介して回転駆動力が入力する。これにより、加圧ローラ106が駆動回転体として図3において矢印R106の反時計方向に所定速度で回転駆動される。
加圧ローラ106の芯金106aの他端側には同心一体に加圧ローラギアGが配設されている。このギアGに対して制御部44で制御されるモータ(駆動原)M1から駆動伝達機構(不図示)を介して回転駆動力が入力する。これにより、加圧ローラ106が駆動回転体として図3において矢印R106の反時計方向に所定速度で回転駆動される。
加圧ローラ106が回転駆動されることで、ニップ部Nにおいてフィルム101に加圧ローラ106との摩擦力で回転トルクが作用する。フィルム101は加圧ローラ106の回転に従動して回転する。
そして、フィルム101は内面がニップ部Nにおいてヒータ102に密着して摺動(摺接)しながらヒータ102・ガイド103・ステー104の外回りを図3において矢印R101の時計方向に回転する。フィルム101の回転速度(周速度)は加圧ローラ106の回転速度(周速度)とほぼ対応している。フィルム101内面にはグリスが塗布され、ヒータ102及びガイド103とフィルム101の内面との摺動性を確保している。
また、制御部44は給電部46からヒータ102に対する通電を開始する。給電部46からヒータ102への給電経路は図には省略したけれども、給電部46とヒータ102とを電気的に接続させた配線とコネクタを介してなされる。この通電によりヒータ102が急速に昇温し、ヒータ102の温度がヒータ102に接触に配置された温度検知手段としてのサーミスタTHで検知される。
サーミスタTHは、その出力がそれぞれA/Dコンバータ45を介して制御部44に接続されており、制御部44は、サーミスタTHの出力をもとに、ヒータ102の温調制御内容を決定し、ヒータ駆動回路部46によってヒータ102への通電を制御する。即ち、制御部44はサーミスタTHで検知されるヒータ温度に基づいてヒータ温度が所定の目標設定温度(定着可能温度)に昇温して温調されるようにヒータ102への供給電力を制御する。
上記の定着装置状態において、画像形成部22から未定着トナー像tが形成された用紙Pが定着装置10に導入され、ニップ部Nで挟持搬送される。用紙Pはニップ部Nを挟持搬送される過程でヒータ102の熱がフィルム101を介して付与される。これにより、未定着トナー像tが用紙P上に加熱・加圧されて溶融定着される。
ここで、本実施例の画像形成装置Aにおいて、用紙Pの装置内搬送は所謂中央基準搬送でなされる。この用紙搬送は、装置に使用可能(通紙可能)な大小どのような幅の用紙であっても、用紙幅方向の中央線を用紙搬送路の幅方向中央に合わせて通紙する形態のことである。定着装置10においては、用紙Pの幅方向の中央がフィルム101の長手方向の中央部を通る。図4において、Aはその中央基準搬送の用紙搬送基準を表す基準線(仮想線)である。
また、図4において、W1は画像形成装置20で使用可能(画像形成可能)な最大幅サイズの用紙の通紙幅(最大通紙幅)における通紙位置(通紙部)を示している。本実施例において、この最大通紙幅W1は297mm(A4横送り、A3縦送り)である。ヒータ102における長手方向の発熱抵抗層の幅B(有効発熱領域幅)は、この最大通紙幅W1より少し大きくしてある。
W2とW3は、それぞれ、最大幅用紙よりも幅狭用紙の通紙幅における通紙位置を示している。図4においては、W2は257mm(B4縦送り)であり、通紙幅W3は210mm(LTR縦送り、LGL縦送り)である。
また、a2はB4縦の用紙を通紙した時に生じる、該用紙が通過しない非通紙領域(非通紙部:非通過領域)であり、最大通紙幅W1と通紙幅W2の差幅部((W1−W2)/2)である。a3はLGL縦の用紙を通紙した時に生じる、該用紙が通過しない非通紙領域であり、最大通紙幅W1と通紙幅W3の差幅部((W1−W3)/2)である。本実施例においては、用紙搬送が中央基準であるから、非通紙領域は、通紙幅W2及びW3の一端側と他端側の両端部側に生じる。この非通紙領域の幅は、通紙使用される用紙の幅により種々異なる。
(送風部)
送風部50は、幅狭用紙を連続通紙した際に生じるフィルム101の非通紙領域の温度上昇を、送風により冷却する送風冷却機構部である。送風部50の送風による非通紙領域の冷却は加圧ローラ106に対して行うこともできる。即ち、送風部50は、加熱部材であるフィルム101と加圧部材である加圧ローラ106の少なくとも一方の非通紙領域に送風する。
送風部50は、幅狭用紙を連続通紙した際に生じるフィルム101の非通紙領域の温度上昇を、送風により冷却する送風冷却機構部である。送風部50の送風による非通紙領域の冷却は加圧ローラ106に対して行うこともできる。即ち、送風部50は、加熱部材であるフィルム101と加圧部材である加圧ローラ106の少なくとも一方の非通紙領域に送風する。
図3と図4を参照して、送風部50は、送風部材である冷却ファン(以下、ファンと記す)51を有する。また、このファン51の風を誘導するダクト52と、このダクト52の定着装置に対向する部分に配置された送風口(開口部)53を有する。本実施例において、送風口53はファンの風をフィルム101の非通紙領域へ誘導するための開口部である。また、送風部50は送風口53の開口位置を調整する調整機構62を有する。
調整機構62は、送風口53の幅方向において送風口53の開口幅を変更する位置に移動される遮蔽板54・55と、この遮蔽板を移動させる移動機構56と、移動機構56の動作を制御す制御部44と、を有する。
以下、上記の送風部50についてより具体的に説明する。調整機構62は、送風口53を開閉し、開口量を通紙される用紙Pの幅に適した幅に調整する遮蔽板としての内側シャッタ(第1の遮蔽板)54と外側シャッタ(第2の遮蔽板)55を有する。また、この内側シャッタ54と外側シャッタ55を駆動(移動)するシャッタ駆動部(移動機構)56を有する。以下、遮蔽板をシャッタと記す。
本実施例の装置において用紙の搬送は中央基準搬送であるので、ファン51の風をフィルム101の非通紙領域へ誘導するための開口部である送風口53は中央基準搬送の基準線Aに対して対称的に2つ配置されている。そして、その2つの各送風口53に対して調整機構62が配設されている。即ち、2つの各送風口53に対して、それぞれ、ファン51、ダクト52、内側シャッタ54と外側シャッタ55が、フィルム101の長手方向の両端部に対向するように基準線Aに対して線対称に配置されている。
ファン51は、軸流ファンを用いても良いし、シロッコファンなどの遠心ファンを用いてもよい。ファン51は制御部44で制御されるファン駆動回路部47により駆動電圧を調整することにより送風量(冷却ファンの回転数)を可変にすることができる。本実施例におけるファン51は、外径寸法は80mm×80mm×25mmであり、使用電圧範囲はDC12V〜24Vである軸流ファンを用いている。
基準線Aに対して線対称に配設されている一端側と他端側の内側シャッタ54と外側シャッタ55は、送風口53を形成した、一端側と他端側の方向に伸びている支持板57の板面に沿って一端側と他端側の方向にスライド移動可能に支持させてある。内側シャッタ54は支持板57の一方面側に、外側シャッタ55は支持板57の他方面側に配置されている。そして、内側シャッタ54と外シャッタ55は送風口53の幅方向の一方側(支持板57の中央側)と他方側(支持板57の端部側)とに配設されている。
一端側と他端側の内側シャッタ54と外側シャッタ55はそれぞれラック歯58とラック歯59とピニオンギア60、ピニオンギア61を制御部44で制御されるモータM2で正転または逆転駆動する。これにより、基準線Aに対して線対称の一端側と他端側のシャッタを連動してそれぞれに対応する送風口53に対して対称の関係で開閉動作するようにしてある。
上記の支持板57、ラック歯58・59、ピニオンギア60・61、およびモータM2により、送風口53の幅方向において送風口53の開口幅を変更する位置に内側と外側のシャッタ54・55を移動させるシャッタ駆動部(移動機構)56が構成されている。制御部444はこのシャッタ駆動部56の動作を制御する。
装置に使用される用紙Pのサイズ情報(幅サイズ情報)については、外部装置30や操作部23(図2)から制御部44に入力される。或いは、例えばカセット5のサイズ規制板(不図示)による幅サイズ検知や搬送部に配設した紙幅検知センサ(不図示)などの紙幅検知手段(自動検出部)24(図2)から制御部44に入力される。即ち、ユーザーによって入力された使用する用紙Pサイズについての情報や、カセット7の用紙の幅の自動検出部24で検出された情報に基づいて使用される用紙Pの幅が制御部44にインプットされる。
そして、制御部44はこの情報に基づき、シャッタ駆動装置56を制御する。具体的には、制御部44はモータM2を駆動してピニオンギア60を回転させ、ラック歯58により内側シャッタ54を移動する、またピニオンギア61を回転させ、ラック歯59により外側シャッタ55を移動することで送風口53を所定量だけ開く。即ち、開口部53の一部の領域が遮断される。
L1は用紙搬送基準を示す基準線Aと送風口53の内側端面との距離であり、L2は基準線Aと送風口53の外側側面の距離である。本実施形態においてはL1=105mm、L2=155mmである。また、S1は基準線Aと内側シャッタ54の外側端面との距離であり、S2は基準線Aと外側シャッタ55の内側端面との距離であり、開口量はS2−S1となる。
(送風動作)
以下に、幅狭用紙としてのLGLサイズ及びB4サイズの用紙を縦送りで連続通紙したときを例に、本実施例の送風動作を説明する。表1は本実施例の定着装置10において、LGLサイズの用紙を縦送りで搬送した時のシャッタ開口状態(動作状態)を表すテーブルである。また、図5はシャッタ位置及び開口領域を説明するための模式図であり、(a)は表1におけるポジション1、(b)はポジション3、(c)はポジション5の状態を表している。
以下に、幅狭用紙としてのLGLサイズ及びB4サイズの用紙を縦送りで連続通紙したときを例に、本実施例の送風動作を説明する。表1は本実施例の定着装置10において、LGLサイズの用紙を縦送りで搬送した時のシャッタ開口状態(動作状態)を表すテーブルである。また、図5はシャッタ位置及び開口領域を説明するための模式図であり、(a)は表1におけるポジション1、(b)はポジション3、(c)はポジション5の状態を表している。
図5に示すようにy1からy10は開口部分領域であり、送風口53の幅50mmを5mm間隔で分割した領域である。
表1は開口部分領域の開口状態を表している。例えば動作状態1はシャッタ位置をポジション1に設定する状態を示す。図5の(a)に示すように、ポジション1は内側シャッタ位置S1を115mmに、また外側シャッタ位置S2を145mmにする設定であり、よって、開口部分領域y3、y4、y5、y6、y7、y8が開口(開口幅X2)した状態を示す。
また、動作状態3においてはシャッタ位置をポジション3に設定する状態を示す。図5の(b)に示すように、ポジション3は内側シャッタ位置S1を105mmに、また外側シャッタ位置S2を135mmにする設定であり、よって、開口部分領域y5、y6、y7、y8、y9、y10が開口(開口幅X2)した状態を示す。
また、図5の(c)に示すように、動作状態7においてはシャッタ位置をポジション5に設定する状態を示す。ポジション5は内側シャッタ位置S1を125mmに、また外側シャッタ位置S2を155mmにする設定であり、よって、開口部分領域y1、y2、y3、y4、y5、y6が開口(開口幅X2)した状態を示す。表1における各々の動作状態で開口幅X2は30mmに設定されている。
次に本実施例の定着装置10においてLGLサイズ用紙を縦送りで搬送(連続通紙)しているときのシャッタ移動動作を説明する。まず、画像形成動作が開始されると内側シャッタ54と外側シャッタ55は動作状態1であるポジション1の位置に移動し、ファン51の送風を開始する。この状態では開口領域はy3からy8の領域となる。
次に動作状態2であるポジション2になるように、内側シャッタ54と外側シャッタ55はシャッタ移動速度5mm/sで移動する。ポジション2の状態では開口領域はy4からy9となる。
順次、表1に示す動作状態1から動作状態9まで同様のシャッタ移動速度でシャッタ54・55を移動させながら、開口領域をシフトさせる。本実施例のLGL縦通紙の場合、表1に示す一連の動作は8秒で完了し、画像形成が継続中の場合は動作状態1から一連のシャッタ移動動作を繰り返し行う。
表2は本実施例の定着装置10においてB4サイズ用紙を縦送りで搬送(連続通紙)した時のシャッタ開口状態を表すテーブルである。また、図6はシャッタ位置及び開口領域の拡大概略図であり、(a)は表2におけるポジション6、(b)はポジション7、(c)はポジション8の状態を表している。
例えば動作状態10はシャッタ位置をポジション6に設定する状態を示す。図6の(a)に示すようにポジション9は内側シャッタ位置S1を135mmに、また外側シャッタ位置S2を150mmにする設定であり、よって、開口部分領域y2、y3、y4が開口した状態を示す。
また、動作状態11においてはシャッタ位置をポジション7に設定する状態を示す。図6の(b)に示すようにポジション7は内側シャッタ位置S1を130mmに、また外側シャッタ位置S2を145mmにする設定であり、よって、開口部分領域y3、y4、y5、が開口(開口幅X3)した状態を示す。
また、図6(c)に示すように動作状態13においてはシャッタ位置をポジション8に設定する状態を示す。ポジション8は内側シャッタ位置S1を140mmに、また外側シャッタ位置S2を155mmにする設定であり、よって、開口部分領域y1、y2、y3が開口(開口幅X3)した状態を示す。表2における各々の動作状態で開口幅X3は15mmに設定されている。
次に本実施例の定着装置10においてB4サイズ用紙を縦送りで搬送しているときのシャッタ移動動作を説明する。まず、画像形成動作が開始されると内側シャッタ54と外側シャッタ55は動作状態10であるポジション6の位置に移動し、ファン51の送風を開始する。次に動作状態11であるポジション7になるように、内側シャッタ54と外側シャッタ55はシャッタ移動速度5mm/sで移動する。
順次、表2に示す動作状態9から動作状態13まで同様のシャッタ移動速度でシャッタを移動させながら、開口領域をシフトさせる。本実施例のB4縦通紙の場合、表2に示す一連の動作は4秒で完了し、画像形成が継続中の場合は動作状態10から一連のシャッタ移動動作を繰り返し行う。
以上の表1、表2の以外に本実施例の画像形成装置においては、各用紙のサイズ(用紙の通紙幅)に対応したシャッタ開口状態を表すテーブルを持っている。
図1に画像形成装置の冷却動作フローを示し、幅狭用紙を連続通紙した場合の制御部44の冷却動作を説明する。制御部44はプリント信号を受信すると(STEP1)、使用する用紙の幅情報(記録材情報)を入手し(STEP2)、前述した表1や表2のような用紙の幅に対応したシャッタポジションテーブルを決定する(STEP3)。画像形成が開始されるとファン51の駆動が開始され(STEP5)、シャッタポジションテーブルに従い、内側シャッタ54と外側シャッタ55を移動させ、非通紙領域の冷却動作が行われる(STEP6)。
画像形成動作が終了したかの判断が行われる(STEP7)。画像形成が終了していない場合は、シャッタポジションテーブルに従う動作(STEP6)が継続される。なお、画像形成終了した場合、ファン駆動が停止される(STEP8、STEP9)。
<比較例との冷却性能比較>
上記の本実施例の送風動作に対し、比較例の送風動作を図7に示す。比較例1と2においては連続通紙中のシャッタ開口量を開口幅X4とX5に固定して、送風動作を行う。比較例1は図7に示すようにLGL縦送りにおいて開口量(開口幅X4)を50mmとし、比較例2は開口量(開口幅X5)を10mmに設定している。
上記の本実施例の送風動作に対し、比較例の送風動作を図7に示す。比較例1と2においては連続通紙中のシャッタ開口量を開口幅X4とX5に固定して、送風動作を行う。比較例1は図7に示すようにLGL縦送りにおいて開口量(開口幅X4)を50mmとし、比較例2は開口量(開口幅X5)を10mmに設定している。
図8は冷却性能を比較するため、本実施例の画像形成装置を用い、本実施例の送風動作と比較例の送風動作でフィルム101の表面温度の比較した結果である。この結果は非通紙部昇温が厳しい条件下で性能を比較するために、低温環境(15℃)において、LGLサイズの用紙(90g/m2)を縦送り30ppmで1分間連続プリントを行った。また、プリントは定着装置10が環境温度(15℃)と同じ温度の状態(コールド状態)からプリントを開始した。
図8の(a)に示すように比較例1(開口幅X4:50mm)においては通紙領域端部(105mmより内側の領域)で温度が大きく低下し、用紙幅方向の端部で定着不良が発生した。すなわち、画像形成動作開始時は定着装置10がコールド状態であるため、用紙の通紙領域に近いy10領域近傍を急激に冷却することにより、通紙領域端部のフィルム温度が急激に低下してしまう。
よって、比較例1の送風動作においては定着装置10がある程度温まった状態からファン駆動を開始しなければならない。すなわち、ファン駆動を開始するまでの間は非通紙部昇温を低減することができなく、図8の(a)の中に示したファン冷却なしの温度状態となる。
また、図8の(b)示すように比較例2(開口幅X5:10mm)においては部分的な温度上昇が見られ、また、フィルム表面温度が長手方向で大きく変化する状態である。これは開口していない領域y3、y4、y7、y8の冷却能力が不足したためである。
このような温度状態で長期間画像形成動作を行った場合、温度が高い領域のフィルム101及び加圧ローラ106の劣化及び表層の摩耗が促進される。
一方、本実施例1の冷却制御においては比較例1のような非通紙領域の著しい温度低下はなく、定着不良も抑制できた。また、比較例2のような部分的な温度上昇が少なく、フィルムの温度を均一に保つことができた。
表3、表4は各々の開口領域の開口率を表した表である。表3は一定時間(本実施例1のLGL縦送り開口動作の1サイクル時間である8秒間)における開口率である。
表3のように比較例1及び比較例2の送風動作では開口領域が固定されているため、非通紙部領域は固定の風量分布となる。それに対して、本実施例1の形態においては開口領域に開口率の分布を設定することができ、すなわち非通紙部領域に対して風量分布を形成することが可能となる。
図8の(a)に示したように冷却動作を行わない状態の非通紙領域の温度は、非通紙領域の中央付近(LGLサイズにおいてはy5領域及びy6領域)が最も高く、通紙領域及び定着装置10の長手端部に近づくほど低下する。よって、本実施例1の形態においては、非通紙領域の温度分布に適した風量ピークを持った風量分布を形成することができ、フィルム101や加圧ローラ106の温度の均一化を行うことが可能となる。
また、表4は一定時間(本実施例1のB4縦送り開口動作の1サイクル時間である4秒間)における開口率である。LGL通紙時と同様に開口領域に開口率の分布を設定することができ、すなわち非通紙部領域に対して風量分布を形成することが可能となる。また、B4において適した風量ピークをもった風量分布を形成することができる。
以上のように各用紙サイズ(用紙の通紙幅)に対応したシャッタ開口状態を表すテーブルを設定することで用紙サイズに適した風量ピーク位置を変化させることができる。即ち、本実施例1における送風部50は非通紙領域(非通過領域)の幅方向に風量分布をもっており、風量ピーク位置を変化可能である。
また、本実施例1においては、フィルム101や加圧ローラ106の温度の均一化を行うことができ、次のジョブで幅の広いサイズの用紙を通紙した際に、画像の光沢ムラや紙シワの発生を防止できる。よって、次の画像形成を開始するまでの時間を待つ時間を低減できる。
《実施例2》
以下、図面を参照し本実施例2を説明する。なお、実施例1との共通個所には同一符号を付して説明を省略する。本実施例2に用いる画像形成装置および定着装置における長手方向の概略構成は実施例1で説明した図2乃至図4と同じである。
以下、図面を参照し本実施例2を説明する。なお、実施例1との共通個所には同一符号を付して説明を省略する。本実施例2に用いる画像形成装置および定着装置における長手方向の概略構成は実施例1で説明した図2乃至図4と同じである。
(本実施例2の送風動作)
以下に、LGLサイズの用紙を縦送りで連続通紙したときを例に、本実施例2の送風動作を説明する。本実施例2においても表1に示したシャッタ開口状態を表すテーブルを用いる。シャッタ移動速度を表5に表す。
以下に、LGLサイズの用紙を縦送りで連続通紙したときを例に、本実施例2の送風動作を説明する。本実施例2においても表1に示したシャッタ開口状態を表すテーブルを用いる。シャッタ移動速度を表5に表す。
まず、画像形成動作が開始されると内側シャッタ54と外側シャッタ55は動作状態1であるポジション1の位置に移動し、ファンの送風を開始する。この状態では開口領域はy3からy8の領域となる。
次に動作状態2であるポジション2になるように、内側シャッタ54と外側シャッタ55はシャッタ移動速度5mm/sで移動する。
次に動作状態3であるポジション3になるように、内側シャッタ54と外側シャッタ55はシャッタ移動速度10mm/sで移動する。
順次、表5に示すシャッタ移動速度で動作状態1から動作状態9まで移動させながら、開口領域をシフトさせる。本実施例2におけて、LGL縦通紙の場合、表1に示す一連の動作は6秒で完了し、画像形成が継続中の場合は動作状態1から一連のシャッタ移動動作を繰り返し行う。
表6は各々の開口領域の開口率を表した表である。この表6では一定時間(開口動作1サイクル時間)における開口率である。
本実施例2においてはシャッタ速度を動作状態に応じて設定しているため、開口率の分布をより詳細に設定することができ、すなわち非通紙部領域に対して風量分布を詳細に設定することが可能となる。
よって、本実施例2においては、非通紙領域の温度分布に適した風量分布を詳細に形成することができ、フィルム101や加圧ローラ106の温度の均一化を行うことが可能となる。
また、各用紙のサイズ(用紙の通紙幅)に対応したシャッタ開口状態を表すテーブルを設定することで用紙サイズに適した風量ピーク位置を変化させることができる。
以上のように本実施例2においては、フィルム101や加圧ローラ106の温度の均一化を行うことができ、次のジョブで幅の広いサイズの用紙を通紙した際に、画像の光沢ムラや紙シワの発生を防止できる。よって、次の画像形成を開始するまでの時間を待つ時間を低減できる。
《実施例3》
以下、図面を参照して本実施例3の形態を説明する。なお、実施例1の形態との共通個所には同一符号を付して説明を省略する。本実施例3に用いる画像形成装置および定着装置における長手方向の概略構成は実施例1で説明した図2乃至図4と同じである。
以下、図面を参照して本実施例3の形態を説明する。なお、実施例1の形態との共通個所には同一符号を付して説明を省略する。本実施例3に用いる画像形成装置および定着装置における長手方向の概略構成は実施例1で説明した図2乃至図4と同じである。
(本実施例3の送風動作)
以下に、LGLサイズの用紙を縦送りで連続通紙したときを例に、本実施例3の送風動作を説明する。表7は本実施例3の定着装置においてLGLサイズ用紙を縦送りで搬送した時のシャッタ開口状態を表すテーブルである。
以下に、LGLサイズの用紙を縦送りで連続通紙したときを例に、本実施例3の送風動作を説明する。表7は本実施例3の定着装置においてLGLサイズ用紙を縦送りで搬送した時のシャッタ開口状態を表すテーブルである。
表7は開口部分領域の開口状態を表している。例えば動作状態20はシャッタ位置をポジション10に設定する状態を示す。ポジション10は内側シャッタ位置S1を120mmに、また外側シャッタ位置S2を140mmにする設定であり、開口幅は20mmである。
また、動作状態21においてはシャッタ位置をポジション11に設定する状態を示す。ポジション11は内側シャッタ位置S1を115mmに、また外側シャッタ位置S2を145mmにする設定であり、開口幅は30mmである。
また、動作状態22においてはシャッタ位置をポジション12に設定する状態を示す。ポジション12は内側シャッタ位置S1を110mmに、また外側シャッタ位置S2を1150mmにする設定であり、開口幅は40mmである。
次に本実施例3の定着装置においてLGLサイズ用紙を縦送りで搬送(連続通紙)しているときのシャッタ移動動作を説明する。まず、画像形成動作が開始されると内側シャッタ54と外側シャッタ55は動作状態20であるポジション10の位置に移動し、ファン51の送風を開始する。この状態では開口領域はy4からy7の領域となる。次に動作状態21であるポジション11になるように、内側シャッタ54と外側シャッタ55はシャッタ移動速度5mm/sで移動する。ポジション11の状態では開口領域はy3からy8となる。
順次、表7に示す動作状態20から動作状態26まで同様のシャッタ移動速度でシャッタを移動させながら、開口領域をシフトさせる。本実施例3ではLGL縦通紙の場合、表7に示す一連の動作は6秒で完了し、画像形成が継続中の場合は動作状態20から一連のシャッタ移動動作を繰り返し行う。
表8は各々の開口領域の開口率を表した表である。この表8では一定時間(本実施例3の動作1サイクル時間である6秒間)における開口率である。
本実施例3においてはシャッタ開口幅を動作状態に応じて設定しているため、開口率の分布をより詳細に設定することができ、すなわち非通紙部領域に対して風量分布を詳細に設定することが可能となる。
また、本実施例3においては一連の動作状態において、非通紙部昇温が最も高い中央付近(LGLサイズにおいてはy5領域及びy6領域)を中心に常にその周辺部を均等に冷却可能である。例えばy1領域とy10領域、y2領域とy9領域を常に同等に冷却できる。よって、常に非通紙領域の温度分布に適した風量分布で非通紙領域を冷却可能である。
よって、本実施例3においては、非通紙領域の温度分布に適した風量分布を詳細に形成することができ、フィルム101や加圧ローラ106の温度の均一化を行うことが可能となる。
また、各用紙のサイズ(用紙の通紙幅)に対応したシャッタ開口状態を表すテーブルを設定することで用紙サイズに適した風量ピーク位置を変化させることができる。
以上のように本実施例3においては、フィルム101や加圧ローラ106の温度の均一化を行うことができ、次の画像形成ジョブで幅の広いサイズの用紙材を通紙した際に、画像の光沢ムラや紙シワの発生を防止できる。よって、次の画像形成を開始するまでの時間を待つ時間を低減できる。
《その他の事項》
(1)画像加熱装置は、実施例のように未定着画像tを用紙上に固着画像として加熱定着させる定着装置としての使用に限られない。未定着画像を用紙上に仮定着させる像加熱装置、画像を担持した用紙を再加熱してつや等の画像表面性を改質する像加熱装置などとしても有効に使用できる。
(1)画像加熱装置は、実施例のように未定着画像tを用紙上に固着画像として加熱定着させる定着装置としての使用に限られない。未定着画像を用紙上に仮定着させる像加熱装置、画像を担持した用紙を再加熱してつや等の画像表面性を改質する像加熱装置などとしても有効に使用できる。
(2)画像加熱装置のニップ部Nを形成する加熱部材と加圧部材は実施例のフィルム(スリーブ)101と加圧ローラ106に限定されるものではない。加熱部材101は例えば熱ローラにすることもできる。加圧部材106例えばはベルトと加圧パッドの構成にすることもできる。加熱部材101の加熱構成は、ハロゲンヒータ(ランプ)を用いた構成、電磁誘導加熱構成、通電発熱層を具備させた構成などにすることもできる。
(3)用紙の搬送は中央基準搬送に限られない。所謂片側基準搬送の装置構成にすることもできる。この場合は、送風部50の開口部53は、片側基準搬送の基準線の側とは逆側に1つの配置構成となる。
(4)画像形成装置20の画像形成部22は電子写真方式に限られない。静電記録方式や磁気記録方式の画像形成部であってもよい。また、転写方式に限られず、用紙に対して直接方式で未定着画像を形成する構成のものであってもよい。
20・・画像形成装置、10・・画像加熱装置(定着部、定着装置)、101・・フィルム(加熱部材)、106・・加圧ローラ(加圧部材)、N・・ニップ部、P・・記録材、t・・トナー像、50・・送風部(送風冷却機構部)、53・・開口部、62・・調整機構、51・・ファン、54・・内シャッタ(第1の遮蔽板)、55・・外シャッタ(第2の遮蔽板)、56・・移動機構、44・・制御部
Claims (7)
- トナー像を担持した記録材を挟持搬送してトナー像を加熱するニップ部を形成する加熱部材および加圧部材と、
前記ニップ部の長手方向において、装置に使用可能な記録材のうち最大幅サイズの記録材よりも幅狭の記録材が通過しない非通過領域となる、前記加熱部材と前記加圧部材の少なくとも一方の非通過領域に送風する送風部であって、送風するためのファンと、前記ファンの風を前記非通過領域へ誘導するための開口部と、前記開口部の開口位置を調整する調整機構と、を備える送風部と、を有し、
送風部は前記非通過領域の幅方向に風量分布をもっており、風量ピーク位置を変化可能であることを特徴とする画像加熱装置。 - 前記風量ピーク位置は、装置に導入される記録材の幅に応じて設定されることを特徴とする請求項1に記載の画像加熱装置。
- 前記調整機構は、前記開口部の幅方向において前記開口部の開口幅を変更する位置に移動される遮蔽板と、前記遮蔽板を移動させる移動機構と、前記移動機構の動作を制御す制御部と、を有し、
前記制御部は、前記ファンの送風動作を行うと共に、前記移動機構の動作を制御して前記遮蔽板を移動させることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像加熱装置。 - 前記制御部は、前記遮蔽板の位置に応じて遮蔽板の移動速度を変化させることを特徴とする請求項3に記載の画像加熱装置。
- 前記遮蔽板は、前記開口部の幅方向の一方側と他方側とに配設された第1の遮蔽板と第2の遮蔽板とにより構成されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の画像加熱装置。
- 記録材の搬送が中央基準搬送であり、前記開口部は前記中央基準搬送の基準線に対して対称的に2つ配置させており、各送風口に対して前記調整機構が配設されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の画像加熱装置。
- 記録材の搬送が片側基準搬送であり、前記開口部は1つであることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の画像加熱装置。
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