JP2020134935A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<画像形成装置>
本実施形態について説明する。まず、本実施形態の画像形成装置について図1を用いて説明する。図1に示す画像形成装置100は、装置本体100a内に4色(イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック)の画像形成部PY、PM、PC、PKを中間転写ベルト8に対向させて配置した、中間転写タンデム方式のカラー画像形成装置である。画像形成装置100で利用可能な記録材P(シート)としては、例えば普通紙、厚紙、ラフ紙、凹凸紙、コート紙等の用紙、OHPシート、プラスチックフィルム、布など、といった様々な種類のシート材が挙げられる。画像形成装置100は、制御部500によって制御される。制御部500については後述する。なお、本実施形態の場合、画像形成部PY〜PK、一次転写ローラ5Y〜5K、中間転写ベルト8、二次転写内ローラ76、二次転写外ローラ77により、記録材Pにトナー像を形成する画像形成ユニット200が構成されている。また、カセット72、給紙ローラ73、搬送パス74、レジストローラ75は、給紙部800を構成している。そして、本実施形態の画像形成装置100は、記録材Pを垂直方向に搬送する縦搬送型の装置であり、シート搬送機構としての給紙部800により定着装置103を通過させた記録材Pが定着装置103よりも上方に搬送されるようになっている。
次に、本実施形態の定着装置103について、図2(a)乃至図4を用いて説明する。本実施形態の定着装置103は、円筒に形成された無端状の定着ベルト(以下、単にベルトと記す)を用いてトナー像を記録材Pに熱定着させることが可能な、低熱容量の定着装置である。なお、ベルト105はローラ形状の定着ローラであってもよい。
図1に示すように、画像形成装置100は制御部500を備えている。制御部500について、図5を用いて説明する。ただし、制御部500には図示した以外にも画像形成装置100を動作させるためのモータや電源、上記の画像形成部PY〜PK等の各種機器が接続されているが、ここでは発明の本旨でないのでそれらの図示及び説明を省略する。
ここで、制御部500による画像形成ジョブ時における定着装置103の制御(定着処理と呼ぶ)と定着動作について、図2(a)を参照しながら説明する。制御部500は入力装置310から画像形成ジョブの開始指示を受け付けると、給紙部800により記録材Pを上述の二次転写部T2に向かって搬送させ、記録材Pの先端を二次転写部T2に突き当てた状態で記録材Pを待機させる。一方で、制御部500は駆動モータ(不図示)により加圧ローラ102を回転方向(矢印R102)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。また、制御部500は、電源回路(不図示)を介してヒータ101aに通電を開始する。この通電により発熱したヒータ101aは、定着ニップ部101bにおいて、内面がヒータ101aに密着して摺動しながら回転するベルト105を加熱する。加熱されたベルト105は、初期温度Ts(後述する図20(a)参照)から上昇し次第に高温になっていく。ここで、サーミスタTHは加圧ステー104aの頂面に配設され、回転するベルト105の内面に弾性的に接触しているため、サーミスタTHは回転するベルト105の温度を検出し、その検出結果を制御部500に送信している。制御部500はベルト105の表面温度Tbが目標温度Tpとなるように(図20(a)参照)、サーミスタTHの出力する信号に基づいてヒータ101aへの通電を制御する。本実施形態の場合、目標温度Tpは約170℃である。
定着装置103では、記録材Pに高温のベルト105を接触させることで記録材Pにトナー像が定着される。この場合に、上記した定着処理を行った際に、記録材Pが定着ニップ部101bを通過するときに、一部のトナーSがベルト105に付着してしまうことがある(オフセット現象などと呼ばれる)。ベルト105に付着したトナーSは、画像不良の原因となる。そこで、本実施形態ではベルト105へのトナーSの付着を抑制するために、例えばパラフィンからなるワックス(離型剤)を含有するトナーSを用いている。このトナーSは、加熱されるとワックスが溶解して表面から染み出すため、定着処理時にトナーSに熱が加えられてワックスが溶解すると、その溶解したワックスによってベルト105の表面が覆われる。表面がワックスによって覆われると、ワックスの離型作用によりベルト105に対しトナーSが付着し難くなる。
過冷却度ΔT(℃)=ダスト発生温度Tws(℃)−空間温度Ta(℃)・・・式(1)
上記したダストの性質について、図6(a)乃至図6(c)を用いて説明する。図6(a)はダストの生成過程を説明する図、図6(b)はダストの付着現象を説明する図、図6(c)はトナーの加熱温度と周囲の空間温度の関係によって、ダストの有無と粒子の大きさが決まることを説明するためのグラフである。
揮発物を徐々に加熱した時に微粒子状のダスト(UFP)が発生し始める温度であるダスト発生温度Twsは過冷却度ΔTの算出に用いられる、トナーに固有の物性値である。このダスト発生温度Twsについて、図7(a)及び図7(b)を用いて説明する。図7(a)はダスト発生温度を測定するための実験装置を示す模式図であり、図7(b)はヒータ温度とダスト濃度の関係を示すグラフである。
画像形成装置のダスト発生温度Tws(℃)=実験装置のダスト発生温度(℃)−Z(℃)・・・式(2)
次に、ダストの発生箇所について、図3(b)を参照しながら図8(a)乃至図9を用いて説明する。図8(a)は、定着処理の進行に伴い拡大するベルト105上のワックス付着領域を示す図である。図8(b)は、ワックスの付着領域とダストの発生領域の関係を示す図である。図9は、ベルト105の周辺の気流の流れを説明する図である。
次に、定着装置103で発生するダストの放出量について、図10(a)及び図10(b)を用いて説明する。図10(a)はダスト放出量の測定装置について説明する模式図であり、図10(b)は、ダスト放出量の測定結果を示すグラフである。ダスト放出量は、ドイツ環境ラベル「ブルーエンジェルマーク」に則った試験装置(チャンバ容積:6m3、換気率:2m3/h)を用い、ナノ粒子粒径分布計測器(FMPS Model 3091(TSI製))により「RAL−UZ205」に従い測定した。概要を説明すると、チャンバ内に画像形成装置(以下、プリンタ)を設置し、5分間バックグラウンドを測定した後におよそ10分間に亘って画像形成を行い、測定開始から70分間チャンバ内のダスト濃度を測定する。
図11(a)に、画像形成装置100を約11分間に亘って連続動作させた場合における、瞬間ERと過冷却度ΔTの時間推移の一例を示す。なお、この時のベルト105の表面温度は温度Bである。また、ここではプリント開始前60秒を基準として0秒にしている。
まず、フィルタユニット50について説明する。フィルタユニット50は、図12に示すように、記録材Pの搬送方向において、ベルトユニット101と二次転写外ローラ77との間に位置している。あるいは、記録材Pの搬送方向において、定着装置103の定着ニップ部101bと二次転写部T2との間に位置している。
図14(b)に示すように、ダクト52は吸気口52aを覆うようにフィルタ51を取り付け可能である。詳細には、図14(a)に示すように、ダクト52は吸気口52aの縁部52cと、湾曲部52dを備えるリブ52bとを有している。縁部52cとリブ52bによって支持されるように、フィルタ51をダクト52に固定すると、吸気口52aはフィルタ51によって覆われる。本実施形態のフィルタ51は、耐熱性接着剤によって縁部52c及びリブ52bに隙間なく接着されている。そのため、吸気口52aを通過する空気はフィルタ51を必ず通過する。
冷却機構300について説明する。図12及び図13(b)に示すように、冷却機構300は冷却ダクト42と第四ファン64とを有する。冷却ダクト42は開口した冷却吸気口42aと排気口42bとを有し、冷却吸気部である第四ファン64が途中に設けられている。冷却吸気口42aは、図12に示すように、記録材Pの搬送方向に関しフィルタユニット50と定着装置103との間に配置される。また、冷却吸気口42aは、図13(b)に示すように、ベルト105の長手方向の中央付近に位置する。その位置から長手方向全域の熱気を吸引するため、また冷却ダクト42はフィルタ51のような通気抵抗体を持たないために、第四ファン64は風量が大きい軸流ファンが用いられる。冷却ダクト42は、定着装置103と二次転写部T2の間にある熱気を排出することにより、二次転写部T2の温度上昇を防ぐ役割を持つ。
排気機構350について説明する。水分を含む記録材Pが定着装置103で加熱されると、記録材Pに含まれていた水分が気化して水蒸気が発生する。この水蒸気によって、装置本体100a内における定着装置103より下流側の空間Cの湿度が高い状態になる(図1参照)。湿度が高いと結露を発生させ易いため、ガイド15上に水滴が付着しやすくなる。搬送されてきた記録材Pにガイド15上の水滴が付着すると、画像不良の発生を招く。そのため、記録材Pから発生する水蒸気によって空間Cの湿度が高くならないように、この空間Cの空気を排気するのがよい。そこで、本実施形態では、定着装置103のシート出口近傍の空気を排出するために、図13(a)に示すような、第一ファン63と第三ファン62とを有する排気機構350が、定着装置103の下流側に設けられている。
上述したフィルタユニット50において、第二ファン61の風量を大きくすると、空気を多く吸引できる一方で、シート入口400の近傍の空気の温度を低下させやすい。空気温度の低下は過冷却度ΔTを増加させ、ダスト発生を促進する。そのため、第二ファン61の風量は、適切に設定される必要がある。風量「20L/min」から「100L/min」が適切な範囲であり、本実施形態では「50L/min」に設定している。
排気機構350の第三ファン62は、ガイド15に結露が発生することを防止するためのファンである。第三ファン62はプリンタ1の外部から空気を機内に引き込んで、ガイド15に空気を吹き付けることで、空間C(図1参照)の湿度を低下させる。詳細には、第三ファン62から空気が吹き付けられることにより、ガイド15近傍の水蒸気が空間Cに拡散するため、ガイド15近傍の局所的な湿度の上昇が抑制される。第三ファン62のみを用いる場合であっても、ガイド15における結露を抑制可能である。しかしながら、そうした場合には水蒸気の排出先が排出ローラ78近傍の隙間のみとなるので、空間Cにおける湿度は次第に上昇してしまう。そこで、本実施形態では、さらに第一ファン63によってガイド15近傍の空気を装置本体100a外に排出できるようにしている。この場合、第一ファン63と第三ファン62とは同時に制御されることで、結露防止のためのエアフローを装置本体100a内に形成させる。即ち、第三ファン62により空気吹き付けによって空間Cから追い出された水蒸気は、排出トレイ601に向け装置本体100a外に排出される他に、第一ファン63によっても装置本体100a外に排出されるようになる。なお、第一ファン63と第三ファン62により形成されるエアフローは、定着装置103で発生する熱を排熱する役目も有している。
冷却機構300の第四ファン64は、図12に示すように、二次転写部T2付近の温度上昇を防ぐため、記録材Pの搬送方向に関し定着装置103と二次転写部T2との間の空間の空気を排気する作用を有する。二次転写部T2において中間転写ベルト8と二次転写外ローラ77の温度が上がりすぎると、トナーが柔らかくなって転写プロセスに影響を及ぼすため、第四ファン64はこれらの部材を冷却するために周辺の空気を排気する。第四ファン64の風量は、第二ファン61の「50L/min」と比べて大きい「500L/min」程度に設定されている。ただし、第四ファン64によりベルト105の周辺空間の温度を下げた場合には、上記した過冷却度ΔTが増大する。この過冷却度ΔTの増大はダストの増加につながるため、第四ファン64は過冷却度ΔTが十分に小さくなった時のみ動作させるべきである。なお、過冷却度ΔTが大きい時、ベルト105の周辺の温度は低くなることが、上記した式(1)よりわかる。そのため、過冷却度ΔTが大きい場合には、第四ファン64を停止させたとしても問題にならない。
本実施形態では、第一ファン63と第二ファン61の動作開始タイミングを制御することにより、フィルタ51によるダストの除去を効果的に行うとともに、定着装置103の周辺の結露を防止できるようにしている。即ち、ベルト105に付着したワックスにより生じる微粒子状のダストが第一ファン63により装置本体外に排出されないように、第一ファン63よりも先に第二ファン61を動作させてフィルタ51により微粒子状のダストを回収させる。その後、第一ファン63を動作させて排気を行わせる。ただし、その際に第一ファン63の動作開始を遅くし過ぎると、装置本体100a内に結露が生じやすくなる。そこで、本実施形態では、微粒子状のダストの排出抑制と結露防止とを両立すべく、第一ファン63と第二ファン61の動作開始タイミングを調整している。特に、本実施形態は定着装置103が冷えた状態から立ち上げられて(例えば電源オンに伴う起動時など)、画像形成ジョブを行う場合などに有効である。
次に、第二実施形態のファン制御処理について説明する。本実施形態では、第二ファン61を過冷却度ΔTに応じて制御する。即ち、本実施形態では上述した過冷却度ΔTによってダストの発生を予測し、ダストの発生が予測される場合に第二ファン61を動作させるようにしている。以下、第二実施形態のファン制御処理について、図1、図5、図12乃至図13(c)等を参照しながら図19乃至図21(c)を用いて説明する。図19に示すファン制御処理は、制御部500(詳しくはCPU501)により画像形成装置100の電源オンにあわせて開始される。
図19に示すように、制御部500は直ちに第一ファン63の動作を開始する(S11)。この時の時刻を「t10」で示す(図21(c)参照)。そして、制御部500は入力装置310から画像形成ジョブの開始指示があるか否かを判定する(S12)。画像形成ジョブの開始指示がない場合(S12のNo)、制御部500は本ファン制御処理の進行を待機する。他方、画像形成ジョブの開始指示がある場合(S12のYes)、制御部500は第一ファン63を停止する(S13)。この時の時刻を「t11」(開始指示)で示す(図21(c)参照)。このように、画像形成ジョブの開始に伴って、ベルト105を回転させ加熱する前に第一ファン63を動作させ、その後、ベルト105を回転させ加熱する際に第一ファン63を停止させる。こうして第一ファン63を画像形成ジョブの開始前に動作させることによって、前回の画像形成ジョブ時に装置本体100a内に残留する水蒸気を含む空気を排気できるようにしている。
ベルト105の表面温度Tb(℃)≧ダスト発生温度Tws(℃)・・・式(3)
ダスト発生温度Tws(℃)−測定点Toの空間温度Ta(℃)>第一温度(℃)・・・式(4)
ここで、上述した図12を用いて、式(4)の過冷却度ΔT(Tws−Ta)の算出に用いる空間温度Taを測定するための測定点Toについて説明する。空間温度Taは、ベルト105の周囲において核生成が生じている空間の温度である。
機内温度センサ65により検出された装置内温度を「Tin」、機外温度センサ66により検出された外部温度を「Tout」、サーミスタTHの温度に基づくベルト105の表面温度を「Tb」とする。そして、第一ファン63の動作時Dutyを「FAN3_duty」、第二ファン61の動作時Dutyを「FAN1_duty」、第三ファン62の動作時Dutyを「FAN2_duty」、第四ファン64の動作時Dutyを「FAN4_Duty」とする。そうした場合、制御部500は式(5)に従って空間温度Taを予測する。動作時Dutyは、最大回転数を100%とする回転比率(%)である。
空間温度Ta(予測値)=Tin+(A×Tb)−(B×Tout×FAN1_duty)−(C×Tout×FAN2_duty)−(D×Tout×FAN3_duty)−(E×Tout×FAN4_duty)・・・式(5)
空間温度Ta(予測値)≧第二温度・・・式(6)
次に、第三実施形態のファン制御処理について、図22を用いて説明する。なお、図22では、第一実施形態のファン制御処理(図15参照)並びに第二実施形態のファン制御処理(図19参照)と同じ処理に同じ符号を付し、それらの処理の詳しい説明は省略する。
なお、上述した各実施形態では、画像形成装置100として中間転写タンデム方式のカラー画像形成装置を例に説明したがこれに限らない。上述した各実施形態は、搬送ベルトに担持され搬送される記録材に、感光ドラム1Y〜1Kからトナー像が直接転写される直接転写方式の画像形成装置にも適用可能である。また、単色のトナー像を形成可能な画像形成装置(例えば、モノクロ機など)にも適用可能である。
Claims (14)
- 離型剤を含有するトナーを用いてトナー像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部により形成されたトナー像を転写ニップ部にてシートに転写する転写部と、
前記転写部により転写されたトナー像を定着ニップ部にてシートに熱定着する定着部と、
前記転写ニップ部と前記定着ニップ部との間のシート搬送路に対向された吸気口を有するダクトと、
前記ダクトに設けられたフィルタと、
前記定着部のシート出口近傍のエアを排出するための第一ファンと、
前記吸気口から前記ダクトに取り込んだエアを外部へ排出するための第二ファンと、
前記第一ファンと前記第二ファンを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、シートに画像を形成する信号が入力された場合、前記定着部の加熱に伴い前記第二ファンの動作を開始し、前記第二ファンの動作を開始してから一枚目のシートが前記定着ニップ部を通り過ぎるまでの間に、前記第一ファンの動作を開始する、
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記定着部は、前記定着ニップ部が前記転写ニップ部よりも上方に位置するように配置されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記定着部を通過させたシートを前記定着部よりも上方に搬送するシート搬送機構を備える、
ことを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。 - 前記第一ファンは、一枚目のシートに対する画像形成動作の開始時又は開始後に、動作を開始する、
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。 - シートを収容するシート収容部を備え、
前記第一ファンは、一枚目のシートを前記シート収容部から前記画像形成部へ搬送開始したとき又は搬送開始した後に、動作を開始する、
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。 - 前記定着部は、前記定着ニップ部にてシートを挟持搬送する一対の回転体と、前記回転体を加熱する加熱部とを有し、
前記制御部は、前記回転体を加熱する場合に、前記第一ファンを動作させてから前記加熱部を動作させ、その後、前記加熱部の動作に伴い前記第一ファンを停止させる、
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。 - 前記制御部は、前記定着部の周辺温度をTa(℃)、前記回転体の表面温度をTb(℃)、離型剤が気化する温度をTws(℃)としたとき、
Tb(℃)≧Tws(℃)
Tws−Ta(℃)>所定温度(℃)
の両方を満たす場合に前記第二ファンを動作させる、
ことを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。 - 前記定着部は、前記定着ニップ部にてシートを挟持搬送する一対の回転体と、前記回転体を加熱する加熱部とを有し、
前記制御部は、連続画像形成の間に一時的に画像形成を中断して前記画像形成部が調整用画像を形成して画像形成装置の調整を行う動作を実行する場合に、前記第一ファンの出力を低下又は停止させ、画像形成の再開に伴い前記第一ファンの出力を上げる、
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。 - 前記定着部は、前記定着ニップ部にてシートを挟持搬送する一対の回転体と、前記回転体を加熱する加熱部とを有し、
前記制御部は、連続画像形成の間に一時的に画像形成を中断して前記画像形成部が調整用画像を形成して画像形成装置の調整を行う動作を実行する場合に、前記第二ファンの出力を維持する、
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。 - 前記制御部は、画像形成の再開に伴い、一枚目のシートが前記定着ニップ部を通過し終わるまでに前記第一ファンの出力を上げる、
ことを特徴とする請求項8又は9に記載の画像形成装置。 - 前記制御部は、連続画像形成の間に一時的に画像形成を中断して前記画像形成部が調整用画像を形成して画像形成装置の調整を行う動作を実行する場合、
前記定着部の周辺温度をTa(℃)、前記回転体の表面温度をTb(℃)、離型剤が気化する温度をTws(℃)としたとき、
Tb(℃)≧Tws(℃)
Tws−Ta(℃)>所定温度(℃)
の両方を満たす場合に、前記第一ファンの出力を低下又は停止させる、
ことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記回転体のいずれか一方は、シリンダー形状のフィルムであり、
前記加熱部は、前記フィルムの内部に設けられたヒータであり、
前記転写部により転写されたトナー像は、前記フィルムを介した前記ヒータの熱によりシートに定着される、
ことを特徴とする請求項6乃至11のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記ダクトは、前記転写ニップ部と前記定着ニップ部との間のシート搬送路に対して前記フィルム側に設けられている、
ことを特徴とする請求項12に記載の画像形成装置。 - 前記第一ファンは、シートの搬送方向において前記定着ニップ部よりも下流側に配置されている、
ことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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