JP4639667B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に関し、より詳しくは、熱を用いた定着プロセスを有する画像形成装置の冷却装置に関する。

電子写真プロセスを利用した画像形成装置では、通常は像担持体上に原稿画像の静電潜像を形成し、形成された静電潜像に荷電トナーを付加して現像し、転写紙に転写した後、定着ユニットでトナー像を加熱溶融して転写紙に定着させることにより画像形成を行っている。

このような熱定着プロセスを用いた画像形成装置においては、定着ユニット内の定着ローラの高温加熱が必要となるため、その熱の影響により装置内温度が上昇し、作像プロセスにて使用されるトナーの熱ストレスに対する保護が必要となる。例えば、この熱の影響により現像ユニット内のトナーが溶融凝固して現像不良を起こす場合があることが知られている。

また転写紙の両面に画像形成を行う画像形成装置においては、片面に画像形成のされた転写紙が定着時における熱を保持したまま画像形成部に搬送されてくるので、熱が装置内部全体に拡散され、片面のみの画像形成時に比べて装置内温度の上昇が著しい状態となる。この問題の解決に関して、画像形成装置内部に冷却用のファンを設けることは公知の手段であるが、再搬送される転写紙の搬送路近傍にある各種ユニット及び筐体（ドラムケーシング）でも温度の上昇が問題となってくるので、冷却風自体が温められて冷却効果を低下させることも知られている。

これらの様々な温度上昇の問題について、それぞれの問題部分に個別に冷却手段を設けて冷却することは配置スペース及び部品数の増加、冷却ファンの増加等による消費電力の増加とコストアップ等の問題を新たに生じさせ実用的ではない。そこで、装置内冷却を効果的に行う種々の方法が提案されている。

例えば、特許文献１には転写紙の両面に画像形成が可能な画像形成装置において、転写紙の反転搬送経路を別ユニットとして外付けにし、当該ユニットにファンを設けて再搬送される転写紙の冷却を行うとともに、画像形成装置本体に対して冷却用空気を流通させるようにした画像形成装置が開示されている。また、特許文献２には、画像形成装置外から空気を吸引するファンと、吸引した空気を感光体と現像ユニットに吹き付けるガイド部材を配置した冷却手段が開示されている。

特開平１１−２９６０５３ 特開２０００−９８８５８

ところで、電子写真プロセスの画像形成装置においては、画像形成プロセスの順に各種作像ユニットが感光体の周囲に配置されるため、現像ユニットの下流側には転写ユニットが配置され、給紙部から転写紙の搬送が必要となる。従って、転写ユニットへの搬送路近辺に現像ユニットが配置されることとなり、搬送路を通過する加熱状態の転写紙によって現像ユニット内のトナーの溶融が起こり、転写不良を生じさせることがある。

一方、現像ユニットの冷却を目的とした冷却風ダクトを現像ユニット周辺に設けた場合、この冷却ダクト自体が搬送路の近傍に設けられることになり、搬送路を通過する加熱状態の転写紙によって冷却ダクト自体が温められて冷却効果を低下させることが危惧される。装置自体を大型化すれば熱問題は解決できるが、省スペース化に反し部品点数の増加に伴うコストアップは免れない。

上記問題に対して、特許文献１の方法は、画像形成装置本体内部に冷却用のファンを設けたものではなく、また両面画像形成を行う場合の反転搬送路も外付けとされるものであるから、装置内部に反転搬送経路を有する画像形成装置の冷却手段として省スペース化の問題を解決するものではない。また、定着ユニットを通過した転写紙の再搬送による熱拡散に起因する冷却風自体の温度上昇の問題は解決されていない。

特許文献２でも、画像形成装置本体内部にファンを設け、感光体と現像ユニットを同時に冷却しようとするものであって、片面に画像形成された転写紙の定着時の加熱に起因する装置内温度上昇及びトナーの溶融に基づく画像不良の問題に対して何ら解決手段を示すものではない。

本願発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、熱定着プロセスにおける装置内温度上昇と両面画像形成時における転写紙搬送に起因する装置内温度上昇を、装置のコンパクト化・省部品化を阻害せずに効果的に抑えることができ、かつ冷却性能が低下しない効率的な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願発明に係る画像形成装置は、少なくとも像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付加して現像する現像ユニットと、現像されたトナー像を、用紙搬送路を通って給紙される転写紙に転写する転写ユニットと、転写されたトナー像を熱プロセスにて転写紙に定着する定着ユニットとを有して構成される。

そして、前記画像形成装置の外から吸引された空気を通す冷却ダクトと、前記画像形成装置の内から吸引された空気を通す吸引ダクトと、を備え、前記用紙搬送路は、前記冷却ダクトと前記吸引ダクトとを介して前記現像ユニットと対向する対向部分を有し、前記冷却ダクトと前記吸引ダクトは、前記現像ユニットと前記用紙搬送路の対向部分との間に配置され、前記冷却ダクトは前記用紙搬送路の対向部分に向けられた開口部を有し、前記冷却ダクトは、前記現像ユニットと前記吸引ダクトとによって形成される間隙に配置され、且つ、前記画像形成装置の外から吸引された空気を送風することにより前記現像ユニットの冷却を行うと共に、前記用紙搬送路の対向部分を通過する転写紙に該空気を前記開口部から送出し、一面にトナー像が転写され、前記定着ユニットにより加熱定着された前記転写紙が反転された後、前記用紙搬送路を通って前記転写ユニットに搬送され、他の一面に再び画像形成を行う構成としている。

特に、本願発明にかかる画像形成装置が、一面にトナー像が転写され、定着ユニットにより加熱定着された転写紙が反転された後、用紙搬送路を通って転写ユニットに搬送されて他の一面に再び画像形成を行う、いわゆる両面画像形成が可能な画像形成装置である場合に極めて効果的である。

最も効果的な画像形成装置では、現像ユニットの下流側にあって、飛散したトナーを吸引する飛散トナー吸引ダクトが設けられ、現像ユニットと下流側の飛散トナー吸引ダクトとによって形成される間隙に冷却ダクトを配置した構成としている。特に冷却ダクトと飛散トナー吸引ダクトとは積層構造として一体化することが好ましい。上記のような構成にすれば以下のような作用効果が得られる。

本願発明によれば、装置外より当該冷却ダクトに冷却風を送ることにより現像ユニットの冷却が行えるだけでなく、その冷却風を転写紙へと導く経路を設けて転写紙冷却を同時に行うことができる。そのため、新たな構成を付加することなく、現像ユニット及び転写紙に対する冷却手段の省スペース化を実現でき、構成部品の種類・点数の低減を図ることが可能となる。

転写紙の両面に画像形成が可能な画像形成装置においては、定着ユニットで加熱された転写紙の再搬送による装置内温度上昇を有効に低減することが可能となり、温度上昇に起因する転写不良等の画像劣化を低減することが可能となる。

また、冷却ダクトを現像ユニットと吸引ダクトの間に配置しているので、飛散トナー吸引ダクトが断熱的効果を発揮し、用紙搬送路を通過する加熱された転写紙の熱伝導・熱放射による冷却ダクトの温度上昇を防ぐことができ、冷却効率の低下を低減することが可能となる。その効果は冷却ダクトと飛散トナー吸引ダクトを積層構造とすることにより高められる。

以下、本願発明に係る画像形成装置の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本願発明の実施形態である画像形成装置１００の全体構成図である。この画像形成装置１００は、自動原稿搬送装置１０、画像読取部２０、画像形成部４０、給紙部５０、定着装置６０、排紙部７０、自動両面コピーのための反転搬送路８０を備えて構成されている。画像形成装置１００の本体上部には画像読取部２０と、さらにその上に自動原稿搬送装置１０が搭載されている。

自動原稿搬送装置１０は、原稿台１１、排紙台１５、給紙機構を構成する複数のローラ１２，１４，１７及び原稿搬送路から構成されている。給紙機構のローラ群は、原稿を原稿台１１から引出すピックアップローラ１２、原稿搬送路に送り出すフィードローラ１４及び原稿の重送を防止する分離ローラ１７の３種類のローラ対から構成されている。

原稿台１１は、原稿Ｄを複数枚セット可能な給紙皿を有し、この給紙皿には図示しないが原稿の幅方向に位置決めを行う一対の規制板が幅方向に移動可能に設けられている。原稿台１１上に記載面を上向きにして載置された原稿Ｄは、図示しない原稿押圧板により上方に付勢されてピックアップローラ１２に接触し、ピックアップローラ１２の回転により原稿台１１から給紙され、フィードローラ１４により原稿搬送路に送り込まれる。

原稿搬送路の先には給紙ローラ１３と画像読取部２０との境に配置されたスリットガラス２８が設けられ、原稿台１１の下方には排紙台１５が設けられている。ピックアップローラ１２により原稿搬送路に送り出された原稿Ｄは、給紙ローラ１３に駆動されてスリットガラス２８上を通過する時に画像読取部２０によってその画像が読み取られ、その後、排紙台１５上に排紙されて載置される。原稿Ｄの両面をコピーする場合は一旦、反転搬送路１６に送り込まれ、その後、搬送方向を反転して再び給紙ローラ１３にガイドされてスリットガラス２８上を通過する際に、原稿Ｄの裏面の画像が読み取られる。

画像読取部２０は原稿Ｄを照射する光源Ｌとミラー２２からなる走査ユニット２１、反射光をガイドする二枚のルーフミラー２３，２４からなる走行体２５、結像レンズ２６及びＣＣＤイメージセンサ２７（以下、ＣＣＤセンサという）から構成されている。画像読取部２０では、原稿Ｄが原稿搬送路中に設けられたスリットガラス２８上を通過する際に、スリットガラス２８の下方に停止した走査ユニット２１の光源Ｌが原稿Ｄを照射することにより画像データを読み取り、その反射光が二枚のルーフミラー２３，２４からなる走行体２５および結像レンズ２６を経てＣＣＤセンサ２７上に導かれ結像する。

ＣＣＤセンサ２７では、読み取った光画像を電子画像データに変換してシステム基板上に形成される画像処理部に送る。画像処理部は、この電子画像データにアナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、ディジタル化した画像情報のデータを画像形成部４０へ搬送する。

画像形成部４０は、表面に潜像が形成されるドラム状の感光体１を中央に有しており、感光体１の外周面に沿って動作順に、この感光体１の表面をほぼ一様に帯電する帯電装置４１と、感光体表面上に静電潜像の書き込みを行う露光装置４２と、感光体１の表面に形成された潜像にトナーを転移させてトナー画像を形成する現像装置４３と、感光体１が担持するトナー像を記録紙Ｐに転写する転写装置４４、感光体１から記録紙Ｐを分離して搬送ベルト４７へ載置する分離装置４５及び転写後の感光体１の表面を清掃するクリーニング装置４６が配設されている。

画像形成部４０の露光装置４２では、ディジタル化された画像情報データをもとに、半導体レーザを電気的に変調し、コリメータレンズを通して多面体反射鏡４２１（ポリゴンミラー）とレンズ群によって副走査を行う。さらに感光体１を回転させることで主走査が行われ、原稿画像の静電潜像を感光体１上に再現する。

露光に先立ち、感光体１上には、帯電装置４１のコロナ放電により所定の表面電荷が付与されているが、レーザ光の照射により露光部分の電荷が露光量に応じて減じられ，結果として画像情報データに応じた静電潜像がそれぞれの感光体１上に形成される。静電潜像は、現像装置４３から供給された現像剤トナーにより可視化されてトナー画像となる。

画像形成装置１００本体の下部には、給紙部５０が設けられている。記録紙Ｐを収容する給紙カセット５１の底部には持ち上げ手段により上方向に持ち上げられる可動板５２が配置されている。記録紙Ｐの載置された可動板５２は給紙開始信号を受けて上限検知センサで限定される上限位置まで記録紙Ｐを持ち上げる。同時にピックアップローラ５３は落下し、載置された記録紙Ｐの最上位のものがピックアップローラ５３に接触するように構成されている。

ピックアップローラ５３に接触した記録紙Ｐは給紙カセット５１から給紙され、フィードローラ５４、分離ローラ５５によって一枚ずつ分離された後、複数の中間ローラ５６にガイドされ、用紙搬送路５８を通ってレジストローラ５７まで搬送される。記録紙Ｐはレジストローラ５７により記録紙Ｐの曲がり矯正と給紙タイミングがとられて転写装置４４に搬送され、感光体１の表面上に形成されたトナー画像が転写装置４４において記録紙Ｐ上に一括転写される。

トナー画像の転写された記録紙Ｐは、分離装置４５で感光体１から分離され、ほぼ水平方向に形成された搬送ベルト４７に載置されて定着装置６０まで搬送される。定着装置６０は内部に加熱ランプを有する加熱ローラ６１とこれに接触して加圧する加圧ローラ６２を有しており、記録紙Ｐは加熱ローラ６１と加圧ローラ６２に挟持されて定着処理される。定着処理のため加熱された記録紙Ｐは、排紙ローラ７２により排紙されて機外に排紙される。

記録紙Ｐの両面に画像形成を行う場合には、定着装置６０から排紙された片面画像処理済みの記録紙Ｐは排紙路切換板７１により反転搬送路８０に送り込まれ、そこで搬送方向が反転される。反転された記録紙Ｐは排紙ローラ７２方向へは向かわずに中間ローラ８１に搬送されて給紙部５０からの用紙搬送路５８に送り込まれる。再びレジストローラ５７により記録紙Ｐの曲がり矯正と給紙タイミングがとられて転写装置４４に搬送され、記録紙Ｐの両面に画像が形成される。

本願発明にかかる画像形成装置１００では、現像装置４３を保持する筐体に装置外から連通する冷却ダクト３０が設けられている。図２は当該冷却ダクト３０と現像装置４３及び記録紙Ｐの用紙搬送路５８との配置関係を示すための画像形成部４０の断面構成図である。図２中、図１と同一の符号を付した部分は同一部分を表わしている。

図２に示すように、感光体１の周面には上流側から現像装置４３と、記録紙Ｐが感光体１の周面に給紙されて密着する部分と転写装置４４及び分離装置４５が画像形成の動作順に配置されている。記録紙Ｐを感光体１の周面に給紙する部分は、記録紙Ｐの搬送方向の上流側にレジストローラ５７とそれに続く用紙搬送路５８とから構成されている。

現像装置４３とレジストローラ５７及び用紙搬送路５８との間には現像装置４３を支持する筐体を挟んで感光体１の回転軸方向に延びた空間が形成されている。本願発明にかかる画像形成装置１００では、この空間に現像装置４３のケーシング下部面に接するように平板状に冷却ダクト３０を配置し、さらにその下部に、冷却ダクト３０に積層して飛散トナー吸引ダクト３１が形成されている。以下に、冷却ダクト３０と飛散トナー吸引ダクト３１の形状を説明する。

図３（ａ）は、飛散トナー吸引ダクト３１の水平断面図であり、図３（ｂ）は冷却ダクト３０の水平断面図である。飛散トナー吸引ダクト３１は感光体１の回転軸方向に広がった開口部３１１を有し、その開口部３１１を底辺として底辺の中央部に頂点を有する三角形状をしており、その頂点部分から連通する排出ダクト３１２によって装置外へ開口している。飛散トナー吸引ダクト３１には図示しない吸引ファンが排出口３１３近くに設けられており、吸引ファンにより吸引力を生じさせて、現像時に感光体１の表面に飛散するトナーを吸引し、排出口３１３に設けられたフィルターによってトナーを除去している。

一方、冷却ダクト３０は、全体としてほぼ直方体をした薄板型のダクトであり、上記飛散トナー吸引ダクト３１の上部面と現像装置４３のケーシング下部面とに挟まれて配置されている。本願発明にかかる画像形成装置１００の最適な実施態様では冷却ダクト３０と飛散トナー吸引ダクト３１は積層して一体的に構成されている。この冷却ダクト３０には冷却風を送り出す送風口３０１と冷却風を記録紙Ｐに向けて吹き付ける開口部３０２が形成されている。

冷却風の送風口３０１は感光体１に対向する面とは反対側の側面であって、図３中、左側面に形成され、送風口３０１には外気を吸引してダクト内に送風する送風ファン３２が設けられている。開口部３０２は図３中、冷却ダクト３０の右側面であって、冷却風が用紙搬送路５８方向に吹き当てられるように、画像形成装置１００の下方向に向けて開口している。冷却ダクト３０の下部には飛散トナー吸引ダクト３１が積層されているが、その形状が冷却ダクト３０と異なることから、飛散トナー吸引ダクト３１がない部分（図中、三角形部分）に形成されている。

以下に、上記した画像形成装置１００の作動と共に、本願発明の作用効果について説明する。両面に画像形成可能な画像形成装置１００では、定着装置６０から排紙された片面処理済の記録紙Ｐは排紙路切換板７１によって直接、装置外に排紙されることなく反転搬送路８０に送り込まれる。反転搬送路８０で記録紙Ｐの搬送方向が反転された後、記録紙Ｐは中間ローラ８１にガイドされて再び用紙搬送路５８へ送り込まれる。このときの記録紙Ｐは定着装置６０の加熱処理によって高温に加熱された状態にある。

定着装置６０の加熱ローラ６１への通電及び加熱された記録紙Ｐの再搬送によって装置内温度が上昇すると、現像装置４３のトナーが溶融して現像時に現像ムラを生じさせて画像不良の原因ともなる。このため、現像装置４３のケーシング下部面に冷却ダクト３０を配置して冷却風を送り、直接的に現像装置４３の冷却保護を行っている。

しかし、片面に画像処理がされた記録紙Ｐが連続して再搬送されると、装置内温度は急激に上昇するとともに記録紙Ｐからの伝導熱や放射熱も加わって冷却風自体が温度上昇し冷却効果を低下させる。例えば、記録紙Ｐからの熱は現像装置４３を支持する筐体（ドラムケーシング）へと伝わり、冷却ダクト３０自体が温められて冷却性能が低減してしまうことがある。そこで、現像装置４３の冷却、及び再搬送される記録紙Ｐ自体の冷却が必要となる。

本願発明にかかる画像形成装置１００では、冷却ダクト３０の一端に用紙搬送路５８に向けて開口部３０２を設け、現像装置４３の冷却風を図２の点線Ａで示すように直接、用紙搬送路５８を通過する加熱された記録紙Ｐに吹き付ける。これにより現像装置４３と記録紙Ｐの冷却を同時に行うことができ、冷却手段の省スペース化と部品種類及び点数の低減が実現可能となるだけでなく、冷却効率を向上させることができる。

一方、飛散トナー吸引ダクト３１が装備されていない場合には、図２に示すように冷却ダクト３０は直接、用紙搬送路５８を通過する記録紙Ｐの伝導熱・放射熱にさらされることになり、冷却ダクト３０の温度上昇、さらには冷却風の温度上昇を招く結果ともなる。本願発明の実施の態様では、冷却ダクト３０の下部であって用紙搬送路５８との間に飛散トナー吸引ダクト３１を配置し、冷却ダクト３０と積層構造としている。これにより、飛散トナー吸引ダクト３１を通過する気流によって記録紙Ｐからの伝導熱及び放射熱を遮断し、断熱効果を発揮することができるので冷却ダクト３０の温度上昇を防ぎ、冷却ダクト３０による冷却性能を確保することが容易となる。

なお、上記した実施の態様は最良な画像形成装置を説明したものであり、本願発明は上記実施の態様に限定されるものではない。特に冷却ダクト３０と飛散トナー吸引ダクト３１は積層構造としないことも可能である。また本願発明は記録紙Ｐの両面に画像形成する場合に特に有効であるが、片面に画像形成する場合を除外する意図ではなく、冷却ダクト３０の冷却風を用紙搬送路５８へ向けて送出することにより冷却効果の向上と省スペース化を図ったものである。本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本願発明の実施の形態である画像形成装置の全体構成図である。 画像形成装置の画像形成部の断面構成図である。 （ａ）飛散トナー吸引ダクトの水平断面図である。 （ｂ）冷却ダクトの水平断面図である。

符号の説明

１ 感光体
１０ 自動原稿搬送装置
２０ 画像読取部
３０ 冷却ダクト
３１ 飛散トナー吸引ダクト
３２ 送風ファン
４０ 画像形成部
４３ 現像装置（現像ユニット）
４４ 転写装置（転写ユニット）
４５ 分離装置
５０ 給紙部
５７ レジストローラ
５８ 用紙搬送路
６０ 定着装置（定着ユニット）
７０ 排紙部
７１ 排紙路切換板
８０ 反転搬送路
８１ 中間ローラ
１００ 画像形成装置
Ｐ 記録紙

Claims (3)

1. 像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付加して現像する現像ユニットと、
   現像されたトナー像を、用紙搬送路を通って給紙される転写紙に転写する転写ユニットと、
   転写されたトナー像を熱プロセスにて前記転写紙に定着する定着ユニットと、
   を有する画像形成装置において、
   前記画像形成装置の外から吸引された空気を通す冷却ダクトと、
   前記画像形成装置の内から吸引された空気を通す吸引ダクトと、を備え、
   前記用紙搬送路は、前記冷却ダクトと前記吸引ダクトとを介して前記現像ユニットと対向する対向部分を有し、
   前記冷却ダクトと前記吸引ダクトは、前記現像ユニットと前記用紙搬送路の対向部分との間に配置され、
   前記冷却ダクトは前記用紙搬送路の対向部分に向けられた開口部を有し、
   前記冷却ダクトは、前記現像ユニットと前記吸引ダクトとによって形成される間隙に配置され、且つ、前記画像形成装置の外から吸引された空気を送風することにより前記現像ユニットの冷却を行うと共に、前記用紙搬送路の対向部分を通過する転写紙に該空気を前記開口部から送出し、
   一面にトナー像が転写され、前記定着ユニットにより加熱定着された前記転写紙が反転された後、前記用紙搬送路を通って前記転写ユニットに搬送され、他の一面に再び画像形成を行うこと、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記吸引ダクトは、飛散したトナーを吸引する飛散トナー吸引ダクトであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記冷却ダクトと前記吸引ダクトを積層構造とした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。

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