JP4815947B2 - 画像記録装置 - Google Patents

Description

本発明は画像記録装置に関し、特に用紙上に形成されたトナー画像を熱で定着する画像記録装置に関する。

電子写真方式の画像記録装置においては、用紙上に形成されたトナー画像を、加熱定着装置内にて加熱ローラと加圧ローラで用紙をニップし、熱と圧力でトナーを溶融させ用紙上に定着させる方法が一般に用いられている。

上記の方法では用紙に含まれる水分（含水）が加熱定着プロセス時に蒸発し、水蒸気となって装置内に発生する。このときの水蒸気は熱定着装置内や画像記録装置内に籠もり、特に連続処理を行う場合は後続する定着済み用紙に水蒸気が吸収され、用紙の含水率が過度になってふやけたり、熱定着装置内外あるいは画像記録装置内外の温湿度差によっては、蒸気が装置の内壁面に結露して水滴となり、定着済み用紙の表面に滴下して濡らしてしまい、加熱定着済みの用紙に、ふやけ、変形、シワ等が発生したり、トナー画像の定着効果が低下し画像品質が劣化するという問題があった。

上記の問題に対して、熱定着機上方のカバー部材に多数穿孔し、水蒸気を機外に排出することで結露の対策を行う構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、熱定着装置の上方が入り組んだ構造である場合、あるいは発生する水蒸気量が多い場合において、水蒸気の排出が追いつかず結露が発生してしまう。

図８に示すように、画像記録装置１００の加熱定着装置１１８から発生する水蒸気は機内を上昇し、機内上部の空間１２０に滞留する。ここで水蒸気は装置外部との温度差によって空間１２０の内壁に結露し水滴となり、上記の問題を引き起こす。

このため装置冷却用に設けられている排気ファン１１２のエアフローを空間１２０まで導き、滞留する水蒸気を排気ファン１１２から排出することを期待した構成が図８であるが、空間１２０の吸気口１２２を多数設けてもエアフローが弱く、排気口１２４からエアフローにて水蒸気を十分に排出するには至らない。

本発明では上記の課題を解決するため、熱定着装置の上方に排気ファンのエアフローを導入し、且つエアフローの流速を断続的に変化させることによって攪拌エアフローを発生させ、熱定着装置の上方に滞留する水蒸気を含んだ空気を攪拌することで熱定着装置の上方における結露を防止する。
特開平０９−２８１８２５号公報

本発明は上記事実を考慮し、低コストで結露を防ぐことのできる画像記録装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の画像記録装置は、用紙上に形成された画像を加熱定着する定着手段と、前記用紙の搬送経路を形成する搬送手段と、前記定着手段の下方に位置し装置内の空気を排出することで装置内部にエアフローを発生させる排気ファンと、前記定着手段の上方に位置し、外気を導入する吸気口と前記吸気口の直下から外れた位置に設けられ前記排気ファンで吸引される排気口とを備えた中空部と、前記エアフローの流速を断続的に変化させる流速制御手段と、を有し、前記吸気口が前記中空部の天井の端部に設けられ、前記排気口が前記中空部の床中央部に設けられたことを特徴とする。

上記構成の発明では、エアフローの流速を断続的に増減することにより従来では除去が困難だったトップカバー裏面の結露を、部品点数を増やさずに除去することができる。また、結露空間内に発生する撹拌エアフローを大きく回し、結露への対策効果を大きくすることができる。さらに、撹拌エアフローの垂直方向にエアフロー出口が向くように配置することによって、撹拌エアフローを効率的に発生させ、結露への対策効果を大きくすることができる。

請求項２に記載の画像記録装置は、前記流速制御手段が、用紙搬送経路を挟んで前記排気ファンと対向する位置に設けられたチャンバーであることを特徴とする。

上記構成の発明では、搬送される用紙をシャッターとして用いることで、用紙の有無によりエアフローの流速を効果的に増減できる。

請求項３に記載の画像記録装置は、前記流速制御手段が、用紙搬送経路を挟んで前記排気ファンと対向する位置に設けられた吸気ファンであることを特徴とする。

上記構成の発明では、搬送される用紙をシャッターとして用いることに加え、対向するファンから送風することで用紙の有無によりエアフローの流速を効果的に増減できる。

請求項４に記載の画像記録装置は、前記流速制御手段が、前記エアフローの途中の壁面に開閉自在に設けられた蓋であることを特徴とする。

上記構成の発明では、蓋の開閉により負圧を制御することで、任意のタイミングでエアフローの流速を効果的に増減できる。

請求項５に記載の画像記録装置は、前記流速制御手段が、前記排気ファンに設けられたブレーキであることを特徴とする。

上記構成の発明では、排気ファンの強制停止により負圧を制御することで、任意のタイミングでエアフローの流速を効果的に増減できる。

請求項６に記載の画像記録装置は、前記吸気口に対向して設けられ、前記吸気口から流入する外気を前記中空部の中央方向に向ける内壁を備えたことを特徴とする。

上記構成の発明では、壁面によって流入エアが偏向される事によって撹拌エアフローを効率的に発生させ、結露への対策効果を大きくすることができる。

請求項８に記載の画像記録装置は、前記排気口が前記中空部の床中央部に設けられたことを特徴とする。

上記構成の発明では、撹拌エアフローの垂直方向にエアフロー出口が向くように配置することによって、撹拌エアフローを効率的に発生させ、結露への対策効果を大きくすることができる。

請求項７に記載の画像記録装置は、前記排気ファンは、排気側が下を向くように傾けて設けられたことを特徴とする。

上記構成の発明では、排気ファンの上方にある結露空間の方向から効率的にエアを引き込み、結露への対策効果を大きくすることができる。

請求項８に記載の画像記録装置は、前記中空部の内壁に、前記エアフローに沿ってリブが設けられたことを特徴とする。

上記構成の発明では、強度アップとともに、撹拌エアフローの整流作用を持ち結露への対策効果を大きくすることができる。

本発明は上記構成としたので、低コストで結露を防ぐことのできる画像記録装置とすることができた。

＜装置の構成＞
図１には本発明の第１実施形態に係る画像記録装置の構成が示されている。

図１に示すように、画像記録装置１０は、画像形成部３０にて用紙Ｐ上に形成したトナー画像を加熱定着部１８にて熱と圧力で溶融、用紙Ｐ上に定着し、出力画像として排紙口３２から排出する。

画像記録装置１０の内部は加熱定着部１８や図示しない制御基板などの熱源が存在するため、そのままでは内部が高温となり画像品質や性能、安全性に支障を来すので、内部の熱気を装置外に排出するための排気ファン１２が設けられ、図の白矢印のようにエアフローを発生させることで装置内の熱気を排出する。

排気ファン１２は、より効果的に装置内の熱気を排出するために排気側を下に、吸気側すなわち装置内部を上に向けるように傾いて設けられている。これによりエアフローは装置内部から排気ファン１２に向けて上から下へ流れることになり、排気ファン１２よりも上に位置する加熱定着部１８の熱を効率よく排出できる。

また装置内には用紙Ｐの搬送路を挟んで排気ファン１２と対向する位置に所定の容量を備えた空隙であるチャンバー１６を設け、用紙Ｐが搬送されるタイミング、すなわち搬送路上の用紙Ｐの有無によって排気ファン１２からのエアフローにて断続的にチャンバー１６内の空気が吸引される。

このとき、前述のように用紙Ｐに含まれる水分（含水）が加熱定着部１８における定着プロセス時に蒸発し、水蒸気となって画像記録装置１０内に発生する。この水蒸気は熱定着装置内に籠もり、特に連続して画像記録処理を行う場合は、後続する定着済みの用紙Ｐに吸収され、用紙Ｐの含水率が過度になってふやけたり、加熱定着部内１８外の温湿度差によっては、蒸気が装置１０の内壁面に結露して水滴となり、定着済み用紙Ｐの表面に滴下して濡らしてしまい、加熱定着済みの用紙Ｐに、ふやけ、変形、シワ等が発生したり、トナー画像の定着効果が低下し画像品質が劣化するという問題があった。

この水蒸気は当然、加熱定着部１８の熱で発生した上昇気流に乗って装置上方に向かい、放っておけば空間２０に達して結露してしまう。上記の問題に対して、従来は加熱定着部１８上方のカバー部材に多数穿孔し、水蒸気を機外に排出することで結露の対策を行う構成が提案されていたが期待した効果は得られていない。

特に本実施形態のように、排気ファン１２から空間２０までの距離が長く、途中の流路が入り組んでいる場合は排気ファン１２のエアフローによる負圧が空間２０まで届いた段階で、空間２０内部の空気を攪拌する力はないため空間２０に滞留した水蒸気を含む空気を強力に排出することができない。

そこで本実施形態では加熱定着部１８の上方に排気ファン１２のエアフローを導入し、且つエアフローの流速を断続的に変化させることによって攪拌エアフローを発生させ、加熱定着部１８の上方に滞留する水蒸気を含んだ空気を攪拌することで加熱定着部１８の上方における結露を防止する。

すなわち空間２０の天井近傍に、局所的に水蒸気を多く含んだ空気塊が滞留していれば、空気塊の温度低下と共に空気塊中の水蒸気の分圧は飽和水蒸気圧に達し、結露してしまう。これを避けるため、本発明では攪拌エアフローで空気塊の滞留を防ぎ、結露を防止する。
＜チャンバー方式＞
図２には本発明の第１実施形態に係る画像記録装置の一部構成が示されている。

図２（ａ）に示すように、排気ファン１２は装置内の空気を排出することで白矢印のようにエアフローを発生させ、装置内部の熱気を同時に排出する。また用紙Ｐの搬送路を挟んで排気ファン１２と対向する位置には所定の大きさを備えた空隙であるチャンバー１６が設けられている。

用紙Ｐが画像形成部３０にてトナー画像を転写され、加熱定着部１８へと搬送される間は用紙Ｐによってチャンバー１６と排気ファン１２とは隔てられ、チャンバー１６内の空気を排気ファン１２が吸引することはない。

このときは排気ファン１２が稼働し、排気ファン１２から空間２０を繋ぐ流路１４には白矢印のようなエアフローが発生している。この状態ではエアフローが空間２０の空気を排出することはできるが、吸気口２２から排気口２４まで流れるのみで、内部に滞留した水蒸気を含む空気を攪拌することはできない。

次に図２（ｂ）のように用紙Ｐの搬送が進んで、排気ファン１２とチャンバー１６とを隔てる用紙Ｐがなくなると、排気ファン１２は図中白矢印のようにチャンバー１６内の空気をも吸引し始める。すなわち、用紙Ｐはチャンバー１６の入口を開閉するシャッターの役割を果たし、用紙Ｐが搬送されればシャッターが開いた状態となる。

このため、流路１４内の負圧は減少し、空間２０から排気ファン１２へ至るエアフローの流速は低下し、風量も小さくなる。このとき空間２０では排気口２４から排出される空気量が減少するため、内部で一時的に行き場を失った空気が、図のように空間２０内部の空気を攪拌するようなエアフローを発生させる。

上記の攪拌により空間２０内に滞留していた水蒸気を含む空気は、結露せずに排気口２４に向かう。ここで新たに用紙Ｐが搬送され、再び図２（ａ）のように排気ファン１２とチャンバー１６とを隔てると、流路１４を通って排気ファン１２へ向かうエアフローは強くなり、排気口２４付近の空気を強く吸引する。これにより空間２０内部に滞留していた、水蒸気を含む空気は攪拌されて結露することなく排気口２４から排出される。

上記のように、排気ファン１２の風量が空間２０の空気を十分に排出するには不足であっても、エアフローの流速を断続的に変動させることによって空間２０内部の空気を攪拌し、結露を防ぐことができる。

本実施形態では、部品の間隙をチャンバー１６として利用できるので、部品点数の増加を抑え低コストで結露防止が可能となる。
＜吸気ファン方式＞
図３には本発明の第２実施形態に係る画像記録装置の一部構成が示されている。

図３（ａ）に示すように、排気ファン１２は装置内の空気を排出することで白矢印のようにエアフローを発生させ、装置内部の熱気を同時に排出する。また用紙Ｐの搬送路を挟んで排気ファン１２と対向する位置には吸気ファン４０が設けられている。

吸気ファン４０は、図示しない制御基板などの熱源を冷却するために設けられた冷却ファンであり、図のように排気ファン１２と対向するようにエアを送っても良いし、あるいは装置の側面（図中手前側）に設けて装置内部、すなわち図中奥側に送風してもよい。

吸気ファン４０は常に稼働しているので、装置内のエアフローもまた常に発生し、排気ファン１２側へ向かうエアフローもまた常に発生している。

しかし用紙Ｐが画像形成部３０にてトナー画像を転写され、加熱定着部１８へと搬送される間は用紙Ｐによって吸気ファン４０と排気ファン１２とは隔てられ、吸気ファン４０から送られる空気は図のように排紙口３２方向へ向かい、これを排気ファン１２が吸引することはない。

このときは第１実施形態と同様、排気ファン１２が稼働し、排気ファン１２から空間２０を繋ぐ流路１４には白矢印のようなエアフローが発生している。この状態ではエアフローが空間２０の空気を排出することはできるが、吸気口２２から排気口２４まで流れるのみで、内部に滞留した水蒸気を含む空気を攪拌することはできない。

次に図３（ｂ）のように用紙Ｐの搬送が進んで、排気ファン１２と吸気ファン４０とを隔てる用紙Ｐがなくなると、排気ファン１２側が負圧になっているため、図中白矢印のように吸気ファン４０から送られる空気をも吸引し始める。

このため、流路１４内の負圧は減少し、空間２０から排気ファン１２へ至るエアフローの流速は低下し、風量も小さくなる。このとき空間２０では排気口２４から排出される空気量が減少するため、内部で一時的に行き場を失った空気が、図のように空間２０内部の空気を攪拌するようなエアフローを発生させる。

上記の攪拌により空間２０内に滞留していた水蒸気を含む空気は、結露せずに排気口２４に向かう。ここで新たに用紙Ｐが搬送され、再び図３（ａ）のように排気ファン１２と吸気ファン４０とを隔てると、流路１４を通って排気ファン１２へ向かうエアフローは強くなり、排気口２４付近の空気を強く吸引する。これにより空間２０内部に滞留していた、水蒸気を含む空気は攪拌されて結露することなく排気口２４から排出される。

上記のように、排気ファン１２の風量が空間２０の空気を十分に排出するには不足であっても、エアフローの流速を断続的に変動させることによって空間２０内部の空気を攪拌し、結露を防ぐことができる。

本実施形態では第１実施形態のチャンバー１６を用いた方法に比較して、基板を冷却する既存の吸気ファン４０を利用するので、部品の配置などに自由度が高い利点がある。また、負圧と正圧を組み合わせるのでエアフローの流速変化が大きく、結露防止のための攪拌効果が大きい。
＜バイパス方式＞
図４には本発明の第３実施形態に係る画像記録装置の一部構成が示されている。

図４（ａ）に示すように、排気ファン１２は装置内の空気を排出することで白矢印のようにエアフローを発生させ、装置内部の熱気を同時に排出する。また空間２０から排気ファン１２へ至る流路１４の途中の壁には蓋４２が開閉自在に設けられている。

蓋４２は流路１４の途中の壁に設けられ、開放することで開口部４４を流路１４の途中に開くことができる。

図４（ａ）のように排気ファン１２が稼働すると、排気ファン１２から空間２０を繋ぐ流路１４には白矢印のようなエアフローが発生している。この状態ではエアフローが空間２０の空気を排出することはできるが、吸気口２２から排気口２４まで流れるのみで、内部に滞留した水蒸気を含む空気を攪拌することはできない。

次に図２（ｂ）のように蓋４２が開放され、開口部４４が流路１４の途中に開き、流路１４内の負圧によって図のように外気を吸入し始める。

このため、流路１４内の負圧は減少し、空間２０から排気ファン１２へ至るエアフローの流速は低下し、風量も小さくなる。このとき空間２０では排気口２４から排出される空気量が減少するため、内部で一時的に行き場を失った空気が、図のように空間２０内部の空気を攪拌するようなエアフローを発生させる。

上記の攪拌により空間２０内に滞留していた水蒸気を含む空気は、結露せずに排気口２４に向かう。ここで再度図４（ａ）のように蓋４２を閉鎖し、開口部４４を閉じる。

すると流路１４内の負圧が戻るので流路１４を通って排気ファン１２へ向かうエアフローは強くなり、排気口２４付近の空気を強く吸引する。これにより空間２０内部に滞留していた、水蒸気を含む空気は攪拌されて結露することなく排気口２４から排出される。

上記のように、排気ファン１２の風量が空間２０の空気を十分に排出するには不足であっても、エアフローの流速を断続的に変動させることによって空間２０内部の空気を攪拌し、結露を防ぐことができる。

本実施形態では用紙Ｐの位置に関わらずエアフローの流速を断続的に変動させることができるので、攪拌の間隔を任意のタイミングで決定可能となり、より効果的な結露防止を行うことができる。
＜ファン停止方式＞
図５には本発明の第４実施形態に係る画像記録装置の一部構成が示されている。

図５（ａ）に示すように、排気ファン１２は装置内の空気を排出することで白矢印のようにエアフローを発生させ、装置内部の熱気を同時に排出する。本実施形態では排気ファン１２に電磁式、機械式などのブレーキが設けられ、任意のタイミングで排気ファン１２を強制停止させ、エアフローの流速を落とすことができる。

排気ファン１２が稼働し、排気ファン１２から空間２０を繋ぐ流路１４には白矢印のようなエアフローが発生している。この状態ではエアフローが空間２０の空気を排出することはできるが、吸気口２２から排気口２４まで流れるのみで、内部に滞留した水蒸気を含む空気を攪拌することはできない。

次に図５（ｂ）のように排気ファン１２にブレーキをかけ強制停止させると、空間２０から流路１４を通って排気ファン１２へ至るエアフローの流速は一気に低下する。

このため、流路１４内の負圧は減少し、空間２０から排気ファン１２へ至るエアフローの流速は低下し、風量も小さくなる。このとき空間２０では排気口２４から排出される空気量が減少するため、内部で一時的に行き場を失った空気が、図のように空間２０内部の空気を攪拌するようなエアフローを発生させる。

上記の攪拌により空間２０内に滞留していた水蒸気を含む空気は、結露せずに排気口２４に向かう。ここで再び図５（ａ）のように排気ファン１２の稼働を再開すると、流路１４を通って排気ファン１２へ向かうエアフローは強くなり、排気口２４付近の空気を強く吸引する。これにより空間２０内部に滞留していた、水蒸気を含む空気は攪拌されて結露することなく排気口２４から排出される。

上記のように、排気ファン１２の風量が空間２０の空気を十分に排出するには不足であっても、エアフローの流速を断続的に変動させることによって空間２０内部の空気を攪拌し、結露を防ぐことができる。

本実施形態では用紙Ｐの位置に関わらずエアフローの流速を断続的に変動させることができるので、攪拌の間隔を任意のタイミングで決定可能となり、より効果的な結露防止を行うことができる。
＜空間形状＞
図６には本発明に係る画像記録装置の最上部に設けられた空間の形状が示されている。

図６（ａ）に示すように、空間２０に設けられ外気を導入する吸気口２２は空間２０の天井の端に設けられており、吸気口２２から吸引された外気は図中白矢印のようなエアフローとなって排気口２４から排出され、流路１４を通り排気ファン１２から装置外へと排気される。

このとき、排気口２４は図６（ａ）のように空間２０の床の中央付近に設けられている。これによりエアフローは図のように空間内を回流しながら、内部に滞留する水蒸気を含んだ空気を攪拌し排気口２４より排気される。すなわち、吸気口２２から吸引された外気は対向する床面２６に衝突して跳ね返り、空間２０内に半円を描くように排気口２２へ向かうことが解っている。

このとき、図６（ｂ）のように吸気口２２と排気口２４とが空間２０の対角線上に設けられたり、図６（ｃ）のように対向する位置に設けられていたりした場合は図の白矢印に示すようなエアフローとなり、空間２０内の攪拌を効果的に行うことはできない。本発明のように図６（ａ）のように吸気口２２を天井の端部、排気口２４を床の中央に設けることで上記の効果を発揮させることができる。
＜リブ＞
図７には本発明に係る画像記録装置の最上部に設けられた空間の内壁が示されている。

図７に示すように、空間２０の内壁すなわち壁・床にはリブ４６が設けられている。リブ４６は壁・床を補強する本来の目的に加えて、図７のようにエアフローを整流する効果を持つ。

すなわち、想定されるエアフローの方向に沿って、所定の高さを持つ複数のリブ４６を並べて設けることにより、リブ４６はエアフローに対して整流板の役目を果たし、それと直交する方向などの望まない空気流を抑え、図７のエアフロー２８のような方向に整流し、スムーズな攪拌、排気を促すことができる。なお、このとき流路１４へ向かう排気口２４の内部にもリブを設けてよいのは言うまでもない。

また、図７では吸気口２２の形状は矩形の開口部であるが、装置の天面に開口部を設けるには問題がある場合も考えられるため、メッシュ状、スリット状、ハニカム状、多孔形状などのように、通気性が確保できれば種々の形状で置き換えることもできる。
＜その他＞
以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

すなわち本発明の第１形態に係る画像記録装置は、いわゆる紙にトナーで画像を形成する電子写真式プリンタに限定されない。すなわち加熱工程を最後に含むプロセスの形態であれば上記プリンタのみならず画像記録装置以外にも種々の装置に応用可能である。

本発明の第１形態に係る画像記録装置の構成を示す図である。 本発明の第１形態に係る画像記録装置の構成を示す図である。 本発明の第２形態に係る画像記録装置の構成を示す図である。 本発明の第３形態に係る画像記録装置の構成を示す図である。 本発明の第４形態に係る画像記録装置の構成を示す図である。 本発明に係る画像記録装置の空間形状を示す図である。 本発明に係る画像記録装置の空間内壁を示す図である。 従来の画像記録装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０ 画像記録装置
１２ 排気ファン
１４ 流路
１６ チャンバー
１８ 加熱定着部
２０ 空間
２２ 吸気口
２４ 排気口
４０ 吸気ファン
４２ 蓋
４４ 開口部
４６ リブ

Claims (8)

1. 用紙上に形成された画像を加熱定着する定着手段と、
   前記用紙の搬送経路を形成する搬送手段と、
   前記定着手段の下方に位置し装置内の空気を排出することで装置内部にエアフローを発生させる排気ファンと、
   前記定着手段の上方に位置し、外気を導入する吸気口と前記吸気口の直下から外れた位置に設けられ前記排気ファンで吸引される排気口とを備えた中空部と、
   前記エアフローの流速を断続的に変化させる流速制御手段と、を有し、
   前記吸気口が前記中空部の天井の端部に設けられ、
   前記排気口が前記中空部の床中央部に設けられたことを特徴とする画像記録装置。
2. 前記流速制御手段が、用紙搬送経路を挟んで前記排気ファンと対向する位置に設けられたチャンバーであることを特徴とする請求項１に記載の画像記録装置。
3. 前記流速制御手段が、用紙搬送経路を挟んで前記排気ファンと対向する位置に設けられた吸気ファンであることを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れかに記載の画像記録装置。
4. 前記流速制御手段が、前記エアフローの途中の壁面に開閉自在に設けられた蓋であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の画像記録装置。
5. 前記流速制御手段が、前記排気ファンに設けられたブレーキであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の画像記録装置。
6. 前記吸気口に対向して設けられ、前記吸気口から流入する外気を前記中空部の中央方向に向ける内壁を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の画像記録装置。
7. 前記排気ファンは、排気側が下を向くように傾けて設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の画像記録装置。
8. 前記中空部の内壁に、前記エアフローに沿ってリブが設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の画像記録装置。

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