JP6554320B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱ローラ等の軸方向における非通紙域に冷却風を吹き付ける構成を備えた定着装置及び画像形成装置に関する。

従来、種々のサイズの用紙への印刷の要請に応えるべく複数種類の給紙カセットが装着可能な画像形成装置が提供されている。給紙カセットから搬出された用紙は、トナー像の転写後、定着部を通過する際に加熱ローラから定着熱を受けてトナー像が用紙に加熱定着される。加熱ローラは伝熱性を有する材質で構成され、ローラ軸方向の定着熱が均一になるようにしている。定着熱は、加熱ローラ全長に伝熱される一方、接触しながら通過する用紙に熱を奪われることから、用紙幅内に対して用紙幅外、すなわち非通紙域の温度が相対的に高くなって温度勾配を生じていた。温度勾配の発生はトナー定着性に悪影響を及ぼすことから、従来、加熱ローラの軸方向の非通紙域に冷却用の送風を行って非通紙域の温度上昇を抑制し、非通紙域と通紙域との境界付近での温度勾配を抑制する構成が採用されている。
特許文献１には、加熱ロールの非通紙域に送風口が穿設された非通紙域冷却用ダクトを備えると共に、この送風口の幅方向の開口寸法が、用紙サイズに対応した非通紙域と一致するようにシャッタ部材をスライド調節可能にした開口幅調節装置が提案されている。特許文献２には、用紙サイズに対応した左右の非通紙域を開口させる左右のシャッタと一体にされた各ラックを中央のピニオンに噛合させ、ピニオンを回転させて左右のシャッタを幅方向逆向きにスライド調節可能する加熱装置が提案されている。

特開２００３−７６２０９号公報 特開２０１３−２３４０６７号公報

特許文献１，２には、用紙サイズに対応する非通紙域に送風口が対向するように調整する機構が記載されているが、調整方式が、シャッタを幅方向にスライドさせる機構であるため、シャッタのスライド長が大きくなってしまうという問題がある。また、特許文献２に記載の機構は、一対のシャッタを連動可能に配置するタイプであるため、両シャッタを互いに逆方向に連動させてスライドさせるための機構が必要となる。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、シャッタ板の移動長を短縮させながら用紙サイズに応じた非通紙域を開口可能にする定着装置及びそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、加熱回転体の軸方向における非通紙域に冷却風を吹き付ける定着装置において、前記加熱回転体の前記非通紙域の全域に対向して前記冷却風の送風口が穿設された規制板を有するダクトと、前記送風口を部分的に覆うシャッタ部材と、前記シャッタ部材を前記送風口に対して位置変位させる駆動部とを備え、前記シャッタ部材は、第１の幅寸法を有する定着対象用紙に対する第１の非通紙域に対応させて穿設された第１の開口と、前記第１の幅寸法より短い第２の幅寸法を有する定着対象用紙に対する第２の非通紙域に対応させて穿設された第２の開口とが前記軸方向に直交する方向に並んで配置され、前記駆動部は、前記シャッタ部材を前記軸方向に交差する方向に移動させて前記ダクトの送風口に前記第１の開口と前記第２の開口とを選択的に対向させることを特徴とするものである。

本発明に係る定着装置によれば、シャッタ部材は、第１の非通紙域に対応する第１の開口と第２の非通紙域に対応する第２の開口とが軸方向に直交する方向に並んで配置される。従って、シャッタ部材は、駆動部によって軸方向に交差する方向に移動されることで、ダクトの送風口に対して第１の開口と第２の開口とが選択的に対向させられる。シャッタ部材を軸方向に交差、典型的には直交する方向に移動するので、軸方向への移動に比してストロークが短縮される。特に、印刷対象用紙の最大と最小の用紙サイズの差が大きい場合には顕著となる。

また、前記駆動部は、前記シャッタ部材を前記軸方向に交差する方向にスライドさせるもので、前記第１の開口、第２の開口は、前記加熱回転体の軸方向の中心に対して対称に形成され、前記送風口は、前記加熱回転体の前記軸方向の中心に対して対称に形成されているものである。この構成によれば、左右対称位置に開口が形成されるので、用紙がセンタ搬送式の場合にも適用可能となる。また、シャッタ部材を軸と交差、典型的には直交する方向にスライドさせる構成でよく、より簡易となる。

また、前記駆動部は、前記シャッタ部材を、前記加熱回転体の軸方向の中心周りに回転させるもので、前記第１、第２の開口は、前記回転中心に対して、それぞれ対称に形成され、前記送風口は、前記回転中心に対して対称に形成されているものである。この構成によれば、用紙がセンタ搬送式の場合にも適用可能となる。また、シャッタ部材を中心周りに回転させる構成でよく、より簡易となる。

また、前記シャッタ部材は、前記回転中心に対して対称な扇形状を有するものである。この構成によれば、シャッタ部材の中心付近である不要な構成部分を細くすることができる。

また、本発明は、定着対象用紙のサイズを判別し、判別したサイズに対応した開口を前記ダクトの送風口に対向させる指示信号を前記駆動部に出力するシャッタ制御手段を備えたものである。この構成によれば、用紙サイズに応じて自動で非通紙域に開口が設定可能となる。

また、前記した定着装置を備えた画像形成装置を採用することで、トナー定着性能が安定維持された画像形成装置が提供可能となる。

本発明によれば、シャッタ板の移動長を短縮させながら用紙サイズに応じた非通紙域を開口可能にすることができる。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の全体構成の概略を示す正面図である。 図１中の定着部の構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は概略平面図である。 ３種類の用紙サイズで例示した場合の、シャッタ板とダクトとの関係を説明する図で、（ａ）はシャッタ板が基準位置にある状態の図、（ｂ）は最大の用紙サイズＳ１の用紙に対する非通紙域が開口している位置関係を示す図、（ｃ）は中間的な用紙サイズＳ２（＜Ｓ１）の用紙に対する非通紙域が開口している位置関係を示す図、（ｄ）は最小の用紙サイズＳ３（＜Ｓ２）の用紙に対する非通紙域が開口している位置関係を示す図、（ｅ）はダクトの送風口を示す図である。 用紙サイズの判別とシャッタ板の非通紙域設定の処理を行うブロック図である。 シャッタの他の実施形態を示す図で、（ａ）は第２実施形態を示す構成図、（ｂ）は第３実施形態を示す構成図、（ｃ）はダクトの送風口を示す構成図である。

図１に示すように、画像形成装置１００は、画像形成部１０、中間転写部２０、二次転写部３０、定着部４０、給紙部５０、用紙搬送路６０及び読取部７０を備えると共に、装置本体の上部に自動原稿搬送装置８０が搭載されている。画像形成装置１００は、読取部７０を介して読み取ったカラー又はモノクロ画像データあるいは図外の外部装置から入力されたカラー又はモノクロ画像データを用紙にカラー又は単色で画像形成処理を行う。

画像形成部１０は、光ビーム走査ユニット１及びそれぞれ同様な構造を有する各色の画像形成部１０Ａ〜１０Ｄを備えている。光ビーム走査ユニット１は、半導体レーザを備え、読取部７０で読み取られた、カラー原稿に対応するＲ、Ｇ、Ｂ色の各画素の画像データをブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の濃度データに変換し、変換後の各濃度データに対応したデューティ比で変調されたレーザ光で画像形成部１０Ａ〜１０Ｄの感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの表面を軸方向（主走査方向）に沿って露光走査して、それぞれの静電潜像を形成する。代表して説明する画像形成部１０Ａは、像担持体としての感光体ドラム２Ａを備え、その周囲に回転方向（副走査方向）に沿って帯電器３Ａ、現像器４Ａ及びクリーナ部５Ａを備えている。

中間転写部２０は、中間転写ベルト２１、駆動ローラ２２、従動ローラ２３、一次転写ローラ２４Ａ〜２４Ｄを備えて、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの周面に形成されたトナー像（現像剤像）を、像担持体としての中間転写ベルト２１の表面に一次転写する。二次転写部３０は、中間転写ベルト２１の表面のトナー像を用紙に二次転写する。

定着部４０は、用紙に転写されたトナー像を加熱して定着し、排紙トレイに排出する。定着部４０の構成は、図２で説明する。給紙部５０は、給紙カセット５１や手差しトレイ５２を備えており、選択された用紙を、対応する給紙カセット等から、本実施形態ではいわゆるセンタ搬送で用紙搬送路６０に給紙する。

定着部４０は、図１及び図２に示すように、定着ローラ４１１、加熱源であるランプヒータを内蔵する加熱ローラ４１２、両ローラ４１１，４１２間に張架された無端状の定着ベルト４１３、及び加圧ローラ４１４を有する。加圧ローラ４１４は、加熱回転体としての定着ベルト４１３を挟んで定着ローラ４１１と圧接状態で対向配置されている。この構造によって、加熱ローラ４１２からの熱を受けて加熱された転写ベルト４１３と加圧ローラ４１４間を通過する用紙は、紙面上のトナー像が溶融され、定着される。

定着部４０は、さらに加熱ローラ４１２の非通紙域、本実施形態では対応する定着ベルト４１３の非通紙域を冷却する冷却部４２を備えている。冷却部４２は、送風モータ４３、シャッタモータ４４、上流ダクト４５、シャッタ板４６、開口部４７、及び下流ダクト４８を備えている。冷却部４２は、送風モータ４３の回転駆動によって回転するファン４３１によって上流ダクト４５内に吸引された冷却用の空気を、図２中の矢印で示すように、連通する下流ダクト４８から定着ベルト４１３の周面に吹き付けるものである。また、冷却部４２は、定着ベルト４１３への空気吹き付け位置が非通紙域となるように調節する。

上流ダクト４５は、図２の左側面である下流端面が定着ベルト４１３の軸方向と平行に開口して形成され、下流ダクト４８と隙間を有して連通されている。図２（ｂ）から分かるように、上流ダクト４５及び下流ダクト４８は、定着ベルト４１３の軸方向寸法に等しい寸法を有している。シャッタ板４６は、上流ダクト４５と下流ダクト４８との間の隙間に介在されている。シャッタ板４６は、定着ベルト４１３の軸方向寸法と等しい長さ寸法を有し、その中間位置でシャッタモータ４４の出力軸４４１に一体回転可能に支持されている。なお、シャッタモータ４４の配置位置は図２（ｂ）の他、適宜の位置でよい。シャッタ板４６には、図３に示すように回転中心に対して点対称の形状を有する開口部４７が穿設されている。かかるシャッタ板４６の回転によって、上流ダクト４５の下流端の開口を通過する空気の送風域に対して下流ダクト４８から吹き出される空気の吹き出し域が、後述するように非通紙域に対応するように変更される。

下流ダクト４８は、上流ダクト４５の下流端の開口に対向する立直板４８１と、立直板４８１の適所に穿設された、送風口としての開口４８２と、立直板４８１の下流に開口４８２から吹き出され空気を定着ベルト４１３に集中して向ける、開口４８２を挟んだ上下一対のガイド板部４８３とを備えている。なお、開口４８２の形状及び穿設位置については、図３（ｅ）を用いて後述する。

図３において、シャッタ板４６は、シャッタモータ４４の出力軸４４１と一致する中間位置に対して左右方向に点対称の扇形状を有する。また、図３（ｅ）に示すように、下流ダクト４８の立直板４８１には、定着ベルト４１３の軸方向中心に対して左右対称に一対の開口４８２が穿設されている。一対の開口４８２の内側の端縁の間の寸法は、印刷対象用紙のうち幅方向について最小となる用紙サイズＳ３に対応している。すなわち、最小の用紙サイズＳ３の用紙に対して、開口４８２は、非通紙域に対応している。

また、一対の開口４８２の外側の端縁の間の寸法は、印刷対象用紙のうち幅方向について次のサイズとなる用紙サイズＳ２、また最大となる用紙サイズＳ１のさらに外側まで穿設されている。すなわち、開口４８２のうち、用紙サイズＳ２，Ｓ１の用紙の外側の部分が非通紙域に対応している。なお、印刷対象用紙は、複数種類のサイズを適用することが可能であるが、ここでは３種類の例で説明する。

図３（ａ）に示すように、シャッタ板４６には、定着ベルト４１３の軸方の中心に対して径方向の外寄りに点対称の開口部４７が設けられている。開口部４７は、複数個ここでは３個の開口４７１，４７２，４７３が円周方向に連続して穿設され乃至は切り欠かれたものである。開口４７１，４７２，４７３は、外径側の端縁が一致する一方、内径側の端縁までの寸法が異なる。開口４７１，４７２，４７３は、以下のとおり、各用紙サイズＳ１，Ｓ２，Ｓ３に対する非通紙域を設定する長さ寸法を有する。開口４７は、円周方向に連続して一体として開口されているが、開口４７１，４７２，４７３間に間隔を置いて個々に穿設したものでもよい。

図３（ｂ）は、シャッタモータ４４が回転して、下流ダクト４８の立直板４８１の開口４８２と開口４７１とが対向した状態を示している。なお、開口４８２と開口４７１，４７２，４７３のそれぞれとの幅方向の寸法は対応している。この状態で、上流ダクト４５と下流ダクト４８とが開口４７１を介して連通して、図３（ｅ）に示す非通紙域４７１１を形成する。従って、最大の用紙サイズＳ１に対応する、定着ベルト４１３の非通紙域４７１１に上流ダクト４５からの冷却風を吹き付けることが可能となる。

図３（ｃ）は、シャッタモータ４４がさらに回転して、下流ダクト４８の立直板４８１の開口４８２と開口４７２とが対向した状態を示している。この状態で、上流ダクト４５と下流ダクト４８とが開口４７２を介して連通して、図３（ｅ）に示す非通紙域４７１２を形成する。従って、用紙サイズＳ２に対応する、定着ベルト４１３の非通紙域４７１２に上流ダクト４５からの冷却風を吹き付けることが可能となる。

図３（ｄ）は、シャッタモータ４４がさらに回転して、下流ダクト４８の立直板４８１の開口４８２と開口４７３とが対向した状態を示している。この状態で、上流ダクト４５と下流ダクト４８とが開口４７３を介して連通して、図３（ｄ）に示す非通紙域４７１３（開口４７３及び開口４８２と同一長）を形成する。従って、最小の用紙サイズＳ１に対応する、定着ベルト４１３の非通紙域４７１３に上流ダクト４５からの冷却風を吹き付けることが可能となる。

図４において、制御部９０は、マイクロコンピュータ等で構成され、定着部４０を含む各部（図１参照）と接続されている。制御部９０は、印刷指令を受けた際の定着処理を実行する部分を主に示したもので、操作部１０１と、制御プログラム及び制御プログラムを実行する際に参照する参照データを記憶する領域、さらに処理途中のデータを一時的に格納するワーク領域を有する記憶部９１０とに接続されている。操作部１０１は、例えばタッチパネルからなり、印刷指令その他の各種の処理の指示を入力するものである。例えば印刷指令の場合、タッチパネル上の印刷メニュー画面に表示される印刷部数ボタン、片面両面選択ボタン、用紙サイズ選択ボタン等の各種ボタンに適宜入力操作することで印刷様式の設定が可能となる。参照データとしては、例えば、識別した印刷対象用紙のサイズに対応したシャッタモータ４４の駆動量などがある。

制御部９０は、制御プログラムを実行することで、例えば印刷処理における定着動作に関して、シャッタ制御部９１及び定着制御部９４として機能する。シャッタ制御部９１は、用紙種別判別部９２及びシャッタ駆動指示部９３を有する。

まず、定着制御部９４は、印刷指令を受けて、図略モータを駆動させて定着ローラ４１１、加熱ローラ４１２、定着ベルト４１３を回転させ、加圧ローラ４１４を例えば従動回転させる。さらに、定着制御部９４は、加熱ローラ４１２に内蔵された熱源であるランプヒータをオンさせ、加熱ローラ４１２を介して定着ベルト４１３を加熱する。これによって、定着ベルト４１３と加圧ローラ４１４間に搬入されてきた用紙に転写されているトナー像が溶融されて用紙面に定着される。

用紙種別判別部９２は、操作部１０１から指定された用紙サイズ、あるいはデファクト等によって設定された用紙サイズを判別する。シャッタ駆動指示部９３は、用紙種別判別部９２で判別された用紙サイズと記憶部９１０の参照データとを参照してシャッタモータ４４を対応する回転量だけ駆動する。例えば、用紙サイズＳ１の場合、シャッタ板４６は、シャッタモータ４４によって、図３（ａ）の初期位置から図３（ｂ）の位置まで回転される。用紙サイズＳ２の場合、シャッタ板４６は、シャッタモータ４４によって、図３（ａ）の初期位置から図３（ｃ）の位置まで回転される。用紙サイズＳ３の場合、シャッタ板４６は、シャッタモータ４４によって、図３（ａ）の初期位置から図３（ｄ）の位置まで回転される。なお、初期位置は、別途、図３（ｂ）〜（ｄ）のいずれかでもよい。例えば回転量を考慮してデファクトに対応する位置、あるいは図３（ｃ）の位置でもよい。これにより、用紙サイズに応じた非通紙域への送風が可能となる。また、シャッタ板４６を用紙幅方向ではなく、回転方向に、すなわち用紙幅に直交（乃至は交差）する方向にスライドするので、移動ストローク長を極力抑制することが可能となる。

図５（ａ）は、第２実施形態を示し、シャッタ板４６ａが昇降、すなわち用紙幅に対して直交する方向へスライドするタイプである。シャッタ板４６ａには、第１実施形態である図３の開口４７１，４７２，４７３に対応する開口４７１ａ、４７２ａ、４７３ａが穿設された開口部４７ａを有する。開口４７１ａ、４７２ａ、４７３ａは、それぞれ水平方向に、かつ上下方向に並列で、さらに左右対称に穿設されている。開口部４７ａは、上下方向に連続して一体として開口されているが、開口４７１ａ、４７２ａ、４７３ａ間に間隔を置いて個々に穿設したものでもよい。

シャッタ板４６ａは、左右の少なくとも一方端縁側で昇降駆動される。シャッタモータ４４ａは、出力軸にギア４４１ａが取付けられている。また、シャッタ板４６ａの左右のうち、少なくとも一方端であってシャッタモータ４４ａと対応する側には、ギア４４１ａと噛合するピニオン４６１ａが設けられている。反対側にはガイド用のステー４６２ａが立設されている。シャッタモータ４４ａが回転駆動されると、シャッタ板４６ａが昇降駆動されて、開口４７１ａ、４７２ａ、４７３ａのいずれかを立直板４８１の開口４８２と対向させることができる。

図５（ｂ）は、第３実施形態を示し、ラック４６１ｂによってシャッタ板４６ｂが昇降するタイプである。第３実施形態では、開口部４７ｂの形状が第２実施形態の開口部４７ａと相違する。開口部４７ｂは、直角三角形と同一形状に穿設されたもので、下辺側に斜辺４７０ｂが配置されている。第２実施形態との対比においては、開口部４７ｂのうち、斜辺４７０ｂを上下方向に３等分し、下側１／３が開口４７１ａに対応し、中央の１／３が開口４７２ａに対応し、上側１／３が開口４７３ａに対応する。この構成においても、シャッタモータ４４ａを回転駆動することで、開口部４７ｂの上下方向１／３のいずれかを立直板４８１の開口４８２と対向させることができる。

なお、前記実施形態では、定着ベルト４１３を使用した例で説明したが、定着ベルト４１３を用いず、定着ローラ４１１と加圧ローラ４１４とを直接圧接対向配置する構成でもよい。この場合、定着ローラ４１１内に加熱源を設けて加熱回転体として機能させればよい。また、前記実施形態では、送風モータ４３の回転速度について特に言及していないが、一定でもよいし、あるいは記憶部９１０に予め参照データとして、用紙サイズに応じた回転速度が設定（例えば、小サイズほど回転速度が低速）される態様でもよい。また、前記実施形態では、用紙サイズを問わず印刷対象用紙を搬送路の幅方向中心を基準に搬送する方式で説明したが、搬送路の幅方向の一端側を基準に搬送する方式でもよい。この場合、開口部４７、開口４８２は、幅方向の他端側に設ければよい。

また、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

４０ 定着装置
４１３ 定着ベルト（加熱回転体）
４２ 冷却部
４４ シャッタモータ（駆動部）
４５，４８ ダクト
４６，４６ａ シャッタ板（シャッタ部材）
４７，４７ａ、４７ｂ 開口部
４７１，４７２，４７３，４７１ａ，４７２ａ，４７３ａ，４７１ｂ，４７２ｂ，４７３ｂ 開口
４８１ 立直板（規制板）
４８２ 開口（送風口）
９３ シャッタ駆動指示部（シャッタ制御手段）
１００ 画像形成装置

Claims (4)

1. 加熱回転体の軸方向における非通紙域に冷却風を吹き付ける定着装置において、
   前記加熱回転体の前記非通紙域の全域に対向して前記冷却風の送風口が穿設された規制板を有するダクトと、
   前記送風口を部分的に覆うシャッタ部材と、
   前記シャッタ部材を前記送風口に対して位置変位させる駆動部とを備え、
   前記シャッタ部材は、第１の幅寸法を有する定着対象用紙に対する第１の非通紙域に対応させて穿設された第１の開口と、前記第１の幅寸法より短い第２の幅寸法を有する定着対象用紙に対する第２の非通紙域に対応させて穿設された第２の開口とが前記軸方向に直交する方向に並んで配置され、
   前記送風口は、前記加熱回転体の軸方向の中心に対して対称に形成され、
   前記第１、第２の開口は、前記加熱回転体の軸方向の中心に対して、それぞれ対称に形成され、
   前記駆動部は、前記シャッタ部材を前記軸方向に交差する方向で、かつ前記軸方向の中心周りに回転させて、前記ダクトの送風口に前記第１の開口と前記第２の開口とを選択的に対向させることを特徴とする定着装置。
2. 前記シャッタ部材は、前記軸方向の中心に対して対称な扇形状を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 定着対象用紙のサイズを判別し、判別したサイズに対応した開口を前記ダクトの送風口に対向させる指示信号を前記駆動部に出力するシャッタ制御手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置。