JP4172252B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置および画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式によって可視画像を形成する画像形成装置においては、感光体上にトナー像を形成し、当該トナー像を転写手段によって転写材に転写し、転写材上のトナーを定着することにより可視画像が形成される。ここで、転写材の一面に転写されているトナーを当該転写材に定着させるために、転写材の一面に接する加熱ローラと、この加熱ローラに圧接されるよう配置された加圧ローラとを備えてなる定着装置が広く用いられている。
【０００３】
このような加熱ローラ型定着装置においては、始動時に加熱ローラが定着可能温度域に達するまでのウォームアップ時間を短縮するためには、肉厚が小さい加熱ローラを用いることが有効である。
【０００４】
しかし、肉厚が小さい加熱ローラにおいては、熱容量が小さいために、種々の条件の変動によって生ずる温度変化が大きいという問題がある。例えば、小幅サイズの転写材による画像形成動作が連続して行われたときには、加熱ローラの転写材が通過しない領域（以下、「転写材非通過領域」という。）における外周面では転写材により熱が奪われないために、この転写材非通過領域における温度が中央部領域の温度よりも相当に高くなって加熱ローラの外周面において長さ方向に大きな温度分布が生じ、これが原因となってオフセット現象等の問題が生じることがある。
【０００５】
一方、加熱ローラの長さ方向における端部領域においては、その放熱の程度が中央部領域よりも高いことにより、その温度が中央部領域よりも相当に低くなって加熱ローラの外周面において長さ方向に大きな温度分布が生じ、これが原因となって定着不良等の問題が生じることがある。
【０００６】
而して、従来においては、加熱ローラの外周面における温度分布を均一化するために、転写材非通過領域を冷却するための送風装置が設けられた構成の定着装置（例えば、特許文献１参照。）や、加熱ローラの外周面を覆うカバーに、当該加熱ローラの両端部上方に放熱用の窓が形成された構成の定着装置（例えば、特許文献２参照。）が用いられることが知られている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１８１３８２号公報
【特許文献２】
特開平９−４４０２５号公報
【０００８】
しかし、これらの構成においては、例えば、画像形成待機モード時において、加熱ローラの端部領域の温度が中央部領域よりも低くなることを十分に抑止することができず、結局、加熱ローラの外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、加熱ローラの長さ方向における端部領域の外周面について、その補助的加熱および適当な冷却が行われることによって、当該加熱ローラの外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができ、その結果、良好な定着を行うことができる定着装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の定着装置を具えてなる画像形成装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の定着装置は、芯金の厚みが２ｍｍ以下の加熱ローラとこの加熱ローラに圧接される加圧ローラとからなる定着装置において、
空隙を介して加熱ローラの端部領域における外周面に沿って周方向に伸びるよう配設された風路形成部材と、この風路形成部材によって形成される空隙による風路を流れるよう冷却風を発生させる送風装置とが設けられると共に、当該風路形成部材における加熱ローラの外周面に対向する内面が熱反射面とされていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の定着装置は、芯金の厚みが２ｍｍ以下の加熱ローラとこの加熱ローラに圧接される加圧ローラとからなる定着装置において、
空隙を介して加熱ローラの端部領域における外周面に沿って周方向に伸びるよう配設された風路形成部材と、この風路形成部材によって形成される空隙による風路を流れるよう冷却風を発生させる送風装置とが設けられると共に、当該風路形成部材における加熱ローラの外周面に対向する内面が熱反射面とされており、
加熱ローラの中央部領域における外周面の中央部温度と、端部領域における外周面の端部温度との温度差によって、送風装置による送風量が制御されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の画像形成装置は、以上の構成の定着装置を具えてなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の画像形成装置は、感光体上にトナー像を形成し、当該トナー像を転写手段によって転写材に転写し、転写材上のトナーを、芯金の厚みが２ｍｍ以下の加熱ローラとこの加熱ローラに圧接される加圧ローラとからなる定着装置によって定着することにより可視画像が形成される構成を有し、画像形成条件を設定するための制御部を具えている画像形成装置において、
定着装置においては、空隙を介して加熱ローラの端部領域における外周面に沿って周方向に伸びるよう配設された風路形成部材と、この風路形成部材によって形成される空隙による風路を流れるよう冷却風を発生させる送風装置とが設けられると共に、当該風路形成部材における加熱ローラの外周面に対向する内面が熱反射面とされており、
制御部において設定された画像形成条件の内容によって、定着装置における送風装置による送風量が制御されることを特徴とする。
【００１４】
以上の構成においては、風路形成部材が設けられる加熱ローラの端部領域は、当該加熱ローラの長さ方向における中央位置からの離間距離が８０ｍｍ以上の領域であることが好ましい。
また、風路形成部材によって形成される風路の厚さが５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
以上の構成においては、送風装置は、風路に冷却風を供給する送風ファンおよび風路から冷却風を排出する排風ファンの両方により構成されていることが好ましい。
また、送風ファンによる冷却風は、外部から取り入れられた空気であることが好ましい。
【００１６】
【作用】
本発明の加熱ローラ型定着装置においては、厚みが小さい加熱ローラを具えるものであっても、加熱ローラの端部領域における外周面の温度が中央部領域よりも高くなるような条件下では、当該端部領域が冷却されることにより、また、加熱ローラの端部領域における温度が中央部領域よりも低くなるような条件下では、風路形成部材の内面の熱反射によって当該端部領域に対して補助的加熱または保温が行われることにより、加熱ローラの外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の構成の概略を示す説明図、図２は、図１の画像形成装置における定着装置の構成の詳細を示す説明用断面図である。
【００１８】
この画像形成装置は、図１において矢印の方向に回転されるドラム状の感光体１０と、各々、この感光体１０の外周面領域にその回転方向に沿って配設された、感光体１０の表面を帯電させる帯電装置１１、感光体１０の表面を露光することにより潜像を形成する露光装置１２、トナーを含む現像剤により潜像を顕在化させてトナー像を形成する現像装置１３、感光体１０上のトナー像を転写領域において転写材に転写する転写装置１４、感光体１０から転写材を分離させる分離装置１５、並びに、転写領域を通過した感光体１０上の未転写トナーを除去するクリーニング装置１６を具えてなるものであり、転写装置１４より搬送される転写材上の未定着トナー像を定着させて可視画像を形成する定着装置１７が配設されている。
【００１９】
感光体１０は、例えば、ドラム状金属基体の外周面に、有機光導電体を含有させた樹脂よりなる感光層が形成されてなり、図１において紙面に対して垂直な方向に伸びる状態で配設されている。
【００２０】
転写装置１４は、感光体１０上のトナー像を、例えば普通紙からなる転写材に転写させるためのものであり、例えばコロトロン帯電器よりなるものが用いられる。
【００２１】
分離装置１５は、感光体１０に密着した状態にある転写材の電荷を除去することにより転写材を感光体１０から分離させるためのものであり、例えばコロトロン帯電器よりなるものが用いられる。
クリーニング装置１６は、例えば、感光体１０の回転方向における転写領域の下流側の位置において、先端部分が感光体１０の表面に当接されるよう設けられたゴムブレードを具えてなるものである。
【００２２】
定着装置１７は、図２に示されるように、転写材における未定着のトナー像が担持された面に接するよう配置された加熱ローラ３１と、この加熱ローラ３１の下面部に圧接されるよう設けられた加圧ローラ３２とを備えてなり、加熱ローラ３１と加圧ローラ３２との圧接部分により定着領域Ｎが形成されている。Ｑは転写材の搬送路である。
【００２３】
加熱ローラ３１は、例えばアルミニウム、鉄、銅などの金属のいずれかまたはそれらの合金からなる円筒状の芯金の表面に、例えばテトラフルオロエチレンとパープルオロアルコキシエチレンとの共重合体（ＰＦＡ）からなる離型性樹脂が外周面にコーティングされて離型層が形成されたものよりなり、図２において紙面に対して垂直な方向に伸びる状態で配設されている。この加熱ローラ３１においては、芯金の厚みは２ｍｍ以下であり、好ましくは１〜２ｍｍである。
また、加熱ローラ３１の芯金の内部には、例えば、図２において紙面に対して垂直な方向に伸びるよう配置されたハロゲンランプなどのヒータよりなる熱源が内蔵されている。
【００２４】
加圧ローラ３２は、例えばアルミニウム、鉄、銅などの金属のいずれかまたはそれらの合金からなる円筒状の芯金と、この芯金の外周面に形成された例えばシリコーンゴムからなる弾性層とからなり、その外周面には例えばＰＦＡからなる離型性樹脂がコーティングされて離型層が形成されている。
【００２５】
定着装置１７においては、図２および加熱ローラ３１の外周面の説明図である図３に示されるように、加熱ローラ３１の長さ方向における端部領域Ａの外周面に沿って、空隙Ｐを介して周方向に伸びるよう断面が円弧状に湾曲された風路形成部材３５が配設されている。
ここに、端部領域Ａは、加熱ローラ３１の長さ方向（図３において左右方向）における中央位置Ｍから長さ方向に離間した領域であって、その離間距離ａが８０ｍｍ以上となる領域である。また、風路形成部材３５と加熱ローラ３１との間に形成された空隙Ｐの厚さ、すなわち、風路形成部材３５の内面と加熱ローラ３１の外周面との離間距離は例えば５ｍｍ以下であり、好ましくは１〜５ｍｍであり、さらに好ましくは２〜３ｍｍである。
【００２６】
風路形成部材３５の内面は、加熱ローラ３１からの放射熱を反射する反射面とされている。具体的には、風路形成部材３５は内面が鏡面仕上げされたアルミニウム板など熱反射性表面を有する金属板や、熱反射性金属膜が設けられた樹脂板などよりなるものとされる。
【００２７】
また、定着装置１７においては、図２に示されるように、風路形成部材３５に係る空隙Ｐによって形成される風路の一端部における送風口Ｒは、加熱ローラ３１の外周面における定着領域Ｎの上流側の領域である接近領域Ｃ上に位置されており、この送風口Ｒには加熱ローラ３１の外周面に対して垂直な方向に伸びる送風ダクト３４が接続して設けられており、この送風ダクト３４には送風ファン３３が接続して設けられている。そして、送風ファン３３には、画像形成装置の筐体の外部に連通する空気取り入れダクト３８が接続されている。
【００２８】
また、風路の他端部における排風口Ｓは、定着領域Ｎの下流側の領域である通過領域Ｄ上において、送風口Ｒと排風口Ｓとにおける加熱ローラ３１の中心に対する開き角θの大きさが９０〜１８０°とされるよう位置されており、この排風口Ｓには接線方向に伸びる排風ダクト３６が接続して設けられており、この排風ダクト３６には排風ファン３７が接続して設けられている。
【００２９】
送風ファン３３および排風ファン３７の送風量は、各々、例えば０．２〜１．０ｍ3 ／ｍｉｎの範囲において可変とされている。
【００３０】
また、加熱ローラ３１の中央部領域Ｂには、その外周面の温度を検知する中央部温度センサが設けられると共に、端部領域Ａには、その外周面の温度を検知する端部温度センサが設けられている。中央部領域Ｂは、加熱ローラ３１の中央位置Ｍから長さ方向において一定の距離内にある領域であって、その中央距離ｂは例えば１０ｍｍである。
【００３１】
そして、例えば転写材のサイズ幅や連続画像形成枚数などの情報を入力するための入力機構と、この画像形成装置の動作状態を表示するための表示機構と、例えば入力機構における情報や画像形成装置の動作状態に従って画像形成動作（ＪＯＢ）などの画像形成条件を設定するための制御機構とからなる制御部が設けられている。
【００３２】
また、送風ファン３３および排風ファン３７によって構成される送風装置による送風量は、中央部温度センサによる中央部温度と端部温度センサによる端部温度との温度差によって制御される構成とされている。具体的には、中央部温度と端部温度との温度差について目標温度差が設定され、実際の温度差がこの目標温度差に近づくように送風量が制御され、例えば実際の温度差が目標温度差よりも大きいときには、実際の温度差が小さくなるように送風量が大きくされる制御が行われ、例えば実際の温度差が６０℃であり目標温度差が３０℃であるときには、送風量は０．５ｍ3 ／ｍｉｎに設定される。
【００３３】
以上の構成による画像形成装置においては、次のようにして画像形成動作が行われる。
すなわち、駆動源（図示せず）により感光体１０が回転され、この感光体１０が帯電装置１１によって所定の極性（例えば負極性）に帯電され、次いで、露光装置１２によって露光されることにより、照射箇所（露光領域）の電位が低下されて原稿画像に対応した潜像が感光体１０上に形成され、現像装置１３によってトナーが感光体１０上の潜像に付着してトナー像が形成される。転写装置１４によって感光体１０上のトナー像が転写材に転写された後、転写領域を通過した感光体１０上に残留する未転写トナーは、クリーニング装置１６により除去される。
【００３４】
一方、転写材が感光体１０から分離装置１５によって分離され、定着装置１７における定着領域Ｎに搬送されると、熱源によって加熱された加熱ローラ３１の熱が転写材に与えられると共に圧着されることにより、転写材上の転写トナー像が当該転写材に定着される。
以上において、加熱ローラ３１における芯金の厚みが２ｍｍ以下であることにより、始動時に加熱ローラ３１が定着可能温度域に達するまでのウォームアップ時間は短いものである。
【００３５】
而して、この加熱ローラ３１の端部領域Ａにおける温度が中央部領域Ｂよりも低くなるような条件下、例えば転写材に対して画像形成動作を行わない画像形成待機モード時においては、送風ファン３３および排風ファン３７が駆動されず、従って風路形成部材３５によって形成される風路に冷却風が送られない。この状態では、加熱ローラ３１からの放射熱が風路形成部材３５の内面により反射されるために端部領域Ａに対して補助的加熱または保温が行われる。一方、加熱ローラ３１の端部領域Ａにおける温度が中央部領域Ｂよりも高くなるような条件下、例えば小幅サイズの転写材に対する画像形成が連続して行われる時においては、送風ファン３３および排風ファン３７が駆動されて風路に冷却風が送られ、これにより加熱ローラ３１の端部領域Ａが冷却される。そして、以上の結果、加熱ローラ３１の外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができる。
【００３６】
以上において、送風装置による送風量が、加熱ローラ３１の中央部領域Ｂにおける中央部温度と端部領域Ａにおける端部温度との温度差によって制御されることにより、確実に加熱ローラ３１の外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができる。
【００３７】
また、風路形成部材３５によって形成される風路の厚さが５ｍｍ以下であることにより、加熱ローラ３１からの放射熱の広がりを防止することができるため、加熱ローラ３１の端部領域Ａにおける温度が中央部領域Ｂよりも低くなるような条件下では、当該加熱ローラ３１の端部領域Ａに対して十分な補助的加熱または保温が行われる。
【００３８】
さらに、送風ファン３３および排風ファン３７の両方が設けられていることにより、風路形成部材３５によって形成される風路への冷却風の供給と風路からの冷却風の排出との両方が行われるため、送風ファン３３または排風ファン３７のいずれか一方のみの場合に比して、冷却風の広がりを防止することができ高い冷却効果が得られる。
【００３９】
また、送風口Ｒにおける送風ダクト３４の伸びる方向が送風口Ｒ付近の加熱ローラ３１の外周面に対して垂直な方向であることにより、送風口Ｒにおいて加熱ローラ３１に接触される冷却風の量を大きくすることができ、また、排風口Ｓにおける排風ダクト３６の伸びる方向が加熱ローラ３１における接線方向であることにより、冷却風を風路から円滑に排出することができる。
【００４０】
さらに、送風口Ｒと排風口Ｓとにおける加熱ローラ３１の中心に対する開き角θが９０〜１８０°とされていることにより、風路を流れる冷却風が加熱ローラ３１に接触する時間を十分に確保することができ、したがって、加熱ローラ３１の端部領域Ａにおける温度が中央部領域Ｂよりも高くなるような条件下では、送風装置によって風路に冷却風が送られることによって加熱ローラ３１の端部領域Ａに対して十分な冷却が行われる。
【００４１】
また、本発明においては、送風装置による送風量は、制御部において設定された画像形成条件の内容によって制御される構成とすることができる。具体的には、例えば、連続画像形成枚数が多いときには送風装置における送風量が大きくなるように制御部によって制御され、例えば、縦送りのＡ４サイズの普通紙に対して画像形成が行われるときにおいて、連続画像形成枚数が１００枚のときには送風量は０．４ｍ3 ／ｍｉｎに設定される。
【００４２】
このような構成による画像形成装置においては、加熱ローラ３１の端部領域Ａを冷却するために送風装置から送られる冷却風の送風量が、制御部において設定された画像形成条件によって制御されることにより、加熱ローラ３１の外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができる。
【００４３】
以上の構成による画像形成装置においては、様々な変更を加えることができる。例えば、風路形成部材は加熱ローラの長さ方向における片方のみの端部領域の外周面に沿って配設されたものであってもよい。
【００４４】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について具体的に説明する。
【００４５】
〔実施例１〕
図１および図２に示される構成からなり詳細が下記に示される画像形成装置においてテストを行った。
【００４６】
感光体としては、外径が８０ｍｍであるアルミニウム製のドラム状金属基体の外周面に、厚みが２５μｍの感光層が形成されてなる負帯電特性を有するものを用い、回転速度を３２０ｍｍ／ｓｅｃに設定した。
【００４７】
帯電装置としては、正放電特性を有し帯電電圧が−７５０Ｖであるスコロトロン帯電器よりなるもの、露光装置としては、表面標準出力が４９０μＷである半導体レーザー照射装置よりなるものを用いた。現像装置としては、現像スリーブの外径が４０ｍｍであり、現像バイアスが−６００Ｖである接触式現像器よりなるものを用い、トナーとしては、負帯電トナーを用いた。
転写装置としては、正放電特性を有するコロトロン帯電器よりなるもの、分離装置としては、負放電特性を有するコロトロン帯電器よりなるものを用いた。
【００４８】
定着装置としては、図２に示されるように、加熱ローラと加圧ローラとにより構成されるものを用い、加熱ローラは、長さが４００ｍｍ、外径が４０ｍｍ、厚さが０．７ｍｍの鉄からなる芯金の外周面に厚さが３０μｍのＰＦＡ樹脂がコーティングされて離型層が形成されたものを用い、加圧ローラとしては、長さが３３０ｍｍ、外径が４０ｍｍ、厚さが２ｍｍの鉄からなる芯金および厚さが５ｍｍのＬＴＶシリコーンからなる弾性層の外周面にＰＦＡ樹脂がコーティングされて離型層が形成されたものを用いた。
加熱ローラの芯金の内部に設けられた熱源としては、熱源分布が均一であり、長さが３２０ｍｍである誘導加熱方式のものを用い、この熱源により保温される加熱ローラの中央部領域における温度を１９０℃に設定した。
【００４９】
風路形成部材としては、加熱ローラの長さ方向における中央位置からの離間距離を１１０ｍｍに設定した端部領域の外周面に沿って、厚さを３ｍｍに設定した空隙を介して周方向に伸びるよう断面が円弧状に湾曲されたアルミニウムの薄板からなるものを用い、風路形成部材によって形成される風路の両端部である送風口と排風口とにおける加熱ローラの軸に対する開き角θを１２０°とした。
【００５０】
送風装置としては、各々、冷却風の送風量を０．２〜１．０ｍ3 ／ｍｉｎの範囲において可変制御することができる送風ファンおよび排風ファンの両方を用いた。送風ファンによる冷却風は、画像形成装置の筐体の外部に連通する空気取り入れダクトを介して外部から取り入れられた２５℃の空気であった。
【００５１】
そして、送風ファンおよび排風ファンにおける送風量を各々０．５ｍ3 ／ｍｉｎ、画像形成速度を毎分７０枚に設定して、縦送りのＡ４サイズの普通紙に対して連続して５００枚の画像形成を行った。このＡ４サイズの普通紙の幅は２１０ｍｍである。この連続画像形成動作の終了時において端部温度から中央部温度を引いた値で示される温度差（以下、「長さ方向温度差」という。）を表１に示す。
【００５２】
また、転写材に対して画像形成動作を行わない画像形成待機モード時において、この画像形成待機モード開始後５〜１０分間経過して加熱ローラにおける温度が安定した時（以下、「画像形成待機モード安定時」という。）における長さ方向温度差を表１に示す。
【００５３】
〔比較例１〕
風路形成部材と、送風ファンおよび排風ファンの両方とが除却されたこと以外は実施例１と同様の構成による画像形成装置において、実施例１と同様にテストを行った。
【００５４】
〔比較例２〕
送風ファンおよび排風ファンの両方が除却されたこと以外は実施例１と同様の構成による画像形成装置において、実施例１と同様にテストを行った。
【００５５】
〔比較例３〕
排風ファンのみが除却されたこと以外は実施例１と同様の構成による画像形成装置において、実施例１と同様にテストを行った。
【００５６】
〔比較例４〕
送風ファンのみが除却されたこと以外は実施例１と同様の構成による画像形成装置において、実施例１と同様にテストを行った。
以上の比較例１〜比較例４のテストにおいて、連続画像形成動作の終了時および画像形成待機モード安定時における長さ方向温度差を表１に示す。
【００５７】
定着装置において良好な定着を行うことができるための評価基準としては、加熱ローラの長さ方向温度差の絶対値が４０℃以下であることとされた。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１から明らかなように、画像形成待機モード安定時において、比較例１に示されるように、風路形成部材が除却された画像形成装置においては長さ方向温度差は−２５℃であるのに対し、実施例１および比較例２〜比較例４に示されるように、風路形成部材を具えた画像形成装置においては長さ方向温度差は−１０℃であった。これにより、風路形成部材が設けられることにより、加熱ローラの端部領域における温度が中央部領域よりも低くなるような条件下であっても、加熱ローラの外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができることが確認された。
【００６０】
また、連続画像形成動作終了時において、比較例１および比較例２に示されるように、送風ファンおよび排風ファンの両方が除却された画像形成装置においては長さ方向温度差は７０℃であり、比較例３および比較例４に示されるように、送風ファンまたは排風ファンのみを具えた画像形成装置においては長さ方向温度差はそれぞれ５５℃、６０℃であるのに対し、実施例１に示されるように、送風ファンおよび排風ファンの両方を具えた画像形成装置においては、長さ方向温度差は３０℃であり、定着装置において良好な定着を行うことができる評価基準範囲（この例の装置では４０℃）内の値であった。これにより、送風ファンおよび排風ファンの両方が設けられることにより、加熱ローラの端部領域における温度が中央部領域よりも高くなるような条件下であっても、加熱ローラの外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができたことが確認された。
【００６１】
〔実施例２〕
実施例１に示されたものと同様の構成を有する画像形成装置において、送風ファンおよび排風ファンにおける冷却風の送風量を、各々、表２に示される値に設定した他は実施例１と同様にして連続画像形成動作におけるテストを行った。この連続画像形成動作の終了時における長さ方向温度差を表２に示す。
【００６２】
【表２】
【００６３】
表２から明らかなように、送風ファンおよび排風ファンにおける送風量が大きくなると、加熱ローラにおける長さ方向温度差が小さくなることが確認された。すなわち、加熱ローラの中央部領域における温度を検知する中央部温度センサ、端部領域における温度を検知する端部温度センサおよび制御部を配設し、この制御部における画像形成条件として長さ方向温度差についての目標温度差を設定し、例えば実際の長さ方向温度差が目標温度差よりも大きいときには、送風ファンおよび排風ファンにおける送風量が大きくなり、実際の長さ方向温度差が目標温度差よりも小さいときには、送風量が小さくなるよう制御することにより、実際の長さ方向温度差を小さいものとすることができる。
具体的には、表２に示されるように、実際の長さ方向温度差が６０℃であり設定した目標温度差が３０℃であるときには、送風ファンおよび排風ファンにおける送風量が各々０．５ｍ3 ／ｍｉｎに設定される制御が行われることにより、長さ方向温度差が目標温度差である３０℃に近づけられ、定着装置において良好な定着を行うことができる評価基準範囲内の値とされることが確認された。
【００６４】
以上のように、長さ方向温度差によって送風ファンおよび排風ファンにおける送風量が制御されることにより、長さ方向温度差を小さくすることができ、したがって、加熱ローラの長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができることが確認された。
【００６５】
〔実施例３〕
実施例１に示されたものと同様の構成を有する画像形成装置において、送風ファンおよび排風ファンにおける送風量および連続画像形成枚数を、各々、表３に示される値に設定した他は実施例１と同様にして、連続画像形成動作におけるテストを行った。この連続画像形成動作の終了時における長さ方向温度差を表３に示す。
【００６６】
【表３】
【００６７】
表３から明らかなように、連続画像形成枚数が増えると加熱ローラにおける長さ方向温度差が大きくなることが確認された。
すなわち、加熱ローラの中央部領域における温度を検知する中央部温度センサ、端部領域における温度を検知する端部温度センサおよび制御部を配設し、この制御部における画像形成条件として長さ方向温度差についての目標温度差を設定し、実際の長さ方向温度差が目標温度差に近づくように連続画像形成枚数に対応する送風量が設定されるよう制御することにより、具体的には、表３に示されるように、例えば長さ方向温度差が３０℃となるように、連続画像形成枚数が５０枚までのときは送風量が０．２ｍ3 ／ｍｉｎに、画像形成枚数が１００枚のときは送風量が０．４ｍ3 ／ｍｉｎに、画像形成枚数が２００〜５００枚のときは送風量が０．５ｍ3 ／ｍｉｎに設定される制御が行われることにより、実際の長さ方向温度差が３０℃に近づけられ、定着装置において良好な定着を行うことができる評価基準範囲内の値とされることが確認された。
以上のように、制御部において設定された画像形成条件の内容によって送風ファンおよび排風ファンにおける送風量が制御されることにより、長さ方向温度差を小さくすることができ、したがって、加熱ローラの長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができることが確認された。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱ローラの長さ方向における端部領域の外周面について、その補助的加熱および適当な冷却が行われることによって、当該加熱ローラの外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができ、その結果、良好な定着を行うことができる定着装置を提供することができる。
また、上記の定着装置を具えてなる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の構成の概略を示す説明図である。
【図２】図１の画像形成装置における定着装置の構成の詳細を示す説明用断面図である。
【図３】図２の加熱ローラの外周面の説明図である。
【符号の説明】
１０ 感光体
１１ 帯電装置
１２ 露光装置
１３ 現像装置
１４ 転写装置
１５ 分離装置
１６ クリーニング装置
１７ 定着装置
３１ 加熱ローラ
３２ 加圧ローラ
３３ 送風ファン
３４ 送風ダクト
３５ 風路形成部材
３６ 排風ダクト
３７ 排風ファン
３８ 空気取り入れダクト
Ａ 端部領域
Ｂ 中央部領域
Ｃ 接近領域
Ｄ 通過領域
Ｍ 中央位置
Ｎ 定着領域
Ｐ 空隙
Ｑ 搬送路
Ｒ 送風口
Ｓ 排風口
ａ 離間距離
ｂ 中央距離
θ 開き角
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置および画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式によって可視画像を形成する画像形成装置においては、感光体上にトナー像を形成し、当該トナー像を転写手段によって転写材に転写し、転写材上のトナーを定着することにより可視画像が形成される。ここで、転写材の一面に転写されているトナーを当該転写材に定着させるために、転写材の一面に接する加熱ローラと、この加熱ローラに圧接されるよう配置された加圧ローラとを備えてなる定着装置が広く用いられている。
【０００３】
このような加熱ローラ型定着装置においては、始動時に加熱ローラが定着可能温度域に達するまでのウォームアップ時間を短縮するためには、肉厚が小さい加熱ローラを用いることが有効である。
【０００４】
しかし、肉厚が小さい加熱ローラにおいては、熱容量が小さいために、種々の条件の変動によって生ずる温度変化が大きいという問題がある。例えば、小幅サイズの転写材による画像形成動作が連続して行われたときには、加熱ローラの転写材が通過しない領域（以下、「転写材非通過領域」という。）における外周面では転写材により熱が奪われないために、この転写材非通過領域における温度が中央部領域の温度よりも相当に高くなって加熱ローラの外周面において長さ方向に大きな温度分布が生じ、これが原因となってオフセット現象等の問題が生じることがある。
【０００５】
一方、加熱ローラの長さ方向における端部領域においては、その放熱の程度が中央部領域よりも高いことにより、その温度が中央部領域よりも相当に低くなって加熱ローラの外周面において長さ方向に大きな温度分布が生じ、これが原因となって定着不良等の問題が生じることがある。
【０００６】
而して、従来においては、加熱ローラの外周面における温度分布を均一化するために、転写材非通過領域を冷却するための送風装置が設けられた構成の定着装置（例えば、特許文献１参照。）や、加熱ローラの外周面を覆うカバーに、当該加熱ローラの両端部上方に放熱用の窓が形成された構成の定着装置（例えば、特許文献２参照。）が用いられることが知られている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１８１３８２号公報
【特許文献２】
特開平９−４４０２５号公報
【０００８】
しかし、これらの構成においては、例えば、画像形成待機モード時において、加熱ローラの端部領域の温度が中央部領域よりも低くなることを十分に抑止することができず、結局、加熱ローラの外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、加熱ローラの長さ方向における端部領域の外周面について、その補助的加熱および適当な冷却が行われることによって、当該加熱ローラの外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができ、その結果、良好な定着を行うことができる定着装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の定着装置を具えてなる画像形成装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の定着装置は、芯金の厚みが２ｍｍ以下の加熱ローラとこの加熱ローラに圧接される加圧ローラとからなる定着装置において、
空隙を介して加熱ローラの端部領域における外周面に沿って周方向に伸びるよう配設された風路形成部材と、この風路形成部材によって形成される空隙による風路を流れるよう冷却風を発生させる送風装置とが設けられると共に、当該風路形成部材における加熱ローラの外周面に対向する内面が熱反射面とされていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の定着装置は、芯金の厚みが２ｍｍ以下の加熱ローラとこの加熱ローラに圧接される加圧ローラとからなる定着装置において、
空隙を介して加熱ローラの端部領域における外周面に沿って周方向に伸びるよう配設された風路形成部材と、この風路形成部材によって形成される空隙による風路を流れるよう冷却風を発生させる送風装置とが設けられると共に、当該風路形成部材における加熱ローラの外周面に対向する内面が熱反射面とされており、
加熱ローラの中央部領域における外周面の中央部温度と、端部領域における外周面の端部温度との温度差によって、送風装置による送風量が制御されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の画像形成装置は、以上の構成の定着装置を具えてなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の画像形成装置は、感光体上にトナー像を形成し、当該トナー像を転写手段によって転写材に転写し、転写材上のトナーを、芯金の厚みが２ｍｍ以下の加熱ローラとこの加熱ローラに圧接される加圧ローラとからなる定着装置によって定着することにより可視画像が形成される構成を有し、画像形成条件を設定するための制御部を具えている画像形成装置において、
定着装置においては、空隙を介して加熱ローラの端部領域における外周面に沿って周方向に伸びるよう配設された風路形成部材と、この風路形成部材によって形成される空隙による風路を流れるよう冷却風を発生させる送風装置とが設けられると共に、当該風路形成部材における加熱ローラの外周面に対向する内面が熱反射面とされており、
制御部において設定された画像形成条件の内容によって、定着装置における送風装置による送風量が制御されることを特徴とする。
【００１４】
以上の構成においては、風路形成部材が設けられる加熱ローラの端部領域は、当該加熱ローラの長さ方向における中央位置からの離間距離が８０ｍｍ以上の領域であることが好ましい。
また、風路形成部材によって形成される風路の厚さが５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
以上の構成においては、送風装置は、風路に冷却風を供給する送風ファンおよび風路から冷却風を排出する排風ファンの両方により構成されていることが好ましい。
また、送風ファンによる冷却風は、外部から取り入れられた空気であることが好ましい。
【００１６】
【作用】
本発明の加熱ローラ型定着装置においては、厚みが小さい加熱ローラを具えるものであっても、加熱ローラの端部領域における外周面の温度が中央部領域よりも高くなるような条件下では、当該端部領域が冷却されることにより、また、加熱ローラの端部領域における温度が中央部領域よりも低くなるような条件下では、風路形成部材の内面の熱反射によって当該端部領域に対して補助的加熱または保温が行われることにより、加熱ローラの外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の構成の概略を示す説明図、図２は、図１の画像形成装置における定着装置の構成の詳細を示す説明用断面図である。
【００１８】
この画像形成装置は、図１において矢印の方向に回転されるドラム状の感光体１０と、各々、この感光体１０の外周面領域にその回転方向に沿って配設された、感光体１０の表面を帯電させる帯電装置１１、感光体１０の表面を露光することにより潜像を形成する露光装置１２、トナーを含む現像剤により潜像を顕在化させてトナー像を形成する現像装置１３、感光体１０上のトナー像を転写領域において転写材に転写する転写装置１４、感光体１０から転写材を分離させる分離装置１５、並びに、転写領域を通過した感光体１０上の未転写トナーを除去するクリーニング装置１６を具えてなるものであり、転写装置１４より搬送される転写材上の未定着トナー像を定着させて可視画像を形成する定着装置１７が配設されている。
【００１９】
感光体１０は、例えば、ドラム状金属基体の外周面に、有機光導電体を含有させた樹脂よりなる感光層が形成されてなり、図１において紙面に対して垂直な方向に伸びる状態で配設されている。
【００２０】
転写装置１４は、感光体１０上のトナー像を、例えば普通紙からなる転写材に転写させるためのものであり、例えばコロトロン帯電器よりなるものが用いられる。
【００２１】
分離装置１５は、感光体１０に密着した状態にある転写材の電荷を除去することにより転写材を感光体１０から分離させるためのものであり、例えばコロトロン帯電器よりなるものが用いられる。
クリーニング装置１６は、例えば、感光体１０の回転方向における転写領域の下流側の位置において、先端部分が感光体１０の表面に当接されるよう設けられたゴムブレードを具えてなるものである。
【００２２】
定着装置１７は、図２に示されるように、転写材における未定着のトナー像が担持された面に接するよう配置された加熱ローラ３１と、この加熱ローラ３１の下面部に圧接されるよう設けられた加圧ローラ３２とを備えてなり、加熱ローラ３１と加圧ローラ３２との圧接部分により定着領域Ｎが形成されている。Ｑは転写材の搬送路である。
【００２３】
加熱ローラ３１は、例えばアルミニウム、鉄、銅などの金属のいずれかまたはそれらの合金からなる円筒状の芯金の表面に、例えばテトラフルオロエチレンとパープルオロアルコキシエチレンとの共重合体（ＰＦＡ）からなる離型性樹脂が外周面にコーティングされて離型層が形成されたものよりなり、図２において紙面に対して垂直な方向に伸びる状態で配設されている。この加熱ローラ３１においては、芯金の厚みは２ｍｍ以下であり、好ましくは１〜２ｍｍである。
また、加熱ローラ３１の芯金の内部には、例えば、図２において紙面に対して垂直な方向に伸びるよう配置されたハロゲンランプなどのヒータよりなる熱源が内蔵されている。
【００２４】
加圧ローラ３２は、例えばアルミニウム、鉄、銅などの金属のいずれかまたはそれらの合金からなる円筒状の芯金と、この芯金の外周面に形成された例えばシリコーンゴムからなる弾性層とからなり、その外周面には例えばＰＦＡからなる離型性樹脂がコーティングされて離型層が形成されている。
【００２５】
定着装置１７においては、図２および加熱ローラ３１の外周面の説明図である図３に示されるように、加熱ローラ３１の長さ方向における端部領域Ａの外周面に沿って、空隙Ｐを介して周方向に伸びるよう断面が円弧状に湾曲された風路形成部材３５が配設されている。
ここに、端部領域Ａは、加熱ローラ３１の長さ方向（図３において左右方向）における中央位置Ｍから長さ方向に離間した領域であって、その離間距離ａが８０ｍｍ以上となる領域である。また、風路形成部材３５と加熱ローラ３１との間に形成された空隙Ｐの厚さ、すなわち、風路形成部材３５の内面と加熱ローラ３１の外周面との離間距離は例えば５ｍｍ以下であり、好ましくは１〜５ｍｍであり、さらに好ましくは２〜３ｍｍである。
【００２６】
風路形成部材３５の内面は、加熱ローラ３１からの放射熱を反射する反射面とされている。具体的には、風路形成部材３５は内面が鏡面仕上げされたアルミニウム板など熱反射性表面を有する金属板や、熱反射性金属膜が設けられた樹脂板などよりなるものとされる。
【００２７】
また、定着装置１７においては、図２に示されるように、風路形成部材３５に係る空隙Ｐによって形成される風路の一端部における送風口Ｒは、加熱ローラ３１の外周面における定着領域Ｎの上流側の領域である接近領域Ｃ上に位置されており、この送風口Ｒには加熱ローラ３１の外周面に対して垂直な方向に伸びる送風ダクト３４が接続して設けられており、この送風ダクト３４には送風ファン３３が接続して設けられている。そして、送風ファン３３には、画像形成装置の筐体の外部に連通する空気取り入れダクト３８が接続されている。
【００２８】
また、風路の他端部における排風口Ｓは、定着領域Ｎの下流側の領域である通過領域Ｄ上において、送風口Ｒと排風口Ｓとにおける加熱ローラ３１の中心に対する開き角θの大きさが９０〜１８０°とされるよう位置されており、この排風口Ｓには接線方向に伸びる排風ダクト３６が接続して設けられており、この排風ダクト３６には排風ファン３７が接続して設けられている。
【００２９】
送風ファン３３および排風ファン３７の送風量は、各々、例えば０．２〜１．０ｍ3 ／ｍｉｎの範囲において可変とされている。
【００３０】
また、加熱ローラ３１の中央部領域Ｂには、その外周面の温度を検知する中央部温度センサが設けられると共に、端部領域Ａには、その外周面の温度を検知する端部温度センサが設けられている。中央部領域Ｂは、加熱ローラ３１の中央位置Ｍから長さ方向において一定の距離内にある領域であって、その中央距離ｂは例えば１０ｍｍである。
【００３１】
そして、例えば転写材のサイズ幅や連続画像形成枚数などの情報を入力するための入力機構と、この画像形成装置の動作状態を表示するための表示機構と、例えば入力機構における情報や画像形成装置の動作状態に従って画像形成動作（ＪＯＢ）などの画像形成条件を設定するための制御機構とからなる制御部が設けられている。
【００３２】
また、送風ファン３３および排風ファン３７によって構成される送風装置による送風量は、中央部温度センサによる中央部温度と端部温度センサによる端部温度との温度差によって制御される構成とされている。具体的には、中央部温度と端部温度との温度差について目標温度差が設定され、実際の温度差がこの目標温度差に近づくように送風量が制御され、例えば実際の温度差が目標温度差よりも大きいときには、実際の温度差が小さくなるように送風量が大きくされる制御が行われ、例えば実際の温度差が６０℃であり目標温度差が３０℃であるときには、送風量は０．５ｍ3 ／ｍｉｎに設定される。
【００３３】
以上の構成による画像形成装置においては、次のようにして画像形成動作が行われる。
すなわち、駆動源（図示せず）により感光体１０が回転され、この感光体１０が帯電装置１１によって所定の極性（例えば負極性）に帯電され、次いで、露光装置１２によって露光されることにより、照射箇所（露光領域）の電位が低下されて原稿画像に対応した潜像が感光体１０上に形成され、現像装置１３によってトナーが感光体１０上の潜像に付着してトナー像が形成される。転写装置１４によって感光体１０上のトナー像が転写材に転写された後、転写領域を通過した感光体１０上に残留する未転写トナーは、クリーニング装置１６により除去される。
【００３４】
一方、転写材が感光体１０から分離装置１５によって分離され、定着装置１７における定着領域Ｎに搬送されると、熱源によって加熱された加熱ローラ３１の熱が転写材に与えられると共に圧着されることにより、転写材上の転写トナー像が当該転写材に定着される。
以上において、加熱ローラ３１における芯金の厚みが２ｍｍ以下であることにより、始動時に加熱ローラ３１が定着可能温度域に達するまでのウォームアップ時間は短いものである。
【００３５】
而して、この加熱ローラ３１の端部領域Ａにおける温度が中央部領域Ｂよりも低くなるような条件下、例えば転写材に対して画像形成動作を行わない画像形成待機モード時においては、送風ファン３３および排風ファン３７が駆動されず、従って風路形成部材３５によって形成される風路に冷却風が送られない。この状態では、加熱ローラ３１からの放射熱が風路形成部材３５の内面により反射されるために端部領域Ａに対して補助的加熱または保温が行われる。一方、加熱ローラ３１の端部領域Ａにおける温度が中央部領域Ｂよりも高くなるような条件下、例えば小幅サイズの転写材に対する画像形成が連続して行われる時においては、送風ファン３３および排風ファン３７が駆動されて風路に冷却風が送られ、これにより加熱ローラ３１の端部領域Ａが冷却される。そして、以上の結果、加熱ローラ３１の外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができる。
【００３６】
以上において、送風装置による送風量が、加熱ローラ３１の中央部領域Ｂにおける中央部温度と端部領域Ａにおける端部温度との温度差によって制御されることにより、確実に加熱ローラ３１の外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができる。
【００３７】
また、風路形成部材３５によって形成される風路の厚さが５ｍｍ以下であることにより、加熱ローラ３１からの放射熱の広がりを防止することができるため、加熱ローラ３１の端部領域Ａにおける温度が中央部領域Ｂよりも低くなるような条件下では、当該加熱ローラ３１の端部領域Ａに対して十分な補助的加熱または保温が行われる。
【００３８】
さらに、送風ファン３３および排風ファン３７の両方が設けられていることにより、風路形成部材３５によって形成される風路への冷却風の供給と風路からの冷却風の排出との両方が行われるため、送風ファン３３または排風ファン３７のいずれか一方のみの場合に比して、冷却風の広がりを防止することができ高い冷却効果が得られる。
【００３９】
また、送風口Ｒにおける送風ダクト３４の伸びる方向が送風口Ｒ付近の加熱ローラ３１の外周面に対して垂直な方向であることにより、送風口Ｒにおいて加熱ローラ３１に接触される冷却風の量を大きくすることができ、また、排風口Ｓにおける排風ダクト３６の伸びる方向が加熱ローラ３１における接線方向であることにより、冷却風を風路から円滑に排出することができる。
【００４０】
さらに、送風口Ｒと排風口Ｓとにおける加熱ローラ３１の中心に対する開き角θが９０〜１８０°とされていることにより、風路を流れる冷却風が加熱ローラ３１に接触する時間を十分に確保することができ、したがって、加熱ローラ３１の端部領域Ａにおける温度が中央部領域Ｂよりも高くなるような条件下では、送風装置によって風路に冷却風が送られることによって加熱ローラ３１の端部領域Ａに対して十分な冷却が行われる。
【００４１】
また、本発明においては、送風装置による送風量は、制御部において設定された画像形成条件の内容によって制御される構成とすることができる。具体的には、例えば、連続画像形成枚数が多いときには送風装置における送風量が大きくなるように制御部によって制御され、例えば、縦送りのＡ４サイズの普通紙に対して画像形成が行われるときにおいて、連続画像形成枚数が１００枚のときには送風量は０．４ｍ3 ／ｍｉｎに設定される。
【００４２】
このような構成による画像形成装置においては、加熱ローラ３１の端部領域Ａを冷却するために送風装置から送られる冷却風の送風量が、制御部において設定された画像形成条件によって制御されることにより、加熱ローラ３１の外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができる。
【００４３】
以上の構成による画像形成装置においては、様々な変更を加えることができる。例えば、風路形成部材は加熱ローラの長さ方向における片方のみの端部領域の外周面に沿って配設されたものであってもよい。
【００４４】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について具体的に説明する。
【００４５】
〔実施例１〕
図１および図２に示される構成からなり詳細が下記に示される画像形成装置においてテストを行った。
【００４６】
感光体としては、外径が８０ｍｍであるアルミニウム製のドラム状金属基体の外周面に、厚みが２５μｍの感光層が形成されてなる負帯電特性を有するものを用い、回転速度を３２０ｍｍ／ｓｅｃに設定した。
【００４７】
帯電装置としては、正放電特性を有し帯電電圧が−７５０Ｖであるスコロトロン帯電器よりなるもの、露光装置としては、表面標準出力が４９０μＷである半導体レーザー照射装置よりなるものを用いた。現像装置としては、現像スリーブの外径が４０ｍｍであり、現像バイアスが−６００Ｖである接触式現像器よりなるものを用い、トナーとしては、負帯電トナーを用いた。
転写装置としては、正放電特性を有するコロトロン帯電器よりなるもの、分離装置としては、負放電特性を有するコロトロン帯電器よりなるものを用いた。
【００４８】
定着装置としては、図２に示されるように、加熱ローラと加圧ローラとにより構成されるものを用い、加熱ローラは、長さが４００ｍｍ、外径が４０ｍｍ、厚さが０．７ｍｍの鉄からなる芯金の外周面に厚さが３０μｍのＰＦＡ樹脂がコーティングされて離型層が形成されたものを用い、加圧ローラとしては、長さが３３０ｍｍ、外径が４０ｍｍ、厚さが２ｍｍの鉄からなる芯金および厚さが５ｍｍのＬＴＶシリコーンからなる弾性層の外周面にＰＦＡ樹脂がコーティングされて離型層が形成されたものを用いた。
加熱ローラの芯金の内部に設けられた熱源としては、熱源分布が均一であり、長さが３２０ｍｍである誘導加熱方式のものを用い、この熱源により保温される加熱ローラの中央部領域における温度を１９０℃に設定した。
【００４９】
風路形成部材としては、加熱ローラの長さ方向における中央位置からの離間距離を１１０ｍｍに設定した端部領域の外周面に沿って、厚さを３ｍｍに設定した空隙を介して周方向に伸びるよう断面が円弧状に湾曲されたアルミニウムの薄板からなるものを用い、風路形成部材によって形成される風路の両端部である送風口と排風口とにおける加熱ローラの軸に対する開き角θを１２０°とした。
【００５０】
送風装置としては、各々、冷却風の送風量を０．２〜１．０ｍ3 ／ｍｉｎの範囲において可変制御することができる送風ファンおよび排風ファンの両方を用いた。送風ファンによる冷却風は、画像形成装置の筐体の外部に連通する空気取り入れダクトを介して外部から取り入れられた２５℃の空気であった。
【００５１】
そして、送風ファンおよび排風ファンにおける送風量を各々０．５ｍ3 ／ｍｉｎ、画像形成速度を毎分７０枚に設定して、縦送りのＡ４サイズの普通紙に対して連続して５００枚の画像形成を行った。このＡ４サイズの普通紙の幅は２１０ｍｍである。この連続画像形成動作の終了時において端部温度から中央部温度を引いた値で示される温度差（以下、「長さ方向温度差」という。）を表１に示す。
【００５２】
また、転写材に対して画像形成動作を行わない画像形成待機モード時において、この画像形成待機モード開始後５〜１０分間経過して加熱ローラにおける温度が安定した時（以下、「画像形成待機モード安定時」という。）における長さ方向温度差を表１に示す。
【００５３】
〔比較例１〕
風路形成部材と、送風ファンおよび排風ファンの両方とが除却されたこと以外は実施例１と同様の構成による画像形成装置において、実施例１と同様にテストを行った。
【００５４】
〔比較例２〕
送風ファンおよび排風ファンの両方が除却されたこと以外は実施例１と同様の構成による画像形成装置において、実施例１と同様にテストを行った。
【００５５】
〔比較例３〕
排風ファンのみが除却されたこと以外は実施例１と同様の構成による画像形成装置において、実施例１と同様にテストを行った。
【００５６】
〔比較例４〕
送風ファンのみが除却されたこと以外は実施例１と同様の構成による画像形成装置において、実施例１と同様にテストを行った。
以上の比較例１〜比較例４のテストにおいて、連続画像形成動作の終了時および画像形成待機モード安定時における長さ方向温度差を表１に示す。
【００５７】
定着装置において良好な定着を行うことができるための評価基準としては、加熱ローラの長さ方向温度差の絶対値が４０℃以下であることとされた。
【００５８】
【表１】
表１から明らかなように、画像形成待機モード安定時において、比較例１に示されるように、風路形成部材が除却された画像形成装置においては長さ方向温度差は−２５℃であるのに対し、実施例１および比較例２〜比較例４に示されるように、風路形成部材を具えた画像形成装置においては長さ方向温度差は−１０℃であった。これにより、風路形成部材が設けられることにより、加熱ローラの端部領域における温度が中央部領域よりも低くなるような条件下であっても、加熱ローラの外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができることが確認された。
【００６０】
また、連続画像形成動作終了時において、比較例１および比較例２に示されるように、送風ファンおよび排風ファンの両方が除却された画像形成装置においては長さ方向温度差は７０℃であり、比較例３および比較例４に示されるように、送風ファンまたは排風ファンのみを具えた画像形成装置においては長さ方向温度差はそれぞれ５５℃、６０℃であるのに対し、実施例１に示されるように、送風ファンおよび排風ファンの両方を具えた画像形成装置においては、長さ方向温度差は３０℃であり、定着装置において良好な定着を行うことができる評価基準範囲（この例の装置では４０℃）内の値であった。これにより、送風ファンおよび排風ファンの両方が設けられることにより、加熱ローラの端部領域における温度が中央部領域よりも高くなるような条件下であっても、加熱ローラの外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができたことが確認された。
【００６１】
〔実施例２〕
実施例１に示されたものと同様の構成を有する画像形成装置において、送風ファンおよび排風ファンにおける冷却風の送風量を、各々、表２に示される値に設定した他は実施例１と同様にして連続画像形成動作におけるテストを行った。この連続画像形成動作の終了時における長さ方向温度差を表２に示す。
【００６２】
【表２】
表２から明らかなように、送風ファンおよび排風ファンにおける送風量が大きくなると、加熱ローラにおける長さ方向温度差が小さくなることが確認された。すなわち、加熱ローラの中央部領域における温度を検知する中央部温度センサ、端部領域における温度を検知する端部温度センサおよび制御部を配設し、この制御部における画像形成条件として長さ方向温度差についての目標温度差を設定し、例えば実際の長さ方向温度差が目標温度差よりも大きいときには、送風ファンおよび排風ファンにおける送風量が大きくなり、実際の長さ方向温度差が目標温度差よりも小さいときには、送風量が小さくなるよう制御することにより、実際の長さ方向温度差を小さいものとすることができる。
具体的には、表２に示されるように、実際の長さ方向温度差が６０℃であり設定した目標温度差が３０℃であるときには、送風ファンおよび排風ファンにおける送風量が各々０．５ｍ3 ／ｍｉｎに設定される制御が行われることにより、長さ方向温度差が目標温度差である３０℃に近づけられ、定着装置において良好な定着を行うことができる評価基準範囲内の値とされることが確認された。
【００６４】
以上のように、長さ方向温度差によって送風ファンおよび排風ファンにおける送風量が制御されることにより、長さ方向温度差を小さくすることができ、したがって、加熱ローラの長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができることが確認された。
【００６５】
〔実施例３〕
実施例１に示されたものと同様の構成を有する画像形成装置において、送風ファンおよび排風ファンにおける送風量および連続画像形成枚数を、各々、表３に示される値に設定した他は実施例１と同様にして、連続画像形成動作におけるテストを行った。この連続画像形成動作の終了時における長さ方向温度差を表３に示す。
【００６６】
【表３】
表３から明らかなように、連続画像形成枚数が増えると加熱ローラにおける長さ方向温度差が大きくなることが確認された。
すなわち、加熱ローラの中央部領域における温度を検知する中央部温度センサ、端部領域における温度を検知する端部温度センサおよび制御部を配設し、この制御部における画像形成条件として長さ方向温度差についての目標温度差を設定し、実際の長さ方向温度差が目標温度差に近づくように連続画像形成枚数に対応する送風量が設定されるよう制御することにより、具体的には、表３に示されるように、例えば長さ方向温度差が３０℃となるように、連続画像形成枚数が５０枚までのときは送風量が０．２ｍ3 ／ｍｉｎに、画像形成枚数が１００枚のときは送風量が０．４ｍ3 ／ｍｉｎに、画像形成枚数が２００〜５００枚のときは送風量が０．５ｍ3 ／ｍｉｎに設定される制御が行われることにより、実際の長さ方向温度差が３０℃に近づけられ、定着装置において良好な定着を行うことができる評価基準範囲内の値とされることが確認された。
以上のように、制御部において設定された画像形成条件の内容によって送風ファンおよび排風ファンにおける送風量が制御されることにより、長さ方向温度差を小さくすることができ、したがって、加熱ローラの長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができることが確認された。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱ローラの長さ方向における端部領域の外周面について、その補助的加熱および適当な冷却が行われることによって、当該加熱ローラの外周面の長さ方向において均一性の高い温度分布状態を得ることができ、その結果、良好な定着を行うことができる定着装置を提供することができる。
また、上記の定着装置を具えてなる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の構成の概略を示す説明図である。
【図２】図１の画像形成装置における定着装置の構成の詳細を示す説明用断面図である。
【図３】図２の加熱ローラの外周面の説明図である。
【符号の説明】
１０ 感光体
１１ 帯電装置
１２ 露光装置
１３ 現像装置
１４ 転写装置
１５ 分離装置
１６ クリーニング装置
１７ 定着装置
３１ 加熱ローラ
３２ 加圧ローラ
３３ 送風ファン
３４ 送風ダクト
３５ 風路形成部材
３６ 排風ダクト
３７ 排風ファン
３８ 空気取り入れダクト
Ａ 端部領域
Ｂ 中央部領域
Ｃ 接近領域
Ｄ 通過領域
Ｍ 中央位置
Ｎ 定着領域
Ｐ 空隙
Ｑ 搬送路
Ｒ 送風口
Ｓ 排風口
ａ 離間距離
ｂ 中央距離
θ 開き角
Claims (14)
- 芯金の厚みが２ｍｍ以下の加熱ローラとこの加熱ローラに圧接される加圧ローラとからなる定着装置において、
空隙を介して加熱ローラの端部領域における外周面に沿って周方向に伸びるよう配設された風路形成部材と、この風路形成部材によって形成される空隙による風路を流れるよう冷却風を発生させる送風装置とが設けられると共に、当該風路形成部材における加熱ローラの外周面に対向する内面が熱反射面とされていることを特徴とする定着装置。 - 芯金の厚みが２ｍｍ以下の加熱ローラとこの加熱ローラに圧接される加圧ローラとからなる定着装置において、
空隙を介して加熱ローラの端部領域における外周面に沿って周方向に伸びるよう配設された風路形成部材と、この風路形成部材によって形成される空隙による風路を流れるよう冷却風を発生させる送風装置とが設けられると共に、当該風路形成部材における加熱ローラの外周面に対向する内面が熱反射面とされており、
加熱ローラの中央部領域における外周面の中央部温度と、端部領域における外周面の端部温度との温度差によって、送風装置による送風量が制御されることを特徴とする定着装置。 - 風路形成部材が設けられる加熱ローラの端部領域は、当該加熱ローラの長さ方向における中央位置からの離間距離が８０ｍｍ以上の領域であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。
- 風路形成部材によって形成される風路の厚さが５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置。
- 送風装置は、風路に冷却風を供給する送風ファンおよび風路から冷却風を排出する排風ファンの両方により構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置。
- 送風ファンによる冷却風は、外部から取り入れられた空気であることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
- 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の定着装置を具えてなることを特徴とする画像形成装置。
- 感光体上にトナー像を形成し、当該トナー像を転写手段によって転写材に転写し、転写材上のトナーを、芯金の厚みが２ｍｍ以下の加熱ローラとこの加熱ローラに圧接される加圧ローラとからなる定着装置によって定着することにより可視画像が形成される構成を有し、画像形成条件を設定するための制御部を具えている画像形成装置において、
定着装置においては、空隙を介して加熱ローラの端部領域における外周面に沿って周方向に伸びるよう配設された風路形成部材と、この風路形成部材によって形成される空隙による風路を流れるよう冷却風を発生させる送風装置とが設けられると共に、当該風路形成部材における加熱ローラの外周面に対向する内面が熱反射面とされており、
制御部において設定された画像形成条件の内容によって、定着装置における送風装置による送風量が制御されることを特徴とする画像形成装置。 - 風路形成部材が設けられる加熱ローラの端部領域は、当該加熱ローラの長さ方向における中央位置からの離間距離が８０ｍｍ以上の領域であることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
- 風路形成部材によって形成される風路の厚さが５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の画像形成装置。
- 送風装置は、風路に冷却風を供給する送風ファンおよび風路から冷却風を排出する排風ファンの両方により構成されていることを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の画像形成装置。
- 送風ファンによる冷却風は外部から取り入れられた空気であることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
- 前記制御部は、連続画像形成枚数が多くなるほど送風装置における 送風量を大きくすることを特徴とする請求項８〜請求項１２のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記制御部は、加熱ローラの中央部領域における外周面の中央部温度と、端部領域における外周面の端部温度との長さ方向温度差についての目標温度差が設定可能であり、実際の長さ方向温度差が前記目標温度差よりも大きいときには送風量を大きくし、前記実際の長さ方向温度差が前記目標温度差よりも小さいときには送風量が小さくなるよう制御することを特徴とする請求項８〜請求項１３のいずれかに記載の画像形成装置。
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