JP4804064B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート等の記録媒体上に画像を形成する機能を備えた、例えば、複写機、プリンタ、あるいは、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関するものである。

従来の定着装置（加熱装置）においては、熱ローラ方式やフィルム加熱方式が広く用いられている。

特に、フィルム加熱方式については、スタンバイ時に電力を供給せず、消費電力を極力抑えることが可能な省エネルギー加熱装置として有効である。

これは、固定支持させた加熱部と、この加熱部と摺動する耐熱性のフィルムと、このフィルムを挟んで加熱部に圧接して定着ニップを形成する定着（加圧）ローラを有し、加熱部を所定の温度に加熱・温調させ、定着ニップのフィルムと加圧部材の間に未定着画像を形成担持させた記録材を導入して、フィルムと一緒に定着ニップ部を挟持搬送させることで、フィルムを介した加熱部からの熱と加圧部材の加圧力にて未定着画像を記録材に永久固着画像として定着させるものである。

このようなフィルム加熱方式の像加熱装置は、加熱部として所謂セラミックヒータ等の低熱容量線状発熱体を、伝熱部材である耐熱性フィルムとして薄肉の低熱容量のものを用いることができるため、定着ニップの温度を迅速に所定温度まで昇温させることが可能である。

このため、スタンバイ時に装置に電力を供給せず、消費電力を極力抑えることができるため、熱ローラ方式等の他の像加熱装置に比べて省電力化やウェイトタイム短縮化（クイックスタート性）が実現できる。

他方、熱ローラ方式は、定着ローラ内部に誘導コイルを設置し、誘導コイルに高周波電流を流して誘導磁束を発生させ、誘導磁束によりローラ外周部の導電層に誘導電流を発生させ、誘導電流のジュール熱により定着ローラを発熱させている。

このとき、コイルの自己発熱による絶縁被覆の破損を防止するため、誘導コイルの両端に冷却ファンを設置する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１３１９７９号公報

しかしながら、従来のフィルム加熱方式では、記録材を給送するのは定着ローラのみであって、耐熱性フィルムは記録材または定着ローラによって、従動するのみである。従って、加熱時に記録材から発生した水蒸気が定着ローラ外周面に結露した場合、記録材と定着ローラの間でスリップが発生し、画像不良や最悪はジャムになるというおそれがあった。

ここで、特許文献１に開示されている冷却方式は、熱ローラ方式において中空円筒状の定着ローラ内部の誘導コイルを長手に渡って均一に冷却するための冷却方式であり、両端部のファンの上下方向配置は、定着ローラの中心とほぼ同軸線上にならざるを得ない。このため、加熱装置内で発生した水蒸気を機外に効率よく排出するために有効とは言い難い
。

本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、定着装置内で記録材から発生する水蒸気を効率よく機外に排出することにより、定着ローラ外周面での結露を防止し、ひいては画像不良やジャムの発生を防ぐことを目的とする。

上記目的を達成するために本発明にあっては、
記録材上にトナー像を形成する画像形成手段と、
筒状の定着フィルムと、前記定着フィルムの内面に接触し温度制御されたヒータと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成しており前記定着フィルムを回転させる加圧ローラと、を有し、前記定着ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ記録材上のトナー像を記録材に加熱定着する定着手段と、
前記画像形成手段と前記定着手段を収容する枠体と、
前記定着手段の長手方向の一方の端部より外側の前記枠体に設置されており、前記枠体内から装置外へ空気を排出する第１のファンと、
前記定着手段の長手方向の他方の端部より外側の前記枠体に設置されており、装置外から前記枠体内へ空気を吸引する第２のファンと、を有する画像形成装置において、
前記第２のファンは、前記装置の設置面の法線方向で前記定着手段よりも前記設置面に近い側で、且つ、前記定着手段とオーバラップしない位置に、送風の方向が前記設置面に平行な方向になるように設置され、
前記第１のファンは、前記設置面の法線方向で前記定着手段よりも前記設置面から遠い側で、且つ、前記定着手段とオーバラップしない位置に、送風の方向が前記設置面に平行になるように設置され、
前記第２のファンにより前記枠体内へ吸引された空気が、自然対流によって前記定着手段まで上昇し、前記加圧ローラの表面を前記加圧ローラの回転軸と略平行に通過した後、自然対流によって前記第１のファンの位置まで上昇し、前記第１のファンにより前記装置の外に排出されることを特徴とする。

本発明によれば、定着装置内で記録材から発生する水蒸気を効率よく機外に排出することにより、定着ローラ外周面での結露を防止し、ひいては画像不良やジャムの発生を防ぐことが可能となる。

本発明の実施の形態では、定着装置内の定着ローラ両端部に、一つまたは複数の冷却ファンを設けた画像形成装置において、一方を吸い込み用ファン、他方を吐き出し用ファンとし、且つ、吸い込み用ファンを定着（加圧）ローラ回転中心より下方に、吐き出し用ファンを定着（加圧）ローラ回転中心より上方に設置した。

一般に、加熱された空気は上昇気流となって、上方へ流れる性質を持っている。定着装置内の記録材より発生した水蒸気も該上昇気流に沿って上昇すると考えられる。

そこで、本実施の形態のように、吸い込み用ファンを定着ローラの下方に、吐き出し用ファンを定着ローラの上方に配置すれば、定着ローラ近傍を上方に流れる空気流路（風路）を構成することが可能となり、該上昇気流の流れを阻害することなく、効率良く水蒸気を機外に排出できる。

さらには、記録材搬送方向に対して、吸い込み用ファンを定着ローラ回転中心より上流側に、吐き出し用ファンを定着ローラ回転中心より下流側に配置することにより、加熱された空気や水蒸気が定着ローラ上流側の画像形成部に逆流することを防ぐことも可能となる。

このようにして、画像形成部での熱の影響を排除できると同時に、効率良く水蒸気を機外に排出することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

図１は電子写真プロセスを用いた画像形成装置１の概略構成図であり、画像形成装置の
一例としてレーザプリンタの場合を示している。

画像形成装置１本体は、光学系２から画像情報に基づいたレーザー光を、像担持体としてドラム形状に設けられた電子写真感光体（以下、感光ドラムと言う）３に照射して感光ドラム３上に静電潜像を形成し、この潜像からトナーを用いて現像し、トナー像４を形成する。

給送装置は、記録材Ｐを積載する給送トレイと、積載された記録材Ｐから一枚ずつピックアップして画像形成装置１本体内へ給送する給送手段としての給送ローラ５を備えている。

給送ローラ５より給送された記録材Ｐは給送ローラ５下流に配置されたレジストローラ対６により記録材の姿勢を整えて転写装置７に搬送される。

ここで、記録材Ｐは手差し給送ローラ５ａにより、手差し給送も可能である。

レジストローラ対６により搬送された記録材Ｐは、転写装置７において、感光ドラム３と対向する位置に所定の押圧力で付勢された転写ローラ８とのニップ部に突入する。この時、感光ドラム３上に形成されたトナー像４を、転写ローラ８に電圧印加することによって記録材Ｐに転写する。

トナー像４を転写された記録材Ｐは下流の定着手段としての定着装置９へ搬送される。定着装置９は、加圧回転部材としての加圧ローラ（定着ローラ）１０と、発熱体１１を内蔵した定着フィルム１２とから成り、通過する記録材Ｐに熱及び圧力を印加して転写されたトナー像４を記録材Ｐに定着させる。

定着装置９から搬送された記録材Ｐは排出ローラ１３、及び排出コロ１４により、画像形成装置１本体内から機外へと排出される。

一方、プロセスカートリッジ１５は、既に述べた様に感光ドラム３と、少なくとも一つのプロセス手段を一体的にカートリッジ化し、このカートリッジ１５を画像形成装置１に対して着脱可能したものである。

ここで、プロセス手段としては、例えば感光ドラム３に所定の電圧を印加して帯電させる帯電手段、感光ドラム３上に形成された潜像にトナーを付着させて現像するための現像手段、感光ドラム３表面に残留したトナーをクリーニングするクリーニング手段等である。なお、感光ドラム３上に形成された静電潜像を現像して得られたトナー画像をシートに転写するために適用される手段によって、本発明に係る画像形成手段（画像形成部）は構成される。

さらに、加圧ローラ１０の回転中心（所定（基準）位置、）に対して、上方、且つ記録材Ｐの搬送方向Ｄ下流側に距離Ｌ１の位置に吐き出し用送風手段としての第一の冷却ファン１６、加圧ローラ１０の回転中心に対して、下方、且つ記録材Ｐの搬送方向Ｄ上流側に距離Ｌ２の位置に吸い込み用送風手段としての第二の冷却ファン１７がそれぞれ配置されている。第一の冷却ファン１６及び第二の冷却ファン１７は、本発明に係る送風手段を構成している。なお、第一の冷却ファン１６及び第二の冷却ファン１７はそれぞれ、図においては１つのファンにより構成しているが、複数のファンにより構成されるものであってもよい。

次に、定着装置９について説明する。図２は、フィルム加熱方式の定着装置９を示す概
略構成図である。

断熱ホルダ１８は、加熱部１９を保持し、定着ニップ部Ｎ以外への放熱を防ぐ部材であり、耐熱性、電気絶縁性で、高い荷重に耐えられる材質からなり、好ましくは液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等により形成されている。

本実施例の断熱ホルダ１８は、略半円弧状断面を最大通紙幅まで延長した形状であり、下面のほぼ中央部に部材長手に沿って設けた溝部に、加熱部１９表面側を下向きに露呈させて、嵌入し固定保持させている。

断熱ホルダ１８の外周には、耐熱性フィルムとして円筒状のエンドレスフィルム（定着フィルム１２）が外嵌されており、断熱ホルダ１８は内面から定着フィルム１２を支えている。定着フィルム１２の周長の少なくとも一部は常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）とし、定着フィルム１２は加圧ローラ１０の回転駆動力により回転するよう構成されている。

定着フィルム１２の特徴としては、伝熱性を高めて熱容量を小さくするために、膜厚は１００μｍ以下、好ましくは１０〜５０μｍ程度であり、材質としては、耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの単層、もしくはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした膜厚６０μｍ程度の複合層フィルムを使用できる。

加圧部材としての加圧ローラ１０は、芯金とその外側にシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴム、あるいはシリコンゴムを発泡して形成された弾性層からなり、さらには、その外周表面にＰＦＡ、ＰＲＦＥ、ＦＥＰ等をコーティングしても良い。

この加圧ローラ１０は不図示の軸受部材に保持させ、断熱ホルダ１８の下向き表面に対して定着フィルム１２を挟持し、不図示の加圧手段により、長手方向両端部から、加熱定着に必要な定着ニップ部Ｎを形成するべく、十分に加圧されている。

加熱部１９は、Ａｌ_２Ｏ_３またはＡｌＮ等のセラミックス系の絶縁基板２０と、絶縁基板２０面上に、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気抵抗材料をスクリーン印刷等で塗工・焼成した複数の発熱体（発熱抵抗体）１１と、発熱体１１を保護するガラスやフッ素樹脂等の保護層２１からなる。この加熱部１９は発熱体１１に通電することにより、その長手方向全長にわたって発熱することで、速やかに昇温することができる。また、加熱部１９の非通紙面側には温度検知用のサーミスタ（不図示）が複数個設けられ、電圧を検出して温度制御を行なっている。

加圧ローラ１０は不図示の駆動手段により図中の反時計方向ＣＣＷに回転駆動される。定着フィルム１２の外周面は、定着ニップ部Ｎでの加圧ローラ１０外周面との圧接摩擦力により、その内周面を加熱部１９表面に密着摺動しながら、加圧ローラ１０の回転周速度にほぼ対応した周速度で従動回転している。

このとき、定着フィルム１２と加熱部１９及び断熱ホルダ１８との摺動抵抗を軽減させるため、加熱部１９と断熱ホルダ１８の表面に耐熱性グリース等の潤滑部材を少量介在させている。これにより、定着フィルム１２はスムーズに回転可能となる。

加圧ローラ１０が回転駆動され、それに伴って定着フィルム１２が従動回転状態になり、加熱部１９に通電がなされて、温度検知用サーミスタを使ったフィードバック制御により、定着ニップ部Ｎが所定の温度に維持されると、未定着トナー像４を担持した記録材Ｐが矢印Ｄ方向から給送され、定着ニップ部Ｎに導入され、未定着画像担持面が定着フィルム１２の外周に密着して定着フィルム１２と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送される。

この過程において、加熱部１９からの熱が定着フィルム１２を介して記録材Ｐに付与され、未定着トナー像４が熱と圧によって記録材Ｐに永久固着される。

記録材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過すると定着フィルム１２の外周面から曲率分離され、排出ローラ１３及び排出コロ１４により画像形成装置１本体外へ排出される。

図３は図１に示すＡ方向から見た画像形成装置１の概略図である。なお、図３において１ａは画像形成装置の枠体を示している。

ここで、第一の冷却ファン（吐き出し用）１６は加圧ローラ１０の回転中心から上方に距離Ｌ３の位置に設置されており、第二の冷却ファン（吸い込み用）１７は加圧ローラ１０の回転中心から下方に距離Ｌ４の位置に設置されている。

このとき、画像形成装置１内の風路は、図中矢印で示したように、第二の冷却ファン（吸い込み用）１７から流入した冷却風が、加圧ローラ１０近傍を徐々に上昇しながら第一の冷却ファン（吐き出し用）１６から機外に排出されるように形成される。

すなわち、加熱部１９で加熱された空気や水蒸気の上昇気流を阻害する事無く、第一の冷却ファン（吐き出し用）１６へ風路が形成されるため、効率の良い水蒸気の排出が可能である。

さらに、本実施例においては、加圧ローラ１０の回転中心に対して、記録材Ｐの搬送方向Ｄ下流側に距離Ｌ１の位置に第一の冷却ファン（吐き出し用）１６、記録材Ｐの搬送方向Ｄ上流側に距離Ｌ２の位置に第二の冷却ファン（吸い込み用）１７をそれぞれ配置しているため、加熱部１９で加熱された空気や水蒸気が画像形成部へ逆流する事無く機外へ排出できる。

すなわち、画像形成部における昇温や水蒸気の弊害を防止できるため、良好な画像を得ることができる。

図４は本発明の実施例２における画像形成装置の構成を示す概略構成図である。なお、画像形成部や定着装置の構成に関しては実施例１と同様であり、同様の構成部分については、同一の符号を付して、その説明は省略する。

第一の冷却ファン（吐き出し用）１６は加圧ローラ１０の回転中心から上方に距離Ｌ３’の位置に設置されており、第二の冷却ファン（吸い込み用）１７は加圧ローラ１０の回転中心から下方に距離Ｌ４’の位置に設置されている。

このとき、画像形成装置１内の風路は、第二の冷却ファン（吸い込み用）１７から流入した冷却風が、加圧ローラ１０近傍を徐々に上昇しながら第一の冷却ファン（吐き出し用）１６から機外に排出されるように形成される。

すなわち、加熱部１９で加熱された空気や水蒸気の上昇気流を阻害する事無く、第一の冷却ファン（吐き出し用）１６へ風路が形成されるため、効率の良い水蒸気の排出が可能である。

図５は、図４に示すＢ方向から見た画像形成装置１の上面図である。

加圧ローラ１０の回転中心に対して、記録材Ｐの搬送方向Ｄ下流側に距離Ｌ１’の位置に第一の冷却ファン（吐き出し用）１６、記録材Ｐの搬送方向Ｄ上流側に距離Ｌ２’の位置に第二の冷却ファン（吸い込み用）１７がそれぞれ配置されている。

ここで、第二の冷却ファン（吸い込み用）１７の吸い込み方向は、記録材Ｐの搬送方向Ｄと略平行な方向に設置されており、定着装置９へ冷却風を導入する前に、距離Ｌ２’の間に設置された熱源を冷却することも可能である。

このとき、画像形成装置１内の冷却風は、図中矢印で示したように、加熱部１９で加熱された空気や水蒸気が画像形成部へ逆流する事無く機外へ排出できる。

すなわち、画像形成部における昇温や水蒸気の弊害を防止できるため、良好な画像を得ることができる。

実施例１における電子写真プロセスを用いた画像形成装置の概略構成図。 フィルム加熱方式の定着装置の一例を示す概略構成図。 図１のＡ方向から見た画像形成装置の概略図。 実施例２における電子写真プロセスを用いた画像形成装置の概略構成図。 図４のＢ方向から見た画像形成装置の上面図。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 光学系
３ 電子写真感光体
４ トナー像
５ 給送ローラ
５ａ 手差し給送ローラ
６ レジストローラ対
７ 転写装置
８ 転写ローラ
９ 定着装置
１０ 加圧ローラ
１１ 発熱体
１２ 定着フィルム
１３ 排出ローラ
１４ 排出コロ
１５ プロセスカートリッジ
１６ 第一の冷却ファン（吐き出し用）
１７ 第二の冷却ファン（吸い込み用）
１８ 断熱ホルダ
１９ 加熱部
２０ 絶縁基板
２１ 保護層
Ｄ 記録材Ｐの搬送方向
Ｌ１，Ｌ１’ 加圧ローラ１０中心から第一の冷却ファン（吐き出し用）１６までの搬送方向距離
Ｌ２，Ｌ２’ 加圧ローラ１０中心から第二の冷却ファン（吸い込み用）１７までの搬
送方向距離
Ｌ３，Ｌ３’ 加圧ローラ１０中心から第一の冷却ファン（吐き出し用）１６までの上下方向距離
Ｌ４，Ｌ４’ 加圧ローラ１０中心から第二の冷却ファン（吸い込み用）１７までの上下方向距離
Ｎ 定着ニップ部
Ｐ 記録材

Claims (2)

1. 記録材上にトナー像を形成する画像形成手段と、
   筒状の定着フィルムと、前記定着フィルムの内面に接触し温度制御されたヒータと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成しており前記定着フィルムを回転させる加圧ローラと、を有し、前記定着ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ記録材上のトナー像を記録材に加熱定着する定着手段と、
   前記画像形成手段と前記定着手段を収容する枠体と、
   前記定着手段の長手方向の一方の端部より外側の前記枠体に設置されており、前記枠体内から装置外へ空気を排出する第１のファンと、
   前記定着手段の長手方向の他方の端部より外側の前記枠体に設置されており、装置外から前記枠体内へ空気を吸引する第２のファンと、を有する画像形成装置において、
   前記第２のファンは、前記装置の設置面の法線方向で前記定着手段よりも前記設置面に近い側で、且つ、前記定着手段とオーバラップしない位置に、送風の方向が前記設置面に平行な方向になるように設置され、
   前記第１のファンは、前記設置面の法線方向で前記定着手段よりも前記設置面から遠い側で、且つ、前記定着手段とオーバラップしない位置に、送風の方向が前記設置面に平行になるように設置され、
   前記第２のファンにより前記枠体内へ吸引された空気が、自然対流によって前記定着手段まで上昇し、前記加圧ローラの表面を前記加圧ローラの回転軸と略平行に通過した後、自然対流によって前記第１のファンの位置まで上昇し、前記第１のファンにより前記装置の外に排出されることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第２のファンは記録材の搬送方向において前記加圧ローラの回転軸よりも上流側に配置されており、
   前記第１のファンは前記加圧ローラの回転軸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に記載の画像形成装置。

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