JP2008052031A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着器の端部昇温対策エアフローにおいて、風路変化でエアーの当て方・損失が生じることの防止を目的とする。
【解決手段】 互いに回転しながら圧接する圧接領域により定着領域を形成し、未定着トナー像が形成された転写材が前記定着領域を通過する際に前記未定着トナー像を加熱定着する、一対の回転体の少なくとも一方に熱源を有する定着用部材を備えた定着装置において、前記定着用部材の所定の領域を冷却するために前記定着用部材に対向して送風口及び冷却風の案内部が形成された非通紙域冷却用ダクトと、前記非通紙域冷却用ダクトに冷却風を送風する冷却ファンを有する冷却装置と、前記所定の領域に沿って前記冷却装置を移動可能とする移動手段と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真式の画像形成装置の定着装置に関し、特に、互いに回転しながら圧接する圧接領域により定着領域を形成する加熱回転部材および加圧回転部材を有し、未定着トナー像が形成された転写材が前記定着領域を通過する際に前記未定着トナー像を加熱定着する定着装置に関する。

従来、前記画像形成装置で未定着トナー像を用紙（転写材）に定着する定着方式として、安全性、定着性のよさなどから用紙の未定着トナー像を加熱、溶融して用紙に定着させる熱定着方式が一般に用いられている。また、近年では、クイックスタートや省エネルギーの観点からベルト加熱方式の加熱装置が実用化されている。即ち、加熱体としての例えばセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に加熱部材としての耐熱性樹脂ベルト（以下、定着ベルトと記す）を挟ませて圧接ニップ部（以下、定着ニップ部と記す）を形成させ、該定着ニップ部の定着ベルトと加圧ローラとの間に未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入して定着ベルトと一緒に挟持搬送させることで、定着ベルトを介してセラミックヒータの熱を与えながら定着ニップ部の加圧力で未定着トナー画像を記録材面に定着させるものである。このベルト加熱方式の加熱装置は、スタンバイ中のヒータへの通電を必要とせず、画像形成装置がプリント信号を受信してから、ヒータへの通電を行っても記録材が加熱装置に到達するまでに加熱可能な状態にすることが可能である。よって省エネの観点からベルト加熱方式の加熱装置はエネルギーを無駄にしない、優れた加熱定着装置となる。さらには、加熱ローラに対向するようにベルトを介して加圧部材を配置する定着方式も提案されている。上記いずれの定着方式を用いた場合にも、紙を定着領域で定着する場合、加熱ローラの通紙域通過表面は略均一な温度分布となる。

しかしながら、最大サイズ紙より幅の小さい小サイズ紙を定着領域で連続定着した場合に、加熱ロールの非通紙域通過表面の温度が過度に上昇する。これは、小サイズ紙を連続的に通紙すると、用紙の通過しない非通紙域では紙による奪熱が無い分だけ、部分的に蓄熱されるためである。この現象は定着装置の端部昇温あるいは非通紙部昇温と称され、定着装置の端部昇温が高温になると、定着部材構成部品や加圧ローラの温度上昇限度を超えるためにこれらの部品のダメージにつながる。

このような、前記非通紙部昇温を防止するべく、定着装置に冷却ファンを設けて、非通紙部の加熱ローラおよび加圧ローラに送風することにより、その温度上昇を押さえる構成が知られている。従来技術が記載されたものとして、次のものが知られている。

特開平４-５１１７９号公報
この公報記載の技術は、定着装置に配置した冷却ファンから前記非通紙域側に、冷却風を選択的に送風している。

特開２００３-０７６２０９号公報
この公報記載の技術は、冷却ファンから前記非通紙域側に、冷却風を送風する際に、使用する用紙の幅に応じて、送風口の幅方向の長さを調節することによって、異なったサイズの紙に対しても、前記非通紙部昇温を防止している。
特開平４-５１１７９号公報 特開２００３-０７６２０９号公報

しかしながら特開２００３-０７６２０９号公報の従来技術においては、冷却風を案内する送風口の面積を変化させることによって幅方向への多様なサイズの紙に対応しているが、この構成では、種々の紙サイズにより送風口と案内部により構成されるダクト形状が変化することとなる。ダクト形状が変化するということはダクトの屈曲部で生じる冷却風の風量の損失や風向等も変化するということであり、例えば、シャッター部材が３が図８に示すような位置にある場合と、図７に示すような位置にある場合とでは、同じ位置を流れる冷却風であるにも関わらず、流線Xと流線Zのように変化が生じることは、一目瞭然である。従って、上記前述の構成では、種々の紙サイズにおける送風条件に応じて冷却ファンの風量を強める制御を入れたり、冷却ファンのサイズ大型化を図って風量を確保したりするといった細かなチューニングが必要となるため、結果として、冷却装置の制御や構成が複雑になるという問題を抱えていた。

さらに、送風口の幅方向の長さを調節するシャッター部材３が、図７に示すような位置にあると、シャッター部材３の壁面に垂直に冷却風が当たるため、流線Zで示す冷却風の流量が損失してしまい、非通紙部の十分な冷却効果を得ることができなかった。以上の事情は、特開平４-５１１７９号公報における冷却風を選択的に送風する従来構成においても同様である。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、装置及び制御の複雑化とそれに伴うコストアップ、および通紙域への冷却風回り込み等の冷却性能の悪化を効率的に解決する定着装置を提供することにある。

互いに回転しながら圧接する圧接領域により定着領域を形成し、未定着トナー像が形成された転写材が前記定着領域を通過する際に前記未定着トナー像を加熱定着する、一対の回転体の少なくとも一方に熱源を有する定着用部材を備えた定着装置において、前記定着用部材の所定の領域を冷却するために前記定着用部材に対向して送風口及び冷却風の案内部が形成された非通紙域冷却用ダクトと、前記非通紙域冷却用ダクトに冷却風を送風する冷却ファンを有する冷却装置と、前記所定の領域に沿って前記冷却装置を移動可能とする移動手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、冷却ファンを冷却風の案内部を備えたダクトと一体に移動可能とし、各種の紙サイズに応じた所定の位置に冷却ファン及びダクトを移動させることで、多様なサイズの転写材に対しても送風条件を変化させることがないため、装置構成や制御の単純化、低コスト化、さらに冷却性能の向上を実現した定着装置を提供することができる。

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（実施例）を説明する。但し、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。

（実施の形態１）
（定着装置）
図１は本実施例における定着装置の断面図である。本例の定着装置は、定着ベルト加熱方式、加圧用回転体駆動方式（テンションレスタイプ）の加熱装置である。

２０は第一の回転体（第一の定着部材）としての定着ベルトであり、ベルト状部材に弾性層を設けてなる円筒状（エンドレスベルト状、スリーブ状）の部材である。

２２は第二の回転体（第二の定着部材）としての加圧ローラである。

１７は加熱体保持部材としての、横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒータホルダ、１６は加熱体（熱源）としての定着ヒータであり、ヒータホルダ１７の下面に該ホルダの長手に沿って配設してある。定着ベルト２０はこのヒータホルダ１７にルーズに外嵌させてあり、図２の斜視図に示すように定着フランジ５０に端部を付勢されている。

加圧ローラ２２は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ２２は芯金の両端部を装置フレーム２４の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ２２の上側に、前記の定着ヒータ１６・ヒータホルダ１７・定着ベルト２０等から成る定着ベルトユニットをヒータ１６側を下向きにして加圧ローラ２２に並行に配置し、ヒータホルダ１７の両端部を不図示の加圧機構により片側９８Ｎ（１０ｋｇｆ）、総圧１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２２の軸線方向に附勢することで、定着ヒータ１６の下向き面を定着ベルト２０を介して加圧ローラ２２の弾性層に該弾性層の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部２７を形成させてある。加圧機構は、圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、記録材Ｐの除去が容易な構成となっている。

２３と２６は装置フレーム２４に組付けた入り口ガイドと定着排紙ローラである。入り口ガイド２３は、二次転写ニップを抜けた記録材Ｐが、定着ヒータ１６部分における定着ベルト２０と加圧ローラ２２との圧接部である定着ニップ部２７に正確にガイドされるよう、転写材を導く役割を果たす。本実施例の入り口ガイド２３は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂により形成されている。

加圧ローラ２２は駆動手段（図不示）により矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ２２の回転駆動による該加圧ローラ２２の外面と定着ベルト２０との、定着ニップ部２７における圧接摩擦力により円筒状の定着ベルト２０に回転力が作用して該定着ベルト２０がその内面側が定着ヒータ１６の下向き面に密着して摺動しながらヒータホルダ１７の外回りを矢印の方向に従動回転状態になる。定着ベルト２０内面にはグリスが塗布され、ヒータホルダ１７と定着ベルト２０内面との摺動性を確保している。

加圧ローラ２２が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト２０が従動回転状態になり、また定着ヒータ１６に通電がなされ、該定着ヒータ１６が昇温して所定の温度に立ち上げ温調された状態において、定着ニップ部２７の定着ベルト２０と加圧ローラ２２との間に未定着トナー像を担持した記録材Ｐが入り口ガイド２３に沿って案内されて導入され、定着ニップ部２７において記録材Ｐのトナー像担持面側が定着ベルト２０の外面に密着して定着ベルト２０と一緒に定着ニップ部２７を挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、定着ヒータ１６の熱が定着ベルト２０を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔが記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部２７を通過した記録材Ｐは定着ベルト２０から曲率分離され、定着排紙ローラ２６で排出される。

（サーミスタ）
図１に示すように、１９と１８は第一と第二の温度検知手段としてのメインとサブの２つのサーミスタである。第一の温度検知手段としてのメインサーミスタ１９は加熱体である定着ヒータ１６に配置され、本実施例では定着ヒータ１６の裏面に接触させてあり、定着ヒータ１６裏面の温度を検知する。

サブサーミスタは、ヒータホルダ１７の上方において定着ベルト２０の内面に弾性的に接触させてあり、定着ベルト２０の内面の温度を検知する。

メインサーミスタ１９は定着ベルト２０の長手中央付近に、サブサーミスタ１８は定着ヒータ１６の端部付近に配設され、それぞれ定着ヒータ１６の裏面、定着ベルト２０の内面に接触するよう配置されている。

メインサーミスタ１９、及びサブサーミスタ１８は、その出力がそれぞれＡ／Ｄコンバータを介して制御回路部（ＣＰＵ）２１に接続され、制御回路部２１は、メインサーミスタ１９、サブサーミスタ１８の出力をもとに、定着ヒータ１６の温調制御内容を決定し、電力供給部（加熱手段）としてのヒータ駆動回路部２８によって定着ヒータ１６への通電を制御する。

（冷却装置）
図３は、前記定着装置の定着ベルトと、冷却ファンと非通紙域冷却用ダクトの状態を説明する図である。図３において、定着ベルト上部には冷却ファン１が設けられており、冷却ファン１には非通紙域冷却用ダクト２が接続されている。冷却ファン１は、シロッコファンやクロスフローファンと比べても低コストである軸流ファンを採用している。

非通紙域冷却用ダクト２は、小サイズ紙（最大サイズ用紙よりも幅の狭い用紙）が連続して定着領域Ｑを通過する際に小サイズ紙が通過しない定着領域である非通紙域Rを冷却するためのダクトである。

（移動機構及び位置検知機構）
図４は、冷却装置の移動機構及びその位置検知機構である。基本的に対称の構成をとっており、説明簡略化のために図４では一端のみを示している。

定着ベルト側のダクト出口には、ベルトに対向する位置に冷却フレーム８が配設されている。冷却フレーム８には定着ベルトの軸線方向に沿ってガイド溝１００が刻まれており、冷却用ダクト２を取り付け可能な移動壁３がガイド溝１００に沿って、図示しない駆動源（パルスモータと駆動ギア等）により移動可能なよう構成されている。冷却フレームにはダクト開口９が設けられており、移動壁３に取り付けられた冷却用ダクト２の送風口からの冷却風が定着ベルトに当たるよう構成されている。

冷却用ダクト２の位置は、移動壁３上に設けられた、紙サイズによって決められたエッジ位置４をセンサ５により検出することで、各用紙サイズに対応した位置であることを検知する。これにより、通紙する用紙サイズに最適な配置に冷却装置を移動させ、最適配置での送風を行なうことができる。

（冷却ファン動作）
次に、本実施の形態における、冷却ファンの動作について説明する。

画像形成時に、上述の前記最大サイズ用紙よりも幅の小さい小サイズ用紙を連続定着した場合、非通紙域Rの温度が上昇する。このとき、第二の温度検知手段としてのサブサーミスタは、定着ベルト２０の内面の温度を検知するが、このサブサーミスタが、所定以上の温度を検知した際に、前述の冷却ファン１が動作を開始し、非通紙域の温度上昇を押さえる。そして、冷却ファンの冷却風により冷却されることで、サブサーミスタの温度がある温度まで下降した際に、冷却ファンの動作を停止する。

この冷却ファンのサブサーミスタの検知温度による、ON-OFFの温度レンジは、冷却ファンの動作状況により、変更するように制御されている。

本実施例での冷却ファンの、ON-OFF温度レンジを、B４サイズの用紙を１００枚連続通紙した場合に、通紙枚数が０〜３０枚の時は、冷却ファンの動作開始温度をサブサーミスタの検知温度が、２００℃になった時に、冷却ファンの停止温度をサブサーミスタの検知温度が、１９０℃になった時に行い、３０〜６０枚の時は、同じく冷却ファンの動作温度を、開始２０５℃、停止１９５℃にて行い、以後３０枚ごとに、冷却ファンの動作の開始温度と、停止温度を５℃ずつ上げている。

（冷却状態説明）
図５及び図６は、冷却ファンから発生した冷却風が定着ベルトの非通紙域を冷却する状態を説明する断面図である。図５は最大サイズ用紙P‘を連続通紙した場合の冷却ファンの配置を示し、図６は小サイズ用紙Pを連続通紙した場合の冷却ファンの配置をそれぞれ示している。

冷却状態に至る動作の順序としては、通紙前に設定された用紙サイズに応じて、冷却装置の移動装置が冷却ファン１及び冷却用ダクト２を一体となって、用紙中央に対し対称な所定の位置へと左右一対ずつそれぞれ移動する。従ってこのとき、用紙サイズが最大サイズ幅の場合は、図５における配置のように冷却ファン１が左右に最も間隔を取った配置まで移動し、用紙サイズが前記大サイズより小さい場合は、図６における配置のように冷却ファン１の間隔が狭まった配置に移動することになる。

このように、通紙する用紙サイズによって冷却装置は異なる配置を取るが、冷却ファン１と冷却ダクト２の配置及び位置関係、また冷却ダクト２と定着ベルト２０の配置及び位置関係は、図５と図６に示すように全く変化していないことが分かる。従って冷却流線Zにも最大サイズ用紙通紙時と小サイズ通紙時で変化がなく、種々の紙サイズにおける送風条件に応じて細かなチューニング等を施す必要がないことが分かる。

以上説明したように、本実施例の構成を取ることにより、種々の用紙サイズに応じて冷却装置の制御や構成を変えることなく単純化が可能であることが分かる。また、冷却ファン１の配置を気にすることなく、送風条件の最適化を図れるため、冷却風の損失も少なくすることができ、効率のよい冷却が可能となることが分かる。

実施例における定着装置の断面図 実施例における定着装置の斜視図 実施例における冷却装置の上視図 実施例における冷却装置移動機構及び位置検知機構の斜視図 実施例における大サイズ通紙時の冷却状態を示す断面図 実施例における小サイズ通紙時の冷却状態を示す断面図 従来の大サイズ通紙時の構成の断面図 従来の小サイズ通紙時の構成の断面図

符号の説明

１ 冷却ファン
２ 非通紙域冷却用ダクト
３ シャッター
４ エッジ位置
５ センサ
８ シャッターフレーム
９ ダクト開口
１６ 定着ヒータ
１７ ヒータホルダ
１８ サブサーミスタ
１９ メインサーミスタ
２０ 定着ベルト
２２ 加圧ローラ
P 記録材
Q 定着領域
R 非通紙域
X 流線
Y 流線
Z 流線

Claims (3)

1. 互いに回転しながら圧接する圧接領域により定着領域を形成し、未定着トナー像が形成された転写材が前記定着領域を通過する際に前記未定着トナー像を加熱定着する、一対の回転体の少なくとも一方に熱源を有する定着用部材を備えた定着装置において、
   前記定着用部材の所定の領域を冷却するために前記定着用部材に対向して送風口及び冷却風の案内部が形成された非通紙域冷却用ダクトと、
   前記非通紙域冷却用ダクトに冷却風を送風する冷却ファンを有する冷却装置と、前記所定の領域に沿って前記冷却装置を移動可能とする移動手段と、
   を備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記移動手段は、前記非通紙域冷却用ダクト及び前記冷却装置とを一体に移動可能とする移動手段であることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着装置は定着領域を通過する転写材の幅を認識する認識手段を備え、
   前記移動手段は、前記認識手段により認識した転写材の幅に応じて所定の位置に前記冷却装置を移動させる手段であることを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。

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