JP2006293134A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発熱部の非通紙領域の昇温を正確に抑制する。
【解決手段】 未定着トナー像を記録用紙２５に定着する定着装置２において、定着ローラ２２へ冷却風を導くダクト２７，２８，２９を備え、ダクト２７，２８，２９は定着ローラ２２の軸方向において複数の区画に仕切られており、ダクト２７，２８，２９の中途部には定着後の記録用紙２５がダクト２７，２８，２９内を横断する間隙が設けられ、定着後の記録用紙２５がダクト２７，２８，２９を横断することで、定着後の記録用紙２５が冷却されると共に定着後の記録用紙２５で遮られた通紙領域は冷却風を発熱部まで到達させず、定着ローラ２２の非通紙領域が冷却される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置において、紙等のシートの面上に形成された加熱溶融性の現像剤（トナー）から成る画像を加熱して永久固着画像としてシート上に定着する加熱定着方式の定着装置及びそれを備える画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置においては、感光体からシートとしての記録用紙に静電転写された現像剤としてのトナーは簡単に剥がれ落ちるので、トナーを加熱あるいは加圧することにより記録紙に永久的に固着させることが必要となる。この工程は定着プロセスと呼ばれている。定着にはいろいろな方法があるが、そのうちで、熱ローラを用いた加熱定着方式は熱効率が高く安全である等の理由で最も広く使われている。

加熱定着方式は、２つのローラを圧接し、そのうちの少なくとも一方のローラを加熱し、この２つのローラの圧接部分（ニップ部）に未定着トナー像を支持する記録用紙やＯＨＰシート等のシートを通過させることにより、未定着トナーを加熱してシートに定着させる方式である。

このような加熱定着方式の定着装置においては、シート幅方向（シート搬送方向に直交する方向、軸方向ともいう）の温度分布を均一にすることが困難であった。すなわち、Ｂ５やＡ４サイズの小サイズなシートが通過する領域（通紙領域）では、そのシート（未定着トナー像及びその未定着トナー像を支持するシート）の加熱のために熱が消費されるが、シートが通過しない領域（非通紙領域）では、シートの加熱に熱が消費されないために蓄熱し、この非通紙領域のニップ部の温度が、所定温度に維持管理される通紙領域のニップ部の温度よりも高くなってしまう。

このため、小サイズなシートを連続通紙した後に大サイズなシートを通紙した場合（例えばＡ４サイズの記録用紙を連続通紙した後、Ａ３サイズの記録用紙を通紙する場合）、大サイズなシートに定着ムラやシワが発生したり、未定着トナー像の非通紙領域に対応した部分のトナーが溶けすぎて定着ローラに付着し、シートの表面を汚したりする（この現象をホットオフセットと呼ぶ）ことや、カラートナーの場合にあっては光沢差が発生したりするなどの問題が生じていた。

そこで、過昇温している非通紙領域を冷却することにより、シート幅方向の温度分布を均一にすることが考えられていた。この過昇温した非通紙領域を冷却する方法は、比較的簡単な機構で実現できコストも少なくて済むもので、従来技術としては次の（１）〜（３）のようなものがある。

（１）風路窓により空気流の通り道をバイメタルの可変スリット・温度検知手段等で制御しながら過剰加熱部分を空冷する。あるいは排紙側シート裏側から風を吹き付け、シートで遮られない部分のみを空冷する（特許文献１参照）。

（２）冷却ファンとダクトを設け、定着前のシートを利用して非通紙領域のみを空冷する（特許文献２参照）。

（３）シートを定着ローラに巻きつけ、その上から冷風・冷却ローラ等の冷却手段で冷却することで、シートが無い外側領域の定着ローラ冷却を、シートに覆われた領域と比較
してさらに冷却する。あるいは、シートを加圧ローラで予熱することで同様の効果を得る（特許文献３参照）。
特開平３−１３９６８２号公報 特開平４−０５１１７９号公報 特許第３４５１４６１号公報

上記（１）〜（３）の従来技術には、サイズ検知機構と冷却領域変更機構が不要な構成の装置が開示されているが、（１）では転写直後のシートの裏側から冷風を送るが、定着ローラ部近傍までダクトが無い構成のため、シート端部の通紙・非通紙の境界が不明確になる弱点がある。（２）ではシートを加熱する前に冷してしまうという弱点がある。（３）ではシートが定着ローラの外径に沿った曲率を持つため、ローラからの分離手段が必須であったり、あるいは、転写紙を予熱すると定着ローラ以外にも発熱体が必要であったりする弱点がある。

本発明の目的は、発熱部の非通紙領域の昇温を正確に抑制することにある。

上記目的を達成するために本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
未定着現像剤像をシートに定着する定着装置において、
発熱部へ冷却風を導く風路を備え、
前記風路はシート幅方向において複数の区画に仕切られており、前記風路の中途部には定着後のシートが前記風路内を横断する間隙が設けられ、
定着後のシートが前記風路を横断することで、定着後のシートが冷却されると共に定着後のシートで遮られた通紙領域は冷却風を発熱部まで到達させず、発熱部の非通紙領域が冷却されることを特徴とする定着装置である。

本発明によると、発熱部の非通紙領域の昇温を正確に抑制することができる。

（第１実施形態）
図１〜図４を参照して、第１実施形態について説明する。

画像形成装置について図１を用いて説明する。図１は定着装置２を組み込んだ画像形成装置１００の断面図である。画像形成装置１００は電子写真感光ドラム（像担持体）１０１を具備している。感光ドラム１０１は帯電ローラ１０２で一様に帯電され、露光装置１０３からのレーザ光が照射されることで静電潜像が感光ドラム１０１上に形成される。次に、現像剤としてのトナーが充填された現像装置１０４から感光ドラム１０１上にトナーが供給されることにより静電潜像が可視像として現像され、感光ドラム１０１上に現像剤像としてのトナー像が形成される。このトナー像を形成する感光ドラム１０１、帯電ローラ１０２、露光装置１０３、現像装置１０４などが画像形成手段を構成している。そして、感光ドラム１０１に隣接して転写ローラ１０５が設置され、感光ドラム１０１上に形成されたトナー像が、転写ローラ１０５の作用により搬送されるシートとしての記録用紙上に転写される。この記録用紙は、カセット１０６に収容され、そこから給送ローラ１０７で１枚ずつピックアップされ、搬送ローラ対１０８及びレジストローラ対１０９を経て感光ドラム１０１と転写ローラ１０５間に供給される。さらにトナー像が転写された未定着の記録用紙は、定着装置２で加熱及び加圧によりトナー像を定着した後、排出ローラ対２６を経て記録画像として装置外の排出トレイ１１０に排出される。

定着装置２について図２〜図４を用いて説明する。図２、図３は本実施形態の定着装置２を定着ローラ２２の軸方向から見たときの概略構成を示す断面図である。図４は、ダクトと記録用紙、定着ローラ、熱源の長手方向の位置関係を表した図で、ダクト部分は冷却風の流れに沿った線で切断した断面である。

図２において、符号２１は定着ローラ２２を加熱するための熱源であり、２２はその熱源２１を内部に有する定着ローラである。熱源２１はハロゲンランプ等の発熱体からなり、定着ローラ２２の軸方向（シート幅方向と同方向である）に定着ローラ２２の全長とほぼ等しい長さで配設されており、定着ローラ２２の内面を軸方向に均一に加熱できるようになっている。このため、定着ローラ２２は発熱しており、定着ローラ２２自体が発熱部となっている。２３は加圧ローラであり、図示していない圧接機構により定着ローラ２２に圧接されている。２４は記録用紙２５（トナーの乗った（トナー像の形成された）コピー用紙）を定着ローラ２２と加圧ローラ２３のニップ部へ導く用紙入口ガイドである。２６はニップ部を通過した記録用紙２５を定着装置２外に送り出す排出ローラ対である。

２７は定着ローラ２２の軸に直交する面に平行な複数の区切り壁を持ったダクトであり、一方の端部をファン１２側に開口させた開口部２７ａとしており、他方の端部を搬送される記録用紙２５の通過領域側に開口させた開口部２７ｂとしている。そして、ダクト２７の区切り壁は搬送された記録用紙２５の幅（各サイズ）の位置に対応して設けられている。２９はダクト２７と同様に区切り壁を持ったダクトであり、一方の端部を記録用紙２５の通過領域側に開口させた開口部２９ａとし、他方の端部を定着ローラ２２の外周側に開口させた開口部２９ｂとしている。そして、ダクト２９は定着ローラ２２の外周に沿った弧を描く形状になっている。２８はダクト２７と同様に区切り壁を持ったダクトであり、搬送されてくる記録用紙２５を挟んだ位置でダクト２７の開口部２７ｂとダクト２９の開口部２９ａとをつなぐ様に形成されている。

ここで、ダクト２７，２８，２９は、装置外部から発熱部としての定着ローラ２２へ冷却風を導く風路を形成している。ダクト２７，２８，２９というように３つに分断されていることは、風路が中途部に間隙を有することで風路が３つに分断されていることを示し、このダクト２７，２８，２９間の間隙に記録用紙２５が搬送されて記録用紙２５は風路内を２回横断する。また、ダクト２７，２８，２９は記録用紙２５の幅（各サイズ）の位置に対応した区切り壁を有しており、この壁によってダクト２７，２８，２９（風路）は軸方向（シート幅方向）において複数の区画に仕切られている。

また、１２はダクト２７の開口部２７ａに装置外の風を冷却風として送り込むファンである。１３は定着装置２を覆うユニットカバー部材である。１４は装置内部の排気を行うファンである。

次にダクト２７，２８，２９の区切り壁について説明する。図４において、定着ローラ２２の長さをＬｒ(図４ではローラのみの記載であるが、軸受・駆動ギア部分も含めても
良い)、熱源２１の長さをＬｈ(通常、熱源２１の長さＬｈは、最大用紙幅と略等しいか大きく設定されている)、搬送可能な最小用紙幅をＬｓとすると、
ダクトの壁の幅Ｌ２は、Ｌｈ＜Ｌ２≦Ｌｒで、
ダクトの壁の幅Ｌ１は、Ｌ１≦Ｌｓ−（１〜６ｍｍ＋（ダクト壁厚×２））の関係になる。

また、Ｌ２〜Ｌ１の間のダクトの壁の幅は、搬送されるそれぞれのサイズの用紙幅と略等しいか、上記の式のように、用紙幅から（１〜６ｍｍ+（ダクト壁厚×２））分小さく
設定されるのが望ましい。ただ、隣接するダクトの壁の幅が、小さくなるような場合には
、それぞれのサイズの用紙幅をひとまとめにして、ダクトの壁の幅を決め、ダクトの壁の数を整理しても良い。

図４の本実施形態では、ダクトの壁の幅Ｌ１の内側にダクトの壁が存在しなかったり、ダクト２７における開口部２７ａ〜２７ｂの間のダクト２７の壁が湾曲した形状になっているが、Ｌ１間に壁を追加したり、ファン１２の後に整流板を付け、ファン１２から定着ローラ２２に至る風量分布を均一にしても良い。

次に、記録用紙２５が、ダクト部分に到達した場合を説明する。図３（ａ）の状態は、記録用紙２５がダクト２７，２８，２９の間隙部分に未到着の場合である。図３（ａ）の状態では、ファン１２からの風（冷却風）の流れは、軸方向の全領域において、ダクト２７，２８，２９を経て、開口部２９ｂから定着ローラ２２に到達し、定着ローラ２２を冷却する。

これに対し、図３（ｂ）の状態は、搬送される記録用紙２５がダクト２７，２８，２９の間隙部分を通過してダクトの一部を横断した場合である。図３（ｂ）の状態では、ファン１２からの風の流れは、記録用紙２５に遮られることになる。ここで、前述のダクト２７，２８，２９の区切り壁は搬送される記録用紙２５の幅（各サイズ）の位置に対応して設けられているので、各サイズにおいて同様に記録用紙２５の幅の間の部分では、ファン１２からの風の流れは記録用紙２５によって遮断され、記録用紙２５の幅の外側部分、つまり非通紙領域であり定着ローラ２２が昇温を起こす領域では、ファン１２からの風の流れで、定着ローラ２２が冷却される。

結局、定着後の記録用紙２５がダクト２７，２８，２９を横断することで、ダクト２７からの冷却風で定着後の記録用紙２５が直接冷却されると共に定着後の記録用紙２５で遮られた通紙領域は冷却風を定着ローラ２２まで到達させず、定着ローラ２２は非通紙領域だけが冷却される。

このように、本実施形態では、どのような幅の記録用紙２５に対しても、記録用紙２５の幅を検出してその幅に応じて冷却領域を変えるというような特別な機構を必要とせずに、非通紙領域で昇温を起こした領域をそうでない領域（通紙領域）よりも強く冷却することができ、非通紙領域の昇温を正確に抑制することができる。

また、ダクト２９は定着ローラ２２の外周に沿って弧を描く形状になっているため、風を供給しないダクト２９が定着ローラ２２を覆う断熱効果を発揮し、かつ、ダクト２９内に滞留した空気層の保温効果を発揮し、定着ローラ２２の放熱を防いで熱効率が上がり、省エネ効果を発揮することができる。

さらに、定着後の記録用紙２５がダクト２７からの風で冷却され、排出時には記録用紙２５の温度を低下することができる。

一方、ダクト２７，２８間及びダクト２８，２９間の２回、ダクトを記録用紙２５が横断することで、冷却風を遮断するシール性がより一層向上している。

（第２実施形態）
図５を参照して、第２実施形態について説明する。本実施形態において第１実施形態と同構成については同符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、面状発熱体４１と耐熱フィルム４２とからなる定着回転体（発熱部）及び駆動ローラ４３とで構成された定着装置２に適応した例である。この構成の定着装置２
では、面状発熱体４１はコンパクトであるため、熱容量がローラ方式の装置に比べ小さく、非通紙領域の昇温が発生すると、面状発熱体４１が溶断してしまう。このため、ダクト２７，２８，２９を用いた本発明の構成を採用することで、非通紙領域の昇温を正確に抑制して面状発熱体４１の溶断を防ぐという効果を発揮できる。

（第３実施形態）
図６を参照して、第３実施形態について説明する。本実施形態において第１実施形態と同構成については同符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、ダクト２９の部分に、例えばヒートパイプのような、あるいは、冷却水流路のような、冷却手段５１を設け、ファン１２の冷却風を、この冷却手段５１にて冷やすものである。このため、定着ローラ２２の非通紙領域の昇温をさらに正確に抑制することができる。

（第４実施形態）
図７を参照して、第４実施形態について説明する。本実施形態において第１実施形態と同構成については同符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、定着装置２の定着ローラ２２に加圧する下ユニットとしてベルト搬送装置を使用している。６３は記録用紙２５を定着搬送するベルトである。また、ダクト２８の部分には、記録用紙先端部をベルト６３から剥離させるため、ベルト６３と記録用紙２５の部分に冷却風を送る弁６１と冷却口６２とが設けられている。また、ダクト２９は、延長部２９ｃを設けることで、ベルト６３の距離のダクト長をかせぎ、定着ローラ２２まで冷却風を漏れ（ロス）がなく送るようにしている。これによっても、定着ローラ２２の非通紙領域の昇温を正確に抑制することができる。

（第５実施形態）
図８を参照して、第５実施形態について説明する。本実施形態において第１実施形態と同構成については同符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、風路としてのダクト２９からの冷却風が定着ローラ２２を冷却した後の風を装置外へ排気する排気路としての排熱ダクト７１を設けたものである。排熱ダクト７１は、ダクト２９の定着ローラ２２側の開口部２９ｂの近傍に開口部７１ａを有し、装置内部の排気を行うファン７２側に開口部７１ｂを有する。ここで、排熱ダクト７１は、他のダクト２７，２８，２９と同じように、排熱ダクト７１内に搬送された記録用紙２５の幅（各サイズ）の位置に対応して定着ローラ２２の軸に直交する面に平行な区切り壁が設けられている。これによると、排熱ダクト７１で定着ローラ２２の非通紙領域の昇温を冷却した風を排気でき、冷却風の流れが良くなり、領域外への冷気の回り込みを防ぐので、非通紙領域の冷却効果を上げることができる。

（第６実施形態）
図９を参照して、第６実施形態について説明する。本実施形態において第１実施形態と同構成については同符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、２つのダクト８１，８３を、記録用紙２５の搬送経路を挟んで設けたものである。ダクト８１は定着ローラ２２の軸に直交する面に平行な複数の区切り壁を持ったダクトであり、一方の端部をファン８２側に開口させた開口部８１ａとしており、他方の端部を搬送される定着後の記録用紙２５の通過領域側に開口させた開口部８１ｂとしている。そして、ダクト８１は加圧ローラ２３の外周に沿った弧を描く形状となっており、装置内部から吸気を行うファン８２によって未定着の記録用紙２５を吸着している。ダク
ト８３はダクト８１と同様に区切り壁を持ったダクトであり、一方の端部を定着後の記録用紙２５の通過領域側に開口させた開口部８３ａとし、他方の端部を定着ローラ２２の外周側に開口させた開口部８３ｂとしている。そして、ダクト８３は定着ローラ２２の外周に沿った弧を描く形状になっている。

ここで、ダクト８１，８３は、装置内部から発熱部としての定着ローラ２２へ冷却風を導く風路を形成している。ダクト８１，８３というように２つに分断されていることは、風路が中途部に間隙を有することで風路が２つに分断されていることを示し、このダクト８１，８３間の間隙に記録用紙２５が搬送されて記録用紙２５は風路内を１回横断する。また、ダクト８１，８３は記録用紙２５の幅（各サイズ）の位置に対応した区切り壁を有しており、この壁によってダクト８１，８３（風路）は軸方向（シート幅方向）において複数の区画に仕切られている。

以上の本実施形態の構成でも、第１実施形態と同様に、定着ローラ２２の非通紙領域の昇温を正確に抑制することができる。

なお、不図示ではあるが、ダクト８３の冷気排出口である開口部８３ｂから第５実施形態のような排気ダクトを設けると、さらに冷却効果を上げることができる。

また、ダクト８１の開口部８１ａは未定着の記録用紙２５を吸着するため、装置内部から吸気を行っていたが、これに限られず、例えば装置下部等に開口して装置外部からの吸気を行うようにしてもよい。

第１実施形態に係る定着装置を組み込んだ画像形成装置を示す断面図 第１実施形態に係る定着装置を示す断面図 第１実施形態に係る定着装置の定着ローラの軸方向での区切り部分の断面図 第１実施形態に係る定着装置の長手方向を示す概略図 第２実施形態に係る定着装置を示す断面図 第３実施形態に係る定着装置を示す断面図 第４実施形態に係る定着装置を示す断面図 第５実施形態に係る定着装置を示す断面図 第６実施形態に係る定着装置を示す断面図

符号の説明

２ 定着装置
１２ ファン
２１ 熱源
２２ 定着ローラ
２３ 加圧ローラ
２５ 記録用紙
２６ 排出ローラ対
２７ ダクト
２８ ダクト
２９ ダクト
２９ｃ 延長部
４１ 面状発熱体
４２ 耐熱フィルム
４３ 駆動ローラ
５１ 冷却手段
６１ 弁
６２ 冷却口
６３ ベルト
７１ 排熱ダクト
７２ ファン
８１ ダクト
８２ ファン
８３ ダクト

Claims (4)

1. 未定着現像剤像をシートに定着する定着装置において、
   発熱部へ冷却風を導く風路を備え、
   前記風路はシート幅方向において複数の区画に仕切られており、前記風路の中途部には定着後のシートが前記風路内を横断する間隙が設けられ、
   定着後のシートが前記風路を横断することで、定着後のシートが冷却されると共に定着後のシートで遮られた通紙領域は冷却風を発熱部まで到達させず、発熱部の非通紙領域が冷却されることを特徴とする定着装置。
2. 前記間隙は２箇所設けられ、定着後のシートは前記風路を２回横断することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 発熱部からの排気を行う排気路を備え、
   前記排気路は前記風路と同様にシート幅方向において複数の区画に仕切られていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. シートに現像剤像を形成する画像形成手段と、
   前記画像形成手段で形成された現像剤像をシートに定着する請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images