JP4551732B2

JP4551732B2 - 定着装置

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Publication number: JP4551732B2
Application number: JP2004305245A
Authority: JP
Inventors: 一男宍戸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2024-10-20
Also published as: US7308219B2; JP2006119243A; US20060083536A1; CN100504651C; CN1763654A

Description

本発明は、記録材に形成された未定着画像を加熱定着させる定着装置に関し、特に複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に用いられる定着装置に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ等の画像形成装置においては、普通紙、コート紙、ＯＨＰシート等の記録材上に画像情報に応じて形成された未定着トナー画像を加熱溶融させて定着させる定着装置が使用されている。

定着装置としては、特開２００１−２０１９７９号公報（以下、特許文献１と記す）に開示されているように、加熱手段を有する定着回転体に対して、複数の支持ロールに回転自在に張架された無端状ベルトと、この無端状ベルトの内側にその無端状ベルトをその内周側から定着回転体にむけて圧接させるように固定して配置される加圧部材と、で構成される加圧体を圧接させ、その両者間（定着回転体と加圧部材に圧接された無端状ベルトとの間）に形成される定着用ニップに記録材を通過させることにより、記録材上に形成された未定着トナー画像を定着させるベルトニップ方式が知られている。

特開２００１−２０１９７９号公報

上記画像形成装置において記録材に連続して画像形成を行う場合、定着回転体と無端状ベルトとの間に形成された定着用ニップを、記録材が所定の間隔（以下、紙間と記す）をもって連続して通過する。このため、記録材が定着用ニップにない紙間時に、定着回転体から無端状ベルトが過剰な熱を受け、無端状ベルト全域の温度が過度に昇温し、この過昇温により記録材に形成された未定着のトナー画像を乱してしまうおそれがある。

また上記定着用ニップの記録材の最大通紙幅（搬送方向と直交する方向の最大長さ）に対して、小さいサイズの記録材が連続通紙された場合には、前記無端状ベルトの非通紙部の温度が通紙部の温度に対して過昇温し、無端状ベルトの長手方向（搬送方向と直交する幅方向）の温度ムラが発生する。これにより、記録材に形成された未定着のトナー画像を溶融する温度にムラが生じて画像劣化が発生し、または定着用ニップ内の摩擦係数にムラが生じて画像ズレが発生するおそれがある。このような画像不良の問題はコート紙や厚紙のような記録材の場合に特に顕著に発生する。

前述したような無端状ベルトの過昇温による画像劣化に対しては、従来から上記特許文献１のように、無端状ベルト近傍に送風ファン等の冷却装置を配置して、無端状ベルトを強制的に冷却する対応が取られている。

しかしながら、近年、画像形成装置は、装置の高速化や小型省スペース化が叫ばれ、これによって、定着装置と画像形成部との距離が近づいており、上記特許文献１のような構成では、前記冷却装置による空気の流れにより、定着装置の熱気が定着装置の周辺部材である画像形成部へと到達して、該画像形成部における感光体ドラム上のトナーが溶融して固着してしまうブロッキング等の別の問題が発生していた。

本発明の目的は、加圧ベルトの過昇温に起因する画像劣化を防止し、かつ加圧ベルトの熱が感光体ドラムなどの定着装置周辺の部材へ流れ該周辺部材に悪影響を及ぼすのを防止することである。

上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、回転する回転部材と、前記回転部材とニップを形成して、回転するベルト部材と、前記ベルト部材を張架して記録材を分離する分離張架部材と、前記ベルト部材の外周にエアーを吹きつける冷却ファンと、鉛直方向において前記冷却ファンより下方に配置されて、前記冷却ファンへ向ける空気を第一ファンを利用して外部から吸引するための吸引口と、鉛直方向において前記冷却ファンより上方に配置されて外部へ向けて空気を第二ファンを利用して排気する排気口とを備えて前記ベルト部材を囲む囲み部材とを有して、前記ニップにおいて記録材にトナーを加熱定着させる定着装置において、前記冷却ファンは前記ベルト部材の回転方向において前記分離張架部材よりも下流側の前記ベルト部材の前記外周に対向しており、前記吸引口が、前記ベルト部材の回転方向において前記冷却ファンと対向する前記ベルト部材の対向位置よりも下流側で、前記排気口が、前記ベルト部材の回転方向において前記対向位置よりも上流側であることを特徴とする。

本発明によれば、加圧ベルトを閉空間にて確実に冷却して加圧ベルトの過昇温を防止し、かつ該加圧ベルトの熱が定着装置周辺の部材へ流れて該周辺部材へ悪影響を及ぼすのを防止することができ、良好な画像を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施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、本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、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

まず図３及び図４を用いて画像形成装置の概略構成を説明し、次に図５及び図６を用いて画像形成装置における定着装置の構成を説明し、更に図１及び図２を用いて定着装置の冷却構成について説明する。

図３及び図４には、画像形成装置として、複数の光走査手段を有する４ドラムレーザービームプリンターを例示しており、図３は画像形成装置の断面図、図４は同画像形成装置の像形成部の断面図である。図３に示すように、画像形成装置本体内には画像形成手段である４つの画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄが並設されている。

上記画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄはマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色をそれぞれ形成するものであって、これらは図４に示すように図示矢印方向に回転される像担持体である感光体ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄをそれぞれ有している。

また、各感光体ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの周囲には、感光体ドラムに作用するプロセス手段としての、帯電器１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ、現像装置２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ、及びクリーナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが、各感光体ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの回転方向に沿って順次配設されている。

また、各感光体ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの下方には転写部３が配設されている。この転写部３は各画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄに共通の記録材搬送手段である転写ベルト３１と転写用帯電器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを有している。

上記画像形成装置において、図３に示すように、給送ローラ等からなる記録材供給手段１０により給送カセット１１から供給された記録材Ｐは、転写ベルト３１上に支持されて各画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄへ順に搬送され、前記各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成された各色のトナー像が順次転写される。この転写工程が終了すると、記録材Ｐは転写ベルト３１から分離されて定着装置５へと搬送される。定着装置５で記録材Ｐに転写された未定着のトナー像は熱と圧力により記録材Ｐ上に定着される。画像が定着された転写材Ｐは、画像形成装置本体に取り付けられたシート処理装置６に搬送される。シート処理装置６では記録材Ｐを排出トレイ６２上に搬送ローラー６１で排出し、該排出トレイ６２は下方に移動することで多数枚の記録材の積載が可能となっている。また、シート処理装置６では多数枚の記録材Ｐをステイプルする等の処理が適宜選択的に可能である。

上記画像形成装置において、定着装置５は、図５に示すように、回転自在に配置された定着回転体である定着ローラー５１０を有する。定着ローラー５１０は、図示しない駆動源により矢印Ａ方向に回転していて、内部に配置された加熱手段であるハロゲンヒーター５２０により加熱され、定着ローラー表面に配置されたサーミスター５２５により一定の温度になるように制御されている。

また、定着装置５は、定着ローラー５１０に記録材Ｐを圧接する加圧体であるベルトユニット５３を有する。ベルトユニット５３は、定着ローラー５１０の下方に配置されている。ベルトユニット５３は、複数の支持回転体である入口ローラー５３２、分離ローラー５３３、ステアリングローラー５３４により回転自在に張架された加圧ベルト（無端状ベルト）である定着ベルト５３１を有している。分離ローラー５３３はＳＵＳ等の金属からなり、矢印ＳＦ方向に付勢され定着ベルト５３１を介して定着ローラー５１０と圧接している。ステアリングローラー５３４の長手方向一端は矢印Ｂ方向に移動可能となっていて、定着ベルト５３１の長手方向（搬送方向と直交する幅方向）の寄りを修正している。また、ベルトユニット５３は、定着ベルト５３１の内面側から定着ベルト５３１を定着ローラー５１０に圧接させる加圧部材である加圧パッド部５４０を有している。加圧パッド部５４０は、入口ローラー５３２と分離ローラー５３３の間に配置され、定着ベルト５３１の内面側から定着ベルト５３１を定着ローラー５１０に圧接している。加圧パッド部５４０はＳＵＳ等の金属からなるベース５４１と、ベース５４１上方に取り付けられたシリコンゴム等からなる加圧パッド５４２と、加圧パッド５４２と定着ベルト５３１の間に配置されたＰＩフィルム等からなる摺動シート５４３とから構成され、矢印ＰＦ方向に定着ベルト５３１を介して定着ローラー５１０に圧接している。

また、入口ローラー５３２と加圧パッド部５４０の間にはオイルフェルト５３６が設けられている。オイルフェルト５３６にはシリコンオイルが含浸されていて、定着ベルト５３１の内面にオイルを塗布し、定着ベルト５３１と摺動シート５４３との摩擦力を低減している。

図６は分離ローラー近傍の拡大図である。定着ローラー５１０はアルミ等の金属からなる芯金５１１とその表層にシリコンゴム等からなる弾性層５１２を有している。ここで、金属からなる分離ローラー５３３は、加圧手段（不図示）により定着ベルト５３１を介して定着ローラー５１０に加圧されている。このため、分離ローラー５３３と接触している、定着ローラー５１０の弾性層５１２の端部５１２ａが、分離ローラー５３３の円弧形状に沿った形状に変形する。記録材上の未定着トナー画像は、定着装置５のニップＷで溶融・加圧されるため、トナーと定着ローラー表層はその表面張力により張り付いた状態となる。しかしながら、前述したように、分離ローラー５３３が加圧されている、定着ローラー５１０の弾性層５１２の端部５１２ａが分離ローラー５３３の円弧形状に沿った形状になっているため、定着ローラー５１０に張り付いたトナーは弾性層端部５１２ａの下流部５１２ｂにて剥離され、記録材は矢印Ｙ方向に排出される。

上述したようにベルトニップ方式の定着装置５は、定着ローラー５１０と、定着ベルト５３１、加圧パッド部５４０、分離ローラー５３３とによりニップＷを形成している。これにより、ニップ幅（搬送方向の長さ）を広くとれるため、記録材上の未定着トナー画像をより長い時間溶融でき、カラー画像形成装置のように多量のトナーを使用する画像形成装置には適した構成である。

次に図１と図２を用いて、定着ベルト５３１の冷却構成について説明する。図１は定着装置５の断面図である。図２は定着ベルトより下部を上から見た上視図であって、一部が断面になっている上視図である。

図１に示す本実施形態に係る定着装置５は、前述したように、ハロゲンヒーター５２０を有する定着ローラー５１０と、記録材Ｐを定着ローラー５１０に圧接するベルトユニット５３と、を有し、未定着トナー画像を記録材Ｐに加熱定着する定着装置である。

更に定着装置５は、図１に示すように、前記定着ベルト５３１を取り囲むように設けられ前記定着ベルト５３１近傍にエアーが自然流入するのを抑制する仕切り壁６０１〜６０５と、前記仕切り壁６０１〜６０５により形成された閉空間６００にて前記定着ベルト５３１を冷却する冷却手段と、を有する。

図１において、６０１，６０２，６０３は前述の仕切り壁であり、６０１はベースフレーム、６０２は未定着トナー画像が載った記録材を定着ニップＷに導く入口ガイド、６０３は分離ローラー５３３で分離された記録材を搬送パス下流側に導く出口ガイドである。入口ガイド６０２と出口ガイド６０３は、定着ベルト５３１の表面近傍に配置され、ベースフレーム６０１に固定支持されている。更に詳しくは、入口ガイド６０２と出口ガイド６０３は、定着ベルト５３１の定着ローラー５１０側表面近傍であって、それぞれ定着ベルト５３１の分離ローラー５３３部上、入口ローラー５３２部上を覆うように配置されている。

図２において、６０４，６０４は前述の仕切り壁であり、６０４は前フレーム、６０５は後フレームである。前フレーム６０４と後フレーム６０５は、入口ローラー５３２、分離ローラー５３３、ステアリングローラー５３４（図１参照）等を、ベアリングを介して回転自在に支持しているフレームである。前フレーム６０４と後フレーム６０５は、入口ガイド６０２と出口ガイド６０３と同様に、ベースフレーム６０１に固定支持されている。

上述した仕切壁、すなわちベースフレーム６０１と入口ガイド６０２と出口ガイド６０３と前フレーム６０４と後フレーム６０５とによって、定着ベルト５３１を取り囲み、定着ベルト５３１近傍にエアーが自然流入するのを抑制する閉空間６００を形成している。本実施形態では、図１及び図２に示すように、定着ベルト５３１の、定着ローラー５１０と対向し定着ニップＷを形成する部分周辺以外が、取り囲まれた閉空間６００を形成している。

また前記冷却手段は、図１及び図２に示すように、前記閉空間６００に対し下方から供給ファン６１３にてエアーを供給するための供給ダクト６１２と、前記供給ダクト６１２からのエアーを前記定着ベルト５３１に向けて吹き付ける冷却ファン６１１と、前記閉空間６００の上方から排出ファン６１５にてエアーを排出するための排出ダクト６１４と、を有する。

前記冷却ファン６１１は、前記閉空間６００内の定着ベルト５３１の下方に固定されており、且つ定着ベルト５３１面に対し直交する方向にエアーを吹き付けるように配置されている。この冷却ファン６１１は記録材の通紙動作中に作動し、記録材が定着ニップＷに無い時に、定着ベルト５３１が定着ローラー５１０から熱を受け、過昇温するのを防止する。

前記供給ダクト６１２は、前述したように閉空間６００に対し下方からエアーを取り込むためのダクトである。この供給ダクト６１２は、閉空間６００の定着装置前方側の下方に連結している。更に供給ダクト６１２は、図１に示すように、その出口近傍の形状が、エアーが前記冷却ファン６１１に向かうように構成されている。また前記供給ファン６１３は、この供給ダクト６１２の経路の途中に配置されている。

一方、前記排出ダクト６１４は、前述したように閉空間６００からエアーを排出するためのダクトである。この排出ダクト６１４は、図１に示すように、閉空間６００の上方に連結しており、温まった熱（エアー）を定着装置外に排出しやすい構成になっている。また前記排出ファン６１５は、この排出ダクト６１４の経路の途中に配置されている。

また、前記排出ダクト６１４による単位時間当りのエアー排出量を前記供給ダクト６１２による単位時間当りのエアー供給量よりも多くなるように設定している。すなわち、前記供給ファン６１３の風速に対して、前記排出ファン６１５の風速の方が速くなっており、閉空間６００に多少の隙間が生じた場合でも、温まった熱が閉空間６００から放熱することは無い。

上述した構成により、供給ダクト６１２を通して閉空間６００にエアーを取り込み、そのエアーを定着ベルト５３１に吹き付けることにより、定着ベルト５３１を効率的に冷却することができ、定着ベルト５３１が過昇温するのを防止できる。また、定着ベルト５３１近傍に配置された冷却ファン６１１が定着ベルト５３１からの熱で破損することも防止することができる。そして、定着ベルト５３１を冷却して温まった熱を排出ダクト６１４を通して閉空間６００から排出でき、定着ベルト５３１の熱が定着装置周辺の部材へ流れてしまうことがない。

すなわち、本実施形態によれば、定着ベルト５３１を閉空間６００にて確実に冷却して定着ベルト５３１の過昇温を防止し、かつ該定着ベルト５３１の熱が定着装置周辺の部材へ流れて該周辺部材へ悪影響を及ぼすのを防止することができ、良好な画像を得ることができる。

なお前述した実施形態では、カラー画像形成のために４つの画像形成手段を使用しているが、この使用個数はこれに限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すれば良い。カラー画像形成装置における定着装置に限定されるものではなく、モノクロ画像形成装置における定着装置であっても本発明は有効である。

また前述した実施形態では、画像形成装置としてプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置であっても良く、また中間転写体を使用し、該中間転写体に各色のトナー像を順次重ねて転写し、該中間転写体に担持されたトナー像を記録材に一括して転写する画像形成装置であっても良く、該画像形成装置における定着装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。

本発明の実施形態における定着装置の主断面図本発明の実施形態における定着装置の上視図本発明の実施形態における画像形成装置の主断面図本発明の実施形態における画像形成部の部分断面図本発明の実施形態における定着装置の主断面図本発明の実施形態における定着装置の拡大部分断面図

符号の説明

Ｐ …記録材
Ｗ …定着ニップ
５ …定着装置
５３ …ベルトユニット
５１０ …定着ローラー（定着回転体）
５２０ …ハロゲンヒーター
５３１ …定着ベルト（加圧ベルト）
５３２ …入口ローラー（支持回転体）
５３３ …分離ローラー（支持回転体）
５３４ …ステアリングローラー（支持回転体）
６００ …閉空間
６０１ …ベースフレーム（仕切り壁）
６０２ …入口ガイド（仕切り壁）
６０３ …出口ガイド（仕切り壁）
６０４ …前フレーム（仕切り壁）
６０５ …後フレーム（仕切り壁）
６１１ …冷却ファン（冷却手段）
６１２ …供給ダクト（冷却手段）
６１３ …供給ファン
６１４ …排出ダクト（冷却手段）
６１５ …排出ファン

Claims

回転する回転部材と、
前記回転部材とニップを形成して、回転するベルト部材と、
前記ベルト部材を張架して記録材を分離する分離張架部材と、
前記ベルト部材の外周にエアーを吹きつける冷却ファンと、
鉛直方向において前記冷却ファンより下方に配置されて、前記冷却ファンへ向ける空気を第一ファンを利用して外部から吸引するための吸引口と、鉛直方向において前記冷却ファンより上方に配置されて外部へ向けて空気を第二ファンを利用して排気する排気口とを備えて前記ベルト部材を囲む囲み部材とを有して、
前記ニップにおいて記録材にトナーを加熱定着させる定着装置において、
前記冷却ファンは前記ベルト部材の回転方向において前記分離張架部材よりも下流側の前記ベルト部材の前記外周に対向しており、
前記吸引口が、前記ベルト部材の回転方向において前記冷却ファンと対向する前記ベルト部材の対向位置よりも下流側で、
前記排気口が、前記ベルト部材の回転方向において前記対向位置よりも上流側であることを特徴とする定着装置。
前記冷却ファンを前記ベルト部材のベルト面に対し直交する方向にエアーを吹き付けるように配置したことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。