画像形成装置および画像形成方法
【課題】記録材上に転写したトナー像を加熱することで該トナー像を記録材上に永久定着させる画像形成装置および画像形成方法において、定着動作において記録材から放出される水蒸気の問題を解決するとともに、装置のエネルギー効率を高める。
【解決手段】定着ユニット１３の上部に、通気孔１９３１ａを有するダクト形成部材１９３１、１９３２により取り囲まれてなる上部ダクト１９１を設ける。上部ダクト１９１の内部を流れる暖められた空気は通気ダクトおよび排気ファンにより予熱ユニット１９２へ案内され、中空の予熱部材１９２１、１９２２の内部を通って装置外に放出される。
【解決手段】定着ユニット１３の上部に、通気孔１９３１ａを有するダクト形成部材１９３１、１９３２により取り囲まれてなる上部ダクト１９１を設ける。上部ダクト１９１の内部を流れる暖められた空気は通気ダクトおよび排気ファンにより予熱ユニット１９２へ案内され、中空の予熱部材１９２１、１９２２の内部を通って装置外に放出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、記録材上に転写したトナー像を加熱することで該トナー像を記録材上に永久定着させる画像形成装置および画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタおよびファクシミリ装置などトナーを使用して記録材上に画像を形成する画像形成装置においては、トナー像を転写された記録材を加熱することによってトナー像を記録材上に永久定着している。このような装置においては、定着動作によって生じる廃熱が問題となる。例えば、定着後の高温によって装置を構成する部材を傷めたり、温められた記録材から放出される水蒸気が装置内部に滞留し、記録材に水滴が付着して画像欠陥を生じたり、装置内部に結露を生じて記録材のスムーズな搬送を阻害したりすることがある。
【０００３】
このような問題に関して、例えば特許文献１に記載の画像形成装置においては、外気が排紙口から取り込まれ排紙経路を逆行して流れるように排気流通経路および排気ファンを設けることにより、排紙経路を構成する部品が高温となるのを防止して安価な部品の使用を可能としている。
【０００４】
【特許文献１】特許第２５５５２７８号公報（図１４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術によれば、排紙経路を構成する部品が高温となるのを防止することはできるが、上記した記録材から発生する水蒸気の問題を解消することはできない。また、廃熱を単に外部へ放出するだけであるため、消費電力に対するエネルギー効率の向上にはつながらない。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、記録材上に転写したトナー像を加熱することで該トナー像を記録材上に永久定着させる画像形成装置および画像形成方法において、定着動作において記録材から放出される水蒸気の問題を解決するとともに、装置のエネルギー効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、トナー像を形成し、所定の転写位置で記録材に転写する画像形成手段と、所定の定着位置で、前記記録材上に転写された前記トナー像を加熱して前記記録材に定着させる定着手段と、前記転写位置から前記定着位置に至る経路を含む搬送経路に沿って前記記録材を搬送する搬送手段と、前記搬送経路上において前記転写位置よりも前方の予熱位置で、該予熱位置を通過する記録材を予熱する予熱手段と、前記定着手段の廃熱を前記予熱手段に伝達する伝熱手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
また、この発明にかかる画像形成方法は、上記目的を達成するため、所定の搬送経路に沿って記録材を搬送するとともに、前記搬送経路上の転写位置で前記記録材にトナー像を転写し、前記搬送経路上において前記転写位置よりも後方の定着位置で定着手段により前記トナー像を加熱して前記記録材上に定着させ、しかも、前記定着手段の廃熱を前記搬送経路上において前記転写位置よりも前方の予熱位置へ伝達し、その熱により、前記予熱位置を通過する記録材を予熱することを特徴としている。
【０００９】
このように構成された発明では、予熱されることによって記録材に含まれる水分の一部が事前に水蒸気として放出されるので、定着位置における記録材からの水蒸気の放出が抑えられる。そのため、定着位置の周辺で結露を生じたり、記録材を詰まらせたりするなどの問題が抑制される。また、予熱には定着により生じた廃熱を利用することと併せて、記録材を予熱しておくことによって定着に必要な熱量を抑えることができるため、エネルギー効率を向上させることができる。
【００１０】
上記のように構成された画像形成装置において、前記定着手段は、所定の定着温度に昇温され前記記録材および該記録材上のトナー像に熱を与える加熱部材と、前記加熱部材を前記定着温度に昇温させる発熱部材とを備えるように構成されてもよい。このように構成された画像形成装置では、記録材が予熱されているため、記録材を予熱しない場合と比べて加熱部材の熱容量を小さくしたり発熱部材の発熱量を小さくすることが可能となり、消費電力の低減を図ることができる。
【００１１】
より具体的な装置の構成としては、例えば、前記伝熱手段は、前記定着手段の廃熱により暖められた空気を前記予熱手段に送り込むする送気部を備える一方、前記予熱手段は、前記送気部によって送られてきた空気に接触することで温められるとともに、前記予熱位置において前記記録材に当接することで該記録材を予熱する予熱部材を備えるように構成されてもよい。こうすることで、定着手段からの廃熱が予熱手段に輸送されて、記録材を効率よく予熱することができる。
【００１２】
この場合において、定着手段近傍の温められた空気が、予熱位置において記録材に直接接触しないようにするのがより好ましい。というのは、定着手段近傍の空気は記録材から放出された水蒸気を含んで高湿となっている場合があり、このような空気を予熱位置において記録材に接触させると却って記録材に水分を与えることになるからである。これを解消するためには、例えば、前記予熱部材の内部を中空に構成し、前記送気部によって送られてきた空気が前記予熱部材の内部を通過するようにすることができる。こうすることで、送られてきた空気の持つ熱を効率よく予熱部材に移すことができるとともに、水蒸気を含む空気が記録材に直接触れないようにすることができる。
【００１３】
ここで、前記搬送手段は、前記搬送経路上において前記転写位置よりも前方の給送位置で、前記記録材を前記転写位置に向けて送り込む給送部材を備えており、前記予熱位置は、前記搬送経路上において前記給送位置よりも前方に設けられていてもよい。予熱部材から記録材へ効率よく熱を伝えるためには比較的高い当接圧をもって記録材と予熱部材とを当接させる必要がある。これにより搬送のスムーズさが低下する。予熱位置を給送位置よりも後方とすると、記録材を予熱位置に向かって押し込む形となるため、必要なタイミングで記録材を転写位置に送り込むことができなくなったり、記録材のジャムを発生するおそれがある。これに対して、予熱位置を給送位置よりも前方とした場合には、予熱位置を通過した記録材を給送部材により引っ張る形となるため、記録材の搬送をよりスムーズに行うことができる。
【００１４】
さらに、前記搬送手段は、前記定着位置を通過した記録材を反転搬送経路に沿って搬送し前記給送位置の手前で前記搬送経路に戻す反転搬送を実行可能に構成され、しかも、前記反転搬送経路は、前記給送位置と前記予熱位置との間で前記搬送経路に合流するように構成されてもよい。定着位置を通過した記録材は既に温められているため、再度予熱する必要は必ずしもない。また、搬送経路および反転搬送経路を搬送されてきたことにより記録材がカールを生じジャムが発生しやすくなるため、必要以上に予熱部材と当接させることは好ましくない。そこで、反転搬送経路が給送位置と予熱位置との間で搬送経路に合流するようにすれば、このような問題は生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明にかかる画像形成装置の一実施形態の内部構造を示す側面図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示す図である。この装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合わせてカラー画像を形成するカラーモードと、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成するモノクロモードとを選択的に実行可能な画像形成装置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像形成指令がＣＰＵやメモリなどを有するメインコントローラＭＣに与えられると、このメインコントローラＭＣがエンジンコントローラＥＣに制御信号を与え、これに基づき、エンジンコントローラＥＣがエンジン部ＥＧなど装置各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどの記録材たるシートに画像形成指令に対応する画像を形成する。
【００１６】
この画像形成装置が有するハウジング本体３内には、電源回路基板、メインコントローラＭＣやエンジンコントローラＥＣを内蔵する電装品ボックス５が設けられている。また、画像形成ステーション２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ、転写ベルトユニット８および給紙ユニット７もハウジング本体３内に配設されている。また、図１においてハウジング本体３内右側には、定着ユニット１３およびシート搬送ユニット７０が配設されている。
【００１７】
この画像形成装置は、複数の異なる色の画像を形成する４個の画像形成ステーション２Ｙ（イエロー用）、２Ｍ（マゼンタ用）、２Ｃ（シアン用）および２Ｋ（ブラック用）を備えている。なお、各画像形成ステーションは構成が互いに同一のため、図１においては図示の便宜上一部の画像形成ステーションのみに符号を付し、他の画像形成ステーションについては符号を省略する。
【００１８】
各画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍ、２Ｃおよび２Ｋには、それぞれの色のトナー像がその表面に形成される感光体ドラム２１が設けられている。各感光体ドラム２１はそれぞれ専用の駆動モータに接続され所定の方向に所定速度で回転駆動される。また、感光体ドラム２１の周囲には、その回転方向に沿って帯電部２３、露光ユニット２９、現像部２５および感光体クリーナ２７が配設されている。そして、これらの機能部によって帯電動作、潜像形成動作およびトナー現像動作が実行される。カラーモード実行時は、全ての画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍ、２Ｃおよび２Ｋで形成されたトナー像を転写ベルトユニット８に設けた転写ベルト８１に重ね合わせてカラー画像を形成する。また、モノクロモード実行時は、画像形成ステーション２Ｋのみを動作させてブラック単色画像を形成する。
【００１９】
帯電部２３は、その表面が弾性ゴムで構成された帯電ローラを備えている。この帯電ローラは帯電位置で感光体ドラム２１の表面と当接しており、感光体ドラム２１の回転動作に伴って従動回転する。また、この帯電ローラは帯電バイアス発生部（図示省略）に接続されており、感光体ドラム２１の表面を所定の表面電位に帯電させる。
【００２０】
露光ユニット２９は、帯電部２３により帯電された感光体ドラム２１の表面に向けて光を照射して該表面に静電潜像を形成する。
【００２１】
現像部２５は、その表面にトナーを担持する現像ローラ２５１を有する。そして、現像ローラ２５１と電気的に接続された現像バイアス発生部（図示省略）から現像ローラ２５１に印加される現像バイアスによって、現像ローラ２５１と感光体ドラム２１とが当接する現像位置において、帯電トナーが現像ローラ２５１から感光体ドラム２１に移動してその表面に形成された静電潜像が顕像化される。
【００２２】
現像位置において顕在化されたトナー像は、感光体ドラム２１の回転方向に搬送された後、後に詳述する転写ベルト８１と各感光体ドラム２１が当接する一次転写位置において転写ベルト８１に一次転写される。
【００２３】
また、感光体ドラム２１の回転方向において一次転写位置よりも下流側で且つ帯電部２３の上流側に、感光体ドラム２１の表面に当接して感光体クリーナ２７が設けられている。この感光体クリーナ２７は、感光体ドラムの表面に当接することで一次転写後に感光体ドラム２１の表面に残留するトナーをクリーニング除去する。
【００２４】
転写ベルトユニット８は、駆動ローラ８２と、図１において駆動ローラ８２の左側に配設される従動ローラ８３（ブレード対向ローラ）と、これらのローラに張架され駆動ローラ８２の回転により所定方向へ循環駆動される転写ベルト８１とを備えている。また、転写ベルトユニット８は、転写ベルト８１の内側に、カートリッジ装着時において各画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍ、２Ｃおよび２Ｋが有する感光体ドラム２１各々に対して一対一で対向配置される、４個の一次転写ローラ８５Ｙ、８５Ｍ、８５Ｃおよび８５Ｋを備えている。これらの一次転写ローラは、それぞれ一次転写バイアス発生部（図示省略）と電気的に接続される。
【００２５】
いわゆるタンデム方式の画像形成装置であるこの画像形成装置では、感光体ドラム２１から転写ベルト８１にトナー像が一次転写される一次転写位置は各画像形成ステーションごとに異なった位置となる。すなわち、イエロー用画像形成ステーション２Ｙ、マゼンタ用画像形成ステーション２Ｍ、シアン用画像形成ステーション２Ｃおよびブラック用画像形成ステーション２Ｋが転写ベルト８１の移動方向に沿ってこの順番に配置されている。
【００２６】
さらに、転写ベルトユニット８は、ブラック用一次転写ローラ８５Ｋの下流側で且つ駆動ローラ８２の上流側に配設された下流ガイドローラ８６を備える。この下流ガイドローラ８６は、一次転写ローラ８５Ｋが画像形成ステーション２Ｋの感光体ドラム２１に当接して形成する一次転写位置での一次転写ローラ８５Ｋとブラック用感光体ドラム２１（Ｋ）との共通接線上において、転写ベルト８１に当接するように構成されている。
【００２７】
給紙ユニット７は、シート状の記録材（以下、単に「シート」という）を積層保持可能である給紙カセット７０１と、シートを載置可能な手差しトレイ７０２とを備えている。給紙カセット７０１および手差しトレイ７０２にセットされたシートは、シート搬送ユニット７０に設けられたピックアップローラ７１または７２の回転により一枚ずつ取り出され後述する搬送経路に向け給紙される。給紙カセット７０１および手差しトレイ７０２のいずれからシートを供給するかについてはユーザ設定により指定される。ピックアップローラ７０１または７０２により給紙されたシートは、シート搬送ユニット７０に設けられたゲートローラ対７４によって給紙タイミングが調整された後、シート案内部材７６に沿って、駆動ローラ８２と二次転写ローラ７５とが当接する二次転写位置に給紙される。
【００２８】
シート搬送ユニット７０の構成部品である二次転写ローラ７５は、転写ベルト８１に対して離当接自在に設けられ、二次転写ローラ駆動機構（図示省略）により離当接駆動される。そして、その表面に画像が二次転写されたシートは、シート案内部材７６により定着ユニット１３へ案内され、定着ユニット１３はシートに転写されたトナーを加熱・加圧してトナー像をシート上に永久定着する。定着ユニット１３により定着処理を受けたシートはハウジング本体３の上面部に設けられた排紙トレイ４に搬送される。
【００２９】
また、シートの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートの後端部が排出前ローラ７７後方の反転位置まで搬送されてきた時点でシートを後述する反転搬送経路に送り込む。そして、反転搬送経路に沿って設けられシート搬送ユニット７０を構成する搬送ローラ対７８、７９の回転によりゲートローラ対７４の手前で再び元の搬送経路に乗せられるが、このとき、二次転写位置において転写ベルト８１と当接し画像を転写されるシートの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートの両面に画像を形成することができる。
【００３０】
また、この装置では、ブレード対向ローラ８３に対向してクリーナ部８０１が配設されている。クリーナ部８０１は、その先端部を転写ベルト８１を介してブレード対向ローラ８３に当接することで、二次転写後に転写ベルト８１に残留するトナーや紙粉等の異物を除去する。そして、このように除去された異物は、廃トナーボックスに回収される。
【００３１】
この画像形成装置においては、各画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍ、２Ｃおよび２Ｋは、それぞれ感光体ドラム２１、帯電部２３、現像部２５および感光体クリーナ２７を有するカートリッジとして一体化されている。そして、このカートリッジが装置本体に対し着脱可能に構成されている。また、各カートリッジには、該カートリッジに関する情報を記憶するための不揮発性メモリがそれぞれ設けられている。そして、エンジンコントローラＥＣと各カートリッジとの間でデータ通信が行われる。こうすることで、各カートリッジに関する情報がエンジンコントローラＥＣに伝達されるとともに、各メモリ内の情報が更新記憶される。これらの情報に基づき各カートリッジの使用履歴や消耗品の寿命が管理される。
【００３２】
なお、図２においては、ローラやベルト等の各可動部を回転駆動したり離当接駆動するためのモータやクラッチ類など、機械的な駆動力を発生する構成を総称して、「メカ部」として記載している。
【００３３】
図３はこの画像形成装置におけるシート搬送経路を示す図である。なお、図３においては、搬送経路を明りょうに示すために、シートの移動方向を誘導すべく搬送経路に沿って設けられた各シートガイド部材については記載を省略している。また、各部材の近傍に付した符号を伴わない矢印は、それぞれの部材の移動方向を示している。また、搬送経路ＦＦおよびＦＲに沿って記した矢印は、それぞれの搬送経路におけるシート搬送方向を示している。
【００３４】
ピックアップローラ７１または７２が選択的に回転することにより給紙カセット７０１または手差しトレイ７０２から取り出されたシートは、後述する予熱ユニット１９２を経て搬送経路ＦＦに送り込まれる。そして、搬送経路ＦＦ上においてゲートローラ対７４が設けられた給送位置ＧＰにシート先端が送り込まれた後、シートはゲートローラ対７４のニップに突き当てられていったん停止し、画像形成動作の進行に同期してゲートローラ７４が回転開始すると、シートは給送位置ＧＰから転写ベルト８１上のトナー像を転写される転写位置ＴＰに向け搬送される。この転写位置ＴＰとは、先に説明した二次転写位置と同義である。
【００３５】
こうしてトナー像を転写されたシートは定着ユニット１３に設けられた加熱ローラ１３１および加圧ローラ１３２により形成された定着ニップに送り込まれる。定着ユニット１３は、ハロゲンヒータ等の発熱体を内蔵して所定の定着温度（例えば摂氏２００度程度）に温度制御されるとともに回転自在な加熱ローラ１３１と、この加熱ローラ１３１を押圧付勢する加圧ローラ１３２とを有している。より詳しくは、加熱ローラ１３１は、内部にヒータ１３１２を備えた金属製パイプ１３１１の表面に、例えばシリコンゴム等の弾性および耐熱性を有する樹脂製の表面層１３１３を設けたローラである。ヒータ１３１２は例えばハロゲンヒータであり数百〜１０００Ｗ程度の発熱量を有する。また、表面層１３１３は、弾性および耐熱性を有する樹脂により構成され、例えばシリコンゴム層の表面にＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などのフッ素樹脂をコーティングしたものを用いることができる。
【００３６】
また、加圧ローラ１３２は、上記した加熱ローラ１３１の構成からヒータを取り除いた構成を有している。そして、加圧ローラ１３２の表面を加熱ローラ１３１の周面に押し付けることで、加熱ローラ１３１と加圧ローラ１３２とで形成する定着ニップが広くとれるように構成されている。トナー像を転写され転写位置ＴＰから送出されたシートは、搬送経路ＦＦに沿って搬送され、定着ニップが形成された定着位置ＦＰを通って排出される。この際、定着位置ＦＰにおいてトナーに熱と圧力が加えられてトナー像がシート上に定着される。
【００３７】
定着ユニット１３の上方には、図３の紙面に垂直な方向に沿って延設され、複数の通気孔１９３１ａを有する上部ダクト形成部材１９３１と、ハウジング本体３の上面の一部を成すとともに上記上部ダクト形成部材１９３１の上面開口部を覆うように設けられたもう１つの上記ダクト形成部材１９３２とにより取り囲まれて形成された上部ダクト１９１が設けられている。定着ユニット１３の上部の空気は、該定着ユニット１３および定着後のシートから排出される廃熱により暖められ、対流によって、また以下に説明する排気ファンによる吸引によって、上部ダクト１９１の内部に流れ込む。同図において、破線で示した矢印は定着ユニット１３上部での空気の流れを示している。
【００３８】
図４はこの実施形態の画像形成装置を正面（図１の右方）から見た内部構造を示す図である。上部ダクト形成部材１９３１および１９３２により形成される上部ダクト１９１は、別のダクト形成部材１９３３、１９３４および１９３５によって取り囲まれる通気ダクト１９５と連通されている。また、該ダクト内には排気ファン１９４が設けられており、排気ファン１９４の回転により、上部ダクト１９１から通気ダクト１９５を通って同図の矢印に示すような気流が生じる。こうして流れる空気は、予熱ユニット１９２に設けられて内部を中空に形成された予熱部材１９２１等の内部を通って最終的にはハウジング本体３の側面に設けられた排気口３１から装置外部へ排出される。
【００３９】
予熱ユニット１９２は、図３に示すように、通気ダクト１９５を通って送り込まれる暖められた空気がその内部を通過するように構成された中空の金属製予熱部材１９２１、１９２２を備えている。これらの予熱部材１９２１、１９２２は、熱伝導性の高いアルミニウムや銅などの金属により形成されており、その内部にフィンが形成されて表面積が増大されている。このように中空の予熱部材１９２１、１９２２の内部を暖められた空気が通過することにより、これらの予熱部材１９２１、１９２２も温められる。
【００４０】
これらの予熱部材１９２１、１９２２の近傍にはフィードローラ対１９２３が装着されている。フィードローラ対は、温められた予熱部材１９２１、１９２２およびその内部を通過する空気により温められている。ピックアップローラ７１または７２の回転により新たに搬送経路ＦＦに送り込まれるシートは、これらの予熱部材１９２１、１９２２およびフィードローラ対１９２３に接触する予熱位置ＰＰにおいてこれらの部材から熱を与えられ予熱される。
【００４１】
なお、予熱位置ＰＰは、ゲートローラ７４が設けられた給送位置ＧＰよりも、シート搬送方向において前方、すなわち上流側に設けられる。このようにする理由は次の通りである。定着前の予熱という観点からは、予熱位置ＰＰは少なくとも定着位置ＦＰの前方にあればよい。ただし、転写位置ＴＰと定着位置ＦＰとの間ではシート上のトナー像が未定着であるため、この範囲で予熱部材を当接させることは事実上不可能である。したがって、予熱位置ＰＰについては転写位置ＴＰよりも前方とすることが必要である。
【００４２】
また、予熱部材の持つ熱をシートに効率よく伝えるためには、高い当接圧でシートと予熱部材やフィードローラ対とを当接させる必要がある。ここで、ゲートローラ７４は画像形成動作の進行に同期させた適正なタイミングでシートを給送位置ＧＰから転写位置ＴＰに送り込むことでシート上へのトナー像の転写位置を制御している。したがって、給送位置ＧＰと転写位置ＴＰとの間に予熱位置ＰＰを設けると、ゲートローラ７４は予熱位置ＰＰにむけてシートを送り込む形となり、予熱位置ＰＰにおけるシート搬送速度が律速となって転写位置ＴＰへシートが到達するタイミングが崩れてしまうおそれがある。
【００４３】
以上より、予熱位置ＰＰについては、ゲートローラ７４によるシート給送が開始される給送位置ＧＰよりもシート搬送方向において前方側に設けることが望ましい。また、こうすることにより、シートはゲートローラ７４により引っ張られる形となり予熱位置ＰＰと給送位置ＧＰとの間でシートに張力が加わるので、シートを予熱部材１９２１、１９２３に密着させてより効率よく予熱することが可能となる。また、この実施形態では給紙源として給紙カセット７０１と手差しトレイ７０１との２種類があり、それぞれから給紙された記録材は同じ搬送経路ＦＦに乗せられる。このように記録材の供給源が複数あり、それぞれを起点とする搬送経路が合流するように構成されている場合には、それらの合流点よりも後方に予熱位置ＰＰが設けられることが望ましい。
【００４４】
続いて、反転搬送経路ＦＲについて検討する。反転搬送経路ＦＲへ送り込まれたシートは、搬送ローラ対７８、７９によって搬送されて、合流位置ＭＰにおいて元の搬送経路ＦＦに戻される。この合流位置ＭＰは、搬送経路ＦＦ上であってシート搬送方向において予熱位置ＰＰよりも後方かつ転写位置ＴＰよりも前方とされる。このようにする理由は次の通りである。反転搬送経路ＦＲを搬送されるシートは直前に定着位置ＦＰを通過してきたシートであり、既に温められているため改めて予熱することを要しない。また、搬送経路ＦＦおよびＦＲを経由して搬送されてきたシートにはカールや反りなどの癖が付いている場合があり、このようなシートは搬送経路を構成する部材に引っかかって搬送不良を起こしやすい。必ずしも必要のない予熱位置ＰＰへの通過を回避することにより、搬送不良が起きる可能性を低減することができる。
【００４５】
次に、予熱の効果について説明する。本願発明者らの実験結果によれば、室温摂氏２０度のとき、予熱ユニット１９２による予熱がなければ、シートの温度も２０度であり、良好な定着特性を得るのに必要な加熱ローラ１３１の温度はおよそ摂氏１９０度以上であった。これに対し、予熱ユニット１９２によりシートを予熱した場合、良好な定着特性を得るのに必要な加熱ローラ１３１の温度は摂氏１８０度で済むことがわかった。このとき、予熱部材１９２１、１９２２の温度は約３５度、予熱されたシートの温度は約３０度であった。
【００４６】
このように、シートを予熱することにより、定着ユニット１３に設けられた加熱ローラ１３１の温度を低く設定することが可能となり、加熱ローラ１３１を昇温させるヒータ１３１２の消費電力を抑えることができる。これにより、装置の消費電力を低減することができる。また、予熱には定着によって生じた廃熱を利用しているため、予熱を行うために消費電力が増大することにはならず、装置のエネルギー効率を高めることができる。また、シートを予熱することにより、転写位置ＴＰに到達するシートに含まれる水分が当初より低減されて、装置内部における結露やシートの搬送不良も抑えられる。
【００４７】
また、定着ユニットや定着後のシートに触れることで暖められた空気を予熱位置ＰＰにおいて直接シートに触れさせることは水蒸気低減という観点からは好ましくない。このような空気には、定着位置ＦＰにおいてシートから放出された水蒸気が多く含まれ却ってシートに水分を与えてしまう可能性があるからである。これに対して、この実施形態では、吸熱により暖められた空気で予熱部材を温める構成として定着ユニット１３周辺の空気が直接シートに触れないようにしているので、このような問題は生じない。
【００４８】
以上のように、上記実施形態においては、定着ユニット１３および定着後のシートにより暖められた空気を転写位置ＴＰよりも手前の予熱位置ＰＰに設けた予熱部材１９２１、１９２２の内部に通し、これにより予熱部材を温める。こうして温められた予熱部材とシートを当接させることにより、この実施形態ではシートを予熱する。こうすることで、シートに含まれる水分が事前に低減されて、水滴の付着による画像欠陥の発生、定着位置ＦＰ近傍における結露やシートの搬送不良を抑制することができる。また、定着により生じた廃熱を利用して予熱を行っているので、予熱のために余分な電力を消費することがなく、またシートを予熱しておくことで定着ユニットの温度を低めに設定することができるので、全体としての消費電力を小さくすることができ、しかもエネルギー効率が高い。
【００４９】
以上説明したように、上記実施形態では、画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋおよび転写ベルトユニット８が一体として本発明の「画像形成手段」として機能している。また、定着ユニット１３が本発明の「定着手段」として機能しており、加熱ローラ１３１およびヒータ１３１２がそれぞれ本発明の「加熱部材」および「発熱部材」に相当している。また、これらの実施形態では、シート搬送ユニット７０が本発明の「搬送手段」として機能しており、ゲートローラ対７４が本発明の「給送部材」に相当している。
【００５０】
また、上記実施形態では、予熱ユニット１９２が本発明の「予熱手段」として機能しており、予熱部材１９２１、１９２２が本発明の「予熱部材」として機能している。また、上記実施形態では、上部ダクト形成部材１９３１、１９３２、ダクト形成部材１９３３〜１９３５および排気ファン１９４が一体として本発明の「伝熱手段」特に「送気部」として機能している。
【００５１】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の定着ユニットは、いずれもローラ形状の加熱ローラ１３１と加圧ローラ１３２とを当接させることにより定着ニップを形成するようにしているが、これに代えて、複数のローラに掛け渡された加圧ベルトを加熱ローラに当接させることで定着ニップを形成する構造としてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、定着ユニット１３上部の暖められた空気を予熱ユニット１９２に送り込むことで、定着ユニット１３の廃熱を予熱に利用するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、定着ユニット１３の近傍に金属板など熱伝導性の高い材料により形成された吸熱部材を設けるとともに、この吸熱部材に公知のヒートパイプの一方端を当接させ、さらにヒートパイプの他方端を予熱部材に当接させることにより、定着ユニット１３近傍の熱を予熱位置ＰＰへ移動させるようにしてもよい。
【００５３】
さらに、上記実施形態では、ＹＭＣＫ４色のトナーを使用したタンデム方式のカラー画像形成装置に本発明が適用されているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば１個の画像形成ステーションのみを有しモノクロ画像を形成する画像形成装置や、回転自在の現像ロータリーに複数の現像器を装着したロータリー現像方式の画像形成装置など色の種類や色数の異なる画像形成装置に対しても本発明を適用することができる。より一般的には、記録材上に転写したトナー像に熱を加えて定着させるように構成された画像形成装置全般に対し、本発明を好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明にかかる画像形成装置の一実施形態の内部構造を示す側面図。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示す図。
【図３】この画像形成装置におけるシート搬送経路を示す図。
【図４】この実施形態の画像形成装置を正面から見た内部構造を示す図。
【符号の説明】
【００５５】
２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ…画像形成ステーション（画像形成手段）、 ８…転写ベルトユニット（画像形成手段）、 １３…定着ユニット（定着手段）、 １３１…加熱ローラ（加熱部材）、 ７０…シート搬送ユニット（搬送手段）、 ７４…ゲートローラ対（給送部材）、 １９２…予熱ユニット（予熱手段）、 １９４…排気ファン（送気部、伝熱手段）、 １３１２…ヒータ（発熱部材）、 １９２１，１９２２…予熱部材、 １９３１〜１９３５…ダクト形成部材（送気部、伝熱手段）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、記録材上に転写したトナー像を加熱することで該トナー像を記録材上に永久定着させる画像形成装置および画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタおよびファクシミリ装置などトナーを使用して記録材上に画像を形成する画像形成装置においては、トナー像を転写された記録材を加熱することによってトナー像を記録材上に永久定着している。このような装置においては、定着動作によって生じる廃熱が問題となる。例えば、定着後の高温によって装置を構成する部材を傷めたり、温められた記録材から放出される水蒸気が装置内部に滞留し、記録材に水滴が付着して画像欠陥を生じたり、装置内部に結露を生じて記録材のスムーズな搬送を阻害したりすることがある。
【０００３】
このような問題に関して、例えば特許文献１に記載の画像形成装置においては、外気が排紙口から取り込まれ排紙経路を逆行して流れるように排気流通経路および排気ファンを設けることにより、排紙経路を構成する部品が高温となるのを防止して安価な部品の使用を可能としている。
【０００４】
【特許文献１】特許第２５５５２７８号公報（図１４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術によれば、排紙経路を構成する部品が高温となるのを防止することはできるが、上記した記録材から発生する水蒸気の問題を解消することはできない。また、廃熱を単に外部へ放出するだけであるため、消費電力に対するエネルギー効率の向上にはつながらない。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、記録材上に転写したトナー像を加熱することで該トナー像を記録材上に永久定着させる画像形成装置および画像形成方法において、定着動作において記録材から放出される水蒸気の問題を解決するとともに、装置のエネルギー効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、トナー像を形成し、所定の転写位置で記録材に転写する画像形成手段と、所定の定着位置で、前記記録材上に転写された前記トナー像を加熱して前記記録材に定着させる定着手段と、前記転写位置から前記定着位置に至る経路を含む搬送経路に沿って前記記録材を搬送する搬送手段と、前記搬送経路上において前記転写位置よりも前方の予熱位置で、該予熱位置を通過する記録材を予熱する予熱手段と、前記定着手段の廃熱を前記予熱手段に伝達する伝熱手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
また、この発明にかかる画像形成方法は、上記目的を達成するため、所定の搬送経路に沿って記録材を搬送するとともに、前記搬送経路上の転写位置で前記記録材にトナー像を転写し、前記搬送経路上において前記転写位置よりも後方の定着位置で定着手段により前記トナー像を加熱して前記記録材上に定着させ、しかも、前記定着手段の廃熱を前記搬送経路上において前記転写位置よりも前方の予熱位置へ伝達し、その熱により、前記予熱位置を通過する記録材を予熱することを特徴としている。
【０００９】
このように構成された発明では、予熱されることによって記録材に含まれる水分の一部が事前に水蒸気として放出されるので、定着位置における記録材からの水蒸気の放出が抑えられる。そのため、定着位置の周辺で結露を生じたり、記録材を詰まらせたりするなどの問題が抑制される。また、予熱には定着により生じた廃熱を利用することと併せて、記録材を予熱しておくことによって定着に必要な熱量を抑えることができるため、エネルギー効率を向上させることができる。
【００１０】
上記のように構成された画像形成装置において、前記定着手段は、所定の定着温度に昇温され前記記録材および該記録材上のトナー像に熱を与える加熱部材と、前記加熱部材を前記定着温度に昇温させる発熱部材とを備えるように構成されてもよい。このように構成された画像形成装置では、記録材が予熱されているため、記録材を予熱しない場合と比べて加熱部材の熱容量を小さくしたり発熱部材の発熱量を小さくすることが可能となり、消費電力の低減を図ることができる。
【００１１】
より具体的な装置の構成としては、例えば、前記伝熱手段は、前記定着手段の廃熱により暖められた空気を前記予熱手段に送り込むする送気部を備える一方、前記予熱手段は、前記送気部によって送られてきた空気に接触することで温められるとともに、前記予熱位置において前記記録材に当接することで該記録材を予熱する予熱部材を備えるように構成されてもよい。こうすることで、定着手段からの廃熱が予熱手段に輸送されて、記録材を効率よく予熱することができる。
【００１２】
この場合において、定着手段近傍の温められた空気が、予熱位置において記録材に直接接触しないようにするのがより好ましい。というのは、定着手段近傍の空気は記録材から放出された水蒸気を含んで高湿となっている場合があり、このような空気を予熱位置において記録材に接触させると却って記録材に水分を与えることになるからである。これを解消するためには、例えば、前記予熱部材の内部を中空に構成し、前記送気部によって送られてきた空気が前記予熱部材の内部を通過するようにすることができる。こうすることで、送られてきた空気の持つ熱を効率よく予熱部材に移すことができるとともに、水蒸気を含む空気が記録材に直接触れないようにすることができる。
【００１３】
ここで、前記搬送手段は、前記搬送経路上において前記転写位置よりも前方の給送位置で、前記記録材を前記転写位置に向けて送り込む給送部材を備えており、前記予熱位置は、前記搬送経路上において前記給送位置よりも前方に設けられていてもよい。予熱部材から記録材へ効率よく熱を伝えるためには比較的高い当接圧をもって記録材と予熱部材とを当接させる必要がある。これにより搬送のスムーズさが低下する。予熱位置を給送位置よりも後方とすると、記録材を予熱位置に向かって押し込む形となるため、必要なタイミングで記録材を転写位置に送り込むことができなくなったり、記録材のジャムを発生するおそれがある。これに対して、予熱位置を給送位置よりも前方とした場合には、予熱位置を通過した記録材を給送部材により引っ張る形となるため、記録材の搬送をよりスムーズに行うことができる。
【００１４】
さらに、前記搬送手段は、前記定着位置を通過した記録材を反転搬送経路に沿って搬送し前記給送位置の手前で前記搬送経路に戻す反転搬送を実行可能に構成され、しかも、前記反転搬送経路は、前記給送位置と前記予熱位置との間で前記搬送経路に合流するように構成されてもよい。定着位置を通過した記録材は既に温められているため、再度予熱する必要は必ずしもない。また、搬送経路および反転搬送経路を搬送されてきたことにより記録材がカールを生じジャムが発生しやすくなるため、必要以上に予熱部材と当接させることは好ましくない。そこで、反転搬送経路が給送位置と予熱位置との間で搬送経路に合流するようにすれば、このような問題は生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明にかかる画像形成装置の一実施形態の内部構造を示す側面図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示す図である。この装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合わせてカラー画像を形成するカラーモードと、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成するモノクロモードとを選択的に実行可能な画像形成装置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像形成指令がＣＰＵやメモリなどを有するメインコントローラＭＣに与えられると、このメインコントローラＭＣがエンジンコントローラＥＣに制御信号を与え、これに基づき、エンジンコントローラＥＣがエンジン部ＥＧなど装置各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどの記録材たるシートに画像形成指令に対応する画像を形成する。
【００１６】
この画像形成装置が有するハウジング本体３内には、電源回路基板、メインコントローラＭＣやエンジンコントローラＥＣを内蔵する電装品ボックス５が設けられている。また、画像形成ステーション２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ、転写ベルトユニット８および給紙ユニット７もハウジング本体３内に配設されている。また、図１においてハウジング本体３内右側には、定着ユニット１３およびシート搬送ユニット７０が配設されている。
【００１７】
この画像形成装置は、複数の異なる色の画像を形成する４個の画像形成ステーション２Ｙ（イエロー用）、２Ｍ（マゼンタ用）、２Ｃ（シアン用）および２Ｋ（ブラック用）を備えている。なお、各画像形成ステーションは構成が互いに同一のため、図１においては図示の便宜上一部の画像形成ステーションのみに符号を付し、他の画像形成ステーションについては符号を省略する。
【００１８】
各画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍ、２Ｃおよび２Ｋには、それぞれの色のトナー像がその表面に形成される感光体ドラム２１が設けられている。各感光体ドラム２１はそれぞれ専用の駆動モータに接続され所定の方向に所定速度で回転駆動される。また、感光体ドラム２１の周囲には、その回転方向に沿って帯電部２３、露光ユニット２９、現像部２５および感光体クリーナ２７が配設されている。そして、これらの機能部によって帯電動作、潜像形成動作およびトナー現像動作が実行される。カラーモード実行時は、全ての画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍ、２Ｃおよび２Ｋで形成されたトナー像を転写ベルトユニット８に設けた転写ベルト８１に重ね合わせてカラー画像を形成する。また、モノクロモード実行時は、画像形成ステーション２Ｋのみを動作させてブラック単色画像を形成する。
【００１９】
帯電部２３は、その表面が弾性ゴムで構成された帯電ローラを備えている。この帯電ローラは帯電位置で感光体ドラム２１の表面と当接しており、感光体ドラム２１の回転動作に伴って従動回転する。また、この帯電ローラは帯電バイアス発生部（図示省略）に接続されており、感光体ドラム２１の表面を所定の表面電位に帯電させる。
【００２０】
露光ユニット２９は、帯電部２３により帯電された感光体ドラム２１の表面に向けて光を照射して該表面に静電潜像を形成する。
【００２１】
現像部２５は、その表面にトナーを担持する現像ローラ２５１を有する。そして、現像ローラ２５１と電気的に接続された現像バイアス発生部（図示省略）から現像ローラ２５１に印加される現像バイアスによって、現像ローラ２５１と感光体ドラム２１とが当接する現像位置において、帯電トナーが現像ローラ２５１から感光体ドラム２１に移動してその表面に形成された静電潜像が顕像化される。
【００２２】
現像位置において顕在化されたトナー像は、感光体ドラム２１の回転方向に搬送された後、後に詳述する転写ベルト８１と各感光体ドラム２１が当接する一次転写位置において転写ベルト８１に一次転写される。
【００２３】
また、感光体ドラム２１の回転方向において一次転写位置よりも下流側で且つ帯電部２３の上流側に、感光体ドラム２１の表面に当接して感光体クリーナ２７が設けられている。この感光体クリーナ２７は、感光体ドラムの表面に当接することで一次転写後に感光体ドラム２１の表面に残留するトナーをクリーニング除去する。
【００２４】
転写ベルトユニット８は、駆動ローラ８２と、図１において駆動ローラ８２の左側に配設される従動ローラ８３（ブレード対向ローラ）と、これらのローラに張架され駆動ローラ８２の回転により所定方向へ循環駆動される転写ベルト８１とを備えている。また、転写ベルトユニット８は、転写ベルト８１の内側に、カートリッジ装着時において各画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍ、２Ｃおよび２Ｋが有する感光体ドラム２１各々に対して一対一で対向配置される、４個の一次転写ローラ８５Ｙ、８５Ｍ、８５Ｃおよび８５Ｋを備えている。これらの一次転写ローラは、それぞれ一次転写バイアス発生部（図示省略）と電気的に接続される。
【００２５】
いわゆるタンデム方式の画像形成装置であるこの画像形成装置では、感光体ドラム２１から転写ベルト８１にトナー像が一次転写される一次転写位置は各画像形成ステーションごとに異なった位置となる。すなわち、イエロー用画像形成ステーション２Ｙ、マゼンタ用画像形成ステーション２Ｍ、シアン用画像形成ステーション２Ｃおよびブラック用画像形成ステーション２Ｋが転写ベルト８１の移動方向に沿ってこの順番に配置されている。
【００２６】
さらに、転写ベルトユニット８は、ブラック用一次転写ローラ８５Ｋの下流側で且つ駆動ローラ８２の上流側に配設された下流ガイドローラ８６を備える。この下流ガイドローラ８６は、一次転写ローラ８５Ｋが画像形成ステーション２Ｋの感光体ドラム２１に当接して形成する一次転写位置での一次転写ローラ８５Ｋとブラック用感光体ドラム２１（Ｋ）との共通接線上において、転写ベルト８１に当接するように構成されている。
【００２７】
給紙ユニット７は、シート状の記録材（以下、単に「シート」という）を積層保持可能である給紙カセット７０１と、シートを載置可能な手差しトレイ７０２とを備えている。給紙カセット７０１および手差しトレイ７０２にセットされたシートは、シート搬送ユニット７０に設けられたピックアップローラ７１または７２の回転により一枚ずつ取り出され後述する搬送経路に向け給紙される。給紙カセット７０１および手差しトレイ７０２のいずれからシートを供給するかについてはユーザ設定により指定される。ピックアップローラ７０１または７０２により給紙されたシートは、シート搬送ユニット７０に設けられたゲートローラ対７４によって給紙タイミングが調整された後、シート案内部材７６に沿って、駆動ローラ８２と二次転写ローラ７５とが当接する二次転写位置に給紙される。
【００２８】
シート搬送ユニット７０の構成部品である二次転写ローラ７５は、転写ベルト８１に対して離当接自在に設けられ、二次転写ローラ駆動機構（図示省略）により離当接駆動される。そして、その表面に画像が二次転写されたシートは、シート案内部材７６により定着ユニット１３へ案内され、定着ユニット１３はシートに転写されたトナーを加熱・加圧してトナー像をシート上に永久定着する。定着ユニット１３により定着処理を受けたシートはハウジング本体３の上面部に設けられた排紙トレイ４に搬送される。
【００２９】
また、シートの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートの後端部が排出前ローラ７７後方の反転位置まで搬送されてきた時点でシートを後述する反転搬送経路に送り込む。そして、反転搬送経路に沿って設けられシート搬送ユニット７０を構成する搬送ローラ対７８、７９の回転によりゲートローラ対７４の手前で再び元の搬送経路に乗せられるが、このとき、二次転写位置において転写ベルト８１と当接し画像を転写されるシートの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートの両面に画像を形成することができる。
【００３０】
また、この装置では、ブレード対向ローラ８３に対向してクリーナ部８０１が配設されている。クリーナ部８０１は、その先端部を転写ベルト８１を介してブレード対向ローラ８３に当接することで、二次転写後に転写ベルト８１に残留するトナーや紙粉等の異物を除去する。そして、このように除去された異物は、廃トナーボックスに回収される。
【００３１】
この画像形成装置においては、各画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍ、２Ｃおよび２Ｋは、それぞれ感光体ドラム２１、帯電部２３、現像部２５および感光体クリーナ２７を有するカートリッジとして一体化されている。そして、このカートリッジが装置本体に対し着脱可能に構成されている。また、各カートリッジには、該カートリッジに関する情報を記憶するための不揮発性メモリがそれぞれ設けられている。そして、エンジンコントローラＥＣと各カートリッジとの間でデータ通信が行われる。こうすることで、各カートリッジに関する情報がエンジンコントローラＥＣに伝達されるとともに、各メモリ内の情報が更新記憶される。これらの情報に基づき各カートリッジの使用履歴や消耗品の寿命が管理される。
【００３２】
なお、図２においては、ローラやベルト等の各可動部を回転駆動したり離当接駆動するためのモータやクラッチ類など、機械的な駆動力を発生する構成を総称して、「メカ部」として記載している。
【００３３】
図３はこの画像形成装置におけるシート搬送経路を示す図である。なお、図３においては、搬送経路を明りょうに示すために、シートの移動方向を誘導すべく搬送経路に沿って設けられた各シートガイド部材については記載を省略している。また、各部材の近傍に付した符号を伴わない矢印は、それぞれの部材の移動方向を示している。また、搬送経路ＦＦおよびＦＲに沿って記した矢印は、それぞれの搬送経路におけるシート搬送方向を示している。
【００３４】
ピックアップローラ７１または７２が選択的に回転することにより給紙カセット７０１または手差しトレイ７０２から取り出されたシートは、後述する予熱ユニット１９２を経て搬送経路ＦＦに送り込まれる。そして、搬送経路ＦＦ上においてゲートローラ対７４が設けられた給送位置ＧＰにシート先端が送り込まれた後、シートはゲートローラ対７４のニップに突き当てられていったん停止し、画像形成動作の進行に同期してゲートローラ７４が回転開始すると、シートは給送位置ＧＰから転写ベルト８１上のトナー像を転写される転写位置ＴＰに向け搬送される。この転写位置ＴＰとは、先に説明した二次転写位置と同義である。
【００３５】
こうしてトナー像を転写されたシートは定着ユニット１３に設けられた加熱ローラ１３１および加圧ローラ１３２により形成された定着ニップに送り込まれる。定着ユニット１３は、ハロゲンヒータ等の発熱体を内蔵して所定の定着温度（例えば摂氏２００度程度）に温度制御されるとともに回転自在な加熱ローラ１３１と、この加熱ローラ１３１を押圧付勢する加圧ローラ１３２とを有している。より詳しくは、加熱ローラ１３１は、内部にヒータ１３１２を備えた金属製パイプ１３１１の表面に、例えばシリコンゴム等の弾性および耐熱性を有する樹脂製の表面層１３１３を設けたローラである。ヒータ１３１２は例えばハロゲンヒータであり数百〜１０００Ｗ程度の発熱量を有する。また、表面層１３１３は、弾性および耐熱性を有する樹脂により構成され、例えばシリコンゴム層の表面にＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などのフッ素樹脂をコーティングしたものを用いることができる。
【００３６】
また、加圧ローラ１３２は、上記した加熱ローラ１３１の構成からヒータを取り除いた構成を有している。そして、加圧ローラ１３２の表面を加熱ローラ１３１の周面に押し付けることで、加熱ローラ１３１と加圧ローラ１３２とで形成する定着ニップが広くとれるように構成されている。トナー像を転写され転写位置ＴＰから送出されたシートは、搬送経路ＦＦに沿って搬送され、定着ニップが形成された定着位置ＦＰを通って排出される。この際、定着位置ＦＰにおいてトナーに熱と圧力が加えられてトナー像がシート上に定着される。
【００３７】
定着ユニット１３の上方には、図３の紙面に垂直な方向に沿って延設され、複数の通気孔１９３１ａを有する上部ダクト形成部材１９３１と、ハウジング本体３の上面の一部を成すとともに上記上部ダクト形成部材１９３１の上面開口部を覆うように設けられたもう１つの上記ダクト形成部材１９３２とにより取り囲まれて形成された上部ダクト１９１が設けられている。定着ユニット１３の上部の空気は、該定着ユニット１３および定着後のシートから排出される廃熱により暖められ、対流によって、また以下に説明する排気ファンによる吸引によって、上部ダクト１９１の内部に流れ込む。同図において、破線で示した矢印は定着ユニット１３上部での空気の流れを示している。
【００３８】
図４はこの実施形態の画像形成装置を正面（図１の右方）から見た内部構造を示す図である。上部ダクト形成部材１９３１および１９３２により形成される上部ダクト１９１は、別のダクト形成部材１９３３、１９３４および１９３５によって取り囲まれる通気ダクト１９５と連通されている。また、該ダクト内には排気ファン１９４が設けられており、排気ファン１９４の回転により、上部ダクト１９１から通気ダクト１９５を通って同図の矢印に示すような気流が生じる。こうして流れる空気は、予熱ユニット１９２に設けられて内部を中空に形成された予熱部材１９２１等の内部を通って最終的にはハウジング本体３の側面に設けられた排気口３１から装置外部へ排出される。
【００３９】
予熱ユニット１９２は、図３に示すように、通気ダクト１９５を通って送り込まれる暖められた空気がその内部を通過するように構成された中空の金属製予熱部材１９２１、１９２２を備えている。これらの予熱部材１９２１、１９２２は、熱伝導性の高いアルミニウムや銅などの金属により形成されており、その内部にフィンが形成されて表面積が増大されている。このように中空の予熱部材１９２１、１９２２の内部を暖められた空気が通過することにより、これらの予熱部材１９２１、１９２２も温められる。
【００４０】
これらの予熱部材１９２１、１９２２の近傍にはフィードローラ対１９２３が装着されている。フィードローラ対は、温められた予熱部材１９２１、１９２２およびその内部を通過する空気により温められている。ピックアップローラ７１または７２の回転により新たに搬送経路ＦＦに送り込まれるシートは、これらの予熱部材１９２１、１９２２およびフィードローラ対１９２３に接触する予熱位置ＰＰにおいてこれらの部材から熱を与えられ予熱される。
【００４１】
なお、予熱位置ＰＰは、ゲートローラ７４が設けられた給送位置ＧＰよりも、シート搬送方向において前方、すなわち上流側に設けられる。このようにする理由は次の通りである。定着前の予熱という観点からは、予熱位置ＰＰは少なくとも定着位置ＦＰの前方にあればよい。ただし、転写位置ＴＰと定着位置ＦＰとの間ではシート上のトナー像が未定着であるため、この範囲で予熱部材を当接させることは事実上不可能である。したがって、予熱位置ＰＰについては転写位置ＴＰよりも前方とすることが必要である。
【００４２】
また、予熱部材の持つ熱をシートに効率よく伝えるためには、高い当接圧でシートと予熱部材やフィードローラ対とを当接させる必要がある。ここで、ゲートローラ７４は画像形成動作の進行に同期させた適正なタイミングでシートを給送位置ＧＰから転写位置ＴＰに送り込むことでシート上へのトナー像の転写位置を制御している。したがって、給送位置ＧＰと転写位置ＴＰとの間に予熱位置ＰＰを設けると、ゲートローラ７４は予熱位置ＰＰにむけてシートを送り込む形となり、予熱位置ＰＰにおけるシート搬送速度が律速となって転写位置ＴＰへシートが到達するタイミングが崩れてしまうおそれがある。
【００４３】
以上より、予熱位置ＰＰについては、ゲートローラ７４によるシート給送が開始される給送位置ＧＰよりもシート搬送方向において前方側に設けることが望ましい。また、こうすることにより、シートはゲートローラ７４により引っ張られる形となり予熱位置ＰＰと給送位置ＧＰとの間でシートに張力が加わるので、シートを予熱部材１９２１、１９２３に密着させてより効率よく予熱することが可能となる。また、この実施形態では給紙源として給紙カセット７０１と手差しトレイ７０１との２種類があり、それぞれから給紙された記録材は同じ搬送経路ＦＦに乗せられる。このように記録材の供給源が複数あり、それぞれを起点とする搬送経路が合流するように構成されている場合には、それらの合流点よりも後方に予熱位置ＰＰが設けられることが望ましい。
【００４４】
続いて、反転搬送経路ＦＲについて検討する。反転搬送経路ＦＲへ送り込まれたシートは、搬送ローラ対７８、７９によって搬送されて、合流位置ＭＰにおいて元の搬送経路ＦＦに戻される。この合流位置ＭＰは、搬送経路ＦＦ上であってシート搬送方向において予熱位置ＰＰよりも後方かつ転写位置ＴＰよりも前方とされる。このようにする理由は次の通りである。反転搬送経路ＦＲを搬送されるシートは直前に定着位置ＦＰを通過してきたシートであり、既に温められているため改めて予熱することを要しない。また、搬送経路ＦＦおよびＦＲを経由して搬送されてきたシートにはカールや反りなどの癖が付いている場合があり、このようなシートは搬送経路を構成する部材に引っかかって搬送不良を起こしやすい。必ずしも必要のない予熱位置ＰＰへの通過を回避することにより、搬送不良が起きる可能性を低減することができる。
【００４５】
次に、予熱の効果について説明する。本願発明者らの実験結果によれば、室温摂氏２０度のとき、予熱ユニット１９２による予熱がなければ、シートの温度も２０度であり、良好な定着特性を得るのに必要な加熱ローラ１３１の温度はおよそ摂氏１９０度以上であった。これに対し、予熱ユニット１９２によりシートを予熱した場合、良好な定着特性を得るのに必要な加熱ローラ１３１の温度は摂氏１８０度で済むことがわかった。このとき、予熱部材１９２１、１９２２の温度は約３５度、予熱されたシートの温度は約３０度であった。
【００４６】
このように、シートを予熱することにより、定着ユニット１３に設けられた加熱ローラ１３１の温度を低く設定することが可能となり、加熱ローラ１３１を昇温させるヒータ１３１２の消費電力を抑えることができる。これにより、装置の消費電力を低減することができる。また、予熱には定着によって生じた廃熱を利用しているため、予熱を行うために消費電力が増大することにはならず、装置のエネルギー効率を高めることができる。また、シートを予熱することにより、転写位置ＴＰに到達するシートに含まれる水分が当初より低減されて、装置内部における結露やシートの搬送不良も抑えられる。
【００４７】
また、定着ユニットや定着後のシートに触れることで暖められた空気を予熱位置ＰＰにおいて直接シートに触れさせることは水蒸気低減という観点からは好ましくない。このような空気には、定着位置ＦＰにおいてシートから放出された水蒸気が多く含まれ却ってシートに水分を与えてしまう可能性があるからである。これに対して、この実施形態では、吸熱により暖められた空気で予熱部材を温める構成として定着ユニット１３周辺の空気が直接シートに触れないようにしているので、このような問題は生じない。
【００４８】
以上のように、上記実施形態においては、定着ユニット１３および定着後のシートにより暖められた空気を転写位置ＴＰよりも手前の予熱位置ＰＰに設けた予熱部材１９２１、１９２２の内部に通し、これにより予熱部材を温める。こうして温められた予熱部材とシートを当接させることにより、この実施形態ではシートを予熱する。こうすることで、シートに含まれる水分が事前に低減されて、水滴の付着による画像欠陥の発生、定着位置ＦＰ近傍における結露やシートの搬送不良を抑制することができる。また、定着により生じた廃熱を利用して予熱を行っているので、予熱のために余分な電力を消費することがなく、またシートを予熱しておくことで定着ユニットの温度を低めに設定することができるので、全体としての消費電力を小さくすることができ、しかもエネルギー効率が高い。
【００４９】
以上説明したように、上記実施形態では、画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋおよび転写ベルトユニット８が一体として本発明の「画像形成手段」として機能している。また、定着ユニット１３が本発明の「定着手段」として機能しており、加熱ローラ１３１およびヒータ１３１２がそれぞれ本発明の「加熱部材」および「発熱部材」に相当している。また、これらの実施形態では、シート搬送ユニット７０が本発明の「搬送手段」として機能しており、ゲートローラ対７４が本発明の「給送部材」に相当している。
【００５０】
また、上記実施形態では、予熱ユニット１９２が本発明の「予熱手段」として機能しており、予熱部材１９２１、１９２２が本発明の「予熱部材」として機能している。また、上記実施形態では、上部ダクト形成部材１９３１、１９３２、ダクト形成部材１９３３〜１９３５および排気ファン１９４が一体として本発明の「伝熱手段」特に「送気部」として機能している。
【００５１】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の定着ユニットは、いずれもローラ形状の加熱ローラ１３１と加圧ローラ１３２とを当接させることにより定着ニップを形成するようにしているが、これに代えて、複数のローラに掛け渡された加圧ベルトを加熱ローラに当接させることで定着ニップを形成する構造としてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、定着ユニット１３上部の暖められた空気を予熱ユニット１９２に送り込むことで、定着ユニット１３の廃熱を予熱に利用するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、定着ユニット１３の近傍に金属板など熱伝導性の高い材料により形成された吸熱部材を設けるとともに、この吸熱部材に公知のヒートパイプの一方端を当接させ、さらにヒートパイプの他方端を予熱部材に当接させることにより、定着ユニット１３近傍の熱を予熱位置ＰＰへ移動させるようにしてもよい。
【００５３】
さらに、上記実施形態では、ＹＭＣＫ４色のトナーを使用したタンデム方式のカラー画像形成装置に本発明が適用されているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば１個の画像形成ステーションのみを有しモノクロ画像を形成する画像形成装置や、回転自在の現像ロータリーに複数の現像器を装着したロータリー現像方式の画像形成装置など色の種類や色数の異なる画像形成装置に対しても本発明を適用することができる。より一般的には、記録材上に転写したトナー像に熱を加えて定着させるように構成された画像形成装置全般に対し、本発明を好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明にかかる画像形成装置の一実施形態の内部構造を示す側面図。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示す図。
【図３】この画像形成装置におけるシート搬送経路を示す図。
【図４】この実施形態の画像形成装置を正面から見た内部構造を示す図。
【符号の説明】
【００５５】
２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ…画像形成ステーション（画像形成手段）、 ８…転写ベルトユニット（画像形成手段）、 １３…定着ユニット（定着手段）、 １３１…加熱ローラ（加熱部材）、 ７０…シート搬送ユニット（搬送手段）、 ７４…ゲートローラ対（給送部材）、 １９２…予熱ユニット（予熱手段）、 １９４…排気ファン（送気部、伝熱手段）、 １３１２…ヒータ（発熱部材）、 １９２１，１９２２…予熱部材、 １９３１〜１９３５…ダクト形成部材（送気部、伝熱手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を形成し、所定の転写位置で記録材に転写する画像形成手段と、
所定の定着位置で、前記記録材上に転写された前記トナー像を加熱して前記記録材に定着させる定着手段と、
前記転写位置から前記定着位置に至る経路を含む搬送経路に沿って前記記録材を搬送する搬送手段と、
前記搬送経路上において前記転写位置よりも前方の予熱位置で、該予熱位置を通過する記録材を予熱する予熱手段と、
前記定着手段の廃熱を前記予熱手段に伝達する伝熱手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記定着手段は、所定の定着温度に昇温され前記記録材および該記録材上のトナー像に熱を与える加熱部材と、前記加熱部材を前記定着温度に昇温させる発熱部材とを備える請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記伝熱手段は、前記定着手段の廃熱により暖められた空気を前記予熱手段に送り込むする送気部を備える一方、
前記予熱手段は、前記送気部によって送られてきた空気に接触することで温められるとともに、前記予熱位置において前記記録材に当接することで該記録材を予熱する予熱部材を備える請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記予熱部材の内部は中空になっており、前記送気部によって送られてきた空気が前記予熱部材の内部を通過するように構成された請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記搬送手段は、前記搬送経路上において前記転写位置よりも前方の給送位置で、前記記録材を前記転写位置に向けて送り込む給送部材を備えており、
前記予熱位置は、前記搬送経路上において前記給送位置よりも前方に設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記搬送手段は、前記定着位置を通過した記録材を反転搬送経路に沿って搬送し前記給送位置の手前で前記搬送経路に戻す反転搬送を実行可能に構成され、しかも、前記反転搬送経路は、前記給送位置と前記予熱位置との間で前記搬送経路に合流するように構成されている請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
所定の搬送経路に沿って記録材を搬送するとともに、前記搬送経路上の転写位置で前記記録材にトナー像を転写し、前記搬送経路上において前記転写位置よりも後方の定着位置で定着手段により前記トナー像を加熱して前記記録材上に定着させ、しかも、
前記定着手段の廃熱を前記搬送経路上において前記転写位置よりも前方の予熱位置へ伝達し、その熱により、前記予熱位置を通過する記録材を予熱する
ことを特徴とする画像形成方法。
【請求項１】
トナー像を形成し、所定の転写位置で記録材に転写する画像形成手段と、
所定の定着位置で、前記記録材上に転写された前記トナー像を加熱して前記記録材に定着させる定着手段と、
前記転写位置から前記定着位置に至る経路を含む搬送経路に沿って前記記録材を搬送する搬送手段と、
前記搬送経路上において前記転写位置よりも前方の予熱位置で、該予熱位置を通過する記録材を予熱する予熱手段と、
前記定着手段の廃熱を前記予熱手段に伝達する伝熱手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記定着手段は、所定の定着温度に昇温され前記記録材および該記録材上のトナー像に熱を与える加熱部材と、前記加熱部材を前記定着温度に昇温させる発熱部材とを備える請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記伝熱手段は、前記定着手段の廃熱により暖められた空気を前記予熱手段に送り込むする送気部を備える一方、
前記予熱手段は、前記送気部によって送られてきた空気に接触することで温められるとともに、前記予熱位置において前記記録材に当接することで該記録材を予熱する予熱部材を備える請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記予熱部材の内部は中空になっており、前記送気部によって送られてきた空気が前記予熱部材の内部を通過するように構成された請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記搬送手段は、前記搬送経路上において前記転写位置よりも前方の給送位置で、前記記録材を前記転写位置に向けて送り込む給送部材を備えており、
前記予熱位置は、前記搬送経路上において前記給送位置よりも前方に設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記搬送手段は、前記定着位置を通過した記録材を反転搬送経路に沿って搬送し前記給送位置の手前で前記搬送経路に戻す反転搬送を実行可能に構成され、しかも、前記反転搬送経路は、前記給送位置と前記予熱位置との間で前記搬送経路に合流するように構成されている請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
所定の搬送経路に沿って記録材を搬送するとともに、前記搬送経路上の転写位置で前記記録材にトナー像を転写し、前記搬送経路上において前記転写位置よりも後方の定着位置で定着手段により前記トナー像を加熱して前記記録材上に定着させ、しかも、
前記定着手段の廃熱を前記搬送経路上において前記転写位置よりも前方の予熱位置へ伝達し、その熱により、前記予熱位置を通過する記録材を予熱する
ことを特徴とする画像形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２４１７９３（Ｐ２００８−２４１７９３Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７８３４０（Ｐ２００７−７８３４０）
【出願日】平成１９年３月２６日（２００７．３．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２６日（２００７．３．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]