説明

画像形成装置における定着装置

【課題】中央部と端部とで昇温特性を異ならせた定着ローラと、該定着ローラに圧接された加圧ローラとで構成され、定着ローラの温度均一化までの時間を短縮し、機械性能を落とすことなく定着性能を満足させると共に、定着ユニット周囲の冷えた部材に水滴が付くことをも防止することが可能な定着装置を低コストで提供することが課題である。
【解決手段】定着ローラ中央付近の定着装置筐体に、定着ローラへの風の吹きつけ角度を変更可能に取り付けられたファンと、該ファンの前記定着ローラに対する風の吹きつけ角度を変更するファン角度変更機構と、を有し、定着温度制御装置は定着ローラに設けた温度センサからの信号を受け、定着ローラ温度に対応させてファン角度変更機構を駆動し、ファンから前記定着ローラへ吹きつける風の角度を変更させて前記定着ローラ温度を軸方向で均一化させるようにした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における定着装置に係り、特に、ヒートローラを用い、ウオームアップタイムの短縮化の要望から、加熱部材の低熱容量化が図られても短時間で定着を開始できるようにした、画像形成装置における定着装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置においては、電子写真方式で感光体ドラム上に形成された静電潜像を現像してトナー画像となし、用紙に転写した後、温度と圧力とでトナー画像を溶融して用紙に定着することが行われている。
【0003】
ここで用いられる定着装置は、低中速機においては機械コストを考慮し、ヒータを内蔵した定着ローラに加圧ローラを圧接して形成されたニップ部に、記録紙を搬送して定着ローラの熱でトナー像を溶融して記録紙に永久固着させる。そして定着温度制御用として、定着ローラの非通紙領域に表面温度検知用のサーミスタなどの温度センサを設置する構成が、コスト的にも安くて性能的にも安定した技術で最も一般的に使用されている。
【0004】
図4はこのような従来の中央通紙の定着装置と通紙させる用紙のサイズ、温度センサなどの配置関係を説明するための平面図である。図中26はヒータを内蔵した定着ローラ、32は用紙が定着ローラ26と図示していない加圧ローラとのニップ部を通過したことを検出する排出センサ(Exitセンサ)、22は定着ローラ26の温度を検出するため、定着ローラ26の非通紙領域となる端部に設けられてサーミスタなどで構成された温度センサ、50は定着ローラ26と画像形成装置によって決められた用紙の最大サイズ、52は例えばA3縦、A4縦などの定型用紙、54は幅方向が最大サイズの用紙52に対して半分以下などの小サイズの定型用紙で、ここに示した用紙のサイズは一例であって実際の用紙における縦横比を示しているわけではない。
【0005】
そしてこのように構成した定着装置は、省電力化やウオームアップタイムの短縮化の要望から加熱部材の低熱容量化が図られているが、そのために電源投入時の定着ローラ26が冷えた状態からヒータによりローラを暖める場合、定着ローラ26の中央部と端部とで昇温特性が異なるため、低熱容量化していない場合に比べてより温度分布の差が大きくなる傾向にある。
【0006】
この場合、装置の安定時間を考慮しなければゆっくり端部の温度上昇を待てばよいのであるが、ウオームアップタイムの短縮化の要望からはそれが難しい。そのため、図4における温度センサ22の設置されている端部の昇温速度を上げる必要があり、端部のヒータ配熱仕様を高く設定する必要がある。しかしこのようにした場合、54で示したような小サイズの用紙を連続印字すると、用紙に熱が奪われれるために中央部の温度が低下して定着性が劣化するから、印字枚数を低下させる必要がある。それを防ぐためには小サイズの用紙を連続印字する場合、連続印字枚数と中央部の温度低下の関係を予め調べ、印字枚数に応じて中央部温度を上昇させるようにすれば良いが、その場合は温度センサ22の設置されている端部の過昇温が発生する可能性がある。
【0007】
このように定着ローラと加圧ローラを用いた定着装置における、定着部温度を均一化する先行技術としては、例えば特許文献1がある。この特許文献1に紹介された定着装置では、片寄せ通紙される機構の定着器上部に排気ファンが設けられ、その排気ファンで送られる空気の向きを変更するシャッタを有して記録紙サイズと枚数とに応じ、このシャッタの回動角度と排気ファンの回転制御を行うことで、定着ローラや加圧ローラの軸受け部が変形する等の不具合を防止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平10−198219号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら特許文献1に紹介された定着装置は、片寄せ通紙機構における定着ローラ軸方向の温度分布のバラツキに対しての対策で、中央通紙の機械における構成については記載されておらず、印字開始時と連続印字時における定着ローラの温度分布の定着性、及び安定時間については全く考慮されていない。
【0010】
また、定着ユニットが冷えた状態で水分量の多い用紙を通紙すると、定着の熱で用紙から蒸発した水分によって定着ユニット周囲の冷えた部材に水滴が付き、また、水分が付着した状態で用紙が搬送されて、機械及び印字性能にダメージを与える場合がある。
【0011】
そのため本発明においては、中央部と端部とで昇温特性が異なる定着ローラ温度の均一化までの時間を短縮し、機械性能を落とすことなく定着性能を満足させること、及び定着ユニット周囲の冷えた部材に水滴が付くことを防止すること、などが可能な画像形成装置における定着装置を低コストで提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するため本発明になる画像形成装置における定着装置は、
内部に熱源を有した定着ローラと、該定着ローラに圧接された加圧ローラと、前記定着ローラ温度を検知する端部に設けられた温度センサと、該温度センサ出力で前記定着ローラ温度を制御する定着温度制御装置とを有し、前記定着ローラと加圧ローラとで形成されるニップ部で、感光体ドラム上に形成されて用紙に転写されたトナー画像を加熱・加圧して定着する画像形成装置における定着装置において、
前記定着ローラへの風の吹きつけ角度を変更可能なファンと、該ファンの前記定着ローラに対する風の吹きつけ角度を変更するファン角度変更機構と、を有し、前記定着温度制御装置は前記温度センサからの信号を受け、前記定着ローラ温度に対応させて前記ファン角度変更機構を駆動し、前記ファンから前記定着ローラへ吹きつける風の角度を変更させることを特徴とする。
【0013】
このように定着ローラに風を吹き付けるファンを設け、定着ローラ温度に対応させてファン角度変更機構によりファンから定着ローラへ吹きつける風の角度を変更させ、定着ローラ中央部の熱を端部に拡散させる、あるいは小サイズ用紙の連続印字に際しては、ファンを停止して中央部の温度が下がるのを防ぐことで、中央部と端部とで昇温特性を異ならせた定着ローラを用いても、定着ローラに吹きつけられる風が定着ローラ温度を軸方向で均一化させて均一化までの時間を短縮し、機械性能を落とすことなく定着性能を満足させることが可能な画像形成装置における定着装置を低コストで提供することができる。
【0014】
そして、前記ファン角度変更機構は、軸方向に対して斜めの切断面を有する回転部材と、一端が円状に形成されて前記回転部材の斜めの切断面における回転部材軸心から外れた位置に当接し、前記回転部材方向に付勢されて前記定着ローラの軸方向に往復動可能に設けられ、他端に形成したテーパー部の傾斜と軸方向への往復動で前記ファンの定着ローラに対する角度を変更させるシャフトと、で構成することで、簡単、安価な構成でファン角度を変更することができる。
【0015】
また、前記定着温度制御装置は、画像形成装置の電源ON後に前記温度センサからの第1の所定温度に達した信号を受け、前記ファンを駆動して風を前記定着ローラ中央部軸心方向に吹きつけさせて前記定着ローラ中央部の熱を端部に拡散させ、前記温度センサからの第2の所定温度に達した信号を受け、前記ファン角度変更機構のシャフトを前記定着ローラの軸方向に往復動させ、前記ファンの定着ローラに対する角度を一定周期で変更させて前記定着ローラへ吹きつける風の角度を変更させることで、定着ローラが一定温度に達する毎にファンの駆動、ファンの定着ローラに対する角度の変更、を行うから、定着ローラの温度に適した制御を行うことができる。
【0016】
さらに、前記ファン角度変更機構による前記ファンの前記定着ローラに対する角度の変更量は、前記ファンからの風路が定着ローラ軸心方向となる角度と、風路下流に定着終了後の用紙搬送路が位置する角度との間の角度とすることで、定着ユニット周囲の冷えた部材が温められ、水分を有する用紙が定着されることで冷えた部材に水滴が付くことも防止することができる、画像形成装置における定着装置とすることができる。
【0017】
そして、前記ファンが、前記定着装置筐体に角度変更可能に取り付けられていることで、組み立て性が良くなり、また、前記ファン角度変更機構における回転部材が、前記定着ローラの回転に伴って回転することで、ファン角度変更のために別途モータなどを設ける必要が無くなる。
【発明の効果】
【0018】
以上記載のごとく本発明になる画像形成装置における定着装置は、簡単な構成で、定着ローラの温度安定までの時間を短くして定着ローラ端部の過昇温も抑え、小サイズの用紙の連続印字の場合も定着性を落とすことなく、定着ユニット周囲の冷えた部材に水滴が付くことをも防止することが可能な、画像形成装置における定着装置を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明になる定着装置を備えた画像形成装置の概略構成断面図である。
【図2】本発明になる定着装置に用いられるファンの配置状況を説明するための斜視図である。
【図3】本発明になる定着装置に用いられるファンの風路変更機構を説明するための図で、風路を定着ローラの軸心方向とした場合の上面図(A)と側面図(B)、風路下流に定着終了後の用紙搬送路が位置する角度とした場合の上面図(C)と側面図(D)である。
【図4】定着ローラと画像形成装置によって決められた最大サイズ30、排出センサ32、温度センサ22などの関係を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例1】
【0021】
図1は、本発明になる定着方法を実施する定着装置を備えた画像形成装置の概略構成断面図である。前記したように画像形成装置においては、電子写真方式で感光体ドラム10上に形成された静電潜像を現像装置12で現像してトナー画像となし、このトナー画像をレジストローラ対14、16により、例えば転写ローラ18のある転写部に送られてくる記録用紙(以下単に用紙と呼ぶ)に転写する。その後この用紙上のトナー画像を、ヒータ(熱源)20が配され、表面の非通紙領域に設けられたサーミスタなどの温度センサ22が検出する温度に基づき、ヒータ制御回路24が温度を制御する定着ローラ26(加熱部材)と加圧ローラ(加圧部材)28とで形成されるニップ部で溶融し、用紙に定着して図示していない排紙トレイに排紙する。なお、以下の説明では、加熱部材として定着ローラ26の場合を、加圧部材として加圧ローラ28の場合を例に説明してゆくが、加熱ベルトや加圧ベルトなどを用いた場合も本願が適用できることは明らかである。
【0022】
なお記録用紙は、図示していない給紙装置から用紙搬送路を介してレジストローラ対14、16まで送られ、それがレジストセンサ30で検出されると、感光体ドラム10上のトナー画像転写タイミングに合わせた2次給紙開始信号により、感光体ドラム10と転写ローラ18とで形成される転写部に送り出される。また、定着が済んで図示していない排紙トレイに送られる用紙は、用紙後端がExitセンサ(以下、排出センサと称する)32により検出されて信号が制御回路34に送られ、続く画像形成がない場合はヒータ制御回路24に指示が与えられてヒータ20の温度が待機温度とされる。
【0023】
ヒータ20は画像形成装置によって決められた、前記図4で説明した最大サイズの用紙50が定着可能なように配熱特性が構成されている。定着ローラ26は、一例としてアルミニウムの芯金に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)のコート25μmを施し、径を30mmとして、内蔵されたヒータ20は850Wのものを用いた。加圧ローラ28は、径が12mmの芯金に厚さ6.5mmの耐熱性ゴムを巻回した25mm径で、表面硬度はアスカCの46度のものを用いた。
【0024】
このように構成した画像形成装置における定着装置において、本発明では、図示していない定着装置筐体における定着ローラ26の中央に相当する位置に、定着ローラ26に対する角度を変更可能に取り付けられ、風路を軸心方向とする角度と、風路下流に定着終了後の用紙搬送路が位置する角度とに変更可能にファン36を設け、それによって定着ローラ26の軸線方向の温度分布を均一化するようにしたものである。
【0025】
このファン36の風路が定着ローラ26の軸心方向となる角度と、風路下流に定着終了後の用紙搬送路が位置する角度とに変更するため、回転部材42、シャフト46とからなるファン角度変更機構が設けられている。そのため次に、図2のファン36の配置状況を示した斜視図、図3のファン36の風路を定着ローラ26の軸心方向とした場合の上面図(A)と側面図(B)、風路下流に定着終了後の用紙搬送路が位置する角度とした場合の上面図(C)と側面図(D)を用い、ファン角度変更機構について説明する。
【0026】
この図2、図3において前記図1に示したのと同様、26は定着ローラ、28は加圧ローラ、36はファンで、40は定着ローラ26に図示していない駆動源から回転を伝えるギア、42は軸方向に斜めの切断面44を有して定着ローラ26のギア40と噛み合うギア部を有し、定着ローラ26の回転に伴なって回転する回転部材、46は一端が円状に形成されて回転部材42の斜めの切断面44における、軸心から外れた位置に当接するよう図示していないバネなどの付勢部材で付勢され、定着ローラ26の軸方向に往復動可能に設けられて、他端にテーパー部48が形成されたシャフトであり、このシャフト46のテーパー部48はファン36に接触している。
【0027】
このように構成したファン角度変更機構は、回転部材42における斜めの切断面44が図3(A)に示したように、シャフト46の円状に形成された一端を図上、左側に位置させる状態にあるときは、図3(B)に示したようにシャフト46のテーパー部48における細い部分がファン36に当接しているため、ファン36の風路が図示していない定着ローラ26の軸心方向となっている。
【0028】
そして、回転部材42における斜めの切断面44が図3(C)に示したようにシャフト46の円状に形成された一端を、図上、右側に移動させる位置にあるときは、図3(D)に示したようにシャフト46のテーパー部48の太い部分がファン36に当接するため、ファン36は図3(B)に対して角度αだけ押し上げられ、それによって風路下流に図示していない定着終了後の用紙搬送路が位置する角度となる。
【0029】
従って、図2に示した定着ローラ26が、図示していない駆動源からの駆動力により回転するギア40で回転すると、それに伴って回転部材42が回転して斜めの切断面44がシャフト46を図上、左右に往復動させ、それに伴ってシャフト46のテーパー部48がファン36を図3(D)に示した角度αだけ揺動させる。そのため、ファン36の風路が定着ローラ26の軸心方向となる角度と、風路下流に図示していない定着終了後の用紙搬送路が位置する角度とに変更されるわけである。
【0030】
このように構成した本発明の定着装置における定着方法であるが、定着ローラ26は内部に熱源としてのヒータ20を備え、ヒータ制御回路24が有する電源回路からの電圧をこのヒータ20に印加させることで温度が上昇し、定着ローラ26の端部非画像域に接触されて設けられた、温度センサ22からの信号を受けたヒータ制御回路24により定着可能な所定温度に制御される。
【0031】
ヒータ制御回路24は、予め、電源投入時における画像形成前の定着ローラ26の端部に設けられた温度センサ22の検出温度と、定着ローラ26の中央部の温度との関係、及び前記図4で説明したように小サイズの用紙を連続印字する場合、用紙に熱が奪われれるために中央部の温度が低下して定着性が劣化するから、印字枚数に応じて中央部温度を上昇させるため、連続印字枚数と定着ローラ26の中央部の温度低下の関係を調べて記憶している。
【0032】
そして、例えば定着ローラ26の温度が環境温度によって電源投入前に30℃であり、それが定着可能な温度になるまでの動作について説明すると、まず電源投入と共にヒータ制御回路24がヒータ20を全点灯し、定着ローラ26の温度を上昇させる。前記したように予め調べてヒータ制御回路24が記憶している、電源投入時の定着ローラ26の端部に設けられた温度センサ22の検出温度と定着ローラ26の中央部の温度との関係から、例えば温度センサ22の温度が110℃になると定着ローラ26中央部の温度は約180℃となる。
【0033】
そのためヒータ制御回路24は、この温度を第1の所定温度ととしてファン36を回転させるが、このとき定着ローラ26は軸心方向の温度が均一化されていないために定着不可として回転しておらず、また回転部材42における斜めの切断面44は図3(A)に示した状態で、ファン36は図3(B)に示したように、風路が定着ローラ26における軸心方向に向く角度とされている。
【0034】
そのため、このファン36の回転によって風が定着ローラ26の中央部にあたり、そこから両端部方向に向かうため、定着ローラ26の中央部おけるオーバーシュートしている熱が定着ローラ26の端部へ拡散されてゆき、端部の温度を上昇させて内部のヒータ20を全点灯させることが可能となる。そしてその後、温度センサ22の検出温度が130℃になるとヒータ制御回路24は、この温度を第2の所定温度ととして定着ローラ26を駆動させ、加圧ローラ28の温度を上昇させて印字準備を行う。
【0035】
この時定着ローラ26の回転に連動して前記図3(C)、(D)で説明したように、ギア40を介して回転部材42が回転して斜めの切断面44がシャフト46の一端の円状部を定着ローラ26の軸線方向に押し、テーパー部48によってファン36がαだけ回動させられる。そのため、ファン36の風路が下流に図示していない定着終了後の用紙搬送路が位置する角度まで変更され、定着ローラ26の中央部の熱を端部へ移動させる力が弱まると共に熱が用紙の排出方向へも送り出され、周辺部材を温める。そのため定着装置近傍の部材が冷えている場合、用紙に含まれていた水分が定着により蒸発して水滴が付着するが、それを防止することが可能になる。
【0036】
そしてさらに定着ローラ26が回転し、前記図3(A)、(B)で説明したようにギア40を介して回転部材42が回転して、斜めの切断面44が図3(A)で示した状態になるとシャフト46が回転部材42の方に戻る。そのため、それに連動して前記図3(B)で説明したようにテーパー部48によるファン36の回動が元の状態に戻され、風路が定着ローラ26の軸心方向となって、さらに定着ローラ26の回転に伴って以上のことが繰り返される。
【0037】
このようにすることにより、定着ローラ26の軸方向温度の均一化までの時間を短縮することが可能となり、機械性能を落とすことなく定着性能を満足させることができる。また、ファン36の風路下流に定着終了後の用紙搬送路が位置する角度となることで、定着ユニット周囲の部材が温められ、冷えた部材に水滴が付くことも防止することが可能となる。
【0038】
なお、前記したように図4に54で示したような小サイズ用紙が連続印字されることで定着ローラ26の中央部温度が低下した場合、ヒータ制御回路24は予め記憶している連続印字枚数と定着ローラ26の中央部の温度低下の関係から、温度低下が生じたと判断した場合はファン36の駆動を停止し、また、定着ローラ26の中央部のヒータ20の温度を高くするなどの制御を行う。
【0039】
また以上の説明では、中央部にファン36を設けた場合を説明したが、定着ローラ26の回転部材42とは逆側の端に別の冷却用ファンを設け、印字中(画像形成中)は、この別の冷却用ファンのみを用いて定着ローラ26の温度を制御することも可能であり、また、中央部のファン36と別の冷却用ファン両方を使用して制御することも可能である。
【0040】
この場合は、例えば印字が開始されてレジストローラ対14、16の信号がONし、用紙の定着ニップ部への搬送が開始されると、中央部のファン36の回転を停止すると共に別の冷却用ファンを回転させることで、中央部の定着の駆動と連動したファン36については特別な制御が不要になる。また、定着ローラ26の温度が低い場合は、中央部のファン36で定着装置近傍の部材を温めることで、部材への水滴付着を防止することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【0041】
本発明によれば、低コストで定着ローラ温度の均一化までの時間を短縮した定着装置を提供することが可能となり、パーソナル化に適した画像形成装置における定着装置を提供することができる。
【符号の説明】
【0042】
10 感光体ドラム
12 現像装置
14、16 レジストローラ対
18 転写ローラ
20 ヒータ
22 温度センサ
24 ヒータ制御回路
26 定着ローラ
28 加圧ローラ
30 レジストセンサ
32 排出センサ(Exitセンサ)
34 制御回路
36 ファン
40 ギア
42 回転部材
44 斜めの切断面
46 シャフト
48 テーパー部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に熱源を有した定着ローラと、該定着ローラに圧接された加圧ローラと、前記定着ローラ温度を検知する端部に設けられた温度センサと、該温度センサ出力で前記定着ローラ温度を制御する定着温度制御装置とを有し、前記定着ローラと加圧ローラとで形成されるニップ部で、感光体ドラム上に形成されて用紙に転写されたトナー画像を加熱・加圧して定着する画像形成装置における定着装置において、
前記定着ローラへの風の吹きつけ角度を変更可能なファンと、該ファンの前記定着ローラに対する風の吹きつけ角度を変更するファン角度変更機構と、を有し、前記定着温度制御装置は前記温度センサからの信号を受け、前記定着ローラ温度に対応させて前記ファン角度変更機構を駆動し、前記ファンから前記定着ローラへ吹きつける風の角度を変更させることを特徴とする画像形成装置における定着装置。
【請求項2】
前記ファン角度変更機構は、軸方向に対して斜めの切断面を有する回転部材と、一端が円状に形成されて前記回転部材の斜めの切断面における回転部材軸心から外れた位置に当接し、前記回転部材方向に付勢されて前記定着ローラの軸方向に往復動可能に設けられ、他端に形成したテーパー部の傾斜と軸方向への往復動で前記ファンの定着ローラに対する角度を変更させるシャフトと、で構成されていることを特徴とする請求項1に記載した画像形成装置における定着装置。
【請求項3】
前記定着温度制御装置は、画像形成装置の電源ON後に前記温度センサからの第1の所定温度に達した信号を受け、前記ファンを駆動して風を前記定着ローラ中央部軸心方向に吹きつけさせて前記定着ローラ中央部の熱を端部に拡散させ、前記温度センサからの第2の所定温度に達した信号を受け、前記ファン角度変更機構のシャフトを前記定着ローラの軸方向に往復動させ、前記ファンの定着ローラに対する角度を一定周期で変更させて前記定着ローラへ吹きつける風の角度を変更させることを特徴とする請求項2に記載した画像形成装置における定着装置。
【請求項4】
前記ファン角度変更機構による前記ファンの前記定着ローラに対する角度の変更量は、前記ファンからの風路が定着ローラ軸心方向となる角度と、風路下流に定着終了後の用紙搬送路が位置する角度との間の角度であることを特徴とする請求項3に記載した画像形成装置における定着装置。
【請求項5】
前記ファンが、前記定着装置筐体に角度変更可能に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載した画像形成装置における定着装置。
【請求項6】
前記ファン角度変更機構における回転部材が、前記定着ローラの回転に伴って回転することを特徴とする請求項2に記載した画像形成装置における定着装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−164920(P2010−164920A)
【公開日】平成22年7月29日(2010.7.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−9328(P2009−9328)
【出願日】平成21年1月19日(2009.1.19)
【出願人】(000006150)京セラミタ株式会社 (13,173)
【Fターム(参考)】