JP5791199B2

JP5791199B2 - 定着装置及びそれを備えた画像形成装置

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Publication number: JP5791199B2
Application number: JP2013064500A
Authority: JP
Inventors: 浩平大隈; 谷田　啓一; 啓一谷田; 石井　智士; 智士石井
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: US20140294469A1; JP2014191068A; US9075361B2

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に用いる定着装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、定着装置内部で発生する超微粒子が定着装置外部に拡散することを防ぐ定着装置及びそれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を用いた画像形成装置では，感光体上に形成した静電潜像にトナーを付与してトナー像を形成し、トナー像を用紙に転写した後、定着装置によって用紙上のトナー像を定着させている。

用紙を加熱することでトナー像を用紙に定着させる加熱型の定着装置では，その加熱に起因して発生する超微粒子（ＵＦＰ：ＵｌｔｒａＦｉｎｅＰａｒｔｉｃｌｅ）が、画像形成装置の内部に飛散することがある。近年、環境問題に対する意識の高まりから、超微粒子（ＵＦＰ）の装置の外部への発散を抑制することが望まれている。超微粒子（ＵＦＰ）とは、浮遊粒子状物質（ＳＰＭ：ＳｕｓｐｅｎｄｅｄＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）のうち、直径が１００ｎｍ以下の粒子のことをいう。この超微粒子（ＵＦＰ）は、加熱ローラー等の弾性層として用いられるシリコーンゴムから主に発生することがわかってきている。即ち、シリコーンゴムが加熱されると、低分子シロキサンが発生し、この低分子シロキサンが超微粒子（ＵＦＰ）として発散する。

そこで、超微粒子（ＵＦＰ）を除去する技術が知られている。例えば特許文献１記載の定着装置は、吸引ファンと集塵フィルターとダクトとを有する超微粒子除去装置を備える。吸引ファンによって空気流が定着ローラーの側面付近からダクトを流れた後、集塵フィルターを経て画像形成装置の外部に排出されるが、シリコーンゴムの弾性層を有する加熱ローラーから発生する超微粒子（ＵＦＰ）は、吸引ファンによる空気流とともにダクトを流れ、集塵フィルターに捕らえられる。これによって、超微粒子（ＵＦＰ）が画像形成装置の外部に排出されることがない。

特開２０１２−４７７９０号公報（段落［００３９］〜［００４３］、第４図）

超微粒子（ＵＦＰ）は、加熱ローラー或いは加圧ローラーの弾性層に用いられるシリコーンゴム以外に、加熱ローラー内周面に形成される熱吸収部から発生することがわかってきている。例えば、熱吸収部は、熱源の熱を効率良く吸収して加熱ローラーに熱を伝えるために、セルモブラックやオキツモ塗装やテツゾール（以上、何れも商品名）等の黒色塗料が用いられる。これらの黒色塗料は金属酸化物に変性シリコーンを添加して生成される。熱源によって熱吸収部の温度が上昇すると、熱吸収部の変性シリコーンからシロキサンが発生し、このシロキサンが超微粒子（ＵＦＰ）として発散するという問題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、加熱部材の内周面に形成された熱吸収部から発生する超微粒子（ＵＦＰ）が装置の外部に発散することを防ぐ定着装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１の発明は、赤外線を発生させる熱源と、内蔵する前記熱源によって加熱される加熱部材と、該加熱部材に圧接され、前記加熱部材との間に未定着トナー像を担持した記録媒体を挟持して、記録媒体上の未定着トナー像を溶融定着するニップ部を形成する加圧部材と、前記加熱部材の内周面に形成され前記熱源の輻射熱を吸収する熱吸収部と、を備える定着装置であって、前記熱源と前記加熱部材の内周面との間に配置され、赤外線を透過させるとともに３００℃以上の耐熱性を有する中空円筒型の保持部材と、前記加熱部材の軸方向の両端部で前記保持部材を支持する端部支持部材と、を有し、前記熱源は、前記保持部材の中空部に配設され、前記熱吸収部は、前記保持部材の外周部に隙間を有して対向し、前記保持部材の外周部と前記加熱部材の内周面と前記端部支持部材は、前記熱吸収部を密封する密封空間を形成することを特徴としている。

第１の発明によれば、熱源の赤外線は保持部材を透過し、更に熱吸収部に吸収され、輻射熱が熱吸収部から加熱部材に伝えられる。これによって加熱部材の温度が上昇し、加熱部材が所定の温度になると、ニップ部で記録媒体の未定着トナー像が記録媒体上に溶融定着される。定着処理時に、熱吸収部が赤外線を吸収して熱吸収部の温度が上昇すると、熱吸収部から超微粒子が発生する。しかし、保持部材の外周部と加熱部材の内周面と端部支持部材によって形成される密封空間に超微粒子が封じ込められ、装置の外部に発散することがない。

本発明の第１実施形態である定着装置を備えた画像形成装置を示す断面図第１実施形態である定着装置を示す側面断面図第１実施形態である定着装置を示す縦断面図本発明の第２実施形態である定着装置に用いられる加熱部材を示す断面図

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、この実施形態に限定されない。また発明の用途やここで示す用語等はこれに限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の構成を示す断面図である。画像形成装置１は、その下部に配設された給紙部２と、給紙部２の側方に配設された用紙搬送部３と、用紙搬送部３の上方に配設された画像形成部４と、画像形成部４よりも用紙の排出側に配設された定着装置５と、画像形成部４及び定着装置５の上方に配設された画像読取部６とを備えている。

給紙部２は、記録媒体である用紙Ｐを収容する複数の給紙カセット７を備えており、給紙ローラー８の回転により、複数の給紙カセット７のうち選択された給紙カセット７から用紙Ｐを１枚ずつ用紙搬送部３に送り出す。

用紙搬送部３に送られた用紙Ｐは、用紙搬送部３に備えられた用紙搬送経路１０を経由して画像形成部４に向けて搬送される。画像形成部４は、電子写真プロセスによって、用紙Ｐにトナー像を形成するものであり、図１の矢印方向に回転可能に支持された感光体１１と、この感光体１１の周囲にその回転方向に沿って、帯電部１２と、露光部１３と、現像部１４と、転写部１５と、クリーニング部１６と、除電部１７を備えている。

帯電部１２は、高電圧を印加される帯電ローラーを備えており、感光体１１表面に接触する帯電ローラーから感光体１１表面に所定電位を与えると、感光体１１表面が一様に帯電させられる。そして、画像読取部６によって読み取られた原稿の画像データに基づく光が、露光部１３から感光体１１に照射されると、感光体１１の表面電位が選択的に減衰され、感光体１１表面に静電潜像が形成される。

現像部１４は感光体１１表面の静電潜像を現像し、感光体１１表面にトナー像が形成される。このトナー像が転写部１５によって感光体１１と転写部１５との間に搬送される用紙Ｐに転写される。

トナー像が転写された用紙Ｐは、画像形成部４の用紙搬送方向の下流側に配置された定着装置５に向けて搬送される。定着装置５では用紙Ｐが加熱及び加圧され、用紙Ｐ上にトナー像が溶融定着される。トナー像が定着された用紙Ｐは、排出ローラー対２０によって排出トレイ２１上に排出される。

転写部１５によるトナー像の用紙Ｐへの転写後、感光体１１表面に残留しているトナーは、クリーニング部１６により除去され、また感光体１１表面の残留電荷は除電部１７により除去される。そして、感光体１１は帯電部１２によって再び帯電され、以下同様にして画像形成が行われる。

図２、図３は、上述の画像形成装置１に用いられる定着装置５を示す側面断面図、及び縦断面図（図２の紙面と垂直方向の断面図）である。

図２に示すように、定着装置５は、ローラー定着方式であり、加熱部材である加熱ローラー１８と、加圧部材である加圧ローラー１９と、熱源であるヒーター４４と、保持部材５１を備える。

加熱ローラー１８は、熱伝導性に優れたアルミや鉄等の金属からなる円筒形状の芯金上に、フッ素樹脂のコーティングやチューブを被覆したものが用いられる。加熱ローラー１８の芯金内部にハロゲンランプやキセノンランプ等の輻射熱を発生させるヒーター４４が設けられている。

加圧ローラー１９は、合成樹脂、金属その他材料から構成される円筒形状の基材上にシリコーンゴム等の弾性層が形成され、この弾性層の表面をフッ素樹脂コートにて被覆したものが用いられる。

加圧ローラー１９は加熱ローラー１８に所定の圧力で圧接される。加熱ローラー１８が図示しないモーターによって回転駆動させられると、加熱ローラー１８の回転にともなって、加圧ローラー１９は従動回転する。加熱ローラー１８及び加圧ローラー１９が互いに逆回転しながら当接する部分には、ニップ部Ｎが形成される。尚、加圧ローラー１９がモーターによって回転駆動させられ、加熱ローラー１８が従動回転する構成であってもよい。

用紙Ｐが用紙搬送方向の上流側（図２の右側）からニップ部Ｎに搬送され、ニップ部Ｎにおいて、加熱ローラー１８と加圧ローラー１９によって加熱及び加圧されることにより、用紙Ｐ上の粉体状態のトナーが熱溶融して定着される。定着処理後の用紙Ｐは、図示しない分離爪によって加熱ローラー１８の表面から分離された後、定着装置５の用紙搬送方向の下流側に搬送される。

図３に示すように、加熱ローラー１８の内周面には、熱吸収部２５が形成される。熱吸収部２５は、加熱ローラー１８の軸方向において、ニップ部Ｎ（図２参照）に挿通される用紙Ｐの幅と同等以上の長さを有して、加熱ローラー１８の内周面の全周に形成される。また、熱吸収部２５は、加熱ローラー１８の内周面に焼き付けた黒色塗料（例えば、オキツモ塗料Ｎｏ．８２６４：商品名）からなる。ヒーター４４により加熱される金属製の加熱ローラー１８の内周面に黒色塗装を施すことにより、ヒーター４４から発生する赤外線の吸収率が上り、その結果、ヒーター４４の輻射熱の吸収率を高めて加熱ローラー１８へ伝えることができる。

熱吸収部２５（黒色塗料）は、金属酸化物に変性シリコーンを添加して生成される。熱吸収部２５の温度がヒーター４４によって上昇すると、熱吸収部２５の変性シリコーンからシロキサンが発生し、シロキサンが超微粒子（ＵＦＰ）として熱吸収部２５の周辺に発散する。

超微粒子（ＵＦＰ）が熱吸収部２５から定着装置５の外部に発散しないようにするために、本実施形態では、熱吸収部２５の周辺に密封空間Ｓを形成し、密封空間Ｓ内に超微粒子（ＵＦＰ）を封じ込めるようにしている。

密封空間Ｓは、加熱ローラー１８の内周面（熱吸収部２５が形成される面）と、保持部材５１の外周部５１ａと、端部支持部材であるオーリング５２とによって形成される。

保持部材５１は、赤外線を透過し、且つ３００℃以上の耐熱性を有する、例えば石英ガラス等の材料からなる。また、保持部材５１は、加熱ローラー１８の軸方向に熱吸収部２５と同等以上の長さを有して中空円筒型に形成される。保持部材５１の外周部５１ａは所定の隙間を隔てて熱吸収部２５に対向している。保持部材５１の中空部５１ｂには、ヒーター４４が配設される。従って、ヒーター４４から発生する赤外線が保持部材５１を透過し熱吸収部２５に吸収されることで、ヒーター４４の輻射熱が加熱ローラー１８に効率よく伝えられる。尚、保持部材５１は、ヒーター４４の赤外線を透過し、ヒーター４４の熱に対して３００℃以上の耐熱性を有する材料であれば、石英ガラスに限らず、二酸化ケイ素以外の成分を含有するガラス等の無機材料であってもよい。また、ヒーター４４が高温側にオーバーシュートするおそれがある場合、保持部材５１は４００℃以上の耐熱特性を有するものが好ましい。

オーリング５２は、ゴム等の弾性を有する材料で円環状に形成され、保持部材５１の軸方向の両端部に配設される。オーリング５２は、保持部材５１の外周部５１ａと加熱ローラー１８の内周面とに圧接する。尚、オーリング５２は断面視で矩形であっても円形でもよい。

オーリング５２の外側（保持部材５１の軸方向の端部側）には、一対のスナップリング５３が配設される。スナップリング５３は、平面視でＣ字型に形成される金属製の板からなり、その弾性により、加熱ローラー１８の内周面に設けた円周溝１８ａに嵌め込まれる。スナップリング５３が加熱ローラー１８の円周溝１８ａに嵌め込まれることで、保持部材５１の軸方向端面及びオーリング５２の外側面がスナップリング５３に当接し、保持部材５１とオーリング５２は、軸方向に所定の位置で支持される。

保持部材５１の外周部５１ａと加熱ローラー１８の内周面がオーリング５２に圧接することで、密封空間Ｓが形成される。

従って、熱吸収部２５の温度がヒーター４４によって上昇し、熱吸収部２５から超微粒子（ＵＦＰ）が発生しても、超微粒子（ＵＦＰ）は密封空間Ｓに封じ込められ、定着装置５の外部に発散することがない。密封空間Ｓが、超微粒子（ＵＦＰ）を貯留する所定広さを有することで、超微粒子（ＵＦＰ）を捕獲する集塵フィルター等を用いる必要がなく、集塵フィルタの交換等の煩雑な操作を行わなくてもよく、また簡単な装置構成となる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態である定着装置５に用いられる加熱ローラー１８を軸方向に沿って切断した断面図である。第２実施形態は、密封空間Ｓを形成した加熱ローラー１８の内部に、流通路Ｖを形成したものであり、第１実施形態と異なる、加熱ローラー１８の周辺の構成について説明し、以降、第１実施形態と同じ部分の説明を省略する。

加熱ローラー１８は、軸受部６２を介して枠体６１に回転可能に支持される。加熱ローラー１８の内周面には、熱吸収部２５が形成される。

熱吸収部２５は、加熱ローラー１８の軸方向において、ニップ部Ｎ（図２参照）に挿通される用紙Ｐの幅と同等以上の長さを有して、加熱ローラー１８の内周面の全周に形成される。また、熱吸収部２５は、加熱ローラー１８の内周面に焼き付けた黒色塗料（例えば、オキツモ塗料Ｎｏ．８２６４：商品名）からなる。ヒーター４４により加熱される金属製の加熱ローラー１８の内周面に黒色塗装を施すことにより、ヒーター４４から発生する赤外線の吸収率が上がり、その結果、ヒーター４４の輻射熱の吸収率を高めて加熱ローラー１８へ伝えることができる。

密封空間Ｓは、加熱ローラー１８の内周面（熱吸収部２５が形成される面）と、保持部材５１の外周部５１ａと、端部支持部材である枠体６１とによって形成される。

枠体６１は、保持部材５１の軸方向の両端部に配設され、加熱ローラー１８を回転可能に支持するとともに、保持部材５１を軸方向に所定の位置で支持する。枠体６１は、その嵌装部６１ａで保持部材５１の外周部５１ａに嵌合して保持部材５１を支持し、その端部当接部６１ｂで保持部材５１の端面に当接して保持部材５１を支持する。この構成により、保持部材５１の外周部５１ａと加熱ローラー１８の内周面と枠体６１の側面部６１ｃによって、密封空間Ｓが形成される。

従って、熱吸収部２５の温度がヒーター４４によって上昇し、熱吸収部２５から超微粒子（ＵＦＰ）が発生しても、超微粒子（ＵＦＰ）は密封空間Ｓに封じ込められ、定着装置５の外部に発散することがない。密封空間Ｓが、超微粒子（ＵＦＰ）を貯留する所定広さを有することで、超微粒子（ＵＦＰ）を捕獲する集塵フィルター等を用いる必要がなく、集塵フィルターの交換等の煩雑な操作を行わなくてもよく、また簡単な装置構成となる。

また、枠体６１には、Ｌ字状の上流側ダクト６３が設けられるとともにＩ字状の下流側ダクト６４が設けられる。上流側ダクト６３の一端（上流側ダクト６３の下流側：図４の左側）と下流側ダクト６４の一端（下流側ダクト６４の上流側：図４の下側）との間には、流通路Ｖが設けられる。

流通路Ｖは、保持部材５１の中空部５１ｂとヒーター４４との間で加熱ローラー１８の軸方向に延びて形成され、上流側ダクト６３と下流側ダクト６４に繋がっている。

図示しないファンによって、上流側ダクト６３から矢印方向に空気が送られると、空気は、上流側ダクト６３から流通路Ｖでヒーター４４の周りを矢印方向に流通し、下流側ダクト６４から排出される。流通路Ｖでヒーター４４の周りを軸方向に空気を通過させることで、ヒーター４４の過昇温によるヒーター４４やヒーター４４の周辺部材の破損を防止することができる。尚、加熱ローラー１８近傍に温度検知センサーを配設し、温度検知センサーがヒーター４４の過昇温を検知した場合、ファンを駆動して流通路Ｖに空気を送るように構成してもよい。この構成により、ヒーター４４の過昇温を抑え、ヒーター４４やヒーター４４の周辺部材の破損を防止することができる。

上記第１実施形態の定着装置５を備えた画像形装置１（実施例１とする）と、第１実施形態の密封空間Ｓを形成していない定着装置５を備えた画像形成装置１（比較例１とする）を用いて、超微粒子（ＵＦＰ）の発生量を評価した。評価のための試験の手順は、画像形成装置１をステンレス製の容積５ｍ³のチャンバーに設置し、１５ｍ³／ｈの風量でチャンバー内を喚起後、１０分間、画像形成装置１により所定の画像を用紙Ｐに印刷した。印刷終了後５０分間、画像形成装置１をチャンバー内に放置し、リアルタイム粒子解析装置（ＦＭＰＳ：ＦａｓｔＭｏｂｉｌｉｔｙＰａｒｔｉｃｌｅＳｉｚｅｒ）Ｍｏｄｅｌ３０９１ (ＴＳＩ社製：アメリカ合衆国ミネソタ州セントポール)によって、超微粒子（ＵＦＰ）量（個数）を測定した。測定データから算出した１０分間の超微粒子（ＵＦＰ）量の積算値ＰＥＲ₁₀を表１に示す。密封空間Ｓを形成した定着装置５（実施例１）は、比較例１に対して超微粒子（ＵＦＰ）量の積算値が小さくなり、良好な結果が得られた。

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に用いる定着装置及びそれを備えた画像形成装置に利用することができ、特に、定着装置内部で発生する超微粒子が定着装置外部に拡散することを防ぐ定着装置及びそれを備えた画像形成装置に利用することができる。

１画像形成装置
５定着装置
１８加熱ローラー（加熱部材）
１９加圧ローラー（加圧部材）
２５熱吸収部
４４ヒーター（熱源）
５１保持部材
５１ａ外周部
５１ｂ中空部
５２オーリング（端部支持部材）
５３スナップリング
６１枠体（端部支持部材）
６１ａ嵌装部
６１ｂ端部当接部
６１ｃ側面部
６２軸受部
６３上流側ダクト
６４下流側ダクト
Ｓ密封空間
Ｖ流通路

Claims

赤外線を発生させる熱源と、
内蔵する前記熱源によって加熱される加熱部材と、
該加熱部材に圧接され、前記加熱部材との間に未定着トナー像を担持した記録媒体を挟持して、記録媒体上の未定着トナー像を溶融定着するニップ部を形成する加圧部材と、
前記加熱部材の内周面に形成され前記熱源の輻射熱を吸収する熱吸収部と、を備える定着装置であって、
前記熱源と前記加熱部材の内周面との間に配置され、赤外線を透過させるとともに３００℃以上の耐熱性を有する中空円筒型の保持部材と、
前記加熱部材の軸方向の両端部で前記保持部材を支持する端部支持部材と、を有し、
前記熱源は、前記保持部材の中空部に配設され、
前記熱吸収部は、前記保持部材の外周部に隙間を有して対向し、
前記保持部材の外周部と前記加熱部材の内周面と前記端部支持部材は、前記熱吸収部を密封する密封空間を形成することを特徴とする定着装置。
前記保持部材は、４００℃以上の耐熱性を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記保持部材は、石英ガラスからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。
前記保持部材の中空部と前記熱源との間には、前記加熱部材の軸方向に空気を通過させる流通路が形成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置。