JP6391404B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート（記録材）上のトナー像を定着する定着装置に関する。この定着装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの機能を複数備えた複合機等の画像形成装置に搭載され得る。

従来、電子写真式の画像形成装置においては、離型剤（ワックス）が含有されたトナーを用いてシートにトナー像を形成し、これを定着装置において加熱加圧することにより定着処理を行っている。

その定着処理の際に、トナーに含有されていたワックスが気化し、その直後、凝縮することが知られている。本発明者等の知見によれば、定着装置の定着部材付近に、凝縮後のワックス（数ｎｍ〜数百ｎｍ程度の微粒子、以下、ダストとも呼ぶ）の多くが存在、浮遊していることが分かっている。このような凝縮直後のワックスに対し何ら対処を行わないと、定着装置外にその多くが拡散し、画像に良くない影響を与えてしまう恐れがある。そこで、凝縮直後のワックスを大粒径化させて、定着装置外に拡散しないようにすることが求められている。

また、装置に使用可能な最大幅サイズのシートよりも幅の小さい小サイズシートを装置に連続導入した場合に、定着部材のシート非通過領域の表面が過度に昇温する。これは、小サイズシートが定着部材を連続的に通過すると、定着部材のシート非通過領域ではシートによる奪熱がない分だけ部分的に蓄熱されるためである。この現象は定着装置の端部昇温あるいは非通紙部昇温と称され、定着部材の端部が高温になると、定着部材が破損する恐れがある。

その対策として、特許文献１に記載の定着装置では、定着部材の回転方向左右両側に対向して、定着ケースに通気開口を設けている。通気開口を通して通気を行って定着回転体の回転方向左右両側を冷却する。

特開２００８−２９８８３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の定着装置では、定着部材にエアを吹き込むために、定着部材付近に多く存在するダストを積極的に定着装置外へ排出してしまう。

本発明の目的は、離型剤に起因する所定の粒径の粒子がそのまま定着装置外に拡散してしまうのを抑制することができる定着装置を提供することである。

本発明の他の目的は、離型剤に起因する所定の粒径の粒子の大粒径化を促進することができる定着装置を提供することである。

本発明の他の目的は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。

上記の目的を達成するための本発明に係る定着装置の代表的な構成は、離型剤を含有するトナーを用いてシートに形成された未定着トナー像をその間のニップ部にて定着する第１及び第２の回転体と、シート導入口とシート排出口を有し前記第１及び第２の回転体を収容する筐体と、ファンと、前記筐体の外側から前記筐体の内側に及んでおり、前記ファンによるエアーを前記第１の回転体の長手方向一端部に向けて導くダクトと、前記筐体の内側に配設されており前記第１の回転体の外周面を覆うカバー部材と、を有し、前記第１の回転体の回転方向において、前記カバー部材の一端は前記シート導入口に対向しており、他端は前記ダクトに接していることを特徴とする。

本発明によれば、離型剤に起因する所定の粒径の粒子がそのまま定着装置外に拡散してしまうのを抑制することができる。離型剤に起因する所定の粒径の粒子の大粒径化を促進することができる。

（ａ）は実施例における定着装置の外観斜視図、（ｂ）は（ａ）における（ｂ）−（ｂ）線の位置における概略断面図である。 定着装置の分解斜視図である。 加熱ユニットの分解斜視図である。 実施例における画像形成装置の概略断面図である。 （ａ）は定着ニップ部分の拡大図、（ｂ）は定着ベルトの層構成を示す図、（ｃ）は加圧ローラの層構成を示す図である。 （ａ）はダストの合体現象を説明する図、（ｂ）はダストの付着現象を説明する図である。 ダストの発生箇所を説明するための定着装置の概略断面図である。 定着装置の概略断面図である。 定着装置の筐体内の気流を示す図である。 隙間と周速との関係を示すグラフである。 トナー像の通過領域と拡散抑制部材の位置関係を示す図である。 定着ベルトの高温領域を示す図である。 定着ベルト上のワックス付着領域と、ダスト発生領域を示す図である。

以下、本発明に係る定着装置の例について詳細に説明する。なお、特段の断りがない限り、本発明の思想の範囲内において、各種機器の構成を他の公知の構成に置き換えることは可能である。

＜実施例＞
（１）画像形成装置例の概略構成
図３は本実施例における画像形成装置１の概略構成を示す断面模式図である。この画像形成装置１は４色フルカラーの電子写真レーザービームプリンタであり、パーソナルコンピュータやイメージリーダ等の外部ホスト装置Ｂから制御回路部Ａに入力される電気的画像信号に基づいてシートＰにトナー画像形成を行う。シートＰはトナー像を形成することができるシート状の記録媒体（記録材）であり、普通紙、ＯＨＰシート・コート紙、ラベル紙等である。以下、用紙と記す。

制御回路部Ａは外部ホスト装置Ｂや操作部Ｃとの間で各種の電気的情報の授受を行うと共に、画像形成装置１の画像形成動作を所定の制御プログラムや参照テーブルに従って統括的に制御する。

この画像形成装置１は装置本体１Ａ内のほぼ中央部に図３において左側から右側にかけてほぼ水平方向に順次に平行に配列されている第１から第４の４つの画像形成部５（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）を備えている。各画像形成部５は互いに同様の電子写真プロセス機構であり、矢印の時計方向に所定の周速度で回転されるドラム型の電子写真感光体（以下、ドラムと記す）６を有する。また、このドラム６に作用する電子写真プロセス手段としての帯電ローラ７、現像ユニット９、クリーニング部材４１を有する。

各画像形成部５の下側には、ドラム６に対する画像情報露光手段としてのレーザースキャナユニット８が配置されている。各画像形成部５の上側には、駆動ローラ１０ａと、テンションローラ１０ｂと、この両ローラ間に懸回張設された中間転写ベルト（以下、ベルトと記す）１０ｃと、を有する中間転写ベルトユニット１０が配置されている。ベルト１０ｃは矢印Ｒの反時計方向に所定の周速度で回転移動される。

ベルト１０ｃの内側には各画像形成部５のドラム６に対向する一次転写ローラ１１が配設されている。各画像形成部５のドラム６は上面部分が各一次転写ローラ１１の位置においてベルト１０ｃの下面に接している。その接触部が一次転写部である。駆動ローラ１０ａのベルト屈曲部の外側には二次転写ローラ１２が配設されている。ベルト１０ｃと二次転写ローラ１２との接触部が二次転写部である。テンションローラ１０ｂのベルト屈曲部の外側にはベルトクリーニング装置１０ｄが配設されている。

第１の画像形成部５Ｙのドラム６には電子写真プロセスによりフルカラー画像のＹ（イエロー）色成分に対応するＹ色トナー像が形成される。そのトナー像がこの画像形成部５Ｙの一次転写部においてベルト１０ｃ上に一次転写される。第２の画像形成部５Ｍのドラム６には同じくフルカラー画像のＭ（マゼンタ）色成分に対応するＭ色トナー像が形成される。そのトナー像がこの画像形成部５Ｍの一次転写部において、ベルト１０ｃ上にすでに転写されているＹ色のトナー像に重畳されて一次転写される。

第３の画像形成部５Ｃのドラム６には同じくフルカラー画像のＣ（シアン）色成分に対応するＣ色トナー像が形成される。そのトナー像がこの画像形成部５Ｃの一次転写部において、ベルト１０ｃ上にすでに転写されているＹ色＋Ｍ色のトナー像に重畳されて一次転写される。第４の画像形成部５Ｋのドラム６には同じくフルカラー画像のＫ（ブラック）色成分に対応するＫ色トナー像が形成される。そのトナー像がこの画像形成部５Ｋの一次転写部において、ベルト１０ｃ上にすでに転写されているＹ色＋Ｍ色＋Ｃ色のトナー像に重畳されて一次転写される。

一方、カセット２内の用紙Ｐが所定の制御タイミングで給送ローラ２ａとリタードローラ２ｂによって１枚分給送され、用紙搬送路（縦パス）Ｄにあるレジストローラ対４へ搬送される。手差し給送モードである場合は、手差しトレイ３上の用紙Ｐが給送ローラ３ａで繰り出され、搬送ローラ対３ｂで搬送路Ｄに入りレジストローラ対４へ搬送される。手差しトレイ３は不使用時には装置本体１Ａに対して２点鎖線示のように縦起こして畳み込んだ閉状態（格納状態）にしておくことが出来る。使用時は実線示のように倒し開き状態にする。

本例の画像形成装置１において用紙Ｐの装置内搬送は中央基準搬送でなされる。この用紙搬送は、装置に使用可能（通紙可能）な大小どのような幅の用紙であっても、用紙の幅方向の中心線を用紙搬送路の幅方向中央に合わせて通紙する形態のことである。

用紙Ｐは、レジストローラ対４によって所定の制御タイミングで二次転写部へ搬送され、二次転写部で挟持搬送される過程において、ベルト１０ｃ上の４色重畳のトナー像が用紙Ｐの面に一括して二次転写される。二次転写部を出た用紙Ｐはベルト１０ｃから分離され、定着装置１０３へ搬送されてトナー像が用紙Ｐ上に熱定着される。片面印字モードの場合は、定着装置１０３を出た用紙Ｐは実線示の第１の姿勢ａに保持されている両面フラッパ１５ａの下側を通り、排出ローラ１４によって排出トレイ１６に排出される。

両面印字モードの場合は、定着装置１０３を出た片面側画像形成済みの用紙Ｐが破線示の第２の姿勢ｂに切り換えられた両面フラッパ１５ａの上面側を通り、スイッチバックローラ１５により排紙トレイ１６の側に搬送される。そして、用紙Ｐの搬送方向下流側の端部が両面フラッパ１５ａの上に到達すると、両面フラッパ１５ａが第１の姿勢ａに戻されると共に、スイッチバックローラ１５が逆転駆動される。

これにより、用紙Ｐは再循環搬送経路１５ｂ内を下向きに反転搬送され、搬送ローラ対１５ｃ、３ｂを経由して再びレジストローラ対４へ搬送される。以後は、片面側画像形成モードの場合と同様に、二次転写部、定着装置１０３、排出ローラ対１４の経路を搬送されて、両面印字済みの用紙Ｐが排紙トレイ１６に排出される。

（２）定着装置の構成
次に定着装置１０３について説明する。図１Ａの（ａ）は本実施例における定着装置１０３の外観斜視図、（ｂ）は（ａ）における（ｂ）−（ｂ）線の位置における概略断面図である。図１Ｂは定着装置１０３の分解斜視図である。

本実施例における定着装置１０３は、定着処理時に、用紙Ｐを挟持搬送しながら加熱・加圧するためのニップ部１０１ｂをその間で形成する一対の回転体（第１回転体及び第２回転体）１０５・１０２を有する構成となっている。例えば、加熱源としてセラミックヒータ等の面状（細板状）ヒータ１０１ａを用いたベルト（フィルム）加熱方式の定着装置である。このタイプの定着装置は、例えば特開平４−４４０７５号公報等で知られている。

また、図７は別例の定着装置１０３の概略断面図である。図７に示すように、ハロゲンヒータ１０１ａ−２と反射板１０４−２を内部に配置したベルト（フィルム）加熱方式の定着装置である。このタイプの加熱装置は例えば特開２０１３−１９５６８３号公報等で知られている。

定着装置１０３はニップ部１０１ｂにおける用紙搬送路面内において用紙Ｐの搬送方向Ｘに直交する方向に平行な方向を長手方向（幅方向）とする装置である。定着装置１０３は、大別して、定着ベルト１０５を備えた加熱ユニット１０１と加圧ローラ（加圧部材）１０２とを備えた定着ユニットと、それらを収容した筐体１００と、を有する。定着ベルト１０５が用紙Ｐの未定着トナー像Ｓが形成される面と接触し得る第１回転体である。加圧ローラ１０２が用紙Ｐの未定着トナー像Ｓが形成される面とは反対側の面と接触し得る第２回転体である。

（２−１）筐体の構成
この筐体１００には、図１Ａの（ｂ）に示すように、用紙Ｐが導入される部位に導入口（シート導入口）４００が形成されており、用紙Ｐが排出される部位に排出口（シート排出口）５００が形成されている。

また、筺体１００には開口部１２４があり、定着装置１０３の外に設置されるファン１２７Ｌ・１２７Ｒからダクト(非通過部昇温対策ダクト：エアーフロー手段)１２８Ｌ・１２８Ｒを通してエアーＦが開口部１２４を通過する。これにより、エアーＦが定着ベルト１０５の幅方向（長手方向）の一端側と他端側の両端部に向けて流れる。即ち、ダクト１２８Ｌ・１２８Ｒはファン１２７Ｌ・１２７Ｒによるエアーを定着ベルト１０５の端部に向けて導く。上記の送風（エアーフロー）による冷却構成により、端部昇温（非通過部昇温）を抑制している。

（２−２）加熱ユニットの構成
図２は加熱ユニット１０１の分解斜視図である。なお、加圧ローラ１０２も描かれている。加熱ユニット１０１は、ヒータホルダ１０４、面状のヒータ１０１ａ、加圧ステー１０４ａ、加熱回転体（エンドレスベルト）である定着ベルト１０５、このベルトの幅方向一端側と他端側に位置するフランジ１０６Ｌ・１０６Ｒなどによる組立体である。

ヒータホルダ１０４は横断面ほぼ半円弧状樋型の横長の部材であり、液晶ポリマー等の耐熱樹脂により形成されている。ヒータ１０１ａは通電により急峻に昇温するセラミックヒータ等の低熱容量の横長（細長）の板状発熱体であり、ヒータホルダ１０４に沿って配設されて保持されている。加圧ステー１０４ａは横断面Ｕ字型で横長の剛性部材であり、鉄等の金属で形成されており、ヒータホルダ１０４の内側に配設されている。定着ベルト１０５は、ヒータホルダ１０４、ヒータ１０１ａ、加圧ステー１０４ａの組立体に対してルーズに外嵌されている。

フランジ１０６Ｌ・１０６Ｒはそれぞれ耐熱樹脂による対称形状の成形品であり、ヒータホルダ１０４の長手方向一端側と他端側とに対称形状に装着されている。フランジ１０６Ｌ・１０６Ｒは、図２に示すように、それぞれ、フランジ部１０６ａと棚部１０６ｂと被押圧部１０６ｃとを有する。

フランジ部１０６ａは定着ベルト１０５の端面を受け止めて定着ベルト１０５のスラスト方向への移動を規制する部材であり、定着ベルト１０５の外形形状より大きい外形形状をしている。棚部１０６ｂはフランジ部１０６ａの内面側に円弧状に設けられており、定着ベルト端部内面を保持して定着ベルト１０５の円筒形状を保形する。被押圧部１０６ｃはフランジ部１０６ａの外面側に設けられており、付勢手段（不図示）による押圧力Ｔ（図１Ｂ）を受ける。

（２−３）定着ベルトの構成
図４の（ａ）は図１Ａの（ｂ）におけるニップ部１０１ｂ部分の拡大図である。図４の（ｂ）は本実施例における定着ベルト１０５の層構成を示す図である。定着ベルト１０５は、内側から外側に順に、エンドレス（円筒状）の基層１０５ａと、プライマ層１０５ｂと、弾性層１０５ｃと、離型層１０５ｄと、を積層した複合層部材である。定着ベルト１０５は、全体的に可撓性を有する薄肉の低熱容量の部材である。自由状態においては自身の弾発性によりほぼ円筒形状（図２）を呈する。

基層１０５ａはＳＵＳ（ステンレス）等の金属製のベース層であり、熱ストレスと機械的ストレスに耐えるために、３０μｍ程度の厚みを有している。プライマ層１０５ｂは、基層１０５ａの上に、プライマを５μｍ程度の厚みで塗布することによって形成されている。

弾性層１０５ｃは、トナー画像を圧接する際に変形することによって、離型層１０５ｄをトナー画像に密着させる役目を果たす。離型層１０５ｄはトナーや紙粉の付着防止性能を確保するために、離型性と耐熱性に優れたＰＦＡ樹脂を用いている。厚さは伝熱性を確保する観点から２０μｍ程度である。

（２−４）加圧ローラの構成
図４の（ｃ）は加圧ローラ１０２の層構成を示す図である。加圧ローラ１０２は、金属（アルミや鉄）の芯金１０２ａと、シリコンゴム等で形成された弾性層１０２ｂ、弾性層１０２ｂを被覆する離型層１０２ｃを有する弾性ローラである。離型層１０２ｃはＰＦＡ等のフッ素系樹脂で、チューブを被覆させたものである。

筐体１００は、図１Ａ、図１Ｂのように、ベース板１０９、ステー１０８、一端側板１０７Ｌ、他端側板１０７Ｒ、とで構成された横長の板金製内枠体を有する。また筐体１００は、その内枠体の外側に装着された、カバー１１０、第１上カバー１１１、前カバー１１２、第２上カバー１１３、一端側カバー１１７Ｌ、他端側カバー１１７Ｒ、とで構成された横長の耐熱樹脂製に外枠体を有する。なお、図１Ｂにおいては、図の煩雑を避けるため、第２上カバー１１３等の一部部品は省略されている。

加圧ローラ１０２は上記内枠体の一端側板１０７Ｌと他端側板１０７Ｒの間において、芯金１０２ａの一端側と他端側がそれぞれ保持部材である軸受（不図示）を介して回転可能に支持されて配設されている。加熱ユニット１０１は上記内枠体の一端側板１０７Ｌと他端側板１０７Ｒとの間において加圧ローラ１０２に対してヒータ１０１ａの側を対向させて加圧ローラ１０２に平行に配列されている。

ここで、加熱ユニット１０１の一端側と他端側のフランジ１０６Ｌと１０６Ｒはそれぞれ内枠体の一端側と他端側の側板１０７Ｌと１０７Ｒに形成された加圧ローラ１０２に向かう方向のガイド穴（不図示）に対してスライド移動可能に嵌着されている。そして、その一端側と他端側のフランジ１０６Ｌと１０６Ｒはそれぞれ付勢手段（不図示）により加圧ローラ１０２に向かう方向に所定の押圧力Ｔ（図１Ｂ）をもって押圧されている。

上記の押圧力Ｔにより、フランジ１０６Ｌ・１０６Ｒ、加圧ステー１０４ａ、ヒータホルダ１０４の全体が加圧ローラ１０２の方向に移動する。そのため、ヒータ１０１ａが定着ベルト１０５を介して加圧ローラ１０２に対して所定の押圧力Ｔで押圧され、定着ベルト１０５と加圧ローラ１０２との間に用紙搬送方向Ｘに所定幅のニップ部１０１ｂが形成される。

（２−５）定着シーケンス
定着装置１０３の定着シーケンス（定着処理）の動作は次のとおりである。制御回路部Ａ（図３）は、所定の制御タイミングで加圧ローラ１０２を図１Ａの（ｂ）において回転方向Ｒ１０２に所定の速度で回転駆動させる。加圧ローラ１０２の回転駆動は加圧ローラ１０２と一体の駆動ギアＧ（図２）に駆動源（不図示）の駆動力が伝達されることでなされる。

加圧ローラ１０２が回転駆動されることで、ニップ部１０２ｂにおいて定着ベルト１０５に加圧ローラ１０２との摩擦力で回転トルクが作用する。これにより、定着ベルト１０５が、その内面をヒータ１０１ａに密着させて摺動しながら、ヒータホルダ１０４と加圧ステー１０４ａの外回りを加圧ローラ１０２の速度とほぼ対応した速度で回転方向Ｒ１０５に従動回転する。つまり、本例では、加圧ローラ１０２は、定着ベルト１０５を回転駆動する駆動ローラ（駆動回転体）としての機能も担っている。

また、制御回路部Ａは電源部（不図示）からヒータ１０１ａに対する通電を開始する。ヒータ１０１ａに対する通電はヒータ１０１ａの一端側と他端側に装着した通電コネクタ１０１ｄＬ・１０１ｄＲ（図２）を介してなされる。この通電によりヒータ１０１ａは有効全長域に渡って急速に昇温する。その昇温がヒータ１０１ａの裏面側（ニップ部１０１ｂと反対側の面）に設けられた温度検知手段としてのサーミスタＴＨによって検知される。

制御回路部ＡはサーミスタＴＨで検知されるヒータ温度に基づいてヒータ温度が所定の目標設定温度に昇温して温調されるようにヒータ１０１ａに対する供給電力を制御する。本実施例における目標設定温度は約１７０℃である。

上記の定着装置状態において、画像形成部の二次転写部側から未定着トナー画像Ｓを担持した用紙Ｐが定着装置１０３側に搬送される。そして、用紙Ｐは導入口４００のガイド部材１１０ａにガイドされてニップ入口（シート入口）１０１ｃに導入されニップ部１０１ｂで挟持搬送される。

用紙Ｐはニップ部１０１ｂを挟持搬送される過程でヒータ１０１ａの熱が定着ベルト１０５を介して付与される。未定着トナー画像Ｓはヒータ１０１ａの熱によって溶融され、ニップ部１０１ｂにかかっている圧力によって用紙Ｐに定着される。ニップ部１０１ｂを出た用紙Ｐは定着排紙ローラ対１１８に中継ぎされて排出口５００から定着装置１０３の外へ送出される。

（３）トナーに内包される離型剤
次に、トナーＳに内包（含有）される離型剤、本例ではワックスについて説明する。定着処理時にトナーＳが定着ベルト１０５に転移してしまうオフセットと呼ばれる現象を生じる恐れがあり、このようなオフセット現象は画像不良など問題を引き起こす要因となってしまう。

そこで、本例では、ワックスをトナーＳに内包させている。つまり、定着処理時にトナーＳからワックスが染み出るようにしている。その結果、加熱により溶融したワックスが定着ベルト１０５と用紙Ｐ上のトナー像の界面に介在することになり、オフセット現象を防止する（離型作用）ことが可能となる。

なお、ワックスの分子構造を含んだ化合物も、ここではワックスと呼ぶことにする。例えば、トナーの樹脂分子に炭化水素鎖等のワックス分子構造を反応させたものである。また、離型剤として、ワックスの他に、シリコンオイル等の離型作用を有する他の物質を用いることも可能である。本例ではパラフィンワックスを用いており、ワックスの融点Ｔｍは約７５℃前後である。ニップ部１０１ｂを目標設定温度１７０℃に保った場合、トナーＳ中のワックスが瞬時に溶融してトナー像と定着ベルト１０５の界面に染み出るように融点Ｔｍは設定されている。

用紙Ｐ上のトナー像から染み出したワックスは定着ベルト１０５とトナー像の界面に介在するわけであるが、ワックスの一部は定着ベルト１０５に移行した後に定着ベルト１０５上で加熱される。これは、ニップ部１０１ｂにて用紙Ｐに熱を奪われて温度を低下させた定着ベルト１０５の表面が、ヒータ１０１ａによって再び加熱される為である。

このとき、熱は定着ベルト１０５の内面がヒータ１０１ａにより加熱された後、熱が定着ベルト１０５の表面まで移行するまで時間差が存在する。そのため、定着ニップ出口１０１ｄ側より、ニップ入口１０１ｃ側のほうが定着ベルト１０５表面温度は高くなる。定着ニップ出口１０１ｄより、ニップ入口１０１ｃのほうが定着ベルト１０５表面の温度が高くなる現象は、用紙Ｐを通紙するすべての定着装置１０３について同様のことが言える。

それは、定着ベルト１０５は回転しており、通紙された直後は必ず定着ベルト１０５表面の温度は低下するためである。さらに、定着装置１０３に搬送された用紙Ｐ上のトナー像を、シートＰに定着するのに必要な温度以上に上昇させるため、ニップ入口１０１ｃの温度は高くなる。

ワックス中の低分子量成分等、ワックスの一部は図１１に示す領域１１５、１１７で気化（揮発）する。領域１１５、１１７はニップ入口１０１ｃから定着ベルト回転方向上流側の定着ベルトほぼ半周面領域に対応する領域である。ワックスは長鎖分子成分から構成されているが、その長さは均一でなく一定の分布があり、鎖が短く沸点の低い低分子成分と、鎖が長く沸点の高い高分子成分を含んでいる。領域１１５、１１７でワックスが気化する際は、ワックスの一部である低分子成分が気化するものと考えられる。

気化したワックス成分は、空気中で冷やされて凝縮し、その直後では粒径が数ｎｍ〜数百ｎｍ程度の微粒子（ダスト）が存在し得る。但し、多くは、数ｎｍ〜数十ｎｍの粒径の微粒子となっている。これは、ダストを測定することによって確認することができる。

なお、ダスト測定は米ＴＳＩ社製の高速応答型パーティクルサイザー（ＦＭＰＳ）を用いて行った。このＦＭＰＳは、粒径分布と個数濃度（個／ｃｍ³）、重量濃度（μｇ／ｍ³）を測定することができる。本発明では、ＦＭＰＳで測定可能な粒径５．６ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の微粒子をダストとしている。

（４）定着処理に伴う離型剤に起因する発生粒子（ダスト）について
（４−１）ダストの発生箇所
図１２は定着ベルト１０５に付着したワックスが気化する過程を示す。図１２はセラミックヒータ１０１ａを用いた加熱方式を示しているが、例えばハロゲンヒータを用いた加熱方式のように定着ベルト１０５の内部に加熱源を持つ定着装置１０３（図７）であれば同様である。

図１２の（ａ）の状態では、トナー像の先端部分だけがニップ部１０１ｂを通過しているため、定着ベルト１０５上のワックス付着領域は図中に示す領域１３５ａ（ニップ部出口から出た用紙部分のトナー像長さ領域に対応する定着ベルト周長領域)となる。この段階ではワックスは気化しない。

図１２の（ｂ）の状態では、用紙搬送の進行でワックス付着領域が図中に示す領域１３５ｂの範囲まで拡大している。定着ベルト１０５がワックスの気化温度に達した部分１３６ではワックスが気化し始めると同時にダストを生成する。

図１２の（ｃ）の状態では、用紙搬送の更なる進行でワックス付着領域が図中に示す領域１３５ｃの範囲まで拡大し、より広い範囲１３８でワックスが気化してダストを生成する。

このダストはワックス成分であるため粘着性を有しており、画像形成装置１の内部の各所に付着して問題を起こす恐れがある。例えば、ダストが定着排紙ローラ対１１８や排出ローラ対１４（図３）に固着、堆積して汚れを生じさせると、その汚れが用紙Ｐに移行して画像に影響してしまう恐れがある。また、定着装置周辺の雰囲気を排気する排気（排熱）機構に設置されたフィルタ６００（図３）に付着して目詰まりを起こす恐れがある。

（４−２）ダストの性質について
本発明者等の研究によれば、定着ベルト１０５から発生するダストの粒径は、定着ベルト１０５近辺の空間温度に依存することがわかっている。

図５の（ａ）に示すように、加熱源２０ａの上に沸点１５０〜２００℃の高沸点物質２０を置き、２００℃前後に加熱すると、高沸点物質２０の揮発物２１ａが発生する。揮発物２１ａは常温空気に触れると直ちに沸点温度以下になるので、空気中で凝集し、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の粒径の微粒子（ダスト）２１ｂに変化する。この現象は、水蒸気が露点温度を下回ると、微小水滴になって霧を発生させる現象と同じものである。

この時、気中におけるガスの凝集／粒子化は、気中温度が高いほど阻害される。これは気中温度が高いほどガスの蒸気圧が上がり、ガス分子は気体状態を維持し易い為である。その結果、気中温度が高くなるにつれてダストの生成個数は少なくなっていく。さらに気中に存在する余剰ガスは生成したダストの周りに集まってダスト上に凝集する。これは、ガス分子が凝集して新たにダストを生成するのに必要なエネルギーに比べて、ガス分子がダストの周囲に凝集するのに必要なエネルギーの方が、より低いためである。

上記のような過程で生成したダスト２１ｂは、ブラウン運動により空気中を移動しているので、互いに衝突して合体し、より大きな粒径のダスト２１ｃに成長することが知られている。この成長は、ダストが活発に移動すればするほど、言い換えると気中温度が高温状態にあればあるほど、促進される。結果として、定着ベルト１０５から発生するダストの粒径と個数は、定着ベルト１０５近辺の空間温度が高い程、粒径が大きくなって個数は減少する。

また、粒径の成長は、ダストが一定サイズ以上になると次第に鈍化し、止まる。これは、合体によってダストが大型化するとブラウン運動による空気中の移動が不活発になるためと推定される。

さらに離型剤（ワックス）に起因するダストの性質として、周囲の固形物に付着する性質が知られている。図５の（ｂ）において、微小ダスト２１ｂとより大きなダスト２１ｃを含んだ空気αが、気流２２に沿って壁２３に向かう場合を考える。この時、微小ダスト２１ｂよりも大きなダスト２１ｃの方が壁２３に付着しやすく、拡散され難い。

これは、ダスト２１ｃは慣性力が大きく、壁２３に勢いよく衝突するためと推定される。この現象は、気流の速度が風速計の計測限界を下回る０．２ｍ／ｓ以下の場合、つまり気流が非常に遅い場合であっても同様である。従って、ダスト２１ｃを大粒径化すればするほど、特に、数百ｎｍ程度の微粒子は定着装置内に留まり易く（多くは定着ベルトに付着）、定着装置外への拡散を抑制し得ることが分かる。

このように、ダストは気中温度の上昇とともに大型化（大粒径化）する性質と、大型化（大粒径化）につれて周辺の物体に付着し易くなるという二つの性質を持っている。従って、気中温度を上げてダストを大粒径化すれば、ダストが微粒子（凝縮直後の粒径）のまま定着装置外に拡散されてしまうのを抑制できることが分かる。なおダストの合体のし易さは、ダストの成分と温度、濃度に依存する。例えば、粘着しやすい成分が高温になって柔らかくなり、さらに高濃度下でダスト同士の衝突確率が上がると、合体し易くなる。

（５）ダストの拡散抑制機構
以上で述べたダストの性質に基づいて画像形成装置１の内部におけるダストの拡散抑制策を検討すると、図１２の（ｃ）に波線で示すダスト発生箇所１３８の近傍の気中温度を上げると良いことがわかる。

ダスト発生箇所を図１１に基づいて説明すると、ダスト発生箇所は、定着ベルト１０５上の領域１１５に、領域１１５から定着ベルト１０５の回転方向Ｒ１０５方向に向かってニップ入口１０１ｃまでの領域を加えた領域になる。

拡散抑制機構は定着ベルト１０５の上記のダスト発生箇所１３８の近傍の気中温度を上げることでダストの拡散を抑制する機構である。図１Ａの（ｂ）に示すように、拡散抑制機構は、筐体１００の導入口４００の近傍に、抑制部として機能する拡散抑制部材１２０を備えている。拡散抑制部材１２０は定着ベルト１０５の外側表面（ダスト発生箇所１３８にほぼ対応する外側表面領域）を間隔を存して覆う部材（以下、カバー部材と称す）である。

カバー部材１２０は筐体１００と定着ベルト１０５の間に位置する。また、カバー部材１２０のニップ入口１０１ｃ側の端部（一端部）１２０ａには、定着ベルト１０５に向って延在し、カバー部材１２０の幅方向に延在している突出部（リブ）１２２が設置されている。そして、突出部１２２とフランジ部１０６ａ（図２）が当接することで、突出部１２２と定着ベルト１０５との間に所定の間隔Ｔを確保することできる。

また、カバー部材１２０の端部１２０ａは、図１１のように、用紙Ｐの先端が定着ベルト１０５表面に接触し得る領域１１７の末端の箇所１１６の近傍まで延在している。領域１１７とは、用紙Ｐの先端がカールしている時、若しくは折れている時に、ニップ入口１０１ｃに導入された用紙Ｐの先端が定着ベルト１０５に接触し得る領域を意味する。

また、カバー部材１２０のニップ入口１０１ｃ側の端部１２０ａとは反対側の端部（他端部）１２０ｂ側は、後述するように、ダクト１２８Ｌ・１２８Ｒに至るまで、または遮蔽部材１２５と接触する位置まで延在している。

カバー部材１２０の長手方向（幅方向）の幅Ｗ１は、図１０の定着装置１０３の要部斜視図に示すように、用紙Ｐ上のトナー像１２１の通過領域の幅Ｗ２よりも幅が広くなるように設定されている。なお、幅Ｗ２は、画像形成装置で使用可能な最大幅の用紙Ｐを使用したとき、その最大幅の用紙に対して画像形成可能な領域の幅（最大画像幅）に相当する。その結果、カバー部材１２０と突出部１２２は、定着ベルト１０５がトナー像１２１と接触し得る領域よりも幅方向両外側に延在する位置関係となる。ダストは定着ベルト１０５のトナー像通過領域で発生するためである。

このように、カバー部材１２０は、定着ベルト１０５の表面近傍であって、ニップ部Ｎのシート入口近傍からダクト１２８Ｌ・１２８Ｒに至るまで、またはニップ部Ｎのシート入口近傍から遮蔽部材１２５に至るまで延在している。より具体的には、カバー部材１２０は、定着ベルト１０５の表面近傍であって、ニップ部１０１ｂに導入される用紙Ｐの先端と定着ベルト１０５が接触し得る箇所１１６からワックスが気化する領域１１５に配置される。そして、カバー部材１２０と突出部１２２の幅は、装置に使用可能な最大幅のシートの画像形成可能領域の幅よりも大きい。

係る構成において、カバー部材１２０は図１２の（ｃ）のダスト発生箇所１１８の大部分（図１１に示す領域１１５）をカバーして、定着ベルト１０５近傍の気温を上げる役目を果たす。

カバー部材１２０は気温上昇によってダストの粒径を大径化させ、画像形成装置１の内部へのダスト拡散を抑制する。大径化したダストは、定着ベルト１０５の周辺に発生する上昇気流（熱対流）によって上昇し、定着ベルト１０５と筐体１００内側に付着する。定着ベルト１０５に付着したダストは用紙Ｐに転写するが、ダストサイズが小さいので画像に影響を与えることはない。

（５−１）カバー部材１２０の配置（定着ベルト１０５との間隔Ｔ）について
（５−１−１）定着ベルト１０５の周辺気流
配置について述べる前に、導入口４００（ニップ入口１０１ｃ）の近傍で発生したダストが、機内に拡散してゆく経路を、図８に示す熱気流シミュレーションによる検証結果に基づいて説明する。この熱と気流についての検証は、表面温度１７０℃の定着ベルト１０５が速度Ｖで反時計回りＲ１０５に回転し、加圧ローラ１０２が同じく速度Ｖで時計回りＲ１０２に回転し、用紙Ｐが速度Ｖで図中の上方に移動すると仮定している。

そのため、この検証においては、
・定着ベルト１０５の周辺に発生する自然対流による上昇気流（ＣＤ１）
・定着ベルト１０５の表面移動に伴い発生するベルト表面の気流（ＲＤ１）
・用紙Ｐの移動に伴って用紙Ｐに沿って発生する気流２６ａ
が考慮されている。

図８に示すように、ニップ入口１０１ｃにおいて行き場を失いニップ入口１０１ｃから噴き出してくるように見える気流２６ｃの存在が確認された。この気流２６ｃは、用紙表面の移動に伴ってその表面に発生する気流２６ａと気流ＲＤ１がニップ入口１０１ｃで衝突した結果、行き場を失ったエアーが噴き出したものと考えられる。

そして、気流２６ｃは、気流ＲＤ１に合流して、気流ＲＤ１に隣接してそれとは逆方向に流れる気流ＣＤ１、つまり、定着ベルト１０５表面に沿って上昇する気流となる。なお、気流２６ｃは、図８に示すように、定着ベルト１０５表面に沿うように発生していたが、これは定着ベルト１０５表面付近を上昇する自然対流に引き込まれた結果と推定される。

（５−１−２）カバー部材１２０の作用と間隔Ｔ
前述したように、カバー部材１２０はダスト発生箇所１３８（図１２の（ｃ））の周辺の気中温度を上昇させる作用を有する。この温度上昇作用を確保するには、温度の低い用紙表面の気流２６ａに起因する気流２６ｃと気流ＣＤ１が、カバー部材１２０と定着ベルト１０５の間に侵入することを防がなければならない。そのため、カバー部材１２０と定着ベルト１０５の間に所定の間隔Ｔが設けられる。この間隔Ｔ（ｍｍ）は、０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以内（０．５≦Ｔ≦３．５）にすることで、気流２６ｃと気流ＣＤ１を定着ベルト１０５から離間させる作用を確保することができる。

間隔Ｔを３．５ｍｍ以下とすることで、後述するように定着装置近傍のポイントＢ（図６）でのダスト濃度を７０％未満に下げることができる。なお、下限値を０．５ｍｍとした理由は、これ以上、定着ベルト１０５の表面にカバー部材１２０を接近させると、定着ベルト１０５に接触してしまう恐れがあるためである。

本例ではカバー部材１２０に突出部１２２を設けているが、間隔Ｔを定着ベルト１０５と突出部１２２との間で管理することでも同様の効果を得ることができる。突出部１２２があることによる利点は、カバー部材１２０全体を定着ベルト１０５に近づける必要がないことで、間隔Ｔを管理しやすいことがあげられる。

カバー部材１２０が配置される箇所、特に定着ベルト１０５表面に近づくにつれ、温度が高くなる。そのため、熱膨張によりカバー部材１２０が変形し、カバー部材１２０のすべての領域で間隔Ｔを管理することが困難となる。カバー部材１２０の一部である突出部１２２のみを近づける構成であれば、突出部１２２がない場合に比べ熱膨張による変形を抑えることができる。また、本実施例では、間隔Ｔを１ｍｍとしている。定着ベルト１０５により近接する突出部１０５の存在により、気流（ＣＦ）と上昇気流（ＣＤ）を定着ローラ１から離間させる作用を高めている。

（５−１−３）カバー部材１２０の効果
カバー部材１２０を上記のように配置することにより、図６に示すポイントＢで測定されるダスト濃度は、カバー部材１２０がない場合に比べて７０％未満のダスト濃度に抑えることができる。測定誤差が３０％あるため、効果有と判定できる目安を７０％未満にした。ポイントＢは定着ベルト１０５から発生するダストが熱対流による上昇気流によって排出される経路上に、定着ベルト１０５から２０ｍｍ程度離間した位置に設定されている。ポイントＢでのダスト濃度が７０％未満になれば、定着装置１０３の外側の機内ワックス汚れを低減することができる。

このダスト濃度は上述した高速応答型パーティクルサイザー（ＦＭＰＳ）で測定することができる。測定は、以下の条件下で行っている。具体的には、印字率が５％の標準原稿を基に、Ａ４サイズの普通紙を横送りする条件で、定着処理を１１分間に亘り連続して行う。そして、その定着処理の終了前１分間に亘り（１０分〜１１分の間の１分間）、ダスト濃度の測定を行う。測定値は、１分間のダスト濃度を平均処理することにより求めた。

なお、測定位置は、図３に示す排紙ローラ対１１８、又はフィルタ６００等のワックス汚れが発生する箇所としても良い。測定箇所によってダスト濃度は異なるが、ダスト濃度の低減率によって、ワックス汚れの防止効果を見積もることができるためである。

また、本例では、ダスト濃度とは、粒径が所定範囲の微粒子、つまり、粒径が５．６ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の微粒子（所定の粒径の粒子）の個数濃度（個／ｃｍ³）のことを指す。つまり、ポイントＢにおいて測定された個数濃度（個／ｃｍ³）が、本例のような抑制部である拡散抑制部材１２０を設けていない構成の場合に比べて７０％未満となるようにするのが好ましい。なお、ダスト濃度として、個数濃度（個／ｃｍ³）の代わりに、重量濃度（μｇ／ｍ³）としても構わない。

なお、本例では、カバー部材１２０と定着ベルト１０５表面との間隔Ｔ（図１Ａの（ｂ））について、４．０ｍｍ、３．５ｍｍ、２．５ｍｍ、２．０ｍｍ、１．５ｍｍと段階的に狭くしていった。この時、狭くなるにつれてポイントＢでのダスト濃度が低下することを検証した。その結果、間隔Ｔが３．５ｍｍ以下のとき、上記の条件（ポイントＢのダスト濃度７０％以下）を満足することを確認している。

（５−１−４）間隔Ｔを決定する他の方法
間隔Ｔは、定着ベルト１０５の周速Ｖ（ｍｍ／ｓ）によって決定されても良い。図８示すｔは、気流ＲＤ１の幅である。すなわちｔは、気流ＲＤ１とＣＤ１の境界から定着ベルト１０５までの距離を示している。このｔについて検証（シミュレーション）を行った。図９はその検証結果を示すものである。

図９に示すように、定着ベルト１０５の表面周速Ｖが１１５ｍｍ／ｓである時はｔ＝１．４ｍｍ、Ｖが２００ｍｍ／ｓである時はｔ＝１．９ｍｍとなる。定着ベルト１０５に沿う気流ＲＤ１の流量は、定着ベルト１０５の表面速度（すなわち周速Ｖ）が大きくなるほど増える。周速Ｖが上がって気流ＲＤ１の流量が増えた結果、ｔの値も大きくなったと指定される。図９に示す二点を線形補完すると、以下のようになる。

ｔ＝０．００５９×Ｖ＋０．７２
間隔Ｔが上記ｔを下回るように設定すると、拡散抑制部材１２０は、気流ＣＤ１を確実に止めることができる。その結果、定着ベルト１０５の周辺の気温の低下を防ぎ、ダストを低下させることができる。なお、ｔの下限値は、前述したように０．５ｍｍである。上記式とこの下限値を組み合わせると、Ｔの範囲は以下式で表現されることができる。

０．５≦Ｔ≦０．００５９×Ｖ＋０．７２
以上式は、定着ベルト１０５の周速Ｖが、１１５ｍｍ／ｓ≦Ｖ≦２００ｍｍ／ｓ、の範囲にあるとき特に有効である。しかし、周速Ｖとｔの関係は線形に近いと推定されるので、速度Ｖが上記範囲にない場合でも有効である。

（５−２）冷却機構
ファン１２７Ｌ・１２７Ｒは、小サイズ用紙を用いた連続プリントモードの実行時、あるいは定着ベルト１０５の端部昇温を検知する温度センサ（不図示）が所定温度以上の温度を検知した時に駆動される。このファン駆動によりダクト１２８Ｌ・１２８Ｒを通してエアーＦが開口部１２４を通過する。これにより、エアーＦが定着ベルト１０５の幅方向（長手方向）の一端側と他端側の両端部に向けて流れる。この送風冷却構成により、端部昇温（非通過部昇温）を抑制している。

ここで、ファン１２７Ｌ・１２７Ｒの駆動制御については次のようにすることもできる。たとえば、プリント開始から一定枚数プリントしたときにファン１２７Ｌ・１２７Ｒを駆動する制御としても良い。また、プリント開始から一定時間経過後にファン１２７Ｌ・１２７Ｒを駆動するする制御としても良い。その際、画像形成装置１の設置環境温度、用紙Ｐのサイズ、プリント時間に応じてファン１２７Ｌ・１２７Ｒの駆動量をあらかじめ決めておく。

上記のようにファ１２７Ｌ・１２７Ｒの駆動によるエアーＦが定着ベルト１０５の幅方向両端部を冷却する際、エアーＦの一部がカバー部材１２０外側と筐体１００の内側の空間部に回り込んでニップ入口１０１ｃ側に流入するおそれがある。そして、そのエアー流入が、ニップ入口１０１ｃに滞留しているダストを拡散させ、さらに、ニップ入口１０１ｃ近傍が冷却されることで、ダスト化しなかったガス分子が、凝集し多くのダストが発生してしまうおそれがある。

そこで、本実施例においては、図１Ａの（ｂ）のように、カバー部材１２０をダクト１２８Ｌ・１２８Ｒに至るまで延在させている。これにより、ダクト１２８Ｌ・１２８Ｒ側においてカバー部材１２０の外側と筐体１００の内側の空間部が閉鎖されることでその空間部へのエアーＦの回り込みが抑制され、上記のダストの放散・発生を抑えることができる。

また、次のような装置構成にすることもできる。筺体１００の開口部１２４のニップ入口１０１ｃ側に設置され、定着ベルト１０５と筺体１００の間を塞ぐことでニップ入口１０１ｃ側（ニップ部のシート導入側）にエアーＦが流れることを防ぐように遮蔽部材１２５が配設される。さらに、遮蔽部材１２５は屈曲部１２５ｂを持ち、この屈曲部１２５ｂから定着ベルト１０５に沿ってニップ出口１０１ｄ方向（ニップ部１０２ｂのシート出口方向）に延在する延伸部１２５ａが設けられている。

上記の遮蔽部材１２５の構成により、ニップ入口１０１ｃ付近にエアーＦが流入することを防ぎ、ダストの放散・発生を抑えることができる。

遮蔽部材１２５と定着ベルト１０５の間には所定の間隔Ｌ（ｍｍ）が設けられており、間隔Ｌは前述の間隔Ｔの範囲と同様であり、以下で表現することができる。

５≦Ｌ≦０．００５９×Ｖ＋０．７２
間隔Ｌが設けられている理由は、定着ベルト１０５の表面に遮蔽部材１２５を接近させると、定着ベルト１０５に接触してしまう恐れがある。そのため、下限値を０．５ｍｍとしている。さらに、ニップ入口１０１ｃ付近（ニップ部Ｎのシート入口近傍）で発生したダストが、図８で示す上昇気流ＣＤ１により上昇し、ファン１２７によって拡散することを防ぐためである。

なお、間隔Ｌを上記範囲に限定しなくても本発明の効果を損することはない。その際、遮蔽部材１２５を設置前後のニップ入口１０１ｃ側の風速を測定し、風速が２０％以上減少していれば本発明の効果を確認することができる。

＜その他の事項＞
１）定着装置における第１回転体は実施例のベルト体に限られない。何らかかの加熱手段で加熱されるローラ体であってもよい。第２回転体は実施例のローラ体に限られない。ベルト体であってもよい。

２）定着装置には、未定着トナー画像を固着像として定着する装置以外にも、用紙に仮定着されたトナー画像あるいは一度加熱定着されたトナー像を再度加熱加圧して光沢度を向上させる画質改質装置（この定着装置と呼ぶ）場合なども包含される。

３）本発明に係る定着装置は、画像形成装置の内部に固設されている作り付けものに限られず、ユニット化されて画像形成装置の装置本体に着脱交換可能あるいは連結可能とされた装置形態ものであってもよい。また、画像形成装置とは独立して、定着装置単独で用いられる装置形態のものであってもよい。

４）画像形成装置において、用紙Ｐにトナー像を形成する画像形成部（作像機構部）は実施例の転写方式の電子写真画像形成部に限られない。例えば、用紙として感光紙を用いてこれにトナー像を直接方式で形成する電子写真画像形成部であってもよい。また、像担持体として静電記録誘電体や磁気記録磁性体を用いる転写方式の静電記録画像形成部や磁気記録画像形成部であってもよい。また、用紙として静電記録紙や磁気記録紙を用いてこれにトナー像を直接方式で形成する静電記録画像形成部や磁気記録画像形成部であってもよい。カラー画像形成部であってもよい。

１０３・・定着装置、１０５・・第１回転体（定着ベルト）、１０２・・第２回転体（加圧ローラ）、１０１ｂ・・ニップ部、Ｐ・・シート（記録材、用紙）、Ｓ・・トナー像、１２０・・カバー部材、１２８Ｌ、１２８Ｒ・・ダクト

Claims (6)

1. 離型剤を含有するトナーを用いてシートに形成された未定着トナー像をその間のニップ部にて定着する第１及び第２の回転体と、
   シート導入口とシート排出口を有し前記第１及び第２の回転体を収容する筐体と、
   ファンと、
   前記筐体の外側から前記筐体の内側に及んでおり、前記ファンによるエアーを前記第１の回転体の長手方向一端部に向けて導くダクトと、
   前記筐体の内側に配設されており前記第１の回転体の外周面を覆うカバー部材と、を有し、
   前記第１の回転体の回転方向において、前記カバー部材の一端は前記シート導入口に対向しており、他端は前記ダクトに接していることを特徴とする定着装置。
2. 前記カバー部材と前記第１の回転体との間隔をＴ（ｍｍ）としたとき、次の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
   ０．５≦Ｔ≦３．５
3. 前記カバー部材と前記第１の回転体との間隔をＴ（ｍｍ）とし、前記第１の回転体の周速をＶ（ｍｍ／ｓ）としたとき、次の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
   ０．５≦Ｔ≦０．００５９×Ｖ＋０．７２
   １１５≦Ｖ≦２００
4. 前記カバー部材は一端において前記第１の回転体に向って突出する突出部を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の定着装置。
5. 前記突出部の幅は装置に使用可能な最大幅のシートの画像形成可能領域の幅よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記第１の回転体はエンドレスベルトであり、前記第２の回転体は前記エンドレスベルトを回転駆動するローラであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の定着装置。