JP2009109739A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温になる耐熱性樹脂から発生するＶＯＣの放出量を低減させることのできる定着装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着装置１６は、加圧ローラ２０、加熱ローラ２２、加圧ローラ２０や加熱ローラ２２を覆う定着ハウジング２４ａ，２４ｂ等で構成されている。定着ハウジング２４ａ，２４ｂ、コイル支持部材２８、サーモスタット支持部材３２および用紙搬送ガイド部材３６は、ＰＥＴ等の耐熱性樹脂からなるものが使用されている。さらに、定着ハウジング２４ａ，２４ｂ、コイル支持部材２８、サーモスタット支持部材３２および用紙搬送ガイド部材３６の表面には、膜厚が１．０μｍの炭素膜３８が形成されている。炭素膜３８としては、水素アモルファス炭素膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜、または硬質炭素膜などがある。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどの定着装置および画像形成装置に関する。

電子写真方式を採用する複写機やプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置には、被記録媒体である用紙に転写されたトナー像を定着するための定着装置が備えられている。この定着装置としては、互いに当接して回転する加熱ローラと加圧ローラを備える２ローラ方式の定着手段が一般的に使用されている。この定着装置においては、未定着トナー像が表面に転写された用紙が、加熱ローラと加圧ローラが当接して形成される定着ニップ部に搬送されると、熱及び圧力によってトナーが溶融して用紙の表面にトナー像が永久画像として定着される。ここで、加熱ローラや加圧ローラとしては、フッ素ゴムやシリコンゴム等を金属製ローラ芯金上に被覆して成るものが一般的に使用されている。

また、定着装置は、加熱ローラや加圧ローラを覆う定着ハウジング、用紙の搬送路を案内する用紙搬送ガイド、サーモスタットを支持するサーモスタット支持部材等で構成されている。サーモスタットは、発熱体の通電路を遮断して加熱ローラのオーバーヒートを防止するためのものである。この定着ハウジング、用紙搬送ガイド、サーモスタット支持部材はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の耐熱性樹脂から成るものが一般的に使用されている。

また、近年、省エネルギー化を図るために、高いエネルギー効率を持つ加熱源として誘導加熱コイルを用いた誘導加熱方式の定着装置が提案されている。ここで、誘導加熱コイルを支持する部材もＰＥＴ等の耐熱性樹脂から成るものが一般的に使用されている。

ところで、最近、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）に由来する大気汚染の防止が叫ばれ、事務所等において使用される複写機やプリンタ等の画像形成装置から排出されるＶＯＣ等に対する環境面からの配慮が必要になってきている。ＶＯＣの放出量については、トナー由来の成分と定着装置由来の成分が多い。定着装置由来の成分については、加圧ローラで使われているシリコンゴムから揮発しているシロキサンと定着ハウジング等の樹脂部材で使われているＰＥＴから揮発しているＢＨＴ（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール）が多い。これらのＶＯＣは、定着装置やトナーが加熱されたときに多く揮発する。

そこで、この問題を解消する方法として、特許文献１および特許文献２には、定着装置の近傍に吸着剤を担持する部材を配置することにより、定着時に発生するＶＯＣを吸着させ、画像形成装置内外に拡散することを防ぎ、不快臭の発生を防止する技術が開示されている。また、特許文献３には、誘導加熱コイルの支持部材を耐熱性樹脂の基体の外側表面にＶＯＣを吸収する材料のシートを被せて構成することにより、耐熱性樹脂から発生するＶＯＣ放出を削減する技術が開示されている。

特開平４−２２１９６８号公報 特開２００５−３３８５３９号公報 特開２００４−２７１６８４号公報

しかしながら、これら従来の技術をもってしても、ＶＯＣの放散量を満足できる値まで下げることができず、環境改善の観点からはＶＯＣの放散量を更に低く抑える必要があった。

それゆえに、本発明の主たる目的は、高温になる耐熱性樹脂から発生するＶＯＣの放出量を低減させることのできる定着装置および画像形成装置を提供することである。

請求項１に係る発明は、用紙を通過させて、用紙上に形成された未定着画像を加熱定着させる定着手段を有した定着装置であって、定着手段を覆うように配置された定着ハウジングの表面に、炭素膜が形成されていることを特徴とする、定着装置である。定着手段としては、例えば、互いに当接して回転する加熱ローラと加圧ローラを備える２ローラ方式のものが用いられる。

請求項１の発明では、炭素膜を定着ハウジングの表面に形成することで、定着ハウジングのガスバリア性が著しく向上し、定着装置が高温になったときに定着ハウジングから揮発するＶＯＣの放出量が大幅に低減する。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明に従属する発明であって、定着手段に内挿された加熱手段と、加熱手段の通電を遮断するサーモスタットと、サーモスタットを支持するサーモスタット支持部材と、を備え、サーモスタット支持部材の表面に、炭素膜が形成されていることを特徴とする、定着装置である。

請求項２の発明では、炭素膜をサーモスタット支持部材の表面に形成することで、サーモスタット支持部材のガスバリア性が著しく向上し、定着装置が高温になったときにサーモスタット支持部材から揮発するＶＯＣの放出量が大幅に低減する。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明に従属する発明であって、加熱手段が、誘導加熱コイルおよび誘導加熱コイルを支持するコイル支持部材からなり、コイル支持部材の表面に、炭素膜が形成されていることを特徴とする定着装置である。

請求項３の発明では、誘導加熱コイルによって高温になるコイル支持部材の表面に炭素膜を形成することで、コイル支持部材のガスバリア性が著しく向上し、コイル支持部材から揮発するＶＯＣの放出量が大幅に低減する。

請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに係る発明に従属する発明であって、用紙を案内するための用紙搬送ガイド部材を備え、用紙搬送ガイド部材の表面に、炭素膜が形成されていることを特徴とする、定着装置である。

請求項４の発明では、用紙搬送ガイド部材の表面に炭素膜を形成することで、用紙が搬送されるときの用紙搬送ガイド部材表面の磨耗量が大幅に低減し、初期の摩擦係数が長期間維持できる。

請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに係る発明に従属する発明であって、定着ハウジング、コイル支持部材、サーモスタット支持部材および用紙搬送ガイド部材の少なくともいずれか一つが耐熱性樹脂からなることを特徴とする、定着装置である。

請求項５の発明では、定着装置内の耐熱性樹脂からなる定着ハウジングなどの表面に、炭素膜を形成することで、ガスバリア性が著しく向上し、定着装置が高温になったときに耐熱性樹脂から揮発するＶＯＣの放出量が大幅に低減する。

請求項６に係る発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに係る発明に従属する発明であって、炭素膜は、水素化アモルファス炭素膜、ＤＬＣ膜、および硬質炭素膜の少なくともいずれか一つであることを特徴とする、定着装置である。

請求項６の発明では、炭素膜が水素化アモルファス炭素膜、ＤＬＣ膜、または硬質炭素膜であるため、低温プラズマによる成膜が行え、樹脂等の耐熱温度の低い材料に成膜が可能である。

請求項７に係る発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の定着装置を備えていることを特徴とする、画像形成装置である。

請求項７の発明では、高温になる耐熱性樹脂から発生するＶＯＣの放出量を低減させることのできる定着装置を備えた画像形成装置が得られる。

本発明によれば、定着装置内の耐熱性樹脂からなる定着ハウジングなどの表面に、所定の炭素膜を形成することで、ガスバリア性を著しく向上させることができ、定着装置が高温になったときに耐熱性樹脂から揮発するＶＯＣの放出量を大幅に低減することができる。

本発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。

（画像形成装置）
図１は本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。

感光体ドラム２は駆動手段によって図示矢印の時計方向に所定速度で駆動される。感光体ドラム２の外周近傍には、帯電器（図示せず）、現像器４、転写ローラ６、クリーニング部材７が設けられている。感光体ドラム２は帯電器にて表面が帯電される。感光体ドラム２の回転方向における帯電器の下流側には、レーザースキャニングユニット（図示せず）が配置されている。レーザースキャニングユニットから放射されたレーザ光は、感光体ドラム２上に照射され、静電潜像が形成される。

レーザースキャニングユニットの下流側には、現像器４が配置されている。現像器４は、ブラックのトナーを感光体ドラム２に付与するためのものである。現像器４に対して、トナーカートリッジ８が配設されている。現像器４の下流側には、転写ローラ６が配置されている。さらに、転写ローラ６の下流側には、感光体ドラム２に残ったトナーを除去するためのクリーニング部材７が配置されている。

一方、給紙ローラ１４はブラックトナー像と同期して、給紙カセット１２から被記録媒体としての用紙を引き出して給紙する。用紙には感光体ドラム２上に形成されたトナー像が転写され、定着装置１６に搬入される。トナー画像を転写された用紙は、定着装置１６で定着され、印刷物として機外に排出されて排紙トレイ上に積載される。

（定着装置の第１の実施形態）
図２は本発明に係る定着装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。この定着装置１６は、加圧ローラ２０、加熱ローラ２２、加圧ローラ２０や加熱ローラ２２を覆う定着ハウジング２４ａ，２４ｂ、誘導加熱コイル２６、誘導加熱コイル２６を支持するコイル支持部材２８、サーモスタット３０、サーモスタット３０を支持するサーモスタット支持部材３２、用紙の搬送路を案内する用紙搬送ガイド部材３６等で構成されている。

加圧ローラ２０は、外径が３０ｍｍの金属製（鉄製）ローラ芯金上に、シリコンゴムの弾性層とフッ素樹脂の表層とを被覆してなるものである。加熱ローラ２２は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）などの導電性部材で形成された、外径が４０ｍｍの円筒形状の中空ローラで、速やかに加熱されるようにできるだけ薄肉となっており、その表面にはフッ素樹脂コートされた離型層が設けられている。ローラ２０，２２は、中心軸周りに回転可能に保持されている。なお、剥離爪３４は加熱ローラ２２の外周面に接触している。

誘導加熱コイル２６は銅線からなり、図３に示すように、画像形成装置本体に取り付けられた梁部材２９に固定されたコイル支持部材２８に巻き付けられた状態で、加熱ローラ２２の内側の所定位置に配設されている。この誘導加熱コイル２６に高周波電力を供給することにより、加熱ローラ２２に渦電流が生じ、加熱ローラ２２が加熱する。

この加熱された加熱ローラ２２を用いて用紙上に形成されたトナー像を用紙に定着する。すなわち、未定着トナー像が表面に転写された用紙が、加熱ローラ２２と加圧ローラ２０が当接して形成される定着ニップ部に搬送されると、熱及び圧力によってトナーが溶融して用紙の表面にトナー像が永久画像として定着される。

サーモスタット３０は、サーモスタット支持部材３２によって加熱ローラ２２の近傍に支持されている。サーモスタット３０は、誘導加熱コイル２６の通電を遮断して加熱ローラ２２のオーバーヒートを防止するためのものである。図４に示すように、サーモスタット３０は円盤形状の本体に一対の金属端子３１ａ，３１ｂを電気的に接続し、サーモスタット支持部材３２に収容されている。サーモスタット支持部材３２は定着ハウジング２４ａの内壁面に固定されている。

用紙搬送ガイド部材３６は、トナー像定着後の用紙を案内するためのものである。定着ハウジング２４ａ，２４ｂ、コイル支持部材２８、サーモスタット支持部材３２および用紙搬送ガイド部材３６は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の耐熱性樹脂からなるものが使用されている。

さらに、定着ハウジング２４ａ，２４ｂ、コイル支持部材２８、サーモスタット支持部材３２および用紙搬送ガイド部材３６の表面には、膜厚が１．０μｍの炭素膜３８（図２において点線で表示している）が形成されている。炭素膜３８としては、水素アモルファス炭素膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜、または硬質炭素膜などがある。本実施形態では、炭素膜３８としてＤＬＣ膜を用いた。これらの炭素膜３８は、熱伝導率が２００〜６００W／ｍ・K、電気抵抗（体積抵抗率）が１０⁶〜１０¹¹Ω・ｃｍ、ビッカース硬度が２０００〜５０００ｋｇ／ｍｍ²、摩擦係数が０．２より小さい等の物理的性質を有するものである。また、気体分子を非常に透過させにくい性質、すなわちガス（ＶＯＣ）バリア性を備えている。この結果、定着装置１６が高温になったとき、定着ハウジング２４ａ，２４ｂ、コイル支持部材２８、サーモスタット支持部材３２および用紙搬送ガイド部材３６から揮発するＶＯＣの放出量を大幅に低減することができる。

また、これらの炭素膜３８は、低温プラズマイオン注入法を用いて室温で成膜できるため、樹脂等の耐熱温度の低い材料に成膜が可能であり、安価な定着装置１６を提供することができる。

また、炭素膜３８は摩擦係数が比較的小さいので、用紙搬送ガイド部材３８の表面に炭素膜３８を形成することで、搬送用紙のエッジが用紙搬送ガイド部材３８に接触することによって生じる用紙搬送ガイド部材３８表面の傷や磨耗を大幅に低減させ、初期の摩擦係数を長期間維持させることができる。そのため、用紙を詰まらせることなく、所望のトナー画像を得ることができる。さらに、用紙搬送ガイド部材３８表面に凹凸が発生しにくいため、用紙上のトナーが用紙搬送ガイド部材３８表面に入り込んで付着するおそれもない。

以上の構成からなる定着装置１６を装着した画像形成装置のＶＯＣ放出評価をした。すなわち、ＳＵＳ製チャンバー（容積１ｍ³、内面電解研磨仕上げ）内に設置し、外気環境を２３±２℃、５０±５％Ｒｈに設定するとともに、チャンバー内を６７Ｌ／分で換気を行うように設定した。約１時間換気後、１０分間プリント動作を行い、チャンバー内の空気をＴＥＮＡＸ（登録商標）捕集管にて１００ｍＬ／分で連続サンプリングした。プリント停止後も約２時間は、連続してサンプリングした。そして、サンプリングしたＴＥＮＡＸ（登録商標）捕集管を加熱脱着装置で脱着し、捕集された揮発性有機化合物（ＶＯＣ）をＧＣ−ＭＳにて測定することにより、機外に排出される揮発性有機化合物の量を見積もった。その結果、定着装置１６を装着した画像形成装置のＶＯＣの排出量は５．６ｍｇ／ｈであった。

比較のため、炭素膜３８を形成していない定着ハウジング２４ａ，２４ｂ、コイル支持部材２８、サーモスタット支持部材３２および用紙搬送ガイド部材３６で構成された定着装置を装着した画像形成装置を用いて、前記実施形態と同様の条件で測定した。その結果、炭素膜３８を形成していない定着装置を装着した画像形成装置のＶＯＣの排出量は１１．８ｍｇ／ｈであった。従って、炭素膜３８を形成することにより、ＶＯＣの機外への排出量を約１／２に低減することができた。

（定着装置の第２の実施形態）
図５は本発明に係る定着装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。この定着装置１６Ａは、加圧ローラ２０、加熱ローラ２２、加圧ローラ２０や加熱ローラ２２を覆う定着ハウジング２４ａ，２４ｂ、ハロゲンヒータ４０、サーモスタット３０、サーモスタット３０を支持するサーモスタット支持部材３２、用紙の搬送路を案内する用紙搬送ガイド部材４２等で構成されている。なお、前記第１の実施形態の定着装置と同一の部品および部分については、その詳細な説明は省略する。

加圧ローラ２０は、外径が２５ｍｍの金属製（鉄製）ローラ芯金上に、シリコンゴムの弾性層とフッ素樹脂の表層とを被覆してなるものである。加熱ローラ２２は、アルミニウムなどの金属製部材で形成された、外径が３０ｍｍの円筒形状の中空ローラで、速やかに加熱されるようにできるだけ薄肉となっており、その表面にはフッ素樹脂コートされた離型層が設けられている。ローラ２０，２２は、中心軸周りに回転可能に保持されている。

ハロゲンヒータ４０は消費電力が８００Ｗのもので、加熱ローラ２２の内側の所定位置に配設されている。このハロゲンヒータ４０に電力を供給することにより、加熱ローラ２２が加熱する。

用紙搬送ガイド部材４２は、未定着トナー像が表面に転写された用紙を案内するためのものである。定着ハウジング２４ａ，２４ｂ、サーモスタット支持部材３２および用紙搬送ガイド部材４２は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の耐熱性樹脂からなるものが使用されている。

さらに、定着ハウジング２４ａ，２４ｂ、サーモスタット支持部材３２および用紙搬送ガイド部材４２の表面には、膜厚が１．０μｍの炭素膜３８（図５において点線で表示している）が形成されている。炭素膜３８としては、水素アモルファス炭素膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜、または硬質炭素膜などがある。この結果、定着装置１６Ａが高温になったとき、定着ハウジング２４ａ，２４ｂ、サーモスタット支持部材３２および用紙搬送ガイド部材４２から揮発するＶＯＣの放出量を大幅に低減することができる。また、これらの炭素膜３８は、低温プラズマイオン注入法を用いて室温で成膜できるため、樹脂等の耐熱温度の低い材料に成膜が可能であり、安価な定着装置１６Ａを提供することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る定着装置の一例を示す概略構成図である。 加熱ローラの構成を示す斜視図である。 サーモスタットとサーモスタット支持部材を模式的に示す斜視図である。 本発明に係る定着装置の別の例を示す概略構成図である。

符号の説明

２ 感光体ドラム
４ 現像器
６ 転写ローラ
１６，１６Ａ 定着装置
２０ 加圧ローラ
２２ 加熱ローラ
２４ａ，２４ｂ 定着ハウジング
２６ 誘導加熱コイル
２８ コイル支持部材
３０ サーモスタット
３２ サーモスタット支持部材
３６，４２ 用紙搬送ガイド部材
４０ ハロゲンヒータ
３８ 炭素膜

Claims (7)

1. 用紙を通過させて、用紙上に形成された未定着画像を加熱定着させる定着手段を有した定着装置であって、
   前記定着手段を覆うように配置された定着ハウジングの表面に、炭素膜が形成されていることを特徴とする、定着装置。
2. 前記定着手段に内挿された加熱手段と、
   前記加熱手段の通電を遮断するサーモスタットと、
   前記サーモスタットを支持するサーモスタット支持部材と、を備え、
   前記サーモスタット支持部材の表面に、炭素膜が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加熱手段が、誘導加熱コイルおよび前記誘導加熱コイルを支持するコイル支持部材からなり、前記コイル支持部材の表面に、炭素膜が形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
4. 用紙を案内するための用紙搬送ガイド部材を備え、前記用紙搬送ガイド部材の表面に、炭素膜が形成されてい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。
5. 前記定着ハウジング、前記コイル支持部材、前記サーモスタット支持部材および前記用紙搬送ガイド部材の少なくともいずれか一つが耐熱性樹脂からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記炭素膜は、水素化アモルファス炭素膜、ＤＬＣ膜、および硬質炭素膜の少なくともいずれか一つであることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の定着装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の定着装置を備えていることを特徴とする、画像形成装置。