JP2018045117A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置において、トナーのワックスに起因する所定のダストを少ないヒータ電力で除去する。【解決手段】定着ニップ部近傍からダストを含む空気を吸気し、加熱処理を行いダストを除去する。【選択図】図１

Description

本発明は、シート上にトナー像を形成する、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関する。

電子写真式の画像形成装置は、離型剤（ワックス）を含有するトナーを用いて用紙（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、凝縮して気中で粒子化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、凝縮後の粒子化したワックス（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。このようなダストに対し何ら対処を行わないと、定着装置外にダストが拡散して画像形成装置の内部機構に付着し、その動作を阻害する恐れがある。そこで、ダストを回収し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。

特許文献１ではダスト排出量を低減化することを可能としている。特許文献１では、駆動中に微量の超微粒子成分を含む気体の発生を伴う定着装置と、前記気体をダクト内に取り込み、取り込んだ前記気体をダクトから機外へ排気する排気装置を備える。また、排気装置内の前記気体が機外へ排気される時の温度が、前記超微粒子成分が凝結し難くなる所定の温度以上になるように、前記ダクトを加熱する加熱手段を備える。

特開２０１３−３５０７号公報

トナーのワックスに起因するダストは、後述するように、定着部材表面の用紙入口付近、且つ用紙Ｐの通過領域全体から発生する。しかしながら特許文献１に記載の画像形成装置では、定着端部で吸気を行う構成であり、定着ニップ部のダスト回収には多くの風量が必要となる。多くの風量のエアの温度を上昇させるには多くのヒータ電力が必要であり、省エネでない。

したがって、本発明の目的は、トナーのワックスに起因する所定のダストを少ないヒータ電力で除去することである。

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画像形成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トナー像を第１の位置にて形成する画像形成部と、
前記画像形成部によりシートに形成されたトナー像を第２の位置にて熱と圧力により定着する定着部と、
前記第１の位置と前記第２の位置の間に吸気口を有し、機外に排気を行う排気口を有するダクトと、
前記ダクトにエアフローを発生させるファンと、
前記吸気口と前記排気口の間に配置され、前記ダクトに吸引されたエアの温度を上昇させるヒータと、を備え
前記吸気口は前記第２の位置に近接して且つ前記第２の位置の長手方向に沿って配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、トナーのワックスに起因する所定のダストを少ないヒータ電力で除去できる。

実施例における画像形成装置の定着装置周辺の概略断面図である。 ダスト除去ユニットの斜視図である。 定着装置に進入する用紙の説明図である。 実施例の画像形成装置の概略断面図である。 制御手段を説明するブロック図である。 定着装置の構成説明図である。 （ａ）はニップ部の拡大図、（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。 定着ベルトユニットの加圧機構を示す図である。 （ａ）はダストの合体現象、（ｂ）はダストの付着現象を説明模式図である。 経過時間とダスト発生量の関係を説明するグラフである 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。 定着ベルトの周辺の気流の流れを説明する図である。 ダストを含むエアの周囲温度が変化した場合のダストの個数変化を示す図である。

以下、本発明に係る画像形成装置の一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。

（１）画像形成装置の全体的な概略構成
図４は本例における画像形成装置１の構成略図である。図５は当該装置１の制御系統のブロック図であり、主として、後述する定着装置１０３およびダスト除去ユニット５０の制御系統を示している。

この画像形成装置１は、電子写真プロセスを用いた、タンデム方式−中間転写方式の４色フルカラーのマルチファンクションレーザープリンタ（カラー画像形成装置）である。即ち、画像形成装置１は、パーソナルコンピュータＰＣやイメージリーダ３等の入力装置Ｂから制御手段である制御回路部（ＣＰＵ）Ａに入力される電気的画像信号に基づいて、シート（記録材）Ｐにトナー画像形成を行う。

シートＰは、普通紙、ＯＨＰシート・コート紙、ラベル紙等、トナー画像を形成し得る記録媒体である。以下、用紙と記す。制御回路部Ａは入力装置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。

装置本体２の内部の画像形成部４は、イエロー（Ｙ）色、マゼンタ（Ｍ）色、シアン（Ｃ）色、ブラック（Ｋ）色の各色トナーの画像（以後、トナー像）を形成する第１から第４の４つの画像形成ステーション５Ｙ・５Ｍ・５Ｃ・５Ｋを有する。これらの画像形成ステーションは装置本体２内のほぼ中央部に図４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。

また、画像形成部４は、画像形成ステーション５Ｙ・５Ｍ・５Ｃ・５Ｋの下側にレーザースキャナユニット（画像情報露光手段）６、上側に中間転写ベルトユニット７を有する。レーザースキャナユニット６の下側には用紙カセット８が配設されている。各画像形成ステーショ５Ｙ・５Ｍ・５Ｃ・５Ｋは、それぞれ、像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、ドラムと記す）９を有する。また、ドラム９に作用するプロセス手段としての、帯電ローラ１０、現像ユニット１１、一次転写ローラ１２、クリーニングユニット１３を有する。

なお、図の煩雑を避けるため第１の画像形成ステーション５Ｙ以外の画像形成ステーション５Ｍ・５Ｃ・５Ｋにおけるこれらの機器に対する符号の記入は省略した。また、これら画像形成ステーション５Ｙ・５Ｍ・５Ｃ・５Ｋ、レーザースキャナユニット６、中間転写ベルトユニット７を有する画像形成部４の電子写真作像動作は公知であるからその説明は割愛する。各画像形成ステーション５Ｙ・５Ｍ・５Ｃ・５Ｋのドラム９から回動する中間転写ベルト１４に対して各色のトナー像が所定に重畳されて一次転写される。これによりベルト１４上に４色重畳のトナー像が形成される。

図４において装置本体２内の右側には用紙Ｐを上方へ搬送する上向きの用紙搬送路（縦パス）１５が配設されている。この用紙搬送路１５には下側から上側に順に、給送ローラ１７とリタードローラ１８とのローラ対、レジストローラ対１９、二次転写ローラ２０、定着装置１０３、排紙ガイド部材２２、排出ローラ対２３が配設されている。

７ａは中間転写ベルトユニット７においてベルト（中間転写体）１４を駆動する駆動ローラであり、図４において右側に位置している。二次転写ローラ２０はこの駆動ローラ７ａのベルト屈曲部（ベルト懸回部）の外側においてベルト１４に当接している。二次転写ローラ２０とベルト１４との接触により二次転写ニップ部２１が形成される。

所定の制御タイミングにてピックアップローラ１６が駆動されることで用紙カセット８から用紙Ｐが繰り出される。繰り出された用紙がローラ対１７・１８により一枚分離されて用紙搬送路１５を下から上に搬送され、レジストローラ対１９により所定の制御タイミングにて二次転写ニップ部２１に導入されて挟持搬送される。これにより、用紙Ｐに対してベルト１４上の４色重畳のトナー像が一括して二次転写される。

二次転写ニップ部２１を出た用紙Ｐが定着装置１０３に導入されてトナー像の定着処理を受ける。定着装置１０３は、画像形成部４により用紙Ｐに形成されたトナー像を熱と圧力により定着する定着部である。定着装置１０３を出た用紙Ｐは排紙ガイド部材２２と排出ローラ対２３を経て排出トレイ２４にフルカラー画像形成物として排出される。

２５Ｙ・２５Ｍ・２５Ｃ・２５Ｋはそれぞれ画像形成ステーション５Ｙ・５Ｍ・５Ｃ・５Ｋの現像ユニット１０に対する補充用トナーを収容している着脱交換可能なトナーボトルであり、中間転写ベルトユニット７の上側に配設されている。各画像形成ステーション５Ｙ・５Ｍ・５Ｃ・５Ｋの現像ユニット１０に対してそれぞれ対応するトナーボトルからトナー補給機構（不図示）により適時適量のトナー補給がなされる。

（２）定着装置１０３
図６の（ａ）は定着装置１０３の概略断面図、（ｂ）は定着装置１０３の要部の分解斜視図である。この定着装置１０３は、大別して、第１の回転体である定着ベルト１０５を備えた定着ベルトユニット１０１と、第２の回転体である加圧ローラ１０２と、これらを収容した筐体１００と、により構成される。定着ベルト１０５と加圧ローラ１０２とによりニップ部（定着ニップ部）１０１ｂが形成されている。ニップ部１０１ｂは未定着トナー像Ｓを担持している用紙Ｐを挟持搬送してトナー像を熱と圧力で定着する部分である。

（２−１）筐体１００
筐体１００には、用紙入口（用紙導入口）４００と用紙出口５００が形成されている。用紙入口４００が用紙出口５００よりも重力方向下方に位置するように、定着ベルトユニット１０１と加圧ローラ１０２は配置されている。本例の定着装置１０３は用紙を重力方向下方から上方に向けて搬送するように構成されており、縦パス構成と称される。

用紙入口４００には薄板状の回転円板からなるコロ１００ａが、定着ベルト１０５の幅方向に沿って間隔をあけて複数設けられている。コロ１００ａは、用紙入口４００に進入する用紙Ｐが変形して、用紙Ｐ上の未定着トナー像Ｓが筐体１００に接触してしまう場合であっても、未定着トナー像Ｓとの接触面積を最小限にとどめる為に設けられている。さらに用紙出口５００の搬送方向下流側には、画像定着した用紙の搬送をガイドする排紙ガイド部材２２が設けられている。

（２−２）定着ベルトユニット１０１の構成
当該ユニット１０１は、ヒータホルダ１０４、面状ヒータ（加熱手段）１０１ａ、加圧ステー１０４ａ、エンドレスベルトからなる定着ベルト１０５、定着ベルト１０５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は横断面が略半円弧状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の板状発熱体である。このヒータ１０１ａはヒータホルダ１０４の外面にホルダ長手に沿って形成されている溝部には嵌め込まれて保持されている。加圧ステー１０４ａは横断面が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（外挿）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は定着ベルト１０５の幅方向一端側と他端側の内面を保持しその回転をガイドするとともに、定着ベルト１０５の幅方向への移動を規制する役目を果たす。

フランジ１０６Ｌ・１０６Ｒは、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、定着ベルト端部の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、後述する加圧バネ１１０Ｌと１１０Ｒ（図８）による押圧力を受ける。

（２−２−１）定着ベルトの構成
図７の（ａ）は図６の（ａ）におけるニップ部１０１ｂの部分拡大図である。（ｂ）は定着ベルト１０５の層構成である。を、（ｃ）は加圧ローラ１０２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。

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おり、弾性層１０５ｃを基層１０５ａに接着する役割を果たす。

弾性層１０５ｃは耐熱ゴムからなり、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。

（２−３）加圧ローラの構成と加圧方法
図７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と、弾性層１０２ｂを被覆する離型層１０２ｃと、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。

図８に示すように、加圧ローラ１０２は、筺体１００の一端側と他端側の側板１０７Ｌ・１０７Ｒの間において、芯金１０２ａの一端側と他端側がそれぞれ軸受１１３を介して回転可能に支持されている。

定着ベルトユニット１０１は側板１０７Ｌと側板１０７Ｒとの間において、加圧ローラ１０２に対してヒータ１０１ａの側を対向させるように、加圧ローラ１０２に平行に配列されている。フランジ１０６Ｌと１０６Ｒは、それぞれ側板１０７Ｌと１０７Ｒに形成されたガイド穴１０８Ｌ・１０８Ｒに、加圧ローラ１０２の方向へスライド移動可能に嵌着されている。そして、フランジ１０６Ｌと１０６Ｒは、バネ座１０９Ｒと１０９Ｌに支持された加圧バネ１１０Ｌと１１０Ｒにより、被押圧部１０６ｃにおいて加圧ローラ１０２に向かう方向に所定の押圧力Ｔで押圧されている。

上記の押圧力により、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は定着ベルト１０５を介して加圧ローラ１０２に対して弾性層１０２ｂの弾性に抗して所定の押圧力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に関して所定幅のニップ部１０１ｂが形成される。

加圧ローラ１０２の芯金１０２ａの他端側には同心一体に駆動ギアＧが配設されている。このギアＧに制御回路部Ａで制御されるモータ（駆動源）Ｍの駆動力が駆動伝達機構（不図示）を介して伝達されて加圧ローラ１０２が駆動回転体として回転駆動される。

（２−４）定着処理
定着装置１０３の定着処理の動作は次のとおりである。制御回路部Ａは、所定の制御タイミングでモータＭを起動させて加圧ローラ１０２を図６、図７の（ａ）において矢印Ｒ１０２の方向に所定速度で回転駆動される。加圧ローラ１０２が回転駆動されることで、ニップ部１０１ｂ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は、その内面がニップ部１０１ｂにおいてヒータ１０１ａとヒータホルダ１０４の一部に密着して摺動しながら、ヒータホルダ１０４と加圧ステー１０４ａの外回りを矢印Ｒ１０５の方向に従動回転する。定着ベルト１０５の回転周速度は加圧ローラ１０２の回転周速度とほぼ対応している。

また、制御回路部Ａは電源部Ｈ（図５）からヒータ１０１ａに対する通電を開始する。電源部Ｈからヒータ１０１ａへの給電経路は図には省略したけれども、電源部Ｈとヒータ１０１ａとを電気的に接続させた配線とコネクタを介してなされる。この通電によりヒータ１０１ａは急速に昇温する。加圧ステー１０４ａ上には温度センサとしての接触式または非接触式のサーミスタＴＨが設けられている。サーミスタＴＨはベルト１０５の温度に応じた信号を制御回路Ａに出力する。

制御回路部ＡはサーミスタＴＨで検知されるベルト温度に基づいてヒータ温度が所定の目標設定温度Ｔｐ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。本例における目標設定温度Ｔｐは約１７０℃である。

上記の定着装置状態において、図１と図７の（ａ）のように、画像形成部４の二次転写ニップ部（第１の位置）２１にて未定着トナー像Ｓが形成された用紙Ｐが定着装置１０３側に搬送される。そして、用紙入口４００から定着装置１０３に入り、ニップ部（第２の位置）１０１ｂで挟持搬送される。

本例においては、定着装置１０３は中間転写ベルト１４よりも重力方向上方に位置しており、定着ニップ部１０１ｂは二次転写ニップ部２１よりも重力方向上方に位置している。従って、二次転写ニップ部２１を出た用紙Ｐは上方に搬送されて定着装置１０３に対して下から上に導入される。

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。

そして、ニップ部１０１ｂで挟持搬送された用紙Ｐは用紙出口５００から定着装置１０３を出て、排紙ガイド部材２２を経由して排出ローラ対２３により排出トレイ２４上に送出される。

（３）ダストの発生
次に、トナーＳに含有される離型剤（以下、ワックスと称する）に起因するダストの発生と、ダストの性質について説明する。

（３−１）トナーＳに含有されるワックス
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る。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ことが可能となる（離型作用）。

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Ｔｐである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。

ワックスが溶融する際、ワックス中の低分子量成分等、ワックスの一部は気化（揮発）する。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、一定の分布がある。つまりワックスには、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があって、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ものと推察される。

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。ダストは、定着装置１０３の熱に起因する上昇気流によって、定着装置１０３の上方にある排紙ガイド部材２２や排出ローラ対２３の周辺に運ばれ、それらに固着、堆積して汚れを生じさせる恐れがある。そして、その汚れは用紙Ｐに移行して画像に影響してしまう恐れがある。

（３−２）定着処理に伴いワックスから発生する粒子（ダスト）について
本発明者等の研究によれば、定着処理時に気化（揮発）し、その後、凝縮したワックス（離型剤）成分からなるダストＤ（図１）の多くが、定着装置１０３の用紙入口４００の近傍に存在することが分かった。また、ダストは、気温が高い状況では大粒径化して近傍部材に付着しやすくなる現象を生じることが分かった。以下、詳述する。

（３−２−１）ダストの性質
ワックスに起因するダストの性質として、高温下で大粒径化する性質と、大粒径化したダストが周辺の固形物に付着する性質が知られている。図９の（ａ）と（ｂ）は、それらの性質を説明する図である。

（ａ）に示すように、加熱源３０ａの上に沸点１５０〜２００℃の高沸点物質３０を置き、２００℃前後に加熱すると、高沸点物質３０の揮発物３１ａが発生する。揮発物３１ａは常温空気に触れると直ちに沸点温度以下になるので、空気中で凝縮し、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の粒径の微粒子（ダスト）３１ｂ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。

なお上記のような過程で生成したダスト３１ｂ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３１ｃ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（ブラウン運動が強くなる）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は定着ベルト１０５近辺の空間温度が高い程大きくなり、且つダストの個数は減少する。

なお、ダストの大型化は、ダストが一定サイズ以上になると次第に鈍化して止まる。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が不活発になり、粒子同士の衝突頻度を減らすためと推定される。

次に、図９の（ｂ）において、微小ダスト３１ｂとより大きなダスト３１ｃを含んだ空気αが、気流３２に沿って壁３３に向かう場合を考える。この時、微小ダスト３１ｂよりも大きなダスト３１ｃの方が壁３３に付着しやすく、拡散され難い。これは、ダスト３１ｃは慣性力が大きく、壁３３に勢いよく衝突するためと推定される。従って、雰囲気を高温に保ってダストの大粒径化を促進すればするほど、ダストは定着装置内に付着し易くなり（多くは定着ベルトに付着）、結果として定着装置外に拡散され難くなる。

このように、ダストは高温下で合体が促進されて大粒径化する性質と、大粒径化によって周辺物体に付着し易くなるという二つの性質を持っている。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、また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。

図１０の（ａ）と（ｂ）は、画像形成開始後の経過時間と、定着装置１０３の周囲に放散されるダスト（ダスト発生量）の関係を示したものであり、ダスト発生と温度（定着装置１０３周辺の気温）の関係を間接的に示すものである。

（ａ）に示すように、画像形成開始後にダストは急上昇し、約１００秒後にピークになった後、徐々に低下していく。低下する理由は、画像形成開始後に定着ベルト１０５の周辺の気温が上昇してダストの大粒径化を促進し、大粒径化したダストを定着ベルト１０５とその周辺にある筐体１００に付着させてしまう為である。

（ｂ）は、定着装置１０３の用紙入口４００の付近に外気を送り込み、周辺の気温を下げた時のダスト発生量を示している。（ａ）に比べて（ｂ）のダスト発生量は、画像形成開始後２００秒程度までは２〜５倍に増えていることがわかる。

なお、画像形成開始後３００秒を超えた後は、（ａ）と（ｂ）との間でダスト発生量に大きな差が生じていない。これは、定着装置１０３の熱が画像形成装置の周辺ユニットに伝わってその温度を上昇させ、周辺ユニットの間を通る前述の外気が、用紙入口４００の付近に到達するまでの間にその温度を低下させてしまう為と推定される。

このようにダストは、画像形成開始後の一定時間に多く発生する為、その間は特に、ダストをなんらかの手段で除去する必要がある。

（３−２−２）ダストの発生箇所
次に、ダストの発生箇所について、図１１と図１２に基づいて説明する。図１１は、トナー像Ｓを載せた用紙Ｐがニップ部１０１ｂで挟持搬送されている間に、ダストを発生させている様子を示している。用紙Ｐ上のトナーＳ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に移行して、定着ベルト１０５が回転する間に加熱される。

定着ベルト１０５の表面（離型層１０５ｄ）の温度は、ニップ部１０１ｂにおける用紙Ｐとの接触によって１００℃程度まで低下してしまうが、定着ベルト１０５の裏面（基層１０５ａ）の温度はヒータ１０１ａとの接触によって高温に保たれている。そのため定着ベルト１０５がニップ部１０１ｂを通過した後、高温に保たれた基層１０５ａの熱が、プライマ層１０５ｂと弾性層１０５ｃを経由して離型層１０５ｄに伝わっていく。

その為定着ベルト１０５の表面（離型層１０５ｄ）の温度は、Ｒ１０５方向に回転する過程で、ニップ１０１ｂを通過した後に上昇してゆき、ニップ１０１ｂの入口側付近で最も高い温度に達する。

図１１の（ａ）に示すように、用紙先端の一部がニップ１０１ｂを抜けた段階では、トナー像から定着ベルト１０５に移行したワックスは領域１３５ａにしか存在しない。この領域の温度は低い為、ワックスは揮発せず、ダストも発生しない。さらに用紙Ｐが図１１の（ｂ）のようにニップ部１０１ｂを進行すると、ワックスは定着ベルト１０５の全周に存在し（領域１３５ｂ）、高温となるニップ部１０１ｂの入口側付近、すなわち図１１の（ｂ）の領域１３５ｃでワックスが揮発する。揮発したワックスはすぐに凝縮し始める為、ダストＤはニップ部１０１ｂの入口付近に多く存在するわけである。

さらに、ダストＤは、図１２に示すように定着ベルト１０５周辺のエアフローによって搬送される。即ち、定着ベルト１０５はＲ１０５方向に回転している為、その回転につられてエアフローＦ１が定着ベルト１０５の表面付近に発生する。またＸ方向に沿って搬送される用紙Ｐの移動に伴い、用紙Ｐの表面付近にエアフローＦ２が発生する。

エアフローＦ１とエアフローＦ２は、ニップ部１０１ｂの入口付近で衝突して図１２中のＷに示す方向に流れるエアフローＦ３を生じる。そのためニップ部１０１ｂの入口側付近において定着ベルト１０５表面から発生したダストＤは、エアフローＦ１とエアフローＦ３に搬送されて、Ｗ方向に拡散していく。
（４）ダストの除去
以上で述べたダストの性質を踏まえて、図面に基づいて本例におけるダストの除去方法を説明する。図１はダスト除去ユニット５０の設置位置を説明する図である。図２はダスト除去ユニット５０の斜視図である。図３は定着装置１０３に進入する用紙Ｐを説明する図である。

ダスト除去ユニット５０は、図１に示すように、画像形成部４の二次転写ニップ部（第１の位置）２１と、定着装置１０３のニップ部（第２の位置）１０１ｂとの間に位置している。ダスト除去ユニット５０は、エアフロー発生手段であるファン６１によって、ダクト５２の吸気口５２ａからダストＤを含むエアを吸入し、排気口５２ｂから機外へ排気するように構成されている。

本例におけるダクト５２は定着装置１０３の長手に沿って長い横断面矩形の中空体である。吸気口５２ａは当該ダクトの長手方向の一側面に長手に沿うスリット状の開口部として形成されている。ダクト端部一方は閉塞されており、他方の端部は排気口５２ｂとして開放されている。この排気口５２ｂにファン６１が配設されている。ファン６１は制御回路部Ａによって制御される。ファン６１が駆動されることでダクト内のエアが排気口５２ｂから排気されるによって吸気口５２ａからダクト内にエアが吸入される。

吸気口５２ａは、二次転写ニップ部２１と定着装置１０３のニップ部１０１ｂとの間の中間よりも、ニップ部１０１ｂ側に配置されており、さらに、ニップ部１０１ｂの近傍に位置している。そして、図１２に示すようにニップ部１０１ｂの入口付近からエアフローＦ３によって運ばれてくるダストＤを受ける位置に設けられている。即ち、吸気口５２ａはニップ部１０１ｂに近接して且つニップ部１０１ｂの長手方向に沿って配置されている。

さらにダクト５２内にはダスト除去ヒータ５１が設けられ、後述するようにダストＤを除去する役目を果たしている。即ち、吸気口５２ａと排気口５２ｂの間に、ダクト５２に吸引されたエアの温度を上昇させる加熱手段としてのヒータ５１が配設されている。ヒータ５１は吸気口５２ａに近接して設けられている。

ダストが除去される原理は、図９の（ａ）、（ｂ）で説明した原理を用いている。すなわち、吸気口５２ａから吸気されたダストＤを含むエアは、ダスト除去ヒータ５１によって気中温度が吸気口５２ａを通過したときよりも上昇させられる。これにより、ダストＤ同士の合体を促進させ大粒径化させると共にダストＤの数を減少させる。さらに大粒径化したダストＤはダクト内に付着し易くなるので、機外に排出されるダストは減少する。

例として、図１３にダストＤを含むエアの温度を上昇させた際のダスト個数濃度の変化を示す。ダスト個数濃度は、常温約２５℃から約５０℃まで上昇させることで約５０％減となる。

また、吸気口５２ａは、図２、図３に示すように、用紙搬送方向Ｘと直角方向に一定の長さを有している。これにより、用紙Ｐのトナー像から定着ベルト１０５に移行したワックスから発生するダストＤを、定着ベルト１０５の長手方向（幅方向）において確実に捕集できるように構成されている。

図３の用紙Ｐ上に斜線で示した領域Ｅは、用紙Ｐ上の画像形成可能領域（用紙Ｐの実際の画像形成面は図３の用紙Ｐの反対面側になる）を示している。そして、吸気口５２ａの長手方向の長さＷｆは、画像形成可能領域Ｅの幅（最大画像幅）Ｗｐ−ｍａｘを上回るように設定されている。

なお、画像形成装置が大小複数の幅サイズの用紙を利用可能な場合は、最も利用頻度が高い幅サイズにおいてＷｆ＞Ｗｐ−ｍａｘとなるようにすれば良い。最小幅サイズの用紙の使用頻度が高い場合は、最小幅サイズ用紙の最大画像幅Ｗｐ−ｍａｘに基づいてＷｆ＞Ｗｐ−ｍａｘとなるように吸気口５２ａの長手方向の長さＷｆを設定することができる。即ち、吸気口５２ａの長さＷｆは、装置に使用可能な最小幅サイズの用紙の最大画像幅Ｗｐ−ｍａｘをカバーする長さである。

また、最大幅サイズ用紙の使用頻度が高い場合は、最大幅サイズ用紙の最大画像幅Ｗｐ−ｍａｘに基づいてＷｆ＞Ｗｐ−ｍａｘとなるように吸気口５２ａの長手方向の長さＷｆを設定することができる。即ち、吸気口５２ａの長さＷｆは、装置に使用可能な最大幅サイズの用紙の最大画像幅Ｗｐ−ｍａｘをカバーする長さである。

さらに、吸気口５２ａは、図１に示すように、定着ベルト１０５の近傍に配置されると共に、定着装置１０３に進入する用紙Ｐと対向する位置にある。このような配置によって、ダスト除去ユニット５０は小型化を可能とする。すなわち、吸気口５２ａがダスト発生箇所である定着ベルト１０５の近傍にあると同時に用紙Ｐに対向する位置に配置される。これによって、ダスト除去ユニット５０はニップ部１０１ｂから吸気口５２ａにエアを導く経路を省略することができるので、全体を小型化し易い。

また、吸気口５２ａは、風量分布が定着ベルト１０５の長手方向において均一となるような形状となっている。即ち、図２のように、吸気口５２ａはファン６１から遠い側の端部の幅は近い側の端部の幅を所定に狭くし、吸気口５２ａの長手に沿って遠い側から近い側になるにつれて開口幅を漸減させたクサビ型のスリット開口にしている。これにより吸気口５２ａで吸気されるエアの吸気口長手方向に沿う風量分布がほぼ均一であるようにしている。風量が均一化される結果、ダスト除去ユニット５０は、定着ベルト１０５から発生するダストを効率良く（最小限の風量で）回収することができる。

ダスト除去ユニット５０の作動によって生じるエアフローは、定着装置１０３から離れた位置から導かれたものであり、その気温は室温に近い。そのため、ダスト除去ユニット５０の吸引風量を最小限にすることは、定着ベルト１０５の近傍の気温の低下を最小限にすることにつながる。その結果として、気温低下によるダスト５０の増大（前述の図９の説明を参照）を抑えることと同時に、以下の観点で省エネ上も有利となる。

まずは、定着ベルト１０５の温度低下を抑えられること、次に、風量が下がれば吸気エアの温度を上昇させるのに必要なダスト除去ヒータ５１の電力を小さくできることである。

ダスト除去ヒータ５１の電力の例として、画像形成開始直後のように定着装置１０３の用紙入口４００の温度が上昇していない状態での吸気エア温度が２５℃だと仮定し、それを５０℃まで上昇させるのに必要な電力は以下のようになる。

吸気口５２ａの長手方向長さ３５０ｍｍ、短手方向の長さの長手方向平均が２０ｍｍで、長手方向の平均風速０．１ｍ／ｓ確保する場合、吸気風量は０．０４２ｍ＾３／ｍｉｎとなる。ダスト除去ヒータ５１の電力が全て吸気エアの温度上昇に用いられると仮定した場合の必要電力は、約２０Ｗとなる。

それに対し、先行技術での吸気口位置で、ダスト発生領域である用紙入口４００全域を０．１ｍ／ｓ以上で吸気しようとすると、必要となる風量は０．５ｍ＾３／ｍｉｎ以上と試算され、加熱処理に２００Ｗ以上の電力が必要となる。このことから、本例が省エネであることが分かる。

さらに、図１、図２に示すように、ダスト除去ヒータ５１は、ダクト５２内の、吸気口５２ａ近傍に設けられており、ダスト除去ユニット５０の吸気エアがダスト除去ヒータ５１までに至る経路が短い。そのため吸気エアの温度低下が小さい段階で加熱を行うことができ、さらなる省エネに貢献している。

以上で本発明の実施例を説明したが、本発明にかかる構成はこの実施例に限定されない。例えば、定着方式は、熱ローラ方式であっても良いし、電磁誘導加熱を利用する方式でも良い。また吸気口５２ａは、定着ベルト１０５の長手方向両端部に二つ以上設置されていても良い。さらに吸気口５２ａは、用紙搬送路に対して加圧ローラ側に設置されていても良い。定着装置１０３は縦パス構成に限定されず、横パスや斜めに用紙を搬送するタイプであっても良い。ファン６１は、クロスフローファンでも、ブロワファンでも良い。

また、実施例では、画像形成装置１として、ドラム９を複数備えたマルチファンクションプリンタを取り上げた。しかし、ドラム９を一つ備えたモノクロのマルチファンクションプリンタやシングルファンクションプリンタに搭載する画像形成装置にも本発明を適用することができる。したがって、本発明を搭載する画像形成装置は、マルチファンクションプリンタに限定されるものではない。

１・・画像形成装置、４・・画像形成部、１０３・・定着部、２１・・第１の位置（２次転写ニップ部）、１０１ｂ・・第２の位置（定着ニップ部）、Ｐ・・シート、Ｓ・・トナー像、５０・・ダスト除去ユニット、５２・・ダクト、５２ａ・・吸気口、５２ｂ・・排気口、５１・・加熱手段（ダスト除去ヒータ）、６１・・エアフロー発生手段（ファン）

Claims (9)

1. 離型剤を含有するトナーを用いてシートにトナー像を第１の位置にて形成する画像形成部と、
   前記画像形成部によりシートに形成されたトナー像を第２の位置にて熱と圧力により定着する定着部と、
   前記第１の位置と前記第２の位置の間に吸気口を有し、機外に排気を行う排気口を有するダクトと、
   前記ダクトにエアフローを発生させるファンと、
   前記吸気口と前記排気口の間に配置され、前記ダクトに吸引されたエアの温度を上昇させるヒータと、を備え
   前記吸気口は前記第２の位置に近接して且つ前記第２の位置の長手方向に沿って配置されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 第２の位置は第１の回転体と第２の回転体とで形成され、前記シートを挟持搬送して前記トナー像を熱と圧力により定着するニップ部であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記吸気口の長さは、装置に使用可能な最小幅サイズのシートの最大画像幅をカバーする長さであることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記吸気口の長さは、装置に使用可能な最大幅サイズのシートの最大画像幅をカバーする長さであることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
5. 前記ヒータは前記吸気口に近接して設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記吸気口で吸気されるエアの吸気口長手方向に沿う風量分布はほぼ均一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画像形成装置。
7. 前記第２の位置は前記第１の位置よりも重力方向上方に位置していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の画像形成装置。
8. 前記画像形成部は、感光体と、前記感光体から一次転写されトナー像を前記第１の位置にてシートに二次転写するための中間転写体と、を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の画像形成装置。
9. 前記定着部は前記中間転写体よりも重力方向上方に位置していることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。