JP2019012178A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナーのワックスに起因する所定のダストを通紙中も効率的に除去する。【解決手段】転写装置と定着装置の間にダクト吸気口、ダクト排気口を設け、循環エアフローを形成し、循環エアフローにおいてダストを濾過するフィルタを設けることで、通紙中も効率的にダストを除去する。【選択図】図１

Description

本発明は、シート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。

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に記載の定着装置では、揮発性有機物が定着器の周りに拡散するのを防止するため、記録材Ｐの出入りを許容しつつ定着器を取り囲むことにより実質的に閉空間を形成するハウジングと、このハウジング内のエア循環路においてエアを循環させるファンと、エア循環路において揮発性有機物を吸収するフィルタと、を設けている。

特開２００７−１７１９２１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通紙中に紙が循環エアを遮ることでダストが定着器外に拡散してしまう。

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通紙中も効率的に除去することである。

本発明の定着装置は、離型剤を含有するトナーを用いてシート（P）にトナー像を転写する転写手段（１２）と、
加熱手段を有する第一の回転体（１０５）と、第二の回転体（１０２）の間に形成されたニップ部（１０１ｂ）にて前記トナー像を熱定着する熱定着装置（１０３）と、
前記ニップ部と前記転写手段の間に吸気口（５２ａ）および排気口（５２ｂ）を有するダクト（５２）と、
前記ダクトにエアフローを発生させるエアフロー発生手段（６１）と、
前記ダクトに吸引されたエアからダストを濾過する濾過手段（５１）と、
を備えた画像形成装置において、
前記ダクトは、前記ニップ部と前記転写手段の間であって前記シートの軌跡面に対し前記第一の回転体側に配置され、
前記吸気口は前記ニップ部近傍に配置され、
前記排気口は前記濾過手段で濾過されたエアの少なくとも一部を前記吸気口付近に排気することで循環エアフローを形成する
ことを特徴としている。

本発明によれば、トナーの離型剤に起因する所定のダストを通紙中も効率的に除去することができる。

定着装置周辺の概略断面図である。 循環エアフローの説明断面図である。 ダクトユニットの斜視図である。 画像形成装置の概略断面図である。 定着ユニットの分解斜視図である。 （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する模式図である。 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。 制御手段を説明するブロック図である。

以下、本発明に係る画像形成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）画像形成装置の全体構成
ダストを濾過手段で除去する方法を説明する前に、まず、画像形成装置の全体構成について説明する。図４は画像形成装置１の概略断面図、図１２は画像形成装置の制御部を説明するブロック図である。この画像形成装置１は、電子写真プロセスを用いた、４色フルカラーのマルチファンクションプリンタ（カラー画像形成装置）である。即ち、画像形成装置は、パーソナルコンピュータやイメージリーダ２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（図１２参照）される電気的画像信号に基づいて、シート（記録材）Ｐに画像形成を行う。シートＰは、用紙、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は入力装置Ｂやマルチファンクションプリンタの操作部Ｃ（不図示）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は画像形成部５として第１から第４の４つの画像形成ステーション５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋを備えている。第１から第４の画像形成ステーション５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは装置本体１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。

各画像形成ステーションは同様の電子写真プロセス機構を有している。本例の各画像形成ステーション５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、画像が形成される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）６を有する。また、このドラム６に作用するプロセス手段としてのクリーニング部材４１、現像ユニット９、帯電ローラ（不図示）を有している。

第１の画像形成ステーション５Ｙは現像ユニット９のトナー収容室内にイエロー（Ｙ）色の現像剤（以下、トナーと記す）を収容している。第２の画像形成ステーション５Ｍは現像ユニット９のトナー収容室内にマゼンタ（Ｍ）色のトナーを収容している。第３の画像形成ステーション５Ｃは現像ユニット９のトナー収容室内にシアン（Ｃ）色のトナーを収容している。第４の画像形成ステーション５Ｋは現像ユニット９のトナー収容室内にブラック（Ｋ）色のトナーを収容している。

各画像形成ステーション５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの下側には、それぞれのドラム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。また各画像形成ステーション５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの上側には、中間転写ベルトユニット１０が設けられている。

ユニット１０は、中間転写ベルト（以下、ベルトと記す）１０ｃとそれを駆動する駆動ローラ１０ａ有する。また、ベルト１０ｃの内側には各画像形成ステーション５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋのそれぞれのドラム６に対向する第１から第４の４つの一次転写ローラ１１が平行に配設されている。各画像形成ステーション５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋのそれぞれのドラム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。

ベルト１０ｃを回転駆動する駆動ローラ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と転写手段である二次転写ローラ１２との接触部１２aは二次転写部を形成する。またベルト１０ｃにテンションを与えるテンションローラ１０ｂのベルト屈曲部の外側には転写ベルトクリーニング装置１０ｄが配設されている。画像形成装置１の下部には、用紙のカセット３が配設されている。

図４においてカセット３からピックアップされた用紙Ｐを上方へ搬送する上向きの用紙搬送路（縦パス）Ｑが配設されている。この用紙搬送路Ｑには下側から上側に順に、給送ローラ４ａとリタードローラ４ｂとのローラ対、レジストローラ対４ｃ、二次転写ローラ１２、定着装置１０３、排出ローラ対１４が配設されている。またイメージリーダ２の下方は排出トレイ１６となっている。

（１−１）画像形成装置の画像形成シーケンス
フルカラー画像を形成するための動作は次のとおりである。制御回路部Ａはプリント開始信号に基づいて画像形成装置の画像形成動作を開始させる。即ち、画像形成タイミングに合わせて第１から第４の各画像形成ステーション５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋのドラム６が図中時計方向に所定の速度で回転駆動される。ベルト１０ｃはドラムの回転に順方向に、ドラム６の速度に対応した速度で回転駆動される。レーザースキャナユニット８も駆動される。

この駆動に同期して、各画像形成ステーション５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋにおいて、所定の帯電バイアスが印加された不図示の帯電ローラによりドラム６の表面が所定の極性・電位に均一に帯電される。レーザースキャナユニット８は各ドラム６の表面をＹ・Ｍ・Ｃ・Ｋの各色の画像情報信号に応じて変調されたレーザービームで走査露光する。これにより、各ドラム６の表面に対応色の画像情報信号に応じた静電潜像が形成される。形成された静電潜像は現像ユニット９によりトナー像として現像される。

上記のように形成されたＹＭＣＫ各色のトナー像は、一次転写部において、ベルト１０ｃ上に重ねて一次転写される。このようにして、移動するベルト１０ｃ上にＹ色＋Ｍ色＋Ｃ色＋Ｋ色の４色フルカラーの未定着トナー像が合成形成される。そしてこの未定着トナー像はベルト１０ｃの回転により搬送されて転写部である接触部12aに至る。なお各画像形成ステーション５において、ベルト１０ｃに一次転写した後のドラム６の表面は、クリーニング部材４１により残トナーをクリーニングされる。

一方、カセット３内の用紙Ｐは、所定の制御タイミングで給送ローラ４ａとリタードローラ４ｂによって１枚分給送されてレジストローラ対４ｃへ搬送される。用紙Ｐは、レジストローラ対４ｃ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る。二次転写ローラ１２は、所定の制御タイミングにて、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の二次転写バイアスが印加される。これにより、用紙Ｐが二次転写部を挟持搬送されていく過程において、ベルト１０ｃ上の４色トナー像が用紙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。定着装置１０３を出た用紙Ｐは、排紙ガイド部材１５と排出ローラ対１４を経て排出トレイ１６に排出される。用紙Ｐに対するトナー像の二次転写後にベルト１０ｃの表面に残留した残トナーは、転写ベルトクリーニング装置１０ｄによりベルト表面から除去される。

なお、本実施例では、画像形成装置１として、ドラム６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が、ドラム６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。

（２）定着装置１０３とダスト発生
次に定着装置１０３と、ダストの発生について説明する。
（２−１）定着装置１０３
図５の（ａ）は定着装置１０３の概略断面図、（ｂ）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、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、加熱手段である面状のヒータ１０１ａ、筐体１００により構成される。筐体１００には、図５の（ａ）に示すように用紙入口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１０５と加圧ローラ１０２は配置されている。本例の装置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。

また用紙入口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の回転軸方向に向かって複数設けられている。コロ１００ａは、用紙入口４００に侵入する用紙Ｐが変形して、用紙Ｐ上の未定着トナー像が筐体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、定着した用紙の搬送をガイドする排紙ガイド部材１５が設けられている。

（２−２）定着ベルトユニット１０１の構成
図５の(a)と(b)に示すように定着ベルトユニット１０１は、ヒータホルダ１０４、加熱手段である面状のヒータ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。ヒータホルダ１０４に保持されるヒータ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。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。そして加圧ステー１０４ａの長手方向略中央付近には、検知手段であるサーミスタＴＨが設けられている。サーミスタＴＨは第一の回転体である定着ベルト１０５の温度を検出する。

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、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、後述する加圧バネ１０８Ｌと１０８Ｒ（図7参照）による押圧力を受ける。

（２−２−１）定着ベルトの構成
図６の（ａ）は図５の（ａ）におけるニップ部１０１ｂの部分拡大図である。図６の(b)は定着ベルト１０５の層構成を、図６の(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６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。

図７に示すように、加圧ローラ１０２は側板１０７Ｌと側板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。ここで、定着ベルトユニット１０１のフランジ１０６Ｌと１０６Ｒは、それぞれ側板１０７Ｌと１０７Ｒに形成されたガイド穴（不図示）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１０８Ｌと１０８Ｒ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。

その結果、定着ベルト１０５は、不図示の駆動源によってギアＧを介して駆動される加圧ローラ１０２の回転に従動回転することになる。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としての機能も担っている。

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（図６参照）を形成する。

（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（図１２）は、所定の制御タイミングで加圧ローラ１０２を、図１の（ａ）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７）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。

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。この通電によりヒータ１０１ａは急速に昇温する。その昇温は、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。本実施例における目標設定温度Ｔｐ（図１４の(a)）は約１７０℃である。

上記の定着装置状態において、接触部１２ａ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、排紙ガイド部材１５を経由して排出ローラ対１４により排出トレイ１６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１５や排出ローラ対１４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の多くが、定着装置の用紙の導入口４００（図1）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８の（ａ）と（ｂ）は、それらの性質を説明する図である。

図８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、空気中で凝縮し、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。

なお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（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８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。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9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。

図９の(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。

図9の(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。図９の（ａ）に比べて図9の（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、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、ダストをフィルタ等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１０と図１１に基づいて説明する。図１０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の入口側付近で最高温度に達する。

図１０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。

さらに用紙がニップ部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（１３５ｂ）、高温となるニップ１０１ｂの入口側付近、すなわち図１０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、ダストはニップ１０１ｂの入口付近に多く存在するわけである。さらにダストは、図１１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。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１１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、図面に基づいて本発明におけるダストの除去方法を説明する。

図１はフィルタユニット５０の設置位置を、図２は循環エアフローを、図３はフィルタユニット５０の斜視図を説明する図である。

フィルタユニット５０は、図１に示すように、定着装置１０３のニップ部１０１ｂと、転写手段である二次転写ローラ１２の間に位置しており、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を含むエアを吸入するように構成されている。ファン６１は、吸気口５２ａを介してダクト５２内のエアを吸気し、排気口５２ｂから吸気口５２ａ付近に排気を行う。吸気口５２ａは、上端部がニップ部１０１ｂと近傍に位置しており、図１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を受け止める位置に設けられている。排気口５２ｂは、ニップ部１０１ｂの入口付近からのエアフローＦ３を妨げないよう、吸気口５２ａより二次転写ローラ１２側に設けられている。そして、吸気口５２ａには静電不織布フィルタからなるフィルタ５１が設けられ、ダストを濾過（除去）する役目を果たしている。

静電不織布フィルタは、静電気を保持した繊維を不織布状に形成したもので、低い通気抵抗でありながらダストを高効率で濾過（除去）することができる。本発明の実施例で用いたフィルタは、風速10cm/sでダストを含むエアを通過させた時に、通気抵抗が約20Paで除去率が75%程度のものを使用している。本フィルタに風速10cm/sで１回ダストＤを含むエアを通過させるだけでは25％のダストが残ってしまうが、本発明では後述する循環エアフローにより、ダストのほとんどを除去することができる。このように、低い風速でもダストＤの除去が可能であるため、定着装置１０３のニップ部１０１ｂと、転写手段である二次転写ローラ１２の間には低い風速のエアしか流れず、用紙Ｐの挙動を妨げにくい。また、一般的に、ダスト除去率が高いフィルタは、通気抵抗が高くなってしまうが、本発明のように循環エアフローを用いることで通気抵抗の低いフィルタを使うことができ、小型なファンを用いられることから、装置の小型化に貢献できる。たとえば、通気抵抗20Pa程度の場合、40mm角の軸流ファンを用いても、0.1m^3/minの流量が確保できる。

次に、図２を用いて循環エアフローについて説明する。吸気口５２ａから吸気されたダストＤを含むエアは、フィルタ５１によって一部のダストＤが濾過され、排気口５２ｂから吸気口５２ａ付近に排気され、新たにニップ部１０１ｂの入口付近から運ばれてきたダストＤと混じり、再度吸気口５２ａから吸気される。このように、１度フィルタ５１を通過したエアが何度もフィルタ５１を通過することで、ダスト捕集効率がさほど高くないフィルタを用いた場合でも、ほとんどのダストを除去可能となる。さらに、定着ベルト１０５の近傍のエアを循環させることで、定着ベルト１０５の近傍の気温低下を最小限にすることにつながり、その結果として気温低下によるダストの増大（前述の図９の説明を参照）を抑えると同時に、定着ベルト１０５の温度低下を抑えて省エネ上も有利になる。

また、定着装置１０３の長手方向から見た排気口５２ｂからの排気エアの風向き線Ｎと、用紙Ｐの軌跡面とでなす角のうち、用紙Ｐの軌跡面に対し定着ベルトユニット１０１側で、用紙Ｐの軌跡面に対し定着装置１０３側のなす角θ１は、鈍角となっている。これにより、通紙時に用紙Ｐに当たった排気口５２ｂから排気されたエアが、二次転写ローラ１２側に逃げることなく、吸気口５２ａに吸気される。

さらに、定着装置１０３の長手方向から見た排気口５２ｂからの排気エアの風向きＮと、定着前ガイド部材１７とでなす角のうち、用紙Ｐの軌跡面に対し定着ベルトユニット１０１側で、用紙Ｐの軌跡面に対し定着装置１０３側のなす角θ２は、鈍角となっている。これにより、用紙Ｐが通過していないときや、小サイズの用紙を通紙している際の定着装置１０３の長手方向の非通紙領域でも、通紙時に定着前ガイド部材１７に当たった排気口５２ｂから排気されたエアが、二次転写ローラ１２側に逃げることなく、吸気口５２ａに吸気される。ここで、前述した吸気口５２ａの上端部がニップ部１０１ｂと近傍に位置している効果は、ニップ１０１ｂの入口側付近において発生したダストＤを効率的に吸気できることだけでなく、定着装置１０３側に運ばれた排気口５２ｂから排気されたエアが用紙入口４００から逃げる隙間を小さくでき、捕集されずに画像形成装置１内に拡散するダストを少なくできることにもある。

ここで、図３を用いて吸気口５２ａ、排気口５２ｂについて説明する。排気口５２ｂの形状は、排出されるエアの定着装置１０３の長手方向の風量分布が略均一となるような形状となっている。また、吸気口５２ａに通気抵抗体であるフィルタ５１を配置することによって、フィルタ５１の背面領域全域を一定負圧に保つことができ、フィルタ５１に吸引されるエアの風速・風量は、フィルタ５１の全面にわたって均一化される。以上、風量が均一化される結果、フィルタユニット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、通過する用紙の挙動をさらに妨げづらくすることや、定着ベルト１０５の近傍の気温低下を最小限にすることに貢献している。

そして、排気口５２ｂの定着装置１０３の長手方向の長さＬｂは吸気口５２ａの定着装置１０３の長手方向の長さＬａより短い。これは排気口５２ｂから排気されるエアは定着装置１０３の長手方向に広がるため、そのエアを吸気口５２ａの範囲外に逃がさないためである。以上のように、本発明によれば通紙時、非通紙時にかかわらず循環エアフローが形成され、効率よくダストＤの除去を行うことができる。

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実施例に限定されない。例えば濾過手段であるフィルタ５１は平面であっても良いし、不織布フィルタ以外のハニカムフィルタ等であっても良い。また濾過手段は帯電装置でダストを帯電させ、静電処理した不織布フィルタで帯電させたダストを補足するタイプであっても良い。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。またフィルタは、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。

さらにフィルタは、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。定着装置は縦パスに限定されず、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、ファン６１をダクト５２の、定着装置１０３の長手方向のフィルタ５１がある領域内に配置しているが、定着装置１０３近傍のスペースの都合によっては、定着装置１０３の長手方向のフィルタ５１がある領域の外に設けてもよい。

また、本実施例ではフィルタを吸気口５２ａに設けたが、排気口５２ｂ側に設けてもよい。但し、その場合は吸気口５２ａの形状を吸気されるエアの定着装置１０３の長手方向の風量分布が実質均一となるようにすることが望ましい。

1・・画像形成装置、5・・画像形成部、6・・ドラム、10c・・転写ベルト、12・・二次転写ローラ、12a・・接触部、14・・排出ローラ対、15・・排紙ガイド部材、17・・定着前ガイド部材、50・・フィルタユニット、51・・フィルタ、52・・ダクト、52a・・吸気口、52b・・排気口、61・・ファン、101・・定着ベルトユニット、101a・・ヒータ、101b・・ニップ部、102・・加圧ローラ、103・・定着装置、105・・定着ベルト、400・・用紙入口、500・・用紙出口、La・・吸気口長さ、Lb・・排気口長さ、N・・排気口エア風向き、Ｐ・・用紙、Ｓ・・トナー、θ1・・排気エアと用紙とでなす角、θ2・・排気エアと定着前ガイド部材とでなす角

Claims (6)

1. 離型剤を含有するトナーを用いてシート（P）にトナー像を転写する転写手段（１２）と、
   加熱手段を有する第一の回転体（１０５）と、第二の回転体（１０２）の間に形成されたニップ部（１０１ｂ）にて前記トナー像を熱定着する熱定着装置（１０３）と、
   前記ニップ部と前記転写手段の間に吸気口（５２ａ）および排気口（５２ｂ）を有するダクト（５２）と、
   前記ダクトにエアフローを発生させるエアフロー発生手段（６１）と、
   前記ダクトに吸引されたエアからダストを濾過する濾過手段（５１）と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記ダクトは、前記ニップ部と前記転写手段の間であって前記シートの軌跡面に対し前記第一の回転体側に配置され、
   前記吸気口は前記ニップ部近傍に配置され、
   前記排気口は前記濾過手段で濾過されたエアの少なくとも一部を前記吸気口付近に排気することで循環エアフローを形成する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記吸気口の上端は前記第1の回転体の近傍に配置され、
   前記排気口は前記吸気口に対し転写手段側に配置される
   ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
3. 前記熱定着装置長手方向から見た、排気口からの風の排気方向と、シート軌跡面とでなす角のうち、
   シート軌跡面に対し第一の回転体側で、シート軌跡面に対し熱定着装置側のなす角（θ１)は、鈍角となる
   ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
4. 熱定着装置長手方向から見た、排気口からの風の排気方向とシート軌跡面からみて第2の回転体側のガイドとでなす角のうち、
   シート軌跡面に対し第一の回転体側で、シート軌跡面に対し熱定着装置側のなす角（θ２）は、鈍角となる
   ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記排気口の熱定着装置長手方向の長さ（Ｌｂ）は、前記吸気口の熱定着装置長手方向の長さ（Ｌａ）より短い
   ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記吸気口から吸引されるエア及び前記排気口から排気されるエアの前記熱定着装置長手方向の風量分布は均一である
   ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか１項に記載の画像形成装置。