JP2020027158A - 微粒子捕集装置、及び、画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このような不具合を解決するために、特許文献2に開示された技術を応用して、オゾンやUFPが排出される排出経路にマイナスイオン発生器とプラスイオン発生器とを設ける方策が考えられる。しかし、そのようにマイナスイオン発生器とプラスイオン発生器とを設けてしまうと、装置が高コスト化、大型化してしまい、UFPを効率的に捕集することができないことになる。
図1において、1は画像形成装置としての複写機、2は原稿Dの画像情報を光学的に読み込む原稿読込部、3は原稿読込部2で読み込んだ画像情報に基いた露光光Lを感光体ドラム5上に照射する露光部、を示す。
また、4は感光体ドラム5上に形成された潜像を現像してトナー像(画像)を形成する現像装置、5は像担持体としての感光体ドラム、6は感光体ドラム5の表面を帯電するオゾン発生部としての帯電装置(帯電チャージャ)、7は感光体ドラム5上に形成されたトナー像をシートPに転写する転写装置(転写ローラ)、8は感光体ドラム5上に残留した未転写トナーを除去するクリーニング装置、を示す。
また、10はセットされた原稿Dを原稿読込部2に搬送する原稿搬送部、12は用紙などのシートPが収納された給紙部(給紙カセット)、20はシートP上のトナー像(未定着画像)を加熱してシートPに定着する熱気生成部としての定着装置、21は定着装置20に設置された定着ローラ、22は定着装置20に設置された加圧ローラ、30は画像形成装置1内の微粒子を捕集する微粒子捕集装置、45は転写装置7(転写ニップ)に向けてシートPを搬送するタイミングローラ(レジストローラ)、を示す。
まず、原稿Dは、原稿搬送部10の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部2上を通過する。このとき、原稿読込部2では、上方を通過する原稿Dの画像情報が光学的に読み取られる。
そして、原稿読込部2で読み取られた光学的な画像情報は、電気信号に変換された後に、露光部3(書込装置)に送信される。そして、露光部3からは、その電気信号の画像情報に基づいた露光光L(レーザ光)が、感光体ドラム5上に向けて発せられる。
その後、帯電された感光体ドラム5の表面は、露光光Lの照射位置に達する。そして、感光体ドラム5の表面に、原稿読込部2で読み込んだ画像情報に基いた静電潜像が形成される(露光工程である。)。
その後、静電潜像が形成された感光体ドラム5の表面は、現像装置4との対向位置に達する。そして、現像装置4から感光体ドラム5上にトナーが供給されて、感光体ドラム5上の潜像が現像される(現像工程である。)。
その後、現像工程後の感光体ドラム5の表面は、転写装置7との対向位置(転写ニップ)に達する。そして、転写装置7の位置で、シートP上に、感光体ドラム5上に形成されたトナー像が転写される(転写工程である。)。なお、転写装置7(転写ローラ)には、トナーの極性とは異なる極性の転写バイアスが印加されている。
そして、転写工程後の感光体ドラム5の表面は、クリーニング装置8との対向位置に達する。そして、クリーニング装置8で、感光体ドラム5上に残存する未転写トナーが除去・回収される(クリーニング工程である。)。
その後、感光体ドラム5の表面は、除電部を通過して、感光体ドラム5における一連の作像プロセスが終了する。
まず、給紙部12に収納されたシートPの最上方の1枚が、給紙ローラによって、複数の搬送ローラ対が設置された搬送経路に向けて給送される。その後、シートPは、タイミングローラ45の位置に達する。そして、タイミングローラ45の位置に達したシートPは、感光体ドラム5上に形成された画像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて、転写装置7(転写ニップ)に向けて搬送される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。
図1〜図3を参照して、本実施の形態における画像形成装置1には、装置内に存在する微粒子を捕集して装置外に排出しないための微粒子捕集装置30が設けられている。本実施の形態における微粒子捕集装置30は、特に、BA(ブルーエンジェル、RAL−UZ171)規格で定義される7〜300nmの超微粒子(以下、適宜に「UFP」と呼ぶ。)をも捕集するためのものである。
画像形成時(帯電工程時)に帯電装置6による高圧放電によってオゾンが生成されると、その周囲に存在する有機物(例えば、作像部を構成する種々の部材や、感光体ドラム5の周囲を浮遊するトナーや紙粉などである。)の一部が、オゾンによってイオン化したUFPとなってしまう。このことは、水越厚史氏ら、平成27年室内環境学会学術大会講演要旨集、234−235(2015)などに開示された内容にも整合する現象である。
静電フィルタ37は、フィルタ繊維の網目が非常に細かいものであるとともに、フィルタ繊維がプラスとマイナスとに常に帯電している。一方、オゾン生成部としての帯電装置6によってオゾンとともに生成されたUFPは、イオン化された状態であるため、後述するオゾンフィルタ35ではほとんど捕集できないものの、静電フィルタ37によって静電気的に充分に捕集することができる。
なお、本実施の形態では、帯電装置6として、オゾンが生じやすいコロナ放電方式の帯電チャージャを用いており、転写装置7として、オゾンが生じにくいローラ印加方式の転写ローラを用いているため、帯電装置6の近傍にオゾン排出経路の吸引口A1を設けた。これに対して、転写装置7として、オゾンが生じやすいコロナ放電方式の転写チャージャを用いる場合には、転写装置7の近傍にもオゾン排出経路の吸引口を設けることが好ましい。また、その他にも画像形成装置1内にオゾン生成部がある場合(例えば、プレ転写チャージャを設けた場合などである。)には、そのオゾン生成部の近傍にもオゾン排出経路の吸引口を設けることが好ましい。また、オゾンが生じにくい帯電ローラや転写ローラを用いた場合であっても、印刷速度が高い高速の画像形成装置では、印刷速度が低いものに比べて、オゾンの発生量が多くなってしまうため、それらのオゾン生成部(帯電ローラや転写ローラ)の近傍にオゾン排出経路の吸引口を設けることが好ましい。
本実施の形態において、微粒子捕集装置30には、第1ダクト31と第2ダクト32と合流ダクト33とが設けられている。
第1ダクト31は、オゾン生成部としての帯電装置6の近傍から画像形成装置本体1の外部に向けて排気をおこなうためのものである。第1ダクト31は、上流側端部であって帯電装置6の近傍に吸引口A1が設けられ、その経路中に第1吸引ファン41とオゾンフィルタ35とが設けられ、下流側端部が合流ダクト33に接続されている。
第2ダクト32は、熱気生成部としての定着装置20の近傍から画像形成装置本体1の外部に向けて排気をおこなうためのものである。第2ダクト32は、上流側端部であって定着装置20の近傍に吸引口A2が設けられ、その経路中に第2吸引ファン42とVOCフィルタ36とが設けられ、下流側端部が合流ダクト33に接続されている。
合流ダクト33は、上流側端部に第1ダクト31と第2ダクト32とが接続されていて、その経路中に静電フィルタ37が設けられ、下流側端部に排出口Bが設けられている。
また、オゾン排出経路31、33(第1ダクト31)の途中であって、静電フィルタ37の上流側に、帯電装置6による高圧放電によって生成されたオゾンを分解するオゾンフィルタ35が設置されている。オゾンフィルタ35としては、公知のもの(例えば、特開2005−338675号公報、特開2008−12431号公報、等に開示されているものである。)を用いることができる。本実施の形態では、酸化マンガンを触媒にしたオゾンフィルタ35が用いられている。オゾンによってイオン化されたUFPは、オゾンフィルタ35を通過してオゾンが分解されても、そのイオン化された状態が変化しないため、上述した静電フィルタ37によるUFPの捕集効率が低下することはない。また、静電フィルタ37の上流側でオゾンフィルタ35によってオゾンが分解されることで、オゾンによるUFPのさらなる生成がされにくくなるため、静電フィルタ37によるUFPの捕集効率を高めることができる。
また、オゾン排出経路31、33(第1ダクト31)の途中であって、オゾンフィルタ35の上流側には、図中の白矢印方向の気流を生じさせる吸引ファンとしての第1吸引ファン41が設置されている。
このような構成により、オゾン排出経路31、33において、帯電装置6による高圧放電によって生じたオゾンがオゾンフィルタ35によって分解されながら、オゾン量の少ない空気が装置外に排出されることになる。さらに、上述したように、オゾン排出経路31、33において、帯電装置6による高圧放電によってオゾンとともに生じたUFPが静電フィルタ37によって捕集(除去)されながら、UFP量の少ない空気が装置外に排出されることになる。
この熱気排出経路32、33の途中であって、合流排出経路33でない位置(第2ダクト32の位置である。)には、定着装置20から生じた揮発性有機化合物(VOC)を捕集するVOCフィルタ36が設置されている。VOCフィルタ36としては、公知のもの(例えば、特開2008−12431号公報等に開示されているものである。)を用いることができる。
第2ダクト32には、VOCフィルタ36の上流側の位置に、図中の白矢印方向の気流を生じさせる第2吸引ファン42が設置されている。
このような構成により、熱気排出経路において、定着装置20による定着工程によって生じた揮発性有機化合物がVOCフィルタ38によって捕集(除去)されながら、定着装置20で生じた熱が装置外に排出(排熱)されることになる。
具体的に、定着装置20によって生成されるUFPは、定着工程における熱エネルギーによって、定着装置20やトナーなどに含まれる高沸点の物質(例えば、低分子のシロキシンやパラフィンなどである。)が、その後に冷却・凝集して微粒子化したものと考えられる。
しかし、このように熱気生成部(定着装置20)で生じたUFPは、オゾン生成部(帯電装置6)で生じたUFPとは異なり、イオン化されていないものがほとんどである。また、そのようなUFPは、非常に粒径が小さくて、VOCフィルタ38でほとんど捕集することはできない。
これにより、イオン化したUFPがイオン化していないUFPを取り込むように、双方のUFPが凝集して大きくなった状態になる。そのように凝集したUFPは、イオン化(帯電)した状態が維持されるとともに、粒径が大きくなったものであるため、合流排出経路の途中(排出口Bの位置である。)に設置された静電フィルタ37による効率的な捕集が可能になる。
すなわち、合流排出経路を設けずに熱気排出経路の途中に静電フィルタを設置しても、熱気排出経路を流動するUFPはほとんどイオン化されていないため、静電フィルタによる静電気的な捕集は充分にされずに、UFPの多くが装置外に放出されてしまうことになる。これに対して、本実施の形態では、オゾン排出経路と熱気排出経路とが合流する合流排出経路を設けて、合流排出経路でイオン化されていないUFPをイオン化されているものと凝集してイオン化しているため、静電フィルタ37による静電気的な捕集が可能になり、UFPのほとんどが装置外に放出されないことになる。
また、上述したように構成した場合であって、オゾン排出経路にオゾンフィルタを設置して、オゾンが捕集された後の空気(イオン化されたUFPを含む空気である。)を熱気生成部の位置に合流させる場合には、熱気生成部の熱気によって、イオン化されたUFPと、イオン化されていないUFPと、の凝集が阻害されてしまい、静電フィルタによる捕集が難しくなる。
これに対して、本実施の形態では、オゾン排出経路の下流側と、熱気排出経路の下流側と、を接続して合流排出経路を設けて、その合流排出経路でイオン化されたUFPと、イオン化されていないUFPと、を合流させている。そのため、オゾンの高温化によってUFPが増加する不具合や、高温化して双方のUFPの凝集が阻害される不具合が生じることなく、静電フィルタ37によって効率的かつ充分に双方のUFPを捕集することができる。
これにより、合流排出経路33に静電フィルタ37を設置する場合(イオン化されていないUFPと、イオン化されているUFPと、を合流させた後に、オゾンフィルタによってオゾン分解をおこなう場合である。)に比べて、静電フィルタ37によるUFPの捕集効率を高めることができる。
詳しくは、合流排出経路33では、イオン化されていないUFPと、イオン化されているUFPと、の凝集によって、第2ダクト32から排出されたイオン化されていないUFPの平均粒子径が数十nmから数百nmに大粒径化する。しかし、そのようにUFPが凝集するときに、周囲の空気に含まれるオゾンの濃度が高すぎると、その空気中に含まれる物質も微粒子化させてしまい、UFPが増加してしまう可能性がある。そのため、本実施の形態では、第1ダクト31にオゾンフィルタ35を設置して、第1ダクト31から合流排出経路33に流入される空気中のオゾン濃度を低下させている。これにより、合流排出経路33での新たなUFPの生成が軽減されつつ、UFPの凝集・大粒径化が促されて、静電フィルタ37によるUFPの捕集効率が高められることになる。
このように構成することにより、吸引ファンを合流排出経路に設置する場合に比べて、合流排出経路(合流ダクト33)における双方のUFP(第1ダクト31から流入するイオン化されたUFPと、第2ダクト32から流入するイオン化されていないUFPと、である。)の凝集が促進されることになる。すなわち、吸引ファンを合流排出経路に設置してしまうと、双方のUFPが充分に凝集される前に下流側に流動しやすくなり、静電フィルタによる捕集が充分におこなわれない可能性がある。これに対して、本実施の形態では、吸引ファン41、42が合流排出経路に対して充分に上流側に設置されているため、そのような不具合が生じにくくなる。
特に、静電フィルタ37は、図4に示すように、保持カバー39(合流排出経路の一部としても機能する。)に保持されていて、ネジ50の締結によって保持カバー39とともに画像形成装置1の外部に露呈するように着脱可能に設置されている。そのため、静電フィルタ37の交換作業(又は、メンテナンス作業)を容易におこなうことができる。
まず、図5に係る実験及び実験結果について説明する。
実施例1は、図1〜図3等を用いて説明した本実施の形態における微粒子捕集装置30が設置された画像形成装置1を用いている。
これに対して、比較例1では、実施例1の微粒子捕集装置に対して静電フィルタ37を取り外した画像形成装置を用いている。また、比較例2では、比較例1のものに対して第2ダクト32の出口にのみ静電フィルタを設置した画像形成装置を用いている。
図5は、実施例1、比較例1、2について、それぞれBA規格に準拠した体積が5m3のクリーンチャンバ内に設置された画像形成装置1にて10分間の印刷動作(画像形成動作)をおこない、クリーンチャンバ内のUFP濃度を「モデル3091Fast Mobility Particle Sizer(FMPS)」(東京ダイレック社製)で測定して、その最大濃度から実施例1、比較例2の微粒子除去率を求めたものである。なお、「微粒子除去率」は、次式で定義されるものである。
微粒子除去率=((比較例1のUFP最大濃度)−(実施例1又は比較例2のUFP最大濃度))/(比較例1のUFP最大濃度)×100
その結果、実施例1、比較例1、2について、図5に示すように、実施例1については96%程度の充分な微粒子除去率が確認され、比較例2については77%程度の充分とは言えない微粒子除去率が確認された。
比較例3では、図5で説明した比較例2のものに対して印刷速度を6%増速させた画像形成装置を用いている。
また、実施例2では、実施例1のものに対して印刷速度を6%増速させた画像形成装置を用いている。また、実施例3では、実施例1のものに対して静電フィルタ37の圧力損失を12%低下させた画像形成装置を用いている。また、実施例4では、実施例1において合流ダクト33に設置した静電フィルタ37の代わりに第1、第2ダクト31、32のそれぞれの出口に静電フィルタを設置した画像形成装置を用いている。
図6は、比較例3、実施例2〜4について、先に説明したBA規格に基づいた測定方法によって画像形成装置の外部に放出されるUFPの排出速度(UFP発生速度)を測定した実験結果を示すものである。
具体的に、比較例2については、上述したUFP発生速度の換算値が6.3×1011個/10minとなって、BA規格を満足しなかった。これに対して、実施例2についてはUFP発生速度の換算値が1.7×1011個/10minとなって、実施例3についてはUFP発生速度の換算値が1.9×1011個/10minとなって、実施例4についてはUFP発生速度の換算値が3.4×1011個/10minとなって、いずれもBA規格を満足した。
以上の実験結果からも、先に説明した本発明の効果が確認された。
これにより、帯電装置6(オゾン生成部)でオゾンとともに生じたUFPを充分かつ効率的に捕集することができる。
また、本実施の形態では、オゾン排出経路31、33(及び、熱気排出経路32、33)の排出口Bを画像形成装置1の側方に配置したが、排出口Bの位置はこれに限定されることなく、例えば、排出口Bを画像形成装置1の背面(ユーザーが装置を操作する正面に対して反対側である。)に配置することもできる。
そして、それらの場合であっても、本実施の形態のものと同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、画像形成装置1に微粒子捕集装置30を内設したが、画像形成装置1に微粒子捕集装置30を外設するように構成することもできる。
そして、それらの場合であっても、本実施の形態のものと同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、定着装置20として、熱源としてヒータを用いた熱ヒータ方式の公知の定着装置を用いたが、定着装置として、励磁コイルが設置された電磁誘導加熱方式の公知の定着装置を用いることもできるし、抵抗発熱体が設置された抵抗発熱方式の公知の定着装置を用いることもできる。
また、本実施の形態では、オゾン排出経路や熱気排出経路にそれぞれ1つうの吸引ファン41、42を設置したが、吸引ファンの数はこれに限定されることはない。
そして、それらの場合であっても、本実施の形態のものと同様の効果を得ることができる。
5 感光体ドラム(像担持体)、
6 帯電装置(オゾン生成部)、
20 定着装置(熱気生成部)、
30 微粒子捕集装置、
31 第1ダクト(オゾン排出経路)、
32 第2ダクト(熱気排出経路)、
33 合流ダクト(合流排出経路、オゾン排出経路、熱気排出経路)、
35 オゾンフィルタ、
36 VOCフィルタ、
37 静電フィルタ、
39 保持カバー、
41 第1吸引ファン(吸引ファン)、
42 第2吸引ファン、
A1、A2 吸引口、 B 排出口、
P シート(用紙)。
Claims (10)
- オゾン生成部で生成されたオゾンが排出されるオゾン排出経路と、
前記オゾン排出経路の途中に設置された静電フィルタと、
を備えたことを特徴とする微粒子捕集装置。 - 前記オゾン排出経路の途中であって、前記静電フィルタの上流側にオゾンフィルタが設置されたことを特徴とする請求項1に記載の微粒子捕集装置。
- 前記オゾン排出経路の途中に吸引ファンが設置されたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の微粒子捕集装置。
- 熱気生成部で生じた熱気を排出する熱気排出経路を備え、
前記オゾン排出経路と前記熱気排出経路とは、それぞれの下流側が合流する合流排出経路を具備し、
前記静電フィルタは、前記合流排出経路の途中に設置された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微粒子捕集装置。 - 前記オゾン排出経路の途中であって、前記合流排出経路でない位置に、オゾンフィルタが設置されたことを特徴とする請求項4に記載の微粒子捕集装置。
- 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の微粒子捕集装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
- トナー像を加熱してシートに定着する定着装置と、
熱気生成部としての前記定着装置で生じた熱気を排出する熱気排出経路と、
を備え、
前記オゾン排出経路と前記熱気排出経路とは、それぞれの下流側が合流する合流排出経路を具備し、
前記静電フィルタは、前記合流排出経路の途中に設置され、
前記オゾン排出経路の途中であって、前記合流排出経路でない位置に、オゾンフィルタが設置されたことを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。 - 前記熱気排出経路の途中であって、前記合流排出経路でない位置に、VOCフィルタが設置されたことを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
- 前記オゾン排出経路の途中であって、前記合流排出経路でない位置に、第1吸引ファンが設置され、
前記熱気排出経路の途中であって、前記合流排出経路でない位置に、第2吸引ファンが設置されたことを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の画像形成装置。 - 前記オゾン生成部は、像担持体を帯電する帯電装置であることを特徴とする請求項6〜請求項9のいずれかに記載の画像形成装置。
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