JP5025680B2

JP5025680B2 - 定着装置

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Publication number: JP5025680B2
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Inventors: 一史鈴木
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Description

本発明は、複写機やプリンタ等の電子写真技術を用いた画像形成装置に搭載される定着装置に関する。

一般的な画像形成装置では、画像情報に基づいて感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する。感光体ドラムは所定の極性に帯電されており、画像情報に基づいて光が照射されると、その部分の電荷が除去されて静電潜像となる。そして、感光体ドラムに隣接して、内部にトナーを収納する現像装置が設けられている。トナーは感光体ドラムと同極性に帯電されており、感光体ドラム表面の電荷のない部分に吸着される。トナー画像が転写される記録材は、給紙ローラや搬送ローラなどからなる搬送手段によって、感光体ドラムと転写ローラのニップ部に搬送される。転写ローラも感光体ドラムに隣接して設けられており、記録材の裏面からトナーと逆極性の電荷を印加して、感光体ドラム表面のトナーを記録材上に引きつけて転写する。トナー画像が転写された記録材は、加熱装置を内蔵した加熱ローラと加熱ローラに圧接される加圧ローラとで構成される定着手段のニップ部に搬送される。定着手段によって熱及び圧を加えてトナー画像を記録材に定着させた後、記録材は搬送ローラ対によって搬送され、記録材排出口から記録材積載部に排出される。

定着手段として、熱ローラ方式やフィルム加熱加圧方式を挙げることが出来る。熱ローラ方式は、熱ローラ（以後、定着ローラ）と加圧ローラにより回転ローラ対を形成している。定着ローラ内にハロゲンランプ等の熱源を内蔵させて、この定着ローラを所定の定着温度に加熱・温度調節し、回転ローラ対のニップ部に未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入して挟持搬送させることで未定着トナー画像を記録材に定着させる手段である。フィルム加熱方式は、小熱容量のフィルムを用いて、フィルムと加圧ローラとで記録材を挟持搬送すると共に、フィルム内面側に設けられたヒータを所定の定着温度に加熱・温度調節し、未定着トナー画像を記録材に定着させる手段である。また、定着ニップ部における、定着ローラまたはフィルムと加圧ローラとの圧接状態をより良好なものとするために、定着ローラやフィルムに弾性層を被覆しているものも存在している。

これらの接触式加熱加圧定着方式において、オフセットという現象が避けられない。オフセットには、いくつかの種類が存在する。低温オフセットとは、トナーの溶融が不十分で記録材への定着不良に起因するものである。高温オフセットとは、定着時の溶融トナーが記録材と定着ローラ間で泣き別れることによって定着ローラやフィルムを汚染するものである。その他、静電オフセットと称するものも存在する。これらのオフセットは、短期的・一時的には記録材表／裏面の画像汚れ、副次的には繰り返し使用による汚染の蓄積や移行によって、画像汚れのみならず、温調不良、排紙不良や排紙ジャム、定着器寿命の短縮化という問題があった。

これらオフセット現象に対して、定着装置からの対応策としては、定着ローラ表面の離型性を向上させてトナーの付着をなるべく抑制する試み、定着ローラや加圧ローラにトナーの帯電極性に応じてバイアス電荷を印加、あるいは除電するなどして定着ローラに対するオフセットを抑制する試みを行っていた。定着ローラ表面の離型性を向上させる試みとしては、フッ素系樹脂を被覆させたり、さらには定着ローラ表面に離型材を塗布する構成がある。定着ローラ表面に離型材を長時間安定して塗布する場合、巻き取り式のクリーニングウェブやクリーニングパッド等補助的なクリーニング部材を併設する必要が生じており、定着装置が大型化・複雑化してしまっていた。最近の小型化・軽量化の要求を考慮すると、これらの補助的な装置を除去することが必要であり好ましい。つまり、トナーの耐オフセット性能の向上がなければ小型化・軽量化の要求に対応しきれなくなってきていた。そのため、トナーからの対応策として、離型ワックスを内包しているトナーが提案されている（特許文献１）。離型ワックスをトナーに内包させることにより、加熱定着時に溶融トナーと定着ローラとの界面に離型ワックスが移行し、定着ローラ側への溶融トナーの泣き別れを防止して耐オフセット性能の向上を図っている。さらに、耐オフセット性能を向上させるため、２種類以上の離型ワックスをトナーに添加する技術（特許文献２）や、離型ワックスの熱特性を最適化する技術（特許文献３）が提案されている。

なお、定着ローラ方式で説明をおこなってきたが、前述の対応策はフィルム加熱加圧方式に関しても同様であり定着ローラ方式に限ったものではない。

特開平８−１８４９９２号公報特開２０００−３０７０号公報特開平１１−３２７３４０号公報

トナーに内包されている離型ワックスは加熱定着時に液化し、その一部は気体となる。気化した後に直ちに冷やされたワックス成分は、再び固化して機内を流れる風に乗って移動する。そして、固化したワックス成分が、通紙することで温度が上昇した機内の各個所で再度液化して、付着してしまう現象があった。機内において温度が高くなりやすいのは、記録材が接触する個所である。つまり、記録材の搬送ガイドや搬送ローラにワックス成分が付着しやすい傾向にあった。記録材の搬送ガイドや搬送ローラにワックス成分が付着した場合、記録材の搬送の妨げになったり、ローラの摩擦係数を低下させてしまう等につながるため、機内を流れる風の方向をコントロールするなど、特別な対応が必要であった。

最近、レーザービームプリンタは、高速化・小型化の要求が非常に高くなってきている。熱ローラ方式にせよ、フィルム加熱加圧方式にせよ、画像形成をより高速でおこない定着性を満足させるには、これまで以上に高い熱エネルギーと加圧力を必要とする。もし、高速化の要求を加圧力の増加だけで実現しようとすると、その加圧力に耐え得る構造体が必要になるため、小型化の要求が十分に満足されない可能性がある。そのため、熱エネルギーの増加と加圧力の増加、それぞれのバランスをとりながら高速化・小型化に対応していかなければならない。そして、記録材に与える熱エネルギーを高める方法として、加熱する時間を長くする方法と加熱温度を高くする方法が考えられるものの、いずれにせよ記録材上のトナーに与える熱エネルギーは増加する。トナーに与える熱エネルギーが増加するにつれ、離型ワックスが気化する量も増加することになる。

高速化・小型化に対応するために、トナーに与える熱エネルギーが増加する傾向にある昨今、離型ワックスが気化する量も増加することで、前述したような離型ワックス付着に関わる問題の発生頻度が多くなってくることが予想される。そのため、加熱加圧定着装置においてトナーに含まれるワックス成分を捕集する技術開発は重要となっている。

上述の課題を解決するための本発明は、離型ワックスを含有するトナーを用いて形成されたトナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する定着ニップ部を形成する定着ニップ部形成部材と、前記定着ニップ部形成部材を収容するフレームと、を有する定着装置において、前記定着ニップ部形成部材と前記フレームの間に、前記離型ワックスの融点と昇華点の間の温度に保たれ、前記定着ニップ部で加熱されて発生する前記離型ワックスを捕集する捕集部材を有することを特徴とする。

本発明によれば、定着手段によって加熱されて昇華した後に固化し浮遊する離型ワックスを、離型ワックスの融点と昇華点の間に温度を保っている捕集部材で再度液化させて吸着させることで、離型ワックスが紙ガイドや搬送ローラへ付着するのを抑えることができる。

定着装置を搭載する画像形成装置本体の断面図。実施例１の定着装置の断面図。実施例１の定着装置の斜視図。実施例１の捕集部材１１３の詳細構成説明図。実施例１の捕集部材１１５の詳細構成説明図。実施例１の捕集部材１１４の詳細構成説明図。実施例１の捕集部材１１３〜１１５、ステー１０８、ベース板１０９、前下カバー１１２の熱容量説明図。実施例１のスリーブ１０５と加圧ローラ１０２の詳細説明図。実施例１の離型ワックスの融点及び昇華点の測定図。実施例１の捕集部材１１３とステー１０８の温度プロファイル。実施例１の捕集部材１１４と前下カバー１１２の温度プロファイル。実施例１の捕集部材１１５の温度プロファイル。実施例２の捕集部材１１３〜１１５の詳細構成説明図。

（実施例１）
始めに、本発明の定着装置を搭載する画像形成装置である、フルカラーレーザービームプリンタについて説明する。なお、画像形成装置として、感光体ドラムを複数備えたフルカラーレーザービームプリンタを取り上げたが、感光体ドラムを一つ備えたモノクロの複写機、プリンタに搭載する定着装置にも適用することができる。したがって、本発明の定着装置を搭載する画像形成装置は、フルカラーレーザービームプリンタに限定されるものではない。図１は、フルカラーレーザービームプリンタ１（以後、プリンタ１）の全体構成を示す、縦断面図である。

プリンタ１の下部には、カセット２が引き出し可能に収納されている。そして、プリンタ１の右側には手差し給送部３が配設されている。カセット２、手差し給送部３にそれぞれ記録材を積載収容し記録材を１枚毎に分離し、レジストローラ４に給送するようになっている。プリンタ１はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色毎に対応する画像形成ステーション５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋを、横一列に並設している画像形成部５を備えている。画像形成部５には、像担持体である感光体ドラム６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ（以後感光体ドラム６で統一）、感光体ドラム６の表面を均一に帯電する帯電装置７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ、画像情報に基づいてレーザービームを照射して感光体ドラム６上に静電潜像を形成するスキャナユニット８、静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する現像装置９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋ、感光体ドラム６上のトナー像を静電転写ベルト１０に転写する一次転写部１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ（以後一次転写部１１で統一）が配設されている。一次転写部１１でトナー像が転写された転写ベルト１０のトナー像は、二次転写部１２で記録材に転写される。その後、加熱ユニット１０１と、加熱ユニット１０１に圧接する加圧ローラ１０２とで形成されるニップを通過する際に、転写画像の定着を行う定着装置１００を記録材は通過する。その後、両面フラッパ１３によって搬送路が切り替えられ、排出ローラ対１４、スイッチバックローラ対１５のどちらかに搬送される。スイッチバックローラ対１５側に搬送された記録材は、スイッチバックローラ対１５部で反転搬送して、再度レジストローラ４、二次転写部１２、定着装置１００を通過した後、排出ローラ対１４側に搬送される。排出ローラ対１４を通過後、記録材は記録材積載部１６に排出される。

次に、プリンタ１に搭載する定着装置１００の詳細な構成を図２、図３に基づいて説明する。図２は定着装置１００の縦断面図、図３は定着装置１００内部の斜視図である。

定着装置１００において、１０１は加熱ユニット、１０２は加圧ローラである。加熱ユニット１０１は、ヒータ１０３を有する。このヒータ１０３は支持部材としてのヒータホルダ１０４に支持されている。ヒータホルダ１０４は液晶ポリマー等の、耐熱性と摺動性を具備した耐熱性樹脂により形成されている。ヒータホルダ１０４には、定着スリーブ（エンドレスベルト）１０５が外装されている。定着スリーブ１０５は、加圧ローラ１０２とほぼ同じ周長を有し、定着スリーブ１０５の両端部は一対のスリーブフランジ１０６の外周に回転可能に保持されている。また、ヒータホルダ１０４の両端部もスリーブフランジ１０６に保持されている。そして、この一対のスリーブフランジ１０６を側板対１０７に支持させている。ヒータホルダ１０４に支持されたヒータ１０３と対向させるように定着スリーブ１０５に加圧ローラ１０２を所定の押圧力Ｔをもって圧接させている。これによって定着スリーブ１０５と加圧ローラ１０２との間に定着ニップ部Ｎを形成している。このように、定着ニップ部形成部材は、エンドレスベルトと、エンドレスベルトの内面に接触するヒータと、エンドレスベルトを介してヒータと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有する。定着ニップ部は、離型ワックスを含有するトナーを用いて形成されたトナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する領域である。

加熱ユニット１０１と加圧ローラ１０２は、側板対１０７、ステー１０８、ベース板１０９で囲われており、全て板金部材である。これら３部品は定着装置１００を構成するフレームで、定着装置１００の剛性を確保しており、また、定着ニップ部形成部材を収容している。側板対１０７、ステー１０８、ベース板１０９は、後ろカバー１１０、上カバー１１１、前下カバー１１２、左右カバー１１７で囲われており、ユーザーが外側から、側板対１０７、ステー１０８、ベース板１０９に触れることが出来ない構成になっている。前下カバー１１２は、下部が加熱ユニット１０１に直接面しているため、定着装置１００を構成するフレームとしての機能を兼ね備えている。ステー１０８の定着スリーブ１０５側の面には捕集部材１１３、前下カバー１１２の定着スリーブ１０５側の面には捕集部材１１４、ベース板１０９の加圧ローラ１０２側の面には捕集部材１１５がそれぞれ設置されており、捕集部材１１３〜１１５全て、ユーザーが触れることができない構成になっている。そして、捕集部材１１３、捕集部材１１４と定着スリーブ１０５の隙間は３ｍｍ、捕集部材１１５と加圧ローラ１０２との隙間は１．５ｍｍ設けられている。詳細は後述するが、捕集部材は、離型ワックスの融点と昇華点の間の温度に保たれ、定着ニップ部で加熱されて発生する離型ワックスを捕集する部材である。この捕集部材は、定着ニップ部形成部材と、定着ニップ部形成部材を収容するフレームの間に設けられている。

次に、捕集部材１１３、捕集部材１１４、捕集部材１１５の詳細構成を図４〜６に基づいて説明する。捕集部材１１３、捕集部材１１４、捕集部材１１５はいずれも厚さ１ｍｍのガラス入りＰＢＴで、荷重撓み温度は２０７℃（１．８２ＭＰａ（試験方法：ＩＳＯ０７５−１，２））である。捕集部材は肉厚が薄いため、射出成形時のショートが発生する可能性が極めて高い。しかし、ショート対策するために、射出圧力、型温度や樹脂温度を上げると、部品の「そり」が大きくなり、定着スリーブ１０５や加圧ローラ１０２と接触してしまう懸念が生じる。そのため、捕集部材１１３、捕集部材１１４、捕集部材１１５は、長幅を有した形状ではなく、短形状の部材を横に並べて２ヶづつ使用する構成にしている（ただし、削り出し品や押し出しシート材、打ち抜きシート材等を使用する場合はその限りではない）。

図４に示すように、捕集部材１１３は両端部と中央部にリブ１１３ａ、リブ１１３ａの近傍に爪１１３ｂを具備している。爪１１３ｂとストッパ１１３ｃをステー１０８に設けた角穴に掛けることで捕集部材１１３はステー１０８に固定されており、爪１１３ｂでＸ方向とＺ方向、ストッパ１１３ｃでＹ方向の規制を行っている。そして、リブ１１３ａと爪１１３ｂの内面だけがステー１０８に接触している。それ以外の部分は接触しておらず、空隙が設けられている。捕集部材１１３とステー１０８との接触面積を小さくし、リブ１１３ａと爪１１３ｂ以外の部分にステー１０８と空隙を設けることで、捕集部材１１３からステー１０８への熱伝導を防止している。

捕集部材１１５のベース板１０９への取り付け構成は、捕集部材１１３のステー１０８への取り付け構成と全く同じである（図５参照）。そのため、ここでの説明は割愛する。

図６に示すように、捕集部材１１４は、捕集部材１１４に設けた穴１１４ａに、前下カバー１１２に設けたボス１１２ａを通して、スナップフィット１１６で固定される（両端部・中央部の３箇所）。捕集部材１１４と前下カバー１１２とは、ボス１１２ａ周囲のザグリ面（図６網目ハッチング面）だけが接触しており、それ以外の部分には空隙が設けられている。捕集部材１１３、捕集部材１１５と同様、捕集部材１１４と前下カバー１１２との接触面積を小さくし、それ以外の部分に空隙を設けることで、捕集部材１１４から前下カバー１１２への熱伝導を抑えている。つまり、この空隙により捕集部材と捕集部材が取り付けられる部材との間が断熱されている。

次に、各部品の熱容量Ｃを図７に示す。熱容量Ｃは
Ｃ＝ｍｃ
熱容量：Ｃ［Ｊ／Ｋ］、質量：ｍ［ｇ］、比熱：ｃ［Ｊ／ｇ・Ｋ］
で表される。図７に示すように、捕集部材１１３は捕集部材１１３が取り付けられるステー１０８と比較して、捕集部材１１４は捕集部材１１４が取り付けられる前下カバー１１２と比較して、捕集部材１１５は捕集部材１１５が取り付けられるベース板１０９と比較して、非常に小さい熱容量となっている。なお、ここで示している熱容量は、捕集部材１１３〜１１５が取り付く部材に、それぞれ複数個取り付けられているうちの１個の熱容量（例えば、ステー１０８に取り付いている捕集部材１１３の２個のうちの１個の熱容量）である。プリントを開始したら素早く融点以上の温度まで昇温させるためには、通紙中の定着スリーブ１０５の温度を安定させる必要がある。そのため、定着スリーブ１０５に近い場所に設けている捕集部材１１３〜１１５の熱容量はできるだけ小さい方が望ましい。つまり、捕集部材の熱容量をＣ１、捕集部材が取り付けられる部材の熱容量をＣ２としたとき、Ｃ１＜Ｃ２の関係を満たしているのが好ましい。

次に、定着スリーブ１０５と加圧ローラ１０２の詳細構成を図８に基づいて説明する。定着スリーブ１０５は、エンドレスの基層１０５ａと基層１０５ａの外周に設けられたプライマ層１０５ｂ、プライマ層１０５ｂの外周に設けられた弾性層１０５ｃと、弾性層１０５ｃの外周に設けられた離型層１０５ｄとを有する（図８内のａ）。基層１０５ａは熱伝導性に優れたＳＵＳ（ステンレス）等の金属製のベース層であり、熱ストレス、機械的ストレスに耐え、耐久寿命の長い定着装置とするために十分な強度を持たせるために、３０μｍ程度の厚みに形成している。プライマ層１０５ｂは、基層１０５ａの上に、カーボン等の導電粒子を適量分散した導電性プライマを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の弾性によって記録材Ｐに担持されたトナー画像を包み込むことができ、均一な加熱加圧定着を実現できる。離型層１０５ｄはトナーや紙粉の付着防止や定着スリーブ１０５からの記録材Ｐの分離性能を確保するために、離型性に優れ耐熱性が高いフッ素樹脂としてＰＦＡ樹脂を２０μｍ程度の厚みで塗布することによって形成されている。

加圧ローラ１０２は、金属（アルミや鉄）の芯金１０２ａと、芯金１０２ａの外側にシリコンゴム等で形成された弾性層１０２ｂと、弾性層１０２ｂの表面を被覆する離型層１０２ｃとを有する（図８内のｂ）。芯金１０２ａの両端部は側板対１０７に回転可能に軸受け支持されている。弾性層１０２ｂはシリコンゴム等で形成されたソリッドゴム層、あるいは断熱効果を持たせるためシリコンゴムを発泡させ形成されたスポンジゴム層等が用いられる。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。

制御手段としてのヒータ駆動制御回路は、給電装置と、これを制御するＣＰＵ等を備えている。このヒータ駆動制御回路はＣＰＵがプリント信号を入力して給電装置をオン・オフ制御することにより、ヒータ１０３の発熱抵抗体を通電加熱する。発熱抵抗体の通電加熱によりヒータ１０３が急速昇温する。このヒータ１０３の温度がヒータ１０３の裏面（定着ニップ部Ｎ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（不図示）の検知温度に基づいてヒータ１０３を所定の目標設定温度に温調制御し、定着スリーブ１０５をその温度に加熱する。本実施例の設定温度は１８０℃である。

この状態において、未定着トナー画像Ｓを担持した記録材Ｐが矢印Ｘ方向にて示す記録材搬送方向から定着ニップ部Ｎに導入され、記録材Ｐをニップ部Ｎで挟持搬送する（図２）。なお本実施例では、プリント信号入力から７．３秒後に、記録材Ｐの先端が定着ニップ部Ｎに到達する。この搬送過程でヒータ１０３の熱が定着スリーブ１０５を介して記録材Ｐに付与される。未定着トナー画像Ｓはヒータ１０３の熱とニップ圧によって記録材Ｐ面に定着される。ニップ部Ｎを出た記録材Ｐは定着スリーブ１０５の表面から曲率分離されて排紙ローラ対１４またはスイッチバックローラ対１５に搬送される。

次に、トナーに内包された離型ワックスの融点、及び昇華点に関して説明する。離型ワックスの最大吸熱ピークのピーク温度は、示差走査熱量分析装置「Ｑ１０００」（ＴＡＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）を用いてＡＳＴＭＤ３４１８−８２に準じて測定する。装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。具体的には、トナー約１０ｍｇを精秤し、これをアルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、測定温度範囲３０〜２００℃の間で、昇温速度１℃／ｍｉｎで測定を行う。尚、測定においては、一度２００℃まで昇温させ、続いて３０℃まで降温し、その後に再度昇温を行う。この２度目の昇温過程での温度３０〜２００℃の範囲におけるＤＳＣ曲線の最大の吸熱ピークを、離型ワックスのＤＳＣ測定における吸熱曲線の最大吸熱ピークとし、この温度を融点（Ｔｍ）と定義する。

離型ワックスの昇華点は、パーティクルカウンター「Ｈａｎｄｈｅｌｄ３０１６」（Ｌｉｇｈｔｈｏｕｓｅ社製）を用いて測定する。具体的には、３０ｃｍ×３０ｃｍ×３０ｃｍの箱で密閉された空間で、精秤したトナー１０ｍｇを昇温させて測定を行う。この測定において、パーティクルカウンターでカウントが開始する温度を昇華点（Ｔｓ）と定義する。なお、本実施例で用いている離型ワックスの融点Ｔｍは７６．０８℃（図９のａ）、昇華点Ｔｓは１４０℃（図９のｂ）である。

次に、捕集部材１１３とステー１０８の温度プロファイルを図１０に示す。捕集部材１１３の温度プロファイルはＴ１１３、ステー１０８の温度プロファイルはＴ１０８である。

＜Ｔ１１３、Ｔ１０８測定条件＞
温度：２３℃
湿度：５０％
記録材：７５ｇｓｍ、ＬＴＲサイズ
通紙条件：上記環境下で画像形成装置を２４時間放置→本体電源ＯＮ後６０ｍｉｎ放置→片面連続通紙
捕集部材１１３は、定着スリーブ１０５から放射される輻射熱により加熱される。プリント信号を待つスタンバイ時において、ヒータ１０３は１２０℃で温調制御されており、その周辺の部品もあたためられるため、捕集部材１１３の温度はプリンタ１の置かれている環境温度にはならない。そのため、図１０内のａに示すように、捕集部材１１３のプリント信号入力前温度Ｔｓ１１３は５９〜６０℃で推移している。プリント信号が入力されて、ヒータ１０３が急速昇温を開始すると、捕集部材１１３も急速昇温を始める。そして、記録材Ｐの先端がニップ部Ｎに到達する時の捕集部材１１３の温度ＴＮ１１３は８１℃まで昇温しており、離型ワックスの融点Ｔｍに到達している。その後も捕集部材１１３の温度は上昇するが、徐々に温度曲線は緩やかになり、最終的に昇華点Ｔｓ以下で温度上昇は無くなる。捕集部材１１３の昇温スピードと到達温度は、捕集部材１１３と定着スリーブ１０５との隙間量、捕集部材１１３の材質や体積を変える等して熱容量Ｃ１１３を調節することで、容易に変更することが可能である。そのため、記録材Ｐの先端がニップ部Ｎに到達するまでの間に、捕集部材１１３の温度を様々な種類の離型ワックスの融点〜昇華点の間に設定することができる。このように、本実施例の定着装置においては、記録材の先端が定着ニップ部に到達するまでに、捕集部材の温度が離型ワックスの融点以上に到達している。また、捕集部材の温度は、プリント期間中（定着処理期間中）、離型ワックスの融点以上、且つ昇華点以下の温度範囲に保たれている。

一方、ステー１０８は、捕集部材１１３よりも定着スリーブ１０５から離れており、ステー１０８の熱容量Ｃ１０８は、捕集部材１１３の熱容量Ｃ１１３の約８倍あるため、プリント信号入力前温度Ｔｓ１０８は、捕集部材１１３の温度よりも低く、約４５℃となっている。そして、プリント信号入力後の温度の立ち上がりが非常に遅く、１００秒経っても融点Ｔｍに到達していない。つまり、捕集部材１１３の熱はステー１０８にあまり伝導しておらず、且つ熱容量Ｃ１０８が大きいためステー１０８の温度はそれほど上昇しない。

このように、記録材の先端が定着ニップ部に到達するまでに、捕集部材の温度が離型ワックスの融点以上に到達しているのに対して、ステーの温度は離型ワックスの融点に到達していないことが判る。

次に、本体電源ＯＮ直後に連続通紙した際の捕集部材１１３の温度プロファイルＴ１１３’を図１０内のｂに示す。

＜Ｔ１１３’測定条件＞
温度：２３℃
湿度：５０％
記録材：７５ｇｓｍ、ＬＴＲサイズ
通紙条件：上記環境下で画像形成装置を２４時間放置→本体電源ＯＮ直後に片面連続通紙
本体電源ＯＮ後、直ちに定着処理できる状態までヒータ１０３は加熱され、捕集部材１１３も急速昇温を始める。その後、捕集部材１１３のプリント信号入力前温度Ｔｓ１１３’は７１〜７３℃で推移する。そして、記録材Ｐの先端がニップ部Ｎに到達する時の捕集部材１１３の温度ＴＮ１１３’は８８℃となり、離型ワックスの融点Ｔｍに到達している。その後は、Ｔ１１３と同様のプロファイルを示している。なお、本体電源ＯＮ後だけに限らず、ＪＡＭ処理後復旧後、省エネモード復旧後等においても、同じ加熱動作を行う。そのため、スタンバイ時、本体電源ＯＮ後、ＪＡＭ処理後復旧後、省エネモード復旧後等、プリンタ１がいかなる状態にあっても、記録材Ｐの先端がニップ部Ｎに到達する時点で捕集部材１１３の温度は７６．０８℃以上に到達している。

次に、捕集部材１１４と前下カバー１１２の温度プロファイルを図１１に示す。捕集部材１１４の温度プロファイルはＴ１１４、前下カバー１１２の温度プロファイルはＴ１１２である。測定条件は、＜Ｔ１１３、Ｔ１０８測定条件＞と全く同じである。

記録材Ｐの先端がニップ部Ｎに到達するまでに、捕集部材１１４の温度が７６．０８℃以上（ＴＮ１１４＝８２℃）に到達するように配置しているため、捕集部材１１３とほぼ同様の温度プロファイルとなっている（Ｔ１１４）。そのため、詳細説明は割愛する。前下カバー１１２の温度プロファイルも、ステー１０８と同様の傾向を示しており、捕集部材１１４から前下カバー１１２に熱があまり伝導していないことがわかる。また、捕集部材１１４の熱容量Ｃ１１４は、前下カバー１１２の熱容量Ｃ１１２の約１／２４程度にしている。もし、捕集部材１１４から前下カバー１１２に熱が伝導し易かったり、前下カバー１１２に捕集部材１１４の機能を持たせようとした場合、前下カバー１１２は高温になってしまい、ＪＡＭ処理時や定着装置交換時等にユーザーが前下カバー１１２の高温になっている部分に触れてしまう懸念がある。

次に、捕集部材１１５の温度プロファイル（Ｔ１１５）とベース板１０９の温度プロファイル（Ｔ１０９）を図１２に示す。測定条件は、＜Ｔ１１３、Ｔ１０８測定条件＞と全く同じである。捕集部材１１３、捕集部材１１４は定着スリーブ１０５から放射される輻射熱により加熱されているのに対し、捕集部材１１５は加圧ローラ１０２から放射される輻射熱により加熱されている。プリント信号が入力されてヒータ１０３が通電加熱され急速昇温を開始すると、捕集部材１１５も急速昇温を始める。そして、記録材Ｐの先端がニップ部Ｎに到達する時点で捕集部材１１５の温度ＴＮ１１５は９２℃である。しかし、記録材Ｐがニップ部Ｎに挟持されると、熱が記録材Ｐに奪われ、加圧ローラ１０２の温度が低下する。それに伴い、捕集部材１１５の温度もＴＮ１１５直後のＴｐをピークに低下する。通紙中、定着スリーブ１０５にはヒータ１０３から常に熱が供給され続けている。それに対して、加圧ローラ１０２はヒータ１０３以外に熱の供給源を有さない。そのため、記録材Ｐに熱を奪われて、加圧ローラ１０２の温度が低下するのである。しかし、記録材Ｐが奪う熱量は常に一定なので、加圧ローラ１０２の温度は低下し続けることはなく、通紙中はある一定の温度で推移する。そのため、捕集部材１１５の温度もＴｐをピークに低下するものの、８０〜８３℃の一定領域を推移し続ける。また、捕集部材１１５の熱容量Ｃ１１５は、ベース板１０９の熱容量Ｃ１０９の約１／１３程度にしている。そのため、プリント信号入力後のベース板１０９の温度上昇スピードは非常に遅い。なお、定着装置１００内部に複数存在する捕集部材のうち、少なくとも１つが、記録材Ｐの先端がニップ部Ｎに到達する時点で融点Ｔｍに到達していれば、離型ワックスの捕集は可能である。

定着手段によって加熱されて気化したワックス成分は、気化後直ちに冷やされ再度固化する。本実施例に用いているトナーに内包されている離型ワックスの融点Ｔｍは、前述した通り７６．０８℃、昇華点Ｔｓは１４０℃であるため、離型ワックスは７６．０８〜１４０℃の領域において液相状態となる。液相状態時、捕集部材１１３〜１１５に対して「ぬれ」が起こり、離型ワックスと捕集部材１１３〜１１５との間に分子間力が働くことで離型ワックスの吸着が可能となる。つまり、捕集部材１１３〜１１５の温度を融点Ｔｍ以上にして、気化後再固化したワックス成分を再度液相状態にすることで、捕集部材１１３〜１１５で離型ワックスを捕集することができるのである。捕集部材１１３〜１１５の温度が融点Ｔｍ以下だと、離型ワックスは固相状態となり、捕集部材１１３〜１１５に対して「ぬれ」が起こらない。離型ワックスと捕集部材１１３〜１１５との間に働く分子間力が非常に小さいため、離型ワックスを捕集部材１１３〜１１５に吸着させることができない。また、捕集部材１１３〜１１５の温度が昇華点Ｔｓを超えてしまうと、捕集した離型ワックスが捕集部材１１３〜１１５から再び昇華してしまう。以上の理由から、捕集部材１１３〜１１５の温度を同じ領域（７６．０８〜１４０℃）に保つことで、定着ニップ部で加熱されて昇華した後に液化・固化した離型ワックスを、捕集部材１１３〜１１５で再度液化させて吸着させることができるのである。また、１枚印刷を間欠で行う場合等の少数枚印刷時においても安定して離型ワックスを捕集するためには、プリント信号が入力された後に捕集部材１１３〜１１５を急速に昇温させ、記録材Ｐの先端がニップ部Ｎに到達するまでに捕集部材１１３〜１１５の温度を離型ワックスの融点Ｔｍに到達させておく必要がある。記録材Ｐの先端がニップ部Ｎに到達するまでに捕集部材１１３〜１１５の温度を離型ワックスの融点Ｔｍに到達させておくことで、いかなる通紙モードにおいても、安定して離型ワックスを捕集部材１１３〜１１５に吸着させることが可能となる。

なお、離型ワックスが複数種類使用されている場合は、それら離型ワックスの中で、最も高い融点から最も低い昇華点の温度領域で、捕集部材１１３〜１１５の温度を推移させることが望ましい。

以下に実施例の効果について説明する。加熱ユニット１０１とステー１０８・前下カバー１１４、加圧ローラ１０２と定着ベース１０９の間に設けた捕集部材１１３〜１１５に積極的に離型ワックスを吸着させることで、記録材ガイドや搬送ローラへの離型ワックス付着による搬送不良を抑えることが可能である。そして、記録材Ｐの先端がニップ部Ｎに到達するまでに、捕集部材１１３〜１１５の温度を融点Ｔｍ以上にすることで、１ジョブにおける印刷枚数に関係することなく、離型ワックスを捕集することが可能である。捕集部材１１３はステー１０８に対して、捕集部材１１４は前下カバー１１２に対して、捕集部材１１５はベース板１０９に対して熱容量をできるだけ小さくして、捕集部材１１３〜１１５の温度を離型ワックスの融点に立ち上げる時間を早めることで、プリント信号入力からプリント開始までの時間を早めることが可能である。そして、捕集部材１１３〜１１５とステー１０８、ベース板１０９と、前下カバー１１２との間に空隙を設けて熱伝導を抑え、捕集部材１１３、捕集部材１１４の吸熱量を一定量におさえることで、通紙中の定着スリーブ１０５の温度を安定させ、省電力で安定した定着性能を確保することが可能である。そして、ユーザーが接触可能な前下カバー１１２が高温になることを防止することが可能である。また、断熱部材として空隙を利用しているので、コストの安い離型ワックスの捕集構成を実現することが可能である。

（実施例２）
次に実施例２の定着装置について説明するが、定着装置の内部で主に実施例１と異なる特徴的な部分を説明する。

実施例２の定着装置１００において、捕集部材１１３、捕集部材１１４、捕集部材１１５の表面には、部材表面に離型ワックスが含浸可能な耐熱不織布１１８が貼り付けられている（図１３）。耐熱不織布１１８は平均径が数十μｍの繊維の集合体であり、外表面積が通常の樹脂部品に比べて非常に大きい。捕集部材１１３〜１１５の表面に離型ワックスが含浸可能な耐熱不織布１１８を貼り付けて、外表面積を大きくすることで、離型ワックスの捕集量を増やすことが可能である。

１プリンタ
５画像形成部
１００定着装置
１０１加熱ユニット
１０２加圧ローラ
１０８ステー
１０９ベース板
１１２前下カバー
１１３〜１１５捕集部材
１１８耐熱不織布

Claims

離型ワックスを含有するトナーを用いて形成されたトナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する定着ニップ部を形成する定着ニップ部形成部材と、前記定着ニップ部形成部材を収容するフレームと、を有する定着装置において、
前記定着ニップ部形成部材と前記フレームの間に、前記離型ワックスの融点と昇華点の間の温度に保たれ、前記定着ニップ部で加熱されて発生する前記離型ワックスを捕集する捕集部材を有することを特徴とする定着装置。
記録材の先端が前記定着ニップ部に到達するまでに前記捕集部材の温度が前記離型ワックスの融点以上に到達することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記捕集部材の熱容量をＣ１、前記捕集部材が取り付けられる部材の熱容量をＣ２としたとき、Ｃ１＜Ｃ２の関係を満たしていることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
前記捕集部材の材質が樹脂であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置。
前記捕集部材は、前記離型ワックスが含浸可能な耐熱不織布であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置。
前記捕集部材と前記捕集部材が取り付けられる部材との間が断熱されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置。
前記定着ニップ部形成部材は、エンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内面に接触するヒータと、前記エンドレスベルトを介して前記ヒータと共に前記定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着装置。