JP6173148B2 - 定着装置 - Google Patents

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。

従来より電子写真式の画像形成装置においては、離型剤（ワックス）が含有されたトナーを用いてシート（用紙）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。

この定着処理の際に、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、定着装置のシートの導入口付近に、凝縮後のワックス（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。このようなシートの導入口付近に多く存在する凝縮直後のワックスに対し何ら対処を行わないと、定着装置外にその多くが拡散し、画像に良くない影響を与えてしまう恐れがある。そこで、凝縮直後のワックスを大粒径化させて、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。

一方、特許文献１に記載の電磁誘導方式の定着装置では、ワックスがコイルホルダに固着し堆積してしまうのを抑制すべく、コイルホルダの近傍に発熱体を設けている。詳細には、コイルホルダを発熱体により加熱することによりワックスを液化させて、コイルホルダに固着していたワックスを下方へ落下させるようにしている。

また、特許文献２に記載の定着装置では、定着ローラに付着した微粒子をクリーニングウェブにより除去するにあたり、クリーニングウェブに微粒子を捕捉するための捕捉材を含有させている。

特開２０１０−２１７５８０号公報 特開２０１１−１１２７０８号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の定着装置では、シートの導入口付近に多く存在するダストが定着装置外へ微粒子のまま拡散してしまうのを抑制することができないため、解決策にはなり得ない。

本発明の目的は、離型剤に起因する所定の粒径の粒子がそのまま定着装置外に拡散してしまうのを抑制することができる定着装置を提供することである。

本発明の他の目的は、離型剤に起因する所定の粒径の粒子の大粒径化を促進することができる定着装置を提供することである。

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定着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形成された未定着トナー像をその間のニップ部にて熱定着する、前記シートの未定着トナー像が形成されている面と接触する加熱回転体および前記加熱回転体の重力方向下方に位置する加圧回転体と、
シート導入口およびシート排出口を有し、前記加熱回転体および前記加圧回転体を収容する筐体と、
前記シート導入口の近傍において前記筐体と前記加熱回転体との間の隙間を塞ぐように配置されており、前記シート導入口の近傍に発生する離型剤に起因する所定の粒径の粒子が浮遊している気流が前記隙間から前記シート排出口の側へ流れるのを抑制する第１の気流遮蔽部材と、
前記筐体の上側に配置されており、前記第１の気流遮蔽部材によって遮られて前記シート導入口から前記筐体の外に出た前記気流を前記筐体の上方の空間に実質滞留させる第２の気流遮蔽部材と、を有し、
前記空間は流入した気流が流出しないように閉空間とされていることを特徴とする。

本発明によれば、離型剤に起因する所定の粒径の粒子がそのまま定着装置外に拡散してしまうのを抑制することができる定着装置を提供することができる。離型剤に起因する所定の粒径の粒子の大粒径化を促進することができる。

参考例における画像形成装置を概略的に示した断面図 図１の画像形成装置における定着装置の部分の拡大横断面模式図 （ａ）は定着装置の分解斜視図、（ｂ）は定着装置筐体の上カバーの上部に第２の気流遮蔽部材が配設されている状態の斜視図 定着装置の要部の拡大横断面模式図 加熱ユニットの分解斜視図 定着スリーブの層構成模式図 ダストの合体現象と付着現象の説明図 ダスト発生箇所の説明図 定着スリーブの周辺のダスト濃度を示すグラフ トナー像の通過領域と第１の気流遮蔽部材の幅関係の説明図 定着装置周辺部の熱気流解析における断面図 シミュレーションで求めた距離ｔを示すグラフ 実施例１の定着装置の概略構成を示す横断模式図 熱気流解析において、ニップ部入口に仮想粒子を発生させた時の仮想粒子が流れていく経路図 実施例２の定着装置の分解斜視図 定着装置をニップ部入口から見た構成図（定着装置正面図） 実施例３の定着装置の分解斜視図 実施例４の定着装置の分解斜視図

以下、本発明に係る定着装置の実施例について参考例と共に詳細に説明する。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。

＜参考例＞
（１）画像形成装置の全体構成
定着装置の説明をする前に、まず、定着装置を搭載した画像形成装置の一例の全体構成について説明する。図１は本参考例における画像形成装置１を概略的に示した断面図である。この画像形成装置１は、電子写真プロセスを用いたレーザービームプリンタである。即ち、パーソナルコンピュータやイメージリーダ等の外部ホスト装置Ｂから制御回路部（制御手段：ＣＰＵ）Ａに入力される電気的画像信号に基づいて、シートＰに画像形成を行う。

シートＰは画像形成装置によってトナー像が形成されるシート状の記録材（記録媒体）であり、例えば、定型或いは不定型の普通紙、厚紙、薄紙、封筒、葉書、シール、樹脂シート、ＯＨＴシート、光沢紙等が含まれる。以下、用紙と記す。また、以下の説明では、便宜上、シートの扱いを通紙、排紙、給紙、通紙部、非通紙部などの用語を用いて説明するが、シートは紙に限定されるものではない。

画像形成装置１はトナー像を形成する作像エンジンを備え、トナー像を用紙Ｐに転写して画像を形成するように構成されている。作像エンジンは、画像形成装置１の装置本体１Ａ内の所定の装着部に取り外し可能に装着されるプロセスカートリッジ３と、光走査装置（レーザースキャナ）４を備える。

カートリッジ３はその内部に、回転駆動される感光体３０と、帯電ローラ３１と、現像ローラ３２と、クリーナ３３を備えており、感光体３０上に画像情報に応じたトナー像を形成し得るように構成されている。帯電ローラ３１は感光体３０を一様な背景部電位にまで帯電させる。現像ローラ３２は光ビーム４０の露光によって感光体３０上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する。クリーナ３３は感光体３０を清掃する。

作像エンジンの感光体３０と対向する位置には、転写ローラ３４が配設されている。光走査装置４は、画像情報に応じて変調された光ビーム４０を発し、感光体３０の軸方向に沿って走査し、感光体３０を画像情報に応じて露光する。

一方、用紙Ｐは装置本体１Ａ内の下部に収納される給紙カセット２から画像形成装置１の内部へ供給される。カセット２の上部にはカセット内に収容された用紙Ｐを引き出すためのピックアップローラ１１及び給紙ローラ１２が並設されている。また、給紙ローラ１２と対向する位置には用紙Ｐの重送を阻止するリタードローラ１３が配設されている。

カセット２から給紙された用紙Ｐは搬送経路１０に入り、感光体３０と転写ローラ３４との当接部である転写部への用紙の突入タイミングを制御するレジストレーションローラ１４へと送られる。その後、用紙Ｐは所定の制御タイミングで転写部へ送られ、転写部を挟持搬送されていく過程で感光体３０からトナー像の転写を受ける。転写部を通った用紙Ｐは感光体３０から分離されて定着装置５へ送られてトナー像の熱定着を受ける。定着装置５を出た用紙Ｐは排出ローラ１５を経て、画像形成装置１の上部に設けられた排紙トレイ１６に画像形成物（プリント）として排出される。

（２）定着装置の構成
図２は図１の画像形成装置１における定着装置５の部分の拡大横断面模式図、図３の（ａ）は定着装置５の分解斜視図、図４は定着装置５の要部の拡大横断面模式図である。本参考例における定着装置５は加熱源（加熱機構）としてセラミックヒータ等の面状（細板状）のヒータ５０ａを用いたベルト（フィルム）加熱方式−加圧部材駆動式の画像加熱装置である。このタイプの加熱装置は例えば特開平４−４４０７５号公報等で知られている。

ここで、本参考例における定着装置５又はその構成部材に関して、正面側とは定着装置５を用紙入口側から見た面、背面側とはその反対側の面（用紙出口側）である。左右とは定着装置５を正面側から見て左（一端側）または右（他端側）である。また、上流側と下流側は用紙搬送方向（シート搬送方向）に関して上流側と下流側である。長手方向（幅方向）や用紙幅方向とは、用紙搬送路面において、用紙の搬送方向（シート搬送方向）に直交する方向に実質平行な方向である。短手方向とは用紙搬送路面において、用紙の搬送方向に実質平行な方向である。上下とは重力方向において上または下である。

本参考例における定着装置５においては、用紙Ｐの搬送は、用紙幅中心のいわゆる中央基準搬送でなされる。いわゆる片側基準搬送でなされてもよい。

定着装置５は左右方向を長手方向とする横長の装置である。定着装置５は、大別して、
１）回転する加熱部材（加熱回転体：第１の回転体）として定着スリーブ５０ｂを有する加熱ユニット５０と、
２）加熱ユニット５０（定着スリーブ５０ｂ）の回転軸線に対して、その上端部が加熱ユニット５０（定着スリーブ５０ｂ）の重力方向下方に位置している、回転する加圧部材（加熱回転体：第２の回転体）としての加圧ローラ５１と、
３）それらを収容した筐体５２と、
を有する。そして、筐体５２即ち定着装置５が画像形成装置１の内部において装置本体１Ａの本体フレームに対して所定に位置決めされて取り付けられている。

（２−１）筐体の構成
筐体５２は、ベース５２Ｂ、上カバー５２Ｕ、一端側板（左側板）５２Ｌ、他端側板（左側板）５２Ｒで構成された横長の板金製内枠体を有する。この筐体５２の正面側に用紙導入口（シート導入口）４００を有する。また、筐体５２の背面側に用紙排出口（シート排出口）５００を有する。

一端側板５２Ｌと他端側板５２Ｒとの間に加熱ユニット５０と加圧ローラ５１がそれぞれ一端側と他端側が保持されて上下の位置関係で配設されており、両者間にニップ部５４が形成されている。

用紙導入口４００には作像エンジン側から定着装置５に対して搬送された用紙Ｐをニップ部５４へガイドする入口ガイド部材（ガイド部材）５６Ａがベース５２Ｂに対して所定に位置決めされて固定して配設されている。また、用紙排出口５００にはニップ部５４から出た用紙Ｐをガイドする出口ガイド部材（ガイド部材）５６Ｂがベース５２Ｂに対して所定に位置決めされて固定して配設されている。また、用紙排出口５００には出口ガイド部材５６Ｂよりも用紙搬送方向Ｘの下流側において用紙Ｐをニップ部で挟持搬送する定着排紙ローラ（シート排出搬送部材）５５が配設されている。

定着排紙ローラ５５は用紙Ｐを挟持搬送するためのニップ部を形成する下側ローラ５３ａと上側ローラ（コロ）５３ｂを有する。下側ローラ５５ａのローラ軸５５ｃが出口ガイド部材５６Ｂに対して実質平行に配列されて回転可能に設けられている。下側ローラ５５ａはこの軸５５ｃに沿って所定の間隔をあけて複数個が固着されて設けられている。上カバー５２Ｕには上記の複数個の下側ローラ５３ａに対してそれぞれ対応する複数個の上側ローラ５３ｂが回転可能に、かつ対応する下側ローラ５３ａに対して当接してニップ部を形成するように移動付勢されて配設されている。

用紙導入口４００の近傍において筐体５２の上カバー５２Ｕと加熱ユニット５０の定着スリーブ５０ｂとの間の隙間を塞ぐように第１の気流遮蔽部材（内部遮蔽部材）６０が配置されている。第１の気流遮蔽部材６０は筐体５２の上カバー５２Ｕの下面、あるいは筐体５２の一端側板５２Ｌと他端側板５２Ｒとの間に固定して配設されている。この第１の気流遮蔽部材６０は、後述するように、用紙導入口４００の近傍に発生する、離型剤に起因する所定の粒径の粒子が浮遊している気流が上記の隙間から用紙排出口５００の側への流れるのを抑制する。

また、筐体（５２）の上カバー５２Ｕの上側には第２の気流遮蔽部材６１が配設されている。図３の（ｂ）は上カバー５２Ｕの上側に第２の気流遮蔽部材６１が配設されている状態の斜視図である。この第２の気流遮蔽部材６１は、後述するように、第１の気流遮蔽部材６０によって遮られて用紙導入口４００から筐体５２の外に出た上記の気流を筐体５２の上方の空間Ｓに実質滞留させる。

（２−２）加熱ユニットの構成
図５は加熱ユニット５０の分解斜視図である。加圧ローラ５１も一緒に描かれている。加熱ユニット５０は、面状のヒータ５０ａ、回転する加熱部材（加熱回転体：第１の回転体）としてのエンドレスベルト状の定着スリーブ５０ｂ、ヒータホルダ５０ｃ、加圧ステー５０ｄ、一端側と他端側のスリーブフランジ５３Ｌ・５３Ｒ等の組立体である。

ヒータホルダ５０ｃは横断面ほぼ半円弧状樋型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５０ａは通電により急峻に昇温するセラミックスヒータ等の低熱容量の横長の板状発熱体であり、ヒータホルダ５０ｃの下面にホルダ長手に沿って配設されて保持されている。加圧ステー５０ｄは横断面下向き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５０ｃの内側に配設されている。定着スリーブ５０ｂは、ヒータホルダ５０ｃ、ヒータ５０ａ、加圧ステー５０ｄの組立体に対してルーズに外嵌（外挿）されている。

一端側と他端側のスリーブフランジ５３Ｌ・５３Ｒはそれぞれ耐熱樹脂による左右対称形状の成形品であり、ヒータホルダ５０ｃの一端側と他端側とに対向させて対称に装着されており、定着スリーブ５０ｂを保持する。定着スリーブ５０ｂの両端部はこのスリーブフランジ５３Ｌ・５３Ｒ間で回転可能に保持されて端部位置の規制と保形がなされる。

（２−２−１）定着スリーブの構成
図６は定着スリーブ５０ｂの層構成を説明する模式図である。定着スリーブ５０ｂは、内側から外側の方へ順に、エンドレス（円筒状）の基層５０１と、プライマ層５０２と、弾性層５０３と、離型層５０４と、を積層した複合層部材である。定着スリーブ５０ｂ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５０１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５０２は、基層５０１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いる。

弾性層５０３は、トナー像を圧接する際に変形することによって、離型層５０４をトナー像に密着させる役目を果たす。離型層５０４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。

（２−２−２）スリーブフランジの構成
スリーブフランジ５３Ｌ・５３Ｒは、それぞれフランジ部５３ａと棚部５３ｂと被押圧部５３ｃとを有する。フランジ部５３ａは定着スリーブ５０ｂの端面を受け止めて定着スリーブ５０ｂのスラスト方向への移動を規制する部材であり、定着スリーブ５０ｂの外形形状より大きい外形形状をしている。棚部５３ｂはフランジ部５３ａの内面側に円弧状に設けられており、定着スリーブ５０ｂ端部内面を保持して定着スリーブ５０ｂの円筒形状を保形する。被押圧部５３ｃはフランジ部５３ａの外面側に設けられており、それぞれ加圧ばねなどの付勢手段５７Ｌ・５７Ｒによる押圧力Ｔを受ける。

（２−３）加圧ローラの構成
図４を参照して、加圧ローラ（加圧回転体：第２の回転体）５１は、金属（アルミや鉄）の芯金５１１と、シリコンゴム等で形成された弾性層５１２、弾性層５１２を被覆する離型層５１３を有する弾性ローラである。離型層５１３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。

加圧ローラ１０２は筐体５２の一端側板５２Ｌと他端側板５２Ｒの間において、芯金５１１の一端側と他端側がそれぞれ軸受部材（不図示）を介して回転可能に支持されて配設されている。

加熱ユニット５０は一端側板５２Ｌと他端側板５２Ｒとの間において加圧ローラ５１に対してヒータ５０ａの側を対向させて上記の加圧ローラ５１の上側に実質平行に配列されている。

ここで、加熱ユニット５０の一端側と他端側のスリーブフランジ５３Ｌと５３Ｒはそれぞれ筐体５２の一端側板５３Ｌと他端側板５３Ｒに形成された加圧ローラ５１に向かう方向のガイド穴５２１（図３）に対してスライド移動可能に嵌着されている。そして、その一端側と他端側のスリーブフランジ５３Ｌと５３Ｒはそれぞれ付勢手段５７Ｌ・５７Ｒ（図５）により加圧ローラ５１に向かう方向に所定の押圧力Ｔをもって押圧されている。

上記の押圧力Ｔにより、加熱ユニット５０の全体、即ち、スリーブフランジ５３Ｌ・５３Ｒ、加圧ステー５０ｄ、ヒータホルダ５０ｃ、ヒータ５０ａ、定着スリーブ５０ｂの全体が加圧ローラ５１の方向に移動する。そのため、ヒータ５０ａが定着スリーブ５０ｂを介して加圧ローラ５１に対して弾性層５１２の弾性に抗して所定の押圧力Ｔで押圧され、定着スリーブ５０ｂと加圧ローラ５１との間に用紙搬送方向Ｘに関して所定幅のニップ部５４（図４）が形成される。

（２−４）定着シーケンス
定着装置５の定着シーケンス（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加圧ローラ５１を図４の回転方向Ｒ５１に所定の速度で回転駆動させる。加圧ローラ５１の回転駆動は加圧ローラ５１と一体の駆動ギアＧ（図５）に制御回路部Ａで制御される駆動源Ｍの駆動力が伝達されることでなされる。

加圧ローラ５１が回転駆動されることで、ニップ部５４において定着スリーブ５０ｂに加圧ローラ５１との摩擦力で回転トルクが作用する。これにより、定着スリーブ５０ｂが、その内面をヒータ５０ａに密着させて摺動しながら、ヒータホルダ５０ｃと加圧ステー５０ｄの外回りを加圧ローラ５１の速度とほぼ対応した速度で回転方向Ｒ５０ｂに従動して回転する。

また、定着排紙ローラ５５の下側ローラ５５ａの軸５５ｃにも駆動源Ｍの駆動力が伝達されて図２の回転方向Ｒ５５ａに所定の速度で回転駆動される。上側ローラ５５ｂは下側ローラ５５ａの回転に従動して回転方向Ｒ５５ｂに回転する。

また、制御回路部Ａは電源部５８からヒータ５０ａに対して通電を開始させる。ヒータ５０ａに対する通電は、ヒータ５０ａの一端側と他端側に装着した通電コネクタ５０ｅＬ・５０ｅＲ（図５）を介してなされる。この通電によりヒータ５０ａは有効全長域に渡って急速に昇温する。その昇温がヒータ５０ａの裏面側（ニップ部５４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に昇温して温調されるようにヒータ５０ａに対する電源部５８からの供給電力を制御する。本参考例における目標設定温度は約１８０℃である。

この定着装置５に対して作像エンジン側から未定着トナー像Ｉを担持した用紙Ｐが未定着トナー像Ｉが形成されている面が上向きで下面（裏面）が用紙入口ガイド部材５６Ａにガイドされてニップ部５４に導入されニップ部５４で挟持搬送される。ニップ部５４において定着スリーブ５０ｂが用紙Ｐの未定着トナー像Ｉが形成されている面と接触する。

用紙Ｐはニップ部５４を挟持搬送される過程でヒータ５０ａの熱が定着スリーブ５０ｂを介して付与される。未定着トナー像Ｉはヒータ５０ａの熱によって溶融され、ニップ部５４にかかっている圧力によって用紙Ｐに熱定着される。ニップ部５４を出た用紙Ｐは用紙出口ガイド部材５６Ｂにガイドされて定着排紙ローラ５５に中継ぎされて用紙出口５００から定着装置５外へ送出される。

（３）トナーに内包される離型剤
次に、トナーＩに内包（含有）される離型剤、本例ではワックスについて説明する。定着処理時にトナーＩが定着スリーブ５０ｂ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の問題を引き起こす要因となってしまう。

そこで、本例では、ワックスをトナーＩに内包させている。つまり、定着処理時にトナーＩ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スリーブ５０ｂ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（離型作用）ことが可能となる。

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５４を目標設定温度１８０℃に保った場合、トナーＩ中のワックスが瞬時に溶融してトナー像と定着スリーブ５０ｂ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、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。例えば、ダストが定着排紙ローラ５５や排出ローラ１５に固着、堆積して汚れを生じさせると、その汚れが用紙Ｐに移行して画像に影響してしまう恐れがある。また、画像形成装置に搭載された定着装置周辺の雰囲気を排気する排気（排熱）機構に設置されたフィルタ５９（図１）に付着して目詰まりを起こす恐れがある。

（４）定着処理に伴う離型剤に起因する発生粒子（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（ダストとも呼ぶ）の多くが、定着装置５の用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）近傍（図２、図４）に存在することが分かった。また、定着装置５の用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）近傍において、凝縮後のワックス成分（ダスト）が、互いの衝突により、大粒径化する現象が促進されることが分かった。以下、詳述する。

（４−１）ダストの性質と発生箇所について
離型剤（ワックス）に起因するダストの性質として、互いに合体して大型化する性質と、気体中にある固形物に付着する性質が知られている。図７の（ａ）と（ｂ）は、それらの性質を説明する図である。

図７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。

そして、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、雰囲気が高温状態にあればあるほど、促進される。また、この成長は、ダストが一定サイズ以上になると次第に鈍化し、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による空気中の移動が不活発になるためと推定される。

次に、図７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。

この現象は、気流の速度が風速計の計測限界を下回る０．２ｍ／ｓ以下の場合、つまり気流が非常に遅い場合であっても同様である。従って、ダスト２１ｃを大粒径化すればするほど、特に、数百ｎｍ程度の微粒子は定着装置内に留まり易く（多くは定着スリーブに付着）、定着装置外への拡散を抑制し得ることが分かる。

このように、ダストは合体して大型化（大粒径化）する性質と、大型化（大粒径化）すると周辺の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。従って、ダストが大粒径化すれば、ダストが微粒子（凝縮直後の粒径）のまま定着装置外に拡散されてしまうのを抑制できることが分かる。

次に、ダストの発生箇所について、図８と図９に基づいて説明する。図８は、図２と図４と異なり、トナー像Ｉを載せた用紙Ｐがニップ部５４に挟持搬送されている状況にあり、ダストが発生している状態を示している。なお、図８においては図２における第１の気流遮蔽部材６０と第２の気流遮蔽部材６１は配設していない。

かかる状況下で、ニップ部５４の入口側のポイントＡと出口側のポイントＢにおいて、ダスト濃度を測定したところ、図９のように、ポイントＡの濃度の方が顕著に高かった。このダストの測定には、米ＴＳＩ社製の高速応答型パーティクルサイザー（ＦＭＰＳ）を用いた。

この高速応答型パーティクルサイザー（ＦＭＰＳ）は、個数濃度（個／ｃｍ^３）、重量濃度（μｇ／ｍ^３）を測定することができる。本例では、粒径が５．６ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の微粒子（所定の粒径の粒子）の個数濃度（個／ｃｍ^３）をダスト濃度としている。

この結果は、ダストの発生箇所が、定着装置５の用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）の近傍であることを示している。この現象の推定理由として、高温の定着スリーブ５０ｂがトナー像Ｉに接触した時に、ワックスの低分子量成分が瞬時に揮発し、ニップ部５４を通過したころには揮発が終わっていることが考えられる。

（４−２）ダスト対策
そこで、本参考例における定着装置５は、筺体５２の内部において、加熱ユニット５０側の用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）の付近に位置し、定着スリーブ５０ｂと上カバー５２Ｕとの間の隙間を塞ぐよう配置される第１の気流遮蔽部材６０を設ける。さらに、上カバー５２Ｕの上部に定着装置５と画像形成装置本体側部材（定着装置近傍の装置本体側部材）との隙間を埋める位置に第２の気流遮蔽部材６１を設けている。これにより、画像形成装置１の内部におけるダストの拡散を抑制することができる。

図１０は定着装置５における、加熱ユニット５０と、加圧ローラ５１と、第１の気流遮蔽部材６０と、の部分の斜視模型図である。筐体５２を構成する部材や第２の気流遮蔽部材６１などの他の定着装置構成部材は省略してある。

第１の気流遮蔽部材６０の長手方向の幅Ｗ１は、用紙Ｐ上のトナー像Ｉの通過領域の幅Ｗ２よりも幅が広くなるように設定するのが好ましい。なお、幅Ｗ２は、画像形成装置１で使用可能な最大幅の用紙を使用したとき、その最大幅の用紙に対して画像形成可能な領域の幅（最大画像幅）に相当する。その結果、第１の気流遮蔽部材６０は、定着スリーブ５０ｂがトナー像Ｉと接触し得る領域よりも幅方向両外側に延在する位置関係となる。

しかし、画像形成装置１の使用において、最大幅の用紙を用いる頻度が少なければ、幅Ｗ２を上記より狭くしても、本件発明の課題を十分に解決できる。その場合は、最も使用頻度の高い用紙における最大画像幅を幅Ｗ２とするのが装置小型化の観点で妥当である。

図１１に熱気流解析における定着装置５周辺部の断面図を示すもので、図８のように第１の気流遮蔽部材６０と第２の気流遮蔽部材６１を配設していない定着装置５についてのものである。

図中に無数に存在する線は気流（エアフロー）の向きを表しており、矢印で表記している経路Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５は主な気流の方向を示している。定着装置５周辺の気流は用紙Ｐがニップ部５４に突入することにより、用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）近傍で最も大きくなる。この時、気流は、加圧ローラ５１の下方にはほとんど向かわず、定着スリーブ５０ｂの上方へ向かう（経路Ｄ１）。加熱ユニット５０の上方に侵入できなかった気流は用紙搬送方向Ｘとは逆方向に向かう（経路Ｄ２）。

さらに、定着スリーブ５０ｂは約１８０℃に昇温しており、それに伴って、定着装置５上方の空間Ｓは約６０℃程に昇温する。この空間Ｓの昇温過程において、定着装置５の上方への上昇気流が発生する（経路Ｄ３）。経路Ｄ３は、定着装置５の用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）から侵入（侵入口Ｄ３Ｉ）し、定着装置５の上方を通過して、定着排紙ローラ５５周辺から排出（排出口Ｄ３Ｏ）される。

定着スリーブ５０ｂおよび加圧ローラ５１の表面近傍はそれぞれの回転方向Ｒ５０、Ｒ５１に沿った気流（経路Ｄ４、Ｄ５）が存在する。従って、用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）近傍で発生したダストの拡散経路は、加熱ユニット５０の上方を通過し画像形成装置１の内部へ拡散する経路Ｄ１が存在する。また、経路Ｄ２を経由して、定着装置５の上方を通過し画像形成装置１の内部へ拡散する経路Ｄ３が存在する。

図１２は定着スリーブ５０ｂと加圧ローラ５１の周速Ｖと、距離ｔについての関係を示す。定着スリーブ５０ｂと経路Ｄ１の間には、ダストの存在しない隙間（距離ｔ）が存在する。定着スリーブ５０ｂから距離ｔにある位置は、経路Ｄ１と経路Ｄ４の境界であり、この境界より内側は、用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）方向にダストを含んでいない空気を送り込んでいる。この境界より外側は、用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）で発生したダストが存在する領域となる。

なお、隙間ｔは、図１２に示すように、周速Ｖに依存する。周速Ｖが大きい時は経路Ｄ４の影響が強くなり、距離ｔを広げているものと推定される。

ダストを用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）近傍に封じ込めるためには、経路Ｄ１を実質塞ぐことが求められる。第１の気流遮蔽部材６０と定着スリーブ５０ｂの間隔はｄＳ（図２）に設定されおり、経路Ｄ１を実質塞ぐためには、間隔ｄＳを０に近づける必要がある（十分に塞ぐことのできない理由は後述する）。

具体的な間隔ｄＳの設定方法としては、図１２を用いる方法が考えられる。図１２における距離ｔは、経路Ｄ１と経路Ｄ４の境界から定着スリーブ５０ｂまでの距離を意味しているので、表面周速Ｖが１１５〜２００ｍｍ／ｓの範囲にある場合は、
０．５＜ｄＳ（ｍｍ）＜０．００５９×Ｖ＋０．７２
となるようにすれば良い。

下限を０．５ｍｍとした理由は、定着スリーブ５０ｂと第１の気流遮蔽部材６０の接触を防ぐためである。前述したように、これら部材の表面はＰＦＡ樹脂であるため傷付き易く、接触によって傷付くと画像に影響してしまう。部品公差や熱による部材変形等を考慮すると、０．５ｍｍより狭くすることは設計上極めて困難なので下限を０．５ｍｍとした。

なお、上記方法は経路Ｄ１を十分に遮ることを前提においた方法であるが、実際には経路Ｄ１の一部を阻害すれば、本件発明の課題であるダスト汚れを防ぐことができることが多い。

そこで、ダストの流れの出口である定着排紙ローラ５５付近でダスト濃度を高速応答型パーティクルサイザー（ＦＭＰＳ）で測定し、第１の気流遮蔽部材６０の効果を判定する方法がより実用である。

例えばｄＳを４ｍｍからスタートして段階的に狭くしてゆき（例：４ｍｍ→３．５ｍｍ→３．０ｍｍ→２．５ｍｍ→２．０ｍｍ→１．５ｍｍ）、定着排紙ローラ５５付近のダスト濃度が下がり始める数値を選ぶと良い。下がっているか否かの判断基準は、第１の気流遮蔽部材６０がない場合のダスト濃度の２／３以下とするのが妥当である。ダストはガス分子に比べると拡散性が低いため、局所的なダスト濃度は、通紙等によって発生する気流の乱れによって変動し易い。

本発明者の経験によれば、±３０％程度の変動があるので判断基準を２／３以下とした。本参考例においては、ｄＳを２．０ｍｍとした時に、定着排紙ローラ５５付近のダスト濃度が２／３以下に下がり、ダスト汚れによって生じる問題を防止できる。

第１の気流遮蔽部材６０は定着スリーブ５０ｂの表面から０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以内の位置に配置されるのが好ましい。即ち、定着スリーブ５０ｂの表面と第１の気流遮蔽部材６０との間に０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以内の間隔（ギャップ）ｄＳが存在しているのが好ましい。これにより、第１の気流遮蔽部材６０を設けていない構成の場合に測定されるダスト濃度の７０％未満のダスト濃度とすることができるためである。つまり、気流Ｄ１（図１１）の一部の移動を第１の気流遮蔽部材６０により阻害できれば、ダストによる問題を実用上無視できるレベルにすることが可能となるためである。

なお、下限値の０．５ｍｍは、これ以上、定着スリーブ５０ｂの表面に第１の気流遮蔽部材６０を接近させると、定着ベルト１０５に接触してしまう恐れがあるためである。

ただ、第１の気流遮蔽部材６０を設けることにより上述したように経路Ｄ１を塞ぐと、必然的に経路Ｄ２への気流量が増大する。ダストを用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）近傍で封じ込めきれない場合、ダストは経路Ｄ３を通って画像形成装置１の内部に拡散する。そのため、画像形成装置１へのダスト拡散を抑制するため、空間Ｓ内でダストの付着を促進させる必要がある。

定着装置５の周辺には、定着スリーブ５０ｂが昇温することで空間Ｓに向かう上昇気流が存在する（経路Ｄ３）。そのため、積極的に空間Ｓ方向に向かわせるにはエアフロー侵入口Ｄ３Ｉに加え、エアフロー排出口Ｄ３Ｏを持つ必要がある。加え、ダストの付着を促進させるには、経路Ｄ３の侵入口Ｄ３Ｉに比べ小さな排出口Ｄ３Ｏを持つ必要がある。

というのは、侵入口Ｄ３Ｉに対して小さな排出口Ｄ３Ｏを持つことで、排出口Ｄ３Ｏでの流速が上がり、慣性力が大きくなることで、排出口Ｄ３Ｏ周辺にダストを付着させることができる。したがって、排出口Ｄ３Ｏからある程度エアフローが流れ出て、かつ、侵入口Ｄ３Ｉに比べて、排出口Ｄ３Ｏの流速が速い必要がある。

本参考例において、侵入口Ｄ３Ｉの流速は０．１２ｍ／ｓであった。このとき、排出口Ｄ３Ｏを小さくすることで、流速は０．６７ｍ／ｓから３．０２ｍ／ｓとなり、排出口Ｄ３Ｏ下流部におけるダスト放散量は４０％削減することができた。このように、侵入口Ｄ３Ｉに対して小さな排出口Ｄ３Ｏを持つことで、排出口Ｄ３Ｏの流速が上がり、ダストの付着を促進させ、画像形成装置１の内部にダストが拡散することを防ぐことができる。

上記のように、第１の気流遮蔽部材６０がニップ部５４から発生するダストをニップ周辺に封じ込める。さらに、第２の気流遮蔽部材６１が、ニップ周辺から漏れ出たダストを、定着装置上方にある空間Ｓに導く。空間Ｓに導かれたダストは、空間出口にある微小な出口により加速され、空間出口周辺に衝突し、付着する。空間Ｓは用紙通紙領域ではないために、堆積したダストが用紙に付着することを防ぐ。

＜実施例１＞
図１３は、本実施例を示した定着装置５の横断模式図である。本実施例は参考例において定着装置５と画像形成装置１との間に弾性部材６２を設けることで、エアフロー侵入経路はもつが、エアフロー排出経路はもたない構成となる。その他の定着装置構成は実施例１の定着装置５と同様である。即ち空間Ｓの気流出口が塞がれていて空間Ｓに流入する上記の気流が空間Ｓから流出しないことを特徴とする。

定着装置上方にある空間Ｓの出口をふさぐことで、封じ込めたダストの濃度が上昇し、空間Ｓ内で合体・衝突を促進させる。そのため、用紙通紙領域にダストが堆積することがなく、ダストが用紙に付着することを防ぐ。

即ち、定着スリーブ５０ｂは約１８０℃に昇温しており、それに伴って、定着装置５の上方の空間Ｓは約６０℃程に昇温する。この空間Ｓの昇温過程において、定着装置５上方への上昇気流が発生し、用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）近傍で発生したダストは空間Ｓ方向へ向かう。空間Ｓに向かったダストを空間Ｓに留めることで、空間Ｓ内でのダスト濃度が上昇し、合体・付着を促進させ、画像形成装置１の内部に拡散することを防ぐことができる。

＜実施例２＞
図１４は、図８のように第１の気流遮蔽部材６０と第２の気流遮蔽部材６１を配設していない定着装置５について仮想粒子が流れていく経路を示したものである。即ち、用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）近傍に重量ゼロの仮想粒子をシミュレーションプログラム上で発生させた時、仮想粒子が流れていく経路を示したものである。この手法は、気流シミュレーション結果における気流経路を調べるために用いられるものである。

仮想粒子（ダストに相当）は、用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）近傍に衝突した後、定着スリーブ５０ｂの上方に向かう粒子（経路Ｄ１：図１４の（ｂ））が存在する。また、加熱ユニット５０もしくは加圧ローラ５１の軸方向に向かう粒子（経路Ｄ５：図１４の（ａ））が存在する。

加熱ユニット５０の軸方向に移動した仮想粒子は、一端側板５２Ｌ、もしくは他端側板５２Ｒと、加熱ユニット５０、もしくは加圧ローラ５１にある隙間を通り（経路Ｄ６Ｌ、Ｄ６Ｒ：図１４の（ａ））、画像形成装置１の内部に拡散する。つまり、経路Ｄ１、Ｄ６Ｌ、Ｄ６Ｒを塞ぐことで画像形成装置１の内部にダストが拡散するのを抑制できる。

図１５、図１６はそれぞれ本実施例を説明する定着装置５の分解斜視図と、定着装置５を用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）から見た正面図である。即ち、用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）の近傍において筐体５２と定着スリーブ５０ｂまたは加圧ローラ５１もしくはその両者の長手方向端部との間の隙間を塞ぐように第３の気流遮蔽部材（端部遮蔽部材）６０Ｌ、６０Ｒが配置されている。この第３の気流遮蔽部材６０Ｌ、６０Ｒにより経路Ｄ６Ｌ、Ｄ６Ｒが塞がれて上記の気流の用紙排出口５００の側への流れが抑制される。

より具体的に、第３の気流遮蔽部材６０Ｌ、６０Ｒは、一端側板５２Ｌもしくは他端側板５２Ｒの内側から加熱ユニット５０の長手方向端部に延伸している。そして、一端側板５２Ｌもしくは他端側板５２Ｒと、加熱ユニット５０もしくは加圧ローラ５１との用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）近傍の隙間に設置される。これにより、経路Ｄ６Ｌ、Ｄ６Ｒを塞ぎ、画像形成装置１の内部へのダスト拡散を抑制することができる。

＜実施例３＞
図１７は本発明の第３の実施例を示した定着装置５の分解斜視図である。実施例２の場合と同様に、第３の気流遮蔽部材（端部遮蔽部材）６０Ｌ、６０Ｒが設けられている。即ち、部材６０Ｌ、６０Ｒが、一端側板５２Ｌもしくは他端側板５２Ｒ内側から加熱ユニット５０の長手方向端部に延伸している。そして一端側板５２Ｌもしくは他端側板５２Ｒと、加熱ユニット５０もしくは加圧ローラ５１との用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）近傍の隙間に設置されている。これにより、経路Ｄ６Ｌ、Ｄ６Ｒを塞ぐ。

さらに、第１の気流遮蔽部材（内部遮蔽部材）６０は、筺体５２の内部において、加熱ユニット５０側の用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）近傍に位置し、定着スリーブ５０ｂと上カバー５２Ｕとの間の隙間を塞ぐよう配置されている。この第１の気流遮蔽部材６０は、経路Ｄ１を塞ぎ、画像形成装置１の内部へのダスト拡散を抑制することができる。

＜実施例４＞
図１８は本発明の第４の実施例を示した定着装置５の分解斜視図である。本実施例においては実施例１の定着装置５の第１の気流遮蔽部材６０（図３）に、さらに、端部遮蔽部材６０Ｌ、６０Ｒを具備させたものである。その他の定着装置構成は実施例１の定着装置５と同様である。即ち、第３の気流遮蔽部材（端部遮蔽部材）６０Ｌ、６０Ｒが第１の気流遮蔽部材（内部気流遮蔽部材）６０の一端部または両端部に例えば一体成形で設けられていることを特徴とする。

第１の気流遮蔽部材６０は、筺体５２の内部において、加熱ユニット５０側の用紙導入口４００（ニップ入口５４ｃ）近傍に位置し、定着スリーブ５０ｂと上カバー５２Ｕとの間の隙間を塞ぐよう配置され、経路Ｄ１を塞ぐ。

さらに、第１の気流遮蔽部材６０の端部には端部遮蔽部材６０Ｌ、６０Ｒを備えている。端部遮蔽部材６０Ｌ、６０Ｒは、一端側板５２Ｌもしくは他端側板５２Ｒ内側から加熱ユニット５０回転軸方向に延伸している。そして、一端側板５２Ｌもしくは他端側板５２Ｒと、加熱ユニット５０もしくは加圧ローラ５１とのニップ入口５４ｃ近傍の隙間に設置される。

これにより、経路Ｄ１、Ｄ６Ｌ、Ｄ６Ｒを塞ぎ、画像形成装置１の内部へのダスト拡散を抑制することができる。

＜その他の事項＞
１）参考例、実施例１〜４における定着装置の各特徴構成を適宜に組み合わせて実施例以外の定着装置構成にすることもできる。

２）参考例、実施例１〜４において、定着装置が有する加熱回転体（第１の回転体）として定着スリーブ５ｂを例に、これを加圧回転体（第２の回転体）としての加圧ローラ５１により回転駆動する構成について説明した。しかしこの構成に限られない。例えば、加熱回転体として可撓性を有する無端状の定着ベルトを用い、これが複数の支持ローラに支持され、そして、これらの支持ローラのうちの１つにより定着ベルトが回転駆動される装置構成であっても構わない。また、定着スリーブや定着ベルトの代わりに定着ローラを用いる構成であっても構わない。

３）参考例、実施例１〜４において、加熱回転体としての定着スリーブ５ｂを加熱する加熱機構として面状ヒータを用いる例について説明したが、加熱機構はこれに限られない。例えば、電磁誘導加熱するための励磁コイル、ハロゲンヒータ、赤外線ランプなど他の加熱機構を用いる構成としても構わない。この場合、定着スリーブをその内側から加圧ローラに向けて加圧するための加圧パッドを用いることになる。また、加熱機構を定着スリーブの外部に配置する構成としても良い。

４）また、参考例、実施例１〜４において、定着装置が有する加圧回転体として加圧ローラ５１を例に説明したが、例えば、加圧ベルトを用いる構成にしても構わない。

５・・定着装置、５０・・加熱ユニット、５１・・加圧ローラ、５２・・筐体、５４・・ニップ部、６０・・第１の気流遮蔽部材（内部気流遮蔽部材）、６１・・第２の気流遮蔽部材、６０Ｌ、６０Ｒ・・第３の気流遮蔽部材（端部遮蔽部材）

Claims (9)

1. 離型剤を含有するトナーを用いてシートに形成された未定着トナー像をその間のニップ部にて熱定着する、前記シートの未定着トナー像が形成されている面と接触する加熱回転体および前記加熱回転体の重力方向下方に位置する加圧回転体と、
   シート導入口およびシート排出口を有し、前記加熱回転体および前記加圧回転体を収容する筐体と、
   前記シート導入口の近傍において前記筐体と前記加熱回転体との間の隙間を塞ぐように配置されており、前記シート導入口の近傍に発生する離型剤に起因する所定の粒径の粒子が浮遊している気流が前記隙間から前記シート排出口の側へ流れるのを抑制する第１の気流遮蔽部材と、
   前記筐体の上側に配置されており、前記第１の気流遮蔽部材によって遮られて前記シート導入口から前記筐体の外に出た前記気流を前記筐体の上方の空間に実質滞留させる第２の気流遮蔽部材と、を有し、
   前記空間は流入した気流が流出しないように閉空間とされていることを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱回転体の表面と前記第１の気流遮蔽部材との間に０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以内の間隔が存在していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記第１の気流遮蔽部材は装置に使用可能な最大幅のシートの画像形成可能な領域が前記ニップ部を通過する幅よりも幅方向両外側へ延在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。
4. 前記シート導入口の近傍において前記筐体と前記加熱回転体または前記加圧回転体もしくはその両者の長手方向端部との間の隙間を塞ぐように配置されており、前記気流が前記隙間から前記シート排出口の側へ流れるのを抑制する第３の気流遮蔽部材を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の定着装置。
5. 前記第３の気流遮蔽部材が前記第１の気流遮蔽部材の一端部または両端部に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記離型剤はワックスであり、前記所定の粒径は５．６ｎｍ以上５６０ｎｍ以下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定着装置。
7. 前記シート導入口には前記ニップ部に向けてシートをガイドするガイド部材が有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定着装置。
8. 前記シート排出口には前記ニップ部から出たシートをガイドするガイド部材が有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定着装置。
9. 前記シート排出口には前記ガイド部材よりもシート搬送方向の下流側にシートをニップ部で挟持搬送するシート排出搬送部材が有ることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。