JP6180257B2 - 画像加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やＬＢＰ等、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置に使用される画像加熱装置およびこれを用いた画像形成装置に関する。画像加熱装置としては、記録材上に形成した未定着トナー画像を固着画像として加熱定着する定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を増大させる光沢度増大装置等を挙げることができる。

従来、電子写真プロセスを利用して記録材（シート材）に形成されたトナー像は、定着装置によって熱定着処理が行われている。そして、近年の電子写真用トナーの構成材料としては、離型ワックスが含まれているものが多い。これは、印字画像の光沢度の調整、顔料の分散性などの効果を付与するためであり、その他、定着オフセットの防止のために添加されている。

定着オフセットの現象としては、以下に示すようにいくつかの種類がある。記録材への定着過程において、定着部材の加熱が不十分(低温)である場合に、トナーが充分溶融せず、記録材への固着力が小さくなるため、トナーの一部が定着部材に付着してしまう。この現象はコールドオフセットと呼ばれ、定着部材にトナーが付着した部分は、記録材上において画像の欠損として現れる。また、定着したトナーもその固着力は弱いため、摩擦などによって記録材上から剥がれてしまう可能性がある。

反対に、定着部材の温度が高すぎる場合、トナーの溶融は充分であるが、粘度が低下し、一部溶融トナーが記録材上から剥がれて、定着部材表面を汚染してしまう。この現象はホットオフセットと呼ばれ、コールドオフセットと同様に記録材上における画像欠損となる。

そこで、上述した定着オフセットを防止する場合において、離型剤としてワックス成分をトナーへ添加することが提案されている(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部材の界面に離型ワックスが移行し、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が提案されている(特許文献２)。

また、定着装置内部に生じる対流を抑制する平面状の凸形状部を定着ローラの外周と鉛直線との接点近傍に設け、待機時の消費電力を低く抑えるようにした定着装置が知られる（特許文献３）。

特開平８−１８４９９２号公報 特開２０００−３０７０号公報 特開２００１−１６６６２１号公報

しかしながら、ワックス含有トナーを用いる特許文献１、２の画像加熱装置では、記録材へ定着される過程で熱と圧力を受けるため、微量ながらもワックスが気化して生ずるという問題への対策が考慮されていない。すなわち、超微粒子（Ｕｌｔｒａ Ｆｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ 以降；ＵＦＰと表記する）となって、画像形成装置外へ放出されてしまうことへの対策がされていない。また、特許文献３においても、このようなＵＦＰ放出数を大幅に抑制することが考慮されていない。

本発明の目的は、ＵＦＰ放出数を大幅に抑制するとともに、その抑制効果を部品寸法が公差、ガタ、熱膨張などで振れた場合でも、その効果を安定して得ることができる画像加熱装置および画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像加熱装置は、加熱部材によって加熱される加熱回転体と、前記加熱回転体との間でニップ部を形成する加圧部材と、前記ニップ部に挟持搬送されるトナー像が形成された記録材からの超微粒子を浮遊させる空間を形成し前記加熱回転体の一部を覆う滞留部材と、を有し、前記記録材の搬送面からの前記加熱回転体の回転軸方向に直交する断面内における前記加熱回転体の最大高さをＨ、前記加熱回転体の記録材搬送方向の最大幅をＷとし、前記最大幅になるときの前記加熱回転体に対する、記録材搬送方向に直交する上流側の接線Ｌａと、下流側の接線Ｌｂと、前記加熱回転体の最大高さ面と、前記加熱回転体の最大高さ面に対して前記加熱回転体と反対側にあって前記滞留部材の面を構成する対向面と、で囲まれる空間領域をＳ１、前記記録材の搬送面からの前記断面内における前記滞留部材の前記ニップ部より上流側における先端位置の高さをｓｕ、前記ニップ部より記録材搬送方向の上流側における前記滞留部材と前記加熱回転体の記録材搬送方向における最小間隔をｋａとしたときに、前記加熱回転体の最大高さ面からの前記滞留部材の面を構成する対向面の高さＹが、
Ｙ＝Ｓ１／Ｗ≧０．９×Ｈ
を満足し、かつ、
ｓｕが、ｓｕ≦Ｈ／２を満足し、かつ、
ｋａが、２ｍｍ≦ｋａ≦５ｍｍを満足することを特徴とする。

本発明によれば、ＵＦＰ放出数を大幅に抑制することができるとともに、部品寸法が公差、ガタ、熱膨張などで振れた場合でも、その効果を安定して得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る画像加熱装置の概略断面図である。 本発明の実施形態に係る画像加熱装置を搭載した画像形成装置の概略断面図である。 本発明の実施形態に係る加熱部材および通電制御を行う回路を表す図である。 第１の実施形態における滞留部材および天板フレームの斜視図である。 第１の実施形態における滞留部材の要所寸法の定義を示す図である。 （ａ）は滞留部材の上流側部の先端位置がベルトの上流側端部位置の高さより低い場合の気流を示す図、（ｂ）は滞留部材の上流側部の先端位置がベルトの上流側端部位置の高さより高い場合の気流を示す図である。 第１の実施形態における滞留部材の上流側における侵入気流、下流側における排出気流、ＵＦＰの浮遊空間における浮遊を示す図である。 第１の実施形態における浮遊空間の高さとＵＦＰ減少率の関係を示す図である。 （ａ）は比較例（Ｒｅｆ）として滞留部材を備えない画像加熱装置における天板フレームを示す図、（ｂ）は滞留部材を備えない画像加熱装置の概略断面図である。 （ａ）は滞留部材の上流側部、下流側部を搬送方向に拡張しない場合の概略断面図、（ｂ）は滞留部材の上流側部を搬送方向に拡張した場合の概略断面図、（ｃ）は滞留部材の下流側部を搬送方向に拡張した場合の概略断面図である。 本発明の第２の実施形態における滞留部材および天板フレームの斜視図である。 （ａ）は第２の実施形態における滞留部材を搬送方向から見た正面図、（ｂ）は滞留部材の両端側の仕切り板とベルトを搬送方向から見たときの位置関係を示した図、（ｃ）は搬送方向に直交する方向から見た断面図、（ｄ）は搬送方向に直交する方向から見た外観図である。 第２の実施形態における滞留部材、天板フレームとベルトの搬送方向に直交する方向から見た位置関係図である。 第２の実施形態における浮遊空間の高さとＵＦＰ減少率の関係を示す図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図２は、本発明の実施形態に係る画像加熱装置を搭載した画像形成装置（転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタ）の概略断面図である。１は画像形成部における像担持体としての電子写真感光体ドラム（以下、ドラムという）であり、時計方向（矢印方向）に所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動される。２は接触帯電ローラ等の帯電手段であり、この帯電手段によりドラム１の面が所定の極性・電位に一様に帯電処理（一次帯電）される。

３は画像露光手段としてのレーザービームスキャナである。不図示のイメージスキャナ・コンピュータ等の外部機器から入力する目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して、オン／オフ変調したレーザー光Lを出力し、ドラム１の帯電処理面を走査露光（照射）する。この走査露光によりドラム１の表面の露光明部の電荷が除電されて、ドラム１の表面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

４は現像装置であり、現像スリーブ４aから感光体ドラム１面に現像剤（トナー）が供給されて、ドラム１の表面の静電潜像が可転写像であるトナー像として順次に現像される。レーザービームプリンタの場合、一般的に、静電潜像の露光明部にトナーを付着させて現像する反転現像方式が用いられる。

５は給紙カセットであり、記録材Pを積載収納させてある。給紙スタート信号に基づいて給紙ローラ６が駆動されて、給紙カセット５内の記録材Pが一枚ずつ分離給紙される。そして、レジストローラ７、シートパス８aを通って、接触型・回転型の転写部材としての転写ローラ９とドラム１との当接ニップ部である転写部位Ｒに所定のタイミングで導入される。すなわち、ドラム１上のトナー像の先端部が転写部位Ｒに到達したとき、記録材Pの先端部もちょうど転写部位Ｒに到達するタイミングとなるようにレジストローラ７で記録材Pの搬送が制御される。

転写部位Ｒに導入された記録材Pは、この転写部位Ｒを挟持搬送されるが、その間、転写ローラ９には不図示の転写バイアス印加電源から所定に制御された転写電圧（転写バイアス）が印加される。この転写部材としての転写ローラ９及び転写電圧制御については、後述する。転写ローラ９にはトナーと逆極性の転写バイアスが印加されることで、転写部位Ｒにおいてドラム１のトナー像が記録材Pの表面に静電的に転写される。

転写部位Ｒにおいてトナー像の転写を受けた記録材Pは、ドラム１から分離されてシートパス８bを通って画像加熱装置１１へ搬送導入され、トナー像の加熱・加圧定着処理を受ける。一方、記録材分離後（記録材Pに対するトナー像転写後）のドラム１の表面はクリーニング装置１０で転写残トナーや紙粉等の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。なお、画像加熱装置１１を通った記録材Pは、シートパス８c側に進路案内されて、排紙口１３から排紙トレイ１４上に排出される。

接触型・回転型の転写部材としての転写ローラ９は、一般にＳＵＳ、Ｆｅ等の芯金上にカーボン、イオン導電性フィラー等で１×１０^６ 〜１×１０^１０Ω程度の抵抗に調整された半導電性のスポンジ弾性層を形成した弾性スポンジローラが用いられる。本実施形態では、芯金９ｂの外回りに同心一体に、ＮＢＲゴムと界面活性剤等を反応させ、導電性を有する弾性層９ａをローラ状に成形具備させてなるイオン導電系の転写ローラを用いた。抵抗値は１×１０^８ 〜５×１０^８Ωの範囲のものを用いた。

転写ローラ９の抵抗は雰囲気環境の温湿度に応じて変動しやすいことが知られており、この転写ローラ９の抵抗変動は転写不良や紙跡などの発生を招来する。そこで、転写ローラ９の抵抗変動に起因する転写不良や紙跡などの発生を防止するために、転写ローラ９の抵抗値を測定し、その抵抗値測定結果に応じて転写ローラ９に印加する転写電圧を適正に制御すること（印加転写電圧制御）が採択される。

そのような印加転写電圧制御例としては、特開平２−１２３３８５号公報に開示されるＡＴＶＣ制御（Ａｃｔｉｖｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）がある。ＡＴＶＣ制御は、転写時、転写ローラに印加する転写バイアスを最適化する手段であり、転写不良、紙跡の発生を防止したものである。このような転写バイアスは、画像形成装置の前回転行程中に転写ローラ９からドラム１に定電流バイアスを印加し、その時のバイアス値から転写ローラ９の抵抗を検知し、印字行程の転写時に、その抵抗値に応じた転写バイアスを転写ローラ９に印加する。本実施形態においても、上記のＡＴＶＣ制御を用いた。

（画像加熱装置）
次に、本実施形態における画像加熱装置１１について説明する。本実施形態では先ずフィルム加熱方式の画像加熱装置を例にとり、説明する。図１は、本実施形態に係るフィルム加熱方式の画像加熱装置の概略断面図である。この装置は、特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報、同４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に開示のテンションレスタイプの装置である。

（ベルト）
このテンションレスタイプのフィルム加熱方式の画像加熱装置は、加熱部材によって加熱される加熱回転体として、ベルトとしての耐熱性フィルム（エンドレスベルト状もしくは円筒状）を用いる。そして、該ベルトの周長の少なくとも一部は、常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）とし、ベルトが加圧体の回転駆動力で回転駆動されるようにした装置である。

２２はエンドレス（円筒状）のベルトとしての定着フィルム（耐熱性フィルム）であり、加熱体２３を含むフィルムガイド部材であるステー２１に外嵌させてある。このエンドレスの耐熱性フィルム２２の内周長は、加熱体２３を含むステー２１の外周長より、例えば３ｍｍ程度大きくしている。従って、ベルトとしての定着フィルム２２は、周長に余裕を持って外嵌される。

ベルトとしての定着フィルム２２は、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は１００μｍ以下とされる。好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の単層フィルムを使用できる。或いは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施形態では、膜厚約５０μｍのポリイミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用い、フィルム２２の外径は１８ｍｍとした。

（バックアップ部材）
２１はバックアップ部材としてのフィルムガイドであり、加熱体保持部材とベルトのガイド部材を兼ねる耐熱性・剛性部材で構成される。２０は金属よりなるコの字板金であり、フィルムガイド２１を補強する剛性部材である。２３は加熱体としてのセラミックヒータであり、上記のフィルムガイド２１の下面にステー長手方向（記録材の搬送方向に交差する方向）に沿って配設されている。

フィルムガイド２１は、ポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PPS、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等との複合材料等で構成できる。本実施形態では、液晶ポリマーを用いた。また、コの字板金２０は、ＳＵＳや鉄などの金属で構成できる。

（加圧部材）
２４は加熱体２３との間に定着フィルム２２を挟んでニップ部Ｎを形成し、かつ定着フィルム２２を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段としての加圧ローラである。加圧部材としての加圧ローラ２４は、芯金と弾性体層と最外層の離形層からなり、不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもって定着フィルム２２を挟ませて加熱体２３の表面に圧接させて配設してある。本実施形態では、芯金はアルミニウムを、弾性体層はシリコーンゴムを、離形層は厚さ約３０μｍのＰＦＡのチューブを用いた。また、加圧ローラ２４の外径は２０ｍｍ、弾性体層の厚さは３ｍｍとした。

この加圧ローラ２４は、定着フィルム２２を介してバックアップ部材としてのフィルムガイド２１に対向し、不図示の駆動系により矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ２４の回転駆動により、ニップ部Nにおける該加圧ローラと定着フィルム外面との摩擦力で定着フィルム２２に回転力が作用する。そして、ベルトとしての定着フィルム２２は、その内面側がニップ部Ｎにおいて加熱体２３の表面に密着して、摺動しながらステー２１の外回りを矢印の方向に加圧ローラ２４の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転する。

（加熱部材）
図３は本実施形態における加熱部材としての加熱体２３の正面図及び通電制御を行う回路を表す図である。加熱体２３は、被加熱材としての記録材Pの搬送方向aに対して直角方向を長手方向とする細長の耐熱性・絶縁性・良熱伝導性の基板２７に設けられる。すなわち、基板２７の表面（フィルム摺動面）側に基板長手方向に沿って形成具備させた抵抗発熱体２６が設けられる。そして、加熱体２３は、この抵抗発熱体２６を形成した加熱体表面を保護する耐熱性オーバーコート層２８、抵抗発熱体２６の長手方向の端部の給電用電極２９・３０等を備え、全体に低熱容量の加熱体を構成している。

本実施形態の抵抗発熱体２６は、銀・パラジウム・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、加熱体基板２７上に線帯状に形成して得たものである。抵抗発熱体２６の材料としては、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）以外にＲｕＯ_２、Ｔａ_２Ｎ等の電気抵抗材料を用いても良い。抵抗発熱体２６の抵抗値は常温で２０Ωとした。

基板２７は耐熱性・絶縁性を有し、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックス材料が用いられる。本実施形態では幅７ｍｍ・長さ２７０ｍｍ・厚さ１ｍｍのアルミナ基板を使用している。また、給電用電極２９・３０は銀パラジウムのスクリーン印刷パターンを用いた。２８は抵抗発熱体２６のオーバーコート層であり、抵抗発熱体２６と加熱体２３表面との電気的な絶縁性とフィルム２２の摺動性とを確保する。本実施形態では、オーバーコート層２８として厚さ約５０μｍの耐熱性ガラス層を用いた。

図３には、加熱体２３の裏面（非フィルム摺動面）も示している。２５は加熱体２３の温度を検知するために設けられた検温素子である。本実施形態では、検温素子２５として加熱体２３から分離した外部当接型のサーミスタを用いている。この検温素子２５は、例えば支持体上に断熱層を設け、その上にチップサーミスタの素子を固定し、素子を下側（加熱体裏面側）に向けて所定の加圧力により加熱体裏面に当接するような構成をとる。本実施形態では、支持体として高耐熱性の液晶ポリマーを、断熱層としてセラミックスペーパーを積層したものを用いた。なお、検温素子２５は最小通紙域内に設けられており、ＣＰＵ３１に通じている。

この加熱体２３にオーバーコート層２８を形成具備させた表面側を下向きに露呈させ、ステー２１の下面側に保持させて固定配設してある。以上の構成をとることにより、加熱部材全体を熱ローラ方式に比べて低熱容量にすることができ、クイックスタートが可能になる。

ここで、加熱体２３は、抵抗発熱体２６の長手方向端部の給電用電極２９・３０に対する給電により、抵抗発熱体２６が長手方向全域に渡って発熱することで昇温する。その昇温が検温素子２５で検知され、検温素子２５の出力をＡ／Ｄ変換しＣＰＵ３１に取り込む。そして、その情報に基づいてトライアック３２により抵抗発熱体２６に通電する電力を位相制御あるいは波数制御等により制御して、加熱体２３の温度制御がなされる。

すなわち、検温素子２５の検知温度が所定の設定温度より低いと加熱体２３が昇温するように、設定温度より高いと降温するように通電を制御することで、加熱体２３は定着時一定温度に保たれる。なお、本実施形態では位相制御により出力を０〜１００％まで５％刻みの２１段階で変化させている。出力１００％は加熱体２３に全通電したときの出力を示す。

加熱体２３の温度が所定温度に立ち上がり、かつ加圧ローラ２４の回転による定着フィルム２２の回転周速度が定常化した状態において、定着フィルム２２を挟んで加熱体２３と加圧ローラ２４とで形成されるニップ部Ｎに記録材Pが転写部より導入される。そして、記録材Ｐがベルトとしての定着フィルム２２と一緒に圧接ニップ部Ｎを挟持搬送されることにより、加熱体２３の熱が定着フィルム２２を介して記録材Ｐに付与される。

これにより、記録材Ｐ上の未定着顕画像（トナー画像）が記録材Ｐ面に加熱定着される。そして、ニップ部Ｎを通った記録材Ｐは、定着フィルム２２の面から分離されて搬送される。

（滞留部材）
４１は滞留部材であり、画像加熱装置（定着装置）の天板フレーム４２により定着装置に固定されている。図４に滞留部材４１と天板フレーム４２の斜視図を示すが、滞留部材４１はベルトとしての定着フィルム２２の一部（ニップＮと反対側）を覆う様に構成されている。滞留部材４１の材質としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、セラミックス、金属、耐熱ガラス等の材料や、これらの複合材料等が用いられる。

滞留部材４１の役割を説明するに当たり、トナーワックスからＵＦＰが発生するメカニズムについて、以下説明する。トナー中のワックスは、トナー画像ＴがニップＮを通過するときの熱と圧力により液化し、トナー内部からトナー表面へと染み出てくる。このときにワックスの一部は気化し、空気中に放出される。またワックスの微量ながら一部は、ニップＮを通過後もフィルム側に残留してしまい、定着フィルム２２から熱を受け続けることで気化する。これら気化したワックスは、周囲の温度によって液相または固相の超微粒子（ＵＦＰ）になり、周囲の気流に乗って周りの空間に浮遊する。

これら浮遊状態のＵＦＰは、浮遊している状態が長いと凝集し易く、かつ周辺部材に吸着され易くなる。また高濃度で浮遊している程、凝集は起き易くなる。このため、凝集を進行させるためには、なるべく発生源周辺でＵＦＰを運ぶ気流を滞留させることが望ましい。

このため、滞留部材４１としては、ＵＦＰの発生源である定着フィルム２２の周辺を覆って、発生直後のＵＦＰを滞留部材内の空間に一時的に滞留させる、すなわちＵＦＰを運ぶ気流を遅くする、およびＵＦＰを運ぶ気流の経路を長くすることが好ましい。これにより、ＵＦＰの凝集と周辺部材への吸着を促進させ、ＵＦＰの発生個数を低減させることができる。

（滞留部材の配置）
ここで、滞留部材４１の配置を説明するに当たり、その要所を図５のように定義する。先ず、記録材の搬送面（記録材搬送面）からの加熱回転体としての定着フィルム２２の回転軸方向に直交する断面内における定着フィルム２２の最大高さをＨとする。また、定着フィルム２２の記録材搬送方向最大幅をＷとし、その最大幅になるときの定着フィルム上の上流側の位置における記録材搬送方向に直交する接線をＬａ、下流側の位置における記録材搬送方向に直交する接線をＬｂとする。さらに、定着フィルム２２の記録材搬送方向最大幅になる上流側位置の記録材搬送面からの高さをＶとする。

そして、滞留部材４１は、上記の定着フィルム２２に対し、上流側の面と、下流側の面と、定着フィルム２２の最大高さ面に対して定着フィルム２２と反対側の対向面としての天井部（天板）と、を備える。

ここで、上流側の接線Ｌａと、下流側の接線Ｌｂと、定着フィルム２２の最大高さ面と、天井部（天板）と、で囲まれる空間領域をＳ１とする。そして、滞留部材４１の上流側部の面に関し、その先端の記録材搬送面からの高さをＳｕ、定着フィルム２２との記録材搬送方向における最小間隔（最短距離）をｋａとする。

そして、滞留部材４１の記録材搬送方向における上流側部の先端の記録材搬送面からの高さＳｕを、定着フィルム２２の記録材搬送方向最大幅になる上流側位置の記録材搬送面からの高さＶよりも低くする。また、滞留部材４１の記録材搬送方向における上流側部と定着フィルム２２との記録材搬送方向における最小間隔（最短距離）ｋａを５ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ乃至５ｍｍとする。これにより、図６を参照した以下の理由でＵＦＰを運ぶ気流の速度を遅くすることができる。

本実施形態において、滞留部材４１は、ベルトとしての定着フィルム２２の周囲から発生したＵＦＰをその内部で滞留させるに当たり、定着フィルム２２の駆動に伴う気流を利用する。すなわち、加圧ローラの駆動に伴う定着フィルム２２の回転により、定着フィルム２２の表面には図６に示すような気流Ｒｗ（以降、層流Ｒｗと記述する）が発生する。一方、通常、画像加熱装置（定着器）周辺には、記録材としての紙の搬送に伴う風の流れや、画像加熱装置の熱を本体外部へ放出する本体内部からの風の流れが存在し、気流Ｋｗが記録材搬送方向に沿って定着器へ流れる。

ここで、滞留部材４１の記録材搬送方向の上流側部の先端の高さＳｕが高さＶよりも低い場合（図６（ａ））は、気流Ｋｗが滞留部材４１の記録材搬送方向の上流側部に遮られるか、定着ローラとしての定着フィルム２２の下半分にあたる。このため、上流側部を回り込みながら（結果的に弱められて）滞留部材４１の内部空間に入ってくる気流はあっても、気流Ｋｗが滞留部材内部へ直接吹き込むことは無い。

一方、滞留部材４１の記録材搬送方向の上流側部の先端の高さＳｕが高さＶよりも高い場合（図６（ｂ））は、気流Ｋｗが滞留部材４１の記録材搬送方向の上流側部に遮られることはない（結果的に弱められない）。そして、気流Ｋｗは定着フィルム２２の表面と滞留部材４１の間に直接入り、滞留部材４１の内部空間に直接侵入する気流Ｋｓが発生してしまう。

ここで、滞留部材４１の内部ではなるべくＵＦＰの滞留する時間を長くしたいため、滞留部材４１の内部を記録材搬送方向で上流から下流へと流れる風をなるべく弱くしたい。そのためには、直接侵入気流Ｋｓが発生しないようにすること、すなわち滞留部材４１の記録材搬送方向の上流側部の先端の高さはＶ以下とする（より好ましくはＶより小さくする）必要がある。

また、滞留部材４１の内部に侵入する気流をさらに弱めるためには、滞留部材４１の記録材搬送方向の上流側部と定着フィルム２２とのクリアランスｋａをなるべく小さくして、侵入する気流を層流Ｒｗとぶつけることが好ましい。ここで、一般的に層流Ｒｗの発生により、定着フィルム２２の表面から５ｍｍの範囲までの空間は層流Ｒｗの影響を受けており、ｋａの値としては、５ｍｍ以下の範囲にすることが好ましい。そして、実質的に画像加熱装置（定着器）の部品公差やガタなどによる干渉を考えると、ｋａの値を２ｍｍ未満にすることは困難であるので、ｋａの値としては２ｍｍ乃至５ｍｍの範囲がより好ましい。

図６（ａ）において、ＵＦＰは、僅かながらも滞留部材４１の内部へ回り込みながら侵入してきた侵入気流Ｋｓに乗って移動するが、滞留部材内の滞留時間が長い程ＵＦＰの凝集が進行する。侵入気流Ｋｓは、滞留部材４１の記録材搬送方向の上流側部の脇を通って、層流Ｒｗに弱められながら侵入するので、その侵入方向は、図７の黒矢印に示すようにほぼ接線Ｌａの方向になる。

また、滞留部材４１の記録材搬送方向と平行な天板（天井部）Ｔで折り返した排出気流もそのまま図７の白ぬき矢印に示すように出口に向かうので、侵入気流Ｋｓに乗ったＵＦＰの滞留時間は結果的にＳ１の高さ、すなわちＳ１/Ｗに比例する。つまり、Ｓ１/Ｗを大きく取ることで、ＵＦＰを運ぶ気流の経路を長く取ることができる。以下、このＳ１が定義される系において、Ｓ１/Ｗを式１のようにパラメータＹとして定義する。

Ｙ＝Ｓ1/Ｗ （式１）
このパラメータＹは、本実施形態においては定着フィルム２２の最大高さ面からの滞留部材４１の天井部（天板）の高さそのものに相当する。しかし、たとえば滞留部材の天井部が記録材搬送面にたいして平行な面では無い場合（斜めな面、曲線や段差など）には、定着フィルム２２の最大高さ面から天井部までの平均高さに相当する。

そして、このパラメータＹは、以下の式２を満足させることが好ましい。

Ｙ＝Ｓ１／Ｗ≧０．９×Ｈ （式２）
式２を満足させると、以下に詳述するようにＵＦＰの個数を安定して減少させることができる。そして、画像加熱装置の部品寸法の公差や、熱膨張変形、組み付けのガタなどがあっても、安定してＵＦＰを減少させることができる。以下、パラメータＹのＨに対する割合について説明する。

（パラメータＹのＨに対する割合）
図１は、本実施形態に係る画像加熱装置の概略断面図である。定着フィルム２２は外径１８ｍｍのものを用いた。画像加熱装置１１（図２）に組み込まれると、定着フィルム２２表面の形状は、フィルムガイド２１で裏支えされ、かつ加圧ローラ２４とのニップ部Ｎでつぶれされることで、円形よりも記録材搬送方向に伸ばされた楕円状に変形する。画像加熱装置に組み込まれた後の定着フィルム２２の高さＨおよび幅Ｗは、実測した結果Ｈ＝１５ｍｍ、Ｗ＝２０ｍｍ、Ｖ＝７．５ｍｍであった。

滞留部材４１の材質としてはＰＥＥＫを用い、滞留部材４１の記録材搬送方向における上流側部に関し、その先端の記録材搬送面からの高さｓｕを６ｍｍ、定着フィルム２２との記録材搬送方向における最小間隔（最短距離）ｋａを３ｍｍとした。このような画像加熱装置において、滞留部材４１の天井部のフィルム頂点からの高さを振ることでＹを振って、排出されるＵＦＰの個数（濃度）を測定した結果を、以下の表１に示す。また、表１のＹと減少率をまとめたグラフを図８に示す。

なお、表１中には、比較例（Ｒｅｆ）として滞留部材４１の無い構成（図９）についても実験を行った結果を載せてある。比較例（Ｒｅｆ）では、天板フレーム４４の記録材搬送方向上流端の位置が記録材搬送面に対して充分離れており、天板フレーム４４が滞留部材４１のように定着フィルムを覆ってなく、滞留する空間Ｓ１があるとはみなせないので、Ｙは存在しないものとみなせる。

また、ＵＦＰの評価方法は、３立方メートルの密閉されたチャンバー内を浄化された空気で満し、チャンバー内に画像形成装置を設置し、印字率が５％の画像を５分間連続印刷した直後のチャンバー内のＵＦＰ濃度を測定した。測定には、ナノ粒子粒径分布計測器ＦＭＰＳ３０９１（ＴＳＩ社製）を用いた。また、画像形成装置としては、プロセススピードが約２３０ｍｍ/秒、４０ｐｐｍのモノクロＬＢＰを用いた。

ここで，ＵＦＰ濃度の単位は（個/ｃｍ3・秒）であり、減少率とは比較例（Ｒｅｆ）のＵＦＰ濃度に対して、どれくらいＵＦＰ濃度が減少したかを割合で示した値である。濃度は低い方（減少率は高い方）が好ましく、かつＹの変動に対して減少率が変化が少ない方が効果が安定していることを表し、好ましい。

図８から判るように、滞留空間の高さに相当するパラメータＹ（ｍｍ）で減少率（％）をプロットすると、Ｙが大きくなるにつれて減少率はおおきくなる。Ｙが１３．５（ｍｍ）以降、つまり式２を満足する場合（定着フィルムの高さＨの０．９倍の値のＹ以降）に減少率（％）がほぼ飽和するようになる（Ｙが１ｍｍ変化したときの濃度の変動（濃度／Ｙ）が２％以下）。

以下、Ｙの増加に対して減少率が飽和してくる理由について説明する。ＵＦＰの基本的性質として、滞留時間が長い程、ＵＦＰ凝集が進行しＵＦＰの粒径は大きくなるものの、滞留空間Ｓ１を大きくしても、これ以上大きい粒子はできないという凝集により生成される粒子の限界値が存在している。

実際に測定した結果、表１の実施例１乃至７のＵＦＰの最大粒径は約２５０ｎｍであり、その個数も各実施例でほぼ等しかった。また、比較例１では最大粒径が２５０ｎｍ、比較例２乃至４では最大粒径が２５０ｎｍ未満であり、比較例（Ｒｅｆ）においては最大粒径がもっとも小さく約１７５ｎｍであった。なお、ここでいう最大粒径とは、ＵＦＰ測定に用いたナノ粒子粒径分布計測器ＦＭＰＳ３０９１（ＴＳＩ社製）で測定された粒度分布の最大値のことである。

このように測定結果のＵＦＰの粒径に上限があるのは、空気中のエアロゾルにおける蓄積モード（凝縮による粒子生成プロセス）の粒子生成の粒径には限界がある（一般にその上限は数百ｎｍのオーダーにあると言われている）ためと思われる。

上記の通りＵＦＰの粒径の上限が約２５０ｎｍであることによって、滞留空間Ｓ１が大きい程、凝集の程度は進行するものの、やがて飽和し凝集効果が実質的に変わらないようになる。すなわち、結果的には滞留部材の滞留空間はある容積以上で、ＵＦＰの凝集による効果（ＵＦＰ個数の減少効果）が飽和するようになっていると考えられる。

次に、表１にあった実施例４の構成（Ｙ＝２２（ｍｍ））を基にして、滞留部材４１の記録材搬送方向における上流側部に関し、その先端の記録材搬送面からの高さｓｕ、定着フィルム２２との記録材搬送方向における最小間隔（最短距離）ｋａを変化させた。ｓｕ及びｋａを振った時の排出されるＵＦＰの個数（濃度）を測定した結果を、以下の表２に示す。

表２の結果から判るように、高さｓｕは７．５ｍｍ以下（より好ましくは７．５ｍｍ未満）、すなわちＶ以下（より好ましくはＶ未満）だと効果（減少率）が高く安定し、Ｖより大きいと効果（減少率）が急激に低下している。これは先にのべたように、Ｖより大きいと直接侵入気流が生じてしまい、効果（減少率）が急激に低下するためと考えられる。ここで、Ｖ＝Ｈ／２であるため、ｓｕ≦Ｈ/２（（より好ましくはｓｕ＜Ｈ／２）だと効果（減少率）が高く安定する。

また、ｋａは２ｍｍ乃至５ｍｍの範囲（２ｍｍ≦ｋａ≦５ｍｍ）であれば安定しているが、これを超えると急激に効果が低下している。これも先にのべたように、層流Ｒｗの厚みが５ｍｍ以下のためと考えられる。

また定着フィルム２２の外径の絶対値を振り、かつプロセススピードを６０ｍｍ/秒〜４００ｍｍ/秒の範囲で可変にし、同様にｓｕとｋａを振ってＵＦＰの減少率を検討した結果、ｓｕは上述したものと同様にＶ以下が好ましいものであった。また、ｋａも上述したものと同様に、２ｍｍ乃至５ｍｍの範囲内が好ましいものであった。

即ち、本実施形態においては、Ｙ＝Ｓ１／Ｗ≧０．９×Ｈを満足し、かつ、ｓｕが、ｓｕ≦Ｈ／２を満足し、かつ、ｋａが、２ｍｍ≦ｋａ≦５ｍｍを満足する。

つぎに図１０にあるような滞留部材構成、比較例１ａ（図１０（ｂ））と比較例１ｂ（図１０（ｃ））について説明する。これらの構成は表１の比較例１の構成（図１０（ａ））から、紙搬送方向へ滞留部材を拡張した形状であり、
この場合に排出されるＵＦＰの個数（濃度）を測定した結果を、以下の表３に示す。

表３の結果から判るように、何れの構成も大差が無く、搬送方向への拡張でほとんど変化していない。すなわち、滞留部材は記録材搬送方向へ拡張をしても、ＵＦＰの低減効果が変わらないことを示している。これは、滞留部材内の空間に侵入した気流は、上述したように、そのまま侵入角度をなるべく維持する（記録材搬送面に対してほぼ垂直に侵入する）ようになるためと考えられる。すなわち、主たる気流はｓｕよりも記録材搬送方向で上流にある空間にはほとんど入って行かないものと考えられる。

また、排出気流についても、出口めがけてなるべく最短の経路（（記録材搬送面に対してほぼ垂直の経路）で出ていこうとするので、主たる気流は記録材搬送方向で下流にある空間にはほとんど入って行かないものと考えられる。なお、拡張による効果はほとんどないものの、記録材搬送方向に拡張した構成としても良い。

以上説明した通り、滞留部材４１の形状を所望の形状にすること、すなわち滞留部材の記録材搬送方向の上流側部を所定の位置に配置（ｓｕ、ｋａの設定）し、Ｙを所定の数値範囲に設定することによって、ＵＦＰの良好な低減効果を得ることができる。そして、滞留部材や滞留部材まわりの部品の公差や、部品の熱膨張、あるいは加熱定着装置の組み付けガタなどにより、面積Ｓ１は変化しうるが、本実施形態では実質的に面積Ｓ１の変動に対しても安定して、高いＵＦＰの減少効果を奏する。

《第２の実施形態》
本実施形態は、滞留部材がベルト回転軸方向（記録材搬送方向に交差するベルト長手方向）におけるベルトの両端の間隔よりも短い間隔の壁部を両端側に有するもので、この点以外は第１の実施形態と同様である。本実施形態は、第１の実施形態に比べ、さらに層流Ｒｗの効果を安定して得られるようにすることで、ＵＦＰ低減効果をさらに良いレベルで安定して得られるようにしたものである。

図１１は、本実施形態における滞留部材および天板フレームの斜視図である。本実施形態の特徴は、図１２に示すように仕切り板５１をベルト長手方向における滞留部材の両端近傍に設けたことである。第１の実施形態では、ベルト長手方向における滞留部材の両端部におけるフィルム２２の無い領域では、層流による相殺効果が使えないため、侵入する気流があり、その分気流を滞留させる効果が弱められる。

これに対し、本実施形態では、図１２（ｂ）にその長手の位置関係を、図１３にフィルム２２との断面位置関係を示すように、定着フィルム２２の長手方向の両端よりも内側に仕切り板５１を設ける。これにより、両端から侵入する気流および排出する気流を防ぐことができ、これにより定着フィルム２２の回転に伴う層流Ｒｗとの相殺効果を十分に活用できる。

本実施形態においても、Ｙ＝Ｓ１／Ｗ≧０．９×Ｈを満足し、かつ、ｓｕが、ｓｕ≦Ｈ／２を満足し、かつ、ｋａが、２ｍｍ≦ｋａ≦５ｍｍを満足する。

実際に滞留部材４１の上流側部の先端の高さｓｕを６ｍｍ、ベルトとの最小間隔ｋａは３ｍｍにして、天板Ｔの高さＹを振って、排出されるＵＦＰの個数（濃度）を測定した結果を、以下の表４に示す。また、表４にあるＹと減少率をまとめたグラフを図１４に示す。表１中には、比較例（Ｒｅｆ）として滞留部材４１の無い構成（図９）についても実験した結果を示している。

なお、ＵＦＰの排出数の評価方法は、３立方メートルの密閉されたチャンバー内を浄化された空気で満し、チャンバー内に画像形成装置を設置し、印字率が５％の画像を５分間連続印刷した後のＵＦＰ濃度を測定した。測定にはナノ粒子粒径分布計測器ＦＭＰＳ３０９１（ＴＳＩ社製）を用いた。

表４の結果から判るように、第１の実施形態よりも一律に約１０％減少率が高くなることが判る。これは、端部からの気流の侵入及び流出を防いだことで、効果的に滞留が行われるようになったためである。

本実施形態も、高さパラメータＹ（ｍｍ）と減少率（％）の関係において、第１の実施形態と同様の傾向が存在することが分かる。すなわち、図１４から判るように、滞留空間の高さに相当するパラメータＹ（ｍｍ）で減少率（％）をプロットすると、Ｙが大きくなるにつれて減少率は大きくなる。かつ、第１の実施形態と同様に、Ｙが１３．５（ｍｍ）以降、つまり定着フィルムの高さＨの０．９倍の値のＹ以降で減少率が、ほぼ飽和するように（Ｙが１ｍｍ変化したときの濃度の変動（濃度/Ｙ）が２％以下）になる。

本実施形態の各具体例１２乃至１９のＵＦＰの最大粒径は約２５０ｎｍであり、その個数も各具体例１２乃至１９でほぼ等しかった。参考例３では、最大粒径が２５０ｎｍ未満であり、比較例（Ｒｅｆ）においては最大粒径が１７５ｎｍであった。

以上説明した通り、滞留部材４１の形状を所望の形状にすること、すなわち滞留部材の記録材搬送方向の上流側部を所定の位置に配置（ｓｕ、ｋａの設定）し、Ｙを所定の数値範囲に設定することによって、ＵＦＰの良好な低減効果を得ることができる。

そして、滞留部材や滞留部材まわりの部品の公差や、部品の熱膨張、あるいは加熱定着装置の組み付けガタなどにより、面積Ｓ１は変化しうるが、パラメータＹをＨの０．９倍より大きく設定することで、実質的に面積Ｓ１の変動に対しても安定させることができる。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について述べたが、本発明はこれに限られず、同一性の範囲内で種々の変形が可能である。

（変形例１）
第２の実施形態では、滞留部材がベルト回転軸方向（記録材搬送方向に交差するベルト長手方向）におけるベルトの両端の間隔よりも短い間隔の壁部を両端側に有するものとしたが、ベルトの両端の間隔よりも長い間隔の壁部を両端側に有するものでも良い。この場合、滞留部材の上流側部、下流側部、天井部（天板Ｔ）のベルト長手方向の長さは壁部の間隔と等しいものとなり、設置スペースに余裕がある場合に適する。

（変形例２）
上述した実施形態では、滞留部材に関し、侵入気流に関連してニップ部より上流側の上流側部のｓｕおよびｋａについての制約条件を示したが、ニップ部より下流側の下流側部については特別の制約条件を備えない。記録材の搬送面からの滞留部材のニップ部より下流側における先端位置の高さをｔｕ、ニップ部より下流側における滞留部材と加熱回転体の記録材搬送方向における最小間隔をｌａとするとき、ｔｕ、ｌａは任意の値を設定することができる。ｔｕ、ｌａを夫々ｓｕ、ｋａと同じ値にすることもできるし、例えばｔｕ≦Ｈ/２、かつｌａ≧ｋａとすることもできる。

（変形例２）
上述した実施形態では、加熱回転体としてベルト（定着フィルム）を用いる方式で、加圧部材としての加圧ローラを用いてベルトを回転させたが、本発明はこれに限られない。加圧部材として加圧パッドを用い、ベルトを駆動プーリーを含む複数のプーリーに懸架させるようにしても良い。

（変形例３）
上述した実施形態では、加熱回転体としてベルト（定着フィルム）を用いる方式の画像加熱装置を説明したが、本発明はこれに限らず、加熱回転体として熱ローラを用いる方式の画像加熱装置にも適用可能である。

（変形例４）
上述した実施形態では、滞留部材の天井部としては、図１や５にあるように、記録材搬送方向と平行に配置した形態の例を示したが、本発明はこれに限らず、天井部が搬送面に対して斜めであっても、段差や曲線を有するものあっても構わない。すなわちＹはＳ/Ｗとして定義され、Ｙ≧０．９×Ｈを満たす限り、本実施形態で上げたものと同等の効果を有する。

２２・・定着フィルム、２４・・加圧ローラ（加圧部材）、４１・・滞留部材

Claims (9)

1. 加熱部材によって加熱される加熱回転体と、
   前記加熱回転体との間でニップ部を形成する加圧部材と、
   前記ニップ部に挟持搬送されるトナー像が形成された記録材からの超微粒子を浮遊させる空間を形成し前記加熱回転体の一部を覆う滞留部材と、
   を有し、
   前記記録材の搬送面からの前記加熱回転体の回転軸方向に直交する断面内における前記加熱回転体の最大高さをＨ、前記加熱回転体の記録材搬送方向の最大幅をＷとし、
   前記最大幅になるときの前記加熱回転体に対する、記録材搬送方向に直交する上流側の接線Ｌａと、下流側の接線Ｌｂと、前記加熱回転体の最大高さ面と、前記加熱回転体の最大高さ面に対して前記加熱回転体と反対側にあって前記滞留部材の面を構成する対向面と、で囲まれる空間領域をＳ１、
   前記記録材の搬送面からの前記断面内における前記滞留部材の前記ニップ部より上流側における先端位置の高さをｓｕ、
   前記ニップ部より記録材搬送方向の上流側における前記滞留部材と前記加熱回転体の記録材搬送方向における最小間隔をｋａとしたときに、
   前記加熱回転体の最大高さ面からの前記滞留部材の面を構成する対向面の高さＹが、
   Ｙ＝Ｓ１／Ｗ≧０．９×Ｈ
   を満足し、かつ、
   ｓｕが、ｓｕ≦Ｈ／２を満足し、かつ、
   ｋａが、２ｍｍ≦ｋａ≦５ｍｍを満足することを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記滞留部材は、前記断面内において、記録材搬送方向と平行な天井部と、前記ニップの上流側および下流側において前記天井部に垂直な上流側部および下流側部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記滞留部材は、前記回転軸方向における前記加熱回転体の両端の間隔よりも短い間隔の壁部を両端側に有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像加熱装置。
4. 前記記録材の搬送面からの前記断面内における前記滞留部材の前記ニップ部より下流側における先端位置の高さをｔｕとするとき、
   ｔｕ≦Ｈ／２を満足させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
5. 前記ニップ部より下流側における前記滞留部材と前記加熱回転体の前記記録材搬送方向における最小間隔をｌａとするとき、
   ｌａ≧ｋａとしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
6. 前記加熱回転体は加熱部材によって加熱されるベルトであり、前記ベルトの内側に前記ベルトを介して前記加圧部材と対向するバックアップ部材を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
7. 前記加圧部材は加圧ローラであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
8. 前記加熱回転体は加熱部材によって加熱されるベルトであり、前記ベルトは駆動プーリーを含む複数のプーリーに懸架されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
9. 前記記録材に前記トナー像を形成する画像形成部と、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像加熱装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。