JP6202928B2 - 定着装置 - Google Patents

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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、定着装置の用紙の導入口付近に、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。このような用紙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防止すべく、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補足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、用紙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トナー像をその間のニップ部にて定着する第1及び第2の回転体と、シート導入口とシート排出口を有し、前記第1及び第2の回転体を収容する筐体と、前記シート導入口から前記シート排出口に至る前記筐体の内部空間において前記第1の回転体の表面近傍に設けられ、離型剤に起因する所定の粒径の粒子が前記シート排出口の側へ拡散するのを抑制する抑制部と、を有し、前記抑制部と前記第1の回転体とのギャップをG(mm)、前記第1の回転体の周速をV(mm/s)としたとき、
0.5≦G≦0.0059×V+0.72
の関係を満足す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。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。
(a)定着装置の概略断面図、(b)は定着装置の分解斜視図である。 定着ユニットの分解斜視図である。 画像形成装置の概略断面図である。 (a)は図1の(a)におけるニップ部分の拡大図、(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。 定着ユニットとシートとの位置関係を示す斜視図である。 (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。 ダストの発生箇所を説明する図である。 定着ベルトの周辺のダスト濃度を示すグラフである。 定着ベルトと加圧ローラの周辺の気流の流れを説明する図である。 (a)はシートの略中央部がニップ部を通過中のダストの通過経路を示す図であり、(b)はシートの後端がニップ部に進入したときのダストの通過経路を示す図である。 拡散抑制部材の設置位置を説明する図である。 定着装置の概略断面図である。 定着装置の概略断面図である。 定着装置の概略断面図である。 定着装置の概略断面図である。 (a)は定着ユニットとシートとの位置関係を示す斜視図、(b)は拡散抑制部材と定着ベルトの一部を拡大した図である。 (a)は定着装置の概略断面図、(b)は拡散抑制部材と定着ベルトの一部を拡大した図である。 定着装置の概略断面図である。 (a)、(b)は拡散抑制部材と定着ベルトの一部を拡大した図である。 ダスト濃度の検証結果を示すグラフである。 隙間と周速との関係を示すグラフである。
以下、本発明に係る定着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。
<参考例1>
(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、画像形成装置の全体構成について説明する。図3は画像形成装置1の概略断面図である。この画像形成装置1は、電子写真プロセスを用いた、4色フルカラーのレーザービームプリンタ(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(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は外部ホスト装置Bや操作部C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(プロセスカートリッジ)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1A内のほぼ中央部に図3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帯電ローラ7、クリーニング部材41、現像ユニット9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)が収容されている。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)色のトナーが収容されている。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)色のトナーが収容されている。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)色のトナーが収容されている。
装置本体1A内において、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、装置本体1A内において、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、図3において右側に配設した駆動ローラ10aと、左側に配設したテンションローラ10bと、この両ローラ間に懸回張設した中間転写体としての中間転写ベルト(以下、ベルトと記す)10cと、を有する。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。
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と二次転写ローラ12との接触部が二次転写部である。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。装置本体1Aの下部には、用紙給送カセット2が配設されている。カセット2は所定の要領にて装置本体1Aに対して引き出しおよび挿入可能に構成されている。
図3において装置本体1A内の右側にはカセット2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)Dが配設されている。この用紙搬送路Dには下側から上側に順に、給送ローラ2aとリタードローラ2bとのローラ対、レジストローラ対4、二次転写ローラ12、定着装置103、両面フラッパ15a、排出ローラ対14が配設されている。装置本体1Aの上面は排出トレイ(排出用紙積載部)16となっている。
図3において装置本体1Aの右側面側には手差し給送部(マルチ・パーパス・トレイ)3が設けられている。この手差し給送部3は不使用時には装置本体1Aに対して2点鎖線示のように縦起こして畳み込んだ閉状態(格納状態)にしておくことが出来る。使用時は実線示のように倒し開き状態にする。
(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が矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。ベルト10cも矢印Rの反時計方向(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帯電ローラ7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が有する現像ローラ(現像部材)によりトナー像(現像剤像)として現像される。現像ローラには所定の現像バイアスが印加される。
上記のような電子写真画像形成プロセス動作により、第1の画像形成ステーション5Yのドラム6にはフルカラー画像のY色成分に対応するY色トナー像が形成される。そのトナー像が該画像形成ステーション5Yの一次転写部においてベルト10c上に一次転写される。第2の画像形成ステーション5Mのドラム6にはフルカラー画像のM色成分に対応するM色トナー像が形成される。そのトナー像が該画像形成ステーション5Mの一次転写部においてベルト10c上にすでに転写されているY色のトナー像に重畳されて一次転写される。
第3の画像形成ステーション5Cのドラム6にはフルカラー画像のC色成分に対応するC色トナー像が形成される。そのトナー像が該画像形成ステーション5Cの一次転写部においてベルト10c上にすでに転写されているY色+M色のトナー像に重畳されて一次転写される。第4の画像形成ステーション5Kのドラム6にはフルカラー画像のK色成分に対応するK色トナー像が形成される。そのトナー像が該画像形成ステーション5Kの一次転写部においてベルト10c上にすでに転写されているY色+M色+C色のトナー像に重畳されて一次転写される。
第1から第4の各一次転写ローラ11には、所定の制御タイミングにて、トナーの帯電極性とは逆極性で所定電位の一次転写バイアスが印加される。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。この未定着トナー像はベルト10cの引き続く回転により搬送されて二次転写部に至る。
各画像形成ステーション5において、ベルト10cに対するトナー像の一次転写後のドラム6の表面は一次転写残トナーがクリーニング部材(クリーニングブレード)41により拭掃除去されて、次の作像工程に供される
一方、カセット2内の用紙Pが所定の制御タイミングで給送ローラ2aとリタードローラ2bによって1枚分給送されてレジストローラ対4へ搬送される。手差し給送モードである場合は、手差しトレイ3上の用紙Pが給送ローラ3aで繰り出され、搬送ローラ対3bでレジストローラ対4へ搬送される。
用紙Pは、レジストローラ対4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には、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色重畳のトナー像が用紙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は実線示の第1の姿勢aに保持されている両面フラッパ15aの下側を通り、排出ローラ14によって排出トレイ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の表面に残留した二次転写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、クリーニングされたベルト表面が次の作像工程に供される。
定着装置103を出た片面側画像形成済みの用紙Pを排紙トレイ16に排紙せず、用紙Pの2面目に印字するための再循環搬送経路15bに搬送して両面印字することもできる。この場合は、定着装置103を出た片面側画像形成済みの用紙Pが破線示の第2の姿勢bに切り換えられた両面フラッパ15aの上面側を通り、スイッチバックローラ15により排紙トレイ16の側に搬送される。
そして、用紙Pの搬送方向下流側の端部が両面フラッパ15aの上に到達すると、両面フラッパ15aが第1の姿勢aに戻されると共に、スイッチバックローラ15が逆転駆動される。これにより、用紙Pは再循環搬送経路15b内を下向きに反転搬送され、搬送ローラ対15c、3bを経由して再びレジストローラ対4へ搬送される。以後は、片面側画像形成モードの場合と同様に、二次転写部、定着装置103、排出ローラ対14の経路を搬送されて、両面印字済みの用紙Pが排紙トレイ16に排出される。
なお、本例では、画像形成装置1として、ドラム6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、ドラム6を一つ備えたモノクロの複写機やプリンタに搭載する定着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。
(2)定着装置の構成
次に定着装置について説明する。図1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。本例における定着装置103は、定着処理時に、用紙を挟持搬送しながら加熱・加圧するためのニップ部をその間で形成する一対の回転体(第1及び第2の回転体)を有する構成となっている。具体的には、加熱源としてセラミックヒータ等の面状(細板状)ヒータ101a(図2、図4の(a))を用いたベルト(フィルム)加熱方式の定着装置である。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。
定着装置103はニップ部における用紙搬送路面内において用紙Pの搬送方向(シート搬送方向)Xに直交する方向に平行な方向を長手方向(幅方向)とする横長の装置である。定着装置103は、大別して、定着ベルト105を備えた加熱ユニット101と加圧ローラ(加圧部材)102を備えた定着ユニットと、それらを収容した筐体100と、を有する。
定着ベルト105が第1の回転体または第2の回転体である。加圧ローラ102が第2の回転体または第1の回転体である。定着ベルト105が用紙の未定着トナー像が形成される面と接触し得る回転体である。加圧ローラ102が用紙の未定着トナー像が形成される面とは反対側の面と接触し得る回転体である。
(2−1)筐体の構成
この筐体100には、図1の(a)に示すように、用紙(シート)が導入される部位に導入口(シート導入口)400が形成されており、用紙が排出される部位に排出口(シート排出口)500が形成されている。また、導入口400が排出口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が配置されており、本例の装置は、所謂、縦パスと呼ばれる、用紙を重力方向下方から上方に向けて搬送する構成とされている。
(2−2)加熱ユニットの構成
図2は加熱ユニット101の分解斜視図である。なお、加圧ローラ102も描かれている。加熱ユニット101は、ヒータホルダ104、面状のヒータ101a、加圧ステー104a、回転する加熱回転体(エンドレスベルト)である定着ベルト105、定着ベルト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り、ヒータホルダ104に沿って配設されて保持されている。加圧ステー104aは横断面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。
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円弧状の保持部材1に相当する。定着ベルト105の幅方向両端部は、フランジ106L・106Rにより、幅方向への移動が規制される。
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、付勢手段(不図示)による押圧力を受ける。
(2−2−1)定着ベルトの構成
図4の(a)は図1の(a)におけるニップ部101b部分の拡大図である。図4の(b)は本例における定着ベルト105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いる。
弾性層105cは、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
図4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。
筐体100は、図1のベース板109、ステー108、一端側板107L、他端側板107R、とで構成された横長の板金製内枠体を有する。また筐体100は、その内枠体の外側に装着された、カバー110、第1上カバー111、前カバー112、第2上カバー113、一端側カバー117L、他端側カバー117R、とで構成された横長の耐熱樹脂製に外枠体を有する。なお、図1の(b)においては、図の煩雑を避けるため、第2上カバー113等の一部部品は省略されている。
加圧ローラ102は上記内枠体の一端側板107Lと他端側板107Rの間において、芯金102aの一端側と他端側がそれぞれ保持部材2である軸受125(図19参照)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101は上記内枠体の一端側板107Lと他端側板107Rとの間において加圧ローラ102に対してヒータ101aの側を対向させて加圧ローラ102に平行に配列されている。
ここで、加熱ユニット101の一端側と他端側のフランジ106Lと106Rはそれぞれ内枠体の一端側板と他端側の側板107Lと107Rに形成された加圧ローラ102に向かう方向のガイド穴(不図示)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フランジ106Lと106Rはそれぞれ付勢手段(不図示)により加圧ローラ102に向かう方向に所定の押圧力T(図1の(b))をもって押圧されている。
その結果、定着ベルト105は加圧ローラ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(駆動回転体)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が定着ベルト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1の(a)、図4の(a))が形成される。
(2−4)定着シーケンス
定着装置103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(図3)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2)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102b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が、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。ヒータ101aに対する通電はヒータ101aの一端側と他端側に装着した通電コネクタ101dL・101dR(図2)を介してなされる。この通電によりヒータ101a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。本例における目標設定温度は約170℃である。
上記の定着装置状態において、画像形成部の二次転写部側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、ガイド部材(ガイド部)141(図1の(a))にガイドされてニップ入口101c(図1の(a))に導入されニップ部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は定着排紙ローラ対118(図1の(a))により定着装置103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S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ってしまう。
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(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101bを目標設定温度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。例えば、ダストが定着排紙ローラ対118や排出ローラ対14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600(図3)に付着して目詰まりを起こす恐れがある。
(4)定着処理に伴い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、定着装置の用紙の導入口400(ニップ入口101c)近傍に存在することが分かった。また、定着装置の用紙の導入口400(ニップ入口101c)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6の(a)と(b)は、それらの性質を説明する図である。
図6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6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(多くは定着ベルトに付着)、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7と図8に基づいて説明する。図7は、図1の(a)と異なり、トナー像Sを載せた用紙Pがニップ部101b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。かかる状況下で、ニップ部101b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8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)、重量濃度(μg/m)を測定することができる。本例では、後述するように、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)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、導入口400(ニップ入口101c)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、高温の定着ベルト105がトナー像S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101b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)ダストの拡散経路について
次に、導入口400(ニップ入口101c)の近傍で発生したダストが、機内に拡散してゆく経路を、図9に示す熱気流シミュレーションによる検証結果に基づいて説明する。
この熱と気流についての検証は、表面温度170℃の定着ベルト105が速度Vで反時計回りR105に回転し、加圧ローラ102が同じく速度Vで時計回りR102に回転し、用紙Pが速度Vで図中の上方に移動すると仮定している。
そのため、この検証においては、
・定着ベルト105と加圧ローラ102との周辺に発生する自然対流による上昇気流(CD1、CD2)
・定着ベルト105と加圧ローラ102の表面移動に伴い発生するベルト表面の気流(RD1)
・加圧ローラ102の表面移動に伴い発生するローラ表面の気流(RD2)
が考慮されている。
図9に示すように、ニップ入口101cにおいて行き場を失いニップ入口101cから噴き出してくるように見える気流26cと26dの存在が確認された。この気流26cは、用紙表面の移動に伴ってその表面に発生する気流26aと気流RD1がニップ入口101cで衝突した結果、行き場を失ったエアが噴き出したものと考えられる。また、同様に、気流26dは、用紙表面の移動に伴ってその表面に発生する気流26bと気流RD2がニップ入口101cで衝突した結果、行き場を失ったエアが噴き出したものと考えられる。
そして、気流26cは、気流RD1に合流して、気流RD1に隣接してそれとは逆方向に流れる気流CD1、つまり、定着ベルト105表面に沿って上昇する気流となる。同様に、気流26dは、気流RD2に合流して、気流RD2に隣接してそれとは逆方向に流れる気流CD2、つまり、加圧ローラ102に沿って上昇する気流となる。
なお、気流26cと26dは、図9に示すように、それぞれ定着ベルト105と加圧ローラ102の表面に沿うように発生していたが、これは定着ベルト105と加圧ローラ102の表面付近を上昇する自然対流に引き込まれた結果と推定される。
図10の(a)は、導入口400(ニップ入口101c)の近傍における、用紙Pの定着ベルト105側で発生する粒子(ダスト)が、図9に示す気流26cと気流RD1によって、経路24に沿って流れて行く様子を示している。この経路24は、ニップ入口101cに重量ゼロの仮想粒子を発生させた時に、この仮想粒子が流れていく経路を表したものである。この手法は、気流シミュレーション結果に基づき気流経路を調べるために用いられるものである。
図10の(a)の経路24によれば、導入口400(ニップ入口101c)の近傍で発生した仮想粒子(ダストに相当する)は、定着ベルト105の表面に沿って時計回りに移動する。そして、定着排紙ローラ対118(図1の(a))の近辺の隙間を通過して用紙Pに沿って上昇していく。すなわち、ニップ入り口101cで発生したダストは、定着ベルト105と筐体100の隙間を通って上昇し、定着装置外に拡散していくことが分かった。
また図10の(b)に示すように、ニップ入口101cに突入する用紙Pは、連続通紙時において所定の紙間Dを維持している。すなわちニップ入口101c付近で、用紙が存在しない時があるわけで、その時は用紙Pの画像面側で発生したダストが、紙間Dを通り抜けて加圧ローラ102側に抜け出る。
抜け出たダストは、図9の気流26dと気流CD2に運ばれ、図10の(b)に示す経路25に沿って機内に拡散していく。経路25に沿った気流の存在は、経路24と同様に、気流シミュレーションによって確認された。また経路25に沿ってダストが運ばれていく事実は、経路25近辺のダスト濃度を高速応答型パーティクルサイザーFMPSで測定することによって確認された。
以上、ダストの合体と付着、そして、ダストの発生箇所のそのほとんどが導入口400(ニップ入口101c)近傍であること、発生したダストは定着ベルト105と加圧ローラ102の表面に沿って移動していくことを説明した。
ここで、図10の(a)を参照して、定着スリーブ105と経路24の間には隙間tが存在する。この隙間tは、定着ベルト表面のエアフローRD1が、経路24と定着ベルト105の間に入り込むことによって発生する。この隙間tのより詳細は後述する実施例1において述べる。
(5)拡散抑制機構
このような検証結果に基づいて、画像形成装置1の内部におけるダストの拡散抑制策を検討すると、ダストを含んだ空気を定着ベルト105と加圧ローラ102の近傍、つまり、導入口400(ニップ入口101c)近傍に留まらせるのが良いことが分かる。なぜなら、上述したように、この領域はダストの発生箇所に近いため濃度が高く、また、定着ベルト105の表面熱によって雰囲気温度が高いので、ダストの合体促進に適しているからである。
詳述すると、ダストの流れを遮蔽すれば、ダストは筐体100の内側を移動できなくなり、ダストは図1の(a)に示す領域DとEに滞留することになる。ここに滞留したダストは、温度が高く濃度も高いため、急速に効率良く合体が進む。そして合体によって大型化したダストは、自然対流と用紙Pの移動によって生じる上昇気流に乗って、定着ベルト105と加圧ローラ102に向かう。この大粒径化したダストは用紙Pに付着し得るが、微量なため、画像への影響は実用上無視できるレベルに収まる。
そこで、本例における定着装置103は、図1の(a)のように、定着装置103の筐体100の内部空間に拡散抑制機構(120、130)を設けている。
即ち、拡散抑制機構120は、導入口(シート導入口)400から排出口(シート排出口)500に至る筐体100の内部空間に設けられる。そして、定着ベルト105の表面近傍のその回転方向に沿った気流RD1に隣接しそれとは逆方向の気流CD1の流れを抑制して導入口400の近傍の離型剤に起因する所定の粒径の粒子(ダスト)が排出口500の側へ拡散するのを抑制する抑制機構である。
また、拡散抑制機構130は、導入口(シート導入口)400から排出口(シート排出口)500に至る筐体100の内部空間に設けられる。そして、加圧ローラ102の表面近傍のその回転方向に沿った気流RD2に隣接しそれとは逆方向の気流CD2の流れを抑制して導入口400の近傍の離型剤に起因する所定の粒径の粒子(ダスト)が排出口500の側へ拡散するのを抑制する抑制機構である。
このような拡散抑制機構を設置することにより、この拡散抑制機構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なるようにしている。これは、測定誤差が30%存在するためである。つまり、このように、気流CD1やCD2(図9)の少なくとも一部の移動を拡散抑制機構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。
このダスト濃度は上述した高速応答型パーティクルサイザー(FMPS)で測定することができる。具体的には、図1(a)に示すように、ダストが拡散し得る経路24(図10(a)、(b))の出口となる筐体100の排出口(シート排出口)500の近傍に位置するポイントC1において、測定した。ポイントC1はニップ部101bの出口から直線距離で40mmの位置である。
また、測定は、以下の条件下で行っている。具体的には、印字率が5%の標準原稿を基に、A4サイズの普通紙を横送りする条件で、定着処理を11分間に亘り連続して行う。そして、その定着処理の終了前1分間に亘り(10分〜11分の間の1分間)、ダスト濃度の測定を行う。測定値は、1分間のダスト濃度を平均処理することにより求めた。
なお、ダストが拡散し得る経路25(図10の(b))の出口となる筐体100の排出口(シート排出口)500の近傍に位置するポイントC2(図1の(a))において測定しても良い。ポイントC1は、経路24に沿って拡散するダストの抑制効果を検証するのに適した測定ポンとである。ポイントC2は、経路25に沿って拡散するダストの抑制効果を検証するのに適した測定ポンとである。
また、本例では、ダスト濃度とは、粒径が所定範囲の微粒子、つまり、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)のことを指す。つまり、ポイントC1(C2)において測定された個数濃度(個/cm)が、本例のような拡散抑制機構を設けていない構成の場合に比べて70%未満となるようにするのが好ましい。なお、ダスト濃度として、個数濃度(個/cm)の代わりに、重量濃度(μg/m)としても構わない。
具体的には、本例では、拡散抑制機構は、加熱ユニット101側と加圧ローラ102側にそれぞれ設けられており、以下、詳述する。
(5−1)加熱ユニット側の拡散抑制機構
(5−1−1)加熱ユニット側の拡散抑制機構の構成について
図1の(a)に示すように、加熱ユニット101側の拡散抑制機構は、筐体100の導入口(シート導入口)400の近傍に、抑制部として機能する拡散抑制部材120を備えている。
より詳しくは、拡散抑制部材120は、導入口(シート導入口)400から排出口(シート排出口)500に至る筐体100の内部空間において定着ベルト105の表面から0.5mm以上3.5mm以内の位置に配置されている。そして、拡散抑制部材120は、導入口(シート導入口)400の近傍の離型剤に起因する所定粒子(ダスト)が排出口(シート排出口)500の側へ拡散するのを抑制する。拡散抑制部材120は定着ベルト105の回転方向に沿って所定間隔をおいて複数設置されている。
具体的には、複数の板状部材(リブ部)からなる拡散抑制部材120が筐体100のカバー112の下面から上方に延出するように設けられている。これら拡散抑制部材120は、カバー112と一体成型されている。
そして、これら拡散抑制部材120は、その先端(最上部)の位置が定着ベルト105の表面から0.5mm以上3.5mm以内の領域に位置するように、カバー112から延伸されている。また、これら拡散抑制部材120は、それぞれ直方体形状とされ、延伸方向と直交する方向(図1の(a)の水平方向)の設置範囲が8mm、設置間隔が3mmとなっている。なお、設置範囲は、設置スペースが十分にある場合は20mm程度にするのが好ましい。
さらに、これら拡散抑制部材120のカバー112からの延伸方向が、定着ベルト105の径方向(定着ベルトの回転軸線に直交する方向)に対し、定着ベルト105の回転方向下流側に向けて(ニップ入口101cに向けて)傾斜している。
このような近接関係(定着ベルト105の表面から3.5mm以内に位置させる)となるように拡散抑制部材120を設置する。これにより、本例のような拡散抑制機構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CD1(図9)の一部の移動を拡散抑制機構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、定着ベルト105の表面に拡散抑制機構を接近させると、定着ベルト105に接触してしまう恐れがあるためである。
また、拡散抑制部材120の長手方向の幅W1は、図5の定着装置の要部斜視図に示すように(カバー112等の筐体100を構成する部材は省略している)、用紙P上のトナー像121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、画像形成装置で使用可能な最大幅の用紙を使用したとき、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、拡散抑制部材120は、定着ベルト105がトナー像121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。
なお、本例では、拡散抑制部材120と定着ベルト表面とのギャップG(図1(a)のdH)について、4.0mm、3.5mm、2.5mm、2.0mm、1.5mmに、段階的に狭くし、ポイントC1でのダスト濃度が低下することを検証した。その結果、ギャップGが3.5mm以下のとき、上記の条件を満足することができた。そこで、本例では、ギャップGが2.5mmとなるように、拡散抑制部材120を設置している。
(5−1−2)加熱ユニット側の拡散抑制機構の設置範囲について
次に、拡散抑制部材120の設置範囲について、図11に示す定着装置の概略断面図に基づいて説明する。拡散抑制部材120は、前述したように、ダストが発生する領域の近傍、つまり、筐体100の導入口400(ニップ入口101c)の近傍に設けるのが好ましい。なぜなら、ダストが発生する領域に近いほどダスト濃度が高く、前述の合体効果が高まるためである。
しかし、ニップ入口101cに拡散抑制部材120を近づけすぎると、図9に示す気流26cが強いため、間隔dH(図1の(a))を通じて筐体100の排出口500から流出してしまう恐れがある。つまり、筐体100内に入り込んだダストが前述の上昇気流CD1(図9)に引き込まれて、微粒子状態のダスト同士が合体して大粒径化する前に、速やかに筐体100外に排出されてしまう。
このような現象を避けるには、間隔dHをより狭くすればするほど好ましいが、実用上、限度がある。そこで、拡散抑制部材120は、図11に示す範囲L1内であって、図1の(a)に示すようにニップ入口101cにより近づけて設置するのが好ましい。
なお、範囲L1は、定着ベルト105の回転中心105gを通り用紙搬送方向(シート搬送方向)Xと実質平行な直線Hと定着ベルト105の外周(表面)が交わる(交差する)2つの交点105e(交点A)、105f(交点B)により規定することができる。つまり、範囲L1は、交点105eから、定着ベルトの回転方向R105に沿って、交点105fまでを結んだ定着ベルト上の領域である。即ち、拡散抑制部材120は定着ベルト105の回転方向に沿って交点105eから交点105fに至る定着ベルト105の表面の領域と対向する位置関係となるように配置される。
拡散抑制部材120が、このような範囲において定着ベルト105と対向する位置関係となれば、気流26cによってダストが筐体100の排出口500から流出してしまうのを抑制することができる。また、範囲L1から、ニップ出口から交点105eまでの領域を除外した理由は、用紙Pの搬送を妨げないようにするためである。
なお、図11のように、用紙Pをニップ入口101cに案内するためのガイド部材140の先端がニップ入口101c付近にある場合には次のようにするのが好ましい。即ち、ガイド部材140の先端部140aから交点105fまでを結んだ定着ベルト上の範囲L3において、拡散抑制部材120が定着ベルト105に対向する位置関係となるように、拡散抑制部材120を追加設置するのが好ましい(図14の(a))。
これは、ガイド部材140の先端部がニップ入口101c付近にあるため、図9に示す気流26cがダストとともに筐体100内に流れ込み易くなってしまうためである。このような流れ込みを防ぐには、図14の(a)に示すように、拡散抑性部材120(123)を定着ベルトの回転方向に沿って所定間隔(3mm)をおいて複数設ける。そして、これら拡散抑制部材120(123)が気流26cに対し空気抵抗となるように配置するのが好ましい。
なお領域L3に追加設置する拡散抑性部材は、カバー112に追加設置する代わりに、ガイド部材140に設置しても良い。ガイド部材140は定着ベルト105に対する位置精度が高いため、拡散抑性部材と定着ベルト105の間隔を高精度に管理することができる。
さらに、図14の(a)に示すように、定着ベルト105の左側に、拡散抑制部材123aを定着ベルトの回転方向に沿って所定間隔(3mm)をおいて複数設けると、ダストの流出阻害効果を高めることができるので、より好ましい。
なお、実機上、用紙Pをニップ部101bに案内するためのガイド部材140は、画像擦れ等の弊害を避けるため、図14の(b)に示すようにガイド部材140を設けない方が好ましい。なお、図示していないが、ガイド部材141を設置せずにガイド部材140だけが設置される場合には、図14の(a)に示すように、拡散抑制部材120(123)と123aを設け、加圧ローラ側には拡散抑制機構を設けない構成としても構わない。
以上から、本例の定着装置では、本例のような拡散抑制機構を設けていない構成の場合に測定されるダスト濃度の1/5のダスト濃度とするこことができた。
なお、本例では、放熱性が向上する観点(表面積を増やす)や樹脂成型が容易となる観点から、拡散抑制部材120(123、123a)を所定間隔をあけて複数に分けて設置しているが、設置個数を1つにしても良い。つまり、この場合、隙間を埋めて、1つのブロック状の拡散抑制部材となる(例えば、拡散抑制部材120の延伸方向と直交する方向の長さを40mmにする)が、このような構成にしても同様な効果を奏することができる。
また、本例では、拡散抑制部材120が筐体100のカバー112から定着ベルト105に向けて延伸された形状とされているが、必ずしもこのような形状でなくても良い。例えば、カバー112の導入口400に最近接した部位を拡散抑制部材として兼用させる構成である。この場合も、カバー112の導入口400に最近接した部位と定着ベルト105とのギャップGは、0.5mm以上3.5mm以内とすることが好ましい。
(5−2)加圧ローラ側の拡散抑制機構
(5−2−1)加圧ローラ側の拡散抑制機構の構成について
図1の(a)に示すように、加圧ローラ102側の拡散抑制機構は、筐体100の導入口(シート導入口)400の近傍に、抑制部として機能する拡散抑制部材130を備えている。
より詳しくは、拡散抑制部材130は、導入口(シート導入口)400から排出口(シート排出口)500に至る筐体100の内部空間において加圧ローラ102の表面から0.5mm以上3.5mm以内の位置に配置されている。そして、拡散抑制部材130は、導入口(シート導入口)400の近傍の離型剤に起因する所定粒子(ダスト)が排出口(シート排出口)500の側へ拡散するのを抑制する。拡散抑制部材130は加圧ローラ102の回転方向に沿って所定間隔をおいて複数設置されている。
具体的には、複数の板状部材(リブ部)からなる拡散抑制部材130が筐体100のカバー110から側方に向けて延出するように設けられている。これら拡散抑制部材130は、カバー110と一体成型されている。なお、このカバー110の導入口400の近傍には、用紙Pのニップ部101bへの進入をガイドするガイド部141が形成されている。
そして、これら拡散抑制部材130は、ガイド部141の加圧ローラ102の回転方向上流側近傍に設置されている。そして、これら拡散抑制部材130は、その先端の位置が加圧ローラ102の表面から0.5mm以上3.5mm以内の領域に位置するように、カバー110から延伸されている。また、これら拡散抑制勢部材130は、それぞれ直方体形状とされ、延伸方向と直交する方向(図1の(a)の鉛直方向)の長さが20mm、設置間隔が3mmとなっている。
さらに、これら拡散抑制部材130の一部において、カバー110からの延伸方向は、加圧ローラ102の径方向(加圧ローラの回転軸線に直交する方向)に対し、加圧ローラ102の回転方向下流側に向けて(ニップ入口101cに向けて)傾斜している。
このような位置関係(加圧ローラ102の表面から3.5mm以内に位置させる)となるように拡散抑制部材130を設置する。これにより、本例のような拡散抑制機構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%未満以下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CD2(図9)の一部の移動を拡散抑制機構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、加圧ローラ102の表面に拡散抑制機構を接近させると、加圧ローラ102に接触してしまう恐れがあるためである。
なお、本例では、拡散抑制部材130と加圧ローラ表面とのギャップG(図1の(a)のdR)について、4.0mm、3.5mm、2.5mm、2.0mm、1.5mmに、段階的に狭くし、ポイントC2でのダスト濃度が低下することを検証した。その結果、ギャップGが3.5mm以下のとき、上記の条件を満足することができた。そこで、本例では、ギャップGが2.0mmとなるように、拡散抑制部材130を設置している。
(5−2−2)加圧ローラ側の拡散抑制機構の設置範囲について
次に、拡散抑制部材130の設置範囲について、図11に示す定着装置の概略断面図に基づいて説明する。拡散抑制部材130は、前述したように、ダストが発生する領域の近傍、つまり、筐体100の導入口400(ニップ入口101c)の近傍に設けるのが好ましい。なぜなら、ダストが発生する領域に近いほどダスト濃度が高く、前述の合体効果が高まるためである。
しかし、ニップ入口101cに拡散抑制部材130を近づけすぎると、図9に示す気流26dが強いため、間隔dR(図1の(a))を通じて筐体100の排出口500から流出してしまう恐れがある。つまり、筐体100内に入り込んだダストが前述の上昇気流CD2(図9)に引き込まれて、微粒子状態のダスト同士が合体して大粒径化する前に、速やかに筐体100外に排出されてしまう。
このような現象を避けるには、間隔dRをより狭くすればするほど好ましいが、実用上、限度がある。そこで、拡散抑制部材130は、図11に示す範囲L2内であって、図1の(a)に示すようにニップ入口101cにより近づけて設置するのが好ましい。
なお、範囲L2は、加圧ローラ102の回転中心102gを通り用紙搬送方向(シート搬送方向)Xと平行な直線Rと加圧ローラ102の外周(表面)が交わる(交差する)2つの交点102e(交点A)、102f(交点B)により規定することができる。つまり、範囲L2は、交点102eから、加圧ローラ102の回転方向R102に沿って、交点102fまでを結んだ加圧ローラ上の領域である。即ち、拡散抑制部材130は加圧ローラ102の回転方向に沿って交点102eから交点102fに至る加圧ローラ102の表面の領域と対向する位置関係となるように配置される。
拡散抑制部材130が、このような範囲において加圧ローラ102と対向する位置関係となれば、気流26dによってダストが筐体100の排出口500から流出してしまうのを抑制することができる。また、範囲L2から、ニップ出口から交点102eまでの領域を除外した理由は、用紙Pの搬送を妨げないようにするためである。
なお、図11のように、用紙Pをニップ入口101cに案内するためのガイド部材141の先端141aがニップ入口101C付近にある場合には次のようにするのが好ましい。即ち、ガイド部材141の先端部141aから交点102fまでを結んだ加圧ローラ102の外周に沿う範囲L4において、拡散抑制部材130が加圧ローラ102に対向する位置関係となるように設置するのが好ましい(図14の(a)、(b))。
これは、ガイド部材141の先端部141aがニップ入口101c付近にあるため、図9に示す気流26dがダストとともに筐体100内に流れ込み易くなってしまうためである。このような流れ込みを防ぐには次のようにするのが好ましい。即ち、図14の(a)に示すように、ガイド部材141に拡散抑制部材(131)を加圧ローラ102の回転方向に沿って所定間隔(3mm)をおいて複数設け、これら拡散抑制部材(131)が気流26dに対し空気抵抗となるように配置するのが好ましい。
さらに、図14の(a)に示すように、加圧ローラ102の右側に、拡散抑制部材131aを加圧ローラ102の回転方向に沿って所定間隔(3mm)をおいて複数設けると、ダストの流出阻害効果を高めることができるので、より好ましい。
以上から、本例の定着装置では、本例のような拡散抑制機構を設けていない構成の場合に測定されるダスト濃度の1/5のダスト濃度とするこことができた。
なお、本例では、放熱性が向上する観点(表面積を増やす)や樹脂成型が容易となる観点から、拡散抑制部材130(131、131a)を所定間隔をあけて複数に分けて設置しているが、設置個数を1つにしても良い。つまり、この場合、隙間を埋めて、1つのブロック状の拡散抑制部材となるが(例えば、拡散抑制部材130の延伸方向と直交する方向の長さを40mmにする)、このような構成にしても同様な効果を奏することができる。
上記の例では、加熱ユニット側と加圧ローラ側の双方に拡散抑制機構を設けた構成とされているが、例えば、図12に示すように加熱ユニット側にのみ拡散抑制機構120を設ける構成としても構わない。また、図13に示すように、加圧ローラ側にのみ拡散抑制機構130を設ける構成としても構わない。
なお、本例では、気流CD1は、気流26cと上昇する自然対流気流によってもたらされており、気流CD2は、気流26dと上昇する自然対流気流によってもたらされている。しかし、定着装置での用紙搬送方向が略水平方向である、所謂、横パスと呼ばれる構成においても、気流26cと26dが同様に存在し、定着装置の周辺を冷却するエアフローと合流して、気流CD1と気流CD2が形成されることがある。このような構成においても拡散抑制機構を設ければ、同様の効果を奏することが可能である。
<参考例2>
次に、本参考例2について図15〜図20を用いて説明する。なお、画像形成装置の画像形成部の構成は参考例1と同様であるので説明を省略する。また、参考例1において説明した機構についても、同じ符号を付すことにより詳細な説明を省略する。
本例では、拡散抑制部材の固定方法を工夫することにより、拡散抑制部材と定着ベルト105や加圧ローラ102とのギャップを精度良く保証しようとするものである。この点が参考例1と大きく構成が異なる点であり、それ以外の構成は参考例1において説明した構成に準じている。以下、詳細に説明する。
具体的には、本例では、拡散抑制部材が、定着ベルト105又は加圧ローラ102、若しくはその周辺部材に突き当てて位置決めされることによって、拡散抑制部材の位置精度を高めている。つまり、参考例1で述べた間隔dRとdHを精度良く保証するための構成について説明する。
本例の定着装置103においては、図15のように、カバー112に拡散抑制部材として機能する板材30がヒンジ30bを介して回動可能に取り付けられている。さらに、板材30は付勢部であるバネ30aによって定着ベルト105に向けて付勢されている。
そして、板材30の先端エッジの長手方向一端部と他端部が、図15、図16の(b)に示すように、それぞれ保持部材であるフランジ106L・106Rのフランジ部106aの外周縁に押し当てられている。
その結果、板材30の先端エッジと定着ベルト105の外面との間には、フランジ部106aの外周縁と定着ベルト105の外面との段差の高さと等しい空隙33が確保(形成)されている。即ち、フランジ部106aが、板材30と定着ベルト105との間に所定の間隔dHに相当する空隙33を設けるためのスペーサ手段として機能する。本例では、空隙33は1.0mmに設定されている。ダストの流れを抑制するには、空隙33を、参考例1において説明した隙間tよりもなるべく狭くなるように設定するのが好ましいからである。
また、図16の(a)に示すように、参考例1と同様に、板材30の幅W1は、最大幅の用紙の画像形成可能な領域の幅W2よりも広くなっている。すなわちW1>W2の関係になっている。
このように、板材30と定着ベルト105との空隙33が保証されることにより、板材30が熱変形したとしても、板材30が定着ベルト105に接触するのを防止することが可能となる。つまり、板材30が定着ベルト105に接触して傷を付けることがないように保証されている。
本例では板材30を金属板等の変形の少ない素材としているが、定着ベルト105が振動したことにより一時的に板材30と接触する恐れがある場合には、板材30を摺動性の高い樹脂素材としても良い。
なお、図15に示すように、板材30は、定着ベルト105の径方向(回転軸線に垂直な方向)に対して傾くように、且つ、板材30の先端が定着ベルト105の回転方向下流側を向くように配置されている。
これは、経路24(図10)に沿って流れるダストを、定着ベルト105から離れる方向に導くためである。これによってダストが空隙33に侵入することを抑制している。
図20に示すグラフは検証結果を示すものであり、右端のデータは、板材30を設けた時のポイントB(図7)のダスト濃度を示す。板材30がない場合(図20のグラフの中央のデータ)と比べて、ポイントBのダスト濃度は約1/5に抑えることができた。この結果は、画像形成装置内部におけるダストの拡散が抑制されていることを示す。本例では、ダストの拡散が抑制された結果、画像汚れやフィルタ詰まりが改善されることも確認できた。
ダストは、板材30によって、筐体100と定着ベルト105の間を移動できなくなり、ダストは図15に示す領域126に滞留する。ここに滞留したダストは、温度が高く濃度も高いため、急速に合体が進む。そして合体によって大型化したダストは、自然対流と用紙Pの移動によって生じる上昇気流に乗って、定着ベルト105に向かい、付着する。付着したダストは定着ベルト105の熱によって溶融して用紙Pに付着するが、微小なダストの付着であるため、画像への影響は実用上無視できるレベルに収まる。
本例では、スペーサを設けたことにより、参考例1の構成よりも間隔dHをより狭くすることができるため、ニップ入口101cにより近づけることができる。従って、ダスト濃度が最も高いニップ入口近辺でダストの流れを遮ってダストの合体を促す効果を向上させることが可能となる。
さらに、図18に示すように、拡散抑制部材として機能する板材37を加圧ローラ102の近傍に設けても良い。板材37は、板材30と同様に、付勢部であるバネ37aによって加圧ローラ102に向けて付勢され、その先端は図19の(a)に示すように、加圧ローラ102の保持部材2である軸受125に設けた突起125aに突き当てられる。
かかる構成によって、板材37と加圧ローラ102の間隔dRの精度を高めることができ、本例ではdRを1.0mmとしている。図18の例では加圧ローラ102周辺に流れるダストの経路25(図10の(b))をも遮蔽することができるので、ダスト汚れを防ぐ効果がさらに高められる。
なお、板材30を廃して、板材37だけとしても良い。また、参考例1の拡散抑制部材を組み合わせても良い。
<参考例3>
次に本参考例3について、図17に基づいて説明する。なお、画像形成装置の画像形成部の構成は参考例1と同様であるので説明を省略する。また、参考例1、2において説明した機構についても、同じ符号を付すことにより詳細な説明を省略する。
本例では、参考例2の構成にさらに工夫を加えたものである。具体的には、図17の(a)、(b)に示すように、拡散抑制部材である板材30の先端エッジの長手方向の一端部と他端部に、それぞれスペーサ手段としての突起30cを設けた点にある。この2つの突起30cは、最大幅の用紙の画像形成可能な領域の幅W2よりも幅方向両外側において、定着ベルト105の外面に押し当てられる(図17の(b))。
なお、定着ベルト105の突起30cが突き当てられる領域は、棚部106b(図2参照)によって内面側がバックアップされた領域となっており、板材30と定着ベルト105との間のギャップが精度良く安定して保証される構成となっている。この棚部106bは、先述したように、可撓性の定着ベルト105の形状、回転軌跡を維持させるバックアップ部材としての機能を担っている。
このように、本例においても、参考例2と同様に、ダスト濃度を安定して抑制することができる。
なお、かかる構成を加圧ローラ102側の拡散抑制部材に適用しても良い。具体的には、図19の(b)に示すように、拡散抑制部材である板材38の長手方向両端部に突起38cを設け、加圧ローラ102の長手方向両端部102dに突き当てる構成となる。
<実施例1>
次に実施例1について、図21に基づいて説明する。なお、画像形成装置の画像形成部の構成は参考例1と同様であるので説明を省略する。また、参考例1、2、3において説明した機構についても、同じ符号を付すことにより詳細な説明を省略する。
上述の参考例1〜3では定着装置外に流出されるダストの濃度を抑制しようとしているが、本例では定着装置外にダストが流出してしまうのを防止する構成となっている。以下、参考例1の構成をベースにして、詳細に説明する。
図10の(a)に示すように、定着ベルト105と経路24の間には、ダストの存在しない隙間tが存在する。この隙間tは、気流RD1が、経路24と定着ベルト105の間に入りこむことによって発生する。定着ベルト105から径方向へ距離tだけ離れた位置は、気流RD1と気流CD1の境界であり、この境界より径方向外側は、ニップ入口101cで発生したダストが存在する領域となる。
そして、隙間tは、図21に示すように、速度V(定着ベルト105と加圧ローラ102の周速)に依存する。Vが大きい時は気流RD1が強くなり、隙間tを広げているものと推定される。
また、図10の(b)に示すように、ニップ入口101cに突入する用紙Pは、複数の用紙に連続して定着処理を施す際、用紙Pは所定の間隔をあけてニップ部101bに導入される。具体的には、所定距離(所謂、紙間)Dを維持しながら、用紙Pが順次搬送されている。すると、ニップ入口101c付近に用紙Pが存在しない期間が発生し、その期間では用紙Pの画像面側で発生したダストが、紙間Dを通り抜けて加圧ローラ102側に抜け出てしまうことがある。
このように抜け出たダストは、図9に示す気流26dと気流CD2に運ばれ、経路25(図10の(b))に沿って定着装置外に拡散し得る。これは、経路25近辺のダスト濃度を高速応答型パーティクルサイザー(FMPS)で測定することによって確認された。なお、加圧ローラ102と経路25の間にも、ダストの存在しない隙間tが存在する。隙間tと速度Vの関係は、定着ベルト側と同じく速度Vに依存し、図21の関係をもっている。
このような背景において、ダストの流れを遮断するには、拡散抑制部材120と定着ベルト105の間隔dH、拡散抑制部材130と加圧ローラ102の間隔dRをより厳密に設定するのが好ましい。
拡散抑制部材120と拡散抑制部材130の役割は、図9の気流CD1と気流CD2を阻害してダストの流れを十分に防ぐことにある。それゆえ、拡散抑制部材120の先端は、気流RD1と気流CD1の境界又はそれよりも定着ベルト105側にあれば良い。同様に、拡散抑制部材130の先端は、気流RD2と気流CD2との境界又はそれより加圧ローラ102側にあれば良い。
そこで、本発明者は、dRとdHを設定するにあたり、検証(シミュレーション)を行った。図21はその検証結果を示すものである。図21における隙間tは、気流RD1と気流CD1の境界から定着ベルト105の外面までの距離、又は気流RD2と気流CD2の境界から加圧ローラ102までの距離を意味している。また、定着ベルト105(加圧ローラ102)の表面周速をVとしてとき、以下の式を満足すれば良いことが分かった。
0.5≦dH(mm)
dR(mm)≦0.0059×V+0.72
ここで、下限値を0.5mmとした理由は、先述したように、定着ベルト105や加圧ローラ102と接触を防ぐためである。また、定着ベルト105(加圧ローラ102)の周速Vが115mm/s以上200mm/s以下の範囲にあるとき特に有効である。
本例では、定着ベルト105(加圧ローラ102)の周速Vが200mm/sであることから、0.5mm以上1.9mm以下の範囲内にdH、dRを設定すれば良いことが分かる。そこで、本例では、dH、dRを上限値である1.9mmに設定した。
このような構成を採用することにより、本例では、ポイントC1でのダスト濃度をほぼゼロ(もしくは測定限界以下)にすることが可能となる。
上記本実施例1の定着装置の構成の要点をまとめると、次のとおりである。
シート導入口400からシート排出口500に至る筐体100の内部空間において第1の回転体の表面近傍に設けられ、離型剤に起因する所定の粒径の粒子がシート排出口500の側へ拡散するのを抑制する抑制部を有する。抑制部と第1の回転体とのギャップをG(mm)、第1の回転体の周速をV(mm/s)としたとき、0.5≦G≦0.0059×V+0.72、の関係を満足する。115≦V≦200の関係を満足する。
また、シート導入口400からシート排出口500に至る筐体100の内部空間において第1の回転体の表面近傍に設けられ、離型剤に起因する所定の粒径の粒子がシート排出口500の側へ拡散するのを抑制する第1の抑制部を有する。シート導入口400からシート排出口500に至る筐体100の内部空間において第2の回転体の表面近傍に設けられ、所定の粒径の粒子がシート排出口500の側へ拡散するのを抑制する抑制部を有する。
そして、第1の抑制部と第1の回転体とのギャップをG1(mm)、第2の抑制部と第2の回転体とのギャップをG2(mm)、第1の回転体の周速をV(mm/s)としたとき、
0.5≦G1≦0.0059×V+0.72
0.5≦G2≦0.0059×V+0.72
の関係を満足する。115≦V≦200の関係を満足する。
以上、参考例1〜3、実施例1において、定着装置が有する回転体として定着ベルト105を例に、これを加圧ローラ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、定着ベルト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を回転駆動する構成であっても構わない。また、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。
また、参考例1〜3、実施例1において、定着ベルト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、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、定着ベルト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、加熱機構を定着ベルトの外部に配置する構成としても良い。
また、参考例1〜3、実施例1において、定着装置が有する回転体として加圧ローラ102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。
100・・定着装置の筐体、101b・・ニップ部、102・・加圧ローラ、103・・定着装置、105・・定着ベルト、120・・加熱ユニット側の拡散抑制部材、130・・加圧ローラ側の拡散抑制部材、P・・用紙、S・・トナー

Claims (13)

  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トナー像をその間のニップ部にて定着する第1及び第2の回転体と、
    シート導入口とシート排出口を有し、前記第1及び第2の回転体を収容する筐体と、
    前記シート導入口から前記シート排出口に至る前記筐体の内部空間において前記第1の回転体の表面近傍に設けられ、離型剤に起因する所定の粒径の粒子が前記シート排出口の側へ拡散するのを抑制する抑制部と、
    を有し、前記抑制部と前記第1の回転体とのギャップをG(mm)、前記第1の回転体の周速をV(mm/s)としたとき、
    0.5≦G≦0.0059×V+0.72
    の関係を満足することを特徴とする定着装置。
  2. 115≦V≦200の関係を満足することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記抑制部は、前記シート導入口の近傍に配置され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. 前記抑制部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通過する領域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乃至3の何れか1項に記載の定着装置。
  5. 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4の何れか1項に記載の定着装置。
  6. 前記第1の回転体はシートの未定着トナー像が形成される面と接触し得るように配置されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の定着装置。
  7. 前記第1の回転体はシートの未定着トナー像が形成される面とは反対側の面と接触し得るように配置されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の定着装置。
  8. 前記シート導入口が前記シート排出口よりも重力方向下方に位置するように前記第1の回転体及び前記第2の回転体は配置されていることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の定着装置。
  9. 離型剤を含有するトナーを用いてシートに形成されたトナー像をその間のニップ部にて定着する第1及び第2の回転体と、
    シート導入口とシート排出口を有し、前記第1及び第2の回転体を収容する筐体と、
    前記シート導入口から前記シート排出口に至る前記筐体の内部空間において前記第1の回転体の表面近傍に設けられ、離型剤に起因する所定の粒径の粒子が前記シート排出口の側へ拡散するのを抑制する第1の抑制部と、
    前記シート導入口から前記シート排出口に至る前記筐体の内部空間において前記第2の回転体の表面近傍に設けられ、前記所定の粒径の粒子が前記シート排出口の側へ拡散するのを抑制する第2の抑制部と、
    を有し、前記第1の抑制部と前記第1の回転体とのギャップをG1(mm)、前記第2の抑制部と前記第2の回転体とのギャップをG2(mm)、前記第1の回転体の周速をV(mm/s)としたとき、
    0.5≦G1≦0.0059×V+0.72
    0.5≦G2≦0.0059×V+0.72
    の関係を満足することを特徴とする定着装置。
  10. 115≦V≦200の関係を満足することを特徴とする請求項9に記載の定着装置。
  11. 前記第1の抑制部及び前記第2の抑制部は、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通過する領域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9または10に記載の定着装置。
  12. 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9乃至11の何れか1項に記載の定着装置。
  13. 前記シート導入口が前記シート排出口よりも重力方向下方に位置するように前記第1の回転体及び前記第2の回転体は配置されていることを特徴とする請求項9乃至12の何れか1項に記載の定着装置。
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