JP7472520B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、シートにトナー像を定着させる定着装置及び定着装置を備える画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、シートに形成されたトナー像を加熱及び加圧することでトナー像をシートに定着させる定着装置を備えている。一般に、定着装置は、ローラー状又はベルト上の定着部材と、定着部材との間にシートを挟持して搬送する加圧ローラーと、定着部材を加熱する加熱部と、を備える。定着装置においては、加熱された定着部材や潤滑油等に含まれるシリコーン系の物質から揮発性有機化合物が蒸発し、その粒子が凝集することで粒径１００ｎｍ以下の超微小粒子が発生することが知られている。そこで、従来、定着装置からの超微小粒子の排出量を低減する技術が検討されている。

例えば、特許文献１では、電極針の針先においてコロナ放電を発生させるイオナイザーを用いて超微小粒子を中和することで、機外への超微小粒子の放出を抑制することが提案されている。また、現像装置に関して、特許文献２では、イオナイザーを用いて、トナー帯電量を上げると同時に逆帯電トナーを中和することが提案されている。

特開２０１８－１２０１３９号公報 特開２００８－１３９７８２号公報

ところが、イオナイザーを用いる場合、コロナ放電によって発生した電子が酸素と衝突することで、負に帯電したオゾンが発生する。すると、凝集した超微小粒子の結合がオゾンによって切断されるため、超微小粒子の数が増えてしまう。オゾンの発生量が少ないイオナイザーも存在するが、高価である。

本発明は、上記事情を考慮し、イオナイザー作動時に発生するオゾンによる超微小粒子の増加を低コストな構成で抑制することのできる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る定着装置は、回転可能な定着部材と、前記定着部材との間にシートを挟持して搬送する加圧ローラーと、前記定着部材を加熱する加熱部と、空気の分子を陽イオン化することで、浮遊する超微小粒子を中和するイオナイザーと、負に帯電したオゾンを中和又は吸着するオゾン処理部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る定着装置において、前記イオナイザー及び前記オゾン処理部は、前記定着部材と前記加圧ローラーとにより形成される加圧領域よりも前記シートの搬送方向下流側に設けられていてもよい。

本発明に係る定着装置において、前記イオナイザー及び前記オゾン処理部は、前記シートが搬送される搬送路を挟んで互いに対向していてもよい。

本発明に係る定着装置において、前記オゾン処理部は、前記イオナイザーよりも前記搬送方向下流側に設けられていてもよい。

本発明に係る定着装置において、前記オゾン処理部は、前記イオナイザーに対向する対向電極と、前記対向電極を正に帯電させる電源部と、を備えてもよい。

また、本発明に係る画像形成装置は、前記シートにトナー像を形成する作像装置と、前記シートに前記トナー像を定着させる上記のいずれかの定着装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、イオナイザー作動時に発生するオゾンによる超微小粒子の増加を低コストな構成で抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの内部構成を模式的に示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るプリンターの電気的構成を示すブロック図である。 実験結果を示すグラフである。 実験結果を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態に係るプリンター１（画像形成装置の一例）及び定着装置９について説明する。

最初に、図１及び２を参照して、プリンター１（画像形成装置の一例）及び定着装置９について説明する。図１はプリンター１の内部構成を模式的に示す正面図である。図２は、定着装置９の断面図である。以下、図１における紙面手前側をプリンター１の正面側（前側）とし、左右の向きはプリンター１を正面から見た方向を基準として説明する。各図において、Ｕ、Ｌｏ、Ｌ、Ｒ、Ｆｒ、Ｒｒは、それぞれ上、下、左、右、前、後を示す。

プリンター１は、直方体状に形成された本体ハウジング２を備える。本体ハウジング２には、シートＳが収容される給紙カセット３と、給紙カセット３からシートＳを送り出す給紙ローラー５と、電子写真方式によりシートＳにトナー像を形成する作像装置７と、トナー像を加熱してシートＳに定着させる定着装置９と、シートＳを排出する排紙ローラー１１と、排出されたシートＳが積載される排紙トレイ１３と、が備えられている。本体ハウジング２には、給紙ローラー５から、作像装置７、定着装置９を経て排紙ローラー１１に向かうシートＳの搬送路１５が形成されている。シートＳは、搬送路１５に沿って予め定められた搬送方向Ｙに搬送される。

［定着装置］
定着装置９は、定着ローラー２１（回転可能な定着部材の一例）と、定着ローラー２１との間にシートＳを挟持して搬送する加圧ローラー２７と、定着ローラー２１を加熱するハロゲンヒーター２３（加熱部の一例）と、空気の分子を陽イオン化することで、浮遊する超微小粒子を中和するイオナイザー４１と、を備え、定着ハウジング（図示省略）に収容されている。本実施形態では、定着ローラー２１の下側に加圧ローラー２７が位置する姿勢で定着装置９が配置された例を示すが、定着装置９はいかなる姿勢で配置されてもよい。

［定着ローラー］
定着ローラー２１は、前後方向に貫通した中空部を有する円筒形の芯金２１Ｃと、芯金２１Ｃの外周面に形成された離形層（図示省略）と、を有する。芯金２１Ｃは、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属で形成された薄肉管である。離型層は、ＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）チューブ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）チューブ等で形成される。

［加圧ローラー］
加圧ローラー２７は、前後方向を長手方向とする円柱形又は円筒形の芯金２７Ｃと、芯金２７Ｃの外周面に形成された弾性層２７Ｅと、弾性層２７Ｅの外周面に形成された離形層（図示省略）と、を有する。芯金２７Ｃは、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属で形成される。弾性層２７Ｅは、シリコーンゴム等で形成される。離型層は、ＰＦＡチューブやＰＴＦＥチューブ等で形成される。加圧ローラー２７は、ばね等の付勢部材（図示省略）によって上方に付勢されることで定着ローラー２１に押し当てられ、定着ローラー２１と加圧ローラー２７とが面接触する加圧領域Ｎを形成する。加圧ローラー２７は、モーター等の駆動部２８により駆動される。

［ハロゲンヒーター］
ハロゲンヒーター２３は、前後方向を長手方向とする棒状のハロゲンランプであり、ガラス管２３Ｇと、ガラス管２３Ｇに収容されたフィラメント２３Ｆと、を備え、定着ローラー２１の中空部に配置される。

プリンター１が外部のコンピューター等から画像形成ジョブを受信すると、給紙ローラー５がシートＳを搬送路１５に送り出し、作像装置７が画像形成ジョブに含まれる画像データに従ってシートＳにトナー像を形成する。定着装置９は、トナー像が形成されたシートＳを定着ローラー２１と加圧ローラー２７とに挟持して搬送する。すると、トナー像が加熱及び加圧され、シートＳに定着される。トナー像が定着されたシートＳは、排紙ローラー１１により排紙トレイ１３に排出される。

［電気的構成］
次に、プリンター１の電気的構成について説明する。図３は、プリンター１の電気的構成を示すブロック図である。プリンター１の各部は、制御部３１によって制御される。制御部３１には、ハロゲンヒーター２３と、駆動部２８と、イオナイザー４１と、オゾン処理部４３と、温度計測部５１と、が接続されている。

［制御部］
制御部３１は、プロセッサーとソフトウェアとによって実現されてもよいし、集積回路等のハードウェアによって実現されてもよい。プロセッサーは、メモリーに記憶されているプログラムを読み出して実行することで各種処理を実行する。プロセッサーとしては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が使用される。メモリーは、ＲＯＭ(Read
Only Memory)、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の記憶媒体を含む。メモリーには、プリンター１の制御に用いられる制御プログラムが記憶される。

［温度計測部］
温度計測部５１は、例えば、非接触式のサーミスターであり、定着ローラー２１の外周面に対向するように配置されている。温度計測部５１は、定着ローラー２１の表面温度を計測し、計測された表面温度を示すデータを制御部３１へ出力する。制御部３１は、温度計測部５１によって計測された表面温度と設定された表面温度との差が所定範囲内に収まるように、ハロゲンヒーター２３をフィードバック制御する。

［イオナイザー］
定着装置９においては、加熱された定着ローラー２１や潤滑油等に含まれるシリコーン系の物質から蒸発した揮発性有機化合物（ＶＯＣ、Volatile Organic Compounds）の粒子が凝集することで粒径１００ｎｍ以下の超微小粒子（ＵＦＰ、Ultrafine Particle）が発生することが知られている。また、ＵＦＰは、加熱されたトナーからも発生する。ＵＦＰの排出を抑制するために、定着装置９は、イオナイザー４１を備えている。

イオナイザー４１は、定着ローラー２１と加圧ローラー２７とにより形成される加圧領域ＮよりもシートＳの搬送方向下流側に設けられている。また、イオナイザー４１は、シートＳが搬送される搬送路１５よりも加圧ローラー２７側に設けられている。イオナイザー４１は、電極針４１Ｅと、電源部４１Ｓと、を備える。電極針４１Ｅは、前後方向を長手方向とする基部を備え、基部から上方に突出する多数の針状突起が前後方向に並べて形成されている。電源部４１Ｓは、数千Ｖの電圧を電極針４１Ｅに印加することで、電極針４１Ｅの先端にコロナ放電を発生させる。コロナ放電により空気の分子がイオン化されることで、電極針４１Ｅから搬送路１５へ向かって流れるイオン風が発生する。

ＵＦＰは、一般に正負いずれかの極性に帯電しており、これが放置されると、定着処理済みのシートＳに付着してシートＳとともにプリンター１の外へ排出されてしまう。イオナイザー４１を作動させると、ＵＦＰは、イオナイザー４１で生成されたイオンにより電気的に中和されるため、シートＳに付着しにくくなり、プリンター１の外への排出が抑制される。プリンター１の内部に留まったＵＦＰは、さらに凝集して本体ハウジング２の底部に堆積したり、本体ハウジング２内の帯電した箇所に付着したりする。

［オゾンとＵＦＰの発生量との関係］
次に、オゾンとＵＦＰの発生量との関係について説明する。図４Ａは、オゾンの有無とＵＦＰの発生量との関係を調べるために行われた実験の結果を示すグラフである。容積５ｍ^３のチャンバーにプリンター１が設置され、気温２３℃、相対湿度５０％の条件下で印字率５％のモノクロ画像が１２０秒間連続で形成され、その間、２回（Ｐ１、Ｐ２の期間）にわたって強制的にオゾンを含んだ空気がチャンバー内に送り込まれ、ＵＦＰの個数濃度及び平均粒径が計測された。プリンター１は、京セラドキュメントソリューションズ株式会社製モノクロプリンターＦＳ－１０４０（印刷速度２０ｐｐｍ）が使用された。個数濃度及び平均粒径の計測には、ＴＳＩ社製高速応答型パーティクルサイザーが使用された。横軸は、時間（秒）を示し、縦軸は、ＵＦＰの個数濃度（個／ｃｍ^３）を示す。

図４Ａによると、オゾンが吹き込まれた期間においては、その前後の期間と比べて、ＵＦＰの個数濃度が増加し、平均粒径が減少している。これは、オゾンがＵＦＰの結合を切断するためと考えられる。また、コロナ放電によって発生したオゾンは、負に帯電していることが知られている。

［オゾン処理部］
上記の知見に基づき、本実施形態に係る定着装置９は、負に帯電したオゾンを中和するオゾン処理部４３を備えている。オゾン処理部４３は、イオナイザー４１に対向する対向電極４３Ｅと、対向電極４３Ｅを正に帯電させる電源部４３Ｓと、を備える。オゾン処理部４３は、定着ローラー２１と加圧ローラー２７とにより形成される加圧領域ＮよりもシートＳの搬送方向Ｙ下流側に設けられている。また、オゾン処理部４３は、搬送路１５よりも定着ローラー２１側においてイオナイザー４１と対向している。また、オゾン処理部４３は、イオナイザー４１よりも搬送方向Ｙ下流側に設けられている。

プリンター１に画像形成ジョブが入力されると、制御部３１は、イオナイザー４１を作動させるとともに、電源部４３Ｓにより対向電極４３Ｅに数千Ｖの電圧を印加することで、対向電極４３Ｅを正に帯電させる。負に帯電しているオゾンは、対向電極４３Ｅに引き寄せられ、対向電極４３Ｅに電子を奪われることで、電気的に中和される。中和されたオゾンは、ＵＦＰの結合を切断する機能が低下し、やがて酸素に変化する。

次に、対向電極の有無とＵＦＰの発生量との関係について説明する。図４Ｂは、オゾンの有無とＵＦＰの発生量との関係を調べるために行われた実験の結果を示すグラフである。前述の実験（図４Ａ参照）と同様の装置を用いて、対向電極４３Ｅがない場合とある場合とで、ＵＦＰの個数濃度が計測された。対向電極４３Ｅがない場合の個数濃度は、５．６×１０^１１個／ｃｍ^３であり、対向電極４３Ｅがある場合の個数濃度は、２．５×１０^１１個／ｃｍ^３である。対向電極４３Ｅによってオゾンが中和されることで、オゾンによるＵＦＰの結合の切断が抑制されたものと考えられる。

以上説明した本実施形態に係る定着装置９によれば、負に帯電したオゾンを中和するオゾン処理部４３を備えるから、イオナイザー４１作動時に発生するオゾンによるＵＦＰの増加を低コストな構成で抑制することができる。

また、本実施形態に係る定着装置９によれば、イオナイザー４１及びオゾン処理部４３が、定着ローラー２１と加圧ローラー２７とにより形成される加圧領域ＮよりもシートＳの搬送方向Ｙ下流側に設けられているから、シートＳの搬送によって生じる気流に乗って運ばれるＵＦＰを効率的に中和することができ、その際に発生するオゾンを効率的に中和することができる。

また、本実施形態に係る定着装置９によれば、オゾン処理部４３が、イオナイザー４１よりも搬送方向Ｙ下流側に設けられているから、シートＳの搬送によって生じる気流に乗って運ばれるオゾンを効率的に中和することができる。

上記実施形態が以下のように変形されてもよい。

上記実施形態では、オゾン処理部４３が対向電極４３Ｅと電源部４３Ｓとを備える例が示されたが、オゾン処理部４３は、オゾンを吸着する部材でもよい。オゾンを吸着する部材は、例えば、活性炭を含む不織布等で構成されたシートでもよい。

上記実施形態では、オゾン処理部４３がイオナイザー４１よりも搬送方向Ｙ下流側に設けられている例が示されたが、オゾン処理部４３とイオナイザー４１が搬送方向Ｙと直交する方向に正対していてもよい。

上記実施形態では、イオナイザー４１が搬送路１５よりも加圧ローラー２７側に設けられ、オゾン処理部４３が搬送路１５よりも定着ローラー２１側に設けられている例が示されたが、イオナイザー４１が搬送路１５よりも定着ローラー２１側に設けられ、オゾン処理部４３が搬送路１５よりも加圧ローラー２７側に設けられていてもよい。

上記実施形態では、イオナイザー４１及びオゾン処理部４３が加圧領域Ｎよりも搬送方向Ｙ下流側に設けられている例が示されたが、イオナイザー４１及びオゾン処理部４３は、定着装置９のいかなる場所に設けられていてもよい。

上記実施形態では、ハロゲンヒーター２３を備える定着装置９に本発明が適用された例が示されたが、ハロゲンヒーター２３に代えて、誘導加熱ヒーター、面状ヒーター等を備える定着装置９に本発明が適用されてもよい。また、上記実施形態では、定着ローラー２１（定着部材の一例）を備える定着装置９に本発明が適用された例が示されたが、定着ローラー２１に代えて、定着ベルト（定着部材の一例）を備える定着装置９に本発明が適用されてもよい。また、上記実施形態では、駆動部２８が加圧ローラー２７を駆動する定着装置９に本発明が適用された例が示されたが、駆動部２８が定着ローラー２１を駆動する定着装置９に本発明が適用されてもよい。

１ プリンター（画像形成装置）
７ 作像装置
９ 定着装置
１５ 搬送路
２１ 定着ローラー（定着部材）
２３ ハロゲンヒーター（加熱部）
２７ 加圧ローラー
３１ 制御部
４１ イオナイザー
４３ オゾン処理部
４３Ｅ 対向電極
４３Ｓ 電源部

Claims (6)

1. 回転可能な定着部材と、
   前記定着部材との間にシートを挟持して搬送する加圧ローラーと、
   前記定着部材を加熱する加熱部と、
   空気の分子を陽イオン化することで、浮遊する超微小粒子を中和するイオナイザーと、
   負に帯電したオゾンを中和又は吸着するオゾン処理部と、
   を備え、
   前記オゾン処理部は、
   前記イオナイザーに対向する対向電極と、
   前記対向電極を正に帯電させる電源部と、を備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記イオナイザー及び前記オゾン処理部は、前記定着部材と前記加圧ローラーとにより形成される加圧領域よりも前記シートの搬送方向下流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記イオナイザー及び前記オゾン処理部は、前記シートが搬送される搬送路を挟んで互いに対向していることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 回転可能な定着部材と、
   前記定着部材との間にシートを挟持して搬送する加圧ローラーと、
   前記定着部材を加熱する加熱部と、
   空気の分子を陽イオン化することで、浮遊する超微小粒子を中和するイオナイザーと、
   負に帯電したオゾンを中和又は吸着するオゾン処理部と、
   を備え、
   前記イオナイザー及び前記オゾン処理部は、前記定着部材と前記加圧ローラーとにより形成される加圧領域よりも前記シートの搬送方向下流側に設けられ、
   前記イオナイザー及び前記オゾン処理部は、前記シートが搬送される搬送路を挟んで互いに対向していることを特徴とする定着装置。
5. 前記オゾン処理部は、前記イオナイザーよりも前記搬送方向下流側に設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記シートにトナー像を形成する作像装置と、
   前記シートに前記トナー像を定着させる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。

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