(57)【要約】【課題】騒音や振動を抑制しながら、超微粒子が画像形成装置の外部に発散するのを抑制することが可能な定着装置を提供する。【解決手段】この定着装置５は、加熱ローラー１８と、加熱ローラー１８に圧接される加圧ローラー１９と、加熱ローラー１８内に配置され、熱を発生するヒーター３１と、加熱ローラー１８の内周面に形成され、ヒーター３１で発生した熱を吸収する熱吸収部３２と、加熱ローラー１８の軸方向の両端部の上部に配置された金属板３３と、金属板３３に固定され金属板３３を冷却するペルチェ素子３４と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部材と、
前記加熱部材に圧接され、前記加熱部材との間に記録媒体を挟持し、前記記録媒体上に担持されたトナー像を前記記録媒体に定着させる加圧部材と、
前記加熱部材内に配置される熱源と、
前記加熱部材の内周面に形成され、前記熱源で発生した熱を吸収する熱吸収部と、
前記加熱部材の軸方向の両端部の上部に配置された金属板と、
前記金属板に固定され前記金属板を冷却する冷却素子と、
を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記金属板は、板バネからなり、前記加熱部材を前記加圧部材側に付勢することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記金属板と前記加熱部材との間には、断熱部材が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。
【請求項４】
前記金属板は、前記加熱部材の上部から前記加熱部材の軸方向の外側に突出するように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記金属板のうちの前記冷却素子が固定される部分は、前記加熱部材の軸方向の外側に向かって下方に傾斜していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記冷却素子は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に用いる定着装置およびそれを備えた画像形成装置に関し、特に、定着装置で発生する超微粒子が画像形成装置外部に発散するのを抑制することが可能な定着装置およびそれを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた画像形成装置では、感光体上に形成した静電潜像にトナーを付与してトナー像を形成し、トナー像を用紙（記録媒体）に転写した後、定着装置によって用紙上のトナー像を定着させている。
【０００３】
用紙を加熱することでトナー像を用紙に定着させる加熱型の定着装置では、熱源で発生した熱を効率良く加熱部材に伝えるために、熱源で発生した熱を吸収する熱吸収部を加熱部材の内周面に形成している。そして、この熱吸収部が高温になると、超微粒子（ＵＦＰ：Ｕｌｔｒａ Ｆｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）が発生し、画像形成装置の内部に飛散することがある。このような物質については装置外部への発散を抑制することが好ましい。なお、超微粒子（ＵＦＰ）とは、浮遊粒子状物質（ＳＰＭ：Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）のうち、直径が１００ｎｍ以下の粒子のことをいう。
【０００４】
そこで、加熱部材周辺の空気を吸引する吸引ファンと、吸引した空気中に含まれる超微粒子（ＵＦＰ）を吸着するフィルターまたは分解する触媒と、を備えた画像形成装置が提案されている。このような画像形成装置では、吸引ファンによって加熱部材周辺の空気がダクトを流れた後、超微粒子（ＵＦＰ）がフィルターにより吸着され、または、触媒により分解される。このため、超微粒子（ＵＦＰ）が画像形成装置の外部に排出するのを抑制することが可能である。
【０００５】
なお、加熱部材周辺の空気を吸引する吸引ファンと、吸引した空気中に含まれる超微粒子（ＵＦＰ）を吸着するフィルターと、を備えた画像形成装置は、例えば特許文献１および２に開示されている。また、加熱部材周辺の空気を吸引する吸引ファンと、吸引した空気中に含まれる超微粒子（ＵＦＰ）を分解する触媒と、を備えた画像形成装置は、例えば特許文献３および４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−０３２６６３号公報
【特許文献２】特開２０１２−０４７７９０号公報
【特許文献３】特開２００６−１３３４２６号公報
【特許文献４】特開２００７−０４１４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、超微粒子（ＵＦＰ）を除去するために、加熱部材周辺の空気を吸引する吸引ファンを用いる場合、吸引ファンの駆動により騒音や振動が発生するという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、騒音や振動を抑制しながら、超微粒子（ＵＦＰ）が画像形成装置の外部に発散するのを抑制することが可能な定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の定着装置は、加熱部材と、加熱部材に圧接され、加熱部材との間に記録媒体を挟持し、記録媒体上に担持されたトナー像を記録媒体に定着させる加圧部材と、加熱部材内に配置される熱源と、加熱部材の内周面に形成され、熱源で発生した熱を吸収する熱吸収部と、加熱部材の軸方向の両端部の上部に配置された金属板と、金属板に固定され金属板を冷却する冷却素子と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、加熱部材の内周面に形成され、熱源で発生した熱を吸収する熱吸収部と、加熱部材の軸方向の両端部の上部に配置された金属板と、金属板に固定され金属板を冷却する冷却素子と、を備える。これにより、熱吸収部が高温になることによって発生する超微粒子（ＵＦＰ）は、加熱部材の軸方向の両端部から対流により上昇し、加熱部材の軸方向の両端部の上部に配置された金属板に当たる。金属板は冷却素子により冷却されるので、金属板に当たった超微粒子（ＵＦＰ）は、金属板により冷却されて捕集される。このため、超微粒子（ＵＦＰ）が画像形成装置の外部に飛散するのを抑制することができる。
【００１１】
また、超微粒子（ＵＦＰ）を除去するために加熱部材周辺の空気を吸引する吸引ファンを用いる必要がないので、吸引ファンによる騒音や振動が発生することがない。
【００１２】
また、上記構成では、定着装置の駆動を停止して金属板が常温まで低下すると、超微粒子（ＵＦＰ）は金属板から剥がれ落ちる。これにより、超微粒子（ＵＦＰ）が金属板の表面上に溜まって捕集効果が低下するのを抑制することができるので、金属板を交換する必要がない。なお、超微粒子（ＵＦＰ）を吸着するフィルターや分解する触媒を用いた場合、フィルターの吸着性能や触媒の分解性能が低下していくので、フィルターや触媒を定期的に交換する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の定着装置を備えた画像形成装置の構造を概略的に示した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の定着装置の構造を加熱ローラーの軸方向と直交する方向から示した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の定着装置の構造を加熱ローラーの軸方向から示した断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の定着装置の加熱ローラーの両端部周辺で発生する上昇気流を説明するための断面図である。
【図５】本発明の第１変形例の定着装置の構造を加熱ローラーの軸方向から示した断面図である。
【図６】本発明の第２変形例の定着装置の構造を加熱ローラーの軸方向と直交する方向から示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態による定着装置５を備えた画像形成装置１について説明する。画像形成装置１は、その下部に配設された給紙部２と、給紙部２の側方に配設された用紙搬送部３と、用紙搬送部３の上方に配設された画像形成部４と、画像形成部４よりも用紙の排出側に配設された定着装置５と、画像形成部４及び定着装置５の上方に配設された画像読取部６とを備えている。
【００１６】
給紙部２は、記録媒体である用紙Ｐを収容する複数の給紙カセット７を備えており、給紙ローラー８の回転により、複数の給紙カセット７のうち選択された給紙カセット７から用紙Ｐを１枚ずつ用紙搬送部３に送り出す。
【００１７】
用紙搬送部３に送られた用紙Ｐは、用紙搬送部３に備えられた用紙搬送経路１０を経由して画像形成部４に向けて搬送される。画像形成部４は、電子写真プロセスによって、用紙Ｐにトナー像を形成するものであり、図１の矢印方向に回転可能に支持された感光体１１と、この感光体１１の周囲にその回転方向に沿って、帯電部１２と、露光部１３と、現像部１４と、転写部１５と、クリーニング部１６と、除電部１７を備えている。
【００１８】
帯電部１２は、高電圧を印加される帯電ローラーを備えており、感光体１１表面に接触する帯電ローラーから感光体１１表面に所定電位を与えると、感光体１１表面が一様に帯電させられる。そして、画像読取部６によって読み取られた原稿の画像データに基づく光が、露光部１３から感光体１１に照射されると、感光体１１の表面電位が選択的に減衰され、感光体１１表面に静電潜像が形成される。
【００１９】
現像部１４は感光体１１表面の静電潜像を現像し、感光体１１表面にトナー像が形成される。このトナー像が転写部１５によって感光体１１と転写部１５との間に搬送される用紙Ｐに転写される。
【００２０】
トナー像が転写された用紙Ｐは、画像形成部４の用紙搬送方向の下流側に配置された定着装置５に向けて搬送される。定着装置５では用紙Ｐが加熱及び加圧され、用紙Ｐ上にトナー像が溶融定着される。トナー像が定着された用紙Ｐは、排出ローラー対２０によって排出トレイ２１上に排出される。
【００２１】
転写部１５によるトナー像の用紙Ｐへの転写後、感光体１１表面に残留しているトナーは、クリーニング部１６により除去され、また感光体１１表面の残留電荷は除電部１７により除去される。そして、感光体１１は帯電部１２によって再び帯電され、以下同様にして画像形成が行われる。
【００２２】
図２に示すように、定着装置５は、ローラー定着方式であり、加熱部材である加熱ローラー１８と、加圧部材である加圧ローラー１９と、熱源であるヒーター３１と、を備える。
【００２３】
加熱ローラー１８は、熱伝導性に優れたアルミニウムや鉄等の金属からなる円筒形状の芯金１８ａ上に、フッ素樹脂のコーティングやチューブを被覆したものが用いられる。加熱ローラー１８の芯金１８ａ内部にハロゲンランプやキセノンランプ等の輻射熱を発生させるヒーター３１が設けられている。
【００２４】
加熱ローラー１８の芯金１８ａの軸方向の両端部には、耐熱樹脂により形成された円筒形状のブッシュ１８ｂが固定されている。一方（図２の右側）のブッシュ１８ｂには、図示しない駆動ギアが係合されており、図示しないモーターからの駆動力が伝達される。
【００２５】
加圧ローラー１９は、合成樹脂、金属その他材料から構成される円筒形状の基材上にシリコーンゴム等の弾性層が形成され、この弾性層の表面をフッ素樹脂コートにて被覆したものが用いられる。
【００２６】
加圧ローラー１９は加熱ローラー１８の下方に配置されるとともに、加熱ローラー１８に所定の圧力で圧接され、加熱ローラー１８との間に用紙Ｐを挟持する。加熱ローラー１８が図示しないモーターによって回転駆動させられると、加熱ローラー１８の回転にともなって、加圧ローラー１９は従動回転する。加熱ローラー１８及び加圧ローラー１９が互いに逆回転しながら当接する部分には、ニップ部Ｎが形成される。尚、加圧ローラー１９がモーターによって回転駆動させられ、加熱ローラー１８が従動回転する構成であってもよい。
【００２７】
用紙Ｐが用紙搬送方向の上流側（図３の右側）からニップ部Ｎに搬送され、ニップ部Ｎにおいて、加熱ローラー１８と加圧ローラー１９によって加熱及び加圧されることにより、用紙Ｐ上の粉体状態のトナーが熱溶融して定着される。定着処理後の用紙Ｐは、図示しない分離爪によって加熱ローラー１８の表面から分離された後、定着装置５の用紙搬送方向の下流側に搬送される。
【００２８】
図２に示すように、加熱ローラー１８の内周面には、熱吸収部３２が形成される。熱吸収部３２は、加熱ローラー１８の軸方向において、ニップ部Ｎ（図３参照）に挿通される用紙Ｐの幅と同等以上の長さを有して、芯金１８ａの内周面の全周に形成される。また、熱吸収部３２は、加熱ローラー１８の内周面に焼き付けた黒色塗料（例えば、オキツモ株式会社製、商品名：Ｎｏ．８２６４）からなる。ヒーター３１により加熱される金属製の加熱ローラー１８の内周面に黒色塗装を施すことにより、ヒーター３１から発生する赤外線の吸収率が上り、その結果、ヒーター３１の輻射熱の吸収率を高めて加熱ローラー１８へ伝えることができる。
【００２９】
熱吸収部３２（黒色塗料）は、金属酸化物に変性シリコーンを添加して生成される。熱吸収部３２の温度がヒーター３１によって上昇すると、熱吸収部３２の変性シリコーンからシロキサンが発生し、シロキサンが超微粒子（ＵＦＰ）として熱吸収部３２の周辺に発散する。
【００３０】
加熱ローラー１８の軸方向の両端部の上方には、金属板３３と、金属板３３に固定されたペルチェ素子（冷却素子）３４と、が設けられている。
【００３１】
金属板３３は、板バネからなり、加熱ローラー１８を加圧ローラー１９側（下側）に付勢している。金属板３３の内側の部分と加熱ローラー１８との間には断熱部材３５が配置されており、金属板３３は断熱部材３５を介して加熱ローラー１８を押圧している。金属板３３の外側の部分は、加熱ローラー１８の上部から加熱ローラー１８の軸方向の外側に突出しており、画像形成装置１本体側に固定されている。金属板３３のうちのペルチェ素子３４が固定される部分は、加熱ローラー１８の軸方向の外側に向かって下方に傾斜しており、超微粒子（ＵＦＰ）の対流の方向（図４の矢印Ａ方向）に対して略直角に交差するように配置されている。
【００３２】
ペルチェ素子３４は、金属板３３の外側の部分の上面上に固定されており、金属板３３を冷却する。ペルチェ素子３４は、板状の半導体素子からなり、複数のＰ型及びＮ型半導体を電気的に直列に接続し電流を流すと、板状の半導体素子の一方の面から吸熱し他方の面から放熱するものである。ペルチェ素子３４の吸熱面が耐熱接着剤によって金属板３３の上面に取り付けられている。
【００３３】
この定着装置５では、印字動作時にはヒーター３１により加熱ローラー１８の内部が加熱され、熱吸収部３２から超微粒子（ＵＦＰ）が発生する。このとき、加熱ローラー１８の内部は２００度程度まで上昇し、図４に示すように加熱ローラー１８の周辺（特に両端部周辺）に上昇気流が発生する。そして、発生した超微粒子（ＵＦＰ）は、矢印Ａで示すように、加熱ローラー１８の軸方向の両端部から対流によって上昇する。
【００３４】
この超微粒子（ＵＦＰ）は、ペルチェ素子３４により１４０度程度まで冷却された金属板３３の下面に当たり、金属板３３により冷却されて捕集される。なお、定着装置５の駆動が停止して金属板３３が常温まで低下すると、超微粒子（ＵＦＰ）は金属板３３から剥がれ落ちる。
【００３５】
本実施形態では、上記のように、加熱ローラー１８の内周面に形成され、ヒーター３１で発生した熱を吸収する熱吸収部３２と、加熱ローラー１８の軸方向の両端部の上部に配置された金属板３３と、金属板３３に固定され金属板３３を冷却するペルチェ素子３４と、を備える。これにより、熱吸収部３２が高温になることによって発生する超微粒子（ＵＦＰ）は、加熱ローラー１８の軸方向の両端部から対流により上昇し、加熱ローラー１８の軸方向の両端部の上部に配置された金属板３３に当たる。金属板３３はペルチェ素子３４により冷却されているので、金属板３３に当たった超微粒子（ＵＦＰ）は、金属板３３により冷却されて捕集される。このため、超微粒子（ＵＦＰ）が定着装置５の外部に飛散するのを抑制することができる。
【００３６】
また、超微粒子（ＵＦＰ）を除去するために加熱ローラー１８周辺の空気を吸引する吸引ファンを用いる必要がないので、吸引ファンによる騒音や振動が発生することがない。
【００３７】
また、上記構成では、定着装置５の駆動を停止して金属板３３が常温まで低下すると、超微粒子（ＵＦＰ）は金属板３３から剥がれ落ちる。これにより、超微粒子（ＵＦＰ）が金属板３３の表面上に溜まって捕集効果が低下するのを抑制することができるので、金属板３３を交換する必要がない。なお、超微粒子（ＵＦＰ）を吸着するフィルターや分解する触媒を用いた場合、フィルターの吸着性能や触媒の分解性能が低下していくので、フィルターや触媒を定期的に交換する必要がある。
【００３８】
また、上記のように、金属板３３は、板バネからなり、加熱ローラー１８を加圧ローラー１９側に付勢する。これにより、加熱ローラー１８と加圧ローラー１９とのニップ部Ｎに厚紙等が挿通される際に生じる衝撃を、金属板３３により吸収することができる。このため、加熱ローラー１８のブッシュ１８ｂをフレームに直接嵌合させる従来の構造に比べて、フレームに与える衝撃（負荷）を低減することができる。そして、フレームに与える衝撃を低減することができるので、フレームの厚みを小さくすることができ、フレームの軽量化を図ることができる。また、フレームに与える衝撃を低減することができるので、騒音（衝撃音）を抑制することができる。
【００３９】
また、上記のように、金属板３３と加熱ローラー１８との間には、断熱部材３５が配置されている。これにより、加熱ローラー１８の熱が金属板３３に伝わるのを抑制することができるので、金属板３３の冷却性能が低下するのを抑制することができる。
【００４０】
また、上記のように、金属板３３は、加熱ローラー１８の上部から加熱ローラー１８の軸方向の外側に突出するように形成されている。これにより、金属板３３により超微粒子（ＵＦＰ）を容易に捕集することができる。また、金属板３３が常温まで低下した際に、超微粒子（ＵＦＰ）が加熱ローラー１８や加圧ローラー１９の上に落下するのを抑制することができる。
【００４１】
また、上記のように、金属板３３のうちのペルチェ素子３４が固定される部分は、加熱ローラー１８の軸方向の外側に向かって下方に傾斜している。これにより、金属板３３のうちのペルチェ素子３４が固定される部分を、超微粒子（ＵＦＰ）の対流の方向に対して略直角に配置することができる。このため、超微粒子（ＵＦＰ）を含む空気流の金属板３３に対する接触面積が大きくなるので、金属板３３による捕集効果を向上させることができる。
【００４２】
また、上記のように、冷却素子としてペルチェ素子３４を用いることによって、簡単な構成で金属板３３を冷却することができる。
【００４３】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４４】
例えば、上記実施形態では、金属板が板バネからなり、加熱部材を加圧部材側に付勢する例について示したが、本発明はこれに限らず、金属板は加熱部材を付勢しなくてもよい。この場合、例えば図５に示した本発明の第１変形例の定着装置５のように、加圧ローラー１９を加熱ローラー１８の側方に配置してもよい。また、断熱部材３５を設けず、金属板３３を加熱ローラー１８から所定の距離を隔てて配置してもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、加熱部材のブッシュを、駆動ギアに係合するように構成した例について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば図６に示した本発明の第２変形例の定着装置５のように、加熱ローラー１８のブッシュ１８ｂを、駆動ギアに係合させないように構成してもよい。そして、金属板３３のうちの断熱部材３５が配置される部分以外の全ての部分を、加熱ローラー１８の上部から加熱ローラー１８の軸方向の外側に突出させてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１  画像形成装置
５  定着装置
１８  加熱ローラー（加熱部材）
１９  加圧ローラー（加圧部材）
３１  ヒーター（熱源）
３２  熱吸収部
３３  金属板
３４  ペルチェ素子（冷却素子）
３５  断熱部材
Ｐ  用紙（記録媒体）
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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