(57)【要約】【課題】記録媒体上の未定着トナー画像に過熱水蒸気を吹き付ける非接触加熱方式を用いるとともに、前記過熱水蒸気が渦になるのを軽減することにより、画像ノイズ等の発生を抑制する。【解決手段】過熱水蒸気Ａを生成する過熱水蒸気生成部２１と、記録媒体１１の搬送方向の上流側に位置し、未定着トナー画像１２が形成された記録媒体１１が搬入される入口部２２と、上記入口部２２から入った上記記録媒体１１上の未定着トナー画像１２に対して、上記過熱水蒸気Ａを、大気圧下で、上記搬送方向と順方向に吹き付ける過熱水蒸気吹き付け部２３と、上記記録媒体１１の搬送方向の下流側に位置し、上記記録媒体１１及び気流を通過させる開放性の出口部２４と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真プロセスにおける転写過程を経た未定着トナー画像を非接触で溶融して記録媒体上に定着させる非接触定着部を備えた定着装置において、
前記非接触定着部は、
過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部と、
前記未定着トナー画像が形成された記録媒体が搬入される入口部と、
前記記録媒体上の未定着トナー画像に対して、前記過熱水蒸気を、大気圧下で、前記記録媒体の搬送方向と順方向に吹き付ける過熱水蒸気吹き付け部と、
前記過熱水蒸気の吹き付けによって非接触でトナー画像が定着された記録媒体が搬出される出口部と、を備えており、少なくとも上記出口部が気流を通過させる開放性を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置において、前記入口部も気流を通過させる開放性を有することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の定着装置において、前記過熱水蒸気生成部は、水を加熱して得た飽和水蒸気を大気圧下でさらに加熱して１００℃以上４００℃以下の過熱水蒸気を生成することを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の定着装置において、前記非接触定着部は、前記入口部よりも前記記録媒体の搬送方向の下流側に、前記吹き付けられた過熱水蒸気を回収する過熱水蒸気回収部を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項４に記載の定着装置において、前記過熱水蒸気回収部は、回収した過熱水蒸気を冷却して水に戻す冷却部と、この水を貯留する貯水部とを備えることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項５に記載の定着装置において、前記冷却部と前記貯水部との間に、水と水以外の物質を分離する分離部を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項４〜請求項６の何れか１項に記載の定着装置において、前記入口部及び前記出口部には前記記録媒体に接触しないように前記記録媒体の方にカバーが突出しており、前記出口部のカバーの突出端は、前記入口部のカバーの突出端よりも前記記録媒体に近い側に位置していることを特徴とする定着装置
【請求項８】
請求項４〜請求項７の何れか１項に記載の定着装置において、前記過熱水蒸気回収部は、前記搬送される記録媒体に近い側ほど広がる略三角形状の回収ノズルを有することを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の定着装置において、前記過熱水蒸気吹き付け部は、前記搬送される記録媒体に近い側ほど広がる略三角形状の吹き付けノズルを有することを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の定着装置において、前記非接触定着部は、前記入口部から前記出口部にかけて前記記録媒体を支持搬送する記録媒体支持部を備えており、この記録媒体支持部は耐熱性を有する記録媒体搬送ベルトを回転駆動させる構造を有することを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０の何れか１項に記載の定着装置において、前記非接触定着部は、前記過熱水蒸気生成部の加熱停止後に、余熱で発生する過熱水蒸気が前記過熱水蒸気吹き付け部から漏出するのを防止する漏出防止手段を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１の何れか１項に記載の定着装置において、発生した水滴を受け止める水滴受け手段を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２の何れか１項に記載の定着装置において、前記記録媒体の搬送方向に沿って配置された、前記記録媒体の側方を覆う側面カバーを備えることを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３の何れか１項に記載の定着装置において、使用されるトナーは、水媒体中で処理されて離型成分を内包したカプセル化トナーであることを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１〜請求項１４の何れか１項に記載の定着装置において、前記出口部から搬出される記録媒体に対して接触し加圧することにより温度調整を行うとともに前記記録媒体上のトナー画像を平滑に固着させる加圧接触部を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項１６】
請求項１〜請求項１５の何れか１項に記載の定着装置において、前記加圧接触部は、当該加圧接触部の温度を検出する温度センサーと、当該加圧接触部を冷却する冷却手段とを備えることを特徴とする定着装置。
【請求項１７】
請求項１〜請求項１６の何れか１項に記載の定着装置において、前記出口部から搬出された記録媒体の温度を検出する温度センサーを備えることを特徴とする定着装置。
【請求項１８】
請求項１〜請求項１７の何れか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、電子写真プロセスにおいて、記録媒体上の未定着トナー画像を記録媒体に定着させるための定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。特に、記録媒体上の未定着トナー画像を非接触加熱方式で加熱して定着する点に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複写機，プリンター，ファクシミリ及びこれらの複合機などの画像形成装置においては、像保持部材の表面上に保持されているトナー画像を記録媒体に転写させた後に、定着装置によって前記転写された未定着トナー画像を記録媒体に定着させることが行われている。
【０００３】
前記定着装置として、従来においては、加熱ローラー等を用いた接触加熱方式の定着装置の他に、石英ランプ等の輻射熱を用いるラジアント定着やキセノンランプなどの閃光を用いるフラッシュ定着などの非接触加熱方式の定着装置が知られており、さらに、近年においては、水蒸気を未定着トナー画像に吹き付ける非接触加熱方式を用いた定着装置が開発されている。
【０００４】
ここで、水蒸気を未定着トナー画像に吹き付ける非接触加熱方式を用いた定着装置としては、例えば、特許文献１には、著量の水蒸気を含有する熱ガスを用いて未定着トナー画像を定着することが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、記録媒体に対して過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気供給部を有し、前記記録媒体に転写された未定着トナー画像を過熱水蒸気で加熱して定着することが開示されている。
【０００６】
しかし、特許文献１及び特許文献２に開示された定着装置は、その入口部及び出口部を狭くすることで密閉性を高くしたものとなっている。特に、特許文献１では、定着装置における記録媒体の出入口にシール部材を設けて密閉性を高めており、また、特許文献２では、ケーシングによって定着装置の内部空間を外部から隔離することで密閉性を高めている。
【０００７】
ところが、このように定着装置内の密閉性を高くすると、定着装置内に供給される水蒸気が前記出口部の側で跳ね返されて渦状になり、この渦状の水蒸気によってトナーが飛散し、画像ノイズが発生することがある。また、定着装置内でカールや浮きを生じた記録媒体が前記出口部に引っ掛かり、搬送不良やジャムが発生し易くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２３７８０１号公報
【特許文献２】特開２０１６−２４２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、記録媒体上の未定着トナー画像に過熱水蒸気を吹き付ける非接触加熱方式を用いるとともに、前記過熱水蒸気が定着装置内で渦状になるのを軽減することにより、画像ノイズ等の発生を抑制することができる定着装置及び画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明における定着装置においては、前記の課題を解決するため、電子写真プロセスにおける転写過程を経た未定着トナー画像を非接触で溶融して記録媒体上に定着させる非接触定着部を備え定着装置において、前記非接触定着部は、過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部と、前記未定着トナー画像が形成された記録媒体が搬入される入口部と、前記記録媒体上の未定着トナー画像に対して、前記過熱水蒸気を、大気圧下で、前記記録媒体の搬送方向と順方向に吹き付ける過熱水蒸気吹き付け部と、前記過熱水蒸気の吹き付けによって非接触でトナー画像が定着された記録媒体が搬出される出口部と、を備えており、少なくとも上記出口部が気流を通過させる開放性を有するようにした。
【００１１】
このように、記録媒体の未定着トナー画像に対して、過熱水蒸気を、前記記録媒体の搬送方向と順方向に吹き付けるので、前記過熱水蒸気の吹き付けによる前記未定着トナー画像への煽りは生じ難くなり、未定着トナー画像の飛散が少なくなる。また、前記出口部は気流を通過させる開放性を有するので、前記過熱水蒸気の気流が前記出口部で跳ね返されて渦を生じることも抑制され、この渦による未定着トナー画像の飛散も少なくできる。このように、未定着トナー画像の飛散が少なくなることで、画像ノイズの発生が抑制されることになる。さらに、前記過熱水蒸気の渦が抑制されると、前記記録媒体のカールや浮きも生じ難くなり、また、たとえ記録媒体にカールや浮きが生じたとしても、前記出口部の開放性により、記録媒体が前記出口部に引っ掛かることも少なくなり、搬送不良やジャムの発生も抑制できる。
【００１２】
また、前記入口部も気流を通過させる開放性を有するようにしてもよい。このようにすると、非接触定着部内の開放性が増し、前記過熱水蒸気の気流がさらに安定することになり、画像ノイズの発生や搬送不良やジャムの発生がさらに抑制される。
【００１３】
また、前記過熱水蒸気生成部は、水を加熱して得た飽和水蒸気を大気圧下でさらに加熱して１００℃以上４００℃以下の過熱水蒸気を生成させるようにすることが好ましい。このようにして生成された過熱水蒸気の場合、気体の水分子がトナー粒子表面を覆い、トナー粒子の内部にまで効率よく入り込むことができるため、トナー粒子の内部を素早く均一に加熱することができる。また、過熱水蒸気の温度は１００℃以上であるので、トナーの溶融が不十分で定着性が低下するのを回避でき、また、４００℃以下とされるので、記録媒体の燃焼や焦げを回避することができる。
【００１４】
また、前記非接触定着部は、前記入口部よりも前記記録媒体の搬送方向下流側に、前記記録媒体に吹き付けられた過熱水蒸気を回収する過熱水蒸気回収部を備えるようにしてもよい。このようにすると、前記記録媒体に吹き付けられた過熱水蒸気が上記出口部から定着装置の外に拡散するのを抑制することができる。
【００１５】
また、前記過熱水蒸気回収部は、回収した過熱水蒸気を冷却して水に戻す冷却部と、この水を貯留する貯水部とを備えようにしてもよい。このようにすると、回収した水蒸気による水の再利用を図ることができる。
【００１６】
前記冷却部と前記貯水部との間に、水と水以外の物質を分離する分離部を備えようにしてもよい。このようにすると、水以外の物質が過熱水蒸気に混入して記録媒体に吹き付けられるのを防止することができる。
【００１７】
前記入口部及び前記出口部には、前記記録媒体に接触しないように前記記録媒体の方にカバーが突出しており、前記出口部のカバーの突出端は、前記入口部のカバーの突出端よりも前記記録媒体に近い側に位置するようにしてもよい。このようにすると、前記記録媒体上を流れる前記過熱水蒸気を前記出口部のカバーの突出端で効率よく回収することができる。
【００１８】
また、前記過熱水蒸気回収部は、前記搬送される記録媒体に近い側ほど広がる略三角形状の回収ノズルを有するようにしてもよい。このようにすると、前記記録媒体上に広がる過熱水蒸気を効率よく回収することができる。
【００１９】
また、前記過熱水蒸気吹き付け部は、前記搬送される記録媒体に近い側ほど広がる略三角形状の吹き付けノズルを有するようにしてもよい。このようにすると、吹き付ける前記過熱水蒸気を前記記録媒体上に極力均一に広げることができる。
【００２０】
また、前記非接触定着部は、前記入口部から前記出口部にかけて前記記録媒体を支持搬送する記録媒体支持部を備えており、この記録媒体支持部は耐熱性を有する搬送ベルトを回転駆動させる構造を有するようにしてもよい。このようにすると、前記記録媒体の搬送を前記過熱水蒸気による高熱下において適切に行うことができる。
【００２１】
また、前記非接触定着部は、前記過熱水蒸気生成部の加熱停止後に、余熱で発生する過熱水蒸気が前記過熱水蒸気吹き付け部から漏出するのを防止する漏出防止手段を備えるようにしてもよい。ここで、例えば、定着装置内で発生した記録媒体の搬送トラブルに対して前記過熱水蒸気生成部における加熱を停止したとしても、余熱で発生する過熱水蒸気が前記過熱水蒸気吹き付け部から漏出して停止中の記録媒体を焦がすおそれがある。前記漏出防止手段を備えることで、前記停止中の記録媒体が焦げるのを防止することができる。
【００２２】
また、前記非接触定着部は、発生した水滴を受け止める水滴受け手段を備えるようにしてもよい。このようにすると、例えば、水滴が記録媒体上に滴下して、記録媒体を汚損する事態を防止することができる。
【００２３】
また、前記記録媒体の搬送方向に沿って配置された、前記記録媒体の側方を覆う側面カバーを備えるようにしてもよい。このようにすると、前記記録媒体の側方からの前記過熱水蒸気の拡散を抑制することができる。
【００２４】
また、使用されるトナーは、水媒体中で処理されて離型成分を内包したカプセル化トナーであってもよい。このようなトナーの中には、比較的高い定着温度を必要とする一方、比較的安価に作製できるものもある。高温の過熱水蒸気を用いる定着装置において前記のようなトナーを使用することにより、比較的高い定着温度を必要とすることを特に不利とせずに安価に画像形成を行うことができる。
【００２５】
また、前記出口部から搬出される記録媒体に対して接触し加圧することにより温度調整を行うとともに前記記録媒体上のトナー画像を平滑に固着させる加圧接触部を備えるようにしてもよい。このようにすると、過熱水蒸気で非接触により定着されたトナー画像の表面を滑らかにできるとともに、前記温度調整により、定着処理後の記録媒体を人が触れる適度な温度に調整することが可能になる。
【００２６】
また、前記加圧接触部は、当該加圧接触部の温度を検出する温度センサーと、当該加圧接触部を冷却する冷却手段とを備えるようにしてもよい。このようにすると、当該加圧接触部による前記記録媒体の温度調整を的確に行うことが可能になる。
【００２７】
また、前記出口部から搬出された記録媒体の温度を検出する温度センサーを備えるようにしてもよい。このようにすると、前記加圧接触部による加圧定着前に前記記録媒体の温度を事前に検出できるので、前記加圧接触部で記録媒体の温度調整をより的確に行うことが可能になる。
【００２８】
そして、本発明における画像形成装置においては、未定着トナー画像を溶融して記録媒体上に定着させる定着装置として、本発明における前記のような定着装置を用いるようにした。
【発明の効果】
【００２９】
本発明における定着装置においては、記録媒体の未定着トナー画像に対して、過熱水蒸気を、前記記録媒体の搬送方向と順方向に吹き付けるので、前記過熱水蒸気の吹き付けによる前記未定着トナー画像への煽りは生じ難くなり、未定着トナー画像の飛散が少なくなる。また、前記出口部は、記録媒体及び気流が通る開放性を有するので、前記過熱水蒸気の気流が前記出口部で跳ね返されて渦を生じることも抑制され、この渦による未定着トナー画像の飛散も少なくできる。このように、未定着トナー画像の飛散を少なくできることで、画像ノイズの発生が抑制される。さらに、前記過熱水蒸気の渦が抑制されると、前記記録媒体のカールや浮きも生じ難くなり、また、たとえ記録媒体にカールや浮きを生じたとしても、前記出口部の開放性により、記録媒体が前記出口部に引っ掛かることも少なくなり、搬送不良やジャムの発生も抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態にかかる定着装置の非接触定着部及び加圧接触部を示した概略説明図である。
【図２】図１における非接触定着部の過熱水蒸気生成部、過熱水蒸気吹き付け部及び過熱水蒸気回収部を平面視で示した概略説明図である。
【図３】図１における非接触定着部の過熱水蒸気生成部を示した概略説明図である。
【図４】図１における非接触定着部の過熱水蒸気回収部の回収ノズルを示した概略説明図である。
【図５】図１における非接触定着部の吹き付けノズルを示した概略説明図である。
【図６】図１における非接触定着部を示した概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
次に、本発明の実施形態に係る定着装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る定着装置は、下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。
【００３２】
図１に示している定着装置１は、電子写真プロセスにおける転写過程を経た記録媒体１１上の未定着トナー画像１２を溶融して記録媒体１１上に定着させる装置であり、非接触定着部２と、加圧接触部３とを備えている。
【００３３】
前記非接触定着部２は、下側が開放されたケーシング２ａ内に、過熱水蒸気Ａを生成する過熱水蒸気生成部２１と、前記記録媒体１１の搬送方向の上流側に位置し、前記未定着トナー画像１２が形成された記録媒体１１が搬入される入口部２２と、前記入口部２２に入った記録媒体１１の未定着トナー画像１２に対して前記過熱水蒸気Ａを大気圧下で吹き付ける過熱水蒸気吹き付け部２３と、前記記録媒体１１の搬送方向の下流側に位置し、記録媒体１１が搬出される出口部２４とを備えている。
【００３４】
また、前記非接触定着部２には、前記入口部２２から前記出口部２４にかけて前記記録媒体１１を支持搬送する記録媒体支持部２５が設けられており、この記録媒体支持部２５は耐熱性を有する搬送ベルト２５ａをローラー２５ｂにて回転駆動するようになっている。
【００３５】
ここで、前記搬送ベルト２５ａによる記録媒体１１の搬送方向は図１中のＢ方向であり、また、前記記録媒体１１のＢ方向搬送速度と前記過熱水蒸気ＡのＢ方向移動速度が略同じになるようにしている。なお、図１においては、前記過熱水蒸気吹き付け部２３から出される過熱水蒸気Ａを湯気の様に描いているが、過熱水蒸気Ａは外気に触れて温度が下がっても、過熱状態を保っていれば凝縮しないため、湯気として見えるものではない。また、過熱水蒸気Ａは同じ圧力の飽和蒸気よりも熱量を多く保有しているので、分子の動きはより活発になり、密度は小さくなる。
【００３６】
また、前記入口部２２及び前記出口部２４は、シール部材を備えておらず、前記記録媒体１１及び気流が通ることができる開放性を有している。前記入口部２２及び前記出口部２４には、前記記録媒体１１に接触しないように、前記記録媒体の方（下方）に向けて板状のカバー２２ａ、２４ａが突出している。
【００３７】
ここで、前記入口部２２における開口高さは、前記搬送ベルト２５ａの上面から、前記カバー２２ａの下端までの高さとなる。同様に、前記出口部２４における開口高さは、前記搬送ベルト２５ａの上面から、前記カバー２４ａの下端までの高さとなる。前記入口部２２及び前記出口部２４における開口高さは、例えば、５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲に設定され、望ましくは、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲に設定される。また、前記出口部２４の前記カバーの２４ａの下端（突出端）を、前記入口部のカバーの下端（突出端）よりも前記記録媒体１１に近い側（下側）に位置させている。
【００３８】
また、前記過熱水蒸気吹き付け部２３は、前記入口部２２の上部側に設けられており、前記過熱水蒸気Ａを斜め下方であって、前記記録媒体１１の搬送方向（Ｂ方向）と順方向に吹き出すようになっている。
【００３９】
また、前記過熱水蒸気生成部２１は、図１及び図２に示すように、水を加熱して飽和水蒸気を生成する水加熱部２１ａと、前記飽和水蒸気を大気圧下でさらに加熱して１００℃以上４００℃以下の過熱水蒸気Ａを生成し、この過熱水蒸気Ａを前記過熱水蒸気吹き付け部２３に供給する水蒸気加熱部２１ｅと、前記水加熱部２１ａで生成された飽和水蒸気を前記水蒸気加熱部２１ｅに送る配管２１ｄとを備える。
【００４０】
また、前記水加熱部２１ａは、図３に示すように、例えば、抵抗発熱体であるセラミックヒーター２１ｃと、その上部に設けられた耐熱性多孔質フィルタ２１ｂとからなる。ここで、飽和水蒸気は、既知の方法にて発生させることができるが、水の比熱は１ｃａｌ/ｇ・Ｋ（１８℃）と大きいため省エネ性を考慮した場合、加熱部の表面積を大きくする必要があり、耐熱性の多孔質体と抵抗発熱体から構成される水蒸気発生装置が特に好適である。前記耐熱性多孔質フィルタ２１ｂとしては、多孔質ガラスや多孔質セラミックスを用いることができる。
【００４１】
また、前記水蒸気加熱部２１ｅは、例えば、飽和水蒸気を通す金属製管を電磁誘導加熱（ＩＨ）により加熱するように構成されており、短時間で飽和水蒸気を過熱水蒸気Ａに変化させることができる。ここで、過熱水蒸気Ａの発生方法は、前記飽和水蒸気を大気圧下で１００℃以上に加熱できる構成であれば、特に限定はされないが、ウォームアップタイムの短縮を考慮した場合、電磁誘導加熱を用いる過装置が特に好適である。
【００４２】
また、前記配管２１ｄには、この配管２１ｄによる飽和水蒸気の供給をオンオフするように、例えば、電磁ソレノイドからなるバルブ２１ｆが設けられている。このバルブ２１ｆは、前記水蒸気加熱部２１ｅの加熱停止後に、余熱で発生する過熱水蒸気が前記過熱水蒸気吹き付け部２３から漏出するのを防止する漏出防止手段となる。例えば、紙詰まりを検知するセンサーによって紙詰まりが検知されたときに、前記水蒸気加熱部２１ｅの加熱停止と前記バルブ２１ｆの閉動作が同時に行われ、前記水蒸気加熱部２１ｅへの前記飽和水蒸気の供給が停止されることにより、過熱水蒸気の生成漏出が防止される。
【００４３】
また、前記非接触定着部２は、前記記録媒体１１に吹き付けられた過熱水蒸気Ａを回収する過熱水蒸気回収部２６を備えている。この過熱水蒸気回収部２６は、回収ノズル２６１と、回収配管２６２と、冷却部２６３と、分離部２６４と、貯水部２６５とを備えている。
【００４４】
また、前記回収ノズル２６１は、前記出口部２４よりも前記記録媒体１１の搬送方向の上流側となる位置であって前記出口部２４の上側の位置に設けられている。そして、この回収ノズル２６１は、その上部側となる位置に吸引ファン２６１ａを備えており、前記出口部２４側へと流れてくる過熱水蒸気Ａを上方向に吸引して回収する。
【００４５】
また、前記回収配管２６２は、前記回収ノズル２６１で回収された過熱水蒸気Ａを冷却部２６３に導く。
【００４６】
また、前記冷却部２６３は、水冷方式、或いは空冷方式等の冷却方式を用い、回収された過熱水蒸気Ａを液体の水に変化させる。なお、前記冷却部２６３は、過熱水蒸気Ａから水蒸気、そして、水へと相変化させるために十分に冷却させる必要があるため、細長い管状にされているのが望ましい。
【００４７】
また、前記分離部２６４は、前記冷却部２６３と前記貯水部２６５との間に設けられ、水と水以外の物質を分離するものであり、前記冷却部２６３から供給される水のなかの不純物を取り除く。この分離部２６４は、着脱して洗浄できる構成或いは交換可能な構成とすることができる。
【００４８】
また、前記貯水部２６５は、前記不純物が取り除かれた水を貯留する。そして、この貯水部２６５には、貯留水を水加熱部２１ａに供給するための給水管２６５ａを備えている。なお、この貯水部２６５に水を補給するための水補給口を設けておくこともできる。
【００４９】
また、前記非接触定着部２は、図６に示すように、前記記録媒体１１の両側方を覆う側面カバー２７を備えている。この側面カバー２７は、前記記録媒体１１の搬送方向に沿って配置されており、また、前記記録媒体支持部２５の側方をも覆う高さを有している。
【００５０】
このように、前記非接触定着部２においては、前記記録媒体１１の未定着トナー画像１２に対して、前記過熱水蒸気Ａを、前記記録媒体１１の搬送方向と順方向に吹き付けるので、前記過熱水蒸気Ａによる前記未定着トナー画像１２への煽りは生じ難くなり、未定着トナー画像１２の飛散が少なくなる。
【００５１】
また、前記出口部２４は、記録媒体１１及び気流が通る開放性を有するので、前記過熱水蒸気Ａの気流が前記出口部２４で跳ね返されて渦を生じることも抑制され、この渦による未定着トナー画像１２の飛散も少なくできる。このように、未定着トナー画像１２の飛散を少なくできることで、画像ノイズの発生が抑制されることになる。また、前記過熱水蒸気Ａの渦が抑制されることで、前記記録媒体１１においてカールや浮きが生じ難くなり、また、たとえ記録媒体１１にカールや浮きを生じたとしても、前記出口部２４の開放性により、記録媒体１１が前記出口部２４に引っ掛かることも少なくなり、搬送不良やジャムの発生も抑制できる。
【００５２】
また、前記入口部２２も前記記録媒体１１及び気流を通過させる開放性を有していると、前記非接触定着部２の開放性が増し、前記過熱水蒸気Ａの気流がさらに安定するので、画像ノイズの発生や搬送不良やジャムの発生がさらに抑制される。
【００５３】
そして、前記過熱水蒸気生成部２１においては、水を加熱して得た飽和水蒸気を大気圧下でさらに加熱して１００℃以上４００℃以下の過熱水蒸気Ａが生成されるが、このように生成された過熱水蒸気が用いられる場合、気体の水分子がトナー粒子表面を覆い、また、その内部にまで効率よく入り込むことができるため、トナー粒子の内部を素早く均一に加熱することができる。
【００５４】
ここで、いわゆる低温定着用トナーは、溶融温度あるいは軟化温度が１００℃近傍となるよう設計されている。軟化温度が１００℃近傍のトナーを従来の接触加熱方式の定着器によって１００℃で定着させようとすると、低温オフセットが発生したり、定着性が不十分になったりする。しかし、過熱水蒸気の場合、気体の水分子はトナー粒子表面を覆うとともにその内部にまで入り込むことができるため、トナー粒子内部を素早く加熱できる。上述のような低温定着用トナーには、融点が１００℃以下の低融点物質と１００℃以上の高融点物質の複合粒子もあり、低温定着性を向上させるため、低融点物質の含有比率を高めたり、融点を低下させたりといった改良が施されている。前記非接触定着部２であれば、１００℃の過熱水蒸気であっても、トナー内部まで素早く、均一に加熱できるため、低融点物質はトナー粒子内で溶融し、水分子の内部浸透によって、一部、トナー表面に溶出する。前記非接触定着部２を通過した画像は、低融点物質、特に、離型成分が表面に溶出した状態になっており、この表面に溶出した低融点物質がバインダーの役割をして、他の成分を定着させる。１００℃の過熱水蒸気においても、低融点物質の含有量によっては、十分な定着性が確保可能となる。
【００５５】
ここで、前記過熱水蒸気Ａの下限温度を１００℃に設定するのは、１気圧より低い気圧下でのＭＦＰ（多機能周辺機）の使用環境をも想定したものであり、水の沸点が１００℃未満の場合でも、前記非接触定着部２においては、１００℃以上の過熱水蒸気とする必要があり、より高温の方が高画質性、定着性、高速性においては有利となる。
【００５６】
一方、１００℃の飽和水蒸気（１気圧下）での定着について考察すると、この飽和水蒸気の場合、水分子は気体状態とはいえ、トナー粒子と接触すると直ちに沸点以下となり、液体の水に変わる。従って、トナー粒子内部まで水分子は入り込むことができないため、トナー内部まで素早く、均一に溶融することができない。また、トナー粒子表面には多量の水分が付着するため、得られる画像の含水率が上がり、記録媒体のカール、しわが発生する恐れがある。
【００５７】
また、過熱水蒸気Ａの温度の上限を４００℃とするので、記録媒体１１（記録紙）の燃焼や焦げを回避することができる。
【００５８】
また、前記記録媒体１１に吹き付けられた過熱水蒸気Ａを回収する過熱水蒸気回収部２６を備えていると、前記記録媒体１１に吹き付けられた過熱水蒸気Ａが定着装置１の外に拡散するのを抑制することができる。
【００５９】
また、前記過熱水蒸気回収部２６が前記冷却部２６３と前記貯水部２６５とを備えていると、回収した水蒸気による水の再利用を図ることができる。
【００６０】
さらに、前記冷却部２６３と前記貯水部２６５との間に、水と水以外の物質を分離する分離部２６４を備えていると、水以外の物質が過熱水蒸気Ａに混入して記録媒体１１に吹き付けられるのを防止することができる。
【００６１】
また、前記過熱水蒸気回収部２６の回収ノズル２６１を、前記出口部２４よりも前記記録媒体１１の搬送方向の上流側の位置に設けていると、前記過熱水蒸気Ａの回収効率を上げることができる。なお、前記出口部２４は気流を通すことができる開放性を有するので、前記過熱水蒸気回収部２６の回収ノズル２６１を、前記出口部２４よりも前記記録媒体１１の搬送方向の下流側の位置に設けることも可能である。
【００６２】
また、前記回収ノズル２６１は、図４に示すように、前記搬送される記録媒体１１に近い側ほど広がる略三角形状を有していてもよい。これによれば、前記記録媒体１１上に広がった過熱水蒸気Ａを効率よく回収することができる。前記回収ノズル２６１における広くされる側の横幅は、記録媒体１１の横幅以上とされるのが望ましい。また、前記回収ノズル２６１内に、前記略三角形状に対応させてハ字形状に隔壁２６１ｂを設けておくと、前記広くされる側において極力均一の力で吸引を行うことができる。
【００６３】
また、前記吹き付けノズル２３ａは、図５に示すように、前記搬送される記録媒体１１に近い側ほど広がる略三角形状を有してもよい。これによれば、吹き付ける前記過熱水蒸気Ａを前記記録媒体１１上に効率よく広げることができる。前記吹き付けノズル２３ａにおける広くされる側の横幅は、記録媒体１１の横幅以上とされるのが望ましい。また、前記吹き付けノズル２３ａ内に、前記略三角形状に対応させてハ字形状に隔壁２３ｂを設けておくと、吹き付ける前記過熱水蒸気Ａを前記記録媒体１１上に極力均一に広げることができる。また、前記隔壁２３ｂで区画される各流路に温度センサー２３ｃを設けることで、吹き付ける前記過熱水蒸気Ａの温度を検出し、前記水蒸気加熱部２１ｅによる水蒸気の加熱温度制御、或いは異常検出処理等を行うようにしてもよい。
【００６４】
また、前記出口部２４のカバー２４ａの突出端が前記入口部２２のカバー２２ａの突出端よりも前記記録媒体１１に近い側に位置していると、前記記録媒体１１上を流れる前記過熱水蒸気Ａを前記出口部２４のカバー２４ａの突出端で効率よく回収することができる。
【００６５】
また、前記記録媒体支持部２５が耐熱性を有する搬送ベルト２５ａを回転駆動させる構造であると、前記記録媒体１１の搬送を前記過熱水蒸気Ａによる高熱下において適切に行うことができる。なお、前記記録媒体支持部２５は、金属プレート、フッ素樹脂などの離型性の高い耐熱性ポリマーで被覆された金属プレート、フッ素樹脂製ファブリックからなるベルトであってもよい。また、両面印刷時におけるトナー汚染及びそれに起因よる画像ノイズを低減させるために、耐熱性と離型性の両方を有するベルト、具体的にはフッ素樹脂製ファブリックからなるベルトを回転駆動させる構成が更に好ましい。
【００６６】
また、前記過熱水蒸気生成部２１の加熱停止後に、余熱で発生してしまう過熱水蒸気が前記過熱水蒸気吹き付け部２３から漏出されるのを防止する漏水防止手段（例えば、バルブ２１ｆ）を備えると、例えば、記録媒体１１の搬送トラブルで前記過熱水蒸気生成部２１における加熱を停止した後に、前記過熱水蒸気吹き付け部２３から過熱水蒸気Ａが漏出し、定着装置１内で停止中の記録媒体１１が焦げるのを防止することができる。なお、漏水防止手段として、前記過熱水蒸気吹き付け部２３に電動でオンオフされるバルブを設けることも可能である。
【００６７】
また、発生した水滴を受け止める水滴受け手段を、例えば、前記吹き付けノズル２３ａの近傍や前記回収ノズル２６１の近傍に備えてもよい。このようにすると、過熱水蒸気Ａが前記吹き付けノズル２３ａや前記回収ノズル２６１に接触した時に、一部、冷却され水滴となり記録媒体１１上に落下し、画像を濡らすことを防ぐことができる。なお、定着装置１のケーシング２ａの下部側にも必要に応じて水滴受け手段を設けることもできる。水滴受け手段としては、耐熱性、吸水性を有するものであれば特に限定はないが、ガラス繊維、アラミド繊維などの耐熱性繊維から作製された不織布が特に好適である。
【００６８】
ここで、使用されるトナーは、熱によって定着できるトナーであれば特に限定されるものではないが、水媒体中で処理されて離型成分を内包したカプセル化トナーであるのがよい。近年、定着装置の省エネルギー化の観点より、更なるトナーの低温定着化が進んでいるが、トナーの低温定着化とバインダー樹脂の耐熱性、機械的強度はトレードオフの関係にあり、トナーのプロセス適合性と低温定着性の両立が課題となっている。主たるバインダー樹脂がスチレンーアクリル系のケミカルトナーは、その分子構造及びポリマー物性の性質上、プロセス適合性と低温定着性の両立が特に課題となっている。一方、主たるバインダー樹脂がポリエステル系のケミカルトナーは、プロセス適合性と低温定着性の両立は比較的容易であるが、バインダー樹脂のコストが高く、トナーのコストアップを招く。前記非接触定着部２は、１００℃以上の過熱水蒸気を用いるため、記録媒体１１上の未定着トナーを全体的に均一に素早く軟化・溶融温度以上に加熱できるため、バインダー樹脂の熱物性を必要以上に低下させる必要がなく、また、低融点物質を必要以上に添加する必要もないため、プロセス適合性を向上できる。従って、前記非接触定着部２は、主たるバインダー樹脂がスチレンーアクリル系のケミカルトナーに適すると言える。
【００６９】
また、前記記録媒体１１の側方を覆う側面カバー２７を備えていると、前記記録媒体１１の側方からの前記過熱水蒸気Ａの拡散を抑制することができる。なお、側面カバー２７に前記過熱水蒸気Ａが当たって跳ね返ると、側面カバー２７の近傍で渦が発生するおそれがあるが、前記記録媒体支持部２５上の記録媒体１１が位置する付近では、前記渦の影響は軽微なものになると考えられる。
【００７０】
次に、前記の図１を参照して加圧接触部３について説明する。この加圧接触部３は、前記非接触定着部２によってトナー層高さが低くされた非接触定着トナー画像１２Ａに接触し加圧することにより、前記記録媒体１１の温度調整を行うとともに前記記録媒体１１上の非接触定着トナー画像１２Ａを平滑に固着させ、接触定着トナー画像１２Ｂを得るものである。このような加圧接触部３を備えることで、前記非接触定着トナー画像１２Ａの表面を滑らかにして前記接触定着トナー画像１２Ｂを得ることができるとともに、前記温度調整により、定着処理後の記録媒体１１を人が触れる適度な温度に低下させることができる。
【００７１】
そして、前記加圧接触部３は、例えば、円筒状の芯金に弾性体を外嵌した定着ローラー３１と加圧ローラー３２とを圧接状態に備える。前記定着ローラー３１と加圧ローラー３２との接触部には、十分な大きさのニップ部が形成されるようにしているが、トナーを加圧して潰す必要はないので、前記定着ローラー３１と加圧ローラー３２とは比較的軽い荷重で圧接させればよい。なお、前記定着ローラー３１の表層は、溶融したトナー画像との離型性を高め、非オフセット領域の確保、トナー汚染、トナーの離型成分の付着に起因する画像ノイズを低減する目的で、フッ素コート、ＰＦＡチューブ層などの離型層を有することが好ましい。
【００７２】
また、前記加圧接触部３は、加圧接触部３の温度を非接触で検出する温度センサー３３と、加圧接触部３を冷却する冷却手段として、例えば冷却ファン３４を備えている。このようにすると、前記定着ローラー３１と加圧ローラー３２の表面温度が高温オフセット温度以下となるよう温度制御を行うことができる。そして、このような温度センサー３３を用いた温度制御を行うことにより、この加圧接触部３から送出される記録媒体１１の温度調整を的確に行うことができる。
【００７３】
また、前記加圧接触部３へと搬送される記録媒体１１の温度を検出する温度センサー３５を備えてもよい。前記非接触定着部２における過熱水蒸気Ａの温度は使用環境、トナーの熱特性、トナー付着量、トナー層との接触時間（定着速度と過熱水蒸気の流動距離）に基づき１００℃から４００℃の範囲内で予め設定されるが、前記非接触定着部２を経た記録媒体１１上の非接触定着トナー画像１２Ａの温度を温度センサー３５で検知できるので、過熱水蒸気Ａの温度補正及びローラー表面温度の微調整等を行うことが可能になり、その結果、オフセットを確実に抑制し、安定して高品質な画像を得るこができる。
【００７４】
また、本発明の画像形成装置は、未定着トナー画像を溶融して記録媒体１１上に定着させる定着装置として、本発明における前記のような定着装置１を用いるものである。このような画像形成装置においては、感光体を回転させて、感光体の表面を帯電装置によって帯電させ、このように帯電された感光体に対して、潜像形成装置により画像形成情報に従った露光を行い、感光体の表面に静電潜像を形成するようにしている。そして、このように静電潜像が形成された感光体に対して、現像装置からトナーを感光体の静電潜像に供給して現像を行い、感光体の表面にトナー画像を形成する。次いで、前記のように感光体に形成されたトナー画像を記録媒体に転写し、このように未定着のトナー画像が形成された記録媒体を前記定着装置１に供給する。前記定着装置１によりトナー画像が定着された記録媒体は、排紙ローラーにより装置外に排紙される。もちろん、単色の画像形成装置に限らず、フルカラーの画像形成装置とすることもできる。
【符号の説明】
【００７５】
１        ：定着装置
２        ：非接触定着部
３        ：加圧接触部
１１      ：記録媒体
１２      ：未定着トナー画像
１２Ａ    ：非接触定着トナー画像
１２Ｂ    ：接触定着トナー画像
２１      ：過熱水蒸気生成部
２１ａ    ：水加熱部
２１ｂ    ：耐熱性多孔質フィルタ
２１ｃ    ：セラミックヒーター
２１ｄ    ：配管
２１ｅ    ：水蒸気加熱部
２１ｆ    ：バルブ
２２      ：入口部
２２ａ    ：カバー
２３      ：過熱水蒸気吹き付け部
２３ａ    ：吹き付けノズル
２４      ：出口部
２４ａ    ：カバー
２５      ：記録媒体支持部
２５ａ    ：搬送ベルト
２５ｂ    ：ローラー
２６      ：過熱水蒸気回収部
２７      ：側面カバー
３１      ：定着ローラー
３２      ：加圧ローラー
３３      ：温度センサー
３４      ：冷却ファン
３５      ：温度センサー
２６１    ：回収ノズル
２６１ａ  ：吸引ファン
２６２    ：回収配管
２６３    ：冷却部
２６４    ：分離部
２６５    ：貯水部
２６５ａ  ：給水管
Ａ        ：過熱水蒸気
【図１】
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【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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