(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-15
(45)【発行日】2024-04-23
(54)【発明の名称】定着装置及び画像形成装置
(51)【国際特許分類】
G03G 15/20 20060101AFI20240416BHJP
G03G 21/00 20060101ALI20240416BHJP
【FI】
G03G15/20 510
G03G21/00 538
(21)【出願番号】P 2020020884
(22)【出願日】2020-02-10
【審査請求日】2023-01-30
(73)【特許権者】
【識別番号】000006150
【氏名又は名称】京セラドキュメントソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100111202
【氏名又は名称】北村 周彦
(72)【発明者】
【氏名】四辻 剛史
【審査官】飯野 修司
(56)【参考文献】
【文献】特開2016-024428(JP,A)
【文献】特開2007-264549(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G03G 15/20
G03G 21/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2018-120139号公報
【文献】特開2008-139782号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【発明の効果】
【0013】
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。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【
図1】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。
【
図2】本発明の一実施形態に係る定着装置の断面図である。
【
図3】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。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
[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。
【0019】
[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。
【0020】
[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。
【0021】
[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。
【0022】
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。
【0023】
[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。
【0024】
[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。
【0025】
[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。
【0026】
[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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
[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。
【0030】
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。
【0031】
[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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
上記実施形態が以下のように変形されてもよい。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【符号の説明】
【0043】
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