JP7746086B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式を利用して像担持体上に形成したトナー像を転写材に転写し定着するレーザープリンター、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に関する。また、画像形成装置に搭載されている定着器や、記録材に定着されたトナー像を再度加熱することによりトナー画像の光沢度を向上させる光沢付与装置、等の加熱装置に関する。

上述の電子写真方式の画像形成装置の一例としては、画像形成部で記録材にトナー像を転写し、加熱で加熱する構成が一般的である。そのような装置において、加熱部での熱の影響による発生物が加熱装置外へ排出されることを抑制するために、加熱部の長手方向の全面を覆うカバーを設けた構成が特許文献１に開示されている。

特開２０１７－３８７３号公報

上述の特許文献１に記載したようなカバーを設けた構成においては、記録材を加熱した場合に、記録材が加熱されることで水蒸気が発生し、水蒸気が画像形成部の方へ流れ、感光体等の印字面に付着し、画像不良が発生する可能性がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、記録材を加熱することにより発生する水蒸気の影響を抑制することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、
熱源により加熱される第１の回転体と、
前記第１の回転体とニップ部を形成する第２の回転体と、
前記第１の回転体の外周面に沿って、前記第１の回転体を囲うように配置される第１のカバーと、
前記第１のカバーと前記第１の回転体の間に配置され、前記第１の回転体に向かって突出する突出部を含む第２のカバーと、
を含み、前記ニップ部で記録材を加熱する像加熱機構と、
トナー像を担持する感光ドラムと、前記感光ドラムを帯電する帯電手段と、前記感光ドラムと転写ニップ部を形成する転写ローラと、を含む転写機構と、
を備え、前記転写機構で記録材にトナーを転写させ、前記像加熱機構で前記トナー像を前記記録材に定着させる画像形成装置であって、
前記第１の回転体の長手方向における前記突出部の長さをＬ、前記感光ドラム上の印字面幅をＷ、前記ニップ部と前記感光ドラムの間の距離をＮ、前記第１の回転体の前記長手方向における長さをＯとしたとき、以下の式（１）、式（２）、及び式（３）を満たすことを特徴とする。
Ｌ＜Ｏ …（１）
（Ｏ－Ｌ）／Ｌ≧０．０６９ …（２）
Ｗ≦２×（０．０００１×Ｌ／２×Ｌ／２－０．００２×Ｌ／２）×Ｎ＋Ｌ …（３）

本発明によれば記録材を加熱することにより発生する水蒸気の影響を抑制することが可能となる。

第１の実施例に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。 第１の実施例に係る定着装置の構成を示す概略図である。 第１の実施例に係るカバーの構成を示す概略図である。 第１の実施例に係る樹脂部材を示す概略図である。 第１の実施例に係る突出部付近の気流を示す概略図である。 第１の実施例に係る評価結果を示す表である。 通紙評価における突出部付近の気流を示す概略図である。 第２の実施例に係る評価結果を示す表である。 感光ドラムへ向かう気流の移動方向を示す概略図である。 樹脂部材から定着フィルムへ向かう気流を示す概略図である。 第２の実施例に係る比較例の画像不良発生位置を示す表である。 気流の移動距離と樹脂部材の長手長さの関係を示す図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

＜第１の実施例＞
図１は、第１の実施例に係る画像形成装置１の構成を示す概略図である。本発明が適用可能な画像形成装置としては、電子写真方式や静電記録方式を利用したプリンタ、複写機などが挙げられ、ここでは外部機器から入力される画像情報に基づいて記録材に画像を形成するモノクロプリンターに適用した場合について説明する。記録材には、普通紙及び厚紙等の紙、オーバーヘッドプロジェクタ用シート等のプラスチックフィルム、封筒やインデックス紙等の特殊形状のシート、並びに布等の、材質の異なる様々なシート材が含まれる。本実施例における画像形成装置１に用いられる記録材Ｐの最大幅はＬＴＲ幅であり、印字面幅は２０６ｍｍである。

［画像形成装置の構成］
画像形成装置１は、記録材Ｐにトナー像を形成する画像形成部１０と、画像形成部１０に記録材Ｐを給送する給送部６０と、トナー像を記録材Ｐに定着させる像加熱機構としての定着装置７０と、記録材Ｐを排紙部へ排出する排出ローラ対８０と、を有する。記録材Ｐは、レジストレーションローラ対１５によって、給送部６０から画像形成部１０へと給送される。また、画像形成装置１は、画像形成部１０で行われる記録材Ｐに対する画像形成動作を制御するための不図示の制御部を備える。

画像形成部１０は、スキャナユニット３６０と、トナー像を担持する感光ドラム２１と
、感光ドラム２１に形成されたトナー像を記録材に転写する転写ローラ１２と、を有する転写機構である。感光ドラム２１と転写ローラ１２は転写ニップ部として転写ニップＮｔｒを形成し、記録材を挟持搬送しながらトナー像を記録材Ｐに転写する。感光ドラム２１の周囲には、帯電ローラ２２と、前露光装置２３と、現像ローラ３１を含む現像装置３０が配置されている。現像ローラ３１、排出ローラ対８０、レジストレーションローラ対１５の回転軸線は、感光ドラム２１の回転軸線と平行である。感光ドラム２１や帯電ローラ２２、現像ローラ３１などは、記録材Ｐの搬送方向と直交する長手方向に長い回転可能な部材である。

感光ドラム２１は、円筒型に成形された感光体である。本実施例の感光ドラム２１は、アルミニウムで成形されたドラム状の基体上に、負帯電性の有機感光体で形成された感光層を有している。また、像担持体としての感光ドラム２１は、モータによって矢印の方向に回転駆動される。本実施例のプロセス速度は１３０ｍｍ／ｓｅｃである。

帯電ローラ２２は、感光ドラム２１に所定の圧接力で接触し、帯電部を形成する。帯電ローラ２２は、帯電高圧電源によって所望の帯電電圧を印加されることで、感光ドラム２１の表面を所定の電位に均一に帯電させる。本実施例では、感光ドラム２１は帯電ローラ２２により負極性に帯電する。

前露光装置２３は、帯電部で安定した放電を生じさせるために、帯電部に侵入する前の感光ドラム２１の表面電位を除電する。

露光手段としてのスキャナユニット３６０は、外部機器から入力された画像情報に対応したレーザ光を、ポリゴンミラーを用いて感光ドラム２１に照射することで、感光ドラム２１の表面を走査露光する。露光された感光ドラム２１の表面には、画像情報に応じた静電潜像が形成される。なお、スキャナユニット３６０は、レーザスキャナ装置に限定されることはなく、例えば、感光ドラム２１の長手方向に沿って複数のＬＥＤが配列されたＬＥＤアレイを有するＬＥＤ露光装置を採用しても良い。

本実施例の現像装置３０は、現像方式として接触現像方式を用いている。即ち、現像ローラ３１に担持されたトナー層が、感光ドラム２１と現像ローラ３１とが対向する現像部（現像領域）において感光ドラム２１と接触する。現像ローラ３１には現像高圧電源によって現像電圧が印加される。現像電圧の下で、現像ローラ３１に担持されたトナーが感光ドラム２１の表面の電位分布に従って現像ローラ３１からドラム表面に転移することで、感光ドラム上の静電潜像がトナー像に現像される。なお、本実施例では、反転現像方式を採用している。即ち、帯電工程において帯電させられた後、露光工程において露光されることで電荷量が減衰した感光ドラム２１の表面領域にトナーが付着することでトナー像が形成される。

本実施例のトナーは、比重１．１の正規の帯電極性が負極性である。トナー粒径は６μｍである。本実施例のトナーは、重合法により生成された重合トナーを採用している。また、本実施例のトナーは磁性成分を含有せず、主に分子間力や静電気力（鏡像力）によってトナーが現像ローラ３１に塗布される非磁性の一成分現像剤である。ただし、磁性成分を含有する一成分現像剤を用いてもよい。また、一成分現像剤には、トナー粒子以外にもトナーの流動性や帯電性能を調整するための添加物（例えば、ワックスやシリカ微粒子）が含まれている場合がある。また、現像剤として非磁性のトナーと磁性を有するキャリアとによって構成された二成分現像剤を用いてもよい。磁性を有する現像剤を用いる場合、現像剤担持体としては、例えば内側にマグネットが配置された円筒状の現像スリーブが用いられる。

転写ローラ１２は、外径８ｍｍのニッケルメッキ鋼棒に、厚み３ｍｍのＮＢＲとエピクロルヒドリンゴムを主成分とする発泡スポンジ体で覆った外径１４ｍｍのものを用いている。発砲スポンジの体積抵抗は約１０^８Ω・ｃｍである。転写ローラ１２は、感光ドラム２１に１ｋｇの加圧力で当接させ、感光ドラム２１の回転に伴い、従動して回転する。感光ドラム２１から記録材Ｐにトナー像を転写するときには、転写ローラ１２には不図示の電圧源から電圧が印加されている。

本実施例では、転写されずに感光ドラム２１上に残ったトナーは、帯電ローラ２２で負極性に帯電され、現像装置３０に戻るドラムクリーナーレスシステムを採用している。ドラムクリーナーレスシステムでは廃トナー容器が必要ないため、画像形成装置の小型化が可能である。本実施例の感光ドラム２１と定着ニップＮｆの距離は４５ｍｍである。

本実施例の定着装置７０について以下に説明する。本実施例の定着装置７０は、上述のように立ち上げ時間の短縮や低消費電力化を目的としたフィルム加熱方式の像加熱装置である。本実施例における定着装置７０の概略を示す断面図を図２（ａ）に示し、定着装置７０の搬送方向上流側から見た長手方向の概略図を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）において、加熱ヒータ１１３の様子が分かりやすいように、定着フィルム１１２とヒータホルダ１３０は外形線のみを点線で示す。

本実施例の定着装置７０は、熱源としての加熱ヒータ１１３がヒータホルダ１３０に保持され、この周囲に無端状のベルトである定着フィルム１１２が設けられた構成である。ヒータホルダ１３０は、加熱ヒータ１１３の熱を極力奪わないように低熱容量の材料が好ましく、本実施例では耐熱性樹脂である液晶ポリマー（ＬＣＰ）を用いた。ヒータホルダ１３０は、強度向上のため、鉄製のステー１２０で加熱ヒータ１１３が設けられた側と反対側から支えられている。また、ヒータホルダ１３０は定着フィルム１１２の内周面に当接して、定着フィルム１１２の回転を案内する。

ステー１２０は、長手両端部から不図示の加圧バネによって加圧ローラ１１０の方へと加圧されるようになっている。図２（ａ）に示すように、加熱ヒータ１１３は定着フィルム１１２の内周面に接触し、定着フィルム１１２を内側から加熱する。ステー１２０が受ける加圧力により、定着フィルム１１２を挟むように、加熱ヒータ１１３が対向する加圧ローラ１１０と加熱定着を行うニップ部として定着ニップＮｆを形成する。すなわち、加熱ヒータ１１３が内部空間に設けられた第１の回転体としての定着フィルム１１２と、第２の回転体としての加圧ローラ１１０が当接することによって、定着ニップＮｆが形成される。なお、ステー１２０は、定着フィルム１１２や加圧ローラ１１０、ヒータホルダ１３０と同様に、記録材Ｐの搬送方向と直交し、加圧ローラ１１０の回転軸方向に平行な長手方向に長い部材である。

加圧ローラ１１０は、その芯金１１７の両端部に設けられた不図示の軸受けで加圧バネの力を受け、芯金１１７端部に設けられた駆動ギア１３１に不図示の駆動源により駆動される。加圧ローラ１１０が駆動されると、定着フィルム１１２は定着ニップＮｆで加圧ローラ１１０に摺動するように従動回転する。定着フィルム１１２の長手方向の左右何れかへの片寄りを防ぐため、図２（ｂ）に示すように定着フィルム１１２の両端部には片寄りを規制する定着フランジ１５０が設けられている。定着フランジ１５０は、ステー１２０に嵌合して固定されている。定着フィルム１１２は、両端部に設けられた定着フランジ１５０によって内面から支持されながら回転する。

本実施例の定着フィルム１１２は、変形させない円筒状の状態で外径が２０ｍｍであり、厚み方向に多層構成となっている。定着フィルム１１２の長手長さ（長手方向の長さ）は２３０ｍｍである。定着フィルム１１２は、フィルムの強度を保つための基層１２６と
、導電プライマ層１２７と、表面への汚れ付着低減のための離型層１２８と、を有する。

基層１２６は、加熱ヒータ１１３の熱を受けるため耐熱性が必要であり、さらに加熱ヒータ１１３と摺動するため強度も必要である。そこで基層１２６の材質としては、ＳＵＳ（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｕｓｅｄ Ｓｔｅｅｌ：ステンレス鋼）やニッケルなどの金属やポリイミドなどの耐熱性樹脂を用いると良い。金属は樹脂に比べると強度があるため薄肉化でき、また熱伝導率も高いため、加熱ヒータ１１３の熱を定着フィルム１１２表面へ伝達しやすい。一方、樹脂は金属に比べると比重が小さいため熱容量が小さく温まりやすい利点がある。さらに樹脂は塗工成型により薄肉のフィルムが成型できるため安価に成型できる。本実施例では、定着フィルム１１２の基層１２６の材質としてポリイミド樹脂を用い、熱伝導率と強度を向上させるためカーボン系のフィラーを添加して用いた。基層１２６の厚さは薄いほど加熱ヒータ１１３の熱が定着フィルム１１２表面に伝達されやすいが、反面薄すぎると強度が低下するため１５μｍ～１００μｍ程度が好ましく、本実施例では６０μｍとした。

導電プライマ層１２７は、ポリイミド樹脂やフッ素樹脂からなり、カーボン等が添加されて低抵抗化されている。通紙時には、導電層露出部を接地させることにより、定着フィルム１１２が電位を安定させている。

離型層１２８の材質としては、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂を用いると好ましい。本実施例ではフッ素樹脂の中でも離型性と耐熱性に優れるＰＦＡを用いており、導電材が分散され、中抵抗化されている。離型層１２８は、チューブを被覆させたものでも良いが、表面を塗料でコートしたものでも良く、本実施例では、薄肉成型に優れるコートにより離型層１２８を成型した。離型層１２８は薄いほど加熱ヒータ１１３の熱を定着フィルム１１２表面に伝達しやすいが、反面薄すぎると耐久性が悪化するため、５μｍ～３０μｍ程度が好ましく、本実施例では１０μｍとした。

本実施例の加圧ローラ１１０は外径１４ｍｍであり、外径９ｍｍの鉄製の芯金１１７の表面上に、シリコーンゴムが厚さ２．５ｍｍで弾性層１１６を形成している。

弾性層１１６は、耐熱性のあるシリコーンゴムやフッ素ゴムが用いられるが、本実施例ではシリコーンゴムを使用している。加圧ローラ１１０の外径は、１０～５０ｍｍ程度のものが好ましい。加圧ローラ１１０の外径は小さい方が熱容量を抑えられるが、反面小さ過ぎると定着ニップＮｆの幅が狭くなってしまうため適切な径を選定する必要がある。本実施例では、外径を１４ｍｍとした。弾性層１１６の肉厚に関しても、薄すぎると金属製の芯金に熱が逃げるため適度な厚みが必要であり、本実施例では、弾性層１１６の厚さを２．５ｍｍとした。弾性層１１６の上には、トナーの離型層として、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）からなる離型層１１８が形成されている。離型層１１８は定着フィルム１１２の離型層１２８同様、チューブを被覆させたものでも表面を塗料でコートしたものでも良いが、本実施例では、耐久性に優れるチューブで膜厚２０μｍとした。離型層１１８の材質としては、ＰＦＡの他に、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂や、離型性の良いフッ素ゴムやシリコーンゴム等を用いても良い。加圧ローラ１１０の表面硬度は、低いほど軽圧で定着ニップＮｆの幅が得られるが、低すぎると耐久性が悪化するため、本実施例では、Ａｓｋｅｒ－Ｃ硬度（６００ｇ荷重）で、４０°とした。加圧ローラ１１０は、不図示の回転手段により、表面移動速度１３０ｍｍ／ｓｅｃで回転する。

本実施例の加熱ヒータ１１３はフィルム加熱方式の加熱装置で用いられる一般的なヒータであり、セラミックス製の基板上に抵抗発熱体が直列に設けられている。加熱ヒータ１
１３は、幅６ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミナの基板表面に、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）の抵抗発熱体をスクリーン印刷により高さ１０μｍ塗工し、その上に発熱体保護層としてガラスを５０μｍの厚さで覆ったものを用いた。

図２（ａ）に示すように、加熱ヒータ１１３の背面にはセラミック基板の温度を検知するための温度検知素子１１５が配置されている。この温度検知素子１１５の信号に応じて、抵抗発熱体に流す電流を適切に制御することで、加熱ヒータ１１３の温度を調整している。温度が高いと消費電力が多くなるため、適切な設定にする必要がある。本実施例では、普通紙での温調温度は１８０℃とした。

加熱ヒータ１１３の背面には、加熱ヒータ１１３が異常発熱した場合に回路を遮断し安全を確保するために安全素子である温度ヒューズ（不図示）が配置されている。加熱ヒータ１１３は温度ヒューズを介しては商用電源に接続されている。温度ヒューズが異常高温になると、温度ヒューズが切れて、商用電源から加熱ヒータ１１３への給電を遮断する。本実施例では、フィルム加熱方式の定着器を用いたがこれに限られるものではなく、例えば、ハロゲンヒータを用いた熱ローラ方式を採用しても良い。

［画像形成動作］
画像形成装置１の画像形成動作について説明する。画像形成装置１に画像形成の指令が入力されると、画像形成装置１に接続された外部のコンピュータから入力された画像情報に基づいて、画像形成部１０による画像形成プロセスが開始される。スキャナユニット３６０は、入力された画像情報に基づいて、感光ドラム２１に向けてレーザ光を照射する。このとき感光ドラム２１は、帯電ローラ２２により予め帯電されており、レーザ光が照射されることで感光ドラム２１上に静電潜像が形成される。その後、現像ローラ３１によりこの静電潜像が現像され、感光ドラム２１上にトナー像が形成される。

上述の画像形成プロセスに並行して、記録材Ｐは、給送部６０によってレジストレーションローラ対１５に給送され、レジストレーションローラ対１５のニップに突き当たることで斜行が補正される。そして、レジストレーションローラ対１５は、トナー像の転写タイミングに合わせて駆動され、記録材Ｐを転写ローラ１２及び感光ドラム２１によって形成される転写ニップＮｔｒに向けて搬送する。

転写手段としての転写ローラ１２には、転写高圧電源から転写電圧が印加され、転写ニップＮｔｒで記録材Ｐに、感光ドラム２１に担持されているトナー像が転写される。トナー像を転写された記録材Ｐは、定着装置７０に搬送され、定着装置７０の定着フィルム１１２と加圧ローラ１１０との間の定着ニップＮｆで挟持搬送される際にトナー像が加熱及び加圧される。これによりトナー粒子が溶融し、その後固着することで、トナー像が記録材Ｐに定着する。定着装置７０を通過した記録材Ｐは、排出手段としての排出ローラ対８０によって機外に排出される。

［本実施例の特徴］
本実施例の特徴である定着装置７０のカバー構造５０について、図３を用いて説明する。カバー構造５０は、第１のカバーとしての金属部材５１と第２のカバーとしての樹脂部材５２で構成される。なお、本実施例において、カバー構造５０は定着装置７０の構成要素としているが、カバー構造５０が定着装置７０から独立した部材であると考えても差し支えない。

金属部材５１は、カバー部として定着フィルム１１２の長手方向の全域にわたって、定着フィルム１１２の外周面に沿って設置されている。金属部材５１は、精度良く形成するために材質として金属が好ましく、本実施例では電気亜鉛メッキ鋼板を使用している。定
着フィルム１１２の外周面と金属部材５１の間には、定着フィルム１１２の回転方向に沿って気流を案内する気流案内空間Ｓが形成される。

樹脂部材５２は、定着ニップＮｆより記録材搬送方向において上流側で、金属部材５１の端部に設置されている。樹脂部材５２は、定着フィルム１１２に対して隙間を有して設けられているが、仮に定着フィルム１１２回転時に接触してしまった場合でも、定着フィルム１１２へのダメージによる画像不良を発生させないため、柔らかい材質である樹脂を使用している。本実施例では、樹脂部材５２の材質にはＰＢＴを使用している。

樹脂部材５２は、定着フィルム１１２側（加熱回転体側）に突出する突出部５２１と、金属部材５１と接続する当接面５２２を有する。当接面５２２が金属部材５１に倣うようにして設置されることで、定着フィルム１１２と突出部５２１の間の空間が狭まるように配置される。定着フィルム１１２とカバー構造５０間の距離は、定着フィルム１１２から突出部５２１までの距離Ａが最短となる。定着フィルム１１２と樹脂部材５２間の距離は短い方が望ましく、本実施例では、定着フィルム１１２の外周面から樹脂部材５２の突出部５２１までの距離Ａを２．５ｍｍとしている。

図４（ａ）は樹脂部材５２の斜視図であり、図４（ｂ）は樹脂部材５２の断面図である。突出部５２１の長手長さＬは、定着フィルム１１２周りの気流を制御するために、定着フィルム１１２の長手長さよりも短い。なお、本実施例においては、突出部５２１の長手長さは樹脂部材５２の長手長さＬと同じ値であるが、樹脂部材５２の長手長さに寄らず突出部５２１の長手長さが定着フィルム１１２に対して短ければよい。本実施例では、定着フィルム１１２の長手長さ（第１カバーの第１の長さ）２３０ｍｍに対して、樹脂部材５２の長手長さＬ（第２カバーの第２の長さ）は２１５ｍｍである。定着フィルム１１２周りの気流を制御する仕組みについて、詳細は後述する。

図４（ｂ）に示したように、樹脂部材５２は、突出部５２１と金属部材５１に当接する当接面５２２を有する。突出部５２１は、当接面５２２と反対側の面から突出している。樹脂部材５２は、当接面５２２から突出部５２１の先端までの距離Ｂに対して、当接面５２２が金属部材５１と接触する長手方向と直交する方向の距離Ｃが大きくなるように形成されている。距離Ｃを大きくすることで、樹脂部材５２が金属部材５１に倣って設置されるため、樹脂特有のたわみが規制されて、突出部５２１が定着フィルム１１２に対して精度よく配置される。

［気流方向］
図５（ａ）に示すように、記録材Ｐが定着ニップＮｆに通紙されるとき、定着フィルム１１２は回転するため、定着フィルム１１２とカバー構造５０の間には、定着フィルム１１２の回転方向に沿って、矢印の向きに気流が発生する。すなわち、カバー構造５０の金属部材５１が定着フィルム１１２の周りの気流を、定着フィルム１１２の外周面に沿うように案内する。記録材Ｐが高温高湿環境下に放置されて多くの水分を含んだ場合、記録材Ｐが定着装置７０を通過すると定着ニップ出口付近Ｘの辺りで、水蒸気が発生する。この水蒸気は、気流案内空間Ｓ内を定着フィルム１１２の回転方向に沿って移動し、定着ニップＮｆに対して搬送方向下流側から上流側へと流れる。

図５（ｂ）は、定着フィルム１１２側からカバー構造５０を見た図である。図５（ｂ）では、樹脂部材５２の突出部５２１付近の気流の方向を矢印で示している。定着ニップ出口付近Ｘから定着フィルム１１２の回転方向に沿って樹脂部材５２の方へと流れた気流は突出部５２１にぶつかり、突出部５２１に沿って長手方向の外側へ向かう。突出部５２１の長手方向の両端には、気流案内空間Ｓ内の気流が定着装置外へ排出される際に通過する開放部Ｅが設けられている。すなわち、気流案内空間内で長手方向の外側へ案内された気
流は、開放部Ｅを通って定着装置外へ排出される。定着フィルム１１２よりも長手長さを短くした樹脂部材５２を、定着ニップＮｆより搬送方向において上流側で、金属部材５１の端部に設けることで、定着装置外へ排出される気流の方向を制御している。

水蒸気が感光ドラム２１の印字面に多く流入すると、帯電ローラ２２で過帯電され、白抜け等の画像不良が発生する場合がある。特に本実施例の様な、クリーニングブレードやトナー回収容器等の遮蔽物がないクリーナーレスシステム構成において、画像不良の発生は高まる。しかし、長手方向において、感光ドラム２１の印字面幅Ｗに対してカバー構造５０の樹脂部材５２の長手長さＬが十分長い場合、水蒸気は印字面幅Ｗより外側に流れるため、感光ドラム２１の印字面への水蒸気の流入を抑制することができる。すなわち、本実施例では定着フィルム１１２側に突出した樹脂部材５２の突出部５２１で気流を制御することで、定着ニップＮｆの搬送方向下流側付近で発生する水蒸気による画像不良を抑制している。

一方で、樹脂部材５２の長手長さＬが長すぎる場合には、気流を樹脂部材５２の長手方向外側に案内することが難しい。定着フィルム１１２はフランジ等を介して両端を側板に支持されている。側板と樹脂部材５２の間に十分な隙間がある場合には、気流は樹脂部材５２の長手方向外側に向かう。しかしながら、樹脂部材５２が長く、樹脂部材５２と側板の間の隙間となる開放部Ｅの幅が小さい場合には、開放部Ｅから逃げられる空気の量が減るため、空気は外側へ向かわずに、定着フィルム１１２の回転方向に沿って定着装置外へ排出される。

［本発明の効果］
本発明の効果を確認するため、通紙評価を行い、水蒸気による画像不良が発生するか検証した。従来例１として、カバー構造５０に樹脂部材５２のない構成についても同様に評価した。更に、比較例として樹脂部材５２の長手長さＬを本実施例の２１５ｍｍから変更した構成を複数評価した。それぞれの比較例における樹脂部材５２の長手長さＬは、比較例１が定着フィルム１１２の長手長さと同じ２３０ｍｍ、比較例２が２００ｍｍ、比較例３が１８０ｍｍ、比較例４が１６６ｍｍ、比較例５が１５０ｍｍである。評価は、高温高湿（温度３０℃、湿度８０％）環境下で行った。評価用紙は、この高温高湿環境下に２日放置したＸｅｒｏｘ Ｖｉｔａｌｉｔｙ Ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ Ｐａｐｅｒ（Ｌｅｔｔｅｒサイズ、２０ｌｂ）紙を用いた。評価用紙の印字面幅Ｗは先述の通り、２０６ｍｍである。評価画像はハーフトーン印字パターンとし、連続で５０枚通紙した。５０枚通紙して、評価画像に白抜け等の画像不良がない場合を〇、１枚でも白抜け等の画像不良が発生した場合を×とした。その評価結果を表にして図６に示す。また、本実施例、従来例、比較例の樹脂部材５２が設けられる金属部材５１の端部における気流の方向を図７に示す。

本実施例では、画像不良は発生しなかった。図７（ａ）に示すように、本実施例では、樹脂部材５２によって気流が長手方向の外側へと向かう。すなわち、水蒸気を含んだ気流の方向を変えることで、感光ドラム２１印字面への水蒸気流入が抑制され、画像不良の発生を防ぐことができた。

従来例１では、画像不良が発生した。図７（ｂ）に示すように、従来例１では突出部の様な遮蔽物がないため、気流は定着フィルム１１２の回転方向に沿った方向となる。定着装置７０の定着ニップＮｆの搬送方向下流側付近から上流側付近へと流れた水蒸気は、その後、感光ドラム２１の印字面の方向へ流れる。そして、感光ドラム２１の印字面へ水蒸気が流入したため、従来例１では画像不良が発生した。

比較例１では、画像不良が発生した。比較例１は、樹脂部材５２の長手長さＬが大きく
、水蒸気が通過する隙間がほぼない。つまり、樹脂部材５２によって水蒸気の流れを抑制する効果はあるものの、樹脂部材５２の長手方向外側には水蒸気の行き場がないため、図７（ｃ）に示すように、樹脂部材５２を超えて定着フィルム１１２の回転方向に沿って水蒸気が流れる。すなわち、比較例１においては、樹脂部材５２による気流の方向制御効果が得られず、感光ドラム２１の印字面に水蒸気が流入したため、画像不良が発生した。

比較例２、３、４では、印字面幅Ｗより樹脂部材５２の長手長さＬは短いものの、画像不良は発生しなかった。すなわち、比較例２、３、４も本発明を利用して画像不良を防止した実施例であるといえる。図７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、比較例２、３、４では、樹脂部材５２によって気流が開放部Ｅを通って長手方向の外側へと向かうためである。また、樹脂部材５２の長手長さが短くなるほど、樹脂部材５２にぶつかって長手方向外側に案内される空気量に対して、樹脂部材５２にぶつからずに定着フィルム１１２の回転方向に沿って開放部Ｅを通って流れ出る空気量が増える。すると、定着装置７０から外部へ排出される気流の向きは、長手方向の外側へ向かう方向から、より感光ドラム２１の中心に近い方向となる。

比較例５では、画像不良が発生した。樹脂部材５２の長手長さＬが短いために、図７（ｇ）で示すように、多くの水蒸気が樹脂部材５２にぶつかることなく開放部Ｅを通って定着フィルム１１２の回転方向に沿って定着装置７０から流れ出る。その影響を受けて、突出部５２１で長手方向外側へと流れる水蒸気も、より定着フィルム１１２の回転方向に沿った方向に流れるようになり、長手方向の外側へと向かいづらい。すなわち、樹脂部材５２の長手長さＬが不十分であったために、感光ドラム２１印字面に水蒸気が流入し、比較例５では画像不良が発生した。

本実施例は、プロセス速度を１３０ｍｍ／ｓｅｃとしたが、プロセス速度が速くなった場合でも、画像不良抑制のために必要な樹脂部材５２の長さは変わらない。これは、気流は定着フィルム１１２の回転によって発生するものであり、プロセス速度が気流の向きに与える影響が小さいためである。プロセス側が速い場合には、樹脂部材５２から漏れ出る風量が増える傾向はあるものの、感光ドラム２１が回転する速さも速いため、感光ドラム２１の単位面積当たりに流入する水蒸気量に大きな差は発生しない。

本実施例では、ドラムクリーナーレスシステムであったが、ドラムにトナーを清掃するクリーニングブレードや、紙紛を回収するブラシ等が設置された場合であっても、樹脂部材５２により、同様の結果が得られる。

樹脂部材５２を定着ニップＮｆより搬送方向において上流側で、金属部材５１の端部に設けることは気流の方向を制御する上で重要であるが、更に定着装置がフィルム加熱方式の場合、樹脂部材５２が定着フィルム１１２と接触する可能性を小さくする効果もある。定着フィルム１１２の軌跡は、記録材の搬送状態によって変わりうるが、定着ニップＮｆの搬送方向下流側付近と比較して、搬送方向上流側付近ではヒータホルダ１３０に沿って定着フィルム１１２の軌跡が安定するためである。

通紙評価においては、定着フィルム１１２と樹脂部材５２が接触することはなかった。しかし、通紙時以外も定着フィルム１１２と加圧ローラ１１０の圧を解除することなく、ニップを形成する状態を保ち続ける構成では、定着フィルム１１２がニップ形状に倣って変形する場合がある。このような場合でも、定着フィルム１１２が回転することで、変形は徐々に軽減され、定着フィルム１１２は元の形状に戻る。一方で、回転直後は変形したままの状態で回転するため、定着フィルム１１２の近傍の部材に接触する可能性がある。本実施例では、定着フィルム１１２近傍に設けられる樹脂部材５２を樹脂で形成することで、例え接触しても、定着フィルム１１２表面にキズをつける可能性を下げている。

以上説明したように、定着フィルム１１２の外周面の長手方向の全域を覆うカバー構造５０に、定着フィルム１１２側に突出する適切な長手長さの樹脂部材５２を設置することで、感光ドラム２１の印字面より外側に向かう気流を形成することができる。本構成によって、定着ニップＮｆで水蒸気が発生した場合であっても、感光ドラム２１印字面への水蒸気の流入を抑制し、画像不良の発生を防止できる。

また、画像形成動作が停止し、定着フィルム１１２が定着していないような状態では、水蒸気は気流案内空間Ｓ内に滞留し、液化するような場合も考えられる。本実施例においては、感光ドラム２１の鉛直方向上側に定着フィルム１１２が位置しており、カバー構造５０が定着フィルム１１２と感光ドラム２１のその間の空間に設けられている。そのため、水蒸気が液化したとしても、液化した水蒸気をカバー構造５０が受け止めるため、画像形成装置１が駆動していない状態においても、感光ドラム２１に付着することを防ぐ効果も期待できる。

なお、転写機構と像加熱機構が設けられる画像形成装置として単色のモノクロトナーを使用したモノクロレーザプリンタを代表例に説明や通紙評価を行ったが、本発明の適用はこれに限られるものではない。例えば、中間転写ベルトを介して２色以上のカラートナーを記録材上に転写し、画像形成するタンデム方式等のカラーレーザプリンタなどの画像形成装置に本発明を適用することも可能である。転写ベルトを有する画像形成装置においても、本発明により定着装置で発生する水蒸気が転写ベルトや感光ドラムの印字面へ付着することを防いで、画像不良の発生を防止できる。

＜第２の実施例＞
次に、第２の実施例として、感光ドラム２１と定着ニップＮｆの距離を第１の実施例より小さくした構成について説明する。本実施例では、感光ドラム２１と定着ニップＮｆの距離は、３５ｍｍであり、画像形成装置がさらに小型化されている。画像形成装置の構成等、第１の実施例と同様の構成については説明を省略する。

［本発明の効果］
本発明の効果を確認するため、通紙評価を行い、水蒸気による画像不良が発生するか検証した。従来例２として、カバー構造５０に樹脂部材５２のない構成についても同様に評価した。また、比較例として樹脂部材５２の長手長さＬを本実施例の２１５ｍｍから変更した構成を複数評価した。それぞれの比較例における樹脂部材５２の長手長さＬは、比較例６が定着フィルム１１２と同じ２３０ｍｍ、比較例７が２００ｍｍ、比較例８が１８０ｍｍ、比較例９が１６６ｍｍ、比較例１０が１５０ｍｍである。評価は、高温高湿（温度３０℃、湿度８０％）環境下で行った。評価用紙はこの高温高湿環境下に２日放置したＸｅｒｏｘ Ｖｉｔａｌｉｔｙ Ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ Ｐａｐｅｒ（Ｌｅｔｔｅｒサイズ、２０ｌｂ）紙を用いた。評価用紙の印字面幅は先述の通り、２０６ｍｍである。評価画像はハーフトーン印字パターンとし、連続で５０枚通紙した。５０枚通紙して、評価画像に白抜け等の画像不良がない場合を〇、１枚でも白抜け等の画像不良が発生した場合を×として評価結果を表にして図８に示す。

本実施例では、画像不良の発生はなかった。すなわち、本実施例では、第１の実施例と同様に樹脂部材５２によって気流が長手方向の外側へと向かい、定着装置７０で発生した水蒸気が感光ドラム２１印字面へ流入することを抑制できている。

従来例２では、画像不良が発生した。従来例１と同様に、水蒸気が定着フィルム１１２の回転方向に沿って流れ、感光ドラム２１印字面へと流入したためである。

比較例６では、画像不良が発生した。比較例１と同様に、樹脂部材５２と定着フィルム１１２の間から定着フィルム１１２の回転方向に沿って水蒸気が漏れ出てしまい、感光ドラム２１に水蒸気が流入したためである。

比較例７、８では、印字面幅Ｗより樹脂部材５２の長手長さＬは短いものの、画像不良は発生しなかった。比較例２、３、４と同様に、樹脂部材５２によって気流は長手方向の外側へ向かうためである。すなわち、比較例７、８も本発明を利用して画像不良を防止した実施例であるといえる。

比較例９、１０では、画像不良が発生した。比較例５と同様に、樹脂部材５２の長さが足りず、感光ドラム２１印字面に水蒸気が流入したためである。本実施例では、第１の実施例と比較して定着ニップＮｆと感光ドラム２１間の距離が短くなったため、感光ドラム２１印字面に気流が流れやすくなっている。そのため、比較例４では画像不良は発生しなかったが、樹脂部材５２の長手長さＬが比較例４と同じ比較例９では画像不良が発生した。すなわち、定着ニップＮｆと感光ドラム２１の間の距離が短くなると、画像不良抑制のために必要な樹脂部材５２の長手長さＬは長くなる。定着装置７０から流れ出る気流の向きが同じであっても、感光ドラム２１が定着装置７０に近い分、水蒸気が印字面より外側へと流れきれずに、感光ドラム２１印字面に流入しやすくなるためである。

以上より、定着ニップＮｆと感光ドラム２１の間の距離が近くなった本実施例においても、適切な長手長さの樹脂部材５２を設置することで、画像不良の発生を防ぐことができることが確認できた。すなわち、定着フィルム１１２周りを覆う金属部材５１に、定着フィルム１１２側に突出する適切な長手長さの樹脂部材５２を設置することで、感光ドラム２１の印字面より外側に向かう気流を形成することができる。本構成によって、定着ニップＮｆで水蒸気が発生した場合であっても、感光ドラム２１印字面への水蒸気の流入を抑制し、画像不良の発生を防ぐことができる。

＜関係式＞
樹脂部材５２の長手長さをＬ、感光ドラム２１の印字面幅をＷ、定着ニップＮｆと感光ドラム２１間の距離をＮ、定着フィルム１１２の長手長さをＯとして、画像不良の発生を防ぐための関係式を導く。図９（ａ）は、定着フィルム１１２の長手長さＯ、樹脂部材５２の長手長さＬ、及び感光ドラム２１の印字面幅Ｗを図示した概略図であり、図９（ｂ）は、定着ニップＮｆと感光ドラム２１間の距離Ｎを図示した画像形成装置の概略図である。ここで、定着ニップＮｆと転写ニップＮｔｒ間の距離を、定着ニップＮｆと感光ドラム２１間の距離Ｎとして計算している。また、図９（ａ）には感光ドラム２１上の印字面を二点鎖線で示す。

第１の実施例と第２の実施例で行った通紙評価の結果より、比較例１、６のように、樹脂部材５２の長手長さＬが長すぎる場合には、樹脂部材５２を超えて気流が長手方向外側に向かわずに、感光ドラム２１の印字面に水蒸気が流入することが分かった。一方で、定着フィルム１１２の長手長さＯに対して、樹脂部材５２の長手長さＬが実施例１、２以上であれば、気流が樹脂部材５２の長手両端部の脇の開放部Ｅを通り、水蒸気が感光ドラム２１の印字面に流入しないことが通紙評価より分かっている。定着フィルム１１２周りの気流を長手方向外側に向けるためには、定着フィルム１１２と樹脂部材５２の長手長さの差Ｏ－Ｌは大きいほどよく、樹脂部材５２の長手長さＬは小さいほどよい。よって、定着フィルム１１２と樹脂部材５２の長手長さの差Ｏ－Ｌを樹脂部材５２の長手長さＬで除した値を基準として用いる。実施例１、２において、定着フィルム１１２と樹脂部材５２の長手長さの差Ｏ－Ｌを樹脂部材５２の長手長さＬで除した値は０．０６９８となる。以上より、感光ドラム２１の印字面への水蒸気流入を防ぐためには、以下の式１を満たせばよい。

（式１）
（Ｏ－Ｌ）／Ｌ≧０．０６９

一方で、樹脂部材５２の長手長さＬが小さすぎる場合には、気流が十分外側に向かわず、感光ドラム２１の印字面に水蒸気が流入することが、比較例５、９、１０の結果より分かっている。そこで、画像不良を発生させないための、樹脂部材５２の長手長さＬの最小値を求めるための関係式を次に求める。

感光ドラム２１の印字面への水蒸気流入を防ぐために最低限必要な樹脂部材５２の長手長さＬは、図１０に示すように樹脂部材５２の両端部の脇を通る気流の向きに左右される。気流が感光ドラム２１の印字面より内側に当たる場合には、水蒸気が印字面に流入し画像不良が発生する。つまり気流の向きは、定着フィルム１１２上の気流がぶつかる位置、すなわち画像不良が発生する位置により確認することができる。そこで比較例１１として、樹脂部材５２の長手長さＬを１００ｍｍとした場合の通紙評価を追加で行った。評価条件は、第１の実施例と第２の実施例で行った通紙評価と同様である。気流が感光ドラム２１にぶつかる長手中心からの距離を水蒸気付着距離Ｄとして結果をまとめた表を図１１に示す。比較例９、１０、１１においては、水蒸気付着距離Ｄが印字面幅の半分Ｗ／２より小さくなったために、画像不良が発生したと考えられる。すなわち、水蒸気付着距離Ｄが印字面幅の半分Ｗ／２より小さい場合は、水蒸気付着距離Ｄが定着フィルム１１２上の中心からの画像不良発生長手位置となる。

本実施例において、定着フィルム１１２や樹脂部材５２、感光ドラム２１の長手中心は、長手方向に垂直な同一面上に位置し、長手中心が一致する。図１１に示すように、画像不良が定着フィルム１１２上で発生する位置は、長手方向において樹脂部材５２よりも外側である。この結果から、樹脂部材５２によって気流は外側に向かうことが確認できる。さらに、定着フィルム１１２上の画像不良発生長手位置から樹脂部材５２の端部までの長手方向距離Ｄ－Ｌ／２は、樹脂部材５２の長手長さＬが大きいほど大きい。すなわち、樹脂部材５２の長手端部の脇に十分な隙間がある場合には、樹脂部材５２の長手長さＬが大きいほど、気流を外側に向ける作用も大きくなることが確認できる。

定着フィルム１１２上に画像不良が発生するか否かは、樹脂部材５２の長手長さＬと印字面幅Ｗに加えて、定着ニップＮｆと感光ドラム２１間の距離Ｎも影響する。樹脂部材５２の長手端部の脇を通る気流の向きが同じであれば、定着ニップＮｆと感光ドラム２１間の距離Ｎが大きいほど、水蒸気は感光ドラム２１に到着する前に外側へと向かうためである。そこで、樹脂部材５２の長手長さＬと印字面幅Ｗに加えて、定着ニップＮｆと感光ドラム２１間の距離Ｎの関係について考える。

気流が定着ニップＮｆから感光ドラム２１の方へ１ｍｍ進んだときにどれだけ長手方向外側に移動するかについて、１ｍｍ当たりの気流長手移動距離として｛Ｄ－（Ｌ／２）｝／Ｎで表すことができる。本数値と、樹脂部材５２の長手長さＬの半分の値について、比較例９、１０、１１の結果をグラフにして図１２に示す。本グラフでは、１ｍｍ当たりの気流長手移動距離｛Ｄ－（Ｌ／２）｝／Ｎをｙ軸、樹脂部材５２の長手長さの半分の値Ｌ／２をｘ軸とした。樹脂部材５２の長手長さＬが大きいほど、気流が外側へと向かうことがグラフからも明らかである。また、比較例９、１０、１１の結果から近似式を導き出すと、ｙ＝０．０００１×ｘ＾２－０．００２×ｘが得られる。更に、水蒸気が感光ドラム２１の印字面に当たらないようにするには、水蒸気付着距離Ｄが感光ドラム２１の印字面の半分Ｗ／２よりも大きければよく、Ｗ／２≦Ｄを満たせばよい。これらの式を整理することで、感光ドラム２１の印字面に気流があたらない構成とする以下の式２を得ることができる。

（式２）
Ｗ≦２×（０．０００１×Ｌ／２×Ｌ／２－０．００２×Ｌ／２）×Ｎ＋Ｌ

以上より、上記式１と式２を満たすことによって、水蒸気が感光ドラム２１の印字面に流入しない構成が得られる。すなわち、定着フィルム１１２の長手長さＯ、感光ドラム２１の印字面幅Ｗ、定着ニップＮｆと感光ドラム２１間の距離Ｎから、適切な樹脂部材５２の長手長さＬの範囲を定めることができる。

金属部材…５１（第１のカバー）、樹脂部材…５２（第２のカバー）、定着装置（加熱装置）…７０、加圧ローラ（第２の回転体）…１１０、定着フィルム（第１の回転体）…１１２、突出部…５２１、定着ニップ…Ｎｆ、記録材…Ｐ、気流案内空間…Ｓ

Claims (12)

1. 熱源により加熱される第１の回転体と、
   前記第１の回転体とニップ部を形成する第２の回転体と、
   前記第１の回転体の外周面に沿って、前記第１の回転体を囲うように配置される第１のカバーと、
   前記第１のカバーと前記第１の回転体の間に配置され、前記第１の回転体に向かって突出する突出部を含む第２のカバーと、
   を含み、前記ニップ部で記録材を加熱する像加熱機構と、
   トナー像を担持する感光ドラムと、前記感光ドラムを帯電する帯電手段と、前記感光ドラムと転写ニップ部を形成する転写ローラと、を含む転写機構と、
   を備え、前記転写機構で記録材にトナーを転写させ、前記像加熱機構で前記トナー像を前記記録材に定着させる画像形成装置であって、
   前記第１の回転体の長手方向における前記突出部の長さをＬ、前記感光ドラム上の印字面幅をＷ、前記ニップ部と前記感光ドラムの間の距離をＮ、前記第１の回転体の前記長手方向における長さをＯとしたとき、以下の式（１）、式（２）、及び式（３）を満たすことを特徴とする画像形成装置。
   Ｌ＜Ｏ …（１）
   （Ｏ－Ｌ）／Ｌ≧０．０６９ …（２）
   Ｗ≦２×（０．０００１×Ｌ／２×Ｌ／２－０．００２×Ｌ／２）×Ｎ＋Ｌ …（３）
2. 前記第１のカバーは、前記外周面との間に気流案内空間を形成し、
   前記突出部は、前記気流案内空間内の前記第１の回転体の回転方向の気流を遮るように突出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第１のカバーは、前記第１の回転体の前記長手方向の全域にわたって設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記突出部は、前記ニップ部に対して、前記記録材の搬送方向の上流側に設けられていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記突出部は、前記第１のカバーの前記ニップ部に近い側の端部に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記第１の回転体の長手方向に見た場合、前記第２のカバーから前記第１の回転体までの最短の距離は、前記第１のカバーから前記第１の回転体までの最短の距離より短いことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記第１のカバーの材質は、金属であり、
   前記第２のカバーの材質は、樹脂であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記第２のカバーは、前記第１のカバーに当接する当接面を更に有し、
   前記突出部は、前記当接面と反対側の面から突出し、
   前記当接面の前記長手方向と直交する方向の長さは、前記当接面から前記突出部の先端までの長さより長いことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記熱源は、前記第１の回転体の内部空間に配置されるヒータであり、
   前記第１の回転体は、筒状のフィルムであり、
   前記第２の回転体は、弾性層を備える加圧ローラであり、
   前記ヒータと前記加圧ローラで前記フィルムを挟持しており、記録材上の画像は前記フィルムと前記加圧ローラの間に形成された前記ニップ部で前記フィルムを介して加熱されることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記第１のカバーは、前記感光ドラムと前記第１の回転体の間の空間に位置することを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
11. 前記第１の回転体は、前記感光ドラムに対して鉛直方向上側に位置し、
    前記第１のカバーは、鉛直方向から見たときに前記感光ドラムと重なっていることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 前記転写機構は、前記感光ドラムに静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を前記感光ドラム上に現像する現像手段と、を更に含むことを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の画像形成装置。