JP2002162846A - 定着方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被定着シートの円滑な移動を確保しながら周
波数の高い超音波振動にて効率的にトナーを加熱・溶融
して定着する。 【解決手段】 対向配置された超音波振動工具としての
低周波数用ホーン２と支持手段としての加圧ローラ５の
間に記録紙１０を移動させ、トナーに超音波振動エネル
ギーを付与して加熱溶融し、記録紙１０にトナーを定着
する定着方法及び装置において、比較的低い周波数の超
音波振動を印加する低周波数超音波振動子１と、比較的
高い周波数の超音波振動をトナーに印加する高周波数超
音波振動子３とを備え、比較的低い周波数の低周波数超
音波振動と比較的高い周波数の高周波数超音波振動とを
重畳して負荷するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動エネル
ギーをトナーに付与して加熱溶融させ、被定着シートに
定着する定着方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、超音波振動エネルギーをトナ
ーに付与して加熱溶融し、記録紙などの被定着シートに
定着させる方法は、例えば特開昭５６−９９３６８号公
報、特開昭６０−３６６６３号公報、特開昭６０−９１
３７８号公報などで知られている。

【０００３】また、本出願人は先に特願２０００−６６
７２８号において、トナーの飛散を確実に防止するとと
もに効率的にトナーを加熱溶融して定着できるようにし
た定着装置を提案している。同様の定着装置について、
図７を参照して説明すると、３１は超音波振動子、３２
は超音波振動の振幅を拡大して伝達するホーン、３３は
ホーン３２に対向して配置され、ホーン３２との間のニ
ップ範囲３４に加圧力を発生させる加圧ローラ、３５は
ホーン３２と加圧ローラ３３間をホーン３２に接して移
動する無端状で外周にゴム層を形成した中間ベルト、３
６はトナー３７が付着されてトナー画像が形成された記
録紙、３８はニップ部の手前側に振動が伝達するのを防
止するため、中間ベルト３５に接するように配設された
振動伝播防止手段である。

【０００４】以上の構成において、記録紙３６は搬送手
段（図示せず）にてニップ範囲３４の手前で中間ベルト
３５に接するように供給され、加圧ローラ３３の回転駆
動により中間ベルト３５との間でトナー３７を飛散しな
いように保持した状態で中間ベルト３５とともにニップ
範囲３４を通過する。このニップ範囲３４を通過する間
に、ホーン３２から中間ベルト３５外周のゴム層及び記
録紙３６上のトナー３７に超音波振動エネルギーが付与
され、トナー３７がゴム層と自身が加熱されることで効
率的に加熱溶融されて記録紙３６に定着され、ニップ範
囲３４でトナー３７が定着された記録紙３６が外部に排
出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波振動
エネルギーの吸収効果を高めてトナーの発熱効果を高め
るには、超音波振動の周波数を高くすれば良いことが知
られているが、周波数を高くすると振幅が小さくならざ
るを得ない。上記のような構成の定着装置で、振幅の小
さい超音波振動を確実にトナーに伝達するには、ホーン
３２と中間ベルト３５や記録紙３６とが十分に圧接され
た状態にする必要があり、そのためにはホーン３２と加
圧ローラ３３間に大きな加圧力を安定して負荷しなけれ
ばならない。しかし、加圧力を大きくすると中間ベルト
３５や記録紙３６の円滑な移動が阻害されるという問題
がある。

【０００６】本発明は、上記従来の問題に鑑み、被定着
シートの円滑な移動を確保しながら周波数の高い超音波
振動にて効率的にトナーを加熱・溶融して定着すること
ができる定着方法及び装置を提供することを目的として
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の定着方法は、被
定着シート上のトナーに超音波振動を負荷して加熱溶融
し、被定着シートに定着する定着方法において、第１の
周波数の低周波数超音波振動と第１の周波数よりも高い
第２の周波数の高周波数超音波振動とを重畳して負荷す
るものであり、振幅の大きな低周波数超音波振動による
トナー及びその周辺の変形による発熱効果に加えて、そ
の振動によって間欠的に安定して大きな加圧力を印加す
ることができ、振動エネルギーの吸収効果の高い高周波
数超音波振動による発熱効果が有効に作用し、加圧力を
過大にして被定着シートの円滑な移動を阻害するような
ことなく、効率的にトナーを加熱・溶融して定着するこ
とができる。

【０００８】上記低周波数超音波振動の第１の周波数は
数１０ＫＨｚ〜数１００ＫＨｚで、高周波数超音波振動
の第２の周波数は数ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚであるのが好
適である。

【０００９】また、低周波数超音波振動の振動波形にお
ける被定着シートに圧接する頂部近傍の期間のみ間欠的
に高周波数超音波振動を負荷すると、必要な期間にのみ
高周波数超音波振動を負荷するので加熱効果を低下させ
ることなくエネルギー効率を向上できるとともに、連続
的に負荷した場合には周囲に伝播して戻ってきた超音波
振動と干渉する恐れがあるのに対して、そのような恐れ
を無くすことができて作用の安定化を図ることができ
る。

【００１０】また、高周波数超音波振動を、音響レンズ
機能によって収束させて負荷すると、さらに効率的にト
ナーを加熱して、定着効果を高めることができる。

【００１１】また、本発明の定着装置は、対向配置され
た超音波振動工具と支持手段の間に被定着シートを移動
させ、トナーに超音波振動エネルギーを付与して加熱溶
融し、被定着シートにトナーを定着する定着装置におい
て、第１の周波数の超音波振動を印加する低周波数超音
波振動子と、第１の周波数よりも高い第２の周波数の超
音波振動を印加する高周波数超音波振動子とを備えたも
のであり、上記定着方法を実施でき、被定着シートの円
滑な移動を阻害するようなことなく、高周波数超音波振
動によって効率的にトナーを加熱・溶融して定着するこ
とができる。

【００１２】また、高周波数超音波振動子を、超音波振
動子による振動波形の被定着シートに圧接する頂部近傍
の期間のみ間欠的に作動させるように構成すると、上記
のようにエネルギー効率を向上できるとともに、超音波
振動の干渉を生じる恐れを無くして作用の安定化を図る
ことができる。

【００１３】上記高周波数超音波振動子は、超音波振動
工具の出力端面に配設したり、超音波振動工具を構成す
る放物線音響素子の入力端面に配設したり、超音波振動
工具を構成する音響レンズ素子の入力端面に配設した
り、超音波振動工具を構成する扇形音響素子の円弧状入
力端面に配設したりすることができ、放物線音響素子や
音響レンズ素子や扇形音響素子の入力端面に配設する
と、上記のように高周波数超音波振動を収束させて負荷
することができ、さらに定着効果を高めることができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の定着装置の第１の実施形態について、図１、図２を参
照して説明する。

【００１５】図１において、１は数１０ＫＨｚ〜数１０
０ＫＨｚの比較的低い周波数の超音波振動を発生する低
周波数超音波振動子であり、圧電素子１ａの両端にブロ
ック１ｂを配置してボルトにて締結して構成されてい
る。この低周波数超音波振動子１の出力端面に、振幅を
拡大する超音波振動工具としての低周波数用ホーン２が
接続固定されている。この低周波数用ホーン２の紙面に
垂直な長手方向の寸法は、被定着シートである記録紙１
０の送り方向と直交する幅方向寸法に対応する長さを有
している。３は圧電素子から成り、数ＭＨｚ〜数１０Ｍ
Ｈｚの比較的高い周波数の超音波振動を発生する高周波
数超音波振動子であり、低周波数用ホーン２の出力端面
４に埋め込んだ状態で配設されている。

【００１６】低周波数用ホーン２の出力端面４と対向し
て、外周にゴム層を形成した支持手段としての加圧ロー
ラ５が配設され、低周波数用ホーン２と加圧ローラ５が
相互に押圧されてそれらの間にニップ部６が形成されて
いる。この低周波数用ホーン２と加圧ローラ５間のニッ
プ部６に、外周にゴム層を形成した無端状の中間ベルト
７が通されるとともに、加圧ローラ５の回転駆動に従動
して移動するように構成されている。記録紙１０は、搬
送手段（図示せず）にて中間ベルト７と加圧ローラ５間
に向けて供給され、中間ベルト７と加圧ローラ５の間で
挟持されて中間ベルト７とともにニップ部６を通過する
ように構成されている。８はニップ部６での超音波振動
が記録紙１０の移動方向上手側に伝播して記録紙１０上
のトナーが飛散するのを防止するため、中間ベルト７に
接触させて配設された振動伝播防止手段である。

【００１７】高周波数超音波振動子３は、図２に示すよ
うに、低周波数超音波振動子１の振動波形における記録
紙１０に圧接する頂部近傍の期間のみ間欠的に作動する
ように構成されている。

【００１８】以上の構成において、記録紙１０が搬送手
段（図示せず）にてニップ部６に向けて搬送されると、
記録紙１０上のトナーは中間ベルト７にて押さえられた
状態でニップ部６を通過し、その間に低周波数用ホーン
２から中間ベルト７を介して超音波振動が負荷され、中
間ベルト７外周のゴム層とトナーに超音波振動エネルギ
ーが付与されて直接加熱され、トナーが効率的に加熱溶
融されて記録紙１０に定着される。

【００１９】その際に、図２（ａ）に示すように低周波
数超音波振動子１による比較的低い周波数で振幅Ｗの大
きい低周波数超音波振動と、図２（ｂ）に示すように高
周波数超音波振動子３による比較的高い周波数で振幅ｗ
の小さい高周波数超音波振動とが重畳して負荷されるの
で、振幅Ｗの大きな低周波数超音波振動による中間ベル
ト７のゴム層及びトナーの変形による発熱効果に加え
て、その振動によって間欠的に安定して大きな加圧力が
印加され、振動エネルギーの吸収効果の高い高周波数超
音波振動による発熱効果が有効に作用し、従って低周波
数用ホーン２と加圧ローラ５間の加圧力を過大にしなく
ても効率的にトナーを加熱・溶融して定着することがで
きる。

【００２０】特に、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、
高周波数超音波振動が、低周波数超音波振動の振動波形
における記録紙１０に圧接する頂部近傍の期間のみ間欠
的に重畳して負荷されるので、加熱効果を低下させるこ
となくエネルギー効率を向上できるとともに、低周波数
用ホーン２に伝播した高周波数超音波振動がはねかえっ
てきて干渉するというような恐れがなく、作用の安定化
を図ることができる。

【００２１】なお、図１の例では、高周波数超音波振動
子３を低周波数用ホーン２の出力端面４に埋め込んだ状
態で配設した例を示したが、図３に示すように、高周波
数超音波振動子３を、低周波数用ホーン２の出力端面４
に圧電素子３ａを固着し、その外面に耐摩耗性が高く、
摩擦係数の小さい材料のコーティング層９を形成して構
成することもできる。図３中、３ｂは圧電素子３ａの一
方の電極であり、他方の電極は低周波数用ホーン２が用
いられている。なお、高周波数超音波振動子３の厚さ寸
法は、その振動波長の２分の１（λ／２）に設定されて
いる。

【００２２】（第２の実施形態）次に、本発明の定着装
置の第２の実施形態について、図４を参照して説明す
る。なお、本実施形態の説明において、第１の実施形態
と同一の構成要素については同一参照符号を付して説明
を省略し、相違点のみを説明する。

【００２３】図４において、本実施形態における超音波
振動工具は、低周波数超音波振動子１の振幅を拡大する
柱状の低周波数用ホーン２と、紙面に垂直な長手方向の
寸法が記録紙１０の送り方向と直交する幅方向寸法に対
応する長さを有する放物線音響素子１１にて構成され、
低周波数用ホーン２の出力端面４が放物線音響素子１１
の入力端面１２の中央部に接続されている。なお、低周
波数用ホーン２は、上記実施形態と同様に紙面に垂直な
長手方向の寸法が記録紙１０の送り方向と直交する幅方
向寸法に対応する長さを有していてもよいことは言うま
でもない。放物線音響素子１１は両側面１１ａが放物線
形状で音響レンズ機能を持っており、その入力端面１２
の両側部に配設された一対の高周波数超音波振動子１３
から出力された高周波数超音波振動１４が両側面１１ａ
で反射して出力端面１５から放射され、中間ベルト７と
記録紙１０の間のトナー配置位置にほぼ収束するように
構成されている。

【００２４】本実施形態によれば、上記実施形態と同様
の作用を奏し、かつ高周波数超音波振動子１３からの高
周波数超音波振動１４を高周波用放物線音響素子１１の
音響レンズ機能によって収束させて記録紙１０上のトナ
ーに集中して負荷することができるため、さらに効率的
にトナーを加熱して、定着効果を高めることができる。

【００２５】なお、高周波数超音波振動を収束させて負
荷する音響レンズ機能素子は、図４に示した高周波用放
物線音響素子１１に限らず、図５に示すような２種の材
料１７、１８を円弧面で接合して音波を収束するように
屈折させる音響レンズ素子１６を用いてその入力端面１
９に高周波数超音波振動子１３を配設しても良く、また
図６に示すような収束位置を中心とする半径Ｒの円弧状
外周面の扇形音響素子２１を用いてその外周の円弧状入
力端面２２に高周波数超音波振動子２３を配設しても良
く、同様の作用効果を奏することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の定着方法及び装置によれば、以
上のように振幅の大きな低周波数超音波振動によるトナ
ー及びその周辺の変形による発熱効果に加えて、その振
動によって間欠的に安定して大きな加圧力を印加するこ
とができ、振動エネルギーの吸収効果の高い高周波数超
音波振動による発熱効果が有効に作用し、加圧力を過大
にして被定着シートの円滑な移動を阻害するようなこと
なく、効率的にトナーを加熱・溶融して定着することが
できる。

【００２７】また、低周波数超音波振動の振動波形にお
ける被定着シートに圧接する頂部近傍の期間のみ間欠的
に高周波数超音波振動を負荷することにより、必要な期
間にのみ高周波数超音波振動を負荷するのでエネルギー
効率を向上できるとともに、超音波振動の干渉を生じる
恐れを無くして作用の安定化を図ることができる。

【００２８】また、高周波数超音波振動を、音響レンズ
機能によって収束させて負荷することにより、さらに効
率的にトナーを加熱して定着効果を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の定着装置の要部の概
略構成を示す正面図である。

【図２】同実施形態における低周波数超音波振動と高周
波数超音波振動の印加状態の説明図である。

【図３】同実施形態の変形例の要部の部分縦断正面図で
ある。

【図４】本発明の第２の実施形態の定着装置を示し、
（ａ）は要部の概略構成を示す正面図、（ｂ）はその超
音波振動工具の部分斜視図である。

【図５】同実施形態における超音波振動工具の第１の変
形例の正面図である。

【図６】同実施形態における超音波振動工具の第２の変
形例の正面図である。

【図７】従来例の定着装置の要部の概略構成を示す正面
図である。

【符号の説明】

１ 低周波数超音波振動子 ２ 低周波数用ホーン（超音波振動工具） ３ 高周波数超音波振動子 ５ 加圧ローラ（支持手段） １０ 記録紙（被定着シート） １１ 放物線音響素子（超音波振動工具） １２ 入力端面 １３ 高周波数超音波振動子 １６ 音響レンズ素子（超音波振動工具） １９ 入力端面 ２１ 扇形音響素子 ２２ 円弧状入力端面 ２３ 高周波数超音波振動子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 立川 雅一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H033 BE00

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被定着シート上のトナーに超音波振動を
   負荷して加熱溶融し、被定着シートに定着する定着方法
   において、第１の周波数の低周波数超音波振動と第１の
   周波数よりも高い第２の周波数の高周波数超音波振動と
   を重畳して負荷することを特徴とする定着方法。
2. 【請求項２】 低周波数超音波振動の第１の周波数は数
   １０ＫＨｚ〜数１００ＫＨｚで、高周波数超音波振動の
   第２の周波数は数ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚであることを特
   徴とする請求項１記載の定着方法。
3. 【請求項３】 低周波数超音波振動における振動波形の
   被定着シートに圧接する頂部近傍の期間のみ間欠的に高
   周波数超音波振動を負荷することを特徴とする請求項１
   又は２記載の定着方法。
4. 【請求項４】 高周波数超音波振動を、音響レンズ機能
   によって収束させて負荷することを特徴とする請求項１
   〜３の何れかに記載の定着方法。
5. 【請求項５】 対向配置された超音波振動工具と支持手
   段の間に被定着シートを移動させ、トナーに超音波振動
   エネルギーを付与して加熱溶融し、被定着シートにトナ
   ーを定着する定着装置において、第１の周波数の超音波
   振動を印加する低周波数超音波振動子と、第１の周波数
   よりも高い第２の周波数の超音波振動を印加する高周波
   数超音波振動子とを備えたことを特徴とする定着装置。
6. 【請求項６】 高周波数超音波振動子は、低周波数超音
   波振動子による振動波形の被定着シートに圧接する頂部
   近傍の期間のみ間欠的に作動させるように構成したこと
   を特徴とする請求項５記載の定着装置。
7. 【請求項７】 高周波数超音波振動子は、超音波振動工
   具の出力端面に配設したことを特徴とする請求項５記載
   の定着装置。
8. 【請求項８】 高周波数超音波振動子は、超音波振動工
   具を構成する放物線音響素子の入力端面に配設したこと
   を特徴とする請求項５記載の定着装置。
9. 【請求項９】 高周波数超音波振動子は、超音波振動工
   具を構成する音響レンズ素子の入力端面に配設したこと
   を特徴とする請求項５記載の定着装置。
10. 【請求項１０】 高周波数超音波振動子は、超音波振動
    工具を構成する扇形音響素子の円弧状入力端面に配設し
    たことを特徴とする請求項５記載の定着装置。