JP2002214968A - 定着方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波振動エネルギーによる定着方法におい
て、トナーの飛散を防止し、またオフセットを生じるこ
とがなく、品質の良い画像を得るようにする。 【解決手段】 超音波振動工具２と加圧ローラ１１の間
のニップ範囲１２に記録紙１０を通し、記録紙１０上の
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に定着する定着方法において、付与する超音
波振動の振幅を、ニップ範囲１２の記録紙１０の移動方
向の中央部で大きくし、ニップ範囲の入口部及び／又は
出口部で小さくするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動工具に
てトナーに超音波振動エネルギーを付与し、トナーを加
熱溶融させて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８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】ところが、上記のよう
な構成の定着装置では、ニップ範囲３４の入口部でもそ
の中央部と同じ大きさの振幅の超音波振動が中間ベルト
３５や記録紙３６に伝達されるため、たとえ振動伝播防
止手段３８が設けられていても、ニップ範囲３４の入口
部の手前で記録紙３６に超音波振動が伝達されて振動
し、その上のトナー３７が飛散し、トナー画像の品質が
低下するという問題がある。

【０００６】また、ニップ範囲３４の出口部において
も、同様に振幅の大きな超音波振動が伝達されるため、
一旦定着されたトナー３７も高温の溶融状態のままにな
っており、溶融したトナー３７の一部が中間ベルト３５
に付着し易く、付着したトナー３７が後続する記録紙３
６にオフセットする恐れがあるという問題がある。

【０００７】本発明は、上記従来の問題に鑑み、超音波
振動エネルギーによりトナーの飛散を防止しながら定着
でき、またオフセットを生じることもなく、品質の良い
画像を得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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の定着方法は、超
音波振動工具と支持手段のニップ範囲に被定着シートを
通し、被定着シート上のトナーに超音波振動エネルギー
を付与して加熱溶融し、被定着シートに定着する定着方
法において、付与する超音波振動の振幅をニップ範囲の
被定着シートの移動方向の中央部で第１の値とし、ニッ
プ範囲の入口部で第１の値よりも小さい第２の値にする
ものであり、ニップ範囲の入口部での超音波振動の振幅
が小さいために、ニップ範囲の入口部の手前で被定着シ
ートに超音波振動が伝達されて振動する恐れをほぼ無く
すことができ、その上のトナーの飛散を確実に防止でき
て、トナー画像の品質を向上することができる。

【０００９】また、別の本発明の定着方法は、付与する
超音波振動の振幅をニップ範囲の被定着シートの移動方
向の中央部で第１の値とし、ニップ範囲の出口部で第１
の値よりも小さい第２の値にするものであり、ニップ範
囲の出口部での超音波振動エネルギーの付与が低減し、
入熱量が大幅に低減しまたは０となるため、放熱によっ
て定着されたトナーが冷却され、オフセットの発生を効
果的に防止することができる。

【００１０】また、ニップ範囲の出口部で冷却すること
により、さらに確実にオフセットを防止することができ
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通
し、被定着シート上の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、超音波振動工具を、超音波振動工具
と支持手段間のニップ範囲の被定着シートの移動方向の
中央部での振幅が第１の値となり、ニップ範囲の入口部
と出口部の少なくとも一方での振幅が第１の値よりも小
さい第２の値となるように構成したものであり、また、
対向配置された超音波振動工具と支持手段の間に中間ベ
ルトを通し、被定着シートを中間ベルトとともに支持手
段との間を移動させて中間ベルトと被定着シートの間の
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、超
音波振動工具を、超音波振動工具と支持手段間のニップ
範囲の被定着シートの移動方向の中央部での振幅が第１
の値とし、ニップ範囲の入口部と出口部の少なくとも一
方での振幅が第１の値よりも小さい第２の値となるよう
に構成したものであり、上記定着方法を実施することが
でき、トナーの飛散を防止し、またはオフセットを防止
することができ、品質の良い画像を得ることができる。

【００１２】また、超音波振動工具を、ニップ範囲の入
口部近傍と出口部近傍に節を持つ振動モードとなるよう
に構成すると、上記のようにトナーの飛散を防止すると
ともにオフセットを防止することができて品質の良い画
像を得ることができる。

【００１３】上記超音波振動工具は、具体的には縦振動
定在波で共振するブロック状で、被定着シートの移動方
向にスリットを備えた構成にて実現することができる。

【００１４】また、ニップ範囲の被定着シートの移動方
向の中央部に対して両側にそれぞれ１又は２つ以上の節
を持つ横波定在波で共振する板状振動部材と、板状振動
部材の外側の節部分を支持するフレーム体を備えた構成
にて実現することができる。

【００１５】また、フレーム体のニップ範囲の出口側端
部に冷却手段を設けると、さらに確実にオフセットを防
止できる。

【００１６】また、板状振動部材のフレーム体による節
部分の支持部を、線状にヒンジ支持するように構成する
と、支持部に振動による反モーメントが発生せず、フレ
ーム体の剛性を小さくできるので、装置を小型化でき
る。

【００１７】また、超音波振動工具を、ニップ範囲の被
定着シートの移動方向の中央部に対してその一側に節を
持つ横波定在波で共振する片持ち振動板と、片持ち振動
板の節部分を支持するフレーム体を備えた構成として
も、上記定着方法を実施することができ、トナーの飛散
を防止し、またはオフセットを防止することができ、ま
たこれら片持ち振動板とフレーム体をニップ範囲の被定
着シートの移動方向の中央部に対して両側に配設するこ
とで、トナーの飛散を防止するとともにオフセットを防
止することができて品質の良い画像を得ることができ
る。

【００１８】

【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。

【００１９】図１、図２において、１は超音波振動源と
しての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、その一端にホー
ン１ｃを締結固定して構成されている。２は直方体状の
ブロック３から成る超音波振動工具であり、超音波振動
子１がブロック３の一端面の入力端面４の中央部に接続
され、超音波振動子１にて縦波定在波を印加するように
構成されている。ブロック３は、超音波振動子１から縦
波定在波を印加されることによって共振し、入力端面４
に対向する出力端面５がその長手方向（幅方向）に均等
な振幅で超音波振動するように構成されている。

【００２０】ブロック３の幅方向の寸法は、被定着シー
トである記録紙１０の送り方向と直交する幅方向寸法に
対応する必要な長さに設定され、高さ寸法は略振動波長
の２分の１程度とされ、厚さ寸法はほぼ振動波長程度と
されている。このブロック３の幅方向には、図２に示す
ように、振動波長の２分の１以下、好ましくは４分の１
以下のピッチでスリット６が形成されて複数の弾性部７
とその上下の質量部８ａ、８ｂが形成されている。ブロ
ック３の共振時に弾性部７は弾性エネルギーを、質量部
８ａ、８ｂは運動エネルギーをそれぞれ吸収・発散す
る。また、ブロック３の厚さ方向には、振動波長の２分
の１以下、好ましくは４分の１以下で幅方向のピッチよ
りも狭い間隔をあけてスリット９が形成され、図１に一
点鎖線で示すように、共振時にこのスリット９部分が共
振モードの節となるように構成されている。

【００２１】このような超音波振動工具２の出力端面５
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１１が配設され、超音波振動工具２と加圧ロ
ーラ１１が相互に押圧されてそれらの間にニップ範囲１
２が形成されている。このニップ範囲１２は、ブロック
３に形成したスリット９、９間の間隔にほぼ対応し、共
振モードの節がニップ範囲１２の入口部と出口部にほぼ
対応するように構成されている。

【００２２】超音波振動工具２と加圧ローラ１１間のニ
ップ範囲１２に、外周にゴム層を形成した無端状の中間
ベルト１３が通されるとともに、加圧ローラ１１の回転
駆動に従動して移動するように構成されている。１４は
中間ベルト１３のガイドローラである。記録紙１０は、
搬送手段（図示せず）にて中間ベルト１３と加圧ローラ
１１間に向けて供給され、中間ベルト１３と加圧ローラ
１１の間で挟持されて中間ベルト１３とともにニップ範
囲１２を通過するように構成されている。

【００２３】以上の構成において、記録紙１０が搬送手
段（図示せず）にてニップ範囲１２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１３にて押さえ
られた状態でニップ範囲１２を通過し、その間に超音波
振動工具２から中間ベルト１３を介して超音波振動が負
荷され、中間ベルト１３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。

【００２４】さらに超音波振動工具２は、ニップ範囲１
２の入口部と出口部の近傍に共振モードの節が位置し、
ニップ範囲１２の記録紙移動方向の中央部での振幅が大
きく、ニップ範囲１２の入口部と出口部での振幅が小さ
くなるように構成されているので、ニップ範囲１２の入
口部の手前で記録紙１０に超音波振動が伝達されて振動
する恐れをほぼ無くすことができ、その上のトナーの飛
散を確実に防止できる。また、ニップ範囲１２の出口部
近傍での超音波振動エネルギーの付与が低減して、入熱
量が大幅に低減しまたは０となるため、放熱によって定
着されたトナーが冷却され、オフセットの発生を効果的
に防止することができる。かくして、トナーの飛散やオ
フセットを確実に防止してトナー画像を定着することが
でき、品質の高い画像を得ることができる。

【００２５】（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３、図４を参照して説
明する。なお、以下の実施形態の説明において、先行す
る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。

【００２６】図３、図４において、本実施形態の超音波
振動工具２は、ニップ範囲１２の記録紙１０の移動方向
の中央部に対して両側に節を持つ横波定在波で共振する
板状振動部材１５と、板状振動部材１５の節部分を固定
支持するフレーム体１６にて構成されている。また、フ
レーム体１６のニップ範囲１２の出口側端部には冷却手
段としての冷却フィン１７が設けられている。板状振動
部材１５に超音波振動を負荷する超音波振動子１は、超
音波振動工具２の幅方向（記録紙１０の幅方向）の両側
部に一対配設され、フレーム体１６に形成された孔１６
ａを貫通して板状振動部材１５に接続されている。

【００２７】なお、超音波振動子１の数は１つでも３つ
以上でも良く、また超音波振動子１自体も図示例のもの
に限らず、例えば板状振動部材１５に直接圧電素子を固
着して板状振動部材１５を超音波振動させるようにして
もよい。

【００２８】本実施形態においても、ニップ範囲１２の
入口部と出口部の近傍に共振モードの節が位置するの
で、ニップ範囲１２の入口部での超音波振動の振幅が小
さく、そのためニップ範囲１２の入口部の手前で記録紙
１０に超音波振動が伝達されてその上のトナーが飛散す
るのを確実に防止できる。また、ニップ範囲１２の出口
部で超音波振動エネルギーの付与が低減して入熱量が大
幅に低減しまたは０となるため、放熱によって定着され
たトナーが冷却され、オフセットの発生を効果的に防止
することができる。また、フレーム体１６のニップ範囲
１２の出口側端部に冷却フィン１７を設けているので、
さらに確実にオフセットを防止できる。

【００２９】以上の図３、図４の例では、板状振動部材
１５の両側部をフレーム体１６にリベットや溶接等で一
体固着した例を示したが、図５（ａ）に示すように、板
状振動部材１５の両側部に一体的に厚肉取付部１８を設
け、この厚肉取付部１８をビス１９にてフレーム体１６
に締結固定するようにしてもよい。

【００３０】また、図５（ｂ）に示すように、フレーム
体１６の両側部に線状の尖凸部２０ａを設けるととも
に、板状振動部材１５の両側部を間に挟んで対向する尖
凸部２０ｂを有する押え部材２２をフレーム体１６の側
面にビス２３にて取付け、これら尖凸部２０ａ、２０ｂ
からなるヒンジ支持部２１にて板状振動部材１５を線状
にヒンジ支持するように構成し、板状振動部材１５をこ
のヒンジ支持部２１を節として振動するようにしてもよ
い。このように構成すると、支持部２１に振動による反
モーメントが発生せず、フレーム体１６の剛性を下げる
ことができるので、装置を小型化できる。

【００３１】また、以上の説明では板状振動部材１５の
両側にそれぞれ１つの節を持った横波定在波で共振する
例を示したが、図６に示すように、板状振動部材１５が
中央部の両側にそれぞれ２つ以上の節を持った横波定在
波で共振するように、板状振動部材１５の横波定在波の
波長のｎ／２（ｎ＝共振横波定在波の腹の数）倍の位置
をフレーム体１６で支持してもよい。この場合、ニップ
範囲を広くとることができるとともに、間欠的に複数回
超音波振動エネルギーを付与して定着することができ、
定着性を向上できる可能性がある。

【００３２】（第３の実施形態）次に、本発明の定着装
置の第３の実施形態について、図７を参照して説明す
る。

【００３３】本実施形態においては、超音波振動工具２
４を、ニップ範囲１２の記録紙移動方向の中央部に対し
てその一側に節を持つ横波定在波で共振する片持ち振動
板２５と、片持ち振動板２５の節部分を支持するフレー
ム体２６にて構成し、この超音波振動工具２４をニップ
範囲１２の両側に配設している。

【００３４】このような構成においても、上記実施形態
と同様にニップ範囲１２の入口側で超音波振動が記録紙
１０に伝達されるのを抑制してトナーの飛散を防止で
き、またニップ範囲１２の出口側での超音波振動エネル
ギーの入力を低減ないし０にできてオフセットを防止す
ることができ、品質の良い画像を得ることができる。

【００３５】なお、この超音波振動工具２４は、ニップ
範囲１２の入口側又は出口側にのみ配設しても良く、そ
れぞれトナーの飛散を防止し、またはオフセットを防止
することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の定着方法によれば、以上のよう
に付与する超音波振動の振幅を超音波振動工具と支持手
段のニップ範囲の被定着シートの移動方向の中央部で第
１の値とし、ニップ範囲の入口部で第１の値よりも小さ
い第２の値とすることにより、ニップ範囲の入口部の手
前で被定着シートに超音波振動が伝達されて振動する恐
れをほぼ無くすことができ、その上のトナーの飛散を確
実に防止できて、トナー画像の品質を向上することがで
きる。

【００３７】また、付与する超音波振動の振幅をニップ
範囲の被定着シートの移動方向の中央部で第１の値と
し、ニップ範囲の出口部で第１の値よりも小さい第２の
値とすることにより、ニップ部の出口部での超音波振動
エネルギーの付与が低減し、入熱量が大幅に低減しまた
は０となるため、放熱によって定着されたトナーが冷却
され、オフセットの発生を効果的に防止することができ
る。また、ニップ範囲の出口部で冷却すると、さらに確
実にオフセットを防止することができる。

【００３８】また、本発明の定着装置によれば、超音波
振動工具を、超音波振動工具と支持手段間のニップ範囲
の被定着シートの移動方向の中央部での振幅が第１の値
で、ニップ範囲の入口部と出口部の少なくとも一方での
振幅が第１の値よりも小さい第２の値となるように構成
したので、上記定着方法を実施することができ、トナー
の飛散を防止し、またはオフセットを防止することがで
き、品質の良い画像を得ることができる。

【００３９】また、超音波振動工具を、縦振動定在波で
共振するブロック状で、被定着シートの移動方向にスリ
ットを備えた構成、若しくはニップ範囲の被定着シート
の移動方向の中央部に対して両側にそれぞれ１又は２つ
以上の節を持つ横波定在波で共振する板状振動部材と、
板状振動部材の外側の節部分を支持するフレーム体を備
えた構成とすることによって、ニップ範囲の入口部近傍
と出口部近傍に節を持つ振動モードとなるようにする
と、上記のようにトナーの飛散を防止するとともにオフ
セットを防止することができて品質の良い画像を得るこ
とができる。

【００４０】また、超音波振動工具を、ニップ範囲の被
定着シートの移動方向の中央部に対してその一側に節を
持つ横波定在波で共振する片持ち振動板と、片持ち振動
板の節部分を支持するフレーム体を備えた構成として
も、上記定着方法を実施してトナーの飛散を防止し、ま
たはオフセットを防止することができる。

【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超音波振動工具と超音波振
動子の斜視図である。

【図３】本発明の第２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４】同実施形態における超音波振動工具と超音波振
動子の斜視図である。

【図５】同実施形態の超音波振動工具の各種変形例の縦
断正面図である。

【図６】同実施形態の超音波振動工具の更に別の変形例
の縦断正面図である。

【図７】本発明の第３の実施形態の定着装置における超
音波振動工具の縦断正面図である。

【図８】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】

２ 超音波振動工具 ３ ブロック ９ スリット １０ 記録紙（被定着シート） １１ 加圧ローラ（支持手段） １２ ニップ範囲 １３ 中間ベルト １５ 板状振動部材 １６ フレーム体 １７ 冷却フィン ２１ ヒンジ支持部 ２４ 超音波振動工具 ２５ 片持ち振動板 ２６ フレーム体

───────────────────────────────────────────────────── 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 AA09 BA09 BA10 BA11 BA29 BB28 BB33 BE04 CA01 CA22 CA35

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波振動工具と支持手段のニップ範囲
   に被定着シートを通し、被定着シート上のトナーに超音
   波振動エネルギーを付与して加熱溶融し、被定着シート
   に定着する定着方法において、付与する超音波振動の振
   幅をニップ範囲の被定着シートの移動方向の中央部で第
   １の値とし、ニップ範囲の入口部で第１の値よりも小さ
   い第２の値にすることを特徴とする定着方法。
2. 【請求項２】 超音波振動工具と支持手段のニップ範囲
   に被定着シートを通し、被定着シート上のトナーに超音
   波振動エネルギーを付与して加熱溶融し、被定着シート
   に定着する定着方法において、付与する超音波振動の振
   幅をニップ範囲の被定着シートの移動方向の中央部で第
   １の値とし、ニップ範囲の出口部で第１の値よりも小さ
   い第２の値にすることを特徴とする定着方法。
3. 【請求項３】 ニップ範囲の出口部で冷却することを特
   徴とする請求項２記載の定着方法。
4. 【請求項４】 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通し、被定着シート上のトナー
   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、超音波振
   動工具を、超音波振動工具と支持手段間のニップ範囲の
   被定着シートの移動方向の中央部での振幅が第１の値と
   なり、ニップ範囲の入口部と出口部の少なくとも一方で
   の振幅が第１の値よりも小さい第２の値となるように構
   成したことを特徴とする定着装置。
5. 【請求項５】 対向配置された超音波振動工具と支持手
   段の間に中間ベルトを通し、被定着シートを中間ベルト
   とともに支持手段との間を移動させて中間ベルトと被定
   着シートの間の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、超音波振動工具を、超音波振動工具と支持
   手段間のニップ範囲の被定着シートの移動方向の中央部
   での振幅が第１の値となり、ニップ範囲の入口部と出口
   部の少なくとも一方での振幅が第１の値よりも小さい第
   ２の値になるように構成したことを特徴とする定着装
   置。
6. 【請求項６】 超音波振動工具を、ニップ範囲の入口部
   近傍と出口部近傍に節を持つ振動モードとなるように構
   成したことを特徴とする請求項４又は５記載の定着装
   置。
7. 【請求項７】 超音波振動工具は、縦振動定在波で共振
   するブロック状で、被定着シートの移動方向にスリット
   を備えていることを特徴とする請求項６記載の定着装
   置。
8. 【請求項８】 超音波振動工具は、ニップ範囲の被定着
   シートの移動方向の中央部に対して両側にそれぞれ１又
   は２つ以上の節を持つ横波定在波で共振する板状振動部
   材と、板状振動部材の外側の節部分を支持するフレーム
   体を備えたことを特徴とする請求項６記載の定着装置。
9. 【請求項９】 フレーム体のニップ範囲の出口側端部に
   冷却手段を設けたことを特徴とする請求項８記載の定着
   装置。
10. 【請求項１０】 板状振動部材のフレーム体による節部
    分の支持部を、線状にヒンジ支持するように構成したこ
    とを特徴とする請求項８記載の定着装置。
11. 【請求項１１】 超音波振動工具は、ニップ範囲の被定
    着シートの移動方向の中央部に対してその一側に節を持
    つ横波定在波で共振する片持ち振動板と、片持ち振動板
    の節部分を支持するフレーム体を備えたことを特徴とす
    る請求項４又は５記載の定着装置。
12. 【請求項１２】 ニップ範囲の被定着シートの移動方向
    の中央部に対して、片持ち振動板とフレーム体を両側に
    配設したことを特徴とする請求項１１記載の定着装置。