JP2005049462A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ニップ部の大きさを広くとることができ、超音波振動部の形状に自由度を持たせることができる定着装置を提供する。
【解決手段】超音波振動体３６を定着ベルト３１の内側に配置し、この定着ベルト３１と加圧ベルト３２とにより記録材Ｓを挟持するためのニップ部３３を形成する。これにより、定着ベルト３１の張架構造に応じてニップ部３３の長さを自由に設定することができ、これにより、超音波振動体３６の形状に自由度を持たせることができる。
【選択図】 図２

Description

【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によりトナー像を発熱させて定着させる定着装置及びこれを備える画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式の画像形成においてトナー像を定着させる定着装置としては、例えば内部にヒータを有する定着ローラと加圧ローラとで形成したニップ部により、トナー像が形成された記録紙などの記録材を挟持して加熱・加圧して定着させる加熱式の定着方式が主流である。
【０００３】
しかし、この加熱式の定着方式では、大きな熱容量の定着ローラを加熱するのに多大なエネルギーを必要とし、所定の温度に到達するまでには相当の時間が必要となっており、画像のプリント可能な時間を短くするために定着ローラを予熱するなど無駄なエネルギー消費があった。また、定着ローラの表面積が大きいがために、周囲環境への熱の拡散が激しく、この分の熱エネルギーを常に補給し続けなければならず、これについても非常に無駄なエネルギー消費があり問題となっていた。
【０００４】
これに対して、振動を利用した定着装置の提案がある（例えば、特許文献１ないし４参照）。これは、振動エネルギーを熱エネルギーへ変換してトナー像を定着させる方式である。この方式の中には、未定着トナー像へ超音波振動を与えることにより、トナーを発熱させるものがある。このように未定着トナー像へ振動を与える方式の特徴として、必要なとき記録材の画像面に超音波振動エネルギーを与えれば良いわけであり、予熱の必要もなく、立ち上がりに必要な時間は零である。また、定着されるトナーの部分だけ振動させればトナーが自己発熱することになり、定着ローラや加圧ローラなどを暖める必要はなく、更に、記録材を暖める必要もないので省エネになる技術といえる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３２０６２５号公報
【特許文献２】
特開平１０−７８７１０号公報
【特許文献３】
特許第２７０５６３７号公報
【特許文献４】
米国特許第５，３９０，０１３号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
記録材に形成された未定着トナー像への超音波振動の与え方としては、加圧ローラとの間でニップ部を形成する定着ローラ内に超音波振動子を内蔵させて、超音波振動子を駆動することにより、ニップ部を通過する記録材の未定着トナー像へ超音波振動を定着ローラを介して伝えている。
【０００７】
しかしながら、このように一対のローラ間に形成したニップ部による超音波振動の未定着トナー像への伝達では、その構造上、ニップ部の大きさは定着ローラの形状に依存して決定されてしまい、ニップ部の大きさを大きくすることが難しく、このようにニップ部の大きさに制限があるので、超音波振動子の形状にも制限があった。
【０００８】
また、このような超音波振動を利用した定着方法は、超音波振動子の振動がニップ部以外の記録材へ伝わりやすく、その振動によって定着前のトナー像が乱れるという問題があり、改良の必要があった。
【０００９】
また比較的新しい技術であるために、必要な条件などまだ明らかになっていない部分が相当あり、未だ実用レベルに到達しているとはいいがたかった。
【００１０】
本発明の目的は、ニップ部の大きさを広くとることができ、超音波振動部の形状に自由度を持たせることができる定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することである。
【００１１】
本発明の目的は、高品質の画像が得られ省エネ性の高い定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することである。
【００１２】
本発明の目的は、超音波振動を未定着トナーに伝達して定着させる定着装置の実用上の問題を解決し実用レベルの定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の定着装置は、回転駆動される張架構造の第一のベルトと、前記第一のベルトの内側に当接し記録材上の未定着トナー像に超音波振動エネルギーを与えて発熱させる超音波振動体と、前記記録材を挟持して未定着トナー像を定着させるためのニップ部を前記第一のベルトにおける前記超音波振動体が当接している部位の外側とにより形成する対向部材と、を備える。
【００１４】
ここで、超音波振動体は、超音波振動エネルギーを発生する単一の超音波振動子から構成されていても良いし、複数の超音波振動子から構成されていても良い。
【００１５】
したがって、第一のベルトの張架構造に応じてニップ部の長さを自由に設定することが可能である。これにより、超音波振動体の形状に自由度を持たせることができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、前記対向部材は、前記ニップ部において内側を支持部材により支持され外側が前記第一のベルトに対向する第二のベルトである。
【００１７】
したがって、対向部材が例えばローラの場合よりもさらにニップ部の長さの自由度が大きくなる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の定着装置において、表面側に弾性を有する弾性層を有し前記超音波振動体よりも上流側で前記ベルトを内側から支持するベルト上流側支持部を備える。
【００１９】
したがって、ベルトに伝わった超音波振動体の超音波振動エネルギーによるニップ部以外でのベルトの振動が防止される。これにより、ニップ部へ搬送される前の記録材がベルトに接触しても記録材が振動することが防止される。これにより、未定着トナー像が乱れることが防止され、高品質な画像を得ることができる。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の定着装置において、前記第一のベルトを支持する前記ベルト上流側支持部は、支持ローラである。
【００２１】
したがって、請求項３記載の発明を簡単に実現することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の定着装置において、前記第二のベルトを支持する前記支持部材は、表面側に弾性を有する弾性層を有し、前記第二のベルトを支持する前記ベルト上流側支持部は、前記第二のベルトを支持する前記支持部材における前記ニップ部よりも上流側で前記第二のベルトに当接している部位である。
【００２３】
したがって、第二のベルト用のベルト上流側支持部として特段に部材を設ける必要が無いので、構造が簡素である。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項３ないし５の何れか一記載の定着装置において、前記ベルト上流側支持部は、搬送方向で２ミリ以上の長さで前記ベルトに当接して前記ベルトを支持している。
【００２５】
したがって、ベルトに伝わった超音波振動体の超音波振動エネルギーによるニップ部以外でのベルトの振動が確実に防止される。これにより、ニップ部へ搬送される前の記録材がベルトに接触しても記録材が振動することが確実に防止される。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項３ないし６の何れか一記載の定着装置において、前記ニップの上流側において前記第一のベルトと前記対向部材との間に形成され、前記ニップ部の上流側から前記ニップ部につながる延長ニップ部を備える。
【００２７】
したがって、記録材がニップ部で超音波振動体から受けた超音波振動エネルギーが記録材におけるニップ部の上流側に伝達されるのが防止される。これにより、未定着トナー像が乱れることが防止され、高品質な画像を得ることができる。
【００２８】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の定着装置において、前記支持部材は、加圧ローラであり、前記第一のベルトを支持する前記ベルト上流側支持部は、径が前記加圧ローラの径の１／２以下に設定された支持ローラである。
【００２９】
したがって、加圧ローラと支持ローラとの周速差による画像ズレの発生が防止される。
【００３０】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし８の何れか一記載の定着装置において、前記記録材が前記ニップ部よりも上流側で前記対向部材により案内されて前記ニップ部へ搬送される。
【００３１】
したがって、対向部材側は、第一のベルト側に比べて超音波振動体の超音波振動エネルギーを受けないので、例えば記録材が第一のベルトによりニップ部へ案内されるものに比べて、記録材のニップ部前での超音波振動体の超音波振動エネルギーの影響を低減することができる。
【００３２】
請求項１０記載の発明は、請求項１ないし９の何れか一記載の定着装置において、前記ベルトの厚さが１μｍ以上３００μｍ以下である。
【００３３】
したがって、ベルトの十分な強度が得られるとともに、ニップ部においてトナー像へ伝達させる超音波振動体の超音波振動エネルギーをベルトによって減衰させてしまうことが防止される。
【００３４】
請求項１１記載の発明は、請求項１ないし１０の何れか一記載の定着装置において、前記ベルトのテンションが０．００３Ｎ／ｍｍ以上２Ｎ／ｍｍ以下である。
【００３５】
したがって、ベルトが踊ってしまうことが防止されるとともに、ベルトが伸びたり破断することが防止される。
【００３６】
請求項１２記載の発明は、請求項１ないし１１の何れか一記載の定着装置において、前記超音波振動体は、超音波振動エネルギーを発生する複数の超音波振動子から構成されている。
【００３７】
したがって、トナー像に合わせて必要な超音波振動子だけを駆動することができ、これにより省エネが実現される。
【００３８】
請求項１３記載の発明は、請求項１ないし１２の何れか一記載の定着装置において、前記ニップ部から排出される前記記録材のトナー像が形成された側を前記ニップ部から連続して前記第一のベルトに密着させる密着手段と、前記密着手段により前記第一のベルトに密着させた前記記録材のトナー像を冷却する冷却手段と、を備える。
【００３９】
したがって、定着後のトナー像の光沢が高くなる。
【００４０】
請求項１４記載の発明は、記録材上に形成したトナー像を定着装置で定着させて前記記録材に画像を形成する画像形成装置において、前記定着装置を請求項１ないし１３の何れか一記載の定着装置とした。
【００４１】
したがって、請求項１ないし１３の何れか一記載の発明と同様の作用を奏することが可能となる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。本発明は、画像形成装置としてレーザプリンタへの適用例である。図１は、本実施の形態のレーザプリンタの内部構造を示す縦断側面図である。このレーザプリンタ１１の装置本体１２内には、画像形成部１３、光書込装置１４、定着装置１５、給紙カセット１６等が配置されている。
【００４３】
画像形成部１３は、像担持体であるドラム状の感光体１７、感光体１７の周囲に画像形成プロセス順に配置された帯電器１８、現像器１９、転写器２０、クリーニング器２１等により構成されている。この画像形成部１３では、感光体１７の外周面が帯電器１８により一様に帯電され、帯電された感光体１７の外周面上を光書込装置１４からの走査線で走査することにより感光体１７の外周面上に静電潜像が形成され、この静電潜像が現像器１９内のトナーにより現像されてトナー像となる。このトナー像は、給紙カセット１６から給紙搬送された記録材Ｓ上に転写器２０により転写される。
【００４４】
図２は定着装置１５を示す縦断側面図である。定着装置１５は、回転駆動される第一のベルトである張架構造の定着ベルト３１と対向部材であり第二のベルトである張架構造の加圧ベルト３２とによりニップ部３３を形成してそのニップ部３３で記録材Ｓを挟持搬送する構造である。
【００４５】
定着ベルト３１の内側には、補助ローラ３４，３５と、これらの補助ローラ３４，３５間の加圧ベルト３２側に位置する超音波振動体３６及び補助ローラ３７とが配置されており、定着ベルト３１は、これらの補助ローラ３４，３５，３７、超音波振動体３６に張架されている。補助ローラ３７は、ベルト上流側支持部であって支持ローラであり、超音波振動体３６の上流側となる補助ローラ３５側に配置されている。補助ローラ３７が定着ベルト３１の内面を支持している範囲の長さ、つまり、補助ローラ３７と定着ベルト３１とが接触している範囲の長さは、搬送方向（定着ベルト３１の回転方向）の長さで２ミリ以上である。超音波振動体３６は、複数の超音波振動体３６から構成されており、各超音波振動子は、超音波振動エネルギーを発生する。補助ローラ３７の表面部には、弾性を有する弾性層３７ａが形成されている。
【００４６】
一方、加圧ベルト３２の内側には、補助ローラ３８，３９と、これら補助ローラ３８，３９間の定着ベルト３１側に位置する支持部材である加圧ローラ４０とが配置されており、加圧ベルト３２は、これらの補助ローラ３８，３９、加圧ローラ４０に張架されている。加圧ローラ４０は定着ベルト３１及び加圧ベルト３２を挟んで超音波振動体３６に対向配置され、バネなどの図示しない弾性体により超音波振動体３６に向けて付勢されている。これにより、加圧ローラ４０と超音波振動体３６との対向部の定着ベルト３１と加圧ベルト３２とによりニップ部３３が形成されている。また、加圧ローラ４０は、ニップ部３３よりも搬送方向上流側においても加圧ベルト３２の内面を支持しており、つまり、加圧ローラ４０は、ニップ部３３よりも搬送方向上流側においても加圧ベルト３２の内面に接触しており、その接触範囲の長さは、搬送方向（加圧ベルト３２の回転方向）の長さで２ミリ以上である。この接触部分が第二のベルトである加圧ベルトを支持するベルト上流側支持部７０である。また、加圧ローラ４０の表面部には、弾性を有する弾性層４０ａが形成されている。
【００４７】
この定着装置１５では、補助ローラ３４が図示しない駆動モータにより回転駆動されることにより定着ベルト３１が図２における時計回り方向に回転し、加圧ベルト３２が定着ベルト３１に連れ回されて図２における反時計周りに回転する。
【００４８】
定着装置１５は、転写器２０を通過した後の記録材Ｓの先端が定着ベルト３１ではなく加圧ベルト３２に当接するように転写器２０に対して配置されている。
【００４９】
レーザプリンタ１１には、各部を駆動制御するコンピュータ構成の制御部（図示せず）が設けられている。
【００５０】
このような構成において、給紙カセット１６から転写器２０に搬送され、表面にトナー像Ｔ（未定着トナー像Ｔ）が形成された記録材Ｓは、そのトナー像Ｔが形成された面が定着ベルト３１側になるように定着装置１５へ搬送される。定着装置１５へ搬送された記録材Ｓは、まず、その先端が加圧ベルト３２に当接して、加圧ベルト３２に案内されてニップ部３３へ搬送される。ニップ部３３では、記録材Ｓのトナー像Ｔは、定着ベルト３１を介しての超音波振動体３６からの超音波振動エネルギーを受ける。この超音波振動エネルギーによりトナー像Ｔは自己発熱する。このとき、トナー像Ｔは同時にニップ部３３で加圧される。これらの発熱・加圧によりトナー像Ｔが記録材Ｓに定着させる。トナー像Ｔが定着した後の記録材Ｓは排紙トレイ２２上に排紙される。
【００５１】
このように本実施の形態においては、定着ベルト３１の張架構造、例えば、補助ローラ３７の配置に応じてニップ部３３の長さを自由に設定することができ、ニップ部３３の長さを長くしてニップ部３３を広くすることができる。これにより、超音波振動体３６の形状に自由度を持たせることができる。
【００５２】
また、対向部材が加圧ベルト３２であることにより、対向部材が例えばローラの場合よりもさらにニップ部３３の長さの自由度が大きくなる。
【００５３】
また、記録材Ｓが加圧ベルト３２に案内されてニップ部３３へ搬送されるので、加圧ベルト３２側は、定着ベルト３１側に比べて超音波振動体３６の超音波振動エネルギーの影響を受けないので、例えば記録材Ｓが定着ベルト３１によりニップ部３３へ案内されるものに比べて、記録材Ｓのニップ部３３上流側での超音波振動体３６の超音波振動エネルギーの影響を低減することができる。
【００５４】
また、超音波振動体３６が複数の超音波振動子から構成されていることから、プリンタードライバーの情報に合わせトナー像Ｔの位置に対応した超音波振動子のみ振動させることにより消費電力を節約でき省エネを実現することができる。なお、複写機であればスキャナーで読み取った情報に応じて、トナー像Ｔの位置に対応した超音波振動子のみを振動させればよい。
【００５５】
ここで、従来技術において述べたように超音波振動子を用いた従来の定着装置では、超音波振動子の超音波振動エネルギーがニップ部以外の記録材Ｓへ伝わりやすく、その振動によって定着前のトナー像Ｔが乱れるという問題があり、改良の必要があった。そこで、定着装置１５において記録材Ｓへの振動の伝達を極力抑えるべく検討を重ねた結果、どのような経路から振動が記録材Ｓへ伝達されてトナー像Ｔの乱れに影響するかを調べることとし、その調査結果として、超音波振動子からベルトを伝わりそのベルト３１，３２のニップ部３３以外で記録材Ｓへ伝っていく振動による影響、ニップ部３３において記録材Ｓを伝わっていく振動による影響の２種類があることを掴んだ。このうちニップ部３３以外でベルト３１，３２から記録材Ｓに伝わっていく振動による影響に関しては本実施の形態で説明し、ニップ部３３で記録材Ｓに伝わっていく振動による影響に関しては後述する第二の実施の形態において説明する。
【００５６】
ニップ部３３以外でのベルト３１，３２の振動は特に問題ないように見えるが、実際にはニップ部３３以外でベルト３１，３２が振動していると記録材Ｓがニップ部３３以外でベルト３１，３２に接触した瞬間に記録材Ｓにビビリ振動が発生してしまう。この問題について検討の結果、加圧ベルト３２を伝わっていく振動はニップ部３３よりも上流側で加圧ローラ４０の弾性層４０ａに加圧ベルト３２を接触させることによりニップ部３３以外での振動を抑えることができた。このとき、接触させる範囲は搬送方向（加圧ベルト３２の回転方向）の長さで２ミリ以上が良い。ここで、このように加圧ベルト３２をニップ部３３よりも上流側で加圧ローラ４０に接触させることにより、加圧ベルト３２の振動を防止するのを目的に他の部材を特段に設ける必要がない。
【００５７】
また、定着ベルト３１については、定着ベルト３１をニップ部３３よりも上流側で補助ローラ３７の弾性層３７ａに接触させることにより定着ベルト３１のニップ部３３以外の振動を抑えることができた。このとき、接触させる範囲は搬送方向（定着ベルト３１の回転方向）の長さで２ミリ以上が良い。
【００５８】
なお、接触させる長さは長ければ長い程効果が大きい。余裕を考慮すれば５ｍｍ以上、より好ましくは１０ｍｍ以上、更に好ましくは２０ｍｍ以上が良い。
【００５９】
また、定着ベルト３１及び加圧ベルト３２の厚さは１μｍ以上３００μｍ以下の厚さがよく、これ以上薄いと強度に問題が発生し、また厚すぎると超音波振動体３６が発生した超音波振動エネルギーがベルト３１，３２により減衰してしまう。これら定着ベルト３１及び加圧ベルト３２の厚さに関しては、より好ましくは、１０μｍ以上２００μｍ以下、よりもっと好ましくは２０μｍ以上１００μｍ以下、更にもっと好ましくは３０μｍ以上６０μｍ以下が良い。
【００６０】
定着ベルト３１及び加圧ベルト３２のテンションについては、テンションが弱すぎると、補助ローラ３７の弾性層３７ａ及び加圧ローラ４０の弾性層４０ａでベルトが踊ってしまったり、振動が弾性層３７ａ，４０ａにふれているところを超えて伝わったりする。またテンションが強すぎると、定着ベルト３１及び加圧ベルト３２が伸びたり、破断したりするので好ましくない。検討の結果、テンションは０．００３Ｎ／ｍｍ以上２Ｎ／ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは０．０１Ｎ／ｍｍ以上１．５Ｎ／ｍｍ以下、更に好ましくは０．０５Ｎ／ｍｍ以上１Ｎ／ｍｍ以下、更にもっと好ましくは０．１Ｎ／ｍｍ以上０．５Ｎ／ｍｍ以下が良い。
【００６１】
なお、本実施の形態では、画像形成装置としてレーザプリンタ１１への適用例を説明したが、これに限るものではない。画像形成装置としては、例えば、ファクシミリや複写機であってもよい。
【００６２】
また、本実施の形態では、支持ローラとして補助ローラ３７を例に説明したが、支持ローラとしては、補助ローラ３５を適用してもよい。このとき補助ローラ３７を設ける必要はない。
【００６３】
次に、本発明の第二の実施の形態を図３に基づいて説明する。なお、前述した実施の形態と同じ部分は同一符号で示し説明も省略する。ここで、図３は本実施の形態の定着装置１５を示す縦断側面図である。
【００６４】
図３に示すように、本実施の形態の補助ローラ３７は、定着ベルト３１及び加圧ベルト３２を介して加圧ローラ４０に対向配置されている。これにより、補助ローラ３７から超音波振動体３６までの間の定着ベルト３１と、これに対向する加圧ローラ４０に支持された加圧ベルト３２とによりニップ部５１が形成されている。このニップ部５１のうち、加圧ローラ４０と超音波振動体３６との対向部の定着ベルト３１と加圧ベルト３２とにより形成されているニップ部３３以外の部位、つまり、ニップ部３３の上流側の定着ベルト３１と加圧ベルト３２との間のニップ部は、ニップ部３３の上流側からニップ部３３につながる延長ニップ部５２である。
【００６５】
このような構成において、記録材Ｓは、延長ニップ部５２及びニップ部３３を通過して未定着トナー像Ｔが定着される。
【００６６】
ここで、第一の実施の形態で述べた、どのような経路から振動が記録材Ｓへ伝達されてトナー像Ｔの乱れに影響するかの調査結果として得たニップ部で記録材Ｓに伝わっていく振動による影響に関して説明する。ニップ部３３において超音波振動子から記録材Ｓに伝わる振動は、記録材Ｓの挟持されていない部分に伝わりトナー像の転写にまで悪い影響を及ぼしてしまうが、記録材Ｓの先端及び後端はフリーであるために振動が収まることがない。そこで、検討した結果、記録材Ｓがニップ部３３に挟持される上流側で加圧ローラ４０の弾性層４０ａと定着ベルト３１用の補助ローラ３７の弾性層３７ａでニップ部３３よりも上流側を挟持すると記録材Ｓのニップ部３３以外での振動は弾性層３７ａ，４０ａの挟持によりキャンセルされることを見出した。これにより、未定着トナー像Ｔが乱れることを防止でき、高品質な画像を得ることができる。
【００６７】
このとき、この超音波振動体３６と補助ローラ３７との間の距離は極力短いほうが良い。なぜなら、距離が長くなると加圧ローラ４０の曲率により定着ベルト３１と加圧ベルト３２との周速差が発生してしまい好ましくない。検討の結果、画像のズレを考慮すると、加圧ローラ４０の径に対して補助ローラ３７の径は１／２以下にして補助ローラ３７を超音波振動子に近接配置すると画像ズレが許容できることがわかった。
【００６８】
次に、本発明の第三の実施の形態を図４に基づいて説明する。ここで、図４は本実施の形態の定着装置１５を示す縦断側面図である。
【００６９】
本実施の形態では、図４に示すように、補助ローラ３４の代わりに冷却手段である冷却ローラ６１が設けられていている。冷却ローラ６１の内部には、熱媒を通したヒートパイプ（図示せず）が内蔵されており、このヒートパイプの作用により定着後のトナー像Ｔを冷却する。
【００７０】
そして、冷却ローラ６１は、加圧ローラ４０とこの加圧ローラ４０の下流側に位置する補助ローラ３８の間の加圧ベルト３２に定着ベルト３１を介して当接するように配置されている。これにより、ニップ部３３から冷却ローラ６１間において定着ベルト３１と加圧ベルト３２とにより下流側ニップ部６２が形成される。ここで、冷却ローラ６１、補助ローラ３８、加圧ベルト３２により、ニップ部３３から排出される記録材Ｓのトナー像Ｔが形成された側をニップ部３３から連続して定着ベルト３１に密着させる密着手段６３が構成されている。
【００７１】
このような構成により、ニップ部３３でトナー像Ｔが定着されてニップ部３３から排出された後の記録材Ｓは、トナー像Ｔが形成された面を定着ベルト３１に密着させその反対の面を加圧ベルト３２に密着させた状態で下流側ニップ部６２を通り、冷却ローラ６１に対向する部位を通過する。このとき、定着後のトナーは冷却ローラ６１に内蔵されたヒートパイプの作用により冷却される。
【００７２】
ここで、省エネの観点から、超音波振動エネルギーは必要最小限に絞る必要があり、この場合、トナー像は非光沢になりやすい。しかし最近はカラー画像で光沢が必要になる場合も多く、光沢をエネルギーを使わずにだす方法が必要となる。実際には超音波振動エネルギーを大きくしトナーを充分によく溶融すると高光沢になりやすいが消費電力が上昇するので好ましくない。そこで、検討した結果、本実施の形態のように、超音波振動エネルギーでトナー像Ｔを定着した後、そのトナー像Ｔを定着ベルト３１に密着させた状態で冷却をかけ、その後、定着ベルト３１から分離すると高光沢になることを見出した。
【００７３】
なお、冷却手段の別の例としては、定着ベルト３１に密着させた状態のトナー像Ｔへのファンによる強制的な空気の吹き付けや、下流側ニップ部６２の記録材Ｓの通過時間を０．１ｓｅｃ以上として定着ベルト３１及び加圧ベルト３２への放熱により自然冷却しても良い。
【００７４】
【実施例】
次に、本発明の第一の実施例を説明する。本実施例では、第一の実施の形態の定着装置１５において、ニップ部３３よりも上流側で加圧ローラ４０に加圧ベルト３２を２０ｍｍ密着させ、また、同じくニップ部３３よりも上流側で定着ベルト３１を補助ローラ３７に１０ｍｍ密着させた。これにより、定着ベルト３１及び加圧ベルト３２の振動を抑えることができた。このときの両ベルト３１，３２の厚さは６０μｍでテンションは０．０６Ｎ／ｍｍとした。
【００７５】
また、超音波振動体３６の超音波振動子を画像に応じた部分だけ振動させる形態にし、画像密度６％のチャートを通して消費電力比を調べた。記録材Ｓの全面に対し超音波振動子を振動させる場合に比べて６０％の消費電力を節約できた。なお、このとき、消費電力が９４％ダウンにならない理由は、確実にトナー像Ｔを定着させるためには画素よりは広い範囲を振動させる必要があるからである。
【００７６】
次に、本発明の第二の実施例を説明する。本実施例では、第二の実施の形態の定着装置１５において、ニップ部３３よりも上流側で加圧ローラ４０に加圧ベルト３２を２０ｍｍ密着させ、また、延長ニップ部５２を１５ｍｍとした。これにより、記録材Ｓのニップ部３３以外での振動を抑えることができた。このときの両ベルト３１，３２の厚さは３０μｍでテンションは０．０６Ｎ／ｍｍとした。
【００７７】
次に、本発明の第三の実施例を説明する。本実施例では、第三の実施の形態の定着装置１５において、定着後のトナー像Ｔを定着ベルト３１に密着させた状態で冷却してから定着ベルト３１から分離した。これにより、光沢度３９という高光沢度の画像が得られた。なお、第一及び第二の実施例のときのトナー像Ｔの光沢度は６であった。
【００７８】
ここで、図４における冷却ローラ６１をヒートパイプを内蔵しない通常の補助ローラにし、下流側ニップ部６２での記録材Ｓの移動時間を０．１５ｓｅｃとしたところ、トナー像Ｔの光沢度は２４という高い光沢度が得られた。
【００７９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の定着装置によれば、回転駆動される張架構造の第一のベルトと、前記第一のベルトの内側に当接し記録材上の未定着トナー像に超音波振動エネルギーを与えて発熱させる超音波振動体と、前記記録材を挟持して未定着トナー像を定着させるためのニップ部を前記第一のベルトにおける前記超音波振動体が当接している部位の外側とにより形成する対向部材と、を備えることにより、第一のベルトの張架構造に応じてニップ部の長さを自由に設定することができ、ニップ部の長さを長くしてニップ部を広くすることができる。これにより、超音波振動体の形状に自由度を持たせることができる。
【００８０】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の定着装置において、前記対向部材は、前記ニップ部において内側を支持部材により支持され外側が前記第一のベルトに対向する第二のベルトであることにより、対向部材が例えばローラの場合よりもさらにニップ部の長さの自由度が大きくなる。
【００８１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の定着装置において、表面側に弾性を有する弾性層を有し前記超音波振動体よりも上流側で前記ベルトを内側から支持するベルト上流側支持部を備えることにより、ベルトに伝わった超音波振動体の超音波振動エネルギーによるニップ部以外でのベルトの振動を防止することができる。これにより、ニップ部へ搬送される前の記録材がベルトに接触しても記録材が振動することを防止することができ、これにより、未定着トナー像が乱れることを防止でき、よって、高品質な画像を得ることができる。
【００８２】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の定着装置において、前記第一のベルトを支持する前記ベルト上流側支持部は、支持ローラであることにより、請求項３記載の発明を簡単に実現することができる。
【００８３】
請求項５記載の発明によれば、請求項３又は４記載の定着装置において、前記第二のベルトを支持する前記支持部材は、表面側に弾性を有する弾性層を有し、前記第二のベルトを支持する前記ベルト上流側支持部は、前記第二のベルトの前記支持部材にいて前記ニップ部よりも上流側で前記第二のベルトに当接している部位であることにより、第二のベルト用のベルト上流側支持部として特段に部材を設ける必要が無いので、構造を簡素にすることができる。
【００８４】
請求項６記載の発明によれば、請求項３ないし５の何れか一記載の定着装置において、前記ベルト上流側支持部は、搬送方向で２ミリ以上の長さで前記ベルトに当接して前記ベルトを支持していることにより、ベルトに伝わった超音波振動体の超音波振動エネルギーによるニップ部以外でのベルトの振動を確実に防止することができる。これにより、ニップ部へ搬送される前の記録材がベルトに接触しても記録材が振動することを確実に防止することができる。
【００８５】
請求項７記載の発明によれば、請求項３ないし６の何れか一記載の定着装置において、前記ニップの上流側において前記第一のベルトと前記対向部材との間に形成され、前記ニップ部の上流側から前記ニップ部につながる延長ニップ部を備えることにより、記録材がニップ部で超音波振動体から受けた超音波振動エネルギーが記録材におけるニップ部の上流側に伝達されるのを防止することができる。これにより、未定着トナー像が乱れることを防止でき、高品質な画像を得ることができる。
【００８６】
請求項８記載の発明によれば、請求項７記載の定着装置において、前記支持部材は、加圧ローラであり、前記第一のベルトを支持する前記ベルト上流側支持部は、径が前記加圧ローラの径の１／２以下に設定された支持ローラであることにより、加圧ローラと支持ローラとの周速差による画像ズレが発生することを防止することができる。
【００８７】
請求項９記載の発明によれば、請求項１ないし８の何れか一記載の定着装置において、前記記録材が前記ニップ部よりも上流側で前記対向部材により案内されて前記ニップ部へ搬送されることにより、対向部材側は、第一のベルト側に比べて超音波振動子の超音波振動エネルギーを受けないので、例えば記録材が第一のベルトによりニップ部へ案内されるものに比べて、記録材のニップ部前での超音波振動子の振動の影響を低減することができる。
【００８８】
請求項１０記載の発明によれば、請求項１ないし９の何れか一記載の定着装置において、前記ベルトの厚さが１μｍ以上３００μｍ以下であることにより、ベルトの十分な強度が得ることができるとともに、ニップ部においてトナー像へ伝達させる超音波振動体の超音波振動エネルギーをベルトによって減衰させてしまうことを防止することができる。
【００８９】
請求項１１記載の発明によれば、請求項１ないし１０の何れか一記載の定着装置において、前記ベルトのテンションが０．００３Ｎ／ｍｍ以上２Ｎ／ｍｍ以下であることにより、ベルトが踊ってしまうことを防止することができるとともに、ベルトが伸びたり破断することを防止することができる。
【００９０】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１ないし１１の何れか一記載の定着装置において、前記超音波振動体は、超音波振動エネルギーを発生する複数の超音波振動子から構成されていることにより、トナー像に合わせて必要な超音波振動子だけを駆動することができ、これにより省エネを実現することができる。
【００９１】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１ないし１２の何れか一記載の定着装置において、前記ニップ部から排出される前記記録材のトナー像が形成された側を前記ニップ部から連続して前記第一のベルトに密着させる密着手段と、前記密着手段により前記第一のベルトに密着させた前記記録材のトナー像を冷却する冷却手段と、を備えることにより、定着後のトナー像の光沢を高くすることができる。
【００９２】
請求項１４記載の発明によれば、記録材上に形成したトナー像を定着装置で定着させて前記記録材に画像を形成する画像形成装置において、前記定着装置を請求項１ないし１３の何れか一記載の定着装置としたことにより、請求項１ないし１３の何れか一記載の発明と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態のレーザプリンタの内部構造を示す縦断側面図である。
【図２】定着装置を示す縦断側面図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態の定着装置を示す縦断側面図である。
【図４】本発明の第三の実施の形態の定着装置を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１１ レーザプリンタ（画像形成装置）
１５ 定着装置
３１ 定着ベルト（第一のベルト）
３２ 加圧ベルト（対向部材、第二のベルト）
３３ ニップ部
３６ 超音波振動体
３７ 補助ローラ（支持ローラ、ベルト上流側支持部）
３７ａ 弾性層
４０ 加圧ローラ（支持部材）
４０ａ 弾性層
５２ 延長ニップ部
６１ 冷却ローラ（冷却手段）
６３ 密着手段
７０ ベルト上流側支持部
Ｓ 記録材
Ｔ トナー像

Claims (14)

1. 回転駆動される張架構造の第一のベルトと、
   前記第一のベルトの内側に当接し記録材上の未定着トナー像に超音波振動エネルギーを与えて発熱させる超音波振動体と、
   前記記録材を挟持して未定着トナー像を定着させるためのニップ部を前記第一のベルトにおける前記超音波振動体が当接している部位の外側とにより形成する対向部材と、
   を備える定着装置。
2. 前記対向部材は、前記ニップ部において内側を支持部材により支持され外側が前記第一のベルトに対向する第二のベルトである、請求項１記載の定着装置。
3. 表面側に弾性を有する弾性層を有し前記超音波振動体よりも上流側で前記ベルトを内側から支持するベルト上流側支持部を備える、請求項１又は２記載の定着装置。
4. 前記第一のベルトを支持する前記ベルト上流側支持部は、支持ローラである、請求項３記載の定着装置。
5. 前記第二のベルトを支持する前記支持部材は、表面側に弾性を有する弾性層を有し、
   前記第二のベルトを支持する前記ベルト上流側支持部は、前記第二のベルトを支持する前記支持部材における前記ニップ部よりも上流側で前記第二のベルトに当接している部位である、請求項３又は４記載の定着装置。
6. 前記ベルト上流側支持部は、搬送方向で２ミリ以上の長さで前記ベルトに当接して前記ベルトを支持している、請求項３ないし５の何れか一記載の定着装置。
7. 前記ニップの上流側において前記第一のベルトと前記対向部材との間に形成され、前記ニップ部の上流側から前記ニップ部につながる延長ニップ部を備える、請求項３ないし６の何れか一記載の定着装置。
8. 前記支持部材は、加圧ローラであり、
   前記第一のベルトを支持する前記ベルト上流側支持部は、径が前記加圧ローラの径の１／２以下に設定された支持ローラである、請求項７記載の定着装置。
9. 前記記録材が前記ニップ部よりも上流側で前記対向部材により案内されて前記ニップ部へ搬送される、請求項１ないし８の何れか一記載の定着装置。
10. 前記ベルトの厚さが１μｍ以上３００μｍ以下である、請求項１ないし９の何れか一記載の定着装置。
11. 前記ベルトのテンションが０．００３Ｎ／ｍｍ以上２Ｎ／ｍｍ以下である、請求項１ないし１０の何れか一記載の定着装置。
12. 前記超音波振動体は、超音波振動エネルギーを発生する複数の超音波振動子から構成されている、請求項１ないし１１の何れか一記載の定着装置。
13. 前記ニップ部から排出される前記記録材のトナー像が形成された側を前記ニップ部から連続して前記第一のベルトに密着させる密着手段と、
    前記密着手段により前記第一のベルトに密着させた前記記録材のトナー像を冷却する冷却手段と、
    を備える請求項１ないし１２の何れか一記載の定着装置。
14. 記録材上に形成したトナー像を定着装置で定着させて前記記録材に画像を形成する画像形成装置において、
    前記定着装置を請求項１ないし１３の何れか一記載の定着装置としたことを特徴とする画像形成装置。

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