JP2011053381A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置が大型化・高コスト化されることなく、定着部材の精度の高い温度制御をおこなうことができて、省エネルギ化が達成される、定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナー像を加熱・溶融して記録媒体上に定着する定着部材２１と、定着部材２１に圧接して記録媒体Ｐが搬送されるニップ部を形成する加圧部材３１と、電気エネルギを利用して定着部材２１を加熱する第１加熱手段２３と、圧縮機５０によって気体を圧縮したときに生じる圧縮熱を利用して定着部材２１を加熱する第２加熱手段２２と、を備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置とそこに設置される定着装置とに関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、ヒートポンプの熱交換を利用した定着装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１等の定着装置は、省エネルギ化を目的として、電気エネルギを利用したハロゲンヒータや励磁コイル（電磁誘導コイル）等の加熱手段を用いないで、ヒートポンプの熱交換を利用して定着部材（定着部）を加熱している。詳しくは、定着部材は、ヒートポンプの凝縮器にヒートパイプを介して接続されていて、冷却部で吸収された熱を蒸発器、圧縮機、凝縮器を介して定着部材に与えて加熱している。

上述したヒートポンプ方式の定着装置は、装置が大型化・高コスト化してしまうとともに、定着部材の精度の高い温度制御が難しかった。
詳しくは、定着部材を加熱するのに必要な熱エネルギは、数１００ワットから１０００ワット程度の大きなものである。したがって、この熱エネルギのすべてをヒートポンプで供給しようとすると、ヒートポンプ自体が非常に大型で高価なものになってしまう。
また、定着装置において良好な品質の定着画像を得るためには、定着部材の温度（定着温度）を数℃程度で高精度に温度制御しなければならない。しかし、ヒートポンプは、効率変動が生じるのに加えて、制御応答速度が遅いために、このような定着部材の精度の高い温度制御をおこなうことが難しかった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、装置が大型化・高コスト化されることなく、定着部材の精度の高い温度制御をおこなうことができて、省エネルギ化が達成される、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

この発明の請求項１記載の発明にかかる定着装置は、トナー像を加熱・溶融して記録媒体上に定着する定着部材と、前記定着部材に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧部材と、電気エネルギを利用して前記定着部材を加熱する第１加熱手段と、圧縮機によって気体を圧縮したときに生じる圧縮熱を利用して前記定着部材又は／及び前記加圧部材を加熱する第２加熱手段と、を備えたものである。

また、請求項２記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記定着部材は、所定方向に回転する無端状の定着ベルト又は定着フィルムであって、前記第２加熱手段を、前記定着ベルト又は前記定着フィルムを介して前記加圧部材に圧接して前記ニップ部を形成するとともに、前記圧縮機によって断熱圧縮された気体が流入される吸入口と当該気体を排出する排出口とが形成された密閉容器としたものである。

また、請求項３記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記加圧部材は、所定方向に回転する無端状の加圧ベルトであって、前記第２加熱手段を、前記加圧ベルトを介して前記定着部材に圧接して前記ニップ部を形成するとともに、前記圧縮機によって断熱圧縮された気体が流入される吸入口と当該気体を排出する排出口とが形成された密閉容器としたものである。

また、請求項４記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記定着部材は、ローラ部材としての定着ローラと、複数のローラ部材に張架された定着ベルトと、のうちいずれかであって、前記加圧部材は、ローラ部材としての加圧ローラと、複数のローラ部材に張架された加圧ベルトと、のうちいずれかであって、前記第２加熱手段を、複数の前記ローラ部材のうち少なくとも１つのローラ部材に内設されるとともに、前記圧縮機によって断熱圧縮された気体が流入される吸入口と当該気体を排出する排出口とが形成された密閉容器としたものである。

また、請求項５記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項２〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記密閉容器は、前記定着部材又は／及び前記加圧部材に接触する壁部が熱伝導率の高い材料で形成されたものである。

また、請求項６記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項２〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記密閉容器は、前記排出口から排出する気体の量を制御する制御弁を具備したものである。

また、請求項７記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項２〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記密閉容器は、前記吸入口の口径に比べて前記排出口の口径が小さくなるように形成されたものである。

また、請求項８記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項２〜請求項７のいずれかに記載の発明において、前記密閉容器は、その内部に流入された気体を前記ニップ部の位置に向けて排出するための第２の排出口が複数形成されたものである。

また、請求項９記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項８のいずれかに記載の発明において、前記圧縮機は、前記定着部材の内部に形成された空間から空気を吸引するものである。

また、請求項１０記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項９のいずれかに記載の発明において、前記第１加熱手段を、ヒータ、励磁コイル、抵抗発熱体のいずれかとしたものである。

また、この発明の請求項１１記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。

本発明は、電気エネルギを利用して定着部材を加熱する第１加熱手段と、圧縮機によって気体を圧縮したときに生じる圧縮熱を利用して定着部材や加圧部材を加熱する第２加熱手段と、設置して、加熱手段をハイブリッド化している。これにより、装置が大型化・高コスト化されることなく、定着部材の精度の高い温度制御をおこなうことができて、省エネルギ化が達成される、定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

この発明の実施の形態１における画像形成装置を示す全体構成図である。 図１の画像形成装置に設置された定着装置を示す構成図である。 定着装置の一部を幅方向にみた断面図である。 断熱圧縮における吐出し温度と圧縮比との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態２における定着装置の一部を幅方向にみた断面図である。 この発明の実施の形態３における定着装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４における定着装置を示す構成図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１〜図４にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としての複写機の装置本体、２は原稿Ｄの画像情報を光学的に読み込む原稿読込部、３は原稿読込部２で読み込んだ画像情報に基いた露光光Ｌを感光体ドラム５上に照射する露光部、４は感光体ドラム５上にトナー像（画像）を形成する作像部、７は感光体ドラム５上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに転写する転写部、１０はセットされた原稿Ｄを原稿読込部２に搬送する原稿搬送部、１２〜１４は転写紙等の記録媒体Ｐが収納された給紙部、２０は記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着装置、２１は定着装置２０に設置された定着部材としての定着フィルム、３１は定着装置２０に設置された加圧部材としての加圧ローラ、を示す。

図１を参照して、画像形成装置における、通常の画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Ｄは、原稿搬送部１０の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部２上を通過する。このとき、原稿読込部２では、上方を通過する原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。
そして、原稿読込部２で読み取られた光学的な画像情報は、電気信号に変換された後に、露光部３（書込部）に送信される。そして、露光部３からは、その電気信号の画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、作像部４の感光体ドラム５上に向けて発せられる。

一方、作像部４において、感光体ドラム５は図中の時計方向に回転しており、所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程）を経て、感光体ドラム５上に画像情報に対応した画像（トナー像）が形成される。
その後、感光体ドラム５上に形成された画像は、転写部７で、レジストローラにより搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。

一方、転写部７に搬送される記録媒体Ｐは、次のように動作する。
まず、画像形成装置本体１の複数の給紙部１２、１３、１４のうち、１つの給紙部が自動又は手動で選択される（例えば、最上段の給紙部１２が選択されたものとする。）。
そして、給紙部１２に収納された記録媒体Ｐの最上方の１枚が、搬送経路Ｋの位置に向けて搬送される。

その後、記録媒体Ｐは、搬送経路Ｋを通過してレジストローラの位置に達する。そして、レジストローラの位置に達した記録媒体Ｐは、感光体ドラム５上に形成された画像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて、転写部７に向けて搬送される。

そして、転写工程後の記録媒体Ｐは、転写部７の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置２０に達する。定着装置２０に達した記録媒体Ｐは、定着フィルム２１と加圧ローラ３１との間に送入されて、定着フィルム２１から受ける熱と双方の部材２１、３１から受ける圧力とによって画像が定着される。画像が定着された記録媒体Ｐは、定着フィルム２１と加圧ローラ３１との間（ニップ部である。）から送出された後に、画像形成装置本体１から排出される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２及び図３にて、画像形成装置本体１に設置される定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図２は、定着装置２０を示す断面図である。図３は、定着装置２０の一部を幅方向にみた断面図である。
図２に示すように、定着装置２０は、定着部材としての定着フィルム２１、第１加熱手段としての赤外線ヒータ２３、第２加熱手段としての密閉容器２２、加圧部材としての加圧ローラ３１、温度センサ４０（サーモパイル）、圧縮機５０、ガイド板３５、３７、等で構成される。密閉容器２２や赤外線ヒータ２３は、その両端が定着装置２０の側板にそれぞれ支持されている。また、定着フィルム２１や加圧ローラ３１は、その両端が定着装置２０の側板にそれぞれ回転自在に支持されている。

ここで、定着部材としての定着フィルム２１は、薄肉で可撓性を有する無端状のフィルム状部材であって、図２中の矢印方向（時計方向）に回転する。定着フィルム２１の材料としては、ポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、金属等を用いることができる。なお、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）を担保するために、定着フィルム２１の表層に、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等からなる離型層を形成することもできる。定着部材として熱容量の低い定着フィルム２１を用いることで、立ち上がり時間が極めて短いオンデマンドの定着装置を提供することができる。
定着フィルム２１の内部（内周面側）には、赤外線ヒータ２３（第１加熱手段）、密閉容器２２（第２加熱手段）、等が固設されている。定着フィルム２１は、加圧板として機能する密閉容器２２に押圧されて、加圧ローラ３１との間にニップ部を形成する。

第１加熱手段としての赤外線ヒータ２３は、カーボンヒータやハロゲンヒータであって、その両端部が定着装置２０の側板に固定されている。そして、装置本体１の電源部６３（制御部６１）により出力制御された赤外線ヒータ２３によって定着フィルム２１が加熱されて、定着フィルム２１の表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱が加えられる。赤外線ヒータ２３の出力制御は、定着フィルム２１表面に対向する温度センサ４０（サーモパイル）によるフィルム表面温度の検知結果に基いておこなわれる。また、このような赤外線ヒータ２３の出力制御によって、定着フィルム２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定することができる。
なお、本実施の形態１における定着装置２０には、このように電気エネルギを利用して定着フィルム２１を加熱する赤外線ヒータ２３（第１加熱手段）の他に、圧縮機５０によって気体を圧縮したときに生じる圧縮熱を利用して定着フィルム２１を加熱する第２加熱手段としての密閉容器２２が設置されている。

密閉容器２２（第２加熱手段）は、肉厚が薄くて高強度で熱伝導性のよい金属材料で形成されていて、定着フィルム２１を介して加圧ローラ３１に圧接して所望のニップ部を形成する。
ここで、本実施の形態１では、密閉容器２２の対向面（加圧ローラ３１に対向する面である。）が平面形状になるように形成している。これにより、ニップ部の形状が記録媒体Ｐの画像面に対して略平行になって、定着フィルム２１と記録媒体Ｐとの密着性が高まるために定着性が向上するとともに、ニップ部を通過する記録媒体Ｐにカールやシワが発生する不具合も低減する。さらに、ニップ部の出口側における定着フィルム２１の曲率が大きくなるために、ニップ部から送出された記録媒体Ｐを定着フィルム２１から容易に分離することができる。
また、本実施の形態１における密閉容器２２は、定着フィルム２１が摺接する面にフッ素樹脂がコーティングされている。これにより、定着装置２０に固定支持された密閉容器２２に摺接する定着フィルム２１の内周面の磨耗を軽減することができる。
なお、第２加熱手段としての密閉容器２２の構成・動作については、後でさらに詳しく説明する。

図２を参照して、加圧部材としての加圧ローラ３１は、芯金３２上に弾性層３３を形成したものである。加圧ローラ３１の弾性層３３は、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層３３の表層にＰＦＡ等からなる薄肉の離型層（チューブ）を設けることもできる。加圧ローラ３１は定着フィルム２１に圧接して、双方の部材間に所望のニップ部を形成する。また、加圧ローラ３１は、不図示の駆動モータによって、図２中の矢印方向（反時計方向）に回転駆動される。そして、加圧ローラ３１が回転駆動することで、定着フィルム２１もニップ部の位置で生じる加圧ローラ３１との摩擦力によって図２中の矢印方向（時計方向）に従動（回転）する。

また、定着フィルム２１と加圧ローラ３１との当接部（ニップ部である。）の入口側には、ニップ部に向けて搬送される記録媒体Ｐを案内するガイド板３５（入口ガイド板）が配設されている。また、ニップ部の出口側には、ニップ部から送出される記録媒体Ｐを案内するガイド板３７（出口ガイド板）が配設されている。双方のガイド板３５、３７は、いずれも、定着装置２０の側板（フレーム）に固設されている。

上述のように構成された定着装置２０は、次のように動作する。
装置本体１の電源スイッチが投入されると、制御部６１によって制御された電源部６３から赤外線ヒータ２３に電力が供給（通電）されるとともに、圧縮機５０から密閉容器２２への断熱圧縮された気体の流入が開始される。さらに、不図示の駆動モータ（駆動源）によって加圧ローラ３１の図２中の矢印方向の回転駆動が開始されて、加圧ローラ３１との摩擦力によって定着フィルム２１も図２中の矢印方向に従動（回転）する。
その後、給紙部１２〜１４から記録媒体Ｐが給送されて、作像部４にて記録媒体Ｐ上に未定着画像が担持される。未定着画像Ｔ（トナー像）が担持された記録媒体Ｐは、ガイド板３５に案内されながら図２の矢印Ｙ１０方向に搬送されて、圧接状態にある定着フィルム２１及び加圧ローラ３１のニップ部に送入される。
そして、赤外線ヒータ２３（第１加熱手段）と密閉容器２２（第２加熱手段）とによって加熱された定着フィルム２１による加熱と、密閉容器２２（定着フィルム２１）及び加圧ローラ３１の押圧力とによって、記録媒体Ｐの表面にトナー像Ｔが定着される。その後、ニップ部から送出された記録媒体Ｐは、矢印Ｙ１１方向に搬送される。

以下、本実施の形態１における定着装置２０において、特徴的な構成・動作について詳述する。
図２及び図３を参照して、本実施の形態１における定着装置２０には、電気エネルギを利用して定着フィルム２１を加熱する赤外線ヒータ２３（第１加熱手段）の他に、圧縮機５０によって気体を圧縮したときに生じる圧縮熱を利用して定着フィルム２１を加熱する第２加熱手段としての密閉容器２２が設置されている。この密閉容器２２（第２加熱手段）は、定着フィルム２１を介して加圧ローラ３１に圧接してニップ部を形成するように構成されている。また、密閉容器２２（第２加熱手段）には、圧縮機５０によって断熱圧縮された気体が流入される吸入口２２ａと、その気体を排出する排出口２２ｂ、とが形成されている。さらに、排出口２２ｂの位置には、排出口２２ｂから排出する気体の量を制御する制御弁５５が設置されている。

そして、圧縮機５０によって、定着フィルム２１の内部に形成された空間２１ａから空気が吸引管５０ａを介して吸引されて、その空気が圧縮機５０内で断熱圧縮され、その直後に配管５０ｂを介して吸入口２２ａから密閉容器２２内に封入される。このように断熱圧縮された空気は、その温度が急激に上昇したものである。そして、このように断熱圧縮されて高温に達した空気の熱が、密閉容器２２の壁部を介して定着フィルム２１に伝熱されることで、定着フィルム２１が加熱されることになる。その後、定着フィルム２１に熱を奪われた圧縮空気は、制御弁５５（圧力制御弁）によってその流量が制御されながら排出口２２ｂから排出される。
このように、本実施の形態１における定着装置２０は、電気エネルギを利用して定着部材を加熱する赤外線ヒータ２３（第１加熱手段）と、圧縮機５０によって気体を圧縮したときに生じる圧縮熱を利用して定着フィルム２１を加熱する密閉容器２２（第２加熱手段）と、設置して、加熱手段をハイブリッド化している。これにより、電気エネルギを利用した第１加熱手段のみが設置された定着装置に比べて、省エネルギ化を達成することができる。また、圧縮熱を利用した第２加熱手段のみが設置された定着装置に比べて、装置の小型化・低コスト化を達成することができるとともに、赤外線ヒータ２３（第１加熱手段）を用いて定着フィルム２１に対して精度の高い温度制御をおこなうことができる。すなわち、赤外線ヒータ２３（第１加熱手段）と密閉容器２２（第２加熱手段）とのハイブリッド化された加熱手段を用いることによって、双方の弱点を互いに補完して、双方の長所を単純に足し合わせた以上の効果を得ることができる。

ここで、図４は、空気（気体）を断熱圧縮した場合の、気体温度と圧縮比との関係を示すグラフである。
空気が外部との熱の授受がないときに、圧縮のために加えられる動力（機械エネルギ）は、すべて空気の温度上昇のために用いられて、断熱圧縮するものと考えれば、吐出気体の理論温度は下記の理論式により算出される。
Ｔｄ＝Ｔｓ×（Ｐｄ／Ｐｓ）^k-1/m・k
ここで、上式において、Ｔｄは吐出ガスの絶対温度（Ｋ）、Ｔｓは吸込みガスの絶対温度（Ｋ）、ｍは圧縮段数、ｋは比熱比、Ｐｄは昇圧した圧力、Ｐｓは初期の圧力である。
図４に示すように、例えば、２０℃の大気圧の空気を８倍程度に圧縮すると、気体温度は２６０℃にまで達することになる。そして、このように高温の圧縮空気が封入される密閉容器２２は、熱伝導性の良い材料で形成されているため、発生した熱が効果的に壁部に吸収されて定着フィルム２１に伝達されることになる。そして、定着フィルム２１に熱を奪われた圧縮空気が排出口２２ｂから排出されると、その排出された空気は膨張して周囲の空気温度よりも低い温度になり、装置本体１内の電源ユニットや駆動モータ等の冷却をおこなうことになる。なお、排出口２２ｂに制御弁５５を設置する代わりに、排出口２２ｂの開閉を繰り返す機構を設けたり、吸入口２２ａに比べて口径が非常に小さな排出口２２ｂを設けることもできる。

このように、高温の圧縮空気を密閉容器２２に吸入して、その後に密閉容器２２から圧縮空気の排出をおこなう工程を繰り返すことで、熱エネルギを効果的に定着フィルム２１へ供給することができる。
また、本実施の形態１では、圧縮機５０によって吸引する空気は、定着フィルム２１の内周面側の空間２１ａにあって比較的高温の空気であるため、定着装置２０内の熱エネルギを有効に再利用することができる。
このように、密閉容器２２による定着フィルム２１の加熱効率を向上させるためには、密閉容器２２において、定着フィルム２１接触する壁部を熱伝導率の高い材料で形成することが好ましい。

本実施の形態１における定着装置２０は、第２加熱手段としての密閉容器２２を設置しているために、電力を直接的に熱エネルギに変換する従来の定着装置と比較して、立ち上げ時や稼動時の消費電力を低減することができる。詳しくは、従来の定着装置は、定着部材を定着可能な温度に昇温するときに、加圧部材やニップ部を形成する固定部材等の構成部品の熱容量によって定着部材の熱が奪われてしまい、昇温時間が長くなってしまうことにより結果的に電力を多く消費してしまっていた。このように、昇温時間が長くて立ち上がり時間がかかる定着装置は、ユーザーにとって使い勝手がとても悪い。これに対して、本実施の形態１における定着装置２０は、ニップ部を形成する密閉容器２２自体に圧縮空気を供給することによって、密閉容器２２自体が加熱源となるため、圧倒的に定着部材を短時間で昇温することができる。
本実施の形態１における定着装置２０は、このように従来の電力を熱エネルギに変換する加熱源（第１加熱手段）に加えて、圧縮熱を利用した密閉容器２２（第２加熱手段）を用いているので、定着フィルム２１の定着可能温度への昇温時間が短縮されるとともに、全体の稼動時の電力消費を軽減することができる。さらに、電力を熱エネルギに変換する加熱源（第１加熱手段）を用いることにより、きめ細かい電力供給制御をおこなえるため、定着フィルム２１の定着温度を精度よく制御することができる。

以上説明したように、本実施の形態１においては、電気エネルギを利用して定着部材を加熱する赤外線ヒータ２３（第１加熱手段）と、圧縮機５０によって気体を圧縮したときに生じる圧縮熱を利用して定着フィルム２１を加熱する密閉容器２２（第２加熱手段）と、設置して、加熱手段をハイブリッド化している。これにより、定着装置２０が大型化・高コスト化されることなく、定着フィルム２１の精度の高い温度制御をおこなうことができて、さらに省エネルギ化を達成することができる。

実施の形態２．
図５にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図５は、実施の形態２における定着装置の一部を幅方向にみた図であって、定着フィルム２１の上方（赤外線ヒータ２３が設置されている部分とその上方部分とである。）の図示は省略している。本実施の形態２における定着装置は、密閉容器２２の排出口２２ｂの口径が小さく形成されている点と、密閉容器２２に第２の排出口２２ｃが複数形成されている点と、が前記実施の形態１のものとは相違する。

図５を参照して、本実施の形態２における定着装置２０も、前記実施の形態１のものと同様に、定着フィルム２１（定着部材）、赤外線ヒータ２３（第１加熱手段）、密閉容器２２（第２加熱手段）、加圧ローラ３１（加圧部材）、温度センサ４０、圧縮機５０、等で構成される。

ここで、本実施の形態２における定着装置２０の密閉容器２２は、吸入口２２ａの口径に比べて排出口２２ｂの口径が極端に小さくなるように形成されている。このように構成された密閉容器２２は、口径の小さな排出口２２ｂによって、密閉容器２２内に封入された圧縮空気の排出を制限できるために、制御弁５５で流量制御（又は、圧力制御）していた前記実施の形態１のものと、ほぼ同等に機能することになる。

また、本実施の形態２における定着装置２０の密閉容器２２は、その内部に流入された気体（圧縮空気）をニップ部の位置に向けて排出するための第２の排出口２２ｃ（口径が微細な貫通穴である。）が複数形成されている。
このような構成により、密閉容器２２内の圧縮空気は、第２の排出口２２ｃから定着フィルム２１との接触部に向けて噴出されるために、定着フィルム２１と密閉容器２２との摺動抵抗を低減することができる。また、第２の排出口２２ｃから排出された高温空気が、壁部を介さずに、定着フィルム２１の内周面に直接的に噴射されるために、定着フィルム２１の加熱効率が向上する。

以上説明したように、本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様に、電気エネルギを利用して定着部材を加熱する赤外線ヒータ２３（第１加熱手段）と、圧縮機５０によって気体を圧縮したときに生じる圧縮熱を利用して定着フィルム２１を加熱する密閉容器２２（第２加熱手段）と、設置して、加熱手段をハイブリッド化している。これにより、定着装置２０が大型化・高コスト化されることなく、定着フィルム２１の精度の高い温度制御をおこなうことができて、さらに省エネルギ化を達成することができる。

実施の形態３．
図６にて、この発明の実施の形態３について詳細に説明する。
図６は、実施の形態３における定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態１における図２に相当する図である。本実施の形態３における定着装置は、定着部材として定着ローラ１２１が用いられ、加圧部材として加圧ベルト１３１が用いられている点と、第２加熱手段の構成と、第１加熱手段として励磁コイルが用いられている点と、が前記実施の形態１のものとは相違する。

図６を参照して、本実施の形態３における定着装置２０は、定着部材としての定着ローラ１２１、第１加熱手段としての誘電加熱部７０（励磁コイル）、加圧部材としての加圧ベルト１３１、第２加熱手段としての密閉容器１２２、温度センサ４０、圧縮機５０、等で構成される。

ここで、本実施の形態３における定着装置２０は、第１加熱手段として、赤外線ヒータ２３の代わりに、誘導加熱部７０（励磁コイル）が設置されている。そして、本実施の形態３における定着部材（定着ローラ１２１）は、ヒータ２３の輻射熱によって加熱される前記実施の形態１の定着部材（定着フィルム２１）とは異なり、誘導加熱部７０による電磁誘導によって加熱される。ただし、本実施の形態３における誘導加熱部７０（第１加熱手段）も、前記実施の形態１の赤外線ヒータ２３と同様に、電気エネルギを利用して定着部材を加熱するものである点では共通する。

誘導加熱部７０は、励磁コイル、コア、コイルガイド、等で構成される。励磁コイルは、定着ベルト１２１の一部を覆うように、細線を束ねたリッツ線を幅方向（図６の紙面垂直方向である。）に延設したものである。コイルガイドは、耐熱性の高い樹脂材料等からなり、励磁コイルやコアを保持する。コアは、フェライト等の強磁性体（比透磁率が１０００〜３０００程度である。）からなる半円筒状部材であって、定着ローラ１２１の金属層に向けて効率のよい磁束を形成するためにセンターコアやサイドコアが設けられている。コアは、幅方向に延設された励磁コイルに対向するように設置されている。

ここで、本実施の形態３における定着装置２０は、第２加熱手段としての密閉容器１２２が、加圧ベルト１３１を介して定着ローラ１２１に圧接してニップ部を形成するように構成されている。そして、圧縮機５０によって、定着ローラ１２１の内部に形成された空間から空気が吸引管を介して吸引されて、その空気が圧縮機５０内で断熱圧縮され、その直後に配管を介して吸入口から密閉容器１２２内に封入される。そして、このように断熱圧縮されて高温に達した空気の熱が、密閉容器１２２の壁部を介して加圧ベルト１３１に伝熱されることで、加圧ベルト１３１が加熱されることになる。そして、このように加圧された加圧ベルト１３１によって、定着ローラ１２１の加熱効率が向上することになる。

このように構成された定着装置２０は、次のように動作する。
定着ローラ１２１が図６中の矢印方向に回転駆動されると、定着ローラ１２１は誘導加熱部７０との対向位置で加熱される。詳しくは、励磁コイルに高周波の交番電流を流すことで、定着ローラ１２１の周囲に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このとき、定着ローラ１２１の金属層の表面に渦電流が生じて、金属層自身の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、定着ローラ１２１の金属層が電磁誘導加熱される。他方、加圧ベルト１３１も、定着ローラ１２１との摩擦抵抗によって従動回転しながら、内接する密閉容器１２２（第２加熱手段）によって加熱される。

以上説明したように、本実施の形態３においては、電気エネルギを利用して定着部材を加熱する誘導加熱部７０（第１加熱手段）と、圧縮機５０によって気体を圧縮したときに生じる圧縮熱を利用して加圧ベルト１３１（加圧部材）を加熱する密閉容器１２２（第２加熱手段）と、設置して、加熱手段をハイブリッド化している。これにより、定着装置２０が大型化・高コスト化されることなく、定着ローラ１２１の精度の高い温度制御をおこなうことができて、さらに省エネルギ化を達成することができる。

なお、本実施の形態３では、定着部材１２１を電磁誘導加熱により加熱したが、定着部材１２１を抵抗発熱体の熱によって加熱することもできる。具体的に、
定着部材１２１の内周面の一部又は全部に抵抗発熱体を当接させる。抵抗発熱体は、セラミックヒータ等の面状発熱体であって、その両端部に電源部が接続されている。そして、抵抗発熱体に電流が流されると、抵抗発熱体自身の電気抵抗によって抵抗発熱体が昇温して、当接する定着部材１２１を加熱する。
このような場合にも、本実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図７にて、この発明の実施の形態４について詳細に説明する。
図７は、実施の形態４における定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態１における図２に相当する図である。本実施の形態４における定着装置は、定着部材として定着ベルト２２１が用いられている点と、第２加熱手段の構成と、が前記実施の形態１のものとは相違する。

図７を参照して、本実施の形態４における定着装置２０は、定着部材としての定着ベルト２２１、第１加熱手段としての赤外線ヒータ２３、加圧部材としての加圧ローラ３１、第２加熱手段としての密閉容器２２２Ａ〜２２２Ｃ、温度センサ４０、圧縮機５０、等で構成される。

ここで、定着ベルト２２１は、赤外線ヒータ２３が内設された加熱ローラ２２５と、密閉容器が内設された２つのローラ部材２２２Ａ、２２２Ｂと、によって張架・支持されている。また、ローラ部材としての加圧ローラ３１には、密閉容器２２２Ｃが内設されている。
そして、圧縮機５０によって、加熱ローラ２２５の内部に形成された空間から空気が吸引管を介して吸引されて、その空気が圧縮機５０内で断熱圧縮され、その直後に３つのローラ部材に内設された密閉容器２２２Ａ〜２２２Ｃ内にそれぞれ封入される。そして、このように断熱圧縮されて高温に達した空気の熱が、密閉容器２２２Ａ〜２２２Ｃの壁部を介して定着ベルト２２１や加圧ローラ３１に伝熱されることで、定着ベルト２２１や加圧ローラ３１が加熱されることになる。

このように構成された定着装置２０は、次のように動作する。
駆動ローラとしての１つのローラ部材２２２Ａが図７中の矢印方向に回転駆動されると、定着ベルト２２１や加圧ローラ３１もそれに従動して回転する。そして、定着ベルト２２１は、赤外線ヒータ２２５（第１加熱手段）によって加熱された加熱ローラ２２５によって加熱されるとともに、密閉容器（第２加熱手段）を内設した２つのローラ部材２２２Ａ、２２２Ｂによって加熱される。他方、加圧ローラ３１も、内接する密閉容器２２２Ｃ（第２加熱手段）によって加熱される。

以上説明したように、本実施の形態４においては、電気エネルギを利用して定着部材を加熱する赤外線ヒータ２３（第１加熱手段）と、圧縮機５０によって気体を圧縮したときに生じる圧縮熱を利用して定着ベルト２２１（定着部材）や加圧ローラ３１（加圧部材）を加熱する密閉容器２２２Ａ〜２２２Ｃ（第２加熱手段）と、設置して、加熱手段をハイブリッド化している。これにより、定着装置２０が大型化・高コスト化されることなく、定着ベルト２２１の精度の高い温度制御をおこなうことができて、さらに省エネルギ化を達成することができる。

なお、本実施の形態４において、加圧部材として、加圧ローラ３１の代わりに、複数のローラ部材に張架された加圧ベルトを用いることもできる。そして、その場合に、加圧ベルトを張架するローラ部材に、第２加熱手段としての密閉容器を内設することができる。
また、本実施の形態４において、定着部材として、定着ベルト２２１の代わりに、ローラ部材としての定着ローラを用いることもできる。そして、その場合に、定着ローラに、第２加熱手段としての密閉容器を内設することができる。
そして、これらの場合にも、本実施の形態４と同様の効果を得ることができる。

なお、前記各実施の形態では、モノクロの画像形成装置１に設置される定着装置２０に対して本発明を適用したが、カラーの画像形成装置に設置される定着装置に対しても当然に本発明を適用することができる。

なお、本発明が前記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

１ 画像形成装置本体（装置本体）、
２０ 定着装置、
２１ 定着フィルム（定着部材）、
２２、１２２、２２２Ａ〜２２２Ｃ 密閉容器、
２２ａ 吸入口、 ２２ｂ 排出口、 ２２ｃ 第２の排出口、
２３ 赤外線ヒータ（第１加熱手段）、
３１ 加圧ローラ（加圧部材）、
４０ 温度センサ、
５０ 圧縮機、
５５ 制御弁、
７０ 誘導加熱部（第１加熱手段）、
１２１ 定着ローラ（定着部材）、
１３１ 加圧ベルト（加圧部材）、
２２１ 定着ベルト（定着部材）、 Ｐ 記録媒体。

特開２００５−２５８００３号公報

Claims (11)

1. トナー像を加熱・溶融して記録媒体上に定着する定着部材と、
   前記定着部材に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧部材と、
   電気エネルギを利用して前記定着部材を加熱する第１加熱手段と、
   圧縮機によって気体を圧縮したときに生じる圧縮熱を利用して前記定着部材又は／及び前記加圧部材を加熱する第２加熱手段と、
   を備えたことを特徴とする定着装置。
2. 前記定着部材は、所定方向に回転する無端状の定着ベルト又は定着フィルムであって、
   前記第２加熱手段は、前記定着ベルト又は前記定着フィルムを介して前記加圧部材に圧接して前記ニップ部を形成するとともに、前記圧縮機によって断熱圧縮された気体が流入される吸入口と当該気体を排出する排出口とが形成された密閉容器であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加圧部材は、所定方向に回転する無端状の加圧ベルトであって、
   前記第２加熱手段は、前記加圧ベルトを介して前記定着部材に圧接して前記ニップ部を形成するとともに、前記圧縮機によって断熱圧縮された気体が流入される吸入口と当該気体を排出する排出口とが形成された密閉容器であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記定着部材は、ローラ部材としての定着ローラと、複数のローラ部材に張架された定着ベルトと、のうちいずれかであって、
   前記加圧部材は、ローラ部材としての加圧ローラと、複数のローラ部材に張架された加圧ベルトと、のうちいずれかであって、
   前記第２加熱手段は、複数の前記ローラ部材のうち少なくとも１つのローラ部材に内設されるとともに、前記圧縮機によって断熱圧縮された気体が流入される吸入口と当該気体を排出する排出口とが形成された密閉容器であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
5. 前記密閉容器は、前記定着部材又は／及び前記加圧部材に接触する壁部が熱伝導率の高い材料で形成されたことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記密閉容器は、前記排出口から排出する気体の量を制御する制御弁を具備したことを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記密閉容器は、前記吸入口の口径に比べて前記排出口の口径が小さくなるように形成されたことを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記密閉容器は、その内部に流入された気体を前記ニップ部の位置に向けて排出するための第２の排出口が複数形成されたことを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれかに記載の定着装置。
9. 前記圧縮機は、前記定着部材の内部に形成された空間から空気を吸引することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の定着装置。
10. 前記第１加熱手段は、ヒータ、励磁コイル、抵抗発熱体のいずれかであることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の定着装置。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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