(57)【要約】【課題】定着ベルトへのトナー付着を低減し、定着ベルトのトナー汚れを軽減するとともに、記録媒体へのトナー定着のための効率を向上させることを目的とする。【解決手段】トナー像を記録媒体２９に熱および加圧によって定着させる定着ローラ２０および該定着ローラに圧接するように設けられる加圧ローラ２１を備えた加熱加圧型の定着装置であって、定着ローラ２０と長手方向において相対し、所定の長さの複数個の圧電素子チューブ３２を連結して一体化した円筒状の加熱部材３１と、定着ローラ２０および加熱部材３１の外周面に接触して装着される無端状の定着ベルト４４と、を備え、圧電素子チューブ３２の振動と加熱によって、記録媒体へのトナー定着のための効率の向上と定着ベルト４４へのトナー付着の低減を図る。【選択図】図３
2010204133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を記録媒体に熱および加圧によって定着させる定着ローラおよび該定着ローラに圧接するように設けられる加圧ローラを備えた加熱加圧型の定着装置であって、
前記定着ローラと長手方向において相対し、所定の長さの複数個の圧電素子チューブを連結して一体化した円筒状の加熱部材と、
前記定着ローラおよび前記加熱部材の外周面に接触して装着される無端状の定着ベルトと、を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加熱部材は、前記定着ローラと前記加圧ローラの圧接部の下流側に位置することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記加熱部材の径は、略２０ｍｍとすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記加熱部材は、該加熱部材自身を貫通する軸と、該軸の両端部を支持する軸受部材と、を備え、前記軸を中心に回転自在な構造であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記軸は、連結した前記圧電素子チューブの内周面の電極と電気的に接続し、該圧電素子チューブの駆動電圧供給端子の一端子を形成し、前記軸受部材は、前記軸と電気的に絶縁する絶縁部材であることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記圧電素子チューブを駆動する正弦波状の駆動電圧を供給する駆動電源を備え、該駆動電圧の周波数は、前記定着ベルトの固有振動周波数と略同一の周波数であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記駆動電圧は、さらに、前記記録媒体上のトナーが振動、発熱する固有振動周波数と略同一の周波数を有する小振幅電圧を重畳させたものであることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】
黒単色印刷時とカラー印刷時とで、前記駆動電圧の値を変えるように前記駆動電源を制御する駆動電圧供給制御部を備えたことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の定着装置。
【請求項９】
前記供給制御部は、前記記録媒体が前記定着ローラを通過後は、前記圧電素子チューブの駆動を停止することを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記駆動電圧供給制御部は、前記記録媒体が前記定着ローラを通過後、少なくとも前記定着ベルトが１回転している時間は、該定着ベルトを振動させていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の定着装置。
【請求項１１】
前記駆動電圧供給制御部は、前記定着ローラの長さ方向の幅より小さいサイズの記録媒体が該定着ローラを通過する場合に、前記複数個の圧電素子チューブのうち、該記録媒体と相対しない少なくとも一つの圧電素子チューブの駆動を停止することを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１２】
感光体と、該感光体を帯電させる帯電装置と、帯電状態にある該感光体に信号光を露光して静電潜像を形成する露光装置と、感光体表面の静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、前記感光体上のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、該記録媒体上のトナー像を記録媒体に定着させる定着装置と、を含む電子写真方式の画像形成装置において、請求項１〜請求項１１のいずれか１項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置およびこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、帯電状態にある感光体表面に、画像情報に基づく信号光を露光して静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成し、このトナー像を記録媒体に転写して定着させることによって、画像が形成される。
【０００３】
従来の加熱加圧型定着装置は、定着ローラ（定着加熱ローラ）、定着ローラに圧接する加圧ローラ等から構成され、定着ローラと加圧ローラとの圧接部に記録媒体を導入し、加熱加圧することによりトナー像を記録媒体に定着する。この時、定着ローラの表面に記録媒体が巻き付き、定着ローラが動作不良を起こすことがあるため、これを防止する目的で、定着ローラの表面に軽く接触するように用紙剥離爪が設けられている。
【０００４】
印字速度の高速化に対応するために、加熱加圧型定着装置としては、熱量を増やす、もしくは加圧を増やして記録媒体への圧接部の定着ローラ接触幅（以下、ニップと言う）を増やす方法が取られるが、熱量を増やすことは、近年のエネルギー削減に対して逆行し、また、熱量を増やすと排出された記録媒体が熱く、人の手で触れられないと言う問題を生じ、この為、冷却ファンなどで冷やす方法を取ることも要求される。
【０００５】
また、熱量を増し、ニップを増やすことは、益々、記録媒体上のトナーが定着ローラに転写される（以下、定着オフセットと言う）トナーの量が増える要因となる。最近のカラー印刷においては、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、黒）のトナーが記録媒体上に積層されるため、モノ黒トナー１色のトナー積層厚が約１０μｍに対して、カラー色３色での黒は、約３０μｍ厚(空気を含むトナー積層厚)になり、粒径６μｍのトナーを定着ローラ表面の熱で定着するには、熱を上げると共に圧力を高めて、断熱の高い空気を抜いて、定着ローラへの接触距離を小さくし、この積層トナーを記録媒体に定着させる必要がある。すなわち、特にカラー印刷においては定着オフセットが発生しやすく、トナーへのＷＡＸ添加や、定着ローラへのフッ素系チューブへの対応で、オフセットの発生領域を下げているのが、実状である。又、定着前のトナーは、空気も含んだ量であることから、黒一色に比べてカラー印刷にはさらに大きな熱量と圧力が必要である。
【０００６】
加えて、記録媒体（記録紙）は、繊維の粗いものやコート紙のように表面の良いものまで種々あるが、上述のごとく記録紙へのトナー定着は、繊維の粗いものは密度が粗い分だけ余計に熱量と加圧を必要とする。
【０００７】
そこで、上記のような問題点を解決するために、近年、円筒状の無端状の定着ベルトを介して、補助ヒータにより記録媒体上のトナーを加熱する図８に示すような定着装置が提案されている。
ここで、図８は、トナー像を記録媒体に定着する定着させる従来の加熱加圧型の定着装置の構成図である。
この定着ベルトの定着装置１０は、定着、加圧ローラ２０、２１と、定着ベルト２４と、定着ベルト２４を加熱するとともに、定着ベルト２４に張力を与えるテンションローラ２３と、を備えて構成され、この定着ベルト２４および定着、加圧ローラ２０、２１を圧接させ、この間にトナー画像が形成された記録媒体２９を通過させて定着ベルト２４および定着ローラ２０の熱により、トナー３０を記録媒体２９に融着して定着させるものである。この定着装置１０では、テンションローラ２３内に、熱容量が小さく、薄い円筒状の定着ベルト２４を加熱するための補助ヒータランプ２５を追加することで、定着ベルト表面が短時間で所定の温度に達し、電源投入後の待ち時間を削減することができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１２３１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記従来技術では、定着ベルト２４に当接する種々のローラ（図示していない）から熱が奪われやすいため、熱が奪われないような防止策を施し、定着装置の立ち上がり時間を効果的に短縮することができるようにしたものの、連続印刷する場合は、特に記録媒体２９に熱が奪われるため、この無端状の定着ベルト２４に連続して熱を供給する必要があり、ヒータランプ２５を継続して点灯させることから、大幅に消費電力を低減することができないという問題点がある。
【００１０】
そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、無端状の定着ベルトへのトナー付着を低減し、定着ベルトのトナー汚れを軽減するとともに、定着ローラのヒータランプの消費電力を下げて、記録媒体へのトナー定着のための効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記のような問題点を解決するために、本発明に係る定着装置およびこれを用いた画像形成装置は、以下のような構成とし、特徴を有する。
【００１２】
本発明の定着装置は、トナー像を記録媒体に熱および加圧によって定着させる定着ローラおよび該定着ローラに圧接するように設けられる加圧ローラを備えた加熱加圧型の定着装置であって、前記定着ローラと長手方向において相対し、所定の長さの複数個の圧電素子チューブを連結して一体化した円筒状の加熱部材と、前記定着ローラおよび前記加熱部材の外周面に接触して装着される無端状の定着ベルトと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の定着装置において、加熱部材は、定着ローラと加圧ローラの圧接部の下流側にあることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の定着装置において、前記加熱部材の径は、略２０ｍｍとすることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の定着装置において、前記加熱部材は、該加熱部材自身を貫通する軸と、該軸の両端部を支持する軸受部材と、を備え、前記軸を中心に回転自在な構造であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の定着装置において、前記軸は、連結した前記圧電素子チューブの内周面の電極と電気的に接続し、該圧電素子チューブの駆動電圧供給端子の一端子を形成し、前記軸受部材は、前記軸と電気的に絶縁する絶縁部材であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の定着装置において、前記圧電素子チューブを駆動する正弦波状の駆動電圧を供給する駆動電源を備え、該駆動電圧の周波数は、前記定着ベルトの固有振動周波数と略同一の周波数であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の定着装置において、前記駆動電圧は、さらに、前記記録媒体上のトナーが振動、発熱する固有振動周波数と略同一の周波数を有する小振幅電圧を重畳させたものであることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の定着装置は、黒単色印刷時とカラー印刷時とで、前記駆動電圧の値を変えるように前記駆動電源を制御する駆動電圧供給制御部を備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の定着装置において、前記駆動電圧供給制御部は、前記記録媒体が前記定着ローラを通過後は、前記圧電素子チューブの駆動を停止することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の定着装置において、前記駆動電圧供給制御部は、前記記録媒体が前記定着ローラを通過後、少なくとも前記定着ベルトが１回転している時間は、該定着ベルトを振動させていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の定着装置において、前記駆動電圧供給制御部は、前記定着ローラの長さ方向の幅より小さいサイズの記録媒体が該定着ローラを通過する場合に、前記複数個の圧電素子チューブのうち、該記録媒体と相対しない少なくとも一つの圧電素子チューブの駆動を停止することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の画像形成装置は、感光体と、該感光体を帯電させる帯電装置と、帯電状態にある該感光体に信号光を露光して静電潜像を形成する露光装置と、感光体表面の静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、前記感光体上のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、該記録媒体上のトナー像を記録媒体に定着させる定着装置と、を含む電子写真方式の画像形成装置において、上記記載のいずれか１つの定着装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の定着装置およびこれを用いた画像形成装置によれば、以下に示す優れた効果を奏し得る。
【００２５】
本発明の定着装置によれば、定着ローラと加圧ローラの圧接部の下流側に配置した複数の圧電素子チューブからなる加熱部材と前記定着ローラの外周面に装着する無端状の熱容量の小さい定着ベルトを振動、加熱させることによって、電源投入後の待ち時間を削減し、記録媒体へのトナーの定着を促進するとともに、更にトナーを振動させる摩擦熱で、トナーの記録媒体への染み込みを大きくすることにより、定着ローラの熱量を抑え、消費電力を低減することが可能である。
【００２６】
また、本発明の定着装置によれば、加熱部材の径を２０ｍｍ程度にすることで、加熱部材を記録媒体が徐々に定着ベルトから離接するような位置に配置でき、記録媒体の吸着、巻き上がりが抑えられ、用紙剥離爪を不要にすることができる。
【００２７】
また、本発明の定着装置によれば、加熱部材を回転自在とし、定着ベルトの回転に追従することで、定着ベルトのテンションローラとしての役割を果たすことができる。
【００２８】
また、本発明の定着装置によれば、黒単色印刷とカラー印刷に応じて、駆動電圧を変えることで、トナー定着性を維持することが可能である。
【００２９】
また、本発明の定着装置によれば、記録媒体が定着ローラを通過してから、定着ベルトを少なくとも１回転する時間、継続振動させることで、定着ベルトへのトナー付着や埃の付着を防止することができる。
【００３０】
また、本発明の定着装置によれば、定着ローラの長さ方向の幅より小さいサイズの記録媒体を印刷した場合には、該記録媒体と相対しない圧電素子チューブの駆動を停止することで、これより大きいサイズの記録媒体を印刷する際のトナーの溶けすぎによる「てかり」を防止することができる。
【００３１】
また、本発明の画像形成装置によれば、定着ローラの熱量を抑えることで、総消費電力を低減することができ、定着ベルトの汚れが少ないことから、定着ベルトの維持に掛かるコストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の簡単な構成を示す構成図である。
【図２】本実施形態に係る定着装置の基本構成を示す構成図である。
【図３】１０個の圧電素子チューブを連結した加熱部材の基本構成例を示す斜視図である。
【図４】圧電素子チューブを電気的に接続した例を示す接続回路図である。
【図５】圧電素子チューブを駆動する駆動電圧の波形例を示す図である。
【図６】本実施形態に係る定着装置の制御部のブロック図である。
【図７】圧接部における定着ベルト、記録媒体および定着ローラの位置関係を示す図２の点線の円Ａで示された領域部分の拡大図である。
【図８】従来の定着装置の概略の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１〜図７は、本発明の一実施形態に係る定着装置およびこれを用いた画像形成装置の一例を示す図であり、本実施形態では、本発明の画像形成装置をカラー複合機に適用した場合について説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３４】
図１は、本実施形態に係る画像形成装置（カラー複合機）の簡単な構成を示す構成図である。
【００３５】
図１に示す画像形成装置１００は、読み取った原稿の画像データやネットワーク等を介して送信された画像データに基づいて記録紙に対して多色又は単色の画像を形成する。このため、画像形成装置１００は、露光ユニットＥ、感光体ドラム（像担持体に相当する。）１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）、現像装置１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）、帯電ローラ１０３（１０３ａ〜１０３ｄ）、クリーニングユニット１０４（１０４ａ〜１０４ｄ）、中間転写ベルト１１、一次転写ローラ１３（１３ａ〜１３ｄ）、二次転写ローラ１４、定着装置１５、用紙搬送路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、給紙カセット１６、手差し給紙トレイ１７および排紙トレイ１８等を備えている。
【００３６】
画像形成装置１００は、ブラック（Ｋ）およびカラー画像を色分解して得られる減法混色の３原色であるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色の各色相に対応した画像データを用いて画像形成部ｐａ〜ｐｄにおいて画像形成を行う。画像形成部ｐａ〜ｐｄは、実質的に同一の構成であり、例えばブラックの画像形成部ｐａは、感光体ドラム１０１ａ、現像装置１０２ａ、帯電ローラ１０３ａ、一次転写ローラ１３ａおよびクリーニングユニット１０４ａ等から構成される。この画像形成部ｐａ〜ｐｄは、中間転写ベルト１１の移動方向（副走査方向）に一列に配列されている。
【００３７】
帯電ローラ１０３は、感光体ドラム１０１の表面を所定の電位に均一に帯電させる接触方式の帯電器である。帯電ローラ１０３に代えて、帯電ブラシを用いた接触方式の帯電器、又は、帯電ワイヤを用いた非接触方式の帯電器を用いることもできる。露光装置である露光ユニットＥは、図示しない半導体レーザ、ポリゴンミラー４および第１反射ミラー７および第２反射ミラー８等を備えており、ブラック、シアン、マゼンタおよびイエローの各色相の画像データによって変調されたレーザビーム等の光ビームのそれぞれを感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに照射する。感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれには、ブラック、シアン、マゼンタおよびイエローの各色相の画像データによる静電潜像が形成される。
【００３８】
現像装置１０２は、静電潜像が形成された感光体ドラム１０１の表面にトナーを供給し、静電潜像をトナー像に現像する。現像装置１０２ａ〜１０２ｄのそれぞれは、ブラック、シアン、マゼンタおよびイエローの各色相のトナーを収納しており、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに形成された各色相の静電潜像をブラック、シアン、マゼンタおよびイエローの各色相のトナー像に顕像化する。クリーニングユニット１０４は、現像・画像転写後における感光体ドラム１０１上の表面に残留したトナーを除去・回収する。
【００３９】
感光体ドラム１０１の上方に配置されている中間転写ベルト１１は、駆動ローラ１１ａと従動ローラ１１ｂとの間に張架されてループ状の移動経路を形成している。中間転写ベルト１１の外周面は、感光体ドラム１０１ｄ、感光体ドラム１０１ｃ、感光体ドラム１０１ｂおよび感光体ドラム１０１ａにこの順に対向する。この中間転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに対向する位置に、一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄが配置されている。感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに対向する一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄのそれぞれの位置が一次転写位置である。また、中間転写ベルト１１は、厚さ１００〜１５０μｍ程度のフィルムで形成されている。
【００４０】
一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄには、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト１１上に転写するために、トナーの帯電極性と逆極性の一次転写バイアスが定電圧制御により印加される。これによって、感光体ドラム１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）に形成された各色相のトナー像は中間転写ベルト１１の外周面に順次重ねて転写され、中間転写ベルト１１の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。
【００４１】
但し、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの色相の一部のみの画像データが入力された場合には、４つの感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのうち、入力された画像データの色相に対応する一部の感光体１０１のみにおいて静電潜像およびトナー像の形成が行われる。例えば、モノクロ画像形成時には、ブラックの色相に対応した感光体ドラム１０１ａのみにおいて静電潜像の形成およびトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト１１の外周面にはブラックのトナー像のみが転写される。
【００４２】
各一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄは、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）を素材とする軸の表面を導電性の弾性材（例えばＥＰＤＭ，発泡ウレタン等）により被覆して構成されており、導電性の弾性材によって中間転写ベルト１１に均一に高電圧を印加する。
【００４３】
各一次転写位置において中間転写ベルト１１の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト１１の回転によって、二次転写ローラ１４との対向位置である二次転写位置に搬送される。二次転写ローラ１４は、画像形成時において、中間転写ベルト１１の内周面が駆動ローラ１１ａの周面に接触する時の中間転写ベルト１１の外周面に所定のニップ圧で圧接されている。給紙カセット１６又は手差し給紙トレイ１７から給紙された記録紙が二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間を通過する際に、二次転写ローラ１４にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が印加される。これによって、中間転写ベルト１１の外周面から記録紙の表面にトナー像が転写される。
【００４４】
なお、感光体ドラム１０１から中間転写ベルト１１に付着したトナーのうち記録紙上に転写されずに中間転写ベルト１１上に残存したトナーは、次工程での混色を防止するために、クリーニングユニット１２によって回収される。
【００４５】
トナー像が転写された記録紙は、定着装置１５に導かれ、加熱ローラ１５ａと加圧ローラ１５ｂとの間を通過して加熱および加圧を受ける。これによって、この未定着のトナー像は、記録紙の表面に堅牢に定着される。トナー像が定着した記録紙は、排紙ローラ１８ａによって排紙トレイ１８上に排出される。なお、この未定着のトナー像は、例えば、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナーおよびキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）等の現像剤（トナー）によって形成される。
【００４６】
また、画像形成装置１００には、用紙カセット１６に収納されている記録紙を二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間および定着装置１５を経由して排紙トレイ１８に送るための略垂直方向の用紙搬送路Ｐ１が設けられている。用紙搬送路Ｐ１には、用紙カセット１６内の記録紙を一枚ずつ用紙搬送路Ｐ１内に繰り出すピックアップローラ１６ａ、繰り出された記録紙を上方に向けて搬送する搬送ローラｒ、搬送されてきた記録紙を所定のタイミングで２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導くレジストローラ１９、および、記録紙を排紙トレイ１８に排出する排紙ローラ１８ａが配置されている。
【００４７】
また、画像形成装置１００の内部には、手差し給紙トレイ１７からレジストローラ１９に至る間に、ピックアップローラ１７ａおよび搬送ローラｒを配置した用紙搬送路Ｐ２が形成されている。さらに、排紙ローラ１８ａから用紙搬送路Ｐ１におけるレジストローラ１９の上流側に至る間には、用紙搬送路Ｐ３が形成されている。
【００４８】
排紙ローラ１８ａは、正逆両方向に回転自在にされており、記録紙の片面に画像を形成する片面画像形成時、および、記録紙の両面に画像を形成する両面画像形成における第２面画像形成時に正転方向に駆動されて記録紙を排紙トレイ１８に排出する。一方、両面画像形成における第１面画像形成時には、排出ローラ１８ａは、記録紙の後端が定着装置１５を通過するまで正転方向に駆動された後、記録紙の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて記録紙を用紙搬送路Ｐ３内に導く。これによって、両面画像形成時に片面のみに画像が形成された記録紙は、表裏面および前後端を反転した状態で用紙搬送路Ｐ１に導かれる。
【００４９】
レジストローラ１９は、用紙カセット１６若しくは手差し給紙トレイ１７から給紙され、又は、用紙搬送路Ｐ３を経由して搬送された記録紙を、中間転写ベルト１１の回転に同期したタイミングで２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導く。このため、レジストローラ１９は、感光体ドラム１０１や中間転写ベルト１１の動作開始時には回転を停止しており、中間転写ベルト１１の回転に先立って給紙又は搬送された記録紙は、前端をレジストローラ１９に当接させた状態で用紙搬送路Ｐ１内における移動を停止する。この後、レジストローラ１９は、２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１とが圧接する位置で、記録紙の前端部と中間転写ベルト１１上に形成されたトナー像の前端部とが対向するタイミングで回転を開始する。
【００５０】
なお、画像形成部ｐａ〜ｐｄの全てにおいて画像形成が行われるフルカラー画像形成時には、一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄを中間転写ベルト１１に感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの全てに圧接させる。一方、画像形成部ｐａのみにおいて画像形成が行われるモノクロ画像形成時には、一次転写ローラ１３ａのみを中間転写ベルト１１に感光体ドラム１０１ａに圧接させる。
【００５１】
次に、本発明の定着装置１５の構成および概略動作について図２を用いて説明する。
【００５２】
図２は、本発明に係る定着装置の基本構成を示す構成図である。
【００５３】
本実施形態の定着装置１５は、内部にヒータランプ２２を備えた定着ローラ２０と、前記定着ローラ２０および加熱部材３１（後記する）の外周に挿入された無端状のベルトである定着ベルト４４と、該定着ベルト４４を懸架し振動および加熱する加熱部材３１と、加圧ローラ２１と、前記定着ベルト４４および加圧ローラ２１等の各々の温度を検出する温度検出器（サーミスタ）２７と、を備えて構成され、記録媒体２９の表面に形成された未定着のトナー像を、熱および圧力により定着する。なお、加熱部材３１は、定着ローラ２０と加圧ローラ２１の圧接部２８の下流側に配置する。
【００５４】
定着ローラ２０および加圧ローラ２１は、所定の荷重（例えば、本実施形態では２１６Ｎ）で互いに圧接されて、両ローラ間に圧接部（定着ローラと加圧ローラとが互いに当接する部分）２８を形成している。この圧接部２８に未定着トナー像が形成された記録媒体２９を給紙し、通過させることで、記録媒体２９にトナー像が定着される。
【００５５】
また、定着ローラ２０は、定着ベルト４４を介して、加圧ローラ２１に圧接することで圧接部２８を形成すると同時に、回転駆動することにより定着ベルト４４を搬送する。例えば、定着ローラ２０は、直径が５０ｍｍで、その内側から芯金、弾性層が形成された２層構造からなり、芯金には、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。芯金内部にはヒータランプ２２が設けられている。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適している。
【００５６】
加圧ローラ２１は、その内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなっている。芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料、または離型層にＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂が適している。
【００５７】
ヒータランプ２２は、図示していない制御回路により制御された電源回路（図示せず）から電力が供給（通電）されて点灯し、赤外線を放射する。これにより、定着ローラ２０の内周面が赤外線を吸収して、定着ローラ全体が加熱され定着ベルト４４に熱を伝達する。さらに、上述したように加熱部材３１によって加熱された定着ベルト４４は、圧接部２８を通過する定着途上のトナー像を定着補助する。
【００５８】
定着ベルト４４は、例えば直径５０ｍｍで加熱部材３１と定着ローラ２０によって懸架され、定着ローラ２０に所定の角度で巻きかかっており、定着ローラ２０の回転時には、定着ローラ２０に従動して回転するようになっている。定着ベルト４４は、ポリイミド等の耐熱性樹脂あるいはステンレスやニッケル等の金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に弾性層として耐熱性および弾性に優れたエラストマー材料（例えばシリコンゴム）が形成され、更にその表面に離型層として耐熱性および離型性に優れた合成樹脂材料（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂）が形成された３層構造となっている。また、基材のポリイミドにフッ素樹脂を内添しても良い。こうすることで、加熱部材３１との摺動負荷を更に低減することができる。
【００５９】
加熱部材３１は、定着ローラ２０と加圧ローラ２１の圧接部２８の下流側に配置し、接線方向より５度ないし１０度の範囲で定着ベルト４４を上方向に記録媒体２９から離す方向に配置する。こうすることで、記録媒体２９が、徐々に定着ベルト４４から離接するため、記録媒体２９の吸着、巻き上がりが抑えられ、図８で示す従来の用紙剥離爪２６は、不要となる。また、この用紙剥離爪２６は、定着ベルト４４と接触する必要があるため、定着ベルト４４の損傷や用紙剥離爪２６自体の損傷の原因となり、定着装置の寿命の妨げとなる。よって、加熱部材３１の位置は、図２に示すような位置が望ましい。
【００６０】
また、加熱部材３１の径は、定着ローラ径に対して、１／２以下、理想としては２０ｍｍ程度の外形が望ましい。一般に、径がΦ５０ｍｍの定着ローラでは、加熱部材３１の径としては、Φ２５ｍｍ以下、通常、定着ローラ２０は中速機以上となるとΦ４０ｍｍ以上あるので、Φ２０ｍｍ程度が望ましい。
【００６１】
また、加熱部材３１は、複数個の円筒形状の圧電素子チューブ３２を連結したもので（図３参照）、所定の周波数を有する駆動電圧を給電すると、円筒の半径方向に振動し、部材全体に熱が発生する。定着ベルト４４を介してこの振動および熱を記録媒体２９に加えることにより、トナーの定着を補助し、さらに、補助ヒータランプ２５の削除や定着ローラ２０のヒータランプ２２の温度を下げて、定着装置全体の消費電力を軽減することができる（詳細は後述する。）。従って、定着装置１５は、ヒータランプ２２および補助ヒータランプ２５を備えた従来方式の定着装置１０（図８参照）に比べて熱応答速度も向上し、更なるウオームアップ時間の短縮や省エネが達成できる構成となっている。
【００６２】
続いて、加熱部材３１の具体的な構成とその動作について、図３に基づいて説明する。
【００６３】
図３は、１０個の圧電素子チューブを連結した加熱部材の構成例を示す斜視図である。
【００６４】
図３に示すように、加熱部材３１は、圧電素子チューブ３２、フランジ３３、軸３４、軸受部材３５、端子３６ａ〜３６ｃ、スリーブ３７と、を含んで構成されている。
【００６５】
圧電素子チューブ３２は、一般的にチューブタイプピエゾとも呼ばれ、中央から外周へ広がる振動タイプと横軸への伸縮運動のタイプがあるが、本圧電素子チューブ３２は、中央から外周へ広がる振動タイプである。振動変位量は、５Ｖから１５０Ｖまでの入力駆動電圧に対して、ほぼリニアに比例（電圧を上げていくと変位量が大きくなる。）する。本実施形態では、一個当たりの圧電素子チューブ３２の駆動電圧を、黒単色印刷時１０Ｖとカラー印刷時２０Ｖと、切り替えて使用する。もともと黒トナーのみの場合の記録媒体へのトナー厚みは、１０μｍ程度と小さく、定着エネルギーは小さくて済むが、カラーの場合は一般的にイエロー、マゼンタ、シアン、黒の４色が重なっており、４０μｍと厚みがある分、定着のエネルギーが必要であり、振動幅を大きく、又発熱を大きくする必要があるためである。
【００６６】
一般に、圧電素子は、駆動電圧を上げると振動の振幅が大きくなり、記録媒体への振動による押圧も大きくなることから、カラー印刷の場合は、駆動電圧を１０Ｖから２０Ｖに上げることで、トナー定着性を維持し、定着性を向上させる。
【００６７】
また、圧電素子チューブは、長さ方向の最小外形寸法として１２ｍｍ以上が製造可能であるが、一般に長さに限界があるため、定着ローラ２０の長さ（有効幅３００ｍｍ）にするには、複数個を連結させる必要がある。本実施形態の加熱部材３１は、３０ｍｍの圧電素子チューブ３０を１０個使用し、内部の軸３２によって両端のフランジ３３ではさみ、円筒状に一体化したものである。
【００６８】
軸３４の両端を軸受部材３５によって支持された加熱部材３１は、定着ベルト４４の回転に追従して回転する。よって、加熱部材３１は、定着ベルト４４のテンションローラとしての役割も果たしている。
【００６９】
図４は、圧電素子チューブ３０を電気的に接続した例を示す接続回路図である。
【００７０】
図４に示すように、連結した各圧電素子チューブ３０の内周面の電極および外周面の電極は、それぞれ各電極同士互いに凸凹部で電気的に接続されている。但し、圧電素子チューブ３０の中央６個と各両端２個ずつ（図３中Ａ部、Ｂ１部、Ｂ２部）のそれぞれの外周面の電極は、スリーブ３７で、絶縁され、別々の端子に接続される。Ａ部（圧電素子チューブ中央部）の電極については、フランジ３３の一部に固定されている端子３６ａに、Ｂ１，Ｂ２部（圧電素子チューブ両端部）の電極については、互いに接続され、フランジ３３の一部に固定されている端子３６ｂに接続される。一方、連結した各圧電素子チューブ３０の内周面の電極は、電気的に軸３４に固定されている端子３６ｃに接続される。
【００７１】
このフランジ３３の端面の電極は、駆動電源部４３（図６参照）から供給される駆動電圧を受ける電極端子（図示していない）と接触し、軸３４の一端面も、同様に電極端子（図示していない）と接触している。よって、軸３４等と絶縁する必要から、軸受部材３５は絶縁物で構成される。
【００７２】
上記接続により、中央６個の圧電素子チューブ３０のみの通電が可能で、小さいサイズの記録媒体２９を定着する場合には、中央６個の圧電素子チューブ３０のみ通電させ、通常サイズの記録媒体２９を定着する場合は、全ての圧電素子チューブ３０に通電させる。
【００７３】
すなわち、小さいサイズの記録媒体２９を通紙する場合、全ての圧電素子チューブ３０に通電したとすると、記録媒体２９の通過しない加熱部材３１の両端部が蓄熱し、圧接部２８に、熱の不均一を起し、部品の損傷等が生じる。小さいサイズの記録媒体の通紙後、大きなサイズの記録媒体を通紙させると、この両端部に異常な熱が、蓄熱しており、トナーが溶けすぎ、「てかり」を出すこととなる。よって、記録媒体が小さいサイズの場合、加熱部材３１の両端は、振動をオフし、熱および振動を発生させないように制御する。
【００７４】
圧電素子チューブ３０の駆動電圧は、記録媒体２９の表面を振動させるために、図５に示すように、周波数１ＫＨｚ（周期時間Ｔ０）の正弦波電圧に周波数４０ＫＨｚ（周期時間Ｔ１）の小振幅の正弦波電圧を重畳したものである。すなわち、圧電素子チューブ３０により定着ベルトを振動させる固有振動周波数は、定着ベルト４４の厚み、長さによるが、１ＫＨｚ前後であることから、駆動電圧の基本周波数を１ＫＨｚとし、さらに、定着ベルト４４に熱を発生させるために、４０ＫＨｚの周波数の正弦波電圧を重畳させる。また、周波数２０ＫＨｚから４０ＫＨｚの周辺範囲の周波数領域は、トナーの振動周波数領域でもある。この駆動電圧により、定着ベルト４４への振動と発熱並びにトナーへの振動発熱が発生する。
【００７５】
続いて、上記のように構成された加熱部材３１の圧電素子チューブ３０の駆動電圧の供給制御について、図６を用いて簡単に説明する。
【００７６】
図６は、本実施形態に係る定着装置の電気制御系のブロック図である。
【００７７】
定着装置１５の制御部（ＣＰＵ）３８は、駆動電圧給電制御部４０を制御し、加熱部材３１の圧電素子チューブ中央部４１（図３のＡ部）と圧電素子チューブ両端部４２（図３のＢ１，Ｂ２部）に駆動電源部４３からの圧電素子を駆動するための駆動電圧を供給するように制御する。小さいサイズの記録媒体を印刷する場合には、圧電素子チューブ中央部４１のみに駆動電圧が印加するように制御し、大きいサイズの記録媒体を印刷する場合には、圧電素子チューブ中央部４１および両端部４２に同時に駆動電圧を印加するように制御する。また、２種の駆動電圧の内、カラー印刷には、高駆動電圧を、白黒印刷の場合には、低駆動電圧を供給するように制御する。
【００７８】
また、制御部３８は、本装置全体の消費電力を算出する電力算出部３９からの情報取得、定着ローラ内のヒータ制御や異常等があった場合の外部への報知等の制御を行う。
【００７９】
上記のように構成され、制御される加熱部材３１の具体的な動作について、以下に説明する。
【００８０】
図７は、圧接部２８における定着ベルト４４、記録媒体２９および定着ローラ２０の位置関係を示す図２の点線の円Ａで示された領域部分の拡大図である。
【００８１】
図７に示すように、定着ベルト４４は、記録媒体２９が圧接部２８を通過するときには、記録媒体２９のトナー画像形成面と接触し、圧接部２８から開放される部分では、加熱部材３１の圧電素子チューブ３０の振動により定着ベルト４４が上下運動（矢印Ｍ）し、記録媒体２９表面が振動することによって、トナー３０がさらに記録媒体２９に押し付けられる。
【００８２】
すなわち、圧接部２８で、熱と静圧力により記録媒体に溶融しかけたトナーは、定着ベルト４４の振動と熱によりトナーが微振動し、記録媒体上のトナー振動と、定着ベルト振動による記録媒体２９への更なる反復トナー押し付け力で、記録媒体２９へのトナー定着が促進される。
【００８３】
以上説明したように、定着ローラ２０のヒータランプ２２による加熱熱源に加えて、加熱部材３１は、振動によって自己加熱し、定着ローラ２０の下流で熱を定着ベルト４４に与えるため、黒単印刷の場合には、従来の定着装置の定着温度１９０℃から１７０℃に２０℃程度下げることができ、カラー印刷では、１８５℃の定着温度から１６５℃で定着が可能となる。この定着温度２０℃ダウンにより１００Ｗ以上消費電力を下げることができ、大きな低減効果をもたらす。従来８５０Ｗ級のヒータランプを使用する必要があるのに対し、７００Ｗ級のヒータランプで済む。
【００８４】
また、一般にトナー汚れは、冷えた側に溶融したトナーが付着しやすく、定着ベルト４４が下流側に移動し、記録媒体２９に熱を与えた後は、従来の定着装置１０であれば、定着ローラ２０の圧接部２８より冷えており、記録媒体２９のトナーが、定着ベルト表面に逆転写しやすい状態となるが、本定着装置１５は、この加熱部材３１により熱が供給されるため、汚れは付き難くなる。また、記録媒体２９から定着ベルト４４へのトナーの付着力が低減され、さらに記録媒体２９が定着ベルト４４から離接しやすい。
【００８５】
尚、本発明の定着装置は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００８６】
１０、１５  定着装置
１１  中間転写ベルト
１２、１０４  クリーニングユニット
１３  １次転写ローラ
１４  ２次転写ローラ
１６  給紙カセット
１７  給紙トレー
１８  排紙トレー
１８ａ  排紙ローラ
１９  レジストローラ
２０  定着ローラ
２１  加圧ローラ
２２  ヒータランプ
２３  テンションローラ
２４、４４  定着ベルト
２５  補助ヒータランプ
２６  用紙剥離爪
２７  サーミスタ（非接触温度センサ）
２８  圧接部
２９  記録媒体
３０  トナー
３１  加熱部材
３２  圧電素子チューブ
３３  フランジ
３４  軸
３５  軸受部材
３６  端子
３７  スリーブ
３８  制御部
３９  電力算出部
４０  駆動電圧給電制御部
４１  圧電素子チューブ中央部
４２  圧電素子チューブ両端部
４３  駆動電源部
１００  画像形成装置
１０１  感光体ドラム
１０２  現像装置
１０３  帯電ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010204133.tif 000008
【図７】
2010204133.tif 000009
【図８】
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