(57)【要約】【課題】エネルギーロスを低減することができる定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供すること。【解決手段】加熱される定着ローラと、前記定着ローラとニップ部を形成するように前記定着ローラと対向する位置に配置された加圧ローラと、少なくとも前記定着ローラの周囲に配置された蓄熱壁とを備え、未定着トナー像を有する記録用紙が、加熱された前記定着ローラと前記加圧ローラとの間の前記ニップ部に搬送されることにより、未定着トナー像を記録用紙に定着させるよう構成され、前記蓄熱壁は、前記定着ローラから放出された熱を蓄熱可能であると共に、前記定着ローラに向けて放熱可能に構成されたことを特徴とする定着装置。【選択図】図２
2014215353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱される定着ローラと、前記定着ローラとニップ部を形成するように前記定着ローラと対向する位置に配置された加圧ローラと、少なくとも前記定着ローラの周囲に配置された蓄熱壁とを備え、未定着トナー像を有する記録用紙が、加熱された前記定着ローラと前記加圧ローラとの間の前記ニップ部に搬送されることにより、未定着トナー像を記録用紙に定着させるよう構成され、
前記蓄熱壁は、前記定着ローラから放出された熱を蓄熱可能であると共に、前記定着ローラに向けて放熱可能に構成されたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記蓄熱壁が、蓄熱材層と、この蓄熱材層を被覆する被覆体とを有する請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記蓄熱材層が、潜熱を蓄熱する潜熱蓄熱材層を有する請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記潜熱蓄熱材層が、温度が異なる潜熱を蓄熱可能な複数の潜熱蓄熱材層からなる請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
表面に静電潜像が形成される感光体ドラムと、該感光体ドラムの表面を帯電させる帯電装置と、前記感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する露光装置と、前記感光体ドラムの表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置と、前記感光体ドラムの表面のトナー像を記録用紙に転写する転写装置と、記録用紙に転写された未定着トナー像を記録用紙に定着させる請求項１〜４のいずれか１つに記載の定着装置とを備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置およびそれを備え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は、高画質画像の形成を再現性および操作性よく行え、しかも安価であることから、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの２種以上の機能を有する複合機などとして汎用されている。
【０００３】
この画像形成装置には、記録用紙上に未定着トナーが付着して形成された未定着トナー像を記録用紙に定着させる定着装置が備えられている。一般に定着装置は、定着ローラと、定着ローラとニップ部を形成するように定着ローラと対向する位置に配置された加圧ローラとを備え、未定着トナー像を有する記録用紙が、加熱した定着ローラと加圧ローラとの間のニップ部に搬送されることにより、未定着トナーを溶融して記録用紙に定着させるよう構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１８０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、環境負荷を低減するために、省エネルギー性能の向上が求められていることから、立ち上がり時間の早い定着装置の開発が盛んに行われている。立ち上がり時間の短縮には、定着ローラといった定着部材の低熱容量化や熱源の高効率化が効果的である。
しかしながら、立ち上がり時間を短縮した定着装置であっても、定着動作時には定着ローラ等から熱エネルギーが外部へ放出されているため、エネルギーロスをさらに低減することが望まれている。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、エネルギーロスを低減することができる定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かくして、本発明によれば、加熱される定着ローラと、前記定着ローラとニップ部を形成するように前記定着ローラと対向する位置に配置された加圧ローラと、少なくとも前記定着ローラの周囲に配置された蓄熱壁とを備え、未定着トナー像を有する記録用紙が、加熱された前記定着ローラと前記加圧ローラとの間の前記ニップ部に搬送されることにより、未定着トナー像を記録用紙に定着させるよう構成され、
前記蓄熱壁は、前記定着ローラから放出された熱を蓄熱可能であると共に、前記定着ローラに向けて放熱可能に構成された定着装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の別の観点によれば、表面に静電潜像が形成される感光体ドラムと、該感光体ドラムの表面を帯電させる帯電装置と、前記感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する露光装置と、前記感光体ドラムの表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置と、前記感光体ドラムの表面のトナー像を記録用紙に転写する転写装置と、記録用紙に転写された未定着トナー像を記録用紙に定着させる前記定着装置とを備えた画像形成装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の定着装置によれば、定着動作時に定着ローラから放熱された熱を蓄熱壁にて蓄熱し、次の定着動作時に蓄熱壁に蓄えられた熱を定着ローラに向けて放熱することができる。これにより、次の定着動作時に必要な熱エネルギーを低減させ、かつ立ち上がり時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の定着装置を備えた画像形成装置の実施形態１を示す構成図である。
【図２】図１の画像形成装置に備えられた本発明の定着装置の実施形態１を示す正面から視た断面図である。
【図３】実施形態１の定着装置におけるケーシングおよび蓄熱壁を上方から視た断面図である。
【図４】バイメタルおよびヒータを備えた実施形態１の刺激付与部による潜熱蓄熱材層への作用を説明するフローチャートである。
【図５】圧電振動板を備えた刺激付与部による潜熱蓄熱材層への作用を説明するフローチャートである。
【図６】実施形態２におけるケーシングおよび蓄熱壁の正面から視た断面図である。
【図７】蓄熱材層を有する場合（本発明）と有さない場合の定着動作時の定着ローラの温度変化を説明する概念図である。
【図８】実施形態３におけるケーシングおよび蓄熱壁の正面から視た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の定着装置およびそれを備えた画像形成装置の実施形態を説明する。なお、画像形成装置の全体構成を説明した後、本発明の特徴である定着装置について詳しく説明する。
【００１２】
＜実施形態１＞
（画像形成装置について）
図１は本発明の定着装置を備えた画像形成装置の実施形態１を示す構成図である。
図１に示された画像形成装置１００は、４つの画像形成ユニットＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙと、中間転写ベルトユニット８と、定着装置１２と、記録用紙搬送路Ｓと、給紙トレイ１０と、排紙トレイ１５と、図示しない制御部とを備え、外部から伝達された画像データに応じて、所定の記録用紙に対して多色または単色の画像を形成する。
【００１３】
本画像形成装置１００において扱われる画像データは、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色を用いたカラー画像に応じたものである。従って、画像形成ユニットＫではブラック、画像形成ユニットＣではシアン、画像形成ユニットＭではマゼンタ、画像形成ユニットＹではイエローについての画像形成処理が実行される。
【００１４】
画像形成ユニットＫは、露光ユニット１、現像器２ａ、感光体ドラム３ａ、クリーナユニット４ａ、帯電器５ａおよびトナー補給装置２２ａを備えている。画像形成ユニットＣ、Ｍ、Ｙも同様である。なお、図１において、画像形成ユニットＣの各構成要素は２ｂ〜５ｂ、２２ｂで表記され、画像形成ユニットＭの各構成要素は２ｃ〜５ｃ、２２ｃで表記され、画像形成ユニットＹの各構成要素は２ｄ〜５ｄ、２２ｄで表記されている。
【００１５】
画像形成装置１００では、ブラック、シアン、マゼンタおよびイエローの色成分毎の画像データに基づいて、各感光体ドラム３ａ〜３ｄの表面に、ブラックトナー画像、シアントナー画像、マゼンタトナー画像およびイエロートナー画像が選択的に形成され、形成された各トナー画像が中間転写ベルトユニット８上で重ねられ、記録用紙上にカラー画像が形成されるように構成されている。
【００１６】
以下、各色に対応する感光体ドラム３ａ〜３ｄは同じ構成であるため、それらの構成の説明では符号を３に統一し、これと同様に、現像器は符号を２、クリーナユニットは符号を４、帯電器は符号を５に統一して説明する。
感光体ドラム３は、画像形成装置１００の上部に配設されている。
帯電器５は、感光体ドラム３の表面を所定の電位に均一に帯電させるための帯電手段であり、ここではローラ型の帯電器が用いられている。ただし、帯電器５として、ブラシ型の帯電器や、チャージャー型の帯電器を用いてもよい。
【００１７】
露光ユニット１は、入力された画像データに応じて帯電された感光体ドラム３を露光することにより、感光体ドラム表面に画像データに応じた静電潜像を形成する機能を有する。ここでは、レーザ照射部および反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）が露光ユニット１として用いられる。ただし、露光ユニット１として、発光素子をアレイ状に並べた例えばＥＬやＬＥＤ書込みヘッドを用いてもよい。
現像器２は、感光体ドラム３上に形成された静電潜像をトナーにより顕像化する。
クリーナユニット４は、トナー画像の転写後における感光体ドラム３上の表面に残留したトナーを除去し回収する。
【００１８】
感光体ドラム３の上方に配置されている中間転写ベルトユニット８は、中間転写ベルト７と、中間転写ベルト駆動ローラ７１と、中間転写ベルトテンション機構（図示省略）と、中間転写ベルト従動ローラ７２と、中間転写ローラ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）と、中間転写ベルトクリーニングユニット９とを備えている。
中間転写ベルト７は、中間転写ベルト駆動ローラ７１、中間転写ベルトテンションローラ、中間転写ローラ６および中間転写ベルト従動ローラ７２に張架され、図１の矢印Ｂ方向に回転駆動される。
【００１９】
中間転写ローラ６は、中間転写ベルトテンション機構の中間転写ローラ取付部に回転可能に支持されており、感光体ドラム３のトナー像を中間転写ベルト７上に転写するための電源装置からの転写バイアスが印加される。
中間転写ベルト７は、厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度のフィルムを用いて無端状に形成されており、各感光体ドラム３に接触するように設けられている。また、中間転写ベルト７は、その表面に多色トナー像を担持する機能を有しており、各色のトナー像が各感光体ドラム３から順次転写される。
【００２０】
感光体ドラム３から中間転写ベルト７へのトナー像の転写は、中間転写ベルト７の内周面に接触し、かつ高電圧の転写バイアスが印加された中間転写ローラ６によって行われる。実施形態１では、トナーの帯電極性が負極性であるため、正極性の高電圧が転写バイアスとして用いられる。
中間転写ローラ６は、直径８〜１０ｍｍの金属軸（例えば、ステンレス製）をベースとし、その表面は、導電性弾性材（例えば、ＥＰＤＭ、発泡ウレタン等）により覆われているローラである。この導電性弾性材は、中間転写ベルト７に対して均一に高電圧を印加するために用いられている。また、本実施の形態では、転写電極としてローラ形状を使用しているが、それ以外にブラシなどを用いてもよい。
【００２１】
中間転写ベルト７を介して中間転写ベルト駆動ローラ７１に当接するように転写ローラ１１が配置されている。このとき、中間転写ベルト７と転写ローラ１１とは、所定量のニップが形成されるように圧接する。
各感光体３上で各色相に応じて形成されたトナー像（現像剤像）は中間転写ベルト７で積層される。続いて、積層されたトナー像は、中間転写ベルト７の回転によって記録用紙と中間転写ベルト７の接触位置に導かれ、転写ローラ１１に印加される転写バイアスによって記録用紙上に転写される。なお、転写バイアスは、トナーの帯電極性とは逆極性の正極性である。
【００２２】
さらに、転写ローラ１１は前記ニップを定常的に得るために、転写ローラ１１もしくは中間転写ベルト駆動ローラ７１の何れか一方を硬質材料（金属等）とし、他方には、弾性ローラ等の軟質材料（弾性ゴムローラ、または発泡性樹脂ローラ等々）が用いられる。
転写ローラ１１によって記録用紙上に転写が行われず中間転写ベルト７上に残存したトナーは、次工程でトナーの混色を発生させる原因となるため、中間転写ベルトクリーニングユニット９によって除去・回収される。
中間転写ベルトクリーニングユニット９には、中間転写ベルト７に接触するクリーニングブレードが備えられている。なお、クリーニングブレードが接触する中間転写ベルト７は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ７２で支持されている。
【００２３】
画像形成装置１００の下部に配設される給紙トレイ１０は、画像形成に使用する記録用紙を蓄積しておくためのトレイであり、露光ユニット１の下方に設けられている。
画像形成装置１００の側面に配設される手差しトレイ１７は、給紙トレイ１０内の記録用紙以外の記録用紙に印刷したい場合に用いられる。
本画像形成装置１００の上部に設けられている排紙トレイ１５は、印刷済みの記録用紙をフェイスダウンで載置するためのトレイである。
本画像形成装置１００には、給紙トレイ１０の記録用紙を転写ローラ１１や定着装置１２を経由させて排紙トレイ１５に送るための、略垂直方向に延びる記録用紙搬送路Ｓが形成されている。
【００２４】
さらに、この記録用紙搬送路Ｓに沿って、ピックアップローラ１６ａ、レジストローラ１６ｂ、転写ローラ１１、定着装置１２、記録用紙を搬送する搬送ローラ２５ａ〜２５ｆ等が配設されている。これらの搬送ローラ２５ａ〜２５ｆは、記録用紙の搬送を促進および補助するための小型のローラであり、記録用紙搬送路Ｓに沿って複数設けられている。
ピックアップローラ１６ａは、給紙トレイ１０の端部に備えられ、給紙トレイ１０から記録用紙を１枚ずつ記録用紙搬送路Ｓに供給する呼び込みローラである。
レジストローラ１６ｂは、記録用紙搬送路Ｓを搬送されている記録用紙を一旦保持し、感光体ドラム３上のトナー像の先端と記録用紙の先端を合わせるタイミングで記録用紙を転写ローラ１１と中間転写ベルト駆動ローラ７１との間に搬送する。
【００２５】
（定着装置について）
図２は図１の画像形成装置に備えられた本発明の定着装置の実施形態１を示す正面から視た断面図であり、図３は実施形態１の定着装置におけるケーシングおよび蓄熱壁を上方から視た断面図である。
【００２６】
本発明の定着装置１２は、図２に示すように、加熱される定着ローラ１２１と、定着ローラ１２１とニップ部Ｎを形成するように定着ローラ１２１と対向する位置に配置された加圧ローラ１２２と、少なくとも定着ローラ１２１の周囲に配置された蓄熱壁１２３と、定着ローラ１２１、加圧ローラ１２２、蓄熱壁１２３等を包囲すると共にこれらを支持するケーシング１２４とを備えている。そして、蓄熱壁１２３は、定着ローラ１２１から放出された熱を蓄熱可能であると共に、定着ローラ１２１に向けて放熱可能に構成されている。
以下、定着装置１２の各構成要素について説明する。
【００２７】
ケーシング１２４は、上壁１２４ａおよび下壁１２４ｂにおける前記ニップ部Ｎに対応する位置にスリットＳを有する前後方向に長い直方体形である。ケーシング１２４の前壁１２４ｃおよび後壁１２４ｄには、定着ローラ１２１および加圧ローラ１２２の両端をそれぞれ挿通させると共に、各両端を回転可能に支持する軸受が取り付けられる図示しない孔部が形成されている。
【００２８】
また、ケーシング１２４の左側壁１２４ｅおよび右側壁１２４ｆには、後述する一対の刺激付与部１２５を取り付けるための取付孔が形成されている。
ケーシング１２４の構成材料としては、定着ローラ１２１、加圧ローラ１２２、蓄熱壁１２３等を支持できる強度と、ある程度の耐熱性を有し、さらには低い熱伝導性を有している材料が好ましく、例えば、ガラス繊維、鉱物粉末、難燃剤を含むＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が好適である。
【００２９】
定着ローラ１２１は、記録用紙Ｐに担持されるトナー像を構成する未定着トナーＴを加熱溶融させて、加圧ローラ１２２と共に記録用紙Pに定着させるローラである。
図２に示すように、定着ローラ１２１は、例えば、円筒状または円柱状の芯金１２１ａと、芯金１２１ａの外周面を覆う表面層１２１ｃとを含むローラ状部材であり、実施形態１のように、芯金１２１ａと表面層１２１ｃとの間に弾性体層１２１ｂがさらに設けられていてもよい。
【００３０】
芯金１２１ａを形成する金属材料としては、熱伝導率の高い金属、例えば、アルミニウム、鉄などを使用することができる。芯金２１２ａは、円筒状または円柱状などの形状に形成さるが、円筒状であれば内部にハロゲンランプといった加熱手段を設けることができる。
【００３１】
弾性体層１２１ｂを構成する材料としては、ゴム弾性を有するものであれば特に制限はなく、耐熱性にも優れるものが好ましい。このような材料の具体例としては、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム、またはフルオロシリコンゴムなどが挙げられる。これらの中でも、特にゴム弾性に優れるシリコンゴムが好ましい。
【００３２】
表面層１２１ｃを構成する材料としては、耐熱性および耐久性に優れ、トナーとの付着力が弱いものであれば特に制限されず、例えば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素系樹脂材料、またはフッ素ゴムなどが挙げられる。表面層１２１ｂの厚さとしては３０〜５０μｍ程度が適当である。
【００３３】
実施形態１では、肉厚０.４５ｍｍの鉄製の芯金１２１ａの外周面をシリコンスポンジからなる厚さ８ｍｍの弾性体層１２１ｂが覆い、弾性体層１２１ｂの外周面を厚さ３０μｍのＰＦＡチューブからなる表面層１２１ｃが覆うことにより、外径約４０ｍｍの定着ローラ１２１が構成されている。
【００３４】
定着ローラ１２１の一端には図示しないギアが取り付けられ、このギアは図示しない駆動手段の駆動ギアと噛合することによって、定着ローラ１２１は矢符Ｘの方向に所定の速度で回転する。
また、定着ローラ１２１の内部にはヒータ１２６が挿通されると共に、定着ローラ１２１の表面温度を検出する温度センサ１２７がケーシング１２４に取り付けられている。
【００３５】
ヒータ１２６としては、定着ローラ１２１の芯金１２１ａに非接触状態で放射熱を照射するハロゲンヒータが好適である。
温度センサ１２７としては、特に限定されず、接触式でも非接触式でもよく、実施形態１ではサーミスタが用いられている。
【００３６】
加圧ローラ１２２は、図示しない加圧機構により定着ローラ１２１に圧接された状態で回転自在に設けられており、定着ローラ１２１の回転に伴って従動回転する。加圧ローラ１２２は、定着ローラ１２１によるトナー像の記録用紙Ｐへの加熱定着に際し、溶融状態にあるトナーを記録用紙Ｐに対して押圧することによって、トナー像の記録用紙Ｐへの定着を促進する。
【００３７】
実施形態１において、加圧ローラ１２２は、芯金１２２ａと、芯金１２２ａの外周面を覆う弾性体層１２２ｂと、弾性体層１２２ｂの外周面を覆う表面層１２２ｃとを有してなる。
芯金１２２ａ、弾性体層１２２ｂおよび表面層１２２ｃを形成する材料は、定着ローラ１２１の芯金１２１ａ、弾性体層１２１ｂおよび表面層１２１ｃを形成する材料と同じものを使用できる。また、加圧ローラ１２２の芯金１２２ａの形状も定着ローラ１２１の芯金１２１ａと同じにすることができる。
【００３８】
実施形態１では、肉厚３ｍｍの鉄製の芯金１２２ａの外周面をシリコンスポンジからなる厚さ８ｍｍの弾性体層１２２ｂが覆い、弾性体層１２２ｂの外周面を厚さ５０μｍのＰＦＡチューブからなる表面層１２２ｃが覆うことにより、外径約４０ｍｍの加圧ローラ１２２が構成されている。
【００３９】
蓄熱壁１２３は、蓄熱材層１２３ａと、この蓄熱材層１２３ａを被覆する被覆体１２３ｂとを有し、ケーシング１２４の内面に取り付けられている。実施形態１の場合、ケーシング１２４における上下一対のスリットＳの左右内側面に、正面から視てコの字形の断面形状を有する左右一対の蓄熱壁１２３が密着している。これら左右一対の蓄熱壁１２３によって、定着ローラ１２１および加圧ローラ１２２の外周面が包囲される。なお、加圧ローラ１２２側の蓄熱壁１２３は省略してもよい。
【００４０】
蓄熱材層１２３ａを形成する材料としては、顕熱蓄熱材、潜熱蓄熱材、化学蓄熱材等が挙げられる。
顕熱蓄熱材としては、セラミック、金属等が挙げられる。
潜熱蓄熱材としては、酢酸ナトリウム水和物、塩化カルシウム水和物、硫酸ナトリウム水和物、チオ硫酸ナトリウム水和物といった無機塩水和物、エリスリトール、マンニトール、ガラクチトールといった糖アルコール、ノルマルパラフィン、有機酸等が挙げられる。
化学蓄熱材としては、酸化マグネシウムの水和反応を利用した化学蓄熱材が挙げられる。
これらの中でも、単一の材料を用いる場合は、蓄熱密度が比較的高く、発熱温度も高く、過冷却状態を取ることができる潜熱蓄熱材が好ましく、特に、エリスリトールが好ましい。
【００４１】
過冷却状態を取ることができる潜熱蓄熱材は、固体状態から液体状態に変化する際に吸熱し、凝固点以下まで温度が下がっても液体状態を保持し、刺激を与えることで凝固熱を発生しながら液体状態から固体状態へ変化する。そのため、定着装置１２における未定着トナーＴの記録用紙Ｐへの定着時に発生した熱エネルギーを蓄熱材層１２３ａ（潜熱蓄熱材層１２３ａ1）が蓄え、長期のスリープ状態からの復帰の際に蓄熱材層１２３ａに刺激を与えることで発熱し、定着ローラ１２１の加熱に必要なエネルギーを低減することができる。
【００４２】
被覆体１２３ｂは、蓄熱材料を被覆しかつケーシング１２３の内面側に保持することにより、蓄熱材層１２３ａを層状に形作るパッケージである。また、被覆体１２３ｂは、蓄熱材層１２３ａを構成する蓄熱材料の外部漏れ、蒸発等を防止し、蓄熱材層１２３ａを保護する役割も担う。蓄熱材料を被覆体１２３ｂ内に収容することによって、蓄熱材層１２３ａを形成しかつ保持することができる。また、このようにすれば、厚みを薄くしながら広い面積の蓄熱材層１２３ｂを形成することができるため、蓄熱および放熱を効率よく行うことができる。
【００４３】
被覆体１２３ｂとしては、ケーシング１２３と同じ材料を用いて成形した硬質の密閉容器を用いることができる。あるいは、ポリプロピレン、ＰＥＴ等の単層樹脂フィルム、単層樹脂フィルムを貼り合わせた複層樹脂フィルム、単層または複層樹脂フィルムに金属を蒸着させた複合フィルム等からなる袋体を被覆体１２３ｂとして用いることもできる。なお、容器形あるいは袋形の被覆体１２３ｂには、液体状態の蓄熱材料を注入する注入孔を予め形成しておき、蓄熱材料の注入後に注入孔を封止する。
【００４４】
蓄熱材層１２３ａが、液状過冷却状態を保持可能な潜熱蓄熱材料を用いた潜熱蓄熱材層１２３ａ1である場合、液状過冷却状態の潜熱蓄熱材層１２３ａ1に刺激を与えて固体に相変化させる前記刺激付与部１２５がケーシング１２４に設けられる。さらに、定着装置１２は、刺激付与部１２５を制御する図示しない制御部を備えている。
【００４５】
刺激付与部１２５にて液状過冷却状態の潜熱蓄熱材層１２３ａ1に刺激を与えることにより、潜熱蓄熱材層１２３ａ1の状態が過冷却から凝固に変化し、この際に潜熱蓄熱材層１２３ａ1から凝固熱が外部へ放出される。よって、刺激付与部１２５を操作することで潜熱蓄熱材層１２３ａ1が蓄えた熱を、定着ローラ１２１を加熱するタイミングで取り出すことができる。この結果、省エネルギー性能がより一層向上すると共に、定着時の立ち上がり時間をより短縮することができる。
【００４６】
刺激付与部１２５としては、実施形態１ではバイメタル１２５ａおよびバイメタル１２５ａを加熱するヒータ１２５ｂの組み合わせを用いた場合を例示しているが、その他に、金属片および金属片に貼り付けられた圧電素子の組み合わせ（圧電振動板）を用いてもよい。なお、刺激付与部１２５のヒータ１２５ｂとしては、例えば、シーズヒータが用いられる。
【００４７】
図４はバイメタルおよびヒータを備えた実施形態１の刺激付与部１２５による潜熱蓄熱材層への作用を説明するフローチャートである。
図４に示すように、温度センサ１２７であるサーミスタが検知する温度が設定温度以下になった時、あるいは定着動作開始時、あるいはその両方の時に、制御部の制御によりヒータ１２５ｂに電力を供給して作動させ、それによりバイメタル１２５ａを加熱して曲げることにより、液状過冷却状態の潜熱蓄熱材層１２３ａ1に刺激を与えて凝固させ、それにより凝固熱を取り出すことができる。
【００４８】
図５は圧電振動板を備えた刺激付与部による潜熱蓄熱材層への作用を説明するフローチャートである。
図５に示すように、温度センサ１２７であるサーミスタが検知する温度が設定温度以下になった時、あるいは定着動作開始時、あるいはその両方の時に、制御部の制御により圧電素子に電力を供給して作動させて金属片を振動させることにより、液状過冷却状態の潜熱蓄熱材層１２３ａ1に刺激を与えて凝固させ、それにより凝固熱を取り出すことができる。
【００４９】
このように構成された定着装置１２によれば、定着動作時にヒータ１２６により定着ローラ１２１を加熱し定着ローラ表面温度を設定温度まで上昇させて定着が行われる。この間、定着ローラ１２１の表面から放出される高温域の熱を固体状態の潜熱蓄熱材層１２３ａ1が吸収して液体状態に変化する。つまり、潜熱蓄熱材層１２３ａ1の温度が、その材料であるエリスリトール（融解潜熱340kJ/kg）の融点（１２０℃程度）以上となると固体状態から液体状態に変化しながら蓄熱する。
【００５０】
定着後、ヒータ１２６はＯＦＦし、定着ローラ表面温度が徐々に低下していく。このとき、エリスリトールは過冷却状態をとる潜熱蓄熱材料であるため、潜熱蓄熱材層１２３ａ1の温度が融点より低下しても潜熱蓄熱材層１２３ａ1は液体状態を維持する。なお、潜熱蓄熱材層１２３ａ1の温度が融点に達するまでの間、潜熱蓄熱材層１２３ａ1から少しずつ顕熱が放出することにより定着装置１２内が保温されるため、潜熱蓄熱材層１２３ａ1が無い場合と比較すると定着ローラ表面温度は緩やかに低下する。
【００５１】
そして、次の定着動作を行う際、上述したように温度センサ１２７が検知する温度が設定温度以下になった時、あるいは定着動作開始時、あるいはその両方の時に、刺激付与部１２５が作動して潜熱蓄熱材層１２３ａ1に刺激を与えると、潜熱蓄熱材層１２３ａ1が液体状態から固体状態へ変化していきながら凝固熱（結晶化熱）を放出し、この凝固熱によって定着ローラ１２１の表面が加熱される。
【００５２】
この結果、定着ローラ１２１の表面温度が設定温度まで上昇して定着動作を開始できるまでの立ち上がり時間が短縮できると共に、ヒータ１２６の省電力が図られる。つまり、定着動作時の熱エネルギーを再利用するため、新たに必要となる熱エネルギーを低減することができる。なお、この効果は、加圧ローラ１２２の表面も潜熱蓄熱材層１２３ａ1の凝固熱により加熱されることでより一層高められる。
【００５３】
＜実施形態２＞
図６は実施形態２におけるケーシングおよび蓄熱壁の正面から視た断面図である。なお、図６において、図２および図３中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
図２および図３で説明した実施形態１では、蓄熱壁１２３の蓄熱材層１２３ａが１つの潜熱蓄熱材層１２３ａ1からなる場合を例示したが、実施形態２では、潜熱蓄熱材層が、温度が異なる潜熱を蓄熱可能な複数の潜熱蓄熱材層からなる場合を例示している。
このようにすれば、温度が異なる潜熱を複数の潜熱蓄熱材層にて蓄熱することができるため、広い温度範囲の熱を蓄熱に利用することが可能となる。なお、実施形態２において、その他の構成は実施形態１と概ね同様である。
【００５４】
より具体的に説明すると、実施形態２における蓄熱壁２２３は、高温域（１００〜１３０℃程度）の蓄熱が可能な第１潜熱蓄熱材層２２３ａ1および中温域（５０〜８０℃程度）の蓄熱が可能な第２潜熱蓄熱材層２２３ａ2を有すると共に、第１および第２潜熱蓄熱材層２２３ａ1、２２３ａ2を個別に収容する第１および第２被覆体２２３ｂ1、２２３ｂ2を有してなる。
【００５５】
さらに、第１潜熱蓄熱材層２２３ａ1は定着ローラ１２１側に配置され、第２潜熱蓄熱材層２２３ａ2は定着ローラ１２１と反対側に配置されている。このとき、実施形態２において、潜熱蓄熱材として、第１潜熱蓄熱材層２２３ａ1にはエリスリトール、第２潜熱蓄熱材層２２３ａ2にはノルマルパラフィンを用いている。なお、ノルマルパラフィンとしては、例えば、融点２８．２℃、融解潜熱243.6kJ/kgのｎ−オクタデカンを用いることができる。
【００５６】
図７は蓄熱材層を有する場合（本発明）と有さない場合の定着動作時の定着ローラの温度変化を説明する概念図である。なお、図７において、グラフ実線は蓄熱材層を有さない定着装置における定着ローラ表面温度を表し、グラフ点線は実施形態２の定着装置における定着ローラ表面温度を表している。
【００５７】
図７に示すように、１回目の定着動作において、ヒータ１２６にて定着ローラ１２１を加熱し定着ローラ表面温度を設定温度まで上昇させて定着が行われる。この間、定着ローラ１２１の表面から放出される中温域の熱を固体状態の第２潜熱蓄熱材層２２３ａ2は蓄熱しながら液体状態に変化すると共に、高温域の熱を固体状態の第１潜熱蓄熱材層２２３ａ1は蓄熱しながら液体状態に変化する。
【００５８】
定着後、ヒータ１２６はＯＦＦし、定着ローラ表面温度が徐々に低下していく。このとき、エリスリトールは過冷却状態をとる潜熱蓄熱材料であるため、第１潜熱蓄熱材層２２３ａ1の温度が融点より低下しても第１潜熱蓄熱材層２２３ａ1は液体状態を維持する。なお、第１潜熱蓄熱材層２２３ａ1の温度が融点に達するまでの間、第１潜熱蓄熱材層２２３ａ1から少しずつ顕熱が放出することにより定着装置１２内が保温されると共に、第２潜熱蓄熱材層２２３ａ2の温度低下が緩やかとなる。
【００５９】
それに加え、ノルマルパラフィンは過冷却状態をとることが少ないため、第２潜熱蓄熱材層１２３ａ2の温度が融点より低下すると第２潜熱蓄熱材層１２３ａ2は液体状態から固体状態に変化しながら中音域の凝固熱を放出し、それによって定着装置１２内が保温される。そのため、定着ローラ表面温度は、第２潜熱蓄熱材層１２３ａ2が無い場合と比べて緩やかに低下すると共に、第２潜熱蓄熱材層１２３ａ2からの凝固熱の放出が継続されている間は定着装置１２内の温度よりも高い温度（ノルマルパラフィンの融点付近）に維持される。
【００６０】
そして、２回目の定着動作を行う際、上述したように温度センサ１２７が検知する温度が設定温度以下になった時、あるいは定着動作開始時、あるいはその両方の時に、刺激付与部１２５が作動して第１潜熱蓄熱材層１２３ａ1に刺激を与えると、第１潜熱蓄熱材層１２３ａ1が液体状態から固体状態へ変化していきながら凝固熱を放出し、この凝固熱によって定着ローラ１２１の表面および第２潜熱蓄熱材層１２３ａ2が加熱される。
このとき、第１および第２潜熱蓄熱材層１２３ａ1、１２３ａ2が無い場合と比べて、刺激付与部１２５の作動開始時の定着ローラ表面温度は実施形態２の方が高いため、短時間で定着ローラ表面温度を設定温度まで上昇させることができる。つまり、定着動作の立ち上がり時間が短縮し、かつ消費する熱エネルギーが低減する。
【００６１】
＜実施形態３＞
図８は実施形態３におけるケーシングおよび蓄熱壁の正面から視た断面図である。なお、図３において、図２および図３中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
実施形態３の定着装置は、蓄熱材層１２３ａの外面側に配置される断熱材層１３０をさらに備えている。実施形態３におけるその他の構成は、実施形態１と同様である。
【００６２】
図８では、実施形態１の定着装置（図２参照）における蓄熱壁１２３とケーシング１２４との間に断熱材層１３０が設けられた場合を例示しているが、実施形態２の定着装置（図６参照）における潜熱壁２２３とケーシング１２４との間に断熱材層１３０を設けてもよい。なお、断熱材層１３０の材料としては、耐熱性に優れたものであれば特に限定されず、例えば、グラスウール、ロックウール、ウレタンフォーム、発泡ゴム等が挙げられる。
【００６３】
蓄熱材層１２３ａの外面側に断熱材層１３０を設けることにより、蓄熱材層１２３ａが蓄えた熱が定着ローラ１２１と反対側へ逃げるのを断熱材層１３０にて抑制することができるため、省エネルギー性能がさらに向上すると共に、定着時の立ち上がり時間がより短縮する。
【００６４】
（まとめ）
本発明の定着装置は、加熱される定着ローラと、前記定着ローラとニップ部を形成するように前記定着ローラと対向する位置に配置された加圧ローラと、少なくとも前記定着ローラの周囲に配置された蓄熱壁とを備え、未定着トナー像を有する記録用紙が、加熱された前記定着ローラと前記加圧ローラとの間の前記ニップ部に搬送されることにより、未定着トナー像を記録用紙に定着させるよう構成され、
前記蓄熱壁は、前記定着ローラから放出された熱を蓄熱可能であると共に、前記定着ローラに向けて放熱可能に構成される。
【００６５】
本発明の定着装置は、次のように構成されてもよく、それらが適宜組み合わされてもよい。
（１）前記蓄熱壁が、蓄熱材層と、この蓄熱材層を被覆する被覆体とを有してもよい。
この場合、蓄熱材を被覆体にて被覆（収容）することによって蓄熱材層を形成しかつ保持することができる。また、このようにすれば、厚みを薄くしながら広い面積の蓄熱材層を形成することができるため、蓄熱および放熱を効率よく行うことができる。
【００６６】
（２）前記蓄熱材層が、潜熱を蓄熱する潜熱蓄熱材層を有してもよい。
このようにすれば、蓄熱密度を大きくすることができるため、効率のよい蓄熱を行うことができる。
【００６７】
（３）前記（２）の場合、前記潜熱蓄熱材層が、温度が異なる潜熱を蓄熱可能な複数の潜熱蓄熱材層からなるのもよい。
このようにすれば、温度が異なる潜熱を複数の潜熱蓄熱材層にて蓄熱することができるため、広い温度範囲の熱を蓄熱に利用することが可能となる。
【００６８】
（４）前記潜熱蓄熱材層が、高温域の蓄熱が可能な第１潜熱蓄熱材層と、中温域の蓄熱が可能な第２潜熱蓄熱材層とを有し、
前記第１潜熱蓄熱材層は前記定着ローラ側に配置され、前記第２潜熱蓄熱材層は前記定着ローラと反対側に配置されてもよい。
このようにすれば、定着時の高温を第１潜熱蓄熱材層にて蓄熱し、中温の熱を第２潜熱蓄熱材層にて蓄熱することができるため、高効率な蓄熱が可能であると共に、定着時の立ち上げ時間をより短縮することが可能となる。
【００６９】
（５）前記蓄熱材層の外面側に配置される断熱材層をさらに備えてもよい。
このようにすれば、蓄熱材層が蓄えた熱が定着ローラと反対側へ逃げるのを断熱材層にて抑制することができるため、省エネルギー性能がさらに向上すると共に、定着時の立ち上がり時間がより短縮する。
【００７０】
（６）前記潜熱蓄熱材層が、液状過冷却状態を保持可能な潜熱蓄熱材層を有してもよい。この場合、液状過冷却状態の前記潜熱蓄熱材層に刺激を与えて固体に相変化させる刺激付与部をさらに備えてもよい。
このようにすれば、刺激付与部にて液状過冷却状態の潜熱蓄熱材層に刺激を与えることにより、潜熱蓄熱材層の状態が過冷却から凝固に変化し、この際に潜熱蓄熱材層から凝固熱が外部へ放出される。よって、刺激付与部を操作することで潜熱蓄熱材層が蓄えた熱を、定着ローラを加熱するタイミングで取り出すことができる。この結果、省エネルギー性能がより一層向上すると共に、定着時の立ち上がり時間をより短縮することができる。
【００７１】
（７）前記（６）の場合、定着装置が、刺激付与部を制御する制御部を備えていてもよい。
この場合、例えば、温度センサが検知する温度が設定温度以下になった時、あるいは制御部の制御により圧電素子に電力を供給して作動させて金属片を振動させることにより、定着動作開始時、あるいはその両方の時に、制御部の制御によりヒータに電力を供給して作動させ、それにより刺激付与部であるバイメタルを加熱して曲げることにより、または、制御部の制御により圧電素子に電力を供給して作動させて金属片を振動させることにより、液状過冷却状態の潜熱蓄熱材層に刺激を与えて凝固させ、それにより凝固熱を取り出すことができる。
【００７２】
（８）前記蓄熱壁が、前記定着ローラと前記加圧ローラとの両方を包囲するよう構成されてもよい。
このようにすれば、定着ローラから加熱ローラ側へ放出した熱も蓄熱壁にて蓄熱することができるため、省エネルギー性能がより一層向上すると共に、定着時の立ち上がり時間をより短縮することができる。
【００７３】
また、本発明の画像形成装置は、表面に静電潜像が形成される感光体ドラムと、該感光体ドラムの表面を帯電させる帯電装置と、前記感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する露光装置と、前記感光体ドラムの表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置と、前記感光体ドラムの表面のトナー像を記録用紙に転写する転写装置と、記録用紙に転写された未定着トナー像を記録用紙に定着させる前記定着装置とを備える。
【００７４】
なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７５】
１  露光ユニット
２、２ａ〜２ｄ  現像器
３、３ａ〜３ｄ  感光体ドラム
５、５ａ〜５ｄ  帯電器
８  中間転写ベルトユニット
１２  定着装置
１２１  定着ローラ
１２２  加圧ローラ
１２３、２２３、蓄熱壁
１２３ａ  蓄熱材層
１２３ａ1  潜熱蓄熱材層
１２３ｂ、２２３ｂ1、２２３ｂ2  被覆体
２２３ａ1  第１潜熱蓄熱材層
２２３ａ2  第２潜熱蓄熱材層
Ｎ  ニップ部
Ｐ  記録用紙
Ｔ  未定着トナー
【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】
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【図７】
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【図８】
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