(57)【要約】【課題】省エネルギー化を図りつつ、通紙による加熱ローラの温度落込みを低減させることができ、加熱ローラのニップ部近傍を迅速に定着可能温度にすることができる定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】熱源を内包する中空状の加熱部材と、加熱部材に対向し圧接する加圧部材と、加熱部材と加圧部材とが圧接して形成されるニップ部の近傍における加熱部材の内部個所に設けられた液体と、を備え、定着動作開始時に前記熱源によって少なくとも前記液体を加熱して加熱部材の温度を定着可能温度にした後に、前記ニップ部にトナー像が担持された記録媒体を送り込み、熱及び圧力によって記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置において、定着動作終了後に前記液体の熱を吸収して蓄熱し、その蓄熱した熱を次の定着動作開始時に前記液体に放熱して該液体を加熱する加熱手段を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源を内包する中空状の加熱部材と、
該加熱部材に対向し圧接する加圧部材と、
該加熱部材と該加圧部材とが圧接して形成されるニップ部の近傍における該加熱部材の内部個所に設けられた液体と、を備え、
定着動作開始時に前記熱源によって少なくとも前記液体を加熱して前記加熱部材の温度を定着可能温度にした後に、前記ニップ部にトナー像が担持された記録媒体を送り込み、熱及び圧力によって記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置において、
定着動作終了後に前記液体の熱を吸収して蓄熱し、その蓄熱した熱を次の定着動作開始時に前記液体に放出して該液体を加熱する加熱手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１の定着装置において、
上記加熱手段は、上記次の定着動作開始時に上記蓄熱した熱を上記加熱部材の軸方向の個所で同時に上記液体に放出することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１または２の定着装置において、
上記熱源は電熱線に電気を流して発熱させるヒータであり、該ヒータを上記液体中に浸漬させて設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１、２または３の定着装置において、
上記加熱部材は装置本体に対して回転可能に軸支されており、
上記加熱手段は、加熱部材非回転時には上記液体中に浸漬し加熱部材回転時には該液体中に浸漬しないように設けられることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の定着装置において、
前記加熱手段は、固相と液相との間で相変化し、固相から液相への相変化に伴って前記液体から熱を吸収して蓄熱し、液相から固相への相変化に伴って蓄熱した熱を自身から前記液体に放出する、相変化部材を有することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項５の定着装置において、
上記相変化部材に所定のタイミングで衝撃を与える衝撃付与手段を有し、
前記相変化部材は常温で過冷却された状態で前記衝撃付与手段から衝撃が与えられることによって液相から固相に相変化し、その相変化に伴って熱を放出することを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項６の定着装置において、
上記相変化部材は加熱部材軸方向に長尺であり、
前記相変化部材の加熱部材軸方向両端に前記衝撃付与手段を設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項７の定着装置において、
装置本体に対して回転可能に軸支された上記加熱部材に内接して回転可能なように上記衝撃付与手段を設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項６の定着装置において、
上記相変化部材の加熱部材軸方向に沿って上記衝撃付与手段を設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の定着装置において、
上記加熱部材の軸方向に長尺な上記加熱手段の加熱部材軸方向中央部分が両端部分よりも細い形状であることを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０の定着装置において、
上記液体の温度を測定する液温検知手段を前記液体中に浸漬させて設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項１１の定着装置において、
上記液温検知手段を上記加熱部材の軸方向で複数配置したことを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２の定着装置において、
上記熱源を上記加熱部材の軸方向で複数配置したことを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３の定着装置において、
少なくとも上記熱源と上記加熱手段とを一体化、または、少なくとも上記熱源と上記加熱手段と上記液温検知手段とを一体化した加熱ユニットを、上記加熱部材の軸方向で複数配置したことを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４の定着装置において、
上記液体の量は、上記ニップ部の幅に相当する上記加熱部材の内部領域を満たす量であることを特徴とする定着装置。
【請求項１６】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５の定着装置において、
上記熱源、上記加熱手段及び上記液温検知手段は、上記加熱部材の内面と一定距離を保持して固定されていることを特徴とする定着装置。
【請求項１７】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５または１６の定着装置において、
上記加圧部材は装置本体に対して変位可能に設けられており、
上記ニップ部のニップ幅方向の位置に応じて上記加圧部材の位置を移動させる位置調整手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項１８】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６または１７の定着装置において、
上記液体は、イオン液体であることを特徴とする定着装置。
【請求項１９】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７または１８の定着装置において、
上記液体は、比重の異なる混合しない複数の液体で構成され、比重の大きい液体の上部の比重の小さい液体は、加熱温度より沸点が高く蒸気圧が小さい液体であることを特徴とする定着装置。
【請求項２０】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８または１９の定着装置において、
上記ニップ部付近の上記加熱部材の内部に、基板の空洞上に架橋し、且つ、少なくとも上記熱源、上記液温検知手段または上記加熱手段、前記熱源、前記液温検知手段または前記加熱手段を支持する支持板を含む架橋部を有する加熱ユニットを具備し、
前記架橋部の前記熱源または前記液温検知手段を前記液体に浸漬させる配置、及び、前記加熱手段を加熱部材回転時に前記液体中に浸漬せず加熱部材非回転時に該液体中に浸漬する配置であることを特徴とする定着装置。
【請求項２１】
請求項２０の定着装置において、
上記加熱ユニットを微細加工で構成することを特徴とする定着装置。
【請求項２２】
トナーで静電記録プロセスを行い記録媒体上に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、
未定着トナー画像を記録媒体に定着させる定着手段とを具備すること備える画像形成装置において、
前記定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０または２１の定着装置を用いる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、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に用いられる定着装置、及び、その定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の画像形成装置として、像担持体としての感光体上に静電潜像を形成し、この感光体上の静電潜像を現像してトナー画像を形成するものが知られている。この感光体上のトナー画像は、紙等の転写材に転写された後、定着装置で加熱、加圧等により転写材上に定着される。トナー画像を転写材上に加熱定着する方法として、熱ローラ定着方式は、２つのローラを圧接し、そのうちの少なくとも一方のローラを加熱して、この２つのローラの圧接部分であるニップ部に紙を通過させることにより、転写材上のトナーを紙に定着させる方式である。２つのローラのうちの一方を加熱する場合、加熱するほうのローラを加熱ローラと呼び、他方のローラを加圧ローラと呼ぶ。加熱ローラの内部には、ハロゲンランプや電気ヒータなどの熱源が内装される。
【０００３】
近年、環境を考慮した省エネルギー化の要望が多くあり、そのため、定着装置もなるべくエネルギー消費を抑える構成が検討されている。例えば、加熱ローラの肉厚を薄くすることにより、肉厚が薄くなった分だけ加熱ローラの熱容量が小さくなる。このように、加熱ローラの熱容量を小さくすることによって温度応答性が向上し、定着動作開始時に熱源によって加熱された加熱ローラの温度が定着可能温度に達するまでの時間を短縮することができるので、省エネルギー化を図ることができる。
【０００４】
ところが、加熱ローラの熱容量が小さくなると少しの熱の出入りによっても加熱ローラの温度が大きく変わるようになる。そのため、定着時に紙に熱を奪われて加熱ローラの温度が低下し、定着装置へ連続して紙が通紙される連続印刷時などに定着不良が起きる不具合が生じていた。
【０００５】
特許文献１には、加熱ローラにおけるニップ部の熱容量を補完する熱容量補完体である液体を、加熱ローラ内のニップ部近傍の内面に接するように設けた画像形成装置が開示されている。これにより、薄肉化により失われた加熱ローラのニップ部近傍における熱容量が前記液体の熱容量によって補完され、通紙による加熱ローラの温度落込みを低減させることができる。
【０００６】
しかしながら、定着動作開始時に加熱ローラの温度を定着可能温度にする際には、熱源によって熱容量補完体である液体も加熱して前記液体の温度を定着可能温度まで上昇させることになる。そのため、前記液体を設けない場合よりもニップ部近傍における加熱ローラの温度が定着可能温度に達するまでに時間がかかってしまう。
【０００７】
特許文献２に記載の画像形成装置では、定着装置を定着可能な温度にまで昇温させるウォームアップ時と待機時とに、熱容量補完体である液体を加熱ローラ外に設けられた容器内に収容している。加熱ローラに内包された第１のヒータによる加熱ローラの加熱開始と同時に、前記容器内に収容された液体を加熱する第２のヒータによって容器内の液体を加熱する。これにより、ウォームアップ時に加熱ローラ内で加熱ローラと共に前記液体を加熱する場合よりも、ニップ部近傍における加熱ローラの温度が定着可能温度に達するまでの時間を短くすることができる。また、加熱ローラ内に前記液体が無い状態で加熱ローラが定着可能温度に達した時点では、少数枚の印刷が可能であるとされている。そして、前記容器内に収容された前記液体の温度が加熱ローラの温度と同じぐらいになってから、加熱ローラと前記容器とを結ぶパイプを通して前記容器から加熱ローラに前記液体を移動させている。これにより、加熱ローラのニップ部近傍における熱容量が前記液体の熱容量によって補完されので、多数枚の連続印刷時に通紙による加熱ローラの温度落ち込みを低減させることができるとされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ウォームアップ時に第１のヒータによる加熱ローラの加熱とは別途で第２のヒータにより前記容器内で前記液体を加熱しているので、その分、エネルギー消費が大きくなってしまい、省エネルギー化を図ることができないといった問題が生じる。
【０００９】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、省エネルギー化を図りつつ、通紙による加熱ローラの温度落込みを低減させることができ、加熱ローラのニップ部近傍を迅速に定着可能温度にすることができる定着装置及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、熱源を内包する中空状の加熱部材と、該加熱部材に対向し圧接する加圧部材と、該加熱部材と該加圧部材とが圧接して形成されるニップ部の近傍における該加熱部材の内部個所に設けられた液体と、を備え、定着動作開始時に前記熱源によって少なくとも前記液体を加熱して前記加熱部材の温度を定着可能温度にした後に、前記ニップ部にトナー像が担持された記録媒体を送り込み、熱及び圧力によって記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置において、定着動作終了後に前記液体の熱を吸収して蓄熱し、その蓄熱した熱を次の定着動作開始時に前記液体に放出して該液体を加熱する加熱手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の定着装置において、上記加熱手段は、上記次の定着動作開始時に上記蓄熱した熱を上記加熱部材の軸方向の個所で同時に上記液体に放出することを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の定着装置において、上記熱源は電熱線に電気を流して発熱させるヒータであり、該ヒータを上記液体中に浸漬させて設けたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２または３の定着装置において、上記加熱部材は装置本体に対して回転可能に軸支されており、上記加熱手段は、加熱部材非回転時には上記液体中に浸漬し加熱部材回転時には該液体中に浸漬しないように設けられることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の定着装置において、前記加熱手段は、固相と液相との間で相変化し、固相から液相への相変化に伴って前記液体から熱を吸収して蓄熱し、液相から固相への相変化に伴って蓄熱した熱を自身から前記液体に放出する、相変化部材を有することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項５の定着装置において、上記相変化部材に所定のタイミングで衝撃を与える衝撃付与手段を有し、前記相変化部材は常温で過冷却された状態で前記衝撃付与手段から衝撃が与えられることによって液相から固相に相変化し、その相変化に伴って熱を放出することを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項６の定着装置において、上記相変化部材は加熱部材軸方向に長尺であり、前記相変化部材の加熱部材軸方向両端に前記衝撃付与手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項７の定着装置において、装置本体に対して回転可能に軸支された上記加熱部材に内接して回転可能なように上記衝撃付与手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項６の定着装置において、上記相変化部材の加熱部材軸方向に沿って上記衝撃付与手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の定着装置において、上記加熱部材の軸方向に長尺な上記加熱手段の加熱部材軸方向中央部分が両端部分よりも細い形状であることを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０の定着装置において、上記液体の温度を測定する液温検知手段を前記液体中に浸漬させて設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１１の定着装置において、上記液温検知手段を上記加熱部材の軸方向で複数配置したことを特徴とするものである。
また、請求項１３の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２の定着装置において、上記熱源を上記加熱部材の軸方向で複数配置したことを特徴とするものである。
また、請求項１４の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３の定着装置において、少なくとも上記熱源と上記加熱手段とを一体化、または、少なくとも上記熱源と上記加熱手段と上記液温検知手段とを一体化した加熱ユニットを、上記加熱部材の軸方向で複数配置したことを特徴とするものである。
また、請求項１５の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４の定着装置において、上記液体の量は、上記ニップ部の幅に相当する上記加熱部材の内部領域を満たす量であることを特徴とするものである。
また、請求項１６の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５の定着装置において、上記熱源、上記加熱手段及び上記液温検知手段は、上記加熱部材の内面と一定距離を保持して固定されていることを特徴とするものである。
また、請求項１７の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５または１６の定着装置において、上記加圧部材は装置本体に対して変位可能に設けられており、上記ニップ部のニップ幅方向の位置に応じて上記加圧部材の位置を移動させる位置調整手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項１８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６または１７の定着装置において、上記液体は、イオン液体であることを特徴とするものである。
また、請求項１９の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７または１８の定着装置において、上記液体は、比重の異なる混合しない複数の液体で構成され、比重の大きい液体の上部の比重の小さい液体は、加熱温度より沸点が高く蒸気圧が小さい液体であることを特徴とするものである。
また、請求項２０の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８または１９の定着装置において、上記ニップ部付近の上記加熱部材の内部に、基板の空洞上に架橋し、且つ、少なくとも上記熱源、上記液温検知手段または上記加熱手段、前記熱源、前記液温検知手段または前記加熱手段を支持する支持板を含む架橋部を有する加熱ユニットを具備し、前記架橋部の前記熱源または前記液温検知手段を前記液体に浸漬させる配置、及び、前記加熱手段を加熱部材回転時に前記液体中に浸漬せず加熱部材非回転時に該液体中に浸漬する配置であることを特徴とするものである。
また、請求項２１の発明は、請求項２０の定着装置において、上記加熱ユニットを微細加工で構成することを特徴とするものである。
また、請求項２２の発明は、トナーで静電記録プロセスを行い記録媒体上に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、未定着トナー画像を記録媒体に定着させる定着手段とを具備すること備える画像形成装置において、前記定着手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０または２１の定着装置を用いることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明においては、加熱手段が定着動作終了後に液体の熱を吸収して蓄熱し、その蓄熱した熱を次の定着動作開始時に液体に放出して液体を加熱するので、液体を熱源だけで加熱する場合よりも短時間で液体の温度を定着可能温度にすることができる。よって、液体を熱源だけで加熱する場合よりも定着動作開始時に加熱ローラのニップ部近傍を短時間で定着可能温度に到達させることができるので、その分、熱源のエネルギー消費を抑えることができる。また、加熱手段が液体を加熱する際に放出する熱は、定着動作終了後に液体から吸熱して蓄熱した熱を再利用したものであるので、定着動作終了後の液体からの排熱量を低減させることができる。よって、液体を加熱した際に消費したエネルギーの無駄が少なくなるので、その分、省エネルギー化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上、本発明によれば、省エネルギー化を図りつつ、通紙による加熱ローラの温度落込みを低減させることができ、加熱ローラのニップ部近傍を迅速に定着可能温度にすることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】定着装置のローラ軸方向の透視斜視図と液体温度制御系統図。
【図２】実施形態に係るプリンタの概略構成図。
【図３】実施形態１に係る定着装置の加熱ローラや加圧ローラの軸方向中央付近の断面図。
【図４】図３のニップ個所Ｎ近傍の拡大断面図。
【図５】加熱ローラや加圧ローラの軸方向端部付近におけるニップ個所Ｎの拡大断面図。
【図６】定着装置のローラ軸方向の透視斜視図と液体温度制御系統図。
【図７】加熱ローラ軸方向に沿った加熱ローラの断面図。
【図８】加熱ローラや加圧ローラの軸方向端部付近におけるニップ個所Ｎの拡大断面図。
【図９】加熱ローラ軸を横切る方向の蓄熱部の拡大断面図。
【図１０】加熱ローラ軸方向に沿った蓄熱部の各所表面温度及び液体温度と時間経過の関係を示したグラフ。
【図１１】（ａ）時間経過に沿った液体の温度特性を示したグラフ、（ｂ）ヒータのみによって液体を加熱する場合の加熱過程を示す図、（ｃ）ヒータと蓄熱部とによって液体を加熱する場合の加熱過程を示す図。
【図１２】各時刻における加熱ローラ軸方向の液体温度分布を示すグラフ。
【図１３】各時刻における加熱ローラ軸方向の液体温度分布を示すグラフ。
【図１４】実施形態２に係る定着装置の加熱ローラや加圧ローラの軸方向中央付近のニップ個所Ｎ近傍の拡大断面図。
【図１５】加熱システムを下方（ニップ個所側）から見た場合の平面図。
【図１６】図１５の加熱システムのＡ−Ａ’線断面図。
【図１７】図１５の加熱システムのＢ−Ｂ’線断面図。
【図１８】図１５の加熱システムのＣ−Ｃ’線断面図。
【図１９】図１５の加熱システムのＤ−Ｄ’線断面図。
【図２０】図１５の加熱システムのＥ−Ｅ’線断面図。
【図２１】図２０の蓄熱部の拡大断面図。
【図２２】図２０の蓄熱部の拡大断面図。
【図２３】加熱システムを下方（ニップ個所側）から見た場合の平面図。
【図２４】図２３の加熱システムのＡ−Ａ’線断面図。
【図２５】図２３の加熱システムのＢ−Ｂ’線断面図。
【図２６】図２３の加熱システムのＣ−Ｃ’線断面図。
【図２７】図２３の加熱システムのＤ−Ｄ’線断面図。
【図２８】図２３の加熱システムのＥ−Ｅ’線断面図。
【図２９】定着装置のローラ軸方向の透視斜視図と液体温度制御系統図。
【図３０】加熱システムのトリガーの別形態の例を示す図。
【図３１】基板に凹部を設けた加熱システムの断面図。
【図３２】加熱ローラ軸方向の複数個所にそれぞれヒータを設けた加熱システムを下方（ニップ個所側）から見た場合の平面図。
【図３３】加熱ローラ軸方向の複数個所にそれぞれヒータと液温センサとを設けた加熱システムを下方（ニップ個所側）から見た場合の平面図。
【図３４】加熱ローラ軸方向中央部分が両端部分よりも細い形状の蓄熱部を設けた加熱システムを下方（ニップ個所側）から見た場合の平面図。
【図３５】加熱ローラ軸方向の複数個所にそれぞれヒータと液温センサとを設けた加熱システムを下方（ニップ個所側）から見た場合の平面図。
【図３６】加熱ローラの内部に２層の液体を設けた場合の加熱ローラや加圧ローラの軸方向中央付近のニップ個所Ｎ近傍の拡大断面図。
【図３７】加熱ローラの内部の液体の位置に追従して加圧ローラの回転軸の位置を可変できる構成を採用した定着装置の加熱ローラや加圧ローラの軸方向中央付近の断面図。
【図３８】実施形態３に係る定着装置の加熱ローラや加圧ローラの軸方向中央付近の断面図。
【図３９】図３８のニップ個所Ｎ近傍の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［実施形態１］
以下、本発明を電子写真方式の画像形成装置としての直接転写方式タンデム型のレーザプリンタ（以下、「プリンタ」という）に適用した第１の実施形態について説明する。図２は本実施形態に係るプリンタの構成を示す概略構成図である。このプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像を顕像形成する４組の作像手段たるプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを備えている。以下、各符号の添字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示す。この４組のプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、記録媒体としての用紙Ｐの移動方向における上流側から下流側へ順に所定の間隔をもって配置されている。このプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋはそれぞれ、図中時計回り方向に回転するドラム状の感光体６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋを備えている。この感光体６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの周囲にはそれぞれ、各感光体表面を帯電する帯電装置７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ、各感光体表面に形成される静電潜像を現像してトナー画像を形成する現像装置８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、各感光体表面から用紙Ｐにトナー画像が転写された後の各感光体表面をクリーニングするクリーニング装置９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋ等を備えている。
【００１５】
プロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの下方には、感光体６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋに形成されたトナー画像を用転Ｐに転写する転写ユニット２を備えている。転写ユニット２では、無端ベルト状の転写搬送ベルト２６が駆動ローラ２７と従動ローラ２８とに掛け回され、所定のタイミングで図中反時計回り方向に回転駆動しながら、用紙Ｐを担持して各プロセスユニット１の転写位置を通過搬送する。また、転写搬送ベルト２６の内側には、転写位置において転写電荷を付与して各感光体６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ上のトナー画像を用紙Ｐに転写する転写ローラ２９Ｙ、２９Ｍ、２９Ｃ、２９Ｋが設けられている。
【００１６】
プロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの上方には、各感光体６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの一様に帯電された表面に画像情報に応じたレーザ光Ｌを照射して静電潜像を形成する光書込ユニット３を備えている。光書込ユニット３は、図示しないレーザ光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、所定の露光位置において画像データに基づき回転駆動されている各感光体６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの表面にレーザ光Ｌを主走査方向に走査しながら照射する。
【００１７】
また、本プリンタの下部には、給紙カセット４が配設されている。この給紙カセット４は、用紙Ｐを複数枚重ねた紙束の状態で収納しており、一番上の用紙Ｐに給紙ローラ４３を押し当てている。給紙ローラ４３が図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられると、一番上の用紙Ｐが給紙路に向けて送り出される。この給紙路には、搬送ローラ対（図示せず）やレジストローラ対４２が配設されており、給紙路に送り出された用紙Ｐは、搬送ローラ対を経てレジストローラ対４２のローラ間に挟み込まれる。レジストローラ対４２は、ローラ間に用紙Ｐを挟み込むとすぐにローラ対の回転駆動を一旦停止させ、後述するように所定のタイミングでレジストローラ対４２の回転駆動を再開して、用紙Ｐを転写位置に向けて送り出す。
【００１８】
プロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ及び上記転写ユニット２の図中左方には、用紙Ｐ上の未定着トナー像の定着を行う定着装置５を備えている。定着装置５は、後述するようにフレーム（筐体）５０内に図示しない熱源を内包する加熱ローラ１１や加熱ローラ１１に圧接してニップ部を形成する加圧部材たる加圧ローラ１９を備えている。
【００１９】
以上のように構成されるプリンタにおいて、例えばイエロー用のプロセスユニット１Ｙでは、帯電装置７Ｙにより一様に帯電された感光体６Ｙの表面に、光書込ユニット３で変調及び偏向されたレーザ光Ｌが走査されながら照射されて静電潜像が形成される。感光体６Ｙ上の静電潜像は、現像装置８Ｙで現像されてシアン色のトナー画像となる。転写搬送ベルト２６上の用紙Ｐが通過する転写位置では、感光体６Ｙ上のトナー画像が用紙Ｐに転写される。トナー画像が転写された後の感光体６Ｙの表面は、クリーニング装置９Ｙでクリーニングされ、図示しない除電手段で除電され、次の静電潜像の形成に備えられる。
【００２０】
他のプロセスユニット１Ｍ、１Ｃ、１Ｋについても、上述した画像形成行程が用紙Ｐの搬送に同期させて実行される。一方、給紙カセット４から給送された用紙Ｐは、レジストローラ対４２により所定のタイミングで送り出されて転写搬送ベルト２６に担持され、各プロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの転写位置を通過するように搬送される。各プロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの各色のトナー画像が転写され４色重ね合わせのカラー画像が形成された用紙Ｐは、定着装置５でトナー画像が定着された後、図示しない排紙トレイ上に排出される。
【００２１】
以上の作像動作は、４色重ね合わせのフルカラーモードが図示しない操作部で選択された時の動作である。例えば、３色重ね合わせのフルカラーモードが操作部で選択された場合には、Ｋトナー画像の形成が省略されてＹ、Ｍ、Ｃ３色のトナー像の重ね合わせによるフルカラー画像が用紙Ｐ上に形成される。また白黒画像形成モードが操作部で選択された場合には、Ｋトナー画像の形成のみが行われて白黒画像が用紙Ｐ上に形成される。
【００２２】
次に、本発明の特徴部である定着装置５について説明する。
図１は、加熱ローラ１１と加圧ローラ１９とを有する定着装置５のローラ軸方向の透視斜視図と定着に係る液体温度制御系統図とを示したものである。
【００２３】
図１に示す本実施の形態の定着装置５の加熱ローラ１１の内部には、液体１２とその液体１２を加熱する加熱システム６１とが設けられている。加熱システム６１は、液体１２中に浸漬させ液体１２を加熱するヒータ１３と、液体１２の温度を検知する液温センサ７１と、固相から液相への相変化に伴って吸熱し液相から固相への相変化に伴って放熱する蓄熱材６８を有する蓄熱部６５と、を台座８７に固定したものである。加熱ローラ１１は外側に接した回転輪１４及び回転支持輪１５，１６によって回転する。また、加熱システム６１は回転する加熱ローラ１１の固定されている中心軸に取り付けられた、支持部１８によって固定されており、よって加熱ローラ１１が回転しても、加熱システム６１は所定位置に固定されている。
【００２４】
図３は図１の加熱ローラ１１や加圧ローラ１９の軸方向中央付近の断面図である。用紙Ｐに転写されたトナーが加熱ローラ１１と加圧ローラ１９との当接するニップ個所Ｎにおいて加熱圧着され用紙Ｐに定着されるに当たって、加熱システム６１のヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とが、液体１２と直接接触している。また、液体１２は加熱ローラ１１の内面と直接接触しニップ領域に対峙して配置されているので、液体１２とヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とニップ個所Ｎとの互いの間の伝熱ロスが少なく伝熱も迅速である。
【００２５】
図４は図３のニップ個所Ｎ近傍の拡大断面図である。図５は図１の加熱ローラ１１や加圧ローラ１９の軸方向端部付近におけるニップ個所Ｎの拡大断面図である。
【００２６】
加熱ローラ１１の内部には、ほぼニップ領域に対峙する量の液体１２と、液体１２中に浸漬させたヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とが配置されており、加熱ローラ１１の軸方向中央付近においては、液体１２中にヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とが加熱ローラ１１内面に接触しないように間隔をあけて配置されている。
【００２７】
加熱ローラ１１の軸方向端部付近においては、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５それぞれの末端が台座８７に固定されており、蓄熱部６５には発熱操作するためのトリガー６６が設置されている。トリガー６６は、後述するように定着動作終了後に常温まで冷やされ過冷却状態にある蓄熱材６８に衝撃を与えて、蓄熱材６８に対して液相から固相への相変化を開始させるものである。トリガー６６としては、例えば圧電材料と電極とにより発振し蓄熱材６８に衝撃を与える構成のものを用いることができる。ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とは、加熱ローラ１１の軸方向両端部それぞれに配置された台座８７の間に、加熱ローラ１１の軸方向に張架されている。
【００２８】
そこで、図１の液体温度制御系統図に示すように、加熱システム６１には、固定軸１７内部を通し、電力供給線２１と信号伝送線２３とを配した支持部１８を介して電力が供給されたり、温度検出信号が伝送されたりするようになっている。ヒータ１３とヒータ電源部３１とが電力供給線２１で配線され、蓄熱部６５のトリガー６６とトリガー電源部３２とが電力供給線２１で配線され、液温センサ７１と温度計測部３５とが信号伝送線２３で配線されている。このように、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とを設置した加熱システム６１と、ヒータ電源部３１とトリガー電源部３２それぞれが電力供給線２１で配線され、温度計測部３５と信号伝送線２３とが配線されている。
【００２９】
また、加熱ローラ１１の軸方向両端は、加熱ローラ１１の内部に液体１２と不活性気体とを閉じ込めるために密閉蓋２２で封止されており、密閉蓋２２の中心に位置する固定軸１７の周りに設けられたシールリング２４において回転摺動する構造をなしている。
【００３０】
図１に示す液体温度制御系統図においては、トナーが転写された用紙Ｐの位置情報を受けて、液体１２の温度を液温センサ７１で検出して温度計測部３５から定着温度制御部３３へ温度情報を送る。定着温度制御部３３は液体１２の温度が所定の温度になるように、加熱信号をヒータ電源部３１とトリガー電源部３２とに送り、ヒータ１３と蓄熱部６５とを発熱させて液体１２を加熱する。ヒータ１３と蓄熱部６５とにより加熱された液体１２の温度を液温センサ７１で検出して温度計測部３５から定着温度制御部３３へ温度情報を送る。液体１２の温度が定着実行できる温度になったら搬送制御部３４から加熱ローラ回転信号を図示しない加熱ローラ回転電源部に送り、回転輪１４などを回転駆動させる図示しない駆動源に加熱ローラ回転電源部から電力を供給して前記駆動源により回転輪１４を回転駆動させる。このように回転輪１４を回転駆動させることで加熱ローラ１１は、固定軸１７を回転中心に回転輪１４の回転に連れ回って回転する。加熱ローラ１１と加圧ローラ１９との間であるニップ個所に用紙Ｐが搬送されてきて用紙Ｐに対してトナーの加熱定着が行われる。トナーが定着された用紙Ｐの位置情報を受けて加熱定着が終了したと判断したら、定着温度制御部３３から加熱停止信号をヒータ電源部３１に送る。また、これと同時に、搬送制御部３４から加熱ローラ回転停止信号を図示しない加熱ローラ回転電源部に送り前記駆動源への電力供給を止めて加熱ローラ１１の回転を停止させる。また、加熱定着終了後に液体１２の余熱は蓄熱部６５に回収される。
【００３１】
このような構成を有する本実施形態の定着装置５の動作について以下に説明する。
定着中や定着準備期間以外では加熱ローラ１１の回転が行われないので、加熱ローラ非回転時における加熱ローラ１１内部の液体１２の液面Ｆ１は、図４中の破線で示す水平状態であり、液体１２中の図中左寄りにヒータ１３があることになる。
【００３２】
このような状態から定着準備に入り加熱ローラ１１を図中時計回りに回転させる。すると、加熱ローラ回転時における加熱ローラ１１内部の液体１２の液面Ｆ２は、液体１２の粘性、液体１２に作用する重力、加熱ローラ１１内面の摩擦、ヒータ１３との流体抵抗などにより、水平状態より図中で示す角度θに傾く位置まで移動する。このような液体１２の液面の移動に伴ってヒータ１３は液体１２中の図中中央にあることなる。
【００３３】
よって、図３に示すように、加熱ローラ１１の回転中心（固定軸１７の中心）を通る鉛直線より、角度θの傾きを持って加熱ローラ１１と加圧ローラ１９とが対峙するニップ個所Ｎを設定し、ヒータ１３も加熱ローラ１１と加圧ローラ１９とが対峙する位置に設定される。これにより、加熱ローラ１１の回転が行われない時に、液体１２中の左寄りにあったヒータ１３は液体１２中の中央寄りになって、液体１２の流動している領域とニップ個所Ｎとが対峙することになるので、定着における加熱電力のロスが少なくなる。また、加熱ローラ１１の回転始動時は、液体１２が流動しヒータ１３の熱がより伝導拡散しやすくなるので、液体１２の温度が迅速に所定の均一な温度になる。
【００３４】
図６は、加熱ローラ１１と加圧ローラ１９とを有する定着装置５の他の構成におけるローラ軸方向の透視斜視図と定着に係る液体温度制御系統図とを示したものである。
【００３５】
過冷却状態の相変化材料に相変化させるために相変化部材の局所に機械的衝撃や電気的衝撃などのトリガーを加えて、過冷却状態の液体に結晶を発核させ固体へ相変化させ潜熱を放出させる手段では、相変化手段に温度依存性がなく、環境温度の影響には優位である。しかし、機械的、電気的や熱的な衝撃に区別なく、過冷却状態の相変化材料へ衝撃を与えて発核させ、結晶核が成長して行く相変化の進行過程においては、過冷却状態の相変化材料の温度分布による濃度むら、あるいは収納容器内面の表面状態のばらつきや衝撃の伝播むらによって同時に均一に相変化が進まないことがある。そうすると常に均一の加熱定着を得るためには、かえって温度検出や加熱ヒータの温度制御に一層の精密さが求められるようになる。また、このばらつきを小さくするために、収納容器の製造精度の一層の向上は困難である。したがって、待機電力を削減するために、加熱ローラのプレヒートを行わず、所定の定着温度への立ち上げウォームアップ時間を短縮させるにあたり、過冷却状態の相変化材料を用いた蓄熱材の発熱が、迅速かつ場所や時間でムラのないようにする必要がある。そのためには、過冷却された液相から固相への相変化の進行過程が、立ち上げ毎回で、定着ローラの幅方向でむら無く同時に起こればよい。
【００３６】
図６に示す本実施の形態の定着装置５の加熱ローラ１１の内部には、液体１２とその液体１２を加熱する加熱システム６１とが設けられている。加熱システム６１は、液体１２中に浸漬させ液体１２を加熱するヒータ１３と、液体１２の温度を検知する液温センサ７１とが台座８７に固定され、回転軸受け６９を介して蓄熱部６５が台座８７に支持されものである。さらに、図６の加熱ローラ軸方向の断面図を示す図７にあるように、蓄熱部６５の両端部には、加熱ローラ１１に内接したホイール３０を蓄熱部６５に連結させたものである。
【００３７】
蓄熱部６５は、固相から液相への相変化に伴って吸熱し液相から固相への相変化に伴って放熱する蓄熱材６８がケース９１内に収納されているものである。
【００３８】
加熱ローラ１１は外側に接した回転輪１４及び回転支持輪１５，１６によって回転する。また、加熱システム６１は回転する加熱ローラ１１の固定されている中心軸に取り付けられた、支持部１８によって固定されており、よって加熱ローラ１１が回転しても、加熱システム６１は所定位置に固定されている。
【００３９】
図６に示した定着装置５の加熱ローラ１１や加圧ローラ１９の軸方向中央付近の断面図は、図１に示した定着装置５と同様に図３のように示され、図６の加熱ローラ１１や加圧ローラ１９の軸方向端部付近におけるニップ個所Ｎの拡大断面図は図８で示される。
【００４０】
加熱ローラ１１の内部には、ほぼニップ領域に対峙する量の液体１２と、液体１２中に浸漬させたヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とが配置されており、加熱ローラ１１の軸方向中央付近においては、液体１２中にヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とが加熱ローラ１１内面に接触しないように間隔をあけて配置されている。
【００４１】
加熱ローラ１１の軸方向端部付近においては、ヒータ１３と液温センサ７１それぞれの末端が台座８７に固定され、蓄熱部６５は台座８７に回転軸受け６９を介して懸架されており、蓄熱部６５の加熱ローラ１１の軸方向端部付近において、加熱ローラ１１に内接する、蓄熱部６５に連結させたホイール３０が設置されている。
【００４２】
加熱ローラ１１が回転すると、内接したホイール３０が回転し同時にホイール３０と連結した蓄熱部６５を回転させることにより、蓄熱部６５内部の蓄熱材６８が流動またはケース９１の内面と蓄熱材６８との摩擦により、後述するように定着動作終了後に常温まで冷やされ過冷却状態にある蓄熱材６８に衝撃を与えて、蓄熱材６８に対して液相から固相への相変化を開始させるものである。
【００４３】
さらに、図９の蓄熱部６５の拡大断面図に示すように、蓄熱部６５のケース９１の内面には、突起状のフィン９３が設置されているので、このフィン９３により回転時に蓄熱材６８へ衝撃を与え、フィン９３はまた熱交換伝熱翼として蓄熱材６８とケース９１間の接触伝熱面積を拡大させて熱伝導を促進させることができる。
【００４４】
なお、ローラ内面にホイール３０だけ接触し、蓄熱部６５は接触せず回転するので、液体１２の流動性が蓄熱部６５の周囲で保てるので、蓄熱部６５と液体１２との間の伝熱効率が優れる。
【００４５】
このように、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とは、加熱ローラ１１の軸方向両端部それぞれに配置された台座８７の間に、加熱ローラ１１の軸方向に張架されている。
【００４６】
そこで、図６の液体温度制御系統図に示すように、加熱システム６１には、固定軸１７内部を通し、電力供給線２１と信号伝送線２３とを配した支持部１８を介して電力が供給されたり、温度検出信号が伝送されたりするようになっている。ヒータ１３とヒータ電源部３１とが電力供給線２１で配線され、液温センサ７１と温度計測部３５とが信号伝送線２３で配線されている。このように、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とを設置した加熱システム６１と、ヒータ電源部３１が電力供給線２１で配線され、温度計測部３５と信号伝送線２３とが配線されている。
【００４７】
また、加熱ローラ１１の軸方向両端は、加熱ローラ１１の内部に液体１２と不活性気体とを閉じ込めるために密閉蓋２２で封止されており、密閉蓋２２の中心に位置する固定軸１７の周りに設けられたシールリング２４において回転摺動する構造をなしている。
【００４８】
このような構成を有する本実施形態の定着装置５の動作について以下に説明する。
加熱ローラ非回転時や低速回転時における加熱ローラ１１内部の液体１２の液面Ｆ１は、液体１２の粘性、加熱ローラ１１内面の摩擦、ヒータ１３との流体抵抗の影響が小さく、液体１２に作用する重力が支配し、図８中の破線で示す水平状態であり、液体１２中に蓄熱部６５があり、液体１２中の図中左寄りにヒータ１３があることになる。
【００４９】
このような状態から定着中や定着中では加熱ローラ１１を図中時計回りに高速回転させる。すると、加熱ローラ回転時における加熱ローラ１１内部の液体１２の液面Ｆ２は、液体１２に作用する重力だけでなく、液体１２の粘性、加熱ローラ１１内面の摩擦、ヒータ１３との流体抵抗などの作用の影響が大きく、水平状態より図中で示す角度θに傾く位置まで移動する。このような液体１２の液面の移動に伴って蓄熱部６５は液体１２中から外に出て、ヒータ１３は液体１２中の図中中央にあることなる。
【００５０】
加熱ローラ１１の回転と、このような液体１２と加熱システム６１の位置と、定着動作の関係について以下に説明する。
【００５１】
まず、加熱ローラ１１が回転前の状態であって、蓄熱材６８は定着動作終了後に常温まで冷やされ過冷却液体であり、液体１２の液面Ｆ１は図８中の破線で示す水平状態であり、液体１２中に蓄熱部６５がある。
【００５２】
トナーが転写された用紙Ｐの位置情報を受けて、搬送制御部３４から加熱ローラ回転信号を図示しない加熱ローラ回転電源部に送り、回転輪１４などを回転駆動させる図示しない駆動源に加熱ローラ回転電源部から電力を供給して前記駆動源により回転輪１４を回転駆動させる。このように回転輪１４を回転駆動させることで加熱ローラ１１は、固定軸１７を回転中心に回転輪１４の回転に連れ回って回転する。
【００５３】
そこで、加熱ローラ１１を低速回転させて、加熱ローラ１１に内接するホイール３０を介して蓄熱部６５を回転させることにより、蓄熱部６５内部の蓄熱材６８が流動またはケース９１の内面と蓄熱材６８との摩擦により、定着動作終了後に常温まで冷やされ過冷却状態にある蓄熱材６８に衝撃を与えて、液相から固相への相変化を開始させ発熱させて、蓄熱部６５周囲の液体１２の温度を迅速に高める。この場合、加熱ローラ回転信号には回転速度が含まれる。あるいは、加熱ローラ１１の回転速度を定着時と同じ速度で高速回転させて、蓄熱部６５を回転させることにより、過冷却状態にある蓄熱材６８に衝撃を与えて、蓄熱部６５の温度を迅速に高める。この場合、液体１２の液面Ｆ２は図８中水平状態より図中で示す角度θに傾く位置であり、蓄熱部６５は液体１２の外にあるので、加熱ローラ１１を所定の時間だけ回転させた後、加熱ローラ１１の回転を一時停止し、液体１２の液面をＦ１位置に戻して蓄熱部６５で発生した熱を周囲の液体１２へ伝熱させ温度を迅速に高める。
【００５４】
上記のいずれかで蓄熱部６５はローラ回転と共にホイール３０によって回転し、蓄熱部６５のケース９１内の蓄熱材６８は、蓄熱部６５の幅、すなわち加熱ローラ１１の軸方向に渡って衝撃を受けるため、蓄熱部６５の幅で均一に過冷却液体から相変化して固化し発熱する。蓄熱部６５の幅で均一に過冷却液体から相変化するので、蓄熱部６５に温度分布があったり、蓄熱材６８に濃度分布があったり、また、ケース９１の製造ばらつきが高精度でなくても、加熱ローラ１１をあらかじめ決められた所定の時間回転させることにより所定の温度に再現性良く到達させることができる。
【００５５】
これを図１０において、加熱ローラ軸方向に沿った蓄熱部６５の各所表面温度、液体温度と時間経過の関係として示す。
【００５６】
加熱ローラ軸方向に沿った場所から相変化させる蓄熱部のみの発熱であると、加熱ローラ軸方向に沿った蓄熱部表面の温度はＱ１とＱ２との間のバラつき範囲内であって、端部から相変化させる蓄熱部のみの発熱であると、加熱ローラ軸方向に沿った蓄熱部表面の温度はＰ１とＰ２との間のバラつき範囲内である。
【００５７】
ヒータと加熱ローラ軸方向に沿った場所から相変化させる蓄熱部とによる液体の加熱の場合、加熱ローラ軸方向に沿った液体の温度はＳ１とＳ２との間のバラつき範囲内であって、加熱ローラ軸方向に沿った液体の温度はＲ１とＲ２との間のバラつき範囲内となる。端部から相変化させると、液体の目標温度に対して、温度や到達時刻がばらつく範囲が大きい。なお、蓄熱部の発熱温度にばらつきを少なくすることによって、液温センサの測定精度が増しヒータの温度制御も高精度になるので、液体の温度が迅速に所定の温度に均一になる。
【００５８】
図６に示す液体温度制御系統図において、液体１２の温度を液温センサ７１で検出して温度計測部３５から定着温度制御部３３へ温度情報を送る。定着温度制御部３３は液体１２の温度が所定の温度になるように、加熱信号をヒータ電源部３１に送り、ヒータ１３を発熱させて液体１２を加熱する。
【００５９】
液体１２の温度が定着実行できる温度になったら、加熱ローラ１１と加圧ローラ１９との間であるニップ個所に用紙Ｐが搬送されてきて用紙Ｐに対してトナーの加熱定着が行われる。トナーが定着された用紙Ｐの位置情報を受けて加熱定着が終了したと判断したら、定着温度制御部３３から加熱停止信号をヒータ電源部３１に送る。また、これと同時に、搬送制御部３４から加熱ローラ回転停止信号を図示しない加熱ローラ回転電源部に送り前記駆動源への電力供給を止めて加熱ローラ１１の回転を停止させる。そうすると、加熱定着終了後に高温度の液体１２が蓄熱部６５の周囲に還流し、潜熱を放出して固化した蓄熱材６８が液体１２から熱を付与されて再び溶融し、さらに液体１２と蓄熱材６８が冷却されてゆく際に、蓄熱材６８は過冷却の状態で蓄熱する。
【００６０】
よって、図３に示すように、加熱ローラ１１の回転中心（固定軸１７の中心）を通る鉛直線より、角度θの傾きを持って加熱ローラ１１と加圧ローラ１９とが対峙するニップ個所Ｎを設定し、ヒータ１３も加熱ローラ１１と加圧ローラ１９とが対峙する位置に設定される。これにより、加熱ローラ１１の回転が行われない時に、液体１２中の左寄りにあったヒータ１３は液体１２中の中央寄りになって、液体１２の流動している領域とニップ個所Ｎとが対峙することになるので、定着における加熱電力のロスが少なくなる。また、加熱ローラ１１の回転始動時は、液体１２が流動しヒータ１３の熱がより伝導拡散しやすくなるので、液体１２の温度が迅速に所定の均一な温度になる。
【００６１】
図１や図６に示した定着装置５において、ヒータ１３が液体１２中に常時埋設されるように、ヒータ１３のサイズや液体１２の深さを設定する必要があるが、液体１２により加熱されるニップ個所Ｎの所定温度範囲に従い液体１２の量を決定すればよい。また、液体１２の温度を迅速に所定温度へ到達させるためには、液体１２の比熱容量や熱伝導率を鑑み、液体１２の量を少なくすればよい。
【００６２】
ここで、加熱ローラ１１の軸方向における温度分布を均一にするために、加熱ローラ１１の軸方向でヒータ１３を複数に分割して、分割部分ごとに台座８７と支持部１８とを設置し、それぞれのヒータ１３ごとに電力を調節して供給する構成も考えられる。例えば、加熱ローラ１１の軸方向の幅より小さなサイズの用紙Ｐが通紙される場合には、加熱ローラ１１の軸方向全幅に均等にヒータ１３への電力供給を行うと、非通紙領域では通紙領域より高温度になって後続の定着に影響を及ぼすと共に電力も無駄になる。そのため、用紙サイズに対応させて通紙領域のヒータ１３に電力を供給することにより、加熱ローラ１１の軸方向で均一な温度分布や省電力化を図ることができる。
【００６３】
更に、ヒータ１３としては、ニクロム線やカンタル線の抵抗加熱による簡単な構造の電熱線が利用できる。そして、ヒータ１３と液体１２とは直接接触し合っているので伝熱効率が良くヒータ１３に供給する電力は少なく済むのでヒータ電源部３１を小さくできる。また、ヒータ１３と液体１２とが直接接触し合っていることにより、液体１２に効率良く対流を発生させられるので、液体１２の攪拌が促進され温度分布が均一になる。
【００６４】
更には、ヒータ１３の発熱温度は、加熱した液温度付近で良く、おおむね２５０［℃］から３００［℃］であるため、ヒータ１３の安定性や寿命に有利であり、万一の過熱不具合に対して安全性が高い。もし、従来のように液体１２を温める熱源が電熱線を用いたヒータ１３ではなくハロゲンランプであれば、電熱線より構造が複雑であったり、電力の熱変換効率においては熱以外の不要な輻射エネルギーを消費したりする。また、液体１２とハロゲンランプとが直接接し合っていないため伝熱効率が低い。さらにハロゲンランプは赤外線の輻射で液体１２を加熱する必要があるためハロゲンランプ付近は４５０℃以上にもなり、ハロゲンランプに供給する電力が電熱線を用いる場合よりも大きくなる。そのため、安定性や寿命に電熱線を用いる場合よりも配慮を要し、過熱不具合の対処への余裕が少ない。
【００６５】
また、簡単な構造の電熱線と比較して、ハロゲンランプや電磁誘導加熱装置のように大型の加熱器（ヒータ）は熱容量が大きいので、長時間の連続定着を行うと大型の加熱器自身が温度上昇する。そのため、これらの加熱器の動作状態が変化したり、大きな熱容量によってニップ個所Ｎへの影響もあったりし、定着開始から定着終了まで一定の定着性能を得ることは容易ではない。よって、ヒータ１３及びヒータ１３の周辺部材の熱容量はできるだけ小さいほうが望ましい。
【００６６】
本実施形態の図１に示すような定着装置５では、ヒータ１３を液体１２に浸漬させると共に蓄熱部６５も液体１２に浸漬させるように設けている。蓄熱部６５は、電熱線からなるヒータ１３と平行して配設された蓄熱材６８を内包するケース９１（図５参照）を、加熱ローラ１１の軸方向両端それぞれに設けた台座８７間に張架されている。蓄熱材６８は、固相から液相への相変化に伴って自身の周囲から熱を吸熱し潜熱として蓄熱し、液相から固相への相変化に伴って蓄熱した熱を顕熱として自身の周りに放熱する所謂潜熱型蓄熱材である。
【００６７】
上述したように定着中や定着準備期間などの加熱ローラ非回転時における加熱ローラ１１内部の液体１２の液面Ｆ１は図５中の破線で示す水平状態であり、液体１２中の図中右寄りに蓄熱部６５があることになる。
【００６８】
蓄熱部６５は定着開始時に、図５のチューブ状の蓄熱部６５のケース９１に接して取り付けられたトリガー６６によって蓄熱部６５に衝撃を与え、この衝撃が蓄熱部６５のケース９１に内包されている過冷却状態の液体状の蓄熱材６８の液相から固相への相変化を引き起こし、この蓄熱材６８の相変化に伴って発熱された熱によって蓄熱部６５に接した周囲の液体１２を急速に加熱する。トリガー６６としては、例えば圧電材料と電極とにより発振し蓄熱部６５に衝撃を与える構成のものを用いることができる。
【００６９】
また、定着開始時には蓄熱部６５がヒータ１３と同様に液体１２中に浸漬されていると共に、ヒータ１３や蓄熱部６５が液体１２で囲まれ密接しているので、ヒータ１３や蓄熱部６５からの放熱が液体１２に伝熱するロスが少ない。これによって、ヒータ１３へのより少ない電力供給で迅速に液体１２が高温度に到達するので、すばやく定着を開始するために液体１２、延いては、加熱ローラ１１をプレヒートさせておく待機電力が不要になる。
【００７０】
このような状態から定着準備に入り加熱ローラ１１を図５や図８で図時計回りに回転させると、加熱ローラ回転時における加熱ローラ１１内部の液体１２の液面Ｆ２は、液体１２の粘性、液体１２に作用する重力、加熱ローラ１１内面の摩擦、ヒータ１３との流体抵抗などにより、水平状態より図中で示す角度θに傾く姿勢になる。このような液体１２の液面の姿勢変化に伴って蓄熱部６５は図５に示すように液体１２の外にあることなる。
【００７１】
定着が行われる加熱ローラ１１の回転中は、ヒータ１３は液体１２を加熱するだけで、最小の熱容量になっているので、液体１２の温度をすばやく制御し最適な定着温度にすることができる。また、ヒータ１３によって蓄熱部６５を加熱する分の電力を必要とせず電力の無駄がない。また、加熱ローラ１１内の気体で満たされている雰囲気中の温度は、蓄熱材６８の融点よりも低く、定着時などの加熱ローラ１１の回転中に液体１２の外に位置する蓄熱材６８は固相のままである。
【００７２】
一方、定着終了後に加熱ローラ１１の回転が止まると、加熱ローラ非回転時における液体１２の液面Ｆ１は図５中の破線で示す水平状態になり、蓄熱部６５が液体１２中に没する。蓄熱部６８は、液体１２の高温度の余熱により加熱され蓄熱材６８の固相から液相への相変化に伴って吸熱し、さらに、液体１２の温度が常温に降下して過冷却状態で次の定着開始まで潜熱として保存する。これによって、定着終了後の液体１２からの余熱の排出量が削減され、周囲環境の温度上昇を低減できる。
【００７３】
蓄熱材６８の材料は、固相と液相間の相変化の過程で生じる、熱の吸収または熱の放出を利用して熱エネルギーを蓄える物質であって、定着温度に適した相変化温度にするため融点調整剤を添加したり、耐久性を高めるため過冷却防止剤、相分離防止剤等を添加したりしたパラフィンＣ２２Ｈ４６、チオ硫酸ナトリウム５水和塩、酢酸ナトリウム３水和塩、硝酸マグネシウム６水和塩などである。
【００７４】
パラフィンＣ２２Ｈ４６の場合は、ゴムまたは合成樹脂に分散させる。酢酸ナトリウム３水和塩は、融点が５８［℃］であり、加熱ローラ１１内の液体１２が室温の環境で過冷却しておき、トリガー６６によって蓄熱材６８に衝撃を与えて過冷却状態の液相から固相へ相変化するので、蓄熱材６８から顕熱が放出され蓄熱材６８は５８［℃］になる。これにより、加熱ローラ１１内の液体１２が室温である場合、液体１２が蓄熱部６５の蓄熱材６８の発熱によって加熱される。
【００７５】
また、定着を終了した際の加熱ローラ１１内の液体１２の温度は余熱によって５８［℃］以上であるので、液体１２によって暖められた蓄熱材６８が固相から液相へ相変化し、その相変化に伴って液体１２の余熱が蓄熱材６８に潜熱として保存され、蓄熱材６８が室温で過冷却状態の液体となる。
【００７６】
蓄熱部６５の材料は、蓄熱材６８を内包するケースとしてＡｌ、Ｎｉ、ＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属や、ポリプロピレン、ポリエステルなどのプラスチックを適用できるが、その中でも、より耐熱性を高め高熱伝導率を有するＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｓｕｌｆｉｄｅ）などのエンジニアリングプラスチックが特に優れている。トリガー６６は圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）と電極としての金属材料とが適用できる。
【００７７】
さらに、図１や図６に示した第１の実施形態の定着装置５では、ヒータ１３を液体１２に浸漬させると共に液温センサ７１も液体１２に浸漬させるように設けている。液温センサ７１は、電熱線からなるヒータ１３と平行してヒータ１３と同一のニクロム線材料を加熱ローラ１１の軸方向両端それぞれに設けた台座８７間に張架しており、ニクロム線材料の抵抗値や温度係数により容易に液体１２の温度を測定できるものである。このように、液温センサ７１により測定した液体１２の温度に基づいて液体１２の温度が定着に必要な温度になるように、ヒータ電源部３１からヒータ１３に供給する電力を調整する。詳細には、液体１２中に設置した液温センサ７１から温度計測部３５で検出した温度を、定着温度制御部３３で所定の制御信号の値に変換しヒータ電源部３１からヒータ１３に供給する電力を調節し、液体１２が所定温度となるようにヒータ電源部３１からヒータ１３に電力を供給する。このように本実施形態の定着装置５は簡単な構造なので、狭い場所にヒータ１３と液温センサ７１とを併設することが可能である。
【００７８】
加熱ローラ１１の軸方向では温度分布が生じやすいので、加熱ローラ１１の軸方向に複数の液温測定個所を設け、それら液温測定個所それぞれに液温センサ７１を配設してもよい。また、液温センサ７１には、ニクロム線材料以外にも、アルメル線とクロメル線を接合した熱電対線や、サーミスタ素子や抵抗温度係数の大きい材料による感温素子なども利用できる。
【００７９】
ここで、液温センサ７１に関し、ニップ個所Ｎでのトナーの定着時の温度を検出することとの関連について述べる。
【００８０】
カラートナーを用紙Ｐへ定着する際に定着性及び光沢を安定させるために加熱ローラ１１と同様に加圧ローラ１９を十分に加熱し、白黒画像を定着する場合に必要なニップ時間の１．５倍〜２倍の時間で十分にカラートナーと用紙Ｐとを加熱する。そのため、トナーだけでなく用紙Ｐを裏面まで温めることになり、余分なエネルギーを消費することになる。定着工程で消費されるエネルギーのうち、純粋にトナーを加熱するのに費やされるエネルギーはせいぜい１割であり、あとは加熱ローラ１１の放熱などが１割〜２割、残りの約７割〜８割が用紙Ｐを加熱することに費やされている。したがって、カラー出力時の消費電力を抑えたり、カラー画像形成に際しての時間当たり出力枚数を上げたりするためには、いかに用紙Ｐを加熱せずにトナーを加熱溶融させるかがポイントとなる。
【００８１】
用紙Ｐの加熱を抑えつつ用紙Ｐにトナーを定着させるためには、短いニップ時間でトナーが載っている用紙表面部分のみを加熱して用紙Ｐにトナーを定着させることが有効である。しかし、短時間でトナーを加熱するためトナー内の温度勾配が大きくなり、定着不良やホットオフセットなどの不具合が発生しやすい。
【００８２】
そこで、加熱が必要な個所やタイミングを見極めて、トナーに必要なだけの熱を加える方法が考えられる。しかしながら、このような用紙Ｐへのトナーの定着に必要な、トナーへの熱や付着力を与える制御について、更にはトナーが定着においてどのような温度になり、どのような加圧力を受けているかがわかっていない。
【００８３】
いかに用紙Ｐを加熱せずにトナーを加熱溶融させるかがポイントとなる上で、トナーに加える圧力を調節するために定着時のトナーの圧力を検出したり、トナーに加える熱を調節するために定着時のトナーの温度を検出したりすることが必要になる。そして、これらを定着装置５に適する仕組みとして設置することが求められるが、加熱ローラ１１にサーミスタなどを当接させて温度測定する従来の方法では、ニップ個所Ｎに精度良くサーミスタなどを当接させることはできない。
【００８４】
また、加熱ローラ１１内部からニップ個所Ｎをハロゲンランプや電磁誘導により加熱する場合、例えば加熱ローラ１１内部においてサーミスタなどを加熱ローラ１１内面に当接させて温度測定することが考えられる。ところが、ハロゲンランプなどの熱源から加熱ローラ１１への熱の伝熱経路内で加熱ローラ１１の用紙Ｐやトナーと接する外面よりも手前の温度検出になり、且つ、ハロゲンランプなどの熱源から加熱ローラ１１への伝熱をサーミスタなどによって遮蔽することにもなり、スマートな方法とは言いがたい。
【００８５】
一方、ニップ個所Ｎで用紙Ｐにトナーを定着する時の加熱ローラ１１内にある液体１２の温度を検出することは、液体１２は流動性があるので液体１２中では均熱性が高く、ニップ個所Ｎに液体１２が対峙し近接している。そのため、ニップ個所Ｎでの用紙Ｐにトナーを定着する時の温度を検出するものとして、加熱ローラ１１にサーミスタなどを当接させて温度測定するよりも、トナーの温度に対する測定精度が高いといえる。
【００８６】
図１１は、図１や図６に示す定着装置５における液温温度制御に関するものであり、図１１（ａ）は時間経過に沿った液体１２の温度特性であって、横軸が時間を示し縦軸が温度を示している。また、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の横軸の時間に対応させて、ヒータ１３のみによる液体１２の加熱過程を示している。図１１（ｃ）は、図１１（ａ）の横軸の時間に対応させて、ヒータ１３と蓄熱部６５とによる液体１２の加熱過程における、液体１２の液面レベル（液面の位置）と蓄熱部６５との位置関係を示している。
【００８７】
図１１（ａ）の点線Ｍは、ヒータ１３の立ち上がり温度特性である。ヒータ１３のみによる液体１２を加熱した後、所定のタイミングでヒータ１３による液体の加熱を止めて液体１２を冷却する場合における温度特性は細線Ｈである。液体１２の温度が目標温度である１８０［℃］に到達する時刻がＴ３である。時刻Ｔ３に到達後、ヒータ１３をＴ４でＯＦＦした際に液体１２の温度が室温まで低下する時刻がＴ６を越えることがわかる。
【００８８】
破線Ｐは、蓄熱部６５の発熱温度特性であり、Ｔ０で（図１においてはトリガー６６により）蓄熱材６８へ衝撃が与えられると、過冷却状態にある蓄熱材６８が液相から固相へ相変化し、その相変化に伴って迅速に蓄熱部６５が発熱して、蓄熱部６５が時刻Ｔ１で最高温度に到達する。
【００８９】
蓄熱部６５のみによる液体１２の加熱に対しては、蓄熱部６５が液体１２で囲まれ液体１２に密接しているので、蓄熱部６５からの放熱が液体１２に伝熱するロスが少なく伝熱効率が高く、点線Ｑで示す性能がある。
【００９０】
ヒータ１３と蓄熱部６５とによる液体１２の加熱を行った場合には、太線Ｒで示すように、液体１２の温度が目標温度１８０［℃］に到達した時刻が、ヒータ１３のみによって液体１２を加熱した場合（細線Ｈ）に液体１２の温度が目標温度１８０［℃］に到達した時刻Ｔ３より早く、時刻Ｔ２に到達することがわかる。
【００９１】
よって、ヒータ１３と蓄熱部６５とによる液体１２の加熱を行った場合には、時刻Ｔ２で加熱ローラ１１の回転が開始し、用紙Ｐがニップ個所Ｎに搬送されて用紙Ｐにトナーが定着される。このように、液体１２の温度が目標温度に早く到達することにより、いつでもすばやく用紙Ｐにトナーを定着させることができるので、定着開始を早めるために液体１２をプレヒートする待機電力が削減され省エネルギー化を図ることができる。
【００９２】
また、図１１（ｃ）の液体１２の液面レベルＬと蓄熱部６５の位置との関係に示すように、加熱ローラ１１の回転時は、液体１２の液面レベルＬ（破線）は、蓄熱部６５の位置よりも下方に移動する。このとき蓄熱部６５は液体１２の外にあるので、ヒータ１３は液体１２を加熱するだけで最小の熱容量になっていて、ヒータ１３が蓄熱部６５を加熱するための電力を必要とせず消費電力を低減でき無駄な電力消費がない。
【００９３】
ヒータ１３がＴ４でＯＦＦされ、加熱ローラ１１の回転が止まると、液体１２の液面レベルＬ（破線）は、蓄熱部６５の位置よりも上方に移動する。これによって、高温度の液体１２の余熱により蓄熱部６５は加熱され、液体１２の余熱が蓄熱材６８の固相から液相への相変化に伴って蓄熱材６８に吸熱される。この吸収した熱は、次の定着工程がなされる際の液体１２の加熱過程の開始（定着動作開始時）まで、潜熱として蓄熱材６８に保存（蓄熱）される。また、液体１２の余熱が蓄熱材６８に吸熱されることで、液体１２の温度は自然放冷の場合よりも早く時刻Ｔ５で室温に到達する。そのため、液体１２からの排熱を少なくでき液体１２の余熱が無駄にならず、次の液体１２の加熱に有効利用され省エネルギー化を図れる。
【００９４】
ここで、ヒータ１３と蓄熱部６５とによって液体１２の加熱を行う場合には、液体１２の温度が目標温度１８０［℃］に到達まで、必ずしもヒータ１３と蓄熱部６５とによって液体１２を加熱しなくて良い。例えば、液体１２の温度が蓄熱材６８の融点よりも少し低い所定温度に達するまでは、ヒータ１３と蓄熱部６５とによって液体１２を加熱する。そして、液体１２の温度が前記所定温度に達した時点で加熱ローラ１１を回転させて液体１２の液面の姿勢変化により蓄熱部６５を液体１２の外に位置させ、液体１２をヒータ１３だけによって加熱し目標温度に到達させる。このように、液体１２の温度が目標温度に到達する途中までしかヒータ１３と蓄熱部６５とによって液体１２を加熱しなくても、経時でヒータ１３だけによって液体１２の加熱を行う場合よりも、液体１２の温度が目標温度に到達する時間を短くすることができる。
【００９５】
図１２や図１３は、各時刻の加熱ローラ軸方向の液体温度分布特性を示したものであって、横軸が加熱ローラ軸方向の位置であり、縦軸が液体１２の温度である。後述する時刻Ｔ１、時刻Ｔ２、及び、時刻Ｔ３は、図１１に示す時刻と同一のものである。
【００９６】
また、ヒータ１３のみによって液体１２を加熱する場合における、時刻Ｔ１での液体温度分布のグラフを細線ＶＴ１、時刻Ｔ２での液体温度分布のグラフを細線ＶＴ２、及び、時刻Ｔ３での液体温度分布のグラフを細線ＶＴ３で示す。蓄熱部６５のみによって液体１２を加熱する場合における、時刻Ｔ１での液体温度分布のグラフを点線ＵＴ１、時刻Ｔ２での液体温度分布のグラフを点線ＵＴ２、及び、時刻Ｔ３での液体温度分布のグラフを点線ＵＴ３で示す。ヒータ１３と蓄熱部６５とによって液体１２を加熱した場合における、時刻Ｔ１での液体温度分布のグラフを太線ＷＴ１、時刻Ｔ２での液体温度分布のグラフを太線ＷＴ２、及び、時刻Ｔ３での液体温度分布のグラフを太線ＷＴ３で示す。
【００９７】
図１２や図１３から、ヒータ１３と蓄熱部６５とによって液体１２を加熱することで、ヒータ１３のみによって液体１２を加熱する場合よりも、早い時刻に加熱ローラ軸方向の液体温度分布が均一に目標温度（１８０［℃］）に到達することがわかる。
【００９８】
ここで、用紙Ｐにトナーが定着されるにあたり、例えばトナーの軟化温度が１５０［℃］の場合、加熱ローラ１１、用紙Ｐ、加圧ローラ１９の熱物性値、定着圧力や定着時間によって、おおむね液体１２の温度を１８０［℃］から２２０［℃］の範囲にする。液体１２の性質に求められる条件は、熱伝導率が大きく、沸点が高く、蒸気圧が小さいものであって、また、均一な温度分布のために、液体１２の粘性は小さく流動性は高い方が望ましい。この場合、グリコール系のフルード、シリコーン系オイルやフッ素系オイルであれば沸点が２２０［℃］以上であるものが選択される。
【００９９】
また、液体１２を加熱する際のヒータ１３に供給する電力を低減させつつ、迅速に液体１２を定着可能な所定温度に到達させるために、特にニップ個所Ｎを集中して加熱させる必要がある場合には、液体１２が蒸発してその蒸気に潜熱が奪われないように蒸気圧が小さい液体１２を選択する。すなわち、液体１２が蒸発してしまうと、加熱しようとするニップ個所Ｎ以外に熱が運ばれ、その分、ヒータ１３に供給する電力が無駄になる。
【０１００】
また、予熱をせず印刷開始時間を短く加熱温度の迅速な立ち上げをする方法として、加熱ローラ１１の肉厚を薄くし熱容量を低減する構成を採用した場合、加熱ローラ１１が液体１２を充填する気密構造であると、液体１２の加熱により加熱ローラ１１の内部の蒸気圧が高まると加熱ローラ１１が変形しやすい。そのため、液体１２としてイオン性液体を用いることが考えられる。イオン性液体は、イオンのみで構成され室温付近に融点を有する液体状態の塩（常温溶融塩）である。イオン性液体がもつ特徴として、イオンのみからなる液体は幅広い温度域で液状であり、しかも蒸気圧がほぼ０であるので、高温下でも蒸発しない。また、溶媒を含まないのに比較的低粘度性であり、高い比熱容量をもつので、熱伝導媒体として適する。また、安全性の高いグリーンケミストリーとして地球環境にやさしい化学品である。イオン液体としては、陽イオンの、イミダゾリウム系、ピリジウム系、脂環式アミン系、脂肪族アミン系、脂肪族ホスホニウム系と、陰イオンの、ＢＦ４−、ＰＦ６−等の無機イオン系、ＣＦ３ＳＯ２−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＣＯ２−等のフッ素系陰イオンとの組合せ他様々な構造からなっている常温溶融塩であり、これらが利用できる。
【０１０１】
また、特に、熱伝導率が大きい液体としては、ＡｌやＡｇなどの金属微粒子やカーボンナノチューブ微粒子を分散させた液体が使用できる。更に、地球の環境に対する影響を低減するための植物由来物質であれば、グリセリンは飽和蒸気圧下で沸点２９０［℃］、熱伝導率３００［ｍＷ／ｍ・Ｋ］（２３０［℃］）という熱物性値で、高沸点、高熱伝導率であり、あるいは、大豆油のメチルエステル（商品名：ＳＯＹ  ＧＯＬＤ１０００  ／ＡＧ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（ＡＥＰ）社製で沸点３３３［℃］）なども利用できる。
【０１０２】
［実施形態２］
次に、本発明を電子写真方式の画像形成装置としての直接転写方式タンデム型のレーザプリンタ（以下、「プリンタ」という）に適用した第２の実施形態について説明する。本実施形態のプリンタの基本的な構成は実施形態１のプリンタと略同じなので、その説明は省略する。本実施形態では、本発明の定着装置５における微細加工技術による加熱システム６１の構造などについて詳しく説明する。
【０１０３】
液体１２を加熱する際のヒータ１３に供給する電力を低減しつつ、加熱立ち上がり時間を短縮するのに伴って、加熱ローラ１１が小型化されている。この加熱ローラ１１に充填される液体１２は、ニップ個所Ｎ付近を加熱するに相当するごく少量である。また、液体１２中にヒータ１３や液温センサ７１が浸漬し、蓄熱部６５が加熱ローラ回転時に液体１２中に浸漬せずローラ非回転時に液体１２中に浸漬する必要があると共に、効率良く、温度分布を精度良く液体１２を加熱することが望まれる。したがって、ヒータ１３、液温センサ７１、蓄熱部６５の形状や設置位置の精度は精密でなければならない。以下に、これらのために加工精度を可能にする構造を示す。
【０１０４】
図１４は本発明の第２の実施形態に係る加熱ローラ１１と加圧ローラ１９とを有する定着装置５の加熱ローラ１１や加圧ローラ１９の軸方向中央付近におけるニップ個所Ｎの拡大断面図である。
【０１０５】
同図に示す本実施形態の定着装置５は、加熱ローラ１１内のニップ個所Ｎに対峙させて液体１２に浸漬させた、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とを支える台座８７と、その台座８７が取り付けられる基板６２とを有する加熱システム６１が、支持部１８を介して固定軸１７に支持されて取り付けられている。
【０１０６】
ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５や、それらを支持する支持板６７（図１５参照）は、液体１２の流動性を効果的に利用するために、ほぼ同一の高さの水平線にそって配置される。また、ヒータ１３、液温センサ７１、蓄熱部６５及び支持板６７以外の構造物と液体１２が接触伝熱しないように、ヒータ１３、液温センサ７１及び蓄熱部６５を、加熱ローラ１１の軸方向両端それぞれに設けた台座８７間に架橋させて設けている。これにより、液体１２の液面と基板６２との間に空隙である空洞部７５が確保され伝熱ロスや流動抵抗を小さくすることができる。
【０１０７】
加熱ローラ１１内における液体１２を層流にして液体１２とヒータ１３との熱交換効率を上げると共に、液体１２の流動性を確保して液体１２の温度分布を均一にするため、特にヒータ１３、液温センサ７１、蓄熱部６５及び支持板６７は、平板状に形成されて互いに平行に配置されている。
【０１０８】
加熱ローラ１１が回転していないときは、上述したように加熱ローラ非回転時における液体１２の液面Ｆ１は水平状態である。そのため、ほぼ同一の高さの水平線にそって配置された、ヒータ１３、液温センサ７１及び蓄熱部６５が液体１２に浸漬し、ヒータ１３、液温センサ７１及び蓄熱部６５と、基板６２との間に、液体１２が貫流する流路が形成され、その流路を液体１２が流動する。
【０１０９】
加熱ローラ１１が回転しているときは、上述したように加熱ローラ回転時における液体１２の液面Ｆ２が加熱ローラ１１の回転方向に沿って水平に対して角度θの傾きになり、ヒータ１３及び液温センサ７１が液体１２に浸漬し、蓄熱部６５が液体１２の外に位置するようになる。また、加熱ローラ１１が回転しているときでも、液体１２の液面と基板６２との間に空隙が確保され、ヒータ１３及び液温センサ７１と、基板６２との間に液体１２が貫流する流路が形成され、その流路を液体１２が流動する。
【０１１０】
同図に示すように、加熱システム６１は、ヒータ１３、液温センサ７１及び蓄熱部６５を集積一体化したユニットである。このような構造により、構造の精度や耐久性を確保しつつ、より簡便に低コストで製造可能となる。
【０１１１】
図１５は図１４に示した加熱システム６１のユニット構成を示す図である。図１５は加熱システム６１を下方から見た場合の平面図、図１６は図１５のＡ−Ａ’線断面図、図１７は図１５のＢ−Ｂ’線断面図、図１８は図１５のＣ−Ｃ’線断面図、図１９は図１５のＤ−Ｄ’線断面図、図２０は図１５のＥ−Ｅ’線断面図である。図１５において図１４と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【０１１２】
図１５に示すように、用紙搬送方向を横切る方向に、ヒータ１３、液温センサ７１、蓄熱部６５及びトリガー６６を、加熱ローラ１１の軸方向両端それぞれに設けられた台座８７に固定する。加熱ローラ１１の軸方向両端部には、支持部１８内を通る図示しない配線と、ヒータ１３、液温センサ７１及び蓄熱部６５とをそれぞれ繋ぐ、ヒータ電極８１、センサ電極８２及びトリガー電極８３が設けられている。
【０１１３】
ここで、加熱ローラの軸方向両端部は放熱が大きく、加熱立ち上がり時は加熱ローラ軸方向両端部の温度上昇が遅いので、加熱ローラ軸方向に沿って温度分布が大きい。そのため、加熱ローラ軸方向において精密に温度制御を行えるように、加熱ローラ軸方向両端部にトリガー６６を設けて、蓄熱部６５の加熱ローラ軸方向中央部よりも両端部の発熱動作を早めることにより、加熱ローラ軸方向における温度分布の均一化を図っている。
【０１１４】
また、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とを用紙搬送方向に長尺な支持板６７で接続し、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５との平面性や強度を保持している。ヒータ１３、液温センサ７１及び蓄熱部６５が少量の液体１２に精度良く浸漬するためには、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とが平面性に優れている必要がある。そのため、図２０に示すように、平面性が優れた基板６２に、基板６２とヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５の間隔精度が高くなるように同じ厚みの台座８７を介して、隔てて平行にヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５を固定する。
【０１１５】
また、図１９に示すように、ヒータ１３や蓄熱部６５からの熱が液体１２に効率良く伝熱できるよう、板状のヒータ１３、液温センサ７１及び蓄熱部６５の両面に沿って液体１２が流動するように、板状のヒータ１３、液温センサ７１及び蓄熱部６５と基板６２との間に空洞部７５として、液体１２が貫流する流路を設けた構造となっている。
【０１１６】
ここで、蓄熱部６５はケース９１などによって蓄熱材６８を内包する構造となっている。図２１は図２０の蓄熱部６５のトリガー６６周辺の断面図であり、図２２は図２１の別の実施例である。
【０１１７】
蓄熱部６５はケース９１と封止カバー９２とで蓄熱材６８が内包されている。台座８７に固定された蓄熱部６５の両端のケース９１または封止カバー９２の外側には、電圧を電極層９５に印加することによって衝撃力を発生させる圧電振動層９６が設置されている。圧電振動層９６からの衝撃力が蓄熱材６８に加えられることによって、蓄熱部６５の加熱ローラ軸方向両端から中央に向かって、蓄熱部６５のケース９１などに内包されている過冷却状態の液体状の蓄熱材６８が、急速に液相から固相に相変化する。これによって、蓄熱部６５の加熱ローラ軸方向両端が加熱ローラ軸方向中央よりも先行して周囲の液体１２を加熱することができ、ヒータ１３だけの加熱よりも早く液体１２の温度を目標温度に到達させることができ、且つ、均一な温度分布が得られる。
【０１１８】
図２３は加熱システム６１のユニット構成の他例を示す図である。図２３は加熱システム６１を下方から見た場合の平面図、図２４は図２３のＡ−Ａ’線断面図、図２５は図２３のＢ−Ｂ’線断面図、図２６は図２３のＣ−Ｃ’線断面図、図２７は図２３のＤ−Ｄ’線断面図、図２８は図２３のＥ−Ｅ’線断面図である。図２３において図１４と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【０１１９】
図２３に示すように、用紙搬送方向を横切る方向に、ヒータ１３、液温センサ７１、蓄熱部６５を、加熱ローラ１１の軸方向両端それぞれに設けられた台座８７に固定する。用紙搬送方向を横切る方向に渡って、蓄熱部６５の外面にはトリガーライン８５とトリガーライン８５へ電力を印加するトリガー電極ライン８４が併設されている。加熱ローラ１１の軸方向両端部には、支持部１８内を通る図示しない配線と、ヒータ１３、液温センサ７１及び蓄熱部６５とをそれぞれ繋ぐ、ヒータ電極８１、センサ電極８２及びトリガー電極８３が設けられている。
【０１２０】
そこで、図２９の液体温度制御系統図に示すように、加熱システム６１には、固定軸１７内部を通し、電力供給線２１と信号伝送線２３とを配した支持部１８を介して電力が供給されたり、温度検出信号が伝送されたりするようになっている。ヒータ１３とヒータ電源部３１とが電力供給線２１で配線され、蓄熱部６５のトリガー電極とトリガー電源部３２とが電力供給線２１で配線され、液温センサ７１と温度計測部３５とが信号伝送線２３で配線されている。このように、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とを設置した加熱システム６１と、ヒータ電源部３１とトリガー電源部３２それぞれが電力供給線２１で配線され、温度計測部３５と信号伝送線２３とが配線されている。
【０１２１】
また、加熱ローラ１１の軸方向両端は、加熱ローラ１１の内部に液体１２と不活性気体とを閉じ込めるために密閉蓋２２で封止されており、密閉蓋２２の中心に位置する固定軸１７の周りに設けられたシールリング２４において回転摺動する構造をなしている。
【０１２２】
図２９に示す液体温度制御系統図においては、トナーが転写された用紙Ｐの位置情報を受けて、液体１２の温度を液温センサ７１で検出して温度計測部３５から定着温度制御部３３へ温度情報を送る。定着温度制御部３３は液体１２の温度が所定の温度になるように、加熱信号をヒータ電源部３１とトリガー電源部３２とに送り、ヒータ１３と蓄熱部６５とを発熱させて液体１２を加熱する。ヒータ１３と蓄熱部６５とにより加熱された液体１２の温度を液温センサ７１で検出して温度計測部３５から定着温度制御部３３へ温度情報を送る。液体１２の温度が定着実行できる温度になったら搬送制御部３４から加熱ローラ回転信号を図示しない加熱ローラ回転電源部に送り、回転輪１４などを回転駆動させる図示しない駆動源に加熱ローラ回転電源部から電力を供給して前記駆動源により回転輪１４を回転駆動させる。このように回転輪１４を回転駆動させることで加熱ローラ１１は、固定軸１７を回転中心に回転輪１４の回転に連れ回って回転する。加熱ローラ１１と加圧ローラ１９との間であるニップ個所に用紙Ｐが搬送されてきて用紙Ｐに対してトナーの加熱定着が行われる。トナーが定着された用紙Ｐの位置情報を受けて加熱定着が終了したと判断したら、定着温度制御部３３から加熱停止信号をヒータ電源部３１に送る。また、これと同時に、搬送制御部３４から加熱ローラ回転停止信号を図示しない加熱ローラ回転電源部に送り前記駆動源への電力供給を止めて加熱ローラ１１の回転を停止させる。また、加熱定着終了後に液体１２の余熱は蓄熱部６５に回収される。
【０１２３】
また、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とを用紙搬送方向に長尺な支持板６７で接続し、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５との平面性や強度を保持している。ヒータ１３、液温センサ７１及び蓄熱部６５が少量の液体１２に精度良く浸漬するためには、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とが平面性に優れている必要がある。そのため、図２０に示すように、平面性が優れた基板６２に、基板６２とヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５の間隔精度が高くなるように同じ厚みの台座８７を介して、隔てて平行にヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５を固定する。
【０１２４】
また、図２７に示すように、ヒータ１３や蓄熱部６５からの熱が液体１２に効率良く伝熱できるよう、板状のヒータ１３、液温センサ７１及び蓄熱部６５の両面に沿って液体１２が流動するように、板状のヒータ１３、液温センサ７１及び蓄熱部６５と基板６２との間に空洞部７５として、液体１２が貫流する流路を設けた構造となっている。
【０１２５】
ここで、蓄熱部６５はケース９１などによって蓄熱材６８を内包する構造となっている。蓄熱部６５はケース９１で蓄熱材６８が内包されている。台座８７に固定された蓄熱部６５の両端のケース９１の外側には、トリガー電極ライン８４間へ電圧を印加することによって衝撃力を発生させる圧電振動層のトリガーライン８５がローラ軸方向に沿って設置されている。トリガーライン８５から衝撃力が蓄熱材６８にローラ軸方向の全幅に渡って同時に加えられることによって、ローラ軸方向に沿った蓄熱部６５の相変化特性のばらつきがあっても、蓄熱部６５の加熱ローラ軸方向に沿った局所に偏らずローラ軸方向の全幅に渡って同時に、蓄熱部６５のケース９１などに内包されている過冷却状態の液体状の蓄熱材６８が、急速に液相から固相に相変化する。これによって、蓄熱部６５の加熱ローラ軸方向の全幅に渡って同時に周囲の液体１２を加熱することができ、蓄熱材６８が同時に均一に相変化することによって、液体１２の温度分布が加熱ローラ１１の幅方向でむらが少なくなるので、液体１２の温度測定がより高精度になり、液体１２の温度を目標温度に高精度に早く到達させることができ、且つ、均一な温度分布が得られる。
【０１２６】
また、図３０に示すように、両端部の熱容量が中央部よりも大きい加熱ローラ１１の場合では、軸方向の温度分布を均一にするに際し、両端部でより多くの蓄熱材の発熱を必要とするので、図２３における蓄熱部６５に対し加熱ローラ軸方向の両端部における蓄熱部６５を大きくしたり、トリガーライン８５を大きくしたりすることが効果的である。
【０１２７】
また、同図に示すように、加熱システム６１はヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とを集積一体化したユニット構成である。このような構造により、構造の精度や耐久性を確保しつつ、より簡便に低コストで加熱システム６１が製造可能となる。
【０１２８】
ここで、構成材料の一例を示すと、基板６２や台座８７は耐熱性を有する、例えばガラスやセラミック、Ａｌ、Ｎｉ、ＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属であり、電極はＡｌ、Ｎｉ、ＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属、支持板６７はＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３などのセラミックの電気絶縁材料、ヒータ１３はニクロム、カンタル、ＳｉＣ、ＴａＮ、ＢＮ、カーボンなどの電気抵抗材料、液温センサ７１はニクロム、カンタルなどの電気抵抗材料や熱電対材料が適用できる。
【０１２９】
蓄熱部６５の材料は、ケース９１や封止カバー９２として、Ａｌ、Ｎｉ、ＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４などのセラミックの電気絶縁材料が適用できる。あるいは、より熱容量を低減させて温度変化を迅速にさせるためにポリプロピレンやポリエステルなどのプラスチックが適用できるが、その中でも、より耐熱性を高め高熱伝導率を有するＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｓｕｌｆｉｄｅ）などのエンジニアリングプラスチックが特に優れている。
【０１３０】
蓄熱材６８は繰り返しの相変化において相分離させないための相分離防止添加剤を含むパラフィンＣ２２Ｈ４６、チオ硫酸ナトリウム５水和塩、酢酸ナトリウム３水和塩、硝酸マグネシウム６水和塩などであり、トリガー６６は圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）と電極としての金属材料とが適用できる。
【０１３１】
図３１は、図１５に示した加熱システム６１の別の構成を示したものであり、図１８に対応した加熱システム６１の断面図である。本実施形態の加熱システム６１では、実施形態２の加熱システム６１における基板６２と台座８７とを一体成型している。
【０１３２】
図３１は、図１８などに示した基板６２と台座８７とを一体成型した台座８８の加熱ローラ長手方向両端それぞれに形成された凸部８９に、蓄熱部６５の加熱ローラ長手方向両端、トリガー電極８３、及び、トリガー６６などが取り付けられている状態を示している。台座８８は一枚の基板に凹部を設けるか台座を形成する。または、鋳型により台座つき基板構造を形成する。そして、基板の凸部または台座間にヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とを張架する。このような構造により、構造の精度や耐久性を確保しつつ、より簡便な低コストに製造可能となる。
【０１３３】
図３２は、図１５に示した加熱システム６１の別の構成を示したものである。図３２は図１５の別の構成を示す平面図である。図３２において、図１５と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【０１３４】
図３２に示す加熱システム６１は、加熱ローラ１１の軸方向に複数設けられたヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とを集積一体化したユニット構成の例であり、ここでは加熱ローラ１１の軸方向両端と中央との３箇所にそれぞれ対応させてヒータ１３を配置している。このような領域分割配置が微細加工方法では可能であり、複数のヒータ１３を集積させることによって、複数個所を個々に精密に加熱制御できる。また、加熱ローラ１１の面に沿って温度分布が生じ易いので、加熱ローラ１１の面に沿って加熱ローラ軸方向端部と中央部との領域を分割加熱制御できる。
【０１３５】
図３３は、図３２の加熱システム６１の別の構成を示す断面図である。図３３において、図１５や図３２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【０１３６】
図３３に示す加熱システム６１は、ヒータ１３と液温センサ７１と加熱ローラ１１の軸方向に複数設け、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とを集積一体化したユニット構成の例である。ここでは加熱ローラ１１の軸方向両端と中央との３箇所にそれぞれ対応させてヒータ１３と液温センサ７１とを配置している。このような領域分割配置が微細加工方法では可能であり、ヒータ１３や液温センサ７１を複数集積させることにより、複数個所を個々に精密に温度制御できる。また、加熱ローラ１１の軸方向に沿って温度分布が生じ易いので、加熱ローラ１１の軸方向に沿って加熱ローラ軸方向端部と中央部との領域に分割し、それぞれで温度制御することで加熱ローラ軸方向における温度分布の均一化を図っている。
【０１３７】
図３４は、図１５の加熱システム６１の別の構成を示す図である。図３４において、図１５と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【０１３８】
図３４に示す加熱システム６１は、微細加工でヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とを集積一体化したユニット構成である。加熱ローラ１１の軸方向両端部は放熱が大きく温度が低くなるので、加熱ローラの幅に沿って温度分布が大きい。そのため、精密に温度制御するために、加熱ローラ１１の軸方向において蓄熱部６５の大きさを、加熱ローラ１１の軸方向中央よりも加熱ローラの軸方向両端を大きくする。すなわち、蓄熱部６５は層状の構造なので幅を加熱ローラ１１の軸方向中央で細くし、蓄熱部６５からの発熱量を加熱ローラ１１の軸方向中央よりも加熱ローラ１１の軸方向で増やす。これにより、加熱ローラ１１の面に沿って温度分布の均一化を図ることができる。
【０１３９】
図３５は、図２３の加熱システム６１の別の構成を示す断面図である。図３５において、図２３と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【０１４０】
図３５に示す加熱システム６１は、ヒータ１３と液温センサ７１と加熱ローラ１１の軸方向に複数設け、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とを集積一体化したユニット構成の例である。ここでは加熱ローラ１１の軸方向両端と中央との３箇所にそれぞれ対応させてヒータ１３と液温センサ７１とを配置している。このような領域分割配置が微細加工方法では可能であり、ヒータ１３や液温センサ７１を複数集積させることにより、複数個所を個々に精密に温度制御できる。また、加熱ローラ１１の軸方向に沿って温度分布が生じ易いので、加熱ローラ１１の軸方向に沿って加熱ローラ軸方向端部と中央部との領域に分割し、それぞれで温度制御することで加熱ローラ軸方向における温度分布の均一化を図っている。
【０１４１】
図３２、図３３、図３４、図３５に示した各実施形態の加熱システム６１においては、図１２の各時刻の加熱ローラ軸方向の液体温度分布特性に示すように、加熱ローラ１１の軸方向中央よりも加熱ローラ１１の軸方向両端で温度上昇が速やかにできる。さらに、液体１２中に設置した液温センサ７１から温度計測部３５で検出した温度を、定着温度制御部３３で所定の制御信号の値に変換しヒータ電源部３１に供給する電力を調節し、液体１２が所定温度となるようにヒータ１３に電力を供給する。よって、液温センサ７１を用いた液体１２の温度検出により、ヒータ１３の電力を液体１２の温度が定着に必要な温度になるようにヒータ電力を調整できる。これにより、ヒータ１３及び蓄熱部６５による液体１２の加熱は、図１２の太線（ＷＴ３）で示すように早い時刻に加熱ローラ１１の軸方向で温度分布が均一な目標温度に到達させることができる。したがって、定着操作を高速に立ち上げ、且つ、液体１２の余熱の利用を可能にして電力の無駄を削減させることができる。さらに、加熱システム６１として、ヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とを集積一体化したユニット構成にすることにより、構造の精度や耐久性を確保しつつ、より簡便に低コストで製造可能となる。
【０１４２】
図３６は、本実施形態に係る加熱ローラ１１と加圧ローラ１９とを有する定着装置５の加熱ローラ１１や加圧ローラ１９の軸方向中央付近におけるニップ個所Ｎの拡大断面図である。図３６において、図１４と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【０１４３】
図３６に示す定着装置５においては、図１４に示した定着装置５と異なる構成要素として、加熱ローラ１１の内部に２層の液体すなわち液体１２ａと液体１２ｂとを設けており、その２層の液体中にヒータ１３と液温センサ７１と蓄熱部６５とが浸漬される。
【０１４４】
ここで、加熱ローラ１１内の液体が沸点の低い液体である場合は、液体の蒸発により潜熱として加熱ローラ１１内部の空間に熱が拡散するなどニップ個所Ｎを効率良く加熱できない。そのため、本実施形態では沸点の低い液体１２ｂを下層の液体として用い、沸点が高く蒸気圧が小さい液体１２ａを上層の液体として用いることによって、加熱ローラ１１内で液体１２ａと液体１２ｂとの蒸発が抑えられそれら液体からの放熱を低減させることができる。下層の液体１２ｂは、上層の液体１２ａよりも比重が大きい液体であって、水溶液とオイルとのように混ざり合わず分離する２種の液体を用いる。また、下層の液体１２ｂとして熱伝導率が大きい液体を選択することによって、より迅速な伝熱を行うことができる。このような液体に求められる条件に合致した材料が組み合わされることにより、１種類の液体を加熱ローラ１１内に設ける場合よりも広い条件範囲で液体の種類を選択し性能を向上させることができる。
【０１４５】
本実施形態の定着装置５としては、定着温度、定着速度、光沢度などのトナー定着形状、用紙Ｐの厚み、用紙温度、及び、環境温度情報の少なくとも１つを制御パラメータとして加熱ローラ１１内部の液体１２の液面の角度量を変化させる構成を採用しても良い。図３７に示すように、加熱ローラ１１の表面から等距離の位置で角度を可変調整するための、加圧ローラ１９の回転軸１５を変位可能に支持する調節範囲枠４１を図示しない装置本体の筐体に設け、加熱ローラ１１の内部の液体１２の位置に追従して加圧ローラ１９の回転軸２５の位置を調節範囲枠４１内で可変させる。これにより、上記制御パラメータに応じた適切な定着を行うことできる。
【０１４６】
［実施形態３］
次に、本発明を電子写真方式の画像形成装置としての直接転写方式タンデム型のレーザプリンタ（以下、「プリンタ」という）に適用した第３の実施形態について説明する。本実施形態のプリンタの基本的な構成は実施形態１のプリンタと略同じなので、その説明は省略する。
【０１４７】
図３８は、図１の加熱ローラ１１とは内部構成の異なる加熱ローラ１１と加圧ローラ１９とを有する定着装置５の加熱ローラ１１や加圧ローラ１９の軸方向中央付近における断面図であり、図３９は図３８のニップ個所Ｎの拡大断面図である。
【０１４８】
加熱ローラ１１の内部には、ほぼニップ領域に対峙する量の液体１２と、液体１２に対峙する加熱器５１と蓄熱部６５とが配置されており、蓄熱部６５が加熱ローラ１１内面に接触しないように間隔をあけて配置されている。蓄熱部６５は、固相から液相への相変化に伴って自身の周囲から熱を吸熱し潜熱として蓄熱し液相から固相への相変化に伴って蓄熱した熱を顕熱として自身の周りに放熱する所謂潜熱型蓄熱材である蓄熱材６８を含むものである。
【０１４９】
加熱器５１としては、ハロゲンヒータ、μ波放射器、ＩＨ加熱器などが適用でき、加熱器５１によって加熱される範囲は蓄熱部６５が位置する領域を除き液体１２の液面に対向させた領域であり、図３８の加熱器５１では反射板５２によって加熱範囲を制限している。これにより、加熱器５１によって液体１２を効率良く加熱することができる。
【０１５０】
加熱ローラ１１と加圧ローラ１９との当接するニップ個所Ｎにおいて、用紙Ｐに転写されたトナーが加熱圧着され用紙Ｐ上に定着されるにあたって、液体１２が直接接触している蓄熱部６５で加熱された後、加熱器によって液体１２のみ加熱されるように、加熱ローラ１１の回転による液体１２の流動位置の変化と、蓄熱部６５の熱を放出したり吸収したりするタイミングとを対応させて、ニップ領域に対峙して配置されている。これにより、液体１２により加熱器と蓄熱部６５とニップ個所Ｎとの互いの間の伝熱ロスは少なく、伝熱も迅速である。
【０１５１】
加熱ローラ１１の軸方向端部付近においては、蓄熱部６５の末端が台座８７に固定されており、蓄熱部６５には発熱操作するためのトリガー６６が設置されている。トリガー６６は、後述するように定着動作終了後に常温まで冷やされ過冷却状態にある蓄熱材６８に衝撃を与えて、蓄熱材６８に対して液相から固相への相変化を開始させるものである。トリガー６６としては、例えば圧電材料と電極とにより発振し蓄熱材６８に衝撃を与える構成のものを用いることができる。蓄熱部６５は、加熱ローラ１１の軸方向両端部それぞれに配置された図示しない台座８７の間に、加熱ローラ１１の軸方向に張架されている。
【０１５２】
定着中や定着準備期間以外では加熱ローラ１１の回転が行われないので、加熱ローラ非回転時における加熱ローラ１１内部の液体１２の液面Ｆ１は図３９中の破線で示す水平状態であり、液体１２中の図中右寄りに蓄熱部６５があることになる。
【０１５３】
蓄熱部６５は定着開始時に、蓄熱部６５のチューブ状のケース９１に接して取り付けられた図示しないトリガーによって蓄熱部６５に衝撃を与える。すると、この衝撃が蓄熱部６５のケース９１に内包されている過冷却状態の液体状の蓄熱材６８の液相から固相への相変化を引き起こす。そして、この蓄熱材６８の相変化に伴って発熱された熱によって蓄熱部６５に接した周囲の液体１２を急速に加熱する。
【０１５４】
また、定着開始時には蓄熱部６５が液体１２中に浸漬されており蓄熱部６５が液体１２で囲まれているので、蓄熱部６５からの放熱が液体１２に伝熱するロスが少ない。これによって、加熱器５１へのより少ない電力供給で迅速に液体１２が高温度に到達するので、すばやく定着を開始するために液体１２、延いては、加熱ローラ１１をプレヒートさせておく待機電力が不要になる。
【０１５５】
このような状態から定着準備に入り加熱ローラ１１を図３９中時計回りに回転させると、加熱ローラ回転時における加熱ローラ１１内部の液体１２の液面Ｆ２は、液体１２の粘性、液体１２に作用する重力、加熱ローラ１１内面の摩擦などにより、水平状態より図中で示す角度θに傾く姿勢になる。このような液体１２の液面の姿勢変化に伴って蓄熱部６５は図３９に示すように液体１２の外にあることなる。
【０１５６】
ここで、加熱ローラ１１を回転させるタイミングとしては、例えば、液体１２の温度が蓄熱材６８の融点よりも少し低い所定温度に達した時点とすれば良い。つまり、液体１２の温度が蓄熱材６８の融点よりも少し低い所定温度に達するまでは、加熱ローラ１１を回転させずに、加熱器５１と蓄熱部６５とによって液体１２を加熱する。そして、液体１２の温度が前記所定温度に達した時点で加熱ローラ１１を回転させて液体１２の液面の姿勢変化により蓄熱部６５を液体１２の外に位置させ、液体１２を加熱器５１だけによって加熱し定着可能温度に到達させる。このように、液体１２の温度が定着可能温度に到達する途中までしか加熱器５１と蓄熱部６５とによって液体１２を加熱しなくても、経時で加熱器５１だけによって液体１２の加熱を行う場合よりも、液体１２の温度が定着可能温度に到達する時間を短くすることができる。
【０１５７】
定着が行われる加熱ローラ１１の回転中は、加熱器５１は液体１２を加熱するだけで、最小の熱容量になっているので、液体１２の温度をすばやく制御し最適な定着温度にすることができる。また、加熱器５１によって蓄熱部６５を加熱する分の電力を必要とせず電力の無駄がない。また、加熱ローラ１１内の気体で満たされている雰囲気中の温度は、蓄熱材６８の融点よりも低く、定着時などの加熱ローラ１１の回転中に液体１２の外に位置する蓄熱材６８は固相のままである。さらに、上述したように蓄熱部６５は、反射板５２によって制限された加熱器５１の加熱範囲の外に位置するので、蓄熱部６５が加熱器５１によって加熱され蓄熱材６８の温度が融点に達し固相から液相に相変化することも無い。
【０１５８】
一方、定着終了後に加熱ローラ１１の回転が止まると、液体１２の液面は図３９中の破線で示す水平状態になり、蓄熱部６５が液体１２中に没する。液体１２に没した蓄熱部６５の蓄熱材６８は、液体１２の高温度の余熱により加熱されて固相から液相への相変化に伴って吸熱し、さらに、液体１２の温度が常温に降下して過冷却状態で次の定着開始まで潜熱として保存（蓄熱）される。これによって、定着終了後の液体１２からの余熱の排出量が削減され、周囲環境の温度上昇を低減できる。
【０１５９】
以上、本実施形態によれば、ヒータ１３やハロゲンヒータ５１などの熱源を内包する中空状の加熱部材である加熱ローラ１１と、加熱ローラ１１に対向し圧接する加圧部材である加圧ローラ１９と、加熱ローラ１１内の加熱ローラ１１と加圧ローラ１９とが圧接して形成されるニップ部であるニップ個所Ｎの対向箇所に位置するように設けられた液体１２と、を備え、定着動作開始時に前記熱源によって少なくとも液体１２を加熱して加熱ローラ１１の温度を定着可能温度にした後に、ニップ個所Ｎにトナー像が担持された記録媒体である用紙Ｐを送り込み、熱及び圧力によって用紙Ｐ上にトナー像を定着させる定着装置５において、定着動作終了時に液体１２の熱を吸収して蓄熱し、その蓄熱した熱を次の定着動作開始時に液体１２に放出して液体１２を加熱する加熱手段である蓄熱部６５を有する。本実施形態においては、蓄熱部６５が定着動作終了時に液体１２の熱を吸熱して蓄熱し、その蓄熱した熱を次の定着動作開始時に液体１２に放熱して液体１２を加熱するので、液体１２をヒータ１３やハロゲンヒータ５１などの熱源だけで加熱する場合よりも短時間で液体１２の温度を定着可能温度にすることができる。よって、液体１２を前記熱源だけで加熱する場合よりも定着動作開始時に加熱ローラ１１のニップ個所Ｎ近傍を短時間で定着可能温度に到達させることができるので、その分、前記熱源のエネルギー消費を抑えることができる。また、蓄熱部６５が液体１２を加熱する際に放出する熱は、定着動作終了後に液体１２から吸熱して蓄熱した熱を再利用したものであるので、定着動作終了後の液体１２からの排熱量を低減させることができる。よって、液体１２を加熱した際に消費したエネルギーの無駄が少なくなるので、その分、省エネルギー化を図ることができる。したがって、省エネルギー化を図りつつ、加熱ローラ１１のニップ個所Ｎ近傍を迅速に定着可能温度にすることができる。
また、本実施形態によれば、蓄熱部６５が前記次の定着動作開始時に前記蓄熱した熱を加熱ローラ１１の軸方向の個所で同時に液体１２に放出する。これにより、蓄熱部６５が定着動作終了時に液体１２の熱を吸熱して蓄熱し、その蓄熱した熱を次の定着動作開始時に液体１２に放熱して液体１２を短時間で均一に加熱することができる。よって、液体１２に加熱ローラ１１の軸方向へ同時に加熱する手段を施さない場合よりも定着動作開始時に加熱ローラ１１のニップ個所Ｎ近傍を短時間で高精度に均一に定着可能温度に到達させることができるので、その分、前記熱源のエネルギー消費を抑え再現良く安定した定着を行うことができる。
また、本実施形態によれば、上記熱源は電熱線に電気を流して発熱させるヒータ１３であり、ヒータ１３を液体１２中に浸漬させて設けたことで、ヒータ１３が液体１２で囲まれ密接しているので、ヒータ１３からの放熱が液体１２に伝熱するロスが少ない。これによって、ヒータ１３へのより少ない電力供給で迅速に液体１２が高温度に到達させることができる。
また、本実施形態によれば、加熱ローラ１１は装置本体に対して回転可能に軸支されており、蓄熱部６５は、加熱ローラ非回転時には液体１２中に浸漬し加熱ローラ回転時には液体１２中に浸漬しないように設けられることで、定着が行われる加熱ローラ１１の回転中は、ヒータ１３の加熱する熱容量を定着に必要な液体１２の熱容量だけに低減させることができるので、液体１２の温度をすばやく制御し最適な定着温度にすることができる。
また、本実施形態によれば、蓄熱部６５は、固相と液相との間で相変化し、固相から液相への相変化に伴って液体１２から熱を吸収して蓄熱し、液相から固相への相変化に伴って蓄熱した熱を自身から液体１２に放出する、相変化部材である蓄熱材６８を有することで、蓄熱部６５の周囲の液体１２中へ潜熱を相変化によって顕熱として放出することにより、また、蓄熱部６５の周囲の液体１２の余熱を蓄熱部６５へ相変化によって潜熱として吸収することにより、加熱ローラ１１の必要なニップ個所Ｎを迅速に加熱できると共に排熱量を低減させ加熱電力に無駄が少ない定着装置５を提供できる。
また、本実施形態によれば、蓄熱材６８に所定のタイミングで衝撃を与える衝撃付与手段であるトリガー６６を有し、蓄熱材６８は常温で過冷却された状態でトリガー６６から衝撃が与えられることによって液相から固相に相変化し、その相変化に伴って熱を放出させる構成を採用することができる。
また、本実施形態によれば、蓄熱材６８に所定のタイミングで衝撃を与える衝撃付与手段である、加熱ローラ１１の回転に伴う回転力を蓄熱材６８に伝達させるホイール３０を有し、蓄熱材６８は常温で過冷却された状態で加熱ローラ１１の回転に伴う回転力が衝撃としてホイール３０から与えられることにより液相から固相に相変化して、その相変化に伴って熱を放出させることができる。
また、本実施形態によれば、蓄熱部６８を加熱ローラ軸方向に沿って衝撃付与手段であるトリガーライン８５を設けたことで、トリガーライン８５から衝撃力が蓄熱材６８にローラ軸方向の全幅に渡って同時に加えられることによって、ローラ軸方向に沿った蓄熱部の相変化特性のばらつきがあっても、蓄熱部６５の加熱ローラ軸方向に沿った局所に偏らずローラ軸方向の全幅に渡って同時に、蓄熱部６５のケース９１などに内包されている過冷却状態の液体状の蓄熱材６８が、急速に液相から固相に相変化する。これによって、蓄熱部６５の加熱ローラ軸方向の全幅に渡って同時に周囲の液体１２を加熱することができ、蓄熱材６８が同時に均一に相変化することによって、液体１２の温度分布が加熱ローラ１１の幅方向でむらが少なくなるので、液体１２の温度測定がより高精度になり、液体１２の温度を目標温度に高精度に早く到達させることができ、且つ、均一な温度分布が得られる。
また、本実施形態によれば、蓄熱部６５は加熱ローラ軸方向に長尺であり、蓄熱部６５の加熱ローラ軸方向両端にトリガー６６を設けたことで、蓄熱部６５の加熱ローラ軸方向両端位置の発熱を中央位置より促進させることにより、加熱ローラ１１の必要なニップ個所Ｎを、加熱ローラ１１の軸方向の温度分布を均一に迅速に加熱でき加熱電力に無駄が少ない定着装置５を提供できる。
また、本実施形態によれば、加熱ローラ１１の軸方向に長尺な蓄熱部６５の加熱ローラ軸方向中央部分が両端部分よりも細い形状にして、加熱ローラ１１の軸方向の両端位置よりも中央位置における蓄熱部６５の熱容量を小さくすることによって、加熱ローラ１１の軸方向の温度分布を均一に迅速に加熱でき加熱電力に無駄が少ない定着装置５を提供できる。
また、本実施形態によれば、上記液体の温度を測定する液温検知手段を前記液体中に浸漬させて設けたこと加熱ローラ１１のニップ個所Ｎの温度やヒータ１３の温度を精度よく測定することができ、最適な温度で定着できる。
また、本実施形態によれば、ヒータ１３を加熱ローラ１１の軸方向で複数配置し、複数の液温センサ７１を各ヒータ１３の近傍の液体１２中に浸漬させて設け、液体１２の各領域の温度を測定することにより、加熱電力に無駄が少なくなり、例えば、小さなサイズの記録媒体への定着の場合に加熱ローラ１１端部の非通紙箇所の温度上昇が抑えられ、加熱温度制御が容易になり、更には画像配置状態の特性に応じた定着性能を得ることもできる。
また、本実施形態によれば、少なくともヒータ１３と蓄熱部６５とを一体化、または、少なくともヒータ１３と蓄熱部６５と液温センサ１７とを一体化した加熱ユニットを、加熱ローラ１１の軸方向で複数配置したことで、加熱電力に無駄が少なくなり、加熱温度制御が容易になり、更には画像配置状態の特性に応じた定着性能を得ることもできる。
また、本実施形態によれば、液体１２の量が、ニップ個所Ｎの幅に相当する加熱ローラ１１の内部領域を満たす量であることで、加熱が不要な箇所を無駄に加熱せず、また、液量も多くないので、加熱が必要なニップ個所Ｎを迅速に加熱でき、加熱電力に無駄が少なくなる。
また、本実施形態によれば、ヒータ１３、蓄熱部６５及び液温検知センサ７１が、加熱ローラ１１の内面と一定距離を保持して固定されていることで、固定されたヒータ１３や液温センサ７１周囲を流動する液体１２とヒータ１３または液温センサ７１との接触が促進し、伝熱効率の向上や液温の均一化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、加圧ローラ１９は装置本体に対して変位可能に設けられており、ニップ個所Ｎのニップ幅方向の位置に応じて加圧ローラ１９の位置を移動させる位置調整手段を有することで、定着装置５の姿勢範囲を広げられ、液体１２の位置の変化に対応でき、液体１２に関する姿勢制限が緩和され利用範囲が広がる。
また、本実施形態によれば、液体１２がイオン液体であることで、イオン液体は蒸気圧の小さい液体であるため、液体の熱がニップ個所Ｎ以外に伝熱し難くなることにより、迅速に定着温度に達し、加熱電力の無駄が少なくなる。
また、本実施形態によれば、上記液体は、比重の異なる混合しない複数の液体で構成され、比重の大きい液体１２ｂの上部の比重の小さい液体１２ａは、加熱温度より沸点が高く蒸気圧が小さい液体を選択し、このような比重の異なる混合しない複数の液体を加熱ローラ１１の内部箇所に設けることにより、比重の大きい液体１２ｂの蒸発及び放熱を低減できる。
また、本実施形態によれば、ニップ個所Ｎ付近の加熱ローラ１１の内部に、基板６２の空洞部７５上に架橋し、且つ、少なくともヒータ１３、液温検知センサ７１または蓄熱部６５、ヒータ１３、液温検知センサ７１段または蓄熱部６５を支持する支持板６７を含む架橋部を有する加熱ユニットを具備し、前記架橋部のヒータ１３または液温検知センサ７１を液体１２に浸漬させる配置、及び、蓄熱部６５を加熱ローラ回転時に液体１２中に浸漬せず加熱ローラ非回転時に液体１２中に浸漬する配置とすることで、小型で、より加熱電力効率の優れた、より温度制御精度の優れた定着装置５が得られる。また、整流板も集積できるので、液体１２との熱交換効率が向上する。
また、本実施形態によれば、加熱ユニットを微細加工で構成することが好ましい。
また、本実施形態によれば、トナーで静電記録プロセスを行い用紙Ｐ上に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、未定着トナー画像を用紙Ｐに定着させる定着手段とを具備する画像形成装置において、前記定着手段として本発明の定着装置５を用いることにより、加熱ローラ１１の必要なニップ個所Ｎを迅速に加熱できると共に省エネルギー効果の高い画像形成装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１６０】
１    プロセスユニット
２    転写ユニット
３    光書込ユニット
４    給紙カセット
５    定着装置
６    感光体
７    帯電装置
８    現像装置
９    クリーニング装置
１１  加熱ローラ
１２  液体
１３  ヒータ
１４  回転輪
１５  回転支持輪
１６  回転支持輪
１７  固定軸
１８  支持部
１９  加圧ローラ
２１  電力供給線
２２  密閉蓋
２３  信号伝送線
２４  シールリング
２５  回転軸
２６  転写搬送ベルト
２７  駆動ローラ
２８  従動ローラ
２９  転写ローラ
３０  ホイール
３１  ヒータ電源部
３２  トリガー電源部
３３  定着温度制御部
３４  搬送制御部
３５  温度計測部
４１  調節範囲枠
４２  レジストローラ対
４３  給紙ローラ
５１  加熱器
５２  反射板
６１  加熱システム
６２  基板
６５  蓄熱部
６６  トリガー
６７  支持板
６８  蓄熱材
６９  回転軸受け
７１  液温センサ
７５  空洞部
８１  ヒータ電極
８２  センサ電極
８３  トリガー電極
８４  トリガー電極ライン
８５  トリガーライン
８７  台座
８８  台座
８９  凸部
９１  ケース
９２  封止カバー
９３  フィン
９５  電極層
９６  圧電振動層
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１６１】
【特許文献１】特開平０９−３１１５７５号公報
【特許文献２】特開平１０−２０７２８７号公報
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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