(57)【要約】【課題】超音波振動する振動工具に摺動するベルト部材と、ベルト部材に対向する対向部材との間を通過する記録媒体上に担持された未定着のトナー像の定着を、従来よりもトナー像の乱れを抑制して行える定着装置を提供する。【解決手段】超音波振動する振動工具１０４に摺動する定着ベルト１０２と、定着ベルト１０２に対向する加圧ローラ１１２との間を通過させるシートＳ上の未定着のトナー像を定着する定着装置１００に備える定着ベルト１０２を、次のように構成した。図５に示すように、定着ベルト１０２の基層１０２ａと表面層１０２ｃの間に設けた弾性層１０２ｂ中に、弾性層を構成するシリコーンゴムよりも硬質な、複数の硬質部材１０５として、繊維状の硬質部材である繊維状硬質部材１０５ａを配置した。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動する振動工具に摺動するベルト部材と、該ベルト部材に対向する対向部材との間を通過させる記録媒体上の未定着のトナー像を定着する定着装置において、
前記ベルト部材が有した弾性層中に、弾性層を構成する弾性層材よりも硬質な、複数の硬質部材を配置していることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置において、
前記硬質部材が、繊維状部材であることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１に記載の定着装置において、
前記硬質部材が、粒状、又はフレーク状の部材であることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１に記載の定着装置において、
前記硬質部材が、シート状部材であることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一に記載の定着装置において、
前記硬質部材は互いに接する状態で、前記弾性層中に配置されていることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項２に記載の定着装置において、
複数の前記繊維状部材は、各繊維状部材の長手方向が略平行となるように、前記弾性層中に配置されていることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項６に記載の定着装置において、
前記長手方向が、前記ベルト部材に接触しながら搬送される前記記録媒体の搬送方向と一致していることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
記録媒体上に担持された未定着のトナー像を定着する定着装置を備えた画像形成装置において、
前記定着装置として、請求項１乃至７のいずれか一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、未定着のトナー像を記録媒体上に定着する定着装置、及びこ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】
従来から、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の電子写真方式の画像形成装置において、転写紙やＯＨＰ用シート等の記録媒体上に形成した未定着のトナー像に、熱と圧力を与えて、記録媒体上に定着する定着装置を備えた画像形成装置が知られている。
このような画像形成装置に備える定着装置としては、被定着媒体である記録媒体上のトナーを１２０℃〜１６０℃で加熱してトナー像を形成するトナーを軟化又は溶融させたトナー像を加圧して、トナー像を記録媒体上に定着させる熱定着方式が広く普及している。
【０００３】
一般的な熱定着方式の定着装置では、未定着のトナー像を加熱するためのヒーター等の熱源を内部に設けた定着ローラ等の加熱部材と、この加熱部材と記録媒体を介して当接して定着ニップ部を形成する加圧ローラ等の対向部材とを備えている。そして、加熱部材と対向部材とで形成する定着ニップ部に、転写手段により転写された未定着のトナー像を担持した記録媒体を通過させて、加熱及び加圧することで未定着のトナー像を記録媒体上に定着させている。
このような定着装置では、加熱部材を定着に必要な温度まで加熱するのに時間が掛かることから、画像形成装置の待機時においても加熱部材が一定温度以下にならないように熱源に通電する必要がある。このような事情から画像形成装置における消費電力の半分以上は、定着装置における未定着のトナー像の加熱処理に消費されている。
【０００４】
一方、近年における環境問題対策の観点から、消費電力を抑えて省エネルギー化を図れる画像形成装置が望まれ、未定着のトナー像に与える熱の熱源として、ヒーター等を用いずに、振動工具で発生させた超音波振動を利用する定着装置が提案されている。
例えば、特許文献１には、振動工具に摺動（接触）するベルト部材と、ベルト部材に対向する対向部材との間に形成される定着ニップ部を記録媒体を通過させ、記録媒体上に担持した未定着のトナー像を定着する、次のような複数の定着装置の構成が記載されている。
【０００５】
特許文献１の図１、図２、図３、及び図６に係る構成は、無端移動する弾性層を有したベルト部材（中間ベルト）を介して、弾性層を有した対向部材とで記録媒体に圧力を加える定着ニップ部を形成するように振動工具を設けている。そして、ベルト部材が摺動している振動工具を超音波振動させて、ベルト部材の弾性層と記録媒体上の未定着のトナー像とを振動させて、ベルト部材の弾性層と記録媒体上の未定着のトナー像とを加熱し、定着ニップ部で熱と圧力とを加えて定着している。
また、振動工具の振動が定着ニップ部の記録媒体の移動方向上流側（以下、ニップ部上流側という）に伝播して、記録媒体上の未定着のトナー像が飛散しないように、ベルト部材の振動工具に摺動する側の面に、次のように振動伝播防止手段を設けている。振動工具と所定の間隔を空けたニップ部上流側の位置に、ベルト部材を押圧する振動伝播防止手段を設けている。
【０００６】
特許文献１の図５に係る構成は、２本の架張ローラに架け渡された外周側に弾性層を有した無端移動するベルト部材（定着ベルト）を設けている。また、ニップ部上流側の記録媒体搬送路から離れた位置に配置した一方の架張ローラに巻き付いているベルト部材部分の表面に圧接するように振動工具を設けている。また、他方の架張ローラに巻き付いているベルト部材部分の表面と加圧ローラとで記録媒体に圧力を加える定着ニップ部を形成している。
そして、ベルト部材に圧接している振動工具の振動により、ベルト部材の弾性層を振動させて発熱させ、発熱したベルト部材が定着ニップ部に移動したときに未定着のトナー像を加熱し、定着ニップ部で熱と圧力とを加えて定着している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、上記した省エネルギー化の要請に加え、従来にも増して画像形成装置の高画質化の要請が高まっている。
上記した特許文献１の各構成では、振動工具の超音波領域の振動を利用して未定着のトナー像を記録媒体上に定着しているため、ヒーター等の熱源を用いる従来の構成よりも、消費電力を抑えて省エネルギー化を図れる画像形成装置を提供できるものと考えられる。
しかし、特許文献１の図１、図２、図３、図５、及び図６に係る構成では、次の理由により、ニップ部上流側の記録媒体上でトナー飛散が生じてしまい、定着後のトナー像の乱れが発生するおそれがある。
【０００８】
特許文献１の図１、図２、図３、及び図６に係る構成では、少なくともベルト部材に接する振動工具と振動伝播防止手段との間の区間では、振動工具の超音波振動により定着ニップ部で振動する記録媒体の振動がニップ部上流側の記録媒体部分に伝播してしまう。
また、特許文献１の図５に係る構成は、各架張ローラでベルト部材を架張しているため、ベルト部材の弾性層だけでなく、各架張ローラから離間した区間のベルト部材自体が振動してしまう。このため、振動工具の駆動により一方の架張ローラに接触している領域のベルト部材部分（架張ローラ）に生じた振動の振幅が定着ニップ部に伝わり、ニップ部上流側の記録媒体部分に伝播するおそれがある。
以上のようにいずれの図に記載された構成でも、振動がニップ部上流側に伝播してしまうと、ニップ部上流側の記録媒体部分上の未定着のトナー像を形成するトナーが、定着ニップ部で挟持された記録媒体に伝わった振動により飛散してトナー像が乱れてしまう。
【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、次のような定着装置を提供することである。超音波振動する振動工具に摺動するベルト部材と、ベルト部材に対向する対向部材との間を通過する記録媒体上に担持された未定着のトナー像の定着を、従来よりもトナー像の乱れを抑制して行える定着装置である。
【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に記載の発明は、超音波振動する振動工具に摺動するベルト部材と、該ベルト部材に対向する対向部材との間を通過させる記録媒体上の未定着のトナー像を定着する定着装置において、前記ベルト部材が有した弾性層中に、弾性層を構成する弾性層材よりも硬質な、複数の硬質部材を配置していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、超音波振動する振動工具に摺動するベルト部材と、ベルト部材に対向する対向部材との間を通過する記録媒体上に担持された未定着のトナー像の定着を、従来よりもトナー像の乱れを抑制して行える定着装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る複写機の概略構成図。
【図２】四つの画像形成ユニットからなるタンデム型画像形成部の一部を示す部分拡大図。
【図３】発明者らが行った予備実験で模した定着ニップ部の説明図。
【図４】一実施形態の複写機に備えた定着装置の説明図。
【図５】硬質部材として繊維状部材を用いた定着ベルトの説明図。
【図６】硬質部材として粒子状部材を用いた定着ベルトの説明図。
【図７】硬質部材としてシート状部材を用いた定着ベルトの説明図。
【図８】実施例１乃至４、及び比較例１の定着ベルトの発熱評価１の結果を示したグラフ。
【図９】実施例５、及び比較例２の定着ベルトの発熱評価２の評価方法の説明図。
【図１０】実施例５、及び比較例２の定着ベルトの定着評価の評価方法の説明図。
【図１１】実施例５の発熱評価２に用いた後の感熱フィルムの発色状態の説明図。
【図１２】比較例２の発熱評価２に用いた後の感熱フィルムの発色状態の説明図。
【図１３】本発明を適用可能な定着装置の別例の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を、電子写真方式の複写機（以下、単に複写機５００という）に適用した一実施形態について説明する。
まず、複写機５００の基本的な構成について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る複写機５００の概略構成図、図２は、四つの画像形成ユニット１８（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）からなるタンデム型画像形成部１２０の一部を示す部分拡大図である。図３は、発明者らが行った予備試験で模した定着ニップ部の説明図であり、図３（ａ）は、振動工具１０４を静止させた状態の説明図、図３（ｂ）は、振動工具１０４を駆動させた状態の説明図である。
【００１４】
図１に示すように、複写機５００は、タンデム型カラー画像形成装置であり、画像形成装置本体部であるプリンタ部１５０と、給紙装置２００と、スキャナ３００と、原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）４００とを備えている。
プリンタ部１５０には、無端ベルト状の中間転写ベルト５０が中央部に設けられている。そして、中間転写ベルト５０は、ベルト駆動ローラ１４、クリーニング対向ローラ１５及び二次転写対向ローラ１６の三つの支持ローラに張架され、図１中の時計回りに回転可能とされている。クリーニング対向ローラ１５の近傍には、中間転写ベルト５０上の残留トナーを除去するための中間転写ベルトクリーニング手段である中間転写ベルトクリーニング装置１７が配置されている。
【００１５】
また、中間転写ベルト５０のベルト駆動ローラ１４とクリーニング対向ローラ１５との間の張架面外周に沿って、イエロー、シアン、マゼンタ、及びブラックの各色のトナーに対応した四つの画像形成ユニット１８（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）が並置されている。そして、四つの画像形成ユニット１８（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）は、中間転写ベルト５０の移動方向上流側からイエロー、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の順で並置され、タンデム型画像形成部１２０を構成している。
【００１６】
タンデム型画像形成部１２０の上方には、露光装置２１が配置されている。中間転写ベルト５０を挟んでタンデム型画像形成部１２０が配置された側とは反対側（中間転写ベルト５０の下方）には、二次転写装置２２が配置されている。二次転写装置２２においては、無端ベルトである転写搬送ベルト２４が一対の転写搬送支持ローラ２３に張架されており、一対の転写搬送支持ローラ２３の一方が駆動ローラとして回転駆動することで、転写搬送ベルト２４は図１中の反時計回り方向に回転駆動する。また、図１中の右側の転写搬送支持ローラ２３と二次転写対向ローラ１６とは、中間転写ベルト５０及び転写搬送ベルト２４を挟んで当接しており、この当接による中間転写ベルト５０と転写搬送ベルト２４との接触部分が二次転写ニップとなる。
【００１７】
プリンタ部１５０における二次転写装置２２の記録媒体であるシートＳのシート搬送方向下流側（図１中の左側）には、詳しくは後述するが、未定着のトナー像をシートＳ上に定着する定着装置１００が配置されている。この定着装置１００は、超音波振動する振動工具１０４に摺動するベルト部材である定着ベルト１０２と、定着ベルト１０２に対向する対向部材である加圧ローラ１１２との間を通過させるシートＳ上の未定着のトナー像をシートＳに定着させるものである。ここで、振動工具１０４、定着ベルト１０２、及び定着ベルト１０２を架張する四つの架張ローラ１０３とで、定着ニップ部を通過するシートＳ上に担持された未定着のトナー像を熱定着する熱量を与える加熱機構１０１を構成する。また、加圧ローラ１１２は、定着ベルト１０２を介して、振動工具１０４とで定着ニップ部を形成する加圧機構１１１を構成している。
そして、プリンタ部１５０における二次転写装置２２及び定着装置１００の下方には、シートＳの両面に画像形成を行う際にシートＳを反転させる反転装置２８が配置されている。
【００１８】
次に、複写機５００を用いたフルカラー画像の形成（カラーコピー）について説明する。先ず、原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）４００の原稿台１３０上に原稿をセットするか、あるいは原稿自動搬送装置４００を開いてスキャナ３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置４００を閉じる。
【００１９】
使用者が不図示の操作パネルのスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置４００に原稿をセットしたときは、原稿が搬送されてコンタクトガラス３２上へと移動された後でスキャナ３００が駆動し、第一走行体３３及び第二走行体３４が走行する。一方、コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ３００が駆動し、第一走行体３３及び第二走行体３４が走行する。このとき、第一走行体３３により、光源からの光が照射されることでこの光が原稿面で反射し、この反射光が第一走行体３３及び第二走行体３４におけるミラーで反射し、結像レンズ３５を通して読み取りセンサ３６で受光される。これにより、カラー原稿（カラー画像）が読み取られ、ブラック、イエロー、マゼンタ、及びシアンの画像情報とされる。
【００２０】
ブラック、イエロー、マゼンタ、及びシアンの各画像情報は、露光装置２１に伝達され、各画像情報に応じた露光光がタンデム型画像形成部１２０における各画像形成ユニット１８の各感光体１０に向けてそれぞれ照射される。これにより、各画像形成ユニット１８において、ブラック、イエロー、マゼンタ、及びシアンの各トナー画像が形成される。
【００２１】
ここで、図１に示すように四つの画像形成ユニット１８（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）は、それぞれ使用するトナーの色が異なる他はほぼ同様の構成になっており、タンデム型画像形成部１２０の一部を示す図２では、各符号に付すＹ，Ｃ，Ｍ，Ｋという添字を省略している。
図２に示すように、画像形成ユニット１８は、ドラム状の感光体１０を備え、この感光体１０の周りに、帯電手段としての帯電装置１６０、現像装置６１、一次転写手段としての一次転写ローラ６２、感光体クリーニング装置６３、除電装置６４等を備えている。
【００２２】
感光体１０としては、アルミニウム等の素管に、感光性を有する有機感光材を塗布し、感光層を形成したドラム状のものを用いている。但し、無端ベルト状のものを用いても良い。また、感光体１０の表面を一様帯電させる帯電装置１６０としては、帯電バイアスが印加される帯電ローラを感光体１０に当接させながら回転させるものを用いている。帯電手段としては、感光体１０に対して非接触で帯電処理を行うスコロトロンチャージャ等を用いても良い。
帯電装置１６０によって一様帯電された感光体１０は、各色に対応した画像情報に基づいて露光装置２１によって露光光Ｌが照射されて、その表面上に各色の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００２３】
現像装置６１は、磁性キャリアと非磁性トナーとを含有する二成分現像剤を用いて感光体１０上に形成された静電潜像を現像するようになっている。内部に収容している二成分現像剤を攪拌しながら搬送して現像スリーブ６５に供給する攪拌部６６と、現像スリーブ６５に付着した二成分現像剤のうちのトナーを感光体１０に転移させる現像部６７とを有している。
【００２４】
攪拌部６６は、現像部６７よりも低い位置に設けられており、互いに平行配設された二本の搬送スクリュー６８、これら搬送スクリュー６８間に設けられた仕切り板、現像ケース７０の底面に設けられたトナー濃度センサ７１などを有している。
【００２５】
現像部６７は、現像ケース７０の開口を通して感光体１０に対向する現像スリーブ６５、これの内部に回転不能に設けられたマグネットローラ７２、現像スリーブ６５に先端を接近させるドクタブレード７３などを有している。ドクタブレード７３と現像スリーブ６５との間の最接近部における間隔は５００［μｍ］程度に設定されている。
【００２６】
現像スリーブ６５は、非磁性の回転可能なスリーブ状の形状になっている。また、現像スリーブ６５に連れ回らないマグネットローラ７２は、例えば、ドクタブレード７３の箇所から現像スリーブ６５の回転方向にＮ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２、Ｓ３の五磁極を有している。これら五磁極は、それぞれ現像スリーブ６５上の二成分現像剤に対して回転方向の所定位置で磁力を作用させる。これにより、攪拌部６６から送られてくる二成分現像剤を現像スリーブ６５表面に引き寄せて担持させるとともに、現像スリーブ６５表面上で磁力線に沿った磁気ブラシを形成する。
【００２７】
この磁気ブラシは、現像スリーブ６５の回転に伴ってドクタブレード７３との対向位置を通過する際に適正な層厚に規制されてから、感光体１０に対向する現像領域に搬送される。そして、現像スリーブ６５に印加される現像バイアスと、感光体１０の静電潜像との電位差によって静電潜像上に転移して現像に寄与する。更に、現像スリーブ６５の回転に伴って再び現像部６７内に戻り、マグネットローラ７２の磁極間の反発磁界の影響によってスリーブ表面から離脱した後、攪拌部６６に戻される。攪拌部６６内では、トナー濃度センサ７１による検知結果に基づいて、二成分現像剤に適量のトナーが補給される。なお、本発明を適用した画像形成装置に用いる現像手段としては、現像装置６１のように二成分現像剤を用いるものの代わりに、磁性キャリアを含まない一成分現像剤を用いるものを採用しても良い。
【００２８】
現像装置６１に現像されて感光体１０上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト５０を介して感光体１０に当接して一次転写ニップを形成する一次転写ローラ６２と、感光体１０との電位差により形成される一次転写電界で、中間転写ベルト５０上に転写される。
【００２９】
感光体クリーニング装置６３としては、ポリウレタンゴム製のクリーニングブレード７５を感光体１０に押し当てる方式のものを用いているが、他の方式のものを用いても良い。感光体クリーニング装置６３は、クリーニング性を高める目的で外周面を感光体１０に接触させる接触導電性のファーブラシ７６を、図中矢印方向に回転自在に有するクリーニング装置を採用している。そして、ファーブラシ７６にバイアスを印加する金属製の電界ローラ７７を図中矢示方向に回転自在に設け、その電界ローラ７７にスクレーパ７８の先端を押し当てている。スクレーパ７８によって電界ローラ７７から除去されたトナーは、回収スクリュー７９上に落下して回収される。
【００３０】
係る構成の感光体クリーニング装置６３は、感光体１０に対してカウンター方向に回転するファーブラシ７６で、感光体１０上の残留トナーを除去する。ファーブラシ７６に付着したトナーは、ファーブラシ７６に対してカウンター方向に接触して回転するバイアスを印加された電界ローラ７７に取り除かれる。電界ローラ７７に付着したトナーは、スクレーパ７８でクリーニングされる。感光体クリーニング装置６３で回収したトナーは、回収スクリュー７９で感光体クリーニング装置６３の片側に寄せられ、トナーリサイクル装置８０で現像装置６１へと戻されて再利用される。
【００３１】
除電装置６４は、除電ランプ等からなり、光を照射して感光体１０の表面電位を除去する。このようにして除電された感光体１０の表面は、帯電装置１６０によって一様帯電された後、静電潜像を形成する光書込処理が露光装置２１により行われることとなる。
【００３２】
上記のように、タンデム型画像形成部１２０の四つの画像形成ユニット１８（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）は、それぞれ対応する色の画像情報に基づいて単色のトナー像（イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック）を各感光体１０の表面上に形成可能となっている。
こうして形成されたイエロー、シアン、マゼンタ、及びブラックのトナー像は、回転移動される中間転写ベルト５０上に、順次、一次転写される。
そして、中間転写ベルト５０上にイエロー、シアン、マゼンタ、及びブラックのトナー像が重ね合わされてカラーのトナー像が形成される。
【００３３】
一方、給紙装置２００では、給紙ローラ１４２の一つを選択的に回転させ、ペーパーバンク１４３に多段に備える給紙カセット１４４の一つからシートＳを繰り出し、分離ローラ１４５で１枚ずつ分離して給紙路１４６に送出す。そして、搬送ローラ１４７で搬送してプリンタ部１５０内の本体側給紙路１４８に導き、レジストローラ４９に突き当てて止める。あるいは、手差し給紙ローラ５１を回転して手差しトレイ５４上のシートＳを繰り出し、手差し分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れ、上記同様にレジストローラ４９に突き当てて止める。
レジストローラ４９は、一般には接地されて使用されるが、シートＳの紙粉除去のためにバイアスが印加された状態で使用されても良い。
【００３４】
レジストローラ４９に突き当てて止めた後、中間転写ベルト５０上に合成されたカラーのトナー像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転させ、上記二次転写ニップに向けてシートＳを送出させる。
二次転写ニップにおける二次転写装置２２側の転写搬送支持ローラ２３と二次転写対向ローラ１６との間に形成される転写電界により中間転写ベルト５０上のカラーのトナー像がシートＳ上に二次転写され、シートＳ上にカラーのトナー像が担持される。
また、二次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト５０上の転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置１７によりクリーニングされる。
【００３５】
カラーのトナー像が担持されたシートＳは、二次転写装置２２により搬送されて、定着装置１００へと送出される。
そして、定着装置１００で、振動工具１０４に摺動する定着ベルト１０２を介して、超音波振動する振動工具１０４と加圧ローラ１１２とで形成される定着ニップ部で、熱と圧力とが加えれることにより上記カラーのトナー像がシートＳ上に定着される。
【００３６】
定着装置１００を通過したシートＳは、定着後搬送ローラ対５６によって搬送力を付与され、切換爪５５の位置に到達する。シートＳは、切換爪５５で搬送方向が切り換えられることで排出ローラ対１５６により排出されて排紙トレイ５７上にスタックされる。あるいは、切換爪５５で搬送方向が切り換えられることで反転装置２８に搬送される。そして、反転装置２８で反転されて再びレジストローラ４９に突き当たる位置まで導かれ、二次転写ニップで裏面にも画像が形成され定着装置１００で定着された後、排出ローラ対１５６により排出されて排紙トレイ５７上にスタックされる。
【００３７】
ここで、従来から、未定着のトナー像をシート上に定着する熱を、振動工具を用いて生じさせる構成は知られており、定着ニップ部のシート搬送方向上流側の定着ニップ部の入口近傍で、振動工具の振動により未定着のトナー像が乱れる不具合も知られている。
上記のような不具合が生じる典型的な例としては、特許文献２には次のような定着装置が記載されている。圧着ローラに押し付けられた定着ローラの両端の回転軸に、超音波領域の振動運動（以下、振動という）の方向が、圧着ローラと定着ローラの軸心を結ぶ直線と略平行になるように振動工具を設けている。そして、圧着ローラと定着ローラとの間の定着ニップ部を、シート上の未定着のトナー像が通過するときに振動工具を駆動している。この振動工具を駆動したときの振動エネルギーを、定着ニップ部を通過する未定着のトナー像に伝え、振動エネルギーが衝撃エネルギーや摩擦エネルギーとなって、最終的に熱エネルギーに変換されて未定着のトナー像を記録媒体上に定着するというものである。
【００３８】
特許文献２の定着装置では、上記したようにヒーター等の熱源を用いずに、振動工具の超音波領域の振動を利用して未定着のトナー像をシート上に定着しているとともに、定着ニップ部を未定着のトナー像が通過するときだけ振動工具を駆動している。したがって、消費電力を抑えて省エネルギー化を図れる画像形成装置を提供できるものと考えられる。
しかし、特許文献２の定着装置では振動工具を駆動することで生じさせた振動は、定着ニップ部を通過する未定着のトナー像だけでなくシートにも伝達する。このため、定着ニップ部の入口近傍の未定着のトナー像を形成するトナーを飛散させて乱してしまうという不具合が発生してしまう。定着ニップ部の入口近傍のトナーを飛散させて未定着のトナー像を乱してしまうと、シート上に最終的に形成される画像も乱れてしまい、シート上に形成された画像品質が著しく低下してしまうおそれがある。
【００３９】
そこで、発明者らは、一般的な定着ベルトを介して、振動工具と加圧ローラとで形成される定着ニップ部を模した構成として、図３に示す構成を用いた予備実験を行った。具体的には、図３（ａ）に示すように、下方から加圧ローラ１１２を模した部材を設け、この加圧ローラ１１２を模した部材の上に、未定着のトナーＴを上部に担持したシートＳを載せ、このシートＳの上方から定着ベルト１０２を模した部材を被せた。そして、定着ベルト１０２の上部に振動工具１０４の端面を所定の圧力で押圧した。
ここで、加圧ローラ１１２を模した部材は、加圧芯材１１２ａの上部に加圧弾性層１１２ｂを設けたものであり、定着ベルト１０２を模した部材は、振動工具１０４に接する側から基層１０２ａ、弾性層１０２ｂ、表面層１０２ｃの順で各層を設けている。
そして、未定着のトナーＴを上部に担持したシートＳを静止させた状態で、図３（ｂ）に示すように、振動工具１０４を図中、シートＳの上面に垂直な方向に超音波振動させた。
【００４０】
振動工具１０４の超音波振動の振幅が比較的小さい場合には、定着ニップ部となる振動工具１０４の直下のトナーは飛散することは無いが定着せず、振動工具１０４の端部近傍のトナーのみ定着された。この現象は、次の理由により生じたものと考えられる。
超音波振動の振幅により、振動工具１０４の直下の領域では振動工具１０４と加圧ローラ１１２の間にかかっている圧力により、定着ベルト１０２の表面層１０２ｃとシートＳとの間に未定着のトナーが挟まれるように拘束される。
また、振動工具１０４の直下の弾性層１０２ｂの領域では、定着ベルト１０２の弾性層１０２ｂの厚さ方向（以下、加圧方向という）に変動（弾性変形）するが、厚さに直交する方向（以下、加圧直交方向という）の変動は非常に小さくなる。
【００４１】
これらのため、振動工具１０４の端部直近を除く直下の領域では、トナーは飛散しない。しかし、振動工具１０４の超音波振動による弾性層１０２ｂの加圧直交方向の変動が小く、加圧方向の圧縮・膨張が繰り返されても発熱量が大きくならず、定着するのに必要な熱量が得られないため、未定着のトナー像はシートＳに定着しない。
【００４２】
一方、振動工具１０４の近傍の弾性層１０２ｂの領域では、振動工具１０４の直下の領域の加圧方向の変動の影響で、加圧直交方向の変動が最も大きい領域になる。そして、振動工具１０４の端部直近では、振動工具１０４による弾性層１０２ｂの振動の節に近くなるため加圧方向の振幅は小さくなるが、振動工具１０４の端部直近から離れる振動工具１０４の近傍では加圧方向の振幅が端部直近よりも大きくなる。これらのため、振動工具１０４の近傍では、振動工具１０４の端面と、定着ベルト１０２の基層１０２ａとの摩擦による発熱が大きいため、未定着のトナー像がシートＳに定着し、振動振幅がそれほど大きくないので、未定着トナーの飛散も少ない。
【００４３】
上記した振動工具１０４の振幅が比較的小さい場合に対して、振動工具１０４の振幅を大きくした場合には、振動工具１０４の直下及び近傍の両領域の未定着のトナーが飛散してしまい、やはり、未定着のトナー像をシートＳに定着することができなかった。この現象は、次の理由により生じたものと考えられる。
振動工具１０４の振幅を大きくすることで、振動工具１０４と加圧ローラ１１２との間の圧力の変動が大きくなり、低圧時に未定着のトナーを拘束しきれなくなり、未定着のトナーの飛散が生じる。また、振動工具１０４の近傍の振幅も大きくなることから、この領域の未定着のトナー像も飛散してしまう。
【００４４】
一方、振動工具の振動に起因して未定着のトナー像を乱してしまうという不具合を抑制するために、様々な構成の定着装置が従来から提案されている。
例えば、特許文献３には、超音波振動する振動工具に摺動するベルト部材と対向部材との間を通過させるシート上の未定着のトナー像が乱れないように、未定着のトナー像をシート上に仮止めするための仮止め手段に関する、次のような複数の構成が記載されている。
特許文献３の図７に係る構成は、定着ニップ部のシート搬送方向上流側で、シート上の未定着のトナー像にインクジェットヘッドや超音波噴霧器を用いて定着液を塗布して、シート上の未定着のトナー像を仮止めしている。
特許文献３の図９や図１０に係る構成は、定着ニップ部のシート搬送方向上流側で、シート上の未定着のトナー像を無端ベルトを介して、ハロゲンランプを内蔵したローラやセラミックヒータで予備加熱して、シート上の未定着のトナー像を仮止めしている。
なお、特許文献３の図７、図９、及び図１０に係る定着装置は、いずれも定着ベルトを介して振動工具と加圧ローラとで形成される定着ニップ部で、シートに熱と圧力を加えて、シート上の未定着のトナー像をシート上に定着している。
【００４５】
しかし、特許文献３の図７に係る構成は、超音波噴霧器を用いた場合、定着液はトナー像のみならず画像形成装置内のいたるところに到達し、その影響で画像形成装置内部を汚染し故障をもたらすおそれがあるという問題がある。一方、インクジェットヘッドを用いた場合、定着液の着弾部はクレータ状に未定着のトナー像が飛ばされてしまい、面積の広い画像部はその後の定着により復元することができても、細線部等の面積の小さい画像部は画像抜けとなってしまうという問題がある。
また、特許文献３の図９や図１０に係る構成は、ハロゲンランプやセラミックヒータの熱源を別途設けて予備加熱により仮止めを行うため、エネルギー消費が高まってしまい省エネルギー化の効果が低下してしまう。
【００４６】
また、上記したように特許文献１に記載された定着装置の各構成でも、定着ニップ部の入口近傍で未定着のトナー像を乱してしまうという不具合を、従来にも増して高まっている画像形成装置の高画質化の要請に応えるレベルまで抑制することはできていない。
特許文献１や特許文献３に記載された構成は、特許文献１の図５に記載の構成を除くと、いずれも振動工具の振動が、未定着のトナー像を乱してしまう強さで定着ニップ部に伝わってしまうことを前提に構成されている。一方、特許文献１の図５に記載の構成は、定着ニップ部に振動工具の振動が未定着のトナー像を乱してしまう強さで伝わらないようにする目的で構成しているものと考えられるが、上記のように定着ニップ部の入口近傍で未定着のトナー像が乱れるおそれがある。
【００４７】
そこで、発明者らは、未定着のトナー像をシート上に仮止めする仮止め手段を用いずに、超音波振動する振動工具に摺動するベルト部材と対向部材との間を通過させるシート上の未定着のトナー像が乱れないようにできないか検討した。
特許文献１に記載のベルト部材を備えた構成では、上記したように定着に必要な熱量を得るための振動工具の振幅で、定着ニップ部の記録媒体搬送方向上流側（以下、ニップ部上流側という）の記録媒体上の未定着のトナー像が飛散してしまう。また、上記した予備実験では、振幅が小さい場合には、未定着のトナー像の飛散は抑制できるものの、振動工具近傍のみしかトナー像を定着することができず、振幅を大きくすると、振動工具直下も振動工具近傍も定着する前に未定着のトナー像が飛散してしまった。
そして、発明者らは、定着ベルトの発熱効率を従来のものよりも高めることで、振動工具１０４の振動エネルギーを効率良く熱エナルギーに変換するとともに、定着ベルト１０２を介してニップ部上流側のシートＳに伝播する振動を抑制できることを見出した。
【００４８】
なお、特許文献１の図１、図２、及び図３に記載の構成では、ベルト部材を介して対向部材とで定着ニップ部を形成する振動工具で、定着ニップ部で挟持される記録媒体の面に対し、垂直及び水平な方向の振動成分を与える構成が記載されえている。そして、上記のように垂直及び水平な方向の振動成分を与えることで、ベルト部材及び未定着のトナー像の発熱効率を高めることができる旨記載されている。
しかし、いずれの構成も上記したように水平な方向の振動成分で、ベルト部材及び記録媒体の搬送を行っており、この水平な方向の振動成分が振動ニップ部上流側の記録媒体に伝播して、未定着のトナー像が乱れるおそれがある。
このため、ニップ部上流側のシートＳ上の未定着のトナー像の飛散を抑制しつつ、良好な定着を行うためには、特許文献１の図１、図２、及び図３に記載の構成のベルト部材よりも、発熱効率を高めた定着ベルト１０２を設ける必要がある。このように発熱効率を高めた定着ベルト１０２を設けて振動工具１０４の出力を小さくし、定着ベルト１０２を介してきニップ部上流側のシートＳに伝播する振動を低減することができる。
【００４９】
次に、本実施形態の定着装置１００について、図を用いて、さらに詳しく説明する。
なお、従来よりも発熱効率を高めた定着ベルト１０２の構成については、複数の実施例、及び比較例を用いて説明する。また、各実施例、及び比較例の定着ベルト１０２の構成とともに、各実施例、及び比較例の構成の効果を検証するために行った検証実験についても説明する。
なお、以下の各実施例、及び検証実験に用いた各比較例に係る定着装置の説明では、同一の構成部材や装置、及び同一の機能を果す構成部材については、特に区別する必要がない限り、同一の符号を用いて説明する。
【００５０】
図４は、本実施形態の複写機５００に備えた定着装置１００の説明図である。図５は、硬質部材として繊維状部材を用いた定着ベルト１０２の説明図、図６は、硬質部材として粒子状部材を用いた定着ベルト１０２の説明図、図７は、硬質部材としてシート状部材を用いた定着ベルト１０２の説明図である。図８は、実施例１乃至４、及び比較例１の定着ベルト１０２の発熱評価１の結果を示したグラフである。図９は、実施例５、及び比較例２の定着ベルト１０２の発熱評価２の評価方法の説明図、図１０は、実施例５、及び比較例２の定着ベルト１０２の定着評価の評価方法の説明図である。
【００５１】
図１１は、実施例５の発熱評価２に用いた後の感熱フィルムの発色状態の説明図、図１２は、比較例２の発熱評価２に用いた後の感熱フィルムの発色状態の説明図である。図１３は、本発明を適用可能な定着装置１００の別例の説明図である。そして、図１３（ａ）が対向部材である加圧機構１１１として、加圧ベルト機構１１６を設けた構成の説明図である。また、図１３（ｂ）が加熱機構１０１として、定着ニップ部の定着ベルト１０２の移動方向上流側直近の架張ローラ１０３とで、定着ベルト１０２を外周側から挟持するように振動工具１０４を設けた構成の説明図である。
【００５２】
図４に示すように、本実施形態の複写機５００に備えた定着装置１００は、振動工具１０４に摺動する定着ベルト１０２を用いて加熱する加熱機構１０１と、シートＳを挟んで定着ベルト１０２に対向する加圧ローラ１１２を設けた加圧機構１１１とを備えている。
そして、回転移動可能な加圧ローラ１１２と振動工具１０４との間には圧力がかかっており、定着ベルト１０２を介して、振動工具１０４と加圧ローラ１１２とで、シートＳ上の未定着のトナー像を通過させて定着する定着ニップ部を形成している。
加熱機構１０１は、主に、超音波振動する振動工具１０４と、無端状の定着ベルト１０２と、定着ベルト１０２を架張する四つの架張ローラ１０３とで構成されており、架張ローラ１０３の内周側に各架張ローラ１０３と振動工具１０４とを設けている。
加圧機構１１１は、その芯材である加圧芯材１１２ａの外周に弾性層である加圧弾性層１１２ｂが設けられた加圧ローラ１１２から構成され、この加圧ローラ１１２が定着ベルト１０２に対向する対向部材として機能する。
【００５３】
この定着装置１００で、シートＳ上の未定着のトナー像を定着する時には、定着ベルト１０２は、四つの架張ローラ１０３の内、アクチュエーターが接続された駆動用の架張ローラ１０３に回転駆動により、図中、矢印Ｂで示す時計回りに無端移動する。一方、加圧ローラ１１２は回転駆動のためのアクチュエーターを有しても良いし、直接、又はシートＳを介して接触する定着ベルト１０２の移動に従動して回転する構成であっても良く、図中、矢印Ｃで示す反時計回りに回転する。そして、定着ベルト１０２と加圧ローラ１１２とでシートＳを図中、矢印Ａで示す方向に挟持搬送する。
【００５４】
加圧ローラ１１２は、アルミニウム、鉄、及びステンレス等の金属やセラミクス等の硬質な部材であることが好ましい。また、その表面にはシリコーンゴムやクロロプレーンゴムなどの弾性層を形成しても良い。
そこで、本実施形態の加圧ローラ１１２では、上記したような硬質な部材からなる加圧芯材１１２ａの外周に上記したような弾性層である加圧弾性層１１２ｂを設けている。
【００５５】
振動工具１０４は、電気信号に応じて振動するアクチュエーターとアクチュエーターの振動を被記録材幅方向にわたり均一に振動させるためのホーン部とを有する。アクチュエーターとしては、ＰＺＴセラミクス等による電歪振動子や、フェライト磁歪振動子等を用いることができる。ホーン材料としては、アルミニウムやチタン、及びこれらの合金を用いることができるが、加工性の観点からアルミニウム及びその合金を用いることが望ましい。
【００５６】
また、振動工具１０４に加えられる振動周波数としては２０ＫＨｚから１ＭＨｚの範囲であることが望ましい。２０ＫＨｚ以下の周波数は、人間の可聴音域であり定着装置を動作させることにより周囲への騒音になるばかりでなく、振動による発熱間隔が長くなり周囲への熱の散逸が無視できなくなり定着に必要となる熱量が得られなくなる。また、１ＭＨｚ以上の周波数では振動工具の振幅が小さくなることから、発熱量が少なくなり、やはり定着に必要な熱量が得られなくなる。
【００５７】
本実施形態の定着ベルト１０２は複数の層よりなっており、図５に、その一例の断面を示す。定着ベルト１０２は、少なくともその内周から基層１０２ａ、弾性層１０２ｂの構造となっている。また、弾性層１０２ｂの表面層１０２ｃとして、定着したトナーのオフセットを抑制する離型層を設けても良い。
基層１０２ａは振動工具１０４が接することから機械強度に優れた材料が好ましくポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のような樹脂材料やニッケルのような金属材料を用いることができる。しかし、超音波振動で生じた熱を広範に散逸させること無くトナー側に効率よく伝達するためには基層１０２ａの熱伝導率は高くないほうが良いために樹脂材料のほうが好ましい。
【００５８】
弾性層１０２ｂには、シートＳに均一に接触し安定した定着ニップ部の領域を形成するとともに、その内部に本発明の特徴である、定着ベルト１０２の発熱を促進する複数の硬質部材（発熱促進部材）１０５を配置している。このため、弾性層１０２ｂは、柔軟で弾性があり、液状から作製しやすいものが好ましくシリコーンゴムが好適である。
また、弾性層１０２ｂの内部に配置する硬質部材の材質としては、弾性層１０２ｂを構成する材質よりも硬質であり、比較的耐熱性の高い部材であれば特に制約はない。例えば、ＰＩやＰＥＥＫ等の耐熱性高分子、綿などの天然繊維、炭素、金属、金属酸化物などの無機物を用いることができ必要な形態に応じて適宜選択することができる。
【００５９】
硬質部材１０５の形態としては特に制約はなく、図５に示す繊維状の繊維状硬質部材１０５ａ、図６に示す粒子状の粒子状硬質部材１０５ｂやフレーク状の硬質部材、及び図７に示すシート状のシート状硬質部材１０５ｃ等を用いることができる。また、繊維状の硬質部材１０５として、シリコーンゴム等よりも硬質な繊維からなるメッシュ状部材部材を用いることもできる。しかし、弾性層１０２ｂ内での厚み方向の寸法が２００[μｍ]以下であることが好ましく、５０[μｍ]以下であることがさらに好ましい。２００[μｍ]を超えると、定着ベルト１０２を作製したときに平滑性が得られにくく、結果として定着ムラを生じることがある。また、寸法が大きいことで発熱に寄与する接触箇所が少なくなり十分な発熱が得られないこともある。
【００６０】
また、弾性層１０２ｂ内での面方向の形状（形態）又は寸法は、定着ベルト１０２の少なくともシートＳが接触する領域に硬質部材１０５が存在すればよく、好ましくは定着ベルト１０２全面にあることが望ましい。
次に、各形態ごとの単一の形状又は寸法の好適な例を示す。
＜メッシュ状の硬質部材＞
１枚で必要面積を賄っても良いし、複数枚の小さなメッシュを配置してもかまわないが、複数枚の場合極力互いに隙間が生じないように配置することが望ましい。隙間が大きくなるとメッシュ状の硬質部材が存在しない領域の温度がメッシュ状の硬質部材が存在する領域に対して低くなり定着ムラを生じる可能性がある。
【００６１】
＜繊維状硬質部材＞
繊維状硬質部材は１本で螺旋状に定着ベルト全面に対応するようにしても良いし、定着ベルト１周分でも良いし、１周分を複数本に分割してもかまわないが、分割した際には極力互いに隙間が生じないように配置することが望ましい。隙間が大きくなると繊維状硬質部材が存在しない領域の温度が繊維状硬質部材が存在する領域に対して低くなり定着ムラを生じる可能性がある。
＜粒子状硬質部材＞
粒子径は２００［μｍ］以下が好ましく、小さいほど好ましい。小さいほど接触点数が増え、発熱効率が上がる。
【００６２】
＜フレーク状の硬質部材＞
特に制約は無いが、ランダムに配されること考えると最も長い部分の寸法が２００[μｍ]以下であることが好ましく、小さいほど接触点数が増えるので好ましい。
＜シート状硬質部材＞
１枚で必要面積を賄っても良いし、複数枚の小さなシート状硬質部材を配置してもかまわないが、複数枚の場合極力互いに隙間が生じないように配置することが望ましい。隙間が大きくなるとシート状硬質部材が存在しない領域の温度がメッシュが存在する領域に対して低くなり定着むらを生じる可能性がある。
【００６３】
ここで、弾性層１０２ｂ内に硬質部材を配置していない構成では、弾性層１０２ｂを形成する弾性層材であるシリコーンゴムの変形や、シリコーンゴムと基層１０２ａや表面層１０２ｃとの界面近傍でのシリコーンゴムの変形による発熱が生じる。また、振動工具１０４と基層１０２ａ表面との摩擦による摩擦発熱も生じる。なお、振動工具１０４の直下の端部から離れた内側の弾性層１０２ｂの領域では、主に加圧方向の変形がシリコーンゴムに生じるため、振動工具１０４の直下の端部、及び振動工具１０４近傍の領域に比べて、発熱効率が低い。
しかし、これらの発熱だけでは、上記した従来の定着ベルトと同様に、ニップ上流側のシートＳに伝播する振動を、未定着のトナー像が飛散しない程度に抑制しつつ、定着ニップ部で定着に必要な熱量を得ることは困難である。すなわち、超音波振動する振動工具１０４の振動エネルギーを効率良く熱エネルギーに変換して、定着ベルト１０２が単位時間当たりに発熱する熱量を高めるとともに、定着ベルト１０２からシートＳに伝播する振動エネルギーを低減することは困難である。
【００６４】
そこで、本実施形態の定着ベルト１０２では、上記のように弾性層１０２ｂ内に複数の硬質部材１０５を配置することで、弾性層１０２ｂ内に硬質部材１０５を配置していない場合の発熱に、次のような発熱を加えて定着ベルト１０２の発熱効率を高めるている。
弾性層１０２ｂを構成するシリコーンゴムよりも硬質な硬質部材１０５との界面近傍でのシリコーンゴムの変形や、シリコーンゴムと硬質部材１０５との界面での摩擦による摩擦発熱や、硬質部材１０５同士が接触している場合の摩擦による摩擦発熱である。
なお、上記のような発熱が加わることで、振動工具１０４の直下の端部から離れた内側の弾性層１０２ｂの領域でも、弾性層１０２ｂ内に硬質部材１０５を配置していない構成に比べて発熱効率を高めることができる。
【００６５】
このように発熱効率を高め、超音波振動する振動工具１０４の振動エネルギーを効率良く熱エネルギーに変換することで、所望の発熱量を得るのに必要な振動工具１０４の振動エネルギーを低減できる。
したがって、従来よりも振動工具１０４の出力を小さくして、ニップ部上流側のシートＳ上の未定着のトナー像の飛散を抑制した良好な定着が行える。
よって、超音波振動する振動工具１０４に摺動する定着ベルト１０２と、定着ベルト１０２に対向する加圧ローラ１１２との間を通過するシートＳ上に担持された未定着のトナー像の定着を、従来よりもトナー像の乱れを抑制して行える定着装置１００を提供できる。
【００６６】
また、超音波振動する振動工具１０４の振動エネルギーを効率良く熱エネルギーに変換することで、定着ベルト１０２が単位時間当たりに発熱する熱量を高めつつ、定着ベルト１０２からシートＳに伝播する振動エネルギーを低減することも可能となる。すなわち、振動工具１０４の超音波振動を定着ベルト１０２で効率良く熱に変換して、定着ニップ部でシートＳ上の未定着のトナー像に与える単位時間当たりの熱量を高めつつ、定着ベルト１０２を介してシートＳに伝わる振動を低減することも可能となる。
したがって、振動工具１０４の出力を小さくして、ニップ部上流側のシートＳ上の未定着のトナー像の飛散を抑制した良好な定着を行いつつ、定着ベルト１０２及びシートＳの定着ニップ部における移動速度を、従来よりも速めることも可能となる。
【００６７】
なお、図４に示す本実施形態の定着装置１００の加熱機構１０１では、定着ベルト１０２を介して、振動工具１０４と加圧ローラ１１２とで形成される定着ニップ部の位置（箇所）と、ほぼ同じ位置で定着ベルト１０２を加熱している。このように定着ベルト１０２を加熱する位置を定着ニップ部とほぼ同じ位置にする構成の方が、定着ベルト１０２を加熱する位置を定着ニップ部から離れた異なる位置にする構成よりも、自然放熱等を抑制した効率の良い未定着のトナーの加熱が行える。
【００６８】
そして、上記した複数の硬質部材１０５として、繊維状硬質部材１０５ａ、粒子状硬質部材１０５ｂやフレーク状の硬質部材、及びシート状硬質部材１０５ｃのいずれを用いても、次のような効果を奏することができる。所望する熱量を得るための、定着ベルト１０２の弾性層１０２ｂを構成するシリコーンゴムとの界面の面積を容易に確保して、定着ベルト１０２を効率良く発熱させることができる。
【００６９】
また、複数の硬質部材１０５は互いに接していることが好ましい。弾性層１０２ｂを構成するシリコーンゴムと各硬質部材１０５との界面でのシリコーンゴムの変形による発熱や摩擦による摩擦発熱に、振動により互い接した各硬質部材間で生じる摩擦熱を確実に加えることができる。したがって、定着ベルト１０２の発熱効率を、確実に高めることができる。
【００７０】
また、複数の硬質部材１０５が繊維状硬質部材１０５ａである場合には、各繊維状硬質部材１０５ａの長手方向が略平行となるように、弾性層１０２ｂ中に配置れていることが好ましい。各繊維状硬質部材１０５ａがランダムに配されていると、定着ベルト１０２の平滑性が低下してしまうことがあるとともに、各繊維状硬質部材１０５ａが互いに点での接触となってしまい、摩擦する面積が少なくなって十分な摩擦発熱が得られないことがある。
これに対して、各繊維状硬質部材１０５ａの長手方向が略平行となるように、弾性層１０２ｂ中に配置れていれば、次のような効果を奏することができる。全体として平滑な定着ベルト１０２を作製し易くなるとともに、各繊維状硬質部材１０５ａが、互いに線状に接触することになるために十分な摩擦発熱を得ることができる。すなわち、無端状の定着ベルト１０２に形成した場合の平面性を良くでき、ベルト部材と振動工具１０４との間の圧力むらを抑制して、略均一な発熱状態で定着ベルト１０２の十分な発熱量を得ることができる。
【００７１】
また、複数の硬質部材１０５が繊維状硬質部材１０５ａである場合には、各繊維状硬質部材１０５ａの長手方向を、定着ニップ部を搬送される（通過する）シートＳの搬送方向と一致させることが好ましい。
これにより、振動工具１０４と加圧ローラ１１２との間で生じるニップ圧の変動（圧力変動）を小さくできるために定着ムラが生じることを抑えることができる。すなわち、定着ニップ部における圧力変動を抑制して、定着ベルト１０２の略均一な発熱状態を定着ニップ部で得ることができる。
【００７２】
表面層１０２ｃとして設ける離型層の材料としては、トナーが定着ベルト１０２に付着すること（オフセット）を抑制できる離型性のある、次のような材料であることが好ましい。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）等のフッ素系の樹脂である。
【００７３】
次に、本実施形態の定着装置１００による定着動作の説明を行う。
まず、二次転写後の未定着のトナー像を担持したシートＳが搬送手段である転写搬送ベルト２４により定着装置１００に搬送される（図１参照）。このとき、図４に示すように定着ベルト１０２は駆動用の架張ローラ１０３により、シートＳを駆動する図中、矢印Ｂで示す方向に無端移動し、また、加圧ローラ１１２が図中、矢印Ｃで示す方向に回転移動することでシートＳを定着ニップ部へと搬送する。
【００７４】
一方、振動工具１０４は、電気信号により、定着ニップ部で挟持される加圧方向に平行な方向（図中、上下方向）に振動している。この振動により定着ベルト１０２は圧縮、開放を繰り返す。この時、本実施形態の定着ベルト１０２では、振動工具１０４の超音波振動を効率良く熱に変換して、定着ニップ部でシートＳ上の未定着のトナー像に与える単位時間当たりの熱量を高めるとともに、定着ベルト１０２を介してシートＳに伝わる振動も低減できる。
このニップ部上流側のシートＳ上の未定着のトナー像の飛散を抑制しつつ、所望の温度まで発熱した定着ベルト１０２と加圧ローラ１１２の間を、未定着のトナー像が通過し、定着ニップ部で熱と圧力とが与えられをシートＳ上に定着される。
【００７５】
次に、上記した定着ベルト１０２の弾性層１０２ｂ内に設ける硬質部材１０５の各態様に対応した、本実施形態の定着装置１００で好適に用いることができる定着ベルトに係る複数の実施例と、比較例と、その効果を検証する検証実験について説明する。
【００７６】
（実施例１）
＜ベルト部材の作製＞
基層１０２ａとしてのポリイミドフィルム（カプトン  ２００Ｈ  東レ・デュポン製  厚さ２５ｕｍ）上にメッシュ状の硬質部材１０５として、太さ１２５[μｍ]のナイロン繊維からなるメッシュ状部材を配置した。そして、メッシュ状部材の上から２液性液状シリコーンゴム（ＫＥ−１３５３  信越化学製）を比率１：１で混合したものを流し、厚さ０．３[ｍｍ]のギャップ材を介してＰＴＦＥ板をのせて１５０℃、２時間の硬化処理を行った。
また、冷却後に、ＰＴＦＥ板をはずすことで、メッシュ状部材が、その内部に配置された弾性層１０２ｂと基層１０２ａとからなるベルト部材（定着ベルト１０２）を得た。
【００７７】
＜発熱評価＞
アルミステージ上に断熱層としてシリコーンゴム（アズワン  厚さ２ｍｍ）を敷き、その上に作製したベルト部材の順に積層し、その上から振動工具を荷重４．７Ｋｇｆで押し当てた。また、振動工具１０４には周波数２８．５[ＫＨｚ]の超音波ウエルダー（精電舎製、ＳＯＮＯＳＣＯＰＥ  ３２５Ｄ）を用い、先端形状が２[ｍｍ]×４０[ｍｍ]のホーンを装着した。この状態を真横からサーモビューワーで観察しながら、超音波振動を印加し、時間と温度の関係を測定した。
【００７８】
（実施例２）
＜ベルト部材の作製＞
繊維状の硬質部材１０５として、太さ３０[μｍ]程度のＰＴＦＥ製繊維を一方向にならべ、厚さ１５０[μｍ]程度の束状にした繊維状硬質部材１０５ａを作成した。そして、各繊維状硬質部材１０５ａの長手方向が略平行になるように弾性層１０２ｂ内に配置したものを用いた以外は実施例１と同じ。
＜発熱評価＞
実施例１と同様の条件で行った。
【００７９】
（実施例３）
＜ベルト部材の作製＞
粒子状の硬質部材１０５として、粒子状硬質部材１０５ｂである、粒子径４．５[μｍ]の微粒子（トスパール１４５：ＧＥ東芝シリコーン製）を予めシリコーンゴムと比率９：１で混合した。そして、押し固め厚さ２００[μｍ]程度の板状にしたものを用いた以外は実施例１と同じ。
＜発熱評価＞
実施例１と同様の条件で行った。
【００８０】
（実施例４）
＜ベルト部材の作製＞
シート状の硬質部材１０５として、シート状硬質部材１０５ｃである、２５[μｍ]厚のポリイミドフィルム（ユーピレックス−２５Ｓ：宇部興産製）を７枚重ねたものを用いた以外は実施例１と同じ。
＜発熱評価＞
実施例１と同様の条件で行った。
【００８１】
（比較例１）
＜ベルト部材の作製＞
硬質部材１０５を弾性層１０２ｂ内に配置していない以外は実施例１と同じ。
＜発熱評価＞
実施例１と同様の条件で行った。
【００８２】
（評価結果１）
実施例１乃至４と、比較例１の発熱評価結果は図８に示すとおりであった。いずれの実施例も比較例１に比べて昇温速度、到達温度ともに高く発熱効率が向上したことが示された。
次に、より実際の定着ニップ部での挙動に近い条件でおこなった検証実験について説明する。
【００８３】
（実施例５）
＜ベルト部材の作製＞
基層１０２ａとしての厚さ５０[μｍ]のポリイミドフィルム（ユーピレックス  ５０Ｓ：宇部興産製）上に、次のような複数の繊維状の硬質部材１０５を配置した。太さ３０[μｍ]程度のＰＴＦＥ製繊維を一方向にならべて、厚さ１５０μｍ程度の束状にした繊維状硬質部材１０５ａを作成したものである。そして、各束の長手方向が略平行になるように配置した上から２液性液状シリコーンゴム（ＫＥ−１３５３  信越化学製）を比率１：１で混合したものを流し、厚さ０．３[ｍｍ]のギャップ材を介してＰＴＦＥ板をのせて１５０℃、２時間の硬化処理を行った。
また、冷却後に、ＰＴＦＥ板をはずすことで、ＰＴＦＥ繊維からなる複数の繊維状硬質部材１０５ａが、長手方向が略平行となるように内部に配置された弾性層１０２ｂと基層１０２ａとからなるベルト部材（定着ベルト１０２）を得た。
【００８４】
＜発熱評価＞
図９に示すように、アルミステージ上に厚さ２ｍｍのシリコーンゴム、感熱フィルム（サーモスケール  １００：富士フィルム製）、ベルト部材の順に積層し、その上から振動工具１０４を荷重４．７Ｋｇｆで押し当てた。この状態で超音波振動を０．３秒印加した後の感熱フィルムの発色状態をみた。
【００８５】
＜未定着画像の形成＞
Ｉｍａｇｉｏ  ＮＥＯ  ＭＰ  Ｃ３３００（リコー製ＭＦＰ）を改造した未定着画像作成装置を用いＭｙＰａｐｅｒ（リコー製）上にスポットトナーブラックＣ３３００（リコー製）による２０ｍｍ×２０ｍｍの黒色単色の未定着べた画像を形成した。そして、形成した未定着画像領域（未定着のトナー像の領域）が中央に来るように、５０[ｍｍ]×１００[ｍｍ]に切り出して、以降の実験に使用した。
【００８６】
＜定着評価＞
図１０に示すように、アルミステージ上に厚さ２ｍｍのシリコーンゴム、未定着画像をトナーがベルト部材に接する向きで配したシートＳ、ベルト部材の順に積層し、その上から振動工具１０４を荷重４．７Ｋｇｆで押し当てた。また、ベルト部材内に配置する繊維状硬質部材１０５ａの長手方向が、図中、左右方向になるようにした。この状態で振動工具１０４の出力を７０％に設定した超音波振動を印加すると同時に、アルミステージを、図中、左方向に走査（移動）させることで振動工具１０４の下を未定着画像を通過させる定着動作を行った。
【００８７】
（比較例２）
＜ベルト部材の作製＞
硬質部材１０５を弾性層１０２ｂ内に配置していない以外は実施例１と同じ。
＜発熱評価＞
実施例５と同様に行った。
【００８８】
＜未定着画像の形成＞
実施例５と同様に行った。
＜定着評価＞
実施例５と同様に行った。
【００８９】
（評価結果２）
＜発熱評価＞
実施例５の発熱評価の結果を図１１に、比較例２の発熱評価の結果を図１２に示す。
両者を見比べて分かるとおり、複数の繊維状の硬質部材１０５である繊維状硬質部材１０５ａを、その長手方向が略平行となるように弾性層１０２ｂ内に配置することで、高温領域が広範にわたっており、発熱効率が高くなったことが示された。
【００９０】
なお、各図における破線で囲まれた、斜めの網掛けが施された部分が振動工具１０４の配置位置を示している。そして、振動工具１０４の長手方向に沿った両端部が、いずれの図でも高温領域となっている。
一方、振動工具１０４の短手方向の内側は、いずれの図でも低温領域となっている。これは、振動工具１０４がアルミ合金等の熱伝導率のよい金属で構成されているため、発熱した定着ベルト１０２の熱が振動工具１０４に奪われてしまった結果と考えられる。
【００９１】
また、この評価は振動工具１０４に対して発熱フィルムを静止させた状態での結果である。
一方、画像定着時には振動工具１０４に対して、未定着のトナー像を担持したシートＳは振動工具の長手方向に垂直な方向（図１１、１２では上下方向）に移動する（搬送される）。これにより、振動工具１０４のシートＳの移動方向の上流側で、未定着のトナー像及びシートＳが加熱され定着可能な温度になり、振動工具１０４の振動、及び振動工具１０４と加圧ローラ１１２との間に作用する圧力を受けて定着されることとなる。
【００９２】
＜定着評価＞
実施例５のベルト部材では、振動工具１０４の出力を７０[％]に設定した場合に、ステージ走査速度１００[ｍｍ／ｓ]以下ではトナー飛散を生じず、良好な定着が行えた。
一方、比較例２のベルト部材では、振動工具１０４の出力を７０[％]に設定した場合に、ややトナー飛散があった。なお、比較例２のベルト部材では、許容できる画像品質での定着が行えるステージ走査速度は５０ｍｍ／ｓまでであり、それ以上ではトナーの溶融が不十分となり、手でこすると容易に画像が取れてしまった。
なお、比較例２のベルト部材で、振動工具１０４の出力を１００[％]に設定し、ステージ走査速度を１００[ｍｍ／ｓ]で定着を試みたところ、トナーの飛散が著しく、定着された画像も画像濃淡むらが生じた。
【００９３】
また、上記した本実施形態では、図４を用いて説明したように、本発明を、定着ベルト１０２を介して、加熱機構１０１の振動工具１０４と、加圧機構１１１の加圧ローラ１１２とで定着ニップ部を形成する定着装置１００の構成に適用した例について説明した。しかし、本発明はこのような構成に限定されるものではない。
例えば、加圧機構１１１を、次のように構成した定着装置１００にも適用可能である。図１３（ａ）に示すように、二つの加圧架張ローラ１１８と加圧部材１１９に架け渡されて無端移動する加圧ベルト１１７を設け、定着ベルト１０２と加圧ベルト１１７とで挟持するシートＳに振動工具１０４と加圧部材１１９とでニップ圧を作用させる構成である。
なお、加圧ベルト１１７を図中、矢印Ｃ’で示す反時計回りに無端移動させる構成は、２つの加圧架張ローラ１１８のいずれかを駆動ローラとする構成でも良いし、加熱機構１０１の定着ベルト１０２の無端移動に従動する構成としても良い。
【００９４】
また、加熱機構１０１を、次のように構成した定着装置１００にも適用可能である。図１３（ｂ）に示すように、加圧ローラ１１２とで定着ベルト１０２を介して定着ニップ部を形成する定着ローラ１０８と、巻き付いた定着ベルト１０２の外周部分に振動工具１０４が接触する加熱架張ローラ１０９とで、定着ベルト１０２を架け渡している。そして、超音波振動する振動工具１０４と加熱架張ローラ１０９とで挟持された定着ベルト１０２の部分が発熱して高温となり、加圧ローラ１１２と定着ローラ１０８とで形成される定着ニップ部まで到達して、シートＳ上の未定着のトナー像を定着するものである。
但し、定着ベルト１０２を加熱する位置を定着ニップ部とほぼ同じ位置にする構成に比べて、定着ベルト１０２を加熱する位置を定着ニップ部から離れた異なる位置にする構成では、自然放熱等が生じて未定着のトナー像を加熱する加熱効率が低下してしまう。
【００９５】
なお、図１３（ｂ）に示す構成では、定着ベルト１０２と加熱架張ローラ１０９の回転中心は加圧方向に平行な直線上配置されているが、このような構成に限定されるものではない。また、加熱架張ローラ１０９の回転中心を通る加圧直交方向に平行な直線が定着ベルト１０２に交わる位置に、振動工具１０４の端面の中心が接するように設けられているが、このような構成に限定されるものではない。また、定着ベルト１０２を図中、矢印Ｂで示す時計回りに無端移動させる構成は、定着ローラ１０８及び加熱架張ローラ１０９のいずれかを駆動ローラとすれば良い。
【００９６】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
超音波振動する振動工具１０４などの振動工具に摺動する定着ベルト１０２などのベルト部材と、該ベルト部材に対向する加圧ローラ１１２などの対向部材との間を通過させるシートＳなどの記録媒体上のトナーＴなどからなる未定着のトナー像を定着する定着装置１００などの定着装置において、前記ベルト部材が有した弾性層１０２ｂなどの弾性層中に、弾性層を構成するシリコーンゴムなどの弾性層材よりも硬質な、複数の硬質部材１０５などの硬質部材を配置していることを特徴とするものである。
【００９７】
これによれば、上記した本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
従来の弾性層を形成する弾性層材の変形や、基層１０２ａや表面層１０２ｃなどの弾性層表面に設けられた層との界面近傍での弾性層材の変形による発熱や、振動工具と弾性層表面との摩擦による摩擦発熱に、次のような発熱を加えて発熱効率を高めることができる。硬質部材との界面近傍での弾性層材の変形や、弾性層材と硬質部材の界面での摩擦による摩擦発熱や、硬質部材同士が接触している場合の摩擦による摩擦発熱である。
なお、上記のような発熱が加わることで、振動工具の直下の端部から離れた内側の弾性層の領域でも、弾性層内に硬質部材を配置していない構成に比べて発熱効率を高めることができる。
【００９８】
このように発熱効率を高めることで、超音波振動する振動工具の振動エネルギーを効率良く熱エネルギーに変換することで、所望の発熱量を得るのに必要な振動工具の振動エネルギーを低減できる。
したがって、従来よりも振動工具の出力を小さくして、ニップ部上流側の記録媒体上の未定着のトナー像の飛散を抑制した良好な定着が行える。
よって、超音波振動する振動工具に摺動するベルト部材と、ベルト部材に対向する対向部材との間を通過する記録媒体上に担持された未定着のトナー像の定着を、従来よりもトナー像の乱れを抑制して行える定着装置を提供できる。
【００９９】
（態様Ｂ）
（態様Ａ）において、硬質部材１０５などの前記硬質部材が、繊維状硬質部材１０５ａなどの繊維状部材であることを特徴とするものである。
これによれば、上記した本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
所望する熱量を得るための、定着ベルト１０２などのベルト部材の弾性層１０２ｂなどの弾性層のシリコーンゴムなどの弾性層材と複数の繊維状部材との界面の面積を容易に確保して、ベルト部材を効率良く発熱させることができる。
【０１００】
（態様Ｃ）
（態様Ａ）において、硬質部材１０５などの前記硬質部材が、粒状硬質部材１０５ｂなどの粒状、又はフレーク状の硬質部材であることを特徴とするものである。
これによれば、上記した本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
所望する熱量を得るための、定着ベルト１０２などのベルト部材の弾性層１０２ｂなどの弾性層のシリコーンゴムなどの弾性層材と複数の粒状、又はフレーク状の部材との界面の面積を容易に確保して、ベルト部材を効率良く発熱させることができる。
【０１０１】
（態様Ｄ）
（態様Ａ）において、硬質部材１０５などの前記硬質部材が、シート状硬質部材１０５ｃなどのシート状部材であることを特徴とするものである。
これによれば、上記した本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
所望する熱量を得るための、定着ベルト１０２などのベルト部材の弾性層１０２ｂなどの弾性層のシリコーンゴムなどの弾性層材と複数のシート状部材との界面の面積を容易に確保して、ベルト部材を効率良く発熱させることができる。
【０１０２】
（態様Ｅ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｄ）のいずれかにおいて、硬質部材１０５などの前記硬質部材は互いに接する状態で、弾性層１０２ｂなどの前記弾性層中に配置されていることを特徴とするものである。
これによれば、上記した本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
弾性層のシリコーンゴムなどの弾性層材と各硬質部材との界面での弾性層材の変形による発熱や、弾性層材と各硬質部材の摩擦による摩擦発熱に、振動により互いに接した各硬質部材間で生じる摩擦熱を確実に加えることができる。したがって、定着ベルト１０２などのベルト部材の発熱効率を、確実に高めることができる。
【０１０３】
（態様Ｆ）
（態様Ｂ）において、複数の繊維状硬質部材１０５ａなどの前記繊維状部材は、各繊維状部材の長手方向が略平行となるように、弾性層１０２ｂなどの前記弾性層中に配置されていることを特徴とするものである。
これによれば、上記した本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
無端状の定着ベルト１０２などのベルト部材に形成した場合の平面性を良くでき、ベルト部材と振動工具１０４などの振動工具との間の圧力むらを抑制して、略均一な発熱状態でベルト部材の十分な発熱量を得ることができる。
【０１０４】
（態様Ｇ）
（態様Ｂ）において、前記長手方向が、定着ベルト１０２などの前記ベルト部材に接触しながら搬送されるシートＳなどの前記記録媒体の搬送方向と一致していることを特徴とするものである。
これによれば、上記した本実施形態で説明したように、定着ニップ部における圧力変動を抑制して、ベルト部材の略均一な発熱状態を定着ニップ部で得ることができる。
【０１０５】
（態様Ｈ）
シートＳなどの記録媒体上に担持された未定着のトナー像を定着する定着装置を備えた複写機５００などの画像形成装置において、前記定着装置として、（態様Ａ）乃至（態様Ｇ）のいずれかの定着装置１００などの定着装置を備えたことを特徴とするものである。
これによれば、上記した本実施形態で説明したように、（態様Ａ）乃至（態様Ｇ）のいずれかの定着装置と同様な効果を奏することができる画像形成装置を提供できる。
【符号の説明】
【０１０６】
１０    感光体
１４    ベルト駆動ローラ
１５    クリーニング対向ローラ
１６    二次転写対向ローラ
１７    中間転写ベルトクリーニング装置
１８    画像形成ユニット
２１    露光装置
２２    二次転写装置
２３    転写搬送支持ローラ
２４    転写搬送ベルト
２８    反転装置
３２    コンタクトガラス
３３    第一走行体
３４    第二走行体
３５    結像レンズ
３６    読み取りセンサ
４９    レジストローラ
５０    中間転写ベルト
５１    手差し給紙ローラ
５２    手差し分離ローラ
５３    手差し給紙路
５４    手差しトレイ
５５    切換爪
５６    定着後搬送ローラ対
５７    排紙トレイ
６１    現像装置
６２    一次転写ローラ
６３    感光体クリーニング装置
６４    除電装置
６５    現像スリーブ
６６    攪拌部
６７    現像部
６８    搬送スクリュー
７０    現像ケース
７１    トナー濃度センサ
７２    マグネットローラ
７３    ドクタブレード
７５    クリーニングブレード
７６    ファーブラシ
７７    電界ローラ
７８    スクレーパ
７９    回収スクリュー
８０    トナーリサイクル装置
１００    定着装置
１０１    加熱機構
１０２    定着ベルト
１０２ａ  基層
１０２ｂ  弾性層
１０２ｃ  表面層
１０３    架張ローラ
１０４    振動工具
１０５    硬質部材
１０５ａ  繊維状硬質部材
１０５ｂ  粒子状硬質部材
１０５ｃ  シート状硬質部材
１０８    定着ローラ
１０９    加熱架張ローラ
１１１    加圧機構
１１２    加圧ローラ
１１２ａ  加圧芯材
１１２ｂ  加圧弾性層
１１６    加圧ベルト機構
１１７    加圧ベルト
１１８    加圧架張ローラ
１１９    加圧部材
１２０    タンデム型画像形成部
１３０    原稿台
１４２    給紙ローラ
１４３    ペーパーバンク
１４４    給紙カセット
１４５    分離ローラ
１４６    給紙路
１４７    搬送ローラ
１４８    本体側給紙路
１５０    プリンタ部
１５６    排出ローラ対
１６０    帯電装置
２００    給紙装置
３００    スキャナ
４００    原稿自動搬送装置
５００    複写機
Ｓ    シート
Ｔ    トナー
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０７】
【特許文献１】特開２００２−２２９３５８号公報
【特許文献２】特開平０４−１９５１７９号公報
【特許文献３】特開２０１２−０２２０１６号公報
【図１】
2015059951.tif 000003
【図２】
2015059951.tif 000004
【図３】
2015059951.tif 000005
【図４】
2015059951.tif 000006
【図５】
2015059951.tif 000007
【図６】
2015059951.tif 000008
【図７】
2015059951.tif 000009
【図９】
2015059951.tif 000010
【図１０】
2015059951.tif 000011
【図１３】
2015059951.tif 000012
【図８】
2015059951.tif 000013
【図１１】
2015059951.tif 000014
【図１２】
2015059951.tif 000015