(57)【要約】【課題】少ない電力で長時間にわたり高速で良好な定着を実施し得る定着装置と当該定着装置を備える画像形成装置を提供する。【解決手段】一対の定着部材の間に記録媒体を通過させて記録媒体上に画像を定着させる定着装置を、一方の定着部材は化学反応により発生する熱により加熱され、他方の定着部材は温度制御機構を有する加熱装置により加熱されるようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の定着部材の間に記録媒体を通過させて記録媒体上に画像を定着させる定着装置であって、
一方の定着部材は化学反応により発生する熱により加熱され、
他方の定着部材は温度制御機構を有する加熱装置により加熱される、定着装置。
【請求項２】
化学反応により発生する熱により加熱される定着部材はローラである、請求項１に記載された定着装置。
【請求項３】
化学反応により発生する熱により加熱される定着部材はベルトである、請求項１に記載された定着装置。
【請求項４】
温度制御機構を有する加熱装置は電磁誘導加熱装置である、請求項１〜３のいずれかに記載された定着装置。
【請求項５】
温度制御機構を有する加熱装置により加熱される定着部材はベルトである、請求項１〜４のいずれかに記載された定着装置。
【請求項６】
化学反応により発生する熱により加熱される定着部材が、トナー製造時に排出され、水と有機溶剤を含有する廃液が、乾燥剤と接触するときに発生する熱（ａ）と、当該廃液の酸化反応により発生する熱（ｂ）で加熱される、請求項１〜５のいずれかに記載された定着装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載された定着装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学反応により発生する熱により加熱される定着部材を有する定着装置及び当該定着装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速で大量に画像形成する能力が画像形成装置に求められている。しかしながら、商用電源から画像形成装置に供給される電力には上限があり、その結果、画像形成装置の定着装置による定着の速度にも限界がある。そこで、蓄電装置を備え、商用電源から供給される電力に加えて、蓄電装置から供給される電力も利用して、立ち上げ時間を短縮し、高速での記録媒体通過に伴う定着部材の温度低下を防止できる画像形成装置が検討された（例えば、特許文献１参照）。当該画像形成装置の蓄電装置の蓄電能力には限界があり、当該画像形成装置による画像形成を高速で長時間実施し得なかった。
【特許文献１】特開２００６−１０６７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする課題は、少ない電力で長時間にわたり高速で良好な定着を実施し得る定着装置と当該定着装置を備える画像形成装置の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、一対の定着部材の間に記録媒体を通過させて記録媒体上に画像を定着させる定着装置であって、一方の定着部材は化学反応により発生する熱により加熱され、他方の定着部材は温度制御機構を有する加熱装置により加熱される、定着装置である。
本発明の好ましい実施態様では、上記定着装置の化学反応により発生する熱により加熱される定着部材はローラである。
本発明の別の好ましい実施態様では、上記定着装置の化学反応により発生する熱により加熱される定着部材はベルトである。
本発明の別の好ましい実施態様では、上記定着装置の温度制御機構を有する加熱装置は電磁誘導加熱装置である。
本発明の別の好ましい実施態様では、上記定着装置の温度制御機構を有する加熱装置により加熱される定着部材はベルトである。
本発明の別の好ましい実施態様では、上記定着装置の化学反応により発生する熱により加熱される定着部材は、トナー製造時に排出され、水と有機溶剤を含有する廃液が、乾燥剤と接触するときに発生する熱（ａ）と、当該廃液の酸化反応により発生する熱（ｂ）で加熱される。
本発明は、上記定着装置を備える画像形成装置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成を説明する図である。
【０００６】
画像形成部は、像担持体である感光体１、感光体１を一様に帯電する帯電ローラ２、一様に帯電した感光体１に対して画像信号により変調されたレーザ光を照射して静電潜像を形成する露光機３等からなっている。現像部は、現像ロータリー４内に配置されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色現像機５からなり、ロータリーの回転により各色現像機５が順次感光体１に当接して感光体１上の静電潜像を現像する。
【０００７】
感光体１上のトナー像は、１次転写位置において感光体１に当接する中間転写ベルト６に転写される。中間転写ベルト６は、駆動ローラ７、従動ローラ８間に渡って張架されている。１次転写位置において転写された中間転写ベルト６上のトナー像は、駆動ローラ７と対向して２次転写ローラ９が配置された２次転写部１０において、記録媒体上に２次転写される。記録媒体は、給紙カセット１１から供給され、搬送経路１２を通って２次転写部１０に搬送され、２次転写後、定着装置１３に搬送されてトナー像が定着される。両面印字の場合には、記録媒体は定着後に反転して両面印字時搬送経路１４を経由して再度２次転写部１０へ搬送されて裏面への記録が行われる。
【０００８】
次に、図１における定着装置１３の詳細について図２〜４により説明する。
図２は定着装置１３の実施形態の概略断面図である。加熱ローラ１００と加圧ローラ１４０は対向して設けられる。化学反応熱が利用される加熱装置２００が、加圧ローラ１４０と接し、加熱ローラ１００側の反対側に設けられる。加熱ローラ１００は、金属製芯金１０１の表層にシリコーンゴム等の弾性体からなる弾性層１０２が設けられ、弾性層１０２の表層にＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂からなる表層１０３が設けられているという構造を有している。加圧ローラ１４０は、金属製芯金１４１の表層にシリコーンゴム等の弾性体からなる弾性層１４２が設けられ、弾性層１４２の表層にＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂からなる表層１４３が設けられているという構造を有している。不図示のモータからの回転駆動力が、加圧ローラ１４０の芯金１４１に伝達され、加圧ローラ１４０が矢印ａで示される方向に回転駆動される。加熱ローラ１００は、不図示のバネにより加圧ローラ１４０側に加圧されており、加熱ローラ１００は加圧ローラ１４０の回転により矢印ｂで示される方向に従動回転される。誘導加熱コイル１１０が、加熱ローラ１００近傍であって加圧ローラ側の反対側に設けられている。高周波電力が誘導加熱コイル１１０に供給されると、加熱ローラ芯金１０１が電磁誘導加熱される。加熱ローラ１００の表面温度は温度センサー１２０で検出される。加熱ローラ１００の表面温度が設定温度付近まで上昇してきたとき、ＰＩＤ温度制御が開始され、電磁誘導加熱コイル１１０に供給される電力の周波数が変化され、加熱ローラ１００の表面温度が設定温度付近に維持される。加熱ローラ１００の表面温度が設定温度に達したとき、未定着トナー１３２が転写された記録媒体１３１が矢印ｃで示される方向に搬送され、加熱ローラ１００と加圧ローラ１４０の間を通過させられて、未定着トナー１３２が記録媒体１３１に定着される。
【０００９】
図３は、化学反応熱が利用される加熱装置２００の実施形態の概略断面図である。水と有機溶剤が含まれるトナー廃液２４１が容器２４２中に蓄えられている。トナー廃液２４１は、溶解懸濁重合法（例えば、特開２００６−２９３３０４号公報参照）等によるトナー製造時に排出される。なお、トナー廃液２４１は、従来燃焼されていた。ポンプ２３０が作動すると、トナー廃液２４１は矢印ｄで示される方向に搬送され、乾燥剤２２１に降りかかる。そして、トナー廃液２４１に含まれる水が乾燥剤２２１に吸収され、吸水発熱反応により、乾燥剤２２１の温度が上昇して、トナー廃液２４１に含まれる有機溶剤が矢印ｆで示される方向に揮発する。吸水発熱反応により発生した熱は、金網２２２を介して触媒２２０に伝達される。空気孔２２０から矢印ｅで示される方向に流入した空気中の酸素と揮発した有機溶剤が、高温の触媒２２０中で酸化反応し、酸化反応熱で触媒２２０が更に加熱される。吸水発熱反応と酸化反応により発生した熱は、触媒２２０に接して設けられた金属板２１１で均一化される。シリコーンゴム等の弾性体からなる弾性層２１２が、触媒２２０側と反対側の金属板２１１表面に設けられており、ＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂からなる表層２１３が、金属板２１１と反対側の弾性層２１２表面に設けられている。加熱装置２００は、矢印ｇで示される、加圧ローラ１４０側に加圧されている。そして、加熱装置２００と加圧ローラ１４０の接触は、加熱装置２００の弾性層２１２と加圧ローラの弾性層１４２の緩衝作用により均一化される。加圧ローラ１４０が矢印ａで示される方向に回転すると、摩擦が加熱装置２００と加圧ローラ１４０の接触面で発生するが、表層２１３と加圧ローラ１４０の表層１４３はフッ素樹脂で形成されているから、摩擦力は大きくならず、従って、加熱装置２００と加圧ローラ１４０の接触は安定している。金属板２１１の温度は、金属板２１１の近傍に設けられた温度センサー２１４で検出される。金属板２１１の温度が設定温度より高い場合、ポンプ２３０が停止され、トナー廃液２４１が供給されなくなる。金属板２１１の温度が設定温度より低い場合、ポンプ２３０が作動され、トナー廃液２４１が供給される。乾燥剤２２１の具体例は、生石灰、シリカゲル、塩化カルシウム、硫酸である。吸水した生石灰は、土壌改良剤として使用し得るから、生石灰が乾燥剤２２１として好ましく使用される。
【００１０】
上記発熱反応以外の反応も、加熱装置２００の熱源として利用される。当該熱源して利用される他の反応の具体例は、廃トナーの燃焼、生分解性廃トナーの微生物及び／又は酵素による分解、鉄等の金属の酸化である。
【００１１】
化学反応により発生する熱の量は急速に制御され難いから、加熱装置２００から加圧ローラ１４０に伝達される熱量は変動する。従って、加圧ローラ１４０の温度も変動する。そこで、電磁誘導による加熱ローラ１００の加熱が、加圧ローラ１４０の温度変動による、記録媒体１３１へ伝達される熱の量の変動を抑制し、記録媒体１３１上の画像の光沢ムラを低減する。なお、ハロゲンランプ又は抵抗発熱体が利用されているヒータによる加熱は、供給電力のＯＮ／ＯＦＦによる非連続発熱切り替えであり、更に、ヒータ自身が熱容量を有しているから、電磁誘導加熱のように急速に温度を制御できない。
【００１２】
図４は、定着装置１３の別の実施形態の概略断面図である。加熱ローラ１００及び２つの従動張架ローラ３０２、３０４が、加熱ベルト４０１の内側に配置されている。加熱装置２００、駆動張架ローラ３０１、従動張架ローラ３０３が加圧ベルト４０２の内側に配置されている。駆動張架ローラ３０１及び従動張架ローラ３０２〜３０４は、金属製芯金の周囲にシリコーンゴム等の弾性体からなる弾性層が設けられているという構造を有している。加熱ベルト４０１及び加圧ベルト４０２は、ニッケル基材上にシリコーンゴム等の弾性体からなる弾性層が設けられ、弾性層の上にＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂からなる表層が設けられているという構造を有している。加熱ベルト４０１のニッケル基材は加熱ローラ１００と接触し、加圧ベルト４０２のニッケル基材は加熱装置２００と接触する。不図示のモータからの回転駆動力が、駆動張架ローラ３０１に伝達され、駆動張架ローラ３０１が矢印ｊで示される方向に回転駆動される。従動張架ローラ３０２は、不図示のバネにより駆動張架ローラ３０１側に加圧されている。従動張架ローラ３０４は、不図示のバネにより従動張架ローラ３０３側に加圧されている。従って、従動張架ローラ３０２、従動張架ローラ３０３、従動張架ローラ３０４、加熱ベルト４０１、加圧ベルト４０２は、駆動張架ローラ３０１の回転により、それぞれ、矢印ｋ、ｍ、Ｌ、ｈ、ｉで示される方向に従動回転される。誘導加熱コイル１１０が、加熱ローラ１００近傍であって加熱装置２００側の反対側に設けられている。高周波電力が電磁誘導加熱コイル１１０に供給されると、加熱ローラ芯金１０１及び加熱ベルト４０１のニッケル基材が電磁誘導加熱される。加熱ベルト４０１の表面温度は温度センサー１２０で検出される。加熱ベルト４０１の表面温度が設定温度付近まで上昇してきたとき、ＰＩＤ温度制御が開始され、誘導加熱コイル１１０に供給される電力の周波数が変化され、加熱ベルト４０１の表面温度が設定温度付近に維持される。加熱ベルト４０１の表面温度が設定温度に達したとき、未定着トナー１３２が転写された記録媒体１３１が矢印ｃで示される方向に搬送され、加熱ベルト４０１と加圧ベルト４０２の間を通過させられて、未定着トナー１３２が記録媒体１３１に定着される。
【００１３】
加熱装置２００と加圧ベルト４０２の接触面積は大きく、加熱装置２００から加圧ベルト４０２への熱伝達効率は大きいから、定着に要する電力は低減される。更に、加熱装置２００から加圧ベルト４０２への熱伝達は安定しているから、加圧ベルト４０２の温度も安定しており、記録媒体１３１上の画像の光沢ムラは低減される。
加熱ベルト４０１と記録媒体１３１の接触面積は大きく、加熱ベルト４０１から記録媒体１３１への熱伝達効率は大きいから、連続定着速度も大きくなる。
【００１４】
（実施例１）
図１に示される画像形成装置に、図２に示される定着装置を設け、印刷速度（１分間に印刷される記録媒体の枚数）を４０、５０、６０、７０、８０ｐｐｍに設定して、Ａ４横、フルカラーべた画像を連続して１０００枚の記録媒体に画像形成する試験を行い、積算消費電力及び定着性を評価した。結果が表１に示されている。
【００１５】
（実施例２）
図１に示される画像形成装置に、図４に示される定着装置を設ける以外、実施例１と同じ操作を行った。結果が表１に示されている。
【００１６】
（比較例１）
図２に示される定着装置から加熱装置２００を除去し、誘導加熱コイル１１０に高周波電力を供給している電源装置に補助電源としてコンデンサーを取り付ける以外、実施例１と同じ操作を行った。結果が表１に示されている。
【００１７】
＜積算消費電力の測定方法＞
画像形成装置のＡＣ１００Ｖ商用電源部に積算電力計（日置電機（株）製モデル３３３２）を接続し、電源投入から１０００枚目の記録部材への画像形成が終了するまでの積算消費電力（ｋＷｈ）を測定した。
【００１８】
＜定着性の評価方法＞
１０００枚目の記録媒体に形成されたフルカラーべた画像を消しゴムで擦った。トナーが擦り取られ、画像が薄くなった場合は不良、トナーが擦り取られず、画像濃度に変化がない場合は良好と評価した。
【００１９】
【表１】
2008176019.tif 000003
【００２０】
加熱ローラ１００から記録媒体への熱伝達速度には上限があるから、印刷速度が大きくなると、１枚の記録媒体に伝達される熱量は小さくなり、その結果、１０００枚の記録媒体に伝達される総熱量も小さくなる。従って、印刷速度が大きくなると、１０００枚の記録媒体に画像形成するために消費される積算消費電力は小さくなり、定着性は悪化する。比較例の画像形成装置による良好な画像形成の印刷速度の上限は５０ｐｐｍであった。実施例１及び２の画像形成装置に設けられた定着装置の加熱装置２００は、印刷速度の増大に伴う積算消費電力の減少を補っている。定着部材がローラである実施例１の画像形成装置による良好な画像形成の印刷速度の上限は７０ｐｐｍであった。定着部材がベルトである定着装置を有する実施例２の画像形成装置による良好な画像形成の印刷速度の上限は８０ｐｐｍ以上であった。更に、同一印刷速度で比較すると、加熱装置２００を有する定着装置が設けられた実施例１及び２の画像形成装置の積算消費電力は、補助電源としてコンデンサーが取り付けられた比較例１の画像形成装置の積算消費電力より小さかった。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】画像形成装置の全体構成を説明する図
【図２】定着装置の概略断面図
【図３】加熱装置の概略断面図
【図４】定着装置の概略断面図
【符号の説明】
【００２２】
１…感光体、２…帯電ローラ、３…露光機、４…現像ロータリー、５…現像機、６…中間転写ベルト、７…駆動ローラ、８…従動ローラ、９…２次転写ローラ、１０…２次転写部、１１…給紙カセット、１２…搬送経路、１３…定着装置、１４…両面印字時搬送経路、１００…加熱ローラ、１０１…芯金、１０２…弾性層、１０３…表層、１１０…電磁誘導加熱コイル、１２０…温度センサー、１３１…記録媒体、１３２…未定着トナー、１４０…加圧ローラ、１４１…芯金、１４２…弾性層、１４３…表層、２００…加熱装置、２１１…金属板、２１２…弾性層、２１３…表層、２１４…温度センサー、２２０…触媒、２２１…乾燥剤、２２２…金網、２２３…容器、２２４…空気孔、２３０…ポンプ、２３１…管、２４１…トナー廃液、２４２…容器、３０１…駆動張架ローラ、３０２〜３０４…従動張架ローラ、４０１…加熱ベルト、４０２…加圧ベルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008176019.tif 000006
【図４】
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