(57)【要約】【課題】定着部材の表面形態に関係なく簡単な構成により省エネルギー化が確保できる構成を備えた定着装置を提供する。【解決手段】未定着トナー像を担持した記録材の定着位置で互いに対向する第１，第２の定着部材１１，１２を備えた定着装置１１において、上記定着部材の一方１１Ａには、これを加熱する熱源１２Ａと該定着部材１１Ａに接触して定着後に定着部材１１Ａの残熱を回収する熱回収部材１３と、回収された熱を上記熱源１２Ａによる加熱前の上記定着部材１１Ａに供給する熱供給部材１４とが設けられ、該熱回収部材１３と該熱供給部材１４とは上記定着部材１１Ａにおける表面形態に対応（１３Ａ）させてそれぞれ接触していることを特徴としている。【選択図】　　　図４
2004062026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着トナー像を担持した記録材の定着位置で互いに対向する第１，第２の定着部材を備えた定着装置において、
上記定着部材の一方には、これを加熱する熱源と該定着部材に接触して定着後に定着部材の残熱を回収する熱回収部材と、回収された熱を上記熱源による加熱前の上記定着部材に供給する熱供給部材とが設けられ、該熱回収部材と該熱供給部材とは上記定着部材における表面形態に対応させてそれぞれ接触していることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、
上記定着部材の一方は、その表面形態が曲面であることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１記載の定着装置において、
上記熱回収部材は、上記定着部材の表面に沿って屈曲可能な構成を備えていることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１記載の定着装置において、
上記定着部材の一方はベルトで構成され、上記熱回収部材は、柔軟性を有するシート状に構成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１記載の定着装置において、
上記定着部材の一方は熱源を内蔵したローラで構成され、上記熱回収部材は、該定着部材の外周近傍に位置し、上記熱供給部材は該定着部材の外周に接触させて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１乃至４のうちの一つに記載の定着装置において、
上記熱供給部材は、上記熱回収部材および上記定着部材にそれぞれ接触する面を有する熱良導体で構成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１記載の定着装置において、
上記熱回収部材および熱供給部材は、回収熱に対応して生起される起電力を利用して供給熱量を設定する構成であることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項７記載の定着装置において、
上記熱回収部材および熱供給部材は、ゼーベック効果若しくはペルチェ効果等の熱電効果を利用できる部材が用いられることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のうちの一つに記載の定着装置において、
上記熱回収部材は上記定着部材の近傍に設けられ、上記熱供給部材は上記定着部材に当接して設けられ、上記熱回収部において回収された熱に対応して生起される起電力により上記熱供給部材を発熱させる構成を備えていることを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項９記載の定着装置において、
上記熱回収部材は、少なくとも上記定着部材の上方に位置していることを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
請求項７または８記載の定着装置において、
上記熱回収部材は、フリジスタ素子を所定面積内に行き渡らせた状態で配置して接触面を構成していることを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の定着装置において、
上記フリジスタ素子は、所定面積内で連続して繰り返し折り返されて配置されていることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載の定着装置において、
上記フリジスタ素子は、その表裏両面に薄いフィルムが位置してサンドウィッチ構造で設けられていることを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のうちの一つに記載の定着装置において、
上記フリジスタ素子は、複数並列されていることを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１１乃至１４のうちの一つに記載の定着装置において、
上記フリジスタ素子は、独自にオン・オフ設定が可能であることを特徴とする定着装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の定着装置において、
上記フリジスタ素子は、所定温度を基準としてオン・オフ設定が可能樽ことを特徴とする定着装置。
【請求項１７】
請求項１１または１４のうちの一つに記載の定着装置において、
上記フリジスタ素子は、所定面積内での配置間隔が０．０１〜５ｍｍとされていることを特徴とする定着装置。
【請求項１８】
請求項７または８および１１乃至１６のうちの一つに記載の定着装置において、
上記熱回収部材により回収された熱に対応する起電力は供給熱量制御に対応する熱量に対応する電圧に調整された熱供給部材に印加される構成であることを特徴とする定着装置。
【請求項１９】
請求項９または１０記載の定着装置において、
上記熱回収部材には、強制冷却手段が設けられていることを特徴とする定着装置。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のうちの一つに記載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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置およびこれを用いる画像形成装置に関し、さらに詳しくは、熱交換機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタあるいはファクシミリ装置や印刷機などの画像形成装置においては、潜像担持体をなす感光体から転写された現像後のトナー像が転写媒体上から剥落するのを防止するために定着工程が実行される。
定着工程では、例えば、現像処理に用いられるトナーを加熱・加圧により溶融させた状態で画像担持体であるシートなどにトナーを浸透させて融着する作業が採用される。
【０００３】
定着方式の一つに熱源を内蔵したローラを含む複数のローラに掛け回されたベルトを用いた構成がある。この構成は、ローラ同士を対峙させた熱ローラ定着方式を用いる構成と比べて熱容量の小さいベルトを用いることにより所定の定着温度までの立ち上げに要する時間を短縮することができる利点がある。
【０００４】
ベルト定着方式においては、熱源により加熱されたベルトがトナーと接触することにより上述した定着行程を実行するようになっており、ベルト加熱のための熱源の方式としては比較的制御や構成を簡略化しやすい抵抗加熱方式が用いられることが多い。
【０００５】
熱源として用いられる抵抗加熱方式では、消費電力が極めて高く、近年要望が高まってきている省エネルギーの面からいうと好ましくない構成ということになる。
一方、定着行程を実行されるトナーは、加熱により溶融軟化した状態で転写媒体に浸透するとなるべく早く冷却硬化させることがオフセット現象の発生を防止する意味で重要となる。そこで、省エネルギーの面からすると、熱源での消費電力を低く抑えて定着温度を低くすることが考えられる。
定着温度を下げるということをトナーの材料面でいうと、この場合にはトナーの軟化点あるいは融点が必然的に低いものが選択されることになるが、トナーに使用されている熱可塑性の樹脂の特性として軟化点あるいは融点が下がると必然的に溶融粘度が下がるという性質がある。この性質は熱可塑性の樹脂の軟化点あるいは融点は樹脂の分子量、分子量分布、結晶化度、架橋度、分子間力等によって決まり、同一構造の樹脂の軟化点あるいは融点を下げるためにはこのうち分子量、架橋度を下げるか分子量分布を狭くせざるを得ない。このうち、分子量分布は樹脂の保存性の限界から下限が決まってくるので、分子量自体を下げると必然的に狭くなってしまう。
【０００６】
一般に分子量を下げると分子鎖は短くなるために絡み合いが緩くなり溶融粘度は下がる。また、分子量分布が狭くなってもやはり分子鎖の絡み合いが緩くなり溶融粘度は下がる。更に分子間の架橋度を下げるとそれぞれの分子が動きやすくなるために溶融粘度は下がる。このため、定着温度を下げた場合には、トナーの特性から入って、オフセット現象が発生しやすくなるので、その解消を図る構成が提案されている（例えば、特公衝５１−２９８３５号公報）。この公報では、フィルムシートを利用した定着部で被定着物に熱を印加した後、フィルムシートと被定着物の密着を保ったまま冷却をかけトナーが固化した後引き剥がすようにした構成が開示されており、さらに、トナーの冷却効果を早めるために矯正冷却を行う構成が開示されている。後者のトナーの冷却効果を促進する方法としては、特開平５−２７３８７６号公報や特開２００１−２２１９８号公報に挙げられている構成がある。
【０００７】
特開平５−２７３８７６号公報や特開２００１−２２１９８号公報では、ベルトにおける展張領域のうちで、定着ニップ部を通過した後に相当する位置に冷却手段を設けたり、ベルトの移動方向で定着ニップ部を通過したベルトが周回されるローラを冷却手段として用いる等の構成が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
送風による強制冷却を用いる場合には、送風時に周辺の空気を流動させることで冷却箇所以外も冷却されてしまったり、送風による熱気の放散により温度上昇を嫌う装置、例えば、熱による溶融が生じた後に凝固が起こることでブロッキングを引き起こしやすいトナーを収容している装置などに悪影響を及ぼすことになる。また、送風ではなく、水あるいは他の液体を熱媒体として用いた場合には、循環路をはじめとして設備が大がかりとなり、装置の大型化を招く虞がある。
【０００９】
定着装置で発生した熱が周辺部に影響するのを押さえる構成としては、定着装置に用いられる部材を冷却する代わり定着装置を周辺部から熱的に遮断する構成がある。具体的には、定着装置における定着ニップ部を除く全範囲あるいは一部を囲繞する遮熱壁を設ける。この構成においては、定着装置からの輻射熱あるいは対流熱の放散を抑えることができる。しかし、このような構成を採用した場合でも遮熱壁そのものの蓄熱により温度上昇を来すとその周辺部の雰囲気温度を上昇させてしまい、結果として、上述した冷却構成の場合と同様に、機内の温度上昇を招き、トナーのブロッキング現象などを引き起こしやすくなる。
【００１０】
上述したように、定着装置での冷却あるいは遮熱構造においては、発生した熱の放散を防止することを主眼としており、発生した熱の一部が利用されないままとなることでエネルギーの消費効率が悪くなり、省エネルギー化を達成することは難しいことになる。
【００１１】
定着装置で発生した熱を有効利用する構成として、ベルト定着方式の場合を対象とすると、熱源により加熱された展張部分の熱を冷却部を通過した再加熱領域の展張部分に伝達することで、いわゆる、熱交換を行う構成が提案されている（例えば、特開２００１−２２１９８号公報）。
【００１２】
上記公報には、ベルトの展張部両側にそれぞれ接触する熱交換体を設け、加熱後に定着ニップ部を通過した展張部分を冷却により吸熱し、その熱をこの展張部分と対向して熱源に対向する前の展張部分に伝達するようになっている。また、熱交換体として、電力供給による加熱・冷却切換が可能なペルチェ素子を用いて冷却側および加熱側の各展張部分での温度変化を効率よく行わせるようにした構成が開示されている。
【００１３】
しかし、この構成では、次のような問題がある。
各展張部分での温度変化を効率よく行うために用いられるペルチェ素子は外部からの電力供給を必要とすることから、この素子専用の電源を必要とすることになり、結果として、定着装置に用いられる熱源とは別に電力消費部分を加えた構成となり、省エネルギー化とは逆行してしまう。
ペルチェ素子は、その構造において、表層部がに設けられているセラミックスによりサンドウィッチ構造とされたインゴット状あるいはディスク状に形成されており、セラミックスにより剛体化された構造となっている。このため、屈曲させると破損してしまうことがある。このため、上記公報においても示されているように、ペルチェ素子は、定着ベルトに接触する面を有する今一つのベルトの平坦面に対して接触させる配置あるいは定着ベルトの平坦な展張面に接触させる配置が採用されることとなる。
【００１４】
ペルチェ素子を用いた場合には、補助加熱および冷却ができることでベルトを対象とした熱交換が行えるものの、定着装置に用いられるベルトには上記公報に挙げられているようにペルチェ素子の構造に合わせて平坦面の展張部を構成したものに限らず、曲面を呈する展張面を有する場合もある。このような場合には、補助加熱および冷却が行える熱交換体も用いることができなくなる虞がある。しかも、上記公報には、ベルトが掛け回されているローラの一方が熱源を備えた加熱部材として設けられ、ローラの他方が冷却部材として設けられていることから加熱部および冷却部をそれぞれ複数設置することになり、これによる構成の複雑化を招く虞がある。
【００１５】
また、ペルチェ素子は表層部に位置するセラミックスの熱伝導性が悪く、急峻な温度変化を期待することができない。このため、急峻な温度変化を選るにはその電力を高めることが必要となり、結果として消費電力が増加しやすくなることで省エネルギーを果たすことができない虞がある。
【００１６】
本発明の目的は、上記従来の定着装置、特に、定着部材の表面形態が平坦面でない場合の定着装置における問題に鑑み、定着部材の表面形態に関係なく簡単な構成により省エネルギー化が確保できる構成を備えた定着装置および画像形成装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、未定着トナー像を担持した記録材の定着位置で互いに対向する第１，第２の定着部材を備えた定着装置において、上記定着部材の一方には、これを加熱する熱源と該定着部材に接触して定着後に定着部材の残熱を回収する熱回収部材と、回収された熱を上記熱源による加熱前の上記定着部材に供給する熱供給部材とが設けられ、該熱回収部材と該熱供給部材とは上記定着部材における表面形態に対応させてそれぞれ接触していることを特徴としている。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明に加えて、上記定着部材の一方は、その表面形態が曲面であることを特徴としている。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明に加えて、上記熱回収部材は、上記定着部材の表面に沿って屈曲可能な構成を備えていることを特徴としている。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明に加えて、上記定着部材の一方はベルトで構成され、上記熱回収部材は、柔軟性を有するシート状に構成されていることを特徴としている。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明に加えて、上記定着部材の一方は熱源を内蔵したローラで構成され、上記熱回収部材は、該定着部材の外周近傍に位置し、上記熱供給部材は該定着部材の外周に接触させて配置されていることを特徴としている。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至４のうちの一つに記載の発明に加えて、上記熱供給部材は、上記熱回収部材および上記定着部材にそれぞれ接触する面を有する熱良導体で構成されていることを特徴としている。
【００２３】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の発明に加えて、上記熱回収部材および熱供給部材は、回収熱に対応して生起される起電力を利用して供給熱量を設定する構成であることを特徴としている。
【００２４】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明に加えて、上記熱回収部材および熱供給部材は、ゼーベック効果若しくはペルチェ効果等の熱電効果を利用できる部材が用いられることを特徴としている。
【００２５】
請求項９記載の発明は、請求項１乃至７のうちの一つに記載の発明に加えて、上記熱回収部材は上記定着部材の近傍に設けられ、上記熱供給部材は上記定着部材に当接して設けられ、上記熱回収部において回収された熱に対応して生起される起電力により上記熱供給部材を発熱させる構成を備えていることを特徴としている。
【００２６】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明に加えて、上記熱回収部材は、少なくとも上記定着部材の上方に位置していることを特徴としている。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、請求項７または８記載の発明に加えて、上記熱回収部材は、フリジスタ素子を所定面積内に行き渡らせた状態で配置して接触面を構成していることを特徴としている。
【００２８】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の発明に加えて、上記フリジスタ素子は、所定面積内で連続して繰り返し折り返されて配置されていることを特徴としている。
【００２９】
請求項１３記載の発明は、請求項１１または１２記載の発明に加えて、上記フリジスタ素子は、その表裏両面に薄いフィルムが位置してサンドウィッチ構造で設けられていることを特徴としている。
【００３０】
請求項１４記載の発明は、請求項１１乃至１３のうちの一つに記載の発明に加えて、上記フリジスタ素子は、複数並列されていることを特徴としている。
【００３１】
請求項１５記載の発明は、請求項１１乃至１４のうちの一つに記載の発明に加えて、上記フリジスタ素子は、独自にオン・オフ設定が可能であることを特徴としている。
【００３２】
請求項１６記載の発明は、請求項１１または１４のうちの一つに記載の発明に加えて、上記フリジスタ素子は、所定面積内での配置間隔が０．０１〜５ｍｍとされていることを特徴としている。
【００３３】
請求項１７記載の発明は、請求項１１または１４のうちの一つに記載の発明に加えて、上記フリジスタ素子は、所定面積内での配置間隔が０．０１〜５ｍｍとされていることを特徴としている。
【００３４】
請求項１８記載の発明は、請求項７または８および１１乃至１６のうちの一つに記載の発明に加えて、上記熱回収部材により回収された熱に対応する起電力は供給熱量制御に対応する熱量に対応する電圧に調整された熱供給部材に印加される構成であることを特徴としている。
【００３５】
請求項１９記載の発明は、請求項９または１０記載の発明に加えて、上記熱回収部材には、強制冷却手段が設けられていることを特徴としている。
【００３６】
請求項２０記載の発明は、請求項１乃至１９のうちの一つに記載の定着装置を画像形成装置に用いることを特徴としている。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置が適用される画像形成装置の実施例を示す模式図である。
図１に示す画像形成装置は、原稿読み取りによる画像情報およびホストコンピュータなどからの画像情報に基づき潜像担持体である感光体に対して静電潜像を形成することができる複写機能を兼備したプリンタであり、しかも、静電潜像の可視像処理が複数の色を用いて行えるフルカラープリンタである。
【００３８】
図１において、画像形成装置１の内部にはドラム状をなす潜像担持体である感光体２が配置されている。
感光体２の周辺には、感光体２の回転方向に沿って画像形成処理を実行する帯電装置３，書き込み装置４，現像装置５，転写装置６，クリーニング装置７がそれぞれ配置されている。
【００３９】
本実施形態における画像形成装置１に用いられる書き込み装置４には、図示しない制御部からの画像信号に応じてレーザ光を出射可能なレーザ光源が設けられており、このレーザ光源からは、図示しないが、コンピュータからの出力信号だけでなく、画像形成装置１に装備されているスキャナ８によって読み取られた原稿画像に基づく画像信号によって書き込み光が出射されるようになっている。つまり、画像形成装置１には筐体の上面に原稿載置台１Ａが設けられて原稿を載置できるようになっており、原稿載置台１Ａの下方には、原稿画像を読み取るためのスキャナ８が設けられている。
スキャナ８は、周知構造からなる読み取り光学系と読み取り素子とを備え、読み取り素子によって得られた画像情報が制御部に出力されるようになっている。
【００４０】
書き込み装置４には、符号は付けないが、図示しないレーザ光源に加えてポリゴンミラー４Ａ、ｆθレンズ４Ｂ、ＢＴＬレンズ４Ｃおよび書き込みミラー４Ｄが装備され、スキャナー８には、走査光源および反射鏡を備えて原稿載置台に平行して移動可能な第１スキャナユニット８Ａと、光路変換用である一対のミラーを備えて移動可能な第２スキャナユニット８Ｂと、レンズ８Ｃおよび光学読み取り素子であるＣＤ素子を備えた基板８Ｄが装備されている。
【００４１】
本実施例における転写装置６は、感光体２からの可視像を１次転写する１次転写装置６Ａと、１次転写装置６Ａから記録用紙などのシートに対して２次転写する２次転写装置６Ｂとが装備されている。
１次転写装置６Ａは、複数のローラに掛け回された中間転写ベルト６Ａ１を備え、中間転写ベルト６Ａ１と感光体２との対峙位置に配置されている１次転写用チャージャ６Ａ２によって感光体２上の可視像を中間転写ベルト６Ａ１に転写できるようになっている。
中間転写ベルト６Ａ１に対しては、後述する現像装置５によって色分解と補色関係にある色の画像が重畳転写できるようになっており、重畳転写された画像は２次転写装置６Ｂによって記録用紙などのシート（以下、シートと称して説明する）に一括転写されるようになっている。
【００４２】
２次転写装置６Ｂは、シートの搬送路を挟んで１次転写装置６Ａにおける中間転写ベルト６Ａ１に対向して接離可能な帯電ローラで構成されており、移動するシートを挟持搬送しながら中間転写ベルト６Ａ１上の重畳画像を静電的にシートへ転写できるようになっている。
２次帯電装置６Ｂは、単一色の転写時および重畳画像の一括転写時のみに中間転写ベルト６Ａ１に当接することができ、各色の画像が中間転写ベルト６Ａ１に転写される際には中間転写ベルト６Ａ１に当接しないで画像の乱れを生じないようにされている。
【００４３】
中間転写ベルト６Ａ１と２次転写装置６Ｂとの対峙位置が相当する２次転写位置に対しては、給紙装置９によりシートが給送される。
給紙装置９は、記録用紙を収容可能な給紙カセット９Ａと、給紙カセット９Ａ内のシートを繰り出す繰り出しローラ９Ｂと、分離ローラ対９Ｃと、搬送ローラ９Ｄおよびレジストローラ９Ｅ備えており、２次転写位置に向けて給紙カセット９Ａ内から一枚分離されたシートがレジストローラ９Ｅによってレジストタイミングを設定されたうえで給送される。
【００４４】
本実施形態では、給紙カセット内からのシートのサイズ以外あるいは異種のシートを給送できるようにもなっている。このため、画像形成装置本体の筐体にはその一部が起倒可能な手差しトレイ９Ｆが設けられ、手差しトレイ９Ｆとレジストローラ９Ｅとの間で給紙トレイ９Ａから給送されたシートの移動路が合流する位置に搬送ローラ９Ｄが、また手差しトレイ９Ｆ近傍には繰り出しローラ９Ｂがそれぞれ配置されている。
【００４５】
上記構成において、感光体２に形成された静電潜像は現像装置５により可視像処理されて１次転写装置６Ａにより中間転写ベルト６Ａ１に転写される。
画像が単一色の場合には中間転写ベルト６Ａ１上の転写画像がそのまま２次転写装置６Ｂによって給紙装置９から給送されたシートに２次転写され、画像が複数色の場合には中間転写ベルト６Ａ１上への重畳転写が行われた上でシートに対して２次転写装置６Ｂにより一括転写される。
２次転写後のシートは２次転写位置から分離されて搬送装置１０を介して定着装置１１に搬送され、画像を定着されて排出される。
【００４６】
以下、請求項１乃至４，６および１１乃至１５，１７に記載の発明に係る定着装置１１の実施形態を説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る定着装置の原理構成を説明するための図であり、同図に示す定着装置１１は、シートＳを挟持搬送しながらシートＳ上に担持されているトナーＴを加熱・加圧することができる定着ニップ部に相当する定着位置で互いに対向する第１，第２定着部材１１Ａ、１１Ｂを備え、その一方にベルト（以下、定着ベルト１１Ａと称する）が用いられている。
他方の定着部材としては、定着ベルト１１Ａに対してシートを加圧する加圧ベルト１１Ｂが用いられて定着装置１１がベルト定着方式を採用した構成とされている。
定着ベルト１１Ａは、一対のローラ１２，１３に掛け回され、これらローラ間で形成される展張部の一方が加圧ベルト１１Ｂと当接しながら同じ方向に移動するようになっている。
定着ベルト１１Ａは、これが掛け回されているローラの一方１２に内蔵されている抵抗加熱方式を用いた熱源１２Ａにより加熱されることにより定着温度を維持されるようになっている。
熱源１２Ａは、定着ベルトの表面温度を検知する図示しない温度センサによってフィードバック制御されるようになっている。
【００４７】
定着ベルト１１Ａには、定着ニップ部の領域で内側面に接触する熱回収部材１３が配置されている。
熱回収部材１３は、定着ニップ部において定着後の残熱を回収できる位置で定着ベルト１１Ａに接触させてあり、その接触面と反対側の面には定着ニップ部側と反対側に位置する定着ベルト１１Ａの展張面に接触する熱供給部材１４と一体化されている。
【００４８】
熱供給部材１４は、金、銀および銅などの貴金属あるいはアルミニウムなどの熱良導体で構成されており、熱回収部材との一体化面と反対側である定着ベルト１１Ａの展張面と接触する側の面が熱源１２Ａにより再加熱前の位置に位置決めされている。
【００４９】
熱回収部材１３は、熱電効果の一つである電力供給によって吸熱による冷却および発熱による加熱の両作用が表裏各面で得られる部材が用いられ、図１に示す構成では、フリジスタ素子１３Ａが用いられている。
【００５０】
フリジスタ素子１３Ａは、定着ベルト１１Ａの表面形態に対応して接触できる構成とされており、図３に示すように所定面積内で隣接するもの同士の配置間隔が０．０１〜５ｍｍ程度に設定された状態で連続して繰り返し折り返されて行き渡らせることによりシート状とした構成、あるいは、表裏両面が薄いフィルムではさまれてサンドウィッチ構造とした構成が用いられ、いずれの場合にも柔軟性を持たせて屈曲等の撓み変形できる状態とされている。
【００５１】
熱回収部材１３は、フリジスタ素子１３Ａに通電することにより定着ベルト１１Ａと接触する側の面が冷却面として機能し、これと反対側の面が発熱面として機能する。このため、反対側に一体化されている熱供給部材１４は加熱されて定着ベルト１１Ａを熱源１２Ａにより再加熱前に予備加熱することになる。
【００５２】
本実施形態は以上のような構成により、熱回収部材１３が定着ベルト１１Ａの表面形態に対応して接触できるので、図４に示すように、定着ベルト１１Ａの一部が曲面を呈している状態にあっても、その表面形態に対応して撓み変形させることができる。これにより、定着ベルト１１Ａの表面形態に関係なく均一接触することができるので、定着ベルト１１Ａからの吸熱、つまり冷却ムラをなくして定着ベルト１１Ａの冷却効果を高めることができる。
【００５３】
図４に示した構成は、図２に示した原理構成を踏襲した構成であり、この構成においては、定着ベルト１Ａが一対のローラではなく熱源１２Ａを内蔵しているローラ１２のみに掛け回され、図２に示したローラ１３に代えて定着ベルト１１Ａをガイドすることができる支持部材１１Ａ１に対して展張方向の端部がガイドされるようになっている。
支持部材１１Ａ１は、定着ベルト１１Ａを加圧ベルト１１Ｂ側に押し付けることができる曲面を備えており、この曲面により定着ニップ部を拡大させると共にトナーＴに対する接触圧力を均一化して加熱ムラによる定着ムラの発生を防ぐようになっている。このため、定着ベルト１１Ａの曲面に対応させて熱回収部材１３が接触する状態に形成されている。
【００５４】
一方、フリジスタ素子１３Ａへの通電により、冷却面と反対側の面では発熱し、その熱が熱供給部材１４に伝達され、熱供給部材１４に接触している定着ベルト１１Ａが再加熱前に予備加熱されることになる。これにより、定着ベルト１１Ａの冷却が促進されることにより定着されるトナーの冷却硬化を促進する一方で定着ベルト１１Ａの予備加熱により熱源１２Ａでの電力消費を抑えることができる。
【００５５】
熱回収部材１３に用いられるフリジスタ素子１３Ａは、図２に示したように、連続して折り返されることにより所定面積内で行き渡らせる構成の他に、図５に示すように、複数のフリジスタ素子１３Ａを並設させることもできる。この場合においても、上述した構成と同様に、隣接するもの同士の配置間隔が０．０１〜５ｍｍに設定されている。この間隔は、所定面積内での温度ムラをなくすために設定されている。
【００５６】
図２および図５に示したフリジスタ素子１３への通電制御、つまりオン・オフ設定は、定着ベルト１１Ａにおける被冷却面側あるいは発熱面側での温度を基準として行われる。つまり、オン・オフ設定に関しては、所定温度において作動状態が切り換えられる熱電対１３Ｂが用いられる。
【００５７】
図５に示した構成を対象としたフリジスタ素子１３Ａの通電制御は、各フリジスタ素子１３Ａ毎に行えるようにすることで定着ベルト１１Ａの表面温度に対応してきめ細かな温度管理が行える。つまり、定着ベルト１１Ａの表面温度が所定温度よりも高い場合にはフリジスタ素子１３Ａのいずれかへの通電を停止することになる。
これにより、フリジスタ素子１３Ａによる定着ベルト１１Ａの温度管理が自動化されることになる。このように、冷却による放熱が定着ベルト１１Ａへの加熱に用いられることで熱の環流が行われることになる。
【００５８】
上記実施形態においては、定着部材としての定着ベルト１１Ａに対してフリジスタ素子１３が撓み変形することにより定着ベルト１１Ａの表面形態に対応して均一な接触ができる構成であるので、定着ベルト１１Ａを熱回収部材１３により押圧することができる。これにより、定着ベルト１１Ａは、シートＳに対する接触圧力が高められることになり、トナーＴとの接触を向上させることができ、トナーＴに対する熱供与効率を高めることができる。しかも、定着後の定着ベルト１１Ａと熱回収部材１３との接触状態も向上しているので、残熱の回収効率も高められてトナーの冷却効果を促進して溶融トナーが転写ベルト１１Ａに逆転移するのを確実に防止することができる。
【００５９】
次に、請求項５，７乃至１０，１６および１８記載の発明に係る定着装置の実施形態について説明する。
本実施形態は、熱回収部材によって回収された熱に対応して起電力を生起させ、この起電力を用いて熱供給部材による定着部材の予備加熱を行うことを特徴としている。
図６に示す定着装置２０は、第１の定着部材が熱源２１Ａを内蔵した定着ローラ２１で構成され、第２の定着部材が定着ローラ２１に対向当接して定着ニップ部を形成可能な加圧ローラ２２により構成されている。
【００６０】
熱回収部材２３は、図２に示した構成と違って、定着ローラ２１の外周近傍に配置されており、少なくとも定着ローラ２１の上方を含む範囲に配置されている。図６に示す構成では、加圧ローラ２２と対向当接する定着ニップ部を除く３方に配置されている。これにより、定着ローラ２１から放散される熱を効率よく吸収することができるようになっている。
【００６１】
熱回収部材２３としては、回収熱量に基づく温度差により起電力を生起する熱電効果であるゼーベック効果若しくはペルチェ効果を利用できる部材が用いられ、図６に示す構成では熱電対あるいはペルチェ素子が用いられる。
熱電対やペルチェ素子を熱回収部材２３として用いる場合、特にペルチェ素子を用いる場合には、その素材がインゴット状あるいはディスク状であることを踏まえて、図７に示すように、定着ローラ２１からの熱を吸収しやすい位置に相当する定着ローラ２１の上方にのみ配置することも可能である。
【００６２】
熱回収部材２３は、熱電効果が得られるので、上述したペルチェ素子に代えて、図８に示すように、定着ローラ２１の外周面に倣った形状に撓み変形が可能な柔軟部材として用いることができるフリジスタ素子（便宜上、符号２３’で示す）を採用することも可能である。この場合のフリジスタ素子２３’は、図３あるいは図５に示した構成が採用されている。
【００６３】
熱回収部材２３，２３’は、電圧安定化装置２４の入力側に接続されており、電圧安定化装置２４の出力側には、定着ローラ２１の周面に当接する熱供給部材２５が接続されている。
電圧安定化装置２４は、熱供給部材２５の温度管理を行う装置であり、定着ローラ２１の表面温度が所定温度に達するように熱供給部材２５にオン・オフ制御を含めた印加電圧が制御できるようになっている。なお、図８において破線で示す矢印は熱供給部材２５の温度管理を行うためのフィードバック信号の信号経路を示している。
【００６４】
熱供給部材２５は、電圧安定化装置２４から印加される電力により発熱が可能なローラ部材で構成され、この構成では抵抗発熱体あるいはランプなどが用いられるが、構造上、柔軟性があり撓み変形が可能な熱電素子であるフリジスタ素子をローラ周面に貼付することも可能である。
【００６５】
本実施形態は以上のような構成において、定着ローラ２１からの放散熱が熱回収部材２３により吸収されると熱回収部材２３での定着ローラ２１側とその反対側との温度差により起電力が生起され、その起電力が電圧安定化装置２４に取り込まれる。
【００６６】
電圧安定化装置２４では、定着ローラ２１の表面温度に対応して熱供給部材２５に対する印加電圧を制御し、熱供給部材２５を用いた定着ローラ２１の予備加熱を実行させる。これにより、定着ローラ２１は、熱源２１Ａ以外の熱源となる熱供給部材２５からの加熱により表面温度を所定温度に維持されることになるので、熱源２１Ａでの電力消費を軽減させることができる。このように、定着ローラ２１で残っている排熱を定着ローラ２１の加熱のための熱エネルギーに変換することで熱源２１Ａでの負荷を軽減して省エネルギー化を図ることができる。
【００６７】
本発明者は、上記構成を対象として、この構成を備えた内場合とを電力消費に関して比較したところ、図６に示した構成では約１０％の省エネルギー化を確認でき、図７に示した構成および図８に示した構成では熱回収部材２３，２３’の配置領域が狭いことが原因して約１０〜１５パーセントのロスは出るものの、熱源２１Ａでの負荷軽減が明らかであり、この構成を用いない場合に比べて省エネルギー化を確認することができた。
【００６８】
熱回収部材２３，２３’で生起される起電力を効率よく、特に多く取り出すための構成としては、熱回収部材２３，２３’での温度差を大きくすることが必要である。以下、この構成に関して請求項１９記載の発明の実施形態について説明する。
図９には、図７に示した熱回収部材２３を対象として定着ローラ２１に対向する側と反対側の面との温度差を大きくするための強制冷却手段として放熱フィン２６を設け、この放熱フィン２６に対して図示しない送風手段により気流Ｆを接触させる構成が示されている。これにより、放熱面積を拡大することができ、定着ローラ２１と接触する吸熱面とこれと反対側の方滅面との温度差を拡大することができる。
【００６９】
図１０には、図７に示した構成の熱回収部材２３を対象として定着ローラ２３と対向する側と反対側の面に強制冷却手段として熱媒体を循環可能な熱交換器２７を設けた構成が示されている。この構成においては、熱媒体として水あるいはオイルなどが用いられ、図示しない冷却部を循環する熱媒体により熱交換が行われ、熱回収部材２３での吸熱面と放熱面での温度差を大きくすることができる。
【００７０】
本発明者は、図９および図１０に示した構成による省エネルギー効果を実験したところ、図９に示す構成では、図７に示した構成の場合に比べて約２０％以上のエネルギー変換効率の上昇による省エネルギー化が確認でき、図１０に示す構成では、図に示した構成の場合に比べて上記と同様に２０％以上の省エネルギー化が確認できた。しかも、定着装置周辺部での温度も４０℃以内に止められることが確認できた。このような構成とすることにより、回収熱による熱のリサイクルができることで熱源での負荷増加を抑えて省エネルギー化が実現できると共に、定着部材での温度の立ち上がりを迅速化でき、さらには装置内部での温度上昇も熱交換により抑制することができるので、定着装置周辺に配置されている装置に熱的な悪影響が及ぶのを未然に防止することが可能となる。
【００７１】
特に、定着ロータ２１の外周面に倣った形状で設けたフリジスタ素子２３’を用いた場合には、通常構造であるインゴット状あるいはディスク状の部材を用いた場合に比べて定着ローラ２１の周面に沿わせて配置できることから、図６，７に示した構成に比べてさらに１０パーセント程度の省エネルギー化ができることが確認できた。これにより、定着部材の形態あるいは形状に関係なく省エネルギー効率を向上させることになる。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１乃至４および６記載の発明によれば、定着部材の表面形態に対応させて熱回収部材を接触させることができ、特に、請求項２および３記載の発明においては、定着部材が曲面を有している場合でもその表面に対応させて接触させることができる。しかも、請求項４記載の発明においては、熱回収部材が柔軟性を有するシート状に構成されていることから、曲面に対する接触性を向上させることができる。これにより、熱回収部材と定着部材との接触状態が定着部材の表面形態に関係なく向上させることになり、残熱の回収効率を改善してその回収した熱を加熱前の定着部材に供与することができる。この結果、定着部材に対して本来装備されている熱源での負荷を軽減して省エネルギー化を図ることが可能となる。しかも、定着部材をその再加熱前に予備加熱状態とすることができるので、定着部材での所定温度への立ち上がりを迅速化して定着開始までの待機時間を短縮することが可能となる。
【００７３】
請求項５，９，１０記載の発明によれば、熱源を内蔵したローラにより定着部材が構成されている場合においても、熱の回収がより効果的に行える位置に熱回収部材を配置したうえで回収した熱を定着部材に再供給することができるので、定着部材側の熱源の負荷を比較的簡易な構成により軽減することができる。
【００７４】
請求項７および８記載の発明によれば、回収熱に対応して生起される起電力を利用して発熱あるいは冷却を行うことができるので、熱回収部材および熱供給部材への電源を特別に準備する必要をなくすことができる。これにより、消費電力の増加を防止して省エネルギー率を高めることが可能となる。
【００７５】
請求項１１乃至１３記載の発明によれば、フリジスタ素子を用いて定着部材の表面形態に対応させているので、定着部材に対する接触状態を均一化して熱の回収および供給効率を向上させることができる、特に、請求項１２および１３記載の発明においては、所定面積内で連続して繰り返し折り返すことによりあるいは薄いフィルムによりサンドウィッチ構造とされることにより撓み変形することができるので、定着部材の表面が曲面であっても均一接触して熱の回収および供給効率を上げることが可能となる。
【００７６】
請求項１４乃至１６および１８記載の発明によれば、定着部材への均一接触が可能なフリジスタ素子が複数並列されることにより熱回収量および熱供給量を最大最小の範囲内で種々設定することができるので、定着部材に対する最適温度制御が可能となる。特に、請求項１５および１６記載の発明においては、所定温度を基準としてフリジスタ素子間でオン・オフ設定を独立して行えるので、熱回収および供給を自らの起電力により細かく制御して定着部材の適正温度を特別な電源を要することなく行えるようにすることができる。
【００７７】
請求項１７記載の発明によれば、フリジスタ素子の配置間隔を設定することにより、定着部材表面での温度ムラの発生を防止することが可能となる。
【００７８】
請求項１９記載の発明によれば、熱回収部材に強制冷却手段を設けることにより残熱の回収効率を向上させると共に温度差を大きくすることにより起電力の発生量を多くして熱の供給量低下を防止することができる。しかも、供給に必要な熱量を迅速に確保することが可能となる。
【００７９】
請求項２０記載の発明によれば、熱源を有する定着部材において発生する残熱を回収して再加熱前の定着部材を加熱することができ、その加熱の際には回収熱に対応して生起される起電力を用いているので、定着部材に蓄積される熱を循環させることができ、これにより既存の熱源に対する負荷を軽減して省エネルギー化を可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による定着装置を適用した画像形成装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る定着装置の原理構成を説明するための模式図である。
【図３】図２に示した定着装置に用いられる熱回収部材の構成を説明するための図である。
【図４】図２に示した原理構造における作用を説明するための図である。
【図５】図２に示した熱回収部材の別の構成を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態による定着装置の別の構成を説明するための図である。
【図７】図６に示した構成の一部変形例を示す図である。
【図８】図７に示した構成のさらに他の変形例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態による定着装置の他の構成を説明するための図である。
【図１０】図９に示した構成の一部変形例を示す図である。
【符号の説明】
１　画像形成装置
１１　定着装置
１１Ａ　第１定着部材
１１Ｂ　第２定着部材
１２Ａ　熱源
１３，２３，２３’　熱回収部材
１３Ａ　フリジスタ素子
１４，２５　熱供給部材
２４　電圧安定化装置
２６　強制冷却手段としての放熱フィン
２７　強制冷却手段としての熱交換器
【図１】
2004062026.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004062026.tif 000006
【図５】
2004062026.tif 000007
【図６】
2004062026.tif 000008
【図７】
2004062026.tif 000009
【図８】
2004062026.tif 000010
【図９】
2004062026.tif 000011
【図１０】
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