(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを溶解させる軟化材と、その軟化材を溶解または分散する溶媒からなるトナー定着液を、先端部噴霧面からミスト状に噴霧して記録紙上の未定着トナー画像に付与し、トナーを溶解かつ定着させる超音波トランスデューサにおいて、圧電素子とホーン部材を含み、このホーン部材の下方に延びかつ噴霧面を形成する前記先端部を少なくとも２つ以上の櫛歯状に複数個に分割することを特徴とする超音波トランスデューサ。
【請求項２】
請求項１記載の超音波トランスデューサを使用する定着液付与ヘッドにおいて、多孔質材料で作成され、一端を前記定着液に浸漬し、毛細管効果により前記定着液を導くように他端を前記超音波トランスデューサの前記先端部に密着させる定着液供給部材を備え、この定着液供給部材の前記他端は前記超音波トランスデューサの櫛歯本数と同じ数に分かれかつこれらの櫛歯状に分かれた部分は前記超音波トランスデューサの櫛歯状部分にそれぞれ密着していることを特徴とする定着液付与ヘッド。
【請求項３】
前記櫛歯状の先端部は少なくとも２カ所以上に撥水加工が施されることを特徴とする請求項１記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４】
櫛歯状部分を有する前記定着液供給部材の前記他端は前記超音波トランスデューサの櫛歯状撥水処理部の非撥水部の本数と同じ数に分かれており、かつこれらの非撥水部は前記超音波トランスデューサの非撥水部にそれぞれ密着していることを特徴とする請求項２記載の定着液付与ヘッド。
【請求項５】
請求項２又は４記載の定着液付与ヘッドが複数個配列されかつ所定の面積を網羅することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
前記各々の定着液付与ヘッドの間に、それぞれ気流制御用の板を設けることを特徴とする請求項５記載の定着装置。
【請求項７】
トナー像担持体と、このトナー像担持体上のトナーを記録紙上に転写させる転写手段と、記録紙上に転写したトナーを定着させる定着装置を含んでいる画像形成装置において、前記定着装置は請求項５記載の定着装置であ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、トナー像を記録紙上に定着させて画像を生成する複写機、プリンタ、ファクシミリ等に使用する、超音波トランスデューサ、これを備える定着装置及びこの定着装置を備える画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、複写機やプリンタ、ファクシミリ等、記録紙上に画像を形成する装置は多くあり、その中でも主流なのがトナーを使用したいわゆる電子写真方式であり、電子写真方式の画像形成装置は、普通紙を用いて高速に、高密度に、また、最近ではカラー画像も手軽に作成できることからオフィス等に広く普及している。
かかる電子写真方式ではほとんど熱を利用した定着方式を採用している。これはハロゲンヒータやセラミックヒータ等の発熱体でローラやフィルム等を熱し、未定着トナーが乗った記録紙を加圧ローラで挟んで加熱・加圧することでトナーを溶融かつ変形させ、記録紙の繊維中にアンカリングすることで定着させる。
この方式は均一性、安定性に優れているため広く普及しているが、一方でエネルギを使いすぎる欠点があり、このような欠点を回避するために従来から種々の技術が提案されかつ知られている（例えば、特許文献１乃至３参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１に示されるように、定着方式には古くから熱方式と蒸気定着方式が考えられていた。蒸気定着法式はトナーを溶かす溶媒蒸気中に未定着トナーが乗った記録紙を挿入するもので、確かにこの方式は熱方式に比べてエネルギの消費は少ない。
しかしながら、蒸気発生や換気のため大掛かりな装置が必要であったため普及しなかった。最近は特許文献３のような超音波を利用したトランスデューサが開発され、用途としては燃料噴射等に使用されているが、これを定着液のミスト噴霧装置として利用することが考えられる。この方式であれば電力は非常に小さく押さえることができる。
しかしながら、特許文献２に示されるように静電気的に作られた静電トナー像はそれ程強い付着性は示さず、溶媒中に浸漬を行えば電気的結合がくずれてトナーが流出し画像が乱れる。これは液を使用した定着方式の大きな課題である。
本出願人らは実験によって、定着液を未定着トナー上に噴霧する場合、粘度が高い定着液の方が画像の乱れが少ないことを発見した。
【特許文献１】特公昭４０−１０８６７号公報
【特許文献２】特公昭４８−３３１８４号公報
【特許文献３】特開２００４−２２８８６２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、定着液の粘度を上げると前述の超音波トランスデューサ方式では噴霧しづらくなる。すなわち、粘度の上昇とともに噴霧量は減少し、ついには噴霧しなくなる。
そこでできるだけ画像を乱さず、また、なるべく噴霧量を確保できるように両者が両立する条件の粘度範囲を使用することになる。噴霧量の減少については定着液中のトナー軟化材の濃度を上げることで対応可能であるが、噴霧量の減少とともに均一性も劣化する現象が見られる。
これは定着液がヘッド面全体から飛ばず、ヘッド面の一部分からしか噴霧しなくなることに起因する。これを第１の均一性劣化の要因とする。すなわち、粘度が高く全体的に滴化しづらい状態で、或る部分が或るきっかけで滴化し飛ぶと、他の部分の定着液は飛んだ部分に吸われ、飛ばない部分はずっと飛ばなくなってしまう。
このようにして均一性が劣化すると定着ムラが発生してしまう。また、このように前記定着ヘッドを複数個並べることによって定着装置を構成する場合、定着ヘッド間に濃度の薄い部分ができ易い。これを第２の均一性劣化の要因とする。これは１つの定着ヘッドから噴霧された滴は、飛翔中に中央部に寄ってきてしまい、端部の濃度が薄くなるためである。
この原因は液滴が空気中を進むとき液滴の後ろ側にごく小さい負圧領域が発生し、滴の飛翔領域にはこの負圧領域が無数にあるため周りからそこに向かって空気が流れ込むために気流が発生するためと考えられる。つまり、滴自身が作り出した気流で滴の流れが乱される。
そこで、本発明の目的は、このような高粘度液を噴霧する場合の均一性を向上させる超音波トランスデューサ、これを備える定着装置及びこの定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、トナーを溶解させる軟化材と、その軟化材を溶解または分散する溶媒からなるトナー定着液を、その先端部噴霧面からミスト状に噴霧して記録紙上の未定着トナー画像に付与し、トナーを溶解かつ定着させる超音波トランスデューサにおいて、圧電素子とホーン部材を含み、このホーン部材の下方に延びかつ噴霧面を形成する前記先端部を少なくとも２つ以上の櫛歯状に複数個に分割する超音波トランスデューサを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の超音波トランスデューサを使用する定着液付与ヘッドにおいて、多孔質材料で作成され、一端を前記定着液に浸漬し、毛細管効果により前記定着液を導くように他端を前記超音波トランスデューサの前記先端部に密着させる定着液供給部材を備え、この定着液供給部材の前記他端は前記超音波トランスデューサの櫛歯本数と同じ数に分かれかつこれらの櫛歯状に分かれた部分は前記超音波トランスデューサの櫛歯状部分にそれぞれ密着している定着液付与ヘッドを特徴とする。
【０００６】
また、請求項３に記載の発明は、前記櫛歯状の先端部は少なくとも２カ所以上に撥水加工が施される請求項１記載の超音波トランスデューサを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、櫛歯状部分を有する前記定着液供給部材の前記他端は前記超音波トランスデューサの櫛歯状撥水処理部の非撥水部の本数と同じ数に分かれており、かつこれらの非撥水部は前記超音波トランスデューサの非撥水部にそれぞれ密着している請求項２記載の定着液付与ヘッドを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項２又は４記載の定着液付与ヘッドが複数個配列されかつ所定の面積を網羅する定着装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、前記各々の定着液付与ヘッドの間に、それぞれ気流制御用の板を設ける請求項５記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、トナー像担持体と、このトナー像担持体上のトナーを記録紙上に転写させる転写手段と、記録紙上に転写したトナーを定着させる定着装置を含んでいる画像形成装置において、前記定着装置は請求項５記載の定着装置である画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、定着液付与ヘッドは、従来に比べて噴霧される液滴の密度の均一性を向上させることができるので、記録紙上に定着液をムラ無く塗布でき、良好な定着画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による超音波トランスデューサを示す概略図である。図２は図１のトランスデューサを使った定着液付与ヘッドを示す概略図である。図１及び図２において、超音波トランスデューサ１は圧電（ピエゾ）素子３の両端に交流電源４からの電圧を受け、微少な振動変位を生じる。
超音波トランスデューサ１の微少な振動変位はホーン部材２を介して拡大され、先端部５で最大となる。図２には図１の超音波トランスデューサ１を使った定着液付与ヘッド６を示している。
【０００９】
定着液（トナーを溶解させる軟化材と、その軟化材を溶解または分散する溶媒からなるトナー定着液）８は、連泡多孔質体からなる定着液供給部材７の毛管力によって吸い上げられ、定着液供給部材７の先端面から先端部５に供給される。すると、前述の振動により定着液８が先端部５に薄い膜を張り、最終的にはミストとなって噴霧される。噴霧された定着液滴１２は落下し、記録紙９上の未定着トナー１０に降り注ぐ。なお、図２中、符号１３は定着液容器を示している。
すると、トナー１１は図示のごとく軟化かつ溶解し、記録紙９上に定着する。水頭差Ｈは、この水頭差Ｈを変えることにより定着液付与ヘッドへの定着液供給量が変わり、噴射量を変えることもできる。
本発明は、定着液８を、先端部噴霧面からミスト状に噴霧して記録紙上の未定着トナー画像に付与し、トナーを溶解かつ定着させる超音波トランスデューサにおいて、圧電素子３とホーン部材２を含み、このホーン部材２の下方に延びかつ噴霧面を形成する先端部５を少なくとも２つ以上の櫛歯状に複数個に分割した構成を一つの特徴とする。
また、定着液供給部材７の他端は超音波トランスデューサの櫛歯本数と同じ数に分かれかつこれらの櫛歯状に分かれた部分は超音波トランスデューサの櫛歯状部分にそれぞれ密着している構成も特徴的である。
【００１０】
図３は一般的な超音波トランスデューサを使用する記録紙上の塗布範囲を示す概略斜視図である。図４は図３の超音波トランスデューサを使用して定着液の粘度を上げた場合の塗布ムラの状態を示す概略斜視図である。図５は本発明による超音波トランスデューサを使用してかなりの均一性の改善が見られる塗布範囲を示す概略斜視図である。
図３の符号ａは記録紙９上の塗布範囲において超音波トランスデューサ１のホーン部材２から延びる先端部５から定着液１２が直接降りかかる範囲を示し、符号ｂは記録紙９が移動することによって定着液１２が塗布された範囲である。
【００１１】
ところが、前述のように画像の乱れを抑えるために定着液８の粘度を上げると、図４のように噴射部が超音波トランスデューサ１の先端全面でなく、一部に偏り数本の帯のようになってしまい塗布ムラができてしまう。これは粘度が高く全体的に滴化しづらい状態で、或る部分が或るきっかけで滴化し飛ぶと、他の部分の定着液８は飛んだ部分に吸われ、飛ばない部分はずっと飛ばなくなることが原因である。
このことは、図１に示した本発明の超音波トランスデューサを使用すると、図５のように塗布範囲ｆにかなりの均一性の改善がみられる。これは超音波トランスデューサ１の先端面を伝って他の部分に定着液８が流れ込む現象が抑えられたためそれぞれの櫛歯状の先端部５ａから噴霧するためである。
なお、図５のｅは記録紙９上の塗布範囲において超音波トランスデューサ１の先端部５から定着液１２が直接降りかかる範囲を示している。また、図４及び図５において、符号９は記録紙を示している。
【００１２】
図６は定着液供給部材の外観を示す概略図である。図７は超音波トランスデューサ及び定着液供給部材から構成される定着液付与ヘッドを示す概略斜視図である。
図２に示した定着液供給部材７は供給用多孔質体からなり、その先端部７ａも図４のように櫛歯状に加工し、図１のホーン部材２を含む超音波トランスデューサ１と組み合わせた場合に定着液付与ヘッドを構成する。この場合、多孔質体内を横に伝って他の部分に流れ込む現象も抑えられるため、さらに均一性が向上する。
【００１３】
図８は定着液付与ヘッドの他の構成を示す概略斜視図である。図８のように超音波トランスデューサ１のホーン部材２から延びる先端部５に櫛歯状の撥水加工部１４を施すことも考えられる。つまり、櫛歯状の突起部（非撥水部）間に撥水材料を充填して撥水加工部１４を形成する。この構成でも定着液付与ヘッドを横に伝って他の部分に流れ込む現象はなくなるため、噴射される液滴密度の均一性は向上する。また同様に、図６で示した櫛歯状先端部７ａを有する多孔質体７を使用すれば、多孔質体７内を横に伝って他の部分に流れ込んでしまう現象が抑えられるため、さらに均一性は向上する。
図９は定着液付与ヘッドを複数個並べて所定の面積を網羅させた定着装置の実施の形態を示す概略斜視図である。このように定着液付与ヘッド（定着液供給部材は図示せず）を主走査方向に複数個並べることにより、所定の幅の記録紙９を通常通り搬送することによって定着液を全面に塗布することができる。
図９のｇは記録紙９上の塗布範囲において超音波トランスデューサ１の先端部５から定着液滴１２が直接降りかかる範囲を示し、ｂは記録紙９が移動することによって塗布された範囲を示している。
【００１４】
図１０は定着液付与ヘッド間に設置した板を示す概略図である。図１１は定着液付与ヘッドの中央部に集まるように噴射された液滴を示す概略図である。図１０には、定着液付与ヘッド間の均一性を向上させるために隣り合う定着液付与ヘッド間に設けられる板１５を示している。
通常、図１１のように噴射された定着液滴１２は、定着液付与ヘッドの中央部に集まるように噴霧する。これは、前述したように、定着液滴１２が空気中を進む時、後ろ側にごく小さい負圧領域が発生し、噴霧領域にはこれが無数にあるため周りからそこに向かって空気が流れ込むために気流が発生するためと考えられ、このことにより塗布ムラが発生する。
この塗布ムラは、図１０のように定着液付与ヘッド間に板１５を設けると、かなり均一性が改善する。これは板１５の近傍に動きづらい空気層があるため周囲から空気が流れ込まず定着液滴１２が板１５に沿って飛翔するためである。
さらに板１５の先端部でエッジに沿って回り込む現象が見られた。これにより定着液滴は超音波トランスデューサ１の幅よりも広がり（図１０）、隣の定着液付与ヘッドからの定着液滴１２と重なることになる。以上のように本発明によりかなり均一性を上げることができ、良好な定着品質を得ることができた。
【００１５】
図１２は本発明の定着装置を使用した画像形成装置を示す概略図である。図１２において、画像形成装置Ａの画像形成部には感光体ドラム１６があり、それぞれ搬送方向にブラック１６Ｂｋ、マゼンタ１６Ｍ、イエロー１６Ｙ、シアン１６Ｃの順で並んでいる。それぞれの感光体ドラム１６Ｂｋ、１６Ｍ、１６Ｙ、１６Ｃの下にはローラ１７ａと１７ｂに掛けられた搬送ベルト１８が設けられている。
記録紙９は図１２の右から左方向に搬送され、ブラック、マゼンタ、イエロー、シアンの順で感光体ドラム１６からトナーを転写され、各色の像が重なりカラー画像を作る。４色のトナーが記録紙９上に乗ると最後に本発明による定着装置１９に入る。前述の通り超音波トランスデューサ１を含む定着液付与ヘッドから定着液を付与され、記録紙９上のトナーは溶解して定着する。
【００１６】
図１３は感光体ドラム周りを説明する概略図である。次に図１３を参照して感光体ドラム１６周りを詳細に説明する。感光体ドラム１６はクリーニングブラシ２０、クリーニングブレード２１により感光体ドラム１６上の残留したトナーを掻き取る。
次に、除電ランプ２２により感光体ドラム１６の電荷を除去する。帯電チャージャ２３で均一な帯電を与え、露光２４で潜像を作る。現像スリーブ２６でキャリア２５上のトナー２８が感光体ドラム１６上に転写され、転写チャージャ２７によりトナー２８は記録紙９上に２次転写されて未定着画像となる。
この後、従来の複写機等では記録紙９は最後に熱を使った定着装置に入ることになるが、熱方式は非常に電力を消費する。また、複写機を使用していない時も立ち上がりに時間を掛けないためにヒータ温度をかなり高く保つ必要があり、稼働中はスタンバイ状態を含めてかなりの電力を消費している。
このような熱を使った定着装置に対し、本発明の定着液を使った定着方式は、定着部で動作時でも低電力で、しかもスタンバイ時にはほとんど電力を消費しないメリットがある。
【００１７】
前述のとおり、第１の均一性の劣化は粘度が高い時、飛んだ部分に他の部分の定着液が流れ込んでしまうことから生じる。そこで定着液付与ヘッドの先端部５を櫛歯状（５ａ）に分割して駆動したところ、定着液付与ヘッド面を伝って他の部分に流れ込む現象が抑えられたため、定着液８（図２）はそれぞれの櫛歯の先端から噴霧することを確認した。
また、定着液を供給する多孔質材からなる定着液供給部材７の先端部も同様の櫛歯状の形状とし、それぞれ超音波トランスデューサ１の櫛歯に密着させたところ多孔質材７中を伝って他の部分に流れ込む現象も抑えられたため、さらに安定してそれぞれの櫛歯の先から噴霧し、結果的に均一性を上げることができた。
また、第２の均一性劣化の要因である噴霧滴が飛翔中に中央部に集まりムラになる現象に対しては、１つ１つの定着液付与ヘッドの間に板１０（図１０）を設けると解決することが判った。
これは板１０の近傍に動きづらい空気層があるため周囲から空気が流れ込まず、液滴１２が板１０に沿って飛翔し、さらに、板１０の先端部でエッジに沿って回り込む現象が見られることによる。これによって液滴は超音波トランスデューサ１の幅よりも広がり、隣の定着液付与ヘッドからの液滴と重なることにより均一性を大幅に改善することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による超音波トランスデューサを示す概略図である。
【図２】図１のトランスデューサを使った定着液付与ヘッドを示す概略図である。
【図３】一般的な超音波トランスデューサを使用する記録紙上の塗布範囲を示す概略斜視図である。
【図４】図３の超音波トランスデューサを使用して定着液の粘度を上げた場合の塗布ムラの状態を示す概略斜視図である。
【図５】本発明による超音波トランスデューサを使用してかなりの均一性の改善が見られる塗布範囲を示す概略斜視図である。
【図６】定着液供給部材の外観を示す概略図である。
【図７】超音波トランスデューサ及び定着液供給部材から構成される定着液付与ヘッドを示す概略斜視図である。
【図８】定着液付与ヘッドの他の構成を示す概略斜視図である。
【図９】定着液付与ヘッドを複数個並べて所定の面積を網羅させた定着装置の実施の形態を示す概略斜視図である。
【図１０】定着液付与ヘッド間に設置した板を示す概略図である。
【図１１】定着液付与ヘッドの中央部に集まるように噴射された液滴を示す概略図である。
【図１２】本発明の定着装置を使用した画像形成装置を示す概略図である。
【図１３】感光体ドラム周りを説明する概略図である。
【符号の説明】
【００１９】
Ａ  画像形成装置
１  超音波トランスデューサ（定着液付与ヘッド）
２  ホーン部材
３  圧電（ピエゾ）素子
５  超音波トランスデューサの先端部（噴霧面）
５ａ  櫛歯状の先端部（噴霧面）
６  定着液付与ヘッド
７  定着液供給部材（連泡多孔質体、定着液付与ヘッド）
７ａ  定着液供給部材の櫛歯状の先端部
９  記録紙
１１  トナー
１２  定着液液滴
１４  撥水加工部分
１５  板
【図１】
0004751716.tif 000002
【図２】
0004751716.tif 000003
【図３】
0004751716.tif 000004
【図４】
0004751716.tif 000005
【図５】
0004751716.tif 000006
【図６】
0004751716.tif 000007
【図７】
0004751716.tif 000008
【図８】
0004751716.tif 000009
【図９】
0004751716.tif 000010
【図１０】
0004751716.tif 000011
【図１１】
0004751716.tif 000012
【図１２】
0004751716.tif 000013
【図１３】
0004751716.tif 000014