(57)【要約】【課題】従来技術の有する問題点を解決すべく、画像担持体(用紙)を幅方向全面に亘って狭持して定着と搬送を同時に行わないようにして、該画像担持体に皺を発生させないようにすると共に、定着に用いるエネルギーを低減すること。【解決手段】 画像担持体に画像形成物質を押圧により定着させる画像形成装置を前提として、  選択的に押圧を発生させる複数に分割された押圧手段と、該画像担持体を該押圧手段による押し圧部に供給排出する搬送手段とを有し、該押圧手段による押圧と該搬送手段による搬送を同時に行わないことである。【選択図】図４
2005316009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像担持体に画像形成物質を押圧により定着させる画像形成装置において、
選択的に押圧を発生させる複数に分割された押圧手段と、
該画像担持体を該押圧手段による押し圧部に供給排出する搬送手段とを有し、
該押圧手段による押圧と該搬送手段による搬送を同時に行わないことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
上記押圧手段は圧力と熱、又は圧力のみを付与することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
画像形成情報入力手段と、
該画像形成入力手段による画像形成情報に基づいて、上記画像担持体に画像形成物質を定着させる定着範囲を決定する定着範囲決定手段と、
該定着範囲決定手段によって決定された定着範囲に対応する上記複数に分割された押圧手段を選択して該押圧手段を押圧させる制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
上記複数に分割された押圧手段は、上記画像担持体の搬送方向に対してほぼ直角方向に配設されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
上記複数に分割された押圧手段の搬送方向下流側に２列目の押圧手段を配設し、上記複数に分割された押圧手段による未定着部分を定着することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】
上記複数に分割された押圧手段は、上記画像担持体の搬送方向に対してほぼ直角方向に千鳥状に複数列配設されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
上記搬送手段は摩擦力を使用しない搬送手段であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
上記押圧手段が画像担持体と画像形成物質を狭窄する対向位置に配置され、それら相互の間隔は調整可能であり、かつその押圧タイミングも設定可能であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
上記対向位置に配置された押圧手段が、両方同時に又は一方のみを動作可能であることを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
【請求項１０】
画像形成物質の存在する領域情報に基づいて、定着処理及び搬送の実行指令信号を発生させることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１１】
上記画像形成物質の存在する領域情報は、画像原稿を読み取ることにより作成される読み取り画像情報、又は予め電子ファイルに準備されている画像情報を、画像担持体面に対応する画像存在範囲ブロック情報に変換して作成されることを特徴とする請求項１０記載の画像形成装置。
【請求項１２】
上記押圧手段が、上記画像担持体の搬送方向に対して直角方向に複数のブロックに分割されており、これら個々のブロックが独立して移動可能であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１３】
上記押圧手段は、電歪素子の伸縮力、又はモ−タ等による回転力を駆動源とすることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１４】
上記押圧手段は、その先端部(定着作用領域)に優先的かつ集中的に熱エネルギーを供給するよう構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１５】
上記押圧手段が制振性又は吸音性を有する材料から成ることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、画像形成物質と画像担持体を一体化（定着）することにより、任意の情報を提供する媒体を作成する画像形成装置、例えば、グラビア印刷装置、乾式複写機、レーザプリンター、又はラベル作成装置などに関するものである。さらに詳細には、それぞれの画像形成装置において、トナー等の画像形成物質を用紙等の画像担持体に定着する定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置の代表例として、デジタル複写機１０の構成を図１及び図２に示す。このデジタル複写機１０は、原稿情報を読み取るスキャナ部１と画像を再生するプリンタ部１１から構成される。ライン光源を原稿２に照射し、その反射光を複数ミラ−３を介して結像レンズ４を通過させた後に、受光素子５と画像処理部６により生成されたデジタル信号７をもとに、レーザ変調器１２を制御して静電潜像を感光ドラム１３の表面に形成する。即ち、画像信号で半導体レーザを電気的に直接変調することにより該半導体レ−ザは点滅を繰り返す。この半導体レーザから出た光をコリメータレンズを通して、ポリゴンミラーとＦθレンズで副走査を行い、感光体ドラム１３の回転により主走査を行って静電潜像を再現する。
ここで、トナー供給部１４によりトナーを付与して現像を行い、対向する定着ローラを有する定着部１５で紙媒体（用紙）とトナーを一体化（定着）することによって複写プロセスが完了する。上記紙媒体は用紙供給部１６から供給され、２点鎖線により示されている搬送路１８に沿って搬送され、排紙ローラ１７により送り出される。上記定着部１５では、トナーに必要な熱エネルギーと圧力を与えながら紙媒体とトナーを一体化する機能を有するため、複写機全体で消費されるの大半のエネルギーはこの部分の熱効率に依存するものである。
【０００３】
従来の画像形成装置における定着部の定着方式としては、大別すると、(１)圧力定着方式、及び(２)熱定着方式がある。このような定着方式の構成は、対向する２本のローラを有しており、ローラ接触部で形成されるニップ(nip)部において、熱や圧力をトナーと紙に付与する原理のものである。
このような圧力定着方式と熱定着方式に共通する基本的な課題は、次のようなことである。
(１) 加圧力分布の均一化、及び皺防止を対向ロ−ラ構造において実施しようとすることが、困難な問題を抱え込む原因となっている。これは紙そのもの脆弱性と、対向ロ−ラ構造における構造面での不均一性に起因するものである。
(２) 熱効率を確保するために、十分なニップ(nip)幅を確保する必要がある。そのためには、ローラ被覆ゴムの厚膜化やローラ径の増大を図ることにより、逆に余分な蓄熱や放熱現象を伴うことが多く、熱効率の最適化の観点で二律背反的な課題を抱え込んでいる。
(３) 吸湿による紙周辺部の伸び現象により、ローラ中央部を通過する用紙の長さと両端部を通過する用紙の長さが異なる。このために、一定の周速で回転するロ−ラがこの長さの違いを無理に是正しようとして皺が発生する。
(４) フルカラー画像は、モノクロ画像に比べて３〜４倍のトナー層厚さがあってトナーの付着量が多いことから、ニップ幅をできる限り広く確保して記録材上に形成された未定着トナー像を可能な限り低温で長い時間をかけて加熱定着することが好ましく、処理速度の低下を招いている。また、ＯＨＰにおける透光色再現性を確保するためには、ニップ部で比較的大きな加圧力が不可欠である。このために、フルカラー用の定着装置として、トナー面を均一に溶融して高光沢に仕上げるべく、加熱ローラと加圧ローラの表面に平滑又は鏡面の耐熱弾性体を設けることは公知である。
【０００４】
加熱ローラと加圧ローラを相互に圧接させて表面弾性体層の圧縮変形によりニップ(nip)部を形成させる場合において、該ニップ幅を広くするには、ローラ径を大きくする方法、又は耐熱弾性体の厚みを増す方法がある。ローラ径を大径にする方法は装置全体の大型化を招くという問題があり、一方、耐熱弾性体の厚みを増大する方法は、熱伝達の低下による熱供給速度の低下をもたらし、プリント速度（ＰＰＭ：枚／分）の向上を阻害することになる。
従来の熱ベルト方式による定着装置（特開平３−２６４９７７号公報）では、加熱ベルトを加圧ローラに圧接させてニップ部を広く形成させることが提案されている。しかし、同じ熱ベルト方式の定着装置について記載されている特開２０００−１７２０９７号公報では、この熱ベルト方式の欠点は均一な接触搬送性が確保しづらく画像ノイズの発生をもたらした、と指摘している。
その根拠として、フルカラー用定着装置では加熱ベルトと加圧ローラの双方に耐熱弾性体を設ける必要があり、両者の間に大きな摩擦力が生じる。このために、高負荷状態でのベルト搬送又は走行が不安定となり、画像ノイズが発生し易いことを挙げている。さらに、加熱ベルト内に配置される２本のロ−ラ間隔が広がることにより、ニップ形状が加圧ローラに沿って大きく湾曲し、記録材の給紙方向と排紙方向が大きく異なってしまう、という問題も判っている。
【０００５】
これまでに述べてきたように、２本のローラの材質、交差角、表面性、サイズ等、さらにはベルトの導入を検討しても、従来からの問題を回避することができない。そこで、対向ローラが形成するニップ(nip)部を適用する定着方式とは異なる方式を検討することが必要である。即ち、撓みの無い加圧構造体と、摩擦力を使わないで紙を搬送する工夫があれば自ずと全ての問題が解消するものと考えられる。
また、熱を使用しない圧力定着方式が、現在において殆ど実用化されていない理由は、極端に高い圧力が要求されて装置の高剛性化を余儀なくされると共に、画像のトナーテカリ現象（無理やり圧力だけで定着させるため）や紙排出時のゴットン音（金属ローラ同士の衝突による音）の発生であった。しかし、これらの欠点を克服できれば、圧力定着方式は熱源が不要であるという優れた長所を有しているため、近年、複写機の設計、省エネルギー対策、又は商品価値等を大きく左右するものである。
【０００６】
このような従来の定着方式について、図３−１〜図３−４を参照しながら説明する。
図３-１は、画像形成物質(トナー)２４により画像担持体(用紙)２３上に形成された画像を対向する２本のローラ２１,２２よって定着する定着原理を示しており、図３−２は圧力定着方式による定着過程での画像担持体の厚みの変化を示している。また、図３−３は、定着前と定着済における定着断面での画像形成物質２４と紙繊維２３ａとの関係を示したものであり、図３−４は定着前と定着済の場合の画像担持体上での画像形成物質の状態を示したものである。
ここで、過大な圧力を必要とする圧力定着方式を例にとって説明する。対向ロ−ラは鏡面仕上げされた中実体の合金鋼（４０ｍｍφ程度）を使用する。金属接触によりニップ(nip)部を形成するためには、ゴム被覆ロ−ラに比べて圧倒的に高い加圧力（全荷重６００Ｋｇ）を必要とする。この加圧力が図３−２の定着過程に必要な圧力以上に過大なものであることは公知である。
一方、熱定着方式においてもトナー熱軟化現象を利用しながらニップ幅８ｍｍを確保すべく全荷重１０Ｋｇの構造体である。このことよりニップ幅１ｍｍを想定すると、全荷重１Ｋｇで良いことになる。ニップ幅を狭くして熱エネルギーを集中させ、かつ摩擦力搬送という概念から脱却できる構成を考案すれば、基本的に従来並みの定着性と従来よりはるかに良好な搬送性を両立できると考えられる。更に、ニップを紙幅方向に複数単位に分割すれば、個々のニップに対して１００ｇ荷重以下も可能である。これにより、加圧駆動源の選択幅が大いに広がることになる。
以上の技術的背景から、本発明では、(１)加圧と搬送機能を分離する、(２)定着処理を分割処理する、という方針に基づき鋭意研究を実施したものである。
【０００７】
画像形成装置における定着装置の従来例としては、特開平７−５７８２号公報（定着装置及びこれを用いた画像形成装置）に記載されたものがある。
この公報に記載された定着装置は、定着シートに設けられた面状発熱体がそれぞれ独立して通電可能な複数の領域に分割されており、これらの各領域に対して、予め検知した転写紙上の未定着トナー像の有無又は量に応じて、通電される電力がオン／オフ又は増減されるものであり、該定着シートと加圧ローラは押圧力と摩擦力を発生させ上記転写紙を狭持しながら、定着及び搬送プロセスを同時に行っており、該定着シートはそれを元の位置（定着開始位置）に移動させるのに上記加圧ローラから離間されるものである。
この従来の定着装置は熱定着方式であるため、熱源が必要であって省エネルギーにならないばかりでなく、構造も複雑になるという問題があった。また、定着シートと加圧ローラは全面（幅方向）において加圧され転写紙を狭持しながら定着及び搬送プロセスを同時に行うため、不均一な摩擦力の影響により転写紙に皺が発生し易いという問題もあった。
【０００８】
また、画像形成装置の定着装置において、定着部材が上下動（振動）するものとしては次に記載するようなものがある。
(１) 特開２００１−２５５７６７号公報（定着方法及び装置）には、加圧ローラと押さえベルトに狭持されて移動する記録紙の画像面に、振動伝達手段であるホーンにより押さえベルトを介して超音波振動を伝達し、超音波振動によってトナーを直接加熱溶融して定着する定着装置が記載されている。
(２) 特開２００２−１６２８４６号公報（定着方法及び装置）には、低周波数超音波振動と高周波数超音波振動とを重畳して、加圧ローラと対向する低周波数用ホーンにより記録紙を移動させ、高周波数超音波振動によりトナーを加熱・溶融して記録紙にトナーを定着する定着装置が記載されている。
(３) 特開２００２−２７８３６０号公報（担体もしくは被印刷材にトナーを定着させる装置）には、マイクロ波発生器からのマイクロ波を照射して、トナーを加熱・溶融して記録紙にトナーを定着する定着装置が記載されている。
上記超音波による定着装置は、従来からの超音波定着を利用する方式であり、これらは全て超音波の振動エネルギーをトナー内部の熱に変換することを意図している。即ち、加熱ヒータの代用品的な発想により発明されているものである。したがって、これらの方式による定着装置をみても、対向ローラ間の摩擦力によって圧力の高いニップ(nip)部を紙や樹脂シートが搬送される方式のものが有する問題点に着目することはできない。
【０００９】
【特許文献１】特開平７−５７８２号公報
【特許文献２】特開２００１−２５５７６７号公報
【特許文献３】特開２００２−１６２８４６号公報
【特許文献４】特開２００２−２７８３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、上記従来技術の有する問題点を解決すべく、画像担持体(用紙)を幅方向全面に亘って狭持して定着と搬送を同時に行わないようにして、該画像担持体に皺を発生させないようにすると共に、定着に用いるエネルギーを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題に対する解決手段は、押圧手段が複数に分割されており、該押圧手段による押圧と搬送手段による搬送を同時に行わないことが基本となる。
〔解決手段１〕（請求項１に対応）
上記課題を解決するために講じた解決手段は、画像担持体に画像形成物質を押圧により定着させる画像形成装置を前提として、
選択的に押圧を発生させる複数に分割された押圧手段と、該画像担持体を該押圧手段による押し圧部に供給排出する搬送手段とを有し、該押圧手段による押圧と該搬送手段による搬送を同時に行わないことである。
〔作 用〕
複数に分割された押圧手段のうち、定着処理に必要な領域の押圧手段をのみ選択して押圧し、それ以外のものは押圧しないので、定着に使用するエネルギーを低減することができる。また、定着機能と搬送機能を分離することにより、押圧手段による押圧と搬送手段による搬送を同時に行わないようにして、画像担持体の皺を防止することができる。
【００１２】
〔実施態様１〕（請求項２に対応）
実施態様１は、上記解決手段の画像形成装置において、押圧手段は圧力と熱、又は圧力のみを付与するものである。
〔作 用〕
押圧手段が圧力と熱、又は圧力のみを付与するので、熱定着方式又は圧力定着方式において上記解決手段と同様の作用を生じる。
【００１３】
〔実施態様２〕（請求項３に対応）
実施態様２は、上記解決手段又は実施態様１の画像形成装置において、画像形成情報入力手段と、該画像形成入力手段による画像形成情報に基づいて、画像担持体に画像形成物質を定着させる定着範囲を決定する定着範囲決定手段と、該定着範囲決定手段によって決定された定着範囲に対応する複数に分割された押圧手段を選択して該押圧手段を押圧させる制御手段と、を有することである。
〔作 用〕
画像形成情報入力手段により読み取った画像形成情報に基づいて定着範囲を決定し、その定着範囲に対応する押圧手段を選択して押圧させることができるので、該画像形成に必要な範囲のみに限定して定着することができる。
【００１４】
〔実施態様３〕（請求項４に対応）
実施態様３は、上記解決手段、実施態様１、又は実施態様２のいずれかの画像形成装置において、複数に分割された押圧手段は、画像担持体の搬送方向に対してほぼ直角方向に配設されていることである。
〔作 用〕
画像担持体の搬送方向に対してほぼ直角方向に複数に分割されて配設されている押圧手段は、定着に必要なもののみが押圧されて定着処理が行われる。
【００１５】
〔実施態様４〕（請求項５に対応）
実施態様４は、上記実施態様３の画像形成装置において、複数に分割された押圧手段の搬送方向下流側に２列目の押圧手段を配設し、該複数に分割された押圧手段による未定着部分を定着することである。
〔作 用〕
複数に分割された押圧手段の搬送方向下流側に配置された２列目の押圧手段によって、上記複数に分割された押圧手段の隙間により生じる未定着部分を定着処理することができるので、部分的な未定着部分の発生を防止することができる。
【００１６】
〔実施態様５〕（請求項６に対応）
実施態様５は、上記解決手段、実施態様１、又は実施態様２のいずれかの画像形成装置において、複数に分割された押圧手段は、画像担持体の搬送方向に対してほぼ直角方向に千鳥状に複数列配設されていることである。
〔作 用〕
複数に分割された押圧手段が千鳥状に複数列配設されているので、上記複数に分割された押圧手段の隙間により生じる未定着部分を定着処理することができ、部分的な未定着部分の発生を防止することができる。
【００１７】
〔実施態様６〕（請求項７に対応）
実施態様６は、上記解決手段、又は実施態様１〜実施態様５のいずれかの画像形成装置において、搬送手段は摩擦力を使用しない搬送手段であることである。
〔作 用〕
摩擦力を用いない搬送手段により画像担持体が搬送されるので、不均一な摩擦力の影響を回避することができる。
【００１８】
〔実施態様７〕（請求項８に対応）
実施態様７は、上記解決手段、又は実施態様１〜実施態様６のいずれかの画像形成装置において、押圧手段が画像担持体と画像形成物質を狭窄する対向位置に配置され、それら相互の間隔は調整可能であり、かつその押圧タイミングも設定可能であることである。
〔作 用〕
画像担持体と画像形成物質を狭窄する対向位置に配置された押圧手段の間隔が調整可能であるので、画像担持体の厚みの許容幅が緩和される。また、画像担持体の厚みに依存しない圧力を維持することが可能になる。
【００１９】
〔実施態様８〕（請求項９に対応）
実施態様８は、上記実施態様７の画像形成装置において、対向位置に配置された押圧手段が、両方同時に又は一方のみを動作可能であることである。
〔作 用〕
対向位置に配置されている押圧手段が、両方同時に又は一方のみ動作可能になっているので、画像形成物質が画像担持体の両面或いは片面にあっても適宜、適切な定着処理を行うことが可能となる。即ち、両面画像の場合は、上記押圧手段の両方のヒータに通電することにより、両面同時に定着することが可能となる。
【００２０】
〔実施態様９〕（請求項１０に対応）
実施態様９は、上記解決手段、又は実施態様１〜実施態様８のいずれかの画像形成装置において、画像形成物質の存在する領域情報に基づいて、定着処理及び搬送の実行指令信号を発生させることである。
〔作 用〕
画像形成物質の存在する領域情報により定着処理と搬送を行うので、原稿の画像レイアウトに応じて選択的な定着及び搬送処理が可能であり、無駄なエネルギー消費を回避することができる。
【００２１】
〔実施態様１０〕（請求項１１に対応）
実施態様１０は、上記実施態様９の画像形成装置において、画像形成物質の存在する領域情報は、画像原稿を読み取ることにより作成される読み取り画像情報、又は予め電子ファイルに準備されている画像情報を、画像担持体面に対応する画像存在範囲ブロック情報に変換して作成されることである。
〔作 用〕
画像形成物質の存在する領域情報が、読み取り画像情報又は予め準備されている画像情報を、画像担持体面に対応する画像存在範囲ブロック情報に変換して作成されるので、必要最低限の領域において定着処理が可能となり、熱エネルギーの浪費を抑制することができる。特に、余白部分での処理を意図的に省くことが可能である。
【００２２】
〔実施態様１１〕（請求項１２に対応）
実施態様１１は、上記解決手段、実施態様１、又は実施態様２のいずれかの画像形成装置において、押圧手段が、画像担持体の搬送方向に対して直角方向に複数のブロックに分割されており、これら個々のブロックが独立して移動可能であることである。
〔作 用〕
画像担持体の搬送方向に対してほぼ直角方向に複数に分割されて配設されている押圧手段は、定着に必要なもののみが押圧されて定着処理が行われる。
【００２３】
〔実施態様１２〕（請求項１３に対応）
実施態様１２は、上記解決手段、又は実施態様１〜実施態様１１のいずれかの画像形成装置において、押圧手段は、電歪素子の伸縮力、又はモ−タ等による回転力を駆動源とすることである。
〔作 用〕
複数に分割されて配設されている押圧手段は、電歪素子の伸縮力又はモ−タ等による回転力を駆動源として、それぞれ独立して選択的に駆動される。
【００２４】
〔実施態様１３〕（請求項１４に対応）
実施態様１３は、上記解決手段、又は実施態様１〜実施態様１２のいずれかの画像形成装置において、押圧手段は、その先端部(定着作用領域)に優先的かつ集中的に熱エネルギーを供給するよう構成されていることである。
〔作 用〕
断熱構造と伝熱構造を自由に配置して、押圧手段の先端部(定着作用領域)に優先的かつ集中的に熱エネルギーを供給することにより、その他の周辺部材への熱放散を回避することができる。
【００２５】
〔実施態様１４〕（請求項１５に対応）
実施態様１４は、上記解決手段、又は実施態様１〜実施態様１３のいずれかの画像形成装置において、押圧手段が制振性又は吸音性を有する材料から成ることである。
〔作 用〕
押圧手段が制振性又は吸音性を有する材料により構成されているので、間欠的な負荷又は除荷に伴う振動音の発生を回避することができ、静粛な装置を提供することができる。これにより、従来、騒音の問題で注目されていなかった圧力定着方式が復活することになる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明においては、対向ゴムローラ定着方式やサーフ定着方式から脱却できる構造を採用することが可能となり、定着スピードの飛躍的な向上を図ることができた。
また、従来方式では、熱源ランプのエネルギーを放射熱でアルミニウム(Ａl)とゴム層に付与する伝熱形式、又は熱伝導の悪い樹脂シートを介しての伝熱形式を余儀なくされていた。しかも、熱が周囲に拡散、又は放熱せざるを得ない構成となっていた。
これに対して、本発明では押圧手段により加圧力の低減化が引き金となって、薄肉平板発熱体から直接接触熱伝導を実施することが可能となった。そして、発熱部が周囲から遮断された熱流路を有するので、エネルギーロスを従来比で９０％以上低減することができた。熱容量も小さいので、クイックスタートも２秒以下となり、従来比で１／５にすることができた。
さらに、従来方式では、画像領域以外において余分なエネルギーを浪費せざるを得なかったが、本発明では、画像領域にのみ部分定着が可能になったことにより、消費エネルギーを必要最小限に抑制することができた。
本発明では、画像形成物質が存在する領域のみを加圧又は加熱するというのが画期的な特徴である。離型処理を施しても、加圧部材にたまたま画像形成物質が付着残留した場合でも、従来方式のように画像汚れの原因にならないのである。
【００２７】
従来方式では、付着残留した画像形成物質は量の多少に拘わらず速やかにブレードなどで掻き落としクリーニングする必要があった。この処理を怠ると後続の処理において白地の部分に再付着して地汚れとなり、ユーザに不良問題を提供することになる。装置の稼動時間の増加に伴うブレード性能の劣化により、地汚れが顕在化し部材の交換を行っているのが現状である。
これに対して本発明では、画像形成部以外には部材が接触しないため地汚れ現象は発生しないという効果を有する。
また、定着時に摩擦力を作用させないという機構の採用により、近年に増加中の腰が弱くかつ厚みばらつきの大きい古紙（リサイクル紙）において発生し易くなった現象である、皺や画像ずれなどを解消することができた。
さらに、搬送機能と定着機能を分離するという考え方を導入することにより、従来の定着品質を簡単に維持しながら、かつ平均的な画像面積を有する原稿として２０％チャート（複写機業界での汎用テスト画像）で検討した結果、環境負荷を従来よりも９０％以上低減することができた。
【００２８】
次に、本発明の効果を主な請求項毎に整理すると下記のとおりである。
(１) 請求項１及び請求項２に係る発明
複数に分割された押圧手段を選択的に押圧できるようにすると共に、該押圧手段による押圧と搬送手段による搬送を同時に行わないようにして、定着機能と搬送機能を独立分離することにより、従来の対向ローラ方式では成し得なかった紙皺、過大な圧力、及び熱エネルギー損失などの問題を一挙に解決することができた。
(２) 請求項３及び請求項４に係る発明
画像形成情報に基づいて定着範囲を決定して、この決定された定着範囲に対応する押圧手段を選択して押圧動作をさせることにより、必要最低限の領域で定着処理をすることができ、熱エネルギーのロスを抑制することができる。特に、余白部分での処理を意図的に省くことが可能となり、効率的な処理を実施することができて、電力消費を低減することができる。
【００２９】
(３) 請求項５に係る発明
２列目の押圧手段を配設して、複数に分割された押圧手段（１列目の押圧手段）による未定着部分を定着するようにしたので、隣接する押圧ブロック間の隙間部分の処理を実施することができる。また、この隙間は微小なので２列目の押圧手段の幅を小さくすることができ、荷重も極端に小さくすることができる。さらに、２列目の押圧手段はブロック分割をする必要も無く一定のピッチを有する凹凸部材があればよく、簡易な機構で構成することが可能である。
(４) 請求項６に係る発明
複数に分割された押圧手段が直角方向に千鳥状に複数列配設されていることにより、隣接する押圧ブロック間の隙間部分の処理を実施することができ、部分的な未定着部の発生を防止することができる。
【００３０】
(５) 請求項７に係る発明
搬送手段が摩擦力を使用しないものであるので、不均一な摩擦力の影響を回避することができ、画像担持体の皺や定着ずれを防止することができる。
(６) 請求項８に係る発明
定着部材相互の間隔を自由に設定することができるので、画像担持体の厚みの許容幅が緩和される。また、この厚みに依存しない圧力を維持することが可能になり、定着強度を安定することができる。
(７) 請求項９に係る発明
対向位置に配置された押圧手段が両方同時に又は一方のみを動作することができるので、画像形成物質が画像担持体の両面又は片面にあっても、それに応じて適切な定着処理を行うことが可能となる。即ち、両面画像の場合は、両方の定着部材のヒータに通電することにより両面同時に定着が可能となり、時間を短縮することができる。
【００３１】
(８) 請求項１０及び請求項１１に係る発明
画像形成物質が存在する領域情報に基づいて、定着処理及び搬送の実行指令信号を発生させるようにしたので、原稿の画像レイアウトに応じて選択的に定着処理をすることが可能となり、無駄なエネルギー消費を回避することができ、消費電力を低減することが可能となる。
(９) 請求項１２に係る発明
必要最小限の領域において定着処理が可能となり、熱エネルギーのロスを抑制することができる。特に、余白部分での処理を意図的に省くことが可能となり、効率的な処理を実施することができ、電力消費を低減することができる。
【００３２】
(１０) 請求項１４に係る発明
押圧手段は、その先端部(定着作用領域)に優先的かつ集中的に熱エネルギーを供給されるので、画像形成物質が存在する部分にのみ選択的に熱エネルギーを付与することができ、その他の周辺部材への熱放散を回避することができる。
(１１) 請求項１５に係る発明
押圧手段が制振性又は吸音性を有する材料から成ることにより、間欠的な負荷又は除荷に伴う振動音の発生を回避することができ、静粛な装置とすることができる。
このことにより、熱源を必要としない長所を有していたにも拘わらず、従来から騒音の問題で過去の技術として敬遠されていた「圧力定着方式」が、復活することになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
定着に用いるエネルギーを低減し、かつ画像担持体に皺を発生させないようにするという目的を、定着処理領域を自由に選択可能にすると共に、定着機能と搬送機能を分離することにより実現した。
【実施例１】
【００３４】
本発明の実施例１（請求項１〜４，７〜１３に対応）について、図４〜図１１を参照しながら説明する。図４は実施例１の画像形成装置（デジタル複写機）全体構成の概要を示しており、図５及び図６は定着部を示しており、図７は定着部の押圧手段と搬送ローラとの可動タイミング示している。また、図８は画像形成装置（デジタル複写機）の動作及び信号処理フローを示しており、図９及び図１０は押圧手段を示しており、図１１は画像領域と定着処理領域との関係を示している。
先ず、実施例１の構成の概要を図４に示されたデジタル複写機により説明する。このデジタル複写機の構成は、図１に示された従来のデジタル複写機と殆どの部分において共通しており、その共通する部分については図１と同じ符号を付してそれらの説明を省略する。実施例１のデジタル複写機と従来のものとの相違点は、スキャナ−部１による原稿読み取り後の信号系（デジタル信号７）が２系統になっている点と、定着部３３の構成が対向ロ−ラではなく、上下可動方式のものを採用している点である。
上記定着部３３において対向する押圧手段が機械的な圧力と熱を付与する際に、該押圧手段が同時又は一方のみが動くモードを有するように構成することにより、ストロ−クの可変幅が広がり適用範囲の自由度を増すことができる。更には、スキャナー部１での読み取り信号（デジタル信号７）を、感光ドラム１３の表面に潜像を形成するための指示信号だけではなく、定着部３３での定着実行信号としても利用するようにしたことが、従来の画像形成装置との相違点であり、本発明の特徴の一つでもある。
【００３５】
次に、定着部３３における押圧手段について、図５及び図６を参照しながら説明する。
図５に示されている押圧手段３５は基本形であり、図６に示されている押圧手段３５は変形タイプである。それぞれの押圧手段３５は、定着部材３６と支持台３７から成っており、画像担持体（用紙）２３上に画像形成物質（トナー）２４により形成された画像を押圧して定着させるものである。図６の変形タイプにおいては、下側の支持台３７に超音波搬送機構、磁力搬送機構、又は静電力搬送機構等を設けることができる。このような搬送機構を設けた場合には、左右のテンションローラ３８ａ,３８ｂは張力を発生させるという補助的な役割のみでよく、複雑な回転機構やタイミングをとる制御系は不要となる。
そして、上記押圧手段３５における定着部材３６と支持台３７は、画像担持体と画像形成物質の厚みを超える間隙約２００μｍを形成すべく設置されている。
【００３６】
図７に示されているタイムチャートは、上記定着部３３における押圧手段３５による定着と搬送手段による搬送のタイミングを説明するものである。上記押圧手段３５の左右に配置された搬送ロ−ラ３８ａ,３８ｂは、定着時（加圧時）において画像担持体２３の両端に任意の張力を発生させて像のずれを防止するように働き、上記押圧手段３５が画像担持体２３から離反した後に進行方向に任意の距離だけ動かす。図７において、Ｖｐｍは押圧手段３５の稼動タイミングを、Ｖｒｍは搬送ロ−ラ３８ａ,３８ｂの稼動タイミングをそれぞれ示している。駆動源としてはステッピングモ−タや超音波モ−タなどを使用することができる。
画像担持体２３の搬送についてみると、帯電、現像工程までは連続的な送りであるが、定着部３３では間欠的な送りであることを考慮して、上記現像工程が終了して画像担持体２３の両端が無拘束状態になった後に定着部３３へ進入するようにしている。例としては、紙一枚分のスペ−スを感光ドラム１３と定着部３３の間に設けている。しかし、このような例に制限されるものではなく、基本的には、定着部３３での搬送速度Ｖｔ(ｍｍ／ｓ)を上流側の搬送速度Ｖｕ(ｍｍ／ｓ)より大きく設定しておけば問題は発生しない。
【００３７】
定着部材３６の具体例としては、現在レーザカラ−プリンターの最高速機種の２０ＣＰＭと同等のプリント速度を前提条件として、定着部材３６の先端平坦部長さＷ（図９又は図１２を参照）を３ｍｍにして全荷重３Ｋｇをかける。この時の定着部材の動きは２０Ｈｚ相当である。図９〜図１０に示されているような複数分割型では１個の押圧ブロックの幅Ｌを選択することにより、押圧ブロック１個当たりの分散荷重は更に低減することができる。市販の５０層の積層型ＰＺＴアクチュエータでは１５０Ｖで出力２Ｋｇ（ストローク１５μｍ）のものをレバー比１０倍で使用した。上下部材合計で３００μｍのストロークになるように構成した。
最新情報では、セドラット社製の増幅機能付ピエゾアクチュエータＡＰＡシリーズでは、出力１００Ｋｇでストローク１００〜５００μｍのものが市販されている。このデバイスを利用すれば、拡大レバー構造を用いなくても本発明を実施することが可能である。
図９における定着部材３６の押圧ブロックの幅Ｌ(ｍｍ)及び長さＷ(ｍｍ)は、１押圧ブロックで定着可能な幅及び長さを意味している。この場合、最小定着可能範囲はＬ×Ｗで表される。
図１０は、個々の押圧ブロックＡ〜Ｄが画像パターンに応じて適宜作動する様子を示したものである。この図においては、任意のタイミングにおいて押圧ブロックＡとＣの領域には画像形成物質が存在せず、押圧ブロックＢとＤの領域には画像形成物質が存在しており、各押圧ブロックが上下する様子を表している。
【００３８】
以上のような画像形成装置における一連の処理について、図８を参照しながら説明する。
スキャナー部１で読み取った画像情報（位置情報、画像濃淡情報、画像カラー情報など）をデジタル信号７に変換し、このデジタル信号７に基づいてレーザ変換器１２とミラー駆動により感光ドラム１３の表面に潜像を形成して、次に、現像と転写処理をするという従来からの流れにより、定着前の画像担持体が定着部３３に搬送される。
一方、定着部３３に対しては、前述の画像情報（位置情報、画像濃淡情報、画像カラー情報など）のデジタル信号７から画像存在範囲ブロック情報（Ｘ1，Ｙ1）〜（Ｘk，Ｙj)という定着部材のブロック番号に対応した位置情報を作成する。この位置情報に従って、定着部駆動信号、搬送タイミング信号、及びヒータ制御信号を設定し、定着処理と搬送処理が実行される。
選択的定着処理における画像領域と定着処理領域について、図１１を参照しながら説明する。画像信号に基づいて画像領域を含む任意のブロック領域（定着処理領域）を決定し、そのブロック領域に対応する画像存在範囲ブロック情報（Ｘ1，Ｙ1）〜（Ｘk，Ｙj)により定着部材３６（押圧ブロックＡ〜Ｄ）のアクチュエータを稼動させる。
【００３９】
既に、従来の定着方式において説明したように、図３−２は定着過程における用紙（画像担持体）の厚み変化の実験結果であるが、この図によれば、定着完了後に荷重を取り除いてやると、紙は弾性変形分の回復が認められる。本発明では、部分的な領域に対して定着処理を行うので、非定着部に比べて段差が生じて全体として凹凸が発生するのではないかという懸念が生じるが、しかし、実際には用紙は元の厚さに戻り、かつ永久ひずみの残留は無いことが判った。また、従来方式においても画像形成物質が存在する部分とそうでない部分とでは、押圧力に差があるにも拘わらず平滑性は損なわれていないことからみれば、このような懸念は無視できるものである。
【実施例２】
【００４０】
次に、本発明の実施例２（請求項５，６に対応）について、図１２を参照しながら説明する。
この実施例２は、上記実施例１における押圧手段を２段に設けたものであり、それ以外の構成については実施例１と同じである。
図１２(ａ)に示されているように、それぞれの押圧手段における定着部材は、１段目の定着部材３６ａにおける隣接押圧ブロック間の僅かな隙間により残る未定着部分を定着すべく、画像担持体（用紙）の搬送方向下流側に２段目の定着部材３６ｂが設けられており、この２段目の定着部材３６ｂは該１段目の定着部材３６ａに対して幅方向にずらされている。この図において、大粒のパターンが未定着の画像形成物質（トナー）を表しており、小粒のパターンが定着済のものを表している。図１２(ｂ)は未定着部の拡大図である。
このように構成することにより、隣接する押圧ブロック間での隙間部分の定着処理が実施できることは勿論であるが、この押圧ブロック間の隙間は微小なので２段目の定着部材の押圧ブロック幅を小さくすることができ、荷重も極端に小さくすることができる。また、この２段目の定着部材は複数のブロックに分割をする必要もなく、一定のピッチを有する凹凸部材が構成してあればよいので、簡単な機構により構成することができるという利点もある。
【実施例３】
【００４１】
本発明の実施例３（請求項１４に対応）について、図１３を参照しながら説明する。図１３は熱定着方式の定着部材を示す。
この実施例３は、上記実施例１の押圧手段における定着部材に関するものであり、それ以外の構成については実施例１と同様である。
この実施例３における熱定着方式の定着部材における工夫としては、図示されているように定着部材３６ｃの先端直下に線状ヒータ４２を内蔵し、かつ、該線状ヒータ４２より下部に、熱伝導率の高い材料として窒化アルミニウム(ＡlＮ)や銅タングステン合金等を配した。一方、上記線状ヒータ４２より上部においては、熱伝導の悪い材料を用いて熱エネルギーを定着部に集中的に付与する構造を採用している。これにより、従来方式に比べて圧倒的な省エネ効果が得られた。上記定着部材３６ｃはスリーブ４１により摺動自在に支持されており、伸縮部材４０により上下に押圧作動をして定着処理を行う。
【００４２】
このように画像領域を選択的に定着できるようにした構成により、熱効率の大幅な向上が可能となった。
従来方式では、消費熱量はＨ１＝ＡＸ１＋Ｂ１(cal／sheet)と表すことができる。ＡＸ１項は画像担持体（用紙）と画像形成物質（トナー）を定着するのに必要な総熱量であり、Ｂ１項は装置全体での熱放散や熱伝導に伴う無駄な浪費熱量を意味する。白紙部分が極端に多い原稿の場合でも、Ｂ１項は定常的に必要とされるものである。
一方、本発明の構成では、消費熱量はＨ２＝ＡＸ２(cal/sheet)で表すことができる。ＡＸ２項は画像形成物質とその同一ブロック領域に存在する画像担持体を定着するのに必要な熱量である。４％チャート原稿（複写機業界での汎用テスト画像）を定着するのに必要な処理熱量で比較するとＨ２／Ｈ１＜０.０４となり、熱消費量を飛躍的に低減することができる。図１３に示された熱伝導を考慮した定着部材３６ｃの構成は、上記Ｂ１項を限りなく小さくすべく実施されたものである。
【実施例４】
【００４３】
本発明の実施例４（請求項１４に対応）について、図１４−１及び図１４−２を参照しながら説明する。図１４−１は従来方式による熱定着ローラに関する概略図であり、図１４−２はこの実施例４の定着部材における押圧ブロックの説明図である。
この実施例４は、上記実施例１の押圧手段における定着部材の押圧ブロックに関するものであり、それ以外の構成については実施例１と同様である。
先ず、図１４−１に基づいて、従来方式の熱定着ローラについて説明する。熱源ランプ４７は１００〜４００Ｗのハロゲンランプであり、上方に集光ミラー４６が配置されており、極力ニップ(nip)部Ａ'〜Ｃ'に熱エネルギーを集中させる構成を採っている（実線矢印は輻射熱光線である）。しかしながら、複数の点線矢印で示すごとく、上記ニップ部Ａ'〜Ｃ'で定着処理に使用される熱以外に、上記定着ローラ４５内部を拡散する熱や該定着ローラ４５の表面から周囲に放散される熱があり、これらの熱の流れは防止することができない構造になっている。また、定着ローラ４５全体に蓄熱されるのに一定時間が必要であり、市販装置では現状１０秒以上の余熱時間を必要としている。図中のＡ'，Ｂ'，Ｃ'は、ニップ長さを３等分した長さを示している。
【００４４】
本発明の実施例４においては、上記図１４−１の従来方式におけるニップ部Ｂ'に相当する長さのニップ(nip)部により、定着処理を実行するものである。
図１４−２(ａ)は、この実施例４の定着部材における押圧ブロック５０の斜視図であり、この押圧ブロック５０の副走査方向に板状発熱体５１を配設している。この板状発熱体５１は通電により発熱し、通電量を制御することにより発熱量を変えることができる。該板状発熱体５１は断熱材５２で囲まれており、熱流はニップ部のみに供給される構成を採っている。
上記板状発熱体５１上に設けられた離型層５３の表面には、外部からシリコーンオイルなどの離型剤が塗布される。また、アミノ変性シリコーンオイルといった離型剤を用いることもできる。この離型層５３は１μｍ以下の薄層であり、熱伝導を阻害しないよう考慮されている。上記定着部材を１０個の押圧ブロック５０によって構成すれば、板状発熱体５１は従来方式の定着ローラの１／１０程度の幅と、荷重の観点から従来の定着ローラ厚みの１／１０で構成されることになり、全体としては１／１００の熱容量を有する加熱体となる。したがって、温度分布の均一性とクィックスタートアップの点において、大幅な性能改善が得られる。
【実施例５】
【００４５】
本発明の実施例５（請求項１５に対応）について、図１５を参照しながら説明する。図１５は押圧手段に関する説明図であり、(ａ)は吸音対策を採っていない場合、(ｂ)は吸音対策を採った場合を示している。
この実施例５は、上記実施例１の押圧手段における支持台に関するものであり、それ以外の構成については実施例１と同様である。この実施例は、圧力定着において従来から問題となっていたゴットン音（ニップ(nip)部から画像担持体の後端が抜け出るときに発生する金属製のローラ同士の衝突音）に似た現象を回避するために、定着部材３６に対向する支持台３７に対して、吸音を目的として古紙スラリーと接着材でつくられた制振ボード材５５を組み込んだものである（図１５(ｂ)）。また、吸音効果を確保するためには、１５０℃以上の耐熱性を有する高分子材料などに代表される軽量かつ振動吸収能の高い材料を用いれば、問題なく定着部材３６の機能を発揮させることができるものである。
更なる工夫としては、定着部材３６の速度制御、即ち押圧力を発生する直前において速度が緩やかになるように動作を制御することによって、衝突音の殆どを解消することができることも判った。なお、２３は画像担持体（用紙）であり、１８は該画像担持体２３の搬送路である。
そして、図５(ａ)に示されているものは、支持台３７に制振ボード材５５が組み込まれていないため、上記ゴットン音に似た現象を回避することができないものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】は、従来のデジタル複写機の構成を概略的に説明する模式図である。
【図２】は、従来のデジタル複写機の処理フローを説明するブロック図である。
【図３−１】は、従来方式による定着原理を説明する模式図である。
【図３−２】は、従来の圧力定着方式による定着過程での紙の厚みの変化を示すものである。
【図３−３】は、用紙の紙繊維に対する定着部断面を表す模式図であり、(ａ)は定着前のもの、(ｂ)は定着済のものである。
【図３−４】は、用紙上に転写された画像形成物質の状態を表す模式図であり、(ａ)は定着前のもの、(ｂ)は定着済のものである。
【図４】は、本発明の一実施例であるデジタル複写機の構成を概略的に説明する模式図である。
【図５】は、本発明の押圧手段における定着部材の基本形を示す模式図である。
【図６】は、本発明の押圧手段における定着部材の変形を示す模式図である。
【図７】は、本発明の押圧手段における定着部材と搬送ローラの可動タイミングを説明するタイムチャートである。
【図８】は、本発明の一実施例であるデジタル複写機の動作及び信号処理フローを説明するブロック図である。
【図９】は、本発明の押圧手段における定着部材の押圧ブロックを説明する模式図である。
【図１０】は、図９の押圧ブロックが選択的に動作する様子を説明する模式図である。
【図１１】は、選択的定着処理について、画像領域と定着処理領域を説明する模式図である。
【図１２】は、本発明の押圧手段における定着部材の押圧ブロックを２列配設したものを説明する模式図であり、(ａ)は定着処理状態を示し、(ｂ)は未定着部分を拡大して示す。
【図１３】は、熱定着方式の定着部材の実施例を説明する模式図である。
【図１４−１】は、従来の熱定着方式の加圧ローラにおけるエネルギー損失を説明する模式図である。
【図１４−２】は、本発明の熱定着方式の定着部材における押圧ブロックの実施例を説明する模式図であり、(ａ)はその斜視図、(ｂ)はその断面図である。
【図１５】は、本発明の押圧手段における音響対策について説明する模式図であり、(ａ)は音響対策がなされていないもの、(ｂ)は音響対策がなされているものを示す。
【符号の説明】
【００４７】
１‥‥スキャナー部                    ２‥‥原稿
３‥‥ミラー                          ４‥‥結像レンズ
５‥‥受光素子                        ６‥‥画像処理部
７‥‥デジタル信号                  １０‥‥デジタル複写機
１１‥‥プリンター部                  １２‥‥レーザ変換器
１３‥‥感光ドラム                    １４‥‥トナー供給部
１５‥‥定着部                        １６‥‥用紙供給部
１７‥‥排紙ローラ                    １８‥‥搬送路
２１,２２‥‥定着ローラ               ２３‥‥画像担持体（用紙）
２３ａ‥‥紙繊維                      ２４‥‥画像形成物質（トナー）
３０‥‥スキャナー部                  ３１‥‥プリンター部
３３‥‥定着部                        ３５‥‥押圧手段
３６,３６ａ,３６ｂ,３６ｃ‥‥定着部材
３７‥‥支持台                        ３８ａ,３８ｂ‥‥テンションローラ
４０‥‥伸縮部材                      ４１‥‥スリーブ
４２‥‥線状ヒータ                        ４５‥‥定着ローラ
４６‥‥集光ミラー                    ４７‥‥熱源ランプ
５０‥‥押圧ブロック                  ５１‥‥板状発熱体
５２‥‥断熱材                        ５３‥‥離型層
Ａ〜Ｄ‥‥押圧ブロック
【図１】
2005316009.tif 000003
【図２】
2005316009.tif 000004
【図３−１】
2005316009.tif 000005
【図３−２】
2005316009.tif 000006
【図３−３】
2005316009.tif 000007
【図３−４】
2005316009.tif 000008
【図４】
2005316009.tif 000009
【図５】
2005316009.tif 000010
【図６】
2005316009.tif 000011
【図７】
2005316009.tif 000012
【図８】
2005316009.tif 000013
【図９】
2005316009.tif 000014
【図１０】
2005316009.tif 000015
【図１１】
2005316009.tif 000016
【図１２】
2005316009.tif 000017
【図１３】
2005316009.tif 000018
【図１４−１】
2005316009.tif 000019
【図１４−２】
2005316009.tif 000020
【図１５】
2005316009.tif 000021