(57)【要約】【課題】燃料電池をトナー画像の定着のための熱源として用いる電子写真方式の画像形成において、燃料電池の使用に伴う画像欠陥の発生を防止可能な定着装置および画像形成装置を提供する。  【解決手段】定着装置６０は、定着ローラ６２を含むローラに張設された定着ベルト６３と、それを加熱するための燃料電池６６と、定着ローラ６２に対向して配置され、定着ベルト６３を押圧可能な加圧ローラ６４とを有する。燃料電池６６は、生成する水を燃料電池６６の内壁に移動させるように、その燃料電池スタックが回転駆動するように構成されており、当該内壁に移動した水を速やかに燃料電池６６外へ排出するように傾いて配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着トナー画像を担持している記録媒体にトナー画像を加熱加圧によって定着させるための定着部材および加圧部材と、
前記定着部材に当接して配置される、前記定着部材を加熱するための燃料電池と、
前記燃料電池で生成する水を前記燃料電池の内壁に移動させるための水移動機構と、
前記内壁に移動した水を前記燃料電池から排出させるための水排出機構と、
を有する、定着装置。
【請求項２】
前記水排出機構は、前記燃料電池の端部に開口する排出口を含み、
前記燃料電池は、前記排出口が下方に向いて開口し、かつ前記端部がより下方となるように傾いて配置されている、
請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記燃料電池は、セパレータ、燃料極、電解質膜および空気極をこの順で繰り返し重ねて構成される燃料電池スタックを含み、
前記水移動機構は、前記燃料電池スタックを前記燃料電池内で回転駆動させるための機構を含む、
請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記水移動機構は、前記燃料電池を振動させるためのバイブレータを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記定着部材を加熱するための補助加熱装置をさらに有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記補助加熱装置は、前記燃料電池を電源とする電気ヒータである、請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
前記補助加熱装置は、ハロゲンヒータである、請求項５または６に記載の定着装置。
【請求項８】
前記定着部材の温度を検出するための温度検出装置と、
前記温度検出装置の検出信号に応じて前記補助加熱装置の出力を制御するための制御装置と、
をさらに有する、請求項５〜７のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項９】
前記定着部材は、回転駆動自在な駆動ローラを含む複数のローラによって張設される無端状の定着ベルトを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項１０】
未定着トナー画像を担持している記録媒体にトナー画像を加熱加圧によって定着させるための定着装置を有する電子写真方式の画像形成装置において、
前記定着装置は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の定着装置である、画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置は、一般に、画像品質や動作速度を高めるために、一時的に多くの電気エネルギーを消費するように構成されている。このような一時的に消費する電気エネルギーを補うための内部電源としての燃料電池を、定着装置の加熱ローラ（定着ローラ）内に有する画像形成装置が知られている。当該燃料電池は、上記加熱ローラ内に固定して配置されており、画像形成装置の内部電源のみならず、上記加熱ローラの熱源としても機能する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１２７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記燃料電池では、発電時に生成する水が燃料電池内（空気極）に付着しやすく、点在しやすい。このため、発電効率が低下することがあり、また、燃料電池の外周面の温度分布にムラが生じることがある。よって、上記画像形成装置では、燃料電池による発電を行いつつ連続して通紙すると、トナーが不均一に定着し、形成される画像中に光沢度の差が見られ、例えばベタ画像が均一に形成されず、光沢度のムラのように見られる画像欠陥が生じることがある。
【０００５】
このように、燃料電池を画像形成装置の定着装置における熱源に利用する場合では、燃料電池で発生した水が発電および熱の伝達を阻害することがあり、その結果、形成される画像の画質に悪影響を及ぼすことがある。すなわち、上記画像形成装置には、燃料電池の使用に伴う画質への影響の観点から、検討の余地が残されている。
【０００６】
本発明は、燃料電池をトナー画像の定着のための熱源として用いる電子写真方式の画像形成において、燃料電池の使用に伴う画像欠陥の発生を防止可能な定着装置および画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するための一手段として、未定着トナー画像を担持している記録媒体にトナー画像を加熱加圧によって定着させるための定着部材および加圧部材と、前記定着部材に当接して配置される、前記定着部材を加熱するための燃料電池と、前記燃料電池で生成する水を前記燃料電池の内壁に移動させるための水移動機構と、前記内壁に移動した水を前記燃料電池から排出させるための水排出機構とを有する定着装置、を提供する。
【０００８】
また、本発明は、上記の課題を解決するための他の手段として、未定着トナー画像を担持している記録媒体にトナー画像を加熱加圧によって定着させるための上記定着装置を有する電子写真方式の画像形成装置、を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、燃料電池をトナー画像の定着のための熱源として用いる電子写真方式の画像形成において、燃料電池の使用に伴う画像欠陥の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における燃料電池の構成を模式的に示す斜視図である。
【図４】図４Ａは、本発明の第１の実施の形態における燃料電池のスリーブの構造を模式的に示す部分断面図であり、図４Ｂは、当該スリーブの構造を模式的に示す左側面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における燃料電池スタックの構造を模式的に示す分解斜視図である。
【図６】図６Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る定着装置の構成を模式的に示す図であり、図６Ｂは、本発明の第３の実施の形態に係る定着装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る画像形成装置は、未定着トナー画像を担持している記録媒体にトナー画像を加熱加圧によって定着させるための定着装置を有する電子写真方式の画像形成装置である。当該画像形成装置は、例えば、回転自在な像担持体と、上記像担持体を帯電させるための帯電装置と、帯電した上記像担持体に担持されたトナー画像を転写材に転写するための転写装置と、上記定着装置とを有し、後述する定着装置およびそれに係る構成以外は、公知の画像形成装置と同様に構成することが可能である。
【００１３】
以下、本実施の形態に係る画像形成装置を、図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係る画像形成装置１は、図１に示されるように、画像読取部１１０、画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０および定着装置６０を有する。なお、用紙Ｓは、記録媒体に相当する。
【００１４】
画像読取部１１０は、給紙装置１１１およびスキャナー１１２を有する。また、用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２、搬送経路部５３および加湿器５４を有する。給紙部５１を構成する三つの給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃには、坪量やサイズなどに基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類ごとに収容される。搬送経路部５３は、レジストローラ対５３ａなどの複数の搬送ローラ対を有する。加湿器５４は、例えば、給紙部５１と現像装置４１２との間の、用紙Ｓの搬送経路に挟まれた位置に配置されている。加湿器５４は、画像形成装置１内（機内）の加湿器５４周辺の環境を加湿可能な装置であり、例えば、水を蒸散させる装置であってもよいし、機内に水を噴霧する装置であってもよい。
【００１５】
画像形成部４０は、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナーによる画像を形成する画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃおよび４１Ｋを有する。これらは、収容されるトナー以外はいずれも同じ構成を有するので、以後、色を表す記号を省略することがある。画像形成部４０は、さらに、中間転写ユニット４２および二次転写ユニット４３を有する。これらは、転写装置に相当する。
【００１６】
画像形成ユニット４１は、図１に示されるように、露光装置４１１、現像装置４１２、感光体ドラム４１３、帯電装置４１４、およびクリーニング装置４１５を有する。感光体ドラム４１３は、例えば負帯電型の有機感光体である。感光体ドラム４１３の表面は、光導電性を有する。感光体ドラム４１３は、像担持体に相当する。
【００１７】
帯電装置４１４は、例えばコロナ帯電器である。帯電装置４１４は、帯電ローラや帯電ブラシ、帯電ブレードなどの接触帯電部材を感光体ドラム４１３に接触させて帯電させる接触帯電装置であってもよい。露光装置４１１は、例えば、光源としての半導体レーザーと、形成すべき画像に応じたレーザー光を感光体ドラム４１３に向けて照射する光偏向装置（ポリゴンモータ）とを含む。
【００１８】
現像装置４１２は、二成分現像方式の現像装置である。現像装置４１２は、例えば、二成分現像剤を収容する現像容器と、当該現像容器の開口部に回転自在に配置されている現像ローラ（磁性ローラ）と、二成分現像剤が連通可能に現像容器内を仕切る隔壁と、現像容器における開口部側の二成分現像剤を現像ローラに向けて搬送するための搬送ローラと、現像容器内の二成分現像剤を撹拌するための撹拌ローラと、を有する。上記現像容器には、二成分現像剤としての上記トナーが収容されている。
【００１９】
中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト４２１、中間転写ベルト４２１を感光体ドラム４１３に圧接させる一次転写ローラ４２２、バックアップローラ４２３Ａを含む複数の支持ローラ４２３、およびベルトクリーニング装置４２６を有する。中間転写ベルト４２１は、複数の支持ローラ４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラ４２３のうちの少なくとも一つの駆動ローラが回転することにより、中間転写ベルト４２１は矢印Ａ方向に一定速度で走行する。中間転写ベルト４２１は、上記転写材に相当する。
【００２０】
二次転写ユニット４３は、無端状の二次転写ベルト４３２、および二次転写ローラ４３１Ａを含む複数の支持ローラ４３１を有する。二次転写ベルト４３２は、二次転写ローラ４３１Ａおよび支持ローラ４３１によってループ状に張架される。
【００２１】
クリーニング装置４１５は、感光体ドラム４１３に向けて開口するクリーニング容器と、当該クリーニング容器の開口部に、感光体ドラム４１３の表面に当接するように配置されているクリーニングブレードとを有している。当該クリーニングブレードは、例えばゴム製の弾性ブレードである。
【００２２】
定着装置６０は、図２に示されるように、定着ローラ６２、加圧ローラ６４、定着ベルト６３、従動ローラ６５、燃料電池６６、温度計６７およびハロゲンヒータ６８を有している。
【００２３】
定着ローラ６２は、伝熱性を有する回転駆動自在なローラであり、例えばアルミニウム製のスリーブである。定着ローラ６２は、従動ローラ６５とともに無端ベルト状の定着ベルト６３を張設している。定着ベルト６３は、耐熱性樹脂製の伝熱性を有する無端状のベルトであり、例えば、ポリイミド製の無端ベルトとそこに分散されている伝熱性のフィラーとを含む。定着ローラ６２、従動ローラ６５および定着ベルト６３は、定着部材を構成している。
【００２４】
加圧ローラ６４は、回転駆動自在なローラであり、例えば樹脂製の弾性層を含む。加圧ローラ６４は、定着装置６０に用紙Ｓが搬送されるときに、定着ローラ６２に向けて定着ベルト６３を押圧するように配置されている。加圧ローラ６４は、定着ベルト６３に当接して定着ニップ部を形成する。加圧ローラ６４は、加圧部材に相当している。
【００２５】
従動ローラ６５は、回転自在に軸支されており、張設する定着ベルト６３の移動に伴って（定着ローラ６２の回転駆動に従って）回転する。
【００２６】
図３に示されるように、燃料電池６６の外観は、略円柱状である。燃料電池６６は、定着ベルト６３が描く無端軌道の内側に配置されており、その周面が定着ベルト６３に当接する位置に配置されている。
【００２７】
温度計６７は、上記無端軌道の外側に配置されている。温度計６７は、定着ベルト６３の移動方向における燃料電池６６よりも前方であって、燃料電池６６と定着ローラ６２との間の位置の定着ベルト６３の温度を非接触で検出するように配置されている。温度計６６は、温度検出装置に該当する。
【００２８】
ハロゲンヒータ６８は、定着ローラ６２の内側に配置されている。温度計６７およびハロゲンヒータ６８は、不図示の制御装置にそれぞれ接続されている。当該制御装置は、例えばコンピュータであり、温度計６７による温度の検出値に応じてハロゲンヒータ６８の出力を制御するように構成されている。ハロゲンヒータ６８、電気ヒータの一種であり、補助加熱装置に該当する。
【００２９】
ハロゲンヒータ６８以外の電気ヒータの例には、ニクロム線などの抵抗発熱体（電熱線）、遠赤外線ヒータ、近赤外線ヒータ、電磁誘導加熱を利用したＩＨ加熱機構およびヒートポンプが含まれる。これらは、ハロゲンヒータ６８に代えて用いることが可能であり、また併用することも可能である。
【００３０】
燃料電池６６は、図３に示されるように、筒状のスリーブ８１と、スリーブ８１に気密に、そしてスリーブ８１に対して回転駆動可能に収容された燃料電池スタック８２と、燃料電池６６の原料ガスである酸素を供給するための酸素供給管８３と、燃料電池６６の原料ガスである水素を供給するための水素供給管８４と、燃料電池６６に供給された酸素の残りを燃料電池６６から排出するための酸素排気管８５と、燃料電池６６に供給された水素の残りを燃料電池６６から排出するための水素排気管８６と、燃料電池６６内で生じた水を燃料電池６６から排出するための排水管８７とを有する。
【００３１】
燃料電池は、一般に、後述の電解質膜における電解質の種類に応じて分類され、例えば、固体高分子型燃料電池や、リン酸型燃料電池、リチウム・ナトリウム／カリウム系炭酸塩などの溶融炭酸塩型燃料電池、ジルコニア系セラミクスなどの固体酸化物型燃料電池などが知られている。燃料電池６６は、そのいずれであってもよいが、作動温度の観点から、固体高分子型燃料電池またはリン酸型燃料電池であることが好ましく、固体高分子型燃料電池であることがより好ましい。燃料電池６６は、例えば固体高分子型燃料電池である。
【００３２】
スリーブ８１は、伝熱性を有しており、例えばＳＵＳなどの金属製の筒である。スリーブ８１の軸方向の長さは、例えば、定着ベルト６３の幅よりも大きい。図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、スリーブ８１の外周面には、定着ベルト６３に当接させるための当接部８１１が形成されており、スリーブ８１の周壁内には、燃料電池６６用の原料ガスを供給、排出するための第１の通気路８１２、第２の通気路８１３、第３の通気路８１４、第４の通気路８１５および排出口が形成されている。
【００３３】
当接部８１１は、摺動する定着ベルト６３の摩擦を軽減するために、シボ加工やサンドブラストなどの公知の表面処理によって梨地処理された部分である。
【００３４】
第１から第４の通気路８１２〜８１５は、それぞれ、スリーブ８１の外周面の一端部の１箇所で開口し、スリーブ８１の軸方向に沿ってスリーブ８１の他端部に向けて延出し、スリーブ８１の軸方向におけるスリーブ８１の内周面の所望の複数箇所で開口している。
【００３５】
第１の通気路８１２におけるスリーブ８１の内周面側の開口部のそれぞれは、第３の通気路８１４におけるスリーブ８１の内周面側の開口部のそれぞれと、スリーブ８１の軸方向において対向している。また、第２の通気路８１３におけるスリーブ８１の内周面側の開口部のそれぞれは、第４の通気路８１５におけるスリーブ８１の内周面側の開口部のそれぞれと、スリーブ８１の軸方向において対向している。ただし、第１および第３の通気路８１２、８１４におけるそれぞれの上記開口部の位置は、第２および第４の通気路８１３、８１５におけるそれぞれの上記開口部の位置と、スリーブ８１の軸方向において異なっている。このように、第１および第３の通気路８１２、８１４の内周面側の開口部のそれぞれは、第２および第４の通気路８１３、８１５の内周面側の開口部のそれぞれとは、スリーブ８１の軸方向において、互い違いに配置されている。
【００３６】
スリーブ８１は、例えば、内周面側の上記開口部となる貫通孔を有する内筒に、当該貫通孔を連通するための溝を内周面に有するとともに、当該溝の一端に上記外周面側の開口部となる貫通孔を有する外筒を被せ、接合することによって構成され得る。
【００３７】
スリーブ８１の一端部の外周面側の開口部において、第１の通気路８１２は、酸素供給管８３に接続されており、第２の通気路８１３は、水素供給管８４に接続されており、第３の通気路８１４は、酸素排気管８５に接続されており、第４の通気路８１５は、水素排気管８６に接続されている。
【００３８】
上記排出口は、スリーブ８１の他端部でスリーブ８１の周壁を貫通する孔である。上記排水口は、スリーブ８１の外周面側で排水管８７に接続されている。なお、排水管８７は、加湿器５４に接続されている。
【００３９】
燃料電池スタック８２は、図５に示されるように、セパレータ８２１、燃料極８２２、電解質膜８２３および空気極８２４がこの順で繰り返し重ねられて構成される。燃料電池スタック８２は、その両端で二枚のフランジ８２０によって挟持されている。
【００４０】
セパレータ８２１は、燃料ガスの流路を構成するための部材である。セパレータ８２１は、平面形状が円形の円板部と、その両面のそれぞれから、円板部の周縁部を残して突出する、平面形状が円形のスペーサ部とを有する。いずれのスペーサ部も、並列する一群の第１の溝と、当該第１の溝に交差しかつ互いに並列する一群の第２の溝と、を有している。セパレータ８２１は、例えば、公知のセパレータの材料で構成される。
【００４１】
燃料極８２２、電解質膜８２３および空気極８２４の平面形状は、いずれも、上記円板部の平面形状と同じ大きさの円形である。燃料極８２２、電解質膜８２３および空気極８２４も、例えば公知のこれらの材料で構成される。燃料電池スタック８２の積層方向において、セパレータ８２１の上記円板部の中心から、燃料極８２２、電解質膜８２３および空気極８２４を介して次のセパレータ８２１の上記円板部の中心までの積層構成が一つの燃料電池セルとなる。
【００４２】
空気極８２４の表面は、微細な凹凸を有している。たとえば、空気極８２４におけるセパレータ８２１側の表面の算術平均粗さＲａは、２〜１００μｍである。
【００４３】
フランジ８２０の平面形状は、セパレータ８２１などと同じ大きさの円形である。フランジ８２０の一表面の中心からは、軸部８２５が突出している。フランジ８２０は、互いに、燃料電池スタック８２を上記積層方向の両側から挟持している。燃料電池スタック８２は、図示しないが、例えば、フランジ８２０の周縁部の切り欠き部に係止する爪を有する締結部材や、フランジ８２０および燃料電池スタック８２を上記積層方向に貫通するボルトおよびナットによって、フランジ８２０によって挟持される。
【００４４】
燃料電池６６は、燃料電池スタック８２をスリーブ８１の内部に気密かつ回転駆動可能に収容することによって構成される。軸部８２５は、モータなどの回転駆動装置に連結される。こうして、燃料電池スタック８２は、スリーブ８１に対して回転駆動自在に配置される。
【００４５】
燃料電池６６は上記排出口側の端部が下方となるように傾き、また上記排出口が下方に向けて開口して排水管８７が下方に延出するように、傾いて配置されている。燃料電池６６の傾きは、スリーブ８１の内周面に送られた水が滞留せずに排出口に向けて流れるのに十分な傾斜を実現すればよく、水平面に対して例えば１〜５％程度である。燃料電池６６は、定着装置６０内において燃料電池６６のみが傾くように配置されていてもよいし、燃料電池６６が上記のように傾くように定着装置６０が傾いて配置されていてもよい。定着装置６０を傾けて配置する場合には、その周辺の用紙Ｓの搬送経路も、上記の傾きに合わせて適宜に形成されることが好ましい。
【００４６】
画像形成装置１による画像の形成を説明する。画像形成装置１による画像形成方法は、感光体ドラム４１３を帯電させる工程と、帯電した感光体ドラム４１３に静電潜像を形成する工程と、静電潜像が形成された感光体ドラム４１３にトナーを供給してトナー画像を担持させる工程と、感光体ドラム４１３に担持されているトナー画像を転写材に転写する工程と、転写材から転写された用紙Ｓ上のトナー画像を加熱加圧によって用紙Ｓに定着させる工程と、を含む。
【００４７】
まず初めに、スキャナー１１２は、コンタクトガラス上の原稿Ｄを光学的に走査して読み取る。原稿Ｄからの反射光がＣＣＤセンサー１１２ａにより読み取られ、入力画像データとなる。入力画像データは、画像処理部３０において所定の画像処理が施され、露光装置４１１に送られる。
【００４８】
感光体ドラム４１３は一定の周速度で回転する。帯電装置４１４は、感光体ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。露光装置４１１では、ポリゴンモータのポリゴンミラーが高速で回転し、各色成分の入力画像データに対応するレーザー光が、感光体ドラム４１３の軸方向に沿って展開し、当該軸方向に沿って感光体ドラム４１３の外周面に照射される。こうして感光体ドラム４１３の表面には、静電潜像が形成される。
【００４９】
現像装置４１２では、上記現像容器内の二成分現像剤の撹拌、搬送によってトナー粒子が帯電し、二成分現像剤は上記現像ローラに搬送され、当該現像ローラの表面で磁性ブラシを形成する。帯電したトナー粒子は、上記磁性ブラシから感光体ドラム４１３における静電潜像の部分に静電的に付着する。こうして、感光体ドラム４１３の表面の静電潜像が可視化され、感光体ドラム４１３の表面に、静電潜像に応じたトナー画像が形成される。
【００５０】
感光体ドラム４１３の表面のトナー画像は、中間転写ユニット４２によって中間転写ベルト４２１に転写される。一次転写ローラ４２２によって中間転写ベルト４２１が感光体ドラム４１３に圧接することにより、感光体ドラム４１３と中間転写ベルト４２１とによって、一次転写ニップが感光体ドラム４１３ごとに形成される。当該一次転写ニップにおいて、各色のトナー画像が中間転写ベルト４２１に順次重なって転写される。転写後の感光体ドラム４１３の表面における転写残トナーは、クリーニングブレードによって当該表面から除去される。
【００５１】
一方で、二次転写ローラ４３１Ａは、中間転写ベルト４２１および二次転写ベルト４３２を介して、バックアップローラ４２３Ａに圧接される。それにより、中間転写ベルト４２１と二次転写ベルト４３２とは、二次転写ニップを形成する。当該二次転写ニップには、用紙Ｓが、用紙搬送部５０によって搬送される。用紙Ｓの傾きの補正および搬送のタイミングの調整は、レジストローラ対５３ａが配設されたレジストローラ部により行われる。
【００５２】
上記二次転写ニップに用紙Ｓが搬送されたときに、二次転写ローラ４３１Ａへ転写バイアスが印加される。この転写バイアスの印加によって、中間転写ベルト４２１に担持されているトナー画像が二次転写ニップにて用紙Ｓに転写される。トナー画像が転写された用紙Ｓは、二次転写ベルト４３２によって、定着装置６０に向けて搬送される。
【００５３】
二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残存する転写残トナーは、ベルトクリーニング装置４２６が有するクリーニングブレードによって当該表面から除去される。
【００５４】
定着装置６０では、定着ローラ６２が回転駆動し、その結果、従動ローラ６５が回転し、張設されている定着ベルト６３が無端軌道を移動する。また、燃料電池６６では、燃料電池スタック８２が、スリーブ８１内において、例えば重力加速度の１％以上、例えば１〜１００％、の遠心力が生じる速度で回転駆動する。さらに、酸素供給管８３から酸素ガスが、第１の通気路８１２を介して燃料電池スタック８２のセパレータ８２１と空気極８２４との間に、セパレータ８２１上の溝に沿って供給される。さらに、水素供給管８４から水素ガスが、第２の通気路８１３を介して燃料電池スタック８２のセパレータ８２１と燃料極８２２との間に、セパレータ８２１の溝に沿って供給される。
【００５５】
セパレータ８２１上を流れる酸素ガスと水素ガスとの電気化学反応により電気が発生し、熱が発生し、空気極８２４側で水が発生する。空気極８２４におけるセパレータ８２１側の表面は、微細な凹凸を有することから、空気極８２４の酸素ガスとの接触面積がより大きく、酸素ガスが空気極８２４により取り込まれる。
【００５６】
セパレータ８２１を通った残りの酸素ガスは、第３の通気路８１４および酸素排気管８５を介して燃料電池６６の外部に排出され、セパレータ８２１を通った残りの水素ガスは第４の通気路８１５および水素排気管８６を介して燃料電池６６の外部に排出される。
【００５７】
セパレータ８２１は、一方向に並列する第１の溝群と、それに交差するように並列する第２の溝群とを含むことから、セパレータ８２１が回転していても、酸素ガスまたは水素ガスは、それぞれの供給管からそれぞれの排気管に向けてセパレータ８２１上を流れる。
【００５８】
燃料電池スタック８２で発生した電気は、不図示の電極を介して燃料電池スタック８２の外部、例えばハロゲンヒータ６８の電源として利用される。発生した熱は、スリーブ８１を加熱し、当接部８１１に当接する定着ベルト６３を加熱する。
【００５９】
空気極８２４におけるセパレータ８２１側の表面は、微細な凹凸を有することから、生成した水が付着しにくい。燃料電池スタック８２で発生した水は、燃料電池スタック８２の回転駆動による遠心力により、全周にわたってスリーブ８１の内周面まで速やかに送られる。
【００６０】
その結果、スリーブ８１の内周面全体に均一に水が供給され、スリーブ８１における熱の伝達が均一になる。このため、スリーブ８１の外周面（当接部８１１）における温度分布が均一になる。よって、燃料電池６６の作動温度を一定とすることができるとともに、燃料電池６６で発生した電気を安定して取り出すことが可能となり、また燃料電池６６で発生した熱を当接部８１１から均一に取り出すことが可能となる。スリーブ８１の内周面に送られた水は、燃料電池６６の傾斜によって排出口に流れ、排水管８７を通って燃料電池６６の外部（加湿器５４）に送られる。
【００６１】
このように、燃料電池６６では、電気が発生し、それに伴い熱と水が発生する。水は、燃料電池６６内でまとまって滞留することなく、速やかに外部に排出される。このため、スリーブ８１の周面方向における温度分布にはムラが生じず、スリーブ８１の当接部８１１は、均一な温度分布を有する。よって、当接部８１１に当接しながら無端軌道を移動する定着ベルト６３も、均一に加熱され、均一な温度分布を有する。
【００６２】
燃料電池６６によって加熱された定着ベルト６３の温度は、温度計６７によって検出される。温度計６７による温度の検出信号は、上記制御装置に送信され、制御装置は、定着ベルト６３の温度の不足分（所期の温度からの差）を補う加熱となるように、ハロゲンヒータ６８を作動させ、その出力を制御する。よって、定着ベルト６３の定着ニップ部の部分は、所期の定着温度まで加熱される。
【００６３】
定着装置６０に用紙Ｓが搬送されるときに、加圧ローラ６４は、定着ベルト６３および定着ローラ６２に向けて付勢され、定着ベルト６３を押圧し、定着ニップを形成する。未定着トナーを担持した用紙Ｓは、定着ニップ部に搬送され、当該定着ニップ部で加熱、加圧される。用紙Ｓ上のトナー画像を構成するトナー粒子は、加熱され、トナー粒子全体が速やかに融解し、トナー成分が用紙Ｓに付着し、そして速やかに固化する。こうして、上記トナー画像が用紙Ｓに定着する。
【００６４】
トナー画像が定着された用紙Ｓは、排紙ローラ５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。両面印刷のように再度定着装置６０に送られるべき用紙Ｓは、適宜配置されたローラ対によって搬送経路部５３に戻され、二次転写ニップ部を通って再び定着装置６０に送られ、トナー画像の定着に供される。こうして、所期の高画質の画像が形成される。
【００６５】
加湿器５４では、燃料電池６６から送られた水が蒸散し、加湿器５４周辺の機内の雰囲気を加湿する。よって、給紙部５１から二次転写ニップ部に搬送される用紙Ｓや、定着装置６０を通過後に再び二次転写ニップ部に搬送される用紙Ｓ、転写に供されるトナーなどの当該機内雰囲気に曝される物品の過度の乾燥が防止される。よって、低湿度環境のための転写不良や帯電不良などの画像不良がより一層抑制される。
【００６６】
以上の説明から明らかなように、定着装置６０は、未定着トナー画像を担持している用紙Ｓにトナー画像を加熱加圧によって定着させるための定着部材（定着ローラ６２、従動ローラ６５および定着ベルト６３）および加圧ローラ６４と、上記定着部材に当接して配置される、上記定着部材を加熱するための燃料電池６６と、燃料電池６６で生成する水を燃料電池６６の内壁に移動させるための水移動機構としての燃料電池スタック８２の回転駆動機構と、上記内壁に移動した水を燃料電池６６から排出させるための水排出機構としての排出口および燃料電池６６の傾斜配置と、を含む。また、画像形成装置１は、未定着トナー画像を担持している記録媒体にトナー画像を加熱加圧によって定着させるための定着装置として、定着装置６０を有する。よって、燃料電池をトナー画像の定着のための熱源として用いる電子写真方式の画像形成において、燃料電池の使用に伴う画像欠陥の発生を防止することができる。
【００６７】
また、前述したように、上記水排出機構が燃料電池６６の端部に開口する排出口を含み、当該排出口が下方に向いて開口し、かつ前記端部がより下方となるように燃料電池６６が傾いて配置されていることは、燃料電池スタック８２で生成した水を簡易な構成で燃料電池６６から排出し、当接部８１１における定着ベルト６３と当接する部分の温度分布を均一にする観点からより一層効果的である。
【００６８】
なお、上記水排出機構は、燃料電池６６の内壁面上での水の滞留を防止可能であれば、上記の形態以外の機構であってもよい。たとえば、上記水排出機構は、上記排出口に向かう気流を発生させる機構（例えば残酸素ガスおよび残水素ガスの一方または両方を上記排出口に向けて流す機構）であってもよいし、上記排出口が下方に位置するように定着装置６０を傾けて配置するための部材または構造であってもよい。
【００６９】
また、前述したように、燃料電池６６がセパレータ８２１、燃料極８２２、電解質膜８２３および空気極８２４をこの順で繰り返し重ねて構成される燃料電池スタック８２を含み、上記水移動機構が燃料電池スタック８２を燃料電池６６内で回転駆動させるための機構を含むことは、燃料電池スタック８２で生成した水が燃料電池スタック８２内で滞留することを防止し、燃料電池６６の発電効率の低下を抑制するする観点からより一層効果的である。
【００７０】
なお、上記水移動機構は、燃料電池スタック８２の内部での水の滞留を防止可能であれば、上記の形態以外の機構であってもよい。たとえば、上記水移動機構は、燃料電池６６を振動させるためのバイブレータを含んでいてもよい。バイブレータによって燃料電池６６または定着装置６０を振動させることによって、燃料電池スタック８２内の水を燃料電池６６の内周壁へ速やかに移動させることが可能である。バイブレータによる振動の大きさ（変位、速度または加速度）は、当該振動が空気極８２４上の水を移動させるのに十分な範囲で、例えば当該水に重力加速度の１〜１００％の力を付与する範囲で、適宜に設定可能である。
【００７１】
バイブレータによる発振は、印刷工程に連動して制御することができ、間欠的に行うことが好ましい。例えば、１０〜１０００シートの定着工程ごと、所定の時間おき、画像形成工程の中断時などの適当なタイミングで燃料電池６６または定着装置６０を上記バイブレータによって振動させてよい。バイブレータの発振のタイミングは、例えば、前述した制御装置を利用して制御することができる。また、上記水移動機構は、上記の回転駆動機構とバイブレータとの両方を含んでいてもよい。
【００７２】
また、前述したように、定着装置６０が上記定着部材を加熱するための補助加熱装置（ハロゲンヒータ６８）をさらに有することは、所期の定着温度を迅速に達成する観点からより一層効果的である。
【００７３】
また、前述したように、上記補助加熱装置が燃料電池６６を電源とする電気ヒータであることは、燃料電池６６で発生した電気を有効利用する観点、および、画像形成装置１の外部電源からの要求電気量を低減させる観点、からより効果的であり、加えて、上記補助加熱装置がハロゲンヒータであることは、他の電気ヒータ（例えばカーボンヒータなど）に対して省電力性に優れ、高い加熱能力を有する観点から、より一層効果的である。
【００７４】
なお、上記補助加熱装置の位置は、定着ローラ６２内でなくてもよく、上記補助加熱装置は、例えば、従動ローラ６５内に配置されていてもよいし、燃料電池６６と定着ローラ６２との間に配置されていてもよい。
【００７５】
なお、上記補助加熱装置は、燃料電池６６の発熱量が所期の定着温度まで定着ベルト６３を昇温させるのに十分である場合には、なくてもよい。たとえば、燃料電池６６がリン酸型燃料電池である場合では、その作動温度が固体高分子型燃料電池に比べて十分に高い温度であることから、燃料電池６６は、それ単独で定着ベルト６３を加熱し得る。定着装置６０が補助加熱装置を要さない場合では、燃料電池６６は、前述の実施形態と同様に定着ベルト６３の無端軌道の内側に配置されていてもよいし、例えば、図６Ａに示されるように、定着ローラ６２内に配置されていてもよい。
【００７６】
また、前述したように、定着装置６０が定着ベルト６３の温度を検出するための温度計６７と、温度計６７の検出信号に応じて上記補助加熱装置の出力を制御するための制御装置とをさらに有することは、所期の定着温度を迅速かつ精密に制御する観点からより一層効果的である。
【００７７】
なお、温度計６７および上記制御装置は、前述の補助加熱装置を定着時に常に併用する場合や燃料電池６６にリン酸型燃料電池を使用する場合などの、十分な熱量で定着ベルト６３を加熱することで定着ベルト６３が所期の定着温度まで昇温されることが明らかな場合には、なくてもよい。
【００７８】
また、前述したように、上記定着部材が、回転駆動自在な駆動ローラを含む複数のローラによって張設される無端状の定着ベルト６３を含むことは、定着に係る加熱の省電力化の観点からより一層効果的である。
【００７９】
なお、上記定着部材は、定着ベルト６３を含む形態に限定されず、例えば図６Ｂに示されるように、燃料電池６６が内部に配置されている定着ローラ６２のみから構成されていてもよい。また、定着装置６０では、定着ニップ部は、上記加圧部材が定着部材を押圧したときに加圧部材が変形することで形成されているが、定着部材が変形することで形成されてもよいし、両者が共に変形することで形成されてもよい。
【００８０】
また、前述したように、画像形成装置１が加湿器５４をさらに有することは、二次転写ニップ部に送られる用紙Ｓの湿度環境を整え、また、画像形成装置１の機内環境の過度の乾燥を防止し、その結果、過度の乾燥に起因する画像不良を防止する観点からより一層効果的である。
【００８１】
なお、加湿器５４は、水を機内で蒸散させる部材のみならず、二次転写前の用紙Ｓに水を噴霧する装置であってもよいし、現像装置４１２のトナー容器内を加湿して現像前のトナーの所期の帯電性を維持するための装置であってもよいし、機内環境のうちの１次転写が行われる部分を加湿して１次転写前のトナーの所期の帯電性を維持するための装置であってもよい。
【００８２】
燃料電池６６では、前述したように、燃料電池スタック８２における積層方向が、燃料電池スタック８２の回転駆動の回転軸に沿っている。このように、水移動機構は、燃料電池スタック８２の回転による遠心力を利用して、燃料電池スタック８２積層物の平面形状における円周方向に水を移動させる機構であることが好ましい。あるいは、燃料電池スタック８２は、図示しないが、セパレータ８２１から空気極８２４までが、円の法線に沿って周方向に繰り返し配置（放射状に配置）されることで構成されていてもよい。このような燃料電池スタックであっても、回転によって、空気極の平面方向に沿って水を効率的に移動させることが可能である。
【００８３】
また、燃料電池６６は、前述したように、画像形成装置１の内部電源（ハロゲンヒータ６８の電源）であってもよい。また、燃料電池６６は、画像形成装置１内のハロゲンヒータ６８以外の電気機器の電源であってもよいし、画像形成装置１に付随する外部機器用の電源であってもよい。
【００８４】
また、燃料電池６６は、画像形成装置１が画像形成動作を行っていない場合では、余剰の電力を生じる。よって、画像形成装置１がバッテリーやキャパシタ類などの電力の保管機構を有し、当該保管機構へ燃料電池６６の余剰の電気が供給されるように画像形成装置１を構成とすると、当該余剰電気を画像形成装置１の次なる駆動のために利用することも可能である。
【実施例】
【００８５】
図１に示されるような実施例の画像形成装置を用意し、ベタ黒画像を形成し、ベタ黒画像の画像均一性を評価する。すなわち、当該画像形成装置でベタ黒画像を１０００枚連続でプリントし、１０００枚目のベタ黒画像について、黒画像部内の５点（四隅と中央部）の光沢度を測定する。１０００枚目のベタ黒画像の黒画像部の５点の光沢度における最大値と最小値を抽出し、その差（Δ光沢度）を算出する。実施例の画像形成装置におけるΔ光沢度は、０．０４である。なお、Δ光沢度は、０．０５以下を合格とし、小さいほど良い。
【００８６】
一方で、上記画像形成装置において、燃料電池を傾けずに（筒体の軸を水平に）配置し、また燃料電池スタックを回転駆動させないことにより、上記水移動機構と水排出機構を含まない画像形成装置を比較例の画像形成装置として用意する。そして、当該画像形成装置で上記の実施例と同様にベタ黒画像の画像均一性を評価し、Δ光沢度を求める。比較例の画像形成装置におけるΔ光沢度は、０．２０である。また、プリントしたベタ黒画像の一部には、画像の剥がれが見られる。
【００８７】
これは、定着ベルトの加熱が不均一であり、また画像の定着に不十分となることがあることを示している、その理由としては、燃料電池内において、水が局所的に偏在し、このため、水素と酸素の結合が阻害されて発電が阻害されるとともに、発生した熱が伝達されない部分が生じ、その結果、燃料電池の外周面中に温度の低い部分が発生し、それに対応する定着ベルトの部分の温度が不足するため、と考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明によれば、定着部材用の加熱装置の位置に燃料電池を内蔵する画像形成装置において、燃料電池の利用に特有の定着不良が防止される。よって、本発明によれば、燃料電池を内部電源として利用することにより、画像形成装置の外部電源からの消費電力のピーク値をより小さく設計することができ、その結果、高画質の画像を形成可能な画像形成装置の電源に、商業用の容量の電源ではない一般用の容量の電源を用いることが可能となる。したがって、電子写真方式の画像形成技術のさらなる普及および発展が期待される。
【符号の説明】
【００８９】
１  画像形成装置
３０  画像処理部
４０  画像形成部
４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ  画像形成ユニット
４２  中間転写ユニット
４３  二次転写ユニット
５０  用紙搬送部
５１  給紙部
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ  給紙トレイユニット
５２  排紙部
５２ａ  排紙ローラ
５３  搬送経路部
５３ａ  レジストローラ対
５４  加湿器
６０  定着装置
６２  定着ローラ
６３  定着ベルト
６４  加圧ローラ
６５  従動ローラ
６６  燃料電池
６７  温度計
６８  ハロゲンヒータ
８１  スリーブ
８２  燃料電池スタック
８３  酸素供給管
８４  水素供給管
８５  酸素排気管
８６  水素排気管
８７  排水管
１１０  画像読取部
１１１  給紙装置
１１２  スキャナー
１１２ａ  ＣＣＤセンサー
４１１  露光装置
４１２  現像装置
４１３  感光体ドラム
４１４  帯電装置
４１５  クリーニング装置
４２１  中間転写ベルト
４２２  一次転写ローラ
４２３、４３１  支持ローラ
４２３Ａ  バックアップローラ
４２６  ベルトクリーニング装置
４３１Ａ  二次転写ローラ
４３２  二次転写ベルト
８１１  当接部
８１２  第１の通気路
８１３  第２の通気路
８１４  第３の通気路
８１５  第４の通気路
８２０  フランジ
８２１  セパレータ
８２２  燃料極
８２３  電解質膜
８２４  空気極
８２５  軸部
Ｄ  原稿
Ｓ  用紙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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