JP6255869B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に画像を定着する定着装置、及び定着装置を備える画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置においては、用紙等の記録媒体上に担持されたトナー画像を定着させる定着装置が設けられている。一般に、定着装置は、ヒータ等の加熱源によって加熱される定着部材と、その定着部材に当接してニップ部を形成する対向部材とを備える。画像形成装置にて作像動作が開始され、用紙にトナー画像が転写されると、その用紙が、所定の温度にまで加熱された定着部材と対向部材の間のニップ部を通過することにより、用紙上に担持されたトナーが加熱溶融されて画像が定着される。

省エネ性及びファーストプリントタイム向上のためには熱効率をより一層向上させる必要がある。そこで、無端ベルトを直接加熱する構成が、例えば特許文献１ (特開２００７−２３３０１１号公報)により提案されている。

この特許文献１に記載された構成は、図１２に示すように、無端ベルト１００の内側に、加圧ローラ４００と対向する位置に板状のニップ形成部材５００を設けている。この構成の場合、ニップ形成部材５００を配設した箇所以外で無端ベルト１００を熱源３００によって直接加熱することができるので、伝熱効率が大幅に向上し消費電力が低減する。これにより、加熱待機時からのファーストプリントタイムをさらに短縮することが可能となる。また、この定着装置においては、ニップ形成部材５００をステンレス等の支持部材６００により支持し、加圧ローラ４００の加圧力に対するニップ形成部材５００の強度を高めている。

しかしながら、上記図１２に示す定着装置においては、熱効率の向上のため、無端ベルト１００として、直径が３０ｍｍ程度の小径のベルトを用いており、このような構成では、無端ベルト１００内に配設される支持部材６００のサイズも小さくなる傾向にある。その結果、ニップ形成部材５００の強度が十分に得られなくなり、加圧ローラ４００の加圧力によってニップ形成部材５００に撓みが生じると、ニップ部Ｎの面圧分布やニップ幅にばらつきが生じ、定着不良が発生してしまうおそれがある。このため、支持部材の強度を向上させ、ニップ形成部材の撓みを防止する構成の定着装置が考案された。

図１３に示す定着装置は、回転可能な無端状の定着ベルト１００と、前記定着ベルトの内側に配設されたニップ形成部材５００と、前記定着ベルトとの間にニップ部を形成する加圧ローラ４００と、ニップ部以外の箇所で前記定着ベルトを直接加熱する加熱源３００と、前記ニップ形成部材を支持する支持部材６００とを備えている。この構成では、支持部材６００が、加圧ローラ４００の押圧方向に向かって延びる一対の立ち上がり部６２５を有していることで、支持部材６００の強度を向上させることができる。これにより、加圧ローラ４００の当接によるニップ形成部材５００の撓みを防止することができるので、ニップ幅を対向回転体の軸方向に渡って均一に形成することができるようになり、良好な画像を得ることが可能となる。

しかしながら、従来の定着装置においては、定着ユニットを構成する部材の昇温速度や蓄熱性が考慮されておらず、本来、定着性に対して必要でない部材の温度が上がってしまって無駄なエネルギーを消費したり、不必要な蓄熱により、定着装置の破損を招くことがあるという問題があった。

本発明は、従来の定着装置における上述の問題を解決し、無駄なエネルギー消費を防止して、省エネ性が高く、且つ高寿命・高耐久性の定着装置を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するため本発明は、回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内側に配設されたニップ形成部材と、前記定着ベルトを介して前記ニップ形成部材と当接することにより前記定着ベルトとの間にニップ部を形成する対向回転体と、前記ニップ部以外の個所で前記定着ベルトを加熱する加熱源とを備え、前記ニップ部に、未定着画像を担持した記録媒体を搬送して、当該記録媒体に未定着画像を定着する定着装置において、前記ニップ形成部材と前記支持部材との間に、通電されることにより降温する冷却面と昇温する加熱面とを有する熱電変換素子と、前記熱電変換素子への通電手段とを備えることを特徴とする。

本発明の定着装置によれば、特に連続して記録媒体に画像を定着した場合に定着装置内に蓄熱される熱エネルギーを、必要以上に定着装置内に蓄熱させない構成とすることで定着装置の高寿命・高耐久性を可能にすることができる。

また、本発明に係る画像形成装置によれば、省エネ性に優れ、高寿命・高耐久の定着装置を搭載した画像形成装置を提供することが可能となる。

本発明に係る画像形成装置の一例であるカラーレーザープリンタの概略を示す断面構成図である。 定着装置の実施形態を示す概略構成図である。 遮蔽部材を退避位置へ移動させた状態を示す図である。 熱電変換素子周辺の構造を示す分解斜視図である。 熱電変換素子を構成するペルチェ素子単体の斜視図である。 連続する動作時間に対するニップ形成部材の温度変化を示すグラフである。 所定の時間内での積算された動作時間とニップ形成部材の温度の関係を示すグラフである。 連続する通紙枚数に対するニップ形成部材の温度変化を示すグラフである。 所定の時間内での積算された通紙枚数とニップ形成部材の温度の関係を示すグラフである。 熱電変換素子の温度を検出する温度検知手段を備えた定着装置を示す図である。 温度検知手段を備えた構成における熱電変換素子周辺を示す分解斜視図である。 従来の定着装置の概略構成図である。 他の従来の定着装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例であるカラーレーザープリンタの概略を示す断面構成図である。この図に示すカラーレーザープリンタ１の全体構成と動作については後述し、先に定着装置について説明する。

上記カラーレーザープリンタ１が搭載している定着装置２０は、図２に示すように、定着部材としての定着ベルト２１と、定着ベルト２１の外周面に当接する対向部材としての加圧ローラ２２と、定着ベルト２１を加熱する加熱源としてのハロゲンヒータ２３と、定着ベルト２１の内周側から加圧ローラ２２に当接してニップ部Ｎを形成するニップ形成部材２４と、ニップ形成部材２４を支持する支持部材としてのステー２５と、ハロゲンヒータ２３からの熱を定着ベルト２１へ反射する反射部材２６と、ハロゲンヒータ２３からの熱を遮蔽する遮蔽部材２７と、定着ベルト２１の温度を検知する温度検知手段としての温度センサ２８等を備える。

上記定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。詳しくは、定着ベルト２１は、ニッケルもしくはＳＵＳ等の金属材料又はポリイミド（ＰＩ）などの樹脂材料で形成された内周側の基材と、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などで形成された外周側の離型層によって構成されている。また、基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。

また、弾性層が無い場合は、熱容量が小さくなり定着性が向上するが、未定着トナーを押しつぶして定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部に光沢ムラが生じる可能性がある。これを防止するには、厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることが望ましい。厚さ１００μｍ以上の弾性層を設けることで、弾性層の弾性変形により微小な凹凸を吸収することができるので、光沢ムラの発生を回避することができるようになる。

本実施形態では、定着ベルト２１の低熱容量化を図るために、定着ベルト２１を薄くかつ小径化している。具体的には、定着ベルト２１を構成する基材、弾性層、離型層のそれぞれの厚さを、２０〜５０μｍ、１００〜３００μｍ、１０〜５０μｍの範囲に設定し、全体としての厚さを１ｍｍ以下に設定している。また、定着ベルト２１の直径は、２０〜４０ｍｍに設定している。さらに低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト２１全体の厚さを０．２ｍｍ以下にするのがよく、さらに望ましくは、０．１６ｍｍ以下の厚さとするのがよい。また、定着ベルト２１の直径は、３０ｍｍ以下とするのが望ましい。

上記加圧ローラ２２は、芯金２２ａと、芯金２２ａの表面に設けられた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等から成る弾性層２２ｂと、弾性層２２の表面に設けられたＰＦＡ又はＰＴＦＥ等から成る離型層２２ｃによって構成されている。加圧ローラ２２は、図示しない加圧手段によって定着ベルト２１側へ加圧され定着ベルト２１を介してニップ形成部材２４に当接している。この加圧ローラ２２と定着ベルト２１とが圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂが押しつぶされることで、所定の幅のニップ部Ｎが形成されている。なお、定着部材と対向部材は、互いに圧接する場合に限らず、加圧を行わず単に接触させるだけの構成とすることも可能である。

また、加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられた図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動するように構成されている。加圧ローラ２２が回転駆動すると、その駆動力がニップ部Ｎで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が従動回転するようになっている。

本実施形態では、加圧ローラ２２を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。その場合、加圧ローラ２２の内部にハロゲンヒータ等の加熱源を配設してもよい。また、弾性層２２ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ２２の内部に加熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト２１の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。

上記ハロゲンヒータ２３は、定着ベルト２１の内周側で、かつ、ニップ部Ｎの用紙搬送方向の上流側に配設されている。詳しくは、図２において、ニップ部Ｎの用紙搬送方向の中央Ｑと、加圧ローラ２２の回転中心Ｏを通る仮想直線をＬとすると、ハロゲンヒータ２３はこの仮想直線Ｌよりも用紙搬送方向の上流側（図２の下側）に配設されている。ハロゲンヒータ２３は、プリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、上記温度センサ２８による定着ベルト２１の表面温度の検知結果に基づいて行われる。このようなヒータ２３の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定できるようになっている。なお、定着ベルト２１の温度を検知する温度センサの代わりに、加圧ローラ２２の温度を検知する温度センサ（図示省略）を設け、その温度センサで検知した温度により、定着ベルト２１の温度を予測するようにしてもよい。

本実施形態では、ハロゲンヒータ２３は２本設けられているが、プリンタで使用する用紙のサイズ等に応じて、ハロゲンヒータ２３の本数を１本又は３本以上としてもよい。また、定着ベルト２１を加熱する加熱源として、ハロゲンヒータ以外に、抵抗発熱体、又はカーボンヒータ等を用いることも可能である。

上記ニップ形成部材２４は、ベースパッド２４１と、ベースパッド２４１の定着ベルト２１と対向する面に設けられた低摩擦性の摺動シート２４０とを有する。ベースパッド２４１は、定着ベルト２１の軸方向又は加圧ローラ２２の軸方向に渡って長手状に配設されている。ベースパッド２４１が加圧ローラ２２の加圧力を受けることで、ニップ部Ｎの形状が決まる。本実施形態では、ニップ部Ｎの形状が平坦状であるが、凹形状やその他の形状としてもよい。摺動シート２４０は、定着ベルト２１が回転する際の摺動摩擦を低減するために設けられている。なお、ベースパッド２４１自体が低摩擦性の部材で形成されている場合は、摺動シート２４０を有しない構成としてもよい。

ベースパッド２４１は、耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材で構成されており、トナー定着温度域で熱によるニップ形成部材２４の変形を防止し、安定したニップ部Ｎの状態を確保して、出力画質の安定化を図っている。ベースパッド２４１の材料としては、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの一般的な耐熱性樹脂を用いることが可能である。

また、ベースパッド２４１は、ステー２５によって固定支持されている。これにより、加圧ローラ２２による圧力でニップ形成部材２４に撓みが生じるのを防止し、加圧ローラ２２の軸方向に渡って均一なニップ幅が得られるようにしている。ステー２５は、ニップ形成部材２４の撓み防止機能を満足するために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが望ましい。また、ベースパッド２４１も、強度確保のためにある程度硬い材料で構成されていることが望ましい。ベースパッド２４１の材料としては、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の樹脂や、金属、あるいはセラミックなどを適用することができる。

上記反射部材２６は、ハロゲンヒータ２３と対向するようにステー２５に固定支持されている。この反射部材２６によって、ハロゲンヒータ２３から放射された熱（又は光）を定着ベルト２１へ反射することで、熱がステー２５等に伝達されるのを抑制し、定着ベルト２１を効率良く加熱すると共に省エネルギー化を図っている。反射部材２６の材料としては、アルミニウムやステンレス等が用いられる。特に、アルミニウム製の基材に輻射率の低い（反射率の高い）銀を蒸着したものを用いた場合、定着ベルト２１の加熱効率を向上させることが可能である。

上記遮蔽部材２７は、厚さ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの金属板を、定着ベルト２１の内周面に沿った円弧状の断面形状に形成して構成されている。また、遮蔽部材２７は、必要に応じて定着ベルト２１の周方向に移動可能となっている。本実施形態では、定着ベルト２１の周方向領域において、ハロゲンヒータ２３が定着ベルト２１に直接対向して加熱する直接加熱領域と、ハロゲンヒータ２３と定着ベルト２１との間に遮蔽部材２７以外の他部材（反射部材２６、ステー２５、ニップ形成部材２４等）が介在する非直接加熱領域とがあるが、熱遮蔽する必要がある場合は、図２に示すように、遮蔽部材２７を直接加熱領域側の遮蔽位置に配設する。一方、熱遮蔽の必要がない場合は、図３に示すように、遮蔽部材２７を非直接加熱領域側の退避位置へ移動させ、遮蔽部材２７を反射部材２６やステー２５の裏側へ退避させることが可能となっている。また、遮蔽部材２７は耐熱性を要するため、その素材には、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属材料、又はセラミックを用いることが好ましい。

次に本発明の特徴的な構成について説明する。
本発明による定着装置２０は、ステー２５とニップ形成部材２４との間隙に熱電変換素子７０を備えた構成となっている。実施例では熱電変換素子７０にはペルチェ素子を用いている。本実施例の熱電変換素子７０は、図４に示すように、５個のペルチェ素子７０Ａ〜７０Ｅを並列した構成となっている。各ペルチェ素子７０Ａ〜７０Ｅは全て同じものを用いている。なお、ペルチェ素子７０Ａ〜７０Ｅを箱状の金属に収納する構成としてもよい。また、ペルチェ素子の個数は適用する装置や使用するペルチェ素子の大きさに合わせて適宜変更しても良く、適用する装置の構成や特性に合わせ、ペルチェ素子の間隔を用いて配列したり、複数列の構成や市松模様のような構成で配置（千鳥配置）しても良い。

実施例で用いた単体のペルチェ素子７０の斜視図を図５に示す。このペルチェ素子７０は全体的に扁平な、直方体形状をしており、図示しないリード線から通電することにより、一方の主面７１が降温して冷却面となり、他方の主面７２が昇温して加熱面となる。また主面７１、７２に温度差を生じさせるとゼーベック効果により（リード線間に）起電力が生じる。ここで用いるペルチェ素子７０はモジュール化された公知のものを用いればよい。

ペルチェ素子７０Ａ〜７０Ｅはいずれも、その冷却面７１をニップ形成部材２４に密着させる構成となっている。これは熱伝達効率を上げるためであり、冷却面７１とニップ形成部材２４との間に耐熱性のグリス等を介在させて、密着力を上げることも効果的である。また、図４に示すように複数個並列されたペルチェ素子７０Ａ〜７０Ｅは、図示しない配線により直列に接続されている。

次に熱電変換素子（ペルチェ素子）７０への通電タイミングについて説明する。
記録媒体（用紙）にトナーを定着させるためには、所定の温度にまで加熱された定着部材と対向部材の間のニップ部を通過することにより、用紙上に担持されたトナーが加熱溶融されればよい。図２の定着装置においては定着ベルト２１と加圧ローラ２２は所定の幅のニップ部Ｎが形成されて接しているので、定着ベルト２１と加圧ローラ２２がトナーを加熱溶融するだけの熱量を有していれば良く、冷間時からの作像開始時にはハロゲンヒータ２３からの熱量が定着ベルト２１に付与され、定着ベルト２１の熱量の一部が加圧ローラ２２に伝熱されてトナーを加熱溶融するだけの熱量になっていればよい。このとき、ステー２５、ニップ形成部材２４には蓄熱される必要はなく、定着ベルト２１は前述のように低熱容量化されており、且つ加圧ローラ２２は、芯金２２ａと、芯金２２ａの表面に設けられた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等から成る弾性層２２ｂと、弾性層２２の表面に設けられたＰＦＡ又はＰＴＦＥ等から成る離型層２２ｃで構成されているため、弾性層２２ｂの断熱効果のために離型層２２ｃのみが暖まる構成となっており、必要最小限の熱量、言い換えれば必要最低限のエネルギー量で、用紙へトナーを定着することが可能となる。

ステー２５については積極的に蓄熱する必要はないが、特に連続して用紙を定着した場合には、ハロゲンヒータ２３もしくは蓄熱した定着ベルト２１から伝熱されることがある。このためハロゲンヒータ２３とステー２５はできるだけ距離を離して構成することが望ましいが、ステー２５が暖められていればハロゲンヒータ２３からステー２５に伝熱される熱量が低減されるため、省エネ性の観点から、動作中は常にペルチェ素子７０に対して通電しておくのも一つの方法である。

次に通紙中の所定のタイミングで熱電変換素子（ペルチェ素子）７０に対して通電をＯＦＦからＯＮに切り替える制御について説明する。
連続して用紙を定着した場合、特に長時間連続して定着装置が用紙の定着を行った場合には、定着ベルト２１からニップ形成部材２４へ熱量が移動したり、ハロゲンヒータ２３からの熱量が反射部材２６やステー２５に伝わり、徐々に定着装置の構成部材が蓄熱される。定着装置内の各構成部材の温度が平衡状態になった場合にはステー２５の温度が高く、蓄熱されている状態になることが望ましい。この状態であればステー２５が定着装置に対してハロゲンヒータ２３のように定着ベルト２１に熱量を付与する媒体として振る舞うことができ、ハロゲンヒータ２３の単位時間あたりの発熱量は冷間時に比べて少ない状態で十分な定着性を得ることができる。

またニップ形成部材２４が蓄熱されることによって定着ベルト２１から奪う熱量が少なくなるため、ニップ部Ｎでの温度落ち込みによる定着性不良を防止することもできる。ただしニップ形成部材２４は樹脂で構成されており、金属で構成されたステー２５の耐熱温度より低いため、ニップ形成部材２４の温度がステー２５の温度よりも低くなるような装置構成とすることが望ましい。前述したようにベースパッド２４１は、耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材で構成されているが、低温定着トナーの普及により、定着ベルト温度２１がニップ部Ｎで２００℃である必要はなく、ニップ形成部材２４の温度も定着ベルト温度２１のニップ部Ｎでの温度と同等以下に維持されるべきである。

実施形態の画像形成装置での定着ベルト２１のニップ部Ｎでの温度は１６５℃であり、この温度を目標に熱電変換素子（ペルチェ素子）７０の動作を制御する。ペルチェ素子７０の温度は図示しないＣＰＵにて制御している。

図６は、連続する動作時間に対するニップ形成部材２４の温度変化を示すグラフである。標準速での動作状態である曲線（ａ）では時間Ａで、半速での動作状態である曲線（ｂ）では時間Ｂでニップ形成部材２４が１５０℃に到達する。実施形態の画像形成装置ではニップ形成部材２４が１５０℃に維持されれば定着ベルト２１から熱量が奪われることは実質的にはなく、またニップ形成部材２４自体が耐熱性でのダメージを受ける温度でもない。以上より、動作条件に合わせて時間Ａ及び時間Ｂでこの温度を目標にペルチェ素子７０の動作を制御すれば、省エネ性と耐久性を両立することが可能となる。すなわち、連続する動作時間が所定時間（例えば時間Ａや時間Ｂ）となったときに、ペルチェ素子７０に通電するものである。

図７は、所定の時間内での積算された動作時間とニップ形成部材２４の温度の関係を示すグラフである。例えば連続して３０分の作像を行ったときの定着動作の場合と、同一作像条件で１５分の連続作像を１秒間隔で２回行ったときの定着動作の場合では、ニップ形成部材２４の温度はほぼ同じとなる。しかしながら図６の連続時間のみでペルチェ素子７０の動作を制御すると、実際にはニップ形成部材２４の温度が１５０℃を越えているにも関わらず、ペルチェ素子７０への通電がなされないということになる。所定時間内の動作時間を積算してペルチェ素子７０へ通電することにより、精度良く制御することが可能となる。すなわち、所定の時間内で積算された動作時間が所定時間（例えば時間Ｃ）となったときに、ペルチェ素子７０に通電するものである。所定時間の積算条件は例えば、所定時間以上の動作間隔が生じた場合にはリセット、もしくは積算値の減算を行う等により更に精度の向上が可能となる。尚、積算条件は装置固有の値である。

図８は、連続する通紙枚数に対するニップ形成部材２４の温度変化を示すグラフである。標準の作像状態である曲線（ｄ）では時間Ｄで、半速での作像状態である曲線（ｅ）では時間Ｅでニップ形成部材２４が１５０℃に到達する。実施形態の画像形成装置ではニップ形成部材２４が１５０℃に維持されれば定着ベルト２１から熱量が奪われることは実質的にはなく、またニップ形成部材２４自体が耐熱性でのダメージを受ける温度でもない。以上より、作像条件に合わせて時間Ｄ及び時間Ｅでこの温度を目標に（ニップ形成部材２４がこの温度となるように）ペルチェ素子７０の動作を制御すれば、省エネ性と耐久性を両立することが可能となる。すなわち、連続する通紙枚数が所定枚数となった場合にペルチェ素子７０に通電するものである。

図９は、所定の時間内での積算された通紙枚数とニップ形成部材２４の温度の関係を示すグラフである。例えば連続して１０００枚の作像を行った場合と、同一作像条件で５００枚の連続作像を１秒間隔で２回行った場合では、ニップ形成部材２４の温度はほぼ同じとなる。しかしながら図８の連続通紙枚数のみでペルチェ素子７０の動作を制御すると、実際にはニップ形成部材２４の温度が１５０℃を越えているにも関わらず、ペルチェ素子７０への通電がなされないということになる。所定時間内の通紙枚数を積算することにより、精度良く制御することが可能となる。所定枚数の積算条件は例えば、所定時間以上の作像間隔が生じた場合にはリセット、もしくは積算値の減算を行う等により更に精度の向上が可能となる。尚、積算条件は装置固有の値である。

図１０は、熱電変換素子の温度を検出する温度検知手段を備えた定着装置を示す図である。また、図１１は、温度検知手段を備えた構成における熱電変換素子周辺を示す分解斜視図である。なお、温度検知手段を備えたこと以外の構成は、図２の定着装置と同じである。

図１０及び図１１に示すように、熱電変換素子であるペルチェ素子７０の主面（冷却面）７１側に温度検知手段７５を備え、温度を検知することにより、検知された温度を基に適正な温度(例えば１５０℃)になるようにペルチェ素子７０の制御をより精度良く行うことができる。すなわち、温度検知手段７５による検出温度が所定温度に達したらペルチェ素子７０に通電するものである。

なお、本実施形態においては、熱電変換素子としてペルチェ素子を用いることにより、小型で低コストな熱電変換素子として定着装置に搭載適用することができ、本発明を具現化することができる。

また、図示はしないが、蓄電手段である二次電池を備え、熱電変換素子（ペルチェ素子７０）からの出力される直流電流を蓄電することも可能である。この場合、ペルチェ素子７０への出力を二次電池から行ってもよく、蓄電量等により商用交流電源を直流に変換して使用しても良い。

上記説明した本発明による定着装置を画像形成装置に用いることにより、無駄なエネルギー消費を防止して、省エネ性が高く、且つ高寿命・高耐久性の画像形成装置を提供することが可能となる。

最後に、図１に示したカラーレーザープリンタ１の全体構成と動作について説明する。
図１に示す画像形成装置１は、カラーレーザープリンタであり、その装置本体の中央には、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが設けられている。各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。

具体的に、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８などを備える。なお、図１では、ブラックの作像部４Ｋが備える感光体５、帯電装置６、現像装置７、クリーニング装置８のみに符号を付しており、その他の作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃにおいては符号を省略している。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６と、二次転写バックアップローラ３２と、クリーニングバックアップローラ３３と、テンションローラ３４、ベルトクリーニング装置３５を備える。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２が回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

４つの一次転写ローラ３１は、それぞれ、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ３１と同様に、二次転写ローラ３６にも図示しない電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。このベルトクリーニング装置３５から伸びた図示しない廃トナー移送ホースは、図示しない廃トナー収容器の入り口部に接続されている。

プリンタ本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には補給用のトナーを収容した４つのトナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと上記各現像装置７との間には、図示しない補給路が設けてあり、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋから各現像装置７へトナーが補給されるようになっている。

一方、プリンタ本体の下部には、記録媒体としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１等が設けてある。ここで、記録媒体には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、図示しないが、手差し給紙機構が設けてあってもよい。

プリンタ本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐに転写された未定着画像を定着するための定着装置２０が配設されている。さらに、定着装置２０よりも搬送路Ｒの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３が設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ１４が設けてある。

続いて、図１を参照して、本実施形態に係るプリンタの基本的動作について説明する。
作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにおける各感光体５が図示しない駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ３１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写しきれなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。その後、図示しない除電装置によって各感光体５の表面が除電され、表面電位が初期化される。

画像形成装置の下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によってタイミングを計られて、二次転写ローラ３６と二次転写バックアップローラ３２との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。

その後、中間転写ベルト３０の周回走行に伴って、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、上記二次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写しきれなかった中間転写ベルト３０上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、除去されたトナーは図示しない廃トナー収容器へと搬送され回収される。

その後、用紙Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つの作像部を使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。定着装置の構成は、本発明を適用可能な範囲で適宜変更可能である。例えば、ニップ形成部材やその支持部材の形状あるいは構成は、図示例と異なる形態を採用することができる。また、ニップ形成部材及びその支持部材の材質も、適宜なものを用いることができる。ヒータの本数や種類なども任意である。

また、画像形成装置の構成も適宜変更可能であり、４色トナーを用いるものに限らず、３色のトナーを用いるフルカラー機や、２色のトナーによる多色機、あるいはモノクロ装置にも本発明を適用することができる。もちろん、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。

１ カラーレーザープリンタ（画像形成装置）
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 加圧ローラ（対向回転体）
２３ ハロゲンヒータ（加熱源）
２４ ニップ形成部材
２５ ステー（支持部材）
２６ 反射部材
２７ 遮蔽部材
２８ 温度センサ（温度検知手段）
７０ ペルチェ素子（熱電変換素子）
７１ 冷却側主面
７２ 加熱側主面
７５ 温度検知手段
２４０ 摺動シート（低摩擦シート）
２４１ ベースパッド
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（記録媒体）

特開２００７−２３３０１１号公報

Claims (12)

1. 回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内側に配設され支持部材により支持されたニップ形成部材と、前記定着ベルトを介して前記ニップ形成部材と当接することにより前記定着ベルトとの間にニップ部を形成する対向回転体と、前記定着ベルトを加熱する加熱源とを備え、
   前記ニップ部に、未定着画像を担持した記録媒体を搬送して、当該記録媒体に未定着画像を定着する定着装置において、
   前記ニップ形成部材と前記支持部材との間に、通電されることにより降温する冷却面と昇温する加熱面とを有する熱電変換素子と、前記熱電変換素子への通電手段とを備えることを特徴とする定着装置。
2. 動作中に所定の条件となった場合に、前記熱電変換素子に通電することを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 動作中は常に前記熱電変換素子に通電することを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
4. 連続する動作時間が所定時間となった場合に前記熱電変換素子に通電することを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
5. 所定の時間内で積算された動作時間が所定時間となった場合に前記熱電変換素子に通電することを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
6. 連続する通紙枚数が所定枚数となった場合に前記熱電変換素子に通電することを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
7. 所定の時間内で積算された通紙枚数が所定枚数となった場合に前記熱電変換素子に通電することを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
8. 前記熱電変換素子の前記ニップ形成部材側に温度検知手段を有し、該温度検知手段で検知した温度が所定温度に達した場合に前記熱電変換素子に通電することを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
9. 前記熱電変換素子と前記ニップ形成部材側とが密着された構成であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の定着装置。
10. 前記熱電変換素子が発電した電力を蓄電する蓄電手段を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の定着装置。
11. 前記熱電変換素子がペルチェ素子であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の定着装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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