定着装置及びこれを用いた画像形成装置
【課題】 定着後の記録材から熱回収を行い、定着前の記録材へ熱伝達を行うに際し、直接的な熱回収伝達を行うことで、加熱エネルギーを少なくする。
【解決手段】 記録材５上のトナー像を加熱する定着ユニット１と、定着ユニット１から送り出された記録材５の熱を回収して定着ユニット１に送り込まれる記録材５に伝達する熱回収伝達ユニット２とを備えた定着装置において、熱回収伝達ユニット２は、複数の張架部材４に張架されて循環移動し且つ記録材５を搬送するベルト部材３を有し、このベルト部材３のうち、定着ユニット１の下流側には記録材５に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収せしめられる熱回収部ＨＣを設けると共に、定着ユニット１の上流側には記録材５に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達せしめられる熱伝達部ＨＴを設ける。
【解決手段】 記録材５上のトナー像を加熱する定着ユニット１と、定着ユニット１から送り出された記録材５の熱を回収して定着ユニット１に送り込まれる記録材５に伝達する熱回収伝達ユニット２とを備えた定着装置において、熱回収伝達ユニット２は、複数の張架部材４に張架されて循環移動し且つ記録材５を搬送するベルト部材３を有し、このベルト部材３のうち、定着ユニット１の下流側には記録材５に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収せしめられる熱回収部ＨＣを設けると共に、定着ユニット１の上流側には記録材５に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達せしめられる熱伝達部ＨＴを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式や静電記録方式等を採用した複写機やプリンタ等の画像形成装置で用いられる定着装置及びこれを用いた画像形成装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の画像形成装置としては、感光体等に形成された各色成分トナー像を中間転写体に順次一次転写し、中間転写体上の多色トナー像を二次転写装置（一括転写装置）にて用紙に一括転写するようにしたものが知られている。
このようなカラー画像形成装置では、近年、高速化、小型化、省エネ化への要求が強く、中でも、画像形成プロセス上最もエネルギーを消費する熱定着器について、環境負荷低減を狙った省エネルギー化技術（省電力化技術）が必要とされてきている。
このような要請に対し、定着器から搬出された定着済の用紙の熱を直接的又は間接的に定着前の用紙に伝達させ、用紙を定着前に予備加熱することで、その後の定着に要する加熱エネルギーを削減したり、加熱電力を増大させずに定着速度を速めるような技術が提示されている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３２８４１２号公報（実施例、図２〜１５）
【特許文献２】特開２０００−３３８８０３号公報（発明の実施の形態、図１）
【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、このような技術において、定着後の用紙を直接定着前の用紙に接触させるようにした構成にあっては、用紙が連続紙（ロール紙）の場合のみの適用に限られ、用紙がカット紙の場合は不可となり、適用可能な用紙の汎用性に欠ける問題がある。
また、図１６に示すように、感光体２０１のトナー像が転写された用紙２０２を定着装置２０３にて定着する際、定着装置２０３の上流側部位２０４と下流側部位２０５との間にブロック付きヒートパイプ２０６を設け、下流側部位２０５での定着後の用紙２０２の熱を上流側部位２０４に伝達する方式が提案されている（例えば特許文献１参照）。
このようなブロック付きヒートパイプの例や、更には、伝熱ブロック、伝熱板、伝熱ロールとベルトとの組み合わせ等の伝熱手段を介して、定着後の用紙の熱を定着前の用紙に伝えるようにした構成にあっては、カット紙の適用が可能となり用紙の汎用性は確保されるが、伝熱手段での熱量が定常化して熱回収／熱伝達効果が十分に得られるには、伝熱手段そのものが用紙からの熱伝導により温度上昇を繰り返し、定着後の用紙温度に近づく必要がある。すなわち、かかる構成では、上述した伝熱手段の昇温に時間がかかるため、すぐには定着の加熱エネルギーを低減することができないという問題がある。
【０００５】
特に、このような場合、数十枚以下のプリント、コピー動作を間欠的に行うことが多い中小型の画像形成装置では効果が得にくいことに繋がる。
更に、熱回収／熱伝達効果をすぐさま行う（立ち上がりを速くする）ようにしようとして、伝熱手段に補助加熱を加えるような方法では、却って多くのエネルギーを消費することもあり、省エネルギー化にとって得策とは言えない。
【０００６】
また、図１７に示すように、転写ベルト３０１と用紙搬送ベルト３０２とを対向配置させ、転写ベルト３０１の内側にヒータ３０３を有し、このヒータ３０３の両側（上流及び下流側）に圧接板３０４を設けて転写ベルト３０１と用紙搬送ベルト３０２との圧接状態を構成し、転写ベルト３０１と用紙搬送ベルト３０２との間で用紙３０５を搬送させるようにしたものにおいて、用紙搬送ベルト３０２の内側に用紙搬送ベルト３０２の移動方向とは逆向きに移動する熱伝達ベルト３０６を設けて、ヒータ３０３の下流側での吸熱を上流側に移動させ、用紙３０５を予備加熱しようとする提案もなされている（例えば特許文献２参照）。
しかしながら、かかる構成にあっては、用紙を搬送する搬送ベルトが熱の伝達媒体ではなく、搬送ベルトとは別体に設けた熱伝達ベルト３０６を用いる点から、構成が複雑且つ熱伝達効率も悪くなる。
【０００７】
以上のように、これらの先行技術にあっては、いずれも定着後の用紙の熱を熱回収伝達部材を介して間接的に定着前の用紙に伝達しているに過ぎない。
本発明は、上述したような技術的課題を解決するためのものであり、定着後の記録材から熱回収を行い、定着前の記録材へ熱伝達を行うに際し、直接的な熱回収伝達を行うことで、加熱エネルギーの少ない定着装置及びこの定着装置を用いた画像形成装置を提供するようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明に係る定着装置の基本的構成は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、記録材５上のトナー像を加熱する定着ユニット１と、定着ユニット１から送り出された記録材５の熱を回収して定着ユニット１に送り込まれる記録材５に伝達する熱回収伝達ユニット２とを備えた定着装置において、熱回収伝達ユニット２は、複数の張架部材４に張架されて循環移動し且つ記録材５を搬送するベルト部材３を有し、このベルト部材３のうち、定着ユニット１の下流側には記録材５に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収せしめられる熱回収部ＨＣを設けると共に、定着ユニット１の上流側には記録材５に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達せしめられる熱伝達部ＨＴを設けることを特徴とするものである。
そのため、先行技術にあっては、記録材５の搬送機能を有する搬送部材とは別に、熱回収伝達機能を持った部材を用いて間接的に熱回収伝達を行う態様であったのに対し、本願においては、ベルト部材３が記録材５に対する搬送機能と熱回収伝達機能を兼ね備え、直接的に熱回収伝達を行うようにした点が大きく異なる。
【０００９】
このような技術的手段において、本願に係る定着装置は、記録材５上に形成されたトナー像を定着する際に、定着ユニット１を利用して行うものを対象とし、このとき、定着ユニット１としては記録材５上のトナー像を定着するために促進されるものであればよく、加熱単独で定着する方式や、例えば熱に圧力等を併用した方式等も含む。
また、熱回収伝達ユニット２としてベルト部材３を用いることで、比較的熱容量を小さく、記録材５との接触面積も広くすることができることから、効率的な熱の回収伝達が可能となる。
【００１０】
そして、熱回収部ＨＣ及び熱伝達部ＨＴは、ベルト部材３と記録材５との接触領域で構成され、熱回収部ＨＣで有効に熱回収を行うことで、加熱前の記録材５へ有効に熱伝達を行うことができ、熱効率を向上させることができる。尚、ベルト部材３の数量は特に限定されず、例えば記録材５を挟み込むように２個のベルト部材３を使用しても、定着ユニット１の下流側及び上流側に熱回収部ＨＣ及び熱伝達部ＨＴを備える態様であればよく、この場合、記録材５の搬送部材（本願のベルト部材３が相当）そのものが熱回収及び熱伝達を行うため、構成が簡単且つ熱効率がよい定着装置を実現することができる。
尚、「当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態」とは、ベルト部材３と記録材５との接触面の周囲では大気によって断熱される態様や断熱部材と接触する態様を含む。尚、記録材５をベルト部材３で両面から挟み込む態様であっても差し支えない。
【００１１】
更に、本発明においては、ベルト部材３の耐熱劣化を防ぎ、長寿命化する観点から、図１（ａ）に示すように、ベルト部材３を定着ユニット１から迂回配置することが好ましく、また、耐熱性のベルト部材３を用いて装置構成を簡略化させる観点から、図１（ｂ）に示すように、ベルト部材３は定着ユニット１の加熱部位を通過配置させるようにすればよい。この通過配置をさせる態様は、熱回収部ＨＣとして定着ユニット１のニップ域から下流側の長い領域を有効に使用することができ、ベルト部材３の熱回収が早期に実施されるようになり、例えばプロセス速度が上昇しても適用できるようになる。
【００１２】
そして、本発明における張架部材４は、ベルト部材３の循環経路を維持し、ベルト部材３を循環移動させるもので、ベルト部材３に熱回収部ＨＣで有効に熱を回収し、回収された熱を有効に熱伝達部ＨＴまで搬送する観点から、断熱層４ａを備えることが好ましい。
張架部材４が断熱層４ａを備えることで、ベルト部材３で回収された熱エネルギーを張架部材４との接触で減衰される量（熱伝導で張架部材４に吸熱される量）が少なくなり、ベルト部材３での熱回収／熱伝達を一層有効に作用させることができるようになる。尚、断熱層４ａは、張架部材４表面に断熱材を層状に形成してもよいし、例えば張架部材４自体を断熱材で構成することも含み、層の厚さ等は特に限定されない。
【００１３】
また、断熱層４ａとして弾性発泡体を使用することで、発泡体の気泡の断熱効果も手伝って、断熱性能が向上するようになる。このとき、弾性発泡体の代表的態様としては、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂の発泡体が挙げられる。
更に、断熱層４ａは、ベルト部材３との接触面積を小さくするように、表面に凹凸面を備えるようにすれば、張架部材４とベルト部材３との接触時に、互いの接触面積を減らすことができ、張架部材４へ吸熱される熱が少なくなり、断熱効果が一層向上する。また、このときの断熱層４ａの形状は、ベルト部材３を循環可能にできる形状であれば特に限定されないが、例えば張架部材４の回転軸と交差する方向に凸形状を離散的に配置した形状としてもよいし、回転軸に傾斜する方向に離散的に配置した形状としてもよい。
【００１４】
そして、本発明においては、張架部材４として中空状の金属製ロール表面に断熱層４ａを備えるようにすれば、加工性、剛性に優れた張架部材４が実現できる。また、張架部材４のロールを中空態様とすることで、張架部材４自体の熱容量が一層小さくなり、ベルト部材３の熱が断熱層４ａを経由して金属製ロールに伝達されても短時間に温度上昇を飽和させることができ、ベルト部材３から張架部材４への吸熱も減り、ベルト部材３による記録材５への有効な熱の伝達が短期に可能になる。更に、中空状の金属ロールを特に薄肉形状とすれば、張架部材４の熱容量が更に小さくなり、上述の効果が更に向上するようになる。
【００１５】
更に、本発明にあっては、記録材５からの熱回収及び記録材５への熱伝達を有効に行う観点から、熱回収部ＨＣ及び熱伝達部ＨＴでは、ベルト部材３は記録材５の片面のみと接するようにする方がよい。そのことにより、記録材５の熱を回収／伝達するベルト部材３の熱容量を記録材５の両面で接する場合に比べ大きくでき、更に、記録材５の片面を熱伝導率が非常に小さい大気にさらすことができ、記録材５からの熱回収及び記録材５への熱伝達が一層効率的になる。
また、この場合、ベルト部材３は、熱回収部ＨＣ及び熱伝達部ＨＴでは記録材５のトナー像面とは逆の面で接触するようにすることが好ましく、このことにより、ベルト部材３と未定着トナー像が接触することを避けることができ、画質を損なうことがない。尚、熱回収部ＨＣ及び熱伝達部ＨＴでは、ベルト部材３と接する記録材５の方向（記録材５がベルト部材３の上方に位置するか又は下方に位置するか）は特に限定されないが、記録材５が鉛直下方側に位置する場合、記録材５は必要な部位で上方に位置するベルト部材３に静電吸着又は吸引等により接触保持させるようにすればよい。
【００１６】
更に、本発明においては、図２に示すように、ベルト部材３が定着ユニット１を迂回配置される態様において、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣにて記録材５とベルト部材３との接触を有効に保つ観点から、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣには、静電気力にてベルト部材３に記録材５を吸着させる静電吸着装置６を設けることが好ましい。
また、ベルト部材３への不要な電荷蓄積を防ぐ観点から、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣに配設される二つの静電吸着装置６（６ａ，６ｂ）は、ベルト部材３の帯電極性が互いに逆方向になるように構成されることが好ましい。
【００１７】
そして、熱伝達部ＨＴに設けられる静電吸着装置６ａとしては、トナー像面への影響をなくし、画質を維持する観点から、記録材５のトナー像面と非接触配置されることが好ましい。この場合、トナー像面側からコロナ帯電器によって記録材５を静電吸着する態様や、張架部材４にトナーの帯電極性と異なる極性のバイアスを印加するようにした態様が挙げられる。
一方、熱回収部ＨＣに設けられる静電吸着装置６ｂとしては、記録材５に対し非接触配置されるコロナ帯電器の態様や、トナー像面に対し接触配置される板状若しくはフィルム状の帯電部材の態様が挙げられる。尚、この板状若しくはフィルム状の帯電部材を使用する態様においては、記録材５との摩擦力を減少させ記録材５の送りをスムーズにする観点及び浮遊トナー等異物の付着を防止する観点から、帯電部材の表面には離型層が施されることが好ましい。
【００１８】
更に、ベルト部材３への記録材５の吸着条件を安定化させる観点から、静電吸着装置６の駆動は、少なくともベルト部材３が駆動されている間に行われるものとすることが好ましい。また、この場合、ベルト部材３の一部が異常にチャージアップすることも防ぐことができるようになる。
【００１９】
そして、本発明は、上述した定着装置のみならず、画像形成装置をも対象とするものであり、この場合、記録材５上にトナー像を形成する作像手段と、この記録材５上に形成されたトナー像を定着する定着装置とを備え、この定着装置として上述の定着装置を配設するようにすればよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の基本的構成によれば、記録材上のトナー像を加熱する定着ユニットと、定着ユニットから送り出された記録材の熱を回収して定着ユニットに送り込まれる記録材に伝達する熱回収伝達ユニットとを備えた定着装置において、複数の張架部材に張架されて循環移動し且つ記録材を搬送するベルト部材を有し、このベルト部材のうち、定着ユニットの下流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収せしめられる熱回収部を設けると共に、定着ユニットの上流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達せしめられる熱伝達部を設けた熱回収伝達ユニットを備えたので、ベルト部材が記録材の搬送機能と記録材への熱回収伝達機能を兼ね備え、記録材への直接的な熱回収伝達を行うことができる。そのため、従来の間接的な熱回収伝達方式に比べ、定着時の加熱エネルギーを大きく低減することが可能となり、省電力化された定着装置が実現できる。
【００２１】
また、本発明においては、記録材をベルト部材に静電吸着装置を用いて吸着させるようにしたので、トナー像面への影響を防ぎ、画質を維持した状態で記録材からの熱回収並びに記録材への熱伝達を有効に行うことが可能になる。
【００２２】
更に、記録材上にトナー像を形成する作像手段と、記録材上に形成されたトナー像を定着する定着装置を備えた画像形成装置において、定着装置として、上述の定着装置を備えるようにすれば、省電力化された画像形成装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図３は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す概要図である。
同図において、本実施の形態の画像形成装置は、プラテン１１上の原稿を読み取る原稿読取装置１０と、例えば電子写真方式にて四つの各色成分（本実施の形態ではイエロ、マゼンタ、シアン、ブラック）画像（トナー像）を形成する画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）と、各画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）にて形成された各色成分画像が順次転写（一次転写）されて保持される中間転写ベルト３０と、中間転写ベルト３０上に転写された重ね画像を用紙（記録材）に一括転写（二次転写）する二次転写装置３１と、二次転写された画像を用紙上に定着させる定着装置７０と、各種サイズの用紙を供給する給紙トレイ５１〜５３と、トナー像形成を終えた用紙を収容する排紙トレイ５５と、給紙トレイ５１〜５３から排紙トレイ５５までの用紙搬送を行う複数の用紙搬送経路とを備えたものである。
【００２４】
本実施の形態において、原稿読取装置１０は、例えば、プラテン１１の下方に配置された原稿読取部１２とプラテン１１の上方に配置されたＡＤＦ（Auto Document Feeder）１３にて構成されている。原稿読取部１２は、プラテン１１上にセットされた原稿面に光を照射する光源と、原稿面からの反射光を電気信号に変換するＣＣＤ等の光電変換素子と、原稿面からの反射光を光電変換素子に導く経路を形成する適宜数のミラーと、原稿面からの反射光を光電変換素子の結像面上に結像させる結像レンズ等を備えている。そのため、原稿読取装置１０では、プラテン１１上にマニュアルでセットされた原稿やＡＤＦ１３を介してセットされた原稿を読み取り、対応する画像データに変換するようになっている。
【００２５】
また、各画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）は、夫々感光体ドラム２１を有し、各感光体ドラム２１の周囲には、感光体ドラム２１が帯電される帯電ロール等の帯電装置２２、帯電された感光体ドラム２１上に静電潜像（主としては原稿読取装置１０で読み取られた画像データ又は他の記録媒体等から取り込まれた画像データに基づく静電潜像）を書き込むレーザスキャナ等の露光装置２３、感光体ドラム２１上に書き込まれた静電潜像を各色成分トナーにて現像する現像装置２４、感光体ドラム２１上のトナー像を中間転写ベルト３０上に転写する転写ロール等の一次転写装置２５及び感光体ドラム２１上の残留トナーを除去するドラムクリーナ２６を夫々配設したものである。
尚、符号２７（２７ａ〜２７ｄ）は、現像装置２４へトナーを補給するトナー補給装置であり、各色トナーが夫々の現像装置２４へ補給されるようになっている。
【００２６】
更に、中間転写ベルト３０は、例えば、ポリイミド樹脂に導電性カーボンブラックを混練した、体積抵抗率が１０９〜１０１２Ω・ｃｍ程度のフィルム状の無端ベルトからなり、３個の張架ロール３２〜３４に掛け渡されている。
そして、本実施の形態では、張架ロール３３を張架ロール３２より下方に配置することで、中間転写ベルト３０を斜め下向きになるように配置し、各画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）は、張架ロール３３と張架ロール３４との間の中間転写ベルト３０に沿って、中間転写ベルト３０の下方側に配置されている。そのため、画像形成ユニット２０でのトナー飛散が中間転写ベルト３０上に影響せず、汚れの少ない高画質な画像を維持できるようになっている。
また、本実施の形態においては、張架ロール３２が二次転写装置３１のバックアップロールとして働いており、画像形成ユニット２０にて中間転写ベルト３０上に形成されたトナー像を二次転写装置３１で用紙上に一括転写するようになっている。そのため、中間転写ベルト３０上にトナー像が形成された後、すぐに用紙上に二次転写されることから、中間転写ベルト３０上でのトナー像の乱れを防ぎ、画質を一層向上させた画像形成が可能となっている。尚、図中の符号３５は、中間転写ベルト３０上の残留トナーを清掃するベルトクリーナである。
【００２７】
そして、本実施の形態における定着装置７０は、二次転写位置に対し略水平方向に配置され、図４に示すような構成となっている。
同図において、定着装置７０は、用紙Ｓ上のトナーを溶融定着する定着ユニット８０と、用紙Ｓ上の熱を定着ユニット８０の下流側の熱回収部ＨＣにて回収し、定着ユニット８０の上流側の熱伝達部ＨＴにて後続の用紙Ｓに回収した熱を伝達する熱回収ベルト９１と、この熱回収ベルト９１を張架する７個の張架ロール９２とで構成される熱回収伝達ユニットとしてのベルトユニット９０とが設けられている。
【００２８】
定着ユニット８０は、図５に示すように、上部ユニット８０ａと下部ユニット８０ｂとで構成されている。上部ユニット８０ａは、加圧ロール８１と、加圧ロール８１を覆うように設けられた断熱カバー８２ａとを有し、下部ユニット８０ｂは、内部にヒータ８７を配置した加熱ロール８６と、この加熱ロール８６を覆うように設けられた断熱カバー８２ｂとを有している。また、断熱カバー８２ａ，８２ｂは、夫々加圧ロール８１及び加熱ロール８６側に金属の熱輻射板８５ａ，８５ｂを備え、その外側を真空断熱材８４ａ，８４ｂで覆った形状を採っている。尚、符号８３ａ，８３ｂは外装カバーである。
本実施の形態では、加圧ロール８１及び加熱ロール８６と夫々の断熱カバー８２ａ，８２ｂとは、例えば３〜２０ｍｍの距離を隔てて配置され、断熱カバー８２ａ，８２ｂが加圧ロール８１及び加熱ロール８６を互いに上下方向から挟み込むような形となっている。また、本実施の形態では、加圧ロール８１と加熱ロール８６とが鉛直方向に対向配置されているため、このニップ域を用紙Ｓが略水平方向に移動するようになっている（図４参照）が、本願における用紙搬送方向は特にこれに限定されるものではない。
【００２９】
一方、熱回収ベルト９１は、７５μｍ厚のポリイミドフィルムで構成され、定着ユニット８０の下流側の熱回収部ＨＣで用紙Ｓと接触して用紙Ｓの熱を回収し、そのまま循環移動した後、定着ユニット８０の上流側の熱伝達部ＨＴで用紙Ｓと接触し、回収した熱を用紙Ｓへ伝達するようになっている。
【００３０】
本実施の形態における熱回収ベルト９１としては、用紙Ｓからの熱回収及び用紙Ｓへの熱伝達を行う上で、その熱容量を適宜選択する必要がある。
すなわち、熱回収ベルト９１の熱容量が小さすぎると、熱回収ベルト９１自体の温度の立ち上がりは速くなるが、用紙Ｓから熱を回収しても、後続の用紙Ｓへの熱伝達を行うまでに回収した熱が消散し易く、また、定着前の用紙Ｓへ熱伝達を行う際にも十分用紙Ｓを加熱することができないこともあり、有効な熱伝達を行うことが困難となる。
また、反対に熱回収ベルト９１の熱容量が大きすぎると、熱回収ベルト９１の温度の立ち上がりは遅くなり、安定するまでの時間が必要となる。そのため、定着前の用紙Ｓへの有効な熱伝達を行うまでには時間がかかり、例えば数枚程度のプリントを繰り返すような使用形態では定着前の用紙Ｓに予備加熱を加えることが有効に行えない。
よって、熱回収ベルト９１で有効に熱回収／熱伝達を行うには、使用する用紙Ｓ程度の熱容量（単位面積当たり）から数倍程度の熱容量までが好ましい。
本実施の形態では、ポリイミドの７５μｍのフィルムを使用していることから、用紙Ｓの１枚目からの熱回収を可能にしている。
【００３１】
更に、本実施の形態では、熱回収ベルト９１による熱回収／熱伝達をより効果的に行うようにするため、熱回収ベルト９１と接触する張架ロール９２への吸熱を少なくするようにしている。
本実施の形態での張架ロール９２は、図６の平面図及び図７の断面図に示すように、肉厚の薄いステンレス（ＳＵＳ）パイプ９２１上を表面が凹凸形状をしたウレタン樹脂よりなる発泡層９２２で覆ったもので、発泡層９２２の凹部９２２ａと凸部９２２ｂとは、張架ロール９２の軸に直交する方向に形成されている。尚、図６中、符号９２ａ，９２ｂは、張架ロール９２の両端に設けられた回転軸である。
本実施の形態では、張架ロール９２の表面を発泡層９２２で覆い、更に、発泡層９２２の表面を凹凸形状としたことで、熱回収ベルト９１と張架ロール９２との接触域では熱回収ベルト９１の熱が張架ロール９２側に吸収されることを少なくしている。また、肉厚の薄いＳＵＳパイプ９２１を使用することで、張架ロール９２自体の熱容量を小さくすることができ、熱伝導等で張架ロール９２の温度が上昇しても、速く飽和することができ、張架ロール９２での余分な熱の吸収が少なくなるようになっている。
そのため、熱回収ベルト９１での熱回収／熱伝達を一層効率的に行うことができるようになっている。
【００３２】
更に、本実施の形態では、定着ユニット８０の上流側で熱回収ベルト９１の内側には、熱回収ベルト９１へ用紙Ｓを吸着するための帯電電荷を付与するコロトロン等の帯電装置（図示せず）が配置されている。
【００３３】
また、図３に示すように、本実施の形態において給紙トレイ５１〜５３は、画像形成装置の上方と下方に分かれて設けられ、上方に設けた給紙トレイ５１に頻度の高い用紙を適用させるようにすれば、給紙トレイ５１への用紙補給時に、ユーザーが楽な姿勢で対応できるようになる。更に、本実施の形態においては、排紙トレイ５５を給紙トレイ５１の上方に設けているので、排紙トレイ５５に排紙された用紙を回収する際にもユーザーが楽な姿勢で対応できるようになっている。尚、図中、符号５４は、画像形成装置の側方に設けた手差し用紙が投入可能な手差しトレイである。
【００３４】
更にまた、本実施の形態での用紙搬送経路は、次のように構成されている。給紙トレイ５１から略鉛直下方に延びる第１搬送路６１と、給紙トレイ５２，５３から上方に延びる第２搬送路６２と、手差しトレイ５４から延びる第３搬送路６３とがあり、これらの搬送路は二次転写部位で合流し、主搬送路６４へと繋がり、排紙トレイ５５まで延びている。
また、この主搬送路６４の途中から、用紙を反転して二次転写部位に戻す反転搬送路６５が繋がっている。そして、これらの搬送路には、多数の搬送ロールが設置され、用紙の搬送が確実になされるようになっている。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な画像形成プロセスについて、図３を基に説明する。今、原稿読取装置１０にて読み取られた各色成分画像（イエロ、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像データが各画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）の露光装置２３に送出されると、各画像形成ユニット２０の感光体ドラム２１上には各色成分毎の静電潜像が形成されると共に、対応する色トナーが収容された現像装置２４にて静電潜像が顕像化され、感光体ドラム２１上に各色未定着トナー像が形成される。
そして、各色成分の未定着トナー像は、各感光体ドラム２１と中間転写ベルト３０とが接する一次転写部位において、一次転写装置２５によって中間転写ベルト３０上に順次一次転写され、重ね合わせられる。
【００３６】
このようにして中間転写ベルト３０に一次転写された未定着トナー像は、中間転写ベルト３０の回転に伴って、第１搬送路６１、第２搬送路６２及び第３搬送路６３の合流点である二次転写部位へと搬送される。
二次転写部位では、二次転写装置３１と張架ロール３２との間に印加された図示外の転写バイアスにより、例えば給紙トレイ５１等から搬送された用紙上に、前記中間転写ベルト３０上の未定着トナー像が一括転写される。用紙上に一括転写された未定着トナー像は、定着装置７０にて定着された後、主搬送路６４を通って排紙トレイ５５へと排出される。
【００３７】
このような画像形成プロセスにおける定着装置７０の作動について、図４を中心に詳細に説明する。
二次転写され未定着トナー像が転写された用紙Ｓは、図示外の帯電装置によって帯電された熱回収ベルト９１の位置まで達すると、熱回収ベルト９１側へ吸着される。本実施の形態では、用紙Ｓの鉛直下方側に未定着トナー像が転写されていることから、熱回収ベルト９１側へ用紙Ｓが吸着されても、特にトナー像を劣化させることもない。
そして、定着ユニット８０に達する前に、用紙Ｓの腰を利用したり、剥離爪等を使用して熱回収ベルト９１から用紙を剥離するようにして、定着ユニット８０側へ向かわせ、定着ユニット８０中の加圧ロール８１と加熱ロール８６とのニップ域を通過させることで、用紙Ｓ上の未定着トナー像は定着される。定着を終えた用紙Ｓは、帯電された熱回収ベルト９１に再度吸着され、熱回収ベルト９１から用紙の腰を利用して剥離される。尚、熱回収ベルト９１の移動速度と定着ユニット８０の加圧ロール８１と加熱ロール８６とのニップ域での用紙速度は同じになるようにしているため、用紙Ｓの搬送性に特に支障はない。
【００３８】
このような定着装置７０にて、定着ユニット８０から排出された用紙Ｓは、加熱ロール８６による加熱を受け、温度が高くなっている（通常、定着時には使用するトナーの融点以上になるため、定着ユニット８０から排出された直後もほぼ同様の温度を保っている）が、定着ユニット８０の下流側の熱回収部ＨＣでは、用紙Ｓが熱回収ベルト９１と接することで用紙Ｓの熱が熱回収ベルト９１側へ熱伝導を行い、熱回収ベルト９１の温度を上昇させる。このとき、熱回収ベルト９１として、適正な熱容量のベルトを使用していることから、熱回収ベルト９１の熱容量はある程度小さくでき、その温度上昇速度（熱回収による）を速くすることができる。また、このとき、用紙Ｓの片側は大気にさらされているため、用紙Ｓの熱は熱抵抗の小さい熱回収ベルト９１側へ有効に伝達され、熱回収される。
更に、熱回収部ＨＣで熱回収を終えた熱回収ベルト９１は、そのまま循環経路を循環して定着ユニット８０の上流側の熱伝達部ＨＴで次に搬送される用紙Ｓと接触し、熱回収部ＨＣで事前に回収した熱を用紙Ｓに伝達し、予備加熱するようになる。
【００３９】
すなわち、本実施の形態では、７５μｍのポリイミドフィルムを熱回収ベルト９１としたことで、用紙に対する熱回収及び熱伝達が可能な熱回収ベルト９１を実現している。更に、この熱回収ベルト９１を支持する張架ロール９２として、上述の張架ロール９２を使用することで、熱回収ベルト９１が接触する張架ロール９２への吸熱（張架ロール９２に熱を取られ、熱回収ベルト９１の温度が余分に低下する）を抑えている。
したがって、本実施の形態においては、有効に定着前の用紙を予備加熱することができるため、定着時の熱エネルギーを小さくでき、省電力化に適した画像形成装置を実現できる。また、熱回収ベルト９１による熱回収の立ち上がりが速いため、熱回収ベルト９１の１周目から熱回収及び後続用紙への予備加熱が可能になり、１０枚以下のプリントを繰り返すような使用形態にあっても、定着時の加熱エネルギーを低減できる。更に、熱容量の小さい熱回収ベルト９１を使用したので、熱回収ベルト９１と用紙との熱交換が短時間で可能になり、装置の小型化が可能で、かつ、高速化も可能となる。尚、熱回収ベルト９１は、適用する装置の条件によって適切な構成が異なることは云うまでもない。
【００４０】
本実施の形態では、定着装置７０へ進入する際のトナー像面を下方にしたが、例えばトナー像面を熱回収ベルト９１側に接するようにしても、トナー飛散を防ぐように熱回収ベルト９１と用紙との移動速度を制御するようにすれば使用できる。
また、熱回収ベルト９１そのものを用紙搬送経路の主搬送路６４（例えば図３参照）の下方側に設けることも可能で、更に、定着ユニット８０の加熱源として、ロールの代わりに例えばランプヒータを使用して非接触加熱することも可能である。更にまた、加熱源を用紙の上方に配置したり、用紙の上下に配置することも可能である。
また、本実施の形態では、定着ユニット８０の下流側の熱回収部ＨＣと上流側の熱伝達部ＨＴでの用紙Ｓとの接触時間をほぼ同等としたが、熱回収ベルト９１と用紙Ｓとの温度差や装置構成の都合等により、熱回収部ＨＣと熱伝達部ＨＴでの用紙Ｓとの接触時間を変えるようにしてもよい。
【００４１】
そして、本実施の形態では、熱回収ベルト９１を用紙Ｓと片面で接触する態様を示したが、例えば熱回収ベルト９１を２個設け、定着時には用紙を熱回収ベルト９１で挟み込むようにしても差し支えない。この場合、用紙Ｓを搬送する搬送部材としての熱回収ベルト９１自体が、熱回収／熱伝達を行うようになり、熱回収ベルト９１側に用紙Ｓを吸着するための例えば帯電電荷を付与するための帯電装置等を設ける必要がなく、用紙搬送構成が簡略化される。尚、このとき、２個の熱回収ベルト９１にて同等に用紙との熱交換を行うように、同様の厚さの熱回収ベルト９１を設けてもよいし、厚さを変えて片側の熱回収ベルト９１側に多くの熱交換を行わせるようにしてもよい。
【００４２】
また、図８は、上述した実施の形態で使用した張架ロール９２（例えば図６参照）と形状のみが異なる張架ロール９２であり、断熱層としての発泡層９２２の表面形状（凹凸形状）を同図のように加工したものである。
この張架ロール９２は、ロール軸に対し斜めに凸部９２２ｂを設けたもので、凸部９２２ｂが図の矢印Ａ方向に回転するように回転軸９２ａ，９２ｂをセットするようにすれば、張架ロール９２が回転する際、熱回収ベルト９１（例えば図４参照）を絶えずベルトの外側（ベルトの移動方向と直交する方向）に向かって張る方向に力を作用させることができ、熱回収ベルト９１の循環姿勢を一層安定させることができる。
このとき、上述した実施の形態と同様の発泡層９２２が形成されているため、この例によっても、熱回収ベルト９１からの吸熱を抑えることができ、省電力化を実現した画像形成装置が可能になる。
【００４３】
◎実施の形態２
図９は、本発明に係る画像形成装置に用いられる定着装置７０の実施の形態２を示す。
本実施の形態に係る画像形成装置の基本的構成は、実施の形態１と同様のため省略し、定着装置７０のみ示す。尚、実施の形態１と同様な構成要素については実施の形態１と同様の符号を付してここではその詳細な説明は省略する。
【００４４】
本実施の形態における定着装置７０は、熱回収ベルト９１を定着ユニット８０内まで経由させたベルトニップ方式の定着装置７０である。
定着ユニット８０の構成は実施の形態１と同様であるが、熱回収ベルト９１がこの定着ユニット８０の加圧ロール８１と加熱ロール８６のニップ域を通過するため、熱回収ベルト９１の昇温速度が実施の形態１より速くなっている。
また、本実施の形態における熱回収ベルト９１は、上述のニップ域により従動され、循環移動するようになっているため、定着ユニット８０の上流側の熱伝達部ＨＴで熱回収ベルト９１に吸着した用紙Ｓは、熱回収ベルト９１の移動と共に、そのまま排出位置（熱回収ベルト９１の最下流側）まで移動する。
本実施の形態では、熱回収ベルト９１によって用紙Ｓが吸着搬送されるため、定着ユニット８０への巻きつきジャム防止効果がある。
【００４５】
このような構成のため、本実施の形態にあっては、熱回収ベルト９１での熱回収は、定着ユニット８０下流側の熱回収部ＨＣが、定着ユニット８０のニップ域から排出位置までの長い距離になり、有効に熱回収を行うことができる。そのため、熱回収ベルト９１の昇温速度を速めることができ、熱回収ベルト９１の熱容量を実施の形態１より大きくすることも可能で、熱伝達部ＨＴでの用紙Ｓへの熱伝達に際しても、十分熱伝達が可能になる。このとき、ニップ域で熱回収ベルト９１を直接加熱すると却って定着エネルギーを消費するため、本実施の形態では用紙Ｓを介して熱回収ベルト９１を昇温させるようにしている。また、本実施の形態では、熱回収ベルト９１を耐熱性の高いポリイミド樹脂を使用することで、定着ユニット８０内に熱回収ベルト９１を通しても、熱回収ベルト９１の熱劣化を抑止できるようになっている。
したがって、本実施の形態にあっても、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００４６】
◎実施の形態３
図１０は、本発明に係る画像形成装置に用いられる定着装置７０の実施の形態３を示す。本実施の形態に係る画像形成装置の基本的構成は、実施の形態１と同様のため省略し、定着装置７０のみ示す。尚、実施の形態１と同様な構成要素については実施の形態１と同様の符号を付してここではその詳細な説明は省略する。
【００４７】
本実施の形態の定着装置７０は、実施の形態１の定着装置（例えば図４参照）と略同様に構成されるが、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣの入口部分の張架ロール９２に対向して、熱回収ベルト９１と離間した位置に例えばコロトロン等のコロナ帯電器９３，９４が配設されている点が異なる。
この２個のコロナ帯電器９３，９４は、夫々図示外の電源により、熱回収ベルト９１の帯電電位が熱伝達部ＨＴではプラス側（トナーの帯電電荷と異なる極性）、熱回収部ＨＣではマイナス側になるようにしている。用紙Ｓが定着ユニット８０に入る前は熱回収ベルト９１がトナーを引きつける方向に作用することから、トナー画像の乱れを抑えることができ、定着後は逆極性とすることで、熱回収ベルト９１自体に不要なチャージアップを来すことがないようになっている。
尚、コロナ帯電器９３，９４と対向する張架ロール９２は、コロナ帯電器９３，９４の対向電極を構成することから、張架ロール９２の断熱層の厚さ等は適宜選定されることはいうまでもない。例えば、張架ロール９２表面に断熱性を有する導電性樹脂（カーボンブラック等）を配合したフッ素系樹脂等を用いることで、断熱効果と静電的な用紙吸着効果を得るようにすることもできる。
更に、本実施の形態では、コロナ帯電器９３，９４への電圧印加は、熱回収ベルト９１が駆動される時間内に限って行われるようになっているため、熱回収ベルト９１の一部がチャージアップすることもない。
【００４８】
更に、本実施の形態では、ベルトユニット９０の上部には、ベルトユニット９０からの放熱を防ぐために、図１１に示すような遮熱フード１００が設けられている。この遮熱フード１００は、ベルトユニット９０を覆うように設けられ、ベルトユニット９０の張架ロール９２の両端部を回転可能に支持する２枚の支持プレート１０１（１０１ａ，１０１ｂ）と、ベルトユニット９０を上部から覆う２枚の天板１０２，１０３とで構成されている。これらの遮熱フード１００は、いずれもポリカーボネート樹脂で作製され、熱回収ベルト９１等からの熱の伝導、対流、輻射を抑え、熱回収ベルト９１の熱が十分維持されるようになっている。
【００４９】
そして、本実施の形態では、ベルトユニット９０の駆動は、定着装置７０を小型化するために、図１２に示すような駆動機構となっている。
同図において、駆動モータ１１１の回転軸に装着された駆動ギア１１２に噛合した中間ギア１１３と、定着ユニット８０の加熱ロール８６に装着されたロールギア１１６が噛合するように配設されている。また、中間ギア１１３からギア１１４を介して張架ロール９２のロールギア１１５が回転するように各ギアが噛合している。
したがって、本実施の形態では、駆動モータ１１１の回転によって、定着ユニット８０の加熱ロール８６と熱回収ベルト９１の張架ロール９２とが共に駆動回転されるようになっていることから、加熱ロール８６と熱回収ベルト９１との回転又は移動が同期を持って行われるようになる。尚、図１２では、駆動される張架ロール９２は熱回収部ＨＣの入口のものとしたがこれに限るものではなく、他の張架ロール９２であっても差し支えない。また、図中の定着ユニット８０の加熱ロール８６側の断熱カバーは省略している。
【００５０】
本実施の形態における定着装置７０の作動について、図１０を中心に詳細に説明する。
二次転写され未定着トナー像が転写された用紙Ｓは、熱伝達部ＨＴに設けられたコロナ帯電器９３によって帯電された熱回収ベルト９１の位置まで到達すると、熱回収ベルト９１側へ吸着される。本実施の形態では、用紙Ｓの鉛直下方側に未定着トナー像が転写されていることから、熱回収ベルト９１側へ用紙Ｓが吸着されても、特にトナー像を劣化させることもない。
そして、定着ユニット８０に達する前に、用紙Ｓの腰を利用したり、剥離爪等を使用して熱回収ベルト９１から用紙Ｓを剥離するようにして、定着ユニット８０側へ向かわせ、定着ユニット８０中の加圧ロール８１と加熱ロール８６とのニップ域を通過させることで、用紙Ｓ上の未定着トナー像は定着される。定着を終えた用紙Ｓは、熱回収部ＨＣに設けられたコロナ帯電器９４によって帯電された熱回収ベルト９１に再度吸着され、そのまま搬送される。そして、用紙Ｓの腰を利用したり、剥離爪等を使用して熱回収ベルト９１から剥離され、定着装置７０以降の工程に搬送される。
このとき、加熱ロール８６と熱回収ベルト９１とは同期して回転又は移動するようになっていることから、熱回収ベルト９１の移動速度と定着ユニット８０の加圧ロール８１と加熱ロール８６とのニップ域での用紙速度は同じになるようになっているため、用紙Ｓの搬送性に特に支障はない。
【００５１】
したがって、本実施の形態においても、熱回収部ＨＣで熱回収を終えた熱回収ベルト９１は、そのまま循環経路を循環して定着ユニット８０の上流側の熱伝達部ＨＴで次に搬送される用紙Ｓと接触し、熱回収部ＨＣで事前に回収した熱を用紙Ｓに伝達し、効果的な予備加熱が行われるようになる。
また、コロナ帯電器９３，９４に印加する極性や印加タイミングを考慮したので、熱回収ベルト９１での不要なチャージアップを抑えることができ、長期的にも安定した用紙Ｓの吸着性能が確保され、効果的な予備加熱を行うことが可能になる。
【００５２】
更に、本実施の形態では、熱回収ベルト９１を張架する張架ロール９２の断熱性を考慮し、遮熱フード１００も設けたので、一層有効に熱の回収並びに伝達が行えるようになる。
また、遮熱フード１００はポリカーボネート樹脂に限らず、耐熱性及び遮熱性が得られれば、他の樹脂材料でもよいし、金属等の表面処理を工夫して行うようにしても差し支えない。
【００５３】
◎実施の形態４
図１３は、本発明に係る画像形成装置に用いられる定着装置７０の実施の形態４を示す。本実施の形態に係る画像形成装置の基本的構成は、実施の形態１と同様のため省略し、定着装置７０のみを示す。また、本実施の形態の定着装置７０は実施の形態３の定着装置と略同様に構成されるが、実施の形態３の定着装置７０で使用した静電吸着装置としてのコロナ帯電器の代わりに、帯電部材を用いた点が実施の形態３と異なる。尚、実施の形態３と同様な構成要素については実施の形態３と同様の符号を付してここではその詳細な説明は省略する。
【００５４】
本実施の形態における定着装置７０は、熱伝達部ＨＴの入口にある張架ロール９２を帯電部材としている。そのため、張架ロール９２には、張架ロール９２をプラス側とするバイアス電源９５が接続されている。
また、熱回収部ＨＣの入口で定着ユニット８０の下流直後には、熱回収ベルト９１の外側にバイアス電源９７が接続された板状帯電器９６が熱回収ベルト９１に軽く接触するようにして配設されている。この板状帯電器９６は、板状帯電器９６側がプラス側になるようにバイアス電源９７が接続されている。尚、板状帯電器９６としては、金属等の導電性部材によって構成され、定着後の用紙Ｓのトナーをオフセットさせないように、その表面にはフッ素系樹脂等の高離型性コート層が施されている。
【００５５】
本実施の形態では、熱伝達部ＨＴの入口にある張架ロール９２にバイアス電源９５を接続したことで、熱回収ベルト９１側をプラスとし、マイナストナーが転写された用紙Ｓを熱回収ベルト９１側に吸着させることができる。
一方、熱回収部ＨＣでは、板状帯電器９６によって熱回収ベルト９１が熱伝達部ＨＴと異なる極性になるように帯電される。そして、定着ユニット８０を通過した用紙Ｓは、そのまま熱回収部ＨＣで熱回収ベルト９１に再吸着される。尚、このとき、熱回収部ＨＣの入口にある張架ロール９２を接地することで、熱回収ベルト９１の帯電が安定するようになっている。
【００５６】
そのため、熱回収ベルト９１と用紙Ｓとの密着は、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣの双方共に確保された状態で熱回収並びに熱伝達を行うことができ、実施の形態１と同様の効果を奏する。また、本実施の形態においても、熱伝達部ＨＴと熱回収部ＨＣで熱回収ベルト９１には異なる極性が付与されることから、熱回収ベルト９１の一部で不要なチャージアップを起こすことを防いでいる。
また、本実施の形態では、特に熱回収ベルト９１の周りに構成物が少なくて済むことから、特に小型化が可能になる。更に、これにより、紙詰まり等のジャムに際して用紙の除去を行うことも容易となる利点もある。
【実施例】
【００５７】
◎実施例１
本実施例は、実施の形態１と同等の構成にて、具体的な用紙の予備加熱効果を確認するために温度測定を行ったものである。
このときの各種条件は次のようにした。
使用した熱回収ベルトは、７５μｍ厚のポリイミドフィルムとした。
張架ロールは、外径１３ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのＳＵＳパイプ表面に厚さ３ｍｍの硬質ウレタンフォーム（熱伝導率０．０１〜０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ））を被覆したものを使用した。尚、本実施例では、簡略化のため張架ロールの断熱層表面は凹凸形状とせず、平坦な形状の断熱層（発泡層）を被覆した構造とした。
また、使用した用紙は、Ａ４判、富士ゼロックス（株）製Ｐ紙（坪量６５ｇｓｍ）を横送り（ＬＥＦ）で給紙した。
【００５８】
以上のような条件下で、定着ユニットの加熱ロールの表面温度を１６０℃に維持し、毎分４５枚のプリント（定着ユニットでの用紙送り速度は２１０ｍｍ／ｓ）を行ったところ、１枚目の用紙から熱回収を行い熱回収ベルトが１周したときに後続の用紙へ熱伝達がなされることが確認された。具体的な結果は、室温２５℃に対し３５℃に上昇することが観測された。また、熱回収ベルトが１０周（Ａ４判用紙２４枚相当）後の用紙温度は、３８℃となった。
すなわち、定着開始時の用紙温度が高くなった分、定着ユニットでの加熱エネルギーが低減できた。
また、比較として、張架ロールを表面に断熱層のないＳＵＳパイプのみで構成し、上記内容と同様の試験を行ったところ、熱回収ベルト１周での温度は２６℃であり、熱回収効果がないことが確認された。よって、張架ロールに断熱層を備える効果が明確な有意差として確認された。
【００５９】
◎実施例２
本実施例は、実施例１と同様の方法でテストを行ったもので、使用した張架ロールの構成が実施例１と異なるものである。
本実施例では、実施の形態１の形状の張架ロール（例えば図６，７参照）とし、肉厚０．５ｍｍのＳＵＳパイプ表面に、幅１．５ｍｍ、高さ３ｍｍの突起を７ｍｍピッチで設けたものとした。また、本実施例で使用した断熱層の材料は、実施例１と異なり、熱伝導率は０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の樹脂とした。
本実施例では、張架ロールとして実施例１より熱伝導率の高い樹脂（発泡体ではない）を使用しても、その表面に凹凸を設けることで、張架ロールと熱回収ベルトとの接触面積が減り、実施例１と同様の効果が得られることが確認された。
尚、張架ロールと熱回収ベルトとの接触面積（突起部の面積）を小さくする方が、熱回収ベルトから熱を奪うことが少なくなる点で好ましいが、この接触面積は熱回収ベルトの剛性状態によっても変化するもので、熱回収ベルトの張力によっては突起部からベルトにしわが入ることにもなり、用紙の熱回収ベルトへの吸着に影響を生じることも想定される。したがって、突起部は、このようなことがないように選定する必要がある。
【００６０】
◎実施例３
本実施例は、実施例１の構成で、熱回収ベルトの熱容量を変えたときの予備加熱効果を評価したものである。
本実施例では、熱回収ベルトとして、厚さ７５μｍと厚さ３００μｍのベルトとを使用した。このとき、厚さ７５μｍのベルトは７５μｍのポリイミドフィルムとし、厚さ３００μｍのベルトは７５μｍのポリイミドフィルムの裏面にシリコーンゴムシートを積層した構成とした。
尚、張架ロールは、実施例１と同様に、外径１３ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのＳＵＳパイプ表面に厚さ３ｍｍの硬質ウレタンフォーム（熱伝導率０．０１〜０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ））を被覆したものを使用し、表面は凹凸形状とせず、平坦な形状とした。
【００６１】
予備加熱効果の測定は、定着ユニットへの進入直前の用紙温度を測定し、定着開始（用紙通紙開始）からの時間経過による変化を観た。
結果は、図１４に示すように、厚さ７５μｍのベルトでは、立ち上がりが速く、１０ｓｅｃ程度で３８℃に達し、ほぼ飽和状態となった。一方、厚さ３００μｍのベルトでは立ち上がりが遅く、１０ｓｅｃでは約３３℃であり、５０ｓｅｃ後も飽和に至らず、徐々に上昇している。また、約３０ｓｅｃ後には、７５μｍのベルトの温度３８℃を超えている。
すなわち、用紙と同程度の厚さ（熱容量）のベルト（本実施例の７５μｍのベルト）は立ち上がりが速く、厚いベルトは立ち上がりが遅いが、通紙時間が長くなるとベルトの蓄熱効果により厚いベルトの方が熱回収温度（効率）が高くなる。
このことは、装置の使われ方に応じてベルト厚を変えることで、熱回収効率の最適化が可能であることを示している。すなわち、数枚のプリント動作が散発的に行われるような装置の使用形態では、ベルト厚さを薄くするのがよく、一方、数十枚のプリント動作が多くなるような使用形態や連続的にプリントするような動作が行われる使用形態の場合では、ベルト厚さを比較的厚めにする方がよい。
【００６２】
◎実施例４
本実施例は、実施の形態３の構成にて、実施例１と同様の評価を行ったものである。
定着前のコロナ帯電器には、用紙裏面（トナー担持面の反対側）の転写電荷と逆極性の電圧（−６．５ｋＶ）を印加した。このとき、トナーはマイナストナーを使用していることから、用紙へのトナー転写時には用紙裏面側にプラス電荷を与えて転写していることから、このような極性を印加している。尚、使用するトナーの極性が異なるときは、この逆の極性になるようにすればよい。
一方、定着後のコロナ帯電器には、定着前のコロナ帯電器と異なる極性を付与するため＋６．５ｋＶを印加するようにしている。
このように、熱回収ベルトが定着前と定着後で逆の極性の帯電を受けるので、熱回収ベルトの電位が片方の極性にチャージアップしてしまうのを防ぐことができ、別途ベルトの除電手段を設ける必要がない。また、コロナ帯電器の電圧は、熱回収ベルトが駆動される時間内に限って印加しているため、熱回収ベルトの一部が不要にチャージアップすることもない。
尚、本実施例では、実施例１同様、簡略化のため張架ロールの断熱層表面は凹凸形状とせず、平坦な形状の断熱層を被覆した構造とした。また、熱伝達部及び熱回収部の入口に位置する張架ロールでは、外径１６ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのＳＵＳパイプ表面に厚さ約０．５ｍｍの断熱層（導電性フッ素樹脂層）を被覆した。
【００６３】
以上のような条件下で、実施例１と同様の評価を行ったところ、本実施例においても１枚目の用紙から熱回収を行い熱回収ベルトが１周したときに後続の用紙へ熱伝達がなされることが確認された。具体的な結果は、実施例１と同様、室温２５℃に対し３５℃に上昇することが観測された。また、熱回収ベルトが１０周（Ａ４判用紙２４枚相当）後の用紙温度は、３８℃となった。
したがって、定着開始時の用紙温度が高くなった分、定着器での加熱エネルギーが低減できることが確認された。また、このとき、定着されたトナー像には乱れやオフセットによる欠落もなく、良好な定着像が得られることが確認された。
【００６４】
◎実施例５
本実施例は、実施の形態４の構成にて、実施例１と同様の評価を行ったものである。
定着前の熱伝達部入口の張架ロールとして、外径１６ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのＳＵＳパイプに、約０．５ｍｍ厚の断熱層（導電性フッ素樹脂層）を被せたものを使用し、トナーと逆極性の電圧＋４．０ｋＶを印加した。
一方、定着後は、フッ素系樹脂をコートした０．２ｍｍ厚のＳＵＳ製板状帯電器に＋４．０ｋＶの電圧を印加した。尚、この板状帯電器と対向配置されている張架ロールは、熱伝達部入口の張架ロールと同様の構成とし、接地するようにしている。
【００６５】
このような構成において、実施例１と同様、Ａ４判、富士ゼロックス（株）製Ｐ紙（坪量６５ｇｓｍ）を横送り（ＬＥＦ）で給紙し、連続プリントを行ったところ、実施例１と同様の結果が得られた。
尚、本実施例では、板状帯電器として０．２ｍｍ厚のＳＵＳ板を使用したが、これに限らず、板状帯電器としては、金属板の他、導電性又は半導電性の樹脂板やフィルム材を用いることができる。
【００６６】
◎比較例
本比較例は、実施例１の比較のために確認したもので、図１５に示すように、実施例１のコロナ帯電器の位置にて、代わりに熱回収ベルトへ接触するロール１５１，１５２を配設した構成となっている。
このロール１５１，１５２は、トナーの付着防止のために、高離型性のＰＦＡ（フッ素系樹脂）が表面にコートされた外径２０ｍｍの金属ロールとなっており、定着前のロールには−３．０ｋＶを、定着後のロール１５２には＋３．０ｋＶを印加している。
このような構成にて、実施例１と同様、Ａ４判、富士ゼロックス（株）製Ｐ紙（坪量６５ｇｓｍ）を横送り（ＬＥＦ）で給紙し、連続プリントを行ったところ、熱回収ベルト９１への用紙の吸着は特に問題なく行われたが、定着前の用紙上の未定着トナーがロール１５１の表面にオフセットし、画像の欠落や乱れが生じ、正常な画像が殆ど得られなかった。
したがって、本比較例から、定着前の静電吸着部材は、用紙のトナー面から離すことによる効果が大きいことが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明に係る定着装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明に係る定着装置の他の概要を示す説明図である。
【図３】実施の形態１に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。
【図４】実施の形態１の定着装置を示す説明図である。
【図５】実施の形態１の定着装置内の定着ユニットを示す説明図である。
【図６】実施の形態１の定着装置の張架ロールの概観を示す説明図である。
【図７】実施の形態１の張架ロールの断面を示す説明図である。
【図８】実施の形態１の張架ロールの変形例を示す説明図である。
【図９】実施の形態２に係る定着装置の概要を示す説明図である。
【図１０】実施の形態３に係る定着装置の概要を示す説明図である。
【図１１】実施の形態３の遮熱フードを示す説明図である。
【図１２】実施の形態３の定着装置の駆動機構を示す説明図である。
【図１３】実施の形態４に係る定着装置を示す説明図である。
【図１４】実施例３の結果を示す説明図である。
【図１５】比較例としての定着装置を示す説明図である。
【図１６】従来のヒートパイプを用いた定着装置を示す説明図である。
【図１７】従来の熱伝達ベルトを用いた定着装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１…定着ユニット，２…熱回収伝達ユニット，３…ベルト部材，４…張架部材，４ａ…断熱層，５…記録材，６（６ａ，６ｂ）…静電吸着装置，ＨＣ…熱回収部，ＨＴ…熱伝達部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式や静電記録方式等を採用した複写機やプリンタ等の画像形成装置で用いられる定着装置及びこれを用いた画像形成装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の画像形成装置としては、感光体等に形成された各色成分トナー像を中間転写体に順次一次転写し、中間転写体上の多色トナー像を二次転写装置（一括転写装置）にて用紙に一括転写するようにしたものが知られている。
このようなカラー画像形成装置では、近年、高速化、小型化、省エネ化への要求が強く、中でも、画像形成プロセス上最もエネルギーを消費する熱定着器について、環境負荷低減を狙った省エネルギー化技術（省電力化技術）が必要とされてきている。
このような要請に対し、定着器から搬出された定着済の用紙の熱を直接的又は間接的に定着前の用紙に伝達させ、用紙を定着前に予備加熱することで、その後の定着に要する加熱エネルギーを削減したり、加熱電力を増大させずに定着速度を速めるような技術が提示されている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３２８４１２号公報（実施例、図２〜１５）
【特許文献２】特開２０００−３３８８０３号公報（発明の実施の形態、図１）
【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、このような技術において、定着後の用紙を直接定着前の用紙に接触させるようにした構成にあっては、用紙が連続紙（ロール紙）の場合のみの適用に限られ、用紙がカット紙の場合は不可となり、適用可能な用紙の汎用性に欠ける問題がある。
また、図１６に示すように、感光体２０１のトナー像が転写された用紙２０２を定着装置２０３にて定着する際、定着装置２０３の上流側部位２０４と下流側部位２０５との間にブロック付きヒートパイプ２０６を設け、下流側部位２０５での定着後の用紙２０２の熱を上流側部位２０４に伝達する方式が提案されている（例えば特許文献１参照）。
このようなブロック付きヒートパイプの例や、更には、伝熱ブロック、伝熱板、伝熱ロールとベルトとの組み合わせ等の伝熱手段を介して、定着後の用紙の熱を定着前の用紙に伝えるようにした構成にあっては、カット紙の適用が可能となり用紙の汎用性は確保されるが、伝熱手段での熱量が定常化して熱回収／熱伝達効果が十分に得られるには、伝熱手段そのものが用紙からの熱伝導により温度上昇を繰り返し、定着後の用紙温度に近づく必要がある。すなわち、かかる構成では、上述した伝熱手段の昇温に時間がかかるため、すぐには定着の加熱エネルギーを低減することができないという問題がある。
【０００５】
特に、このような場合、数十枚以下のプリント、コピー動作を間欠的に行うことが多い中小型の画像形成装置では効果が得にくいことに繋がる。
更に、熱回収／熱伝達効果をすぐさま行う（立ち上がりを速くする）ようにしようとして、伝熱手段に補助加熱を加えるような方法では、却って多くのエネルギーを消費することもあり、省エネルギー化にとって得策とは言えない。
【０００６】
また、図１７に示すように、転写ベルト３０１と用紙搬送ベルト３０２とを対向配置させ、転写ベルト３０１の内側にヒータ３０３を有し、このヒータ３０３の両側（上流及び下流側）に圧接板３０４を設けて転写ベルト３０１と用紙搬送ベルト３０２との圧接状態を構成し、転写ベルト３０１と用紙搬送ベルト３０２との間で用紙３０５を搬送させるようにしたものにおいて、用紙搬送ベルト３０２の内側に用紙搬送ベルト３０２の移動方向とは逆向きに移動する熱伝達ベルト３０６を設けて、ヒータ３０３の下流側での吸熱を上流側に移動させ、用紙３０５を予備加熱しようとする提案もなされている（例えば特許文献２参照）。
しかしながら、かかる構成にあっては、用紙を搬送する搬送ベルトが熱の伝達媒体ではなく、搬送ベルトとは別体に設けた熱伝達ベルト３０６を用いる点から、構成が複雑且つ熱伝達効率も悪くなる。
【０００７】
以上のように、これらの先行技術にあっては、いずれも定着後の用紙の熱を熱回収伝達部材を介して間接的に定着前の用紙に伝達しているに過ぎない。
本発明は、上述したような技術的課題を解決するためのものであり、定着後の記録材から熱回収を行い、定着前の記録材へ熱伝達を行うに際し、直接的な熱回収伝達を行うことで、加熱エネルギーの少ない定着装置及びこの定着装置を用いた画像形成装置を提供するようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明に係る定着装置の基本的構成は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、記録材５上のトナー像を加熱する定着ユニット１と、定着ユニット１から送り出された記録材５の熱を回収して定着ユニット１に送り込まれる記録材５に伝達する熱回収伝達ユニット２とを備えた定着装置において、熱回収伝達ユニット２は、複数の張架部材４に張架されて循環移動し且つ記録材５を搬送するベルト部材３を有し、このベルト部材３のうち、定着ユニット１の下流側には記録材５に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収せしめられる熱回収部ＨＣを設けると共に、定着ユニット１の上流側には記録材５に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達せしめられる熱伝達部ＨＴを設けることを特徴とするものである。
そのため、先行技術にあっては、記録材５の搬送機能を有する搬送部材とは別に、熱回収伝達機能を持った部材を用いて間接的に熱回収伝達を行う態様であったのに対し、本願においては、ベルト部材３が記録材５に対する搬送機能と熱回収伝達機能を兼ね備え、直接的に熱回収伝達を行うようにした点が大きく異なる。
【０００９】
このような技術的手段において、本願に係る定着装置は、記録材５上に形成されたトナー像を定着する際に、定着ユニット１を利用して行うものを対象とし、このとき、定着ユニット１としては記録材５上のトナー像を定着するために促進されるものであればよく、加熱単独で定着する方式や、例えば熱に圧力等を併用した方式等も含む。
また、熱回収伝達ユニット２としてベルト部材３を用いることで、比較的熱容量を小さく、記録材５との接触面積も広くすることができることから、効率的な熱の回収伝達が可能となる。
【００１０】
そして、熱回収部ＨＣ及び熱伝達部ＨＴは、ベルト部材３と記録材５との接触領域で構成され、熱回収部ＨＣで有効に熱回収を行うことで、加熱前の記録材５へ有効に熱伝達を行うことができ、熱効率を向上させることができる。尚、ベルト部材３の数量は特に限定されず、例えば記録材５を挟み込むように２個のベルト部材３を使用しても、定着ユニット１の下流側及び上流側に熱回収部ＨＣ及び熱伝達部ＨＴを備える態様であればよく、この場合、記録材５の搬送部材（本願のベルト部材３が相当）そのものが熱回収及び熱伝達を行うため、構成が簡単且つ熱効率がよい定着装置を実現することができる。
尚、「当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態」とは、ベルト部材３と記録材５との接触面の周囲では大気によって断熱される態様や断熱部材と接触する態様を含む。尚、記録材５をベルト部材３で両面から挟み込む態様であっても差し支えない。
【００１１】
更に、本発明においては、ベルト部材３の耐熱劣化を防ぎ、長寿命化する観点から、図１（ａ）に示すように、ベルト部材３を定着ユニット１から迂回配置することが好ましく、また、耐熱性のベルト部材３を用いて装置構成を簡略化させる観点から、図１（ｂ）に示すように、ベルト部材３は定着ユニット１の加熱部位を通過配置させるようにすればよい。この通過配置をさせる態様は、熱回収部ＨＣとして定着ユニット１のニップ域から下流側の長い領域を有効に使用することができ、ベルト部材３の熱回収が早期に実施されるようになり、例えばプロセス速度が上昇しても適用できるようになる。
【００１２】
そして、本発明における張架部材４は、ベルト部材３の循環経路を維持し、ベルト部材３を循環移動させるもので、ベルト部材３に熱回収部ＨＣで有効に熱を回収し、回収された熱を有効に熱伝達部ＨＴまで搬送する観点から、断熱層４ａを備えることが好ましい。
張架部材４が断熱層４ａを備えることで、ベルト部材３で回収された熱エネルギーを張架部材４との接触で減衰される量（熱伝導で張架部材４に吸熱される量）が少なくなり、ベルト部材３での熱回収／熱伝達を一層有効に作用させることができるようになる。尚、断熱層４ａは、張架部材４表面に断熱材を層状に形成してもよいし、例えば張架部材４自体を断熱材で構成することも含み、層の厚さ等は特に限定されない。
【００１３】
また、断熱層４ａとして弾性発泡体を使用することで、発泡体の気泡の断熱効果も手伝って、断熱性能が向上するようになる。このとき、弾性発泡体の代表的態様としては、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂の発泡体が挙げられる。
更に、断熱層４ａは、ベルト部材３との接触面積を小さくするように、表面に凹凸面を備えるようにすれば、張架部材４とベルト部材３との接触時に、互いの接触面積を減らすことができ、張架部材４へ吸熱される熱が少なくなり、断熱効果が一層向上する。また、このときの断熱層４ａの形状は、ベルト部材３を循環可能にできる形状であれば特に限定されないが、例えば張架部材４の回転軸と交差する方向に凸形状を離散的に配置した形状としてもよいし、回転軸に傾斜する方向に離散的に配置した形状としてもよい。
【００１４】
そして、本発明においては、張架部材４として中空状の金属製ロール表面に断熱層４ａを備えるようにすれば、加工性、剛性に優れた張架部材４が実現できる。また、張架部材４のロールを中空態様とすることで、張架部材４自体の熱容量が一層小さくなり、ベルト部材３の熱が断熱層４ａを経由して金属製ロールに伝達されても短時間に温度上昇を飽和させることができ、ベルト部材３から張架部材４への吸熱も減り、ベルト部材３による記録材５への有効な熱の伝達が短期に可能になる。更に、中空状の金属ロールを特に薄肉形状とすれば、張架部材４の熱容量が更に小さくなり、上述の効果が更に向上するようになる。
【００１５】
更に、本発明にあっては、記録材５からの熱回収及び記録材５への熱伝達を有効に行う観点から、熱回収部ＨＣ及び熱伝達部ＨＴでは、ベルト部材３は記録材５の片面のみと接するようにする方がよい。そのことにより、記録材５の熱を回収／伝達するベルト部材３の熱容量を記録材５の両面で接する場合に比べ大きくでき、更に、記録材５の片面を熱伝導率が非常に小さい大気にさらすことができ、記録材５からの熱回収及び記録材５への熱伝達が一層効率的になる。
また、この場合、ベルト部材３は、熱回収部ＨＣ及び熱伝達部ＨＴでは記録材５のトナー像面とは逆の面で接触するようにすることが好ましく、このことにより、ベルト部材３と未定着トナー像が接触することを避けることができ、画質を損なうことがない。尚、熱回収部ＨＣ及び熱伝達部ＨＴでは、ベルト部材３と接する記録材５の方向（記録材５がベルト部材３の上方に位置するか又は下方に位置するか）は特に限定されないが、記録材５が鉛直下方側に位置する場合、記録材５は必要な部位で上方に位置するベルト部材３に静電吸着又は吸引等により接触保持させるようにすればよい。
【００１６】
更に、本発明においては、図２に示すように、ベルト部材３が定着ユニット１を迂回配置される態様において、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣにて記録材５とベルト部材３との接触を有効に保つ観点から、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣには、静電気力にてベルト部材３に記録材５を吸着させる静電吸着装置６を設けることが好ましい。
また、ベルト部材３への不要な電荷蓄積を防ぐ観点から、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣに配設される二つの静電吸着装置６（６ａ，６ｂ）は、ベルト部材３の帯電極性が互いに逆方向になるように構成されることが好ましい。
【００１７】
そして、熱伝達部ＨＴに設けられる静電吸着装置６ａとしては、トナー像面への影響をなくし、画質を維持する観点から、記録材５のトナー像面と非接触配置されることが好ましい。この場合、トナー像面側からコロナ帯電器によって記録材５を静電吸着する態様や、張架部材４にトナーの帯電極性と異なる極性のバイアスを印加するようにした態様が挙げられる。
一方、熱回収部ＨＣに設けられる静電吸着装置６ｂとしては、記録材５に対し非接触配置されるコロナ帯電器の態様や、トナー像面に対し接触配置される板状若しくはフィルム状の帯電部材の態様が挙げられる。尚、この板状若しくはフィルム状の帯電部材を使用する態様においては、記録材５との摩擦力を減少させ記録材５の送りをスムーズにする観点及び浮遊トナー等異物の付着を防止する観点から、帯電部材の表面には離型層が施されることが好ましい。
【００１８】
更に、ベルト部材３への記録材５の吸着条件を安定化させる観点から、静電吸着装置６の駆動は、少なくともベルト部材３が駆動されている間に行われるものとすることが好ましい。また、この場合、ベルト部材３の一部が異常にチャージアップすることも防ぐことができるようになる。
【００１９】
そして、本発明は、上述した定着装置のみならず、画像形成装置をも対象とするものであり、この場合、記録材５上にトナー像を形成する作像手段と、この記録材５上に形成されたトナー像を定着する定着装置とを備え、この定着装置として上述の定着装置を配設するようにすればよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の基本的構成によれば、記録材上のトナー像を加熱する定着ユニットと、定着ユニットから送り出された記録材の熱を回収して定着ユニットに送り込まれる記録材に伝達する熱回収伝達ユニットとを備えた定着装置において、複数の張架部材に張架されて循環移動し且つ記録材を搬送するベルト部材を有し、このベルト部材のうち、定着ユニットの下流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収せしめられる熱回収部を設けると共に、定着ユニットの上流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達せしめられる熱伝達部を設けた熱回収伝達ユニットを備えたので、ベルト部材が記録材の搬送機能と記録材への熱回収伝達機能を兼ね備え、記録材への直接的な熱回収伝達を行うことができる。そのため、従来の間接的な熱回収伝達方式に比べ、定着時の加熱エネルギーを大きく低減することが可能となり、省電力化された定着装置が実現できる。
【００２１】
また、本発明においては、記録材をベルト部材に静電吸着装置を用いて吸着させるようにしたので、トナー像面への影響を防ぎ、画質を維持した状態で記録材からの熱回収並びに記録材への熱伝達を有効に行うことが可能になる。
【００２２】
更に、記録材上にトナー像を形成する作像手段と、記録材上に形成されたトナー像を定着する定着装置を備えた画像形成装置において、定着装置として、上述の定着装置を備えるようにすれば、省電力化された画像形成装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図３は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す概要図である。
同図において、本実施の形態の画像形成装置は、プラテン１１上の原稿を読み取る原稿読取装置１０と、例えば電子写真方式にて四つの各色成分（本実施の形態ではイエロ、マゼンタ、シアン、ブラック）画像（トナー像）を形成する画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）と、各画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）にて形成された各色成分画像が順次転写（一次転写）されて保持される中間転写ベルト３０と、中間転写ベルト３０上に転写された重ね画像を用紙（記録材）に一括転写（二次転写）する二次転写装置３１と、二次転写された画像を用紙上に定着させる定着装置７０と、各種サイズの用紙を供給する給紙トレイ５１〜５３と、トナー像形成を終えた用紙を収容する排紙トレイ５５と、給紙トレイ５１〜５３から排紙トレイ５５までの用紙搬送を行う複数の用紙搬送経路とを備えたものである。
【００２４】
本実施の形態において、原稿読取装置１０は、例えば、プラテン１１の下方に配置された原稿読取部１２とプラテン１１の上方に配置されたＡＤＦ（Auto Document Feeder）１３にて構成されている。原稿読取部１２は、プラテン１１上にセットされた原稿面に光を照射する光源と、原稿面からの反射光を電気信号に変換するＣＣＤ等の光電変換素子と、原稿面からの反射光を光電変換素子に導く経路を形成する適宜数のミラーと、原稿面からの反射光を光電変換素子の結像面上に結像させる結像レンズ等を備えている。そのため、原稿読取装置１０では、プラテン１１上にマニュアルでセットされた原稿やＡＤＦ１３を介してセットされた原稿を読み取り、対応する画像データに変換するようになっている。
【００２５】
また、各画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）は、夫々感光体ドラム２１を有し、各感光体ドラム２１の周囲には、感光体ドラム２１が帯電される帯電ロール等の帯電装置２２、帯電された感光体ドラム２１上に静電潜像（主としては原稿読取装置１０で読み取られた画像データ又は他の記録媒体等から取り込まれた画像データに基づく静電潜像）を書き込むレーザスキャナ等の露光装置２３、感光体ドラム２１上に書き込まれた静電潜像を各色成分トナーにて現像する現像装置２４、感光体ドラム２１上のトナー像を中間転写ベルト３０上に転写する転写ロール等の一次転写装置２５及び感光体ドラム２１上の残留トナーを除去するドラムクリーナ２６を夫々配設したものである。
尚、符号２７（２７ａ〜２７ｄ）は、現像装置２４へトナーを補給するトナー補給装置であり、各色トナーが夫々の現像装置２４へ補給されるようになっている。
【００２６】
更に、中間転写ベルト３０は、例えば、ポリイミド樹脂に導電性カーボンブラックを混練した、体積抵抗率が１０９〜１０１２Ω・ｃｍ程度のフィルム状の無端ベルトからなり、３個の張架ロール３２〜３４に掛け渡されている。
そして、本実施の形態では、張架ロール３３を張架ロール３２より下方に配置することで、中間転写ベルト３０を斜め下向きになるように配置し、各画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）は、張架ロール３３と張架ロール３４との間の中間転写ベルト３０に沿って、中間転写ベルト３０の下方側に配置されている。そのため、画像形成ユニット２０でのトナー飛散が中間転写ベルト３０上に影響せず、汚れの少ない高画質な画像を維持できるようになっている。
また、本実施の形態においては、張架ロール３２が二次転写装置３１のバックアップロールとして働いており、画像形成ユニット２０にて中間転写ベルト３０上に形成されたトナー像を二次転写装置３１で用紙上に一括転写するようになっている。そのため、中間転写ベルト３０上にトナー像が形成された後、すぐに用紙上に二次転写されることから、中間転写ベルト３０上でのトナー像の乱れを防ぎ、画質を一層向上させた画像形成が可能となっている。尚、図中の符号３５は、中間転写ベルト３０上の残留トナーを清掃するベルトクリーナである。
【００２７】
そして、本実施の形態における定着装置７０は、二次転写位置に対し略水平方向に配置され、図４に示すような構成となっている。
同図において、定着装置７０は、用紙Ｓ上のトナーを溶融定着する定着ユニット８０と、用紙Ｓ上の熱を定着ユニット８０の下流側の熱回収部ＨＣにて回収し、定着ユニット８０の上流側の熱伝達部ＨＴにて後続の用紙Ｓに回収した熱を伝達する熱回収ベルト９１と、この熱回収ベルト９１を張架する７個の張架ロール９２とで構成される熱回収伝達ユニットとしてのベルトユニット９０とが設けられている。
【００２８】
定着ユニット８０は、図５に示すように、上部ユニット８０ａと下部ユニット８０ｂとで構成されている。上部ユニット８０ａは、加圧ロール８１と、加圧ロール８１を覆うように設けられた断熱カバー８２ａとを有し、下部ユニット８０ｂは、内部にヒータ８７を配置した加熱ロール８６と、この加熱ロール８６を覆うように設けられた断熱カバー８２ｂとを有している。また、断熱カバー８２ａ，８２ｂは、夫々加圧ロール８１及び加熱ロール８６側に金属の熱輻射板８５ａ，８５ｂを備え、その外側を真空断熱材８４ａ，８４ｂで覆った形状を採っている。尚、符号８３ａ，８３ｂは外装カバーである。
本実施の形態では、加圧ロール８１及び加熱ロール８６と夫々の断熱カバー８２ａ，８２ｂとは、例えば３〜２０ｍｍの距離を隔てて配置され、断熱カバー８２ａ，８２ｂが加圧ロール８１及び加熱ロール８６を互いに上下方向から挟み込むような形となっている。また、本実施の形態では、加圧ロール８１と加熱ロール８６とが鉛直方向に対向配置されているため、このニップ域を用紙Ｓが略水平方向に移動するようになっている（図４参照）が、本願における用紙搬送方向は特にこれに限定されるものではない。
【００２９】
一方、熱回収ベルト９１は、７５μｍ厚のポリイミドフィルムで構成され、定着ユニット８０の下流側の熱回収部ＨＣで用紙Ｓと接触して用紙Ｓの熱を回収し、そのまま循環移動した後、定着ユニット８０の上流側の熱伝達部ＨＴで用紙Ｓと接触し、回収した熱を用紙Ｓへ伝達するようになっている。
【００３０】
本実施の形態における熱回収ベルト９１としては、用紙Ｓからの熱回収及び用紙Ｓへの熱伝達を行う上で、その熱容量を適宜選択する必要がある。
すなわち、熱回収ベルト９１の熱容量が小さすぎると、熱回収ベルト９１自体の温度の立ち上がりは速くなるが、用紙Ｓから熱を回収しても、後続の用紙Ｓへの熱伝達を行うまでに回収した熱が消散し易く、また、定着前の用紙Ｓへ熱伝達を行う際にも十分用紙Ｓを加熱することができないこともあり、有効な熱伝達を行うことが困難となる。
また、反対に熱回収ベルト９１の熱容量が大きすぎると、熱回収ベルト９１の温度の立ち上がりは遅くなり、安定するまでの時間が必要となる。そのため、定着前の用紙Ｓへの有効な熱伝達を行うまでには時間がかかり、例えば数枚程度のプリントを繰り返すような使用形態では定着前の用紙Ｓに予備加熱を加えることが有効に行えない。
よって、熱回収ベルト９１で有効に熱回収／熱伝達を行うには、使用する用紙Ｓ程度の熱容量（単位面積当たり）から数倍程度の熱容量までが好ましい。
本実施の形態では、ポリイミドの７５μｍのフィルムを使用していることから、用紙Ｓの１枚目からの熱回収を可能にしている。
【００３１】
更に、本実施の形態では、熱回収ベルト９１による熱回収／熱伝達をより効果的に行うようにするため、熱回収ベルト９１と接触する張架ロール９２への吸熱を少なくするようにしている。
本実施の形態での張架ロール９２は、図６の平面図及び図７の断面図に示すように、肉厚の薄いステンレス（ＳＵＳ）パイプ９２１上を表面が凹凸形状をしたウレタン樹脂よりなる発泡層９２２で覆ったもので、発泡層９２２の凹部９２２ａと凸部９２２ｂとは、張架ロール９２の軸に直交する方向に形成されている。尚、図６中、符号９２ａ，９２ｂは、張架ロール９２の両端に設けられた回転軸である。
本実施の形態では、張架ロール９２の表面を発泡層９２２で覆い、更に、発泡層９２２の表面を凹凸形状としたことで、熱回収ベルト９１と張架ロール９２との接触域では熱回収ベルト９１の熱が張架ロール９２側に吸収されることを少なくしている。また、肉厚の薄いＳＵＳパイプ９２１を使用することで、張架ロール９２自体の熱容量を小さくすることができ、熱伝導等で張架ロール９２の温度が上昇しても、速く飽和することができ、張架ロール９２での余分な熱の吸収が少なくなるようになっている。
そのため、熱回収ベルト９１での熱回収／熱伝達を一層効率的に行うことができるようになっている。
【００３２】
更に、本実施の形態では、定着ユニット８０の上流側で熱回収ベルト９１の内側には、熱回収ベルト９１へ用紙Ｓを吸着するための帯電電荷を付与するコロトロン等の帯電装置（図示せず）が配置されている。
【００３３】
また、図３に示すように、本実施の形態において給紙トレイ５１〜５３は、画像形成装置の上方と下方に分かれて設けられ、上方に設けた給紙トレイ５１に頻度の高い用紙を適用させるようにすれば、給紙トレイ５１への用紙補給時に、ユーザーが楽な姿勢で対応できるようになる。更に、本実施の形態においては、排紙トレイ５５を給紙トレイ５１の上方に設けているので、排紙トレイ５５に排紙された用紙を回収する際にもユーザーが楽な姿勢で対応できるようになっている。尚、図中、符号５４は、画像形成装置の側方に設けた手差し用紙が投入可能な手差しトレイである。
【００３４】
更にまた、本実施の形態での用紙搬送経路は、次のように構成されている。給紙トレイ５１から略鉛直下方に延びる第１搬送路６１と、給紙トレイ５２，５３から上方に延びる第２搬送路６２と、手差しトレイ５４から延びる第３搬送路６３とがあり、これらの搬送路は二次転写部位で合流し、主搬送路６４へと繋がり、排紙トレイ５５まで延びている。
また、この主搬送路６４の途中から、用紙を反転して二次転写部位に戻す反転搬送路６５が繋がっている。そして、これらの搬送路には、多数の搬送ロールが設置され、用紙の搬送が確実になされるようになっている。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な画像形成プロセスについて、図３を基に説明する。今、原稿読取装置１０にて読み取られた各色成分画像（イエロ、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像データが各画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）の露光装置２３に送出されると、各画像形成ユニット２０の感光体ドラム２１上には各色成分毎の静電潜像が形成されると共に、対応する色トナーが収容された現像装置２４にて静電潜像が顕像化され、感光体ドラム２１上に各色未定着トナー像が形成される。
そして、各色成分の未定着トナー像は、各感光体ドラム２１と中間転写ベルト３０とが接する一次転写部位において、一次転写装置２５によって中間転写ベルト３０上に順次一次転写され、重ね合わせられる。
【００３６】
このようにして中間転写ベルト３０に一次転写された未定着トナー像は、中間転写ベルト３０の回転に伴って、第１搬送路６１、第２搬送路６２及び第３搬送路６３の合流点である二次転写部位へと搬送される。
二次転写部位では、二次転写装置３１と張架ロール３２との間に印加された図示外の転写バイアスにより、例えば給紙トレイ５１等から搬送された用紙上に、前記中間転写ベルト３０上の未定着トナー像が一括転写される。用紙上に一括転写された未定着トナー像は、定着装置７０にて定着された後、主搬送路６４を通って排紙トレイ５５へと排出される。
【００３７】
このような画像形成プロセスにおける定着装置７０の作動について、図４を中心に詳細に説明する。
二次転写され未定着トナー像が転写された用紙Ｓは、図示外の帯電装置によって帯電された熱回収ベルト９１の位置まで達すると、熱回収ベルト９１側へ吸着される。本実施の形態では、用紙Ｓの鉛直下方側に未定着トナー像が転写されていることから、熱回収ベルト９１側へ用紙Ｓが吸着されても、特にトナー像を劣化させることもない。
そして、定着ユニット８０に達する前に、用紙Ｓの腰を利用したり、剥離爪等を使用して熱回収ベルト９１から用紙を剥離するようにして、定着ユニット８０側へ向かわせ、定着ユニット８０中の加圧ロール８１と加熱ロール８６とのニップ域を通過させることで、用紙Ｓ上の未定着トナー像は定着される。定着を終えた用紙Ｓは、帯電された熱回収ベルト９１に再度吸着され、熱回収ベルト９１から用紙の腰を利用して剥離される。尚、熱回収ベルト９１の移動速度と定着ユニット８０の加圧ロール８１と加熱ロール８６とのニップ域での用紙速度は同じになるようにしているため、用紙Ｓの搬送性に特に支障はない。
【００３８】
このような定着装置７０にて、定着ユニット８０から排出された用紙Ｓは、加熱ロール８６による加熱を受け、温度が高くなっている（通常、定着時には使用するトナーの融点以上になるため、定着ユニット８０から排出された直後もほぼ同様の温度を保っている）が、定着ユニット８０の下流側の熱回収部ＨＣでは、用紙Ｓが熱回収ベルト９１と接することで用紙Ｓの熱が熱回収ベルト９１側へ熱伝導を行い、熱回収ベルト９１の温度を上昇させる。このとき、熱回収ベルト９１として、適正な熱容量のベルトを使用していることから、熱回収ベルト９１の熱容量はある程度小さくでき、その温度上昇速度（熱回収による）を速くすることができる。また、このとき、用紙Ｓの片側は大気にさらされているため、用紙Ｓの熱は熱抵抗の小さい熱回収ベルト９１側へ有効に伝達され、熱回収される。
更に、熱回収部ＨＣで熱回収を終えた熱回収ベルト９１は、そのまま循環経路を循環して定着ユニット８０の上流側の熱伝達部ＨＴで次に搬送される用紙Ｓと接触し、熱回収部ＨＣで事前に回収した熱を用紙Ｓに伝達し、予備加熱するようになる。
【００３９】
すなわち、本実施の形態では、７５μｍのポリイミドフィルムを熱回収ベルト９１としたことで、用紙に対する熱回収及び熱伝達が可能な熱回収ベルト９１を実現している。更に、この熱回収ベルト９１を支持する張架ロール９２として、上述の張架ロール９２を使用することで、熱回収ベルト９１が接触する張架ロール９２への吸熱（張架ロール９２に熱を取られ、熱回収ベルト９１の温度が余分に低下する）を抑えている。
したがって、本実施の形態においては、有効に定着前の用紙を予備加熱することができるため、定着時の熱エネルギーを小さくでき、省電力化に適した画像形成装置を実現できる。また、熱回収ベルト９１による熱回収の立ち上がりが速いため、熱回収ベルト９１の１周目から熱回収及び後続用紙への予備加熱が可能になり、１０枚以下のプリントを繰り返すような使用形態にあっても、定着時の加熱エネルギーを低減できる。更に、熱容量の小さい熱回収ベルト９１を使用したので、熱回収ベルト９１と用紙との熱交換が短時間で可能になり、装置の小型化が可能で、かつ、高速化も可能となる。尚、熱回収ベルト９１は、適用する装置の条件によって適切な構成が異なることは云うまでもない。
【００４０】
本実施の形態では、定着装置７０へ進入する際のトナー像面を下方にしたが、例えばトナー像面を熱回収ベルト９１側に接するようにしても、トナー飛散を防ぐように熱回収ベルト９１と用紙との移動速度を制御するようにすれば使用できる。
また、熱回収ベルト９１そのものを用紙搬送経路の主搬送路６４（例えば図３参照）の下方側に設けることも可能で、更に、定着ユニット８０の加熱源として、ロールの代わりに例えばランプヒータを使用して非接触加熱することも可能である。更にまた、加熱源を用紙の上方に配置したり、用紙の上下に配置することも可能である。
また、本実施の形態では、定着ユニット８０の下流側の熱回収部ＨＣと上流側の熱伝達部ＨＴでの用紙Ｓとの接触時間をほぼ同等としたが、熱回収ベルト９１と用紙Ｓとの温度差や装置構成の都合等により、熱回収部ＨＣと熱伝達部ＨＴでの用紙Ｓとの接触時間を変えるようにしてもよい。
【００４１】
そして、本実施の形態では、熱回収ベルト９１を用紙Ｓと片面で接触する態様を示したが、例えば熱回収ベルト９１を２個設け、定着時には用紙を熱回収ベルト９１で挟み込むようにしても差し支えない。この場合、用紙Ｓを搬送する搬送部材としての熱回収ベルト９１自体が、熱回収／熱伝達を行うようになり、熱回収ベルト９１側に用紙Ｓを吸着するための例えば帯電電荷を付与するための帯電装置等を設ける必要がなく、用紙搬送構成が簡略化される。尚、このとき、２個の熱回収ベルト９１にて同等に用紙との熱交換を行うように、同様の厚さの熱回収ベルト９１を設けてもよいし、厚さを変えて片側の熱回収ベルト９１側に多くの熱交換を行わせるようにしてもよい。
【００４２】
また、図８は、上述した実施の形態で使用した張架ロール９２（例えば図６参照）と形状のみが異なる張架ロール９２であり、断熱層としての発泡層９２２の表面形状（凹凸形状）を同図のように加工したものである。
この張架ロール９２は、ロール軸に対し斜めに凸部９２２ｂを設けたもので、凸部９２２ｂが図の矢印Ａ方向に回転するように回転軸９２ａ，９２ｂをセットするようにすれば、張架ロール９２が回転する際、熱回収ベルト９１（例えば図４参照）を絶えずベルトの外側（ベルトの移動方向と直交する方向）に向かって張る方向に力を作用させることができ、熱回収ベルト９１の循環姿勢を一層安定させることができる。
このとき、上述した実施の形態と同様の発泡層９２２が形成されているため、この例によっても、熱回収ベルト９１からの吸熱を抑えることができ、省電力化を実現した画像形成装置が可能になる。
【００４３】
◎実施の形態２
図９は、本発明に係る画像形成装置に用いられる定着装置７０の実施の形態２を示す。
本実施の形態に係る画像形成装置の基本的構成は、実施の形態１と同様のため省略し、定着装置７０のみ示す。尚、実施の形態１と同様な構成要素については実施の形態１と同様の符号を付してここではその詳細な説明は省略する。
【００４４】
本実施の形態における定着装置７０は、熱回収ベルト９１を定着ユニット８０内まで経由させたベルトニップ方式の定着装置７０である。
定着ユニット８０の構成は実施の形態１と同様であるが、熱回収ベルト９１がこの定着ユニット８０の加圧ロール８１と加熱ロール８６のニップ域を通過するため、熱回収ベルト９１の昇温速度が実施の形態１より速くなっている。
また、本実施の形態における熱回収ベルト９１は、上述のニップ域により従動され、循環移動するようになっているため、定着ユニット８０の上流側の熱伝達部ＨＴで熱回収ベルト９１に吸着した用紙Ｓは、熱回収ベルト９１の移動と共に、そのまま排出位置（熱回収ベルト９１の最下流側）まで移動する。
本実施の形態では、熱回収ベルト９１によって用紙Ｓが吸着搬送されるため、定着ユニット８０への巻きつきジャム防止効果がある。
【００４５】
このような構成のため、本実施の形態にあっては、熱回収ベルト９１での熱回収は、定着ユニット８０下流側の熱回収部ＨＣが、定着ユニット８０のニップ域から排出位置までの長い距離になり、有効に熱回収を行うことができる。そのため、熱回収ベルト９１の昇温速度を速めることができ、熱回収ベルト９１の熱容量を実施の形態１より大きくすることも可能で、熱伝達部ＨＴでの用紙Ｓへの熱伝達に際しても、十分熱伝達が可能になる。このとき、ニップ域で熱回収ベルト９１を直接加熱すると却って定着エネルギーを消費するため、本実施の形態では用紙Ｓを介して熱回収ベルト９１を昇温させるようにしている。また、本実施の形態では、熱回収ベルト９１を耐熱性の高いポリイミド樹脂を使用することで、定着ユニット８０内に熱回収ベルト９１を通しても、熱回収ベルト９１の熱劣化を抑止できるようになっている。
したがって、本実施の形態にあっても、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００４６】
◎実施の形態３
図１０は、本発明に係る画像形成装置に用いられる定着装置７０の実施の形態３を示す。本実施の形態に係る画像形成装置の基本的構成は、実施の形態１と同様のため省略し、定着装置７０のみ示す。尚、実施の形態１と同様な構成要素については実施の形態１と同様の符号を付してここではその詳細な説明は省略する。
【００４７】
本実施の形態の定着装置７０は、実施の形態１の定着装置（例えば図４参照）と略同様に構成されるが、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣの入口部分の張架ロール９２に対向して、熱回収ベルト９１と離間した位置に例えばコロトロン等のコロナ帯電器９３，９４が配設されている点が異なる。
この２個のコロナ帯電器９３，９４は、夫々図示外の電源により、熱回収ベルト９１の帯電電位が熱伝達部ＨＴではプラス側（トナーの帯電電荷と異なる極性）、熱回収部ＨＣではマイナス側になるようにしている。用紙Ｓが定着ユニット８０に入る前は熱回収ベルト９１がトナーを引きつける方向に作用することから、トナー画像の乱れを抑えることができ、定着後は逆極性とすることで、熱回収ベルト９１自体に不要なチャージアップを来すことがないようになっている。
尚、コロナ帯電器９３，９４と対向する張架ロール９２は、コロナ帯電器９３，９４の対向電極を構成することから、張架ロール９２の断熱層の厚さ等は適宜選定されることはいうまでもない。例えば、張架ロール９２表面に断熱性を有する導電性樹脂（カーボンブラック等）を配合したフッ素系樹脂等を用いることで、断熱効果と静電的な用紙吸着効果を得るようにすることもできる。
更に、本実施の形態では、コロナ帯電器９３，９４への電圧印加は、熱回収ベルト９１が駆動される時間内に限って行われるようになっているため、熱回収ベルト９１の一部がチャージアップすることもない。
【００４８】
更に、本実施の形態では、ベルトユニット９０の上部には、ベルトユニット９０からの放熱を防ぐために、図１１に示すような遮熱フード１００が設けられている。この遮熱フード１００は、ベルトユニット９０を覆うように設けられ、ベルトユニット９０の張架ロール９２の両端部を回転可能に支持する２枚の支持プレート１０１（１０１ａ，１０１ｂ）と、ベルトユニット９０を上部から覆う２枚の天板１０２，１０３とで構成されている。これらの遮熱フード１００は、いずれもポリカーボネート樹脂で作製され、熱回収ベルト９１等からの熱の伝導、対流、輻射を抑え、熱回収ベルト９１の熱が十分維持されるようになっている。
【００４９】
そして、本実施の形態では、ベルトユニット９０の駆動は、定着装置７０を小型化するために、図１２に示すような駆動機構となっている。
同図において、駆動モータ１１１の回転軸に装着された駆動ギア１１２に噛合した中間ギア１１３と、定着ユニット８０の加熱ロール８６に装着されたロールギア１１６が噛合するように配設されている。また、中間ギア１１３からギア１１４を介して張架ロール９２のロールギア１１５が回転するように各ギアが噛合している。
したがって、本実施の形態では、駆動モータ１１１の回転によって、定着ユニット８０の加熱ロール８６と熱回収ベルト９１の張架ロール９２とが共に駆動回転されるようになっていることから、加熱ロール８６と熱回収ベルト９１との回転又は移動が同期を持って行われるようになる。尚、図１２では、駆動される張架ロール９２は熱回収部ＨＣの入口のものとしたがこれに限るものではなく、他の張架ロール９２であっても差し支えない。また、図中の定着ユニット８０の加熱ロール８６側の断熱カバーは省略している。
【００５０】
本実施の形態における定着装置７０の作動について、図１０を中心に詳細に説明する。
二次転写され未定着トナー像が転写された用紙Ｓは、熱伝達部ＨＴに設けられたコロナ帯電器９３によって帯電された熱回収ベルト９１の位置まで到達すると、熱回収ベルト９１側へ吸着される。本実施の形態では、用紙Ｓの鉛直下方側に未定着トナー像が転写されていることから、熱回収ベルト９１側へ用紙Ｓが吸着されても、特にトナー像を劣化させることもない。
そして、定着ユニット８０に達する前に、用紙Ｓの腰を利用したり、剥離爪等を使用して熱回収ベルト９１から用紙Ｓを剥離するようにして、定着ユニット８０側へ向かわせ、定着ユニット８０中の加圧ロール８１と加熱ロール８６とのニップ域を通過させることで、用紙Ｓ上の未定着トナー像は定着される。定着を終えた用紙Ｓは、熱回収部ＨＣに設けられたコロナ帯電器９４によって帯電された熱回収ベルト９１に再度吸着され、そのまま搬送される。そして、用紙Ｓの腰を利用したり、剥離爪等を使用して熱回収ベルト９１から剥離され、定着装置７０以降の工程に搬送される。
このとき、加熱ロール８６と熱回収ベルト９１とは同期して回転又は移動するようになっていることから、熱回収ベルト９１の移動速度と定着ユニット８０の加圧ロール８１と加熱ロール８６とのニップ域での用紙速度は同じになるようになっているため、用紙Ｓの搬送性に特に支障はない。
【００５１】
したがって、本実施の形態においても、熱回収部ＨＣで熱回収を終えた熱回収ベルト９１は、そのまま循環経路を循環して定着ユニット８０の上流側の熱伝達部ＨＴで次に搬送される用紙Ｓと接触し、熱回収部ＨＣで事前に回収した熱を用紙Ｓに伝達し、効果的な予備加熱が行われるようになる。
また、コロナ帯電器９３，９４に印加する極性や印加タイミングを考慮したので、熱回収ベルト９１での不要なチャージアップを抑えることができ、長期的にも安定した用紙Ｓの吸着性能が確保され、効果的な予備加熱を行うことが可能になる。
【００５２】
更に、本実施の形態では、熱回収ベルト９１を張架する張架ロール９２の断熱性を考慮し、遮熱フード１００も設けたので、一層有効に熱の回収並びに伝達が行えるようになる。
また、遮熱フード１００はポリカーボネート樹脂に限らず、耐熱性及び遮熱性が得られれば、他の樹脂材料でもよいし、金属等の表面処理を工夫して行うようにしても差し支えない。
【００５３】
◎実施の形態４
図１３は、本発明に係る画像形成装置に用いられる定着装置７０の実施の形態４を示す。本実施の形態に係る画像形成装置の基本的構成は、実施の形態１と同様のため省略し、定着装置７０のみを示す。また、本実施の形態の定着装置７０は実施の形態３の定着装置と略同様に構成されるが、実施の形態３の定着装置７０で使用した静電吸着装置としてのコロナ帯電器の代わりに、帯電部材を用いた点が実施の形態３と異なる。尚、実施の形態３と同様な構成要素については実施の形態３と同様の符号を付してここではその詳細な説明は省略する。
【００５４】
本実施の形態における定着装置７０は、熱伝達部ＨＴの入口にある張架ロール９２を帯電部材としている。そのため、張架ロール９２には、張架ロール９２をプラス側とするバイアス電源９５が接続されている。
また、熱回収部ＨＣの入口で定着ユニット８０の下流直後には、熱回収ベルト９１の外側にバイアス電源９７が接続された板状帯電器９６が熱回収ベルト９１に軽く接触するようにして配設されている。この板状帯電器９６は、板状帯電器９６側がプラス側になるようにバイアス電源９７が接続されている。尚、板状帯電器９６としては、金属等の導電性部材によって構成され、定着後の用紙Ｓのトナーをオフセットさせないように、その表面にはフッ素系樹脂等の高離型性コート層が施されている。
【００５５】
本実施の形態では、熱伝達部ＨＴの入口にある張架ロール９２にバイアス電源９５を接続したことで、熱回収ベルト９１側をプラスとし、マイナストナーが転写された用紙Ｓを熱回収ベルト９１側に吸着させることができる。
一方、熱回収部ＨＣでは、板状帯電器９６によって熱回収ベルト９１が熱伝達部ＨＴと異なる極性になるように帯電される。そして、定着ユニット８０を通過した用紙Ｓは、そのまま熱回収部ＨＣで熱回収ベルト９１に再吸着される。尚、このとき、熱回収部ＨＣの入口にある張架ロール９２を接地することで、熱回収ベルト９１の帯電が安定するようになっている。
【００５６】
そのため、熱回収ベルト９１と用紙Ｓとの密着は、熱伝達部ＨＴ及び熱回収部ＨＣの双方共に確保された状態で熱回収並びに熱伝達を行うことができ、実施の形態１と同様の効果を奏する。また、本実施の形態においても、熱伝達部ＨＴと熱回収部ＨＣで熱回収ベルト９１には異なる極性が付与されることから、熱回収ベルト９１の一部で不要なチャージアップを起こすことを防いでいる。
また、本実施の形態では、特に熱回収ベルト９１の周りに構成物が少なくて済むことから、特に小型化が可能になる。更に、これにより、紙詰まり等のジャムに際して用紙の除去を行うことも容易となる利点もある。
【実施例】
【００５７】
◎実施例１
本実施例は、実施の形態１と同等の構成にて、具体的な用紙の予備加熱効果を確認するために温度測定を行ったものである。
このときの各種条件は次のようにした。
使用した熱回収ベルトは、７５μｍ厚のポリイミドフィルムとした。
張架ロールは、外径１３ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのＳＵＳパイプ表面に厚さ３ｍｍの硬質ウレタンフォーム（熱伝導率０．０１〜０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ））を被覆したものを使用した。尚、本実施例では、簡略化のため張架ロールの断熱層表面は凹凸形状とせず、平坦な形状の断熱層（発泡層）を被覆した構造とした。
また、使用した用紙は、Ａ４判、富士ゼロックス（株）製Ｐ紙（坪量６５ｇｓｍ）を横送り（ＬＥＦ）で給紙した。
【００５８】
以上のような条件下で、定着ユニットの加熱ロールの表面温度を１６０℃に維持し、毎分４５枚のプリント（定着ユニットでの用紙送り速度は２１０ｍｍ／ｓ）を行ったところ、１枚目の用紙から熱回収を行い熱回収ベルトが１周したときに後続の用紙へ熱伝達がなされることが確認された。具体的な結果は、室温２５℃に対し３５℃に上昇することが観測された。また、熱回収ベルトが１０周（Ａ４判用紙２４枚相当）後の用紙温度は、３８℃となった。
すなわち、定着開始時の用紙温度が高くなった分、定着ユニットでの加熱エネルギーが低減できた。
また、比較として、張架ロールを表面に断熱層のないＳＵＳパイプのみで構成し、上記内容と同様の試験を行ったところ、熱回収ベルト１周での温度は２６℃であり、熱回収効果がないことが確認された。よって、張架ロールに断熱層を備える効果が明確な有意差として確認された。
【００５９】
◎実施例２
本実施例は、実施例１と同様の方法でテストを行ったもので、使用した張架ロールの構成が実施例１と異なるものである。
本実施例では、実施の形態１の形状の張架ロール（例えば図６，７参照）とし、肉厚０．５ｍｍのＳＵＳパイプ表面に、幅１．５ｍｍ、高さ３ｍｍの突起を７ｍｍピッチで設けたものとした。また、本実施例で使用した断熱層の材料は、実施例１と異なり、熱伝導率は０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の樹脂とした。
本実施例では、張架ロールとして実施例１より熱伝導率の高い樹脂（発泡体ではない）を使用しても、その表面に凹凸を設けることで、張架ロールと熱回収ベルトとの接触面積が減り、実施例１と同様の効果が得られることが確認された。
尚、張架ロールと熱回収ベルトとの接触面積（突起部の面積）を小さくする方が、熱回収ベルトから熱を奪うことが少なくなる点で好ましいが、この接触面積は熱回収ベルトの剛性状態によっても変化するもので、熱回収ベルトの張力によっては突起部からベルトにしわが入ることにもなり、用紙の熱回収ベルトへの吸着に影響を生じることも想定される。したがって、突起部は、このようなことがないように選定する必要がある。
【００６０】
◎実施例３
本実施例は、実施例１の構成で、熱回収ベルトの熱容量を変えたときの予備加熱効果を評価したものである。
本実施例では、熱回収ベルトとして、厚さ７５μｍと厚さ３００μｍのベルトとを使用した。このとき、厚さ７５μｍのベルトは７５μｍのポリイミドフィルムとし、厚さ３００μｍのベルトは７５μｍのポリイミドフィルムの裏面にシリコーンゴムシートを積層した構成とした。
尚、張架ロールは、実施例１と同様に、外径１３ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのＳＵＳパイプ表面に厚さ３ｍｍの硬質ウレタンフォーム（熱伝導率０．０１〜０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ））を被覆したものを使用し、表面は凹凸形状とせず、平坦な形状とした。
【００６１】
予備加熱効果の測定は、定着ユニットへの進入直前の用紙温度を測定し、定着開始（用紙通紙開始）からの時間経過による変化を観た。
結果は、図１４に示すように、厚さ７５μｍのベルトでは、立ち上がりが速く、１０ｓｅｃ程度で３８℃に達し、ほぼ飽和状態となった。一方、厚さ３００μｍのベルトでは立ち上がりが遅く、１０ｓｅｃでは約３３℃であり、５０ｓｅｃ後も飽和に至らず、徐々に上昇している。また、約３０ｓｅｃ後には、７５μｍのベルトの温度３８℃を超えている。
すなわち、用紙と同程度の厚さ（熱容量）のベルト（本実施例の７５μｍのベルト）は立ち上がりが速く、厚いベルトは立ち上がりが遅いが、通紙時間が長くなるとベルトの蓄熱効果により厚いベルトの方が熱回収温度（効率）が高くなる。
このことは、装置の使われ方に応じてベルト厚を変えることで、熱回収効率の最適化が可能であることを示している。すなわち、数枚のプリント動作が散発的に行われるような装置の使用形態では、ベルト厚さを薄くするのがよく、一方、数十枚のプリント動作が多くなるような使用形態や連続的にプリントするような動作が行われる使用形態の場合では、ベルト厚さを比較的厚めにする方がよい。
【００６２】
◎実施例４
本実施例は、実施の形態３の構成にて、実施例１と同様の評価を行ったものである。
定着前のコロナ帯電器には、用紙裏面（トナー担持面の反対側）の転写電荷と逆極性の電圧（−６．５ｋＶ）を印加した。このとき、トナーはマイナストナーを使用していることから、用紙へのトナー転写時には用紙裏面側にプラス電荷を与えて転写していることから、このような極性を印加している。尚、使用するトナーの極性が異なるときは、この逆の極性になるようにすればよい。
一方、定着後のコロナ帯電器には、定着前のコロナ帯電器と異なる極性を付与するため＋６．５ｋＶを印加するようにしている。
このように、熱回収ベルトが定着前と定着後で逆の極性の帯電を受けるので、熱回収ベルトの電位が片方の極性にチャージアップしてしまうのを防ぐことができ、別途ベルトの除電手段を設ける必要がない。また、コロナ帯電器の電圧は、熱回収ベルトが駆動される時間内に限って印加しているため、熱回収ベルトの一部が不要にチャージアップすることもない。
尚、本実施例では、実施例１同様、簡略化のため張架ロールの断熱層表面は凹凸形状とせず、平坦な形状の断熱層を被覆した構造とした。また、熱伝達部及び熱回収部の入口に位置する張架ロールでは、外径１６ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのＳＵＳパイプ表面に厚さ約０．５ｍｍの断熱層（導電性フッ素樹脂層）を被覆した。
【００６３】
以上のような条件下で、実施例１と同様の評価を行ったところ、本実施例においても１枚目の用紙から熱回収を行い熱回収ベルトが１周したときに後続の用紙へ熱伝達がなされることが確認された。具体的な結果は、実施例１と同様、室温２５℃に対し３５℃に上昇することが観測された。また、熱回収ベルトが１０周（Ａ４判用紙２４枚相当）後の用紙温度は、３８℃となった。
したがって、定着開始時の用紙温度が高くなった分、定着器での加熱エネルギーが低減できることが確認された。また、このとき、定着されたトナー像には乱れやオフセットによる欠落もなく、良好な定着像が得られることが確認された。
【００６４】
◎実施例５
本実施例は、実施の形態４の構成にて、実施例１と同様の評価を行ったものである。
定着前の熱伝達部入口の張架ロールとして、外径１６ｍｍ、肉厚０．５ｍｍのＳＵＳパイプに、約０．５ｍｍ厚の断熱層（導電性フッ素樹脂層）を被せたものを使用し、トナーと逆極性の電圧＋４．０ｋＶを印加した。
一方、定着後は、フッ素系樹脂をコートした０．２ｍｍ厚のＳＵＳ製板状帯電器に＋４．０ｋＶの電圧を印加した。尚、この板状帯電器と対向配置されている張架ロールは、熱伝達部入口の張架ロールと同様の構成とし、接地するようにしている。
【００６５】
このような構成において、実施例１と同様、Ａ４判、富士ゼロックス（株）製Ｐ紙（坪量６５ｇｓｍ）を横送り（ＬＥＦ）で給紙し、連続プリントを行ったところ、実施例１と同様の結果が得られた。
尚、本実施例では、板状帯電器として０．２ｍｍ厚のＳＵＳ板を使用したが、これに限らず、板状帯電器としては、金属板の他、導電性又は半導電性の樹脂板やフィルム材を用いることができる。
【００６６】
◎比較例
本比較例は、実施例１の比較のために確認したもので、図１５に示すように、実施例１のコロナ帯電器の位置にて、代わりに熱回収ベルトへ接触するロール１５１，１５２を配設した構成となっている。
このロール１５１，１５２は、トナーの付着防止のために、高離型性のＰＦＡ（フッ素系樹脂）が表面にコートされた外径２０ｍｍの金属ロールとなっており、定着前のロールには−３．０ｋＶを、定着後のロール１５２には＋３．０ｋＶを印加している。
このような構成にて、実施例１と同様、Ａ４判、富士ゼロックス（株）製Ｐ紙（坪量６５ｇｓｍ）を横送り（ＬＥＦ）で給紙し、連続プリントを行ったところ、熱回収ベルト９１への用紙の吸着は特に問題なく行われたが、定着前の用紙上の未定着トナーがロール１５１の表面にオフセットし、画像の欠落や乱れが生じ、正常な画像が殆ど得られなかった。
したがって、本比較例から、定着前の静電吸着部材は、用紙のトナー面から離すことによる効果が大きいことが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明に係る定着装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明に係る定着装置の他の概要を示す説明図である。
【図３】実施の形態１に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。
【図４】実施の形態１の定着装置を示す説明図である。
【図５】実施の形態１の定着装置内の定着ユニットを示す説明図である。
【図６】実施の形態１の定着装置の張架ロールの概観を示す説明図である。
【図７】実施の形態１の張架ロールの断面を示す説明図である。
【図８】実施の形態１の張架ロールの変形例を示す説明図である。
【図９】実施の形態２に係る定着装置の概要を示す説明図である。
【図１０】実施の形態３に係る定着装置の概要を示す説明図である。
【図１１】実施の形態３の遮熱フードを示す説明図である。
【図１２】実施の形態３の定着装置の駆動機構を示す説明図である。
【図１３】実施の形態４に係る定着装置を示す説明図である。
【図１４】実施例３の結果を示す説明図である。
【図１５】比較例としての定着装置を示す説明図である。
【図１６】従来のヒートパイプを用いた定着装置を示す説明図である。
【図１７】従来の熱伝達ベルトを用いた定着装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１…定着ユニット，２…熱回収伝達ユニット，３…ベルト部材，４…張架部材，４ａ…断熱層，５…記録材，６（６ａ，６ｂ）…静電吸着装置，ＨＣ…熱回収部，ＨＴ…熱伝達部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材上のトナー像を加熱する定着ユニットと、定着ユニットから送り出された記録材の熱を回収して定着ユニットに送り込まれる記録材に伝達する熱回収伝達ユニットとを備えた定着装置において、
熱回収伝達ユニットは、複数の張架部材に張架されて循環移動し且つ記録材を搬送するベルト部材を有し、
このベルト部材のうち、定着ユニットの下流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収が行われる熱回収部を設けると共に、定着ユニットの上流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達が行われる熱伝達部を設け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、
ベルト部材の熱回収部及び熱伝達部は、記録材の片面のみと接触す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、
ベルト部材は、定着ユニットを迂回配置され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、
ベルト部材は、定着ユニットの加熱部位を通過配置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、
張架部材は、断熱層を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項２記載の定着装置において、
ベルト部材は、熱回収部及び熱伝達部では記録材のトナー像面とは逆の面で接触することを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項５記載の定着装置において、
張架部材は、中空状の金属製ロール表面に断熱層を備えるものであることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項５記載の定着装置において、
断熱層は、弾性発泡体によって構成されることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項５記載の定着装置において、
断熱層は、ベルト部材との接触面積を小さくするように、表面に凹凸面を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項３記載の定着装置において、
熱伝達部及び熱回収部には、静電気力にてベルト部材に記録材を吸着させる静電吸着装置を設けることを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の定着装置において、
熱伝達部及び熱回収部に配設される二つの静電吸着装置は、ベルト部材の帯電極性が互いに逆方向になるように構成されることを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の定着装置において、
熱伝達部に設けられる静電吸着装置は、記録材のトナー像面と非接触配置されることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の定着装置において、
熱伝達部に設けられる静電吸着装置は、コロナ帯電器であることを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の定着装置において、
熱伝達部に設けられる静電吸着装置は、ベルト部材の張架部材にトナーの帯電極性と異なる極性のバイアスを印加するものであることを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１０記載の定着装置において、
熱回収部に設けられる静電吸着装置は、記録材に対し非接触配置されるコロナ帯電器であることを特徴とする定着装置。
【請求項１６】
請求項１０記載の定着装置において、
熱回収部に設けられる静電吸着装置は、記録材のトナー像面に対し接触配置される板状若しくはフィルム状の帯電部材であることを特徴とする定着装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の定着装置において、
前記帯電部材の表面は、離型層が施されていることを特徴とする定着装置。
【請求項１８】
請求項１０記載の定着装置において、
静電吸着装置の駆動は、少なくともベルト部材が駆動されている間に行われるものであることを特徴とする定着装置。
【請求項１９】
記録材上にトナー像を形成する作像エンジンと、
この記録材上に形成されたトナー像を定着する請求項１記載の定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
記録材上のトナー像を加熱する定着ユニットと、定着ユニットから送り出された記録材の熱を回収して定着ユニットに送り込まれる記録材に伝達する熱回収伝達ユニットとを備えた定着装置において、
熱回収伝達ユニットは、複数の張架部材に張架されて循環移動し且つ記録材を搬送するベルト部材を有し、
このベルト部材のうち、定着ユニットの下流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収が行われる熱回収部を設けると共に、定着ユニットの上流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達が行われる熱伝達部を設け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、
ベルト部材の熱回収部及び熱伝達部は、記録材の片面のみと接触す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、
ベルト部材は、定着ユニットを迂回配置され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、
ベルト部材は、定着ユニットの加熱部位を通過配置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、
張架部材は、断熱層を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項２記載の定着装置において、
ベルト部材は、熱回収部及び熱伝達部では記録材のトナー像面とは逆の面で接触することを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項５記載の定着装置において、
張架部材は、中空状の金属製ロール表面に断熱層を備えるものであることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項５記載の定着装置において、
断熱層は、弾性発泡体によって構成されることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項５記載の定着装置において、
断熱層は、ベルト部材との接触面積を小さくするように、表面に凹凸面を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項３記載の定着装置において、
熱伝達部及び熱回収部には、静電気力にてベルト部材に記録材を吸着させる静電吸着装置を設けることを特徴とする定着装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の定着装置において、
熱伝達部及び熱回収部に配設される二つの静電吸着装置は、ベルト部材の帯電極性が互いに逆方向になるように構成されることを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の定着装置において、
熱伝達部に設けられる静電吸着装置は、記録材のトナー像面と非接触配置されることを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の定着装置において、
熱伝達部に設けられる静電吸着装置は、コロナ帯電器であることを特徴とする定着装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の定着装置において、
熱伝達部に設けられる静電吸着装置は、ベルト部材の張架部材にトナーの帯電極性と異なる極性のバイアスを印加するものであることを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
請求項１０記載の定着装置において、
熱回収部に設けられる静電吸着装置は、記録材に対し非接触配置されるコロナ帯電器であることを特徴とする定着装置。
【請求項１６】
請求項１０記載の定着装置において、
熱回収部に設けられる静電吸着装置は、記録材のトナー像面に対し接触配置される板状若しくはフィルム状の帯電部材であることを特徴とする定着装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の定着装置において、
前記帯電部材の表面は、離型層が施されていることを特徴とする定着装置。
【請求項１８】
請求項１０記載の定着装置において、
静電吸着装置の駆動は、少なくともベルト部材が駆動されている間に行われるものであることを特徴とする定着装置。
【請求項１９】
記録材上にトナー像を形成する作像エンジンと、
この記録材上に形成されたトナー像を定着する請求項１記載の定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−７２３００（Ｐ２００６−７２３００Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６７７９２（Ｐ２００５−６７７９２）
【出願日】平成１７年３月１０日（２００５．３．１０）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１０日（２００５．３．１０）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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