(57)【要約】【課題】膜形成後にトナー凝集が発生しない温度かつ、膜転写が可能な温度まで、膜形成後のトナー膜を速やかに冷却することで、トナー凝集を抑制し、画像劣化の無いトナー膜を記録材上に良好に転写可能な転写同時定着装置を提供すること。【解決手段】トナー膜形成部とトナー膜転写部の間に、内部に冷却チラーを備えた冷却ローラを設け、トナー膜の記録材と接する面に冷却ローラを接触させてトナー膜を効率良く冷却する。この時、冷却ローラに転写定着ベルトを巻き付けて冷却を行うため、冷却時にトナー膜は加圧状態になり、かつ、トナー膜が圧縮されるように曲げられるため、トナー凝集がより発生しにくくなる。また、トナー膜は冷やしすぎると記録材への転写性が低下してしまうため、冷却部では転写可能な温度までトナー膜を速やかに冷却することを特徴とする。【選択図】図１
2014215414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有彩色カラートナーを用いて未定着トナー像を中間転写体上に形成し、該各色の未定着トナー像を中間転写体上で溶融膜化する膜形成部と、該膜形成部により膜化された未定着トナーを記録材上に転写を行う膜転写部を備えた転写定着装置において、膜形成部の下流側に、膜化された未定着トナーを冷却する手段を設けることを特徴とする転写定着装置。
【請求項２】
前記冷却手段により冷却した後のトナー膜の温度がガラス転移温度（Ｔｇ）以上、軟化点温度（Ｔｍ）以下であることを特徴とする請求項１に記載の転写定着装置。
【請求項３】
前記冷却手段が記録材と接触する面側からトナー膜を冷却することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転写定着装置。
【請求項４】
前記中間転写体が無端状のベルトで形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転写定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式のプリンターおよび複写機などの、画像形成装置に関するものである。特に中間転写体を用いて、紙などの記録材上に、未定着トナー像を転写定着させる転写定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中間転写ベルトなどの中間転写体上の未定着トナー像を、中間転写体上で溶融し、溶融したトナー像を紙などの記録材上に転写定着する方式は、従来から各種提案されている。
【０００３】
特許文献１には、中間転写ベルト上に単層未満の未定着トナーを形成し、該未定着トナーに熱と圧力を加えることで、トナーをフィルム状に溶融する、フィルム形成ステーションを有する装置が開示されている。シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色の未定着トナーを上記のように、中間転写体上で順次フィルム状態に溶融し、各色フィルムを中間転写体から記録材上に一度に転写定着を行う方式である。
【０００４】
特許文献２には、中間転写体上のトナーを一体化する一体化手段を備え、該一体化手段により一体化したトナーに粘着性を付与してから、一体化したトナーを記録材上に転写定着する方式が開示されている。一体化したトナーに粘着性を付与することで、記録材上に転写する際の画質劣化を抑制している。粘着付与手段は、転写定着部の上流側で、一体化したトナーの転写体に接する面を冷却し、記録材に接する面を加熱する方法や、定着助剤を塗布する方法等が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２４９３７９号公報
【特許文献２】特許第４３６８７１１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記のような構成では以下のような課題がある。後述するように、中間転写体上で溶融したトナーを記録材上に転写させるためには、中間転写体にはトナーに対して離型性が高い部材が必要となる。例えばＰＦＡのようなフッ素樹脂が中間転写体の表層材料として使用される。このような高い離型部材上で、上記従来例のように中間転写体上の未定着トナーをフィルム化や一体化（トナーの膜化）させるには、十分な熱量と圧力をトナーに与える必要がある。トナー膜形成部で十分に溶融し膜化したトナーは、膜形成部を出ると無加圧で余熱を持った状態となり、かつ、離型性の高い部材（中間転写体）上にあるため、膜転写部に至るまでにトナーが凝集しやすい状態となる。
【０００７】
ここでトナー凝集について説明する。図５（ａ）は、膜形成部で中間転写体上の未定着トナーを溶融し、膜化した状態を表している。若干の隙間が残っているが、ほぼ画像領域全部をトナーが隠蔽できている。図５（ｂ）は図５（ａ）の膜化したトナーを、無加圧状態で加熱した場合に発生したトナー凝集を表している。トナー凝集が起こると、膜化によって隠蔽していた下地（ここではＰＦＡ）が再度、露出してしまう。
【０００８】
以上のように、膜形成部でトナーを膜化しても、膜化後のトナーが持つ余熱でトナー凝集が発生してしまい、最終的に記録材上で濃度低下や彩度低下などの画質劣化が発生する課題がある。
【０００９】
そこで本発明の目的は、膜形成後にトナー凝集が発生しない温度かつ、膜転写が可能な温度まで、膜形成後のトナー膜を速やかに冷却することで、トナー凝集を抑制し、画像劣化の無いトナー膜を記録材上に良好に転写可能な転写同時定着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は下記の構成を特徴とする加熱装置である。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、有彩色カラートナーを用いて未定着トナー像を中間転写体上に形成し、該各色の未定着トナー像を中間転写体上で溶融膜化する膜形成部と、該膜形成部により膜化された未定着トナーを記録材上に転写を行う膜転写部を備えた転写定着装置において、膜形成部の下流側に、膜化された未定着トナーを冷却する手段を設けることを特徴とする転写定着装置である。これにより、中間転写体上でトナー凝集のないトナー膜の形成が可能となり、良好なトナー画像が形成可能な転写定着装置が提供できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記冷却手段により冷却した後のトナー膜の温度がガラス転移温度（Ｔｇ）以上、軟化点温度（Ｔｍ）以下であることを特徴とする請求項１に記載の転写定着装置である。これにより、冷却したトナー膜を良好に記録材上に転写することが可能となる転写定着装置が提供できる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記冷却手段が記録材と接触する面側からトナー膜を冷却することを特徴とする請求項１、２に記載の転写定着装置である。これにより、膜形成後のトナーを迅速に冷却することが可能となり、トナー凝集のない良好な画像が提供できる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前期中間転写体が無端状のベルトで形成されることを特徴とする請求項１、２に記載の転写定着装置である。これにより、前記冷却手段を前記膜形成部の下流側に配置する自由度が増すため、画像形成装置の大きさに合わせて冷却手段の構成を最適化可能となり、より一層良好な画像を形成できる転写定着装置が提供できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、転写定着方式において、膜形成後のトナー膜を冷却することにより、膜形成後の余熱によるトナー凝集の発生を抑制できる。かつ、冷却後のトナー膜の温度は記録材上に転写可能な温度に確保するため、トナー凝集の抑制と、良好な転写性を両立した転写同時定着装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１における転写定着装置の概略を示す断面図
【図２】画像形成装置全体の概略を示す断面図
【図３】実施例１における転写定着ベルトの温度推移を表す図
【図４】実施例２における転写定着装置の概略を示す断面図
【図５】トナー凝集を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。
［実施例１］
【００１８】
本発明の第１の実施例を以下に説明する。まず、本実施例における画像形成装置の本体構成を説明し、次いで本発明に係わる定着装置について詳しく説明する。
【００１９】
〈画像形成部〉
図２に示す装置内には第１、第２、第３、第４の画像形成部Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄが併設され、各々異なった色のトナー像が潜像、現像、転写のプロセスを経て形成される。
【００２０】
画像形成部Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄは、それぞれ専用の像担持体、本例では電子写真感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを具備し、各感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ上に各色のトナー像が形成される。各感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに隣接して中間転写ベルト２が設置され、感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ上に形成された各色のトナー像が、中間転写ベルト２上に１次転写され、２次転写部で転写定着装置２０の転写定着ベルト２１に転写される。
【００２１】
転写定着ベルト２１に転写されたトナーを、膜形成部２２で膜化し、膜転写部２３で記録材に転写して、記録画像として装置外に排出される。
【００２２】
感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの外周には、それぞれドラム帯電器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、現像器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、１次転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及びクリーナ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが設けられ、装置の上方部にはさらに図示しない光源装置およびポリゴンミラーが設置されている。
【００２３】
光源装置から発せられたレーザー光を、ポリゴンミラーを回転して走査し、その走査光の光束を反射ミラーによって偏向し、ｆθレンズにより感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの母線上に集光して露光することにより、感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ上に画像信号に応じた潜像が形成される。
【００２４】
現像器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄには、現像剤としてそれぞれシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｋ）のトナーが、図示しない供給装置により所定量充填されている。現像器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、それぞれ感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ上の潜像を現像して、シアントナー像、マゼンタトナー像、イエロートナー像及びブラックトナー像として可視化する。
【００２５】
中間転写ベルト２は矢示の方向に感光ドラム１と同じ周速度をもって回転駆動されている。
【００２６】
感光ドラム１ａ上に形成担持された上記第１色のイエロートナー画像は、感光ドラム１ａと中間転写ベルト２とのニップ部を通過する過程で、中間転写ベルト２に印加される１次転写バイアスにより形成される電界と圧力により、中間転写ベルト２の外周面に転写されていく。
【００２７】
以下、同様に第２色のマゼンタトナー画像、第３色のシアントナー画像、第４色のブラックトナー画像が順次中間転写ベルト２上に転写され、目的のカラー画像に対応した合成カラートナー画像が、中間転写ベルト２状に形成される。
【００２８】
７は２次転写ローラで、中間転ベルト２に対応し平行に軸受させて下面部に接触させて配設してある。２次転写ローラ７には、２次転写バイアス源によって所望の２次転写バイアスが印加されており、中間転写ベルト２上に転写された合成カラートナー画像は、転写定着ベルト２１に転写される。
【００２９】
１次転写が終了した感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、それぞれのクリーナ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄにより転写残トナーがクリーニング、除去され、引き続き次の潜像の形成以下に備えられる。中間転写ベルト２上に残留したトナー及びその他の異物は、中間転写ベルト２の表面にクリーニングウエブ（不織布）８を当接して、拭い取るようにしている。
【００３０】
転写定着ベルト２１に転写されたカラートナー画像は、膜形成部２２を経て膜化される。膜化したトナーの記録材Ｐへの転写は以下のように行われる。
【００３１】
給紙カセット９からレジストローラ１０を通過して、転写定着ベルト２１と３次転写ローラ２４との当接ニップに、所定のタイミングで記録材Ｐが給送され、同時に３次転写バイアスがバイアス電源から印加される。この３次転写バイアスにより転写定着ベルト２１から記録材Ｐへ、トナー膜画像が転写される。
【００３２】
〈転写定着装置〉
次いで、本発明の特徴である転写定着装置２０について以下に説明する。図１は本実施例の転写定着装置の概略断面図である。図１に示すように、転写定着装置２０は以下の構成からなる。未定着トナーＴを保持する転写定着ベルト２１と、転写定着ベルト２１上の未定着トナーを膜化する膜形成部２２と、膜形成部２２で膜化したトナーを冷却する冷却装置２５と、冷却したトナー膜を記録材Ｐに転写する膜転写部２３からなる。
【００３３】
転写定着ベルト２１は、基層・中間層・表層の３層構成とした。基層は耐熱性と強度のある材質が好ましく、本実施例では厚さ３００μｍのポリイミドを用いた。
【００３４】
表面の凹凸が大きい記録材への転写定着ベルトの追従性を確保するために、中間層は耐熱性のある弾性体が好ましい。本実施例では、厚さ５００μｍのシリコーンゴムを用いた。
【００３５】
膜転写部でトナー膜を転写定着ベルトから記録材に転写するために、表層はフッ素樹脂のような離型性のある材料が好ましい。また後述するように、膜形成加熱ローラ２８の表層にも離型層としてフッ素樹脂を用いている。そのため膜形成時に、膜形成加熱ローラ２８の離型層と転写定着ベルト２１の離型層に挟まれたトナー膜を、確実に転写定着ベルト２１側に維持する制御が必要となる。したがって、本実施例ではトナーに対する離型性が、膜形成加熱ローラの表層フッ素樹脂よりもやや低い材質である厚さ３０μｍのＰＴＦＥを使用した。
【００３６】
膜形成部２２では、膜形成加熱ローラ２６と膜形成加圧ローラ２７が転写定着ベルト２１を介して圧接し、膜形成ニップ部Ｎを形成している。この膜形成ニップ部Ｎにおいて、転写定着ベルト２１上の未定着トナーに熱と圧力を加えて膜化する。
【００３７】
膜形成加熱ローラ２６は外径φ３０ｍｍである。φ２０ｍｍのアルミ製の芯金２８の外側に、厚さ５ｍｍのシリコーンゴムの弾性層２９が形成されている。
【００３８】
膜形成加熱ローラの最表層には、不図示のパーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）からなる離型層が形成されている。離型層はチューブを被覆させたものでも、表面を塗料でコートしたものであっても良いが、本実施例では耐久性の優れるチューブを使用した。
【００３９】
膜形成加熱ローラ２６の硬度が低ければ、軽圧でも膜形成ニップ部Ｎの幅が確保できる利点があるが、硬度が低すぎると耐久性が低下する弊害がある。本実施例では、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度（４．９Ｎ荷重）で４０〜４５°になるローラを採用した。
【００４０】
膜形成加熱ローラ２６は、不図示の回転手段により、図中矢印方向に、表面移動速度１００ｍｍ／秒で回転する。
【００４１】
膜形成加圧ローラ２７は、膜形成加熱ローラ２６からトナーに与えた熱を必要以上に奪わないように、低熱容量で低熱伝導率のものが好ましい。本実施例では以下の構成のローラを用いた。外径はφ３０ｍｍ、φ２２ｍｍの鉄製の芯金３０の外側に、厚さ４ｍｍの発泡ゴム弾性層３１を形成している。膜形成加圧ローラ２６は直接トナーに接することはないため、最表層に離型層を設けていない。膜形成加圧ローラ２７は、付図示の加圧構成により６００Ｎの力で加圧され、幅１０ｍｍの膜形成ニップ部Ｎを形成し、膜形成加熱ローラ２６に従動回転する。
【００４２】
膜形成前のトナー載り量が単層最密以下になるような少ない場合、未定着トナー間に隙間が存在する。したがって、前述した離型性の高い転写定着ベルト２１の上で、トナーを溶融し、トナー間の隙間を埋めて膜化するにはトナーに十分な熱と圧力が必要となる。
【００４３】
本実施例で用いたトナーは、粒径６μｍ、比重１．２ｇ／ｃｍ３で、トナー単色最大載り量を０．３ｍｇ／ｃｍ２とした。したがって膜形成前のトナーは単層最密以下の状態となり、トナー間に多くの隙間が存在する。
【００４４】
上記のように、膜形成ニップ部Ｎで未定着トナーに十分な熱と圧力を加えると、膜形成ニップ部Ｎを出たトナー膜は余熱をおびている。余熱をおびたトナー膜が膜転写部２３まで搬送される間に、余熱はある程度外部へ自然放熱するが、自然放熱による冷却の効果は小さい。
【００４５】
図３に膜形成ニップ部出口から、膜転写ニップ部入口までの転写定着ベルト２１の温度推移を示す。実線が膜形成ニップ部下流側に冷却装置が無い場合の温度推移で、点線は冷却装置がある場合の温度推移を示している。測定は転写定着ベルト２１上に熱電対を貼り付けて行った。
【００４６】
図３が示すように、膜形成ニップ部Ｎの出口直後で転写定着ベルトの温度は約１３０℃になる。そして、図３の実線が示すように、冷却装置が無い場合、膜形成後、転写定着ベルトの温度は自然冷却によって緩やかに低下する。自然冷却のみでは、転写定着ベルトの表面は、膜転写部まで１１０℃付近の温度を推移する。
【００４７】
前述したようにトナー膜の温度が軟化点温度以上になると、凝集が発生する。本実施例で用いたトナーでは、１００℃以上でトナー凝集が発生する。そして、無加圧状態の温度が高くかつ、その時間が長ければ長いほどトナー凝集は起こりやすくなるため、図３の実線のような温度推移では、膜が壊れる割合が高くなる。
【００４８】
一方、冷却装置がある場合は、図３の点線が示すように、転写定着ベルト２１の温度が自然冷却と比較して、より早く温度が確実に低下することがわかる。
【００４９】
ここで、トナー膜を冷却し過ぎると、膜転写部におけるトナー膜の転写性が低下することが本発明者等の検討から判明している。本発明者等の検討により、トナー膜の温度がガラス転移点温度以上、軟化点温度以下の場合に、トナー膜が記録材上に良好に転写できることが判明した。特に温度が高くトナー粘度が低下するほど転写性は上がるため、軟化点を超えない程度に高い温度が好ましい。したがって本実施例では、冷却装置２５によって転写定着ベルト２１温度が１００℃を大きく下回らないように、冷却条件を調整した。
【００５０】
冷却装置２５は、冷却ローラ３２と冷却加圧ローラ３３が、転写定着ベルト２１を介して圧接した構成となっている。本実施例では、冷却ローラ３２はφ２５ｍｍのアルミの円筒状を用いた。冷却ローラ３２内部には、不図示のチラーから温度が約８０℃に保たれた水を循環させている。アルミの円筒の表面には、離型層として厚さ２０μｍのＰＦＡをコートしている。冷却加圧ローラ３３は膜形成部と同様のローラを用いた。
【００５１】
転写定着ベルト上のトナー膜を転写可能温度まで速やかに冷却するために、冷却時間を有る程度確保しなければならない。本構成の転写定着ベルトと膜形成部出口のトナー膜温度では、冷却時間が約１００ｍｓｅｃ程度あればトナー膜を速やかに冷却可能であることを、本発明者等の検討から判明した。そこで、上記の冷却時間を確保するために、本実施例では転写定着ベルト２１を冷却ローラ３２に巻き付けた。具体的には巻き付け長さを１３．１ｍｍとして、冷却時間を１００ｍｓｅｃ確保した。
【００５２】
上記のように、本実施例では膜形成部で膜化したトナー面に、直接、温度一定の冷却ローラ３０を接触させて、トナー膜を迅速に冷却させている。また、加圧しながら冷却を行っているため、トナー凝集が発生しにくい状況となっている。
【００５３】
さらに、転写定着ベルト２１を冷却ローラ３２に巻きつけることにより、転写定着ベルト２１上のトナー膜は圧縮される方向（トナー同士がくっつき合う方向）に曲げられるため、さらにトナー凝集を抑制する効果を得ることができる。
【００５４】
前述した従来例のように、転写定着ベルト２１の内側（転写定着ベルトの基層）から冷却した場合、転写定着ベルトを介しての冷却になるため、トナー膜を迅速に冷却することができず、トナー凝集を抑制する効果が薄れてしまう。
【００５５】
前述したように、本実施例では、トナー膜が記録材上に転写可能な温度は確保できるように、トナー膜の冷却を行っているため、膜転写部２３には加熱源を設けていない。
【００５６】
膜形成部２２と膜転写部２３の距離を短くして、トナー凝集の抑制を行う方法も考えられるが、膜転写部２３の位置を記録材上の搬送経路に柔軟に対応させることが困難になる課題が生じる。
［実施例２］
【００５７】
本発明の第２の実施例を以下に説明する。本実施例において、未定着トナー像を形成する画像形成装置については、上記実施例１と同じであり、説明を省略する。
【００５８】
図４は本件第２の実施例である転写定着装置の概略断面図である。本実施例では中間転写体として、実施例１の転写定着ベルト２１とは異なり、転写定着ドラム３４を用いた。中間転写ドラム３４の外径はφ１２０ｍｍである。φ１１２ｍｍのアルミ製の芯金３０の外側に、厚さ４ｍｍのシリコーンゴム弾性層が形成しており、最表層には実施例１と同様に不図示のＰＴＦＥからなる離型層を設けている。
【００５９】
膜形成加熱ローラ２６は、実施例と同じ構成であるため、実施例１と同一の符号で示している。膜形成加熱ローラ２６は、付図示の加圧構成により、６００Ｎの力で加圧され、幅１０ｍｍの膜形成ニップ部Ｎを形成している。
【００６０】
膜形成部で形成されたトナー膜を冷却する手段として、本実施例では、図４で示すような冷却ファン３５を用いた。中間転写体が円筒状のドラムであるため、実施例１のような冷却ローラでは冷却時間を十分に確保することが難しい。そこで、冷却ファン３５を２つ連結させることで冷却領域を確保し、トナー膜の表面を効率良く冷却できるようにした。また、実施例１と同様に、トナー膜を転写可能温度より大きく下回る温度まで冷却し過ぎないように、冷却ファンの風量を調整した。以上のような構成においても、膜形成後の余熱によるトナー凝集を抑制することができる。
［他の実施例］
【００６１】
実施例１では、冷却ローラをトナー膜に接触させて、トナー膜を冷却したが、実施例２と同様に冷却ファン等を用いて、非接触でトナー膜を冷却してもよい。また、実施例２において、冷却ファンの変わりに、径の小さい冷却ローラを多数配置する構成にしても良い。
【符号の説明】
【００６２】
１…感光ドラム
２…中間転写ベルト
７…二転ローラ
９…給紙カセット
２０…転写定着装置
２１…転写定着ベルト
２２…トナー膜形成部
２３…トナー膜転写部
２４…３次転写ローラ
２５…冷却装置
２６…膜形成加熱ローラ
２７…膜形成加圧ローラ
３２…冷却ローラ
３３…冷却加圧ローラ
３４…転写定着ドラム
３５…冷却ファン
【図１】
2014215414.tif 000003
【図２】
2014215414.tif 000004
【図３】
2014215414.tif 000005
【図４】
2014215414.tif 000006
【図５】
2014215414.tif 000007