(57)【要約】【課題】二次転写同時定着装置９を用いた画像形成装置において、中間転写ベルト７の耐久を損なうことなく、定着性の優れた画像形成装置を提供する。【解決手段】像担持体１上に形成されたトナー像を中間転写ベルト７上に一次転写した後、前記中間転写ベルト７上のトナー像を転写同時定着装置９により転写材Ｐに二次転写すると同時に定着する画像形成装置において、前記転写同時定着装置９の上流側に、該転写同時定着装置９に導入する転写材Ｐを加熱及び加圧する加熱加圧手段８が配置されたことを特徴とする画像形成装置。【選択図】図１
2006003508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成されたトナー像を中間転写ベルト上に一次転写した後、前記中間転写ベルト上のトナー像を転写同時定着装置により転写材に二次転写すると同時に定着する画像形成装置において、
前記転写同時定着装置の上流側に、該転写同時定着装置に導入する転写材を加熱及び加圧する加熱加圧手段が配置されたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記中間転写ベルトが弾性層を持つ中間転写ベルトであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記加熱加圧手段がローラ対であり、ローラ温度が転写材の熱容量により制御されることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記加熱加圧手段がローラ対であり、ローラ間の加圧力が転写材の表面粗さにより制御されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子写真方式を利用して像担持体上に形成したトナー像を中間転写ベルトに一次転写した後、中間転写ベルトから転写材に二次転写同時定着する複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置では、感光体上に静電的な潜像を形成し、それを帯電させたトナーにより現像し、中間転写ベルト上に多色のトナー像を静電的に重ね合わせて一次転写し、中間転写ベルト上のトナー像を静電的に紙等の転写材上に一括して二次転写し、その後に加熱及び加圧により定着する画像形成方法が広く用いられている。
【０００３】
しかし、上記のような画像形成方法では、転写材である紙等の電気的特性や表面性のために、転写材全面で均一な転写電界を確保することが困難であり、またトナー間の電気的な反発力もあり、トナーの飛び散り等の画像劣化が発生する問題があった。
【０００４】
上記の問題に対して、その全面において均一な電気的特性であり、表面が平滑である中間転写ベルト上に多色のトナー像を静電的に重ね合わせて一次転写し、その後、熱及び圧力により転写材に二次転写すると同時に定着（転写同時定着装置）し、カラー画像を形成する画像形成装置が提案されている（特許文献１）。
【０００５】
二次転写と定着を熱及び圧力で同時におこなうことで、上述の静電的に二次転写することにより生じる画像劣化の問題が発生しにくく、かつ、トナーの転写効率も向上するため高品質のカラー画像を得ることができる。
【０００６】
また、表面の凹凸が大きい転写材に対する転写性を改善するために弾性層をもつ中間転写ベルトが提案されている。
【特許文献１】特開平５−２４９７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、高品質のカラー画像を得るための転写同時定着装置では、転写材、トナー像以外に中間転写ベルトも加熱する必要があるため、定着に必要な熱量が増大する傾向にあり、特に弾性層を有する弾性中間転写ベルトは、一般に使用されている樹脂ベルトと比較して厚みがあるため、熱容量が大きくその傾向が顕著である。定着に必要な熱量が不足した場合は、トナー像の転写材への定着不良、画像光沢の低下等で画像品質が低下する。
【０００８】
定着時の熱量を増大させる方法として、低硬度のゴムローラでニップ領域を広くする方法があるが、その場合、ゴムローラの変形で中間転写ベルトにも歪が生じ、その繰り返しにより中間転写ベルトの耐久性が低下してしまう。
【０００９】
その他の方法として、転写同時定着部の上流で中間転写ベルト上のトナーを加熱するトナー溶融手段を用いた転写同時定着装置が提案されているが、その場合の上流での加熱は、中間転写ベルト上のトナー像を乱すことのないように非接触でおこなわなければならず、ゴムローラのニップ領域と比較し、広い領域で中間転写ベルトが高温にさらされることになる。そのため、中間転写ベルトが熱劣化し、抵抗値の変化による静電的な一次転写部での画像不良や機械強度の低下による中間転写ベルトの破壊等により、中間転写ベルトの耐久性が著しく損なわれてしまう。
【００１０】
しかし、上述の方法により定着部の熱量を増大させたとしても、厚紙や表面の凹凸の大きいエンボス紙等を連続で印刷した時などは、定着性が十分に確保できない場合がある。
【００１１】
また、両面印刷時においては、二面目は転写材の温度が上昇しているため、一面目と比較し、より少ない加熱で定着が可能であるが、一面目の定着性を確保するために定着部はより高温で制御されており、中間転写ベルトの耐久性上、好ましくない。
【００１２】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、転写同時定着装置による画像形成方法において、中間転写ベルトの耐久性を損なうことなく、定着性の優れた画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、像担持体上に形成されたトナー像を中間転写ベルト上に一次転写した後、前記中間転写ベルト上のトナー像を転写同時定着装置により転写材に二次転写すると同時に定着する画像形成装置において、前記転写同時定着装置の上流側に、該転写同時定着装置に導入する転写材を加熱及び加圧する加熱加圧手段が配置されたことを特徴とする画像形成装置、である。
【発明の効果】
【００１４】
すなわち、転写材は加熱加圧手段による熱プレス作用で前加熱（プレ加熱）されるとともに、表面が平滑化されて、転写同時定着装置に導入される。これにより、熱容量の大きい弾性中間転写ベルトを使用したとしても、加熱加圧手段がない状態と同等の定着性を転写同時定着装置の温度を低減して達成することが可能となり、中間転写ベルトの熱劣化が低減し耐久性が向上した。また、転写同時定着装置の温度を加熱加圧手段がない状態と同じとした場合は、定着性と画像光沢が向上した。中間転写ベルトの耐久を損なうことなく、定着性の優れた画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１に、本発明に係る画像形成装置の一例の縦断面図を示す。
【００１７】
同図に示す画像形成装置は、中間転写体としての中間転写ベルト７の移動方向に沿って４個の画像形成ユニットＹ・Ｍ・Ｃ・Ｋを配置した４色フルカラーの画像形成装置であり、中間転写ベルト７上に形成されたトナー像を、二次転写部Ｔ２で転写同時定着するようにしたものである。
【００１８】
同図に示す画像形成装置は、色の異なるトナー像を形成する４個の画像形成ユニット、すなわち、イエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像、ブラックトナー像をそれぞれ形成する画像形成ユニットＹ・Ｍ・Ｃ・Ｋを備えている。これらの画像形成ユニットＹ・Ｍ・Ｃ・Ｋは、トナーが異なる点を除いて、ほぼ同じ電子写真プロセス構成、作用である。
【００１９】
イエロー・マゼンタ・シアン・ブラックのトナーとしては、公知の材料、色素を使用したものが使用でき、中間転写ベルト７上のトナー載り量は、各トナーの色素含有量により０．４ｍｇ／ｃｍ２〜０．７ｍｇ／ｃｍ２の範囲で画像形成条件を設定することができる。本実施形態では、平均トナー粒径６μｍの２成分マイナス帯電トナーを使用し、トナー載り量は各色ともに０．５ｍｇ／ｃｍ２に設定した。
【００２０】
各画像形成ユニットＹ・Ｍ・Ｃ・Ｋにおいて、１は像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光体と記す）であり、駆動手段（不図示）によって矢印方向（時計回り）に回転駆動される。感光体１は、導電性基層上に光導電層を設けてなっており、有機感光体（ＯＰＣ）、アモルファスシリコン感光体、またはセレン感光体などが使用される。本実施形態では、有機感光体ドラム（ＯＰＣ）を使用した。
【００２１】
２は帯電手段であり、感光体１の表面を所定の極性及び、電位に一様に帯電する。帯電手段としては、スコロトロン帯電器や帯電ローラ、磁気ブラシ帯電器等を使用することができる。本実施形態では、スコロトロン帯電器を使用し、感光体１をマイナス極性の所定電位に帯電した。
【００２２】
３は露光手段（レーザースキャナ、ＬＥＤアレイ等）であり、感光体１の回転方向において、帯電手段２の下流側に配置される。帯電手段２で一様に帯電された感光体１の表面は、画像情報に基づき露光手段３により光走査され、それにより静電潜像が形成される。
【００２３】
４は現像器であり、感光体１の回転方向において、露光手段３の下流側に配置され、感光体１上の静電潜像をトナーで現像する。本実施形態では、マイナス帯電したトナーで感光体１上の静電潜像をトナー像として現像した。
【００２４】
５は静電的な一次転写手段であり、一次転写位置Ｔ１で中間転写ベルト７を中にして感光体１に対向する位置に配置され、一次転写手段５の転写電界により、中間転写ベルト７上に感光体１上のトナー像を一次転写する。一次転写手段としては、スコロトロン転写帯電器や転写ローラ、転写ブレード、転写ブラシ等を使用することができる。本実施形態では、スコロトロン転写帯電器を使用し、プラスの転写電界により感光体１上のトナー像を中間転写ベルト７上に一次転写した。
【００２５】
６は感光体クリーニング手段であり、一次転写手段５で中間転写ベルト上に転写されずに残った転写残トナーを感光体表面から除去する。
【００２６】
上述の動作が、４つの画像形成ユニットＹ・Ｍ・Ｃ・Ｋにおいておこなわれ、中間転写ベルト７上に、画像形成ユニットＹで形成されるイエロートナー像、画像形成ユニットＭで形成されるマゼンタトナー像、画像形成ユニットＣで形成されるシアントナー像、画像形成ユニットＫで形成されるブラックトナー像が、各画像形成ユニットの一次転写部Ｔ１において順に重畳されて一次転写される。これにより中間転写ベルト７上にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー像の重ね合わせからなる未定着のフルカラートナー画像が合成形成される。
【００２７】
中間転写体としての中間転写ベルト７は、各色の画像形成ユニットＹ・Ｍ・Ｃ・Ｋの感光体１に接触して駆動されている。中間転写ベルト７は、駆動ローラ７１と、従動ローラ７２・７３と、転写同時定着装置９の上加熱ローラ９１で懸架されており、矢印Ｒ方向に回転駆動される。
【００２８】
中間転写ベルト７は、基層（ベースフィルム）、弾性層、表層の積層構造材からなる弾性中間転写ベルトである。基層には、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート等の耐熱性樹脂や、アルミニウム、ニッケル等の金属、またはこれらの複合材料を使用することができる。
【００２９】
表層にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂、フッ素ゴム、シリコーン樹脂、シリコーンゴム等のトナーに対して高い離型性を有する材料、または上記材料にバインダーとしてポリウレタン等を混合したものを使用することができる。
【００３０】
弾性層には、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性材料を使用することができる。
【００３１】
中間転写ベルト７の電気特性としては、体積抵抗率が１０５〜１０１３Ω・ｃｍ、表面抵抗率が１０６〜１０１４Ω／□が好ましく、体積抵抗率が１０６〜１０１０Ω・ｃｍ、表面抵抗率が１０９〜１０１３Ω／□がより好ましい。
【００３２】
本実施形態では、中間転写ベルト７は、基層は７５μｍ厚のポリイミド、表層は１０μｍ厚のＰＦＡ、中間弾性層は３００μｍ厚のシリコーンゴムで構成した。また、各層の電気抵抗は公知の方法により調整し、中間転写ベルトとして体積抵抗率１０９Ω・ｃｍ、表面抵抗率１０１１Ω／□とした。
【００３３】
体積抵抗率、表面抵抗率はアドバンテスト製Ｒ８３４０Ａ抵抗測定器で、主電極外径５０ｍｍ、ガード電極７０ｍｍのプローブを使用し、２３℃／５０％ＲＨの環境で、印加電圧５００Ｖ、チャージ時間１０秒の測定条件で測定した。
【００３４】
８は加熱加圧手段であり、転写同時定着装置９の転写材搬送方向上流側に配置してある。本例の加熱加圧手段８は矢印の方向に回転駆動される上ローラ８１と下ローラ８２とを備えたローラ対からなる。上ローラ８１に対して下ローラ８２を加圧機構８３により加圧してニップＮを形成させている。
【００３５】
加熱加圧手段８は給紙部（不図示）から給送された転写材ＰをニップＮで加熱及び加圧して転写同時定着装置９の二次転写同時定着部Ｔ２に導入する。
【００３６】
加熱加圧手段８は、二次転写同時定着部Ｔ２におけるトナー像の転写材Ｐへの定着性を向上させるために、上ローラ８１及び下ローラ８２の温度、上ローラ８１と下ローラ８２間の圧力がそれぞれ制御できる構造となっている。
【００３７】
上ローラ８１及び下ローラ８２としては、中空金属ローラ上にフッ素ゴム、シリコーンゴム等の弾性層、表層にトナーに対して高い離型性を有するＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂、フッ素ゴム、シリコーン樹脂、シリコーンゴム等の材料が積層されたものを使用することができる他、金属ローラや金属ローラにトナー離型層を積層したものが使用できる。上ローラ８１または下ローラ８２またはその双方の内部にヒータＨ１・Ｈ２が配置される。
【００３８】
本実施形態では、上ローラ８１及び下ローラ８２は、アルミニウムの中空ローラ上に硬度３５度のシリコーンゴム厚さ０．５ｍｍ、表層に５０μｍのＰＦＡを積層した外径３０ｍｍのローラを使用した。また、上ローラ８１と下ローラ８２の双方の内部にヒータとしてハロゲンランプＨ１・Ｈ２を配置した。
【００３９】
ＴＨ１・ＴＨ２は上ローラ８１と下ローラ８２にそれぞれ配設したローラ表面温度検知手段としてのサーミスタである。各サーミスタＴＨ１・ＴＨ２の検知温度情報が制御回路（ＣＰＵ）１００に入力する。制御回路１００はその入力する検知温度情報に基づいて上ローラ８１と下ローラ８２のローラ表面温度がそれぞれ所定の管理温度に維持されるように、ハロゲンランプＨ１とＨ２のそれぞれに対する電力供給回路Ｖ１とＶ２の出力を制御する。また制御回路１００は所定の制御情報に基づいて加圧機構８３を制御して上ローラ８１と下ローラ８２間の圧力を所定の管理圧に制御する。
【００４０】
転写同時定着装置９は、中間転写ベルト７の内側の上加熱ローラ９１と、この上加熱ローラ９１に対して中間転写ベルト７を挟んで加圧当接させた下加熱ローラ９２とを備えている。中間転写ベルト７と下加熱ローラ９２とのニップが二次転写同時定着部Ｔ２である。
【００４１】
上加熱ローラ９１及び下加熱ローラ９２としては、中空金属ローラ上にフッ素ゴム、シリコーンゴム等の弾性層、表層にトナーに対して高い離型性を有するＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂、フッ素ゴム、シリコーン樹脂、シリコーンゴム等の材料が積層されたものを使用することができる他、金属ローラや金属ローラにトナー離型層を積層したものが使用できる。
【００４２】
また、上加熱ローラ９１または下加熱ローラ９２またはその双方の内部にヒータＨ３・Ｈ４が配置され、二次転写同時定着領域Ｔ２でトナー温度がトナー軟化温度以上となるように温度が設定、制御される。
【００４３】
本実施形態では、上加熱ローラ９１及び下加熱ローラ９２は、アルミニウムの中空ローラ上に硬度２５度のシリコーンゴム厚さ２ｍｍ、表層に５０μｍのＰＦＡを積層した外径５０ｍｍのローラを使用した。また、それぞれの内部にヒータとしてハロゲンランプＨ３・Ｈ４を配置した。
【００４４】
ＴＨ３・ＴＨ４は上加熱ローラ９１と下加熱ローラ９２にそれぞれ配設したローラ表面温度検知手段としてのサーミスタである。各サーミスタＴＨ３・ＴＨ４の検知温度情報が制御回路（ＣＰＵ）１００に入力する。制御回路１００はその入力する検知温度情報に基づいても上加熱ローラ９１と下加熱ローラ９２のローラ表面温度が所定の管理温度に維持されるように、ハロゲンランプＨ３とＨ４のそれぞれに対する電力供給回路Ｖ３とＶ４を制御する。
【００４５】
転写材Ｐは、中間転写ベルト７上のトナー像にタイミングに合わせて、加熱加圧手段８から転写同時定着装置９の二次転写同時定着部Ｔ２に搬送され、中間転写ベルト７上のトナー像は熱及び圧力により転写材Ｐ上に二次転写され、それと同時に定着される。
【００４６】
１０は冷却ファンであり、二次転写同時定着部Ｔ２よりも中間転写ベルト移動方向下流側で、従動ローラ７３よりも中間転写ベルト移動方向上流側の中間転写ベルト部分の表側に対面させて配設してある。この冷却ファン１０は二次転写同時定着部Ｔ２を中間転写ベルト７の表面に密着して通過した転写材、転写材上のトナー像及び中間転写ベルトを冷却するための冷却装置である。中間転写ベルト７の表面に密着して冷却ファン１０で冷却された転写材Ｐは従動ローラ７３を分離ローラとしてこのローラ部分で中間転写ベルト７の表面から曲率分離してフルカラー画像形成物として搬送される。
【００４７】
１１は中間転写ベルトクリーニング手段であり、中間転写ベルトの上の転写材に転写されずに残った転写残トナーを除去する。クリーニングローラ、クリーニングブレード、クリーニングウェッブ等が使用できる。本実施形態では、クリーニングウェッブ装置を使用した。
【００４８】
本発明の特徴は、転写同時定着装置９の上流側に、転写材へのトナー像の定着性を向上させるための転写材の加熱加圧手段８を配置したことにある。すなわち、転写材Ｐは加熱加圧手段８による熱プレス作用で前加熱（プレ加熱）されるとともに、表面が平滑化されて、転写同時定着装置９の二次転写同時定着部Ｔ２に導入される。これにより、熱容量の大きい弾性中間転写ベルト７を使用していて、加熱加圧手段８がない状態と同等の定着性を転写同時定着装置９の温度を低減して達成することが可能となり、弾性中間転写ベルト７の耐久性が向上した。また、転写同時定着装置９の温度を加熱加圧手段８がない状態と同じとした場合は、定着性と画像光沢が向上した。
【実施例２】
【００４９】
実施例１の画像形成装置において、加熱加圧手段９のローラ８１又は／及び８２の管理温度を通紙使用される転写材Ｐの熱容量に応じて制御した。
【００５０】
制御回路１００は、画像形成実行モードが熱容量の大きい厚紙の連続印刷モードであるときは、二次転写同時定着部Ｔ２での熱量不足を補うために、ローラ８１又は／及び８２の管理温度を、転写材が熱容量の小さい薄紙の時の管理温度よりも高くすることで、転写同時定着装置９の温度及び圧力を増大させることなく、また、生産性を低下させることなく、厚紙の定着性を薄紙と同等とすることが可能であった。
【００５１】
通紙使用される転写材Ｐの種類情報は転写材種類情報入力手段１０１から制御回路１００に転写材種類自動検知手段（不図示）にて自動的に、またはマニュアルで入力される。
【００５２】
加熱加圧手段９のローラ温度の転写材熱容量に応じた制御は、普通紙、厚紙、薄紙など各種の転写材についての適正管理温度を制御回路１００に予めメモリしておき、通紙使用される転写材Ｐの種類情報と画像形成実行形態に応じて制御回路に適正な切り換えを判断させることでなされる。
【００５３】
図２はこの実施例２において、制御回路１００が行う制御フローチャートである。
【実施例３】
【００５４】
実施例１の画像形成装置において、加圧加熱手段９のローラ８１・８２間の加圧力を通紙使用される転写材Ｐの表面粗さに応じて制御した。
【００５５】
制御回路１００は、転写材種類情報入力手段１０１から入力する、通紙使用される転写材Ｐの種類が基準外の表面の粗い紙であるときは、加圧機構８３を制御してローラ８１・８２間の加圧力を転写材Ｐが平滑な紙であるときよりも所定に大きく切り換え制御する。これにより、その大きな加圧力により一時的にも凹凸を小さくし、転写同時定着装置９の温度及び圧力を増大させることなく、また、生産性を低下させることなく、表面の粗い紙の定着性を向上させることが可能であった。
【００５６】
加圧機構８３の具体例は図には省略したけれども、例えば、加圧ばねを用いた加圧機構、流体圧を用いた加圧機構等適宜に構成することができる。またその加圧力調整機構も，例えば、回転カム機構や流体圧調整モータ機構等適宜に構成することができる。
【００５７】
図３はこの実施例３において、制御回路１００が行う制御フローチャートである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施形態の画像形成装置の概略構成を示す縦断面図。
【図２】制御フローチャート
【図３】制御フローチャート
【符号の説明】
【００５９】
Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ：画像形成ユニット、１：感光体、２：帯電手段、３：露光手段、４：現像器、５：一次転写手段、６：感光体クリーニング手段、７：中間転写ベルト、７１：駆動ローラ、７２・７３：従動ローラ、８：加熱加圧手段、８１：上ローラ、８２：下ローラ、９：転写同時定着装置、９１：上加熱ローラ、９２：下加熱ローラ、１０：冷却装置、１１：中間転写ベルトクリーニング手段、Ｐ：転写材、Ｒ：中間転写ベルトの回転方向
【図１】
2006003508.tif 000003
【図２】
2006003508.tif 000004
【図３】
2006003508.tif 000005