(57)【要約】【課題】画像形成装置において、小さな消費電力で中間転写ベルトの温度上昇を十分に抑制する。【解決手段】この中間転写ベルト１０は、下側から基材層１１、弾性層１２、熱吸収層１３、表面層１４からなる、多層構造を具備する。弾性層１２は、最も厚く形成され、弾性変形が可能な材料として、例えばブタジエンゴム（ＢＲ）で構成される。弾性層１２と表面層１４の間の熱吸収層１３は、上記の積層構造において、弾性層１２よりも熱を高効率で吸収可能な材料（熱吸収材料）を含む。特に中間転写ベルト１０における好ましい温度付近において熱を高効率で吸収する材料を用いることによって、定着ローラー等による加熱がある場合でも、中間転写ベルト１０の温度を、この好ましい温度付近に維持することができる。【選択図】図２
2019139065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーで構成されたパターンを中間転写ベルトに一次転写した後に、前記中間転写ベルトを駆動して当該パターンを媒体に二次転写する構成を具備する画像形成装置であって、
前記中間転写ベルトは、
弾性体で構成された弾性層と、
前記弾性体よりも熱吸収能力が高い熱吸収層と、
を含む多層構造とされたことを特徴とする画像形成装置
【請求項２】
前記熱吸収層は、吸収した熱により相変化をする相変化材料を含んで構成された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】
前記熱吸収層は、前記相変化材料を内包するマイクロカプセルが混合されて構成されたことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記中間転写ベルトを冷却する排熱部を具備することを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記排熱部は、
前記熱吸収層における前記相変化材料よりも低温で相変化をする他の相変化材料を含んで構成され、前記中間転写ベルトと接する排熱ローラーであることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記排熱ローラーは、前記他の相変化材料を内包するマイクロカプセルが混合されて構成されたことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記排熱部は、
前記中間転写ベルトを冷却風によって冷却する冷却ファンであることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記冷却ファンは、前記中間転写ベルトの駆動方向と垂直な方向にわたり前記冷却風を生成する軸流ファンとダクトの組み合わせ、あるいはクロスフローファンであることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記パターンが二次転写された前記媒体を加熱して前記パターンを定着させる定着部を具備することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項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、感光体ドラム上に形成されたトナーパターンを、中間転写ベルトを介して媒体上に転写して画像を形成して出力する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザープリンターにおいては、円筒形状の感光体ドラムの表面において、露光部分に対応してパターニングされたトナーのパターンが形成され、このパターンが、感光体ドラムに掛け渡された中間転写ベルトに一旦転写（一次転写）された後に媒体（用紙）に転写（二次転写）され、定着ユニットにおいて高温で定着されることによって、画像が形成されて出力される。ここで、カラー画像を形成する場合には、感光体ドラムは、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（黄色）、Ｋ（ブラック）の４色に対応して４種類独立して設けられ、それぞれの色のパターンが各感光体ドラムに形成される。中間転写ベルトにおいては、各色のパターンが順次転写されて重ね合わせられてから、媒体に二次転写される。媒体にこのパターンが転写された後に、中間転写ベルトはクリーニング部を通過して清浄化された（初期状態に戻された）後に、次の出力のために同様の工程が繰り返される。
【０００３】
ここで、定着ユニットにおいては、高温（例えば１５０℃以上）に維持された定着ローラーが用いられ、用紙が定着ローラーで搬送される際に加圧されかつ高温とされることによって、トナーで構成されたカラー画像が用紙上に定着する。一方、このように定着が行われる前においては、トナーの温度はこれよりも低い一定の温度に保たれることが好ましく、例えば感光体ドラムや中間転写ベルトの上でトナーの温度が上昇した場合には、これに起因して画像に欠陥が形成される場合がある。
【０００４】
ここで、定着ローラーと中間転写ベルトとは直接接さないものの、装置内においてこれらは近接した位置にあるため、中間転写ベルトの温度も定着ローラーの影響を受けて上昇することがある。また、感光体ドラムの温度もレーザー光による露光が行われるため、あるいは摩擦によって上昇し、中間転写ベルトの温度がこれにより上昇する場合がある。
【０００５】
このため、中間転写ベルト上に一次転写された時点で温度上昇によりトナーが劣化（凝集・固着）する場合がある。また、上記の動作を円滑に行わせるためには、中間転写ベルトは弾性変形をする必要があるが、温度上昇により、中間転写ベルトのこうした機械的特性が劣化することがある。このため、連続して多数の出力を行った場合には、上記のような中間転写ベルトの温度上昇に起因して、出力される画像に欠陥が発生する場合がある。
【０００６】
このため、特許文献１には、中間転写ベルトから用紙にトナーパターンを二次転写した後に、冷却ファンを用いて中間転写ベルトを冷却（空冷）する構成を具備する画像形成装置が記載されている。また、特許文献２には、定着ローラーと中間転写ベルトとの間に断熱材を設けることによって定着ローラーの温度の影響を低減し、かつ二次転写後における中間転写ベルトと接することにより吸熱を行うヒートパイプを用いた画像形成装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−０２９５４０号公報
【特許文献２】特開２００５−２７５２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、十分に中間転写ベルトを冷却することは困難であった。あるいは、十分に中間転写ベルトを冷却するためには、大出力の冷却ファンを用いる必要があった。特許文献２に記載の技術においても、中間転写ベルトの冷却は不十分であった。更に、どちらの技術においても、定着ローラーに起因する中間転写ベルトの温度上昇に対しては一定の効果は認められるものの、冷却は二次転写後に行われるために、感光体ドラムの温度上昇に起因する中間転写ベルトの温度上昇に対しては効果が得られなかった。
【０００９】
このため、小さな消費電力で中間転写ベルトの温度上昇を十分に抑制することが望まれた。
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、上記課題を解決できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の画像形成装置は、トナーで構成されたパターンを中間転写ベルトに一次転写した後に、前記中間転写ベルトを駆動して当該パターンを媒体に二次転写する構成を具備する画像形成装置であって、前記中間転写ベルトは、弾性体で構成された弾性層と、前記弾性体よりも熱吸収能力が高い熱吸収層と、を含む多層構造とされたことを特徴とする。
本発明の画像形成装置において、前記熱吸収層は、吸収した熱により相変化をする相変化材料を含んで構成されたことを特徴とする。
本発明の画像形成装置において、前記熱吸収層は、前記相変化材料を内包するマイクロカプセルが混合されて構成されたことを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、前記中間転写ベルトを冷却する排熱部を具備することを特徴とする。
本発明の画像形成装置において、前記排熱部は、前記熱吸収層における前記相変化材料よりも低温で相変化をする他の相変化材料を含んで構成され、前記中間転写ベルトと接する排熱ローラーであることを特徴とする。
本発明の画像形成装置において、前記排熱ローラーは、前記他の相変化材料を内包するマイクロカプセルが混合されて構成されたことを特徴とする。
本発明の画像形成装置において、前記排熱部は、前記中間転写ベルトを冷却風によって冷却する冷却ファンであることを特徴とする。
本発明の画像形成装置において、前記冷却ファンは、前記中間転写ベルトの駆動方向と垂直な方向にわたり前記冷却風を生成する軸流ファンとダクトの組み合わせ、あるいはクロスフローファンであることを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、前記パターンが二次転写された前記媒体を加熱して前記パターンを定着させる定着部を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記の構成により、画像形成装置において、小さな消費電力で中間転写ベルトの温度上昇を十分に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る画像処理装置において用いられる中間転写ベルトの構造を示す断面図である。
【図３】中間転写ベルトにおいて用いられる熱吸収層の構造を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の変形例の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。実施の形態となる画像形成装置１は、特許文献１、２に記載の画像形成装置と同様に、感光体ドラム、中間転写ベルト等を用いて媒体（用紙）にカラー画像を形成して出力する。
【００１５】
図１は、この画像形成装置１の構造を示す断面図であり、ここでは、中間転写ベルト１０に関わる構成のみが示されており、これ以外の構造以外については、画像形成装置１の構成は、従来より知られる画像形成装置、あるいは特許文献１、２に記載の画像形成装置と同様である。
【００１６】
この画像形成装置１においては、図中において左右に細長い環状とされた中間転写ベルト１０は、図中下側で４つの感光体ドラム２１〜２４と上側から一次転写ローラー２５に挟持されて右側に駆動されることによって、図中反時計回りに駆動される。この際、感光体ドラム２１〜２４にはそれぞれ露光装置、現像装置(共に詳細は省略）が設けられ、これらによって、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（黄色）、Ｋ（ブラック）の各色のトナーで構成されたパターンがそれぞれ形成され、各パターンが中間転写ベルト１０に順次転写（一次転写）されることによって、カラー画像に対応するトナーパターンが中間転写ベルト１０の表面に形成される。その後、図中右端において、中間転写ベルト１０が２つの二次転写ローラー２６で用紙Ｐと同時に挟持されて搬送される際に、このトナーパターンが用紙Ｐに転写(二次転写）される。二次転写後の中間転写ベルト１０は、クリーニング部３０を通過することによってその表面が初期状態とされ、中間転写ベルト１０が図中反時計回りに駆動されることによって、上記の動作が次の用紙Ｐに対して繰り返される。
【００１７】
一方、二次転写後の用紙Ｐは、定着装置(定着部）４０を介して図中上側に駆動される。定着装置４０においてこの駆動のために用いられる定着ローラー４１の温度は、加熱機構により高温（例えば１５０℃以上）に制御され、定着ローラー４１によって用紙Ｐが搬送される際に、用紙Ｐが加圧かつ加熱されることによって、二次転写されたトナーパターンが用紙Ｐに定着する。以上の動作についても、従来より知られる画像形成装置と同様である。
【００１８】
ここで、この定着ローラー４１は中間転写ベルト１０とは直接接さないが、定着ローラー４１から中間転写ベルト１０に熱が伝導する場合がある。また、感光体ドラム２１〜２４は定着ローラー４１とは異なり加熱機構を具備しないものの、露光や摩擦が繰り返されることによって、その温度が上昇する場合がある。このため、中間転写ベルト１０は、感光体ドラム２１〜２４によっても加熱される場合がある。
【００１９】
なお、上記において用いられる各ドラム、ローラー（感光体ドラム２１〜２４、一次転写ローラー２５、二次転写ローラー２６、定着ローラー４１）はいずれも図１における紙面垂直方向を中心軸（回転軸）とする円筒形状とされる。このため、上記のように中間転写ベルト１０を図示されるように反時計回りに駆動することができる。また、図１の形態で中間転写ベルト１０に張力を付与するために、同様の円筒形状のテンションローラー２７が中間転写ベルト１０の内側において適宜設けられている。
【００２０】
上記の動作を行わせるにあたり、中間転写ベルト１０は弾性変形をする必要があるが、中間転写ベルト１０の温度が上昇すると、中間転写ベルト１０のこうした機械的特性が劣化することがある。また、中間転写ベルト１０の表面の温度が上昇すると、トナーのパターンが１次転写された時点で、トナーが劣化する場合がある。この画像形成装置１においては、中間転写ベルト１０が、その温度上昇が抑制されるような構造とされている。
【００２１】
図２は、この中間転写ベルト１０の構造を示す断面図である。この中間転写ベルト１０は、図２における下側から基材層１１、弾性層１２、熱吸収層１３、表面層１４からなる、多層構造を具備する。ここで、トナーパターンが一次転写されるのは、図２における上側の面（表面層１４側の表面）である。
【００２２】
最も下側の基材層１１は、例えばポリイミド樹脂にカーボンブラックを２０重量部程度として添加したものが用いられ、この積層構造の基材となり、上側に上記の構造を積載して形成することが可能であり、かつカーボンブラックの均質な添加により均一な電気抵抗をもつ。
【００２３】
弾性層１２は、最も厚く形成され、弾性変形が可能な材料として、例えばブタジエンゴム（ＢＲ）で構成される。このため、中間転写ベルト１０における弾性変形可能であるという特性は、主にこの弾性層１２によってもたらされる。
【００２４】
最上部にある表面層１４は、上記のようなトナーパターンの一次転写、二次転写を可能とする高分子材料で構成され、例えばテトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体で構成される。
【００２５】
ここで、弾性層１２と表面層１４の間の熱吸収層１３は、上記の積層構造において、弾性層１２よりも熱を高効率で吸収可能な材料（熱吸収材料）を含む。特に中間転写ベルト１０における好ましい温度付近において熱を高効率で吸収する材料を用いることによって、定着ローラー４１等による加熱がある場合でも、中間転写ベルト１０の温度を、この好ましい温度付近に維持することができる。こうした材料としては、この温度付近において相変化する温度（例えば融点）をもつ相変化材料を用いることができる。周知のように、相変化に際しては大きな熱量が必要であるために、この相変化温度の近辺の温度においては、この相変化材料の熱吸収量は特に大きい。
【００２６】
図３は、熱吸収層１３の構造を具体的に示す断面図である。中間転写ベルト１０における好ましい温度を４０℃とした場合には、相変化温度を４０℃に設定した蓄熱カプセル１３１（製品名ＨＳカプセル：三菱製紙（株））を用いることができる。蓄熱カプセル１３１は、上記のような相変化材料がマイクロカプセル中に収められた粉末状の材料であり、これを母材となる高分子材料１３２に添加、分散させて用いることができる。この際、相変化材料がマイクロカプセルの内部で相変化により固体から液体に変化しても、外部からみた蓄熱カプセル１３１の形態には全く変化がないため、熱吸収により相変化が起こっても、中間転写ベルト１０においては、その温度以外についての特性の変化は生じない。
【００２７】
ここでは、例えば、弾性層１２と同様のブタジエンゴムを高分子材料１３２とした組成１００重量部に対してこの蓄熱カプセル１３１を２０重量部添加して溶媒中に分散させた液体を生成し、この液体を、所望の厚さに塗布した上で乾燥させることによって、熱吸収層１３とすることができる。具体的には、円筒形状の金型の円筒形状の表面上に基材層１１、弾性層１２を順次形成し、上記の液体を３０μｍの厚さで塗布、乾燥して熱吸収層１３を形成し、乾燥後に表面層１４を新たに形成した。その後、所望の幅のベルト状に切断することによって、上記の構造の中間転写ベルト１０が得られる。
【００２８】
上記の構造の中間転写ベルト１０を用いた場合には、同一の熱量の流入があった場合でも、この熱量は特に熱吸収層１３に吸収されるため、これによる熱が、この中間転写ベルト１０における機械的特性を担う弾性層１２や、表面層１４上のトナーパターンに与える影響を低減することができる。
【００２９】
また、この画像形成装置１においては、吸熱が行われた中間転写ベルト１０に対して、図１における左側に設けられた排熱部５０によって排熱が行われる。排熱部５０においては、排熱ローラー５１で中間転写ベルト１０が挟持されて駆動されることによって、排熱が行われる。
【００３０】
このため、排熱ローラー５１も、上記と同様に、中間転写ベルト１０における好ましい温度付近での熱吸収の効率が高い材料を含んで構成される。この材料としては、上記と同様の蓄熱カプセルを用い、図３と同様の構造のものを用いることができる。ただし、この場合の相変化温度は、一旦吸熱が行われた中間転写ベルト１０の冷却のためには、上記の場合よりも低く、例えば中間転写ベルト１０において用いられた蓄熱カプセル１３１の相変化温度を４０℃とした場合には、３６℃程度とすることが好ましい。また、この蓄熱カプセルが添加される母材としては、前記の熱吸収層１３における高分子材料１３２とは異なり、ローラーとして使用可能な硬質ゴム系の材料が用いられる。内部の相変化材料に相変化が生じても外からみた形態に変化が生じない蓄熱カプセルを用いることが特に好ましいことは、前記の中間転写ベルト１０の場合と同様である。
【００３１】
上記の構成においては、上記の構造の中間転写ベルト１０、排熱部５０を用いることによって、定着ローラー４１や感光体ドラム２１〜２４等による熱流入がある場合でも、中間転写ベルト１０の温度上昇を抑制することができる。また、熱吸収層１３が中間転写ベルト１０において長さ方向（周方向）において一様に形成されていれば、上記のような熱吸収も長さ方向において一様に行われる。
【００３２】
この際、前記のように、中間転写ベルト１０、排熱ローラー５１は、上記のような蓄熱カプセル１３１（相変化材料）を混合することによって、容易に得ることができる。このため、この画像形成装置１を安価に得ることができる。また、図１の構成においては、中間転写ベルト１０の動作を行わせるにあたり、従来の中間転写ベルトと冷却ファンを用いた特許文献１に記載の画像形成装置と比べて、消費電力を低減することができる。
【００３３】
ただし、上記の排熱部５０の代わりに、冷却ファンを用いて中間転写ベルト１０を冷却してもよい。こうした場合においても、上記の構成の中間転写ベルト１０を用いた場合には、熱吸収層１３が高効率で熱を吸収するために、冷却ファンの出力が低い場合でも、全体としての放熱効率を高めることができる。図４は、この構成を具備する画像形成装置２の構造を図１に対応させて示す図である。
【００３４】
ここでは、上記の排熱部５０（排熱ローラー５１）の代わりに、中間転写ベルト１０をその外側から冷却する排熱部６０として、冷却ファン６１が設けられている。冷却ファン６１としては、図中において各種のローラーと同様に紙面垂直方向に沿った回転軸の周りで回転し、図１の吸気及び送気を行う動作を回転軸方向（紙面垂直方向）にわたり一様に行う軸流ファンとダクトの組み合わせ、あるいはクロスフローファンを用いることが好ましい。これによって、中間転写ベルト１０の駆動方向と垂直な幅の全域にわたり、この中間転写ベルト１０を効率的に冷却することができる。また、中間転写ベルト１０が駆動されるに際し、駆動方向に沿ってこの中間転写ベルトを冷却することができる。
【００３５】
この構成においては、前記の画像形成装置１の場合と比べて、冷却ファン６１による消費電力は発生する。しかしながら、前記の画像形成装置１よりも中間転写ベルト１０の冷却効率は高くなる。一方で、前記のような熱吸収層１３を具備する中間転写ベルト１０が用いられるため、冷却ファン６１の出力は、特許文献１に記載の画像形成装置における冷却ファンよりも小さくともよい。このため、特許文献１に記載の画像形成装置よりも、消費電力を低減することができる。
【００３６】
実際に、上記の中間転写ベルト１０、排熱部５０、６０を用いた場合における中間転写ベルト１０表面の温度と、上記の熱吸収層１３を具備しない従来の中間転写ベルトを用い排熱部を用いない場合の中間転写ベルト表面の温度を、Ａ４用紙に対してカラー印字率１５％とした同一の画像を１００００枚連続して形成した場合について測定した。その結果について説明する。
【００３７】
実施例１においては、図２、３における熱吸収層１３として、相変化温度を４０℃とした蓄熱カプセル１３１を、ブタジエンゴム(高分子材料１３２）１００重量部に対して２０重量部添加し、塗布後における厚さ３０μｍとして乾燥させた中間転写ベルト１０が用いられた。また、図１における排熱ローラー５１として、相変化温度を３６℃とした蓄熱カプセルを４０重量部添加した材料からなるものが用いられた。
【００３８】
実施例２においては、中間転写ベルト１０については実施例１と同様であり、実施例１における排熱ローラー５１の代わりに図２における冷却ファン６１が用いられた。
【００３９】
実施例３においては、中間転写ベルト１０における熱吸収層１３として、相変化温度が４０℃であり平均粒子径が０．２５μｍのノルマルパラフィンを含有するマイクロカプセル（蓄熱カプセル１３１）を、ブタジエンゴム（高分子材料１３２）１００重量部に対して３０重量部混合し、塗布後の厚さを２０μｍとした後で乾燥させたものを用いた。これ以外については、実施例１と同様である。
【００４０】
比較例としては、中間転写ベルトとして実施例１における熱吸収層１３を具備しないものが用いられた。また、図１における排熱部５０（排熱ローラー５１）も用いられなかった。
【００４１】
１００００枚連続処理後の中間転写ベルト１０表面の温度は、図１、３におけるクリーニング部３０において測定された。結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2019139065.tif 000003
【００４３】
この結果より、どの実施例においても、比較例よりも中間転写ベルト表面の温度を低下させることができることが明らかである。また、比較例においては、この処理時において、クリーニング部においてトナーが熱固着し、これによって、用紙に画像とは無関係の縦筋が発生した。これに対し、どの実施例においても、こうした状況は発生せず、安定して良好な画像を形成することができた。
【００４４】
なお、上記の例では、熱吸収層１３として、高分子材料１３２中に蓄熱カプセル１３１が分散したものが用いられた。しかしながら、同様の効果を奏する限りにおいて、熱吸収層の構成は任意である。中間転写ベルトの構造についても、中間転写ベルトの機械的特性を担保するための弾性層と、これよりも熱吸収能力の高い熱吸収層が設けられる限りにおいて、任意である。画像形成装置全体の構成についても、中間転写ベルトが同様に用いられる限りにおいて、任意である。
【符号の説明】
【００４５】
１、２  画像形成装置
１０  中間転写ベルト
１１  基材層
１２  弾性層
１３  熱吸収層
１４  表面層
２１〜２４  感光体ドラム
２５  一次転写ローラー
２６  二次転写ローラー
２７  テンションローラー
３０  クリーニング部
４０  定着装置（定着部）
４１  定着ローラー
５０、６０  排熱部
５１  排熱ローラー
６１  冷却ファン
１３１  蓄熱カプセル
１３２  高分子材料
Ｐ  用紙
【図１】
2019139065.tif 000004
【図２】
2019139065.tif 000005
【図３】
2019139065.tif 000006
【図４】
2019139065.tif 000007