(57)【要約】【課題】トナーの付着量を低減しても、十分な定着強度を確保し、ウオームアップの高速化並びに消費電力の低減を図る。【解決手段】カラーのトナー像Ｔは、中間転写ベルト２１の回転移動に伴い、加熱ローラ２２による中間転写ベルト２１の加熱領域Ｘへと搬送され、１２５℃に維持された中間転写ベルト２１の加熱領域Ｘで加熱されて溶融され、更に加圧ローラ２３と加熱ローラ２２間の転写定着ニップ域Ｎへと搬送される。また、加熱溶融されたトナー像Ｔの搬送タイミングに合わせて、記録紙Ｐを中間転写ベルト２１と加圧ローラ２３との間に送り込む。これにより、加熱溶融されたトナー像Ｔが記録紙Ｐ上に転写されて定着される。【選択図】図１
2005062335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材表面の平均的な空気層厚に比べて薄い層厚のトナー像を像担持体上に形成し、トナー像を像担持体から転写定着体を介して記録材へと転写し、トナー像を記録材上に定着させる画像形成方法において、
トナー像を像担持体上に形成する第1ステップと、
トナー像を像担持体から転写定着体へと転写する第2ステップと、
転写定着体上のトナー像を加熱溶融する第3ステップと、
加熱溶融されたトナー像を転写定着体から記録材へと転写すると共に、記録材上のトナー像を定着させる第4ステップとを含み、
第3ステップは、第4ステップよりも先行して開始されることを特徴とする画像形成方法。
【請求項２】
第4ステップは、第3ステップの終了までに行なわれること特徴とする請求項１に記載の画像形成方法。
【請求項３】
第4ステップは、第3ステップの終了後に行なわれること特徴とする請求項１に記載の画像形成方法。
【請求項４】
記録材表面の平均的な空気層厚に比べて薄い層厚のトナー像を像担持体上に形成し、トナー像を像担持体から転写定着体へと転写し、転写定着体上のトナー像を搬送しつつ、トナー像を転写定着体から記録材へと転写して、トナー像を記録材上に定着させる画像形成装置において、
転写定着体上のトナー像を加熱溶融する加熱手段と、
加熱溶融されたトナー像を転写定着体から記録材へと転写すると共に、記録材上のトナー像を定着させる転写定着手段とを備え、
加熱手段による加熱領域は、転写定着手段による転写定着領域よりも、転写定着体上のトナー像の搬送方向上流側で始まることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
転写定着手段による転写定着領域は、加熱手段による加熱領域に重な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６】
転写定着手段による転写定着領域は、加熱手段による加熱領域から外れて離間したことを特徴とする請求項４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、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真プロセスを用いた画像形成方法及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真プロセスを利用した画像形成装置においては、例えばトナー像を感光体ドラム表面に形成し、トナー像を中間転写ベルトに転写し、中間転写ベルトを回転移動させて、中間転写ベルト上のトナー像を搬送しつつ、トナー像を中間転写ベルトから記録紙に転写し、記録紙上のトナー像を定着させている。
【０００３】
この様な画像形成装置に用いられるトナーは、画質に影響を与え、またランニングコストを決める要因となる。このため、近年は、高画質化やトナーの消費量を低減させるべく、トナーの小粒径化やトナー層の薄層化が図られている（特許文献１、特許文献２、及び特許文献３を参照）。
【特許文献１】特開平９−１１４１２７号公報
【特許文献２】特開平１１−２１８９５７号公報
【特許文献３】特開２００１−１１７２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、トナー層を薄化することは、トナー付着量を低減させることでもあり、トナーの定着強度の低下を招くことがわかった。これは、主に、次に挙げる２つの理由によるものと考えられる。
（１）少量のトナーで所定の濃度を確保するためには、色材の含有率を増やす必要があることから、トナーの成分比が変わって、トナー自体の粘弾性特性が悪化し、トナーが溶融し難くなる。
（２）トナー層の厚みが記録材の表面粗さよりも小さくなり、定着ローラからトナー層への熱伝達効率が低下する。
【０００５】
ここで、上記（２）のトナー層の厚みと定着強度の関係について、次の様な理論解析により詳細に検討した。
【０００６】
まず、標準的な記録材（記録用紙）の表面粗さを触針式表面粗さ測定器にて計測した。この測定では、最大高さをRmaxとし、間隔がＲmaxである平行な２つの面で記録材表面の凹凸を挟んだ時にできる空気部分の体積比率をεｐとし、記録材表面の平均的な空気層厚さをδｐとして、δｐ＝Rmax×εｐ  を定義した。ここで、εｐは粗さ曲線より算出することができるので、最大高さRmax及び粗さ曲線を測定し、δｐ＝8μｍを求めた。
【０００７】
また、トナー層の厚さδtについては、標準的なトナー付着量０．６ｍｇ/ｃｍ2を設定したときに、トナー加熱溶融前の空気を含んだ状態で、δt＝１０μｍであった。
【０００８】
従って、δt＞δｐとなる。
【０００９】
この場合、図５（ａ）に示す様に、記録材Ｐ表面の凹凸は、トナー層Ｔによって埋め尽くされることから、定着ローラＲとトナー層Ｔとの間にはほとんど空気層が介在せず、定着ローラＲからトナー層Ｔへの伝熱特性が良好となり、トナー層Ｔが効率的に加熱されて、トナー層Ｔが十分に加熱溶融され、トナーの適宜な定着強度を得ることができる。
【００１０】
しかしながら、トナー付着量を低減していくと、当然、δt＜δｐとなる。この場合は、図５（ｂ）に示す様に、定着ローラＲとトナー層Ｔとの間に空気層Ａが介在してしまい、その結果、定着ローラＲからトナー層Ｔへの伝熱特性が低下し、トナー層Ｔが加熱溶融されず、トナーの定着強度が低下する。
【００１１】
次に、定着ローラＲとトナー層Ｔ間の空気層Ａの厚みをδaとしたときに、δa＝δｐ−δtで近似できると仮定した上で、１次元熱伝導解析を用いて、トナー層Ｔの厚みとトナーの定着強度の関係を求めた。
【００１２】
記録材へのトナーの定着強度は、定着ローラＲにより記録材が加圧される定着ニップ域でのトナー層Ｔの温度に依存し、トナー層Ｔの温度が高い程、定着強度が高くなることが経験的に知られている。
【００１３】
そこで、定着ニップ域でのトナー層Ｔの温度を、差分法を用いた1次元熱伝導解析と論理計算により求めることで、トナー層Ｔの厚みと定着強度との関係を求める。
【００１４】
１次元の非定常熱伝導方程式は、次式（１）で表される。
【００１５】
【数１】
2005062335.tif 000003
ただし、Ｔ、ｔ、ｘ、λ、ρ、ｃは、それぞれ温度、時間、距離、熱伝導率、比重、比熱である。
【００１６】
上記式（１）から、空間離散化を行って、差分方程式を導くと、次式（２）を得ることができる。
【００１７】
【数２】
2005062335.tif 000004
ここで、ｈは各格子間の距離、τは微小時間である。上式（２）よれば、時刻ｔにおける微小距離ｈを隔てて隣接する３つの格子点x−h、x、x+hでの温度Ｔが既知であるなら、時刻τだけ進んだときの温度Ｔ(x,t+τ)が求まる。
【００１８】
上式（２）は同一物質内での差分方程式であるが、同様に異なる物質ａ，ｂが接している境界上での差分方程式は、次式（３）となる。
【００１９】
【数３】
2005062335.tif 000005
その他の解析条件は、以下の通りである。
１．軸方向及び周方向の熱の移動は無視し、厚み方向のみの熱移動を考える。（１次元）
２．定着ローラＲの表面からの熱損失は、放射及び自然対流による熱伝達を考慮する。
３．物性値の温度依存は、空気のみ考慮する。
４．トナー層Ｔは、均一（１００％印字）で定着前後で厚さの変化がない。
５．トナーの相変化による物性値の変化は、考慮しない。
６．接触熱抵抗は、考慮しない。
７．定着ニップ域の入口で２物体（例えばトナーと定着ローラ）が接触した瞬間の境界温度は、接触前の２物体の温度に熱容量を重みづけした平均温度で定義する。
８．記録紙の水分の蒸発熱は、考慮しない。
【００２０】
以上の方法により、定着ニップ域に突入する直前の定着ローラ、加圧ローラ、トナー、記録材、及び雰囲気温度を時刻ｔ＝０の時の初期条件として設定し計算を行うと、任意の時間τ経過後における各部の温度変化を算出することができる。
【００２１】
上記１次元熱伝導解析方法により、次の表１に示す条件下において、定着速度を１１７ｍｍ／ｓとし、定着ニップ域の幅を５ｍｍとした上で、トナー層厚として、１０μｍ（従来）、５μｍ（従来比１／２）、２．５μｍ（従来比１／４）という３通りについて、定着ニップ域でのトナー層Ｔの温度を計算したので、その結果を図６に示す。
【００２２】
【表１】
2005062335.tif 000006
図６より、トナー層Ｔの厚みが薄くなる程、トナー層Ｔ自体の熱容量が小さくなるにもかかわらず、定着ニップ域でのトナー層Ｔの温度が低くなることから、定着強度が低下することがわかる。これは、上述したように、トナー層Ｔの厚みが記録紙の表面粗さよりも小さくなると、空気層Ａが形成され、定着ローラＲからトナー層Ｔへの熱伝達効率が低下するためである。
【００２３】
この様な定着強度の低下を回避するための一例の方法として、定着ローラＲの表面が記録材の表面凹凸に倣って変形するように、定着ローラＲの表面層に弾性の大きな材料を厚く形成すると共に、定着ニップ域での面圧を従来よりも非常に大きくすることが考えられる。
【００２４】
しかしながら、この場合は、定着ローラＲの熱容量が大きくなると共に、定着ローラＲの熱伝導性が悪くなるため、定着装置のウオームアップ時間が長くなり、消費電力の増大を招いてしまう。
【００２５】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、トナーの付着量を低減しても、十分な定着強度を確保することができ、ウオームアップの高速化並びに消費電力の低減が可能な画像形成方法及び画像形成装置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】
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明は、記録材表面の平均的な空気層厚に比べて薄い層厚のトナー像を像担持体上に形成し、トナー像を像担持体から転写定着体を介して記録材へと転写し、トナー像を記録材上に定着させる画像形成方法において、トナー像を像担持体上に形成する第1ステップと、トナー像を像担持体から転写定着体へと転写する第2ステップと、転写定着体上のトナー像を加熱溶融する第3ステップと、加熱溶融されたトナー像を転写定着体から記録材へと転写すると共に、記録材上のトナー像を定着させる第4ステップとを含み、第3ステップは、第4ステップよりも先行して開始されている。
【００２７】
また、本発明においては、第4ステップは、第3ステップの終了までに行なわれている。
【００２８】
更に、本発明においては、第4ステップは、第3ステップの終了後に行なわれている。
【００２９】
一方、本発明は、記録材表面の平均的な空気層厚に比べて薄い層厚のトナー像を像担持体上に形成し、トナー像を像担持体から転写定着体へと転写し、転写定着体上のトナー像を搬送しつつ、トナー像を転写定着体から記録材へと転写して、トナー像を記録材上に定着させる画像形成装置において、転写定着体上のトナー像を加熱溶融する加熱手段と、加熱溶融されたトナー像を転写定着体から記録材へと転写すると共に、記録材上のトナー像を定着させる転写定着手段とを備え、加熱手段による加熱領域は、転写定着手段による転写定着領域よりも、転写定着体上のトナー像の搬送方向上流側で始まっている。
【００３０】
また、本発明においては、転写定着手段による転写定着領域は、加熱手段による加熱領域に重なっている。
【００３１】
更に、本発明においては、転写定着手段による転写定着領域は、加熱手段による加熱領域から外れて離間している。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の画像形成方法によれば、トナー像を像担持体から転写定着体を介して記録材へと転写し、トナー像を記録材上に定着させる。そして、転写定着体上のトナー像を加熱溶融する第3ステップは、加熱溶融されたトナー像を転写定着体から記録材へと転写すると共に、記録材上のトナー像を定着させる第4ステップよりも先行して開始される。このため、第3ステップの時間を長くして、第3ステップにおける転写定着体上のトナー像の加熱溶融を十分に行なってから、第４ステップにおける記録材へのトナー像の転写と定着を行なうことができる。これにより、トナー層が薄化され、トナー層の厚みが記録材の表面粗さよりも小さくてなっても、トナー層を十分に加熱溶融することが可能になり、トナー層の定着強度を高めることができる。
【００３３】
第3ステップが第4ステップよりも先行して開始されれば、第4ステップが第3ステップの終了までに行なわれても、あるいは第4ステップが第3ステップの終了後に行なわれても構わない。前者の場合は、転写定着体上のトナー像を加熱溶融しつつ、トナー像を記録材に転写して定着することになるので、一連のプロセスを連続的に行なうことができ、装置の小型化を図ることができる。また、後者の場合は、転写定着体上のトナー像の加熱と記録材へのトナー像の転写並びに定着とが別々に行なわれるので、転写定着体上のトナー像の加熱中に、熱が転写並びに定着のための機器へと伝達されて奪われずに済み、トナー像の加熱効率を高めることができる。
【００３４】
一方、本発明の画像形成装置においても、上記本発明の画像形成方法と同様の作用及び効果を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００３６】
図１は、本発明の画像形成装置の実施例１を示す側面図である。本実施例の画像形成装置は、カラー画像を記録紙に記録するカラーレーザープリンタであり、4つの可視像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂと、転写定着ユニット２０ａとを備えている。
【００３７】
各可視像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂでは、感光体ドラム１１の周囲に帯電ローラ１２、レーザー光照射手段１３、現像器１４、転写ローラ１５、クリーナー１６を配置している。各可視像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂの現像器１４には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色トナーが収容されている。そして、各可視像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂにおいては、帯電ローラ１２により感光体ドラム１１表面を一様に帯電した後、画像情報に応じてレーザー光照射手段１３のレーザー光を変調しつつ、レーザー光を感光体ドラム１１表面に照射して、感光体ドラム１１表面に静電潜像を形成し、更に現像器１４により感光体ドラム１１表面の静電潜像にトナーを付着させて、感光体ドラム１１表面にトナー像を形成し、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された転写ローラ１５により感光体ドラム１１表面のトナー像を転写定着ユニット２０ａの中間転写ベルト２１上に転写する。
【００３８】
各可視像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂにより、感光体ドラム１１表面に各色のトナー像を形成して、各色のトナー像を中間転写ベルト２１上に順次重ねて転写する。これにより、中間転写ベルト２１上に、１つのカラーのトナー像Ｔが形成される。このカラーのトナー像Ｔは、転写定着ユニット２０ａにより記録紙Ｐに転写されて定着される。
【００３９】
転写定着ユニット２０ａは、中間転写ベルト２１、加熱ローラ２２、加圧ローラ２３、テンションローラ２４、及びクリーニングブレード２５を備えている。中間転写ベルト２１は、加熱ローラ２２及びテンションローラ２４によって張架されている。加熱ローラ２２及び加圧ローラ２３は、中間転写ベルト２１の矢印Ａで示す回転移動方向における可視像形成ユニット１０Ｂよりも下流側に配置されており、加熱ローラ２２と加圧ローラ２３間に中間転写ベルト２１を挟み込み、加圧ローラ２３を加圧手段（図示せず）により加熱ローラ２２側に所定の圧力で押し付けている。更に、テンションローラ２４及びクリーニングブレード２５は、加熱ローラ２２及び加圧ローラ２３よりも下流側に配置されており、テンションローラ２４とクリーニングブレード２５間に中間転写ベルト２１を挟み込み、クリーニングブレード２５を加圧手段（図示せず）によりテンションローラ２５側に所定の圧力で押し付けている。
【００４０】
中間転写ベルト２１は、例えば周長５００ｍｍ、厚さ３０μｍのポリイミドからなる無端状ベルト基材の外周面に、厚さ２５μｍのフッ素樹脂からなる離型層を被覆した構成であり、その熱容量は極めて小さくされている。
【００４１】
加熱ローラ２２は、例えば直径３０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの鉄製中空芯外周に厚さ１０μｍのフッ素ゴムからなる被覆層を設けた構成であり、熱源としての１０００Ｗのハロゲンランプ２６を内蔵する。フッ素ゴムからなる被覆層は、中間転写ベルト２１に対する駆動力を確保する目的で設けられており、加熱ローラ２２から中間転写ベルト２１への熱伝達性が低下しない様に極力薄くされ、かつ金属フィラーの内添により熱伝導率を向上されている。また、加熱ローラ２２には、中間転写ベルト２１を約１８０°の範囲で巻き付けており、この角度の範囲で、加熱ローラ２２の熱を中間転写ベルト２１に伝達して、中間転写ベルト２１を加熱している。この角度の範囲を、中間転写ベルト２１上に転写されたトナー像Ｔを加熱溶融するための加熱領域Ｘ（長さが約２１ｍｍ）と称する。
【００４２】
また、加熱領域Ｘから外れる加熱ローラ２２の外周部位には、温度検出のためのサーミスタ２７を接触させている。サーミスタ２７により検出された加熱ローラ２２の表面温度に応じて、加熱ローラ２２内のハロゲンランプ２６への通電をオンオフ制御することにより、加熱ローラ２２の表面温度を所定の温度（本実施例では１２５℃）に維持している。ハロゲンランプ２６がＯＮにされてから、加熱ローラ２２表面が１２５℃に達するまでに要する時間は、約５．５秒となっており、実際の使用感覚では、ウオームアップによる待ち時間が無いに等しい。
【００４３】
加圧ローラ２３は、例えば直径１１ｍｍのステンレス製芯外周に厚さ２ｍｍのシリコンゴムからなる弾性層を設け、更にその上に厚さ３０μｍのＰＦＡチューブからなる離型層を設けた構成である。加圧ローラ２３は、加熱ローラ２２との間に中間転写ベルト２１を挟んで、加圧手段（図示せず）により加熱ローラ２２側に７７Ｎの加圧力で付勢されている。これにより、加圧ローラ２３と加熱ローラ２２間に、記録紙及び中間転写ベルト２１を加圧する転写定着ニップ域Ｎが形成される。ここで、転写定着ニップ域Ｎは、その幅（転写定着ニップ幅）が１ｍｍ、その面圧が従来の面圧１３５ｋＰａに対して２倍以上の３１０ｋＰａに設定されている。この様に転写定着ニップ域Ｎの面圧を高く設定したことから、記録紙の表面と中間転写ベルト２１間の密着性が向上し、中間転写ベルト２１から記録紙へのトナー像Ｔの転写定着性が確保される。
【００４４】
また、転写定着ニップ域Ｎは、加熱領域Ｘの下流側の縁近傍に重なる。加熱領域Ｘと転写定着ニップ域Ｎが重なり合う箇所では、加熱ローラ２２による加熱、及び加圧ローラ２３と加熱ローラ２２による加圧が共に行なわれることになる。
【００４５】
テンションローラ２４は、直径１５ｍｍのステンレス製芯外周にフッ素ゴムからなる被覆層を設けた構成であり、中間転写ベルト２１がたるまない様に所定の張力を付与されている。
【００４６】
クリーニングブレード２５は、テンションローラ２５への中間転写ベルト２１の巻き付け領域に摺接しており、中間転写ベルト２１表面に残留するトナー、紙粉等を回収する。
【００４７】
さて、上記の様に構成された画像形成装置においては、まず中間転写ベルト２１を停止させておき、この状態でサーミスタ２７により加熱ローラ２２の表面温度を検出しつつ、加熱ローラ２２内のハロゲンランプ２６をオンオフ制御して、加熱ローラ２２表面を所定の温度（本実施例では１２５℃）まで上昇させる。
【００４８】
加熱ローラ２２のウオームアップ期間中に中間転写ベルト２１を停止させておく理由は、中間転写ベルト２１を回転移動させると、中間転写ベルト２１に熱を奪われて、加熱ローラ２２の表面温度の立ち上がりが遅れるということ、及び中間転写ベルト２１を通じて加圧ローラ２３が加熱され、加圧ローラ２３の表面温度が上昇するということを避けるためである。
【００４９】
このウオームアップを完了すると、加熱ローラ２２及び加圧ローラ２３を回転駆動して、中間転写ベルト２１を回転移動させると共に、各可視像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂを起動して、各色のトナー像を中間転写ベルト２１上に順次転写させ、中間転写ベルト２１上に１つのカラーのトナー像Ｔを形成させる。
【００５０】
このカラーのトナー像Ｔは、中間転写ベルト２１の回転移動に伴い、加熱ローラ２２による中間転写ベルト２１の加熱領域Ｘへと搬送され、１２５℃に維持された中間転写ベルト２１の加熱領域Ｘで加熱されて溶融される。更に、この加熱溶融されたトナー像Ｔは、中間転写ベルト２１の回転移動に伴い、加圧ローラ２３と加熱ローラ２２間の転写定着ニップ域Ｎへと搬送される。また、この加熱溶融されたトナー像Ｔの搬送タイミングに合わせて、記録紙Ｐを中間転写ベルト２１と加圧ローラ２３との間に送り込む。これにより、加熱溶融されたトナー像Ｔと記録紙Ｐが転写定着ニップ域Ｎで重ね合わせられて加圧され、加熱溶融されたトナー像Ｔが記録紙Ｐ上に転写されて定着される。
【００５１】
更に、中間転写ベルト２１の回転移動に伴い、転写定着ニップ域Ｎ下流側で、クリーニングブレード２５により中間転写ベルト２１表面に残留するトナー、紙粉等を回収する。
【００５２】
尚、万一、ジャム等を原因として、記録紙Ｐが供給されなかったことから、トナー像Ｔが中間転写ベルト２１表面に転写されても、転写定着ニップ域Ｎ下流側で、クリーニングブレード２５により中間転写ベルト２１表面のトナー像Ｔや紙粉等が除去される。
【００５３】
また、先に述べた様に中間転写ベルト２１の熱容量が小さくされているので、加熱ローラ２２により中間転写ベルト２１が加熱されても、中間転写ベルト２１の熱が転写定着ニップ域Ｎの加圧ローラ２３及び記録紙Ｐにより奪われ、引き続いて、中間転写ベルト２１の熱が加圧ローラ２３下流側の長い搬送区間における雰囲気中に放たれ、更に、中間転写ベルト２１の熱がテンションローラ２４によっても奪われ、この結果として、可視像形成ユニット１０Ｙに到達する中間転写ベルト２１の部位が十分に冷却され、中間転写ベルト２１の熱が感光体ドラム１１の感光特性に影響を与えることはない。
【００５４】
次に、加熱領域Ｘ及び転写定着ニップ域Ｎ直前でのトナーの温度並びに加熱ローラ２２の温度を先に述べた熱伝導解析方法を用いて計算した結果を図２のグラフに示す。ただし、ここでは、２次元の熱伝導解析方法を用いている。
【００５５】
図２に示す様に、トナー温度は、加熱領域Ｘ手前では常温（２５℃）であるが、加熱領域Ｘでトナーが加熱溶融されるまでに上昇し、転写定着ニップ域Ｎ直前では１２０℃に到達する。
【００５６】
更に、トナー温度（図中P）は、転写定着ニップ域Ｎで中間転写ベルト２１の熱が記録紙や加圧ローラ２３に拡散することから８０〜９０℃に低下する。これにより、記録紙Ｐ上のトナー層が冷却固化して、トナー層間の凝集力が増大し、記録紙Ｐ上のトナー像Ｔが安定化する。このため、中間転写ベルト２１表面にシリコーンオイル等の離型剤を塗布せずとも、トナーが中間転写ベルト２１表面に殆ど残留せずに済む。
【００５７】
また、転写定着ニップＮの幅は、１ｍｍであって、従来の定着装置（転写定着ニップ幅５ｍｍ）に比べると、極端に狭くされている。これは、図２に示す様にトナー像Ｔが加熱領域Ｘで加熱されて転写定着ニップ域Ｎ直前で１２０℃となり、この転写定着ニップ域Ｎ直前での温度が従来の定着装置における転写定着ニップ域でのトナー温度１１３℃よりも高くなることから、トナー像Ｔを転写定着ニップ域Ｎで加熱する必要がなく、転写定着ニップ域Ｎでは単にトナー像Ｔと記録紙Ｐを重ね合わせて加圧するだけで良く、この加圧のためだけならば、転写定着ニップ域Ｎの通過時間を極めて短くすることができるからある。従って、プロセス時間の短縮化、もしくはプロセス速度の高速化を図ることも可能である。
【００５８】
また、転写定着ニップＮの幅（加圧ローラ２３と加熱ローラ２２間の圧接面の幅）が狭いことから、加圧ローラ２３と加熱ローラ２２間の荷重を従来の２００Ｎに対して非常に低い７７Ｎに設定しても、従来の面圧１３５ｋＰａに対して２倍以上の３１０ｋＰａとより高い面圧を確保することができる。このため、加圧ローラ２３及び加熱ローラ２２を大型化することなく、記録紙とトナー像との密着性を向上させることができる。また、転写定着ニップ域Ｎにおいては、トナー像の十分な転写性（高い転写効率）と定着性（高い定着強度）を実現することができる。
【００５９】
更に、加熱ローラ２２は、中間転写ベルト２１上のトナー像Ｔを加熱溶融する役目と、加熱溶融されたトナー像を記録紙に転写するために加圧する役目とを共に果たすため、画像形成装置の小型化及び簡略化を図ることができる。また、プロセス時間の短縮化、もしくはプロセス速度の高速化を図ることができる。
【実施例２】
【００６０】
図３は、本発明の画像形成装置の実施例２を示す側面図である。尚、図３において、図１と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付して説明を簡略化する。
【００６１】
本実施例では、図１の転写定着ユニット２０ａの代わりに、転写定着ユニット２０ｂを設けている。転写定着ユニット２０ｂは、中間転写ベルト２１、バックアップローラ２８、加圧ローラ２３、テンションローラ２４、クリーニングブレード２５、及びサーマルヒータ２９を備えている。中間転写ベルト２１は、バックアップローラ２８及びテンションローラ２４によって張架されている。
【００６２】
サーマルヒータ２９は、中間転写ベルト２１の矢印Ａで示す回転移動方向における可視像形成ユニット１０Ｂよりも下流側に配置され、中間転写ベルト２１の内周面に摺接している。このサーマルヒータ２９は、定格電力１０００Ｗであり、例えばアルミナセラミック基板に面状のＭｏ系発熱抵抗体（面状発熱体）を印刷し、その上にガラスコートを印刷積層したセラミックヒータ２９aと、このセラミックヒータ２９aの上面に設けられた温度センサ２９ｂと、セラミックヒータ２９ａを断熱支持するヒータホルダ２９ｃとからなる。
【００６３】
セラミックヒータ２９aは、発熱抵抗体への通電により、その温度が迅速に立ち上がり、また温度センサ２９ｂにより検出された温度に応じて、発熱抵抗体への通電を制御されて、所定の温度（本実施例では１２５℃）に維持される。サーマルヒータ２９は、加熱領域Ｘ（長さが約１５ｍｍ）で中間転写ベルト２１に摺接し、中間転写ベルト２１を加熱して、中間転写ベルト２１上のトナー像Ｔを加熱溶融させる。
【００６４】
バックアップローラ２８は、例えば直径１２ｍｍのステンレス製芯外周に厚さ０．５ｍｍのフッ素ゴムからなる耐熱弾性層を設けた構成である。
【００６５】
加圧ローラ２３は、直径１１ｍｍのステンレス製芯外周に厚さ２ｍｍのシリコンゴムからなる弾性層を設け、更にその上に厚さ３０μｍのＰＦＡチューブからなる離型層を設けた構成である。加圧ローラ２３は、バックアップローラ２８との間に中間転写ベルト２１を挟んで、加圧手段（図示せず）によりバックアップローラ２８側に７７Ｎの加圧力で付勢されている。これにより、加圧ローラ２３とバックアップローラ２８間に、記録紙及び中間転写ベルト２１を加圧する転写定着ニップ域Ｎが形成される。転写定着ニップ域Ｎは、その幅（転写定着ニップ幅）が１ｍｍ、その面圧が従来の面圧１３５ｋＰａに対して２倍以上の３１０ｋＰａに設定されている。この結果として、記録紙の表面と中間転写ベルト２１間の密着性が向上し、中間転写ベルト２１から記録紙へのトナー像Ｔの転写定着性が確保される。
【００６６】
また、転写定着ニップ域Ｎは、加熱領域Ｘの下流側の縁から離間して、加熱領域Ｘから外れている。従って、加熱領域Ｘでは、加圧が行われず、加熱のみが行われることになる。このため、中間転写ベルト２１上のトナー像Ｔの加熱中に、中間転写ベルト２１の熱が転写定着ニップ域Ｎの加圧ローラ２３やバックアップローラ２８へと伝達されて奪われずに済み、トナー像Ｔの加熱効率を高めることができる。
【００６７】
上記の様に構成された画像形成装置においては、まず中間転写ベルト２１を停止させておき、この状態でサーマルヒータ２９の温度センサ２９ｂによりセラミックヒータ２９aの温度を検出しつつ、セラミックヒータ２９aの通電制御を行なって、サーマルヒータ２９の温度を所定の温度（本実施例では１２５℃）まで昇温させる。実際には、セラミックヒータ２９aへの通電を約０．５秒維持すると、サーマルヒータ２９の温度を所定の温度まで上昇する。
【００６８】
サーマルヒータ２９のウオームアップが完了した後、バックアップローラ２８及び加圧ローラ２３を回転駆動して、中間転写ベルト２１を回転移動させると共に、各可視像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂを起動して、各色のトナー像を中間転写ベルト２１上に順次転写させ、中間転写ベルト２１上に１つのカラーのトナー像Ｔを形成させる。
【００６９】
このカラーのトナー像Ｔは、中間転写ベルト２１の回転移動に伴い、サーマルヒータ２９による中間転写ベルト２１の加熱領域Ｘへと搬送され、１２５℃に維持された中間転写ベルト２１の加熱領域Ｘで加熱されて溶融される。更に、この加熱溶融されたトナー像Ｔは、中間転写ベルト２１の回転移動に伴い、加圧ローラ２３とバックアップローラ２８間の転写定着ニップ域Ｎへと搬送される。また、この加熱溶融されたトナー像Ｔの搬送タイミングに合わせて、記録紙Ｐを中間転写ベルト２１と加圧ローラ２３との間に送り込む。これにより、加熱溶融されたトナー像Ｔと記録紙Ｐが転写定着ニップ域Ｎで重ね合わせられて加圧され、加熱溶融されたトナー像Ｔが記録紙Ｐ上に転写されて定着される。
【００７０】
更に、中間転写ベルト２１の回転移動に伴い、転写定着ニップ域Ｎの下流側で、クリーニングブレード２５により中間転写ベルト２１表面に残留するトナー、紙粉等を回収する。
【００７１】
次に、加熱領域Ｘ及び転写定着ニップ域Ｎ直前でのトナーの温度並びにサーマルヒータ２９の温度を先に述べた熱伝導解析方法を用いて計算した結果を図４のグラフに示す。ただし、ここでは、２次元の熱伝導解析方法を用いている。
【００７２】
図４に示す様に、トナー温度は、加熱領域Ｘ手前では常温（２５℃）であるが、加熱領域Ｘでトナーが加熱溶融されるまでに上昇し、中間転写ベルト２１の回転移動により転写定着ニップ域Ｎ直前に到達したときでも１１３℃を維持している。従って転写定着ニップ域Ｎでも、十分な定着性を得ることができる。
【００７３】
また、転写定着ニップ域Ｎでは、実施例１の様に積極的な加熱が行われないため、サーマルヒータ２９から加圧ローラ２３等へと熱が奪われることがなく、消費電力の低減を図ることができる。具体的には、実施例１では、通紙時での平均消費電力が５５６Ｗであるが、本実施例２では、４６２Ｗであり、消費電力を約１７％低減することができる。
【００７４】
更に、転写定着ニップ域Ｎでは、積極的な加熱が行われないため、加圧ローラ２３、バックアップローラ２８、及び記録紙Ｐにより、中間転写ベルト２１及びトナー画像Ｔの熱が奪われる。これにより、記録紙Ｐ上のトナー層が約８０℃まで冷却されて固化し、トナー層間の凝集力が増大し、記録紙Ｐ上のトナー像Ｔが安定化する。このため、中間転写ベルト２１表面にシリコーンオイル等の離型剤を塗布せずとも、トナーが中間転写ベルト２１表面に残留することがない。
【００７５】
万一、ジャム等を原因として、記録紙Ｐが供給されなかったことから、トナー像Ｔが中間転写ベルト２１表面に転写されても、転写定着ニップ域Ｎ下流側で、クリーニングブレード２５により中間転写ベルト２１表面のトナー像Ｔや紙粉等が除去される。
【００７６】
また、先に述べた様に中間転写ベルト２１の熱容量が小さくされているので、サーマルヒータ２９により中間転写ベルト２１が加熱されても、中間転写ベルト２１の熱が転写定着ニップ域Ｎの加圧ローラ２３、バックアップローラ２８、及び記録紙Ｐにより奪われ、引き続いて、中間転写ベルト２１の熱が加圧ローラ２３下流側の長い搬送区間における雰囲気中に放たれ、更に、中間転写ベルト２１の熱がテンションローラ２４によっても奪われ、この結果として、可視像形成ユニット１０Ｙに到達する中間転写ベルト２１の部位が十分に冷却され、中間転写ベルト２１の熱が感光体ドラム１１の感光特性に影響を与えることはない。
【００７７】
また、本実施例２では、先に述べた様にセラミックヒータ２９aへの通電を約０．５秒維持すると、サーマルヒータ２９の温度を所定の温度まで上昇することから、実施例１に比べてより短いウオームアップ時間を実現することができる。
【００７８】
なお、本発明の画像形成装置は、実施例１、２で例示されたカラーレーザープリンタに限定されるものではなく、他の種類の複写機やファクシミリ等、あるいはカラー画像ではなく、モノクロ画像を形成する装置等に適用することができる。
【００７９】
また、上記実施例１、２では、像担持体として中間転写ベルトを使用しているが、他の種類の像担持体であっても良い。例えば、ドラム形状のものでも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の画像形成装置の実施例１を概略的に示す側面図である。
【図２】実施例１における転写定着ニップ域直前のトナー温度及び加熱ローラ温度を示すグラフである。
【図３】本発明の画像形成装置の実施例２を概略的に示す側面図である。
【図４】実施例２における転写定着ニップ域直前のトナー温度及びサーマルヒータ温度を示すグラフである。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、定着ローラ、トナー層、及び記録紙を示す断面図である。
【図６】従来の定着ニップ域でのトナーの温度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８１】
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂ  可視像形成ユニット
１１  感光体ドラム
１２  帯電ローラ
１３  レーザー光照射手段
１４  現像器
１５  転写ローラ
１６  クリーナー
２０ａ、２０ｂ  転写定着ユニット
２１  中間転写ベルト
２２  加熱ローラ
２３  加圧ローラ
２４  テンションローラ
２５  クリーニングブレード
２６  ハロゲンランプ
２７  サーミスタ
２８  バックアップローラ
２９  サーマルヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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