(57)【要約】【課題】  中間転写体に転写されたトナーを加熱溶融して記録材に転写するタイプの画像形成装置において、消費エネルギの少ない、小型の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体２に転写させ、中間転写体２上のトナー像を記録材３上に転写する方式の画像形成装置において、中間転写体２は、少なくとも一層が体積比３０％以上の割合で気体を含む断熱層２ｂである多層構造で構成する。【選択図】  図１
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【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体に転写させ、中間転写体上のトナー像を記録材上に転写する方式の画像形成装置において、
中間転写体は、少なくとも一層が体積比３０％以上の割合で気体を含む断熱層である多層構造で構成されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
中間転写体上のトナー像を記録材上に転写する際に前記トナー像を加熱溶融させる加熱手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の画像形成装置において、
断熱層は、この断熱層を挟む層との両端部間を封止体にて封止した中空層であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の画像形成装置において、
断熱層は、導電性発泡体にて構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１又は２記載の画像形成装置において、
中間転写体の断熱層の下層には、導電性弾性体で構成される弾性層を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１又は２記載の画像形成装置において、
中間転写体の外表面には、遠赤外線吸収部材で構成され且つトナー像を保持する保持層を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項２記載の画像形成装置において、
加熱手段は、中間転写体に対向して配設される非接触加熱源を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１又は２記載の画像形成装置において、
像担持体の軸方向長さは、中間転写体の軸方向長さより短いことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
像担持体と記録材との間に介在され且つ像担持体上のトナー像を記録材に転写する中間転写体において、
少なくとも一層が体積比３０％以上の割合で気体を含む断熱層である多層構造で構成されることを特徴とする中間転写体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中間転写方式による複写機やプリンタ等の画像形成装置に係り、特に、溶融トナーを転写する画像形成装置及びこれに用いられる中間転写体の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子写真方式を利用する複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、例えば、感光体ドラム上にトナー像を形成した後、中間転写体上に転写させ、この中間転写体上に転写されたトナーを加熱溶融させて、その溶融トナーを用紙等の記録材上に転写定着するタイプのものが知られている。
この種の画像形成装置にあっては、通常、中間転写体の熱容量が大きいため、中間転写体上のトナーの加熱に際し、中間転写体を加熱するための大きな熱エネルギを消費する。そのため、一般的な複写機やプリンタで通常使用される電力の範囲では、トナーが溶融できず、加熱溶融させて転写定着させるタイプの画像形成装置を実現し難い。一方、トナー溶融ができる電力を備えた装置では、中間転写体の熱容量のために、加熱された中間転写体が冷却しきれず蓄熱されたまま感光体ドラムと接触し、感光体ドラムの温度上昇を起こし、感光体ドラムへのトナー固着を生じることがある。
【０００３】
これらの問題を解決するため、中間転写体の加熱部位での熱容量を小さくして中間転写体上のトナーに対する加熱効率を高め、中間転写体への蓄熱を最小限に抑える方式が提示されている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１では、中間転写体としてベルト状部材を使用し、回転支持ドラムに中間転写ベルトを周回させ、加熱部位では中間転写ベルトの一部を回転支持ドラムから離した構造とし、その部位で、中間転写ベルト裏面から加熱するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１８３９２３号公報（発明の実施の形態の欄、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に提示された技術では、中間転写体を回転支持ドラムから大きく離して回動させることが必要であったり、中間転写体内部に加熱源を配置することなどから、勢い装置が大型化、複雑化するという課題がある。
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、中間転写体上に転写されたトナーを加熱溶融させ、この溶融トナーを記録材に転写するタイプの画像形成装置において、トナーを溶融するための消費エネルギの少ない、小型の画像形成装置及びこれに用いられる中間転写体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、像担持体１上に形成されたトナー像を中間転写体２に転写させ、中間転写体２上のトナー像を記録材３上に転写する方式の画像形成装置において、中間転写体２は、少なくとも一層が体積比３０％以上の割合で気体を含む断熱層２ｂである多層構造で構成されることを特徴とするものである。
【０００７】
このような技術的手段において、本発明に係る画像形成装置は、フルカラー、モノクロを問わず、また、像担持体１としては、画像を担持し得るものであれば、感光体、誘電体等適宜選定してよく、その形態についてもロール状、ベルト状いずれであってもよい。
更に、中間転写体２はロール状、ベルト状を問わないが、断熱層２ｂが安定した構造を保つ観点からはロール状が好ましい。更にまた、中間転写体２上のトナーを溶融して記録材３に転写する際に、トナーを加熱溶融させる加熱手段４を備える方が好ましい。
【０００８】
そして、本件の断熱層２ｂは、断熱層２ｂの表面側の熱を容易に伝達させないようにするため、断熱層２ｂに空気等の気体を含むことで熱伝導率を低下させようとするものである。そのため、断熱層２ｂの代表的態様としては、この断熱層２ｂを挟む層（図１（ａ）（ｂ）の保持層２ａと弾性層２ｃに相当）との両端部間を封止体にて封止した中空層で構成された態様が挙げられる。また、一方、断熱層２ｂとして弾性変形可能な導電性発泡体を使用する態様にあっては、導電性発泡体が加熱手段４よって加熱される熱に耐えられる耐熱性を備えていることが好ましい。尚、ここで、導電性とは、中間転写体２上に像担持体１からのトナー像が静電転写される程度の導電性を備えていればよい。
更にまた、断熱層２ｂの断熱性を維持する観点からは、気体の体積比が少なくとも３０％以上あればよく、より好ましくは５０％以上あればよい。
【０００９】
更に、中間転写体２の断熱層２ｂの下層には、導電性弾性体で構成される弾性層２ｃを備えることで、像担持体１と中間転写体２との対向部位、中間転写体２と記録材３との対向部位にて、十分な弾性変形が可能になり、転写効率が向上するようになる。尚、ここでいう導電性も上述と同様に、像担持体１上のトナー像が中間転写体２へ静電転写されるに十分な導電性を備えていればよい。
更にまた、中間転写体２の外表面に配設される保持層２ａを、遠赤外線吸収部材にて構成することで、加熱手段４からの熱を有効に吸収するようになり、加熱に対するエネルギ効率が一層向上する。このとき、遠赤外線吸収部材としては、例えばセラミックス等の遠赤外線吸収放射材料が添加された絶縁性部材の態様が挙げられる。尚、保持層２ａとしては、剛性、弾性いずれでも差し支えないが、転写時の伸びを抑え且つ色むらを抑える観点からは剛性部材が好ましい。また、保持層２ａの絶縁性部材は、像担持体１上に形成されたトナー像を転写保持できる程度の絶縁性を備えていればよい。
【００１０】
そして、加熱手段４としては、中間転写体２の外部に対向配置される非接触加熱源を備えることで、この加熱源から放射される遠赤外線（赤外線含む）を、前記保持層２ａで吸収し易くなり、一層のエネルギ効率が向上する。また、加熱手段４を中間転写体２の外部に設けることで、装置の小型化が可能になる。仮に、加熱手段４を中間転写体２の内部に設けることを想定すると、構造が複雑化すると共に、加熱のエネルギも大きく必要となり、装置の大型化も招く虞がある。
【００１１】
また、本発明においては、像担持体１の軸方向長さを中間転写体２より短くする方が好ましく、このことで、中間転写体２の断熱層２ｂの変形が像担持体１の軸方向で一様になり、像担持体１から中間転写体２への転写が軸方向で一様に行われるようになる。
かかる態様によって、中間転写体２の保持層２ａへ加えられた熱は、主として保持層２ａにのみ集中させることが可能になり、中間転写体２上のトナー像を溶融するための加熱を少なくでき、エネルギ効率が向上するようになる。
更に、本発明による中間転写体２の態様としては、像担持体１と記録材３との間に介在され且つ像担持体１上のトナー像を記録材３に転写する中間転写体２において、少なくとも一層が体積比３０％以上の割合で気体を含む断熱層２ｂである多層構造で構成されることに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、溶融トナーを記録材に転写定着するタイプの画像形成装置において、中間転写体を少なくとも一層が気体を含む断熱層である多層構造で構成したので、中間転写体上のトナーを加熱溶融させる際のエネルギ消費が大幅に軽減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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２は、本発明が適用されたタンデム型画像形成装置の実施の形態１を示す説明図である。同図における画像形成装置は、記録材としてのシート４６上にカラー画像を形成するものであり、例えば電子写真方式にて各色成分（例えばイエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ））トナー像が形成される画像形成ユニット１０（具体的には１０ａ〜１０ｄ）を配設し、この画像形成ユニット１０をシート搬送ベルト４０に並列配置したものである。
ここで、本実施の形態で用いられる画像形成ユニット１０は、各色成分トナー像を形成担持する感光体ドラム１１と、この感光体ドラム１１と対向配置されて感光体ドラム１１上のトナー像が転写されて担持される中間転写ロール２０と、この中間転写ロール２０上の加熱溶融されたトナー像をシート搬送ベルト４０上の記録材としてのシート４６上へ転写定着する転写ロール２９とで構成されている。そして、本実施の形態においては、中間転写ロール２０の軸方向長さは、感光体ドラム１１及び転写ロール２９の軸方向長さより長く設定されている。
【００１４】
本実施の形態において、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１の周囲には、感光体ドラム１１を帯電する帯電ロール等の帯電器１２、帯電された感光体ドラム１１上に静電潜像を書き込む半導体レーザ等からなる露光装置１３、感光体ドラム１１上に形成された静電潜像を各色成分トナーで可視像化する現像装置１４、感光体ドラム１１上の残留トナーをクリーニングするクリーニングブレード１５が配設されている。
また、矢印Ｂ方向に回転する中間転写ロール２０の周囲には、中間転写ロール２０上のトナー像を加熱溶融するための図示外の加熱手段として、例えば遠赤外ヒータ（図４にて示す）が中間転写ロール２０と転写ロール２９とが対向する位置より上流側に配設され、中間転写ロール２０を加熱できるように構成されている。尚、符号３０は、中間転写ロール２０上の残留トナーをクリーニングするクリーニング装置である。
【００１５】
一方、本実施の形態におけるシート搬送ベルト４０は、複数の張架ロール４１〜４３に掛け渡され、例えば張架ロール４１を駆動ロールとして回動自在に構成され、矢印Ｃ方向に移動するように構成されている。また、シート搬送ベルト４０の画像形成ユニット１０ａが配設された位置より上流側には、シート搬送ベルト４０へシート４６を吸着するためのコロトロン等からなる帯電器４４が配設され、シート搬送ベルト４０に所定の帯電を行い、シート４６を吸着できるようになっている。尚、この帯電器４４の帯電性能を確保するために、帯電器４４とシート搬送ベルト４０を挟んで対向する位置には、バックアップロール４５が設けられている。
【００１６】
ここで、本実施の形態における中間転写ロール２０について、図３（ａ）（ｂ）を用いて詳述する。尚、図３（ａ）は中間転写ロール２０の構造図、図３（ｂ）は（ａ）の断面拡大図を示している。
本実施の形態における中間転写ロール２０は、アルミ等の金属コア２４上に半導電性弾性体として、例えば抵抗調整を行ったシリコーンゴムの弾性層２３を被覆した構成を採っており、シリコーン変性アクリル樹脂層等からなる最外層の保持層２１との間には、断熱層２２として両端を弾性リブ２２ａ（本実施の形態では弾性層２３と同時に作製）で封止された空気層２２ｂが形成されている。
【００１７】
次に、本実施の形態における画像形成装置の作動について、図２及び図３を基に説明する。
本実施の形態において、感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、感光体ドラム１１と中間転写ロール２０との対向部位で、図示外の一次転写バイアスによって中間転写ロール２０側へ転写される。中間転写ロール２０へ転写されたトナー像は、加熱溶融され、中間転写ロール２０と転写ロール２９との対向部位にて、シート搬送ベルト４０上を搬送されたシート４６上に転写されて定着される。夫々の画像形成ユニット１０（１０ａ〜１０ｄ）にて転写を終えたシート４６は、張架ロール４２のところでシート搬送ベルト４０から離れ、例えば図示外の排紙トレイ等へ搬送される。
【００１８】
ここで、感光体ドラム１１から中間転写ロール２０への転写工程、中間転写ロール２０からシート４６への転写工程について、図４を用いて詳述する。
感光体ドラム１１と中間転写ロール２０との転写ニップ領域（Ｄ領域）では、空気層２２ｂからなる断熱層２２が圧縮され、金属コア２４と感光体ドラム１１との間に印加された図示外の転写バイアスが有効に作用し、感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、中間転写ロール２０上に転写（一次転写）される。
中間転写ロール２０上に転写されたトナーは、中間転写ロール２０と対向配置された遠赤外ヒータ２８によって加熱される。このとき、遠赤外ヒータ２８は、ヒータ２８ａからの放射をリフレクタ２８ｂにより有効に中間転写ロール２０側に向けるようになっているため、中間転写ロール２０を有効に加熱できる。
この加熱により、中間転写ロール２０の表面の保持層２１並びに保持層２１上に転写されたトナーは共に加熱され、トナーのみが溶融するようになる。
そして、溶融されたトナーが続く転写ニップ領域（Ｅ領域）に到達すると、シート搬送ベルト４０上を搬送されたシート４６上に転写される。このとき、中間転写ロール２０と転写ロール２９との圧接により、中間転写ロール２０の断熱層２２は圧縮され、中間転写ロール２０側の金属コア２４からの荷重は、弾性層２３を通して有効に転写ロール２９側へ加えられるようになり、シート４６上へのトナーの転写が確実に行われる。
よって、本実施の形態では、中間転写ロール２０上のトナー加熱に際し、保持層２１のみを有効に加熱することができ、トナー溶融に対する加熱エネルギが少なくなる。
【００１９】
本実施の形態では、断熱層２２として、空気層２２ｂを利用したが、例えばタイガースポリマー株式会社製  ＳＲ導電性スポンジシートからなる発泡体を使用することも可能で、この場合、空気の断熱性の特徴を使え、空気層２２ｂを使用した場合と同様の効果を得ることができる。尚、発泡体としては、連続気泡、独立気泡のいずれでもよいが、耐熱性、圧力変化の均一性等から独立気泡のタイプが好ましい。
また、保持層２１としてシリコーン変性アクリル樹脂を使用したが、これに限らず、加熱源（本実施の形態では遠赤外ヒータ２８を使用）からの加熱に耐え、感光体ドラム１１からのトナー像転写が可能な絶縁性を備えているものであればよく、例えばポリイミドフィルム等でもよい。
更に、本実施の形態では、断熱層２２の下層には弾性層２３を備える態様を示したが、例えば、弾性層２３を備えずに、金属コア２４がこの弾性層２３まで達する態様であってもよく、その場合、保持層２１が弾性を備えることで上述の転写ニップ領域での同様の作用が可能になる。
【実施例】
【００２０】
本実施例では、実施の形態１と同様の構成の画像形成装置にて、三種類の中間転写ロールを用いて、中間転写ロールの熱容量に関連する評価として、シートへの転写性能及び感光体ドラムへのトナー固着について評価確認したものである。
本実施例で使用した中間転写ロールとしては、φ５０ｍｍ、厚さ３ｍｍのアルミコアを使用し、その上に半導電性弾性体として、厚さ５ｍｍ、ＪＩＳ−Ａ硬度１０度、体積抵抗率３ｌｏｇΩ・ｃｍ（１００Ｖ印加時）のシリコーンゴムを被覆したものとし、表層としては、厚さ１０μｍ、体積抵抗率１２ｌｏｇΩ・ｃｍのシリコーン変性アクリル樹脂を使用した。そして、断熱層として、次の（ａ）〜（ｃ）の三種で比較した。
（ａ）厚さ２ｍｍ、体積抵抗率４ｌｏｇΩ・ｃｍ（試験法  ＳＲＩＳ２３０１  電圧電流法）、発泡倍率３倍の耐熱発泡体（タイガースポリマー株式会社製  ＳＲ導電性スポンジシート）を使用した。ここで、発泡倍率とは、原料樹脂密度を発泡体密度で除した値を示している。
（ｂ）弾性体の両端に同じシリコーンゴムで一体成形にてリブ（高さ３ｍｍ、幅５ｍｍ）を設けたものを使用した。
（ｃ）比較例として、断熱層を弾性体のシリコーンゴムを厚く（５ｍｍを７ｍｍに）したものを使用した。
本実施例での評価は、シートとしてＡ４判の富士ゼロックス（株）製ＪＣ紙を用い、富士ゼロックス（株）製ＤｏｃｕＣｅｎｔｒｅ  Ｃｏｌｏｒ  ５００のトナーにて、１００枚の連続プリントを行った。尚、プロセススピードは３５１ｍｍ／ｓｅｃとし、（ａ）（ｂ）での加熱源への投入電力は、四色のトナー（トナー量１７ｍｇ／ｍ２）が溶融する電力とした。
本実施例の結果は、図５に示すようになった。
すなわち、（ａ）及び（ｂ）の中間転写ロールでは、１枚目からのシートへの転写は良好で、感光体ドラムへのトナー固着も発生しない。
一方、比較例として、断熱層を持たない（ｃ）の中間転写ロールでは、通常使用可能な電源（２００Ｖ、３０Ａ）において電力の上限６ｋＷをかけた場合でも１枚目の転写ではトナーが溶融不足のため転写不良を発生した。また、１００枚目では、中間転写ロールの温度が上昇したため感光体ドラムの温度も上昇し、感光体ドラムでのトナー固着が発生した。更に、この（ｃ）で、プロセススピードを遅くして１枚目から転写不良が発生しない条件を求めると、１０〜１５ｍｍ／ｓｅｃであったが、感光体ドラムへのトナー固着の点で適用できない。
以上のように、本実施例において、本件発明の有効性が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明が適用された画像形成装置の概要を示す説明図である。
【図２】実施の形態１に係る画像形成装置を示す説明図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は実施の形態１の要部拡大図である。
【図４】実施の形態１の作動を示す説明図である。
【図５】実施例の結果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１…像担持体，２…中間転写体，２ａ…保持層，２ｂ…断熱層，２ｃ…弾性層，３…記録材，４…加熱手段
【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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