(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一定着ロールと、当該第一定着ロールから所定間隔を保ち配設される単一又は複数の回転ロールと、これら第一定着ロールと回転ロールとに巻き掛けられて回転可能に支持される無端状の定着ベルトと、当該定着ベルトを挟み第一定着ロールに対峙して圧接される第二定着ロールと、当該定着ベルト表面の異物を除去するクリーニング手段とを備え、画像情報に応じたトナー像がその表面に形成された記録媒体は、第一定着ロールと第二定着ロールとの圧接部分において定着ベルト表面に密着され、定着ロールの回転とともに所定距離搬送された後、定着ベルト表面から剥離されるよう構成される定着装置において、
当該クリーニング手段は、その表面に熱可塑性部を備えたクリーニングシートを定着ベルト表面の一部領域に当接させ、
前記クリーニング手段は、前記一部領域の定着ベルトの回転方向上流端においてクリーニングシートを定着ベルトに対して当接させる上流側当接手段と、前記一部領域の定着ベルトの回転方向下流端においてクリーニングシートを定着ベルトに対して当接させる下流側当接手段とを備え、
前記上流側当接手段は、クリーニングシート表面の熱可塑性部をその内部に異物を取り込むことができる程度に加熱軟化させる加熱部材を備え、
前記下流側当接手段は、クリーニングシート表面の熱可塑性部の内部に取り込んだ異物を保持できる程度に冷却硬化されるよう、前記上流側当接手段から所定距離離されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記一部領域において、クリーニングシートは定着ベルトに対して相対速度を有さない請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記上流側当接手段は、クリーニングシート裏面を定着ベルト側に付勢する上流側付勢部材と、定着ベルト裏側から当該上流側付勢部材と対峙する上流側バックアップ部材とを備え、クリーニング時には定着ベルトが逆回転されると共に、前記第一定着ロールは上流側バックアップ部材かつ前記加熱部材として作用する請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記クリーニング手段は、クリーニング時においてクリーニングシートを定着ベルト表面に当接させ、定着時において離間させる請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記定着ベルトは、クリーニング時において定着時よりも遅い速度で回転駆動される請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真式の画像形成装置に関し、特にベルト式定着器を用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタル式電子写真方式を利用してカラー画像を作成する方法が広く利用されている。一般的には、熱可塑性のバインダーに顔料を混合したイエロー、マゼンタ、シアン、黒の4色のトナーを、画像情報を基に変調されたレーザー光線で感光体上に照射して得られた静電潜像に付着させることでトナー像を形成し、このトナー像を記録媒体上に転写させた後、加熱ロール等で溶融固着させることで画像を形成している。
【０００３】
トナー像記録媒体に定着する定着装置としては、図4に示すような加熱ロール方式が広く採用されている。
【０００４】
この方式は、円筒状芯金の内部に加熱源102を備え、その円筒状芯金の外周に図示しない耐熱性ゴム層や耐熱性離型層を被覆した定着ロール101と、定着ロール101に圧接され、定着ロール101と同様な構成の圧力ロール105の間に、未定着のトナー像107が表面に形成された記録媒体108を通過させて、トナー像107を加熱加圧定着させるものである。定着後の画像の光沢を高くし、カラー画像の見栄えを良くするためには、トナー中の熱可塑性バインダーの分子量を低くし、加熱溶融時の粘度が低くなるように設計することでトナー像表面を平滑になりやすくする方法が用いられる。
【０００５】
このような方法で得られたカラー画像は、光沢が高いもののトナーが記録媒体である紙の繊維中にすべて埋まり込むわけではないので、トナーの厚みに起因する凹凸が残り、画像表面への入射光の乱反射が起こり、光沢のミクロな不均一、色再現性の低下等が発生してしまう。
【０００６】
フルカラーの電子写真式プリンタを、近年市場導入が盛んなデジタルスチルカメラの出力用として使用する例も増えつつある。この場合は、出力画像を写真として銀塩写真方式の画像と比較するため、上述した凹凸が特に目立ち、瞬時に写真と異質のものと判断されてしまう。
【０００７】
このような問題点を解決するために、特開昭63-92965号公報では、記録媒体上に透明樹脂層を設け、定着時にトナーと同時に透明樹脂層も溶融させトナーを透明樹脂層中に埋め込む方式が提案されている。この方法によれば、光沢が背景部も含め全面的に高い画像が得られるものの、記録媒体が加熱加圧領域から解放される際は、トナーと透明樹脂層共に粘度が低い状態であるので、加熱ロール側に引っ張られ、トナー像部分が凸状に残り、さらに透明樹脂も高周波の凹凸が目立つものとなってしまう。さらに、図4で示す加熱ロール方式の定着器を使用すると、定着ロール表面の離型層の、トナーに対する離型性が十分ではないため、別途オイル供給ユニット103によりシリコーンオイル等の離型剤を塗布し、トナーの定着ロール101へのオフセットを防止する必要が有る。ところが、オイルを使用したシステムでは、オイルを加熱ロールに均一に塗布することが困難であるため、オイルの塗布むらに起因するオイル筋が発生し易く、特開昭63-92965号公報のような光沢の高い画像では顕著に目立ち画像品質を落とすことがある。さらに、オイルが表面に付着した紙はボールペンや、サインペン等による筆記性が悪いという問題も有する。
【０００８】
そこで、特開平1-35452号公報や特開平5-216322号公報に開示されている方法では、熱可塑性樹脂がコーティングされた記録媒体に、光沢化シートあるいはベルトを重ねた後加熱、加圧し、冷却後記録媒体を光沢化シート或いはベルトから剥離することで加熱ロール方式よりも更に画像表面の平滑性を高め、より印画紙写真の風合いに近づけた高品位画像の出力方式が開示されている。
【０００９】
両公報の動作の要点について、図５に基づいて以下に説明する。図５において、116は記録媒体、117はトナー像、109は内部に加熱源110を有する加熱ロールであり、その外周部には図示しないゴム等で構成された弾性層を有する。112は加圧ロール、111は定着ベルト、114は剥離ロール、115は剥離ロールである。
【００１０】
未定着のトナー像117を担持した記録媒体116は、矢印Cに示す方向に搬送され、加熱ロール109により、トナー像117と定着ベルト111が接触した形で加熱され、両者が密着されたまま搬送された後、剥離ロール115により定着ベルト111から分離される。ここで、記録媒体116は、基材116aの表面に熱可塑性樹脂からなる透明樹脂層116bが設けられているので、加熱ロール109と加圧ロール112の熱と圧力の作用により、トナー像117と共に透明樹脂層116bが定着ベルト111に密着されたまま溶融される。
【００１１】
そして、記録媒体116と定着ベルト111は剥離されるまでの間に、自然冷却あるいは強制冷却手段により密着したまま冷やされる。このため、トナー像117と透明樹脂層116bが平滑な定着ベルト111の表面にならった形で固化するため、特開昭63-92965号公報と比較すると非常に平滑性が高く、高光沢な画像が得られる。さらに、記録媒体116をトナー像117と透明樹脂層116bの凝集力がベルトとの付着力より高くした状態で定着ベルト111から剥離させるため、定着ベルト上にシリコーンオイルを塗布する必要が無く、オイルを使用した際に発生する上述した問題点は起こらない。
【００１２】
しかしながら、特開平1-35452号公報や特開平5-216322号公報等のオイルを使用しないシステムでも、初期的には記録媒体116と定着ベルト111との離型性は問題ないが、数百枚あるいは数千枚もの定着を行うと、ベルト表面に微小な凹凸が発生し離型性が低下してしまうことがある。そこで、特開平5-104868号公報のように記録媒体の剥離性能向上、定着ベルトの耐久性向上させるため、記録媒体の透明樹脂層にワックスを混入させたり、あるいはワックス成分を含むトナーを使用する方法も開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公知例は未だ十分ではない。特開平1-35452号公報や特開平5-216322号公報に開示されている方法では、クリーニング装置が設けられておらず、定着ベルト111上に付着したほこり、紙粉、微量の残留トナー、あるいは紙詰まり時のトナーを除去しないので、万が一これらのものが付着した場合には、次の画像に移り見苦しいものとなってしまう。特に、記録媒体として前述した透明樹脂層を設けた物を使用した場合には、背景部の透明樹脂に取り込まれたほこりなどは顕著に目立つ。
【００１４】
そこで、図4で示す加熱ロール方式の定着器に使用されているウェブを使用したクリーナー106を用いたとしても、残留トナーの除去には一定の効果があるものの、特開平1-35452号公報や特開平5-216322号公報等のオイルを使用しないシステムでは、ほこりや紙粉については、ウェブとの付着力が働かないため取り除くことができない。
【００１５】
一方、定着ベルト表面はトナーとの離型性と高平滑性表面との両立を図る目的で、シリコンゴム、フッ素ゴム等のゴム状物質の層が設けられているため、一般的に感光体に使用されているようなブレードクリーナーは、両者の摩擦が大きくブレードがめくれあがってしまうため使用できないことは容易に類推できる。
【００１６】
また、特開平5-104868号公報のように記録媒体の透明樹脂層にワックスを混入させたり、あるいはワックス成分を含むトナーを使用する方法においては、実験の結果次のことが分かった。すなわち、記録媒体を定着後、定着ベルトから剥離する際に、記録媒体と定着ベルトとの界面に染み出してきて固化したワックスが定着ベルトと記録媒体とに分断され、定着ベルト表面と記録媒体表面とにワックスが微量付着した状態となってしまう。
【００１７】
このまま定着ベルト上のワックスを除去しない状態で、次の画像を定着しても表面のワックスが目立たなければ問題ないが、ワックスを含有したトナーを用いた実験の結果、条件にもよるが数十枚〜数百枚画像を連続的に定着させると、ワックスが徐々に定着ベルト上に堆積していき、ある枚数以上では表面に白っぽくワックスが見えるようになり、光沢が低下した曇った画像になってしまうことが分かった。
【００１８】
そこで、特開平10-214010号公報のように、熱可塑性樹脂を表面に設けた粘着ロール表面を加熱させて、トナーやワックス等を除去する方法も考えられるが、粘着ロール表面が高温のため、ワックスが溶融する結果、粘着ロール側とベルト側に分断され完全には取りきれない。さらに、一定以上の粘着力を保つように常に樹脂表面を清浄な状態にするために、粘着ロールのクリーナーを設置する必要が有るが、装置が大掛かりになってしまう。
【００１９】
本発明は、以上の問題を解決するためになされたものであり、装置の構成が簡単で、定着ベルト表面を確実にクリーニングできるため、ほこりやワックスによる画質の低下がなく常に光沢度の高い画像を形成できる定着装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第一定着ロールと、当該第一定着ロールから所定間隔を保ち配設される単一又は複数の回転ロールと、これら第一定着ロールと回転ロールとに巻き掛けられて回転可能に支持される無端状の定着ベルトと、当該定着ベルトを挟み第一定着ロールに対峙して圧接される第二定着ロールと、当該定着ベルト表面の異物を除去するクリーニング手段とを備え、画像情報に応じたトナー像がその表面に形成された記録媒体は、第一定着ロールと第二定着ロールとの圧接部分において定着ベルト表面に密着され、定着ロールの回転とともに所定距離搬送された後、定着ベルト表面から剥離されるよう構成される定着装置において、当該クリーニング手段は、その表面に熱可塑性部を備えたクリーニングシートを定着ベルト表面の一部領域に当接させるものである。
【００２１】
また、無端ベルトにできるだけストレスを与えないように、前記一部領域において、クリーニングシートは定着ベルトに対して相対速度を有さないように構成することが好ましい。
【００２２】
また、具体的な構成としては、前記クリーニング手段は、前記一部領域の定着ベルトの回転方向上流端においてクリーニングシートを定着ベルトに対して当接させる上流側当接手段と、前記一部領域の定着ベルトの回転方向下流端においてクリーニングシートを定着ベルトに対して当接させる下流側当接手段とを備えるものである。
【００２３】
さらに、前記上流側当接手段は、クリーニングシート表面の熱可塑性部をその内部に異物を取り込むことができる程度に加熱軟化させる加熱部材を備えることができ、装置の簡易化の観点から、前記上流側当接手段は、クリーニングシート裏面を定着ベルト側に付勢する上流側付勢部材と、定着ベルト裏側から当該上流側付勢部材と対峙する上流側バックアップ部材とを備え、クリーニング時には定着ベルトが逆回転されると共に、前記第一定着ロールは上流側バックアップ部材かつ前記加熱部材として作用するものでもよい。一方、前記下流側当接手段は、クリーニングシート表面の熱可塑性部の内部に取り込んだ異物を保持できる程度に冷却硬化されるよう、前記上流側当接手段から所定距離離されているものでもよい。
【００２４】
また、前記クリーニング手段は、クリーニング時においてクリーニングシートを定着ベルト表面に当接させ、定着時において離間させるものでもよい。また、前記定着ベルトは、クリーニング時において定着時よりも遅い速度で回転駆動されるものでもよい。
【００２５】
また本発明は、画像情報に応じたトナー像が形成された記録媒体上のトナー像形成面と、少なくとも第1の加熱ロールを含む複数のロールにより回転移動可能に支持された定着ベルトの前記第1の加熱ロールに支持された部分の表面と加圧ロールとの圧接部において前記トナー像を加熱溶融させた後、そのトナー像形成面が前記定着ベルト表面に接触した状態で前記圧接部を通過させ、前記記録媒体を前記定着ベルトから剥離させてトナー画像を得る画像形成装置において、前記定着ベルト表面のクリーニング手段が、表面に熱可塑性樹脂を設けたクリーニングシートを前記定着ベルトと接触状態で加熱させ、両者が接触したまま所定の距離移動後、前記クリーニングシートを前記定着ベルトから剥離させるものと表現することもできる。
【００２６】
ここで、前記定着ベルトの前記記録媒体と接する面にシリコンゴムあるいはフッ素ゴム層が設けられている場合には、かかる構成が有効である。ここで、前記クリーニングシートの加熱手段が第2の加熱ロールであってもよいが、装置の簡易化の観点から、前記第1の加熱ロールが前記クリーニングシートの加熱手段を兼ね、クリーニングの際には前記定着ベルトを前記記録媒体の定着時とは逆方向に回転させるものでもよい。
【００２７】
また、前記記録媒体表面に熱可塑性の樹脂層を設けたものでもよい。また、前記クリーニングシート表面の熱可塑性樹脂と前記記録媒体表面の熱可塑性樹脂層が同一の物質で構成されているものでもよい。前記トナーと前記記録媒体上の熱可塑性樹脂層の少なくとも一方にワックス等の離型剤分が含まれているものでもよい。
【００２８】
このようなクリーニングを行うタイミングとしては、所定枚数の画像形成後に行うものでもよいし、前記定着ベルト表面の状態を検出する光学センサーの出力値を基に行うものでもよいし、記録媒体の搬送ジャム時に行うものでもよいし、画像形成装置本体のコントロールパネルまたはコンピューターからの指示により行うものでもよい。
【００２９】
また、前記クリーニング手段による前記定着ベルトのクリーニングの際、前記定着ベルトの回転速度を前記記録媒体の定着時より低速にするものでもよい。
【００３０】
【発明の実施による態様】
図9は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す側断面図である。以下、図面を基に本画像形成装置の動作を説明する。
【００３１】
まず矢印方向に回転する感光体24を帯電器25で一様に帯電した後、画像情報に応じて色分解、変調された光ビームを光ビーム露光装置23により感光体24上に照射し、静電潜像を形成する。感光体24の近傍には、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色のトナーが収められた現像器22Y、22M、22C、22Kが配置され、各色に対応した静電潜像を現像し、トナー像を形成する。この各色トナー像は、1次転写ロール30により静電的に中間体転写ベルト27に転写され、4回これを繰り返すことで、中間転写ベルト27上にカラーのトナー像が形成される。
【００３２】
次に、中間転写ベルト27上のトナー像を、ペーパートレイ26から送り出された記録媒体8上に2次転写ロール29と対向ロール28で形成される転写電界により転写させる。そして、未定着のトナー像が形成された記録媒体8をベルト式定着器により定着することにより、光沢の高いカラー画像が形成される。
【００３３】
そして、画像定着後の定着ベルト3表面をクリーナー11でクリーニングする。
【００３４】
本発明の画像形成装置は、上記のような1本の感光体を使用した装置の他に、高速化のために、各色ごとに4本の感光体を直列に並べたいわゆるタンデム式の電子写真式にも適用できる。また、上記実施の形態では公知の中間転写ベルトを使用した方式について説明したが、中間転写ロールを使用した方式や、中間転写体を使用せずに感光体から直接トナー像を記録媒体に転写させる方式も使用可能なことはもちろんである。
【００３５】
記録媒体としては、一般的な電子写真方式に使用される普通紙はもちろんのこと、光沢の高いコート紙、アート紙、オーバーヘッドトランスペアレンシー等も使用可能である。特に、デジタルカメラの出力等で写真調の画像を出力したい場合には、基材上に無色透明の熱可塑性樹脂をコートしたものが好適である。ここで、基材に用いる材料としては、特に限定するものではなく、従来知られている記録媒体の基材材料を任意に選択して用いることができるが、写真調の画像出力の際は、高級感を持たせるために白色度が高く、坪量が150〜220g/m2程度のものが好適である。
【００３６】
熱可塑性樹脂としては、スチレン‐(メタ)アクリル共重合体、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、スチレンーブタジエン共重合体、ポリウレタン等を単独あるいは混合した形で使用することができる。中でも、透明性、機械的強度を考慮するとポリエステル樹脂を使用することが好ましい。この透明樹脂を定着時にトナーと同時に溶融させ、トナーを透明樹脂中に埋め込むと同時に、画像表面全体を定着ベルト表面にならわせることで、高光沢の画像が得られる。
【００３７】
これらの透明樹脂の厚さは、2μmから20μmが好ましい。この範囲を下回ると、トナーを透明樹脂層中に十分に埋め込むことができず、表面に凹凸がある画像となってしまう。一方、厚みがこの範囲を超えると、透明樹脂層にクラックが発生しやすくなり画像耐久性が低下してしまう。このような記録媒体を用いて、記録媒体上の透明樹脂と、トナーの結着樹脂の溶融粘度、さらに定着条件をうまくコントロールすることで、トナーを透明樹脂層中に埋没させることもできるので、より写真に近似した表面を有する画像を形成できる。
【００３８】
さらに、透明樹脂層を設けた記録媒体を使用した際に、定着ベルトからの離型性を向上させるために透明樹脂層中に離型剤を含有させても良い。この離型剤としては、例えば、低分子量ポリオレフィン類、シリコーン類、カルボン酸エステル、カルボン酸アミド、植物系ワックス、動物系ワックス、石油系ワックス、およびそれらの変性物などがあげられる。特に、パラフィン系ワックスや低分子量ポリオレフィン系ワックスが好適である。これらの離型剤を透明樹脂中に0.5〜10重量%混入させると良い。
【００３９】
本画像形成装置に使用されるトナーとしては特に限定されないが、結着樹脂としては、記録媒体上に形成される透明樹脂と同様のスチレン‐(メタ)アクリル共重合体、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、スチレンーブタジエン共重合体、ポリウレタン等を単独あるいは混合した形で使用することができる。また、定着ベルトからの離型性を向上させるために透明樹脂層中に離型剤を含有させても良い。この離型剤としては、例えば、低分子量ポリオレフィン類、シリコーン類、カルボン酸エステル、カルボン酸アミド、植物系ワックス、動物系ワックス、石油系ワックス、およびそれらの変性物などがあげられる。特に、パラフィン系ワックスや低分子量ポリオレフィン系ワックスが好適である。これらの離型剤を結着樹脂中に0.5〜10重量%混入させると良い。
【００４０】
これらのトナーの結着樹脂に混合する着色剤としては、公知の顔料、染料が使用できる。また、帯電制御、転写性向上の目的で、従来知られているトナー用外添材を使用することができる。
【００４１】
次に、ベルト式定着器の詳細について以下に説明する。
【００４２】
図1は、本画像形成装置に用いられるベルト式定着器の動作を示す側断面図である。
【００４３】
加熱定着ロール1と無端状の定着ベルト3、及び定着ベルト3を介して加熱定着ロール1に押圧される加圧ロール5、さらに剥離ロール6により主要部が構成されている。
【００４４】
定着ベルト3は、図7に示すように、ベース層3aの表面に耐熱性弾性層3bが設けられ、記録媒体8上のトナー10との密着性を高める構成が好ましい。ベース層3aの材質としては、耐熱性、強度と表面平滑性を考慮すると、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂や、アルミニウム、ステンレス等の金属で構成されていることが好ましく、その厚さは15〜250μm程度であることが好ましい。
【００４５】
また、耐熱性弾性層3bとしては、トナーに対する離型性を考慮して、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の中から適宜選択され、その厚さは5〜100μm程度であることが好ましい。中でも、シリコーンゴムは塗布後の表面平滑性が非常に高く、透明樹脂層を設けた記録媒体と組み合わせると、出力画像の表面光沢度が、JIS Z8741-1997に準じた75度鏡面光沢度で100前後と印画紙とほぼ変わらない値が得られるのでより好適である。
【００４６】
さらに、ベース層3aの耐熱性樹脂中と耐熱性弾性層3b中に、カーボンブラック、金属酸化物粉末、グラファイト粉体等の導電率調製剤を含有させてもよい。これは、定着ベルト3の抵抗が高すぎると、表面が帯電しやすくなり、記録媒体8を静電吸着したり、トナーを飛散させたりして定着前のトナー像を乱してしまうからである。この定着ベルト3の全体の厚みは20から300μm、より好ましくは50から200μmの範囲であることが好ましい。これは、あまり薄すぎるとベルトの強度が低くなったり、こしが弱くなってしまい、逆に300μm以上の厚みでは、熱容量が大きいので、加熱時のエネルギーが大きくなってしまったり、定着速度が小さくなってしまう弊害が生じるためである。
【００４７】
さらに、定着ベルト3は無端状であり、加熱定着ロール1と剥離ロール6の間に掛け渡され、加熱定着ロール1に従動回転する。
【００４８】
加熱定着ロール1は、図6に示すように、金属製のコア1a(円筒状芯金)中に、ハロゲンランプなどの加熱源2が備えられ、定着ベルト3と記録媒体8を加熱する。このコアの材質としては、鉄、アルミニウム、ステンレス等の熱伝導率の高いものを使用することができる。さらに、その外周に、適宜ゴム状物質等からなる弾性層1bを設けることができる。これは、定着ベルト3の耐熱性弾性層3bで不足するクッション性を持たせ、さらに、駆動時の定着ベルト3と加熱定着ロール1とのスリップを防止するためである。また、定着ベルト3の加熱定着ロール1との摩耗を防止するために、最表面にPFAなどのフッ素樹脂1cを数十μmの厚さで設けてもよい。
【００４９】
加圧ロール5は、定着時の記録媒体8に圧力を印加させると同時に、ハロゲンランプなどの加熱源4を備えて記録媒体を裏面から加熱させることもできる。特に、坪量の大きい記録媒体を使用する際には、大きな熱量を供給する必要であり、加熱定着ロール1からの熱量のみでは不足するので、加熱源を備えることが好ましい。その構成は、加熱定着ロール1とほぼ同様に、金属製のコアの周囲に弾性層と、トナー等の付着を防止するためのフッ素樹脂を設けると良い。
【００５０】
ここで、加熱定着ロール1と加圧ロール5に使用される弾性層1ｂは、シリコーンゴムが最適である。その厚みは、0.5〜4mm程度が望ましい。両ロールが共にこの範囲以下だと、加熱加圧領域18の幅が狭く、つまり加熱時間が短くなってしまい画像の表面が十分平滑にならない。一方、この範囲以上であると、ロールの熱容量が大きすぎるので、スタンバイ時間が多くなったりして好ましくない。
【００５１】
さらに加熱加圧領域18の圧力は、実験の結果2〜20kg/cm2の範囲であることが望ましい。圧力がこの範囲以下であると、トナーの透明樹脂層中への埋め込みが十分でないことが分かった。また、圧力20kg/cm2にするとロールのたわみ等があるためコア1aを厚くしたり、ロール径自体を大きくしなければならず、好ましくない。
【００５２】
また、加熱装置、加圧装置は上述した加熱定着ロール1と加圧ロール5の構成に限られるものでなく、加熱源として面状あるいは線状発熱体等も使用できるのはもちろんである。
【００５３】
剥離ロール6は、接触により定着ベルト3と記録媒体8を冷却させる効果と、定着ベルト3との摩耗を減少させることを考慮すると、アルミニウム、ステンレス、鉄、真鍮等の金属で構成されていることが好ましい。また、定着ベルト3に曲率を持たせ記録媒体8を剥離させることを考慮すると、その直径は50mm以下であることが望ましい。また、本実施例のようにロール状のものに限定されるわけではなく、定着ベルトの安定な走行を妨げない限りは、固定部材であっても構わない。
【００５４】
次に、写真調の画像を出力する場合を例に取り、ベルト式定着器の一連の動作について説明する。
【００５５】
トナー像10が形成された記録媒体8は、矢印Cで示す方向に定着装置に送られ、図示しないモーターにより矢印Aの方向に回転される加熱定着ロール1と矢印Bの方向に回転する定着ベルト3、加圧ロール5により形成される加熱加圧部18で、トナー像10と共に透明樹脂層8bが加熱溶融される。ここで加熱溶融後すぐに定着ベルト3と記録媒体8を剥離した場合は、光沢は高いものの表面平滑性が劣り、必ずしも高品位画像にならない上オフセットが発生する場合もある。
【００５６】
一方、本実施例では、加熱溶融後、定着ベルト3と記録媒体8が密着されたまま加熱ロール1に従動搬送され、トナー像10と透明樹脂層8bが冷却し粘度が上昇した後、定着ベルト3から剥離される。これにより、画像表面が平滑な定着ベルト3の表面にならい、あたかも表面をラミネート処理したかのような平滑画像を得ることができる。また、定着速度が高い場合は、記録媒体8を定着ベルト3から剥離するまでに十分に冷却しきれない場合があるので、加熱加圧部18と剥離ロール6との間に定着ベルト3と記録媒体8を冷却する公知の冷却装置を使用しても良い。この冷却装置は、両者と非接触で冷却する送風装置や、定着ベルト  3の裏面、あるいは記録媒体8の裏面に接触して熱を奪うヒートシンクやヒートパイプ等が利用可能である。
【００５７】
定着ベルト3と接触したまま冷却された記録媒体8は、剥離爪等による強制剥離手段を定着ベルト3に接触させること無しに剥離ロール6から自然に剥離する。これは、剥離ロール6の曲率による剥離力と記録媒体8のこしが、定着ベルト3と記録媒体8との付着力を上回るからである。ただし、実験の結果、記録媒体8の先端部分は自然と剥離するものの後端部分が剥離せずそのまま定着ベルト3に持っていかれる例もあったので、剥離補助手段として剥離板19を定着ベルト3とは非接触の状態で保持させることで、剥離後の記録媒体8が剥離板19に沿って安定に走行させることができた。この場合も、剥離部材を定着ベルト3に接触させることはないので、その耐久性は落ちない。
【００５８】
次に、クリーナー11の動作について説明する。
【００５９】
本画像形成装置の定着装置では、オイル等の離型剤を使用せずに記録媒体8を冷却後定着ベルト3から剥離する構成上、定着ベルト3表面にほこりや紙粉等が付着した場合、画像部、あるいは透明樹脂層を全面に設けた記録媒体では非画像部にも取り込まれてしまう。文字が主体の画像を普通紙に出力させる場合はそれほど目立たないが、上述した様に写真調の画像を出力する目的で透明樹脂層8bを表面に設けた記録媒体8を使用する際は、定着後の画像の光沢が非常に高いため、すこしのほこりでも目立ち無視できない欠陥となってしまう。
【００６０】
一方、定着ベルト3表面には耐熱性弾性層3bを設けており、しかもオイルを使用しないため、従来知られているような方法でベルト表面を清掃することは難しい。さらに、定着ベルト3と記録媒体8の離型性を向上させるためにトナーあるいは記録媒体8の透明樹脂層8b中にワックスを混入させた場合は、定着ベルト3表面にワックスが蓄積し、ある程度以上蓄積が進むと出力画像表面にワックスの層ができてしまい光沢の低下した曇った画像になってしまうことが分かった。
【００６１】
これらの現象を回避するために、図1に示すようなクリーナー11を使用するに至った。
【００６２】
クリーナー11は、クリーニングシート12、2本の巻き取りロール15と16、そして2本の押圧ロール13,14で構成されている。これらはユニットとして図示しないフレームにより一体化されており、矢印Dに示す方向に定着ベルト3に対して接離可能に設置されている。
【００６３】
図８に示すように、クリーニングシート12は透明樹脂層を設けた記録媒体と同様に、基材１２ｂ上に熱可塑性樹脂１２ａを設け、熱可塑性樹脂１２ａを熱により溶融させた後、冷却後に定着ベルトから剥離させることでほこり、紙粉、オフセットしたトナー、あるいはワックスまでもすべて取り込んでしまうことができる。基材１２ｂとしては特に限定するものではなく、従来知られている記録媒体の基材材料を任意に選択して用いることができるが、表面が平滑であることが好ましい。具体的には、耐熱性のある紙、高分子フィルムの中から選択されるが、巻き取りロール15,16への巻き取り量を多くするため厚みは薄い方が好ましい。具体的には、20〜150μmの範囲が好適である。
【００６４】
また、その上に設ける熱可塑性樹脂１２ａとしては、スチレン‐(メタ)アクリル共重合体、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、スチレンーブタジエン共重合体、ポリウレタン等を単独あるいは混合した形で使用することができる。中でも、透明性、機械的強度を考慮するとポリエステル樹脂を使用することが好ましい。特に、記録媒体と同種の樹脂を使用すれば定着温度を画像出力時とクリーニング時で大きく変更する必要が無いので望ましい。また、熱可塑性樹脂１２ａの厚さは、熱容量があまり大きくなく、かつ繰り返し使用するためにある程度の厚さが必要であることを考慮すると、2〜20μmであることが望ましい。そして、未使用の状態では巻き取りロール16側に大部分を巻き取らせておく。
【００６５】
巻き取りロール15,16は既存の金属製ロール、樹脂ロール等を使用でき、グリップ力UPのためにその表面に樹脂やゴム層を設けても良い。両ロールとも図示しないモーターにより同一方向に回転させられる。さらに、クリーニングシート12がたるまないようにテンションをかける役目も果たす。
【００６６】
押圧ロール13,14は、クリーニング時にそれぞれ加熱ロール2と対向ロール17に押圧される。クリーニングシート12を加熱する必要が有るため、金属製のロールであることが望ましい。また、押圧ロール13はクリーニングシート12の加熱時間を稼ぐため、その表面にシリコーンゴムなどの弾性層を数mmの厚みで備えておくと良い。また、クリーニングシート12の加熱領域での押し付け圧は、0.1〜5kg/cm2であるとクリーナー効率が高くなるので良い。
【００６７】
図1の構成の場合は、定着ベルト3を画像の定着時とは逆回転させることでクリーニングする。クリーニングのタイミングとしては、以下の５つが考えられる。▲１▼装置のメイン電源を入れた後、▲２▼画像をある所定枚数出力した後、▲３▼定着ベルト3表面の光学センサー34による反射光が所定の閾値以下になった時、▲４▼操作者の判断により、装置本体のコントロールパネルあるいはコンピューターからの指示があった時、▲５▼搬送ジャム時である。特に▲２▼〜▲５▼を必要に応じて単独であるいは、それぞれ組合わせても使用できる。
【００６８】
図2は逆回転方式によりクリーニングの動作を示す図である。上述したクリーニング指示のいずれかを検知すると、定着ベルト3の動作は一旦停止し、クリーナー11はクリーニングシート12が定着ベルト3と密着させられる。この際、画像出力の合間である場合は、加熱定着ロール1がクリーニングシート12表面の熱可塑性樹脂が溶融するのに十分熱せられているので、加圧ロール13と加熱定着ロール1の接触領域で溶融する。
【００６９】
そして、密着と同時に定着ベルト3は、加熱加圧ロールが矢印F方向に回転させされるため、画像出力時とは逆方向の矢印Eの方向に回転させられ、クリーニングシート12も矢印Gの方向に回転し、巻き取りロール15は送られてきたクリーニングシート12を巻き取っていく。この際、クリーニングシート12の定着ベルト3に接する面に設けられ、熱により溶融した熱可塑性樹脂は、加熱加圧ロール1との接触領域を通過した後、放熱により冷却するため、定着ベルト3表面に付着したトナー、ほこり、ワックス等の付着物を取り込んだ形で固化する。そして、押圧ロール14で定着ベルト3から剥離させられるので、付着物はクリーニングシートに持っていかれ、定着ベルト3表面は付着物の無いきれいな面となる。
【００７０】
ここで、クリーニングシート12が十分に冷却される時間を稼ぐために、定着ベルト3の回転速度を画像出力時より低速にすることが望ましい。さらに、クリーニング速度を高めたい場合は、クリーニングシート12の定着ベルト3と接しない裏面側に定着ベルト3とクリーニングシート12を冷却する公知の冷却装置を使用しても良い。この冷却装置は、両者と非接触で冷却する送風装置や、クリーニングシート12の裏面に接触して熱を奪うヒートシンクやヒートパイプ等が利用可能である。
【００７１】
以上の動作を少なくとも定着ベルト3の一周分行いクリーニングを終えると、クリーナー11は定着ベルト3から離間させられるのと同時に定着ベルト3の回転も停止し、画像出力の動作に入る。また、クリーニングシート12は新品のものを巻き取りロール15で巻き取り終わったら捨てるのではなく、数回〜数十回再利用できる。その場合は、巻き取りロール15で巻き取り終了後、今度は巻き取りロール16を回転させて巻き戻せばよい。そして、クリーニング能力が低下したものについては、クリーニングシート12のみを新品と交換する。
【００７２】
上述した一連のクリーニングの動作フローチャートを図10に示す。
【００７３】
一方、図3に示すように本クリーナーを画像出力と同時に作用させることもできる。この場合は、押圧ロール14中にハロゲンランプ等の熱源を挿入し、一旦冷却定着ベルト3をクリーニングシート12と密着させた状態で加熱し、クリーニングシート12をH方向に移動させ、冷却後押圧ロール13で定着ベルト3とクリーニングシート12を剥離させる。なお、この場合も、クリーナー11は定着ベルト3と密着させたままおくのではなく、逆回転時と同様に必要に応じて接離させるのが良い。また、クリーニングシート12の冷却装置を使用できるのはもちろんである。さらに、ベルトとして、耐熱性弾性層を設けたものについて説明したが、ＰＦＡ、シリコーン変性ポリイミド等のハードコート系の離型層を有したベルトにも適用できるのはいうまでもない。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、以上本発明の画像形成装置によれば、装置の構成が簡単で、定着ベルト表面を確実にクリーニングできるため、ほこりやワックスによる画質の低下がなく常に光沢度の高い画像を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本画像形成装置に用いられるベルト式定着器の動作を示す側断面図である。
【図２】図２は、図2は逆回転方式によりクリーニングの動作を示す図である。
【図３】図３は、本クリーナーを画像出力と同時に作用させる場合を説明するものである。
【図４】図４は、加熱ロール方式の定着装置の一例を示すものである。
【図５】図５は、従来の公報に開示されている定着装置の動作の要点を説明するものである。
【図６】図６は、加熱定着ロール1の構成を説明するものである。
【図７】図７は、定着ベルト3の構成を説明するものである。
【図８】図８は、クリーニングシートの構成を説明するものである。
【図９】図９は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す側断面図である。
【図１０】図１０は、一連のクリーニングの動作フローチャートである。
【符号の説明】
１…加熱定着ロール、２…加圧ロール、３…定着ベルト、１２…クリーニングシート、８…記録媒体、６…剥離ロール、１１…クリーナ
【図１】
0003932790.tif 000002
【図２】
0003932790.tif 000003
【図３】
0003932790.tif 000004
【図４】
0003932790.tif 000005
【図５】
0003932790.tif 000006
【図６】
0003932790.tif 000007
【図７】
0003932790.tif 000008
【図８】
0003932790.tif 000009
【図９】
0003932790.tif 000010
【図１０】
0003932790.tif 000011