JP2005250330A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中間転写ベルトの熱劣化をできるだけ抑え、長期間、中間転写ベルトを使うことができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】二次転写部が定着ニップ部を形成し、該定着ニップ部に転写材を挿通することにより、前記中間転写材上のトナー像を加熱加圧して転写材表面に定着させる転写定着装置を備え、加熱回転部材が、０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の肉厚で、外径が１０ｍｍ以上８０ｍｍ以下の中空の金属芯金を基材として、前記芯金の外側に１０μｍ以上２００μｍ以下のトナー離型層を備えており、加熱回転部材を加熱する加熱源が加熱回転部材の内側或は外側に備わり、加熱回転部材の表面の温度を検知する温度検知手段と、所定の目標温度に向かって前記加熱源の駆動を制御する温度制御機構が備わっており、前記画像情報に基づき前記目標温度を決定し、前記温度制御機構を働かせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式及び静電記録方式の画像形成装置、例えば、複写機、レーザービームプリンタ等に装着される接触加熱方式の定着装置を備えた画像形成装置に関する。

画像形成装置において、中間転写ベルト（中間転写体）を用いてトナー像を転写する技術として、以下のようなものが知られている。

（１）特許文献１によれば、一次転写において静電転写を行い、二次転写において圧力転写を行う技術が開示されている。これは、布、紙等の伸縮性のある可撓性物質に多色刷りを行う場合、各色を重ねて転写する際に画像がずれる所謂色ずれという欠点を改良したものである。

即ち、各色のトナー像を一旦、中間的なブランケットドラムに転写して重ね合わせた後、可撓性物質に一括で転写することで、色ずれを少なくし、高速多色の画像形成を可能としている。

（２）特許文献２には、二次転写部において加圧・加熱手段を有することが開示されている。即ち、転写工程と定着工程とを同時に行うものであり（以下、「転写同時定着」と言う）、これらが別れている場合の欠点である、
・転写工程において紙粉等が感光ドラムに悪影響を与える点、
・定着時、熱効率が悪い点、
・転写部から定着部までトナー像を担持した転写材の搬送中に画像が乱れる点、
を改良したものである。

そして、感光ドラム表面に形成されたトナー像を忠実に鮮明な画像のまま転写材に転写定着することを目的・効果としている。

（３）特許文献３には、一次転写を圧力で行い、二次転写で転写同時定着することが開示されている。

これは、同一の転写材に多重転写を行うとレジスト合わせが困難である点、転写材は転写されるトナー像を保持する力が不十分であって、次の転写時の搬送中に先のトナー像が剥離するという点等を改良したものである。

この技術では中間転写体上へ各色のトナー像が転写されることから、中間転写体上への各色のトナー像の転写位置合わせ精度を取り易く、常に高品質な画像を再現性良く転写材に形成することができる。

又、中間転写体への各色のトナー像の転写後に、転写材へ更に転写しているため、特に転写材の搬送時にその同期の余裕が大きくなり搬送機構を簡素化でき、信頼性も向上する。更に、中間転写体は転写されるトナー像を強力に保持できる転写層（特にゴム系）を有するため、転写特性に優れている。

又、、転写同時定着の公知技術として以下のものがある。

（１）特許文献４には、中間転写材の表面エネルギー（付着力）、硬度、熱量が規定されている。

（２）特許文献５，６には、付加重合タイプのシリコーンゴムを含有する中間転写層が開示されている。

そして、付加重合タイプのシリコーンゴムは未反応部分、浸出部分が少ないため感光層汚染が少なく、転写層の膜強度・加工性に優れ、良好な画像が得られるとしている。

（３）特許文献７には、一次転写を静電転写によって行い、二次転写で圧力定着することが開示されている。その目的としては、低抵抗磁性トナーを用いた普通紙コピーにおいても、又、多湿時においても良好なコピー画像が得られ、且つ、コンパクト化の容易な装置を提供するとしている。

（４）特許文献８には、中間転写体がポリアミド繊維織布基材にシリコーンゴムの転写層を有することが開示されている。ここでは、中間転写材の基材としてポリアミド繊維織布を使用しているため、可撓性であり、像担持体や転写材との密着性が良いので、転写効率が向上し、又、シリコーンゴム等の転写層との密着性も良好で且つエンドレスベルト化も容易であるとしている。

以上のように、多色トナー像の場合の中間転写体の例及び転写同時定着の例は数多く提案されている。

単色の画像形成手段の場合に多く見られる例では、粘着性及び離型性を有する中間転写体を用い、一旦感光ドラム上のトナー像を中間転写体上に粘着転写し、次に中間転写体から転写材上に溶融・定着させる方式がある。粘着転写である一次転写部では、シリコーンゴムから成る中間転写体と感光ドラムとを圧接し、トナー像を粘着性により中間転写体上に付着させる。次に、溶融転写である二次転写部では、熱ローラと中間転写体が圧接され、トナー像は熱ローラにより転写材を介して加熱溶融される。溶融したトナーは圧力により転写材の繊維内に浸透する。これと同時に、中間転写体の離型性により、中間転写体から剥離する。

又、多色の画像形成手段の場合は、一次転写部で粘着転写を用いるのは困難であるため、静電転写を用いている例が多く見られる。転写同時定着装置は、静電転写の転写効率が８０〜９０％と比較的低い点、転写材の含水量変化に伴う抵抗・容量変化が転写効率に影響を与える点、飛び散りが発生する点等の問題を解決するために提案されている。

特公昭４９−２０９号公報 特開昭５０−２３２３４号公報 特開昭５９−１２５７６号公報 特開昭４９−７８５５９号公報 特開昭５７−２３９７５号公報 特開昭５９−５０４７３号公報 特開昭５９−１３９０７０号公報 特開昭６２−２９３２７０号公報

前記のような転写同時定着を達成する画像形成装置は、表面にトナー像が形成される像担持体と、像担持体に形成されたトナー像を中間転写体に転写する１次転写部と、中間転写ベルト上に転写されたトナー像を転写材に転写定着する転写同時定着部から成る。中間転写ベルトは、転写同時定着部において熱を与えられるが、そのことで熱劣化が起こり、結果として中間転写体ベルトが伸びてしまい、中間転写ベルトの駆動安定性が損なわれたり、又、中間転写体ベルトの表面性の変化、電気的な抵抗値の変化が起こり、適切な画像形成に支障を来すことがある。従って、転写同時定着部によって中間点転写ベルトに掛けられる熱量はできるだけ小さくすることが、中間転写ベルトを長い期間使うためにも望ましい。

そこで、本発明の目的は、中間転写ベルトの熱劣化をできるだけ抑え、長期間、中間転写ベルトを使うことができる画像形成装置を提供することである。

上述の目的を達成するための、請求項１記載の発明は、画像情報に基づき、像担持体上に露光を行うことで静電潜像を形成し、前記静電潜像をトナー担持体に現像バイアスを印加することによって、トナーで可視像化し、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転写した後、前記中間転写ベルト上のトナー像を、中間転写ベルトに接して配設された加熱手段により、熱的に中間転写体から転写材に一括して転写定着する二次転写部を有する画像形成装置において、前記二次転写部が、筒状の加熱回転部材と加圧回転部材とを中間転写ベルトを挟んで圧接させて、定着ニップ部を形成し、該定着ニップ部に転写材を挿通することにより、前記中間転写材上のトナー像を加熱加圧して前記転写材表面に定着させる転写定着装置を備え、前記加熱回転部材が、０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の肉厚で、外径が１０ｍｍ以上８０ｍｍ以下の中空の金属芯金を基材として、前記芯金の外側に１０μｍ以上２００μｍ以下のトナー離型層を備えており、加熱回転部材を加熱する加熱源が加熱回転部材の内側或は外側に備わり、加熱回転部材の表面の温度を検知する温度検知手段と、所定の目標温度に向かって前記加熱源の駆動を制御する温度制御機構が備わっており、前記画像情報に基づき前記目標温度を決定し、前記温度制御機構を働かせることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、画像情報がモノカラーかフルカラーかによって前記目標温度を決定し、前記温度制御機構を働かせることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、転写材上のトナー量に対応した画像情報に応じて前記目標温度を決定し、前記温度制御機構を働かせることを特徴とする。

本発明によれば、画像ごとにカラーかモノカラーを判断することで、実際の加熱定着部材の表面温度も変えることができ、中間転写ベルトに無駄に与える熱量を減らすことが可能となる。このことで、中間転写ベルトの熱劣化をなるべく小さくい抑えることが可能となり、中間転写ベルトの寿命を延ばすことが可能となる。

以下に本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１に本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。

図１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の移動方向に沿って４個の画像形成ユニットを配設した４色フルカラーの画像形成装置であり、中間転写ベルト上のトナー像を、二次転写部にて転写同時定着するようにしたものである。

本実施の形態に係る画像形成装置は、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、即ち、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの画像形成ユニットＵＫ，ＵＹ，ＵＭ，ＵＣを備えている。これらは、トナーの色が異なる点を除いて、ほぼ同じ構成・作用を有している。

ブラックの画像形成ユニットＵＫは、像担持体としてのドラム形の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」と言う）１Ｋを備えている。感光ドラム１Ｋは、アルミニウムのドラム状の基体の表面に、感光層としてＯＰＣ（有機光半導体）を設けたものである。感光ドラム１Ｋは、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。２Ｋは一次帯電器であり、感光ドラム１Ｋに対して非接触で配設されている。

一次帯電器２Ｋとしては、例えば、コロナ放電器を使用することができ、感光ドラム１Ｋ表面を所定の極性、所定の電位に均一に帯電する。３Ｋは露光手段であり、感光ドラム１Ｋの回転方向についての一次帯電器２Ｋの下流側で感光ドラム１Ｋ表面を画像情報に基づき露光する。これにより感光ドラム１Ｋ表面に静電潜像が形成される。４Ｋは現像器であり、露光位置よりも更に下流側において、感光ドラム１と隣接するように設置されている。現像器４Ｋは、感光ドラム１Ｋ上の静電潜像にブラックのトナーを付着させてトナー像として現像するものである。

５は中間転写体としての中間転写ベルトであり、感光ドラム１Ｋに接触して駆動されている。中間転写ベルト５は、ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ等の掛け渡されており、矢印Ｒ５方向に移動（回転駆動）される。６Ｋは一次転写ローラであり、一次転写位置で中間転写ベルト５を挟み、感光ドラム１Ｋに対向するように配設されている。ＮＫは一次転写ニップ部である。７は二次転写同時定着装置（転写同時定着装置）である。二次転写同時定着装置については後述する。

尚、他の３色の画像形成ユニットＵＹ，ＵＭ，ＵＣの構成及び作用は、上述のブラックの画像形成ユニットＵＢと同様であるため、その説明は省略する。１Ｙ，６Ｙ，ＮＹは、この順にイエローの感光ドラム、一次転写ローラ、一次転写ニップ部である。同様に、１Ｍ，６Ｍ，ＮＭは、この順にマゼンタの感光ドラム、一次転写ローラ、一次転写ニップ部である。又、１Ｃ，６Ｃ，ＮＣは、この順にシアンの感光ドラム、一次転写ローラ、一次転写ニップ部である。Ｐは画像形成対象となる紙等の転写材である。

次に、上述の画像形成装置の動作を説明する。

画像形成ユニットＵＫにおいて、駆動手段（不図示）によって矢印方向に回転駆動された感光ドラム１Ｋは、その表面が一次帯電器２Ｋによって、マイナスの極性の所定の電位に均一に帯電される。帯電後の感光ドラム１Ｋ表面は、画像情報に基づく露光手段３Ｋの露光によって静電潜像が形成される。現像器４Ｋは、マイナス帯電したトナーを静電潜像に付着させ、トナー像として現像する。感光ドラム１Ｋの表面に形成されたトナー像は、矢印Ｒ５方向に移動する中間転写ベルト５上に、転写ローラ６Ｋの電界によって一次転写ニップ部ＮＫを介して一次転写される。

一方、中間転写ベルト５に一次転写されないで感光ドラム１Ｋ上に残ったトナー（残留トナー）は、クリーナ８Ｋによってクリーニングされる。

以上の動作が、残りの３個の画像形成ユニットＵＹ，ＵＭ，ＵＣにおいても行われて感光ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ上にトナー像が形成される。これらトナー像は、中間転写ベルト５上に一次転写されているブラックのトナー像の上に重ねるようにして、順次に一次転写される。こうして、中間転写ベルト５上には、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンのトナー像が重なるようにして一次転写される。尚、単色や２〜３色のトナー像の形成の場合は、それぞれ選択された色のトナー像が中間転写ベルト５上に形成される。

中間転写ベルト５上の複数色のトナー像は、二次転写同時定着装置７によって転写材Ｐ上に一括で熱的に二次転写され、同時に転写材Ｐ上に定着される。

図２は本実施の形態で使用した中間転写ベルト５の縦断面を示す模式図である。

５１は耐熱樹脂で形成されたフィルムの基層（ベースフィルム）である。耐熱性樹脂としては、例えば、ポリエステル、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、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、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、アルミニウム、ニッケル等の金属シート、又はこれらとセラミックス、金属、ガラス等の複合材料を使用することができる。

５２は例えば５μｍ厚の耐熱性を有する高離型層で、例えば上述の基層５１と同様のＰＥＴ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂や、フッ素ゴム、シリコーン樹脂や、シリコーンゴムが用いられる。

更に、より好ましい中間転写ベルト５の構成としては、全体としての体積抵抗率Ｒｖが１０⁵〜１０¹⁵Ω・ｃｍとなるようにすることである。

本実施の形態では、中間転写ベルト５は、その基層（ベースフィルム）５１として、５０μｍ厚のポリイミドフィルムを使用し、その表面に高離型層５２として、カーボン分散により低抵抗化した５μｍ厚のＰＦＡ層を塗布して構成した。

次に、二次転写同時定着装置７について詳述する。

二次転写同時定着装置７は、加熱回転部材７１と加圧回転部材７２とを備えている。加熱回転部材７１及び加圧回転部材７２は、それぞれ内部にヒータを有しており、中間転写ベルト５を挟んで対向配置されている。これにより、中間転写ベルト５と下加熱ローラ７１との間にはニップ部Ｎが形成される。加熱回転部材７１及び加圧回転部材７２は、中間転写ベルト５上のトナー像にタイミングに合わせて給紙部（不図示）からニップ部Ｎに矢印Ｋｐ方向に給紙された転写材Ｐと中間転写ベルト５とを加熱・加圧することで、中間転写ベルト５上の複数色のトナー像を一括で二次転写転写同時定着する。

本発明の特徴は、加熱回転部材の熱容量を小さくすることで、熱応答性を向上させることにある。このことで、転写材上のトナー量の多いカラー画像の場合と、トナー量の少ない白黒画像の場合で、加熱回転部材表面の温度を調節して、加熱回転部材から中間転写ベルトに与えられる熱量をなるべく少なくすることができるからである。具体的には、回転加熱部材の構成は、以下のようにすることが好ましい。

即ち、芯金は肉厚が０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下が好ましい。０．２ｍｍ未満の場合、加熱回転部材としての強度が保てなくなる。又、３．０ｍｍを超えると、熱容量が大きくなり、熱応答性が損なわれるからである。又、外径は１０ｍｍ以上８０ｍｍ以下が好ましい。１０ｍｍ未満の場合、トナー像を転写定着させるためのニップが十分に取れないからである。又、８０ｍｍを超えると、熱容量が大きくなり、熱応答性が損なわれることになる。

図３は本発明における転写同時定着部を模式図である。

加熱回転部材７１は、厚さ０．６ｍｍ、外径３５ｍｍの鉄製の芯金を基材として、その外側に５０μｍのＰＦＡチューブが被覆されている。又、加圧回転部材７２は、電子写真装置のローラを使った定着装置の加圧ローラと同様の構成で良く、ここでは厚さ２．５ｍｍ、外径３０ｍｍの鉄製の芯金を基材として、その外側に５ｍｍの厚さの弾性層としてのシリコンゴム層を被覆し、更にその外側に５０μｍのＰＦＡチューブが被覆されている。又、表面温度検知装置７１は、加熱回転部材７１表面に設けられている。ここでは、サーミスタを用いている。又、７４は加熱回転部材の内部に設けられた加熱源であり、ここではハロゲンランプを用いた。又、装置９は、画像形成装置に送られてくる画像情報を、加熱源駆動装置１０に送る画像情報伝達装置である。加熱源駆動装置１０は、画像情報伝達装置９からの情報に基づいて加熱駆動部材７１の目標温度を決定し、表面温度検知装置７１の検知温度に基づいて加熱源７４の駆動を制御する機能を持つ。

本実施の形態においては、フルカラーの画像形成をした場合と、モノカラーの画像形成をした場合で、加熱定着部材の目標温度を違う温度に設定した。フルカラーの場合は、モノカラーの場合に比べて、転写材上のトナーの量が多くなる場合が多いので、フルカラー時には１９０℃、モノカラー時には１７０℃に設定することができ、トナーの転写材への定着性も確保することができる。本発明における、加熱定着部材は、金属芯金に比較的薄い、離型層であるＰＦＡチューブを設けたのみであるので、芯金と離型層の間に弾性層を設けたローラに比べて熱容量が基本的には小さくなり、加熱源の駆動比を変化させることで、容易にその表面温度を変えることができる。従って、加熱定着部材の構成を、本実施の形態に示したような構成にすることで、画像ごとにカラーかモノカラーを判断することで、実際の加熱定着部材の表面温度も変えることができ、中間転写ベルトに無駄に与える熱量を減らすことが可能となる。このことで、中間転写ベルトの熱劣化をなるべく小さくい抑えることが可能となり、中間転写ベルトの寿命を延ばすことが可能となる。

転写材上にトナー像が転写された後に、定着を行う従来の定着装置において、本実施のの形態と同様の制御を行った場合に比べ、中間転写ベルトを備えた転写同時定着を行う画像形成装置において、本実施の形態における制御を行った場合には、以下の利点が認められる。

即ち、中間転写ベルトに、トナーが転写される一次転写効率は、様々な物性値を持つ転写材に転写する転写効率よりも安定させることが可能である。従って、転写同時定着を行う画像形成装置の定着部に搬送されてくるトナー量は、従来の定着装置に搬送されてくるトナー量よりも安定していると言える。よって、本実施の形態のように、加熱回転部材の温度設定をする際にも、なるべく低く設定することが可能となる。

一方、従来の定着装置では、トナー量のばらつきを考慮し、やや余裕を持たせるために、温度を高めに設定する必要が出てしまう。よって、本発明においては、従来の定着器に同様の制御をした場合に比べて、より、熱劣化の小さい温度を設定をすることが可能となるという利点がある。

＜実施の形態２＞
本実施の形態においては、画像情報から、転写材上のトナー量を推測し、その結果に基づいて加熱定着部材の目標温度を決定した。ここでは、像担持体上の露光を、２値（「露光する」と「露光しない」）で形成する場合を考えた。プリント画像全域に対して露光域（ここでは、トナーが転写材上に載ることとなる部分）が、０以上３３％未満、３３％以上６６％未満、６６％以上１００％以下の場合で、それぞれ加熱定着部材の目標温度を１７０℃、１８０℃、１９０℃に設定した。各場合で、転写材上のトナー量が異なり、トナー量が少ない程、転写材に与えるのに必要な熱量を減らすことができるので、加熱定着部材の目標温度を下げることができる。従って、転写材材上のトナー量によって、加熱定着部材の目標温度を変えることでも、中間転写ベルトに無駄に与える熱量を減らすことが可能となる。このことで、中間転写ベルトの熱劣化をなるべく小さくい抑えることが可能となり、中間転写ベルトの寿命を延ばすことが可能となる。

本発明は、電子写真方式及び静電記録方式の画像形成装置、例えば、複写機、レーザービームプリンタ等に装着される接触加熱方式の定着装置を備えた画像形成装置に対して有用である。

本発明に係る画像形成装置の縦断面図である。 本発明に係る画像形成装置の中間転写ベルトの横断面図である。 本発明に係る画像形成装置の転写同時定着部の摸式図である。

符号の説明

ＵＫ，ＵＹ，ＵＣ，ＵＫ 画像形成ユニット
１Ｋ，１Ｙ，１Ｃ，１Ｋ 感光ドラム
２Ｋ，２Ｙ，２Ｃ，２Ｋ 一次帯電器
３Ｋ，３Ｙ，３Ｃ，３Ｋ 露光手段
４Ｋ，４Ｙ，４Ｃ，４Ｋ 現像器
５ 中間転写ベルト
６Ｋ，６Ｙ，６Ｃ，６Ｋ 一次転写ローラ
７ 二次転写同時定着装置

Claims (3)

1. 画像情報に基づき、像担持体上に露光を行うことで静電潜像を形成し、前記静電潜像をトナー担持体に現像バイアスを印加することによって、トナーで可視像化し、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転写した後、前記中間転写ベルト上のトナー像を、中間転写ベルトに接して配設された加熱手段により、熱的に中間転写体から転写材に一括して転写定着する二次転写部を有する画像形成装置において、
   前記二次転写部が、筒状の加熱回転部材と加圧回転部材とを中間転写ベルトを挟んで圧接させて、定着ニップ部を形成し、該定着ニップ部に転写材を挿通することにより、前記中間転写材上のトナー像を加熱加圧して前記転写材表面に定着させる転写定着装置を備え、前記加熱回転部材が、０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の肉厚で、外径が１０ｍｍ以上８０ｍｍ以下の中空の金属芯金を基材として、前記芯金の外側に１０μｍ以上２００μｍ以下のトナー離型層を備えており、加熱回転部材を加熱する加熱源が加熱回転部材の内側或は外側に備わり、加熱回転部材の表面の温度を検知する温度検知手段と、所定の目標温度に向かって前記加熱源の駆動を制御する温度制御機構が備わっており、前記画像情報に基づき前記目標温度を決定し、前記温度制御機構を働かせることを特徴とする画像形成装置。
2. 画像情報がモノカラーかフルカラーかによって前記目標温度を決定し、前記温度制御機構を働かせることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 転写材上のトナー量に対応した画像情報に応じて前記目標温度を決定し、前記温度制御機構を働かせることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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