JP2006091113A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速、小型、高画質で且つ省エネルギー化や操作性にも配慮すると共に、定着時の記録材上の搬送方向における定着温度差を小さくし、記録材上の画質差（特にグロス差）を低減した画像形成装置を提供する。
【解決手段】 トナー像を形成し且つ転写部位にて記録材Ｓにトナー像を転写する作像エンジン１と、この作像エンジン１の上方に配設されて記録材Ｓが供給可能に収容される上部供給トレイ２と、前記作像エンジン１と上部供給トレイ２との間に配設され且つ前記作像エンジン１の転写部位にて記録材Ｓに転写されたトナー像を定着する接触型熱定着部３ａを有する定着装置３と、前記上部供給トレイ２に収容された記録材Ｓのうち記録材Ｓ送出方向側端部以外（領域Ｂに相当）を予備加熱する予備加熱手段４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式等を採用した複写機やプリンタ等の画像形成装置に係り、特に、像担持体上で形成された画像を中間転写体に一旦転写させた後に記録材に一括転写する中間転写方式の画像形成装置の改良に関する。

従来この種の中間転写型のカラー画像形成装置としては、感光体等に形成された各色成分トナー像を中間転写体に順次一次転写し、中間転写体上の多色トナー像を二次転写装置にて用紙に一括転写するようにしたものが知られている。また、このようなカラー画像形成装置では、近年、高速化、小型化、省エネルギー化の要求が大きい。
そして、高速化にあっては、各色の画像形成ユニットを中間転写ベルト上に並列配置したタンデム構成が効果的であるが、各色の画像形成ユニットを並列に配置し、その延長上に定着装置を配置した構成では、装置が大型化するという問題点がある。

特許第３４７０６９６号公報（発明の実施の形態、図１） 特開平４−２７４２６４号公報（実施例、図１） 特開２００２−９１１０５号公報（発明の実施の形態、図４）

この装置の大型化に対する対応策として、例えば図１２に示すように、中間転写ベルト２０１を斜めに配置し、各画像形成ユニット２０２（２０２ａ〜２０２ｄ）間を短くして斜めに並列配置すると共に、中間転写ベルト２０１の下方に熱反射板（図示せず）や排気装置（図示せず）を伴った定着装置２０４を配置することで、小型化した装置の構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、このような構成にあっては、一括転写部２０３や定着装置２０４の配置を工夫したことにより、各画像形成ユニット２０２（２０２ａ〜２０２ｄ）によって中間転写ベルト２０１上に形成されたトナー像がすばやく用紙上に一括転写（一括転写部２０３にて）されることもあり、中間転写ベルト２０１上でのトナー像の飛散による画像ぼけや装置の大型化は解決されるが、各画像形成ユニット２０２（２０２ａ〜２０２ｄ）が中間転写ベルト２０１の上部に配置されているため、現像等によるトナーの浮遊があると直接中間転写ベルト２０１上に影響したり、機内汚染を引き起こす懸念がある。また、定着装置２０４の熱は排気装置によって装置外へ排出されるため、定着装置２０４の熱が直ちに画像形成に影響を及ぼす懸念はないが、定着装置２０４のエネルギー効率は良好とは言い難い。更に、この構成で装置を長時間使用すると、定着装置２０４の熱が上部の画像形成ユニット２０２に影響を及ぼし画像欠陥を引き起こす懸念は残る。
その上、かかる構成にあっては、用紙を下方の一括転写部２０３に通す必然性から、用紙トレイが画像形成ユニット２０２より下方に配置されるのが一般的であり、用紙トレイへの用紙補給に際しては、しゃがみ込んだり、腰を曲げる必要があったり、ユーザーにやさしい装置とは言い難い。

一方、操作性の観点から、用紙トレイを上方に配置した構成は、例えば特許文献２にて提案されているが、この場合、用紙の搬送パスが所謂「Ｓ字」であり、プリント動作から用紙排出に至るまでの時間が長いという問題がある。更に、用紙排出は通常装置下部で行われるため、排出トレイからの用紙取り出しの操作性は却って悪くなる。

本発明は、上述したような技術的課題を解決するためになされたものであり、高速、小型、高画質で且つ省エネルギー化や操作性にも配慮すると共に、定着時の記録材上の搬送方向における定着温度差を小さくし、記録材上の画質差（特にグロス差）を低減した画像形成装置を提供するものである。

すなわち、本発明は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、トナー像を形成し且つ転写部位にて記録材Ｓにトナー像を転写する作像エンジン１と、この作像エンジン１の上方に配設されて記録材Ｓが供給可能に収容される上部供給トレイ２と、前記作像エンジン１と上部供給トレイ２との間に配設され且つ前記作像エンジン１の転写部位にて記録材Ｓに転写されたトナー像を定着する接触型熱定着部３ａを有する定着装置３と、前記上部供給トレイ２に収容された記録材Ｓのうち記録材Ｓ送出方向側端部以外（領域Ｂに相当）を予備加熱する予備加熱手段４とを備えることを特徴とするものである。尚、図中符号５は、定着装置３から排出された記録材Ｓを収容する排出トレイである。

このような技術的手段において、本願の対象となる作像エンジン１は、画像形成を行う方式は特に限定されず、電子写真方式、静電記録方式等の画像形成方式を適宜選定して差し支えなく、また、カラー、モノクロいずれであってもよい。
ここで、本発明における作像エンジン１として、トナー像を形成担持する画像形成部と、この画像形成部からのトナー像を一時的に搬送保持する中間転写体とを有し、当該画像形成部が中間転写体の下方に配置されるようにすれば、画像形成部でのトナー浮遊等による機内汚染を防ぐことが可能になる。また、画像形成部から転写部位までの距離を短くすることができ、中間転写体上でのトナー像の保持時間も短縮され、中間転写体からのトナー飛散も抑えられ画質が向上する。更に、中間転写体としては、ベルト状、ドラム状いずれであっても差し支えないが、レイアウトの自由度や小型化する観点からベルト状が好ましい。また、画像形成部には、トナー像を形成する像担持体が含まれ、その数量は特に限定されないが、カラー画像形成装置を構成する場合は、速度等の観点からタンデム型に構成することが好ましい。

更に、上部供給トレイ２は、少なくとも上方に配設されていればよく、その数量はとくに限定されず、例えば作像エンジン１の下方等にも他の供給トレイが配設されていても差し支えない。このように、本発明では、上部供給トレイ２を上方に備えていることから、上部供給トレイ２への記録材の補給に際し楽な姿勢で操作でき、ユーザーにやさしい画像形成装置が可能になる。尚、上部供給トレイ２の更に上方に、例えば画像読取装置等を搭載することも差し支えない。
また、本発明にあっては、排出トレイ５も作像エンジン１より上方に配設されることから、排出トレイ５へ排出収容される記録材Ｓを取り出す姿勢も楽になり、取り出し操作性も向上する。

更に、本発明においては、定着装置３を画像形成装置の中央寄りに配設することができ、画像形成装置の筐体側壁寄りに定着装置３を配設した態様に比べ、定着時の外気の影響を軽減でき、定着装置３の熱を逃がさずに有効に利用することができ、その分、省エネルギー化を図ることができる。尚、定着装置３の周囲に遮熱部材を配設するようにすれば、定着装置３からの余分な熱の排出を一層防ぐことができ、一層省エネルギー化を図ることができる。

そして、特に、本発明における定着装置３は、例えば加熱ロール部材と加圧ロール部材との接触型定着部３ａを使用して記録材Ｓ上の未定着トナーを定着するものであり、通常、次のような点が懸念される。
今、図２（ａ）に示すように、定着装置３にて記録材Ｓ上の未定着トナーを定着する場合を想定すると、定着装置３では、通常、加熱ロール部材６ａと加圧ロール部材６ｂとのニップ域で定着が行われるようになる。
このとき、加熱ロール部材６ａのニップ域での表面温度は、（ｂ）に示すように、加熱ロール部材６ａの初めの一周長分の長さ（ピッチ）Ｐ_１の領域では温度Ｔ_１であるが、次のピッチＰ_２では温度Ｔ_２に低下し、更に、次のピッチＰ_３では温度Ｔ_３に低下する。これは、加熱ロール部材６ａの熱が未定着トナーを記録材Ｓ上に定着する際に奪われるため、ニップ域を通過した加熱ロール部材６ａの表面温度はＴ_１からＴ_２へ低下し、更に、Ｔ_２からＴ_３へ低下することになる。尚、加熱ロール部材６ａが奪われた熱の温度補償を瞬時に行うことはできないため、記録材Ｓとの接触を終えた部位では低下した温度でそのまま維持され続ける。このとき、このＴ_１からＴ_２への温度低下量は、加熱ロール部材６ａや記録材Ｓの熱容量、また、プロセス速度等にも関係するが、通常、１０〜２０℃程度低下することもある。そして、この低下した温度、例えばＴ_２やＴ_３が、実質的な定着温度と判断される。尚、通常、Ｔ_２からＴ_３への温度低下量は、記録材Ｓが加熱ロール部材６ａに達した後のため、記録材Ｓ自体が加熱ロール部材６ａから暖められ、Ｔ_１からＴ_２への温度低下量より小さくなる。

このように、定着時の実質的な定着温度が、記録材Ｓの搬送方向（具体的には上述のピッチ間）で異なることから、未定着トナー像が定着された後の画像では、記録材Ｓの搬送方向でグロス等の画質差が発生する（例えばＰ_１領域、Ｐ_２領域及びＰ_３領域とで光沢度が異なりＰ_１領域の方に光沢がでやすい）場合がある。
そこで、予備加熱手段４による加熱を加えることで、定着装置３での定着時に、図２（ｂ）に示すＰ_１領域で加熱ロール部材６ａの温度低下があっても、Ｐ_２領域では記録材Ｓ自体が有する温度も手伝って、加熱ロール部材６ａから記録材Ｓへ移動する熱量がＰ_１領域で移動する熱量に比べ一層小さくできる（予備加熱がなされない場合より更に小さくなる）ため、結果的にＰ_１領域での温度低下量（Ｔ_１−Ｔ_２）とＰ_２領域での温度低下量（Ｔ_２−Ｔ_３）は大きく異なり、後者が大幅に小さくなる。
したがって、Ｐ_１領域からＰ_２領域へ以降する実質的な定着温度差は（Ｔ_２−Ｔ_３）となり、予備加熱しない場合に比べ小さくなる。そのため、記録材搬送方向でのグロス等の画質差が軽減され、安定した画質を得ることができるようになる。

本発明では、図１（ａ）（ｂ）に示すように、記録材Ｓの搬送方向でグロス等による画質差を防ぐために、上部供給トレイ２に収容された記録材Ｓのうち記録材送出方向側端部以外（領域Ｂに相当）を予備加熱する予備加熱手段４を備えることに特徴を有する。ここで、「上部供給トレイ２内の記録材Ｓの送出方向側端部以外（領域Ｂに相当）を予備加熱する」とは、記録材Ｓの搬送方向先端部より以降の部分の記録材温度を高くするもので、このことで、記録材Ｓの定着温度差を小さく抑えることができるようになる。

そのため、予備加熱手段４として、上部供給トレイ２に収容された記録材Ｓのうち記録材送出方向側先端より前記接触型定着部３ａの１周長分を除く部分を予備加熱するようにすれば、定着時の記録材Ｓの定着温度差を一層小さくすることが可能になり、記録材Ｓ内でのグロス差を一層軽減することができるようになる。尚、先端部（領域Ａに相当）より以降の範囲全体で予備加熱されることが好ましいが、例えば記録材後端部のみが予備加熱される態様であっても全体的な定着温度差を小さくできることから差し支えない。更に、領域Ｂ内の予備加熱を徐々に温度上昇させるようにすれば、定着温度差は一層小さくなる。

そして、本発明における予備加熱手段４は、定着装置３からの廃熱又は定着装置３から排出された記録材Ｓからの廃熱の少なくとも一方を利用して上部供給トレイ２に収容された記録材Ｓを予備加熱するようにすることが好ましく、これにより、廃熱を利用して行うことから、新たな加熱手段を必要とせず、画像形成装置のコスト上昇を抑えることができると共に、効率的な熱利用も可能になるため、省エネルギー化も促進されるようになる。
また、本発明においては、定着装置３が上部供給トレイ２の下方に位置していることから、定着装置３からの廃熱又は定着装置３から排出された記録材Ｓからの廃熱を一層有効に利用することができる。

更に、予備加熱手段４として、熱を有効に伝達する部材としての熱伝達手段を介して定着装置３からの廃熱を上部供給トレイ２に与えるようにすれば、一層有効に上部供給トレイ２に収容された記録材Ｓを予備加熱することができ、更に、熱伝達手段を介して定着装置３から排出された記録材Ｓからの廃熱を上部供給トレイ２に与えるようにしても予備加熱を有効に行うことができる。尚、熱伝達手段の代表的態様としては、ダクト、ヒートパイプ等が挙げられる。
更に、予備加熱手段４として、定着装置３からの廃熱又は定着装置３から排出された記録材Ｓからの廃熱を利用することで、これらの余分な廃熱が機内に垂れ流しされることがなくなり、機内の不要な温度上昇を防ぐことも可能になる。
尚、本願での定着装置３の接触型定着部３ａは、図２（ａ）に示すように、加熱ロール部材６ａが下方配置に限定されるものではなく、上方に配置される態様であってもよいし、両方が加熱ロール部材６ａの態様であっても差し支えない。

ところで、上述したような、定着装置３や定着装置３通過後の記録材Ｓの廃熱を利用して、上部供給トレイ２に収容された記録材Ｓを加熱する方式は、例えば特許文献３にて知られている。確かに、特許文献３には、定着装置、回路等の電装部、記録材排出部へ排出された記録材等によって、上部の記録材供給部に収容された記録材を加熱する方式が提示されている。
図１３は、このような画像形成装置の一例を示したもので、定着装置３０１や電装部３０２から、記録材供給部３０３に向かって熱伝達通路３０１ａ，３０２ａが延びており、記録材供給部３０３に収容された記録材を加熱する態様が示されている。更に、記録材供給部３０３と記録材排出部３０４との間には複数の連通路３０５が開けられ、記録材排出部３０４に排出された記録材の廃熱により、記録材供給部３０３に収容された記録材が加熱される態様も示されている。
しかしながら、この特許文献３では、記録材供給部３０３に収容された記録材を加熱することで、記録材が吸湿した湿度を事前に乾燥させることができ、例えば高湿環境時に吸湿した水分が作像工程に悪影響することを防ぐようにしたもので、記録材供給部３０３内の記録材を選択的に部分加熱するようにしたものではなく、また、定着装置３０１での定着時の定着温度自体の変化には何ら着目しておらず、ましてグロス等の画質変化に着眼したものでもない。
更に、定着装置３０１は装置下方に配設されていることから、例えば定着装置３０１からの廃熱を利用するに際しても、記録材供給部３０３までの経路が長くなり、定着装置３０１からの廃熱を有効に利用することは困難と考えられる。
一方、本発明は、上述したように、定着時の温度差を記録材搬送方向で小さくするようにしたもので、このことにより、記録材上の画質差を軽減するようにした点に特徴がある。

本発明の基本的構成によれば、以下の基本的効果を奏する。
１．作像エンジンの上方に定着装置、上部供給トレイを配設したので、画像形成装置の設置スペースを作像エンジンの配設スペースに依存させることができ、その分、画像形成装置の小型化を容易に実現することができる。
２．作像エンジンの上方に上部供給トレイ及び排出トレイを配置することができるため、画像形成装置の上側にて上部供給トレイに対する記録材の補給操作及び排出トレイからの記録材の取出操作を行うことができ、その分、記録材の取り扱い操作性（補給操作性、取出操作性）を向上させることができる。
３．画像形成装置の中央寄りに定着装置を配設することができ、画像形成装置の筐体側壁寄りに定着装置を配設した態様に比べて、定着時の外気の影響を軽減でき、定着装置の熱を逃がさずに有効に利用することができ、その分、省エネルギー化を図ることができる。
４．作像エンジンの上方に定着装置を配設したので、定着装置の熱による作像エンジンへの影響を軽減でき、作像性能が安定し、画質を向上させることができる。
つまり、本発明によれば、小型化、記録材の取り扱い性、省エネルギー及び作像性能を確保した画像形成装置を提供することが可能になる。

特に、本発明では、上部供給トレイに収容された記録材のうち記録材送出方向側端部以外を予備加熱するようにしたので、定着時の記録材搬送方向に亘る定着温度の差が小さくなり、グロス差のない安定した画質を得ることができるようになると共に、省エネルギー化が促進される。

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３は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す概要図である。
同図において、画像形成装置１０には、装置上方に記録材としての用紙を供給する１段の用紙トレイ５１、装置下方に２段の用紙トレイ５２，５３が配設され、これらの間にトナー像を形成する作像エンジン２０が配設された構成となっている。更に、装置上方の用紙トレイ５１と作像エンジン２０との間には、作像エンジン２０にて用紙上に転写された未定着トナー像を定着する定着装置４０が配設されている。
また、本実施の形態における画像形成装置１０には、用紙トレイ５１の上部に画像形成を終えた用紙を排出収容する排出トレイ５５が設けられ、用紙トレイ５１〜５３から排出トレイ５５まで用紙を搬送する各種の用紙搬送路も設けられている。尚、符号５４は、用紙を手で挿入する手差しトレイである。

本実施の形態の作像エンジン２０は、例えば電子写真方式にて４色の色成分トナー像（本実施の形態では、イエロ、マゼンタ、シアン、ブラック）を形成する４個の画像形成ユニット２１（２１ａ〜２１ｄ）と、各画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄにて形成された各色成分トナー像が順次転写（一次転写）されて保持される中間転写ベルト３０とで構成されている。
各画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄは、夫々感光体ドラム２２を有し、各感光体ドラム２２の周囲には、感光体ドラム２２を帯電する帯電ロール等の帯電装置２３、帯電された感光体ドラム２２上に静電潜像を書き込むレーザスキャナ等の露光装置２４、感光体ドラム２２上に書き込まれた静電潜像を各色成分トナーにて現像する現像装置２５、感光体ドラム２２上のトナー像を中間転写ベルト３０上に転写する一次転写ロール２６及び感光体ドラム２２上の残留トナーを除去するドラムクリーナ２７が夫々配設されている。尚、符号２８（２８ａ〜２８ｄ）は、現像装置２５へ各色トナーを補給するトナー補給装置であり、補給口２９から図示外の搬送パイプを介して、夫々の色の現像装置２５へトナーが補給されるようになっている。

また、中間転写ベルト３０は、例えばポリイミド樹脂に導電性カーボンブラックを混練し、体積抵抗率を１０^９〜１０^１２Ω・ｃｍ程度とした無端ベルトからなり、３個の張架ロール３１〜３３に掛け渡され、例えば張架ロール３２を駆動ロール、張架ロール３３をテンションロールとして、図の矢印方向に移動するようになっている。尚、符号３４は、中間転写ベルト３０上の残留トナー等を清掃するベルトクリーナである。
そして、本実施の形態では、張架ロール３２を張架ロール３１より斜め下方に配置することで、中間転写ベルト３０を斜め方向に配設させ、画像形成装置１０の小型化に寄与するようにしている。
更に、各画像形成ユニット２１ａ〜２１ｄを中間転写ベルト３０の下方（張架ロール３２と張架ロール３３との間の中間転写ベルト３０に対向する位置）に配置することで、画像形成ユニット２１（２１ａ〜２１ｄ）の例えば現像装置２５からのトナー浮遊等による機内汚染に起因する画質劣化を防ぎ、画質が一層安定した画像形成が可能になるようになっている。

更にまた、本実施の形態では、中間転写ベルト３０の張架ロール３１と対向する位置には、中間転写ベルト３０上に画像形成ユニット２１（２１ａ〜２１ｄ）によって転写されたトナー像を用紙トレイ５１〜５３や手差しトレイ５４から供給された用紙上に一括転写する二次転写ロール３５が設けられ、張架ロール３１をバックアップロールとして、二次転写部位を形成している。尚、二次転写ロール３５とバックアップロールの張架ロール３１との間には、中間転写ベルト３０上のトナー像を用紙に転写するための二次転写バイアス（図示せず）が印加されるようになっている。

本実施の形態における定着装置４０は、二次転写部位の下流側でこの二次転写部位と略水平方向に設けられ、図４に示すように、上部定着ユニット４０ａ及び下部定着ユニット４０ｂとで構成されている。上部定着ユニット４０ａは、加圧ロール４１及び加圧ロール４１を覆うように設けられた遮熱カバー４４を有し、下部定着ユニット４０ｂは内部に加熱ランプ４３が配置された加熱ロール４２及びこの加熱ロール４２を覆うように設けられた遮熱カバー４５を有している。また、遮熱カバー４４，４５は、夫々加圧ロール４１及び加熱ロール４２側に金属の熱輻射板４６を備え、その外側を真空断熱材４７で覆い、更にその外装をプラスチックの外装カバー４８で覆った構成を採っている。

ここで、熱輻射板４６としては、例えば鏡面加工されたアルミ等の金属が用いられ、輻射率０．５以下の表面とすることで、表面での反射率が高くなるようになっている。また、真空断熱材４７は、例えば熱伝導率０．０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の部材を厚さ３ｍｍ以上備えたもので構成されている。更に、外装カバー４８は熱伝導率の小さいプラスチックによって構成されている。
また、本実施の形態では、加圧ロール４１及び加熱ロール４２と夫々の遮熱カバー４４，４５とは、例えば３〜２０ｍｍの距離を隔てて配置され、遮熱カバー４４，４５が加圧ロール４１及び加熱ロール４２を互いに上下方向から挟み込むような形となっている。そのため、加熱ロール４２による熱が定着装置４０外へ余分に漏れないようになっている。 そして、本実施の形態における定着装置４０は、加圧ロール４１と加熱ロール４２とが鉛直方向に対向配置されているため、この両者で作られるニップ域を用紙が略水平方向に移動するようになっている。

本実施の形態では、図３に示すように、二次転写ロール３５によって、中間転写ベルト３０上のトナー像は用紙の下面側（鉛直下方側）に転写されることから、二次転写ロール３５から定着装置４０の間には、用紙を上方に保持して搬送する搬送装置３７が設けられている。この搬送装置３７としては、静電吸着方式やエアー吸引方式が利用でき、二次転写ロール３５によって用紙上に転写された未定着トナーの画質劣化を防止している。また、定着装置４０の下流側には上流側の搬送装置３７と同様の搬送装置４９が設けられ、定着装置４０によって定着された後の用紙の搬送を行うようになっている。

次に、本実施の形態における用紙搬送経路について、図３を基に説明する。
夫々の用紙トレイ５１〜５３は、画像形成装置１０の前面側から引き出して、用紙を補給するようになっており、特に、上方にある用紙トレイ５１を使用する際は、楽な姿勢で行えるようになっている。
また、夫々の用紙トレイ５１〜５３には、用紙を一枚ずつ送り出すための捌き機構５６が設けられ、ピックアップロール５６ａによって用紙トレイ５１〜５３から送り出された用紙は、フィードロール５６ｂとリタードロール５６ｃとの作用によって捌かれて、最上部の１枚の用紙のみが送り出されるようになっている。

また、用紙トレイ５１〜５３及び手差しトレイ５４から送り出された用紙が搬送される搬送路としては、用紙トレイ５１から下方に延びる第一搬送路６１、用紙トレイ５２，５３から上方に延びる第二搬送路６２及び手差しトレイ５４から略水平方向に延びる第三搬送路６３が設けられ、これらの搬送路６１〜６３は、二次転写ロール３５の上流側で用紙の位置合わせを行うレジストロール７１に導かれる。
このレジストロール７１から、二次転写ロール３５、定着装置４０を通って略水平に延びる主搬送路６４が設けられ、定着装置４０の下流側に設けられた搬送ロール７４を境に、排出トレイ５５へ用紙を排出する排出ロール７２まで上方に延びている。尚、符号７３は、第二の排出ロールであり、例えば図示外の後処理装置等へ用紙を搬送するためのものである。

更に、主搬送路６４の途中には、用紙を反転搬送可能な正逆駆動ロール７５が設けられ、主搬送路６４を搬送された用紙に対し、この正逆駆動ロール７５を所定のタイミングで正逆転駆動させることで、反転搬送路６５側へ搬送するようになっている。そのため、この反転搬送路６５に搬送された用紙は、複数の搬送ロールを経てレジストロール７１に搬送され、二次転写ロール３５にて、前回トナー像が転写された面と逆の面に、新たなトナー像が形成されるようになっている。

そして、特に、本実施の形態では、定着装置４０の下流側出口の上方に、用紙トレイ５１へ定着装置４０からの廃熱を集めて用紙トレイ５１へ供給する熱伝達手段としてのダクトを設けている点に特徴を備えている。
図５は、本実施の形態における画像形成装置１０の側方から見た要部断面図を示すもので、二個のダクト８０（８０ａ，８０ｂ）が定着装置４０の上方に設けられている。このダクト８０は、反転搬送路６５を避けて配設されており、定着装置４０からの廃熱が直接反転搬送路６５を通過する用紙には影響しないようになっている。
また、夫々のダクト８０ａ，８０ｂは、断熱性のプラスチックよりなる外装ケース８１を内部に廃熱の搬送路となる空間部８２を備えるように、例えばブロー成形等によって作製される。そのため、定着装置４０からの廃熱は、自然対流によりダクト８０の吸気口８３から空間部８２を経由して排気口８４へ導かれ、用紙トレイ５１側に供給される。
尚、ダクト８０が二個に分割されているため、装置への組立等も簡単にできるようになっている。

更に、本実施の形態における用紙トレイ５１は、図６（ａ）（ｂ）のようになっている。（ａ）は用紙トレイ５１を装置正面から見た断面を示しており、（ｂ）は上方から見た断面を示している。
本実施の形態での用紙トレイ５１は、底部に複数の孔５１ｃを有するＡＢＳ樹脂等よりなるプラスチックの外装ケース５１ａに、同一素材のプラスチックよりなる蓋５１ｂを被せた筐体内に、用紙Ｓを収容した構成となっている。このとき、蓋５１ｂの開口部は、定着装置４０の加熱ロール４２の一周長分に相当する長さ（図中領域Ｃに相当）になっている。
そして、この底部に設けられた複数の孔５１ｃは、用紙トレイ５１の両端部で且つ用紙搬送方向後方に設けられており、この下方には、図５に示すダクト８０（８０ａ，８０ｂ）の排気口８４が位置するようになっている。そのため、定着装置４０の廃熱は、ダクト８０を介して用紙トレイ５１に達し、用紙トレイ５１の孔５１ｃから内部空間（筐体と用紙Ｓとの隙間）を利用して用紙Ｓを予備加熱するようになり、特に、用紙Ｓの先端から領域Ｃを除く部分を予備加熱するようになる。

次に、本実施の形態に係る画像形成装置１０の基本的な画像形成プロセスについて、図３を基に説明する。
今、各色成分画像（イエロ、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像データが各画像形成ユニット２１（２１ａ〜２１ｄ）の露光装置２４に送出されると、各画像形成ユニット２１の感光体ドラム２２上には色成分毎の静電潜像が形成されると共に、対応する色トナーが収容された現像装置２５にて静電潜像が顕像化され、感光体ドラム２２上に各色トナー像が形成される。
そして、各色トナー像は、各感光体ドラム２２と中間転写ベルト３０とが接する一次転写部位において、一次転写ロール２６によって中間転写ベルト３０上に順次一次転写され、色重ねされる。このようにして中間転写ベルト３０上に一次転写されたトナー像は、中間転写ベルト３０の移動に伴って、二次転写位置（二次転写ロール３５と張架ロール３１によって構成される）へと移動する。

ここで、仮に、用紙が用紙トレイ５１から供給された場合を想定して、以降の用紙搬送について説明する。
用紙トレイ５１から捌き機構５６によって１枚のみ送り出された用紙は、第一搬送路６１を搬送される。第一搬送路６１を搬送された用紙は、レジストロール７１によって位置合わせされた後、二次転写位置へ搬送され、二次転写ロール３５によって中間転写ベルト３０上の未定着トナー像が一括転写（二次転写）される。
未定着トナー像が一括転写された用紙は、搬送装置３７によって吸着搬送され、定着装置４０に至り、未定着トナー像が定着される。
定着装置４０を通過した用紙は、搬送ロール７４及び正逆駆動ロール７５を経由して、排出ロール７２に搬送され、排出トレイ５５にフェイスアップ（トナー像が上向き）の状態で排出される。

次に、定着装置４０での定着温度について説明する。
本実施の形態では、定着装置４０の加熱ロール４２（図４参照）の温度は、例えば図７のように変化する。同図では、４枚の用紙を通紙したときの加熱ロール４２の温度と時間との関係を示している。同図では、単純化するために、１枚目の通紙時間をｔ_０〜ｔ_３、２枚目をｔ_４〜ｔ_７のようにし、更に、１枚の通紙に対し、加熱ロール４２の三周分に相当するものとしている。
本実施の形態では、定着温度が適正な温度範囲に制御される必要から、加熱ロール４２の加熱ランプ４３（図４参照）をＯＮ／ＯＦＦするための温度閾値を夫々設けており、この閾値レベルを検出することで、加熱ランプ４３を制御している。そのため、下限温度閾値より温度が低下すると加熱ランプ４３をＯＮし、上限温度閾値より温度が上昇すると加熱ランプ４３をＯＦＦする制御を行っている。

ここで、加熱ロール４２の温度に着目すると、ｔ_０の時間に１枚目の用紙を通紙開始すると、加熱ロール４２一周分経過後のｔ_１時間には温度が低下する。しかしながら、本実施の形態においては、用紙トレイ５１に収容されている用紙が予備加熱されていないため、定着時に加熱ロール４２から奪われる熱量は大きい。そのため、ｔ_１時間での加熱ロール４２温度は大きく低下する（予備加熱がない場合と同様になる）。
次に、加熱ロール４２二周分が経過すると、このときには用紙が予備加熱され、更に、用紙の先端は既に加熱ロール４２にニップされているため、加熱ロール４２からの熱伝達も加わって、実質的な用紙温度は上昇する。そのため、このときの加熱ロール４２の温度と用紙の温度との差は一層小さくなる。一方、加熱ロール４２から用紙へ奪われる熱量は、この温度差に比例するため、小さくなり、加熱ロール４２の温度低下も小さくなる。同様に、加熱ロール三周分でも温度低下が小さくなる。
そして、このとき定着されたトナーは、加熱ロール４２が温度低下したときの温度に関連することから、通紙１枚目での実質的な定着温度の差は、図のＴａで示されるような小さい温度差となる。したがって、用紙内でのグロス差を抑えることができるようになる。
また、図では、通紙２枚目も同様の傾向を示し、通紙３枚目の途中で下限温度閾値を超え、加熱ランプ４３がＯＮする。

一方、本実施の形態のような用紙の予備加熱を持たない場合には、加熱ロール４２の温度は、例えば図８に示すようになる。
この例では、用紙の予備加熱がない分、１枚目の二周分以降でも加熱ロール４２の温度低下が大きくなり、図に示すように、２枚目の用紙を通紙しているときに下限温度閾値を超え、加熱ランプ４３がＯＮするようになる。この加熱ランプ４３がＯＮして加熱ロール４２の温度が上昇するが、また、４枚目の途中（ｔ_１４時間）には再度下限温度閾値を超え、加熱ランプ４３がＯＮするようになる。
また、このときの１枚目の実質的な定着温度差は、図のＴｂのように大きくなり、上述した予備加熱を行った場合に比べ大きい。したがって、定着温度差が大きくなるため、用紙内でのグロス差が目立つようになる。更に、予備加熱を行った場合に比べ、加熱ランプ４３の点灯回数も多くなり、消費エネルギーも大きくなる。

図９は、用紙の予備加熱として、全体を一様に加熱した場合を示している。
この場合は、用紙が加熱されている分、一周分から加熱ロール４２の温度低下は小さくなる。しかしながら、二周分では部分加熱（本実施の形態に示す）に比べ、一周分での加熱ロール４２の温度低下が小さい分、温度低下が大きくなる。更に、このとき温度低下した加熱ロール４２の温度は、上述の部分加熱の場合よりも、通常、高い温度となるため、三周分での温度低下も部分加熱の場合よりも大きくなる。そのため、１枚目の実質的な定着温度差は、図のＴｃのようになる。
したがって、全体加熱では、図８に示すような加熱しない態様に比べ、用紙内のグロス差を低減させる効果はあるが、部分加熱した態様（図７に示すような）に比べ、定着温度差が大きくなり、グロス差が発生する懸念がある。

以上のように、用紙の予備加熱の有無によって、加熱ロール４２の温度低下量が異なることから、加熱ランプ４３の点灯回数や点灯時間が異なり、本実施の形態のように用紙の先端部を除いた部分（好ましくは加熱ロール一周分を除いた部分）に予備加熱を与えることで、予備加熱を加えない場合に比べ、用紙内のグロス差を低減させ、加熱ランプ４３の点灯回数や点灯時間をも減らすことができる。また、全体的に予備加熱を行った場合に比べても、用紙内のグロス差を低減できる。したがって、画質の向上や省エネルギー化が促進される。

また、本実施の形態では、定着装置４０からの廃熱を有効に利用しているため、定着装置４０の廃熱が装置内に広がることもなく、省エネルギー化の点でも優れている。
更に、用紙トレイ５１を上方に設けることで、用紙補給時に無理な姿勢をすることもなく、「人にやさしい」構成が可能となる。
また、上方より、定着装置４０、中間転写ベルト３０、画像形成ユニット２１の順に配置したことから、定着装置４０からの熱の影響を受けることもなく、安定した画像形成が可能となり、トナー補給装置２８も定着装置４０より下方に設置することができ、長期使用に際しても定着装置４０の熱の影響を防ぎトナーの熱劣化を抑えることができる。
更にまた、中間転写ベルト３０を斜めに配置し、画像形成ユニット２１をその下方に設け、画像形成ユニット２１から二次転写位置までの距離を短くしたので、小型、高速で画質のよい画像形成装置を提供することが可能になる。

本実施の形態では、用紙トレイ５１に蓋５１ｂ（図６参照）を被せ、用紙の後の方を選択的に予備加熱する方法を採ったが、蓋をなくし、用紙トレイ５１が装置内に収納された際に仕切部材によって用紙先端と後方とを分けるようにしてもよい。また、用紙トレイ５１の外装ケース５１ａの孔５１ｃの形状を用紙後端側に向かって大きくしたり、外装ケース５１ａの底部内面の所定の位置に弾性部材を設け、この弾性部材より前の用紙先端部に熱が伝達されないようすることも可能である。
更に、本実施の形態では、定着装置４０から用紙トレイ５１に廃熱を導くダクト８０（図５参照）を使用した態様を示したが、これに限らず、ダクト８０を使用しないで定着装置４０からの廃熱を直接用紙トレイ５１に導くことも可能で、この場合、例えば用紙トレイ５１底面に孔を設けていれば、この孔から廃熱を取り入れることができ、用紙の予備加熱が可能となる。
尚、本実施の形態では、排出トレイ５５の上に更に、原稿読取装置等を搭載することも差し支えない。

また、図１０は、本実施の形態の変形例としての画像形成装置１０の概要を示すものである。同図において、定着装置４０は二次転写ロール３５から用紙搬送方向に離れた位置で、用紙トレイ５１の用紙搬送方向の後方近傍に配設されている。そして、定着装置４０からの廃熱は上述したダクト８０（図５参照）によって用紙トレイ５１に供給されている。したがって、定着装置４０の位置を変えても、用紙トレイ５１に収容された用紙を予備加熱することができる。更に、この場合は、定着装置４０の上方に用紙トレイ５１の後端部があるため、この後端部に予備加熱を加えるようにしても、用紙トレイ５１内に収容された用紙の後端部を選択的に予備加熱することで、グロス差が小さくなる。
このように、本実施の形態においては、定着装置４０の配設位置に拘わらず、ダクト８０等の熱伝達手段を有効に利用することで、用紙の予備加熱を一層有効に行うことが可能になる。

◎実施の形態２
図１１は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態２を示す概要図である。本実施の形態における画像形成装置１０は、実施の形態１と略同様に構成されるが、用紙トレイ５１内の用紙を予備加熱するために、定着装置４０の下流側の用紙搬送経路（図３の主搬送路６４に相当）上にダクト８０を設けた点が実施の形態１と異なる。尚、画像形成装置１０の基本的構成は実施の形態１と同様のため省略する。

このように、定着装置４０から排出された用紙は、未定着トナーを定着するための熱エネルギーを十分に与えられているため、温度が高い状態で排出される。この用紙温度をダクト８０を介して用紙トレイ５１に供給するようにすれば、用紙トレイ５１内に収容された用紙に予備加熱を与えることができると共に、定着後の用紙の廃熱が機内に広がることを抑えることができ、熱の有効利用を図りながら、省エネルギー化が促進されるようになる。

（ａ）（ｂ）は本発明に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は本発明の作用を示す説明図である。 本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す説明図である。 実施の形態１の定着装置を示す説明図である。 実施の形態１の熱伝達手段としてのガイドを示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は実施の形態１の用紙トレイを示す説明図である。 実施の形態１の加熱ロール温度変化を示す説明図である。 比較例として加熱しない場合の加熱ロール温度変化を示す説明図である。 比較例として全体加熱した場合の加熱ロール温度変化を示す説明図である。 実施の形態１の変形例としての画像形成装置の概要を示す説明図である。 実施の形態２に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。 従来例としての画像形成装置を示す説明図である。 第二の従来例としての画像形成装置を示す説明図である。

符号の説明

１…作像エンジン，２…上部供給トレイ，３…定着装置，３ａ…接触型定着部，４…予備加熱手段，５…排出トレイ，Ｓ…記録材，Ａ，Ｂ…領域

Claims (7)

1. トナー像を形成し且つ転写部位にて記録材にトナー像を転写する作像エンジンと、
   この作像エンジンの上方に配設されて記録材が供給可能に収容される上部供給トレイと、
   前記作像エンジンと上部供給トレイとの間に配設され且つ前記作像エンジンの転写部位にて記録材に転写されたトナー像を定着する接触型熱定着部を有する定着装置と、
   前記上部供給トレイに収容された記録材のうち記録材送出方向側端部以外を予備加熱する予備加熱手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   予備加熱手段は、上部供給トレイに収容された記録材のうち記録材送出方向側先端より前記接触型定着部の１周長分を除く部分を予備加熱するものであることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１記載の画像形成装置において、
   予備加熱手段は、定着装置からの廃熱又は定着装置から排出された記録材からの廃熱の少なくとも一方を利用して上部供給トレイに収容された記録材を予備加熱するものであることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３記載の画像形成装置において、
   予備加熱手段は、熱伝達手段を介して定着装置からの廃熱を上部供給トレイに与えるものであることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項３記載の画像形成装置において、
   予備加熱手段は、熱伝達手段を介して定着装置から排出された記録材からの廃熱を上部供給トレイに与えるものであることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置において、
   作像エンジンは、トナー像を形成担持する画像形成部と、この画像形成部からのトナー像を一時的に搬送保持する中間転写体とを有し、当該画像形成部が中間転写体の下方に配置されることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６記載の画像形成装置において、
   前記中間転写体は、ベルト部材であることを特徴とする画像形成装置。

Images