JP2007212580A - 転写定着装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転写定着同時方式での記録紙へのトナーの転写定着工程において、マイクロオフセット現象を防止し、高画質画像を実現できるようにする。
【解決手段】転写定着装置は、転写定着ローラ３１と加圧部材３２とが圧接され、これら両部材の間に転写定着領域が形成され、転写定着ローラ３１により保持されて加熱され、溶融したトナー像を、転写定着領域にてこの領域に入紙された記録紙Ｐに転写しかつ定着させる。転写定着装置では、転写定着領域における圧力の最も高い領域が、記録紙Ｐの入紙側端部の領域と出紙側端部の領域との少なくとも一方の領域に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、転写定着部材上にトナー像を形成し、転写定着部材上でトナーを加熱した後、記録材上にトナー像を転写と定着を同時に行う転写定着装置および該転写定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。

従来、複写機、プリンターおよびＦａｘ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置においては、感光体表面上にトナー像を形成し、そのトナー像を電界により記録紙上に転写している。その後、定着装置にてトナー像と記録紙を加熱することで、トナー像を永久定着像とする方法が広く採用されている。このような画像形成装置における定着装置は、一般に加熱ローラと加圧ローラとから構成され、これら両ローラ間に形成される定着ニップ部に、トナー像が転写された記録紙を導入し、定着ニップ部での熱と圧力の作用によりトナー像を記録紙上に定着している。

一方で、上記の定着方式とは異なるいわゆる転写定着同時方式も広く知られている。この転写定着同時方式は、感光体表面上にトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写部材上に転写した後、その中間転写部材上でトナー像を加熱し、加熱されたトナー像を記録紙上へ転写すると同時に定着するものである。

上記転写定着同時方式は、例えば特許文献１に開示されており、熱等の作用により非静電的によりトナーを記録紙上へ転写することが可能なため、電界の乱れ等に起因する像乱れの恐れが少なく高画質化には有効であることが広く知られている。
特開２０００−１９４２０５号公報（平成１２年７月１４日公開）

特許文献１に記載の転写定着方式の定着装置、すなわち転写定着装置は次の構成を備えている。転写定着部材は、基材上に０．２５ｍｍ以上、望ましくは１ｍｍ以上の厚みを有する柔軟な中間層が設けられ、さらにこの中間層上に、表面エネルギーの小さい最外層が設けられている。最表層材料としては、シリコーンゴム、フッ素ゴムあるいはフッ素系高分子材料が用いられる。また、上記転写定着部材は、ベルトもしくはローラ構造体であり、転写定着部材に圧接される加圧部材はローラ構造体である。転写定着部材がベルト構造体の場合、加圧ローラの対向位置には、内部に加熱源を有すローラが設けられ、転写定着部材と加圧ローらとの間に転写定着ニップ部を形成する構成となっている。

ここで、転写を同時に行わない従来の定着方式では、記録紙上に形成されたトナー像が定着工程で定着部材表面に転移して、定着部材表面を汚染したり、画像欠損を生じたりといった問題がほとんど生じない。このような問題は、使用するトナーに対して定着部材表面の離形性能が十分に確保され、かつ最適な温度条件等が設定されていれば容易に防止可能である。

これに対し、転写定着同時方式では、転写定着部材上に形成されたトナー像を転写定着ニップ部において記録紙上に完全に転写する必要があり、完全に転写されずに転写定着部材上にトナーが残った場合には、画像欠陥を生じる。あるいは、転写定着部材が回転して残ったトナーが再度記録紙に接触することで画像汚れが発生する。

ところで、転写定着同時方式における転写定着部材から記録紙へのトナーの転写は熱により行われる。したがって、転写定着部材から記録紙へのトナーの転写を完全に行えるようにし、上記のような問題を防止するためには、記録紙と転写定着部材表面との密着性が非常に重要となる。

転写定着部材と記録紙との密着性（記録紙に対する転写定着部材表面の追従性）を向上するために、例えば特許文献１では、転写定着部材において基材上に形成する中間弾性層の厚みを好ましくは１．０ｍｍを上回るように設定している。転写定着部材において十分なトナーの離型性を確保するには、最表層にフッ素系の樹脂を備える必要がある。しかしながら、このような構成のために転写定着部材は表面硬度が高くなり、記録紙との密着性が大幅に低下する。

また、転写定着同時方式では、上記のように、熱により記録紙へのトナー転写を行うため、特にドット画像での転写性が低下し、画像欠陥等の問題が発生し易くなる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、転写定着同時方式での記録紙へのトナーの転写定着工程において、用紙表面と転写定着部材との密着性を改善して、ハーフトーン画像のようなトナー転写が困難な画像に対する転写定着部材から記録紙への転写定着性を高め、これによって高画質画像を実現でき、かつ転写定着部材等へのトナー汚染のない転写定着装置およびそれを備えた画像形成装置の提供を目的としている。

本発明の転写定着装置は、転写定着部材と加圧部材とが圧接され、これら両部材の間に転写定着領域が形成され、前記転写定着部材により保持されて加熱され、溶融したトナー像を、前記転写定着領域にてこの領域に入紙された記録紙に転写しかつ定着させる転写定着装置において、前記転写定着領域における圧力の最も高い領域が、前記記録紙の入紙側端部の領域と出紙側端部の領域との少なくとも一方の領域に設定されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、転写定着同時方式における転写定着領域での圧力分布が転写定着領域におけるトナー像温度の推移に対して最適化される。したがって、マイクロオフセット現象を低減することが可能となり、隣接しあうトナー同士の結合力が弱いドット画像の場合であってもマイクロオフセット現象に起因する記録紙の画像汚れ等を低減でき、高画質の画像が得られる。また、転写定着領域を形成するために転写定着部材もしくは加圧部材に付与する総荷重を低減できることから、転写定着部材もしくは加圧部材の長寿命化にも寄与できる。

すなわち、転写定着部材上においてトナー像が溶融された場合、このトナー像の温度は、トナー像が転写定着領域に導入されると記録紙との接触にて急激に熱が奪われるために低下する。その後、記録紙上のトナー像の温度は、記録紙が転写定着領域を移動するに従ってトナー像が転写定着部材にて加熱されることにより再度上昇する。したがって、トナー像の温度は、転写定着領域における記録紙の入紙側端部および出紙側端部において高くなっている。

ところで、電子写真方式において通常使用される記録紙の表面は紙繊維の影響により凹凸を有している。したがって、熱と圧力により転写定着部材から記録紙へトナー像を転写定着する転写定着同時方式でのトナー像の転写定着性は、転写定着部材の表面と記録紙との密着性の影響を強く受け、両者の密着性が低いと、転写定着部材上にトナーが部分的に記録紙側へ転写されずに残るマイクロオフセット現象が発生する。一方、このマイクロオフセット現象は、トナーが十分に溶融されている状態、すなわちトナー温度が高い状態において、転写定着部材と記録紙との密着性を高くすること、すなわち転写定着領域の圧力を高くすることにより抑制できる。

そこで、転写定着領域における圧力の最も高い領域を記録紙の入紙側端部の領域と出紙側端部の領域との少なくとも一方の領域に設定すれば、転写定着領域におけるトナー像温度の高い領域と圧力の高い領域とがほぼ一致するので、マイクロオフセット現象が発生し難く、転写定着同時方式において良好な転写定着機能を得ることができる。

上記の転写定着装置において、前記加圧部材は、ベルト部材および２個の加圧ローラを備え、前記の各加圧ローラは前記ベルト部材を介して前記転写定着部材に圧接されており、前記ベルト部材は前記両加圧ローラに架設されている構成としてもよい。

上記の構成によれば、上記の転写定着機能が得られる転写定着装置に適した加圧部材を簡単な構成にて得ることができる。

上記の転写定着装置において、前記加圧部材は２個の加圧ローラを備え、これら加圧ローラは互いに所定の間隔をおいて配置され、前記転写定着部材に圧接されている構成としてもよい。

上記の構成によれば、上記の転写定着機能が得られる転写定着装置に適した加圧部材をさらに簡単な構成にて得ることができる。

上記の転写定着装置において、前記加圧部材は摺動ベルト、ハードパッドおよびこのハードパッドよりも硬度の低いソフトパッドを備え、前記ハードバッドおよびソフトパッドは前記摺動ベルトを介して前記転写定着部材に圧接され、前記摺動ベルトは前記ハードバッドおよびソフトパッドと摺接しながら回転駆動される構成としてもよい。

上記の構成によれば、比較的狭い転写定着領域にて転写定着同時方式を実現する場合に有効な加圧部材とすることができる。

本発明の転写定着装置は、転写定着部材と加圧部材とが圧接され、これら両部材の間に転写定着領域が形成され、前記転写定着部材により保持されて加熱され、溶融したトナー像を、前記転写定着領域にてこの領域に入紙された記録紙に転写しかつ定着させる転写定着装置において、前記転写定着領域における圧力の最も高い領域が、前記転写定着領域におけるトナー像温度の最も高くなる位置に設定されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、転写定着同時方式における転写定着領域での圧力分布が転写定着領域におけるトナー像温度の推移に対して最適化される。したがって、マイクロオフセット現象を低減することが可能となり、隣接しあうトナー同士の結合力が弱いドット画像の場合であってもマイクロオフセット現象に起因する記録紙の画像汚れ等を低減でき、高画質の画像が得られる。また、転写定着領域を形成するために転写定着部材もしくは加圧部材に付与する総荷重を低減できることから、転写定着部材もしくは加圧部材の長寿命化にも寄与できる。

すなわち、電子写真方式において通常使用される記録紙の表面は紙繊維の影響により凹凸を有している。したがって、熱と圧力により転写定着部材から記録紙へトナー像を転写定着する転写定着同時方式でのトナー像の転写定着性は、転写定着部材の表面と記録紙との密着性の影響を強く受け、両者の密着性が低いと、転写定着部材上にトナーが部分的に記録紙側へ転写されずに残るマイクロオフセット現象が発生する。一方、このマイクロオフセット現象は、トナーが十分に溶融されている状態、すなわちトナー温度が高い状態において、転写定着部材と記録紙との密着性を高くすること、すなわち転写定着領域の圧力を高くすることにより抑制できる。

そこで、転写定着領域における圧力の最も高い領域を転写定着領域におけるトナー像温度の最も高くなる位置に設定すれば、転写定着領域におけるトナー像温度の高い領域と圧力の高い領域とがほぼ一致するので、マイクロオフセット現象が発生し難く、転写定着同時方式において良好な転写定着機能を得ることができる。

上記の転写定着装置において、前記加圧部材は前記転写定着領域を形成するために前記転写定着部材に圧接される複数の加圧ローラを備えている構成としてもよい。

上記の構成によれば、上記の転写定着機能が得られる転写定着装置に適した加圧部材を簡単な構成にて得ることができる。

本発明の転写定着装置は、転写定着部材と加圧部材とが圧接され、これら両部材の間に転写定着領域が形成され、前記転写定着部材により保持されて加熱され、溶融したトナー像を、前記転写定着領域にてこの領域に入紙された記録紙に転写しかつ定着させる転写定着装置において、前記転写定着部材と加圧部材とは同方向に回転し、これら両部材の圧接される外周面同士の移動速度が異なることを特徴としている。

本願発明者らは、転写定着部材と加圧部材とを備えた転写定着装置において、マイクロオフセット現象を抑制できる構成について研究した。その結果、転写定着部材と加圧部材とを同方向に回転させる構成において、それら両部材の圧接される外周面同士の移動速度を異ならせることにより、マイクロオフセット現象を抑制できることを見出した。

したがって、上記の構成によれば、隣接しあうトナー同士の結合力が弱いドット画像の場合であってもマイクロオフセット現象に起因する記録紙の画像汚れ等を低減でき、高画質の画像を得ることができる。

上記の転写定着装置は、転写定着部材の外周面の移動速度をＶ１、加圧部材の外周面の移動速度をＶ２とした場合に、Ｖ１＞Ｖ２の関係を満たす構成としてもよい。

本願発明者らは、転写定着部材と加圧部材との圧接される外周面同士の移動速度を異ならせる場合に、転写定着部材の外周面の移動速度をＶ１、加圧部材の外周面の移動速度をＶ２とすると、Ｖ１＞Ｖ２の関係を満たすことにより、さらに適切に転写定着同時方式を抑制できることを見出した。

したがって、上記の構成によれば、隣接しあうトナー同士の結合力が弱いドット画像の場合であってもマイクロオフセット現象に起因する記録紙の画像汚れ等をさらに確実に低減でき、高画質の画像を得ることができる。

本発明の転写定着装置は、転写定着部材と加圧部材とが圧接され、これら両部材の間に転写定着領域が形成され、前記転写定着部材により保持されて加熱され、溶融したトナー像を、前記転写定着領域にてこの領域に入紙された記録紙に転写しかつ定着させる転写定着装置において、前記転写定着領域における圧力の最も高い領域が、前記記録紙の入紙側端部の領域と出紙側端部の領域との少なくとも一方の領域に設定されている構成である。

また、本発明の転写定着装置は、転写定着部材と加圧部材とが圧接され、これら両部材の間に転写定着領域が形成され、前記転写定着部材により保持されて加熱され、溶融したトナー像を、前記転写定着領域にてこの領域に入紙された記録紙に転写しかつ定着させる転写定着装置において、前記転写定着領域における圧力の最も高い領域が、前記転写定着領域におけるトナー像温度の最も高くなる位置に設定されている構成である。

さらに、本発明の転写定着装置は、転写定着部材と加圧部材とが圧接され、これら両部材の間に転写定着領域が形成され、前記転写定着部材により保持されて加熱され、溶融したトナー像を、前記転写定着領域にてこの領域に入紙された記録紙に転写しかつ定着させる転写定着装置において、前記転写定着部材と加圧部材とは同方向に回転し、これら両部材の圧接される外周面同士の移動速度が異なる構成である。

これにより、隣接しあうトナー同士の結合力が弱いドット画像の場合であってもマイクロオフセット現象に起因する記録紙の画像汚れ等をさらに確実に低減でき、高画質の画像を得ることができる。

本発明の実施の一形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、本発明の画像形成装置をカラーレーザープリンタに適用した場合について説明する。

本実施の形態に係るカラーレーザープリンタは、図１に示すように、４色のトナーにより画像形成を行うための４組の画像形成ユニット１０（１０Ｂｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙ）、中間転写ユニット２０および転写定着ユニット３０を備えている。

各画像形成ユニット１０は、感光体ドラム（トナー像担持体）１１を有し、この感光体ドラム１１の周囲に帯電ローラ１２、レーザー光照射器１３、現像器１４およびクリーナー１６が配置されている。各画像形成ユニット１０（１０Ｂｋ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｙ）の現像器１４には、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）のトナーが収容されている。

中間転写ユニット２０は、中間転写ベルト２１、中間転写ベルト駆動ローラ２２、中間転写ベルトテンションローラ２３、一次転写ローラ２４、中間転写ベルトクリーニングユニット２５および二次転写バックアップローラ２６等により構成されている。

中間転写ベルト２１は、中間転写ベルト駆動ローラ２２と中間転写ベルトテンションローラ２３に懸架され、図示しない駆動手段と中間転写ベルト駆動ローラ２２により回転駆動される。

中間転写ベルト２１は、基材（図示せず）とこの基材の上に形成された離型層（図示せず）とを備えている。基材にはポリイミドあるいはポリカーボネイト等を用いることができる。なお、中間転写ベルトは、後述するように、加熱された転写定着ローラ３１に接触するので、耐熱性も考慮する必要がある。この点からは耐熱性を兼ね備えた材料を用いることが望ましく、ポリイミドが望ましい。基材の厚みは、５０〜１００μｍ程度である。この厚みについても同様に転写定着ローラ３１からの熱による温度上昇を考慮すれば、熱容量をできるだけ小さくすること、すなわち厚みを薄くすることが好ましい。

また、一次転写ローラ２４に電圧を印加して一次転写ニップ部にてトナーを感光体ドラム１１から中間転写ベルト２１へ転写するために、中間転写ベルト２１の基材の体積抵抗値は適正な値に設定される。具体的には、１０^１３Ω・ｃｍ以下に設定される。

また、後述するように、二次転写部にて中間転写ベルト２１から転写定着ローラ３１へトナーを転写する際には、転写定着ローラ２１の熱によりトナーが加熱され中間転写ベルト３１に対して粘着力を有する可能性がある。このため、中間転写ベルト２１は基材上に上記のように離型層を形成するのが好ましい。

上記離型層としては、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）のチューブ層や、ＰＦＡやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系樹脂のコート層が使用される。また、中間転写ベルト２１の体積抵抗や表面抵抗を調整する目的から、離型層にも導電性を付与することも有効である。離型層の厚みは数μｍ〜数十μｍ程度である。なお、耐久性等を考慮した場合、離型層の厚みは５〜３０μｍ程度が好ましい。

一次転写ローラ２４は、中間転写ベルト２１を介して感光体ドラム１１と対向するように設けられ、感光体ドラム１１と中間転写ベルト２１との間に電界を与えて、感光体ドラム１１から中間転写ベルト２１上にトナーを転写する。中間転写ベルトクリーニングユニット２５は、中間転写ベルト２１を介して中間転写ベルト駆動ローラ２２と対向するように設けられ、中間転写ベルト２１上の転写残留トナーをクリーニングする。二次転写バックアップローラ２６は、中間転写ベルト２１を介して転写定着ユニット３０の転写定着ローラ３１と対向するように設けられ、中間転写ベルト２１から転写定着ローラ３１へトナーを転写する。

転写定着ユニット（転写定着装置）３０は、図２にも示すように、転写定着ローラ３１、加圧部材３２および温度検知部材３３を備えている。転写定着ローラ３１は外径が５０ｍｍのローラであり、転写定着ローラ３１を加熱するための内部熱源である加熱ランプ３６を備えている。加圧部材３２は、２個の加圧ローラ４１とこれら加圧ローラ４１に懸架された定着ベルト４２とを備え、転写定着ローラ３１に圧接されている。温度検知部材３３は転写定着ローラ３１の温度を検知する。

転写定着ローラ３１は、図３に示すように、基材３１ａの上に弾性層３１ｂと離型層３１ｃとが順次積層された構造を有する。基材３１ａは、アルミニウム、ステンレス、鉄あるいは銅等からなる金属芯金である。

弾性層３１ｂは、溶融したトナー像を保持した転写定着ローラ３１の表面が、転写定着ローラ３１と加圧部材３２との間の転写定着ニップ部（転写定着領域）にて、記録紙の凹凸を有する表面に十分に密着できるようにし、これによってトナー像を記録紙へ完全に転写できるようにしている。さらに、弾性層３１ｂは、転写定着ローラ３１と加圧部材３２との間に、記録紙の搬送方向の幅が所望の幅の転写定着ニップ部を形成できるようにし、これによってトナーが記録紙に十分に浸透して、定着強度が得られるようにしている。弾性層３１ｂの厚みは数百μｍから数ｍｍ程度とすることができる。なお、弾性層３１ｂの厚みは、厚すぎると省エネ性能が低下する等の問題があり、２ｍｍ以下が好ましい。一方、弾性層３１ｂの厚みは、薄すぎると用紙表面に対する転写定着ローラ３１の密着性（用紙表面に対する転写定着ローラ３１表面の追従性）が低下する場合があるため、少なくとも２００μｍ程度以上あることが好ましい。

離型層３１ｃは、ＰＦＡチューブや、ＰＦＡもしくはＰＥＦＥ等のフッ素系の高離型性能を有するコート材料により形成される。離型層３１ｃの厚みは数μｍから数十μｍ程度である。

加圧部材３２の加圧ローラ４１は、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス等からなりその外径が１５ｍｍから２０ｍｍ程度の中空もしくは中実形状のローラ部材であり、定着ベルト４２は、ポリイミド等の耐熱性を有す樹脂基材で、その厚みが１００μｍ程度の樹脂ベルト、もしくは、ニッケル、ステンレス等の金属基材からなり、その厚みは３０μｍから５０μｍ程度の金属ベルト部材である。なお、定着ベルト４２は、前述のベルト基材の外周面に離型層を設けた構造としても良い。離型層としては、ＰＦＡチューブや、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂を表面コートすることで形成すればよい。また、２本の加圧ローラ４１の軸間距離は、２本の加圧ローラの外径が１５ｍｍ、転写定着ローラ３１の外径が５０ｍｍ、定着ベルト４２の内周径が３０ｍｍの場合、例えば２３ｍｍ程度に設定することができる。なお、この条件は、２本の加圧ローラ４１で定着ベルト４２を懸架する場合の一例であり、更にテンションローラを別途設けて、３本ないし４本のローラにて定着ベルト４２を懸架する構成としてもよく、定着ベルト４２を懸架する構成に応じて、加圧ローラ４１の外径やその軸間の距離、定着ベルト４２の内周径は決定される。

次に、トナー材料について説明する。本発明のカラートナーは、結着樹脂、着色剤、ワックス、帯電制御剤等から構成される。

結着樹脂としては、ポリエステル、スチレンーアクリル共重合体、エポキシ樹脂、ポリアミド等を用いることができる。

着色剤としては、一般的な顔料が用いられ、黒トナーの場合カーボンブラック、イエロートナーの場合、C．I.（Color Index）ピグメントイエロー１２、C．I.ピグメントイエロー１７、C．I．ピグメントイエロー９７等、マゼンタトナーの場合、C．I.ピグメントレッド５７：１、C．I．ピグメントレッド１２２等、シアントナーの場合はC．I．ピグメントブルー１５：１、C．I．ピグメントブルー１５：３等を用いることができる。

また、オイルレスで用紙へ転写定着するために、低融点のポリプロピレン、低融点のポリエチレン等のワックスが内添され、ニグロシンや第４級アンモニウム塩等の帯電制御材等も添加される。

このような構成材料からなるトナーは更に流動性能、帯電性能、クリーニング性能の観点から必要に応じて、無機あるいは有機微粒子により外添処理される。無機外添材料としては、シリカ、アルミナ、酸化チタン等で、有機微粒子としては、ポリメチルメタクリレート微粉末等を用いることができる。

上記の構成において、本画像形成装置での感光体ドラム１１に形成されたトナー像が中間転写ベルト２１および転写定着ローラ３１を経て記録紙に転写されるプロセスについて説明する。

各画像形成ユニット１０では、トナー像が感光体ドラム１１の表面に形成され、そのトナー像が順次中間転写ベルト２１上に転写される。この場合には、まず、帯電ローラ１２により感光体ドラム１１表面を一様に帯電する。次に、レーザー光照射器１３により感光体ドラム１１表面を画像情報に応じてレーザー露光し、感光体ドラム１１上に静電潜像を形成する。その後、現像器１４により感光体ドラム１１上の静電潜像を現像してトナー像を形成する。次に、このトナー像をトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された一次転写ローラ２４により、感光体ドラム１１と中間転写ベルト２１との間に形成される第１転写ニップ部にて中間転写ベルト２１上に順次転写する。

中間転写ベルト２１上に転写されたトナー像は、中間転写ベルト２１の裏面側に配置された二次転写バックアップローラ２６と中間転写ベルト２１と転写定着ローラ３１とで形成される第２転写ニップ部にて中間転写ベルト２１から転写定着ローラ３１へ転写される。

この場合、転写定着ローラ３１は加熱ランプ３６により加熱された状態である。一方、中間転写ベルト２１は、感光体ドラム１１への熱的な影響等を考慮して、少なくとも感光体ドラム１１との接触位置においては５０℃以下程度の温度となるように維持されている。そのため、第２転写ニップ部でのトナー像のトナー層温度は、転写定着ローラ３１に対する接触界面と中間転写ベルト２１に対する接触界面とで異なり、トナー層内部に温度差が生じる。

具体的には、転写定着ローラ３１に対するトナー層の界面温度は、トナー層が高温に加熱された転写定着ローラ３１に接触することで、少なくともトナーのガラス転位温度以上となる。このため、トナー層は転写定着ローラ３１との間で粘着力を生じることになる。一方、中間転写ベルト２１に対するトナー層の界面温度は、少なくとも転写定着ローラ３１に対するトナー層の界面温度よりも低い状態である。このため、トナー層の中間転写ベルト２１に対する粘着力は転写定着ローラ３１に対する粘着力よりも弱くなり、中間転写ベルト２１のトナー層は転写定着ローラ３１に転写されることになる。

二次転写ニップ部では、このような熱によるトナーの転写に加えて、下記のように、中間転写ベルト２１と転写定着ローラ３１との間に働く電界の効果によりトナーの転写をアシストすることも有効である。

すなわち、二次色あるいは三次色のように、トナー付着量が比較的多くなる場合（トナー層の厚みが厚くなる場合）はトナー層に十分な熱が作用せず、中間転写ベルト２１に対する界面温度が低くなりすぎて、満足できる二次転写効率が得られないことがある。このような場合には、二次転写バックアップローラ２６にトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加する。これにより、転写定着ローラ３１と中間転写ベルトとの間に、中間転写ベルト２１のトナーを転写定着ローラ３１へ移動させる電界が作用する。この結果、中間転写ベルト２１の温度によらず、ほぼ１００％に近い高効率の転写を実現可能となる。

次に、転写定着ローラ３１に転写されたトナー像は、転写定着ローラ３１から記録紙に転写される。この場合、転写定着ローラ３１はトナー像を加熱溶融する。このために転写定着ローラ３１は、加熱ランプ（内部熱源）３６によって加熱され、表面温度が１２０〜１８０℃程度の範囲の一定温度に制御される。この一定温度は、トナー材料やプロセス速度、後述する転写定着ローラ３１と加圧ローラ３２とで形成される転写定着ニップ部（第３転写ニップ部）のニップ幅やその荷重条件等により最適な値に設定される。

上記のように、転写定着ローラ３１に転写されたトナー像のトナーは、転写定着ローラ３１上でさらに加熱されて十分に溶融される。加圧部材３２は転写定着ローラ３１に圧接されており、これら加圧ローラ３２と転写定着ローラ３１との間に転写定着ニップ部が形成されている。したがって、用紙搬送部材（図示せず）により転写定着ニップ部に搬送されてきた記録紙が転写定着ローラ３１と加圧部材３２の間を通過すると、その記録紙に転写定着ローラ３１上で十分に溶融されたトナー像が転写され、かつ同時に定着される。

次に本実施の形態の転写定着ユニット（転写定着装置）３０と従来の転写定着ユニット（転写定着装置）との転写定着機能の相違について説明する。

図４は従来の転写定着ユニット１００を示す縦断面図である。同図において、転写定着ローラ３１は図２に示したものと同一の構成であり、加圧部材１０１はローラ形状のものとなっている。この転写定着ユニット１００での転写定着同時プロセスにおいて、トナー像は転写定着ローラ３１上で加熱された後、転写定着ローラ３１とこれに圧接される加圧部材１０１との間に形成された転写定着ニップ部にて記録紙へ転写定着される。

図５（ａ）は、転写定着ユニット１００における転写定着ニップ部領域近傍のトナー層の温度および転写定着ニップ部の圧力を解析した結果を示すグラフである。

同図に示すように、転写定着ユニット１００において、転写定着ローラ３１上のトナー層（トナー像）の温度は、転写定着ニップ部への導入前が最も高く、転写定着ニップ部に導入されると記録紙との接触によりトナー層から急激に熱が奪われるために低下する。その後、転写定着ニップ部を移動するに従って、内部に熱源を有す転写定着ローラ３１により加熱されて再び上昇している。一方、転写定着ニップ部の圧力は、転写定着ニップ部の入紙側端部近傍では低く、中央部で最も高く、出紙側端部近傍で低くなるような分布となる。

図５（ａ）から分かるように、加圧部材１０１がローラ形状となっている転写定着ユニット１００では、トナー層温度の高い転写定着ニップ部の入紙側端部近傍もしくは出紙側端部近傍において転写定着ニップ部の圧力が低く、トナー層温度の低い転写定着ニップ部の中央において最も圧力が高くなっている。

ところで、電子写真方式において通常使用される記録紙の表面は紙繊維の影響により凹凸を有している。したがって、熱と圧力により転写定着ローラから記録紙へトナーを転写定着する転写定着同時方式でのトナーの転写定着性は、転写定着ローラ表面と記録紙との密着性の影響を強く受ける。すなわち、両者の密着性が低下すると、転写定着ローラ上のトナー像のトナーが部分的に記録紙側へ転写しきれずに転写定着ローラ上に残る現象、いわゆるマイクロオフセット現象が発生する。

このマイクロオフセット現象は、いわゆるべた画像の場合にほとんど発生しないものの、ドット画像の場合に顕著に発生する。すなわち、べた画像の場合には、隣接するトナー同士の結合力が強く、トナーが層状態で転写できるので、転写定着ローラと記録紙との密着性が局所的に低下した場合であっても比較的良好な転写性能を得ることができる。

一方、ドット画像を転写定着する際、特に、１ドットの画素が小さく疎な状態で形成されたドットの場合には、ドットを形成するトナー量が少なくなるため、転写定着ローラ上でトナーを十分に溶融したとしても、ドットを形成しているトナー同士の結合力は弱く、このようなトナーが、記録紙表面の凹凸に完全に追従しきれない場合には、記録紙表面の凹部に対応するトナーが、記録紙表面の凹部に埋もれて、転写定着に必要不可欠な圧力が不足するため、マイクロオフセット現象の発生が顕著となる。

したがって、上記のマイクロオフセット現象を防止するには、トナーが十分に溶融されている状態、すなわちトナー温度が高い状態において、転写定着ローラと記録紙との密着性を高くする、すなわち転写定着ニップ部の圧力を高くすることが有効である。

転写定着動作における上記のような事情を考慮した場合、従来の転写定着ユニット１００では、図５（ａ）に示したように、転写定着ニップ部におけるトナー層温度が高い領域と圧力が高い領域とが一致しておらず、転写定着同時方式において良好な転写定着機能を得ることができない。

一方、図２に示した本実施の形態の転写定着ユニット３０は、加圧部材３２が転写定着ローラ３１に圧接される２個の加圧ローラ４１に定着ベルト４２が架設された構造である。したがって、転写定着ニップ部の圧力は、転写定着ニップ部の入紙側端部近傍および出紙側端部近傍で高く、中央部で低くなっている。図５（ｂ）は、転写定着ユニット３０における転写定着ニップ部領域近傍のトナー層の温度および転写定着ニップ部の圧力を解析した結果を示すグラフである。

図５（ｂ）から分かるように、加圧部材３２が２個の加圧ローラ４１および定着ベルト４２からなる転写定着ユニット３０では、トナー層温度の高い転写定着ニップ部の入紙側端部近傍もしくは出紙側端部近傍において転写定着ニップ部の圧力が高くなっている。すなわち、転写定着ニップ部におけるトナー層温度の高い領域と圧力の高い領域とがほぼ一致している。したがって、トナー層（トナー像）は、温度が高い状態のときに記録紙に対して強く押し付けられる。ここで、温度が高いほどまた圧力が高いほど、トナーの粘着性は低下するので、トナーは記録紙へと浸透し易くなる。したがって、本実施の形態の転写定着ユニット３０では、ドット画像の場合にもマイクロオフセット現象が発生し難く、転写定着同時方式において良好な転写定着機能を得ることができる。

次に、本実施の形態の転写定着ユニット３０と従来の転写定着ユニット１００との上記の転写定着機能の違いを確認するために行った試験の結果について説明する。

この試験では、１５０〜６００ＤＰＩの各ドットについて、ベルト方式の加圧部材３２を備えた転写定着ユニット３０とローラ方式の加圧部材１０１を備えた転写定着ユニット１００とにおけるマイクロオフセット現象の発生状況を調べた。なお、転写定着ユニット３０では各加圧ローラ４１に対して転写定着ローラ３１への圧接方向にそれぞれ１５ｋｇｆの荷重を付与し、転写定着ユニット１００では加圧部材（加圧ローラ）１０１に対して同様に転写定着ローラ３１への圧接方向に４０ｋｇｆの荷重を付与した。試験の詳細は次のとおりである。

まず、転写定着ユニット３０および転写定着ユニット１００について、転写定着ローラ３１の１周目に相当する部分にのみ、３ｃｍ×３ｃｍ程度の大きさの１５０、３００、６００ＤＰＩのドット像を印字し、それらドット像を記録紙に転写した。次に、マイクロオフセット現象により転写定着ローラ３１上に残留したトナーを転写定着ローラ３１の２周目以降において記録紙に転写し、これを測定用記録紙とした。その後、測定用記録紙について、転写定着ローラの２周目以降に相当する部分でのマイクロオフセット現象の発生状況を白色度計にて測定することで、転写定着ユニット３０および転写定着ユニット１００についてのマイクロオフセット量を評価した。

その結果、１５０ＤＰＩのドット像に関して、転写定着ユニット３０および転写定着ユニット１００ではともに大きな差は見られなかった。しかしながら、３００ＤＰＩおよび６００ＤＰＩのドット像に関して、転写定着ユニット１００ではマイクロオフセット現象が確認されたのに対し、転写定着ユニット３０ではマイクロオフセット現象が目視認識されない程度に留まった。この結果を表１に示す。

上記の結果から分かるように、転写定着ニップ部の入紙側端部および出紙側端部のトナー層温度が高い領域において、転写定着ローラ３１に圧接させる加圧部材３２に過重を付与し、転写定着ニップ部の圧力を高くすることにより、マイクロオフセット現象の発生を抑制することができる。

なお、上記圧力の高い部分は転写定着ニップ部の入紙側端部および出紙側端部の両方に存在するのが好ましいものの、少なくとも一方に存在する場合であっても、圧力の高い部分が転写定着ニップ部の中央に存在する場合と比較して良好な転写定着機能を実現することができる。

図６には、本実施の形態の転写定着ユニットの他の例を示す。同図に示す転写定着ユニット２００は、前記加圧部材３２に代えて加圧部材２０１を備えている。転写定着ローラ３１は図２のものと同形態であり、外径５０ｍｍ程度のローラ部材である。この加圧部材２０１は、前記定着ベルト４２を備えず、転写定着ローラ３１に圧接される２個の加圧ローラ２０２を備えており、基材の外表面に少なくとも離型層を設けた構造である。基材は、鉄、アルミニウム、ステンレス等の中空または中実状の回転体である金属素管からなる。離型層は、ＰＦＡチューブや、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂を表面コートすることで形成すればよい。また、基材と離型層の間に例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、あるいはシリコーンゴムを発泡させたシリコーンスポンジ等の弾性体層を設けても良い。

加圧ローラの外径は例えば１５ｍｍ程度で、２本の加圧ローラ間の距離は２０ｍｍから３０ｍｍ程度に設定される。

この転写定着ユニット２００では、２個の加圧ローラ２０２と転写定着ローラ３１との間のニップ部およびこれら両ニップ部の間の領域が転写定着領域となっている。このような転写定着ユニット２００においても、前記転写定着ユニット３０の場合と同様に、トナー層温度は転写定着領域の入紙側端部および出紙側端部において高くなり、これらトナー層温度の高い領域と圧力の高い領域とがほぼ一致している。したがって、前記転写定着ユニット３０と同様に高い転写定着機能を得ることができる。

図７には、本実施の形態の転写定着ユニットのさらに他の例を示す。同図に示す転写定着ユニット３００は、前記加圧部材３２に代えて加圧部材３０１を備えている。この加圧部材３０１は、摺動ベルド３０２、ハードパッド３０３およびソフトパッド３０４を備えている。

摺動ベルト３０２は、例えば、ポリイミドもしくはポリイミド基材上にＰＦＡ等の高離型材料をコートしたものである。ハードパッド３０３は、硬度の高い材料によって転写定着ローラ３１の軸方向に伸びる板状に形成されたものであり、例えば、アルミニウムもしくは鉄等の金属でからなるものである。ソフトパッド３０４は、ハードパッド３０３よりも硬度の低い材料によって転写定着ローラ３１の軸方向に伸びる板状もしくは棒状に形成されたものであり、例えば、シリコーンゴム等の弾性部材からなるものである。ハードパッド３０３はソフトパッド３０４に対して記録紙の搬送方向における両側に設けられている。これら３個の部材は保持部材３０５に保持され、摺動ベルト３０２を介して転写定着ローラ３１に圧接されている。

摺動ベルト３０２は、転写定着ローラ３１に対してソフトパッド３０４、ハードパッド３０３により押圧される構造であり、図示しない転写定着ローラ駆動手段により転写定着ローラ３１の回転に伴い、摺動回転する構成となっている。

転写定着ローラ３１と加圧部材３０１との間に形成される転写定着領域の圧力は、加圧部材３０１においてソフトパッド３０４の両側にハードパッド３０３が配置されていることにより、転写定着領域の入紙側端部および出紙側端部において高く、中央部において低くなっている。したがって、前記転写定着ユニット３０と同様に、転写定着同時方式において高い転写定着機能を得ることができる。

なお、転写定着ユニット３００のような構成は、比較的狭い転写定着領域にて転写定着同時方式を実現する場合に有効であり、また、そのように狭い転写定着領域であっても転写定着領域の入紙側端部、出紙側端部および中央部において面圧の最適化が可能である。

また、転写定着ユニット３００においては、転写定着領域の入紙側端部および出紙側端部において圧力が高い構成となっているが、圧力の高い領域は、図８および図９に示すように、転写定着領域の入紙側端部もしくは出紙側端部のいずれか一方であってもよい。すなわち、図８に示す転写定着ユニット４１０では、加圧部材３１１においてハードパッド３０３をソフトパッド３０４に対して記録紙の搬送方向における下流側（出紙側）のみに配置することにより、転写定着領域の出紙側端部のみにおいて圧力を高くしている。また、図９に示す転写定着ユニット４２０では、加圧部材３２１においてハードパッド３０３をソフトパッド３０４に対して記録紙の搬送方向における上流側（入紙側）のみに配置することにより、転写定着領域の入紙側端部のみにおいて圧力を高くしている。

次に、図４に示した転写定着ローラ３１と加圧部材１０１とを備えた転写定着ユニット１００において、転写定着ローラ３１と加圧部材１０１との間に速度差を設けてマイクロオフセット現象の発生状況を調べた結果について説明する。ただし、ここでいう転写定着ローラ３１および加圧部材１０１の速度とは転写定着ローラ３１外周面と加圧部材１０１（加圧ローラ）外周面の移動速度（線速）である。なお、転写定着ローラ３１は図示しない転写定着ローラ駆動モータから図示しない転写定着ローラ駆動ギアを介して駆動され、加圧部材１０１は、転写定着ローラ駆動ギアを介して、所望の速度が得られるようにギア比を調整することで速度差を設けている。

転写定着ローラ３１としては、Φ３８のアルミニウム製芯金上に、ＪＩＳ−Ａ２０度のシリコーン層を１ｍｍの厚みに設け、このシリコーン層の上面を３０μｍの厚みのＰＦＡチューブにて被覆したものを用いた。一方、加圧部材１０１である加圧ローラとしては、同じくΦ３８のアルミニウム製芯金上に、ＪＩＳ−Ａ３０度のシリコーンゴム層を１ｍｍの厚みに設け、シリコーンゴム層の上面を３０μｍの厚みのＰＦＡチューブにて被覆したものを用いた。

このようなローラの組み合わせからなる転写定着ユニット１００において、前述の試験と同様の評価方法により、両ローラの速度差がマイクロオフセット現象に与える影響について調べた。なお、加圧部材１０１を転写定着ローラ３１に圧接させる場合の荷重条件は４０ｋｇｆとした。

まず、転写定着ローラ３１と加圧部材１０１との間に速度差がない場合、３００ＤＰＩおよび６００ＤＰＩのドット像においてマイクロオフセット現象は顕著に確認された。一方、加圧部材３２の速度を転写定着ローラ３１の速度に対して５％遅くした場合、６００ＤＰＩのドット像においてもマイクロオフセット現象は目視で認識できないレベルまで低減した。逆に、加圧部材３２の速度を転写定着ローラ３１の速度に対して５％早くした場合、マイクロオフセット現象は、３００ＤＰＩのドット像において目視で認識できないレベルまで低減し、６００ＤＰＩのドット像において目視でわずかに認識できるレベルとなった。この結果を表２に示す。

表２から、転写定着ローラ３１の移動速度（線速）をＶ１、加圧部材１０１の外周面の移動速度（線速）をＶ２とした場合、マイクロオフセットを低減させるという観点からは、両部材の間に少なくとも速度差を設けることが有効である。しかしながら、速度差が大きくなると、例えば、転写定着ローラの速度を遅くしすぎた場合に画像の伸びが発生し、逆に速くしすぎた場合に画像の縮み現象が発生する。このため、上記速度差は５％以下が望ましく、より望ましく範囲は３％以下である。

さらに、
Ｖ１＞Ｖ２
とすることで、図４のような転写定着ユニット１００においてもマイクロオフセット現象の低減機能をより一層向上できることが分かった。

転写定着ローラ３１と加圧部材１０１との間に速度差を設けることでマイクロオフセットを低減できる理由については、十分な検討はできていないが、転写定着ローラ３１から記録紙上へトナーを転写するに際して、転写定着ローラ３１と加圧部材１０１との間に速度差をつけることで、記録紙表面と転写定着ローラ３１表面との間に発生する滑り現象が記録紙への転写性能を向上させる一要因になっているのではないかと推定される。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、転写定着同時方式の転写定着装置を備えた画像形成装置、例えば複写機やプリンタなどに適用可能である。

本発明の実施の一形態の転写定着装置を備える画像形成装置の要部を示す概略の縦断面図である。 図１に示した転写定着ユニットを拡大して示す縦断面図である。 図１に示した転写定着ローラの積層構造を説明する縦断面図である。 従来の転写定着ユニットを示す縦断面図である。 図５（ａ）は図４に示した従来の転写定着ユニットにおけるトナー層の温度変化と転写定着領域での圧力分布を示すグラフ、図５（ｂ）は図２に示した本実施の形態の転写定着ユニットにおけるトナー層の温度変化と転写定着領域での圧力分布を示すグラフである。 図２に示した転写定着ユニットの他の例を示す縦断面図である。 図２に示した転写定着ユニットのさらに他の例を示す縦断面図である。 図７に示した転写定着ユニットにおいて転写定着領域の入紙側端部のみの圧力が高くなる構成を示す縦断面図である。 図７に示した転写定着ユニットにおいて転写定着領域の出紙側端部のみの圧力が高くなる構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１０ 画像形成ユニット
２０ 中間転写ユニット
２１ 中間転写ベルト
３０ 転写定着ユニット（転写定着装置）
３１ 転写定着ローラ（転写定着部材）
３２ 加圧部材
３３ 温度検知部材
４１ 加圧ローラ
４２ 定着ベルト
１００ 転写定着ユニット（転写定着装置）
１０１ 加圧部材
２００ 転写定着ユニット（転写定着装置）
２０１ 加圧部材
２０２ 加圧ローラ
３００ 転写定着ユニット（転写定着装置）
３０１ 加圧部材
３０２ 摺動ベルト
３０３ ハードパッド
３０４ ソフトパッド
３１１ 加圧部材
３２１ 加圧部材
４１０ 転写定着ユニット（転写定着装置）
４２０ 転写定着ユニット（転写定着装置）

Claims (9)

1. 転写定着部材と加圧部材とが圧接され、これら両部材の間に転写定着領域が形成され、前記転写定着部材により保持されて加熱され、溶融したトナー像を、前記転写定着領域にてこの領域に入紙された記録紙に転写しかつ定着させる転写定着装置において、
   前記転写定着領域における圧力の最も高い領域が、前記記録紙の入紙側端部の領域と出紙側端部の領域との少なくとも一方の領域に設定されていることを特徴とする転写定着装置。
2. 前記加圧部材は、ベルト部材および２個の加圧ローラを備え、前記の各加圧ローラは前記ベルト部材を介して前記転写定着部材に圧接されており、前記ベルト部材は前記両加圧ローラに架設されていることを特徴とする請求項１に記載の転写定着装置。
3. 前記加圧部材は２個の加圧ローラを備え、これら加圧ローラは互いに所定の間隔をおいて配置され、前記転写定着部材に圧接されていることを特徴とする請求項１に記載の転写定着装置。
4. 前記加圧部材は摺動ベルト、ハードパッドおよびこのハードパッドよりも硬度の低いソフトパッドを備え、前記ハードバッドおよびソフトパッドは前記摺動ベルトを介して前記転写定着部材に圧接され、前記摺動ベルトは前記ハードバッドおよびソフトパッドと摺接しながら回転駆動されることを特徴とする請求項１に記載の転写定着装置。
5. 転写定着部材と加圧部材とが圧接され、これら両部材の間に転写定着領域が形成され、前記転写定着部材により保持されて加熱され、溶融したトナー像を、前記転写定着領域にてこの領域に入紙された記録紙に転写しかつ定着させる転写定着装置において、
   前記転写定着領域における圧力の最も高い領域が、前記転写定着領域におけるトナー像温度の最も高くなる位置に設定されていることを特徴とする転写定着装置。
6. 前記加圧部材は前記転写定着領域を形成するために前記転写定着部材に圧接される複数の加圧ローラを備えていることを特徴とする請求項５に記載の転写定着装置。
7. 転写定着部材と加圧部材とが圧接され、これら両部材の間に転写定着領域が形成され、前記転写定着部材により保持されて加熱され、溶融したトナー像を、前記転写定着領域にてこの領域に入紙された記録紙に転写しかつ定着させる転写定着装置において、
   前記転写定着部材と加圧部材とは同方向に回転し、これら両部材の圧接される外周面同士の移動速度が異なることを特徴とする転写定着装置。
8. 転写定着部材の外周面の移動速度をＶ１、加圧部材の外周面の移動速度をＶ２とした場合に、
   Ｖ１＞Ｖ２
   の関係を満たすことを特徴とする請求項７に記載の転写定着装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の転写定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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