JP2008216628A - 転写定着装置、および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像担持体で担持するトナー像を転写材に転写と同時に定着する転写定着装置において、像担持体の表面が転写材の表面凹凸に完全に追従できないことに起因する転写不良を防止する。
【解決手段】転写定着ローラ（像担持体）２２と加圧ローラ（加圧部材）２４とを押し当てて転写定着ニップＮを形成し、転写定着ローラで担持するトナー像をハロゲンヒータ（加熱手段）２１で加熱して後、転写定着ニップを通過する転写材Ｐに転写と同時に定着する。そのような転写定着装置２０において、トナーの軟化点をＴｍ［℃］とするとき、転写定着ローラで担持するトナー像のトナー温度が、Ｔｍ＋１０［℃］以下になるように、ハロゲンヒータの加熱温度を設定する一方、転写定着ニップに転写電界を形成する電界形成手段２５を備えてなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリまたはそれらの複合機などの、電子写真方式などを用いた画像形成装置に関する。および、そのような画像形成装置において、像担持体と加圧部材とを押し当てて転写定着ニップを形成し、像担持体で担持するトナー像を加熱手段で加熱して後、転写定着ニップを通過する転写材に転写と同時に定着する、いわゆる転写定着工程を有する転写定着装置に関する。

従来、像担持体上に現像手段により画像を形成し、その像担持体上の画像を一次転写手段により中間転写体へ一次転写し、さらに中間転写体上の画像を二次転写手段により転写材に二次転写し、転写材上の画像を定着手段により定着する電子写真式の画像形成装置が広く知られている。なお、この画像形成装置では、画像を構成する部材としては、トナーと呼ばれる樹脂を主体とした帯電性の粉体を利用するのが一般的である。

この種の電子写真方式の画像形成装置にあっては、画像品質を低下させやすいのは転写材への転写工程である。転写材は、主に紙が用いられるが、紙といっても普通紙から厚紙までさまざまな厚みのものがあり、表面も上質なものから粗いものまでさまざまである。特に、表面の粗い紙においては、中間転写体が紙の表面に追従できずに微小ギャップを形成してしまい、微小ギャップ部分で異常放電が発生し、画像が正常に転写されずに、全体としてぼそぼその画像になりやすいという不具合がある。

現在市場で主流となっているのは、すべての現像、転写、定着の各工程を段階的に行う画像形成装置であるが、特許文献１や特許文献２のように、転写工程と定着工程を同時に行う、いわゆる転写定着工程を有する画像形成装置も知られている。このうち、前者は、中間転写体から転写材に二次転写定着を行うタイプのもので、後者は、中間転写体から転写定着体に二次転写定着した後、転写定着体から転写材に三次転写定着するタイプのものである。

このような転写定着工程を有する画像形成装置では、転写と定着を同時に行うため、表面の粗い紙を使用しても画像品質の低下が起こり難いという利点を備えている。これは、転写と同時に熱を加えるため、熱によりトナーが軟化・溶融して粘弾性を帯びたブロック状の塊になるため、紙の微小ギャップ部分の画像も塊として転写されやすいためである。このような利点から、転写定着工程を有する画像形成装置は、高画質達成に最適な手段といえる。

さらに、転写定着方式の利点として、現像、転写、定着の各工程を段階的に行う通常の電子写真方式と異なり、転写材には粉体が乗っていないため、転写定着を行う直前まで、通紙方向を狭く限定するような搬送ガイドが設置可能であり、薄紙から厚紙など紙種によらず安定した搬送が可能となる。その結果、紙種対応性が広くまた通紙詰まりの発生率が極端に少ない画像形成装置が可能となる。通常の電子写真では定着前で転写材には粉体が乗っているため、搬送ガイドは粉体をこすることがないように隙間を空けてしか通紙方向を案内できず、この隙間の中で紙が不安定になることで通紙詰まりが発生する場合が多かった。

特許第３０４２４１４号公報 特開２００４−１４５２６０号公報

しかしながら、上記のように利点の多い転写定着方式においても、以下のような問題点が発生してしまうことがわかった。
１）転写材に接触できない部分のトナーが残留する現象
２）残留したトナーの像担持体上への固着現象

１）に関して、図６〜８を使用して説明する。
図６〜８は、像担持体上に形成したトナーが転写定着ニップにて転写材と接触して転写材に転写定着され、その後、像担持体と転写材が離れる様子を、転写定着ニップ部分にて拡大して示したものである。図６には、画像として均一なベタ画像を転写定着した場合を示し、図７、８には、孤立したドットのような画像を転写定着した場合を示し、図８には、図７より像担持体の硬度を下げ、像担持体と転写材の加圧度合いを大きくした場合を示す。

像担持体と転写材が接触する際、転写材、例えば普通紙の繊維の凹凸に対して像担持体が追従する度合いは、像担持体硬度や像担持体と転写材の加圧度合いにより変化するが、普通紙の繊維の凹凸は非常に細かいため、通常の像担持体表面(例えば樹脂、ゴムなど)では完全に追従することができない。そこで、像担持体と転写材が接触して転写定着が行われるとき、像担持体表面が普通紙の凹凸に完全に追従できないために、トナーと転写材が接触しない部分が発生することがある。

例えば図６のようにトナーが連続したベタ画像の場合には、転写定着後に像担持体と転写材が離れても、転写材と接触できたトナーの部分が転写材に食いついてアンカーの役割を果たし、またトナー像は一体化したフィルム状になっているため、一部分にトナーと転写材の非接触部があっても画像の欠損を生じずに転写定着することができる。

しかし、図７のように孤立したドットのような画像がある場合、転写材と接触できなかった部分のトナーは、像担持体に残留してしまい、画像欠損となることがあった。なぜなら、転写定着方式においては、像担持体上のトナーを転写材に転写する力としてトナーの粘着力を利用するため、トナーが転写材に触れることができなければ、転写する力はゼロになってしまうからである。

さらに、このようにして像担持体に残留したトナーは、転写定着ニップから離れた後に溶融状態から固体状態に変化して像担持体表面に固着したり、固着していない場合でも、転写定着ニップ通過後に像担持体に接触する他の部材や転写材に汚れとして付着してしまったりする課題を引き起こした。また、無駄な廃トナーを発生させてしまうため環境負荷が増大したり、これをクリーニングする部材の寿命を短くしたりするなどの点でも課題となった。

このような画像欠損への対策としては、像担持体の硬度を下げることで転写材の凹凸への追従性を向上させたり、像担持体上のトナーと転写材がより密着しやすいよう加圧力を上げたりするなどが有効と考えられる。しかし、実験的に確認したところ、例えば像担持体表面をゴムで形成してゴム硬度をアスカーＣ３０°程度にまで下げ、さらに例えば１０ｋｇ／ｃｍ^２程度の非常に高い圧力をかけたとしても、例えば図８に示すように転写材の凹凸に対して像担持体表面を完全に追従させることはできず、効果としては不十分なものであることがわかった。しかも、上記の構成にした場合、像担持体表面の強度不足により耐久性能が得られないなどの副作用もあることがわかった。

従来の画像形成装置の中には、例えば特許文献３に記載されるように、像担持体との対向位置に、トナー像が一次転写される中間転写体を配設し、転写されたトナー像の搬送方向下流側に、トナー像を転写材と圧接する加圧ロールを設け、加圧ロールの上流側に、中間転写体上のトナー像を溶融する電磁誘導加熱装置を配設するものがある。しかし、この種の画像形成装置にあっても、中間転写体上のトナー像を、電磁誘導加熱装置を用いて溶融して転写材に転写定着するのみであるから、上述したと同様に、やはり孤立したドット画像のような場合に、トナー像の転写定着性を向上することができず、転写材と接触できなかった部分のトナーが、中間転写体に残留してしまい、画像欠損を生ずる、という問題を解決することができなかった。

また、従来の画像形成装置の中には、例えば特許文献４に記載されるように、中間転写体と、転写バイアスを印加して中間転写体上のトナー像を静電的に転写する転写定着体と、転写定着体上のトナー像を加熱溶融する加熱手段と、加熱溶融したトナー像を転写材に転写すると同時に定着する転写定着手段とを備えるものがある。しかし、この種の画像形成装置にあっても、転写定着体上の加熱溶融したトナー像を、転写定着手段を用いて転写材に転写定着するのみであるから、同様に、やはり孤立したドット画像のような場合に、トナー像の転写定着性を向上することができず、転写材と接触できなかった部分のトナーが、転写定着体に残留してしまい、画像欠損を生ずる、という問題を解決することができなかった。

さらに、従来の画像形成装置の中には、例えば特許文献５に記載されるように、中間転写体上のトナー像を、電磁誘導加熱装置によって転写定着ニップに向けて徐々に加熱し、加熱溶融したトナー像を転写材に転写すると同時に定着するものがある。しかし、この種の画像形成装置にあっても、中間転写体上のトナー像を、電磁誘導加熱装置を用いて加熱溶融して転写材に転写定着するのみであるから、同様に、やはり孤立したドット画像のような場合に、トナー像の転写定着性を向上することができず、転写材と接触できなかった部分のトナーが、中間転写体に残留してしまい、画像欠損を生ずる、という問題を解決することができなかった。

特開２０００−２７５９８２号公報 特開２００６−１７１３４０号公報 特開２００２−２４０３４２号公報

そこで、この発明の第１の目的は、中間転写体、転写定着体などの像担持体で担持するトナー像を、用紙等の転写材に転写と同時に定着する転写定着装置において、像担持体の表面が転写材の表面凹凸に完全に追従できないことに起因する転写不良を防止することにある。

この発明の第２の目的は、転写材に転写と同時に定着したトナー像を、より確実に定着することにある。

この発明の第３の目的は、新たに部品点数を増加したり、その増加部品の設置空間を確保したりする必要なく、転写材に対してトナー像をより確実に定着することにある。

この発明の第４の目的は、像担持体で担持するトナー像を、転写材に転写と同時に定着して転写材に画像を記録する画像形成装置において、像担持体の表面が転写材の表面凹凸に完全に追従できないことに起因する転写不良を防止して画質の向上を図ることにある。

この発明の第５の目的は、像担持体上のトナー像を加熱する加熱手段による熱が感光体に伝わることを防いで、感光体が劣化したり感光体上などでトナー融着が発生したりすることを防止することにある。

このため、請求項１に記載の発明は、上述した第１の目的を達成すべく、
中間転写体、転写定着体などの像担持体と加圧ローラなどの加圧部材とを押し当てて転写定着ニップを形成し、像担持体で担持するトナー像をハロゲンヒータ等の加熱手段で加熱して後、転写定着ニップを通過する用紙、ＯＨＰフィルムなどの転写材に転写と同時に定着する転写定着装置において、
トナーの軟化点をＴｍ［℃］とするとき、像担持体で担持するトナー像のトナー温度が、Ｔｍ＋１０［℃］以下になるように、加熱手段の加熱温度を設定する一方、
転写定着ニップに転写電界を形成する電界形成手段を備えてなることを特徴とする。

そして、像担持体で担持するトナー像を、そのトナー温度が、Ｔｍ＋１０［℃］以下になるように加熱手段で加熱するとともに、電界形成手段により転写定着ニップに転写電界を形成し、転写定着ニップを通過する転写材に像担持体上のトナー像を転写すると同時に定着する。

請求項２に記載の発明は、上述した第２の目的を達成すべく、請求項１に記載の転写定着装置において、転写材が転写定着ニップに突入する前に、転写材を予備加熱する予備加熱手段を備えてなることを特徴とする。

そして、あらかじめ転写材を、付加的に設ける予備加熱手段により予備加熱してから転写定着ニップに通し、その転写定着ニップを通過する転写材に像担持体上のトナー像を転写すると同時に定着する。

請求項３に記載の発明は、上述した第３の目的を達成すべく、請求項２に記載の転写定着装置において、予備加熱手段が、転写材を搬送するレジストローラ対等の搬送手段を兼ねることを特徴とする。

そして、転写材を予備加熱手段により搬送しながら予備加熱して転写定着ニップに通し、その転写定着ニップを通過する転写材に像担持体上のトナー像を転写すると同時に定着する。

請求項４に記載の発明は、上述した第２の目的を達成すべく、請求項１ないし３のいずれか１に記載の転写定着装置において、転写材が転写定着ニップを通過して後に、転写材上の転写定着画像を加熱する補助加熱手段を備えてなることを特徴とする。

そして、転写定着ニップを通過する転写材に像担持体上のトナー像を転写すると同時に定着して後、付加的に設ける補助加熱手段により、転写材上の転写定着画像を補助加熱する。

請求項５に記載の発明は、上述した第４の目的を達成すべく、請求項１ないし４のいずれか１に記載の転写定着装置を備えてなることを特徴とする。

そして、像担持体で担持するトナー像を、そのトナー温度が、Ｔｍ＋１０［℃］以下になるように加熱手段で加熱するとともに、電界形成手段により転写定着ニップに転写電界を形成し、転写定着ニップを通過する転写材に像担持体上のトナー像を転写すると同時に定着して、転写材に画像を記録する。

請求項６に記載の発明は、上述した第５の目的を達成すべく、請求項５に記載の画像形成装置において、像担持体が、中間転写体上のトナー像を転写することによりトナー像を担持するベルト状やドラム状などの転写定着体であることを特徴とする。

そして、感光体上のトナー像を中間転写体上に一次転写し、次いで中間転写体上のトナー像を像担持体である転写定着体に二次転写し、転写定着体で担持するトナー像を、そのトナー温度が、Ｔｍ＋１０［℃］以下になるように加熱手段で加熱するとともに、電界形成手段により転写定着ニップに転写電界を形成し、転写定着ニップを通過する転写材に転写定着体上のトナー像を転写すると同時に定着して、転写材に画像を記録する。

請求項１に記載の発明によれば、像担持体上のトナー像のトナー温度が、Ｔｍ＋１０［℃］以下になるように加熱手段で加熱するとともに、電界形成手段により転写定着ニップに転写電界を形成して、転写定着ニップを通過する転写材に像担持体上のトナー像を転写すると同時に定着するので、像担持体の表面が転写材の表面凹凸に完全に追従できないことに起因し、孤立ドットのような画像欠損を生じやすいトナーを静電転写により転写して転写不良を防止するとともに、併せて転写残トナーをなくして像担持体へのトナー固着を防止することができる。なお、このときＴｍ＋１０［℃］以下になるように加熱手段で加熱するので、熱によりトナー帯電量が低下することなく、静電転写によりトナーを確実に転写して転写不良を防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、あらかじめ転写材を予備加熱手段により予備加熱してから転写定着ニップに通し、その転写定着ニップを通過する転写材に像担持体上のトナー像を転写すると同時に定着するので、転写定着ニップに突入する直前に転写材を予備加熱することにより、転写材に対してトナー像をより確実に定着することができる。

請求項３に記載の発明によれば、転写材を搬送する搬送手段を予備加熱手段としても利用し、その予備加熱手段により転写材を搬送しながら予備加熱して転写定着ニップに通し、その転写定着ニップを通過する転写材に像担持体上のトナー像を転写すると同時に定着するので、予備加熱手段として新たに部品点数を増加したり、搬送手段とは別にその増加部品の設置空間を確保したりする必要なく、転写材に対してトナー像をより確実に定着することができる。

請求項４に記載の発明によれば、転写定着ニップを通過する転写材に像担持体上のトナー像を転写すると同時に定着して後、補助加熱手段により転写材上の転写定着画像を補助加熱するので、転写定着ニップ通過後の転写材を再度加熱して転写材に対してトナー像をより確実に定着することができる。

請求項５に記載の発明によれば、像担持体上のトナー像のトナー温度が、Ｔｍ＋１０［℃］以下になるように加熱手段で加熱するとともに、電界形成手段により転写定着ニップに転写電界を形成し、転写定着ニップを通過する転写材に像担持体上のトナー像を転写すると同時に定着して、転写材に画像を記録するので、像担持体の表面が転写材の表面凹凸に完全に追従できないことに起因し、孤立ドットのような画像欠損を生じやすいトナーを静電転写により転写して転写不良を防止するとともに、併せて転写残トナーをなくして像担持体へのトナー固着を防止し、画像品質の向上を図ることができる。そして、このときＴｍ＋１０［℃］以下になるように加熱手段で加熱するので、熱によりトナー帯電量が低下することなく、静電転写によりトナーを確実に転写して転写不良を防止することができる。

請求項６に記載の発明によれば、感光体上のトナー像を中間転写体上に一次転写し、次いで中間転写体上のトナー像を像担持体である転写定着体に二次転写し、転写定着体で担持するトナー像を、そのトナー温度が、Ｔｍ＋１０［℃］以下になるように加熱手段で加熱するとともに、電界形成手段により転写定着ニップに転写電界を形成し、転写定着ニップを通過する転写材に転写定着体上のトナー像を転写すると同時に定着して、転写材に画像を記録するので、中間転写体を介在することで、転写定着体上のトナー像を加熱する加熱手段による熱が感光体に伝わることを防いで、感光体が劣化したり感光体上などでトナー融着が発生したりすることを防止することができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の最良形態につき説明する。
図１には、タンデム方式の画像形成装置の一例である電子写真式カラー複写機で、その要部の概略構成を示す。

図示カラー複写機は、装置本体中央部に位置する画像形成部１Ａと、その画像形成部１Ａの下方に位置する給紙部１Ｂと、画像形成部１Ａの上方に位置する図示しない画像読取部を有している。

画像形成部１Ａには、水平方向に延びる転写面を有する中間転写体としての中間転写ベルト２が配置されている。その中間転写ベルト２の上面には、色分解色と補色関係にある色の画像を形成するための構成が設けられている。すなわち、補色関係にある色のトナー（イエロ、マゼンタ、シアン、ブラック）による像を担持可能な像担持体として、感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋが中間転写ベルト２の転写面に沿って並置されている。

各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋは、それぞれ同じ方向（反時計回り方向）に回転可能なドラムで構成されており、その周りに、回転過程において画像形成処理を実行する帯電装置４、光書き込み手段としての書き込み装置５、現像装置６、一次転写装置７、およびクリーニング装置８が配置されている。各符号に付記しているアルファベットは、感光体３と同様、トナーの色別に対応している。各現像装置６には、それぞれのカラートナーが収容されている。

中間転写ベルト２は、駆動ローラ９と、従動ローラ１０・１１・１２に掛け回されて感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋとの対峙位置において同方向に移動可能な構成を有している。駆動ローラ９と対向する位置には、中間転写ベルト２の表面をクリーニングするクリーニング装置１３が設けられている。

そして、各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋの回転とともに、中間転写ベルト２が走行される。このとき、感光体３Ｙの表面が帯電装置４により一様に帯電され、画像読取部からの画像情報に基づき書き込み装置５により書き込みが行われて感光体３Ｙ上に静電潜像が形成される。該静電潜像はイエロのトナーを収容した現像装置６Ｙによりトナー像として可視像化され、該トナー像は所定のバイアスが印加される一次転写装置７Ｙにより中間転写ベルト２上に一次転写される。他の感光体３Ｍ、３Ｃ、３Ｂでもトナーの色が異なるだけで同様の画像形成がなされ、それぞれの色のトナー像が中間転写ベルト２上に順に転写されて重ね合わされる。

転写後、感光体３上に残留したトナーは、クリーニング装置８により除去される。また、転写後、図示しない除電ランプにより感光体３の電位が初期化され、次の作像工程に備えられる。

従動ローラ１１の近傍には、転写定着装置２０が設けられている。転写定着装置２０は、中間転写ベルト２上の画像としての未定着トナー像が転写される転写定着部材としての転写定着ローラ２２と、付勢部材２３で付勢されて転写定着ローラ２２に押し当てられ、該転写定着ローラ２２との間に転写定着ニップＮを形成する加圧部材としての加圧ローラ２４とを有している。加圧部材としては、加圧ローラに限らず、非回転のものであってもよい。転写定着ローラ２２は、アルミニウム等の金属によりパイプ状に形成されており、表面に離型層がコーティングされている。また、転写定着ローラ２２の内部には、転写定着ローラ２２上のトナー像を加熱する加熱手段としてのハロゲンヒータ２１が設けられている。

一方、給紙部１Ｂは、転写材としての用紙Ｐを積載収容する給紙トレイ１４と、該給紙トレイ１４内の用紙Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して給紙する給紙コロ１５と、給紙された用紙Ｐを搬送する搬送ローラ対１６と、用紙Ｐが一旦停止され、斜めずれを修正された後、転写定着ローラ２２上のトナー像の先端と搬送方向の所定位置とが一致するタイミングで転写定着ニップＮに向けて送り出されるレジストローラ対１７とを有している。

そして、感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋから中間転写ベルト２上に一次転写されたトナー像Ｔは、図示しないバイアス印加手段により従動ローラ１１に印加されるバイアス（ＡＣ、パルスなどの重畳を含む）により転写定着ローラ２２に静電気力で二次的に転写される。

中間転写ベルト２と転写定着ローラ２２との間には、転写定着ローラ２２から中間転写ベルト２への熱放射（熱移動）を抑制する熱遮蔽部材または熱移動抑止部材としての断熱プレート１８が設けられている。断熱プレート１８は、中間転写ベルト２から転写定着ローラ２２への二次転写を阻害しない状態で中間転写ベルト２への熱放射を極力抑えるように、開口部を有する形状に形成されており、図示しない定着装置本体、画像形成装置本体のいずれの側に設けてもよい。熱移動抑止部材としては、放射率の低い金属光沢を有する板状のものが好ましく、特に２枚の金属シートを微小空隙または断熱材を挟んで配置すると優れた効果が得られる。また、ノートパソコンのＣＰＵ冷却用に用いられるマイクロヒートパイプ構造を内包する薄板を用いた場合、熱移動抑止部材を低温に保ち、熱移動を抑制することができる。

また、図示例では、中間転写ベルト２の転写定着ローラ２２に対する転写部（転写定着ローラ２２との対向部）と、最も上流側の感光体３Ｋに対する転写部との間に中間転写ベルト２の熱を奪う冷却部材としての冷却ローラ２１０が設けられている。冷却ローラ２１０は、熱伝導率の高い材料で形成されており、中間転写ベルト２に接触して回転する。この例では、断熱プレート１８と冷却ローラ２１０を同時に設ける構成としたが、いずれか一方を設ける構成としてもよい。この例によれば、中間転写体の温度を低減でき、中間転写体側の熱劣化を抑制できる。また、転写定着部材の設計上の自由度を大きくすることができる。

中間転写ベルト２から転写定着ローラ２２に転写されたトナー像Ｔは、転写定着ニップＮで用紙Ｐに定着されるまで、転写定着ローラ２２上において単独で加熱される。トナー像Ｔのみをあらかじめ加熱する過程が十分に得られるので、トナー像Ｔと用紙Ｐを同時に加熱する従来方式に比べて加熱温度を低くできる。

なお、転写定着ローラ２２の温度は、転写材への転写定着が行われる転写定着ニップＮよりも上流の転写定着ローラ２２の外周位置にて、接触型もしくは非接触型の温度センサＳを用いて検知される。

次に、この発明について、詳細に説明する。この発明の思想は、転写定着方式の利点の恩恵を受けるために熱転写を利用しながら、転写定着方式の欠点である画像欠陥については静電転写方式を併用することにより補おうというものである。

発明者らは、この発明の思想を具現化する際に、実際の効果について検証するため、図２に示すような構成の転写定着装置を作成して実験を行った。この実験装置は、いわゆる転写定着方式を利用した画像形成装置における、転写材への転写定着工程に関する部分を抜き出して図示したものである。

図２に示す転写定着装置は、加熱手段３０を内蔵する張架ローラ３１にベルト状の像担持体３２を掛け回し、その像担持体３２を挟んで張架ローラ３１にローラ状の加圧部材３３を押し当てて転写定着ニップＮを形成し、その転写定着ニップＮに転写電界を形成する電界形成手段３４を備えてなる。そして、電界形成手段３４により転写電界を形成する転写定着ニップＮに転写材３５を通して、像担持体３２で担持するトナー像Ｔを転写材３５に転写すると同時に定着する。

なお、図２に示す実験装置の詳細な実験条件は、以下の通りである。
＜詳細条件＞
像担持体 ：以下の３層構造からなるベルト部材
７０μｍポリイミド樹脂(基層)
５００μｍシリコンゴム(弾性層)
１０μｍＰＴＦＥ(表層)
加圧部材 ：芯金としてΦ４０ｍｍ金属ローラを用いたローラ部材
トナー：ポリエステル樹脂ベース
トナー帯電量：−1０〜−５０μＣ／ｍｇ
トナー熱特性：軟化点７５℃、流出開始温度１００℃、１／２流出温度１３０℃
加熱手段 ：加圧部材に対向する像担持体張架ローラ内にハロゲンヒータを設置
加熱温度 ：転写定着ニップ入口温度＝１７０℃
転写材 ：普通紙(８０ｇ／ｃｍ^３相当)
転写電界印加手段：加圧部材側にバイアス印加(＋０．５ｋＶ〜＋４．０ｋＶ)
対向する像担持体張架ローラはアース接地
チャート ：２ｂｙ２ドット画像(６００ｄｐｉ)

なお、上記熱特性は、フローテスタ特性ともいわれ、以下のようにして測定した。すなわち、高架式フローテスタ（ＣＦＴ−５００：島津製作所製）を用い、ダイス細孔の径１mm、加圧２０ｋｇ／cm²、昇温速度６℃／minの条件で１cm³の試料を溶融流出させたときのフローカーブから求めた。

加熱温度は、転写定着ニップＮ３２直前の像担持体に接触するように設けた熱電対の温度情報により制御を行った。その際、そのようにして測定した像担持体温度とトナー層温度は、ほぼ同じ温度であることを非接触で温度測定可能なサーモグラフィを用いて確認を行っている。そのため、本実験による加熱温度制御は、転写定着ニップＮに突入する際のトナー温度をコントロールできている状況といえる。

このような構成にて、像担持体３２上に形成したトナーを転写材３５に転写定着させた。ところが、上記条件においては、転写定着と同時に転写電界を形成したにもかかわらず、画像欠陥が改善しないことがわかった。

発明者らは、このような結果になった原因を探るため、加熱温度や転写電圧を変えて追加実験を行ったところ、加熱温度が低いときには画像欠損の改善効果が現れることを発見した。さらに、加熱温度により、トナーの帯電量が変化する特性があることをつかんだ。例として、この実験で使用したトナーの帯電量の推移を図３に示す。なお、トナーの帯電量は、以下の方法によって確認した。

＜トナー帯電量の測定＞
加熱状態ではファラデーケージにトナーを吸引する方法が利用できないため、トナー層の帯電量を耐熱仕様の表面電位計プローブにより読み取って代用特性とした。ただし、表面電位を特性値とする場合、加熱による誘電率の変化を考慮しなければならないため、加熱状態で帯電量を測定した後に、そのままの状態で自然冷却させて再度測定し、加熱時と冷却時で測定値に差がでなかったこと（すなわち、加熱しながらの測定値がトナーの帯電電荷量の推移を代用していること）を確認した。

この結果から、トナーの帯電量はトナーの軟化点付近から低下し、トナーの軟化点＋１０℃程度のところでほぼ電荷を消失してしまう傾向があきらかである。また、この傾向は、軟化点の異なる他のトナーにおいてもほぼ同様な傾向であった。このことから、加熱温度が高い場合には、トナーの帯電量が低下するため、静電気力による転写の力（トナーの帯電量をｑ、転写電界をＥとすると、Ｆ＝ｑＥに相当）が不足してしまうことで画像欠損が改善されなかったと推察される。

そこで、加熱温度を変えたときの画像欠損の発生状況を調べたところ、前記の仮説を裏付けるように、加熱温度１７０℃、１３０℃の時は改善効果が見られないのに対して、８５℃（軟化点＋１０ｄｅｇ）の時には、十分な電界を印加すればドット１０個中の欠損数が２個以下程度まで改善し、７５℃（軟化点以下）にすればドットの欠損数を完全に改善する結果が得られた（表１）。

以上のことから、トナー層を加熱する転写定着方式と静電転写方式を併用するためには、トナーの電荷が消失しない程度の温度、すなわちトナー温度が少なくともトナー軟化点＋１０［℃］よりも低い温度、望ましくはトナー軟化点以下の温度の状態で転写定着することが必要であることを見出した。

つまり、図１に示すように、像担持体である転写定着ローラ２２と加圧部材である加圧ローラ２４とを押し当てて転写定着ニップＮを形成し、転写定着ローラ２２で担持するトナー像Ｔを加熱手段であるハロゲンヒータ２１で加熱して後、転写定着ニップＮを通過する転写材Ｐに転写と同時に定着する転写定着装置２０において、トナーの軟化点をＴｍ［℃］とするとき、転写定着ローラ２２で担持するトナー像Ｔのトナー温度が、Ｔｍ＋１０［℃］以下になるように、ハロゲンヒータ２１の加熱温度を設定する一方、転写定着ニップＮに転写電界を形成する電界形成手段２５を備えるようにする。すると、ハロゲンヒータ２１の熱によるトナーの帯電量の低下を防いで、静電気力による転写の力が不足することを防止することができる。

ところで、トナーの軟化点以下の温度にすると、特にトナーの付着量が多いカラー画像での実験において、転写材へのトナーの定着性が不足気味になる場合もあった。そのため、できれば付加の加熱手段を設けることが望ましい。

付加の加熱手段としては、例えば図４に示すように、転写材３５が転写定着ニップＮに突入する前にあらかじめ転写材３５を予備加熱する予備加熱手段４０を備える方法がある。そして、あらかじめ転写材３５を予備加熱手段４０により予備加熱してから転写定着ニップＮに通し、その転写定着ニップＮを通過する転写材３５に像担持体３２上のトナー像Ｔを転写すると同時に定着する。このようにすることで、転写定着ニップＮに突入する直前に転写材３５を予備加熱することにより、定着のための熱を補って、転写材３５に対してトナー像Ｔをより確実に定着することができる。

またこのとき、予備加熱手段４０が、転写材３５を搬送する搬送手段を兼ねるように構成するとよい。例えば図４に示すように、レジストローラ対４１、４２を予備加熱手段４０としても利用し、その予備加熱手段４０により転写材３５を搬送しながら予備加熱して転写定着ニップＮに通す。このようにすると、予備加熱手段４０として新たに部品点数を増加したり、搬送手段とは別にその増加部品の設置空間を確保したりする必要なく、転写材３５に対してトナー像Ｔをより確実に定着することができる。

図４では、転写材３５を搬送するレジストローラ対４１、４２のうち、トナー像が転写される側に接触するローラを加熱ローラ４１にしている。本例においては、アルミニウムの芯金にシリコンゴムを被覆させた外径２０ｍｍのローラに、ハロゲンヒータ４３を内蔵することで紙加熱が可能な形状とした。このような形状の加熱ローラ４１に加圧ローラ４２を押し当てて転写材３５を挟んで搬送しながら、ヒータ４３の出力を制御することで、ローラ通過直後の転写材温度を室温〜１７０℃程度に制御可能としてなる。

ただし、ローラ通過後から周囲雰囲気温度による転写材温度の低下が見られ、約０．５秒後には、１０〜２０［℃］程度の温度低下が発生した。そのため、レジストローラ対４１、４２はできるだけ転写定着ニップＮに近付ける工夫を行うことがより望ましい。さらに、レジストローラ対４１、４２から転写定着ニップＮへ至る転写材搬送経路をできるだけ密閉空間化し周囲雰囲気を室温よりも高く維持することで、レジストローラ対通過後の温度低下を緩和するような工夫も効果的である。

以上のように構成して、本例では、図３に示すような特性を持つトナー像Ｔを用いて、レジストローラ対４１、４２による転写材３５の加熱を約８０℃〜１５０℃にしたところ、転写定着ニップ温度が軟化点＋１０℃の設定でも、良好な転写定着画像を得ることができた。なお、図１に示すような転写定着装置２０にあっても、当然、転写材Ｐが転写定着ニップＮを通過する前に、転写材Ｐを予備加熱する予備加熱手段を備えるようにするとよい。そして、このとき予備加熱手段が、転写材Ｐを搬送する搬送手段を兼ねるようにするとなおよい。

また、付加の加熱手段として、例えば図５に示すように、転写材３５が転写定着ニップＮを通過して後に、転写材３５上の転写定着画像を加熱する補助加熱手段４５を備えるようにしてもよい。そして、転写定着ニップＮを通過する転写材３５に像担持体３２上のトナー像を転写すると同時に定着して後、補助加熱手段４５により転写材３５上の転写定着画像を補助加熱するようにすると、転写定着ニップ通過後の転写材３５を再度加熱して、定着のための熱を補い、転写材３５に対してトナー像Ｔをより確実に定着することができる。

ここで、補助加熱手段４５の形態として、本例では、直径１５ｍｍからなるステンレス製の芯金に、厚さ１０ｍｍの発泡シリコンゴム層を設け、さらに表層として２０μｍのＰＦＡのチューブを被覆したものを定着ローラ４６とする。また、加圧ローラ４７としては、直径２６ｍｍのステンレス製の芯金に、厚さ２ｍｍのシリコンゴムを被覆し、さらに表層として２０μｍのＰＦＡチューブを被覆したものを使用する。つまり、図５のような補助加熱手段４５としては、一般的な定着装置の構成のようなものにすればよい。本例では、このような定着ローラ４６を、内蔵するヒータ４８で１００℃〜２００℃に設定し、定着ローラ４６と加圧ローラ４７の間に図３に示したような特性を持つトナー像Ｔが転写定着された転写材３５を通過させながら加圧・加熱することで、完全な定着画像を得ることができる。

なお、これら予備加熱手段４０および補助加熱手段４５の構成は、図４、図５のようにローラ構成に限定される必要はなく、形状が面状であったり、輻射熱を利用して転写材３５に非接触に設置したりする形態としても問題ない。また、図１に示すような転写定着装置２０にあっても、当然、転写材Ｐが転写定着ニップＮを通過して後に、転写材Ｐ上の転写定着画像を加熱する補助加熱手段を備えるようにするとよい。

図２の実験装置を用いて得た実験結果は、特許文献１にあるような、像担持体として中間転写体を使用する転写定着装置にも、図１や特許文献２にあるような、像担持体として転写定着体を使用する転写定着装置にも、また像担持体として感光体を使用する転写定着装置にも、等しく適用し、同様な効果を得ることができる。また、図２の実験装置では、トナーの加熱手段として、像担持体の張架ローラ内に内蔵したハロゲンヒータを用いた例を示したが、これについても、像担持体表面に輻射熱を当てるように配置したり、熱源として誘導加熱（ＩＨ）方式を利用したものであっても、同等の効果を得ることができる。

ところで、上記実施例では、転写定着部材の一例を示しただけにすぎず、転写定着部材としては、離型性に優れた四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）などのほとんどの水素をフッ素に置換した化学構造のパーフルオロ樹脂から主に選択される。電気的な導電性や耐磨耗性を得るためにこれらにカーボンなどの充填材が数％以下含まれていてもよい。この離型性は水の接触角で表すことができる。接触角は表面エネルギと相関があり、表面エネルギが小さいほど接触角は大きくなる。これらの材料は最も表面エネルギが小さな材料であり、１１０〜１２５°などの値を示すことが知られている。

また、トナーとして用いるバインダー樹脂としては、トナーの特性を満足するものであれば、以下の組成のものを使用することができる。例えば、ポリエステル、ポリスチレン、ポリｐ−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体；スチレン−ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレンーイソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体が挙げられる。

また、下記の樹脂を混合して使用することもできる。ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられる。

これらの中で特に、ポリエステル樹脂が十分な定着性を得るために、好ましい。ポリエステル樹脂は、アルコールとカルボン酸との縮重合によって得られるが、用いられるアルコールとしてはポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−ブテンジオール等のジオール類、１，４−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン、ビスフェノールＡ、水素添加ビスフェノールＡ、ポリエキシエチレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールＡ等のエーテル化ビスフェノル類、これらを炭素数３〜２２の飽和もしくは不飽和の炭化水素基で置換した２価のアルコール単体、その他の２価のアルコール単体を挙げることができる。

バインダー樹脂として用いるポリエステル樹脂を得るためには、以上の２官能性単量体のみによる重合体のみでなく、３官能以上の多官能性単量体による成分を含有する重合体を用いることも好適である。かかる多官能性単量体である３価以上の多価アルコール単量体としては、例えばソルビトール、１，２，３，６−ヘキサンテトロール、１，４−サルビタン、ペンタエスリトール、ジペンタエスリトール、トリペンタエスリトール、蔗糖、１，２，４−ブタントリオール、１，２，５−ペンタントリオール、グリセロール、２−メチルプロパントリオール、２−メチル−１，２，４−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、１，３，５−トリヒドロキシメチルベンゼン、その他を挙げることができる。

また、３価以上の多価カルボン酸単量体としては、例えば１，２，４−ペンゼントリカルボン酸、１，２，５−ペンゼントリカルボン酸、１，２，４−シクロヘキサントリカルボン酸、２，５，７−ナフタレントリカルボン酸、１，２，４−ナフタレントリカルボン酸、１，２，４−ブタントリカルボン酸、１，２，５−ヘキサントリカルボン酸、１，３−ジカルボキシル−２−メチル−２−メチレンカルボキシプロパン、テトラ（メチレンカルボキシル）メタン、１，２，７，８−オクタンテトラカルボン酸、エンボール３量体酸、これらの酸無水物、その他を挙げることができる。

また、この発明に用いるトナーには、転写定着時の転写定着部材表面でのトナーの離型性を向上する目的で、離型剤を含有させることができる。離型剤として、公知のものが全て使用できるが、特に脱遊離脂肪酸型カルナウバワックス、モンタンワックス及び酸化ライスワックス、エステルワックスを単独又は組み合わせて使用することができる。カルナウバワックスとしては、微結晶のものがよく、酸価が５以下であり、トナーバインダー中に分散した時の粒子径が１μｍ以下の粒径であるものが好ましい。モンタンワックスについては、一般に鉱物より精製されたモンタン系ワックスを指し、カルナウバワックス同様、微結晶であり、酸価が５〜１４であることが好ましい。酸化ライスワックスは、米ぬかワックスを空気酸化したものであり、その酸価は１０〜３０が好ましい。各ワックスの酸価が各々の範囲未満であった場合、低温定着温度が上昇し低温定着化が不十分となる。逆に、酸価が各々の範囲を超えた場合、コールドオフセット温度が上昇し低温定着化が不十分となる。ワックスの添加量としては、バインダー樹脂１００重量部に対して１〜１５重量部、好ましくは３〜１０重量部の範囲で用いられる。１重量部未満では、その離型効果が薄く所望の効果が得られにくい。また、１５重量部を超えた場合は、キャリアへのスペントが顕著になる等の問題が生じる。

また、トナーに帯電を付与する目的で、帯電制御剤を含有させることができる。帯電制御剤としては、従来公知のものが全て使用できる。正帯電制御剤としては、ニグロシン、塩基性染料、塩基性染料のレーキ顔料、四級アンモニウム塩化合物他等が挙げられ、負帯電制御剤としては、モノアゾ染料の金属塩、サリチル酸、ナフトエ酸、ダイカルボン酸の金属錯体他等が挙げられる。本極性制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、バインダー樹脂１００重量部に対して０．０１〜８重量部、好ましくは０．１〜２重量部の範囲で用いられる。０．０１重量部未満では、環境変動時における帯電量Ｑ／Ｍの変動に対しその効果が小さく、７重量部を超えると低温定着性が劣る結果となる。

また、使用される含金属モノアゾ染料としては、含クロムモノアゾ染料、含コバルトモノアゾ染料、含鉄モノアゾ染料を単独もしくは組み合わせて使用することができる。これらを添加することにより、現像剤中における帯電量Ｑ／Ｍの立ち上がり（飽和までの時間）がより優れたものとなる。使用量としては、前記極性制御剤同様にバインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、バインダー樹脂１００重量部に対して０．１〜１０重量部、好ましくは１〜７重量部の範囲で用いられる。０．１重量部未満では、その効果が薄く、１０重量部を超えると帯電量の飽和レベルが低下する等の欠点が生じる。

また、カラートナーには、サリチル酸誘導体の金属塩を用いることが特に好ましいが、必要に応じてカラートナーの色調を損なうことのない透明もしくは白色の物質を添加して、トナーの帯電性を安定的に付与することができる。具体的には、有機ホウ素塩類、含フッ素四級アンモニウム塩類、カリックスアレン系化合物等が用いられるが、これらに限られるものではない。

この発明に用いるトナーは、さらに磁性材料を含有させ、磁性トナーとしても使用し得る。磁性材料としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄、鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれら金属のアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属の合金およびその混合物などが挙げられる。これらの強磁性体は平均粒径が０．１〜２μｍ程度のものが望ましく、トナー中に含有させる量としては樹脂成分１００重量部に対し約２０〜２００重量部、特に好ましくは樹脂成分１００重量部に対し４０〜１５０重量部である。

着色剤としては、トナー用として公知のものがすべて使用できる。黒色の着色剤としては、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、ファーネスブラック、ランプブラック等が使用できる。シアンの着色剤としては、例えば、フタロシアニンブルー、メチレンブルー、ビクトリアブルー、メチルバイオレット、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー等が使用できる。マゼンタの着色剤としては、例えば、ローダミン６Ｇレーキ、ジメチルキナクリドン、ウォッチングレッド、ローズベンガル、ローダミンＢ、アリザリンレーキ等が使用できる。イエロの着色剤としては、例えば、クロムイエロ、ベンジジンイエロー、ハンザイエロ、ナフトールイエロ、モリブデンオレンジ、キノリンイエロ、タートラジン等が使用できる。

また、外添加剤として、トナーの流動性を向上させる目的で、疎水性のシリカ、酸化チタン、アルミナなど、さらに必要に応じて脂肪酸金属塩類やポリフッ化ビニリデン等を添加してもよい。

タンデム方式の画像形成装置の一例であるカラー複写機で、その要部の概略構成図である。 実験装置である転写定着装置の構成図である。 実験で使用したトナーのトナー温度とトナー帯電量との関係図である。 付加の加熱手段として予備加熱手段を設けた例の構成図である。 付加の加熱手段として補助加熱手段を設けた例の構成図である。 連続画像の場合における像担持体から転写材への転写状態を示す図である。 孤立したドットがある場合における像担持体から転写材への転写状態を示す図である。 図７より像担持体の硬度を下げ、像担持体と転写材の加圧度合いを大きくした場合の転写状態を示す図である。

符号の説明

２ 中間転写ベルト（中間転写体）
２０ 転写定着装置
２１ ハロゲンヒータ（加熱手段）
２２ 転写定着ローラ（像担持体）
２４ 加圧ローラ（加圧部材）
２５ 電界形成手段
３０ 加熱手段
３２ 像担持体
３３ 加圧部材
３４ 電界形成手段
３５ 転写材
４０ 予備加熱手段
４１ レジストローラ
４２ レジストローラ
４５ 補助加熱手段
Ｎ 転写定着ニップ
Ｐ 転写材
Ｔ トナー像

Claims (6)

1. 像担持体と加圧部材とを押し当てて転写定着ニップを形成し、前記像担持体で担持するトナー像を加熱手段で加熱して後、前記転写定着ニップを通過する転写材に転写と同時に定着する転写定着装置において、
   トナーの軟化点をＴｍ［℃］とするとき、前記像担持体で担持するトナー像のトナー温度が、Ｔｍ＋１０［℃］以下になるように、前記加熱手段の加熱温度を設定する一方、
   前記転写定着ニップに転写電界を形成する電界形成手段を備えてなることを特徴とする転写定着装置。
2. 転写材が前記転写定着ニップに突入する前に、転写材を予備加熱する予備加熱手段を備えてなることを特徴とする、請求項１に記載の転写定着装置。
3. 前記予備加熱手段が、転写材を搬送する搬送手段を兼ねることを特徴とする、請求項２に記載の転写定着装置。
4. 転写材が前記転写定着ニップを通過して後に、転写材上の転写定着画像を加熱する補助加熱手段を備えてなることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１に記載の転写定着装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１に記載の転写定着装置を備えてなることを特徴とする画像形成装置。
6. 前記像担持体が、中間転写体上のトナー像を転写することによりトナー像を担持する転写定着体であることを特徴とする、請求項５に記載の画像形成装置。

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