JP2008268448A - 転写・定着プロセスユニット及びこれを搭載する画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で高速に対応でき、転写同時定着を可能にする転写・定着プロセスユニット及びこれを搭載している画像形成装置を提供することにある。
【解決手段】電子写真プロセスを利用した画像形成装置に搭載する転写・定着プロセスユニットにおいて、周面にトナー像を担持して移動する無端状ベルトである像担持体１と、前記像担持体１の内周面を支持する加熱転写部材３と、前記像担持体１を介して前記加熱転写部材３と当接する加圧部材５と、を有し、前記加熱転写部材３は、非磁性材から成る支持部材２と、該支持部材２の外周面に形成された弾性層３ａと、磁性層１２と、を有し、前記加熱転写部材３の内部には回転可能に支持された指向性を持つ電磁誘導加熱コイル４ａを配置し、前記電磁誘導加熱コイル４ａにより前記像担持体１を直接加熱して、前記像担持体１上の前記トナー像を前記加圧部材５との間で記録材に転写すると同時に定着を行なう転写・定着プロセスユニット。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真プロセスを利用した画像形成装置に搭載する転写・定着プロセスユニット、及び感光体上に形成されるトナー像を中間転写体に転写した後、この中間転写体上のトナー像を記録材上に転写・定着して記録画像とするための前記転写・定着プロセスユニットを搭載している画像形成装置に関するものである。

従来から、画像形成装置においては、装置の小型化及び高速対応が課題となっており、とくに、像担持体上のトナー像を転写と同時に定着する構成では、かかる課題を解決するための技術が種々開示されている（例えば、特許文献１乃至５参照）。
かかる課題を解決する手段として、像担持体上のトナー像を転写と同時に定着する構成では、加熱転写体が弾性層を有する、特許文献１のような技術は存在していたが、この構成では、弾性層を有する加熱転写体の内側から加熱することができないため装置外部に加熱源を設置することになり、結果として装置を小型化することができなかった。 またこの装置外部の加熱源は加熱位置の変更が困難という課題もあった。
一方、特許文献２に開示されるような内側から電磁誘導加熱を行なう技術が存在している。これは内側から電磁誘導加熱を行なう装置を小型化する上では非常に有効な技術である。また、特許文献３乃至５にも関連する技術が開示されている。
特開２０００−２７５９８２公報 特許第３８３６９２１号 特開２００１−３４３８４７公報 特開２００６−１１２１７公報 特開平９−１９７８３８号公報

しかしながら、特許文献２の技術では、内側から電磁誘導加熱を行なう技術を加熱転写ローラとして使用しその外周に別部材からなる像担持体を設けると、加熱転写ローラと像担持体の熱伝達速度の問題で、高速対応ができないという弊害があった。また、特許文献３乃至５に記載の技術は像担持体（感光体）内に電磁誘導加熱を行なう装置を設けて直接転写及び定着を行なう構成としているが、これらの技術も小型で高速に対応するために改善が望まれていた。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、小型で高速に対応でき、転写同時定着を可能にする転写・定着プロセスユニット及びこれを搭載している画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電子写真プロセスを利用した画像形成装置に搭載する転写・定着プロセスユニットにおいて、周面にトナー像を担持して移動する無端状ベルトである像担持体と、前記像担持体の内周面を支持する加熱転写部材と、前記像担持体を介して前記加熱転写部材と当接する加圧部材と、を有し、前記加熱転写部材は、非磁性材から成る支持部材と、該支持部材の外周面に形成された弾性層と、磁性層と、を有し、前記加熱転写部材の内部には回転可能に支持された指向性を持つ電磁誘導加熱コイルを配置し、前記電磁誘導加熱コイルにより前記像担持体を直接加熱して、前記像担持体上に前記トナー像を前記加圧部材との間で記録材に転写すると同時に定着を行なうことを特徴とする転写・定着プロセスユニットを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記磁性層に整磁合金を使用した請求項１記載の転写・定着プロセスユニットを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記加熱転写部材の前記弾性層を、前記支持部材と前記像担持体の間に設けた請求項１記載の転写・定着プロセスユニットを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記像担持体は、転写・定着位置よりも下流に冷却部材を設けた請求項１記載の転写・定着プロセスユニットを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、搭載している画像形成装置の環境温度を検知し、検知した温度に応じて前記電磁誘導加熱コイルの出力を変化させる請求項１記載の転写・定着プロセスユニットを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、画像形成部で静電潜像をトナー画像に現像し、このトナー画像を像担持体に転写し、記録材上に転写定着させる画像形成装置において、前記記録材上への転写定着のために、請求項１乃至５の何れか１項記載の転写・定着プロセスユニットを搭載する画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、転写と同時に定着を行うタイプの画像形成装置において、小型で高速に対応できる定着装置を提供することができた。前記加熱転写体は弾性層を有し、前記加熱転写体の内側に、回転可能に支持された指向性を持つ電磁誘導加熱コイルを配置し、転写・定着に寄与しない領域での無駄な加熱を回避する
ことが可能になる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による転写・定着プロセスユニットを備える転写同時定着方式の画像形成装置の実施の形態を示す概略図である。図１において、画像形成装置Ａは、転写・搬送ベルトである像担持体１と、像担持体１と接触する加熱転写部材３と、を含んでいる。加熱転写部材３は、内側に位置する非磁性支持体（支持部材）２と、その外側に配置された弾性層３ａと、から構成されている。
また、画像形成装置Ａは、加熱転写部材３と対向し、転写媒体である記録材を押し付ける加圧部材５と、像担持体１を支持して回転させるためのローラ９と感光体である像担持体にトナー像を形成する画像形成部７を含み、矢印８の方向に回転する構成となっている。
さらに、非磁性支持体２の内部に適宜な手段で可動である形で支持され、そして指向性電磁誘導コイル４ａ及びコア４ｂとから構成される電磁誘導加熱装置４を有している。
像担持体１の温度を下げるためのヒートシンク６は必ずしも必要としないが、高温の像担持体１が画像形成部７の位置にくることにより不具合が生ずる場合などには装着するのが有利である。
この時、記録材は入口ガイド１０より進入し、非磁性支持体２と弾性層３ａとからなる加熱転写部材３と加圧部材５によって形成されるニップを通過する時にトナー像を転写・定着され、出口ガイド１１に排出される。
この時、上述したように加熱転写部材３を構成する弾性層３ａの硬度を加圧部材５より低くすれば、記録材は加圧部材５に沿って搬送されるため、記録材を像担持体１から剥離し易くなる。このように、加熱転写体３の支持部材２と像担持体１との間に弾性層３ａを設けることによって、像担持体からの記録材剥離を容易にすることができる。

図２は図１の画像形成装置の加熱定着装置を拡大して示す概略図である。図３は加熱転写部材に磁性層を設けた実施の形態を示す概略図である。図４は加熱定着装置を非回転状態とした場合に熱源オンしてから熱が像担持体の表面に到達するまでの時間を測定した結果をグラフで示す図である。
図２には、図１に示したと同様に、像担持体１、非磁性支持体２と弾性層３ａとからなる加熱転写部材３、指向性電磁誘導コイル４ａ及びコア４ｂとから構成される電磁誘導加熱装置４及び加圧部材５を示している。領域１３は電磁誘導加熱装置４の指向性電磁誘導コイル４ａが加熱している領域を示している。なお、符号１５は後述する転写・定着位置を示している。

図３には、図２と同様に、像担持体１、非磁性支持体２と弾性層３ａとからなる加熱転写部材３、指向性電磁誘導コイル４ａ及びコア４ｂとから構成される電磁誘導加熱装置４及び加圧部材５を示している。
この実施の形態では、加熱転写部材（加熱転写ローラ）３に磁性層１２を設け、像担持体１を直接加熱しないように構成している。なお、符号１４は指向性電磁誘導コイル４ａが加熱している領域を、符号１５は後述する転写・定着位置を示している。
この時、加熱定着装置を非回転状態とし、熱源をオンしてから熱が像担持体１の表面に到達するまでの時間（ここでは熱応答時間と呼ぶ）を測定した場合に、像担持体１の表面温度と熱源オンからの時間との関係を図４に示している。
像担持体１を直接加熱する領域１３（図２）の表面温度に対し、図３のように加熱転写部材３に形成した磁性層１２を加熱するようにした場合には、その熱が像担持体１の表面に到達するまでの熱応答時間が、図３の領域１４の方が図２の領域１３に比べて遅くなる。
図３の加熱定着装置においてこの現象を改善するためには、像担持体１を薄くし、熱容量を小さくすることで熱応答時間を早くすることが考えられる。しかしながら、回転する像担持体１には機械的強度も求められるため、この像担持体１を薄くして熱応答時間を早めるのには限界がある。
熱応答時間が遅い図３のような加熱定着装置の場合、発生熱量が像担持体１の表面に達するまでの時間を考慮して、電磁誘導加熱装置４の指向性電磁誘導コイル４ａを像担持体１の回転方向上流に向けることで調整が可能である。つまり、熱応答時間中に像担持体１が移動する距離分だけ上流に変位した領域に指向性電磁誘導コイル４を向ければよい。

図５は指向性電磁誘導コイルの中心を転写定着位置から上流に回転する角度を示す概略図である。図５には、像担持体１、非磁性支持体２と弾性層３ａとからなる加熱転写部材３、指向性電磁誘導コイル４ａ及びコア４ｂとから構成される電磁誘導加熱装置４及び加圧部材５を示している。
領域１３は電磁誘導加熱装置４の指向性電磁誘導コイル４ａが加熱している領域を示している。なお、符号１５は後述する転写・定着位置（ニップ）を示している。
指向性電磁誘導コイル４ａの中心を転写・定着位置１５から上流に回転する角度θの計算式は、図５に示すように、指向性電磁誘導コイル４ａの中心を転写定着位置１５から上流に回転する角度をθとすると、［π×Ｒ（加熱転写部材３の直径）×θ／３６０＝熱応答速度×像担持体の移動速度］で表される。ここでπ、Ｒ、及び３６０は定数であるため１つの係数ｋにまとめると、［ｋθ＝熱応答速度×像担持体の移動速度］となる。
この時、θの最大角度は加熱定着装置によって異なるが、ローラである加熱転写部材３に像担持体１が接触している範囲という限定された角度であるためθ最大値は普遍である。
［ｋθ（最大角度）＝熱応答速度×像担持体の移動速度］となり、左辺は定数なので、右辺の熱応答速度が遅い図３のような加熱定着装置に比べ、本発明はより速い像担持体１の移動速度にまで対応できると言える。

本発明の加熱定着装置において、転写・定着位置（ニップ）１５を通過した後に像担持体１が保持している熱量は、ヒートシンク６（図１）に回収され、その加熱に使用したエネルギは無駄となる。
そこで、本発明では図１に示した電磁誘導コイル４ａを適宜な手段によって回動させて指向性を持たせ、転写・定着に寄与しない領域での加熱を行わないことにより、ヒートシンク６の吸収熱量が減り、省エネルギ化を可能とした。
このように、像担持体１は転写・定着位置（ニップ）１５通過後のその下流に冷却部材であるヒートシンク６を設けているので、高温の像担持体１が他ユニットに及ぼす不具合を解消することができる。
本発明によれば、指向性を持たせた電磁誘導コイル４ａにより、極めて熱容量の少ない部分に的を絞り加熱することで、省エネルギな加熱定着装置としているが、一方で熱容量の少ない部材の加熱は温度上昇が急激であり、その制御は困難であった。
そこで、磁性体を整磁合金とし、そのキュリー点を定着として制御する温度にすることにより、急激な温度上昇をする本発明の加熱定着装置において過剰な加熱を防止することができた。このように、磁性層に整磁合金を使用することによって加熱しすぎによる不具合を防止することができる。
図示していないが、搭載している画像形成装置の環境温度を適宜な温度検知手段で検知し、検知した温度に応じて電磁誘導加熱コイル４ａの出力を変化させることができるので、加熱部から転写・定着部までの放熱量差による定着品質不安定を解消できる。

本発明では、前記した式［π×Ｒ（加熱転写部材３の直径)×θ／３６０＝熱応答速度×像担持体の移動速度］から、指向性電磁誘導コイル４ａを、転写・定着（ニップ）１５への最適な角度分だけ上流の角度θに向けている。
しかし、像担持体１の移動速度が１つで無い画像形成装置においては角度θは常に最適な角度とは言えなくなる。そこで、前記指向性を有する電磁誘導加熱コイル４ａに角度θを変更できるような適宜な駆動装置を設け、像担持体１の移動速度が変更された場合、それに応じて最適な角度θに調整可能な機構（図示せず）を設けた。これにより像担持体１の移動速度が変更される画像形成装置に対応可能となった。
図６は像担持体が３つの移動速度を有する場合の角度調節を表として示す図である。例えば、図６のように３つの動作モードにおいて、それぞれ異なる像担持体移動速度を有する画像形成装置の場合、それぞれにあった最適な角度に調節される。
このように、本発明による転写・定着プロセスユニットを画像形成装置に組み込むことにより、小型、かつ高速で、定着品質が安定している画像形成装置とすることができる。

本発明による転写・定着プロセスユニットを備える転写同時定着の画像形成装置の実施の形態を示す概略図である。 図１の画像形成装置の加熱定着装置を拡大して示す概略図である。 加熱転写部材に磁性層を設けた実施の形態を示す概略図である。 加熱定着装置を非回転状態とした場合に熱源オンから熱が像担持体の表面に到達するまでの時間を測定した結果をグラフで示す図である。 指向性電磁誘導コイルの中心を転写定着位置から上流に回転する角度を示す概略図である。 像担持体が３つの移動速度を有する場合の角度調節を表として示す図である。

符号の説明

Ａ 画像形成装置、１ 像担持体（無端状ベルト、転写・搬送ベルト）、２ 支持部（支持部材）、３ 加熱転写部材（加熱転写ローラ）、３ａ 弾性層、４ 電磁誘導加熱装置、４ａ 電磁誘導加熱コイル、４ｂ コア、５ 加圧部材、６ 冷却部材（ヒートシンク）、７ 画像形成部、１２ 磁性層

Claims (6)

1. 電子写真プロセスを利用した画像形成装置に搭載する転写・定着プロセスユニットにおいて、
   周面にトナー像を担持して移動する無端状ベルトである像担持体と、前記像担持体の内周面を支持する加熱転写部材と、前記像担持体を介して前記加熱転写部材と当接する加圧部材と、を有し、
   前記加熱転写部材は、非磁性材から成る支持部材と、該支持部材の外周面に形成された弾性層と、磁性層と、を有し、
   前記加熱転写部材の内部には回転可能に支持された指向性を持つ電磁誘導加熱コイルを配置し、
   前記電磁誘導加熱コイルにより前記像担持体を直接加熱して、前記像担持体上の前記トナー像を前記加圧部材との間で記録材に転写すると同時に定着を行なうことを特徴とする転写・定着プロセスユニット。
2. 前記磁性層に整磁合金を使用したことを特徴とする請求項１記載の転写・定着プロセスユニット。
3. 前記加熱転写部材の前記弾性層を、前記支持部材と前記像担持体の間に設けたことを特徴とする請求項１記載の転写・定着プロセスユニット。
4. 前記像担持体は、転写・定着位置よりも下流に冷却部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の転写・定着プロセスユニット。
5. 搭載している画像形成装置の環境温度を検知し、検知した温度に応じて前記電磁誘導加熱コイルの出力を変化させることを特徴とする請求項１記載の転写・定着プロセスユニット。
6. 画像形成部で静電潜像をトナー画像に現像し、このトナー画像を像担持体に転写し、記録材上に転写定着させる画像形成装置において、前記記録材上への転写定着のために、請求項１乃至５の何れか１項記載の転写・定着プロセスユニットを搭載することを特徴とする画像形成装置。

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