JP2009069541A - 転写定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルム状になった残トナーを中間転写ベルトより効果的に清掃し、画像品質の向上を図る転写定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。
【解決手段】感光体２上に現像されたトナー像３を転写されて保持する中間転写ベルト５と、該中間転写ベルト５から転写されて熱源２０によって溶融した前記トナー像を、対向する加圧ローラ１８とのニップ圧により記録紙Ｐ上に転写、定着させる定着ベルト１７と、該定着ベルト１７から前記中間転写ベルト５に再転写された残トナーを冷却固化する冷却装置２５と、を有する転写定着装置において、前記中間転写ベルト５の表面及び裏面にそれぞれ当接して固化された前記残トナーを曲率分離させる、残トナー除去ローラ２３及びバックアップローラ２４を備える転写定着装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、転写装置及び定着装置として無端ベルトを使用する転写定着装置及びこの転写定着装置を備える電子写真プロセスを利用した複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

画像形成装置には、感光体上にトナー像を形成し、これを無端ベルトからなる中間転写体上に転写した後に転写紙へのトナー転写を行なわず、定着機能を併せ持った無端ベルトからなる像担持体上にトナーを転写し、この像担持体上においてトナーを予め加熱溶融させた状態にして、転写紙に加熱及び加圧しながら転写させる構成が提案されている。
かかる構成の画像形成装置において、中間転写体上に転写した後に転写紙へのトナー転写を行なわず、無端ベルトからなる像担持体上にトナーを転写し、この像担持体上においてトナーを予め加熱溶融させた状態にして、転写紙に加熱及び加圧しながら転写させる構成は転写定着装置と総称され、具体的な構成が提案されている（例えば、特許文献１乃至６参照）。
特許文献１乃至５に記載の従来技術では、感光体上にトナー像を形成し、これを中間転写体上に転写した後に転写紙へのトナー転写を行なわず、定着機能を併せ持った像担持体上にトナーを転写し、この像担持体上においてトナーを予め加熱溶融させた状態にして、転写紙に加熱及び加圧しながら転写させる。また、特許文献６では、転写紙上のトナーの分離について、大きい曲率を利用して急速にトナーを中間転写体より分離して転写紙に移す技術が開示されている。
この転写定着装置の従来の画像形成方式に対する優位点としては第１に、従来ではトナーは粉体のまま転写紙に転写していたが、予め加熱溶融することでトナーは固体状（フィルム状）で転写紙に転写する。この時、転写紙へのトナーの定着品質を比べてみると、従来のものより光沢性が増し、画像の質が向上する。
また、従来方式ではトナーの定着は転写紙上のトナーを転写紙ごと加熱していたが、転写紙に熱を奪われるため熱効率が転写紙種類によって変化してしまうことが課題であった。
しかし、転写定着方式ではトナーを像担持体上で加熱しておくので転写紙に熱を奪われることなくトナー転写が行なえるので余分に熱を掛けることが無くなるため、紙の種類、厚みによらずに低電力でトナー定着が行なえる。
特開２０００−２６７４６９公報 特開２００２−２４４４５０公報 特開２００６−２５９１６７公報 特開２００６−３３０３２０公報 特開２００６−２４３５３６公報 特開昭６３−１９３１６８号公報

しかしながら、品質面、環境面で従来の転写方式や定着方式よりも品質や機能が優位になる反面、ユニットのクリーニング技術向上が求められる。図４は転写定着装置の具体例を含む画像形成装置を示す概略図である。図５は中間転写ベルトと定着ベルトの間のニップ部を示す概略図である。
図４および図５を参照して、例えば、給紙装置、書き込み装置等を図示しない画像形成装置１０における転写定着装置の具体例である図４において、ｃの矢印部での転写定着を終えた画像形成プロセスの直後には像担持体である定着ベルト１７上に記録紙Ｐに転写しきれなかった残トナー１４が存在する。
ｄの矢印部の先に配置された定着ベルト１７のクリーニング装置であるブラシローラ１９が残トナー１４を掻き取っていくが、トナーは熱で溶融されているので粉体のトナー１１に比べてクリーニングしにくく、加えてトナーを加熱溶融させるための熱源として具体例で示してあるＩＨヒータ２０の余熱がｅの矢印部まで回り込んでしまう。

図４において、矢印ｂは定着ベルト１７の移動方向、矢印ａ及びｆは中間転写ベルト５の移動方向を示している。なお、図４及び図５において、ここで、必要となる部分以外の説明は省略する。
この場合に、それぞれ斥力転写ローラ８と２次転写ローラ１５に支持された中間転写ベルト５と定着ベルト１７の接点部である図５に見易く記載のニップ部Ａに残トナー１４が突入する際に、熱と加圧のため残トナー１４が中間転写ベルト５に逆転写してしまい、経時で中間転写ベルト５上に残トナー１４が堆積し、中間転写ベルト５の機能を損なわせてしまう。
ブラシローラ２１やクリーニングブレード２２によるクリーニングでは十分な効果を得られない場合における無端ベルト表面のクリーニングに関する従来技術としては、特許文献３に開示されているようにクリーニング部材の上流にトナー濃度検知センサを配置し、残トナーの濃度によってクリーニングブラシの当接圧を制御するといった仕組みなどがある。

しかし、溶融されフィルム状態にある残トナーに対してブラシによる清掃では非効率である。残トナーに対してクリーニング位置の直前にて再度熱を掛けてから清掃する技術も数多く見られるが、溶融状態にあるトナーの回収は困難を極めてしまう。
また、特許文献６では、大きな曲率によりトナー画像の転写紙への定着の際に、定着面積を広くとり転写効率を向上させることで、クリーニング能力についても向上させる狙いがあるが、溶融状態となった残トナーそのものを除去することはできない。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、フィルム状になった残トナーを中間転写ベルトより効果的に清掃し、画像品質の向上を図る転写定着装置及びこれを備えた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、感光体上に現像されたトナー像を転写されて保持する中間転写ベルトと、該中間転写ベルトから転写されて熱源によって溶融した前記トナー像を、対向する加圧ローラとのニップ圧により記録紙上に転写、定着させる定着ベルトと、該定着ベルトから前記中間転写ベルトに再転写された残トナーを冷却固化する冷却装置と、を有する転写定着装置において、前記中間転写ベルトの表面及び裏面にそれぞれ当接して固化された前記残トナーを曲率分離させる、残トナー除去ローラ及びバックアップローラを備える転写定着装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記残トナー除去ローラの外径をφ１０ｍｍ〜φ１５ｍｍとする請求項１記載の転写定着装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記バックアップローラは、φ１０ｍｍ〜φ１５ｍｍの外径を有し、前記残トナー除去ローラに対して前記中間転写ベルトの裏面となる対向側に回転可能に配置され、かつ前記中間転写ベルトの外周面側に向けて張架されている請求項１記載の転写定着装置を特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、前記残トナー除去ローラ及び前記バックアップローラは金属の芯金及び該芯金上に成型した発泡ゴム材料から構成されている請求項３記載の転写定着装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記中間転写ベルトを挟んで該中間転写ベルトの前記バックアップローラとの対向側に、クリーニングブレードを当接させる請求項１乃至４の何れか１項記載の転写定着装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、前記冷却装置が、前記中間転写ベルトの走行方向から見て前記残トナー除去ローラの上流側に配置されている請求項１乃至５の何れか１項記載の転写定着装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか１項記載の転写定着装置を備える画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、中間転写ベルト表面に回転可能な外径φ１０〜φ１５ｍｍの中間転写ベルトを支持する他のローラに比べて小径の残トナー除去ローラを当接させ、中間転写ベルトを挟んだ対向側にも回転可能な外径φ１０〜φ１５ｍｍのバックアップローラを配置し張架する組み合わせを行うことによって、転写ユニット内の各種ローラにて張架されている中間転写ベルト上に大きな曲率を持たせることが可能となり、中間転写ベルト上にフィルム状の残トナーが付着していた場合、曲率分離を利用したクリーニングを行うことが可能になる。

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は一般的な転写定着装置に本考案の構成を組み込んだ画像形成装置の実施の形態を示す概略図である。図２は本発明による構成を拡大して示す概略図である。
図１及び図２を参照して、感光体２上に現像ローラ２８からのトナーによって現像された粉体のトナー像３は１次転写ローラ４からの電圧の印加によって中間転写ベルト５上に転写される。中間転写ベルト５は駆動ローラ６、テンションローラ７、斥力転写ローラ８等により張架され、ａで示す矢印方向に回転する。
感光体２はＯＰＣユニット９内に搭載された像担持体であり、これらＯＰＣユニット９はカラー画像を形成するようにイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの４色をそれぞれ現像するために中間転写ベルト５の周方向に並べて配置され、感光体２は中間転写ベルト５と同期して回転する。

中間転写ベルト５上に転写された粉体のトナー像３は、図５に見易くして示したニップ部Ａにある斥力転写ローラ８の位置に到来する。斥力転写ローラ８の対向位置には２次転写ローラ１５が定着ベルト１７を介して配置されている。
粉体トナー像３はこれ自体が帯電している電位と同極性による電圧印加を斥力転写ローラ８から受け、中間転写ベルト５から追い出されて２次転写ローラ１５側に転写される。粉体トナー像３を受け止めるのは２次転写ローラ１５及び定着ローラ１６にて張架されている定着ベルト１７である。定着ベルト１７は基材に樹脂を用いて耐熱に優れたシリコン層を表層に設けた構成が広く採用されている。
転写定着装置の画像品質を向上させるプロセスとして、この定着ベルト１７上に転写された粉体トナー像３を図示してない給紙装置からの記録紙Ｐに転写する前に加熱して溶融状態にすることにある。

記録紙Ｐに転写する以前にトナー像３には熱が加わっているようにするためには、２次転写ローラ１５と定着ローラ１６の間の位置に加熱源であるＩＨヒータ２０を配置する。
ここで粉体トナー像３は溶融されてフィルム状となり、溶融トナー像１２へと状態を変化させ、記録紙Ｐへの転写位置であるニップ部Ｂまで運ばれる。ここで加圧ローラ１８による加圧により溶融トナー像１２は記録紙Ｐ上へと転写及び定着されてｃ方向に搬送されてトナー画像１３となる。矢印ｂは定着ベルト１７の移動方向を示している。
記録紙Ｐへの転写定着が済んだ定着ベルト１７上には微量の未転写残トナー１４が存在することが多い。この残トナー１４をクリーニングするためにｄの矢印部の先に配置された定着ベルト１７用のブラシローラ１９などで清掃する。
しかし、残トナー１４はフィルム状でかつ、ＩＨヒータ２０の熱がブラシローラ１９の位置まで回り込んでくるのでこのブラシローラ１９による清掃だけでは効率よく残トナー１４を回収できず、ｅの矢印部まですり抜けてしまい図５に示す斥力転写ローラ８と２次転写ローラ１５の、すなわち、中間転写ベルト５と定着ベルト１７のニップ部Ａに再び戻ってくる。

この時、溶融状態の残トナー１４は中間転写ベルト５の表面と接触・押圧されるので、図４に関連して説明したように、中間転写ベルト５上にも溶融された状態で残トナー１４が再転写してしまう（３次転写）。
中間転写ベルト５上には未転写のトナーを清掃するためのブラシローラ２１及びクリーニングブレード２２を備えている。しかし、粉体のトナー像３を掻き取るのには効果があるものの、溶融状態で中間転写ベルト５表面に貼り付いているフィルム状の残トナー１４を剥離させるのは容易ではない。
そこで、これらを効率よく解決するために、本発明では中間転写ベルト５に大きな曲率を作り出す中間転写ベルト５を支持する他のローラより小径の残トナー除去ローラを使用する構成を提案する。この残トナー除去ローラ２３は外径φ１０ｍｍの中間転写ベルト５の回転に合わせて連れ回りをする中間転写ベルト５との当接ローラである。
残トナー除去ローラ２３は中間転写ベルト５の表面を必要以上に傷めないためにも、金属製の芯金表面に発泡ゴム材料を加硫成型したゴムローラであることが望ましい。残トナー除去ローラ２３及びバックアップローラ２４の表層に発泡ゴムを使用することにより、中間転写ベルト５の表面を傷めることなくテンションを掛けることが可能になり、中間転写ベルト５の耐久性が向上できる。

そしてこの残トナー除去ローラ２３を軸として中間転写ベルト５の裏面から弾性手段であるばね２７（図２）によってテンションを加えられた残トナー除去ローラ２３と同素材よりなるバックアップローラ２４が、図１のように中間転写ベルト５をＳ字に張架するような位置関係を形成する。
バックアップローラ２４もまた中間転写ベルト５に連れ回る回転体である。この残トナー除去ローラ２３とバックアップローラ２４の組み合わせの構成よりも中間転写ベルト５の回転方向（矢印ｆ）に対して上流にかつ斥力転写ローラ８よりも下流側の位置に、中間転写ベルト５表面に対して送風することが可能な冷却装置２５を設置しておく。
残トナー１４が図５に示したニップ部Ａにおいて定着ベルト１７の表面側から再転写されてきた際に、残トナー１４は冷却装置２５からの送風を受け、常温以下にまで冷やされる。残トナー１４は溶融状態にある時にフィルム状になっているため、冷却により固化された状態でもフィルム状の形態を維持している。

冷却装置２５を残トナー除去ローラ２３の位置に対して上流側に配置させることにより、溶融状態途中にあるフィルム状の残トナー１４を硬化させ、曲率分離をさせ易くすることにより、効率よくこの残トナー１４を回収することができる。
残トナー１４はそのまま残トナー除去ローラ２３とバックアップローラ２４の形成するＳ字に張架された位置に到来する。しかし、Ｓ字のかたどる各円弧部は駆動ローラ６やテンションローラ７によりかたどられた円弧部と比べ曲率が大きい。
また、中間転写ベルト５は残トナー除去ローラ２３によって内曲げされた後、直ぐにバックアップローラ２４によって外曲げをされる軌跡を作るため、中間転写ベルト５上に貼り付いた残トナー１４はせん断方向に負荷を掛けられ、バックアップローラ２４のテンションにより形成された外曲げ部に差し掛かった時に、図２のように剥離していく。
このＳ字張架部には、図２のように、クリーニングブレード２６と図示してない残トナー１４の回収部を設けることで、剥離した残トナー１４をより効率的に中間転写ベルト５から分離し回収していくことが可能となる。
このように、残トナー除去ローラ２３の下流側にクリーニングブレード２６を当接させることにより、中間転写ベルト５上から曲率分離されたフィルム状の残トナー１４を効率よく回収することができる。

本発明による転写定着装置は、感光体２上に形成された粉体トナー像３が転写される中間転写ベルト５、及びこの中間転写ベルト５上より粉体トナー像３がさらに転写され、トナー画像１３を記録紙Ｐに転写及び定着させる機能を持った定着ベルト１７などで構成される。
残トナー１４による中間転写ベルト５表面の汚れを、残トナー除去ローラ２３とバックアップローラ２４による大きな曲率で急速に中間転写ベルト５上から分離させるように構成している。
このような構成にすることによって、中間転写ベルト５の表面に必要以上の負荷を掛けずに残トナー１４の剥離ができ、また、剥離を行なう直前に冷却装置２５を備えることにより、フィルム状になっている残トナー１４を冷却固化することになるのでより効果的に剥離を促すことができる。
なお、特許文献４の転写技術では、溶融状態となった残トナーそのものを除去することはできないので、常に中間転写ベルト５表面を良好な状態に維持することについては本発明の構成が最適である。

図３は画像ランクと残トナー除去ローラ及びバックアップローラの外径の関係をグラフで示す図である。上述したように、残トナー除去ローラ２３、及びバックアップローラ２４の外径をφ１０ｍｍとした根拠は、図３の検証結果に基づいている。
残トナー除去ローラ２３、及びバックアップローラ２４の外径φを１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍとし、中間転写ベルト５の素材にポリイミドを用いて本発明の効果を比較するために図示してないレーザープリンタからパターン画像を出力し、トナーのクリーニング不良の効果を確認した。
この結果によれば、残トナー除去ローラ２３、及びバックアップローラ２４の外径はφ１０ｍｍからφ２０ｍｍ以下までが、レーザープリンタの画像品質を定めている画像品質ランクで、良好と定義付けている５段階中のランク４とランク５に到達することが確認された。

一般的な転写定着装置に本発明の構成を組み込んだ画像形成装置の実施の形態を示す概略図である。 本発明による構成を拡大して示す概略図である。 画像ランクと残トナー除去ローラ及びバックアップローラの外径の関係をグラフで示す図である。 従来の転写定着装置の具体例を含む画像形成装置を示す概略図である。 図４の中間転写ベルトと定着ベルトの間のニップ部を示す概略図である。

符号の説明

１ 画像形成装置、２ 感光体（像担持体）、３ 粉体トナー像、５ 中間転写ベルト（無端ベルト状の移動回転体）、１２ 溶融トナー像、１３ 転写紙上のトナー画像、１４ 残トナー、１６ 定着ローラ、１７ 定着ベルト、１８ 加圧ローラ、１９ ブラシローラ、２０ 熱源（ＩＨヒータ）、２１ ブラシローラ（中間転写）、２２ クリーニングブレード、２３ 残トナー除去ローラ、２４ バックアップローラ、２５ 冷却装置、２６ クリーニングブレード（曲率分離）、２７ スプリング、２８ 現像ローラ、Ｐ 転写紙

Claims (7)

1. 感光体上に現像されたトナー像を転写されて保持する中間転写ベルトと、該中間転写ベルトから転写されて熱源によって溶融した前記トナー像を、対向する加圧ローラとのニップ圧により記録紙上に転写、定着させる定着ベルトと、該定着ベルトから前記中間転写ベルトに再転写された残トナーを冷却固化する冷却装置と、を有する転写定着装置において、
   前記中間転写ベルトの表面及び裏面にそれぞれ当接して固化された前記残トナーを曲率分離させる、残トナー除去ローラ及びバックアップローラを備えることを特徴とする転写定着装置。
2. 前記残トナー除去ローラの外径をφ１０ｍｍ〜φ１５ｍｍとすることを特徴とする請求項１記載の転写定着装置。
3. 前記バックアップローラは、φ１０ｍｍ〜φ１５ｍｍの外径を有し、前記残トナー除去ローラに対して前記中間転写ベルトの裏面となる対向側に回転可能に配置され、かつ前記中間転写ベルトの外周面側に向けて張架されていることを特徴とする請求項１記載の転写定着装置。
4. 前記残トナー除去ローラ及び前記バックアップローラは金属の芯金及び該芯金上に成型した発泡ゴム材料から構成されていることを特徴とする請求項３記載の転写定着装置。
5. 前記中間転写ベルトを挟んで該中間転写ベルトの前記バックアップローラとの対向側に、クリーニングブレードを当接させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の転写定着装置。
6. 前記冷却装置は、前記中間転写ベルトの走行方向から見て前記残トナー除去ローラの上流側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の転写定着装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項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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