以下、第1の実施の形態の画像形成装置について、図1〜図9を参照して詳細に説明する。
図1に示す画像形成装置1は、給紙部例えば給紙トレイ2と、トナー画像を印刷対象物Sに形成する転写部3と、トナー画像を印刷対象物Sに熱定着する定着部4と、冷却ファン5と、排紙部例えば排紙トレイ6と、蓄熱部7と、第1搬送ラインL1、第2搬送ラインL2、第3搬送ラインL3、及び戻り搬送ラインL4等を備えている。更に、画像形成装置1は、その筐体の上面等に配置される操作部1aを備えており、この操作部1aを用いてオペレータが入力操作をすることによって所望とする印刷等の運転が行なわれる。
印刷対象物例えばシート状の印刷対象物Sは給紙トレイ2に収容される。
転写部3は、転写ベルト11と、少なくとも一個例えば複数のトナーボックス12a〜12cと、トナーボックス12a〜12cと同数の画像形成部13a〜13cと、画像形成部13a〜13cと同数の一次転写ローラ14a〜14cと、二次転写ローラ15と、二次転写対向ローラ16と、トナークリーナ17と、クリーナ対向ローラ18を備えている。
転写ベルト11は、熱伝導性が良い可撓性の材料例えばポリイミド製のフィルムを用いて、無端でかつ環状に形成されている。転写ベルト11は、二次転写対向ローラ16とクリーナ対向ローラ18とにわたって巻き掛けられている。この転写ベルト11は、図1において例えば反時計回りに回転され、画像形成部13a〜13cにより形成されたトナー画像を搬送する。
トナーボックス12a〜12cは例えばカラー印刷をするために用意されている。これらトナーボックス12a〜12cには、イエロー、黒、マゼンダ等のカラー印刷のためにトナーが収容される。トナーボックス12a〜12c内のトナーは画像形成部13a〜13cに供給される。なお、モノクロ印刷をする専用機として画像形成装置1を構成する場合、黒のトナーを収容するトナーボックスのみが用いられる。
画像形成部13a〜13cは図示しない感光ドラム及び現像器等を含んでいる。これら画像形成部13a〜13cは、その感光ドラムの周面に形成された静電潜像を、これにトナーを放出する現像器により顕像化して、トナー画像を形成する。
一次転写ローラ14a〜14cは、画像形成部13a〜13cとの間に転写ベルト11を挟んで配置されている。そのため、転写ベルト11は、一次転写ローラ14a〜14c、二次転写対向ローラ16、クリーナ対向ローラ18に接して回転される。一次転写ローラ14a〜14cによって、感光ドラムの周面に顕像化されたトナー画像が、転写ベルト11の表面に転写(一次転写)される。
画像形成部13a〜13c及び一次転写ローラ14a〜14cよりなる一次転写部を基準に転写ベルト11の下流側の位置に、二次転写ローラ15と二次転写対向ローラ16とよりなる二次転写部が配置されている。二次転写ローラ15は、転写ベルト11の表面に接している。二次転写対向ローラ16は、二次転写ローラ15とローラ対をなしていて、この二次転写ローラ15との間に転写ベルト11を挟んで二次転写ローラ15に対向するように転写ベルト11の裏面に接して配置されている。二次転写ローラ15によって、二次転写ローラ15と二次転写対向ローラ16間を通過する印刷対象物Sに、転写ベルト11上に形成されたトナー画像が転写される。
トナークリーナ17及びクリーナ対向ローラ18はローラ対をなして、画像形成部13a〜13c及び一次転写ローラ14a〜14cを基準に転写ベルト11の上流側に配置されている。トナークリーナ17は転写ベルト11の表面に接しており、このトナークリーナ17によって、転写ベルト11の表面に残留したトナーが掻き取られて除去される。クリーナ対向ローラ18は、転写ベルト11の裏面に接してトナークリーナ17と対向するように配置されている。
定着部4は、転写部3での二次転写により印刷対象物Sに形成されたトナー画像を印刷対象物Sに熱定着させるものであって、ローラ対をなす定着ローラ21と定着対向ローラ22とを備えている。これら定着ローラ21と定着対向ローラ22は互に接して配置されている。定着ローラ21は電力の投入により発熱する加熱手段21aを含んでいる。加熱手段21aは、例えば定着ローラ21の中央部に内蔵されたハロゲンランプ又は電磁誘導により加熱をするIHヒータ等で形成される。
各搬送ラインは、いずれも印刷対象物(これには、片面に印刷が施された印刷対象物である印刷物も含まれている。)を挟んで搬送する複数のローラ対やベルト対等によって形成されている。
第1搬送ラインL1は、給紙トレイ2から転写部3の二次転写部(これは、二次転写ローラ15と二次転写対向ローラ16とがなすローラ対により形成される。)にわたって設けられている。この第1搬送ラインL1によって、給紙トレイ2内の印刷対象物Sが二次転写部に搬送される。第2搬送ラインL2は、二次転写部から定着部4にわたって設けられている。この第2搬送ラインL2によって、二次転写部を通過した印刷対象物Sが定着部4に搬送される。第3搬送ラインL3は、定着部4から排紙トレイ6にわたって設けられている。この第3搬送ラインL3によって、定着部4を通過した印刷対象物が排紙トレイ6に搬送される。
戻り搬送ラインL4は、定着部4を通過した印刷対象物Sを転写部3の二次転写部に戻すために設けられている。具体的には、互に連続した複数のライン部例えば第1ライン部L4a〜第3ライン部L4cにより戻り搬送ラインL4が形成されている。
第1ライン部L4aは、戻り搬送ラインL4の最上流側部位を形成し、定着部4に近い位置で第3搬送ラインL3から分岐されている。第3ライン部L4cは、戻り搬送ラインL4の最下流側部位を形成し、第1搬送ラインL1の搬送終端部に合流されている。第2ライン部L4bは、戻り搬送ラインL4の中間部位を形成して、第1ライン部L4aと第3ライン部L4cとを連続して設けられている。
戻り搬送ラインL4への印刷対象物Sの搬入は以下のように行なわれる。即ち、定着部4を通過して高温となった印刷対象物Sが、第3搬送ラインL3と第1ライン部L4aとの分岐部を通った後、この分岐部の近傍に設置された搬送ローラ対8aに挟持された状態で、搬送ローラ対8aの正回転が一旦停止される。それにより、分岐部と定着部4とにわたる第3搬送ラインL3の上流端側部位から印刷対象物Sが外れるとともに、この印刷対象物Sの後端が第1ライン部L4aに指向された状態となる。搬送ローラ対8aは第3搬送ラインL3を形成するローラ対の一つであって、正逆回転が可能である。次に、搬送ローラ対8aが逆回転される。それにより、搬送ローラ対8aから戻り搬送ラインL4の第1ライン部L4aに印刷対象物Sが搬入される。これ以降は、戻り搬送ラインL4によって印刷対象物Sが二次転写部に搬送される。
冷却ファン5は、戻り搬送ラインL4の例えば第2ライン部L4bに対向して配置されている。冷却ファン5は電動式である。その駆動によって戻り搬送ラインL4を搬送される印刷対象物が空冷される。冷却ファン5は、印刷動作時に駆動されるが、少なくとも戻り搬送ラインL4に印刷対象物Sが搬送される場合に限って駆動することが節電上好ましい。なお、冷却ファン5は省略することも可能である。
蓄熱部7は、転写部3において転写ベルト11が巻き掛けられた二次転写対向ローラ16とクリーナ対向ローラ18との間に転写ベルト11に接して配置されている。なお、蓄熱部7は、二次転写対向ローラ16とは別に設けることも可能である。この場合、転写ベルト11の裏面ではなく表面に接して配置することができる。しかし、転写ベルト11の裏側(内側)スペースに蓄熱部7を配置する構成は、転写ベルト11の表側(外側)に蓄熱部7を配設するためのスペースを格別に要しない点で好ましい。特に、転写ベルト11が巻き付く二次転写対向ローラ16等のローラを蓄熱部7が兼ねる構成は、スペースファクターがより良い点で更に好ましい。
第1実施形態において蓄熱部7は二次転写対向ローラ16を兼ねている。図2〜図7は、蓄熱部7が二次転写対向ローラ16を兼ねた構成例を三通り示しており、そのうちの一つを蓄熱部7として使用可能である。
即ち、図2及び図3に示した蓄熱部7は、二次転写対向ローラ16とこのローラの内部に収容された蓄熱材25とで形成されている。
二次転写対向ローラ16は、ローラ胴26と、端板27と、中心軸28とで形成されている。ローラ胴26は、熱伝導性が良い材料例えば金属具体的には薄肉のステンレス製の円筒からなる。端板27はローラ胴26の両端を密閉している。中心軸28は、ローラ胴26の軸方向に沿って延びていて左右の端板27を液密に貫通している。
蓄熱材25は二次転写対向ローラ16の内部に充填して収容されている。蓄熱材25は、融点にて液体から個体に変化する際に放熱するとともに、固体から液体に変化する際に吸熱する性質を有した相変化材料からなる。
この蓄熱材25の相変化温度(つまり、融点Tm)は、定着部4から排出される印刷対象物Sの温度Tc以下で、かつ、給紙トレイ2内の印刷対象物Sの温度Tinより高い温度に設定される。この場合、相変化温度の上限はトナー画像を形成したトナーの溶融温度を下回っていることが好ましく、そのために、相変化温度が35℃〜80℃の範囲にある相変化材料が用いられる。このような相変化材料として、酢酸ナトリウム水和物、ノルマルパラフィン等を挙げることができる。
図4及び図5に示した蓄熱部7Aも、二次転写対向ローラ16とこのローラの内部に収容された蓄熱材25Aとで形成されている。二次転写対向ローラ16の構成は図2及び図3に示したものと同じである。蓄熱材25Aは、酢酸ナトリウム水和物やノルマルパラフィン等の相変化材料を封じたカプセルの状態で、二次転写対向ローラ16の内部に充填されている。
このように相変化材料がカプセルの状態となっている蓄熱部7Aによれば、カプセル自体が密封構造であることにより、二次転写対向ローラ16のシール性が高度でなくても、相変化材料が二次転写対向ローラ16の外に漏れる虞がない。これとともに、蓄熱材25Aを二次転写対向ローラ16内へ容易に充填できる点で好ましい。
図6及び図7に示した蓄熱部7Bも、二次転写対向ローラ16とこのローラの内部に収容された蓄熱材25Bとで形成されている。二次転写対向ローラ16の構成は図2及び図3に示したものと同じである。蓄熱材25Bは、酢酸ナトリウム水和物やノルマルパラフィン等の相変化材料が充填された多孔質体で形成されていて、二次転写対向ローラ16の内部に充填されている。多孔質体には相変化材料よりも熱伝導率が高い部材例えば金属メッシュなどを用いることができる。
このような構成の蓄熱材25Bによれば、多孔質材により、蓄熱材25Bと二次転写対向ローラ16のローラ胴26との間の熱伝導性が向上される。このため、二次転写部を通過する印刷対象物Sの熱を、より短時間に吸収することが可能である点で好ましい。
なお、蓄熱部7(又は7A若しくは7B)は、二次転写対向ローラ16に代えて、二次転写ローラ15を兼ねて設けることも可能である。
次に、画像形成装置1の運転方法を説明する。
まず、使用者が操作部1aを操作することにより画像形成装置1の図示しない制御部が印刷開始指令を受取る。これに従い、制御部はウォークアップ動作を実行する。この動作により、定着ローラ21の加熱手段21aに電力が投入され、定着ローラ21及びこれに接した定着対向ローラ22が予め定められた温度、言い換えれば、トナーを定着するに適した温度(例えば略150℃)にまで加熱される。
こうして定着部4が適温まで上昇してから、制御部は転写部3を駆動させて印刷動作を開始させる。これにより、転写部3の転写ベルト11が図1において反時計回りに回転され、その表面上にトナー画像が形成され、この画像は転写ベルト11の回転に伴って二次転写部へと搬送される。制御部は給紙トレイ2が有した給紙機構を動作させ、給紙トレイ2から印刷対象物Sを第1搬送ラインL1に送り込んで、第1搬送ラインL1により印刷対象物Sを転写部3の二次転写部に搬送する。
それによって、トナー画像が二次搬送部に到達するタイミングに合わせて印刷対象物Sが二次転写部に到達する。このため、二次転写部を形成する二次転写ローラ15と二次転写対向ローラ16によって、印刷対象物Sの片面(転写ベルト11に接する面)に、転写ベルト11上のトナー画像が転写される。
この後、二次転写部を通過した印刷対象物S(これを後続の印刷対象物と区別する必要がある場合、第1の印刷対象物又は先行の印刷対象物と称する。)は、第2搬送ラインL2によって転写部3に搬送される。このため、印刷対象物Sとこれに転写されたトナー画像のトナーが、定着ローラ21で加熱されて、トナー画像が印刷対象物Sに定着される。
操作部1aの操作により画像形成装置1の印刷モードが両面印刷に設定されている場合、定着部4を通過して高温となった印刷対象物Sは、第3搬送ラインL3の搬送ローラ対8aの正回転及びこれに続く逆回転により、第3搬送ラインL3から分岐された戻り搬送ラインL4に搬入されて、この戻り搬送ラインL4によって搬送される。これにより、片面印刷された印刷対象物Sが第1搬送ラインL1の終端部を経由して再び転写部3の二次転写部に戻される。この場合の搬送により印刷対象物Sは、表裏が反転されるので、印刷がされていない裏面が転写ベルト11に接するように二次転写部に戻される。
こうして印刷対象物Sが二次転写部に向けて戻り搬送ラインL4で搬送される(戻される)場合、制御部は冷却ファン5を駆動する。これにより、戻り搬送ラインL4で搬送される印刷対象物Sは、その搬送の途中で冷却ファン5によって冷却される。この場合、トナーが溶ける温度にできるだけ近い比較的高い温度を印刷対象物Sが保持するように冷却することが好ましく、トナーが溶ける温度を大幅に下回るように印刷対象物Sの温度を下げるように冷却ファン5で冷却する必要はない。
片面印刷された印刷対象物Sが二次転写部に戻されるのにタイミングを合わせて、転写部3で形成されたトナー画像が転写ベルト11を介して二次転写部に搬送されるので、このトナー画像が、片面印刷された印刷対象物の裏面に転写される。この後、二次転写部を通過した印刷対象物Sが第2搬送ラインL2を経由して再び定着部4に搬送されるので、印刷対象物Sの裏面に転写されているトナー画像の熱定着が行なわれる。こうして両面印刷がされた印刷物は、定着部4を通った後、第3搬送ラインL3を経由して排紙トレイ6に搬出される。
以上のように両面印刷される印刷対象物Sは、給紙トレイ2→第1搬送ラインL1→転写部3の二次転写部→第2搬送ラインL2→定着部4→戻り搬送ラインL4→二次転写部→第2搬送ラインL2→定着部4→第3搬送ラインL3→排紙トレイ6の搬送経路を通って搬送される。
こうした先行の印刷対象物Sに引き続いて2枚目以降の印刷対象物が両面印刷される場合、この後続の印刷対象物Sも、先行の印刷対象物Sと同じ搬送経路を通って両面印刷される。なお、2枚目の印刷対象物を前記先行の印刷対象物と区別する場合、第2の印刷対象物又は後続の印刷対象物と称する。又、本明細書において、先行の印刷対象物と後続の印刷対象物とは相対的な関係を示すものであるので、先行の印刷対象物は、複数枚の連続印刷をする場合の最先の一番目の印刷対象物に限定されるものではない。
また、操作部1aの操作により画像形成装置1の印刷モードが片面印刷に設定されている場合、ウォークアップ動作と、先行の印刷対象物Sの片面に対するトナー画像の転写と、定着部4によるトナー画像の定着は、両面印刷の場合と同じである。
これとともに、定着部4を通過した高温の印刷対象物Sは、第3搬送ラインL3の搬送ローラ対8aの正回転及びこれに続く逆回転により、第3搬送ラインL3から分岐された戻り搬送ラインL4に搬入されて、この戻り搬送ラインL4によって搬送される。これにより、片面印刷された印刷対象物Sが第1搬送ラインL1の終端部を経由して再び転写部3の二次転写部に戻される。この場合、片面印刷の印刷モードが指定されているので、片面印刷された印刷対象物Sの裏面が転写ベルト11に接しても、この裏面にトナー画像が転写されることはない。
こうして片面印刷された印刷対象物Sが二次転写部に向けて戻り搬送ラインL4で搬送される(戻される)場合、制御部は冷却ファン5を駆動する。これにより、戻り搬送ラインL4で搬送される印刷対象物Sは、その搬送の途中で冷却ファン5によって冷却される。この場合、トナーが溶ける温度にできるだけ近い比較的高い温度を印刷対象物Sが保持するように冷却することが好ましく、トナーが溶ける温度を大幅に下回るように印刷対象物Sの温度を下げるように冷却ファン5で冷却する必要はない。
二次転写部を通過した印刷対象物Sは、第2搬送ラインL2を経由して定着部4に搬送され、この定着部4を通った後、第3搬送ラインL3を経由して排紙トレイ6に搬出される。
以上のように片面印刷される印刷対象物Sは、両面印刷の場合と同様に、給紙トレイ2→第1搬送ラインL1→転写部3の二次転写部→第2搬送ラインL2→定着部4→戻り搬送ラインL4→二次転写部→第2搬送ラインL2→定着部4→第3搬送ラインL3→排紙トレイ6の搬送経路を通って搬送施される。
こうした先行の印刷対象物Sに引き続いて2枚目以降の印刷対象物(これを第2の印刷対象物又は後続の印刷対象物と称する。)を片面印刷する場合、この後続の印刷対象物Sも、先行の印刷対象物Sと同じ搬送経路を通って片面印刷される。
なお、片面印刷の印刷対象物Sが複数枚ではなく1枚だけである場合、この印刷対象物は、戻り搬送ラインL4を経由することなく搬送される。つまり、給紙トレイ2→第1搬送ラインL1→転写部3の二次転写部→第2搬送ラインL2→定着部4→第3搬送ラインL3→排紙トレイ6の搬送経路を通って搬送される。
以上説明したように複数枚の両面印刷又は片面印刷をする場合、先行の印刷対象物Sは定着部4を通過して高温となった状態で戻り搬送ラインL4により二次転写部に戻され、再び、この二次転写部及び定着部4を順次通って排紙トレイ6に排出される。こうした先行の印刷対象物Sの搬送に伴い、転写部3の二次転写部は比較的高温の印刷対象物Sで加熱される。
二次転写部が有する二次転写対向ローラ16は、この内部に充填された蓄熱材25(又は25A或いは25B)とともに蓄熱部7(又は7A或いは7B)を構成していて、この蓄熱部の熱容量は転写ベルト11の熱容量より大きい。このため、二次転写対向ローラ16に先行の印刷対象物Sの熱の一部が吸収される。つまり、先行の印刷対象物Sに放出された定着部4の熱を蓄熱部7が吸収する。
この状態で、給紙トレイ2内で低い温度に保持されている後続の印刷対象物Sが、第1搬送ラインL1を通って転写部3の二次転写部に供給され、トナー画像を転写されつつ二次転写部を通過する。これに伴い、蓄熱部7の熱が転写ベルト11を介してこのベルトに接した後続の印刷対象物Sに放出される。こうした温度が上がった状態の後続の印刷対象物Sが定着部4に供給される。
これにより、定着部4に後続の印刷対象物S及びこれに転写されたトナー画像を定着する温度にまで上げるのに必要な熱負荷が軽減される。それに伴って、加熱手段21aの消費電力を低減することができる。
更に、戻り搬送ラインL4で搬送中の印刷対象物Sを冷却する冷却ファン5の冷却能力を低くすると、二次転写部に戻される印刷対象物Sの温度は比較的高く保持されるが、その温度の一部が蓄熱部7に吸収される。こうした熱吸収に拘わらず、蓄熱部7の温度はその融点に留まり、また、蓄熱部7の融点はトナーが溶ける温度よりも低く設定されている。
このため、二次転写部に戻される印刷対象物Sの温度が比較的高くても、その温度が、そのままで転写部3の転写ベルト11に波及し、トナーが溶ける温度にまで転写ベルト11の温度が上げることがない。したがって、転写部3のトナーボックス12a〜12c、画像形成部13a〜13c、及び転写ベルト11上等で、トナーが溶ける虞をなくすことが可能である。これとともに、既述のような冷却ファン5の能力低減に伴い、この冷却ファン5を駆動するための消費電力を低減することができる。
以上のように冷却ファン5の消費電力を下げても、転写部3でトナーが溶けないようにできる。
又、印刷枚数が増えた場合、蓄熱材25(又は25A若しくは25B)の融点近傍で、二次転写対向ローラ16の温度は安定する。このため、転写品質を安定させることが可能である。
図8は、画像形成装置1で複数枚の連続印刷をした場合、転写ベルト11と、第2搬送ラインL2を通る先行(第1)の印刷対象物と、定着部4を出て戻り搬送ラインL4の第3ライン部L4cを通る先行(第1)の印刷対象物と、第2搬送ラインL2を通る後続(第2)の印刷対象物の温度変化を示したグラフである。
この場合の条件は次の通りである。印刷対象物には厚みが100μmでA4サイズの用紙を用いた。この印刷対象物の搬送経路は既述の両面印刷で説明した通りであり、印刷対象物の搬送速度は、毎分20枚とし、印刷対象物が二次転写ローラ15と二次転写対向ローラ16との間に搬入される搬送過程で、印刷対象物の温度を把握した。画像形成装置1の運転モードは連続両面印刷モードとし、第1搬送ラインL1での印刷対象物は30℃の温度で搬送され、定着部4で加熱されて戻り搬送ラインL4で二次転写部に戻される印刷対象物は80℃の温度で搬送される条件とした。これとともに、印刷開始時の転写ベルト11の温度は30℃とし、蓄熱材25には潜熱が250J/gで融点が50℃のノルマルパラフィンを用いた。更に、印刷対象物、転写ベルト11、二次転写対向ローラ16、定着ローラ21の各内部での温度分布はない(均一)ものとするとともに、第1搬送ラインL1〜第3搬送ラインL3及び戻り搬送ラインL4内での温度低下はないものとした。
図9は図8に対する比較例であり、蓄熱部7がない構成の画像形成装置において、図8と同じ条件で、転写ベルト11と、第2搬送ラインL2を通る先行(第1)の印刷対象物と、定着部4を出て戻り搬送ラインL4の第3ライン部L4cを通る先行(第1)の印刷対象物と、第2搬送ラインL2を通る後続(第2)の印刷対象物の温度変化を示したグラフである。
図8と図9の比較から、定着部4を通過して戻り搬送ラインL4を搬送される先行の印刷対象物の温度は同じであるが、蓄熱部7を有した画像形成装置は、蓄熱部がない比較例の画像形成装置と比較して、転写ベルト11の温度を最高で略50℃(蓄熱材の融点と略同じ)に抑制できることが確かめられた。これとともに、第2搬送ラインL2を最初に通る後続の印刷対象物の温度を30℃より高く温度(40度弱)に高められることが確かめられた。更に、蓄熱部7を有した画像形成装置では、第2搬送ラインL2を二度目に通る先行の印刷対象物の温度が、転写ベルト11より高い温度で、かつ、転写ベルト11と同様の温度変化を示すことが確かめられた。
これと比較して、蓄熱部がない比較例の画像形成装置では、転写ベルト11、及び第2搬送ラインL2を二度目に通る先行の印刷対象物の温度が、印刷枚数が増えるに従い漸増して定着部を通過した印刷対象物の温度(80℃)に近くなるとともに、第2搬送ラインL2を最初に通る後続の印刷対象物の温度も、印刷枚数が増えるに従い漸増することが確かめられた。
図10は第2の実施の形態を示している。この第2実施形態は以下説明する構成が第1実施形態とは相違しており、それ以外の構成は第1実施形態と同じであるため、第1実施形態と同一ないしは同様の機能を奏する構成については、第1実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。
第2実施形態は蓄熱部の配置が第1実施形態とは異なる。即ち、蓄熱部7(又は7A或いは7B)は、転写ベルト11が巻き付くクリーナ対向ローラ18とこのローラの内部に充填して収容された蓄熱材25(又は25A若しくは25B)とで形成され、クリーナ対向ローラ18を兼ねている。なお、クリーナ対向ローラ18の具体的な構成は第1実施形態で説明した二次転写対向ローラ16の構成と同じである。
第2実施形態で以上説明した以外の画像形成装置1の構成は、図示されない構成を含めて第1実施形態と同じである。更に、第2実施形態では、戻り搬送ラインL4を通った先行の印刷対象物Sの熱が、転写ベルト11の回転により輸送され蓄熱部7の蓄熱材25に吸収されるとともに、この蓄熱材25に溜められた熱が、転写ベルト11の回転により輸送されて、給紙トレイ2から供給されて転写部3の二次転写部を通る後続の印刷対象物Sに放出される。この点以外の第2実施形態の画像形成装置1の作用は第1実施形態と同様である。したがって、この第2実施形態においても、定着部4でのトナー画像の熱定着に必要な消費電力を低減可能な画像形成装置1を提供できる。
更に、転写ベルト11はクリーナ対向ローラ18の略半周にわたり巻き付いている。これにより、転写ベルト11と蓄熱部7との熱の受け渡し面積が広く確保される。そのため戻り搬送ラインL4を通った印刷対象物Sの熱を、短時間で効率よく蓄熱部7に吸収させることが可能である。
図11及び図12は第3の実施の形態を示している。この第3実施形態は以下説明する構成が第1実施形態とは相違しており、それ以外の構成は第1実施形態と同じであるため、第1実施形態と同一ないしは同様の機能を奏する構成については、第1実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。
第3実施形態は蓄熱部の構成及び配置が第1実施形態とは異なる。即ち、蓄熱部7Aは、転写ベルト11と、この転写ベルト11の表面と平行な裏面(内面)に全体にわたり装着され積層されたベルト材25Cとで形成されている。ベルト材25Cは、多孔質材を基材とし、かつ、この基材に図12に示すように相変化材料を封じたマイクロカプセルからなる蓄熱材25Aが含浸されている。このベルト材25Cは、転写ベルト11と同程度に薄くかつ自在に撓むことが可能である。転写ベルト11は、ベルト材25Cを二次転写対向ローラ16とクリーナ対向ローラ18に接触させた状態で、これら二次転写対向ローラ16とクリーナ対向ローラ18にわたって巻き掛けられている。
第3実施形態で以上説明した以外の画像形成装置1の構成は、図示されない構成を含めて第1実施形態と同じである。更に、第3実施形態では、戻り搬送ラインL4を通った先行の印刷対象物Sの熱が、転写ベルト11を通して直接的に蓄熱部7Aの蓄熱材25Aに吸収されるとともに、この蓄熱材25Aに蓄えられた熱が、転写ベルト11を通して直接的に、給紙トレイ2から供給されて転写部3の二次転写部を通る後続の印刷対象物Sに放出される。この点以外の第3実施形態の画像形成装置1の作用は第1実施形態と同様である。したがって、この第3実施形態においても、定着部4でのトナー画像の熱定着に必要な消費電力を低減可能な画像形成装置1を提供できる。
しかも、既述のように二次転写部に戻された印印刷対象物の熱を、転写ベルト11を通してこのベルトに接した蓄熱部7Aに直接的に回収できるので、回収効率が高い。これとともに、同様の理由により、蓄熱部7Aに蓄えられた熱が、直接的に、給紙トレイ2から供給されて二次転写部を通る後続の印刷対象物Sに放出されるので、放熱効率が高いという利点がある。
図13〜図17は第4の実施の形態を示している。この第4実施形態は以下説明する構成が第1実施形態とは相違しており、それ以外の構成は第1実施形態と同じであるため、第1実施形態と同一ないしは同様の機能を奏する構成については、第1実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。
第4実施形態は蓄熱部の構成及び配置が第1実施形態とは異なる。即ち、第4実施形態において、蓄熱部7Cは、図13に示すように定着部4と転写部3の二次転写部との間に配置されている。図14〜図16に示すように蓄熱部7Cは、蓄熱ローラ31と、駆動機構32と、蓄熱対向ローラ33を備えている。
蓄熱ローラ31はその内部に蓄熱材25(又な25A若しくは25B)が充填された構成であり、その具体的な構成は、図2及び図3に示した蓄熱部7、又は図4及び図5に示した蓄熱部7A、若しくは図5及び図6に示した蓄熱部7Bと同じである。
駆動機構32は、蓄熱ローラ31を吸熱位置と放熱位置と格納位置とにわたって移動させるためのアクチュエータである。駆動機構32はその動作モードとして、定着部熱回収モードと、印刷対象物放熱モードと、格納モードを有している。
定着部熱回収モードで蓄熱ローラ31が蓄熱対向ローラ33から離れて吸熱位置に配置された状態は図14に示されている。吸熱位置に配置された蓄熱ローラ31は、そのローラ胴を定着ローラ21に接触して、定着ローラ21の熱を吸収することが可能である。印刷対象物加熱モードで蓄熱ローラ31が定着ローラ21から離されて放熱位置に配置された状態は図15に示されている。放熱位置に配置された蓄熱ローラ31は、蓄えた熱を第2搬送ラインL2で定着部4に向けて搬送される印刷対象物Sに放出可能である。格納位置は吸熱位置と放熱位置との間に設定されている。格納位置に蓄熱ローラ31が格納モードで配置された状態は図16に示されている。この状態で、蓄熱ローラ31は、定着ローラ21及び蓄熱対向ローラ33から離れている。なお、図14〜図16中符号34は蓄熱ローラ31の移動を案内するガイドを示している。
蓄熱対向ローラ33は、第2搬送ラインL2を境として蓄熱ローラ31とは反対側に配置されている。この蓄熱対向ローラ33には放熱位置に配置された蓄熱ローラ31が接触可能である。第2搬送ラインL2を移動する印刷対象物Sは、蓄熱ローラ31と蓄熱対向ローラ33で挟まれ、これらローラ間を通過して定着部4に搬送される。
第4実施形態で以上説明した以外の画像形成装置1の構成は、図示されない構成を含めて第1実施形態と同じである。
次に、図17を参照して画像形成装置1の運転方法を説明する。
まず、使用者が操作部1aを操作することにより画像形成装置1の図示しない制御部が印刷開始指令を受取る(ステップS01)。これに従い、制御部はウォークアップ動作を実行する(ステップS02)。この動作により、定着ローラ21の加熱手段21aに電力が投入され、定着ローラ21及びこれに接した定着対向ローラ22が予め定められた温度、言い換えれば、トナーを定着するに適した温度(例えば略150℃)にまで加熱される。
こうして定着部4が適温まで上昇してから、制御部は転写部3を駆動させて印刷動作を開始させる(ステップS03)。これにより、転写部3の転写ベルト11が図13において反時計回りに回転され、その表面上にトナー画像が形成され、この画像は転写ベルト11の回転に伴って転写部3の二次転写部へと搬送される。これとともに、制御部は給紙トレイ2が有した給紙機構を動作させる。それにより、給紙トレイ2内の印刷対象物Sが、第1搬送ラインL1に送り込まれて、第1搬送ラインL1により搬送される。
それによって、トナー画像が二次搬送部に到達するタイミングに合わせて印刷対象物Sが二次転写部に到達される。このため、二次転写部を形成する二次転写ローラ15と二次転写対向ローラ16によって、印刷対象物Sの片面(転写ベルト11に接する面)に、転写ベルト11上のトナー画像が転写される。
こうした印刷動作の開始と同時に、制御部は蓄熱部7Cの駆動機構32を印刷対象物加熱モードで駆動する(ステップS05)。それにより、図14に示すように蓄熱ローラ31が放熱位置に配置されて蓄熱対向ローラ33に接触した状態となる。
この状態が形成された後、二次転写部を通過した印刷対象物S(これを後続の印刷対象物と区別する必要がある場合、第1の印刷対象物又は先行の印刷対象物と称する。)は、第2搬送ラインL2によって転写部3に搬送される。搬送される印刷対象物が、一枚目、つまり、先行の印刷対象物である段階では、蓄熱ローラ31は蓄熱状態にない。このため、第2搬送ラインL2によって搬送される先行の印刷対象物が、放熱位置の蓄熱ローラ31と蓄熱対向ローラ33とに接してこれらの間を通過するにも拘わらず、この先行の印刷対象物が蓄熱ローラ31によって加熱されることはない。
引き続く搬送により転写部3に至った先行の印刷対象物Sとこれに転写されたトナー画像のトナーは、定着ローラ21で加熱されて、トナー画像が印刷対象物に定着される。
操作部1aの操作により画像形成装置1の印刷モードが両面印刷に設定されている場合、定着部4を通過して高温となった印刷対象物Sは、第3搬送ラインL3の搬送ローラ対8aの正回転及びこれに続く逆回転により、第3搬送ラインL3から分岐された戻り搬送ラインL4に搬入されて、この戻り搬送ラインL4によって搬送される。これにより、片面印刷された印刷対象物Sが、第1搬送ラインL1の終端部を経由して再び二次転写部に戻される。この場合の搬送で、印刷対象物Sは反転しているので、印刷がされていない裏面が転写ベルト11に接するように二次転写部に戻される。
こうして先行の印刷対象物Sが二次転写部に向けて戻り搬送ラインL4で搬送される(戻される)場合、制御部は冷却ファン5を駆動する。これにより、戻り搬送ラインL4で搬送される印刷対象物Sは、その搬送の途中で冷却ファン5によって冷却される。そのため、トナーが溶ける温度を下回るように印刷対象物Sの温度が下げられる。
片面印刷された印刷対象物Sが二次転写部に戻されるのにタイミングを合わせて、転写部3で形成されたトナー画像が転写ベルト11を介して二次転写部に搬送されるので、このトナー画像が、片面印刷された印刷対象物の裏面に転写される。この後、二次転写部を通過した印刷対象物Sは、第2搬送ラインL2を経由して定着部4に搬送されるので、印刷対象物Sの裏面に転写されているトナー画像の熱定着が行なわれる。こうして両面印刷が終了すると、制御部は定着ローラ21の加熱を停止させる(ステップS04)。両面印刷がされた印刷物は、更に、第3搬送ラインL3を経由して排紙トレイ6に搬出される。
以上のように両面印刷される印刷対象物Sは、給紙トレイ2→第1搬送ラインL1→転写部3の二次転写部→第2搬送ラインL2及び蓄熱部7C→定着部4→戻り搬送ラインL4→二次転写部→第2搬送ラインL2及び蓄熱部7C→定着部4→第3搬送ラインL3→排紙トレイ6の搬送経路を通って両面印刷を施される。
ステップS04の印刷終了後(定着ローラ21の加熱停止後)に、制御部は駆動機構32を定着部熱回収モードで駆動する(ステップS06)。それにより、図14に示すように蓄熱ローラ31が定着ローラ21の外周に接触されるので、蓄熱ローラ31内の蓄熱材25に定着ローラ21の余熱が吸収される。
こうして定着ローラ21の熱を回収した後、制御部は駆動機構32を格納モードで駆動する(ステップS07)。それにより、蓄熱ローラ31が、図16に示すように定着ローラ21及び蓄熱対向ローラ33から離れた状態に保持される。定着部熱回収モードから格納モードに移行するタイミングは、制御部において余熱の回収時間で判断できる他、制御部において蓄熱ローラ31又は定着ローラ21の温度から判断することが可能である。
以上説明した先行の印刷対象物Sに引き続いて2枚目以降の印刷対象物(これを第2の印刷対象物又は後続の印刷対象物と称する。)を連続して印刷する印刷指令が入力された場合(ステップS01)、制御部は、ステップS02に実行させた後、印刷を開始させるステップS03において、既述のように蓄熱部7Cの駆動機構32を印刷対象物加熱モードで駆動して、蓄熱ローラ31を蓄熱対向ローラ33に接触させる。
この状態で、後続の印刷対象物Sが、先行の印刷対象物Sと同じ搬送経路を通って両面印刷される。そのため、二次転写部を通った後続の印刷対象物Sは、第2搬送ラインL2で定着部4に搬送される間に、蓄熱ローラ31と蓄熱対向ローラ33に接してこれらの間を通過する。それにより、定着ローラ21の余熱を吸収した蓄熱ローラ31の熱が後続の印刷対象物Sに放出される。
また、操作部1aの操作により画像形成装置1の印刷モードが片面印刷に設定されている場合、ウォークアップ動作と、先行の印刷対象物Sの片面に対するトナー画像の転写と、定着部4によるトナー画像の定着は、両面印刷の場合と同じである。
これとともに、定着部4を通過して高温となった印刷対象物Sは、第3搬送ラインL3の搬送ローラ対8aの正回転の維持により、戻り搬送ラインL4に搬入されることなく、第3搬送ラインL3を経由して排紙トレイ6に搬出される。
以上のように片面印刷される印刷対象物Sは、両面印刷の場合と異なり、給紙トレイ2→第1搬送ラインL1→転写部3の二次転写部→第2搬送ラインL2及び蓄熱部7C→定着部4→第3搬送ラインL3→排紙トレイ6の搬送経路を通って片面印刷を施される。
先行の印刷対象物Sに対する印刷が終了すると、制御部は定着ローラ21の加熱を停止させる。この後(、つまり、定着ローラ21の加熱停止後)に、制御部は駆動機構32を定着部熱回収モードで駆動するので、図14に示すように蓄熱ローラ31が定着ローラ21の外周に接触されて、蓄熱ローラ31内の蓄熱材25に定着ローラ21の余熱が直接的に吸収される。
こうして定着ローラ21の熱を回収した後、制御部は駆動機構32を格納モードで駆動する。それにより、蓄熱ローラ31が、図16に示すように定着ローラ21及び蓄熱対向ローラ33から離れた状態に保持される。
以上説明した先行の印刷対象物Sに引き続いて2枚目以降の印刷対象物(これを第2の印刷対象物又は後続の印刷対象物と称する。)を片面印刷する場合、この後続の印刷対象物Sも、先行の印刷対象物Sと同じ搬送経路を通って片面印刷される。
そのため、二次転写部を通った後続の印刷対象物Sは、第2搬送ラインL2で定着部4に搬送される間に、蓄熱部7Cの蓄熱ローラ31と蓄熱対向ローラ33に接してこれらの間を通過する。それにより、定着ローラ21の余熱を吸収した蓄熱ローラ31の熱が後続の印刷対象物Sに放出される。
以上説明したように複数枚の両面印刷又は片面印刷をする場合、相対的に先行の印刷対象物の印刷終了に伴って、定着ローラ21の余熱を直接的に蓄熱ローラ31内の相変化材料製の蓄熱材25(又は25A若しくは25B)で吸収し、相対的に後続の印刷対象物が定着部4に至るときに、蓄熱材25の熱が蓄熱ローラ31から後続の印刷対象物Sに放出される。これにより、後続の印刷対象物Sは、温度が上がった状態で定着部4に供給される。
このため、定着部4では、後続の印刷対象物S及びこれに転写されたトナー画像を定着する温度にまで上げるのに必要な熱負荷が軽減される。それに伴い、加熱手段21aの消費電力を低減することができる。即ち、この第4実施形態においても、定着部4でのトナー画像の熱定着に必要な消費電力を低減可能な画像形成装置1を提供できる。
又、印刷枚数が増えた場合、蓄熱材25(又は25A若しくは25B)の融点近傍で、二次転写対向ローラ16の温度が安定する。このため、転写品質を安定させることが可能である。
以上のように本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、その他様々な形態で実施されることが可能であるとともに、発明の要旨を逸脱しない限り、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形などは、発明の範囲に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。