JP4376620B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体（以下、用紙又はシートともいう）に未定着画像を定着する定着装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、印刷機等の画像形成装置に関する。

複写機やファクシミリあるいはプリンタさらには印刷機などの画像形成装置においては、記録用紙などのシート状媒体上に転写されて担持されている未定着画像を加熱定着することにより複写物や記録物を得ることができる。

定着に際しては、未定着画像を担持しているシートを挟持搬送しながら未定着画像を加熱することにより未定着画像中に含まれる現像剤、特にトナーの溶融軟化及びシートへの浸透を行わせることによりシートにトナーを定着することが行われる。

公知文献には、中間転写体を張架し駆動する駆動ローラの内部に熱源を設け、該中間転写体に加圧部材を圧接してニップを形成する方式が提案されているものがある（例えば、特許文献１参照）。かかる文献技術によれば、トナーはニップ手前で加熱され、加熱されたトナーをニップで記録媒体に定着する。この方式によれば、中間転写体から記録媒体への２次転写は静電気力ではなく定着の熱によって行われる。また、トナーの加熱時間を長く設定することができる。

一方、トナーの飛び散りおよび紙詰まりを防止するために、第１の中間転写体と、第１の中間転写体上のトナー像が転写される第２の中間転写体を有し、上記第１の中間転写体上のトナー像および上記第２の中間転写体に転写されたトナー像を加熱し、上記第１の中間転写体上のトナー像と第２の中間転写体上のトナー像を記録媒体の表裏面のそれぞれに同時に転写するものがある（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、上記特許文献１や上記特許文献２に記載の方式では、トナー加熱時間と同じだけ中間転写体も加熱され、しかも内面側から層厚み方向全体に加熱されるため、中間転写体が次に一次転写領域に入る際に像担持体も加熱され、トナーの固着などの問題が発生する。

さらに、上記特許文献２のように、像担持体へのトナーの固着を防止するために、転写定着領域下流に冷却手段を設ける必要があり、装置が大型化する。このような構成において用紙へ定着するための温度を得るためには、冷却手段等を含む中間転写体全体を加熱する必要があり、放熱や熱容量が大きいため、エネルギーのロスが大きく、立ち上げ時間がかかる。

また、中間転写体が加熱されることで、感光体にまで熱が及ぶことからこれらの寿命も短くなる。特に、この種の画像形成装置では、高画質化に影響を及ぼすトナーの転写性がトナーの形状に関与していることが知られており、高画質化の観点からトナー形状の最適化が望まれている。

特許３０３２４１４号 特開２０００−２５０２７２号

本発明の課題は、低温定着が可能でウォームアップ時間が短く、省エネルギー性に優れ、高画質、耐久性及び熱効率の観点からも良好な画像形成装置を提供することである。

また、本発明の課題は、中間転写体を用いた場合の中間転写体への加熱を防止しながら印刷効率及び画像品質を向上させることができる画像形成装置を提供することである。

さらに、本発明の課題は、中間転写体を用いた場合の中間転写体への加熱を防止しながら省スペース化及び印刷効率さらには画像品質の向上を図ることが可能な画像形成装置を提供することである。

本発明は、前記課題を達成するため以下の構成とした。
（１）． 記録材により可視像化された画像を担持する像担持体と、前記像担持体に担持された前記画像が転写される中間転写体と、回転体からなり前記中間転写体から前記画像が転写される第１の転写定着部材と、回転体からなり前記第１の転写定着部材に圧接してニップを形成し前記第１の転写定着部材から前記画像が転写される第２の転写定着部材と、前記第１の転写定着部材、前記第２の転写定着部材を加熱する加熱手段と、前記中間転写体上の画像を前記第１の転写定着部材に静電転写するための１次バイアス印加手段と、前記第１の転写定着部材上の画像を前記第２の転写定着部材に静電転写するための２次バイアス印加手段を有する画像形成装置であって、
前記中間転写体上の画像Ｔ１を前記第１の転写定着部材に転写する１次転写工程と、前記第１の転写定着部材上に転写された画像Ｔ１を前記第２の転写定着部材に転写する２次転写工程と、前記中間転写体上の別の画像Ｔ２を前記第１の転写定着部材に転写することにより、前記第１の転写定着部材に画像Ｔ２、前記第２の転写定着部材に画像Ｔ１をそれぞれ得てから、前記第１の転写定着部材上の画像Ｔ２と前記第２の転写定着部材上の画像Ｔ１を前記加熱手段で加熱し、前記ニップ部に記録媒体を通過させる転写定着工程とにより、前記記録媒体の表裏に前記画像Ｔ１と前記画像Ｔ２をそれぞれ転写、定着する場合に、前記２次転写工程では、前記第１及び前記第２の転写定着部材を加熱する加熱手段の加熱をオフし、該２次転写工程が完了した後に両加熱手段による加熱を開始することとした（請求項１）。
（２）． （１）記載の画像形成装置において、
前記中間転写体と前記第１の転写定着部材間の距離としてのギャップは、画像を形成する前記記録材の厚み以下に設定されていて、画像部では前記記録材を介した接触転写がなされ、非画像部では前記中間転写体と前記第１の転写定着部材とは前記ギャップにより非接触となることとした（請求項２）。
（３）． （１）又は（２）記載の画像形成装置において、
前記第２の転写定着部材の周長を前記記録媒体の長さと同等かそれよりも長くした（請求項３）。
（４）． （１）乃至（３）の何れかに記載の画像形成装置において、
前記第２の転写定着部材を、当該第２の転写定着部材を前記第１の定着部材に押圧する加圧ローラに懸架された無端状のベルトとした（請求項４）。
（５）． （４）記載の画像形成装置において、
前記ベルトを基材、弾性層、離型層で構成した（請求項５）。
（６）． （１）乃至（５）の何れかに記載の画像形成装置において、
前記第１の転写定着部材および前記第２の転写定着部材の表層が導電性を有するフッ素系樹脂とした（請求項６）。
（７）． （１）乃至（６）の何れかに記載の画像形成装置において、
前記第1の転写定着部材は、複数のローラに懸架された無端状のベルトであり、前記複数のローラの中の１つは前記ベルトを介して前記中間転写体と対向していることとした（請求項７）。
（８）． （１）乃至（７）の何れかに記載の画像形成装置において、
前記加熱手段は、第１の転写定着部材および前記第２の転写定着部材の内部に設けられたハロゲンヒータとした（請求項８）。
（９）． （１）乃至（７）の何れかに記載の画像形成装置において、
前記転写定着部材を基材、断熱層、磁性体層、弾性層、離型層で構成し、前記加熱手段を電磁誘導加熱手段とした（請求項９）。
（１０）． （１）乃至（７）の何れかに記載の画像形成装置において、
前記加熱手段は、前記第１の転写定着部材および前記第２の転写定着部材の外部に設けられたハロゲンヒータとした（請求項１０）。
（１１）． （１）乃至（１０）の何れかに記載の画像形成装置において、
前記第１の転写定着部材と第２の転写定着部材に対応した温度検出手段を備え、前記加熱手段は前記温度検出手段の情報に基づいて前記第１の転写定着部材と第２の転写定着部材をそれぞれ独立に加熱制御することとした（請求項１１）。
（１２）． （１）乃至（１１）の何れかに記載の画像形成装置において、
前記第１の転写定着部材と前記第２の転写定着部材で成す前記ニップ部におけるニップ面圧を可変する圧力可変手段を設けた（請求項１２）。
（１３）． （１）乃至（１２）の何れかに記載の画像形成装置において、
前記記録材は少なくとも結着樹脂、着色剤、及びワックスを含有したトナーとした（請求項１３）。
（１４）． （１３）に記載の画像形成装置において、
前記トナーは円形度が０．９６以上であることとした（請求項１４）。
（１５）． （１２）又は（１３）に記載の画像形成装置において、
前記トナーは重量平均粒径が２〜６μｍであることとした（請求項１５）。
（１６）． （１）乃至（１５）の何れかに記載の画像形成装置において、
前記回転体を清掃する清掃部材を具備することとした（請求項１６）。
（１７）． （１）乃至（１６）の何れかに記載の画像形成装置において、
前記中間転写体と前記第１の回転体との間に熱遮蔽手段を介在させた（請求項１７）。
（１８）． （１）乃至（１７）の何れかに記載の画像形成装置において、
前記２次転写工程時には、前記第１および第２の転写定着部材の温度を、前記記録材のガラス転位温度以下とした（請求項１８）。
（１９）． （１）乃至（１８）に記載の画像形成装置において、
前記第１の転写定着部材と前記第２の転写定着部材で成すニップ部のニップ圧力を、前記２次転写工程時には、前記記録媒体を通紙する際の定着動作時以下とした（請求項１９）。

請求項１記載の発明は、第２次転写工程時に両加熱手段をオフし、第２次転写工程完了後にオンする構成とすれば、記録媒体の表面画像と裏面画像の加熱時間差が抑制でき、光沢差を小さくすることができる。
請求項２記載の発明は、中間転写体と第１の転写定着部材がトナーを介してしか接触しないため、中間転写体が第１の転写定着部材により加熱されることを低減でき、像担持体等の寿命を長くできる。
請求項３記載の発明は、記録媒体の全面画像形成が可能である。
請求項４記載の発明は、転写定着部材をベルト状にすることでローラ構成よりも容易に画像の保持する長さを長くできる。
請求項５記載の発明は、ベルトに弾性層を設けることでトナーや用紙の凹凸に追従して加圧が可能になり、光沢ムラを防止できる。
請求項６記載の発明は、表層に導電性の離型層を設けたことで、そこにバイアスをかけることで静電吸着力を落とすことなく効率的に転写が可能になる。
請求項７記載の発明は、第１の転写定着部材をベルトで構成することで、熱容量を低減でき、立ち上がり時間を短縮できる。
請求項８記載の発明は、温度制御が容易で簡単に実施できる加熱手段を提供できる。
請求項９記載の発明は、弾性層とすることで記録媒体の凹凸に追従して接触し、光沢ムラを防止できる。電磁誘導加熱であるので温度立ち上がり時間も短縮される。
請求項１０記載の発明は、ハロゲンヒータ外部設置による直接、間接的な画像加熱により温度立ち上げ時間の短縮を図ることができる。
請求項１１記載の発明は、記録媒体の表裏で独立して温度を制御することで光沢差をなくすように調整することができる。
請求項１２記載の発明は、圧力可変手段により、２次転写工程時のニップ面圧を定着時よりも低く制御することでトナーのつぶれを抑制し、表裏の画質差を抑制することができる。
請求項１３記載の発明は、ワックス含有により離型性が向上し、従来の離型剤及び離型剤塗布手段が不要となる。
請求項１４記載の発明は、かかる円形度のトナーを用いることで転写効率が上がり、転写残トナーが減少し、転写残トナーによる用紙の汚れ等を防止できる。
請求項１５記載の発明は、トナー粒径を小さくすることで加熱による温度勾配を小さくでき、ホットオフセットを防止して画質の劣化を防ぐ。さらに定着前後での面積変化を小さくできる。
請求項１６記載の発明は、用紙の汚れを防止し、画質を向上できる。
請求項１７記載の発明は、中間転写体への加熱を防止しながら印刷効率および画像品質を向上させることができる。また、画像形成装置の省スペースを図ることができる。

請求項１８記載の発明は、２次転写工程時に記録材（トナー温度）を溶融点以下に制御可能であり、画像乱れを防止できる。

請求項１９記載の発明は、２次転写工程時のニップ面圧を定着時よりも低くすることで記録材（トナー）のつぶれを抑制し、表裏の画質差を抑制する。

[例１]
先ず、図１に基づいて本実施形態における画像形成装置としてのタンデム型カラー複写機の構成及び動作の概要を説明する。カラー複写機１は、装置本体中央部に位置する画像形成部１Ａと、該画像形成部１Ａの下方に位置する給紙部１Ｄ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が配置されており、該中間転写ベルト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(イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）)の記録材、例えば、トナーによる像を担持可能な像担持体としての感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂが中間転写ベルト２の転写面に沿って並置されている。

ここで、感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂは共通する構成の４つの感光体３について、用いるトナーの色に応じて、イエローなら３Ｙ、マゼンタなら３Ｍ、シアンなら３Ｃ、ブラックなら３Ｂと表示している。以下の説明では、文章上ではその部材を数字で表現した場合でも、図中にその部材を示す符号にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂを含むものは、その符号の示すトナー色に係る部材を指しているものとする。

各感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂ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、その周りには、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、転写装置7、及びクリーニング装置８が配置されている。

前記したように、図中、４、５、６、７、８の各符号に付記しているＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂのアルファベットは、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６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂには、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック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に掛け回されて感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂ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。従動ローラ１０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１１が設けられている。

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いて感光体３Ｙ上に静電潜像が形成される。該静電潜像はイエロー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転写装置７Ｙにより中間転写ベルト２上に１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せられる。転写後、各感光体３上に残留したトナーは各クリーニング装置８により除去され、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。

駆動ローラ９と従動ローラ１０間に掛けまわされた中間転写ベルト２の張設方向での一端側で、駆動ローラ９に対し、中間転写ベルト２を介して第１転写定着ローラ１３が設けられている。

この第１転写定着ローラ１３は、一対の回転体を構成する一方の回転体であり、第１の回転体（又は、第１の転写定着部材）である。この第１転写定着ローラ１３には一対の回転体を構成するもう一方の回転体である第２の回転体（又は、第２の転写定着部材）としての第２転写定着ローラ１４が圧接している。

給紙部1Ｄは、記録媒体としての用紙Ｐを積載収容する給紙トレイ１６と、該給紙トレイ１６内の用紙Ｐを最上位置のものから順に1枚ずつ分離して給紙する給紙コロ１７と、給紙された用紙Ｐを搬送する搬送ローラ対１８と、用紙Ｐを一旦停止させ、斜めずれを修正後、第１転写定着ローラ１３および第２転写定着ローラ１４上の画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ニップ部Ｎに向けて送り出すレジストローラ対１９を有している。

感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂから中間転写ベルト２上に転写されたトナー像Ｔ（以下、単にトナーともいう）は、電源Ｅ１を含む１次バイアス印加手段により駆動ローラ９と第１転写定着ローラ１９との間に印加されるバイアス（ＡＣ、パルスなどの重畳を含む）により第1転写定着ローラ１３に静電気力で１次的に転写される。

ここで、電源Ｅ１を含む１次バイアス印加手段および駆動ローラ９、第１転写定着ローラ１３は中間転写体２上の画像を第２転写定着ローラ１４に転写する第１の転写手段の例であり、電源Ｅ２を含む２次バイアス印加手段および第１転写定着ローラ１３、第２転写定着ローラ１４は第１転写定着ローラ１３上の画像を第２転写定着ローラ１４に転写する第２の転写手段の例である。

図２に示すように、中間転写ベルト２と第1転写定着ローラ１３間の距離としてのギャップｇは、画像を形成するトナー層の厚み以下に設定されている。すなわち、トナーＴを介した接触転写方式となっており、高画質化が図られている。この場合、非画像部では非接触となる。

中間転写ベルト２と第１転写定着ローラ１３がトナーＴを介してしか接触しないため、中間転写ベルト２が第１転写定着ローラ１３により加熱されることを低減でき、感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂ等の寿命を長くできる。ギャップｇをトナー層Ｔの厚みよりも大きく設定してもよい。この場合、中間転写ベルト２の加熱をさらに抑制でき、感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂ等の一層の長寿命化を実現できる。

また、中間転写ベルト２に熱を奪われないので省エネルギーとなる。但し、熱的には安定するが、トナーＴの転写飛距離が長くなるため画質の低下を伴う懸念がある。このため、実験等により最適値を設定することが望ましい。トナーＴは、少なくとも、結着部材、着色剤、およびワックスを含有する。また、円形度が０．９６以上、好ましくは０．９８以上の形状にすることで、トナーの帯電のバラツキを小さくでき、転写率を高くできる。また、重量平均粒径が２〜６μｍの小粒径トナーを使用することで、加熱時の温度勾配が小さくなり、ホットオフセットを防止できる。

さらには定着時のドットゲインが小さくなるため、潜像に忠実な画像が得られ、高画質化できる。また、ワックスを内添することで、定着部材からのトナーを離型するためのシリコンオイル等の離型剤やオイル塗布手段等を無くすことができ、装置の小型化やコストダウンが可能になる。

図１に示すように、中間転写ベルト２と第１転写定着ローラ１３との間には、第１転写定着ローラ１３から中間転写ベルト２への熱放射（熱移動）を抑制する熱遮蔽手段としての断熱プレート２０が設けられている。

断熱プレート２０は、中間転写ベルト２から第１転写定着ローラ１３への１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。

熱遮蔽手段としては、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又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、熱遮蔽手段を低温に保ち熱移動を抑制することができる。

本例では、中間転写ベルト２の第１転写定着ローラ１３に対する転写部（第１転写定着ローラ１３との対向部）と、最も上流側の感光体３Ｂ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。本例では断熱プレート２０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。本例によれば、中間転写ベルト２の温度を低減でき、中間転写ベルト２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。

駆動ローラ９の近傍には、定着装置１２が設けられている。定着装置１２は、中間転写ベルト２上の未定着トナー像が１次転写される第1転写定着ローラ１３を具備している。第１転写定着ローラ１３のまわりには、その回転方向上、ニップ部Ｎよりも下流側で当該第1転写定着ローラ１３に接触する位置に第１転写定着ローラ１３を清掃する清掃部材としてのクリーニングローラ６９が設けられている。クリーニングローラ６９は金属ローラ表面にフェルトが巻き付けられた構成であり、ニップ部Ｎを通過した転写残トナーを除去し、用紙の汚れを防止する働きをする。

定着装置１２は、第１転写定着ローラ１３と対峙して設けられ、ニップ部Ｎを形成し、第１転写定着ローラ１３上のトナー像をさらに転写して保持するための、第２転写定着ローラ１４を有している。第２転写定着ローラ１４は、加圧バネ２１により第1転写定着ローラ１３に押圧されるようになっている。

第１転写定着ローラ１３および第２転写定着ローラ１４は共通な構成をしている。すなわち、アルミニウム等の金属製パイプ状芯金５３と、その表面側に積層状に厚さ０．０５〜０．５ｍｍ程度の弾性層と、さらにその表面側に厚さ１０〜３０μｍのフッ素系樹脂系材料であるＰＦＡやＰＴＦＥ等の離型層が順にコーティングされた構成である。図では、これら弾性層および離型層を一括してハッチングで表示している。

また、第1転写定着ローラ１３および第２転写定着ローラ１４の内部、つまり、芯金５３の空洞状の中心部にはそれぞれのローラ表層上のトナー像（画像）を加熱する加熱手段としてハロゲンヒータ１５が設けられている。これにより、温度制御が容易である。

用紙長さ分の画像を保持する必要があるため、第２転写定着ローラ１４の周長は用紙長さと同等かそれ以上の長さにしてある。用紙長に対して第２転写定着ローラ１４の周長が短い場合は、用紙の全面を印刷することができないが、第２転写定着ローラ１４の周長を用紙長さと同等かそれ以上の長さにすることで、用紙の全面画像形成が可能である。

また、第１転写定着ローラ１３および第２転写定着ローラ１４の表面温度を測定するため、非画像領域には、温度検出手段として不図示のサーミスタが設けられ、このサーミスタの温度情報に基づき、各転写定着ローラそれぞれの表面温度に基づいてハロゲンヒータ１５のオンオフをコントロールする不図示の温度コントローラが設けてある。

各ハロゲンヒータ１５は、前記サーミスタからの温度検出情報に基づいて第１転写定着ローラ１３および第２転写定着ローラ１４の各温度をそれぞれ独立に制御可能である。用紙の表裏の画像の加熱温度や加熱時間が異なると光沢差が生じるが、これにより、用紙の表裏の光沢差を生じさせない。用紙の表裏で独立して温度をコントロールすることで光沢差を無くすように調整可能となる。なお、加熱手段の温度コントロールについては、以下の各例においても同様である。

前記したとおり、第１転写定着ローラ１３上の画像を第２転写定着ローラ１４に転写するために、電源Ｅ２を含む２次バイアス印加手段が設けられる。２次バイアス印加手段は、第１転写定着ローラ１３と第２転写定着ローラ１４の各芯金５３にバイアスを印加（ＡＣ、パルスなどの重畳を含む）し、第２転写定着ローラ１４に静電気力で転写をおこなう。また、第１転写定着ローラ１３および１４の離型層をカーボン等の導電物質を分散させた導電性のフッ素系樹脂系材料で構成し芯金と接続することで、該離型層間に転写バイアスを印加することが可能となり、転写バイアスを低電圧にでき、かつ、転写時の飛び散りを抑制できる。

次に、動作を説明する。
中間転写ベルト２上に形成されたトナー像Ｔは、マイナスに帯電しており、駆動ローラ９側がー０．５ＫＶ〜２ＫＶ、第１転写定着ローラ１３の芯金５３が０Ｖになるように電源Ｅ１を含む１次バイアス印加手段によりバイアス電圧が印加されることで、第１転写定着ローラ１３に転写される。

この際、第１転写定着ローラ１３の表面温度はハロゲンヒータ１５により所定の温度まで加熱されている。片面印刷の場合では、転写されたトナー像Ｔは第１転写定着ローラ１３上において単独で加熱されながら、ニップ部Ｎで搬送されてきた用紙Ｐに圧接して定着し排紙される。

この場合、第１転写ローラ１３内のハロゲンヒータ１５のみを駆動する。両面印刷時においては、第１面側のトナー像Ｔ１が片面印刷時と同様に中間転写ベルト２から第１転写定着ローラ１３に転写する。第１転写定着ローラ１３上のトナー像Ｔ１（画像）はニップ部Ｎで電源Ｅ２を含む２次バイアス印加手段により第１転写定着ローラ１３に０Ｖ、第２転写定着ローラ１４の芯金５３に＋０．５ＫＶ〜＋２ＫＶのバイアスが印加されることで、第１転写定着ローラ１３表面上のトナー像Ｔ１が第２転写定着ローラ１４に転写される。

つづけて、第２転写定着ローラ１４上のトナー像Ｔ２との所定位置が一致するタイミングで第１転写定着ローラ１３にトナー像Ｔ２を転写し、ニップ部Ｎに用紙Ｐを通紙することで、用紙Ｐの両面にそれぞれトナー像Ｔ１およびＴ２が同時に定着される。ここで、トナー像Ｔ１、Ｔ２は中間転写ベルト２に形成された色重ねによるカラー画像として形成できる。

また、このように、トナー像Ｔのみを予め加熱する過程が十分に得られるので、トナー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。実験の結果、第１転写定着ローラ１３および第２転写定着ローラ１４の温度は１１０〜１２０°Ｃの低温でも十分な画質が得られることが確認された。

上述のように、従来のカラー画像形成装置では十分な光沢を得るために用紙による温度低下を考慮して白黒画像形成装置に比べて１．５倍ほどの熱量を与えていた。このため、用紙が必要以上に加熱されるとともに、トナーと用紙の密着性も必要以上に高められていた。

本例では、用紙Ｐを考慮せずに十分な光沢を得るための温度を独立に設定できるので、第１転写定着ローラ１３の温度（定着設定温度）を低くできる。また、用紙Ｐはニップ部Ｎのみで加熱されるので過剰に加熱されず、トナーＴと用紙の密着性も必要以上に高められることはない。

さらには、回転体が定着機能と転写機能を兼用していて定着を行う際に、表裏のどちらかの画像を一時的に第２転写定着ローラ１４に保持しながら加熱することで、ニップ部Ｎに用紙Ｐが一度通過するだけで、用紙Ｐの両面に印刷が可能となり、画像形成効率、印刷の効率が向上できる。

従来、両面印刷を行う際には、まず、片面を定着した後、さらに逆の面を定着させるため、通紙パスの切り替え機構が必要となり、コストが高く、また時間がかかり、さらには装置が大型化してしまっていた。

本例のように、定着を行う際に、表裏のどちらかの画像を一時的に第２の転写定着部材に保持することで、定着装置を用紙が一度通紙されるだけで、用紙の両面に印刷（定着）が可能となり、印刷の効率が向上でき両面印刷における印刷効率の向上を図ることができる。

[例２]
本例は、例１（図１）とほぼ同様な構成であり、異なるのは、図３に示したように図１に示した構成中、第１転写定着ローラ１３と対峙している第２転写定着ローラ１４に代えて第２の回転体、つまり、第２の転写定着部材として無端状の転写定着ベルト５５を設けた。

転写定着ベルト５５の周長は用紙長さ以上にする。ローラで構成すると大径化するために装置が大型化し、また、熱容量の増大により立上がり時間が大きくなってしまうが、ベルトにすることで、ローラ構成よりも容易に画像の保持する長さを長くすることができる。

転写定着ベルト５５は、加圧ローラ５６と加熱ローラ５７に張架されている。加圧ローラ５６は、転写定着ベルト５５を介してニップ部Ｎを形成する。加熱ローラ５７は転写定着ベルト５５を加熱する機能を有する。

加圧ローラ５６はアルミニウム等の金属製ローラもしくは金属製ローラ５４ａの表面にカーボン等の導電体を分散させたゴム層５４ｂを有する。

転写定着ベルト５５は３層構造をしており、内側から基材となるポリイミドフィルムが７０μｍ、弾性層のシリコンゴムが２００μｍ、さらに表面（表層）に、フッ素樹脂であるＰＦＡが２０μｍコーティングされている。離型層を導電性のＰＦＡにすることで、そこにブラシなどの手段でバイアス電圧をかけ、これにより、静電吸着力を落とすことなく、転写の飛び散りを抑制して効率的な転写ができる。

基材または芯金にバイアスをかけて転写を行うと弾性層が介在するため静電吸着力が弱く転写効率が悪いが、かかる点が改善されて転写効率が向上する。また、弾性層を設けることで、ニップ部Ｎで定着する際に加熱面がトナーＴや用紙の凹凸に追従して加圧しやすくなり、画像の光沢ムラを防止し、柚肌防止により高画質化できる。

加熱ローラ５７はアルミニウムの筒状に構成され、転写定着ベルト５５と従動して回転する。また、該加熱ローラ５７の内部には、該転写定着ベルト５５および該ベルト上の画像を加熱するための加熱手段たるハロゲンヒータ１５が設けられている。

第１転写定着ローラ１３及び転写定着ベルト５５の表面温度を測定するための非画像領域に設けられた不図示のサーミスタとそれぞれの表面温度に基づいてハロゲンヒータ１５のオンオフをコントロールする不図示の温度コントローラが設けてあり、それぞれ独立に温度をコントロールできるようになっている。

動作としては例１とほぼ同様で、両面印刷時に、第１面側のトナー像Ｔ１が中間転写ベルト２から第１転写定着ローラ１３に転写される。第１転写定着ローラ１３上のトナー像Ｔ１はニップ部Ｎで電源Ｅ２を含む２次転写バイアス印加手段により第１転写定着ローラ１３に０Ｖ、転写定着ベルト５５が張架されている加圧ローラ５６に＋０．５ＫＶ〜＋３ＫＶのバイアスが印加されることで、第１転写定着ローラ１３上のトナー像Ｔ１が転写定着ベルト５５に転写される。

つづけて、第２転写定着ローラ１４上のトナー像Ｙ２との所定位置が一致するタイミングで第１転写定着ローラ１３にトナー像Ｔ２を転写し、ニップ部Ｎに用紙Ｐを通紙することで、用紙Ｐの両面にそれぞれトナー像Ｔ１およびＴ２が定着される。

このように第１の転写定着部材をベルト状にすることで、例１の構成よりも、熱容量を小さくでき、立ち上がり時間をさらに短縮できる。次に、図４に示した例は、図３に示した例において、転写定着ベルト５５を支持するローラとして加熱ローラ５７の他に、断熱ローラ６７を加えたものである。このように、転写定着ベルト５５の内部を複数のローラで張架することで、レイアウトの自由度を高くすることができる。

[例３]
図５により説明する。図５の例は、図４の例において、第１転写定着ローラ１３が無端状のベルトからなる回転体としての第１の定着部材、具体的には第１転写定着ベルト６２に置き換えた構成としたものである。第１転写定着ベルト６２は、第１転写ローラ５９、第１加熱ローラ６０、転写ローラ６１に張架されている。

第１転写ローラ５９は駆動ローラ９に対して転写定着ベルト６２を介して対峙する位置に設けられ、該対峙する位置よりも該第１転写定着ベルト６２の回転方向の下流側に加熱ローラ６０、さらに下流側に転写ローラ６１が設けられる。

転写ローラ６１は加圧ローラ５６に対峙して設けられている。加圧ローラ５６、加熱ローラ５７、断熱ローラ６７は無端状の第２転写定着ベルトとしての転写定着ベルト５５を張架しており、この構成は既に説明した図４の構成に準じている。転写ローラ６１と加圧ローラ５６は、転写定着ベルト６１および転写定着ベルト５５を介してニップ部Ｎを形成している。加熱ローラ５７は、転写定着ベルト５５を加熱する。同様に加熱ローラ６０は転写定着ベルト６２を加熱する。

転写ローラ６１および加圧ローラ５６はアルミニウム等の金属製ローラもしくは金属製ローラ５４ａの表面にカーボン等の導電体を分散させたゴム層５４ｂを有している。

転写定着ベルト６２および転写定着ベルト５５は３層構造をしており、内側から基材となるポリイミドフィルムが７０μｍ、弾性層のシリコンゴムが２００μｍ、さらに表面にＰＦＡが２０μｍコーティングされた同一の構成である。

離型層を導電性のＰＦＡにすることで、転写の飛び散りを抑制できる。また、弾性層を設けることで、ニップ部Ｎで定着する際に加熱面がトナーＴや用紙の凹凸に追従しやすくなり、画像の光沢ムラを防止し、高画質化できる。

転写定着ベルト６２の画像を転写定着ベルト５５に転写するため、電源Ｅ２を含む２次転写バイアス印加手段が設けられていて、転写定着ベルト６２、転写定着ベルト５５の表層にブラシなどの手段によりバイアス電圧を印加するようにしている。

第１加熱ローラ６０はアルミニウムの筒状に構成され、転写定着ベルト６２と従動して回転する。加熱ローラ５７も同様にアルミニウムの筒状に構成され、転写定着ベルト５５と従動して回転する。

第１加熱ローラ６０および加熱ローラ５７の内部には、転写定着ベルト６２、５５をそれぞれ加熱するための加熱手段としてハロゲンヒータ１５が設けられている。転写定着ベルト６２及び転写定着ベルト５５の表面温度を測定するための不図示のサーミスタが非画像領域に設けられ、それぞれの表面温度に基づいてハロゲンヒータ１５のオンオフをコントロールする不図示の温度コントローラが設けてあり、それぞれ独立に温度をコントロールできるようになっている。

電源Ｅ１を含む１次転写バイアス印加手段によるバイアス電圧により中間転写ベルト２上のトナー像Ｔ１は中間転写体２から転写定着ベルト６２に静電的に転写される。

転写定着ベルト６２に転写されたトナー像Ｔ１はニップ部Ｎで電源Ｅ２を含む２次転写バイアス印加手段のバイアス電圧によって転写定着ベルト６２から転写定着ベルト５５に転写される。

所定のタイミングで転写定着ベルト６２にトナー像Ｔ２を転写し、ニップ部Ｎに用紙Ｐを通紙することで、用紙Ｐの両面にそれぞれトナー像Ｔ１およびＴ２が定着される。

このように、対向する一対の回転体、つまり、転写定着ベルト６２、転写定着ベルト５５を３層構造のベルトとすることで、熱容量を軽減し、例１、例２に対して立ち上がり時間を短縮できる。

[例４]
本例は、図６に示すように、図５に示した構造における転写定着ベルト６２に代えて第１転写定着ベルト５０を第１転写ローラ５９と転写ローラ６１に掛けまわし、また、転写定着ベルト５５に代えて第２転写定着ベルト５１を加圧ローラ５６と断熱ローラ６７に掛けまわした。さらに、加熱手段１５および張架ローラとしての加熱ローラ５７は第１加熱ローラ６０は除去し、代りに、加熱手段として第１転写定着ベルト５０、第２転写定着ベルト５１の各ベルトの外部に、電磁誘導加熱を行う誘導コイル６５をそれぞれ配置した。

第１転写定着ベルト５０と第２転写定着ベルト５１のニップ部Ｎの各上流位置にそれぞれ誘導コイル６５を設けている。第１転写定着ベルト５０と第２転写定着ベルト５１は４層構造をしており、内側から基材となるポリイミドフィルムが７０μｍ、磁性体層としてＡｇやＳＵＳ、ニッケル等の金属層が１０μｍ、弾性層のシリコンゴムが２００μｍさらに表面に、ＰＦＡが２０μｍコーティングされる。

第１転写定着ベルト５０と第２転写定着ベルト５１の上記磁性体層は、誘導コイル６５によって誘導加熱され、トナー像Ｔが溶融し、ニップ部Ｎで用紙Ｐに定着される。本例では、例１〜３の場合に対して、誘導加熱によりベルト部分のみを加熱するために、ハロゲンヒータを用いる場合のようにジャム時における用紙発火の危険がなくまた、熱容量が小さく立ち上がり時間を早くできる。
[例５］
図７に示したように前記例４での誘導コイル６５に代えて前記例１におけるハロゲンヒータ１５の位置をローラ内からニップ部Ｎの上流側に外部から輻射加熱するように設けた。このようにすることで、トナー像Ｔを直接加熱し、立ち上げ時間をほぼ０にすることができ、より少ないエネルギーで定着可能である。

本例は、前記各例中、ローラ内部にハロゲンヒータを設けた例に代えて適用可能である。

[例６]
これまでに説明した、例１〜例５の各例は、中間転写体上に記録材により形成された画像を第１の転写定着部材に転写する１次転写工程と、さらに前記第1の転写定着部材上の前記転写画像を第２の転写定着部材に転写する２次転写工程と、前記中間転写体上に形成された画像を再び前記第１の転写定着部に転写して前記第１の転写定着部材上の画像と前記第２の転写定着部材上の画像を加熱して前記第１の転写定着部材と前記第２の転写定着部材により成すニップ部に記録媒体を通過させることで前記記録媒体の表裏に同時に画像を定着する定着方法を実行する定着装置を備えた画像形成装置である。

かかる定着方法において、本例では前記例１〜５の場合において、両面印刷時に中間転写ベルト２からトナー像Ｔ２が第1転写定着ローラ１３または転写定着ベルト６２（第１転写定着ベルト５０）に転写され、さらに第２転写定着ローラ１４または転写定着ベルト５５（第２転写定着ベルト５１）に転写が完了するまで、第１転写定着ローラ１３または転写定着ベルト６２（第１転写定着ベルト５０）側のハロゲンヒータ１５または誘導コイル６５の駆動（加熱）をオフにし、トナーＴのガラス転移温度よりも低温にしておく。

このようにすることで、ニップ部Ｎでトナー像Ｔ１が溶融されていない状態で２次転写することができ、トナー像Ｔ１がつぶされない。よって、画像乱れを防止できる。トナー像Ｔ１が２次転写された後に両方のハロゲンヒータ１５または誘導コイル６５を駆動し所定の温度にすることで、トナー像Ｔ１とトナー像Ｔ２の加熱時間差を小さくし、表裏の光沢差を小さくできる。特に、例４と例５の構成においてはトナー像Ｔ１、Ｔ２の加熱時間を同等にし、表裏の光沢差を小さくすることができる。

[例７]
本例は、図８に示したように図７に示した構成において、加圧ローラ５６の軸が圧力可変手段としてのカム７０によって移動可能に設置され、加圧ローラ５６と成すニップ部Ｎの加圧力（ニップ面圧）を可変にするように構成される。

前記した図１〜図６までの例においてもこれに準じて行うようにする。つまり、第２転写定着ローラ１４または加圧ローラ５６の軸についてカム７０を作用させてニップ部Ｎの加圧力（ニップ面圧）を可変にするように構成される。カム７０は不図示の駆動源により任意で駆動可能になっている。

２次転写を行う際には、カム70を回転駆動し、ニップ部Ｎでの圧力を通紙して両面定着する場合の圧力１〜３ｋｇ/cm²から０．０５〜０．５ｋｇｆ/cm²程度の低圧に切りかえる。こうすることで、常時加熱している場合においても２次転写時にトナー像Ｔ１が半溶融状態の場合でも圧力が低いために必要以上につぶされず、ドットゲインによる画像の劣化を防止できる。

転写ニップ部の面圧が高いと２次転写工程時と定着時で２度トナーがつぶされ、表裏で光沢やドット太りが異なってしまう。本例のように、カム７０などを用いて２次転写工程時の面圧を定着時よりも低くするなど、ニップ圧力を可変可能にすることでトナーのつぶれを抑制し、表裏の画質差を抑制することができ、画質劣化を防止できる。

これまでの説明中、バイアス電圧の印加手段として、ブラシを利用するほか、芯金の部位を露出させてそこに、導電コロを接触回転させ、該導電コロについてはその軸受部を導電部材で構成し、軸受の固定側を電源と接続するなどの構成を採る。

カラー画像形成装置の要部構成を説明した図である。 ローラ間のニップ部の拡大図である。 定着装置の要部構成を説明した図である。 定着装置の要部構成を説明した図である。 定着装置の要部構成を説明した図である。 定着装置の要部構成を説明した図である。 定着装置の要部構成を説明した図である。 定着装置の要部構成を説明した図である。

符号の説明

１３ 第１転写定着ローラ
１４ 第２転写定着ローラ
１５ ハロゲンヒータ
６５ 誘導コイル
Ｎ ニップ部

Claims (19)

1. 記録材により可視像化された画像を担持する像担持体と、前記像担持体に担持された前記画像が転写される中間転写体と、回転体からなり前記中間転写体から前記画像が転写される第１の転写定着部材と、回転体からなり前記第１の転写定着部材に圧接してニップを形成し前記第１の転写定着部材から前記画像が転写される第２の転写定着部材と、前記第１の転写定着部材、前記第２の転写定着部材を加熱する加熱手段と、前記中間転写体上の画像を前記第１の転写定着部材に静電転写するための１次バイアス印加手段と、前記第１の転写定着部材上の画像を前記第２の転写定着部材に静電転写するための２次バイアス印加手段を有する画像形成装置であって、
   前記中間転写体上の画像Ｔ１を前記第１の転写定着部材に転写する１次転写工程と、前記第１の転写定着部材上に転写された画像Ｔ１を前記第２の転写定着部材に転写する２次転写工程と、前記中間転写体上の別の画像Ｔ２を前記第１の転写定着部材に転写することにより、前記第１の転写定着部材に画像Ｔ２、前記第２の転写定着部材に画像Ｔ１をそれぞれ得てから、前記第１の転写定着部材上の画像Ｔ２と前記第２の転写定着部材上の画像Ｔ１を前記加熱手段で加熱し、前記ニップ部に記録媒体を通過させる転写定着工程とにより、前記記録媒体の表裏に前記画像Ｔ１と前記画像Ｔ２をそれぞれ転写、定着する場合に、前記２次転写工程では、前記第１及び前記第２の転写定着部材を加熱する加熱手段の加熱をオフし、該２次転写工程が完了した後に両加熱手段による加熱を開始することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記中間転写体と前記第１の転写定着部材間の距離としてのギャップは、画像を形成する前記記録材の厚み以下に設定されていて、画像部では前記記録材を介した接触転写がなされ、非画像部では前記中間転写体と前記第１の転写定着部材とは前記ギャップにより非接触となることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２記載の画像形成装置において、
   前記第２の転写定着部材の周長が前記記録媒体の長さと同等かそれよりも長いことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の画像形成装置において、
   前記第２の転写定着部材が、当該第２の転写定着部材を前記第１の定着部材に押圧する加圧ローラに懸架された無端状のベルトであることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４に記載の画像形成装置において、
   前記ベルトは基材、弾性層、離型層で構成されることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の画像形成装置において、
   前記第１の転写定着部材および前記第２の転写定着部材の表層が導電性を有するフッ素系樹脂であることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の画像形成装置において、
   前記第1の転写定着部材は、複数のローラに懸架された無端状のベルトであり、前記複数のローラの中の１つは前記ベルトを介して前記中間転写体と対向していることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１乃至７の何れかに記載の画像形成装置において、
   前記加熱手段は、前記第１の転写定着部材および前記第２の転写定着部材の内部に設けられたハロゲンヒータであることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１乃至７の何れかに記載の画像形成装置において、
   前記転写定着部材は基材、断熱層、磁性体層、弾性層、離型層で構成され、前記加熱手段が電磁誘導加熱手段であることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１乃至７の何れかに記載の画像形成装置において、
    前記加熱手段は、前記第１の転写定着部材および前記第２の転写定着部材の外部に設けられたハロゲンヒータであることを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１乃至１０の何れかに記載の画像形成装置において、
    前記第１の転写定着部材と第２の転写定着部材に対応した温度検出手段を備え、前記加熱手段は前記温度検出手段の情報に基づいて前記第１の転写定着部材と第２の転写定着部材をそれぞれ独立に加熱制御することを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項１乃至１１の何れかに記載の画像形成装置において、
    前記第１の転写定着部材と前記第２の転写定着部材で成す前記ニップ部におけるニップ面圧を可変する圧力可変手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
13. 請求項１乃至１２の何れかに記載の画像形成装置において、
    前記記録材は少なくとも結着樹脂、着色剤、及びワックスを含有したトナーであることを特徴とする画像形成装置。
14. 請求項１３に記載の画像形成装置において、
    前記トナーは円形度が０．９６以上であることを特徴とする画像形成装置。
15. 請求項１２又は１３に記載の画像形成装置において、
    前記トナーは重量平均粒径が２〜６μｍであることを特徴とする画像形成装置。
16. 請求項１乃至１５の何れかに記載の画像形成装置において、
    前記回転体を清掃する清掃部材を具備することを特徴とする画像形成装置。
17. 請求項１乃至１６の何れかに記載の画像形成装置において、
    前記中間転写体と前記第１の回転体との間に熱遮蔽手段を介在させたことを特徴とする画像形成装置。
18. 請求項１乃至１７の何れかに記載の画像形成装置において、
    前記２次転写工程時には、前記第１および第２の転写定着部材の温度は、前記記録材のガラス転位温度以下であることを特徴とする画像形成装置。
19. 請求項１乃至１８に記載の画像形成装置において、
    前記第１の転写定着部材と前記第２の転写定着部材で成すニップ部のニップ圧力が、前記２次転写工程時には、前記記録媒体を通紙する際の定着動作時以下であることを特徴とする画像形成装置。

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