JP4877803B2 - 転写定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、記録媒体上にトナー像を転写するとともに定着する転写定着装置と、それを備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置と、に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置では、転写工程と定着工程とを同時におこなう転写定着装置を用いる技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照。）。
このような転写定着装置を備えた画像形成装置は、転写工程と定着工程とを別々におこなう画像形成装置に比べて、表面性の粗い記録媒体を使用しても画像品質の低下が起こり難いという利点がある。

詳しくは、転写工程と定着工程とを別々におこなう画像形成装置では、表面性の粗い記録媒体を使用すると、中間転写ベルト等の中間転写体が記録媒体の表面性に追従できずに中間転写体と記録媒体との間に微小ギャップが形成されてしまう。そのため、その微小ギャップが形成された部分で異常放電が発生して、中間転写体上に担持された画像が記録媒体上に正常に転写されずに、画像が全体としてボソボソになってしまう。
これに対して、転写定着装置を備えた画像形成装置では、トナー像に対して転写と同時に熱を加えるため、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。そのため、表面性の粗い記録媒体を使用して定着部材と記録媒体との間に微小ギャップが形成されても、その部分に画像が塊として転写されてしまう。したがって、画像は、ボソボソにならずに、良好で高画質なものになる。

さらに、転写定着装置を備えた画像形成装置は、転写・定着工程がおこなわれるニップ部（転写定着部材と加圧部材との当接位置である。）に搬送される記録媒体上に未定着のトナー像が担持されないために、転写工程と定着工程とを別々におこなう画像形成装置に比べて、記録媒体の搬送経路に対する制約が少なくなる。すなわち、転写工程と定着工程とを別々におこなう画像形成装置は、定着工程がおこなわれるニップ部（定着部材と加圧部材との当接位置である。）に搬送される記録媒体上に未定着のトナー像が担持されるために、転写部から定着部に至る搬送経路には未定着トナー像に接触しないための制約が課せられる。したがって、転写定着装置を備えた画像形成装置は、記録媒体の搬送経路に対する設計上の自由度が高く、記録媒体の搬送性を高めることができる。

特開２００５−３７８７９号公報 特開２００２−９９１５９号公報

上述した従来の転写定着装置は、トナー像を担持する転写定着部材を加熱してトナー像を加熱・溶融しているために、長寿命化のために転写定着部材が厚くなったり、大型のタンデム型の画像形成装置に設置するために転写定着部材の周長が長くなったりした場合に、転写定着部材の熱効率が低下してしまっていた。そのため、転写定着装置における消費エネルギが大きくなっていた。
さらに、従来の転写定着装置は、上述した転写定着部材の加熱工程に加えて、作像部の熱的損傷を低減するために転写・定着工程後の転写定着部材を冷却する冷却工程がおこなわれている場合が多かった。このような加熱・冷却のサイクルが繰り返されるために、転写定着装置における消費エネルギが大きくなっていた。

本願発明者は、このような問題を解決するために研究を重ねた結果、転写定着部材の加熱を最小限に抑えて、トナーの加熱・溶融に必要な熱量を、ニップ部に搬送される直前に記録媒体を効率的に加熱することで補足する方策を知得した。さらに、その場合に、加熱された記録媒体から転写定着部材が多量の熱を受けて、転写定着部材の幅方向（記録媒体の搬送方向に直交する方向である。）に温度ムラが生じて、定着ムラやオフセット等の定着不良画像が発生しやすくなってしまうことも知得した。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、消費エネルギが低く、定着不良画像が生じない、転写定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

この発明の請求項１記載の発明にかかる転写定着装置は、記録媒体の転写定着面にトナー像を転写するとともに定着する転写定着装置であって、トナー像を担持する転写定着部材と、前記転写定着部材に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧部材と、前記ニップ部に向けて搬送される記録媒体の前記転写定着面を加熱する加熱手段と、前記ニップ部を通過した後の前記転写定着部材の表面の幅方向の温度分布を均一化するための温度均し手段と、を備え、前記加熱手段は、前記記録媒体の前記転写定着面の裏面が昇温する前に当該記録媒体が前記ニップ部に搬送されるように前記転写定着面を加熱するものである。

また、請求項２記載の発明にかかる転写定着装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記記録媒体の厚さは５０μｍ以上であって、前記記録媒体が前記加熱手段の位置を通過してから前記ニップ部に達するまでの時間が５０ｍｓ以内になるように構成されたものである。

また、請求項３記載の発明にかかる転写定着装置は、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記加熱手段は、記録媒体の発火点よりも低いキューリー点を有する加熱体を備えたものである。

また、請求項４記載の発明にかかる転写定着装置は、前記請求項３に記載の発明において、前記加熱体を、前記キューリー点に達すると抵抗が上昇する抵抗発熱体としたものである。

また、請求項５記載の発明にかかる転写定着装置は、前記請求項３に記載の発明において、前記加熱体を、電磁誘導により発熱するとともに、前記キューリー点に達すると透磁率が低下する金属部材としたものである。

また、請求項６記載の発明にかかる転写定着装置は、前記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記加熱手段は、幅方向に分割された複数の加熱体を備え、前記転写定着面の画像領域のみを加熱して非画像領域を加熱しないように制御されるものである。

また、請求項７記載の発明にかかる転写定着装置は、前記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発明において、磁力を発生させる磁力発生手段を備え、前記加熱手段は、磁性を有するとともに前記転写定着面に接触して伝熱するブラシ状部材を備え、前記ブラシ状部材は、前記磁力により記録媒体に接触するように付勢されるものである。

また、請求項８記載の発明にかかる転写定着装置は、前記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の発明において、前記温度均し手段を、ヒートパイプとしたものである。

また、請求項９記載の発明にかかる転写定着装置は、前記請求項１〜請求項８のいずれかに記載の発明において、前記転写定着部材を、複数のローラ部材に張架された転写定着ベルトとしたものである。

また、請求項１０記載の発明にかかる転写定着装置は、前記請求項９に記載の発明において、前記温度均し手段を、前記複数のローラ部材の１つとしたものである。

また、この発明の請求項１１記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の転写定着装置を備えたものである。

本発明は、転写定着部材と加圧部材とのニップ部に搬送される直前に記録媒体の転写定着面を効率的に加熱するとともに、転写・定着工程後の転写定着部材の幅方向の温度分布を均一化する温度均し手段を設けているために、消費エネルギが低く、定着不良画像が生じない、転写定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１〜図３にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としてのカラー複写機の装置本体、２は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部（露光部）、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応したプロセスカートリッジ、２１は各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにそれぞれ収容された感光体ドラム（像担持体）、２２は感光体ドラム２１上を帯電する帯電部、２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫは感光体ドラム２１上に形成される静電潜像を現像する現像装置、２４は感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を転写定着ベルト２７に転写する転写バイアスローラ、２５は感光体ドラム２１上の未転写トナーを回収するクリーニング装置、を示す。

また、２７は複数色のトナー像が重ねて転写される転写定着部材としての転写定着ベルト、２９は転写・定着工程後の転写定着ベルト２７を清掃するクリーニング装置（ベルトクリーニング装置）、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２ＢＫは各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫに各色のトナーを補給するトナー補給部、５１は原稿Ｄを原稿読込部５５に搬送する原稿搬送部、５５は原稿Ｄの画像情報を読み込む原稿読込部、６１は転写紙等の記録媒体Ｐが収納される給紙部、６６は記録媒体Ｐ上にトナー像を転写・定着する転写定着装置、６７は転写・定着工程直前の記録媒体Ｐを加熱する加熱手段としての加熱装置、６８は転写定着ベルト２７に圧接してニップ部を形成する加圧部材としての加圧ローラ、８５は転写定着ベルト２７の幅方向温度分布を均一化する均しローラ、を示す。

ここで、転写定着装置６６は、転写定着部材としての転写定着ベルト２７、加熱手段としての加熱装置６７、加圧部材としての加圧ローラ６８、温度均し手段としての均しローラ８５、等で構成される。
また、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは、それぞれ、感光体ドラム２１、帯電部２２、クリーニング装置２５が、一体化されたものである。そして、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにおける感光体ドラム２１上では、それぞれ、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像形成がおこなわれる。

以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Ｄは、原稿搬送部５１の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部５５のコンタクトガラス５３上に載置される。そして、原稿読込部５５で、コンタクトガラス５３上に載置された原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。

詳しくは、原稿読込部５５は、コンタクトガラス５３上の原稿Ｄの画像に対して、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿Ｄにて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿Ｄのカラー画像情報は、カラーセンサにてＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、ＲＧＢの色分解画像信号をもとにして画像処理部（不図示である。）で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。

そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部２に送信される。そして、書込み部２からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光（露光光）が、それぞれ、対応するプロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫの感光体ドラム２１上に向けて発せられる。

一方、４つの感光体ドラム２１は、それぞれ、図１の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム２１の表面は、帯電部２２との対向位置で、一様に帯電される（帯電工程である。）。こうして、感光体ドラム２１上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム２１表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
書込み部２において、光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応して射出される。レーザ光は、ポリゴンミラー３に入射して反射した後に、レンズ４、５を透過する。レンズ４、５を透過した後のレーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程である。）。

イエロー成分に対応したレーザ光は、ミラー６〜８で反射された後に、紙面左側から１番目のプロセスカートリッジ２０Ｙの感光体ドラム２１表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラー３により、感光体ドラム２１の回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部２２にて帯電された後の感光体ドラム２１上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。

同様に、マゼンタ成分に対応したレーザ光は、ミラー９〜１１で反射された後に、紙面左から２番目のプロセスカートリッジ２０Ｍの感光体ドラム２１表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、ミラー１２〜１４で反射された後に、紙面左から３番目のプロセスカートリッジ２０Ｃの感光体ドラム２１２表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、ミラー１５で反射された後に、紙面左から４番目のプロセスカートリッジ２０ＢＫの感光体ドラム２１表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。

その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム２１表面は、それぞれ、現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫとの対向位置に達する。そして、各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫから感光体ドラム２１上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム２１上の潜像が現像される（現像工程である。）。
その後、現像工程後の感光体ドラム２１表面は、それぞれ、複数のローラ部材２８Ａ〜２８Ｃ、８５に張架・支持された転写定着ベルト２７との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、転写定着ベルト２７の内周面に当接するように転写バイアスローラ２４が設置されている。そして、転写バイアスローラ２４の位置で、転写定着ベルト２７上に、感光体ドラム２１上に形成された各色の画像（トナー像）が、順次重ねて転写される（第１転写工程である。）。

そして、第１転写工程後の感光体ドラム２１表面は、それぞれ、クリーニング装置２５との対向位置に達する。そして、クリーニング装置２５で、感光体ドラム２１上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程である。）。
その後、感光体ドラム２１表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム２１における一連の作像プロセスが終了する。

他方、感光体ドラム２１上の各色のトナー像が重ねて転写・担持された転写定着ベルト２７（転写定着部材）表面は、図中の矢印方向に走行して、加圧ローラ６８（加圧部材）との当接位置（ニップ部である。）に達する。ここで、本実施の形態１における転写定着装置６６は、従来のものとは異なり、転写定着ベルト２７自体を直接的に加熱する装置が設置されていない（または、設置されているとしても加熱量の少ない装置である。）。
転写定着ベルト２７に担持されたトナー像は、転写定着ベルト２７と加圧ローラ６８とのニップ部にて、記録媒体Ｐの転写定着面（おもて面）に転写されるとともに定着される（転写・定着工程である。）。詳しくは、記録媒体Ｐの転写定着面がニップ部の直前で加熱装置６７によって加熱されて、ニップ部にて転写定着面の熱によってトナー像が加熱・溶融されるとともに、ニップ部の圧力によってトナー像が転写定着面に定着される。なお、転写定着装置６６の構成・動作については、後で図２及び図３を用いてさらに詳しく説明する。
その後、転写定着ベルト２７表面は、ベルトクリーニング部２９の位置に達する。そして、転写定着ベルト２７上の残トナー等の付着物がベルトクリーニング装置２９に回収されて、転写定着ベルト２７上の一連の転写定着プロセスが完了する。

ここで、転写定着装置６６のニップ部に搬送される記録媒体Ｐは、給紙部６１から搬送ガイド６３、レジストローラ６４、加熱装置６７等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、記録媒体Ｐを収納する給紙部６１から、給紙ローラ６２により給送された転写紙Ｐが、搬送ガイド６３を通過した後に、レジストローラ６４に導かれる。レジストローラ６４に達した記録媒体Ｐは、転写定着ベルト２７上のトナー像とタイミングを合わせて、転写定着ベルト２７と加圧ローラ６８とのニップ部に向けて搬送される。このとき、記録媒体Ｐの転写定着面のみが加熱装置６７によって加熱される。
その後、フルカラー画像が転写・定着された記録媒体Ｐは、排紙搬送経路を通過して、排紙ローラ８０によって装置本体１外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。

なお、本実施の形態１において用いられるトナーは、低温定着に適したものであることが好ましい。具体的に、トナーの軟化点（１／２流出温度）は１００℃程度であることが好ましい。
トナー結着樹脂としては、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等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等のスチレン系共重合体が挙げられる。
また、以下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、脂肪族又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等が挙げられる。この中で特に、ポリエステル樹脂を含有しているものは充分な定着性を得るために、好ましい。特に結晶性ポリエステル樹脂は、紙接触時に充分に軟化溶融し、定着強度とともに色再現性の高い画像形成が可能となる。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。
また、ポリエステル樹脂を得るために用いられるカルボン酸としては、例えばマレイン酸、フマール酸、メサコン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン酸、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価の有機酸単量体、これらの酸無水物、低級アルキルエステルとリノレイン酸の２量体、その他の２価の有機酸単量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、本実施の形態１に用いるトナーには、転写定着工程時の転写定着ベルト２７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、公知のものをすべて使用できるが、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、微結晶のものが良く、酸価が５以下であり、トナーバインダー中に分散したときの粒子径が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充分となる。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充分となる。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、外添加剤として、トナーの流動性を向上させる目的で、シリカ、酸化チタン、アルミナ等、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良い。

次に、図２及び図３にて、本実施の形態１において特徴的な転写定着装置６６について詳述する。
図２は、転写定着装置６６の一部を示す拡大図である。図３は、加熱装置６７を図２のＸ方向から幅方向にみた図である。
図２に示すように、転写定着装置６６は、転写定着部材としての転写定着ベルト２７、加熱手段としての加熱装置６７、加圧部材としての加圧ローラ６８、温度均し手段としての均しローラ８５、等で構成される。

ここで、転写定着部材としての転写定着ベルト２７は、ベース層上に、弾性層、離型層が順次形成された多層構造のエンドレスベルトである。ベース層は、層厚が４０μｍのポリイミド樹脂で形成されている。弾性層は、記録媒体Ｐ表面の凹凸に追従するためのものであって、層厚が６０μｍのゴム材料で形成されている。離型層は、ベルト表面のトナー離型性を確保するためのものであって、層厚が６μｍのフッ素樹脂で形成されている。

また、加圧ローラ６８は、アルミニウム等からなる円筒状の芯金上に表面層（離型層）が形成されたものであって、図２の時計方向に回転する。加圧ローラ６８は、不図示の加圧機構によって、転写定着ベルト２７を介してローラ部材２８Ａに圧接する。こうして、加圧ローラ６８と転写定着ベルト２７との間に、所望のニップ部が形成される。
加圧ローラ６８の表面層としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、等を用いることができる。

加熱手段としての加熱装置６７は、転写定着装置６６におけるニップ部の入口側の近傍に配設されている。加熱装置６７は、加熱体６７ａ（ヒータ）、伝熱部材としての伝熱板６７ｂ、電極６７ｃ、等で構成される。
加熱体６７ａは、伝熱板６７ｂと電極６７ｃとに挟持されている。本実施の形態１では、加熱体６７ａとして、所定のキューリー点に達すると抵抗が急激に上昇する抵抗発熱体を用いている。具体的に、加熱体６７ａとして、チタン酸バリウム系半導体磁器素体からなる正特性サーミスタを用いている。また、本実施の形態１では、図３に示すように、加熱体６７ａ（正特性サーミスタ）を幅方向に１０個並設している。
伝熱部材としての伝熱板６７ｂは、板厚が０．２ｍｍのステンレス鋼からなる。
伝熱板６７ｂは、その先端が、ニップ部に向けて搬送される記録媒体Ｐの転写定着面（おもて面）に接触するように配設されている。すなわち、伝熱板６７ｂは、加熱体６７ａで発生した熱を記録媒体Ｐ（転写定着面）に伝熱する機能を有する。さらに、伝熱板６７ｂには交流電源７１が接続されていて、一方の電極としても機能することになる。

加熱体６７ａを挟持する電極６７ｃ及び伝熱板６７ｂには、交流電源７１が接続されていて、スイッチ７２が接続されることにより加熱体６７ａの両端にＡＣ１００ボルトの電圧が印加される。これにより、加熱体６７ａ内に電流が流れて加熱体６７ａが発熱することになる。さらには、加熱体６７ａの熱が伝熱板６７ｂを介して記録媒体Ｐの転写定着面に伝えられる。

ここで、加熱体６７ａは、記録媒体Ｐの発火点よりも低いキューリー点を有するものを用いることが好ましい。これにより、加熱体６７ａは、その自己温度制御機能によって、記録媒体Ｐの発火点以上に昇温する不具合が抑止される。
具体的に、本実施の形態１では、加熱体６７ａのキューリー点を２００℃に設定している。これにより、加熱体６７ａの温度が２００℃を超えたときに、電極６７ｃと伝熱板６７ｂとの間の抵抗が急激に上昇して、加熱体６７ａ内に流れる電流が低下する。詳しくは、加熱体６７ａの温度が２１０℃のとき加熱体６７ａ内に流れる電流は１／２に低下して、加熱体６７ａの温度が２２０℃のとき加熱体６７ａ内に流れる電流は１／４に低下する。
このように構成された加熱体６７ａは、１２００ワットの電力で６秒後に１９０〜２００℃にまで昇温して、その後は自己温度制御機能により２１０℃以上に昇温することはない。また、本実施の形態１では、幅方向に複数の加熱体６７ａを並設しているために、複数の加熱体６７ａによってそれぞれの自己温度制御がおこなわれて、幅方向の温度ムラを１０℃以下にすることができる。

このように構成された加熱装置６７は、上述したように、転写・定着工程直前の記録媒体Ｐの転写定着面（おもて面）のみを加熱するものである。換言すると、加熱装置６７は、記録媒体Ｐの裏面（転写定着面に対する裏面である。）が昇温する前に（おもて面から裏面に熱が伝達される前に）記録媒体Ｐがニップ部に搬送されるように転写定着面を加熱する。

具体的に、厚さが５０μｍ以上の記録媒体Ｐを通紙するときに、記録媒体Ｐが加熱装置６７の位置（伝熱板６７ｂとの接触位置である。）を通過してからニップ部に達するまでの時間が５０ｍｓ以内になるように設定している。換言すると、記録媒体Ｐの転写定着面に対する加熱装置６７による加熱が終了してから記録媒体Ｐがニップ部に達するまでの時間が５０ｍｓ以内になるように設定している。ここで、このような条件を満足するように具体的に設定するのは、加熱装置６７（伝熱板６７ｂ）とニップ部との距離、記録媒体Ｐの搬送速度（プロセス線速）、等である。
なお、本実施の形態１では、記録媒体Ｐが加熱装置６７（伝熱板６７ｂ）に接触する時間を１０〜２０ｍｓに設定し、記録媒体Ｐと加熱装置６７との接触から２〜５ｍｓ後に記録媒体Ｐがニップ部に達するように設定している。
このような構成により、転写定着ベルト２７を積極的に加熱しなくても定着性及び発色性が充分な出力画像（定着画像）を得ることができる。

本実施の形態１における加熱装置６７は、記録媒体Ｐの転写定着面の温度が転写定着ベルト２７の表面温度よりも高くなるように、転写定着面を加熱している。すなわち、転写定着ベルト２７に担持されたトナー像Ｔは、ニップ部にて、記録媒体Ｐから受ける熱により加熱・溶融されることになる。
従来のカラー画像形成装置（転写定着ベルトを積極的に加熱する装置である。）では、出力画像上にて充分な光沢を得るために、記録媒体に熱を奪われて転写定着ベルトが温度低下するのを考慮して、白黒画像形成装置に比べて１．５倍ほどの熱量を転写定着ベルトに与えていた。このため、記録媒体が必要以上に加熱されるとともに、トナーと記録媒体との密着性も必要以上に高められていた。
これに対して、本実施の形態１では、記録媒体Ｐの転写定着面を加熱していて、出力画像上にて充分な光沢を得るための温度を独立して設定できるので、転写定着ベルト２７の温度（定着設定温度）を低くできる。また、記録媒体Ｐは転写・定着工程の直前に加熱されるので、過剰に加熱されずに、トナーＴと記録媒体Ｐとの密着性も必要以上に高められることはない。
すなわち、本実施の形態１の構成によれば、低温定着が可能であって、装置のウォームアップ時間を短縮できて、省エネルギ化を向上させることができる。また、転写定着ベルト２７への熱移動を抑制できるので、転写定着ベルト２７の耐久性を向上させることができる。さらに、転写定着ベルト２７の加熱温度が低減されるために、転写定着ベルト２７の熱劣化を抑制できる。

このように、本実施の形態１における転写定着装置６６は、転写定着ベルト２７の加熱を最小限に抑えて、トナーの加熱・溶融に必要な熱量を、ニップ部に搬送される直前に記録媒体Ｐを効率的に加熱することで補足するものである。しかし、その場合に、加熱された記録媒体Ｐから転写定着ベルト２７が多量かつ不均一な分布の熱を受けて、転写定着ベルト２７の幅方向（記録媒体の搬送方向に直交する方向である。）に温度ムラが生じて、定着ムラやオフセット等の定着不良画像が発生しやすくなってしまう。
これに対して、本実施の形態１では、図２に示すように、ニップ部を通過した後の転写定着ベルト２７の表面の幅方向の温度分布を均一化する温度均し手段としての均しローラ８５を設置している。
均しローラ８５は、ニップ部に対して転写定着ベルト２７の走行方向下流側に配設されたローラ部材であって、３つのローラ部材２８Ａ〜２８Ｃとともに転写定着ベルト２７を張架・支持する。均しローラ８５は、ヒートパイプであって、その内部で熱を効率的に対流させることで、転写定着ベルト２７表面の幅方向の温度分布を均一化する。これにより、転写定着ベルト２７の加熱を最小限に抑えてニップ部に搬送される直前の記録媒体Ｐを加熱装置６７によって加熱する場合であっても、定着ムラやオフセット等の定着不良が発生するのを抑止することができる。

なお、本実施の形態１では、均しローラ８５としてヒートパイプを用いたが、均しローラ８５を熱伝導率の高いグラファイト等の材料で形成することもできる。その場合にも、上述したものと同等の効果を得ることができる。
また、本実施の形態１では、３つのローラ部材２８Ａ〜２８Ｃとは別に均しローラ８５を設置したが、３つのローラ部材２８Ａ〜２８Ｃの内の１つのローラ部材２８Ｂ（ニップ部に対して下流側のローラ部材である。）を均しローラ（ヒートパイプ）として用いることもできる。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、転写定着ベルト２７（転写定着部材）と加圧ローラ６８（加圧部材）とのニップ部に搬送される直前に記録媒体Ｐの転写定着面を効率的に加熱するとともに、転写・定着工程後の転写定着ベルト２７の幅方向の温度分布を均一化する均しローラ８５（温度均し手段）を設けているために、装置の消費エネルギを低くすることができるとともに、定着不良画像の発生を抑止することができる。

なお、本実施の形態１では、加熱装置６７の加熱体６７ａとして抵抗発熱体（正特性サーミスタ）を用いたが、加熱体６７ａとして電磁誘導により発熱するとともに所定のキューリー点に達すると透磁率が低下する金属部材を用いることもできる。そして、このような場合にも、本実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
具体的に、加熱装置は、ニッケル、鉄等の整磁合金からなる板厚０．３ｍｍ程度の板バネ部材と、板バネ部材に対向する誘導コイルと、等で構成される。板バネ部材の先端は、伝熱板６７ｂと同様に、ニップ部に向けて搬送される記録媒体Ｐに接触するように配設される。このような構成により、誘導コイルに２０ｋＨｚの高周波電圧が印加されると、板バネ部材が電磁誘導加熱されて、記録媒体Ｐの転写定着面に熱を伝えることになる。なお、板バネ部材は、整磁合金中のニッケル成分の比率が４０％程度に設定されていて、その温度が２００℃（キューリー点）に達すると透磁率が急激に低下して電磁誘導加熱されなくなる。具体的に、このように構成された加熱体は、１２００ワットの電力で３秒後に１９０〜２００℃にまで昇温して、その後は自己温度制御機能により２１０℃以上に昇温することはない。

実施の形態２．
図４にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図４は、実施の形態２における転写定着装置に設置される加熱手段を幅方向にみた図であって、前記実施の形態１における図３に相当する図である。本実施の形態２における転写定着装置は、加熱手段によって記録媒体における転写定着面の画像領域のみを加熱する点が、前記実施の形態１のものと相違する。

本実施の形態２における転写定着装置６６も、前記実施の形態１のものと同様に、転写・定着工程直前に記録媒体Ｐを加熱する加熱装置６７と、均しローラ８５と、が設置されている。
ここで、本実施の形態２における加熱装置６７は、図４に示すように、幅方向に分割された１０個の加熱体６７ａ１〜６７ａ１０と電極６７ｃ１〜６７ｃ１０とが設置され、それらの加熱体６７ａ１〜６７ａ１０（電極６７ｃ１〜６７ｃ１０）にはそれぞれ独立した切替制御が可能なスイッチ７２Ａ〜７２Ｊが接続されている。
そして、装置本体１の制御部に送られる画像情報に基いて、記録媒体Ｐの画像面（転写定着面）における画像領域のみを加熱して、非画像領域を加熱しないように制御する。具体的に、転写定着面において画像が形成される領域に対応した加熱体のみスイッチを接続して加熱させて、画像が形成されない領域に対応した加熱体のスイッチを切断して加熱停止させる。

このような構成・制御により、加熱装置６７が無駄に電力を消費するのを抑止することができるとともに、転写定着ベルト２７上に地肌汚れ（非画像領域にトナーが付着する現象である。）が生じている場合であってもニップ部にて記録媒体Ｐ上に地肌汚れトナーが転写・定着される不具合が軽減される。
なお、本実施の形態２における装置を用いて、均しローラ８５を通過する前後の転写定着ベルト２７表面の幅方向温度ムラをサーモグラフィで測定したところ、均しローラ通過前の転写定着ベルト２７表面の幅方向温度ムラが３０〜４０℃であったのに対して、均しローラ通過後の転写定着ベルト２７表面の幅方向温度ムラは１０℃以下であった。また、連続通紙をおこなっても、光沢ムラ、定着不良等の異常画像の発生はなく、安定的に高画質の出力画像を得ることができた。

以上説明したように、本実施の形態２によれば、前記実施の形態１と同様に、転写定着ベルト２７と加圧ローラ６８とのニップ部に搬送される直前に記録媒体Ｐの転写定着面を効率的に加熱するとともに、転写・定着工程後の転写定着ベルト２７の幅方向の温度分布を均一化する均しローラ８５を設けているために、装置の消費エネルギを低くすることができるとともに、定着不良画像の発生を抑止することができる。

実施の形態３．
図５にて、この発明の実施の形態３について詳細に説明する。
図５は、実施の形態３における転写定着装置の一部を示す拡大図であって、前記実施の形態１における図２に相当する図である。本実施の形態２における転写定着装置は、加熱手段にブラシ状部材が設置されている点が、前記実施の形態１のものと相違する。

本実施の形態３における転写定着装置６６も、前記実施の形態１のものと同様に、転写・定着工程直前に記録媒体Ｐを加熱する加熱装置６７と、均しローラ８５と、が設置されている。
ここで、本実施の形態３における加熱装置６７は、図５に示すように、磁性を有するとともに記録媒体Ｐ（転写定着面）に接触して伝熱するブラシ状部材６７ｂが設置されている。すなわち、加熱装置６７の伝熱部材として、伝熱板の代わりに、ブラシ状部材６７ｂが設置されている。一方、加圧ローラ６８の内部であってブラシ状部材６７ｂに対向する位置には、磁力発生手段としてのマグネット７５が設置されている。このマグネット７５は、その磁力によってブラシ状部材６７ｂを記録媒体Ｐに接触するように付勢するものである。これにより、ブラシ状部材６７ｂは、経時においても記録媒体Ｐに安定的に接触することになる。すなわち、ブラシ状部材６７ｂが記録媒体Ｐとの接触を繰り返すことにより毛倒れを起こして、記録媒体Ｐとの接触不良による加熱不良が生じるのを抑止することができる。

具体的に、ブラシ状部材６７ｂとして、ＳＵＳ３０４からなる外径４０μｍの繊維を束ねたものを用いることができる。ＳＵＳ３０４は、はオーステナイト系のステンレスであって一般に非磁性とされるが、繊維や箔のように延伸加工を施すことにより磁性が発現する。なお、ブラシ状部材６７ｂの材料としては、ＳＵＳ３０４の他に、本来的に磁性を有するフェライト系材料からなる繊維や、ニッケルからなる繊維、等を用いることもできる。

本願発明者が、本実施の形態３における転写定着装置６６を用いて、通紙テストをおこなったところ、平滑度が２３秒までの表面凹凸性が大きな記録媒体（Ｓａｂｒｅ−Ｘ８０である。）に対しても、ブラシ状部材６７ｂは毛倒れすることなく記録媒体Ｐに追従して接触して、安定した定着性能を発揮することができた。
なお、記録媒体（紙）の表面凹凸性をあらわす「平滑度」は、紙パルプ技術協会の紙パルプ試験法Ｎｏ．５−７４に基くものであり、その単位は秒であらわされる。平滑度が高い値であるほど、表面の凹凸性が少なく平滑性に優れた紙となる。日本国内において電子写真方式の画像形成装置で用いられる普通紙としては、おおよそ平滑度３０秒以上のものが市販されている。上質紙では１００秒を超える。３０秒を下回るものは稀であって、海外で流通する一部の紙種や、冊子の表紙に用いられる特殊紙等がある。

以上説明したように、本実施の形態３によれば、前記各実施の形態と同様に、転写定着ベルト２７と加圧ローラ６８とのニップ部に搬送される直前に記録媒体Ｐの転写定着面を効率的に加熱するとともに、転写・定着工程後の転写定着ベルト２７の幅方向の温度分布を均一化する均しローラ８５を設けているために、装置の消費エネルギを低くすることができるとともに、定着不良画像の発生を抑止することができる。
特に、本実施の形態３では、加熱装置６７の伝熱部材としてブラシ状部材６７ｂを用いているために、凹凸が大きく平滑性の低い記録媒体Ｐに対しても、その転写定着面をムラなく確実に加熱することができる。

実施の形態４．
図６にて、この発明の実施の形態４について詳細に説明する。
図６は、実施の形態４における画像形成装置の一部を示す構成図である。本実施の形態４における画像形成装置は、１つの感光体ドラム２１が設置されている点が、４つの感光体ドラム２１が設置されている前記実施の形態１のものと相違する。

本実施の形態４における転写定着装置６６も、前記実施の形態１のものと同様に、転写定着ベルト２７、加圧ローラ６８、加熱装置６７、均しローラ８５、等で構成されている。

図６に示すように、本実施の形態５における画像形成装置は、１つの感光体ドラム２１の周囲に、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した書込み部（不図示である。）、帯電部（不図示である。）、現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫや、クリーニング装置２５、等が配設されている。そして、感光体ドラム２１上で各色の画像（トナー像）が重ねて形成されて、そのカラー画像が転写バイアスローラ２４との対向位置で転写定着ベルト２７上に転写される。
その後、転写定着ベルト２７上に担持されたトナー像Ｔは、加圧ローラ６８とのニップ部の位置で、前記各実施の形態と同様に、加熱装置６７によって加熱された記録媒体Ｐ上に転写・定着される。

以上説明したように、本実施の形態４によれば、前記各実施の形態と同様に、転写定着ベルト２７と加圧ローラ６８とのニップ部に搬送される直前に記録媒体Ｐの転写定着面を効率的に加熱するとともに、転写・定着工程後の転写定着ベルト２７の幅方向の温度分布を均一化する均しローラ８５を設けているために、装置の消費エネルギを低くすることができるとともに、定着不良画像の発生を抑止することができる。

なお、本発明が前記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

この発明の実施の形態１における画像形成装置を示す全体構成図である。 転写定着装置の一部を示す拡大図である。 転写定着装置に設置される加熱手段を幅方向にみた図である。 この発明の実施の形態２における転写定着装置に設置される加熱手段を幅方向にみた図である。 この発明の実施の形態３における転写定着装置の一部を示す拡大図である。 この発明の実施の形態４における画像形成装置の一部を示す構成図である。

符号の説明

１ 画像形成装置本体（装置本体）、
２７ 転写定着ベルト（転写定着部材）、
２８Ａ〜２８Ｃ ローラ部材、
６６ 転写定着装置、
６７ 加熱装置（加熱手段）、
６７ａ、６７ａ１〜６７ａ１０ 加熱体、
６７ｂ 伝熱板（伝熱部材）、
６７ｃ、６７ｃ１〜６７ｃ１０ 電極、
６８ 加圧ローラ（加圧部材）、
７５ マグネット（磁力発生手段）、
８５ 均しローラ（温度均し手段）、 Ｐ 記録媒体。

Claims (11)

1. 記録媒体の転写定着面にトナー像を転写するとともに定着する転写定着装置であって、
   トナー像を担持する転写定着部材と、
   前記転写定着部材に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧部材と、
   前記ニップ部に向けて搬送される記録媒体の前記転写定着面を加熱する加熱手段と、
   前記ニップ部を通過した後の前記転写定着部材の表面の幅方向の温度分布を均一化するための温度均し手段と、
   を備え、
   前記加熱手段は、前記記録媒体の前記転写定着面の裏面が昇温する前に当該記録媒体が前記ニップ部に搬送されるように前記転写定着面を加熱することを特徴とする転写定着装置。
2. 前記記録媒体の厚さは５０μｍ以上であって、
   前記記録媒体が前記加熱手段の位置を通過してから前記ニップ部に達するまでの時間が５０ｍｓ以内になるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の転写定着装置。
3. 前記加熱手段は、記録媒体の発火点よりも低いキューリー点を有する加熱体を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転写定着装置。
4. 前記加熱体は、前記キューリー点に達すると抵抗が上昇する抵抗発熱体であることを特徴とする請求項３に記載の転写定着装置。
5. 前記加熱体は、電磁誘導により発熱するとともに、前記キューリー点に達すると透磁率が低下する金属部材であることを特徴とする請求項３に記載の転写定着装置。
6. 前記加熱手段は、幅方向に分割された複数の加熱体を備え、前記転写定着面の画像領域のみを加熱して非画像領域を加熱しないように制御されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の転写定着装置。
7. 磁力を発生させる磁力発生手段を備え、
   前記加熱手段は、磁性を有するとともに前記転写定着面に接触して伝熱するブラシ状部材を備え、
   前記ブラシ状部材は、前記磁力により記録媒体に接触するように付勢されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の転写定着装置。
8. 前記温度均し手段は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の転写定着装置。
9. 前記転写定着部材は、複数のローラ部材に張架された転写定着ベルトであることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の転写定着装置。
10. 前記温度均し手段は、前記複数のローラ部材の１つであることを特徴とする請求項９に記載の転写定着装置。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の転写定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images