JP4925183B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリまたはそれらの複合機などの画像形成装置に関する。そのうち特に、１つの像担持体に、色ごとに表面電位形成、静電潜像形成、現像を順に繰り返して多色トナー像を形成し、その多色トナー像を転写定着部材に一括１次転写するタイプのカラー画像形成装置に関する。

従来より、電子写真方式を利用する複写機やプリンタ等の画像形成装置において、感光体ドラム上にトナー像を形成した後、中間転写体上に転写させ、この中間転写体上に転写されたトナー像を加熱溶融させて、その加熱トナーを用紙等の被転写材上に転写同時定着するものは、知られている。

この種の画像形成装置にあっては、感光体ドラム上のトナー像を中間転写体上に転写する位置（一次転写位置）で、トナーが感光体ドラムに固着することを防ぐため、この一次転写位置での中間転写体の表面温度をトナーが固着する温度以下に保つ必要がある。

このために、一次転写位置での温度を低減する各種の方式が提示されている。特許文献１に記載される第一の従来手段では、中間転写体の熱容量を小さくして、十分な温度低下をもたらすようにしている。また、特許文献２に記載される第二の従来手段では、中間転写体の表面を冷却することで、温度低下をもたらすようにしている。

特公昭５８−３６３４１号公報 特開２００５−２６６５５４号公報

ところで、電子写真方式におけるカラー画像形成装置として、例えば中間転写方式の態様はすでに知られている。そこで、生産性の高いタンデム型画像形成装置を転写定着方式にて構成し、これに第一の従来手段や第二の従来手段を適用することが考えられる。

しかし、第一の従来手段を適用し、中間転写体の熱容量を小さくすると、中間転写体の厚さが薄いため、被転写材の凹凸に追従できずに、転写不良を起こすことから、中間転写体の熱容量をある程度大きくせざるを得なかった。このため、中間転写体の二次転写位置から一次転写位置までの間に冷却手段を付設し、中間転写体を強制冷却する必要が生じていた。

いずれにしても、上述のような従来技術をタンデム型のカラー画像形成装置に適用しようとすると、例えば図４に示すように、中間転写体である中間転写ベルトを広範囲に冷却する冷却手段を付設した構成の画像形成装置が想定された。

図４に示す画像形成装置では、平行に備える４つのドラム状の像担持体５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄでそれぞれ個別に各色トナー像が形成され、それらのトナー像を一次転写装置５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄで順に一次転写してベルト状の中間転写体５２上に多色トナー像が形成され、その多色トナー像を二次転写装置５３で加熱溶融して一括二次転写し、被転写材としてのシート５４に転写同時定着される。

中間転写体５２は、複数の張架ローラ５５、５６、５７、５８に掛けまわされて矢示方向に回転される。それらの張架ローラの中の１つの張架ローラ５７に中間転写体５２を挟んで二次転写ローラ５９を対向し、張架ローラ５７をバックアップローラとする二次転写装置５３が構成される。張架ローラ５７および二次転写ローラ５９内には、各々加熱手段６１、６２が設けられている。

また、中間転写体５２には、冷却手段６０が対向配置され、二次転写装置５３で加熱された中間転写体５２が冷却される。トナーが像担持体５０に固着しないためには、その一次転写部位での温度がトナーのガラス転移点温度（Ｔｇ）以下にする必要がある。そのため、この画像形成装置においても、冷却手段６０での冷却により、像担持体５０との対向部位（一次転写部位）ではトナーのＴｇ以下の温度に維持されている。

この図４に示すような画像形成装置において、中間転写体５２上の点は、その表面温度を図５に示すように変化する。すなわち、中間転写体５２の表面温度は、冷却手段６０によって冷却され、図５に示すようにΔＴだけ温度を低下し、その後は各像担持体５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄと接触しても若干の温度低下をもたらすのみで、ほぼ平坦な推移を続け、二次転写装置５３の加熱の影響で徐々に昇温され、二次転写装置５３のニップ域では急激に温度を上昇させる。

このとき、各像担持体５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄでのトナー固着を防ぐには、中間転写体５２の表面温度が像担持体５０と接触する位置では、使用される各色トナーの中で一番低いＴｇ以下にすることが必要となる。そのため、中間転写体５２が冷却手段６０を通過したところでの表面温度は、この最低のＴｇ以下にすることが必要である。

一方、中間転写体５２上に一次転写されたトナーを二次転写装置５３にて溶融転写させるには、各色トナーの中で一番高いＴｇに合わせた設定温度に二次転写装置５３の設定を行うことが必要で、勢い二次転写装置５３では急激な温度上昇を伴うようになる。そのため、冷却手段６０では、中間転写体５２の広い範囲に亘って大きく温度低下し、ΔＴを大きくすることが必要になり、冷却手段６０にも十分な冷却エネルギが求められる。

また、従来技術をタンデム型のカラー画像形成装置に適用しようとすると、例えば図６に示すような構成の画像形成装置も想定された。

この図６に示す画像形成装置では、各色に対応するトナー像がそれぞれ担持される複数の像担持体７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄと、これらの像担持体７０とそれぞれ対向配置され、像担持体７０上のトナー像を転写して一時的に担持しかつ被転写材７４上に転写するドラム状の中間転写体７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄと、各中間転写体７２に対応して配設され、中間転写体７２上のトナー像を加熱溶融しかつ溶融した状態でトナー像を被転写材７４上に転写定着する加熱手段８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄと、各中間転写体７２上のトナー像を被転写材７４上に転写する位置より下流側かつ像担持体７０と対向する位置より上流側に対向配設され、各中間転写体７２と像担持体７０との対向部位で中間転写体７２の表面温度をそれぞれのトナーのガラス転移点温度（Ｔｇ）以下とする冷却能力が設定された冷却手段８０とを備えてなる。

図中符号８３は、被転写材７４を搬送するシート搬送ベルトである。７９は、中間転写体７２上のトナー像を被転写材７４に転写する二次転写ローラである。

ここで、この図６に示すような画像形成装置において、中間転写体７２上の点は、その表面温度を図７に示すように変化する。すなわち、中間転写体７２の表面温度は、中間転写体７２が冷却手段８０と接触開始したｔ０から離間するｔ１までは急激に低下して行き、その後、像担持体７０と接触開始するｔ２までは徐々に上昇するようになる。像担持体７０と接触すると若干の放熱効果があり、像担持体７０から離間するｔ３までは若干の低下傾向が示され、像担持体７０から離間すると、その後徐々に上昇して行く。そして、ｔ４で、中間転写体７２上の溶融トナーが被転写材７４に転写開始されるようになる。

このような温度プロファイルにあって、中間転写体７２が像担持体７０と対向している時間、すなわち、ｔ２からｔ３の間の中間転写体７２の表面温度をトナーのＴｇ以下に維持することで、像担持体７０へのトナー固着を防止することが可能になる。

ところが、このような構成では、熱源、冷却手段、転写定着部材とも各色分必要であって、その体積、および表面積に応じて発散される熱量とも多大であって小型化、省エネルギにおいて、優れたものではなかった。また、この表面冷却の考え方は、中間転写体への転写位置近傍で冷却部材が接触する必要があり、図４に示すような形態においては、２色目以降は画像を擦ることとなり、画像形成が不可能である。風などで冷却することも考えられるが、やはり画像を乱すことから実現できるものではない。

そこで、この発明の目的は、１つの像担持体に、色ごとに表面電位形成、静電潜像形成、現像を順に繰り返して多色トナー像を形成し、その多色トナー像を転写定着部材に一括１次転写するタイプのカラー画像形成装置において、小型化および省エネルギを達成することにある。

そのため、この発明は、１つの像担持体に、色ごとに表面電位形成、静電潜像形成、現像を順に繰り返して多色トナー像を形成し、その多色トナー像を転写定着部材に一括一次転写する画像形成装置において、転写定着部材の回転方向にあって一次転写位置の直前を冷却する冷却手段を備えるとともに、一次転写後に加熱溶融された転写定着部材上の多色トナー像を二次転写して被転写材に転写定着する二次転写装置を備えるものである。

そして、請求項１に記載の発明は、冷却手段としては、転写定着部材より低温の冷却部材を転写定着部材の表面に接触して備え、その冷却部材には、転写定着部材の表面電位を打ち消すバイアスを印加するものである。また、請求項２に記載の発明は、冷却手段を、転写定着部材の表面に接触する小径ローラと、その小径ローラに接触する大径冷却ローラとで構成するものである。

請求項１、２に記載の発明によれば、像担持体を１つとし、その１つの像担持体に、色ごとに表面電位形成、静電潜像形成、現像を順に繰り返して多色トナー像を形成し、その多色トナー像を転写定着部材に一括一次転写し、その一次転写後に加熱溶融された転写定着部材上の多色トナー像を二次転写装置で二次転写して被転写材に転写定着するので、全体を小型化し、転写定着部材の冷却に必要なエネルギも低減することができる。

請求項１に記載の発明によれば、冷却手段として、転写定着部材より低温の冷却部材を転写定着部材の表面に接触して備えるので、転写定着部材を確実に冷却して像担持体へのトナー固着を防止することができる。

請求項１に記載の発明によれば、また、冷却部材に、転写定着部材の表面電位を打ち消すバイアスを印加するので、転写部の散りを抑制して、冷却と同時に画像の安定化を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、冷却手段を、転写定着部材の表面に接触する小径ローラと、その小径ローラに接触する大径冷却ローラとで構成するので、径の小さな小径ローラをより一次転写位置に近付けて配置することを可能とするとともに、それに接する冷却ローラを大径として熱の輸送量を確保し、冷却効果を高めてさらに省エネルギな画像形成装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の最良形態につき説明する。
図１には、この発明による電子写真式カラー画像形成装置の作像部を示す。図中符号４０は、ドラム状の像担持体である。像担持体４０のまわりには、イエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色の画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋが配置される。

各画像形成ユニット１０には、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成ユニット１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋでは図示省略するが、それぞれ表面電位形成用の帯電器１２、静電潜像形成用の書込み器１３、静電潜像現像用の現像器１４が備えられる同一構成をなしている。帯電器１２は、像担持体４０の表面電位が２色目以降高くなり過ぎる場合は、逆極性の帯電器を併設してもよい。また、現像器１４には、それぞれイエロ、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを収納し、そのトナーを担持して像担持体４０に付着するトナー担持体１５が設けられている。

像担持体４０のまわりには、また、画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの他に、転写定着装置２０、クリーニング器１６などが配置される。クリーニング器１６には、先端を像担持体４０の周面に押し当てるクリーニングブレード１７が備えられている。

転写定着装置２０では、小径の一次転写ローラ２１と大径の二次転写ローラ２２とにベルト状の転写定着部材２３が掛けまわされ、矢示方向に回転可能に保持されている。一次転写ローラ２１は、転写定着部材２３を挟んで像担持体４０に対向配置され、一次転写位置Ｐ１が形成されている。また、一次転写ローラ２１まわりには、転写定着部材２３の回転方向にあって一次転写位置Ｐ１の直前を冷却する冷却手段が備えられている。この例では、冷却手段として、ローラ状の冷却部材２４が転写定着部材２３に接触して設けられている。

一方、二次転写ローラ２２には、内部に加熱手段２５が備えられ、外周に加圧ローラ２６が押し当てられて二次転写位置Ｐ２を有する二次転写装置２７が形成されている。加熱手段２５は、この例では、熱源を二次転写ローラ２２内に配置して構成されているが、これに限らず、熱源を例えば二次転写位置Ｐ２の手前の転写定着部材２３のまわりに配置することにより構成されるようにしてもよい。また、電磁誘導を用いて転写定着部材２３を加熱することも考えられる。

そして、１つの像担持体４０に、色ごとに帯電器１２による表面電位形成、書込み器１３による静電潜像形成、現像器１４による現像を順に繰り返して多色トナー像を形成し、その多色トナー像を一次転写位置Ｐ１で転写定着部材２３に一括一次転写し、一次転写後に加熱手段２５により加熱溶融された転写定着部材２３上の多色トナー像を二次転写位置Ｐ２で二次転写してその二次転写位置Ｐ２を通過するシート等の被転写材３０に二次転写装置２７により転写同時定着する。

このとき、一次転写後、像担持体４０上に残留するトナーは、クリーニング器１６のクリーニングブレード１７で除去される。また、転写定着装置２０で加熱手段２５により加熱された転写定着部材２３は、冷却部材２４により冷却される。

冷却部材２４は、内部に水を冷却媒体として流し、これを外部でラジエータにより室温近くまで冷却する形態が最も望ましいが、その他に、冷却部材２４内をヒートパイプとして、放熱面積を増した端部のフィンにより空冷する形態のものもまた有効である。

このような冷却部材であれば、室温以下になることはないため、結露の心配がなく、冷却媒体または風をペルチェ素子等で冷却することで、表面の瞬間的な冷却効果を得ることが可能である。この場合は、冷却部材２４の結露を防ぐために、その表面に接する気体はあらかじめ脱湿しておくことが必要である。脱湿方法としては、先の冷却素子を利用して気温を一度下げる方法、シリカゲル等の吸着剤を用いることなどが考えられる。

冷却手段としては、転写定着部材２３より低温の冷却部材を転写定着部材２３に接触して備えると、転写定着部材２３を確実に冷却して像担持体４０へのトナー固着を防止することができる。また、室温以上の温度の冷却部材を転写定着部材２３に接触して備えると、結露が発生することなく、安定した画像を得ることができる。逆に、室温未満の温度の冷却部材を転写定着部材２３に接触して備えた場合も、その冷却部材に接する気体の水蒸気量を冷却部材表面温度の飽和水蒸気量未満とすると、像担持体４０の温度をより下げることができ、長期に亘ってトナー固着を防止できるとともに、結露が発生することなく、安定した画像を得ることができる。

以上のような構成とすると、像担持体４０の外周は、色ごとに帯電・書込み・現像・クリーニング・転写のスペースを必要とする図４、６の像担持体の周長を１とするとき、各色ごとの周長は３／５であり、これの４倍となり、クリーニング・転写を２／５とすると、（３／５）×４＋２／５＝１４／５＝２．８であり、４色分の４に比べ３０％減、像担持体がドラムであれば断面積では５０％減となり、小型化が達成される。また、この方式の冷却に必要なエネルギは、図６の方法の約１／３程度である。冷却個所が１／４であることを考えれば、当然の結果である。

ところで、図２に示すように、冷却部材２４は、冷却降下の点から高熱伝導な金属が好ましいため、転写定着部材２３の表面を除電するバイアス、例えば一次転写ローラ２１に＋２ｋＶ、冷却ローラ２４に＋１．５ｋＶのバイアスを印加することで、画像の安定化を冷却と同時に図ることができる。

また、図３に示すように、冷却手段を、転写定着部材２３に接触する小径ローラ２４ａと、その小径ローラ２４ａに接触する大径冷却ローラ２４ｂとで構成すると、径の小さな小径ローラ２４ａをより一次転写位置Ｐ１に近付けて配置することが可能となり、また小径ローラ２４ａに接する冷却ローラ２４ｂを大径として熱の輸送量を確保し、冷却効果を高めてさらに省エネルギな画像形成装置を提供することができる。

この発明による電子写真式カラー画像形成装置の作像部構成図である。 この発明による画像形成装置で用いる冷却手段の他例を示す転写定着装置構成図である。 冷却手段のさらに他例を示す転写定着装置構成図である。 従来のカラー画像形成装置の作像部構成図である。 その中間転写体上の点の表面温度変化を示す図である。 従来の他のカラー画像形成装置の作像部構成図である。 その中間転写体上の点の表面温度変化を示す図である。

符号の説明

１０、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ 画像形成ユニット
２０ 転写定着装置
２１ 一次転写ローラ
２２ 二次転写ローラ
２３ 転写定着部材
２４ 冷却部材
２４ａ 小径ローラ
２４ｂ 大径冷却ローラ
２５ 加熱手段
２７ 二次転写装置
３０ 被転写材
４０ 像担持体
Ｐ１ 一次転写位置
Ｐ２ 二次転写位置

Claims (2)

1. １つの像担持体に、色ごとに表面電位形成、静電潜像形成、現像を順に繰り返して多色トナー像を形成し、その多色トナー像を転写定着部材に一括一次転写する画像形成装置において、
   前記転写定着部材の回転方向にあって一次転写位置の直前を冷却する冷却手段を備えるとともに、一次転写後に加熱溶融された前記転写定着部材上の多色トナー像を二次転写して被転写材に転写定着する二次転写装置を備えてなり、
   前記冷却手段としては、前記転写定着部材より低温の冷却部材を前記転写定着部材の表面に接触して備え、
   その冷却部材に前記転写定着部材の表面電位を打ち消すバイアスを印加してなることを特徴とする画像形成装置。
2. １つの像担持体に、色ごとに表面電位形成、静電潜像形成、現像を順に繰り返して多色トナー像を形成し、その多色トナー像を転写定着部材に一括一次転写する画像形成装置において、
   前記転写定着部材の回転方向にあって一次転写位置の直前を冷却する冷却手段を備えるとともに、一次転写後に加熱溶融された前記転写定着部材上の多色トナー像を二次転写して被転写材に転写定着する二次転写装置を備えてなり、
   前記冷却手段を、前記転写定着部材の表面に接触する小径ローラと、その小径ローラに接触する大径冷却ローラとで構成することを特徴とする画像形成装置。

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