図1に本発明を適用した画像形成装置の概略を示す。画像形成装置100は、複写機、プリンタ、ファクシミリの複合機であってフルカラーの画像形成を行うことが可能になっているが、他の画像形成装置、すなわち、モノクロ機や、複写機、プリンタ、ファクシミリの単体、あるいは複写機とプリンタとの複合機等他の複合機であっても良い。画像形成装置100は、プリンタとして用いられる場合には、外部から受信した画像情報に対応する画像信号に基づき画像形成処理を行なう。これは画像形成装置100がファクシミリとして用いられる場合も同様である。
画像形成装置100は、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、OHPシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをも転写媒体としてのシート状の記録媒体としてこれに画像形成を行なうことが可能である。画像形成装置100は、記録媒体である用紙としての記録体である記録材たる転写紙Sの両面に画像形成可能な両面画像形成装置でもある。
画像形成装置100は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能なドラム状の像担持体としての潜像担持体である感光体たる感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKを、第1中間転写体としての中間転写体である転写ベルト11の張り渡し方向に沿って4連タンデム式に並べて設け平行配設したタンデム構造、言い換えるとタンデム方式を採用している。
感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKは、画像形成装置100のプリンタ部として機能する本体99の図示しないフレームに回転自在に支持され、転写体たる中間転写ベルトとしてのトナー像担持体である転写ベルト11の移動方向であって図1において時計回り方向であるA1方向の上流側からこの順で並んでいる。各符号の数字の後に付されたY、M、C、BKは、イエロー、マゼンタ、シアン、黒用の部材であることを示している。
各感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKはそれぞれ、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(BK)の画像を形成するための作像装置としての画像形成ユニット60Y、60M、60C、60BKに備えられている。
感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKは、本体99の内部のほぼ中央部に配設された無端のベルトとして構成されたエンドレスの転写搬送ベルトである転写ベルト11の外周面側すなわち作像面側に、その回転軸が互いに平行となるとともに転写ベルト11の移動方向であるA1方向に等間隔の所定のピッチで配列された状態で位置している。
転写ベルト11は、各感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKに対峙しながら矢印A1方向に移動可能となっている。各感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKに形成された可視像すなわちトナー像は、矢印A1方向に移動する転写ベルト11に対しそれぞれ重畳転写され、その後、転写紙Sに一括転写されるようになっている。よって画像形成装置100は中間転写方式の画像形成装置となっている。したがって画像形成装置100はタンデム型間接転写方式の電子写真装置となっている。
転写ベルト11は、その下側の部分が各感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKに対向しており、この対向した部分である対向位置が、各感光体ドラム20Y、20M、20C、20BK上のトナー像を転写ベルト11に転写する1次転写領域としての1次転写部58を形成している。
転写ベルト11に対する重畳転写は、転写ベルト11がA1方向に移動する過程において、各感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKに形成されたトナー像が、転写ベルト11の同じ位置に重ねて転写されるよう、転写ベルト11を挟んで各感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKに対向する位置に配設された1次転写ローラ12Y、12M、12C、12BKによる電圧印加によって、A1方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。
画像形成装置100は、本体99内に、4つの作像装置としての画像形成ステーションである画像形成ユニット60Y、60M、60C、60BKと、各感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKの上方に対向して配設され、転写ベルト11を備えた中間転写装置としての第1中間転写装置である1次転写ユニットたる第1中間転写ユニットとしての中間転写ユニットである転写ベルトユニット10と、図1における転写ベルト11の右側において転写ベルト11に対向して配設され転写ベルトユニット10に対向配置された中間転写装置としての第2中間転写装置である第2中間転写ユニットたる中間転写ユニットとしての2次転写ユニット26とを有している。
画像形成装置100はまた、同図における2次転写ユニット26の右側において2次転写ユニット26に対向して配設された3次転写手段としての第3転写手段である転写手段たる3次転写ユニットたる3次転写装置5と、画像形成ユニット60Y、60M、60C、60BKの下方に対向して配設された潜像形成手段としての光書込みユニットである光学ユニットとしての書き込み装置たる露光装置としての光走査装置8とを有している。
画像形成装置100はまた、本体99内の光走査装置8の下方に、2次転写ユニット26と3次転写装置5との間の3次転写領域としての3次転写部57に向けて搬送される転写紙Sを多数枚積載可能な給紙ユニットとしての給紙トレイである給紙装置たる給紙手段としてのシート給送装置61と、シート給送装置61から搬送されてきた転写紙Sを、画像形成ユニット60Y、60M、60C、60BKによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、3次転写部57に向けて繰り出す搬送ローラとしてのレジストローラ対4と、転写紙Sの先端がレジストローラ対4に到達したことを検知する図示しないセンサとを有している。
画像形成装置100はまた、本体99内に、トナー像を転写された転写紙Sに同トナー像を定着させるためのローラ定着方式の定着ユニットとしての定着部である定着装置6と、レジストローラ対4から3次転写部57に向けて送り出された転写紙Sすなわち3次転写部57においてトナー像を転写され担持する前の転写紙Sに後述する定着液を塗布する定着液塗布手段としての定着液塗布ユニットである定着液塗布装置41と、定着済みの転写紙Sを本体99の外部に排出する排出ローラである排紙ローラ対としての排紙装置である排紙ローラ7と、転写ベルトユニット10の上方に配設され、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル9Y、9M、9C、9BKと、本体99の上側に配設され排出ローラ7により本体99の外部に排出された転写紙Sを積載する、胴内排紙部によって形成された排紙トレイ17とを有している。
画像形成装置100はまた、本体99の、同図における右側面に取り付けられた両面ユニット51と、本体99の上側に位置し原稿を読み取るスキャナとしての画像読取装置である読取装置98とを有している。
画像形成装置100はまた、本体99内に、同図における右側に下方から上方に向けて形成され、その中途部にレジストローラ対4、3次転写部57、定着装置6及び排紙ローラ7が設けられ、シート給送装置61から繰り出された転写紙Sが進入する用紙搬送路81と、用紙搬送路81における転写紙Sの搬送方向においてレジストローラ対4の上流側で両面ユニット51から用紙搬送路81に合流する給紙路82と、用紙搬送路81における転写紙Sの搬送方向において定着装置6の下流側で用紙搬送路81から両面ユニット51に向けて分岐した再給紙搬送路83とを有している。
画像形成装置100はまた、本体99内に、各感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKを回転駆動する図示しない駆動装置と、画像形成装置100の動作全般を制御する演算部としてのCPU、記憶手段としての記憶部たるメモリ等を含む制御手段91と、外部電源から給電され画像形成装置100に備えられている各構成に給電する図示しない電源ユニットとしての電源とを有している。
画像形成装置100はまた、本体99の外面に、画像形成開始指示を行うための図示しないスタートスイッチ、転写紙Sの厚みを入力する紙種入力手段としての紙種入力キー等を備え画像形成装置100の動作、作動態様を指定することが可能となっているとともに、所定の表示を行うための表示手段としての図示しない液晶表示装置を備えた図示しない操作パネルを有している。
図1に示すように、画像形成装置100は、排紙トレイ17が本体99の上方でかつ読取装置98の下側に位置した胴内排紙型の画像形成装置である。
転写ベルトユニット10は、転写ベルト11の他に、1次転写バイアスローラとしての1次転写ローラ12Y、12M、12C、12BKと、転写ベルト11を巻き掛けられ掛けまわした複数のローラとしての、駆動部材である駆動ローラ72と、張架ローラとしてのクリーニング対向ローラ74と、駆動ローラ72及びクリーニング対向ローラ74とともに転写ベルト11を張架する支持ローラとしての張架ローラ33、34と、転写ベルト11の外側から転写ベルト11に当接しクリーニング対向ローラ74とともに転写ベルト11に所定の張力を与えるためのテンションローラ75とを有している。
転写ベルトユニット10はまた、張架ローラ33に対向する位置において転写ベルト11に対向して配設され転写ベルト11表面をクリーニングする中間転写体クリーニング手段としての第1中間転写クリーニング手段である中間転写クリーニング装置たる第1中間転写クリーニング装置としてのクリーニング装置13と、駆動ローラ72を回転駆動する図示しない駆動系としてのベルト駆動装置と、1次転写ローラ12Y、12M、12C、12BKに1次転写バイアスを印加し1次転写ローラ12Y、12M、12C、12BKとともに1次転写手段としての第1転写手段である転写手段たる1次転写装置をそれぞれ構成する図示しないバイアス印加手段としての電源及びバイアス制御手段とを有している。
クリーニング対向ローラ74、張架ローラ33、34、テンションローラ75は、駆動ローラ72によって回転駆動される転写ベルト11に連れ回りする従動ローラとなっている。1次転写ローラ12Y、12M、12C、12BKは、転写ベルト11をその裏面から感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKに向けて押圧してそれぞれ1次転写ニップを形成する。この1次転写ニップは、転写ベルト11の、クリーニング対向ローラ74と張架ローラ33との間でほぼ水平に張り渡した部分において形成されている。クリーニング対向ローラ74、張架ローラ33、テンションローラ75は、1次転写ニップを安定化する機能を有する。
各1次転写ニップには、1次転写バイアスの影響により、感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKと1次転写ローラ12Y、12M、12C、12BKとの間に1次転写電界が形成される。感光体ドラム20Y、20M、20C、20BK上に形成された各色のトナー像は、この1次転写電界やニップ圧の影響によって転写ベルト11上に1次転写される。
駆動ローラ72は、転写ベルト11を介して2次転写ユニット26を当接されており、2次転写部29を形成している。
クリーニング対向ローラ74は、テンションローラ75とともに、転写ベルト11に、転写に適した所定の張力を与える加圧部材としてのテンションローラたる機能を有している。
クリーニング装置13は、図1において転写ベルトユニット10の右下方、具体的には張架ローラ33の右下方に配設されている。クリーニング装置13は、図示を省略するが、張架ローラ33に対向する位置で転写ベルト11に当接するように配設されたクリーニング部材としてのクリーニングブレードと、クリーニングブレードをその内部に収容したケースと、図1においてケースの紙面手前側に配設された廃トナー回収ボトルとを有している。
クリーニング装置13は、転写ベルト11上の残留トナー等の異物をクリーニングブレードで掻き取り、除去して、転写ベルト11をクリーニングするようになっている。転写ベルト11から除去されたかかる異物は廃トナーボトルとしての廃トナー回収ボトルに貯蔵される。廃トナー回収ボトルは前面パネルを開いた状態で図1における紙面手前側に取り出し可能となっており、内部の異物が満杯になったときに新たなものと交換可能になっている。なお、図2に示して後述するクリーニング装置49、クリーニング装置71Y、71M、71C、71BKも同様に交換可能な廃トナー回収ボトルを有している。
図2に示すように、2次転写ユニット26は、駆動ローラ72に対向する位置で転写ベルト11に当接して配設され転写ベルトユニット10との間に2次転写部29を形成するとともに、3次転写装置5に対向して配設され3次転写装置5との間に3次転写部57を形成した第2中間転写体としての中間転写体である転写部材たる2次転写ローラとしての2次転写ドラム40と、2次転写ドラム40に対向して配設され2次転写ドラム40表面をクリーニングする中間転写体クリーニング手段としての第2中間転写クリーニング手段である中間転写クリーニング装置たる第2中間転写クリーニング装置としてのクリーニング装置49とを有している。
2次転写ユニット26はまた、図示を省略するが、2次転写ドラム40を、転写ベルト11との対向領域においてA1方向に沿ったC1方向に回転駆動する駆動手段としてのモータと、2次転写ドラム40に2次転写バイアスを印加し転写ベルト11上のトナー像を2次転写ドラム40に転写させる2次転写手段としての第2転写手段である転写手段たる2次転写装置を構成するバイアス印加手段としての電源及びバイアス制御手段とを有している。
2次転写ドラム40は、2次転写部29において転写ベルト11上のトナー像を転写され担持するとともに、2次転写部29において担持したトナー像をC1方向への回転によって3次転写部37に搬送し、かかるトナー像が、3次転写部57において転写紙Sに転写される。
クリーニング装置49は、3次転写部37においてトナー像を転写紙Sに転写された2次転写ドラム40に残留し付着しているトナーいわゆる残留トナー等の異物を掻き取ってクリーニングするクリーニング部材としてのクリーニングブレードである第1のクリーニングブレード49a及び第2のクリーニングブレード49bと、これらクリーニングブレード49a、49bをその内部に収容した図示しないケースとを有している。
クリーニングブレード49a、クリーニングブレード49bは、2次転写ドラム40の移動方向であるC1方向において、この順で、3次転写部57と2次転写部29との間でその先端が2次転写ドラム40に当接し、それぞれの当接箇所で2次転写ドラム40をクリーニングする。このように、クリーニング装置49は、C1方向における複数個所において、2次転写ドラム40をクリーニングするようになっている。クリーニング装置49は、3次転写装置5によりトナー像を転写紙Sに転写された2次転写ドラム40に付着し残留しているトナーをクリーニングするクリーニング手段として機能する。
電源は、転写ベルト11上のトナー像を構成しているトナーと逆極性の電圧を2次転写ドラム40に印加することで、転写ベルト11上のトナー像を、転写ベルト11と2次転写ドラム40との当接圧に加えてバイアスによって2次転写ドラム40に転写させるようになっている。
転写ベルトユニット10と、2次転写ユニット26とは、中間転写部を構成している。
2次転写ユニット26の機能等に関し、2次転写ユニット26のその余については、後述する。
3次転写装置5は、詳細な図示を省略するが、2次転写ドラム40に対向して配置され2次転写ドラム40に接触し当接した転写部材である3次転写ローラと、3次転写ローラを2次転写ドラム40に向けて付勢し3次転写ローラと2次転写ドラム40との間でニップである3次転写部57を形成した付勢手段としてのバネと、3次転写ローラを、2次転写ドラム40との対向領域においてC1方向に沿ったD1方向に回転駆動する駆動手段としてのモータとを有している。3次転写ローラは、電源によって2次転写ドラム40上のトナー像を構成しているトナーと逆極性の電圧が印加され、バネによる2次転写ドラム40への圧接のみならず、バイアスによっても2次転写ドラム40上のトナー像を転写紙Sに転写させる。3次転写ローラは、トナー像を転写された転写紙Sを定着装置6へと搬送するシート搬送機能も有している。バネは、3次転写部57に送り込まれた転写紙Sを2次転写ドラム40に密着させ、2次転写ドラム40上に担持されているトナー像を、転写紙Sの、定着液塗布装置41によって定着液を塗布されている側の面に圧接の態様で接触させながら転写させるために備えられている。
光走査装置8は、図示を省略するが、半導体レーザー等の光源、ポリゴンミラー、F−θレンズ、反射ミラー等を備え、形成すべき画像に対応したデータに基づいて制御手段91によって光源が発光制御されるとともにポリゴンミラーが回転駆動制御されることで、感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKのそれぞれの表面に、レーザー光を走査しながら照射し、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応した静電潜像を形成する。
シート給送装置61は、転写紙Sを複数枚重ねた転写紙束の状態で収容するものであり、本体99の下部において光走査装置8の下方に配設されている。シート給送装置61は、複数枚の転写紙Sを紙束の状態で収容可能な鉛直方向に複数重なるように、本形態では2段に備えられた給紙カセット25と、各給紙カセット25に積載された転写紙Sのうち最上位の転写紙Sの上面に当接する給紙ローラとしての給送ローラ24と、給紙ローラ24によって送り出された転写紙Sのうちの1枚のみを分離してさらに搬送する図示しない分離ローラと、給紙カセット25が本体99に対して開閉されたことを検出する図示しない検出手段としての開閉検知センサとを有しており、給送ローラ24が所定のタイミングで反時計回り方向に回転駆動されることにより、最上位の転写紙Sをレジストローラ対4に向けて給送するようになっている。
シート給送装置23は、給送ローラ24が選択的に図中反時計回り方向に回転駆動され、分離ローラが作用することにより、その給紙カセット25に積載された転写紙Sのうち最上位の転写紙Sを用紙搬送経路81に入れてレジストローラ対4に向けて給送し、搬送された転写紙Sがレジストローラ対4のローラ間に挟まれた状態で突き当られ止められるようになっている。
両面ユニット51は、外側面側に配設された手差し給紙装置53と、手差し給紙装置53から両面ユニット51内を横切るように配設された、給紙路82の一部と、再給紙搬送経路83を経た転写紙Sを給紙路82に向けて反転して搬送する反転搬送経路21と、反転搬送経路21中に配設され転写紙Sを給紙路82に向けて搬送する搬送ローラ23とを有している。
手差し給紙装置53は、転写紙Sを積載可能な手差し給紙トレイとしての手差しトレイ27と、手差しトレイ27に積載された転写紙Sのうち最上位の転写紙の上面に当接する給紙ローラとしての給送ローラ28と、給送ローラ28により繰り出された転写紙を1枚ずつ分離する図示しない分離ローラとを有している。
手差し給紙装置53は、給送ローラ28が図中時計回り方向に回転駆動され、分離ローラが作用することにより、最上位の転写紙Sをレジストローラ対4に向けて給送し、搬送された転写紙Sがレジストローラ対4のローラ間に挟まれた状態で突き当られ止められるようになっている。
定着装置6は、ローラ状の定着部材としての定着ローラ65と、定着ローラ65に圧接し転写紙Sを押圧する圧接部である定着部としての定着ニップ62を形成するためのローラ状の加圧部材としての加圧ローラ63と、定着ローラ65の内部に配設され定着ローラ65を加熱して定着ニップ62を所定の温度に加熱するための加熱手段としての定着熱源たるハロゲンヒータであるヒータ66と、定着ローラ65の外周面に近接して配設され定着ローラ65の温度を検知する定着部材温度検知手段である温度検知手段としての非接触型のサーミスタ68とを有している。
定着装置6はまた、図3に示すように、ヒータ66を駆動する加熱駆動手段としてのPWM駆動回路92aと、後述する温度に設定された定着ローラ65の目標制御温度とサーミスタ68により検知された定着ローラ65の温度との間の温度偏差の情報を基にPWM駆動回路92aを通してヒータ66への印加電力を単位時間当たりの通電時間(=DUTY)で制御し定着ローラ65の温度を制御する加熱駆動制御手段としての定着温度制御手段である温度コントローラとしての定着温度コントローラ92bとを有している。
PWM駆動回路92aと定着温度コントローラ92bとは、制御手段91の一機能として実現されている。この点、制御手段91は、定着温度制御手段として機能する。定着温度制御手段として機能する制御手段91は、定着ローラ65の温度制御を行うことで、実質的に、定着ニップ62の温度制御を行うものである。
定着装置6は、トナー像を担持した転写紙Sを定着ニップ62に挟み込む態様で通し、定着ローラ65が転写紙Sのトナー像を担持した画像面に接触することで、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を構成しているトナーを溶融させて圧着し、転写紙Sの表面に定着するようになっている。
なお、同図に示されているように定着ニップ62に進入してくる転写紙Sには、すでに、トナーを担持している側の面に、定着液塗布装置41によって定着液を塗布されているが、同図において定着液の図示は省略している。
定着装置6のその余については後述する。
トナーボトル9Y、9M、9C、9BK内のイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーは、重合トナーであって、図示しない駆動手段によって回転されることでトナーを吐出し、図示しないパイプ等によって構成された搬送経路を経て、所定の補給量だけ、後述するように画像形成ユニット60Y、60M、60C、60BKに備えられた現像装置80Y、80M、80C、80BKに補給される。
読取装置98は、詳細な図示を省略するが、原稿を載置するコンタクトガラス、コンタクトガラスに載置された原稿に光を照射する光源及び光源から原稿に照射され反射された光を反射する第1の反射体を備え図1における左右方向に走行する第1走行体、第1走行体の反射体によって反射された光を反射する第2の反射体を備えた第2走行体、第2走行体からの光を結像するための結像レンズ、結像レンズを経た光を受け原稿の内容を読み取る読み取りセンサ等を備えている。
図4に示すように、定着液塗布装置41は、用紙搬送経路81において搬送されている転写紙Sに定着液を塗布して付着させる定着液塗布部材としての塗布ローラ44と、用紙搬送経路81を挟んで塗布ローラ44に対向して配設された対向ローラ45と、塗布ローラ44を回転駆動する駆動手段としてのモータ46と、定着液を収容した定着液収容部としての液室47と、液室47に収容された定着液に浸漬され塗布ローラ44に従動回転して表面に定着液を担持するとともに担持した定着液を塗布ローラ44に供給する供給部材としての供給ローラ48と、モータ46の図示しないドライバとを有している。
塗布ローラ44は、用紙搬送経路81の、3次転写部57において転写紙Sにトナー像が転写される側に配設されており、転写紙Sの、同側の面に、定着液を塗布する。
対向ローラ45は、塗布ローラ44に従動回転するか、塗布ローラ44との間を塗布ローラ44の回転駆動によって搬送される転写紙Sに従動回転する。対向ローラ45は、その表面に直径100μmのガラスビーズがエポキシ系接着剤で固定された、ガラスビーズローラである。
塗布ローラ44と供給ローラ45とは共に直径25mmで、ステンレスの芯金にクロロプレンが巻きついたローラを採用している。ローラの硬度はJIS-Aで35度である。塗布ローラ44と供給ローラ45は、長手方向である同図の紙面に垂直な方向における両端部にてその軸間に片側20Nずつ互いに加圧された状態となっている。
塗布ローラ44と対向ローラ45とは、その中心が互いに同じ高さに配置されている。供給ローラ48は塗布ローラ44の中心より10mm低い位置にその中心をもつ。供給ローラ48は、液室47に溜められた定着液に5mmの深さで漬けられている。塗布ローラ44の中心と供給ローラ48の中心とがオフセットしていることで、転写紙Sが塗布ローラ44と対向ローラ45とのニップに入った際に、塗布ローラ44と供給ローラ45との間の加圧力への影響を低減している。
塗布ローラ44は、モータ46がドライバを介して制御手段91によって駆動されることで回転駆動される。この点、制御手段91は、定着液塗布装置41による転写紙Sへの定着液の塗布を制御する定着液塗布制御手段として機能するとともに、塗布ローラ44による転写紙Sへの定着液の塗布を制御する定着液塗布部材駆動制御手段として機能する。
定着液塗布部材駆動制御手段として機能する制御手段91は、レジストローラ対4から3次転写部57に向けて送り出された転写紙Sが塗布ローラ44と対向ローラ45との間を通過するタイミングで、転写紙Sに定着液が塗布されるようにモータ46を駆動し塗布ローラ44を回転駆動する。そのため、定着液塗布部材駆動制御手段として機能する制御手段91は、かかるタイミングをレジストローラ対4の駆動タイミングに基づいて測り、モータ46の駆動制御に関する信号をドライバに送り、ドライバは送られた信号に基づいて、モータ46の駆動をON/OFFし、これによって塗布ローラ44による転写紙Sへの定着液の塗布をON/OFFする。
これにより、図10に示して後述する記録液吐出方式の定着液塗布装置41よりも簡易な制御で転写紙Sに定着液が塗布され、また、吐出によって生じる定着液の飛散が低減されるとともに、定着液による本体99側の汚染が削減され、また転写紙Sの搬送性の確保等がなされる。
また、トナー像の転写前の転写紙Sに定着液の塗布を行うため、塗布ローラ44による定着液の塗布によるトナー像の乱れおよび塗布ローラ44へのトナーの付着が生じることがないことから、塗布ローラ44に付着したトナーが再度転写紙Sに付着することによる画像不良を生ずることもない。
画像形成装置100において、転写紙SとしてA4サイズの普通紙(リコー社製 RICOPY PPC用紙 TYPE6200)を用いた場合、1枚あたりに定着液が170mg塗布される。この量は、定着ニップ62による加熱を考慮すると、乾燥を必要としない量となっている。
なお、用紙搬送経路81を、転写紙Sの搬送をガイドするガイド板等の案内部材によって形成する場合には、転写紙Sの搬送方向において定着液塗布装置41よりも下流側の、とくに定着により定着液が乾燥する定着装置6よりも上流側の範囲には、転写紙Sの裏面側にのみ案内部材を設け、転写紙Sの、定着液を塗布されている塗布面言い換えるとトナーを担持した画像面側には案内部材を設けず、案内部材が定着液やトナー画像に当接して定着液の塗布状態やトナー画像を乱すことのないようにする。
画像形成ユニット60Y、60M、60C、60BKは互いに同様の構成となっている。画像形成ユニット60Y、60M、60C、60BKはそれぞれ、感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKの周囲に、図1中反時計方向であるその回転方向B1に沿って、プロセス手段として、1次転写ローラ12Y、12M、12C、12BKと、クリーニング手段としてのクリーニング装置71Y、71M、71C、71BKと、除電手段としての図示しない除電装置と、AC帯電を行なう帯電手段としての図示しない帯電ローラを備えた帯電装置79Y、79M、79C、79BKと、トナーと磁性キャリアとを含む2成分現像剤である現像剤により現像を行う現像手段としての現像装置80Y、80M、80C、80BKとを有している。
これらは周知の構成であって、たとえば、現像装置80Y、80M、80C、80BKは、詳細な図示を省略するが、感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKに対向した現像剤担持体としての現像ローラ、現像剤を搬送しながら撹拌するスクリュー、現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知センサとしてのトナー濃度センサ、トナー濃度センサの出力に応じてトナーボトル9Y、9M、9C、9BK内のトナーを装置本体内に補給するトナー補給手段としてのトナー補給装置等を有し、現像ローラは、装置本体側に固定された磁石と、この磁石の外側に回転自在に支持されたスリーブとを有している。
感光体ドラム20Y、クリーニング装置71Y、除電装置、帯電装置79Y、現像装置80Yは、一体化されてプロセスカートリッジを構成している。感光体ドラム20M、20C、20BKの周りの各構成も同様にそれぞれ一体化されてプロセスカートリッジを構成している。これらプロセスカートリッジは、前面パネルを開いた状態で図1における手前側である感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKの回転軸方向に着脱可能となっている。このようにプロセスカートリッジ化することは、交換部品として取り扱うことができるため、メンテナンス性が著しく向上し、大変好ましい。
このような構成の画像形成装置100においては、スタートスイッチの押下等により画像形成ユニット60Y、60M、60C、60BKにおいてそれぞれ次の画像形成プロセスが実行されること等によって、画像形成が行われる。すなわち、カラー画像を形成すべき旨の信号が入力されると、適宜、読取装置98において原稿の読み取りが行われる等して形成すべき画像に対応したデータが取得され制御手段91に入力されるとともに、駆動ローラ72が駆動され、転写ベルト11、クリーニング対向ローラ74、張架ローラ33、34、テンションローラ75が従動回転するとともに、感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKがB1方向に回転駆動される。
感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKはそれぞれ、B1方向への回転に伴い、電源からの電力供給を受けた、帯電装置79Y、79M、79C、79BKの帯電ローラにより表面を一様に帯電され、形成すべき画像に対応したデータに基づいて制御手段91によって駆動される光走査装置8からのレーザー光の露光走査によりイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応した静電潜像を書き込まれて形成され、この静電潜像を現像装置80Y、80M、80C、80BKによりイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナーにより現像されて顕像化され、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像によって構成された単色画像が形成される。
現像により得られたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像は、順次、電源によってトナーと逆極性の電圧が印加された1次転写ローラ12Y、12M、12C、12BKによって、A1方向に回転している転写ベルト11上の同じ位置に重ねて転写され、転写ベルト11上には合成カラー画像が形成される。
一方、カラー画像を形成すべき旨の信号の入力に伴い、各給紙カセット25に対応する給紙ローラ24、手差しトレイ27に対応する給送ローラ28の何れかが選択されて回転駆動され、転写紙Sを繰り出すとともに1枚ずつ分離して搬送し、搬送された転写紙Sはレジストローラ対4に突き当てられた状態で停止する。両面画像形成の場合は、定着装置6においてその片面に後述のように画像が定着された転写紙Sが、反転搬送経路21を通って表裏反転された状態で、レジストローラ対4に突き当てられた状態で停止する。
転写ベルト11上に重ね合わされた合成カラー画像は、転写ベルト11のA1方向の回転に伴って、2次転写部29において、転写ベルト11と2次転写ドラム40とのニップ圧、及び電源によって2次転写ドラム40に印加された、合成カラー画像を構成しているトナーと逆極性の電圧の作用によって2次転写ドラム40に2次転写される。
2次転写ドラム40上の合成カラー画像が、2次転写ドラム40のC1方向の回転に伴って3次転写部57まで移動するタイミングに合わせて、レジストローラ対4が回転し、レジストローラ対4の回転によって送り出された転写紙Sは、定着液塗布装置41によって、3次転写部57でトナー像である合成カラー画像が転写される側の面に定着液を塗布される。
定着液を塗布された転写紙Sは、3次転写部57において、3次転写装置5により、合成カラー画像を、2次転写ドラム40に向けて付勢された3次転写ローラによって密着され、ニップ圧、及び電源によって3次転写ローラに印加された、合成カラー画像を構成しているトナーと逆極性の電圧の作用によって転写紙Sに3次転写され、記録される。
転写紙Sは3次転写装置5およびC1方向に回転する2次転写ドラム40によって搬送されて定着装置6に送り込まれ、定着装置6において定着ローラ65と加圧ローラ63との間の定着部である定着ニップ62を通過する際、熱と圧力との作用及び後述する定着液の作用により、担持したトナー像すなわち合成カラー画像を定着される。
定着装置6を通過した、合成カラー画像を定着済みの転写紙Sは、排紙ローラ7を経て本体99外に排出され、本体99の上部の排紙トレイ17上にスタックされる。両面画像形成の場合は、片面に定着済みの転写紙Sは再給紙経路83及び反転搬送経路21を通って再度レジストローラ対4に向けて搬送される。
感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKは、転写後に残留した転写残トナーをクリーニング装置71Y、71M、71C、71BKにより除去され、除電装置によって除電され、帯電装置79Y、79M、79C、79BKによる次の帯電に供される。
2次転写を終えた2次転写部29を通過後の転写ベルト11は、クリーニング装置13に備えられたクリーニングブレードによってその表面をクリーニングされ、次の転写に備える。
3次転写を終えた3次転写部57を通過後の2次転写ドラム40は、クリーニング装置49に備えられたクリーニングブレード49a、49bによってその表面をクリーニングされ、次の転写に備える。
このような画像形成を行うのに用いられる定着液について説明する。
定着液は、3次転写部57において転写紙Sに転写され担持されるトナー像を構成するトナーを、膨潤及び軟化させ転写紙Sへの定着に適した状態にするための可塑剤と、かかるトナー像を構成しているトナー相互間への定着液の浸透性を向上するための界面活性剤と、これら可塑剤及び界面活性剤の希釈液として機能する溶媒とを含んでいる。
可塑剤は、熱を与えられたとき軟化機能を示す固体可塑剤を採用している。熱を与えられたとき、とは、画像形成装置100においては、定着装置6による定着の際に加熱されたときであり、画像形成装置100が使用される一般的な環境温度すなわち常温から40〜50℃程度以下の温度を超えたとき、をいう。かかる環境温度は、たとえばオフィスの温度であり、またあるいは、本体99内における、昇温動作中の定着装置6やその周辺の雰囲気の温度を除く温度である。
そのため、可塑剤は、たとえば3次転写部57において転写ベルト11、2次転写ローラに付着するなど、定着装置6を除く画像形成装置100の構成に付着しても、その機能が発現せず、かかる構成に付着したことによる機内汚染の不具合が生じることが防止ないし抑制される。
その一方で、定着装置6により加熱され昇温してかかる環境温度を超える昇温時には、トナーを、膨潤及び軟化させ転写紙Sへの定着に適した状態とする機能が発現する。この機能について図5を用いて説明すると次のとおりである。
図5は、トナーが定着に適した状態となる温度のうちの下限温度すなわち定着下限温度が、可塑剤によって低下することを示す概念図である。同図において、貯蔵弾性率とは、トナーの硬さを示す値であり、貯蔵弾性率が高ければトナーが硬く低ければトナーが柔らかいことを意味する。貯蔵弾性率がK以下であれば、トナーが転写紙Sに固定され定着が行われ得る状態となる。よって貯蔵弾性率がKのときの温度が定着下限温度である。また同図において、固体可塑剤とは、画像形成装置100において使用する定着液に使用される可塑剤を意味している。この可塑剤は、かかる環境温度において、定着液とされる前の単体の状態で、固体であるためである。また同図において、液体可塑剤とは、かかる環境温度において、単体の状態で液体のものを意味している。
同図に示されているように、固体可塑剤が含まれた定着液がトナーに付与されると、定着下限温度が、定着液不使用のときの定着下限温度T2よりも低いT1となる。よって、定着ローラ65の目標制御温度を、定着液不使用の場合に比べて低く設定することが可能となり、定着装置6、画像形成装置100の消費電力を低減可能となる。
同図にはまた、同図示の液体可塑剤が、T1より低い温度、たとえば環境温度に含まれる常温でトナーを軟化等する能力をもつことが示されているとともに、固体可塑剤を含んだ定着液は、かかる液体可塑剤がトナーを軟化等する機能を持つ温度では機能せず、かかる液体可塑剤を含んだ定着液と異なり、かかる環境温度では軟化能力をほとんど持たないことが示されている。よって、かりに液体可塑剤を含む定着液を使用したとすれば、機内汚染を生ずるが、画像形成装置100では、固体可塑剤を含む定着液を用いることにより、機内汚染が生じることがない。トナーの貯蔵弾性率を低下させる機能を有する可塑剤が、常温等の環境温度で単体で固体であるか液体であるかが、その可塑剤を定着液としたときに機内汚染を生じ得るか否かの1つの指針となるため、画像形成装置100で用いる定着液を構成する可塑剤は、環境温度で単体で固体であることを選択の1つの基準としている。
固体可塑剤は、分子鎖中に、エチレンオキサイド基−(CH2CH2O)−やプロピレンオキサイド基−(CH(CH3)CH2O)−を含む化合物で、一般にグリコールエーテル類やグリコール脂肪酸エステル類と呼ばれているもののうち、常温では固体で、融点が40℃以上、望ましくは50℃以上である材料である。
具体的には、化合物(1)であらわされるポリオキシエチレングリコール類が望ましい。
HO−(CH2CH2O)n−OH・・・(1)
nは10以上で100以下が望ましい。nが10未満では、室温で固体にならず、nが100より大きい場合、分子が大きくなりすぎて、熱を加えたときの可塑能力が低く、トナーが軟化しにくくなる。具体的材料としては、ポリエチレングリコール#1000、ポリエチレングリコール#1540、ポリエチレングリコール#2000、ポリエチレングリコール#4000、ポリエチレングリコール#6000、ポリエチレングリコール#8000などが適する。
または、化合物(2)であらわされるポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール類も望ましい。
HO−(CH2CH2O)n(CH(CH3)CH2O)m−OH・・・(2)
nは10以上で200以下が望ましい。mは5以上で50以下が望ましい。nが10未満では、室温で固体にならず、nが200より大きい場合、分子が大きくなりすぎて、熱を加えたときの可塑能力が低く、トナーが軟化しにくくなる。mが5未満では、室温で固体にならず、mが50より大きい場合、分子が大きくなりすぎて、熱を加えたときの可塑能力が低く、トナーが軟化しにくくなる。具体的材料としては、花王(株)のエマルゲン290や第一工業製薬のエパン450、エパン750、エパン785などが適する。
または、化合物(3)であらわされるポリオキシエチレンアルキルエーテル類が望ましい。
R−O−(CH2CH2O)n−OH・・・(3)
nは10以上で100以下が望ましい。nが10未満では、室温で固体にならず、nが100より大きい場合、分子が大きくなりすぎて、熱を加えたときの可塑能力が低く、トナーが軟化しにくくなる。
Rは直鎖のアルキル基又は分岐型のアルキル基で、炭素数は、10以上で22以下が望ましい。炭素数10未満だと固体として柔らかく、また、皮膚刺激や眼刺激など安全性の問題がある。炭素数22より大きいと、熱を加えたときの可塑能力が低く、トナーが軟化しにくくなる。具体的材料としては、花王(株)のエマルゲン350、エマルゲン420、エマルゲン4085、日本エマルジョン(株)のEMALEX611、EMALEX620、EMALEX710、EMALEX720などが適する。
また、化合物(4)や化合物(5)であらわされるポリオキシエチレン脂肪酸エステル類やポリオキシエチレン脂肪酸ジエステル類が望ましい。
R−COO−(CH2CH2O)n−OH・・・(4)
R−COO−(CH2CH2O)n−COO−R’・・・(5)
nは10以上で100以下が望ましい。nが10未満では、室温で固体にならず、nが100より大きい場合、分子が大きくなりすぎて、熱を加えたときの可塑能力が低く、トナーが軟化しにくくなる。R及びR’はノルマル型のアルキル基又は分岐型のアルキル基で、炭素数は、10以上で22以下が望ましい。炭素数10未満だと固体として柔らかく、また、皮膚刺激や眼刺激など安全性の問題がある。炭素数22より大きいと、熱を加えたときの可塑能力が低く、トナーが軟化しにくくなる。具体的材料としては、花王(株)のエマノーン3199V、エマノーン3299RV、日本エマルジョン(株)のEMALEX820、EMALEX830などが適する。
界面活性剤は、トナー層への定着液の浸透性をよくするために使用する。界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤が適する。具体的には、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類やアセチレン系界面活性剤が望ましい。具体的には、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンアルキル(12−14)エーテル(12E.O.)やポリオキシエチレンアルキル(12−14)エーテルで日光ケミカルズ社のBT−12など、アセチレン系界面活性剤としては、アセチレングリコールが優れ、日信化学工業(株)のオルフィン1010やオルフィン4051Fなどが適する。
これらの材料の溶媒である希釈液には、水が適する。市水はカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの不純物が多く含まれるため、これらの金属イオンをある程度除去した水が望ましい。ただし、水としては、蒸留水である必要はなく、イオン交換膜にて不純物イオンを除去した水、所謂、イオン交換水が適する。
かかる固体可塑剤を含んだ定着液を塗布された転写紙Sにトナー像を定着させるための加熱温度すなわち定着ローラ65の目標制御温度について説明する。
かかる定着液を使用するため、すでに述べたように、定着下限温度が低下するが、定着下限温度は一般に、所定のスミア性を確保する温度に設定される。スミア性は、加熱定着後の記録媒体を擦った際のトナー汚れに関する指標であり、トナー汚れの濃度を表す数値が低いほどトナー汚れの濃度が低くすなわちトナー汚れが少なく定着性が良好であることを示し、後述するようにして得られるスミアIDが0.40以下であれば実使用上許容されるものとされている。したがって、貯蔵弾性率がK以下となり、スミアIDが0.40以下となる定着ローラ65の温度が、定着ローラ65の目標制御温度とされる。
図6に示すように、画像形成装置100では、定着液を不使用の、熱定着のみの定着構成をもつ画像形成装置と比較して、同じ温度条件下でのスミア性が向上している。同図は、トナー像を転写される前に定着液を予め転写紙Sに塗布した画像形成装置100と、熱定着のみの画像形成装置とで、摩擦試験結果であるスミア試験結果を行った場合の比較を示している。定着液は、固体可塑剤としてポリエチレングリコール#2000を用いるとともに、界面活性剤としてオルフィン4051Fを用い、これらを溶媒であるイオン交換水で希釈し、それぞれ25wt%、0.5wt%とした液である。
このスミア試験は、スミア試験器(摩擦試験機I型、JIS L0823、摩擦子径:15φ)を用いて行った。摩擦子に、25×25mm程度の白綿布(JIS L0803 綿3号)を繊維方向が摩擦子の可動方向と水平になるように両面テープで貼り付けた。そして、評価画像を5往復、連続動作にて擦った。評価画像は画像面積率55%のハーフトーン画像と100%の全ベタ画像である。白綿布をはがし、画像が付着している摩擦子跡における任意の3箇所の画像濃度を、分光計(X−Rite社製、938スペクトロデンシトメータ)を用いて測定し、その平均値をスミアIDとした。上述のように、このスミアIDが低いほど定着画像を擦ったときのトナーによる汚れが少なく、0.40以下であれば実使用上許容される。
よって、同図より、画像形成装置100では、定着ローラ65の目標制御温度すなわち設定温度が121℃でもスミア性が確保され、熱定着のみの画像形成装置では、設定温度を139℃としなければスミア性が確保されないことがわかる。
画像形成装置100では、かかる試験結果を踏まえて、定着温度設定言い換えると目標制御温度を121℃としている。この温度は、熱定着のみの画像形成装置における定着下限温度よりも18℃低く、したがって、画像形成装置100は、かかる画像形成装置より省電力となり、低環境負荷の画像形成装置となっている。なお、本形態では、上述のように、固体可塑剤としてポリエチレングリコール#2000、界面活性剤としてオルフィン4051Fをそれぞれ25wt%、0.5wt%含んだ定着液を採用しているが、可塑剤の濃度を調整することで、スミア性を確保する温度は変更可能であり、定着設定温度はこの限りではない。
画像形成装置100においてスミア性が向上し、定着設定温度が従来に比べて非常に低い温度とすることが可能となっており、またこのように非常に低い定着設定温度でスミア性を確保した良好な定着、画像形成が可能となっているのは、単に、かかる固体可塑剤を含んだ定着液を用いているからではなく、かかる定着液を、トナー像担持前の転写紙Sに予め塗布しておき、定着液を塗布された側の転写紙Sの面に、転写ベルト11上のトナー像を、2次転写装置5により当接させながら転写し、そのうえで、定着装置6において加熱等により定着を行っているためである。この理由を以下説明する。
まず、定着液を塗布された転写紙Sに、転写ベルト11上のトナー像を当接させながら転写すると、図7を参照すれば明らかなように、転写紙Sに予め塗布されている定着液が、転写紙S上に転写されたトナー像を構成する多数のトナーの相互間に、毛細管現象によって染み込み、転写ベルト11に接触しているトナー像表面付近まで、各トナーの表面が定着液に覆われる。とくに、転写紙S表面に近い側にあるトナーには多くの定着液が付着する。かかる毛細管現象は、転写ベルト11上のトナー像を転写紙Sに接触させながら転写することで強まるため、単に静電的な飛翔によって転写ベルト11から転写紙Sに転写するよりもトナー相互間への定着液の染み込みが促される。毛細管現象は、本形態のように、転写紙Sを転写ベルト11に圧接させながら転写することでとくに強まり、かかる染み込みが良好に生じる。
次に、トナー相互間に定着液が染み込みトナー表面が定着液に覆われたトナー像を担持した転写紙Sを、定着ニップ62において加熱すると、定着液中の可塑剤が、トナーとともに昇温し、図8に示すように、トナー中のトナー樹脂に浸透してトナーを膨潤及び軟化させる機能を発現する。定着ニップ62においては圧力も加えられるため、トナー層への定着液の染み込みが一層促され、また軟化したトナーに転写紙Sへのアンカー効果が効率的に発生し、トナーが転写紙Sに固定される。本形態のようにトナー像の表面側から加熱を行う場合、トナー像の表面に比べて転写紙Sとトナー像との界面付近には熱が伝わりにくいが、上述のように、定着液は、転写紙S表面に近いトナーによく付着しているので、可塑剤が上述の機能を発揮する温度に達すると同機能が発揮され、定着が高効率に行われる。とくに、本形態では、トナー像側からの加熱を行うため、転写紙Sの裏面側からのみの加熱に比べ、転写紙Sによる吸熱量が少なく、加熱を要する可塑剤の昇温効率が高くなっていることから、可塑剤の機能が速やかに発揮される。なお、転写紙Sの裏面側からの加熱も行うように、すなわち加圧ローラ63を加熱する加熱手段を併用するようにしても良いが、この場合には省電力化が達成される範囲で転写紙S側からの加熱を併用するのが好ましい。
このように、画像形成装置100では、従来の定着設定温度よりも低い温度で機能を発現する定着液が、転写紙Sに予め塗布されており、この予め塗布されている定着液が、トナー像の転写の際に、接触転写によってとくに転写紙S表面側のトナーに効率よく付着するため、従来よりも低い温度で、且つ少ない熱量でとくに転写紙S表面側のトナーが定着に適した軟化状態となり、良好に定着が行われる。転写紙Sに予め塗布されている定着液が、トナー像の転写の際に、接触転写によってとくに転写紙S表面側のトナーに効率よく付着することは、トナー像の表面側から定着液を供給する場合よりも定着液の供給量を少なくし、定着液を乾燥するための加熱に要する電力や時間を低減することにも寄与する。接触転写を行うことで、毛細管現象を利用するため、トナーを転写紙Sに飛翔、着弾させて転写を行う場合よりも、予め転写紙Sに付着させておくべき定着液の量が少なくて済み、このことも、定着液を乾燥するための加熱に要する電力や時間を低減することに寄与する。
また、定着液の塗布をトナー像の転写前に行うので、定着液の塗布の際にトナー像を乱すことが無く、良好な定着画像が得られる。さらに、定着液の機能が、定着のための昇温時に発現するので、かりに定着液が転写ベルト11等に付着しても影響を与えることがない。この技術が液体現像への適用に限定されることもない。
なお、定着液をフォーム状とせず液状としたことで空隙による転写性の悪化が回避されている。定着液が、感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKや転写ベルト11、さらにはこれらに当接している部材に付着することによる機内汚染は、定着液が昇温により機能を発現することによるもののみならず、付着自体によっても、たとえば、かかる部材の機能低下や、かかる部材への残留トナーや飛散トナー等の固着といった態様でも生じ得るが、このような機能低下についても、感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKや転写ベルト11上のトナー像に対して定着液を供給する構成となっていないことにより、抑制ないし防止される。
このような定着液を用いて行われる定着動作を含む上述の画像形成動作において、3次転写部57では、用紙搬送路81を搬送されている転写紙Sに、2次転写ユニット26に備えられた2次転写ドラム40上のトナー像が転写されるが、このとき、転写紙Sに予め塗布されている定着液が、2次転写ドラム40に転移しうる。
すなわち、2次転写ドラム40の非画像部分は、トナー像を担持しておらず露出した状態となっているため、トナー像を転写するときに転写紙Sに予め塗布されている定着液に直接接触し、接触した定着液が2次転写ドラム40に転移する。
このようにして2次転写ドラム40に付着した定着液が、さらに2次転写部29において2次転写ドラム40から転写ベルト11に転移し、またさらに1次転写部58において転写ベルト11から感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKに転移するとすれば、定着液が感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKの表層と化学的に反応してかかる表層にクラックやにじみ等が発生し、このクラックやにじみ等が発生した箇所が正常に帯電、露光等されなくなるなどして、異常画像が発生し得る。
このように、定着液が、トナー像が転写され移動していく方向において上流側のユニットに順次転移していく現象に起因して、異常画像が発生する問題は、図12に示すような構成の画像形成装置において生じやすい。なお、同図に示した画像形成装置200において、画像形成装置100と同様の構成においては、同じ符号を付している。
画像形成装置200は、画像形成装置100に備えられている2次転写ユニット26を備えていない。よって、転写ベルトユニット10に備えられた転写ベルト11が、予め定着液を塗布された転写紙Sに直接接触し、転写紙Sに塗布されている定着液が転写ベルト11の非画像部分に転移するため、転写ベルト11に付着した定着液がさらに1次転写部58において転写ベルト11から感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKに転移することから、画像形成装置100よりも、異常画像が発生し易い。
画像形成装置200は、画像形成装置100と同様に、クリーニング装置13によって転写ベルト11をクリーニングするようになっており、クリーニング装置13に備えられたクリーニングブレードによって画像領域に残留しているトナーとともに非画像領域に付着した定着液をクリーニングし得るが、ほんの一部の定着液はクリーニングブレードをすり抜け、またクリーニングブレードのエッジが経時的に磨耗すればすり抜ける定着液の量は増加し、感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKに転移した定着液の累積量も経時で増加していくことにより、異常画像が発生し得る。
しかしながら、画像形成装置100においては、転写ベルト11と転写紙Sとの間に2次転写ユニット26を介在させ、転写ベルト11に定着液が付着するとしても、間接的に付着するようにすることで、転写ベルト11への定着液の付着量を減じている。またこれに加えてクリーニング装置13に備えられたクリーニングブレードによって転写ベルト11に残留しているトナーとともに転移してきた定着液をクリーニングすることによって感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKに付着する定着液の量も減じている。
また、上述したように、2次転写ユニット26においては、2次転写ドラム40の非画像部分に定着液が付着するが、この定着液は、トナー像を転写紙Sに転写した後の2次転写ドラム40の画像領域に残留しているトナーとともに、クリーニング装置49によって異物として除去され、クリーニングされる。
このように、クリーニング装置49が、2次転写ドラム40に付着した定着液を除去する定着液除去手段として機能することで、2次転写ドラム40に付着した定着液が除去される。また、かかる定着液のうちのほんの一部の定着液がクリーニング装置49をすり抜けたとしても、2次転写ドラム40から転写ベルト11に転移する定着液の量はかかるすり抜けた定着液の量よりもさらに少量となる。
とくに、クリーニング装置49はクリーニングブレード49a、49bにより、C1方向における複数個所、具体的には2箇所において、2次転写ドラム40に当接し、2次転写ドラム40に付着した定着液を除去するようになっていることから、1箇所において定着液を除去する場合より定着液除去の確実性が向上しており、定着液の除去率が極めて高く、クリーニング装置49をすり抜ける定着液は微量となっている。
よって、上述のように、転写ベルト11に転移する定着液の量はさらに微量であり、またこの微量の定着液もクリーニング装置13によって転写ベルト11から除去されることから、クリーニング装置13をすり抜ける定着液はほぼ完全に無く、よってさらに感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKに定着液が転移することは、ほぼ完全に防止される。これによって、定着液が感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKの表層と化学的に反応することが防止され、かかる表層にクラックやにじみ等が発生することがなく、クラックやにじみ等が発生した箇所が正常に帯電、露光等されなくなることなどによる異常画像が防止される。
なお、クリーニング装置49は、かかる定着液除去手段と、2次転写ドラム40に残留しているトナーをクリーニングするクリーニング手段とを兼ねていることにより、これら手段を別個に備える場合に比べて低コスト化及び小型化が図られている。これら手段の機能は、クリーニング装置49の設置スペースとの兼ね合いによって制限を受けるものの、2次転写ドラム40への当接箇所を増加させることでより高度に達成される。たとえば、クリーニングブレードの数は3つ以上としても良い。ただし、かかる手段の機能が十分に果たされるのであれば、当接箇所は1箇所であっても良い。
このように、画像形成装置100では、転写ベルト11と転写紙Sとの間に2次転写ドラム40を介在させること、及び、2次転写ドラム40に付着した定着液を除去することで異常画像の防止を図っている。
図9に、画像形成装置100と、画像形成装置100においてクリーニング装置49が1箇所で定着液を除去するようにした構成と、画像形成装置200とで、異常画像発生ランクである異常画像ランクを比較した結果を示す。同図において、「従来構成」は、画像形成装置200を用いた場合を示しており、「転写ドラム+ブレード1枚」は、画像形成装置100においてクリーニング装置49が1箇所で定着液を除去するようにした構成を用いた場合を示しており、「転写ドラム+ブレード2枚」は、画像形成装置100を用いた場合を示している。
異常画像ランクの評価は、ハーフトーン画像を複数枚連続で出力した際に画像上に白斑点や黒斑点が生じた個数や程度たとえば大きさに応じて0.5刻みでランク付けをして行った。ランク5は上述の斑点がまったく発生していない状態である。4〜4.5は斑点の大きさが微小で発生頻度も少なく、異常画像とはしない。ランク3.5以下は斑点の大きさが目視で確認さら、また発生頻度も大きい場合で、異常画像とみなす。したがって、ランク4以上では画像品質が良好であるものとする。
同図に示されているように、「従来構成」の場合、通紙枚数の少ない初期の段階でランク5よりも小さくなり、その後通紙枚数に応じて、ランクは、ランク4を下回るなど、下がり続ける。これは感光体ドラム20Y、20M、20C、20BK表面に回り込んだ定着液がクラックやにじみ等を発生させ、異常画像となっているためである。
これに対し、「転写ドラム+ブレード1枚」の構成の場合、異常画像ランクは経時でもランク4.5以上であってほぼランク5を保っており、「従来構成」と大きな違いが見られる。感光体ドラム20Y、20M、20C、20BK表層への定着液の回り込みがほぼ防止されていることがわかる。
さらに、「転写ドラム+ブレード2枚」の構成の場合、評価中にまったく斑点が発生せず、ランク5を維持している。2次転写ドラム40をその移動方向において複数個所でクリーニングすることで、定着液除去の確実性がより向上していることがわかる。
ここで、制御手段91は、メモリに、トナー像を構成するトナーを膨潤及び軟化させ転写紙Sへの定着に適した状態にするための可塑剤を含む定着液を、トナー像を担持する前の転写紙Sに塗布する定着液塗布装置41と、転写ベルト11上のトナー像を転写される2次転写ドラム40と、定着液塗布装置41によって定着液を塗布された転写紙Sに、2次転写ドラム40上のトナー像を、転写紙S上の定着液に接触させながら転写する3次転写手段5と、3次転写手段5によって転写された転写紙S上のトナー像を構成するトナーと定着液とを加熱してトナーをかかる状態にしてトナー像を転写紙Sに定着する定着装置6とを用いる定着方法、画像形成方法を実行するための定着プログラム、画像形成プログラムを記憶している。この点、制御手段91ないしメモリは、定着プログラム記憶手段、画像形成プログラム記憶手段として機能している。かかる定着プログラム、画像形成プログラムは、制御手段91に備えられたメモリのみならず、半導体媒体(たとえば、ROM、不揮発性メモリ等)、光媒体(たとえば、DVD、MO、MD、CD−R等)、磁気媒体(たとえば、ハードディスク、磁気テープ、フレキシブルディスク等)その他の記憶媒体に記憶可能であり、かかるメモリ、他の記憶媒体は、かかる定着プログラム、画像形成プログラムを記憶した場合に、かかる定着プログラムを記憶したコンピュータ読取可能な記録媒体、画像形成プログラムを記憶したコンピュータ読取可能な記録媒体を構成する。
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
たとえば、定着液塗布装置41は、図10に示すように、用紙搬送経路81において搬送されている転写紙Sに定着液を吐出して付着させる定着液吐出手段としてのピエゾ方式のインクジェットヘッドであるヘッド42と、用紙搬送経路81を挟んでインクジェットヘッド42に対向して配設された対向ローラ43と、ヘッド42の図示しないドライバとを有する構成であっても良い。
ヘッド42は、用紙搬送経路81の、3次転写部57において転写紙Sにトナー像が転写される側に配設されており、転写紙Sの、同側の面に、定着液を塗布する。ヘッド42は、定着液を吐出する図示しないノズルを多数備えている。ノズルは、転写紙Sの搬送方向に直交する方向である同図の紙面に垂直な方向に並んでおりノズル列を構成しているとともに、転写紙Sの搬送方向においては、かかるノズル列が千鳥状に複数列配置されている。ノズル列の配列数は、ノズルの大きさに対する、吐出する定着液の液滴径によって決まり、比較的小さい液滴を吐出する場合、配列数を増やす必要がある。
ヘッド42は、ドライバを介して制御手段91によって駆動される。この点、制御手段91は、定着液塗布装置41による転写紙Sへの定着液の塗布を制御する定着液塗布制御手段として機能するとともに、ヘッド42による転写紙Sへの定着液の吐出を制御する定着液吐出制御手段として機能する。
定着液吐出制御手段として機能する制御手段91は、レジストローラ対4から3次転写部57に向けて送り出された転写紙Sがヘッド42と対向ローラ43との間を通過するとき、制御手段91に入力された、形成すべき画像に対応したデータに基づいて、3次転写部57において転写紙Sにトナー像を転写される領域に対応した領域に定着液が塗布されるようにヘッド42を駆動する。そのため、定着液吐出制御手段として機能する制御手段91は、かかるデータに基づいて、定着液を塗布すべき部分であるか否かを判断し、ヘッド42の駆動制御に関する信号をドライバに送り、ドライバは送られた信号に基づいて、ヘッド42からの定着液の吐出をON/OFFする。
これにより、2次転写ドラム40の非画像部分に対応した転写紙Sの領域には定着液が塗布されないため、2次転写ドラム40への定着液の転移が生じにくく、異常画像の防止がさらに高度に達成される。
また、図4に示したような、転写紙Sの全面に定着液を塗布する構成に比べて定着液の消費量が低減されるとともに、定着液による本体99側の汚染が削減され、また転写紙Sの搬送性の確保等がなされる。なお、ヘッド42により転写紙Sに定着液を塗布する部分は、最低限トナーが転写される部分を網羅する必要があるが、より大きな区分で選択塗布してもよい。その場合も、全面に塗布する場合と比較して同様の利点がある。
さらに、トナー像の転写前の転写紙Sに定着液の塗布を行うため、定着液の塗布によるトナーの飛散が生じることがないことから、飛散したトナーが定着液の吐出口であるノズルに付着することがなく、トナーが定着液により膨潤、溶解してノズルの詰まりを生ずることもない。
画像形成装置100において、転写紙SとしてA4サイズの普通紙(リコー社製 RICOPY PPC用紙 TYPE6200)を用いた場合、ベタ画像形成時において1枚あたりに定着液が170mg塗布される。この量は、定着ニップ62による加熱を考慮すると、乾燥を必要としない量となっている。
ヘッド42には、本形態のように、ピエゾ方式のヘッドの使用が適しているが、サーマル方式のIJヘッドを使用しても良い。ただし、サーマル方式のインクジェットヘッドを使用する場合、ヘッドの温度によって定着液が反応を開始し得るため、定着液が軟化機能を発現する温度以上の温度にならないようにする。
本発明を適用した画像形成装置は、4連タンデム中間転写方式を採用し、中間転写体としての転写ベルト11を備えている場合であっても、転写ベルト11は、感光体ドラム20Y、20M、20C、20BKのような感光体でなく、トナー担持体に担持されたトナーを転写されトナー像をその表面に直接形成される構成であっても良い。
このような構成の画像形成装置の例を図11に示す。この画像形成装置において、すでに述べた画像形成装置100に備えられているのと同様の構成には、画像形成装置100に備えられている構成に付した符号と同じ符号を付し、また適宜図示を省略し、説明についても適宜省略する。
この画像形成装置は、トナージェット、ダイレクトトーニング、トナープロジェクションなどと称される、トナーを転写ベルト11に対して飛翔、着弾させることによって転写ベルト11上に画像を直接記録する方式を採用したものであり、画像形成ユニット60Y、60M、60C、60BKが、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナーを担持したトナー担持体93Y、93M、93C、93BKを備えトナー担持体93Y、93M、93C、93BKに担持されているトナーを転写ベルト11に飛翔させるトナー噴射手段94Y、94M、94C、94BKと、トナー噴射手段制御手段94Y、94M、94C、94BKにトナーを飛翔させて転写ベルト11上に画像を形成する、トナー噴射手段制御手段94Y、94M、94C、94BKから飛翔したトナーを通過させる図示しないトナー通過孔を備えたトナー制御手段95Y、95M、95C、95BKとを有している。
この構成の画像形成装置においては、転写ベルト11と転写紙Sとの間に2次転写ドラム40を介在させること等により、転写ベルト11に付着する定着液が減じられていることで、トナー噴射手段制御手段94Y、94M、94C、94BKに付着する定着液がトナー噴射手段制御手段94Y、94M、94C、94BKによるトナーの飛翔性能が維持される程度に減じられるという利点がある。
同図に示す画像形成装置に備えられる定着液塗布装置41は、図4に示した定着液塗布装置であっても良いし、図10に示した定着液塗布装置であっても良い。
その他、画像形成装置は、近年では、市場からの要求にともない、カラー複写機やカラープリンタなど、カラーのものが多くなってきているが、画像形成装置は、モノカラー画像のみを形成可能なものであっても良い。
現像剤は、二成分現像剤でも一成分現像剤であっても良い。
本発明を適用する画像形成装置に備えられる定着手段は、上述の形態において備えられているローラ定着方式を採用した定着手段でなく、定着部材として無端ベルト状の定着ベルトを備えたベルト定着方式を採用した定着手段であっても良い。ローラ定着方式を採用した定着手段では、比較的簡易な構成で均一な加熱を実現可能であるという利点があり、ベルト定着方式を採用した定着手段では、消費電力が比較的少なくて済むという利点がある。
画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリの複合機でなく、これらの単体であっても良いし、その他、複写機とプリンタとの複合機等の他の組み合わせの複合機であっても良い。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。