JPH1063121A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 像担持体上に形成されたトナー像を中間転写
体に転写した後、このトナー像を記録材に転写すると共
に定着する画像形成装置及び画像形成方法において、少
ない消費エネルギーでトナー像を確実に記録材に転写・
定着し、高速プリントを可能とする。 【解決手段】 ４台の画像形成ユニット３０と対向する
無端ベルト状の中間転写体５を加熱ロール７等によって
張架し、該中間転写体５の周回方向における加熱ロール
７との接触領域の最下流部に、記録材を該中間転写体に
押圧する加圧部材８を配設する。そして中間転写体５上
のトナー像を加熱ロール７によってトナーの軟化点温度
の１．５倍以上２．５倍以下に加熱し、溶融したトナー
を常温の記録材に圧接させることにより、転写・定着を
行なう。そして、加圧部材８との圧接部の出口のトナー
温度をトナーの軟化点温度以下に降下させる。このと
き、記録材が冷却部材として作用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真プロセス
を利用した画像形成装置及び画像形成方法に係り、特に
像担持体上に形成されるトナー像を中間転写体に転写し
た後、この中間転写体上のトナー像を記録材上に転写・
定着して記録画像とする画像形成装置及び画像形成方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より画像形成装置として、離型性を
有する中間転写体に像担持体上のトナーを一次転写し、
この中間転写体上のトナー像を加熱・加圧手段により記
録材上に溶融して２次転写と同時に定着させるものが知
られている。この加圧・加熱手段として、中間転写体を
介して圧接される加熱ロール及び加圧ロールが知られて
おり、両者の圧接部で加熱ロールにより中間転写体上の
トナーを溶融するとともに記録材に浸透させ、この記録
材を中間転写体の離型効果を利用して該中間転写体から
剥離するものである。

【０００３】このような画像形成装置では、中間転写体
上のトナー像を記録材に転写すると同時に定着をも行う
ためには種々の厳しい条件があり、良好なトナー像の転
写・定着を達成することは相当に困難である。このた
め、トナー像の転写・定着を向上させるための手段とし
て、例えば、特公昭４６−４１６７９号公報、特開昭４
９−７８５５９号公報、特開昭５０−１０７９３６号公
報、特開昭５７−１６３２６４号公報、特公平１−１０
２７号公報に記載の技術が提案されている。特公昭４６
−４１６７９号公報に記載の技術は、中間転写体上のト
ナー像を加熱せずに記録材を加熱し、この記録材の熱に
よってトナー像を溶融して該記録材上に転写・定着させ
るものである。

【０００４】また、特開昭４９−７８５５９号公報、特
開昭５０−１０７９３６号公報に記載の技術は、記録材
の加熱を行わずに、中間転写体上のトナーを放射加熱手
段によってその融解温度まで選択的に加熱し、この中間
転写体上のトナー像を記録材に当接させて転写・定着さ
せるものである。

【０００５】特開昭５７−１６３２６４号公報に記載の
技術は、中間転写体及びこれに転写されたトナー像を予
め加熱するとともに、記録材を加熱した状態で両者を圧
接し、トナー像を記録材上に転写・定着させるものであ
る。

【０００６】特公昭６４−１０２７号公報に記載の技術
は、中間転写体上のトナー像を記録材に圧接するニップ
部（転写定着領域）の手前で、トナーを予備的に加熱す
るものである。すなわち、加熱ロールにベルト状の中間
転写体を９０°以上巻き付け、記録材とのニップ部の手
前側の加熱ロールの熱を利用してトナーを予備的に加熱
し、トナーの溶融温度の付近までトナー温度を上昇させ
る。その後、ニップ部において、トナーを更に加熱して
溶融させ、トナー像を記録材に転写するとともに定着す
るようにしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の技術では、以下に示すような問題点があ
る。特公昭４６−４１６７９号公報に記載の技術は、中
間転写体を過熱するおそれがなくて、像担持体に熱的悪
影響を与えることが防止できる点では好ましいものであ
るが、熱の利用率が低く、通常紙よりなる記録材に相当
多量の熱エネルギーを加える必要がある。さらに、トナ
ー像の転写・定着を高速で行う場合には、記録材に更に
多量の熱エネルギーを与える必要があり、その結果、消
費エネルギーが増大し、記録材の円滑な搬送が行われず
にジャムが起こった時には発火の危険性が大きいといっ
た欠点を有する。

【０００８】また、特開昭４９−７８５５９号公報、特
開昭５０−１０７９３６号公報に記載の技術は、トナー
のみを選択的に加熱する手段として放射加熱を用いてい
るため、実質的な熱効率は加熱ロールなどの伝導加熱手
段に比べ低くなってしまう。また、放射加熱領域から記
録材と当接させる転写定着領域に移るまでの間に、トナ
ーが吸収した熱エネルギーの多くが温度の低い中間転写
体に伝導してしまうため、予めその分余計にトナーを加
熱しなければならず、トータルとしての熱エネルギー効
率は低いものとなるといった欠点を有する。さらに、放
射加熱手段を用いるため、ジャムが発生したときに紙燃
えといった危険を有している。

【０００９】一方、特開昭５７−１６３２６４号公報に
記載の技術は、中間転写体、トナー及び記録材の３者を
共に加熱するため、中間転写体の温度を低く設定するこ
とができるという利点がある。また、圧接部における中
間転写体上のトナー像と記録材との間における熱移動が
少なく、従ってトナーの流動性の低下が少なく、トナー
が充分に記録材に浸透し、中間転写体から転写される。
しかし、中間転写体から分離されたときのトナーの温度
はトナー軟化点温度よりも高く、流動状態にあるため、
トナーが分断されて中間転写体へオフセットしやすい傾
向がある。また、中間転写体、トナー及び記録材の３者
とも加熱する必要があるため、全消費エネルギーは大き
くなってしまう。また、加熱ロールで加熱された中間転
写体の周回移動により熱が像担持体側に伝わり、その周
辺の温度が上昇して帯電機能に支障を来すという問題が
ある。このような機構を踏襲して、中間転写体の熱が像
担持体側に伝わるのを防止しようとすると、かなり大型
の冷却装置が必要であり、装置のコストアップを招くこ
とになる。

【００１０】また特公昭６４−１０２７号公報に記載の
技術は、ニップ部（転写定着領域）の手前でトナーが予
備加熱されるので、加熱ロールの設定温度を低くするこ
とはできるが、転写定着ニップ部においてトナーと記録
材とを再加熱するために、全消費エネルギーは前述の従
来例と同様に大きくなってしまう。

【００１１】本発明は上記のような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、中間転写体上のトナー像
を記録材に確実に転写・定着することができるととも
に、全消費エネルギ−が少なく、限られた電力で高速プ
リントが可能な画像形成装置及び画像形成方法を提供す
ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本願発明は、像担持体上に形成されるトナー像を中
間転写体上に一次転写し、このトナー像を記録材に二次
転写するとともに定着する画像形成装置及び画像形成方
法において、無端ベルト状の中間転写体の内周面と接触
するように加熱部材を配設し、この加熱部材と接触する
加熱領域で中間転写体上のトナー像をトナー軟化点温度
の１．５倍以上２．５倍以下となるように加熱するもの
とする（加熱工程）。さらに、中間転写体の周回方向に
おける加熱部材との接触領域の最下流部に、中間転写体
との間に送り込まれる常温状態の記録材を該中間転写体
に押圧する加圧部材を配設し、この記録材と中間転写体
とが圧接する領域でトナー像を記録材上に転写させると
ともに定着させるものである（転写定着工程）。このと
き、トナー像の転写定着領域の出口のトナーの温度がト
ナー軟化点温度以下になるように、記録材が該圧接部を
通過する時間を設定するものとする。

【００１３】このような画像形成装置及び画像形成方法
の第１の特徴は、中間転写体及びトナーに与えられる転
写・定着のための熱エネルギーが、実質的に中間転写体
と加熱部材とが接触し、中間転写体が記録材と接触する
までの領域（加熱領域）だけで与えられることにある。
そして、トナー像が記録材と圧接される転写定着領域で
は、たとえ加熱部材と中間転写体とが接触していても、
加熱部材から中間転写体への熱伝導をほとんど生じさせ
ることなく、中間転写体とトナーとに蓄積された熱エネ
ルギーのみで転写・定着を行うものである。

【００１４】また第２の特徴は、転写定着領域で常温状
態の記録材が圧接部を通過する時にトナーはそれ自身が
持っている熱エネルギーと圧接力とで瞬時に記録材に転
写・定着されることにある。そしてその後、圧接部の出
口まで記録材自身がトナー及び中間転写体の熱を奪いな
がら、トナーの温度をトナー軟化点温度以下まで下げる
ことにある。熱を奪った記録材はその後機外に排出され
るため、機内に熱が蓄積されることはない。この場合、
記録材は中間転写体の冷却部材として作用していること
になる。

【００１５】上記画像形成装置において、加熱部材によ
り与えられたエネルギーだけで充分な転写・定着を行う
ためには、少なくとも中間転写体とその上のトナーをト
ナーの軟化点温度の１．５倍以上に加熱しておく必要が
ある。そのためには、加熱部材と中間転写体とが接触す
る加熱領域をなるべく広く取り、そこを中間転写体が通
過する時間（デュエルタイムと言う）が長くなるような
構成が必要である。例えば、中間転写体の厚さが４０μ
ｍ以下の場合でデュエルタイムが３００ミリ秒であれ
ば、中間転写体の温度を加熱部材の表面とほぼ同等にす
ることができる。なお、トナーの温度が軟化点の１．５
倍以下になると、転写定着領域で常温の記録材に接触す
るとトナーが急激に冷却され、その流動性が低下するた
め、トナーが完全に記録材に転移せず、一部が中間転写
体に付着したまま残留するようになる。このため、像担
持体を汚染したり、オフセット現象が生ずるようにな
る。また、トナーの温度が軟化点の２．５倍以上になる
と、常温の記録材に接触しても充分にトナーが冷却され
ず、剥離時にトナーがまだ溶融状態にあるため、トナー
が中間転写体にオフセットする現象が生じるようにな
る。また中間転写体に要求される耐熱温度が高くなり、
記録材の選択の幅が少なくなってしまう。以上により、
充分な転写定着性と耐オフセット性を実現するためのト
ナーの加熱温度はトナー軟化点温度の１．５倍〜２．５
倍が最適である。

【００１６】次に、トナー像と記録材とが圧接される転
写定着領域の出口のトナー温度をトナーの軟化点温度以
下にするためには、記録材が中間転写体との圧接部を通
過するデュエルタイムを短くして、図５（ａ）に示すよ
うに、加熱部材に温度変化が伝達される以前に該圧接部
を通過させてしまう必要がある。そうすれば、圧接部の
出口まで中間転写体の内面温度は加熱部材の表面温度と
同じであるので、不必要な中間転写体への熱伝導は行わ
れなくなり、剥離時のトナーと中間転写体の温度を低下
させるのに大きな効果がある。この転写定着領域で中間
転写体への熱伝導が行われないデュエルタイムは、中間
転写体の厚みにも依存し、１０μｍ〜５０μｍ厚の中間
転写体の場合、デュエルタイムが０．００３秒〜０．０
０７秒以下であれば、実質上中間転写体への熱伝導は生
じない。これは、転写定着速度が３００ｍｍ／ｓの時、
０．９〜２．１ｍｍのニップ幅に相当する。

【００１７】すなわち上記条件によれば、加熱領域で中
間転写体とトナーの保持している熱エネルギーは、トナ
ーが転写・定着されるのに充分な量となり、その後転写
定着領域でトナー及び中間転写体が常温の記録材に熱を
奪われて、トナーは軟化点温度以下まで冷却される。そ
の際、トナー軟化点の１．５倍以上２．５倍以下に加熱
されて溶融したトナーは、常温の記録材と圧接すると、
その瞬間トナーの流動性は多少低下するものの、もとも
と適度に溶融しているため、転写定着性が不十分になる
ことはない。このため、トナーは記録材の繊維中に浸透
しながら冷却固化し、転写定着が完了する。このとき、
トナー温度は圧接部の出口でトナーの軟化点温度以下と
なるため、トナーの凝集力が増大し、記録材を中間転写
体から剥離する時にトナーが中間転写体にオフセットす
ることはない。

【００１８】次に、上記画像形成装置の各部材の構成に
ついて詳細に説明する。上記加熱部材は、円筒状部材の
内部に配置される加熱源と、該円筒状部材の外周面に形
成された断熱弾性体層とを有する構成とすることが望ま
しい。これにより、中間転写体と加熱源との間に断熱弾
性体層が介在されることになり、加熱源から中間転写体
への熱伝導が抑制される。このため、図５（ｂ）に示す
ように、断熱弾性体層がない場合と比較して、加熱部材
からの熱伝導を生じさせることなくトナー及び中間転写
体を短時間で冷却することが可能となり、転写定着領域
の出口のトナーの温度を確実にトナー軟化点温度以下に
することができる。

【００１９】また加熱部材の表面に断熱弾性体層を形成
することにより、断熱弾性体層の弾性変形を利用して、
トナー像に記録材が均一に密着するように圧力を作用さ
せることができ、濃度むらのない均一な画質を得ること
ができる。このような断熱弾性体層の厚さは、１０μｍ
〜４０μｍの中間転写体を用いた場合、１００μｍ以上
であることが望ましい。

【００２０】上記中間転写体は、単位面積当たりの熱容
量が記録材の単位面積当たりの熱容量の１／２より小さ
いものであることが望ましい。これにより、転写定着領
域で中間転写体上のトナー像が常温の記録材と接触した
時に、加熱されたトナー及び中間転写体をより短時間で
冷却させることが可能となる。この中間転写体の熱容量
の下限値、つまり厚さの下限値は、機械的強度で決ま
る。中間転写体の厚さが１０μｍ未満であると、しわや
端部のめくれが発生し易くなるので、実用的には最低で
も１０μｍ以上は必要である。また、４０μｍより厚い
と、中間転写体は冷えにくくなり、トナー像を短時間で
冷却させる際の障害となる。したがって中間転写体の厚
さが１０μｍ以上４０μｍ以下、つまり中間転写体の熱
量量が記録材の熱容量に対して１／１０以上１／２以下
であることが望ましい。

【００２１】本発明に適用されるトナーは、従来の白黒
複写機に多用されているワックス入りのオイルレストナ
ーやカラー複写機に用いられるシャープメルトトナーの
いずれも使用することができるが、特に以下のようなカ
ラー複写機用トナーと組み合わせることにより本発明の
特徴を更に引き出すことが可能となる。カラー画像又は
フルカラー画像を形成する際には、シャープメルトトナ
ーを使用することにより、複写機の色再現範囲を広め、
原稿の多色又はフルカラー像に忠実なカラーコピーを良
好に得ることができる。カラートナーは発色性、定着性
を考慮するとシャープメルトな結着樹脂として、例えば
ポリエステル樹脂を使用したものが好ましい。またトナ
ーの軟化点は７５〜１５０℃、好ましくは８０〜１２５
℃の低温の軟化点を有するものが良い。本発明における
トナーの軟化点は以下のような測定法で求めたものであ
る。

【００２２】フローテスターＣＦＴ−５００Ａ型（島津
製作所製）を使用し、ダイ（ノズル）の直径０．２ｍ
ｍ、厚み１．０ｍｍとして２０ｋｇの押出荷重を加え、
初期設定温度７０℃で、予熱時間３００秒の後、６℃／
分の速度で等速昇温した時、描かれるトナープランジャ
ー降下量−温度曲線（以降、軟化Ｓ次曲線という）を求
める。試料となるトナーは、１〜３ｇ精秤した微粉末を
用い、プランジャー断面層は１．０ｃｍ² とする。軟化
Ｓ次曲線は図７に示すようなカーブとなる。等速昇温す
るにしたがい、トナーは徐々に加熱され、流出が開始さ
れる（プランジャー降下Ａ→Ｂ）。さらに昇温すると溶
融状態となったトナーは大きく流出し（Ｂ→Ｃ→Ｄ）、
プランジャー降下が停止し終了する（Ｄ→Ｅ）。軟化Ｓ
次曲線の高さＨは全流出量を示し、Ｈ／２のＣ点に対す
る温度Ｔ₀ はその試料（例えば、トナー又は樹脂）の軟
化点を示す。

【００２３】トナー及び結着樹脂がシャープメルト性を
有するか否かは、トナー又は結着樹脂の見掛けの溶融粘
度を測定することにより判定できる。本発明において、
シャープメルト性を有するトナーとは、見掛けの溶融粘
度が１０³ Ｐａ・ｓを示す時の温度をＴ₁ 、見掛けの溶
融粘度が５×１０² Ｐａ・ｓを示す時の温度をＴ₂ とし
たときに、Ｔ₁ ＝８０〜１４０℃であり、Ｔ₂ −Ｔ₁ ＝
５℃〜２０℃の条件を満足するものをいう。これらの温
度−溶融粘度特性を有するシャープメルト性樹脂は加熱
されることにより極めてシャープに粘度低下を起こすこ
とが特徴である。このような粘度低下が中間転写体上の
最上部トナー層と最下部トナー層との適度な混合を生
じ、さらにトナー層自体の透明性を急激に増加させ、良
好な減色混合を起こすものである。

【００２４】また、このシャープメルトトナーの流動に
よって、粉体中に含んでいた空気が逃げてトナー層内の
熱伝導率が上昇するため、各色トナーを重ね合わせた場
合でも、トナー層全体を短い加熱時間で溶融することが
でき、本発明に係る画像形成装置では特に有効となる。
さらに、このようなシャープメルト性のカラートナーは
親和力が大きく、定着時にオフセットし易いが、本発明
では軟化点以下の温度で中間転写体から剥離するためオ
フセットはまったく発生しない。

【００２５】上記加圧部材は、中間転写体を介して加熱
部材に圧接されたときに、該加熱部材上の断熱弾性体層
に弾性変形を生じさせるように支持されていることが望
ましい。これにより、加圧部材との圧接部では加熱部材
上の弾性体層に圧縮変形が生じており、さらにその圧接
部の下流側で変形した弾性体層が復元する時に、記録材
に対してミクロなスリップを生じる。このため、記録材
は中間転写体から容易に剥離されるようになる。

【００２６】また上記加圧部材は、軸線方向に均等な断
面を有する筒状体からなり、前記加熱部材と圧接される
加圧回転体と、この加圧回転体の内部に挿通され、両端
で支持されて該加圧回転体を加熱部材に押圧する圧接部
材とを備える構成とすることができる。このとき、圧接
部材は、加圧回転体と加熱部材との圧接力が軸線方向に
ほぼ均等となるように、両端部よりも中央部で径が拡大
されているものとする。従来のように加熱部材と加圧ロ
ールとを圧接する２ロール方式では、加熱部材の中央部
が凹状に撓み、圧接部が不均一になる傾向があるが、本
発明では、圧接部材を加圧回転体を介して加熱部材に圧
接させることにより、加熱部材の中央部付近が凹状に撓
んでも、加熱部材と加圧部材との撓み方向を同じ方向に
することができる。したがって、加圧回転体は加熱部材
の撓み曲線に追従した形状となり、圧接部の形状が軸線
方向にほぼ均一となるとともに、圧接力をほぼ均等に維
持できる。このため、定着不良の発生を防止することが
できるとともに、加圧回転体の周面の速度が軸線方向に
ほぼ均一になるので、中間転写体や記録材のしわの発生
を防止することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態である
画像形成装置を示す概略構成図である。この画像形成装
置は、周面が周回可能に支持された無端ベルト状の中間
転写体５を備えており、この中間転写体５と対向する位
置にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像
を形成する４つの画像形成ユニット３０Ｙ，３０Ｍ，３
０Ｃ，３０Ｂが配設されている。各画像形成ユニット
は、表面に静電潜像が形成される像担持体１を有してお
り、各像担持体１の周囲に、該像担持体１の表面を一様
に帯電させる帯電装置２と、像担持体表面に像光を照射
して潜像を形成する露光装置３と、像担持体上に形成さ
れた潜像にトナーを選択的に転移させてトナー像を形成
する現像装置４と、像担持体上のトナー像を中間転写体
５上に転写する転写ロール６とを備えている。

【００２８】上記中間転写体５の内側には、駆動ロール
９と、テンションロール１０と、該中間転写体上のトナ
ー像を加熱する加熱ロール７とが配置されており、これ
らによって該中間転写体５が周回可能に張架されてい
る。また中間転写体５の周回方向における加熱ロール７
との接触領域の最下流部には、該中間転写体５を加熱ロ
ール７に押圧する加圧部材８を備えており、さらに該加
圧部材８と中間転写体５との圧接部に記録材を送り込む
ペーパーガイド１６と、該圧接部を通過した記録材を剥
離する剥離爪１７と、記録材を搬送する記録材搬送路２
０とを備えている。

【００２９】上記中間転写体５は、無端ベルト状の基材
の表面にトナーとの離型性のよい表面層を形成したもの
であり、駆動ロール９の回転により図中に示す矢印方向
に３００ｍｍ／ｓの速度で周回移動するようになってい
る。この中間転写体５には耐熱性が必要であり、基材と
して、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミド、
ポリアクリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテル
サルフフォン、ポリエーテルケトン、ポリバラバン酸等
のフィルムが用いられる。本例では、周長８００ｍｍ、
幅３２０ｍｍ、厚さ１２μｍのポリアミドの基材に離型
性のよいＰＦＡフッ素樹脂を３μｍの厚さで被覆したも
のを使用している。また、静電転写性能を考慮して基材
中にカーボンブラックを混合し、抵抗値を１０¹⁰Ω・ｃ
ｍとしている。この中間転写体５の熱容量はＡ４サイズ
の面積で１．３５ｊｏｕｌｅ／℃であり、記録材の熱容
量の約１／５に相当する。

【００３０】上記加熱ロール７は、中間転写体５の周回
方向における画像形成ユニット３０の下流側に配置され
ており、図２に示すように中間転写体５が１８０度巻き
付けられることによって加熱領域Ａを形成している。こ
の加熱ロール７は、円筒状芯金１１の内側に熱源１２
ａ，１２ｂを内蔵しており、円筒状芯金１１の周面には
断熱性の弾性体層１３が形成されている。また、断熱弾
性体層１３は、厚さ５０μｍ以上で、その熱伝導率が
０．４×１０^-3cal ／℃・sec・cm 以上２．５×１０^-3ca
l ／℃・sec・cm 以下の耐熱弾性体が用いられている。本
例では、芯金１１として、直径４９．５ｍｍ、肉厚０．
４ｍｍの鋼製の中空部材が用いられ、その周面には厚さ
２５０μｍのシリコーンゴム層が形成されている。ま
た、熱源１２ａ，１２ｂとしては６５０Ｗと５５０Ｗの
２種類のハロゲンランプが用いられている。この加熱ロ
ール７は、温度センサー１５によって約２００℃にコン
トロールされるものであり、装置の立ち上げ時には両方
の熱源１２ａ，１２ｂを点灯することによって、約２０
秒の立ち上げ時間を達成している。

【００３１】上記加圧部材８は、中間転写体５の周回方
向における加熱ロール７との接触領域Ａの最下流部に配
設されており、中間転写体５と圧接されるニップ部Ｐ_B
に転写定着領域Ｂを形成している。この加圧部材８は、
図３に示すように、軸線方向に均等な断面を有する筒状
体からなる加圧回転体１８と、この加圧回転体１８の内
部に挿通されて該加圧回転体を加熱ロール７に押圧する
圧接ロール１９とを備えている。圧接ロール１９は両端
部よりも中央部で径が拡大されており、加圧回転体１８
を加熱ロール側へ付勢するように回転軸の両端で支持さ
れている。本例では、加圧回転体１８として、外径３０
ｍｍ、肉厚０．３ｍｍの鋼性パイプにポリイミド等の耐
熱性硬質樹脂を被覆し、さらにその表面に２０μｍのＰ
ＦＡ樹脂層を形成したものが用いられる。また圧接ロー
ル１９として、２００μｍのテーパをクラウン形状した
ものが用いられ、外周面には肉厚１．０ｍｍの硬質シリ
コーンゴムが被覆されている。これにより、中間転写体
５と加圧回転体１８とのニップ部Ｐ_B が、中央部１．５
ｍｍ、両端部１．６ｍｍの軸線方向にほぼ均等な形状と
なると共に、圧接ロール１９の押圧力によって加熱ロー
ル７の断熱弾性体層１３に弾性変形が生じるようになっ
ている。また、記録材がニップ部Ｐ_B を通過するデュエ
ルタイムは０．００５秒に設定されている。

【００３２】上記画像形成装置で使用されるトナーは、
トナー軟化点温度が１００℃で、結着樹脂としてポリエ
ステル樹脂を用いたシャープメルト性を有するトナーで
あり、見かけの溶融粘度が１０³ Ｐａ・ｓを示す時の温
度をＴ₁ 、見かけの溶融粘度が２×１０² Ｐａ・ｓを示
す時の温度をＴ₂ としたときに、Ｔ₁ ＝１０２℃、△Ｔ
＝Ｔ₂ −Ｔ₁ ＝１０℃の条件を満たすものを用いてい
る。なお、トナーの軟化点は、フローテスターＣＦＴ−
５００Ａ型（島津製作所製）により求めたものである。

【００３３】次に、上記画像形成装置の動作であって、
請求項７に記載の発明の一実施形態である画像形成方法
について説明する。画像形成動作が開始されると、イエ
ロー用画像形成ユニット３０Ｙにおいて、像担持体１の
表面が帯電装置２で一様に帯電され、次いで露光装置３
から像光が照射され、像担持体１の表面に潜像が形成さ
れる。その後、像担持体１上の潜像はイエロートナーを
収容する現像装置４との対向位置を通過し、現像電界内
で電荷を有するトナーが像担持体１に選択的に転移し、
潜像が可視化される。このとき、像光は画像部を照射す
るようになっており、帯電装置２で帯電された像担持体
１の表面電位極性と同じ極性電荷を持つトナーが像担持
体１の露光部に転移し、トナー像が形成される。このト
ナー像は像担持体１の周回移動により中間転写体５の周
面に当接され、転写ロール６の作用によりトナー像が中
間転写体５上に静電吸着され、一次転写が行われる。

【００３４】同様にマゼンタ用画像形成ユニット３０Ｍ
において、像担持体１は帯電装置２により帯電され、露
光装置３から像光が照射されて像担持体１上にマゼンタ
像に相当する潜像が形成される。この潜像はマゼンタト
ナーを収容する現像装置４によって現像されてマゼンタ
のトナー像が形成される。このトナー像は、像担持体１
と当接される中間転写体５上へ、先に形成されたイエロ
ーのトナー像に重ねて転写される。

【００３５】以後同様に、シアン用画像形成ユニット３
０Ｃにおいて、帯電装置２による帯電、露光装置３から
の像光の照射、シアン用現像装置４によるトナー像の形
成がなされ、このトナー像が中間転写体５上に前のトナ
ー像に重ねて転写される。更にブラック用画像形成ユニ
ット３０Ｂにおいて、帯電装置２による再帯電、露光装
置３からの像光の照射、ブラック用現像装置４によるト
ナー像の形成がなされ、このトナー像が中間転写体５上
に重ねて転写される。

【００３６】４色目のトナー像の一次転写が行われる
と、中間転写体５の表面に重ねて転写されたトナー像
は、該中間転写体５と加熱ロール７とが密着している加
熱領域Ａへ搬送される。この加熱領域Ａを通過する間
に、中間転写体とその上のトナーに加熱ロール７から熱
が伝達される。すると、中間転写体５上のトナーは極め
てシャープに粘度低下を起こし、最上部トナー像と最下
部トナー層との適度な混合を生ぜしめ、さらにトナー層
自体の透明性が急激に増加し、良好な減色混合が起こ
る。加熱ロール７は温度センサー１５で約２００℃にコ
ントロールされており、図４に示すように加熱領域Ａの
下流側付近では、トナーは加熱ロール７の設定温度に等
しいトナー軟化点温度の約２倍の２００℃まで加熱され
る。その後、中間転写体５上のトナー像は転写定着領域
Ｂの入口で常温の記録材に当接され、加熱ロール７及び
加圧回転体１８によって挟持され圧接される。これによ
り、トナーは記録材の繊維中に浸透しながら冷却固化
し、転写定着が完了する。転写定着領域Ｂの出口ではト
ナーは軟化点温度以下となり、トナーの凝集力が増大し
て固体状態に戻る。このため、トナーは一体となって中
間転写体５からトナーとの接着力が大きい記録材に転移
し、記録材の繊維中に浸透する。このようにして、中間
転写体５上の多色トナー像は記録材上に転写され、これ
と同時に定着される。

【００３７】本実施形態において、毎分６０枚（Ａ４サ
イズ）の連続転写定着を行った場合の消費電力を分析す
ると、中間転写体５の加熱に２５０Ｗ、トナー（全域ト
ナー画像のケース）の加熱に２５０Ｗ、周囲への熱損失
に１５０Ｗを消費し、合計６５０Ｗでカラー画像を転写
・定着することが可能である。また、転写・定着後の記
録材の最高温度は５０℃であり、トナー温度は５０℃以
下となっているので、トナーは固体状態となり、断熱弾
性体層１３の圧縮変形効果と相まって優れた剥離性能が
得られる。この圧縮変形効果については後述する。さら
に、中間転写体５の表面にはフッ素樹脂が被覆されてい
るので離型性が高く、また記録材と分離する際にトナー
の凝集力が大きくなっているので、転写後の中間転写体
５にトナーはほとんどオフセットしない。

【００３８】トナー像が転写・定着された記録材は、ニ
ップ部Ｐ_B の下流側で剥離爪１７により中間転写体５か
ら剥離され、装置外の図示しないスタッカに排出され
る。一方、中間転写体５は熱量量が小さいので、次の画
像形成工程までに冷却される。このため、像担持体１が
中間転写体５の熱によって影響を受けることはなく、画
質劣化の発生が防止される。

【００３９】このような画像形成装置を用いて転写・定
着テストを行ったところ、転写・定着後の記録材には、
鏡面ソフトロールで定着させたのとほぼ同程度の光沢を
有した高品位のカラー画像が得られた。また上記画像形
成装置では、記録材及び中間転写体の加熱量が非常に少
ないため、消費電力を最小限に抑えることができる。例
えば、６００ワットから８００ワットの投入電力で、白
黒複写機では毎分８０〜１００枚以上（Ａ４サイズ）、
カラー複写機では毎分６０〜８０枚以上（Ａ４サイズ）
を転写定着することができることが確認された。

【００４０】次に、本実施形態の画像形成装置におい
て、中間転写体の熱容量と加熱温度を変えたときのトナ
ー像の定着性やオフセットの発生状況を調べた結果を表
１に示す。

【表１】

【００４１】ここで、中間転写体の熱容量を決定する厚
さの下限値は機械的強度で決まり、中間転写体の厚さが
１０μｍ未満であると、しわや端部のめくれが発生しや
すくなるので、実用的には１０μｍ以上は必要である。
本実験によれば、中間転写体の厚さが１０μｍ以上４０
μｍ以下のときに加熱温度をトナーの軟化点温度の１．
５倍〜２．５倍の斜線部分の範囲内で選択すれば、オフ
セットが発生せずに、かつ十分な定着性が得られること
がわかる。このとき、中間転写体の熱容量は記録材の熱
容量（約７．２ｊｏｕｌｅ／℃）に対して１／１０以上
１／２以下となる。また表には記載していないが、加熱
温度がトナーの軟化点の１．５倍以下であると、上述の
中間転写体の厚さの範囲で転写・定着性を満足すること
はできず、また２．５倍以上であると中間転写体の厚さ
が約５０μｍのときにオフセットが発生する。

【００４２】また図５（ａ）は、本画像形成装置の転写
定着領域におけるトナー、中間転写体及び記録材の温度
分布を示す図であり、図５（ｂ）は、この画像形成装置
の比較例であって、加熱ロール表面の断熱弾性体層を用
いない場合の温度分布を示す図である。図５（ａ）に示
すように、転写定着領域では中間転写体及びその表面の
トナーの温度は急激に低下し、加熱ロール表面の断熱弾
性体層により加熱ロールから中間転写体への熱伝導がな
いことがわかる。つまり、転写・定着を行うための熱エ
ネルギーは加熱領域だけで与えられることになり、転写
定着領域ではトナーは常温の記録材に接触して極めて短
い時間でトナーの軟化点温度以下に冷却される。

【００４３】一方、図５（ｂ）に示すように断熱弾性体
層を用いない場合には、転写定着領域で中間転写体及び
トナーの温度の低下が進行すると、加熱ロールの表面温
度が低下し、加熱ロールから中間転写体及びトナーへの
熱伝導が生じる。このため、トナーは常温の記録材に接
触して温度が低下するものの、加熱ロールに蓄積されて
いる熱及び加熱源から供給される熱までがトナー及び記
録材に伝達されることになる。したがって転写定着領域
の出口でトナー及び記録材の温度は高くなり、トナー温
度を軟化点温度以下とする設定が難しくなる。

【００４４】また図６は、断熱弾性体層を設けた場合の
転写定着時間と中間転写体上のトナーの温度との関係
を、断熱弾性体層を設けない場合と比較して示した図で
ある。この図に示すように、断熱弾性体層を設けた場合
は、転写定着時間が１０ｍｓ前後でトナーが軟化点温度
以下となるのに対し、断熱弾性体層を設けない場合は、
中間転写体界面付近のトナーの温度がなかなか低下しな
いことが確認される。

【００４５】なお従来の加熱ロールと加圧ロールとを圧
接する２ロールタイプの画像形成装置では、十分な定着
を行うための定着ロールや加熱ロールの温度はトナー軟
化点温度の１．０〜１．５倍程度であるのに対して、本
実施形態ではそれ以上の温度に加熱する必要がある。そ
れは従来の装置では加熱領域で予備加熱を行い、更にそ
の後の転写定着領域で中間転写体とその上のトナーを加
熱・加圧するのに対して、本実施形態では、転写定着を
行うためのエネルギーは加熱領域だけで与えられ、転写
定着領域では実質上加熱部材からの熱エネルギの伝達が
ないからである。

【００４６】また、従来の加熱ロールと加圧ロールとを
圧接する２ロールタイプの画像形成装置では、加熱ロー
ルの表面温度を室温からの所定の設定温度まで上昇させ
る時間、すなわちウォームアップタイムは、３〜５分と
いう長い時間が必要である。このウォームアップタイム
は、単純には加熱ロールの熱容量と投入電力との関係で
決定される。つまり、加熱ロールの熱容量が小さくて投
入電力が大きければウォームアップタイムを短縮できる
が、加熱ロールの熱容量は加熱ロールの剛性により、ま
た投入電力は機械の消費電力からの制約により限界が存
在する。一般に、加熱ロールに投入可能な電力は６００
〜８００Ｗ程度であり、この範囲でウォームアップタイ
ムを短縮するにはロールの熱容量を小さくするのが効果
的である。ところが、加熱ロールの熱容量を小さくする
ため加熱ロールの外径や芯金の肉厚を減少していくと、
同時に加熱ロールの剛性も小さくなってしまう。このた
め、加熱ロールと加圧ロールとを両端部で支持して圧接
すると、ロールの中心軸は図７（ａ）に示すように互い
に逆方向に撓んでしまい、両ロールのニップ部は図図７
（ｂ）に示すようにロール両端部では広く、ロール中央
部では狭い、不均一な形状となる。このような不均一な
形状のニップ部に中間転写体や記録材を通過させると、
しわが発生したり、或るいは記録材の中央部での圧着強
度が弱くオフセットが発生し、次の記録支持体を汚した
り、画像が欠落したりすることがある。ここでは、ロー
ルの中央部のニップ幅をａ、両端部のニップ幅をｂとし
たときの中央部のニップ形状指数をｃ＝ａ／ｂと定義す
ると、ニップ形状指数ｃはロールの撓みにより１．０よ
りも小さくなる。ｃの値は圧着強度の均一性、しわの回
避等の観点から一般に０．８〜１．０が最適である。

【００４７】しかし、従来の装置において、ウォームア
ップタイムを短縮するために加熱ロールの熱容量を小さ
くすると、剛性の低下により必要な圧接力を導入したと
きのロールの撓みが増大し、ｃの値が減少して上記最適
範囲をはずれてしまう。従ってニップ幅が不均一となる
のを回避するためには、ロールの撓みをある程度以下に
抑えるように、剛性を維持するか、ロールの圧接力の分
布を補正することが必要となる。このような撓み量を抑
制する場合の限界の目安は０．１ｍｍ程度であり、撓み
をこの値以下とするのは難しい場合が多い。

【００４８】一方、本実施形態の画像形成装置では、軸
線方向に略均等な断面を有する筒状体からなる加圧回転
体１８と、この筒状体の内部から該加圧回転体を支持す
る圧接ロール１９とが設けられており、圧接ロールの押
圧力により加圧回転体８が加熱ロールに押圧される機構
を採用している。この圧接ロールは両端部よりも中央部
で径が拡大されているので、加熱ロールの中央部付近で
押圧される側が凹状となるように撓んでも、加圧回転体
は加熱ロールの撓み曲線に追従した形状となり、加圧回
転体と加熱ロールとの圧接力が軸線方向にほぼ均等に保
持される。このため、加熱ロールの熱容量を小さくして
もニップ形状指数を０．８〜１．０にすることが可能で
ある。これにより、定着不良の発生が防止され、さらに
加圧回転体の周面の速度が軸線方向においてほぼ均一に
なるため、記録材の方向が適切となり、中間転写体や記
録材のしわ発生が防止される。

【００４９】また本実施形態では、加熱ロール７が中間
転写体５と圧接される側の表面に断熱弾性体層１３を備
えており、圧接ロール１９がこの中間転写体５を加熱ロ
ール７に押しつけて該弾性体層１３に圧縮変形が生じる
ような構成を採用している。これにより、記録材の剥離
が容易になる。これは次の理由によるものである。すな
わち、加熱ロールの表面に断熱弾性体層が設けられてい
ない場合は、転写定着ニップ部に記録材が送り込まれる
と、加熱・加圧され溶融したトナーが記録材とともに中
間転写体に密着してしまう。しかしながら、本実施形態
のように、加熱ロール上の弾性体層１３に圧縮変形が生
じていると、変形した弾性体層がニップ部の出口で復元
する時に、記録材に対してミクロなスリップを生じる。
これにより、記録材は中間転写体から容易に剥離される
ようになる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明に係る画
像形成装置及び画像形成方法では、加熱工程で中間転写
体上のトナー像を加熱し、この加熱工程を行う領域と連
続した領域でトナー像を常温状態の記録材に圧接するの
で、記録材が冷却部材として作用し、トナー像を瞬時に
記録材上に転写・定着することが可能となる。このた
め、記録材を中間転写体から剥離する時にトナーの温度
を十分に低下させることができ、オフセットの発生を防
止できるとともに、定着性の良い良好な画像を得ること
ができる。また、中間転写体上のトナー像を溶融するた
め熱エネルギーが、実質的に加熱工程だけで与えられ、
転写定着工程では、加熱部材から中間転写体への熱伝導
を生じさせないでトナー像の転写・定着を行うことがで
きるため、エネルギー効率の良い画像形成装置を実現で
きる。さらに、具体的には以下のようなメリットを有し
ており、その利用価値は大きい。 （１） 全消費エネルギーが少なく、限られた電力で高
速の画像形成が可能となる。 （２） 記録材が冷却部材として作用し中間転写体の温
度が急激に低下するので、像担持体側に支障をきたすこ
とがない。さらに従来の転写定着装置に必要であった冷
却工程が必要なくなり、装置がコンパクトになる。 （３） 加熱部材の表面に断熱弾性体層を形成すること
により、従来のソフトロールを用いた定着装置で定着し
た画質と同等の高品位の転写定着画像を得ることができ
る。 （４） シャープメルトのオフセットしやすいトナーで
もオフセット現像が全く生じることがないため、白黒複
写機だけでなくカラー複写機用にも十分に適用可能であ
る。 （６） 記録材の加熱量が非常に少ないため、記録材の
厚みや熱容量に転写定着性がほとんど影響されず、さら
にカールや紙しわの発生が少ない。 （７） ウォームアップタイムが大幅に短縮可能であ
り、その結果スタンバイ時に加熱部材を設定温度に維持
しておくために投入していた電力を削除することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である画像形成装置を示す
概略構成図である。

【図２】上記画像形成装置で用いられる加熱ロール及び
加圧部材を示す概略構成図である。

【図３】上記加熱ロール及び加圧部材を示す概略断面図
である。

【図４】上記画像形成装置の加熱領域及び転写定着領域
におけるトナー温度の変化を示す図である。

【図５】上記画像形成装置の転写定着領域における加熱
ロール、中間転写体、トナー、及び記録材の温度分布
を、断熱弾性体層を設けない場合と比較して示した図で
ある。

【図６】上記画像形成装置の転写定着時間と中間転写体
及びその表面のトナーの温度との関係を、断熱弾性体層
を設けない場合と比較して示した図である。

【図７】上記画像形成装置で用いられるトナーの軟化点
の測定方法を説明する図である。

【図８】従来の画像形成装置の問題点である加熱ロール
と加圧ロールとの圧接部の形状を示す図である。

【符号の説明】

１ 像担持体 ２ 帯電装置 ３ 露光装置 ４ 現像装置 ５ 中間転写体 ６ 転写ロール ７ 加熱ロール ８ 加圧部材 ９ 駆動ロール １０ テンションロール １１ 芯金 １２ 熱源 １３ 断熱弾性体層 １５ 温度センサー １６ ぺーパーガイド １７ 剥離爪 １８ 加圧回転体 １９ 圧接ロール ２０ 記録材搬送路 ３０ 画像形成ユニット Ｔ トナー像

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周面にトナーが付着することによって
   トナー像が形成される像担持体と、 周面の周回移動が可能に支持され、外周面に前記トナー
   像が転写される中間転写体と、 前記像担持体上に形成されるトナー像を前記中間転写体
   上に転写し、該トナー像を前記中間転写体と当接するよ
   うに送り込まれる記録材に一括して転写・定着する画像
   形成装置において、 前記中間転写体が、無端ベルト状の部材からなり、 前記中間転写体の内周面と接触するように支持され、該
   中間転写体上のトナー像をトナーの軟化点温度（℃）の
   １．５倍以上２．５倍以下となるように加熱する加熱部
   材と、 前記中間転写体の周回方向における前記加熱部材との接
   触領域の最下流部で該中間転写体に圧接され、該中間転
   写体との間に送り込まれる常温状態の記録材を該中間転
   写体に押圧する加圧部材とを有し、 前記加圧部材と前記中間転写体との圧接部の出口のトナ
   ーの温度がトナーの軟化点温度以下になるように、前記
   記録材が該圧接部を通過する時間が設定されていること
   を特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の画像形成装置におい
   て、 前記加熱部材は、円筒状部材の内部に配置される加熱源
   と、該円筒状部材の外周面に形成された断熱弾性体層と
   を有するものであることを特徴とする画像形成装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の画像形成装置におい
   て、 前記加圧部材は、前記中間転写体を介して前記加熱部材
   に圧接されたときに、前記断熱弾性体層に弾性変形を生
   じさせるように支持されていることを特徴とする画像形
   成装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２に記載の画像形
   成装置において、 前記中間転写体は、単位面積当たりの熱容量が前記記録
   材の単位面積当たりの熱容量の１／２より小さいもので
   あることを特徴とする画像形成装置。
5. 【請求項５】 請求項１、請求項２又は請求項３に記
   載の画像形成装置において、 前記トナー像を構成するトナーは、軟化点が８０℃〜１
   ２５℃であり、 見かけの溶融粘度が１０³ Ｐａ・ｓを示す温度をＴ₁ 、
   見かけの溶融粘度が２×１０² Ｐａ・ｓを示す温度をＴ
   ₂ としたときに、 Ｔ₂ −Ｔ₁ ＝５℃〜２０℃を満足するシャープメルトト
   ナーであることを特徴とする画像形成装置。
6. 【請求項６】 請求項１、請求項２、請求項３又は請
   求項５に記載の画像形成装置において、 前記加圧部材は、 軸線方向に均等な断面を有する筒状体からなり、前記加
   熱部材と圧接される加圧回転体と、 この加圧回転体の内部に挿通され、両端で支持されて前
   記加圧回転体を前記加熱部材に押圧する圧接部材とを有
   し、 前記圧接部材は、前記加圧回転体と前記加熱部材との圧
   接力が軸線方向にほぼ均等となるように、両端部よりも
   中央部で径が拡大されていることを特徴とする画像形成
   装置。
7. 【請求項７】 像担持体上にトナー像を形成し、 前記トナー像を、周回可能に支持された中間転写体上に
   一次転写し、 前記中間転写体上のトナー像を一括して記録材に二次転
   写するとともに定着する画像形成方法において、 前記中間転写体上のトナー像をトナーの軟化点温度の
   １．５倍以上２．５倍以下となるように加熱する加熱工
   程と、 前記加熱工程を行う領域と連続する領域で、前記中間転
   写体上のトナー像を常温状態の前記記録材に圧接し、該
   トナー像を前記記録材に転写するとともに定着する転写
   定着工程とを含み、 前記転写定着工程の直後のトナーの温度が記録材によっ
   て冷却され、トナーの軟化点温度以下になるように、前
   記記録材が該転写定着工程を通過する時間を設定するこ
   とを特徴とする画像形成方法。