JP4652796B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置に関する。

従来における画像形成装置には、複数の定着器を備えたものが既に提案されている。これは定着器を直列に並べ、記録紙を複数回定着器に通過させるものや、定着器を並列に並べ、定着器を切り換えて使用するものがあった。この画像形成装置の目的は、主に出力される画像の光沢度を変える目的で、後者は更に連続通紙における定着器の温度低下による画像形成装置の生産性低下を防止する、等を目的としている。

次に、画像の光沢度については一般的に、文章等のテキスト画像では出力された画像の光沢度は低い方が好まれ、逆に写真等のグラフィック画像では出力された画像の光沢度は高い方が好まれる傾向にある。

しかしながら、従来、出力される画像の光沢度は装置毎固有のもので、使用者が選択・調整を行うことはほとんどできなかった。

これは、光沢度は定着後のトナー画像の表面性で決まるが、その表面性はトナーの材質、定着装置の構成等でほぼ決定してしまうためである。

更に定着装置の構成について詳細に説明すると、トナーは定着器によって完全に溶融されない状態で分離された場合、表面性は低くなり、トナーが定着時に十分に溶融された状態では、定着ローラの表面状態を転写された状態で定着ローラから分離し凝固するため、定着ローラの表面性を上げれば出力画像の光沢度は上がる。

このように出力画像の光沢度を上げるためには、トナーを表面性の高い定着ローラにより十分に溶融させ、定着ローラの表面性を転写した状態で分離・凝固させることが必要である。

この様な理由から、１つの画像形成装置内に目的の異なる出力画像に合わせた定着器を複数個用意し、画像に合わせて定着器を切り換えたり、複数回定着器に通紙したりして所望の出力画像を得ようとしていた。

通常、定着器には定着ローラ、加圧ローラ、ヒータ等比較的高価な部品を使用している。このため上述したような定着器を複数個画像形成装置に用いることは、装置本体のコストに非常に大きく影響する。

同時に、複数の定着器を直列または並列に並べた場合、装置本体のサイズが大きくなることが避けられない。
特開平５−１５８３６４ 特開昭６１−２５６３６７ 特開２００２−３６５９６７

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、記録紙の画質、特に光沢度を向上させる安価で小型な定着器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、記録材に画像を形成する画像形成手段と、記録材上の画像を第１の定着ニップにて定着するための第１の回転体及び第２の回転体と、記録材上の画像を第１の回転体との間で形成された第２の定着ニップにて定着するためのベルト部材と、を有する画像形成装置において、記録材上の画像を第１の定着ニップにて定着する第１モードと、記録材上の画像を第１の定着ニップにて加熱した後、記録材を第２の定着ニップに導入することにより記録材上の画像を第２の定着ニップにて再加熱し、第１の定着ニップでの記録材分離温度よりも低い温度で記録材をベルト部材から分離する第２モードと、を実行する実行部と、第１の回転体を加熱する第１加熱手段と、第２の回転体を加熱する第２加熱手段と、ベルト部材を加熱する第３加熱手段と、を有し、第２モード時の第２の定着ニップにて記録材上の画像を加熱する際には、第２の回転体は第１の回転体と接触し、第２の加熱手段を用いて第１の回転体を加熱することを特徴とする。

本発明によれば、高光沢画像を簡易な構成で形成することができる。

さらに、高光沢画像を形成するための装置構成をコンパクト化することができる。

以下、本発明にかかる実施例を説明する。

本発明の主な実施例として、プリンタ等の画像形成装置での定着部への実施例を用いて説明を行う。

図２は本発明を実施したプリンタの主断面図である。

図２において、プリント画像が得られるまでの概要を簡単に説明する。
パーソナルコンピュータ等より送られる画像情報は不図示の画像処理部で各色毎（各色ステーション毎）の電気信号に変換され、レ−ザスキャナ５０に伝送される。

レーザスキャナ５０ではこの各色毎の画像情報に対応するレーザ光を発し、回転するポリゴンミラー５１、レンズ５２等画像信号書き込み光学系により走査され、折り返しミラー５３により感光ドラム６０方向へ折り返され、感光ドラム６０上に結像して静電潜像を作る。

この静電潜像はロータリー現像器６１によりトナー画像へと現像される。本実施例のカラープリンタは、いわゆる１ドラム系のカラープリンタであるため、レーザスキャナ５０、感光ドラム６０それぞれは１個づつ設置され、各色ごとの現像を行う時はロータリー現像器６１を順じ切り換える。

感光ドラム６０の周囲には、帯電器６２、ロータリー現像器６１内に構成された各色の現像器（６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ）、感光ドラムクリーニング６４が配置される。ロータリー現像器６１は、図のように、イエロー（Ｙ）現像器６３ａ、マゼンタ（Ｍ）現像器６３ｂ、シアン（Ｃ）現像器６３ｃ、ブラック（Ｂｋ）現像器６３ｄを備えている。

このロータリー現像器６１は、不図示の駆動系により回転可能で、感光ドラム６０の対向位置に所望色の現像器をその都度切り換えて感光ドラム上の潜像を現像することにより、所望の色を得ることができる。

フルカラー画像を得る場合は、各色ごとに感光ドラム６０上の潜像を現像し、その都度中間転写ベルト４０上にトナー像を１次転写ローラ４５により１次転写する。感光ドラム６０上の画像書き込み系の動作はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック全て同じである。このようにして各色の画像をロータリー現像器６１を切り換え、中間転写ベルト４０に順じ重ねあわせることによりフルカラー画像を得る。中間転写ベルト４０は、テンションローラ４２，駆動ローラ４１，２次転写ローラ４３等のローラに掛け渡されており、図において時計回りに回転する。

次に、記録紙は給紙カセット１にセットされ機械内に収められる。給紙カセット１が本体内にセットされると図示しないリフタモ−タにより給紙カセット１内のリフタ４が上昇し、これに伴い記録紙Ｓの紙面も上昇して給紙可能状態になる。記録紙は給紙ロ−ラ２の回転により移動を開始し、分離ロ−ラ対３により１枚ずつ分離され、搬送ロ−ラ列５を経てレジストロ−ラ６へと搬送される。レジストロ−ラ６によりレジストを補正された記録紙は２次転写部へと搬送される。

先ほど中間転写ベルト４０上に形成されたフルカラー画像は、２次転写ローラ４３、４４により記録紙上に転写される。画像を転写された記録紙Ｓは不図示の分離帯電器により中間転写ベルト４０から剥がされる。そして、搬送部７を経由して定着器８で記録紙上のトナー画像を記録紙に定着して排紙ロ−ラ列９により機外の排紙トレイ１０に排出され片面のプリント動作を終了する。

次に定着部について詳細に説明する。

図１は本発明における定着部の斜視図である。定着ローラ１００の内部にはヒータ１０１が具備されている。同様に、加圧ローラ１０２の内部にもヒータ１０３が具備され、これら２つのローラは、不図示のばねにより加圧され、第一のニップＮ１を形成している。この第一のニップＮ１での記録材分離温度はほぼ定着温度と同等である。

定着ローラ１００の上部には加熱・加圧部材１１０が配置され、加圧ローラ１０２の下部には下カバー１０４が配置されている。本実施例では加熱・加圧部材１１０は、定着ローラ１００や加圧ローラ１０２に対し着脱自在に構成されている。

定着器８の基本構成は上述した構成となっており、この基本構成の定着器から加熱・加圧部材１１０を取り外し、代わりに定着ローラ１００を覆うような上カバーを配置することもできる。この場合、定着ニップはＮ１のみしか存在しなくなるが、この構成でも通常のテキスト画像やあまり光沢度を必要としないカラー画像を出力する場合は十分である。この構成では高価な構成部品の使用数も減ることから装置本体の価格を低くでき、ユーザの使用目的に応じて装置本体の構成を選択することができる。

写真等のグラフィック画像で、出力画像の光沢度を増したい場合、加熱・加圧部材１１０を用いた第二のニップＮ２で再加熱を行う。

加熱・加圧部材１１０の構成について図４を用いて以下に詳細に説明する。

定着ベルト１１１は、３本のローラ、加熱ローラ１１２と分離ローラ１１３とテンションローラ１１４に掛け渡されている。加熱ローラ１１２の内部にはヒータ１１５が内蔵されている。加熱ローラ１１２は不図示の駆動部により図において時計回りに回転駆動される。

よって、定着ベルト１１１、分離ローラ１１３、テンションローラ１１４も同方向に回転する。定着ベルト１１１の内側で、加熱ローラ１１２と分離ローラ１１３の間には、定着ベルト１１１とそれを介し記録紙を冷却する冷却手段１１６が設けられている。

このような冷却手段により第二のニップＮ２での記録材分離温度は第一のニップＮ１での記録材分離温度よりも十分に低くなっている。具体的には、第二のニップＮ２での記録材分離温度は、トナーのガラス転移点温度をＴｇとすると、本発明者等の研究によれば、（Ｔｇ＋１０）℃以下に設定することで良好な高光沢画像を得ることができた。

この加熱・加圧部材１１０は、図１のように定着ローラ１００に対し、加圧ローラ１０２の対向位置で、加熱ローラ１１２を定着ベルト１１１を介して定着ローラ１００に加圧接触させて設置される。この加圧手段は定着ローラ１００と加圧ローラ１０２の加圧手段と同様に不図示のバネにより行う。

定着ベルト１１１は本実施例では基材にポリイミド製の無端状ベルトを用い、記録紙に接する外側表面は表面の平滑性が高く、記録紙が分離されやすいよう離型層を設けたものである。

次に定着部前後の記録紙搬送路に関して詳細に説明する。

図３は定着器周辺の記録紙搬送路の詳細図である。テキスト画像や通常のカラー画像の片面印刷を行う場合（第一の定着モード）、定着器８の定着ローラ１００と加圧ローラ１０２により形成される第一のニップＮ１により定着を行う。定着器８の下流には搬送路切り換え手段であるフラッパ１５０が設けられているが、片面印刷の場合は、フラッパ１５０の定着器側先端部は下向きであり、記録紙は定着器８を通過した後、排紙搬送路１１を通過し、排紙ローラ９により機外へ排出され、排紙トレイ１０に順じ積載されるようになっている。

次に両面印刷の場合について説明する。この場合も定着器８の定着モードは第一の定着モードである。この場合はフラッパ１５０の定着器側先端部は上向きとなるように切り替える。上述した第一の定着モードで片面の定着が終った記録紙は、フラッパ１５０により循環・両面搬送路１５１へと搬送される。循環・両面搬送路１５１には、更に搬送路切り換え手段であるフラッパ１５２が設けられている。記録紙に両面印刷を行う場合、記録紙の表裏を入れ替える必要があるため、フラッパ１５２の上側先端部は図の右方向に傾いている。こうして記録紙は反転搬送路１５３へと導かれ、記録紙全体がこの反転搬送路１５３へと収納された後、搬送ローラ１５４は一旦停止し、続いて逆転方向に回転し記録紙を再び循環・両面搬送路１５５へと搬送する。

このように表裏を入れ替えられた記録紙は、再びレジストローラ６へと搬送され、レジスト補正された後２次転写部へと搬送され、裏面側の画像が形成される。画像形成された後は再び定着ローラ１００と加圧ローラ１０２により形成される第一のニップＮ１を通過する。この時のフラッパ１５０の定着器側先端部は下向きとなっており、あとは片面印刷と同様に機外へ排出される。

次に高光沢な出力を得たい場合（第二の定着モード）についての記録紙搬送について説明する。二次転写部で片面の画像を形成された記録紙は、第一のニップにて１回目の定着を行う。１回目の定着を終えた記録紙は、フラッパ１５０により循環・両面搬送路１５１へと搬送される。循環・両面搬送路１５１にあるフラッパ１５２の上側先端部は、今度は図の左方向に傾いた状態となっている。この状態で記録紙を搬送すると、再びレジストローラ６に記録紙が到達した時、記録紙は表裏が入れ替わらない状態である。次に２次転写部では記録紙にはトナー像を転写する必要がないため、中間転写ベルト４０と２次転写ローラ４３は不図示のカム機構等により２次転写ローラ４４から離間され、これに代わる不図示の搬送ローラにより記録紙を搬送する。この時、中間転写ベルト４０をきれいにクリーニングすれば、２次転写ローラ４３、４４によって記録紙を搬送しても良い。

中間転写ベルト４０の下流側には、更に搬送路切り換え手段であるフラッパ１６１が設けられている。このフラッパ１６１は、通常図の右側先端部は上方向を向いており、片面印刷など通常の印刷時（第一の定着モード）は、記録紙を第一のニップＮ１へと搬送するようになっている。

高光沢な画像を出力する場合（第二の定着モード）は、このフラッパ１６１の右側先端部は下方向を向くように設定される。２次転写ローラ４３、４４を通過した記録紙はフラッパ１６１により、定着ローラ１００と加熱・加圧部材１１０により形成される第二のニップＮ２へと導かれる。

定着ローラ１００は不図示の駆動部により、正逆回転可能な構成となっている。加圧ローラ１０２は不図示のカム部材により、定着ローラ１００から離間可能な構成となっている。もしくは加圧ローラ１０２も定着ローラ１００と同様に正逆転可能な駆動構成としても良い。加圧ローラ１０２にはヒータ１０３が設置されているため、これを定着ローラ１００への外部加熱ローラとして使用してもよい。これは特に記録紙にハガキ等小サイズの記録紙を用いた場合、定着ローラ１００や定着ベルト１１１は、記録紙が通紙された部分が急激な温度低下を招くため、この温度低下を抑える補助熱源として使用するものである。これによる効果としては、ローラ類の温度低下が減少することから、画像形成装置の生産性向上や、構成部品の寿命向上等が上げられる。

本実施例の場合、第二の定着モードで記録紙の定着を行う場合、定着ローラ１００は図の反時計方向へと回転する。

加熱・加圧部材１１０の加熱ローラ１１２内部にはヒータ１１３が内蔵されているため、記録紙のトナー像はここで再度溶融される。定着ベルト１１１はその表面に平滑性の高い離型層を設けているため、再度溶融されたトナー像は定着ベルト１１１の表面性が転写された状態で第二のニップＮ２を通過する。第二のニップＮ２を通過した直後の記録紙上のトナー像はまだ溶融状態であるため、その粘性により定着ベルト１１１の表面に密着した状態で定着ベルト１１１により搬送される。定着ベルト１１１の内側で加熱ローラ１１２と分離ローラ１１３の間には、冷却手段１１６が設けられている。

記録紙はここで定着ベルト１１１を介してその画像面側から冷却される。冷却されながら記録紙は定着ベルト１１１により搬送され、トナー像が略凝固された状態で分離ローラ１１３へと搬送され、この分離ローラ１１３により定着ベルト１１１から分離される。

このように平滑性の高い定着ベルト１１１表面に溶融されたトナー面を密着させた状態で記録紙を搬送・冷却し、トナー像が凝固してから記録紙を定着ベルト１１１から分離すると、定着ベルト１１１の高い平滑性が画像面に転写され、光沢性の高い出力画像を得ることができる。

その後、分離ローラ１１３により分離された記録紙は、通常の動作時と同様に排紙ローラ９により機外へ排出される。

このようにして第一のニップＮ１を通過した後、循環搬送路を通過し、第二のニップＮ２で再度定着され、平滑性の良い定着ベルト１１１の表面性を転写し、冷却・分離を行う（第二の定着モード）ことにより、出力された記録紙は高い光沢性を有し、写真等のグラフィック画像に非常に適した画像を得ることができる。

前述したように、本画像形成装置の基本となる構成では、上述した定着器８を用い、第一のニップＮ１によって第一の定着モード、第一のニップＮ１と第二のニップＮ２両方を用いて第二の定着モードで記録紙の定着を行うようになっている。仮にユーザが、主に文章等のテキスト画像や、カラー画像でも比較的光沢度を必要とされない画像の出力しか要求しない場合、第二のニップＮ２を形成する加熱・加圧部材１１０の代わりに定着上カバーを配置した簡素な構成を選択することもできる。仮に、後から写真等のグラフィック画像を出力したくなった場合、加熱・加圧部材１１０のみを購入し、定着上カバーと交換すれば良い。従来の画像形成装置では、そもそも画像形成装置自体がそれら画像に対応していない場合は、画像形成装置そのものを買い換える必要があった。

仮に後付けできるようなオプションが用意されていたとしても、そのオプションはオプション単体で定着器を成すよう構成されているものが多く、高価な物が多かった。更に通常そのようなオプションは、画像形成装置の本体外部に取り付けるものが多く、その設置スペースを確保する必要があり、使用者は多大な出費と設置場所を提供する必要があった。本例ではこのようなユーザの負担を必要最低限に抑えることが可能である。

実施例１では片面印刷時に画像面を上側に向けて排出される、いわゆるフェイスアップ排紙の画像形成装置での実施例を示した。

本実施例２では図５のように、片面印刷時に画像面を下側に向けて排出される、いわゆるフェイスダウン排紙の画像形成装置での実施例を示す。

このような構成であっても実施例１と同様な構成を適用することにより実施例１と同様の効果が得られることは言うまでもない。

定着部の概略図 画像形成装置の概略断面図 定着器周辺の記録紙搬送路の詳細図 加熱・加圧部の詳細図 画像形成装置の変形例を示す概略断面図

符号の説明

１ 給紙カセット
２ 給紙ローラ
３ 分離ローラ対
４ リフタ
５ 搬送ローラ列
６ レジストローラ対
７ 搬送路
８ 定着器
９ 排紙ローラ列
１０ 排紙トレイ
３０ レジストローラ
４０ 中間転写ベルト
４１ 駆動ローラ
４２ テンションローラ
４３、４４ ２次転写ローラ
４５ １次転写ローラ
５０ レーザスキャナ
５１ ポリゴンミラー
５２ レンズ
５３ 折り返しミラー
６０ 感光ドラム
６１ ロータリー現像器
６２ 帯電器
６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの現像器
６４ クリーニング
１００ 定着ローラ
１０１ ヒータ
１０２ 加圧ローラ
１０３ ヒータ
１０４ 下カバー
１１０ 加熱・加圧部材
１１１ 定着ベルト
１１２ 加熱ローラ
１１３ 分離ローラ
１１４ テンションローラ
１１５ ヒータ
１１６ 冷却手段
１５０ フラッパ
１５１ 循環・両面搬送路
１５２ フラッパ
１５３ 反転搬送路
１５４ 搬送ローラ
１５５ 循環・両面搬送路
１６１ フラッパ
Ｎ１ 第一のニップ
Ｎ２ 第二のニップ
Ｓ 記録紙

Claims (3)

1. 記録材に画像を形成する画像形成手段と、記録材上の画像を第１の定着ニップにて定着するための第１の回転体及び第２の回転体と、記録材上の画像を第１の回転体との間で形成された第２の定着ニップにて定着するためのベルト部材と、を有する画像形成装置において、
   記録材上の画像を第１の定着ニップにて定着する第１モードと、記録材上の画像を第１の定着ニップにて加熱した後、記録材を第２の定着ニップに導入することにより記録材上の画像を第２の定着ニップにて再加熱し、第１の定着ニップでの記録材分離温度よりも低い温度で記録材をベルト部材から分離する第２モードと、を実行する実行部と、第１の回転体を加熱する第１加熱手段と、第２の回転体を加熱する第２加熱手段と、ベルト部材を加熱する第３加熱手段と、を有し、
   第２モード時の第２の定着ニップにて記録材上の画像を加熱する際には、第２の回転体は第１の回転体と接触し、第２の加熱手段を用いて第１の回転体を加熱することを特徴とする画像形成装置。
2. 上記第２の定着ニップの下流側にてベルト部材に接した記録材を冷却する冷却手段と、を有することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
3. ベルト部材を張架する複数の回転体を上記ベルト部材と共にユニット化し前記画像形成装置に対し着脱自在に構成したことを特徴とする請求項１又は２の画像形成装置。

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