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JP4778752B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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JP4778752B2 JP2005248217A JP2005248217A JP4778752B2 JP 4778752 B2 JP4778752 B2 JP 4778752B2 JP 2005248217 A JP2005248217 A JP 2005248217A JP 2005248217 A JP2005248217 A JP 2005248217A JP 4778752 B2 JP4778752 B2 JP 4778752B2
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Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に係り、詳しくは、ワンパス方式で転写紙等の記録体の両面に画像を形成する画像形成装置に関するものである。
従来、記録体の両面に画像を形成する方式としては、スイッチバック方式やワンパス方式などが知られている。スイッチバック方式は、記録体を転写手段と定着手段とに通してその一方の面に画像を記録した後、反転搬送路で記録体を反転させる。そして、転写手段および定着手段にスイッチバックさせて、もう一方の面にも画像を記録する方式である。これに対し、ワンパス方式は、記録体をスイッチバックさせることなくその両面に画像を記録する方式である。ワンパス方式の一例としては、両面転写手段によって画像を両面に転写した記録体を定着手段に通す方式が挙げられる。ワンパス方式は、次の点でスイッチバック方式よりも優れている。即ち、スイッチバック用の複雑な機構を設けることによるコストアップ、スイッチバックによる画像形成時間の長時間化、定着手段による加熱でカールさせた記録体をスイッチバックさせることによるジャム、これらを何れも回避し得る点である。
しかしながら、かかるワンパス方式においては、両面転写後の記録体を両面転写手段から定着手段に送る際に、画像を乱し易いという不具合があった。両面転写手段から離間した記録体が定着手段に受け渡される際に、両面転写手段と定着手段内部との間に配設されたガイド部材などに摺擦するのに伴って、その摺擦面の未定着トナー像が乱れてしまうのである。転写紙の片面だけにトナー像を転写する装置の場合には、ガイド部材やレイアウトなどの工夫によってトナー像の非転写面とガイド部材とを摺擦させるように設計することで、摺擦による未定着トナー像の乱れを回避することができる。しかし、両面転写の場合には、どうしてもトナー像の転写面をガイド部材との摺擦面にしてしまうため、画像を乱し易くなるのである。
そこで、特許文献1において、周面に複数の突起を有する従動回転可能な拍車を両面転写手段と定着手段との間に設け、これによって両面転写手段から定着手段に向けて記録体をガイドさせるようにした画像形成装置が提案されている。特許文献1によれば、下側から突起を突き刺しながら記録体を支える上記拍車を記録体の移動に伴って従動回転させることで、拍車で支えている側の記録体面の画像を乱すことなく、記録体を両面転写手段から定着手段に案内することができるものとしている。しかしながら、上記拍車の突起がたとえ鋭利なものであっても、それを突き刺してしまえば、未定着の画像は少なからず乱れることになる。
特許文献2および3には、次のような画像形成装置が記載されている。第1画像形成ユニットと第2画像形成ユニットとを備えたワンパス式の画像形成装置であって、第1画像形成ユニットで形成された第1トナー像を第1像担持体ベルトたる第1中間転写ベルトに転写し、次に、第1中間転写ベルトの画像を第1熱転写体に転写する。そして、第1熱転写体に転写された第1トナー像が転写・定着ニップに到達する前に、搬送過程で第1トナーを加熱して軟化または溶融させておき、記録体の一方の面に第1トナー像を熱転写・定着する。同様にして、第2中間転写ベルト上の第2画像形成ユニットで形成された第2トナーを、第2熱転写体に転写し、搬送過程で軟化または溶融させて、記録媒体の他方の面に第2トナー像を熱転写・定着する。
このように、記録体のそれぞれの面で転写と定着とを同時に行えば、両面に未定着トナー像の転写を受けた転写紙を、定着装置まで搬送する必要がない。このため、未定着トナーを担持する記録媒体を搬送することによる、画像の乱れを防ぐことができる。
特開平10−142869号公報 特開平9−179373号公報 特開平10−282868号公報
ところで、上記熱転写体は、熱転写体に転写されたトナー像を軟化または溶融させるために高温に加熱されるため、熱転写体表面の離型層が熱により経時的に劣化してしまう。離型層が熱による劣化が進行して寿命がくると、硬度が低下しトナー等により表面に傷が生じたり、トナーのフィルミングが生じたりして、画像不良が生じてしまう。このような画像不良を確認したら、ユーザーは、サービスマンを呼んで、サービスマンは、熱転写体を備えた転写・定着ユニットの交換を行う。
原稿の表面に記録されている画像は、第1画像形成ユニットで形成され、原稿の裏面に記録されている画像は、第2画像形成ユニットで形成されるように、原稿の画像面(表面と裏面)に対して用いられる画像形成ユニットが予め設定されている画像形成装置がある。このような画像形成装置の場合、使用形態によっては、一方の熱転写体が他方の熱転写体よりも早く劣化してしまう。具体的に説明すると、例えば、画像面積率の高い画像が表面に、画像面積率の低い画像が裏面に形成された原稿が大量に印刷された場合、第1熱転写体が第2熱転写体に比べて早く劣化してしまう。これは、画像面積率の高い画像はトナー量が多いため、転写・定着ニップに到達する前にトナーを軟化または溶融させるためには、通常よりも多くの熱量が必要である。よって、入力された画像情報に基づき加熱温度の設定を変更し、加熱温度を上げることで、画像面積率の高い画像のようにトナー量が多い画像であっても、転写・定着ニップに到達する前にトナーを軟化または溶融させることができる。一方、画像面積率の低い画像はトナー量が少ないため、通常よりも少ないの熱量でも、転写・定着ニップに到達する前にトナーを軟化または溶融させることができる。このため、省エネルギー化のために、入力された画像情報に基づき加熱温度の設定を変更し加熱温度を下げている。このように、入力された画像情報に基づき加熱温度の設定を変更しているため、画像面積率の高い画像が表面に、画像面積率の低い画像が裏面に形成された原稿が大量に印刷された場合、第1熱転写体が第2熱転写体に比べてより多くの熱的な負荷を受ける。その結果、第1熱転写体が第2熱転写体に比べて早く熱により劣化してしまうのである。
また、第1熱転写体が第2熱転写体に比べて早く劣化して寿命がきてしまうため、転写・定着ユニットの交換時期が、第1転写・定着ユニットと第2転写・定着ユニットとで異なってしまう。その結果、例えば、第1転写・定着ユニットを交換してから十分な期間が経過する前に、第2転写・定着ユニットの寿命がきて交換する必要が生じてしまい、転写・定着ユニットの交換によるダウンタイムが頻繁に発生してしまうおそれがあった。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、一方の転写・定着ユニットが他方の転写・定着ユニットよりも早く劣化してしまうのを抑制することができる画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、第1トナー像を形成する第1画像形成ユニットと、第2トナー像を形成する第2画像形成ユニットと、第1のトナー像が第1画像形成ユニットから転写される第1の熱転写体と、該第1の熱転写体上の第1のトナー像を軟化または溶融させる第1熱源と、該第1の熱転写体上の転写残トナーをクリーニングする第1熱転写体クリーニング部材とを備え、上記熱源で軟化・溶融した該第1トナー像を記録体の第1面へ転写と熱による定着とを行う第1転写・定着ユニットと、第2のトナー像が第2画像形成ユニットから転写される第2の熱転写体と、該第2の熱転写体上の第2のトナー像を軟化または溶融させる第2熱源と、該第2の熱転写体上の転写残トナーをクリーニングする第2熱転写体クリーニング部材とを備え、上記熱源で軟化・溶融した該第2トナー像を記録体の第2面へ転写と熱による定着とを行う第2転写・定着ユニットとを備えた画像形成装置において、上記第1熱転写体クリーニング部材に付着した転写残トナーの付着量と、第2熱転写体クリーニング部材に付着した転写残トナーの付着量とを検知し、上記第1熱転写体クリーニング部材に付着した転写残トナーの付着量と、第2熱転写体クリーニング部材に付着した転写残トナーの付着量とを比較して、付着量が多い方の転写・定着ユニットを劣化が進んでいると判定する劣化状態比較手段と、上記記録体の両面に画像を形成する際、画像情報に基づいてトナー像を形成した際、付着するトナー量が少ない方の画像が、劣化が進んだ方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットで形成されるよう、該劣化状態比較手段の比較結果と、記録体の一方の面に形成する画像情報と、記録体の他方の面に形成する画像情報とに基づいて、形成する画像形成ユニットを選択する選択手段とを備えた特徴とする画像形成装置。
また、請求項2の発明は請求項の画像形成装置において、該第1転写・定着ユニットの熱転写体と、該第2転写・定着ユニットの熱転写体とを記録体の搬送経路を挟んで対向させるとともに、該第1転写・定着ユニットの熱転写体と、該第2転写・定着ユニットの熱転写体とを所定の圧力で当接させたことを特徴とするものである。
また、請求項の発明は請求項1または2の画像形成装置において、転写・定着ユニットの熱源を、該熱転写体の外周面に対向して配置したことを特徴とするものである。
また、請求項の発明は、請求項1または2いずれかの画像形成装置において、転写・定着ユニットの熱源を、熱転写体の内部に配置したことを特徴とするものである。
また、請求項の発明は、請求項1乃至いずれかの画像形成装置において、上記第1転写・定着ユニットおよび上記第2転写・定着ユニットの少なくとも一方の熱源を、該磁性体からなる発熱体と、該発熱体との間に磁界を発生する磁界発生手段とで構成し、該磁界発生手段の発する磁界による電磁誘導で該発熱体を加熱することを特徴とするものである。
また、請求項の発明は、請求項1乃至いずれかの画像形成装置において、上記第1熱源の熱量および上記第2熱源の熱量を、上記画像形成ユニットで形成されるトナー像に合わせて調整することを特徴とするものである。
また、請求項の発明は、請求項1乃至いずれかの画像形成装置において、上記画像情報が、片面のみの場合、上記選択手段は、画像を形成するユニットとして、第1転写・定着ユニットおよび第2転写・定着ユニットのうち、劣化していない方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットを選択することを特徴とするものである。
また、請求項の発明は、請求項1乃至いずれかの画像形成装置において、上記画像情報が、記録体の一方の面に形成する画像が単色画像で、記録体の他方の面に形成する画像がカラー画像である場合、上記選択手段は、単色画像を形成する画像形成ユニットとして、第1転写・定着ユニットおよび第2転写・定着ユニットのうち、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットを選択することを特徴とするものである。
また、請求項の発明は、請求項1乃至いずれかの画像形成装置において、上記画像情報が、記録体の一方の面に形成する画像がイメージ画像主体で、記録体の他方の面に形成する画像が文字画像主体である場合、上記選択手段は、文字画像主体の画像を形成する画像形成ユニットとして、第1転写・定着ユニットおよび第2転写・定着ユニットのうち、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットを選択することを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、請求項1乃至いずれかの画像形成装置において、上記選択手段は、記録体の一方の面に形成する画像および記録体の他方の面に形成する画像のうち画像面積率の低い画像を形成する画像形成ユニットとして、第1転写・定着ユニットおよび第2転写・定着ユニットのうち劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットを選択することを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、請求項1乃至10いずれかの画像形成装置において、定着後の記録体を反転させて、排紙する記録体反転機構を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、請求項1乃至11いずれかの画像形成装置において、上記トナー像の形成に用いるトナーとして、重量平均粒径が3〜8[μm]で、且つ重量平均粒径を個数平均粒径で除算した値が1.00〜1.40であるものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項13の発明は、請求項1乃至12いずれかの画像形成装置において、上記トナー像の形成に用いるトナーとして、形状係数SF−1が100〜180であり、形状係数SF−2が100〜180であるものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項14の発明は、請求項1乃至13いずれかの画像形成装置において、上記トナー像の形成に用いるトナーは、少なくとも結着樹脂と着色剤とからなる母体粒子に添加剤を外添してなり、かつ、該添加剤として、その平均一次粒径が50〜500[nm]で、かつ、嵩密度が0.3[g/cm]以上であるものを用いたことを特徴とするものである。
本発明によれば、第1転写・定着ユニットの劣化状態及び第2転写・定着ユニットの劣化状態と、形成する画像情報とに基づいて、形成する画像を、第1画像形成ユニットで形成するか、第2画像形成ユニットで形成するかを選択する。これにより、記録体の一方の面に形成する画像および記録体の他方の面に形成する画像のうち、転写・定着ユニットへの負荷が少なくて済む画像を、第1画像形成ユニットおよび第2画像形成ユニットのうち、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットで形成するようにすれば、以下のような効果が得られる。すなわち、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットの劣化の進行を抑えることができる。これにより、転写・定着ユニットの寿命がくるまでの期間を延ばすことができ、交換される期間を延ばすことができる。よって、転写・定着ユニットの交換回数を減らすことができる。また、第1転写・定着ユニットの劣化と第2転写・定着ユニットの劣化とが均等に進行するようになり、熱転写体の寿命をほぼ同時期にすることができる。その結果、第1転写定着ユニットの寿命がくる期間と第2転写・定着ユニットの寿命がくる期間とをほぼ同じにすることができ、交換時期をほぼ同じにすることができる。その結果、第1転写・定着ユニットと第2転写・定着ユニットとを同時に交換することができ、転写・定着ユニットの交換によるダウンタイムの発生を抑えることができる。
以下、本発明を画像形成装置である電子写真方式のカラー画像形成システム(以下、単に画像形成システムという)に適用した一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る画像形成システムを示す概略構成図である。同図において、本画像形成システムは、プリンタ部100、操作・表示装置90、給紙装置40、自動画像読取装置200、紙補給装置300等を有している。
プリンタ部100は、紙搬送路43Aを境にして、その上方に配設された第1転写ユニット20と、下方に配設された第2転写ユニット30とを有している。第1転写ユニット20は図中矢印方向に無端移動する第1像担持体ベルトとしての第1中間転写ベルト21を有している。また、第2転写ユニット30は図中矢印方向に無端移動する第2像担持体ベルトとしての第2中間転写ベルト31を有している。第1中間転写ベルト21の上部張架面の上方には、4個の第1トナー像形成手段である第1プロセスユニット80Y,M,C,Kが配置されている。一方、第2中間転写ベルト31の側部張架面の側方には、4個の第2トナー像形成手段である第2プロセスユニット81Y,M,C,Kが配置されている。これら第1、第2プロセスユニットの番号に付したY,M,C,Kという添字は、それぞれ取り扱われるトナーの色を示している。プロセスユニット内の各機器にも同様の添字を付している。
各プロセスユニット(80Y,M,C,K、81Y,M,C,K)は、それぞれ像担持体たる感光体(1Y,M,C,K)を有している。第1プロセスユニット80Y,M,C,Kの感光体1Y,M,C,Kは等間隔に配設され、少なくとも画像形成時にはそれぞれ第1中間転写ベルト21の上部張架面に接触する。以下、このように接触するベルト面を第1受像面という。
一方、第2プロセスユニット81Y,M,C,Kの感光体1Y,M,C,Kも等間隔に配設され、少なくとも画像形成時にはそれぞれ第2中間転写ベルト21の上部張架面に接触する。以下、このように接触するベルト面を第2受像面という言う。
第1中間転写ベルト21は、複数のローラにより、鉛直方向よりも水平方向にスペースをとる横長の姿勢であり、且つその第1受像面をほぼ水平に延在させる姿勢で張架されている。第1プロセスユニット80Y,M,C,Kは、このようなほぼ水平の第1受像面に接するように、互いにほぼ水平な状態で並列配設されている。
一方、第2中間転写ベルト31は、複数のローラにより、図中左上から右下にかけての縦長に傾斜した状態で張架されている。第2プロセスユニット81Y,M,C,Kは、このように傾斜した第2受像面に接するように、第2中間転写ベルト31の図中右側方にて、図中左上から右下にかけての斜めの配列になるように並列配設されている。
図2は、4つの第1プロセスユニット80Y,M,C,Kのうちの1つを示す拡大構成図である。4つの第1プロセスユニット80Y,M,C,Kは、それぞれ扱うトナーの色が異なる点以外は、ほぼ同様の構成になっているので、同図では「80」に付すY,M,C,Kという添字を省略している。同図において、感光体1は、プリンタ部(100)の動作時に、図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動される。かかる感光体1の周囲には、帯電手段であるスコロトロンチャージャ3、露光装置4、現像装置5、クリーニング装置2、光除電装置Q等の作像部材や、電位センサS1、画像センサS2等が配設されている。
ドラム状の感光体1は、例えば直径30〜120[mm]程度のアルミニウム円筒表面に光導電性物質である有機感光層(OPC)が被覆されたものである。アモルファスシリコン(a−Si)層を被覆したものであってもよい。また、ドラム状ではなく、ベルト状のものであってもよい。
クリーニング装置2は、クリーニングブラシ2a、クリーニングブレード2b、回収部材2c等を有し、後述の1次転写ニップを通過した後の感光体表面に残留する転写残トナーを除去、回収する。
スコロトロンチャージャ3は、回転駆動される感光体1の表面を例えばマイナス極性に一様帯電せしめるものである。かかる一様帯電を行う帯電手段として、スコロトロンチャージャの代わりに、コロトロンチャージャを用いても良い。また、帯電バイアスが印加される帯電バイアス部材を感光体1の表面に接触させる方式のものでもよい。
露光装置4は、各色のうちの1色に対応する画像データに基づいて生成した光で、一様帯電後の感光体1の表面を光走査して、感光体1の表面に静電潜像を形成する。図示の例では、露光装置4として、LED(発光ダイオード)アレイと結像素子からなるものを用いる。レーザ光源やポリゴンミラー等を用いて、形成すべき画像データに応じて変調したビーム光によるレーザスキャン方式のものでもよい。
現像装置5は、トナーと磁性キャリアとを含有する二成分現像剤を用いて感光体1上の静電潜像を現像する二成分現像方式のものである。かかる二成分現像剤を2つの搬送スクリュウ5cによって攪拌しながら、図中奥行き方向に搬送する。これら2つの搬送スクリュウ5cの現像剤搬送方向は互いに逆方向である。例えば、図中左側の搬送スクリュウ5cの現像剤搬送方向が図中奥側から手前側であれば、図中右側の搬送スクリュウ5cの現像剤搬送方向は図中手前側から奥側である。前者の搬送スクリュウ5cによって現像装置5の図中奥行き方向端部まで搬送された二成分現像剤は、後者の搬送スクリュウ5cに受け渡される。そして、その端部から反対側の端部に向けて攪拌搬送される過程で、一部が後述の現像ロール5bに担持される。また、担持されなかったり、現像ロール5bから右側の搬送スクリュウ5cに戻されたりした二成分現像剤は、上記反対側の端部で左側の搬送スクリュウ5cに受け渡される。このようにして、二成分現像剤が現像装置5内で循環搬送される。なお、現像装置5として、磁性キャリアを含まずにトナーを主成分とする一成分現像剤による一成分現像方式のものを用いてもよい。
現像ロール5aは、ステンレスやアルミニュウム等からなる非磁性円筒であって図示しない駆動手段によって図中時計回りに回転駆動せしめられるスリーブと、これに連れ回らないように内部固定されたマグネットローラとを有している。マグネットローラは、スリーブの内部にて、その周方向に分かれる複数の磁極を有している。図中右側の搬送スクリュウ5cによって搬送される二成分現像剤は、このマグネットローラの発する磁力によって引き寄せられて、回転駆動されるスリーブの表面で汲み上げられる。そして、スリーブ表面に連れ回って感光体1に対向する現像領域に搬送されるのに先立ち、ブレード5bとの対向位置である規制位置を通過する。
ブレード5bは、所定の間隙を介してその先端をスリーブ表面に近接させるように配設されている。そして、スリーブ表面上の二成分現像剤がその直下である規制位置を通過する際に、二成分現像剤の厚みを所定の大きさに規制する。
このようにして層厚が規制された二成分現像剤は、スリーブの回転に伴って感光体1との対向位置である現像領域に搬送される。マイナス極性に一様帯電せしめられた感光体1の表面に対する光走査によって電荷が減衰せしめられて形成された静電潜像は、現像領域にてスリーブ表面上の二成分現像剤に摺擦せしめられる。そして、潜像と同極性であるマイナス帯電性のトナーの付着によって、Y,M,C,Kの何れかの色に現像される。第1プロセスユニット80においては、いわゆる反転現像が行われるのである。これにより、感光体1上には、Y,M,C,Kの何れかの色のトナー像が形成される。
トナーとしては、従来から公知の方法で得られる球形や不定形のトナーが用いられる。体積平均粒径が20[μm]以下、好ましくは10[μm]以下、3[μm]以上のものがよい。また、磁性キャリアも従来から公知の方法で得られるものが用いられる。体積平均粒径が25[μm]〜60[μm]程度のものがよい。
上記現像領域でトナーを消費した二成分現像剤は、上記スリーブの回転に伴って現像装置5内に戻る。そして、上記マグネットローラの互いに同極で隣り合う磁極によって形成される反発磁界の影響を受けて、スリーブ表面から離脱して、図中右側の搬送スクリュウ5c上に戻された後、図中左側の搬送スクリュウ5cに受け渡される。
図中左側の搬送スクリュウ5cの下方には、トナー濃度センサ5eが配設されており、左側の搬送スクリュウ5cによって搬送される二成分現像剤の透磁率を検知する。二成分現像剤の透磁率は、トナー濃度と相関があるので、トナー濃度センサ5eは、トナー濃度を検知していることになる。
図示しない制御部は、このトナー濃度センサ5eからの出力信号に基づいて二成分現像剤のトナー濃度を所定の閾値未満であると判断すると、図示しない8つのトナー供給手段のうち、その二成分現像剤に対応するものを所定時間駆動する。これら8つのトナー供給手段は、それぞれ、第1プロセスユニット(80Y,M,C,K)の4つの現像装置、あるいは、第2プロセスユニット(81Y,M,C,K)の4つの現像装置の何れか1つに対応するものである。図示しないボトル収納部に着脱可能にセットされた4つのY,M,C,Kトナーボトルの何れかに接続されている。そして、接続されたトナーボトルから、対応する現像装置内における図中左側の搬送スクリュウ5c上に、所定色のトナーを供給する。これにより、現像によってトナーを消費した二成分現像剤のトナー濃度が回復する。かかる構成のトナー供給手段としては、従来から公知のモーノポンプによる吸引力で、トナーボトル内のトナーを吸引して現像装置内まで搬送する方式のものがよい。この方式によれば、トナーボトルの設置場所の制約が少ないため、プリンタ部(100)内部のスペース配分に有利である。またトナーが適時補給できるため、現像装置5に大きなトナー貯留スペースを設けなくてすみ、現像装置5の小型化を図ることができる。
図3は、4つの第2プロセスユニット(81Y,M,C,K)のうちの1つを示す拡大構成図である。4つの第2プロセスユニット(81Y,M,C,K)も、それぞれ扱うトナーの色が異なる以外は、ほぼ同様の構成になっている。第2プロセスユニット81は、第1プロセスユニット(80)と構成部材が同じであるが、感光体1の回転方向が異なっている。しかし互いに、感光体1の回転軸1aを通るy軸に対し対象の形をしている。この形状は、感光体1の周囲に設ける部材の配置にも関係するが、重要な事項である。具体的には、プリンタ部100本体との結合部、たとえば駆動手段との結合部、電気的接続部、トナー供給部、トナー排出部の結合方法を配慮している。これにより、第1プロセスユニット(80Y,M,C,K)と、第2プロセスユニット(81Y,M,C,K)とに互換性をもたせることができる。従って第1プロセスユニットと第2プロセスユニット用に個別に現像装置、クリーニング装置、部品を製造する必要がなく、部品製造、部品の管理上での効率が高く、全体のコスト低減化を図ることができる。
次に、中間転写ベルトについて説明する。第1トナー像搬送ベルトとしての第一中間転写ベルト21は複数のローラ24、25、26(2個)、27により支持されて矢印方向に走行する。そして、第1の画像形成ユニット80Y〜80Kにおける感光体1Y、1C、1M、1Kの下部に設けられている。この第1中間転写ベルト21は無端状で、各感光体の現像工程後の一部が接触するように張架、配置されている。また第1中間転写ベルト21の内周部には各感光体1Y、1C、1M、1Kに対向させて1次転写ローラ22が設けられている。
この第1中間転写ベルト21に関連する部材は、第1画像形成ユニット20として一体的に構成してあり、画像形成装置100に対し着脱が可能となっている。
一方、第2トナー像搬送ベルトとしての、第2中間転写ベルト31は複数のローラ33、34、35、36(2個)、37、38により支持されて矢印方向に走行する。そして、第2の画像形成ユニット81Y〜81Kにおける感光体1Y、1C、1M、1Kに接触して、設けられている。この第2中間転写ベルト31は無端状で、各感光体の現像工程後の一部が接触するように張架、配置されている。第2中間転写ベルト31の内周部には各感光体1Y、1C、1M、1Kに対向させて1次転写ローラ32が設けられている。
第2中間転写ベルト31に関連する部材は、第2画像形成ユニット30として一体的に構成してあり、画像形成装置100に対し着脱が可能となっている。
2つの中間転写ベルト(21,31)は、それぞれ例えば、基体の厚さが50〜600[μm]の樹脂フィルム或いはゴムを基体とするベルトである。そして、感光体1が担持するトナー像を、1次転写ローラ(22,32)に印加される1次転写バイアスによって静電的にベルト表面に転写を可能とする電気抵抗値を発揮する。かかる中間転写ベルトの一例として、ポリイミドにカーボンを分散し、その体積抵抗値は、10〜1012[Ωcm]程度に抵抗が調整されたものを挙げることができる。ベルトの走行を安定させるためのベルト寄り止めリブを、ベルト片側あるいは両側端部に設けられている。なお、中間転写ベルト(21、31)の詳細については、後述する。
第1ベルトユニットの第1転写手段たる4つの1次転写ローラ22や、第2ベルトユニットの第2転写手段たる4つの1次転写ローラ32としては、例えば次のような構成のものを用いることができる。即ち、芯金たる金属ローラの表面に、導電性ゴム材料を被覆したもので、芯金部に、不図示の電源からバイアスが印加されるものである。本実施形態では、導電性ゴム材料として、ウレタンゴムにカーボンを分散したものを用い、体積抵抗を10Ωcm程度に調整している。
プリンタ部100は、Kトナーだけによるモノクロ画像の出力も可能である。モノクロ画像を出力する場合には、第1ベルトユニットにおけるY,M,C用のプロセスユニット80Y,M,Cを使用しない。そして、プロセスユニット80Y,M,Cを稼動させないだけでなく、これらと中間転写ベルトとを非接触に保つための機構を備えている。ローラ26と1次転写ローラ22を支持する内部フレーム(不図示)を設けておき、ある点を中心に回動可能に支持している。そして、感光体から遠ざかる方向に回動させることにより、感光体1Kだけを第1中間転写ベルト21と接触させて、作像工程を実行することにより、ブラックトナーによるモノクロ画像を作成する。かかる構成では、感光体の寿命向上の点で有利である。なお、第2ベルトユニットも同様に、モノクロ画像出力時にプロセスユニット81Y,M,Cを第2中間転写ベルト31から待避させるようになっている。
次に、両面転写手段50について説明する。両面転写手段50は、第1転写・定着ユニット47と第2転写・定着ユニット48とで構成している。第1転写・定着ユニット47は、第1中間転写ベルト21の外周で、支持ローラ27の近傍に設けてある。この第1転写・定着ユニット47は、第1中間転写ベルト上のトナーが転写される第1熱転写体47Aと、この第1熱転写体47Aに対して所定圧力で当接する第1加圧ローラ47Bとを有している。第1熱転写体47Aと、加圧ローラ47Bとの間に記録媒体Pを通過させながら、第1熱転写体上のトナーが記録体Pに転写・定着される。
第2転写・定着ユニット48は、第2中間転写ベルト31の外周で、支持ローラ34の近傍に設けてある。この第2転写・定着ユニット48は、第2中間転写ベルト上のトナーが転写される第2熱転写体48Aと、この第2熱転写体48Aに対して所定圧力で当接する第2加圧ローラ48Bとを有している。第2熱転写体48Aと第2加圧ローラ48Bとの間に記録媒体Pを通過させながら、第2熱転写体上のトナーが記録体Pに転写・定着される。なお、両面転写手段50の詳細については、後述する。
プリンタ部100の図中右側方には転写紙を供給可能に収納した給紙装置40が配備されている。複数段、例えば上段に大量の転写紙を収納した給紙装置(トレイ)40a、その下方に3段の給紙カセット40b,40c、40dがそれぞれ紙面に対し直角手前側(操作面側)に引出し可能に配設されている。これらの給紙トレイ40aや給紙カセット40b,40c、40d内にそれぞれ異なる種類の転写紙が収納されている。このうち、最上位置の転写紙は、対応する給紙・分離手段41A〜41Dにより選択的に給紙、分離され、確実に一枚だけが複数の搬送ローラ対42Bにより紙搬送路43Bや43Aに送られる。
紙搬送路43Aには、第1および第2転写位置である2次転写位置へ転写紙を送り出す給送タイミングをとるため、一対のローラからなるレジストローラ対45が設けられている。さらに転写紙の搬送方向に対し直角方向の位置を正規の位置にするための横レジ補正機構44が、紙搬送路43Aに設けてある。横レジ補正機構44は、次のものがある。不図示の横方向の基準ガイドと斜行コロ対から構成され、転写紙の横方向端部を該基準ガイドに押付けるように転写紙をスライド搬送する。そして、転写紙を所定の位置に整合させる。この基準ガイドは転写紙のサイズにより、所定の位置に移動、配置される。なお、横レジ補正機構44は転写紙の搬送方向に対し転写紙の両方の横方向から、転写紙の両辺を短時間および複数回押し、転写紙を所定の位置に整合させる規制部材から構成されるジョガー方式でもよい。
搬送ローラ対42Cを有する紙搬送路43Cには、その搬送方向上流に設置可能な別の給紙装置300から、転写紙が供給可能となっている。給紙トレイ40aの最上位の転写紙が給紙され、その後曲げられることなく、ほぼ水平に真直ぐ搬送されるように、給紙トレイ40aの上部給紙面が配備してある。そのため厚い転写紙、剛性の高い板紙でも確実に給紙できる。なお給紙トレイ40aには、多様な特性の転写紙が収納されても確実に給紙できるよう、バキューム機構からなるエアー給紙を採用すると好都合である。図示していないが、紙搬送路の要所には転写紙を検知するためのセンサが具備させていて、転写紙の存在を基準とする各種信号のトリガーとしている。
転写定着が終了した記録媒体を冷却し、不安定なトナーの状態を早期に安定させるため、冷却機能を有した冷却ローラ対70を転写定着後の搬送路に備えている。この冷却ローラ対70としては、放熱部を有するヒートパイプ構造のローラが採用できる。冷却された転写紙は、排紙ローラ対71により、プリンタ部100の左側に設けた反転機構たる反転ユニット90へ送られる。
図4は、反転ユニット90を示す図である。記録媒体を反転する場合は、排紙分岐爪91によって搬送経路97を切り替えて、記録媒体を反転経路97へ搬送する。反転経路97に搬送された記録媒体は、反転入り口ローラ92によって反転テーブル93へ搬送されて、反転される。その後、反転たたきコロ94が降下し、反転排出ローラ95とで記録媒体をスイッチバックして排出経路96へと搬送し、排出口98から反転した記録媒体が排出される。一方、記録媒体を反転しない場合は、排紙分岐爪91を切り替えずに、記録媒体を排出口98へ搬送する。
排出口98から排出した記録媒体は、図示しない排紙スタック部に排紙、スタックさせる。なお排紙スタック部を通過させ、別の後処理装置に向けて転写紙を搬送させることもできる。別の後処理装置としては、穴あけ、断裁、折、綴じなど製本のための装置が接続できる。
プリンタ部100の上面に設けられた操作・表示ユニット90には、キーボード等を設けてあり、画像形成のための条件などをインプットすることができる。また、ディスプレイ等からなる表示部に各種の情報を表示することもでき、操作者とプリンタ部100との情報交換を容易なものとする。
給紙装置40の上部には、周知の技術によって原稿を自動搬送しながらその原稿の画像を読み取る自動画像読取装置(ADF)200が設けられており、これによる画像情報が図示しない制御部に送られる。送られた画像情報に基づいて、プリンタ部100が駆動制御されて、原稿と同じ画像が出力される仕組みである。また、プリンタ部100に対しては、図示しないパーソナルコンピュータ等からの画像情報を送って、その画像情報に対応する画像を出力させることもできる。更に、図示しない電話回線から送られてくる画像情報を送って、その画像情報に対応する画像を出力させることもできる。給紙装置40の図中右側方には、給紙装置40に転写紙を補給する紙補給装置300が配設されている。
次にプリンタ部100において、転写紙の片面にフルカラー画像を形成する片面記録時の動作について説明する。
片面記録の方法は基本的に2種類あって、選択が可能となっている。2種類のうちの1つは、第1中間転写ベルト21に転写した4色の第1ナー像を転写紙の第1面に一括2次転写する方法である。また、もう1つの方法は、第2中間転写ベルト31に転写した4色の第2トナー像を転写紙の第2面に一括2次転写する方法である。画像データが複数の頁になるケースでは、排紙スタック部75上で頁が揃うように作像順序を制御するのが好都合である。そこで、最後の頁の画像データから順に記録して頁順を揃わせることができる、前者の方法について説明する。
プリンタ部100を稼動させると、第1中間転写ベルト21と第1プロセスユニット80Y,M,C,Kにおける感光体1Y,M,C,Kが回転する。同時に第2中間転写ベルト31が無端移動するが、第2プロセスユニット81Y,M,C,Kにおける感光体1Y,M,C,Kは第2中間転写ベルト31と離間されるとともに不回転状態にされる。そして、第1プロセスユニット80Yによる画像形成が開始される。LED(発光ダイオード)アレイと結像素子からなる露光装置4の作動により、LEDから出射されたイエロー用の画像データ対応の光が、帯電装置3によって一様帯電された感光体1Yの表面に照射されて静電潜像が形成される。
この静電潜像は、Y用の第1プロセスユニット81Yの現像装置によってYトナー像に現像され、Y用の1次転写ニップで第1中間転写ベルト21上に静電的に1次転写される。このような潜像形成、現像、1次転写動作が感光体1M,C,K側でもタイミングをとって順次同様に行われる。そして、第1中間転写ベルト21上のYトナー像に対して、M,C,K用の1次転写ニップでM,C,Kトナー像が順次重ね合わせて1次転写される。この重ね合わせの1次転写により、第1中間転写ベルト21上に4色の第1トナー像が形成される。
一方、給紙装置40は、内部の給紙トレイ40aあるいは給紙カセット40b,c,dから、画像データに対応する転写紙を給紙・分離手段41A,B,C,Dの何れか1つのよって送り出す。そして、搬送ローラ対42B,42Cによってプリンタ部100の紙搬送路43Cに向けて搬送する。そして、横レジ補正機構44に送られる。
横レジ補正機構44は、記録体供給手段たる給紙装置40から両面転写手段(第1、第2転写・定着ユニット47、48)に向けて搬送されている途中の転写紙における搬送方向からの姿勢の傾きを補正する傾き補正手段である。レジストローラ対45よりも搬送方向上流側で、搬送方向に直交する紙面方向に並べられたガイド板対を、転写紙の搬送方向に直交する両端に突き当てることで、転写紙の姿勢の傾きを補正する。ガイド板対の2つのガイド板は、搬送方向に直交する紙面方向に移動可能になっており、給紙された転写紙の幅に合わせて移動することで、板間距離を転写紙の幅に合わせることができる。
横レジ補正機構44によって姿勢の傾きを補正された転写紙は、レジストローラ対45のローラ間に至り、そこでタイミングが計られて2次転写ニップに送り出される。そして、第1転写・定着ユニット47にて、第1トナー像が熱および加圧作用を受けて記録媒体に転写・定着される。
先の図2に示すように、各第1プロセスユニット80Y,M,C,Kでは、それぞれ、1次転写ニップを通過した後の感光体1Y,M,C,K上に残留する転写残トナーが、クリーニング装置(2)によってクリーニングされる。このクリーニング装置(2)は、クリーニングブラシ2aやクリーニングブレード2bによって第1中間転写ベルト21から転写残トナーを除去するものである。除去したトナー等の異物については、回収手段2cによって回収部87に送る。なおセンサS1、S2は、感光体表面の露光後の表面電位と、現像工程後の感光体表面に付着しているトナーの濃度が適切なものであるかを検知し、適宜作像条件の設定、制御のために不図示の制御手段に情報を出す。また、クリーニング後の感光体1の表面は除電装置Qによって残留電荷が除電されて初期化せしめられる。
一方、第1転写・定着ユニット47を通過した転写紙は、冷却手段である冷却ローラ対70に受け渡される。そして、そこでトナーが完全に固着せしめられた後、排紙ローラ71によって排紙スタック部に画像面が上向きとなって排紙される。
排紙スタック部で若い頁の転写紙が順次上に重ねられるように、作像順序がプログラムされているので、スタック部で頁順が揃う。排紙スタック部は、排紙される転写紙の増加に従って、下降するので、転写紙は整然と確実にスタックでき、頁順が乱れることがない。記録済みの転写紙を排紙スタック部に直接スタックする代わりに、穴あけ加工処理を実施したり、ソータ、コレータや綴じ装置や折り装置など後処理装置に搬送することもできる。
転写紙の片面に画像を形成させる他の方法では、第1プロセスユニット80Y,M,C,Kでの画像の形成をおこなわないようにするのと、頁揃えのために若い頁の画像データから順に像形成をさせる点が異なる。また、排紙スタック部に画像面が上向きとなって排紙されるよう、反転ユニット90で記録媒体を反転させる点も異なる。しかし、基本的には上述の片面記録の工程と同じなので、説明を省略する。
次に記録体Pの両面に画像を形成する両面記録時の動作について説明する。プリンタ本体に開始信号が入力されると、片面記録の動作で説明した第1画像形成ユニット20Y、80C、80M、80Kで順次形成する各色ごとの画像を、第1中間転写ベルト21に順次1次転写させる。第1の画像として担持させる工程とほぼ平行して、第2画像形成ユニット30Y、81C、81M、81Kで順次形成する各色ごとの画像を第2中間転写ベルト31に順次1次転写させ、第2の画像として担持させる工程がおこなわれる。図1に示すように、第2画像形成ユニット同士のベルト搬送方向についての間隔は、第1画像形成ユニット同士の間隔よりも、詰めた状態で設置されている。これにより、第1の画像と第2の画像が、記録体の搬送方向先端で位置的に合致するためには、第1の画像の形成開始より遅れて第2の画像の形成が開始される。また記録体はレジストローラ対45で静止と再送がおこなわれるので、その時間も見込んで給紙され、横レジ補正機構44で整合される。レジストローラ対45は、タイミングをとって記録体を第1転写・定着ユニット47に搬送する。第1転写・定着ユニット47にて、熱および加圧作用を受けて記録体Pの片面(図では上面)に第1トナー像が転写・定着される。
このようにして片面に画像を有した記録体Pは、第1転写・定着ユニット47の搬送作用により、引き続き第2転写・定着ユニット47に送られる。そして、第2転写・定着ユニット48にて、熱および加圧作用を受けて第2トナー像が記録体Pの下面に転写・定着される。
このようにして両面にフルカラートナー像が転写された記録体Pは、冷却手段である冷却ローラ対70に送られる。そして、そこでトナーが完全に固着せしめられた後、排紙ローラ71によって排紙スタック部に排紙される。または、反転ユニット90にて、反転されて排紙スタック部に排紙される。
複数の頁の転写紙に両面記録する場合、若い頁の画像が下面となって排紙スタック部にスタックされるように作像順序を制御する。これにより排紙スタック部75から取り出し、上下面を逆にしたとき記録物は上から順に1頁、その裏に2頁、2枚目が3頁、その裏が4頁となり頁順が揃う。このような作像順序の制御や、加熱転写装置47に入力する熱量を片面記録時より増やすなどの制御は、制御部によって実行される。
片面記録動作、両面記録動作に関して、フルカラー記録を実行させる例で説明したが、ブラックトナーだけによるモノクロ記録も可能である。メンテナンスや部品交換等の必要性が生じた場合には、不図示の外装カバー等を開放し、メンテナンスをおこなう。
次に、両面転写手段50の詳細について説明する。図5は、両面転写手段50の概略構成図である。上述したように、両面転写手段50は、第1転写・定着ユニット47と第2転写・定着ユニット48とで構成されている。第1、第2転写・定着ユニット47、48は、それぞれ熱転写体47A、48Aと、加圧ローラ47B、48Bとを備えている。第1、第2熱転写体47A、48Aの表層の近傍には、磁界発生手段たるIHコイル47C、48Cが配置されており、熱転写体47A、48Aには、IHコイル47C、48Cが発生する磁界によって電磁誘導で発熱する磁性体からなる発熱体たる発熱層を有している。本実施形態においては、熱源は、磁界発生手段たるIHコイルと、熱転写体の発熱層とで構成している。また、第1転写・定着ニップよりも第1熱転写体移動方向下流側には、第1熱転写体クリーニング部材たる第1クリーニングローラ47Gが、第2転写・定着ニップよりも第2熱転写体移動方向下流側には、第2熱転写体クリーニング部材たる第2クリーニングローラ48Gが設けられている。
第1及び第2熱転写体47A、48Aは、芯金の金属ローラと、その外周面に被覆されたシリコーンゴムなどの耐熱ゴムからなる耐熱弾性層と、耐熱弾性層の外周面に形成された鉄、コバルト、ニッケル等の磁性体からなる薄膜の発熱層と、発熱層の外周面に形成された耐熱性・トナー離型性を有する表面層とからなっている。耐熱弾性層を有することで、記録媒体の厚み段差による振動を抑制でき、熱転写体48A上のトナーが乱れるのを抑制することができる。
第1中間転写ベルト上の第1トナー像は、第1熱転写体47Aに転写される。一方、IHコイル47Cには、高周波電流が流れており、IHコイル47Cから高周波磁界が発生している。この高周波磁界により発熱層に誘導渦電流が発生し、この誘導渦電流によるジュール熱で発熱層が加熱されて、熱転写体48Aが加熱されている。そして、第1熱転写体に転写した第1トナー像は、第1転写体47Aによって第1加圧ローラ47Bが当接する第1転写・定着ニップまで搬送される間に熱転写体48Aの熱によって軟化または溶融する。この軟化または溶融した第1トナー像が第1転写・定着ニップまで搬送されると、記録媒体の上面に第1トナー像が転写・定着される。転写・定着されずに第1熱転写体に残った転写残トナーは、第1クリーニングローラ47Gによって吸着される。同様にして、第2中間転写ベルト上の第2トナー像は、第2熱転写体48Aに転写され、第2熱転写体48Aによって加圧ローラ48Bが当接する第2転写・定着ニップまで搬送される。この搬送過程で第2転写体48A上の第2トナー像が軟化または溶融する。そして、第2転写・定着ニップで記録媒体の上面に第2トナー像が転写・定着される。転写・定着されずに第2熱転写体に残った転写残トナーは、第2クリーニングローラ48Gによって吸着される。
熱転写のメカニズムは、軟化または溶融したトナーに所定の圧力を加えると、トナーは塑性変形して、被転写面および転写面の凹凸部に食い込む。そのとき、粗さが大きい方が、接触面積が大きく、より凹凸部に食い込むため、粗さが大きい方の面に軟化または溶融したトナーが付着しやすくなる(アンカー効果)。また、表面粗さが同じ場合は、トナー離型性の低い方に軟化または溶融したトナーが付着する。このため、良好な熱転写性を確保するためには、記録媒体の表面粗さよりも、熱転写体47A、48Aの表面粗さを低く設定するか、記録媒体の表面よりも熱転写体47A、48Aの表面の方を、トナーが付着し難いようにする必要がある。記録媒体が普通紙の場合、その表面粗さは、30〜50[μm]であり、少なくとそれより低い10[μm]以下に熱転写体47A、48Aの表面粗さを設定するのが好ましい。
静電転写方式の場合は、転写ニップ入り口や出口での放電や電界の影響によってチリやニジミが発生し画像が劣化するおそれがある。一方、熱転写の場合は、転写ニップ入り口や出口での放電や電界の影響が全くないので、チリやニジミの発生がなく、高品位な画像が得られる。
IHコイル47C、48Cは、加圧ローラ47B、48Bが当接する転写・定着ニップよりも熱転写体47A、48Aの回転方向上流側に設けるのが好ましい。これにより、熱転写体47A、48Aがトナーを担持して搬送する領域の温度を他の領域よりも高くすることができ、熱転写体上のトナーを確実に軟化または溶融することができる。また、トナーに磁性体を含有させておけば、トナーがIHコイル47C、48Cを通過するときに、トナー自体が発熱することができる。これにより、トナーを確実に軟化または溶融することができる。トナーへの磁性体の含有量は、30[wt%]以上が好ましい。30[wt%]未満だと、トナーの発熱効果がほとんど得られない。
また、熱転写体47A、48Aの表面層の体積抵抗は、10[Ωcm]以下として、低抵抗化することが好ましい。表面層を低抵抗にすることで、電磁誘導電流が流れやすくなり、熱転写体47A、48Aを効率良くに加熱することができる。また、表面層に磁性体を含有させることで、熱転写体47A、48Aの発熱効率を高めることができる。磁性体の含有量は、重量比で30[Wt%]以上含有することが好ましい。磁性体の含有量が30[Wt%]未満だと、十分な発熱性を得ることができない。
さらに、形成される画像に合わせて熱転写体47A、48Aの発熱量を調整するようにしても良い。具体的には、トナーがIHコイル47C、48Cを通過するときにのみ、IHコイル47C、48CをONにして、熱転写体47A、48Aを発熱させる。ON、OFFの切り替えのタイミングは、例えば、IHコイル47C、48Cの上流側にトナー検知手段を設け、このトナー検知手段がトナーを検知したら、IHコイル47C、48CをONにして、熱転写体47A、48Aを発熱させる。また、画像情報に同期させて、IHコイル47C、48CのON−OFFを行っても良い。また、一つのIHコイル47C、48Cでは、十分トナーを溶融または軟化させるための熱量が得られない場合があるので、図5の点線で示すように、中間転写ベルトと対向する転写ニップから、記録媒体と対向する転写・定着ニップまでの間に複数のIHコイル(47D、47E)、(48D、48E)を設けても良い。そして、それぞれのIHコイルを画像情報に同期させて、ON、OFFを行う。このように、複数IHコイルを配置することで、確実にトナーを軟化または溶融させることができる。また、これに限らず、画像情報に応じて、IHコイル47C、48Cの流す電流量を変えて、発生する磁力を異ならせ熱転写体47A、48Aの発熱量を変えても良い。この場合、画像面積率の大きい画像や、イメージが主体の画像のように、トナー量が多い画像の場合は、IHコイル47C、48Cの流す電流量を多くして、熱転写体47A、48Aの発熱量を多くする。一方、画像面積率の小さい画像や、文字が主体の画像のように、トナー量が少ない画像の場合は、IHコイル47C、48Cへ流す電流量を少なくして、熱転写体47A,48Aの発熱量を少なくする。
また、中間転写ベルト21、31から熱転写体47A、48Aへの転写は、静電転写方式や熱転写方式を用いることができるが、熱転写方式を用いることが好ましい。熱転写方式を用いることで、中間転写ベルト21、31から熱転写体47A、48Aへの転写においても、転写ニップ入り口や出口での放電や電界の影響によるチリやニジミが発生を防止することができる。また、熱転写体上のトナーを加熱して軟化または溶融させて記録体へ転写・定着するために加熱された熱転写体47A、48Aの余剰熱で、中間転写ベルト上のトナー像を熱転写体47A、48Aに熱転写することができ、中間転写ベルト21、31から熱転写体47A、48Aに熱転写するための新たな熱源を追加する必要はない。この余剰熱で良好な熱転写が行われない場合は、図中点線で示すように、熱転写・定着ニップよりも熱転写体回転方向下流側かつ中間転写ベルト21、31と熱転写体47A、48Aとの熱転写位置よりも上流側にもIHコイル47F、48Fを設ける。これにより、熱転写・定着ニップで記録媒体や加圧ローラ47B、48Bに熱が奪われても、その下流側に設けたIHコイル47F、48Fで熱転写体47A,48Aが加熱される。その結果、熱転写体47A、48Aが中間転写ベルト21、31と熱転写体47A,48Aとの熱転写位置にきたときでも、十分な熱量を有しており、中間転写ベルト上トナーを軟化または溶融させて、良好に熱転写体47A,48Aへトナーを熱転写させることができる。また、上述したように、表面層に磁性体を含有させておけば、表面層自体が発熱して十分な熱量を有するため、中間転写ベルト上トナーを良好に軟化または溶融させて、熱転写体47A、48Aへトナーを良好に熱転写させることができる。
本実施形態においては、中間転写ベルト21、31のトナー像は、一旦、熱転写体47A、48Aに転写して、熱転写体47A、48Aを加熱することで、トナー像を軟化または溶融して記録体に熱転写・定着を行なっている。これにより、中間転写ベルト21、31は、直接加熱させずに、トナー像を熱転写・定着させることができる。よって、中間転写ベルト21、31の温度上昇が抑制され、中間転写ベルト21、31の熱によってプロセスユニットに不具合が生じるのを抑制することができる。また、本実施形態においては、熱転写体47A、48Aに担持されたトナー像は、転写・定着ニップに搬送される過程で加熱されて軟化または溶融する。従来の定着装置のように定着ニップでトナー像を軟化または溶融して記録体に定着させる方式では、記録体に熱量が奪われるため、トナーを軟化または溶融させるための熱量が多くなってしまう。しかし、本実施形態においては、転写・定着ニップに搬送される前に熱転写体上でトナーのみを加熱して軟化または溶融させているので、従来の定着ニップで記録体とトナーとが同時に加熱されてしまうものに比べて、トナーを軟化または溶融するための熱量が少なくてすむ。その結果、消費電力を抑えることができ、省エネルギー化、装置内の温度上昇を抑制することができる。また、従来の定着ニップで記録体とトナーとが同時に加熱されるものに比べて、記録体に加わる熱量が少なくて済むので、排紙後の用紙の温度を低下させることができる。よって、高速印刷時でも定着後のトナーが別の記録体にくっついてしまうといった問題も抑制することができる。
また、図5に示す例では、熱源をIHコイル47C、48Cと熱転写体47A、48Aの磁性体からなる発熱層とで構成し、電磁誘導方式で加熱している。電磁誘導方式は、加熱の応答性が良いため、エネルギー効率が良く、大幅な省エネルギー化を達成することができる。
図5に示した両面転写手段50においては、記録媒体の上面に第1トナー像を転写・定着させた後、記録媒体の下面に第2トナー像を転写・定着させているが、これに限られない。例えば、図6に示すように、第1トナー像と第2トナー像とを同時に記録媒体に転写・定着させても良い。
図6に示す、両面転写手段50の変形例は、第1の転写・定着ユニット47と第2の転写・定着ユニット48とが記録媒体の搬送経路を挟んで対向して設けられている。第1の転写・定着ユニット47は、第1の熱転写体47Aと、第1のIHコイル47Cとからなっている。第2の転写・定着ユニット48は、第2の熱転写体48Aと、第2のIHコイル48Cとからなっている。そして、第1の熱転写体47Aと第2の熱転写体48Aとが当接して、熱転写・定着ニップを形成している。すなわち、この場合、第1の転写・定着ユニット47の加圧手段が第2の熱転写体48Aとなっており、第2の転写・定着ユニット48の加圧手段が第1の熱転写体47Aとなっている。
第1中間転写ベルト上の第1トナー像は、第1熱転写体47Aに熱転写され、熱転写体47Aの熱により軟化または溶融しながら第1熱転写体47Aによって熱転写・定着ニップに搬送される。一方、第2中間転写ベルト上の第2トナー像は、第2熱転写体48Aに熱転写され、熱転写体48Aの熱により軟化または溶融しながら第2熱転写体48Aによって熱転写・定着ニップに搬送される。そして、第1トナー像、第2トナー像が同時に熱転写・定着ニップに搬送されて、第1熱転写体47Aと第2熱転写体48Aとの圧力により記録媒体の両面にトナー像が転写・定着される。
なお、本実施形態においては、熱転写体をローラ状としているが、ベルト状であっても良い。この場合、熱転写体は、耐熱性の樹脂フィルムを基体とし、その樹脂フィルムの表面に上述同様な発熱層を設け、発熱層の表面に上述と同様な表面層を設けたものとする。熱転写体をベルト状とすることで、レイアウトの自由度が大きくすることができ、また、転写・定着ニップ幅を大きく取ることができ、定着余裕度を上げることができる。
また、本実施形態においては、熱源を、IHコイル47C、48Cと熱転写体47A、48Aの磁性体からなる発熱層とで構成し、電磁誘導による加熱方式を用いているが、これに限らず、熱源をハロゲンランプやセラミックヒータ等で構成し、輻射熱による加熱方式を用いても良い。ハロゲンランプやセラミックヒータ等の熱源は、熱転写体表面と対向する位置に設けることで、ハロゲンランプやセラミックヒータなどからの輻射熱が、熱転写体表面上のトナーに直接当たるので、トナーを効率良く加熱することができる。
また、図7に示すように、ハロゲンランプやセラミックヒータなどの熱源を熱転写体の内部に設けても良い。熱源を熱転写体の内部に設けることで、省スペース化を図ることができ、レイアウトの自由度を増すことができる。また、IHコイルを熱転写体の内部に配置しても良い。
次に、本実施形態の特徴点について説明する。上記熱転写体は、熱転写体に転写されたトナー像を軟化または溶融させるために高温に加熱されるため、熱転写体の表面層が熱により経時的に劣化してしまう。表面層が熱により劣化すると、硬度が低下しトナー等により表面に傷が生じたり、トナーのフィルミングが生じたりして、画像不良が生じてしまう。このような画像不良を確認したら、ユーザーは、サービスマンを呼んで、サービスマンは、熱転写体を備えた転写・定着ユニットの交換を行う必要が生じる。
従来は、原稿の表面に記録されている画像は、第1画像形成ユニットで形成され、原稿の裏面に記録されている画像は、第2画像形成ユニットで形成されるように、原稿の画像面(表面と裏面)に対して用いられる画像形成ユニットが予め設定されていた。このため、使用形態によっては、第1熱転写体にかかる熱的な負荷と、第2熱転写体にかかる熱的な負荷とが異なってしまい、一方の熱転写体が他方の熱転写体よりも早く劣化してしまう。これは、トナーの付着量の多い画像は、熱転写体上のトナーを確実に軟化または溶融させるために熱源の熱量を増やして、トナーの付着量の少ない画像は、省エネルギー化のために熱源の熱量を減らしている。このため、表面がトナー付着量の多い画像で、裏面がトナー付着量の少ない画像を有する原稿が、大量に印刷された場合は、第1転写・定着ユニット47が、第2転写・定着ユニット48よりも早く劣化してしまう。また、表面にのみ画像が形成された原稿が大量に印刷された場合も、第1転写・定着ユニット47が、第2転写・定着ユニット48よりも早く劣化してしまう。これは、片面印刷の場合は、使用しない方の転写・定着ユニットの熱源は、OFFになっており、熱転写体に全く熱的な負荷がかからないからである。このように、第1転写・定着ユニット47と第2転写・定着ユニット48との劣化の状態が異なると、交換時期が異なってしまう。その結果、例えば、第1転写・定着ユニット47を交換してから十分な期間が経過する前に、第2転写・定着ユニット48が劣化して交換する必要が生じてしまい、転写・定着ユニットの交換によるダウンタイムが頻繁に発生してしまう。
そこで、本実施形態においては、第1転写・定着ユニット47の劣化状態と第2転写・定着ユニット48の劣化状態とを検知して、その検知結果と画像情報との基づいて、第1画像形成ユニット20で形成する画像と、第2画像形成ユニット30で形成する画像を決めている。以下に具体的に説明する。
図8は、プリンタの制御部の一部を示すブロック図である。同図において、制御手段たる制御部110は、装置全体の制御を司っている。制御部110には、プリンタ内の様々な機器が接続されている。同図においては、それら機器の一部を示している。即ち、制御部110は、自動画像読取装置(ADF)200やパーソナルコンピュータ等から画像情報が入力される画像情報入力手段たる画像情報入力部111、第1画像形成ユニット20および第1転写・定着ユニット47の駆動を制御する第1駆動制御手段たる第1駆動制御部115、第2画像形成ユニット30および第2転写・定着ユニット48の駆動を制御する第2駆動制御手段たる第2駆動制御部116が接続されている。画像情報入力部111は、入力された原稿の表面の画像情報Xおよび入力された原稿の裏面の画像情報Yを制御部110へ送信している。また、制御部110には、記憶手段たる記憶部112が接続されており、記憶部112は、第1転写・定着ユニット47の劣化状態を検知する第1劣化状態検知手段たる第1劣化状態検知部113と、第2転写・定着ユニット48の劣化状態を検知する第2劣化状態検知手段たる第2劣化状態検知部114とが接続されている。記憶部113は、第1劣化状態検知部113で検知された第1転写・定着ユニットの劣化状態A及び第2劣化状態検知部114で検知された第2転写・定着ユニットの劣化状態Bを記憶している。
制御部110は、各種制御プログラムを記憶したROMや、制御プログラムを実行するためのワーキングメモリーであるRAM、プログラムを実行するためのCPUなどを備えている。ROMには、記憶部112に記憶されている第1転写・定着ユニット47の劣化状態Aおよび第2転写・定着ユニット48の劣化状態Bを読み出して、劣化状態を比較する比較プログラムが記憶されている。そして、この比較プログラムが、CPU、RAMを用いて実行され、制御部110が劣化状態比較手段として機能している。
また、ROMには、比較プログラムが実行されて得られた比較結果と、画像情報入力部111から得られた画像情報とに基づいて、画像情報入力部111に入力された画像を第1画像形成ユニット20で形成するか、第2画像形成ユニット30で形成するかを選択する選択プログラムも記憶されている。そして、この選択プログラムが、CPU、RAMを用いて実行され、制御部110が選択手段として機能している。
次に、第1転写・定着ユニット47の劣化状態と第2転写・定着ユニット48の劣化状態とを検知して、その検知結果と画像情報との基づいて、第1画像形成形成ユニット80で形成する画像と、第2画像形成ユニット30で形成する画像を決めて画像を形成するまでの流れについて、説明する。
図9は、プリンタの画像を形成するまでの制御フロー図である。まず、画像情報入力部111に、自動画像読取装置(ADF)200やパーソナルコンピュータ等から原稿の表面の画像情報X、原稿の裏面の画像情報Yが入力される。画像情報入力部111は、入力された原稿の表面の画像情報X、原稿の裏面の画像情報Yを制御部110に送信して、制御部110は、原稿の表面の画像情報X、原稿の裏面の画像情報Yを取得する(S1)。制御部110が画像情報X、Yを取得したら、制御部110は、記憶部112から第1転写・定着ユニット47の劣化状態Aおよび第2転写・定着ユニット48の劣化状態Bを取得する(S2)。次に、制御部110は、取得した画像情報X、Yおよび取得した劣化状態A,Bとに基づいて、原稿の表面の画像を形成する画像形成ユニットおよび原稿の裏面の画像を形成する画像形成ユニットを選択する(S3)。画像形成ユニットを選択したら、第1画像形成ユニット20で形成される画像情報を第1駆動制御部115に出力し、第2画像形成ユニット30で形成される画像情報を第2駆動制御部116に出力する(S4)。
次に、第1転写・定着ユニット47の劣化状態及び第2転写・定着ユニット48の劣化状態の検知例を、実施例1乃至4を用いて説明する。
[実施例1]
まず、実施例1の劣化状態の検知について説明する。実施例1においては、熱源の消費電力を時間積分して得られる総消費電力量、すなわち総熱量から劣化状態を検知するものである。これは、熱源の総熱量に比例して、熱転写体の熱による劣化が進行するからである。よって、熱源の総熱量が分かれば、熱転写体の劣化度合いを間接的に検知することができるのである。総熱量は、総消費電力量とイコールであり、消費電力量は、熱源を加熱する際の消費電力とその加熱(駆動)時間の積で表すことができる。この消費電力量(熱源を加熱する際の電力とその加熱(駆動)時間の積)を加熱のタイミング毎にカウントしていけば、総消費電力量、すなわち総熱量を求めることができる。なお、消費電力は、電流計を用いることで容易に計測可能である。また、加熱(駆動)時間は、熱源がハロゲンランプやセラミックヒータなどの場合は、これら発熱体の通電時間に相当する。また、熱源がIHコイルと発熱層とで構成される場合は、IHコイルへ印加した交流電流の印加時間が、加熱(駆動)時間に相当する。そして、求められた総消費電力量(総熱量)は、転写・定着ユニットの劣化情報として記憶部112に記憶される。
[実施例2]
次に、実施例2について説明する。図5に示すように第1転写・定着ユニット47および第2転写・定着ユニット48の熱源が同じ場合は、熱源の加熱(駆動)時間が総熱量の差となって現れる。よって、第1転写・定着ユニット47および第2転写・定着ユニット48の熱源が同じ場合は、熱源の加熱(駆動)時間の積算値から、熱転写体の劣化状態を検知することができる。この場合は、加熱のタイミング毎に時間をカウントしていき、カウント時間の積算が記憶部112に記憶される。
[実施例3]
次に、実施例3について説明する。実施例3は、転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットで形成される画像の画素カウント値から、転写・定着ユニットの熱的な劣化状態の検知を行うものである。本実施形態においては、上述したように、画像情報に基づいて、熱転写体の熱量を変化させている。画素カウント値が大きい画像は、より多くのトナーが熱転写体に付着するため、トナーを軟化または溶融させるために熱転写体への熱量を多くしている。一方、画素カウント値が小さい画像は、熱転写体に付着するトナーが少ないため、トナーを軟化または溶融させるための熱転写体への熱量が少なくてすむので、熱量を少なくしている。このように、形成される画像の画素カウント値により、熱転写体に加わる熱量が異なるため、この画素カウント値を積算するすることで、間接的に熱転写体に加わった熱量が把握することができ、この把握された熱量から熱転写体の熱的な劣化を把握することができる。なお、形成される画像の画素カウント値は、露光装置で書き込みを行う画素の総数から把握することができる。例えば、露光装置がレーザーダイオード(LD)の場合は、主走査線方向毎のLDの点灯時間を画像の副走査線方向分積算したものが、画素カウント値となる。また、熱転写体に付着したトナー量に対応する画素カウント値を積算する必要があるので、各プロセスユニットY,M,C,Kの画素カウント値の積算値を記憶部112に記憶する。
[実施例4]
実施例4は、熱転写体の転写残トナーを除去する熱転写クリーニングローラに付着したトナー量から、転写・定着ユニットの熱による劣化状態を検知するものである。熱転写体に転写されるトナー量が多いと、トナー量が少ないものに比べて、転写残トナーになる量が多くなる。その結果、熱転写クリーニングローラに付着する転写残トナーは、トナー量が多い画像を転写したときの方が、トナー量が少ない画像を転写しときに比べて多くなる。その結果、トナー量の多い画像を多く転写した転写・定着ユニットの熱転写クリーニングローラに付着しているトナー量は、トナー量の少ない画像を多く転写した転写・定着ユニットの熱転写クリーニングローラに付着しているトナー量に比べて多くなる。よって、第1転写・定着ユニット47の第1クリーニングローラ47Gに付着しているトナー量と第2転写・定着ユニット48の第2クリーニーングローラ48Gに付着しているトナー量とを見れば、トナー量の多い画像を多く転写した転写・定着ユニットがわかるのである。トナー量の多い画像を多く転写した転写・定着ユニは、トナー量の多い画像のトナーを軟化または溶融させるためにトナー量の少ない画像を多く転写した転写・定着ユニットに比べて多くの熱量が加えられており、熱的に劣化している。よって、クリーニングローラに付着しているトナー量を見れば、転写・定着ユニットの熱的な劣化状態が間接的に把握できるである。
図10は、実施例4の劣化状態の検知の方法を用いた画像形成装置の要部構成図である。図10に示すように、第1クリーニングローラ47Gと対向する位置におよび第2クリーニングローラ48Gと対向する位置にそれぞれ受光素子55a、56aと発光素子55b、56bとからなる反射型光センサ55、65を設ける。クリーニングローラに付着した転写残トナーが少ないときは、反射率が高いので、反射型光センサ55、56の受光素子55a,56aで多くの光が検知される。クリーニングローラに付着した転写残トナーが多くなると、転写残トナーによってクリーニングローラに色がつくため、反射率が低下し、受光素子55b,56bで検知される光の量が減少する。よって、この受光素子55a,55bで検知される光の量から、クリーニングローラに付着したトナー量を把握することができる。この反射型光センサの検知結果が、記憶部112に記憶される。
次に、取得した画像情報X、Yおよび取得した劣化状態A,Bとに基づいて、原稿の表面の画像を形成する画像形成ユニットおよび原稿の裏面の画像を形成する画像形成ユニットを選択する方法について、実施例5乃至8を用いて説明する。
[実施例5]
まず、実施例5の画像形成ユニット選択方法について説明する。実施例5においては、画像情報入力部111に入力された画像情報が、原稿の表面のみあるいは裏面のみ、すなわち片面画像か否かをチェックして、片面画像の場合は、劣化していない方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットで画像を形成するようにするものである。
図11は、実施例5を用いた画像形成の制御フローである。まず、制御部110は、画像情報入力部111から取得した画像情報に基づき、片面画像か否かをチェックする(S11)。両面画像の場合(S11のNO)は、原稿の表面の画像情報、裏面の画像情報を駆動制御部115、116にそれぞれ出力して(S18)、それぞれの画像形成ユニット20、30で画像を形成する。一方、片面画像の場合は、制御部110は、記憶部112から第1転写・定着ユニット47の劣化状態Aおよび第2転写・定着ユニット48の劣化状態Bを取得する(S12)。次に、第1転写・定着ユニット47の劣化状態Aと第2転写・定着ユニット48の劣化状態Bとを比較して、第1転写・定着ユニット47が第2転写・定着ユニット48より劣化しているかチェックする(S13)。第1転写・定着ユニット47が第2転写・定着ユニット48より劣化している場合(S13のYES)、制御部110は、第2画像形成ユニット30を選択して(S14)、第2駆動制御部116へ画像情報を出力する(S15)。第2駆動制御部116は、画像情報が入力されたら、第2画像形成ユニット30および第2転写・定着ユニット48を駆動させて記録体の第2面に画像を記録する。画像が記録された記録体は、反転ユニット90へ送られて、反転せしめられる(S16)。このとき、第1駆動制御部115には、画像情報が出力されないので、第1転写・定着ユニット47Aおよび第1画像形成ユニット20は、駆動しない。よって、第1転写・定着ユニット47は、熱源によるストレスをほとんど受けることがない。
一方、第1転写・定着ユニット47が第2転写・定着ユニット48より劣化していない場合(S13のNO)、制御部110は第1画像形成ユニット20を選択する(S17)。そして、第1駆動制御部へ画像情報が出力され(S18)、第1画像形成ユニット20および第1転写・定着ユニット47が駆動して、記録体の第1面に画像が記録される。このとき、第2駆動制御部116には、画像情報が出力されないので、第2転写・定着ユニット48および第2画像形成ユニット30は、駆動しない。よって、第2転写・定着ユニット48は、熱源によるストレスをほとんど受けることがない。
このように、片面画像の場合は、劣化が進行していない方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットで画像を形成して、劣化が進行している方の転写・定着ユニットの駆動を停止している。これにより、劣化が進行している方の転写・定着ユニットの劣化の進行を抑えることができ、転写・定着ユニットの寿命を延ばすことができる。また、片面画像の場合は、劣化が進行していない方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットで画像を形成することで、転写・定着ユニットの熱的な劣化が均等に進行するようになり、熱転写体の寿命をほぼ同時期にすることができる。
[実施例6]
次に、実施例6について説明する。実施例6は、画像情報入力部111に入力された画像が単色画像か、カラー画像かをチェックして、原稿の一方の面の画像がカラー画像で、原稿の他方の面の画像が単色画像の場合は、単色画像を形成する画像形成ユニットとして、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットを選択するようにしている。入力された画像がカラー画像か否かは、画像情報から判断することもできるし、ユーザーが選択した画像形成モードからも判断することができる。
図12は、実施例6を用いた画像形成の制御フローである。まず、制御部110は、画像情報入力部111から取得した画像情報に基づき、原稿の一方の面の画像がカラー画像で、原稿の他方の面の画像が単色画像か否かチェックする(S21)。なお、設定された画像モードをチェックして、原稿の一方の面の画像形成モードがカラーモードで、原稿の他方の面の画像形成モードが単色モードであるか否かをチェックすることで、原稿の一方の面の画像がカラー画像で、原稿の他方の面の画像が単色画像かをチェックするようにしても良い。原稿の両方の面の画像が単色あるいはカラー画像である場合(S21のNO)は、原稿の表面の画像情報、裏面の画像情報を駆動制御部115、116にそれぞれ出力して(S26)、それぞれの画像形成ユニットで画像を形成する。
一方、原稿の一方の画像がカラーで他方の画像が単色の場合(S21のYES)、制御部110は、記憶部112から第1転写・定着ユニット47の劣化状態Aおよび第2転写・定着ユニット48の劣化状態Bを取得する(S22)。次に、第1転写・定着ユニット47の劣化状態Aと第2転写・定着ユニット48の劣化状態Bとを比較して、第1転写・定着ユニット47が第2転写・定着ユニット48より劣化しているかチェックする(S23)。第1転写・定着ユニット47が第2転写・定着ユニット48より劣化していない場合(S23のNO)、制御部110は、単色画像を形成する画像形成ユニットとして第2画像形成ユニット30を選択する(S24)。次に、制御部110は、単色画像の画像情報を第2駆動制御部116へ出力して、カラー画像の画像情報を第1駆動制御部115へ出力する(S26)。そして、第2画像形成ユニット30および第2転写・定着ユニット48は、入力された単色画像情報に基づいた駆動制御を行って記録体の第2面に単色画像を記録する。具体的には、Y,M、C、Kのプロセスユニット81のうち使用しない3つのプロセスユニット81の駆動を停止するとともに、使用しない3つのプロセスユニット81を第2中間転写ベルト31から離間させる。また、第2転写・定着ユニット48の熱源の熱量をカラー画像形成時の熱量に比べて少なくする。同様にして、第1画像形成ユニット20および第1転写・定着ユニット47は、入力されたカラー画像情報に基づいた駆動制御を行って記録体の第1面にカラー画像を記録する。
一方、第1転写・定着ユニット47が第2転写・定着ユニット48より劣化している場合(S23のYES)、制御部110は、単色画像を形成する画像形成ユニットとして第1画像形成ユニット20を選択する(S25)。次に、制御部110は、単色画像の画像情報を第1駆動制御部115へ出力して、カラー画像の画像情報を第2駆動制御部116へ出力する(S26)。そして、第1画像形成ユニット20および第1転写・定着ユニット47は、入力された単色画像情報に基づいた駆動制御を行って記録体の第1面に単色画像を記録する。具体的には、Y,M、C、Kのプロセスユニット80のうち使用しない3つのプロセスユニット80の駆動を停止するとともに、使用しない3つのプロセスユニット80を第1中間転写ベルト21から離間させる。また、第1転写ユニット47の熱源の熱量をカラー画像形成時の熱量に比べて少なくする。同様にして、第2画像形成ユニット30および第2転写・定着ユニット48は、入力されたカラー画像情報に基づいた駆動制御を行って記録体の第2面にカラー画像を記録する。
第1駆動制御部115および第2駆動制御部116へ画像情報を出力したら、制御部110は、第1駆動制御部115へ出力した画像情報が原稿の表面の画像情報Xか否かをチェックする。第1駆動制御部115へ出力した画像情報が原稿の裏面の画像情報Yである場合(S27のNO)は、両面に画像が記録された記録体を、反転ユニット90で反転させて(S28)、排出する。一方、第1駆動制御部115へ出力した画像情報が原稿の表面の画像情報Xである場合(S27のYES)は、記録体を反転させずに、そのまま排出する。
実施例6においては、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットで単色画像を形成するようにしている。単色画像は、カラー画像に比べて付着するトナー量が少ないので、少ない熱量で熱転写体上のトナーを軟化または溶融することができる。このため、単色画像が形成される際、転写・定着ユニットの熱源の熱量をカラー画像形成時に比べて少なくしている。このため、単色画像を形成するときの方が、カラー画像を形成するときに比べて、転写・定着ユニットの熱的な負荷が少なくて済む。よって、一方がカラー画像で他方が単色画像の原稿を複写する際、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットで単色画像を形成することで、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットの劣化の進行を抑えることができる。また、転写・定着ユニットの熱的な劣化が均等に進行するようになり、熱転写体の寿命をほぼ同時期にすることができる。
[実施例7]
次に、実施例7について説明する。実施例7は、画像情報入力部111に入力された画像が、イメージ主体の画像であるか、文字主体の画像であるかをチェックする。そして、原稿の一方の面の画像がイメージ主体画像で、原稿の他方の面の画像が文字主体画像の場合は、文字主体の画像を形成する画像形成ユニットとして、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットを選択するようにしている。入力された画像が、イメージ画像主体か文字画像主体かは、入力された画像情報から判断することができる。イメージ主体の画像は、文字主体の画像に比べて画素数が多いので、入力された画像の画素数をカウントして、所定値以上の場合は「イメージ主体の画像」と判断し所定値以下の場合は、「文字主体の画像」と判断する。また、ユーザーが選択した画像形成モードからも判断することができる。例えば、入力された画像についてカラーモードで形成するように、モード選択がなされている場合は、イメージが主体の画像と判断し、入力された画像について単色モードで形成するように、モード選択がなされている場合は、文字が主体の画像と判断する。また、画像形成モードに、イメージモードと文字モードとを設けておき、入力された画像についてイメージモードで形成するように、モード選択がなされている場合は、イメージが主体の画像と判断し、入力された画像について文字モードで形成するように、モード選択がなされている場合は、文字が主体の画像と判断する。
図13は、実施例7を用いた画像形成の制御フローである。まず、制御部110は、原稿の一方の面の画像がイメージ主体の画像で、原稿の他方の面の画像が文字主体の画像か否かチェックする(S31)。原稿の両方の面の画像が文字主体の画像あるいはイメージ主体の画像である場合(S31のNO)は、原稿の表面の画像情報、裏面の画像情報を駆動制御部115、116にそれぞれ出力して(S26)、それぞれの画像形成ユニット20、30で画像を形成する。
一方、原稿の一方の画像がイメージ主体の画像で他方の画像が文字主体の画像の場合(S31のYES)、制御部110は、記憶部112から第1転写・定着ユニット47の劣化状態Aおよび第2転写・定着ユニット48の劣化状態Bを取得する(S32)。次に、第1転写・定着ユニット47の劣化状態Aと第2転写・定着ユニット48の劣化状態Bとを比較して、第1転写・定着ユニット47が第2転写・定着ユニット48より劣化しているかチェックする(S33)。第1転写・定着ユニット47が第2転写・定着ユニット48より劣化していない場合(S33のNO)、制御部110は、文字主体の画像を形成する画像形成ユニットとして第2画像形成ユニット30を選択する(S34)。次に、制御部110は、文字主体の画像の画像情報を第2駆動制御部116へ出力して、イメージ主体の画像の画像情報を第1駆動制御部115へ出力する(S36)。そして、第2画像形成ユニット30および第2転写・定着ユニット48は、入力された文字主体の画像情報に基づいた駆動制御を行って記録体の第2面に文字主体の画像を記録する。具体的には、第2転写ユニットの熱源の熱量をイメージ主体の画像形成時の熱量に比べて少なくする。同様にして、第1画像形成ユニット20および第1転写・定着ユニット47は、入力されたイメージ主体の画像情報に基づいた駆動制御を行って記録体の第1面にイメージ主体の画像を記録する。
一方、第1転写・定着ユニット47が第2転写・定着ユニット48より劣化している場合(S33のYES)、制御部110は、文字主体の画像を形成する画像形成ユニットとして第1画像形成ユニット20を選択する(S35)。次に、制御部110は、文字主体の画像情報を第1駆動制御部115へ出力して、イメージ主体の画像情報を第2駆動制御部116へ出力する(S26)。そして、第1画像形成ユニット20および第1転写・定着ユニット47は、入力された文字主体の画像情報に基づいた駆動制御を行って記録体の第1面に文字主体の画像を記録する。具体的には、第1転写ユニット47の熱源の熱量をイメージ主体の画像形成時の熱量に比べて少なくする。同様にして、第2画像形成ユニット30および第2転写・定着ユニット48は、入力されたイメージ主体の画像情報に基づいた駆動制御を行って記録体の第2面にイメージ主体の画像を記録する。
第1駆動制御部115および第2駆動制御部116へ画像情報を出力したら、制御部110は、第1駆動制御部115へ出力した画像情報が原稿の表面の画像情報Xか否かをチェックする。第1駆動制御部115へ出力した画像情報が原稿の裏面の画像情報Yである場合(S37のNO)は、両面に画像が記録された記録体を、反転ユニット90で反転させて(S38)、排出する。一方、第1駆動制御部115へ出力した画像情報が原稿の表面の画像情報Xである場合(S37のYES)は、記録体を反転させずに、そのまま排出する。
文字主体の画像は、イメージ主体の画像に比べて付着するトナー量が少ないので、少ない熱量で熱転写体上のトナーを軟化または溶融することができる。このため、文字主体の画像が形成される際、熱転写体ユニットの熱源の熱量をイメージ主体の画像形成時に比べて少なくしている。よって、文字主体の画像を形成するときの方が、イメージ主体の画像を形成するときに比べて、転写・定着ユニットの熱的な負荷が少なくて済む。よって、一方がイメージ主体の画像で他方が文字主体の画像を印刷する際、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットで文字主体の画像を形成することで、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットの劣化の進行を抑えることができる。また、転写・定着ユニットの熱的な劣化が均等に進行するようになり、熱転写体の寿命をほぼ同時期にすることができる。
[実施例8]
次に、実施例8について説明する。実施例8は、画像情報入力部111に入力された画像の画像面積率を検知して、画像面積率の小さい画像を形成する画像形成ユニットとして、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットを選択するようにしている。画像面積率は、入力された画像の画素数をカウントすることで検知することができる。
図14は、実施例8を用いた画像形成の制御フローである。まず、制御部110は、原稿の一方の面の画像の画像面率および原稿の他方の面の画像面積率を検知する(S41)。画像面積率を検知したら、制御部110は、記憶部112から第1転写・定着ユニット47の劣化状態Aおよび第2転写・定着ユニット48の劣化状態Bを取得する(S42)。次に、第1転写・定着ユニット47の劣化状態Aと第2転写・定着ユニット48の劣化状態Bとを比較して、第1転写・定着ユニット47が第2転写・定着ユニット48より劣化しているかチェックする(S43)。第1転写・定着ユニット47が第2転写・定着ユニット48より劣化していない場合(S43のNO)、制御部110は、画像面積率の小さい画像を形成する画像形成ユニットとして第2画像形成ユニット30を選択する(S44)。次に、制御部110は、入力された画像情報のうち、画像情報面積率の小さい画像の画像情報を第2駆動制御部116へ出力して、画像面積率の大きい画像の画像情報を第1駆動制御部115へ出力する(S46)。そして、第2画像形成ユニット30および第2転写・定着ユニット48は、画像の画像面積率に応じた駆動制御を行って記録体の第2面に画像を記録する。具体的には、第2転写ユニットの熱源の熱量を画像面積率に応じて変更する。同様にして、第1画像形成ユニット20および第1転写・定着ユニット47も、入力された画像の画像面積率に基づいた駆動制御を行って記録体の第1面に画像を記録する。
一方、第1転写・定着ユニット47が第2転写・定着ユニット48より劣化している場合(S43のYES)、制御部110は、画像面積率の小さい画像を形成する画像形成ユニットとして第1画像形成ユニット20を選択する(S45)。次に、制御部110は、入力された画像情報のうち、画像情報面積率の小さい画像の画像情報を第1駆動制御部115へ出力して、画像面積率の大きい画像の画像情報を第2駆動制御部116へ出力する(S46)。そして、第1画像形成ユニット20および第1転写・定着ユニット47は、入力された文画像面積率に基づいた駆動制御を行って記録体の第1面に画像を記録する。具体的には、第1転写ユニット47の熱源の熱量を画像面積率に応じて変更する。同様にして、第2画像形成ユニット30および第2転写・定着ユニット48も、入力された画像の画像面積率に基づいた駆動制御を行って記録体の第2面に画像を記録する。
第1駆動制御部115および第2駆動制御部116へ画像情報を出力したら、制御部110は、第1駆動制御部115へ出力した画像情報が原稿の表面の画像情報Xか否かをチェックする。第1駆動制御部115へ出力した画像情報が原稿の裏面の画像情報Yである場合(S37のNO)は、両面に画像が記録された記録体を、反転ユニット90で反転させて(S38)、排出する。一方、第1駆動制御部115へ出力した画像情報が原稿の表面の画像情報Xである場合(S37のYES)は、記録体を反転させずに、そのまま排出する。
画像面積率が小さければ小さいほど、熱転写体に付着するトナー量が少ないので、少ない熱量でトナーを軟化または溶融させることができる。このため、原稿の表面の画像と裏面の画像のうち、画像面積率の小さい画像を、劣化が進行している熱転写体に対応する画像形成ユニットで形成すれば、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットの劣化の進行を抑えることができる。また、転写・定着ユニットの熱的な劣化が均等に進行するようになり、熱転写体の寿命をほぼ同時期にすることができる。
なお、実施例5乃至8に示した画像形成制御は、一回の印刷命令であるジョブ単位で行っても良いし、記録体を一枚印刷するたびに行っても良い。また、実施例5乃至8では、第2画像形成ユニットで原稿の表面の画像が形成された場合は、反転ユニット90で記録体を反転させてから排出している。よって、排出された記録体を、所望のページ順に並んだ形で排出することができる。
次に、実施例1乃至4のいずれかの劣化状態検知と、実施例5乃至8いずれかの画像形成制御とを用いた本実施形態の画像形成装置と、従来の画像形成装置とをそれぞれ5台ずつ用意して、転写・定着ユニットの交換時期の違いを調べた。転写・定着ユニットの交換時期の判定は、目視で行い、黒スジなどの画像不良が生じた場合に、熱転写体の交換時期と判定した。図15は、その結果である。ここで、「制御あり」が、本実施形態の画像形成装置を示しており、「制御なし」が、従来の画像形成装置を示している。図15に示すように、従来の「制御なし」の画像形成装置は、ほぼ100K枚で第1転写・定着ユニットおよび第2転写・定着ユニットのいずれか一方の転写・定着ユニットが寿命となって、転写・定着ユニットの交換が行われた。一方、本実施形態の「制御あり」の画像形成装置は、400K枚以上画像を印刷しても転写・定着ユニットに寿命がきておらず、転写・定着ユニットの寿命がくるのを従来よりも延ばすことができた。また、「制御あり」の画像形成装置の場合、ほぼ同時に両面の画像が劣化していき、第1転写・定着ユニットの交換時期と第2転写・定着ユニットの交換時期が、ほぼ同時期であった。
上記実施形態においては、第1転写・定着ユニット47および第2転写・定着ユニット48の両方、熱転写体を備えているが、これに限られない。図16、図17に示すように、第2転写・定着ユニット480のみに熱転写体481を備えた画像形成装置にも適用することができる。図16、図17に示す画像形成装置は、第1転写・定着ユニット470を、第1中間転写ベルト21のトナー像を記録体に静電転写する静電転写手段たる転写ローラ471と、記録体上のトナーを熱と圧力により定着させる定着手段たる定着部材472とで構成せしめている。定着部材472は、熱転写体481と対向させて、所定の圧力で当接している。これにより、熱転写体481が、第1転写・定着ユニット470の加圧部材として機能し、定着部材472が第2転写・定着ユニット480の加圧部材として機能することができる。よって、加圧部材を少なくすることができ、抵コスト化を図ることができる。
図16の画像形成装置は、定着部材472の内部にIHコイル473設け、定着部材472は、磁性体からなる薄膜の発熱層と、発熱層の外周面に形成された耐熱性・トナー離型性を有する表面層とで構成する。そして、定着部材内部のIHコイル473によって発生した磁界により発熱層が発熱することにより、定着部材472が発熱し、この定着部材471の熱で記録体の第1面に静電転写されたトナー像を軟化または溶融させて定着させる。
図17に示す画像形成装置は、定着部材472よりも記録体搬送方向上流にIHコイル472と磁性体からなる発熱体474とを設けて、記録体の第1面に形成されたトナー像を軟化または溶融させてから、定着部材472へ記録体を搬送し、定着部材472でトナー像を記録体の第1面に定着させる。図17に示すように、IHコイル473と発熱体474とからなる熱源を定着部材472よりも記録体搬送方向上流に配置することで、定着部材472に熱源の熱による負荷があまりかからなくなり、定着部材の劣化を抑えることができる。
定着部材472で記録体の第1面にトナー像を定着させる際、熱転写体上で軟化または溶融されたトナー像が記録体の第2面に転写・定着される。
図16、図17の画像形成装置の場合は、第1転写・定着ユニット470の定着部材472と、第2転写・定着ユニット480の熱転写体481が熱源によって熱的なストレスを受けて、劣化してしまう。よって、この場合においても、記録体の第1面に形成される画像がトナー付着量の多い画像で、記録体の第2面に形成される画像がトナー付着量の少ない画像が、大量に印刷された場合、定着部材472が、熱転写体481よりも早く劣化してまう。その結果、第1転写・定着ユニット470と第2転写・定着ユニット480との交換時期がずれて、ダウンタイムが頻繁に発生してしまう。よって、図16、図17に示した画像形成装置においても、第1転写・定着ユニット470の劣化状態と第2転写・定着ユニット480との劣化状態を比較して、劣化が進行している方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットで、トナー付着量の少ない画像を形成するようにしている。これにより、図16、図17の画像形成装置においても、第1転写・定着ユニット470と、第2転写・定着ユニット480との交換時期を同じにすることができる。
次に、本実施形態に好適に用いられるトナーについて説明する。
本実施形態の画像形成装置は、トナー像の形成に用いるY,M,C,Kトナーとして、次の(a)〜(e)の条件を何れも具備するものを使用するように、ユーザーに対して指定している。
(a)重量平均粒径が3〜8[μm]である。
(b)重量平均粒径D4を個数平均粒径D1で除算した値が1.00〜1.40である。
(c)形状係数SF−1が100〜180である。
(d)形状係数SF−2が100〜180である。
(e)平均粒径が50〜500[nm]で嵩密度が0.3[g/cm]以上の微粒子を、表面に保持している(外添している)。
上記(a)〜(f)の条件を何れも具備したトナーを用いることで、中間転写ベルトから熱転写体への熱転写および熱転写体から記録媒体への熱転写を良好に行うことができる。
かかるトナーを使用させるようにユーザーに指定する方法としては、例えば、上記(a)〜(e)の条件を全て具備するトナーを、画像形成装置とともに梱包して出荷することが挙げられる。また例えば、かかるトナーの製品番号や商品名などを、画像形成装置本体やこの取扱説明書などに明記することによって行ってもよい。また例えば、ユーザーに対して書面や電子データ等をもって上記製品番号や商品名などを通知することによって行ってもよい。また例えば、かかるトナーを収容しているトナー収容手段であるトナーボトルを画像形成装置本体にセットした状態で出荷することによって行うこともできる。本画像形成装置では、これら全ての方法を採用しているが、少なくとも何れか1つの方法を採用すれば足りる。
上記(a)の条件を具備するトナーを指定したのは次に説明する理由による。即ち、重量平均粒径が3[μm]よりも小さいトナーでは、二成分現像剤として用いた場合に現像装置における長期の攪拌においてキャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力を低下させるからである。また、一成分現像剤として用いた場合には現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化する為のブレード等の部材へのトナーの融着を発生させ易くなる。
解像度600dpi以上の微少ドットを再現する場合には、特に重量平均粒径3〜8[μm]という特性が有効になる。この範囲では、微小な潜像ドットに対して、十分に小さい粒径のトナー粒子を有していることから、ドット再現性に優れる。また、トナー像を形成したときのトナー間のミクロな空隙が小さくなりトナー画像中のトナー密度が上がる(いわゆるベタ埋まりがよくなる)ため、トナーへの熱伝導性が良くなり、熱転写時にトナーが容易に軟化または溶融する。これにより、トナーの熱転写性が良好となる。また、熱伝導性が良いため、少ない熱量でトナー像のトナーを軟化・溶融させることができ、省エネルギー化に繋がるとともに、熱転写体の熱による劣化が抑えられる。また、重量平均粒径が3[μm]未満では、転写効率の低下、ブレードクリーニング性の低下といった現象が発生しやすい。また、重量平均粒径(D4)が8[μm]を超えると、文字やラインの飛び散りを抑えることが難しい。
上記(b)の条件を具備するトナーを指定したのは次に説明する理由による。即ち、重量平均粒径を個数平均粒径で除算した値が1.00〜1.40の範囲にあると、様々なメリットが発生する。例えば、トナーの中から、静電潜像のパターンに適した粒径のトナー粒子が他のトナーに優先して現像に寄与するといった現象が進みやすいため、様々なパターンの画像を安定して形成することが可能になるというメリットがある。また、感光体等の像担持体に残留したトナーを回収してリサイクル使用する構成を装置に採用している場合、転写されにくい小サイズのトナー粒子が量的に多くリサイクルされる。このようなリサイクルにおいて上述の値の比較的大きいものを用いると、新たなトナー補給から次のトナー補給に至るまでのトナー粒径変動が大きいことにより、現像性能に悪影響を及ぼしてしまう。
なお、トナーの重量平均粒径や個数平均粒径については、コールターカウンター法による測定装置、例えば、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)によって測定することができる。具体的には、まず、電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5ml加える。電解水溶液としては1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)を用いることができる。得られた溶液に更に測定試料を2〜20mg加える。そして、その溶液を超音波分散器で約1〜3分間分散処理し、上述した測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナーの重量および個数を測定して、重量分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径と、個数平均粒径とを求めることができる。なお、チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上40.30μm未満のトナー粒子を対象とする。
トナーとして、上記(c)〜(d)の条件を具備するものを指定したのは、次に説明する理由による。即ち、形状係数SF−1や形状係数SF−2は、トナーの形状を表すパラメータの一つであり、粉体工学の分野では馴染みのパラメータである。ここで言う形状係数SF−1とは、トナー粒子等の球形物質における丸さの度合いを示す値である。図18に示すように、球形物質を2次元平面上に投影して得られる楕円状図形における最大径箇所の長さMXLNGの二乗を面積AREAで除算し、更に100π/4を乗じた値である。つまり、「形状係数SF−1={(MXLNG)/AREA}×(100π/4)」という数式で表すことができる。なお、形状係数SF−1の値が100の球形物質は真球であり、SF−1の値が大きくなるほど、球形物質の形状は不定形となる。
また、形状係数SF−2は、球形物質の表面における凹凸の度合いを示す数値である。図19に示すように、球形物質を2次元平面上に投影して得られる図形の周長PERIの二乗を面積AREAで除算し、更に100/4πを乗じて求められる値である。つまり、形状係数SF−2は、「形状係数SF−2={(PERI)/AREA}×(100/4π)」という数式で表すことができる。なお、形状係数SF−2の値が100である球形物質は、その表面に凹凸が全く存在しない。形状係数SF−2の値が大きくなるほど、球形物質の表面の凹凸は顕著となる。
トナーの形状が真球に近づく(SF−1、SF−2ともに100に近づく)ほど、転写効率が高くなることが本発明者の検討により明らかになっている。これは、真球に近づくほど、トナー粒子とこれに接触するモノ(トナー粒子同士、像担持体など)との間の接触面積が小さくなって、トナー流動性が高まったり、モノに対する吸着力(鏡映力)が弱まって転写電界の影響を受け易くなったりするためと考えられる。また、中間転写ベルトとの吸着力も低減されるため、トナー離型性が向上し、オフセットを抑制することができる。本発明者の研究によれば、形状係数SF−1が180を超えるか、形状係数SF−2が180を超えるかすると、転写効率を急激に悪化させ始めることが明らかになった。それぞれを180以下にすることで、良好な転写率を維持することができる。また、真球に近づくほど、記録紙上に付着したトナー間のミクロな空隙が小さくなりトナー画像中のトナー密度が上がる(いわゆるベタ埋まりがよくなる)ため、トナーへの熱伝導性が良くなり、熱転写時にトナーが容易に軟化または溶融する。これにより、トナーの熱転写性が良好となる。また、熱伝導性が良いため、少ない熱量でトナー像のトナーを軟化・溶融させることができ、省エネルギー化に繋がるとともに、熱転写体の熱による劣化が抑えられる。
上記(e)の条件を具備するトナーを指定したのは以下に説明する理由による。トナーの表面に適切な特性の微粒子が存在することで、トナー粒子とこれに接触するモノ(トナー粒子同士、像担持体など)の間に適度な空隙が形成される。また、微粒子は、トナー粒子、感光体、中間転写ベルト等との接触面積が非常に小さく、均等に接触する。このため、モノに対する吸着力(鏡映力)が弱まり、現像・転写効率が向上し、ドットの再現性が向上する。さらに、微粒子がコロの役割を果たすため、感光体を摩耗または損傷させることなく、クリーニングブレードと感光体との高ストレス(高荷重、高速度等)下でのクリーニングの際も、トナー粒子に埋没し難く、あるいは少々埋没しても離脱、復帰が可能であるので、長期間にわたって安定したトナー特性を維持することができる。さらに、微粒子がトナーの表面から適度に脱離し、クリーニングブレードの先端部に蓄積し、いわゆるダム効果によって、ブレードからトナーが通過する現象を防止する効果がある。これらの特性は、トナー粒子の受けるシェアを低減させる作用を示すので、高速定着(低エネルギー定着)のためトナーに含有されている低レオロジー成分によるトナー自身のフィルミングの低減効果を発揮する。しかも、微粒子として、平均一次粒径が50〜500[nm]の範囲のものを用いると、十分にその優れたクリーニング性能を活かすことができる上、極めて小粒径であるため、トナーの粉体流動性を低下させることがない。さらに、詳細は明らかでないが、仮に微粒子がキャリアを汚染した場合においても現像剤劣化の度合が少ない。よって、経時的にトナーの流動性および帯電性の変化が少ないため、常に安定した画質の形成がなされる。
微粒子の平均一次粒径(以下、平均粒径という)は、50〜500[nm]のものが用いられ、特に100〜400[nm]のものが好ましい。50[nm]未満であると、微粒子がトナー表面の凹凸の凹部分に埋没してコロの役割を低下する場合が生じる。一方、500[nm]よりも大きいと、微粒子がブレードと感光体表面の間に位置した場合、トナー自身の接触面積と同レベルのオーダーとなり、クリーニングされるべきトナー粒子を通過させる、即ちクリーニング不良を発生させやすくなる。また、嵩密度が0.3[mg/cm]未満では、流動性向上への寄与はあるものの、トナーおよび微粒子の飛散性および付着性が高くなるために、トナーとコロとしての効果や、クリーニング部で蓄積して、トナーのクリーニング不良を防止するいわゆるダム効果といった働きが低下してしまう。
上記微粒子としては、無機化合物、有機化合物を用いることができる。無機化合物としては、SiO、TiO、Al、MgO、CuO、ZnO、SnO、CeO、Fe、BaO、CaO、KO、NaO、ZrO、CaO・SiO 、KO(TiO)n、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO、SrTiO等を例示することができ、好ましくは、SiO、TiO、Alがあげられる。特に、好ましいのはSiOである。これら無機化合物は各種のカップリング剤、ヘキサメチルジシラザン、ジメチルジクロロシラン、オクチルトリメトキシシラン等で疎水化処理が施されていてもよい。
また,有機化合物の微粒子としては、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよく、例えばビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。樹脂微粒子としては、上記の樹脂を2 種以上併用しても差し支えない。このうち好ましいのは、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすい点から、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂およびそれらの併用が好ましい。ビニル系樹脂の具体的な例としては、ビニル系モノマーを単独重合また共重合したポリマーで、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体等が挙げられる。
微粒子の嵩密度は、「嵩密度(g/cm)=微粒子量(g/100ml)÷100」という数式で表すことができ、微粒子量は、下記の方法により測定した。100mlのメスシリンダーを用いて、微粒子を徐々に加え100mlにした。その際、振動は与えなかった。このメスシリンダーの微粒子を入れる前後の重量差により微粒子量を測定した。
上記微粒子をトナー表面に外添加し付着させる方法としては、トナー母体粒子と微粒子を各種の公知の混合装置を用いて、機械的に混合して付着させる方法や、液相中でトナー母体粒子と微粒子を界面活性剤などで均一に分散させ、付着処理後、乾燥させる方法などがある。
(1)
以上、本実施形態の画像形成装置によれば、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットの劣化の進行を抑えることができる。これにより、転写・定着ユニットの寿命がくるまでの期間を延ばすことができ、交換される期間を延ばすことができる。よって、転写・定着ユニットの交換回数を減らすことができる。また、第1転写・定着ユニットの劣化と第2転写・定着ユニットの劣化とが均等に進行するようになり、熱転写体の寿命をほぼ同時期にすることができる。その結果、第1転写定着ユニットの寿命がくる期間と第2転写・定着ユニットの寿命がくる期間とをほぼ同じにすることができ、交換時期をほぼ同じにすることができる。これにより、第1転写・定着ユニットと第2転写・定着ユニットとを同時に交換することができ、転写・定着ユニットの交換によるダウンタイムの発生を抑えることができる。
(2)
実施例1に示すように、第1転写・定着ユニット47の劣化状態を、上記第1熱源の消費電力の時間積分値から検知し、第2転写・定着ユニット48の劣化状態を、上記第2熱源の消費電力の時間積分値から検知している。熱源の消費電力を時間積分することで、総消費電力量、すなわち総熱量がわかる。転写・定着ユニットの熱による劣化は、熱源の総熱量に比例するので、熱源の消費電力を時間積分することで転写・定着ユニットの劣化状態を間接的に検知することができる。
(3)
また、実施例2に示すように、第1熱源と第2熱源とが同じ構成の場合、消費電力が同じとなるので、熱源の駆動時間が総熱量の差となって現れる。よって、第1転写・定着ユニット47および第2転写・定着ユニット48の熱源が同じ場合は、熱源の駆動時間の積算値から、熱転写体の劣化状態を間接的に検知することができる。このように、第1熱源と第2熱源とが同じ構成の場合は、カウント手段40で熱源の駆動時間をカウントした時間のみで劣化状態が検知できるため、実施例1よりも簡易に転写・定着ユニットの劣化状態を検知することができる。
(4)
また、実施例3に示すように、転写・定着ユニットの劣化状態を、画像形成ユニットに出力した出力画像の画素カウントの積算値から検知しても良い。本実施形態においては、画像情報に基づいて、熱源の熱量を変化させている。画素カウント値が大きい画像は、画素カウント値が小さい画像に比べて、トナー像を形成するのにより多くのトナーが用いられる。このため、画素カウント値が大きい画像のときは、多くのトナーを軟化または溶融させなければならないため、熱源の熱量を多くしている。一方、画素カウント値が小さい画像は、熱転写体に付着するトナーが少ないため、トナーを軟化または溶融させるための熱転写体への熱量が少なくてすむので、熱源の熱量を少なくしている。このように、形成される画像の画素カウント値により、熱源の熱量が異なるため、この画素カウント値を積算するすることで、間接的に熱転写体に加わった総熱量が把握することができ、この把握された総熱量から転写・定着ユニットの劣化状態を検知することができる。
(5)
また、上記第1転写・定着ユニット47および上記第2転写・定着ユニット48のうち、少なくとも一方の転写・定着ユニットは、中間転写ベルトのトナー像が一旦、熱転写体に転写され、熱転写体を加熱することで、トナー像を軟化または溶融して記録体に熱転写・定着を行なっている。これにより、中間転写ベルトを直接加熱させずに、トナー像を熱転写・定着させることができる。よって、中間転写ベルトの温度上昇が抑制され、中間転写ベルトの熱によってプロセスユニットに不具合が生じるのを抑制することができる。
また、従来の定着装置のように定着ニップでトナー像を軟化または溶融して記録体に定着させる方式では、記録体に熱量が奪われるため、トナーを軟化または溶融させるための熱量が多くなってしまう。しかし、本実施形態においては、転写・定着ニップに搬送される前に熱転写体上でトナーのみを加熱して軟化または溶融させているので、従来の定着ニップで記録体とトナーとが同時に加熱されてしまうものに比べて、トナーを軟化または溶融するための熱量が少なくてすむ。その結果、消費電力を抑えることができ、省エネルギー化、装置内の温度上昇を抑制することができる。また、従来の定着ニップで記録体とトナーとが同時に加熱されるものに比べて、記録体に加わる熱量が少なくて済むので、排紙後の用紙の温度を低下させることができる。よって、高速印刷時でも定着後のトナーが別の記録体にくっついてしまうといった問題も抑制することができる。
(6)
また、熱転写体上の転写残トナーをクリーニングする熱転写体クリーニング部材を設けることで、熱転写体が記録体に転写・定着しなかった転写残トナーや、紙粉が熱転写体に蓄積されることがなく、長期に渡り熱転写体表面をフレッシュな状態に保つことができる。
(7)
また、実施例4に示すように、熱転写体の転写残トナーを除去する熱転写クリーニングローラに付着したトナー量から、転写・定着ユニットの熱による劣化状態を検知するようにしても良い。熱源の熱量を多くして転写・定着を行うトナー量の多いトナー像を記録体に転写した後の転写残トナーは、熱源の熱量を少なくして転写・定着を行うトナー量の少ないトナー像を記録体に転写した後の転写残トナーよりも多くなる。従って、熱源の熱量を多くしたときの方が熱源の熱量を少なくしたときに比べてクリーニングローラに付着する転写残トナーが多くなる。このように、クリーニングローラに付着する転写残トナーは、熱源の熱量に応じて異なってくるので、クリーニングローラに付着した転写残トナーの量を検知することで、間接的に転写・定着ユニットの総熱量を検知することができ、転写・定着ユニットの劣化状態を検知することができる。
(8)
また、図10に示すように第1熱転写体47Aと、第2熱転写体48Aとを記録体の搬送経路挟んで対向させるとともに、第1熱転写体47Aと、第2熱転写体48Aとを所定の圧力で当接させている。これにより、第1熱転写体47Aが第2熱転写体48Aの加圧ローラとしての機能を有し、第2転写体48Aが第1熱転写体47Aの加圧ローラとしての機能を有することができるので、加圧ローラを無くすことができ、低コスト化を図ることができる。また、熱転写体同士が当接してもう一方の熱転写体を加圧しているため、一方のみ転写・定着ユニットを交換する際、他方の転写・定着ユニットの熱転写体が傷ついたりして、一方のみ転写・定着ユニットを交換するが困難である。しかし、本実施形態では、熱転写体の寿命がほぼ同時期にくるようにしているので、第1転写・定着ユニット47と第2転写・定着ユニット48とを同時に交換することができ、容易に転写・定着ユニットを交換することができる。
(9)
また、図16、図17に示すように、第1トナー像は、第1像担持体ベルトたる第1中間転写ベルト21から直接記録体に転写され、定着部材で定着されており、第2トナー像のみ、第2像担持体ベルトたる第2中間転写ベルト31から熱転写体に転写し、熱転写体から記録体に熱転写・定着を行なっている。よって、第1トナー像および第2トナー像をそれぞれ記録体に熱転写・定着を行なうために、それぞれ熱転写体を設けるものに比べて、熱転写体を少なくすることができる。その結果、それぞれ熱転写体を設けるものに比べて、コストを削減することができる。また、熱転写体それぞれを設けるものに比べて、熱転写体が少ない分だけ省スペース化を図ることができる。また、第1中間転写ベルトは、熱転写体によって、加熱されることがないので第1中間転写ベルトが受ける熱的なストレスを低減でき、第1中間転写ベルトの寿命を延ばすことができる。
(10)
また、上記定着部材と上記熱転写体とを記録体の搬送経路を挟んで対向させるとともに、定着部材と、第2転写・定着ユニットの熱転写体とを所定の圧力で当接させている。これにより、熱転写体が定着部材の加圧部材としての機能を有し、定着部材が熱転写体の加圧部材としての機能を有することができるので、加圧部材を無くすことができ、低コスト化を図ることができる。
(11)
また、図17に示すように、熱源を定着部材よりも記録体搬送方向上流側に設けているので、定着部材472に熱源の熱による負荷があまりかからなくなり、定着部材の熱的な劣化を抑えることができ、定着部材の寿命がくるのを延ばすことができる。
(12)
また、熱源を、熱転写体の外周面に対向して配置することで、熱転写体上のトナーを熱源によって直接的に加熱することができる。よって、熱源を熱転写体の内部に配置して、熱転写体を介して間接的にトナーを加熱するものに比べて、効率的にトナーを加熱することができる。また、熱転写体の内部に断熱部材を用いれば、熱が逃げなくなり、さらに効率よくトナーを加熱することができる。また、熱源を熱転写体の内部に配置するものに比べて、熱転写体に加わる熱量が少なくても、トナーを軟化または溶融することができるので、熱転写体の熱による劣化の進行を抑えることができる。
(13)
また、熱源を、熱転写体の内部に配置することで、熱源を熱転写体の外周面に対向して配置したものに比べて、省スペース化を図ることができ、レイアウトの自由度を向上させることができる。
(14)
また、熱源を磁性体からなる発熱体と、発熱体との間で磁界を発生する磁界発生手段たるIHコイルとで構成し、IHコイルの発する磁界による電磁誘導で熱転写体を加熱している。これにより、熱転写体の磁性体のみが加熱されるので、効率よく熱転写体を加熱することができる。また、熱転写体自身が発熱するので、ハロゲンランプのように加熱源の輻射熱で熱転写体を加熱するものに比べて、熱転写体の昇温スピードを早めることができる。その結果、装置立ち上がり時に熱転写体が所定の温度に昇温するまでの待ち時間を短くすることができる。
(15)
また、第1熱源の熱量および第2熱源の熱量を、上記画像形成ユニットで形成されるトナー像に合わせて調整している。これにより、トナー量の多いトナー像であっても、熱源の熱量で良好にトナーを軟化または溶融させることができる。また、トナー量の少ないトナー像の場合は、熱源の熱量が少なくなるので、省エネルギー化や転写・定着ユニットの熱的な負荷を低減することができる。
(16)
また、実施例5に示すようにように、片面画像を形成する場合は、第1転写・定着ユニットおよび第2転写・定着ユニットのうち、劣化していない方の転写・定着ユニットで形成するように制御している。これにより、劣化が進行している方の転写・定着ユニットの劣化の進行を抑えることができ、転写・定着ユニットの寿命を延ばすことができる。また、片面画像の場合は、劣化が進行していない方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットで画像を形成することで、転写・定着ユニットの熱的な劣化が均等に進行するようになり、熱転写体の寿命をほぼ同時期にすることができる。
(17)
また、実施例6に示すように、記録体の一方の面に形成する画像が単色画像で、記録体の他方の面に形成する画像がカラー画像である場合、単色画像を形成する画像形成ユニットとして、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットを選択している。単色画像は、カラー画像に比べて少ないトナー量でトナー像が形成できるので、少ない熱量で熱転写体上のトナーを軟化または溶融することができる。よって、単色画像が形成される際、熱転写体ユニットの熱源の熱量をカラー画像形成時に比べて少なくしている。このため、単色画像を形成するときの方が、カラー画像を形成するときに比べて、転写・定着ユニットの熱的な負荷が少なくて済む。従って、一方がカラー画像で他方が単色画像の原稿を複写する際、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットで単色画像を形成することで、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットの劣化の進行を抑えることができる。また、転写・定着ユニットの熱的な劣化が均等に進行するようになり、熱転写体の寿命をほぼ同時期にすることができる。
(18)
また、実施例7に示すように、記録体の一方の面に形成する画像がイメージ画像主体で、記録体の他方の面に形成する画像が文字画像主体である場合、文字画像主体の画像を形成する画像形成ユニットとして、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットを選択している。文字主体の画像は、イメージ主体の画像に比べて少ないトナー量でトナー像が形成できるので、少ない熱量で熱転写体上のトナーを軟化または溶融することができる。よって、文字主体の画像が形成される際、熱転写体ユニットの熱源の熱量をイメージ主体の画像形成時に比べて少なくしている。このため、文字主体の画像を形成するときの方が、イメージ主体の画像を形成するときに比べて、転写・定着ユニットの熱的な負荷が少なくて済む。従って、一方がイメージ主体の画像で他方が文字主体の画像の原稿を複写する際、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットで文字主体の画像を形成することで、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットの劣化の進行を抑えることができる。また、転写・定着ユニットの熱的な劣化が均等に進行するようになり、熱転写体の寿命をほぼ同時期にすることができる。
(19)
また、実施例8に示すように、記録体の一方の面に形成する画像および記録体の他方の面に形成する画像のうち画像面積率の低い画像を形成する画像形成ユニットとして、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットを選択している。画像面積率が小さければ小さいほど、少ないトナー量でトナー像が形成できるので、少ない熱量でトナーを軟化または溶融させることができる。このため、原稿の表面の画像と裏面の画像のうち、画像面積率の小さい画像を、劣化が進行している熱転写体に対応する画像形成ユニットで形成することで、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットの劣化の進行を抑えることができる。また、転写・定着ユニットの熱的な劣化が均等に進行するようになり、熱転写体の寿命をほぼ同時期にすることができる。
(20)
また、定着後の記録体を反転させて、排紙する記録体反転機構たる反転ユニット90を備えている。これにより、原稿の表面の画像を第2画像形成ユニット30で形成し、原稿の裏面の画像を第1画像形成ユニット20で形成した場合は、上記反転ユニット90を用いて記録体を反転させてから排出し、原稿の表面の画像を第1画像形成ユニット20で形成し、原稿の裏面の画像を第2画像形成ユニット30で形成した場合は、記録体を反転させずに排出すれば、以下の効果を得ることができる。すなわち、転写・定着ユニットの劣化状態の関係で、原稿の表面の画像が第2画像形成ユニット30で形成されても、排紙スタック部に記録体が排紙されるときは、記録体の上面の画像に形成された画像が常に原稿の表面にの画像に対応させることができる。これにより、排紙スタック部に排紙された記録体のページ順序を、入力された画像情報に合わせることができる。
(21)
また、重量平均粒径が3〜8[μm]で、且つ重量平均粒径を個数平均粒径で除算した値が1.00〜1.40であるトナーを用いたので、トナー像を形成したときのトナー間のミクロな空隙が小さくなりトナー画像中のトナー密度が上がるため、トナーへの熱伝導性が良くなり、熱転写時にトナーが容易に軟化または溶融することができる。これにより、トナーの熱転写性を良好にすることができる。また、熱伝導性が良いため、少ない熱量でトナー像のトナーを軟化・溶融させることができ、装置を省エネルギー化することができるとともに、熱転写体への熱的な負荷を低減させることができる。
(22)
また、形状係数SF−1が100〜180であり、形状係数SF−2が100〜180であるトナーを用いたので、トナーが真球に近くなりトナー像を形成したときのトナー間のミクロな空隙が小さくなりトナー密度が上がり、トナーへの熱伝導性が良くなる。その結果、熱転写時にトナーが容易に軟化または溶融することができ、トナーの熱転写性が良好となる。また、熱伝導性が良いため、少ない熱量でトナー像のトナーを軟化・溶融させることができ、省エネルギー化できるとともに、熱転写体の熱的な負荷を低減させることができる。
(23)
また、トナーの添加剤として、その平均一次粒径が50〜500[nm]で、かつ、嵩密度が0.3[g/cm]以上であるもの用いたので、モノに対する吸着力(鏡映力)が弱まり、トナーの熱転写性が良好となる。
画像形成装置の概略構成図。 同画像形成装置のプリンタ部における4つの第1プロセスユニットの1つを示す拡大構成図。 同画像形成装置のプリンタ部における4つの第2プロセスユニットの1つを示す拡大構成図。 同画像形成装置の反転ユニットを示す図。 両面転写手段の概略構成図。 両面転写手段の第1の変形例を示す図。 両面転写手段の熱源を変更した図。 同画像形成装置の制御ブロック図。 画像を形成するまでの制御フロー図。 実施例4の劣化状態の検知の方法を用いた構成を示す図。 実施例5の画像形成の制御フロー図。 実施例6の画像形成の制御フロー図。 実施例7の画像形成の制御フロー図。 実施例8の画像形成の制御フロー図。 本実施形態の画像形成装置の転写・定着ユニットの交換時期と従来の画像形成装置との転写・定着ユニットの交換時期について調べたグラフ。 第1転写ユニットが静電転写ローラと定着部材とで構成された画像形成装置を示す図。 第1転写ユニットが静電転写ローラと定着部材とで構成された画像形成装置の他の例を示す図。 形状係数SF−1を説明するためにトナー形状を模式的に表した説明図。 形状係数SF−2を説明するためにトナー形状を模式的に表した説明図。
符号の説明
1Y,M,C,K 感光体
5 現像装置
20 第1転写ユニット
21 第1中間転写ベルト
30 第2転写ユニット
31 第2中間転写ベルト

Claims (14)

  1. 第1トナー像を形成する第1画像形成ユニットと、
    第2トナー像を形成する第2画像形成ユニットと、
    第1のトナー像が第1画像形成ユニットから転写される第1の熱転写体と、該第1の熱転写体上の第1のトナー像を軟化または溶融させる第1熱源と、該第1の熱転写体上の転写残トナーをクリーニングする第1熱転写体クリーニング部材とを備え、上記熱源で軟化・溶融した該第1トナー像を記録体の第1面へ転写と熱による定着とを行う第1転写・定着ユニットと、
    第2のトナー像が第2画像形成ユニットから転写される第2の熱転写体と、該第2の熱転写体上の第2のトナー像を軟化または溶融させる第2熱源と、該第2の熱転写体上の転写残トナーをクリーニングする第2熱転写体クリーニング部材とを備え、上記熱源で軟化・溶融した該第2トナー像を記録体の第2面へ転写と熱による定着とを行う第2転写・定着ユニットとを備えた画像形成装置において、
    上記第1熱転写体クリーニング部材に付着した転写残トナーの付着量と、第2熱転写体クリーニング部材に付着した転写残トナーの付着量とを検知し、上記第1熱転写体クリーニング部材に付着した転写残トナーの付着量と、第2熱転写体クリーニング部材に付着した転写残トナーの付着量とを比較して、付着量が多い方の転写・定着ユニットを劣化が進んでいると判定する劣化状態比較手段と、
    画像を形成する際、画像情報に基づいてトナー像を形成した際、付着するトナー量が少ない方の画像が、劣化が進んだ方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットで形成されるよう、該劣化状態比較手段の比較結果と、記録体の一方の面に形成する画像情報と、記録体の他方の面に形成する画像情報とに基づいて、形成する画像形成ユニットを選択する選択手段とを備えた特徴とする画像形成装置。
  2. 請求項の画像形成装置において、
    該第1転写・定着ユニットの熱転写体と、該第2転写・定着ユニットの熱転写体とを記録体の搬送経路を挟んで対向させるとともに、該第1転写・定着ユニットの熱転写体と、該第2転写・定着ユニットの熱転写体とを所定の圧力で当接させたことを特徴とする画像形成装置。
  3. 請求項1または2の画像形成装置において、
    転写・定着ユニットの熱源を、該熱転写体の外周面に対向して配置したことを特徴とする画像形成装置。
  4. 請求項1または2いずれかの画像形成装置において、
    転写・定着ユニットの熱源を、熱転写体の内部に配置したことを特徴とする画像形成装置。
  5. 請求項1乃至いずれかの画像形成装置において、
    上記第1転写・定着ユニットおよび上記第2転写・定着ユニットの少なくとも一方の熱源を、該磁性体からなる発熱体と、該発熱体との間に磁界を発生する磁界発生手段とで構成し、該磁界発生手段の発する磁界による電磁誘導で該発熱体を加熱することを特徴とする画像形成装置。
  6. 請求項1乃至いずれかの画像形成装置において、
    上記第1熱源の熱量および上記第2熱源の熱量を、上記画像形成ユニットで形成されるトナー像に合わせて調整することを特徴とする画像形成装置。
  7. 請求項1乃至いずれかの画像形成装置において、
    上記画像情報が、片面のみの場合、上記選択手段は、画像を形成するユニットとして、第1転写・定着ユニットおよび第2転写・定着ユニットのうち、劣化していない方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットを選択することを特徴とする画像形成装置。
  8. 請求項1乃至いずれかの画像形成装置において、
    上記画像情報が、記録体の一方の面に形成する画像が単色画像で、記録体の他方の面に形成する画像がカラー画像である場合、上記選択手段は、単色画像を形成する画像形成ユニットとして、第1転写・定着ユニットおよび第2転写・定着ユニットのうち、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットを選択することを特徴とする画像形成装置。
  9. 請求項1乃至いずれかの画像形成装置において、
    上記画像情報が、記録体の一方の面に形成する画像がイメージ画像主体で、記録体の他方の面に形成する画像が文字画像主体である場合、上記選択手段は、文字画像主体の画像を形成する画像形成ユニットとして、第1転写・定着ユニットおよび第2転写・定着ユニットのうち、劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットを選択することを特徴とする画像形成装置。
  10. 請求項1乃至いずれかの画像形成装置において、上記選択手段は、記録体の一方の面に形成する画像および記録体の他方の面に形成する画像のうち画像面積率の低い画像を形成する画像形成ユニットとして、第1転写・定着ユニットおよび第2転写・定着ユニットのうち劣化が進んでいる方の転写・定着ユニットに対応する画像形成ユニットを選択することを特徴とする画像形成装置。
  11. 請求項1乃至10いずれかの画像形成装置において、
    定着後の記録体を反転させて、排紙する記録体反転機構を備えたことを特徴とする画像形成装置。
  12. 請求項1乃至11いずれかの画像形成装置において、
    上記トナー像の形成に用いるトナーとして、重量平均粒径が3〜8[μm]で、且つ重量平均粒径を個数平均粒径で除算した値が1.00〜1.40であるものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
  13. 請求項1乃至12いずれかの画像形成装置において、
    上記トナー像の形成に用いるトナーとして、形状係数SF−1が100〜180であり、形状係数SF−2が100〜180であるものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
  14. 請求項1乃至13いずれかの画像形成装置において、
    上記トナー像の形成に用いるトナーは、少なくとも結着樹脂と着色剤とからなる母体粒子に添加剤を外添してなり、かつ、該添加剤として、その平均一次粒径が50〜500[nm]で、かつ、嵩密度が0.3[g/cm]以上であるものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
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