JP2014134656A - 熱定着装置、及び、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間に亘って定着部材の表面性状を保持し、画像不良の発生を未然に防ぐことができる熱定着装置を提供する。
【解決手段】記録媒体と該記録媒体に担持された未定着トナーとに表面で接触しながら前記未定着トナーを前記記録媒体に熱定着させる定着部材と、回転駆動されて前記表面を摺擦して前記定着部材の表面性状を維持させる摺擦部材と、を有し、前記摺擦部材の表面を摺擦して清掃するブラシ部を有する清掃部材を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどに用いられ、未定着トナー画像を定着させる熱定着装置において、定着部材の表面を摺擦してその表面性状を回復させる摺擦部材を備えた定着装置、かかる定着装置を有する画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどに用いられ、未定着トナー画像を定着させる熱定着装置において、定着部材として、定着ローラ、あるいは、定着ベルトなどが用いられている。

このような定着部材の表面は通紙によるアタックや、紙粉や、紙のばり、オフセットトナーなどの汚れにより、徐々に粗くなると云う問題がある。

このうち、最も大きい影響を定着部材の表面に付与する要因は記録媒体である紙のばりである。紙のばりは、紙の切断時に生じ、紙種によって異なるが、大きなものでは数μｍ以上から数十μｍ程度である。

このような紙のばりが熱定着装置のニップ部に供給されると、定着部材表面に微小な孔を生じさせる。このとき、記録媒体である紙の両端部（こば部）に当接する部分では、ばりが集中するので、他の部分よりも深くかつ大きく、しかも、紙の運搬方向に沿って連続して孔が生じて粗くなる。

このように表面が荒れた定着部材を用いて、より幅広の記録媒体を定着する場合、粗くなった部分で定着された画像が、他の部分で定着された画像に比べてグロスが低くなる（滑らかさが失われる）ために、グロスが低い部分が連続的に、筋状に形成されてしまう場合がある。

このような、画像不良発生が生じる場合があると云う問題に対して、砥粒を表面に配置させたローラを定着部材に摺擦させて荒れた表面を回復させる技術が提案されている（特許文献１および２）。しかしながら、これら技術では、その効果を長期間、継続して得ることができず、問題となっていた。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、長期間に亘って定着部材の表面性状を保持し、画像不良の発生を未然に防ぐことができる熱定着装置、および、画像形成装置を提供することを課題とする。

本発明者等は、上記課題について種々検討したところ、摺擦により生じた粉状体が摺擦部材の表面に残留し、摺擦部材による定着部材の表面性状の維持効果を低下させていることを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明は、請求項１に記載の通り、記録媒体と該記録媒体に担持された未定着トナーとに表面で接触しながら前記未定着トナーを前記記録媒体に熱定着させる定着部材と、回転駆動されて前記表面を摺擦して前記定着部材の表面性状を維持させる摺擦部材と、を備える熱定着装置において、前記摺擦部材の表面を摺擦して清掃するブラシ部を有する清掃部材を備えることを特徴とする。

本発明に係る熱定着装置は、前記摺擦部材の表面を摺擦して清掃する前記摺擦部材の表面を摺擦して清掃するブラシ部を有する清掃部材を備えるので、長期間に亘って定着部材の表面性状を保持し、画像不良の発生を未然に防ぐことができる。

図１は、本発明の熱定着装置の一例を有する画像形成装置である。 図２は、本発明に係る熱定着装置の一例４０のモデル断面図である。 図３は、摺擦部材１１のモデル拡大図である。 図４は、定着装置４０の摺擦部材１１とブラシ状の清掃部材１４とをそれらの長手方向から見たモデル図である。 図５は、ブラシ状の清掃部材の材料のヤング率と摺擦部材清掃率との関係を示すグラフである。 図６は、エピクロルヒドリンゴムとした場合とメラミン樹脂発泡体とした場合とでの摺擦部材清掃率の違いを示すグラフである。 図７は、本発明の熱定着装置の他の一例４０’のモデル断面図である。 図８は、バイアス電圧を印加した効果を示すグラフである。 図９は、本発明の熱定着装置の、別の他の一例４０”のモデル断面図である。

本発明の実施形態を図に基づいて説明する。

図１は本発明の熱定着装置の一例を有する画像形成装置（プリンタ）の構成を示す概略図である。

このプリンタは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像をそれぞれ形成するプリンタである。そして、それぞれの色に対応した感光体ドラム１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｂｋ（像担持体）の表面上に形成するために電子写真方式の４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋ（像形成手段）を備えている。

これら画像形成部１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｂｋの下方には、各画像形成部を通して用紙（記録材）を搬送するための搬送ベルト１２０が張架されている。

各画像形成部１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｂｋの感光体ドラム１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｂｋは、搬送ベルト１２０にそれぞれ転接配置され，用紙（記録材）は搬送ベルト１２０の表面に静電的に吸着される。

４組の画像形成部１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｂｋは、略同じ構造を有する。よって、ここでは用紙の搬送方向最上流側に配設されたイエロー用の画像形成部１１０Ｙについて代表して説明し、他の色用の画像形成部１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｂｋについては同一符号を付して詳細な説明を省略する。

画像形成部１１０Ｙは、その略中央位置に搬送ベルト１２０に転接された感光体ドラム１０１Ｙを有する。感光体ドラム１０１Ｙの周囲には、次の各装置が感光体ドラム１Ｙの回転方向に沿って順に配設されている。感光体ドラム１０１Ｙの表面を所定の電位に帯電させる帯電装置１０２Ｙ。帯電されたドラム表面を色分解された画像信号に基づいて露光し、ドラム表面上に静電潜像を形成する露光装置１０３Ｙ。ドラム表面上に形成された静電潜像にイエロートナーを供給して現像する現像装置４Ｙ。現像したトナー像を、搬送ベルト１２０を介して搬送される用紙上に転写する転写ローラ１０５Ｙ（転写装置）。転写されずにドラム表面に残留した残留トナーを除去するクリーナ１０６Ｙ。ドラム表面に残留した電荷を除去する５（図示しない）。

搬送ベルト１２０の図中右下方には、用紙を搬送ベルト１２０上に給紙するための給紙機構１３０が配設されている。

搬送ベルト１２０の図中左側には、後述する本発明の熱定着装置の一例４０が配設されている（この図中では、励磁コイルなどは省略）。搬送ベルト１２０によって搬送された記録媒体である用紙は、搬送ベルト１２０から連続して定着装置４０を通って延びた搬送路を搬送され、熱定着装置４０を通過する。

熱定着装置４０は、搬送された記録媒体、すなわちその表面上に各色のトナー像が転写された状態の用紙を加熱および加圧する。そして、各色のトナー像を溶融して用紙に浸透させて定着させる。また、定着装置４０の搬送経路下流側に排紙ローラを介して排紙する。

＜本発明に係る熱定着装置の一例＞
本発明に係る熱定着装置の一例４０をモデル断面図である図２を用いて説明する。

熱定着装置４０では、定着ローラ１は、定着ローラ１と内部にハロゲンヒータ２を有する加熱ローラ３とに張架された定着ベルト４を介し、ハロゲンヒータ５を内部に有する加圧ローラ６と、互いに加圧されて接し、ニップ部を形成している。定着ローラ１、定着ベルト４、および、加圧ローラ６は図示しないモータにより駆動されて、図１の矢印方向に回転している。

未定着トナー７を一方の面に担持した記録媒体（転写紙）８は、上記のニップ部に導かれて加熱・加圧定着される。

画像が定着された記録媒体８は、定着ローラ１側に配置された分離板９または加圧ローラ６側に配置された分離板１０によってその先端部がローラから分離されて次工程へと排出される。

この例では、上述の様に、加熱ローラ３および加圧ローラ６内にハロゲンヒータを有している。ここで、定着ローラ１内にハロゲンヒータを有し、かつ、定着ベルトおよび加熱ローラを備えない（このとき、定着ローラが定着部材となる）熱加圧装置であってもよく、また、ハロゲンヒータの代わりに誘導加熱方式の加熱方法を採用してもよい。

また、定着ローラ側、加圧ローラ側に、それぞれ配置された分離板の代わりに、それぞれローラに近接配置された、あるいは、それぞれローラに接する、分離爪を配置しても良い。

定着ベルト４は、この例ではポリイミド（ＰＩ）樹脂からなる層厚９０μｍ程度のベース層上に、シリコーンゴムなどの弾性層、離型層が順次積層された多層構造の無端ベルトである。

定着ベルト４の弾性層は、層厚が２００μｍ程度であって、シリコーンゴム、フッ素ゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性材料で形成されている。

また、定着ベルト４の離型層は、層厚が２０μｍ程度であって、四フッ化エチレン・バーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルファイド（ＰＥＳ）、等で形成されている。このように、定着ベルト４の表層に離型層を設けることにより、トナー（トナー像）に対する離型性（剥離性）が確保されることになる。

また、図１中符号１１を付して示されているのは、定着部材である定着ベルト４の表面を摺擦することによりその表面性状を維持させる摺擦部材であり、定着ベルト４に対し、所定の圧力で図示しない不正手段によって付勢されている。また、この例では摺擦部材１１は定着ベルト４の回転方向と順方向（もしくは逆方向）に、定着ベルト４の回転に対して線速差をつけて回転駆動されている。

図３は、摺擦部材１１のモデル拡大図である。摺擦部材１１は、芯金１２の側面にバインダー樹脂（この例ではシリコーンゴム）に砥粒（この例ではアルミナ）が分散された摺擦層１３が配置されて構成されており、摺擦層表面には、砥粒が突き出ており、微細な凹凸が形成されている。

また、図３中符号１４を付して示されているのは、摺擦部材１１の摺擦層表面を清掃するブラシ状の清掃部材である。ここで、ブラシ状の清掃部材とは、軸部１５と、軸部に取り付けられた、摺擦部材１１表面に接触するブラシ部１６と、から構成され、このブラシ部１６が軸部に植毛されて構成されている清掃部材である。

ブラシ状の清掃部材１４では、ブラシ部１６の、軸部１５に植毛された毛の先端が、摺擦層表面の微細な凹凸に入り込みながら摺擦する。このことにより、定着部材との摺擦時に発生し、摺擦部材の表面に目詰まりさせて定着部材の表面性状を維持させる表面性状維持効果を低下させる粉状体が清掃されて除去される。

図４は、定着装置４０の摺擦部材１１とブラシ状の清掃部材１４とをそれらの長手方向から見たモデル図である。

ブラシ状の清掃部材１４は、摺擦部材１１の長手方向全域を清掃できるように配置されており、摺擦層表面に目詰まりした摺擦により生じた粉状体を効果的に清掃し除去できる構成となっている。

＜ブラシ状の清掃部材１４のブラシ部の材質の検討＞
ここで、ブラシ状の清掃部材１４のブラシ部１６の毛を構成する材質と清掃の効率との関係について調べた。

複数の摺動部材を清掃部材なしの熱定着装置で使用開始し、摺擦により生じた同等量の粉状体により表面が目詰まりした摺擦部材を複数個準備し、これらそれぞれを、ヤング率が異なる清掃部材を取り付けた図１に示す熱定着装置に組み込んで実験した。このときの、それぞれの摺動部材の表面を清掃するブラシ状の清掃部材のブラシ部を構成する材料のヤング率と摺擦部材清掃率（数式（１）参照）との関係を図５に示す。

図５は、ブラシ状の清掃部材のブラシ部の毛先を摺擦部材表面に当接（摺擦）させながら６分間、実際の定着装置で用いる速度で摺擦部材を回転させたときの、目詰まりした粉状体の清掃・除去率を表したもので、以下の数式（１）から算出した。

また、試験時に用いたブラシ部の毛の長さは２ｍｍであり、太さは３０μｍであった。

［数１］
摺擦部材清掃率［％］ ＝ （Ａ−Ｂ） ／ Ａ × １００ ……（１）
ただし、式中、Ａは摺擦部材回転前の摺擦部材に付着していた摺擦により生じた粉状体重量［ｍｇ］であり、Ｂは摺擦部材回転後の摺擦部材に付着していた摺擦により生じた粉状体重量［ｍｇ］である。

図４に示すように、ヤング率が５０００ＭＰａ以上のブラシ部材料を用いたときは、清掃効果がほとんど得られないことが理解される。このように、ブラシ部の材料は、ヤング率が５０００ＭＰａ以下の弾性材料とすることが望ましい。

ここでヤング率が５０００ＭＰａ以下の弾性材料としては、天然ゴムの他、例えば、次の構成ゴム材料や合成樹脂材料などが挙げられ、これらはすべて絶縁物質である。イソプレンゴム。ブタジエンゴム。１，２−ポリブタジエン。スチレンブタジエンゴム。クロロプレンゴム。ニトリルゴム。ブチルゴム。アクリルニトリルブタジエンゴム。エチレン−プロピレンゴム。ネオプロピレンゴム。クロロスルホン化ポリエチレン。アクリルゴム。エピクロルヒドリンゴム。多硫化ゴム。シリコーンゴム。フッ素ゴム。ウレタンゴムなどのゴム材料。ポリエチレン系エラストマー。ポリオレフィン系エラストマー。１，２−ポリブタジエン系エラストマー。エチレン−酢酸ビニル系エラストマー。ポリ塩化ビニル系エラストマー。天然ゴム系エラストマー。フッ素ゴム系エラストマー。トランス−ポリイソプレン系エラストマー。塩化ポリエチレン系エラストマーなどの熱可塑性エラストマー材料。ポリ塩化ビニル。ポリ塩化ビニリデン。ポリエチレンテレフタラート。ポリプロピレン。ポリスチレン。ポリアミド。ポリウレタン。ポリカーボネイト。ポリテトラフルオロチレン。アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂。アクリロトリルブタジエンスチレン樹脂。メタクリル樹脂。

ブラシの毛の太さとしては、５μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。細すぎると、ブラシの毛が早期にへたり、清掃能力が失われる場合があり、太すぎると摺擦層表面の微細な凹凸内にブラシの毛が入り込めないために、十分な清掃能力が得られない場合がある。より好ましい範囲は１０μｍ以上５０μｍ以下である。

また、ブラシの毛の長さとしては０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。短すぎると摺擦層表面の微細な凹凸内にブラシの毛が届かないために、十分な清掃能力が得られない場合があり、長すぎるとブラシの毛が寝てしまいブラシの先端が摺擦部材表面の微細な凹凸に当たらないために、十分な清掃能力が得られない場合がある。より好ましい範囲は０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である。

図６に、ブラシ部を構成する材料を代表的な弾性ゴム材料であるエピクロルヒドリンゴムとした場合とメラミン樹脂発泡体とした場合との、２つの場合での摺擦部材清掃率（試験は図５のときと同様に行った）を示す。

図６に示すように、ブラシ部の材料をメラミン樹脂発泡体から構成した場合、エピクロルヒドリンゴムから川迫利した場合と比べて、摺擦部材清掃率を約１．４倍に向上させることができる。

メラミン樹脂発泡体は多孔質体構造を有し、その孔に付着トナーが効率良く蓄積されることにより、高い摺擦部材清掃率が得られたと考えられる。

＜本発明の熱定着装置の、他の一例＞
図７は、本発明の熱定着装置の他の一例４０’のモデル断面図である。

この熱定着装置６０’は、図１に示した熱定着装置４０と清掃部材の構成のみが異なるため、共通部分についての説明は省く。

この摺擦部材１１の清掃部材１４は、導電性を備えた軸部（この例ではステンレス（ＳＵＳ）から構成される）１５’と摺擦部材１１と接触するブラシ部１６’とから形成されている。ここで、清掃部は例えば上述の絶縁部材から構成することができる。

また、図７中符号１７’を付して示されているのは、バイアス電圧印加手段である小型の電源であり、導電性を備えた軸部１５にバイアス電圧を印加することが可能となっている。本実施例では、摺擦により生じた粉状体はマイナスの極性を持っているので、この粉状体とは逆極性であるプラスのバイアス電圧を印加している。また、摺擦により生じた粉状体が、プラスの極性を持っている場合は、マイナスのバイアス電圧を、導電性を備えた軸部に印加する。

このように導電性を備えた軸部１５に、摺擦により生じた粉状体とは逆極性のバイアス電圧を印加することで、摺擦部材表面に目詰まりした研磨粉が、清掃部材１４のブラシ部に静電吸着するので、清掃能力がより一層向上する。

ブラシ部１６’の材料としてエピクロルヒドリンゴムを用いて実際に試験を行い、研磨粉と逆極性のバイアス電圧を印加した場合での摺擦部材清掃率と、バイアス電圧を印加しなかった場合での摺擦部材清掃率と、を図８に示す。

図８により、研磨粉と逆極性のバイアス電圧を印加した場合では、印加しない場合より、１．２倍以上高い摺擦部材清掃率を得ることができることが判る。

＜本発明の熱定着装置の、別の他の一例＞
図９は、本発明の熱定着装置の、別の他の一例４０”のモデル断面図である。

この熱定着装置６０”も、図１に示した熱定着装置４０と清掃部材の構成のみが異なるため、共通部分についての説明は省く。

清掃部材１４”は、回転体（ブラシローラ）であり、摺擦部材１１表面に接して従動回転するように保持することで、清掃部材１４”への応力集中を避けることができ、その結果、清掃部材１４”を長寿命なものとすることができる。

実際に試験を行ったところ、当初の半分以下となったときを清掃部材の寿命とした場合、図１に示された通常のブラシ状の清掃部材に比べ、図９に示されたブラシローラ型清掃部材では、清掃部材の耐久性が約５倍になった。このことにより、ブラシローラ型清掃部材を用いた場合、熱定着装置の定期メンテナンス期間を長く設定することができることが判る。なお、この熱定着装置の例４０”においても、清掃部材１４”に対して、上記の熱定着装置の例４０’同様に粉状態と逆極性の電圧を印加することができ、そのとき、清掃能力がより一層向上する。

以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の熱定着装置は上記実施形態の構成に限定されるものではない。

当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の熱定着装置、及び、画像形成装置を適宜改変することができる。このような改変によってもなお本発明の熱定着装置の構成を具備する限り、もちろん、本発明の範疇に含まれるものである。

４０、４０’、４０” 本発明の実施例に係る熱定着装置
１ 定着ローラ
２、５ ハロゲンヒータ
３ 加熱ローラ
４ 定着ベルト
６ 加圧ローラ
７ 未定着トナー
８ 記録媒体
９、１０ 分離板
１１ 摺擦部材
１４”、１４’、１４” 清掃部材
１５、１５’ 軸部
１６、１６’ ブラシ部

特開２００８−０４０３６５号公報 特開２００７−１９９５９６号公報

Claims (7)

1. 記録媒体と該記録媒体に担持された未定着トナーとに表面で接触しながら前記未定着トナーを前記記録媒体に熱定着させる定着部材と、回転駆動されて前記表面を摺擦して前記定着部材の表面性状を維持させる摺擦部材と、を備える熱定着装置において、
   前記摺擦部材の表面を摺擦して清掃するブラシ部を有する清掃部材を備えることを特徴とする熱定着装置。
2. 前記ブラシ部が、ヤング率が５００００ＭＰａ以下の弾性部材により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱定着装置。
3. 前記ブラシ部が、メラミン樹脂発泡体により構成されていることを特徴とする請求項２に記載の熱定着装置。
4. 前記清掃部材の前記ブラシ部が導電性の軸部に形成され、かつ、前記軸部にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を備えることを特徴とする請求項２または請求項３の熱定着装置。
5. 前記清掃部材が、ロール形状であって、かつ、前記軸部を中心に回転駆動されることを特徴とする請求項４に記載の熱定着装置。
6. 記録媒体と該記録媒体に担持された未定着トナーとに表面で接触しながら前記未定着トナーを前記記録媒体に熱定着させる定着部材と、回転駆動されて前記表面を摺擦して前記定着部材の表面性状を維持させる摺擦部材と、を備える熱定着装置において、
   前記摺擦部材の表面を摺擦して清掃する清掃部材を備え、
   該清掃部材が、導電性の軸部と、当該軸部に設けられた前記摺擦部材表面を摺擦する清掃部と、から構成され、かつ、
   前記軸部にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を備えている
   ことを特徴とする熱定着装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の熱定着装置を含むことを特徴とする画像形成装置。

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