JP2022036859A - クリーニング部材及び定着装置並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント画像の光沢メモリの発生を防止すると共に、クリーニング部材の長寿命化と高い画像品質を得ることが可能である。【解決手段】未定着画像は、ワックスを含有するトナーを用いて形成され、定着、加圧部材の表面のワックス汚れをクリーニング部材５により清掃するクリーニング装置を備え、クリーニング部材５が親水処理した多孔質ポリテトラフルオロエチレンでその背後に保持部材５ａを有する。【選択図】図６

Description

この発明は、記録媒体に転写された未定着画像を熱定着させる部材の表面に付着するワックスの汚れを清掃するクリーニング部材、及び未定着画像が転写された記録媒体を熱定着させる定着装置、並びに定着装置を備える電子写真方式や静電記録方式などの画像形成装置に関する。

通常電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、例えば定着ローラと加圧ローラによって定着ニップ部を形成し、その定着ニップ部でトナー像を担持した記録媒体の定着を行っている。

そのトナー像には、定着部材である、例えばテフロン（登録商標）表面にトナーが付着してしまうオフセットが発生したり、定着ローラへのトナーを担持した紙の巻付きが起こる問題があった。

そこで、従来のように定着ローラにシリコーンオイルなどの離型材の使用を抑え、替わりにワックスを添加したトナーを用いることで、加熱時にトナー中から溶融したワックスが定着ローラに供給され、オフセットの発生や紙の巻付きを抑えるという技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、定着部材にワックスが付着してくるとそのワックスによるワックス潜像が形成され、次の画像に光沢ムラとなって現れる。

これを回避するために、定着部材に清掃回転体を接触させ、更に接触回転体をワックス融点より高温にし、接触回転体に清掃ウェブを接触させる手段をとった技術（例えば、特許文献２参照）、更に定着部材に、定着部材の表面の汚れを清掃するクリーニングユニットを設け、その下流側にワックス均一化部材を設けた技術もあるが、このような処置を施しても、ワックスによる光沢ムラは解決しなかった。

次に、本発明者らは、このワックスを効果的にとる方法として、多孔質ポリテトラフルオロエチレンをクリーニング部材として、使用する技術を開示した（特許文献３参照）。しかし、この微細な繊維でも効果は、十分でなかった。そこでさらに検討し、親水処理した多孔質ポリテトラフルオロエチレンを用いることでワックスを大幅に除去する技術を開示した（特許文献４参照）。しかしながら除去性能は良いがクリーニング部材の長寿命に問題があった。

特開平３―１８５４５９号公報 特開２００５－４３５３２号公報 特開２０１３－２３１８９３号公報 特開２０１９－１１３７３３号公報

このようにワックスを添加したトナーを用いて熱定着させると、トナーの中から溶融したワックスが定着部材の例えばパーフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）の表面にワックスが付着する。このワックスは、トナー画像として残り、次のプリント画像に転写される。これが所謂光沢ムラ（以下光沢メモリとも言う）となる。特に目立つ画像は、画像面積の大きなベタ画像の時が顕著である。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、プリント画像の光沢メモリの発生を防止すると共に、クリーニング部材の長寿命化と高い画像品質を得ることが可能なクリーニング部材及び定着装置並びに画像形成装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するために、この発明は、以下のように構成した。

請求項１に記載の発明は、記録媒体に転写された未定着画像を熱定着させる部材の表面に付着するワックスの汚れを清掃するクリーニング部材であり、
前記未定着画像は、ワックスを含有するトナーを用いて形成され、
前記クリーニング部材は、親水処理した多孔質ポリテトラフルオロエチレンでその背後に保持部材を有することを特徴とするクリーニング部材である。

請求項２に記載の発明は、未定着画像が転写された記録媒体を、加熱された定着部材と加圧部材間に設けた定着ニップ部に搬送して熱定着させる定着装置であり、
前記未定着画像は、ワックスを含有するトナーを用いて形成され、
前記定着部材または前記加圧部材の少なくとも一方の部材の表面のワックスの汚れをクリーニング部材により清掃するクリーニング装置を備え、
前記クリーニング部材は、親水処理した多孔質ポリテトラフルオロエチレンでその背後に保持部材を有することを特徴とする定着装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。

請求項１乃至請求項３に記載の発明では、未定着画像は、ワックスを含有するトナーを用いて形成され、クリーニング部材は、親水処理した多孔質ポリテトラフルオロエチレンでその背後に保持部材を有することで、プリント画像の光沢メモリの発生を防止すると共に、クリーニング部材の長寿命化と高い画像品質を得ることが可能である。

一般的な定着装置を示す図である。 光沢メモリが発生する概略図である。 実施の形態の定着装置を示す図である。 ウエブクリーニング方式の形態の定着装置を示す図である。 クリーニング部材の２層構造を示す概念図である。 クリーニング部材の保持層を示す概念図である。 画像形成装置の概略構成図である。

以下、この発明のクリーニング部材及び定着装置並びに画像形成装置の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない。
［定着装置］

（従来の実施の形態）
図１は一般的な定着装置を示す図、図２は光沢メモリが発生する概略図である。

一般的な定着装置では、定着ローラ１は、アルミニウム芯金に１５０μｍのシリコーン（Ｓｉ）ゴム、その上にフッ素樹脂（ＰＦＡ）チューブが被覆され、内蔵するヒーター２で加熱され、図示しない温度センサーで、一定の温度に制御されている。加圧ローラ３は、５ｍｍのシリコーン（Ｓｉ）ゴム、その上にフッ素樹脂（ＰＦＡ）チューブが被覆されている。定着ローラ１と加圧ローラ３は、図示しない加圧バネで加圧され、これにより定着ローラ１と加圧ローラ３とで定着ニップ部Ｎが形成されている。記録媒体Ｐに形成されたトナー像Ｔは、図示する回転方向に送られ熱と圧力で定着される。分離板４は、記録媒体Ｐが定着ローラ１にまきつくことを防止している。

次に、光沢メモリ発生の概略図では、図２（ａ）は、トナー像Ｔを担持した記録媒体Ｐが、定着ローラ１に移動している状態を示し、図２（ｂ）は、トナー像Ｔが、定着ニップ部Ｎを通過して定着されたトナー像（定着像）と定着ローラ１にトナー中のワックスが付着した状態を示し、図２（ｃ）は、ベタ画像に図２（ｂ）のワックス潜像が付着し、光沢ムラとなって表れた状態を示す。

（実施の形態）
実施の形態の定着装置を、図３に示す。この実施の形態の定着装置１０は、定着部材を構成する定着ローラ１と、加圧部材を構成する加圧ローラ３が対向して配置され、この定着ローラ１と加圧ローラ３との間に定着ニップ部Ｎが設けられる。定着ローラ１の内部にヒーター２が配置され、ヒーター２の温度は、図示しない温度制御部で制御される。未定着画像Ｔが転写された記録媒体Ｐを、定着ローラ１と加圧ローラ３間に設けた定着ニップ部Ｎに搬送して熱定着させ、未定着画像Ｔはワックスを含有するトナーを用いて形成されている。ワックスには、例えばパラフィン系ワックス、ポリオレフィン系ワックス、高級脂肪酸及びその金属塩、アミドワックス、エステル系ワックス等従来公知のワックスである。ワックスの含有率は７～２３質量％が好ましいと言われ、ワックスの融点は７５～１１０℃が一般的である。

定着ローラ１の表面の汚れをクリーニング部材５により清掃するクリーニング装置Ｋを備え、芯金に設けたクリーニング部材５が親水処理した多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であり、その背後にワックスを保持する保持部材５ａが被覆されたロール形状である。

一般的な定着装置では、トナーのワックス成分が、図２に示すように、定着ローラ１に残り、次の画像に光沢メモリとしてでるが、この実施の形態では、クリーニング部材５を当接することで、ワックスがクリーニングされ、光沢メモリが発生しない。クリーニング部材５は、図６に示すように、ワックスを保持する保持部材５ａ上に被覆され、ロール形状になっているため表面積も増え、クリーニング部材５の寿命が向上し同時に駆動負荷も低減される。

このクリーニング部材５は、親水処理した多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であり、図４に示すクリーニング装置Ａのように、クリーニングウェブ形状でも良いし、図５のように、引張強度が弱い多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を伸び難い材料で裏打ちしても良い。その裏打ちの詳細な材料は、筆者が出願した特開２０１３－２３１８９３号公報に詳しく記載されている。裏打ち方法として、加熱加圧接着方法の他に例えば熱硬化型ＲＴＶシリコーンゴムで接着する方法もある。接着剤はこれに限定されるものではない。

図４に示すクリーニング装置Ａは、クリーニングウエブ６ａを元巻側６ｂと巻取り側６ｃの間に張力をもって張り巡らせ、押圧ローラ７にクリーニングウエブ６ａを定着ローラ１の外周表面に接触させ、定着ローラ１の表面の汚れをクリーニングウエブ６ａにより清掃する構成である。また、このクリーニングウエブ６ａは、加圧ローラ３の外周表面に接触させ、汚れを清掃する構成でも良い。

〔実施形態１〕
定着ローラ１は、外径６０ｍｍで、鉄芯金の上にゴム硬度１８度（ＪＩＳ Ａ）のシリコーンゴムが０．５ｍｍの厚さで、その上に５０μｍのフッ素樹脂（ＰＦＡ）チューブが被覆されている。加圧ローラ３は、直径６０ｍｍでゴム硬度２５度（ＪＩＳ Ａ）のシリコーンゴムが１０ｍｍの厚さで、その上に５０μｍのフッ素樹脂（ＰＦＡ）チューブが被覆されている。定着ローラ１には、内部にヒーター２があり、図示しない温度制御部で１８０℃に制御されている。分離板４は、鉄にパーフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）を焼付けたもので、記録媒体Ｐが、定着ローラ１に巻付くのを防止している。クリーニング部材５を構成するクリーニングローラは、外径１４ｍｍの鉄芯金の上にワックス保持部材として中興化成製ＰＴＦＥ肉厚多孔質チューブＣ－Ｐｏｒｏｕｓ（内径１３．７、外径２０．７）を被覆し、その上に信越化学製ＫＥ－４４－Ｔの接着材を使用して、住友ファインポリマー社製のＨＰＷ－０４５－３０（孔径０．４５μｍ・厚み３０μｍ）の親水処理した多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が設けてある。

親水処理方法に関しては、例えば特願２００９－３２９８７で公知であるＰＶＡ水溶液を使用して多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に含侵する方法とか、プラズマ処理、コロナ放電による親水処理が一般的であり、どれを使用しても良い。

〔比較例－１〕
比較例として、実施形態１と同じ定着装置を使い、クリーニングローラは、保持部材が無いだけで表層は実施形態１と同様に住友ファインポリマー社製のＨＰＷ－０４５－３０（孔径０．４５μｍ・厚み３０μｍ）の親水処理した多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が設けてある。

〔評価方法〕
次に、定着ローラ１に残ったワックスの評価方法を述べる。図３の定着装置を使い、図示しないＡ４サイズ画像を各１０枚・５０枚・１００枚の連続コピー後、画像のない原稿でＡ３のＯＨＰ用紙を通紙し、ＯＨＰ用紙に前の画像が残っているかで評価した。このＯＨＰ用紙にワックス像が出やすいことは、特開２００５－４３５３２号公報にも記載されており、評価しやすい方法である。

上記評価方法で、実施形態と比較例の評価を表１に示す。

レベル１・２は、不可
レベル３・４・５は、許容レベル
である。

表１のように、１０枚通紙後であれば実施例と比較例では差がないが、５０枚通紙後及び１００枚通紙後で大きな差となった。要は、ワックスがクリーニングローラ表面を覆うとクリーニングしたいワックスは取り込むことができない。そのために表面のワックスを保持部材に送り込み、クリーニングローラ表面は、常に親水処理した多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が有ることが重要である。この評価結果で、ワックス保持部材を設ける効果が証明できた。

評価はローラで行ったが、図４に示すウエブクリーニング装置でも同じ効果が確認された。

［保持部材］
実施例では、中興化成製のＰＴＦＥ肉厚多孔質チューブＣ－Ｐｏｒｏｕｓで確認したが、他には極細の不織布である帝人フロンティア製のナノフロントも十分な保持を使用した不織布が良い。

多くの材料を検討した結果から保持部材としては、繊維径と空隙率の両特性が重要であることが確認できた。具体的には、繊維径は、２０μｍ以下でより好ましくは３μｍ以下で、空隙率は３０％～９０％でより好ましくは５０％～８５％の範囲が望ましい。理由は、ワックスが毛細管現象で繊維に絡まり適正範囲の空隙率で保持されていると予測している。

上記以外の材料としては、ＰＴＦＥ多孔質体（住友電工・ゴアテックスジャパン、）、ノーメックス（デュポン）・（コーネックス（帝人）に代表するアラミド繊維不織布、液晶ポリマー不織布：ベクルス（クラレ）が用いられるが、これらに限定されるものではなく、例えば、特許第４２２４５６７号のように、ＲＴＶシリコーンゴムに微細な粒粉物と多価アルコールを混ぜ硬化後の成型体を水に浸漬し流出させた微細連続気泡多孔質体ゴムのような構造体で毛細管現象が起こるものでもよい。また、特許第５６８６２２９号のように熱可塑性樹脂とポリオレフィンに孔形成剤を用いて、除去溶媒に浸漬し、微多孔膜を作るものでも良い。

次に、本発明者が、特開２０１８－１３６４３９号公報で開示した、クリーニングローラ芯金に複数本の溝を設ける方法もさらに保持量アップの効果が確認できた。

定着装置は、１対の熱ローラ方式で説明したが、この方式に限らずベルトを使用するベルト定着方式でも良く、定着方式は当然限定されるものではない。さらに、定着ローラ、加圧ローラ、定着ベルトに直接ワックス除去部材を当接せずに、例えば外部加熱ローラにワックス除去部材を当て、外部加熱ローラに付着したワックスを除去する方法でも良く、当接する相手の部材を限定させるものではない。また、オフセットトナーを除去するクリーニング部材が必要でない定着装置も有り、オフセットトナーを除去するクリーニング部材の有無も限定されるものではない。クリーニング部材の形状として、ローラ状・ウェブ状で説明したが、例えば、金属・プラスティックの板に巻きつけた簡単な形状でも良いことは当然である。

［画像形成装置］
図７は定着装置が搭載された画像形成装置の全体構成を示す概略図であり、この実施の形態では画像形成装置として電子写真複写機（以下、単に「複写機」という。）に搭載した例を示している。

図７において、複写機１００は、外部から伝達された画像データに応じて転写材として所定の用紙に対して多色または単色の画像を形成するものである。但し、この実施の形態では単色の画像を形成する複写機を例示している。

この複写機１００は、原稿処理部１０、給紙部２０、画像形成部３０及び排紙部１５を備えている。原稿処理部１０は、装置本体１０１に、原稿載置台１１、原稿搬送部１２及び原稿読取部１３を備えている。

原稿載置台１１は、透明ガラスからなり、原稿が載置可能な構成となっている。原稿搬送部１２は、原稿トレイ１２ａに積載された原稿を１枚ずつ搬送する。この原稿搬送部１２は、紙面奥方向に回動自在に構成され、原稿載置台１１の上を開放することにより原稿載置台１１に原稿を置くことができるようになっている。原稿読取部１３は、原稿搬送部１２で搬送中の原稿または原稿載置台１１に載置された原稿を読み取るものであり、ミラー群１３ａ、集光レンズ１３ｂ及び撮像素子（ＣＣＤ）１３ｃを備えている。

給紙部２０は、給紙カセット２１及びピックアップローラ２２を備えている。ピックアップローラ２２は、給紙カセット２１の端部近傍に設けられ、給紙カセット２１から用紙（記録用紙）Ｐを１枚ずつピックアップして用紙搬送路２５に供給する。

画像形成部３０は、感光体ドラム３１、帯電器３２、現像器３３、クリーナ部３４、露光ユニット３５、転写ローラ３６を備える。画像形成部３０では、感光体ドラム３１上にトナー像を形成し、このトナー像を転写ローラ３６により用紙（記録用紙）Ｐに転写し、この感光体ドラム３１と転写ローラ３６とにより転写部Ｂが構成される。

画像形成部３０は、電子写真方式によるものであり、帯電機器３２へのバイアス印加によって表面を一様に帯電した感光ドラム３１に、読み取りデータに基づいて露光ユニット３５からレーザ光を照射して静電潜像を形成する。この静電潜像を現像器３３によりトナー現像して可視像化する。また、トナー像の形成と同期するように、装置本体１０１の下部に装着された給紙カセット２１に装填されている用紙Ｐをピックアップローラ２２によってピックアップし、搬送ローラ３７によって感光ドラム３１と転写ローラ３６との間のニップ部へ搬送する。そして、転写ローラ３６へのバイアス印加によって感光ドラム３１上のトナー像を用紙Ｐに転写して画像形成する。トナー像が転写された用紙Ｐは定着装置３８に送られ、加熱、加圧されることによってトナー像が定着された後、排出ローラ３９によって排紙部１５に排出される。

装置本体１０１の背面１０１ａ側には、主に画像形成部３０で発生する熱を吸引して外部に排出するための吸引ファン１６が設けられており、この吸引ファン１６には、装置本体１０１内の各部から熱を効率的に吸引するための吸引ダクトが設けられている。
［定着装置］

この定着装置３８は、未定着画像が転写された記録媒体を、加熱された定着部材と加圧部材に設けた定着ニップ部に搬送させる装置であり、未定着画像は、ワックスを含有するトナーを用いて形成され、定着、加圧部材の表面のワックス汚れをクリーニング部材により清掃するクリーニング装置を備え、クリーニング部材が親水処理した多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であり、前記実施の形態のものが用いられる。

この定着装置３８を備える画像形成装置１００は、この実施の形態に限定されず、他の電子写真方式や静電記録方式などの画像形成装置にも適用することができる。

この発明は、記録媒体に転写された未定着画像を熱定着させる部材の表面に付着するワックスの汚れを清掃するクリーニング部材、及び未定着画像が転写された記録媒体を熱定着させる定着装置、並びに定着装置を備える電子写真方式や静電記録方式などの画像形成装置に適用でき、プリント画像の光沢メモリの発生を防止すると共に、クリーニング部材の長寿命化と高い画像品質を得ることが可能である。

Ｔ トナー
Ｐ 記録媒体
Ｎ 定着ニップ部
１ 定着ローラ
２ ヒーター
３ 加圧ローラ
４ 分離板
５ クリーニング部材
５ａ 保持部材

Claims (3)

1. 記録媒体に転写された未定着画像を熱定着させる部材の表面に付着するワックスの汚れを清掃するクリーニング部材であり、
   前記未定着画像は、ワックスを含有するトナーを用いて形成され、
   前記クリーニング部材は、親水処理した多孔質ポリテトラフルオロエチレンでその背後に保持部材を有することを特徴とするクリーニング部材。
2. 未定着画像が転写された記録媒体を、加熱された定着部材と加圧部材間に設けた定着ニップ部に搬送して熱定着させる定着装置であり、
   前記未定着画像は、ワックスを含有するトナーを用いて形成され、
   前記定着部材または前記加圧部材の少なくとも一方の部材の表面のワックスの汚れをクリーニング部材により清掃するクリーニング装置を備え、
   前記クリーニング部材は、親水処理した多孔質ポリテトラフルオロエチレンでその背後に保持部材を有することを特徴とする定着装置。
3. 請求項２に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
   

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