JP4350329B2

JP4350329B2 - クリーニング部材および定着装置

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Publication number: JP4350329B2
Application number: JP2001280107A
Authority: JP
Inventors: 誠陣在
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: JP2003084612A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、記録装置、プリンター、マイクロリーダープリンター等の画像形成装置において、電子写真、静電記録、磁気記録等の適宜の作像手段部にて転写材、感光紙、静電記録紙等の記録材に転写式（間接式）または直接式で形成担持させた、トナーの未定着画像を記録材に加熱定着させる定着装置の定着ローラーをクリーニングするためのクリーニング部材および定着装置に関する。
【０００２】
より詳しくは、圧接して回転する一対のローラー間の挟圧部（定着ニップ部）に未定着画像を熱および／または圧力で記録材面に定着させるローラー定着装置についてのオフセット防止手段、及び定着ローラー汚れ防止手段に関する。
【０００３】
【従来の技術】
接触式のクリーニング法には、紙、布、不織布、樹脂、繊維等からなるフエルトをクリーニングウエブとして用いる方法と、芯金の外周にフエルトが被覆されたクリーニングローラー用いる方法とが一般に知られている。これらの方法は、特に電子写真画像形成装置において、定着装置の定着ローラー上の残留トナーの除去等で広く用いられている。
【０００４】
ここで簡単に図１で、転写材上の未定着画像を定着する装置の一般的なウエブクリーニング方式、および定着ローラーのクリーニング機構を説明する。１は定着ローラーで、Ａｌ等の芯金上にＰＴＦＥ等のオフセット防止層を積層し構成される。２は加圧ローラーでＳＵＳ等の芯金上にＳｉゴムを積層し、その外側をＰＦＡチューブ等で被覆、構成される。３はハロゲンヒーター等の熱源で、定着ローラーを適当な温度に加熱する。
【０００５】
これら一対のローラーは圧接回転し、ローラー間の挟圧部に転写材６上に形成担持された未定着トナー画像７を導入し、挟圧搬送させて定着させ最終画像を形成する。
【０００６】
上記一対のローラーのうち、転写材の画像担持側の面に接する定着ローラーは最外層にオフセット防止を目的として、ＰＴＦＥ等の離形層が形成してある。
【０００７】
８はクリーニングウエブユニットで、４はクリーニングウエブ、５は押圧ローラーで、巻き出し側８ａから巻き取り側８ｂに設定された送り速度で、クリーニングウエブ４が送り出され、定着ローラー１の表面に押圧ローラー５により適正圧力で押圧される。
【０００８】
クリーニングウエブの基材の材質としては、耐熱性のある芳香族ポリアミド系繊維に、適量のポリエチレンテレフタレート系繊維（ＰＥＴ系繊維とも記載する）を混合したフエルト（不織布）を例示できる。一般的に、芳香族ポリアミド系繊維は耐熱性に優れるが、剛性が高すぎる場合があるため、より柔軟なポリエチレンテレフタレート系繊維を混合する。そして、ＰＥＴ系繊維の配合量は、ＰＥＴ系繊維の混合により耐熱性が不十分とならない範囲として、５質量％以上６０質量％以下程度とすることが、特開昭５８−１９９３７１号公報に記載されている。
【０００９】
次に、簡単に図２で、一般的なクリーニングローラー方式の定着装置および定着ローラーのクリーニング機構を説明する。９はクリーニングローラーで、定着ローラー１に適正圧力で押圧されており、定着ローラー１の回転に従動する。更に、図３でクリーニングローラーの構成を簡単に説明すると、９ａは例えばアルミのシャフトで、この周辺には、例えば適当な厚さの芳香族ポリアミド系繊維に適量のポリエチレンテレフタレート系繊維が混合されてなるフエルト（不織布）９ｂが被覆されている。
【００１０】
ここで、一般的な転写材へのトナーの定着、及び定着ローラーのクリーニング工程について、図１により説明する。まず、転写材６上へ形成された未定着トナー７は、定着ローラー１及び加圧ローラー２で形成されるニップ部で、加熱、押圧され、トナーの結着樹脂成分が溶融して、転写材６上に定着される。しかしながら、ここで一部のトナーは定着ローラー側に付着し、クリーニングウエブ４と押圧ローラー５で形成されるニップ部に到達する（オフセットトナーとも称する）。ここで、ローラーに付着したトナーは、クリーニングウエブ４に捕集され、巻き取り側８ｂに巻き取られる。このような工程で、定着ローラーに付着したトナーはクリーニングウエブ４により清掃される。
【００１１】
図２に示す様なクリーニングローラー方式の場合、オフセットトナーはフエルト９ｂに捕集され、定着ローラーは清掃される。
【００１２】
基本的に、これらのクリーニング部材はオフセットトナーを定着ローラーから全て回収し、次の工程で画像の表面および裏面がオフセットトナーにより汚れることを防止する。この目的のため、クリーニングウエブ及びクリーニングローラーにおいてオフセットトナーを捕集するフエルトには、できるだけオフセットトナーを吸着する力が大きいことが要求される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のクリーニング部材を用いた場合、オフセット防止能力が不十分で、オフセットトナーが次の転写材の画像部に表れたり、また、連続コピー終了後、ある程度休止して、再度コピーを再開すると、クリーニング部材および定着ローラーの間に滞留したトナーがすり抜け、画像の表面および裏面を汚染することがあった。
【００１４】
これらの傾向は、特に、定着性能と大きく相関し、定着性能が劣る条件、すなわち朝の立ち上がり直後、劣悪紙、低温環境下等で助長される。
【００１５】
また、トナーの種類によってもこの傾向に差があり、特に結着樹脂成分としてスチレン−アクリル共重合体樹脂を用いたトナーの場合、不良画像が発生し易い傾向にあった。
【００１６】
以上の様な状況に鑑み、本発明は、結着樹脂成分としてスチレン−アクリル共重合体樹脂を用いたトナーを含む種々のトナーに対して、オフセット防止能力が十分であり、すり抜けが抑制されたクリーニング部材を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明によれば、主に画像形成装置に配設され、汚染物質を捕集するフエルトを具備するクリーニング部材において、
該フエルトは、該フエルトに対して４０質量％以上８０質量％以下の芳香族ポリアミド系繊維と、５質量％以上５５質量％以下のポリエチレンテレフタレート系繊維と、１質量％以上５５質量％以下のスチレン−アクリル共重合体繊維とを含んでなることを特徴とするクリーニング部材が提供される。
【００１８】
すり抜け及びオフセット防止に関して本発明者が鋭意検討した結果、これらの性能は、定着性能だけに依存するわけではなく、フエルトのトナーの吸着能力にも大きく依存していることが明確となった。
【００１９】
この様な観点から、汚染物質、特にトナーを捕集するフエルト（不織布）として、耐熱および耐久性に優れる芳香族ポリアミド系繊維に、フエルトの柔軟性を向上するためにポリエチレンテレフタレート系繊維（ＰＥＴ系繊維とも言う）を織込み、加えてトナーの捕集能を向上するためにスチレン−アクリル共重合体繊維（ＳｔＡｃ繊維とも言う）を織込む。これにより、結着樹脂成分がスチレン−アクリル共重合体樹脂（ＳｔＡｃ樹脂とも言う）トナーの場合を含め、種々のトナーに対する捕集能が向上し、結果としてオフセット防止能力を向上でき、すり抜けを抑制できる。
【００２０】
なお、ＰＥＴ系繊維のフエルトに占める割合は、フエルトを十分に柔軟なものとするため５質量％以上とされ２０質量％以上がより好ましく、フエルトの耐熱性を維持するために５５質量％以下とされ４０質量％以下がより好ましい。
【００２１】
また、ＳｔＡｃ系繊維のフエルトに占める割合は、十分なトナー捕集性を実現するために１質量％以上とされ２０質量％以上がより好ましく、フエルトの耐熱性を維持するために５５質量％以下とされ４０質量％以下がより好ましい。
【００２２】
更に、十分なトナー捕集性を実現するために、定着装置において、トナーに含まれる結着樹脂の溶解度パラメータと、フエルトに含まれる、それぞれの繊維の溶解度パラメータとの差の絶対値のうち、少なくとも１つの該絶対値を１以下とすることが好ましい。
【００２３】
即ち、フエルトには少なくとも３種類の繊維が含まれているが、それぞれの繊維の溶解度パラメータと、定着装置で使用されているトナーの結着樹脂の溶解度パラメータとの差の絶対値を計算し、それらのうちの少なくとも１つが１以下であることが好ましい。
【００２４】
ここで、一般的な高分子材料の吸着力を定量化する理論上の考え方を簡単に示す。簡単には、２物質間の相溶には凝集エネルギーが障害になり、この値が小さい物質間では比較的容易に相溶する。便宜上この尺度として、各物質の溶解度パラメータδという値が定義されており、２物質間の溶解度パラメータ差が小さいほど、相溶のための凝集エネルギーが小さくなり、相溶し易いと説明されている。また、吸着力、接着力についても同様の理論で考えられている。
【００２５】
この様な観点から、フエルトのトナー吸着能力は、それぞれの溶解度パラメータδに、大きく相関があることを見出した。すなわち、オフセットトナーのフエルトへの吸着性は、それぞれの溶解度パラメータδの差が小さいほうが大きいことを見いだした。トナーの結着樹脂成分と溶解度パラメータが近い繊維でクリーニング部材のフエルトを構成することにより、オフセットトナーの吸着力はより大きくなり、充分なクリーニング効果を実現できる。
【００２６】
なお、溶解度パラメータδは、日本化学会編集の化学便覧応用編（１９７３年刊）およびＰｏｌｙｍｅｒＨａｎｄｂｏｏｋ（第４版、ＪｏｈａｎｎｅｓＢｒａｎｄｒｕｐ及びＥ．Ｈ．Ｉｍｍｅｒｇｕｔ編、１９９８年刊）の記載に準じて計算できる。また、共重合体の数値については、それぞれの物質の数値の相乗平均値をδとする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２８】
定着装置への配設を念頭とする場合、クリーニング部材の形態としては、図１の４に示す様に、巻物状のフエルトからなるクリーニングウエブや、図３に示す様に、芯金９ａの外周にフエルト９ｂが被覆されてなるクリーニングローラーが好適である。
【００２９】
一方、定着装置で使用されるトナーは、１成分トナー及び２成分トナーに大別される。１成分トナーは、主成分としては定着用の結着樹脂成分、オフセット防止用のワックス、帯電制御用のＣＡ剤、着色剤、マグネタイト、流動性補助のためのシリカ等から構成される。このうち、ほとんどの成分は結着樹脂成分で、多くの場合ポリエステル系樹脂、特に好ましくはポリエチレンテレフタレート系樹脂（ＰＥＴ系樹脂とも記載する）と、スチレン−アクリル共重合体樹脂（ＳｔＡｃ樹脂とも記載する）とに分類される。特に樹脂自体の帯電性の観点から、一般的にはネガトナーにはＰＥＴ系樹脂、ポジトナーにはＳｔＡｃ樹脂を結着剤成分として使用する。
【００３０】
ＳｔＡｃ樹脂の場合、共重合組成比およびアクリル成分の種類を変化させることで、所望の特性および物性等を実現できる。
【００３１】
２成分トナーについても、マグネタイトの有無が異なるだけで、おおよその組成成分は１成分トナーと同様である。
【００３２】
ここで、トナーの十分な捕集を実現する観点から、トナーに含まれる結着樹脂がスチレン−アクリル共重合体樹脂の場合、スチレン−アクリル共重合体樹脂の溶解度パラメータと、フエルトに含まれるスチレン−アクリル共重合体繊維の溶解度パラメータとの差の絶対値を１．０以下とすることが好ましい。
【００３３】
また、同様の理由から、トナーに含まれる結着樹脂がポリエステル系樹脂である場合、ポリエステル系樹脂の溶解度パラメータと、フエルトに含まれるポリエチレンテレフタレート系繊維の溶解度パラメータとの差の絶対値を１．０以下とすることが好ましい。
【００３４】
更に、トナーの捕集能力を向上する観点から、２５℃での粘度が１ｃｍ²／ｓ以上であるシリコーンオイルを、フエルトに含浸することが好ましい。
【００３５】
以上で説明したクリーニング部材は、定着ローラー上の残留トナーを除去するために、定着装置に好適に配設される。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例および比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
【００３７】
なお、特に明記しない限り、「部」および「％」は「質量部」および「質量％」をそれぞれ表し、試薬等は市販の高純度品を使用した。
【００３８】
（実施例１）
以下、図１に示すクリーニングウエブ方式の定着装置に種々の材質からなるクリーニングウエブを装着し、画像形成性能を検討した。
【００３９】
まずは、本実施例で用いた、画像形成装置、定着装置、トナー、クリーニング部材について順に説明する。
【００４０】
画像形成装置は、キヤノン（株）製のＮＰ６７５０を改良して使用した。特に、本実施例における検討では、種々のトナーを使用したが、極性の異なる物については、必要とするバイアス電源をそれぞれ適宜変更して使用した。本画像形成装置は、１分間にＡ４画像を５０枚複写した。
【００４１】
定着装置は、φ５０ｍｍの定着ローラー１とφ４０ｍｍの加圧ローラー２を圧接回転させたものである。８はウエブユニットで、４はクリーニングウエブ、５は押圧ローラーである。重要な点として、クリーニングウエブのフエルトは、芳香族ポリアミド繊維とポリエチレンテレフタレート系繊維の他に、スチレン−アクリル共重合体繊維を使用して、表１に示す配合比により作製した。
【００４２】
【表１】

【００４３】
以上の各繊維の溶解度パラメータを表２に示した。
【００４４】
【表２】

【００４５】
なお、ＳｔＡｃ繊維は、スチレン−ｎエチルメタクリレート共重合体（モノマー比１：１）である。
【００４６】
以上で得られたフエルトに、２５℃における粘度が１００ｃｍ²／ｓのシリコーンオイル（商品名ＫＦ−９６００、信越化学社製）を含浸させ、クリーニングウエブを作製した。
【００４７】
ウエブユニットの動作としては、巻き出し側８ａから巻き取り側８ｂに設定された送り速度で送り出され、定着ローラー１の表面に押圧ローラー５により適正圧力で押圧される。ここでは、押圧ローラー５としてφ２２ｍｍのスポンジを、押圧として総荷重２．９Ｎで設定した。また、クリーニングウエブの送り速度は、Ａ４画像１枚形成あたり、０．０４ｍｍまたは０．０２ｍｍの２速に切り替えて実験を行った。
【００４８】
一方、トナーは結着樹脂として表３に示す３種類のＳｔＡｃ樹脂を使用したポジトナー（Ａ、Ｂ、Ｃ）、及び１種類のポリエステル樹脂を使用したネガトナー（Ｄ）を主成分とするものを用いた。それぞれの結着剤樹脂の溶解度パラメータ及び配合率は、表３に示すとおりである。
【００４９】
【表３】

【００５０】
以上で得られた表１のクリーニングウエブ（ａ〜ｏ）を定着装置に配置し、表３のトナー（Ａ〜Ｄ）を使用して画像を形成し、以下の基準によりオフセット及び、すり抜け防止効果を評価した。
【００５１】
オフセット評価：ウエブの送り速度を変化させながら、Ａ４普通紙に文字チャートを１０００枚連続コピーし、画像形成できない速度により評価した；
◎：ウエブの送り速度が０．０２（ｍｍ／１枚）以下でも画像形成可、
○：０．０２（ｍｍ／１枚）より速く０．０４（ｍｍ／１枚）以下で可、
×：ウエブの送り速度が０．０４（ｍｍ／１枚）以上でも画像形成不可。
【００５２】
すり抜け評価：上記のオフセット評価終了後、５分休止して再コピー時にオフセットトナーがすり抜けして画像にでない速度により評価した；
◎：ウエブの送り速度が０．０２（ｍｍ／１枚）以下でも画像形成可、
○：０．０２（ｍｍ／１枚）より速く０．０４（ｍｍ／１枚）以下で可、
×：ウエブの送り速度が０．０４（ｍｍ／１枚）以上でも画像形成不可。
【００５３】
以上の評価により、表４に示した通り総合評価を行い、得られた結果を表１にまとめた。
【００５４】
【表４】

【００５５】
（比較例１）
また、表１の比較例に示すようにＳｔＡｃ樹脂を使用せず作製したクリーニングウエブａ’およびｂ’の場合についても同様の評価を行い、評価結果を表１にまとめた。
【００５６】
表１より明らかな通り、実施例のクリーニングウエブを使用した場合、結着樹脂としてＡ〜ＣのＳｔＡｃ樹脂を使用したポジトナーと、Ｄのポリエステル樹脂を使用したネガトナーとの全てに対して、優れたオフセット及び、すり抜け防止効果を示した。
【００５７】
（実施例２及び比較例２）
実施例１の場合と同様にして表５のｐ〜ｖと、比較例１の場合と同様にして表５のａ’及びｂ’とに示すフエルトを作製し、クリーニングローラーを作製した。
【００５８】
以上で得られたクリーニングローラーを図２に示す定着装置に装着し、実施例１と同様のトナー（Ａ〜Ｄ）を使用し、実施例１と同様にしてオフセット性およびすり抜け防止性を評価し、結果を表５にまとめた。
【００５９】
【表５】

【００６０】
表５より明らかな通り、実施例のクリーニングローラーを使用した場合、結着樹脂としてＡ〜ＣのＳｔＡｃ樹脂を使用したポジトナーと、Ｄのポリエステル樹脂を使用したネガトナーとの全てに対して、優れたオフセット及び、すり抜け防止効果を示した。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、オフセット及び、すり抜けと言った現象は、本クリーニング部材を使用することによって、結着樹脂がポリエステル樹脂や、スチレン−アクリル共重合体樹脂のトナーに対して非常に有効に作用し、防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】クリーニングウエブ方式の定着装置を説明するための模式的断面図である。
【図２】クリーニングローラー方式の定着装置を説明するための模式的断面図である。
【図３】クリーニングローラーを説明するための模式的斜視図である。
【符号の説明】
１定着ローラー
２加圧ローラー
３ハロゲンヒーター
４クリーニングウエブ
５押圧ローラー
６転写材
７未定着トナー
８クリーニングウエブユニット
８ａ巻き出し
８ｂ巻き取り
９クリーニングローラー
９ａ芯金
９ｂフエルト

Claims

主に画像形成装置に配設され、汚染物質を捕集するフエルトを具備するクリーニング部材において、
該フエルトは、該フエルトに対して４０質量％以上８０質量％以下の芳香族ポリアミド系繊維と、５質量％以上５５質量％以下のポリエチレンテレフタレート系繊維と、１質量％以上５５質量％以下のスチレン−アクリル共重合体繊維とを含んでなることを特徴とするクリーニング部材。
前記スチレン−アクリル共重合体繊維の前記フエルトに対する配合量は、２０質量％以上であることを特徴とする請求項１記載のクリーニング部材。
前記フエルトは、２５℃での粘度が１ｃｍ²／ｓ以上であるシリコーンオイルを含浸することを特徴とする請求項１又は２記載のクリーニング部材。
前記クリーニング部材は、巻物状の前記フエルトからなるウエブであることを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載のクリーニング部材。
前記クリーニング部材は、芯金の外周に前記フエルトが被覆されてなるローラーであることを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載のクリーニング部材。
定着ローラー上の残留トナーを除去するために、請求項１乃至５何れかに記載のクリーニング部材が配設されてなる定着装置。
前記トナーに含まれる結着樹脂の溶解度パラメータと、前記フエルトに含まれる、それぞれの繊維の溶解度パラメータとの差の絶対値のうち、少なくとも１つの該絶対値は１以下であることを特徴とする請求項６記載の定着装置。
前記トナーに含まれる結着樹脂はスチレン−アクリル共重合体樹脂であり、該スチレン−アクリル共重合体樹脂の溶解度パラメータと、前記フエルトに含まれるスチレン−アクリル共重合体繊維の溶解度パラメータとの差の絶対値が１．０以下であることを特徴とする請求項７記載の定着装置。
前記トナーに含まれる結着樹脂はポリエステル系樹脂であり、該ポリエステル系樹脂の溶解度パラメータと、前記フエルトに含まれるポリエチレンテレフタレート系繊維の溶解度パラメータとの差の絶対値が１．０以下であることを特徴とする請求項７記載の定着装置。