JP4537298B2 - 定着装置およびそれを備える画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に好適に用いられる定着装置およびそれを備える画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いる画像形成においては、一様な電位に帯電された感光体を画像情報に応じた光で露光して静電潜像を形成し、形成された静電潜像を現像剤で現像して可視像化し、可視像化された画像を記録紙などに転写し、転写された記録紙上の現像剤を定着装置で定着させて堅牢な記録画像を形成する。

このような画像形成に用いられる定着装置は、一般的に、加熱ローラと加圧ローラとで構成される定着ローラを備え、加熱ローラに対して加圧ローラを圧接させることによって形成される両ローラの接触領域（以後、ニップ部と呼ぶことがある）へ、可視像を形成する現像剤の転写された記録紙を通過させる際、加熱ローラによる加熱と加圧ローラによる加圧とによって、未定着現像剤を溶融し固着するように構成される。

定着装置における定着動作時には、定着ローラによるニップ部で溶融された現像剤が、記録紙上にすべて固着されずに、その一部がローラの表面に付着する、いわゆるホットオフセットの発生することがある。たとえば加熱ローラに付着した現像剤は、後続して定着される記録紙上の本来白地であるべき部分に転写されて画像欠陥を発生させる。

また、加圧ローラでは、たとえば両面印字のように、搬送される記録紙の裏面にすでに固着している現像剤が、ニップ部を通過するときに熱で再溶融し、その一部が転移し付着することがある。このように加圧ローラに付着した現像剤も画像欠陥の原因となり、また記録紙裏面汚染の原因となる。

定着装置におけるホットオフセットによる画像欠陥は、モノクロ印字の場合、形成画像の白地かぶりまたは記録紙裏面汚れなど許容し得る範囲の欠陥にとどまることもあるけれども、フルカラー印字の場合、所定の色とは異なる色の現像剤が定着ローラから転写されるので実用上許容し得ない欠陥になることが多い。

このような問題を解決するために、定着装置には定着ローラの表面をクリーニングするクリーニング手段が設けられる。図７は、従来の定着装置１の構成を簡略化して示す側面図である。

定着装置１は、加熱ローラ２と、加圧ローラ３と、加熱ローラ２の温度を検出する温度センサ４と、加熱または加圧ローラ２，３に巻き付く記録紙を各ローラから剥離させる第１および第２剥離爪部材５，６と、加熱および加圧ローラ２，３のクリーニング手段である第１および第２クリーニングローラ７，８とを含んで構成される。

加熱ローラ２は、その内部に熱源であるたとえばヒータ９を有し、ヒータ９の発熱によって加熱昇温される。加熱ローラ２の加熱温度は、温度センサ４による検出出力に応じて不図示の制御部がヒータ９を動作制御することによって調整される。この昇温された加熱ローラ２によって記録紙上の現像剤であるトナーが加熱溶融される。加圧ローラ３は、その回転軸線が加熱ローラ２の回転軸線と平行になり、かつ加熱ローラ２に対して押圧されてニップ部１０を形成するように配置される。加熱ローラ２と加圧ローラ３とで定着ローラを構成する。

第１および第２クリーニングローラ７，８は、回転可能であり、加熱および加圧ローラ２，３に対してそれぞれ接触しかつ摺動することができるように設けられる。第１および第２クリーニングローラ７，８の回転方向は、加熱および加圧ローラ２，３の回転方向に対して順方向であってもよく、また逆方向であってもよい。

ここで、順方向とは、軸線まわりの回転方向ではなく、接触する両ローラの表面が、当接部において同一方向へ移動するように回転することを意味し、逆方向とは、接触する両ローラの表面が、当接部において反対の方向へ移動、すなわち擦れ違うように回転することを意味する。この回転方向の順逆は、本明細書を通じて共通に用いられる。

第１および第２クリーニングローラ７，８は、互いに回転する加熱および加圧ローラ２，３のそれぞれと摺擦することによって、加熱および加圧ローラ２，３からなる定着ローラの表面に付着するトナーを除去しクリーニングする。しかしながら、定着ローラから除去して第１および第２クリーニングローラ７，８側に付着し堆積したトナーは、第１および第２クリーニングローラ７，８が回転を継続してクリーニング動作を続けるうちに、第１および第２クリーニングローラ７，８から定着ローラ側に再付着し、クリーニング効果が得られなくなる。定着装置１において、常に良好なクリーニング効果を得るためには、極めて高い頻度で第１および第２クリーニングローラ７，８を未使用品に交換しなければならないという問題がある。

このような問題を解決する従来技術に、定着装置に備わる定着ローラに、連続的に送出すことができる清掃部材を用いるローラクリーニング手段を設けるものがある（特許文献１参照）。

図８は、従来技術の定着装置に備わるローラクリーニング手段１１の構成を簡略化して示す図である。図８では、定着ローラのうち加熱ローラ１２に設けられるローラクリーニング手段１１を図示する。ローラクリーニング手段１１は、予め巻きまわされた帯状の清掃部材１３を送出す送出ローラ１４と、送出ローラ１４から送出される清掃部材１３を巻取る巻取ローラ１５と、送出ローラ１４と巻取ローラ１５との間に清掃部材１３を加熱ローラ１２に対して押圧するように設けられる圧接ローラ１６（ウェブ圧接ローラとも呼ばれる）とを含む構成である。

ローラクリーニング手段１１は、巻取ローラ１５および送出ローラ１４と圧接ローラ１６とを回転させずに静止させた状態で清掃部材１３を矢符１７方向に回転駆動する加熱ローラ１２に対して押圧し、加熱ローラ１２と清掃部材１３とを摺擦させることによって、加熱ローラ１２の外周面に溶融状態で付着したトナー１８ａを除去し、除去したトナー１８ｂをほぼ溶融状態のまま圧接ローラ１６と巻取ローラ１５との間に位置する清掃部材１３と加熱ローラ１２の表面とで形成される間隙に貯留する。

前記間隙に貯留されるトナー１８ｂがある程度の量に達したとき、ローラクリーニング手段１１は、巻取ローラ１５を矢符１９方向に巻取動作させて清掃部材１３を予め定める長さだけ巻取り、トナー１８ｂを清掃部材１３に付着させた状態で加熱ローラ１２表面から離脱させる。

この清掃部材１３を用いるローラクリーニング手段１１によれば、清掃部材１３がある程度の量のトナーをクリーニングした時点で、送出ローラ１４から未使用の清掃部材１３を送出してクリーニング能を回復させることができる。したがって、送出ローラ１４に予め巻きまわした清掃部材１３を使い切るまでは、ローラクリーニング手段１１の交換作業をすることなく、長時間にわたって定着動作を継続することができる。

しかしながら、特許文献１に開示されるローラクリーニング手段１１を備える定着装置には以下のような問題がある。

近年、画像形成装置には、画像形成速度すなわち印字処理速度の向上が強く望まれている。数年前には標準紙（ＪＩＳ−Ｐ０１３８に規定されるＡ４サイズ横搬送）での印字処理速度が４０〜６０枚／分であったものが、現状では印字処理速度が１００〜１２０枚／分を望まれるに至っている。１００〜１２０枚／分の印字処理速度は、電子写真感光体の周速度いわゆるプロセス速度で５００〜６００ｍｍ／秒にも達する。５００〜６００ｍｍ／秒のプロセス速度で印字処理が実行されてトナー像の形成された記録紙は、同じ速度で定着装置に進入して定着ローラ間を通過するので、定着装置は該速度に対応して定着動作を完了しなければならない。

定着動作時、昇温している定着ローラから熱を奪う抜熱源としては記録紙が最大の物であり、プロセス速度が速く、定着ローラ間を通過する記録紙の枚数が多いことは、定着ローラから抜熱される頻度が高くなることを意味する。記録紙が通過することによって定着ローラから抜熱されると、定着ローラの温度が設定温度よりも低くなるので、定着ローラの温度を設定温度へ復帰させるために、定着ローラに備えられる加熱源が動作して定着ローラを昇温させる。昇温動作は、通常若干設定温度よりもオーバーヒートした後、設定温度まで低下する履歴をたどる。したがって、定着ローラ間を通過する記録紙の速度が速くなり、かつ枚数が増加すると、記録紙の抜熱による温度低下と、設定温度への復帰動作に伴う若干のオーバーヒートとを、極めて高い頻度で繰返すという状態になる。

設定温度に対して温度低下とオーバーヒートとを繰返す定着ローラの表面に付着したトナーは、温度低下時には固化するか、または溶融していても粘度が高くなり、オーバーヒート時には過剰に溶融軟化する。特に、温度低下時において固化または粘度上昇したトナーは、定着ローラに対する付着力が大きくなるので、特許文献１に開示されるような清掃部材１３を定着ローラに対して摺擦させるだけでは、定着ローラの表面に付着するトナーを充分に除去することができないという問題がある。

また、プロセス速度が速くなると、定着ローラのトナーが付着している個々のクリーニング必要部が、清掃部材１３によって摺擦される時間が短くなるので、微視的には凹凸形状の表面を有する定着ローラの凹部に入り込んだトナーを充分にクリーニングできないという問題がある。

特開２００３−１０７９５２号公報

本発明の目的は、プロセス速度が速い場合であっても、定着ローラ（加熱ローラもしくは加圧ローラ）に付着するトナーを充分に除去することができるとともに、長期間にわたって優れたクリーニング性能を発現することのできる定着装置およびそれを備える画像形成装置を提供することである。

本発明は、未定着現像剤による画像が形成された記録媒体を、一対の回転体である定着ローラで形成される圧接部に通過させることによって、未定着現像剤を記録媒体上に溶融し固着する定着装置において、
定着ローラの少なくともいずれか一方に当接するように設けられて定着ローラの表面を清掃する帯状の清掃部材と、清掃部材が当接される定着ローラに対して清掃部材を押圧するように設けられる圧接ローラと、予めコイル状に巻きまわされた帯状の清掃部材を送出す送出ローラと、送出ローラから送出されて定着ローラ表面を清掃した清掃部材を巻取る巻取ローラとを有する主クリーニング手段と、
主クリーニング手段よりも定着ローラの回転方向上流側に定着ローラの表面に接するように設けられるクリーニング補助部材と、
主クリーニング手段よりも定着ローラの回転方向上流側に設けられて定着ローラの表面から記録媒体を剥離する剥離爪部材とを含み、
前記クリーニング補助部材は少なくとも定着ローラに接する部分が、繊維状のブラシからなるローラ状部材であり、
前記繊維状のブラシは、繊維径が定着ローラの十点平均粗さ（Ｒｚ）で表される表面粗さよりも小さく、
前記クリーニング補助部材は、定着ローラの回転方向に関して剥離爪部材と主クリーニング手段との間に配置されることを特徴とする定着装置である。

また本発明は、クリーニング補助部材は、清掃部材に接するように設けられることを特徴とする。

また本発明は、クリーニング補助部材は、定着ローラの回転方向と清掃部材の巻取方向とに対して順方向に回転することを特徴とする。

また本発明は、クリーニング補助部材は、定着ローラの回転方向と清掃部材の巻取方向とに対して逆方向に回転することを特徴とする。

また本発明は、電子写真方式で印字画像を形成する画像形成装置であって、前記いずれか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。

本発明によれば、定着ローラに付着する現像剤であるトナーを除去クリーニングする主クリーニング手段よりも、定着ローラの回転方向上流側に定着ローラの表面に接するようにしてクリーニング補助部材が設けられる。このことによって、主クリーニング手段の清掃部材とクリーニング補助部材との両方を定着ローラに対して当接させてクリーニングすることができるので、プロセス速度が速い場合であっても、トナーが付着した定着ローラの表面が摺擦される時間を充分確保することが可能になり、充分にクリーニングをすることができる。また主クリーニング手段によるクリーニングの前に、クリーニング補助部材で予備的にクリーニングして、定着ローラに付着ないし定着ローラ表面の凹部に入り込んでいるトナーを浮き上がらせ、また凝集トナーをほぐすことができるので、プロセス速度が速い場合であっても、主クリーニング手段によって定着ローラに付着するトナーを充分に除去することができる。また主クリーニング手段に未使用の清浄部分に更新可能な清掃部材を用いることによって、長期間にわたって優れたクリーニング性能を発現することができる。

また、クリーニング補助部材は、主クリーニング手段よりも定着ローラの回転方向上流側に設けられて定着ローラの表面から記録媒体を剥離する剥離爪部材と、主クリーニング手段との間に配置される。このことによって、剥離爪部材によって記録紙が確実に剥離されて、その表面が露出した定着ローラを、主クリーニング手段でクリーニングする前に、クリーニング補助部材で予備的にクリーニングすることができるので、主クリーニング手段によるクリーニング効果を一層確実なものとすることができる。

また、クリーニング補助部材は、少なくとも定着ローラに接する部分が、繊維状のブラシからなるローラ状部材であり、好ましくは繊維状のブラシは、繊維径が定着ローラの表面粗さ（Ｒｚ）よりも小さいように構成される。このことによって、定着ローラの凹凸形状を有する表面の凹部に入り込んだトナーをも充分に浮き上がらせることができるので、主クリーニング手段によって確実に定着ローラ表面からトナーを除去クリーニングすることができる。

また本発明によれば、クリーニング補助部材は、清掃部材にも接するように設けられるので、定着ローラのクリーニングだけでなく、定着ローラから除去されてクリーニング補助部材に付着するトナーを清掃部材でクリーニングすることができる。

また本発明によれば、クリーニング補助部材は、定着ローラの回転方向と清掃部材の巻取方向とに対して順方向に回転するように構成されるので、定着ローラに対する負荷が少なく、定着ローラの回転ムラを低減することができる。すなわち、搬送される記録紙に対する搬送ムラを回避し、定着性能を安定化することができる。

また本発明によれば、クリーニング補助部材は、定着ローラの回転方向と清掃部材の巻取方向とに対して逆方向に回転するように構成されるので、トナーの除去能力を一層向上することができる。

また本発明によれば、画像形成装置が上記いずれかの定着装置を備えるので、高速度で印字処理を実行する場合であっても、トナー汚れのない高品質な画像を長時間にわたって形成することができる。

図１は本発明の実施の第１形態である定着装置２０の構成を簡略化して示す図であり、図２は図１に示す定着装置２０の加熱ローラ２１付近の拡大図である。定着装置２０は、１対の回転体から成り定着ローラを構成する加熱ローラ２１および加圧ローラ２２と、主クリーニング手段２９と、クリーニング補助部材３０と、第１および第２剥離爪部材３１，３２と、加熱ローラ２１および加圧ローラ２２の表面温度を検出する第１および第２温度センサ３３，３４とを含んで構成される。

また、定着装置２０には、不図示であるけれども、加熱ローラ２１に備わる熱源である加熱ヒータ３５ａ，３５ｂおよび加圧ローラ２２に備わる熱源である加熱ヒータ３６に電力を供給するヒータ制御電源、加圧ローラ２２を加熱ローラ２１に対して押圧する押圧手段、加熱ローラ２１および加圧ローラ２２を回転駆動させる駆動手段など、公知の定着装置に備えられるのと同様の各部が備えられる。

定着装置２０は、たとえば電子写真方式の画像形成装置に搭載されて、未定着現像剤による画像が形成された記録媒体３８を、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とで形成されるニップ部３７に通過させることによって、未定着現像剤を記録媒体３８上に溶融し固着する定着に用いられる。

加熱ローラ２１は、円筒状の芯金部４１と、芯金部４１の外周面上に設けられる弾性表層部４２と、芯金部４１の内部に設けられる上記加熱ヒータ３５ａ，３５ｂとを含んで構成される。芯金部４１は、アルミニウム合金またはステンレス鋼などの金属からなり、弾性表層部４２は、耐熱性を有する弾性体であるたとえばシリコーンゴムなどからなる。加熱ローラ２１は、内部の加熱ヒータ３５ａ，３５ｂによって昇温され、その温度が第１温度センサ３３によって検出され、検出温度が加熱ヒータ３５ａ，３５ｂに電力供給するヒータ制御電源へ入力され、ヒータ制御電源によって加熱ローラ２１の表面温度が定着設定温度になるように制御される。

加圧ローラ２２は、加熱ローラ２１の軸線と、その軸線が平行になるように、かつ上記の押圧手段によって加熱ローラ２１に対して押圧され、ニップ部３７を形成するようにして設けられる。加圧ローラ２２は、加熱ローラ２１に類似して円筒形状の芯金部４３と、芯金部４３の外周面上に設けられる弾性表層部４４と、芯金部４３の内部に設けられる加熱ヒータ３６とを含んで構成される。芯金部４３および弾性表層部４４の素材は、加熱ローラ２１のそれらと同じに構成される。本実施形態の加圧ローラ２２では、加熱ローラ２１と同様に内部に加熱ヒータ３６を備える。これは、前述のように印字処理速度が速い画像形成装置に搭載される場合、定着ローラからの抜熱量が多いので、抜熱されて温度低下が生じたとき、早期に設定温度へ復帰させるために加圧ローラ２２にも加熱ヒータ３６が設けられているものである。

第１および第２剥離爪部材３１，３２は、断面形状が略楔状の部材であり、楔状の先端部分が定着ローラに当接するように設けられる。第１および第２剥離爪部材３１，３２は、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とによって形成されるニップ部３７の近くであって、ニップ部３７に関して加熱ローラ２１と加圧ローラ２２との回転方向下流側にそれぞれ配置され、記録媒体３８が定着処理されて定着ローラに巻き付いたとき、該記録媒体３８を剥離させるように動作する。

本実施形態の定着装置２０では、主クリーニング手段２９およびクリーニング補助部材３０が、加熱ローラ２１側と加圧ローラ２２側との両方に設けられるけれども、その構成を同じくするので、加熱ローラ２１側に設けられる主クリーニング手段２９およびクリーニング補助部材３０を代表例として構成を説明し、加圧ローラ２２側に設けられる主クリーニング手段２９およびクリーニング補助部材３０については説明を省略する。

主クリーニング手段２９は、清掃部材２３、圧接ローラ２４、送出ローラ２５、巻取ローラ２６、第１ガイドローラ２７および第２ガイドローラ２８を有し、第１および第２剥離爪部材３１，３２よりも、加熱ローラ２１および加圧ローラ２２の回転方向下流側にそれぞれ設けられる。

清掃部材２３は、定着ローラに当接するように設けられて定着ローラの表面を清掃する。清掃部材２３は、帯状の巻取り巻戻し可能な長い部材であり、加熱ローラ２１の表面に溶融状態で付着している現像剤であるトナーを、微細な空間である空気層および／または空気間隙内に含浸（吸引）することができるような構造を有し、定着温度である２００℃程度の温度における耐熱性を備えるものが用いられ、たとえばノーメックスペーパー（商品名）などが好適である。

圧接ローラ２４は、加熱ローラ２１に押圧される際にある程度変形し、加熱ローラ２１との間に圧接領域５１（以後、この圧接領域もニップ部５１と呼ぶ）が形成されるように、少なくとも最外層が耐熱性を有する弾性素材によって形成される。圧接ローラ２４は、その軸線が加熱ローラ２１の軸線と平行になるように、かつ加熱ローラ２１との間に介在させる清掃部材２３を、不図示の押圧手段によって加熱ローラ２１の表面に押圧するように設けられる。

送出ローラ２５は、リール状の部材であり、予め定める長さの清掃部材２３が巻きまわされている。送出ローラ２５は、不図示の送出ローラ駆動部に接続され、送出ローラ駆動部によって、可逆回転可能にかつ回転速度制御可能に構成され、予めコイル状に巻きまわされた帯状の清掃部材２３を送出すことができる。

巻取ローラ２６は、送出ローラ２５と同様のリール状の部材であり、送出ローラ２５から送出され、圧接ローラ２４で加熱ローラ２１に押圧されてトナーを清掃した清掃部材２３を巻取る。巻取ローラ２６も、不図示の巻取ローラ駆動部に接続され、巻取ローラ駆動部によって、可逆回転可能にかつ回転速度制御可能に構成される。

第１ガイドローラ２７は、圧接ローラ２４と巻取ローラ２６との間に清掃部材２３に当接するように設けられ、第２ガイドローラ２７は、送出ローラ２５と圧接ローラ２４との間に清掃部材２３に当接するように設けられる。第１および第２ガイドローラ２７，２８は、たとえば鉄合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などの熱伝導性に優れる金属製のローラであることが好ましい。第１および第２ガイドローラ２７，２８が熱伝導性に優れる金属から成ることによって、加熱ローラ２１の表面を清掃した清掃部材２３がガイドローラに接して通過する際、清掃部材２３に付着している溶融または軟化状態にあるトナーを、ガイドローラへ伝熱損失させることによって容易に固化することができるからである。

第１および第２ガイドローラ２７，２８は、圧接ローラ２４と巻取ローラ２６との間、また圧接ローラ２４と送出ローラ２５との間に張架される清掃部材２３をさらに張出すことができるような位置に配置される。このように、清掃部材２３がさらに張出されるように第１および第２ガイドローラ２７，２８を配置することによって、清掃部材２３に加えられる張力の安定性が向上し、巻取動作中の清掃部材２３の振動が抑制される。

以下、主クリーニング手段２９の動作について簡単に説明する。送出ローラ２５から清掃部材２３を送出し、第２ガイドローラ２８に張架させた後、圧接ローラ２４と加熱ローラ２１との間で形成されるニップ部５１を通過させ、第１ガイドローラ２７に張架させて清掃部材２３の先端部を巻取ローラ２６に噛込ませて巻取る。巻取ローラ２６で清掃部材２３の先端部を巻取るとき、送出ローラ２５にブレーキ機能を発現させることによって、清掃部材２３に張力が加えられる。

清掃部材２３に張力が加えられた状態で巻取ローラ２６の巻取動作も停止し、清掃部材２３が静止した状態で、加熱ローラ２１が回転動作することによって加熱ローラ２１表面と清掃部材２３とが摺接し、清掃部材２３が加熱ローラ２１の表面を清掃する。ある程度のトナーを清掃したとき、巻取ローラ２６が清掃部材２３を巻取る巻取動作を実行する。

すなわち巻取ローラ２６は、間欠回転駆動する。なお、このときの清掃部材２３の矢符５２で示す巻取方向は、加熱ローラ２１の矢符５３で示す回転方向と逆方向である。

この間欠回転駆動による１度の巻取機会で、巻取ローラ２６が回転移動する周方向距離すなわち清掃部材２３の移動距離は、加熱ローラ２１に圧接ローラ２４が押圧されて形成されるニップ部５１の周方向距離Ｌｎと同等またはそれ以上に設定される。このように巻取ローラ２６で少なくとも距離Ｌｎ以上清掃部材２３を巻取ることによって、清掃部材２３の未使用部分を確実にニップ部５１へ送ることができるので、巻取動作ごとに清掃部材２３による清掃性能を確実に回復することができる。

次に、クリーニング補助部材３０について説明する。クリーニング補助部材３０は、主クリーニング手段２９よりも加熱ローラ２１の回転方向５３上流側であって、第１剥離爪部材３１よりも加熱ローラ２１の回転方向５３下流側において、加熱ローラ２１の表面に接するとともに、清掃部材２３の表面にも接するように設けられる。

参考例として記載するクリーニング補助部材３０は、ローラ状部材であり、芯金部５４と、芯金部５４の外周面上に形成されて加熱ローラ２１および清掃部材２３に接する部分である弾性体層５５とを含んで構成される。芯金部５４は、円筒形または円柱形を有し、アルミニウム合金またはステンレス鋼などの金属からなる。弾性体層５５は、発泡性の弾性部材からなり、独立泡構造を有することが好ましい。弾性体層５５の素材は、独立泡構造を有する弾性部材であればよく、特に限定されるものではないけれども、ポリウレタンフォーム（たとえばモルトプレン；商品名、井上エムテーピー株式会社製）などが好適に用いられる。

図３は、クリーニング補助部材３０の弾性体層５５部分の構成を示す断面模式図である。弾性体層５５は、独立泡５６の発泡セル径ｄが、加熱ローラ２１の十点平均粗さ（Ｒｚ）で表される表面粗さよりも小さく、また好ましくは独立泡５６同士の仕切りを構成する壁（以後、発泡壁と呼ぶ）の厚みｔも、加熱ローラ２１のＲｚで表される表面粗さよりも小さくなるように形成される。

発泡部の構造が連泡構造であると、加熱ローラ２１および清掃部材２３から一部除去クリーニングされたトナーが、連なって形成される気泡の奥へと順次進入するので、クリーニング補助部材３０に蓄積されるトナーが、加熱ローラ２１に対して再付着することも想定される。しかしながら、独立泡構造であれば、トナーが蓄積されることがない。

加熱ローラ２１は、使用されるトナーの種類（たとえばトナーの体積平均粒径が異なる種類など）によって、その表面仕上げが異なるので、表面粗さ（Ｒｚ）を一概に限定することはできないけれども、通常１０μｍ未満になるように形成されることが多い。Ｒｚの小さい方が、トナーの不要な付着を防止することができることによる。したがって、クリーニング補助部材３０は、弾性体層５５の発泡セル径ｄおよび発泡壁厚みｔが、加熱ローラ２１の仕上げ表面粗さ（Ｒｚ）として設定される１０μｍ未満の値よりもさらに小さい値になるように形成される。弾性体層５５の発泡セル径ｄおよび発泡壁厚みｔの下限値は、特に限定されるものではないけれども、数μｍすなわち２ないし３μｍ程度であればよい。数μｍよりも極端に小さいと、加熱ローラ２１の表面に付着するトナーを浮き上がらせ、またほぐすという、発泡構造とすることによる効果を充分に発現することができないからである。

発泡セル径ｄおよび発泡壁厚みｔが、上記の範囲の大きさに設定されることによって、弾性体層５５の表面硬さが好適な範囲の値となるので、クリーニング補助部材３０が加熱ローラ２１の表面を摺擦する際の摩擦力を適度なものにすることができる。このことによって、加熱ローラ２１の表面に溶融軟化して付着しているトナーを、清掃部材２３で除去クリーニングする前に、浮き上がらせるるとともにほぐすことができ、また定着装置を稼動開始するべく立上げるとき、前回の定着動作において加熱ローラ２１に付着し、定着動作終了後加熱ローラ２１が降温されたときに固化したトナーを、浮上がらせるとともにほぐすことができる。

図２に戻って、本実施形態の定着装置２０においては、クリーニング補助部材３０は、主クリーニング手段２９よりも加熱ローラ２１の回転方向上流側に、加熱ローラ２１の回転方向５３と清掃部材２３の巻取方向５２とに対して逆方向（矢符５７方向）に回転することができるように設けられる。なお、クリーニング補助部材３０も回転駆動手段が接続されることによって、上記方向への回転が可能になるけれども、回転駆動手段については図示を省略する。クリーニング補助部材３０を、加熱ローラ２１の回転方向５３と清掃部材２３の巻取方向５２とに対して逆方向に回転させることによって、上記の加熱ローラ２１に付着するトナーを浮上がらせ、またほぐす作用を、顕著に発現させることが可能になる。

このようなクリーニング補助部材３０を、主クリーニング手段２９よりも加熱ローラ２１の回転方向５３に関して上流側に加熱ローラ２１の表面に接するように設けることによって、加熱ローラ２１を清掃部材２３でクリーニングする前に、クリーニング補助部材３０によって予備的にクリーニングし、加熱ローラ２１の表面に付着するトナーを、加熱ローラ２１の表面から浮上がらせるとともにほぐすことができるので、プロセス速度が速く、加熱ローラ２１の設定温度に対する変動が激しく、また加熱ローラ２１と清掃部材２３との清掃のための接触時間が短い場合であっても、主クリーニング手段２９の清掃部材２３による加熱ローラ２１のクリーニングを確実に行うことができる。

またクリーニング補助部材３０を、加熱ローラ２１のクリーニングに使用した後、巻取ローラ２６に巻取られる前の清掃部材２３に対しても接するように設けるので、加熱ローラ２１の表面から除去してクリーニング補助部材３０の表面に付着するトナーを、清掃部材２３によってクリーニングすることができる。

このことによって、清掃部材２３は、定着ローラをクリーニングするだけでなく、定着ローラから除去されてクリーニング補助部材３０に付着するトナーをも除去クリーニングすることができる。クリーニング補助部材３０は、清掃部材２３で清掃されることによって、定着ローラに対する予備的クリーニング能が回復するので、主クリーニング手段２９とともに、長期間にわたって定着ローラに対する優れたクリーニング性能を発揮することが可能になる。

このような効果は、説明を省略する加圧ローラ２２側においても、同様に発現される。したがって、クリーニング補助部材３０と主クリーニング手段２９とによって定着ローラに付着するトナーを充分に除去することができるとともに、清掃部材２３を送出しながら長期間にわたって優れたクリーニング性能を発現することのできる定着装置２０が実現される。

図４は、定着装置２０においてクリーニング補助部材３０を順方向に回転させる状態を示す図である。上記の事例では、定着装置２０に備わるクリーニング補助部材３０を、定着ローラの回転方向５３と清掃部材２３の巻取方向とに対して逆方向に回転させることを示すけれども、クリーニング補助部材３０が回転される方向は、図４に示すように、定着ローラの回転方向５３と清掃部材２３の巻取方向とに対して順方向（矢符５８方向）であってもよい。

順方向へ回転させることによって、定着ローラに対する負荷を軽減することができるので、定着ローラの回転ムラを低減することができる。すなわち、搬送される記録紙に対する搬送ムラを回避し、定着性能を安定化することができる。

図５は、本発明の実施の第２形態である定着装置６０の構成を簡略化して示す図である。本実施形態の定着装置６０は、実施の第１形態の定着装置２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施形態の定着装置６０において注目すべきは、クリーニング補助部材６１は、定着ローラ（本実施形態では加熱ローラ２１および加圧ローラ２２の両方）および清掃部材２３に接する部分が、繊維状のブラシからなるローラ状部材で構成されることである。

クリーニング補助部材６１は、芯金部５４の外周面に、外周面から半径方向に延びるように繊維状の毛材６２を植込んだ構成を有する。毛材６２の素材としては、特に限定されるものではないけれども、たとえばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエステルなどの繊維状加工物が好適に用いられる。繊維状の毛材６２は、その繊維径が定着ローラの十点平均粗さ（Ｒｚ）で表される表面粗さよりも小さいものが用いられる。前述のように、通常、定着ローラの表面粗さ（Ｒｚ）は、１０μｍ未満になるように仕上げられるので、毛材６２の繊維径は、１０μｍ未満、数μｍ以上になるように形成される。

クリーニング補助部材６１の毛材６２の繊維径が、上記の範囲の大きさに設定されることによって、毛材６２が、定着ローラ表面の凹凸形状の凹部へも入り込むことが可能になるとともに適当な腰の強さを有するようになるので、実施の第１形態の発泡性弾性体層５５と同様に、定着ローラおよび清掃部材２３の表面に付着したトナーを、浮上がらせ、またほぐすという効果を奏することができる。

図６は、本発明のもう一つの実施形態である画像形成装置７０の構成を簡略化して示す側部断面図である。図６に例示する画像形成装置７０は、パーソナルコンピュータなどの外部装置や画像読取部７１から入力される画像情報に応じて、所定のシート（記録用紙）に対して電子写真方式でモノクロ画像を形成することに用いられ、印字処理速度すなわちプロセス速度が速い（たとえばＡ４横換算で１００〜１２０枚／分）、いわゆる高速型の装置である。

画像形成装置７０は、大略、画像読取部７１と、電子写真感光体７２と、電子写真感光体７２のまわりに配置される帯電器７３、露光ユニット７４、現像器７５、転写ユニット７６およびクリーナユニット７７と、本発明の定着装置２０と、用紙搬送路７８と、自動給紙トレイ７９と、手差給紙トレイ８０と、排紙トレイ８１とを含んで構成される。

画像読取部７１は、複写画像を形成する場合の原稿画像情報を読取る部分であり、画像形成装置７０の上部に設けられて、原稿載置＆送り部８５と光走査部８６とを含む。画像読取部７１では、原稿載置＆送り部８５に載置された原稿の画像情報を光走査部８６が走査することによって読取り、読取られた画像情報は不図示の画像処理部へ入力される。

帯電器７３は、電子写真感光体７２の表面を所定の電位に均一に帯電させるための、帯電手段である。帯電器７３には、チャージャー型の帯電器が用いられてもよく、また接触型のローラ型やブラシ型の帯電器が用いられてもよい。

露光ユニット７４には、レーザ照射部および反射ミラーを備えるレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）が用いられる。本画像形成装置７０は、高速印字処理を行うために、複数のレーザ光を利用して照射タイミングを高速化できるように２ビーム手法を採用している。露光ユニット７４は、帯電器７３によって均一に帯電された電子写真感光体７２を、画像処理部から出力される画像情報に応じて露光することによって、電子写真感光体７２の表面に、静電潜像を形成する。露光ユニットとしては、ＬＳＵを用いる手法に限定されるものではなく、発光素子をアレイ状に並べたＥＬやＬＥＤ書込みヘッドを用いる手法であってもよい。

現像器７５は、電子写真感光体７２上に形成された静電潜像を、現像剤である黒トナーで顕像化するものである。現像器７５は、現像槽８７と、トナープレチャージボックス８８と、トナー補給ボックス８９とを含む。現像槽８７は、電子写真感光体７２にトナーを供給する現像ローラ、現像ローラの外周面に形成されるトナー層の厚みを規制する層厚規制部材、現像槽８７内で現像ローラに対してトナーを供給する撹拌供給ローラなどを含んで構成される。

トナープレチャージボックス８８は、高速型の本画像形成装置の特徴とする部分である。印字処理速度があまり速くない画像形成装置では、トナー補給ボックスから現像槽へ直接にトナーが補給される。しかしながら、高速型の画像形成装置では、画像形成動作時、単位時間あたりのトナー消費量が多いので、トナー補給ボックスから現像槽へ直接にトナーを補給する構成にすると、トナー補給ボックスから現像槽へ補給されるトナーが極めて短い間に現像ローラへと供給されて、トナーを帯電させる時間を充分に確保することができず、画像濃度不良を生じることがある。したがって、高速型の本画像形成装置７０では、トナー補給ボックス８９と、現像槽８７との間に、トナープレチャージボックス８８を設け、トナー補給ボックス８９から一旦トナープレチャージボックス８８へと補給し、トナープレチャージボックス８８でトナーを予備帯電させた後、トナープレチャージボックス８８から現像槽８７へ補給することによって、トナーの帯電不足を生じることなく、高速印字処理の現像に追随できるように構成される。

電子写真感光体７２上で現像されて顕像化されたトナー像は、搬送される記録用紙上に転写ユニット７６によって転写される。転写ユニット７６は、駆動および従動ローラと、おおよそ１×１０^９〜１×１０^１３Ω・ｃｍの範囲の抵抗を有して駆動および従動ローラに架橋される転写ベルトと、転写ベルトを介して電子写真感光体７２に当接するように設けられて転写電界を印加することができる弾性導電性ローラと、転写ベルトの転写領域の下流側に設けられて、搬送される記録用紙が転写領域で印加された電界を除電する除電ローラと、転写ベルトのトナー汚れと転写ベルトの除電を行う転写クリーニングユニットとを含む。転写ユニット７６では、転写ベルトでトナー像が形成された記録用紙を搬送しながら、トナー像が有する電荷の極性に対して逆極性の電界を弾性導電性ローラに印加することによって、電子写真感光体７２から記録用紙上にトナー像を転写させる。たとえば、トナー像が（−）極性の電荷を有しているとき、転写ユニット７６の印加極性は（＋）極性とする。

電子写真感光体７２の回転方向に関して転写ユニット７６の下流側に設けられるクリーナユニット７７は、転写動作によって電子写真感光体７２から記録用紙上へ転写しきれなかったトナー、すなわち残留トナーを、電子写真感光体７２の表面から除去・回収するものである。

転写ユニット７６によってトナー像が転写された記録用紙は、定着装置２０へ搬送される。本発明の定着装置２０の構成は、前述の図１〜図３を参照する説明のとおりであり、ここでは説明を省略する。定着装置２０に送り込まれた記録用紙は、定着ローラ間のニップ部３７を通過する際、加熱・加圧され、加熱による溶融と、圧接とによって、記録用紙上への投鋲作用で未定着トナーが記録用紙上に定着される。

自動給紙トレイ７９および手差給紙トレイ８０は、画像形成に使用する記録用紙を蓄積し、送出すためのトレイであり、本画像形成装置７０では、装置下部および側壁面に設けられる。画像形成装置７０は、高速印字処理を行うことを目的とするので、自動給紙トレイ７９は、第１〜第３自動給紙トレイ７９ａ，７９ｂ，７９ｃの３種類を備える。装置下部に設けられる自動給紙トレイ７９のうち、第１自動給紙トレイ７９ａは、並列に配置される２つを１組とするカセットで構成され、各カセットには定型たとえばＡ４サイズで最大１５００枚の記録用紙を収容することができ、定型サイズの記録用紙に対する高速印字処理に追随して記録用紙を供給できるようにしている。また画像形成のための給紙は、２つのカセットから交互に給紙できるように制御され、カセットから記録用紙を１枚ずつ送出すピックアップローラの動作所要時間に起因する記録用紙送出しのタイムロスをカバーする。第１自動給紙トレイ７９ａの下方に設けられる第２自動給紙トレイ７９ｂは、上下に配置される２つのカセットを含み、定型外サイズの記録用紙を収容し、供給するユニバーサルカセットである。

装置の側壁面に接して第３自動給紙トレイ７９ｃが設けられる。第３自動給紙トレイ７９ｃは、大容量給紙トレイであり、複数種類のサイズの記録用紙のうちいずれかを、多量にたとえば８０００枚程度収容することができる。また装置の側壁面であって、第３自動給紙トレイ７９ｃの上方に、主として不定型サイズの印字等に用いる記録用紙を収容し供給する手差しトレイ８０が配置される。

排紙トレイ８１は、装置の手差しトレイ８０と対向する反対側の側面に配置される。なお、排紙トレイ８１に代えて、排紙される記録用紙の後処理装置（ステープル、パンチ処理等々）、複数段排紙トレイなどが、設けられるような構成であってもよい。用紙搬送路７８は、各給紙トレイから画像形成するための記録用紙を送給するための搬送路であり、また画像形成されて定着された記録用紙を排紙トレイ８１まで搬送するための搬送路である。本画像形成装置７０では、詳細を省くけれども、片面／両面印字、一括印字処理枚数の多少などの印字処理条件に応じて、排出される記録用紙の排紙形態を、フェイスアップ、フェイスダウンいずれも随意に選択できるように、用紙搬送路７８が切換可能に構成させる。

この画像形成装置７０によれば、定着装置２０が備えられるので、高速度で印字処理を実行する場合であっても、定着ローラがクリーニング補助部材３０と主クリーニング手段２９とによって確実にクリーニングされ、トナー汚れのない高品質な画像を長時間にわたって形成することができる。

本発明の実施の第１形態である定着装置２０の構成を簡略化して示す図である。 図１に示す定着装置２０の加熱ローラ２１付近の拡大図である。 クリーニング補助部材３０の参考例として記載した弾性体層５５部分の構成を示す断面模式図である。 定着装置２０においてクリーニング補助部材３０を順方向に回転させる状態を示す図である。 本発明の実施の第２形態である定着装置６０の構成を簡略化して示す図である。 本発明のもう一つの実施形態である画像形成装置７０の構成を簡略化して示す側部断面図である。 従来の定着装置１の構成を簡略化して示す側面図である。 従来技術の定着装置に備わるローラクリーニング手段１１の構成を簡略化して示す図である。

符号の説明

２０，６０ 定着装置
２１ 加熱ローラ
２２ 加圧ローラ
２３ 清掃部材
２４ 圧接ローラ
２５ 送出ローラ
２６ 巻取ローラ
２７ 第１ガイドローラ
２８ 第２ガイドローラ
２９ 主クリーニング手段
３０，６１ クリーニング補助部材
３１，３２ 剥離爪部材
３５，３６ 加熱ヒータ
７０ 画像形成装置

Claims (5)

1. 未定着現像剤による画像が形成された記録媒体を、一対の回転体である定着ローラで形成される圧接部に通過させることによって、未定着現像剤を記録媒体上に溶融し固着する定着装置において、
   定着ローラの少なくともいずれか一方に当接するように設けられて定着ローラの表面を清掃する帯状の清掃部材と、清掃部材が当接される定着ローラに対して清掃部材を押圧するように設けられる圧接ローラと、予めコイル状に巻きまわされた帯状の清掃部材を送出す送出ローラと、送出ローラから送出されて定着ローラ表面を清掃した清掃部材を巻取る巻取ローラとを有する主クリーニング手段と、
   主クリーニング手段よりも定着ローラの回転方向上流側に定着ローラの表面に接するように設けられるクリーニング補助部材と、
   主クリーニング手段よりも定着ローラの回転方向上流側に設けられて定着ローラの表面から記録媒体を剥離する剥離爪部材とを含み、
   前記クリーニング補助部材は少なくとも定着ローラに接する部分が、繊維状のブラシからなるローラ状部材であり、
   前記繊維状のブラシは、繊維径が定着ローラの十点平均粗さ（Ｒｚ）で表される表面粗さよりも小さく、
   前記クリーニング補助部材は、定着ローラの回転方向に関して剥離爪部材と主クリーニング手段との間に配置されることを特徴とする定着装置。
2. クリーニング補助部材は、清掃部材に接するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. クリーニング補助部材は、
   定着ローラの回転方向と清掃部材の巻取方向とに対して順方向に回転することを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の定着装置。
4. クリーニング補助部材は、
   定着ローラの回転方向と清掃部材の巻取方向とに対して逆方向に回転することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
5. 電子写真方式で印字画像を形成する画像形成装置であって、前記請求項１〜４のいずれか１つ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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