JP4958585B2 - 転写定着装置、及び、画像形成装置 - Google Patents
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このような転写定着装置を備えた画像形成装置は、転写工程と定着工程とを別々におこなう画像形成装置に比べて、表面性の粗い記録媒体を使用しても画像品質の低下が起こり難いという利点がある。
これに対して、転写定着装置を備えた画像形成装置では、トナー像に対して転写と同時に熱を加えるため、トナーが軟化・溶融して粘弾性を帯びたブロック状の塊になる。そのため、表面性の粗い記録媒体を使用して定着部材と記録媒体との間に微小ギャップが形成されても、その部分に画像が塊として転写されてしまう。したがって、画像は、ボソボソにならずに、良好で高画質なものになる。
詳しくは、特許文献2等において、定着クリーニング装置は、定着ローラに当接して定着ローラ上に付着したトナーを除去する第1クリーニングローラ、第1クリーニングローラに当接して第1クリーニングローラ上に付着したトナーを除去する第2クリーニングローラ、第2クリーニングローラに当接して第2クリーニングローラ上に付着したトナーを除去するブレード、等で構成される。そして、ブレードとクリーニングローラとのロックを防止するために、ブレードの先端領域にテフロン(登録商標)入りニッケルメッキを施している。
また、特許文献3等では、定着ローラから除去したクリーニングローラ上のトナーが定着ローラ上に逆付着するのを防止するために、定着ローラと第1クリーニングローラと第2クリーニングローラとの離型性及び温度を規定している。
さらに、上述したトナーの塊が砕けても、そのトナーがクリーニング部材からきれいに剥離されるわけではなく、クリーニング部材の一部に固着・残留するために、被クリーニング部材とクリーニング部材との接触状態が不均一になってしまったり、ブレード部材の先端部が破損してしまったりする。
また、クリーニング部材の表面の離型性を高めて、固着トナーをクリーニング部材から剥離しやすくする方策も考えられる。しかし、その場合、被クリーニング部材から残留トナーを除去するクリーニング部材の本来的な機能が低下してしまうことになる。
θ0>θ1
θ2>100
なる関係が成立するものである。
図1〜図4にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
まず、図1にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図1において、1は画像形成装置としてのカラー複写機の装置本体、2は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部(露光部)、20Y、20M、20C、20BKは各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応したプロセスカートリッジ、21は各プロセスカートリッジ20Y、20M、20C、20BKにそれぞれ収容された感光体ドラム、22は感光体ドラム21上を帯電する帯電部、23Y、23M、23C、23BKは感光体ドラム21上に形成される静電潜像を現像する現像装置、24は感光体ドラム21上に形成されたトナー像を中間転写ベルト27に転写する転写バイアスローラ、25は感光体ドラム21上の未転写トナーを回収するクリーニング部、を示す。
また、各プロセスカートリッジ20Y、20M、20C、20BKは、それぞれ、感光体ドラム21、帯電部22、クリーニング部25が、一体化されたものである。そして、各プロセスカートリッジ20Y、20M、20C、20BKにおける感光体ドラム21上では、それぞれ、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)の画像形成がおこなわれる。
まず、原稿Dは、原稿搬送部51の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部55のコンタクトガラス53上に載置される。そして、原稿読込部55で、コンタクトガラス53上に載置された原稿Dの画像情報が光学的に読み取られる。
書込み部2において、光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応して射出される。レーザ光は、ポリゴンミラー3に入射して反射した後に、レンズ4、5を透過する。レンズ4、5を透過した後のレーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる(露光工程である。)。
その後、現像工程後の感光体ドラム21表面は、それぞれ、複数のローラ部材に張架・支持された中間転写ベルト27との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、中間転写ベルト27の内周面に当接するように転写バイアスローラ24が設置されている。そして、転写バイアスローラ24の位置で、中間転写ベルト27上に、感光体ドラム21上に形成された各色の画像(トナー像)が、順次重ねて転写される(第1転写工程である。)。
その後、感光体ドラム21表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム21における一連の作像プロセスが終了する。
その後、中間転写ベルト27表面は、中間転写ベルトクリーニング部29の位置に達する。そして、中間転写ベルト27上の未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部29に回収されて、中間転写ベルト27上の一連の転写プロセスが完了する。
その後、転写定着ローラ67表面は、クリーニング装置90の位置に達する。そして、転写定着ローラ67上の残留トナーがクリーニング装置90に回収されて、転写定着ローラ67上の一連の転写・定着プロセスが完了する。
詳しくは、記録媒体Pを収納する給紙部61から、給紙ローラ62により給送された転写紙Pが、搬送ガイド63を通過した後に、レジストローラ64に導かれる。レジストローラ64に達した記録媒体Pは、転写定着ローラ67上のトナー像とタイミングを合わせて、転写定着ローラ67と加圧ローラ68とのニップ部に向けて搬送される。
その後、フルカラー画像が転写・定着された記録媒体Pは、排紙ローラ80によって、装置本体1外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。
また、以下の樹脂を混合して使用することもできる。ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族叉は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等である。これらの中で特に、ポリエステル樹脂は、充分な定着性を得るために、好ましい。ポリエステル樹脂は、アルコールとカルボン酸との縮重合によって得られるが、用いられるアルコールとしてはポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール等のジオール類、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ポリエキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールA等のエーテル化ビスフェノル類、これらを炭素数3〜22の飽和もしくは不飽和の炭化水素基で置換した2価のアルコール単体、その他の2価のアルコール単体を挙げることができる。
バインダー樹脂として用いるポリエステル樹脂を得るためには、以上の2官能性単量体のみによる重合体のみでなく、3官能以上の多官能性単量体による成分を含有する重合体を用いることも好適である。かかる多官能性単量体である3価以上の多価アルコール単量体としては、例えば、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−サルビタン、ペンタエスリトール、ジペンタエスリトール、トリペンタエスリトール、蔗糖、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン、その他を挙げることができる。
また、3価以上の多価カルボン酸単量体としては、例えば、1,2,4−ペンゼントリカルボン酸、1,2,5−ペンゼントリカルボン酸、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、エンボール3量体酸、これらの酸無水物、その他を挙げることができる。
また、カラートナーには、サリチル酸誘導体の金属塩を用いることが特に好ましいが、必要に応じてカラートナーの色調を損なうことのない透明もしくは白色の物質を添加して、トナーの帯電性を安定的に付与することができる。具体的には、有機ホウ素塩類、含フッ素四級アンモニウム塩類、カリックスアレン系化合物等が用いられるが、これらに限られるものではない。
また、外添加剤として、トナーの流動性を向上させる目的で、疎水性のシリカ、酸化チタン、アルミナ等、さらに必要に応じて脂肪酸金属塩類やポリフッ化ビニリデン等を添加してもよい。
図2に示すように、転写定着装置66は、定着部材としての転写定着ローラ67、加圧部材としての加圧ローラ68、クリーニング装置90、等で構成される。
なお、転写定着ローラ67は、芯金と離型層との間に、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等からなる弾性層を設けることもできる。
加圧ローラ68の表面層としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(4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)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、等を用いることができる。
なお、加圧ローラ68は、芯金と離型層との間に、多孔質セラミック等からなる断熱層を設けたり、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等からなる弾性層を設けたりすることもできる。
第1クリーニングローラ91の表面層は、PTFE、PFA、FEP等のフッ素化合物に、耐摩耗性に優れたカーボン、ガラス繊維、セラミック、ポリイミド等の充填剤や摺動性に優れた二硫化モリブデン等の充填剤を2〜20%加えたものである。特に、フッ素化合物として、四フッ化エチレン・エチレン共重合体樹脂(ETFE)等のように水素の半分がフッ素に置換された構造のものを用いた場合には、水に対する接触角の異なる材料を容易に得ることができる。また、表面層に充填剤を多く含ませることで、耐磨耗性が確保され、トナーを掻き取ることによる損耗も軽減される。
第2クリーニングローラ92の表面層は、PTFE、PFA、FEP等のフッ素化合物に、耐摩耗性に優れたカーボン、ガラス繊維、セラミック、ポリイミド等の充填剤や摺動性に優れた二硫化モリブデン等の充填剤を2〜20%加えたものである。第2クリーニングローラ92の表面層も、第1クリーニングローラ91と同様に、好適な材料を選択することで水に対する接触角を任意に設定することができる。
θ0>θ1 …(1)
θ2>100 …(2)
なる関係が成立するように構成している。なお、「水に対する接触角」は、物体の離型性(表面エネルギー)を表す特性値であって、この値が大きいほど離型性が高い(表面エネルギーが低い)ことになる。
上述した式(1)、(2)の関係を満足することで、加熱状態にあるトナーがクリーニング装置90に大量に入力する場合であっても、転写定着ローラ67(被クリーニング部材)に残留したトナーを不具合なく確実にクリーニングすることができる。
図3は実験の条件及び結果を示す表図であって、図4は図3の実験の結果を示すグラフである。図4において、実線グラフはクリーニングローラの水に対する接触角と起動トルクとの関係を示し、一点鎖線グラフはクリーニングローラの水に対する接触角とクリーニング性との関係を示す。また、図4中の破線は、被クリーニング部材の接触角(110°)を示す。
被クリーニング部材として、パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)や四弗化エチレン樹脂(PTFE)等の表層とシリコンゴム等の耐熱ゴム層を有する多層構造の転写定着ローラを用いた。転写定着ローラの接触角は約110°であった。
ブレード部材は、肉厚が0.1mmのSUS301にて形成した。
また、クリーニング性の評価は、被クリーニング部材上にトナー(画像)を担持させてクリーニングローラの位置を1回通過した後に、被クリーニング部材上に残ったトナー量(トナー汚れ)について判定したものである。評価は目視によるランク評価であって、ランク1はクリーニング性が最も良い状態(まったく汚れが残っていない状態である。)であって、ランク2はクリーニング性がある程度良い状態(少し汚れが残っているが気にならない状態である。)である。画像形成装置として不具合のないトナー汚れは、ランク2以下である。ランク3以上はトナー汚れが目立ってしまい、ランク5はほとんどクリーニングされていないような状態である。
まず、クリーニング性について、定性的にクリーニングローラの接触角が小さい程良く、特に、クリーニングローラの接触角を被クリーニング部材の接触角よりも小さくすることで大きな効果が得られることがわかる。なお、ベタ画像に比べてハーフトーン画像に対するクリーニング性が困難なのは、ベタ画像はトナーがフィルム状に集まっていてクリーニングローラに転移しやすいためである。このような場合、被クリーニング部材とクリーニングローラとの温度状態が重要である。すなわち、クリーニングローラの温度を被クリーニング部材の温度よりも下げることで、クリーニングローラ側に接触したトナー面が粘着性を発してクリーニングローラ側に転移しやすくなる。本実施の形態1の構成によれば、転写定着部材67、第1クリーニングローラ91、第2クリーニングローラ92の順に加熱手段から遠ざかるために、その順位で自然に温度が低下することになる。一方、ハーフトーン画像のようにトナーがフィルム状にならないくらい少量の画像である場合は、被クリーニング部材とクリーニングローラとの表面性の優劣(接触角の大小)が重要になることがわかる。
さらに図4の結果にて、クリーニングローラの接触角が104°以下の領域において非常に優れたクリーニング性が得られたことから、θ0−θ1>5程度に調整することが望ましいとの結論を得た。
また、接触角が99°よりも小さいクリーニングローラを用いた場合には、ブレード部材に負荷がかかりブレード部材にゆがみ(破損)が発生してしまった。ブレード部材のゆがみに対しては、ブレード部材の機械的強度を向上させる方策も可能であるが、ブレード部材のロックが解除された後にクリーニングローラ表面にトナーが固着して不均一な状態になり被クリーニング部材との密着性が低下してクリーニング性が劣化する不具合は解消できない。したがって、ブレード部材を接触させるクリーニングローラに関しては、クリーニングローラからのトナーの剥離をスムーズにするために、接触角を99°以上に設定することがよいことがわかる。
同様に、第1クリーニングローラ91と第2クリーニングローラ92との当接位置における、第1クリーニングローラ91の表面温度が第2クリーニングローラ92の表面温度よりも高くなるように構成することが好ましい。
すなわち、ヒータ70(加熱手段)に対する距離が、転写定着ローラ67、第1クリーニングローラ91、第2クリーニングローラ92の順に大きくなるように構成することが好ましい。
また、第1クリーニングローラ91と第2クリーニングろーら92との当接位置における、第1クリーニングローラ91の線速と第2クリーニングローラ92の線速とが異なるように構成することが好ましい。その際、第1クリーニングローラ91の線速が第2クリーニングローラ92の線速よりも遅くなるように構成することがさらに好ましい。
このように摺接する双方の部材間に線速差を設けることで、双方の部材間のトナー転移が促進されてクリーニング能力を向上させることができる。なお、その際の線速差は、20%の範囲内であることが好ましい。これを超えると摺接する部材の振動や異音が大きくなってしまう。また、線速差をもうける場合、トナーが転移させられる側の部材の線速を早めるほうが良い。これは、トナーを取られる側の部材よりも早いペースでクリーニングする表面が送り込まれる方が、クリーニングの効率が高まるためである。
図5にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図5は、実施の形態2における転写定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態1における図2に相当する図である。本実施の形態2における転写定着装置は、中間転写ベルトと転写定着ローラとのニップ部に記録媒体が搬送される点が、転写定着ローラと加圧ローラとのニップ部に記録媒体が搬送される前記実施の形態1のものと相違する。
27 中間転写ベルト(像担持体)、
66 転写定着装置、
67 転写定着ローラ(定着部材)、
68 加圧ローラ(加圧部材)、
69 転写定着ローラ(転写定着部材)、
70 ヒータ(加熱手段)、
90 クリーニング装置、
91 第1クリーニングローラ(第1クリーニング部材)、
92 第2クリーニングローラ(第2クリーニング部材)、
93 ブレード部材、 P 記録媒体。
Claims (9)
- 記録媒体上にトナー像を転写するとともに定着する転写定着装置であって、
トナー像を担持して所定方向に走行するとともに、加熱手段によって直接的又は間接的に加熱されて当該トナー像を加熱・溶融する定着部材と、
前記定着部材に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧部材と、
所定方向に走行するとともに前記定着部材に当接して当該定着部材上のトナーを除去する第1クリーニングローラと、
所定方向に走行するとともに前記第1クリーニングローラに当接して当該第1クリーニングローラ上のトナーを除去する第2クリーニングローラと、
前記第2クリーニングローラに対してカウンタ方向に当接して当該第2クリーニングローラ上のトナーを除去するブレード部材と、
を備え、
前記定着部材の表面における水に対する接触角をθ0とし、前記第1クリーニングローラの表面における水に対する接触角をθ1とし、前記第2クリーニングローラの表面における水に対する接触角をθ2としたときに、
θ0>θ1
θ2>100
なる関係が成立することを特徴とする転写定着装置。 - 前記定着部材と前記第1クリーニングローラとの当接位置における、前記定着部材の線速と前記第1クリーニングローラの線速とが異なるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の転写定着装置。
- 前記定着部材の線速が前記第1クリーニングローラの線速よりも遅くなるように構成されたことを特徴とする請求項2に記載の転写定着装置。
- 前記第1クリーニングローラと前記第2クリーニングローラとの当接位置における、前記第1クリーニングローラの線速と前記第2クリーニングローラの線速とが異なるように構成されたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の転写定着装置。
- 前記第1クリーニングローラの線速が前記第2クリーニングローラの線速よりも遅くなるように構成されたことを特徴とする請求項4に記載の転写定着装置。
- 前記定着部材と前記第1クリーニングローラとの当接位置における、前記定着部材の表面温度が前記第1クリーニングローラの表面温度よりも高くなるように構成されたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の転写定着装置。
- 前記第1クリーニングローラと前記第2クリーニングローラとの当接位置における、前記第1クリーニングローラの表面温度が前記第2クリーニングローラの表面温度よりも高くなるように構成されたことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の転写定着装置。
- 前記第1クリーニングローラ及び前記第2クリーニングローラのうち少なくとも一方は、弾性層を具備したことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の転写定着装置。
- 請求項1〜請求項8のいずれかに記載の転写定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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