JP5276292B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に設けられる定着装置に係り、詳細にはクリーニングローラを設けた定着装置に関する。

従来、電子写真式複写機やプリンタ等の電子写真式画像形成装置は、定着装置を備えている。この定着装置としては、加熱手段により加熱される加熱ローラと、加熱ローラに所定接触圧力をもって圧接する加圧ローラからなる定着ローラを備えており、定着装置の前段の転写装置において加熱ローラ側の面に未加熱現像剤（たとえば、トナー）が転写された記録用紙を、加熱ローラと加圧ローラとの間に通紙することにより、未加熱現像剤を記録用紙に定着するようにしたものが知られている。

また、電子写真式画像形成装置には、複数色の現像剤を使用するカラー画像形成装置がある。しかしながら、電子写真式カラー画像形成装置の場合には、記録用紙に複数色の現像剤が転写されて、未加熱現像剤の層厚が厚くなる。従って、上記のような従来の定着装置では、溶融した現像剤の一部（あるいは、記録紙から出る紙粉等の異物）が加熱ローラや加圧ローラに付着する現象が発生するとい問題があった。

このような問題を解決するために、ローラ形状またはスクレーパー（ブレード）形状からなるクリーニング部材を加熱ローラや加圧ローラに圧接するように配置し、加熱ローラや加圧ローラに付着した不要な現像剤および異物を取り除くようにしたクリーニング装置が、例えば特許文献１で提案されている。
特開２００３−１６２１７１号公報

定着装置の加熱ローラは、未加熱現像剤を加熱するために、表面温度が所定の設定温度になるように温度制御されている。たとえば、使用する現像剤の軟化点が６０〜８０℃、融点が１３０〜１８０℃である場合、加熱ローラ表面温度の設定温度は１８０〜２１０℃である。クリーニング部材としてクリーニングローラを用いた定着装置では、該クリーニングローラはこのような高温の加熱ローラの表面に直接接触しており、クリーニングローラの表面温度は、加熱ローラ表面の設定温度とほぼ同じになる。従って、このクリーニングローラの表面温度は現像剤の融点以上となり、クリーニングローラに回収された加熱ローラ上の不要な現像剤は溶融状態となるため、そのままクリーニングローラの表面に残ってしまう。このため、クリーニングローラが所定の飽和量の現像剤を回収した後は、加熱ローラ上の不要な現像剤をクリーニングローラに回収できなくなって、不要な現像剤が加熱ローラ上に残ったままになり、これが加熱ローラおよび加圧ローラを汚す原因となる。

図３は、従来のクリーニングローラに廃トナーが付着する様子を表したもので、図３（Ａ）に示すように軸幅方向にわたって外径が均一な金属製のクリーニングローラの場合、加熱ローラや加圧ローラの外周部に設けられているサーミスタなどの温度検出手段や剥離爪が存在する位置に対応する部分では汚れが付きにくいため、図３（Ｂ）に示すように、使用時間がある程度以上経過すると、クリーニングローラにおける付着トナーＤに、付着量の多い領域ｃと少ない領域ｄとで段差が生じてくる。この段差によって領域ｄに対向する過熱ローラあるいは加圧ローラに残留した廃トナーを除去できなくなり、いわゆる廃トナーのすり抜け現象が発生する。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、クリーニングローラにおける付着トナーの段差による廃トナーのすり抜け現象が発生しないようにし、それによって記録シートの表面汚れ、裏面汚れを確実に防止することができる定着装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、加熱手段を内蔵する加熱ローラとその加熱ローラに圧接する加圧ローラを有する定着ローラと、該定着ローラの外周面に接触して設けられる周辺部材と、前記定着ローラに圧接するクリーニングローラとを備えた定着装置において、前記クリーニングローラは、前記周辺部材が存在する位置に対応する部分の外径（直径）寸法を、周辺部材が存在しない位置に対応する他の部分の外径（直径）寸法より所定寸法だけ大きくしてあることを特徴としたものであり、前記所定寸法は、前記定着ローラから回収したトナーが前記クリーニングローラの軸方向全周に付着した状態で、前記周辺部材が存在しない位置に対応する他の部分と前記周辺部材が存在する位置に対応する部分との外径が等しくなる寸法である。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記所定寸法は、直径０.９〜１.５ｍｍであることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１又は２の技術手段において、前記クリーニングローラ表面の全域にわたって所定深さの凹部が形成されていることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第３の技術手段において、前記凹部の深さは０.１〜０.２ｍｍであることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１〜４のいずれかの技術手段において、前記クリーニングローラの軸方向の幅は、当該定着装置において処理可能な最大シート幅以上に設定されていることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１〜５のいずれかの技術手段において、前記クリーニングローラは、金属シャフトで構成されていることを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第１〜６のいずれかの技術手段において、前記周辺部材は、剥離爪を含むことを特徴としたものである。

第８の技術手段は、第１〜７のいずれかの技術手段において、前記周辺部材は、温度検出手段を含むことを特徴としたものである。

第９の技術手段は、第１〜８のいずれかの技術手段を備えた画像形成装置である。

本発明によれば、使用時間がある程度以上経過しても、クリーニングローラにおける付着トナーに段差ができなくなるので、廃トナーのすり抜け現象を防止することができる。これによって、定着ローラから不要なトナーを適切に回収することが可能となり、記録シートの表面汚れや裏面汚れを確実に無くすことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が対象とする定着装置の構成を示す概略の縦断面図である。定着装置１は、記録シートＰ上に転写された現像剤であるトナーＴの画像を熱と圧力により加熱させるものであり、定着ローラを構成する加熱ローラ１０と加圧ローラ２０、これらのローラに付着した異物を除去するクリーニングローラ３０，３０、加熱ローラ１０に貼り付いた記録シートを機械的に剥ぎ取る上剥離爪４１、加圧ローラ２０に貼り付いた記録シートを機械的に剥ぎ取る下剥離爪４２、加熱ローラの表面温度を検出する温度検出素子であるサーミスタ４３、過昇温防止手段としてのサーモスタット４４等を備えている。温度検出素子は加圧ローラにも設けられていてもよい。

加熱ローラ１０の芯金１１は、例えば、鉄系の冷間圧延炭素鋼鋼管を引き抜き等で所望の外径、肉厚に加工し、その後研磨加工を行ない外径４０ｍｍ、肉厚１.３ｍｍに製作され、両端部は、外径を３０ｍｍ、肉厚１.５ｍｍに絞り加工され、加熱ローラに加わる荷重を軸支部材であるボールベアリング（ころがり軸受の一種）で支えられる。さらに芯金１１は、防錆の目的で材料表面に対してパーカライジング処理（リン酸塩被膜処理）を施し、錆の発生を抑制している。

加熱ローラ１０における、絞り加工を施していない中央のスリーブ部分には、加熱溶融したトナーとの接触でも離型性能を維持できるフッ素系樹脂が一般的に用いられる。前記フッ素樹脂としては、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、あるいはそれらの混合体であり、導電性の芯金１１上に、中間層１２を介して表面絶縁層１３としてコーティングされている。

表面絶縁層１３としては、耐熱性および離型性の観点から、その他の、例えば、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（ＦＥＰ）、エチレン／テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン／クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂、あるいはフッ素ゴムラテックスを含む材料を各々単独で、もしくは２種類以上を組み合わせて使用することもできる。これらは、塗布・焼成によって形成すること、あるいはチューブ被覆で形成すること等ができる。

中間層１２は、表面絶縁層１３としてのフッ素樹脂とパーカライジング処理した炭素鋼鋼管表面との接着性を高めるものである。本実施の形態では、ゴム系あるいはレジン系接着材等の絶縁性プライマを用いている。なお、中間層１２としては、前述の絶縁性プライマ以外に、導電性プライマを用いることができる。

また、加熱ローラ１０の内面には耐熱吸熱層が形成されている。この耐熱吸熱層は、加熱ローラ１０が内包した加熱体であるハロゲンランプ１４が加熱ローラの内周面に赤外光等の放射エネルギーを放出した場合に、これを効率良く吸収して熱に変換するものである。耐熱吸熱層は、例えば、変性シリコーン樹脂、無機耐熱黒顔料、炭化水素（溶剤）などを混合したものを塗布し乾燥させたものであり、膜厚２０〜３０μｍに形成する。一般的に、オキツモ（商品名）、テツゾール（商品名）、セルモブラック（商品名）等の耐熱塗料が用いられる。

また、加熱ローラ１０には、記録シートＰの裏面に付着してくる逆極性トナーを記録シートＰに留める向きに電位差を付与する目的でバイアス電源（不図示）によりバイアス電圧が印加される。

加圧ローラ２０は、鉄やステンレス等の導電性の芯金２１上に、シリコーンゴム等の耐熱性を有する絶縁性弾性層２２を形成し、その外周に中間層２３を形成する。この中間層２３の外周には、表面の離型性能を向上させる表面抵抗層２４を形成する。中間層２３は、絶縁性弾性層２２と表面抵抗層２４との接着性を高めるものであり、例えば、絶縁性プライマが用いられる。

加圧ローラ２０の表面抵抗層２４は、表面抵抗率として１０¹⁰Ωを用いている。１０⁵Ωでも使用できるが、より好ましくは、１０⁷Ω〜１０¹⁸Ω以上の表面抵抗率が良い。また、体積抵抗率は、１０⁷Ω・ｃｍ以上、より好ましくは、１０¹⁰Ω・ｃｍ以上である。
絶縁性弾性層２２としては、前述のシリコーンゴム系であれば、高温加硫型シリコーンゴム（ＨＴＶ）、付加反応硬化型シリコーンゴム（ＬＴＶ）、縮合反応硬化型シリコーンゴム（ＲＴＶ）、その他にフッ素ゴム、またはこれらの混合物等が挙げられる。具体的には、例えば、ジメチルシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム、ビニルシリコーンゴム等のシリコーンゴム系、フッ化ビニリデンゴム、テトラフルオロエチレン−プロピレンゴム、テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテルゴム、ホスファゼン系フッ素ゴム、フルオロポリエーテル等のフッ素ゴム等を使用することができる。これらのゴムは、各々単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができ、注型・加硫、研磨等で成形する。

クリーニングローラ３０，３０は、アルミニウムや鉄、あるいはそれらの合金（ステンレス鋼も含む）材料からなる金属シャフトで製作され、中空ローラあるいは中実ローラを加工して、両端部にすべり軸受やころがり軸受を嵌合し、荷重バネ等により、それぞれ加熱ローラ１０、加圧ローラ２０に対して所定範囲のニップを保持しながら圧接している。このクリーニングローラ３０，３０の表面は、加熱ローラ１０、加圧ローラ２０の表面に少量残留するトナーを清掃するために、所定の深さを有する凹部が形成されて所定の表面粗さが付与されており、その表面の凹部に不要なトナーが回収される。上記凹部の深さを、０.１〜０.２ｍｍ程度に選ぶことによりトナーの回収性能が最適になる。

クリーニングローラ３０，３０の軸方向の幅は、定着装置において処理可能な最大シート幅以上に設定されている。これにより、定着ローラにおける、加熱装置において処理可能な最大シート幅に対応する部分には不要な現像剤が残ることがない。

次に、本発明により改良されたクリーニングローラについて説明する。加熱ローラあるいは加圧ローラに圧接して設けられるクリーニングローラにおける付着トナーは、剥離爪や温度検出手段等の周辺部材が常に定着ローラの外周面に接触していることから、それらの周辺部材が設けられている位置に対応する部分では付着量が少なく、使用時間がある程度以上経過すると、付着量が多い部分とで段差が生じ、上述したように廃トナーのすり抜け現象が発生する。

そこで、本発明は、クリーニングローラの外径（直径）について、剥離爪や温度検出手段等の周辺部材が設けられる軸幅方向の位置に対応する部分の外径を予め他の部分より大きくしておくことで、付着トナーに段差が生じないようにした。

以下、図２を参照しながら改良したクリーニングローラについて説明する。図２（Ａ）は、クリーニングローラの全体を示す外観図であり、クリーニングローラ３０′は、剥離爪や温度検出手段などの周辺部材が設けられる軸幅方向の位置に対応する部分３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅのところの外径Φ２を、周辺部材が設けられない他の部分３１の外径Φ１より大きくしてある。具体的には、例えば、加圧ローラ側のクリーニングローラの場合、前記Φ１とΦ２の直径の差は０.９〜１.２ｍｍの範囲に選ぶのが適当である。もっとも、通常、加圧ローラの表面はゴム層のある弾性部材なので、上記のΦ１とΦ２の直径の差は、Φ１.５ｍｍ程度であっても、クリーニングローラを加圧ローラの表面に正常に圧接させることができる。

図２（Ｂ）は、上記のクリーニングローラ３０′に廃トナーが付着した状態を示す。上述したように、剥離爪や温度検出手段などの周辺部材が設けられる軸方向の位置に対応する部分の外径を、周辺部材が設けられない他の部分の外径より大きくしたことにより、クリーニングローラにおける付着トナーＤは、図２（Ｂ）に示すように、付着量が多い領域ａ（周辺部材が存在しない位置に対応する部分）と、付着量が少ない領域ｂ（周辺部材が存在する位置に対応する部分）とで従来のように段差（図３（Ｂ）参照）ができなくなる。これにより、廃トナーのすり抜け現象が発生せず、加熱ローラあるいは加圧ローラから不要なトナーを適切に回収することができるようになり、記録シートの表面汚れや裏面汚れを確実に防止することができる。

本発明が対象とする定着装置の構成を示す概略の縦断面図である。 本発明の定着装置に用いられるクリーニングローラについての説明図である。 従来のクリーニングローラについての説明図である。

符号の説明

１…定着装置、１０…加熱ローラ、１１…芯金、１２…中間層、１３…表面絶縁層、１４…ハロゲンランプ（加熱手段）、２０…加圧ローラ、２１…芯金、２２…絶縁性弾性層、２３…中間層、２４…表面抵抗層、３０，３０′…クリーニングローラ、４１，４２…剥離爪、４３…サーミスタ（温度検出手段）、４４…サーモスタット（過昇温防止手段）、Ｐ…記録シート、Ｔ…未定着トナー。

Claims (9)

1. 加熱手段を内蔵する加熱ローラとその加熱ローラに圧接する加圧ローラを有する定着ローラと、該定着ローラの外周面に接触して設けられる周辺部材と、前記定着ローラに圧接するクリーニングローラとを備えた定着装置において、
   前記クリーニングローラは、前記周辺部材が存在する位置に対応する部分の外径（直径）寸法を、周辺部材が存在しない位置に対応する他の部分の外径（直径）寸法より所定寸法だけ大きくしてあり、
   前記所定寸法は、前記定着ローラから回収したトナーが前記クリーニングローラの軸方向全周に付着した状態で、前記周辺部材が存在しない位置に対応する他の部分と前記周辺部材が存在する位置に対応する部分との外径が等しくなる寸法であることを特徴とする定着装置。
2. 前記所定寸法は、直径０.９〜１.５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記クリーニングローラ表面の全域にわたって所定深さの凹部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記凹部の深さは０.１〜０.２ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記クリーニングローラの軸方向の幅は、当該定着装置において処理可能な最大シート幅以上に設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記クリーニングローラは、金属シャフトで構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記周辺部材は、剥離爪を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記周辺部材は、温度検出手段を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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