JP2012159594A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オフセットトナーのクリーニング手段のすり抜けによる記録媒体の汚染等の問題を軽減することのできる定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着ベルト１４と加圧ローラ１５とによって形成されるニップに記録媒体Ｐを通して搬送しながらその記録媒体上のトナー画像を定着する定着装置であって、定着ベルト１４と加圧ローラ１５の少なくとも一方には部材に付着したトナーを除去するクリーニング手段２０を備える定着装置において、クリーニング手段２０が加圧ローラ１５に当接されるウエブ２１を備え、該加圧ローラ１５にはクリーニング手段２０よりも回転方向の下流側にクリーニングローラ３０が当接されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、加熱部材と加圧部材とによって形成されるニップに記録媒体を通して搬送しながらその記録媒体上のトナー画像を定着する定着装置及び複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの複合機などの画像形成装置に関するものである。

上記形式の電子写真式の画像形成装置において、トナー画像を担持した記録媒体を加熱部材と加圧部材間に通して搬送しながらその記録媒体上に定着するため定着装置が設けられている。この種の定着装置としては、内部に熱源を持つ定着手段（ローラやベルト）に加圧部材である加圧ローラを圧接し、未定着トナー画像の載った転写紙をローラまたはベルトと加圧ローラとの圧接部を通過させて、トナーを転写紙に定着させるものが主で、同定着部材表面はシリコーンゴムやフッ素コートなど、トナー付着防止のための工夫が施されているが、環境、転写紙などの条件によっては、このトナーが転写紙から若干定着ローラに付着する、オフセットと呼ばれる現象が起こることがある。

オフセットしたトナーは、定着ローラやそれに接触する加圧ローラに残留して、いずれ転写紙に逆転写し、画像を汚すことが知られている。これを防止するために、定着ローラや加圧ローラにはクリーニング手段として塗布ローラが当接されたり、オイルを含んだ巻き取り式のウエブなどが当接される。

微小にオフセットしたトナーは定着ローラや加圧ローラから離型差等により塗布ローラに移行したり、ウエブはローラ回転に対して停止して圧接するのでウエブの表面に付着する。ウエブに付着したオフセットトナーは、巻き取られる事で常に新しい表面が定着ローラや加圧ローラに接触してクリーニングされる。

ウエブの機能として一般的には特許文献１でも示されているように、オイル含浸量が多いとトナーを吸着してクリーニング性を高めることができ、また逆にオイル含浸量が少ないとオイル塗布性が高まってクリーニング性は低下する。そこで、特許文献１ではウエブに２ヶ所の当接部を設けてそれぞれの部分のオイル含浸量を異ならしめることでクリーニング性とオイル塗布性を維持している。しかしながらウエブからのオイル塗布量を増やす事でオイルによる画像スジ等の異常を起こすおそれがある。

反対に単にウエブへのオイル含浸量を少なくするとウエブへのオフセットトナーの吸着（回収）が不十分となり、オフセットトナーの一部はウエブをすり抜けてその一部は転写紙に逆転写したり、また一部は再度ニップを通過して粘度が下がった状態で再びウエブにせき止められ、この部分が固着現象を起こす。この固着部分は定着ローラや加圧ローラと接触しているのでキズの原因となってしまう。

また、冷間状態からの立ち上がりやオフモードからの復帰直後はウエブに溜まったトナーは十分に熱量が与えられていない状態にあり、トナーは熱がかけられてある程度の粘性状態にならないとウエブ表面に吸着固定させることができずにクリーニング性が不十分となる。これは離型剤が多い場合でもウエブからのオイルで定着ローラや加圧ローラにトナーが浮遊状態となるが、その状態で通紙が行われるとこの定着ローラや加圧ローラに浮遊しているオフセットトナーが転写紙に移ってしまい、トナー汚れの原因となってしまう場合がある。この現象は特に立ち上がり時間の短い装置においては顕著に現れやすい。

また、近年、定着装置は、ＴＥＣ（Ｔｙｐｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）値の低減や省エネルギー化のため、スタンバイ時には、熱源（ヒータ）への通電をカットし、画像形成の開始にあわせて通電し、トナーを定着させる温度に定着ローラなどを昇温させている。そのため、定着ローラやベルト張架した加熱ローラなどを１ｍｍ以下に薄肉化して、温度応答性をよくし、定着可能となるまでの時間を短縮してユーザーの使いやすさと省エネルギーを兼ねた仕様としている。このような構成の場合、定着ローラまたは加熱ローラの熱容量が小さいため、転写紙や、定着ローラや定着ベルトの接触部材への熱移動や、風の流れなどの影響を受けやすく、温度分布が部分によって大きく変化しやすい。

定着ローラの温度分布が不均等になると、定着条件の不一致から起こるオフセットの発生や、熱劣化によるローラの寿命が短くなりやすいことなどがあげられる。この中でも特に深刻なのが、クリーニングローラやウエブに堆積したトナー塊の再溶融による転写紙への逆転写という問題である。これは、通紙可能の最大サイズに比較して、小サイズの場合に顕著に発生する現象である（小サイズは、定着ローラに接する面積が小さいため、定着ローラの狭い範囲でしか温度を奪わず、結果、非通紙部での定着ローラまたは定着ベルトの温度は下がらず、通紙部だけ温度が低下する。すると、その部分に対応した温度検知手段がヒータの点灯を指示するため、非通紙部の温度は不必要に上昇、対応した部分のクリーニングローラに付着したトナーも溶融し、逆転写してしまう）。

つまり、クリーニングローラやウエブへのオフセットトナーの固着量が多くなり、連続通紙やなどによって熱がかけられると、固着トナーが溶解して粘度が下がり、オフセットトナーがクリーニングローラの表面の固着トナーとの間で分断されてしまい、回収能力（接着性≒クリーニング性）が下がったり、せっかくクリーニングローラやウエブに付着したオフセットトナーが再び逆転写してしまう、いわゆる溶け出しが発生してしまう場合がある。オフセットトナーは画像面積が高いほうが発生しやすく、逆転写は連続通紙等によるクリーニングローラやウエブの温度上昇によって発生しやすい。

溶け出し防止として、クリーニングローラやウエブを温度が上がりにくい加圧ローラ側に設けることや、特許文献２では架橋剤をクリーニングローラにコートして溶け出し防止を図っている。これは、クリーニングローラの表面に予め架橋剤を塗布して架橋剤をトナーと反応させ（架橋反応）、トナーを高粘度化させて溶け出しを防止する方法である。架橋剤は固着トナー中に分散することで架橋反応を行っている。これにより、クリーニングローラ上に回収されたトナーは粘性の高い状態にあり、溶け出しに対しては効果的だが前述の立ち上がり直後の転写紙のトナー汚れに対しては逆に不利となる場合がある。

クリーニングローラやウエブを加圧ローラ側に当接した場合、クリーニングローラやウエブに含浸されたオイルは通紙中において紙間でしか画像面側である定着ローラに供給されないため、画像のオイル光沢による画像スジ（オフセット）が起こりやすい。

そのため、ウエブへのオイル含浸量を少なくしてオイルによる画像スジを抑えることが望ましいが、同時にオフセットトナーによる異常画像の発生を抑えてクリーニング性能を維持する装置を提供する必要がある。

本発明は、上記した従来の問題を解消し、オフセットトナーのクリーニング手段のすり抜けによる記録媒体の汚染等の問題を軽減することのできる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、加熱部材と加圧部材とによって形成されるニップに記録媒体を通して搬送しながらその記録媒体上のトナー画像を定着する定着装置であって、前記加熱部材と前記加圧部材の少なくとも一方には部材に付着したトナーを除去するクリーニング手段を備える定着装置において、前記クリーニング手段が被クリーニング部材に当接され、該被クリーニング部材には前記クリーニング手段よりも回転方向の下流側に回転クリーニング部材が当接されていることを特徴とする定着装置を提案する。

なお、本発明は、前記クリーニング手段が巻き取り式のウエブで構成されていると有利である。
さらに、本発明は、前記回転クリーニング部材が加熱手段によって加熱されると有利である。ことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。

さらにまた、本発明は、前記回転クリーニング部材の表面にはトナーと反応する架橋剤がコーティングされていると有利である。
さらにまた、本発明は、前記回転クリーニング部材が前記被クリーニング部材に対して接離する手段をもつと有利である。

さらにまた、本発明は、前記回転クリーニング部材は前記被クリーニング部材の温度が一定の温度以上になると離間すると有利である。
さらにまた、本発明は、前記被クリーニング部材が加圧部材であると有利である。

また、上記目的を達成するため本発明は、前記請求項１乃至７の何れかに記載の定着装置を設けたことを特徴とする画像形成装置を提案する。

本発明によれば、クリーニング手段よりも被クリーニング部材の回転方向の下流側に回転クリーニング部材を設けるので、オフセットトナーのクリーニング手段のすり抜けによる記録媒体の汚染等の問題を軽減することができる。

本発明に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 同装置の定着装置を示す側面説明図である。 立ち上げ直後の加圧ローラ上におけるオフセットトナーの処理を示す説明図である。 加熱された状態の加圧ローラ上におけるオフセットトナーの処理を示す説明図である。 クリーニングローラ、加圧ローラの及びトナーの立ち上げ後の時間と温度関係を示すグラフである。 従来の定着装置の加圧ローラ上におけるオフセットトナーの処理を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を用いて説明する。
図１は画像形成装置の一例であるカラープリンタの一部を示す概略図である。ここに示した画像形成装置は、記録媒体上にトナー像を形成する作像装置１と、そのトナー像を記録媒体に定着する定着装置２とを有している。先ず作像装置１の概略について説明する。

図１に示した作像装置１は、ドラム状の感光体として構成された第１乃至第４の像担持体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを有し、その各像担持体上にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成される。第１乃至第４の像担持体３Ｙ乃至３Ｋに対向して転写ベルト４が配置され、この転写ベルト４は、駆動ローラ５と従動ローラ６に巻き掛けられて矢印Ａ方向に走行駆動される。

第１乃至第４の各像担持体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ上にトナー像を形成する構成と、その作用は実質的に全て同一であるため、第１の像担持体３Ｙにトナー像を形成する構成だけを説明する。この像担持体３Ｙは図１における時計方向に回転駆動され、このとき帯電ローラ７によって像担持体表面が所定の極性に均一に帯電される。次いでその帯電面に、レーザ書き込みユニット８から出射する光変調されたレーザビームＬが照射される。これによって像担持体３Ｙに静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置９によってイエロートナー像として可視像化される。

一方、図示していない給紙部から、例えば転写紙又は樹脂シートや樹脂フィルムなどから成る記録媒体Ｐが給送され、その記録媒体Ｐが、像担持体３Ｙと転写ベルト４の間に送り込まれ、転写ベルト４に担持されて搬送される。転写ベルト４を挟んで、像担持体３Ｙにほぼ対向する位置には転写ローラ１０が配置され、その転写ローラ１０に対し、像担持体３Ｙ上のトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加され、これによって像担持体３Ｙ上のイエロートナー像が記録媒体Ｐ上に転写される。記録媒体Ｐに転写されず、像担持体３Ｙ上に残された転写残トナーは、クリーニング装置１１によって除去される。

全く同様にして、第２乃至第４の像担持体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ上にマゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらのトナー像が、イエロートナー像の転写された記録媒体Ｐ上に順次重ね合されて転写される。

上述のようにして４色のトナー像が形成された記録媒体Ｐは、定着装置２を通過し、このときそのトナー像が記録媒体Ｐ上に定着される。定着装置２を通過した記録媒体は、図示していない排紙トレイ上に排出される。

図２は定着装置２を画像形成装置本体の手前側から見たときの当該定着装置２の正面図である。ここに示した定着装置２は、その定着装置の本体フレーム（図示せず）に回転可能に支持された定着ローラ１２と、同じく本体フレームに回転可能に支持された円筒状の加熱ローラ１３とを有し、これらのローラ１２，１３には、無端ベルトより成る定着ベルト１４が巻き掛けられている。また、定着ローラ１２には、定着ベルト１４を介して、円筒状の加圧ローラ１５が対向配置され、この加圧ローラ１５の内部と、加熱ローラ１３の内部には、それぞれヒータ１６，１７が設けられている。なお、符号１８、１９は定着ベルト１４及び加圧ローラ１５にそれぞれ設けられた分離爪である。

加圧ローラ１５は後述するように定着ベルト１４を介して定着ローラに圧接し、加圧ローラ１５が図２における反時計方向に回転駆動される。これによって定着ベルト１４が矢印Ｂ方向に従動回転し、これに伴って定着ローラ１２と加熱ローラ１３が図２における時計方向にそれぞれ回転する。このとき、例えばハロゲンヒータからなるヒータ１６によって加熱ローラ１３が、ヒータ１７によって加圧ローラ１５がそれぞれ加熱される。

ここで、上述した定着装置２の各構成要素のより具体的な例を説明する。定着ベルト１４は、ポリイミド樹脂からなる層厚９０μｍのベース層上に、弾性層、離型層が順次積層された多層構造の無端ベルトである。定着ベルト１４の弾性層は、層厚が２００μｍ程度であって、シリコーンゴム、フッ素ゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性材料で形成されている。定着ベルト１４の離型層は、層厚が２０μｍ程度であって、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樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等で形成されている。定着ベルト１４の表層に離型層を設けることにより、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が確保されることになる。

上述のように、本発明の対象としている定着装置２は、図２に示すように、加圧ローラ１５に付着したオフセットトナーを回収するためのクリーニング手段２０が設けられている。ここに示したクリーニング手段２０は、オイル塗布を兼ねた巻き取り式のウエブユニットであり、オイルが含有されたウエブ２１を加圧ローラ１５に押し付ける押圧ローラ２２と、ウエブが巻き付けられている送り出し軸２３、送り出されたウエブを張架させた状態で巻き取る巻き取り軸２４にて構成されている。

ところで、クリーニング手段２０を採用した従来の定着装置においては連続通紙等でウエブへのトナー入力量が多くなると、トナーがウエブ２１にせき止られた状態で加圧ローラ１５上に残留し、この後電源オフ等で冷却された後再び稼動されると、残留していたトナーがウエブをすり抜けて記録媒体に逆転写してしまうという問題が発生することがあった。

図６はクリーニング手段２０にウエブユニットを有する従来の定着装置を示す。
図６において、例えば朝一番のような機械が室温時に立ち上げた際、ウエブ２１にせき止められて残留しているオフセットトナーは冷えた状態で温度がＭ０になっている。オフセットトナーＭ０は、ウエブ２１に回収されずに加圧ローラ１５に当接している部材間を自由に移動する場合がある。したがって、低い温度のオフセットトナーＭ０はウエブ２１をすり抜けて定着ベルト１４を汚したり、記録媒体の裏面を汚す。さらに、ウエブ２１をすり抜けたトナーが再びウエブ２１に戻ってくると、トナーは加圧ローラ１５に温められ、定着ニップで加熱されて高温で粘度の低いＭ２状態になる。高温のオフセットトナーＭ２は、ウエブ２１をすり抜けることが殆んどないが、ウエブ２１にせき止められてこの部分で固着を起こしてしまう場合がある。この固着トナーは、ウエブの巻き取り動作では十分に回収されずに解け出してしまったり、加圧ローラ１５の表面を傷つけてしまったする。このため、ウエブ２１をすり抜けるオフセットトナーＭ０の問題を解決することが要望されている。

図３は、冷えた状態から立ち上げた直後の定着装置２を示す説明図である。
図３において、冷えた状態のとき、ウエブ２１にせき止められ１たオフセットトナーがあると、該トナーはＭ０状態であり、このトナーＭ０はウエブ２１に回収されずに加圧ローラ１６に当接されている部材間を自由に移動する場合があるので、そのトナーＭ０の一部がウエブ２１をすり抜けてしまうことは先に説明した。本実施形態では、図２及び図３に示すように、ウエブクリーニング手段２０の加圧ローラ１５の回転方向下流側で定着ニップ部Ｎまでの間に回転クリーニング部材としてのクリーニングローラ３０を当接させている。したがって、すり抜けたトナーＭ０は加圧ローラ１５に温められてＭ０からＭ１になり、Ｍ１となるとトナー同士が接着するため、すり抜けたりせずにクリーニングローラ３０に回収される。よって、オフセットトナーが記録媒体等を汚すこと用の問題を解消することができる。しかし、ウエブ２１からクリニングローラ３０までの距離が短いので、すり抜けたトナーＭ０がＭ１に達っせず、クリーニングローラ３０をもすり抜けてしまう虞がある。

そこで、本実施形態のクリーニングローラ３０は加熱手段３１によって加熱されるように構成している。したがって、立ち上げと同時にクリーニングローラ３０を加熱することで、クリニングローラ３０に達したトナーがＭ０であってもここで温められてＭ１になり、クリニングローラ３０によって確実に回収される。なお、図示する加熱手段３１は内蔵されたヒータで構成しているが、加熱手段３１は内蔵ヒータに限らず、輻射熱を利用するものや誘導加熱コイルを用いるもの等であってもよい。

ところで、機械を立ち上げてある程度の時間が過ぎると、加圧ローラ１５もヒータ１７によって十分に温まりせき止められているオフセットトナーもＭ１より高温のＭ２の状態になる。オフセットトナーが高温のＭ２になると、すり抜けや浮遊することがなくなり、ウエブ２１をすり抜けることがなくウエブ２１によって回収されるため、クリーニングローラ３０が不要の状況になる。

そこで、クリーニングローラ３０を加圧ローラ１５に対して接離する接離手段(図示せず)を設け、オフセットトナーが高温のＭ２になると、図４に示すように、クリーニングローラ３０を加圧ローラ１５から離間させるようにして、各部材の長寿命化等を図っている。

また、クリーニングローラ３０は表面に架橋剤をコーティングすることが好ましく、架橋剤をコーティングしたクリーニングローラは回収したオフセットトナーが架橋反応を起こして粘性が高くなるので溶け出したりすることが防止される。

図５は、冷えた状態から立ち上げた後の加圧ローラ１５、クリーニングローラ３０及びそれらに付着するトナーの状態を表し、それに対応した各ヒータ及び接離手段のモータのタイミングを表したグラフと各部のタイミングチャートとを組み合わせた図である。

図５において、グラフの横軸ｔ０は常温から立ち上げた時の時間、ｔ２は立ち上がり終了し、印刷可能となる時間を示し、ｔ３はオフセットトナーの温度がＭ２に達する時間ｔ３を示し、縦軸は温度を取っている。そして、加圧ローラ１５の温度及びクリーニングローラ３０の及びウエブ２１上に付着しているオフセットトナーの温度とクリーニングローラ３０上に付着しているオフセットトナーの温度の変化をグラフに表している。

また、図５の下部に示したタイミングチャートでは上部のグラフの時間軸に対応したクリーニングローラ３０の加熱手段３１および図示しないクリーニングローラ３０の接離手段の動作タイミング、および加圧ヒータ１７の制御タイミングを表している。このタイミングチャートから明らかなように、立ち上がりと同時にクリーニングローラ３０は加圧ローラ４に当接されるともに加熱手段３１がＯＮする。さらに加圧ローラ１５のヒータ１７もＯＮされる。なお、オフセットトナーの温度がＭ２になる時間ｔ３に達すると、ヒータ１７はＯＮ状態のままであるが、クリーニングローラ３０の加圧ローラ４への当接と加熱手段３１はＯＦＦされる。

図５から明らかなように、オフセットトナーは最初温度ｔ０より上昇を開始し、クリーニングローラ３０上に回収された場合は温度ｔ１との交点Ｄになるまで上昇し、印刷可能となる時間ｔ２の時は温度Ｔ１に到達してトナーの粘性によってクリーニングローラ３０上に固定される。なお、加圧ローラ１５は温度ｔ２よりも低い温度で、トナーが溶融し始める温度に達したら回転駆動されるようになっている。

これに対して、クリーニングローラ３０の機能を有しない従来の場合は、オフセットトナーはウエブ２１及び加圧ローラ１５上に残留し、温度Ｔ０から温度Ｔ１との交点Ｅのカーブを辿るため、温度Ｔ１に到達する時間ｔ３の前に印刷可能時間ｔ２となるため、ｔ３-ｔ２の時間の間は浮遊トナーによる画像汚れが発生してしまう。

本発明ではクリーニングローラ３０は時間ｔ３までの間で加圧ローラ４に当接して加熱しているため、浮遊トナーがクリーニング手段２０からすりぬけても回収（固着）するためクリーニング機能を果たす役目をしている。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されずに、各種改変することができるものである。
上記実施形態では、クリーニング手段２０及びクリーニングローラ３０を加圧ローラ側に設けているが、これら部材は定着側に配置することができる。但し、定着側でクリーニングすると、クリーニングの部材で定着部材の表面が傷が付くことがあり、画像品質を低下させてしまうことがあるため、本実施形態では加圧側に設けている。

また、上記実施形態ではクリーニング手段２０としてウエブクリーニング方式を採用しているが、クリーニング手段２０はオイル塗布を兼ねたフェルトもしくはクリーニングローラであってもよい。

なお、本発明の定着装置は定着ニップを形成する加熱定着装置ならば、種々の形式の装置、例えば、ローラ定着装置、加圧ベルトを用いる装置等に適用することができるのは当然である。

２ 定着装置
１５ 加圧ローラ
２０ クリーニング手段
２１ ウエブ
３０ クリーニングローラ
３１ 加熱手段

特開２００８−１２９２７９号公報 特開２００５−２６６７４６号公報

Claims (8)

1. 加熱部材と加圧部材とによって形成されるニップに記録媒体を通して搬送しながらその記録媒体上のトナー画像を定着する定着装置であって、前記加熱部材と前記加圧部材の少なくとも一方には部材に付着したトナーを除去するクリーニング手段を備える定着装置において、
   前記クリーニング手段が被クリーニング部材に当接され、該被クリーニング部材には前記クリーニング手段よりも回転方向の下流側に回転クリーニング部材が当接されていることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、前記クリーニング手段が巻き取り式のウエブで構成されていることを特徴とする定着装置。
3. 前記回転クリーニング部材が加熱手段によって加熱され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。
4. 前記回転クリーニング部材の表面にはトナーと反応する架橋剤がコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の定着装置。
5. 前記回転クリーニング部材が前記被クリーニング部材に対して接離する手段をもつことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の定着装置。
6. 前記回転クリーニング部材は前記被クリーニング部材の温度が一定の温度以上になると離間することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の定着装置。
7. 前記被クリーニング部材が加圧部材であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の定着装置。
8. 前記請求項１乃至７の何れかに記載の定着装置を設けたことを特徴とする画像形成装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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