JP5291522B2

JP5291522B2 - 定着装置のクリーニングシート及びその製造方法

Info

Publication number: JP5291522B2
Application number: JP2009101912A
Authority: JP
Inventors: 史典岩城; あや嘉数
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2029-04-20
Also published as: JP2010250220A

Description

本発明は、トナーを使用したコピー機、プリンター、ファクシミリ装置などの定着装置のクリーニングシート及びその製造方法に関する。

トナーを使用した定着装置は、コピー機、プリンター、ファクシミリ装置などで一般的に使用されている。この定着装置は、加熱定着ロールと加圧ロールとの間にトナー像を担持した紙を供給し、加熱加圧して紙の表面にトナー像を溶融して定着させ、定着ロール上に残ったトナーはクリーニングシートによって除去している。このクリーニングシートにおいて、細かい粒子の残トナーを除去するため、ポリエチレンテレフタレートとナイロン６の分割繊維を使用した不織布が提案されている（特許文献１）。

しかし、特許文献１で提案されているように分割繊維は、繊維断面が三角形状であり鋭利であるため、長期間使用すると定着ロールの表面を損傷してしまうという問題があった。さらに近年はトナーの平均直径が５〜８μｍと小径化し、さらなるワイピング性の向上が求められている。
特開２００２−２３５４５号公報

本発明は、前記従来の問題を解決するため、長期間使用しても定着ロールの表面を損傷することがなく、薄くて強度が高く長尺化でき、小径化したトナーを効率よくワイピングできる定着装置のクリーニングシート及びその製造方法を提供する。

本発明の定着装置のクリーニングシートは、平均繊維直径５μｍ以上の基材繊維を含む不織布で構成される定着装置のクリーニングシートであって、前記不織布は平均繊維直径１μｍ以下のアラミドナノファイバーが前記基材繊維に積層又は混合されて一体化され、前記基材繊維が骨格となり、前記ナノファイバーが前記骨格を架橋した構造であることを特徴とする。

本発明の定着装置のクリーニングシートの製造方法は、平均繊維直径５μｍ以上の基材繊維を含む不織布で構成される定着装置のクリーニングシートの製造方法であって、エレクトロスピンニング法により作製した平均繊維直径１μｍ以下のアラミドナノファイバーを前記基材繊維に積層するか又は混合し、熱カレンダーにより一体化することにより、前記基材繊維が骨格となり、前記ナノファイバーが前記骨格を架橋した構造の不織布で構成される定着装置のクリーニングシートとすることを特徴とする。

本発明のクリーニングシートを構成する不織布は、平均繊維直径１μｍ以下のアラミドナノファイバーが基材繊維に積層又は混合されて一体化され、前記基材繊維が骨格となり、前記ナノファイバーが前記骨格を架橋した構造であることにより、長期間使用しても定着ロールの表面を損傷することがなく、薄くて強度が高く長尺化でき、小径化したトナーを効率よくワイピングできる。

また、本発明のクリーニングシートの製造方法は、エレクトロスピンニング法により作製した平均繊維直径１μｍ以下のアラミドナノファイバーを含むことにより、前記クリーニングシートを効率よく合理的に製造できる。また、長期間使用しても定着ロールの表面を損傷することがない。これは、エレクトロスピンニング法により作製した繊維は、円形もしくは不定形であり、分割繊維のような鋭利な角がないからである。

図１は本発明の一実施例における不織布の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ，３，５００倍）による表面観察写真である。

（１）基材繊維
本発明において基材繊維は、パラ系又はメタ系全芳香族ポリアミド等のアラミド繊維、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル繊維、ナイロン６、ナイロン６６などのポリアミド繊維、ポリフェニレンサルファイド、ポリベンズイミダゾール繊維、ポリベンズオキサゾール繊維、ポリベンズチアゾール繊維、ポリアミドイミド繊維、ポリイミド繊維、ポリアリレート繊維等のいわゆるスーパー繊維を使用できる。これらは一種でも複数種類混合しても良い。好ましくは定着ロールの加熱温度以上の温度（例えば１００℃以上）に耐えられる耐熱性繊維を含ませる。例えば、メタ系アラミド繊維（耐熱性繊維）と未延伸ポリエチレンテレフタレート繊維を混合して使用するのが好ましい。メタ系アラミド繊維の分解温度は３７０℃、ガラス転移温度は２８０〜２９０℃であり耐熱性が高く、引張強度も４４〜５３cN/texと高い。未延伸ポリエチレンテレフタレート繊維は融着繊維として機能する。メタ系アラミド繊維は、例えば帝人社製“コーネックス”、デュポン社製“ノーメックス”がある。基材繊維の平均直径は５μｍ以上である。５μｍ以上であれば強度は高く、入手もしやすい。平均直径は顕微鏡で観察することにより測定できる。メタ系アラミド繊維の繊度は０．４〜３．０ｄｔｅｘが好ましく、未延伸ポリエチレンテレフタレート繊維の繊度は２．０〜６．０ｄｔｅｘが好ましい。

（２）ナノファイバーによる架橋繊維
本発明においては、前記基材繊維が骨格となり、ナノファイバーが前記骨格を架橋した構造である。ナノファイバーとしては、エレクトロスピンニング法で得られた直径１μｍ以下のアラミドナノファイバーを使用する。アラミドナノファイバーとしては、パラ系又はメタ系全芳香族ポリアミドがあるが、このうちポリメタフェニレンイソフタルアミドナノファイバーを使用するのが好ましい。このナノファイバー自体は特開２００８−１３８７２号公報によって知られている。例えば、ポリメタフェニレンイソフタルアミド樹脂を主成分とする粉末０．１〜２０．０ｗｔ％を、塩化リチウムが０．１〜５．０ｗｔ％添加された溶媒Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドに溶解させた紡糸液を、吐出部から電界をかけて曳糸する。電圧は５．０〜５０ｋＶ、紡糸距離は５．０〜５０ｃｍ、単位距離あたりの電圧に換算すると、０．５〜５．０ｋｖ／ｃｍが好ましい。このようにして平均繊維直径１μｍ以下のポリメタフェニレンイソフタルアミドナノファイバーを得る。基材繊維に対してナノファイバーは５〜１５質量％加えるのが好ましい。

本発明において、ナノファイバーによる架橋した構造とは、図１に示すように基材繊維間をナノファイバーが覆い、かつナノファイバーにて連結している構造をいう。すなわち、骨格となる基材繊維にナノファイバーが積層接着され、基材の繊維間をナノファイバーが橋かけしている状態のことをいう。その結果、基材繊維間の接着剤の役割を果たし、引っ張り試験をすると強度が上がる作用効果を示す。

（３）不織布
基材繊維とナノファイバーは不織布に形成する。この不織布は基材繊維の不織布を予め作製しておき、その上にナノファイバーを積層するか、又は基材繊維とナノファイバーを混合した後に不織布としても良い。不織布の種類は、カーデンイグ法、エアレイ法、湿式抄造法等によって得られる短繊維不織布ウェブを使用するのが好ましい。ウェブのボンディングは、サーマルボンド法が好ましい。具体的には、まず基材繊維のウェブを形成しておき、この上にエレクトロスピンニング法によるポリメタフェニレンイソフタルアミドナノファイバーを積層するか、又は基材繊維と前記ナノファイバーを混合し、ウェブとする。次に、熱カレンダーにより一体化する。これにより、基材繊維が骨格となり、ナノファイバーが前記骨格を架橋した構造の不織布を作製する。熱カレンダーは温度１８０〜３００℃、線圧２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍが好ましい。このようにして目付５〜１００ｇ／ｍ²、密度０．３〜０．７ｇ／ｃｍ³の不織布とするのが好ましい。ポリメタフェニレンイソフタルアミドナノファイバーの目付は０．５〜１０ｇ／ｍ²の範囲とするのが好ましい。また、ＪＩＳＬ１０９６８．１２．１Ａ法に従った測定による不織布の強度はＭＤ方向（不織布の長さ方向）で４０Ｎ／５ｃｍ幅以上が好ましく、５０Ｎ／５ｃｍ幅以上がさらに好ましい。

（４）クリーニングシート
前記不織布をクリーニングシートとするには、幅３００〜３６０ｃｍ、長さ５〜３０ｍの長尺シートとし、芯体に巻き取る。好ましくは前記シートにシリコーンオイルを含浸する。含浸率は不織布の空隙の０〜７５％が好ましい。これにより、さらにトナーの除去効率を向上し、オフセット防止機能を高めることができる。

本発明の定着装置のクリーニングシートの好適な例としては、平均繊維直径５μｍ以上の基材繊維を含み、目付け５〜１００ｇ／ｍ²、密度０．３〜０．７ｇ／ｃｍ³の不織布で構成される定着装置のクリーニングシートであって、前記不織布は平均繊維直径１μｍ以下のポリメタフェニレンイソフタルアミドナノファイバーが目付０．５〜１０ｇ／ｍ²の範囲で前記基材繊維に積層又は混合されて一体化され、前記基材繊維が骨格となり、前記ナノファイバーが前記骨格を架橋した構造となっている。

本発明の定着装置のクリーニングシートの製造方法の好適な例としては、平均繊維直径５μｍ以上の基材繊維を含み、目付５〜１００ｇ／ｍ²、密度０．３〜０．７ｇ／ｃｍ³の不織布で構成される定着装置のクリーニングシートの製造方法であって、エレクトロスピンニング法により作製した平均繊維直径１μｍ以下のポリメタフェニレンイソフタルアミドナノファイバーを目付け０．５〜３ｇ／ｍ²の範囲で前記基材繊維に積層するか又は混合し、熱カレンダーにより一体化することにより、前記基材繊維が骨格となり、前記ナノファイバーが前記骨格を架橋した構造の不織布で構成される定着装置のクリーニングシートとすることである。

以下、実施例を用いてさらに具体的に説明する。本発明の実施例、比較例における測定方法は次のとおりとした。
（１）単繊維直径と繊度
単繊維の平均繊維直径は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察によって測定し、繊度はＪＩＳＬ１０１５に準じて測定した。
（２）不織布の厚み
ミツトヨ社製商品名“標準外側マイクロメーターＭ３００”を用い、ラチェットを３回転した時の厚みを測定した。
（３）密度
不織布の目付け及び厚みを測定し、これらの値から密度（単位：ｇ／ｃｍ³）を求めた。
（４）不織布の引っ張り強度
不織布の長さ方向をＭＤ方向とする。不織布を幅５ｃｍ、長さ２０ｃｍに切り、このサンプルについてチャック間隔１０ｃｍ、引っ張り速度１０ｃｍ／ｍｉｎの条件で測定した。

（実施例１）
（１）基材繊維シート
平均繊維直径１５μｍ（繊度２．２ｄｔｅｘ），繊維長５１ｍｍのメタ系アラミド繊維を５０質量％と、平均繊維直径２４μｍ（繊度６ｄｔｅｘ），繊維長５１ｍｍの未延伸ポリエチレンテレフタレート繊維を５０質量％混綿し、カードウェブとし、カレンダー温度２２０℃、線圧１００ｋｇｆ／ｃｍで圧縮し、厚さ３０μｍ、密度０．４５ｇ／ｃｍ³、目付１３ｇ／ｍ²の基材繊維シートを作製した。
（２）ナノファイバーによる架橋繊維
ポリメタフェニレンイソフタルアミドパウダーが１０質量％、塩化リチウムが１重量％となるようにＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドに溶解させたものを紡糸溶液とした。この溶液を、エレクトロスピンニングし、前記で得られた基材繊維シートの上にナノファイバーを目付２ｇ／ｍ²で積層した。得られたナノファイバー走査型電子顕微鏡で測定したところ、繊維径は１００〜３００ｎｍに分布しており、平均繊維径は２００ｎｍであった。平均繊維径は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ，３，５００倍）顕微鏡観察により観察した平均値により求めた。その後、カレンダー温度２００℃、線圧１５０ｋｇｆ／ｃｍで圧縮し、厚さ３０μｍに再調整した。（シリコーンオイルは、信越化学工業社製シリコーンオイル“ＫＦ９６−１００００ｃｓ”を使用し、繊維シートの空隙の５０％に含浸した。

得られた不織布のＭＤ方向の引張強度（最大点荷重）は、５５Ｎ／５ｃｍ幅であった。また、得られた不織布の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ，３，５００倍）による表面観察写真を図１に示す。さらに、得られた不織布を定着用クリーニングシートに仕上げてキヤノン社製複写機（商品名“Image RUNNER”）に組み込み、Ａ４サイズの紙５万枚印刷した後に印刷したオフセットトナーの定着状態を目視で観察した結果と、同条件における定着ロールの損傷具合を顕微鏡で観察した結果を後にまとめて表１に示す。

（比較例１）
実施例１において、基材繊維シートのみを使用し、ナノファイバー使用しない以外は、実施例１と同様に厚さ４０μｍ、密度０．５ｇ／ｃｍ³、目付２０ｇ／ｍ²の不織布を作製した。得られた不織布のＭＤ方向の引張強度（最大点荷重）は、４０Ｎ／５ｃｍ幅であった。この不織布を定着用クリーニングシートに仕上げてキヤノン社製複写機（商品名“Image RUNNER”）に組み込み、Ａ４サイズの紙５万枚印刷した後に印刷したオフセットトナーの定着状態を目視で観察した結果と、同条件における定着ロールの損傷具合を顕微鏡で観察した結果を後にまとめて表１に示す。

（比較例２）
実施例１において、基材繊維シートのみを使用し、ナノファイバー使用しない以外は、実施例１と同様に厚さ３０μｍ、密度０．５ｇ／ｃｍ³、目付１５ｇ／ｍ²の不織布を作製した。得られた不織布のＭＤ方向の引張強度（最大点荷重）は、３０Ｎ／５ｃｍ幅であった。この不織布を定着用クリーニングシートに仕上げてキヤノン社製複写機（商品名“Image RUNNER”）に組み込み、Ａ４サイズの紙５万枚印刷した後に印刷したオフセットトナーの定着状態を目視で観察した結果と、同条件における定着ロールの損傷具合を顕微鏡で観察した結果を後にまとめて表１に示す。

（備考）ワイピング性 ○・・・相対的に最も良好。△・・・同、中程度。×・・・最も劣る。
定着ロールの損傷具合 ○・・・相対的に最も損傷小。△・・・同、中程度。×・・・最も損傷大。

表１から明らかなとおり、実施例１はナノファイバーを基材繊維シートの上に積層一体化させたことにより、引張強度が高く、ワイピング性は良好であり、定着ロールの損傷具合も小さかった。また、実施例１の引張強度が比較例１〜２に比べて高いことにより、基材繊維間をナノファイバーが覆い、かつナノファイバーにて連結している架橋構造であることが確認できた。

（実施例２）
実施例１の基材繊維シートを使用し、この上に実施例１と同様にエレクトロスピンニング法でナノファイバーを各目付け０．６ｇ／ｍ²，０．８ｇ／ｍ²，１．０ｇ／ｍ²で積層した。得られたナノファイバー走査型電子顕微鏡で測定したところ、繊維径は５０〜１５０ｎｍの範囲に分布しており、平均繊維直径は１００ｎｍであった。その後、カレンダー温度１００℃、線圧１５０ｋｇｆ／ｃｍとカレンダー温度２００℃、線圧１５０ｋｇｆ／ｃｍで圧縮し、厚さ３０μｍに再調整した。

得られた不織布のＭＤ方向の引張強度（最大点荷重）を表２に示す。

（備考）＊は比較例。

表２から明らかなとおり、本発明の実施例品はナノファイバーを基材繊維シートの上に積層一体化させたことにより、引張強度が高かった。その分長尺化もできることが確認できた。また、実施例の引張強度が比較例に比べて高いことにより、基材繊維間をナノファイバーが覆い、かつナノファイバーにて連結している架橋構造であることが確認できた。

（実施例３）
実施例１の基材繊維シートを使用し、この上に実施例１と同様にエレクトロスピンニング法でナノファイバーを各目付０．６，１．０ｇ／ｍ²で積層した。得られたナノファイバー走査型電子顕微鏡で測定したところ、繊維径は１００〜５００ｎｍの範囲に分布しており、平均繊維直径は３００ｎｍであった。その後、カレンダー温度２００℃、線圧１５０ｋｇｆ／ｃｍで圧縮し、厚さ３０μｍに再調整した。

得られた不織布のＭＤ方向の引張強度（最大点荷重）を表３に示す。

（備考）＊は比較例。

表３から明らかなとおり、本発明の実施例品はナノファイバーを基材繊維シートの上に積層一体化させたことにより、引張強度が高かった。その分長尺化もできることが確認できた。また、実施例の引張強度が比較例に比べて高いことにより、基材繊維間をナノファイバーが覆い、かつナノファイバーにて連結している架橋構造であることが確認できた。

Claims

平均繊維直径５μｍ以上の基材繊維を含む不織布で構成される定着装置のクリーニングシートであって、
前記不織布は平均繊維直径１μｍ以下のアラミドナノファイバーが前記基材繊維に積層又は混合されて一体化され、前記基材繊維が骨格となり、前記ナノファイバーが前記骨格を架橋した構造であることを特徴とする定着装置のクリーニングシート。
前記アラミドナノファイバーは、エレクトロスピンニング法により作製されている請求項１に記載の定着装置のクリーニングシート。
前記不織布は、目付５〜１００ｇ／ｍ²、密度０．３〜０．７ｇ／ｃｍ³である請求項１に記載の定着装置のクリーニングシート。
前記アラミドナノファイバーは目付け０．５〜１０ｇ／ｍ²の範囲である請求項１又は２に記載の定着装置のクリーニングシート。
前記基材繊維は、全芳香族ポリアミド繊維及び未延伸ポリエステル繊維から選ばれる少なくとも一つの繊維である請求項１に記載の定着装置のクリーニングシート。
前記一体化は、熱カレンダーによる加熱加圧である請求項１に記載の定着装置のクリーニングシート。
前記クリーニングシートにはシリコーンオイルが含浸されている請求項１〜６のいずれかに記載の定着装置のクリーニングシート。
平均繊維直径５μｍ以上の基材繊維を含む不織布で構成される定着装置のクリーニングシートの製造方法であって、
エレクトロスピンニング法により作製した平均繊維直径１μｍ以下のアラミドナノファイバーを前記基材繊維に積層するか又は混合し、熱カレンダーにより一体化することにより、前記基材繊維が骨格となり、前記ナノファイバーが前記骨格を架橋した構造の不織布で構成される定着装置のクリーニングシートとすることを特徴とする定着装置のクリーニングシートの製造方法。