JP2001235956A

JP2001235956A - 画像形成方法

Info

Publication number: JP2001235956A
Application number: JP2000378493A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Tomita; 邦彦富田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】定着部材の表面粗さを抑え、定着時の加圧力
を適正値として、画像形成時にオフセットを起こすこと
なく、光沢のある画像を得る。【解決手段】発熱体２で加熱された定着ローラ１と加
圧ローラ３で被定着物５を挟持して被定着物５上のトナ
ー５ａを加熱溶融する。さらに冷却部４により定着ロー
ラ１の冷却により被定着物５上のトナー５ａが冷却され
て軟化点あるいは融点以下になった後、定着ローラ１よ
り被定着物５が引き剥がされる。このとき、定着ローラ
１のトナー５ａに接触する側の面は表面粗さが抑えら
れ、粗くても表面粗さＲｚを２０μｍ以下としてあるた
め、トナー５ａ表面は平坦となり、被定着物５上のトナ
ー５ａの表面は光沢のある画像となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機やファクシ
ミリ、プリンタ等に用いられている静電気を利用した静
電荷現像する電子写真方式を用いる画像形成方法であ
り、特にフルカラーの高品位画像を形成する画像形成方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、カラートナーを用いたフルカラー
の画像形成方法として、マゼンタトナー、シアントナー
及びイエロートナーの３色の有彩色トナーを用いるも
の、または、この３色の有彩色トナーにブラックトナー
を加えた４色のトナーを用いるものが提案、実施されて
いる。

【０００３】これらの光沢を出すための原理としては、
一般にトナー層の表面が平滑であれば光が当たったとき
に鏡面反射しやすく光沢がでる。これに対して、表面の
平滑度が低ければ光が当たったとき、表面で乱反射する
ために艶消しとなる。このことから、従来の方式ではト
ナー層の表面を潰しやすくする必要があり、定着時にお
いて溶融粘度を下げるために加熱温度を上げてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成の前記従来例のフルカラーの画像形成方法によ
ってカラー画像を形成すると、通常のモノクロ画像より
は光沢が得られるものの不完全であり、逆にブラックト
ナーにより形成される画像は他の有彩色トナーの定着条
件と合わせるために、照り返しが発生して読みづらいも
のになっており全体的に非常に画像品位の低いものとな
っていた。

【０００５】また、このようにトナーの粘度が低い状態
で定着を行うと、定着部材にトナーが残るオフセット等
の問題も発生しやすく、オイルを定着部材に塗布する装
置が必要となり装置の大型化及びコストの増大が大きか
った。しかも、従来の方式のように温度を上げるような
方法では、消費電力が大きくなり低消費エネルギーの要
求を満足することはできないという問題があった。

【０００６】本発明は、前記従来技術の問題を解決する
ことに指向するものであり、定着部材の表面粗さを抑え
て、定着時の加圧力を適正値とし、簡単な装置構成によ
り、画像形成を行ってもオフセットを起こすことなく、
光沢のある画像が得られる画像形成方法を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係る画像形成方法は、静電気を利用した静
電荷現像装置において、加熱体を有しローラ状あるいは
ベルト状である定着部材と一対の加圧部材から成る定着
部に、有彩色及びブラックのトナーによる粉像が形成さ
れた被定着物を搬送させ、トナーの軟化点あるいは融点
以上の状態まで加熱を行い、トナーの溶解後に加熱を停
止して冷却し、トナーの温度が軟化点あるいは融点以下
となったときに、定着部において被定着物を定着部材か
ら引き剥がす画像形成方法であって、定着部材と加圧部
材間の加圧力により被定着物を挟持させて画像を形成す
る定着部材に光沢のある画像が得られる表面粗さを有
し、定着部材の表面粗さＲｚは、０＜Ｒｚ≦２０μｍで
あることを特徴とする。

【０００８】また、前記定着部材と前記加圧部材間の加
圧力を、トナーの軟化点あるいは融点以上の温度におけ
る溶融粘度をηとすると、線圧でＰ＝（（９／５）×Ｌ
ｏｇη−４／５）／１５からＰ＝（（１／１００）×Ｌ
ｏｇη）／１５[９．８×１００Ｎ／ｍ]とする。

【０００９】さらに、前記有彩色及びブラックのトナー
の溶融粘度が、軟化点あるいは融点以上の温度において
１０〜１０¹³ [c poise]であるように構成したものであ
る。

【００１０】前記構成によれば、被定着物に当たる定着
部材の面の表面粗さを抑え、表面粗さがあっても表面粗
さＲｚが２０μｍ以下であれば、使用するトナーの軟化
点あるいは融点以上の温度で溶融粘度がη[c poise]で
あるとき、一対の加熱体の加圧力が線圧でＰ＝（（９／
５）×Ｌｏｇη−４／５）／１５からＰ＝（（１／１０
０）×Ｌｏｇη）／１５[９．８×１００Ｎ／ｍ]であ
れば、簡単にしかも安定した状態で高品位の光沢のある
画像を得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明にお
ける実施の形態を詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明の実施の形態における実施例
１である画像形成装置の定着部の機構を示した図であ
る。図１において、１は定着ローラ、２は発熱体、３は
加圧ローラ、４は冷却部、５は被定着物、５ａはトナー
である。

【００１３】図１に示す実施例１では、ハロゲンランプ
等の発熱体２で加熱された定着ローラ１と加圧ローラ３
で被定着物５を挟持して被定着物５上のトナー５ａを加
熱溶融する。さらに冷却部４により定着ローラ１が冷却
され被定着物５上のトナー５ａが冷却されて軟化点ある
いは融点以下になった後、定着ローラ１より被定着物５
が引き剥がされる。このとき、定着ローラ１のトナー５
ａに接触する側の面は、表面粗さを極力抑えて粗さがあ
ったとしても、表面粗さＲｚを２０μｍ以下としてある
ため、トナー５ａ表面に凹凸が形成されて、定着ローラ
１上のトナー５ａの表面は光沢の強い画像となり易い。
この図１において、冷却部４は回転するローラ状の形状
でも良いし、固定されていてもよく、どのような形状で
あっても良い、また、内部に水等の冷媒を通して積極的
に冷却を行っても良い。

【００１４】図２は本実施の形態における実施例２であ
る画像形成装置の定着部の機構を示した図である。図２
において、１は定着ローラ、１ａは定着ベルト、１ｂは
補助ベルト、２は発熱体、３，３′は加圧ローラ、５は
被定着物、５ａはトナー、６は冷却ローラである。

【００１５】図２に示す実施例２では実施例１の定着ロ
ーラ１の代わりに、定着ローラ１を使用してその上にエ
ンドレスのフィルムまたはシートから成る無端ベルトの
定着ベルト１ａが冷却ローラ６と共にかけられている。
また、加圧ローラ３は定着ベルト１ａを介して定着ロー
ラ１と被定着物５を挟持する加圧ローラであり、加圧ロ
ーラ３′と共に補助ベルト１ｂがかけられている。した
がって、これは図１に示す実施例１の定着ローラ１に代
えて定着ベルト１ａを介するようにした形状でありその
効果は同様である。また、このとき加圧ローラ３′及び
補助ベルト１ｂはなくても良い。

【００１６】また、冷却ローラ６で冷却せずに定着ロー
ラ１及び冷却ローラ６の間で空気等を吹き付けて冷却し
ても良いし、あるいは定着ローラ１及び冷却ローラ６の
距離を充分とって自然冷却しても良い。

【００１７】そして、トナー５ａが冷却され軟化点ある
いは融点以下になった後、定着ベルト１ａより被定着物
５が引き剥がされる。さらに、定着ベルト１ａがトナー
５ａに接触する側の面においても、実施例１の説明で述
べたように表面粗さを抑えて、表面粗さＲｚを２０μｍ
以下としてあるため被定着物５上のトナー５ａの表面は
光沢の強い画像となり易い。

【００１８】図３は本実施の形態における実施例３であ
る画像形成装置の定着部の機構を示した図である。図３
において、１ａは定着ベルト、１ｂは補助ベルト、２ａ
は線状発熱体、３は加圧ローラ、５は被定着物、５ａは
トナー、６は冷却ローラ、７，７′は補助ローラであ
る。

【００１９】図３に示す実施例３では、実施例１の定着
ローラ１の代わりに固定された線状発熱体２ａにより定
着ベルト１ａを介して被定着物５を加熱する。加圧ロー
ラ３は定着ベルト１ａを介して線状発熱体２ａで被定着
物５を挟持する加圧ローラであり、この図３では補助ロ
ーラ７′と共に補助ベルト１ｂがかけられているが、補
助ベルト１ｂと補助ローラ７′はなくても良い。冷却ロ
ーラ６は補助ローラ７と共に、線状発熱体２ａを通る定
着ベルト１ａがかけられている。この場合にも補助ロー
ラ７はなくてもよい。また、冷却ローラ６では冷却せず
線状発熱体２ａと冷却ローラ６の間で空気を吹き付ける
等の自然冷却を利用しても良い。

【００２０】そして、トナー５ａが冷却され軟化点ある
いは融点以下になった後、定着ベルト１ａより被定着物
５が引き剥がされ、また定着ベルト１ａのトナー５ａに
接触する側の面は表面粗さを抑えて、表面粗さＲｚを２
０μｍ以下としてあるため、定着ベルト１ａ側のトナー
５ａの表面は光沢の強い画像となり易い。

【００２１】なお、本発明の画像形成方法における現像
方式としては、どのような方法でも可能であり、例え
ば、乾式現像の場合、一成分現像であっても良いし、ま
たは二成分現像であっても良く、トナージェットのよう
な他の現像方式であっても良い。あるいは、湿式現像の
ようなものでも良い。

【００２２】従来の方式では光沢を上げるためにトナー
の溶融粘度を下げていて、通常用いられるトナーの溶融
粘度は１０⁷〜１０¹³ [c poise]程度である。このとき
のオフセットの発生を防止するために、定着部材にオイ
ル塗布を行っている。しかし、更に粘度の低いトナーを
使用すると、このオイル塗布のみではオフセットを防止
することはできない。本発明では前記の各実施例に示し
た構成により、融点以上の温度において１０⁷〜１０¹³
[c poise]のトナーは勿論のこと、１０〜１０⁷[c pois
e]のような粘度の低いトナーであっても、オイル塗布を
行うことなくオフセットが起こらず安定した定着が可能
となった。

【００２３】ここで、本発明における溶融粘度とは軟化
点かあるいは融点以上の温度におけるものである。しか
もこれら軟化点及び融点は、島津製作所製のフローテス
ターの測定における軟化温度、流出開始温度に対応す
る。

【００２４】一般に熱可塑性樹脂を加熱すると軟化点ま
では固体であり、軟化点を超えると柔らかくなり粘性を
呈し、これを更に加熱し融点を超えるともっと柔らかく
なり粘い液体状態になるが、このときの軟化点から融点
迄の温度の幅や、軟化点から融点迄の粘性及び融点以上
の粘性は樹脂の分子量、分子量分布、結晶化度、架橋
度、分子間力等により異なる。

【００２５】したがって、実際に軟化点から融点迄の間
に１０〜１０¹³ [c poise]の溶融粘度を呈するものであ
れば本発明において軟化点以上の温度で使用し、また、
軟化点から融点迄の間の溶融粘度が１０¹³ [c poise]を
超え、融点以上の温度において１０〜１０¹³ [c poise]
であるようなものであれば、融点以上の温度を使用す
る。

【００２６】しかしながら、実験の結果、前記の方式に
より定着部材にオイル等を塗布することなくオフセット
の発生を防止することが可能となったが、これだけでは
完全な光沢が得られないことが判明した。この原因は、
定着部において加熱加圧したときにトナーの溶融粘度が
低いために、簡単にトナー表面が潰されて定着部材の表
面に密着するようになる。このために、固体化した後に
引き剥がすことでトナー表面が定着部材の表面でエンボ
スされてしまうことから、定着部材の表面が平滑でない
と光沢度が下がってしまうと考えられる。

【００２７】以上のことを検討した結果、定着部材の表
面粗さを抑えて、粗さがあっても表面粗さＲｚが２０μ
ｍ以下であり、かつ定着システムでη[c poise]である
とき、一対の加熱体の加圧力が線圧でＰ＝（（９／５）
×Ｌｏｇη−４／５）／１５からＰ＝（（１／１００）
×Ｌｏｇη）／１５［９．８×１００Ｎ／ｍ］であれ
ば光沢を維持できることがわかった。

【００２８】このことは、理論的にトナーが固化すると
きに定着部材の表面粗さ、そのままがトナーの表面にエ
ンボスされる訳であるから、定着部材の表面が粗くない
状態が好ましく、表面粗さＲｚが０であることが理想で
あることは間違いない。なお、実際には表面粗さが負や
０ということはあり得ないので、できるだけ粗さを抑
え、表面粗さＲｚを２０μｍ以下とすることが望ましい
ことはいうまでもない。

【００２９】特に、これは１０〜１０⁷ [c poise]のよ
うな粘度の低いトナーで顕著であり、程度は軽いものの
１０⁷〜１０¹³ [c poise]のトナーを使用しても同様の
結果が得られた。そして、この傾向は定着部材の表面粗
さが小さければ小さいほど効果が高く、好ましくは表面
粗さＲｚで１０μｍ以下、もっと好ましくは５μｍ以
下、更に好ましくは１μｍ以下、更にもっと好ましくは
０．１μｍ以下であることが望ましい。

【００３０】また、定着時の加圧力が低すぎるとトナー
表面の凹凸を潰しきることができずに表面の平滑性が下
がり、高すぎるとトナー層を潰しすぎて実際のトナー粉
像が太ってしまい画像の正確な再現性がなくなる。

【００３１】加圧ローラの両側加圧で実験したところ加
圧力が図４に示すグラフの範囲内であればよいことがわ
かった。図４に示すグラフ中の○印は５℃，１０％から
３５℃，８０％の環境で本発明の意図する品質が得られ
たことを示している。また、△印は常温常湿に於いては
本発明の意図する品質が得られるが、高温高湿、低温低
湿の環境ではそれぞれ問題があり、高温高湿の環境で圧
力が高い場合、ドットが潰れすぎて画像が太りぎみにな
り、低温低湿の環境で圧力が低い場合、トナーの接着が
少し甘くなりやすい。さらに、×は高温高湿の環境に於
いて画像が完全に潰れて画像再現性に問題があり、低温
低湿の環境に於いてはトナーの接着が甘くトナーの脱落
が簡単に生じる。なお、グラフ中の縦軸は加圧の片側を
表しているので両側加圧では２倍の加圧となっており、
実験に使用した加圧ローラの実長は３０ｃｍであった。

【００３２】したがって、溶融粘度がη[c poise]であ
る時、定着部材と一対の加圧部材の加圧力が線圧でＰ＝
（（９／５）×Ｌｏｇη−４／５）／１５からＰ＝
（（１／１００）×Ｌｏｇη）／１５［９．８×１００
Ｎ／ｍ］であれば充分実用の範囲内ではあるが、好ま
しくはＰ＝（（９／７）×Ｌｏｇη−２／７）／１５か
らＰ＝（（９／７００）×Ｌｏｇη−２／７００）／１
５［９．８×１００Ｎ／ｍ］、もっと好ましくはＰ＝
（Ｌｏｇη）／１５からＰ＝（（１９／１２００）Ｌｏ
ｇη−７／１２００）／１５［９．８×１００Ｎ／
ｍ］が良く、この範囲であればトナーの接着性、トナー
画像の再現性のそれぞれを損なうことなく光沢のある画
像が得られることがわかった。

【００３３】また、トナーそれぞれに使用されるバイン
ダー樹脂の一例としては、ポリスチレン、ポリｐ−クロ
ロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びそ
の置換体の単重合体；スチレン−ｐ−クロロスチレン共
重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビ
ニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共
重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレ
ン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸
ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合
体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン
−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル
酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸
メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合
体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン
−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合
体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、
スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸
エステル共重合体などのスチレン系共重合体；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、ポリエステル、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、脂肪族または
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などが挙げられ、単独あるい
は混合して使用できるが特にこれらに限定するものでは
なく、これらの樹脂に、必要に応じてカーボンブラック
やカラー顔料を混練分散して使用すればよく、当然帯電
制御剤の併用も可能である。

【００３４】また、粉体化した後、トナーの流動性を調
整するためにシリカ、チタン、ストロンチウム等の添加
剤を加えても良い。

【００３５】次に、前記の各実施例における画像形成装
置の定着部の機構にて、（表１）に示す溶融粘度ηのト
ナーを用いて、光沢度（％）は日本電色工業（株）製の
光沢度計を使用し、ＪＩＳＺ８７４１に基づいて、照射
角度６０°で測定を行った被定着物上に画像形成された
光沢度の測定結果の例を示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】第１例として、定着部材の表面粗さＲｚを
０．０１μｍ、使用トナーを（表１）に示すイエロー
１、マゼンタ１、シアン１、ブラック１として、定着時
のトナーの温度を１４０℃として、画像形成処理を行っ
たところ、すべての有彩色部及びブラック部ともに光沢
の非常に強い画像を得ることができた。

【００３８】また、第２例として、定着部材の表面粗さ
Ｒｚを１μｍ、使用トナーをイエロー２、マゼンタ２、
シアン２、ブラック２、定着時のトナーの温度を１１０
℃として、画像形成処理を行ったところ、すべての有彩
色部及びブラック部ともに非常に光沢のある画像を得る
ことができた。

【００３９】同様に、第３例として、定着部材の表面粗
さＲｚを５μｍ、使用トナーをイエロー３、マゼンタ
３、シアン３、ブラック３、定着時トナーの温度を１４
０℃として、画像形成処理を行ったところ、すべての有
彩色部及びブラック部ともに光沢の強い画像を得ること
ができた。

【００４０】第４例として、定着部材の表面粗さＲｚを
２５μｍ、使用トナーをイエロー１、マゼンタ１、シア
ン１、ブラック１、定着時のトナー温度を１１０℃とし
て、画像形成処理を行ったところ、すべての有彩色部及
びブラック部ともに光沢の弱い画像を得ることができ
た。

【００４１】第５例として、定着部材の表面粗さＲｚを
１０μｍ、使用トナーをイエロー２、マゼンタ２、シア
ン２、ブラック３、定着時のトナー温度を１１０℃とし
て、画像形成処理を行ったところ、すべての有彩色部で
光沢の強い画像が得られ、ブラック部では艶消し画像が
得られた。

【００４２】第６例として、定着部材の表面粗さＲｚを
２０μｍ、使用トナーをイエロー２、マゼンタ２、シア
ン２、ブラック２、定着時のトナー温度を１１０℃とし
て、画像形成処理を行ったところ、すべての有彩色部及
びブラック部ともに光沢のある画像を得ることができ
た。

【００４３】以上の各例の光沢度の測定結果をまとめる
と、（表２）のようになる。

【００４４】

【表２】

【００４５】以上のことから、本発明の定着部の定着部
材の表面粗さを抑えて、粗さがあっても表面粗さＲｚを
２０μｍ以下として、定着部材と一対を成す加圧部材
が、線圧でＰ＝（（９／５）×Ｌｏｇη−４／５）／１
５からＰ＝（（１／１００）×Ｌｏｇη）／１５[９．
８×１００Ｎ／ｍ]（η；溶融粘度）で加圧することに
より、溶融粘度の低いトナーでもオフセットを起こすこ
となく、さらにトナーの接着性、トナー画像の再現性を
損なうことなく光沢のある画像を得ることができる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被定着物に当たる定着部材の面の表面粗さを抑えて、表
面粗さＲｚを２０μｍ以下とすることで、トナー溶融時
にトナーの溶融粘度が低下して押し潰されても表面粗さ
Ｒｚによるエンボスの形成が抑えられて、光沢のある画
像を得ることができ、また加圧力をトナーの軟化点ある
いは融点以上の温度における溶融粘度ηにおいて、線圧
でＰ＝（（９／５）×Ｌｏｇη−４／５）／１５からＰ
＝（（１／１００）×Ｌｏｇη）／１５[９．８×１０
０Ｎ／ｍ]とすることにより、被定着物へのトナーの接
着性や、トナー層の潰しすぎによるトナー画像の再現性
を損なうようなことなく光沢のある画像を得ることがで
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における実施例１である画
像形成装置の定着部の機構を示す図

【図２】本発明の実施の形態における実施例２である画
像形成装置の定着部の機構を示す図

【図３】本発明の実施の形態における実施例３である画
像形成装置の定着部の機構を示す図

【図４】加圧ローラの加圧力とトナーの溶融粘度の関係
を示すグラフ

【符号の説明】

１定着ローラ１ａ定着ベルト１ｂ補助ベルト２発熱体２ａ線状発熱体３，３′ 加圧ローラ４冷却部５被定着物５ａトナー６冷却ローラ７，７′ 補助ローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電気を利用した静電荷現像装置におい
て、加熱体を有しローラ状あるいはベルト状である定着
部材と一対の加圧部材とから成る定着部に、有彩色及び
ブラックのトナーによる粉像が形成された被定着物を搬
送させ、前記トナーの軟化点あるいは融点以上の状態ま
で加熱を行い、前記トナーの溶解後に加熱を停止して冷
却し、前記トナーの温度が軟化点あるいは融点以下とな
ったときに、前記定着部において前記被定着物を前記定
着部材から引き剥がす画像形成方法であって、前記定着部材と前記加圧部材間の加圧力により前記被定
着物を挟持させて画像を形成する前記定着部材に光沢の
ある画像が得られる表面粗さを有することを特徴とする
画像形成方法。
【請求項２】前記定着部材の表面粗さＲｚは、０＜Ｒ
ｚ≦２０μｍであることを特徴とする請求項１記載の画
像形成方法。
【請求項３】前記定着部材と前記加圧部材間の加圧力
を、トナーの軟化点あるいは融点以上の温度における溶
融粘度をηとすると、線圧でＰ＝（（９／５）×Ｌｏｇ
η−４／５）／１５からＰ＝（（１／１００）×Ｌｏｇ
η）／１５[９．８×１００Ｎ／ｍ]とすることを特徴
とする請求項２記載の画像形成方法。
【請求項４】前記有彩色及びブラックのトナーの溶融
粘度が、軟化点あるいは融点以上の温度において１０〜
１０¹³ [c poise]であることを特徴とする請求項３記載
の画像形成方法。