JP2015022250A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】定着ニップ部における加熱温度の温度幅が20?以上の温度範囲で光沢度が65以上の高光沢性の画像を得ることができる画像形成装置の提供。【解決手段】定着ニップ部Nの平均圧力をPave、ニップ周波数をf1、周波数f1及びトナー温度Ttにおける複素弾性率の絶対値をG*、周波数f2=0.5Hz及びトナー温度Ttにおける正接損失をtanδ(f2,Tt)としたとき、トナー温度Ttが130℃以下の範囲で、式で示すGAの値が0.9以上であり、GAの値が0.9となる最低のトナー温度Ttの測定値に20[?]を加算した温度をTtmax、その温度Ttmaxに対応する複素弾性率の絶対値及び正接損失をそれぞれG*及びtanδ(f2,Ttmax)としたとき、別式GBの値が−0.8以下である。【選択図】図2
Description
本発明は、記録媒体上のトナー像を圧力及び熱によって定着させる定着装置を備えた複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。
従来、この種の画像形成装置において、高い光沢を持つ画像を再現することは高画質化を目指す上で考慮すべき重要な項目の1つである。特に近年、プリントオンデマンド(POD)分野に対応可能な高速プリントシステムの開発が進み、主に写真などのカラー画像の画質や品位を向上させるために、高光沢な画像が求められている。光沢が高いと、画像濃度が高くなり、色域を広くすることができ、かつ高級感が得られるため好ましい。また、近年の画像形成装置では、トナー像の定着時の省エネルギー化の要求や高速で処理できる画像形成装置の要求が高まっており、トナー自体に低温で溶融して所定の粘弾性を有する特性が求められている。このように低温で溶融して所定の粘弾性を有するトナーを用いて低温定着可能とした場合、トナーの溶融が促進されることから、高光沢が得やすく、省エネルギーの観点だけでなく最終画質に対する利点もあり、特に好ましい。しかしながら、単にトナーの粘弾性が得られる温度を低温側にシフトさせた場合、トナーの溶融が促進されるため、高温側でトナー像の一部が定着部材の表面に付着・転移しやすくなる。このため、高温側で記録媒体上のトナー像が定着部材側に転移するホットオフセットや光沢度の低下が生じやすくなる。従って、広い温度範囲でホットオフセットに対する耐性(以下「耐ホットオフセット性」という。)が良好であるとともに高光沢性を実現することができる定着プロセスが要望されている。
また、画像形成装置では熱容量などが互いに異なる様々な種類の用紙などの記録媒体が様々なタイミングで定着装置の加熱機能を有する定着ニップ部に搬送されて通過するため、定着ニップ部の温度が変化しやすい。さらに、定着ニップ部を常に高温に保つと省エネ性能が悪化するため、定着ニップ部に記録媒体が搬送される定着時以外はできるだけ定着ニップ部を低温に維持する必要がある。このため、記録媒体が通過しない非定着時は定着ニップ部を低温に維持し、定着時に定着ニップ部を狙いの高温に保つように目標温度を切り替えて温度制御される。このように様々な種類の記録媒体が通過して定着ニップ部の温度が変化しやすいことや、非定着時と定着時との目標温度が切り換えられて温度制御されることからも、広い温度範囲で高光沢を保つ必要がある。
そこで、低温側での定着性と高温側での耐ホットオフセット性との両立を図り広い温度範囲で高光沢性を得るために、トナーのレオロジー特性に着目し、トナーの粘弾性の挙動を制御することが提案されている。
例えば、特許文献1には、示差走査熱量計(DSC)測定による最大吸熱ピークの温度範囲と、特定周波数(6.28rad/sec)で測定される粘弾性特性とを規定したトナーが開示されている。上記粘弾性特性としては、損失弾性率G”が特定値(1×104〜3×104Pa)を示す温度範囲と、損失弾性率G”が特定範囲(1×104〜3×104Pa)を示すときの貯蔵弾性率G’と損失弾性率G”との比(tanδ)の範囲とが規定されている。さらに、上記粘弾性特性として、特定温度(170℃)における貯蔵弾性率G'及び損失弾性率G”の範囲と、特定温度(170℃,150℃)それぞれにおけるtanδ170とtanδ150との比の範囲と、が規定されている。
また、特許文献2には、tanδの値の範囲と複素弾性率G*の絶対値の範囲とを規定したトナーが開示されている。上記tanδは、周波数10rad/s及び歪み10%における複素弾性率の絶対値G*が1×104Paとなる温度をT0(℃)とした場合に、温度T0、周波数10rad/s及び歪み5%におけるtanδである。また、上記複素弾性率G*については次のように規定されている。すなわち、温度T0、周波数10rad/s、歪み5%、10%及び100%におけるトナーの複素弾性率を各々G*(5%)、G*(10%)及びG*(100%)とし、これらを含む式により粘弾特性が規定されている。
また、特許文献3には、トナーの正接損失がピークとなる温度範囲と、特定温度域における貯蔵弾性率G’の範囲とを規定したトナーが開示されている。
しかしながら、上記特許文献1〜3のトナーを用いた画像形成装置では、定着装置の定着ニップ部における加熱温度の温度幅が20[°]以上という比較的広い温度範囲で写真などに求められる光沢度が65以上の高光沢性の画像を得ることが難しい。
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、定着ニップ部における加熱温度の温度幅が20[°]以上の温度範囲で光沢度が65以上の高光沢性の画像を得ることができる画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、記録媒体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該トナー像が形成された記録媒体を定着部材で挾持する定着ニップ部において圧力及び熱を加えることにより該記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置と、を備えた画像形成装置において、前記定着装置の定着ニップ部における平均圧力をPave[Pa]とし、前記定着ニップ部の記録媒体搬送方向におけるニップ幅を記録媒体の移動速度で割って求めたニップ通過時間の逆数である周波数をf1[Hz]とし、前記トナー像の形成に用いられるトナーについて測定した周波数f1[Hz]及びトナー温度Tt[℃]における複素弾性率の絶対値並びに周波数f2=0.5[Hz]及びトナー温度Tt[℃]における正接損失をそれぞれG*(f1,Tt)及びtanδ(f2,Tt)としたとき、前記トナー温度Ttが130[℃]以下の範囲で下記の式(1)で示すGAの値が0.9以上であり、下記の式(1)で示すGAの値が0.9となる最低のトナー温度Ttの測定値に20[°]を加算した温度をTtmax[℃]とし、その温度Ttmaxに対応する前記複素弾性率の絶対値及び前記正接損失をそれぞれG*(f1,Ttmax)及びtanδ(f2,Ttmax)としたとき、下記の式(2)で示すGBの値が−0.8以下であることを特徴とするものである。
本発明によれば、定着ニップ部における加熱温度の温度幅が20[°]以上の温度範囲で光沢度が65以上の高光沢性の画像を得ることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
図1は、本発明の実施形態に係る画像形成装置で使用される定着装置の一構成例を示す説明図である。
図1において、定着装置は、次のような各種の回転体からなる定着部材を備えている。すなわち、定着装置は、定着用回転体としての定着ローラ1と、加熱用回転体としての加熱ローラ2と、定着用回転体としての定着ベルト3と、加圧用回転体としての加圧ローラ5とを備えている。加熱ローラ2及び加圧ローラ5それぞれの内側には、加熱源であるハロゲンヒータ4、6が配置されている。この定着装置において、トナーTを保持した記録媒体としての用紙などの記録材Pは図1の右方から左方に通過する。定着ベルト3と加圧ローラ5とが圧接して形成される定着ニップ部を記録材Pが通過した後に定着ベルト3上に残されたトナーは定着ベルトクリーニング手段7によって除去される。
図1において、定着装置は、次のような各種の回転体からなる定着部材を備えている。すなわち、定着装置は、定着用回転体としての定着ローラ1と、加熱用回転体としての加熱ローラ2と、定着用回転体としての定着ベルト3と、加圧用回転体としての加圧ローラ5とを備えている。加熱ローラ2及び加圧ローラ5それぞれの内側には、加熱源であるハロゲンヒータ4、6が配置されている。この定着装置において、トナーTを保持した記録媒体としての用紙などの記録材Pは図1の右方から左方に通過する。定着ベルト3と加圧ローラ5とが圧接して形成される定着ニップ部を記録材Pが通過した後に定着ベルト3上に残されたトナーは定着ベルトクリーニング手段7によって除去される。
定着ローラ1は、例えば、ステンレス鋼などの鉄系芯金の表面に、シリコンゴム等の弾性層を設けたものである。この弾性層は、肉厚が3[mm]〜20[mm]であり、アスカーC硬度が10[度]〜50[度]となっている。定着ローラ1の外径はφ40[mm]〜φ80[mm]である。
加熱ローラ2としては、例えば、肉厚5[mm]〜8[mm]及び外径φ80[mm]のアルミパイプが用いられる。加熱ローラ2の表層には、離型性の確保のためのテフロン(登録商標)塗装などが用いられる。
定着ベルト3は、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン(PEEK)等の耐熱樹脂材料で構成された基材からなる。基材の厚さは、熱伝導と強度とのバランスから、例えば30[μm]〜100[μm]が望ましい。定着ベルト3の表面は、記録材P及び未定着トナー像と加圧接触するため、離型性及び耐熱性に優れた表面層が必要であり、例えばフッ素系樹脂等の表面離型層が被覆された構成になっている。また、画像の均一性を得るために、表面離型層の下に例えば100[μm]〜300[μm]のシリコーンゴムやフッ素ゴムなどの耐熱ゴムからなる弾性層を設けている。
加圧ローラ5は、例えば、鉄系の芯金を含み、この芯金上に弾性層及び離型層が順次設けられている。加圧ローラ5の外径は例えばφ60[mm]〜φ100[mm]である。
なお、図1に示す定着装置は本発明を適用可能な構成の一例である。本発明を適用可能な定着装置は、トナー像が形成されて搬送されてきた記録材に対して圧力及び熱を加えて定着させるタイプの定着装置であれば、他の形態のものであってもよい。例えば、定着ベルトを介さずに定着ローラで記録材上のトナー像に対して圧力及び熱を加える形態、熱源をIHヒーターにした形態、又は、ベルトを介した定着ローラに相当する押圧部材がパッド状のものである形態の定着装置であってもよい。
ただし、本発明を適用可能な定着装置には、冷却剥離型の定着装置は含まれない。ここで、冷却剥離型の定着装置とは、定着ニップ部を通常よりも長く保ち、その定着ニップ部の後半部分で記録材を冷却してから記録材と定着部材とを剥離する形式の定着装置である。この冷却剥離型の定着装置を用いることにより、通常よりも高光沢な画像を実現することができる。しかし、冷却剥離型の定着装置は他の通常の形式の定着装置に比べて、部品点数が増加し、装置の大型化が必要であり、コストも増加する。本発明は冷却剥離を行わない定着装置に適用されるものであり、冷却剥離を行わずに高光沢な画像を維持することができる。
図2は、本実施形態の定着装置の定着ニップ部及びその周辺における定着工程の様子を示す説明図である。また、図3は、定着ニップ部の出口近傍でトナーのホットオフセットが発生している様子を示す説明図である。
図2に示すように、定着ベルト3と加圧ローラ5とで形成された定着ニップ部Nに進入した記録材P上のトナー像を構成するトナーTは、圧力と熱とにより溶融・変形する。この定着ニップ部Nを通過した後、トナーTは記録材Pに融着し定着ベルト3の表面から離間し、定着ニップ部Nで受けていた圧力(以下、「ニップ圧」ともいう。)から開放されることにより、トナー自身の弾性でトナー粒子の形状が回復する。このため、定着後のトナー像においても表面形状に凹凸があり、光沢度が低下する。また、トナー温度が高温の場合、図3に示すように、定着ニップ部を通過した後に定着ベルト3側にトナーTの一部が付着し、ホットオフセット(以下、「高温オフセット」ともいう。)や光沢の低下が発生する。
図2に示すように、定着ベルト3と加圧ローラ5とで形成された定着ニップ部Nに進入した記録材P上のトナー像を構成するトナーTは、圧力と熱とにより溶融・変形する。この定着ニップ部Nを通過した後、トナーTは記録材Pに融着し定着ベルト3の表面から離間し、定着ニップ部Nで受けていた圧力(以下、「ニップ圧」ともいう。)から開放されることにより、トナー自身の弾性でトナー粒子の形状が回復する。このため、定着後のトナー像においても表面形状に凹凸があり、光沢度が低下する。また、トナー温度が高温の場合、図3に示すように、定着ニップ部を通過した後に定着ベルト3側にトナーTの一部が付着し、ホットオフセット(以下、「高温オフセット」ともいう。)や光沢の低下が発生する。
本発明者らはこのようなホットオフセットや光沢低下の問題を解決するために、トナーの粘弾特性及び定着装置の定着ニップ部Nで加える圧力等の諸条件について鋭意検討した。その結果、定着ニップ部Nの圧力と、定着ニップ部Nを通過する時間(周波数)と、温度に依存したトナー粘弾性との関係を、所定の関係とすることにより、高光沢性を確保でき、耐ホットオフッセット性をより改良することができることを見いだした。その結果、低温かつ幅広い温度域での高光沢の画像が得られた。具体的には、以下に示すような関係を満たすことにより、低温かつ幅広い温度域での高光沢の画像が得られることを見いだした。
すなわち、定着ニップ部Nで記録材P上のトナー像に加える平均圧力をPave[Pa]とし、定着ニップ部Nにおけるニップ通過時間の逆数であるニップ周波数をf1[Hz]とする。ニップ通過時間は、定着ニップ部Nの記録材搬送方向におけるニップ幅を記録材の移動速度で割って求めることができる。また、トナー像の形成に用いられるトナーについて測定した、周波数f1[Hz]及びトナー温度Tt[℃]における複素弾性率の絶対値をG*(f1,Tt)とし、周波数f2=0.5[Hz]及びトナー温度Tt[℃]における正接損失をtanδ(f2,Tt)とする。そして、トナー温度Ttが130[℃]以下の範囲で次の式(1)で示す指標値GAの値を0.9以上とすることにより、低温側においても高い光沢性を獲得することができることを見出した。
更に、上記式(1)で示すGAの値が0.9となる最低のトナー温度Ttの測定値に20[°]を加算した温度をTtmax[℃]とする。また、その温度Ttmaxに対応する前記複素弾性率の絶対値及び前記正接損失をそれぞれG*(f1,Ttmax)及びtanδ(f2,Ttmax)とする。そして、次の式(2)で示す指標値GBの値を−0.8以下にすることにより、高温における光沢低下を防止し、安定した高光沢画像を得ることができることを見出した。
以上のように、トナー温度Ttが130[℃]以下の範囲で式(1)で示すGAの値を0.9以上とするとともに、式(2)で示すGBの値を−0.8以下にすることにより、高光沢性の画像が得られる温度幅を広げることができることを見出した。
前述のように、定着部材の圧力及び熱によってトナーを定着させる定着装置では、図2のように定着ニップ部Nの中でトナーが変形しても、定着ニップ部Nの通過後にはトナー粒子自身の粘弾性によってトナーの形状が復元する。そのため、画像表面の形状が粗くなるため、光沢が低下する。比較的低い温度から高い光沢性を確保するためには、比較的低い温度においても定着ニップ部Nの中でトナーが大きく変形し、且つ、定着ニップ部Nの通過後にはトナー粒子形状が復元しにくい条件にする必要がある。まず、定着ニップNの中でトナーが大きく変形する条件とは、定着ニップ部における圧力(ニップ圧)が高く、且つ、ニップ周波数におけるトナーの複素弾性率が小さい条件である。
定着ニップ部における圧力の平均値Paveは、ニッタ株式会社製の圧力分布測定システムI−SCANを用いて測定することができる。圧力分布測定システムI−SCANにより、加圧ベルトを介して押圧部材が定着ローラと当接する定着ニップ部Nの圧力分布を測定する。そして、測定した定着ニップ部全体の面積における圧力の平均値を定着ニップ部Nにおける圧力の平均値Paveとする。
図4は、測定対象の定着ニップ部における圧力の定着ローラ回転軸方向の平均値を搬送方向の分布として表した測定結果の一例を示すグラフである。本来、トナーに対しては時間ごとに圧力が変化して加圧されるが、ここでは画像に対して平均圧力がニップ通過時間だけ均等に加わったと考える近似で考察する。ここで、「ニップ周波数」とは、定着ニップ部Nにおけるニップ通過時間の逆数のことであり、ニップ通過時間は、定着ニップ部Nのニップ幅を記録材の移動速度で割って求めた時間である。また、圧力分布測定システムI−SCANによる圧力分布から求められる記録材Pの搬送方向における定着ニップ部Nの幅(ニップ幅)をW[mm]、定着ローラ1の線速をV[mm/s]とする。定着ローラ1の線速Vは、定着ベルト3の移動速度つまり記録材Pの移動速度(搬送速度)とほぼ等しいと近似できる。従って、ニップ周波数f1[Hz]はf1=V/Wで表すことができる。高圧なほど定着ニップ部Nの中でトナーが変形し平滑になるが、部材の強度や搬送性の悪化など機械的な要因からも極端な高圧にすることは困難となる。
トナーの複素弾性率は動的粘弾性から求めており、動的粘弾性の測定には、ティー・エイ・インスツルメント社製の粘弾性測定システムARESを用いた。動的粘弾性の測定は、錠剤状に成形したトナーを、直径8[mm]のパラレルプレートにセットし、任意の周波数で正弦波振動を与えて実施する。測定は60[℃]から開始し、200[℃]まで継続する。サンプリング時間は12[秒]、昇温速度は2.5[℃/分]、歪量を0.1[%]とし、貯蔵弾性率G’及び損失弾性率G”を求める。直径8[mm]のサンプルでデータが取得できない場合は直径20[mm]のサンプルで測定する。測定のバラツキを抑えるため、1つの周波数に対し5点以上測定し、120[℃]のG’が平均値に最も近いデータをその周波数の代表データとして採用する。このとき、粘弾性測定システムARESの測定装置からトナーに与える温度を「トナー温度」と称し、その記号として「Tt」を用いる。粘弾性測定ではトナー温度が平衡するよう十分に時間を掛けて昇温させるため、測定装置が与えた温度とトナーが同一の温度となっていると考えられる。定着装置ではニップ通過時間(=ニップ幅÷記録材の搬送速度)がミリ秒オーダーと非常に短いため、定着部材の表面の温度とトナーの温度とは異なる。本実施形態では、加熱したトナーが熱平衡状態に達した状態でトナー温度Ttにおける粘弾性を測定している。つまり、上記指標値GA、GBに用いられるトナー温度Ttはすべて粘弾性測定システムARESよりトナーに与える温度を示す。
上記指標値GA、GBに含まれる複素弾性率の絶対値G*は、上記粘弾性測定システムARESの測定装置より得られる貯蔵弾性率G’及び損失弾性率G”の値と、次の式(3)とにより、求めることができる。貯蔵弾性率G’は複素弾性率の実部であり、損失弾性率”は複素弾性率の虚部である。
複素弾性率は貯蔵弾性率G’及び損失弾性率G”の両方の性質を含む数値であり、その複素弾性率の絶対値G*が大きいほどトナーが変形し難くなる。さらに周波数に依存する性質をもち、トナーのような高分子樹脂では、周波数が低いほど複素弾性率が小さくなるためトナーが変形しやすくなり、周波数が高いほど複素弾性率が大きくなるためトナーが変形し難くなる。定着ニップ部でのトナーの変形量はニップ周波数f1における複素弾性率に対応しており、トナーを大きく変形させるためにはニップ周波数f1における複素弾性率の絶対値G*(f1)が小さいほどよい。
ニップ周波数f1における動的粘弾性は実際に測定してもよいが、あらかじめ3点以上の周波数で測定しておき、WLF則(Williams-Landel-Ferry則)などの変換則を使って任意の周波数及び温度における動的粘弾性の値に変換した値を用いてもよい。
また、定着ローラ1の線速すなわち定着ローラ1に支持された定着ベルト3の移動速度が遅いほど、複素弾性率の絶対値G*が小さくなり、トナーの変形には有利となる。しかしながら、定着ローラ1の線速を遅くすることは、時間あたりの画像出力枚数を減らすことであり、生産性が悪化する。また、近年高速オンデマンドプリントの要求が高まっている。そのため、短いニップ通過時間においても高光沢を発現させる特性が好ましい。
定着ニップ部の通過後にトナー粒子形状が復元しにくい条件とは、定着ニップ部の後のトナーの正接損失tanδが大きいことである。この正接損失tanδは貯蔵弾性率G’と損失弾性率G”とによりtanδ=G”/G’で表される。損失弾性率G”は粘性に関わる数値であり、貯蔵弾性率G’は弾性に関わる数値であるため、トナーが弾性的になるとtanδは小さくなり、粘性的になるとtanδは大きくなる。定着ニップ部の通過後にトナーが弾性的であると、トナー粒子の変形が復元しやすく、画像表面が粗くなるため光沢が低くなる。トナーが粘性的であると、トナー粒子の変形の復元が遅いため、温度が冷えて効果するまでにトナーが復元できずに、トナー像は平滑な表面を形成する。従って、tanδが大きいほど、記録材P上のトナー像は高光沢となる。また、定着ニップ部を通過した後のトナーは、定着ニップ部で受けていた圧力から開放され、自らの力で復元し、その復元スピードはニップ周波数にくらべて低い。発明者らは鋭意検討の結果、定着ニップ部を通過した後のトナーは約2.0秒程度で形状が復元していることを確認し、これにより、ニップ周波数0.5[Hz]の動的粘弾性の結果と現象とが一致することを見出した。よって、ニップ周波数f2=0.5[Hz]の定着ニップ部の通過時のトナー温度Tt[℃]における正接損失tanδ(f2,Tt)が大きいほど、定着ニップ部を通過した後にトナー粒子の形状が復元しにくいと考えられる。さらに、定着装置内において、トナーに印加される温度が高い状態ではトナーや用紙の表面と裏面との温度差が急激に高くなる状態となる。そのため、記録材P上に形成されたトナー像(トナー層)の内部や記録材Pの内部の空気や水蒸気の蒸発による「ブリスター」といわれるトナー像の乱れが発生する。以上の利用により、トナー温度がある程度よりも低い温度で高光沢が発現できる条件に達する必要がある。本発明者らは、これらの事項を鑑みてさらに検討を進めた結果、光沢性能がPave×EXP(−1/tanδ(f2,Tt))/G*(f1,Tt)に依存することを見出した。さらに、トナーが定着ニップ部の中で大きく変形し、定着ニップ部の通過後にトナー粒子形状が復元し難く、比較的低温度で高光沢が発現する条件として、トナー温度130[℃]以下において前記指標値GAが0.9以上となる条件を見出した。そして、このトナー温度130[℃]以下において指標値GAが0.9以上となる条件を満たすことにより、比較的低温から高光沢な画像が得られることがわかった。指標値GAは高温になるほど大きくなるので、トナー温度Tt=130[℃]のときの指標値GAが0.9以上とすることにより、高光沢性を獲得するという課題を解決することができる。
上記検討を行うにあたって、光沢度は、株式会社村上色彩技術研究所製の光沢計GM−26Dを用い、60度光沢で測定した。光沢度は記録材Pの表面形状によっても変化するが、高光沢が求められる画像ではそれなりに平滑な記録材が使用される。そのため、記録材の表面上の5箇所(5点)で測定した60度光沢の平均値が20以上となる記録材について次の点を確認した。すなわち、60度光沢の平均値が20以上となる記録材において、上記トナー温度Tt=130[℃]のときの指標値GAが0.9以上という関係を満たすことにより、トナーの色によらず、トナー像の光沢度として65以上の値が得られることを確認した。
次に、高温側で発生するホットオフセット及び光沢低下という課題を解決する構成及び条件について説明する。
前述の図3で示したように、定着ローラ1に支持された定着ベルト3や加圧ローラ5などの定着部材の圧力及び熱によってトナーを定着させる定着装置では、次にようなホットオフセットが発生する。すなわち、高温時に定着ニップ部の出口付近において、トナーが定着ベルト3(定着ローラ1)側に付着し、付着したトナーが記録材を汚すホットオフセットが発生する。また、定着ベルト3の表面とトナー像の表面との間でトナーが糸引き状に分離したことにより、トナー像の表面形状が荒れ、光沢が低下する現象が発生する。高い温度域においては、トナー同士の結合力が弱くなり、定着ベルト3の表面張力に負けて濡れやすくなるため、トナー像のトナーが定着ベルト3に付着する。さらに、トナー像の分離時のトナーの正接損失tanδが大きいほど濡れた後のトナーの糸引きが長くなり、トナー像の表面が荒れるため、高温領域ではトナーのtanδが大きすぎないほうが、高光沢を維持することができる。本発明者らは、これらの事項を鑑みてさらに検討を進めた結果、高温での光沢低下は前述の式(2)であらわされる指標値GBに依存することを見出した。すなわち、高温域においても高光沢を維持できる条件とは、前記指標値GAの値が0.9以上となる最低のトナー温度に20[°]を足した温度Ttmaxにおいて前記指標値GBの値が−0.8以下となる関係を満たすことであることを見出した。
前述の図3で示したように、定着ローラ1に支持された定着ベルト3や加圧ローラ5などの定着部材の圧力及び熱によってトナーを定着させる定着装置では、次にようなホットオフセットが発生する。すなわち、高温時に定着ニップ部の出口付近において、トナーが定着ベルト3(定着ローラ1)側に付着し、付着したトナーが記録材を汚すホットオフセットが発生する。また、定着ベルト3の表面とトナー像の表面との間でトナーが糸引き状に分離したことにより、トナー像の表面形状が荒れ、光沢が低下する現象が発生する。高い温度域においては、トナー同士の結合力が弱くなり、定着ベルト3の表面張力に負けて濡れやすくなるため、トナー像のトナーが定着ベルト3に付着する。さらに、トナー像の分離時のトナーの正接損失tanδが大きいほど濡れた後のトナーの糸引きが長くなり、トナー像の表面が荒れるため、高温領域ではトナーのtanδが大きすぎないほうが、高光沢を維持することができる。本発明者らは、これらの事項を鑑みてさらに検討を進めた結果、高温での光沢低下は前述の式(2)であらわされる指標値GBに依存することを見出した。すなわち、高温域においても高光沢を維持できる条件とは、前記指標値GAの値が0.9以上となる最低のトナー温度に20[°]を足した温度Ttmaxにおいて前記指標値GBの値が−0.8以下となる関係を満たすことであることを見出した。
なお、本実施形態の画像形成装置に使用される定着装置の定着ニップ部における圧力(ニップ圧)は1.0×105[Pa]以上1.0×106[Pa]以下の範囲が好適である。定着装置のニップ圧が1.0×105[Pa]よりも小さいと、低温側での定着性や高光沢性の確保が困難である。一方、定着装置のニップ圧が1.0×106[Pa]より大きいと、高温側でのホットオフセットなどの異常画像が頻発し、記録材の搬送性も悪化する。
また、本実施形態の画像形成装置で用いられるトナーは、周波数f2=0.5[Hz]におけるトナー温度120[℃]において正接損失tanδ(f2)の値が2.5以上であることが好ましい。高安定な高光沢な画像を得る条件は定着装置の条件によっても異なるが、トナー単独の特性としてはトナー分離周波数(周波数f2=0.5[Hz])におけるtanδが高い性質のトナーが好適である。トナー温度120[℃]におけるtanδ(f2,120[℃])が2.5未満では定着装置の条件を変更しても高光沢性、耐高温オフセット性を保つことが困難である。
なお、光沢は画像表面の形状に大きく依存するため、記録材P上に形成された画像の最上面に、無色透明又はほぼ無色透明のトナー(以下、「クリアトナー」という。)を更に配置する方法を用いてもよい。これにより、従来トナーを使用しつつ光沢度を上げることができる。すなわち、YMCKなどの基本色の通常のトナーに加えて、上記温度に依存した所定の粘弾性を有するクリアトナーを使用してもよい。クリアトナーを使用する方法としては、有色トナーで得られる画像全体にクリアトナーを積載する方法や、2色重ね部と単色部との段差や非画像部と画像部の段差など、画像面における段差をクリアトナーで埋めて頁内での光沢均一性を保つ方法などがある。また、隠し文字やスポット光沢など、特定の箇所にのみクリアトナー層を形成し、部分的に光沢が異なることを狙った画像形成にも使用できる。
次に、本実施形態の画像形成装置に使用することができるトナーの組成分(原材料、あるいは構成材料)として、少なくとも用いられるバインダー樹脂(定着用樹脂)、着色剤、潤滑剤、外添剤等について説明する。
(トナー材料)
本実施形態で使用可能なトナーの原材料として用いられるバインダー樹脂(定着用樹脂)は、従来より公知の樹脂を使用することができる。例えば、スチレン、ポリ−α−スチルスチレン、スチレン−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−ブタジェン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂(スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体)、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、石油樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラート樹脂などが挙げられる。中でも低温定着性の観点からポリエステル樹脂が好ましい。
本実施形態で使用可能なトナーの原材料として用いられるバインダー樹脂(定着用樹脂)は、従来より公知の樹脂を使用することができる。例えば、スチレン、ポリ−α−スチルスチレン、スチレン−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−ブタジェン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂(スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体)、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、石油樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラート樹脂などが挙げられる。中でも低温定着性の観点からポリエステル樹脂が好ましい。
また、本実施形態で使用可能なトナーは比較的低温においても高光沢を達成することが目的であり、比較的低温においてトナーがよく変形するためにはバインダー樹脂の分子量は通常のトナーに比べて低いことが好ましい。
具体的にはGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)測定装置によって測定されるバインダー樹脂の重量平均分子量Mwが10,000以下であることが好適である。ポリエステル樹脂の数平均分子量、重量平均分子量は、例えば、THF(テトラヒドロフラン)溶解分の分子量分布をGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)測定装置GPC−150C(ウォーターズ社製)によって測定できる。測定は、カラム(KF801〜807:ショウデックス社製)を使用し、以下の方法で行う。
40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させ、この温度におけるカラムに、溶媒としてTHFを毎分1[ml]の流速で流す。試料0.05[g]をTHF5[g]に十分に溶かした後、前処理用フィルター(例えば、孔径0.45[μm]のクロマトディスク(クラボウ社製))で濾過する。そして、最終的に試料濃度として0.05〜0.6[質量%]に調製した樹脂のTHF試料溶液を50〜200[μl]注入して測定する。試料のTHF溶解分の重量平均分子量Mw、個数平均分子量Mnの測定にあたっては、試料の有する分子量分布を数種の単分散ポリスチレン標準試料により作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出する。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えばPressureChemical Co.製あるいは東洋ソーダ工業社製の分子量が6×102、2.1×102、4×102、1.75×104、5.1×104、1.1×105、3.9×105、8.6×105、2×106、4.48×106のものを用いる。そして、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。また、検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。
着色剤としては公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば以下に示すもの、及びこれらの混合物が使用できる。すなわち、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ポグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボンなどや、これらの混合物を使用できる。
使用されるアルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類、1,4−ビス(ヒドロキシメタ)シクロヘキサン、およびビスフェノールA等のエーテル化ビスフェノール類、その他二価のアルコール単量体、三価以上の多価アルコール単量体を挙げることができる。
また、カルボン酸としては、例えば、マレイン酸、フマール酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、マロン酸等の二価の有機酸単量体、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベ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、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチレンカルボキシプロパン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸等の三価以上の多価カルボン酸単量体を挙げることができる。
ここで、バインダー樹脂のTg(ガラス転移温度)は50〜75[℃]が好ましい。本実施形態で使用可能なトナーは、前記バインダー樹脂単独でも使用可能であるが、粘弾性を制御するために、有機、無機の微粒子を併用することも可能である。有機粒子として、ビニル系、スチレン系、(メタ)アクリル系、エステル系、アミド系、メラミン系、エーテル系、エポキシ系等の単一樹脂もしくはこれらの共重合樹脂を用いることができ、例えば結晶性のポリエステル樹脂などが好適に用いられる。
また、本実施形態で使用可能な透明トナーには潤滑剤を含有させてもよい。潤滑剤を含有することで定着部材との離型性を大きくすることができる。このような潤滑剤として、高級脂肪族アルコール・高級脂肪酸系潤滑剤、脂肪酸アマイド系潤滑剤、脂肪族炭化水素系潤滑剤、金属石鹸系潤滑剤、脂肪酸エステル系潤滑剤から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。具体的な潤滑剤の例としては、流動パラフィン、マイクロリスタンワックス、天然パラフィン、合成パラフィン、ポリオレフィンワックス、およびこれらの部分酸化物、あるいはフッ化物、塩化物などの脂肪族炭化水素系潤滑剤、牛脂、魚油などの動物油、やし油、大豆油、菜種油、米ぬかワックス、カルナウバワックスなどの植物油、モンタンワックスなど高級脂肪族アルコール・高級脂肪酸系潤滑剤、脂肪酸アマイド、脂肪酸ビスアマイド、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム、オレイン酸亜鉛、パルミチン酸亜鉛、パルミチン酸マグネシウム、ミリスチン酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛、ベヘニン酸亜鉛などの金属石鹸系潤滑剤、脂肪酸エステル系潤滑剤、ポリフッ化ビニリデンなどが使用できるがこれらに限定されるものではない。
また、前記潤滑剤は単独あるいは複数組合せて用いることができ、特定の材料に限定されるものではない。前記潤滑剤としては、例えば、高級脂肪族アルコール・高級脂肪酸系潤滑剤、脂肪酸アマイド系潤滑剤が好ましく用いられる。潤滑剤をトナー内部に含有する場合は、結着樹脂(定着用樹脂)100[質量部]に対して0.1〜15[質量部]、好ましくは1〜7[質量部]の範囲で含有する。
また、本実施形態で使用可能なトナーは、帯電制御剤を含有することができる。帯電制御剤としては、ニグロシンおよび脂肪酸金属塩等による変性物、ホスホニウム塩等のオニウム塩およびこれらのレーキ顔料、トリフェニルメタン染料およびこれらのレーキ顔料、高級脂肪酸の金属塩;ジブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキサイドなどのジオルガノスズオキサイド;ジブチルスズボレート、ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレートの如きジオルガノスズボレート類、有機金属錯体、キレート化合物、モノアゾ金属錯体、アセチルアセトン金属錯体、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸系の金属錯体、第四級アンモニウム塩がある。他には、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノおよびポリカルボン酸およびその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノールの如きフェノール誘導体類がある。これらの単独あるいは2種類以上を組み合せて用いることができる。これらの帯電制御剤をトナーに内部添加する場合、結着樹脂(定着用樹脂)に対して0.1〜10[質量部]添加することが好ましい。また、帯電制御剤により着色されている場合もあるため、透明トナーの場合はできるだけ白色または透明色のものを選定する。
また、本実施形態で使用可能なトナーには外部添加剤を含有することができる。外部添加剤には、例えば、シリカ、テフロン(登録商標)樹脂粉末、ポリ沸化ビニリデン粉末、酸化セリウム粉末、炭化ケイ素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末の如き研磨剤、あるいは、例えば、酸化チタン粉末、酸化アルミニウム粉末の如き流動性付与剤、凝集防止剤、樹脂粉末、あるいは、例えば、酸化亜鉛粉末、酸化アンチモン粉末、酸化スズ粉末の如き導電性付与剤、また、逆極性の白色微粒子および黒色微粒子を現像性向上剤として用いることもできる。これらは単独あるいは複数組合せて使用することができ、空転等の現像ストレスに対して耐性を持たせるように選択される。
本実施形態で使用可能なトナーは、例えば次のように作製する。まず、トナーの原材料を均一に分散したトナー組成分をヘンシェルミキサー、スーパーミキサーの如き混合機により十分混合してから加熱ロール、ニーダ、エクストルーダーの如き熱溶融混練機を用いて溶融混練して原材料を十分に混合する。その後、冷却固化後微粉砕および分級を行ってトナーを得る。さらに、分級により得た粒子(母体粒子)に添加剤(外添剤)を混合する。
上記粉砕方法としては、高速気流中にトナーを包含させ、衝突板にトナーを衝突させそのエネルギーで粉砕するジェットミル方式や、トナー粒子同士を気流中で衝突させる粒子間衝突方式を使用できる。また、上記粉砕方法としては、高速に回転したローターと狭いギャップ間にトナーを供給し粉砕する機械式粉砕法等も使用できる。
また、トナー原材料を有機溶媒相に溶解または分散させた油相を、水系媒体相中に分散させ、樹脂の反応を行った後、脱溶剤し、濾過と洗浄、乾燥することにより、トナーの母体粒子を製造する溶解懸濁法を用いてもトナーの製造が可能である。ここで、ポリエステル伸長法によってトナーの母体粒子を製造してもよい。また、得られた粒子(母体粒子)に添加剤(外添剤)を混合することができる。前記外添剤としては、例えば、無機微粒子として、例えば、脂肪酸金属塩、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸鉛、酸化亜鉛粉末、酸化アルミ粉末、酸化チタン粉末または微粉末シリカ等を用いることができる。また、樹脂微粒子を用いることもできる。
(画像形成装置)
次に、本実施形態に係る画像形成装置について説明する。
図5は、本実施形態の画像形成装置の概略構成の一例を示す説明図である。なお、本発明を適用可能な画像形成装置は、搬送された記録材上のトナー像を定着部材の圧力と熱によって記録材上に定着させる定着装置を具備する画像形成装置であれば、その構成は特に限定されるものではない。
次に、本実施形態に係る画像形成装置について説明する。
図5は、本実施形態の画像形成装置の概略構成の一例を示す説明図である。なお、本発明を適用可能な画像形成装置は、搬送された記録材上のトナー像を定着部材の圧力と熱によって記録材上に定着させる定着装置を具備する画像形成装置であれば、その構成は特に限定されるものではない。
図5に示す画像形成装置は、イエロー(Y),マゼンダ(M),シアン(C),ブラック(K)の4色を出力するためのトナー像形成手段としての画像形成ユニット(作像ユニット)200Y,200C,200M,200Bkを有している。ここで、色数は特定の数に制限されるものではなく、5色以上の作像ユニットを有する装置を採用してもよい。特に無色透明のクリアトナーを使用する場合は、主に使用される前記4色に加えて、5色目以降に使用することが多い。その場合、前記4色により画像を形成し、その上からカバーするようにクリアトナー層を形成したり、画像段差を埋めるようにクリアトナー層を形成するなどして、高光沢な画像を得ることができる。また、画像の一部のみクリアトナー層を形成したり、隠し文字として印字するなどの利用方法もある。5色以上のトナー像を形成する方法は図5に示す4色のトナー像を形成する方法と基本的には同様であるため、ここでは4色のトナー像を形成するカラー画像形成装置について説明する。
各色の画像形成ユニットでは、像担持体としての感光体の表面を帯電装置で帯電させ、露光装置で潜像を形成し、現像装置でトナー像を形成する。これらの装置が各々共通の保持体に保持されて装置本体に対して一体的に脱着することで、それらを同時に交換できるようになっている構成である。画像形成ユニットの機構について、イエロー(Y)ユニットを用いて説明する。
画像形成ユニットは、像担持体(感光体)11、帯電装置21、現像装置31、像担持体クリーニング手段としてのクリーニング装置41、図示しない除電装置等を備えている。これらの装置が共通の保持体に保持されて装置本体に対して一体的に脱着することで、それらを同時に交換できるようになっている。本画像形成装置において、像担持体11は感光体である。像担持体11は、ドラム基体の表面上に有機感光層が形成されたドラム形状のものであって、図示しない駆動手段によって回転駆動される。
帯電装置21は、所定の帯電バイアスが印加されるローラ形状の帯電部材としての帯電ローラで構成されている。帯電バイアスが印加される帯電装置21を像担持体11に接触あるいは近接させながら、帯電装置21と像担持体11との間に放電を発生させることで、像担持体11の表面を一様に帯電させる。なお、本実施形態では、トナーの正規帯電極性と同じマイナス極性に像担持体11の表面を一様帯電させる。帯電バイアスとしては、直流電圧に交流電圧を重畳したものを採用している。帯電装置21は、金属製の芯金の表面に導電性弾性材料からなる導電性弾性層が被覆されたものである。なお、帯電装置21は、帯電ローラ等の帯電部材を像担持体11に接触あるいは近接させる方式に代えて、帯電チャージャーによる方式を採用してもよい。
一様帯電された像担持体11の表面は、光書き込み手段(露光手段)としての光書込ユニット110から発せられるレーザー光によって光走査されて静電潜像を担持する。つまり、画像形成ユニットの上方には、潜像書込手段たる光書込ユニット110が配設されており、画像情報に基づいてレーザーダイオードから発したレーザー光により、像担持体11を光走査する。この光走査により、像担持体11上に静電潜像が形成される。具体的には、像担持体(感光体)11の一様帯電した表面の全域のうち、レーザー光が照射された箇所は、電位が減衰する。これにより、レーザー照射箇所の電位が、それ以外の箇所(地肌部)の電位よりも小さい静電潜像となる。なお、光書込ユニット110は、光源から発したレーザー光Lを、図示しないポリゴンモータによって回転駆動したポリゴンミラーで主走査方向に偏光させながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体に照射するものである。なお、光書込ユニット110としては、LED(発光ダイオード)アレイの複数のLEDから発したLED光によって光書込を行うものを採用してもよい。このように像担持体11の表面に形成された静電潜像は、現像装置31により、所定の極性に帯電されたトナーを付着させることで可視像化され、トナー像となる。
現像装置31は、例えば、現像剤担持体としての現像ロールを内包する現像部と、トナーを含む現像剤を撹拌搬送する現像剤搬送部とを有している。そして、現像剤搬送部は、軸線方向の両端部がそれぞれ軸受けによって回転自在に支持される回転軸部材と、これの周面に螺旋状に突設された螺旋羽根と有するスクリュウ部材を具備している。そして、スクリュウ部材が回転することにより、現像剤が攪拌され現像ロールへと搬送される。現像剤搬送部において、ケーシングの下壁には図示しないトナー濃度センサが設けられており、現像剤搬送部の現像剤のトナー濃度を検知する。トナー濃度センサとしては、透磁率センサからなるものが用いられている。トナーと磁性キャリアとを含有する現像剤の透磁率は、トナー濃度と相関関係があるため、透磁率センサは、トナー濃度を検知していることになる。本画像形成装置には、現像装置の現像剤搬送部にトナーを補給するための図示しないトナー補給手段が設けられている。そして、画像形成装置の制御部は、RAMにトナー濃度検知センサからの出力電圧値の目標値であるVtrefを記憶している。トナー濃度検知センサからの出力電圧値と、Vtrefとの差が所定値を超えた場合には、その差に応じた時間だけトナー補給手段を駆動する。これにより、現像装置31における現像剤搬送部にトナーが補給される。現像部に収容されている現像ロールは、スクリュウ部材に対向しているとともに、ケーシングに設けられた開口を通じて、像担持体11にも対向している。また、現像ロールは、回転駆動される非磁性パイプからなる筒状の現像スリーブと、これの内部にスリーブと連れ回らないように固定されたマグネットローラとを具備している。そして、スクリュウ部材から供給される現像剤をマグネットローラの発する磁力によってスリーブ表面に担持しながら、スリーブの回転に伴って、像担持体11に対向する現像領域に搬送する。現像スリーブには、トナーと同極性であって、像担持体11の静電潜像よりも大きく、且つ像担持体11の一様帯電電位よりも小さな現像バイアスが印加されている。これにより、現像スリーブと像担持体11の静電潜像との間には、現像スリーブ上のトナーを静電潜像に向けて静電移動させる現像ポテンシャルが作用する。また、現像スリーブと像担持体11の地肌部との間には、現像スリーブ上のトナーをスリーブ表面に向けて移動させる非現像ポテンシャルが作用する。それら現像ポテンシャル及び非現像ポテンシャルの作用により、現像スリーブ上のトナーが像担持体11の静電潜像に選択的に転移して、静電潜像をトナー像に現像する。
本実施形態の画像形成装置では、トナー、キャリアを有する二成分現像剤を使用した現像システムを使用しているが、トナーのみを有する一成分現像剤を使用した現像システムを使用することもできる。このようにして像担持体11にトナー像が現像され、中間転写体としての中間転写ベルト50上に順次転写される。トナー像を中間転写ベルト50に転写したあとの像担持体11の表面に残存する転写残トナーは、クリーニング装置41により除去されて清掃される。清掃された像担持体11の表面は図示していない除電装置(例えば除電ランプ)によってその表面電位が初期化される。
なお、クリーニング装置41としてはクリーニングブレード、クリーニングローラー、クリーニングブラシ等を用いることができ、それらを併用してもよい。また、これらのクリーニング部材にトナーと逆極性の電圧を印加して、クリーニングの効率を高めることもできる。
本実施形態の画像形成装置は、各像担持体11〜14に形成されたトナー像をいったん中間転写ベルト50に転写し、その後、中間転写ベルト50から転写材Pへトナー像の転写を行う中間転写方式の画像形成装置である。なお、本実施形態では、中間転写体として中間転写ベルト50を用いているが、ドラム形状の中間転写体を用いてもよい。
画像形成ユニット200Y,200C,200M,200Bkの下方には、複数のローラに張架されている無端状の中間転写ベルト50が位置する。また、中間転写ベルト50の他に、駆動ローラ151、従動ローラ150、二次転写裏面ローラ120、4つの一次転写ローラ61、62、63、64、二次転写ローラ160、ベルトクリーニング装置130、電位センサ140などが配設されている。従動ローラ150は、ベルトクリーニング装置130のクリーニングバックアップローラとしても機能する。
中間転写ベルト50は、そのループ内側に配設された駆動ローラ151、二次転写裏面ローラ120、従動ローラ150、及び4つの一次転写ローラ61、62、63、64によって張架されている。そして、図示しない駆動手段によって回転駆動される駆動ローラ151の回転力により、同方向に無端移動させられる。中間転写ベルト50の体積抵抗率は1×106[Ωcm]〜1×1012[Ωcm]であり、好ましくは約1×109[Ωcm]程度である。これらの体積抵抗率は、三菱化学製ハイレスター「UP MCP HT45」にて、印加電圧100[V]の条件で測定したものである。
4つの一次転写ローラ61、62、63、64は、無端移動する中間転写ベルト50を像担持体11、12、13、14との間に挟み込んでいる。これにより、中間転写ベルト50のおもて面と、像担持体11、12、13、14とが当接するY,C,M,Bk用の1次転写ニップが形成されている。一次転写ローラ61、62、63、64には、図示しない転写バイアス電源によってそれぞれ1次転写バイアスが印加されている。これにより、像担持体11、12、13、14上のY,C,M,Bkトナー像と、一次転写ローラ61、62、63、64との間に転写電界が形成される。一次転写ローラ61、62、63、64はそれぞれ中間転写ベルト50から離間可能となっている。例えばBkのトナー像のみを中間転写ベルト50に転写させる場合には、Bk以外の他色の像担持体11、12、13から一次転写ローラ61、62、63を離間させる。
一次転写ローラ61、62、63、64は、例えば、金属製の芯金と、これの表面上に固定された導電性のスポンジ層とを具備している弾性ローラからなる。このような一次転写ローラ61、62、63、64に対して、定電圧または定電流で制御された1次転写バイアスを印加する。なお、一次転写ローラ61、62、63、64に代えて、転写チャージャーや転写ブラシなどを採用してもよい。
上記構成の画像形成装置において、例えば次のように画像を形成する。
まず、中間転写ベルト50は像担持体11の回転に伴ってYトナー用の1次転写ニップに進入し、Yトナー像は転写電界やニップ圧の作用により、中間転写ベルト50に1次転写される。その後、中間転写ベルト50はC,M,Bk用の1次転写ニップを順次通過する。そして、像担持体12,13,14上のC,M,Bkトナー像が、中間転写ベルト50上に順次重ね合わせて1次転写される。
まず、中間転写ベルト50は像担持体11の回転に伴ってYトナー用の1次転写ニップに進入し、Yトナー像は転写電界やニップ圧の作用により、中間転写ベルト50に1次転写される。その後、中間転写ベルト50はC,M,Bk用の1次転写ニップを順次通過する。そして、像担持体12,13,14上のC,M,Bkトナー像が、中間転写ベルト50上に順次重ね合わせて1次転写される。
次に、中間転写ベルト50上のトナー像は二次転写部において、中間転写ベルト50から記録材Pに転写される。二次転写部では中間転写ベルト50のループ内側に配設された二次転写裏面ローラ120と二次転写ローラ160の間に中間転写ベルト50と二次転写ローラ160を挟みこんでニップを形成している。このニップに記録材Pが進入する。ここで、二次転写ローラ160は接地されているのに対し、二次転写裏面ローラ120には、二次転写バイアス電源121によって二次転写バイアスが印加されている。これにより、二次転写ローラ160と二次転写裏面ローラ120との間に、マイナス極性のトナーを二次転写裏面ローラ120側から二次転写ローラ160側に向けて静電移動させる二次転写電界が形成される。
二次転写バイアス電源121は、直流電源を有しており、トナーの正規の帯電極性と同極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。二次転写バイアス電源は直流に交流を重畳させて印加させることができる電源でもよく、この場合、凹凸が大きい用紙などに対しても良好な転写性を得ることができる。
画像形成装置の下方には、記録材Pを複数枚重ねた紙束の状態で収容している記録媒体供給手段としての給紙カセット100が配設されている。この給紙カセット100は、紙束の一番上の記録材Pに給紙ローラ100aを当接させており、これを所定のタイミングで回転駆動させることで、その記録材Pを給紙路に向けて送り出す。給紙路の末端付近には、レジストローラ対101が配設されている。このレジストローラ対101は、給紙カセット100から送り出された記録材Pをローラ間に挟み込むとすぐに両ローラの回転を停止させる。そして、挟み込んだ記録材Pを二次転写ニップ内で中間転写ベルト50上のトナー像に同期させ得るタイミングで回転駆動を再開して、記録材Pを二次転写ニップに向けて送り出す。二次転写ニップで記録材Pに密着した中間転写ベルト50上の4色重ね合わせトナー像は、二次転写電界やニップ圧の作用によって記録材P上に一括して二次転写され、フルカラートナー像となる。記録材P上のトナー画像は定着装置90により、加熱定着され機外に排出される。定着装置90は、前述の図1に示すような定着装置である。
次に、本実施形態の画像形成装置におけるトナー及び定着装置のより具体的な実施例について、比較例とともに説明する。なお、本発明は、ここに例示される実施例に限定されるものではない。
[トナーの作製]
(透明トナー1の製造例)
下記トナー原材料処方1のトナー原材料を、へンシェルミキサー(三井三池化工機株式会社製、FM20B)を用いて予備混合した後、二軸混練機(株式会社池貝製、PCM−30)で100[℃]〜130[℃]の温度で溶融、混練した。得られた混練物は室温まで冷却後、ハンマーミルにて200[μm]〜300[μm]に粗粉砕した。
次いで、超音速ジェット粉砕機ラボジェット(日本ニューマチック工業株式会社製)を用いて微粉砕した。その後、気流分級機(日本ニューマチック工業株式会社製、MDS−I)で重量平均粒径が6.0[μm]となるようにルーバー開度を適宜調整しながら分級し、トナー母体粒子を得た。
次いで、トナー母体粒子100[質量部]に対し、添加剤(HDK−2000、クラリアント株式会社製)1.0[質量部]をヘンシェルミキサーで撹拌混合し、トナー1(クリア)を製造した。
〈トナー原材料処方1〉
ポリエステル樹脂(A)〔重量平均分子量Mw:7100、個数平均分子量Mn;2700〕:100[質量部]
カルナウバワックス:5[質量部]
帯電制御剤(サリチル酸誘導体の金属塩):1[質量部]
(透明トナー1の製造例)
下記トナー原材料処方1のトナー原材料を、へンシェルミキサー(三井三池化工機株式会社製、FM20B)を用いて予備混合した後、二軸混練機(株式会社池貝製、PCM−30)で100[℃]〜130[℃]の温度で溶融、混練した。得られた混練物は室温まで冷却後、ハンマーミルにて200[μm]〜300[μm]に粗粉砕した。
次いで、超音速ジェット粉砕機ラボジェット(日本ニューマチック工業株式会社製)を用いて微粉砕した。その後、気流分級機(日本ニューマチック工業株式会社製、MDS−I)で重量平均粒径が6.0[μm]となるようにルーバー開度を適宜調整しながら分級し、トナー母体粒子を得た。
次いで、トナー母体粒子100[質量部]に対し、添加剤(HDK−2000、クラリアント株式会社製)1.0[質量部]をヘンシェルミキサーで撹拌混合し、トナー1(クリア)を製造した。
〈トナー原材料処方1〉
ポリエステル樹脂(A)〔重量平均分子量Mw:7100、個数平均分子量Mn;2700〕:100[質量部]
カルナウバワックス:5[質量部]
帯電制御剤(サリチル酸誘導体の金属塩):1[質量部]
(トナー2の製造例)
下記トナー原材料処方2のトナー原材料を使うこと以外はトナー1と同様にして、トナー2(シアン)を製造した。
〈トナー原材料処方2〉
ポリエステル樹脂(A)〔重量平均分子量Mw:7100、個数平均分子量Mn;2700〕:100[質量部]
カルナウバワックス:5[質量部]
帯電制御剤(サリチル酸誘導体の金属塩):1[質量部]
着色剤(銅フタロシアニンブルー顔料):2.5[質量部]
下記トナー原材料処方2のトナー原材料を使うこと以外はトナー1と同様にして、トナー2(シアン)を製造した。
〈トナー原材料処方2〉
ポリエステル樹脂(A)〔重量平均分子量Mw:7100、個数平均分子量Mn;2700〕:100[質量部]
カルナウバワックス:5[質量部]
帯電制御剤(サリチル酸誘導体の金属塩):1[質量部]
着色剤(銅フタロシアニンブルー顔料):2.5[質量部]
(トナー3の製造例)
下記トナー原材料処方3のトナー原材料を使うこと以外はトナー1と同様にして、トナー3(シアン)を製造した。
〈トナー原材料処方3〉
ポリエステル樹脂(A)〔重量平均分子量Mw:11000、個数平均分子量Mn;4000〕:100[質量部]
結晶性ポリエステル樹脂:5[質量部]
カルナウバワックス: 5[質量部]
帯電制御剤(サリチル酸誘導体の金属塩):1[質量部]
着色剤(銅フタロシアニンブルー顔料):2.5[質量部]
下記トナー原材料処方3のトナー原材料を使うこと以外はトナー1と同様にして、トナー3(シアン)を製造した。
〈トナー原材料処方3〉
ポリエステル樹脂(A)〔重量平均分子量Mw:11000、個数平均分子量Mn;4000〕:100[質量部]
結晶性ポリエステル樹脂:5[質量部]
カルナウバワックス: 5[質量部]
帯電制御剤(サリチル酸誘導体の金属塩):1[質量部]
着色剤(銅フタロシアニンブルー顔料):2.5[質量部]
(トナー4の製造例)
下記トナー原材料処方4のトナー原材料を使うこと以外はトナー1と同様にして、トナー4(シアン)を製造した。
〈トナー原材料処方4〉
ポリエステル樹脂(A)〔重量平均分子量Mw:6500、個数平均分子量Mn;3000〕: 100[質量部]
結晶性ポリエステル樹脂:5[重量部]
カルナウバワックス: 5[質量部]
帯電制御剤(サリチル酸誘導体の金属塩):1[質量部]
着色剤(銅フタロシアニンブルー顔料):2.5[質量部]
下記トナー原材料処方4のトナー原材料を使うこと以外はトナー1と同様にして、トナー4(シアン)を製造した。
〈トナー原材料処方4〉
ポリエステル樹脂(A)〔重量平均分子量Mw:6500、個数平均分子量Mn;3000〕: 100[質量部]
結晶性ポリエステル樹脂:5[重量部]
カルナウバワックス: 5[質量部]
帯電制御剤(サリチル酸誘導体の金属塩):1[質量部]
着色剤(銅フタロシアニンブルー顔料):2.5[質量部]
(トナー5の製造例)
下記トナー原材料処方5のトナー原材料を使うこと以外はトナー1と同様にして、トナー5(シアン)を製造した。
〈トナー原材料処方5〉
ポリエステル樹脂(A)〔重量平均分子量Mw:24000、個数平均分子量Mn;8100〕:100[質量部]
カルナウバワックス:5[質量部]
帯電制御剤(サリチル酸誘導体の金属塩):1[質量部]
着色剤(銅フタロシアニンブルー顔料):2.5[質量部]
下記トナー原材料処方5のトナー原材料を使うこと以外はトナー1と同様にして、トナー5(シアン)を製造した。
〈トナー原材料処方5〉
ポリエステル樹脂(A)〔重量平均分子量Mw:24000、個数平均分子量Mn;8100〕:100[質量部]
カルナウバワックス:5[質量部]
帯電制御剤(サリチル酸誘導体の金属塩):1[質量部]
着色剤(銅フタロシアニンブルー顔料):2.5[質量部]
(トナー6の製造例)
まず、水100[質量部]、ビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水分散液(三洋化成工業株式会社製、固形分20%)10[質量部]、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの50%水溶液(エレミノール MON−7、三洋化成工業株式会社製)20[質量部]、高分子保護コロイドであるカルボキシメチルセルロース(セロゲンBSH、三洋化成工業株式会社製)の1%水溶液を40[質量部]、および酢酸エチル15[質量部]を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを水相とする。
まず、水100[質量部]、ビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水分散液(三洋化成工業株式会社製、固形分20%)10[質量部]、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの50%水溶液(エレミノール MON−7、三洋化成工業株式会社製)20[質量部]、高分子保護コロイドであるカルボキシメチルセルロース(セロゲンBSH、三洋化成工業株式会社製)の1%水溶液を40[質量部]、および酢酸エチル15[質量部]を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを水相とする。
次いで、撹拌棒および温度計をセットした容器に、ポリエステル樹脂(I)250[質量部]、カルナウバワックス(A)40[質量部]、および酢酸エチル200[質量部]を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した。その後、1時問かけて30℃にまで冷却し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス株式会社製)を用いて、次の条件でワックスの分散を行い、ワックス分散液を得た。
送液速度:1.2[Kg/hr]
ディスク周速度:10[m/秒]
0.5[mm]ジルコニアビーズ充填量:80[体積%]
パス数:5回
送液速度:1.2[Kg/hr]
ディスク周速度:10[m/秒]
0.5[mm]ジルコニアビーズ充填量:80[体積%]
パス数:5回
なお、上記ポリエステル樹脂(I)のTgは64.0℃、Mwは7100、Mnは2700である。
次いで、前記水相1250[質量部]、前記ワックス分散液1130[質量部]、イソブチルアルコール1[質量部]、イソホロンジアミン7[質量部]、乳化安定剤UCAT660M(三洋化成工業株式会社製)5[質量部]を容器に入れた。そして、28℃環境下において、TKホモミキサー(プライミクス株式会社製)を用いて9,000[rpm]で30分間混合し、水系媒体分散液を得た。その後、前記水系媒体分散液を58℃まで昇温し、TKホモミキサーを用いて回転数1,500[rpm]で1時間更に分散混合し乳化スラリーを得た。
次いで、撹拌機および温度計をセットした容器に、前記乳化スラリーを投入し、35℃で10時間脱溶剤した後、45℃で12時間熟成を行い、有機溶媒が留去された分散液を得た。
次いで、前記分散液100[質量部]を減圧濾過した後、濾過ケーキにイオン交換水300[質量部]を加え、TKホモミキサーを用いて回転数6,000[rpm]で15分間撹拌した後、減圧濾過した。
その後、濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液100[質量部]を加え、TKホモミキサーを用いて回転数6,000[rpm]で15分間撹拌した後、減圧濾過した。
その後、濾過ケーキに10%塩酸100[質量部]を加え、TKホモミキサーを用いて回転数6,000[rpm]で15分間撹拌した後、減圧濾過した。
その後、濾過ケーキにイオン交換水500[質量部]を加え、TKホモミキサーを用いて回転数6,000[rpm]で30分間撹拌した後、減圧濾過し、濾過ケーキを得た。
上記の濾過ケーキを循風乾燥機にて40℃で24時間乾燥し、目開き75[μm]メッシュで篩い、トナー母体粒子を得た。
その後、濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液100[質量部]を加え、TKホモミキサーを用いて回転数6,000[rpm]で15分間撹拌した後、減圧濾過した。
その後、濾過ケーキに10%塩酸100[質量部]を加え、TKホモミキサーを用いて回転数6,000[rpm]で15分間撹拌した後、減圧濾過した。
その後、濾過ケーキにイオン交換水500[質量部]を加え、TKホモミキサーを用いて回転数6,000[rpm]で30分間撹拌した後、減圧濾過し、濾過ケーキを得た。
上記の濾過ケーキを循風乾燥機にて40℃で24時間乾燥し、目開き75[μm]メッシュで篩い、トナー母体粒子を得た。
次いで、上記トナー母体粒子100[質量部]に対し、添加剤(HDK−2000、クラリアント株式会社製)1.0[質量部]をヘンシェルミキサーで撹拌混合し、重量平均粒径が6.0[μm]のトナー6(クリア)を製造した。
さらに市販されている画像形成装置からトナーA,トナーB,トナーC,トナーDの4種類のトナーを抜き出し、評価用のトナーとして用意した。いずれもA4ヨコの出力速度が60[枚/分]以上の画像形成装置から入手した。
(実施例1)
前記作製したトナー1の粘弾性を前記粘弾性測定システムARESにより測定した。粘弾性データは後述する定着実験装置の条件と合わせて、前述の式(1)、式(2)で表される指標値GA、GBの算出に使用した。なお、トナー温度130[℃]以下で指標値GAが0.9以上とならない場合は指標値GBは評価しない。
前記作製したトナー1の粘弾性を前記粘弾性測定システムARESにより測定した。粘弾性データは後述する定着実験装置の条件と合わせて、前述の式(1)、式(2)で表される指標値GA、GBの算出に使用した。なお、トナー温度130[℃]以下で指標値GAが0.9以上とならない場合は指標値GBは評価しない。
次に、株式会社リコー製のカラープリンタ「RICOH PRO C751EX」を改造した画像形成装置を用いて、定着前の状態で、記録材としての用紙上に付着量0.42[mg/cm2]のベタ画像を形成した。
次に、上記カラープリンタ「RICOH PRO C751EX」の定着装置のみを単独で使用でき、速度、ニップ圧力を自由に変更することが可能な定着実験装置を用意し、定着実験を行った。用紙搬送速度は353[mm/s]、前記圧力分布測定システムI−SCANで測定した平均圧力は2.25×105[Pa]に調整した。定着実験装置は定着ベルトの表面を温度センサで測定しており、狙いの定着ベルトの表面温度となるまで十分に余熱してから、定着実験を行った。定着温度は定着可能な範囲で1℃づつ上昇させ、画像を出力した。
なお、評価には王子製紙製PODグロスコート紙(128g/m2)を使用した。得られた画像について、前記光沢計GM−26Dを用い60度光沢G(60)で測定した。測定は用紙内で5点以上測定し、平均値で評価した。評価値として、最大光沢度、指標値GA、GBの値、光沢度G(60)が65以上となる下限温度、光沢度G(60)が65以上となる上限温度、光沢度G(60)が65以上となる温度幅Wgを測定または算出した。また、温度幅Wgについての評価は、20℃以上の場合を「○」とし、20℃〜1℃となる場合を「△」、0℃以下の場合を「×」とした。これらの結果を、後述の表1に示した。なお、前述の「下限温度」及び「上限温度」は定着実験装置における定着ベルト表面の制御目標温度であり、粘弾性測定装置におけるトナー温度、あるいは定着ニップ部の中の実際のトナー温度とは異なる。
(実施例2)
使用するトナーを前記トナー2とする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
使用するトナーを前記トナー2とする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
(比較例1)
使用するトナーを前記トナー3とする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
使用するトナーを前記トナー3とする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
(比較例2)
使用するトナーを前記トナー4とする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
使用するトナーを前記トナー4とする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
(比較例3)
使用するトナーを前記トナー5とする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
(比較例4)
使用するトナーを市販の画像形成装置から取り出した前記トナーAとする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
使用するトナーを前記トナー5とする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
(比較例4)
使用するトナーを市販の画像形成装置から取り出した前記トナーAとする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
(比較例5)
使用するトナーを市販の画像形成装置から取り出した前記トナーBとする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
使用するトナーを市販の画像形成装置から取り出した前記トナーBとする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
(比較例6)
使用するトナーを市販の画像形成装置から取り出した前記トナーCとする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
使用するトナーを市販の画像形成装置から取り出した前記トナーCとする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
(比較例7)
使用するトナーを市販の画像形成装置から取り出した前記トナーDとする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
使用するトナーを市販の画像形成装置から取り出した前記トナーDとする以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
(実施例3)
使用するトナーを前記トナー1とし、定着実験装置の搬送速度を150[mm/s]とした以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
使用するトナーを前記トナー1とし、定着実験装置の搬送速度を150[mm/s]とした以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
(実施例4)
使用するトナーを前記トナー1とし、定着実験装置の搬送速度を1000[mm/s]とした以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
使用するトナーを前記トナー1とし、定着実験装置の搬送速度を1000[mm/s]とした以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
(比較例8)
使用するトナーを前記トナー1とし、定着実験装置の圧力が8.0×104[Pa]となるように調整した以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
使用するトナーを前記トナー1とし、定着実験装置の圧力が8.0×104[Pa]となるように調整した以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
(実施例5)
使用するトナーを前記トナー1とし、定着実験装置の圧力が5.0×105[Pa]となるように調整した以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
使用するトナーを前記トナー1とし、定着実験装置の圧力が5.0×105[Pa]となるように調整した以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
(実施例6)
使用するトナーを前記トナー3とし、定着実験装置の搬送速度を1000[mm/s]とし、圧力が5.0×105[Pa]となるように調整した以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
使用するトナーを前記トナー3とし、定着実験装置の搬送速度を1000[mm/s]とし、圧力が5.0×105[Pa]となるように調整した以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
(実施例7)
使用するトナーを前記トナー6とした以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
使用するトナーを前記トナー6とした以外は実施例1と同様にして、定着評価を行い評価結果を表1に示した。
また、得られた粘弾性の参考例として、トナー1及びトナーAそれぞれの周波数f2=0.5[Hz]におけるG’,G”,tanδのトナー温度による変化を図6、図7に示した。また、周波数f2=0.5[Hz]における各トナーの正接損失tanδ(f2,120℃)を、表2に示す。
表1中の実施例1〜7は、特許請求の範囲の請求項1に記載した条件を満たしている。すなわち、トナー温度Ttが130[℃]以下の範囲で式(1)で示す指標値GAの値が0.9以上であり、且つ、式(2)で示す指標値GBの値が−0.8以下であるという条件を満たしている。表1から、これらの実施例1〜7では、いずれも光沢度が65以上となる温度幅Wgが20℃以上となり、高安定で高光沢な画像を得ることができているがわかる。
一方、表1中の比較例1〜8は、特許請求の範囲の請求項1に記載した条件を満たしていない。すなわち、トナー温度Ttが130[℃]以下の範囲で式(1)で示す指標値GAの値が0.9以上であり、且つ、式(2)で示す指標値GBの値が−0.8以下であるという条件を満たしていない。これらの比較例1〜8では、高光沢画像が得られない、あるいは、温度幅Wgが20℃以下となり、恒常的に高光沢画像を出力するには不安定である。
以上のように、トナーの粘弾特性及び定着装置の圧力等の諸条件が、特許請求の範囲の請求項1に記載した条件を満たす範囲内にある場合は、高安定で高光沢な画像を得ることができる。
一方、表1中の比較例1〜8は、特許請求の範囲の請求項1に記載した条件を満たしていない。すなわち、トナー温度Ttが130[℃]以下の範囲で式(1)で示す指標値GAの値が0.9以上であり、且つ、式(2)で示す指標値GBの値が−0.8以下であるという条件を満たしていない。これらの比較例1〜8では、高光沢画像が得られない、あるいは、温度幅Wgが20℃以下となり、恒常的に高光沢画像を出力するには不安定である。
以上のように、トナーの粘弾特性及び定着装置の圧力等の諸条件が、特許請求の範囲の請求項1に記載した条件を満たす範囲内にある場合は、高安定で高光沢な画像を得ることができる。
上記実施形態の実施例で用いたトナーは、従来のトナーよりも比較的低温から貯蔵弾性率G’が低く、損失正接tanδが高い、さらにホットオフセット等が発生する高温域においてtanδが高過ぎない特徴を持つ。さらに、粘弾性は周波数に依存するため、使用する定着装置の条件に最適化した周波数特性を持つトナー特性とすることにより、従来よりも卓越して高安定で高光沢な画像を得ることができる。
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
記録材Pなどの記録媒体上にトナー像を形成する画像形成ユニット200Y,200C,200M,200Bkなどのトナー像形成手段と、トナー像が形成された記録媒体を定着ベルト3及び加圧ローラ5などの定着部材で挾持する定着ニップ部Nにおいて圧力及び熱を加えることにより記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置90と、を備えた画像形成装置において、定着装置90の定着ニップ部Nで記録媒体上のトナー像に加える平均圧力をPave[Pa]とし、定着ニップ部Nの記録媒体搬送方向におけるニップ幅を記録媒体の移動速度で割って求めたニップ通過時間の逆数である周波数をf1[Hz]とし、トナー像の形成に用いられるトナーについて測定した周波数f1[Hz]及びトナー温度Tt[℃]における複素弾性率の絶対値並びに周波数f2=0.5[Hz]及びトナー温度Tt[℃]における正接損失をそれぞれG*(f1,Tt)及びtanδ(f2,Tt)としたとき、トナー温度Ttが130[℃]以下の範囲で式(1)で示すGAの値が0.9以上であり、式(1)で示すGAの値が0.9となる最低のトナー温度Ttの測定値に20[°]を加算した温度をTtmax[℃]とし、その温度Ttmaxに対応する複素弾性率の絶対値及び正接損失をそれぞれG*(f1,Ttmax)及びtanδ(f2,Ttmax)としたとき、式(2)で示すGBの値が−0.8以下である。
これによれば、上記実施形態、実施例1〜7及び表1の実験結果について説明したように、定着ニップ部Nにおける加熱温度の温度幅が20[°]以上の温度範囲で光沢度が65以上の高光沢性の画像を得ることができる。
(態様B)
上記態様Aにおいて、定着装置90の定着ニップ部Nで記録媒体上のトナー像に加える平均圧力Paveが1.0×105[Pa]以上である。これによれば、上記実施形態について説明したように、上記光沢度が65以上の高光沢性の画像をより安定して得ることができる。
(態様C)
上記態様A又は態様Bにおいて、トナー温度Ttが120[℃]における正接損失tanδ(f2,Tt)の値が2.5以上である。これによれば、上記実施形態について説明したように、上記光沢度が65以上の高光沢性の画像を更に安定して得ることができる。
(態様D)
上記態様A乃至Cのいずれかにおいて、前記トナーは、無色透明のトナーである。これによれば、上記実施形態について説明したように、通常の画像に対して光沢を付与することができる。
(態様A)
記録材Pなどの記録媒体上にトナー像を形成する画像形成ユニット200Y,200C,200M,200Bkなどのトナー像形成手段と、トナー像が形成された記録媒体を定着ベルト3及び加圧ローラ5などの定着部材で挾持する定着ニップ部Nにおいて圧力及び熱を加えることにより記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置90と、を備えた画像形成装置において、定着装置90の定着ニップ部Nで記録媒体上のトナー像に加える平均圧力をPave[Pa]とし、定着ニップ部Nの記録媒体搬送方向におけるニップ幅を記録媒体の移動速度で割って求めたニップ通過時間の逆数である周波数をf1[Hz]とし、トナー像の形成に用いられるトナーについて測定した周波数f1[Hz]及びトナー温度Tt[℃]における複素弾性率の絶対値並びに周波数f2=0.5[Hz]及びトナー温度Tt[℃]における正接損失をそれぞれG*(f1,Tt)及びtanδ(f2,Tt)としたとき、トナー温度Ttが130[℃]以下の範囲で式(1)で示すGAの値が0.9以上であり、式(1)で示すGAの値が0.9となる最低のトナー温度Ttの測定値に20[°]を加算した温度をTtmax[℃]とし、その温度Ttmaxに対応する複素弾性率の絶対値及び正接損失をそれぞれG*(f1,Ttmax)及びtanδ(f2,Ttmax)としたとき、式(2)で示すGBの値が−0.8以下である。
(態様B)
上記態様Aにおいて、定着装置90の定着ニップ部Nで記録媒体上のトナー像に加える平均圧力Paveが1.0×105[Pa]以上である。これによれば、上記実施形態について説明したように、上記光沢度が65以上の高光沢性の画像をより安定して得ることができる。
(態様C)
上記態様A又は態様Bにおいて、トナー温度Ttが120[℃]における正接損失tanδ(f2,Tt)の値が2.5以上である。これによれば、上記実施形態について説明したように、上記光沢度が65以上の高光沢性の画像を更に安定して得ることができる。
(態様D)
上記態様A乃至Cのいずれかにおいて、前記トナーは、無色透明のトナーである。これによれば、上記実施形態について説明したように、通常の画像に対して光沢を付与することができる。
1 定着ローラ
2 加熱ローラ
3 定着ベルト
4 ハロゲンヒータ
5 加圧ローラ
6 ハロゲンヒータ
7 定着ベルトクリーニング手段
90 定着装置
11、12、13、14 像担持体(感光体)
21、22、23、24 帯電装置
31、32、33、34 現像装置
41、42、43、44 クリーニング装置
50 中間転写ベルト
61、62、63、64 一次転写ローラ
100 給紙カセット
100a 給紙ローラ
101 レジストローラ対
120 二次転写裏面ローラ
150 従動ローラ
151 駆動ローラ
160 二次転写ローラ
110 光書込ユニット
200Y,200C,200M,200Bk 画像形成ユニット
P 記録材
T トナー(トナー像)
2 加熱ローラ
3 定着ベルト
4 ハロゲンヒータ
5 加圧ローラ
6 ハロゲンヒータ
7 定着ベルトクリーニング手段
90 定着装置
11、12、13、14 像担持体(感光体)
21、22、23、24 帯電装置
31、32、33、34 現像装置
41、42、43、44 クリーニング装置
50 中間転写ベルト
61、62、63、64 一次転写ローラ
100 給紙カセット
100a 給紙ローラ
101 レジストローラ対
120 二次転写裏面ローラ
150 従動ローラ
151 駆動ローラ
160 二次転写ローラ
110 光書込ユニット
200Y,200C,200M,200Bk 画像形成ユニット
P 記録材
T トナー(トナー像)
Claims (4)
- 記録媒体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該トナー像が形成された記録媒体を定着部材で挾持する定着ニップ部において圧力及び熱を加えることにより該記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置と、を備えた画像形成装置において、
前記定着装置の定着ニップ部における平均圧力をPave[Pa]とし、前記定着ニップ部の記録媒体搬送方向におけるニップ幅を記録媒体の移動速度で割って求めたニップ通過時間の逆数である周波数をf1[Hz]とし、前記トナー像の形成に用いられるトナーについて測定した周波数f1[Hz]及びトナー温度Tt[℃]における複素弾性率の絶対値並びに周波数f2=0.5[Hz]及びトナー温度Tt[℃]における正接損失をそれぞれG*(f1,Tt)及びtanδ(f2,Tt)としたとき、前記トナー温度Ttが130[℃]以下の範囲で下記の式(1)で示すGAの値が0.9以上であり、
下記の式(1)で示すGAの値が0.9となる最低のトナー温度Ttの測定値に20[°]を加算した温度をTtmax[℃]とし、その温度Ttmaxに対応する前記複素弾性率の絶対値及び前記正接損失をそれぞれG*(f1,Ttmax)及びtanδ(f2,Ttmax)としたとき、下記の式(2)で示すGBの値が−0.8以下であることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1の画像形成装置において、
前記定着装置の定着ニップ部における平均圧力Paveが1.0×105[Pa]以上であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は2の画像形成装置において、
前記トナー温度Ttが120[℃]における前記正接損失tanδ(f2,Tt)の値が2.5以上であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至3のいずれかの画像形成装置において、
前記トナーは、無色透明のトナーであることを特徴とする画像形成装置。
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