JP2632404B2 - 定着方法 - Google Patents

定着方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、加熱溶融性のトナーを用いて転写材上に画
像を形成し、これを加熱定着処理する定着方法に関す
る。
[従来の技術] 従来、加熱定着処理に用いられている定着装置は所定
の温度に維持された加熱ローラーに圧接する加圧ローラ
ーとによって未定着のトナー画像が形成された転写材を
挟持搬送しつつ加熱するローラー定着方式が多用されて
いる。しかしながらこの種の装置では、加熱ローラーに
トナーが転移するいわゆるオフセット現象を防止するた
めに加熱ローラーを最適な温度に維持する必要があり、
加熱ローラーの、あるいは加熱体の熱容量を大きくしな
ければならなかった。すなわち加熱ローラーの熱容量が
小さい場合には発熱体による供給熱量との関係により通
紙あるいは他の外的要因で加熱ローラー温度が低温側あ
るいは高温側に大きく変動し易くなる。低温側に変動し
た場合にはトナーの軟化溶融不足によって定着不良や低
温オフセットを生じ、高温側に変動した場合にはトナー
が完全に溶融してしまいトナーの凝集が低下するために
高温オフセットを生じる。かかる問題を回避するために
加熱ローラーの熱容量を大きくすると、加熱ローラーを
所定の温度まで昇温するための時間が長くなり装置を使
用の際に待機時間が大きくなるという別の問題が生ず
る。係る問題を解決する方法としてUSP357897号に開示
されているように加熱体を用いトナーの融点関でトナー
像を加熱溶解後トナー像を冷却し比較的高い粘性体とし
た後トナーの付着する傾向を弱めた状態で加熱体ウェブ
から剥離することによるオフセットを生ぜずに定着する
方法が提案されている。しかしながらこの方法は加熱体
に対してトナー像及び転写材を加圧圧接することなしに
加熱する方法を採用しているため転写材を加熱する必要
は無いが、加熱体とトナー像間の熱伝達効率が悪くなり
定着に多大のエネルギーが必要となる。
特願昭47−25896号公報では加圧圧接を利用すること
で熱伝達効率の向上を計り、短時間でトナー像を加熱溶
融せしめる方法が提案されている。しかしながらこの方
法は予め一対の加熱体の間にトナー像及び転写材を加圧
挟持させた状態で加熱せしめ、その後強制的に冷却せし
める方式を採用している。具体的にはトナー像を一対に
加熱体を用い、表裏両面から加熱せしめるためエネルギ
ー面から効率的に見えるが実際には転写材側からトナー
像を十分に加熱する必要のある事、さらには次の冷却工
程において、一旦加熱せしめた転写材を急激に冷却しな
ければトナー像を剥離できず強制的な冷却手段が必要で
あることなどから結果的にはエネルギーのロスが大き
い。また比較的大きな熱容量の加熱体を用いるため機内
への放熱が増大し不必要な機内昇温を招く欠点もあっ
た。このため上記提案はいまだ実用化に到っていない。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、上記問題点を解決し、オフセットの
ない、高画質の画像を提供する定着方法を提供するもの
である。
[課題を解決するための手段及び作用] 本発明は、トナーによって形成され未定着のトナー画
像を有する担持体を、該トナー画像に厚さ1〜200μm
の耐熱フィルムを接触させた状態で、加熱手段を有する
加熱部に通過させることにより、該耐熱フィルムを介し
て該加熱手段を該トナー画像に当接させて、該トナー画
像を加熱溶融させて該担持体に定着せしめ、一旦加熱溶
融したトナー画像を冷却固化した後、該耐熱フィルムを
該トナー画像から剥離せしめる定着方法であって、 該トナーは、結着樹脂及び着色剤を少なくとも含有し
ており、該トナーの全結着樹脂は、140℃の溶融粘度が
0.1〜2×105センチポイズであり、かつ下式で示される
粘度の対数(logη)と測定時の絶対温度(T)の逆数
をプロットした傾(θ)が 102〜3×103であることを特徴とする定着方法に関す
る。
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。第1図は
本発明による定着装置の該略図の一例である。
図中1は加熱手段としての加熱ローラー、2は加圧ロ
ーラーである。それぞれ中空のアルミ管上に例えば3mm
厚のRTV シリコーンゴム層を設け、ローラー1、2は
電気ヒーター3、4を内蔵している。ローラー1、2は
それぞれ図の矢印a、bの方向に回転する。5は耐熱フ
ィルムとしての定着フィルムでポリイミドを基材とし、
必要に応じて表面を離型化処理を施す。6は転写材、7
は未定着トナー、8は定着フィルム送りローラー、9は
巻き取りローラーとして作用し、それぞれ図の矢印c、
d方向と逆方向に回転する。10は分離ローラーで巻き取
りローラー9と同方向に回転し、例えば外径10mmの中空
アルミニウム管を用いる。11は分離下ローラーで加圧ロ
ーラーと同方向に回転しこれと加圧ローラー9の間に搬
送ベルト12をかける。搬送ベルト12は図の矢印方向に移
動し例えば厚さ50μmのポリイミドである。13は転写材
案内部材である。
次に、定着工程について詳しく説明する。
定着フィルムの移動速度は100mm/sec、ローラー1、
2での定着温度を170℃に設定した。未定着画像が第1
図の矢印の方向からローラー1,2の圧接部に入る。ロー
ラー1、2での圧接部でのニップは5mmに設定した。定
着フィルムがトナー画像と接触するようにタイミングを
合わせる制御が働き、ローラー1、2の圧接部(ニップ
部)でトナー画像は加熱溶融される。通常の定着ローラ
ーにおいてこの時点でローラーから分離されるためトナ
ー画像表面は凹凸が大きい。定着フィルムとトナー画
像、そしてトナー画像と転写材が密着した状態で分離ロ
ーラー10〜11まで搬送される。この間にトナーは十分冷
却され軟化点以下になる。そして分離ローラー10によっ
て転写材上のトナー画像と定着フィルム5を曲率分離し
転写材は第1図左側に排出される。巻き取りローラー8
によって巻き取られた定着フィルム5は定着工程後の非
定着時において図の矢印と逆方向に移動し送りローラー
によって巻き戻される。この時定着後のトナー表面は定
着フィルムの表面粗さに倣った表面形状を形成すること
ができる。
以上のようにして得られた画像は良好で単色画像に関
しては、高濃度の画像が、また多色画像に関しては混色
性も良好で高品位である。
第2図は第1図とは異なる装置の概略図であり、定着
フィルムをエンドレスベルトとしたものである。搬送ロ
ーラー15を介して図のh方向にエンドレスベルトが移動
する。また第1図では加圧ローラー2内部にもヒーター
を設けたが、トナー画像側からの加熱、すなわち定着ロ
ーラー1からの加熱が十分ならば必ずしも必要でない。
また定着フィルムは単層構成だけでなく耐熱フィルム16
上に剥離性の良い高分子材料を設けた複層構成であって
も良い。耐熱フィルム表面層を絶縁性のPFA樹脂でコー
ティングした場合にはトナー画像を撹乱する静電気が耐
熱シートに発生し易いのでこれに対処するために設置さ
せた除電ブラシ等で除電する工夫がなされる。さらには
コーティング樹脂中に導電性の繊維やカーボンブラック
等を添加して静電気による画像乱れを防止する時も可能
である。
本発明に用いられる耐熱フィルムの厚さは、1〜200
μmが好ましく、さらに好ましくは3〜50μmが有効に
用いられ、材質としてはポリエステル、ポリエチレンテ
レフタレート(PET)、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(PFA)、ポ
リテトラフルオロエチレン(PTFE),ポリイミド、ポリ
アミド等及びアルミニウム金属シート、さらにはポリマ
ーシートに金属をラミネートしたり蒸着された被覆シー
トが利用できる。
本発明に用いられるトナーの結着樹脂としては140℃
における溶融粘度が0.1〜2×105センチポイズの範囲に
ある事が好ましく、特に好ましくは1〜103センチポイ
ズが有効である。また下式で示される粘度の対数(log
η)と測定時の絶対温度(T)の逆数をプロットした傾
(θ)が 102〜3×103が有効である。ここで粘度の測定は一般の
ローター式粘度計を用いて行なった。全ての結着樹脂の
溶融粘度(η)は次式を満足し τ:剪断応力 D:速度勾配 τはDの増大と共に直線的に増大するいわゆるニュート
ン粘性を示した。ここで測定した粘度の対数(1nη)と
その時の温度の逆数をプロットすると良く知られたアン
ドレード式に良く一致し、良好な直線性を示した。
ここでUは見掛けの活性化エネルギー、Rは気体定
数、Aは定数を示す。
粘度測定がズリ応力に対するズリ速度であるから見掛
け活性エネルギーは物質の流動特性を示す尺度に相当す
ると言われている。つまり本発明に用いた溶融粘度と温
度の逆数の勾配は見掛けの活性化エネルギーに対応する
物理量を示し、加熱工程での転写材上に溶解したトナー
の流動性を示し、画像ニジミ転写材への浸透等に関し有
効な物理量となる。
本発明においてはトナーの粘着樹脂の溶融粘度が140
℃下で0.1センチポイズ未満であると加熱定着工程でト
ナーが過剰溶融することにより転写材中に浸透し、画像
の悪化を招き、他方2×105センチポイズを超える場合
には、トナーの変形が起きにくく、結果的に定着不良の
原因となり定着に過剰なエネルギーを要したり、定着時
間が長くかかるという問題が生じる。溶融粘度の対数と
温度の逆数から成る直線の勾配は加熱エネルギー変化に
伴うトナーの結着樹脂の流動性を示す尺度であり、且こ
の値が大きいことは印加熱量に対し急激な粘度変化を示
すシャープメルトであることも意味する。
本発明に用いられるトナーの結着樹脂としては本発明
の粘度挙動を有するように具体的にはマイクロクリスタ
リンワックス、パラフィンワックス、ポリエチレンワッ
クス(低密度,高密度;酸化型,非酸化型)、エチレン
−酢酸ビニル共重合体等の石油系ワックス類;カルナバ
ワックス,キャデリラワックス,木ロウ,ライスワック
ス等の植物系ワックス類;ミツロウ,ラノリン等の動物
系ワックス類;モンタンワックス,セレシン等の鉱物系
ワックス類;比較的低分子量で分子量分布がシャープな
非架橋スチレン系共重合体;ポリエステル等の中から選
択し利用される。
ただし、高度に架橋された高分子量の樹脂は本発明の
粘度特性を示さず利用することができない。
[実施例] 実施例1 結着樹脂として低密度ポリエチレンと低分子量分を除
去した生成パラフィンワックス重量比で4:1に配合した
ものを用いた。結着樹脂の粘度挙動は、 であった。上記結着樹脂に磁性体及び荷電制御剤を加え
た後十分に混練後粉砕・分級を行なうことで所定の粒度
を有するトナーを得た。このトナーを用い第1図に示す
定着装置を用い定着し、定着試験を行なった。定着条件
としては、 であり、定着試験は、試験片をガラス等の固い平板上に
載せ、シンボル紙を5枚重ね、すき目に沿って40g/cm2
の印加圧力で5往復摺擦し、摺擦前後の画像濃度低下率
を算出し定着性の良否を判断した。濃度低下率は10%と
良好であり、画像のにじみ、裏写りも見られなかった。
実施例2 トナーの結着樹脂として低分子量ポリプロピレンとポ
リエステルとを重量比率として1:5に配合したもの用
い、トナーを試作した。
この時の結着樹脂の粘度特性は であった。このトナーを用い実施例1に示す定着装置で
定着を行ない定着評価を行なった。濃度低下率は12.5と
良好であり、画像のにじみ、裏写り等も見られなかっ
た。
実施例3 実施例1に示すトナーを利用した第2図に示す定着装
置を用い、定着せしめ、定着画像の評価を行なった。
摺擦前後の画像の濃度低下率は13%と良好であった。
また、エンドレスベルトを未定着画像を連続1000枚通紙
し定着させたが耐熱シートへのオフセットは観察されな
かった。
比較例1 トナーの結着樹脂としてスチレン−ブチルアクルレー
ト−ジビニルベンゼン共重合体を用いた以外は実施例1
と同様にトナーを試作し定着評価を行なった。結着樹脂
の粘度挙動は樹脂中に存在するゲル分のため140℃下で
は測定できず本発明の範囲外である。定着試験の結果摺
擦前後の濃度低下率は30%と悪く、さらに、紙とトナー
像間の剥離強度も極めて悪かった。
[発明の効果] 以上の様に本発明によると、鮮明な画像が長期に渡っ
て得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
第1〜2図は本発明の方法を利用した定着装置の概略図
である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】トナーによって形成された未定着のトナー
    画像を有する担持体を、該トナー画像に厚さ1〜200μ
    mの耐熱フィルムを接触させた状態で、加熱手段を有す
    る加熱部に通過させることにより、該耐熱フィルムを介
    して該加熱手段を該トナー画像に当接させて、該トナー
    画像を加熱溶融させて該担持体に定着せしめ、一旦加熱
    溶融したトナー画像を冷却固化した後、該耐熱フィルム
    を該トナー画像から剥離せしめる定着方法であって、 該トナーは、結着樹脂及び着色剤を少なくとも含有して
    おり、該トナーの全結着樹脂は、140℃の溶融粘度が0.1
    〜2×105センチポイズであり、かつ下式で示される粘
    度の対数(logη)と測定時の絶対温度(T)の逆数を
    プロットした傾(θ)が 102〜3×103であることを特徴とする定着方法。
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