JPH0511651A

JPH0511651A - 定着装置

Info

Publication number: JPH0511651A
Application number: JP18523391A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Yasuda; 晋一朗安田; Kuniyasu Kawabe; 邦康河辺
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1991-06-29
Filing date: 1991-06-29
Publication date: 1993-01-22

Abstract

(57)【要約】【構成】画像形成部材上に形成されたトナー像の記録媒
体への転写により記録媒体上に付着した熱解離型カプセ
ルトナーを定着する装置において、少なくとも一対のロ
ーラにより張架された無端型フィルムと、前記無端型フ
ィルムと平行して搬送される記録媒体上に付着したトナ
ーを前記無端型フィルムを介して予熱する加熱手段およ
び予熱されたトナーを前記記録媒体上に加圧定着する定
着手段とを具備したことを特徴とする定着装置。【効果】定着前にトナーを予熱することで定着温度を非
常に低く、かつ低線圧に設定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は普通紙複写機やレーザプ
リンタ及び普通紙ファクシミリ等に用いられる画像形成
用の定着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複写機やレーザビームプリンタ等
において画像を形成する場合、一般にカールソン方式が
用いられている（米国特許明細書2,221,776 、 2,297,6
91及び2,357,809 号、"Electrophotography:p22-p41,R.
M.Shaffert 1965,The Focal Press ）。図２に従来の定
着装置を用いた画像形成方法の概念図を示すが、従来の
方法においては光学的手段によって感光体上に形成され
た静電潜像は先ず現像工程で現像された後、転写工程で
記録紙等の記録媒体に転写され、次いで定着工程で一般
に熱と圧力で定着され画像が形成される。そして、上記
感光体は繰り返し使用する為、その回転に伴って転写後
の残存トナーを清掃するクリーニング装置が設置されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
定着装置においては一般に発熱体の温度が非常に高温で
あり、且つ大きな圧力を必要とした。一方、感光体およ
び現像装置は室温に保持される必要がある為、定着部と
感光体および現像装置とはかなりの距離を置く必要があ
り、そのため装置が大型化する原因となっていた。さら
に発生する熱を強制的に系外に排除する事が必要であっ
たが、強制放熱装置により発生する音はオフィス等では
無視できない騒音である。

【０００４】また、定着工程は単独で存在し２００℃前
後の高い温度である為、定着器周辺には高価な耐熱性樹
脂、耐熱性ゴム等の耐熱性部材が必要であった。一方、
高温で定着すると紙のカール、ジャムり等のトラブルが
発生し易く、紙の厚みによっては紙が熱を吸収する為、
定着不良を起こす事も指摘されている。また、定着温度
が高いと、設定温度になるまでに時間がかかりクイック
印字ができない為、ファクシミリの様なクイック印字が
要求される装置には不向きであった。

【０００５】これらの問題点を解消するため、従来より
１２０℃以下の低温定着を行う装置として、例えばコー
ルドプレス方式が知られているが、この場合定着温度は
低いものの線圧が通常４kg／cm以上といった高線圧とな
り、逆に４kg／cm以下といった低線圧で定着する定着装
置として、例えばヒートローラ方式が知られているが、
この場合定着温度が１２０℃以上の高温となるなどの問
題が指摘されている。このように低温定着が可能でかつ
低線圧で定着できる定着装置の開発が期待されている
が、未だ見い出されていないのが実情である。

【０００６】これらの観点から新しい定着装置とそれに
適応したトナーの開発が要望されている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは前
記課題を解決するために、低温溶融性のトナー殻材につ
いて検討した。その結果、界面重合法にて製造した熱解
離型カプセルトナーが１２０℃未満で溶融することを見
出し、さらにこのカプセルトナーを利用した画像形成方
法における定着装置について検討し、本発明に至った。

【０００８】即ち、本発明の定着装置は、画像形成部材
上に形成されたトナー像の記録媒体への転写により記録
媒体上に付着した熱解離型カプセルトナーを定着する装
置において、少なくとも一対のローラにより張架された
無端型フィルムと、前記無端型フィルムと平行して搬送
される記録媒体上に付着したトナーを前記無端型フィル
ムを介して予熱する加熱手段および予熱されたトナーを
前記記録媒体上に加圧定着する定着手段とを具備したこ
とを特徴とする定着装置である。また、さらに前記無端
型フィルム上の残留トナーを除去するクリーニング手段
を具備したことを特徴とする定着装置である。また、前
記加熱手段が無端型フィルムと対向して該無端型フィル
ムの内面側に配設されている、搬送中の記録媒体のトナ
ーの付着した表面を４０〜１２０℃の温度範囲に予熱す
る発熱体である定着装置である。また、前記定着手段が
圧力ローラであって、該圧力ローラによる線圧が０．５
〜４ｋｇ／ｃｍである定着装置である。

【０００９】

【作用】本発明によれば、搬送中の記録媒体上に付着し
た熱解離型カプセルトナーを予め暖めておいてから圧力
ローラで加圧定着するものであり、定着前にトナーを予
熱することで定着温度を非常に低く、かつ低線圧に設定
できる。従って、強制放熱の必要性が小さくなり、放熱
装置が非常に小型化され騒音が大幅に低減される。ま
た、定着温度が非常に低い為、紙のカール、ジャムり等
のトラブルが発生しにくくなる。また、定着温度が低い
為、設定温度になるまでに時間がかからずクイック印字
ができる。また、低線圧となることから細線のつぶれ、
画像のにじみが軽減され高画質となり、かつ定着ローラ
の寿命も長くなる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明の定着装置を用い
た画像形成方法の概念図である。本発明の定着装置は、
画像形成部材上に形成されたトナー像の記録媒体への転
写により記録媒体上に付着した熱解離型カプセルトナー
を定着する装置に関するものであり、定着工程までの感
光体の帯電工程、露光工程、現像工程および転写工程は
特に限定的なものではなく公知の通常の装置により実施
される。

【００１１】例えば、１は導電性支持体上に感光層を設
けたアモルファスシリコン又は有機感光体等の感光体ド
ラムである。感光体にはセレン系、シリコン系、有機系
等の実用化された感光体が例示され、何れを使用しても
差し支えない。

【００１２】７は帯電装置であり、感光体１に対向して
設けられている。帯電手段としては特に制限されるもの
ではなく、例えばコロナ帯電器、ブラシ帯電器又はロー
ラ帯電器等を利用することが出来る。

【００１３】２は露光装置であり、感光体１に対向して
設置され、感光体面上に静電潜像を形成する装置であ
る。露光装置２としてはレーザ、ＬＥＤ又はＥＬアレイ
等の光源を作像光学系と組み合わせて使用される。もし
くは一般に複写機に使用されている原稿の反射光を投影
する光学系等の装置を用いる事が出来る。

【００１４】３は現像器であり、感光体１に対向して設
置され、感光体面上に形成した静電潜像をトナーで可視
化せしめる為の現像装置である。現像装置としては通常
使用されている２成分磁気ブラシ現像器、１成分磁気ブ
ラシ現像器、１成分非磁性現像器等いずれの現像器も使
用する事が出来る。

【００１５】感光体上に形成された静電潜像に付着した
トナーは転写装置５ｂにて記録媒体６に転写される。転
写方法としては記録媒体の裏側にコロナイオンを与える
コロナ転写法、記録媒体の裏面に電圧を印加した導電性
ローラを押し当て、電圧により転写電界を形成するロー
ラ転写法、さらに記録媒体の搬送を兼ねた誘電ベルト転
写法等が挙げられる。

【００１６】転写工程後、感光体上に残存する微量なト
ナーを除去する為のクリーニングウェブなどのクリーニ
ング装置８が感光体１に対向して設置されている。

【００１７】本発明の定着装置においては、少なくとも
一対のローラにより張架された無端型フィルムが用いら
れる。無端型フィルムとしてはフッ素樹脂、ポリイミド
樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂といった耐熱
性フィルムに限らず、加熱温度を低く設定できるため、
ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンフィルム、ナイ
ロンフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、セロファ
ン等も使用できる。無端型フィルムは少なくとも一対の
ローラにより張架されている。例えば、図１および図３
では定着ローラ（圧力ローラ）１２ａと支持ローラ１６
により張架されている。無端型フィルムは該フィルムと
記録紙間に熱を蓄える事によりトナーへの熱の伝達の効
率を向上させるためおよび耐オフセット性を向上させる
ために用いられ、必要に応じてさらにローラの数を増や
してもよい。

【００１８】定着される記録媒体上のトナーは、無端型
フィルムと平行して定着部まで搬送されるが、これは記
録紙などの記録媒体６が例えば図１および図３に示す如
く、搬送ベルト１５により無端型フィルム１１面に沿っ
て平行に搬送されることにより定着部である定着ローラ
まで搬送される。

【００１９】この搬送中に記録媒体上に付着したトナー
は、無端型フィルムを介して予熱する加熱手段により予
め加熱され、カプセルトナーの外殻が解離し易い程度に
処理される。即ち、本発明における加熱手段は無端型フ
ィルムと対向して無端型フィルムの内面側に配設され、
搬送中の記録媒体のトナーの付着した表面を４０〜１２
０℃の温度範囲に予熱する発熱体が用いられる。加熱温
度が４０℃よりも低いとトナーの溶融が充分でなくなる
ので好ましくない。また、１２０℃を超えると定着温度
が高くなり、前記のような従来からの定着装置での問題
点が生じてくる。記録媒体の面上に与える熱は一般に高
すぎると記録紙がカールし、低すぎるとトナーの定着が
不十分になり記録の保存が出来にくくなるが、本発明に
おいては前記のように４０℃〜１２０℃で定着出来るた
め、そのような問題は発生しにくい。このような発熱体
である加熱用ヒータ４としては、無端型フィルム面を高
々１２０℃迄熱する事が出来る装置で有ればその方式を
問わない。例えば、ホットプレート、石英ヒータラン
プ、フラッシュ、発熱ベルト、発熱素子等の熱源を使用
する事が出来る。

【００２０】次に、このようにして予熱されたトナーを
記録媒体上に加圧定着する定着手段としては、圧力ロー
ラが用いられ、一対の定着ローラ（圧力ローラ）１２ａ
および１２ｂにより記録媒体が無端型フィルムを介して
挟持されて定着される。即ち、定着ローラ１２ａおよび
定着ローラ１２ｂは、転写されたトナー画像を有する記
録媒体上のトナー画像の付着した表面を無端型フィルム
面上に圧接させて定着するための手段である。通常の定
着装置では高温で定着せしめるため、定着ローラに耐熱
性シリコーンゴムなどを使用することが必要であるが、
本発明では定着ローラは直接に熱が伝わらないため特に
耐熱性は要求されない。従って、１２０℃以上の軟化点
を持つ弾性体であればその材料は特に制限されるもので
はなく、通常の安価な弾性材料を使用することができ
る。また、この場合の定着ローラ（圧力ローラ）による
線圧は、通常０．５〜４ｋｇ／ｃｍと小さくてすむため
耐用寿命も長くなる。定着時の線圧は、一般に定着温度
が低い程、高くする必要があり、従来の定着装置では通
常４ｋｇ／ｃｍ以上の線圧が必要とされている。しか
し、本発明によれば前記のように定着温度が高々１２０
℃であるにも拘らず、線圧は４ｋｇ／ｃｍ未満、多くは
２ｋｇ／ｃｍ未満で充分な定着強度が得られる。

【００２１】また、本発明の定着装置においては、さら
に定着ローラ（圧力ローラ）１２ａおよび１２ｂにより
記録媒体が無端型フィルムに圧接されて定着されたの
ち、無端型フィルム上に残留する微量なトナーを除去す
るクリーニング手段を具備していてもよい。例えば図１
および図３に示すようなクリーニングウエブ８ｂが用い
られる。クリーニングウエブ８ｂの配置場所は、残留ト
ナーの除去が可能であれば特に制限されるものではな
く、例えば図１および図３のように定着ローラ（圧力ロ
ーラ）１２ａに対向して配置される。あるいは図４に示
されるように支持ローラ１６に対向して配置される。

【００２２】以上のようにして、本発明の定着装置を用
いた場合は、記録媒体６は例えば搬送ベルト１５により
無端型フィルム１１面に沿って平行に搬送され、転写工
程で転写されたトナーを有する記録媒体の表面に加熱用
ヒータ４からの熱を無端型フィルムを介して受けながら
通過し、定着ローラ（圧力ローラ）１２ａおよび１２ｂ
間で無端型フィルム１１を介して圧接することによりト
ナーが記録媒体上に定着され、次いで排紙手段により定
着された記録媒体６は装置外へ排出される。

【００２３】感光体１、無端型フィルム１１、搬送ベル
ト１５、定着ローラ１２ａおよび１２ｂ、支持ローラ１
６は、図示されていない所定の駆動手段により、各図に
おいて示す方向に一定の周速で回転する。

【００２４】本発明で用いるトナーは熱解離型カプセル
トナーであり、これは界面重合法やスプレードライ法に
より製造されたカプセルトナーである。界面重合法と
は、芯物質溶液または分散液をＷ／ＯまたはＯ／Ｗ型乳
化系に分散し、同時に界面にモノマ−（Ａ）を集め、次
の工程で界面にてモノマ−（Ｂ）とモノマー（Ａ）を反
応させる方法である。スプレードライ法とは、芯物質を
ポリマー非水溶液またはポリマーエマルジョン中に分散
させた後この分散液を噴霧乾燥する方法である。本発明
では、いずれの方法で製造したカプセルトナーであって
もよい。界面重合法では芯材と殻材の機能分離が容易で
あるばかりでなく、水系で均一なトナーが製造でき、且
つ芯材に低軟化点の物質を使用できる等、トナーの定着
性の面で好ましい性質を有するトナーを得ることができ
る。

【００２５】殻材としてはスチレン系樹脂（特開昭４８
ー８０４０７号公報）、ポリアミド系樹脂（特開昭５８
ー６６９４８号公報）、エポキシ系樹脂（特開昭５９ー
１４８０６６号公報）、ポリウレタン系樹脂（特開昭５
７ー１７９８６０号公報）、ポリウレア系樹脂（特開昭
６２ー１５０２６２号公報）等多数のものが考案されて
いる。また、芯材に含有される熱圧力定着性物質として
は、ガラス転移点（Ｔｇ）が１０℃以上５０℃以下のポ
リエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステルポリア
ミド樹脂、ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。

【００２６】芯材の熱特性に対して、殻材の構造及び熱
特性がトナー全体の定着性に著しく関与するが、前記の
殻材に使用できる樹脂群のうち特定のポリウレタンは熱
解離性であり、貯蔵安定性、低温定着性の両面を兼ね備
えていることから、本発明の画像形成方法においては非
常に好ましい材料である。このような殻材の主成分とし
ては、例えばイソシアネート化合物及び／又はイソチオ
シアネート化合物とフェノール性ヒドロキシル基及び／
又はチオール基等を有する化合物との反応により得られ
る樹脂が好ましく用いられる（特願平３−１４２３１
号）。

【００２７】具体的には、例えばカプセルトナーが少な
くとも着色剤を含有する熱溶融性芯材と、その芯材の表
面を被覆するよう設けた外殻とにより構成されるカプセ
ルトナーであって、該外殻の主成分が、(1) １価のイソ
シアネート化合物及び／又はイソチオシアネート化合物
をイソシアネート化合物及び／又はイソチオシアネート
化合物全体の０〜30モル％、(2) ２価以上のイソシアネ
ート化合物及び／又はイソチオシアネート化合物をイソ
シアネート化合物及び／又はイソチオシアネート化合物
全体の100 〜70モル％と、(3) イソシアネート基及び／
又はイソチオシアネート基と反応する活性水素を１個有
する化合物をイソシアネート基及び／又はイソチオシア
ネート基と反応する化合物全体の０〜30モル％、(4) イ
ソシアネート基及び／又はイソチオシアネート基と反応
する活性水素を２個以上有する化合物をイソシアネート
基及び／又はイソチオシアネート基と反応する化合物全
体の100 〜70モル％のうち、 (1)＋(2) のモル数と(3)
＋(4) のモル数との比が１：１〜１：20の範囲で反応さ
せてなる樹脂よりなり、当該樹脂中全イソシアネート基
及び／又はイソチオシアネート基が関与する結合のう
ち、その数において少なくとも30％以上のものが熱解離
性を示す結合であるカプセルトナーが挙げられる。

【００２８】また、ここでいう熱解離性を示す結合とし
て、フェノール性ヒドロキシル基及び／又はチオール基
とイソシアネート基及び／又はイソチオシアネート基の
反応に由来する結合が挙げられる。また、このようなカ
プセルトナー中、熱溶融性芯材の主成分は熱可塑性樹脂
よりなり、当該樹脂に由来するガラス転移点が１０〜５
０℃であるものが用いられる。また、このようなカプセ
ルトナーの軟化点は８０〜１５０℃であるものが用いら
れる。尚、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の原理に基づいて各装置の種類、工程等の仕
様変更は可能である。

【００２９】カプセルトナーの製造例スチレン70.0重量部、２−エチルヘキシルアクリレート
30.0重量部、ジビニルベンゼン1.0 重量部に、カーボン
ブラック「#44 」（三菱化成社製）10.0重量部、2,2'−
アゾビスイソブチロニトリル4.0 重量部、4,4'−ジフェ
ニルメタンジイソシアネート「Millionate MT 」（日本
ポリウレタン工業社製）9.5 重量部を添加し、アトライ
ター（三井三池化工機製）に投入し、10℃にて５時間分
散し、重合性組成物を得た。これを容量２リットルのガ
ラス製セパラブルフラスコにて予め調製したリン酸三カ
ルシウム４重量％の水性コロイド溶液800g中に30重量％
になる量だけ添加し、TKホモミキサー（特殊機化工業社
製）を用いて、５℃にて、回転数10000rpmで２分間乳化
分散させた。４つ口のガラス製の蓋をし、還流式冷却
管、温度計、窒素導入管付滴下ロート、ステンレススチ
ール製撹拌棒を取り付け、電熱マントル中に設置した。
レゾルシン22.0g 、マロン酸ジエチル3.6g、1,4 −ジア
ザビシクロ〔2.2.2 〕オクタン0.5g、イオン交換水40g
の混合溶液を調製し滴下ロートより、撹拌しながら、30
分かけて滴下した。その後、窒素下にて撹拌を続けなが
ら、80℃迄昇温し、10時間反応せしめた。冷却後、10％
塩酸水溶液にて分散剤を溶かし、濾過、水洗を経て、45
℃にて12時間、20mmHgで減圧乾燥し、風力分級機にて分
級し、平均粒径９μm の外殻が熱解離性ウレタン結合を
有する樹脂からなるカプセルトナーを得た。芯材中の樹
脂に由来するガラス転移点は30.2℃、また軟化点は130.
0 ℃であった。

【００３０】

【発明の効果】本発明の定着装置を用いることにより、
次の効果が得られる。 (1) １２０℃以下の定着温度で定着を行う為、定着装置
が簡素になり小型化・低価格化が可能となる。 (2) １２０℃以下の定着温度で定着を行う為、定着装置
及びその周辺には耐熱仕様の部材が不要となり安価な材
料が使用でき、低価格な印字装置となる。 (3) １２０℃以下の定着温度で定着を行い、線圧も低く
出来る為、紙のカールが発生し難く、紙つまりも発生し
難くなり省メンテナンスとなる。 (4) １２０℃以下の定着温度と低線圧で定着を行う為、
定着装置及びその周辺の部材の寿命が長くなり省メンテ
ナンスとなる。 (5) 低温定着のトナーを使用する為、定着用装置内の発
熱体の温度が低く設定でき、温度上昇が小さい。従っ
て、機内に電動ファン等の強制放熱装置が小さくなるか
又は入れる必要がなく騒音の低減ができる。 (6) 定着装置の昇温に必要な待ち時間が短く出来るた
め、クイック印字が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定着装置を用いた画像形成方法の概念
図を示す。

【図２】従来の定着装置を用いた画像形成方法の概念図
を示す。

【図３】本発明の定着装置を示す概念図である。

【図４】本発明の定着装置を示す概念図である。

【符号の説明】

１感光体２露光装置３現像器４加熱用ヒ−タ５ｂ転写装置６記録媒体（記録紙）７帯電装置８クリーニング装置８ａ回収トナーボックス８ｂクリーニングウエブ９除電装置１０トナー１１無端型フィルム１２ａ定着ローラ（圧力ローラ）１２ｂ定着ローラ（圧力ローラ）１５搬送ベルト１６支持ローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像形成部材上に形成されたトナー像の
記録媒体への転写により記録媒体上に付着した熱解離型
カプセルトナーを定着する装置において、少なくとも一
対のローラにより張架された無端型フィルムと、前記無
端型フィルムと平行して搬送される記録媒体上に付着し
たトナーを前記無端型フィルムを介して予熱する加熱手
段および予熱されたトナーを前記記録媒体上に加圧定着
する定着手段とを具備したことを特徴とする定着装置。
【請求項２】画像形成部材上に形成されたトナー像の
記録媒体への転写により記録媒体上に付着した熱解離型
カプセルトナーを定着する装置において、少なくとも一
対のローラにより張架された無端型フィルムと、前記無
端型フィルムと平行して搬送される記録媒体上に付着し
たトナーを前記無端型フィルムを介して予熱する加熱手
段、予熱されたトナーを前記記録媒体上に加圧定着する
定着手段および前記無端型フィルム上の残留トナーを除
去するクリーニング手段とを具備したことを特徴とする
定着装置。
【請求項３】加熱手段が無端型フィルムと対向して該
無端型フィルムの内面側に配設されている、搬送中の記
録媒体のトナーの付着した表面を４０〜１２０℃の温度
範囲に予熱する発熱体であることを特徴とする請求項１
または２記載の定着装置。
【請求項４】定着手段が圧力ローラであって、該圧力
ローラによる線圧が０．５〜４ｋｇ／ｃｍである請求項
１、２または３記載の定着装置。