JPH06332230A - 電子写真用トナーおよびその定着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一層化工程を含むカラー画像形成プロセスで
拡大定着を容易に実現できる、導電性の電子写真用トナ
ーおよびその定着方法を提供すること。 【構成】 導電性トナー１は、表面導電層の樹脂材料が
内部基体よりも低い温度で流動体状態となり、常温では
粒子全体が個体状態である構成とする。定着ローラー２
の表面温度を前記トナーが流動体状態となる設定とし、
前記ローラーとバックアップローラー５の間の圧力で、
前記トナーを延展して記録紙７へ定着する。 【効果】 本発明における、導電性トナーの構成および
そのトナーの定着方法を用いることで、隣接する別色ト
ナーの色材が容易に混合し、一層化工程を含むカラー画
像形成プロセスにおける混色部分の色再現が良好とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、定着工程前の記録紙上
画像形成領域内トナー層の厚さがほぼ一層となるプロセ
スにおいて、トナーを延展して記録紙に定着する方法
（以下拡大定着とする）を容易に実施可能とする電子写
真用トナーおよびその定着方法に係り、とくに一層化工
程を含むワンショットカラー方式画像形成装置のトナー
およびその定着方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式による画像形成技術は、年
々めざましく向上し、市場に出回る同方式画像形成装置
のカラー画像も高画質化している。現在の前記装置のプ
ロセスの多くは、モノクロ画像形成方法の基本となるカ
ールソンプロセスの発展型であり、Ｃ（シアン）、Ｍ
（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の３色分あるいは前記３
色分にＢＫ（ブラック）を加えた４色分に対しカールソ
ンプロセスを繰り返し、カラー画像を形成する方法（以
下マルチプロセスとする）となっている。従って、マル
チプロセス方式画像形成装置は、色重ね時における同一
工程の繰り返しの為に、画像形成時間が長くなる等の欠
点を有する。この中で、画像形成時間短縮化の実現方法
として、ワンショットカラー方式が幾つか提案されてい
る。

【０００３】ワンショットカラー方式のうち、導電性粒
子の特徴を利用する方式はかなり有望である。一例が特
開昭５５ー２７３４１に開示されている。ここに開示さ
れているフィルタ粒子法は、感光体を帯電し、Ｒ（レッ
ド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の色分解機能と
Ｃ、Ｍ、Ｙの発色機能とを併せもったフィルタ粒子を前
記感光体上に散布した後、一層化処理し、Ｒ、Ｇ、Ｂの
カラー光で同時露光、現像し、Ｃ、Ｍ、Ｙに加熱発色す
るといった工程をとる。高島祐二他「フィルタ粒子を用
いたワンショットカラー複写法」（電子写真学会誌、第
２２巻、第１号（１９８３））によると、フィルタ粒子
表面を導電性にする為、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアク
リレート）をバインダーとして、ヨウ化銅を前記粒子表
面にコーティングしている。

【０００４】図３は、フィルタ粒子法における加熱発色
工程後の状態である。記録紙７の表面は、顕色剤８、絶
縁性樹脂９の順番でコーティングされている。この絶縁
性樹脂９がコーティングされている理由は、表面が導電
性であるフィルタ粒子１０を記録紙７へ容易に転写可能
とする為である。フィルタ粒子１０近傍の顕色剤８は、
加熱発色工程においてフィルタ粒子１０内部から昇華し
て飛散した無色透明のカラーフォーマと反応してＣ、
Ｍ、Ｙに発色する。加熱発色工程後のフィルタ粒子１０
は、その内部に存在した前記カラーフォーマが外部へ飛
散する以外に、形状の変化は殆ど起こさない。

【０００５】フィルタ粒子法では、色分解機能の目的で
フィルタ粒子がＲ、Ｇ、Ｂに着色されている為、Ｃ、
Ｍ、Ｙでカラー画像を形成する記録紙に定着することが
できない。そこで、フィルタ粒子法では、フィルタ粒子
と記録紙とが付着しないように、フィルタ粒子が溶融し
ない設定をしている。この結果、加熱発色工程後に、カ
ラー画像形成に無関係なフィルタ粒子が残留する。この
Ｒ、Ｇ、Ｂで着色された残留フィルタ粒子（以下残留粒
子とする）は、記録紙上でＣ、Ｍ、Ｙにより形成された
画像の色再現に対し悪影響を及ぼす。従って、フィルタ
粒子法では、加熱発色工程後の残留粒子を記録紙表面か
ら除去することが必要となる。そこで、フィルタ粒子法
では、加熱発色工程後に、画像形成領域から残留粒子を
排除するクリーニング工程を設けている。

【０００６】フィルタ粒子法で使用するフィルタ粒子の
代わりにＣ、Ｍ、Ｙのカラートナーを使用することで、
このトナーを記録紙に定着することが可能となる。この
方法では、定着工程後の画像形成に関与しない残留粒子
が存在しない為、フィルタ粒子法のプロセスで不可欠な
クリーニング工程が不必要になる。従って、前記カラー
トナー使用による画像形成は、プロセス短縮による画像
形成時間短縮化、および画像形成装置小型化等の利点を
生じる。

【０００７】ところが、前記のように、フィルタ粒子を
カラートナーに置き換えたプロセスでは、定着工程前の
画像形成領域内トナーが、記録紙上でほぼ一層の厚さで
積層する為、画像形成領域内トナーの周囲で、記録紙表
面が露出する部分（以下記録紙面露出部分とする）が存
在する。特にＣ、Ｍ、Ｙいずれかの単色画像を形成する
領域では、図４のように、記録紙面露出部分がかなり広
くなる。この記録紙面露出部分を十分に隠ぺいできない
と、記録紙面露出部分の色まで画像形成要素の一つにな
る為、画像領域内の色再現に悪影響を及ぼす。画像形成
領域内トナーが記録紙上に複数層で積層している場合に
は、記録紙面露出部分は存在せず、前述の問題は生じな
い。記録紙面露出部分を生じる問題は、一層化工程を含
むプロセス特有の問題である。マルチプロセス方式を採
用しても、そのプロセス内に一層化工程を含めば、前記
問題は該当する。

【０００８】前記プロセスにおいて、定着前画像形成領
域内トナーの層厚がほぼ一層となるのは、転写前感光体
上でトナー層厚がほぼ一層となっていることによる。感
光体上におけるトナー一層化は、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の光によ
る同時露光を可能とする為にも必要であり、ワンショッ
トカラー方式には欠くことのできない工程である。この
一層化工程を含む画像形成方法は、表面を被覆する導電
性被覆層（以下表面導電層とする）が存在するトナー
（以下導電性トナーとする）を用いることで容易に実現
できる。これとは逆に、表面が絶縁性のトナーによる一
層化工程の実現は、きわめて困難であり、ワンショット
カラー方式のプロセス構築には不適である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述の記録紙面露出部
分による画質低下の問題について、フィルタ粒子法で
は、フィルタ粒子内部にある無色透明のカラーフォーマ
を、加熱発色工程で昇華させることで前記粒子の周囲へ
広く飛散させ、記録紙面露出部分を発色させるといった
方法で解決している。フィルタ粒子のかわりにカラート
ナーを用いたプロセスにおいて、記録紙面露出部分から
生じる画質低下の問題を解消する方法の一つとして、記
録紙面露出部分を埋めつくすことが可能なレベルまでト
ナーを定着工程にて延展する、拡大定着がある。この拡
大定着は、記録紙面露出部分の被覆の他に、隣接する別
色トナー色材の混合を容易にする手段でもあり、複数色
の混色表現をする際にも有効な手段となる。

【００１０】拡大定着を行う為には、トナーの外部から
圧力を加えることが効果的である。同一の圧力が作用す
る状況下では、トナーが柔らかいほど延展しやすくな
る。即ち、トナー全体が個体状態ではなく、ゴム状態あ
るいは流動体状態である場合に、拡大定着を容易に実現
できる。特に、トナー全体が流動体状態にある場合は、
トナーが変形しやすくなる為に、拡大定着実現の最良の
条件となる。従って、導電性トナーの表面導電層を構成
する樹脂材料が、流動体状態になり易いことが望まし
く、更に表面導電層内側にあるトナー基体（以下内部基
体とする）が流動体状態となっている時には、必ず表面
導電層を構成する樹脂材料が流動体状態となっているこ
とが望ましい。

【００１１】前述の条件を満足するトナーを用いて定着
を行う際に、定着温度の低い条件下では、表面導電層と
内部基体との両方が個体状態であったり、表面導電層は
流動体状態であるが内部基体は個体状態であるといった
状況が起こり得る。このような、内部基体が個体状態で
ある状況で拡大定着を行うには、定着工程において、ト
ナーの外部からかなり大きな圧力を加える必要がある。
また、この状況下では、隣接する別色トナーの色材が混
合しにくくなり、混色の色再現が悪化する。従って、拡
大定着の実現には、前記トナーの表面導電層と内部基体
との両方が同時に流動体状態となる設定を必要とする。

【００１２】このように、カラートナーを代用したプロ
セスは、フィルタ粒子法と比較した場合に、画像形成時
間短縮化、画像形成装置の小型化等の長所が存在する一
方で、記録紙面露出部分の被覆の実現方法が問題とな
る。この問題を解決する為には、前記プロセスで必要と
なる導電性トナーに対し、加熱時に流動体状態となり易
い機能、および拡大定着の実現方法の２点が課題とな
る。この課題を克服することで、カラートナーを用いた
ワンショット方式のプロセスが確立できる。

【００１３】本発明は、以上のような、加熱時に導電性
トナーが容易に流動体状態となるような、表面導電層を
構成する樹脂材料の選択方法を提供することを目的とす
る。また同時に、前記選択方法により構成された導電性
トナーを利用し、一層化工程を有するプロセスにおける
高画質化の実現を可能とする定着方法を提供することも
目的とする。

【００１４】

【課題を解決する為の手段】本発明は、前述目的を達成
する為に、表面導電層を構成する樹脂材料の特性とし
て、内部基体が流動体状態となり得る温度で、前記樹脂
材料が十分に流動体状態となっていることを特徴とす
る。

【００１５】本発明はまた、定着温度が摂氏１００度か
ら摂氏２００度の範囲内で、前記導電性トナーが安定し
た流動体状態となるように、表面導電層を構成する樹脂
材料のＴｇを、摂氏８０度以下とすることも特徴とす
る。同時に、定着以外の工程を安定して実施する為に、
前記導電性トナーが常温で個体状態となるように、表面
導電層を構成する樹脂材料のＴｇを摂氏４０度以上とす
ることも特徴とする。

【００１６】本発明はまた、前記導電性トナーの定着を
行う際の設定温度を、内部基体が十分に流動体状態とな
りうる温度以上とし、表面導電層を含むトナー全体を流
動体状態にする定着方法も特徴とする。

【００１７】更に、本発明は、導電性トナーの前記定着
工程を実施する際に、流動体状態にある導電性トナーに
対し、外部から圧力を加えて延展させる定着方法も特徴
とする。

【００１８】

【作用】導電性トナーの表面導電層を構成する樹脂材料
として、内部基体が流動体状態となる温度で確実に流動
体状態となるような樹脂材料を使用した場合では、内部
基体が流動体状態となれば表面導電層を構成する樹脂材
料も必ず流動体状態となる。即ち、導電性トナー全体が
流動体状態となる。これとは逆に、内部基体が流動体状
態となっても表面導電層を構成する樹脂材料が必ずしも
流動体状態となり得ない設定とした場合では、表面導電
層が個体状態で、内部基体が流動体状態となる状況が起
こりうる。この状況下でも拡大定着は実現可能である
が、前記導電性トナーに外部からかなり大きな圧力を加
えて表面導電層を破壊しなければならない。定着工程で
大きな圧力を必要とするメカニズムは、マシン耐久性お
よび生産性等の面から好ましくない。

【００１９】導電性トナーの表面導電層を構成する樹脂
材料のＴｇが摂氏８０度程度であれば、前記樹脂材料が
ゴム状態を経て流動体状態になる温度は、Ｔｇよりも高
い摂氏１００度から摂氏１５０度の範囲内に、概ね存在
する。従って、定着温度を前記範囲内より高く設定する
ことで、表面導電層は流動体状態となり易い。ところ
で、画像形成装置の消費電力および安全性等のことか
ら、定着温度設定をできる限り低く抑えることが望まし
い。定着温度を低く設定するには、トナーが低い温度で
流動体状態となり易くなることが必要となる。従って、
表面導電層を構成する樹脂材料として、できる限りＴｇ
の低いものを選ぶことが望ましくなる。

【００２０】また、定着以外の工程で導電性トナー表面
の粘弾性が低下すると、接触したトナー同志が吸着を起
こし易くなる。この現象は、一層化工程を含むプロセス
において、安定した一層化の形成に対し悪影響を及ぼ
す。従って、定着以外の工程では、前記トナーが完全な
個体状態であり、表面が硬くなっていることを必要とす
る。表面導電層を構成する樹脂材料のＴｇが摂氏４０度
以上であれば、トナーは常温で安定して個体状態となっ
ている為、定着以外の工程で、トナー同志の吸着から生
じる悪影響を抑えることが可能となる。

【００２１】

【実施例】以下図面により本発明の実施例を詳述する。
図１は、本発明による導電性トナーの詳細図である。図
１の内部基体１ａは、スチレン−アクリル共重合体であ
りＴｇが摂氏６６．５度で、流動体状態となる温度が摂
氏１３２度となっている。図１の表面導電層１ｂは、Ｔ
ｇが摂氏５５度である酢酸ビニルをバインダーとして、
ヨウ化銅を内部基体１ａの表面にコーティングしたもの
である。図１の導電性トナーは、定着温度が摂氏１８０
〜１９０度の範囲で流動体状態となり、加圧を伴った拡
大定着の実施が容易であった。更に、前記導電性トナー
は、常温で安定した個体状態となっている為、定着以外
の他の工程、特に一層化工程で、粒子同志の吸着等から
起こり得る弊害は生じなかった。また、表面導電層１ｂ
のバインダーとしてＰＭＭＡ（分子量１万２千程度）等
も代用可能であり、酢酸ビニルをバインダーとしてコー
ティングした時と同様に、定着温度が摂氏１８０〜１９
０度の範囲で簡単に流動体状態となり、定着以外の工程
での使用にも弊害を生じなかった。

【００２２】また、本発明の導電性トナーに対して、そ
の内部基体が流動体状態となり得る温度で加熱すると、
流動体状態となったトナーは、図５のように、記録紙表
面ですそ野を広げた山型形状になる。このとき加熱後ト
ナー１４のドット径は加熱前トナー１３粒径よりも僅か
に大きくなる。しかし、記録紙面露出部分を隠ぺいでき
るほどのトナーの延展は実現し難い。ここで、流動体状
態にあるトナーに対して、トナーの外部から圧力を加え
ると、図５における山型形状の加熱後トナー１４の頂上
を低くし、すそ野を大きく広げるように、トナーは大き
く延展する。従って、一層化工程を含むプロセスで、導
電性トナーの定着を行う際に、前述のように外部から圧
力を加えると、大きな拡大率を確保できる為、記録紙面
露出部分の隠ぺい率が向上する。さらに、トナーの軟化
および拡大率増大により、隣接する別色のトナーの色材
が混ざりやすくなり、複数色トナーを用いた混色の色再
現も良好となる。以上のように、前記定着方法の実現に
より、導電性トナーを用いた一層化工程を含むプロセス
における高画質画像の確保が可能となる。

【００２３】図２は、前記図１の導電性トナー１を用い
て、拡大定着を行う場合の定着工程の一例である。定着
ローラー２内部には、ハロゲンランプ３が熱源として存
在している。定着ローラー２から僅かに離れた位置にあ
るサーモスタット４は、定着ローラー２の表面温度に応
じて、ハロゲンランプ３の電源のＯＮ／ＯＦＦを行い、
定着ローラー２の表面温度がほぼ一定となるようにコン
トロールしている。バックアップローラー５は定着ロー
ラー２と接した形で構成され、加圧バネ６が双方のロー
ラー間に圧力を加えている。

【００２４】図２の記録紙７表面の画像形成領域には導
電性トナー１が存在し、この導電性トナー１の存在する
面が定着ローラー２と接する構成となっている。この記
録紙７は、定着ローラー２とバックアップローラー５と
の間に発生するフリクションにより搬送される。双方の
ローラーに挟まれる位置にある導電性トナー１は、定着
ローラー２から熱の供給を受けて流動体状態となる。こ
れと同時に、双方のローラー間で加圧バネ６が加える圧
力により流動体状態となったトナー１は延展される。

【００２５】発明者の行った実験では、定着ローラー２
の表面ゴム硬度が約９０、表面設定温度が約摂氏１８５
度で、バックアップローラー５の表面ゴム硬度が約４
０、双方ローラー間に作用する圧力が約２．５ｋｇ／ｃ
ｍ 2で、記録紙７として用いたコート紙の搬送速度が約
２３ｍｍ／ｓｅｃの条件下で、粒径が１０〜１５μｍの
サイズである図１に示した導電性トナー１は、定着前後
で粒径にして約２．５倍程度まで広がった。この結果、
記録紙面露出部分は、十分に隠ぺいされた。

【００２６】

【発明の効果】以上のごとく本発明によれば、記録紙上
でほぼ一層の厚さで存在する導電性トナーに対し、表面
導電層と内部基体とを同時に流動体状態にすることが容
易となり、拡大定着を実施する為の好条件を確保でき
る。

【００２７】また、常温では導電性トナー全体が個体状
態で安定している為、定着以外の工程で悪影響を及ぼす
ことなく使用可能であり、特に導電性トナーを用いた一
層化工程を含む画像形成プロセスの実施が容易となる。

【００２８】さらに、内部基体が十分に流動体状態とな
る温度で定着を行うことにより、導電性トナー全体が流
動体状態となり記録紙表面上で拡大定着を行うことが可
能となる。この時に、前記トナーに対して圧力を加える
ことで、拡大率は大幅に増大し、拡大定着の実施が容易
となる。この結果、前記トナーによる記録紙面露出部分
の隠ぺいが容易となり、一層化工程を含むプロセスによ
る高画質化が可能となる。特に、カラー画像形成のプロ
セスにおいて複数色混色の際には、隣接する別色トナー
の色材が簡単に混合する為、混色の色再現の点でもかな
り有効となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を利用した導電性トナー構成の一例であ
る。

【図２】本発明を利用した拡大定着工程の一例である。

【図３】フィルタ粒子法の加熱発色工程直後におけるフ
ィルタ粒子の状態の一例である。

【図４】カラートナーを用いるワンショットカラー方式
による拡大定着工程前後における記録紙上のカラートナ
ー配置の一例である。

【図５】本発明を利用した記録紙上導電性トナーの加熱
前後の状態の一例である。

【符号の説明】

１ 導電性トナー ２ 定着ローラー ３ ハロゲンランプ ４ サーモスタット ５ バックアップローラー ６ 加圧バネ ７ 記録紙 ８ 顕色剤 ９ 絶縁性樹脂 １０ フィルタ粒子 １１ 画像形成領域 １２ 拡大定着後トナー被覆領域 １３ 加熱前トナー １４ 加熱後トナー １ａ 導電性トナー内部基体 １ｂ 導電性トナー表面導電層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｇ 15/20 １０２ (72)発明者 増渕 貞夫 埼玉県所沢市大字下富字武野840番地 シ チズン時計株式会社技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナー粒子の表面に、被覆する導電性の
   薄層を有する構造の電子写真用トナーで、前記薄層を構
   成する樹脂材料が、前記薄層内部のトナー基体よりも低
   い温度で流動体状態となることを特徴とする電子写真用
   のトナー。
2. 【請求項２】 トナー粒子の表面に、被覆する導電性の
   薄層を有する構造の電子写真用トナーで、前記薄層を構
   成する樹脂材料のＴｇ（ガラス転移点温度：個体状態か
   らゴム状態へと変態する温度）が摂氏４０度より高く、
   かつ摂氏８０度より低いことを特徴とする請求項１記載
   の電子写真用トナー。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電子写真用トナーを用い
   た定着方法で、前記トナーが十分に流動体状態となり得
   る温度より、定着温度を高く設定することを特徴とす
   る、電子写真用トナーの定着方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の電子写真用トナーを用い
   た定着方法で、流動体状態にあるトナーに圧力を加えて
   延展させることを特徴とする請求項３記載の電子写真用
   トナーの定着方法。