JPH073617B2 - カラ−トナ−画像定着方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カラートナー画像の定着方法に関し、詳細に
は特定な結着樹脂を含有する各色トナーを特定なゴム材
質を具備する定着ローラで定着することにより耐オフセ
ツト性、定着ローラのゴムの変色防止、耐久性等の向上
を図つたカラートナー画像定着方法に関する。

従来、電子写真の技術分野においてカラー電子写真は例
えば添付図面の第１図に概略的に示されているカラー電
子写真複写装置を使用して作成されている。すなわち、
表面に絶縁層を有する電子写真感光ドラム１は、軸２に
回転自在に支持され、コピー命令により矢印３の方向に
回転を開始する。ドラム１が定位置迄回転してくると原
稿台ガラス４上に置かれた原稿Ｏは第一走査ミラー５と
一体に構成された照明ランプ６で照射され、その反射光
は第二走査ミラー７で走査される。第一走査ミラー５と
第二走査ミラー７は1:1/2の速比で動くことにより原稿
Ｏとレンズ８までの光路長が常に一定に保たれたまま原
稿の走査が行なわれる。上記反射光像はレンズ８、第三
ミラー９を経た後色分解フイルタ10により色分解され、
更に第四ミラー11、防塵用密閉ガラス12を経て露光部13
でドラム１上に結像される。

ドラム１は除電器14で除電され、次に一次帯電器15によ
り帯電（例えばプラス）された後、前記露光部13で照明
ランプ６により照射された像をスリツト露光される。そ
れと同時にAC又は一次と逆極性（例えばマイナス）の除
電を除電器16で行ない、その後更に全面露光ランプ17に
よる全面露光によりドラム１上に高コントラストの静電
潜像が形成される。

感光ドラム１上の静電潜像は次に現像器18により、トナ
ー像として顕像化される。現像器18はイエロー181、マ
ゼンタ182、シアン183用の３個の現像器で構成され、露
光に用いられた色分解フイルタに対応して指定された現
像器が働いて必要な色のトナー像が得られる。

カセツト191内の記録材としての転写材201は給紙ローラ
211により機内に送られ、第一レジスタローラ221で概略
のタイミングがとられ、次に第二レジスタローラ23で正
確なタイミングがとられて、その先端が転写ドラム33の
グリツパ24に把持される。転写ドラム33の回転に伴つて
ドラム33に巻きつきながら搬送され転写帯電器25と感光
ドラム１の間を転写材201が通過する間に該転写材上に
感光ドラム１上のトナー像が転写される。転写ドラム33
はグリツパ24で転写材201の先端を把持したまま所要回
転数だけ回転し、所要色数の像が転写される。

なお第１図の複写機はサイズ等種類の異なる転写材を夫
々装填した２つのカセツトを装着してそれ等の紙を切換
え的に給紙するようにしたものを示している。

転写終了後、転写材はグリツパ24から開放され、分離爪
26で搬送ベルト27へガイドされ、更に定着用回転体とし
ての定着ローラ28、下加圧ローラ29へ導かれ加圧、加熱
により定着され、その後トレー30へ排出される。又、転
写後の感光ドラム１は弾性ブレードで構成されたクリー
ニング装置31でその表面を清掃し、次サイクルへ進むよ
うになつている。

上述の如く、カラー電子写真複写装置の場合、転写材上
には、複数色のトナーが積載され該トナー全体を加熱溶
融し、混色させてカラー画像を得るものである。このカ
ラー画像がオリジナル（原稿）に近い色再現性を得る為
に、そのトナーに軟化点の低いシヤープメルトトナーを
使用し、定着器に於て充分に加熱溶融され混色される様
に配慮されている。

カラー電子写真においては、オリジナル原稿に近い色を
再現する為に複数層のトナーを加熱溶融して混色させる
ので、軟化点の低いトナーを使用する必要がある。軟化
点の低いトナーを使用した場合、通常の白黒コピー用の
複写機に使用されているテフロン等のフツ素系樹脂層を
具備する定着ローラで加熱ローラ定着するとトナーがロ
ーラ側に付着するオフセツト現象が顕著に発現し、良好
な定着画像を得ることが極めて困難である。

この様なオフセツト現象を回避するために末端が水酸基
で封鎖されている室温加硫型シリコーンゴム（以下、RT
Vシリコーンゴムと略称する）からなる層を具備する定
着ローラの使用が提案されている。しかし乍ら、RTVシ
リコーンゴムは使用初期における離型性において優れて
いるものの、耐久性に劣るので多数回・長期的に使用す
るとRTVシリコーンゴムの弾性特性が劣下し、またトナ
ーにより汚染されやすく、その結果、寿命が短い。従つ
て、定着ローラの交換頻度が増加し、カラー電子写真複
写機のメンテナンスが大変であるとともにコストアツプ
にもつながる。また、カラー電子写真複写機に使用され
る各色トナーは、カラー画像の色調再現性が厳しく問わ
れる為に各色トナーの色度、明度等に非常に厳しいもの
が要求され、これらの特性を満足するために着色剤とし
て顔料のみならず染料及び／又は昇華性染料等がさらに
添加される。これらの染料及び昇華性染料は付着力が強
いので定着時にローラ表面に付着して汚染するとともに
RTVシリコンゴムの劣下を促進している。

本発明の目的は、上述の問題点を解決したカラートナー
画像定着方法を提供することにある。

すなわち、本発明の目的は、定着ゴムローラの耐久性、
耐オフセツト性等に優れ、ローラ表面の染色汚染の少な
く長寿命なカラートナー画像の熱ローラ定着方法を提供
することにある。

詳細には、本発明は、カラートナー画像の定着方法にお
いて、シヤープメルト性ポリエステル樹脂70〜95重量％
とスチレン−アクリル系共重合体５〜30重量％とから、
少なくともなる結着樹脂を含有しており軟化点が約60℃
〜約150℃である各色のトナーから形成されているカラ
ー画像を、ゴム材質として平均分子量が２万〜20万の低
温加硫型メチルビニル系シリコーンゴムを具備する定着
ローラで定着することを特徴とするカラートナー画像定
着方法、を提供することを目的とする。

以下、本発明をより詳細に説明する。

本発明に使用されるシヤープメルト性ポリエステル樹脂
はジオール化合物とジカルボン酸とから合成される分子
の主鎖にエステル結合を有する高分子化合物である。

ジオール成分としては例えば、エチレングリコール、1,
2−プロピレングリコール、1,3プロピレングリコール、
1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−
ブテンジオール、1,4−ビス（ヒドロキシメチル）シク
ロヘキサン、ビスフエノールＡ、水素添加ビスフエノー
ルＡ、ポリオキシエチレン化ビスフエノールＡ、ポリオ
キシプロピレン化ビスフエノールＡの如きビスフエノー
ルタイプジオールが挙げられる。

ジカルボン酸成分としては例えばマレイン酸、フマル
酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカ
ルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン
酸、シユウ酸の如き脂肪族ジカルボン酸または芳香族ジ
カルボン酸、これらの酸無水物または低級アルコールと
のエステル等が挙げられる。

本発明で使用するシヤープメルト性ポリエステル樹脂の
軟化点は、60〜150℃好ましくは80〜120℃が良い。ま
た、ポリエステル樹脂は、重量平均分子量（Mw）が4000
〜200,000好ましくは4000〜100,000であり数平均分子量
（Mn）が2500〜7000、好ましくは3000〜5000（但しMw≧
Mnである）のものが好ましい。さらに、ポリエステル樹
脂のMw/Mnは７以下（さらに好ましくは６以下）のもの
が好ましい。すなわち、各平均分子量の規定範囲以下の
値では低分子量過ぎてブロツキングやオフセツトが発生
するし、規定範囲以上の値では定着温度が高くなりすぎ
て実用に供し得なくなる。また、ポリエステル樹脂のMw
/Mnが７以上であると、シヤープメルトを示さなくな
り、混色が不充分となる。

本発明における軟化点とは、下記方法で測定された温度
T₀を測定に供された値をいう。尚、本発明に係る測定法
を参酌して、変更しても良い。すなわち、フローテスタ
ーCFT−500形（島津製作所製）を使用し、ダイ（ノズ
ル）の直径0.5mm、厚み1.0mmとして50kgの押出荷重を加
え初期設定温度80℃で、予熱時間300秒の後、５℃／分
の速度で等速昇温した時描かれるトナーのプランジヤー
降下量−温度曲線（以後軟化Ｓ字曲線という）を求め
る。試料となるトナーは１〜3g精した微粉末を用い、プ
ランジヤー断面積は1.0cm²とする。軟化ｓ字曲線は普通
図２のようなカーブとなる。等速昇温するに従がい、ト
ナーは徐々に加熱され流出が開始される。（プランジヤ
ー降下Ａ→Ｂ）さらに昇温すると溶融状態となつたトナ
ーは大きく流出し（Ｂ→Ｃ→Ｄ）プランジヤー降下が停
止し終了する。（Ｄ→Ｅ） Ｓ字曲線の高さＨは全流出量を示し、H/2のＣ点に対応
する温度Ｔ_ｏはそのトナーの軟化点を示す。

本発明におけるシーブメルト性樹脂とは、熔融粘度が10
⁵cpを示す時の温度をT₁、５×10⁴cpを示す時の温度をT₂
とした時 T₁＝100〜150℃｜ΔT|＝|T₁−T₂|＝５〜30℃ の条件を満す樹脂のことをいう。

また熔融粘度測定は試料及びロータを温度調節可能な恒
温槽（例えば、商品名Viscon−HI、モデルVC−250
（株）東洋製作所製）を具備している高粘度用Ｂ型回転
粘度計（例えば、D8H型（株）東京計器製）にロータはN
o.4又はNo.5を用いておこない得る。

これらの温度−熔融粘度特性を有するシヤープメルト性
樹脂は加熱されることにより極めてシヤープに粘度低下
を起こすことが特徴である。このような粘度低下が最上
部トナー層と最下部トナー層との適度な混合を生じせし
め、さらにトナー層自体の透明性を急激に増加させ、良
好な減色混合を起こすものである。

トナーとして、例えばT₁が100℃以下のような樹脂を使
用したトナーにおいては容易にプロツキングを起こし保
存安定性に欠点があり、さらにT₁が150℃以上であると
混色性が不良となり、かつ定着性にも難がでてくる。

スチレン−アクリル系共重合体のアクリルモノマーとし
ては、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチ
ル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル
酸オクチル、アクリル酸フエニル、メタクリル酸、メタ
クリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブ
チル、メタクリル酸オクチル、アクリロニトリル、メタ
クリロニトリル、アクリルアミドなどがある。

本発明に用いる共重合樹脂は上述のモノマーを溶液重合
法あるいは塊状重合法等の一般的方法により共重合する
と同時にジビニルベンゼン等の架橋剤である程度の架橋
処理を施したもので重量平均分子量が約250,000〜400,0
00程度のものである。

さらに任意成分として本発明における効果を阻害しない
限り、従来からトナーの結着材として用いられている材
料が適宜混合可能である。例えばポリ塩化ビニル、天然
樹脂変性フエノール、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、ポ
リ酢酸ビニール、シリコーン樹脂、ポリウレタン、ポリ
エステル樹脂、ポリアミド樹脂、アイオノマー樹脂、フ
ラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブ
チラール、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、石油
系樹脂、塩素化パラフイン、などが適宜使用できる。こ
れらの樹脂は本発明の共重合体の特性を損わない程度に
混合して用いればよい。

ポリエステル樹脂とスチレン−アクリル共重合体との比
率は、ポリエステル樹脂70〜95重量％に対してスチレン
−アクリル共重合体を５〜30重量％添加する。スチレン
−アクリル共重合体の添加量が30重量％以になるとトナ
ーのシヤープメルト性が失なわれる傾向が顕著となり、
定着時における充分な混色が出来なくなる。また、５重
量％以下であると、トナーに含まれる染顔料の定着ロー
ラへの染色汚染が増大する。

本発明における定着に使用される定着ローラは、ゴム材
質層を有しており、該ゴム材質層は末端ビニル基封鎖の
付加反応低温加硫型メチルビニル系シリコーンゴム（以
下、LTVシリコーンゴムと略称する）からなる。本発明
で使用するLTVシリコーンゴムは平均分子量が２万〜20
万、好ましくは５万〜15万を有するものが良い。LTVシ
リコーンゴムは、平均分子量が２万未満であると耐オフ
セツト性が低下する傾向が顕著であつて実用化が極めて
困難であり、20万を越えるとローラ状にLTVシリコーン
ゴムを成型した場合、ゴムローラは定着に必要な強度が
得られず、定着器として使用することが極めて困難であ
る。本発明で使用するLTVシリコーンゴムの具備する定
着ローラは従来使用されているRTVシリコーンゴムのも
のと比較して、トナーにより染色汚染されにくく、耐オ
フセツト性に優れ、耐久枚数（通紙枚数）を向上し得
る。

本発明で使用LTVシリコーンゴムは、付加反応型であ
り、不飽和基としてビニル基を含有し下記式で示される
ものが主に用いられている。

（式中、ｍは重合度を示す） これに対し、従来使用されているRTVシリコーンゴムは
縮合反応型であり、末端水酸基封鎖されており下記式で
示されるものが用いられている。

（式中、ｎは重合度を示す。） これらのRTVシリコーンゴムは、末端にOH基を有するの
で結着樹脂として使用されているポリエステル樹脂（−
COOH基、−OH基を有する）と潜在的に親和性を示す。こ
れに対し、ポリエステル樹脂に対するLTVシリコーンゴ
ムの親和性はOH基を有するRTVシリコーンゴムの親和性
よりも弱いことから耐オフセツト性に優れている。ま
た、カラートナーに含有されている有機着色剤は極性基
を有している場合が多く、該着色剤はLTVシリコーンゴ
ムよりもOH基を有するRTVシリコーンゴムへ付着する傾
向が高く、そのためRTVシリコーンゴム製の定着ローラ
は着色剤の付着に起因する劣化がLTVシリコーンゴムの
ものよりも速い。

LTVシリコーンゴムを定着ローラに適用するにあたり、
必要とあらば従来使用されている耐熱性向上剤、酸化防
止剤、調色用充填剤、充填剤用表面処理剤、シリカ系充
填剤等の各種充填剤を添加しても良い。例えば、弁柄等
を添加するのは好ましい。LTVシリコーンゴムまたはLTV
シリコーンゴム組成物を用いて定着ローラを作製する方
法は従来公知の技術が使用できる。また、本発明に使用
する定着ローラ、加圧ローラおよび／または加熱ローラ
に、従来公知の方法でジメチルシリコーンオイルの如き
離型性向上剤を塗布しても良い。

尚、本発明に使用するトナーは、トナー構成材料から従
来公知の方法で製造される。例えばポリエステル樹脂、
スチレン−アクリル樹脂、着色剤、荷電制御剤等を溶融
混練、粉砕、分級してトナーを製造する。必要とあら
ば、トナーに各種外添剤を添加する外添工程を付加して
もよい。

トナーの平均粒径は通常５〜30μである。トナーは平均
粒径が約30〜1000μのキヤリヤーと混合されて二成分系
現像剤として使用される。キヤリアーは、コバルト、
鉄、フエライト、銅、ニツケル、亜鉛、アルミニウム、
黄銅等の金属またはそれらの合金が使用される。キヤリ
アーは、シリコーン樹脂、スチレン−アクリル系樹脂等
で被覆されていても良い。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本
発明は実施例のみに限定されるものではない。

実施例1. プロピレングリコール5.25部（モル量）とフマール酸5.
00部（モル量）を170〜200℃で４時間反応し、軟化点11
3℃Mw22000、Mn4000のポリエステル樹脂（T₁＝133℃、T
₂＝158℃、｜△T|＝25℃）を得た。得られたポリエステ
ル樹脂95重量部、スチレン−ブチルメタクリル共重合体
（三洋化成社製ハイマーSBM73）５重量部および下記着
色剤（結着樹脂100重量部に対して３重量部混合）を混
合し、溶融混練し、冷却後粉砕、分級して平均粒径９μ
の各色のトナーを得た。トナーの軟化点は116℃であつ
た。

着色剤 イエロー：アゾ系黄色染料（商品名Kayaset Yellow 96
3） マゼンタ：ローダミン系マゼンタ染料（BASF社製ローダ
ミンベースFB） シアン：フタロシアニン系青色顔料（東洋インキ製リオ
ノールブルーKL） 得られた各色トナー各10重量部を平均粒径50μのキヤリ
アー鉄粉90重量部それぞれ混合して、各色の現像剤を調
製した。調製した各色の現像剤を平均分子量10万のLTV
ジメチルシリコーンゴム層を表面に有する定着ローラを
組み入んだ第１図に示す複写機に入れ定着ローラ表面の
温度を140〜150℃で複写テストをおこなつた。A4サイズ
用紙を使用してのフルカラー連続通紙試験においては、
定着ローラ表面において変色およびオフセツトは起こら
ず、40,000枚まで通紙をおこなつても実用上問題なかつ
た。

比較例１ 実施例１で使用したポリエステル樹脂のみを使用するこ
と以外は実施例１と同様にしてイエロー、マゼンタシア
ンの各色現像剤を調製した。尚、トナーの軟化点は114
℃であつた。

RTVシリコーンゴム（信越化学製KE1400）層を有する定
着ローラを組み入んだ第１図に示す複写機に調製した各
色の現像剤を入れA4サイズ用紙を使用してフルカラー連
続通紙紙試験を実施例１と同様にしておこなつた。通紙
1000枚目頃から定着ローラ表面が黒色に変色し、通紙50
00枚目頃からオフセツト現象が始まつた。

比較例２ ポリエステル樹脂およびスチレン−アクリル樹脂を含有
するトナーである実施例１で調製した各色の現像剤をRT
Vシリコーンゴム層を有する定着ローラを具備している
比較例１で使用した現像機を用いてA4フルカラー連続通
紙試験をおこなつた。通紙3000枚目頃からローラ表面が
黒色に変色し始め、通紙8000枚目頃からオフセツト現像
が始まつた。

実施例2. ポリエステル樹脂（花王石鹸社製アトラツク382A）85重
量部とスチレン−アクリル共重合体（三菱レーヨン社製
Ｂ−85）15重量部を使用すること以外は実施例１と同様
にして各色現像剤を調製した。調製した各色の現像剤を
使用して実施例１と同様にしてA4サイズ用紙使用のフル
カラー連続通紙試験をおこなつた。定着ローラ表面にお
ける変色およびオフセツトはみられず、40000枚まで通
紙をおこなつても実用上問題はなかつた。

実施例3. 実施例２で使用したポリエステル樹脂70重量部および実
施例２が使用したスチレン−アクリル共重合体30重量部
を使用すること以外は実施例１と同様にして各色現像剤
を調製し、実施例１と同様にして連続通紙試験をおこな
つた。定着ローラの変色およびオフセツト現象はみられ
ず、通紙40000枚までおこなつたが実用上問題はなかつ
た。

実施例４ プロピレングリコール5.25部（モル）、無水マレイン酸
2.5部（モル）および無水フタル酸2.5部（モル）から軟
化点110℃のポリエステル樹脂（Mw＝7000、Mn＝3000、T
₁＝126℃、T₂＝139℃、｜△T|＝13℃）を得た。得られ
たポリエステル樹脂85重量部とスチレン−ブチルメタク
リレート共重合体（Mw＝300,000、Mn＝３万、共重合比8
5:15）15重量部を使用すること以外は実施例１と同様に
して各色現像剤を調製した。

次に、平均分子量が２万であるLTVメチルビニルシリコ
ーンゴムを使用した定着ローラを組入むこと以外は実施
例１と同様にして連続通紙試験をおこなつた。定着ロー
ラの変色およびオフセツト現像は２万枚までみられなか
つた。

実施例５ ビスフエノールA2部（モル）およびフマル酸２部（モ
ル）から軟化点105℃のポリエステル樹脂（Mw＝15000、
Mn＝3000）を得た。得られたポリエステル樹脂85重量部
とスチレン−２−エチルヘキシルアクリレート共重合体
（Mw＝250000、Mn＝15000、共重合比90:10）15重量部を
使用すること以外は、実施例１と同様にして各色の現像
剤を調製した。次に、平均分子量が20万のLTVメチルビ
ニルシリコーンゴムを使用した定着ローラを組み入んだ
複写機を使用すること以外は実施例１と同様にして連続
通紙試験をおこなつた。

定着ローラの変色およびオフセツト現象はみられず、通
紙30000枚までおこなつたが実用上問題なかつたが、ロ
ーラ表面に若干のいたみがみられた。

比較例３ ポリエステル樹脂のみを使用すること以外は実施例１と
同様にして各色の現像剤を調製し、実施例１と同様にし
て連続通紙試験をおこなつた。スチレン−アクリル系共
重合体を各カラートナーが含有していないために、定着
ローラは通紙5000枚頃より変色し、通紙9000枚頃よりオ
フセツトが目立ち始めた。

比較例４ 実施例１で使用したポリエステル樹脂98重量部及びスチ
レン−アクリル共重合体２重量部を使用すること以外は
実施例１と同様にして各色の現像剤を調製し、実施例１
と同様にして連続通紙試験をおこなつた。スチレン−ア
クリル共重合体の含有量が少ないために比較例３と同様
な結果しか得られなかつた。

比較例５ 実施例２で使用したポリエステル樹脂60重量部およびス
チレン−アクリル共重合体40重量部を使用すること以外
は実施例２と同様にして各色の現像剤を調製し、実施例
２と同様にして連続通紙試験をおこなつた。定着ローラ
の変色は発生しなかつたがスチレン−アクリル共重合体
の含有量が多すぎるために各色トナーの混色が良好でな
く、原稿とカラートナー画像との色調の差が大きかつ
た。

比較例６ 平均分子量が25万のLTVビニルシリコーンゴム層を有す
る定着ローラを組入むこと以外は、実施例１と同様にし
て連続通紙試験をおこなつた。ゴムローラとしては強度
が不充分であるために、通紙約5000枚目頃からゴム層が
破損し始めた。

比較例７ 平均分子量が１万であるLTVメチルビニルシリコーンゴ
ム層を有する定着ローラを組み入んだ複写機を使用する
こと以外は、実施例１と同様にして連続通紙試験をおこ
なつた。通紙4000枚目頃より定着ローラ表面が変色し、
通紙9000枚目頃よりオフセツトが発生し始めた。

【図面の簡単な説明】

添付図面中、第１図面はカラー電子写真複写装置の一具
体例を説明するための概略的断面図を示し、第２図はト
ナーの軟化Ｓ字曲線を説明するためのグラフを示す図で
ある。 １……ドラム ４……原稿台ガラス 5,7,9,11……ミラー ６……ランプ ８……レンズ 10……フイルター 14,16……除電器 15……一次帯電器 17……ランプ 181,182,183……現像器 191……カセツト 201……転写材 33……転写ドラム 24……グリツパ 29,31……加圧ローラ 28……定着ローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カラートナー画像の定着方法において、 シヤープメルト性ポリエステル樹脂70〜95重量％とスチ
   レン−アクリル系共重合体５〜30重量％とから少なくと
   もなる結着樹脂を含有しており軟化点が約60℃〜約150
   ℃である各色のトナーから形成されているカラー画像
   を、ゴム材質として平均分子量が２万〜20万の低温加硫
   型メチルビニル系シリコーンゴムを具備する定着ローラ
   で定着することを特徴とするカラートナー画像定着方
   法。