JPH08227242A

JPH08227242A - 粉体トナー画像印刷装置

Info

Publication number: JPH08227242A
Application number: JP33180295A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Anzai; 正保安西; Tsuneaki Kawanishi; 恒明川西; Hiroyoshi Matsumoto; 博好松本; Katsuya Kawai; 克哉河合; Masanori Nakamura; 正憲中村; Makoto Kurosawa; 誠黒澤
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1996-09-03

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的高速な記録においても、低コスト、省電
力定着、長寿命現像を可能とする粉体トナー現像剤を用
いたトナー画像印刷装置を提供する。【解決手段】感光体ドラム(1)は帯電ローラ(2)にて帯電
され、レーザビーム(4)にて潜像が形成され、現像器(5)
にてトナー像が作られ、用紙(11)にトナー像が転写さ
れ、これをヒートロール(17)、バックアップロール(19)
にて定着する。このとき現像剤温度はトナーのガラス転
移点温度により約１０℃以上低い温度で、定着ロール温
度は１２０〜１７０℃で動作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気的、磁気的潜像
を粉体トナーを用いて現像、定着することにより画像を
印刷する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置、例えば静電潜像を現像定着
する電子写真法による印刷装置では特開平４−３４２２
６８号公報、特開平５−１８８８０５号公報等に記載さ
れているように、感光体上に形成されたトナー像を記録
用紙に転写し、これを熱ロールにて熱定着する構成にな
っており、その定着ロールの温度は、低速である場合を
のぞき、ヒートローラに給油しない方式においては、高
温（１８０〜２００℃以上で）で使用していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の装置では
定着温度が高いために定着に必要な電力を多く必要とし
たり、定着ロールや機構部品に高温耐用品とするために
コスト高となったり、あるいは寿命が短くなる問題、熱
による用紙変形、損傷を回避することが困難である問
題、高熱に対する安全、発火等に対する問題があった。
一方、定着温度を下げるために熱溶融しやすいトナーを
用いると現像剤、もしくは現像器の寿命が短かくなる問
題、トナー粒径が小さいと一層定着し難い問題があっ
た。

【０００４】本発明の目的は、かかる従来の問題を解決
し、印刷速度が比較的速い８０〜２００ｍｍ／ｓの速度
においても、定着装置を低コストで実現するとともに、
長寿命な現像剤、現像器を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、印刷速度８
０〜２００ｍｍ／ｓに対しトナーの軟化点温度を１００
〜１２０℃、ガラス転移点温度を５０〜６５℃とし、定
着器表面温度を１２０〜１７０℃、現像器動作温度を該
ガラス転移点温度より１０℃以上低い温度とすることに
より達成される。

【０００６】また、定着ロール表面層を５０〜２００μ
ｍの離形成弾性体、トナーの樹脂をポリエステル系を主
体とするものを用いることで小粒径トナーにおける定着
性、現像寿命特性をより好ましいものとすることができ
る。

【０００７】上記のように構成された印刷装置は、現像
器内においてトナーが凝集したり、現像器や潜像形成媒
体に融着したり、現像剤の寿命を低下させることがな
く、定着器温度を１３０〜１７０℃と低温度において
も、凹凸を有する記録媒体表面に強固に定着するように
作用する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は電気的潜像を帯電した粉
体トナーで現像する静電記録、電子写真記録、磁気的潜
像を磁性と有する粉体トナーで現像するマグネトグラフ
ィにより用紙にトナー像を形成する方式、帯電もしくは
磁性を有する粉体トナーを直接現像器より電界もしくは
磁界により飛翔（転移）せしめてトナー像を形成する方
式にも適用できるものであるが、以下では説明上電子写
真方式での実施例を述べる。

【０００９】図１は本発明を適用した印刷装置の構成例
である。直径１５〜５０ｍｍの光導電感光体ドラム１を
周速８０〜２００ｍｍ／ｓで回転しつつ、導電性ゴムか
ら成る帯電ローラ２（直径１０〜２０ｍｍ）に直流１０
００〜１５００Ｖの帯電電源３を印加し、該感光体ドラ
ムを４００〜８００Ｖに帯電する。帯電ローラ２の代り
に帯電ブラシ、帯電電源の代りに直流に交流を重畳した
ものであっても良い。

【００１０】次にレーザビーム４にて記録すべき情報に
もとづく光像露光を行い電荷潜像をつくる。続いてこれ
を現像器５にて現像し、感光体ドラム１上に粉体トナー
像をつくる。現像剤はトナーを主成分とする１成分現像
剤、トナーとキャリアとを主成分とする２成分現像剤い
ずれも適用できるが、本現像器５は２成分現像剤を使用
するものである。固定したロール状の磁石７の外側を回
転する直径１０〜３０ｍｍの円筒状の現像ローラ６に磁
性キャリアと非磁性または磁性トナーからなる現像剤を
磁気的に吸引しつつ回動搬送し、感光体ドラム１の電荷
潜像と現像剤とを接触せしめ帯電したトナーを感光体に
静電的に付着せしめ現像する。

【００１１】現像器５内には容量３００〜８００ｇの現
像剤が収容される。本実施例ではトナーの帯電極性は感
光体の帯電極性と同極性で反転現像を行なう。現像ロー
ルには現像バイアス電源８が接続されトナーと同極性の
２００〜６００Ｖの電圧が印加されている。現像にとも
なって現像剤中のトナーは消費されるので、ホッパ９よ
りフィードローラ１０にて補給される。現像剤の温度が
上昇しすぎるとトナーの凝集、現像器や感光体へのトナ
ーの融着、キャリアへのトナーの融着が起り不都合であ
るので温度センサにて監視し現像器の冷却、警告発信も
しくはプリント動作の停止を行わせるようにする。この
計測、監視は必ずしも必要としないが、障害を防止する
上で好ましい。

【００１２】感光体ドラム１上のトナー像は、続いて用
紙１１に転写ローラ１２に印加された転写バイアス電源
１３の作用下で転写される。転写バイアス電圧としては
トナーと反対極性で１０００〜２０００Ｖの直流電圧が
印加される。用紙１１は感光体１から引き剥がされ、定
着器へ移送されるが、このとき転写バイアス電源と反対
極性をもつ除電電源１５から１０００〜３０００Ｖの直
流電圧が印加された除電針１４と消去ランプ１６の助け
をかり用紙を引き剥がす。除電針１４は転写ローラにて
用紙１１の裏面に帯電した電荷を気中放電により減衰せ
しむるものであり、消去ランプは感光体ドラム１上の電
荷を露光により減衰せしめ用紙先端部での用紙分離を助
けるものである。

【００１３】この他消去ランプ１６は、用紙間、印刷動
作の前処理、後処理動作時に感光体ドラムの電荷を減衰
せしめる役目もある。転写後にも残留する感光体ドラム
１上のトナーはクリーナハウジング２２内に設けられた
ブラシ２２（直径１０〜２０ｍｍ）にて摺動され、感光
体上で拡散もしくは１部がブラシに移行される。しか
し、残留トナーはドラム表面に付着する形で現像部まで
運ばれ、現像部にて回収される。このときブラシは導電
性もしくは半導電性でつくられ、トナーの同極性の直流
電圧２００〜２５０Ｖをブラシ電源２１より印加する方
式であるものが好ましい。ブラシは絶縁性のものも使え
るがこのときはバイアス電圧は不要である。導電性もし
くは半導電性のときでも、電圧０Ｖ或いは直流に交流を
印加する方式があっても良く、要は感光体ドラム上の残
留トナーを拡散させ、ドラムとトナーとの付着力を減じ
せしめるようにすることが肝要である。

【００１４】ブラシ電源２１と帯電電源３との関係は同
極性で、ブラシ電源電圧は帯電電源電圧より低く、且つ
感光体ドラムを帯電させない電圧（５００Ｖ以下）が好
ましい。このようにするとトナーを逆極性に帯電するこ
とが少なくかつ、帯電ローラ２へのトナー付着を防ぐこ
とができる。さらにブラシ２０と帯電ローラ２とを接触
せしめておくと帯電ローラをクリーニングすることもで
き均一な帯電を行うことができる。また、帯電ローラ２
と感光体ドラム１との速度を少しずらしておくと均一帯
電ならびに、感光体ドラム表面とトナーとの付着力を減
ずることができるので、現像部でのトナー回収効率が向
上する。ブラシ２０とハウジング２２とは軽く接触し、
ハウジングは誘電体でかつブラシと互に帯電しにくい部
材（帯電系列が近い部材）が好ましく、このようにする
とハウジング内へのトナーの滞積を抑止し、トナー回収
効率も良くなる。

【００１５】なお、ブラシは初期より回転方向に傾斜し
た状態（寝ぐせがついた状態）で植毛すると、使用にと
もなうブラシ径の減少を抑止できるので長寿命とするこ
とができる。

【００１６】用紙１１に転写したトナー像を定着する定
着器としては、用紙とトナーとをロール状もしくはベル
ト状加熱部材で押圧するものが適している。図１の実施
例は、直径１５〜３０ｍｍのヒートロール１７とバック
アップロール１９とからなるロール状方式で、ヒートロ
ール１７の内側にはヒータ１８が設けられており、ヒー
トロール１７を適正温度（１２０〜１７０℃好ましくは
１２０〜１６０℃）に加熱する。

【００１７】ヒートロール表面には、フッ素樹脂、シリ
コーン樹脂等の離形性層が設けられトナーの付着を防ぐ
ようにしてあるが、シリコーンオイル等のトナー付着防
止オイルを給油しないで用いる。ヒートロール、バック
アップロール対に加える圧力は０.５〜４ｋｇｆ／ｃ
ｍ²、好ましくは１.０〜３ｋｇｆ／ｃｍ²、バックアッ
プロールのゴム硬度は１５〜７０度のものを使用する。
このようにすると定着器を構成する部材に対する熱スト
レス、機械的ストレスを低く抑えることができるので、
低コスト部品を採用しても長寿命化を実現できる。

【００１８】上述の構成により、小型、低コスト、長寿
命な印刷装置とすることができるが、かかる装置として
は、従来その印刷速度が６０ｍｍ／ｓ以下のものは比較
的実現しやすいけれども、印刷速度８０〜２００ｍｍ／
ｓ程度とすると大型、高温な定着器とせざるを得ず、省
エネルギ定着、低コスト印刷装置の実現が困難であっ
た。本発明は種々の実験により、トナーの熱物性、現像
動作温度、定着温度、定着圧力の関係を工夫することに
より、この速度での実現を達成したもので、従来特に困
難であったトナーの体積平均粒径５〜８μｍである微粒
子トナー、表面凹凸の大きな粗面紙、再生紙への低温、
小径ロール定着、長寿命定着器、長寿命現像剤、長寿命
現像器を可能とした。

【００１９】以下、トナー熱物性との関係を述べる。図
２は、図１の装置により印刷したときの現像剤の劣化の
状況を示すものである。使用した現像剤のトナーは、溶
剤（クロロホルム）可溶分の分子量（重量平均分子量）
が約２０,０００のポリエステル系樹脂、カーボン、電
荷制御剤を主成分とするものであり、その比率は、９
０：８：２ｗｔ％で、トナー分級後に平均粒径約３０ｎ
ｍの酸化硅素を外添剤として加えている。（イ）はガラ
ス転移温度ＴＧ５５℃、軟化温度Ｔｍ１０８℃、（ロ）
は各々６９℃、１２７℃である。かかるトナーを、平均
粒径１２０μｍのマグネタイトに変性シリコーン樹脂を
薄くコーティングしたものをキャリアとする２成分現像
剤（トナー濃度３ｗｔ％）を調整し図１に示した構成の
装置にてプリントした。

【００２０】用紙の移動速度（プロセス速度、定着速
度）は１５０ｍｍ／ｓ、現像剤の重量は５００ｇで、１
５０,０００頁使用後に、キャリアに付着しているトナ
ーの量(スペントトナー量)を、使用時の現像剤の温度の
関数として調べた。トナー(イ）およびトナー(ロ)とも
にスペントトナー量が０.４〜０.５ｗｔ％以上になる
と、画像濃度以下、カブリ増大、トナー飛散増加等の不
具合を生じた。このときの現像剤温度はＴＧより約１０
℃低い温度である。即ち、これより高い温度で使用する
と現像剤の寿命が短かいものとなってしまうので、現像
剤の温度をＴＧより１０℃以上好ましくは１５℃以上、
低い温度で使用するようにすると長寿命現像剤としての
使用ができる。

【００２１】定着温度は、トナー(イ)の場合、定着器と
してヒートロール径２５ｍｍ、バックアップロール（ゴ
ム硬度２５度）径２５ｍｍ、圧力２ｋｇｆ／ｃｍ²のも
のを用い、１５０℃で実用的な定着強度（テープ剥離強
度８０％）が得られ、低圧力、低温での定着が実現でき
た。トナー(イ)では定着速度８０〜２００ｍｍ／ｓに対
して定着温度は１２０〜１６０℃で充分な定着強度が得
られたが、トナー(ロ)では２００ｍｍ／ｓ近傍では１７
０℃ではやや定着不足であり、１７０〜１８０℃を必要
とし、１７０℃では圧力を約２倍しなければならず低
温、低圧力定着達することができなかった。１６０℃以
下の温度で、圧力１〜３ｋｇｆ／ｃｍ²での定着のため
にはＴｍを１２０℃以下、ＴＧを６５℃以下とすれば良
いことが、同様の実験から判った。

【００２２】上述のトナーは、ポリエステル系の樹脂を
用いたものであるが、スチレンアクリル系樹脂を用いた
場合、定着強度に対しては同様の傾向であったが、現像
剤の温度とスペントトナー量については、ポリエステル
系よりスペントトナー量が多くなる傾向を示し、現像剤
の温度をＴＧより約１５℃以上低くした方が現像剤を長
寿命化できた。

【００２３】なお、定着器のヒートローラにシリコーン
オイルを給油する方式にすると、ヒートロールの使用温
度範囲を広げることができ、またトナーのＴｍを１００
℃以下、例えば９０℃のものを用い、画像への影響（オ
フセット）を防止することができたが、オイル供給をし
ない図１構成の印刷装置ではＴｍ＝１００℃以上とする
とこのような問題は生じなかった。また、２成分現像剤
に使用するキャリアは上述の他、フェライト、鉄粉系で
も、その粒径やトナー濃度により若干の差異はあるもの
の同様の結果が得られた。更に、現像剤としてキャリア
を用いないもの、所謂１成分現像剤としたときにも、現
像剤の温度をＴＧより約１０℃以上低い状態で使うよう
にすると、１成分現像器部材である撹拌フィン、ブレー
ド、現像ローラ等へのトナー固着現象を起すことがなく
長寿命な現像器とすることができた。図３は、本発明
を適用するに好都合なヒートローラの離形層を示すもの
で、特に、体積平均粒径４〜１０μｍ、好ましくは５〜
８μｍのトナーを、粗面紙、再生紙のような用紙に定着
するに適す。表面の凹凸が大きい用紙に粒径が小さいト
ナーを定着することは難しいが、本ヒートロールによれ
ば、用紙表面の凹凸やトナーが盛り上って形成された線
画トナー像の凸部に対して、ヒートロールの基体２４上
に塗工形成された離形性弾性体層２５が変形して、熱エ
ネルギーをトナーに伝え、圧力下でトナーを溶融軟化せ
しめるので低温、低圧力下でも用紙に強固に定着せしめ
る。弾性体層の厚さは５０〜２００μｍでゴム硬度（Ｃ
形）２０〜６０度のものが使える。硬度は一般には低い
方が定着に対しては好ましいが、寿命が短い。３０〜４
０度とすることで定着性と寿命を両立できる。このよう
なものであるとき、バックアップロールのゴム硬度を若
干硬め４０〜７０度とすることで、ローラ対荷重を増す
ことなく、定着ニップ部での単位面積当りの圧力を上
げ、用紙凹凸部、トナー凸部への弾性体表面の接触を良
くすることができる。離形性弾性体層としては、シリコ
ーンゴム、フッ素ゴム、ポリテトラフルオレノン（ＰＴ
ＦＥ）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）等が使用でき、これ
らを単層もしくは二重構造（例えば６０μｍのシリコー
ンゴム層上に２０μｍのＰＦＡ層を設ける）として構成
する。図３に示すように分散材２５１として低分子ＰＴ
ＦＥをフィラ２５２として高分子ＰＴＦＥを用いると、
使用温度である１２０〜１７０℃でのゴム硬度が低下
（軟化）し、定着が良好に行われる一方、フィラとして
のＰＴＦＥは軟化程度は少なく耐摩耗強度を維持するこ
とができ好都合である。かかる弾性層は、二種類のＰＴ
ＦＥの粉体を１：１〜１０：１の割合で混合したものを
静電塗装法で基体に付着せしめ、これを加熱溶融するこ
とで形成することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、現像時のトナー温度を
ガラス転移点温度より約１０℃以上低い温度で使用する
ようにし、トナーの軟化点温度を１００〜１２０℃と
し、定着部材の温度を１２０〜１７０℃として定着でき
るようにしたので、長寿命現像剤もしくは現像器、低コ
ストにして省電力定着器とした粉体トナー画像印刷装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した印刷装置の実施例を示す構成
図である。

【図２】本発明に用いる現像剤の劣化特性を示す図であ
る。

【図３】本発明に適した定着装置の実施例である。

【符号の説明】

１は感光体ドラム、２は帯電ロール、５は現像器、１１
は用紙、１８はヒートロール、１９はバックアップロー
ル、２３は温度センサである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河合克哉茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者中村正憲茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者黒澤誠茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気的手段もしくは磁気的手段により記録
用紙に着色粉体トナー像を転移せしめた後熱定着するも
のにおいて、該トナーの軟化温度が１００〜１２０℃、
ガラス転移点温度が５０〜６５℃であって、現像時の現
像器温度が該ガラス転移点温度より１０℃以上低い温度
で動作し、該熱定着手段が無給油による接触定着でその
表面温度が１２０〜１７０℃、定着速度が８０〜２００
ｍｍ／ｓであることを特徴とする粉体トナー画像印刷装
置。
【請求項２】請求項１において、定着手段が熱ロールで
あって、基体上に厚さ５０〜２００μｍの表面離形性弾
性体層を形成したものであり、該トナーの体積平均粒径
が５〜８μｍ、トナー樹脂がポリエステル主成分とする
ことを特徴とする粉体トナー画像印刷装置。