(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導電性の像担持体と、該像担持体を均一帯電するための帯電手段と、帯電後の像担持体表面を像露光して静電潜像を形成するための露光手段と、該静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成するための現像手段と、得られたトナー像を最終支持部材上に転写させる転写手段と、得られた最終支持部材上のトナーを定着させる定着手段とを備えた電子写真画像記録装置において、
該トナーの結着樹脂が光分解性樹脂を含んでおり、
転写手段と定着手段との間に、上記トナーの結着樹脂を光分解し、結着樹脂の分子量を低下させる光源が設けられており、
該光源が、２５４ｎｍ或いは可視領域短波長から近紫外領域までの成分を主成分とするものであることを特徴とする画像記録装置。
【請求項２】
該光源が、低圧水銀灯、高圧水銀灯、蛍光灯、ハロゲンランプ、有機ＥＬ素子、半導体レーザー及びガスレーザーから選ばれる請求項１に記載の画像記録装置。
【請求項３】
トナーが、可視光領域に吸収を有する増感剤を有する請求項１又は２に記載の画像記録装置。
【請求項４】
光源と像担持体との間に遮光材が設けられている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の画像記録装置。
【請求項５】
該光源が、トナーの結着樹脂の重量平均分子量を１割以上減少させる光源である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の画像記録装置。
【請求項６】
光分解性樹脂が、ポリビニルケトン類、有機ポリシラン、メチルメタクリレートとインダノンの共重合体及びポリオレフィンスルホン系樹脂からなるグループから選択される１種以上の樹脂を含む請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の画像記録装置。
【請求項７】
光分解性樹脂が、ポリビニルケトン類を含む請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の画像記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機やプリンタ等の画像記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機やプリンタ等の画像記録装置では、電子写真記録方式を採用したものが広く用いられている。これは、感光体ドラム上に形成された潜像を現像して可視画像化し、この可視画像（トナー像）を転写紙上に静電気力を用いて転写させ、次いで転写画像を熱により定着させることによって、画像を記録形成するものである。又、片面に画像が記録形成されたもう一方の面（裏面）に、上述と同様の動作で画像を記録形成させることが可能な両面画像記録装置、更にはイエロー、マゼンタ、シアン及びブラック等のトナーの併用により、フルカラー画像を記録形成させることが可能なカラー画像記録装置も提案及び実施されている。
【０００３】
上述の如き電子写真方式を用いた画像記録装置の従来例を図４に示す。この画像記録装置においては、感光体ドラム１上に形成されたトナー像を転写器４によって転写紙に転写した後、定着器５において転写紙上のトナー像は熱及び圧力が印加されて定着される。
【０００４】
感光体上の電気的或いは磁気的潜像を顕像化するために、トナーといった検電性或いは感磁気性の微粒子を該潜像に吸着させて可視像とする画像形成方法がある。その代表的なものとしては電子写真法が挙げられ、例えば、米国特許２，２９７，６９１号明細書に記載されているように、多数の方法が知られている。この電子写真法においては、一般には光導電性物質を利用し、種々の手段で感光体上に電気的潜像を形成し、次いで該潜像をトナーを用いて現像してトナー像を形成し、必要に応じて紙等の転写材にこのトナー画像を転写した後、加熱、加圧或いは溶剤蒸気を用いてトナー画像を転写材に定着することにより、複写物を得るといったものである。
【０００５】
近年、上述の技術がその印字品質の高さ及び静粛性といったことから、コンピューターやワードプロセッサー等の出力手段、いわゆるプリンターに使用されるようになっている。上述した環境で使用される場合、印字品質の高さ及び静粛性といった点ばかりではなく、更に、印字速度、消費エネルギー、画像の長期安定性並びに環境安定性及びランニングコストといった特性が要求されるようになっている。
【０００６】
上述したプリンターや複写機に使用されるトナーは、主成分である結着樹脂及び磁性体、カーボンブラック、染料、顔料等の着色剤及びワックス類からなる微粒子であり、通常、その粒径は６〜３０μｍの範囲である。トナーは、通常一般に熱可塑性樹脂中に染顔料或いは磁性体からなる着色剤を混合及び溶融し、着色剤を均一に分散させた後、微粉砕及び分級することにより、所望の粒子径を有するトナーとして製造されている。
【０００７】
このようにして得られるトナーに要求される電子写真特性としては、発色性、帯電特性、定着性、耐久性等、様々な特性が挙げられる。そのなかでも、定着時に比較的低温で定着をするための低温定着性と、現像、転写及びクリーニング等の電子写真プロセス中における耐久性については、一般的に相反する特性が要求され、その課題の克服が大きな課題となっている。
低温定着を実現すれば、良好な定着画像を得られるばかりでなく、消費電力の低減、定着ユニットの昇温にかかるウォームアップ時間の短縮、排紙した紙のカールの低減等、多くの利点があり、定着プロセスの負荷が減ることで、製造コストやランニングコストの削減にもつながる。
【０００８】
【発明が解決しようとしている課題】
一般的にトナーの低温定着といった課題を解決するためには、トナーの定着温度を低下させる必要がある。定着温度を低下させるには、トナーに使用される結着樹脂のガラス転移点を低下させるのが最も効果的である。しかしながら、トナーのガラス転移点を低下させ、トナーの定着温度を抑えることは、その他の電子写真プロセスに必要な特性、詳しくいえば、トナーが凝集しないこと（耐ブロッキング性に優れていること）、トナーが感光体表面に融着しないこと（耐フィルミング性に優れていること）、１成分系現像剤を使用する場合等はトナーがブレードへ融着しないこと等の特性を低下させる原因となる。
【０００９】
このようにトナーの低温定着性は、結着樹脂のガラス転移温度等の熱的特性を低温化させる程、言い換えれば結着樹脂の分子量を低分子量化する程に向上するが、上記したその他の特性は、結着樹脂のガラス転移温度等の熱的特性を高温化する程、言い換えれば結着樹脂の分子量を高分子量化する程に向上する。
【００１０】
上記の相反する特性を両立させるべく、結着樹脂として高分子量の成分と低分子量の成分とを含むいわゆるダブルピークの結着樹脂を用いる等の対策がとられている。ところが、このダブルピークの結着樹脂を使用したトナーは、逆にみると低温定着性を悪化させる高分子量の成分と、その他の特性を悪化させる低分子量の成分を含むものであるため、上記各特性の改善効果は充分でなく、各特性の更なる向上が要望されている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は、光導電性の像担持体と、該像担持体を均一帯電するための帯電手段と、帯電後の像担持体表面を像露光して静電潜像を形成するための露光手段と、該静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成するための現像手段と、得られたトナー像を最終支持部材上に転写させる転写手段と、得られた最終支持部材上のトナーを定着させる定着手段とを備えた電子写真画像記録装置において、該トナーの結着樹脂が光分解性樹脂を含んでおり、転写手段と定着手段との間に、上記トナーの結着樹脂を光分解し、結着樹脂の分子量を低下させる光源が設けられており、該光源が、２５４ｎｍ或いは可視領域短波長から近紫外領域までの成分を主成分とするものであることを特徴とする画像記録装置を提供する。
【００１２】
本発明では、現像、転写及びクリーニングプロセスにおいては、トナーの結着樹脂の分子量を高分子量の状態に維持し、ガラス転移温度等の熱的特性を高温化させ、安定した画像形成プロセスを実現する。又、現像及び転写後、定着プロセスの前に、トナーの結着樹脂の分子量を低分子量化し、ガラス転移温度等の熱的特性を低温化させ、低温度領域でトナーを容易に転写紙上に定着可能とするものである。具体的には、トナー粒子の結着樹脂に光分解性高分子を含有させることにより、現像、転写及びクリーニングプロセス中には、その分子量を高分子量の状態に維持し、転写プロセス後、定着プロセス前に転写紙上のトナーに光照射を行うことによりその分子量を低分子量化させ、ガラス転移点等の熱的性質を低温化させることにより、低温度でのトナー定着プロセスを実現するものである。好ましくは、トナーの結着樹脂の重量平均分子量を光照射によって１割以上減少させる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に好ましい実施の形態を挙げて本発明をより詳細に説明する。
図１は、好ましい実施形態の画像記録装置を表わす概略図である。この装置は、感光ドラム（像担持体）１と、その周りに配置された帯電器（帯電手段）２、画像露光器（露光手段）７、現像器（現像手段）９、転写帯電器（転写手段）４、定着器（定着手段）５及びクリーニング部材６からなる電子写真記録装置である。
【００１４】
像担持体１は、導電性の支持基体を最下層として、電荷発生層及び電荷輸送層のように２層構造よりなる機能分離タイプのものや、単層型のものが用いられる。一次帯電に用いる帯電手段２としては、コロナ帯電器による非接触方式や、ローラー帯電器による接触方式等が挙げられる。露光手段としての光学系７には、半導体レーザーを使用したスキャナータイプのものや、ＬＥＤに集光装置であるセルフォックレンズを介して像露光を行うもの、又、ＥＬ素子やプラズマ発光素子等、その他の光学系も使用することができる。
【００１５】
本発明において現像処理に用いるトナーは、光分解性樹脂を有していることを特徴とする。
本発明において光分解性樹脂とは、光照射により樹脂を形成している高分子体の主鎖或いは側鎖の分子鎖の切断が起こり、分子量が低下するものを意味する。そのような樹脂を形成している骨格の変化によって、樹脂の機械的強度や熱特性が変化するものである。具体的には、測定試料に対して、２５４ｎｍの発光波長を主成分とする低圧水銀灯により１０ｍＪ／ｃｍ２の光量を１秒間照射したとき、その重量平均分子量が１割以上減少するものを光分解性樹脂と本発明においては定義する。
先ず、トナーの主成分である結着樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリスチレン、エポキシ樹脂、スチレン−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられ、これらを単独又は混合物のいずれかの状態で使用することができる。
【００１６】
又、トナーの着色剤としては、具体的にはカーボンブラックの他、有機着色料、具体的には、例えば、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド１、Ｃ．Ｉ．ベーシックレッド１、Ｃ．Ｉ．モーダントレッド３０、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー２、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー１５、Ｃ．Ｉ．ベーシックブルー３、Ｃ．Ｉ．ベーシックブルー５、Ｃ．Ｉ．モーダントブルー７、Ｃ．Ｉ．ダイレクトグリーン６、Ｃ．Ｉ．ベーシックグリーン４、Ｃ．Ｉ．ベーシックグリーン６といった染料；カドミウムイエロー、ミネラルファーストイエロー、ネーブルイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、パーマネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキ、モリブデンオレンジＧＴＲ、ベンジジンオレンジＧ、カドミウムレッド４Ｒ、ウオッチングレッドカルシウム塩、ブリリアントカーミン３Ｂ、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、キナクリドン、ローダミンレーキ、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、ピグメントグリーンＢ、マカライトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンＧ等の顔料等が挙げられる。
【００１７】
又、トナーに、帯電性を制御する目的で荷電制御剤を添加することができる。荷電制御剤としては、正荷電制御剤若しくは負荷電制御剤のいずれであっても利用できるが、具体的には、例えば、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、四級アンモニウム塩、アミン系或いはイミン系化合物、及びこれらの重合体、サリチル酸、或いはアルキルサリチル酸の金属化合物、含金モノアゾ系染料、カルボン酸或いはスルフォン酸官能基を有する重合体、ニトロフミン等のフミン酸及び塩類等を挙げることができる。
【００１８】
又、転写紙上にトナー像を転写した後、定着前に光照射を行うことによってトナーの結着樹脂の分子鎖を切断し、結着樹脂の低分子量化をもたらす光分解性樹脂には、例えば、ポリメチルビニルケトン、ポリエチルビニルケトン、ポリ−ｔ−ブチルビニルケトン、ポリフェニルビニルケトン、ポリジビニルケトン、ポリメチルイソプロペニルケトン、ポリアセトキシメチルビニルケトン、ポリクロロビニルメチルケトン、ポリクロロメチルビニルケトン等のポリビニルケトン類、ポリフェニルメチルシラン等の有機ポリシラン、メチルメタクリレートとインダノンの共重合体、ポリオレフィンスルホン系樹脂等が挙げられる。特に、ポリビニルケトン類が好ましい。これらの光分解性樹脂は単独或いは２種以上併用してもよい。又、トナーの結着樹脂用のモノマーと上記光分解性樹脂用のモノマーとの共重合体や、トナーの定着樹脂をグラフトした光分解性樹脂を用いてもよい。又、結着樹脂に可視光領域に吸収を有する増感剤を含有させることによって更に優れた光分解作用が得られる。
【００１９】
トナー中の光分解性樹脂の含有量としては、トナー全量に対して１０〜９０重量％の範囲が好ましい。光分解性樹脂の含有量が１０重量％未満の場合には、光照射時にトナー結着樹脂の分子鎖を十分に切断することができず、トナーの結着樹脂を十分に低分子量化することができなくなり、又、９０重量％を超える場合には、保存安定性が低くなり好ましくない。
【００２０】
現像手段は、現像剤として、トナーと磁性キャリアとを混合させた２成分系現像剤を用いる２成分系現像手段、或いはトナーを単独で用いる１成分系現像剤を用いる１成分系現像手段のいずれでもよい。
本発明におけるトナーを２成分系現像剤として使用する場合に用いられるキャリア粉体としては、具体的には、例えば、鉄粉、コバルト粉体、ニッケル粉体といった強磁性体金属；フェライト、マグネタイト、ヘマタイト等の鉄；コバルト、ニッケル等の強磁性を示す元素を含有する化合物を挙げることができる。更に上述した磁性体を結着剤中に分散した磁性体分散型キャリア等を挙げることができる。本発明においては、トナーとキャリア粒子とを混合して二成分系現像剤として使用する場合に、現像剤中でのトナーとキャリア粒子との混合割合は、キャリア粒子の粒径にも依存するが、０．５重量％から１０重量％の範囲であることが好ましい。
【００２１】
以上の構成により、潜像形成、現像及び転写プロセスを経て得られた転写紙上のトナー像に、その定着前に光照射を行う。このときに用いる光源には、低圧水銀灯、高圧水銀灯、蛍光灯、ハロゲンランプ、有機ＥＬ素子、或いは各種半導体レーザー、各種ガスレーザー等のレーザー系を使用することもできる。この光照射をトナー転写後で且つトナー定着前の転写紙上のトナー像に対して行う。又、光照射時に、像担持体である感光体が露光されないように、図１に示すように遮光板１１をフラッシュランプ８の紙送り方向の上流側に設置することが好ましい。
【００２２】
図２は、図１における遮光板１１の代わりに、定着前露光に用いる光源の周りに感光体への遮光と、トナー像への光照射のための集光効果を持つミラー１２を使用した例である。このようにミラーを使用することにより光照射効率を高めることができ、より効率よく結着樹脂の低分子量化が行える。
【００２３】
図３は、定着前露光に用いる光源に有機ＥＬ素子からなる露光器を使用した例である。ＥＬ素子は可視光領域に発光波長を有し、最近ではディスプレイ等への応用が進んでいる。その中でも、ブルー発光のＥＬ素子は安定して高輝度発光を実現している。又、最近では、ポリメチルフェニルシランを用いることで、紫外領域の発光スペクトルまで得られることが報告されている。このように、ＥＬ素子は可視領域短波長から近紫外領域までの比較的短波長領域に発光波長を有しており、本発明におけるトナーの結着樹脂の光分解作用に効率良く寄与することができる。
【００２４】
発光波長や光源の大きさの観点から、ＥＬ素子を定着前露光光源に使用することにより、省スペース及び省消費電力で効率良くトナーの結着樹脂の光分解を行うことができ、プリンター等、転写から定着までのスペースが限られている電子写真が像記録装置にも、本発明を効率良く適用することが可能となる。
【００２５】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１
図１に示す如き定着前露光器の光源８として、低圧水銀灯をキヤノン製の複写機ＣＬＣ７００内に設置し、該装置を用いて定着温度を変えて画像出力を行った。現像方式にはＣＬＣ７００の現流キャリアと、以下のような組成のトナーとを用いた２成分系現像方式を用いた。定着方式は、ローラ定着で、上ローラ及び下ローラともに６００Ｗのヒーターを内包し、１８０℃にコントロールされた定着ユニットを用いた。
・ポリエステル樹脂                                          １２重量部
・シアン顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー）                      ２重量部
・光分解性樹脂（ポリメチルイソプロペニルケトン）              ４重量部
・電荷制御剤                                              ０．７重量部
【００２６】
定着温度を１８０℃、１５０℃及び１２０℃にしたときの定着性の評価を行った。又、１，０００枚の耐久試験を行った。その結果を後記表１に示す。ここで、表１中の従来例に用いた現像剤は、ＣＬＣ７００の現流トナーを用いた２成分系現像剤である。
【００２７】
表１より、本発明におけるトナーを用いた場合では、定着前露光を行わないときは従来例である製品トナーと同じ定着温度によって良好な定着画像が得られるが、定着前露光を行うことによって、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィーの測定によるトナー樹脂の分子量分布が図５に示す様に低下し、従来例に比べ３０℃低い１５０℃の定着温度で良好な出力画像を得ることができた。このとき、スチレン換算で求めた重量平均分子量は、８０，０００から５０，０００に変化した。
このときの定着可能な温度は、複写機のプロセススピード、定着圧力及びローラ間のニップ幅等により変動するが、本実施例において、同じ条件下で定着温度を下げることができたことは、トナーの定着性が向上したことを示している。
又、耐久試験においても現流品と同様に、フィルミングやブロッキング等の弊害は観察されなかった。
【００２８】
以上、本発明の構成により、光分解性樹脂を含んだトナーを使用して、その転写プロセス後、定着プロセス前に上記露光手段により光照射を行うことで、トナー粒子を構成している結着樹脂の分子鎖に光切断が起こり低分子量化し、それに伴ってガラス転移温度の低下が起こり、従来トナーよりも低温の定着で良好な定着画像が得られるものである。
【００２９】
表１
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註）  Ａ：良好    Ｂ：普通    Ｃ：不良
【００３０】
実施例２
図２に示したような、定着前露光に用いる露光光源の周りに感光体ドラムへの遮光と、トナー像への光照射のための集光効果をもつミラー１２を使用した電子写真画像記録装置を用いた以外は、実施例１と同様にして画像の定着及び評価を行った。このように定着前露光光を集光することにより、光照射効率を高めることが可能となった。
【００３１】
実施例１と同様のトナーを用い、同様の条件下で定着プロセスを観察したところ、実施例１に比べて１０℃低い温度、即ち１４０℃の定着温度で良好な定着画像を得ることができた。
このように、定着前露光に用いる光源に、全面発光する光源を使用するときに、転写紙上のトナーに直接照射されない光をトナーに集光することにより、効率良く定着プロセスが行えるものである。
【００３２】
実施例３
図３に示したような、定着前露光に用いる露光光源に有機ＥＬ素子を使用した。ＥＬ素子は可視光領域に発光波長を有し、なかでも、ブルー発光のＥＬ素子が安定して高輝度発光を実現している。このような可視領域短波長から近紫外領域までの、比較的短波長領域に発光波長を有しているＥＬ素子を定着前露光器の光源として用いることによって、本発明におけるトナー中の光分解性樹脂の分解作用を効率良く行うことができる。
このＥＬ素子を組み込んだキヤノン製プリンターＬＢＰ４５０により定着温度を変えて画像出力を行った。定着方式は、サーフ定着と呼ばれる板状の発熱体と紙搬送フイルムで構成された定着方法である。
【００３３】
使用したトナーは実施例１と同様のもので、これを実施例１と同様にＣＬＣ７００用キャリアと混合させて２成分系現像剤として、改造済みのＬＢＰ４５０用２成分系現像装置を用い現像処理を行った。このとき、ＣＬＣ７００の現流現像剤を比較として出力した。
【００３４】
その結果、実施例１と同様にＬＢＰ４５０においても、本例のトナーを用いることにより、従来例のトナーを用いるよりも約３０℃低い定着温度で定着画像を得ることができた。このとき、温度モニターは板状加熱材１４の裏側に取り付けた。
以上のように、有機ＥＬ素子を使用することにより、省スペース及び省消費電力で上記の効果を得ることができ、プリンター等のスペースのない電子写真画像記録装置においても適用可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
電子写真プロセスにおいて、現像剤であるトナー粒子に光分解性の樹脂を混合させ、且つ転写プロセス後、定着プロセス前に、転写紙上のトナーに光照射を行うことによって、トナー結着樹脂の分子量の低下を起こし、ガラス転移温度を下げることで低い定着温度で定着プロセスを可能とするとともに、現像、転写及びクリーニングプロセスにおいては高い分子量を維持し、ガラス転移温度を高く維持することにより、フィルミング、ブロッキング及びブレード融着等の弊害なく良好な定着画像が得ることができる。
【図の簡単な説明】
【図１】本発明における画像記録装置の一例を示す概略図。
【図２】本発明における画像記録装置の他の一例を示す概略図。
【図３】本発明における画像記録装置の他の一例を示す概略図。
【図４】従来の画像記録装置の一例を示す概略図。
【図５】実施例１のトナーに定着前露光をしたときの分子量の変化を示す図。
【符号の説明】
１：像担持体
２：一次帯電器
３：現像剤担持体
４：転写帯電器
５：定着器
６：クリーナー
７：像露光器
８：定着前露光器
９：現像器
１０：転写紙
１１：遮光板
１２：反射ミラー
１３：有機ＥＬ素子露光器
１４：板状加熱装置
１５：サーフ定着器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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