(57)【要約】【課題】定着装置のニップを想定したトナーの粘着力測定装置を提供する。【解決手段】トナー層２６を有するトナー層設置部２７と、トナー層面に圧力を持って接触して剥離するプローブ２３と、荷重測定部を有するトナーの粘着力測定装置において、プローブ２３が加熱されて所定の温度になった時に、トナー層２６がプローブ２３の下部にくる位置へ前記トナー層設置部２７を移動し、それ以外の時はプローブ２３下部の範囲外にあり、プローブ２３がトナー層面に接触する時に、トナー温度Ｔ１とプローブ温度Ｔ２がＴ２＞Ｔ１の関係にあることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー層を有するトナー層設置部と、トナー層面に圧力を持って接触して剥離するプローブと、荷重測定部を有するトナーの粘着力測定装置において、前記プローブが加熱されて所定の温度になった時に、トナー層が前記プローブの下部にくる位置へ前記トナー層設置部を移動し、前記プローブが所定の温度以外の時はプローブ下部の範囲外にあり、前記プローブがトナー層面に接触する時に、トナー温度Ｔ１とプローブ温度Ｔ２がＴ２＞Ｔ１の関係にあることを特徴とするトナーの粘着力測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の粘着力測定装置において、前記プローブが、トナー層を１００ｍｓより短い時間に加熱及び加圧し、その後トナー層から剥離することを特徴とするトナーの粘着力測定装置。
【請求項３】
請求項２記載の粘着力測定装置において、前記プローブをトナー層から剥離する剥離速度が２ｃｍ／ｓ以上であることを特徴とするトナーの粘着力測定装置。
【請求項４】
請求項１記載の粘着力測定装置において、前記プローブに連結する部材を断熱構造としたことを特徴とするトナーの粘着力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタなどの定着装置に於いて定着現象の基礎評価及トナーの選定に使用するトナーの粘着力測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真装置の定着装置として、金属ロールの内部にヒータランプを設けた加熱ロールと、表面にゴム層を有する加圧ロールが相接することにより形成するニップの間に、未定着トナー画像を形成した用紙を通過させ、加熱及び圧力にて定着する定着装置が知られており、従来から複写機、プリンタ等において使用されている。
【０００３】
この定着装置に使用するトナーの選定にトナーの粘着力が評価因子となることがあり、それを測定するトナーの粘着力測定装置が使用される。
【０００４】
図４は、従来の粘着力測定装置の概略構成図である。このトナーの粘着力測定装置３５は、内部にヒータ３３を、表面に温度計３４を有し、表面に設けたトナー層３７の温度を調整する制御部（図示せず）を有する試料台３６と、ストレーンゲージまたはロードセルを有し、トナーの粘着力を電気信号に変換する検出器３９を設けたプローブ４０と、プローブ４０を上下動作する駆動機構４１からなる。駆動機構４１は、動力回転体４２の回転運動を、リンク４６やカムによって、プローブ４０の上下動に変換している。プローブ４０には、上下動作の摺動性を良くするため、円筒ガイド４３が設けられている。
【０００５】
次にこのトナーの粘着力測定装置３５によるトナーの粘着力測定手段を説明する。  試料台３６の上に、厚みの均一なトナー層３７を形成する。ヒータ３３の制御部によって、トナー層３７の温度が設定温度になるまで試料台３６を加熱する。そしてトナー層３７が設定温度になると、駆動機構４１によってプローブ４０を降下し、先端面をトナー層３７に接触させ、設定圧力をかける。１秒から数分（評価条件による）の間(一般にはプローブ４０とトナー層３７の温度が同等になるまで)保持し、その後、駆動機構４１によってプローブ４０を上昇させ（速度は評価条件よる）、トナー層３７とプローブ４０先端面を剥離する。その時の剥離力をトナーの粘着力として検出器３９によって測定する。これによって、トナー温度と粘着力の関係が得られる。
【０００６】
他に粘着性試料の粘着力測定装置として、モータの回転により上下動作する可動体と、この可動体に上下動可能に垂下された可動軸の下端に取り付けられた下部受け板と、この下部受け板の支柱に連結する下方向に配置された上部測定台と、この装置の筺体の上板に取り付けられたロードセルの出力信号を処理して粘着力を測定する電気回路装置とから構成されているものが知られている(特許文献１参照)。
【０００７】
【特許文献１】特公平６−２９８４５号公報  （第３、４頁、図３、６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
加熱及び加圧ロールにて定着する定着装置の場合、両ロールによって形成されるニップを、未定着画像を有する用紙が通過する時間は、数十ｍｓから数百ｍｓの短時間であり、その時間に加熱と加圧ロールによる定着が行われる。加熱ロールは高温であり、ニップ入り口での用紙とトナー層の温度は、室温とほぼ同等である。また、プリンタ、コピー機などの定着装置のニップでのトナー層の状態は、同定着温度であってもニップ時間によって異なる。
【０００９】
しかし、従来例のトナーの粘着力測定装置では、トナー層３７を加熱し、設定温度にてトナーが溶融状態になった時に、プローブ４０をトナー層３７に接触させ、プローブ４０の温度が、トナー層３７と同等の温度になったなら、プローブ４０をトナー層３７から剥離する。そのため、プローブ４０の温度が所定の温度になるまでには、数秒から数分の時間を要する。また、同定着温度に於けるトナー層３７の溶融状態はほぼ同等あり、ニップ中の状態を再現してはいない。よって、従来例のトナーの粘着力測定装置にて、定着装置のニップを想定した測定は難しい。
【００１０】
本発明の目的は、定着装置のニップを想定したトナーの粘着力測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、トナー層を有するトナー層設置部と、トナー層面に圧力を持って接触して剥離するプローブと、荷重測定部を有するトナーの粘着力測定装置において、前記プローブが加熱されて所定の温度になった時に、トナー層がプローブの下部にくる位置へ前記トナー層設置部を移動し、それ以外の時はプローブ下部の範囲外にあり、前記プローブがトナー層面に接触する時に、トナー温度Ｔ１とプローブ温度Ｔ２がＴ２＞Ｔ１の関係にあることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記プローブが、トナー層を１００ｍｓより短い時間に加熱及び加圧し、その後トナー層から剥離することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第３の手段は前記第２の手段において、前記プローブをトナー層から剥離する剥離速度が２ｃｍ／ｓ以上であることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第４の手段は前記第１の手段において、前記プローブに連結する部材を断熱構造としたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のトナーの粘着力測定装置によれば、定着装置のトナー温度、圧力、定着時間とトナーの粘着力との関係が得られ、用紙剥離に関わる定着因子の影響が解明でき、定着装置の用紙剥離の現象解析が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
プリンタ、コピー機等の電子写真装置の信頼性を高める目的は、トナーの粘着力測定装置のプローブを加熱し、プローブが所定の温度になった時に、トナー層設置部を、プローブの下部へ移動し、前記プローブが所定の温度以外の時は、プローブの下部の範囲外に置くこと、トナーの粘着力測定時に、トナー層温度Ｔ１とプローブ温度Ｔ２の関係をＴ２＞Ｔ１とすることにより実現する。
【００１７】
図１、２および３は、本発明の実施例を説明するものである。実施例のトナーの粘着力測定装置３０は図１に示すように、加圧・剥離部、プローブ２３、加熱部、荷重測定部、トナー層設置部２７、荷重伝達部、制御部の7個の要素にて構成されている。
【００１８】
加圧・剥離部は、コア３０、アマチュア６、シャフト７からなる加圧用ソレノイド1（プローブ２３をトナー層２６に押圧する）と、コア３、アマチュア４、シャフト５からなる剥離用ソレノイド２（プローブ２３をトナー層２６から剥離する）からなる。夫々が加圧と剥離を、制御信号をトリガーとして、１サイクル行う。加圧時間は、制御信号の波長にてソレノイドの印加電圧時間を制御した。これにより、加圧時間は、１００ｍｓ以下に設定することが可能であり、定着装置のニップ時間に近づけられる。また、剥離用ソレノイド２は、剥離力が小さい場合、トナーの粘着力によって剥離速度が遅くなり、剥離時間がばらつくため、正確な剥離力が測定できない。そのため、本粘着力測定装置では、２４Ｖの力の大きいソレノイドを使用し、剥離速度を速くし、測定値を安定させ、精度を向上させた。
【００１９】
プローブ２３はアルミ製円柱からなり、先端部表面に加熱ロール表層と同仕様の厚さ３００μｍのシリコーンゴム３１を被覆した。また、プローブ２３側面には、温度測定するための熱電対２８を設けた。これにてプローブ２３の温度を制御する。
【００２０】
加熱部は、プローブ２３の上部に連結する伝熱ブロック３２とセラミックヒータ２４からなる。セラミックヒータ２４の熱は、伝熱ブロック３２を伝わり、プローブ２３に伝わる。逆に、伝熱ブロック３２から、連結部材２０に逃げる熱を少なくするため、伝熱ブロック３２に数個の穴２２、また連結部材２０には穴２１を設け、各部の接触面積を小さくして断熱構造とした。
【００２１】
荷重測定部は、加圧力測定用ロードセル１５（１０Ｎ以上測定可能）、剥離力測定用ロードセル１７（１Ｎ以下測定可能）を使用し、前者は伝達部１２に、後者は伝達部１４に固定し、加圧・剥離にて夫々の荷重を測定する。尚、加圧力測定用ロードセル１５は、加圧用ソレノイド１の力を電圧または電流にて出力し、それを圧力値に変換する。また、剥離力測定用ロードセル１７は、プローブ２３をトナー層２６から剥離した時の剥離力を電圧または電流にて出力し、それを剥離力に変換する。
【００２２】
トナー層設置部２７は、移動テーブルが直線動作する。移動テーブルの上部表面には、粘着剤または粘着テープにて印刷用紙２５を貼り付けた。印刷用紙２５上面には、定着時に画像濃度１．２〜１．４となる未定着ベタ画像をトナー層２６にて形成した。本実施例のトナーを、Ａトナーとする。トナー層設置部２７は、プローブ２３が設定温度になったなら、プローブ２３の下部表面の真下(プローブ２３が、トナー層２６上部にあれば問題ない)に移動し、それ以外はトナー層２６がプローブ２３の下部から外れる位置にある。
【００２３】
荷重伝達部は、直動軸受け９、１８とシャフト１０、１９、連結部２９、８、１１、１３、２０からなり、連結部１１には加圧力測定用ロードセル１５、連結部１３には剥離力測定用ロードセル１７を固定し、加圧力測定は連結部１３の伝達部１４にて加圧力測定用ロードセル１５へ、剥離力測定は連結部１１の伝達部１２にて剥離力測定用ロードセル１７へ荷重を伝達する。
【００２４】
制御部は、リレー１６と電源を含む制御機３８からなり、制御機３８が一連の動作部を司り制御するものである。
【００２５】
本実施例のトナーの粘着力測定装置３０による加圧、剥離工程を以下に示す。
【００２６】
はじめに、加圧用ソレノイド１をＯＦＦ、剥離用ソレノイド２をＯＮする。加圧用ソレノイド1のコア６、シャフト１０、１９、連結部８、１１、１３、２０、２９、プローブ２３、伝熱ブロック３２は、剥離用ソレノイド２によつて引き上げられる。伝達部１２によって、剥離力測定用ロードセル１７を固定した伝達部１４とプローブ２３が上がる。本実施例では１ｍｍの上昇に設定した。この時、トナー層設置部２７は、プローブ２３の下部表面の、真下の外に位置している。
【００２７】
次にプローブ２３の温度が設定温度になるまで、セラミックヒータ２４をＯＮする。プローブ２３の温度が設定温度になったなら、トナー層設置部２７を、トナー層２６が、プローブ２３の下部になる位置に移動する。プローブ２３がトナー層２６の上に位置すれば問題はない。
【００２８】
次に設定時間だけ、剥離用ソレノイド２をＯＦＦ、加圧用ソレノイド１をＯＮする。本実施例に於いては、設定時間を５０ｍｓと１００ｍｓに設定した。設定時間に、プローブ２３の熱と圧力によってトナー層２６は定着される。この時の加圧力の形態を、図２のようにグラフに記録した。
【００２９】
また、定着される時のトナー層２６の温度Ｔ１とプローブ２３の温度Ｔ２の関係を、Ｔ２＞Ｔ１とする。これによってニップ入り口での定着状態を再現でき、実用的なトナーの粘着力測定が可能になる。
【００３０】
設定時間経過後、加圧用ソレノイド１をＯＦＦ、剥離用ソレノイド２をＯＮする。剥離用ソレノイド２の引き上げる力によって、トナー層２６からプローブ２３が引き離される。この離れる瞬間の荷重を剥離力測定用ロードセル１７にて測定し、粘着力に変換する。
【００３１】
図２によるプローブ２３の圧力特性図から、加圧時間５０ｍｓの間に放物線を描くように圧力が大きくなり、設定圧力にて横ばいになる。５０ｍｓ経過後に圧力はゼロになり、トナー層２６の剥離が始まり、約２０ｍｓ後にプローブ２３が剥離する瞬間に最大剥離力（粘着力）になり、値はゼロに近傍まで小さくなった。この時の剥離力(粘着力)の形態を、図２のようにグラフに記録した。
【００３２】
剥離時のプローブ２３の上昇量と剥離時間から求めた剥離速度は２ｃｍ／ｓであった。剥離用１２Ｖソレノイド２を使用した実験では、剥離速度は２ｃｍ／ｓ未満であり、剥離時間のばらつきが大きかった。よって、剥離速度は２ｃｍ／ｓ以上が好ましいことが分かった。剥離時の剥離力測定用ロードセル１７の出力には、シャフト１９、連結部１３、２０、９、プローブ２３、伝熱ブロック３２の重さによる慣性力が、剥離力に付加されるため、この分を差し引いた値をトナー粘着力とした。また、剥離後、剥離力がゼロにならない理由は、剥離力測定用ロードセル１７の出力にシャフト１９、連結部１３、２０、プローブ２３、伝熱ブロック３２の自重が付加さているためである。以上の工程により、トナー層２６の剥離力(＝粘着力)が測定できた。
【００３３】
図３に、本実施例のトナーの粘着力測定装置にて評価したＡトナーの温度と粘着力の関係を示した。この図から、粘着力が急増する温度があることを確認できた。
【００３４】
このように本実例のトナーの粘着力測定装置にて、粘着力が大小となる定着温度、圧力、時間の条件を解明することにより、定着剥離を良くする最適条件が分かる。更に本実例のトナーの粘着力測定装置にて得た用紙剥離に関わる定着条件（因子）を、定着装置へ適用することも可能である。その効果は用紙巻き付き、オフセットの有無、定着強度にて判断することができる。
【００３５】
本発明は、レーザプリンタ等の定着装置の用紙剥離を評価するための、トナーの粘着力測定装置であり、これによって用紙剥離の剥離性が高いトナーの選定、あるいはトナーの粘着力評価が可能となり、定着装置の剥離ミスを低減でき、その利用効果は高く、プリンタ、複写機の印刷機械への利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例に係るトナーの粘着力測定装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例に係る加圧、剥離特性図である。
【図３】本発明の実施例に係る定着温度とトナーの剥離力の関係を示す特性図である。
【図４】従来のトナーの粘着力測定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１は加圧用ソレノイド、２は剥離用ソレノイド、３はコア、４はアマチュア、５はシャフト、６はアマチュア、７はシャフト、８は連結部、９は直動軸受け、１０はシャフト、１１は連結部、１２は伝達部、１３は連結部、１４は伝達部、１５は加圧力測定用ロードセル、１６はリレ−、１７は剥離力測定用ロードセル、１８は直動軸受け、１９はシャフト、２０は連結部材、２1は穴、２２は穴、２３はプローブ、２４はセラミックヒータ、２５は印刷用紙、２６はトナー層、２７はトナー層設置部、２８は熱電対、２９は連結部、３０はトナーの粘着力測定装置、３１はシリコーンゴム、３２は伝熱ブロック、３３はヒータ、３４は温度計、３５はトナーの粘着力測定装置、３６は試料台、３７はトナー層、３８は制御機、３９は検出器、４０はプローブ、４１は駆動機構、４２は動力回転体、４３は円筒ガイド、４６はリンク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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