(57)【要約】【課題】低粘度のトナーを使用しても、用紙などのトナーの支持体における定着部材からの剥がし作用に際して、定着部材あるいはトナーの支持体に異常な振動を発生させず、安定した定着を可能にする。【解決手段】トナー像の温度が軟化点あるいは融点以下になったときに用紙Ｐを定着・加熱ローラ１から剥がす構成にし、トナー粘度が１０〜１０１３c poiseであり、かつトナーを構成する樹脂に対してワックス分が０．０５重量％以上であるトナーを使用する。【選択図】図１
2005202438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の定着部材の間にトナー像が表面に形成された支持体を通過させ、支持体を定着部材によりトナーの軟化点あるいは融点以上の状態に加熱してトナー像を溶解し、その後、加熱を停止して冷却するトナー像定着装置において、トナー像の温度が軟化点あるいは融点以下になったときに支持体を定着部材から剥がす構成のトナー像定着装置であって、トナー粘度が１０〜１０１３c poiseであり、かつトナーを構成する樹脂に対してワックス分が０．０５重量％以上であるトナーを使用することを特徴とするトナー像定着装置。
【請求項２】
前記定着部材における支持体を剥がす部位において、その剥がす方向において支持体に１０deg以上の角度を持たせることが可能な構成であることを特徴とする請求項１記載のトナー像定着装置。
【請求項３】
前記定着部材が、ローラ状部材、あるいはフィルム状またはシート状のベルトであることを特徴とする請求項１または２記載のトナー像定着装置。
【請求項４】
支持体を搬送するベルトにより懸架されて、支持体を加熱する定着ローラと冷却ローラとを備えたものであって、前記定着ローラを通過した後は、支持体がベルトから離れることが可能な構成であることを特徴とする請求項１または２記載のトナー像定着装置。
【請求項５】
支持体を加熱する定着ローラ内に、支持体を加熱した後の定着ローラ部分を冷却する冷却手段を設置したことを特徴とする請求項１または２記載のトナー像定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナーを用いて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置に設置され、トナー画像を加熱して定着するトナー像定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全のために省資源化および省エネルギ化の要求が高まっている。電子写真方式の画像形成装置においては、省エネルギ化のために消費電力を抑えるようにする技術傾向にあり、特に電力消費の激しい定着部の分野においては、その低温度定着化が進んでいる。
【０００３】
低温度定着化を実現するためには、当然、トナーの軟化点あるいは融点を下げざるを得ないが、トナーに使用されている熱可塑性の樹脂の特性として、軟化点あるいは融点が下がると、必然的に溶融粘度が下がるという性質がある。熱可塑性の樹脂の軟化点あるいは融点は、その樹脂の分子量，分子量分布，結晶化度，架橋度，分子間力などによって決まり、同一構造の樹脂の軟化度あるいは融点を下げるためには、このうち分子量，架橋度を下げるか、分子量分布を狭くせざるを得ない。このうち、分子量分布は樹脂の保存性の限界から下限が決まってくるので、分子量自体を下げると必然的に狭くなってしまう。
【０００４】
一般的に、分子量を下げると分子鎖が短くなるために、絡み合いが緩くなり、溶融粘度は下がる。また、分子量分布が狭くなっても、やはり分子鎖の絡み合いが緩くなり、溶融粘度は下がる。さらに、分子間の架橋度を下げると、それぞれの分子が動きやすくなるために溶融粘度は下がる。
【０００５】
このような溶融粘度が下がった状態のトナーであっても、特許文献１〜４に記載されている方法を採用することにより、オフセットなく定着を行うことができるようになった。
【０００６】
特許文献１には、フィルムシートを利用した定着部で被定着物に熱を加えた後、フィルムシートと被定着物との密着を保ったまま冷却をかけ、トナーが固化した後、引き剥がすものであり、さらに、強制冷却の概念も盛り込まれ、具体的な強制冷却方法として送風，水冷が記載されている。
【０００７】
また、特許文献２〜４に記載されている技術によって、ワックスを主成分とした粘度の低いホットメルト印字媒体であっても、連続的なオンマシン状態でフィルムに対してオフセットが生じることのない定着が行われるようになった。
【０００８】
一般的に、熱転写の場合では、印字媒体は主成分がワックスであり、ワックスの粘度は１０〜１０４c poise程度であり、このような低粘度の印字媒体であっても前記の技術を使用することによってオフセットが発生することはない。
【０００９】
具体的には、これらの技術は、加熱溶融後、ＤＳＣのトップピーク値以下の温度に下がってから、フィルムシートを引き剥がすものである。特に特許文献２では、冷却方法として空気吹き付け、あるいは水，フレオンガスを冷媒とした強制的な冷却を行い、特許文献３では、フィルムシートと被転写体とを密着した状態で冷却部を通過させ、特許文献４では、フィルムシートと被転写体とを引き剥がす機構を設け、さらに引き剥がすまでの間、フィルムシートと被転写体とを密着した状態に保つ機構を設けて、フィルムシート上に印字媒体が残る現象（いわゆるオフセット）を防止している。この方法により、従来の方式に比べて粘度の低いトナーをオフセットを生じることなく使用することができるようになった。
【特許文献１】特公昭５１−２９８２５号公報
【特許文献２】特開昭６３−１１８２９１号公報
【特許文献３】特開昭６３−１１８２９２号公報
【特許文献４】特開昭６３−１１８２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、トナーの主成分は樹脂であるため、前記の技術では、従来から使用されているような粘度が１０１３c poise以上の粘度が比較的高いトナーであれば、特に問題の発生は認められないが、粘度が１０１３c poise 以下のトナーでは、加熱加圧の定着処理を行う定着部材に対する接着力が強過ぎて、被定着体、すなわちトナーの支持体としての用紙を引き剥がすときに、定着部材であるフィルム体あるいはベルトを被定着体に接着させた状態で引っ張るようになり、ローラなどに懸架された定着部材を弾性限度内で引き伸ばし、定着部材とトナーとが離れるときに定着部材が振動するか、あるいは用紙が振動して大きな音，騒音を発生するという問題があった。
【００１１】
図３，図４は定着部材から被定着体である用紙を引き剥がす際の問題点の説明図であり、図３，図４において、１は内部にヒータ２が設けられた加熱・定着ローラ、３は定着用ベルト４により過熱・定着ローラ１に懸架されて共に回転する冷却ローラ、５と６は過熱・定着ローラ１と冷却ローラ３に対向設置された加圧ローラである。
【００１２】
図３において、定着部材としての定着用ベルト４側にトナーＴにより像が形成された被定着部材である用紙Ｐが、加熱・定着ローラ１と加圧ローラ５間を通過して定着用ベルト４に接着した状態のままで、冷却ローラ３と加圧ローラ６間へ搬送される。そして冷却ローラ３と加圧ローラ６のニップを通過した用紙ＰはトナーＴの接着力の限界点を超えたところで（図３のＡ部分）、一気に剥がれるという動作を繰り返しており、この繰返しにより用紙Ｐが振動して騒音を発生させる原因となっていた。
【００１３】
図４において、前記と同様に冷却ローラ３と加圧ローラ６のニップを通過した際、用紙Ｐの曲げ強さに負けた定着用ベルト４が引っ張られて弛みが発生し（図４のＡ部分）、この状態において用紙Ｐは、トナーＴの接着力の限界点を超えたところで剥がれるという動作を繰り返しており、この繰返しにより定着用ベルト４が振動するか、あるいは用紙Ｐが振動して騒音を発生するという問題があった。
【００１４】
これらの問題はトナーの粘度が下がるほど顕著にあらわれる傾向にある。
【００１５】
本発明の目的は、前記従来の問題を解決し、低粘度のトナーを使用しても、用紙などのトナーの支持体における定着部材からの引き剥がしに際して、定着部材あるいはトナーの支持体に異常な振動を発生させず、安定した定着が行われるようにしたトナー像定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するため、本発明は、一対の定着部材の間にトナー像が表面に形成された支持体を通過させ、支持体を定着部材によりトナーの軟化点あるいは融点以上の状態に加熱してトナー像を溶解し、その後、加熱を停止して冷却するトナー像定着装置において、トナー像の温度が軟化点あるいは融点以下になったときに支持体を定着部材から剥がす構成のトナー像定着装置であって、トナー粘度が１０〜１０１３c poiseであり、かつトナーを構成する樹脂に対してワックス分が０．０５重量％以上であるトナーを使用するものであり、この構成によって、粘度が１０〜１０１３c poiseの比較的低粘度のトナーを使用しても、ワックスが離型剤として機能して支持体を定着部材から良好に剥がすことができ、従来のような引き剥がし時の振動，剥離音の発生を抑制することができる。
【００１７】
また本発明は、前記定着部材における支持体を剥がす部位において、その剥がす方向において支持体に１０deg以上の角度を持たせることが可能な構成であり、この構成によって、支持体の定着部材からの剥離が良好に行われる。
【００１８】
また本発明は、前記定着部材が、ローラ状部材、あるいはフィルム状またはシート状のベルトである構成であっても適用することができる。
【００１９】
また本発明は、支持体を搬送するベルトにより懸架されて、支持体を加熱する定着ローラと冷却ローラとを備えたものであって、前記定着ローラを通過した後は、支持体がベルトから離れることが可能な構成であり、この構成によって、加熱後には支持体に対するベルトによる加熱，拘束がなくなり、支持体に対する冷却作用が早く加わり、支持体の剥がし作用が良好に行われる。
【００２０】
また本発明は、支持体を加熱する定着ローラ内に、支持体を加熱した後の定着ローラ部分を冷却する冷却手段を設置したものであり、この構成によって、加熱後には支持体に対する定着ローラからの加熱をキャンセルすることができ、定着ローラの冷却ローラに接する部分の熱を冷却ローラにより奪うことで、支持体のトナーを冷却し、支持体の剥がし作用が良好に行われる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、用紙などの支持体に形成されたトナー像を定着部材により加熱してトナー像を定着させるトナー像定着装置において、粘度が１０〜１０１３c poiseの比較的低粘度のトナーを使用しても、トナー像の温度が軟化点あるいは融点以下になったとき支持体を定着部材から剥がすことによって、ワックスが離型剤として機能して定着部材から良好に剥がすことができるようになるため、従来のような引き剥がし時の振動，剥離音の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２３】
本説明中、溶融粘度とは軟化点あるいは融点以上の温度におけるものである。しかも、これらの軟化点および融点は、島津製作所製のフローテスターによる測定における軟化温度，流出開始温度に対応するものであり、またゴム域は軟化温度と流出開始温度までの範囲を指す。
【００２４】
一般に熱可塑性樹脂を加熱すると軟化点までは固体であり、軟化点を超えると軟らかくなり粘性を呈し、これをさらに加熱して融点を超えると、さらに軟らかくなり、粘い液体状態になるが、このときの軟化点から融点までの温度の幅、あるいは軟化点から融点までの粘性および融点以上の粘性は樹脂の分子量，分子量分布，結晶化度，架橋度，分子間力などにより異なり、同一構造であれば軟化点および融点の低い物の方が溶解粘度は低くなりやすい。
【００２５】
したがって、本実施形態における溶融粘度は、軟化点から融点まで温度の溶融粘度が１０１３c poise以上で融点以上の温度において溶融粘度が１０１３c poise以下の場合には融点以上の温度において使用し、また軟化点以上の温度において溶融粘度が１０１３c poise以下であれば軟化点以上の温度で使用するものとする。
【００２６】
ところで、従来のトナー像定着装置において、使用するトナーの溶融粘度が１０〜１０１３c poiseである場合でもトナーが固化してから支持体を定着部材より引き剥がす構成であれば、ホットオフセットを防止することができる。しかし、使用するトナーの溶融粘度が低いためにトナーの定着部材に対する濡れ性がよくなり、固化した後の接着力が強くなってしまう。当然、固化した後、トナー自体の凝集力の方がトナーと定着部材との接着力より大きいのでホットオフセットが発生することなく、定着部材から引き剥がすことは可能であるが、定着部材とトナーとの接着力が必要以上に大きく、引き剥がす際に定着部材あるいは支持体を引っ張りすぎて、支持体が定着部材より剥がれるとき、異常振動を発生しやすく、このことが剥離時の騒音の原因になっていた。
【００２７】
そこで、発明者は前記の事項に鑑みて鋭意研究，検討した結果、定着部材がローラ状部材、あるいはフィルム状またはシート状のベルトであり、支持体に対してトナーを転写してトナー像を支持体の表面に形成し、一対の定着部材の間にトナー像が表面に形成された支持体を通過させ、定着部材によりトナー像の軟化点あるいは融点以上の状態に加熱してトナー像を溶解し、その後、加熱を停止して冷却し、トナー像の温度が軟化点あるいは融点以下になったときに支持体を定着部材から剥がす構成のトナー像定着装置において、粘度が１０〜１０１３c poiseのトナーを使用しても、トナーを構成する樹脂に対してワックス分を０．０５重量％以上含有させたトナーを使用することにより、支持体が定着部材より剥がれるとき、従来発生していた異常振動を防止して、剥離時の騒音を抑制することができることを見出した。
【００２８】
このことを実証するために各種の実験を行った。その結果を（表１），（表２）に例示する。一般的な定着装置を具備した画像形成装置において画像を形成させたときの騒音レベルをテストしてみた。
【００２９】
【表１】
2005202438.tif 000003
（表１）において、「ＯＫ」は剥離音が殆ど聞こえず、また「良」は剥離音が聞こえるが許容できる範囲にあることを示す。
【００３０】
【表２】
2005202438.tif 000004
（表２）において、「ＮＧ」は剥離時の騒音が激しくて許容できない範囲にあることを示す。
【００３１】
（表１），（表２）から分かるように、トナーにおける含有ワックス量は、樹脂に対して０．０５ｗｔ％以上であれば、剥離音の騒音レベルは許容することができる範囲である。好ましくは０．１ｗｔ％以上であれば、剥離音として認識することができない優れたレベルとなる。
【００３２】
また実験によれば、剥離させる定着部材の進行方向の剥離角度をトナーの支持体に対して１０deg以上持たせるか、あるいは剥離させる定着部材の進行方向に曲面が付いている場合、剥離部分における接線方向の角度を１０deg以上とることにより、剥離音の低減効果をさらに増大させることができた。
【００３３】
本実施形態における剥離音低減の現象のメカニズムとしては以下のようなことが考えられる。
【００３４】
従来のトナー像定着装置においてシリコンオイルを使用していないものでは、通常、ワックスをトナー中に分散させたものを使用しているが、本実施形態とは剥離作用が異なる。すなわち、従来の定着プロセスでは、トナーが溶けたゴム域状態のときに定着部材から引き剥がす構成であるために、濡れ性により接着力が増大した樹脂と定着部材とが接着しやすくなっているにも拘らず、このとき同時に熱により溶けたオイル状のワックスがトナーの界面に移動するために、ワックスは、シリコンオイルと同様に液体の離型剤の機能を果している。すなわち、離型剤としての液体自体の凝集力が非常に弱いため液体層の凝集破壊を利用し、一部は定着部材へ、他はトナー樹脂側へ液体が分かれることにより接着を防いでいるのである。
【００３５】
このため、従来では、当然、定着部材の表面にワックスが少し残ってしまう。通常、トナーを製作するときには、樹脂およびワックス，顔料，染料を共に混練しているため、この液体中のワックス中にも顔料および染料が混入しており、この定着部材に一部残ったワックス分がトナーの支持体に対して汚れの問題を引き起こしている。さらに、定着装置の温度コントロール用サーミスタの汚れにつながり、温度コントロールの暴走を引き起こすおそれもある。
【００３６】
一方、本実施形態において、ワックス分をトナー中に前記のように樹脂に対して０．０５重量％含有させているが、定着プロセスが、加熱を停止して冷却し、トナー像の温度が軟化点あるいは融点以下になったときに支持体を定着部材から引き剥がす構成であるため、引き剥がし時には、トナーは冷えて固体になっており、よって、当然、界面に移動したワックスもほぼ固体である。したがって、この固体状態にあるワックスと定着部材との接着力の問題となるが、一般的に、固体の樹脂と定着部材との接着よりもワックスと定着部材との接着の方がはるかに弱いため、支持体の定着部材からの剥離が良好に行われ、剥離音の発生はほとんどない。
【００３７】
なお、定着部材を構成している材質として耐熱性が高い樹脂を使用しているために結晶性が非常に高く、これに対してトナーを構成する樹脂は比較的低い温度で軟化溶融するために結晶性が低い。このため、ワックスと樹脂との接着力は、定着部材を構成している樹脂との接着力よりトナーの樹脂との接着力の方がはるかに高くなる。このため、固体状態のワックスの凝集力は充分高く、ワックス層の全体がトナー側に残ることになる。したがって、本実施形態では、従来のシリコンオイルレス・トナーのようにワックスが分散されたトナーのように、ワックスが液体状態で離型作用を行うのでなく、固体状態において離型性を呈するため、従来とは異なる作用をなすのである。
【００３８】
次に、前記トナーを使用した本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、図３，図４にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付した。
【００３９】
図１は本発明の第１実施形態を説明するためのトナー像定着装置における要部の概略構成図であり、１は内部に加熱手段であるヒータ２が設けられた加熱・定着ローラ、３は定着用ベルト４により加熱・定着ローラ１に懸架されて共に回転する冷却ローラ、５は加熱・定着ローラ１に対向設置された加圧ローラである。
【００４０】
図１において、定着部材としての定着用ベルト４側に前記構成のトナーＴにより像が形成されたトナーの支持体である用紙Ｐが、加熱・定着ローラ１と加圧ローラ５間を通過して定着用ベルト４に接着した状態のままで、冷却ローラ３方向へ搬送されるが、加熱・定着ローラ１と加圧ローラ５のニップを通過すれば用紙Ｐが、定着用ベルト４から離れることが可能な構成になっているため、加熱・定着ローラ１と加圧ローラ５における加熱・加圧後には定着用ベルト４による加熱，拘束がなくなり、よって、用紙Ｐに対する冷却作用（放熱）が早く加わり、前記のようにワックスの接着力の限界点を超えたところで（図１のＡ部分）、簡単に剥がれることになる。
【００４１】
用紙Ｐが剥がれるときには、トナーＴは充分に冷えて固体になっており、また定着用ベルト４とトナーＴとの界面に移動したワックスもほぼ固体になり、固化したトナーＴと定着用ベルト４との接着よりも、ワックスと定着用ベルト４の接着の方がはるかに弱いため、用紙Ｐは定着用ベルト４から界面において剥離音の発生がほとんどなく剥がれることになる。
【００４２】
図２は本発明の第２実施形態を説明するためのトナー像定着装置における要部の概略構成図であり、１は内部にヒータ２が設けられた加熱・定着ローラ、５は過熱・定着ローラ１に対向設置された加圧ローラ、１０は、加熱・定着ローラ１の内壁部で、かつ用紙Ｐの搬送方向下流側の加熱・定着ローラ１と加圧ローラ５とのニップ近傍に設けられた冷却ローラである。
【００４３】
図２において、定着用ベルト４側に前記構成のトナーＴにより像が形成された用紙Ｐは、加熱・定着ローラ１と加圧ローラ５のニップを通過して加熱・加圧を受けた後、加熱・定着ローラ１に接着した状態のままで送り出される。その後、用紙Ｐは、加熱・定着ローラ１が冷却ローラ１０により冷却されている部分近傍において加熱・定着ローラ１から離れる。このような構成により、用紙Ｐに対する冷却作用が早く加わり、ワックスの接着力の限界点を超えたところで（図２のＡ部分）、用紙Ｐを簡単に剥がすことができる。
【００４４】
用紙Ｐが剥がれるときには、第１実施形態と同様に、トナーＴは充分に冷えて固体になっており、また加熱・定着ローラ１とトナーＴとの界面に移動したワックスもほぼ固体になり、固化したトナーＴと加熱・定着ローラ１との接着よりも、ワックスと加熱・定着ローラ１の接着の方がはるかに弱いため、用紙Ｐは加熱・定着ローラ１から界面において剥離音の発生がほとんどなく、剥がれることになる。
【００４５】
なお、加熱定着のための構成は前記実施形態にて説明したものに限定されるものではない。本実施形態ではローラ加熱構成を採用したトナー像定着構造を例示したが、例えば通電型の線状発熱体をベルトに接触させる加熱定着構成、あるいは定着ベルトに直接通電発熱させる加熱定着構成、あるいは誘電電流をトナー自体に流すような誘電加熱定着構成などでもよく、加熱方法は本発明を左右するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、複写機，ファクシミリ装置，プリンタなど、トナーを用いて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置に設けられ、トナー画像を加熱して定着するトナー像定着装置に用いて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態を説明するためのトナー像定着装置における要部の概略構成図
【図２】本発明の第２実施形態を説明するためのトナー像定着装置における要部の概略構成図
【図３】定着部材から被定着体である用紙を引き剥がす際の従来における問題点の説明図
【図４】定着部材から被定着体である用紙を引き剥がす際の従来における問題点の説明図
【符号の説明】
【００４８】
１  加熱・定着ローラ
２  ヒータ
３，１０  冷却ローラ
４  定着用ベルト
５  加圧ローラ
Ｐ  用紙
Ｔ  トナー
【図１】
2005202438.tif 000005
【図２】
2005202438.tif 000006
【図３】
2005202438.tif 000007
【図４】
2005202438.tif 000008