JP2004046158A - トナーを基板上に定着させるための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板にトナーを定着させる定着装置の負荷を軽減し、印刷速度を増大させる。
【解決手段】トナーを基板９上に定着させるための方法であって、トナーをトナーのガラス転移温度以上に加熱するために、有利にはトナーと接触する加熱可能な定着ローラ７を有する定着装置（フューザ）が使用され、定着装置によるトナーの加熱の前に、予熱が接触なしに行われ、該予熱によってトナーはまずトナーのガラス転移温度以下の温度に加熱される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上にトナーを定着させる方法に関し、この方法の場合、トナーをガラス転移温度以上に加熱するために、有利にはトナーに接触する加熱可能な定着ローラを有する定着装置（フューザ）が使用される。
【０００２】
さらに本発明は、有利には前記方法を実施するために、トナーをガラス転移温度以上に加熱するために、有利にはトナーに接触する加熱可能な定着ローラを備えた定着装置（フューザ）を有する、基板上にトナーを定着させるための装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
静電的若しくは電子写真印刷の場合、静電的な潜像は、荷電されたトナー粒子によって画像形成ドラム上に現像され、基板若しくは印刷材料、例えば特にシート状又は連続した帯の形式の紙に転移される。この場合、例えば４色印刷の場合には４つの潜像が４つの色分解、すなわちシアン、マゼンタ、黄、黒で、相前後してかつ互いに重なり合って基板に転移される。特に完成した１色又は多色の潜像は、定着装置によって基板上に定着される。このことは、通常加熱可能な定着ローラによって行われ、この定着ローラは、トナー画像上を転動させられることにより、トナーをガラス転移温度よりも高く加熱し、これにより溶融させ、同時に圧力負荷下で基板に浸透させ、この基板にトナーが冷却の後に定着される。この場合、互いに隣接したトナー粒子が結合し、最終的に基板上にポリマ層を形成する。
【０００４】
前記方法の場合、所定の単位時間により多数の印刷プロセスを行いたい場合、つまりこの作業を加速させたい場合に、問題が生じるおそれがある。すなわち、定着プロセスは印刷作業の速度制限要因であることが分かる。なぜならば、定着プロセスは、線形に加速することができないからである。
【０００５】
定着プロセスを加速させたい場合、定着ローラの温度を高める及び／又は定着ローラと対向押圧ローラとの間の定着領域を基板搬送方向で拡大することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、温度を高めることにより、定着ローラ、特に定着ローラのコーティング若しくは被覆部の寿命が短縮する。さらに、定着ローラを用いて定着させる場合、トナーが定着ローラに付着しかつ後の印刷プロセスに影響するのを防止するために、シリコーン油が分離媒体として使用される。この油も頻繁に補充されなければならず、その消費が増大され、この場合付加的に、オイルが搬送装置に付着し、これらの搬送装置を汚し、さらに運ばれるという危険性があり、これにより、このオイルも後の印刷プロセスに悪影響を与えるおそれがある。
【０００７】
定着領域を拡大させたい場合、これは原則的に２つの方法で行うことができる。つまり、定着ローラと対向押圧ローラとの間の押圧力が増大されることによりさらに大きな平坦領域を生ぜしめるか、又はより大きな直径を有する定着ローラが使用される。より大きな押圧力により、さらに定着ローラ、特にそのコーティングの寿命が短縮されるおそれがあり、このことは、基板の損傷、特にしわが生じるおそれがある。定着ローラの直径が増大されると、基板停滞が生じやすくなる。これにより、さらに構成コスト及び構成サイズが問題になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、特に速度増大のために、冒頭に述べた形式の方法若しくは装置の場合に、場合によって生じる、前記の形式の問題を場所的にのみ転嫁させることなく、定着装置の負荷を軽減することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば方法の観点から、定着装置によるトナーの加熱の前に予熱が行われ、この予熱によってトナーはまずガラス転移温度以下の温度にまで加熱されることにより解決された。
【００１０】
【発明の効果】
“予熱”とはこの場合、トナーがガラス転移温度の領域まで加熱されるが、トナーの溶融を回避するためにこの温度は超過されないということを意味する。これに対して、“定着”は、トナーをガラス転移温度よりも高く加熱することを含む。しかしながら、有利には、できるだけはっきりと規定されたガラス転移温度を備えたトナーが使用され、これにより、予熱及び定着が、温度領域の面で密接することができる。
【００１１】
本発明による、無接触の予熱によって、問題が定着領域から予熱領域へ転嫁させられることなく、定着プロセスは特に時間的に、又は基板停滞の危険性に関して負荷軽減される。この場合、無接触予熱は特に有利である。
【００１２】
基板を加熱するために、トナーを支持する基板上に押し付けられることができる加熱可能なサドルを用いた接触する予熱は、原理的に、例えば米国特許第４１４７９２２号明細書から公知である。しかしながら、このようなサドルは、構造サイズが比較的大きく、特にいわゆるデュープレックス印刷の場合、表裏印刷における基板の両面印刷に問題を投げかける。なぜならば、このようなサドルは高く加熱されなければならず、特に既に基板の第１の側（下側）に定着された印刷画像が新たに軟化されかつ擦られるおそれがあるからである。これは、対向押圧エレメントが丁度この下側に当接しているのでなおさらである。これに対して、本発明による無接触に行われる加熱の場合、温度は明らかにガラス転移温度よりも低く正確に一定に調整されることができ、基板は、場合によっては、例えばエアクッション上で“浮遊しながら”搬送されることができる。予熱は本発明によれば有利にはマイクロ波の利用によって行われ、この予熱によって有利には基板と、基板を介して間接的に、しかし部分的には直接にトナーとが加熱される。
【００１３】
特に、本発明による方法は、基板シート又は（連続的に）基板帯に対して利用されることができる。本来の定着ステップとして、任意の技術の利用、つまり例えばマイクロ波、赤外放射、フラッシュ照明又は同様のものによる無接触定着又は、帯材又は定着ローラ又は同様のものによる接触を用いた定着が考慮される。この場合、別の印刷品質パラメータ、例えばトナー光沢が考慮されることもできる。
【００１４】
有利には、本発明による方法では、共振若しくは定在マイクロ波が使用される。この場合、共振器の選択及び／又は調整により、目的及び要求に合わせて処理されることができ、特に、後にさらに説明するように、種々異なる印刷品質特徴が考慮される。
【００１５】
より良好なエネルギ獲得を達成するために、基板はマイクロ波負荷の前に湿らされることができる。これは、例えば１００℃の水蒸気によって行われる。この場合、基板の引張り及び反りを防止するために、基板が両側で湿らされると有利である。さらに、凝縮熱によって、トナーを支持した基板も同様に既に加熱される。
【００１６】
本発明による方法の別の構成では、基板を予熱の場所からトナーの定着の場所へ搬送するための搬送手段、例えば吸着ベルト又は静電的な搬送ベルトが、有利には約４０℃の一定の温度に調節される。
【００１７】
エネルギ節約のために若しくは高い効率のために、余熱又は最も広い意味で廃棄エネルギが予熱のために利用又は一緒に利用されることができる。例えばマグネトロン、サーキュレータ又は水だめの余熱又は廃棄エネルギが利用されることができる。これにより、例えば掃気が加熱されることができる。
【００１８】
マグネトロンには、間隔を埋めた若しくは回避した導波管が、アプリケータまで利用されることができる。アプリケータの領域における漏れマイクロ波に対処して、材料ギャップには、リップ状の突出部を備えたいわゆるチョーク構造が設けられていることができる。吸収性材料がアプリケータの外側において使用されることもできる。
【００１９】
有利には本発明による方法を実施するための、トナーをガラス転移温度以上に加熱するために、有利にはトナーに接触する加熱可能な定着ローラを備えた定着装置（フューザ）を有する、トナーを基板上に定着させるための装置であって、本発明によれば、トナーをガラス転移温度以下の温度にまで接触せずに予熱するための予熱装置を特徴とする装置に対して、独立した保護が請求される。これにより提供される利点は、本発明による方法に関して意味的に既に説明された。
【００２０】
特に、本発明による装置はマイクロ波源を有しており、このマイクロ波源には、マイクロ波を使用することによって予熱するための予熱装置が接続されている。この場合、予熱装置は有利には、定在マイクロ波を生ぜしめるための少なくとも１つのマイクロ波共振器を有している。特に、基板の幅に亘ってできるだけ均一に加熱するために、水平に伝播するマイクロ波を備えた複数の共振器が、基板搬送方向で相前後して、マイクロ波長さの一部だけ互いに横にずらされて配置されていることができる。しかしながら、例えば垂直に基板を垂直に伝播するマイクロ波を形成する共振器は、例えば互いに段づけられて配置されていることもできる。
【００２１】
本発明による装置の原則的な構成は、例えば、予熱装置と定着装置との組み合わせという考えに基づき、この場合、少なくとも１つの搬送手段が基板を予熱装置へ搬送し、予熱装置から定着装置へ搬送し、この後トナーを支持した基板のための冷却行程が行われ、トナーを再びガラス転移温度よりも低く冷却する。この場合、共振又は非共振マイクロ波を発生するための１つ又は複数のマイクロ波アプリケータの全ての公知の形式が、予熱のために使用されることができる。
【００２２】
基板停滞の場合に、停滞の除去のために基板停滞行程をアクセス可能にするために、装置は、容易に開放できるように、例えばクリップ状に形成されていることができる。
【００２３】
共振マイクロ波発生のために、通常はマイクロ波アプリケータの調整のための接触式又は非接触式プランジャが使用される。アプリケータジオメトリの正確な決定により、このようなプランジャ又はチューナは不要である。プランジャの代わりに、定置に配置された端壁が使用されることができ、チューナの代わりに、固定した金属片、及び／又はマイクロ波源とアパーチャとの間の導波管の長さを調整するために導波管においてポリテトラフルオロエチレンから成るブロックが使用されてよい。共振室を形成したアパーチャは、任意の形式、特に矩形又は球形若しくは湾曲した形式を有することができる。
【００２４】
特にＴＥ１０Ｎ−共振器を使用する場合、共振器における波長、すなわち最大値の間隔は、基板の平面に対して垂直な共振器の幅によって最適化されることができる。例えば９４ｍｍの幅の場合、最大値の間隔は８４ｍｍである。したがって、２つのアプリケータの重なりの場合、６℃（±３℃、対応して±５％）の基板温度の絶対的な公差を達成することができる。例えば１０９ｍｍの幅の場合、最大値の間隔は僅か７３ｍｍであり、これは、４℃（±２℃、対応して±３％）の公差につながる。
【００２５】
アプリケータにおける放電なしに、高い電界強度を達成するために、基板搬送方向での共振器の高さが最適化される。これにより、例えば５４ｍｍ、３４ｍｍ、２４ｍｍ及び２０ｍｍの高さで良好な結果が達成される。より小さな値は、より高い電界強度のために有利である。より高い電界強度は、より低い損失を備えた基板、例えば紙のためのマイクロ波システムの効率を高める。
【００２６】
共振アプリケータの周波数適応は、長さ方向での大きさに依存する。より長い運転寿命に基づき、アプリケータの加熱は、アプリケータにおけるマイクロ波放射によって誘発される、アプリケータの内部表面における表面電流によって引き起こされる、壁部損失によって、共振アプリケータの調整変更（ディチューニング）を生じるおそれがある、これを回避するために、共振アプリケータの周波数決定部分（アパーチャ及びプランジャ）を温度に応じて、場合によっては温度安定化されて互いに位置決めすることが提案され、この場合、アプリケータ自体は、可動に支承されており、これにより、共振アプリケータの内部寸法は、連続的な運転の間変化することがない。
【００２７】
実施例及び使用例が図面に示されており、以下に図面を参照にしてさらに詳細に説明する。この実施例及び使用例から、別の発明的な特徴が生じることができ、この実施例及び使用例に本発明はその範囲が限定されない。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による装置の、本質的な実験的な構成を示している。この装置は、２つの共振器１及び２を含む予熱装置を有しており、この予熱装置に、予熱したい基板が搬送ベルト３において搬送方向４で供給される。搬送ベルト３は、基板を真空で又は静電的に固定する。
【００２９】
共振器１，２は、ＴＥ１０Ｎ−共振器であり、これらの共振器は、搬送方向４に対して垂直に配置されており、搬送方向で相前後して配置されており、しかも第１の共振器１のマイクロ波の最大値が、後続の共振器２のマイクロ波の最大値に対して厳密にすき間を空けて配置されているように、ある方法で互いにずらされている。共振器１，２を用いて基板の幅に亘ってできるだけ均一に、トナーを支持した基板に分配される温度は、図１の実験的な配置において、共振器から出発するときに、線形高温計５によって測定される。装置が、満足できる形式で測定及び調整されるならば、原則的に図１のような装置は、高温計５を省略して、電子写真印刷機へ組み込まれることができる。
【００３０】
共振器１，２から定着装置へ、予熱された基板は、第２の搬送ベルト６によって搬送される。この搬送ベルト６により、基板はさらに温度調節されることもできる。
【００３１】
定着装置は、実質的に、断面図で示された定着ローラ７を有しており、この定着ローラ７は、内部の熱源１２、例えば放射源によって、基板上のトナーのガラス転移温度よりも高い温度にまで加熱される。この定着装置の領域に、トナーを支持した１つのシート状の基板９が概略的に示されており、この基板は、定着の後、矢印１０の方向に冷却部へ供給される。
【００３２】
定着ローラ７には、トナーが定着ローラ７に付着するのを防止するための分離手段としてのシリコーン油が、概略的に示されたオイルリザーバ１１から供給される。基板９のための支持台として、圧力で負荷された定着ローラ７と共に、対向押圧ローラ８が働く。
【００３３】
図２は、共振器１，２によって基板に生ぜしめられる温度の推移を示しており、１つは、共振器２のみがスイッチオンされているときのものを破線で、１つは、共振器１のみがスイッチオンされているときのものを実線で、１つは、両方の共振器１，２がスイッチオンされた場合のエンベロープとして実線で示している。この場合、共振器１の定常マイクロ波の最大値は、共振器２のマイクロ波の最大値に対して、厳密にすき間を空けて、若しくは定常波の図２（及び図３）に示された波長の半分の波長だけ位相をずらされて配置されている。前記定常波は、エネルギ消費に対応し、元々供給された自由マイクロ波の波長の半分の大きさでしかない。エンベロープは、基板に、約７５℃±３℃の、基板の横軸に示された幅に亘ってほぼ均一な温度を生ぜしめる。温度は、図１に示した線形高温計５によって測定された。この場合、５０ｃｍ／ｓの基板搬送速度で、共振器ごとに２ｋＷのマイクロ波出力で、３．１ｍｍのピクセルサイズの場合、基板として、２２０ｇ／ｍ^２の特定の坪量を有する紙が使用された。
【００３４】
図３には、図２に対応する第２の温度推移が示されているが、この場合、図２に示したものよりも僅かに小さな間隔を有するマイクロ波最大値を備えており、このことは、前記のように、共振器の選択された幅によって、調整される若しくは設定されることができる。図３の場合には小さな最大値間隔がより小さいので、基板幅に亘って生じる温度分布が、図２の場合よりも明らかにより均一になっている。
【００３５】
本発明による予熱装置を用いた定着装置の負荷軽減を、以下に、表を参照して説明する。特に、表から分かるように、基板としての紙のより高い予熱が、定着プロセスの継続時間を短縮させ、これにより、紙搬送速度の増大が生じ、これにより、全体で、問題なく、定着時に、印刷機によるより高い印刷速度が達成されることもできる。
【００３６】
この場合、表１の例１においては、８０ｇ／ｍ^２の特定の坪量を有する紙が、表２の第２の例においては、３００ｇ／ｍ^２の特定の坪量を有する紙が使用される。
【００３７】
【表１】

【図面の簡単な説明】
【図１】予熱装置と定着装置とからの本発明による組み合わせの実験的な構成を示す図である。
【図２】図１に示した構成の第１の使用における第１の温度分布を示す図である。
【図３】図１に示した構成の第２の使用における第２の温度分布を示す図である。
【符号の説明】
１，２　共振器、　４　搬送方向、　５　高温計、　６　搬送ベルト、　７　定着ローラ、　８　対向押圧ローラ、　９　基板、　１１　オイルリザーバ、　１２　熱源

Claims (9)

1. トナーを基板上に定着させるための方法であって、トナーをトナーのガラス転移温度以上に加熱するために、有利にはトナーと接触する加熱可能な定着ローラを有する定着装置（フューザ）が使用される形式のものにおいて、定着装置によるトナーの加熱の前に、予熱が接触なしに行われ、該予熱によってトナーはまずトナーのガラス転移温度以下の温度に加熱されることを特徴とする、トナーを基板上に定着させるための方法。
2. 前記予熱が、マイクロ波の使用によって行われる、請求項１記載の方法。
3. 共振マイクロ波使用が行われる、請求項２記載の方法。
4. 基板が、マイクロ波使用の前に湿らされる、請求項２又は３記載の方法。
5. 基板を予熱の場所からトナーの定着の場所まで基板を搬送するための搬送手段が、有利には約４０℃の一定温度に温度調節される、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 廃熱及び／又は最も広い意味での廃棄エネルギが予熱のために利用される、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. トナーをトナーのガラス転移温度以上に加熱するために、有利にはトナーに接触する加熱可能な定着ローラを備えた定着装置（フューザ）を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法を実施するための、トナーを基板上に定着させるための装置において、トナーを、トナーのガラス転移温度以下の温度に、接触せずに予熱するための予熱装置が設けられていることを特徴とする、トナーを基板上に定着させるための装置。
8. 前記予熱装置が、少なくとも１つのマイクロ波源に接続されている、請求項７記載の装置。
9. 前記予熱装置が、少なくとも１つのマイクロ波共振器を有している、請求項８記載の装置。

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