JP2012042944A - 当接予熱装置を含む定着システムとマーキング材料を下地に定着させる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マーキング材料を下地に定着させる定着システムおよび定着方法を、提供する。
【解決手段】第１の定着部材１８２と、第１のニップ１９０を形成する第２の定着部材１８４と、第１の定着部材１８２と第２の定着部材１８４の少なくとも一方を加熱する熱エネルギー源とを含み、下地１０２が第１のニップ１９０に受容されたときに、下地１０２の表面に付着させるトナーを含むマーキング材料１０４とに当接して予熱し、Ｔ_ａｍｂを周囲温度、Ｔ_ｉｎｔを前記マーキング材料１０４と前記下地１０２の表面との間の境界温度、Ｔ_ｍをトナーの融点としたときに、温度条件Ｔ_ａｍｂ＜Ｔ_ｉｎｔ＜Ｔ_ｍを生み出し、予熱装置１８０の下流に配置した定着装置２２０であって、第３の定着部材２２２と第２のニップ２３０を形成する第４の定着部材２２４が、予熱された下地１０２とマーキング材料１０４とに第２のニップ２３０において圧力を印加し、トナーを下地に定着させる。
【選択図】図３

Description

本出願は、「ＭＵＬＴＩ−ＳＴＡＧＥ ＦＩＸＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ， ＰＲＩＮＴＩＮＧ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＥＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＦＩＸＩＮＧ ＭＡＲＫＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＴＯ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ（マーキング材料を下地に定着させる多段定着システムと印刷装置および印刷方法）」（代理人整理番号第０５６−０２３６号）と題する出願と、「ＦＩＸＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥＳ ＦＯＲ ＦＩＸＩＮＧ ＭＡＲＫＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＴＯ Ａ ＷＥＢ ＷＩＴＨ ＣＯＮＴＡＣＴ ＰＲＥ−ＨＥＡＴＩＮＧ ＯＦ ＷＥＢ ＡＮＤ ＭＡＲＫＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＦＩＸＩＮＧ ＭＡＲＫＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＴＯ Ａ ＷＥＢ（ウェブとマーキング材料の当接予熱を用いマーキング材料をウェブに定着させる定着装置とマーキング材料をウェブに定着させる方法）」（代理人整理番号第０５６−０２３８号）と題する出願と、「ＦＩＸＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥＳ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＬＯＷ−ＶＩＳＣＯＳＩＴＹ ＲＥＬＥＡＳＥ ＡＧＥＮＴ ＡＰＰＬＩＣＡＴＯＲ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＦＩＸＩＮＧ ＭＡＲＫＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＴＯ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ（低粘度解離剤塗布システムを含む定着システムとマーキング材料を下地に定着させる方法）」（代理人整理番号第０５６−０２４２号）と題する出願と、「ＦＩＸＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＩＭＡＧＥ ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＥＲ ＡＮＤ ＩＭＡＧＥ ＰＲＥ−ＨＥＡＴＥＲ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＦＩＸＩＮＧ ＭＡＲＫＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＴＯ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ（画像調整器と画像予熱器とを含む定着システムとマーキング材料を下地に定着させる方法）」（代理人整理番号第０５６−０２５５号）と題する出願と、「ＦＩＸＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥＳ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＥＸＴＥＮＤＥＤ−ＬＩＦＥ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＦＩＸＩＮＧ ＭＡＲＫＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＴＯ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ（長寿命化した構成要素を含む定着装置とマーキング材料を下地に定着させる方法）」（代理人整理番号第０５６−０２７１号）と題する出願と、「ＬＯＷ ＡＤＨＥＳＩＯＮ ＣＯＡＴＩＮＧＳ ＦＯＲ ＩＭＡＧＥ ＦＩＸＩＮＧ（画像定着用の低付着被覆）」（代理人整理番号第００１０．０２１９号）と題する出願とに関連するものであり、各出願とも本出願の譲受人に譲渡された本出願と同日に出願されており、その全体を参照により本願明細書に組み込むものとする。

一部の印刷装置では、下地にトナーを塗布して画像を形成する。画像は、定着装置による圧力にさらす間加熱され、下地にトナーを定着させることができる。これらの装置にあっては、定着装置は定着装置の構成要素の寿命を縮める温度条件にさらされることがある。

より低い稼働コストと所望の画像品質を可能にする温度条件を用いることのできるマーキング材料を下地に定着させる定着システムおよび定着方法を提供することが、望ましい筈である。

マーキング材料を下地に定着させる定着システムおよび定着方法を提供する。定着システムの例示的実施形態は、予熱装置であって、第１の面を含む第１の定着部材と、第１の面と共に第１のニップを形成する第２の面を含む第２の定着部材と、第１の面と第２の面の少なくとも一方を加熱する第１の熱エネルギー源とを備え、下地が第１のニップに受容されたときに、第１の面と第２の面が下地とこの下地の表面に付着するトナーを含むマーキング材料とに当接して予熱し、Ｔ_ａｍｂを周囲温度、Ｔ_ｉｎｔをマーキング材料と下地の表面との間の境界温度、Ｔ_ｍをトナーの融点としたときに、温度条件Ｔ_ａｍｂ＜Ｔ_ｉｎｔ＜Ｔ_ｍを生み出し、予熱されたトナーを第１の面または第２の面に実質的に付着させることなく、下地に付着させる予熱装置と、予熱装置の下流に配置した定着装置であって、第３の面を含む第３の定着部材と、予熱された下地を受容する第３の面と共に第２のニップを形成する第４の面を含む第４の定着部材とを備える定着装置とを備える。第３の定着部材と第４の定着部材が予熱された下地とマーキング材料とに第２のニップにおいて圧力を印加し、トナーを下地に定着させる。

定着装置の構成要素とトナーと定着ニップにおける解離剤との間で発生しうる機械的かつ化学的な相互作用を示す。 印刷装置の例示実施形態を示す。 予熱装置と定着装置とを含む定着システムの例示実施形態を示す。 例示トナー材料についての熱流の示差走査熱量計（ＤＳＣ：ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）走査対温度を示す。 予熱ニップを形成する対向するロールを含む当接予熱装置を用いトナーの付いた表面を有する重量のある非被覆下地を加熱する数値シミュレーションの結果を示す。 周囲温度２２℃において４７℃のトナー／用紙境界温度からの下地面上にトナーを有する用紙下地の冷却の数値シミュレーションの結果を示す。 用紙とトナーの能動的な加熱を用いることなくトナーを圧力を用いて用紙に定着させる３種類の異なる用紙にトナーを付着させる直線摩擦痕対用紙予熱温度のプロットを示す。

開示実施形態は、マーキング材料を下地に定着させる定着システムを含む。定着システムの例示実施形態は、予熱装置であって、第１の面を含む第１の定着部材と、第１の面と共に第１のニップを形成する第２の面を含む第２の定着部材と、第１の面と第２の面の少なくとも一方を加熱する第１の熱エネルギー源とを備え、下地が第１のニップに受容されたときに、第１の面と第２の面が下地とこの下地の表面に付着させるトナーを含むマーキング材料とに当接して予熱し、Ｔ_ａｍｂを周囲温度、Ｔ_ｉｎｔをマーキング材料と下地の表面との間の境界温度、Ｔ_ｍをトナーの融点としたときに、温度条件Ｔ_ａｍｂ＜Ｔ_ｉｎｔ＜Ｔ_ｍを生み出し、予熱されたトナーを第１の面または第２の面に実質的に付着させることなく、下地に付着させる予熱装置と、予熱装置の下流に配置した定着装置であって、第３の面を含む第３の定着部材と、予熱された下地を受容する第３の面と共に第２のニップを形成する第４の面を含む第４の定着部材とを備える定着装置とを備える。第３の定着部材と第４の定着部材が予熱された下地とマーキング材料とに第２のニップにおいて圧力を印加し、トナーを下地に定着させる。

定着システムの別の例示実施形態は、予熱装置であって、第１の面を含む第１の定着部材と、第１の面と共に第１のニップを形成する第２の面を含む第２の定着部材と、第１の面と第２の面の少なくとも一方を加熱する第１の熱エネルギー源とを備え、下地が第１のニップに受容されるときに、第１の面と第２の面が下地とこの下地の表面に付着させるトナーを含むマーキング材料とに当接して予熱する定着装置と、予熱装置の下流に配置した定着装置であって、第３の面を含む第３の定着部材と、予熱された下地を受容する第３の面と共に第２のニップを形成する第４の面を含む第４の定着部材と、第３の面と第４の面の少なくとも一方を加熱する第２の熱エネルギー源とを備え、加熱する第３の面と第４の面の少なくとも一方を１２０℃未満の温度に加熱する定着装置とを備える。第３の定着部材と第４の定着部材が、予熱された下地とマーキング材料とに第２の定着ニップにおいて熱と圧力とを印加し、トナーを下地に定着させる。

開示実施形態はさらに、トナーを下地に定着させる方法を含むものである。本方法の例示実施形態は、トナーを含むマーキング材料をマーキング装置を用いて下地に塗布する工程と、下地を予熱装置の第１のニップに給送する工程であって、ニップが第１の定着部材の第１の面と第２の定着部材の第２の面とにより形成される工程と、第１の面と前記第２の面の少なくとも一方を加熱する工程と、下地とマーキング材料とを第１のニップにおいて当接させて予熱し、Ｔ_ａｍｂを周囲温度、Ｔ_ｉｎｔをマーキング材料と下地の表面との間の境界温度、Ｔ_ｍをトナーの融点としたときに、温度条件Ｔ_ａｍｂ＜Ｔ_ｉｎｔ＜Ｔ_ｍを生み出す工程であって、予熱されたトナーを第１の面または第２の面に実質的に付着させることなく、下地に付着させる工程と、予熱された下地とマーキング材料とを予熱装置の下流に配置された定着装置の第２のニップに給送する工程であって、第２のニップが第３の定着部材の第３の面と第４の定着部材の第４の面との間に形成される工程と、予熱された下地とマーキング材料とに第２のニップにおいて圧力を印加し、トナーを下地に定着させる工程とを含む。

本方法の別の例示実施形態は、トナーを含むマーキング材料をマーキング装置を用いて下地に塗布する工程と、下地を予熱装置の第１のニップに給送する工程であって、第１のニップが第１の定着部材の第１の面と第２の定着部材の第２の面とにより形成される工程と、第１の面と第２の面の少なくとも一方を加熱する工程と、下地とマーキング材料を第１のニップにおいて第１の面と第２の面に当接させて予熱する工程と、予熱された下地とマーキング材料とを予熱装置の下流に配置された定着装置の第２のニップに給送する工程であって、第２のニップが第３の定着部材の第３の面と第４の定着部材の第４の面との間に形成される工程と、第３の面と第４の面の少なくとも一方を１２０℃未満の温度に加熱する工程であって、加熱する第３の面と第４の面の少なくとも一方を１２０℃未満の温度に加熱する工程と、予熱された下地とマーキング材料とに第２のニップにおいて熱エネルギーと圧力とを印加し、トナーを下地に定着させる工程とを含む。

一部の印刷工程では、画像は乾燥トナーを含むマーキング材料を用いて下地上に形成される。これらの印刷工程は、定着ニップを両者間に形成する対向する定着部材を有する当接定着装置を用いることができる。例えば、一方の定着部材には定着ロールあるいは定着ベルトを含めることができ、他の定着部材には加圧ロールを含めることができる。これらの定着装置では、下地上に形成する画像は、定着ニップにおいて定着部材に当接させて下地とトナー画像に対し十分な熱エネルギーと圧力を印加することで定着すなわち融着させられる。

下地へのトナーの定着は、当接定着装置内での高温と低圧の使用により達成することができる。これらの装置は、エラストマー性材料で出来たロールあるいはベルト面を活用することができる。これらの装置にあっては、エラストマー性材料は通常１５０℃から２００℃の高表面温度と６０ｐｓｉから１００ｐｓｉの比較的低い定着ニップ圧力にさらされる。これら定着装置は高温で動作し、ミリ秒の滞留時間内で定着ニップにおいて下地に対しトナー材料を定着させる。これらの高温状態では、高温適合エラストマー性材料が必要である。液体解離剤を、定着装置内のエラストマー性表面に塗布することができる。

図１は、定着ニップにおいて下地に対しトナーを定着させる期間中に、当接定着装置内で下地とトナーと解離剤と定着ロールとの間で起きうる複合された機械的かつ化学的相互作用を示すものである。これらの相互作用は、機械性能と耐用寿命とに影響を及ぼす。高い定着温度と反応性化学物質の使用が、定着部材の露出エラストマー性材料の苛酷な機械的かつ化学的な動作環境を生み出す。高温適合エラストマー性材料の使用にも拘わらず、当接定着装置内に存在する苛酷な条件は一般に定着部材の早発性故障に通ずる。

印刷に使用されてきた下地にトナーを定着させる別の手法には、低圧の輻射エネルギー源の使用によりトナー材料を加熱する非当接融着工程が含まれる。これらの融着工程は、輻射エネルギーを用いたトナーの照射から生ずる輻射エネルギー吸収とトナー材料による粘弾性流とに依存する。この手法が限定された画像品質を生み出し、トナー材料に課される追加の特性要件に起因するより高い材料コストを導入し、制限された下地適合性にも帰結することが判っている。

印刷に適用されたトナー定着に対する別の手法には、周囲温度での高圧を用いてトナーを下地に定着する当接定着工程が含まれる。この手法は定着ニップにおける高温条件を排除するものであるが、それはまたトナー材料に下地に対するトナーの適切な定着を可能にする追加の要件を課し、通常は特にカラー印刷工程において制限された画像をもって画像を生成する。

本願明細書に使用する用語「印刷装置」には、マーキング材料を用いて下地上に画像を形成するのに使用する様々な種類の装置を包含させることができる。これらの装置には、印刷機や複写機やファクシミリ機や多機能機等を含めることができる。

高い定着温度を用いる当接定着装置内に生ずることのある機械的かつ化学的な相互作用に関する上記の観察に鑑み、トナーを含むマーキング材料を下地に定着させる印刷装置と印刷方法とが提供される。印刷装置と印刷方法は、トナーを下地に定着させるのに新たな枠組みの被印加圧力および温度を用いる。本装置と方法には、高画質出力を生成し、その一方で耐性のある長寿命のサブシステム構成要素を可能にする。この印刷装置と印刷方法は、多段トナー定着工程を用いるものである。定着工程には、第１のニップにおける伝導熱の伝達を用い、下地上のトナー材料を比較的低温に予熱することが含まれる。予熱されたトナーを続いて圧力にさらすか、あるいは第２のニップにおいて圧力と熱にさらし、予熱されたトナーを流動させ、下地に対しトナーの適切な凝集と付着とをもたらす。印刷装置と印刷方法は、低温で適当な圧力の第２のニップ、すなわち「定着ニップ」を用い、予熱されたトナーの定着を達成することができる。

より低温での多段工程としてトナー定着工程を遂行することで、定着装置に対しより低い要求を課し、耐性のある長寿命の構成要素が可能になる。加えて、より低い温度と適当な圧力の使用が、トナー材料組成と特性に対する要求を緩和することができる。印刷装置および印刷方法の実施形態は、高画質と高レベルの印刷画像耐久性と低減された印刷コストとを提供することができる。

図２は、下地１０２上に画像を形成する印刷装置１００の例示実施形態を示すものである。下地１０２は、シート形状をなす。連続するウェブ下地を、代替的に印刷装置１００に用いることができる。下地１０２は、例えば被覆紙や非被覆紙あるいは包装材料にて構成することができる。印刷装置１００は、処理方向に沿って下地給送装置１２０とマーキング装置１４０と定着装置１６０とを含む。下地１０２は下地給送装置１２０によりマーキング装置１４０に給送され、マーキング材料１０４を下地１０２の前面１０６に塗布する。マーキング材料１０４は、トナーを含んでいる。下地１０２は定着システム１６０へ前進させられ、トナーを前面１０６に定着させる。

マーキング装置１４０には、トナーを含むマーキング材料を下地１０２に塗布する任意の適当な構成を持たせることができる。実施形態では、トナー材料は乾燥トナー粒子を含む。マーキング材料には、１以上の添加剤を含めることもできる。マーキング装置１４０は、下地１０２にマーキング材料を直接塗布してトナー画像を形成するよう構成することができる。他の実施形態では、マーキング装置１４０はマーキング材料をロールあるいはベルト等の中間部材に塗布し、続いて中間部材から下地１０２へマーキング材料を転写する構成とすることができる。

マーキング装置１４０は、工程方向に沿って直列に配置したマーキングステーション１４２，１４４，１４６，１４８を含む。マーキングステーション１４２，１４４，１４６，１４８は、それぞれブラックやシアンやマゼンタやイエロー等の異色に着色されたトナーをそれぞれ下地１０２の前面１０６に塗布してカラー画像を形成することができる。マーキング装置１４０は、単色画像の生成にも使用することができる。マーキング装置１４０はマーキング材料１０４を下地１０２の前面１０６にだけ塗布するとして示したが、両面印刷用に印刷装置１００の他の実施形態を構成することができる。

定着システム１６０は印刷装置１００内に配設され、下地１０２の前面１０６にマーキング材料を定着する。図３は、定着装置１６０の例示実施形態を示すものである。図示の如く、定着システム１６０は予熱装置１８０と処理方向Ｐに沿って予熱装置１８０の下流に配置した定着装置２２０とを含む。

予熱装置１８０は、マーキング材料１０４と下地１０２に当接して予熱する熱エネルギーを供給する対向面を有する定着部材を含む。図示の実施形態では、定着部材は第１のロール１８２と第２のロール１８４とを含んでいる。第１のロール１８２は第１の外面１８６を含んでおり、第２のロール１８４は第２の外面１８８を含んでいる。第１の外面１８６と第２の外面１８８は互いに当接し、そこに下地１０２を受容する第１のニップ１９０を形成する。

第１のロール１８２の第１の外面１８６と第２のロール１８４の第２の外面１８８は、これらの面のいずれに対してもマーキング材料１０４のオフセットを最小化すべく、それぞれマーキング材料１０４を化学的あるいは静電的に吸着しない材料で構成することができる。例えば、第１のロール１８２と第２のロール１８４は剛性のある伝熱性のコアで構成し強度を持たせることができる。コアは、アルミニウムやアルミニウムを母材とする合金や銅や銅を母材とする合金や鋼等の金属で構成することができる。第１のロール１８２と第２のロール１８４は、テフロン（登録商標）（ポリテトラフロオロエチレン）やテフロン（登録商標）ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシル共重合体）等のトナー解離特性および／または高耐性を有する材料からなる薄い（例えば、ほぼ１５μｍからほぼ３００μｍ）外層で構成することができる。

他の実施形態では、第１のロール１８２と第２のロール１８４に、解離特性をもたらす材料を含浸させた表面領域を有する金属下地あるいはセラミック下地を含めることができる。例えば、第１のロール１８２と第２のロール１８４は、第１の外面１８６と第２の外面１８８とを含め下地の表面領域を多孔質の陽極酸化処理アルミニウム（酸化アルミニウム、Ａｌ_２Ｏ_３）に変換する陽極酸化処理を施したアルミニウム下地で構成することができる。陽極酸化処理を施した表面領域の孔には、適当な液体物質を含浸させ開口する孔を封止することができる。開口する孔には、孔を封止するためにテフロン（登録商標）やテフロン（登録商標）ＰＦＡ等の所望の解離特性を有する下地を含浸させることができる。この封止工程では、潤滑剤は内部に閉じ込められる。得られた第１の外面１８６と第２の外面１８８は、所望の硬度と解離特性とをもたらす。

予熱装置１８０は、第１の外面１８６および／または第２の外面１８８を加熱する熱エネルギー源を含んでいる。マーキング材料１０４を図示の如く下地１０２の前面１０６にのみ塗布すると、第１の外面１８６は加熱され、第２の外面１８８もまた随意選択的に加熱することができる。図示の如く、第１のロール１８２は第１の外面１８６を所望温度に加熱する内部加熱素子１９２を含んでおり、第２のロール１８４は第２の外面１８８を所望温度に加熱する内部加熱素子１９４を含んでいる。温度センサ１９６が第１の外面１８６に隣接配置してあり、温度センサ１９８が第２の外面１８８に隣接配置してある。他の実施形態では、第１のロール１８２および／または第２のロール１８４は代替的にあるいは追加的に外部から加熱することができる。

第１のロール１８２と第２のロール１８４にそれぞれ力Ｆ_１とＦ_２が印加され、第１のニップ１９０に所望量の圧力を生成する。一般に、第１のニップ１９０の圧力はほぼ３００ｐｓｉからほぼ２０００ｐｓｉとすることができる。第１のニップ１９０における圧力を増大させることで、第１のニップ１９０の長さは増大する。滞留時間は、ニップ長／工程速度として規定することができる。従って、ニップ圧力を増大させることで第１のニップ１９０における滞留時間を増大させる。第１のニップ１９０において、第１の外面１８６と第２の外面１８８が前面１０６上に配置された下地１０２とマーキング材料１０４とを伝熱により加熱し、その間に下地１０２とマーキング材料１０４に圧力を印加し、下地１０２とトナー１０４との間の境界１０８を所望の予熱温度に加熱する。一般に、滞留時間は第１のニップ１９０においてほぼ１０ｍｓからほぼ３０ｍｓまでの範囲とすることができる。

第１のニップ１９０において、伝導予熱の使用がマーキング材料１０４がさらされる最大温度を制御して制限し、またマーキング材料１０４に対し効率的な熱伝導をもたらしもする。予熱装置１８０は、下地１０２とマーキング材料１０４とを加熱し、マーキング材料１０４に含まれるトナーにとって望ましい下地１０２とトナー１０４との間の境界１０８に温度Ｔ_ｉｎｔを達成するよう作動可能としてある。下地１０２とマーキング材料１０４は、第１のニップ１９０に達する前には印刷装置１００内で能動的に加熱することもあるいはしないこともできる。下地１０２とマーキング材料１０４を能動的に加熱しない場合、下地１０２とマーキング材料はほぼ印刷装置１００の空腔の周囲温度Ｔ_ａｍｂで第１のニップ１９０に進入する。ニップ１９０において、Ｔ_ｉｎｔはほぼ周囲温度からトナーの溶融温度Ｔ_ｍ未満まで増大し、すなわちＴ_ａｍｂ＜Ｔ_ｉｎｔ＜Ｔ_ｍとなる。例えば、Ｔ_ｉｎｔは第１のニップ１９０においてほぼ３０℃からほぼ１００℃に達することがある。トナーの弾性係数は低減され、トナーはこの加熱により部分的に融着させることができる。第１の外面１８６と第２の外面１８８の温度は、Ｔ_ｉｎｔの所望値を達成するのに有効な同じ温度設定点に設定することができる。例えば、温度設定点はほぼ５０℃からほぼ１００℃とすることができる。下地１０２とトナーとを低温予熱することで、トナーの著しい軟化は回避され、第１の外面１８６および／または第２の外面１８８に対するマーキング材料のオフセット性向を低減することができる。また、第１のニップ１９０において１００℃未満のＴ_ｉｎｔ最大値に達することで、媒体に対する被害（気泡形成）および／または画像に対する被害（例えば、吹き消えや氷柱形成）を含む印刷媒体に含まれる水の蒸発が引き起こす問題を印刷装置１００内で回避することができる。

図３中、マーキング材料１０４は第１のニップ１９０に達する前に概ね球状のトナー粒子を含むものとして図示してある。下地１０２上のマーキング材料１０４’の予熱されたトナー粒子は、第１のニップ１９０の通過から生ずる平坦化された形状を有する。マーキング材料１０４’のトナー粒子は、互いに分離された離散粒子として図示してある。当接予熱を用いた予熱装置１８０による下地１０２とトナーの予熱により、定着装置２２０は予熱を用いない定着装置に比べより低い定着温度で作動させることができ、定着ニップにおける短い滞留時間内に周囲温度から定着温度まで加熱することが要求される。定着装置２２０内でこれらの低減された定着温度を使用すると、印刷装置１００内で適度に高速の処理速度もまた達成することができる。

定着装置２２０の図示の実施形態は、予熱された下地１０２とトナーに対し追加のエネルギーを印加し、トナー粒子を合着（凝集）させ、また印刷物の使用に対し下地１０２に適切な画像の付着をもたらしもする。第１のニップ１９０において下地１０２とマーキング材料１０４に供給されるエネルギーの総量は、第１のロール１８２と第２のロール１８４から伝導する熱エネルギーと圧力の印加によりもたらされるエネルギーとを含むが、比較的低温で適度な圧力にて動作することと、加えてより短い滞留時間でもって作動しながら、定着装置２２０が適切なトナーの付着と凝集とを達成するのに十分である。

図示の定着装置２２０は、第３のロール２２２と第４のロール２２４を含む。第２のニップ２３０を形成すべく、第３のロール２２２は第３の外面２３６を含んでおり、第４のロール２２４は第４の外面２２８を含んでいる。図示の如く、第３のロール２２２と第４のロール２２４には第１のロール１８２と第２のロール１８４を上回る外径を持たせることができる。第２のニップ２３０において、下地１０２とマーキング材料１０４’に第３のロール２２２と第４のロール２２４を当接させ、追加の加熱と印加圧力とにさらす。図３は、より平坦化された形状を有し、第２のニップ２３０を通過する結果として凝集させられるマーキング材料１０４”のトナー粒子を示すものである。

第３のロール２２２は、熱エネルギー源により内部および／または外部から加熱することができる。図示の如く、熱エネルギー源は、第３のロール２２２の外面２２６を定着温度に加熱するよう給電される内部加熱素子２３２で構成することができる。温度センサ２３４が、第３の外面２２６に隣接配置してある。

実施形態では、第３のロール２２２は予熱装置の第１のロール１８２や第２のロール１８４と同じ１（または複数）の材料で構成することができ、あるいは異なる材料で構成することができる。

第４のロール２２４は、中実（非可変形）コアとこのコアを被覆して外面２２８を形成する可変形ポリマー材料とで構成することができる。例えば、ポリマー材料はポリウレタンやニトリルブダジェン・ゴム等とすることができる。ポリマー材料は、単一層として、あるいは２以上の層として塗布することができる。層の異なる多層構造には、互いに異なる組成と特性、例えば異なる弾性係数を持たせることができる。

定着装置２２０の他の実施形態では、第４のロール２２４もまた随意選択的に内部および／または外部から加熱し、第４の外面２２８を加熱することができる。

第３のロール２２２と第２のロール２２４にそれぞれ力Ｆ_３とＦ_４が印加され、第２のニップ２３０に所望量の圧力を生成する。通常、第２のニップ２３０における圧力はほぼ５０ｐｓｉからほぼ５００ｐｓｉとすることができる。

第２のニップ２３０において、伝導予熱の使用が予熱マーキング材料１０４’がさらされる最大温度を制限もし、またマーキング材料１０４’に対する効率的な熱伝導もまたもたらす。定着装置２２０は、下地１０２とマーキング剤１０４’を加熱し、下地１０２とマーキング材料１０４との間の境界１０８’においてトナーの適切な凝集と付着を達成するのに十分な温度Ｔ_ｉｎｔを達成するよう作動可能としてある。下地１０２とマーキング材料１０４’のある程度の冷却は、第１のニップ１９０と第２のニップ２３０との間の動き期間中に生ずることになる。印刷装置１００の処理速度と第１のニップ１９０と第２のニップ２３０との間の処理方向に沿う距離とに応じ、下地１０２は第１のニップ１９０を出た後、通常ほぼ１００ｍｓからほぼ１０００ｍｓ内に第２のニップ２３０の入口に達することができる。この移動時間を短縮することで、下地１０２とマーキング材料１０４’の冷却は低減される。

下地１０２とマーキング材料１０４’が第２のニップ２３０に進入すると、境界１０８’のＴ_ｉｎｔはＴ_ａｍｂを上回る。第２のニップ２３０では、Ｔ_ｉｎｔはトナーのＴ_ｍを上回って増大させられる。第２のニップ２３０では、Ｔ_ｉｎｔは、ほぼ７０℃からほぼ１００℃、あるいはほぼ７０℃からほぼ９０℃の如く、ほぼ５０℃からほぼ１２０℃に達し、トナーを下地１０２に定着することができる。第３のロール２２２の外面２２６についての温度設定点は、ほぼ７０℃からほぼ１００℃あるいはほぼ７０℃からほぼ９０℃の如く、ほぼ５０℃からほぼ１２０℃とすることができる。第２のニップ２３０において１００℃未満のＴ_ｉｎｔの最大値で動作させることで、印刷媒体に含まれる水の蒸発を回避することができる。

印刷装置１００では、予熱装置１８０により達成される予熱温度と定着装置２２０により達成される定着温度は、異なる下地材料と種別に合わせ調整することができる。例えば、重量のある用紙下地１０２（被覆紙あるいは非被覆紙）については、予熱温度および／または定着温度を軽量の用紙下地１０２に用いることのできる予熱温度や定着温度に比べ増大させることができる。

定着システムの他の実施形態では、定着装置には第４のロール２２４との組み合わせで配設される定着ベルト等の１以上の定着部材向けのベルト構成を含む構成を持たせることができる。

実施形態では、予熱装置１８０と定着装置２２０には、第１のロール１８２の第１の外面１８６と第２のロールの第２の外面１８８と第３のロール２２２の第３の外面２２６にそれぞれ解離剤を塗布する解離剤塗布システム（図示せず）をそれぞれ含めることができる。解離剤は十分な画像耐性を有する画像の生成を向上させ、一方で予熱装置１８０と定着装置２２０とに使用するより低い温度での画像オフセットを回避する。解離剤は、定着に続く定着ロール２２２からの下地の剥離もまた支援することができる。定着装置２２０では、第２のニップ２３０におけるより低温の定着温度の使用が、より高温の定着温度での使用に適した解離剤よりも低い粘度（と蒸気圧力）を有する解離剤の使用を可能にする。

印刷装置１００では、第２のニップ２３０における比較的低温と組み合わせた下地１０２の当接予熱の使用が例えば低融点や超低融点トナー材料の使用を促すことができる。例示超低融点トナーは、結晶質ポリエステル材料等の結晶質ポリマー材料と、非晶質ポリエステル材料等の非晶質ポリマー材料とで構成され、非晶質材料は結晶質材料の融点（Ｔ_ｍ）とは別個のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）を有する。これらのトナーにあっては、結晶質ポリマー材料がトナーに対し低融点を分与する。

図４は、印刷装置１００の実施形態に用いることのできる例示トナー材料について異なる熱流の示差走査熱量計（ＤＳＣ）走査対温度を示す。トナーは、結晶質ポリエステル樹脂と非晶質ポリエステル樹脂とワックスとを含んでいる。図示の如く、非晶質基剤樹脂は４７℃のガラス転移開始温度Ｔ_ｇを有し、結晶質ポリエステル樹脂は６６℃の融点ＣＰＥ Ｔ_ｍを有し、ワックスは８８℃のワックスＴ_ｍを有する。

定着装置に使用することのできる代替可能な融点特性を有する例示トナーは、米国特許第７，４０２，３７１号や第７，４９４，７５７号や第７，５４７，４９９号に開示されており、そのそれぞれは参照によりその全体を本願明細書に組み込むものとする。

印刷装置の実施形態に使用する動作設定点は低い下地温度に対応するため、上昇した処理温度で生ずることのある下地の歪み問題を回避することができる。この特徴は、静電写真印刷システムを用いて達成される下地応用空間を拡張することができる。例えば、包装に用いられる高分子フィルム材料を下地として印刷装置に用いることができる。低い動作温度の使用はまた、用紙による水の蒸発や再吸着を低減あるいは排除し、その結果、用紙の歪みに対するこの潜在的な源泉を最小化あるいは除去することができる。

定着装置２２０は本願明細書では熱エネルギー源を含むものとして説明したが、印刷装置に使用することのできる定着装置の他の実施形態には第３のロール２２２や第４のロール２２４のいずれかを加熱する熱エネルギー源を含めないようにできる。

実施例

図５は、予熱ニップを形成する対向するロールを含む当接予熱装置を用いトナーの付いた表面を有する重量のある非被覆下地を加熱する数値シミュレーションの結果を示すものである。ロールは、それぞれ５０℃の温度設定点を有する。図５において、温度Ｔはニップ滞留時間０ｍｓ、１ｍｓ、２ｍｓ、３ｍｓ、４ｍｓ、５ｍｓについて位置ｘに対しプロットしてある。ｘ＝０μｍは、トナー層の上面の位置に対応する。トナーと下地面との間の境界位置が、図示してある。用紙とトナーは、加熱前は２２℃の周囲温度にある。この結果は、設定温度点５０℃で５ｍｓに亙り用紙とトナーを加熱することで、トナー／用紙境界温度がニップから出るときに４７℃まで増大していることを示すものである。

図６は、周囲温度２２℃において４７℃のトナー／用紙境界温度（５ｍｓの滞留時間）から始めた図５と同じ用紙下地およびトナーの冷却についての数値シミュレーションの結果を示すものである。０ｍｓと４２．６ｍｓと８５．２ｍｓと１２７．８ｍｓと１７０．４ｍｓと２１３ｍｓの冷却時間を、用いた。その結果は、２１３ｍｓの冷却時間後に、トナー／用紙境界温度は３８℃に低下したことを示している。

図７は、１２０ｇ／ｍ^２の被覆紙と９０ｇ／ｍ^２の非被覆紙と７５ｇ／ｍ^２の非被覆紙について、用紙に施した直線摩擦痕対用紙予熱温度のプロットを示すものであり、ここでは当接予熱装置を用いて用紙とトナーを予熱し、ロールの能動的加熱を用いないロールを含む定着装置において５，０００ｐｓｉの定着圧力を用いてトナーを用紙に定着させる。その結果について、４０未満の直線摩擦痕は用紙に対するトナーの良好な定着を示すものと考えられる。実験データは、定着ニップにおいて用紙とトナーとを能動的に加熱することなく、定着ニップに進入させる前に少なくともほぼ３８℃のトナー／用紙境界温度に達するよう用紙とトナーを予熱することで、許容可能な定着性能が得られることを示している。

Claims (10)

1. マーキング材料を下地に定着させる定着システムであって、
   予熱装置であって、
   第１の面を含む第１の定着部材と、
   前記第１の面と共に第１のニップを形成する第２の面を含む第２の定着部材と、前記第１の面と前記第２の面の少なくとも一方を加熱する第１の熱エネルギー源とを備え、
   下地が第１のニップに受容されたときに、第１の面と第２の面が下地とこの下地の表面に付着するトナーを含むマーキング材料とに当接して予熱し、Ｔ_ａｍｂを周囲温度、Ｔ_ｉｎｔを前記マーキング材料と前記下地の表面との間の境界温度、Ｔ_ｍをトナーの融点としたときに、温度条件Ｔ_ａｍｂ＜Ｔ_ｉｎｔ＜Ｔ_ｍを生み出し、予熱されたトナーを第１の面または第２の面に実質的に付着させることなく、下地に付着させる予熱装置と、
   前記予熱装置の下流に配置した定着装置であって、
   第３の面を含む第３の定着部材と、
   前記予熱された下地を受容する前記第３の面と共に第２のニップを形成する第４の面を含む第４の定着部材とを備え、
   前記第３の定着部材と前記第４の定着部材が前記予熱された下地とマーキング材料とに前記第２のニップにおいて圧力を印加し、前記トナーを前記下地に定着させる前記定着装置とを備える、定着システム。
2. 前記定着装置は、前記第３の面と前記第４の面の少なくとも一方を加熱する第２の熱エネルギー源を備え
   前記第３の定着部材と前記第４の定着部材が前記予熱された下地とマーキング材料とに前記第２のニップにおいて熱と圧力とを印加し、前記トナーを前記下地に定着させ、
   前記第１の定着部材が前記第１の面を含む第１のロールを備え、
   前記第２の定着部材が前記第２の面を含む第２のロールを備え、
   前記第３の定着部材が前記第３の面を含む第３のロールを備え、
   前記第４の定着部材が前記第４の面を含む第４のロールを備える、請求項１に記載の定着システム。
3. 前記第１のロールは剛体コアと該コア上の前記第１の面を含む第１の外層とを備え、該第１の外層がトナー解離特性を有する材料で構成され、
   前記第２のロールは剛体コアと該コア上の前記第２の面を含む第２の外層とを備え、該第２の外層がトナー解離特性を有する材料で構成された、請求項２に記載の定着システム。
4. 前記第１のロールの前記第１の面と前記第２のロールの前記第２の面に、トナー解離特性を有する材料を含浸させた、請求項２に記載の定着システム。
5. 前記第１の熱エネルギー源は前記第１の面と前記第２の面の少なくとも一方をほぼ５０℃からほぼ１００℃の温度に加熱し、
   前記第２の熱エネルギー源は前記第３の面をほぼ７０℃からほぼ１２０℃の温度に加熱し、
   前記第１のロールと前記第２のロールが、前記第１のニップにおいて前記下地とマーキング材料に対しほぼ３００ｐｓｉからほぼ２０００ｐｓｉの圧力を印加するよう作動し、
   前記第３のロールと前記第４のロールが、前記第２のニップにおいて前記予熱された下地とマーキング材料に対しほぼ５０ｐｓｉからほぼ５００ｐｓｉの圧力を印加するよう作動する、請求項３に記載の定着システム。
6. トナーを下地に定着させる方法であって、
   トナーを含むマーキング材料をマーキング装置を用いて下地に塗布する工程と、
   前記下地を予熱装置の第１のニップに給送する工程であって、該第１のニップが第１の定着部材の第１の面と第２の定着部材の第２の面とにより形成される工程と、
   前記第１の面と前記第２の面の少なくとも一方を加熱する工程と、
   前記第１のニップにおいて前記下地とマーキング材料とを当接させて予熱し、Ｔ_ａｍｂを周囲温度、Ｔ_ｉｎｔを前記マーキング材料と前記下地の表面との間の境界温度、Ｔ_ｍをトナーの融点としたときに、温度条件Ｔ_ａｍｂ＜Ｔ_ｉｎｔ＜Ｔ_ｍを生み出す工程であって、予熱されたトナーを前記第１の面または前記第２の面に実質的に付着させることなく、前記下地に付着させる工程と、
   前記予熱された下地とマーキング材料とを前記予熱装置の下流に配置された定着装置の第２のニップに給送する工程であって、該第２のニップが第３の定着部材の第３の面と第４の定着部材の第４の面との間に形成される工程と、
   前記第２のニップにおいて前記予熱された下地とマーキング材料とに圧力を印加し、前記トナーを前記下地に定着させる工程とを含む、方法。
7. 前記第３の面と前記第４の面の少なくとも一方を加熱する工程と、
   前記第２のニップにおいて前記予熱された下地とマーキング材料とに熱と圧力とを印加し、前記トナーを前記下地に定着させる工程と、
   前記第１の面と前記第２の面の少なくとも一方をほぼ５０℃からほぼ１００℃の温度に加熱する工程と、
   前記第３の面をほぼ７０℃からほぼ１２０℃の温度に加熱する工程と、
   前記第１のニップにおいて、前記下地とマーキング材料とにほぼ３００ｐｓｉからほぼ２０００ｐｓｉの圧力を印加する工程と、
   前記第２のニップにおいて、前記予熱された下地とマーキング材料とにほぼ５０ｐｓｉからほぼ５００ｐｓｉの圧力を印加する工程とをさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記下地は、前記予熱装置の前記第１のニップから前記定着装置の前記第２のニップへほぼ１００ｍｓからほぼ１０００ｍｓの範囲で前進させる、請求項７に記載の方法。
9. 前記下地とマーキング材料は前記予熱装置の前記第１のニップへ給送される前は能動的に加熱せず、前記第１のニップへ給送するときにほぼＴ_ａｍｂの温度とする、請求項７に記載の方法。
10. 前記トナーは、結晶質ポリマー材料と非晶質ポリマー材料とを備え、前記トナーは、該トナーを閾値温度を超えた温度に加熱したときに低下させられる融点を有する、請求項６に記載の方法。