JPH07199704A - トナー画像フュージング方法 - Google Patents

トナー画像フュージング方法

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JPH07199704A
JPH07199704A JP6282110A JP28211094A JPH07199704A JP H07199704 A JPH07199704 A JP H07199704A JP 6282110 A JP6282110 A JP 6282110A JP 28211094 A JP28211094 A JP 28211094A JP H07199704 A JPH07199704 A JP H07199704A
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toner image
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fusing
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い熱エネルギー効率でトナー画像をフュー
ジングする。 【構成】 粘弾性部材１０４は、熱源として、そして、
コピーシート１１０構造の中に軟化されたトナーを導く
ために均一な圧力を提供する表面として、の両方の作用
を同時に働く。シートの裏面に対して振動を与える音響
トランスデューサ１００の音響エネルギーの減衰が与え
られることにより、粘弾性材料１０４及びトナー物質に
おいて熱が生成される。ペーパの表側面上の未だフュー
ジングされていないトナー画像１１１はまず、トナー粒
子の四散を防止するために、コピーシート１１０と粘弾
性材料１０４表面との間で加圧ロール１１２により機械
的に捕獲される。粘弾性材料において生成された熱エネ
ルギーがトナーに移送されると、トナーが軟化且つ溶融
するとともに、シートの裏面を押圧する音響ホーンチッ
プによって生成される法線力のためにトナーがシートの
中に押し出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トナー画像のフュージ
ング（溶融、定着等）に関し、さらに詳細には、度合の
高い熱エネルギー効率を示すトナー画像フューザ（定着
装置）に関し、該フューザは、効率の良いフュージング
のために、実質的に必要な場所でのみ熱エネルギーを生
成する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ゼログ
ラフィ又はその他同様の画像形成技術では、一般に導電
性基体（裏打材）に付着される光導電性絶縁材料を含む
光導電体を含み得る電荷保持面上に静電潜像が形成され
る。画像が光導電体上に形成される場合、光導電体がま
ず均一に帯電され、その後、複製される原稿の光像に対
して光導電体が露光される。こうして形成された静電潜
像は、この目的のために特定的に製造された多くの着色
された樹脂のあらゆる１つを与えることにより可視化さ
れる。
【０００３】永久的なパウダ画像又はトナー画像を提供
することに関する本発明の目的のために、静電的に帯電
された感光部材を原稿の光像に対して露光すること以外
の手段によって静電潜像が形成され得る、ということが
理解されるべきである。例えば、静電潜像は、電子的に
記憶又は生成された情報から生成され得、そしてデジタ
ル情報は、画像生成電子装置及び光学装置により英数字
画像に変化され得る。しかしながら、このような画像生
成電子装置及び光学装置は、本発明の一部をなすもので
はない。
【０００４】再利用可能な光導電面の場合には、より一
般的にはトナーと称される、可視画像を形成する着色さ
れた樹脂が、普通紙等の支持体に転写される。転写後、
画像は、フューザ装置を用いて支持体に定着される。
【０００５】今日まで、トナー画像をフュージングする
ために、１対のニップ形成ローラを用いる加熱と接触加
圧とを同時に使用することが、商業的に最も広く受け入
れられてきた。以前は、従来のタイプのフューザでは、
画像をフュージングする場合のみならず、画像のフュー
ジングを行わないスタンバイ（待機）状態の間にも、１
つ又は複数のフューザロールを加熱することが必要であ
った。これは、熱供給がスタンバイ状態の間に休止され
た場合に、適切な動作温度までフューザの温度を高める
ために必要とされる遅延が長いためであり、遅延が長い
のは、フュージングの温度に高めなければならない質量
が比較的大きいからである。さらに、待機時散逸電力の
使用の必要性が、このようなフューザを熱効率のよくな
いものにする。このような方法でフューザを動作するこ
とが、たとえエネルギーの実質的な浪費を削減し、エネ
ルギーの浪費によって及ぼされる周囲条件への影響を減
少するとしても、このような遅延は、ユーザには耐えら
れるものではないであろう。
【０００６】フューザの待機時電力の削減は、フラッシ
ュフューザ及び低温加圧フューザ等の従来技術の装置に
おいて達成された。しかしながら、これら両タイプのフ
ューザは、その他の欠点を示す。例えば、低温加圧フュ
ーザは、質の良くない画像を提示する。フラッシュフュ
ーザは、望ましくない廃物を生み出し、カラートナー、
特に比較的明るいカラートナーの場合に、有効でない。
また、フラッシュフュージングされた画像の光学濃度
は、望ましくないと思われる。
【０００７】本発明は、上記従来技術の欠点を克服する
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明では、超
音波フューザを提供する。超音波フューザは、超音波溶
接ホーンの形態の音響トランスデューサを使用する。本
発明に従うトナー画像の超音波フュージングでは、画像
を形成するトナー物質と、フュージングプロセスの間に
トナー画像と接触する粘弾性の支持部材との双方におい
て、熱が生成される。支持部材は、高い損失正接（ｔａ
ｎδ）を有する材料から製造されるので、その中で生成
される熱エネルギーの大きな割合を散逸することができ
る。損失正接は、物質の粘性率の弾性率に対する比とし
て定義される。粘弾性部材における熱生成は、粘弾性部
材における音響的歪を介して作り出される。こうして、
トナーと粘弾性物質によって吸収される音響波が、熱エ
ネルギーに変換される。支持部材において生成された熱
は、それに密接に接触することによってトナーに移送さ
れる。粘弾性物質によって移送された熱と、トナー物質
において生成された熱とが、トナー画像の有効的なフュ
ージングに必要な程度までトナーを軟化させるように作
用する。
【０００９】粘弾性物質は、熱源として、そして用紙構
造の中に軟化されたトナーを導くために均一な圧力を提
供する表面として、の両方として同時に作用するように
使用される。熱は、用紙の裏面に対して振動する音響ト
ランスデューサの音響エネルギーの減衰が与えられるこ
とにより、粘弾性物質において生成される。用紙の表側
の未だ定着されていないトナーパウダ画像はまず、トナ
ー粒子の四散を防止するために用紙と粘弾性物質との間
で機械的に捕らえられる。粘弾性物質において生成され
た熱エネルギーがトナーに移送されると、トナーは軟化
するとともに、用紙の裏面を押圧する音響ホーンにより
生成される法線力のために、用紙の中に押し出される又
はしみ込む。
【００１０】一般に、支持部材は、１９８２年８月２４
日にハイルズ（Hiles ）他に与えられた米国特許第４，
３４６，２０５号において開示されもののようなエネル
ギー吸収粘弾性ポリマボデーを含む。前掲の特許で開示
されたように、ポリマは、高い損失正接を有する熱塑性
のポリウレタンエラストマを含む。その他のポリウレタ
ン化合物も、トナー画像をフュージングするために適切
であり得る。例えば、ロードアイランド州、０２９２
０、クランストン、グレン・ロード・７０のメルサン・
プロダクト・コーポレイション（Mearthane Products C
orp.）は、ソルボサン（Sorbothane、商標）に類似する
メルサン（Mearthane 、商標）として知られる粘弾性ポ
リマを製造している。
【００１１】本発明の請求項１の態様によれば、普通紙
等の支持体にトナー画像をフュージングする方法であっ
て、支持体の静電的に付着されたトナー画像を有する側
とは反対の側からトナー画像を加熱するステップと、前
記支持体以外の部材を同時に加熱するステップであり、
その部材が、トナー画像に追加的な熱を与えるために、
前記トナー画像と接触する、前記同時加熱ステップと、
を含む。
【００１２】本発明の請求項２の態様によれば、請求項
１の態様において、トナー画像加熱ステップが、音響ト
ランスデューサを用いることを含む。
【００１３】本発明の請求項３の態様によれば、請求項
１の態様において、同時加熱ステップが、前記音響トラ
ンスデューサを用いて粘弾性部材を加熱することを含
む。
【００１４】
【実施例】図示されるものが、本発明の１つの好適実施
例を説明するためであって、本発明を制限するものでは
ない図面を参照する。図４で示す複製（複写）機におい
て使用される種々の処理ステーションについて、手短に
説明する。種々の処理エレメントはまた、電子的に記憶
されたオリジナルからの、静電写真印刷機における有利
な使用も見出すということが理解されよう。
【００１５】本発明が有利な使用を見出す複製機は、受
光体（例えば、感光体）ベルト１０を使用する。ベルト
１０は、矢印１２の方向に移動して、その移動経路の回
りに配置される種々の処理ステーションを継続的に通る
ように、ベルトの連続部分を進行させる。
【００１６】ベルト１０は、ストリッピングローラ１
４、テンションローラ１６、アイドラローラ１８、及び
ドライブローラ２０の回りに搭載される。ドライブロー
ラ２０は、ベルト等の適切な駆動手段によりモータ（図
示せず）に連結される。
【００１７】ベルト１０は、望ましいスプリング力によ
ってベルト１０に抗するようにテンションローラ１６を
弾力的に付勢する１対のスプリングにより、伸張状態に
保持される。ストリッピングローラ１４及びテンション
ローラ１６の両方は、回転可能に搭載される。これらの
ローラは、矢印１２の方向にベルト１０が移動する時に
自由に回転するアイドラである。
【００１８】図４を引き続き参照すると、ベルト１０の
部分はまず帯電ステーションＡを通過する。帯電ステー
ションＡでは、１対のコロナデバイス２２及び２４が受
光体ベルト１０を、比較的高く実質的に均一なマイナス
電位に帯電させる。
【００１９】露光ステーションＢでは、フラッシュラン
プ３２による照射のために、原稿が、透明なプラテン３
０上にフェースダウン（上面を下にした）状態で置かれ
る。原稿から反射された光線は、レンズ３４を介して反
射され、受光体ベルト１０の帯電された部分の上に投影
されて、その上の電荷を選択的に消散させる。これによ
り、原稿の中に含まれる情報領域に一致する静電潜像が
ベルト上に記録される。
【００２０】その後、ベルト１０は静電潜像を現像ステ
ーションＣに進行させる。現像ステーションＣでは、現
像剤ユニット３８が、１つ以上のカラーやタイプの現像
剤ミックス（即ち、トナーとキャリア微粒）を、静電潜
像と接触するように前進させる。潜像はキャリア微粒か
らトナー粒子を引き寄せ、それによって受光体ベルト１
０上にトナー画像が形成される。ここで用いるトナーと
は、微細に細分された乾式インクや、液体のトナー懸濁
液を指す。
【００２１】次にベルト１０は、現像された潜像を転写
ステーションＤに進行させる。転写ステーションＤで
は、用紙コピーシートのような支持材料であるシート
が、ベルト１０上の現像された潜像と接触するように移
動される。まず、受光体ベルト１０とその上のトナー画
像との間の付着力を減ずるために、ベルト１０上の潜像
が、ランプ（図示せず）からのプレ転写光で露光され
る。次に、コロナ発生デバイス４０がコピーシートを適
切な電位に帯電し、その結果コピーシートが受光体１０
に引きつけられるとともに、受光体ベルト１０からコピ
ーシートにトナー画像が引きつけられる。転写の後、コ
ロナ発生装置４２が、コピーシートを反対の極性で帯電
し、ベルト１０からコピーシートを引き離し、その結果
ストリッピングローラ１４においてシートがベルト１０
から引き離される。支持材料はまた、最終的な支持体へ
の転写のために次の転写ステーションにトナー画像を運
ぶ中間的な表面又は部材であり得る。このようなタイプ
の表面もまた、当然電荷保持性である。さらに、本文で
はベルトタイプの部材について説明したが、本発明では
その他の実質的に非剛性又はしなやかな（compliant ）
部材もまた使用可能であるということが理解されよう。
【００２２】支持材料であるシートは、様々な量、サイ
ズ、及びタイプの支持材料を保持し得る供給トレイ５
０、５２、及び５４から転写ステーションＤに進行され
る。シートはコンベヤ５６及びローラ５８に沿って転写
ステーションＤに進行される。転写の後、シートはコン
ベヤ６２上で矢印６０の方向に移動し続け、フュージン
グステーションＥに進行する。
【００２３】フュージングステーションＥは、概して参
照番号７０で示されるフューザアセンブリを含み、フュ
ーザアセンブリ７０は、転写されたトナー画像をシート
に永久的に定着させる。フューザアセンブリ７０は、比
較的高振動数の音響又は超音波共振器１００（図１）を
含むことが好ましい。
【００２４】フュージングの後、定着された画像を有す
るコピーシートは、カール除去器７６を通るように駆動
される。シュート７８は、カール除去器７６から前進す
るシートをキャッチトレイ８０、又は製本、ステープリ
ング、丁合等のための仕上げステーションに案内し、そ
の後シートはオペレータによって機械から取り出され
る。別法では、第２の面（裏面）に画像を受け取るため
に、デュープレックスゲート９２を介してデュープレッ
クストレイ９０にシートを進行させ、そこからシートを
処理器及びコンベヤ５６に戻す。
【００２５】プレクリーンコロナ発生デバイス９４は、
残留トナー及び汚染物（以後一括してトナーと呼ぶ）を
コロナで露光するために設けられ、それによって、クリ
ーニングステーションＦにおける一層有効的なトナー除
去のために、その上の電荷分布を局限する。転写後に受
光体ベルト１０上に残っている残留トナーは、いくつか
の良く知られた再生装置によって再生されて、現像ステ
ーションＣに戻されるということが意図される。
【００２６】先に述べたように、本発明に従う複製機
は、いくつかの良く知られたデバイスのいずれかであり
得る。本発明に悪い影響を及ぼさなければ、特定の処理
特徴、用紙取扱、及び制御構造における様々な変更がな
されてもよい。
【００２７】図１では、本発明の基礎的なフュージング
の原理を概略的に示す。上述のように、本発明のフュー
ザアセンブリは、Ａ．Ｃ．源１０２によって駆動され２
０kHz 〜４０kHz の範囲の振動数で動作される比較的高
振動数の音響又は超音波共振器１００を含む。フューザ
アセンブリ７０はさらに、剛性の支持部材１０６により
支持される熱移送部材１０４を含む。部材１０４を支持
する剛性支持部材は、共振器がコピーシートと接触して
いる間に、共振器１００に相対的に移動し且つコピーシ
ート１１０の移動と同期するように用いられる。コピー
シート１１０は、ベルト１０から転写されたトナー画像
１１１を支持する。加圧ロール１１２は、トナーが溶融
するように軟化されるまで、部材１０４とコピーシート
１１０との間にトナー画像１１１を機械的に捕獲する作
用をする。
【００２８】熱移送部材１０４は、高い損失正接（ｔａ
ｎδ）を有する材料から製造されるので、大きな割合の
熱エネルギーを発し且つ散逸することができる。損失正
接は、材料の粘性率の弾性率に対する比と定義される。
粘弾性部材における熱生成は、粘弾性部材における音響
的歪を介して作り出される。
【００２９】本発明に従うトナー画像の超音波フュージ
ングでは、画像１１１を形成するトナー物質と、フュー
ジングプロセスの間にコピーシート１１０上のトナー画
像と接触する粘弾性部材１０４と、の両方において、熱
が生成される。よって、トナーと粘弾性材料によって吸
収される音響波が、熱エネルギーに変えられる。高い損
失正接部材１０４において生成される熱は、トナーと密
接に接触することによりトナーに移送される。粘弾性材
料によって移送された熱と、トナー物質において発生し
た熱とでトナーが軟化され、それによってトナー画像の
有効的なフュージングのために必要な程度までトナーを
溶融させる作用をする。
【００３０】粘弾性部材は、熱源として、そして、例と
して普通紙を含み得るコピーシート構造の中に軟化され
たトナーを導くために均一な圧力を提供する表面とし
て、の両方の作用を同時に働くように使用される。用紙
の裏面に対して振動を与える音響トランスデューサの音
響エネルギーの減衰が与えられることにより、粘弾性材
料において熱が生成される。用紙の表側面上の未だフュ
ージングされていないトナーパウダ画像はまず、トナー
粒子の四散を防止するために、用紙と粘弾性材料表面と
の間で機械的に捕獲される。粘弾性材料において生成さ
れた熱エネルギーがトナーに移送されると、トナーが軟
化且つ溶融するとともに、用紙の裏面を押圧する音響ホ
ーンチップによって生成される法線力のために、トナー
が用紙の中に押し出される又はしみ込む。
【００３１】一般に、支持部材は、１９８２年８月２４
日にハイルズ（Hiles ）他に与えられた米国特許第４，
３４６，２０５号において開示されもののようなエネル
ギー吸収粘弾性ポリマボデーを含む。前掲の特許で開示
されたように、ポリマは、高い損失正接を有する熱塑性
のポリウレタンエラストマを含む。その他のポリウレタ
ン化合物も、トナー画像をフュージングするために適切
であり得る。例えば、ロードアイランド州、０２９２
０、クランストン、グレン・ロード・７０のメルサン・
プロダクツ・コーポレイション（Mearthane Products C
orp.）は、ソルボサン（Sorbothane、商標）に類似する
メルサン（Mearthane 、商標）として知られる粘弾性ポ
リマを製造している。
【００３２】図２で示すように、フューザアセンブリ７
０は、剛性の支持部材１２２を含むフューザロール１２
０を含み、支持部材１２２には、粘弾性材料層１２４が
固着されている。本文中で述べるように、フューザロー
ルは、フューザロールの表面と超音波共振器１００のチ
ップとの間にニップ１２６を形成するようにして、フレ
ーム部材１２５によって、回転するように支持される。
フューザロールは、図２に見るように、時計回り方向に
回転する。トナー画像がコピーシートによってニップを
通って運ばれると、共振器と、粘弾性層１２４によって
トナーに移送される熱エネルギーと、の両方によって、
トナーの温度が高められる。粘弾性材料の音響的歪は、
ニップ領域でのみ生じる。よって、有効的なフュージン
グのために、実質的に必要な場所のみにおいて熱エネル
ギーが生成されるという、度合の高い熱エネルギー効率
が実現される。加圧ロール１１２に代わってコピーシー
トフィードブレード１３２が置かれ、画像を形成するト
ナーが溶融するまで、トナー画像を機械的に捕獲する。
【００３３】本文で開示する超音波フュージングプロセ
スの実行は、ソルボサン（Sorbothane）粘弾性ポリマを
用いることで達成された。２０kHz 音響トランスデュー
サと４０kHz 音響トランスデューサの両方を使用して成
功が得られた。使用される音響的動作の振幅は、約数ミ
クロンであると思われる。明白に観測されたトナー定着
の程度は、標準的な「折り目テスト」により、非常に高
いものであることが明らかである。顕微鏡による検査
で、超音波フュージングされたトナーは、用紙繊維の回
りに進入するようだということが判明した。従って、折
り目領域でも、トナーは、薄片になって舞い落ちること
なく用紙繊維とともに残る。
【００３４】本発明で使用する装置では、２０kHz で動
作する４インチ幅の超音波溶接ホーンをトランスデュー
サとして使用した。ソルボサンのフューザロール１２０
を駆動することによって、１−２ips の処理速度でトナ
ー画像がフュージングされた。シリコンオイルが、定着
されるトナー／用紙のロールへの付着を減少することに
有用であるということが判った。市販のプリンタでの使
用のためには完全な幅のホーンが意図されるということ
が理解されよう。
【００３５】本発明に従う超音波フュージングは、従来
のフュージング技術を越える幾つかの利点を提供する。
例えば、トナー自体の内部及びそれに隣接する場所で局
所的に熱を生成することは、高い熱エネルギー効率を達
成することができるということを示す。また、含まれる
熱質量が小さいということで処理が簡素化されるととも
に、本当の意味での「インスタント−オン（即時にして
オン状態になる）」のフュージングが可能にされる。生
来的に音響学的損失特性を有するトナーが、開示された
プロセスを用いて一層有効的にフュージングされるが、
プロセスは、実質的に全てのフュージング可能なトナー
に対して使用可能である。
【００３６】図２で示したデバイスの実施例の変形を図
３で示すが、それは、１対のアイドラローラ１４２及び
１４４とドライブローラ１４６との回りに搭載されるエ
ンドレスのベルト部材１４０によって輪郭を描かれるル
ープ内に支持される超音波共振器１００を含む。ドライ
ブローラ１４６は、図３に見るように図示されない駆動
装置によって反時計回り方向にベルト部材を駆動するよ
うに作用する。フューザロール１２０は、ニップ１５０
を形成するためにベルト１４０と接触するように支持さ
れ、ニップ１５０を通って、コピー支持体１５２は移動
することができる。支持体１５２は、フューザロール１
２０と接触する側に、未だフュージングされていないト
ナー画像を有している。トナー画像は、図２で示した構
成でのフュージング方法で、フュージングされる。
【００３７】
【発明の効果】本発明では、トナー自体の内部及びそれ
に隣接する場所で局所的に熱が生成されるので、高い熱
エネルギー効率を達成することができる。また、含まれ
る熱質量が小さいということで処理が簡素化されるとと
もに、本当の意味での「インスタント−オン（即時にし
てオン状態になる）」のフュージングが可能にされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コピー支持体へのトナー画像の超音波フュージ
ングの概略図である。
【図２】本発明に従う超音波フューザの概略図である。
【図３】図２の超音波フューザの変更実施例である。
【図４】本発明を組み込む電子写真印刷機を示す概略正
面図である。
【符号の説明】
１００ 音響又は超音波共振器 １０２ Ａ．Ｃ．源 １０４ 熱移送部材又は粘弾性部材 １０６ 剛性支持部材 １１０ コピーシート １１１ トナー画像 １１２ 加圧ロール
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１１月２２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】 本発明の請求項３の態様によれば、請求
項２の態様において、同時加熱ステップが、前記音響ト
ランスデューサを用いて粘弾性部材を加熱することを含
む。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 普通紙等の支持体にトナー画像をフュー
    ジングする方法であって、 支持体の静電的に付着されたトナー画像を有する側とは
    反対の側からトナー画像を加熱するステップと、 前記支持体以外の部材を同時に加熱するステップであ
    り、その部材が、トナー画像に追加的な熱を与えるため
    に前記トナー画像と接触する、前記同時加熱ステップ
    と、 を含むトナー画像フュージング方法。
  2. 【請求項２】 トナー画像加熱ステップが、音響トラン
    スデューサを用いることを含む、請求項１のトナー画像
    フュージング方法。
  3. 【請求項３】 同時加熱ステップが、前記音響トランス
    デューサを用いて粘弾性部材を加熱することを含む、請
    求項１のトナー画像フュージング方法。
JP6282110A 1993-11-24 1994-11-16 トナー画像フュージング方法 Pending JPH07199704A (ja)

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