JPH08227248A - フューザ装置及びトナー画像定着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 用紙エッジによるローラの摩耗を低減し、用
紙のしわを防止するフューザを提供する。 【解決手段】 フューザはフューザローラ４６及び加圧
ローラ４８を有し、双方とも変形可能な外部エラストマ
ー層４１、６０が設けられている。加圧ローラ４８はそ
のコア３９と外部変形可能層４１との間に非対称的な境
界面を有する事実にもかかわらず、対称的なニップを提
供するように構成される。フューザローラは凹凸がなく
研磨された表面を有し、加圧ロールと協働して用紙エッ
ジ近くでの用紙速度のゆるやかな増加を与える。更に、
両ローラのエラストマー層が部分的に用紙エッジの形に
ならうため、用紙エッジによる摩耗現象が最小にされ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に静電写真プリ
ント機又は複写装置における使用のためのフューザ（定
着装置）に関し、より詳細には低エッジ摩耗を示すしわ
防止ロールフューザに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般的
な静電写真プリント又は複写プロセスにおいて、光導電
性部材はその表面を感光性にするためほぼ均一の電位に
帯電される。光導電性部材の帯電部分は露光され、部材
の照射された領域の電荷を選択的に消散させる。これに
より、光導電性部材上に静電潜像が記録される。静電潜
像が光導電性部材上に記録された後、潜像は現像剤物質
を接触させることにより現像される。一般に、現像剤物
質は摩擦電気によってキャリヤ粒子に付着するトナー粒
子を含む。トナー粒子はキャリヤ粒子から潜像に引きつ
けられて光導電性部材上にトナー粉末画像を形成する。
次にトナー粉末画像は光導電性部材からコピーシートに
転写される。トナー粒子は加熱され、粉末画像がコピー
シートに永久的に付着される。

【０００３】トナー物質を熱によって支持部材上に永久
的に定着即ち融着させるためには、トナー物質の成分が
合体し粘着するまでトナー物質の温度を上げることが必
要である。この操作により、トナーは支持部材の繊維又
は孔へ、もしくはその表面にある程度流れこむ。その
後、トナー物質が冷却するにつれてトナー物質の凝固が
起こり、トナー物質が支持部材にしっかりと付着する。

【０００４】トナー物質画像を支持基体に熱融着させる
一つの方法は、未融着のトナー画像を載せた基体を少な
くとも一方が内部加熱される一対の対向するローラ部材
の間に通過させることである。このタイプのフュージン
グ（定着、融着）システムの作動の間、トナー画像が静
電的に付着された支持部材はロール同士の間に形成され
るニップを通過して移動し、トナー画像が加熱フューザ
ロールに接触することによりニップ内でトナー画像の加
熱が行われる。このようなフュージングデバイスで一般
的なものは、フュージングロールがシリコーンゴム又は
他の低表面エネルギーエラストマー、あるいは、例えば
テフロンという商標でデュポン社により販売されている
テトラフルオロエチレン樹脂等の非接着の材料で被覆さ
れる２つのロールシステムである。加圧ロールが加熱さ
れたフュージングロールに接触し、画像を載せた基体が
通過する前述のニップを形成する。加圧ロールはまた、
非接着の層で被覆されていてもよい。

【０００５】ロールフューザ現像において処理されなく
てはならない２つの重要な問題は、用紙のしわ及び用紙
経路のエッジ摩耗である。

【０００６】ほぼ平らな用紙シートが一対の補償されて
いない（uncompensated)フューザロール部材の間にフィ
ードされる（送り込まれる）と、多数の力がシートに作
用する。これらの力のいくつかによって、通常用紙のし
わと呼ばれる用紙の永久的な歪みが生じる。用紙のしわ
を生じる一つのメカニズムは、用紙シートの中心をその
エッジよりも速く駆動させることに関係する。この速度
差の大きさ及び用紙の硬さによって、様々な程度のしわ
が生じる。駆動速度の差は、過度のトナー堆積の高さ及
び／又はロール部材間に形成されるニップにシートが入
る際の位置ズレから生じうる。速度の差はまた、用紙が
スタック（積層）源から使用される際の異なる用紙の乾
燥にも起因しうる。

【０００７】フューザロールの対のロールのうち一方の
みに変形可能な(deformable)基体（即ち、用紙の基体の
形にならう外部表面層）が設けられる場合は、用紙のエ
ッジが変形可能な表面と接触することに起因する過度の
摩耗が問題となる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によると、粉末即
ちトナー画像を定着させるための加熱及び加圧フューザ
が提供される。フューザは、トナー画像を載せた基体が
通過するニップを形成するために圧力で係合される一対
のローラを含む。各ローラには変形可能な外部エラスト
マー層が設けられる。ロールは、ロールのうちの一方が
そのコアと外部変形可能層との間に非対称的な境界面を
有する事実にもかかわらず、対称的なニップを提供する
ように構成される。

【０００９】加圧即ちバックアップロールは、相補的な
(complementary)エラストマー層が付着される非均一的
な、即ちアンダーカットされたコアを有する。フューザ
ロールは、加圧ロールと協働して用紙エッジ近くでの用
紙速度のゆるやかな増加を与える凹凸がなく研磨された
表面を有する。

【００１０】用紙エッジによる摩耗現象は、２つのフュ
ーザ部材の外部表面にエラストマー材料を用いることに
よって最小にされる。これは、双方の層が部分的に用紙
エッジの形にならうためである。ロールのうち一方のみ
がコンフォーマブルな（対応する形状にならう）表面を
有するフューザロールでは、その表面は用紙エッジ近く
のコンフォーマビリティ（対応する形状にならうこと）
を他方のコンフォーマブルな表面と分け合うかわりに、
全てのコンフォーマビリティを引受けなければならな
い。

【００１１】本発明の請求項１の態様は、種々の基体に
トナー画像を定着するフューザ装置であって、圧力で係
合された一対の対称的なローラ部材を含み、前記ローラ
部材の各々がコアを有し、前記コアのうち一つが非均一
な直径を有し、前記一対のローラ部材の各々がその各々
のコアにより支持される変形可能な層を有し、基体を前
記一対のローラ部材の間で移動させるために前記ローラ
部材のうち一つの回転を行う手段を含み、前記コアのう
ち一つの非均一な直径を補う非均一な厚さを有する加圧
ローラ上の前記変形可能な層が前記２つのローラ部材の
間に形成されるニップにおいて均一な速度を生じ、前記
基体にしわを作らず且つ前記変形可能な層の摩耗を最小
量にして前記基体が前記ニップを通過する。

【００１２】本発明の請求項２の態様は、種々の基体に
トナー画像を定着する方法であって、圧力で係合された
一対の対称的なローラ部材を使用し、前記ローラ部材の
各々がコアを有し、前記コアのうち一つが非均一な直径
を有し、基体が前記ローラ部材の間を移動し、前記ロー
ラ部材において前記コアの各々の上に変形可能な層が設
けられ、前記変形可能な層がそれぞれのコアの直径に適
合し、前記コアの一方に均一な厚さを有する変形可能な
層を有し、前記コアの他方に非均一な厚さを有する変形
可能な層を有する。

【００１３】本発明の他の特徴は、以下の記述が進むに
つれて及び図面を参照して明らかになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の特徴を一般的に理解する
ため、図面が参照される。図面では、同一の要素を特定
するために全体にわたって同様の参照番号が用いられて
いる。図３は本発明の特徴を組み込んだ静電写真プリン
ト機９を略図で示す。

【００１５】図面の図３を参照すると、静電写真プリン
ト機９は導電性基体（図示せず）上に配置される光導電
面１２を有するベルト１０を用いる。ベルト１０は矢印
１６の方向に移動し、光導電面の連続部分をベルトの移
動経路の周りに配置される様々な処理ステーションを介
して連続的に進める。ベルト１０はストリッピング（剥
離）ローラ１８、テンションローラ２０及び駆動ローラ
２２の周りに巻き掛けられている。ストリッピングロー
ラ１８は、ベルト１０によって回転するように回転可能
に装着される。テンションローラ２０は、ベルト１０を
所望のテンションに維持するようにベルト１０に向かっ
て弾性的に付勢される。駆動ローラ２２は、ベルト駆動
等の適切な手段によって駆動ローラに連結されるモータ
２４により回転される。ローラ２２が回転すると、ロー
ラ２２はベルト１０を矢印１６の方向に進める。

【００１６】まず、光導電性ベルトの一部分が帯電ステ
ーションＡを通過する。帯電ステーションＡでは、参照
番号２６で共通に示されるコロナ発生デバイスがベルト
１０の光導電面１２を比較的高くほぼ均一な電位に帯電
する。

【００１７】次に、光導電面１２の帯電部分が進められ
て画像形成ステーションＢを通過する。画像形成ステー
ションＢでは、参照番号２８で共通に示される文書処理
ユニットがプリント機のプラテン３０の上に配置され
る。文書処理ユニット２８は、オペレータによって文書
スタック及び保持トレイに通常の順方向に整理された順
序で表を上にして置かれた文書のスタックから文書を連
続的にフィードする（送り込む）。トレイの下に配置さ
れる文書フィーダ（送り込み装置）がスタックの最下の
文書を一対の送り出しローラ（take-away rollers)へ進
める。次に最下シート３１がローラによってフィードロ
ールの対及びベルトへフィードされる。ベルトは文書を
プラテン３０へ進める。画像形成後、原稿はベルトによ
りプラテン３０からガイド及びフィードロールの対へフ
ィードされる。次に文書はインバーター機構へ前進し、
フィードロールの対を介して文書スタックへ戻る。位置
ゲートが文書をインバーター又はフィードロールの対に
向けるように設けられている。文書の画像形成は、プラ
テン３０上の文書を照射するランプ３２を用いて達成さ
れる。文書から反射された光線はレンズ３４を介して伝
えられる。レンズ３４は原稿の画像の光をベルト１０の
光導電面１２の均一な帯電部分に焦点合わせし、ベルト
上の電荷を選択的に消散させる。これにより、原稿内に
含まれる情報領域に対応する静電潜像が光導電面１２上
に記録される。明らかに、ページの画像情報の電子画像
形成は電気画像形成信号を用いるプリント装置によって
容易にされうる。プリント装置は、ラスタ入力スキャナ
ー（ＲＩＳ）等の入力デバイスとラスタ出力スキャナー
（ＲＯＳ）等のプリンター出力デバイスを含むデジタル
複写機、又はＲＯＳ等のプリンター出力デバイスのみを
用いるプリンターであってもよい。

【００１８】この後、ベルト１０は光導電面１２上に記
録された静電潜像を現像ステーションＣに進める。現像
ステーションＣでは、参照番号３６及び３８で共通に示
される一対の磁気ブラシ現像剤ロールが現像剤物質を進
めて静電潜像に接触させる。潜像は現像剤物質のキャリ
ヤ粒子からトナー粒子を引きつけてベルト１０の光導電
面１２上にトナー粉末画像を形成する。次にベルト１０
はトナー粉末画像を転写ステーションＤに進める。

【００１９】転写ステーションＤに達する前に、コピー
シート３１は横方向のエッジが適切な位置合わせをされ
て配置される。転写ステーションＤでは、コピーシート
３１が動かされてトナー粉末画像に接触する。転写ステ
ーションＤはイオンをコピーシートの裏面にスプレーす
るコロナ発生デバイス４０を含む。これによりトナー粉
末画像が光導電面１２から引きつけられる。転写後、コ
ンベヤー４２がコピーシートをフュージングステーショ
ンＥへ進める。

【００２０】フュージングステーションＥは、転写され
たトナー粉末画像をコピーシートに永久的に付着させる
参照番号１００によって共通に示されるフューザアセン
ブリを含む。フューザアセンブリ１００は加熱フューザ
ローラ４６及びバックアップローラ４８を含み、コピー
シート上の粉末画像がフューザローラ４６に接触するこ
とが好ましい。加圧ローラはフューザローラに向かって
カム駆動され、トナー粉末画像をコピーシートに定着さ
せるのに必要な圧力を提供する。フューザロールは石英
ランプによって内部から加熱される。

【００２１】フュージング後、コピーシートはインバー
ター選択装置として機能するゲート５０へフィードされ
る。ゲート５０の位置によって、コピーシートはシート
インバーター５２へ方向を変えるか又はインバーター５
２を通らずに第２の決定ゲート５４へ直接フィードされ
る。ゲート５４では、シートは表が上に向いており、フ
ュージングされた画像側が上である。インバーター経路
５２が選択される場合は反対である、即ち最後にプリン
トされた側が下になる。決定ゲート５４は、シートを出
力トレイ５６へ直接向けるかあるいはシートを決定ゲー
ト５８へ向ける。決定ゲート５８は連続するコピーシー
トをデュプレックスインバーターロール６２又は仕上げ
ステーションＦへの搬送経路へ向ける。仕上げステーシ
ョンＦでは、シートは蓄積トレイに積み重ねられ、互い
にまとめられてセット（一揃い）を形成する。シートは
結束デバイス(binding device)又はステープラ (stapli
ngdevice)のいずれかによって互いにまとめられる。い
ずれの場合でも、複数の文書のセットが仕上げステーシ
ョンＦで形成される。決定ゲート５８がシートをインバ
ーターロール６２上へ向けると、ロール６２は両面複写
されるシートを反転させ、デュプレックストレイ６４に
積み重ねる。デュプレックストレイ６４は、一方の側は
プリントされており、その反対側である第２の側に画像
が続いてプリントされるこれらのシート、即ち両面複写
されるシートのために中間即ちバッファ貯蔵を提供す
る。シートは、複写される順に、互いの上に表を下にし
てデュプレックストレイに積み重ねられる。

【００２２】両面複写を仕上げるため、トレイ６４の片
面複写されたシート(simplex sheets)がボトムフィーダ
６６によってトレイ６４からコンベヤー６８及びローラ
７０を介して再び転写ステーションＤへ連続してフィー
ドされ、トナー粉末画像がコピーシートの反対側に転写
される。連続する最下シートがデュプレックストレイ６
４からフィードされるため、コピーシートの適切な即ち
白紙の側が転写ステーションＤでベルト１０に接触する
ように配置され、トナー粉末画像がコピーシートに転写
される。次に、両面複写されたシート(duplex sheet)は
片面複写されたシートと同じ経路を介してフィードさ
れ、トレイ５６に積み重ねられるか、あるいは仕上げ操
作が選択される場合には仕上げステーションＦへ進めら
れる。

【００２３】コピーシートがベルト１０の光導電面１２
から分離された後、若干の残留粒子が光導電面に付着し
たままになることは避けられない。これらの残留粒子
は、クリーニングステーションＧにおいて光導電面１２
から除去される。クリーニングステーションＧは、ベル
ト１０の光導電面１２に接触する回転可能に装着された
ファイバー状即ち静電気ブラシ７２を含む。粒子は光導
電面１２に接触するブラシ７２の回転によってベルト１
０の光導電面１２から除去される。クリーニングに続
き、放電ランプ（図示せず）が光導電面１２に光を照ら
し、次の連続する画像形成サイクルのために光導電面を
帯電する前に光導電面１２に残っているあらゆる残留静
電電荷を消散させる。

【００２４】様々なマシンの機能がコントローラ７４に
よって調節される。コントローラ７４は、先述のマシン
機能の全てを制御するプログラム可能なマイクロプロセ
ッサであることが好ましい。コントローラ７４はコピー
シートの比較計数、再循環されている文書の数、オペレ
ータにより選択されるコピーシートの数、時間の遅れ、
ジャム（紙詰まり）の補正等を提供する。ここまで述べ
られた全ての例示のシステムの制御は、オペレータによ
り選択されるプリント機のコンソールからの従来の制御
スイッチ入力によって達成されうる。コントローラ７４
は文書及びコピーシートの位置を記録するのに用いるこ
とが可能である。更に、コントローラ７４は選択される
操作モードによって様々な決定ゲートの位置を調節す
る。従って、オペレータが仕上げモードを選択すると、
接着結束装置及び／又はステープラが動作され、決定ゲ
ートは片面複写又は両面複写のいずれかのコピーシート
を仕上げステーションＦの蓄積トレイに進めるように方
向付けされる。

【００２５】上記の記述は、静電写真プリント機の一般
的動作を示すのに本出願の目的には十分であると信じら
れる。ここで本発明の特定の主題を参照すると、図１か
ら図３は本発明の離型剤管理システムを示す。

【００２６】ここで、フューザローラ４６及び加圧ロー
ラ４８を含む加熱及び加圧フューザ装置が離型剤管理
（ＲＡＭ）システム５５と共に示される図１に注目す
る。図１に示されるように、フューザ装置はコア５７を
含む加熱されたフューザローラ４６を含み、シリコーン
ゴム等の変形可能エラストマー材料の層６０がコア５７
上にコーティングされている。コア５７は鉄、アルミニ
ウム、ニッケル、ステンレススチール等の様々な金属及
び様々な合成樹脂で作ることができる。コア５７の材料
としては、決定的ではないが、アルミニウムが好まし
い。コア５７は中空であり、加熱要素６１がフュージン
グ動作に熱を供給するために中空コアの内側に配置され
る。この目的に適切な加熱要素は従来技術において公知
であり、タングステン抵抗加熱要素を内部に配置した石
英の被覆から成る石英のヒーターを含んでもよい。必要
な熱を提供する方法は本発明には決定的ではない。従っ
て、フューザ部材は内部手段、外部手段あるいは双方の
組み合わせによって加熱されることが可能である。トナ
ーを支持部材に融着させるのに十分な熱を供給するため
の加熱手段は、当該技術において公知である。フュージ
ングエラストマー層は、ＲＴＶ及びＨＴＶシリコーンゴ
ムならびにヴァイトン（デュポン社の商標）等あらゆる
公知の材料を使用して製造されうる。モータ５９は、フ
ューザローラと加圧ローラとの間でコピーシートの移動
を行うためにフューザロール構造体４６の回転を行う役
割をする。

【００２７】フューザローラ４６はバックアップ即ち加
圧ローラ４８と圧力接触するような配置で示される。加
圧ローラ４８は耐熱性材料の層６５を有する金属コア６
３を含む。このアセンブリでは、フューザローラ４６及
び加圧ローラ４８の双方が軸受（図示せず）に装着され
ており、軸受は、フューザローラ４６及び加圧ローラ４
８が十分な圧力下で互いに向かって押され、ニップ６７
を形成するように付勢される。融着即ち定着作用が起こ
るのはこのニップにおいてである。層６５はフッ素置換
エチレンプロピレン共重合体又はシリコーンゴム等あら
ゆる公知の変形可能材料から製造されることが可能であ
る。層６５の厚さは、フューザローラの層６０の厚さよ
りも薄い。

【００２８】トナー画像６９を載せた受像部材即ち最終
支持体３１は、トナー画像が加熱されたフューザローラ
４６に接触しながらニップを通過して移動する。画像６
９を形成するトナー物質は、液溜め７３に入れたシリコ
ーンオイル７１等の離型剤を塗布することによりフュー
ザローラ４６の表面へのオフセット（転着）が防止され
る。

【００２９】液溜め７３及びシリコーンオイル７１はＲ
ＡＭシステム５５の一部を形成する。ＲＡＭシステム５
５は計量ローラ７６及びドナーロール７８を含む。計量
ローラはシリコーンオイル７１に部分的に浸漬されるよ
うに支持され、ドナーロールと接触してシリコーンオイ
ルを液溜めからドナーロール７８の表面へ送る。ドナー
ロールは回転可能に支持され、計量ローラ７６と接触
し、フューザローラ４６とも接触している。ドナーロー
ルはフューザローラと接触するように図示されている
が、あるいは、ドナーロールは加圧ローラ４８と接触し
てもよいことが理解できるであろう。また、他の複写機
又はプリンターにおける使用ではフューザ及び加圧ロー
ラの位置は反対であってもよい。計量ブレード７５は、
シリコーンオイルを計量ローラ上に必要とされる厚さに
計量する役割をする。ＲＡＭシステム５５の更なる詳細
に関しては、１９９３年４月６日にフロム他（Fromm et
al)に付与された米国特許第５，２００，７８６号を参
照のこと。

【００３０】図２からわかるように、ロール構造体３３
の中心部のエラストマー材料４１の厚さはロール構造体
の両端部に隣接するエラストマー材料よりも厚い。従っ
て、ニップ３４を形成するのに加えられる力により、ロ
ール３３の中心の表面よりも両エッジに隣接するロール
３３の表面においてより大きい引き延ばしが行われる。
先の結果として、ロールの両端部に隣接する表面３３が
ある一定の時間に中心の表面よりも多くニップを介して
移動し、これによりニップ３４を介して移動するコピー
用紙のエッジをロールの中心で得られる速度よりも速く
移動させるようになる。

【００３１】バックアップロール構造体４８は、円筒状
の鋳型を用いてエラストマー層４１をコア３９上に成形
することにより製造されることができ、これにより非均
一な断面を有するロール構造体が提供される。結果とし
てロール構造体は２インチの大きさの直径を有し、ロー
ルの中心では０．２２インチのエラストマー層の厚さを
有し、ロールの両端部では０．２インチの大きさのエラ
ストマー層の厚さを有し、ロールの長さが１５インチで
あることが好ましい。ロール構造体４８には一対のシャ
フト端部（図示せず）が設けられ、ロール構造体４８を
その動作位置で回転可能に支持する。

【００３２】

【発明の効果】１９７７年８月１６日にモサー（Moser)
に付与された米国特許第４，０４２，８０４号に示され
る硬質ロールフューザ構成では、ニップを介する用紙の
速度は硬質フューザロールによって殆ど全面的に制御さ
れる。本文中に開示される構成では、しわ制御のために
両端部により薄いゴムの厚さを有する加圧ロールを含む
対称フューザが提供される。前記特許のフューザとは異
なり、本文中に提供されるフューザロールはゴムコーテ
ィング即ち外部の層も有する。フューザロール及び加圧
ロールに変形可能な表面を設けることにより、用紙の速
度はフューザロール及び加圧ロールの双方によって分担
され、結果的に優れたしわ制御を行う。

【００３３】更に、フューザロール及び加圧ロールの双
方に変形可能な外部層を設けることにより、用紙のエッ
ジ近くのコンフォーマビリティを２つのコンフォーマブ
ルな表面間で分け合い、従って２つの表面間でほぼ平等
に摩耗を配分する。

【図面の簡単な説明】

【図１】加熱及び加圧フューザと、フューザのための離
型剤管理システムを示す。

【図２】本発明の特徴を示す加熱及び加圧フューザを示
す。

【図３】本発明のフューザを組み込んだ複写装置の略図
である。

【符号の説明】

３１ 最終支持部材 ３３ ロール構造体 ３４、６７ ニップ ３９、５７、６３ コア ４１、６０、６５ エラストマー材料の層 ４６ フューザローラ ４８ 加圧ローラ ５９ モータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 種々の基体にトナー画像を定着するフュ
   ーザ装置であって、 圧力で係合された一対の対称的なローラ部材を含み、前
   記ローラ部材の各々がコアを有し、前記コアのうち一つ
   が非均一な直径を有し、 前記一対のローラ部材の各々がその各々のコアにより支
   持される変形可能な層を有し、 基体を前記一対のローラ部材の間で移動させるために前
   記ローラ部材のうち一つの回転を行う手段を含み、 前記コアのうち一つの非均一な直径を補う非均一な厚さ
   を有する加圧ローラ上の前記変形可能な層が前記２つの
   ローラ部材の間に形成されるニップにおいて均一な速度
   を生じ、前記基体にしわを作らず且つ前記変形可能な層
   の摩耗を最小量にして前記基体が前記ニップを通過す
   る、 フューザ装置。
2. 【請求項２】 種々の基体にトナー画像を定着する方法
   であって、 圧力で係合された一対の対称的なローラ部材を使用し、
   前記ローラ部材の各々がコアを有し、前記コアのうち一
   つが非均一な直径を有し、基体が前記ローラ部材の間を
   移動し、 前記ローラ部材において前記コアの各々の上に変形可能
   な層が設けられ、前記変形可能な層がそれぞれのコアの
   直径に適合し、前記コアの一方に均一な厚さを有する変
   形可能な層を有し、前記コアの他方に非均一な厚さを有
   する変形可能な層を有する、 トナー画像定着方法。