JPH08502370A - 低温予熱サドルを備えた印刷装置または複写装置に用いられる熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子写真式の印刷装置または複写装置の帯状の記録担体（１７）にトナー像を定着させるための熱定着装置では、熱圧定着ステーション（１１，１２）と、該熱圧定着装置（１１，１２）の記録担体走行方向で見て前置された、加熱された予熱サドル（１５）とが設けられている。前記予熱サドル（１５）が、できるだけ大きな構成長さを有する低温サドルとして形成されているので、記録担体（１７）とサドル表面（２４）との間の温度差ができるだけ小さくなっている。予熱サドルは記録担体走行方向で複数の加熱区域（２１，２３）を有している。制御装置は加熱区域（２１，２３）を制御して、この場合、予熱サドル（１５）に沿ってサドル表面（２４）に記録担体（１７）に対するほぼ一定の熱エネルギ流が生ぜしめられる。予熱サドル（１５）を種々の記録担体幅に適合させるために、予熱サドル（１５）は記録担体走行方向に対して横方向で、個々に制御可能な横方向加熱区域（３０／１〜３０／３）に分割されている。

Description

【発明の詳細な説明】 低温予熱サドルを備えた印刷装置 または複写装置に用いられる熱定着装置 印刷装置または複写装置において、たいていは紙から成る記録担体にトナー像 を熱圧定着させるためには、熱定着装置が使用される。この熱定着装置は前加熱 サドルを有しており、この前加熱サドルには、加熱された定着ローラと押圧ロー ラとから成る定着区域が後置されている。 このような熱定着装置は、たとえば米国特許第４１４７９２２号明細書または 英文抄録第１３巻、第１２０号、１９８９年３月２４日（特開昭６３−２９２１ ７７号公報）に基づき公知である。 これまで公知の定着装置では、前加熱サドルを介して紙を比較的短い区間にわ たって極めて迅速に予熱し、次いでローラを介してトナー像を紙に定着させるこ とが必要となることから出発している。この目的のために前加熱サドルには加熱 エレメントが配置されており、この場合、前加熱サドルの紙進入範囲では、最大 量の熱が記録担体に放出され、次いで紙進出方向で加熱エレメントにわたって、 放出される熱量が減じられる。これによって、紙進入部はサドルの最も高温の範 囲となる。 しかし、短い区間にわたる紙の迅速な加熱は紙に対する高い負荷を生ぜしめる ことが判かった。このような負荷は紙の変形、脆性化または老化、さらに通過時 における紙の不均一な水損失となって現われる。これによって、裁断または分別 による紙の後処理が困難とされるか、もしくはトナー像の不均一な定着、ひいて は印刷の品質悪化が生じてしまう。 さらに、迅速な加熱は出力の強い加熱エレメントによる高い固有加熱出力と、 手間のかかる制御とを必要とする。したがって、高い加熱出力に基づき、プリン タ停止時に記録担体を直ちにサドルから引き離し、これにより紙の燃焼を阻止す ることが必要となる。これにより大規模な制御装置が必要となり、このことは紙 の取扱いを全体的に悪化させてしまう。 さらに最近の電子写真式の印刷装置においては、同一の装置で種々異なる幅の 記録担体が処理される。サドルに全幅にわたって等量のエネルギが供給されると 、サドルは、紙が走行していない範囲で著しく加熱してしまう。なぜならば、こ の範囲では対流による損失以外はエネルギが排出されないからである。 このような温度分布は大きな欠点を有している。紙は不均一に加熱され、この ことは定着品質における変動を招き、紙走行問題をもたらしてしまう。したがっ て最大加熱サドル温度は低減されなければならない。なぜならば、加熱エレメン トの過剰加熱の危険が存在 しており、加熱エレメントの寿命がこれによって短縮されてしまうからである。 エネルギ損失は比較的大となり、印刷装置の内部範囲は不必要に加熱される。 前加熱サドルを備えた熱定着装置では、サドルの加熱された滑り面に沿って記 録担体が案内される。紙とサドル表面との間の良好な熱伝達を得るためには、紙 とサドルとの間の直接的な接触が重要となる。高い印刷速度において、前折りさ れた紙もしくは不均一な厚さの紙が使用されると、サドルの範囲において紙のば たつき運動が生じてしまう。これにより、紙はサドルから部分的に持ち上がって しまい、このことは熱伝達を悪化させる。さらに、紙は比較的高い含水量を有し ており、この水が加熱時に遊離される。遊離された水蒸気は印刷装置内に沈積し て、この場所で故障もしくは腐食を生ぜしめるおそれがある。 したがって本発明の課題は、定着装置通過時に記録担体ができるだけ僅かな熱 負荷にしかさらされないような熱定着装置および定着させる方法を提供すること である。 本発明の別の課題は、定着品質の変動なしに、種々異なる幅の記録担体を定着 させることを可能にし、かつ定着された記録担体の反りや変形が回避されるよう な熱定着装置を提供することである。 上記課題は、請求項１および請求項１７の特徴部に記載の熱定着装置および定 着させる方法において解決 される。 本発明の有利な構成は、請求項２以下および請求項１８以下に記載されている 。 サドルが、できるだけ大きな構成長さを有する低温サドルとして形成されると 、記録担体とサドルとの間の温度差はできるだけ小さくなる。さらにサドルが記 録担体走行方向で、個々に制御可能でかつ均一に加熱される複数の加熱区域に分 割されると、これらの加熱区域は、サドルに沿ってサドルから記録担体へのほぼ 一定の熱エネルギ流が生じるように制御され得る。 このような手段により、記録担体に対する熱負荷は極めて小さくなる。それに もかかわらず、熱定着装置は極めて高い印刷速度を有する印刷装置においても使 用され得る。 さらに、サドルが記録担体走行方向に対して横方向で複数の加熱区域に分割さ れていると有利である。これらの加熱区域は記録担体の幅に関連して制御可能で ある。 これにより、サドルの加熱特性を、通過する記録担体の幅に直接に適合させる ことができる。このことは使用される記録担体の幅とは無関係に一定の定着品質 を保証する。 印刷速度や使用される紙とは無関係に、記録担体とサドルの滑り面との間の良 好な接触を可能にするために、本発明の別の有利な構成では、滑り面に開口が配 置されている。この開口は負圧を形成する装置に接続されている。この負圧によ り、記録担体は滑り面に面状に吸着されると同時に、この開口を介して、紙内の 遊離された水蒸気が吸い取られる。 さらに加熱エレメントとして、加熱サドルの貫通開口に配置された加熱カート リッジが使用されると、この加熱カートリッジは容易に交換することができ、サ ドル自体も押出しプレス成形材から廉価に製造することができる。 サドルの滑り面が湾曲させられて形成されていると、サドル全長にわたって、 記録担体をサドル表面に押圧する力成分が生ぜしめられる。このような手段はサ ドル表面における記録担体の接触を助成して、記録担体案内を安定化し、ひいて は改善された熱伝達を生ぜしめる。 本発明による熱定着装置のさらに別の有利な構成では、印刷装置にたとえばキ ーボードの形の周辺入力手段が設けられている。このキーボードを介して運転パ ラメータ、たとえば紙重量、定着温度等の入力によって定着装置の加熱出力を前 記運転パラメータに自動的に適合させることができる。 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。 第１図は、電子写真式の印刷装置に用いられる熱定着装置の断面図である。 第２図は、熱定着装置で使用される、加熱されたサドルと、このサドル内に配 置された加熱カートリッジとを示す概略図である。 第３図は、サドルの加熱区域を制御するための制御装置のブロック回路図であ る。 第４図は、米国規格による三相交流網での印刷装置の運転時における、サドル に設けられた加熱エレメントを切り換えるための回路を示す概略図である。 第５図は、欧州規格による三相交流網での印刷装置の運転時における加熱エレ メントを切り換えるための回路を示す概略図である。 第６図は、紙走行方向におけるサドルに沿った温度経過を示す概略図である。 第７図は、平滑化エッジを備えた加熱サドルを示す概略図である。 トナー像を備えた記録担体を熱定着させる場合、定着ニップにおいて圧力下お よび熱下に、ポリマ材料、たとえばポリエステルから成るトナー像が、加熱され た定着ローラを介して溶融域に突入するまで加熱され、こうして記録担体と結合 される。 記録担体は１つまたは複数の押圧ローラを介して定着ローラに押圧される。定 着のためには、トナー粒子と記録担体の表面との間の境界面が重要となる。この 範囲では、トナーの溶融温度が穏やかに、かつ過剰加熱なしに達成されなければ ならない。これによってト ナーは記録担体に結合するか、もしくは記録担体に付着する。記録担体が定着区 域（定着ニップ）における定着時に、トナーよりも著しく低い温度を有している と、前記境界面からは記録担体を介して熱が取り出される。このことは定着不良 を招くおそれがある。この理由から、記録担体は、この記録担体上に配置された トナー像と共に、定着ニップへの供給前に予熱される。この場合、記録担体は、 既にトナー材料の溶融域に位置する温度にまで予熱されると好都合である。この 溶融域、つまりポリマトナーの場合には９０〜１２５℃である溶融域では、記録 担体に対する境界面においてトナーが既に容易に付着性となり、このことは定着 ニップにおける実際の定着を容易にする。エンドレス紙を用いて作動する印刷装 置または複写装置では、記録担体が通常、予熱サドルを介して予熱される。記録 担体はそのトナーを供給されていない面でこの予熱サドルに沿って滑動し、こう して熱を吸収する。この場合、熱はトナーとは反対の側で吸収されるので、固有 の記録担体の加熱後でしかトナーに対する境界面の加熱は行なわれないという問 題が生じる。このことは記録担体材料の厚さ、記録担体材料の構造および印刷速 度に関連して、予熱サドルによる加熱出力の迅速な供給を必要とする。熱定着時 の過程は、本発明の先行技術である米国特許第３９３８９９２号明細書に詳細に 開示されている。 記録担体を、トナー材料の溶融域にある温度にまで予熱するためには、記録担 体に前加熱区域において、主として記録担体の進入温度と進出温度との間の温度 差と、記録担体の熱容量とに関連した加熱出力が供給されなければならない。 加熱出力が過度に迅速にかつ不均一に供給されると、記録担体に生じる温度シ ョックに基づき波形またはアーチ形の永久変形が生じてしまう。このような変形 は定着過程全体と、特に印刷を施された記録担体の後処理とに不都合な影響を与 えてしまう。したがって、記録担体を前加熱区域においてできるだけゆっくりと かつ均一に加熱することが好都合となる。記録担体を永久変形なく加熱すること のできる速度のための重要な判断基準としては、温度上昇係数が検出される。温 度上昇係数（Ｋ／ｓｅｃ）は記録担体の加熱時における、１秒当たりの許容温度 上昇のための限界値を表わす。この温度上昇係数は、実験により求められる材料 依存値である。この場合に材料試料は時間に関連して動的に熱で負荷され、場合 によって残る変形および反りに関して検査される。記録担体として紙が使用され る場合、温度上昇係数が面積比重量に関連していることが判かった。紙が重くな ればなるほど、温度上昇係数はますます小さくなる。このことは、反りを回避す るためには、重い紙を薄くて軽い紙よりもゆっくりと加熱しなければならないこ とを意味している。しかし、１ つの印刷装置または複写装置において種々異なる紙製品が処理される場合には、 熱定着装置の前加熱ジオメトリおよび前加熱形式が、最も重い紙製品に対応して 設定されていなければならない。紙の温度上昇係数は面積比重量１６０ｇｒ／ｍ² において１２０Ｋ／秒であり、面積比重量７０ｇｒ／ｍ²において１５５Ｋ／秒 である。 したがって温度上昇係数は前加熱区域の長さもしくは加熱のために働く予熱サ ドルの長さを設定する際の重要なパラメータとなる。使用される最も重い記録担 体材料の、調節したい溶融温度および別のパラメータ、たとえば印刷速度に関連 して、供給したい所要加熱出力が求められると、所要の加熱区域長さもしくは予 熱サドルに沿った滑り面長さは、その他の境界条件、たとえばサドル表面と記録 担体との間の最小温度差におけるサドルに沿った一定の固有出力分布（ワット／ ｃｍ）もしくは均一な熱エネルギ流（ワット／面積）の維持下に求めることがで きる。このためには、たとえば具体的な実験構造において、算出されたサドル長 さから出発して、無接触作動式の赤外線測定器具を介して、最も重い記録担体に おける、最大許容印刷速度でのサドル表面に沿った進入時およびサドル表面から の進出時における記録担体の表面温度が測定され、このことから１秒当たりの温 度上昇が求められる。記録担体材料のあらかじめ求められた温度上昇係数との比 較 により、最適化が可能である。この場合、構成長さは少なくとも、温度上昇が前 記温度上昇係数よりも下になるように設定されていなければならない。しかし、 温度上昇係数は統計的な限界値であることを指摘しておかなければならない。こ の限界値が越えられると、量的な永久材料構造変化が生じ、この材料構造変化は 不都合であると認められる。 最悪のケースに合わせて最小サドル長さとサドル構造とが最適化されていると 、別の比較的軽い紙のためにもサドル長さを維持することができる。しかし場合 によっては、比較的薄い記録担体の記録のために必要となる、減じられた加熱出 力に対応して、この加熱出力を適宜に調整することが必要となる。この過程を自 動的に行なうためには、印刷装置は複写装置に運転パラメータ、たとえば紙の面 積比重量、印刷速度等を入力するための入力キーボードを設けることができる。 この場合、印刷装置または複写装置にたとえば装置制御装置の範囲で配置された コンピュータ制御される装置は所要の加熱出力を自動的に求め、この加熱出力を 加熱区域の加熱エレメントにおいて調節する。 前加熱サドルと加熱サドルとから構成されている、第１図に示したような予熱 サドルでは、加熱サドル出力全体を算出するために次のような関係が生ぜしめら れる。 Ｐ_max＝Ｐ_Pap＋Ｐ_H20＋Ｐ_H20蒸気＋Ｐ_対流 Ｐ_max＝Ｇ_Pap・max×ｖ_Pap×ｂ_Pap・max×Ｃ_Pap× Ｔ_Pap＋（Ｇ_H20max/A＊）×ｖ_Pap×ｂ_Pap×max ×Ｃ_H20×Ｔ_H20×＋ （ｑ_H20×Ｇ_H20蒸気）/ｔ_{2000枚葉紙}＋Ｐ_対流 Ｐ_max＝5895W＋1343W＋1608W＋300W Ｐ_max＝9146W パラメータの説明およびその値： これらの値は最も不都合な条件に該当する（最も重い紙、最も広幅の紙、最大 水含量） 紙予熱の温度 Ｔ_Pap．＝100℃−25℃＝75Ｋ 紙ウェブの速度 Ｖ_Pap．＝0.86m/s 最大固有紙重量 Ｇ_Pap・max＝0.16kg/m² 最大紙幅 ｂ_Pap・max＝0.457m 紙の固有熱 ｃ_Pap．＝1250J（kg×K） ２０００の枚葉紙当たりの 最大Ｈ２Ｏ含量 Ｇ_H20max＝3.2kg Ｈ２Ｏの加熱温度 Ｔ_H20＝70K ２０００の枚葉紙当たりの 蒸発したＨ２Ｏ含量 Ｇ_H20蒸気＝0.5kg Ｈ２Ｏの蒸発熱 ｑ_H20＝2281×10³J/kg Ｈ２Ｏの固有熱 Ｃ_H20＝4180J/（kg×K） ２０００の１２インチ枚葉紙当たりの 運転時間 ｔ_{2000枚葉紙}＝（609.6m）/（0.8 6m/s）＝709s 長い紙ウェブの２０００の 6m/s）＝709s 長い紙ウェブの２０００の １２インチ枚葉紙の面積 A*＝274m² 出力は加熱・予熱サドルの全長にわたって均一に分配されている。 このことは、３００ｍｍの加熱サドル長さおよび２４０ｍｍの予熱サドル長さ において１６９Ｗ／ｃｍの紙走行方向における固有出力分布が得られることを意 味している。 エンドレス紙に印刷を施すための電子写真式の印刷装置は、第１図に示した熱 定着装置を有している。この熱定着装置は熱圧定着装置として構成されている。 この熱定着装置は、放射器１０を介して加熱された加熱ローラ１１と、この加熱 ローラ１１に対して電気モータによって接近・離反旋回可能な押圧ローラ１２と を有している。加熱ローラはアルミニウム円筒体と、このアルミニウム円筒体上 に配置された耐熱性の被覆体とから成っている。押圧ローラは同じくアルミニウ ム円筒体を有しており、このアルミニウム円筒体はシリコーンから成る被覆体を 備えている。加熱ローラ１１は電気モータにより駆動される。加熱ローラ１１に は、この加熱ローラ１１に分離オイルを塗布するためのオイル塗布装置１３が配 属されている。記録担体搬送方向で見て前記両ローラには、加熱された予熱サド ル１５が前置されている。この予熱サドル１５には、負圧ブレーキ１６が所属し ている。予熱サドル１５は、エンドレス紙として形成された記録担体１７を予熱 し て、この記録担体１７を予熱された状態で、加熱ローラ１１と押圧ローラ１２と の間の固有の定着ニップに供給するために働く。負圧ブレーキ１６によって制動 されると同時にローラを介して駆動されて、記録担体１７は予熱サドル１５に沿 って張設されて案内される。記録担体に存在するルーズなトナー像は予熱サドル １５で予熱されて、加熱ローラ１１と押圧ローラ１２との間で熱と圧力とにより 定着される。 加熱ローラ１１と押圧ローラ１２とに紙走行方向で見て後置された冷却装置１ ８は、加熱された紙の冷却を行なう。このためには冷却装置１８が、開口を備え た冷却面１９を有している。この冷却面１９は記録担体１７によって擦過される 。この場合、空気供給通路２０を介して供給される冷たい空気が開口から流出し て、記録担体１７の下に冷却空気クッションを生ぜしめる。それと同時に、反対 の側に位置する成形材を介して記録担体のトナーを被着された面に空気が吹き付 けられる。 前記熱定着装置では、エンドレス紙１７の予熱が予熱サドル１５を介して行な われる。この予熱サドル１５は相前後して配置された、加熱された２つのサドル 部分から成っている。すなわち、予熱サドル１５は位置固定の前加熱サドル部分 ２１と、旋回支点２２を介して旋回可能な加熱サドル部分２３とから成っている 。前加熱サドル部分２１と加熱サドル部分２３とは紙走 行方向で見て２つの別個の加熱区域を形成している。前加熱区間全体は約５００ 〜７００ｍｍの長さを有している。エンドレス紙１７は予熱時に、トナーを有し ない側で前加熱サドル部分２１もしくは加熱サドル部分２３に設けられた滑り面 ２４に沿って滑動する。 サドル部分と紙との間に良好な接触を形成し、ひいては温度差を小さく保持す るためには、滑り面もしくはサドル部分が湾曲させられて形成されている。この 場合に湾曲半径は図示の実施例では７００ｍｍである。加熱ローラ１１および押 圧ローラ１２による引張りと相まった滑り面の湾曲形成と、負圧ブレーキ１６に よる制動とに基づき、サドル全長にわたって、エンドレス紙１７を滑り面２４に 圧着させる力成分が作用する。さらに、これによってサドルに沿った紙走行の安 定性が危険にさらされる。さらに第２図から判かるように、前加熱サドル部分２ １もしくは加熱サドル部分２３は紙走行方向に対して横方向で細長い凹部２５を 有している。この凹部２５はサドルの全幅にわたって延びている。この凹部２５ は側方の孔２６を介して負圧通路２７に接続されている。負圧通路２７はサドル の下方に延びていて、負圧を形成する装置、たとえばポンプに接続されている。 この負圧により、記録担体（紙）はサドルの滑り面２４に吸着され、予熱によっ て自由となった水蒸気は吸い取られる。 前加熱サドル部分２１もしくは加熱サドル部分２３ の加熱は、交換可能に配置された加熱カートリッジ２８として形成された電気的 な抵抗素子によって行なわれる。加熱カートリッジ２８を収容するためには、前 加熱サドル部分２１もしくは加熱サドル部分２３が、一貫して延びる孔２９を有 している。この孔２９は故障時に個々の加熱カートリッジ２８の交換を可能にす る。さらに、これによって前加熱サドル部分２１もしくは加熱サドル部分２３を アルミニウム押出しプレス成形体から廉価に製造することができる。 両サドル部分における加熱カートリッジの配置により、各サドル部分２１；２ ３は紙走行方向に対して横方向で３つの加熱区域３０／１，３０／２，３０／３ に分割されている（第２図）。これらの横方向加熱区域３０／１，３０／２，３ ０／３はサドル部分を種々の記録担体幅に適合させるために役立つ。第１の加熱 区域３０／１は片側で、位置固定の紙走行縁部３１によって制限される。この加 熱区域３０／１は最小記録担体幅に相当する幅を有している。最大記録担体幅に までの残りのサドル範囲は、同じ幅を有する両加熱区域３０／２，３０／３に分 割されている。各横方向加熱区域３０／１；３０／２；３０／３は加熱区域を制 御するための温度センサ３２／１；３２／２；３２／３を有している。この温度 センサはそれぞれ紙走行方向に対して横方向で、各加熱区域のほぼ真ん中に位置 している。紙走行方向で見てセンサ位置は、印刷装置 の準備状態（スタンバイ）でも印刷運転時でも同じ温度が制御されるように設定 される。これによって、温度制御は容易となる。温度センサ３２／１，３２／２ ，３２／３の制御温度および位置は、開始段階でのサドル端部における紙温度が 、長時間の印刷段階時と同じ高さとなるように設定される。好都合なセンサ位置 としては、サドル真ん中から最後の１／３までの範囲が有利であることが判かっ た。 加熱区域３０／１，３０／２，３０／３は孔２９内での加熱カートリッジ２８ の配置によって形成される。このことは次のようにして行なわれる： 紙走行方向で見てサドルの第１の孔に、両側から両外側の加熱区域３０／１， ３０／３のための各１つの加熱カートリッジが押し込まれる。第２の孔には、真 ん中の加熱区域３０／２のための加熱カートリッジ２９が押し込まれる。第３の 孔は第１の孔と同様に装備される。したがって、各加熱区域３０／１；３０／２ ３０／３には６つの加熱カートリッジ２８が設けられる。 第４図および第５図に示したように、加熱区域３０／１，３０／２，３０／３ の加熱カートリッジ２８は三相交流網の相Ｒ，Ｓ，ＴおよびＮにおいて運転され る。三相交流網（米国、欧州）の形式に関連して、加熱カートリッジは対になっ て直列に接続される（第５図）（欧州三相交流網）か、または並列に接続される （第４図）（米国三相交流網）。 これによって、各加熱区域３０／１，３０／２，３０／３には３つの加熱カー トリッジ対が存在している。３つの相を全て均一に負荷するためには、第１の加 熱カートリッジ対が相Ｒ，Ｓに接続され、第２の加熱カートリッジ対が相Ｓ，Ｔ に接続され、第３の加熱カートリッジ対が相Ｒ，Ｔに接続される。しかし、第４ 図および第５図に示した個々の加熱カートリッジ２８の接続は、使用される運転 回路網に関連して任意に変化させることができる。 サドル部分の表面温度、ひいては記録担体の温度は、第３図に示したような制 御装置によって調節される。 この制御装置は調整素子３３を有している。この調整素子は、たとえば加熱カ ートリッジ２８を電源部分３４に結合するための個々のリレーとして形成されて いる。この調整素子には、加熱カートリッジ２８を備えた制御区間３５が後置さ れている。実際温度は温度センサ３２／１，３２／２，３２／３を介して検出さ れて、センサによって電気的な制御信号に変換され、後続の増幅器３７で増幅さ れる。制御装置３９は実際温度を、あらかじめ規定された目標温度ＴＳと比較し て、制御偏差に関連して目標温度ＴＳに調節する。 マイクロプロセッサ制御される制御装置３９はアナログ・デジタル変換器４０ を有している。このアナログ・デジタル変換器４０は所属のプログラム制御され る２点制御器４１を備えている。このアナログ・デジタル変換器４０はさらに、 中央ユニットＣＰＵを有している。この中央ユニットは対応するメモリ範囲ＳＰ １，ＳＰ２に接続されている。マイクロプロセッサ制御される制御装置３９はさ らに、印刷装置のコントローラ４２に結合されている。このコントローラは汎用 の形式で構成されて、印刷装置に設けられた操作パネル４３を備えている。制御 装置全体は印刷装置の装置制御装置の要素であってよい。固有の電源部分３４に 結合されている付加的な低電圧電源部分４４は装置制御装置に対する給電を行な い、ひいてはマイクロプロセッサ制御される制御装置３９に対する給電を行なう 。 既に冒頭で説明したように、種々異なる材料構造、特に種々異なる面積比重量 を有する記録担体の使用時では、予熱サドルに供給される加熱出力が適宜に調整 されなければならない。同じことは、印刷を施したい記録担体にサドル出口温度 を適合させることにも言える。この加熱出力もしくは予熱サドルにおけるその他 のパラメータ、たとえば出口温度を調節するためには、印刷装置が、種々の運転 パラメータ、たとえば記録担体の面積比重量、予熱サドルにおける所望の出口温 度等を入力するための操作パネル４３を有している。この操作パネルはコンピュ ータ制御される装置に接続されている。この装置は制御装置３９の一部であって よ く、中央ユニットＣＰＵを有している。この中央ユニットは対応するメモリＳＰ １，ＳＰ２に接続されている。 メモリＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３には、対応表または特性線がメモリされている 。操作パネル４３を介して対応するパラメータが入力された後に前記対応表また は前記特性線を介して、予熱サドルの、制御したい対応する電気的な値が対応さ れる。これらの値は次いで制御装置３９に目標値として供給される。図示の実施 例では、操作パネル４３を介して目標温度ＴＳが入力され、この場合、目標温度 としては、紙がサドル装置（予熱サドル１５）から進出する際の温度もしくは紙 が両ローラ１１，１２の間の定着区域に進入する際の進入温度が供給される。運 転パラメータの記載は例示的なものに過ぎない。印刷速度の変化時または紙幅の 変化時では、同じく加熱出力の調整が必要となる。このことは、個々に制御可能 に構成された、記録担体走行方向に対して横方向で予熱サドル１５に配置された 横方向加熱区域３０／１，３０／２，３０／３の対応する接続によるか、もしく は調節された印刷速度の検出により自動的に行なわれる。印刷速度の変化は全体 的に印刷装置の多数のユニットに作用する。エンドレス紙で作動する電子写真式 の印刷装置では通常の場合では、一定の記録担体送り速度（印刷速度）で作業さ れる。 第６図に示した線図につき、制御装置の機能を説明する。線図の横座標軸Ｘは サドル表面に沿った紙進入を起点とした位置（ｍｍ）を示しており、縦座標軸Ｙ は温度（℃）を示している。曲線Ｐ１では、紙もしくは記録担体における温度経 過が示されている。曲線ＶＤ，ＶＳは前加熱サドル部分２１のサドル表面の温度 経過を印刷運転時ＶＤとスタンバイ運転時ＶＳとにおいて示している。曲線ＨＤ ，ＨＳは加熱サドル部分表面における温度経過を印刷運転時ＨＤとスタンバイ運 転時ＨＳとにおいて示している。前加熱サドル部分および加熱サドル部分のセン サの位置は曲線ＳＶ，ＳＨで示されている。この場合、図示の線図は前加熱サド ル部分と加熱サドル部分との加熱区域３０／１内部での温度経過を示しており、 しかもこの場合、この加熱区域３０／１だけが作動している場合の温度経過を示 している。すなわち、最小幅を有する記録担体がサドルを擦過している場合の温 度経過を示している。異なる別の幅の記録担体が使用されると、加熱区域３０／ ２；３０／３が付加的に作動させられて、類似の温度経過が生ぜしめられる。 予熱サドル１５のサドル温度は制御装置を介して、しかも加熱区域の制御、つ まり加熱サドル部分２３と前加熱サドル部分２１との制御によって制御される。 制御の目的は一定の目標サドル温度である。この場合、サドル温度として操作パ ネル４３を介してサドルから の進出後の紙の進出温度が入力可能である。次いで、マイクロプロセッサ制御さ れる制御装置３９はこの目標サドル温度を前加熱サドル部分２１と加熱サドル部 分２３とにおける対応する目標温度に変換して、この目標サドル温度を一緒に制 御する。調節したい目標温度の高さは、使用される記録担体の種類や材料構造お よび印刷速度、つまり印刷装置の紙送り速度に関連している。標準紙において、 約０．８９ｍ／秒の紙送り速度に相当する印刷速度の場合に、紙はサドル入口に おいて２０℃の温度を有していて、約１００℃の紙進出速度にまで加熱されると 望ましい。加熱カートリッジ２８は予熱サドル１５の加熱区域２１；２３に沿っ て配置されていて、サドルから紙への、単位面積当たりの熱エネルギ流がサドル に沿って一定になるように制御される。さらに、予熱サドルの長さは原則的に、 サドル表面（滑り面）と紙との間の温度差△Ｔが一定となりかつできるだけ小さ くなるように設定されている。しかし、サドルの長さは提供される最大構成長さ によって制限されていて、しかも印刷装置毎に変わる。しかし、紙のできるだけ 穏やかな加熱を得る目的で、できるだけ大きな長さが目標とされる。 問題はスタンバイ段階もしくは始動段階から印刷運転への移行時における温度 経過の動的特性である。始動段階、つまり紙なしの段階またはスタンバイ段階、 つまり載置された紙を有する段階においては、サドル の熱放出が対流によってしか行なわれない。それにもかかわらず、紙は始動段階 もしくはスタンバイ段階において過剰に加熱されないことが確保されていなけれ ばならない。このことは、前記サドル構造および制御に基づき確保される。 この場合にスタンバイ運転時でも印刷運転時でも、サドル温度は一定に保持さ れる。この場合、前加熱サドル部分は約８０℃の温度を有しており、加熱サドル 部分は約１３０℃の温度を有している。これにより、第６図に認められる温度経 過が生ぜしめられる。スタンバイ運転時では、前加熱サドル部分がその全面にわ たって曲線ＶＳに対応する８０℃の温度を有し、加熱サドル部分はその全面にわ たって曲線ＨＳに対応する１３０℃の温度を有する。印刷運転の開始後に温度経 過はセンサ位置ＳＶ，ＳＨを中心にして旋回するので、印刷運転時では曲線ＶＤ ，ＨＤによって示された定常温度経過が生ぜしめられる。この定常状態では、サ ドル表面と紙との間の温度差△Ｔがサドル表面に沿ってほぼ一定となる。 制御された加熱区域の数が増大させられると、一定の温度差の一層正確な調節 が可能となる。しかしこのことは、付加的な手間を生ぜしめる。図示したように 、この条件は、２つの加熱区域、つまり前加熱サドル部分と加熱サドル部分とを 有する１つのサドルでも達成可能である。詳細な制御経過は次の通りである： 紙が印刷装置に挿入されて、定着ステーションに通された後に、使用される紙 に対応して操作パネル４３を介して目標温度ＴＳが入力される。マイクロプロセ ッサ制御される制御装置３９は調整素子３３を介して加熱カートリッジ２８を電 源部分の三相交流網の相に接続する。目標温度が達成された後に、印刷装置のコ ントローラ３４には定着ステーションの運転準備が報知される。印刷運転の開始 後に、紙温度、紙重量、印刷速度、紙厚さ、紙表面特性および紙幅に関連してサ ドルから紙を介して熱が排出される。この外乱量影響は第３図に示した制御回路 においては、外乱量ＳＧとして記号により示されている。外乱量ＳＧが差し引か れた後に得られる実際温度は温度センサ３２／１，３２／２，３２／３を介して 検出されて、電気的な信号の形でマイクロプロセッサ制御される制御装置３９に 供給される。これにより、規定された目標温度が達成されて、第６図から判かる 温度分布が生じるまで調整素子３３が適宜に作動させられる。 冒頭で第１図に関連して説明したように、予熱サドル１５の加熱サドル部分２ ３は旋回可能に印刷装置に配置されている。この目的のためには、第７図から認 められるように加熱サドル部分の入口側の端部が、軸受け２２を介して印刷装置 フレームに着脱自在に旋回可能に支承されている。この加熱サドル部分はほぼ真 ん中に、加熱サドル部分に回転可能に支承されたカム ローラ４５を有している。このカムローラ４５は、印刷装置フレームに運動可能 に支承された偏心的なかたつむりカム４６と協働する。かたつむりカム４６はカ ム軸４７を介して駆動される。このカム軸４７はステップモータ（図示しない） に結合されている。かたつむりカム４６の回転により、加熱サドル部分２３は旋 回支点２２を中心にして旋回する。これによって、加熱サドル部分２３は印刷装 置の運転状態に関連して種々異なる位置に位置決めされ得る。すなわち、加熱サ ドル部分２３は、押圧ローラ１２が当接旋回させられた状態の定着運転に対応す る運転位置（位置Ａ；第２図に実線で示した）と、押圧ローラ１２が離反旋回さ せられた状態のスタンバイ運転に対応する運転位置（位置Ｂ；第２図に一点鎖線 で示した）とに位置決めされ得る。準備位置においては、記録担体１７が、高温 の定着ローラ１１から離反する方向で旋回させられる。しかし、記録担体１７は 相変わらず、加熱された予熱サドル１５に載置されている。 記録担体１７の予熱時では、この記録担体が紙または紙に類似の材料から成る 場合でも、プラスチックから成る場合でも、記録担体材料の気化または別の不都 合な効果、たとえば水損失等により記録担体が収縮してしまう問題が生じる。こ のことは、ある程度の幅減小を招いてしまう。これによって、加熱されない紙走 行範囲への移行時に小さな波形しわまたは反りが生じ てしまう。 このような不都合な現象は特にスタンバイ運転時において認められる。すなわ ち、このスタンバイ運転時では、連続的に加熱される加熱サドル部分において、 運動させられない記録担体が極めて長時間、加熱サドル部分の熱にさらされてし まう訳である。この場合、印刷運転の再開時にサドルが接近旋回により運転位置 にもたらされ、前加熱された記録担体が定着ローラと押圧ローラとの間の定着ニ ップに供給されると、形成された反りは定着ニップを通過する際に圧力と熱とに よって記録担体内に撫で込まれ、このことは印刷像を敏感に損なってしまう。 このことを阻止するためには、加熱サドル部分２３が定着ニップに面した端部 に平滑化エッジ４８を有している。この平滑化エッジ４８は滑り面２４の比較的 鋭角な丸みとして形成されている。記録担体ウェブが、加熱サドル部分２３から の進出時に予熱サドル出口範囲に配置されたこの加熱サドル部分エッジ、つまり 平滑化エッジ４８にできるだけ大きな角度４９で巻き掛かると、記録担体のこの 反りは定着ニップへの進入前に、巻き掛けられたサドル縁部４８を介して平滑に される。 加熱サドル部分エッジ、つまり平滑化エッジ４８は、できるだけ定着ニップの 近くに位置決めされていると望ましい。少なくとも７゜以上の変向角度が有利で あ ることが判かった。ただし、平滑化効果は制限された規模で、既に５°または６ ゜の変向角度でも生じる。変向角度４９とは、加熱サドル部分２３の滑り面２４ からの進出時に記録担体の走行方向が変化した角度を意味する。加熱サドル部分 ２３の滑り面２４が湾曲させられている、第７図に示した実施例では、このこと は平滑化エッジ４８の範囲における滑り面方向（接線方向）と、平滑化エッジ４ ８と定着ニップとの間の定着ニップに対する記録担体の供給方向との間の角度で ある。 平滑化エッジ４８が準備位置（スタンバイ運転）において記録担体１７に刻印 されないようにするためには、加熱サドル部分２３がスタンバイ運転時に離反旋 回させられて、記録担体が平滑化エッジ４８に載置されたり、平滑化エッジ４８ によって巻き掛けられたりしないようになっている。 熱定着装置の第１図に示した実施例では、予熱サドル１５が位置固定の前加熱 サドル部分２１と、旋回可能に配置された加熱サドル部分２３とから成っている 。このような分割は、加熱サドル部分２３を介して小さなサドル質量を旋回させ るだけで済むという理由からも好都合である。さらに、この分割に基づき、予熱 サドル１５を加熱区域モジュール、たとえば位置固定の加熱区域モジュール「前 加熱サドル部分」と、旋回可能なモジュール「加熱サドル部分」とから構成する こ とが可能となる。しかし予熱サドル１５はたとえば加熱サドル部分を形成する１ つのモジュールと、前加熱サドル部分を形成する複数のモジュールとから構成す ることもできる。この場合、これらのモジュールは組み合わされて予熱サドル１ ５を形成する。こうして、たとえば種々異なる印刷速度を有する種々の印刷装置 のための予熱サドルを簡単に形成することができる。たとえば１つの印刷装置の 印刷速度が減じられ、ひいては記録担体走行速度が減じられると、必要とされる 予熱サドル長さも減じられる。したがって場合によっては、モジュール「前加熱 サドル部分」は完全に不要となり、予熱サドルとしては旋回可能な加熱サドル部 分モジュールしか必要とされなくなる。他方において印刷速度の増大時には、別 の加熱区域モジュールの増設によって予熱サドルを延長することができる。 特に前記熱定着装置を介して紙にトナー像を定着させるために十分に適してい るトナー材料としては、架橋トナーが有利であることが判かった。定着時の穏や かな加熱に基づき、架橋トナーの既存の有利な定着特性は一層改善される。架橋 トナーとしては、たとえばボリエステルまたはスチロール基を有する重合体また はスチロール基から成る重合体から成る少なくとも２５重量％のトナー粒子を有 するトナーを使用することができる。このような重合体は、トナー粒子の溶融域 が非架橋重合体を有する対応するトナー粒子と比べて 少なくとも１０％だけ高められるような程度にまで共有結合架橋またはイオン架 橋されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホフマン， ヨアヒム ドイツ連邦共和国 Ｄ―81735 ミュンヘ ン シュタウディンガーシュトラーセ 65 (72)発明者 コップ， ヴァルター ドイツ連邦共和国 Ｄ―82024 タウフキ ルヒェン キルシェンシュトラーセ 70 (72)発明者 ヴィンデレ， ヨーゼフ ドイツ連邦共和国 Ｄ―82178 プーフハ イム ミュンヒナー シュトラーセ 50 アー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．印刷装置または複写装置で帯状の記録担体（１７）にトナー像を定着させ るための熱定着装置であって、 記録担体（１７）にトナー像を熱定着させるための熱圧定着装置（１１，１２ ）が設けられており、 該熱圧定着装置（１１，１２）に記録担体走行方向で見て前置された、記録担 体（１７）を予熱して案内するための加熱された予熱サドル（１５）が設けられ ている形式のものにおいて、 該予熱サドル（１５）が、記録担体走行方向で複数の加熱区域（２１，２３） に分割されており、該加熱区域（２１，２３）が複数の加熱エレメント （２８ ）を有しており、該加熱エレメント（２８）が、少なくとも前記加熱区域（２１ ，２３）の内部で記録担体（１７）を受容する滑り面（２４）を均一に加熱する ようになっており、 前記加熱区域（２１，２３）に対応する制御装置が設けられており、該制御装 置が、記録担体材料、記録担体重量、印刷速度および調節したいサドル出口にお ける記録担体温度のような印刷装置または複写装置の運転パラメータに関連して 規定された、前記加熱区域（２１，２３）の加熱出力を調節して、前記予熱サド ル（１５）に沿って前記滑り面（２４）から記録担体 （１７）へのほぼ一定の熱エネルギ流が生ぜしめられるようになっており、 前記予熱サドル（１５）が、低温サドルとして形成されており、該低温サドル が、加熱される前記滑り面（２４）の所定の最小全長、つまり前記加熱区域（２ １，２３）の規定の加熱出力で、記録担体（１７）における記録担体材料に関連 した所定の温度上昇係数が超過されないような最小全長を有していることを特徴 とする、低温予熱サドルを備えた印刷装置または複写装置に用いられる熱定着装 置。 ２．記録担体（１７）が紙材料または紙に類似の材料から成っており、記録担 体（１７）における温度上昇係数が最大１８０℃（Ｋ／秒）である、請求項１記 載の熱定着装置。 ３．制御装置が設けられており、各加熱区域（２１，２３）に対応する温度セ ンサ（３２／１，３２／２，３２／３）が設けられており、該温度センサが、予 熱サドル（１５）の表面温度を検出して、電気信号の形で比較装置（３９）に供 給するようになっており、該比較装置（３９）が、実際表面温度を、前記加熱区 域（３０／１，３０／２，３０／３）に対応する目標表面温度と比較し、この比 較に関連して前記加熱エレメント（２８）の電気的な制御が行なわれるようにな っている、請求項１記載の熱定着装置。 ４．前記加熱区域（２１，２３）に、記録担体走行 方向で前記予熱サドル（１５）のほぼ真ん中から最後の１／３にまでの範囲にセ ンサ（３２／１，３２／２，３２／３）が配置されている、請求項３記載の熱定 着装置。 ５．前記予熱サドル（１５）が、前加熱サドル部分（２１）として形成された 、低い温度の第１の加熱区域と、紙走行方向で見て後置された加熱サドル部分（ ２３）として形成された、比較的高い温度の第２の加熱区域とを備えている、請 求項１から４までのいずれか１項記載の熱定着装置。 ６．前記予熱サドルに、前記加熱エレメント（２８）を交換可能に収容するた めの孔（２６）が配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の熱 定着装置。 ７．記録担体（１７）の幅に関連して個々に制御可能に形成された、記録担体 走行方向に対して横方向に前記予熱サドル（１５）に形成された複数の横方向加 熱区域（３０／１，３０／２，３０／３）が設けられている、請求項１から６ま でのいずれか１項記載の熱定着装置。 ８．前記横方向加熱区域（３０／１，３０／２，３０／２）に対応するセンサ （３２／１，３２／２，３２／３）が設けられており、該センサが、記録担体走 行方向に対して横方向で前記各横方向加熱区域（３０／１，３０／２，３０／３ ）に対してほぼ真ん中に配 置されている、請求項７記載の熱定着装置。 ９．最小記録担体幅に対応する第１の横方向加熱区域（３０／１）と、該第１ の横方向加熱区域（３０／１）に続いた、ほぼ同じ幅の第２の横方向加熱区域（ ３０／２）と第３の横方向加熱区域（３０／３）とが設けられている、請求項７ または８記載の熱定着装置。 １０．前記両加熱区域（２１，２３）の滑り面（２４）に開口（２５）が配置 されており、該開口（２５）が、負圧を形成する吸込装置（２７）に接続されて いる、請求項１から９までのいずれか１項記載の熱定着装置。 １１．前記開口（２５）が、前記両加熱区域（２１，２３）の幅にわたって延 びるスリット状の凹部として形成されており、該凹部が、側方の吸込開口（２６ ）を備えている、請求項１０記載の熱定着装置。 １２．前記予熱サドル（１５）が、湾曲させられた滑り面（２４）を備えてお り、該滑り面（２４）が所定の湾曲半径を有しており、記録担体（１７）が定着 運転時にサドル全長にわたって前記滑り面（２４）に載着するように前記湾曲半 径が設定されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の熱定着装置。 １３．前記予熱サドル（１５）が、熱圧定着装置（１１，１２）に対応する端 部に滑りエッジ（４８）を有しており、該滑りエッジ（４８）を介して記録担 体（１７）が、前記滑りエッジ（４８）の範囲で前記滑り面（２４）により規定 された走行方向から熱圧定着装置（１１，１２）に対する供給走行に変向される ようになっており、しかも記録担体（１７）に滑り効果が加えられるように変向 角度（４９）が設定されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の熱 定着装置。 １４．前記変向角度が少なくとも７゜である、請求項１３記載の熱定着装置。 １５．熱圧定着装置（１１，１２）に対応する、加熱される定着ローラ（１１ ）が設けられており、 前記予熱サドル（１５）が、記録担体走行方向で見て前記定着ローラ （１１ ）の手前で旋回可能に配置されていて、定着運転に対応する運転状態で記録担体 が前記滑りエッジ（４８）を介して前記定着ローラ（１１）に供給されて、準備 運転に対応する状態で前記定着ローラ（１１）から持ち上げられるようになって おり、しかも前記滑りエッジ（４８）による変向が行なわれない、請求項１２か ら１４までのいずれか１項記載の熱定着装置。 １６．前記予熱サドル（１５）が、自動的に組込み可能な加熱区域モジュール から構成されており、該加熱区域モジュールが、位置固定的に組込み可能な前加 熱区域または旋回可能に組込み可能な加熱モジュールとして形成されており、各 加熱モジュールに少なくと も１つの加熱区域（２１，２３）が対応している、請求項１から１５までのいず れか１項記載の熱定着装置。 １７．前記予熱サドル（１５）の加熱出力に影響を与える運転パラメータを入 力するために印刷装置または複写装置に周辺の入力手段（４３）が設けられてお り 印刷装置または複写装置に設けられた前記入力手段（４３）に対応する、入力 された運転パラメータに関連して前記予熱サドル（１５）における加熱出力を調 節するためのコンピュータ制御される装置（ＣＰＵ、ＳＰ１、ＳＰ２）が設けら れている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の熱定着装置。 １８．請求項１から１７までのいずれか１項記載の熱定着装置を備えた印刷装 置または複写装置。 １９．記録担体（１７）にトナー像を定着させるための方法において、加熱さ れた前加熱区域（１５）に沿って記録担体（１７）を、トナー像材料の溶融範囲 に対応する溶融温度にまで予熱し、この場合、記録担体（１７）を加熱するため に必要となる加熱出力を前記前加熱区域（１５）に沿って記録担体（１７）に供 給して、前記前加熱区域（１５）に沿って記録担体（１７）に対してほぼ均一な 熱エネルギ流を生ぜしめ、しかも記録担体材料に関連した温度上昇係数を超過し ないようにし、 加圧と、トナー像材料の溶融範囲に対応する溶融温 度へのトナー像の加熱とにより、予熱された記録担体（１７）にトナー像を定着 させることを特徴とする、記録担体にトナー像を定着させるための方法。 ２０．トナー材料の溶融範囲が１００〜１４０℃である、請求項１９記載の方 法。 ２１．トナー像が、重合体化合物から成る熱定着可能なトナー粒子を含有して おり、この場合、トナー粒子の少なくとも２５重量％がポリエステル基またはス チロール基を有する共役重合体またはイオン架橋重合体から成っている、請求項 １９または２０記載の方法。