JPH10115990A - 硬質ロールと組み合わせた長接触低温ベルト式融解装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デュアル硬質ロールとデュアル弾性ベルトを
組み合わせた融解装置を提供する。 【解決手段】 弾性ベルト２０、２６をその回りに巻き
付けた一対の硬質加熱融解ロール１２、１４は、ベルト
の一部が前記一対のロールに挟まれてニップ領域を形成
するように支持されている。ベルト部は、ベルトの密着
性を提供するのに十分な厚みを有し、その結果高品質の
融解画像が得られる。１本のベルトは１つの硬質ロール
に一部巻き付き、トナー像３６を保持している基板３４
が走行する拡張加熱領域３２と組合せ加熱加圧領域３８
を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般的には電子写真
式複写機に関し、特に、間にベルトを挟んで加圧ニップ
を形成している一対の硬質融解ロールにそれぞれ巻き付
けられた一対の加熱された弾性ベルトの間を基板が通過
することによって、基板上に保持された熱可塑性粉体ト
ナーを加熱加圧して定着させる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真の工程では、複写される原本の
光像は、通常、静電潜像の形で感光体に記録され、次い
で潜像は一般的にはトナーと言われる検電性のマーキン
グ粒子を用いて可視化される。可視化されたトナー像
は、感光体上に直接定着されるか、または、感光体から
普通紙などの別の基板上に転写され、次いで種々の方法
の中から、たとえば加熱と加圧によって基板上に固着さ
れる。

【０００３】検電性のトナー材を加熱と加圧によって基
板上に固着または融解するためには、トナー材の温度を
トナー材の成分が融合して粘着力を持つ温度にまで上げ
て、同時に加圧することが必要である。この操作によっ
て、トナーはある程度基板の繊維や孔の中に流れ込む
か、さもなければ基板の表面を流動する。その後トナー
材が冷えると、トナー材の固化が起こり、トナー材は基
板に堅く固着する。電子写真技術においても静電記録技
術においても、熱エネルギーと圧力を利用してトナー像
を基板上に定着する方法は従来よりよく知られている。

【０００４】検電性のトナー像を基板上に加熱加圧して
融解するための一つの手法は、トナー像を保持した基板
を、一対の対向したローラ部、そのうちの少なくとも１
つは内部から加熱されたローラ部の間に通すことであっ
た。この種の融解システムの操作では、トナー像が静電
気的に接着している基板を、ロール間に形成されたニッ
プの間を走行させてトナー像を融解ロールに接触させる
ことにより、ニップ内でトナー像の加熱を実行する。こ
の種の装置では、トナー像の温度プロフィルはニップを
通過するにつれて次第に上昇して最高温度に達するが、
圧力プロフィルは対称的な形となる。言い換えれば、ニ
ップの圧力は、ニップの入口でゼロから上昇してニップ
を半分通過したあたりで最大圧に達し、ニップ出口付近
でゼロに戻る。ニップ圧をニップの位置に対してプロッ
トすると放物線のような形状になる。圧力プロフィルが
対称的であるということは、結果的に、まだ溶融状態に
達していないトナーに高圧を加えていることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】より速い工程速度、し
たがって、より速い融解速度が要求されると、ロール式
の融解装置を用いて適切な融解ニップを得るのはますま
す難しくなる。これは、ニップの幅がロール直径の平方
根にほぼ従って変化するためである。したがって、たと
えば工程速度を２倍にするにはニップの幅を２倍にする
必要があるが、それには融解加圧ロールの直径を４倍に
増やさなければならない。さらに、ロールが大きくなる
と、より大きい荷重が必要となり、起動特性が低下す
る。このような欠点はベルト式融解装置には当てはまら
ない。したがって、従来のベルト式融解装置には、融解
速度を上げるために、大きなニップ領域が備えられてい
る。しかしながら、公知の装置は、米国特許第５，０５
３，８２９号に開示された融解装置を除いて、すべて、
ピークの圧力がピークの温度と合っていないために機械
エネルギーを本来的に無駄にしている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】ロール式融解装置では、
トナーを流動化して普通紙などの基板に定着させるため
に、接触領域のかなりの部分がトナー温度を上げるのに
用いられる。融解工程では、融解させるのに使える時間
は非常に短い。もし、トナーと用紙が適切に加熱されて
いれば、短い圧力パルスで十分である。

【０００７】硬質ロールと連動するベルトを利用して、
長い予熱領域を含む拡張接触領域を提供するような設計
になっている本発明の融解装置では、定着性及び軟質ロ
ール型密着整合性を達成するには短い高圧領域が適切で
ある。これによって、ニップ形成融解ロール（Ｎｉｐ
Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｆｕｓｅｒ Ｒｏｌｌ、ＮＦＦＲ）ま
たはニップ形成加圧ロール（Ｎｉｐ Ｆｏｒｍｉｎｇ
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｏｌｌ、ＮＦＰＲ）融解装置を厚
いゴムで被覆する必要がなくなる。２個の加圧融解ロー
ルに巻き付けられた２本の融解ベルトが提供するゴムの
厚さは約０．０２０インチであるが、予熱のための密接
な接触と融解ニップで必要とされる圧を提供するにはこ
れで十分である。

【０００８】このようにベルトを配置することで、安価
なベルトを定期的に交換するだけでよい“ライフオブマ
シン”ロールを融解装置に使用できる。このような融解
装置は、従来のロール式融解装置と比較して、サービス
コストだけでなく信頼性も非常に改善される。さらに、
総荷重が著しく減少するので（従来のロール式融解装置
の１０００ポンド＠１２０ｃｐｍに対し、本装置の＜１
００ポンド）、駆動トルクはかなり小さくてすむ。融解
ロールの駆動トルクが小さくなると、従来のロール式融
解装置が、その融解装置を組み込んだ機械にもたらす有
害な動きが減少する。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明の目的
は、一対の変形しない硬質ロール１２と１４を含む加熱
加圧融解装置１０であることがわかる。当該硬質ロール
１２と１４は、内部に熱源１６と１８を備えている。

【００１０】弾性ベルト２０の形態をした第一の長く伸
びた融解部は、硬質ロール１２と支持ロール２２に巻き
付けられている。ロール２２、ひいては第一の弾性ベル
ト２０の温度を上昇させるために補助の内部熱源２４が
備えられている。

【００１１】弾性ベルト２６の形態をした第二の長く伸
びた融解部は、ロール１４と支持ロール２８に巻き付け
られている。支持ロール２８内部の補助の熱源３０はロ
ールとベルト２６の温度を上昇させるのに使われる。弾
性ベルトの厚さは合わせて約０．０２０インチで、各々
の厚さはほぼ等しい。各ベルトの厚さは約０．０１から
０．０６インチである。ベルトの幅は約２０インチであ
る。ベルトは弾性と粘着性のある材料、たとえばシリコ
ンゴムやＶｉｔｏｎ（登録商標）を使用して製造され
る。ここで言う粘着性材料は、適切な剥離剤の存在下で
は、トナーとの粘着力が低い、すなわち表面エネルギー
が低い。

【００１２】硬質ロール１２と１４は、図示してないが
従来の方法で加圧して支持されている。また、融解技術
では周知の従来の駆動機構によって従来の方式で回転を
支持されている。第一および第二の弾性ベルトの一部は
ロール１２と１４に挟まれている。

【００１３】符号３２で示される拡張接触領域は、ベル
ト２０と２６の間に形成される。トナー像３６を保持す
る普通紙などのコピー基板３４は、トナー像を融解する
ために拡張接触領域３２を走行する。拡張接触領域でト
ナー像とコピー基板を予熱した後、画像を形成するトナ
ーに物理的な圧力を加える。拡張接触領域３２では、基
板３４と加熱ベルトとは、加圧領域３８に入る前に、約
５０から２００ｍｓ接触する。領域３８は、２本のベル
ト２０と２６の接触領域のうち、硬質ロール１２と１４
が対向して配置されている領域部分をいう。図２に示さ
れているように、符号３９で示された圧力パルスの持続
時間は、接触領域３２で基板とトナー像が接触している
時間と比べて短く、約５ｍｓである。

【００１４】図示されていないが、温度センサは、たと
えばロール構造１２の表面温度を感知し、従来の回路
（図示せず）と連係して、表面温度を予定値、たとえば
約３２５−４００°Ｆ（１６３−２０４℃）に維持する
働きをする。

【００１５】この温度センサが、熱源１６、１８、２
４、３０のオン／オフの持続時間を制御する。前述の熱
源は、加熱加圧融解装置で従来より使用されている種類
の放射クォーツヒータを含む。前述の回路によって適切
にエネルギーを供給されると、熱源は、融解装置１０の
温度をトナー融解が達成される平衡温度に上昇させる。
これは、吸熱器として作用するような未加熱の融解部が
ないために非常に速やかに達成される。

【００１６】熱源２４と３０は、ロール２２と２８が吸
熱器として作用するのを妨げると同時に弾性ベルト２０
と２６の予熱もする。各ロール１２、１４、２２、２８
に熱源を備えることによって、加熱加圧融解装置１０
は、作用平衡温度に非常に速やかに到達可能である。

【００１７】符号４０で示された剥離剤管理（Ｒｅｌｅ
ａｓｅ Ａｇｅｎｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ、ＲＡＭ）
システムは、シリコンオイル４２などの剥離剤を、基板
３４に保持されたトナー像３６が接触する融解ベルト２
６の表面に塗布する。ＲＡＭは、さらに、油だめ４８に
入っているシリコンオイル４２に浸漬した芯４６に接触
して回転を支持されている計量ロール４４を含む。計量
ブレード５０は、計量ロール４４の表面にシリコンを均
一に供給する。計量ロールは、ベルト２６との間に摩擦
をかけて回転するように図示されているが、代わりに公
知技術であるポジティブドライブ機構を採用してもよ
い。

【００１８】芯４６は、剥離剤４２に完全に浸漬し、且
つ計量ロール４４の表面に接触している。芯の目的は、
回転中の計量ロールの表面に空気層が形成されないよう
にするための空気封じを提供することである。芯がなけ
れば、空気層は、剥離剤に浸漬した計量ロールの表面と
同じ範囲に広がり、それによって計量ロールと剥離剤の
接触が妨げられる。

【００１９】計量ブレード５０は、好ましくはＶｉｔｏ
ｎから製造され、断面は３／４×１／８で、長さは計量
ロールと同一の広がりを有する。計量ロール４２に接触
しているブレードのエッジは、半径０．００１−０．０
１０インチである。ブレードの機能は、計量ロールが汲
み上げる剥離剤を予定の厚さに計量することである。そ
の厚さとは、１コピーにつき剥離剤を数マイクロリット
ル消費する程度の量である。

【００２０】要約すると、融解にベルトを利用するよう
に設計された上述の本発明のロール式融解装置は、定着
性及び軟質ロール型密着整合性を達成するには短い高圧
領域が適切である。これによって、ニップ形成融解ロー
ル（Ｎｉｐ ＦｏｒｍｉｎｇＦｕｓｅｒ Ｒｏｌｌ、Ｎ
ＦＦＲ）またはニップ形成加圧ロール（Ｎｉｐ Ｆｏｒ
ｍｉｎｇ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｏｌｌ、ＮＦＰＲ）融
解装置を厚いゴムで被覆する必要がなくなる。２個の加
圧融解ロールに巻き付けられた２本の融解ベルトが提供
するゴムの厚さは約０．０２０インチであるが、高品質
のトナー像を生成するために融解ニップで必要とされる
密接な接触と圧を提供できる。このようにベルトを配置
することで、安価なベルトを定期的に交換するだけでよ
い“ライフオブマシン”ロールを融解装置に使用でき
る。このような融解装置は、従来のロール式融解装置と
比較して、サービスコストだけでなく信頼性も非常に改
善される。さらに、総荷重が著しく減少するので（従来
のロール式融解装置の１０００ポンド＠１２０ｃｐｍに
対し、本装置の＜１００ポンド）、駆動トルクはかなり
小さくてすむ。融解ロールの駆動トルクが小さくなる
と、従来のロール式融解装置が、その融解装置を組み込
んだ機械にもたらす有害な動きが減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 デュアル硬質ロールとデュアル弾性ベルトを
組み合わせた融解装置を示す図である。

【図２】 図１の融解装置における圧力を基板の接触点
に対してプロットし、ミリ秒の単位で表した図である。

【符号の説明】

１０ 加熱加圧融解装置、１２ 硬質ロール、１４ 硬
質ロール、１６ 熱源、１８ 熱源、２０ 弾性ベル
ト、２２ 支持ロール、２４ 熱源、２６ 弾性ベル
ト、２８ 支持ロール、３０ 熱源、３２ 拡張接触領
域、３４ 基板、３６ トナー像、３８ 加圧領域、４
０ 剥離剤管理システム、４２ シリコンオイル、４４
計量ロール、４６ 芯、４８ 油だめ、５０ 計量ブ
レード。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンドレス・パスを駆動するために支持
   されている一対の硬質加圧ロールと、 前記一対のロールのうちの１つで駆動されている第一の
   長く伸びた融解部材と、 前記一対のロールのもう１つで駆動されている第二の長
   く伸びた融解部材と、 前記長く伸びた融解部の温度を上昇させる手段と、 トナー画像を保持した基板が通過するニップを形成する
   ために、前記一対の加圧ロールの間に挟まれている前記
   第一と第二の長く伸びた融解部の部分と、を含むことを
   特徴とする加熱加圧装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、前記弾
   性のある融解部はベルトを含み、前記装置はさらに補助
   の支持ロールを含み、前記ベルトは、前記硬質ロールと
   前記補助支持ロールに巻き付けてあることを特徴とする
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の装置において、前記１
   本のベルトの外表面は、前記硬質ロールの１つに一部巻
   き付けられて、もう１本の前記ベルトの外表面と接触
   し、トナー画像を保持した基板が通過する加熱領域と組
   合せ加熱加圧領域を形成することを特徴とする装置。