KR19980064096A - 분말 형태의 토너 화상을 전사 부재로부터 기판에 전사하는 방법 - Google Patents

분말 형태의 토너 화상을 전사 부재로부터 기판에 전사하는 방법 Download PDF

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Abstract

토너 화상(500)은 이의 점도를 50 Pa s 미만으로 감소시키기에 충분한 온도로 가열된다. 토너 화상(500)을 반송하는 전사 부재(594)는 기판(541)에 접촉하게 된다. 전사 부재(594)는 기판(541)에 접촉한 상태로 유지되는 동안에 토너의 유리 전이 온도(Tg) 아래의 온도로 강제 냉각된다. 그 후에, 전사 부재(594)는 기판(541)으로부터 분리된다.

Description

분말 형태의 토너 화상을 전사 부재로부터 기판에 전사하는 방법
본 발명은 분말 형태의 토너 화상을 전사 부재로부터 기판에 전사하는 방법에 관한 것으로, 특히 정전 복사 프린터 또는 복사기에서 기판에 토너 화상을 정착하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 정전 잠상 또는 자기 잠상이 적절한 토너 혼합물을 상기 잠상 상에 침전시킴으로써 가시화 상태로 되도록 된 정전 복사, 전자 사진, 이온 기록 또는 자기 기록 공정을 거쳐 얻어진 분말 토너 화상을 정착시키는 방법에 관한 것이다.
현존 복사기 또는 전자 프린터 장치에서, 토너 화상을 시트 형태의 기판 상에 정착 또는 영구 점착시키는 것은 소위 고온 롤러 또는 닙 롤러 정착 시스템에 의해 종종 수행된다. 이러한 화상 정착 장치는 토너 화상을 반송하는 시트가 닙을 통해서 공급되도록 된 한쌍의 롤러를 포함한다. 토너 화상에 접촉하는 롤러의 표면은 토너 수지의 연화 온도 이상으로 가열되어 점착성을 갖거나 용융되어 시트의 표면에 영구 결합을 형성하게 된다. 토너 화상에 접촉하는 롤러는 토너 화상에 대하여 부착 방지(즉, 비부착) 특성을 갖는 코팅을 갖추고 있다. 롤러 표면의 비부착 특성을 증가시키기 위하여 실리콘 오일이 종종 사용된다. 화상 정착 유닛을 형성하는 롤러들은 서로에 대하여 가압된다. 시트의 후방측에 접촉하는 롤러는 화상 정착 롤러에 의해 발생된 열에 대하여 견딜 수 있는 실리콘 탄성중합체로 덮여 있다.
롤러 화상 정착 장치에서는 문제점이 있다. 특히, 대체로 수리 간격이 길고 부하가 큰 프린터에서는 일정한 화상 정착 품질 및 긴 롤러 수명을 유지하기 어렵다.
플래싱 정착으로 공지된 기술에서는 방사 에너지의 짧고 강한 버스트(burst)가 정착될 토너 화상을 반송하는 기판에 인가되는 것으로 공지되어 있다. 상기 방사 에너지의 파장은 토너에 의해 흡수되도록 선택된다. 이러한 기술은 가시 스펙트럼에서 상이한 흡수성을 갖는 상이한 토너 혼합물들이 기판 상에 반송되도록 된 다색 화상에는 부적절하다.
적외선 방사 정착법을 이용하는 화상 정착 장치의 구조가 미국 특허 제3,449,546호(Dhoble / Xerox Corporation) 및 제5,526,108호(Billet 등 / Xeikon NV)를 포함하여 이 기술 분야에 많이 제안되어 있다.
그러나, 적외선 정착 장치는 기판으로부터의 수분 손실을 일으키며, 그 결과로 기판이 고온으로 가열되어 너무 건조되어 버린다. 이러한 수분 손실은 기판의 변형을 일으키고, 낮은 수분 수준은 기판 상의 정전 전하의 발생 및 보를 일으킬 수 있는데, 이들 모두는 기판의 후속 취급 시에 문제를 일으키게 된다.
벨트를 사용함으로써 토너 화상을 정착시키기 위한 방법이 많이 제안되었다. 이들의 예로는 미국 특허 제3,948,215호(Namiki / Ricoh Co., Ltd) 및 제5,483,331호(Wayman 등 / Xerox Corporation)가 있다. 화상 정착과 관련한 또 다른 제안으로는 유럽 특허출원 EP 295901(Canon K.K.) 및 미국 특허 제4,780,742호(Canon K.K.)에 개시된 것이 있다.
건조 토너 화상이 큰 두께(때로는 10 ㎛ 이상)를 갖기 때문에 이러한 화상의 외관은 때로는 부자연스럽고 불균일하며 이들 화상은 대개 불균일 채도를 갖는다. 이러한 외관은 많은 경우에는 수용되지만 때로는 상이한 외관 또는 완성도를 갖는 화상을 제공하는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 완성도는 인쇄물의 표면으로부터의 광 분산을 감소시킴으로써 얻을 수 있는 광택을 갖는, 즉 높은 반사도를 갖고 그리고/또는 높은 채도를 제공하는 표면 특성을 의미하거나 이러한 특성들을 의미한다. 예를 들어, 광택 외관은 수용 재료 자체가 광택 표면으로 된 경우에 특히 바람직하다. 높은 등급의 채도는 높은 품질의 프린트 작업에 매우 바람직하다.
광택제를 포함하는 토너를 사용하거나 토너 화상 위에 투명 광택 층을 도포함으로써 광택 화상을 제공하는 것이 제안되었다. 그러나, 이들 방법에서는 비용이 많이 소요된다. 이들 방법의 예로는 미국 특허 제5,319,429호(Fukuchi 등 / Konica Corporation), 제5,099,288호(Lexmark International) 및 제5,258,256호(Eastman Kodak Company)에 개시된 것이 있다.
토너 화상들을 정착시키고 이들에 소정의 광택을 제공하는 데 하나의 동일한 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 비접촉식 정착 장치는 균일한 광택 효과를 제공할 수 없으며, 본 발명자들은 공지의 가열식 롤러 또는 가열식 벨트 정착 장치를 사용하면 토너 오프셋 문제를 일으키고 화상의 광택 및 채도를 제어하는 데 충분하지 못한 것을 알게 되었다. 특히, 이러한 공지의 장치들은 최적 성능 범위가 좁으며 제한된 처리 파라미터를 나타낸다.
본 발명의 목적은 오프셋 발생의 위험 없이 넓은 작동 조건 범위를 유지하면서도 분말 형태의 토너 화상을 기판에 전사할 수 있고 단일 장치에서 소정 수준의 광택을 제공할 수 있는 장치 및 방법을 마련하는 것이다.
본 발명에 따르면, 분말 형태의 토너 화상을 전사 부재로부터 기판에 전사하는 방법이 마련되는데, 이 방법은 토너 화상을 이의 점도를 50 Pa s 미만으로 감소시키기에 충분한 온도로 가열하는 단계와, 토너 화상을 반송하는 전사 부재를 기판에 접촉시키는 단계와, 전사 부재를 기판에 접촉한 상태로 유지하면서 토너의 유리 전이 온도(Tg) 아래의 온도로 강제 냉각시키는 단계와, 전사 부재를 기판으로부터 분리하는 단계를 포함한다.
특히, 건조 현상 토너는 카본 블랙 등의 색상 물질 또는 미세하게 분산된 안료 또는 염료 등의 색상 물질을 포함하는 열가소성 수지 또는 수지 혼합물로 구성된 열가소성 결합제를 포함한다.
자기 브러시 현상법에 사용하기 위한 건조 토너 입자들의 평균 직경은 약 10 ㎛이다 (Jerome L. Johnson의 비충격식 인쇄의 원리, Palatino Press, 미국 92715 캘리포니아주 어빙, 1986, 제64면 내지 제85면 참조). 고해상력의 현상을 위하여 사기 평균 직경은 1 내지 5 ㎛로 될 수 있다 (영국 특허 명세서 GB-A-2180948 및 국제출원 명세서 WO-A-91/00548 참조).
토너 입자들은 백색 또는 흑색으로 되거나 가시 스펙트럼의 색상을 갖지만 적외선 또는 자외선 흡수 물질이 존재하지 않는 하나 이상의 채색제(용해된 염료 또는 분산된 안료)를 수지성 결합제에 포함한다.
열가소성 수지 결합제는 폴리에스터, 폴리에틸렌, 폴리스티렌 및 예를 들어 스티렌-아크릴릭 수지, 스티렌-부타디엔 수지, 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 수지 등의 공중합체, 폴리비닐 크롤라이드 수지, 비닐 아세테이트 수지, 공중합체(비닐 클로라이드-비닐 아세테이트) 수지, 공중합체(비닐 클로라이드-비닐 아세테이트-메일릭 에시드) 수지, 비닐 부티랄 수지, 폴리비닐 알콜 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지 및 폴리에스터 수지로 형성될 수 있다. 폴리에스터 수지들은 고광택 및 개선된 마모 저항을 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 수지들은 대개 54 ℃ 이상의 유리 전이점(Tg)을 갖고 최소한 50 Pa s 이상 1500 Pa s 미만의 용융 점도를 갖고 있다. 토너 입자들에 채색제 등의 다른 성분들이 존재하면 유리 전이 온도에 심한 영향을 미치지 않는다. 수지들의 체적 저항은 최소한 1013Ω-cm인 것이 바람직하다.
적절한 토너 혼합물에 대해서는 Agfa-Gevaert NV에 의해 출원된 유럽 특허출원 EP-A-601235, EP-A-628883 및 국제 특허출원 공개 WO 94/27191 및 WO 94/29770에 개시되어 있다. 가장 보편적인 토너 혼합물의 연화점은 약 60 ℃이다. 따라서, 토너의 대표적인 정착 온도는 기판의 특성 및 인가된 압력에 따라 약 120 ℃로 된다.
그러나, 본 발명에 따르면, 토너 화상이 기판 상에 완전히 전사되어 기판 상에 정착되는 것을 보장하기 위하여 토너 화상의 표면은 토너의 유체 온도 이상의 온도에서 기판에 접촉해야 한다. 상기 유체 온도는 토너의 점도가 10 Pa s로부터 40 Pa s까지의 50 Pa s 아래로 떨어지게 되는 온도이다. 다중 토너 화상이 가열되게 되는 상기 온도는 토너의 유리 전이 온도 이상이지만 토너의 열화 온도 아래, 즉 토너의 분광 특성에 현저한 변화를 일으키는 토너 혼합물에서 불가역 변화가 일어나는 온도 아래의 온도이다. 상기 유체 온도는 대표적으로는 150 ℃ 이상이며, 토너의 성분에 따라서는 200 ℃ 이상일 수도 있다. 점도는 대개 컵 점도계(Ford cup, Shell cup 또는 Zahn cup)를 사용하여 측정된다. ASTM D-1200은 인쇄 잉크의 점도를 측정하는 데 표준으로 받아들여지고 있다. 또한, 라래이 및 처칠 폴링 로드(Laray and Churchill falling rod) 점도계도 사용할 수 있다.
예를 들어 다색 화상의 경우에서처럼 기판이 여러 상이한 토너들을 반송하는 경우에, 상기 온도는 상이한 색상의 토너 입자들의 혼합을 보장하도록 현재의 토너의 최저 유체 온도 이상, 특히 토너의 최고 유체 온도 이상으로 상승되어야 한다.
본 발명자들은 열가소성 결합제 및 토너 혼합물의 중량에 대하여 10 내지 50 중량퍼센트의 안료를 포함하는 토너를 사용했다. 또한, 0.5 ㎛ 와 5 ㎛ 사이의 평균 입자 크기, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 4 ㎛ 사이의 평균 입자 크기를 갖는 분말 형태의 토너 혼합물도 사용했다. 높은 함량의 안료를 갖는 토너 혼합물을 사용하게 되면 화상이 높은 농도로 프린트될 수 있게 해준다. 이와 달리, 동일한 화상 농도를 얻기 위해서 동일한 토너 입자를 사용할 수 있다. 작은 토너 입자를 사용하면 기판의 표면 위에 있는 토너의 높이가 낮아지는 장점을 갖는다. 토너 화상의 높이가 낮은 것과 관련한 장점은 a) 기판의 표면 불균일성이 화상의 광택에 영향을 적게 미치고, b) 토너의 전체 사용량이 감소되고 (이는 인쇄 제품의 전체 비용 중에서 토너가 차지하는 비용이 현저하게 크기 때문에 중요하다), c) 인쇄된 면이 말리는 경향이 줄어들고, d) 예를 들어 책을 인쇄할 때 인쇄된 면이 적층성이 크게 개선되고, e) 일부 사용자에게 장점으로 되는 인쇄된 면의 평활도가 증가한다.
본 발명에 따른 방법은 미정착 토너 입자 화상을 전사 부재로부터 기판에 전사하여 이 화상을 기판 상에 정착시키는 데 사용할 수 있으며, 상기 방법은 입구로부터 출구에 이르기까지 연속 연장되고 전사 부재에 의해 형성된 접촉 구역과 전사 부재에 면 대 면의 관계로 가압 접촉된 반응 표면을 통해서 기판을 공급하는 단계와, 토너의 점도를 50 Pa s 미만으로 감소시키는 데 충분한 온도로 입구에 인접한 전사 부재를 가열하고 입구와 출구의 중간에서 전사 부재를 토너의 연화점(Tg) 아래의 온도로 강제 냉각시키는 단계와, 토너 화상을 기판 상에 정착시키도록 전사 부재와 입구와 출구 중간의 반응 표면과의 사이에 압력을 인가하는 단계를 포함한다.
본 발명자들은 이론에 집착하지 않지만 토너 화상이 롤러 또는 가열 벨트 등의 가열 표면에 의해 기판 상에 정착되는 경우에, 기판이 가열 표면으로부터 분리될 때 용융 토너를 가열 표면에 전사하게 되면 기판의 다음 섹션 상에 계속적으로 침전되어 고스트 화상(ghost image) 현상을 일으키게 되는 위험이 있다는 것을 믿고 있다. 가열 표면의 특성이 이러한 고온 오프셋(hot offset)의 위험을 감소시키도록 선택되더라도, 가열 표면이 기판으로부터의 분리되면 토너 입자를 다소의 비평면 형상으로 왜곡시키는 경향을 갖게 되어 광택 및 채도를 떨어뜨리게 된다. 한편, 기판에 압력이 인가된 상태에서 이를 강제 냉각시키면 토너 입자를 평평하게 하는 경향을 나타내는데, 이는 채도를 증가시키거나 인쇄 중에 사용된 토너의 양을 예를 들어 20 % 내지 30 % 감소시킬 수 있게 해준다. 따라서, 본 발명에 따르면 전사 부재가 반응 표면에 압력식으로 접촉하는 동안에 전사 부재를 토너의 연화점(Tg) 아래의 온도로 냉각시키는 것이 반드시 필요하다. 따라서, 접촉 구역 내에서는 접촉 구역의 입구에 인접한 토너의 유체 온도 이상의 온도로부터 토너가 상기 구역으로부터 배출되기 전의 토너의 연화점(Tg) 아래의 온도에 이르기까지의 온도 구배가 존재한다.
본 발명자들은 이론에 집착하지는 않지만 토너 화상을 비교적 낮은 표면 에너지로 된 재료로부터 비교적 높은 표면 에너지로 된 재료에 전사하는 것이 대체로 바람직한 것으로 알고 있다. 이는 전사 중에 토너 입자의 전단 가능성을 감소시켜서 전사 공정의 효율을 감소시키고 공급체 표면 상에 토너가 잔류하게 한다. 따라서, 이상적으로는 공급체 표면의 표면 에너지가 수용체 표면의 표면 에너지보다 낮아야 한다. 이는 종이 등의 기판의 표면 에너지가 대개는 45 dyne/cm 이상이기 때문에 전사 부재로부터 기판으로의 화상 전사 시에 얻을 수 있다. 이러한 전사 공정은 공급체 표면이 수용체 표면보다 높은 온도에 있을 때 더욱 효과적이다. 따라서, 본 발명에서는 기판으로의 전사 효율을 최대화시키도록 전사 부재 상의 토너 화상을 가열할 필요가 있다.
전사 부재는 대개 무단 벨트 등의 무단 부재의 표면으로 된다. 전사 부재가 벨트의 표면으로 될 수 있으나, 전사 부재는 드럼의 표면에 의해 구성될 수도 있다. 다음의 전체적인 설명에 사용된 것처럼 벨트는 문맥이 다른 경우를 제외하고는 드럼 등의 다른 형태의 전사 부재도 포함하는 의미이다.
전사 부재는 예를 들어 실리콘 탄성중합체(대체로 20 dyne/cm의 표면 에너지를 가짐), 폴리테트라플로로에틸렌, 폴리플루오르알킬렌 및 다른 플로르네이티드 중합체 등의 낮은 표면 에너지를 갖는 재료로 형성된 다른 표면을 포함할 수도 있다. 전사 부재는 다색 토너 화상이 기판에 전사되기 전에 그 표면이 용이하게 가열되고 전사 후에 용이하게 냉각되고 선행 벨트로부터의 다음번 다색 화상이 전사되기 전에 냉각될 수 있도록 낮은 질량을 갖는 형태로 된 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 전사 부재는 전사 롤러 또는 드럼의 형태를 취할 수 있으나, 예를 들어 40 ㎛ 두께의 실리콘 고무로 코팅된 40 ㎛ 두께의 무단 벨트 등의 전사 벨트의 형태로 된 것이 바람직하다.
광택 화상을 제조하기 위해서는 전사 부재의 표면을 가능한 한 평평하게 하는 것이 좋다.
주변으로의 에너지 손실을 줄이기 위하여, 전사 부재 상의 토너 화상을 가열하기 위한 수단이 전사 후의 전사 부재를 냉각시키기 위한 수단과 열교환 관계로 배치되어 있다. 예를 들어, 전사 부재 상의 다색 토너 화상을 가열하기 위한 수단은 예비 가열 롤러를 포함하고 전사 부재를 냉각하기 위한 수단은 예비 냉각 롤러를 포함하며, 이들 예비 가열 롤러 및 예비 냉각 롤러는 서로 열교환 관계로 배치되어 있다. 이러한 열교환 관계는 가열 롤러 및 냉각 롤러 각각을 예를 들어 물 등의 열교환 유체가 유동하게 되는 중공 롤러 형태로 함으로써 가능해진다. 이러한 방식에서, 냉각 롤러에 의해 추출된 열은 가열 롤러에 전사되어 전사 부재 상의 토너 화상을 가열하는 데 기여하게 된다.
가열 수단은 롤러 등의 벨트 또는 벨트가 지나가게 되는 가열 고정체에 접촉하는 가열 표면을 포함한다. 가열 작동은 예를 들어 상승된 온도의 가열 유체(예를 들어 증기 또는 고온의 오일)를 롤러 또는 고정체를 통과시킴으로써, 또는 복사 가열 수단을 롤러 또는 고정체 내에 마련함으로써 이루어진다. 또한, 벨트를 직접 가열하기 위한 복사 가열 수단을 사용할 수도 있는데, 이는 벨트가 주로 열 비전도성 재료로 형성된 경우에 특히 적합하다. 대체로, 벨트는 반응 표면 및 기판에 접촉한 표면의 반대쪽 측면으로부터 가열된다. 또한, 벨트는 기판을 벨트 표면에 액체 방출제를 도포할 필요가 없는 건조 표면에 접촉시킨다.
중간 압력 대신에 또는 이에 더하여 전사 부재의 출구 인접부는 토너의 연화점(Tg) 이상의 온도로 가열될 수도 있다. 이러한 2차 가열의 장점은 토너의 평평한 표면의 온도를 상승시키게 되어 이의 표면 에너지를 낮추게 된다는 것이다. 이는 토너가 벨트로부터 분리되거나 벨트 상에 침전된 잔류 토너를 파손시킬 때 이의 평활도를 손실하는 만큼 토너의 양에 해당하는 온도 상승 없이도 토너를 벨트로부터 용이하게 방출할 수 있게 해준다. 제2 가열 수단은 예를 들어 벨트가 통과하게 되는 제2 가열 롤러로서 접촉 구역으로의 입구에서의 가열 수단과 유사한 방식으로 구성될 수도 있다. 제2 가열 롤러의 형태인 제2 가열 수단이 접촉 구역의 출구에 인접하게 마련되어 있는 경우에는 벨트가 접촉 구역 내의 제2 가열 롤러 주위를 부분적으로 감싸서 이의 가열 효과를 증진시키는 형상으로 배열되는 것이 바람직하다.
중간 압력 및 2차 가열은 본 발명으로부터 최대의 효과를 얻기 위하여 함께 사용되었다.
냉각 수단은 벨트가 통과하게 되는 냉각 롤러 등의 벨트에 접촉하는 냉각 표면을 포함할 수도 있다. 냉각은 예를 들어 냉각 유체(실온 또는 이보다 낮은 온도의 물)를 롤러 또는 고정체를 통해서 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 또한, 냉각된 공기를 벨트에 직접 안내함으로써도 냉각을 수행할 수 있다. 대체로, 벨트는 반응 표면 및 기판에 접촉하는 측의 반대쪽 표면으로부터 냉각된다.
냉각 수단에 의해 벨트로부터 추출된 열은 접촉 구역으로의 입구에서 일어나는 가열에 앞서서 복귀 경로 상의 벨트를 예비 가열하는 데 사용된다. 따라서, 냉각 수단은 히트 펌프의 냉간 구역에 의해 구성되고 이의 열간 구역은 복귀 경로 상의 벨트에 접촉한다. 이와 달리, 냉각 수단에 의해 벨트로부터 추출된 열은 기판을 예비 가열하는 데 사용된다.
벨트는 바람직하게는 실리콘 고무인 비점착성 재료로 된 코팅을 갖춘 열전도성 지지부를 포함할 수도 있다. 어떠한 경우에도, 벨트는 신속한 가열 및 냉각을 보장하도록 낮은 열용량을 가져야 한다. 이러한 신속한 온도 변화는 상기 장치를 필요한 정도로 소형으로 만들 수 있게 해준다. 또한, 벨트는 이의 후방측으로부터 가열되는 경우에는 열전도성 재료로 주로 형성되어야 한다. 열전도성 벨트는 열 스포트(hot spot)를 피함으로써 더욱 균일한 온도를 분포시킨다는 장점을 갖는다. 벨트 또는 적어도 이 벨트 상에 반송된 코팅은 특히 웨브 형태의 기판이 사용되는 경우에는 시임이 없어야 한다. 벨트는 불투과성으로 된 것이 바람직하다. 또한, 반응 표면도 불투과성으로 된 것이 바람직하다. 불투과성 벨트 및 반응 표면을 사용하면 본 발명의 특정 장점을 얻을 수 있게 된다. 기판 온도가 접촉 구역에서 100 ℃ 이상으로 상승되더라도 기판에서의 어떠한 수분도 방출될 수 없게 되어 제2 가열 수단에 의해 기판으로 복귀될 벨트 상에서 응축된다. 따라서, 상기에서 설명한 개방식 방사 정착 시에 기판을 심하게 건조시킴으로써 야기되는 단점을 피할 수 있다.
반응 표면은 또 다른 벨트로 구성할 수도 있다. 이 실시예에서, 또 다른 가열 수단은 입구에 인접한 또 다른 벨트를 토너의 유체 온도 이상의 온도로 가열하기 위해 마련되고, 또 다른 냉각 수단은 입구와 출구의 중간에 있는 벨트를 토너의 연화점(Tg) 아래의 온도로 강제 냉각하기 위해 마련된다. 이와 달리, 반응 표면은 고정체를 냉각시키는 수단을 포함하는 고정체의 표면으로 구성되기도 한다.
접촉 구역은 벨트와 이의 반응 표면 사이의 초기 지점으로부터 벨트와 이의 반응 표면 사이의 분리 지점에 이르기까지 연장된다. 압력이 접촉 구역에 걸쳐 일정할 필요는 없으나 접촉 구역 내에서 접촉을 유지하는 것은 중요하다. 상기 압력은 벨트와 이의 반응 표면의 형상에 의해 발생할 수 있으나, 접촉 구역의 일측면 상에 그리고 냉각 수단의 상류에 한쌍의 중간 가압 롤러를 마련하는 것이 바람직하다. 접촉 구역의 입구와 출구의 중간에 인가된 압력은 강제 냉각이 이루어지는 구역과 동일한 구역 또는 이 구역 직전에서 인가되는 것이 바람직하다. 또한, 접촉 구역으로의 입구에 인접한 벨트 및 이의 반응 표면 사이에 압력을 인가하는 것이 바람직하다. 따라서, 접촉 구역에는 적어도 두개의 압력 지점이 생기는데, 그중 하나는 입구에 인접하고 다른 하나는 입구와 출구의 중간에 배치되어 있다. 본 발명자들은 이들 지점들에서의 평균 접촉 압력이 기판의 흡수성, 토너의 온도 및 이 온도에서의 점도에 따라 5 내지 10 N/cm2등의 2 내지 20 N/cm2사이가 바람직하다는 것을 알게 되었다.
냉각 수단 및 또 다른 냉각 수단이 냉각 롤러들로 구성된 경우에, 이들 냉각 롤러는 각 냉각 롤러와 이에 합체된 벨트 사이의 더욱 양호한 접선식 접촉을 보장하도록 위치해야 한다. 각 벨트가 이에 합체된 냉각 롤러 주위를 부분적으로 감싸도록 함으로써 강제 냉각 효과가 얻어진다.
기판은 웨브 형태로 될 수 있으나, 본 발명은 시트 형태로 동등하게 기판에 인가될 수 있어서 상기 장치가 적절한 시트 공급 수단을 갖추게 된다. 상기 장치는 기판용의 실질적으로 직선인 통로를 형성하는 형상을 취할 수 있다. 이는 무겁고 특히 두껍거나 가요성이 작은 기판에 대해서 장점을 제공한다.
벨트는 구동력을 예를 들어 접촉 구역의 입구에 있는 가열 롤러, 접촉 구역의 출구에 있는 제2 가열 롤러 또는 중간 가압 롤러에 구동력을 인가함으로써 직접 구동될 수 있다. 토너 화상을 왜곡시키게 되는 미끄럼을 방지하기 위하여 구동될 벨트를 기판의 이동과 동기 상태로 구동되도록 배열하는 것은 중요하다. 이와 달리, 기판이 웨브 형태를 취하는 경우에 벨트는 벨트(들)의 토오크 저항을 보상하는 수단이 마련된 웨브 자체의 이동에 의해 구동될 수 있다. 이러한 배열은 기판 웨브 및 벨트가 동기 상태로 이동될 수 있게 해준다.
벨트는 조정식 장력 및 정렬 롤러를 거쳐 접촉 구역의 출구로부터 입구로 복귀한다. 중간 가압 롤러가 접촉 구역 내의 벨트에 접촉한 경우에, 이 중간 가압 롤러는 예를 들어 양 롤러의 중공 내부를 통과하는 열교환 유체를 거쳐 정렬 롤러와 열교환 관계로 배치된다. 따라서, 상기 장치의 에너지 요구량이 감소된다.
본 발명에 따른 장치는 잠상이 정전 대전식 광전도성 드럼 또는 벨트 등의 회전가능한 무단 표면 부재 상에 형성되고 화상을 향하여 조정된 광방사 다이오드가 노광원으로서 사용되는 경우에 적어도 하나의 화상 스테이션을 갖는 프린터, 특히 정전 복사 프린터에 사용할 수 있다. 잔상은 표면 부재 상에 토너 화상을 형성하도록 토너 현상 스테이션에서 현상된다. 토너 화상은 토너 전사 스테이션에서 표면 부재로부터 가동 기판 상에 또는 기판으로의 잠상 전사용 가동 전사 부재 상에 전사된다. 또한, 프린터는 인쇄된 웨브를 시트들로 절단하기 위해 절단 수단을 갖추고 있다. 절단 수단은 정착 장치의 하류에 위치하는 것이 바람직하다.
현상 스테이션은 수지, 적절한 색상의 염료 또는 안료로 된 혼합물을 포함하는 토너 입자와 토너에 압전 전하를 제공하는 통상의 전하 제어식 혼합물을 포함하는 현상제를 사용한다. 통상적으로 사용되는 2성분 현상제에서는 캐리어 입자가 토너 입자를 마찰 접촉식으로 대전시키도록 마련된다. 캐리어 입자는 철 또는 산화철 등의 자화성 재료로 될 수 있다. 단일 성분 현상제 등의 자기 브러시 현상법 이외의 다른 현상 방법도 사용할 수 있다.
상기 프린터는 현상 및 전사 스테이션에 각각 합체된 복수개의 화상 스테이션 및 전사 스테이션을 포함하는 칼라 프린터로 될 수 있으며, 화상 정착 스테이션은 인쇄된 웨브를 절단하기 전에 최종 토너 전사 스테이션의 하류에 위치하여 있다. 이러한 프린터의 일 실시예에서, 현상 스테이션들은 시안, 마젠타, 옐로우 및 선택적으로는 블랙 토너 입자를 각각 포함한다.
기판의 웨브는 롤로부터 프린터를 통해서 공급된다. 필요에 따라 기판은 프린터에 도입되기 전에 (이의 수분 함량이 최적 수준으로 조정된) 상태로 된다.
본 발명에 따른 장치는 정전 프린터와 관련하여 상기에 설명한 것과 유사한 원리로 작동되는 정전 복사기에도 사용할 수 있다. 그러나, 복사기에서는 회전식 무단 표면 부재를 광학 수단에 의해 복사될 원래 화상으로부터 직접 노출시키는 것이 보편적이다.
또한, 본 발명은 단일 패스 정전 복사 인쇄 방법을 마련하는데, 이 방법은
- 전사 부재를 연속 경로를 따라 이동시키는 단계와,
- 미정착된 토너 입자 화상을 전사 부재 상에 형성하도록 분말 형태의 토너 화상을 가동 전사 부재에 침전시키는 단계와,
- 토너 화상이 기판에 전사되도록 입구로부터 출구에 이르기까지 연속 연장되고 미정착 토너 입자 화상을 반송하는 가동 전사 부재에 의해 형성된 접촉 구역과 가동 전사 부재에 면 대 면의 관계로 가압 접촉 상태에 있는 반응 표면을 통해서 기판을 공급하는 단계와,
- 토너의 점도를 50 Pa s 미만(즉, 10 내지 40 Pa s)으로 감소시키기에 충분한 온도로 입구에 인접한 전사 부재를 가열하는 단계와,
- 입구와 출구의 중간에 있는 전사 부재를 토너의 연화점(Tg) 아래의 온도로 강제 냉각시키는 단계를 포함한다.
전사 부재는 다색 토너 화상을 기판에 전사하는 기능을 한다. 따라서, 전사 부재는 광전도성 표면을 가질 필요가 있다. 실제로, 본 발명에 따른 장치에서 전사 부재를 가열 및 냉각시킬 필요성은 종래의 광도체 재료를 사용할 필요성을 없애 주는 것을 의미하는데, 그 이유는 이러한 재료들의 광전도성이 온도 변화에 민감하기 때문이다.
프린터가 다색 프린터인 경우에, 상기 방법은 전사 부재 상에 다색 토너 화상을 형성하도록 가동 전사 부재 상에 서로 레지스터된 분말 형태의 복수개의 상이한 색상의 토너 화상을 침전시키는 단계를 포함한다. 복수개의 상이한 색상의 토너 화상은 대전된 다색 토너 화상을 전사 부재 상에 형성하도록 가동 전사 부재 상에 정전기식으로 침전된다. 예를 들어, 다색 토너 화상은 또 다른 부재 상에 먼저 침전된 후에 전사 부재 상에 침전된다.
따라서, 전사 부재는 중간 전사 부재이며, 전사 부재 상에 다색 토너 화상을 형성하는 수단은
- 주 전사 부재와,
- 복수개의 상이한 색상의 토너 화상이 주 전사 부재 상의 다색 토너 화상을 형성하도록 서로 레지스터된 상태로 주 전사 부재 상에 형성되도록 주 전사 부재가 제1세트의 토너 화상 생성 스테이션을 통과하는 것을 안내하는 수단을 포함하고, 상기 중간 전사 부재는 다색 토너 화상이 주 전사 부재로부터 정전기식으로 전사되어 냉각된 중간 전사 부재 상에 침전되도록 화상 생성 스테이션의 하류에서 주 전사 부재에 접촉하도록 구성되어 있다. 이 실시예에서, 주 전사 부재는 주 벨트로 구성되는 것이 바람직하다.
전사 부재 상에의 화상의 침전과 기판으로의 화상의 전사 사이에 전사 부재 상의 다색 토너 화상을 방해하지 않기 위해서는 화상을 반송하는 전사 부재의 표면이 다른 부재에 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 이로써, 전사 부재로부터의 화상 또는 그 일부의 불필요한 전사를 피할 수 있다. 따라서, 예를 들어 전사 부재가 벨트, 롤러 또는 다른 안내 수단의 형태를 취하는 경우에, 그 표면 상에서의 벨트의 접촉은 적어도 화상의 침전과 기판으로의 화상의 전사 사이에서는 화상을 반송하는 표면의 반대쪽으로 된다.
도1은 동시 정착 및 광택 장치를 사용하는 본 발명에 따른 단일 패스 다색 이중 정전 복사 프린터를 도시한 개략도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
27: 모터
366: 구동 롤러
430: 공급 롤
466: 절단 스테이션
500: 다색 토너 화상
510: 프린터
512: 제1 주 벨트
514: 정전 전사 롤러
516: 입구
517: 출구
518, 520, 522, 524: 토너 화상 생성 스테이션
519, 521, 523, 525: 화상 생성 스테이션
526: 제2 스테이지 가열 롤러
527: 제2 스테이지 가열 롤러
528: 냉각 롤러
529: 냉각 롤러
530, 531: 제2 가열 롤러
532, 534: 가압 롤러
536: 안내 롤러
538: 안내 롤러
540: 제2 주 벨트
541: 페이퍼 웨브
542: 제1 스테이지 가열 롤러
544: 제1 스테이지 가열 롤러
594: 전사 벨트
596: 제2 중간 전사 벨트
본 발명에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도1은 단일 패스 다색 이중 정전 복사 프린터(510)를 도시한다. 이 프린터는 안내 롤러(514)를 포함하는 안내 롤러들에 걸쳐 있는 제1 주 무시임 벨트(512)를 포함한다. 주 벨트(512)는 실질적으로 수직 방향으로 이동하여 제1세트의 4토너 화상 생성 스테이션(518, 520, 522, 524)을 통과한다. 4토너 화상 생성 스테이션(518, 520, 522, 524)에서, 복수개의 상이한 색상의 토너 화상은 제1 다색 토너 화상을 형성하도록 서로 레지스터된 상태로 전사 코로나(도시 생략)에 의해 주 벨트(512)에 전사된다.
접지된 무시임 전사 벨트(594)의 형태인 중간 전사 부재는 최종 화상 생성 스테이션(524)의 하류에서 주 벨트(512)에 접촉한다. 중간 전사 벨트는 25 ㎛ 두께의 실리콘 고무 코팅을 갖는 70 ㎛ 두께의 금속 밴드 형태를 취한다. 중간 전사 벨트(594)는 전사 벨트가 상부 안내 롤러(514) 위를 통과할 때 전사 벨트(594)를 토너 반송 벨트(512)에 접촉시키도록 위치한 이격된 안내 롤러(526, 528, 536, 642) 위를 통과한다. 안내 롤러(542)는 제1 스테이지 가열 롤러로서 작용하며 상승된 온도의 물 등의 열전달 유체가 통과하게 되는 중공 내부를 갖춘 중공 롤러로서 형성되어 있다. 경질 금속 안내 롤러(526)는 제2 스테이지 가열 롤러로서 작용하며 예를 들어 내부 방사 히터로 형성되어 있다. 탄성 안내 롤러(528)는 냉각 롤러로서 작용하며 실온에 가깝게 제어된 온도의 물 등의 냉각 유체가 통과하게 되는 중공 내부를 형성하고 있다.
가열된 안내 롤러(526)는 모터(27)에 의해 구동된다. 구동력은 구동 모터(27)로부터 안내 롤러(526)에, 전사 벨트(594)를 거쳐 토너 화상 생성 스테이션의 하류에 있는 주 벨트(512)에, 그리고 토너 화상 생성 스테이션 자체에 전사된다. 안내 롤러(514) 및 중간 전사 벨트(594)는 주 벨트(512)가 통과하게 되는 접촉 구역을 그 사이에 형성하도록 서로 반대 방향으로 위치하여 있다. 주 벨트와 중간 전사 벨트 사이의 접촉은 주 벨트와 중간 전사 벨트를 서로 동기 상태로 이동시키게 된다.
주 벨트(512)의 표면에 점착되는 다색 토너 화상(500)은 예를 들어 －1000 V에 연결된 정전 전사 롤러로서 작용하는 안내 롤러(514)의 제2기능에 의해 가동 중간 전사 벨트(594)에 전사된다.
도1에 도시된 프린터는 이중 인쇄에 적합하도록 구성되어 있다. 이를 위하여 상기 프린터는 제2세트의 4토너 화상 생성 스테이션(519, 521, 523, 525)을 통과하는 제2 주 벨트(540)를 더 포함한다. 4토너 화상 생성 스테이션(519, 521, 523, 525)에서, 복수개의 상이한 색상의 토너 화상은 제2화상을 형성하도록 서로 레지스터된 주 벨트에 전사된다. 제2 중간 전사 벨트(596)는 제2세트의 최종 화상 생성 스테이션(525)의 하류에서 제2 주 벨트(540)에 접촉하여 있다.
제2 중간 전사 벨트(596)는 제1 스테이지 가열 롤러(544), 경질 금속 제2 스테이지 가열 롤러(527), 탄성 냉각 롤러(529) 및 안내 롤러(538)를 포함하는 이격된 안내 롤러들 위를 통과하며, 상기 각각의 롤러는 제2 전사 벨트(596)가 상부 안내 롤러 위를 통과할 때 이를 제2 토너 화상 반송 벨트(540)에 접촉시키도록 위치하여 있다.
제1 및 제2 전사 벨트(594, 596)는 입구(516)로부터 출구(517)에 이르기까지 접촉 구역을 통해서 연장되는 기판 경로를 형성하도록 연장된 접촉 구역을 그 사이에 형성하도록 서로 면 대 면의 접촉 상태로 된 반응 표면들을 구성한다. 각 전사 벨트는 불투과성으로서, DOW 200 시리즈(Dow Cornimg Corporation) 등의 비점착성 실리콘 재료로 된 30 ㎛ 코팅을 갖춘 70 ㎛의 금속 지지부를 포함한다.
제1 전사 벨트(594)는 토너의 점도를 50 Pa s 미만으로 감소시키기에 충분한 토너의 유체 온도 이상으로 입구(516)에 인접한 제1 전사 벨트를 직접 가열시키는 경질 금속 가열 롤러(526) 위를 통과하여 이에 접촉한다. 마찬가지로, 제2 전사 벨트(596)는 입구에 인접한 제2 전사 벨트(596)를 토너의 유체 온도 이상의 온도로 직접 가열시키는 가열 롤러(527) 위를 통과한다.
또한, 각각의 전잘 벨트(594, 596)는 접촉 구역의 입구와 출구의 중간에 있는 각각의 전사 벨트를 토너의 유리 전이 온도(Tg) 아래의 온도로 직접 냉각시키는 각각의 탄성 냉각 롤러(528, 529) 위를 통과하여 이에 접촉하여 있다. 냉각 롤러(528, 529)들은 각각의 냉각 롤러(528, 529) 및 이에 합체된 전사 벨트들 사이의 양호한 접선식 접촉을 보장하도록 위치하여 있다. 따라서, 각각의 전사 벨트(594, 596)는 효과적인 강제 냉각을 증가시켜 토너의 유리 전이 온도(Tg) 아래의 온도에 냉각시키도록 이들에 합체된 냉각 롤러(528, 529) 주위를 부분적으로 둘러싼다.
또한, 각각의 전사 벨트(594, 596)는 접촉 구역의 출구(517)에 인접한 전사 벨트를 토너의 유리 전이 온도(Tg)보다 최소한 10 ℃ 높은 온도로 가열하는 각각의 제2 가열 롤러(530, 531) 위를 통과한다.
한쌍의 중간 가압 롤러(532, 534)는 연장된 접촉 구역의 일측면 상에서 냉각 롤러(528, 529)의 상류에 위치하여 7.5 N/cm2의 압력을 작용시킨다.
도1에 도시된 장치의 작동에 대하여 설명한다. 페이퍼 웨브(541)의 형태로서 공급 롤(43)로부터 발출된 기판은 연장된 접촉 구역의 입구(516)로부터 출구(517)에 이르기까지 제1 전사 롤러(594)와 제2 전사 롤러(596) 사이의 기판 경로를 따라 한쌍의 하류 웨브 구동 롤러(366)에 의해 공급된다. 웨브(541)의 장력은 브레이크(도시 생략)에 힘에 의해 제어된다. 기판은 접촉 구역에서 2 내지 10 초를 보내는 속도로 공급된다. 대표적인 실시예에서, 제1 스테이지 가열 롤러(542, 544)는 전사 벨트(594, 596) 상의 다색 토너 화상의 온도를 약 90 ℃까지 상승시킨다. 그러면, 전사 벨트(594, 596)는 입구에 인접한 가열 롤러(526, 527)에 의해 토너의 전도를 10 Pa s 내지 40 Pa s 사이로 감소시키도록 토너의 유체 온도 이상의 온도인 160 ℃로 가열된다. 이는 페이퍼 웨브로의 최종 전사에 최적 온도이다. 전사 벨트(594, 596)는 입구와 출구의 중간에 있는 냉각 롤러(528, 529)에 의해 토너의 유리 전이 온도(Tg) 아래의 온도인 50 ℃로 강제 냉각된다. 전사 부재(594, 596) 상의 토너 화상은 기판에 전사되어 고광택 및 높은 채도를 갖는 상태로 상기 기판에 정착된다. 제2 가열 롤러(530, 531)는 토너를 벨트로부터 용이하게 방출하도록 벨트를 70 ℃로 가열한다. 기판(541)의 화상의 전사 후에 냉각 롤러(536, 538)는 전사 벨트의 온도를 다음번 화상을 전사 벨트 상에 정전기식으로 전사하는 데 이상적인 온도인 20 ℃로 감소시킨다.
구동 롤러 쌍(366)의 하류에서, 페이퍼 웨브는 절단 스테이션(466)으로 통과하고 여기서 웨브가 시트들로 절단된다.
본 발명은 종래의 장치에 비해서 다음과 같은 많은 장점을 제공한다.
(1) 토너 분말 소모량이 감소된다.
(2) 기판의 수분 함량이 유지된다.
(3) 기판이 OHP 시트 등의 투명 재료인 경우에 화상의 콘트라스트가 개선된다.
(4) 제1롤러를 고온으로 할 수 있기 때문에 종래의 장치에 비해 높은 광택을 얻을 수 있다.
(5) 추가의 비용이 소요되지 않는다.
(6) 기판 자체의 색상이 화상의 특정 특성에 덜 중요한 요소로 작용하기 때문에 토너 입자에 의해 덮이는 범위가 양호하여 상이한 색상의 토너 조합으로부터 얻을 수 있는 색조의 범위가 크다.

Claims (9)

  1. 분말 형태의 토너 화상(500)을 전사 부재(594)로부터 기판(541)에 전사하는 방법에 있어서,
    토너 화상(500)을 이의 점도를 50 Pa s 미만으로 감소시키기에 충분한 온도로 가열하는 단계와,
    토너 화상(500)을 반송하는 전사 부재(594)를 기판(541)에 접촉시키는 단계와,
    전사 부재(594)를 기판(541)에 접촉한 상태로 유지하면서 토너의 유리 전이 온도(Tg) 아래의 온도로 강제 냉각시키는 단계와,
    전사 부재(594)를 기판(541)으로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 토너 화상(500)이 열 가소성 결합제 및 토너 혼합물의 중량에 대하여 10 내지 50 중량퍼센트의 안료를 포함하는 조성을 취하는 토너로 형성된 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 토너 화상(500)이 0.5 ㎛ 와 5 ㎛ 사이의 평균 입자 크기를 갖는 분말 형태의 토너 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 토너 화상(500)이 유리 전이 온도(Tg)보다 높고 토너의 열화 온도보다 낮은 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 입구(516)로부터 출구(517)에 이르기까지 연속 연장되고 전사 부재(594)에 의해 형성된 접촉 구역과 전사 부재(594)에 면 대 면의 관계로 가압 접촉된 반응 표면(596)을 통해서 기판(541)을 공급하는 단계와,
    토너의 점도를 50 Pa s 미만으로 감소시키는 데 충분한 온도로 입구(516)에 인접한 전사 부재(594)를 가열하는 단계와,
    입구(516)와 출구(517)의 중간에서 전사 부재(594)를 토너의 연화점(Tg) 아래의 온도로 강제 냉각시키는 단계와,
    토너 화상을 기판 상에 정착시키도록 전사 부재(594)와 입구(516)와 출구(517) 중간의 반응 표면(596)과의 사이에 압력을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 입구(516)로부터 출구(517)에 이르기까지 연속 연장되고 전사 부재(594)에 의해 형성된 접촉 구역과 전사 부재(594)에 면 대 면의 관계로 가압 접촉된 반응 표면(596)을 통해서 기판(541)을 공급하는 단계와,
    토너의 점도를 50 Pa s 미만으로 감소시키는 데 충분한 온도로 입구(516)에 인접한 전사 부재(594)를 가열하는 단계와,
    입구(516)와 출구(517)의 중간에서 전사 부재(594)를 토너의 연화점(Tg) 아래의 온도로 강제 냉각시키는 단계와,
    토너 화상을 기판 상에 정착시키도록 접촉 구역의 출구(516)에 인접한 전사 부재(594)를 토너의 연화점(Tg) 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 전사 부재 수단(594)이 건조 표면을 갖는 기판(541)에 접촉하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 단일 패스 정전 복사 인쇄 방법에 있어서,
    전사 부재(594)를 연속 경로를 따라 이동시키는 단계와,
    미정착된 토너 입자 화상(500)을 전사 부재 상에 형성하도록 분말 형태의 토너 화상을 가동 전사 부재(594)에 침전시키는 단계와,
    토너 화상(500)이 기판(541)에 전사되도록 입구(516)로부터 출구(517)에 이르기까지 연속 연장되고 미정착 토너 입자 화상(500)을 반송하는 가동 전사 부재(594)에 의해 형성된 접촉 구역과 가동 전사 부재(594)에 면 대 면의 관계로 가압 접촉 상태에 있는 반응 표면(596)을 통해서 기판(541)을 공급하는 단계와,
    토너의 점도를 50 Pa s 미만으로 감소시키기에 충분한 온도로 입구(516)에 인접한 전사 부재(594)를 가열하는 단계와,
    입구(516)와 출구(517)의 중간에 있는 전사 부재(594)를 토너의 연화점(Tg) 아래의 온도로 강제 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 기판 상에 미정착 토너 입자 화상을 정착시키는 장치에 있어서,
    전사 부재(594)와,
    입구(516)로부터 출구(517)에 이르기까지 연속 연장되는 접촉 구역을 그 사이에 형성하도록 전사 부재(594)에 면 대 면의 관계로 가압 접촉하는 반응 표면(596)과,
    입구로부터 출구에 이르기까지 접촉 구역을 통해서 기판(541)을 공급하는 수단(366)과,
    토너의 점도를 50 Pa s 미만으로 감소시키는 데 충분한 온도로 입구(516)에 인접한 전사 부재(594)를 가열하는 가열 수단(526)과,구(516)와 출구(517)의 중간에서 전사 부재(594)를 이 전사 부재(594)와 입구와 출구의 중간에 있는 반응 표면(596)과의 사이에 압력을 인가하기 위한 수단(532, 534)에 의해 특정된 토너의 연화점(Tg) 아래의 온도로 강제 냉각시키는 수단(528)과,
    출구(517)에 인접한 전사 부재(594)를 토너의 연화점(Tg) 이상의 온도로 가열하기 위한 제2 가열 수단(530)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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