KR20050022864A - 다중 정착 롤러를 사용하는 습식 토너 전자사진장치용정착장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

전자사진 프로세스를 이용하여 기재 상의 습식 토너로부터 만들어진 화상을 정착시키는 정착장치에 있어서, 예비정착롤러와, 상기 예비정착롤러와의 사이에 제1 닙 영역을 생성하도록 설치된 백업롤러와, 상기 백업롤러와의 사이에 제2 닙 영역을 생성하도록 설치된 정착롤러를 구비하며, 상기 예비정착롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 상기 제1 닙 영역 내에 예비정착 온도를 제공하는 온도로 가열되며, 상기 정착롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 상기 제2 닙 영역 내에 상기 제1 닙 영역의 상기 예비정착온도와 다른 정착 온도를 제공하는 온도로 가열되는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 정착 롤러를 사용하는 습식 토너 전자사진장치용 정착장치 및 방법{Fuser system and method for liquid torner electrophotography using multiple rollers}

본 발명은 전자사진 공정과 함께 사용되는 정착 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 습식 토너 물질을 사용하는 장치 및 시스템에 관한 것이다.

전자사진방식은 사진복사와 몇몇 방식의 레이저 인쇄를 포함하는 다양한 종래의 화상 프로세스의 기술적 토대를 형성한다. 기본적인 전자사진 프로세스는 감광체(photoreceptor)에 균일한 정전기적 전하(electrostatic charge)를 부여하고, 상기 감광체를 노광시켜서 인쇄될 또는 전사될 화상에 대응하는 영역에 전자기 방출(electromagnetic radiation)을 한다. 상기 전자기 방출은 "광"이 될 수도 있으며, 적외선, 가시광선과 자외선을 포함할 수도 있다. 상기 감광체의 노광은 노광된 영역의 전하를 제거하여 정전잠상을 형성한다. 결과로서의 정전잠상이 토너로 현상되고, 그리고 상기 토너 화상이 상기 감광체로부터 종이 등의 최종 기재(final substrate)에 직접 또는 중간 전사매체를 거쳐 전사된다. 화상의 직접 또는 중간전사는 전형적으로 다음의 두가지 방법인 탄성적 보조(elastomeric assist)(여기서는 "점착전사(adhesive transfer)"로도 불림)와 정전 보조(electrostatic assist)(여기서는 "정전전사(electrostatic transfer)"로도 불림) 중 한 방법에 의해 일어난다. 탄성적 보조 또는 점착전사는 주로 감광체 표면과 토너 임시 전달체 표면 또는 매체 사이의 표면 장력에 의해 전사가 일어나는 것을 말한다. 점착전사 또는 점착전사의 효율성은 표면 에너지, 온도, 압력, 토너 유동성을 포함하는 여러 변수들에 의해 제어된다. 정전보조 또는 정전전사는 주로 감광체 표면과 토너 임시 운반체 표면 또는 매체 사이의 정전전하 또는 전하량 차이 현상에 의해 전사가 일어나는 것을 말한다. 점착전사와 같이 정전전사도 표면 에너지, 온도, 압력에 의해 제어되지만, 토너화상을 최종 기재로 전사시키는 주된 구동력은 정전기력이다. 전자사진 프로세스는 상기 전사 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 토너 화상이 전사된 후, 상기 기재에 전사된 화상을 정착하는 공정과 상기 감광체를 클리닝하는 공정과 새로운 화상의 전사를 위해 시스템을 준비하기 위해서 상기 감광체 상의 잔류 전하를 제전하는 과정을 더 구비할 수 도 있다.

몇몇의 전자사진 공정에서는, 감광체의 구조가 연속적인 벨트이며, 이 벨트는 예컨대 롤러들 또는 회전가능한 드럼에 의해서 지지되면서 순환한다. 감광체들은 광도전층이 활성화시키는 전자기 방출 또는 광에 노출될 때, 전하를 전달하는(전하 전달 또는 전하 전달 메커니즘에 의해) 광도전층을 구비한다. 광도전층은 일반적으로 알루미늄 또는 다른 도전체(conductor)로 기상(vapor) 코팅된 기재 또는 도전성 드럼과 같은 도전성 지지체(electroconductive support)에 부착된다. 감광체의 표면은 부대전 또는 정대전되며, 활성화시키는 전자기방출이 광도전층의 일부 영역을 때릴 때, 전하가 상기 감광체를 통해서 흘러서 상기 활성화된 영역의 표면전위를 중화, 제거 또는 감소시킨다. 광도전층을 보호하여 광도전층의 수명을 연장시키는 광학 장벽층(optical barrier layer)이 광도전층 위에 사용될 수 있다. 접착층(adhesive layer), 시발층(priming layer), 또는 전하방출방지층(charge injection blocking layer) 과 같은 다른 층들도 역시 몇몇 감광체에 사용된다. 감광체로부터 종이 등의 최종 기재 또는 중간전사매체로의 토너화상 이동을 촉진하기 위해 이형층(release layer)이 사용될 수 있다.

전형적으로, 전자기방출에 노출된 후 보다 낮은 정전하를 유지하는 감광체의 영역으로 이끌리는 정대전 토너를 공급함으로써 감광체 상의 정전 잠상에 대응하는 토너 화성이 형성된다. 일반적인 두가지 형태의 토너는 건식 토너와 습식 토너이다. 건식 토너는 블랙 화상용 카본과 같은 유색 입자와 폴리머의 혼합물 또는 화합물이며, 습식 토너는 캐리어 용액으로 불려지는 부도성 액체에 미세하게 분산된 고체가 퍼져있는 액체 물질일 수 있다. 일반적으로, 상기 캐리어 용액은 하이드로 카본(hydrocarbon)일 수 있으며, 이 하이드로 카본은 낮은 유전상수(예를 들면, 3 이하)와 토너가 감광체, 전사벨트, 및/또는 수용체 쉬트(receptor sheet)로 부착되는 동안 용매(solvent)가 빨리 증발될 수 있을 정도로 충분히 큰 증기압을 가진다. 빠른 증발은 여러 색상이 순차적으로 부착 및/또는 전사되어 하나의 화상을 형성하는 경우에 특히 중요하다.

습식 토너는 고해상도 화상을 구현할 수 있고 건식 또는 파우더 형태의 토너에 비해 정착에 소요되는 에너지가 적어서 종종 선호된다. 또한, 습식 토너는, 다양한 이용, 남용 또는 환경 조건에서 제거(removal)에 저항성이 있기 때문에 기재에 정착되는 마지막 기재 상의 토너 화상으로 바람직하다. 마지막 기재 상에 도포된 토너 화상의 잉크는 종종 깨지기 쉬우며, 고무 연필 지우개에 의한 지움(erasure) 또는 인간의 손가락 접촉과 같은 외부 힘에 의한 문지름(rubbing) 또는 스크래칭(scratching)의 공격을 이겨내지 못할 수가 있으며, 이는 열등한 "지움 저항(erasure resistance)"으로 언급되기도 한다. 또한, 잔류 점성(residual tack) 또는 끈적거림(stickiness)를 가진 전사된 잉크는 쌓아올려질 때 바람직스럽지 못하게 다른 마지막 기재에 들러붙을 수 있다. 이는 인접한 기재들이 서로 분리될 때 화상의 일부가 전사된 화상으로부터 벗겨져서 다른 표면으로 이동될 때 화상 손상을 초래한다. 한 기재로부터 인근의 기재로 바람직스럽지 못하게 전사하는 화상의 경향은 열등한 "블로킹 저항(blocking resistance)"으로 언급될 수 있다.

잉크가 블로킹 및 지움과 같은 외부 힘에 적절하게 저항하도록 하기 위해, 상기 잉크가 전열되도록 마지막 기재의 표면을 가열된 롤과 같은 것에 접촉시킴으로써 상기 잉크를 상승된 온도로 가열하는 것이 바람직할 수 있다. 토너 화상을 가열된 롤러로 가압하는 적어도 하나의 비가열 가압롤러를 가진 하나의 가열 롤러를 구비한 정착기 구성의 예들은 미국특허번호 제4,806,097호, 제5,893,019호, 및 제5,897,294호에서 찾아볼 수 있다. 이러한 공정은 공통적으로 "정착"이라 불리며, 종이 또는 다른 기재에 잉크를 전사한 후 바로 마지막 용지 프린트를 열원에 쬠으로써 종종 얻어진다.

가열 벨트, 가열 드럼 또는 가열 공기와 같은 여러 형태의 열원이 잉크를 용지 또는 다른 매체에 정착하는 데 사용될 수 있다. 몇몇의 토너들은 다른 토너와 다른 온도에서 녹기 때문에, 토너 입자들을 적절하게 정착하는 데 필요한 온도는 보통 토너의 화학적 성질에 따라 달라진다. 가열 롤러 또는 가열 요소(heating element)의 온도가 너무 높으면, 토너는 롤러 또는 다른 요소에 부착되어서 롤러의 이어지는 회전 상에서 마지막 기재로 역전사될 수가 있다. 이러한 문제는 "핫 오프세트(hot offset)"로 알려져 있으며, 롤러의 온도를 낮춤으로써 종종 해결될 수 있다. 그러나, 가열 롤러 또는 요소의 온도가 너무 낮으면, 토너 입자가 마지막 기재에 용융되는 것이 실패할 수 있으며, 그리고 가열 롤러 또는 요소로 전사될 수도 있으며, 이어지는 회전에서 마지막 기재에 전사될 수도 있다. 이것은 "콜드 오프세트(cold offset)"로 불리기도 한다. 따라서, 잉크가 마지막 기재에 적절하게 결합되도록 토너의 적절한 전사를 얻기 위해서는, 히터 롤러 또는 요소가 한정된 범위에서 비교적 일정한 온도에서 유지되는 것이 바람직하다. 그러나, 이것은 어떤 형태의 가열 시스템에서는 얻기가 어려울 수 있다.

습식 토너로 만든 화상을 용융하는 것은 다른 토너 물질로 만든 화상을 용융하는 것과 비교하여 특별한 도전이다. 첫째, 습식 토너의 가열 롤러 또는 요소와의 일정한 접촉은 필수적으로 일정한 냉각 "통(bath)"을 생성한다. 이는 캐리어 액체를 제거하는 것과 화상을 용융시키는 것을 위한 적절한 그리고 상대적으로 일정한 온도를 유지하는 것을 더욱 어렵게 만든다. 둘째, 건식토너 정착에 사용되는 낮은 표면 에너지 물질과 많은 장치들은 습식 토너를 사용하는 전자사진 시스템에서의 경우인 액체 또는 스팀이 통과하고, 고이고, 도망가고 또는 흡수되는 시스템에 사용되도록 공식화되어 있지 않다. 셋째, 마지막 기재가 가열 요소를 대면하는 화상과 함께 가열되는 건식 토너 시스템에 종종 사용되는 종래의 정착방법은, 충분한 양의 증발된 캐리어 액체가 가열 요소로부터 이동하는 것을 허여하지 않으며, 이는 캐리어가 마지막 기재와 인쇄기의 다른 구성 부품에 바람직하지 못하게 재응축되게 할 수도 있다. 따라서, 마지막 기재 상에 지속적이고 고품질의 화상을 제공하는 습식 토너 정착의 장치, 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 마지막 기재 상에 지속적이고 고품질의 화상을 제공하는 습식 토너 정착의 장치, 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 하나의 국면에서, 전자사진 프로세스를 이용하여 기재 상으로 습식 토너로부터 만들어진 화상을 정착시키는 정착장치가 제공된다. 상기 장치는 예비정착롤러와, 상기 예비정착롤러와의 사이에 제1 닙 영역을 생성하도록 설치된 백업롤러와, 상기 백업롤러와의 사이에 제2 닙 영역을 생성하도록 설치된 정착롤러를 구비한다. 상기 예비정착롤러, 상기 백업롤러 또는 이 두 개의 롤러는 상기 제1 닙 영역 내에 예비정착 온도를 제공하는 온도로 가열된다. 또한, 상기 정착롤러, 상기 백업롤러 또는 이 두 개의 롤러는 상기 제2 닙 영역 내에 상기 제1 닙 영역의 상기 예비정착온도와 다른 정착 온도를 제공하는 온도로 가열된다. 일 실시예에서, 상기 정착 온도는 상기 예비 정착온도 보다 높다.

상기 정착장치는 전자사진 인쇄장치 내에 포함될 수 있으며, 상기 인쇄 장치 내에서 상기 정착롤러 및 상기 백업롤러 사이의 상기 제2 닙 영역이 상기 기재를 접촉하기 이전에 상기 예비정착롤러 및 상기 백업롤러 사이의 제1 닙 영역이 상기 기재와 접촉되게 설치된다. 상기 예비정착롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 100 ℃ 내지 150 ℃ 사이의 온도로 유지되며, 상기 정착롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 130 ℃ 내지 220 ℃ 사이의 온도로 유지될 수 있다.

본 발명의 다른 국면에서, 전자사진 인쇄장치 내에서 기재 상으로 습식 토너로부터 만들어진 화상을 정착하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 기재의 적어도 하나의 표면 상에 액체 토너화상을 형성하는 단계와, 예비정착롤러 및 백업롤러 사이에 위치하는 제1 닙 영역을 통해서 상기 기재를 이동하는 단계와, 정착롤러 및 상기 백업롤러 사이에 위치하는 제2 닙 영역을 통해서 상기 기재를 이동하는 단계를 구비한다. 상기 예비정착 롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 상기 제1 닙 영역 내에 예비정착 온도를 제공하는 온도로 가열되며, 상기 정착 롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 상기 제2 닙 영역 내에 상기 제1 닙 영역의 상기 예비정착 온도 보다 높은 정착온도를 제공하는 온도로 가열된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명이 더 설명된다.

전자사진에 공통으로 사용되는 토너 물질은 건식 토너와 습식 토너의 카테고리로 나눌 수 있다. 용어 "건식(dry)"은 어떤 액체 조성도 전혀 없는 토너를 의al하는 것은 아니며, 의미있는 양의 용매를 포함하지 않는 토너 입자를 의미한다. 전형적인 건식 토너로는, 용매의 양이 전형적으로 용매의 10 중량 퍼센트 미만이며, 용매의 8 중량 퍼센트 또는 5 중량 퍼센트 미만일 수도 있으며, 용매 함량은 완벽한 건식 토너를 위해 실제적인 것처럼 낮은 것이 바람직하다. 이와 비교하여, 본 발명의 시스템 및 방법에서 사용되는 형태의 전형적 습식 토너 조성은 일반적으로 캐리어 용액에 부유하는 또는 분산된 토너 입자를 포함한다. 상기 캐리어 용액은 부도전성 분산 용액인 것이 바람직하며, 이러한 전하 운반 능력의 결여는 인쇄 프로세스 중 정전 잠상을 방전시키는 것을 회피하는 데 바람직하다. 습식 토너 입자는 저 극성, 저 유전상수, 실질적으로 비수성(nonaqueous) 캐리어 용매의 캐리어 용액에서 어느 정도 용매화되거나 또는 안정화(즉, 분산되고 부유되는)되는 것이 바람직하며, 전형적으로 토너의 총 무게의 50 중량 퍼센트 보다 많은 것이 바람직하다. 상기 습식 토너 입자는 캐리어 용매에 용해된 극성 그룹을 이용하여 화학적으로 전하를 띠는 것이 바람직하지만, 그러나 습식 토너 입자는 캐리어 용액에 용매화 및/또는 분산되어서 마찰전기 전하를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 습식 토너는 건식 토너의 입자 보다 작은 크기의 입자를 종종 포함하기 때문에, 본 발명에 사용되는 형태의 토너 입자는 건식 토너에 의해서 만들어진 토너 화상 보다 높은 해상도의 토너화상을 만들 수 있다.

도면들을 참조하면, 구성요소들은 여러 도면들을 통해서 유사한 도면번호로 라벨되어 있다. 도 1은 건식 토너 응용에 사용되는 전형적 정착 장치(100)의 개략적 도면이며, 제1 롤러(102), 제2 롤러(106), 및 화살표(103)로 표시된 방향으로 이동되는 기재(114)를 포함한다. 제1 롤러(102)는 가열 요소(104)에 의해 내부적으로 가열될 수 있으며, 이는 예컨대 할로겐 램프일 수도 있으며 가열 담요(blanket) 및 가열 램프를 포함하는 다른 가열 요소가 사용될 수도 있다. 백업 롤러(106)는 제1 롤러(102)와 접촉되게 위치하며, 그것에 의해 롤러들(102,106) 사이에 기재(114)의 두께를 수용할 수 있을 정도로 충분하게 느슨한 접촉닙(116)을 생성한다. 몇몇의 경우에서는, 상기 백업롤러(106)도 제1 롤러(102)에 사용되는 것과 유사한 가열 요소(108)에 의해서 가열된다. 적어도 하나의 롤러는 미도시된 구동 메커니즘에 의해 구동되며, 롤러들(102,106)은 각각 화살표(110,112)로 도시된 것과 같이 회전된다. 용융되지 않은 또는 일측에 토너화상을 가진 기재(114)는 닙영역(116)으로 공급되어서 방향 103에서 이 닙영역(116)을 통해서 이송되며, 롤러(102,106)로부터의 결합된 열이 토너를 용융시켜서 기재(114) 상에 정착시킨다. 미도시된 화상은 두 개의 가열되는 롤러(102,106) 중 어느 하나와 마주보지만, 그러나 롤러 중 어느 하나만 가열되는 경우에는 전형적으로 가열롤러를 마주본다.

본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 정착 장치 또는 시스템은 화상을 기재에 용융 또는 정착시키기 전에 습식 토너를 "예비 정착(prefusing)"하는 방법을 제공함으로써 습식토너 정착의 요구를 수용하고 있다. 특히, 본 발명은 토너가 들러붙거나 "오프세팅(offsetting)"되는 것을 막을 정도로 낮은 온도에서, 그리고 캐리어 용액의 요구되는 양의 증발을 제공하는 데 충분하게 높은 온도에서 적어도 캐리어 용액의 일부를 증발시키는 초기 공정 프로세스 단계를 제공한다. 이 초기 단계는 적어도 하나의 추가되는 정착 단계 후의 기재 상에 얻어지는 화상의 품질 및 내구성을 크게 향상시킨다. 도 2의 실시예에 도시된 것처럼, 정착 장치 또는 시스템(10)이 제공되며, 이는 예비정착롤러(12)와, 정착(fixing) 또는 마지막 용융(fusing) 롤러(14)와, 백업 또는 압축(compression)롤러(16)를 포함한다. 이 도면에 도시된 것처럼, 기재(24)는 화살표(26)로 표시된 방향으로 이송된다. 본 발명에 따르면, 기재(24)는 기재(24)의 적어도 일면 상에 비정착된 또는 습식 토너가 형성된 토너화상을 가지고 시스템(10)으로 공급된다. 상기 화상은 후술하는 방법 및 시스템을 사용하는 시스템(10)을 통과한 후 기재(24)에 정착되는 것이 바람직하다.

특히, 예비정착롤러(12)는 기재(24) 상의 습식 토너 화상으로부터 캐리어 용액의 초기 일부를 적어도 증발시키도록 백업롤러(16)에 대해서 배치된다. 상기 롤러(12,16)는 그 들 사이에 닙영역(32)을 제공하도록 위치되는 것이 바람직하다. 이 닙영역(32)은 두 개의 롤러(12,16)가 서로 접촉되는 영역이며, 기재가 상기 닙영역을 지날 때 이동하는 기재가 가열된 예비정착롤러를 접촉하는 시간의 길이(즉, "머무는 시간(dwell time)")를 정한다. 상기 롤러들(12,16)은 롤러의 전장(entire length)을 가로질러서 접촉하는 것이 바람직하며, 상기 닙영역의 크기는 주로 기재의 이송 방향에서 접촉 영역의 폭을 조절함으로써 제어된다. 닙영역(32)의 크기는 예컨대, 롤러 둘 다, 또는 어느 하나의 하나 또는 그 이상의 롤러 층의 경도를 조절하거나, 또는 두 개의 롤러(12,16)가 서로에 가하는 힘 또는 압력을 증가 또는 감소시킴으로써 제어될 수 있다. 예컨대, 롤러(12,16) 중 적어도 하나의 경도 또는 듀로미터(durometer)를 증가시킴으로써 또는 상기 두 개의 롤러에 인가되는 압력을 감소시킴으로써 닙영역(32)의 크기를 감소시킬 수 있다. 이들 변수들과 조절은 닙영역(32)을 통과하는 기재의 여러 다른 물질 성질과 두께를 수용하도록 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상대적으로 얇은 물질은 비교적 타이트한 또는 고압력의 닙영역을 통과할 수 있지만, 기재가 닙영역을 통과시 구겨지거나 찢어지지 않도록 서로를 향하여 강하게 압착되지 않는 게 중요하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 닙 폭은 0.5 mm에서 3 mm 이며, 더욱 바람직한 범위는 1.5 mm 내지 2.5 mm 이다.

위에서 설명한 바와 같이, 기재(24)가 닙영역(32)에서 보내는 시간은 적어도 롤러(12, 16)의 고무층 또는 외측 코팅의 경도 또는 듀로미터, 또는 코팅층이 없는 경우 롤러 자체의 경도의 선택을 통해서 부분적으로 제어될 수 있다. 롤러가 너무 부드러우면 코팅이 휘어지기 쉽고, 이는 코팅의 갈라짐(delamination) 또는 크래킹을 초래할 수도 있기 때문에 코팅층(예컨대, 보호용 코팅(overcoat) 또는 이형층을 가진 또는 가지지 않은 고무층)은 중요하다. 게다가, 롤러의 경도가 너무 낮으면, 토너가 정착되는 기재도 역시 휘어지고 뒤틀릴 수 있다. 만일 롤러가 너무 단단하면, 닙영역(32)은 비교적 작아지고 기재 및 토너에 열이 인가되는 시간은 감소될 것이다. 이는 토너의 기재로의 불충분한 정착 및/또는 용매의 불충분한 증발을 가져온다. 게다가, 너무 부드럽고 및/또는 너무 넓은 닙 영역을 가지는 롤러 사이에 제공되는 닙(32)은 마지막 기재가 구겨지게 할 수도 있으며 증발된 용매를 롤러(12,16) 사이에 가둘 수도 있다. 이와 비교하여, 너무 단단하고 및/또는 너무 좁은 닙 영역을 가지는 롤러 사이에 제공되는 닙(32)은 충분한 양의 용매를 증발시키기 위한 화상 및 롤러들 사이의 충분한 머무는 시간을 제공하지 않을 수 있다

각 롤러의 듀로미터 또는 경도는 롤러의 구조를 형성하는 모든 물질 층들(예컨대, 고무, 실리콘, 이형층 등)의 누적 경도에 의해서 정해진다. 비교적 낮은 듀로미터를 가진 롤러가 더 부드러우며 따라서 롤러들과 기재 접촉의 긴 시간을 허여하는 더 넓은 닙을 생성하며, 이들 롤러는 덜 내구적이며, 따라서 열과 계속 사용으로 부숴지기 쉬울 것 같다. 반면에, 높은 듀로미터 롤러는 더 단단하고 따라서 롤러들과 기재 접촉의 짧은 시간을 허여하는 더 좁은 닙을 생성한다. 그러나, 이들 롤러는 장시간의 사용동안 열을 더 견딜수 있다. 따라서, 개개의 롤러가 교환되기 전에 원하는 시간 동안 정착 작용을 위한 소정의 닙 폭의 필요를 밸런스하도록 롤가 선택되는 것이 바람직하다. 롤러의 코팅층들의 총 경도는 5 내지 50 쇼아 에이 경도(Shore A hardness) 범위인 것이 바람직하다. 롤러(12,16)는 동일한 경도를 가질 수도 있으며, 또는 경도에 있어서 서로 다를 수도 있다.

롤러(12,16)는 Bando USA Inc.(Itasca, Illinois), Bando International(Chou-Ku, 고베,일본), Minco Manufacturing(콜로라도 스프링스, CO), 및 Ames Rubber Co.(Hamburg, N.J.) 로부터 상업적으로 이용가능한 롤러들을 포함한 여러 제조업체로부터 만들어질 수 있다. 정착롤러에 사용되는 고무의 선택에 있어서 고려되어야 하는 여러 가지 중요한 특징은: 습식 전자사진용 용매 저항성 및 스크래치를 포함하는 특정한 온도에서의 내구성; 최적의 닙 거주 시간을 위한 승낙; 및 여러 경우에 있어서, 어느 종류의 적용되는 낮은 표면 에너지 층 또는 이형층의 점착성 기재로 작용하는 능력이다. 그것을 선택하는 데 고려될 수 있는 변수와 함께 고무 및 조성의 예가 미국특허공보 제5,974,295호 및 제6,602,368호에 서술되어 있다. 롤러들(12, 16)과 같은 적어도 하나의 정착롤러 상에 포함될 수 있는 코팅은 토너 입자가 토너 입자를 가열한 후에도 표면으로부터 토너 입자가 쉽게 릴리스되게 한다. 플루오로엘라스토머(Fluroelastomer)와 폴리디메틸 실록산(polydimethyl siloxanes)은 그들의 낮은 표면 에너지로 인하여 이러한 응용에 사용될 수 있는 코팅의 두 개의 예이다. 예를 들어, 디메틸 실록산(dimethyl siloxane)은 고온에서 급격하게 표면에너지가 증가되는 경향이며, 이는 오프세트를 일으킬 수 있으며, 따라서 예비정착롤러(12)에서와 같이 낮은 온도에서 보다 효과적이다. 다른 예를 들면, Teflon?怜? 같은 불소함유 폴리머(fluorinated polymer)는 비교적 고온이고 화상이 정착되어야 하는 제2 또는 마지막 정착롤러 상에서와 같은 실질적으로 건조한 곳에서 아래에서 상세하게 설명되듯이 오프세트를 일으키지 않고 사용될 수 있다.

만일 롤 베이스가 추가되는 이형층 없이 사용된다면, 상기 베이스 고무 또는 물질은 기재(24)가 롤러들(12,16) 사이의 닙영역(32)을 벗어날 때 토너가 상기 베이스 물질에 부착되지 않게 충분히 낮은 표면 에너지를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 요구를 만족시키는 물질 및 고무의 몇몇의 예는 플루오로플라스토머(fluoroplastomer), 플루오로엘라스토머(fluoroelastomer), 폴리실록산 엘라스토머(polysiloxane elastomer), 폴리우레탄(polyurethane), 및 에틸렌-프로필렌 엘라스토머(ethylene-propylene elastomer)를 포함하며, 이들 중 몇몇은 표면에너지 변화 때문에 더 높은 온도에서 보다 효과적이다. 작동온도까지 급속으로 가열하는 정착시스템(즉, "순간" 응용)과 같은 경우에서 전기적 또는 열적 전도성을 장려하기 위해서 필러(filler)가 채용되기도 한다. 하나의 예로서, 알루미늄 롤러 코아(core)가 사용될 수 있으며, 이 코아는 10 내지 30 쇼아 에이 경도를 가진 실리콘 고무로 1-2 mm 코팅될 수 있다. 상기 고무는 릴리스 코팅(release coating)으로서 폴리디메틸 실록산으로 0.025 mm 내지 0.050 mm 코팅될 수도 있다.

닙영역(32)을 디자인하는 데 사용되는 다른 팩터는 두 개의 롤러(12,16)가 서로에 대해서 그리고 기재(24)에 대해서 가하는 압력의 선택이다. 기재(24)가 닙영역(32)을 통과시 받는 압력은 인쇄 품질에 영향을 미칠수 있다. 예를 들어, 만일 불충분한 압력이 존재하면, 화상은 닙에서 문질러지거나 또는 불충분한 양의 용매가 증발할 수 있다. 만일 너무 큰 압력이 존재하면, 기재(24)는 손상되거나 또는 파괴될 수도 있다. 본 발명의 일 예에서, 롤러 사이의 압력은 바람직하게는 10 파운드(4.5 kg) 내지 60 파운드(27.2 kg), 더욱 바람직하게는 20 파운드(9.1 kg) 내지 45 파운드(20.4 kg) 범위에서 유지되는 것이 바람직하다. 바람직한 압력은 소망하는 압력 변수에 따라서 대략 직선 인치 당 2.2 내지 5.0 파운드로 한정될 수 있다. 그러나, 상기 압력은 사용된 롤러, 습식 토너 포뮬레이션, 화상이 인가되는 기재를 포함하여 특정한 소망하는 닙영역의 다른 선택된 변수에 따라서 이 범위 보다 실질적으로 낮거나 또는 높을 수 있다. 롤러(12,16)는 서로 다른 직경을 가질 수 있으나, 만일 롤러가 동일한 직경이라면 사용된 롤러 물질 및 선택된 압력은 다를 수 있다. 그러한 실시예에서, 롤러는 서로 다른 속도로 회전할 수 있으며, 롤러 구성에 따라서 하나 또는 두 개의 롤러가 구동될 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 도 2의 화살표(26)는 이 실시예에서 기재(24)가 이동되는 방향을 보여준다. 기재(24)의 그러한 이동을 용이하게하기 위해서, 롤러(12,16)는 각각 화살표 34,36 으로 도시된 방향으로 회전된다. 롤러(12,16)의 하나 또는 둘은 시스템(10)을 통해서 기재(24)의 원하는 이동을 제공할 수 있는 어느 형태의 구동 메카니즘(미도시)에 의해 구동될 수 있다. 기재(24)가 닙(32)으로 피딩될 때 습식 토너화상이 기재(24)의 상면(20) 및 저면(22) 중 적어도 하나 위에 제공될 수 있다. 롤러(12), 롤러(16) 또는 화상이 기재(24)의 양면에 인쇄된 경우 두 개 롤러(12,16)이던지 화상을 대면하는 롤러는 닙영역(32)에 온도를 제공하기 위해서 가열되어야 하며, 이는 바람직하게는 적어도 캐리어 용액의 일부가 증발되게 하며, 더욱 바람직하게는 액체의 실질적인 부분이 증발되게 한다.

토너화상이 기재(24)의 일면에 제공될 때, 토너화상이 상방 또는 실질적으로 상방을 향하는 것이 바람직하며, 이는 캐리어 용액이 증발시 기재(24)로부터 달아나기 때문이다. 예를 들면, 본 바람직한 실시예에서, 화상은 롤러(12)를 대면하는 게 바람직하다. 만일 토너 화상이 하방을 향한다면(이 경우, 롤러(16) 방향으로), 상승하는 증발된 캐리어는 적어도 부분적으로 기재(24) 또는 화상으로 재흡수되거나 기재(24)의 아래에 포획되어 거기서 응축할 수도 있다. 그러나, 토너화상이 아래를(즉, 롤러(16) 쪽으로) 향하도록 제공되는 기재는 비록 토너 증발량이 화상이 위를 향하는 경우와 다를 것이지만 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 이러한 경우에, 닙영역의 크기와 롤러의 온도가 적절하게 조정될 필요가 있다. 따라서, 도 2의 시스템에서 화상이 아래를 향하면, 시스템의 여러 변수(예컨대 온도, 압력 등)는 동일한 캐리어 용액 증발량을 얻기 위해서 토너화상이 상방을 향할 때와 다른 레벨로 조정될 수 있다.

롤러(12 및/또는 16)를 소망하는 온도로 가열하기 위해서 다양한 가열 방법 및 장치가 사용될 수 있다. 본 발명의 여러 롤러를 가열하는 데 사용될 수 있는 가열 요소의 하나의 예는 석영 할로겐 램프이며, 다른 알려진 수단도 롤러를 고르게 가열되게 유지할 수 있다. 할로겐 램프는 급격하고 고르게 가열되며, 매우 뜨겁게 되며, 그리고 상대적으로 긴 수명을 가진다. 또한 롤러 자체와의 접촉없이 롤러의 속이 빈 코아(core) 내에 위치할 수도 있으며, 이는 접촉 손실과 연관된 기계적 실패의 기회를 감소시킬 수 있는 특징이다. 예컨대 도 2의 실시예에서, 롤러(12,16)는 각각 내부 가열요소(4,44)가 제공되며, 이는 할로겐 램프 또는 다른 열윈일 수 있다. 이러한 내부 열원이 사용되는 경우, 롤러(12,16)는 실리콘과 같은 매우 낮은 표면에너지 코팅과 열저항(heat-resistant) 고무로 코팅된 금속 코아를 포함할 수도 있다.

어느 정도의 습식 토너 증발량을 얻기 위해 제어되고 조절될 수 있는 다른 변수는 롤러(12,16)의 온도이다. 바람직한 실시예에서, 롤러(12)는 캐리어를 증발시키는 데 필요한 온도까지 가열된다. 그러한 실시예에서, 롤러(16)는 롤러(12)와 동일한 온도로 가열되거나 또는 롤러(12) 보다 낮은 온도로 가열되거나, 또는 롤러(16)는 열원을 구비하지 않을 수도 있다. 기재 상의 토너 화상으로부터 캐리어 용액을 증발시키는 것이 본 실시예의 롤러(12)의 주요 기능이다. 롤러(16)의 주요 기능은 기재가 예비정착되고 이어서 정착될 때 기재를 위해 단단한 백업 지지를 제공하는 것이다. 그러나, 기재(24)에 비교적 일정한 열량을 공급하기 위해 필요한 만큼 롤러(12,16) 중 어느 하나 또는 둘은 가열된다. 캐리어 용액 증발을 위해서 단지 소량의 열이 기재로 이전되는 것이 필요한 경우, 예컨대 롤러들(12,16)의 하나만 가열되거나 또는 두 개의 롤러(12,16) 모두 동일한 수준의 증발을 얻기 위해서 비교적 낮은 온도로 가열될 수도 있다. 예비 정착 또는 증발 단계에서, 증발 공정은 하나 또는 두 개의 롤러를 냉각시키기 때문에, 하나 또는 두 개의 롤러(12,16)를 소망하는 범위에서 롤러의 온도를 유지하기 위해서 열원에 의해 제공되는 열량을 정규적으로 모니터하고 제어하는 피드백 시스템을 구비할 수 있다. 비록 예비 정착롤러의 바람직한 온도는 주로 습식 토너의 특성, 선택된 캐리어 용액의 기화온도 및 정착 롤러 코팅 변수들에 의해서 결정되지만, 롤러(12 및/또는 16)의 바람직한 온도 범위는 100 ℃ 내지 150 ℃ 이며, 보다 바람직한 온도 범위는 110 ℃ 내지 130 ℃ 이다.

도 2의 정착 장치 또는 시스템은 롤러(16)와 닙(42)를 형성하도록 위치하는 롤러(14)를 구비하여 제2 정착영역에서 이루어지는 정착 또는 용융단계를 더 포함한다. 상기 정착 또는 용융롤러(14)는 롤러(16)와 결합하여 제1 닙(32)의 열이 기재(24)를 가열하여 적어도 캐리어 용액의 일부를 증발시킨 후의 어느 지점에서 기재(24)를 접촉하도록 설치된다. 화살표 26은 기재(24)의 이동 방향을 보여주며, 또한 정착롤러(14) 및 닙영역(42)으로 기재가 이동하는 방향을 보여준다. 정착 롤러(12)와 정착롤러(14) 사이의 간격 또는 갭은 인쇄기에서 요구되는 정착 공간을 최소화하도록 작은 것이 바람직하다. 그러나, 하나의 롤러로부터의 열이 다른 롤러에 의해 제공되는 열에 영향을 미치는 것을 막도록 정착 롤러(12)와 정착롤러(14) 사이에 적어도 소정의 거리를 두는 것이 바람직하다.

기재(24)가 적어도 부분적으로 닙(32)을 통과하면, 앞으로 이동하면서 롤러(14,16) 사이의 정착 닙(42)으로 들어간다. 기재(24)의 그러한 이동을 용이하게 하기 위해서, 롤러(14,16)는 각각 화살표(38,40)로 표시된 방향으로 회전한다. 특정한 시스템(10) 내의 롤러(14)는 크기, 듀로미터, 고무/코팅 두께 및/또는 다른 변수들에 있어서 예비정착 단계에서 사용되는 롤러(12,16)로부터 동일하거나 또는 다르다. 다양한 토너화상과 그들이 용융되는 기재들이 광범위하게 변하기 때문에, 롤러(12,16)가 다양한 범위의 간격과 특성을 포함하는 것과 같은 방식으로 롤러(14,16)의 위치 및 특징은 다양한 서로 상대적인 간격과 특징을 포함할 수 있다. 따라서, 롤러(12,16)에 대해서 기술된 다양한 변용예와 고려가 롤러(14,16) 사이의 관계에 적용될 수 있다. 그러나,롤러(16)는 하나 이상의 가열 또는 정착 단계(즉, 롤러(16)는 닙 영역(32) 및 닙 영역(42) 둘 다의 부분이다)에서 공통이기 때문에, 두 닙 영역(32,42)의 소망하는 온도, 압력 및 다른 변수가 고려되어야 한다.

롤러 쌍(14,16)은 토너입자를 그들의 유리 전이 온도(glass transition temperature)(Tg) 이상으로 비교적 급속으로 가열하여 기재(24)의 토너 입자의 소망하는 마지막 용융을 제공하는 것이 바람직하다. 습식토너의 Tg 가 변하기 때문에, 이 온도에 도달하는 데 필요한 온도도 각각 변할 수 있다. 따라서, 제2 정착 단계에서의 닙(42)은, 보통 기재가 정착단계에 상대적으로 건조 토너화상(즉, 상대적으로 용매가 없는)을 가지고 도착하도록 캐리어 용액 증발을 제공하도록 주로 고안된 닙(32) 보다 높은 온도에서 유지된다. 상대적으로 고온으로 유지하기 위해서, 롤러(14,16) 둘 다 열원을 구비하는 것이 바람직하며, 하나의 롤러 만 열원을 가질 수도 있다. 예컨대 도 2의 실시예에서, 롤러(14,16)는 각각 내부 가열 요소(44,36)를 구비하며, 이는 열원(4,36)으로 위에서 기술한 것과 같은 할로겐 램프 또는 다른 열원일 수 있다.

롤러(14,16) 사이의 닙영역(42)을 위한 정착온도의 바람직한 범위는 130 ℃ 내지 220 ℃ 이며, 몇몇의 습식 토너는 약 150 ℃ 이상에서 용융되는 것이 바람직하다. 정착온도는 "오프세트" 또는 정착롤러 중 어느 하나로의 화상의 전사를 일으키는 고온으로 되지 않는 것이 바람직하다. 정착롤러(14)는 롤러(12,16)(위에서 설명한)와 같은 물질과 코어로 제조될 수 있다. 그러나, 이형층은 비교적 높은 표면 에너지를 가지는 정착롤러(14) 상에 포함되며, 이러한 이형층은 예컨대 불소함유 폴리머로 형성된 몰드된 슬리브(sleeve) 형태로 제공될 수 있다. 따라서, 기재가 닙 영역(42)에 도착할 때 까지 상당한 캐리어 용액이 증발되며 화상이 부분적으로 용융되기 때문에, 정착롤러(14)는 상품명 "테프론"으로 입수가능한 코팅 또는 슬리브와 같이, 예비정착롤러(12)에 사용되는 물질 보다 고온을 견디는 물질을 가진다. 본 발명의 하나의 실험예에서, 정착롤러(14) 상의 코팅층의 두께는 약 0.025 mm 내지 0.050 mm 이며, 쇼아 에이(Shore A) 경도 10 내지 30 사이의 롤러의 총 직경은 약 35 mm 이다. 이 실험예에서, 롤러(14,16)는 그들 사이에 인가되는 총압력이 닙(42)을 1 mm 내지 3 mm 사이에서 생성하도록 10 파운드(4.5 kg) 및 60 파운드(27.2 kg) 사이인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 20 파운드(9.1 kg) 및 45 파운드(20.4 kg) 사이인 것이 바람직하다. 예비정착단계의 롤러와 같이 상기 압력은 직선 인치 당 약 2.2 내지 5.0 파운드로 한정될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 백업 또는 압축 롤러(16)는 약 10 쇼아 에이 경도(Shore A hardness)를 가진다. 백업롤러(16)는 대략 예비정착롤러(12)의 온도와 같은 온도로 유지된 내부 가열요소(36)를 가지고 있다. 예비정착롤러(12)는 약 20-30 쇼아 에이 경도를 가지며 낮은 표면 에너지 릴리스 코팅으로 폴리디메틸 실록산으로 코팅되어 있으며, 그것은 또한 흡착성이 있으며, 이는 장려된 윤활성과 릴리스 특성을 제공한다. 상기 두 롤러(12,16)는 닙영역(32)에서 약 45 파운드(20.4 kg)의 압력의 총 힘으로 유지되며, 약 100 ℃ 내지 150 ℃로 유지되는 것이 바람직하다. 정착롤러(14)도 닙영역(42)에서 약 45 파운드(20.4 kg)의 압력의 힘으로 백업롤러(16)와 접촉된다. 롤러(14)는 약 130 ℃ - 220 ℃ 범위의 고온을 견딜 수 있는 불소함유 폴리머로 제조된 릴리스 슬리브로 커버된다. 닙(42)은 롤러(14)에 의해 공급되는 고온 때문에 롤러(16) 보다 고온으로 유지되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 모든 롤러들(12,14,16)의 직경이 약 35 mm 이며, 이 크기는 주로 전자사진 장치의 크기를 수용하기 위해서 선택된다. 롤러들은 서로 다른 크기 또는 같은 크기일 수 있다. 롤러 직경의 하한은 적어도 롤러의 강도(rigidity)를 위한 필요에 의해 그리고 때때로 롤러를 위한 충분한 구조적 강도를 유지하면서 가열 요소를 삽입하는 빈 공간을 위한 필요성에 의해 제한된다. 롤러(16) 직경의 하한은 서로 가깝게 이격되는 두 개의 닙(32,42)을 가질 필요에 의해 제한될 수도 있다.

기재가 두 개의 닙(32,42)을 연속적으로 통과하기 때문에, 기재(24)의 구겨짐, 찢어짐 또는 다른 손상을 방지하기 위해서 롤러들(12,14,16)의 일정한 속도를 유지하는 것이 바람직하다. 기어 또는 부착된 모터로 롤러들(12,14 및/또는 16)의 코어를 구동하는 것과 같이 롤러들을 구동하는 여러 방법이 있다. 도 3의 실시예에 다른 방법이 장치(200)으로 도시되어 있다. 이는 도 2의 실시예에 롤러(213,217)에 의해 형성되는 예비정착닙과 이어서 롤러(215,217)에 의해 형성되는 정착닙을 통과하는 방향(205)으로 이동되는 기재(203)와 함께 구동롤러(207,209,211)의 추가를 보여준다. 특히, 구동롤러(211)는 롤러(217)의 표면과 접촉하여 이 롤러(217)를 구동롤러(211)와 반대방향(화살표 219,225으로 표시된)으로 회전시킨다. 또한, 구동롤러(207)는 롤러(213)의 표면과 접촉하여 이 롤러(213)를 구동롤러(207)와 반대방향(화살표 223,227로 표시된)으로 회전시킨다. 또한, 구동롤러(209)는 롤러(215)의 표면과 접촉하여 이 롤러(215)를 구동롤러(209)와 반대방향(화살표 221,229로 표시된)으로 회전시킨다. 이 실시예에 있어서, 구동롤러(207,209,211)는 별개의 모터 또는 구동 시스템에 맞물리거나, 또는 둘다 동일한 모터 또는 구동시스템(미도시)에 의해 구동될 수도 있다.

또한, 도 3은 상기 두 개의 닙 사이에서 기재(203)가 이동시 기재의 평탄성을 유지하도록 특별하게 고안된 본 발명의 부가적인 특징을 보여준다. 특히, 가이드(201)로 개략적으로 도시된 것과 같은 하나 또는 그 이상의 가이드는 기재가 예비정착단계에서 열에 노출된 후 컬링(curling) 또는 벤딩(bending)되는 것을 방지하도록 제공될 수 있다. 가이드(201)은 토너화상을 손상시키지 않거나 또는 기재의 이동을 방해하지 않는 다양한 형태를 가질 수 있으며, 기재가 닙영역으로 진입시 기재의 손상 또는 접히는 것을 최소화하거나 또는 방지한다. 이들 가이드들이 도 3의 실시예에 도시되어 있으나, 이러한 가이드들은 도 2의 실시예와 같이 본 발명의 다른 실시예에서도 사용될 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 형태의 시스템을 포함하는 정착유니트는 증발된 용매와 여분의 열이 달아나도록 허여하는 적당한 에어플로우를 유지하는 것이 중요하다. 정착 유니트에 포획된 증발된 용매는 마지막 기재 또는 화상으로 재응측 또는 재흡수될 수 있으며, 따라서 화상 품질을 파괴한다. 이러한 이유로, 상기 장치는 용매가 달아나는 것을 허여하도록 적절하게 개방된 구조를 가져야 한다. 부가적으로, 상기 영역으로부터 증발된 용매를 인도하고 및/또는 롤러중 적어도 하나 또는 기재를 냉각시키도록 팬 또는 다른 공기이동장치가 설치되어서, 롤러 및 기재를 바람직한 온도 범위 내에 유지할 수 있도록 한다.

위에서 설명한 본 발명의 실시예들은 두 개의 닙 영역을 포함하며, 제1 예비정착영역은 바람직하게는 제2 또는 마지막 정착영역의 마지막 정착롤러 보다 낮은 온도로 유지되는 예비정착롤러를 포함한다. 그러나, 상기 제1 영역이 제2 영역의 롤러들 보다 고온으로 유지되는 롤러를 구비할 수도 있으며, 또한, 예비정착 롤러와 정착 롤러 모두 동일한 온도 또는 매우 비슷한 온도로 유지될 수도 있다. 또한, 본 발명의 정착 시스템은 두 개 이상의 정착 스테이션을 포함할 수 있다는 것을 생각할 수 있으며, 여기서 최초의 정착 스테이션과 마지막 정착 스테이션 사이의 중간의 스테이션은 다른 정착스테이션과 비슷하거나 또는 다른 온도에서 제공되는 부가의 정착롤러들을 포함할 수도 있다. 부가의 정착 스테이션은 필수적으로 공정 공간을 필요로 하므로, 기계 또는 장치의 총 크기를 제한하기 위해서 정착 스테이션의 수를 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명의 동작은 후술하는 상세한 실험예와 관련하여 더 설명된다. 이들 실험예들은 다양한 특정적인 그리고 바람직한 실시예와 기술을 더 설명하기 위해서 제공된다. 그러나 많은 변형 및 변용예들이 본 발명의 범위 안에서 만들어질 수 있음은 물론이다. 사용된 정착 장치 시스템 배치와 행한 테스트는 다음과 같다.

실험예

장치는 다음 설명들을 만족시키도록 고안되었다.

장치의 정착 및 예비정착롤러는 35 mm 직경 롤러를 구비하며, 각각은 금속 코어, 1-2 mm 의 실리콘 고무(또는 우레탄 고무) 베이스 층, 상기 베이스 층 위에 0.025 mm 내지 0.050 mm 두께의 폴리디메틸 실록산 또는 불소함유 폴리머 릴리스 코팅층으로 제조되었다. 상기 베이스 및 코팅층의 듀로미터는 10 내지 30 쇼아 에이(Shore A) 경도였다. 상기 롤러들은 속이 비었으며, 열전도를 돕도록 내부에 검은 "내부 직경" 페인트를 칠하며, 내부에서 할로겐 램프로 가열된다. 예비정착롤러는 약 130 ℃ 로 유지되며, 정착로러는 약 180 ℃ 로 유지되었다.

정착롤러는 표면 윤활(lubricity)을 보조하기 위해 흡수성 폴리디메틸 실록산 포뮬레이션으로 코팅된다. 정착롤러는 내구성있는 몰드된 불소함유 폴리머 슬리브(PFA롤 알려진)가 제조회사에서 끼워졌다.

상기 백업 또는 압축 롤러는 고무 또는 릴리스 물질로 코팅되지 않으나, 만일 기재가 양면에 화상이 제공되는 경우, 고무 및/또는 릴리스 코팅이 백업롤러 상에 제공되는 것이 바람직하다. 백업롤러도 상술한 것과 유사한 속이빈 코아를 가지며, 그 내부에 할로겐 램프가 삽입되었다. 백업롤러는 약 130 ℃ 로 가열되었다.

상기 예비정착롤러 및 정착롤러는 백업롤러에 대해서 약 45 파운드의 힘으로 인가되도록 설치되었다. 상기 예비정착롤러 및 정착롤러는 서로 약 5 cm 보다 적게 이격되었다.

건식 토너 정착을 위한 단일 롤러 정착 시스템과, 이중 롤러 정착기를 사용하는 두 개의 테스트가 수행되었다. 결과는 테이블에 나타내었으며 아래에 설명하였다.

테스트 방법 및 장치

본 발명의 실시예서, 다음의 테스트 방법이 기재로 전사되는 인쇄 품질을 정하기 위해서 사용되었다.

지움 저항성(Erasure resistance)

정착후 지움 힘에 대한 인쇄 잉크의 저항을 정량화하기 위해서, 지움 테스트가 정의되었다. 이 지움 테스트는 크록미터(Crockmeter)로 불리는 장치를 사용하여 잉크가 묻힌 그리고 정착된 영역을 리넨 천(linen cloth)으로 잉크에 대해서 알려진 그리고 제어된 힘으로 문지르는 것이다. 리넨 천이 크록미터 프로브에 고정된 후, 상기 프로브는 제어된 힘으로 상기 잉크가 묻은 표면에 위치되어서 미리정한 수회(이 경우, 조그만 크랭크를 5회하며, 각 회전당 2회 선회함) 상기 잉크가 묻은 표면 위를 왔다 갔다 선회한다. 상기 잉크 묻은 테스트 영역은 선회하는 동안 지우는 머리부분이 잉크 묻은 영역을 벗어나지 않을 만큼 길다.

이 시험에서 사용된 크록미터는 Atlas Electric Devices Company, Chicago, IL 60613 가 제조한 AATCC Crockmeter Model CM1 이다. 이 장치의 헤드 무게는 934 그램이며, 5-선회(slew) 테스트 동안 잉크 위에 위치하는 무게이며, 잉크와 리넨 천의 접촉 영역은 1.76 cm2 이다. 이 테스트 결과는 테스트 전의 용지 상의 잉크의 원래의 밀도에 대한 단위 면적당 인가된 힘 530 g/cm² 에서 인쇄된 잉크 테스트 샘플 상의 5 선회(slew) 후의 리넨 천 상의 잉크의 밀도의 측정 비율이다. 이 지움 테스트를 통과하기 위해서, 지운(테스트) 영역의 농도가 적어도 원래 농도의 95%가 되어야 한다. 그렇지 않으며, 프로세스는 실패한 것으로 판정되며 부적절한 지움 저항을 가진 것으로 정해진다. 실제 계산은 다음 식1과 같다:

ERASURE = (OD_print - OD_cloth) / (OD_print) x 100%

여기서, OD_print는 프린트 또는 기재 상의 잉크의 원래 광학 농도이며, OD_cloth는 5 slew 테스트후의 문지러진 천(abrading cloth) 상의 잉크의 광학 농도이다.

이들 테스트들은 화상의 내구성에서 일관성을 확인하기 위해서 랜덤 인쇄된 그리고 용융된 화상 위에서 자주 행해졌으며 다음의 발명과 함께 다양한 습식 토너 포뮬레이션의 실시예의 성공 또는 실패를 벤치마크하기 위해서 사용되었다.

오프세트(Offset)

오프세트는 기재로부터 정착롤러로 기재 상의 일부 토너 화상이 전사될 때 일어난다. 두 종류의 오프세트가 있다. 콜드 오프세트는 정착롤러가 용매를 증발시키고 토너의 유동을 변화시켜 토너가 기재로 정착될 수 있을 정도로 충분히 뜨겁지 않을 때 일어난다. 핫 오프세트는 정착롤러가 너무 뜨거워서 토너가 용융되지만 정착롤러 상에 벗겨질 때 일어난다. 어느 경우에나, 화상은 손상되며 인쇄산업에서 받아들여질 수가 있는 제로(0) 등급(no offset)을 얻을 수 없을 것이다. 다음은 이 분석에서 사용된 정의 및 등급이다:

오프세트 등급:

0= no offset

1= 매우 적음

2= 종종 눈에 띔(매 10-20 페이지에서)

3= 눈에 띔(매 4-5 페이지에서)

4= 대부분 눈에 띄며, 토너는 그것이 제거된 곳으로부터 하류의 기재 상에 다시 도포된다.

5= 큰 화상 오프세트가 계속되며, 기재 상에 하류의 토너화상이 연속 적으로 재도포된다.

다음 결과는 건식 토너 정착 응용을 위해 만들어진 도 1과 같은 정착 장치(종래 기술)로부터 얻어진 것이다. 그들은 습식 전자사진 토너를 정착하려고 할 때 대면하는 문제들을 보여준다. 즉, 건식 토너 정착 프로세스를 위해 고안된 정착 시스템을 사용하면, 적절한 지움 저항과 노 오프세트(no offset)를 가지는 인쇄를 위한 뚜렷한 해결 여지가 없다.

단일 스테이션(하나의 정착롤러) 정착

이중 스테이션(두개의 정착롤러) 정착

본 발명의 실시에 따라서, 도 2에 도시된 시스템(10)과 같이 이 테스트에 사용된 두 개의 롤러는: 롤러 1(예비정착롤러)은 고흡착 폴리디메틸 실록산 코팅(낮은 표면 에너지와 낮은 콜드 오프세트 온도를 위해)을 가지며, 롤러 2(용융 또는 정착롤러)는 고무 위로 Teflon?? 슬리브(낮은 표면에너지와 높은 핫오프세트 온도를 제공하기 위해)를 가진다. 이들 슬리브는 화상을 적절하게 용융시키는 데 필요한 비교적 고온에서 장시간 동안 매우 내구성이 있다.

수행된 테스트의 데이터 및 관찰로부터, 제1 롤러는 캐리어 용액의 대부분을 증발 및/또는 흡착하며, 이는 제2 롤러가 화상을 오프세트 없이 적절하게 정착시키는 것을 관측할 수 있다. 이것은 코팅/릴리스 물질을 주의깊게 선택함으로써 이루어진 것이다. 예를 들어, 예비정착 롤러가 저 표면에너지를 가지며 적어도 어느 정도 흡수성의(코팅층으로 흡수되는 적어도 어느 정도의 캐리어 용액이 윤활 및 릴리스 성질을 제공하도록) 코팅을 구비시, 그리고 정착롤러가 내구성이 있으며 표면 에너지 특성을 실질적으로 바꾸지 않으면서 장시간 동안 고열을 견딜수 있는 코팅을 구비시, 더 낮은 온도에서도 시스템의 성능이 더 좋아진다.

본 발명은 여러 실시예들을 참조하여 설명되었다. 여기서 명시한 어느 특허 또는 특허 출원의 전체 개시는 레퍼런스로 통합된다. 전술한 상세 설명과 실험예는 이해의 명료성을 위해 주어진 것이다. 그로부터 어떤 불필요한 제한도 없다는 것으로 이해되어야 한다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 정착장치는 예비정착롤러를 구비하여 습식 토너 화상을 정착하는 데 이점이 있다.

도 1은 건식 토너 기술에서 전형적으로 사용되는 종래기술의 정착 장치의 개략적인 측면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예의 정착장치의 개략적인 측면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예의 정착장치의 개략적인 측면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*

10,200: 정착장치 12,213: 예비정착롤러

14,215: 예비정착롤러 16,217: 백업롤러

22,203: 기재 26,205: 기재 이동방향

32: 제1 닙 42: 제2 닙

201: 가이드 207,209,211: 구동롤러

Claims (22)

1. 전자사진 프로세스를 이용하여 기재 상으로 습식 토너로부터 만들어진 화상을 정착시키는 정착장치에 있어서, 상기 장치는:

   예비정착롤러와, 상기 예비정착롤러와의 사이에 제1 닙 영역을 생성하도록 설치된 백업롤러와, 상기 백업롤러와의 사이에 제2 닙 영역을 생성하도록 설치된 정착롤러를 구비하며,

   상기 예비정착롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 상기 제1 닙 영역 내에 예비정착 온도를 제공하는 온도로 가열되며,

   상기 정착롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 상기 제2 닙 영역 내에 상기 제1 닙 영역의 상기 예비정착온도와 다른 정착 온도를 제공하는 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 닙 영역의 정착온도는 상기 제1 닙 영역의 예비정착온도 보다 높은 것을 특징으로 하는 정착장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 예비정착롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 열전도성 코어와 상기 열전도성 코어의 온도를 제어하는 열원을 구비하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 정착롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 열전도성 코어와 상기 열도전 코어의 온도를 제어하는 열원을 구비하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 닙 영역의 상기 예비정착롤러 및 상기 백업롤러는, 상기 제2 닙 영역의 상기 정착롤러 및 상기 백업롤러가 상기 기재를 접촉하기 이전에 상기 기재와 접촉되게 설치되는 것을 특징으로 하는 정착장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 예비 정착롤러는 상기 정착롤러로부터 이격된 것을 특징으로 하는 정착장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 예비정착롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 100 ℃ 내지 150 ℃ 사이의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 정착장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 정착롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 130 ℃ 내지 220 ℃ 사이의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 정착장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 예비정착롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 습식 토너의 표면에너지 보다 적은 표면에너지를 가진 외부층을 구비하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 외부층은 실리콘 릴리스 코팅층인 것을 특징으로 하는 정착장치.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 정착롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 습식 토너의 표면에너지 보다 적은 표면에너지를 가진 외부층을 구비하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 외부층은 불소함유 폴리머 릴리스 코팅층인 것을 특징으로 하는 정착장치.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 예비정착롤러 및 상기 백업롤러는 동일한 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 정착장치.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 정착롤러 및 상기 백업롤러 중 하나는 상기 기재 상의 화상을 접촉하도록 배치되며,

    상기 화상을 접촉하는 롤러는 상기 화상을 접촉하도록 배치되지 않은 롤러 보다 고온으로 가열되는 것을 특징으로 하는 정착장치.
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 정착롤러 및 상기 백업롤러는 동일한 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 정착장치.
16. 제 1 항에 있어서,

    상기 정착롤러 및 상기 백업롤러 중 하나는 상기 기재 상의 화상을 접촉하도록 배치되며,

    상기 화상을 접촉하는 롤러는 상기 화상을 접촉하도록 배치되지 않은 롤러 보다 고온으로 가열되는 것을 특징으로 하는 정착장치.
17. 제 1 항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 닙 영역의 롤러들 중 적어도 어느 하나를 냉각시키는 냉각 요소를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
18. 제 1 항에 있어서,

    상기 예비 정착온도는 기재 상의 습식 토너로부터 소정의 용매를 증발시키도록 선택되는 것을 특징으로 하는 정착장치.
19. 전자사진 인쇄장치 내에서 기재 상으로 습식 토너로부터 만들어진 화상을 정착하는 방법에 있어서,

    기재의 적어도 하나의 표면 상에 액체 토너화상을 형성하는 단계;

    예비정착롤러 및 백업롤러 사이에 위치하는 제1 닙 영역을 통해서 상기 기재를 이동하는 단계; 및

    정착롤러 및 상기 백업롤러 사이에 위치하는 제2 닙 영역을 통해서 상기 기재를 이동하는 단계;를 구비하며,

    상기 예비정착 롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 상기 제1 닙 영역 내에 예비정착 온도를 제공하는 온도로 가열되며, 상기 정착 롤러 및 상기 백업롤러 중 적어도 하나는 상기 제2 닙 영역 내에 상기 제1 닙 영역의 상기 예비정착 온도 보다 높은 정착온도를 제공하는 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 제1 닙 영역을 통해서 상기 기재를 이동시키는 단계는,

    상기 습식 토너 화상으로부터 소정 량의 용매를 건조시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제 19 항에 있어서,

    상기 제1 닙 영역을 통해서 상기 기재를 이동시키는 단계는,

    상기 기재 상의 상기 액체 토너 화상이 상기 제1 닙영역을 통해서 이동될 때 상기 화상이 상기 가열된 예비정착롤러를 접촉하게 하는 방향으로 상기 화상을 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제 19 항에 있어서,

    상기 제2 닙 영역을 통해서 상기 기재를 이동시키는 단계는,

    상기 습식 토너화상을 상기 기재에 정착시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.