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JP2008146061A - 可変温度型の加圧ローラ及びそれを用いた融着装置 - Google Patents

可変温度型の加圧ローラ及びそれを用いた融着装置 Download PDF

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Abstract

【課題】静電写真複製機の融着装置内加圧ローラを好適に加熱/除熱可能にする。
【解決手段】可回転型の加圧ローラ210を円筒形のスリーブ212並びにその端部閉止材233及び235により形成して中空部220を設ける一方、高温気流232及び低温気流234を同時生成する渦管アセンブリ230を設け、それらの間を制御手段260例えばスリーウェイ制御弁264及び266でつなぐ。制御手段260は、渦管アセンブリ230にて生成された高温気流232及び低温気流234をその別々の端222,224から加圧ローラ210の中空部220内に随意に流し込むことによって、加圧ローラ210を構成するスリーブ212の外面216の温度を可変制御する。
【選択図】図3

Description

本発明は、融着装置を備える静電写真式複製機、特にその融着装置で使用する加圧ローラの改良に関する。
静電写真式複製機の典型例は電子写真式の複写機やプリンタである。それらの装置は、通常、電子写真プロセスを実施するために必要な種々の処理ステーションの他に、それらのステーションを光導電面がエンドレスで巡ることとなるよう配置されたフォトレセプタ(例えば光導電ベルトや光導電ドラム)を有している。多くの場合、この種の複製機は、フォトレセプタの表面たる光導電面を均一に帯電させ、その上に原稿の光像を投射するか或いは原稿に従いその面を光学走査することによりその面上に静電潜像を形成し、形成した潜像とは逆極性に帯電している粉状現像剤(トナー)を用い現像を行うことによって当該潜像に相応するトナー像を形成し、形成したトナー像を光導電面から記録媒体例えば紙へと静電転写し、そしてその媒体を光導電面から剥がして融着装置に送り、その融着装置で融着させることによりその媒体上にそのトナー像を永久固着させる構成を採る。他方、光導電面は、トナー像を媒体に転写した後に清掃し、次の原稿の複製等に使用できる状態にする。こうすることで、同一の光導電面を繰り返し使用することができる。
トナー像を融着により永久固着させる手法としては、未融着のトナー像を担持しているシート状の記録媒体を一対のローラ間に通して加熱及び加圧する、という手法がある。融着装置を構成するそれらのローラのうち少なくとも1個(フューザローラ)は高温にして使用し、媒体シートをフューザローラ及びそれと対向するローラ(加圧ローラ)で加圧する。この処理によってトナーの温度が上がりトナー粒子同士の癒合や粘着性増大が生じる温度に達すると、トナーが幾分流動的になり媒体シート例えば紙の繊維や孔に流れ込む。その後に媒体シートを冷ましてトナーを固化させれば、トナー像はその媒体シートに固く結合した状態になる。
米国特許第5461868号明細書 米国特許第4397154号明細書 米国特許第5247336号明細書 米国特許第5991564号明細書 米国特許第5918087号明細書 米国特許第4977431号明細書
このように、ドライインク乃至トナーを高温のフューザローラと加圧ローラとにより加熱及び加圧し、例えばその熔融及びプレス接着によってインク乃至トナーを媒体シートの表面に固着させる融着装置においては、フューザローラだけでなく加圧ローラも予め加熱しておく方がよい。そうすれば、フューザローラと加圧ローラの隙間即ち融着間隙(ニップともいう)を通る媒体シートが迅速に昇温するので、融着装置としての立ち上がり時間(time-to-first-print measure)が短くなる。しかしながら、1枚の媒体シートの両面に像を形成する両面複製機においては、まず第1の面にトナー像を融着するため融着間隙に媒体シートを通した後、その裏即ち第2の面にトナー像を融着するためその融着間隙にその媒体シートを再び通すまでの間に、加圧ローラを一旦冷まさなければならない。それは、1回目の挿通で第1の面に融着させたトナー像が2回目の挿通時に過熱してしまい第1の面に画像欠陥が生じることを、避けるためである。従って、融着間隙を出ていく媒体シートがうまく除熱されるように加圧ローラを除熱乃至冷却することができれば、融着時過熱による画像欠陥をより効果的に低減乃至防止することができるであろう。
また、片面複製時においても、加圧ローラ温度を安定化限界温度以下に抑えることができれば、シート全体の平均温度(バルクシート温度)に対する制御をうまく行うことができ、ひいてはストリーク状或いはスポット状のストリーク(縞)といった偽像による画質低下を抑えることが可能になるであろう。更に、バルクシート温度を下げることができれば、複製機内の他の部材に加わる熱負荷も軽減されるであろうし、排紙トレイ上に出てくる媒体シート例えば印刷物をオペレータがより快適に受け取ることもできよう。
ここに、本発明の一実施形態に係る温度可変型の加圧ローラアセンブリは、(a)その内部に中空部が生じるよう円筒形のスリーブの相対向する端部を閉止した構成を採る可回転型の加圧ローラと、(b)高温気流及び低温気流を同時生成する渦管アセンブリであって加圧ローラの中空部内に連通させうるよう加圧ローラに連結された渦管アセンブリと、(c)加圧ローラの中空部と渦管アセンブリの間を連結する制御手段であって、渦管アセンブリにて発し加圧ローラの中空部内を通る高温気流及び低温気流を随意に制御することにより、加圧ローラの外面でもあるスリーブの外面の温度を随意に変化させる制御手段と、を備える。
図1に、静電写真式複製機の一例構成8を模式的に示す。本複製機8は、概略、ベルト支持モジュール90上に像担持部材たる光導電ベルト(フォトレセプタベルト)10を可動実装した構成を有している。ベルト10は例えば抗縮裏打層、それを覆う導電性接地層、並びにそれを覆う光導電素材から構成されており、ストリッピングローラ14、ドライブローラ16、テンションローラ20、アイドラローラ21、バッカローラ23等に架けられ閉ループ11を形成している。稼働時には、ベルト10の表層にある像形成面即ち光導電面12が矢印方向13に沿って動き、部分毎に順繰りに、行く手にある種々の処理ステーションを巡っていく。
光導電面12は、手始めに帯電ステーションAAを通過する。このステーションAAにはコロナ発生装置22が設けられており、その装置によってより高い略均一な電位に帯電される。
また、本複製機8には、図中コントローラとして表されているように電子制御サブシステム(ESS)29が設けられている。ESS29は、好ましくはそれ単体で機能しうる専用の小規模コンピュータとして構成する。その種のコンピュータは、CPU(central processor unit)、電子的記憶装置、UI(user interface)例えば表示装置等によって実現することができる。ESS29は、画像データやマシンステータス情報等の読取、撮影、調製、処理等を、各種センサや各種接続を利用して実行する。
同図に示す通り、このESS29は、RIS(raster input scanner)28から供給される画像信号、例えばドキュメントフィーダ27により送り込まれた原稿の読取結果に係る信号を受け取り信号処理を施すことによって、出力所望画像の連続階調表現又はグレースケール表現たる画像データを生成する。得られた画像データは、露出ステーションBBに設けられている変調出力生成器例えばROS(raster output scanner)30に供給される。また、このようにRIS28由来の画像信号からの変換で画像データを生成させる他に、コンピュータその他の遠隔装置からESS29に信号乃至データを送って必要な画像データを生成させることもできる。即ち、1台又は複数台のコンピュータにて本複製機8をリモートプリンタとして使用することも、或いは特定の高速コンピュータ専用のプリンタとして本複製機8を使用することも可能である。何れにせよ、ESS29から出力される信号は、本複製機8にて複製すべき連続階調画像に相応する信号乃至データとしてROS30に送られる。
ROS30はレーザ光源及びブロック状回転多面体鏡(九面鏡等)から構成されている。ROS30を稼働させると、光導電ベルト10のうち露出ステーションBBに到来した部分即ち均一帯電済の部分が、その多面体鏡の出射光によって走査される。その分解能は約300画素/インチ又はそれ以上である(1インチ=2.54×10-2m)。ROS30はESS29から供給された信号乃至データに基づき動作するので、この走査光に対する露出によって、ベルト10の光導電面12上には、複製すべき連続階調画像に相応する静電潜像が記録、形成される。なお、こうした構成に代えてLED(light emitting diode)のリニアアレイを使用するROSを用いてもよい。即ち、リニアアレイを形成している個々のLEDを走査線毎に選択的に発光させることにより、光導電面12のうちの均一帯電部位をラスタバイラスタベースで露光させることができる。
光導電面12上に形成された静電潜像は光導電ベルト10の走行に伴って移動し、やがて現像ステーションCCを通過する。ここに設けられている現像装置は周知の技術を用い潜像上に乾性トナー粒子を適宜静電吸着させる。図示の例はCMYKプリンタであるので現像装置が各色当たり1個ずつ合計4個ある。
引き続き同図に示すように、静電潜像の現像によって光導電ベルト10上に形成されたトナー像は、そのベルト10の走行に伴い転写ステーションDDへと進んでいく。このステーションDDにはシート送り装置50によって媒体シート54が送り込まれてくる。図示例におけるシート送り装置50は、媒体スタック51中で一番上にあるシート54を捉えて1枚ずつ垂直移送路56に送り込むTCVF(corrugated vacuum feeder)アセンブリ52を備えている。垂直移送路56に入ったシート54は矢印方向48に沿ってフィードローラ120更には位置揃え用移送路125に送り込まれて、転写ステーションDDに到来する。位置揃え用移送路125では、ベルト10上のトナー像がシート54上の正しい位置に転写されるよう、このシート送り動作をベルト10側とタイミングや位置を合わせて実行する。ステーションDDには、通常、光導電面12上のトナー像をシート54上に吸着させるべく或いはそれを助力すべくシート54の背面にイオンをスプレーするコロナ発生装置58や、転写によってトナー像213が被着したシート54をベルト10からスムーズに剥離させるべくシート54にイオンをスプレーするコロナ発生装置59が設けられており、それらを通過したシート54は引き続き矢印方向60に送られてプレフューザ移送アセンブリにより捕捉され、そして融着ステーションFFに送られる。このステーションFFにはシート54上に転写されたトナー像213を融着によってそのシート54に永久固着させる融着装置(フューザ)70が設けられている。この装置70に設けられている温度可変型の加圧ローラアセンブリ200については後により詳しく説明する。
こうして、転写したトナー像213を融着即ち永久固着させたら、ゲート134、個別シート反転器82及びゲート88を動作させて媒体シート54の行く先を制御する。まず、片面モードで複製を行っているときには、ゲート134に到来するシート54は複製が済んだシートであるので、ゲート134及び88のポジションを出口17方向にして、その先にあるフィニッシャやスタッカにそのシート54を引き渡す(図中破線の経路)。これに対して、両面モードで複製を行っているときには、ゲート134に到来するシート54に、その片面にしか像213が形成されていないものと、既にその両面に像213が形成されているものとがある。ゲート134のポジションは、到来したシート54が前者即ち片面未複製シートである場合は反転器82側のポジションになり、そのシート54は反転器82に入っていく。反転器82はそのシート54を一旦引き込んだ上でゲート88方向に送り出す。ゲート88のポジションはこの場合両面転写用迂回路100側のポジションとして、そのシート54をその迂回路100に進入させる(図中実線の経路)。迂回路100は、例えば、シート54を転写ステーションDDに回送するベルト式の移送路110として構成されており、シート54はその出口にある加速間隙102を介してステーションDD更にはその先の融着装置70に進入していく。反転器82にて折り返されているので、今回ステーションDD及び融着装置70にて像213が形成されるのは、前回像213を形成済の面の裏面になる。ゲート134及び88は、こうしてその両面に像213が永久固着されたシート54が送られてきた場合は出口17側のポジションを採る。従って、そのシート54は出口17を介してフィニッシャやスタッカに送られる。
他方、媒体シート54が剥がれていった後の光導電面12には、通常、現像剤たるトナー粒子やシート54を形成している繊維(例えば紙の繊維)等が、幾分残留し貼り付いていることがある。清掃ステーションEEに設けられている清掃装置150は、光導電ベルト10の表面即ち光導電面12に残留、被着しているそれらの粒子、繊維等を除去する。
次に、図1〜図3を参照して融着装置70について説明する。これらの図に示すように、融着装置70は、高温のフューザローラ72と、本発明の一実施形態に係る温度可変型の加圧ローラアセンブリ200とを備えている。そのうちフューザローラ72は、例えば、媒体シート54及びその上のトナー像213と接触する外面76、その面76を加熱するヒータ(例えばローラ内から外面76を加熱する水晶ランプ71)、面76を清掃する清掃ローラ77、剥離剤を蓄蔵しているリザーバ78、リザーバ78から汲み上げた剥離剤を面76のうちシート剥離済の部位に供給するメータリングローラ79等を有している。他方、加圧ローラアセンブリ200は、図2及び図3に示すように可回転型の加圧ローラ210や渦管アセンブリ230から構成されている。加圧ローラ210は伝熱素材製の円筒形のスリーブ212から構成されており、このスリーブ212の内面214並びに両端のローラ端部閉止材222及び224によって、加圧ローラ210の内部には図示の通り中空部220が形成されている。更に、このスリーブ212の外面216とフューザローラ72の外面76との間には、融着間隙75が形成されている。この間隙75には、融着させたいトナー像213がフューザローラ72に接するような向きで、シート54が挿通される。加圧ローラアセンブリ200は、間隙75にてそのトナー像213が十分に加熱及び加圧されそのシート54に永久固着することとなるよう、即ちそれに必要な圧力が間隙75にてそのシート54に加わるよう、フューザローラ72上に装荷されている。
また、温度可変型の加圧ローラアセンブリ200を構成する部材のうち渦管(vortex tube)アセンブリ230は高温気流232及び低温気流234を同時生成する渦管231を含むアセンブリであり、その渦管231には図示の通り高温気流流出ポート236、低温気流流出ポート238及び圧縮空気流入ポート240が設けられている。このアセンブリ200を稼働させる際には、図示しない圧縮空気源を圧縮空気流入ポート240につないで渦管231内に圧縮空気(加圧空気)244を送り込む。その際の圧力は例えば80psiにする(1psi=6895Pa)。
渦管231は、一般にRanque−Hilschの渦管とも称されている装置を工夫し、その内部にある管状の室に圧縮空気244を注入できるよう構成したものである。室の内面形状が管状であることや空気244が加圧されていることと相俟って、注入された空気244は、1000000rpm以上にも達する高い速度で管状室内を回流し始め、やがて二手に分かれていく。その際に一方の気流が他方の気流から分子の運動エネルギを奪うので、管状室内には高温気流232と低温気流234とが発生する。即ち、上掲の条件下で渦管231内に圧縮空気244を注入すると、約1000000rpmの速度で旋回する渦(旋風)が発生する。この旋風によって追いやられた空気は回転しつつ管状室の中心軸方向に向かい、管状室全体に延びる旋回円柱殻(spinning column)を形成する。旋回円柱殻が生じると、その内部でも旋回が始まるので、管状室の中には、管状室の一方の端に向かって移動する旋回円柱殻と、他方の端に向かっていく別の旋回円柱殻が発生することとなる。その際、内側に存する旋回円柱殻から外側に存する旋回円柱殻へと熱が移動するため、内側に発生する気流は一方の渦管端部閉止材233に向かう低温気流234となり、外側に発生する気流は他方の渦管端部閉止材235に向かう高温気流232となる。なお、こうした気流や温度については仔細に制御することができる。
更に、図示例では、渦管231と可回転型の加圧ローラ210の中空部220とを連通させうるよう、前者の閉止材233が後者の閉止材222に、また閉止材235が閉止材224にそれぞれ連結されている。この連結連通を実現するため、加圧ローラアセンブリ200には高温側通気管254及び低温側通気管256が設けられている。高温側通気管254は渦管231の高温気流流出ポート236と加圧ローラ210の中空部220とを連結し随意に連通させるための通気管であり、低温側通気管256は渦管231の低温気流流出ポート238と加圧ローラ210の中空部220とを連結し随意に連通させるための通気管である。これらの通気管254及び256を介した空気の流れを制御することによって、高温気流232及び低温気流234を中空部220内に随意に通し、加圧ローラ210の内面214ひいてはその外面216を随意に加熱/除熱することができる。
この制御のため、加圧ローラアセンブリ200には更に制御手段260が設けられている。制御手段260は、高温気流232及び低温気流234を中空部220内に随意に(例えば選択的に)通すことができるよう、またそれによって加圧ローラ210におけるスリーブ温度を随意に制御できるよう、渦管アセンブリ230に連結されている。即ち、図示例における制御手段260は、高温気流232を中空部220に通すのかそれともそのまま高温用ベント267から排出させるのかを切り替えるため高温側通気管254上に設けられた高温側スリーウェイ制御弁266と、低温気流234を中空部220に通すのかそれともそのまま低温用ベント268から排出させるのかを切り替えるため低温側通気管256上に設けられた低温側スリーウェイ制御弁264とを、備えている。これらの弁264及び266は何れも接続手段261を介してESS29に接続されている。ESS29は、スリーブ212の外面216上に配置されている温度センサ262の出力に基づき、渦管アセンブリ230の動作や制御手段260の動作を制御する。
まとめると、本実施形態においては、高温のフューザローラ72及び可回転型の加圧ローラ210を有する融着装置70に、加圧ローラ210と共に温度可変型の加圧ローラアセンブリ200を形成するようまた加圧ローラ210を適宜加熱/除熱できるよう、渦管231を利用したアセンブリ230を付加している。また、図示の通り高温気流232及び低温気流234用に別々の通気管254及び256並びにスリーウェイ制御弁266及び264を設けているため、渦管アセンブリ230は、加圧ローラ210を暖機・予熱する際に使用できるだけでなく、融着装置70の温度が融着用の設定温度に達した後も、随意の時点で随意に、加圧ローラ210を加熱/除熱するのに使用することができる。従って、例えば、第1面の複製が済んだシートの第2面に像213を固着させる際に加圧ローラ210により第1面の像を除熱して加熱による偽像等を防ぐことや、融着装置70を通過する媒体シート54全体の平均即ちバルクシート温度を制御することができる。更に、スリーウェイ制御弁266及び264によって、高温気流232を加圧ローラ210に通した後に(250)それを低温側ベント268から排出させる(252)ことや、低温気流234を加圧ローラ210に通した後に(252)それを高温側ベント267から排出させる(250)こともできる。
以上述べたように、本発明に係る温度可変型の加圧ローラアセンブリは、(a)その内部に中空部が生じるよう円筒形のスリーブの相対向する端部を閉止した構成を採る可回転型の加圧ローラと、(b)高温気流及び低温気流を同時生成する渦管アセンブリであって加圧ローラの中空部内に連通させうるよう加圧ローラに連結された渦管アセンブリと、(c)加圧ローラの中空部と渦管アセンブリの間を連結する制御手段であって、渦管アセンブリにて発し加圧ローラの中空部内を通る高温気流及び低温気流を随意に制御することにより、加圧ローラの外面でもあるスリーブの外面の温度を随意に変化させる制御手段と、を備えるものである。
なお、本願出願時における特許請求の範囲(後に補正が施された場合にはその補正後における特許請求の範囲)に包含されるのは、本願中に実施形態として記載した構成だけではない。即ち、本発明の発明者や本願の出願人が今後発想するに至るものも含め、本願記載の構成に対する種々の変形物、代替物、修正物、改良物、均等物、実質均等物等も、本発明の技術的範囲に含まれるものとする。
本発明の一実施形態に係る温度可変型の加圧ローラアセンブリを備えた融着装置を有する静電写真複製機の模式的立面図である。 図1に示した融着装置及びその加圧ローラアセンブリの模式的拡大端面図である。 図2に示した加圧ローラアセンブリの側面図(一部は断面図)である。
符号の説明
8 静電写真式複製機、10 光導電ベルト(フォトレセプタベルト)、12 光導電面、54 媒体シート、70 融着装置(フューザ)、72 高温フューザローラ、75 融着間隙、76 フューザローラ外面、200 加圧ローラアセンブリ、210 加圧ローラ、212 スリーブ、213 トナー像、214 加圧ローラ内面、216 加圧ローラ外面、220 中空部、222,224 ローラ端部閉止材、230 渦管アセンブリ、231 渦管、232 高温気流、234 低温気流、260 制御手段、264,266 スリーウェイ制御弁、BB 露出ステーション、CC 現像ステーション、DD 転写ステーション、FF 融着ステーション。

Claims (3)

  1. (a)その内部に中空部が生じるよう円筒形のスリーブの相対向する端部を閉止した構成を採る可回転型の加圧ローラと、
    (b)高温気流及び低温気流を同時生成する渦管アセンブリであって加圧ローラの中空部内に連通させうるよう加圧ローラに連結された渦管アセンブリと、
    (c)加圧ローラの中空部と渦管アセンブリの間を連結する制御手段であって、渦管アセンブリにて発し加圧ローラの中空部内を通る高温気流及び低温気流を随意に制御することにより、加圧ローラの外面でもあるスリーブの外面の温度を随意に変化させる制御手段と、
    を備える温度可変型の加圧ローラアセンブリ。
  2. (a)高温にして使用する可動式のフューザローラと、
    (b)温度可変型の加圧ローラアセンブリと、を備え、
    その加圧ローラアセンブリが、
    (i)その内部に中空部が生じるよう円筒形のスリーブの相対向する端部を閉止した構成を採り更にそのスリーブの外面と高温のフューザローラの外面との間に形成される間隙を以てトナー融着用の間隙とする可回転型の加圧ローラと、
    (ii)高温気流及び低温気流を同時生成する渦管アセンブリであって加圧ローラの中空部内に連通させうるよう加圧ローラに連結された渦管アセンブリと、
    (iii)加圧ローラの中空部と渦管アセンブリの間を連結する制御手段であって、渦管アセンブリにて発し加圧ローラの中空部内を通る高温気流及び低温気流を随意に制御することにより、加圧ローラの外面でもあるスリーブの外面の温度を随意に変化させる制御手段と、
    を有するトナー融着用の融着装置。
  3. (a)像形成面を提供する可動型の像担持部材と、
    (b)その像形成面上に静電潜像を形成する手段と、
    (c)像担持部材の移動経路沿いに実装されており像形成面上の静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、
    (d)トナー像を像形成面から媒体シート上に転写する転写ステーションと、
    (e)温度可変型の加圧ローラアセンブリを有する融着装置と、を備え、
    その加圧ローラアセンブリが、
    (i)その内部に中空部が生じるよう円筒形のスリーブの相対向する端部を閉止した構成を採り更にそのスリーブの外面と高温のフューザローラの外面との間に形成される間隙を以てトナー融着用の間隙とする可回転型の加圧ローラと、
    (ii)高温気流及び低温気流を同時生成する渦管アセンブリであって加圧ローラの中空部内に連通させうるよう加圧ローラに連結された渦管アセンブリと、
    (iii)加圧ローラの中空部と渦管アセンブリの間を連結する制御手段であって、渦管アセンブリにて発し加圧ローラの中空部内を通る高温気流及び低温気流を随意に制御することにより、加圧ローラの外面でもあるスリーブの外面の温度を随意に変化させる制御手段と、
    を有する静電写真式複製機。
JP2007313296A 2006-12-07 2007-12-04 トナー融着用の融着装置及び静電写真式複製機 Expired - Fee Related JP5069543B2 (ja)

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