(57)【要約】      （修正有）【課題】寿命が延長された構成要素を含む定着機器、および、基材にマーキング材料を定着する方法の提供。【解決手段】第１表面を有する第１定着部材１８２と、第１定着部材の第１表面を定着温度で加熱するための熱エネルギー源１８８と、第２表面を有する第２定着部材１８４とを含み、第１表面および第２表面は、表面を有する基材と、表面に配置されたトナーを含むマーキング材料とを受け取るように構成された、定着挟み込み部を形成し、第１定着部材および第２定着部材は、基材とトナーとに少なくとも約３００ｐｓｉの圧力を加えることができ、トナーを基材に定着させるために、定着挟み込み部において、トナーを十分に高い温度で加熱する。【選択図】図３
2012042943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷時に基材にトナーを定着させるための定着機器であって、
第１表面を有する第１定着部材と、
前記第１定着部材の前記第１表面を定着温度で加熱するための熱エネルギー源と、
第２表面を含む第２定着部材あって、前記第１表面および前記第２表面は、表面を有する基材と、前記表面に配置されたトナーを含むマーキング材料とを受け取るように構成された、定着挟み込み部とを形成する、第２定着部材とを含み、
前記第１定着部材および前記第２定着部材は、前記基材と前記トナーとに少なくとも約３００ｐｓｉの圧力を加えることができ、前記基材に前記トナーを定着させるために、前記定着挟み込み部において、前記トナーを十分に高い温度で加熱することができる、定着機器。
【請求項２】
前記定着温度は約５０°Ｃから約１４０°Ｃであり、
前記第１定着部材および前記第２定着部材は、前記定着挟み込み部において前記基材および前記トナーに約３００ｐｓｉから約１５００ｐｓｉの圧力を加えることができる、請求項１に記載の定着機器。
【請求項３】
前記熱エネルギー源は、前記第１定着部材の内部に配置されている、請求項１に記載の定着機器。
【請求項４】
前記第１定着部材は、前記第１表面を有する第１ロールを含み、
前記第２定着部材は、前記第２表面を有する第２ロールを含んでいる、請求項１に記載の定着機器。
【請求項５】
前記定着部材の前記第１表面に離型剤を塗布するための離型剤塗布システムを、さらに含んでいる、請求項１に記載の定着機器。
【請求項６】
前記トナーは、結晶性ポリマー材料および非結晶性ポリマー材料を含み、前記トナーを閾値温度よりも高い温度で加熱することによって下がる融点を有している、請求項１に記載の定着機器。
【請求項７】
印刷時に基材にトナーを定着させる方法であって、
前記トナーを含んだマーキング材料をマーキング装置によって基材に塗布するステップと、
前記基材を、第１表面を有する第１定着部材と第２表面を有する第２定着部材とを含む定着機器に搬送し、前記第１表面および前記第２表面は、定着挟み込み部を形成するステップと、
前記第１定着部材の前記第１表面を、熱エネルギー源によって定着温度で加熱し、
前記基材および前記トナーに、少なくとも約３００ｐｓｉの圧力を加え、前記定着挟み込み部において、前記トナーを前記加熱された第１定着部材および前記第２定着部材によって十分に高い温度で加熱して、前記基材に前記トナーを定着させるステップとを含む、方法。
【請求項８】
前記トナーは、（ｉ）結晶性ポリマー材料および非結晶性ポリマー材料を含み、（ｉｉ）前記トナーを閾値温度よりも高い温度で加熱することによって下がる融点を有し、（ｉｉｉ）前記定着挟み込み部において前記融点よりも高い温度で加熱される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記基材が前記定着機器に搬送されるとき、前記基材および前記トナーの温度は、前記定着機器を含んだ印刷装置の隙間のほぼ周囲温度である、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
さらに、前記定着部材の前記第１表面にシリコン油を含んだ離型剤を塗布することを含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
印刷装置の中には、基材にトナーを塗布してトナー像を形成するものがある。トナー像は、基材にトナーを定着させるために圧力がかけられている間、加熱されることができる。このような装置では、定着機器において生じる厳しい条件により、定着機器の構成要素があまりにも早く機能しなくなってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
堅牢な印刷装置と、高品質で運転費用の低い画像を提供できる、印刷時に基材にマーキング材料を定着させる方法とを提供することが、望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
寿命が延長された構成要素を含む定着機器、および、印刷時に基材にマーキング材料を定着させる方法が提供される。印刷時に基材にトナーを定着させるための定着機器の典型的な１実施形態が、第１表面を有する第１定着部材と、第１定着部材の第１表面を定着温度で加熱するための熱エネルギー源と、第２表面を有する第２定着部材とを含んでいる。第１表面および第２表面は、表面を有する基材と、表面に配置されたトナーを含むマーキング材料とを受け取るように構成された、定着挟み込み部を形成している。第１定着部材および第２定着部材は、基材とトナーとに少なくとも約３００ｐｓｉの圧力を加えることができ、基材にトナーを定着させるために、定着挟み込み部において、トナーを十分に高い温度で加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】定着挟み込み部における、定着機器と、トナーと、離型剤との構成要素間に生じる機械的および化学的な相互作用を示す図である。
【図２】印刷装置の典型的な一実施形態を示す図である。
【図３】定着機器の典型的な一実施形態を示す図である。
【図４】熱の流れとトナー材料の温度とを対比した示差走査熱量測定による走査を示す図である。
【図５】高い圧力と低い温度、低い温度と中程度の圧力、および、高い温度と低い圧力を用いた定着機器によって、被覆されていない紙にトナーの選択された画像定着レベルを得るための、定着圧力と定着温度とを対比したグラフである。
【図６】挟み込み部の圧力がそれぞれ４００ｐｓｉおよび７５０ｐｓｉである、基材ドウェル時間と定着ロールの外面の温度とを対比した線形摩擦数の等高線図である。
【図７】ドウェル時間がそれぞれ１０ミリ秒、２０ミリ秒、および、３０ミリ秒である、定着挟み込み部の圧力と定着ロールの外面の温度とを対比した、線形摩擦数の等高線図である。
【０００５】
上記の開示された実施形態は、印刷時に基材にマーキング材料を定着させるための定着機器を含んでいる。印刷時に基材にトナーを定着させるための定着機器の典型的な１実施形態が、第１表面を有する第１定着部材と、第１定着部材の第１表面を定着温度で加熱するための熱エネルギー源と、第２表面を有する第２定着部材とを含んでいる。第１表面および第２表面は、表面を有する基材と、表面に配置されたトナーを含むマーキング材料とを受け取るように構成された、定着挟み込み部を形成している。第１定着部材および第２定着部材は、基材とトナーとに少なくとも約３００ｐｓｉの圧力を加えることができ、基材にトナーを定着させるために、定着挟み込み部において、トナーを十分に高い温度で加熱することができる。
【０００６】
印刷時に基材にトナーを定着させるための上記定着機器のもう１つの典型な実施形態が、金属材料、セラミック材料、ポリマー材料、または、複合材料を含んだ、第１表面を有する第１ロールと、第１ロールの第１表面を約５０°Ｃから約１４０°Ｃの定着温度で加熱するための熱エネルギー源と、金属材料、セラミック材料、ポリマー材料、または、複合材料を含んだ、第２表面を有する第２ロールとを含んでいる。第１表面および第２表面は、表面を含む基材と、表面に配置されたトナーを含むマーキング材料とを受け取るように構成された定着挟み込み部を形成している。第１ロールおよび第２ロールは、基材およびトナーに約３００ｐｓｉから約１５００ｐｓｉの圧力を加えることができ、基材にトナーを定着させるために、定着挟み込み部において、トナーを十分に高い温度で加熱することができる。
【０００７】
上記の開示された実施形態は、印刷時に基材にトナーを定着させる方法をさらに、含んでいる。上記方法の典型的な１実施形態が、トナーを含むマーキング材料をマーキング機器によって基材に塗布することと、基材を、第１表面を有する第１定着部材と第２表面を有する第２定着部材とを含む定着機器に搬送し、第１表面および第２表面は定着挟み込み部を形成していることと、第１定着部材の第１表面を熱エネルギー源によって定着温度で加熱することと、および、基材およびトナーに少なくとも約３００ｐｓｉの圧力を加え、定着挟み込み部において、トナーを、加熱された第１定着部材および記第２定着部材によって十分に高い温度で加熱して、基材に上記トナーを定着させることと、を含んでいる。
【０００８】
印刷時に基材にトナーを定着させる方法のもう１つの典型的な実施形態が、トナーを含むマーキング材料をマーキング機器によって基材に塗布することと、基材を、第１表面を有する第１ロールと第２表面を有する第２ロールとを含んだ定着機器に搬送し、第１表面は、金属材料、セラミック材料、ポリマー材料、または、複合材料を含み、第２表面は、金属材料、セラミック材料、ポリマー材料、または、複合材料を含み、第１表面および第２表面は、定着挟み込み部を形成していることと、第１定着部材の第１表面を熱エネルギー源によって約５０°Ｃから約１４０°Ｃの定着温度で加熱することと、および、基材およびトナーに、約３００ｐｓｉから約１５００ｐｓｉの圧力を加え、基材にトナーを定着させるために、定着挟み込み部において、トナーを、加熱された第１ロールおよび第２ロールによって十分に高い温度で加熱することと、を含んでいる。
【０００９】
印刷プロセスによっては、画像が、乾燥トナーを含んだマーキング材料を用いて基材に形成されるものもある。これらの印刷プロセスは、定着挟み込み部を形成している定着部材を含んだ接触定着機器を用いてもよい。例えば、定着部材のうちの１つが、定着ロールまたは定着ベルトを含むことができ、もう一方の定着部材は、圧力ロールを含むことができる。これらの定着機器では、基材に形成されたトナー像を、定着挟み込み部において定着部材同士を接触させることによって基材およびトナー像に対して十分な熱エネルギーおよび圧力を加えることにより、定着させまたは溶解させる。
【００１０】
基材へのトナーの定着は、接触定着機器の温度が高く、圧力が低いという条件によって成し遂げられる。これらの機器には、エラストマー材料からなるロールまたはベルトの表面を用いてもよい。これらの機器では、エラストマー材料には、通常、１５０°Ｃから２１０°Ｃと高い表面温度、および、６０ｐｓｉから１００ｐｓｉと比較的低い定着挟み込み部の圧力が与えられる。これらの温度条件では、高い温度と相性のよいエラストマー材料が必要とされる。これらの定着機器は、数ミリ秒のドウェル時間の間に定着挟み込み部において基材にトナー材料を定着させるために、これらの高い温度で動作される。
【００１１】
図１は、基材と、トナーと、定着ロールと、定着挟み込み部において基材にトナーを定着させている間に接触定着機器の定着ロールに塗布される離型剤との間で生じる、複雑な機械的および化学的な相互作用を示している。これらの相互作用は、機械性能および耐用年数に影響を与える。高い定着温度および反応する化学物質の使用は、定着部材のエラストマー材料が露出しているために、厳しい機械的および化学的動作環境を引き起こす。これらの定着機器において高い温度と相性のよいエラストマー材料を用いるにもかかわらず、これらの厳しい条件により、通例、定着部材はあまりにも早く故障してしまう。
【００１２】
印刷時に基材にトナーを定着させるためのもう１つの提案が、圧力をかけない、あるいは、低い圧力をかける放射エネルギー源の使用によってトナー材料を加熱する、非接触溶解プロセスである。これらの溶解プロセスは、放射エネルギーによるトナーの照射によってもたらされるトナー材料による放射エネルギーの吸収および粘弾性流に依存している。この提案によって、画質が制限されることになり、トナー材料の付加的な特性要件のゆえに材料費が高くなり、さらに、基材の適合性が制限されるということが分かっている。
【００１３】
印刷時にトナーを定着させるためのもう１つの提案が、基材にトナーを定着させるために周囲温度において高い圧力を用いる、接触定着プロセスである。この提案により、定着挟み込み部での高温という条件を回避できるが、基材にトナーを適切に定着させることができるようにトナー材料に付加的な要件が与えられ、通常、特にカラー印刷プロセスの場合、画質の制限された画像が作り出される。
【００１４】
ここで用いられるように、「印刷装置」という用語は、マーキング材料によって画像を基材に形成するために用いられる、様々なタイプの装置を含むことができる。これらの装置は、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置、多機能機器等を含むことができる。
【００１５】
高い定着温度を用いた接触定着機器において生じる機械的および化学的な相互作用に関する観察結果を考慮して、定着機器、印刷装置、および、印刷時にトナーを含むマーキング材料を基材に定着させる方法が提供される。上記の定着機器、印刷装置、および、方法は、基材にトナーを定着させるための圧力および温度を加えるという新しい方式を用いる。上記の定着機器、印刷装置、および、方法の実施形態は、堅牢な、寿命の長いサブシステムの構成要素を用いることができると同時に、高い画質出力を生み出すことができる。上記の定着機器、印刷装置、および、方法では、着挟み込み部において、トナーの塗布に効果的な温度条件および圧力条件で、基材にトナー材料を塗布し、基材にトナーを適切に融合および接着する。の定着機器、印刷装置、および、方法は、トナーの定着を実現するために、定着挟み込み部において低い温度および適度な圧力を用いることができる。
【００１６】
比較的低い温度でトナー定着プロセスを実行することにより、定着機器の構成要素に対する要求が低くなり、頑丈で寿命の長い構成要素を利用可能になる。さらに、比較的低い温度および適度な圧力を用いることにより、トナー材料の組成および性質に対する要求を緩和することができる。上記の定着機器、印刷装置、および、方法の実施形態は、高い画質、高いレベルの印刷された画像の耐久性、および、低減された全体的な印刷費用を提供することができる。
【００１７】
図２は、基材１０２に画像を形成するための印刷装置１００の模範的な実施形態を示している。基材１０２は１枚のシートである。途切れのない巻き取り紙が、印刷装置１００の基材として用いられてもよい。基材１０２は、紙を含むことができる。紙は、被覆されていても、被覆されていなくてもよい。基材１０２は、包装材料を含んでいてもよい。印刷装置１００は、基材搬送機器１２０、マーキング機器１４０、および、定着機器１８０を含んでいる。基材１０２は、機材１０２の前面１０６にマーキング材料１０４を塗布するために、基材搬送機器１２０によってマーキング機器１４０に搬送される。マーキング材料１０４は、トナーを含んでいる。次に、基材１０２は、定着機器１８０へと進む。ここでは、トナーを前面１０６に定着させるために、十分な熱エネルギーおよび圧力が加えられる。
【００１８】
マーキング機器１４０の実施形態は、トナーを含んだマーキング材料を基材１０２に塗布するための任意の適切な構成を有することができる。実施形態では、トナー材料は、乾燥トナー粒子を含んでいる。トナー材料は、従来のトナーであってもよいし、化学的なトナーであってもよい。印刷装置１００のトナー材料の搬送を補助する働きをするために、担体粒子が用いられてもよい。マーキング機器１４０は、トナー像を形成するために、基材１０２に直接マーキング材料を塗布するように構成されることができる。他の実施形態では、マーキング機器１４０は、初めに、ロールまたはベルトといった中間部材にマーキング材料を塗布し、次に、中間部材から基材１０２にマーキング材料を転写するように構成されていることができる。
【００１９】
図示したマーキング機器１４０の実施形態は、印刷装置１００のプロセス方向Ｐにそって順番に配置された４つのマーキング位置１４２、１４４、１４６、および、１４８を含んでいる。マーキング位置１４２、１４４、１４６、および、１４８は、それぞれ、色画像を形成するために、基材１０２の前面１０６に、ブラック、シアン、マゼンダ、および、イエローのトナーといった様々な色のトナーを含んだマーキング材料を塗布することができる。マーキング機器１４０はまた、単色画像を作り出すために用いられることもできる。マーキング機器１４０を、基材１０２の前面１０６にのみマーキング材料１０４を塗布すると示すと共に、印刷装置１００の他の実施形態を、基材を用いて両面印刷を実現するように構成することができる。
【００２０】
印刷装置１００の実施形態では、基材１０２およびマーキング材料１０４を、定着機器１８０の上流へと積極的に加熱してもよいし、加熱しなくてもよい。定着機器１８０に到着する前に基材１０２およびマーキング材料１０４を積極的に加熱しない場合、基材１０２およびマーキング材料１０４の温度は、通常、定着機器１８０に基材１０２が受け取られるときには、印刷装置１００の隙間の周辺温度とほぼ同じである。定着挟み込み部１８６では、トナーは、周囲温度から、トナーを基材に定着させるための所望の温度に加熱されることができる。
【００２１】
定着機器１８０は、トナーが融合して基材１０２に画像を適切に接着させるために、圧力を加えることによってトナーを十分に高い温度で加熱するように構成されている。定着機器１８０の模範的な実施形態を、図３に示す。図示した定着機器１８０は、定着ロール１８２および圧力ロール１８４を含んでいる。定着ロール１８２は、定着挟み込み部１８６を形成するために、圧力ロール１８４と接している。基材１０２が定着挟み込み部１８６で受け取られると、基材１０２およびマーキング材料１０４は加熱され、定着ロール１８２および圧力ロール１８４によって圧力を加えられる。
【００２２】
他の実施形態では、定着機器は、１つ以上の定着部材のためのベルト構造を有していてもよい。例えば、定着挟み込み部を形成するために、定着ベルトが、１つ以上のロールの上に乗り、圧力ロール１８４と共に配置されることができる。定着ベルトを所望の温度に加熱するために、定着ベルトを支持する１つ以上のロールが加熱されてもよい。
【００２３】
定着ロール１８２を、熱エネルギー源によって内部においておよび／または外部から積極的に加熱することができる。図示したように、熱エネルギー源は、例えば軸方向に伸びる電灯等の、定着ロール１８２の内部に配置された１つ以上の内部加熱素子１８８を含むことができる。定着挟み込み部１８６において基材にトナーを定着させるための所望の温度で定着ロール１８２の外面１８３を積極的に加熱するために、加熱素子１８８には、加熱素子１８８に接続された電源１９０によって電力が供給される。電源１９０は、加熱素子１８８に電力の供給を制御するために構成された制御装置１９２に接続されている。他の実施形態では、定着ロール１８２の外面１８３を、代わりに、または、付加的に、伝導、対流、および／または、放射による熱エネルギー源によって外部から加熱することができる。例えば、少なくとも１つの外部加熱ロールを、外面１８３と接するように提供することができる。
【００２４】
実施形態では、定着ロール１８２の外面１８３を、金属材料、セラミック材料、または、複合材料から構成することができる。例えば、定着ロール１８２は、外面１８３を有する基材の表面領域を多孔質陽極酸化アルミニウム（酸化アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３）に変換するために陽極酸化処理が施されたアルミニウム基材を含むことができる。陽極酸化された表面領域の開口部を、開口部を封入するために適切な材料を充填することができる。例えば、開口部を、開口部を封入するために、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））または同様のものといった、潤滑性を有する物質を充填することができる。得られる外面１８３は、望ましい硬さ特性および離型特性を提供する。封入プロセスに続いて、外面１８３を研磨して、滑らかに仕上げることができる。
【００２５】
加えられた圧力範囲全体において定着ロール１８２の長手方向軸に沿って定着挟み込み部１８６に一定の圧力を実現するために、定着ロール１８２または圧力ロール１８４の部分を被覆することができる。
【００２６】
他の実施形態では、定着ロール１８２は、１つ以上の外層を含むことができ、外層のそれぞれは、ポリマーまたはポリマー複合材料を含んでいる。これらの実施形態では、最も外側の外層は、外面１８３を有している。例えば、ポリマーは、ポリウレタン、二トリル・ブタジエン・ゴム等であることができる。各外層の厚さは、例えば約１ｍｍから約１５ｍｍであることができる。実施形態では、熱伝導率を改善して約５０°Ｃから約１４０°Ｃの温度範囲において望ましい定着性能を可能にするために、外層の厚さを最小化することが望ましい。外層は、その熱伝導率を上げ、耐久力を改善し、および／または、静電荷の蓄積を改善するために、１つ以上の充填材料を含むことができる。外層により、定着プロセス中のトナーの拡散を改善することができると共に、定着ロール１８２による離型性能を改善することができる。
【００２７】
定着機器１８０が動作される低い温度、適度な圧力方式では、陽極酸化アルミニウムからなる外面１８３を有する定着ロール１８２の実施形態、および、１つ以上のポリマーの外層を含んだ実施形態は、基材にトナーを定着させる間に定着挟み込み部１８６において生じる複雑な機械的および化学的な相互作用への耐性を提供する。
【００２８】
定着機器１８０の実施形態では、圧力ロール１８４は、コアおよび金属材料、セラミック材料、複合材料、または、コアの上を覆って外面１８５を形成するポリマー材料を含むことができる。例えば、圧力ロール１８４は、外面１８５を有する基材の表面領域を多孔質陽極酸化アルミニウム（酸化アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３）に変換するために陽極酸化された、アルミニウム基材を含むことができる。陽極酸化された表面領域の開口部は、開口部を封入するために、適切な材料を充填することができる。例えば、開口部は、開口部を封入するために、テフロン（登録商標）または同様のものといった潤滑性を有する物質を充填することができる。
【００２９】
ポリマー材料は、ポリウレタン、二トリル・ブタジエン・ゴム、または同様のものであることができる。ポリマー材料は、単層または２つまたはそれ以上の層として塗布されることができる。多層構造をした異なる層が、互いに、異なる組成および異なる性質、例えば異なる弾性率を有することができる。ポリマーの各外層の厚さは、例えば約１ｍｍから約１５ｍｍであることができる。実施形態では、例えば、熱伝導率を改善して約５０°Ｃから約１４０°Ｃの温度範囲において望ましい定着性能を可能にするために、外層の厚さを最小化することが望ましい。外層は、熱伝導率を上げ、耐久力を改善し、および／または、静電荷の蓄積を改善するために、１つの充填材料を含むことができる。外層により、定着プロセス中のトナーの拡散を改善することができると共に、定着ロール１８２による離型性能を改善することができる。圧力ロール１８４は加熱されてもよい。
【００３０】
定着機器１８０では、定着ロール１８２の外面１８３は、基材１０２へのトナーの形成を定着させるために適切な温度に加熱される。実施形態では、基材１０２にトナーを定着させるために、外面１８３の温度（つまり定着温度）を、約９０°Ｃから約１４０°Ｃまたは約１０５°Ｃから約１３０°Ｃといった、約５０°Ｃから約１４０°Ｃに設定することができる。定着機器１８０に加えられた圧力が上昇することにより、基材にトナーを定着させるために定着挟み込み部１８６においてより低い定着温度を用いることができる。
【００３１】
印刷装置１００では、定着機器１８０の定着温度を、異なる基材材料および異なるタイプに応じて調整することができる。例えば、（被覆されているか、または、被覆されていない）重い紙基材１０２については、軽い紙基材１０２に用いられる定着温度と比較して、所定のドウェル時間において定着温度を上げることができる。
【００３２】
定着している間、トナー像は高い粘性を有している。基材に適切に接着できるように、および、耐久性と高い画質とがうまく融合できるように、定着挟み込み部１８６に十分な圧力が加えられる。トナーを適切に定着させることができるように、定着挟み込み部１８６において適度な圧力を用いることができる。実施形態では、定着挟み込み部１８６において基材１０２に加えられた圧力量は、約３００ｐｓｉから約１５００ｐｓｉ、または、約４００ｐｓｉから約１０００ｐｓｉといった、約３００ｐｓｉから約３０００ｐｓｉに及ぶことができる。
【００３３】
実施形態では、定着機器１８０において、定着挟み込み部１８６での圧力は約４００ｐｓｉから約１０００ｐｓｉであることができ、定着温度は約９０°Ｃから約１４０°Ｃであることができる。他の実施形態では、定着挟み込み部１８６での圧力は約４００ｐｓｉから約１０００ｐｓｉであることができ、定着温度は約１０５°Ｃから約１３０°Ｃであることができる。他の実施形態では、定着挟み込み部１８６での圧力は約４００ｐｓｉから約７００ｐｓｉであることができ、定着温度は約９０°Ｃから約１４０°Ｃであることができる。他の実施形態では、定着挟み込み部１８６での圧力は約４００ｐｓｉから約７００ｐｓｉであることができ、定着温度は約１０５°Ｃから約１３０°Ｃであることができる。
【００３４】
定着機器１８０において用いられる温度および圧力の条件を、印刷物の形成に用いられるトナー材料の融点に基づいて選択することができる。例えば、１実施形態では、基材に第１トナー材料を定着させるために、定着機器１８０を、約９０°Ｃから約１４０°Ｃの定着温度、および、約４００ｐｓｉから約７００ｐｓｉの挟み込み部の圧力で動作することができる。第１トナー材料よりも融点が高い第２トナー材料については、基材に第２トナー材料を定着させるために、定着機器１８０を、約１０５°Ｃから約１４０°Ｃの定着温度、および、約４００ｐｓｉから約１０００ｐｓｉの挟み込み部の圧力で動作することができる。実施形態では、定着挟み込み部においてトナー材料を融解させるために、定着温度を変えることができる。
【００３５】
図３に示したように、定着機器１８０は、定着ロール１８２の外面１８３に離型剤を塗布するために、離型剤塗布システム２００を含むことができる。離型剤は、定着ロール１８２へのトナーの付着を防止するため、および、定着に続いて、定着ロールからの基材の剥離を補助する働きをするために、考案されたものである。例えば、離型剤は、非官能化シリコン油、アミノ官能性シリコン油、フルオロシリコン油、または、２つ以上のシリコン油の混合物といったシリコン油を含むことができる。図示した離型剤塗布システム２００は、外面２１３を有する離型剤塗布ロール２１２を含んでいる。塗布ロール２１２は、外面１８３に離型剤を塗布するために回転可能である。トレイ２２０は、残りの離型剤を集めるために配置されている。
【００３６】
トナー粒子の凝集の度合いを、線形摩擦試験を用いて測定してもよい。この試験では、印刷物を形成するために基材にトナーが定着した後、選択された布材料によって覆われた針が、印刷物上で摩擦される。この針の圧力は、周知の針の重さと重さが加えられている周知の針の面積との比によって、与えられる。針は、印刷物上の周知の距離を移動する。この試験では、トナーは、基材にトナー像が完全には定着または溶解していない印刷物のための布に蓄積する。印刷物を摩擦した後、布は、スキャナによって走査され、摩擦された布の平均濃度値と、きれいな布の濃度値との差は、線形摩擦数として報告される。より低い線形摩擦数は、基材へのトナーのよりよい定着または溶解を示している。線形摩擦試験の実施形態では、印刷物に関して、最大線形摩擦数が約６０未満（例えば、約５０未満、約４０未満、約３０未満、または、約２０未満）であることが望ましい。この実施形態では、約４０未満の線形摩擦数が、基材へのトナーの優れた定着レベルを示している。
【００３７】
定着機器１８０では、さらに、定着挟み込み部１８６での比較的低い温度の使用を、低い温度で融解するトナー材料、および、非常に低い温度で融解するトナー材料を用いることによって実現することができる。トナー材料は、閾値温度よりも高い温度でトナーを加熱することによって変更される（下がる）融点を有し、次に、の下がった融点を有するトナーを再加熱するという特徴を示す。これらの特徴を有する非常に低い温度で融解する模範的なトナーは、結晶性ポリエステル材料などの結晶性ポリマー材料と、非結晶性ポリエステル材料などの非結晶性ポリマー材料とを含んでいる。ここで、非結晶性材料は、結晶性材料の融点（Ｔｍ）から離れたガラス転移温度（Ｔｇ）を有している。これらのトナーでは、結晶性ポリマー材料は、トナーに低い融点を与える。
【００３８】
図４は、融点が低いトナー材料の熱の流れと温度とを対比した示差走査熱量測定の走査を示している。トナーは、結晶性ポリエステル樹脂、非結晶性ポリエステル樹脂、および、蝋を含んでおり、シアンに着色されている。図示したように、非結晶性の樹脂のガラス転移開始温度Ｔｇは４７°Ｃであり、結晶性ポリエステル樹脂の融点ＣＰＥ  Ｔｍは６６°Ｃであり、蝋の融点は蝋Ｔｍ８８°Ｃである。
【００３９】
図５は、折り曲げ試験によって測定されたような特定の画像定着レベルを得るために用いられる、図４に示したような熱の流れと温度とを対比した示差走査熱量測定の走査を有するトナーを用いた、定着挟み込み部の圧力と定着温度とを対比した分析結果を示している。図５のデータ地点は、定着挟み込み部において低い温度条件および適度な圧力条件を用いるトナー定着プロセス、および比較のために、低い温度（周囲温度）条件および高い圧力条件を用いる定着プロセス、および高い温度条件および低い圧力条件を用いる定着プロセスを示している。
【００４０】
融点の低いトナー材料を用いることにより、温度（熱エネルギー入力量）、圧力および／またはドウェル（印刷速度）のプロセス条件を、定着挟み込み部１８６において下げることができる。最適の画質を提供するために、適切なトナー材料を、溶解に関する他の提案に広げてもよく、材料費を抑えることができる。
【００４１】
印刷装置の実施形態において低減されたトナー温度で動作することにより、出力スタックにおけるトナーブロッキング問題のない改善されたシステム／基材の経路の堅牢性が得られる。
【００４２】
定着機器および印刷装置の実施形態において用いられる動作設定地点が低い基材温度を提供すると、プロセス温度が高くなると生じてしまう基材のゆがみ問題を回避することができる。この特徴は、ゼログラフィック印刷システムによって得られた基材の塗布領域を拡大することができる。例えば、包装に用いられるポリマー膜材料が、定着機器および印刷装置の基材として用いられてもよい。さらに、低い動作温度を用いることにより、水分蒸散および紙による再吸収を低減または回避し、結果として、紙のゆがみのこの潜在的な原因を最小化または除去することができる。
【００４３】
実施例：
【００４４】
実施例１：
【００４５】
定着挟み込み部を形成する定着ロールおよび圧力ロールを含む定着機器を使用する。定着ロールは、陽極酸化アルミニウムの外面を有するアルミニウムロールである。圧力ロールは、ポリウレタンを含む外面を有している。薄く被覆（〜１ｍｇ／枚）された離型剤（ミシガン州のＡｄｒｉａｎにあるワッカーケミカル社（Ｗａｃｋｅｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって製造された複写補助シリコン流体（Ｃｏｐｙ  Ａｉｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  Ｆｌｕｉｄ）を、陽極酸化アルミニウムの表面に塗布する。基材として、ゼロックス４２００紙を用いる。トナーは、アクリル酸スチレンブチル樹脂および蝋を含んでおり、その色は黒である。基材は、定着機器の定着挟み込み部に搬送され、加熱され、圧力を加えられる。
【００４６】
図６Ａおよび図６Ｂは、挟み込み部の圧力が４００ｐｓｉおよび７５０ｐｓｉにおける、基材のドウェル時間（つまり、定着挟み込み部を通過するための基材の時間量）と定着ロールの温度（外面）とを対比した線形摩擦数の等高線図をそれぞれ示している。これらの等高線図は、実験データを数理モデルに合わせることによって生成される。基材へのトナーの定着を評価するために、線形摩擦試験を用いる。この試験では、印刷時に、布材料によって覆われた針を既知の長さで摩擦する。この針は、既知の重さおよび面積を有しており、印刷時に既知の圧力をかける。布は、スキャナによって走査され、摩擦された布の平均濃度値ときれいな布の濃度値との差が、線形摩擦数として報告される。線形摩擦試験に関して、最大線形摩擦数は約６０であることが望ましく、線形摩擦数が約４０未満である場合、印刷時における基材へのトナーの優れた定着レベルを示す。
【００４７】
範囲Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、および、Ｆが、図６Ａおよび図６Ｂの等高線図に示されている。これらの各範囲の線形摩擦数は以下のような値である。範囲Ａ：０〜２０、範囲Ｂ：２０〜４０、範囲Ｃ：４０〜６０、範囲Ｄ：６０〜８０、範囲Ｅ：８０〜１００、範囲Ｆ：１００〜１２０。実施例１では、範囲Ａおよび範囲Ｂは、最大線形摩擦数が４０未満であるドウェル時間および定着ロールの温度の値を含んでいる。図６Ａの等高線図と図６Ｂの等高線図との比較は、挟み込み部の圧力が増すことによって、範囲Ａの大きさが増しており、範囲Ｂは、所定のドウェル時間における定着ロールの温度を下げて広がっていることを示している。例えば、ドウェル時間が２０ミリ秒である場合について、挟み込み部の圧力が４００ｐｓｉであるとき、最低定着ロールの温度が約１１１°Ｃで４０以下の線形摩擦数が得られ（図６Ａ）、一方、挟み込み部の圧力が７５０ｐｓｉであるとき、最低の定着ロールの温度がより低い約１０５°Ｃで４０以下の線形摩擦数が得られる（図６Ｂ）。図６Ｂにさらに示すように、概して、ドウェル時間が増加すれば、最大線形摩擦数が４０未満のより低い定着ロールの温度が得られる。
【００４８】
実施例２：
【００４９】
図７Ａ、図７Ｂ、および、図７Ｃは、ドウェル時間が１０ミリ秒、２０ミリ秒、および、３０ミリ秒である場合の、定着挟み込み部の圧力と定着ロールの温度（外面）とを対比した線形摩擦数の等高線図をそれぞれ示している。図７Ａの等高線図は、範囲Ｂ〜Ｆを含んでいる。図７Ｂおよび図７Ｃの等高線図は、範囲Ａ〜Ｆを含んでいる。図７Ａ、図７Ｂ、および、図７Ｃの範囲Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、および、Ｆは、それぞれ、図６Ａおよび図６Ｂに示した範囲Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、および、Ｆと同じ線形摩擦数の範囲を含んでいる。
【００５０】
図７Ａの等高線図と図７Ｂの等高線図との比較は、ドウェル時間が１０ミリ秒から２０ミリ秒へと増加した結果範囲Ａが生じ、範囲Ｂは、所定のドウェル時間において定着ロールの温度を下げて広がっている、ということを示している。図７Ｂの等高線図と図７Ｃの等高線図との比較に関して、ドウェル時間が２０ミリ秒から３０ミリ秒へと増加したことにより、範囲Ａおよび範囲Ｂは、所定のドウェル時間において、定着ロールの温度を下げて広がっている。
【００５１】
実施例３：
【００５２】
定着ロールおよび圧力ロールを含む従来の熱定着機器を使用する。エラストマーによって被覆された金属コアを含んでいる従来の熱定着ロールを、陽極酸化された外側のアルミニウムの表面を有するアルミニウムロールと置き換える。圧力ロールは置き換えられず、エラストマーを含んだ外面を有している。薄く被覆（〜１ｍｇ／枚）された離型剤（ミシガンのＡｄｒｉａｎにあるワッカーケミカル社によって製造された複写補助シリコン流体）を、陽極酸化アルミニウムの表面に塗布する。基材として、ゼロックス４２００紙を用いる。トナーは、実施例１で用いたものと同じである。
【００５３】
１００°Ｃ〜２２０°Ｃの範囲の定着ロールの温度を使用する。ロールの定着挟み込み部への負荷を増やすことによって、挟み込み部の圧力を８０ｐｓｉにすることができる。ドウェル時間が２２ミリ秒である場合について、定着ロールの温度が１７５°Ｃであり、挟み込み部の圧力が８０ｐｓｉよりも高い場合に、４０以下の線形摩擦数が得られる。定着ロールの温度が１７５°Ｃよりも低い場合に、４０より大きい線形摩擦数が得られる。定着ロールの温度が約１１０°Ｃである場合に、約１２０の線形摩擦数が得られる。定着ロールの温度が約１４０°Ｃである場合に、約８０の線形摩擦数が得られる。
【００５４】
実施例４：
【００５５】
実施例３で用いた定着機器と同じものを使用する。定着挟み込み部の圧力は、定着挟み込み部の動作領域の低減と共に、ロール定着挟み込み部への負荷を増やすことによって、１２５ｐｓｉに増加する。１００°Ｃ〜１９０°Ｃの範囲の定着ロールの温度を用いる。ドウェル時間が２２ミリ秒である場合について、定着ロールの温度が１７５°Ｃであり、挟み込み部の圧力が１２５ｐｓｉよりも高い場合に、４０以下の線形摩擦数が得られる。定着ロールの温度が１７５°Ｃよりも低い場合に、４０より大きい線形摩擦数が得られる。定着ロールの温度が約１１０°Ｃである場合に、約１２０の線形摩擦数が得られる。定着ロールの温度が約１４０°Ｃである場合に、約８０の線形摩擦数が得られる。
【００５６】
実施例５：
【００５７】
実施例３で用いた定着機器と同じものを使用する。挟み込み部の圧力は、加えられた負荷をほぼ倍にすることによって増加する。このフレームおよび負荷メカニズムは、増加した負荷を支持するには十分に機械的強度を有しておらず、定着機器は実行できなくなった。フレームは、ロールの全幅に対して約１２５ｐｓｉの挟み込み部の圧力を支持することはできなかった。
【００５８】
上記に開示された様々な形態が、形態の他の特徴および機能または代案と同様に、多くの他の異なるシステムまたは用途と組み合わせることが望ましいということが、理解されるだろう。さらに、以下の特許請求の範囲に含まれることが意図される、本発明の、現在では思いがけないまたは予期しない様々な代案、変更形態、変形形態、または、改良形態が、その後当業者によってなされてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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