(57)【要約】【課題】浪費される熱量を、たとえば、トナー画像がある領域のみを加熱することによって低減することができるディジタル定着サブシステムを提供する。【解決手段】定着機構サブシステムに配置される１以上のディジタル加熱要素を有する印刷装置であって、ディジタル加熱要素５４０はホットプレート５５０のアレイを備え、前記ホットプレート５５０のアレイの各ホットプレートは熱的に分離され独立してアドレス可能であり、前記各ホットプレート５５０はミリ秒の時間フレームで約２０℃〜約２００℃までの温度に達するように構成される。【選択図】図５Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着機構サブシステムに配置される１以上のディジタル加熱要素を有する印刷装置であって、
前記ディジタル加熱要素はホットプレートのアレイを備え、前記ホットプレートのアレイの各ホットプレートは熱的に分離され独立してアドレス可能であり、前記各ホットプレートはミリ秒の時間フレームで約２０℃〜約２００℃までの温度に達するように構成される印刷装置。
【請求項２】
請求項１に記載の印刷装置において、
１以上のディジタル加熱要素の少なくとも１つの上に配置された電気絶縁層と、
電気絶縁層の上に配置された熱拡散層と、をさらに備えることを特徴とする印刷装置。
【請求項３】
請求項２に記載の印刷装置において、
前記熱拡散層は伝熱充填剤がポリマー内に配置されてなることを特徴とする印刷装置。
【請求項４】
請求項２に記載の印刷装置において、
前記熱拡散層の上にトナー剥離層をさらに備えることを特徴とする印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は印刷およびマーキング装置に関し、より詳細にはディジタル定着機構サブシステムおよびそれを用いる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マーキング（乾燥および直接）での現在の定着機構システムはエネルギー消費量に関して非常に非効率である。たとえば、典型的な定着ロールでは、熱の約１％しかトナー画像の定着に使用されず、熱の約５０％は紙を温めるために使用され、残りの熱は待機時またはアイドル状態時に浪費される。浪費熱をより良好な熱管理によって、たとえば、適当な絶縁状態や熱交換によって最小限にすることができるが、現実的には定着時に紙を温めるのに必要な熱量を低減する方法はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、浪費される熱量を、たとえば、トナー画像がある領域のみを加熱することによって低減することができるディジタル定着サブシステムを提供して、先行技術のこれらの問題および他の問題を解決する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
各種実施の形態に従う印刷装置が存在する。この印刷装置は、定着機構サブシステムに配置された１以上のディジタル加熱要素を含有することができる。ディジタル加熱要素はホットプレートのアレイを含むことができる。ホットプレートのアレイの各ホットプレートは、熱的に分離されることができると共に独立してアドレス可能である。各ホットプレートはミリ秒の時間フレームで約２０℃〜約２００℃までの温度に達するように構成され得る。
【０００５】
各種実施の形態に従う画像形成方法が存在する。この方法は、電子写真感光体上に潜像を形成する画像形成ステーションを提供し、電子写真感光体上で潜像をトナー画像に変換する現像サブシステムを提供することを包含することができる。また、この方法は、トナー画像を媒体上へと定着させる１以上のディジタル加熱要素を含む定着機構サブシステムを提供することを包含することができ、１以上のディジタル加熱要素のそれぞれはホットプレートのアレイを含むことができ、各ホットプレートは熱的に分離され独立してアドレス可能である。さらに、この方法は、トナー画像に対応する１以上のホットプレートを、ミリ秒の時間フレームで約２０℃〜約２００℃の範囲の温度に選択的に加熱し、定着機構サブシステムを通るよう媒体を供給してトナー画像を媒体上に定着させることを包含することができる。
【０００６】
さらに別の実施の形態に従うマーキング方法が存在する。このマーキング方法は、マーキングシステム内に媒体を供給することを包含することができる。マーキングシステムは１以上のディジタル加熱要素を含むことができ、１以上のディジタル加熱要素のそれぞれはホットプレートのアレイを含むことができる。各ホットプレートは熱的に分離可能であって、かつ、独立してアドレス可能である。また、このマーキング方法は、トナー画像に対応する１以上のホットプレートを、ミリ秒の時間フレームで約２０℃〜約２００℃の範囲の温度に加熱することによって、画像を媒体上に転写し定着させ、媒体をフィニッシャーに給送することを包含することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、例示の印刷装置を概略的に示す図である。
【図２】図２は、本願発明の各種実施の形態に従う印刷装置の例示の定着機構サブシステムを概略的に示す図である。
【図３】図３は、本願発明の各種実施の形態に従う印刷装置の別の例示の定着機構サブシステムを概略的に示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本願発明の各種実施の形態に従う例示の定着部材の断面を概略的に示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本願発明の各種実施の形態に従う別の例示の定着部材の断面を概略的に示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本願発明の各種実施の形態に従う例示のディジタル加熱要素を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａと同様に、本願発明の各種実施の形態に従う例示のディジタル加熱要素を示す図である。
【図６】図６は、本願発明の各種実施の形態に従う例示の画像形成方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の幅広い範囲を示す数値範囲およびパラメータは近似値であるが、特定の実施例に示される数値はできるだけ厳密に報告する。しかし、いずれの数値もその個々の試験測定値に見られる標準偏差から必然的に生じるある種の誤差を本質的に含有する。さらに、ここで開示される全ての範囲は内包するいずれのおよび全ての副範囲をも包含するものと理解される。たとえば、「１０未満」の範囲は最小値ゼロと最大値１０の間（および含む）のいずれか及び全ての副範囲をも包含することができ、すなわち、いずれか及び全ての副範囲は最小値０に等しいまたは０より大きく、かつ最大値１０に等しいか又は１０より小さく、たとえば、１〜５を含む。ある場合には、パラメータに定められるような数値は、負の値を取り得る。この場合には、「１０未満」と定められる範囲の例示的値は負の値、たとえば、−１、−２、−３、−１０、−２０、−３０等を想定することができる。
【０００９】
図１は、例示の印刷装置１００を概略的に示す。例示の印刷装置１００は、電子写真感光体１７２および電子写真感光体１７２を均一に帯電させるための帯電ステーション１７４を包含することができる。電子写真感光体１７２は、図１に示されるように、ドラム式感光体でもベルト式感光体（示さない）でもよい。また、例示の印刷装置１００は、画像形成ステーション１７６を包含することができ、ここでは電子写真感光体１７２上に潜像を形成するために、原稿（図示せず）が光源（同様に図示せず）により露光されることができる。例示の印刷装置１００はさらに、電子写真感光体１７２上で潜像を可視画像に変換するための現像サブシステム１７８と、可視画像を媒体上に転写するための転写サブシステム１７９と、可視画像を媒体に定着させるための定着機構サブシステム１０１を包含することができる。
【００１０】
各種実施の形態では、印刷装置１００の定着機構サブシステム１０１は、図５に示される１以上のディジタル加熱要素５４０を包含することができる。印刷装置１００の定着機構サブシステム１０１は、定着部材、加圧部材、外部加熱ロール、給油サブシステムおよび貫通ロールの１以上を有することができる。図４Ａは、ディジタル加熱要素４４０を含む例示の定着部材４１０を示す。例示の定着部材４１０は、基材４０２上に配置されたディジタル加熱要素４４０、およびディジタル加熱要素４４０の上に配置されたトナー剥離層４０６を包含することができる。各種実施の形態では、基材４０２は耐熱プラスチック基材であってもよい。例示の耐熱プラスチック基材には、これに限定されないが、ポリイミドおよびＰＥＥＫがあり得る。基材４０２の厚さは、約５０μｍ〜約１５０μｍ、いくつかの場合には約６５μｍ〜約８５μｍであってもよい。いくつかの実施の形態では、トナー剥離層４０６は、たとえば、シリコンおよびフルオロエラストマーのような材料を含む単一層であってもよい。トナー剥離層４０６の厚さは、約１００μｍ〜約５００μｍ、いくつかの場合には約１５０μｍ〜約２５０μｍであってもよい。他の実施の形態では、トナー剥離層４０６は、シリコンゴム層の上にフルオロエラストマー層が配置されてなる二層構造であってもよい。いくつかの他の実施の形態では、トナー剥離層４０６は、シリコンゴム層の上にたとえば、ＰＴＦＥおよびＰＦＡのような熱可塑性層が配置されてなる二層構造であってもよい。トナー剥離層４０６の二層全体の厚さは、約１００μｍ〜約５００μｍ、いくつかの場合には約１５０μｍ〜約２５０μｍ、表層厚さは約２０μｍ〜約３０μｍであってもよい。いくつかの実施の形態では、電気絶縁層４０５を、図４Ｂに示されるように、ホットプレート４５０のアレイを包含するディジタル加熱要素４４０の上に配置することができる。各種実施の形態では、電気絶縁層４０５は、いずれの好適な材料、たとえば、酸化ケイ素、ポリイミド、シリコンゴムおよびフルオロエラストマーをも包含することができる。電気絶縁層４０５の厚さは、約１０μｍ〜約５０μｍ、いくつかの場合には約２０μｍ〜約３０μｍであってもよい。ある実施の形態では、熱拡散層４０７を、図４Ｂに示されるように、電気絶縁層４０５の上に配置することができる。熱拡散層４０７の厚さは、約１０μｍ〜約５０μｍ、いくつかの場合には約２０μｍ〜約３０μｍであってもよい。いくつかの実施の形態では、熱拡散層４０７は伝熱充填剤がポリマー内に配置されてなるものであってもよい。各種実施の形態では、伝熱充填剤は、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、ミクロンからサブミクロンサイズの金属粒子、たとえば、Ｎｉ、Ａｇ等、およびミクロンからサブミクロンサイズのセラミック充填剤、たとえば、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3およびＡｌＮからなる群から選択されてもよい。他の実施の形態では、伝熱充填剤が配置されるポリマーは、ポリイミド、シリコンおよびフルオロエラストマーからなる群から選択されてもよい。しかし、当業者は、如何なる好適なポリマー内に如何なる好適な伝熱充填剤が配置されることを選択してもよい。
【００１１】
基材４０２上に配置されるディジタル加熱要素４４０に戻って言及すると、ディジタル加熱要素４４０、５４０は、図５Ａに示されるように、ホットプレート５５０のアレイを包含することができる。ホットプレートのアレイの各ホットプレート５５０は、熱的に分離可能であって独立してアドレス可能であり、かつ各ホットプレート５５０はミリ秒の時間フレームで約２０℃〜約２００℃までの温度に達するように構成され得る。いくつかの実施の形態では、ミリ秒の時間フレームは約１００ミリ秒未満であってもよい。別の実施の形態では、ミリ秒の時間フレームは約５０ミリ秒未満であってもよい。またいくつかの他の実施の形態では、ミリ秒の時間フレームは約１０ミリ秒未満であってもよい。「独立してアドレス可能」という用語は、ここで使用されるように、ホットプレート５５０のアレイの各ホットプレート５５０がその周囲のホットプレート５５０から独立し、かつ、独立して作動できることを意味し、たとえば、各ホットプレート５５０を独立してオンまたはオフすることができ、または周囲のホットプレート５５０と異なる温度に加熱することができる。しかし、いくつかの実施の形態では、ホットプレート５５０を独立してアドレスするにもかかわらず、２以上のホットプレートを含むホットプレートのグループを一緒にアドレスすることができ、すなわち、別のホットプレートまたは別のホットプレートのグループと異なり、あるホットプレートのグループを一緒にオンまたはオフすることができ、または一緒にある温度まで加熱することができる。たとえば、あるライン間隔およびマージンを有する文章の印刷の場合には、文章に対応するホットプレート５５０をある温度まで加熱してトナーを定着させることができ、文章間のライン間隔および文章の周囲のマージンに対応するホットプレート５５０をオフにすることができる。
【００１２】
図５Ｂは、図５Ａに示されるディジタル加熱要素５４０の一部拡大図を示す。図５Ｂに示されるように、各ホットプレート５５０はメンブラン(membrane)またはマイクロブリッジ５５１を包含することができ、メンブランまたはマイクロブリッジ５５１は中心部５５２と、中心部５５２からホットプレート５５０の縁へと伸びた４つの支持脚部５５３を有する。また、ホットプレート５５０は、マイクロ抵抗型加熱要素５５４と対角端部に２つの導線５５５を含むことができる。各種実施の形態では、ホットプレートのアレイの各ホットプレート５５０は、約２００μｍ未満の長さおよび幅を少なくとも１つ有することができる。いくつかの実施の形態では、マイクロ抵抗型加熱要素５５４は、如何なる好適な材料、これに限定されないが例えば、シリコン、アルミニウムおよびタングステンからなるものでもよい。
【００１３】
印刷装置１００に戻って言及すると、いくつかの実施の形態では、印刷装置１００は図１に示されるような電子写真プリンタであってもよい。他の実施の形態では、印刷装置１００は液体インクジェットプリンタ（図示せず）であってもよい。いくつかの他の実施の形態では、印刷装置１００は固形インクジェットプリンタ（図示せず）であってもよい。
【００１４】
図２は、電子写真プリンタの例示の定着機構サブシステム２０１を概略的に示す。図２に示されるような例示の定着機構サブシステムは、定着部材２１０と回転可能な加圧部材２１２を包含することができ、これらは定着ニップ２１１を形成するように取付けられ得る。未定着トナー画像を担持する媒体２２０を定着させるために定着ニップ２１１を通るよう供給することができる。いくつかの実施の形態では、加圧部材２１２は図２に示されるような加圧ロールであってもよい。他の実施の形態では、加圧部材２１２は加圧ベルト（図示せず）であってもよい。例示の定着機構サブシステム２０１はまた、残留トナーの除去を容易にするために、定着部材２１０の表面に給油する給油サブシステム２１８を包含することができる。例示の定着機構サブシステム２０１はさらに、追加の熱源を提供するための外部加熱ロール２１４と、クリーニングサブシステム２１６とを包含することができる。各種実施の形態では、定着部材２１０、加圧部材２１２、外部加熱ロール２１４、および給油サブシステム２１８の１以上はディジタル加熱要素５４０を包含することができる。各種実施の形態では、ディジタル加熱要素４４０、５４０を熱源として使用することができ、上記で開示され図４Ａおよび４Ｂで示されるような定着部材４１０と同様の構成で、加圧部材２１２、外部加熱ロール２１４、および給油サブシステム２１８内に配置することができる。
【００１５】
図３は、固形インクジェットプリンタの別の例示の定着機構サブシステム３０１を概略的に示す。図３で示されるような例示の定着機構サブシステム３０１は、固形インク貯蔵部３３０を包含することができる。固形インクは約１５０℃の温度まで加熱することによって融解することができ、融解したインク３３２を次に、固形インク貯蔵部３３０の外へ貫通ロール３１０上へと噴射することができる。各種実施の形態では、貫通ロール３１０を約７０℃〜約１３０℃の範囲の温度に維持しインク３３２が固化するのを防ぐことができる。貫通ロールを回転させ、インクを、貫通ロール３１０と加圧ロール３１２の間の定着ニップ３２１を通るよう供給される媒体３２０上に付着させることができる。いくつかの実施の形態では、加圧ロール３１２は室温に維持されてもよい。他の実施の形態では、加圧ロール３１２は約５０℃〜約１００℃の範囲の温度に加熱されてもよい。各種実施の形態では、ディジタル加熱要素４４０、５４０を熱源として使用することができ、上記で開示され図４Ａおよび４Ｂで示されるような定着部材４１０、４１０’と同様の構成で、貫通ロール３１０および／または加圧ロール３１２内に配置することができる。各種実施の形態では、貫通ロール３１０にディジタル加熱要素４４０を含めることによって、インクを含む貫通ロール３１０のその部分のみを加熱することができ、これはホットプレート５５０のアレイの１以上のホットプレート５５０に選択的にアドレスすることによるトナー画像と対応する。
【００１６】
各種実施の形態によれば、図６に示されるような画像形成方法６００が存在する。方法６００は、ステップ６６１のような、電子写真感光体上に潜像を形成する画像形成ステーションを提供することを包含することができる。また、この方法は、ステップ６６２のような、電子写真感光体上で潜像をトナー画像に変換する現像サブシステムを提供することを包含することができる。さらにこの方法は、トナー画像を媒体に定着させる１以上の加熱要素を含む定着機構サブシステムを提供するステップ６６３を包含することができ、１以上のディジタル加熱要素のそれぞれは、図５Ａに示されるようなホットプレートのアレイを包含することができ、ホットプレートのアレイの各ホットプレートは熱的に分離可能であって独立してアドレス可能である。ある実施の形態では、各ホットプレートはミリ秒の時間フレームで約２０℃〜約２００℃までの温度に達するように構成され得る。いくつかの実施の形態では、定着機構アセンブリを提供するステップ６６３は、ローラ構造の定着機構アセンブリを提供することを包含することができる。他の実施の形態では、定着機構アセンブリを提供するステップ６６３は、ベルト構造の定着機構アセンブリを提供することを包含することができる。いくつかの他の実施の形態では、定着機構サブシステムを提供するステップ６６３は、定着部材、加圧部材、外部加熱ロール、給油サブシステムおよび貫通ロールの１以上を提供することを包含することができる。各種実施の形態では、方法６００はまた、トナー画像に対応する１以上のホットプレートをミリ秒の時間フレームで約２０℃〜約２００℃の範囲の温度に選択的に加熱するステップ６６４と、定着機構サブシステムを通るよう媒体を供給し媒体上にトナー画像を定着させるステップ６６５とを包含することができる。ある実施の形態では、トナー画像に対応する１以上のホットプレートを選択的に加熱するステップ６６４は、複数のホットプレートのグループを選択的に加熱することを包含することができ、ここでホットプレートの各グループは独立してアドレス可能である。各種実施の形態では、１以上のホットプレートを選択的に加熱するステップ６６４は、第１グループのホットプレートを第１の温度に加熱し、第２グループのホットプレートを第２の温度に加熱することを包含することができ、第２の温度は第１の温度およびその他とは異なる。当業者は、第１グループのホットプレートを第１の温度に加熱し、第２グループのホットプレートを第２の温度に加熱し、第２の温度は第１の温度およびその他とは異なることには多くの理由があることを周知している。典型的な理由として、これに限定されないが、エネルギー効率を高めることと画質を改善することがある。たとえば、所定の媒体、たとえば紙では、ある領域がたとえば写真画像のために比較的高いトナー被写域を有する場合には、より高温に加熱することができる。また、媒体上の幾分かの領域をより高温に加熱し光沢を高めることもできる。いくつかの実施の形態では、方法６００はさらに、トナー画像に対応するホットプレートのアレイの１以上のホットプレートを選択的に加熱することによって、トナー画像に対応する媒体部分のみを予め選択的に加熱することを包含することができる。ある実施の形態では、方法６００はさらに、画像に対応するホットプレートのアレイの１以上のホットプレートを選択的に加熱することにより、画像に対応する媒体部分のみを選択的に加熱することによって、媒体上の画像の画質を調整することを包含することができる。
【００１７】
各種実施の形態によれば、マーキングシステムに媒体を供給することを包含するマーキング方法が存在し、マーキングシステムは１以上のディジタル加熱要素を含み、１以上のディジタル加熱要素のそれぞれはホットプレートのアレイを包含し、各ホットプレートは熱的に分離可能であって独立してアドレス可能である。このマーキング方法はまた、トナー画像に対応する１以上のホットプレートをミリ秒の時間フレームで約２０℃〜約２００℃の範囲の温度に加熱することによって、画像を媒体上に転写し定着させることを包含することができる。さらにこのマーキング方法は、媒体をフィニッシャーに給送することを包含することができる。各種実施の形態では、トナー画像に対応する１以上のホットプレートを加熱することによって、画像を媒体上に転写し定着させるステップは、トナー画像の第１の領域に対応する第１グループのホットプレートを第１の温度に加熱し、トナー画像の第２の領域に対応する第２グループのホットプレートを第２の温度に加熱することを包含することができ、第２の温度は第１の温度およびその他とは異なることができる。いくつかの実施の形態では、このマーキング方法はまた、トナー画像に対応するホットプレートのアレイの１以上のホットプレートを選択的に加熱することによって、トナー画像に対応する媒体部分のみを予め選択的に加熱することを包含することができる。ある実施の形態では、このマーキング方法はまた、画像に対応するホットプレートのアレイの１以上のホットプレートを選択的に加熱することにより、画像に対応する媒体部分のみを選択的に加熱することによって、媒体上の画像の画質を調整することを包含することができる。
【符号の説明】
【００１８】
１００  印刷装置、１０１，２０１，３０１  定着機構サブシステム、４０５  電気絶縁層、４０６  トナー剥離層、４０７  熱拡散層、４４０，５４０  ディジタル加熱要素、４５０，５５０  ホットプレート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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