(57)【要約】  静電複写装置用の定着装置（１０）。定着装置は厚い弾性カバー（１６）を有する外部加熱定着ローラ（１２）を含む。外部ヒータ組立体（１４）が定着ローラと動作的に関連して位置付けられる。外部ヒータ組立体は、定着ローラの弾性カバーの外表面に並びに定着ローラの弾性カバーの外表面から熱を急速に移転するよう、低質量の高速作用する加熱素子を有する。圧力膜ベルト組立体（２６）も、外部ヒータ組立体から離間して、定着ローラと動作的に関連する。圧力膜ベルト組立体は、圧力アプリケータを有し、圧力アプリケータは、定着ローラで拡張定着ニップをもたらす最適なニップ圧力プロファイルを定めるよう熱接触及び機械エネルギを最大限化し、一貫性のある光沢（艶）を備える高品質複写のために写真、テキスト、及び、グラフィクスに適した適切な画像品質をもたらす定着装置のための優れたエネルギ効率及び例外的な温度制御を備える迅速な始動をもたらす。
2012510087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電複写装置における使用のための定着装置であって、
厚い弾性カバーを有する定着ローラと、
該定着ローラの前記弾性カバーと動作的に関連する外部ヒータ組立体であって、前記定着ローラの前記弾性カバーの外表面に急速に熱を移転し且つ前記定着ローラの前記弾性カバーの外表面から急速に熱を移転する、低質量の高速作動する加熱素子を有する外部ヒータ組立体と、
前記定着ローラと動作的に関連し且つ前記外部ヒータ組立体から離間する無端圧力膜ベルトを含む圧力膜ベルト組立体とを含み、
前記圧力膜ベルト組立体は、圧力アプリケータを含み、該圧力アプリケータは、前記定着ローラで前記無端圧力膜ベルトのために拡張された定着ニップをもたらす最適なニップ圧力プロファイルを定めるよう、熱接触及び機械エネルギを最大限化し、それによって、一貫性のある光沢を備える高品質複写のための写真、テキスト、及び、グラフィクスに適した適切な画像品質をもたらす当該定着装置のために、優れたエネルギ効率及び例外的な温度制御を伴う迅速な始動をもたらす、
定着装置。
【請求項２】
前記外部ヒータ組立体は、前記低質量加熱素子によって内部加熱される無端金属膜ベルトを含む、請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記低質量加熱素子は、前記定着ローラ弾性カバーへの熱移転が純粋に拡散的であるよう、ジュール加熱原理に基づき動作するセラミック基板内に埋設される金属抵抗トレースである、請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記圧力膜ベルト組立体は、前記圧力膜ベルトを支持するよう前記圧力膜ベルトと共に配置されるトラッキング御構造と、入口ローラと、出口ローラとを更に含む、請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
前記圧力アプリケータの形状、剛性、及び、荷重は、所与の定着ローラ構造のための圧力プロファイルを決定する、請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
前記圧力アプリケータは金属製であり、剛性部材として作用する、請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
前記圧力アプリケータの形状は、圧縮負荷状態において前記定着ローラの前記カバーの外側曲率とほぼ一致するよう湾曲される、請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】
前記圧力アプリケータは、前記入口ローラ及び前記出口ローラの幅に可能な限り近接する、請求項７に記載の定着装置。
【請求項９】
前記圧力アプリケータは、シリコーンゴムのような弾性材料で製造され、前記弾性圧力アプリケータの幾何学的な形状は、最大限の圧力プロファイル結果をもたらすよう構成される、請求項５に記載の定着装置。
【請求項１０】
静電複写装置における使用のための定着装置であって、
厚い弾性カバーを有する定着ローラと、
前記定着ローラ弾性カバーを外部加熱する手段であって、当該定着装置の前記弾性カバーの外表面に急速に熱を移転し且つ前記定着ローラの前記弾性カバーの外表面から急速に熱を移転するよう低質量の高速作用する加熱素子を含む外部加熱する手段と、
前記定着ローラカバーに圧力を加える手段とを含み、
前記圧力を加える手段は、圧力アプリケータを含み、該圧力アプリケータは、前記定着ローラで拡張定着ニップをもたらす最適なニップ圧力プロファイルを定めるよう、熱接触及び機械エネルギを最大限化し、それによって、一貫性のある光沢を備える高品質複写のための写真、テキスト、及び、グラフィクスに適した適切な画像品質をもたらす当該定着装置のために、優れたエネルギ効率及び例外的な温度制御を伴う迅速な始動をもたらす、
定着装置。
【請求項１１】
前記外部加熱手段は、前記低質量加熱素子によって内部加熱される無端金属膜ベルトを含み、前記低質量加熱素子は、前記定着ローラカバーへの熱移転が純粋に拡散的であるよう、ジュール加熱原理に基づき動作するセラミック基板内に埋設される金属抵抗トレースを有する、請求項１０に記載の定着装置。
【請求項１２】
前記圧力を加える手段は、前記圧力アプリケータに対して作用し、且つ、前記無端金属膜ベルトを支えるよう前記無端金属膜ベルトと共に配置される入口ローラ、トラッキング構造、及び、出口ローラを有する無端膜ベルトを含み、それによって、前記圧力アプリケータの形状、剛性、及び、荷重は、所与の定着ローラ構造のための圧力プロファイルを決定する、請求項１０に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、受像媒体にトナー粉末粒子を恒久的に固定するための定着装置を有する静電複写印刷装置に関し、より具体的には、拡張されたニップ幅を備えるオンディマンド外部加熱定着器を有する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真複写のような静電複写撮像及び記録プロセスでは、静電潜像が誘電表面のような主画像形成部材の上に形成され、熱可塑性トナー粉末で現像されて可視画像を形成する。然る後、可視熱可塑性トナー粉末画像は、受像体、例えば、一枚の紙又はプラスチックに転写され、次に、可視熱可塑性トナー粉末画像は、熱及び圧力の一方又は熱及び圧力の両方を使用して、定着ステーション内で受像体に定着される。定着ステーションは、ローラ、ベルト、又は、熱可塑性トナー粉末を受像体に固定するための適切な形状を有する如何なる表面をも含み得る。
【０００３】
ローラ定着器を用いる定着作業は、一般的には、定着ニップとして既知の圧力接触領域をもたらす一対の被係合ローラの間に画像支持受像体を通すことを含む。定着ニップを形成するために、ローラの少なくとも１つは、その表面に適合的な又は合致可能な層を有する。熱が定着ニップ内でローラの少なくとも１つから可視熱可塑性トナー粉末に移転され、トナー粉末を部分的に融解し、受像体に付着させる。定着部材が加熱ローラである場合、典型的には、滑らかな表面を有する弾性適合層が使用され、それはローラのコアに直接的に或いは間接的に結合される。定着部材がベルト、例えば、加熱ローラの周りを進む可撓な無端ベルトの形態である場合、典型的には、ベルトは滑らかな硬化外表面を有する。
【０００４】
２つの基本的な種類の加熱ローラ定着器が進化した。一方の加熱ローラ定着器は、合致可能な又は適合的な圧力ローラを使用して、硬質定着ローラに対する定着ニップを形成する。他方の加熱ローラ定着器は、適合的な定着ローラを使用して、硬質な或いは比較的合致不能な圧力ローラに対してニップを形成する。ここで適合的として指定される定着ローラは、典型的には、約２ｍｍよりも大きい、一部の場合には、２５ｍｍを超える厚さを有する合致可能な層を含む。ここで硬質として指定される定着ローラは、比較的薄い、典型的には、厚さ約１．２５ｍｍ未満のポリマ又は合致可能な塗膜を有し得る剛性シリンダを含む。硬質な圧力ローラと共に使用される適合的な定着ローラは、加熱定着ローラからの受像体のより容易な解放をもたらす傾向がある。何故ならば、ニップ内の適合的な表面の歪められた形状は、受像体を、より一層合致可能な定着ローラから離れる方向に、比較的合致不能な圧力ローラに向かって曲げるからである。
【０００５】
定着ローラの１つの一般的な種類は内部加熱される、即ち、定着用の熱源が定着用のローラ内に設けられる。通常、そのような定着ローラは、中空コアを有し、中空コアの内側には、熱源、普通はランプが配置される。コアを取り囲むのは、熱をコアから表面に伝導する層であり、エラストマー層は、典型的には、熱伝導率の増大のための充填剤を含む。その表面付近で内部加熱される異なる種類の定着ローラが、Ｌｅｅ  ｅｔ  ａｌ．によって米国特許第４，７９１，２７５号中で開示され、それはシート間に配置される可撓なオーム加熱素子を有する２つの（ＤｕＰｏｎｔ  ＲＴＭ及びムヌールによって販売される）ポリイミドカプトンＲＴＭシートを記載している。ポリイミドシートは、コア部材に付着される合致可能なポリイミドフォーム層を取り囲む。Ｊ．Ｈ．ＤｕＢｏｉｓ及びＦ．Ｗ．Ｊｏｈｎ，Ｅｄｓ．，ｉｎ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ，５ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖａｎ  Ｎｏｓｔｒａｎｄ及びＲｈｅｉｎｈｏｌｄ，１９７４によれば、室温にあるポリイミドは、約３．５ＧＰａ−５．５ＧＰａ（１ＧＰａ＝１  ＧｉｇａＰａｓｃａｌ＝１０．ｓｕｐ．９  Ｎｅｗｔｏｎ／ｍ．ｓｕｐ．２）のヤング率を伴って適正に硬いが、ポリイミドシートのヤング率は少なくとも４５０度Ｆのローラの表示高動作定着温度で相当により低いことを予期し得る。
【０００６】
他の一般的な種類の定着ローラは、外部加熱定着ローラである。外部加熱定着ローラは、定着ローラと１つ又はそれよりも多くの外部加熱ローラとの間の表面接触によって加熱される。外部加熱定着ローラは、Ｏ‘Ｌｅａｒｙ，米国特許第５，４５０，１８３号によって、並びに、Ｄｅｒｉｍｉｇｇｉｏ  ｅｔ  ａｌ．，米国特許第４，９８４，０２７号によって開示されている。
【０００７】
適合的な定着ローラは、例えば、実質的に圧縮不能なエラストマー、即ち、０．５に接近するポアソン比を有するエラストマーのような、任意の有用な材料から成る合致可能な層を含み得る。ポリ（ジメチルシロキサン）エラストマーを含む実質的に圧縮不能な合致可能な層は、同一譲受人による米国特許第６，２２４，９７８号においてＣｈｅｎ  ａｔ  ａｌ．によって開示され、それはここに参照として組み込まれる。代替的に、合致可能な層は、０．５よりも一層低いポアソン比の値を有する比較的圧縮可能なフォームを含み得る。合致可能なポリイミドフォーム層は、米国特許第４，７９１，２７５号においてＬｅｅによって開示され、リソグラフィック印刷ブランケットは、米国特許第３，９８３，２８７号においてＧｏｏｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ．によって開示されており、巨大な数の脆い剛壁の小さい気泡を含む合致可能な層を含み、気泡は機械的に破裂され、滑らかな表面を有する閉塞セルフォームを生成する。
【０００８】
受像体は定着中に殆どの熱を取り除く。受像体は、定着ローラ長さに比べ定着ローラ軸と平行に測定されるより狭い長さを有し得るので、熱を差動的に取り除き、ローラ軸と平行な定着ローラ表面に沿ってより高い温度又はより低い温度の領域をもたらす。より高い又はより低い温度は、ローラ定着器内で過剰なトナーの偏り（即ち、定着ローラへのトナー粉末移転）を引き起こし得る。
【０００９】
受像体へのトナー画像の定着において、受像体シートが適合ニップを通過するときに合致可能な適合ローラが受像体シートのトナー支持表面と接触する領域は、圧力ローラによって加えられる圧力量によって、並びに、弾性的な合致可能な層の特性によって決定される。接触領域の程度は、トナー画像の任意の所与の部分が定着ローラと接触し且つ定着ローラによって加熱される時間の長さを構築するのを助ける。
【００１０】
ローラ定着システムにおいて、定着パラメータ、即ち、定着部材の温度、ニップ幅、及び、速度は一定であり、所与の範囲の受像体のための所定の仕様内で制御される。一般的には、システムは受像体の重量又は種類に従って温度及び／又は速度を変更する。初期加熱される定着ローラにおける温度の変化は、安定化するのに時間がかかる。受像体が急速過ぎる速度で提示されるならば、定着ローラは、次の受像体が到着するときに、その作動温度に戻り得ない。結果的に、定着ローラの温度が許容可能な範囲内になるまで、受像体は停止され或いは遅延されなければならず、そのような停止又は遅延は、受像体処理量の劣化を引き起こす。同じことが速度変化にも当て嵌まる。提示速度又は定着ローラ温度自体がシステムによって調節されるか否かに拘わらず、定着部材によって要求される温度安定化時間は、受像体の提示の速度を制約し得る。
【００１１】
電子写真プリンタの調色画像の固定品質は、定着部材の温度、ニップ幅、処理速度、及び、熱特性、並びに、トナーの化学的性質、トナーの適用範囲、及び、受像体の種類に依存する。ローラ定着システムの工作及び制御を単純化するために、可能な限り多くの上記パラメータが検討され、次に、システムの設計中に固定される。定着部材の温度、ニップ幅、処理速度、及び、熱特性のような定着パラメータは、最も重要な場合のために最適化される。
【００１２】
システムの設計を複雑化するのは、トナーの適用範囲及び受像体の種類（重量、塗装／未塗装）がデジタルプリンタにおいて画像毎に異なり得るという事実である。従って、上記に列挙されたパラメータの一部は、十分な画像固定を確実にするよう、画像内容及び受像体種類に従って調節される必要がある。典型的には、定着温度は、特定の受像体を用いた専用運転のために調節され且つ一定に維持される。受像体温度は、より重い受像体のために公称からより高く調節され、且つ、より軽い受像体のために公称からより低く調節される。一部の重い受像体のために、速度も減少されなければならない。
【００１３】
定着速度の変化は生産性の減少を招く。定着部材温度が変化するのを待つために消費される時間の故に、定着温度の変化も生産性の減少を招き得る。更に、異なる受像体の種類が単一の文書において必要とされるならば、異なる受像体上の画像をその文書に丁合するのに、余分な時間が必要とされる。
【００１４】
多数の用紙供給を備えるデジタルプリンタは、単一文書の運転において画像毎に異なるＲＩＰＰＥＤ情報を多数の受像体上で作動するのを可能にする。ＲＩＰＰＥＤ画像は１つの出来事から次の出来事に異なり得るので、画像色彩及び画像密度の両方において、定着器の作業負荷（ワークロード）は有意に異なり得る。Ａｓｌａｍ  ｅｔ  ａｌ．に発効した米国特許第５，９５６，５４３号は、定着器温度、ニップ幅、及び、速度を最適に選択することによって、特定の受像体上での調色画像の画像固定を最適化する。しかしながら、電子写真プリンタの文書モード作動中に多数の種類及び重量の受像体が混合されるとき、それは画像固定品質の問題に取り組んでいない。
【００１５】
高画像品質色彩複写のための既知のローラ定着装置に伴う他の複雑化は、所望の複写のために適切な塗布に依存する光沢レベルを達成するよう熱効率を最大限化しながら、光沢変動を最小限化することを含む。高レベルの光沢を達成するために、一般的な制御技術は、定着器ニップ幅及び定着器ニップ内の画像支持受像体の圧力−時間関係を最大限化することを含む。今日の市場において望ましい適切な画像品質を提供するために、定着器の画像光沢（即ち、艶）制御がより重要になっている。可能な限り緊密に受像体表面光沢を全ての画像色彩密度で一致させる能力（それはページ内に或いはページからページに光沢差がないことを暗示する）は、定着プロセス作業に関して画像品質のレベルに実質的な影響を及ぼし且つ決定する。最適な光沢結果は、前縁から後縁まで複写ページ内で光沢の変化がないことであり、短い又は長い複写運転作業において受像体毎に光沢の変化がないことである。
【００１６】
定着ニップ内の定着表面は、トナー粉末画像全体に亘って一貫した光沢を維持するよう、定着プロセスを通じて一定の温度を維持される必要がある。約３０  Ｇ６０単位以上の光学が達成されるとき、画像内の光沢変化は人間の目により顕著になり、温度制御の向上の必要が要求される。内部加熱定着ローラは、熱が定着ニップ表面に達するために特定の時間定数を有する。時間定数が長ければ長いほど、一定の定着温度を維持するのはより困難であり、温度振動範囲は増大する。
【００１７】
加えて、高光沢（約３０  Ｇ６０単位以上）を得るために、比較的大きい加熱（定着）休止時間が必要とされる。低粘度ポリエステルトナーを使用する現在の商業的な定着技術は、約６５ミリ秒以上の定着ニップ休止時間を必要とする。よって、毎分３０ページの定着プロセスのために、ニップ幅は約８．５ｍｍである必要があり、毎分６０ページの定着プロセスのために、ニップ幅は約１７．０ｍｍである必要がある。ローラを用いてそのようなニップ幅を作り出すために、厚いエラストマー基部クッションを備える大径ローラ（２．５インチ〜３．５インチ以上）が必要とされる。そのような構成は固有に大きな熱質量を保有する。定着ローラの内部加熱は、大きな時間定数を有し、遅い加熱及び困難な温度制御を招く。実質的な浪費エネルギを構成する有意な環境加熱もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は従来技術の問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、静電複写装置における使用のための定着装置に向けられている。定着装置は、外部加熱定着ローラを含む。外部ヒータ膜組立体が定着ローラと動作的に関連して位置付けられる。外部ヒータ膜組立体は、定着ローラの外表面に熱を急速に移転し且つ定着ローラの外表面から熱を急速に移転するよう、低質量の高速作動する加熱素子を有する。圧力膜ベルト組立体は、外部膜組立体から離間して、定着ローラとも動作的に関連する。圧力膜ベルト組立体は、
圧力アプリケータを含み、圧力アプリケータは、熱接触及び機械エネルギを最大限化し、定着ローラで拡張定着ニップをもたらす最適なニップ圧力プロファイルを定め、それによって、一貫性のある光沢（艶）を備える高品質複写のための写真、テキスト、及び、グラフィクスに適した適切な画像品質をもたらす定着装置のために、優れたエネルギ効率及び例外的な温度制御を伴う迅速な始動をもたらす。
【００２０】
以下に提示される本発明の好適実施態様の詳細な記載において付属図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の定着装置を示す概略図である。
【図２】時間対伝導率をプロットすることによって１００度に達する時間を示すグラフである。
【図３】図１の定着装置用の定着ローラの周りの温度地点を示す概略図である。
【図４】図１の定着装置のために適用される圧力の力を示す概略図である。
【図５】本発明に従った定着装置のための定着ニップ圧力プロファイルを示すグラフである。
【図６】図５に示されるような定着装置のための定着ニップ圧力プロファイルを示すグラフであり、理想的な圧力プロファイルを含む。
【図７】本発明に従った定着装置の他の実施態様を示す概略図である。
【図８】図７の定着装置用の定着ローラの周りの温度地点を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に従った定着装置が図１に示され、番号１０によって概ね示されている。如何なる周知の静電複写装置（図示せず）においても利用される定着装置１０は、基本的には、所定速度で選択的に回転される定着ローラ１２と、外部ヒータ組立体１４と、圧力ニップ形成バックアップ膜及び支持構造組立体２６とを含む。任意の周知の方法で複写装置インテリジェンスによって定着装置１０を制御し得る。例えば、様々な種類の受像媒体のための定着プロセス設定地点（定着ニップ幅、定着温度、及び、エネルギ要求）を機械制御装置用の媒体カタログ内にルックアップテーブルとして記憶し得る。受像媒体は、重い原料カバー材料、内部ページ印刷材料、インサート材料、透明材料、又は、テキスト又は画像情報を支持する任意の他の所望の媒体を含み得る。
【００２３】
典型的な機械制御装置は、マイクロプロセッサ又はマイクロコンピュータを含む。それは定着ローラの温度のようなプログラムされたステップ及び機械入力に従って複写装置（定着装置を含む）の動作を制御するプログラムを記憶し且つ作動する。温度データは、例えば、当業者に周知の方法でサーモカプラ又は任意の他の適切な温度センサによって供給される。特定の媒体種類のシートが必要とされるので、定着装置内に固定されるべき媒体シートの種類及び画像内容を代表する機械制御装置への（或いは、代替的に、定着装置用の独立の制御装置への直接的な）データ信号。機械制御装置は、提供されるデータの関数として媒体カタログから定着器条件（温度、休止時間）を設定する。機械制御装置は、媒体カタログから提供される条件に従って定着ローラの電力要件に従って加熱ニップ幅制御を指示する。機械制御装置は、定着ローラニップ幅コントローラも指示し、媒体カタログから提供される情報に従って定着器ニップを調節する。
【００２４】
定着装置１０の定着ローラ１２は、例えば、アルミニウムコアと、比較的厚い弾性基部クッション１６（処理速度に依存して５〜１０ミルの厚さ）と、薄い頂部解放塗工層２２（１〜２ミルの厚さ）とを含む。外部ヒータ組立体１４は、無端金属膜１８を含む。膜１８は、例えば、熱移転が純粋に拡散的であるよう、ジュール加熱原理に基づき動作するセラミック基板内に埋設される金属抵抗トレースのような、低質量加熱素子２０によって内部的に加熱される。よって、加熱素子２０内で生成される熱は、熱拡散によって膜１８に移転される。膜１８は、加熱素子２０によって定着ローラ１２のポリマ解放層と選択的な圧力関係に付勢され、加熱ニップ２０’を形成する。次に、加熱膜１８は、熱拡散によって、加熱ニップ内の定着ローラ１２の外表面に熱を移転する。次に、そのような熱は、熱拡散によって、任意の周知の方法（図示せず）において定着装置１０に輸送される受像媒体シート（例えば、シートＲ）によって支持される画像方向トナー粉末粒子に移転される。
【００２５】
受像媒体シートＲ上の画像方向トナー粉末粒子及びシートは、定着ローラ１２が任意の周知の制御された方法で矢印Ａ（図３を参照）の方向に回転されるとき、定着ローラ１２の解放層２２と定着ニップ２４内の圧力膜組立体２６との間で圧縮される。トナー粉末及び受像媒体シートに移転されるエネルギの量は、定着ニップ２４内の受像媒体シートの常在（休止）時間に依存する。拡張定着ニップ２４を作り出すのに圧力膜組立体２６を使用することは、（当該技術分野において周知であるような圧力ローラと比較するとき）中乃至高光沢が望ましい受像媒体上の高品質な表面仕上げのために要求される長い常在時間をもたらす。
【００２６】
圧力膜組立体２６は、無端圧力膜ベルト２８を含む。圧力膜ベルト２８を周りに巻き付ける入口ローラ３０が、トナー粉末支持受像媒体シートＲを定着ニップ２４に輸送するための入口案内を構築する。圧力膜ベルト２８を定着ローラ１２と動作的に接触させるよう事前選択された圧力を適用するために、圧力アプリケータ３２が圧力膜ベルト無端経路内に設けられる。圧力膜ベルト接触圧力を定着ローラ１２に適用し、定着ニップ２４の出口で機械的な解放機能を更に作り出すよう、圧力膜ベルト無端経路内の出口ローラ３４が圧力膜ベルト２８を支持する。圧力膜ベルト２８を周りに巻き付ける圧力膜ベルト２８の経路内に同様に配置されるトラッキング構造３６は、圧力膜ベルト２８を定着ローラ１２に対する所望の経路内に案内する働きをする。そのような圧力膜組立体２６を用いるならば、トナー粉末支持受像媒体シートＲが、所望の圧力で並びに定着ニップ２４内の所望の休止時間を伴って、定着ニップ２４を通じて案内される。
【００２７】
外部ヒータ１４で定着ローラ１２の表面を外部加熱することは、定着ローラ１２の表面温度を所望の定着温度まで導く最速の方法である。厚いローラ弾性カバー１６を用いることは、より大きな定着ニップ２４を得ることを可能にする。定着ニップが大きければ大きいほど、高レベルの光沢を得るための定着休止時間はより長い。厚い弾性カバー１６を用いて定着ローラ１２を外部加熱することは、（定着ローラを内部加熱するのに対して）定着表面を加熱する時間定数を大いに減少する。例えば、表１を参照。そこでは、５ｍｍの赤シリコン弾性カバー及び６．３５ｍｍの厚いアルミニウム６０６１−Ｔ６コア構造を備える内部加熱定着ローラが５０ミクロンの厚さのニッケル膜ベルトで外部加熱される類似構成の定着ローラと比較されている。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１は、伝導性熱移転（熱拡散）に基づく熱時間定数に関する数理的関係を示している。第一層は適切な加熱素子によって加熱され、第二層は第一層からの接触伝導によって加熱される。外部加熱ローラケースを用いるならば、１つの層（加熱膜１８）のみが設けられる。総時間定数は表の最終列に示されている。外部加熱定着ローラは、ミリ秒より熱時間定数を有し、内部加熱ローラは約８５秒の時間定数を有する。外部加熱定着ローラのより小さい時間定数は有意であり、実質的により速い加熱時間、より速い冷却時間、より少ない環境加熱（廃熱）、及び、より多くの一定温度制御応答をもたらす。
【００３０】
上述の時間定数は唯一の加熱要因ではない。定着ニップ２４内の休止時間も有意な要因である。定着ニップ２４内の休止時間は、定着ローラ１２２の回転の速度及び定着ニップ幅の関数である。定着ニップ幅が長ければ長いほど、所与の定着ローラ表面速度で、より長い休止時間をもたらす。図３は、定着ローラ１２の表面の周りの温度地点を示している。Ｔ０からＴ１は、定着ニップであり、Ｔ１からＴ２は、冷却スパンであり、Ｔ２からＴ３は、加熱ニップである。Ｔ２からＴ３までの温度の変化を最適化するために、可能な最長の休止時間及び可能な最高の加熱膜１８温度が使用されるべきである。ニップ幅を最大限化することは、少なくとも実質的に平坦又は凹面であるよう加熱膜１８及び加熱素子２０のためにトラッキング構造１８を成形し、且つ、加熱ベルト１８を通じて加熱素子２０を定着ローラ１２に対して十分な力（圧力）で押し付けることによって達成される。
【００３１】
上記に議論されたように、定着ニップ２４の幅及び定着ローラ１２の回転速度は、定着休止時間を定める。更に、受像媒体シートへの固定のためにトナー粉末粒子を共に焼結させ且つ光沢レベル制御のために流させるのに必要な機械的作業に加えて、定着ニップ２４内の圧力プロファイル（図５を参照）は、接触熱伝導率を定める。定着休止時間を最大限化するために、圧力膜ベルト２８は、入口ローラ３０、圧力アプリケータ３２、出口ローラ３４、及び、トラッキング構造３６によって、無端進行経路内に支持される。出口ローラ３４は、圧力膜ベルト２８を用いて、出て行く受像媒体シートＲを定着ローラ１２から排出させる。これは当該技術分野において周知の機械的解放プロセスである。この目的を達成するために、出口ローラ３４は、定着ローラ１２からの受像媒体シートの良好な一貫した解放のための適切な定着ニップ出口幾何をもたらすよう、直径がより小さいか、或いは、定着ローラ１２よりも剛的な弾性カバーを保有する必要がある。解放が一貫していないならば、定着ローラ１２からの一貫性のない解放地点の故に、光沢レベルは異なり、休止時間の可変性を引き起こす。既述の圧力膜組立体２６を利用することは、圧力膜ベルト２８及び定着ローラ１２の接触長さ（及び面積）を調節し且つ制御することによって、定着ニップ幅が拡張されることを可能にする。接触長さ調節は、出口ローラ３４及び入口ローラ３０を互いに対して並びに定着ローラ１２に対して位置付けることによってもたらされる。
【００３２】
ニップを通じる圧力を最適化しながら、良好なシート取扱い特性を維持することによって、定着ニップ２４内の圧力を最適化することは、定着ローラ１２と受像媒体シートと受像媒体シート上の画像方向トナー粉末粒子との間の熱接触伝導率を最大限化する。図２は、この例では摂氏１００度に達する熱伝導率と熱応答時間との間の一般的な関係を示している。熱伝導率が増大すると、熱応答時間は減少する。より速い応答時間を有するためには、定着ニップ内の圧力増大に応じて熱伝導率が増大することを知ることで、熱伝導率は最大限化されるべきである。
【００３３】
定着ニップ２４内の圧力適用のために、圧力膜ベルト２８を支えるよう、４つの素子、即ち、入口ローラ３０、圧力アプリケータ３２、出口ローラ３４、及び、トラッキング構造３６が使用される。トラッキング構造３６は、出口ローラ３４と入口ローラ３０との間で圧力膜ベルト２８を支持する。任意の既知の方法で圧力膜ベルト２８内の張力を制御するためにもトラッキング構造３６を使用し得る。これらの誘導部分を有することは、定着ニップ２４を通じて３つの圧力パルスを作り出す（図４を参照）。定着ニップを通じた連続的な圧力は最適であるが、それは現実的ではない。従って、構成部品間の圧力損失を最小限化することは、定着ニップ内の圧力プロファイルを最適化するよう行われる。図４は、適用される力、即ち、入口ローラ荷重ＦＥＲ、圧力アプリケータ荷重ＦＰＡ、及び、出口ローラ荷重ＦＲＲをそれぞれ備える、定着ニップ２４を通じた３つの既述の圧力部分の各々を示している。図５は、この構造の定着ニップのための圧力プロファイルを示している。図６は同じ圧力プロファイルを示しながら、理想的な（最適な）圧力プロファイルを示している。各部分間の最小圧力は、圧力膜ベルト２８によって加えられる圧力と等しい。圧力膜ベルト２８が加える圧力の量は、圧力膜ベルト２８を支えるのに使用される素子によって構築される圧力膜ベルト内の張力に比例する。
【００３４】
圧力アプリケータ３２の形状、剛性、及び、荷重ＦＰＡは、所与の定着ローラ構造のための圧力プロファイルを決定する。この実施態様の圧力アプリケータ３２は金属製であり、剛性部材として作用する。形状は、圧縮（負荷）状態において定着ローラ１２の外側曲率とほぼ一致するよう湾曲される。圧力アプリケータ３２の幅は、入口ローラ３０及び出口ローラ３４の幅に、接触せずに可能な限り近接する。
【００３５】
図７に示される代替的な実施態様において、番号４０によって示される圧力アプリケータは、シリコーンゴムのような弾性材料から製造される。弾性圧力アプリケータ４０の幾何学的な形状は、最大限の圧力プロファイル結果をもたらすよう構成される。図８は、図７の定着装置のための定着ローラの周りの温度地点を示している。
【符号の説明】
【００３６】
１０    定着装置
１２    定着ローラ
１４    外部ヒータ組立体
１６    定着ローラ弾性カバー
１８    金属膜ベルト
１８’  金属膜ベルト用のトラッキング構造
２０    加熱素子
２０’  加熱ニップ
２２    解放層
２４    定着ニップ
２６    圧力膜組立体
２８    圧力膜ベルト
３０    入口ローラ
３２    圧力アプリケータ
３４    出口ローラ
３６    圧力膜ベルト用のトラッキング構造
４０    代替的な圧力アプリケータ
【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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【図８】
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【国際調査報告】
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