圖像形成裝置中的定影裝置和定影方法
2023-04-23 01:53:31
專利名稱：圖像形成裝置中的定影裝置和定影方法
技術領域：
本發明涉及定影裝置和定影方法，用於例如複印機、印表機、傳真機等圖像形成裝置中，能夠反覆形成調色劑圖像並使其脫色，以在紙上定影調色劑圖像。
背景技術：
作為用在如電子照相複印機、印表機等圖像形成裝置中的定影裝置，存在這樣的一種裝置，其中，將紙插入壓區(nip)，通過加熱和加壓調色劑圖像，在紙張上定影調色劑圖像，壓區形成在輥對或類似皮帶對之間，該輥對包括定影輥和壓輥。為了防止紙張插入形成在定影輥和壓輥之間的壓區時，紙在這樣的熱壓型定影裝置中起皺，日本專利No.3072781披露了一種定影輥和壓輥形成為倒冠形狀(reversed crown shape)的裝置。
另一方面，近年來，隨著辦公自動化的發展，伴隨著各種信息容量的增大，印在紙上的信息輸出不斷增加，從而消耗了大量的紙張。因為這種大量紙張的消耗對提供紙資源的大自然造成破壞，所以，目前已經進行了紙循環(回收)。
通過使用大量漂白劑和水來處理印有調色劑圖像信息的用過的紙來實施這種紙循環，以製造再生紙。然而，這種紙循環造成了再生紙的成本增加，導致工藝的經濟效率受到損害，並且對在用過的紙的循環處理過程中產生的廢水進行處理也會造成新的環境汙染。
因此，近年來，為了代替用過的紙本身的紙循環(回收處理)，提出了可操作地重新使用用過的紙的方案，其中，通過消除在用過的紙張上形成的圖像數據，將紙張反覆用於圖像信息的新輸出。為了重新使用紙張，使用舉例來說在通過加熱切斷與成色劑的結合(connection)時可消除(erasable)的調色劑來進行圖像形成和消除，以反覆使用相同的紙張。
當由於反覆使用而顯著降低了紙的質量時，可將紙回收，且可進一步有效使用紙資源，從而可確保環境保護，並且也降低了紙的成本。在環境保護中，通常根據生命周期評價(life cycle assessment，LCA)估計CO2排放，據報導，如果將紙重新使用4次，則可減少約50％的CO2。
然而，在上述的紙的重新使用中，需要例如在120℃至150℃將紙張加熱2小時以上，然後將其冷卻，來消除調色劑圖像。另一方面，在使用傳統電子照相的圖像形成裝置中，並沒有考慮到通過上述在120℃至150℃加熱然後冷卻以再次在紙上形成圖像，因此，存在以下問題。也就是，當使用傳統的圖像形成裝置在重新使用的紙上形成圖像時，在初始階段沒有問題，但是在反覆形成圖像的情況下，紙張通過定影裝置時會出現紙皺褶。
考慮到上述問題是因為在為了重新使用而將紙通過加熱以消除調色劑圖像，從而紙變幹並變得稍微鬆散後，紙處於室溫和室溼的環境中，紙的吸溼狀態變得不均勻。換句話說，用過的紙的吸溼率沒有恢復到新紙的均勻狀態，並且部分不均勻的吸溼率被認為是紙通過定影裝置時起皺的原因之一(Base and Application ofElectro-Photographic Technology Society，1988年，P513，第(5)段Moisture部分有描述)。
另外，由於在定影輥和壓輥之間的壓區中進行壓力分布的彈性體的劣化，所以不再能得到定影輥和壓輥之間的壓區中的適當的負載分布。這是造成紙皺褶的另一原因。當壓輥的彈性體的表面劣化時，將紙從中央部分向邊緣部分牽引的力將不能有效工作，特別是當重新使用的紙插入定影輥和壓輥之間時更是如此，這被認為是產生紙皺褶的一個原因。
因此，需要有這樣的一種定影裝置，當使用重新使用的紙時，儘管長時間使用，也能防止紙在通過圖像形成裝置的定影裝置時起皺，在經濟性以及環境保護方面表現優異。
發明內容
本發明的實施例的一個目的是使用圖像形成裝置中的定影裝置進行加熱和加壓，在經濟性和環境保護方面表現優異的重新使用的紙上，獲得高質量的定影圖像，而不產生皺褶。
另外，本發明的實施例的一個目的是使用圖像形成裝置中的定影方法進行加熱和加壓，在經濟性和環境保護方面表現優異的重新使用的紙上，獲得高質量的定影圖像，而不產生皺褶。
根據本發明的實施例，提供了一種圖像形成裝置中的定影裝置，包括定影旋轉件，與記錄介質的調色劑圖像形成表面接觸，在該記錄介質上進行了圖像形成至少一次以上；以及加壓旋轉件，具有倒冠形狀，與定影旋轉件壓接觸，以在指定方向上傳送記錄介質，同時在記錄介質上定影調色劑圖像。
另外，根據本發明的實施例，提供了一種圖像形成裝置中的定影方法，包括使記錄介質的調色劑圖像形成表面與定影旋轉件接觸，該記錄介質被處理過以形成圖像至少一次以上；以及壓具有倒冠形狀的加壓旋轉件，使其與定影旋轉件接觸，並且轉動加壓旋轉件，以傳送記錄介質。
圖1是示意性結構圖，示出本發明的實施例中的圖像形成裝置的圖像形成單元；圖2是示意性結構圖，示出本發明的實施例中的定影裝置；圖3是說明性示意圖，示出本發明的實施例中的定影輥和壓輥的結構；以及圖4是示出在本發明的實施例中進行的定影試驗中的(試驗實例)和(比較實例)的表。
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細說明本發明的實施例。圖1是示意性結構圖，示出作為圖像形成裝置的複印機的圖像形成單元10。圖2是示意性結構圖，示出本發明的實施例中的定影裝置26。本實施例中的圖像形成裝置使用可以通過加熱以消除其顏色的調色劑(toner，又稱色調劑或墨粉)來形成圖像。並且，該圖像形成裝置能夠在通過消除調色劑圖像反覆再用的紙上形成圖像。
圖像形成單元10的感光鼓11在φ60mm的支承件的表面上具有有機光導體(organic photo conductor，縮寫為OPC)，且以215mm/sec的圓周速度被驅動。在感光鼓11周圍設置有主充電器12，其隨著感光鼓11的旋轉將感光鼓11均勻充電到-750V；來自雷射曝光單元13的雷射束13a的雷射束照射位置13b，該雷射曝光單元相應於圖像信息將雷射束照射到帶電的感光鼓11；顯影單元14；轉印充電器16；分離充電器17；裝配有清理刮片18a的清潔器18；以及電荷消除LED 19。
作為記錄介質的紙P通過供紙輥21從供紙盒20取出，並與在感光鼓11上形成的調色劑圖像同步傳送到圖像形成單元10的轉印充電器16的位置。供紙盒20既能供應未用過的紙，也能供應重新使用的紙(使用過的紙)。
顯影單元14使用兩種成份的顯影劑，這種顯影劑是平均體積顆粒直徑為8μm至12μm的調色劑和平均體積顆粒大小為60μm至80μm的磁性載體的混合物。一種調色劑是「能脫色的調色劑「e-blue」(Toshiba的註冊商標)(下文中，稱之為能脫色的調色劑)」。通過混合粘合劑樹脂、色素、成色劑、脫色劑、蠟等獲得這種調色劑，然後將其研磨，篩分，並且添加添加劑。通過在120℃至150℃將形成有調色劑圖像的紙加熱2小時，能脫色的調色劑切斷了調色劑的成色劑和彩色顏料的結合(connection)。將約為-550V的顯影偏壓施加給顯影單元14的顯影輥14a，通過反轉顯影在感光鼓11上為靜電潛像形成調色劑圖像。
在圖像形成單元10上方設置有定影裝置26，用於加熱、加壓、和定影作為記錄介質的紙P，其具有通過圖像形成單元10形成的、未定影的、能脫色的調色劑圖像。定影裝置26具有定影輥27，其是定影旋轉件；以及壓輥28，其是壓接觸定影輥27的加壓旋轉件。並且，定影裝置26具有入口導板26a，用於將紙P導入形成在定影輥27和壓輥28之間的壓區中。
定影輥27由表面上塗有PTFE(Polytetrafluoroethylene，聚四氟乙烯)的鐵製空心圓筒形成。定影輥27內部有IH線圈(inductionheating coil，感應加熱線圈)30，用於直接從內部感應加熱定影輥27。根據與定影輥27的表面接觸以傳感其溫度的熱敏電阻31的輸出，通過控制單元(未示出)將應用於IH線圈30的電流控制到指定溫度。
如圖3所示，壓輥28包括金屬軸28a，該金屬軸具有發泡矽海綿橡膠等彈性體層28b，彈性體層形成在軸28a上，由PFA(聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)和全氟烷基乙烯基醚(perfluoroalkylvinylether)的共聚物)管28c覆蓋。壓輥28的ASKER-C硬度為55°。壓輥28通過彈性體層28b而設置有大壓區，為節能定影形成低熱容量。
定影輥27和壓輥28呈倒冠形狀，其中，直徑從中央部分到邊緣部分逐漸增加。定影輥27約為380mm長，在倒冠形狀中央部分的外徑D0為39.77mm，在邊緣部分的外徑D1為39.92mm。中央部分的外徑D0和邊緣部分的外徑D1的倒冠量(reversed crownquantity)ΔD2為150μm。這裡所稱的邊緣部分是離中央150mm的位置，且有效使用區域是以中央為中心約316mm。
壓輥28約為320mm長，倒冠形狀中央部分的外徑D3為29.8mm，邊緣部分的外徑D4為30.0mm。壓輥的倒冠量ΔD5為200μm。
這裡所稱的邊緣部分是離中央部分150mm的位置，且有效使用區域是以中央為中心約316mm。定影輥27和壓輥28之間的施加有負載的壓區，在初始時間在中央部分約為5mm，在邊緣部分約為6.5mm。並且，在進行了120,000張的供紙試驗後的情形下，定影輥27和壓輥28之間的壓區在中央部分為6mm，在邊緣部分約為7mm。卸紙輥32設置在定影裝置的紙P的傳送方向的下遊，用於在指定方向卸下定影后的紙P。
接下來，將描述工作過程。當圖像形成過程開始時，在圖像形成單元10中，通過主充電器12將以箭頭方向s旋轉的感光鼓11均勻充電到-750V，且通過雷射曝光單元13照射相應於文檔信息的雷射束，從而形成靜電潛像。接著，通過顯影單元14利用彩色可消除調色劑顯影此靜電潛像，從而在感光鼓11上形成彩色可消除調色劑的調色劑圖像。
另一方面，例如，與在感光鼓11上形成調色劑圖像同步，通過調節輥22將從供紙盒20供給的指定紙P傳送到轉印充電器16，並且感光鼓11上的調色劑圖像被轉印在紙P上。
接著，紙P與感光鼓11分離，此後，插入定影裝置26的定影輥27和壓輥28之間，並且調色劑圖像被加熱、加壓、和定影。因為定影輥27和壓輥28為倒冠形狀，所以，當將紙插入定影輥27和壓輥28之間的壓區時，在中央部分前面穩妥地牽引紙P的兩個邊緣。由於壓輥28是倒冠形狀的，所以，對紙P加熱、加壓、和定影時從中央部分朝邊緣方向牽引紙P，從而防止了皺褶產生。在彩色可消除調色劑圖像通過定影裝置定影后，紙P通過卸紙輥32在指定方向卸下。完成轉印後，留在感光鼓11上的剩餘調色劑通過清潔器18清除，剩餘電荷通過電荷消除LED 19消除，從而完成圖像形成過程。
在形成相應於圖像信息的彩色可消除調色劑圖像後，消除調色劑圖像顏色，以重新使用紙。為了消除調色劑圖像顏色，舉例來說使用Toshiba專有脫色裝置「e-blue脫色器TMD-HE01」，在脫色器中通過以120℃至150℃加熱調色劑圖像約2小時來使其脫色，接著自動冷卻約1小時。當重新使用消除了調色劑圖像的紙P時，應當使紙P變得稍微鬆散，以分離因為受熱而變得稍微粘著的紙張，並將紙P供應到供紙盒20。提供供給供紙盒20的重新使用的紙張P，以用於根據上述過程的圖像形成。
結果，對於未用過的紙張和使用過的紙張，紙上均沒有產生皺褶，因此可獲得高質量的定影圖像。
接著，在本實施例中，使用未用過的紙張和重新使用的紙張進行定影試驗，作為比較實例，通過將壓輥28改變為直形壓輥進行定影試驗。將參看圖4中所示的表說明試驗結果。
(試驗實例1)使用(1)Toshiba Tec製造的秤量(weighing capacity)為64g/m2的紙P-50S，(2)NEUSIDLER製造的秤量為80g/m2的紙，和(3)NEUSIEDLER製造的秤量為105g/m2的紙。
進行單面複印和雙面複印的A4尺寸橫向的供紙試驗。
按照面積率為8％和100％的兩種等級進行試驗。面積率是文檔的黑色百分比；8％是指字符列印文檔，100％是指實心黑色文檔。
結果，在(試驗實例1)中，按照8％和100％的面積率，在最初進行的和通過120,000張後的定影試驗中，在紙(1)至(3)的紙張單面和雙面上均未發現紙皺褶。
(試驗實例2)在此試驗中，使用Toshiba Tec製造的秤量為64g/m2的P-50S重新使用的紙(1a)、NEUSIEDLER製造的秤量為80g/m2的紙(2a)、和NEUSIEDLER製造的秤量為105g/m2的紙(3a)。將面積率為8％的文檔複印400張，並且將每200張捆成一包，將這兩包紙放在Toshiba專有脫色裝置「e-blue脫色器TMD-HE01」中並以120℃至150℃加熱約2小時，接著在自動冷卻約1小時後，將紙取出，使其稍微鬆散，然後使用其。
進行單面複印的A4尺寸橫向的供紙試驗。
面積率為8％。
結果，在(試驗實例2)中，在開始階段和供給120,000張後，單面印刷的(1a)至(3a)紙上均沒有發現皺褶。
並且，在以8％的面積率形成調色劑圖像後，使所形成的調色劑圖像脫色。重複此操作，在將調色劑圖像脫色9次後使用紙張，在供給120,000張後通過定影裝置進行定影試驗，沒有發現紙皺褶產生。
(比較實例1)在接觸定影輥27的壓輥的金屬軸上形成彈性體層，且表面用PFA管覆蓋。壓輥的ASKER-C硬度約為55°，呈直形，長度為320mm，外徑為30mm。在(比較實例1)中，在最初階段，定影輥27和壓輥之間的壓區的中央部分約為5.5mm，邊緣部分約為6mm，並且在所謂的供給120,000張後的狀態中，中央部分為6.5mm，邊緣部分約為7mm。
使用與(試驗實例2)使用的條件相同的條件的重新使用的紙(1a)至(3a)。
進行A4尺寸橫向的單面複印的供紙試驗。
面積率為8％。
結果，在(比較實例1)中，在初始階段，(1a)至(3a)紙上沒有發現紙皺褶。然而，在供給120,000張後，在秤量為64g/m2的重新使用的紙(1a)上以52％的比率產生紙皺褶，在秤量為80g/m2的重新使用的紙(2a)上以46％的比率產生紙皺褶。
在(比較實例1)中供給120,000張後使用定影裝置時產生紙皺褶的原因之一是，在定影輥27和壓輥之間的壓區中不再能獲得適當的負載分布，因為呈直形的壓輥的彈性體層由於受長時間進紙和高溫狀態的影響而劣化。因此，由專有調色劑消除裝置加熱的紙張一旦變幹後，紙張留在室溫和室溼環境中，且一旦消除調色劑圖像，那麼，當在重新使用的紙張(其吸溼率較低，溼氣被不均勻地吸收)上再次形成調色劑圖像時，將紙張從壓區的中央部分向邊緣部分牽引的力沒有有效工作。
與此(比較實例1)相反，在(試驗實例2)中，不管重新使用的紙張是否具有低吸溼率和不均勻調整的溼氣含量，因為定影裝置26的壓輥28呈倒冠形狀，所以即使在供給120,000張後，在定影輥27和壓輥28之間的壓區中牽引兩個邊緣時，都令人滿意地對紙張進行加熱、加壓、和定影。
根據此實施例，在用於使用調色劑(其可在受熱時脫色)形成調色劑圖像的圖像形成裝置的定影裝置26中，壓輥28被形成為倒冠形狀，並且接觸定影輥27，具有可脫色的調色劑圖像的紙張被加熱、加壓、和定影。因此，在供給120,000張後的狀態中，在定影輥27和壓輥28之間的壓區中，可將紙張從中央部分穩妥地向兩個邊緣牽引，且不管重新使用的紙是否具有低吸溼率和不均勻調整的溼氣，都可防止定影時產生紙皺褶。
另外，當在比較實例1中使用未用過的紙而不是重新使用的紙進行單面和雙面複印的供紙試驗時，在初始時間和供給120,000張後，所有的紙張上都沒有產生紙皺褶。
另外，本發明不限於上述實施例，可在本發明的範圍內進行各種修改。例如，安裝本發明的定影裝置的圖像形成裝置的結構不受限制，也可以是彩色圖像形成裝置，且定影裝置的定影旋轉件可以是定影帶等。另外，如果調色劑可在定影后脫色，則用於脫色的機構也不受限制，並且顏色可以是任選的。
此外，在通過加熱消除顏色時的加熱溫度和加熱時間以及冷卻時間也不受限制。
另外，加壓旋轉體的倒冠量不受限制，當在例如120,000張的供紙試驗後的狀態中定影重新使用的紙時，只要倒冠量處於不產生紙皺褶的範圍內即可。然而，通過改變上述實施例中的壓輥的倒冠量ΔD5，進行定影試驗。當倒冠量ΔD5為50μm，且使用Toshiba Tec的秤量為64g/m2的P-50S時，在消除圖像一次後在第二次圖像形成中產生約為10％的紙皺褶。並且，當倒冠量ΔD5為100μm時，無紙皺褶產生。
另外，當倒冠量ΔD5為300μm時，沒有產生紙皺褶。然而，在未用過的紙上的圖像形成過程中，未用過的紙的後緣部分在通過定影裝置的壓區時跳躍，並接觸到定影裝置的入口導板26a，從而以3％的比率造成圖像磨損。此外，證實了當使得倒冠量ΔD5大於300μm時，圖像磨損顯著增加。根據這些結果，加壓旋轉件的倒冠量優選在100μm至300μm。
如上所述，根據本發明，在使用定影后可消除的調色劑的圖像形成裝置的定影裝置中，加壓旋轉件形成為倒冠形狀，並且將記錄介質穩妥地向兩個邊緣牽引，並加熱、加壓、和定影，甚至在加壓旋轉件處於例如120,000張的供紙試驗後的狀態中也是如此。因此，可以防止定影重新使用的紙時產生紙皺褶，並且不管是否長時間使用，都可獲得無紙皺褶的高質量的定影圖像，甚至在重新使用的紙上也是如此。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。
凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種圖像形成裝置中的定影裝置，包括定影旋轉件，與記錄介質的調色劑圖像形成表面接觸，在所述記錄介質上進行了圖像形成至少一次以上；以及加壓旋轉件，具有倒冠形狀，與所述定影旋轉件壓接觸，以在指定方向上傳送所述記錄介質，同時在所述記錄介質上定影所述調色劑圖像。
2.根據權利要求1所述的定影裝置，其中，通過使用在定影后可脫色的調色劑，在所述記錄介質上形成了所述圖像。
3.根據權利要求2所述的定影裝置，其中，在定影后通過加熱所述圖像，使所述調色劑的顏色脫色。
4.根據權利要求1所述的定影裝置，其中，在所述調色劑圖像被定影后，反覆使所述記錄介質上的所述調色劑圖像脫色。
5.根據權利要求1所述的定影裝置，其中，所述加壓旋轉件的表面硬度低於所述定影旋轉件的表面硬度。
6.根據權利要求1所述的定影裝置，其中，所述加壓旋轉件的倒冠量為100μm至300μm。
7.一種圖像形成裝置中的定影方法，包括使記錄介質的調色劑圖像形成表面與定影旋轉件接觸，所述記錄介質被處理過以形成圖像至少一次以上；以及壓具有倒冠形狀的加壓旋轉件，使其與所述定影旋轉件接觸，並且轉動所述加壓旋轉件，以傳送所述記錄介質。
8.根據權利要求7所述的定影方法，其中，通過使用在定影后可脫色的調色劑，在所述記錄介質上形成了所述圖像。
9.根據權利要求8所述的定影方法，其中，在定影后通過加熱所述圖像，使所述調色劑的顏色脫色。
10.根據權利要求7所述的定影方法，其中，在所述調色劑圖像被定影后，反覆使所述記錄介質上的所述調色劑圖像脫色。
11.根據權利要求7所述的定影方法，其中，所述加壓旋轉件的表面硬度低於所述定影旋轉件的表面硬度。
12.根據權利要求7所述的定影方法，其中，所述加壓旋轉件的倒冠量為100μm至300μm。
全文摘要
本發明提供了一種圖像形成裝置中的定影裝置，其使用定影后可消除的調色劑，與定影裝置的定影輥接觸的壓輥被形成為倒冠形狀，並且在定影輥和壓輥之間形成的壓區中將一張紙穩妥地從紙的中央部分向兩個邊緣部分牽引。儘管長時間使用定影裝置，也可獲得沒有紙皺褶的、高質量的定影圖像。
文檔編號G03G9/08GK1766756SQ20051008888
公開日2006年5月3日 申請日期2005年7月29日 優先權日2004年10月26日
發明者今宮弘二 申請人:株式會社東芝, 東芝泰格有限公司