JP2010164968A

JP2010164968A - 印刷に利用可能な装置

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Publication number: JP2010164968A
Application number: JP2010003064A
Authority: JP
Inventors: Nicholas Kladias; クラディアスニコラス; Gerald A Domoto; エードモトジェラルド; Augusto Barton; バートンオーガスト; Anthony S Condello; エスコンデロアンソニー
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2030-01-08
Also published as: US20100176117A1; US8143558B2; JP5431177B2

Abstract

【解決手段】印刷に利用可能な装置は、第１外側表面を含む定着ロール２０２と、外側表面２１５を含む外部ロール２１４と、外側表面２０９を含む加圧ロール２０４と、外側表面２０９の温度を検知する温度センサ２６０と、定着ロール２０２及び外部ロール２１４に接触して支持されるベルト２３０と、外側表面２０９とベルト２３０の外側表面との間のニップ２１０において、ベルト２３０は媒体２２８を加熱し、外部ロール２１４に連結された位置決め装置２１７を備え、外部ロール２１４をベルト２３０の外側表面に対して移動させ、外側表面２０９の温度に基づいて外側表面２１５に接触するベルト２３０のラップ長を変更し、これによりベルト２３０の表面及びマーキング材間のインターフェースにおいて実質的に一定温度を維持するように、位置決め装置２１７を操作可能する。
【選択図】図２

Description

加熱第１ロールと、加熱第２ロールと、第３外側表面を含む第３ロールと、温度センサと、ベルトと、第３外側表面とベルトの外側表面との間のニップとを備える印刷に利用可能な装置に関する。

印刷装置には、ニップを形成する加熱ベルト及び加圧ロールを備えるものがある。そのような装置では、マーキング材で構成された画像を媒体上で形成し、ニップにおいてベルトと加圧ロールとを使って媒体に熱と圧力とを供給する。

米国特許出願公開第２００８／００３７０６９号明細書

印刷に利用可能な装置、及びエネルギー効率と整合性のある動作とを提供することが可能な印刷に利用可能な装置において媒体の温度を制御する方法を提供することが望ましい。

本発明の第１の発明に係る印刷に利用可能な装置は、第１外側表面を含む加熱第１ロールと、第２外側表面を含む加熱第２ロールと、第３外側表面を含む第３ロールと、前記第３外側表面の温度を検知する温度センサと、前記第１ロール及び前記第２ロールに接触して支持され、前記第１外側表面と前記第３外側表面の間に配置され、内側表面と外側表面とを含むベルトと、前記第３外側表面と前記ベルトの前記外側表面との間のニップとを備え、前記ニップにおいて、前記ベルトは、表面と、前記表面上のマーキング材と、前記表面及び前記マーキング材間のインターフェースとを有する媒体を加熱し、前記第２ロールに連結された位置決め装置を備え、前記第２ロールを前記ベルトの前記外側表面に対して移動させ、前記第３外側表面の温度に基づいて前記第２外側表面に接触する前記ベルトのラップ長を変更し、これにより前記表面及び前記マーキング材間の前記インターフェースにおいて実質的に一定温度を維持するように、前記位置決め装置を操作可能としていることを特徴とする印刷に利用可能な装置である。

また、本発明の第２の発明に係る印刷に利用可能な装置は、第１外側表面を含む加熱第１ロールと、第２外側表面を含む加熱第２ロールと、第３外側表面を含む第３ロールと、前記第３外側表面の温度を検知する第１温度センサと、前記第１外側表面と前記第３外側表面との間に配置され、前記第１外側表面と接触する内側表面と、前記第２外側表面及び前記第３外側表面と接触する外側表面とを含む連続ベルトと、前記第３外側表面と前記ベルトの前記外側表面との間のニップとを備え、前記ニップにおいて、前記ベルトは、表面と、前記表面上のマーキング材と、前記表面及び前記マーキング材間のインターフェースとを有する媒体を加熱し、前記第２ロールに連結された位置決め装置を備え、前記第２ロールを前記ベルトの前記外側表面に対して移動させて前記第２外側表面に接触する前記ベルトのラップ長を変更するように、前記位置決め装置を操作可能としており、前記第１温度センサ及び前記位置決め装置に接続された第１コントローラを備え、前記第１コントローラは前記第１温度センサから信号を受信し、前記位置決め装置を制御して前記第２ロールを前記ベルトの前記外側表面に対して接近または離間するよう移動させることにより、前記第３外側表面の温度に基づいて前記第２外側表面に接触する前記ベルトの前記ラップ長を変更し、これにより前記表面及び前記マーキング材間の前記インターフェースにおいて実質的に一定温度を維持することを特徴とする印刷に利用可能な装置である。

印刷装置の例示の実施形態を示す図である。定着器の例示の実施形態を示す図である。異なる加圧ロール温度におけるマーキング材−媒体（Ｍ−Ｍ）インターフェース温度とベルトの外部ロール（ＥＲ）ラップ長との関係をモデル化した図である。６０ｇｓｍ（＝ｇ／ｍ²）媒体重量において１２５℃のマーキング材−用紙インターフェース温度を達成するための加圧ロール温度に対する外部ロールラップ長を示す図である。定着器のウォームアップ時における定着器の外部ロール、定着ロール（ＦＲ）、第１内部ロール（ＩＲ−１）、第２内部ロール（ＩＲ−２）及び加圧ロール（ＰＲ）の表面温度の測定値及びモデル値と時間との関係を示す図である。１２０ｇｓｍの用紙を使用した１００ページの印刷ジョブ時における定着器の外部ロール、定着ロール、第１内部ロール、第２内部ロール、加圧ロール及びベルトの表面温度の測定値及びモデル値と時間との関係を示す図である。厚みのある媒体（３５０ｇｓｍ）において加圧ロール温度２５℃及び５０℃でのマーキング材‐用紙インターフェース温度と外部ロールラップ長との関係を示すグラフ図である。外部ロール及び加圧ロールの温度と時間の関係を示すグラフ図である。定着器における印刷枚数に対するベルトの外部ロールラップ長の階段状の変化を示す図である。外部ロールラップ長が一定の場合及び加圧ロール温度に基づいてベルトの外部ロールラップ長が可変の場合のマーキング材‐媒体インターフェース温度と印刷枚数との関係を示す図である。

開示された実施形態は、印刷に利用可能な装置を含み、この装置は、第１外側表面を含む加熱第１ロールと、第２外側表面を含む加熱第２ロールと、第３外側表面を含む第３ロールと、前記第３外側表面の温度を検知する温度センサと、前記第１ロール及び前記第２ロールに接触して支持され、前記第１外側表面と前記第３外側表面との間に配置され、内側表面と外側表面とを含むベルトと、前記第３外側表面と前記ベルトの前記外側表面との間のニップとを備え、前記ニップにおいて、前記ベルトは、表面と、前記表面上のマーキング材と、前記表面及び前記マーキング材間のインターフェースとを有する媒体を加熱し、第２ロールに連結された位置決め装置を備える。前記位置決め装置は、前記第２ロールを前記ベルトの前記外側表面に対して移動させ、前記第３外側表面の温度に基づいて前記第２外側表面に接触する前記ベルトのラップ長を変更することにより、前記表面及び前記マーキング材間の前記インターフェースにおいて実質的に一定温度を維持するように操作可能である。

開示された実施形態はさらに、印刷に利用可能な装置を含み、この装置は、第１外側表面を含む加熱第１ロールと、第２外側表面を含む加熱第２ロールと、第３外側表面を含む第３ロールと、前記第３外側表面の温度を検知する第１温度センサと、前記第１外側表面と前記第３外側表面との間に配置され、前記第１外側表面と接触する内側表面と、前記第２外側表面及び前記第３外側表面と接触する外側表面とを含む連続ベルトと、前記第３外側表面と前記ベルトの前記外側表面との間のニップとを備え、前記ニップにおいて、前記ベルトは、表面と、前記表面上のマーキング材と、前記表面及び前記マーキング材間のインターフェースとを有する媒体を加熱し、前記第２ロールに連結された位置決め装置を備え、前記第２ロールを前記ベルトの前記外側表面に対して移動させて前記第２外側表面に接触する前記ベルトのラップ長を変更するように、前記位置決め装置を操作可能としており、前記第１温度センサ及び前記位置決め装置に接続された第１コントローラを備える。前記第１コントローラは前記第１温度センサから信号を受信し、前記位置決め装置を制御して前記第２ロールを前記ベルトの前記外側表面に対して接近または離間するよう移動させることにより、前記第３外側表面の温度に基づいて前記第２外側表面に接触する前記ベルトの前記ラップ長を変更し、これにより前記表面及び前記マーキング材間の前記インターフェースにおいて実質的に一定温度を維持する。

開示された実施形態は、印刷に利用可能な装置における媒体の表面と媒体の表面上のマーキング材との間のインターフェースにおける温度を制御する方法をさらに含んでいる。前記装置は、第１外側表面を含む加熱第１ロール、第２外側表面を含む加熱第２ロール、第３外側表面を含む第３ロール、及び前記第１ロール及び前記第２ロールと接触し、前記第１外側表面と前記第３外側表面の間に配置され、内側表面と外側表面とを含むベルトとを備え、前記第３外側表面及び前記ベルトの前記外側表面がニップを形成する。前記方法は前記ニップに第１媒体種類の第１媒体を少なくとも１つ供給する工程を備え、第１媒体はそれぞれ第１表面、前記第１表面上の第１マーキング材、及び前記第１表面と前記第１マーキング材との間の第１インターフェースを備え、前記第３外側表面の温度を検知する工程と、前記第３外側表面の温度に基づいて前記第２外側表面に接触するベルトのラップ長を制御することにより、前記第１表面と各第１媒体の前記第１マーキング材との間の前記第１インターフェースにおいて実質的に一定温度を維持する工程とを備える。

図１は、特許文献１に開示されるような例示の印刷装置１００を示す。ここで言う「印刷装置」とは、任意の目的で印刷出力機能を実行するあらゆる装置を包含する。例えば、前記装置は、デジタルコピー機、製本機械、マルチファンクション機などであってもよい。図示の実施形態において、印刷装置１００はモジュール構造を有する。図示のように、印刷装置１００は直列に配置された２つの媒体供給モジュール１０２、媒体供給モジュール１０２に隣接するプリンタモジュール１０６、プリンタモジュール１０６に隣接するインバータモジュール１１４、及びインバータモジュール１１４に隣接して直列配置された２つのスタッカモジュール１１６を含んでいる。

印刷装置１００において、媒体供給モジュール１０２はプリンタモジュール１０６に媒体を供給する。プリンタモジュール１０６では、トナーを含むマーキング材を一連の現像剤ステーション１１０から帯電された感光体ベルト１０８へ転写することにより、感光体ベルト１０８上にトナー画像を形成する。トナー画像は、用紙搬送路を通って供給された媒体１０４の一面に転写される。媒体は、媒体上のトナー画像を定着させるための定着器１１２へ送られる。インバータモジュール１１４は、プリンタモジュール１０６を通過した媒体を操作して、媒体をスタッカモジュール１１６へ引き渡すか、あるいは媒体を反転させてプリンタモジュール１０６へ戻す。スタッカモジュール１１６では、印刷された媒体はスタッカカート１１８に積み上げられてスタック１２０を形成する。

ニップを形成するベルトとロールとを備えた印刷に利用可能な装置を提供する。実施形態では、ロールは外側表面を含み、前記外側表面はベルトに係合すると共に変形可能材料で構成される。実施形態における装置は、マーキング材を乗せた媒体にベルトとロールとによって熱と圧力とを加えるよう構成されている。前記装置において、異なる種類（重量と成分）及びサイズの媒体及び異なるマーキング材を使用することができる。

図２は、印刷に利用可能な装置の例示の実施形態を示す。この装置は定着器２００である。実施形態における定着器２００は、例えば、プリント出力機能を提供する異なる種類の装置において使用することができる。例えば、定着器２００は図１に示す印刷装置１００における定着器１１２の代わりに使用することができる。

図示の定着器２００は、定着ロール２０２、外部ロール２１４、内部ロール２１８、２２２及びアイドラロール２２６に支持された無端（連続）ベルト２３０を備える。ベルト２３０は外側表面２３２と反対側の内側表面２３４とを含む。内部ロール２１８、２２２及びアイドラロール２２６はベルト２３０の内部に位置し、内側表面２３４と接触する。また、外部ロール２１４はベルト２３０の外部に位置し、外側表面２３２と接触する。

実施形態では、定着ロール２０２、外部ロール２１４、内部ロール２１８、２２２は温度制御される。定着ロール２０２は２つの内部発熱体２１２を備え、外部ロール２１４は２つの内部発熱体２１６を備え、内部ロール２１８は２つの内部発熱体２２０を備え、内部ロール２２２は２つの内部発熱体２２４を備える。発熱体２１２、２１６、２２０及び２２４は、ロール内で軸方向に伸びるタングステン石英灯などの内部ランプであってもよい。２つの発熱体２１２は、各２つの発熱体２１６、２２０及び２２４と同じであってもよい。例えば、発熱体２１２、２１６、２２０及び２２４はそれぞれ、１つの短い発熱体と１つの長い発熱体を含んでもよい。他の実施形態では、定着ロール２０２、外部ロール２１４、及び内部ロール２１８、２２２はそれぞれ、発熱体の定格電力に応じて単一の発熱体（例えば単一のランプ）または２つ以上の発熱体（例えば３つ以上のランプ）を含んでもよい。例えば、定着器２００における各加熱ロール内の発熱体の電力定格は、約１ｋＷから約２．５ｋＷであってもよい。

定着器２００は、コア２０６及びコア２０６を覆う外層２０８を有する加圧ロール２０４をさらに備える。外層２０８は、ベルト２３０の外側表面２３２とともに、ニップ２１０を形成する外側表面２０９を備える。コア２０６はアルミニウム、剛性重合体などの剛性金属または非金属材料で構成してもよく、外層２０８はコア２０６の材料より低い熱伝導率を有する弾性変形可能な高分子材料で構成してもよい。例えば、外層２０８はシリコンゴム、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）共重合体樹脂などで構成することができる。外層の厚さは、典型的には約１４ｍｍから約１８ｍｍ、熱伝導率は約０．２５Ｗ／ｍＫから約０．５Ｗ／ｍＫである。

実施形態において、定着ベルト３２０は例えば基層、基層上の中間層、中間層上の外層を含んでもよい。そのような実施形態では、基層が内側表面２３４を形成し、外層が外側表面２３２を形成する。例示の実施形態におけるベルト２３０では、基層はポリイミドなどのような高分子材料で構成され、中間層はシリコンなどで構成され、外層は、デュポンパフォーマンスエラストマーＬ．Ｌ．Ｃ．の商標ヴァイトン（Ｖｉｔｏｎ（登録商標））として販売されているフルオロエラストマーやポリテトラフルオロエチレン（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））などの高分子材料により構成される。

ベルト２３０の厚さは、例えば約０．１ｍｍから約０．６ｍｍであってもよい。例えば、基層の厚さは、約５０μｍから約１００μｍ、中間層の厚さは約１００μｍから約５００μｍ、外層の厚さは約２０μｍから約４０μｍであってもよい。ベルト２３０の幅は、典型的には約３５０ｍｍから約４５０ｍｍ、長さは約５００ｍｍから少なくとも約１０００ｍｍである。

図２は、媒体２２８が処理方向Ｐに向かってニップ２１０に接近する様子を示す。マーキング材（例えばトナー）は媒体２２８上に存在する。実施形態では、定着ロール２０２は反時計回りに回転し、加圧ロール２０４は時計回りに回転し、ベルト２３０は反時計回りに回転して媒体２２８をニップ２１０を通って処理方向Ｐに搬送する。媒体２２８は例えば用紙、透明材またはパッケージ材であってもよい。典型的には、用紙は重量によって以下のように分類することができる。軽量級：？約７５ｇｓｍ、中量級：約７５ｇｓｍから約１６０ｇｓｍ、重量級：？１６０ｇｓｍ。用紙はコーティングを施したものでもコーティング無しのものでもよい。コーティングを施した媒体にトナーを定着させる場合には、コーティングを施してない媒体に比較して、（厚さ及び坪量当たりで）より多くのエネルギーが印加される。

定着器２００はさらに、定着ロール２０２、外部ロール２１及び内部ロール２１８、２２２のそれぞれに対して温度センサ及び電源／コントローラを備える。温度センサ２４０、２４２、２４４及び２４６は、それぞれ定着ロール２０２、外部ロール２１４及び内部ロール２１８、２２２の外表面に（図示のように）隣接してまたは接触して配置され、これらの表面温度を検知する。温度センサ２４０、２４２、２４４及び２４６は、従来の方法で電源／コントローラ２５０、２５２、２５４及び２５６にそれぞれ接続される。電源／コントローラ２５０、２５２、２５４及び２５６は、従来の方法で発熱体２１２、２１６、２２０及び２２４にそれぞれ接続される。低温時ウォームアップ、待機、及びプリント実行時において、温度センサ２４０、２４２、２４４及び２４６は、電源／コントローラ２５０、２５２、２５４及び２５６に温度フィードバックをそれぞれ提供して発熱体２１２、２１６、２２０及び２２４の電力出力をそれぞれ制御することにより、定着ロール２０２、外部ロール２１４及び内部ロール２１８、２２２の加熱を制御する。定着ロール２０２、外部ロール２１４、内部ロール２１８、２２２はそれぞれ、設定温度に制御されるようにすることができる。

定着器２００はさらに加圧ロール２０４の外側表面２０９の温度を検知するよう操作可能な温度センサ２６０を備える。温度センサ２６０は、加圧ロール２０４の外側表面２０９に（図示のように）隣接してまたは接触して配置してもよい。温度センサ２６０は、例えば図示の実施形態において外側表面２０９に関して６時の位置と１０時の位置との間に配置してもよい。温度センサ２６０は従来の方法でコントローラ２６２に接続され、加圧ロール２０４の外側表面２０９の温度のフィードバックを行なう。

尚、コアと、シリコンゴムなどから成り、加圧ロールの外側表面を形成し、コアを覆う厚い外層とを有する加圧ロールを備えるベルト形式の定着器では、定着器を異なる媒体種類の印刷に使用する場合、加圧ロールの外側表面温度が著しく変動する可能性がある。そのような装置では、媒体が薄い場合に加圧ロールの外側表面温度が高くなり、媒体の厚みが大きい場合及び媒体にコーティングが施されている場合に温度が低くなる。加圧ロールの外側表面温度が高いと、両面印刷の質に影響を及ぼす場合がある。加圧ロールの外側表面温度が低いと、厚みの大きい媒体の定着を長く行った直後の薄い媒体の印刷ジョブの開始時や、加圧ロールを周囲温度または室温（コールドスタート）から始動する場合に悪影響が出る場合がある。

更に、シリコンゴムなどの厚い外層を含む加圧ロールの外側表面の温度を、直接加熱により制御するのは、厚い外層を介して外側表面へ熱を伝導する必要があるため、非効率的である。外層の材料がコアより著しく低い熱伝導率及び熱膨張を有する場合、加圧ロールの内部で熱誘導応力が発生する可能性があり、この熱誘導応力により外層がコアから剥離する可能性がある。さらに、そのような加圧ロールでは、薄い媒体の長い印刷ジョブの後には、加圧ロールの外側表面を適切に冷却するためにかなりの冷却空気流を使用する必要がある。

定着器２００の実施形態では、積極的な加圧ロール２０４の温度制御は行わない。加圧ロール２０４の外側表面２０９の温度は、ベルト２３０の温度制御により制御される。ニップ２１０において、熱は加熱されたベルト２３０から加圧ロール２０４の外側表面２０９に伝達される。実施形態では、定着器２００は、外側表面２０９を加熱する熱源としてベルト２３０以外を含んでいない。実施形態では、加圧ロール２０４はコア２０６に内部熱源を含んでいない。実施形態では、定着器２００もまた、外側表面２０９を冷却する冷却装置（例えば、空気ナイフまたは冷却シュー）を含んでいない。

外部ロール２１４の外側表面２１５と接触するベルト２３０の長さは加圧ロール２０４の温度に基づいて調節される。例えば、外部ロール２１４が（図示の）円形の外側表面を有する場合、ベルト２３０と接触する外側表面２１５の外周部分は、外部ロール２１４の位置により調節される。

ベルト２３０の外側表面２３２と外部ロール２１４の外側表面２１５の間のベルト２３０の移動方向の接触長は、ここでは「ラップ長」と呼ぶ。図２に示すように、ラップ長は、ベルト２３０に対して外部ロール２１４を矢印Ｂの方向に移動させることにより調節される。図示のように、この移動は、外部ロール２１４の外側表面２１５上のベルト２３０の移動方向にほぼ垂直（つまり、処理方向にほぼ垂直）である。外部ロール２１４をベルト２３０から離間するよう破線で示す位置（つまり図２における左側、または、「外側」）へ移動するとラップ長が減少し、外部ロール２１４をベルト２３０（つまり図２における右側、または「内側」）に向かって移動させるとラップ長が拡大する。発熱体２１６の与えられた特定の出力において、ベルト２３０のラップ長を拡大させると、ベルト２３０が外側表面２１５と接触する時間（つまり接触時間）が増加するため、外部ロール２１４からベルト２３０への熱伝達量が増加することによりベルト２３０の加熱量が増加する。

ベルト２３０のラップ長はプリント実行中に連続的に調節することができる。例示の実施形態において、温度センサ２６０はプリント実行中に外側表面２０９の温度の監視を連続的に行い、温度センサ２６０からの温度フィードバックに基づいて、フィードバック温度が所望の温度と同じであるか、または所望温度との差異が例えば±２℃未満の場合には、外部ロール２１４を（現在のラップ長を維持するために）現在位置で維持する。外側表面２０９の温度が、（例えばプリント実行開始時に）所望温度未満である場合、外部ロール２１４を方向Ｂに沿って「内側」に移動してラップ長を拡大し、ベルト２３０の加熱量を増加する。外側表面２０９の温度が所望温度を超える場合、外部ロール２１４を矢印Ｂで示すように「外側」へ移動してラップ長を減少し、ベルト２３０の加熱量を減少させる。

ベルト２３０の所望温度を実現するラップ長は、例えば発熱体２１２、２２０及び２２４の電力定格や、外部ロール２１４内の発熱体２１６の電力定格、ベルト２３０の厚さ及び熱伝導率、及び定着器２００で移動される媒体の厚さなどを含む様々な要因に依存する。

マーキング材-媒体（例えばトナー-用紙）間のインターフェース温度とは、ベルト２３０と接触する媒体表面と前記表面上のマーキング材との間のインターフェースにおける温度である。図示の実施形態では、媒体２２８の表面２２９はニップ２１０においてベルト２３０と接触する。温度センサ２６０は、加圧ロール２０４の外側表面２０９の温度を検知する。外側表面２０９の温度は、マーキング材-媒体インターフェース温度とは異なる。マーキング材-媒体インターフェース温度は、ベルト２３０の温度より低い。外側表面２０９がニップ２１０におけるドキュメント内部領域でのみベルト２３０によって加熱されるので、外側表面２０９の温度はベルト２３０より低くなる。

加圧ロール２０４の外側表面２０９の温度は、マーキング材-媒体インターフェース温度に影響を及ぼす。この影響は、用紙の下面から上面への伝熱速度に起因して薄い（軽量）媒体の場合に大きくなる。厚い媒体（つまり重量媒体）に関しては、マーキング材-媒体インターフェース温度は加圧ロール２０４の外側表面２０９の温度に実質的に依存しないと判断した。そのような厚い媒体については、加圧ロール２０４の外側表面２０９の温度がプリント実行中に変化するとしても、ラップ長を変更せずに所望のマーキング材-媒体インターフェース温度を維持することができる。

加圧ロール２０４の外層２０８の熱伝導率が低いため、外側表面２０９の温度を測定する。したがって、外層２０８は、外側表面２０９とコア２０６との間の熱伝導に対する抵抗として作用する。印刷ジョブ開始時において、加圧ロール２０４が低温の場合、外部ロール２１４上のベルト２３０のラップ長を拡大して低温の加圧ロール２０４を補い、所望のマーキング材-媒体インターフェース温度を得ることができる。ベルト２３０で加圧ロールを加熱するこの方法は、内部熱源を使用して印刷ジョブの開始に先立って低温の加圧ロール２０４を所望温度へ積極的に加熱する方法より効率的である。そのような積極的な加熱は、外層２０８の厚みや低い熱伝導率により、典型的にはかなりの時間（例えば約１５分）を要するであろう。一方、定着器２００全体のウォームアップを行う間に加圧ロール２０４をベルト２３０へ係合しても、定着器２００のウォームアップはわずか約１分から約２分しか遅延しないと推定される。さらに、定着器２００の実施形態では、加圧ロール２０４が周囲温度または室温の状態から印刷ジョブを開始することが可能であり、これにより定着器２００のウォームアップに必要な時間を短くできる。また、印刷ジョブが進むにつれて、加圧ロール２０４の外側表面２０９はニップ２１０においてベルト２３０によって連続的に加熱され、その温度は漸増的に上昇する。ベルト２３０の温度が変化して高温の加圧ロール２０４を補うので、エアナイフ、冷却シューなどのような付加的な冷却装置の使用によって加圧ロール２０４を積極的に冷却する必要はない。従って、印刷ジョブ全体を通して加圧ロール２０４の温度変化を補正するためにラップ長を変更してベルト２３０の設定温度を制御することにより、定着器２００においてあまり効率的ではない積極的な加熱装置及び冷却装置を使用して加圧ロール２０４の温度制御を行う必要はない。

温度センサ２６０は、加圧ロール２０４の外側表面２０９の温度を検知し、この検知温度に基づいて外部ロール２１４上のベルト２３０のラップ長を調節することによりマーキング材-媒体インターフェース温度を制御する。定着器２００において温度フィードバックとベルト２３０のラップ長の調節とを組み合わせることにより、異なる媒体種類を扱う印刷ジョブ全体を通して安定したマーキング材-媒体インターフェース温度（目標温度）を維持することが可能となる。異なる媒体種類としては、軽量級のコート紙、中量級のコート紙、重量級のコート紙、軽量級のコーティングを施していない紙、中量級のコーティングを施していない紙、重量級のコーティングを施していない紙、透明材及びパッケージ材を含んでもよい。すべての媒体種類において、加圧ロール２０４が印刷ジョブ開始時に周囲温度または室温である場合など異なる作業条件下で安定したマーキング材-媒体インターフェース温度を達成することができる。さらに、積極的に加圧ロール２０４を加熱しないことによって、定着器２００では、プリント実行前に加圧ロール２０４をウォーミングアップする必要性を減少させ、それにより装置のウォームアップ時間が大きく減少される。

外部ロール２１４に連結された位置決め装置２１７によって、外部ロール２１４は矢印Ｂに示すようにベルト２３０に対して内側及び外側へ移動される。位置決め装置２１７は、所望の可動域及び応答時間を提供できる適切な自己補正機構であれば、どのような装置であってもよい。例えば、位置決め装置２１７は外部ロール２１４に連結された空気圧シリンダー、ソレノイドなどを含んでもよい。位置決め装置２１７は、外部ロール２１４の直径と略同一の可動域及び約１秒から約２秒の応答時間を提供可能である。位置決め装置２１７を従来の方法でコントローラ２６２へ接続することにより、外部ロール２１４の位置及び対応するベルト２３０のラップ長を、温度センサ２６０によって決定される加圧ロール２０４の外側表面２０９の温度に基づいて調節することができる。

各定着ロール２０２、外部ロール２１４、内部ロール２１８、２２２は、加圧ロール２０４の温度に依存しないそれぞれの温度設定値を有する。印刷ジョブ実行中に一定のマーキング材-媒体インターフェース温度を達成するためのベルト２３０の加熱可変量は、外部ロール２１４上のベルト２３０のラップ長を変更することにより得られる。

外部ロール２１４の位置が再度調整された場合、内部ロール２１８及び／または内部ロール２２２の位置を調節してベルト２３０の張力を変更することができる。内部ロール２１８及び／または内部ロール２２２の位置を調節するために使用する機構をコントローラ２６２に接続することにより、内部ロール２１８及び／または内部ロール２２２を外部ロール２１４と連動させてベルト２３０の所望の張力を維持することが可能である。このように、ベルト２３０の張力をほぼ指定値に、または指定した範囲内に維持することができる。例えば、外部ロール２１４を内側へ移動する場合、内部ロール２２２は矢印Ｃで示す左方向へ移動することができる。外部ロール２１４を外側へ移動する場合、内部ロール２２２は矢印Ｃで示す右方向に移動することにより、ベルト２３０の所望の張力を維持することができる。あるいは、外部ロール２１４を内側へ移動する場合、内部ロール２１８は矢印Ｄで示す右方向へ移動することができる。外部ロール２１４を外側へ移動する場合、内部ロール２１８は矢印Ｄに示す左方向に移動することにより、ベルト２３０の所望の張力を維持することができる。

実施形態では、外部ロール２１４に対するベルト２３０のラップ長の影響は、内部ロール２１８または内部ロール２２２に対するベルト２３０のラップ長の変化の影響よりも著しく大きい。第１に、外部ロール２１４は、ベルト２３０の外側表面２３２と接触し、またニップ２１０に接近して位置している。第２に、内部ロール２１８または内部ロール２２２におけるベルト２３０のラップ長の変化は、通常、外部ロール２１４の移動によるベルト２３０のラップ長の変化よりもかなり小さい。

選択された媒体種類において異なる加圧ロール表面温度で、マーキング材-媒体インターフェース温度とラップ長との関係を示す三次元伝熱モデルの結果に基づいて、指定のマーキング材-媒体インターフェース温度を前記媒体の印刷ジョブ全体を通して実現するための加圧ロール温度（Ｔ）とラップ長（ＷＬ）とを関連づけた線形の伝達関数を規定することができる。ＷＬがＹ軸上に設定され、ＴがＸ軸上で設定される場合、傾斜をＣ１、ｙ切片をＣ２とすると、伝達関数は次の式で表される。：ＷＬ＝（Ｃ１・Ｔ）＋Ｃ２。伝達関数は異なる媒体重量、マーキング材-媒体インターフェース温度及び装置構成に対して構築することができる。そのような伝達関数は線形となり、異なる傾斜及びｙ切片値を有する。

定着器２００を使用する例示の実施形態では、外部ロール２１４上のベルト２３０のラップ長を次の手順にしたがって調節する。外部ロール２１４の待機温度は低温、例えば１９０℃に設定する。印刷ジョブの開始前に外部ロール２１４の温度を所望温度（例えば２２５℃）に上げるために、短いウォームアップ時間を使用する。ウォームアップ時間中に、ベルト２３０が最高温度以上に加熱されるのを防ぐために、加圧ロール２０４をニップ２１０においてベルト２３０と係合する。加圧ロール２０４の外側表面２０９が低温である印刷ジョブの開始時に、ラップ長は最大となる。外側表面２０９の温度が上昇するにつれて、ラップ長は減少する。印刷対象の媒体種類に関して、外側表面２０９の温度とラップ長とを関連づける（上述の形式の）伝達関数を使用して、印刷ジョブ実行中にラップ長を調節する。外部ロール２１４を移動させることによりプリント実行時にラップ長が変更される場合、ベルト２３０の張力は内部ロール２１８及び／または内部ロール２２２を移動させることにより調節することができる。

他の実施形態では、外側表面２０９の温度に影響を与える指定枚数の印刷の実行後にラップ長を変更する。例えば、２５、５０、１００、２００または２５０枚の印刷を行う毎に加圧ロール温度を測定してコントローラ２６２に温度フィードバックを出力し、各インクリメント毎にラップ長を階段状に変更すると、次のプリント枚数が実行される前にラップ長を適宜に調整することができる。より連続的な方法（つまり２５０枚毎ではなく２５枚毎または５０枚毎のプリント実行後などより高い頻度）でラップ長を変更することにより、マーキング材-媒体インターフェース温度と目標温度との間の差異が減少されると考えられる。

図３〜８では、次の略語を使用する。「ＦＲ」は定着ロールであり、「ＥＲ」は外部ロールであり、「Ｍ-Ｍインターフェース温度」はマーキング材-媒体インターフェース温度であり、「ＰＲ」は加圧ロールであり、「ＩＲ−１」は第１内部ロールであり、「ＩＲ−２」は第２内部ロールであり、「ベルト」は定着ベルトを示す。

図３は、２５℃、５０℃、７５℃及び１００℃という異なる加圧ロール外側表面温度においてベルトの外部ロールラップ長に対する安定状態のＴ−Ｐインターフェース温度を示すグラフ図である。このグラフ図は、三次元熱伝導解析コードを使用して、図２に示す定着器２００の構造に対して数値シミュレーションを実行することにより作成した。シミュレーションでは、「外部ロール」は外部ロール２１４であり、「ラップ長」は、外部ロール２１４の外側表面２０９上のベルト２３０のラップ長であり、「加圧ロール」は加圧ロール２０４である。シミュレーションでは、外部ロール２１４の温度は２２５℃に維持され、内部ロール２１８、２２２及び定着ロール２０２の温度は１９０℃に維持され、媒体は６０ｇｓｍ用紙（軽量紙）を使用した。

図３に示すように、加圧ロール温度が２５℃から５０℃、５０℃から７５℃、７５℃から１００℃まで上昇するに従い、与えられる特定のマーキング材-媒体インターフェース温度を達成する外部ロールラップ長は減少する。例えば、１２５℃の安定状態のマーキング材-媒体インターフェース温度において、２５℃、５０℃、７５℃及び１００℃の加圧ロール温度に対して、外部ロールラップ長はそれぞれ、約１４４ｍｍ、約１１２ｍｍ、約７２ｍｍ及び約４０ｍｍである。

図３のグラフに基づいて、６０ｇｓｍの用紙において印刷ジョブ全体にわたって１２５℃のトナー-用紙インターフェース温度を達成するための加圧ロール温度（Ｔ）とラップ長（ＷＬ）を関連づける線形の伝達関数は、Ｔの関数としてＷＬを求めることにより規定される。図４に示すように、この関係は数式（１）として表現される。

ＷＬ（ｍｍ）＝（−１．４０８Ｔ（℃））＋１７９・・・（１）
ここで−１．４０８及び１７９はそれぞれ傾斜とｙ切片である。

図５Ａは、定着器の外部ロール、定着ロール、第１内部ロール、第２内部ロール及び加圧ロールに関する表面温度の測定値及びモデル値と時間との関係を示すグラフであり、それぞれ、図２に示す外部ロール２１４、定着ロール２０２、内部ロール２２２、内部ロール２１８及び加圧ロール２０４に対応する。この例及びシミュレーションにおいて、定着ロール、第１、第２内部ロール及び外部ロールはそれぞれ細長い１．５ｋＷの加熱ランプを備える。加圧ロールをベルトに係合し、積極的な冷却は行わなかった。図５Ａのグラフは、各ロールのモデル値と測定値が緊密に対応している様子を示す。

図５Ｂは、図５Ａのグラフの作成に使用したものと同様の加熱条件で１２０ｇｓｍコート紙を使用して１００枚の印刷を行った際の、図２に示す定着器構成における外部ロール、定着ロール、第１内部ロール、第２内部ロール、加圧ロール及び定着ベルトの表面温度の測定値及びモデル値と時間との関係を示すグラフ図である。図５Ｂのグラフは、各外部ロール、定着ロール、第１内部ロール、第２内部ロール、加圧ロール及びベルトのモデル値と測定値が緊密に対応している様子を示す。

図６は、３５０ｇｓｍ用紙に関して２５℃及び５０℃の加圧ロール外側表面温度において外部ロールラップ長に対する安定状態のマーキング材-媒体インターフェース温度を示すグラフ図である。このグラフ図は、図２に示す定着器の構成を使用したモデル化により作成した。図６に示すように、厚い媒体に関しては、インターフェース温度は加圧ロール温度に本質的に依存しない。

図７は、図２に示す定着器構成の外部ロール及び加圧ロールの外側表面温度と時間との関係をシミュレートしたグラフ図である。シミュレーションの開始時では、ベルト及び外部ロールは１９０℃の待機温度にあり、加圧ロールは２５℃の低温にある。その後、外部ロールは２２５℃の温度に加熱され、外部ロールはベルトに係合される。図７に示すように、外部ロールは、約３０〜４０秒で１９０℃の待機温度から２２５℃まで加熱される。ウォームアップ時間の終了時には、加圧ロール温度は５０℃である。

その後、６０ｇｓｍ用紙を１５００枚印刷する印刷ジョブのシミュレートを行う。図８に示すように、数式（１）におけるラップ長と加圧ロール温度との関係を利用して、外部ロール上のベルトのラップ長は、印刷ジョブ時における２５０枚の印刷毎に変更（減少）される。シミュレーションでは、ラップ長は、前回の２５０枚の印刷の終了時における加圧ロールの温度に基づいて２５０枚毎の印刷の開始時に指定され、この２５０枚の印刷中にはラップ長の変更は行わない。その後、次の２５０枚の印刷の初期条件として前の２５０枚の印刷条件を使用してシミュレーションが再開される。

図９は、２５０枚の印刷毎にラップ長を変更した場合の、プリント枚数に対するマーキング材‐用紙インターフェース温度を示すグラフ図である。図９はまた、加圧ロールを低温から始動し、印刷ジョブ実行中にラップ長を変更しない場合のプリント枚数に対するマーキング材-用紙インターフェース温度も示すグラフ図である。マーキング材-用紙インターフェース温度の目標値１２５℃も図示する。

図９に示すように、印刷ジョブ実行中にラップ長が一定に保たれる場合、１２５℃の目標マーキング材-用紙インターフェース温度は１３００枚の印刷が完了するまで達成されない。またこの場合、図示のように、初期のプリントのマーキング材-用紙インターフェース温度は、目標温度よりも最大約１０℃低い。

さらに図９では、対照的に、加圧ロールが低温からスタートする場合でも、上記方法は印刷ジョブの全体にわたってより均等なマーキング材-用紙インターフェース温度を達成する。目標温度から唯一逸脱しているのは、各２５０枚の印刷の開始時であり、これらの逸脱の値も、２℃以内である。

上記では、電子写真式印刷において有用な定着装置に関して説明を行ったが、ここで行った開示及び特許請求の範囲の内容は、媒体上のマーキング材に対して実行されるあらゆる処理に対して適用可能であることは理解されるであろう。例えば、良好な印刷のために、マーキング材はトナー、液体またはゲルインク、及び／または熱硬化性または放射線硬化インクで構成してもよく、これに加えて、またはこれに代えて、媒体は温度のような特定の作業条件を利用してもよい。任意の実施形態において、熱、圧力、及びその他媒体上のインク処理に望ましい条件等の作業条件は、電子写真式の定着に好適な条件とは異なっていてもよい。

１００印刷装置、１０２媒体供給モジュール、１０４媒体、１０６プリンタモジュール、１０８感光体ベルト、１１０現像剤ステーション、１１２，２００定着器、１１４インバータモジュール、１１６スタッカモジュール、２０２定着ロール、２０４加圧ロール、２０６コア、２０８外層、２０９，２１５，２３２外側表面、２１０ニップ、２１２，２１６，２２０，２２４発熱体、２１４外部ロール、２１８，２２２内部ロール、２２６アイドラロール、２２８媒体、２３０ベルト、２３４内側表面、２６０温度センサ。

Claims

第１外側表面を含む加熱第１ロールと、
第２外側表面を含む加熱第２ロールと、
第３外側表面を含む第３ロールと、
前記第３外側表面の温度を検知する温度センサと、
前記第１ロール及び前記第２ロールに接触して支持され、前記第１外側表面と前記第３外側表面との間に配置され、内側表面と外側表面とを含むベルトと、
前記第３外側表面と前記ベルトの前記外側表面との間のニップとを備え、前記ニップにおいて、前記ベルトは、表面と、前記表面上のマーキング材と、前記表面及び前記マーキング材間のインターフェースとを有する媒体を加熱し、
前記第２ロールに連結された位置決め装置を備え、前記第２ロールを前記ベルトの前記外側表面に対して移動させ、前記第３外側表面の温度に基づいて前記第２外側表面に接触する前記ベルトのラップ長を変更し、これにより前記表面及び前記マーキング材間の前記インターフェースにおいて実質的に一定温度を維持するように、前記位置決め装置を操作可能としていることを特徴とする印刷に利用可能な装置。
請求項１に記載の装置において、
前記第１外側表面は、前記ベルトの前記内側表面と接触し、
前記第２外側表面と前記第３外側表面とは、前記ベルトの前記外側表面と接触し、
（１）前記第２ロールを前記ベルトに接近するよう前記ベルトの処理方向に対して実質的に垂直である第１方向へ移動させ、前記第２外側表面に接触する前記ベルトの前記ラップ長を増加させることにより、前記ベルトの前記外側表面の温度を上昇させ、（２）前記第２ロールを前記ベルトから離間させるように第１方向の反対方向であり前記ベルトの前記処理方向に対して実質的に垂直な第２方向へ移動させ、前記第２外側表面に接触する前記ベルトの前記ラップ長を減少することにより、前記第３外側表面の温度に基づいて前記ベルトの前記外側表面温度を降下させるように、前記位置決め装置を操作可能としていることを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置であって、前記温度センサ及び前記位置決め装置に接続されたコントローラをさらに備え、
前記コントローラは前記温度センサから信号を受信し、前記位置決め装置を制御して前記第２ロールを前記ベルトの前記外側表面に対して接近または離間するよう移動させることにより、前記第３外側表面の前記検知温度に基づいて前記第２外側表面に接触する前記ベルトの前記ラップ長を変更することを特徴とする装置。
第１外側表面を含む加熱第１ロールと、
第２外側表面を含む加熱第２ロールと、
第３外側表面を含む第３ロールと、
前記第３外側表面の温度を検知する第１温度センサと、
前記第１外側表面と前記第３外側表面との間に配置され、前記第１外側表面と接触する内側表面と、前記第２外側表面及び前記第３外側表面と接触する外側表面とを含む連続ベルトと、
前記第３外側表面と前記ベルトの前記外側表面との間のニップとを備え、前記ニップにおいて、前記ベルトは、表面と、前記表面上のマーキング材と、前記表面及び前記マーキング材間のインターフェースとを有する媒体を加熱し、
前記第２ロールに連結された位置決め装置を備え、前記第２ロールを前記ベルトの前記外側表面に対して移動させて前記第２外側表面に接触する前記ベルトのラップ長を変更するように、前記位置決め装置を操作可能としており、
前記第１温度センサ及び前記位置決め装置に接続された第１コントローラを備え、
前記第１コントローラは前記第１温度センサから信号を受信し、前記位置決め装置を制御して前記第２ロールを前記ベルトの前記外側表面に対して接近または離間するよう移動させることにより、前記第３外側表面の温度に基づいて前記第２外側表面に接触する前記ベルトの前記ラップ長を変更し、これにより前記表面及び前記マーキング材間の前記インターフェースにおいて実質的に一定温度を維持することを特徴とする印刷に利用可能な装置。