JP5605670B2

JP5605670B2 - 定着器アセンブリ、ゼログラフ装置、及び媒体上にトナーを定着させる方法

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Publication number: JP5605670B2
Application number: JP2009145166A
Authority: JP
Inventors: バートンオーガスト; クラディアスニコラス; エムトンプソンディヴィッド; エスコンデロアンソニー
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2029-06-18
Also published as: JP2010009037A; EP2138906B1; US7738806B2; EP2138906A2; EP2138906A3; US20090324272A1

Description

典型的なゼログラフ印刷プロセスにおいては、トナー像が媒体上に形成され、次いでトナーが加熱されて、媒体上にトナーを定着させる。媒体上への熱定着に用いられる１つのプロセスは、加圧ロール、定着器ロール、及びこれらロール間に置かれた定着器ベルトを含む定着器を用いる。動作中、トナー像を備えた媒体は、加圧ロールと定着器ロールとの間のニップに給送され、加圧ロールは、加熱された定着器ロール上に媒体を押し付けて、媒体上にトナーを定着させる。

異なる幅の媒体を効率的に印刷するのに用いることができる定着器ベルトを含む定着器アセンブリを提供するのが望ましい。

開示される実施形態は、ゼログラフ装置のための定着器アセンブリを含む。定着器アセンブリは、定着器ベルトと、定着器ベルトを支持する第１のロールを含み、第１のロールは、この第１のロールに軸方向に沿って及び定着器ベルトの幅に沿って延びる第１の加熱要素及び第２の加熱要素を含んでおり、第１の加熱要素は第２の加熱要素よりも長いものであり、定着器ベルトを支持する第２のロールを含み、第２のロールは、この第２のロールに軸方向に沿って及び定着器ベルトの幅に沿って延びる第３の加熱要素及び第４の加熱要素を含んでおり、第３の加熱要素は第４の加熱要素よりも長い。

開示される実施形態は、外面を含む定着器ベルトと、定着器ベルトを支持する定着器ロールを含み、定着器ロールは、この定着器ロールに軸方向に沿って及び定着器ベルトの幅に沿って延びる第１の加熱要素及び第２の加熱要素を含んでおり、第１の加熱要素は第２の加熱要素よりも長いものであり、定着器ベルトを支持する第１のアイドラ・ロールを含み、第１のアイドラ・ロールは、この第１のアイドラ・ロールに軸方向に沿って及び定着器ベルトの幅に沿って延びる第３の加熱要素及び第４の加熱要素を含んでおり、第３の加熱要素は第４の加熱要素よりも長いものであり、加圧ロールと、定着器ロールと加圧ロールとの間のニップと、第１の位置で、定着器ベルトの外面上の第１の温度を感知するための第１の温度センサと、第１の位置から軸方向に離間された第２の位置で、定着器ベルトの外面上の第２の温度を感知するための第２の温度センサと、第１、第２、第３、及び第４の加熱要素に電力を供給するための少なくとも１つの電源と、電源と第１及び第２の温度センサに接続されたコントローラと、を含むゼログラフ装置のための定着器アセンブリをさらに含む。コントローラは、第１及び第２の温度間の温度差を示す第１及び第２の温度センサからの信号を受信し、温度差及びニップに給送される媒体の幅に基づいて、定着器ベルトの幅にわたり温度特性を制御するのに、第１、第２、第３及び第４の加熱要素をオンとオフに切り替えるよう電源を制御する。

例示的なゼログラフ装置を示す。例示的な定着器アセンブリを示す。加熱要素及び定着器ベルトを備えたロールを含む、例示的な定着器アセンブリの一部分を示す。異なる媒体幅に対して、２つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリと、さらに、５つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリに対する、算出された、定着器ベルト外面の温度対軸方向位置の曲線を表す。異なる媒体幅に対して、２つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリと、さらに、５つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリに対する、算出された、定着器ベルト外面の温度対軸方向位置の曲線を表す。異なる媒体幅に対して、２つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリと、さらに、５つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリに対する、算出された、定着器ベルト外面の温度対軸方向位置の曲線を表す。異なる媒体幅に対して、２つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリと、さらに、５つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリに対する、算出された、定着器ベルト外面の温度対軸方向位置の曲線を表す。異なる媒体幅の範囲に対して、２つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリと、さらに、５つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリに対する、算出された、トナー／媒体界面の温度対軸方向位置の曲線を表す。異なる媒体幅の範囲に対して、２つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリと、さらに、５つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリに対する、算出された、トナー／媒体界面の温度対軸方向位置の曲線を表す。異なる媒体幅の範囲に対して、２つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリと、さらに、５つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリに対する、算出された、トナー／媒体界面の温度対軸方向位置の曲線を表す。異なる媒体幅の範囲に対して、２つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリと、さらに、５つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリに対する、算出された、トナー／媒体界面の温度対軸方向位置の曲線を表す。

図１は、開示される定着器アセンブリを用いることができる例示的なゼログラフ装置（デジタル画像形成システム）を示す。
定着ステーションＨは、転写された粉末画像を媒体１３０へ永久的に付着させる、即ち定着させるための定着器アセンブリ１５０を含み、これは加熱された定着器ロール１５２及び加圧ロール１５４を含む。

ゼログラフ装置は、様々な幅の媒体を用いて印刷するのに用いることができる。定着器ベルトを含む定着器アセンブリでは、プロセス間の光沢差の発生を減少する又は防ぐよう、及び媒体経路の外側の定着器ベルトの過熱を減少させるよう、異なる媒体幅を印刷するのに異なる定着器ベルト温度特性を用いるのが望ましい。

図２は、例示的な定着器アセンブリ２００を示しており、広範な幅を有する媒体上に、トナーの熱効率の良い定着をもたらすことができる。定着器アセンブリ２００は、異なる種類のゼログラフ装置において、例えば定着器アセンブリ１５０の代わりに図１で表すゼログラフ装置で用いることができる。

定着器アセンブリは、定着器ベルトを加熱するのに異なる長さの加熱要素を含む、２つ又はそれ以上のロールによって支持された定着器ベルトを含む。加熱要素はオンとオフに切り替えられ、定着器ベルト温度を制御して、所望の定着器ベルト及び媒体の温度を生成する。

図２の定着器アセンブリ２００は、定着器ロール２０２と、加圧ロール２０４と、定着器ロール２０２と加圧ロール２０４との間のニップ２０６と、複数のアイドラ・ロール２０８、２１０、２１２、及び２１４を含む。エンドレス（連続）定着器ベルト２２０は、定着器ロール２０２上、及びアイドラ・ロール２０８、２１０、２１２、及び２１４上で支持される。定着器アセンブリは、４つより少ない、又は４つより多いアイドラ・ロールを含むことができる。定着器ロール２０２は、矢印Ａで示されるように駆動機構によって反時計回りに回転し、加圧ロール２０２は時計回りに回転する。

定着器ベルト２２０の実施形態は、多層構造を有し、少なくとも１つの基層と、基層上の中間層と、中間層上の外層とを含む。基層は定着器ベルトの内面を形成し、ロールに接触して定着器ベルトを支持する。外層は定着器ベルトの外面を形成する。例えば、内層はポリイミド又は同類の高分子材料からできており、中間層はシリコン等からできており、外層はデュポン・パフォーマンス・エラストマＬ．Ｌ.Ｃ．によりＶｉｔｒｏｎ（登録商標）の名称の下で販売されているフルオロエラストマ又は同類の高分子材料からできている。ポリイミド層は内面２２２を形成し、フルオロエラストマ層は外面２２４を形成する。典型的には、基層は約５０μｍから約１００μｍの厚さで、中間層は約２００μｍから約４００μｍ、外層は約２０μｍから約４０μｍである。定着器ベルト２２０は、典型的には約３５０ｍｍから約４５０ｍｍの幅である。

定着器アセンブリ２００の実施形態では、定着器ベルト２２０は、少なくとも約５００ｍｍ、約６００ｍｍ、約７００ｍｍ、約８００ｍｍ、約９００ｍｍ、約１０００ｍｍの長さか、又はそれよりも長いことさえある。

定着器ロール２０２はコア２４０を含み、アイドラ・ロール２０８はコア２４２を含み、アイドラ・ロール２１０はコア２４４を含み、アイドラ・ロール２１２はコア２４６を含む。

定着器ロール２０２及びアイドラ・ロール２０８、２１０、及び２１２は、内部で加熱される。実施形態では、定着器ロール２０２とアイドラ・ロール２０８、２１０、及び２１２はそれぞれ、少なくとも２つの加熱要素を含む。定着器ロール２０２は加熱要素２５０、２５２を含み、アイドラ・ロール２０８は加熱要素２５４、２５６を含み、アイドラ・ロール２１０は加熱要素２５８、２６０を含み、アイドラ・ロール２１２は加熱要素２６２、２６４を含む。実施形態では、加熱要素は、例えばタングステン石英ランプといった、それぞれのロールの内部に配置される細長いランプである。これらの加熱要素は、定着器ロール２０２及びアイドラ・ロール２０８、２１０、２１２に沿って軸方向に延びる。加熱要素は、定着器ロール２０２の外面２０３、アイドラ・ロール２０８の外面２０９、アイドラ・ロール２１０の外面２１１及びアイドラ・ロール２１２の外面２１３、及びこれら外面と接している定着器ベルト２２０の内面に熱を供給するように、電力供給される。

実施形態では、定着器ロール２０２とアイドラ・ロール２０８、２１０、及び２１２は各々、互いに異なる長さの少なくとも２つの加熱要素を含む。実施形態では、定着器ロール２０２とアイドラ・ロール２０８、２１０、及び２１２は各々、長い加熱要素及び短い加熱要素を含む。加熱要素２５０、２５４、２５８、及び２６２は、同じ長さでよい。他の実施形態では、これら加熱要素の１つ又はそれ以上の長さは、媒体幅範囲を通して、より良好な温度均一性を可能にするために様々であってよい。これらの長さは、全媒体上にトナーを定着させるのに必要な総最大電力と、個別の加熱要素の使用可能な電力とを含む検討に基づいて決定することができる。実施形態では、加熱要素２５０は加熱要素２５２よりも長く、加熱要素２５４は加熱要素２５６よりも長く、加熱要素２５８は加熱要素２６０よりも長く、加熱要素２６２は加熱要素２６４よりも長い。

実施形態では、加熱要素２５２、２５６、２６０及び２６４は全て、互いに異なる長さである。加熱要素２５０、２５４、２５８、及び２６２が同じ長さであるとき、定着器アセンブリ２００は、複数のロールで合計５つの異なる長さの加熱要素を含む。加熱要素２５０、２５４、２５８、及び２６２が全て異なる長さであるとき、定着器アセンブリ２００は、複数のロールに合計８つまでの異なる長さの加熱要素を含む。

図２に表す定着器アセンブリ２００では、アイドラ・ロール２１２及び定着器ロール２０２は、定着器ベルト２２０に沿って互いに最大距離で分離された２つの加熱されたロールである。定着器ベルト２２０は、定着器ベルト２２０が定着器ロール２０２からアイドラ・ロール２１２へと前進するとき、別のロールによって加熱されるまで１つのロールによって加熱された後で、最大距離を移動する。定着器ベルト２２０はまた、ニップ２０６で、媒体２３０と接触させることによって冷却される。ニップ２０６で媒体２３０と接触し、次いで定着器ロール２０２からアイドラ・ロール２１２へと前進した後で、定着器ベルト２２０をより効率的に加熱するには、アイドラ・ロール２１２での短い加熱要素２６４は、アイドラ・ロール２１０、２０８、及び定着器ロール２０２それぞれの短い加熱要素２６０、２５６、及び２５２よりも長くてよい。アイドラ・ロール２１２の内部に短い加熱要素の最長の物を置くことによって、アイドラ・ロール２１２のより長い軸方向長さ、及び定着器ベルト２２０のより大きな幅にわたり、２つの加熱要素２６２、２６４によって大量の熱を供給することができる。他の実施形態では、短い加熱要素は、異なる配置でよく、短い加熱要素の最長の物を、アイドラ・ロール２１２以外のアイドラ・ロールに与えることができる。

実施形態では、アイドラ・ロール２１０の加熱要素２６０は、アイドラ・ロール２０８の加熱要素２５６よりも長く、加熱要素２５６は定着器ロール２０２の加熱要素２５２よりも長い。

図３は、ゼログラフ装置における定着器アセンブリの一部を示しており、ロール３０５と、ロール３０５上に支持される定着器ベルト３２０とを含む。媒体３３０は、定着器ベルト３２０の外面３２４と接触した状態で示される。ロール３０５は、定着器ロール２０２及びアイドラ・ロール２０８、２１０、２１２のいずれか１つと同じ一般的な構造を有することができる。短い加熱要素の長さは、これらロールの各々で異なる。ロール３０５は外部端３１７及び反対側の内部端３１９を有する。ロール３０５は、例えば約４００ｍｍから約５００ｍｍの長さＬを有することができ、定着器ベルト３２０は例えば約３５０ｍｍから約４５０ｍｍの幅ｗ_bを有することができる。

図３は、前面３８０及び背面３８２を含むゼログラフ装置を表す。ロール３０５は、外部端３１７が前面３８０に面するように、そして内部端３１９が背面３８２に面するように向けられる。定着器ベルト３２０は外部縁３２１及び内部縁３２３を有する。図３では、媒体３３０は“外部位置合わせ”されており、即ち媒体３３０の外部縁３３１は、媒体３３０の内部縁３３３が定着器ベルト３２０の内部縁３２３に対して配置されるより、定着器ベルト３２０の外部縁３２１の近くに配置されている。媒体３３０の外部縁３３１は、ロール３０５の外部端３１７から距離ｘ₁だけ離間される。

媒体３３０は、ゼログラフ装置において“内部位置合わせ”されることができ、媒体３３０の内部縁３３３は、媒体３３０の外部縁３３１が定着器ベルト３２０（図示せず）の外部縁３２１に対して配置されるより、定着器ベルト３２０の内部縁３２３の近くに配置されてもよいし、或いは、定着器ベルト３２０（図示せず）上で軸方向に中央寄せされた媒体３３０と“中央位置合わせ”されていてもよい。

ロール３０５は、長い加熱要素３６２及び短い加熱要素３６４を含む。加熱要素３６２、３６４は、ロール３０５の長さに沿って軸方向に延びる加熱ランプとすることができる。加熱要素３６２は、外部端３６３と反対側の内部端３６５とを有し、加熱要素３６４は、外部端３６７と反対側の内部端３６９とを有する。外部端３６３、３６７は、ロール３０５の外部端３１７から、距離ｘ₂だけ離間されて互いに軸方向に位置合わせされる。長い加熱要素３６２の内部端３６５は、短い加熱要素３６４の内部端３６９を越えて軸方向に延びて、長い加熱要素３６２の内部端３６５が、短い加熱要素３６４の内部端３６９よりも、ロール３０５の内部端３１９に近くなる。

図示のように、定着器ベルト３２０は、外部端３１７と内部端３１９と間で、ロール３０５の縦軸に沿って、軸方向に中央寄せすることができる。定着器ベルト３２０の外部縁３２１は、ロール３０５の外部端３２１から、距離ｘ₃だけ離間される。加熱要素３６２、３６４それぞれの外部端３６３、３６７は、外部縁３２１を越えて軸方向外側に延びる。長い加熱要素３６２の内部端３６５は、定着器ベルト３２０の内部縁３２３を越えて軸方向に外側に延び、短い加熱要素３６４の内部端３６９は、内部縁３２３から軸方向内側に配置される。

図３は、媒体３３０が幅ｗ_s1、又はより狭い幅ｗ_s2を有することができることを示す。内部温度センサ３７０と外部温度センサ３７２を置いて、外面３２４上の２つの軸方向に離間された位置で、定着器ベルト３２０の外面３２４の温度を感知する。随意的な中間温度センサ３７４を、内部温度センサ３７０と外部温度センサ３７２との間に軸方向に配置して、定着器ベルト３２０の外面３２４で、第３の温度測定を提供することができる。温度センサ３７０、３７２（及び随意的に３７４）を置いて、定着器ロールで、又はこれの上流側で、及びこれに隣接して、定着器ベルトの温度が最高に到達した、定着器ベルトの外面の温度を感知することができる。温度センサ３７０、３７２（及び随意的に３７４）は、異なる加熱されたロールにおいて加熱要素を制御するために、コントローラに接続できる。例えば、図２に表した定着器アセンブリ２００では、温度センサ２８０を、定着器ロール２０２で定着器ベルト２２０の外面２２４の温度を測定するように置く。温度センサ２８０は、コントローラ２７０にフィードバックを与える。コントローラ２７０が電源２７２を制御し、加熱された定着器ロール２０２とアイドラ・ロール２０８、２１０、２１２で加熱要素を制御する。

外部温度センサ３７２は、定着器ベルト３２０の外部縁３２１から、同じ距離ｄ₂だけ離間され、異なる媒体幅には、媒体３３０の外部縁２３１から同じ距離ｄ₁だけ離間されることができる。典型的には、ｄ₂は約２０ｍｍから約３０ｍｍとすることができ、ｄ₁は約５ｍｍから約１０ｍｍとすることができる。

内部温度センサ３７０は、各選択された媒体幅の部分的な範囲において、媒体の内部縁の位置に対して軸方向に置くことができる。内部温度センサ３７０は、所与の媒体幅の部分的範囲内で、最も狭い、及び最も広い媒体の幅に基づいて（即ち、そのような媒体の内部縁の位置に基づいて）軸方向に置くことができる。例えば、定着器アセンブリを定着器ベルトの幅に基づいて印刷するのに用いることができる、媒体幅７インチから１５インチの例示的な広範な数値域では、この広範にわたる数値域は、媒体幅の部分的な数値域、例えば７インチから９インチ（約１７８ｍｍから約２２９ｍｍ）、＞９インチから１１インチ（＞２２９ｍｍから約２７９ｍｍ）、＞１１インチから１３インチ（＞２７９ｍｍから約３３０ｍｍ）、及び＞１３インチから１５インチ（＞３３０ｍｍから約３８１ｍｍ）に分割することができる。これらそれぞれの部分的な範囲の各々に対して、内部温度センサ３７０は、その部分的範囲の最も狭幅の媒体に対する内部縁と、最も幅広な媒体に対する内部縁との間の中間の位置に配置することができる。例えば、図３に表す幅ｗ_s1が幅１１インチ（約２７９ｍｍ）である媒体を示し、幅ｗ_s2が幅９インチ（約２２９ｍｍ）である媒体を示す実施形態では、内部温度センサ３７０は、１１インチ幅媒体の内部縁３３３から内側に約１インチ（約２５ｍｍ）（図示のように）、或いは、別の言い方をすれば、９インチ幅媒体の内部縁３３５から外側に約１インチ（２５ｍｍ）に配置することができる。

広範囲な数値域内にある幅の媒体を印刷するときは、その部分的な範囲の１つに割り当てる。印刷ジョブの媒体幅に関する情報は、ユーザによって、ゼログラフ装置に入力可能である。加熱要素は、定着器ベルトの外面にある内部及び外部温度センサによって判断される温度差、及び、媒体が割り当てられている部分的な範囲に基づいて、定着器ベルトの幅にわたる温度特性を制御するアルゴリズムにより、オンとオフを切り替えられる。例えば、表１に表すアルゴリズムを用いることができる。

定着器アセンブリは、１つより多い内部温度センサを含むことができる。１つ又はそれ以上の内部温度センサは、外部温度センサも含むセンサアレイにおいて互いに軸方向に離間されることができる。例えば、図３に表す実施形態では、少なくとも１つの付加的な内部温度センサを置いて、内部温度センサ３７２から軸方向に外側の定着器ベルトの外面温度を感知することができる。内部温度センサの数は、定着器アセンブリの加熱されたロールの加熱要素のオン／オフ状態を制御するのに用いられるアルゴリズムに基づく最適化によって決定することができる。アルゴリズムは、コントローラ２７０に接続したメモリで行うことができる。

実施形態では、アルゴリズムは、媒体幅と、内部及び外部温度間の差異との両方に基づいて、どの加熱要素を、定着器ベルト２２０を加熱するのに用いるか決定する。内部温度が外部温度よりも低いときは（選択された値だけ）、長い加熱要素を用いるが、内部温度が外部温度よりも高いときは（選択された量だけ）、短い加熱要素を用いる。用いられる長い及び短い加熱要素は、媒体幅に依存し、定着器ベルトと媒体幅温度の均一性の、より精密な制御を可能にする。

外部温度センサと併せて用いられる内部温度センサは、定着器アセンブリを用いて印刷されることになる媒体の幅に基づいて選択することができる。例えば、より幅が広い媒体に対しては、外部温度センサと併せて用いられる内部温度センサは、より狭幅の媒体の印刷に用いる内部温度センサよりも、加熱されたロールの内部端の近くに配置することができる。

定着器アセンブリ２００の実施形態では、定着器ロール２０２及びアイドラ・ロール２０８、２１０、２１２のそれぞれの外部端は、互いにおよそ軸方向に位置合わせすることができる。そのような実施形態では、アイドラ・ロール２１２の加熱要素２６２、２６４の外部端、アイドラ・ロール２１０の加熱要素２５８、２６０の外部端、アイドラ・ロール２０８の加熱要素２５４、２５６の外部端、及び定着器ロール２０２の加熱要素２５０、２５２の外部端は、互いに軸方向に位置合わせし、アイドラ・ロール２１２、２１０、２０８と定着器ロール２０２それぞれの外部端から、距離ｘ₂に等しい距離だけ離間されることができる（図３）。定着器ベルト２２０の外部端は、アイドラ・ロール２１２、２１０、２０８と定着器ロール２０２の外部端から、距離ｘ₃に等しい距離だけ離間されることができる（図３）。そのような実施形態では、定着器アセンブリ２００を用いて処理される各媒体幅に対して、媒体の外部端は、アイドラ・ロール２１２、２１０、２０８と定着器ロール２０２の外部端から、距離ｘ１に等しい距離だけ離間される（図３）。

定着器アセンブリ２００の動作中、少なくとも表面２３２上の少なくとも１つのトナー像（テキスト及び／又は他の画像の形式）を備えた媒体２３０（例えば紙又は他の印刷媒体）は、シート給送装置によって、ニップ２０６に給送される。加熱されたアイドラ・ロール２０８、２１０、２１２と定着器ロール２０２は、十分に高い温度に定着器ベルト２２０を加熱して、媒体２３０上にトナー像を定着させる（固定する）。ニップ２０６では、回転定着器ベルト２２０の外面２２４は媒体２３０の表面２３２に接触し、加圧ロール２０４の外面２０５は媒体２３０の対面２３４に接触する。加圧ロール２０４と定着器ベルト２２０は媒体２３０に十分な圧力と熱を加えて、トナーを定着させる。

媒体２３０上にトナーを定着させるための定着温度は多様な因子に基づいており、媒体２３０の厚さ（重さ）、及び媒体２３０がコーティングされているかコーティングされていないか、を含む。定着温度は、様々な媒体に対して、例えば約１５０℃から約２１０℃とすることができる。

いずれの従来の方法でも、電源２７２は、定着器ロール２０２及びアイドラ・ロール２０８、２１０、２１２の加熱要素に接続される。コントローラ２７０は電源２７２を制御し、装置によって印刷することになる媒体の特徴に基づいて、定着器ロール２０２及びアイドラ・ロール２０８、２１０、２１２の加熱要素に電力を供給する。定着器ベルト２２０の軸（即ち幅寸法）温度特性は、加熱されたロールの各々の短い、及び長い加熱要素を、オン及びオフに切り替えることによって制御される。定着器ベルト２２０の軸方向温度特性は、媒体幅に応じて変化させることができる。複数の加熱ロールに異なる長さの加熱要素を含むことによって、定着器アセンブリ２００は、広範な媒体幅を処理するのに用いることができる。

定着器アセンブリ２００を用いて印刷できる、潜在的な広範な媒体幅は、２つ又はそれ以上の部分的な範囲に分割することができる。制御アルゴリズムは、定着器ロール２０２及びアイドラ・ロール２０８、２１０、２１２の加熱要素に対して定めることができる。制御アルゴリズムは、定着器ベルト２２０の処理方向に交差する方向（即ち幅方向）において軸方向に離間された位置与えられる温度フィードバック、及び印刷する媒体の幅に基づいて、これらロール内の、短い及び長い加熱要素をオン及びオフに切り替えるようにする。

定着器アセンブリ２００の実施形態では、各選択された媒体幅の部分的な範囲に対して、制御アルゴリズムは、加熱された定着器ロール２０２及びアイドラ・ロール２０８、２１０、２１２の長い加熱要素及び短い加熱要素を、内部温度センサ３７０と外部温度センサ３７２によって決定されたように、定着器ベルト２２０の２つの軸方向に離間された位置間の温度差ΔＴに基づいて、オンとオフに切り替えるようにする。ΔＴは、内部温度センサ３７０によって決定される温度Ｔ_inboardと外部温度センサ３７２によって決定される温度Ｔ_outboardとの間の差に等しく、即ち、ΔＴ＝Ｔ_inboard―Ｔ_outboardである。ΔＴが選択値より上であるか又は下であるかによって、特定の加熱要素をオンに切り替え、他の加熱要素がオフに切り替わり、定着器ベルトの幅にわたり温度特性を制御する。最高定着器ベルト温度は、典型的には、アイドラ・ロール２０８と媒体２３０の接触との間の位置で発生する。定着器ベルト温度は、この位置で測定することができる。定着器アセンブリ及び加熱要素制御アルゴリズムの実施形態では、ΔＴの値は、定着器ベルトの幅にわたる温度特性の均一性の所望のレベルに基づいて選択することができる。

例：
媒体を印刷するための図２に表す定着器アセンブリ２００の動作は、三次元熱転写コードを用いてモデル化される。モデルでは、表１に表す例示的なアルゴリズムを、定着器アセンブリ２００の定着器ロール２０２とアイドラ・ロール２０８、２１０、２１２の加熱要素を、オンとオフに切り替えるのに用い、及び、８つの加熱要素は以下の５つの異なる長さであり、加熱要素２５０、２５４、２５８、２６２／４２０ｍｍ、加熱要素２６４／３６５ｍｍ、加熱要素２６０／３１５ｍｍ、加熱要素２５６／２６０ｍｍ、加熱要素２５２／２１０ｍｍである。アルゴリズムでは、７インチから１５インチの広範な媒体幅ｗは、７インチ≦ｗ≦９インチ、９インチ＜ｗ≦１１インチ、１１インチ＜ｗ≦１３インチ、及び１３インチ＜ｗ≦１５インチの、４つの媒体幅範囲に分割される。定着器ベルト２２０は、４００の幅を有する。４つの範囲の各々において、媒体は、図３に表すように、定着器ベルト２２０に対して外部位置合わせされる。４つの範囲の各々では、媒体の外部縁は、定着器ロール２０２及びアイドラ・ロール２０８、２１０、２１２の外部端から５２ｍｍの距離だけ離間されており、定着器ベルト２２０の外部縁から１７ｍｍの距離だけ離間される。モデルでは、トナーは、定着器アセンブリを用いて、１６５ページ／分の速度で、ニップにおいて媒体上に定着される。

表１では、ΔＴは、内部温度センサ及び外部温度センサの位置で測定された、定着器ベルト外面上の温度間の差に等しい。内部温度センサは、各媒体幅の範囲に対して、その範囲の、最も狭い幅の媒体の内部縁と、最も広い幅の媒体の内部縁との間の中間位置に位置する。表１に表すように、２℃は、アルゴリズムで加熱要素をオンとオフに切り替えるために用いるΔＴの値である。

表１

表１に表すように、内部及び外部温度センサを用いて決定するΔＴの値に基づいて、アルゴリズムを実施する。表１では、特定の加熱要素に対する“オン”は、その加熱要素を含むロールが定値温度よりも下のときはその加熱要素を電源オンにし、そのロールが定値温度よりも上のときはそのロールの短い及び長い加熱要素両方を電源オフにすることを意味する。

アルゴリズムに従って、コントローラ２７０は、定着器ベルト２２０の内部側面（非位置合わせ側面）が、定着器ベルト２２０の外部側面温度よりも２℃に満たない程度高い又はそれより低いときは、長い加熱要素をオンに切り替えて短い加熱要素をオフに切り替えるようにし、内側側面温度が外側側面温度よりも２℃より多く高いときは、長い加熱要素をオフに切り替えて短い加熱要素をオンに切り替えるようにする。表１では、この制御は、媒体幅範囲７≦ｗ≦９に対するアイドラ・ロール２１２、２１０及び２０８と定着器ロール２０２、媒体幅範囲９＜ｗ≦１１に対するアイドラ・ロール２１２、２１０及び２０８、媒体幅範囲１１＜ｗ≦１３に対するアイドラ・ロール２１２、２１０、及び媒体幅範囲１３＜ｗ≦１５に対するアイドラ・ロール２１２を例証する。

モデルにおいて表１に表す制御アルゴリズムを適用して、図４Ａ乃至４Ｄは、５つの異なる加熱要素長さを含む定着器アセンブリ２００に、それぞれ幅７インチ、９インチ、１１インチ及び１３インチの媒体（坪量３５０ｇｓｍの紙）に対する、算出された、定着器ベルト２２０の外面温度対軸方向位置を表す（記号“ｏ”）。曲線において、０ｍｍは定着器ベルト２２０の外部縁を示し、４００ｍｍは内部縁を表す。定着器ベルトの外面温度は、６００部印刷した後で、定着器ロール２０２から直接上流側のアイドラ・ロール２０８の出口で決定する。

図４Ａ乃至図４Ｄはまた、８つの加熱要素を含むが異なる加熱要素長さを２つだけ含む定着器アセンブリに、それぞれ幅７インチ、９インチ、１１インチ及び１３インチの媒体に対する、算出された、定着器ベルト２２０の外面温度対軸方向位置を表す（記号“□”）。この場合、定着器ロール２０２とアイドラ・ロール２１２、２１０及び２０８は各々、長い加熱要素及び短い加熱要素を含む。モデルでは、定着器ロール２０２とアイドラ・ロール２１２、２１０及び２０８の各々の長い加熱要素は同じ３６５ｍｍの長さで、定着器ロール２０２とアイドラ・ロール２１２、２１０及び２０８の各々の短い加熱要素は同じ２１０ｍｍの長さである。定着器ベルトは、５つの異なる加熱要素長さを含む配置で用いる定着器ベルトにおけるのと同じように、幅４００ｍｍで、同じ多層構造体を有する。

２つだけ異なる加熱要素長さを備えた配置に関しては、長い及び短い加熱要素をオンとオフに切り替え、内部及び外部センサの温度における差に基づいて、各媒体幅に対する定着器ベルトの温度特性を制御する。

図４Ａ乃至図４Ｄは、各ロールに異なる短い加熱要素を備えた複数の加熱ロールを含み、表１に表す例示的なアルゴリズムに従って加熱要素を制御する定着器アセンブリを用いて表しており、定着器アセンブリ２００は、広範な媒体幅を処理するのに用いることができる。加熱要素構成及びアルゴリズムは、定着器ベルト２２０の内部側面領域を、望ましい最高温度よりも高く加熱しないようにすることができる。

表２は、媒体幅７インチ、９インチ、１１インチ、及び１３インチの、２つだけ異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリ、及び５つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリに対して、算出された、定着器ベルトの外面に到達した最高温度を表す。図４Ａ乃至図４Ｄ及び表２は、各ロールで異なる加熱要素長さを用いて、狭幅の媒体（例えば１１インチより狭い幅の媒体）に対して著しく最高定着器ベルト温度を下げることを表しているが、それもまた、幅広の媒体に到達する最高定着器ベルト外面温度を犠牲にしない（図５Ｃ及び図５Ｄ）。定着器ベルト外面最高温度を下げることによって、定着器ベルトは、より長い耐用年数を有することになり、定着器ベルトの縁摩耗は減る。

表２

図４Ａ乃至図４Ｄで、５つの異なる加熱要素長さを備えた定着器アセンブリの曲線を、２つだけ異なる加熱要素長さを備えた定着器アセンブリの曲線と比較すると、表１に表す例示的なアルゴリズムと併せて各ロールに異なる加熱要素を用いることは、２つだけ異なる加熱要素長さを備えた構造よりも、定着器ベルト２２０の幅にわたり、より均一な温度特性を提供できることを表す。そのため、表１に表すアルゴリズムと併せて５つの異なる加熱要素長さを用いることは、媒体上にトナーを定着させている間、ニップ２０６で定着器ベルト２２０と接触する媒体の幅にわたり、より均一な温度特性を生むことができる。

図４Ａ乃至図４Ｄはまた、著しく低い温度は、表１に表すアルゴリズムと併せて５つの異なる加熱要素長さを用いて、媒体経路の外側の定着器ベルトの外面に到達することを表す。この効果は、媒体幅７インチから１１インチに対して非常に大きい（図４Ａ乃至図４Ｃ）。より広幅の媒体（即ち幅１３インチから１５インチの媒体）に対しては、５つの加熱要素長さ構成で到達する定着器ベルト表面温度は、２つの加熱要素長さ構成を用いて達するものと同様である。

表３は、２つだけ異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリ、及び５つの異なる長さの加熱要素を含む定着器アセンブリを用いて、１６５ページ／分の速度で、媒体上にトナーを定着させるための算出された総電力消費を表す。各媒体幅に対して、５つの加熱要素長さを備えた定着器アセンブリの総電力消費は、２つだけ加熱要素長さを備えた定着器アセンブリのものよりも低い。５つの加熱要素長さ構成は、より狭幅の媒体（例えば１１インチより狭い幅の媒体）に対して著しく総電力消費を減少させ、より広幅の媒体に対する２つの加熱要素長さ構成に匹敵する電力消費を有する。この方法で総電力消費を減少させることにより、ゼログラフ装置の動作コストを削減することができる。

表３

図５Ａ乃至図５Ｄは、図４Ａ乃至図４Ｄに表す曲線を生むのに用いられた、５つの異なる長さ及び２つだけ異なる長さの加熱要素（ランプ）を含む、同じ定着器アセンブリの算出されたトナー／媒体界面温度対軸方向位置曲線を表す。モデルで用いられる媒体は、３５０ｇｓｍの坪量を有する紙である。表１の例示的なアルゴリズムは、５つの異なる長さの加熱要素長さを含む定着器アセンブリにおいて、加熱要素を制御するのに用いる。図５Ａは、媒体幅の各々に６００部印刷した後の、幅７インチと９インチの媒体に対する曲線を表し、図５Ｂは幅９インチと１１インチの媒体に対する曲線を表し、図５Ｃは幅１１インチと１３インチの媒体に対する曲線を表し、図５Ｄは幅１３インチと１５インチの媒体に対する曲線を表す。定着器ベルトの外部側面（“ＯＢ側面”）と内部側面（“ＩＢ側面”）の軸方向位置は、図５Ａ乃至図５Ｄに示す。

図５Ａ乃至図５Ｄは、５つの異なる加熱要素長さを備えた定着器アセンブリに対する各媒体幅に対して、印刷物をより均一にした後のトナー／媒体界面における軸方向温度を表す。例えば、図５Ａは、より均一なトナー／媒体界面温度特性は、２つの加熱要素長さスキームと比べると、７インチ幅媒体の、５つの加熱要素長さの構造及び制御スキームで達成する。より均一なトナー／媒体界面温度特性を提供することによって、媒体の処理方向を交差する方向における光沢均一性を改良する。図５Ａはまた、高均一性トナー／媒体界面温度特性が、９インチ幅媒体の５つの加熱要素長さの構成及びアルゴリズムで生まれることを表しており、それは７インチから９インチの範囲の媒体幅の、考慮される最大幅である。表１における５つの加熱要素長さ構成及びアルゴリズムは、７インチから９インチの範囲の中の、全媒体幅に対する所望の結果を提供することができるとされている。

図５Ｂ乃至図５Ｄに表す結果は、図５Ａの曲線に関して為されたものと同様の結論が、９インチから１１インチ、１１インチから１３インチ、及び１３インチから１５インチの範囲内の媒体幅に対して為されることもできることを実証する。図５Ｂ及び図５Ｃは、狭幅のものから中程度幅の媒体幅範囲で、２つの加熱要素長さ構成と比べると、５つの加熱要素長さ構成によって与えることができる著しい改良を実証する。さらに、図５Ｄは、広幅の媒体（１３インチから１５インチ）に対して実現される温度特性は、５つの加熱要素スキームを用いることによって犠牲にならないことを表す。

改良された、広範な媒体幅に対する定着器ベルト及び媒体の処理方向に交差する（軸方向）温度の均一性を与えることに加えて、ロール内に異なる長さの加熱要素を備えた複数の加熱ロールを含み、かつ表１に表すアルゴリズムといった制御アルゴリズムの実施形態に基づいて加熱要素を制御する定着器アセンブリの使用は、定着器アセンブリをより熱効率的なものにする。媒体経路の外側の定着器ベルト温度は下げることができ、従って周囲への熱損失を減らす。紙経路の外側の定着器ベルト温度を下げることは、定着器ベルトの外層の寿命を延ばすことができる。加えて、媒体縁に近い定着器ベルト外面の温度勾配を緩めることにより、ベルト縁の摩耗を減らすことができ、従ってベルト寿命も延ばす。

定着器アセンブリの実施形態は、オフセットを減らすためにオイルを用いるゼログラフ装置において、及び、離型オイルを用いる代わりにワックスといった離型剤を含むトナー粒子を用いる“オイルレス”装置において、トナーを定着させために用いることができる。定着器ベルトの層の構造体及び組成は、ゼログラフ装置において、離型オイルを用いるか用いないかに応じて変更することができる。

Ｈ：定着ステーション
１３０：媒体
１５０：定着器アセンブリ
１５２：定着器ロール
１５４：加圧ロール

Claims

ゼログラフ装置のための定着器アセンブリであって、
定着器ベルトと、
前記定着器ベルトを支持する第１のロールと
を含み、前記第１のロールは、該第１のロールに軸方向に沿って及び前記定着器ベルトの幅に沿って延びる第１の加熱要素及び第２の加熱要素を含んでおり、前記第１の加熱要素は前記第２の加熱要素よりも長いものであり、
前記定着器アセンブリはさらに、
前記定着器ベルトを支持する第２のロール
を含み、前記第２のロールは、該第２のロールに軸方向に沿って及び前記定着器ベルトの幅に沿って延びる第３の加熱要素及び第４の加熱要素を含んでおり、前記第３の加熱要素は前記第４の加熱要素よりも長く、
前記第１の加熱要素と第３の加熱要素は同じ長さであり、
前記第２の加熱要素と第４の加熱要素は異なる長さである
ことを特徴とする前記定着器アセンブリ。
ゼログラフ装置のための定着器アセンブリであって、
外面を含む定着器ベルトと、
前記定着器ベルトを支持する定着器ロールと
を含み、前記定着器ロールは、該定着器ロールに軸方向に沿って及び前記定着器ベルトの幅に沿って延びる第１の加熱要素及び第２の加熱要素を含んでおり、前記第１の加熱要素は前記第２の加熱要素よりも長いものであり、
前記定着器アセンブリはまた、
前記定着器ベルトを支持する第１のアイドラ・ロール
を含み、前記第１のアイドラ・ロールは、該第１のアイドラ・ロールに軸方向に沿って及び前記定着器ベルトの前記幅に沿って延びる第３の加熱要素及び第４の加熱要素を含んでおり、前記第３の加熱要素は前記第４の加熱要素よりも長いものであり、
前記第１の加熱要素と第３の加熱要素は同じ長さであり、
前記第２の加熱要素と第４の加熱要素は異なる長さであり、
前記定着器アセンブリはさらに、
加圧ロールと、
前記定着器ロールと前記加圧ロールとの間のニップと、
第１の位置で、前記定着器ベルトの前記外面上の第１の温度を感知するための第１の温度センサと、
前記第１の位置から軸方向に離間された第２の位置で、前記定着器ベルトの前記外面上の第２の温度を感知するための第２の温度センサと、
前記第１、第２、第３、及び第４の加熱要素に電力を供給するための少なくとも１つの電源と、
前記電源と前記第１及び第２の温度センサに接続されたコントローラと
を含み、
前記コントローラは、前記第１及び第２の温度間の温度差を示す前記第１及び第２の温度センサからの信号を受信し、前記温度差及び前記ニップに給送される媒体の幅に基づいて、前記定着器ベルトの前記幅にわたり温度特性を制御するのに、前記第１、第２、第３及び第４の加熱要素をオンとオフに切り替えるよう前記電源を制御する
ことを特徴とする前記定着器アセンブリ。