JPH11174902A

JPH11174902A - カラー画像形成装置

Info

Publication number: JPH11174902A
Application number: JP9363303A
Authority: JP
Inventors: Motoi Kato; 基加藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 1999-07-02

Abstract

(57)【要約】【課題】オーバーシュートを抑制して定着ローラ及び
加圧ローラの寿命を延命し、さらに安定した画像を得る
ことのできる信頼性に優れたカラー画像形成装置を提供
する。【解決手段】モノカラー連続モードにて、スタンバイ
目標温度より第１プリント目標温度に設定を切り換え
後、さらにプリント枚数が所定の枚数に達した時点で第
２プリント目標温度に切り換えを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真方式のカラ
ー画像形成装置に関し、とくに連続して単色画像を形成
する場合に特徴を有する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のカラー画像形成装置とし
て、例えば複写機、レーザビームプリンタ、インクジェ
ットプリンタ等があり、主に電子写真方式のカラー複写
機の製品化は活発に行われている。

【０００３】ホストであるコンピュータ側のＣＰＵ性
能、記憶容量等の向上あるいは電子カメラの登場により
パーソナルユースですら画像処理、カラーＤＴＰを日常
的に行うようになった。そのため、インクジェット方式
の低価格のプリンタがかなりの普及をするようにもなっ
た。けれども、扱い可能な画像データ量がどんどん増加
していくにつれてユーザーのニーズとしてさらにより高
画質なカラープリンタが求められている。

【０００４】近年では、レーザビーム方式のカラープリ
ンタへの応用もなされ始めており、市場にもいくつかの
機種が現れるようになってきている。

【０００５】モノクロプリンタにおいてはレーザービー
ムプリンタが低価格化したことと高解像度、高信頼性が
達成されたことでビジネスユースにおいてはほぼ定番と
なっていることもあり、当方式のカラー化の要求は高い
ものがある。

【０００６】ただ、装置全体が複雑、大型化することと
いう問題等があり、普及率を高めるためにはよりいっそ
うの小型化、低コスト化が必要である。また、パーソナ
ルユースに近づくことからよりいっそうの安全性への配
慮や信頼性の向上が必要さとれる。

【０００７】次に、レーザビームプリンタのカラー化に
ついて述べる。

【０００８】画像形成部の画像形成の方式は転写ドラム
を用いて転写体上に多重像を順次形成していく方式、或
は中間転写体に形成した多重転写像や感光体上に形成し
た多重現像像を転写体に一括転写する方式等が存在して
いた。

【０００９】カラートナーは混色性及びＯＨＴの透過性
を高めるためにモノクロトナーに比べ低融点、低溶融粘
度の非磁性トナーを用いている。

【００１０】このためカラー定着では、一般にトナーが
定着ローラ表面に融着するいわゆるオフセットを防止す
るための離型剤として耐熱性のシリコーンオイルを定着
ローラ表面に塗布する方式を採用していた。

【００１１】しかし、プリンタでは複写機以上に低コス
ト化のために、より簡単な２層あるいは単層のローラ構
成が求められ、オイルボルト等の消耗品のないフリーメ
ンテ化が要求されるようにってきている。

【００１２】これについては根本的に解決する手段とし
て、オイルレス定着方式を検討して、従来のシリコーン
オイルに代わり離型性を有するワックスをトナーに内包
するタイプのトナーを用いることにより定着のオイルレ
ス化を図ることが可能であることを見出し、これを実現
した。

【００１３】ワックス内包トナーに対してこれと離型性
の良いフッ素樹脂（ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＣＰＴ
ＦＥ等）を定着ローラの表面に設けたローラ構成とする
ことで、オイルレスのカラー定着が可能となったばかり
でなく、加圧ローラも同様の構成とすることで両面定着
への対応も可能となり、連続プリント時でのオフセット
を防止することができた。

【００１４】さらに、フルカラーはもちろんのこと、従
来のモノクロプリンタの長所であるモノクロ高画質と高
速性をそのまま備えたものであることが必要である。ま
た、ハガキ、小サイズ紙、封筒、厚紙、ラベル紙等の各
種転写体に対して広い対応性を有するものであると同時
に高速化を実現するものでなくてはならない。

【００１５】モノクロプリンタの長所であるモノクロ高
画質と高速性をそのまま備えたものとするためには以下
のような問題点があった。

【００１６】カラー定着ローラにはシリコーンゴム、フ
ッ素樹脂等の耐熱材料が用いられているが、プリンタが
高速化するにつれて熱ローラ系においては定着性を確保
するために定着，加圧ローラ間のニップがしだいに大き
くなる方向にシフトしている。

【００１７】このため、定着，加圧ローラは一般的に芯
金上にシリコーンゴム等の耐熱性を有する厚い弾性体層
を形成して構成されるものであるが、弾性体層の厚みは
しだいに厚くなる傾向がある。

【００１８】また、その材料はより低硬度なものへと移
行しているが、低硬度化の方向をめざした場合には、材
料を硬くしてしまう金属フィラー等の外添は抑えなけれ
ばならないため、熱伝導率の向上がはかりにくくなる。

【００１９】すると、定着，加圧ローラの表面と芯金界
面との温度差は大きくなり、耐熱性を有するシリコーン
ゴムにとってさえも耐久性には不利な方向となり、定着
ローラの寿命を縮めることになっていく。

【００２０】通常、定着の温調はローラの表面温度を接
触式のサーミスタで検知して制御する方式が広く用いら
れている。

【００２１】定着，加圧ローラの表面温度を一定の目標
温度に対して制御を行うため、芯金の温度はローラ内部
のヒータの発熱量に応じてゴム内部の温度差の分だけ表
面温度より高くなっている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、転写ド
ラムを用いて転写体上に多重像を順次形成していく方
式、或は中間転写体に形成した多重転写像や感光体上に
形成した多重現像像を転写体に一括転写する方式等の画
像形成方式において、本発明者らの検討によれば、フル
カラー４色連続プリント時には上記のようにローラ表面
と芯金界面の温度差はゴム材料の耐熱性の限度内である
が、モノカラー連続プリント時においてはこの温度差が
増大し、以下のような不都合が生じることが判明した。

【００２３】すなわち、モノカラー連続プリント時にお
いては潜像、現像形成等が１色ですむ分、通過頻度が高
くなる（通常４倍）ため、それだけヒータの平均発熱量
が大きくなり、通過中にできていたローラのゴム中の熱
勾配が連続通過終了後になって芯金の熱がローラ表面に
移動して表面温度が大きくオーバーシュートしたり、小
サイズ紙や封筒を連続通過した場合に通過域外のローラ
端部では大きく昇温してしまうという問題のあることが
判明した。

【００２４】そして、ローラ表面温度が２２０〜２３０
℃を越えた場合にはシリコーンゴムの熱劣化が起こって
しまいゴム剥がれや表面離型層の剥離や劣化が発生する
ことがあった。

【００２５】図７にＡ４の１０５ｇ紙のプリント時にお
けるオーバーシュートの状態を示す。

【００２６】横軸はプリント枚数、縦軸は定着，加熱ロ
ーラ表面温度を表す。

【００２７】下の折れ線は実際の枚数に対する表面温度
の変化、上の折れ線はその枚数でプリントを終了した場
合のオーバーシュートのピーク温度を表す（通常プリン
ト終了後１分〜１分半程度かかって到達する。）。

【００２８】ローラ表面温度がプリント目標温度と一致
して安定するまでにかなりの枚数がかかることがわか
る。これはローラの芯金とゴム層が厚い熱容量の大きい
定着系であることによる。

【００２９】さて、スタンバイでローラが静止状態のと
きにはスタンバイ温度１７０℃としている。ローラが前
回転を始めると（サーミスタへの単位時間当たりの熱流
入が増加する等の理由で）、サーミスタの検知温度が３
〜４℃程度上がってしまう。そのためプリント開始直後
にヒータがＯＦＦしてしまう状況が発生してプリント初
期の定着性が不利になることがあった。

【００３０】プリント直後では、まだ、スタンバイ時と
同様に芯金とローラ表面温度は近いため芯金からローラ
表面に向かう熱流は少なく、ほぼゴム表面の熱容量で定
着を行わねばならない。

【００３１】そのため、なるべく早く芯金を加熱して芯
金から表面へと向かう熱流をつくり出してやる必要があ
る。

【００３２】そこで、プリント温度を１０℃高めの１８
０℃とすることによってプリント開始直後のヒータＯＦ
Ｆは防止されプリント初期の定着性は確保された。

【００３３】しかし、スタンバイ温度１７０℃からプリ
ント目標温度をそれより高い１８０℃とした場合、プリ
ント枚数が３０枚を越えた時点で、芯金からローラ表面
へと熱が向かって、表面温度が大きくオーバーシュート
し、表面温度は２００℃を越えてしまい、ローラの寿命
低下が起こっていた。

【００３４】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、オー
バーシュートを抑制して定着ローラ及び加圧ローラの寿
命を延命し、さらに安定した画像を得ることのできる信
頼性に優れたカラー画像形成装置を提供することにあ
る。

【００３５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、未定着画像が形成された転写体を
加熱して転写体上の画像を定着させる定着手段を備え、
転写体上に単色画像を形成する場合は、多色画像を形成
する場合よりも、１枚あたりの画像形成が短時間で済
み、前記定着手段の待機時間が短縮されるカラー画像形
成装置において、連続して単色画像を形成する場合に
は、所定の枚数に達した時点で、所定部の加熱温度を、
第１目標温度より低い、第２目標温度に設定する制御を
行うことを特徴とする。

【００３６】従って、定着手段表面温度のオーバーシュ
ート或は転写体不通過の定着手段端部昇温を抑制するこ
とができる。

【００３７】前記所定の枚数とは、使用可能最大電圧で
連続して単色画像を形成し続けた場合に、前記定着手段
の表面温度が第１目標温度に達する以前の枚数であるこ
とが好ましい。

【００３８】これにより、使用電圧によらず、共通な転
写体枚数で第２目標温度を設定できる。

【００３９】未定着画像が形成された転写体を加熱して
転写体上の画像を定着させる定着手段を備え、転写体上
に単色画像を形成する場合は、多色画像を形成する場合
よりも、１枚あたりの画像形成が短時間で済み、前記定
着手段の待機時間が短縮されるカラー画像形成装置にお
いて、連続して単色画像を形成する場合には、所定の枚
数に達した時点で、画像出力スループット若しくは画像
定着速度を、遅くする制御を行うことを特徴とする。

【００４０】従って、定着手段表面温度のオーバーシュ
ート或は転写体不通過の定着手段端部昇温を抑制するこ
とができる。

【００４１】前記画像出力スループット若しくは画像定
着速度を、遅くする制御は、多段階に分けて遅くするこ
とが好ましい。

【００４２】これにより、定着手段表面温度のオーバー
シュート或は転写体不通過の定着手段端部昇温をさらに
抑制することができる。

【００４３】転写体サイズの情報に応じて前記制御の温
度設定値或は前記所定の枚数を設定することが好まし
い。

【００４４】これにより、細かい設定条件が求められ、
よりよく定着手段表面温度のオーバーシュート或は転写
体不通過の定着手段端部昇温を抑制することができる。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ないかぎりは、この発明の範囲をそれらのみに限定する
趣旨のものではない。

【００４６】（第１の実施の形態）図１に第１の実施の
形態の構成図を示す。

【００４７】この図１では、カラー画像形成装置として
中間転写体を用いたカラーレーザビームプリンタを示し
ており、以下に画像形成の概略を述べる。

【００４８】まず、像担持体である感光体ドラム１０１
は所定の周速度で回転駆動される。

【００４９】次に、感光体ドラム１０１は１次帯電器１
０２により所定の極性、表面電位に一様に帯電される。

【００５０】ここに、露光手段であるレーザスキャナー
からのレーザ１０３により露光されることで、静電潜像
が形成される。

【００５１】この静電潜像に対して各色現像機４１〜４
４のうち、現像器４１（マゼンタ現像器）から１色めの
マゼンタトナーが現像され、顕像化がなされる。

【００５２】現像方式は非磁性１成分の非接触方式によ
り行われる。現像スリーブと感光体ドラム１０１間に
は、適度な現像バイアスが印加されることで、トナーは
現像スリーブ上から感光体ドラム１０１上の潜像部位に
現像される。

【００５３】中間転写ローラ２０は、感光体ドラム１０
１に適度な圧力をもって当接配置されており、両者間に
適度な１次転写バイアスを印加することによりトナーは
感光体ドラム１０１側から中間転写ローラ２０へと１次
転写される。

【００５４】中間転写ローラ２０はシリンダー芯金上に
中抵抗の電気抵抗（体積抵抗１０Ｅ５〜１１Ω・ｃｍ）
を有するソリッドあるいは発泡体の弾性体層を設けて構
成される。

【００５５】弾性体層表面にはトナーに対する離型性を
向上させるためＰＴＦＥ等のフッ素樹脂コート等による
離型層２２を設けている。

【００５６】中間転写ローラ２０に１次転写後の感光体
ドラム１０１の表面は、クリーニング装置１４により残
トナーを除去される。

【００５７】この後、２色めのシアン、３色めのイエロ
ー、４色めのブラックが順次同様の過程を経て中間転写
ローラ２０上に１次転写されて行き、各色トナー像が多
重形成される。

【００５８】中間転写ローラ２０近傍には２次転写のた
めの２次転写ローラ２５が接離可能に配置されており、
中間転写ローラ２０及び２次転写ローラ２５の両者間に
適度な２次転写バイアスを印加することにより両者ニッ
プ間を通過する転写体上に多重トナー像を一括転写を行
う。

【００５９】２次転写ローラ２５は芯金２６上に中抵抗
な弾性体２７を設けて構成されている。

【００６０】転写体は供給カセット１０９から供給ロー
ラ１１０と分離爪（不図示）により１枚分離されて給送
され、転写体ガイド１１２にガイドされて搬送され、レ
ジストローラ１１１で同期をとって、中間転写ローラ２
０及び２次転写ローラ２５のニップ間に到達し、２次転
写がなされつつ通過する。

【００６１】中間転写ローラ２０表面の２次転写後の残
トナーは、１次転写時と逆極性のバイアスを中間転写ロ
ーラ２０と感光ドラム１０１間に印加することにより、
中間転写ローラ２０上から感光ドラム１０１上へと戻さ
れ、最終的にクリーニング装置１１４に回収される。

【００６２】２次転写後の転写体は定着装置へと送ら
れ、定着手段としての定着ローラ１と加圧ローラ２間の
ニップを通過して定着、混色がなされる。

【００６３】片面画像の場合はこのまま排出トレイへと
排出される。両面画像の場合は１面目が定着された後、
転写体は一旦別の紙パス方向Ａへと送られ、スイッチバ
ックされて、両面ユニット部Ｂへと運ばれ、次の２面目
形成時に前述ニップ間に到達し、１面目と反対面側に２
次転写がなされつつ通過して、その後排出トレイへと排
出される。

【００６４】図２に本実施の形態に係る定着装置を示
す。

【００６５】定着ローラ１は２層より成っており、上層
１ｃにＦＥＰまたはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＣＰＴＦＥ等の
コートもしくはチューブによるフッ素樹脂離型層を有す
る。

【００６６】また、下層１ｂにはカラー画像の単色〜４
色の多重トナーの厚み変動（数〜数十μｍ）に追従する
ためと、ニップを確保するために、アルミニウム等の芯
軸上に弾性層として得るＬＴＶもしくはＨＴＶシリコー
ンゴムを用いている。

【００６７】弾性が小さいとニップが小さくなり定着性
の確保が困難である他、トナー凹部の未定着やトナーの
つぶれによる解像低下をもたらすため、適度な弾性を要
する。

【００６８】加圧ローラ２も定着ローラ１と同様に上層
フッ素樹脂離型層２ｃ、下層シリコーンゴム弾性層２ｂ
の２層より成り、同様の材料より成っている。

【００６９】定着ローラ１には、加圧ローラ２が圧接し
て定着ローラ１との間にニップを形成しつつ回転を行う
ようになっている。

【００７０】定着ローラ１の芯金１ａは中空筒体形態と
なっており、芯金１ａの中空空間には加熱体としてのハ
ロゲンヒータ３が内蔵され、定着に必要な熱供給がなさ
れる。

【００７１】加圧ローラ２も定着ローラ１と同様に、芯
金２ａ内部の中空空間に加熱体としてのハロゲンヒータ
３′により加熱される。

【００７２】定着，加圧ローラ１，２の温度制御は、所
定部として定着ローラ１にサーミスタ４を接触配置、も
しくは所定部として加圧ローラ２にサーミスタ４′を接
触配置し、その検知温度に伴う抵抗値変化により、接触
した各ローラの表面温度を検知し、制御装置（図示せ
ず）によりローラ表面温度を所定値となるようにハロゲ
ンヒータ３，３′のＯＮ・ＯＦＦ制御を各々独立に行っ
ている。

【００７３】サーミスタ４，４′は定着，加圧ローラ
１，２表面の温度変化を検出するもので、転写体のロー
ラ通過が中央位置基準であれば中央に置くことが、通過
時のローラ表面の温度変化を検出し易く好ましい。

【００７４】定着温度は１５０〜１９０℃の範囲でリッ
プル±４℃以内とし、ローラ周速は３０〜１３０ｍｍ／
ｓｅｃの範囲、加圧力は４０〜６０ｋｇｆとした。

【００７５】定着ローラ１は直径４０φ（直径４０ｍ
ｍ）、弾性層１ｂシリコーンゴムは厚さ２．１ｔ（厚さ
２．１ｍｍ）、ゴム硬度３°（ＪＩＳ−Ａ）であり、ベ
ンガラ等の顔料、もしくはシリカまたはカーボン等の添
加剤を加え熱伝導性を向上させるのが望ましい。

【００７６】表面離型層１ｃは厚さ３０μｍのＦＥＰも
しくはＰＴＦＥ、ＣＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂の
チューブまたはコート層より形成する。

【００７７】加圧ローラ２も同じく直径４０φ（直径４
０ｍｍ）、弾性層ゴム厚さ１．９ｔ（厚さ１．９ｍｍ）
であり、表面離型層２ｃも３０μｍ厚の同材料より成
る。

【００７８】定着ローラ１及び加圧ローラ２の両者間に
形成されるニップ巾は８．５ｍｍであった。

【００７９】続いて温調制御の説明に移る。本実施の形
態においては同一の転写体に対してスループットまたは
定着速度の異なる複数の連続通過モードを有している。
例えば、フルカラー（多色）連続モードと、モノカラー
（単色）連続モードの各モードである。

【００８０】そして、モノカラー連続モードにて、少な
くも第１目標温度としての第１プリント目標温度と、こ
れより低い第２目標温度としての第２プリント目標温度
を有し、プリント画像信号を受けた以後にスタンバイ目
標温度より第１プリント目標温度に設定を切り換え後、
さらにプリント枚数が所定の枚数に達した時点で第２プ
リント目標温度に切り換えを行う。

【００８１】実験では、スタンバイ目標温度を１７０
℃、第１プリント目標温度を１８０℃、第２プリント目
標温度を１７０℃に設定した。

【００８２】この場合、第１プリント目標温度は目標温
度とはいうものの、本実施の形態の使用状態では実際の
ローラ表面温度は、必ずしもこの目標温度まで到達する
必要はなく、プリント初期で確実にヒータＯＮを行うた
めのいわばダミー温度であるため、スタンバイ目標温度
よりもある程度高温であれば良い。

【００８３】プリント終了後は、再びスタンバイ目標温
度１７０℃に戻る。

【００８４】ヒータ３，３’は共に１２７Ｖ定格４９０
Ｗのものを用いた。

【００８５】そこで、定着ローラ１と加圧ローラ２の熱
容量は、初期の立ち上がり時間を合わせるように同一の
２９０Ｊ／Ｋとしている（シリコーンゴムとアルミ芯金
との体積あたりの熱容量はほぼ等しいため、ゴムと芯金
の厚みの和が等しくなるように定着ローラ１の芯金厚さ
を２．５ｔ（厚さ２．５ｍｍ）、加圧ローラ２の芯金厚
さを２．７ｔ（厚さ２．７ｍｍ）とした。）。

【００８６】モノカラー連続プリント後の昇温（オーバ
ーシュート）対策のため、図３（ｂ）のような温調制御
を行い、動作チェックと効果を確認した（なお、図３
（ａ）は従来制御を表す。）。

【００８７】制御には、目標温度を下げる所定の枚数を
ｎ、定着，加圧ローラスタンバイ目標温度をＴｓｔ、定
着，加圧ローラ第１プリント目標温度をＴｐｒ１、定
着，加圧ローラ第２プリント目標温度をＴｐｒ２とした
パラメータを可変として最適な値を探索した。

【００８８】確認条件として実用下よりも広範囲な、環
境：室温１０〜３０℃、湿度１０〜８０％ＲＨの範囲、
ヒータ電源電圧：８５〜１４０Ｖの範囲、紙種：放置紙
６４〜１０５ｇ／ｍ²（Ａ４、Ｌｅｔｔｅｒ）の範囲を
とった。

【００８９】この結果、モノカラー連続プリントについ
ては、オーバーシュートの昇温ピークを従来２０５℃に
対し本発明１９５℃と従来設定より１０℃下げることが
できた。定着性に対してはＡ４：１０５ｇ紙の連続５〜
７枚目でも従来と本実施の形態との差はなかった。

【００９０】最適設定値としては、ｎ＝５、Ｔｓｔ＝１
７０℃、Ｔｐｒ１＝１８０℃、Ｔｐｒ２＝１７０℃の値
を得た。

【００９１】Ｔｐｒ２を、従来ではＴｐｒ１で維持する
温度より、１０℃下げた値とした結果、昇温ピーク温度
を１０℃下げることができた。

【００９２】なお、制御はプリント枚数が所定の枚数に
達した時点で、目標温度をＴｐｒ１から、それより低い
Ｔｐｒ２に切り替えるようにしている。温調制御にはＯ
Ｎ・ＯＦＦ制御方式を採用した。

【００９３】目標温度に対して、それ以上ではヒータ
３，３’はＯＦＦ、それよりわずかに０．７℃下がった
時点でヒータＯＮとなるようにした。０．７℃の不感域
を設けた理由は、各ヒータ３，３’のＯＮ・ＯＦＦのち
らつきをなるべく防止するためである。

【００９４】プリント信号が入った時点で即座にスタン
バイ目標温度から第１プリント目標温度へ切り替える理
由は、以下のようなものである。

【００９５】厚いゴム厚のローラ構成では、内部のヒー
タ３，３’がＯＮしてから実質的にローラ表面温度が上
がり始めるまでに、５〜６秒程度の時間（本ローラ構
成）を要するため、プリント初期段階での定着性を確保
する上で、少しでも早く内部のヒータ３，３’をＯＮさ
せて予め芯金を蓄熱させておくためである。

【００９６】定着，加圧ローラ１，２が静止状態から前
回転状態になるとサーミスタ４，４’とローラ表面の熱
接触が向上して検知温度が３〜４℃は高くなる傾向があ
るため、Ｔｐｒ１がＴｓｔに対して５℃程度高いだけで
は必ずしもヒータ３，３’がＯＮするとは限らない。そ
こでＴｐｒ１にはＴｓｔに対して１０℃近くは高めの値
としておくのが望ましい。

【００９７】また、ハガキ等のように紙長の短い転写体
では定着，加圧ローラ１，２ニップに転写体不通過時間
で高めの温度を検知しやすくなるため、ヒータ３，３’
がＯＦＦしないようにＴｐｒ１からＴｐｒ２に切り替え
る所定の枚数ｎの設定は３枚以上としておくとプリント
初期の定着性を確保することができた。

【００９８】各種転写体における連続通過中のローラ表
面温度は、４〜８枚程度でＴｐｒ１の設定値より低い最
低値（１４０〜１５５℃）に達し、それ以後では上昇を
始める。

【００９９】Ｔｐｒ２に達するのに２０〜３５枚程度要
し、各ヒータ３，３’はそれまでずっと完全ＯＮの状態
であった。

【０１００】また、本実験装置の使用可能最大電圧であ
る１４０Ｖでの使用時には、ヒータ３，３’の出力は５
７０Ｗで１００Ｖの３４０Ｗの１．７倍にもなり、ロー
ラの昇温速度は早くなる。

【０１０１】このため、使用電圧によらない共通な所定
の枚数とするには、使用可能最大電圧でモノカラー連続
通過を行ってＴｐｒ１に達する温度以前の枚数としなけ
ればならず、結局、ｎを８以下にとる必要があった。

【０１０２】スタンバイ時はローラの保温のためのヒー
タの発熱量は、２５℃環境で定着ローラ１及び加圧ロー
ラ２とも約６０Ｗであった。

【０１０３】モノカラー連続通過（Ａ４：１０５ｇ／ｍ
²紙）を１６ｐｐｍ（枚／分）の割合で行ったとき温調
安定時では定着ローラ１は１６５Ｗ、加圧ローラ２は１
９５Ｗ要した。

【０１０４】フルカラー連続通過は４ｐｐｍの割合で行
ったが、温調安定時で定着ローラ１は９０Ｗ、加圧ロー
ラ２は１１０Ｗ要した。

【０１０５】なお、フルカラー連続通過後のオーバーシ
ュートはほとんど発生していないため、枚数制御の必要
はなかった。

【０１０６】プリント時で加圧ローラ２より定着ローラ
１の消費電力が少ない理由はユニット側板から底板、本
体への熱の逃げが上部に設けられた定着ローラ１は小さ
いためと、加圧ローラ２から定着ローラ１に温められた
空気の自然対流があるためプリント時の余分な放熱時は
上の保温効果が大きいためとみられる。

【０１０７】なお、本実施の形態では定着ローラ１が上
部、加圧ローラ２が下部に設けられたものであったが、
これに限らず定着ローラ１が下部、加圧ローラ２が上部
であってもよい。

【０１０８】モノカラー連続通過時の安定状態からプリ
ント終了した場合の図７で示した温度増分の理由を述べ
る。

【０１０９】熱の逃げを無視した場合、安定状態ではゴ
ムの厚みにわたって、均一な熱勾配の状態からアルミ芯
金１ａ，２ａの熱がゴム弾性層１ｂ，２ｂへと拡散し
て、定着，加圧ローラ１，２全体の熱平衡が起こる過程
で熱量は保存するとみなして、次の値程度であると見積
もられ、ヒータ３，３’の発熱量と温度増分はほぼ比例
関係にある。

【０１１０】 ΔＴ〜｛１＋１／（１＋Ｃ₁／Ｃ₂）｝・Ｒ₁・（Ｗ−Ｗ₀）／２ …（Ａ）Ｃ₁：ゴムの熱容量、Ｃ₂：芯金の熱容量、Ｒ₁：ゴム
の熱抵抗、Ｗ₀：スタンバイ時のヒータ発熱量、Ｗ：連
続通過時の安定状態でのヒータ発熱量但し、ここで、放熱はローラの表面のみで行われるとみ
なし、アルミの熱抵抗はゴムに比べはるかに小さいので
無視した。

【０１１１】Ｃ₁：１００Ｊ／Ｋ、Ｃ₂：１９０Ｊ／
Ｋ、Ｒ₁：０．２１Ｋ／Ｗとして温度増分の実測値との
比較を示す。大体一致しており、モデルも合っているも
のと考えられる。

【０１１２】これによると、温度増分は、モノカラー連
続通過では計算値１８〜２３℃、実測値２２〜２５℃、
フルカラー連続通過では計算値５〜９℃、実測値６〜９
℃となり、モノカラー連続通過ではフルカラー連続通過
に対して、非常にオーバーシュートによる温度上昇が大
きいことがわかる。

【０１１３】なお、安定状態での平均発熱量（転写体不
通過間も含めてならした値）については環境の影響は受
けるものの、電圧の影響は直接にはないため、電圧によ
らずオーバーシュートは本手法で改善される。

【０１１４】これらの手段は、特に、ヒータ配光のピー
ク位置が通過可能最大紙巾より内側に、最小紙巾より外
側に配置されている系に対して、定着，加圧ローラ端部
昇温抑制の効果も大きいものとなる。

【０１１５】本実施の形態に使用するトナーとしては、
トナーの中に予め離型剤として溶融粘度と分子量がトナ
ー母体樹脂より小さいワックス、パラフィン等の離型剤
を内添した重合法によるトナーを使用した。

【０１１６】これにより、高い混色性を達成し、かつ定
着時にはトナーから熱により内包されたワックスが滲み
だし、定着装置の離型効果を高めた構成でのオイルレス
化を達成している。

【０１１７】重合トナーの概略構成について述べる。

【０１１８】重合トナーは、その製造法上球形となる。
本実験ではコアとしてエステル系ワックスを内包し、中
間樹脂層にスチレン−ブチルアクリレート、表層にスチ
レン−ポリエステルという構成の重合トナーを用いた。

【０１１９】その比重は約１．０５である。３層構成と
なっている理由は、コアにワックスを内包することで、
定着工程でのオフセット防止効果が得られ、また、表層
に樹脂層を設けることによって帯電効率のアップを図っ
ているためで、また、実際に使用時には、トリボ安定化
のためにオイル処理したシリカを外添している。

【０１２０】製造する方法としては、樹脂，低軟化点物
質（ワックス）からなる離型剤，着色剤，荷電制御剤等
を加圧ニーダーやエクストルーダー又は転写体分散機を
用い均一に分散せしめた後、機械的又はジェット気流下
でターゲットに衝突させ、所望のトナー粒径に微粉砕化
せしめた後、更に分級行程を経て粒度分布をシャープ化
せしめトナー化する所謂粉砕方法によるトナーの製造方
法がある。

【０１２１】この他に、特公昭５６−１３９４５号公報
等に記載のディスク又は多流体ノイズを用いた溶融混合
物を空気中に霧化し球状トナーを得る方法や、特公昭３
６−１０２３１号公報，特開昭５９−５３８５６号公
報，特開昭５９−６１８４２号公報に述べられている懸
濁重合方法を用いて直接トナーを生成する方法や、単量
体には可溶で得られる重合体が不溶な水系有機溶剤を用
い直接トナーを生成するソープフリー重合方法に代表さ
れる乳化重合方法等を用いトナーを製造することが可能
である。

【０１２２】本実施の形態においては、比較的容易に粒
度分布がシャープで４〜８μｍ粒径の微粒子トナーが得
られる常圧下での、または、加圧下での懸濁重合方法を
用い、モノマーとしてスチレンとｎ−プチルアクリレー
ト、荷電制御剤としてサリチル酸金属化合物、極性レジ
ンとして飽和ポリエステル、さらに着色剤を加え、重量
平均粒径７μｍの着色懸濁粒子を製造した。

【０１２３】トナー粒度分布制御や粒径の制御は、難水
溶性の無機塩や保護コロイド作用を有する分散剤の種類
や添加量を変える方法や機械的装置条件、例えばローラ
の周速・パス回数・撹拌羽根形状等の撹拌条件や容器形
状又は、水溶液中での固形分濃度等を制御することによ
り所定の本実施の形態のトナーを得ることができる。

【０１２４】トナーに用いられる結着樹脂としては、一
般的に用いられているスチレン−（メタ）アクリル共重
合体，ポリエステル樹脂，エポキシ樹脂，スチレン−ブ
タジエン共重合体を利用することが出来る。

【０１２５】重合法による直接トナーを得る方法におい
ては、それらの単量体が好ましく用いられる。

【０１２６】これらは、単独または一般的には出版物ポ
リマーハンドブック第２版ＩＩＩ−Ｐ１３９〜１９２
（ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ社製）に記載の理論
ガラス温度（Ｔｇ）が、４０〜７５℃を示すように単量
体を適宜混合し用いられる。

【０１２７】理論ガラス転移温度が４０℃未満の場合に
は、トナーの保存安定性や現像剤の耐久安定性の面から
問題が生じ、一方７５℃を越える場合は定着温度の上昇
をもたらし、特にフルカラートナーの場合においては各
色トナーの混色が不十分となり色再現性に乏しく、更に
トラペン画像の透明性を著しく低下させ高画質の面から
好ましくない。

【０１２８】これらの着色剤と、単独又は混色し更には
固溶体の状態で用いることが出来る。

【０１２９】本実施の形態の着色剤は、色相角，彩度，
明度、耐候性，トラペン透過性，トナー中への分散性の
点から選択される。該着色剤の添加量は、樹脂１００重
量部に対し１〜２０重量部添加して用いられる。

【０１３０】黒色着色剤として磁性体を用いた場合に
は、他の着色剤と異なり、樹脂１００重量部に対し４０
〜１５０重量部添加して用いられる。このように、トナ
ーをシャープメルトからワックス内包タイプとすること
で、オイルレスを実現している。

【０１３１】このような実験結果から、モノカラー連続
モードにおいて、定着，加圧ローラ１，２表面の最大ピ
ーク温度をこれまでより抑えることができ、オーバーシ
ュートを抑制することができる。

【０１３２】また、最小紙巾より外側の定着，加圧ロー
ラ端部昇温も抑制することができる。

【０１３３】なお、この方法は、普通紙だけでなくＯＨ
Ｔ（トランスペアレンシート）のモノカラー連続モード
に対しても有効である。

【０１３４】また、これらの制御は転写体サイズ、例え
ば紙長，紙巾，紙厚等、の転写体判別手段もしくは判別
情報等の情報で、転写体に応じてモノカラー連続モード
の温度制御の温度設定値としての初期値，変更値或は所
定の枚数等の設定値を変えるようにすると一層効果的で
ある。

【０１３５】さらにこの場合、定着性は定着，加圧ロー
ラ表面温度で決定されるため、温度変化の最下点温度で
定着性が確保されている限り、第２プリント目標温度を
温度変化の最下点温度より高く設定しておけば、必ず定
着性を確保することができる。

【０１３６】（第２の実施の形態）或は、モノカラー連
続モードを、所定の枚数ｎに達した時点で、画像出力ス
ループット自体を下げてヒータの所要平均発熱量を低下
させるようにすることでオーバーシュートや、更には、
後述する小サイズ紙での端部昇温を防止することも可能
であることが続く実験にて判明した。

【０１３７】その他の構成および作用については第１の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分についての説
明は省略する。

【０１３８】画像出力スループット（以下スループット
という）１６ｐｐｍ（枚／分）でのオーバーシュートは
２２〜２５℃、８ｐｐｍでは１３〜１７℃、４ｐｐｍで
は６〜８℃の程度となっており、スループットが下がる
につれ、オーバーシュートは大幅に低減された。

【０１３９】この結果の理由を説明するものとして図４
にＡ４、１０５ｇ紙を室温２５℃、定着温度１７０℃、
定着速度１２０ｍｍ／ｓにて１６、８、４ｐｐｍの各ス
ループットでモノカラー連続プリントを行ったときのヒ
ータ３，３’の所要平均発熱量を表す。

【０１４０】なお、示した測定値は連続プリントの枚数
がすすんで温調が安定状態となった状態のものであり、
過渡期のものではない。

【０１４１】定着，加圧ローラ１，２のニップを転写体
が通過している時間と紙間の空き時間も含めた時間平均
の発熱量をワッテージとして表している。

【０１４２】プリント時の所要平均発熱量はヒータ３，
３’ともｐｐｍの値に対して、ほぼリニアとなってい
る。このことから１６ｐｐｍに対して８ｐｐｍのオーバ
ーシュートは半分程度、４ｐｐｍのオーバーシュートは
１／４程度と大幅に小さくなることが納得される。

【０１４３】そこで、本発明者らは第１の実施の形態で
の温度の枚数制御に加えて、ＣＯＭ１０封筒等を含めた
小サイズ紙におけるオーバーシュート及び端部昇温の対
策として、スループットの枚数制御を盛り込み、実験を
行った。

【０１４４】なお、スループットの枚数制御の切換枚数
は温度設定の切換枚数と必ずしも同じである必要はな
い、紙巾の小さいＣＯＭ１０封筒等でモノカラー連続プ
リントを数十枚行う場合に、オーバーシュート及び端部
昇温が著しい。

【０１４５】そこで、プリント初期１６ｐｐｍに相当す
る速度で転写体通過を行い、プリント枚数ｎ＝１０に達
すると同時に８ｐｐｍへの切換を行うことでオーバーシ
ュート及び端部昇温のより大きな改善があった。

【０１４６】なお、１６→８→４ｐｐｍ相当の転写体通
過速度となるような多段階制御を設けても良い。

【０１４７】これらの手段により、プリント枚数が多い
場合はオーバーシュート及び定着，加圧ローラ端部昇温
が抑制されると同時に、プリント枚数が少ない場合には
最初から低い８あるいは４ｐｐｍのスループットで行う
よりも高速な出力が可能となる。

【０１４８】このように、プリント枚数がある設定値に
達した時点でプリント開始初期時点よりスループットを
下げるようにしてもオーバーシュートや端部昇温は抑制
することができる。

【０１４９】また、これらの制御は転写体サイズ、例え
ば紙長，紙巾，紙厚等、の転写体判別手段もしくは判別
情報等の情報で、転写体に応じてモノカラー連続モード
の温度制御の温度設定値としての初期値，変更値或は所
定の枚数等の設定値を変えるようにすると一層効果的で
ある。

【０１５０】（第３の実施の形態）転写体の種類によら
ずモノカラー連続モードでは、プリントの枚数がすすむ
につれ、いずれはプリント第２目標温度に到達するが、
到達までの時間は転写体によって異なるため、紙長、紙
巾を検知して特定種類のみ枚数制御の設定条件、例えば
ｎを変えるようにしても良い。

【０１５１】その他の構成および作用については第１の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。

【０１５２】紙長がより短いものの場合には、同じスル
ープットでは、ヒータの所要平均発熱量は小さくて良い
ため、初期のヒータが完全ＯＮの状態では、ローラ表面
温度はより早くより少ない枚数で第２目標温度に到達す
る。

【０１５３】そこで、供給・搬送時にフォトセンサー等
で紙長を検知して、図５に示したように転写体サイズに
応じたモード分けを行うことができる。

【０１５４】例えば、転写体サイズがＡ４，Ｌｅｔｔｅ
ｒではｎ＝８として、Ｂ５，ＥＸＥではｎ＝５、Ａ５で
はｎ＝３というように設定しておき、転写体に応じてき
めの細かい温調を行えば、温調変動は最小に抑えられ、
より安定した画質（定着性、グロス等）を得ることがで
きる。

【０１５５】なお、紙巾についても供給トレイ、供給カ
セットに紙巾センサーを設けて検知すれば良い。

【０１５６】また、紙巾検知により最もサイズの小さい
封筒、ハガキ類については定着、加圧ローラ１，２の端
部昇温防止のため第２の実施の形態のごとくスループッ
トを落とすことを併用するとなお良い。

【０１５７】これは、前述の様に小サイズ紙では温調の
みでは転写体通過域外の端部昇温を防ぐのが難しい場合
があるからである。

【０１５８】このように、転写体の判別は紙長、紙巾、
紙厚、光の反射性、透過性等を各所センサにより供給中
もしくは転写体搬送中に検知するか、もしくは、ホスト
コンピュータにより、ユーザがディスプレイ上で転写体
種を選択して入力する等により目標温度やスループット
の切換えを最適に行うことができる。

【０１５９】例えば、ハガキ等の小サイズ紙や規格をは
ずれた不定形紙に対しても使用する転写体に応じてオー
バーシュートがないように予め設けた複数のモードに対
して自動的に最適モードを決定、もしくは、選択するこ
とができる。

【０１６０】また、スループットや定着速度と合わせて
条件を変えるようにするのも良い。連続通過後のオーバ
ーシュート時の温度増分ΔＴがある値以下になるように
するには平均発熱量＜Ｗ＞ａｖｅをある値以下とすれば
よい。

【０１６１】そこで、転写体の大きさを検知して、予め
用意された最適なモード（定着速度、ｐｐｍ）で出力す
ることが可能である。

【０１６２】ここで、最適と言う意味は、オーバーシュ
ートが一定値以下でスループット（ｐｐｍ）が最大にな
るという意味であり、当然定着性は確保されているもの
とする。

【０１６３】予め使用する転写体サイズと紙厚とが指定
されていれば、第２プリント目標温度の設定温度を紙厚
の薄いものでは低めに設定して、オーバーシュートを抑
制するのも良い。

【０１６４】また、転写体厚センサを設けることも差し
支えない、光学特性により材質等を検知する手段を設
け、その影響を考慮すればより、安定した温調を行うこ
とも可能である。

【０１６５】また、温湿度センサにより環境条件に伴う
温調補正を行うことも可能である。

【０１６６】なお、複数枚ＰＲＴ→昇温ピーク→複数枚
ＰＲＴのようなサイクルを繰り返すような状況に対応す
るためにプリント履歴に基づく温調制御を行ってもよ
い。

【０１６７】（第４の実施の形態）なお、今まで述べた
プリント枚数に応じた制御方法はＯＮ・ＯＦＦ制御とし
て説明したが、位相制御、ＰＷＭ制御等で行っても同様
の効果を得るものである。

【０１６８】また、ヒータ３，３’の温調を定着，加圧
ローラ１，２とも独立に行っていたが、例えば、サーミ
スタ４′のみ（もしくは４のみ）の１つのサーミスタ制
御でこれを行うことも可能である。

【０１６９】この場合の利点としては、サーミスタ当接
による定着，加圧ローラ１，２表面の傷防止、コストダ
ウンがあげられる。

【０１７０】第１，第２の実施の形態と同一の構成部分
については同一の符号を付して、その説明は省略する。

【０１７１】まず、最初の立ち上がりを定着，加圧ロー
ラ１，２とも同じ時間とするためヒータ発熱量／ローラ
熱容量の比を定着，加圧ローラ１，２とも合わせておく
のが望ましい（正確にはローラ熱容量にはばらつきがあ
る他、ヒータ出力にも±５％程度ばらつきがあるため、
例えば下加圧ローラで温度検知する場合には上の定着ロ
ーラ熱容量をわずかに数％上げておく方が安全であ
る。）。

【０１７２】このようにしても、定着，加圧ローラ１，
２のヒートリークがそれぞれ異なることがある。

【０１７３】そのため、ヒータ３，３’の点灯比率（ｄ
ｕｔｙ）を同一として制御した場合にはスタンバイ時に
定着，加圧ローラ１，２の表面温度がずれることがあ
る。これらの問題はヒータ３，３’の点灯比率を変えた
ｄｕｔｙ制御により解決することができる。

【０１７４】その制御の様子を図６に示す。ここでは、
スタンバイ時にヒータ３に対してヒータ３’の点灯時間
を短く制御した。

【０１７５】プリント時のようにローラが回転している
状態では定着，加圧ローラ１，２の表面で熱交換が行わ
れるため、定着，加圧ローラ１，２間の温度の大きいず
れはあまり起こりにくいが、わずかなずれが画質に影響
を与えるようなら、第２の実施の形態で述べたような発
熱量となるように各種転写体に応じて例えば設定した所
定の切換枚数ｎ以後でＴｐｒ２のｄｕｔｙ比を変えれば
良い。

【０１７６】

【発明の効果】本発明は、連続して単色画像を形成する
場合には、所定の枚数に達した時点で、所定部の加熱温
度を、第１目標温度より低い、第２目標温度に設定する
制御を行うことで、定着手段表面温度のオーバーシュー
ト或は転写体不通過の定着手段端部昇温を抑制すること
ができる。

【０１７７】所定の枚数とは、使用可能最大電圧で連続
して単色画像を形成し続けた場合に、前記定着手段の表
面温度が第１目標温度に達する以前の枚数であると、使
用電圧によらず、共通な転写体枚数で第２目標温度を設
定できる。

【０１７８】連続して単色画像を形成する場合には、所
定の枚数に達した時点で、画像出力スループット若しく
は画像定着速度を、遅くする制御を行うことで、定着手
段表面温度のオーバーシュート或は転写体不通過の定着
手段端部昇温を抑制することができる。

【０１７９】画像出力スループット若しくは画像定着速
度を、遅くする制御は、多段階に分けて遅くすると、定
着手段表面温度のオーバーシュート或は転写体不通過の
定着手段端部昇温をさらに抑制することができる。

【０１８０】転写体サイズの情報に応じて前記制御の温
度設定値或は前記所定の枚数を設定することで、細かい
設定条件が求められ、よりよく定着手段表面温度のオー
バーシュート或は転写体不通過の定着手段端部昇温を抑
制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１の実施の形態に係るカラーレーザビ
ームプリンタを示す全体構成図である。

【図２】図２は第１の実施の形態に係る定着手段を示す
概略断面図である。

【図３】図３（ａ）は従来技術の温度制御を示すグラフ
図であり、図３（ｂ）は第１の実施の形態に係る温度制
御を示すグラフ図である。

【図４】図４は第２の実施の形態に係るスループットと
ヒータ所要発熱量を示す表図である。

【図５】図５は第３の実施の形態の係る転写体に応じた
温度制御の例を示した表図である。

【図６】図６は第４の実施の形態に係るヒータの点灯制
御を示すグラフ図である。

【図７】図７は従来技術でのオーバーシュートの発生を
表したグラフ図である。

【符号の説明】

１定着ローラ２加圧ローラ３，３’ ハロゲンヒータ４，４’ サーミスタ１０定着装置２０中間転写ローラ２５２次転写ローラ４１〜４４各色現像器１０１感光ドラム１０２１次帯電器１０９供給カセット１１４クリーニング装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】未定着画像が形成された転写体を加熱し
て転写体上の画像を定着させる定着手段を備え、転写体上に単色画像を形成する場合は、多色画像を形成
する場合よりも、１枚あたりの画像形成が短時間で済
み、前記定着手段の待機時間が短縮されるカラー画像形
成装置において、連続して単色画像を形成する場合には、所定の枚数に達
した時点で、所定部の加熱温度を、第１目標温度より低
い、第２目標温度に設定する制御を行うことを特徴とす
るカラー画像形成装置。
【請求項２】前記所定の枚数とは、使用可能最大電圧
で連続して単色画像を形成し続けた場合に、前記定着手
段の表面温度が第１目標温度に達する以前の枚数である
ことを特徴とする請求項１に記載のカラー画像形成装
置。
【請求項３】未定着画像が形成された転写体を加熱し
て転写体上の画像を定着させる定着手段を備え、転写体上に単色画像を形成する場合は、多色画像を形成
する場合よりも、１枚あたりの画像形成が短時間で済
み、前記定着手段の待機時間が短縮されるカラー画像形
成装置において、連続して単色画像を形成する場合には、所定の枚数に達
した時点で、画像出力スループット若しくは画像定着速
度を、遅くする制御を行うことを特徴とするカラー画像
形成装置。
【請求項４】前記画像出力スループット若しくは画像
定着速度を、遅くする制御は、多段階に分けて遅くする
ことを特徴とする請求項３に記載のカラー画像形成装
置。
【請求項５】転写体サイズの情報に応じて前記制御の
温度設定値或は前記所定の枚数を設定することを特徴と
する請求項１、２、３又は４に記載のカラー画像形成装
置。