magicolor5400 シリーズエンジンを支える技術
高生産性とコンパクト化技術
Technologies behind the High Productivity and Small Size of the MC5400 Color Tandem Printer

森

上

祐

介＊

豊

吉

直

樹＊＊

中

根

英

Morikami, Yusuke

Toyoshi, Naoki

Nakane, Eiji

田

金

大

中

雅

樹＊＊＊＊

Tanaka, Masaki

井伸

夫＊＊＊＊＊

Kanai, Nobuo

南

泰

治＊＊＊

米

田

哲＊＊＊

Yoneda, Satoru

一＊

Ohminami, Taichi

１ はじめにカラープリンタを取り巻く環境は極めて激動である。
2002年，カラープリンタで低速クラストップシェアを奪取した当社４サイクル方式のmagicolor2300シリーズの発売から２年後，市場はすでに同商品群に半値以下を要求し，またタンデム方式のカラープリンタの台頭によりカラー印刷速度は数倍に跳ね上がった。
我々はタンデム方式のカラープリンタ市場投入に遅れを取っており，従ってタンデム方式のメリットである高速カラー印刷において世界No.1を目指すべく開発を進めた。併せて４サイクル方式のマシン同様にコンパクトで要旨あることがデスクトッププリンタの必須要件であり，こ2004年，我々は世界最速のA4フルカラープリンタを開発し市場投入に成功した。本マシンは世界最速の出力枚れらを併せ持つ高速領域のコニカミノルタフラッグシッ
プマシンの開発が急務であった。

数を誇るだけでなく，高生産性やコンパクト性など世界

2 0 0 4 年，我々は世界最速のA 4 フルカラープリンタ

トップの機能や品質を多く搭載したコニカミノルタプリ

magicolor5400シリーズを開発し市場場投入に成功した。

ンタのフラッグシップ機である。これらを支えるのは，

発売当時このマシンは世界最速の出力枚数を誇ったばか

現像・転写・定着・光学・画像技術・駆動をはじめとす

りでなく，現時点においても高生産性やコンパクト性なるコニカミノルタの最先端の技術であり，我々はこれら

ど業界トップの機能や品質を多く搭載したコニカミノル

をタイムリーにお客様に提供することが使命である。

タプリンタのフラッグシップ機である。

magicolor5400シリーズで達成した技術開発について報告

本レポートは，magicolor5400シリーズに搭載されたコ
ニカミノルタ最先端の技術を紹介するものである。

する。

Abstract
We have developed an A4 full color printer with thehighest print speed in the world, which was launched on
the market in 2004. This machine is the flagship of Konica
Minolta printers, which features many No.1 functions andhigh quality. The most advanced technologies of Konica
Minolta, including the technologies of developer, transfer,fuser, optics, imaging and driving, are incorporated in theprinter, marketed as the magicolor 5400.
This report describes the technological development forthe magiclor 5400 series.
＊コニカミノルタビジネステクノロジーズ㈱機器開発本部 機器第３開発センター 第 31 開発部＊＊コニカミノルタビジネステクノロジーズ㈱機器開発本部 機器第１開発センター 第 12 開発部＊＊＊コニカミノルタビジネステクノロジーズ㈱機器開発本部 機器第２開発センター 第 22 開発部＊＊＊＊コニカミノルタビジネステクノロジーズ㈱機器開発本部 機器第３開発センター 第 32 開発部＊＊＊＊＊コニカミノルタビジネステクノロジーズ㈱機器開発本部 画像技術開発部

２ 商品コンセプト
２．１

コンパクト

magicolor5400シリーズのエンジン構成は，Fig.１に示すように重箱構成となっている。下段より給紙カセッ

Fig.1 Process layout of the MagiColor 5400 series engine

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

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ト，レーザ光学ユニット，プロセスユニット（感光体や現像部など），転写ユニット，トナーホッパー，定着ユ
ニット，排紙である。
構成に関しては，競合各社が斜め配置や縦型配置など
様々な工夫を凝らしているが，我々の研究によれば横型の重箱構成が最もデッドスペースが少なくできマシン容積を小さくできる。プリンタの設置面積は最大用紙サイ

Fig.3 An example where the process units are placed above
the transfer unit

ズよりも小さくはならないため，最大用紙サイズ（つまり給紙カセット）の投影面積内に如何に高さを抑えて内容物を詰め込めるかがコンパクト化のポイントだからである。従ってデッドスペースが生じる斜め配置は効率が悪い。各種プリンタの設置面積比較をFig.２に示す。

Fig.4 comparison of height between a desktop computer
and the MagiColor 5400

さらに本マシンでは，中間転写方式の作像を採用する
ことで，装置片側に通紙部を集約している（Fig.１）。直接転写方式を採用しコンパクト化を両立しようとすると，どうしても用紙アクセスとメンテナンスアクセスを
Fig.2 Comparison of footprints among A4 color printers

重複せざるを得ない（Fig.５）。本マシンでは右側の扉を用紙アクセス専用とし正面の扉をメンテナンス用とした構成におけるデスクトッププリンタの必要条件としてことで，コンパクトでありながら用紙へのアクセス時に設置面積以外にマシン高さを抑えることが必要である。

メンテナンス部品にアクセスせずにできることなどお客特に高速のタンデム方式プリンタのように複数のユーザ様にわかり易い，そして簡便な操作性も実現している。

にシェアして使用される場合は，個人のデスクサイドというよりもグループでシェアされるデスク等に設置させる場合が多く，デスクトップ用PCよりも低い高さである
ことが条件と考えている。これ以上の高さのプリンタを備えることはオフィスでの作業環境を著しく低下させてしまうのである。同じ設置面積でもマシン高さを犠牲にしてしまう点で縦型構成もまた効率が悪いのである。
本マシンでは高さを抑制する為に横型の重箱構成以外に，トナーホッパーとプロセスユニットで転写ユニット
を挟み込む構成をとっている（Fig.１）。トナーホッパーとプロセスユニットを転写ユニットの片側に構成すると以下のような欠点があるからである。Fig.１で転写ユニッ
トの上側にトナーホッパーとプロセスユニットを構成しFig.5 Accessibility to the paper path in a printer equippedwith the direct transfer system

た場合，プロセスユニットから２次転写位置まで時間が上述のように本マシンは横型の重箱構成であり，従っ多くかかりファーストプリントタイム（最初の１枚を印てマシン高さを低くしコンパクト化を達成する為には，字するまでの時間）が伸びてしまいお客様の生産性を損各々のユニットを最大用紙サイズ内で構成し，且つ各ユ

なうこととなる（Fig.３）。またFig.１で転写ユニットの下

ニットの高さを極限まで抑えることが必要である。この側にトナーホッパーとプロセスユニットを構成した場合

場合給紙カセットの高さなどは用紙収容量で決定されるは，転写ユニットと定着ユニットが重なり合えずにマシことから，コンパクト化達成のキーユニットはレーザ光

ン高さを犠牲にしてしまう。

学ユニット，プロセスユニット，転写ユニット，定着ユ

本マシンでは上述の構成を採用しマシン高さを汎用のデスクトップPCよりも低く構成できている（Fig.４）。

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ニットとなる。これらについては，後述３〜６項で詳細を紹介する。

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

２．２

高速化

magicolor5400シリーズは，カラー画像へのこだわり

高速化の壁となる技術は主に現像技術，定着技術，
レーザ光学技術である。上記以外の技術分野においてもと，お客様の生産性を両立させる技術を達成しているのである。詳細を７項で紹介する。

当然高速化に伴う障害は多々発生するものの，多くは費用と時間をかければ解決する課題であり（無論費用などは製品コンセプトを左右する案件ではあるが，技術的にみれば課題ではなく制約条件である）ここでは，コンパク
トで高速というコンセプトの障害となる意味で上記３つの技術を取り上げている。そして我々はこれら３つの技術を完成させ，Fig.６に示すように世界最高速のカラープ
リンタを市場投入することができた。

Fig.7 Comparison of printed pages at the continuing job(1 hour) among A4 color printers on the market

第２にウォーミングアップタイム（マシンが印刷可能な状態になるまでの時間）である。お客様が印刷指示してからプリントが開始されるまでの時間は，お客様にとっては無駄な時間である。しかしカタログ上のウォー
ミングアップタイムはこれを代表する数値ではない。何Fig.6 Comparison of printing speed among A4 color printerson the market in June, 2005

故なら，ウォーミングアップが終了したからといってマシンが印刷状態になるとは限らないからである。よくな
かなか印刷が開始されないという経験がないだろうか。

２．３

高生産性

この原因はほぼカラー画像をチューニングしていること

しかしながら印字速度の競争はスポーツの世界記録とに起因する。これらを解決するためには，高速でウォー

同じでいつか破られる。今後も我々を含め各社がこの競

ミングアップ可能な定着技術と，ウォーミングアップ中争を続けていくであろう。しかし我々は，お客様にとっにマシンを印字可能状態にするためのチューニング技術ての高速化の価値がカタログ記載の印字速度ではないこが必要である。我々は高速で印刷可能な状態に昇温するとを知っている。特にタンデム方式のプリンタの場合

定着技術と，定着昇温中に高速でカラー画像のチューニ

は，プリントボリューム（決められた期間にどれだけのングを行う技術を開発し，本マシンに搭載しており，こ印刷をするか）は飛躍的に高くなる。このように大量印れについて４項，７項で紹介する。

刷をもこなすマシンに要求されるのは，印刷の高速化で第３に自動カラー・モノクロ判別モード：A C S

はなく，さらに広義な高生産性であると我々は考えてい（Automatic Color Selection）である。我々の原稿はカる。本マシンでは，お客様の印刷生産性を高める機能をラーとモノクロが混在することが多い。本マシンは原稿いくつか備えている。

の種類を自動判別し，カラー原稿はカラー印字モード

第１に連続印刷時の印刷枚数である。たとえば1000枚

で，モノクロ原稿はモノクロ印字モードで印刷できるよの印刷を行うことを想定してみよう。本マシンは25.6枚機う構成されている。もちろんモノクロ印字モードではカ（A4サイズ）であるので，単純計算ではおよそ39分で終ラープロセスは一切働くことはない。従って，この機構了するはずであるが，実際は多くのロスタイムが加算さによりカラーとモノクロが混在する原稿を印字する場

れ50分近くかかる。Fig.７に各種プリンタを１時間連続印

合，全てカラーモードで印字する従来機に比べ，はるか

刷したときの印刷枚数比較を示す。

に安価な印字が可能となるのである（つまりモノクロ印

我々は，このロスタイムを極限まで抑える技術を開発

字モードではカラー消耗品を消費しないということであし，本マシンに搭載している。ロスタイムといわれる無る）。カタログ上で１枚あたりの印字価格が安い，高いと駄には種々あるが，その多くはカラー画像のチューニン

比較されがちであるが，我々はお客様の実質的な費用をグである。これは画質がカラー機の真骨頂であるからで軽減することに重心を置いている。

あり，どのマシンもこの部分に大いなるこだわりをもっしかしながら，これら２つのモードの切り替えに時間ている。そして画像へのこだわりがモノクロ機との大きがかかっていたのでは冒頭の本マシンコンセプトに大いな差異でもある。

に反することになる。つまりお客様の生産性を犠牲にし

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て，安価を提供するわけにはいかないのである。我々は高速でこれらのモードを切り替える技術を開発し本マシンに搭載しており，これを８項に紹介する。

３ 現像技術
magicolor5400シリーズはトナーホッパーとプロセスユ
ニットを一体としたカートリッジ構成を取ることで，一成分現像方式でありながら，内部にはトナー補給機構と(a) Photo

トナーの循環機構を取り入れて高い信頼性と画像均一性を確保し，12,000枚の長寿命化を達成している。

(b) Cross section

Fig.10 How the cartridges are mounted

また，転写ベルトユニットを挟み込むユニークな形状とすることでコンパクトなマシン構成に寄与すると伴プロセスユニット部と転写ユニットの上下の位置関係に，一体型カートリッジとしてユーザ操作性の大幅な向により生じる違いをFig.11に示す。矢印はモノクロ印刷時上を実現した。

の一次転写から定着までの画像の経路を示している。
プロセスユニット部を転写ユニットの下に配置する構

３．１

全体構成

成aを採ることで，青の矢印で示すように画像形成時間

カートリッジ全体の外観は，Fig.８に示すようにコの字を短くすることができ，商品コンセプトのひとつである形状となっている。上部にトナーホッパー部を，下部にファーストプリントタイムを早くすることができる。一現像と感光体周辺からなるプロセスユニット部を備え，方，一般的な上位置配置bの構成を採ると赤の矢印で示

前面の結合プレート内でトナー補給管が上下を繋ぐ構成

すように画像形成時間は長くなってしまう。

である。

(a) Below the transfer(b) Above the transfer

Fig.11 Comparison of length of the paper path in different
configurations of the process unit

Fig.8 Perspective view of the cartridge

一体型のカートリッジを下位置に配置してもファース
トプリントタイムを早くすることができるが，従来のよ

一見して特異的な形状であるが，Fig.９，Fig10に示す

うなトナーホッパー部とプロセスユニット部が隣接した

ように，本体への装着時には上部と下部の間の空間に中一体型構成は設置スペースを要するため，転写ユニット

間転写ユニットを挟み込むように収まることで，装置全の位置が上方に押し上げられ本体の高さが高くなってし体のスペース利用効率が最大となるように工夫されてい

まう。

る。

本カートリッジでは，トナーホッパー部とプロセスユ
ニット部を分離して，プロセスユニット部を転写ユニットの下に配置することにより，商品コンセプトであるコ
ンパクトと高生産性を同時に実現した。
従来のカラー出力機器は，YMCK４色のプロセスユ
ニットに加え，各色のトナー補給ボトル，廃棄トナー
ボックスなど交換が必要な消耗品の点数が多く，モノク
ロ出力機器とは比較にならない煩わしさをユーザに与えていた。
今回は全ての機構を一体として構成することにより消耗品点数を極小化し，カラープリンタでありながらモノ
クロプリンタに近いユーザ操作性を提供することができ
Fig.9 Operation for installing the cartridge

18

ている。

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

３．２

プロセスユニット部構成

Fig.12にプロセスユニット部の断面を示す。左に現像器，右に感光体ユニットを備えており，現像器は現像
ギャップを一定に保つため，感光体ユニットに対し揺動可能に保持されコロ当てされている。

Fig.13 System for toner level detection

ライトガイドの材質は，光透過性，耐傷性，トナーとFig.12 Schematic diagram of the process unitの帯電性，清掃部材との帯電性を考慮して，種々の材料を検討した中から選定している。清掃部材も清掃能力に感光体ユニットは，感光体，帯電装置，クリーニング装置，廃棄トナー回収容器を備え，現像器は現像ロー
ラ，供給ローラ，規制ブレード，循環スクリュー，ト加え，耐摩耗性，帯電性を考慮して選定を行った。
また，発光面はφ2，受光面は２×３mmと検知範囲を狭い面積に設定することで検出精度を上げている。

ナー量検知機構を備えている。
トナー循環機構とトナー量検知機構が従来の一成分現

Fig.14にトナー量検出特性を示す。横軸はトナー量，縦像器とは異なる点であり，コンパクト化，高画質化を達

軸は清掃部材の往復動１サイクルあたりの光透過時間を成するために今回，開発したキー技術となる。

示している。トナー量の検出は光透過時間を閾値と比較

現像部については，magicolor2300シリーズで実績のある非磁性非接触一成分方式（SMT現像方式）を採用してすることで行っている。初期から耐久にかけて，安定した出力が得られていることが分かる。

おり，重合トナーの均一性と相まって高精細な画像再現を可能としている。
これらの機構を高密度設計により，約６cmの幅に収めることができている。
３．３

トナー量検知システム （コンパクト化技術）

現像器からトナーホッパー部を分離することで現像器
内のトナー量は20数ｇ程度となる。このトナー量は少な
くなり過ぎると画像がかすれ，多くなり過ぎるとオー
バーフローしてしまうため，高精度なトナー量の制御が要求される。
従来のトナー量検知方式では精度が低く，設置するス
ペースも無いため，ライトガイドを用いたコンパクトでFig.14 Characteristic curves of the toner level detection

高精度な検出システムを開発した。
上述した機構と材料の選定により，コンパクトな構成
Fig.13にトナー量検知システムの構成を示す。ライトガ

で十分なトナー量検出精度を達成することができた。

イドにより，現像器内に光束を導き，容器内のトナーの高さに応じて透過光量が変化することを利用してトナー

この検出結果に基づいて，トナーは逐次，補給され現量を検知している。検知部分は現像器の中にありトナー

像器内のトナー量は一定のレベルに保たれるように制御の噴煙にさらされるため，常時清掃部材が往復動を行っされている。このような構成を取ることで，耐久期間をて発光面，受光面に付着するトナーを清掃している。清通してトナー状態が安定することが後藤ら１）によって研掃部材の駆動はウォーム機構を用いて，供給ローラの回究されている。本現像器でもその効果が確認され長寿命転運動を往復運動に変換することで取り出している。

化を実現している。

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３．４

トナーの循環システム （高画質化技術）

り，一体型カートリッジで長寿命化を実現した。

画像の均一性を確保するため，現像器内には２本のス・トナーの循環システムの搭載により，オフィスでのクリューを備え，内部のトナーを長手方向に循環させて使用に耐えうる画像の均一性を実現した。

いる。
Fig.15に循環システムの断面図を示す。

４ 定着技術
magicolor5400シリーズの定着器は，ベルト定着技術（Fig.18a参照）をベースに，更なるコンパクト化，高速化，ショートウォームアップ化を実現させたものであり
以下にその技術的側面を紹介する。

Fig.15 Cross section of a toner circulation system

現像器の幅を狭く構成するため，スクリューは略上下に並べて配置している。上下のスクリュー径は通常の二成分現像器で用いる径の1/2程度とし，トナーの搬送量はリードと回転数で調整している。
トナーは下スクリューで装置の奥側へ搬送され，奥端

Fig.16 Perspective view of the fuser unit

部から上スクリューに汲み上げられる。汲み上げられた
トナーは，上スクリューでガイド板上を装置手前側へ搬定着のコンパクト化と高速性の両立は，定着ニップを送され，ホッパーから補給されてきたトナーと混合され構成するローラ対を小径化することにポイントがある。

て，ガイド板の手前端部から下スクリューに落下する。

Japan Hardcopy ’97 Fall Meetingで発表したベルト定着
技術は，ローラ定着と比較し，定着ニップ構成に工夫を我々はオフィスでの使用時に求められる画質項目のひ加え，小径のローラ対にて定着ニップを構成できるといとつとして，濃度の均一性が重要であると考えた。プレう特徴がある。現在まで多くのプリンタやMFPにて製品

ゼンテーション文書，販促資料などカバレッジの高い原化され，第１世代から第３世代に至るまで常にコンパク

稿，用紙上でカバレッジに偏りのある原稿及びそれらのト化や高速化に対応している。

大量印刷を想定したものである。

・第１世代：スポンジローラと加圧ローラで形成さ現像器をコンパクト化した結果として，現像器長手方

れ，Color Page Proにて製品化された。

向のトナー消費量の偏りや急激なトナー消費は，濃度の・第２世代：厚肉化されたスポンジローラと加圧ロー均一性を損ないやすくなる。狭いスペースであるが，小ラで形成され，bizhubC350など数多くの径のスクリューを配置しトナーの循環を行うことで濃度

プリンタや複写機にて製品化された。

の均一性を実現している。

・第３世代：定着パッドと加圧ローラで形成され，
magicolor5400シリーズにて製品化され

３．５

まとめ

た。

magicolor5400シリーズのカートリッジは，上述したコンパクト，高画質化技術と構成を搭載し，以下の特徴を

４．１

構成

Fig.16に第３世代の構成図を示す。定着ベルトは基材の達成することができた。
・ユニークな『コの字形状』の採用と高密度設計技術

ポリイミドにシリコンゴムとフッ素樹脂を被覆したエンで製品のコンパクト化，高生産性に寄与している。

ドレスベルトである。ベルト内部には，定着パッドと加・トナーホッパー，現像装置，感光体，クリーニン

熱ローラを配置している。定着パッドは芯金/樹脂基材/

グ，廃棄トナー収容部を一体化し，カラープリンタ

弾性層/表層で構成され，加熱ローラはアルミローラであでありながら，モノクロプリンタと同等のユーザ操り，内部にヒーターランプを，外部に温度検出 手段

作性を実現した。

（サーミスタとサーモスタット）を有している。加圧・コンパクトなトナー容量検知システムの開発によ

20

ローラは，鉄芯金にシリコンゴム/フッ素樹脂を被覆してKONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

いる。定着ニップは，定着パッドと加圧ローラとで構成

magicolor5400シリーズに搭載した定着パッドは，加圧し，ニップ出口の曲率を定着パッドにて大きく形成する

ローラの外径におおよそ沿わせた形状にすることによことにより，トナーとベルト表面の離型に有利な構成とり，小径のローラにて必要な定着ニップ幅を構成するこしている。定着ニップ幅は，ローラ定着に対し同等のとが可能となった。また，Fig.18に示すように，定着パッローラ外径にて約２倍のニップ幅を確保できている。

ドを固定配置することにより，定着ベルトを小径化でき更なる小型化にも大きく寄与している。

４．２

コンパクト定着技術

トナーを溶融させるためには定着ニップにて熱と圧力

４．３

高速定着技術を与えることが必要である。ある一定以上の圧力を確保

高速定着にはトナーを溶融させるための熱量と圧力をした場合，定着強度を確保するために必要な定着ニップ

確保することと，熱供給を追随させることが必要である。

時間はほぼ一定である。高速化を検討する場合は，定着新規採用した定着パッドは，トナーへの伝熱機能

ニップ時間を維持するために，より長い定着ニップ幅が（ニップ時間確保）と加圧機能を分離して設計すること必要となる。従来は定着ニップ幅を確保するために，が可能である。ニップ時間の確保は，加圧ローラに沿わ

ローラの弾性変形を利用し，ニップ時間と圧力を確保しせた定着パッド形状の幅を変更することで任意に設定でていたが，弾性変形にも限界があり，Fig.17に示すようきる。また，圧力分布はFig.19に示すように定着パッドのに，高速化に伴い，より大径のローラ対を選択していた。例えば，ベルト定着（第２世代まで）はローラ対による定着ニップ構成であったため，A4T25.6枚機のプロセ
ス速度に対応するにはローラ対の外径合計が65mm必要であった。コンパクト化を達成する上で，小径ローラ対にて幅広定着ニップ幅を確保することが課題であった。

Fig.19 Various design of pressure distribution in the fuser nip ofthe 3rd generation belt fuser: (a) Example 1, (b) Example 2

曲率を変更することにより，定着ニップの出口位置の圧力変化をコントロールできる。
熱追随性は，熱源（ヒータランプ）からトナーと接触する面（ベルト表面）までに伝熱抵抗となる熱伝導率の低い部材であるポリイミド，シリコンゴムとフッ素樹脂
Fig.17 Relationships of process speed and fuser roll diameter層の総厚を定着ベルト剛性を保てる範囲内で極力薄くすることにより，十分な熱追随性を確保している。連続印
字を行っても各用紙において，用紙先端から後端まで均
一な光沢画像が得られる。
また，新規採用した定着パッドは，分離機能の大幅な向上を実現できている。Fig.20に示すように，分離機能のパラメータである定着ニップ出口の曲率を定着パッド
は，ローラで構成でできる値よりはるかに大きくすることが可能である。その結果，従来用紙先端までトナーがFig.18 Schematic diagram of belt fuser generations:(a) 2nd generation, (b) 3rd generation

Fig.20 Cross section of the fuser nip

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）21

付着していた場合，腰の弱い用紙は分離させることができなかったが，magicolor5400シリーズの定着器は分離が可能な実力を有している。
４．４

高速昇温定着技術（ショートウォームアップ化
技術）

ショートウォームアップを実現するには，ベルト表面の昇温速度を高速化させる必要がある。昇温速度dT/dtは式1に示されるように，昇温効率ηと電力P の向上と熱容量C の削減で実現される。

dT/dt＝η×P/C……1
Fig.22 Heat roll bending vs. thickness of the corein various roll diameters

magicolor5400シリーズの定着器では，昇温効率ηの向上と熱容量C の削減により高速昇温を達成している。
昇温効率ηを悪化させる要因は，熱変換・伝熱・放熱

以上のコンパクト化技術，高速定着技術，高速昇温定による熱量ロスなどがある。magicolor5400シリーズの定着技術を搭載したmagicolor5400シリーズの定着器は，着器では伝熱によるロスの削減技術として，加圧ローラ

magicolor2200シリーズに対してに逃げる熱量をウォームアップ時間中の回転速度と，加・マシン高さ30％削減

圧ローラの熱伝導率をチューニングすることを試み，回・高速化1.5倍

転速度を遅くしすぎるとベルトを均一に加熱できないと・ウォームアップ時間約1/4

いう課題を考慮し，最適化を図った。Fig.21に示すようを達成している。

に，ウォームアップシーケンス中の回転速度が遅く，加圧ローラの熱伝導率（λ）
が低いほうがウォームアップタイ
ムは速くなる（Fig.21）。

５ 転写技術

熱容量の削減は，定着ベルトの小径化と加熱ローラ芯

本マシンの転写方式として，多様な紙種に対する画像

金の薄肉化により達成している。加熱ローラの外径は，安定性，通紙信頼性に有利な中間転写方式を採用した。

薄肉化の加工限界とベルトテンションによる撓み量によ以下に述べる転写技術によって，コンパクトで長寿命なり決定した（Fig.22）。

ユニットを実現した。

定着ベルトの内径は，内蔵される定着パッドと加熱
ローラと温度検出装置を内蔵できる最小径とした。温度５．１

超薄型転写ユニット

検出装置を内蔵する目的は，定着ベルト表面の傷を防止

デスクトッププリンタとしてマシン高さを抑えるためするためである。各径は，加熱ローラと組み合わせ可能に，転写ユニットの厚さを従来ユニットの1/2以下にする

なベルト内径にて昇温時間が最短となる，加熱ローラとことを目標に開発を行った。

定着ベルト径を選定した。

Fig.23 Transfer unit(cutaway model)

従来，駆動ローラ，従動ローラ，テンションローラのFig.21 Relationships between warming-up time and rotation
speed of the fuser unit during waiting

22

３本でベルトを張架していたが，Fig.23のように従動ロー
ラとテンションローラを１本のローラで兼用し，駆動

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

ローラと合わせて２本のローラでベルトを張架する構成の場合は影響が大きくなるためμを高くすることで必要とした。また，張架ローラも転写ユニットの厚さを薄くなFdを得るようにした。

するために小径化することを検討した。ローラを小径化した場合にベルトの屈曲が大きくなるため，停止放置時のベルトのクリープ変形（永久変形）が発生し，それが１次転写部での転写ニップ形成を阻害することで転写抜けするという課題が発生した。これを解決するために，
転写ベルトのクリープ特性をFig.24に示すように従来（magicolor 2300シリーズ）より２倍以上改善した新規材料からなる転写ベルトを選択した。この結果，駆動，従動
ローラの小径化が実現し目標を達成することができた。

Fig.26 Drive force calculated by formula (2)Fig.26に示すように，μが低い場合はθを大きくしても十分なFdが得られないが，μが高い場合はθが小さくても必要な駆動力が得られることが分かる。
そのために駆動ローラには高μで高耐久なゴムを被覆したものを採用し，従来の1/2の小径なローラにもかかわFig.24 Comparison of creep ratio between a conventional
and an improved transfer belts

らず確実なベルト回転駆動を達成できた。
５．３

１次転写

ACS機構の為に，１次転写ローラはカラー印字時にはイエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの感光体に対し
５．２

中間転写ベルト駆動て圧接するが，モノクロ印字時はブラックの感光体のみ

ベルト駆動の基本式２）であるオイラー式2を示す。ベに圧接し，カラー３色は退避する。この機構を駆動ロー

ルト駆動力Fd，張り側テンションT1 ，緩み側テンション

ラ直径以下のスペースに収める必要があった。そこで，

T2 ，巻きかけ角度θ，ローラとベルトの摩擦係数μからなり，静止状態のベルトテンション2T はT1 とT2 の合力になる。
（Fig.25）

従来用いられている発泡半導電ゴムを被覆した転写ローラではなく，直径を従来比で1/2にした金属製の転写ローラを採用した。

小径ローラであってもベルトがスリップすることなく回転駆動するために，これらのパラメータを最適化した。

Fd=T1−T2 =T2（eμθ−1）
T1 +T2 =2T

……2
……3

Fig.27 Illustration to explain Ibackground >> Iimage in the case thatthe transfer resistance is low

従来の半導電性１次転写ローラは所定の抵抗を有する
Fig.25 Schematic diagram to explain Euler's formulaのに対して，金属製のローラはほぼ 0Ωである。そのため，Fig.27のように画像パターンが無い部分で１次転写電Fig.26は2式においてμとθを変化させたときのFdを

流 Ibackground が感光体に過剰に流れてしまい，感光体を逆プロットしたものである。ハッチング部分は必要な駆動

帯電させて転写メモリーと呼ぶ画像ノイズを発生する課力が得られずにベルトがスリップしてしまう領域である。

題が生じた。

テンションTは大きいほどFdを大きくすることが可能

そこで，感光体と１次転写ローラの当接位置をFig.28のであるが，ベルトに与えるダメージを極力抑えるためあようにオフセットすることで中間転写ベルトの電気抵抗る程度以下にする必要がある。

を積極的に利用し感光体への過剰電流を防止している。

駆動ローラのθは理想的には180度であるが，実際にはトナーを転写するのに必要な転写電圧と転写メモリーのベルトのたわみ反力により小さくなる。特に小径ローラ発生しない転写電圧の許容幅が最大になるようにオフ

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）23セット量と中間転写ベルトの電気抵抗の最適化を行った。

駆動ローラは前述のように小径であることを考慮し，その結果，金属製ローラにもかかわらず半導電性転写

転写ベルトと用紙を巻きつける転写前ガイドの構成を最ローラと比較して遜色ないレベルを達成した。これらの適化した。特に転写前に設けた用紙ガイド
（下）
とベルト間

方策により世界最小サイズの転写ローラと圧接離隔機構の距離は通紙障害にならない程度まで極力近づけることが完成した。

で，ベルトに対する用紙の巻きつけ量を確保した（Fig.30
参照）。また，ガイド表面と用紙との摩擦係数を低減する
ために低μの高分子材料を取り付けた。上記方策により多様な紙種での転写性および通紙信頼性を確保した。

Fig.28 Schematic diagram of the 1st transfer process

５．４

Fig.30 Schematic diagram of the 2nd transfer process

２次転写

２次転写ローラは駆動ローラと対向した位置にあり，この部分で中間転写ベルトと用紙を圧接し転写電圧を印加することで，トナー像を紙上に転写する。

５．５

中間転写ベルトクリーニング

高速化に伴って，転写ユニットの寿命も従来より長く

Fig.29は転写前のベルトに対して用紙が巻き付いていなする必要があった。過去の検討から転写ユニットの寿命

い場合の２次転写の電場解析結果である。赤く表示されはベルトクリーニング寿命が支配的であることが分かっている部分は電界が強いことを示しており，丸で囲ったている。そこでクリーニングブレードをより長寿命なも部分で中間転写ベルトや用紙の裏面の電界が強くなってのとする検討を行った。

いることがわかる。用紙と中間転写ベルトが密着する前ブレードの磨耗はスティック−スリップ運動におけるの部分の電界が，パッシェン放電開始電圧以上になると摩擦距離Lslと反発弾性Rに依存することが情野ら３）によっ放電が発生しトナーが乱れ画像ノイズを発生する。多様て報告されている。

な紙種（厚紙，薄紙，封筒，はがき等）であってもトFig.31はブレードエッジ部の拡大外略図である。ブレー

ナー像を乱すことなく転写するためには，中間転写ベルドクリーニングのLsl とRは式4のように表され，Lsl を小トと用紙を２次転写電界の影響が出ない範囲まで巻きつ

さくすることがブレードの長寿命化に必要である。なける必要がある。

お，Cは定数である。

Fig.29 Electric field analysis around the 2nd transfer area

24

Fig.31 Schematic diagram to explain cleaning parameters

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

クリーニング性能∝1/Lsl＝−C/lnR……4

ここで，ブレードのRを小さくするとLが小さくなることから，反発弾性が従来の1/2であるブレード材料を選択した。また，ブレードエッジ部に紙粉が噛み込んでしまいブレード磨耗が進んでいなくても，クリーニング不良が発生することを防ぐために中間転写ベルトを所定の間隔で逆回転させる制御を盛り込んだ。
Fig.32に耐久後のブレードエッジを45度方向から拡大した写真を示す。白く見えている部分がブレードエッジ部
分であり，反発弾性を低くした今回採用のブレードの方が従来よりも磨耗量が少なく均一であるのが分かる。
以上の方策により従来の３倍の転写ユニット寿命を達成することができた。
(a) Plan view(b) Cross section
Fig.33 Optics unit of the magicolor 5400 series
Fig.32 Photographs of worn cleaning blade edge

６．２

螺旋状シリンドリカルミラー

L B P の書き込み光学系では，半導体レーザの発した６ 光学技術レーザ光をコリメータレンズで平行光にした後，シリンタンデム方式プリンタの光学ユニットは，４つの感光体にそれぞれレーザ光を照射する必要がある。これを実

ドリカルレンズによってポリゴンミラー近傍で一旦線状に集光させるのが一般的である。

現するためには，同一形状の光学ユニットを４つ並べる

magicolor5400シリーズの光学系では，半導体レーザと方法と，全体を一つのユニットで構成して一部の素子をコリメータレンズは４組あるが，シリンドリカルレンズ

４つのレーザ光で共通に使用する方法がある。

の替わりに螺旋状シリンドリカルミラー（Spiral Cylindri-

magicolor5400シリーズでは，ポリゴンミラーと走査レン

cal Mirror：以下SCMと呼称する）を用いて，４本のレーズの一部を共通使用する構成とし，ポリゴンミラーに入ザ光をポリゴンミラー近傍で同じ高さに集光させてい射する光を束ねる部分や走査レンズに独自の工夫を施する。

ことによって小型化を達成している。

SCMは樹脂製の単一の素子であり，透明樹脂に金属蒸着を施してミラーとしている。

６．１

Fig.34は，コリメータレンズ後ポリゴンミラー前の光学

書き込み光学系の構成

Fig.33に示すように，本光学ユニットでは各色毎に個別

系について，４つのレーザ光の主光線を示したものであに変調される半導体レーザとコリメータレンズを４組備る。 Fig.34aは上から見たものであり，Fig.34bは横か

え，４つの平行光を，１つのポリゴンスキャナで走査しら見たものである。

ている。

SCMに入射するレーザ光は，上から見ると角度がそれ

ポリゴンスキャナで偏向された４つのレーザ光は共通

ぞれ異なるが，横から見るといずれも水平であり高さがのレンズを通過した後，分離ミラーにより４方向に分け異なっている。SCMから射出されるレーザ光は上から見られ，各色毎に設けられた個別レンズを通過した後，各ると同一であるが，横から見ると角度が異なっており，

色の感光体に導かれ露光する。

ポリゴンミラー近傍で同じ高さとなっている。

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

25

６．３

走査レンズ

ポリゴンミラーによって偏向された４本のレーザビー
ムは，走査光学系を介して４つの感光体にそれぞれ導かれる。
走査光学系は１枚の共通レンズと４枚の個別レンズで構成している。また，各光路に平面ミラーが１枚ないし２枚配置されており，共通レンズを通った光はミラーに(a) Plan view

よって１本ずつ反射されることで光路分離される。

(b) Cross section

Fig.34 Laser beam tracks from the collimator lens equippedwith the SCM to the polygon mirror

また，SCMの反射面はFig.35に示すように，各レーザ
光に対応して４つ存在し，一つの素子の上に形成されている。それぞれの面形状は，次の式によって示される自由曲面形状である４）。

(a) Plan view (the reflection mirrors are omitted)z２
x＝
4ycosθsinθ−4acosθ

……5ｚ軸：ポリゴン回転軸に平行な軸
ｘ軸：入射光束と射出光束の主光線をｚ軸に垂直な平面に射影した２直線の２等分線
ｙ軸：ｘ軸とｚ軸に垂直な軸(b) Cross section (the reflection mirrors are omitted)

なお，θは入射光とxz平面のなす角，ａは座標系原点と焦線の距離である。ａの値は４つの面で同一だが，θの値がそれぞれ異なるため，面形状はそれぞれ異なっている。
このように，SCMは，４つの光路を束ねてポリゴンミ
ラーへ導く光路合成素子の役割と，平行光を線状に集光するシリンドリカルレンズの役割を単一の素子で兼ね備えるものであり，光学ユニットの小型化に寄与している(c) Cross section (including the reflection mirrors)
Fig.36 Layout of beam tracks in the scanning optics

Fig.36は，ポリゴンミラー後の光学系について主光線を示したものである。Fig.36aは，折り返しミラーを省略した光学系を上から見たものである。また，Fig.36bは折り返しミラーを省略した光学系を横から見たもの，Fig.36c(a) Illustration(b) Photoは折り返しミラー込みの光学系を横から見たものである。Fig.36aでは４つの光路のうち一つのみを示したが，Fig.35 SCM

26

Fig.36b，Fig.36cでは重ね書きしている。

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レンズはいずれも樹脂製で，自由曲面を有している。
共通レンズは両面が自由曲面であり，個別レンズは入射
面が自由曲面，射出面が平面である。

７．１ magicolor5400シリーズ画像安定化システム
カラー画像の基本構成は，dot再現，line再現，solid再
現，と色再現である。本マシン内ではレーザ光量を調整

４本のレーザ光はポリゴンミラーに入射するときの角することでdotとline再現を良好な状態に維持している。

度がそれぞれ異なっているので，走査線湾曲と波面のね

現像バイアス印加電圧を調整することでトナー現像量をじれがそれぞれ異なる量で発生する。対称形状のレンズ

適正な量に調整し，さらにレーザ光量を調整して感光体を偏心させる方法でもある程度の補正は可能であるが，露光後電位を安定な状態に維持していることでsolid再現

今回の設計ではより高い性能を得るために，個別レンズ

を良好な状態に維持している。また転写材（記録紙）上に自由曲面を設け，それぞれを個別に最適化している。

でのdot，line，solid各再現を良好に維持するために，環自由曲面形状を用いることにより，対称形状のレンズを境センサ検知結果等から１次転写出力及び２次転写出力偏心させた場合に比べ，走査線湾曲と波面のねじれを高を調整している。最終的に転写材上で発色させるためにい次元でバランスをとることができ，走査線の直線性とは，熱と圧力によってトナーを適正な状態に溶かす必要

結像性能を高い精度で両立させている。また，fθ特性にがある。定着ユニット内部にはサーミスタが備えられてついても通常のfθレンズに比較すると１桁高いレベルでおり，検知された温度に基づいて定着ニップ部周辺温度

収差補正しており，４本のレーザ光の主走査方向におけを調整し，単に定着性を確保するだけでなく，安定した

る相対的な位置ずれが発生しないようにしている。

色再現を確保している。以上のようにカラー画像再現を

このように，ポリゴンミラー上で一旦同じ高さに集光

常に良好な状態に維持するため，さまざまな調整を搭載させたレーザ光をその後平面ミラーで光路分離する構成している。magicolor5400シリーズに搭載した画像安定化

では，ポリゴンミラーの厚みを通常のLBP用光学ユニット

システムの入力−出力の関係をまとめたものをTable １に並みに薄くすることができ，小型化には有利であるとい示す。

える。加えて，ポリゴンミラーの厚みを薄くすることでTable 1 Main contents of the image stabilizing system

ポリゴンモータの負荷を軽減することができ，高速回転させる場合にも有利である。
その一方で，ポリゴンミラーに角度をつけて入射させる構成は，ポリゴンミラーの誤差がジッタやピッチむらの原因になりやすいという不利な要素がある。
これを補うために前述のSCMや走査光学系の各光学素子に非常に高い精度を要求することになる。コニカミノ
ルタオプト㈱による生産技術開発によってこれらの樹脂製光学素子の精度が大幅に向上したことによって，今回の構成をとることが可能になり，小型化と高精度を両立できた５）。
以上述べたようにコニカミノルタの光学技術を結集することにより業界トップレベルの小型書き込み光学系を実現することができた。

７．２

高生産性対応画像安定化システムの検討①画像安定化調整時間目標値の決定
高生産性という狙いに対して何秒以内に調整を終了させる必要があるか目標値の検討を行った。まずユーザが７ 高生産性対応画像安定化技術の開発
２

商品コンセプトに記載されているように，

ロス時間を認識するのはどういう機会であるかを考えた。
１．電源ON時からプリントジョブ開始まで

magicolor5400シリーズコンセプトの１つに高生産性があ

２．スリープ状態復帰時からプリントジョブ開始までる。カラー画像を安定して出力させるためには，以降に３．プリントジョブ実行中中断時間

紹介するようなさまざまな調整が必要である。しかし，

１，２，は，ユーザが頻繁に経験する機会である。この

その調整中はジョブ印字動作を行うことができない。プ

機会では，画像安定化の調整時間とは別に定着ユニット

リントを実行しようとしているユーザにとってはロス時のウォームアップ時間が存在する。本マシン開発時間であり，不快感を持ってしまう。本シリーズ高生産性

ウォームアップ時間は，30sec以内が目標値として設定さを支えるために画像安定化システム開発メンバーが取組れた。使用ユーザにウォームアップ時間以上待たせない

んだ課題は，画像安定化調整時間の短縮及び，調整実施

ように，画像安定化調整時間も30sec以内を目標値としてタイミングの最適化である。

設定した。

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）27

これまで自社タンデム方式電子写真プリンタの中で画する物のばらつきによって発生する階調特性ばらつきを

像安定化調整時間が最も短かったのは，約１minであっ抑制することは無理であると考えていた。よって上述のた。この目標値30sec以内が達成できれば，プリントジョ

ように各ユニット交換時は，階調特性検出処理を含めた

ブ中断時間の削減による総印刷時間低減が可能となり，フル画像安定化実行は必須であり，このことが画像安定

生産性向上に寄与できると考えた。しかし，この調整時化制御を２種類に分けるに至った最大の理由である。

間短縮は従来比1/2であり，技術的に非常にレベルの高い③画像安定化制御実行タイミングの決定目標であるという認識を持って開発に取り組んだ。
②画像安定化時間短縮案の決定制御の実行タイミングは，実験により決定した。具体的な実行タイミングをTable ２に示す。

次に上述目標値30sec以内で調整を終了させる検討を行い，最終的にFig.37に示す案を短縮案とした。

Fig.37 Timing chart of the image stabilizing process in thegeneral mode

Table 2 Conditions to execute the image stabilizing sequence

実行タイミングを決定した１例をFig.38を用いて説明する。Fig.38はNN環境（23℃65%RH）で耐刷を実施した際の最大濃度推移を示している。画像調整を実施しない場

検討段階で様々な工夫を行ったが，30sec以内にTable １

合，1000枚までの濃度変化が激しく，以降徐々に変化しに示した全調整を組み入れることはできなかった。そしていく特性を持つことがわかった。この結果から，本マて画像安定化を２種類に分けるアイデアで開発を進める

シンでは1 0 0 0 枚までは安定化調整の実行間隔を短く，こととした。この２種類の画像安定化とは，通常使用時

1000枚以降は実行間隔を長く設定した。

に実施される制御（以降，通常画像安定化と記載）と各プロセスユニットが交換される場合，ユーザ使用環境が著しく変化した場合などの条件時に実行する制御（以降
フル画像安定化と記載）である。そしてこの通常画像安定化時は30sec以内で調整を終了させ，フル画像安定化時
は，Table １に示した全調整を実行することとした。フル
画像安定化実行は，ユニット交換時以外通常使用ではほとんど発生しないため，ユーザに対して必要以上に不快感を与えないと考えた結果である。
通常画像安定化には，センサ出力ゲイン処理，現像ノイズ確認処理，最大付着量制御処理，レジストレーショ
ン処理，線再現制御処理を構成した。しかし制御時間の制約から階調特性検出処理を構成することはできなかっFig.38 Change of maximum density (cyan) in the NN condition

た。階調特性検出処理は，電子写真プロセス部を直接的に制御しないがカラー画像再現を良好な状態に調整する

従来機種においては，上述のような特性が得られるとためには非常に重要な機能であることを我々は認識して安定化調整実行間隔は短い間隔で統一していた。本マシいた。この検出結果は制御コントローラ部へ通知され，ンでは，必要と考えられるタイミングで調整を実行する

カラー再現のための画像処理に使用されるからである。

こととした。その結果従来機種と比較して実行回数が低我々は最大付着量制御と線再現制御を実行すれば，階調減できている。

特性が維持でき，カラー画像調整は可能と考え，その検証を実施した。検証結果は，後述で紹介する。

④生産性改善効果

我々は，通常安定化を実行することで各プロセスユ

前述までの効果を生産性改善効果として１時間当たり

ニット部環境変動や耐刷変動による階調特性変動を抑制の印字動作時間比率を用いて示す。従来機では１時間稼することは可能と考えたが，各ユニット製造過程で発生動させるとTable ３に示すように，各種調整のため506秒

28

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

の印字中断時間が生じていた。印字動作時間比率としてRH）にマシンを設置し，NN環境設定条件で画像サンプは約86％であった。上述の改善手段により，magicolor5400

ルを採取した。その結果がFig.40 HH̲通常安定化実施前

シリーズでは中断時間は296秒に削減され，印字動作時間である。低濃度，中間調濃度，高濃度領域ともNN測定結比率は約92％まで改善された。この印字動作時間比率は果より濃度が高くなっていることがわかる。設置環境が自社においてトップレベルであり，使用ユーザが必要以

変動した場合，制御を実行しなければ階調特性は変動す

上に不快感を持たないレベルにあると考えている。

ることが確認できた。

Table 3 Comparison of interruption time during 1 hour operation

また通常使用時は，調整時間短縮の効果によりマシン
がウォームアップするとただちに印字動作開始することが可能になり，非常に効率的な動作を行うことが可能と
なった。
７．３

通常画像安定化の階調安定性検証

Fig.40 Tone fluctuation in the change of environment（Cyan）

我々は調整時間短縮のために通常画像安定化処理に階調特性検出処理を入れなかった。本検出処理を施さなく次にHH環境で制御を実行し，各プロセスユニット部のても階調安定性が確保できるか検証を実施した。

制御パラメータを設定した。この設定条件で階調特性サ①階調安定性検証実験

ンプルを採取し，画像濃度を測定した。その結果がFig.41

近年電子写真方式のカラープリンタ内階調再現処理

HH̲通常安定化実行後結果である。低濃度，中間調濃は，面積階調処理を施すのが主流である。面積階調処理

度，高濃度全領域でNN測定結果とほぼ一致した特性を得

構成は，基本的に点再現，線再現の組合せである。このることができた。

点再現，線再現を安定させれば階調特性の安定性を確保できるのではないかと考え，その検証を実施した。検証にはFig.39に代表される高線数のディザを用いた。

(a) Cyan 8th gradation level(b) Cyan 128th gradation levelFig.39 Examples of the dither patterns used in the experimentFig.41 Tone fluctuation after execution of the image stabilization(Cyan)

検証実験として，本マシンをNN環境（23℃65%RH）室に設置し，搭載予定である制御システムを実行し，Table １

上述の結果は，Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ全色で得られた。またに示した制御パラメータを設定した。この設定条件でNN環境からLL環境（10℃15%RH）への変動に対してもＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋ各色の階調特性（入力データ−画像濃度同様の結果を得ることができた。さらに耐刷変動検証で特性）サンプルを採取した。シアンの測定結果が Fig.40

も同様の結果が得ることができ，通常安定化処理での階のNN̲通常安定化実施後である。次にHH環境（30℃85%

調安定性確保に対して大いに自信を持つことができた。

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）29

②検証結果に対する考察

は，１dot再現の繰り返しで構成していることで点再現のではなぜ本案で前述のような結果を得ることができた

変動を，レーザ副走査方向は斜めではあるが１dotを連続のか考察を行った。我々はIDCセンサが転写ベルト上で検させる構成を採ることで線再現の変動を検出できている出しているのは，トナーによる隠蔽状態であると考えてと考えた。

いた。そのような考えに至った検証結果をFig.42に示す。
横軸は転写ベルト上トナー付着量である。左側縦軸は，転写ベルト上トナーパッチを検出したIDCセンサ出力であるが，0Vを０に，5Vを255とした規格化値である。右側
縦軸は，Fig.43に示したトナーパッチ拡大写真を２値化処理して，トナーによる隠蔽率０%の状態を255に，隠蔽率100%の状態を０とした規格化値である。この結果から
IDCセンサ出力と転写ベルト上トナー付着量による隠蔽率とは同様の特性であることがわかった。つまり，センサ
出力は，転写ベルト上が隠蔽されていく状態を検出していると考えたのである。

Fig.44 Example of the target pattern for line reproduction control

制御内では，複数のレーザ光量設定でパターンを作成
し，IDCセンサ検出結果に基づいて狙いのセンサ出力となるレーザ光量を設定しているが，狙いのセンサ出力に制御するということは，狙いの隠蔽率を制御していることになる。隠蔽率が制御できていれば，点再現，線再現が制御でき，その結果として前述の階調特性変動を抑制でFig.42 Characteristics of IDC sensor for toner mass
detection on the transfer belt

きていると考えている。
以上の結果から，我々は高生産性を支える技術として調整時間を短縮し，実行タイミングを最適化した画像安定化システムを搭載できた。

８ 駆動技術８．１

ACSの必要性

本マシンは，Fig.１に示し前述しているタンデム方式のカラープリンタであり，モノクロ印字モードとカラー印
字モードの両方を有している。両モードは選択的に使用できるよう構成され，原稿の各ページのモノクロ/カラー
をコントローラで自動的に判別し，混在プリント原稿に対しても，カラー原稿はカラーモードで，モノクロ原稿
はモノクロモードで印字する。これを我々はACS（AutoColor Selection）と呼んでいる。モノクロ原稿はモノクロ
印字ユニットのみで印字可能である。もちろんカラー印
字モードであってもモノクロ原稿は印字可能であるが，Fig.43 Photos of toner pattern and their respective binarized
images

その場合にはカラー印字ユニットはプリント可能な状態
で駆動しつつも，印字には全く使用しないかあるいは黒１色を不必要に４色で印字するかのどちらかである。

本案の線再現制御ではFig.44に示すような１on３offのACSはモノクロ印字時には動作しなくてもよいカラー印

パターンをセンサで検出している。レーザ主走査方向字ユニットを停止させ，使わなくても良いものをあえて

30

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

使った場合との差に値するカラー印字ユニットの消耗を低減することを目的としている。

本マシンでは，Fig.45のようにＹ，Ｍ，Ｃのカラー感光体に対し，中間転写ベルトを離間・圧接することで印字

モノクロ印字時にカラー印字ユニットを停止すること

モードを切り換えている。モノクロ印字モード時はカでカラー印字ユニットの余分な消耗を抑えれば，カラー

ラー３色の１次転写ローラは圧接を解除し，退避位置にプリンタでのモノクロ原稿のプリントコストをモノクロ移動する。カラー３色の１次転写ローラは，カムを介しプリンタのプリントコストに極力近づけることができて同時に駆動する。カムの駆動力は，図示しないが中間る。そうなれば，お客様にとってモノクロプリンタとフ転写ベルト駆動モータから取っている。カラー印字モー

ルカラープリンタの両方を設置して，原稿に応じて出力ドへの切り換えは，逆に1次転写ローラを圧接している。

先を選択することは不必要となり，ほとんどの原稿をフ同時にカラー印字ユニットの現像器を駆動させている。

ルカラープリンタで出力していただいても，プリントコ

また，モノクロ/カラーの両印字モードで常に使用されるスト面でも特に問題を感じないはずである。

黒感光体は離間・圧接を行わない。

したがって，お客様に訴求力のある１枚当たりのプリ

従来機種では，中間転写ベルトの離間・圧接には専用

ントコストの観点からみて，原稿に合わせ印字モードをのモータを使用していた。本マシンでは前述の構成をと切り換えるACSは，お客様にモノクロプリンタの置き換ることでよりコストを下げかつ高速な圧接・離間動作がえにカラープリンタを選択していただくためには必要不可能である。本マシンでは離間−圧接および圧接−離間の可欠な技術である。

切り換え動作時間とも約500msであり，従来の独立モータ

ただし，印字モード切り換え動作中は印字ができない
ため，印字モードの切り換え動作に一定以上の時間を要を使用する場合の1300ms，500msと比較してより高速な印字モード切り換えを達成した。

しているようでは，印字モード切り換えごとに発生する
印字停止時間が増加し，実質的な時間当たりの印字枚数

８．３

振動減衰時間の短縮の低下が顕著となる。また印字停止時間中の走行により印字モードを切り換えると，カラー３色の１次転写プロセス部の負荷は増加するため，印字モードを頻繁にローラの圧接・離間動作に伴い，各感光体外周部での当切り換えることは，時間ばかりか印字ユニットの消耗を接物の有無により，機械的な接触状態に変化が生じる。

却って進行させる結果となる。したがって，印字モード

これを起因としてFig.46に示したように，感光体には接触はできうる限り高速に切り換えることが絶対的に必要で部から発生する直接振動とあわせ，接触による負荷の瞬ある。

間的な変化により感光体軸を中心としたねじり負荷変動が発生する。

８．２

印字モード切り換え駆動構成

タンデム方式のカラープリンタでは原稿にあわせて印字モードを切り換える場合，カラー現像プロセスを印字に使う，使わないかで，カラーからモノクロあるいはモノクロからカラーに印字モードを切り換えている。モノ
クロ印字モード時のカラー印字ユニットの消耗を低減するという観点では，カラー印字ユニットの各感光体の駆動を停止して中間転写ベルトから離間し，同時にカラー現像器も現像プロセスを停止しておくことが理想的である。
Fig.46 Load fluctuation causing variation to the photoconductor

振動中に印字プロセスを開始すると，アウトプットした紙上の画像にはカラー各色間での色ずれや転写ずれといった画像ノイズが現れる。これを避けるため，振動減衰まで印字開始時間を延期している。この時間を短縮す
ることはいかに振動を抑えるかにかかっている。
カラーからモノクロへの印字モードの切り換えでは，
前述の通り黒の感光体と中間転写ベルトの圧接は維持しFig.45 Variation between color and monochrome print modeており，負荷変動は発生しない。カラー感光体はモノク
ロ印字モードでは使用しないため，振動は問題にならな

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）31

い。中間転写ベルトは，部分ごとに張力の差の差があ

画像に色ずれ・転写ずれが発生する。振動減衰性を考慮

り，共振周波数は異なるが，本マシンでは40〜60Hzの範してカップリングは樹脂で形成している。CAE強度解析

囲であり，感光体の共振周波数とはかけ離れており問題の結果，10GPa以上の曲げ弾性率であれば，連結部材でのにならない。

ねじり負荷による位置ずれは感光体表面上での距離に換モノクロからカラーへの印字モードの切り換えでは，印字に使用する各カラー感光体に１次転写ローラが圧接算して30μm以下となり，視覚上の影響は感じられないレベルである。

することで振動およびねじり負荷変動振動しており，振動減衰までの時間が問題となる。速やかに振動を低減す
ることが重要である。本マシンで搭載した主な技術を以下に説明する。
①駆動分割
モノクロ印字モードではカラー感光体の回転を停止するため，黒の感光体とカラー感光体は別々のモータで駆動している。また各カラー感光体に入力された振動，ねじり変動に対しての挙動を合わせるには，ＹＭＣの感光体はそれぞれの駆動モータに至るギア系列を全く同じギアで構成することが望ましい。
本マシンでは，コストの制約のためＹＭＣ感光体を１つのモータで駆動している。距離と位置関係からＹ感光
体のみギア系列およびギア段数が異なる。Fig.47中のアイ

Fig.48 Couplings for photo conductor and drive source

ドルギアのピッチ円周長を，図示した感光体上の露光ポ
イント〜１次転写ポイントまでの距離の整数倍とするこ以上の振動・負荷変動抑制策を搭載することで，本マとで，感光体露光時と１次転写ポイントでアイドルギア

シンは印字モード切り換え時の負荷変動入力に対しほとの同じギア歯をかみ合わせ，ギア段数増加の影響を最小

んど共振を起こさずに振動減衰している。印字停止時間限に抑えている。

は単純な振動減衰時間のみの200msに抑えた。その結果，高速な印字モード切り換えを達成している。

Fig.47 Layout of transmission for driving photoconductors②かみ合い周波数
感光体の駆動系ギア同士のかみ合い周波数が感光体振
動の共振周波数に近い値であると，駆動系からの感光体
共振を誘起する要因となる。感光体の共振周波数に対しFig.49 Comparison of effective print speed for mixed mode
among A4 printers on the marketて，感光体駆動ギアの歯数を大きくすることで，ギアの歯数×ギア回転数（rps）で決まるかみ合い周波数を感光体駆動系全体で共振周波数に対して２倍以上高くなるよ

８．４

高速ACSの効果

以上の結果，本マシンはモノクロ印字時のカラー印字

うに設定し，駆動系による振動影響を避けている。

ユニットの消耗を極力押さえた高速A C S を実現した。

③感光体駆動の連結部材強度

Fig.49に示したように，カラー/モノクロ混在プリント原感光体ユニットはお客様の操作にて機外に持ち出され稿の混在比率を問わず，印字モードを切り換えた上で生るため，本体駆動ギアと感光体軸はFig.48に示した連結部

産性の低下を抑え，他社に優る生産性の確保を達成し材で駆動結合している。ねじり負荷変動に対し，連結部た。

材の歪みが大きいと各感光体の位相がずれ，出力された

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KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.3（2006）

● 参考文献

９ まとめ

１）後藤浩，村内淳二，KONICA MINOLTA Tech. Rep., Vol. 3 44

2 0 0 4 年，我々は様々な技術開発に成功し，フラッグ
シップ機としてmagicolor5400シリーズの市場投入に成功した。プロセスユニットにおいては，従来の画像品質を（2006）
２） ベルト伝動の実用設計 ，ベルト伝動技術懇話会編，養賢堂（1996）
３）情野國城，弓削静雄，上村正雄，日本画像学会誌，40, 320（2001）

維持しながら高速化と２倍以上の長寿命化技術を獲得

４）稲垣義弘，特開 2004 − 117865

し，かつトナーホッパーと一体構成とすることで小型化

５）大柳泰介，松本安弘，藤本章弘，KONICA MINOLTA Tech.

とお客様の操作性の大幅向上を実現できた。定着ユニッRep., Vol. 1, 99（2004）

トにおいては，ベルト定着方式の採用によりコンパクト性を維持しつつ，業界トップレベルの高速ウォーミング
アップと高速定着性能を実現できた。転写ユニットにおいては，従来の画像品質を維持しながら1/２以下の小型化と２倍以上の長寿命化を達成できた。レーザ光学ユ
ニットにおいては，自由曲面のレンズなどを駆使し業界トップレベルの小型化を達成できた。いうまでもなくこ
れらの小型化技術により本マシンは業界トップレベルのコンパクト構成を実現できている。また画像安定化においては，業界トップレベルの短時間調整制御を獲得し，大量印刷時の生産性を向上させ，かつ印刷までの待機時間を大幅に低減することができた。駆動技術においては，高速でのカラー・モノクロモード切替技術を獲得
し，お客様の生産性を損なうことなくお客様の負担する
実質的なコスト削減を実現することができた。
現在magicolor5400シリーズは関係者の大いなる努力に
より世界各地で好評をいただいており，我々はこれらの技術の提供を通じお客様の価値向上を図るとともに，本製品を通じ社会の生産性向上に助力できていると信じている。
今後もお客様への実質的な価値向上に向けて，新規技術開発とタイムリーな提供に取り組んでいきたいと考え
る。

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謝辞

本製品の品質確保にご尽力いただいた，コニカミノル
タビジネステクノロジーズ㈱機器開発本部画像技術開発部福田様はじめ関連する開発者の方々，同機器開発本部
機器第２開発センター岩橋様はじめ関連する開発者の方々，同機器第３開発センター村上様・和納様はじめ関連する開発者の方々，同品質統括部製品評価部榎本様はじめ関連する評価者の方々，同生産本部製品化センター
原田様はじめ関連する技術者の方々にこの場をお借りして深く感謝し致します。

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