JP2004123363A

JP2004123363A - ベルト装置及び印刷機

Info

Publication number: JP2004123363A
Application number: JP2002293976A
Authority: JP
Inventors: Keiji Nakada; 中田　惠二
Original assignee: Kinyosha Co Ltd
Current assignee: Kinyosha Co Ltd
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-07
Also published as: JP4087677B2

Abstract

【課題】無端ベルト及びウェブの走行安定性が改善されたベルト装置を提供することを目的とする。
【解決手段】棒状の回転軸１の表面を被覆しているクラウン量が１〜１５ｍｍのクラウン形状を有するゴムロール２に、ウェブまたは無端ベルトを前記回転軸が撓み、かつ張力が０．１〜５ｋｇ／ｃｍの範囲内になるように掛けたことを特徴とするものである。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベルト装置と、このベルト装置を備える印刷機（例えば、複写機、プリンタなど）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、複写機の定着方式として、ロール定着の他にベルトを使用したベルト定着方式が採用されている。また、複写機の中間転写においても、ベルト方式が多用されている。定着や中間転写のベルトとしては、ポリイミド製のベルトや薄い金属ベルトが使用されているが、精度の良い製品を製造することが非常に難しく、ベルトの一方の端部の円周の長さが他方の端部と異なる製品になってしまうことが多いため、ベルトの蛇行や極端な場合にはベルトがロールの端部に偏り、ベルトが破損に至る。このような問題の解決策として、以下に説明する３つの方法が提案されているが、それぞれ、問題点がある。
【０００３】
（１）ベルトが端部へ偏らないようにロールに端部止めを設置すると、装置が大掛かりなものになるため、設置スペースの確保が難しくなり、また、コストが高くなる。
【０００４】
（２）ベルトの片端部に円周上に連続した凸部を設け、かつ相手側のロール（例えば、金属ロール、ゴムロール等）に、この凸部が合うように連続した凹部を設け、蛇行を防止する。この方法によると、ベルト及びロールの製造コストが高くなり、また、ベルトの凸部とロールの凹部に集中して力がかかるため、磨耗等によりベルトの寿命が短くなる。
【０００５】
（３）駆動ロールと従動ロールにクラウンを設け、ベルトがセンターに寄るようにし、ベルトの蛇行を防止する。この方法によると、ベルトの面長方向のうち中央部の張力が大きくなり、かつ端部の張力が小さくなるため、ベルトに無理な力が加わり、ベルトを傷める。また、中央部しかベルトに接触しないため、センタリング力が弱くなる。
【０００６】
一方、予め湾曲した形状に加工されたローラ軸と、このローラ軸に対して自由回転する外形が概略クラウン形のローラからなる湾曲軸クラウン形ローラが、例えば、特開昭６２−１１４７２２号公開公報、特開昭６２−１２１１６７号公開公報、特開昭６２−２０９２１８号公開公報、特開昭６２−２６１７１２号公開公報、特開平１−１３９４５７号公開公報、特開平１−１３９４５８号公開公報などに開示されている。
【０００７】
しかしながら、この湾曲軸クラウン形ローラは、ローラ軸が最初から湾曲しているため、十分なセンタリング力を得られるものではない。特に、ローラサイズを小さくする、つまりローラ軸を細くすると、ローラ軸がその剛性が低くなるために撓みやすくなり、クラウン形ローラの平坦化が不十分になり、ベルトの走行安定性が低下する。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６２−１１４７２２号公報（特許請求の範囲）
【０００９】
【特許文献２】
特開昭６２−１２１１６７号公報（特許請求の範囲）
【００１０】
【特許文献３】
特開昭６２−２０９２１８号公報（特許請求の範囲）
【００１１】
【特許文献４】
特開昭６２−２６１７１２号公報（特許請求の範囲）
【００１２】
【特許文献５】
特開平１−１３９４５７号公報（特許請求の範囲）
【００１３】
【特許文献６】
特開平１−１３９４５８号公報（第２頁のカラム５、第２図）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、無端ベルト及びウェブの走行安定性が改善されたベルト装置と、このベルト装置を備える印刷機とを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るベルト装置は、棒状の回転軸の表面を被覆しているクラウン量が１〜１５ｍｍのクラウン形状を有するゴムロールに、ウェブまたは無端ベルトを前記回転軸が撓み、かつ張力が０．１〜５ｋｇ／ｃｍの範囲内になるように掛けたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る印刷機は、棒状の回転軸の表面に被覆されたクラウン量が１〜１５ｍｍのクラウン形状を有するゴムロールと、前記ゴムロールと対向する第２のロールとに無端ベルトを前記回転軸が撓み、かつ張力が０．１〜５ｋｇ／ｃｍの範囲内になるように掛けたベルト装置を具備することを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るベルト装置は、棒状の回転軸の表面を被覆しているクラウン量が１〜１５ｍｍのクラウン形状を有するゴムロールに、ウェブまたは無端ベルト（エンドレスベルト）を前記回転軸が撓み、かつ張力が０．１〜５ｋｇ／ｃｍの範囲内になるように掛けたことを特徴とするものである。このようなベルト装置によれば、回転軸にゴムを被覆したシンプルな構造のゴムロールでウェブおよび無端ベルトの走行安定性を高くすることができる。すなわち、ウェブまたは無端ベルトによる０．１〜５ｋｇ／ｃｍの張力で回転軸が走行方向側に湾曲すると、ゴムロールの無端ベルト（もしくはウェブ）が当る部分を平坦化することができ、無端ベルト（もしくはウェブ）をゴムロールに全面接触させた状態で走行させることができるため、大きなセンタリング力を生じさせることができ、ウェブおよび無端ベルトの走行時の蛇行を防止することができる。また、本願発明は、少ない部品点数で、かつコンパクトな装置によりウェブおよび無端ベルトの走行安定性を高くすることができるため、ＯＡ機器等に最適である。
【００１８】
本発明に係るベルト装置は、事務機として使用される印刷機（例えば、プリンター、複写機等）の定着用、転写用あるいは搬送用ベルト装置に用いることができる。
【００１９】
次いで、回転軸、ゴムロール、ウェブおよび無端ベルト（エンドレスベルト）について説明する。
【００２０】
１）回転軸
この回転軸には、ウェブまたはベルトによる張力で撓むものが使用される。回転軸の材質としては、例えば、鉄、ステンレスやアルミニウムのような金属、樹脂、繊維と樹脂の複合材料等を挙げることができる。回転軸の材質の種類は、１種類にしても、２種類以上にしても良い。
【００２１】
回転軸の直径は、３ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内にすることが望ましい。これは以下に説明するような理由によるものである。回転軸の直径を３ｍｍ未満にすると、ウェブまたは無端ベルトによる張力で回転軸が大きく撓むため、ゴムロールの平坦化が不十分になり、ウェブや無端ベルトがゴムロールと十分に接触しなくなって走行時に蛇行する恐れがある。回転軸の直径が３０ｍｍを超えると、回転軸の剛性が高くなるため、ウェブまたは無端ベルトによる張力で回転軸がほとんど撓まなくなり、ベルトの走行安定性を改善できない恐れがある。
【００２２】
回転軸の直径のより好ましい範囲は、３〜１０ｍｍである。
【００２３】
２）ゴムロール
このゴムロールは、クラウン量が１〜１５ｍｍのクラウン形状を有する。ここで、クラウン形状とは、ゴムロールの中央部の外径が両端部の外径よりも大きくなるように外側に湾曲した形状（正クラウン形状）を意味する。また、クラウン量とは、ゴムロールの最大直径（最大外径）と最小直径（最小外径）との差である。クラウン量を１〜１５ｍｍの範囲内に限定する理由を説明する。クラウン量を１ｍｍより小さくすると、ウェブおよび無端ベルトをセンタリングさせる力が弱くなるため、これらの走行時の蛇行を防止できなくなる。一方、クラウン量が１５ｍｍを超えると、ウェブおよび無端ベルトに掛かる張力が中央部が大きく、端部が小さくなるため、ウェブや無端ベルトに無理な力がかかってしまい、これらを傷める結果となる。また、回転軸の撓み量が大きくなるため、回転軸の寿命が短くなる。クラウン量のより好ましい範囲は、１〜５ｍｍである。
【００２４】
ゴムロールは、内層と表層とを含む多層構造か、１種類のゴム材料からなる単層構造にすることができる。また、ゴムロールの表面に被覆層を形成しても良い。内層、表層、単層および被覆層の組み合わせは、以下の表１に示す１２通りにすることができる。中でも、ソリッドゴムの表層とスポンジゴムの内部層とを備える多層構造にすると、優れた走行安定性を得られるばかりか、ゴムロールの耐久性を高くすることができるため、好ましい。この場合、被覆層を形成しても良いし、また形成しなくても良い。
【００２５】
【表１】

【００２６】
内層、表層及び単層は、上記の表１に示すように、スポンジゴムあるいはソリッドゴムからそれぞれ形成することができる。ソリッドゴムとスポンジゴムは、例えば、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム等からそれぞれ形成することができる。複写機のような印刷機の定着用ベルト装置あるいは中間転写ベルト装置として使用する際には、耐熱性を有するゴム材料を使用することが望ましい。
【００２７】
表層の厚さは、１〜２０００μｍの範囲内にすることが望ましい。これにより、ウェブや無端ベルトに無理な力がかかるのを防ぐことができるため、これらの走行安定性をより高くすることができる。
【００２８】
ゴムロールの耐久性、耐磨耗性、離形性等の諸特性を改善するために、表面に被覆層を形成することが望ましい。被覆層は、ゴムロールの耐久性、耐磨耗性、離形性等を考慮して、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂等から形成することができる。被覆層の厚さは、１〜２００μｍの範囲内にすることが望ましい。これは以下に説明するような理由によるものである。被覆層の厚さを１μｍ未満にすると、被覆層を設けたことによる効果を十分に得られない恐れがある。一方、被覆層の厚さが２００μｍを超えると、被覆層が硬くなるため、ロールの弾性が損なわれる恐れがある。被覆層の厚さのより好ましい範囲は、３〜１００μｍである。
【００２９】
中でも、前記表１に示す形態１または形態２のゴムロールが望ましい。このような構成のゴムロールは、変形しやすいため、ウェブや無端ベルトに無理な力がかかるのを防ぐことができる。また、ウェブや無端ベルトの走行時のゴムロールとの摩擦を抑えることができる。なお、ソリッドゴム層とスポンジゴム層の材質は、同じでも、また、互いに異なっていても良い。
【００３０】
３）ウェブ・無端ベルト（エンドレスベルト）
ウェブおよび無端ベルトは、例えば、ポリイミド樹脂などの樹脂、鉄、ステンレス、ニッケル合金や銅合金のような金属、複合材料等の剛性を有する材料からそれぞれ形成することが望ましい。複合材料の具体的な例としては、カーボン繊維、ガラス繊維や綿等で補強されたゴムの複合材料、カーボン繊維、ガラス繊維や綿等で補強された樹脂の複合材料などが挙げられる。
【００３１】
ゴムロールにウェブまたは無端ベルトを掛けた時の張力を０．１〜５ｋｇ／ｃｍの範囲内に限定するのは、以下に説明する理由によるものである。張力を０．１ｋｇ／ｃｍ未満にすると、ウェブおよび無端ベルトをセンタリングさせる力が弱くなるため、これらの走行時の蛇行を防止できなくなる。一方、張力が５ｋｇ／ｃｍを超えると、ウェブや無端ベルトに無理な力がかかってしまい、これらを傷める結果となる。また、ゴムロールへ加わる力が大きくなるため、磨耗等の問題によりゴムロールの寿命が短くなる。張力のより好ましい範囲は、０．２〜５ｋｇ／ｃｍである。
【００３２】
ウェブおよび無端ベルトは、それぞれ、幅をＨ（ｍｍ）とし、長さをＬ（ｍｍ）とした際に（Ｈ／Ｌ）が１／５以上であることが好ましい。（Ｈ／Ｌ）が１／５未満の場合は、無端ベルト（ウェブ）の幅に対して長さが十分に長いため、無端ベルト（ウェブ）自身の変形（伸び等）により高い走行安定性を得ることが可能であるが、（Ｈ／Ｌ）が１／５以上の場合は、無端ベルト（ウェブ）自身の変形量が小さいため、本願発明のような構成にすることにより走行安定性が大幅に改善される。優れた走行安定性を実現するために、（Ｈ／Ｌ）は、１／５以上、５以下の範囲内にすることがより好ましい。
【００３３】
本発明に係るベルト装置の一例を図１〜図４を参照して説明する。
【００３４】
図１は、本発明に係るベルト装置の一例を示す模式図で、図２は、図１のベルト装置の横断面図で、図３は、図１のベルト装置に用いられるゴムロールの一例を示す模式的な側面図で、図４は図３のゴムロールの横断面図である。
【００３５】
ベルト装置は、横断面が円形の棒状で、かつそれ自身が回転自在である芯金１と、前記芯金１の表面を被覆し、クラウン量が１〜１５ｍｍのクラウン形状を有するゴムロール２（従動ロール）と、このゴムロール２と対向するように配置された回転自在な駆動ロール３（第２のロール）と、前記ゴムロール２と前記駆動ロール３とに張力が０．１〜５ｋｇ／ｃｍになるように掛けられたエンドレスベルト４とを具備する。なお、クラウン量は、ゴムロール２の最大直径Ｒｍａｘと最小直径Ｒｍｉｎとの差である。
【００３６】
ゴムロール２は、図４に示すように、ソリッドゴムからなる表層５と、スポンジゴムからなる内部層６との二層構造を有するものである。また、ゴムロール２は、エンドレスベルト４による張力が加わる前は、図３に示すようなクラウン形状を有するものであるが、エンドレスベルト４による張力で芯金１が駆動ロール３側に湾曲するのに伴い、ゴムロール２のベルト４と当る部分が平坦化され、ゴムロール２にエンドレスベルト４を全面接触させることができ、エンドレスベルト４に掛かる張力を幅方向で均等にすることができる。また、ベルト４が当らない部分については、クラウン形状を維持しているため、このようなゴムロール２を回転させてエンドレスベルト４を走行させると、ロール中央部の表面速度を両端部よりも速くすることができる。これらの結果、大きなセンタリング力が生じるため、走行時のエンドレスベルト４の蛇行を防止することができ、エンドレスベルトの走行安定性を改善することができる。
【００３７】
なお、前述した図１〜図４においては、ゴムロール２を従動ロールとし、第２のロールを駆動ロールにした例を説明したが、ゴムロール２を駆動ロールとし、第２のロールを従動ロールにしても良い。
【００３８】
本発明に係るベルト装置は、例えば、図５〜図６に例示されるような印刷機に組込むことができる。
【００３９】
すなわち、図５に示す印刷機（複写機、プリンタ等）では、まず、感光体であるドラム１０を帯電ロール１１により帯電させる。次いで、露光して潜像を形成した後、トナー容器１２から現像ロール１３にトナーを供給してトナー像を形成することにより現像を行なう。ドラム１０と転写ロール１４の間に紙を送り、ドラム１０からこの紙にトナー像を転写する。前述した図１に示す構造を有するベルト装置のゴムロール２にエンドレスベルト４を介してヒータ内蔵の定着ロール１５を対向配置させた定着ユニットにおいて、定着ロール１５とゴムロール２とでエンドレスベルト４上の紙に加熱加圧を施すことによりトナーを紙に定着させる。定着処理済みの紙は、エンドレスベルト４により次工程に搬送される。なお、ドラム１０の上流側には、クリーニングプレート１６が設けられている。
【００４０】
一方、図６は、カラー印刷が行なえる印刷機（複写機、プリンタ等）の例である。各色（４色）ごとに像を形成する。すなわち、感光体であるドラム１０_１〜１０_４を帯電ロール１１_１〜１１_４により帯電させる。次いで、露光して潜像を形成した後、トナー容器（図示せず）から現像ロール１３_１〜１３_４にトナーを供給してトナー像を形成することにより現像を行なう。４色の像を中間転写ドラム１７に一次転写した後、中間転写ドラム１７と転写ロール１８の間に紙を送り、中間転写ドラム１７からこの紙にトナー像を転写する。前述した図５で説明したのと同様な構成を有する定着ユニットにおいて、定着ロール１５とゴムロール２とによりエンドレスベルト４上の紙に加熱加圧を施すことによって、トナーを紙に定着させる。定着処理済みの紙は、エンドレスベルト４により次工程に搬送される。
【００４１】
また、本発明に係るベルト装置を中間転写ベルトとして備えた印刷機（複写機、プリンタ等）の一例を図７、図８に示す。
【００４２】
図７では、感光体であるドラム２０において現像機２１を用いて得た４色の像を、ドラム２０と第１の転写ロール２３との間に介在された中間転写ベルト２４に一次転写する。中間転写ベルト２４は、駆動ロールである第１の転写ロール２３と２つの従動ロール２５と本発明において用いるゴムロール２とに張力が０．１〜５ｋｇ／ｃｍの範囲内になるように掛けられているため、走行時の蛇行が防止される。中間転写ベルト２４に転写された像は、ゴムロール２と第２の転写ロール２６との間に搬送された紙に転写される。
【００４３】
図８は、タンデム型のカラー印刷機（複写機、プリンタ等）の例である。各色（４色）ごとに像を形成する。すなわち、感光体であるドラム２０_１〜２０_４において現像機（図示しない）を用いて得た像を、ドラム２０_１〜２０_４と第１の転写ロール２３_１〜２３_４との間に介在された中間転写ベルト２４に一次転写する。中間転写ベルト２４は、駆動ロールである第１の転写ロール２３_１〜２３_４と２つの従動ロール２５と本発明において用いるゴムロール２とに張力が０．１〜５ｋｇ／ｃｍの範囲内になるように掛けられているため、走行時の蛇行が防止される。中間転写ベルト２４に転写された像は、ゴムロール２と第２の転写ロール２６との間に搬送された紙に転写される。
【００４４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を前述した図面を参照して詳細に説明する。
【００４５】
（実施例１）
直径が７．６ｍｍの鉄心（芯金）にクラウン量が２ｍｍのクラウン形状を有するゴムロールを被覆したベルトスタビライザーロール（ＢＳＲ）を用意した。ゴムロールは、表層が厚さが５００μｍのシリコーンゴム製のソリッドゴム層で、内部層がシリコーンゴム製のスポンジゴム層である二層構造を有するものである。また、ゴムロールの外径は２６ｍｍであった。
【００４６】
このベルトスタビライザーロールに、回転自在な駆動ロールを前述した図１に示すように対向させた。周長が２００ｍｍで、幅が３００ｍｍで、かつ厚さが５０μｍのポリイミドエンドレスベルトをベルトスタビライザーロール（ＢＳＲ）と駆動ロールとに張力が０．３ｋｇ／ｃｍになるように掛けてＢＳＲの鉄心を撓ませ、前述した図１に示すような構造のベルト装置を組み立てた。ベルトスタビライザーロールにエンドレスベルトを介して、表面がフッ素樹脂コートされた外径が４０ｍｍの定着ロールを対向配置させ、定着ユニットを得た。
【００４７】
なお、張力（ｋｇ／ｃｍ）は、一定のバネ定数を持ったバネの撓み量（変形量）から求めた。
【００４８】
（実施例２〜６及び比較例１〜４）
鉄心の直径、クラウン量、周長および張力を下記表１に示すように変更すること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な構成の定着ユニットを製造した。なお、表１には、エンドレスベルトの幅をＨ（ｍｍ）とし、周長をＬ（ｍｍ）とした際の（Ｈ／Ｌ）を併記する。
【００４９】
（比較例５）
直径が７．６ｍｍの鉄心の代わりに、直径が７．６ｍｍの鉄製の棒をエンドレスベルトによる張力で撓む分だけ予め湾曲させた形状の回転軸を用いること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な構成の定着ユニットを製造した。
【００５０】
得られた実施例１〜６及び比較例１〜５の定着ユニットについて、６０ｒ．ｐ．ｍの回転数で、５時間の走行試験を行ない、その結果を下記表２に示す。
【００５１】
【表２】

【００５２】
表２に示すように、実施例１〜６の定着ユニットは、走行時にベルトが蛇行せず、ベルトがゴムロールの端部に偏ることがなく、ベルトの走行安定性に優れていた。
【００５３】
これに対し、クラウン量が１ｍｍ未満である比較例１の定着ユニットと、張力が０．１ｋｇ／ｃｍより小さい比較例３の定着ユニットと、予め湾曲した形状の回転軸を使用する比較例５の定着ユニットでは、走行時にベルトが蛇行し、ロールの端部にベルトが寄ってしまった。一方、クラウン量が１５ｍｍを超える比較例２の定着ユニットでは、走行時にベルトがねじれた。また、張力が５ｋｇ／ｃｍより大きい比較例４の定着ユニットでは、走行試験によりゴムロールが大幅に磨耗し、そのうえ走行時にベルトが蛇行した。
【００５４】
また、実施例１〜６の定着ユニットにＡ４用紙を通紙し、定着試験を行なった。１万枚の通紙を行ったところ、ベルトの蛇行に起因する定着不良は見られなかった。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、無端ベルト及びウェブの走行安定性が改善されたベルト装置と、このベルト装置を備える印刷機とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るベルト装置の一例を示す模式図。
【図２】図１のベルト装置の横断面図。
【図３】図１のベルト装置に用いられるゴムロールの一例を示す模式的な側面図。
【図４】図３のゴムロールの横断面図。
【図５】本発明に係る印刷機の第１の実施形態を示す模式図。
【図６】本発明に係る印刷機の第２の実施形態を示す模式図。
【図７】本発明に係る印刷機の第３の実施形態を示す模式図。
【図８】本発明に係る印刷機の第４の実施形態を示す模式図。
【符号の説明】
１…回転軸、
２…ゴムロール、
３…駆動ロール、
４…無端ベルト、
５…ソリッドゴム層、
６…スポンジゴム層、
１０…感光体、
１１…帯電ロール、
１２…トナー容器、
１３…現像ロール、
１４…転写ロール、
１５…定着ロール、
１６…クリーニングプレート、
１７…中間転写ドラム、
１８…転写ロール。

Claims

棒状の回転軸の表面を被覆しているクラウン量が１〜１５ｍｍのクラウン形状を有するゴムロールに、ウェブまたは無端ベルトを前記回転軸が撓み、かつ張力が０．１〜５ｋｇ／ｃｍの範囲内になるように掛けたことを特徴とするベルト装置。
前記ゴムロールは、ソリッドゴム及びスポンジゴムのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１記載のベルト装置。
前記回転軸の直径は、３〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載のベルト装置。
棒状の回転軸の表面に被覆されたクラウン量が１〜１５ｍｍのクラウン形状を有するゴムロールと、前記ゴムロールと対向する第２のロールとに無端ベルトを前記回転軸が撓み、かつ張力が０．１〜５ｋｇ／ｃｍの範囲内になるように掛けたベルト装置を具備することを特徴とする印刷機。