JP2005055469A

JP2005055469A - 画像形成装置の定着手段

Info

Publication number: JP2005055469A
Application number: JP2003205643A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fujita; 岳藤田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】画像形成装置の定着ベルト等エンドレスベルトを使用する定着装置において、耐久によるエンドレスベルトの端部の波打ちや座掘、破損を安価な構成で防止する。
【解決手段】エンドレスベルトは金属又は樹脂フィルムの外周に少なくとも１層のゴム層を有し、ゴム層は該エンドレスベルトの端部を覆うことで、エンドレスベルトの端部の寄りによる応力集中を防止する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプリンタやファクシミリ、複写機またはこれらの機能を合わせ持つ複合機の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置においては、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式等の適宜の作像プロセス機構により記録材（転写材・感光紙・静電記録紙・印刷紙等の紙葉体）に転写方式（間接方式）または直接方式で目的の画像情報に対応させて形成担持させた未定着トナー画像を永久固着像として熱定着する装置が広く使われている。
【０００３】
斯かる装置の定着手段において、アウトプットの高速化あるいは省エネルギー対応として、加熱ローラ対に被記録材を挟持させて定着を行なうものに対して、片方又は両方の加熱ローラをエンドレスベルトに置き換え、定着ニップを広げたものが製品化又は提案されている。
【０００４】
エンドレスベルトを使用した場合、複数のローラにエンドレスベルトを懸架し回動させるため、ローラアライメントのずれやベルト内の周長差、テンションのアンバランスにより、エンドレスベルトは回動に従い進行方向直角方向に寄りを生じる。寄りの発生に対して大きく分けて、以下の３種類の対策が提案または用いられている。
【０００５】
１．特開２０００−０７５６９７号〜特開２０００−０７５７００号公報のようにローラの端部にフランジなどの寄り規制部材を設ける。
【０００６】
２．特開平０９−０９０７８７号公報のようにエンドレスベルト内周の両端あるいは片短にリブを固着し、ローラ端部や溝の側面にて規制する。
【０００７】
３．特開平８−２３４５９７号公報のようにエンドレスベルトの端部位置を検出し、ローラのアライメントを移動し寄り制御を行なう。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−０７５６９７号公報
【特許文献２】
特開２０００−０７５６９８号公報
【特許文献３】
特開２０００−０７５６９９号公報
【特許文献４】
特開２０００−０７５７００号公報
【特許文献５】
特開平０９−０９０７８７号公報
【特許文献６】
特開平８−２３４５９７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例ではそれぞれ以下のような課題がある。
【００１０】
寄り規制部材にエンドレスベルトが常に突き当たっているため、端部に応力が集中し、耐久による端部波打ちや座掘、端部が基点の破断が生じる。特にベルト端の真直度が悪い場合や、プランジ突き当て面の平面度や振れが悪い場合、更に応力集中が激しくなり耐久性を損なう。
【００１１】
リブに弾性体を用いることやリブ接着全面で寄り力を受けるため、応力は改善される。ただし、エンドレスベルトに対して精度よくリブを接着することが難しく結果的にエンドレスベルトのコストが高くなる。このようなエンドレスベルトは消耗品であることが多く、本体コストよりも特にランニングコストに対して不利となる。
【００１２】
ベルトの位置を検出する手段、ローラのアライメントを変化させる構成及び制御手段が必要であり、構成が複雑化し本体コストの増大を招く。また、制御の異常発生など複雑化によるトラブルリスクも増大する。
【００１３】
以上において、エンドレスベルトの耐久性の確保が可能となれば、コスト的観点から端部突き当てタイプ１が望ましい。
【００１４】
以下に１．について詳細に説明する。
【００１５】
図１２はローラ４２にエンドレスベルト４１が巻きつけられた状態の断面、図１３〜１５はその片側の上視図を表している。矢印Ａ方向にエンドレスベルト４１は不図示の駆動により回動され、フランジ４３はローラと一体で回転している。ローラ４２は枠体４４にベアリング４５を介して回転可能に支持されている。
仮に矢印Ｂ方向に寄り力Ｆが発生しているとすると、エンドレスベルト４１は常にフランジ４３に突き当たりながら回動している。よって、エンドレスベルト４１端部にはその反力Ｆが常に働いていることになる。理想的には、エンドレスベルト４１の巻き付け角θ間の長さをＬとし、エンドレスベルト４１の厚さをｔとすると、端部に掛かる応力はσ＝Ｆ／ｔ・ｌで表される。
【００１６】
しかしながら、実際にはベルト端面の切断性能による波打ち、フランジ突き当て面の平面度及び振れにより応力集中する。図１３はベルト端面の切断精度が悪い状態の模式図を表しており、ベルト端面とフランジ突き当て面積が限られてしまうため、同じ寄り力でも理想応力値よりも大きな応力がベルト端面に働くことになる。図１４はフランジの突き当て面の平面度が悪い状態であり、上記同様にベルト端面の一部に応力が集中していることを示している。図１５はフランジの突き当て面の振れが悪い状態であり、上記同様にベルト端面の一部に応力が集中していることを示している。これらが複合してベルト耐久性の劣化を促進しているが、最も影響の大きな要因は、常に同じ場所に応力集中を繰り返すベルト端面の切断精度である。フランジの平面度や振れは、ベルト端面に対して常に同じところに作用するとは限らないことや、製作時の精度も比較的高くすることができるため、ベルト端面の切断精度に比べて影響は小さい。エンドレスベルトは耐熱性や機械的強度の確保のため、ＳＵＳ、ニッケルの金属ベルトまたはポリイミドなどの比較的硬い樹脂を使用することが多く、その表層には被記録材との密着性を上げるためシリコンゴムやフッ素ゴムなどのゴム層を設けているものが多い。よって、周長自体が長いこと及び弾性率の大きく異なるものを同時に切断するため、切断条件が難しく切断精度を落とす要因となっている。図１６−１〜３はベルト端面の破損の様子を示している。凸部Ｐは上記のように応力集中を受けると、これを緩和するべく外周方向（上側）に撓むため（図−２）凸部の根元付近に引き裂きの応力が発生する。これをベルト回転に伴い繰り返すことにより根元からクラックが入り亀裂が進行してゆく。特に、ＳＵＳやニッケルなどの金属材料は樹脂材に比べて繰り返し応力には弱い性質を持っているので応力集中は避ける必要がある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
少なくとも１つのシートを搬送するエンドレスベルトと該エンドレスベルト懸架する複数のローラ、少なくとも１つの該ローラの端部に配置された該エンドレスベルトの寄りを規制するガイド部材を有し、該エンドレスベルトは金属又は樹脂フィルムの外周に少なくとも１層のゴム層を有し、該ゴム層は該エンドレスベルトの端部を覆うことでエンドレスベルトの端部への応力集中を緩和する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）（図１〜図６）
（１）画像形成装置例
図５は本発明に従う定着装置を具備させた画像形成装置の概略構成模式図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセスを用いたカラーレーザープリンタである。
【００１９】
リーダー部１の原稿台ガラス１１上に画像面を下向きにして原稿Ｇを載置セットしてプリンタをスタートさせると、移動走査光学系１２、縮小レンズ１３、ＣＣＤアレイ１４等からなる読取り機能部で原稿画像が光電読取り処理される。原稿画像情報は光電変換され、Ａ／Ｄ変換された後メモリーへ転送される。読取り機能部はカラー画像の色分解読取り機能を有している。最大原稿サイズはＬＤＲ、またはＡ３としている。２は画像形成部であり、シアントナー画像形成ユニット▲１▼、マゼンタトナー画像形成ユニット▲２▼、イエロートナー画像形成ユニット▲３▼、ブラックトナー画像形成ユニット▲４▼の４つの像形成ユニットが略水平に配設したシート搬送ベルト２８の上側にシート搬送方向上流側から下流側に順次に配列にして配設してある。各像形成ユニットは電子写真感光ドラム２３、帯電器２４、現像機２５、クリーニング器２７等を有している。
【００２０】
２１はレーザードライバにより制御されるレーザー発光部であり、前記リーダー部１で読み取られた原稿画像の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザー光を発光する。そしてポリゴンミラー２２の回転によって像形成ユニットの感光ドラム２３の母線方向に走査させて、予め帯電器２４によって帯電させてある感光ドラム２３面に潜像を形成する。この潜像は感光ドラム２３の周囲に設けた現像機２５によって現像される。カラー画像の場合は、像形成ユニット▲１▼でシアントナー画像が、像形成ユニット▲２▼でマゼンタトナー画像が、像形成ユニット▲３▼でイエロートナー画像が、像形成ユニット▲４▼でブラックトナー画像が形成される。
【００２１】
そして給紙部３側から給紙された記録材としてのシートＳがレジストローラ２９により所定の制御タイミングにて搬送ベルト２８に給送され、像形成ユニット▲１▼〜▲４▼を順次に搬送されて行く過程において転写帯電器２６により、シアントナー画像、マゼンタトナー画像、イエロートナー画像、ブラックトナー画像の４つのトナー画像を順次に多重転写され、カラートナー画像が合成形成される。
【００２２】
各像形成ユニット▲１▼〜▲４▼においてシートＳに対するトナー画像転写後に感光ドラム２４面に残留するトナーはクリーニング器２７によって除去される。
【００２３】
画像形成部２においてトナー画像を転写されたシートＳは、搬送ベルト８によって定着装置４に導かれ、定着ベルト４１と加圧下ローラ４９の圧接部である定着ニップ部Ｎを通過する際に熱および圧力が印加されてトナー画像がシートＳに融着、即ち定着される。定着処理を受けたシートＳは排紙トレイ５に排紙される。
【００２４】
給紙部３は、画像形成部２の下方に上下２段に着脱可能に装着されている第１と第２の給紙カセット３１・３２、また大容量給紙デッキ３３、手差し給紙部３４の複数の給紙個所を有しており、選択した給紙個所からシートＳを一枚分離給送させることができる。
【００２５】
各給紙個所からシートＳを一枚分離給送はそれぞれ次のようにしてなされる。
ピックアップローラ３５に連結されたソレノイド（不図示）が待機時にはＯＮしてピックアップローラ３５はシート面上から離間している。次にシートを給送する時には、ソレノイドがＯＦＦしピックアップローラ３５はシート面上に接する。そして、回転駆動を受けているピックアップローラ３５によって一枚目のシートの給送を行なう。ピックアップローラ３５の駆動は搬送ローラ３６よりタイミングベルトを介して伝達される。
【００２６】
ピックアップされたシートは搬送ローラ３６及びリタードローラ３７によって挟持搬送される。搬送ローラ３６はシート搬送方向に回転駆動を受けており、リタードローラ３７はトルクリミッタ（不図示）を介して搬送方向とは逆方向に回転駆動されている。よって、一枚目の先端側は両ローラ３６・３７間に一枚しかないので、シートとローラの摩擦力にトルクリミッタが負けてリタードローラ３７は搬送方向に回転する。次に、シートが重なった場合両ローラ３６・３７の挟持部に達すると、１枚目と２枚目のシートの摩擦力はトルクリミッタに負けてリタードローラ３７は搬送方向に対して逆転するため、最上側の１枚のみが先行して分離給送される。仮に複数枚のシートＳをピックアップしてしまった場合でも同様な動作で最上側の１枚のみが先行して分離給送される。
【００２７】
以上のような給紙動作により、積載されたシートを一枚ずつ給送することを可能としている。
【００２８】
給紙部３の上記何れかの給紙個所３１・３２・３３・３４により給送されたシートＳはレジストローラ２９で先端を一旦止められ、画像形成部２によって形成された画像に合わせて再び給送されて転写部にて画像の転写が行われる。レジストローラ２２の回転駆動は不図示のクラッチの連結により行われ、その制御は本体のコントローラにより制御されている。
【００２９】
このプリンタは中間トレイ部３８を用いた両面プリント機能も有しているが、発明の要点外であるから、その説明は省略する。
【００３０】
（２）定着装置４
図６は定着装置４部分の要部の模式図である。前述図４の定着装置と同様の構成部材・部分には同じ符号を付して再度の説明を省略する。
【００３１】
搬送ベルト８で定着装置４に導入されたシートＳはガイド７５に案内されて定着ニップ部Ｎに進入する。
【００３２】
以下に詳細を図１に基づいて説明する。加圧上ローラ４８は鉄芯金部４８ｂの外周部に１０ｍｍの厚さで約２０°の低硬度シリコンゴム層４８ａが接着されている。また、不図示の加圧手段により加圧下ローラ４９に向かって負勢されている。加圧下ローラ４９はアルミ製芯金部４９ｂの外周部に２ｍｍの厚さで約２０°の低硬度シリコンゴム層４９ａが接着されており、中心部にハロゲンヒータ５２ｂが配置されている。また、加圧下ローラ４９には不図示の駆動が入力されており、半時計方向に回転おり、ゴム層を上に比べて薄くしているのはシートの搬送速度を安定させるためである。各々のローラに低硬度かつ肉厚のゴム層を使用することで、両者によるニップは従来のローラ対に対し幅広いニップを形成することを可能としている。しかしながら、このようなゴム材質は熱伝導率が低く、また、肉厚にすることで更に熱伝達速度が落ちるため、ローラの中心にヒータを配置することは効率が悪いため、定着ベルト４１内側を加熱するハロゲンヒータ５２ａを配置している。また、反射板５３によりハロゲンヒータ５２ａの上方を覆うことにより、効率よく定着ベルト４１を加熱する事を可能としている。定着ベルト４１を挟んでハロゲンヒータ５２ａの対向に定着ベルト４１の温度を検知するサーミスタ５４ａが接しており、本体内の制御コントローラによって定着ベルト４１の温度が一定となるようにハロゲンヒータ５２ａを点灯制御している。
同様に下加圧ローラ４９表面にはサーミスタ５４ｂが接しており、温度制御が行なわれている。ここで、下加圧ローラ４９中心にハロゲンヒータを配置している理由は、ゴム層が比較的薄いこと及び非画像面が接するローラであるため上に比べて熱伝達速度を上げる必要がないからであり、ローラの外周から加熱を行なっても何ら問題はない。また、多少のトナーなどの汚れや紙粉が定着ベルト上また、加圧下ローラ上に付着するため、クリーニングウェブ５０ａ、５０ｂを各々に設置し、押し圧ローラ５１ａ、５１ｂによって押し圧し清掃を行なっている。クリーニングウェブ５０ａ、５０ｂはそれぞれ矢印方向に徐々に巻き取られ、汚れていない面が順次定着ベルト４１または、下加圧ローラ４９に接する。
【００３３】
次に定着ベルトの寄り規制部について説明するが、構成は従来例と同様なため、図７を用いる。図７は定着ベルト４１が掛け回されたローラ４２部近傍の断面を表しており、図２〜３にその上視図（奥側のみ）を表している。定着ベルト４１は矢印方向に回動し、ローラ４２に対する巻き付け角はθとなっている。ローラ４２はベアリング４５を介して枠体４４に回転可能に支持されている。また、定着ベルト４１の寄り規制部材４３がローラ４２と同心上に配置され、ローラ４２と共に回転しながら定着ベルト４１の寄りを規制している。
【００３４】
図７の左側面である（ベルト部は断面）図１にて定着ベルト４１の構成を説明する。定着ベルト４１はＳＵＳ製のエンドレスベルト４１ａの表層にシリコンゴム層４１ｂを接着したもので、表層にゴム層を設けることでシートとベルトの密着性を上げ、確実にトナーをシートに定着することを可能としている。また、シリコンゴム層４１ｂはエンドレスベルト４１ａの端部を覆うように成形されており、基材であるＳＵＳベルトが直接フランジ４３に突き当たらないようにしている。よって、図２に示すとおり、定着ベルト４１端面の切断精度による波打ちがあっても、弾性体であるゴム層４１ｂがフランジ４３にならうように変形し、応力集中を緩和している。同様にフランジ４３の突き当て面の平面度や振れに起因する応力集中に対しても緩和することが可能である（図３、４）。
【００３５】
特にＳＵＳ材のような金属材料は、引張り強さは大きい反面繰り返し曲げには脆い性質を持っているので、端部に応力集中を発生させない本実施例は効果的である。また、ベルト端面の切断を行なう際、ゴムのみをカットするので切断条件が容易になり、切断精度自体も向上する。ベルトに別部材を接着するのではなく、表層部材を使用しているため、安いコストで効果が得られる。
【００３６】
以上奥側のみについて説明したが、手前側も同じ構成としている。もし、定着ベルトの寄り方向がどちらか一方に決まっていれば、片側のみに本発明を適用しても問題ない。また、ベルト基材はその他金属、例えば、ニッケルや鉄、銅或いはそれらの合金でもよいし、樹脂材料でも構わない。
【００３７】
以上の構成により、定着ベルトの端部に生じる応力集中を防止することができるため、ベルト端部の波打ち、座掘、破損に対する耐久性を向上させている。
【００３８】
以下にその他の実施例について説明する。
【００３９】
図７は端部が弱いときに、厚さを増し、リブ状対応したものである。
【００４０】
図８は上記リブの断面を円形とし、厚さを増した分の応力集中分を緩和したものである。
【００４１】
図９は基層４１ａに対してゴム層４１ｂを長くし内側に折込んだものである。ゴム層４１ｂの折込部は基層４１ａに接着しても良い。ローラ４２は内側ゴム部を避けるため、段付きとしている。
【００４２】
図１０、１１は基層４１ａに対してゴム層４１ｂを長くし、フリーに回転可能な押し当てコロ５５によって、ゴム部４１ｂを基層４１ａの端部を覆うように押し付けている。図１１に示すように、押し付けコロ５５はローラ４２の円周上に複数配置されている。
以上、ゴム層が１層のものについて説明したが、ゴム層と樹脂層や金属層が何層かに渡って形成されたものでも、そのうちの１層又は複数のゴム層にてエンドレスベルト端部を覆っても良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、プリンタやファクシミリ、複写機またはこれらの機能を合わせ持つ複合機等の画像形成装置において、少なくとも１つのエンドレスベルトと該エンドレスベルト懸架する複数のローラ、少なくとも１つの該ローラの端部に配置された該エンドレスベルトの寄りを規制するガイド部材を有し、該エンドレスベルトは金属又は樹脂フィルムの外周に少なくとも１層のゴム層を有し、該ゴム層は該エンドレスベルトの端部を覆うことで、該エンドレスベルトの端部に寄りによる応力集中を防止し、耐久による端部波打ちや座掘、端部が基点の破断を防止することを安価に達成可能にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の定着ベルト断面を示す図
【図２】実施例１の寄り規制部を示す上視図
【図３】実施例１の寄り規制部を示す上視図
【図４】実施例１の寄り規制部を示す上視図
【図５】実施例１の画像形成装置の概略の模式図
【図６】実施例１の定着装置の要部の概略の模式図
【図７】その他の実施例の定着ベルト断面を示す図
【図８】その他の実施例の定着ベルト断面を示す図
【図９】その他の実施例の定着ベルト断面を示す図
【図１０】その他の実施例の定着ベルト断面を示す図
【図１１】その他の実施例の寄り規制部断面を示す図
【図１２】従来例の寄り規制部を示す断面図
【図１３】従来例の寄り規制部を示す上視図
【図１４】従来例の寄り規制部を示す上視図
【図１５】従来例の寄り規制部を示す上視図
【図１６】１〜３は定着ベルトの破損状態を表す図
【符号の説明】
１リーダー部
２画像形成部
３給紙部
４定着装置
８搬送ベルト
４１定着ベルト
４２ローラ
４３フランジ
４５ベアリング
４８加圧上ローラ
４９加圧下ローラ
５０ａ、５０ｂクリーニングウェブ
５２ａ、５２ｂハロゲンヒータ
５４ａ、５４ｂサーミスタ
５５コロ
Ｓシート

Claims

画像をシートに形成する画像形成手段、画像が形成された該シートを加熱または加圧して画像を定着する定着手段を有する装置において、少なくとも１つのシートを搬送するエンドレスベルトと該エンドレスベルト懸架する複数のローラ、少なくとも１つの該ローラの端部に配置された該エンドレスベルトの寄りを規制するガイド部材を有し、該エンドレスベルトは金属又は樹脂フィルムの外周に少なくとも１層のゴム層を有し、該ゴム層は該エンドレスベルトの端部を覆うことを特徴とする定着手段を有する画像形成装置。
該ゴム層にて端部外周部に補強リブを形成することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
該エンドレスベルトより軸方向に長い該ゴム層を有し、該ゴム層を内周側に折り曲げることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
該エンドレスベルトより軸方向に長い該ゴム層を有し、外周より該ゴム層端部を押し圧する押し圧手段を有することを特徴とする請求項１の画像形成装置。