JP2005055787A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンドレスベルトの端部にせん断力が発生せず、耐久による端部波打ちや座掘、端部基点の破断を防ぐことができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】画像をシートに形成する画像形成手段と、画像が形成されたシートを加熱又は加圧して画像を定着する定着手段を有する画像形成装置において、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と、少なくとも１つのローラの端部に配置されたエンドレスベルトの寄りを規制するガイド部材を有し、前記エンドレスベルトと前記ガイド部材が接する範囲は前記ローラに対する巻き付け範囲内であるシート搬送手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばプリンタやファクシミリ、複写機又はこれらの機能を併せ持つ複合機等の画像形成装置に関する。

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）又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。

斯かる装置の定着手段において、アウトプットの高速化或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。

又、被記録材であるシートを静電吸着し搬送する、電子写真装置で使用させる所謂転写ベルトや一旦画像を担持させ、その後シートに像転写を行う所謂中間転写ベルトにもエンドレスベルトが使用されている。

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種類の対策が提案又は用いられている。

１．特許文献１〜特許文献４のようにローラの端部にフランジ等の寄り規制部材を設ける。

２．特許文献５のようにエンドレスベルト内周の両端或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。

３．特許文献６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う。

特開２０００−０７５６９７号公報 特開２０００−０７５６９８号公報 特開２０００−０７５６９９号公報 特開２０００−０７５７００号公報 特開平９−０９０７８７号公報 特開平８−２３４５９７号公報

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。

１．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。

２．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。但し、エンドレスベルトに対して精度良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。

３．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。又、制御の異常発生等、複雑化によるトラブルリスクも増大する。

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。

以下に１．について詳細に説明する。

図８はローラ４２にエンドレスベルト４１が巻き付けられた状態の断面、図１０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。エンドレスベルト４１の速度Ｖ１とローラ２の周速Ｖ２は等しいが（滑り及びベルト厚分の影響は無視する）、フランジ４３は外径が異なるため、ローラの巻き始め及び巻き終わり部では、エンドレスベルト４１に対してそれぞれ矢印Ｃ及びＤベクトル及び速度差による摺擦が生じている。

図９において、ローラ４２の半径をＲ２、フランジ４３の半径をＲ１、エンドレスベルト４１がフランジ４３の外径に接してからローラ４２に巻き付くまでの角度をα、寄り力をエンドレスベルト４１とフランジ４３の接触長さで割った寄り応力をＦ、エンドレスベルト４１とフランジ４３の摩擦係数をμとすると、エンドレスベルト４１に対するせん断力τは以下の式により表される。

従って、Ｒ１が大きくなるほど（巻き始め又は巻き終わりほど）せん断力は大きくなるので、フランジ高さはなるべく低くし、ローラアライメント誤差を小さくする等寄り力を小さくし、エンドレスベルト４１とフランジ４３の摩擦係数を小さくする方が良いことが分かる。但し、フランジ高さを低くし過ぎるとフランジに乗り上げてしまう場合があり、ローラアライメントの精度向上には調整機構等のコストアップの要因となる。エンドレスベルト４１の端部に対しせん断力が働くことにより、エンドレスベルト４１は２点鎖線のように撓みながら回動しており、繰り返し疲労によって端部波打ちや座掘、端部を基点とした破断が発生する。

このようなベルト端部に対するせん断力の発生を防止するために、図１１及び図１２に示すようなテーパータイプのフランジ４６を用いることがある。しかし、巻き始め部においてフランジ４６のテーパー部にベルト端部が乗りながら巻き付いていくため、端部が捲れ上がり、波打ちの原因となる。これを緩和するために、図１３に示すようにテーパー部の角度を緩めると（４６’）寄り力の大きさによっては、フランジを乗り越えてしまったりすることがある。図１２及び図１３は断面に対し左方向から見た図である。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、エンドレスベルトの端部にせん断力が発生せず、耐久による端部波打ちや座掘、端部基点の破断を防ぐことができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、画像をシートに形成する画像形成手段と、画像が形成されたシートを加熱又は加圧して画像を定着する定着手段を有する画像形成装置において、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と、少なくとも１つのローラの端部に配置されたエンドレスベルトの寄りを規制するガイド部材を有し、前記エンドレスベルトと前記ガイド部材が接する範囲は前記ローラに対する巻き付け範囲内であるシート搬送手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、プリンタやファクシミリ、複写機又はこれらの機能を併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を懸架する複数のローラと、少なくとも１つのローラの端部に配置されたエンドレスベルトの寄りを規制するガイド部材を有し、エンドレスベルトとガイド部材が接する範囲をローラに対する巻き付け範囲内に留めることで、エンドレスベルトの端部にせん断力が発生せず、耐久による端部波打ちや座掘、端部基点の破断を防ぐことができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞（図１〜図５）
（１）画像形成装置例
図４は本発明に係る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。

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等から成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変換された後に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。尚、最大原稿サイズはＬＤＲ又は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Ａ、マゼンタトナー画像形成ユニットＢ、イエロートナー画像形成ユニットＣ、ブラックトナー画像形成ユニットＤ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Ａ〜Ｄ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。

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Ａでシアントナー画像が、像形成ユニットＢでマゼンタトナー画像が、像形成ユニットＣでイエロートナー画像が、像形成ユニットＤでブラックトナー画像がそれぞれ形成される。

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Ａ〜Ｄを順次搬送されていく過程において、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及び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。

各像形成ユニットＡ〜Ｄ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。

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を通過する際に熱及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。そして、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。

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、又、大容量給紙デッキ３３、手差し給紙部３４の複数の給紙箇所を有しており、選択した給紙箇所からシートＳを１枚分離給送させることができる。

各給紙箇所からシートＳを１枚分離給送はそれぞれ次のようにしてなされる。

即ち、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１枚目のシートの給送を行う。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。

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。従って、１枚目の先端側は両ローラ３６，３７間に１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。

以上のような給紙動作により、積載されたシートを１枚ずつ給送することを可能としている。

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。

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。
（２）定着装置４
図５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。

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。

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。又、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。又、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且つ厚肉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、又、厚肉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く、定着ベルト４１の内側を加熱するハロゲンヒータ５２ａを配置している。

又、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、効率良く定着ベルト４１を加熱することを可能としている。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の表面にはサーミスタ５４ｂが接しており、温度制御が行われている。ここで、下加圧ローラ４９を中心にハロゲンヒータ５２ａ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っても何ら問題はない。

定着ベルト４１は、ＳＵＳ製のエンドレスベルトの表層にフッ素コーティングを施し、シートの離型性を確保しており、又、ハロゲンヒータ５２ａの放射熱を吸収し易いよう内面に黒色塗装を施してある。しかしながら、多少のトナー等の汚れや紙粉は定着ベルト上又、下加圧ローラ４９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、汚れていない面が定着ベルト４１又は下加圧ローラ４９に接する。

次に、図１及び図２に基づいて定着ベルトの寄り規制部について説明する。

図１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となっており、その巻き付け開始ポイントをＰｓ、巻き終わりポイントをＰｅとする。図２における斜線部は上面から見た定着ベルト４１がローラ４２に巻き付いて範囲を表してある。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。又、定着ベルト４１の寄り規制部材５５が枠体４４に固定されており、ローラ４２の軸部が貫通するよう穴を設けてある。

上述したように、定着ベルト４１が寄り規制部材５５に接することで発生するベルト４１のせん断力を防止するため、寄り規制部材５５は定着ベルト４１が巻き付いているθの範囲内でのみ接するように段差を設けて、Ｐｓ或はＰｅでは隙間が空くようにしている。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、端部のせん断力を発生させない本実施の形態は効果的である。

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。又、ベルト基材はその他金属、例えば、ニッケルや鉄、銅或はそれらの合金でも良く、樹脂材料でも構わない。

以上の構成により、定着ベルトの端部に生じるせん断力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ることができる。

＜実施の形態２＞（図３）
本発明の実施の形態２を図３に基づいて説明する。尚、図３における同一番号は同一機能のため説明を省略する。

前記実施の形態１では、定着ベルト４１の端部は略θの範囲では常に寄り規制部材５５と摺擦しているので、定着ベルト４１の端部や寄り規制部材５５が磨耗することがある。これを防止するため、本実施の形態では、ローラ４２と寄り規制部材５５の間に、ローラ４２を中心としてフリーに回転可能な摺動部材５６を挟んである。摺動部材５６に硬い材質を使用するとせん断力が発生するため、少なくとも定着ベルト４１よりも曲げ強さの小さいものを使用する必要がある。本実施の形態では、１００μｍの厚さのＳＵＳ基材のベルトを使用しているため、摺動部材は２０μｍ厚のＳＵＳ材の表面にフッ素樹脂コーティングしたものを用いている。よって、θの範囲では寄り規制５５はバックアップされつつ定着ベルト４１の寄りを規制し、又、回転しているのでベルト端との摺擦も生じず、互いの磨耗が発生しないようになっている。

上記例では定着ベルト材質としてＳＵＳを挙げたが、例えばポリイミド等の樹脂材を基材に用いても良い。その際には、摺動部材としてベルトより薄い同材質のものを用いても良く、より柔らかく滑り性の良い高密度ポリエチレンシートやフッ素樹脂シートを用いても良い。

＜実施の形態３＞（図６及び図７）
次に、本発明の実施の形態３を図６及び図７に基づいて説明する。尚、図６及び図７における同一番号は同一機能のため説明を省略する。図７は図６奥側を左方向から見た図である。

本実施の形態では、定着ベルト４１の巻き始め及び巻き終わり近傍に回動可能なコロ６０を設けており、コロ６０はローラ４２の軸中心に対して、ベルト端を内側に押し付ける方向に傾けてある（上側コロ省略）。よって、ベルト端部はフランジ４３に対して隙間Ｇを設けることができるため、フランジ４３との摺擦によるベルト端のせん断力は発生しない。コロ６０でベルト端を撓ませるために発生する応力は、従来例（図１３）にて説明した緩やかな傾斜のフランジ同様にベルト端の或る範囲で力を受けるため、ベルト端の１点で受けるよりも可成り緩和される。但し、ベルト巻き付け部θ範囲内ではフランジ４３にて寄り規制しているため、定着ベルト４１がフランジ４３から外れてしまうようなことはない。撓み応力を緩和するには、なるべくコロ６０を長くし、定着ベルト４１とコロ６０の接触距離を長くし、接触角を緩やかにするのが好ましい。

又、本実施の形態では、ベルト押し付けに回動コロを使用したが、ベルト端部の摺擦に対する耐久性に問題なければ、固定の摺動ガイドでも良い。又、エンドレスベルトの内側から押し付けても良い。

以上、定着器の加熱ベルトに本発明を適用した形態に付いて述べたが、例えば、転写搬送ベルトの寄り規制にも本発明を適用することが可能である。又、一旦画像を担持させ、その後、シートに像転写を行う所謂中間転写ベルトにも適用可能である。

本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の寄り規制部を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の寄り規制部を示す上視図である。 本発明の実施の形態２に係る画像形成装置の寄り規制部を示す上視図である。 本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の概略の模式図である。 本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の定着装置要部の模式図である。 本発明の実施の形態３に係る画像形成装置の寄り規制部を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る画像形成装置の寄り規制部を示す左側面図である。 従来の寄り規制部を示す断面図である。 従来の寄り規制部を示す断面図である。 従来の寄り規制部を示す上視図である。 従来の寄り規制部を示す上視図である。 従来の寄り規制部を示す左側面図である。 従来の寄り規制部を示す左側面図である。

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 寄り規制部材
５６ 摺動部材
６０ コロ
Ｓ シート

Claims (5)

1. 画像をシートに形成する画像形成手段と、画像が形成されたシートを加熱又は加圧して画像を定着する定着手段を有する画像形成装置において、
   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と、少なくとも１つのローラの端部に配置されたエンドレスベルトの寄りを規制するガイド部材を有し、前記エンドレスベルトと前記ガイド部材が接する範囲は前記ローラに対する巻き付け範囲内であるシート搬送手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記シート搬送手段は、画像が形成されたシートを加熱又は加圧して画像を定着する定着手段を兼ねること特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記シート搬送手段は、画像をシートに形成又は転写する画像形成手段を兼ねることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記ガイド部材と前記エンドレスベルトの間に前記ローラの回転中心を中心として回動可能で、曲げ強度がエンドレスベルトより小さい摺動部材を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
5. 前記ローラに懸架された前記エンドレスベルトが前記ローラに接触する近傍に、エンドレスベルト端部を該エンドレスベルト中央部に向けて付勢するガイド部材を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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