JP2016156951A - ベルトユニットおよび画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】より高品質の画像を実現するのに好適なベルトユニットを提供する。
【解決手段】このベルトユニットは、ベルト部材と、このベルト部材を押圧するように設けられた第1の押圧部材と、ベルト部材を押圧するように設けられた第2の押圧部材と、第1の押圧部材を第1の方向へ移動させると共に第2の押圧部材を第2の方向へ移動させ、ベルト部材に印加される張力を変化させる駆動部材とを有する。
【選択図】図2

Description

本発明は、ベルトユニットおよびそれを備えた画像形成装置に関する。
これまでに、ベルトを使用して媒体に現像剤像を定着させる定着装置を備えた画像形成装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。
特開2013−73207号公報
このような画像形成装置にあっては、例えばベルトの癖などに起因する画像の歪みなどが十分に低減された高品質の画像が望まれる。
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、より高品質の画像を実現するのに好適なベルトユニットおよび画像形成装置を提供することにある。
本発明の一実施形態としてのベルトユニットは、ベルト部材と、このベルト部材を押圧するように設けられた第1の押圧部材と、ベルト部材を押圧するように設けられた第2の押圧部材と、第1の押圧部材を第1の方向へ移動させると共に第2の押圧部材を第2の方向へ移動させ、ベルト部材に印加される張力を変化させる駆動部材とを有するものである。
本発明の一実施形態としての画像形成装置は、上記ベルトユニットを備える。
本発明の一実施形態としての他のベルトユニットは、ベルト部材と、そのベルト部材を押圧する押圧部材と、その押圧部材を移動させることにより、ベルト部材に印加される張力を制御する制御部とを有するものである。
本発明の一実施形態としての別の他のベルトユニットは、複数のベルト部材と、それら複数のベルト部材をそれぞれ押圧する複数の押圧部材と、それら複数の押圧部材をそれぞれ移動させることにより、複数のベルト部材にそれぞれ印加される張力を制御する制御部とを有するものである。
本開示の一実施形態としてのベルトユニットおよび画像形成装置によれば、より高品質の画像を実現するのに適する。
本発明の第1の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成例を表す模式図である。 図1Aに示した画像形成装置の内部の構成例を模式的に表すブロック図である。 図1Aに示した画像形成装置の画像形成部を拡大して表す模式図である。 図1に示した画像形成装置の定着装置の主要部を拡大して表す概略断面図である。 図1に示した画像形成装置の定着装置の全体構成を表す斜視図である。 図3に示した定着装置の要部を拡大して表す斜視図である。 図3に示した定着装置の要部を拡大して表す他の斜視図である。 図3に示した定着装置の要部を拡大して表す分解斜視図である。 図4に示した定着装置の一部の構成要素を拡大して表す斜視図である。 図4に示した定着装置の他の構成要 素を拡大して表す斜視図である。 図4に示した定着装置の別の他の構成要素を拡大して表す斜視図である。 図3に示した定着装置の第1の動作を説明するための側面図である。 図3に示した定着装置の第1の動作を説明するための概略構成図である。 図3に示した定着装置の第2の動作を説明するための側面図である。 図3に示した定着装置の第2の動作を説明するための概略構成図である。 図3に示した定着装置の第3の動作を説明するための側面図である。 図3に示した定着装置の第3の動作を説明するための概略構成図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明は本発明の一具体例であって、本発明は以下の態様に限定されるものではない。また、本発明は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比などについても、それらに限定されるものではない。説明は以下の順序で行う。
1.実施の形態
ベルトユニットとしての定着装置を備えた画像形成装置。
2.変形例
ベルトユニットとしての転写装置を備えた画像形成装置。
<1.実施の形態>
[概略構成]
図1Aは、本発明の一実施の形態に係るベルトユニットとしての定着装置107を搭載した画像形成装置の全体構成例を表す模式図である。この画像形成装置は、例えば用紙などの記録媒体(印刷媒体、転写材ともいう。)101に対して画像(例えばカラー画像)を形成する、電子写真方式のプリンタである。
この画像形成装置は、筐体100の内部に、例えばカセット(給紙トレイ)102と、記録媒体搬送部103A〜103Dと、画像形成部104と、記録媒体反転ユニット106と、定着装置107とを備えている。カセット102は記録媒体101を収容するものであり、記録媒体搬送部103A〜103Dは、カセット102から供給された記録媒体101を搬送する搬送ローラである。画像形成部104は、記録媒体101に対してトナー像(現像剤画像)101T(後述)を転写するものである。定着装置107は画像形成部104から搬送された記録媒体101上に転写されたトナー像に対し熱および圧力を付与することで、そのトナー像101Tを記録媒体101上に定着させるための部材である。また、記録媒体反転ユニット106は、記録媒体101の両面に対して印刷を行う場合に用いられるものである。定着装置107において一方の面に所定のトナー像101Tが定着された記録媒体101が記録媒体搬送部103Cを経て記録媒体反転ユニット106により反転される。そののち、その記録媒体101は再度、記録媒体搬送部103Aと記録媒体搬送部103Bと画像形成部104と定着装置107とを順次通過することにより、他方の面にも所定のトナー像101Tが定着されるようになっている。両面への印刷が終了した記録媒体101は記録媒体搬送部103から記録媒体搬送部104を経て外部へ排出される。なお、本明細書では、記録媒体101の搬送方向と直交する方向(図1では紙面と直交するZ軸方向)を横方向という。
図1Bは、図1に示した画像形成装置の制御系を模式的に表すブロック図である。図1Bに示したように、この画像形成装置は、その全体動作を制御する主制御部200のほか、I/F制御部201、操作部219、帯電電圧制御部202、ヘッド制御部203、現像電圧制御部204、転写電圧制御部205、画像形成駆動制御部206、ベルト駆動制御部207、定着制御部208を備えている。なお、この画像形成装置の制御系については後に詳述する。
図1Cは、画像形成部104を拡大して表す模式図である。画像形成部104については後に詳述する。
(定着装置107の詳細な構成)
まず、図2から図9を参照して、定着装置107における詳細な構成について説明する。定着装置107は、横方向の両端部に設けられた一対のサイドプレート20を有している。一対のサイドプレート20は、例えば画像形成装置の筐体100に固定されている。
図2は、定着装置107の主たる構成要素を拡大して表す概略断面図である。図3は、定着装置107の全体構成を表す斜視図である。図4および図5は、いずれも図3の要部を拡大して表す斜視図である。但し図5では、サイドプレート20を省略している。図6は、定着装置107の要部を拡大して表す分解斜視図である。また、図7〜図9は、それぞれ、定着装置107を構成する一部の構成要素を拡大して表す斜視図である。
図2に示したように、定着装置107は、環状の定着ベルト5と、その定着ベルト5によって取り囲まれた空間に設けられた板状ヒータ1、熱拡散部材2、支持部材3、ガイド部材4、定着ローラ6、加圧パッド7およびガイドローラ9と、定着ベルト5を挟んで定着ローラ6および加圧パッド7と対向するように配置された加圧ローラ10とを有している。定着ベルト5は、熱拡散部材2、ガイド部材4、定着ローラ6およびガイドローラ9によって所定の張力で張架されることとなる環状の(無端状の)ベルトであり、図2に示した矢印5Rの方向へ回転可能に保持されるようになっている。定着ベルト5は、例えば内径が45mm程度であり、例えば厚さ0.1mmのポリイミドからなる内層と、例えば厚さ0.2mmのシリコーンゴムからなる中間層と、ポリテトラフルオロエチレン(PFA)などのフッ素樹脂からなる外層との3層構造を有する。定着ローラ6および加圧パッド7と加圧ローラ10との間には、定着ベルト5と加圧ローラ10とが密接するニップ部Nが形成される。記録媒体101は定着ベルト5と加圧ローラ10との間を搬送され、ニップ部Nにおいて所定のトナー像101Tが定着されるようになっている。なお、定着ベルト5は本発明の「ベルト部材」の一具体例に対応する。
板状ヒータ1は、横方向へ延在する板状部材であり、定着ベルト5を加熱する熱源である。板状ヒータ1はその周囲を取り囲む熱拡散部材2と接しており、板状ヒータ1および熱拡散部材2は後述する回転軸J1と回転支点として一体に回転するようになっている。このため、板状ヒータ1から、熱拡散部材2を介して定着ベルト5へ熱が伝達される。板状ヒータ1は、発熱体としての抵抗線を内蔵しており、その抵抗線へ外部の電源および制御回路により任意のタイミングで電流が供給されることにより発熱する。板状ヒータ1は横方向に沿った長尺方向の寸法が350mm、横方向と直交する短尺方向の寸法が10mm、厚さが1mmのステンレス鋼からなる基板に、Ag(銀)とPd(パラジウム)との混合物からなる抵抗線が積層された構造を有する。抵抗線の出力は、例えば1000W(ワット)である。
熱拡散部材2は、板状ヒータ1に沿って横方向へ延在する部材であり、板状ヒータ1において発生した熱を拡散させるものである。熱拡散部材2は本発明の「第1の押圧部材」の一具体例に対応し、後述するように定着ベルト5の内周面を押圧するように機能する。熱拡散部材2は、主制御部200(図1B)からの指令に基づくカム13(後出)の作用により矢印11AZ(図2)に沿って移動し、定着ベルト5に印加される張力を制御するように機能する。熱拡散部材2と接する定着ベルト5には、板状ヒータ1において発生した熱が熱拡散部材2を介して伝達される。なお、板状ヒータ1と熱拡散部材2との間に、耐熱性および熱伝導性が共に高く、かつ、任意の形状に変形可能な半固体状のグリス等を介在させてもよい。熱拡散部材2は、例えば約1mmの厚さのアルミニウム押出合金(JIS A6063)からなり、定着ベルト5と当接する面は約50mmの曲率半径を有する円弧状の曲面である。
熱拡散部材2は、例えば図6および図9に示したように、その両端部に熱拡散部材保持部材17(以下、単に保持部材17という。)が取り付けられている。なお、図6および図9では、熱拡散部材2の一端部近傍のみを示している。保持部材17は、突起部17Aおよび当接凸部17Bを有している。突起部17Aは、保持部材17の一端にZ軸方向へ突出するように設けられている。突起部17Aは支持部材3の一部に回転可能に取り付けられており、保持部材17は突起部17Aの中心に位置する回転軸J1を支点として回転するようになっている。したがって、板状ヒータ1および熱拡散部材2は、保持部材17と同様に、回転軸J1を支点として回転するようになっている。また、当接凸部17Bは、加圧ローラ支持部材16の当接部16Cと当接することとなる部位である。したがって、当接凸部17Bは、当接部16Cと当接した場合に当接部16Cから押圧を受けることとなる。
支持部材3は、板状ヒータ1や熱拡散部材2と同様に横方向へ延在する部材である。支持部材3の横方向の両端部は、図6に示したようにサイドプレート20に固定されている。支持部材3はガイド部材4を保持している。支持部材3およびサイドプレート20は、本発明の「支持部」に対応する一具体例である。
支持部材3と板状ヒータ1との間には、ばね11Aが設けられている。ばね11Aは、板状ヒータ1に接続された一端部と支持部材3に接続された他端部とを含み、それら板状ヒータ1と支持部材3とを互いに遠ざけるように矢印11AZ(図2)の方向へ付勢する付勢力をもたらすものである。熱拡散部材2は、板状ヒータ1を介してばね11Aの付勢力を受け、定着ベルト5の内周面と当接して定着ベルト5を内側から外側へ押し出すように作用する。すなわち、ばね11Aの付勢力は、板状ヒータ1および熱拡散部材2を介して定着ベルト5に印加される。このように、定着ベルト5は、熱拡散部材2により外側に押し出されるように押圧を受けることで、張架されるようになっている。
支持部材3と加圧パッド7との間には、ばね11Bが設けられている。ばね11Bは、加圧パッド7に接続された一端部と支持部材3に接続された他端部とを含み、それら加圧パッド7と支持部材3とを互いに遠ざけるように矢印11BZ(図2)の方向へ付勢する付勢力をもたらすものである。加圧パッド7は、ばね11Bの付勢力を受け、定着ベルト5のうちガイドローラ9と定着ローラ6との間に張架される部分の内周面と当接して定着ベルト5を内側から外側へ押し出すように作用する。すなわち、ばね11Bの付勢力は、加圧パッド7を介して定着ベルト5に印加される。このように、定着ベルト5は、加圧パッド7により外側に押し出されるように押圧を受けることによっても、張架されるようになっている。
ガイド部材4は支持部材3に固定され、その一部が定着ベルト5の内周面と接することで回転する定着ベルト5の進路をガイドするように機能する。
図6に示したように、定着ローラ6は、横方向へ延在する芯金部61とその周囲を覆う弾性層62とを有している。芯金部61の両端は、回転軸受12Aを介してサイドプレート20によって回転可能に支持されている。さらに、芯金部61の一端部には定着ギア18が取り付けられている。この定着ギア18が図示しない動力源から動力を付与されることにより、定着ローラ6が矢印6R(図2)の方向へ回転するようになっている。定着ローラ6は、弾性層62の表面が定着ベルト5の内周面と接することで定着ベルト5を矢印5R(図2)の方向へ回転させ、その進路をガイドするように機能する。定着ローラ6の外径は例えば20mm程度であり、弾性層62は例えば2mmの厚さを有するシリコーンスポンジである。
ガイドローラ9は、図6に示したように、幅方向へ延在する芯金部91とその周囲を覆う弾性層92とを有している。芯金部91の両端は、回転軸受12B(図6)を介してサイドプレート20によって回転可能に支持されている。ガイドローラ9は、弾性層92の表面が定着ベルト5の内周面と接することで、回転する定着ベルト5の進路をガイドするように機能する。
加圧パッド7は、図6および図7に示したように、横方向へ延在する部材であり、その両端部は加圧パッド支持部材15に固定されている。加圧パッド7は、本発明の「第2の押圧部材」の一具体例に対応し、上述したように定着ベルト5の内周面を押圧するように機能する。加圧パッド支持部材15は、孔15Aと、カム押込部15Bとを有している。孔15Aにはサイドプレート20に立設するポスト20B(図4および図6参照)が挿通される。加圧パッド支持部材15の孔15Aは、サイドプレート20によって回転可能に支持されている。したがって、加圧パッド7および加圧パッド支持部材15は、一体となって、ポスト20Bの中心に位置する回転軸J2(図2)を回転支点として回転するようになっている。先に述べたように、加圧パッド7は、ばね11Bの付勢力を受けて支持部材3から遠ざかるように矢印11BZ(図2)の方向へ移動し、定着ベルト5を内側から外側へ押し出すように作用する。カム押込部15Bは、カム13の姿勢に応じてそのカム13と当接し、またはカム13と離間することとなる部位である。加圧パッド7もまた熱拡散部材2と同様、主制御部200(図1B)からの指令に基づくカム13の作用により矢印11BZ(図2)に沿って移動し、定着ベルト5に印加される張力を制御するように機能する。
加圧ローラ10は、定着ベルト5を挟んで定着ローラ6および加圧パッド7と対向するように配置された加圧部材である。図6および図8に示したように、加圧ローラ10は、横方向へ延在する芯金部10Aとその周囲を覆う弾性層10Bとを有している。芯金部10Aの両端は、回転軸受12Cを介して加圧ローラ支持部材16によって回転可能に支持されている。加圧ローラ支持部材16は、孔16Aと、カム押込部16Bと、当接部16Cとを有している。孔16Aにはサイドプレート20に立設するポスト20A(図4および図6参照)が挿通される。加圧ローラ支持部材16の孔16Aは、サイドプレート20によって回転可能に支持されている。したがって、加圧ローラ10および加圧ローラ支持部材16は、一体となって、ポスト20Aの中心に位置する回転軸J3(図2)を回転支点として矢印10Z(図2)の方向へ回転するようになっている。また、加圧ローラ支持部材16のカム押込部16Bとサイドプレート20の一部との間にはばね11Cが配設されている(図4参照)。ばね11Cは、カム押込部16Bとサイドプレート20とを遠ざけるように付勢する。すなわちばね11Cは、加圧ローラ10を定着ローラ6および加圧パッド7に対し押し付けるような回転軸J3を回転支点とした回転モーメントを生じさせる。また、カム押込部16Bは、カム13の姿勢によっては、そのカム13と当接することとなる部位である。さらに、当接部16Cは、カム13の姿勢によっては、保持部材17の当接凸部17Bと当接することとなる部位である。
加圧ローラ10は、定着ローラ6との間に挟持される定着ベルト5の回転に従動し、ここでは図2に示した矢印10Rの方向へ回転する。加圧ローラ10の外径は例えば34mm程度であり、弾性層10Bは例えば2mmの厚さを有するシリコーンスポンジである。加圧ローラ10は、さらに弾性層10Bの上にPFAなどのフッ素樹脂からなる外層を有していてもよい。
定着装置107は、さらに、カム13、カムシャフト14およびカム用ギア19を有している(図4から図6参照)。カム13は、サイドプレート20に回転可能に支持されたカムシャフト14に取り付けられ、カム押込部15Bとカム押込部16Bとの間に配置されている。カム13は、カムシャフト14の回転軸J4(後出の図10参照)を回転支点とする回転により自らの姿勢を変化させ、その姿勢に応じてカム押込部15Bおよびカム押込部16Bと当接し、または離間するようになっている。カム13は、回転支点となる回転軸J4と、カム13の外周面との距離L(L1〜L3)が、外周面の位置によって異なるような形状を有している。カムシャフト14の一端部にはカム用ギア19が取り付けられている。カム用ギア19は、図示しない駆動源からの動力が付与されることで回転し、カムシャフト14およびカム13を回転させるように機能する。このような機構により、カム押込部15Bおよびカム押込部16Bは、カム13の姿勢に応じて付勢力を受けるようになっている。なお、カム13は、本発明の「駆動部材」に対応する一具体例である。
(画像形成部104の詳細な構成)
次に、図1Cに戻って画像形成部104について説明する。画像形成部104は、例えば画像形成ユニット30Y,30M,30C,30Kと、1次転写ローラ39Y,39M,39C,39Kと、2次転写ローラ24と、転写ベルトユニット40とを有する。
画像形成ユニット30Y,30M,30C,30Kは、それぞれ記録媒体101に対する現像装置として機能するものであり、記録媒体101の搬送方向に沿って並ぶように配置されている。これらの画像形成ユニット30Y,30M,30C,30Kは、互いに異なる色のトナーを用いてトナー像を形成する点を除き、基本的には同じ構成を有している。具体的には、画像形成ユニット30Yはイエロー(Y:Yellow)トナーを用いて黄色のトナー像を形成し、画像形成ユニット30Mはマゼンタ(M:Magenta)トナーを用いてマゼンダ色のトナー像を形成し、画像形成ユニット30Cはシアン(C:Cyan)トナーを用いてシアン色のトナー像を形成し、画像形成ユニット30Kはブラック(K:blacK)トナーを用いて黒色のトナー像を形成する。
画像形成ユニット30Y,30M,30C,30Kは、それぞれ、例えば感光ドラム31Y,31M,31C,31Kと、帯電ローラ32Y,32M,32C,32Kと、LED(Light Emitting Diode)ヘッド34Y,34M,34C,34Kと、現像ローラ35Y,35M,35C,35Kと、供給ローラ36Y,36M,36C,36Kとを有している。
感光ドラム31Y,31M,31C,31Kは、静電潜像を表面(表層部分)に担持する円柱状の部材であり、感光体(例えば有機系感光体)を用いて構成されている。
帯電ローラ32Y,32M,32C,32Kは、感光ドラム31Y,31M,31C,31Kの表面(表層部分)を帯電させる部材(帯電部材)であり、感光ドラム31Y,31M,31C,31Kの表面(周面)に接するように配置されている。
現像ローラ35Y,35M,35C,35Kは、静電潜像を現像するトナーを表面に担持する部材であり、感光ドラム31Y,31M,31C,31Kの表面(周面)に接するように配置されている。
供給ローラ36Y,36M,36C,36Kは、現像ローラ35Y,35M,35C,35Kに対してトナーを供給するための部材(供給部材)であり、現像ローラ35Y,35M,35C,35Kの表面(周面)に接するように配置されている。
LEDヘッド34Y,34M,34C,34Kは、それぞれ、感光ドラム31Y,31M,31C,31Kの表面を露光することにより、この感光ドラム31Y,31M,31C,31Kの表面(表層部分)に静電潜像を形成する装置である。
転写ベルトユニット40は、例えば中間転写ベルト41と、中間転写ベルト41を駆動する駆動ローラ42と、従動ローラであるアイドルローラ43と、バックアップローラ44と、アイドルローラ43を所定方向に付勢する付勢部材49とを有する。駆動ローラ42,アイドルローラ43およびバックアップローラ44は、それぞれ紙面に垂直な横方向に伸びる回転可能な略円柱状の部材である。転写ベルトユニット40は、記録媒体搬送部103Bから搬送された記録媒体101を搬送するとともに、各画像形成ユニット30Y,30M,30C,30Kにおいて形成されるトナー像を、この搬送方向Fに沿って中間転写ベルト41の被転写面41Aに順次転写する機構を有する。中間転写ベルト41は、たとえばポリイミド樹脂などの樹脂材料からなる無端の弾性ベルトである。この中間転写ベルト41は、駆動ローラ42、アイドルローラ43およびバックアップローラ44によって張設(張架)されており、例えば矢印41Rの方向へ循環回転するようになっている。
駆動ローラ42は、ベルト駆動モータ212(図1B)から伝達された動力により図1に示した矢印42Rの方向へ時計回りに回転し、中間転写ベルト41を搬送方向Fの方向(矢印41Rの方向)へ循環回転させるものである。ベルト駆動モータ212の動作は、主制御部81(図1B)によって制御される。アイドルローラ43は、付勢部材49による付勢力により、中間転写ベルト41に負荷される張力を調整する。
2次転写ローラ24は、バックアップローラ44と共に2次転写部を構成する。2次転写ローラ24およびバックアップローラ44は互いに対向し、中間転写ベルト41を挟み込むように配置されている。2次転写ローラ24は、一端が画像形成装置の筐体100などに固定されたコイルスプリングなどの付勢部材50により、バックアップローラ44へ向かうように付勢されている。これにより、2次転写ローラ24は、中間転写ベルト41を介してバックアップローラ44に押し付けされた状態となっている。バックアップローラ44および2次転写ローラ24は、中間転写ベルト41の被転写面41A上のトナー像を記録媒体101に転写させる2次転写部を構成する。これらバックアップローラ44および2次転写ローラ24は、互いに対向し且つ中間転写ベルト41を挟み込むように配置されている。
(画像形成装置の制御系について)
次に、図1Bに戻ってこの画像形成装置の制御系について説明する。
主制御部200は、例えばマイクロプロセッサ、ROM、RAM、入出力ポート、タイマ等を備えて構成されており、パーソナルコンピュータ等の外部装置から印刷データと制御コマンドを受信して画像形成装置のシーケンス制御を行うものである。
I/F制御部201は、外部装置220に画像形成装置の情報を送信すると共に、外部装置から送信されたコマンドを解析し、また、外部装置から送信されたデータを処理するものである。
帯電電圧制御部202は、主制御部200の指示により、帯電ローラ32(32Y,32M,32C,32K)に帯電電圧を印加する制御を行うものである。
ヘッド制御部203は、主制御部200の指示により、感光ドラム31(31Y,31M,31C,31K)の表面を露光して静電潜像を形成するため、印刷データに従ってLEDヘッド34(34Y,34M,34C,34K)を駆動する制御を行うものである。
現像電圧制御部204は、主制御部200の指示により、感光ドラム31(31Y,31M,31C,31K)の表面に形成された静電潜像を現像するため、現像ローラ35(35Y,35M,35C,35K)に現像電圧を印加する制御を行うものである。
転写電圧制御部205は、主制御部200の指示により、感光ドラム31Y,31M,31C,31Kの表面に形成されたトナー像を記録媒体101に転写するため、1次転写ローラ39(39Y,39M,39C,39K)に転写電圧を印加する制御を行うものである。
画像形成駆動制御部206は、主制御部200の指示により、感光ドラム31Y,31M,31C,31Kなどを回転駆動するためのモータ211(211Y,211M,211C,211K)を駆動する制御を行うものである。
ベルト駆動制御部207は、主制御部200の指示により、駆動ローラ42(後出)を回転させて中間転写ベルト41を走行させるため、ベルト駆動モータ212を駆動する制御を行うものである。
定着制御部208は、定着装置107の温度を検出するサーミスタ213から検出温度が入力され、定着装置107の板状ヒータ1への通電をオン・オフ制御するものである。定着制御部208は、さらに、主制御部200の指示により、定着装置107の定着ローラ6を回転させる定着駆動モータ214を駆動する制御を行う。さらに、定着制御部208は、主制御部200の指示により、駆動モータ215を駆動させることでカム用ギア19を回転させ、カム13の姿勢を制御する。すなわち、定着制御部208は、主制御部200(図1B)からの指令に基づきカム13を駆動して熱拡散部材2と加圧パッド7とを互いに近づけるように移動させ、あるいは互いに遠ざけるように移動させることにより、定着ベルト5に印加される張力を制御する。なお、定着ローラ6に当接する加圧ローラ10および定着ベルト5は、定着ローラ6に従動して回転する。
主制御部200には、ユーザが記録媒体101の種類を入力するための操作部219が接続されている。ユーザが操作部219から入力した記録媒体101の種類に基づいて、主制御部200は、定着制御部208に、カム13の姿勢の制御を実行させる。
[作用・効果]
(A.基本動作)
この画像形成装置では、以下のようにして、記録媒体101に対してトナー像が転写される。
具体的には、図1に示したように、まず、カセット102に収納されている記録媒体101が、図示しない給紙ローラによって最上部から1枚ずつピックアップされ、下流の記録媒体搬送部103Aの方向へ繰り出される。次いで、給紙ローラから繰り出された記録媒体101は、記録媒体搬送部103A,103Bにより斜行が矯正されつつ下流の画像形成部104へ搬送される。画像形成部104では、以下のようにして、トナー像が記録媒体101上に転写される。
画像形成部104では、以下の電子写真プロセスによって、各色のトナー像が形成される。すなわち、例えば所定の印加電圧が供給される帯電ローラ32により、感光ドラム31の表面が一様に帯電させられる。次いで、感光ドラム31の表面に向けてLEDヘッド34から照射光が照射されて露光されることで、印刷パターンに応じた静電潜像が感光ドラム31上に形成される。さらに、感光ドラム31上の静電潜像に対して、現像ローラ35からトナーが付着される。感光ドラム31上のトナー(トナー像)は、対向配置された1次転写ローラ39との間の電界によって中間転写ベルト41へ転写される。さらに、2次転写部において、中間転写ベルト41の被転写面41A上のトナー像が記録媒体101に転写される。
そののち、記録媒体101上のトナー(トナー像)は、定着装置107において熱および圧力が付与されることで定着させられる。そして、記録媒体搬送部103C,103Dなどによって、トナーが定着された記録媒体101が画像形成装置の外部へ排出される。
(B.定着装置107の動作)
定着装置107の動作は、カム13の姿勢に応じて、通常印刷モード、特殊印刷モード、および待機モードの3つのモードに分類される。カム13の外周面がカム押込部15Bと当接し、カム押込部15Bが付勢力をカム13から受ける場合には、加圧パッド支持部材15は回転軸J2を回転支点として回転するように付勢される。その結果、加圧パッド支持部材15は加圧パッド7を+Y方向へ付勢する(図2参照)。すなわち、カム13は、定着ベルト5の張力を弛緩させる方向に作用する。また、カム13の外周面がカム押込部16Bと当接し、カム押込部16Bが付勢力をカム13から受ける場合には、加圧ローラ支持部材16は回転軸J3を回転支点として回転する方向へ付勢される。その結果、加圧ローラ支持部材16は加圧ローラ10を(場合によっては熱拡散部材2も)−Y方向へ付勢する(図2参照)。この場合も、カム13は定着ベルト5の張力を弛緩させる方向に作用する。
一方、カム13の外周面がカム押込部15Bから離間し、カム押込部15Bが付勢力をカム13から受けない場合には加圧パッド支持部材15は動かない。したがって、カム13は、加圧パッド7に対してなんら作用しない。この場合、加圧パッド7は、ばね11Bにより支持部材3から遠ざかる方向(−Y方向)へ付勢される(図2参照)。その結果、定着ベルト5の張力は増加し、定着ベルト5は張架状態となる。同様に、カム13の外周面がカム押込部16Bから離間し、カム押込部16Bが付勢力をカム13から受けない場合には加圧ローラ支持部材16は動かない。したがって、カム13は、加圧ローラ10および熱拡散部材2に対してなんら作用しない。この場合、熱拡散部材2は、ばね11Aにより支持部材3から遠ざかる方向(+Y方向)へ付勢される(図2参照)。その結果、やはり定着ベルト5の張力は増加し、定着ベルト5は張架状態となる。
このように、定着装置107では、カム13により熱拡散部材2を−Y方向へ移動させると共に加圧パッド7を+Y方向へ移動させることで、定着ベルト5に印加される張力を変化させるようになっている。カム13は、自らの姿勢の変化により、−Y方向へ熱拡散部材2を移動させると共に+Y方向へ加圧パッド7を移動させ、定着ベルト5を弛緩させるようになっている。このため、印刷動作を行わない待機時には定着ベルト5を弛緩状態とすることができ、その結果、定着ベルト5の部分的な張り癖や劣化が生じにくくなる。したがって、この定着装置107を搭載した画像形成装置では、定着ベルト5の劣化に起因する画像の歪みなどが十分に低減された高品質の画像を実現することができる。ここで、「+Y方向」は本発明の第1の方向に対応する一具体例であり、「−Y方向」は本発明の第2の方向に対応する一具体例である。
画像形成装置の電源が投入されると、主制御部200の指示により、定着制御部208が板状ヒータ1に通電し、板状ヒータ1が発熱する。板状ヒータ1の発した熱は熱拡散部材2を介して定着ベルト5に伝達される。なお、定着制御部208は、サーミスタ213により検知される定着ベルト5の温度に基づき板状ヒータ1の通電のオン・オフ動作を制御し、定着ベルト5の温度を一定に近づくようにする。
以下、定着装置107の各動作モードについて詳述する。
((通常印刷モード))
図10および図11を参照して、通常印刷モードについて説明する。主制御部200は、記録媒体101の種類を判別し、記録媒体101が通常の媒体(しわが生じやすい封筒や薄紙、薬包などの特殊媒体でないもの)であった場合には以下の動作を行う。具体的には、駆動源によりカム用ギア19を回転させ、カムシャフト14を回転させることでカム13を図10に示した姿勢で保持する。すなわち、カム13を、加圧パッド支持部材15のカム押込部15Bおよび加圧ローラ支持部材16のカム押込部16Bの双方から離間した姿勢で保持する。このとき、カム13の外周面とカム押込部15Bとの間にはギャップG2が生じ、カム13の外周面とカム押込部16Bとの間にはギャップG1が生じている。したがって、加圧パッド支持部材15および加圧ローラ支持部材16は、いずれもカム13からの付勢力を受けない。また、加圧ローラ支持部材16の当接部16Cと、保持部材17の当接凸部17Bとの間にはギャップG3が生じている。よって、熱拡散部材2はカム13からの付勢力を受けない。
加圧ローラ支持部材16は、カム押込部16Bがばね11Cの付勢力f3を受ける。これにより、加圧ローラ支持部材16には、回転軸J3を回転支点とする図10中の矢印R3の方向への回転モーメントが生じる。その結果、加圧ローラ10は、図11に示したように+Y方向の付勢力ff3を受け、定着ベルト5を介して加圧パッド7および定着ローラ6に押し付けられる。
また、熱拡散部材2は、ばね11Aからの+Y方向の付勢力f1を受ける。このため、熱拡散部材2は、定着ベルト5の内周面を+Y方向へ押圧することとなる。一方、加圧パッド7は、ばね11Bからの−Y方向の付勢力f2を受ける。このため、加圧パッド7は、定着ベルト5の内周面を−Y方向へ押圧することとなる。したがって、定着ベルト5は、熱拡散部材2および加圧パッド7により外側に押し出されるように押圧を受けることで、その張力が増加し、張架された状態となる。
この結果、定着ベルト5のうち定着ローラ6と加圧パッド7との間に張架された部分と、その部分と対向する加圧ローラ10との間にニップ部Nが形成される(図11参照)。
((特殊印刷モード))
次に、図12および図13を参照して、特殊印刷モードについて説明する。特殊印刷モードとは、記録媒体101が、しわが生じやすい封筒や薄紙、薬包などの特殊媒体に対して定着動作を行うモードである。記録媒体101が特殊媒体であると主制御部200が判断した場合には以下の動作を行う。具体的には、駆動源によりカム用ギア19を回転させ、カムシャフト14を回転させることでカム13を図12に示した姿勢で保持する。すなわち、カム13を、その外周面の一部がカム押込部16Bと当接する一方、その外周面の一部がカム押込部15Bから離間した姿勢となるように保持する。このとき、カム13の外周面とカム押込部15Bとの間にはギャップG2A(>G2)が生じており、加圧パッド支持部材15はカム13からの付勢力を受けない。一方、カム押込部16Bは、カム13の外周面と当接することで+X方向の付勢力F1をカム13から受ける。なお、回転軸J4からカム13の外周面とカム押込部16Bとの当接点までの距離をL1とする。カム押込部16Bは、さらに、ばね11Cの作用により、付勢力F1と反対向きの−X方向の付勢力f3を受ける。したがって、加圧ローラ支持部材16には、回転軸J3を回転支点とする矢印R3Aの方向への回転モーメントと矢印R3Bの方向への回転モーメントとが生じる。ここで、矢印R3Bの方向への回転モーメントが矢印R3Aの方向への回転モーメントを上回るので、加圧ローラ10は図13に示したように−Y方向の付勢力f4(=F1−f3)を受ける。よって、加圧ローラ10は、図10および図11に示した通常印刷モードにおける位置から、定着ローラ6および加圧パッド7から離間する方向(−Y方向)へ僅かに移動した位置に設定される。
また、特殊印刷モードでは、通常印刷モードと同様に、加圧ローラ支持部材16の当接部16Cと、保持部材17の当接凸部17Bとの間にはギャップG3A(<G3)が生じている。よって、熱拡散部材2はカム13からの付勢力を受けない。
さらに、特殊印刷モードでは、通常印刷モードと同様に、熱拡散部材2がばね11Aからの+Y方向の付勢力f1を受けると共に加圧パッド7がばね11Bからの−Y方向の付勢力f2を受ける。このため、熱拡散部材2は定着ベルト5の内周面を+Y方向へ押圧することとなり、加圧パッド7は定着ベルト5の内周面を−Y方向へ押圧することとなる。したがって、定着ベルト5は、熱拡散部材2および加圧パッド7により外側に押し出されるように押圧を受けることで、その張力が増加し、張架された状態となる。ただし、上述したように、加圧パッド7と対向する加圧ローラ10は−Y方向へ僅かに移動した位置に設定されるので、加圧パッド7もまた加圧ローラ10に追従して通常印刷モードにおける位置から−Y方向へ僅かに移動した位置に設定される。このため、図13に示したように、特殊印刷モードでは通常印刷モード(図11)と比べて加圧ローラ10が定着ベルト5に対して押圧する力は弱く(ニップ圧が弱く)、ニップ部Nの範囲は狭くなる。このように、特殊印刷モードでは、狭い範囲のニップ部Nを形成し、ニップ圧を低くすることにより、定着動作の際に記録媒体101にしわなどが生じるのを防ぐようにしている。
((待機モード))
次に、図14および図15を参照して、待機モード(放置モード)について説明する。待機モードとは、記録媒体101に対する定着動作を行わない状態に対応するモードである。記録媒体101に対して定着動作を実施しないと主制御部200が判断した場合には以下の動作を行う。具体的には、駆動源によりカム用ギア19を回転させ、カムシャフト14を回転させることでカム13を図14に示した姿勢で保持する。すなわち、カム13を、加圧パッド支持部材15のカム押込部15Bおよび加圧ローラ支持部材16のカム押込部16Bの双方と当接した姿勢で保持する。
このとき、カム押込部16Bは、カム13の外周面と当接することで+X方向の付勢力F2をカム13から受ける。なお、回転軸J4からカム13の外周面とカム押込部16Bとの当接点までの距離をL2(>L1)とする。カム押込部16Bは、さらに、ばね11Cの作用により付勢力F2と反対向きの−X方向の付勢力f3を受ける。したがって、加圧ローラ支持部材16には、回転軸J3を回転支点とする矢印R3Aの方向への回転モーメントと矢印R3Bの方向への回転モーメントとが生じる。ここで、矢印R3Bの方向への回転モーメントが矢印R3Aの方向への回転モーメントを上回るので、加圧ローラ10は図15に示したように−Y方向の付勢力f5(=F2−f3)を受ける。距離L2は図12に示した特殊印刷モードにおける距離L1よりも大きい。このため、付勢力F2は図12に示した特殊印刷モードにおける付勢力F1よりも大きく、付勢力f5(図15)も付勢力f4(図13)よりも大きい。よって、加圧ローラ10は、図12および図13に示した特殊印刷モードにおける位置から、定着ローラ6および加圧パッド7から離間する方向(−Y方向)へさらに移動した位置に設定される。
また、カム押込部15Bは、カム13の外周面と当接することで−X方向の付勢力F3をカム13から受ける。なお、回転軸J4からカム13の外周面とカム押込部15Bとの当接点までの距離をL3とする。加圧パッド支持部材15には、カム13により、回転軸J2を回転支点とする矢印R2Aの方向への回転モーメントが生じる。このため、加圧パッド支持部材15の一端に固定された加圧パッド7には、+Y方向の付勢力FF3が印加される。加圧パッド7は、さらに、ばね11Bの作用により付勢力FF3と反対向きの−Y方向の付勢力f2を受ける。ここで、付勢力FF3は付勢力f2よりも大きいので、加圧パッド7は図15に示したように例えば+Y方向の付勢力f7(=FF3−f2)を受ける。よって、図15に示したように、加圧パッド7は、定着ベルト5の内周面から離間した状態となる。
また、加圧ローラ支持部材16に生じる回転軸J3を回転支点とする矢印R3Bの方向への回転モーメントにより、待機モードでは、通常印刷モードとは異なり、加圧ローラ支持部材16の当接部16Cと保持部材17の当接凸部17Bとが当接する。このため、保持部材17および熱拡散部材2は、当接部16Cから付勢力FF2を受けることとなる。ここで、付勢力FF2はばね11Aによる付勢力f1よりも大きいので、保持部材17および熱拡散部材2は図15に示したように例えば−Y方向の付勢力f6(=FF2−f1)を受ける。よって、図15に示したように、熱拡散部材2は、定着ベルト5の内周面から離間する方向へ移動する。
このように、待機モードではニップ部Nは形成されず、定着ベルト5は熱拡散部材2および加圧パッド7により押圧を受けず弛緩した状態となる(図15)。
(C.効果)
このように、本実施の形態の定着装置107では、カム13の姿勢を制御することにより、記録媒体101への印刷を行う通常印刷モードおよび特殊印刷モードと、記録媒体101への印刷を行わない待機モードとの間の状態移行を行うことができる。その結果、定着ベルト5の部分的な張り癖や劣化が生じにくくなり、定着ベルト5の長寿命化が図れる。したがって、この定着装置107を搭載した画像形成装置では、定着ベルト5の劣化に起因する画像の歪みなどが十分に低減された高品質の画像を長期に亘って実現することができる。
特に本実施の形態では、例えば主制御部200からの指令によりカム13を回転させることで、互いに反対の方向へ移動する熱拡散部材2および加圧パッド7を一括して同時に動かすことができる。このため、定着ベルト5の張架状態と定着ベルト5の弛緩状態との状態移行(切り替え)を簡便に行うことができる。
<2.変形例>
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、カラー画像を形成する画像形成装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば黒色のトナー像のみを転写し、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよい。また、上記実施の形態では、2次転写方式の画像形成装置について説明したが、本発明は1次転写方式にも適用されうる。
また、上記実施の形態では、ベルトユニットとして定着装置に適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば転写ベルトユニット40などの転写装置に適用することも可能である。その場合、例えば中間転写ベルト41を本発明の「ベルト部材」の一具体例に対応させ、駆動ローラ42およびアイドルローラ43をそれぞれ本発明の「第1の押圧部材」および「第2の押圧部材」の一具体例に対応させる。さらにカム13に相当するカムを別途新たに設けると共に駆動ローラ42およびアイドルローラ43を所定の方向に移動させることで、中間転写ベルト41に印加される張力を変化させるようにすればよい。それにより、中間転写ベルト41の部分的な張り癖や劣化が生じにくくなり、中間転写ベルト41の長寿命化が図れる。したがって、この中間転写ベルト41を搭載した画像形成装置では、中間転写ベルト41の劣化に起因する画像の歪みなどが十分に低減された高品質の画像を長期に亘って実現することができる。
また、上記実施の形態では、ベルトユニット(定着装置107)が1つのベルト部材(定着ベルト5)を有し、その1つのベルト部材に対し2つの押圧部材(熱拡散部材2および加圧パッド7)を設け、それら2つの押圧部材の移動により1つのベルト部材の張力を制御するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、1つのベルト部材に対し3つの押圧部材を設け、それら3つの押圧部材の移動により1つのベルト部材の張力を制御するようにしてもよい。また、ベルト部材を複数設けると共に、それら複数のベルト部材の各々を押圧する複数の押圧部材を設け、それら複数の押圧部材をそれぞれ移動させることにより、複数のベルト部材にそれぞれ印加される張力を制御するようにしてもよい。
また、上記実施の形態等では、露光装置として発光ダイオードを光源とするLEDヘッドを用いるようにしたが、例えばレーザ素子等を光源とした露光装置を用いてもよい。
さらに、上記実施の形態等では、本発明における「画像形成装置」の一具体例として、印刷機能を有する画像形成装置について説明したが、これには限られない。すなわち、そのような印刷機能に加え、例えば、スキャン機能やファックス機能を有する複合機として機能する画像形成装置においても、本発明を適用することが可能である。
100…筐体、101…記録媒体、101T…現像剤画像、102…カセット、 103A〜103D…記録媒体搬送部、104…画像形成部、106…記録媒体反転ユニット、107…定着装置、N…ニップ部、J1〜J4…回転軸、1…板状ヒータ、2…熱拡散部材、3…支持部材、4…ガイド部材、5…定着ベルト、6…定着ローラ、 7…加圧パッド、9…ガイドローラ、10…加圧ローラ、11A〜11C…ばね、12A〜12C…回転軸受、13…カム、14…カムシャフト、15…加圧パッド支持部材、15A…孔、15B…カム押込部、16…加圧ローラ支持部材、16A…孔、16B…カム押込部、16C…当接部、17…熱拡散部材保持部材、17A…突起部、 17B…当接凸部、18…定着ギア、19…カム用ギア、20…サイドプレート、 20A,20B…ポスト、200…主制御部。

Claims (14)

  1. ベルト部材と、
    前記ベルト部材を押圧するように設けられた第1の押圧部材と、
    前記ベルト部材を押圧するように設けられた第2の押圧部材と、
    前記第1の押圧部材を第1の方向へ移動させると共に前記第2の押圧部材を第2の方向へ移動させ、前記ベルト部材に印加される張力を変化させる駆動部材と
    を有するベルトユニット。
  2. 前記第2の押圧部材との間に前記ベルト部材を挟むと共に前記第2の押圧部材と対向するように配置され、前記第2の押圧部材へ向かう方向へ付勢された加圧部材をさらに有する
    請求項1に記載のベルトユニット。
  3. 前記駆動部材は、前記加圧部材を前記第2の押圧部材から離間する方向へ付勢する
    請求項2に記載のベルトユニット。
  4. 前記駆動部材は、前記第1の方向へ前記第1の押圧部材を移動させると共に前記第2の方向へ前記第2の押圧部材を移動させることにより、前記ベルト部材を弛緩させるようになっている
    請求項1に記載のベルトユニット。
  5. 前記第2の押圧部材との間に前記ベルト部材を挟むと共に前記第2の押圧部材と対向するように配置され、前記第2の押圧部材へ向かう方向へ付勢された加圧部材をさらに有し、
    前記ベルト部材が弛緩した弛緩状態において、前記駆動部材は前記加圧部材を前記第2の押圧部材から離間する方向へ付勢するようになっている
    請求項4に記載のベルトユニット。
  6. 前記第2の押圧部材との間に前記ベルト部材を挟むと共に前記第2の押圧部材と対向するように配置され、前記第2の押圧部材へ向かう方向へ付勢された加圧部材をさらに有し、
    前記ベルト部材に前記張力が印加された張架状態において、前記加圧部材は前記ベルト部材と当接してニップ部を形成している
    請求項4に記載のベルトユニット。
  7. 前記駆動部材を支持する支持部と、
    前記支持部に取り付けられ、前記第1の押圧部材を前記第1の方向と反対の方向へ付勢する第1の付勢部材と、
    前記支持部に取り付けられ、前記第1の押圧部材を前記第2の方向と反対の方向へ付勢する第2の付勢部材と
    をさらに有する
    請求項1に記載のベルトユニット。
  8. 前記駆動部材は、前記支持部により回転可能に支持されたカムである
    請求項7に記載のベルトユニット。
  9. 前記ベルト部材を回転可能に保持する1以上のローラをさらに有する
    請求項1に記載のベルトユニット。
  10. 前記第1の押圧部材はヒータを含み、前記ヒータにより発生した熱が前記ベルト部材へ伝達されるようになっている
    請求項1に記載のベルトユニット。
  11. 前記ベルト部材は環状をなし、
    前記第1の押圧部材および前記第2の押圧部材は、いずれも、前記ベルト部材により取り囲まれた空間に配置されている
    請求項1に記載のベルトユニット。
  12. ベルト部材と、
    前記ベルト部材を押圧するように設けられた第1の押圧部材と、
    前記ベルト部材を押圧するように設けられた第2の押圧部材と、
    前記第1の押圧部材を第1の方向へ移動させると共に前記第2の押圧部材を第2の方向へ移動させ、前記ベルト部材に印加される張力を変化させる駆動部材と
    を有するベルトユニットを備えた画像形成装置。
  13. ベルト部材と、
    前記ベルト部材を押圧する押圧部材と、
    前記押圧部材を移動させることにより、前記ベルト部材に印加される張力を制御する制御部と
    を有するベルトユニット。
  14. 複数のベルト部材と、
    前記複数のベルト部材をそれぞれ押圧する複数の押圧部材と、
    前記複数の押圧部材をそれぞれ移動させることにより、前記複数のベルト部材にそれぞれ印加される張力を制御する制御部と
    を有するベルトユニット。
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