JP2018132677A

JP2018132677A - 定着装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2018132677A
Application number: JP2017026637A
Authority: JP
Inventors: 竹内　健二; Kenji Takeuchi; 健二竹内
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2018-08-23

Abstract

【課題】本発明は、定着装置が無端ベルトの厚み方向に大型化するのを抑えることを目的とする。【解決手段】定着装置６は、モータ８０によって駆動される第１回転部材（第１加圧ローラ６１）と、第１回転部材と接する外周面を有する無端ベルト６３と、無端ベルト６３の内周面に接して、無端ベルト６３に従動回転する第２回転部材（第２加圧ローラ６２）と、第２回転部材の回転速度を検出する検出部（光センサ６８）と、を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、無端ベルトを備える定着装置および画像形成装置に関する。

ヒータの熱による加圧ローラの外径変化を加味して、定着装置内のシートの搬送速度を精度良く制御するための方法が種々提案されている。例えば、特許文献１では、加圧ローラに従動回転する無端ベルトの端部にフォトインタラプタを配置し、無端ベルトの移動速度を測定することで、加圧ローラを駆動するモータの回転速度を制御する技術が開示されている。

特開平８−１９０２９８号公報

しかしながら、特許文献１のように無端ベルトの外周面に対向する箇所にフォトインタラプタを配置すると、定着装置が無端ベルトの厚み方向、詳しくは無端ベルトから加圧ローラに向かう方向に大型化してしまうおそれがあり、好ましくない。

そこで、本発明は、定着装置が無端ベルトの厚み方向に大型化するのを抑えることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る定着装置は、モータにより駆動される第１回転部材と、前記第１回転部材と接する外周面を有する無端ベルトと、前記無端ベルトの内周面に接し、前記無端ベルトに従動回転する第２回転部材と、前記第２回転部材の回転速度を検出する検出部と、を備える。

また、本発明に係る画像形成装置は、モータにより駆動される第１回転部材と、前記第１回転部材と接する外周面を有する無端ベルトと、前記無端ベルトの内周面に接し、前記無端ベルトに従動回転する第２回転部材と、前記第２回転部材の回転速度を検出する検出部と、を備えた定着装置と、前記検出部の検出結果が入力され、当該検出結果に基づいて前記モータの回転速度を制御する制御装置と、を備える。
前記制御装置は、前記検出部から入力された前記第２回転部材の回転速度が目標回転速度よりも所定値以上大きい場合に、前記モータの回転速度を小さくする。

前述した各構成によれば、無端ベルト内に配置される第２回転部材の回転速度を検出部で検出するので、従来のような無端ベルトの外周面の周速を検出する場合と比較して、定着装置が無端ベルトの厚み方向に大型化するのを抑えることができる。

本発明によれば、定着装置が無端ベルトの厚み方向に大型化するのを抑えることができる。

本発明の実施形態に係る定着装置を備えたレーザプリンタを示す図である。定着装置を示す図である。第１加圧ローラおよび第２加圧ローラ周りの構造を用紙の搬送方向から見た図である。回転板と光センサを示す斜視図である。本発明の変形例を示す図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明において方向は、図１に示す方向で説明する。すなわち、図１において、紙面に向かって右側を「手前側」、紙面に向かって左側を「奥側」とし、紙面に向かって奥側を「右側」、紙面に向かって手前側を「左側」とする。また、紙面に向かって上下方向を「上下方向」とする。

図１に示すように、レーザプリンタ１は、本体筐体２内に、記録シートとしての用紙Ｐを給紙するための給紙部３と、露光装置４と、用紙Ｐ上にトナー像を転写するプロセスカートリッジ５と、用紙Ｐ上のトナー像を熱定着させる定着装置６とを主に備えている。

給紙部３は、本体筐体２内の下部に着脱可能に装着される給紙トレイ３１と、給紙トレイ３１内の用紙をプロセスカートリッジ５に向けて供給する用紙供給機構３２とを備えている。

露光装置４は、本体筐体２内の上部に設けられている。露光装置４は、レーザ発光部、ポリゴンミラー、レンズ、反射鏡などを備えている。レーザ発光部から出射されたレーザビームは、ポリゴンミラー等を介して、プロセスカートリッジ５の感光ドラム５２の表面上に高速走査にて照射される。

プロセスカートリッジ５は、露光装置４の下方に設けられ、本体筐体２に着脱可能となっている。このプロセスカートリッジ５は、感光ドラム５２と、帯電器５３と、転写ローラ５４と、現像ローラ５６と、層厚規制ブレード５７と、供給ローラ５８と、トナー収容部５９とを備えている。トナー収容部５９内のトナーは、供給ローラ５８の回転により、現像ローラ５６に供給される。現像ローラ５６上のトナーは、層厚規制ブレード５７によって、一定厚さに規制される。

このように構成されるプロセスカートリッジ５では、感光ドラム５２の表面が帯電器５３により一様に正帯電された後、露光装置４からのレーザビームの高速走査によって露光される。これにより、感光ドラム５２の表面に静電潜像が形成される。

次いで、現像ローラ５６上のトナーが感光ドラム５２の静電潜像に供給され、感光ドラム５２上にトナー像が形成される。そして、感光ドラム５２と転写ローラ５４との間を用紙Ｐが搬送されることによって感光ドラム５２の表面上のトナー像が用紙Ｐ上に転写される。

定着装置６は、プロセスカートリッジ５の奥側（用紙Ｐの搬送方向下流側）に設けられ、用紙Ｐ上に転写されたトナー像を用紙Ｐ上に熱定着する。なお、定着装置６については、後で詳述する。

定着装置６の用紙Ｐの搬送方向下流側には、定着装置６から搬送された用紙Ｐを本体筐体２の外部へ排出するための排紙ローラ７１，７２が設けられている。定着装置６から排出された用紙Ｐは、排紙ローラ７１，７２によって排紙トレイ７４上に排紙される。

以下、定着装置６の詳細な構成について説明する。
図２に示すように、定着装置６は、第１回転部材の一例としての第１加圧ローラ６１と、第２回転部材の一例としての第２加圧ローラ６２と、無端ベルト６３と、支持フレーム６４と、アーム部材６５と、引きバネ６６と、ヒータ６７と、検出部の一例としての光センサ６８（図３参照）と、を備えている。

第１加圧ローラ６１は、円筒状の第１本体部６１Ａと、円柱状の第１シャフト部６１Ｂとを備えている。第１本体部６１Ａは、シリコーンゴムなどの弾性体からなり、第１シャフト部６１Ｂを被覆するように設けられている。

図３に示すように、第１シャフト部６１Ｂは、金属などからなり、第１本体部６１Ａを貫通するように設けられている。第１シャフト部６１Ｂの軸方向の両端部は、第１本体部６１Ａの両端から突出している。第１シャフト部６１Ｂの両端部は、支持フレーム６４に回転可能に支持されている。第１シャフト部６１Ｂの軸方向の一端には、モータ８０からの駆動力を第１加圧ローラ６１に伝達するギヤ６１Ｇが設けられている。これにより、第１加圧ローラ６１は、モータ８０によって駆動される。

なお、モータ８０は、レーザプリンタ１の本体筐体２に設けられている。また、本体筐体２には、モータ８０を制御する制御装置１００がさらに設けられている。

図２に戻って、無端ベルト６３は、第１加圧ローラ６１の第１本体部６１Ａに接する外周面を有している。無端ベルト６３の内側には、第２加圧ローラ６２とヒータ６７が配置されている。

第２加圧ローラ６２は、無端ベルト６３の内周面に接している。詳しくは、第２加圧ローラ６２は、第１加圧ローラ６１との間で無端ベルト６３を挟んでいる。これにより、モータ８０の駆動力によって第１加圧ローラ６１が回転すると、第２加圧ローラ６２が、第１加圧ローラ６１の回転に伴って回転する無端ベルト６３に従動回転する。

図３に示すように、第２加圧ローラ６２は、円筒状の第２本体部６２Ａと、円柱状の第２シャフト部６２Ｂとを備えている。第２本体部６２Ａは、シリコーンゴムなどの弾性体からなり、第２シャフト部６２Ｂを被覆するように設けられている。第２本体部６２Ａは、無端ベルト６３の内周面に接している（図２参照）。

第２シャフト部６２Ｂは、金属などからなり、第２本体部６２Ａを貫通するように設けられている。第２シャフト部６２Ｂの軸方向の両端部は、第２本体部６２Ａの両端から突出している。第２シャフト部６２Ｂの両端部は、それぞれアーム部材６５によって回転可能に支持されている。つまり、アーム部材６５は、第２シャフト部６２Ｂを回転可能に支持する軸受として機能している。

アーム部材６５は、第２加圧ローラ６２の軸方向両側に１つずつ配置されている。図２に示すように、第２加圧ローラ６２の第２シャフト部６２Ｂは、アーム部材６５を介して支持フレーム６４に支持されている。

アーム部材６５は、一端部が支持フレーム６４に設けられた支持軸６４Ａによって回動可能に支持されている。アーム部材６５の他端部には、引きバネ６６の一端部が取り付けられている。引きバネ６６の他端部は、支持フレーム６４に取り付けられている。このような構成により、アーム部材６５に回転可能に支持された第２加圧ローラ６２は、第１加圧ローラ６１に近づく方向と、第１加圧ローラ６１から遠ざかる方向とに移動可能となっている。また、引きバネ６６の作用によってアーム部材６５が第１加圧ローラ６１側に付勢されるので、第２加圧ローラ６２も第１加圧ローラ６１に向けて押圧される。

なお、アーム部材６５は、ヒータ６７を支持するように構成されていてもよい。詳しくは、例えば無端ベルト６３の両端に配置されて、無端ベルト６３の内周面をガイドするガイド部材を設ける場合には、ガイド部材にヒータ６７および第２加圧ローラ６２を設け、ガイド部材をアーム部材６５に固定してもよい。

第２加圧ローラ６２の熱膨張率は、第１加圧ローラ６１の熱膨張率よりも小さくなっている。ここで、熱膨張率は、前述した本体部６１Ａ，６２Ａとシャフト部６１Ｂ，６２Ｂとを含む加圧ローラ全体の熱膨張率をいう。つまり、加圧ローラの熱膨張率は、例えば、温度変化前の加圧ローラ（詳しくは本体部）の直径Ｄ１と温度変化後の加圧ローラ（詳しくは本体部）の直径Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）として表すことができる。本実施形態では、第２加圧ローラ６２の外径を、第１加圧ローラ６１の外径よりも小さくすることで、各加圧ローラ６１，６２を同じ材料で形成した場合であっても、第２加圧ローラ６２の熱膨張率が第１加圧ローラ６１の熱膨張率よりも小さくなっている。より詳しくは、本実施形態では、第２本体部６２Ａの厚さを、第１本体部６１Ａの厚さよりも小さくしている。

ここで、第２加圧ローラ６２の熱膨張率を小さくする方法としては、例えば、以下の３つの方法が挙げられる。
（１）第２加圧ローラ６２の外径を、第１加圧ローラ６１の外径よりも小さくする。
（２）第２本体部６２Ａの材料を、第１本体部６１Ａの材料よりも線膨張係数の小さい材料とする。
（３）第２本体部６２Ａの厚さを、第１本体部６１Ａの厚さよりも小さくする。

本実施形態では、上述した（１）と（２）の方法を組み合わせることで、第２加圧ローラ６２の熱膨張率を小さくしている。

図３に示すように、第２シャフト部６２Ｂの端部、詳しくは軸方向において第２本体部６２Ａに対してギヤ６１Ｇとは反対側の端部には、第２シャフト部６２Ｂと一体に回転する回転板９０が設けられている。回転板９０の近傍には、光センサ６８が配置されている。つまり、回転板９０と光センサ６８は、軸方向において第２本体部６２Ａに対してギヤ６１Ｇとは反対側に配置されている。より詳しくは、回転板９０および光センサ６８は、アーム部材６５に対して第２本体部６２Ａとは反対側に配置されている。

また、回転板９０および光センサ６８は、無端ベルト６３の外周面から加圧ローラ６１とは反対側に突出しない位置に配置されている。詳しくは、加圧ローラ６１から無端ベルト６３に向かう方向において、回転板９０および光センサ６８は、無端ベルト６３のうち加圧ローラ６１から最も離れた部分よりも、加圧ローラ６１側に配置されている。

図４に示すように、回転板９０は、当該回転板９０の円周方向に沿って並ぶ複数の孔９１を有している。光センサ６８は、回転板９０を介して第２加圧ローラ６２の回転速度を検出するセンサである。光センサ６８は、回転板９０の軸方向外側の面に対向する第１壁６８Ａと、回転板９０の軸方向内側の面に対向する第２壁６８Ｂと、第１壁６８Ａと第２壁６８Ｂとを繋ぐ第３壁６８Ｃとを有している。

図３に示すように、光センサ６８の第２壁６８Ｂは、アーム部材６５の軸方向外側の面に固定されている。第１壁６８Ａには、回転板９０の孔９１に向けて光を出射する発光部６８Ｄが設けられている。第２壁６８Ｂには、孔９１を通過した発光部６８Ｄからの光を受光する受光部６８Ｅが設けられている。光センサ６８で検出した検出結果は、制御装置１００に出力される。

制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有し、予め用意されたプログラムなどに従って制御を行うように構成されている。制御装置１００は、光センサ６８から入力される検出結果に基づいてモータ８０の回転速度を制御する。詳しくは、制御装置１００は、光センサ６８から入力された第２加圧ローラ６２の回転速度が目標回転速度よりも所定値以上大きい場合に、モータ８０の回転速度を小さくする制御を行っている。より詳しくは、制御装置１００は、第２加圧ローラ６２の回転速度が目標回転速度よりも所定値以上大きい場合には、第２加圧ローラ６２の回転速度が目標回転速度まで下がるようにモータ８０の回転速度を小さくする。

なお、目標回転速度は、用紙Ｐの搬送速度が、熱定着に適した目標の速度であるときの第２加圧ローラ６２の回転速度に設定すればよい。また、所定値は、用紙Ｐの搬送速度が、熱定着に適さない大きな搬送速度であるときの第２加圧ローラ６２の回転速度から目標回転速度を減算した値とすればよい。

次に、定着装置６の動作や制御装置１００の動作について説明する。
制御装置１００は、印字指令を受けると、ヒータ６７およびモータ８０に電力を供給する。これにより、ヒータ６７によって無端ベルト６３が加熱されるとともに、モータ８０の駆動によって第１加圧ローラ６１が回転する。第１加圧ローラ６１が回転すると、第１加圧ローラ６１の回転力が無端ベルト６３および第２加圧ローラ６２に伝達されて、無端ベルト６３および第２加圧ローラ６２が回転する。

トナー像が転写された用紙Ｐは、第１加圧ローラ６１と無端ベルト６３との間を通る際に、無端ベルト６３によって加熱され、トナー像が用紙Ｐ上に熱定着される。このような定着動作が長期間行われた場合には、定着装置６内の温度が上昇する。

定着装置６内の温度が上昇した場合には、第１加圧ローラ６１は、第２加圧ローラ６２の熱膨張率よりも大きな熱膨張率で熱膨張する。これにより、第１加圧ローラ６１の外径が大きくなり、第１加圧ローラ６１の周速が常温時に比べ大きくなる。

このように第１加圧ローラ６１の周速が増大してしまうと、第１加圧ローラ６１に従動回転する無端ベルト６３および第２加圧ローラ６２の回転速度が増大し、用紙Ｐの搬送速度が大きくなるという問題が生じる。この問題に対し、本実施形態では、無端ベルト６３に従動回転する第２加圧ローラ６２の回転速度を光センサ６８で検出し、この回転速度が目標回転速度よりも所定値以上大きい場合には、制御装置１００がモータ８０の回転速度を小さくする。これにより、増大した第１加圧ローラ６１の周速を例えば常温時と同じ速度まで下げることができ、用紙Ｐの搬送速度を略一定に保つことができる。

以上、本実施形態によれば、前述した効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
無端ベルト６３内に配置される第２加圧ローラ６２の回転速度を光センサ６８で検出するので、従来のような無端ベルトの外周面の周速を検出する場合と比較して、定着装置６が無端ベルト６３の厚み方向に大型化するのを抑えることができる。

本実施形態では、第１加圧ローラ６１との間で無端ベルト６３を挟む第２加圧ローラ６２、つまり加熱された無端ベルト６３を用紙Ｐに押し付ける機能を有した第２加圧ローラ６２の回転速度を光センサ６８で検出している。そのため、本実施形態によれば、例えば、無端ベルトの内周面に接するローラを第２加圧ローラとは別に設けて、このローラの回転速度を検出する形態と比べ、部品点数を削減することができる。

第２加圧ローラ６２の熱膨張率を、第１加圧ローラ６１の熱膨張率よりも小さくした、つまり第２加圧ローラ６２を熱膨張しにくくなるように構成したので、無端ベルト６３の回転速度の増加を、直径があまり変化しない第２加圧ローラ６２を介して光センサ６８で良好に検出することができる。なお、第２加圧ローラ６２の熱膨張率（温度変化後の直径Ｄ２／温度変化前の直径Ｄ１）は、１．２〜４．０×１０^−６／℃が好ましい。

光センサ６８を、軸方向において、第２加圧ローラ６２の第２本体部６２Ａに対してギヤ６１Ｇとは反対側に配置するので、ギヤ６１Ｇの位置を考慮することなく自由に光センサ６８を配置することができ、光センサ６８の配置の自由度を高めることができる。また、光センサ６８をアーム部材６５に取り付ける際に、ギヤ６１Ｇが邪魔にならないので、光センサ６８の取付作業を容易に行うことができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、以下に例示するように様々な形態で利用できる。以下の説明においては、前記実施形態と略同様の構造となる部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。

前記実施形態では、第２回転部材として、第１加圧ローラ６１との間で無端ベルト６３を挟む第２加圧ローラ６２を例示したが、本発明はこれに限定されず、第２回転部材は、例えば図５に示すように、第１加圧ローラ６１との間で無端ベルト６３を挟まないローラ２１０であってもよい。

具体的に、この形態では、ローラ２１０は、無端ベルト６３の内周面に接するように配置されている。そして、ローラ２１０の端部には、前記実施形態のような回転板９０が設けられ、この回転板９０が光センサ６８で検出されている。なお、この形態では、例えば、第１加圧ローラ６１との間で無端ベルト６３を挟む加圧パッド２２０を設けてもよい。

また、第２回転部材は、金属からなる円筒状のローラであってもよい。

前記実施形態では、シャフト部６１Ｂ，６２Ｂを円筒状の本体部６１Ａ，６２Ａに貫通させたが、本発明はこれに限定されず、例えば、円柱状の本体部の各端部に円柱状のシャフト部を１つずつ設けてもよい。

前記実施形態では、検出部として透過型の光センサ６８を例示したが、本発明はこれに限定されず、検出部は、例えば、回帰反射型や拡散反射型などの反射型の光センサや、磁気や超音波を利用したセンサなどであってもよい。

前記実施形態では、第２加圧ローラ６２を第１加圧ローラ６１に向けて付勢したが、本発明はこれに限定されず、第１加圧ローラ６１を第２加圧ローラ６２に向けて付勢してもよい。

前記実施形態では、レーザプリンタ１に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、その他の画像形成装置、例えば複写機や複合機などに本発明を適用してもよい。

また、前記した実施形態および変形例で説明した各要素を、任意に組み合わせて実施してもよい。

６定着装置
６１第１加圧ローラ
６２第２加圧ローラ
６３無端ベルト
６８光センサ
８０モータ

Claims

モータにより駆動される第１回転部材と、
前記第１回転部材と接する外周面を有する無端ベルトと、
前記無端ベルトの内周面に接し、前記無端ベルトに従動回転する第２回転部材と、
前記第２回転部材の回転速度を検出する検出部と、を備えたことを特徴とする定着装置。
前記第２回転部材は、前記第１回転部材との間で前記無端ベルトを挟むことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記第２回転部材は、前記無端ベルトの内周面と接する本体部と、当該本体部の両端から突出するシャフト部と、を有し、
前記シャフト部は、軸受を介して支持フレームに支持されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。
前記第２回転部材の熱膨張率は、前記第１回転部材の熱膨張率よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。
前記第２回転部材の外径は、前記第１回転部材の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着装置。
前記第１回転部材の軸方向の一端には、前記モータからの駆動力を前記第１回転部材に伝達するギヤが設けられ、
前記検出部は、前記軸方向において、前記第２回転部材に対して前記ギヤとは反対側に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の定着装置。
前記第２回転部材の端部には、前記第２回転部材と一体に回転する回転板が設けられ、
前記回転板は、複数の孔を有し、
前記検出部は、発光部と、前記孔を通過した前記発光部からの光を受光する受光部と、を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の定着装置。
モータにより駆動される第１回転部材と、前記第１回転部材と接する外周面を有する無端ベルトと、前記無端ベルトの内周面に接し、前記無端ベルトに従動回転する第２回転部材と、前記第２回転部材の回転速度を検出する検出部と、を備えた定着装置と、
前記検出部の検出結果が入力され、当該検出結果に基づいて前記モータの回転速度を制御する制御装置と、を備えた画像形成装置であって、
前記制御装置は、前記検出部から入力された前記第２回転部材の回転速度が目標回転速度よりも所定値以上大きい場合に、前記モータの回転速度を小さくすることを特徴とする画像形成装置。