JP2018180018A - ベルト駆動装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】引張力によって搬送される記録媒体に無端ベルトを押し当てる機構において、記録媒体の損傷を減らすこと。【解決手段】ベルト駆動装置４は、第１ローラ４１と、第１部材４２と、第１ローラ４１と第１部材４２とに掛け回された無端ベルト４３と、無端ベルト４３を挟んで第１ローラ４１と対向し、搬送機構からの引張力によって搬送される記録媒体Ｐを無端ベルト４３との間に挟み込む第２部材４４と、記録媒体Ｐの搬送方向に対応する方向に無端ベルト４３を周回させるように第１ローラ４１を回転させるとともに、第１ローラ４１の線速度を記録媒体Ｐの搬送速度よりも速くなるように制御する制御部１１とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、ベルト駆動装置、定着装置及び画像形成装置に関する。

特許文献１には、ベルト定着装置における画像ずれを防止する技術が記載されている。このベルト定着装置は、無端状の定着ベルトと、この定着ベルトの内部にあって定着ニップを形成するための押圧部材と、定着ベルトの内部にあって定着ベルトを駆動するための駆動ローラと、定着ベルトを挟んで押圧部材及び駆動ローラと対向した位置に設けられた加圧ローラとを備え、押圧部材から駆動ローラまでの領域で構成される定着ニップで記録媒体上のトナー像を定着する。押圧部材は、弾性体により構成された固定パッドを有し、この固定パッドが、記録媒体搬送方向において駆動ローラの上流側で定着ベルト内面と接触して押圧することで加圧ローラとの間に定着ニップが形成される。駆動ローラは、加圧ローラの軸を中心として揺動可能なレバーに軸支され、レバーが付勢手段で付勢されることにより、駆動ローラが加圧ローラの外周に沿って定着ベルト外側に向け揺動し、定着ベルトに所定のテンションを付与するよう構成されている。定着ベルト内面と駆動ローラ表面の摩擦係数は、定着ベルト表面と加圧ローラ表面の摩擦係数より大きく設定されている。駆動ローラの線速は、加圧ローラの線速に対して、定着ニップにおいて記録媒体の裏面と加圧ローラ表面とがスリップし、トナーの粘性によって記録媒体が定着ベルトとほぼ同速で搬送される範囲内で、速く設定されている。

特許第４４９３４１８号公報

特許文献１に記載された構成例は、記録媒体に無端ベルトを押し当てる機構の一例であるが、特許文献１における無端ベルトは搬送手段を兼ねている。これに対して、ロール紙（ウェブ、巻取紙、紙匹ともいう。）のような長尺の記録媒体の場合、ニップの下流側から記録媒体に引張力を作用させることで記録媒体が搬送され、無端ベルトは記録媒体に従動するように構成される。その場合、ニップの圧力による負荷トルクを上回る引張力を記録媒体に作用させることが必要となるが、記録媒体の薄さによっては、記録媒体が破断したり、記録媒体が伸ばされることで変形やしわが生じたりするおそれがある。
そこで、本発明は、引張力によって搬送される記録媒体に無端ベルトを押し当てる機構において、記録媒体の損傷を減らすことを目的とする。

請求項１に係る発明は、第１ローラと、第１部材と、前記第１ローラと前記第１部材とに掛け回された無端ベルトと、前記無端ベルトを挟んで前記第１ローラと対向し、搬送機構からの引張力によって搬送される記録媒体を前記無端ベルトとの間に挟み込む第２部材と、前記記録媒体の搬送方向に対応する方向に前記無端ベルトを周回させるように前記第１ローラを回転させるとともに、前記第１ローラの線速度を前記記録媒体の搬送速度よりも速くなるように制御する制御手段とを備えるベルト駆動装置を提供する。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のベルト駆動装置において、前記第１ローラと前記無端ベルトの内周面との摩擦抵抗が前記記録媒体と前記無端ベルトの外周面との摩擦抵抗よりも小さい。
請求項３に係る発明は、請求項２に記載のベルト駆動装置において、前記無端ベルトの内周面に潤滑材が塗布されている。
請求項４に係る発明は、請求項２に記載のベルト駆動装置において、前記無端ベルトの内周面又は前記第１ローラの外周面にフッ素樹脂の層が形成されている。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のベルト駆動装置において、前記制御手段は、前記搬送機構による記録媒体の搬送速度を変化させることなく、前記第１ローラの線速度を変化させる。
請求項６に係る発明は、請求項５に記載のベルト駆動装置において、前記制御手段は、前記記録媒体の厚さが第１の厚さよりも厚い第２の厚さである場合に、前記記録媒体の厚さが前記第１の厚さである場合と比べて、前記第１ローラの線速度を速くする。
請求項７に係る発明は、請求項５又は６に記載のベルト駆動装置において、前記制御手段は、前記記録媒体の表面粗さが第１の粗さよりも大きい第２の粗さである場合に、前記記録媒体の表面粗さが前記第１の粗さである場合と比べて、前記第１ローラの線速度を速くする。

請求項８に係る発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のベルト駆動装置において、前記第１ローラよりも前記記録媒体の搬送方向下流側で前記無端ベルトの内周面に接触する第３部材を備える。

請求項９に係る発明は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のベルト駆動装置において、前記制御手段は、前記第１ローラの線速度を、前記搬送機構に備えられた前記記録媒体を巻き取る巻取ローラの前記記録媒体の巻き始めの線速度よりも速くなるように制御する。
請求項１０に係る発明は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のベルト駆動装置において、前記制御手段は、前記第１ローラの線速度を、前記搬送機構に備えられた前記記録媒体を挟み込んで搬送するローラ対の線速度よりも速くなるように制御する。

請求項１１に係る発明は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のベルト駆動装置と、前記無端ベルトを加熱する熱源とを備える定着装置を提供する。
請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載の定着装置と、前記定着装置よりも前記記録媒体の搬送方向上流側において前記記録媒体に画像を形成する形成手段とを備える画像形成装置を提供する。

請求項１に係る発明によれば、引張力によって搬送される記録媒体に無端ベルトを押し当てる機構において、記録媒体の損傷を減らすことができる。
請求項２に係る発明によれば、第１ローラと無端ベルトの内周面との摩擦抵抗が記録媒体と無端ベルトの外周面との摩擦抵抗よりも小さくない場合と比べて、無端ベルトよりも搬送方向下流側における記録媒体のたるみが抑制される。
請求項３、４に係る発明によれば、第１ローラと無端ベルトの内周面との摩擦抵抗を減らすことができる。
請求項５に係る発明によれば、画像の欠陥を増やすことなく、様々な記録媒体に適した線速度を設定することができる。
請求項６に係る発明によれば、様々な厚さの記録媒体に適した線速度を設定することができる。
請求項７に係る発明によれば、様々な表面粗さの記録媒体に適した線速度を設定することができる。
請求項８に係る発明によれば、無端ベルトからの記録媒体の剥離を促進することができる。
請求項９、１０に係る発明によれば、記録媒体の搬送速度を計測しなくても、第１ローラの線速度を制御することができる。
請求項１１に係る発明によれば、定着装置に起因する記録媒体の損傷を減らすことができる。
請求項１２に係る発明によれば、画像形成装置における記録媒体の損傷を減らすことができる。

実施形態の構成の全体を示す図。 画像形成装置１の構成を示す図。 定着部１３の構成を示す図。 画像形成装置１の電気的構成を示す図。 第１ローラ４１の線速度と記録媒体Ｐの搬送速度との関係を示す図。 記録媒体Ｐの種類と搬送力との関係を示す図。 第３部材４６が備えられた例。 裁断装置５が備えられた例を示す図。

［実施形態］
本発明を実施するための形態の一例について説明する。

図１は、実施形態の構成の全体を示す図である。画像形成装置１は、給紙装置２から供給された記録媒体Ｐに画像を形成する。本実施形態における記録媒体Ｐは、いわゆるロール紙（ウェブ、巻取紙、紙匹ともいう。）である。給紙装置２には、巻かれた記録媒体Ｐが収容される。巻取装置３は、モータなどの動力源から供給される動力によって回転駆動される巻取ローラ３１を備え、巻取ローラ３１で記録媒体Ｐを巻き取ることにより、給紙装置２から画像形成装置１を経て巻取装置３へと記録媒体Ｐを搬送する（搬送機構の一例）。

記録媒体Ｐは、巻取装置３からの引張力によって、給紙装置２から巻取装置３へと向かう方向に搬送される。巻取装置３は、決められた搬送速度が保たれるように制御される。記録媒体Ｐの搬送量（巻取量）が増加するにつれて巻取ローラ３１における記録媒体Ｐの巻厚も増加するから、巻取ローラ３１の角速度を巻き始めから徐々に減少させることで、決められた搬送速度が保たれる。ローラ対２１、ローラ対３２は、記録媒体Ｐに従動するローラ対である。

図２は、画像形成装置１の構成を示す図である。画像形成装置１は、画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ及び定着部を備える。画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、例えば電子写真方式により、互いに異なる色のトナーを用いてトナー像を形成し、記録媒体Ｐにトナー像を重ねて転写する。トナー像が転写された記録媒体Ｐは、定着部１３へと搬送される。以下、画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋを画像形成部１０と総称する。

図３は、定着部１３の構成を示す図である。定着部１３は、ベルト駆動装置４を備えた定着装置の一例である。ベルト駆動装置４は、第１ローラ４１、第１部材４２、無端ベルト４３及び第２部材４４を含み、後述する制御部１１によって制御される。第１ローラ４１は、モータなどの動力源から供給される動力によって回転駆動されるローラである。第１部材４２は、従動ローラであることが望ましいが、回転しない部材でもよい。無端ベルト４３は、第１ローラ４１と第１部材４２とに掛け回された環状のベルトである。第２部材４４は、従動ローラであることが望ましいが、回転しない部材でもよい。第２部材４４は、無端ベルト４３を挟んで第１ローラ４１と対向し、搬送機構（巻取装置３）からの引張力によって搬送される記録媒体Ｐを無端ベルト４３との間に挟み込む。

定着部１３は、ベルト駆動装置４と、無端ベルトを加熱する熱源４５を備える。熱源４５は、第１ローラ４１、第１部材４２、第２部材４４のいずれかの内部に設けられてもよく、第１ローラ４１、第１部材４２、第２部材４４とは別に構成された熱源が無端ベルト４３の内周面又は外周面に対向する位置に設けられてもよい（図示の例）。

記録媒体Ｐと無端ベルト４３との滑りは定着される画像の欠陥の原因となり得る。画像の欠陥を防ぐためには、記録媒体Ｐと無端ベルト４３との間に適正な摩擦力を発生させることが必要となる。そのために、記録媒体Ｐと無端ベルト４３は、第１ローラ４１と第２部材４４とによって押圧される。

図４は、画像形成装置１の電気的構成を示す図である。記憶部１２は、メモリなどの記憶装置であり、プログラムやデータを記憶する。制御部１１は、プロセッサと、演算のワークエリアとして用いられるメモリを備え、記憶部１２に記憶されたプログラムに従う処理を実行する。制御部１１は、画像形成部１０、定着部１３、給紙装置２、巻取装置３の動作を制御する。制御の内容については、後述する。

次に、ベルト駆動装置４の動作について説明する。理解を促進するために、最初に、第１ローラ４１を回転駆動しない場合について説明する。記録媒体Ｐが搬送されると、記録媒体Ｐと無端ベルト４３の外周面との摩擦力によって、無端ベルト４３が記録媒体Ｐに従動して周回する。また、無端ベルト４３の内周面と第１ローラ４１との摩擦力によって、第１ローラ４１が無端ベルト４３に従動して回転する。要するに、第１ローラ４１を回転駆動しない場合、無端ベルト４３と第１ローラ４１は、記録媒体Ｐに従動する。記録媒体Ｐの搬送速度をｖ１とし、無端ベルト４３の外周面の移動速度をｖ２とし、第１ローラ４１の線速度（第１ローラ４１の外周面の移動速度）をｖ３とする（図３参照）。第１ローラ４１を回転駆動しない場合、ｖ２及びｖ３は実質的にｖ１と等しくなる。

次に、第１ローラ４１を回転駆動しない場合に起こり得る事象について説明する。前述のとおり、記録媒体Ｐと無端ベルト４３は、第１ローラ４１と第２部材４４とによって押圧される。押圧と各部材の機械的抵抗などの影響により、無端ベルトには負荷トルクが発生する。記録媒体Ｐを搬送するには、負荷トルクを上回る引張力で巻取装置３が記録媒体Ｐを引っ張ることが必要となる。従って、負荷トルクの大きさによっては、無端ベルト４３と巻取装置３との間の区間において、張力によって記録媒体Ｐが破断したり、記録媒体Ｐが伸ばされることによる変形やしわが発生したりするおそれがある。

次に、第１ローラ４１を回転駆動する場合について説明する。制御部１１は、記録媒体Ｐの搬送速度を示す搬送速度情報を取得する。搬送速度情報は、記録媒体Ｐの表面の移動速度を速度計などで計測することで取得されてもよいが、巻取装置３の巻取ローラ３１の線速度から取得されてもよい。後者の具体例については、変形例として後述する。

制御部１１は、記録媒体Ｐの搬送方向に対応する方向に無端ベルト４３を周回させるように第１ローラ４１を回転させるとともに、第１ローラ４１の線速度ｖ３を記録媒体Ｐの搬送速度ｖ１よりも速くなるように制御する。すると、第１ローラ４１と無端ベルト４３の内周面との摩擦力が、無端ベルト４３の周回方向に作用し、さらに、無端ベルト４３の外周面と記録媒体Ｐとの摩擦力が、記録媒体Ｐの搬送方向に作用する。その結果、無端ベルト４３と巻取装置３との間の区間における記録媒体Ｐの張力が減少する。よって、本実施形態によれば、第１ローラ４１の線速度ｖ３が記録媒体Ｐの搬送速度ｖ１よりも速くなるように第１ローラ４１を制御する構成を備えない場合と比べて、記録媒体Ｐの損傷が減少する。

［変形例］
上記の実施形態を以下のように変形してもよい。

第１ローラ４１と無端ベルト４３の内周面との摩擦抵抗が記録媒体Ｐと無端ベルト４３の外周面との摩擦抵抗よりも小さくなるように構成されてもよい。例えば、無端ベルト４３の内周面に潤滑油やグリースなどの潤滑材が塗布されてもよい。あるいは、無端ベルト４３の内周面又は第１ローラ４１の外周面にフッ素樹脂の層が形成されてもよい。この構成によれば、第１ローラ４１と無端ベルト４３の内周面との摩擦抵抗が記録媒体Ｐと無端ベルト４３の外周面との摩擦抵抗よりも小さくない場合と比べて、第１ローラ４１と無端ベルト４３の内周面との摩擦力が減少するから、無端ベルト４３よりも搬送方向下流側における記録媒体Ｐのたるみが抑制される。また、無端ベルト４３よりも搬送方向上流側における記録媒体Ｐの損傷が減少する。

図５は、第１ローラ４１の線速度と記録媒体Ｐの搬送速度との関係を示す図である。
（ａ）は普通紙のロール紙であり（ｂ）は普通紙よりも厚い厚紙のロール紙である。横軸は、第１ローラ４１の線速度を表し、縦軸は、記録媒体Ｐの搬送速度及び無端ベルト４３の周回速度を表す。記録媒体Ｐの搬送速度は、無端ベルト４３よりも搬送方向上流側の位置で計測されている。普通紙の場合、第１ローラ４１の線速度がおよそ６００ｍｍ／ｓ以下では記録媒体Ｐにたるみが生じて搬送速度が計測不能となる。線速度が６００ｍｍ／ｓを超えるとたるみが解消され、搬送速度が計測され始める。線速度が増加するにつれて搬送速度も増加する傾向がある。

次に、厚紙の場合、第１ローラ４１の線速度がおよそ６５０ｍｍ／ｓ以下では記録媒体Ｐにたるみが生じて搬送速度が計測不能となる。線速度が６５０ｍｍ／ｓを超えるとたるみが解消され、搬送速度が計測され始める。このときの搬送速度は、普通紙の場合と同程度である。線速度が増加するにつれて搬送速度も増加する傾向があるが、普通紙と比べて増加量が多い。

両者の比較から、記録媒体Ｐの厚さが第１の厚さよりも厚い第２の厚さである場合に、記録媒体Ｐの厚さが第１の厚さである場合と比べて、第１ローラ４１の線速度を速くするように構成されてもよい。あるいは、普通紙と厚紙を比べると、厚紙の方が表面粗さが粗いことが考えられるから、記録媒体Ｐの表面粗さが第１の粗さよりも大きい第２の粗さである場合に、記録媒体Ｐの表面粗さが第１の粗さである場合と比べて、第１ローラ４１の線速度を速くするように構成されてもよい。

また、記録媒体Ｐの搬送速度は、画像形成部１０における画像形成の速度に合わせて設定されるため、第１ローラ４１の駆動により搬送速度が変化すると、画像のずれなどの欠陥が生じるおそれがある。従って、第１ローラ４１の線速度は、搬送速度に影響を与えない範囲に設定される必要がある。よって、制御部１１は、搬送機構による記録媒体Ｐの搬送速度を変化させることなく、第１ローラ４１の線速度を変化させるように構成されることが望ましい。

また、線速度の増加に伴う搬送速度の増加は、無端ベルト４３よりも搬送方向下流側において記録媒体Ｐにたるみが生じる原因となり得る。このたるみが生じない程度に線速度が制限されてもよい。

また、第１ローラと無端ベルトの内周面との摩擦は、第１ローラ又は無端ベルトの摩耗を招くから、摩耗が過大にならない程度に線速度が制限されてもよい。

図６は、記録媒体Ｐの種類と搬送力との関係を示す図である。横軸は、第１ローラ４１の線速度を表し、縦軸は、無端ベルト４３が発生する搬送力を表す。搬送力とは、無端ベルト４３が記録媒体Ｐを搬送方向に押し出す力である。同図は、４種類の記録媒体に対する搬送力の計測値を示している。同じ線速度でも記録媒体の種類によって搬送力が異なることがわかる。従って、記録媒体Ｐの種類に応じて第１ローラ４１の線速度を調整するように構成されてもよい。

図７は、第３部材４６が備えられた例である。第３部材４６は、第１ローラ４１よりも記録媒体Ｐの搬送方向下流側で無端ベルト４３の内周面に接触する。第３部材４６は、無端ベルト４３からの記録媒体Ｐの剥離を促進する。第３部材４６は、無端ベルト４３に従動しない部材でもよく、従動する部材でもよい。図示した断面形状は一例であり、第３部材４６の断面形状はどのような形状でもよい。

前述のとおり、搬送機構として巻取装置３が備えられている場合、記録媒体Ｐの搬送量（巻取量）が増加するにつれて巻取ローラ３１における記録媒体Ｐの巻厚も増加するから、巻取ローラ３１の角速度を巻き始めから徐々に減少させることで、決められた搬送速度が保たれる。つまり、巻取ローラ３１の線速度は、巻き始めのときが最も速い。従って、第１ローラ４１の線速度は、少なくとも記録媒体Ｐの巻き始めの線速度よりも速くなるように制御されることが望ましい。

図８は、裁断装置５が備えられた例を示す図である。裁断装置５は、巻取装置３に代えて設けられる。裁断装置５にはローラ対５１が備えられている。ローラ対５１は、モータなどの動力源から供給される動力によって回転駆動され、駆動されるローラの外周面と記録媒体Ｐとの摩擦力によって、給紙装置２から裁断装置５へと向かう方向に記録媒体Ｐを搬送する（搬送機構の一例）。裁断装置５は、記録媒体Ｐを決められた長さに裁断する。裁断された記録媒体Ｐは、決められた位置に積み重ねられる。この構成においては、第１ローラ４１の線速度は、搬送機構に備えられた記録媒体Ｐを挟み込んで搬送するローラ対５１の線速度よりも速くなるように制御されることが望ましい。

本発明に係るベルト駆動装置は、定着装置以外の装置に適用されてもよい。例えば、トナー像を記録媒体に転写する転写装置、加熱された記録媒体を冷却する冷却装置、記録媒体の巻き癖を矯正する矯正装置などに適用されてもよい。

１…画像形成装置、１０…画像形成部、１１…制御部、１２…記憶部、１３…定着部、
２…給紙装置、２１…ローラ対、３…巻取装置、３１…巻取ローラ、３２…ローラ対、４…ベルト駆動装置、４１…第１ローラ、４２…第１部材、４３…無端ベルト、４４…第２部材、４５…熱源、４６…第３部材

Claims (12)

1. 第１ローラと、
   第１部材と、
   前記第１ローラと前記第１部材とに掛け回された無端ベルトと、
   前記無端ベルトを挟んで前記第１ローラと対向し、搬送機構からの引張力によって搬送される記録媒体を前記無端ベルトとの間に挟み込む第２部材と、
   前記記録媒体の搬送方向に対応する方向に前記無端ベルトを周回させるように前記第１ローラを回転させるとともに、前記第１ローラの線速度を前記記録媒体の搬送速度よりも速くなるように制御する制御手段と
   を備えるベルト駆動装置。
2. 前記第１ローラと前記無端ベルトの内周面との摩擦抵抗が前記記録媒体と前記無端ベルトの外周面との摩擦抵抗よりも小さい
   請求項１に記載のベルト駆動装置。
3. 前記無端ベルトの内周面に潤滑材が塗布されている
   請求項２に記載のベルト駆動装置。
4. 前記無端ベルトの内周面又は前記第１ローラの外周面にフッ素樹脂の層が形成されている
   請求項２に記載のベルト駆動装置。
5. 前記制御手段は、前記搬送機構による記録媒体の搬送速度を変化させることなく、前記第１ローラの線速度を変化させる
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
6. 前記制御手段は、前記記録媒体の厚さが第１の厚さよりも厚い第２の厚さである場合に、前記記録媒体の厚さが前記第１の厚さである場合と比べて、前記第１ローラの線速度を速くする
   請求項５に記載のベルト駆動装置。
7. 前記制御手段は、前記記録媒体の表面粗さが第１の粗さよりも大きい第２の粗さである場合に、前記記録媒体の表面粗さが前記第１の粗さである場合と比べて、前記第１ローラの線速度を速くする
   請求項５又は６に記載のベルト駆動装置。
8. 前記第１ローラよりも前記記録媒体の搬送方向下流側で前記無端ベルトの内周面に接触する第３部材を備える
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
9. 前記制御手段は、前記第１ローラの線速度を、前記搬送機構に備えられた前記記録媒体を巻き取る巻取ローラの前記記録媒体の巻き始めの線速度よりも速くなるように制御する
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
10. 前記制御手段は、前記第１ローラの線速度を、前記搬送機構に備えられた前記記録媒体を挟み込んで搬送するローラ対の線速度よりも速くなるように制御する
    請求項１乃至８のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のベルト駆動装置と、
    前記無端ベルトを加熱する熱源と
    を備える定着装置。
12. 請求項１１に記載の定着装置と、
    前記定着装置よりも前記記録媒体の搬送方向上流側において前記記録媒体に画像を形成する形成手段と
    を備える画像形成装置。

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