JP2004145213A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】いわゆる外部加熱方式の定着装置において、定着ローラ又は加圧ローラの滑り、それによる紙詰まりや画像乱れを防止する。
【解決手段】定着ローラ４１と加圧ローラ４２の双方を駆動するとともに、これらのローラ４１，４２の周速度が異なるように設定し、周速度の速い方のローラ４２にトルクリミッタギア４２ｆを設け、且つこのトルクリミッタの設定値を下記不等式を満足するように設定する。
Ｃ＜Ａ＜Ｂ＋Ｃ　　　・・・・・・（１）
（式中、Ａ：トルクリミッタの設定値、Ｂ：圧接している定着ローラと加圧ローラとが異なる周速度で回転し始める時の、周速度の速い方のローラのトルク、Ｃ：周速度の速い方のローラが加熱ローラを回転させるためのトルク）
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着ローラと加圧ローラとを外部から加熱する加熱ローラを有した定着装置及びそれを搭載した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＰＰＣ（Ｐｌａｉｎ　Ｐａｐｅｒ　Ｃｏｐｉｅｒ）、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置における省エネルギー化が注目されており、これらの装置の中で最もエネルギーを消費する定着装置の省エネルギー化が盛んに行われている。この定着装置の省エネルギー化の有効な方法の一つにウォームアップ時間（定着ローラ等が印刷可能な所定の温度まで上昇するのに要する時間）の短縮が挙げられる。
【０００３】
このような、従来からの熱ローラ定着方式でのウォームアップ時間の短縮、消費電力の低減を目的として、熱源を内蔵した外部加熱ローラを定着ローラや加圧ローラの表面に圧接して、定着ローラや加圧ローラを表面から加熱する外部加熱定着方式が報告されている。例えば、特許文献１には、図５に示すように、内部に加熱源を有しない定着ローラ４１及び加圧ローラ４２と、定着ローラ４１に圧接して加熱する第１の加熱ローラ４３と、加圧ローラ４２に圧接して加熱する第２の加熱ローラ４４とからなる定着装置が開示されている。このように、定着ローラ４１及び加圧ローラ４２を外部から加熱することにより、ウォームアップ時間を短縮している。
【０００４】
上記の定着ローラ４１及び加圧ローラ４２は、芯金４１ａ、４２ａの周囲にシリコンスポンジ等の耐熱性及び断熱性を有する弾性体層４１ｂ、４２ｂが設けられ、その上に良熱伝導性弾性体、例えばゴムの中にアルミナやシリカなどの高熱伝導フィラーを充填した材料の薄膜４１ｄ、４２ｄを設け、表層にＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パー−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体）チューブ層４１ｃ、４２ｃを設けて構成されている。また、上記の第１及び第２の加熱ローラ４３、４４は、発熱体４３ｂ、４４ｂが中心に設けられた金属ローラで構成されている。
【０００５】
そのため、定着ローラ４１と加圧ローラ４２間に形成されるニップ幅は、一方に金属ローラを用いた場合よりも長くなる。従って、通紙時に多くの熱量を与えることができる。また、定着ローラ４１及び加圧ローラ４２が弾性体であるため、画像を形成するトナー５１の凹凸に追従しやすいという利点がある。これは、多量のトナー５１による凹凸が大きいカラーの画像形成装置への利用に適している。
【０００６】
前記特許文献１に記載の定着装置において、４本のローラの駆動の方法について、加熱ローラ４３、４４を駆動ローラとする場合と、定着ローラ４１（又は加圧ローラ４２）を駆動ローラとする場合が考えられる。加熱ローラ４３、４４を駆動ローラとする場合、加熱ローラ４３、４４は金属ローラを主体としており、弾性ゴムを主体とする定着ローラ４１、加圧ローラ４２に比較すると加熱時の熱膨張が比較的小さく、またニップでの変形も無視できるレベルであるという利点がある。
【０００７】
ところが加熱ローラ４３、４４に駆動をとり、定着ローラ４１や加圧ローラ４２を従動とした場合、定着ローラ４１、加圧ローラ４２はスリップすることがあり、紙詰まりや画像乱れを引き起こす。これに対処するために、加熱ローラ４３、４４と定着ローラ４１（又は加圧ローラ４２）の両方に互いに係合するギヤによって連結することによって定着ローラ４１（又は加圧ローラ４２）のスリップを防止することは可能であるが、定着ローラ４１（又は加圧ローラ４２）はそれ自身の熱膨張が大きく、冷時と加熱時とで周速度が異なるため、加熱ローラ４３、４４と定着ローラ４１（又は加圧ローラ４２）の間に周速度差が生じる。この周速度差による負荷によって、ギヤの歯飛び、異常音、駆動破損が発生することが多く、解決が望まれている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４−１１６６７７号公報（特許請求の範囲、第２頁右上欄〜左下欄、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、弾性体を主体とした定着ローラと加圧ローラ、及び金属を主体とした２本の外部加熱ローラを用いた定着装置及び、それを用いた画像形成装置において、各ローラを適正に動作させて、定着ローラや加圧ローラのスリップや、それによる紙詰まりや画像乱れを防止することにある。
【００１０】
また本発明の目的は、弾性体を主体とした定着ローラと加圧ローラが加熱時に異なった熱膨張を行なっても、両ローラに周速度差が生じないようにし、周速度差に起因する歯飛びや異常音、駆動破損などを生じさせないことにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明によれば、定着ローラと、この定着ローラに圧接し、内部に発熱体を有する第１の加熱ローラと、前記定着ローラに圧接した加圧ローラと、この加圧ローラに圧接し、内部に発熱体を有する第２の加熱ローラとを備えた定着装置において、前記定着ローラと前記加圧ローラの双方を駆動するとともに、これらのローラの周速度を異なるようにし、周速度の速い方のローラにトルクリミッタギアを設け、且つこのトルクリミッタの設定値を下記不等式を満足するようにしたことを特徴とする定着装置が提供される。
Ｃ＜Ａ＜Ｂ＋Ｃ　　　・・・・・・（１）
（式中、Ａ：トルクリミッタの設定値、Ｂ：圧接している定着ローラと加圧ローラとが異なる周速度で回転し始める時の、周速度の速い方のローラのトルク、Ｃ：周速度の速い方のローラが加熱ローラを回転させるためのトルク）
【００１２】
装置の簡素化や小型化などを図る観点から、定着ローラと同軸に取り付けられた第１のギアと、前記加圧ローラと同軸に取り付けられた、前記第１のギアと歯数の異なる第２のギアとを係合させ、前記第１のギア又は前記第２のギアに駆動源から駆動力を伝達し、前記定着ローラと前記加圧ローラとを異なる周速度で回転させるようにするのが好ましい。
【００１３】
また本発明によれば、前記記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明者は、いわゆる外部加熱方式の定着装置において、弾性体を主体とした定着ローラ及び加圧ローラが熱膨張することによって両ローラの周速度に差が生じ、これが原因で起こるギアの歯飛びや異常音、駆動破損を何とか防止できないか鋭意検討を重ねた。この結果、定着ローラと加圧ローラとで周速度差が生じることを前提に、速く回転しようとするローラ側にトルクリミッタギアを取り付け、このトルクリミッタの設定値を所定範囲値とすることにより、一方のローラがもう一方のローラよりも速く回転し始める前にそのローラへの駆動伝達を遮断でき、定着ローラと加圧ローラとを同じ周速度で回転し得ることを見出し本発明をなすに至った。
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、従来例の図５と同様の部品には同じ符号を付している。図１は、本発明の画像形成装置の一例としてのプリンタの正面図である。図１では、クリーニング装置１８のハウジングを省略している。プリンタ１０はタンデム方式のフルカラー画像形成装置であってプリンタ本体ハウジング１１の内部において用紙搬送ベルト１２の上方にはその搬送方向の上流から下流方向に向かって（図１では右方から左方にかけて）、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色画像形成部が設けられている。各々の画像形成部には、アモルファスシリコン感光体ドラム１３と、その周囲には主帯電器１４と、ＬＥＤ露光部１５と、現像装置１６と、転写ローラ１７と、クリーニング装置１８とが備えられている。
【００１６】
このクリーニング装置１８は、感光体ドラム１３の表面を整えるゴム製のクリーニングローラ１８ａと、トナー回収容器（不図示）にトナーを排出する排出スパイラル１８ｂと、感光体ドラム１３上のトナーを掻き落とすクリーニングブレード１８ｃとから構成される。
【００１７】
また、プリンタ１０は、格納されている用紙を給紙する給紙機構１９と、給紙機構１９から用紙を搬送する用紙搬送路２０と、用紙搬送ベルト１２を駆動する駆動ローラ２１、２２、２３と、画像形成部で形成された画像を定着する定着装置４０と、用紙を用紙搬送ベルト１２から定着装置４０へ導くガイド板２４と、定着装置４０から用紙を搬送する用紙搬送路２５と、用紙搬送路２５から用紙を排出する排出部２６と、トナーを各現像装置１６へ供給するトナー供給容器２７Ｍ、２７Ｃ、２７Ｙ、２７Ｂとを備えている。
【００１８】
このプリンタ１０において、用紙は給紙機構１９から用紙搬送路２０を経由して画像形成部に搬送され、感光体ドラム１３と用紙搬送ベルト１２との間を搬送されていく間に転写ローラ１７によって各感光体ドラム１３表面の正帯電の各色トナー画像が次々に用紙側に転写される。全ての感光体ドラム１３によってトナーが転写された用紙は、定着装置４０に搬送されてトナーが定着され、カラー画像が形成される。定着装置４０を通過した用紙は用紙搬送路２５に送られ、排出部２６へ排出される。
【００１９】
図２は、図１の定着装置４０付近を拡大した図である。定着ローラ４１と加圧ローラ４２とが互いに圧接して定着のニップ部を形成している。定着ローラ４１には、外部から定着ローラ４１を加熱する第１の加熱ローラ４３が圧接している。また、加圧ローラ４２には、外部から加圧ローラ４２を加熱する第２の加熱ローラ４４が圧接している。そして１つの駆動源から定着ローラ４１と加圧ローラ４２とに駆動力が伝達される。一方、第１の加熱ローラ４３及び第２の加熱ローラ４４は、定着ローラ４１及び加圧ローラ４２にそれぞれ従動回転するようになっている。もちろん、定着ローラ４１と加圧ローラ４２との駆動源を別にしても構わない。
【００２０】
定着ローラ４１及び加圧ローラ４２は同一の構造からなり、鉄製の芯金４１ａ、４２ａと、芯金４１ａ、４２ａの表面を被覆するシリコンゴムの発泡体からなる弾性体層４１ｂ、４２ｂと、離型性を高めるために弾性体層４１ｂ、４２ｂの表面を被覆するＰＦＡチューブ層４１ｃ、４２ｃとから構成される。なお、弾性体層４１ｂ、４２ｂはアスカＣ硬度が１０〜９０度のものが好ましく、更に好ましくはアスカＣ硬度が２５度のものである。このとき、弾性体層４１ｂ、４２ｂの厚さは２〜１０ｍｍが好ましい。また、ＰＦＡチューブ層４１ｃ、４２ｃは耐熱性と離型性を有すれば特に限定はなく、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＥＣＴＦＥ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体）等のフッ素樹脂から選択することができる。このとき、ＰＦＡチューブ層４１ｃ、４２ｃの厚みは２０〜１００μｍが好ましい。
【００２１】
第１及び第２の加熱ローラ４３、４４は、アルミニウム製のローラ本体４３ａ、４４ａと、ローラ本体４３ａ、４４ａ内部のハロゲンランプ４３ｂ、４４ｂとから構成される。なお、ローラ本体４３ａ、４４ａは良熱伝導体であれば特に限定はなく、例えば、鉄、ニッケル、ステンレス等の金属を用いることができる。このとき、ローラ本体４３ａ、４４ａの厚みは０．２〜３ｍｍが好ましい。また、ハロゲンランプ４３ｂ、４４ｂは発熱体であれば特に限定はなく、定着ローラ４１及び加圧ローラ４２の表面温度を最大２２０℃にまで上昇させられる発熱体であればよい。
【００２２】
図３は、定着装置４０の概略側面図であり、図４は図３のＡ−Ａ線断面図である。図３では説明の便宜上、各ローラを直線上に図示している。定着ローラ４１に固定された定着ローラ軸４１ｅには駆動ギア（第１のギア）４１ｆが設けられている。また加圧ローラ４２に固定された加圧ローラ軸４２ｅにはトルクリミッタギア（第２のギア）４２ｆが設けられている。そして、駆動ギア４１ｆとトルクリミッタギア４２ｆとは噛合し、さらに駆動ギア４１ｆには、駆動源であるモータ（不図示）からの駆動力を伝達する入力ギヤ７０（図４に図示）が噛合している。第１の加熱ローラ４３及び第２の加熱ローラ４４はそれぞれ定着ローラ４１及び加圧ローラ４２との摩擦力により回転する。
【００２３】
ここで、この定着装置の場合には、定着ローラ４１よりも加圧ローラ４２の周速度が速くなるように、定着ローラ４１と加圧ローラ４２の外径を同じとし、トルクリミッタギア４２ｆの歯数を駆動ギア４１ｆよりも少なくしてある。もちろん、駆動ギア４１ｆとトルクリミッタギア４２ｆの歯数を同じとし、定着ローラ４１よりも加圧ローラ４２の外径を大きくすることによって、定着ローラ４１よりも加圧ローラ４２の周速度が速くなるようにしてもよい。
【００２４】
そしてまた、トルクリミッタの設定値Ａは前記不等式（１）を満足するように設定されている。すなわち、トルクリミッタの設定値Ａは（Ｂ＋Ｃ）よりも小さくなるように設定される。ここで（Ｂ＋Ｃ）は、加圧ローラ４２が定着ローラ４１よりも速く回転し始める時のトルクと、加圧ローラ４２が第２の加熱ローラ４４を回転させるためのトルクとの和である。加圧ローラ４２にこの和以上のトルクが加わると、定着ローラ４１よりも加圧ローラ４２が速く回転してしまい、定着ローラ４１に対して加圧ローラ４２が滑る状態となって前記のような種々の不具合が発生する。本発明の定着装置では、このトルクリミッタの設定値Ａの上限値を前記トルクの和よりも小さくしているので、仮に定着ローラ４１よりも速く回転するようなトルクが加圧ローラ４２に加わったとしても、トルクリミッタによって加圧ローラ軸４２ｅへのトルクの伝達が遮断され、加圧ローラ４２は定着ローラ４１とのニップ部における摩擦力で定着ローラ４１と同じ周速度で回転するようになる。これにより用紙の搬送が安定する。
【００２５】
一方、トルクリミッタの設定値ＡはＣよりも大きくなるように設定される。これにより、定着ローラ４１と加圧ローラ４２との間でスリップが生じた場合でも、加圧ローラ４２を回転させる軸トルクが、加熱ローラ４４を回転させるトルク（Ｃ）よりも大きくなり加圧ローラ４２の回転が維持される。
【００２６】
なお上記の実施形態では、トルクリミッタギア４２ｆを加圧ローラ軸４２ｅに直接設けているが、これに限定されるものではなく、トルクリミッタギアは加圧ローラ４２に駆動力を伝達するギア列のいずれかに組み込んでおけばよい。また前記実施形態とは反対に、定着ローラ４１の周速度を加圧ローラ４２よりも速くなるように設定し、且つ定着ローラ４１に駆動を伝達するギア列に、トルクリミッタギアを組み込み、トルクリミッタの設定値Ａを前記不等式（１）を満足するように設定して、定着ローラ４１が加圧ローラ４２よりも速く回るのを防止するようにしてもよい。なお、用紙上に形成されたトナー画像を乱さないようにする観点からは、加圧ローラ４２の周速度を定着ローラ４１よりも速くなるように設定するのが好ましい。
【００２７】
なお、本発明の画像形成装置は、ＰＰＣ、ファクシミリ、プリンタ等に広く利用可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の定着装置では、定着ローラと加圧ローラの双方を駆動するとともに、これらのローラの周速度が異なるように設定し、周速度の速い方のローラにトルクリミッタギアを設け、且つこのトルクリミッタの設定値を前記不等式（１）を満足するようにしたので、定着ローラ及び加圧ローラの一方に、もう一方よりも速く回転するようなトルクが加わった場合には、トルクリミッタによってそのローラへのトルクの伝達が遮断される。これにより、定着ローラと加圧ローラとはほぼ等速度で回転することになり用紙の搬送が安定する。
【００２９】
定着ローラと同軸に取り付けられた第１のギアと、前記加圧ローラと同軸に取り付けられた、前記第１のギアと歯数の異なる第２のギアとを係合させ、第１のギア又は第２のギアに駆動源から駆動力を伝達し、定着ローラと加圧ローラとを異なる周速度で回転させるようにすると、装置の簡素化や小型化などが図れる。
【００３０】
さらに本発明の画像形成装置では、前記の定着装置を搭載するので上記と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一例としてのプリンタの正面図である。
【図２】図１の定着装置付近を拡大した図である。
【図３】本発明の定着装置の一例を示す概略側面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】従来のプリンタの定着装置付近の正面図である。
【符号の説明】
１０　プリンタ（画像形成装置）
４０　定着装置
４１　定着ローラ
４１ｆ　駆動ギア（第１のギア）
４２　加圧ローラ
４２ｆ　トルクリミッタギア（第２のギア）
４３　第１の加熱ローラ
４３ｂ、４４ｂ　ハロゲンランプ（発熱体）
４４　第２の加熱ローラ

Claims (3)

1. 定着ローラと、
   この定着ローラに圧接し、内部に発熱体を有する第１の加熱ローラと、
   前記定着ローラに圧接した加圧ローラと、
   この加圧ローラに圧接し、内部に発熱体を有する第２の加熱ローラとを備えた定着装置において、
   前記定着ローラと前記加圧ローラの双方を駆動するとともに、これらのローラの周速度が異なるように設定し、
   周速度の速い方のローラにトルクリミッタギアを設け、且つこのトルクリミッタの設定値を下記不等式を満足するようにしたことを特徴とする定着装置。
   Ｃ＜Ａ＜Ｂ＋Ｃ　　　・・・・・・（１）
   （式中、Ａ：トルクリミッタの設定値、Ｂ：圧接している定着ローラと加圧ローラとが異なる周速度で回転し始める時の、周速度の速い方のローラのトルク、Ｃ：周速度の速い方のローラが加熱ローラを回転させるためのトルク）
2. 前記定着ローラと同軸に取り付けられた第１のギアと、前記加圧ローラと同軸に取り付けられた、前記第１のギアと歯数の異なる第２のギアとが係合し、前記第１のギア又は前記第２のギアに駆動源から駆動力が伝達され、前記定着ローラと前記加圧ローラとが異なる周速度で回転する請求項１記載の定着装置。
3. 請求項１又は２記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。

Images