JP2011002710A - 駆動伝達部品及びこれを用いた駆動伝達機構、被駆動装置、駆動処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】駆動伝達部品10として、回転駆動伝達可能な駆動伝達要素1と、この駆動伝達要素1と同軸に一体的に設けられ且つ接着剤3を介して環状被駆動体14に接合される接合要素2とを備え、前記接合要素2は、駆動伝達要素1の回転中心方向に延び且つ周面に接着剤3が塗布可能な円筒体4を有し、この円筒体4の周面には円筒体4の周方向に交差する方向に沿って延び且つ円筒体4の周方向に並列配置される複数の並列溝5と、円筒体4の周方向に沿って延びる少なくとも一つの周方向溝6とを形成する。また、この駆動伝達部品10を用いた駆動伝達機構、被駆動装置、駆動処理装置をも対象とする。
【選択図】図1
Description
特許文献1は、定着ベルトに対して回転駆動力を伝達するエンドキャップ部材が、定着ベルトの周方向全域に亘って定着ベルトに接着剤(シリコーン系)を介して固定されている技術である。
特許文献2は、定着ベルトがキャップ部材によって端部の断面形状が円形となるように拘束され、加圧ロールと押圧パッドとによって挟持され、キャップ部材から伝達される周方向の駆動力によって周回駆動される技術である。
特許文献3は、定着ベルトの両端部にエンドキャップ部材を嵌め合わせ、エンドキャップ部材の中心に軸受を取付け、エンドキャップ部材には半径方向に張り出したギア部を有し、このギア部に噛み合わされた駆動ギアによってエンドキャップ部材を回転駆動し、定着ベルトを周回駆動する技術である。
請求項2に係る発明は、請求項1に係る駆動伝達部品において、前記接合要素は、円筒体周面のうち駆動伝達要素側に周方向溝を、この周方向溝に対し駆動伝達要素とは反対側に複数の並列溝を配置するものであることを特徴とする駆動伝達部品である。
請求項3に係る発明は、請求項2に係る駆動伝達部品において、前記接合要素は、円筒体周面に並列溝と周方向溝とを不連続に形成したものであることを特徴とする駆動伝達部品である。
請求項4に係る発明は、請求項1ないし3いずれかに係る駆動伝達部品において、前記接合要素は、円筒体周面が突出方向に向かって窄まる傾斜勾配を有するものであることを特徴とする駆動伝達部品である。
請求項5に係る発明は、請求項1ないし4いずれかに係る駆動伝達部品において、複数の並列溝は円筒体の中心方向に沿って延び、周方向溝と直交配置されることを特徴とする駆動伝達部品である。
請求項6に係る発明は、請求項1ないし5いずれかに係る駆動伝達部品において、周方向溝は円筒体の周方向に沿って連続する凹溝であることを特徴とする駆動伝達部品である。
請求項7に係る発明は、請求項1ないし6いずれかに係る駆動伝達部品において、周方向溝の深さ寸法が並列溝の深さ寸法よりも深いことを特徴とする駆動伝達部品である。
請求項8に係る発明は、請求項1ないし7いずれかに係る駆動伝達部品において、合成樹脂製の環状被駆動体と弾性接着剤を介して接合される合成樹脂製の接合要素を有することを特徴とする駆動伝達部品である。
請求項9に係る発明は、請求項1ないし8いずれかに係る駆動伝達部品と、この駆動伝達部品の駆動伝達要素に係わりあって駆動伝達する他の駆動伝達部品とを少なくとも含み、駆動源からの駆動力を環状被駆動体に伝達することを特徴とする駆動伝達機構である。
請求項10に係る発明は、請求項1ないし8いずれかに係る駆動伝達部品と、この駆動伝達部品の接合要素に接着剤を介して接合される環状被駆動体とを備えることを特徴とする被駆動装置である。
請求項11に係る発明は、請求項10に係る被駆動装置が未定着トナー像を加熱定着する定着装置である態様において、加熱手段にて加熱される環状被駆動体としての定着ベルトと、定着ベルトに対向して接触転動する加圧ロールと、定着ベルトの裏面に配置されて加圧ロールとの間で定着ベルトを加圧する加圧部材とを備えることを特徴とする被駆動装置である。
請求項12に係る発明は、請求項10又は11に係る被駆動装置を処理要素に含み、処理要素による処理を駆動することを特徴とする駆動処理装置である。
請求項2に係る発明によれば、並列溝周りの接着剤層と周方向溝周りの接着剤層とを分離配置することができ、夫々の接着性能を良好に保つことができる。
請求項3に係る発明によれば、接着剤層の偏りを抑えて接着剤層を均一にすることができる。
請求項4に係る発明によれば、駆動伝達部品の接合要素と環状被駆動体との接合作業性を良好に保つことができる。
請求項5に係る発明によれば、駆動伝達部品の接合要素と環状被駆動体との接合強度をより強固にすることができる。
請求項6に係る発明によれば、周方向溝周りの接着剤層を均一にすることができる。
請求項7に係る発明によれば、周方向溝に対する接着剤層の保持強度を高め、駆動伝達部品と環状被駆動体との接合剥がれをより確実に防止することができる。
請求項8に係る発明によれば、駆動伝達部品と環状被駆動体とが合成樹脂製であるとしても、両者間の接着剤層の剥がれを有効に回避することができる。
請求項9に係る発明によれば、生産性を良好に保つ構成で、駆動伝達部品と環状被駆動体との接着剤による接合強度を高め、両者の接着剥がれを有効に防止することが可能な駆動伝達機構を簡単に構築することができる。
請求項10に係る発明によれば、生産性を良好に保つ構成で、駆動伝達部品と環状被駆動体との接着剤による接合強度を高め、両者の接着剥がれを有効に防止することが可能な被駆動装置を構築することができる。
請求項11に係る発明によれば、生産性を良好に保つ構成で、駆動伝達部品と定着ベルトとの接着剤による接合強度を高め、両者の接着剥がれを有効に防止することが可能な被駆動装置としての定着装置を構築することができる。
請求項12に係る発明によれば、生産性を良好に保つ構成で、駆動伝達部品と環状被駆動体との接着剤による接合強度を高め、両者の接着剥がれを有効に防止することが可能な被駆動装置を用いた画像処理装置を構築することができる。
図1(a)は本発明が適用される駆動処理装置の実施の形態の概要を示す説明図である。
同図において、駆動処理装置15は、モータ等の駆動源11からの駆動力が駆動伝達機構12を介して伝達される被駆動装置13を処理要素に含み、処理要素による処理を駆動するものである。
ここでいう駆動処理装置とは例えば画像形成装置や記録材処理装置などを指すものである。
また、被駆動装置13としては、環状被駆動体14を有し、駆動伝達機構12の一部品である駆動伝達部品10(図1(b)(c)参照)を通じて環状被駆動体14に駆動力が伝達されるものであればよい。つまり、被駆動装置13は、駆動伝達部品10と、この駆動伝達部品10の接合要素2(図1(b)(c)参照)に接着剤3を介して接合される環状被駆動体14とを備えたものであればよい。
更に、定着装置を例に挙げてより具体的に示すと、被駆動装置13が未定着トナー像を加熱定着する定着装置である態様においては、加熱手段にて加熱される環状被駆動体14としての定着ベルトと、定着ベルト14に対向して接触転動する加圧ロールと、定着ベルト14の裏面に配置されて加圧ロールとの間で定着ベルト14を加圧する加圧部材とを備えたものが挙げられる。
本例では、接着剤3としては、定着ベルト14の加熱範囲で接着性能を維持する耐熱性を備えたものが必要である。そして、この種の定着ベルト方式では、加圧部材と加圧ロールとの間に挟持されている定着ベルト14の移動性を良好に保つという観点から、定着ベルト14の裏面に潤滑剤が塗布される潤滑剤塗布具を具備することがあるが、本態様では、接着剤3として潤滑剤が洩れない耐潤滑性を具備するものが好ましい。
また、駆動伝達機構12としては、駆動伝達部品10(図1(b)(c)参照)と、この駆動伝達部品10の駆動伝達要素1に係わりあって駆動伝達する他の駆動伝達部品(ギア、ベルト等)を少なくとも含み、駆動源11からの駆動力を環状被駆動体14に伝達するものであれば、適宜選定して差し支えない。
図1(b)(c)において、駆動伝達部品10は、回転駆動伝達可能な駆動伝達要素1と、この駆動伝達要素1と同軸に一体的に設けられ且つ接着剤3を介して環状被駆動体14に接合される接合要素2とを備え、前記接合要素2は、駆動伝達要素1の回転中心方向に延び且つ周面に接着剤3が塗布可能な円筒体4を有し、この円筒体4の周面には円筒体4の周方向に交差する方向に沿って延び且つ円筒体4の周方向に並列配置される複数の並列溝5と、円筒体4の周方向に沿って延びる少なくとも一つの周方向溝6とを形成したものである。
また、接合要素2としては、環状被駆動体14と接合が可能な円筒体4を有するものであればよく、接合要素2の外径寸法については通常は駆動伝達要素1の外径寸法より小さいことが多いが、等しい又は大きい態様をも含む。
更に、並列溝5は円筒体4の周方向に交差する方向に延びていればよく、円筒体4の中心方向である必要はない。また、この並列溝5は円筒体4の端部に面して開口する態様に限らず、円筒体4の端部に並列溝5を塞ぐ閉塞部を設けた態様をも含む。また、並列溝5の形成方向は通常同一方向であることが多いが、異なる方向を含んでいてもよい。
更にまた、周方向溝6は円筒体4の円周方向に沿って延びるものであれば、全周に亘って延びる態様に限られず、一部がせき止められる態様など適宜選定して差し支えない。また、周方向溝6は一本あればよいが、複数でも差し支えない。更に、周方向溝6の配設位置は円筒体4の周面の任意の位置で差し支えなく、複数の並列溝5とは交差せずに周方向溝6を設けてもよいし、複数の並列溝5と交差した状態で設けるようにしてもよい。
図2(a)(b)に示すように、並列溝5周りに接着剤3を塗布すると、並列溝5周りの接着剤3層のうち並列溝5に面した厚肉部が並列溝5の底壁及び両側壁に充填されて並列溝5に抱き込み固定される。このため、この並列溝5周りの接着剤3層は環状被駆動体14と駆動伝達部品10との間の回転方向についての接合強度を高めるものである。このため、駆動伝達部品10から環状被駆動体14に回転力F2が伝達される際に、駆動伝達部品10と環状被駆動体14との間の接着剤3層が剥がれる懸念は少ない。
一方、周方向溝6周りに接着剤3層を塗布すると、周方向溝6周りの接着剤3層は周方向溝6に抱き込み固定されることから、周方向溝6周りの接着剤3層は環状被駆動体14と駆動伝達部品10との間の離脱方向についての接合強度を高めるものである。このため、仮に、環状被駆動体14に対し離脱方向に向かう外力F1が作用したとしても、駆動伝達部品10と環状被駆動体14との間の接着剤3層が剥がれる懸念は少ない。
先ず、駆動伝達部品10の接合要素2の好ましい態様としては、円筒体4周面のうち駆動伝達要素1側に周方向溝6を、この周方向溝6に対し駆動伝達要素1とは反対側に複数の並列溝5を配置するものが挙げられる。本態様によれば、並列溝5周りの接着剤3層と、周方向溝6周りの接着剤3層とを分離して設けるため、例えば並列溝5周りの接着剤3層の一部が剥がれようとしても、周方向溝6周りの接着剤3層に影響し難い点で好ましい。
また、接合要素2の好ましい態様としては、円筒体4周面に並列溝5と周方向溝6とを不連続に形成したものが挙げられる。本態様によれば、並列溝5と周方向溝6とを不連続にすることで、周方向溝6周りの接着剤3層の一部が並列溝5周りの接着剤3層側に流入することはない点で好ましい。
更に、接合要素2の好ましい態様としては、円筒体4周面が突出方向に向かって窄まる傾斜勾配を有するものが挙げられる。本態様においては、接合要素2に対して環状被駆動体14を嵌め込み易い点で好ましく、樹脂を型成型する際の容易性という観点から、傾斜勾配としては0.5〜3°程度であれば適宜選定して差し支えない。
更に、周方向溝6の好ましい態様としては、周方向溝6に対する接着剤3層の保持強度を高めるという観点からすれば、周方向溝6の深さ寸法が並列溝5の深さ寸法よりも深いものが挙げられる。
更にまた、駆動伝達部品10、環状被駆動体14が合成樹脂製である場合の好ましい態様としては、合成樹脂製の環状被駆動体14と弾性接着剤3を介して接合される合成樹脂製の接合要素2を有するものが挙げられる。本態様によれば、弾性接着剤3は合成樹脂間を弾性を持って接合し、接着剤層に対して剥がれ力が作用しても、弾性にて吸収する点で好ましい。
◎実施の形態1
−画像形成装置の全体構成−
図3は実施の形態1に係る駆動処理装置としての画像形成装置の全体構成を示す。
同図において、画像形成装置は、複数の色成分(例えばイエロ(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K))トナー像を形成する複数の画像形成部20(具体的には20Y、20M、20C、20K)を有し、各画像形成部20に対向した部位には所定方向に循環する中間転写ベルト21を配設すると共に、この中間転写ベルト21の下部には記録材供給装置22を配設し、この記録材供給装置22から供給された記録材Sを搬送経路23に沿って搬送し、この搬送経路23のうち中間転写ベルト21からの画像転写部位には一括転写装置(二次転写装置)24を配設すると共に、一括転写装置24から記録材Sに転写された各色成分トナー像が加熱定着される定着装置25を配設するようにしたものである。尚、図3中、符号26は搬送経路23に適宜数配設される搬送ロール、27は一括転写装置24による画像転写部位を通過した記録材Sを定着装置25に向けて搬送する搬送ベルトである。
また、中間転写ベルト21は、複数の張架ロール41〜45に掛け渡され、例えば張架ロール41を駆動ロールとして所定方向に循環回転されている。そして、各画像形成部20の感光体30に対向する中間転写ベルト21の裏面には例えば転写ロールからなる一次転写装置46が配設されており、感光体30上の各色成分トナー像が中間転写ベルト21に静電転写されるようになっている。そしてまた、中間転写ベルト21の例えば張架ロール41に対向する部位には中間転写ベルト21上の残留トナーを清掃するベルト清掃装置47が配設されていると共に、中間転写ベルト21のうち張架ロール42に対向する部位には色ずれ補正のための検出器48が配設されている。
更に、一括転写装置24は、張架ロール44に対向する中間転写ベルト21の表面に転写ロール51を配設し、例えば張架ロール44に転写バイアスを印加することで転写ロール51と張架ロール44との間に転写電界を形成し、中間転写ベルト21上の各色成分トナー像を記録材Sに一括静電転写するようになっている。
本実施の形態において、定着装置25は、図4に示すように、環状の定着ベルト61と、この定着ベルト61の外周面に圧接配置されて定着ベルト61に追従回転し且つ定着ベルト61との間に定着ニップ域を形成する加圧ロール62と、前記定着ベルト61の裏面に配置されて加圧ロール62との定着ニップ域間で定着ベルト61を加圧する加圧パッド63と、前記定着ベルト61を電磁誘導加熱する電磁誘導加熱器67とを備えている。尚、符号71は定着ベルト61の定着ニップ域の出口側に設けられて定着ベルト61に巻き付いた記録材Sを剥離する剥離部材である。
以下に定着装置25の主要要素について詳述する。
<定着ベルト>
先ず、定着ベルト61は、内周面側から順に、耐熱性の高いシート状部材からなる基層61aと、この基層61a上に積層される導電層61bと、この導電層61b上に積層される弾性層61cと、この弾性層61c上に積層される表面離型層61dとを備えている。
また、導電層61bは、電磁誘導加熱器67が誘起する磁界により誘導発熱する層(発熱層)であり、鉄、コバルト、ニッケル、銅、アルミニウム、クロム等の金属層を1〜80μm程度の厚さで形成したものが用いられる。また、導電層61bの材質および厚さは、電磁誘導による渦電流によって充分な発熱が得られる固有抵抗値を実現するように適宜選択される。
更に、弾性層61cは、厚さが10〜500μmであって、耐熱性、熱伝導性に優れたシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等が用いられる。
カラー画像を印刷する場合、特に写真画像等の印刷時には、記録材S上で大きな面積領域に亘ってベタ画像が形成されることが多い。そのため、記録材Sやトナー像の凹凸に定着ベルト61の表面(表面離型層61d)が追従できない場合には、トナー像に加熱ムラが発生して、伝熱量が多い部分と少ない部分とで定着画像に光沢ムラが発生する。すなわち、伝熱量が多い部分は光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低くなる。このような現象は、弾性層61cの厚さが10μmより小さい場合に生じ易い。そこで、弾性層61cの厚さは、10μm以上に設定することが好ましい。一方、弾性層61cが500μmより大きい場合には、弾性層61cの熱抵抗が大きくなり、定着装置25のクイックスタート性能が低下する。そこで、弾性層61cの厚さは、500μm以下に設定することが好ましい。
弾性層61cのゴム硬度としては、高すぎると記録材Sやトナー像の凹凸に追従しきれず定着画像に光沢ムラが発生し易い。そこで、弾性層61cのゴム硬度としては50゜(JIS−A:JIS−K A型試験機)以下が適している。
更に、弾性層61cの熱伝導率λに関しては、λ=6×10−4〜2×10−3[cal/cm・sec・deg]が適している。これは、熱伝導率λが6×10−4[cal/cm・sec・deg]よりも小さい場合には熱抵抗が大きく、定着ベルト61の表層(表面離型層61d)における温度上昇が遅くなり、一方、熱伝導率λが2×10−3[cal/cm・sec・deg]よりも大きい場合には、硬度が過度に高くなったり、圧縮永久歪みが悪化することになる。
また、表面離型層61dは、記録材S上に転写された未定着トナー像と直接的に接触する層であるため、離型性および耐熱性に優れた材料を使用する必要がある。したがって、表面離型層61dを構成する材料としては、例えば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重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等が好適に用いられる。
そして、表面離型層61dの厚さは、5〜50μmが好ましい。これは、表面離型層61dの厚さが5μmよりも小さい場合には、塗膜時に塗りムラが生じて離型性の悪い領域が形成されたり、耐久性が不足するといった問題が発生するし、また、表面離型層61dが50μmを超える場合には、熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の材質で形成された表面離型層61dでは硬度が高くなりすぎ、弾性層61cが有する機能を低下させることによる。尚、表面離型層61dにおけるトナー離型性を向上するため、表面離型層61dにトナーオフセット防止のためのオイル(離型剤)を塗布するオイル塗布機構を定着ベルト61に当接させて配設することも可能である。
また、加圧ロール62は、芯材(コア)としての金属製の円筒状ロール部材62aと、円筒状ロール部材62aの表面にシリコーンゴム、発泡シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂等の耐熱性を有する弾性層62bと、最外表面の表面離型層62cとで構成されている。
<加圧パッド>
更に、加圧パッド63は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性材料や、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルサルフォン(PES)や液晶ポリマー(LCP)等の耐熱性樹脂等で形成されている。そして、加圧パッド63は、定着ベルト61の幅方向に対した記録材Sが通過する領域よりもやや広い領域に亘って配設されており、この加圧パッド63の長手方向の略全長に亘って加圧ロール62を加圧するように構成されている。
また、加圧パッド63と加圧ロール62との間の定着ベルト61の挟持部(定着ニップ部N)における加圧パッド63と定着ベルト61との摺動性を向上するため、加圧パッド63と定着ベルト61との間には、摺動性に優れ、耐摩耗性が高いポリイミドフィルムやフッ素樹脂を含浸させたガラス繊維シート等からなる摺動シート(図示せず)が配設されている。さらに、定着ベルト61の内周面には潤滑剤が塗布されている。潤滑剤としては、アミノ変性シリコーンオイルやジメチルシリコーンオイル等が用いられる。これらにより、定着ベルト61と加圧パッド63との間の摩擦抵抗が小さくなり、定着ベルト61が円滑に回動させることを可能としている。
更に、定着ベルト61内には加圧パッド63を支持する支持部材64が配設されている。
この支持部材64は加圧パッド63の長手方向に沿って延びる棒状に形成されており、加圧パッド63が抱き込み保持される保持片64aを有している。ここで、支持部材64の材料としては、加圧ロール62からの圧接力を受けたときのたわみ量が少なくなるように(例えば1mm以下)、所定以上の剛性が必要であり、鉄・SUS・アルミニウムなどの金属が好ましい。
更にまた、本実施の形態では、定着ベルト61内には例えばFe−Ni合金などの感温磁性金属65が支持部材64に止め具66を介して固定されており、この感温磁性金属65は加圧パッド63とは反対側に位置し、定着ベルト61とは所定の空隙を有して定着ベルト61の内側に対向配置されている。
また、定着ベルト61の外側で感温磁性金属65に対向する部位には電磁誘導加熱器67が配設されている。本例では、電磁誘導加熱器67は、定着ベルト61に対応する曲面を備えた台座68と、この台座68に支持された励磁コイル69と、この励磁コイル69に高周波電流を供給する図示外の励磁回路とを有している。
ここで、台座68は、絶縁性及び耐熱性を有する材料からなり、例えばフェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、液晶ポリマ樹脂などを用いることが可能である。
また、励磁コイル69は、略円筒状の定着ベルト61と一定の間隔で対向するように、定着ベルト61との対向面が略円筒曲面となっている。
更に、本例では、台座68の背面側には、高透磁率の材質(フェライトやパーマロイ等)から構成されて励磁コイル69にて生成される磁束を保持する磁束保持部材70が設けられている。
このような電磁誘導加熱器67にあっては、図示外の励磁回路から励磁コイル69に高周波電流が供給されると、励磁コイル69の周囲に磁束が生成消滅を繰り返す。高周波電流の周波数としては例えば10〜500kHz程度に設定される。そして、生成された磁束が定着ベルト61の導電層61bを横切るとき、その磁界の変化を妨げる磁界を生ずるように導電層61b中に渦電流が発生し、導電層61bの表皮抵抗に比例した電力でジュール熱が発生する。
次に、定着装置25の駆動伝達機構80の全体構成を図5〜7に基づいて説明する。
同図において、駆動伝達機構80は、定着ベルト61及び加圧ロール62を回転駆動させる回転駆動伝達機構81と、定着ベルト61に対して加圧ロール62を接離自在に移動する接離機構90とを備えている。
ここで、回転駆動伝達機構81は、図5〜図7に示すように、定着装置25の長手方向一方側に図示外の駆動モータを配設し、この駆動モータに連結される駆動ギア82を設けると共に、この駆動ギア82に加圧ロール62駆動伝達用の駆動伝達ギア83を噛み合わせることで加圧ロール62を回転駆動するようになっている。
また、前記回転駆動伝達機構81は、前記駆動ギア82に対し複数段の駆動伝達ギアからなる駆動伝達ギア列84の一段目駆動伝達ギア84aを噛み合わせると共に、駆動伝達ギア列84の最終段駆動伝達ギア84eにはクラッチ入りギア85を噛み合わせ、このクラッチ入りギア85に対し定着ベルト61の長手方向反対側には定着ベルト駆動伝達用の駆動伝達ギア87を配設し、かつ、この駆動伝達ギア87と前記クラッチ入りギア85とを連結ロッド86にて連結し、更に、前記駆動伝達ギア87には駆動伝達ギア88を介して最終駆動伝達部品であるエンドキャップ100を噛み合わせ、定着ベルト61を回転駆動させるようになっている。
尚、エンドキャップ100の詳細は後述する。
更に、図5及び図7において、符号96は定着ベルト61の回転動作を制御するための回転検出器であり、本例では、エンドキャップ100の回転動作を取り出す検出用ギア97を設け、この検出用ギア97と同軸に回転する回転検出板98を取付け、この回転検出板98の回転動作を光学センサ99にて検出するようになっている。
次に、図8〜図10に基づいてエンドキャップ100の構成を説明する。
同図において、エンドキャップ100(具体的には100a,100b)は定着ベルト61の両端部に挿入装着される端部覆い蓋であり、定着ベルト61の内側に配設した支持部材64の両端部に形成された軸部(図示せず)に回転自在に嵌り合うようになっている。
このエンドキャップ100は、回転駆動伝達可能なギア部110と、このギア部110と同軸に一体的に形成されて定着ベルト61の両側縁部内側に挿入して接合される接合部120とを有し、前記支持部材64の軸部(図示せず)に対して軸受部材105(図9参照)を介して回転自在に支持するようにしたものである。
特に、本例では、外部から回転駆動力が伝達される一方のエンドキャップ100(例えば100a)は、接合部120と定着ベルト61との間が接着剤(図示せず)にて挿入固定されるようになっているのに対し、外部から回転駆動力が伝達されない他方のエンドキャップ100(例えば100b)は、前述した接着剤を使用しても差し支えないが、例えば定着ベルト61の内径より接合部120の外径をやや大きく形成しておき、両者を単に嵌め合わせるようにしてもよいし、あるいは、定着ベルト61の外周面から前記接合部120に対応した部位をリング状のバンドにて締め付けるようにしてもよい。
このエンドキャップ100の材料としては、機械的特性や絶縁性に優れ、耐熱性に良いと言われるエンジニアリングプラスチックスがよい。例えばフェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PPS樹脂、LCP樹脂などを選択することができる。
また、定着ベルト61回転時にエンドキャップ100に内部から余分な外力が加わらないようにするために、本例では、定着ベルト61に挿入されるエンドキャップ100の端部は、支持部材64に保持されている加圧パッド63の長手方向端部位置から距離を遠ざけるべく配置されている。
ここで、外部から回転駆動力が伝達されるエンドキャップ100と定着ベルト61との接合構造について接着方式を採用した理由について補足すると、以下の通りである。
つまり、エンドキャップと定着ベルトとの接合としてピン留め方式を用いた場合には、ピン部分にて応力が集中してしまい、その部分で定着ベルトが裂ける懸念がある。
また、一部に応力が集中しないように、定着ベルトにエンドキャップを嵌め込み、嵌め込んだ部分に対し定着ベルトの外側からリング状のバンドを圧入する方式が考えられるが、この方式でも定着ベルトとエンドキャップとが滑ってしまう懸念がある。
このため、応力が一部分集中せず、かつ、滑りが発生しない接合方式として接着剤による接着方式を採用するに至ったものである。
<ギア部>
より具体的に述べると、ギア部110は円筒体111の外周にギア歯(図示略)を所定ピッチ間隔にて形成したものであり、前記ギア歯の数についてはギア比に応じて適宜選定して差し支えなく、また、ギア形状については平ギアの平行歯に限られるものではなく、はすばギアの斜歯などは適宜選定して差し支えない。
<接合部>
一方、本実施の形態では、接合部120は、図8(a)〜(c)に示すように、ギア部110の回転中心方向に延び且つギア部110の最大外径よりも小径な円筒体121を有している。尚、接合部120の円筒体121の内径とギア部110の円筒体111の内径とは同じでもよいし、別個でもよい。また、夫々の円筒体111,121の内周壁は段付きでも差し支えない。
そして、本実施の形態では、接合部120の円筒体121の周面には、円筒体121の中心方向に沿って延び且つ円筒体121の周方向に並列配置される複数の並列溝130と、これらの複数の並列溝130に対して直交配置され且つ円筒体121の周方向に沿って延びる一つの周方向溝140とが形成されている。
更に、本実施の形態では、接合部120は、円筒体121周面が突出方向に向かって窄まる傾斜勾配θを有している。この傾斜勾配θは、円筒体121周面の最大外径部の半径寸法と円筒体121先端の外径部の半径寸法との間の差分を円筒体121の突出方向における両者間の離間距離にて除したものであり、傾斜勾配が徐々に変化するものにあってはその平均的な傾斜勾配を意味するものである。
本例では、傾斜勾配θとしては、定着ベルト61に対するエンドキャップ100の接合部120の嵌め込み易さと製造容易性、接着強度の観点から、0.5〜3°程度が好ましい。ここで、0.5°未満であると、接合部120の嵌め込み易さ、製造容易性という点で不十分であり、3°を超えてしまうと接着剤による接着性が不十分になり易い。
本例では、凹溝131は例えば最大外径部が約30mmの円筒体121に対し例えば20〜40箇所(例えば32箇所)形成されており、その深さh1は約0.1〜1.0mm程度に設定されている。
また、本例では、周方向溝140は円筒体121の周方向に沿って連続的に延びる凹溝141にて構成されている。
この凹溝141の幅wは接着剤を充填し易い程度の寸法であればよく、例えば0.5〜2.5mm程度が選定される。但し、凹溝141幅×円周長さが、引き抜き力に対して接着剤が応力を受ける剪断面積になるので、剪断面積×接着剤強度を引き抜き力より大きく設定する必要がある。
一方、この凹溝141の深さh2は適宜選定して差し支えないが、並列溝130の凹溝131の深さh1よりも深く設定されている。ここで、深さh2としては約0.3〜1.5mm(例えば0.5mm)程度に設定されている。
更に、周方向溝140の凹溝141の底壁は、例えば図8(c)及び図10(b)に示すように、円周形状に沿った円周形状部142と、この円周形状部142の相対向する部位を直線状に切断した直線部143とを有している。この直線部143は元々は型製造上の要請に基づくものであるが、接着剤層と凹溝141との間の回転方向の滑りを抑制する
作用を奏する。
次に、エンドキャップ100の製造例を図11に示す。
同図において、エンドキャップ100が所定の樹脂材料(例えばPPS)で製造される場合を例に挙げると、図11に示すように、成形型160として、エンドキャップ100の内周面形状に対応した型形状を有する内型161と、エンドキャップ100のギア部110、接合部120(並列溝130,周方向溝140,仕切り壁150)の外周面形状に対応した型形状を有する例えば一対の割り型からなる外型162(具体的には162a,162b)とを用い、外型162と内型161との空間部163に溶融した樹脂材料164を流し込んでエンドキャップ100を型成形した後、割り型からなる外型162を取り外すと共に内型161から成形されたエンドキャップ100を取り外すようにすればよい。
そして、成形されたエンドキャップ100については、型抜き後の後処理をすればよく、また、エンドキャップ100の接合部120の表面については、更に摩擦抵抗を高めるという観点から、必要に応じてシボ加工やブラスト処理をしてもよいし、また、UV表面処理(UV照射)を行い、表面を洗浄/改質して接着性を向上させてもよい。
尚、エンドキャップ100の製造法としては、上述した型成形に限られるものではなく、例えば溝のない状態で成型されたエンドキャップに機械加工を施し、溝を形成するようにしてもよい。
次に、定着ベルト61の両側縁部にエンドキャップ100を取り付ける場合について説明する。
先ず、外部から駆動力が伝達されるエンドキャップ100については、図13(a)に示すように、エンドキャップ100の接合部120の周面に接着剤200を塗布した後、図示外の治具を用いて定着ベルト61の一側縁部開口内に前記エンドキャップ100の接合部120を嵌め込み、所定の接着条件(例えば温度150℃、30分)にて定着ベルト61の一側縁部とエンドキャップ100の接合部120とを接着固定するようにすればよい。
ここで、エンドキャップ100を接着するための接着剤200としては、定着装置25として使用する環境下で、接着部が到達する最高温度を考慮し、接着性能が良好に保たれるものであれば適宜選定して差し支えない。また、定着装置25として、定着ベルト61内部に接着剤を阻害する懸念がある潤滑剤(例えばSiオイル)が存在する態様にあっては、更に、この潤滑剤に阻害されない耐潤滑剤性を有するものを選定することが好ましい。
そして、本例では、エンドキャップ100(例えばPPS)、定着ベルト61(例えばポリイミド)が合成樹脂製であることから、両者間に剥がれ力が作用したとしてもその剥がれ力を弾性にて吸収可能なように弾性接着剤が用いられている。この種の弾性接着剤としては、耐熱性を考慮するとシリコーン系が最適である。
一方、外部から駆動力が伝達されないエンドキャップ100については、組立時及び分解時の容易性を考慮すれば、エンドキャップ100を型成形するに際し、定着ベルト61の内径よりエンドキャップ100の接合部120の外径をやや大きくなるように予め成形しておき、図示外の治具を用いて定着ベルト61の一側縁部開口内に前記エンドキャップ100の接合部120を嵌め込むか、あるいは、更に、嵌め込んだエンドキャップ100の接合部120の周囲に位置する定着ベルト61部分をリング状バンドで押さえ込むようにすればよい。
次に、本実施の形態に係る定着装置の作動について説明する。
定着装置25は通常使用されていない時は、加圧ロール62は定着ベルト61から離間した状態で待機している。
今、図5〜図7に示すように、定着装置25を作動させる場合には、図示外の駆動モータからの駆動力を回転駆動伝達機構81に伝え、定着ベルト61及び加圧ロール62を駆動回転させる。駆動回転が始まり、エンドキャップ100の回転動作を回転検出板98の回転動作として光学センサ99にて検出すると、励磁コイル69に高周波の電流が流れ、定着ベルト61が加熱される。定着ベルト61の温度が所定の温度にまで上昇すると、加圧ロール62は接離機構90にて定着ベルト61に対して接触して定着ニップを形成すると同時に、クラッチ入りギア85のクラッチが切れ、定着ベルト61の駆動は加圧ロール62の従動回転となる。
そして、加圧ロール62が定着ベルト61に当接し、定着ニップが形成された数秒後に、未定着トナー像を乗せた記録材が定着ニップを通過し、熱と圧力によりトナーが記録材上に定着される。
また、定着動作中は、図示外の制御装置により、回転検出器96からの検出信号に基づいて定着ベルト61の周速度が所定の速度となるように、加圧ロール62の回転数を制御するようになっている。
エンドキャップ100の接合評価について検討してみるに、エンドキャップ100と定着ベルト61との接着剤200による接合性能は、例えば図13(a)に示すように、通常作用する荷重に対して接着された部材(本例ではエンドキャップ100,定着ベルト61)を一体の部材として振る舞わせることを要する。
ここで、定着ベルト61の弾性係数をk1、エンドキャップ100の弾性係数をk2とすると、接着剤200を介在させた全体としての弾性係数kは以下の通りである。
k=k1・k2/k1+k2
そして、エンドキャップ100と定着ベルト61との間の接着剤200による接合性能は、例えば図13(b)に示すように、弾性域ではフックの法則に従い、変位xと荷重yとが略比例関係になるが、塑性域に至れば前記接着剤200による接合性能は塑性限度にて破断することになる。
よって、通常作用する荷重に対して接着剤による接合性能が維持されるように設計することが必要である。
本実施の形態の定着装置では、エンドキャップ100を介して定着ベルト61を回転駆動する方式であるが、長期に亘って連続的に使用したとしても、エンドキャップ100が定着ベルト61から剥がれる事態は見られなかった。
これは、既述したように、エンドキャップ100の接合部120の溝構成(複数の並列溝130+周方向溝140)による作用(定着ベルト61の回転方向と離脱方向とに対する剥がれ阻止作用)と推測される(段落〔0012〕参照)。
(1)並列溝、周方向溝のレイアウト
周方向溝140がギア部110寄りに配置され、仕切り壁150を介して複数の並列溝130がギア部110の反対側に配置されていることから、複数の並列溝130及び周方向溝140周りの接着剤層が夫々他方側に流入することは少ない。
(2)並列溝の形状
複数の並列溝130が接合部120の先端にて開口しているため、並列溝130周りの接着剤層が接合部120の先端に至るまで並列溝130内に充填されることになり、並列溝130の先端が塞がれている態様に比べて、定着ベルト61の回転方向に作用する剥がれ力に抗する力が大きい。
特に、複数の並列溝130を構成する凹溝131の底部開口132縁が湾曲部133として構成されているため、並列溝130周りの接着剤層が接合開始時に不均一に分布していたとしても、その不均一な接着剤部分が並列溝130の先端開口湾曲部133側に押し出され易く、並列溝130周りの接着剤層表面が均一になり易い。
更に、本例では、並列溝130の凹溝131幅が凹溝131間の段差部幅よりも広く設けられているため、並列溝130周りの接着剤層が凹溝131内に充填され易くなっている。
(3)周方向溝の形状
周方向溝140は複数の並列溝130よりも深い凹溝141で構成されているため、同じ深さである態様に比べて、定着ベルト61の離脱方向に対する剥がれ阻止力がより大きく確保されることになり、定着ベルト61の離脱方向に対する接着剥がれがより生じ難い。
(4)接合部の形状
接合部120は円筒体121周面が突出方向に向かって窄まる傾斜勾配θを有しているため、定着ベルト61に対してエンドキャップ100の接合部120を嵌め込み易いばかりか、接合部120に塗布した接着剤層が接合開始時に不均一に分布していたとしても、その不均一部分が傾斜勾配θに従って円筒体121の先端側に押し出され易いことから、接合部120周りの接着剤層表面が均一になり易い。
このようなエンドキャップ100の接合評価は後述した実施例にて裏付けられる。
本実施の形態では、エンドキャップ100の接合部120の溝構成は、ギア部110側に周方向溝140を有し、仕切り壁150を介してギア部110の反対側に複数の並列溝130を有している態様であるが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば図12に示すように、エンドキャップ100の接合部120の円筒体121周面に複数の並列溝130を形成し、この複数の並列溝130と交差するように円筒体121の周面に沿って周方向溝140を例えば一つ形成するようにしてもよいし、あるいは、実施の形態1の周方向溝140に加えて図12に示す周方向溝を付加するようにしてもよいし、あるいは、複数の並列溝130に交差する複数の周方向溝140を形成する等適宜選定して差し支えない。
ここで、実施例1〜3及び比較例1〜4に係るエンドキャップについて説明すると以下の通りである。
実施例1:実施の形態1に係るエンドキャップ100の態様(接合部120に複数の並列溝130と周方向溝140とを設けた態様:図15(a)参照)。
比較例1:エンドキャップ100’の接合部120’の円筒体周面を平滑面122’(表面粗さRa=0.2μm程度)とした態様(図15(b)参照)。
比較例2:エンドキャップ100’の接合部120’の円筒体周面に複数の並列溝130’のみを設けた態様(図15(c)参照)。
比較例3:エンドキャップ100’の接合部120’の円筒体周面にローレット加工溝180’を設けた態様(図15(d)参照)。
比較例4:比較例1のエンドキャップ100’の接合部120’の円筒体周面の平滑面122’を粗面(表面粗さRa=2.0μm程度)とした態様。
また、剥がれトルク試験とは、各実施例、各比較例に係るエンドキャップの接合部と定着ベルトとをシリコーン接着剤にて接合した態様につき、エンドキャップ及び定着ベルトの一方を固定した状態で他方にトルクを作用させ、接着剤層が剥がれた時点の接着破壊に要する力を夫々2回測定したものである。
結果を図14(a)に示す。
同図によれば、比較例1を除いて接着破壊に要する力(剥がれ力)はある程度大きいことが理解される。
このエンドキャップの性能評価は、図14(a)に示す剥がれ力評価の他に、実機に夫々のエンドキャップを用いた定着装置を組込み、記録材を通過させたランニングストレス評価、並びに、加工性評価について行った。
結果を図14(b)に示す。
同図において、剥がれ力評価は、図14(a)に示すように、比較例1を除いて実施例1及び比較例2,3が良好であることが理解される。
また、ランニングストレス評価では、実施例1は記録材550kでエンドキャップと定着ベルトとの間の接着剥がれは未発生であり、比較例3も記録材200kでエンドキャップと定着ベルトとの間の接着剥がれは未発生であることが確認されたが、比較例1は記録材通過初期の段階で接着剥がれが発生し、比較例2も記録材約1kのときに接着剥がれが発生することが確認された。
更に、加工性評価については、比較例3はローレット加工溝について型成形などの方式で量産することが困難であるのに対し、実施例1及び比較例1,2は型成形などの方式にて量産することが可能であることが理解される。
このことからすれば、実施例1が、剥がれ力評価、ランニングストレス評価、加工性評価の全ての点において良好であり、比較例1〜3に比べて優れていることが理解される。
尚、実施例2,3も実施例1に比べて更に良好であることが確認されている。
Claims (12)
- 回転駆動伝達可能な駆動伝達要素と、この駆動伝達要素と同軸に一体的に設けられ且つ接着剤を介して環状被駆動体に接合される接合要素とを備え、
前記接合要素は、駆動伝達要素の回転中心方向に延び且つ周面に接着剤が塗布可能な円筒体を有し、この円筒体の周面には円筒体の周方向に交差する方向に沿って延び且つ円筒体の周方向に並列配置される複数の並列溝と、円筒体の周方向に沿って延びる少なくとも一つの周方向溝とを形成したものであることを特徴とする駆動伝達部品。 - 請求項1記載の駆動伝達部品において、
前記接合要素は、円筒体周面のうち駆動伝達要素側に周方向溝を、この周方向溝に対し駆動伝達要素とは反対側に複数の並列溝を配置するものであることを特徴とする駆動伝達部品。 - 請求項2記載の駆動伝達部品において、
前記接合要素は、円筒体周面に並列溝と周方向溝とを不連続に形成したものであることを特徴とする駆動伝達部品。 - 請求項1ないし3いずれかに記載の駆動伝達部品において、
前記接合要素は、円筒体周面が突出方向に向かって窄まる傾斜勾配を有するものであることを特徴とする駆動伝達部品。 - 請求項1ないし4いずれかに記載の駆動伝達部品において、
複数の並列溝は円筒体の中心方向に沿って延び、周方向溝と直交配置されることを特徴とする駆動伝達部品。 - 請求項1ないし5いずれかに記載の駆動伝達部品において、
周方向溝は円筒体の周方向に沿って連続する凹溝であることを特徴とする駆動伝達部品。 - 請求項1ないし6いずれかに記載の駆動伝達部品において、
周方向溝の深さ寸法が並列溝の深さ寸法よりも深いことを特徴とする駆動伝達部品。 - 請求項1ないし7いずれかに記載の駆動伝達部品において、
合成樹脂製の環状被駆動体と弾性接着剤を介して接合される合成樹脂製の接合要素を有することを特徴とする駆動伝達部品。 - 請求項1ないし8いずれかに記載の駆動伝達部品と、この駆動伝達部品の駆動伝達要素に係わりあって駆動伝達する他の駆動伝達部品とを少なくとも含み、駆動源からの駆動力を環状被駆動体に伝達することを特徴とする駆動伝達機構。
- 請求項1ないし8いずれかに記載の駆動伝達部品と、この駆動伝達部品の接合要素に接着剤を介して接合される環状被駆動体とを備えることを特徴とする被駆動装置。
- 請求項10記載の被駆動装置が未定着トナー像を加熱定着する定着装置である態様において、
加熱手段にて加熱される環状被駆動体としての定着ベルトと、定着ベルトに対向して接触転動する加圧ロールと、定着ベルトの裏面に配置されて加圧ロールとの間で定着ベルトを加圧する加圧部材とを備えることを特徴とする被駆動装置。 - 請求項10又は11記載の被駆動装置を処理要素に含み、処理要素による処理を駆動することを特徴とする駆動処理装置。
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