JP2021026153A - 駆動装置、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ニップを構成するローラへの引込力を低減するための駆動装置の提供。【解決手段】第一のアイドラギヤと噛合し回動部材５４の回転中心軸上に第二のアイドラギヤと、を備える駆動装置であって、前記第一の回転体の回転中心と前記第一のアイドラギヤの回転中心との距離をLとしたときに、前記回動部材５４の回転中心は、前記第一のアイドラギヤの回転中心を中心にした直径が1.5×Lの円の外側かつ直径が1.8×Lの円の内側の領域に存在していることを特徴とする駆動装置。【選択図】図４

Description

本発明は、駆動装置、定着装置および画像形成装置に関する。

記録媒体上にトナー像を形成し、トナー像を加圧・加熱することで画像を定着させる定着装置を備える画像形成装置が知られている。
このような定着装置においては、記録媒体を挟み込んで加圧・加熱するために一対のローラなどのニップ形成部材が用いられている。かかるローラ軸にギヤを取り付けてローラを駆動させる駆動装置においては、駆動力によってニップを形成するローラがニップ方向に引き込まれる引込力を受けることが知られている。
通常、ローラの駆動は片側において行われるから、引込力も片側に偏重して生じてしまう。このような荷重偏差によって異常画像が生じてしまったり、耐久性の低下が生じてしまう懸念がある。

さて、こうしたニップ形成部材のようなローラ軸において、引込力を低減するための引込力キャンセル機構を備えた駆動装置がいくつか考えられている（例えば特許文献１、２等参照）。
しかしながら、このような引込力キャンセル機構によっても相殺しきれない残留引込力が存在し、十分とは言えないという問題があった。
また、駆動装置の大型化を招いてしまうという懸念も生じていた。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、ニップを構成するローラへの引込力を低減するための駆動装置の提供を目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の駆動装置は、第一の回転体と、前記第一の回転体とニップを形成する第二の回転体と、前記第一の回転体の軸部を回転可能に保持する軸受と、前記第一の回転体が前記第二の回転体に対して接離する方向に移動できるように前記軸受を保持する筐体と、前記第一の回転体の軸部に設置されて、前記第一の回転体とともに回転する駆動ギヤと、前記駆動ギヤに噛合する第一のアイドラギヤと、前記第一のアイドラギヤを回転可能に保持するアイドラギヤ支持部を具備して前記筐体において回転中心軸を中心に回動する回動部材と、前記第一のアイドラギヤと噛合し前記回動部材の回転中心軸上に第二のアイドラギヤと、を備える駆動装置であって、前記第一の回転体の回転中心と前記第一のアイドラギヤの回転中心との距離をLとしたときに、前記回動部材の回転中心は、前記第一のアイドラギヤの回転中心を中心にした直径が1.5×Lの円の外側かつ直径が1.8×Lの円の内側の領域に存在していることを特徴とする。

本発明によれば、ニップを構成するローラへの引込力を低減することで荷重偏差を小さくすることができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成の一例を示す図である。 図１に示した画像形成装置の定着装置を示す図である。 図２に示した定着装置を構成する駆動装置の一例を示す図である。 駆動装置の構成の一例を示す図である。 駆動装置の一部を構成するアイドラギヤの噛み合わせの一例を示す図である。 駆動装置による回転駆動により生じる力の一例を示す図である。 駆動引込力キャンセル機構の構成の一例を示す図である。 駆動引込力キャンセル機構の動作の一例を示す図である。 駆動引込力キャンセル機構によって低減される引込力のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図９に示した結果から導かれるアイドラギヤの好適な配置の一例を示す図である。

本発明の実施形態の一例として図１に画像形成装置１の概略構成を示す。
本発明の第１の実施形態における定着装置２０を有する画像形成装置１は、記録剤としてのトナーを用いて、複写、印刷等により記録媒体の一例である用紙Ｓに画像を形成するタンデム型カラープリンタである。

図１に示すように、本実施の形態１における画像形成装置１は、タンデム型カラープリンタである。画像形成装置１は、本体上方に配置されたボトル収容部１０１と、ボトル収容部１０１内に収められたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４つの各色に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋと、を有している。
画像形成装置１は、中間転写ユニット８５と、中間転写ベルト７８と、中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋと、レーザーを用いて感光体を感光させる光書き込み手段である露光部３と、を有している。
画像形成装置１は、本体下方に配設されて記録媒体たるシートＰを複数枚重ねて収納する給紙部１２と、給紙部１２からシートＰを搬送するための給紙ローラ９７とレジストローラ対９８と、を有している。
画像形成装置１は、シートＰ上に形成されたトナー像を加熱・加圧によって定着させる定着装置２０と、画像が定着されたシートＰを装置外部に設けられたスタック部１００へと排紙するための排紙ローラ対９９と、を有している。

ボトル収容部１０１には、トナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。

中間転写ユニット８５は、ボトル収容部１０１の下方に配設されている。中間転写ユニット８５の中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが並設されている。
各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設されている。

また、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５、現像部７６、クリーニング部７７、除電部、等が配設されている。
各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）がおこなわれて、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像が形成されることになる。
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、駆動モータによって図１中の時計方向に回転駆動される。
帯電部７５は、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面を一様に帯電する（帯電工程）。
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が、露光部３から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達すると、かかる照射位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程）。
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、現像部７６との対向位置において、トナーの移動によって静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程）。
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、中間転写ベルト７８及び第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程）。
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、クリーニング部７７との対向位置に達すると、かかる位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程）。
最後に、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。

現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像は、中間転写ベルト７８上に重ねて転写されるから、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。
ここで、中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３、テンションローラ８４、中間転写クリーニング部８０、等を有している。
中間転写ベルト７８は、３つのローラ８２〜８４によって張架・支持されるとともに、１つのローラ８２の回転駆動によって図１中の矢印方向に無端移動される。
４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。

１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋには、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加されるので、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置に達したときにトナー像が転写される。
中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。
こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。

各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト７８は、２次転写ローラ８９との対向位置に達する。かかる対向位置すなわち２次転写位置では、２次転写バックアップローラ８２が、２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。
中間転写ベルト７８上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体であるシートＰ上に転写される。
さて、２次転写位置を通過した後の中間転写ベルト７８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存している。中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０の位置に達すると、中間転写クリーニング部８０によって中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。
こうして、中間転写ベルト７８上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。

２次転写ニップの位置に搬送されたシートＰは、画像形成装置１の下方に配設された給紙部１２から、給紙ローラ９７やレジストローラ対９８等を経由して搬送されたものである。

かかる給紙の構成について説明する。給紙部１２には、転写紙等のシートＰが複数枚重ねて収納されており、給紙ローラ９７が図中の反時計方向に回転駆動されることで、一番上のシートＰがレジストローラ対９８のローラ間に向けて給送される。
レジストローラ対９８に搬送されたシートＰは、回転駆動を停止したレジストローラ対９８のローラニップの位置で一旦停止する。
レジストローラ対９８は、中間転写ベルト７８上のカラー画像にタイミングを合わせて回転駆動されて、シートＰが２次転写ニップに向けて搬送され、既に述べたように中間転写ベルト７８に形成された４色のトナー像が転写される。

２次転写ニップの位置でカラー画像が転写されたシートＰは、定着装置２０へと搬送される。
定着装置２０は、定着ベルト２１と、加圧ローラ３１と、を有している。
定着ベルト２１と加圧ローラ３１とは、定着ニップを形成しており、定着ベルト２１と加圧ローラ３１とで加圧・加熱されることで、シートＰの表面に転写されたトナー像はカラー画像として定着される。
シートＰは、定着装置２０を通過すると、排紙ローラ対９９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対９９によって装置外に排出された記録媒体Ｐは、出力画像として、スタック部１００上に順次スタックされる。
以上が画像形成装置１における、一連の画像形成プロセスである。

図２〜図４を用いて、画像形成装置１に設けられた定着装置２０の構成及び動作について詳述する。

定着装置２０は、図２に示すように、第二の回転体たるベルト部材としての定着ベルト２１と、固定部材２６と、加熱部材２２と、固定部材２６の補強部材として機能する支持部材２３と、加熱源たるヒータ２５と、第一の回転体としての加圧回転体たる加圧ローラ３１と、温度センサ４０と、分離部材４１と、を有している。
定着装置２０はまた、筐体５０と、筐体５０に取り付けられて加圧ローラ３１が定着ベルト２１に圧接するように加圧ローラ３１を付勢する付勢部として機能する加圧機構である加圧レバー５１と、一端が筐体５０に取り付けられて加圧レバー５１を加圧ローラ３１へ向けて付勢する加圧スプリング５２と、を有している。なお、本実施形態では、筐体５０は筐体部分の特に側板であるが、その他筐体であってもよく、設置面に対して不動な不動部分であればよい。
定着ベルト２１と加圧ローラ３１とは、加圧ローラ３１が加圧スプリング５２と加圧レバー５１とによって定着ベルト２１側へと付勢されることで、定着ニップを形成している。

定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を備える無端状ベルトであり、図２において反時計方向に回転する。
定着ベルト２１は、内周面側から、基材層、弾性層、離型層が順次積層されており、定着ベルト２１の全体の厚みは１ｍｍ以下になるように設計されている。基材層は層厚３０〜１００μｍのニッケル、ステンレス等の金属材料や、ポリイミド等の樹脂材料で形成される。弾性層は、層厚が１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料で形成される。かかる弾性層によって、定着ニップにおける定着ベルト２１の表面の微小な凹凸が緩和され、シートＰ上のトナー像Ｔに均一に熱が伝わるから、所謂柚子肌画像等の発生が抑止される。
離型層は、層厚が１０〜５０μｍであって、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）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等の材料で形成されている。
かかる離型層により、トナー像に対する離型性（剥離性）を確保することができる。
定着ベルト２１の直径は、本実施形態では３０ｍｍ程度になるように構成されているが、かかる構成に限定されるものではなく、例えば１５〜１２０ｍｍになるように設定されるとしても良い。

加圧ローラ３１は、定着ベルト２１の外周面に当接して定着ニップを形成する加圧回転体である。
加圧ローラ３１は、芯金３２と、芯金３２上に形成された弾性層３３とを有する直径３０〜４０ｍｍ程度の円筒形状の回転体である。
弾性層３３は、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの材料で構成されている。なお弾性層３３の表層には、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の薄肉の離型層を設けるとしても良い。

固定部材２６は、液晶ポリマー等の耐熱樹脂材料で構成される。固定部材２６と、定着ベルト２１との間に、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性部材を設けることにより、定着ニップにおいてシートＰの表面の微小な凹凸にベルト表面が追従して、シートＰ上のトナー像に均一に熱が伝わり、柚子肌画像の防止に効果がある。

固定部材２６は、加圧ローラ３１側の面が加圧ローラ３１の曲率に倣うように断面形状が凹状に形成されている。かかる構成により、シートＰは加圧ローラ３１の曲率に倣うように定着ニップから送出されるために、定着工程後のシートＰが定着ベルト２１に吸着して分離しないような不具合を抑止することができる。
なお、ニップ部を形成する固定部材２６の形状を平面状に形成したり、平面から凹形状に連続的に変化するように形成したりすることもできる。
ニップ形状を任意の形状とすることによって、ニップ部の形状がシートＰの画像面に対してほぼ平行となる場合には、シートＰにしわが発生するのを防止する効果がある。
また、凹状の断面形状に近付けることによって、定着ベルト２１とシートＰとの密着性が高くなり、定着性が向上する。
さらにニップ部の出口側における定着ベルト２１の曲率が大きくなるために、ニップ部から送出されたシートＰを定着ベルト２１から容易に分離することができる。

加熱部材２２は、肉厚が０．２ｍｍ以下のパイプ状部材である。加熱部材２２の材料としては、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属熱伝導体（熱伝導性を有する金属である）を用いることができる。加熱部材２２の肉厚を０．２ｍｍ以下に設定することで、定着ベルト２１の内周面に近接もしくは接触するように形成され、ニップ部の位置には内部に凹状に形成されるとともに開口部が形成された凹部が設けられている。ここで、常温時における定着ベルト２１と加熱部材２２とのギャップＡ（かかるギャップＡはニップ部を除く位置のギャップである）は、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下とすることが好ましい（０ｍｍ＜Ａ＜１ｍｍ）。
かかる構成によれば、加熱部材２２と定着ベルト２１とが摺接する面積が大きいので、定着ベルト２１の摩耗が加速する不具合を抑止するとともに、加熱部材２２と定着ベルト２１とが離れすぎて定着ベルト２１の加熱効率が低下する不具合をも抑止することができる。
さらに、加熱部材２２が定着ベルト２１に近設されることで、可撓性を有する定着ベルト２１の円形姿勢がある程度維持されるので、定着ベルト２１の変形による劣化や破損を低減することができる。

なお、加熱部材２２と定着ベルト２１との摺動抵抗を低下させるために、加熱部材２２の摺接面を摩擦係数の低い材料で形成したり、定着ベルト２１の内周面２１ａにフッ素を含む材料からなる表面層を形成したりすることもできる。なお、図２では、加熱部材２２の断面形状がほぼ円形になるように形成したが、加熱部材２２の断面形状が多角形になるように形成することもできる。

また、ヒータ２５からの熱をベルト部材に均一に伝達し、かつ駆動時のベルト部材の走行安定性を確保する手段が別途用意されている場合には、加熱部材２２を有さず、定着ベルト２１を直接加熱する方式の定着器を構成することも可能である。その場合は、定着器全体としての熱容量の内、加熱部材２２の熱容量が排除されるため、より昇温性能や省エネ性能に優れた定着器を構成できる利点がある。
また、補強部材たる支持部材２３は、ニップ部を形成する固定部材２６を補強、支持するためのもので、定着ベルト２１の内周面側に固定して設けられている。

加熱部材２２は、幅方向両端部が定着装置２０の筐体５０にフランジ部材を介して固定支持されている。加熱部材２２は、ヒータ２５の輻射熱（輻射光）により加熱されて定着ベルト２１を加熱する。すなわち、加熱部材２２がヒータ２５（加熱手段）によって直接的に加熱されて、加熱部材２２を介して定着ベルト２１がヒータ２５によって間接的に加熱されることになる。なお、ヒータ２５の出力制御は、定着ベルト２１表面にサーミスタ等の温度センサ４０によるベルト表面温度の検知結果に基いて行われる。
また、このようなヒータ２５の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定することができる。

このように、定着装置２０は、定着ベルト２１の一部のみが局所的に加熱されるのではなく、加熱部材２２によって定着ベルト２１が周方向にわたってほぼ全体的に加熱されることになるために、定着装置２０を高速化した場合であっても定着ベルト２１が充分に加熱されて定着不良の発生を抑止することができる。
なお図２においては、ヒータ２５の例としてハロゲンヒータを用いたが、熱源の種類はハロゲンヒータに限定されるものではなく、例えば誘導加熱方式の熱源を有する定着装置であっても良い。

支持部材２３は、幅方向の長さが固定部材２６と同等になるように形成されていて、幅方向両端部が筐体５０に固定支持されている。支持部材２３が固定部材２６、定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接することで、定着ニップ部において固定部材２６が加圧ローラ３１の加圧力を受けて大きく変形する不具合を抑止している。なお、支持部材２３は、上述した機能を満足するために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが好ましい。

また、本実施形態のようにヒータ２５がハロゲンヒータなど輻射熱を利用して加熱する方式の熱源である場合には、支持部材２３におけるヒータ２５に対向する面の一部又は全部に、断熱部材を設けたり、ＢＡ処理や鏡面研磨処理を施したりしても良い。
かかる構成とすれば、ヒータ２５から支持部材２３に向かう輻射熱（支持部材２３を加熱する熱）が加熱部材２２の加熱に用いられることになるために、定着ベルト２１（および加熱部材２２）の加熱効率がさらに向上することになる。

加圧ローラ３１には図３に記載したように、駆動ギヤ７０が端部に設置させており、アイドラギヤ７１、７２を介して駆動源たるモータから動力をもらうことで図２の時計回りに回転駆動される。また、加圧ローラ３１は、図４に示すように幅方向両端部に軸受５３を設けることで摩擦による回転負荷の増加を抑えている。
軸受５３は、後述するように駆動引込力キャンセル機構５４と筐体５０とによってニップと垂直な方向に移動可能な状態で保持されてる。

なお、加圧ローラ３１の内部には、ハロゲンヒータ等の熱源を設けることもできる。また加圧ローラ３１の弾性層３３を発泡性シリコーンゴム等のスポンジ状の材料で形成した場合には、ニップ部に作用する加圧力を減ずることができるために、固定部材２６に生じる撓みを軽減することができる。
さらに、加圧ローラ３１の断熱性が高められて、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ３１側に移動しにくくなるために、定着ベルト２１の加熱効率が向上する。
また、図２では、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径と略同等になるように形成したが、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径よりも小さくなるように形成しても良い。その場合、ニップ部における定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ３１の曲率よりも小さくなるために、ニップ部から送出されるシートＰが定着ベルト２１から分離され易くなる。
また、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径よりも大きくなるように形成することもできるが、定着ベルト２１の直径と加圧ローラ３１の直径との関係によらず、加圧ローラ３１の加圧力が加熱部材２２に作用しないように構成されている。

さらに、定着装置２０には、定着ベルト２１に対して加圧ローラ３１を加圧する加圧機構として加圧レバー５１と、加圧スプリング５２とが設けられている。
加圧レバー５１は、一端側に設けられた回転中心たる支軸５１ａを中心として筐体５０の側板に回転自在に支持されている。加圧レバー５１の中央部は、加圧ローラ３１を押圧可能なように、軸受５３に当接している。また、加圧レバー５１の支軸５１ａに対する他端側には、加圧スプリング５２が接続されている。
かかる構成により、加圧レバー５１が支軸５１ａを中心にして回転して、加圧ローラ３１が固定部材２６に接近する方向に移動し、加圧ローラ３１の反発力と加圧スプリング５２の圧縮力の釣り合った地点で加圧ローラ３１の位置が決まる。また、これら加圧機構を用いて、通常の定着工程時には、加圧ローラ３１は定着ベルト２１を加圧して所望のニップ部を形成し、通常の定着工程時以外のとき（ジャム処理時や待機時等である。）には、加圧ローラ３１は定着ベルト２１から離脱する（又は、定着ベルト２１を減圧する）ように自在に制御可能である。以下、上述のように構成された定着装置２０の、通常時の動作について簡単に説明する。

画像形成装置１の電源スイッチが投入されると、ヒータ２５に電力が供給されるとともに、加圧ローラ３１の図２中の時計回り方向の回転駆動が開始される。これにより、加圧ローラ３１との摩擦力によって、定着ベルト２１も図２の反時計回り方向に従動回転する。
給紙部１２から上述したように記録媒体たるシートＰが給送されてくると、２次転写ローラ８９の位置で、シートＰ上に未定着のカラー画像が担持（転写）される。未定着画像（トナー像Ｔ）が担持されたシートＰは、ガイド板に案内されながら画像形成装置１の搬送路上を図２のＹ１０方向に沿って搬送されて、定着ベルト２１及び加圧ローラ３１のニップ部に送入される。ヒータ２５及びヒータ２５に加熱される加熱部材２２を介して加熱された定着ベルト２１による加熱と、支持部材２３によって補強された固定部材２６と加圧ローラ３１との押圧力とによって、シートＰの表面にトナー像Ｔが定着される。
その後、シートＰは分離部材４１によって定着ベルト２１から分離され、矢印Ｙ１１方向に搬送されて既に述べたように定着装置２０から排紙される。

このような加圧ローラ３１と定着ベルト２１とで形成される定着ニップにおいては、加圧ローラ３１を回転駆動する必要がある。そこで、本実施形態では、定着装置２０は加圧ローラ３１を回転駆動するための駆動装置６０を有している。
駆動装置６０は、図５に示すように、加圧ローラ３１の駆動装置の一部として、モータ６１と、モータ６１からの駆動力を伝えるためのギヤ６２と、駆動ギヤ７０と、１組のアイドラギヤたる第１アイドラギヤ７１と、第２アイドラギヤ７２と、を有している。
駆動装置６０はまた、後に詳述する駆動引込力キャンセル機構５４を有している。

駆動ギヤ７０は、加圧ローラ３１の回転軸に設置されていて、加圧ローラ３１とともに回転する平歯車またはハスバ歯車である。

第１アイドラギヤ７１は、駆動ギヤ７０に噛合する遊び車であって、後述するように駆動引込力キャンセル機構５４に設けられた軸５６を回転中心に挿通されて、回転可能に保持される。

第２アイドラギヤ７２は、第１アイドラギヤ７１と噛合するとともに、駆動ギヤ７０が第１アイドラギヤ７１と噛合することで、モータからの駆動力を駆動ギヤ７０へと伝達するためのギヤセットを構成する遊び車である。なお、図５においては、破線でかかるモータ６１からの駆動力を伝達するためのギヤ６２を示した。
一例として、ギヤ６２が図５左回りに回転するとき、第２アイドラギヤ７２は右回り、第１アイドラギヤ７１が左回り、駆動ギヤ７０が右回りとなって、加圧ローラ３１も右回りで回転することとなる。

通常、このような駆動装置６０は、例えば加圧ローラ３１の片側を駆動する構成がよく知られているが、片側にかかる駆動力によって、加圧ローラ３１がニップ方向に引き込まれる引込力と呼ばれる力が生じることが知られている。
すなわちモータの回転によって駆動ギヤ７０に駆動力Ｆ３が印加されると、図６に例示するように、加圧ローラ３１をニップ方向に引き込むような引込力Ｆ３’が生じることが知られている。
こうした引込力Ｆ３’は、非駆動側すなわち駆動ギヤ７０の反対側においては非常に弱いので、引込力Ｆ３’により加圧ローラ３１の駆動ギヤ７０側のみがニップ方向に引き込まれるような力を受けることとなる。従来の構成では、かかる引込力Ｆ３’によりニップ幅やニップ荷重の不均一が発生し、さらにはかかる力の偏りによって、本実施形態のように可撓性を有する定着ベルト２１を用いた場合にはかかるトルクが増大し、定着不良等の画像不良や、定着ベルト２１の破損などを生じる虞がある。

そこで、本実施形態では、駆動装置６０は、かかる引込力をキャンセルするように回動する回動部材として、図７に示すような駆動引込力キャンセル機構５４を有している。

駆動引込力キャンセル機構５４は、軸受５３を保持する保持部材５５と、第１アイドラギヤ７１の軸５６と、第２アイドラギヤ７２の回転中心Ｏ１を一体化した金属製の板状部材で構成されている。
本実施形態では特に、第２アイドラギヤ７２の回転中心Ｏ１は、駆動引込力キャンセル機構５４の回転中心Ｏ１と一致するように、第２アイドラギヤ７２の回転中心が嵌まり込む空隙部５７が形成されている。

さてここで、図８を用いて本実施形態における駆動引込力キャンセル機構５４の動作について詳細に説明する。

軸５６には、図８に示すように、第１アイドラギヤ７１が回転可能に保持されている。すなわち、軸５６は、第１アイドラギヤ７１を回転可能に支持するためのアイドラギヤ支持部としての機能を有するスタッド状の部材である。
軸５６には第２アイドラギヤ７２が第１アイドラギヤ７１を駆動させる駆動力Ｆ１と、第１アイドラギヤ７１が駆動ギヤ７０を駆動させる駆動力Ｆ２と、が加わる。
このとき、駆動引込力キャンセル機構５４は、軸５６に対して駆動力Ｆ１と駆動力Ｆ２の合力として、図８の右方向に破線で示す合力Ｆ４が生じる。
本実施形態では駆動引込力キャンセル機構５４の回転中心Ｏ１は第２アイドラギヤ７２の回転中心でもあるから、かかる合力Ｆ４は、駆動引込力キャンセル機構５４を右回りに回転させる方向へ回転させる力である。
かかる右回りの回転力は、保持部材５５と軸受５３を介して加圧ローラ３１を定着ニップから離間させる方向へ作用する。

他方、第１アイドラギヤ７１から駆動ギヤ７０を駆動させる駆動力Ｆ３に対して、図８中左方向の射影が引込力Ｆ３’である。
引込力キャンセル機構５４は、かかる引込力Ｆ３’と、合力Ｆ４のうち加圧ローラ３１を定着ニップから離間する方向へ作用する成分とが上手くキャンセルするように、回転中心Ｏ１や軸５６の位置等を決定することが求められている。

そこで、発明者らは、引込力Ｆ３’に対して、駆動引込力キャンセル機構５４によって相殺された後の引込力の比を引込力残率として、駆動引込力キャンセル機構５４の回転中心Ｏ１の位置を種々に変化した時の引込力残率を可視化することで図９を得た。なお、図９において点描で塗りつぶしている範囲が、本実施形態における引込力残率５％以内を達成可能な望ましい範囲内を示している。
また、図９をさらに解析することで、回転中心Ｏ１の望ましい範囲内は、『第１アイドラギヤ７１の中心である軸５６と、駆動ギヤ７０の回転中心（つまり軸受５３の中心）とを結んだ線と、第１アイドラギヤ７１の基準円の接点とから開始する第１アイドラギヤ７１の基準円のインボリュート曲線』（第１のインボリュート曲線９１）と、『第１のインボリュート曲線９１の開始点を第１のインボリュート曲線と駆動ギヤ７０の基準円の接点になるようにスライドさせた第２のインボリュート曲線９２』との間にあることが明らかとなった。

なお、かかる図９のシミュレーションにおいては、駆動ギヤ７０と、第１アイドラギヤ７１と、第２アイドラギヤ７２の全てのギヤの圧力角が２０度であるとし、また駆動ギヤ７０の回転中心と第１アイドラギヤ７１の回転中心とを結ぶ直線は、駆動装置６０の設置される地面と平行な直線に対して９０°±５°の範囲内の角度に収まるとした。また、本実施形態では、定着装置２００は図１に示したように縦方向にシートＰを搬送するものであるから、地面と平行な直線に対して９０°±５°の範囲内の角度としたが、加圧ローラ３１が定着ベルト２１と接離する際に移動する方向に対して９０°±５°の範囲内の角度であるとしても良い。このような範囲内の配置とすることにより、一般にかかる接離方向は搬送方向に対して直交するので、シートＰの搬送方向に沿った方向に駆動ギヤ７０と第１アイドラギヤ７１とが並ぶこととなり、駆動装置６０の小型化に寄与する。

図９の結果を基に、実際の軸５６の位置と回転中心Ｏ１の位置関係とを模式的に示したのが図１０である。
図１０から明らかなように、駆動ギヤ７０の回転中心（つまり軸受５３の中心）と第１アイドラギヤ７１の回転中心たる軸５６との距離をＬとしたときに、駆動引込力キャンセル機構５４の回転中心Ｏ１は、図９に一点鎖線で示した軸５６を中心にした「直径」が1.5×Lの円Ａの外側であって、かつ直径が1.8×Lの円Ｂの内側の領域に存在していることがより好ましい。
言い換えると、加圧ローラ３１の軸受５３の中心と、軸５６の中心との間の距離をＬとしたとき、空隙部５７の中心あるいは第２アイドラギヤ７２の回転中心Ｏ１は、軸５６からの距離Ｌ２が０．９０Ｌ≧Ｌ２≧０．７５Ｌの範囲内に収まるように位置することが望ましい。

さらに、本実施形態では、駆動ギヤ７０と、第１アイドラギヤ７１と、第２アイドラギヤ７２の全てのギヤの圧力角が２０度である。なお、ここで圧力角とは「歯面の１点（普通はピッチ点）において、その半径線と歯形への接線とのなす角度」を示している。

また、本実施形態では、軸受５３は、定着ニップから垂直方向に移動可能なように、一方側を筐体５０によって、他方側を駆動引込力キャンセル機構５４によってそれぞれ保持されている。
かかる構成により、駆動力Ｆ３の射影のうち、上下方向へ作用する力の成分については、駆動引込力キャンセル機構５４と軸受５３との間の上下動によって緩衝されることとなり、引込力Ｆ３’以外が駆動引込力キャンセル機構５４に与える影響を低減することができる。

また本実施形態では、駆動ギヤ７０の回転中心と第１アイドラギヤ７１の回転中心とを結ぶ直線ＬＣは、駆動装置６０の設置される地面と平行な直線に対して９０°±５°の範囲内の角度に収まる。
かかる構成によれば、軸受５３と保持部材５５との間の嵌合が、略鉛直方向においては自由に移動可能であり、鉛直方向に対する水平方向においては図８に示したように軸受５３の移動に伴って引込力キャンセル機構５４も移動するような嵌合となる。
言い換えれば、保持部材５５には、駆動装置６０の設置される地面に対する鉛直方向に長穴形状の、軸受５３を受けるための嵌合部５８が形成されている。

また本実施形態では、第２アイドラギヤ７２の中心が、第１アイドラギヤ７１の歯先円の最も鉛直方向において下方側よりも上方に配置される。
図８において、合力Ｆ４によって右回り方向に力が生じるためには、回転中心Ｏ１よりも軸５６の位置は上方にあることが重要である。
さらに、第２アイドラギヤ７２の回転中心Ｏ１の位置は、第１アイドラギヤ７１の歯先円の最も下部よりも、鉛直方向において上側に配置されていることが望ましい。
かかる構成により、上下方向に狭い範囲内で引込力キャンセル機構５４を設けることができるので、駆動装置６０の小型化に寄与する。

また、本実施形態では、駆動ギヤ７０の回転中心と第１アイドラギヤ７１の回転中心とを結ぶ直線ＬＣと、第２アイドラギヤ７２の回転中心と第１アイドラギヤ７１の回転中心とを結ぶ直線ＬＤと、の間でなす角θが、１００°以下となるように配置される。
かかる構成により、駆動ギヤ７０と第１アイドラギヤ７１と第２アイドラギヤ７２との配置を近接して配置しながらも、駆動引込力キャンセル機構５４を設けることができるので、駆動装置６０の小型化に寄与する。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、本実施形態では、画像形成装置１の一部として、定着装置２０内に組みこまれた駆動装置６０についてのみ述べたが、単なる駆動装置あるいは定着装置として本発明を適用しても良い。

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ 画像形成装置
２０ 定着装置
２１ 第二回転体（定着ベルト）
３１ 第一回転体（加圧ローラ）
５１ 付勢部（加圧レバー）
５２ 付勢部（加圧スプリング）
５４ 回動部材（駆動引込力キャンセル機構）
５６ アイドラギヤ支持部（軸）
６０ 駆動装置
７０ 駆動ギヤ
７１ 第一アイドラギヤ（第１アイドラギヤ）
Ｏ１ 回転中心軸
７２ 第二アイドラギヤ（第２アイドラギヤ）
Ｐ 記録媒体（シート）
Ｔ トナー像

特許第５９５０１５２号公報 特開２０１８−１９４６９５号公報

Claims (8)

1. 第一の回転体と、
   前記第一の回転体とニップを形成する第二の回転体と、
   前記第一の回転体の軸部を回転可能に保持する軸受と、
   前記第一の回転体が前記第二の回転体に対して接離する方向に移動できるように前記軸受を保持する筐体と、
   前記第一の回転体の軸部に設置されて、前記第一の回転体とともに回転する駆動ギヤと、
   前記駆動ギヤに噛合する第一のアイドラギヤと、
   前記第一のアイドラギヤを回転可能に保持するアイドラギヤ支持部を備え、前記筐体において回転中心軸を中心に回動する回動部材と、
   前記第一のアイドラギヤと噛合し前記回動部材の回転中心軸上に第二のアイドラギヤと、
   を備える駆動装置であって、
   前記第一の回転体の回転中心と前記第一のアイドラギヤの回転中心との距離をLとしたときに、前記回動部材の回転中心は、
   前記第一のアイドラギヤの回転中心を中心にした直径が1.5×Lの円の外側かつ直径が1.8×Lの円の内側の領域に存在していることを特徴とする駆動装置。
2. 請求項１に記載の駆動装置であって、
   前記駆動ギヤと、前記第一のアイドラギヤと、第二のアイドラギヤと、の全てのギヤについて圧力角が２０度であることを特徴とする駆動装置。
3. 請求項１または２に記載の駆動装置であって、
   前記軸受は前記第一の回転体と前記第二の回転体とが形成する前記ニップから垂直方向に移動可能に前記筐体と前記回動部材とによって保持されることを特徴とする駆動装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の駆動装置であって、
   前記駆動ギヤの回転中心と前記第一のアイドラギヤの回転中心とを結ぶ直線は、前記第一の回転体が接離する際に移動する方向に対して９０°±５°の範囲内の角度に収まることを特徴とする駆動装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１つに記載の駆動装置であって、
   前記第二のアイドラギヤの中心が、前記第一のアイドラギヤの歯先円の最も鉛直方向において下方側よりも上方に配置されることを特徴とする駆動装置。
6. 請求項１乃至４の何れか１つに記載の駆動装置であって、
   前記駆動ギヤの回転中心と前記第一のアイドラギヤの回転中心とを結ぶ直線と、前記第二のアイドラギヤの回転中心と前記第一のアイドラギヤの回転中心とを結ぶ直線と、でなす角が、１００°以下となるように配置されることを特徴とする駆動装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１つに記載の駆動装置を有し、
   前記第一の回転体および／または前記第二の回転体の少なくとも一方に加熱源を備え、前記ニップにおいて加圧・加熱によって記録媒体上に形成された像の定着を行うことを特徴とする定着装置。
8. 請求項１乃至６の何れか１つに記載の駆動装置または請求項７に記載の定着装置と、
   記録媒体上にトナー像を形成する画像形成部と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。

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