(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主ローラと、
該主ローラに対向配置された複数の副ローラと、
前記主ローラと前記複数の副ローラとを離接方向に移動可能に支持する結合手段とによって一体化されたローラ対ユニット手段と、
前記主ローラの軸部を加圧する加圧手段と、
前記複数の副ローラの軸部を支持する支持手段と、
連結手段とからなるケース手段とを有し、
前記ケース手段は、前記連結手段によって前記加圧手段と前記支持手段とを連結することにより、前記ローラ対ユニット手段を収納可能であると共に、前記主ローラに対してシート材搬送方向下流側の副ローラが上流側の副ローラよりも大きな力で加圧されるよう構成したことを特徴とするシート材搬送装置。
【請求項２】
前記加圧手段は、前記主ローラの軸部と当接して加圧する加圧部を有し、前記加圧部が下流側に傾斜して形成されることによって前記主ローラに対してシート材搬送方向下流側の副ローラが上流側の副ローラよりも大きな力で加圧されるよう構成したことを特徴とする請求項１に記載のシート材搬送装置。
【請求項３】
前記主ローラと前記複数の副ローラとの加圧による各ニップ量が、シート材搬送方向下流側の副ローラが上流側の副ローラより大きく形成されるように、前記ケース手段によって前記主ローラの軸部と前記複数の副ローラの軸部とを保持するよう構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のシート材搬送装置。
【請求項４】
前記結合手段とはリンク手段であって、前記リンク手段の両端部のうち一端を主ローラの軸部に、他端を前記複数の副ローラ夫々の軸部に結合し、前記各副ローラは前記主ローラを中心として遊星運動可能に構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシート搬送装置。
【請求項５】
前記副ローラの軸部を支持する支持手段は、前記ケース手段に形成された凹形状の隅部であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のシート搬送装置。
【請求項６】
前記加圧手段の前記主ローラの軸部に対する当接角度を可変とすることにより、前記主ローラと前記複数の副ローラとの加圧力の配分を調整可能に構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のシート搬送装置。
【請求項７】
前記連結手段の締結力を可変とすることにより、前記主ローラと前記複数の副ローラとの加圧力を調整可能に構成したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のシート搬送装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項記載のシート搬送装置と、
画像形成手段と
を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二以上の対向するローラにてシート材を挟持搬送するシート材搬送装置であって、搬送速度を崩すことなくニップ力の調整を可能とし、さらに前記複数のローラを一体に着脱可能としたシート材搬送装置及びこれを備える画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、特に電子写真方式の記録手段を有する画像形成装置においては、記録媒体であるシート材に熱と圧力を印加するための定着器が設けられている。図１９に、従来の定着器の第一の例を示す。図１９において定着器１００はケーシング１０１内にメインローラ１０２とニップローラ１０４とが収納されている。
【０００３】
メインローラ１０２は図示しない駆動手段によって回転駆動されると共に、内部にヒータ１０３を有してシート材Ｓを加熱する。ニップローラ１０４は加圧手段１０５によってメインローラ１０２に加圧されており、回転自在に支持されてメインローラ１０２の駆動に従動する。このメインローラ１０２とニップローラ１０４の少なくとも一方は軟質材表面層を有し、これらのニップによりシート材Ｓを挟持して搬送する。
【０００４】
より大きなニップ幅を形成するとシート材Ｓへの熱伝達の効率が向上するため、従来はニップローラ１０４に大きな加圧力を加えていた。しかし多大な加圧をローラ対に加えると、ローラ自身に機械的変形が生じるため、安定したローラ回転が行われず、シート材Ｓの搬送速度にムラが生じてしまう。この搬送速度ムラは供給熱エネルギーの変動という形でシート材表面に定着ムラを引き起こし、その結果記録画像の品位悪化を招いてしまう場合があった。
【０００５】
そこで従来から、加圧力によるローラ変形を防止し、ローラに過大な加重をかけずに所定量のニップ幅形成を行うために、図２０に示す如き定着器１０６が提供されている。第二の従来例である定着器１０６は上記第一の従来例に比して二つのニップローラ１０４を有し、その夫々が加圧手段１０５によってメインローラ１０２に加圧され、二つのニップ部が形成されている。
【０００６】
このように構成することにより、ニップローラ１０４一本あたりの加圧力を低減しすると共に、ニップ幅をより多く生成することができる。従ってローラの機械的変形を減少させるには有効であるが、加圧手段１０５を二つ同時に調整する必要が生じてしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に対向するローラ対でシート材搬送を行う場合、シート材の真の搬送量は主ローラ径と回転数から算出される搬送量とは異なることが実験的に確認されている。その原因としてローラ加圧力、加圧によって変形した主ローラ表面形状、主ローラ硬度、シート材硬度、ローラとシート材表面の摩擦抵抗等多くの要素に起因しているが、概ね使用するシート材、ローラ材（主に硬度）を規定することにより、
（ローラ回転数から算出する搬送量）≦（真の搬送量）
となる特性がある。この特性は周知の事例として取り扱われ、モデル解析も多くなされている。
【０００８】
例えば、日本ゴム協会誌１９８９年第６２巻第１１号〜「紙送り装置とゴム材料」河内政隆氏〜には、下記の通り本特性に関する報告がなされている。
【０００９】
ゴムの体積一定の性質から、加重に対するゴムローラの変形量の関係を求め、それを基にシート材の搬送誤差量を算出する。ローラとシート材の間には滑りが発生しないという条件で、ゴムローラと剛体ローラの組み合わせを考え、それぞれの回転量の差として搬送誤差量を求める。
【００１０】
図２１にその解析モデルを示す。変形前のゴムローラ１０７の半径をｒ０、ゴムローラ１０７のゴム部１０７ａの肉厚をｂ、ニップ幅をｈ、剛体ローラ１０８によって排除されたゴム部１０７ａの体積を△Ｖとすると、ゴムローラ１０７の仮想半径Ｒは次式
Ｒ＝｛ｒ０２（１＋△Ｖ／ｈｂ）｝１／２
で表記できる。ニップ幅や体積△Ｖはある程度補正係数をもって修正計算することになる。
【００１１】
図２２は加圧力Ｗと回転数誤差（比率）、すなわち（Ｒ−ｒ０）／ｒ０の関係を示す。ここで（Ｉ）は上述の排除されたゴム体積△Ｖの変形域の体積に対する割合から求めた計算結果を示す。（ＩＩ）はニップ部における剛体ローラの周長とゴムローラの周長の比率から求めた結果である。●印は実験値であり、（Ｉ）の計算方法が実際と非常によく一致していることがわかる。
【００１２】
更に図２３はゴムローラ１０７の変形量δと回転数誤差（比率）を求めたものでいずれも実験結果と計算結果が一致していることがわかる。このように、搬送（回転数）誤差は
（搬送（回転数）誤差）＝（ローラ回転数から算出する搬送量）−（真の搬送量）
で表される。この特性は、現実には他にもゴムの物性、シート材の物性、ゴムとシート材との接点の問題：例えば摩擦搬送のメカニズム、滑り現象などのゴム材料と機構系ダイナミクスとが入り組む難しい問題である。
【００１３】
従って図２０に示す第二従来例においては、上述したローラ回転量とシート材搬送量との大小比較を鑑みて搬送対象となるシート材Ｓに対するローラ材を選定し、さらにシート材搬送量に関して搬送路の上流／下流に位置するニップ部で下流側が速くなる条件を満足するよう各加圧手段１０５のバランス調整を行わなければならない。その調整が適切に行われなければ図示の如くシート材Ｓは二つのニップ間で搬送量の大小関係が逆転、すなわち上流側が速くなってしまい、ジャムを起こしてしまう。
【００１４】
そこで本発明は、ローラ対で構成されたシート材搬送手段が誤差特性として変形量δが大きくなる（加圧力Ｗが大きくなる）と搬送（回転数）誤差も数％発生するという条件を鑑みて、複数の低加圧ローラ対からなり、かつ各ローラ対の搬送速度の大小関係（すなわち加圧バランス）を崩すことなく加圧調整可能なシート材搬送装置、及びこれを有する画像形成装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にかかるシート搬送装置及び画像形成装置の代表的な構成は、主ローラと、該主ローラに対向配置された複数の副ローラと、前記主ローラと前記複数の副ローラとを離接方向に移動可能に支持する結合手段とによって一体化されたローラ対ユニット手段と、前記主ローラの軸部を加圧する加圧手段と、前記複数の副ローラの軸部を支持する支持手段と、連結手段とからなるケース手段とを有し、前記ケース手段は、前記連結手段によって前記加圧手段と前記支持手段とを連結することにより、前記ローラ対ユニット手段を収納可能であると共に、前記主ローラに対してシート材搬送方向下流側の副ローラが上流側の副ローラよりも大きな力で加圧されるよう構成したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第一実施形態］
本発明にかかるシート搬送装置及び画像形成装置の第一実施形態について、図を用いて説明する。図１は本実施形態に係るシート搬送装置を示す図、図２はシート搬送装置の構成を示す詳細図、図３はローラの構成を説明する図、図４は主ローラと副ローラのリンク手段を説明する側面図、図５はリンク手段を説明する上面図、図６はシート搬送装置の加圧力の配分を説明する図、図７はシート搬送手段によるシートの搬送状態を説明する図、図８は本発明を満たさない構成において生じる不具合を説明する図、図９は加圧力と搬送速度の関係を説明する図、図１０は画像形成装置の全体構成図である。
（全体構成）
図１０に示す画像形成装置１は、図示しないホストコンピュータなどから送出される画像信号に基づいて画像形成が行われる。まずシートカセット２に積載したシート材Ｓを給送ローラ３によってピックアップし、搬送ローラ対４ａによって記録部へと搬送する。シート材Ｓは初期状態においてインクを透過可能な表面コート層と、その下層でインクを吸収保持しうる保持層とを有する多層構造からなり、表面コート層を加熱することによって平滑化させ、保持層を庇護し得るよう構成されている。
【００１７】
記録部には画像形成手段であるインクジェット記録手段５が設けられている。インクジェット記録手段４はシャフト６に沿って搬送方向と直交方向（主走査方向）に往復移動可能であり、記録ヘッド５ａからインクを吐出して画像を記録することができる。そして搬送ローラ対４ａ、４ｂによって間欠搬送（副走査方向）しながら画像を記録することにより、シート材全面に画像が記録される。また記録ヘッド５ａの下方にはプラテン７が設けられており、シート材Ｓの平面を担保するよう構成されている。
【００１８】
インクジェット記録手段５の下流側にはシート搬送手段である定着器８が設けられており、その詳細については後述する。この定着器８によって熱と圧力を加えられることによりシート材Ｓのコート層が溶融して平滑化し、保持層が庇護されると共に、インクの蒸発を促進して定着を確実なものとすることができる。定着器８を通過したシート材Ｓは、排出ローラ対９によって機外に排出される。
【００１９】
なお、本発明にかかるシート搬送装置は、シート材を加熱搬送する場合に汎用性を有するものであり、インクジェット記録手段と共にシート材表面のコート層を溶かすために限定されるものではない。
（シート搬送装置）
図１に示すように、本実施形態に係るシート搬送装置である定着器８は、ケース手段であるユニットケース１０の内部に、ローラユニット１６を収納して構成されている。以下、それぞれについて説明する。
【００２０】
ローラユニット１６は一本の主ローラであるメインローラ１７と、二本の副ローラであるニップローラ１８を有し、これらを四本のリンク１９によって連結して構成している。これらのローラは図３に示す如くアルミニウム製のローラの外周に軟質材料のシリコン樹脂によって覆っている。本実施形態においてはメインローラ１７の表面厚さｔは約３ｍｍ、ニップローラ１８の表面厚さｔは１ｍｍとし、それぞれの表面硬度を６０°、８０°としている。
【００２１】
リンク１９は図４（ａ）に示すように、一端に丸孔１９ａ、他端に長穴１９ｂを有している。そして図４（ｂ）に示すように、丸孔１９ａにメインローラの軸部１７ａを連結し、長穴１９ｂにニップローラ１８の軸部を連結することにより、二本のニップローラ１８はメインローラ１７に対して離接可能に、且つメインローラ１７を中心に独立して遊星運動できる一体構成となっている。なお図５に示すように、メインローラの軸部１７ａ端部には軸受２０が取り付けられており、該軸受２０を介して二枚のリンク１９の丸孔１９ａが嵌合されている。同様にニップローラの軸部１８ａの端部には軸受２１が取り付けられており、これを介してリンク１９の長穴１９ｂが嵌合されている。
【００２２】
ユニットケース１０は図２に示すように上ケース１０ａと下ケース１０ｂとからなり、これらを回転支持ダボ１１によって開閉可能に連結し、連結手段である加圧ネジ１２によって閉じてローラユニット１６を所定の状態で固定保持している。またユニットケース１０には、メインローラ１７を加熱するヒータ２２が図示しない支持手段によって支持されている。
【００２３】
上ケース１０ａにはメインローラの軸部１７ａを加圧する加圧手段として加圧部１３が形成されており、一方下ケース１０ｂにはニップローラの軸部１８ａを受ける支持手段として凹形状の隅部１４が二つ形成されている。加圧部１３は下流側に所定角θ傾斜して形成されており、メインローラの軸部１７ａに当接して加圧する。また二つの隅部１４の略中央にはガイド板１５が設けられており、搬送されるシート材Ｓを下流側のニップへと導いている。
【００２４】
ローラユニット１６は二つのニップローラ１８を下ケース１０ｂ側に回転させて挿入し、上ケース１０ａを閉じることによりメインローラ１７を加圧され、メインローラ１７と二つのニップローラ１８との間にそれぞれニップが形成される。この状態で図示しない駆動手段からメインローラ１７に駆動力が伝達され、二つのニップローラ１８はこれに従動する。このようにローラ対を一体に着脱することにより、組付作業の簡易化を図ることができる。
【００２５】
また加圧部１３が所定角θ傾斜していることから、図６に示す如くメインローラの軸部１７ａは下流側に傾斜した加圧力を受けるために、二つのニップ間の加圧力に差異が生じ、すなわち下流側のニップ力の方が大きくなる。
【００２６】
ここで従来例にて説明した如く、ローラ対のニップによる挟持搬送においては、加圧力に応じた搬送誤差が生じる。例えば本実施形態に使用したローラ対の構成においても、４０Ｋｇｆの加圧を行った場合、約３％のシート材搬送誤差が発生することが実験的に確認されている。この傾向は図９に示すように、加圧力が大きくなるほど搬送誤差も大きくなり、ローラ回転量による搬送速度よりも実際のシート材搬送速度の方が大きくなる。
【００２７】
従って仮に図８に示す如く加圧部１３が所定角θを有さないとすれば、Ｖ１とＶ２とが等しくなるか、また上流側の搬送速度Ｖ２の方が速くなる場合もあり得る。この場合は両ニップ間でシート材Ｓが圧縮されて座屈を生じ、ジャムの要因となるおそれがある。
【００２８】
しかし上記構成により下流側のニップローラ１８における加圧力の方が高くなるため、上流側ニップの搬送速度Ｖ２よりも下流側ニップの搬送速度Ｖ１の方が速くなることを保証することができる。
［第二実施形態］
次に、本発明にかかるシート搬送装置の第二実施形態について、図を用いて説明する。図１１及び図１２は本実施形態に係るシート搬送装置を説明する構成図であって、上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２９】
上記第一実施形態においては、加圧部１３は単に上ケース１０ａの一部に傾斜を設けた構成であった。しかしこの傾斜角によって二つのニップローラ１８の加圧力の配分が略決定されるものであり、また使用による摩耗によって所定の加圧力の配分が維持できなくなる場合もある。
【００３０】
そこで本実施形態に係る定着器８においては図１１に示すように、加圧部１３の代わりに加圧手段として上ケース１０ａとは別体の加圧部材２３を設けている。加圧部材２３は円弧状のスリット２３ａを有し、該スリット２３ａを締結部材２４によって上ケース１０ａに取り付けている。従ってこの締結部材２４をゆるめることによりメインローラの軸部１７ａを中心に回動可能であり、メインローラの軸部１７ａに当接する角度を調整することが可能となっている。
【００３１】
また図１２に示すように、締結部材２４の代わりに係止手段２５を用いて加圧部材２３を摺動可能に支持し、加圧部材駆動手段２６を用いて当接角度を調整するよう構成してもよい。これにより当接角度を機械的、電気的に調整、制御することができ、常に最適な加圧力の配分を維持することが可能となる。
［第三実施形態］
次に、本発明にかかるシート搬送装置の第三実施形態について図を用いて説明する。図１３及び図１４は本実施形態に係るシート搬送装置を説明する構成図であって、上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３２】
上記第一実施形態においては、上ケース１０ａと下ケース１０ｂとは連結手段である加圧ネジ１２によって単に固定保持されるだけであった。しかしメインローラ１７とニップローラ１８との加圧力は専ら上ケース１０ａと下ケース１０ｂとの位置関係により決定されている。
【００３３】
そこで図１３に示すように、本実施形態においては加圧ネジ１２部分における上ケース１０ａと下ケース１０ｂとの間に隙間１０ｃを設け、加圧ネジ１２の締結力を変化させることによりメインローラ１７とニップローラ１８との加圧力を調整可能に構成している。このように加圧部１３による加圧力を増減させた場合にも、加圧部１３が所定角度θをもって形成されていることから、常に下流側のニップの加圧力が上流側よりも高いという配分を維持することができ、加圧バランスを崩すことなく加圧調整が可能である。従って上記第一実施形態と同様に、上流側ニップの搬送速度Ｖ２よりも下流側ニップの搬送速度Ｖ１の方が速くなることを保証することができる。
【００３４】
また図１４に示すように、加圧ネジ１２の代わりに駆動連結手段２７を配置しして加圧力を調整可能に構成することでも良い。これにより加圧力を機械的、電気的に調整、制御することができ、常に最適な加圧力を得る事ができる。
［他の実施形態］
また、上記第二又は第三実施形態に示した加圧手段、連結手段を任意に組み合わせたものでも良い。すなわち図１５は上ケース１０ａと別体の加圧部材２３を設けると共に上ケース１０ａと下ケース１０ｂとの間に隙間１０ｃを形成した例であり、同様に図１６は別体の加圧部材２３と駆動連結手段２７とを用いた例、図１７は加圧部材駆動手段２６と隙間１０ｃを設けた例、図１８は加圧部材駆動手段２６と駆動連結手段２７を用いた例である。これらのように構成することにより、加圧力及びその配分の調整を容易に、または自動で行うことが可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
上記説明した如く、本発明にかかるシート搬送装置及び画像形成装置においては、結合手段により主ローラと複数の副ローラとを一体に構成したことにより、これらの着脱等取り回しが容易となり、組付が簡易化する。
【００３６】
また主ローラに対する複数の副ローラの加圧配分をケース手段に設けた加圧手段の角度によって決定するよう構成したことにより、加圧力の配分を簡易かつ確実に設定することができ、ジャムの発生を抑えることができる。
【００３７】
またこのように構成したことにより、加圧力を調整可能に構成した場合にも加圧力の配分を必然的に維持することができ、すなわち両ニップ間の搬送速度関係を崩すことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施形態に係るシート搬送装置を示す図である。
【図２】シート搬送装置の構成を示す詳細図である。
【図３】ローラの構成を説明する図である。
【図４】主ローラと副ローラのリンク手段を説明する側面図である。
【図５】リンク手段を説明する上面図である。
【図６】シート搬送装置の加圧力の配分を説明する図である。
【図７】シート搬送手段によるシートの搬送状態を説明する図である。
【図８】本発明を満たさない構成において生じる不具合を説明する図である。
【図９】加圧力と搬送速度の関係を説明する図である。
【図１０】画像形成装置の全体構成図である。
【図１１】第二実施形態に係るシート搬送装置を説明する構成図である。
【図１２】第二実施形態に係るシート搬送装置を説明する構成図である。
【図１３】第三実施形態に係るシート搬送装置を説明する構成図である。
【図１４】第三実施形態に係るシート搬送装置を説明する構成図である。
【図１５】本発明にかかるシート搬送装置の他の実施形態を説明する図である。
【図１６】本発明にかかるシート搬送装置の他の実施形態を説明する図である。
【図１７】本発明にかかるシート搬送装置の他の実施形態を説明する図である。
【図１８】本発明にかかるシート搬送装置の他の実施形態を説明する図である。
【図１９】シート搬送装置の第一の従来例を説明する図である。
【図２０】シート搬送装置の第二の従来例を説明する図である。
【図２１】ゴムローラと剛体ローラの解析モデルを説明する図である。
【図２２】加圧加重と回転数誤差（比率）の関係を説明する図である。
【図２３】ゴムローラの変形量と回転数誤差（比率）の関係を説明する図である。
【符号の説明】
Ｓ        …シート材
１        …画像形成装置
２        …シートカセット
３        …給送ローラ
４ａ    …搬送ローラ対
５        …インクジェット記録手段
５ａ    …記録ヘッド
６        …シャフト
７        …プラテン
８        …定着器
９        …排出ローラ対
１０        …ユニットケース
１０ａ    …上ケース
１０ｂ    …下ケース
１０ｃ    …隙間
１１        …回転支持ダボ
１２        …加圧ネジ
１３        …加圧部
１４        …隅部
１５        …ガイド板
１６        …ローラユニット
１７        …メインローラ
１７ａ    …軸部
１８        …ニップローラ
１８ａ    …軸部
１９        …リンク
１９ａ    …丸孔
１９ｂ    …長穴
２０        …軸受
２１        …軸受
２２        …ヒータ
２３        …加圧部材
２３ａ    …スリット
２４        …締結部材
２５        …係止手段
２６        …加圧部材駆動手段
２７        …駆動連結手段
【図１】
0003581588.tif 000002
【図２】
0003581588.tif 000003
【図３】
0003581588.tif 000004
【図４】
0003581588.tif 000005
【図５】
0003581588.tif 000006
【図６】
0003581588.tif 000007
【図７】
0003581588.tif 000008
【図８】
0003581588.tif 000009
【図９】
0003581588.tif 000010
【図１０】
0003581588.tif 000011
【図１１】
0003581588.tif 000012
【図１２】
0003581588.tif 000013
【図１３】
0003581588.tif 000014
【図１４】
0003581588.tif 000015
【図１５】
0003581588.tif 000016
【図１６】
0003581588.tif 000017
【図１７】
0003581588.tif 000018
【図１８】
0003581588.tif 000019
【図１９】
0003581588.tif 000020
【図２０】
0003581588.tif 000021
【図２１】
0003581588.tif 000022
【図２２】
0003581588.tif 000023
【図２３】
0003581588.tif 000024