(57)【要約】【課題】樹脂製歯車がウエルドで割れることを防止する。【解決手段】歯車９６は、樹脂製であり、歯車本体９８と、この歯車本体９８の内側に形成され、加熱ロール７２が挿入される軸孔１００と、歯車本体９８の外側に形成され、他の歯車から駆動力を受ける歯１０２とを有する。歯車本体９８は、加熱ロール７２に連結される連結部１０４と、成形時に形成されたウエルド１０６とを有する。連結部１０４は、歯車本体９８の半径方向内側に突起状に形成されている。ウエルド１０６は、ゲート１０８が連結部１０４と対向する位置の近傍で、且つ回転方向上流側に設けられることにより、連結部１０４の近傍で、且つ回転方向上流側に形成されている。【選択図】          図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車本体と、この歯車本体の内側に形成され、回転体が挿入される軸孔と、前記歯車本体の外側に形成され、他の歯車から駆動力を受ける歯とを有し、前記歯車本体は、前記回転体に連結される連結部と、前記歯車本体の成形時に形成されたウエルドとを有し、このウエルドが前記連結部の近傍で、且つ回転方向上流側に形成されてなることを特徴とする樹脂製歯車。
【請求項２】
前記ウエルドは、前記連結部から回転方向上流側で、且つ前記連結部から９０度以内の範囲に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の樹脂製歯車。
【請求項３】
前記ウエルドは、前記連結部から回転方向上流側で、且つ前記連結部から６０度以内の範囲に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の樹脂製歯車。
【請求項４】
前記ウエルドから回転方向におよそ１８０度の位置にゲート跡が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の樹脂製歯車。
【請求項５】
用紙に現像剤を定着させる定着装置であって、請求項１乃至４いずれか記載の樹脂製歯車を有することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項５記載の定着装置を有する画像形成装置。
【請求項７】
溶融樹脂を注入することにより、歯車を成形する方法であって、前記溶融樹脂を流路から型枠に注入し、回転体に連結される連結部の近傍で、且つ回転方向上流側にウエルドが形成されるように歯車を成形することを特徴とする樹脂製歯車の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂製歯車、定着装置、画像形成装置及び樹脂製歯車の成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置の定着装置として、互いに圧接された一対の回転体を有する熱圧力方式のものは周知である。この種の定着装置には、加熱ロールを樹脂製歯車によって駆動するものがある。樹脂製歯車は、成形される際にウエルドが形成されると、ウエルドにおける強度が低くなる。また、加熱ロールを駆動する樹脂製歯車は、ヒータから受ける熱により劣化し、割れに至ることがある。
ところで、樹脂製歯車のウエルドを歯底面または歯元面に存在させることにより、樹脂製歯車の噛合精度を良好にすることは公知である（特許文献１参照）。また、複写機の加熱ロールに固定される歯車のキーに熱遮蔽物を設け、歯車がヒータの熱によって炭化劣化することを防止することは公知である（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２８０９６９号公報
【特許文献２】特開平７−４４０４８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ウエルドを有する樹脂製歯車は、例えば加熱ロールなどの駆動に用いられると、ヒータから受ける熱と、回転負荷の大きさとによって、ウエルドで割れを生じることがある。
【０００５】そこで、本発明は、樹脂製歯車がウエルドで割れることを防止し、安定して駆動力を伝達することのできる樹脂製歯車を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の特徴とするところは、歯車本体と、この歯車本体の内側に形成され、回転体が挿入される軸孔と、前記歯車本体の外側に形成され、他の歯車から駆動力を受ける歯とを有し、前記歯車本体は、前記回転体に連結される連結部と、前記歯車本体の成形時に形成されたウエルドとを有し、このウエルドが前記連結部の近傍で、且つ回転方向上流側に形成されてなる樹脂製歯車にある。
尚、回転方向上流側とは、この明細書においては、回転方向に対する逆方向側とする。また、ウエルドとは、この明細書においては、樹脂製歯車を成形する際に溶融樹脂の流れが合流した部分とする。
【０００７】前記ウエルドは、前記連結部から回転方向上流側で、且つ前記連結部から９０度以内の範囲に形成されることが好ましい。
【０００８】また、前記ウエルドは、前記連結部から回転方向上流側で、且つ前記連結部から６０度以内の範囲に形成されることが、より好ましい。
また本発明の特徴とするところを、別の観点から記述すると、前記ウエルドから回転方向におよそ１８０度の位置にゲート跡が形成されている樹脂製歯車となる。なぜなら本発明の樹脂製歯車は以下のような方式で製造されるからである。
樹脂製歯車は溶融樹脂がゲートの位置から型枠に注入されることによって成形される。型枠は、歯車の形状に合わせたリング状の流路を有し、例えばゲートに対向する位置にウエルドを形成できるようになっている。
１点ゲート方式で歯車を成形すると、ウエルドを１箇所にすることができ、さらにゲートの配置によってウエルドの位置を設定することができる。例えばゲートから注入された溶融樹脂は、型枠の形状に応じて、それぞれ逆方向に分かれて流れ、ゲートに対向する位置近傍で合流する。溶融樹脂が合流した部分には、ウエルドが形成される。
【０００９】また、本発明の第２の特徴とするところは、用紙に現像剤を定着させる定着装置であって、上記記載の樹脂製歯車を有する定着装置にある。
【００１０】また、本発明の第３の特徴とするところは、上記記載の定着装置を有する画像形成装置にある。
【００１１】また、本発明の第４の特徴とするところは、溶融樹脂を注入することにより、歯車を成形する方法であって、前記溶融樹脂を流路から型枠に注入し、回転体に連結される連結部の近傍で、且つ回転方向上流側にウエルドが形成されるように歯車を成形する樹脂製歯車の成形方法にある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、本発明の実施形態に係る画像形成装置１０の概要が示されている。画像形成装置１０は、画像形成装置本体１２を有し、この画像形成装置本体１２内に像形成手段１４が搭載され、この画像形成装置本体１２の上部に後述する排出部１６が設けられていると共に、この画像形成装置本体１２の下部に例えば２段の給紙ユニット１８，１８が配置されている。さらに、画像形成装置本体１２の下方には、オプションとして複数の給紙ユニットが配置できるようにしてある。
【００１３】それぞれの給紙ユニット１８は、給紙ユニット本体２０と、用紙が収納される給紙カセット２２とを有する。給紙カセット２２の奥端近傍上部にはピックアップロール２４が配置され、このピックアップロール２４の後方にリタードロール２６及びフィードロール２８が配置されている。
【００１４】主搬送路３２は、フィードロール２８から排出口３４までの用紙通路であり、この主搬送路３２は、画像形成装置本体１２の裏側（図１の左側面）近傍にあって、最下端の給紙ユニット１８から後述する定着装置３６まで略鉛直に形成されている部分を有する。この主搬送路３２の定着装置３６の上流側に後述する転写装置４２と像担持体４４が配置され、さらに転写装置４２と像担持体４４の上流側にレジストロール３８が配置されている。さらに、主搬送路３２の排出口３４の近傍には排出ロール４０が配置されている。
【００１５】したがって、給紙ユニット１８の給紙カセット２２からピックアップロール２４により送り出された用紙は、リタードロール２６及びフィードロール２８の協働により捌かれて最上部の用紙のみ主搬送路３２に導かれ、レジストロール３８により一時停止され、タイミングをとって後述する転写装置４２と像担持体４４との間を通って現像剤像が転写され、この転写された現像剤像が定着装置３６により定着され、排出ロール４０により排出口３４から排出部１６へ排出される。
【００１６】ただし、両面印刷の場合は、反転路に戻される。即ち、主搬送路３２の排出ロール４０の手前は二股に分かれ、その分かれた部分に切換装置４６が設けられていると共に、分けられた部分からレジストロール３８まで戻る反転路４８が形成されている。この反転路４８には搬送ロール５０ａ〜５０ｃが設けられており、両面印刷の場合には、切換装置４６が反転路４８を開く側に切り換えられ、排出ロール４０に用紙の後端手前がかかる時点で排出ロール４０が反転し、用紙が反転路４８に導かれ、レジストロール３８、転写装置４２と像担持体４４及び定着装置３６を通って排出口３４から排出部１６へ排出されるものである。
【００１７】排出部１６は、画像形成装置本体１２に対して回動自在の傾斜部５２を有する。この傾斜部５２は、排出口部分が低く、正面方向（図１の右方向）に向けて徐々に高くなるよう傾斜しており、排出口部分を下端とし、高くなった先端を上端としている。この傾斜部５２は下端を中心に回動自在であるよう画像形成装置本体１２に支持されている。図１で２点鎖線で示すように、傾斜部５２を上方に回転して開いたときには、開放部５４が形成され、この開放部５４を介して後述するプロセスカートリッジ６４が脱着できるようにしてある。
【００１８】像形成手段１４は、例えば電子写真方式のもので、感光体からなる像担持体４４と、この像担持体４４を一様帯電する例えば帯電ロールからなる帯電装置５６と、帯電装置５６により帯電された像担持体４４に、光により潜像を書き込む光書込み装置５８と、この光書込み装置５８により形成された像担持体４４の潜像を現像剤により可視化する現像機６０と、この現像機６０による現像剤像を用紙に転写する例えば転写ロールからなる転写装置４２と、像担持体４４に残存する現像剤をクリーニングする例えばブレードからなるクリーニング装置６２と、転写装置４２により転写された用紙上の現像剤像を用紙に定着させる定着装置３６とから構成されている。光書込み装置５８は例えば走査型のレーザ露光装置からなり、前述した給紙ユニット１８と平行で画像形成装置本体１２の正面近傍に配置され、現像機６０内を横切って像担持体４４を露光する。この像担持体４４の露光位置が潜像書込み位置Ｐとなる。
尚、この実施形態においては、光書込み装置５８として走査型のレーザ露光装置を用いたが、他の実施形態としてＬＥＤや面発光レーザ等を用いることができる。
【００１９】プロセスカートリッジ６４は、像担持体４４、帯電装置５６、現像機６０及びクリーニング装置６２を一体化したものである。このプロセスカートリッジ６４は、排出部１６の傾斜部５２に直近下方に配置されており、前述したように、傾斜部５２を開いたときに形成される開放部５４を介して着脱される。
【００２０】図２乃至図５において、定着装置３６の構成が示されている。定着装置３６は、ユニット化され、ユニット本体６６を有しており、このユニット本体６６は、第１の筐体６８と第２の筐体７０とが組合されて構成されている。即ち、第１の筐体６８と第２の筐体７０とは、図示しない支点を介して連結され、さらに第１の筐体６８には、加熱ロール７２が回転自在に支持され、第２の筐体７０には、加圧ロール７４が回転自在に支持されている。そして、加圧ロール７４は、コイルバネ等からなる２つの弾性体７６により加熱ロール７２に圧接され、ニップ部７８が形成されている。弾性体７６のそれぞれは、一端が第２の筐体７０側に設けられたブラケット（図示せず）に固定されており、他端が第１の筐体６８に設けられた溝部に引掛けられている。
【００２１】加熱ロール７２内にはランプからなるヒータ８０が配置され、加熱ロール７２を加熱する。ニップ部７８を挟んで上下方向に前述した搬送路３２が構成され、用紙が下から上へ搬送される。ニップ部７８の上流側には入り口側シュート８２が、ニップ部７８の下流側には出口側シュート８４ａ，８４ｂがそれぞれ配置されている。出口側シュート８４ａ，８４ｂは、第１の筐体６８と第２の筐体７０とに設けられており、第２の筐体７０の出口側シュート８４ａが上方に回動することにより用紙を通過させるようになっている。
【００２２】加熱ロール７２の近傍で第１の筐体６８には、サーモスタット８６が設けられ、このサーモスタット８６により加熱ロール７２の過温昇による故障を防止する。また、ニップ部７８の下流側近傍で第１の筐体６８には、剥離爪８８が加熱ロール７２の軸方向（用紙の幅方向）に複数設けられている。この剥離爪８８は、加熱ロール７２の表面を傷付けない程度の弱い力で加熱ロール７２側に付勢され、該剥離爪８８の先端が加熱ロール７２の表面に圧接し、加熱ロール７２に巻き付こうとする用紙を剥がすようになっている。
【００２３】次に、加熱ロール７２及びその周辺構成について詳述する。
加熱ロール７２には、両端やや手前に軸受け９０，９０が装着され、この軸受け９０，９０により第１の筐体６８に回転自在に支持されている。加熱ロール７２は、円筒状のコア９２と、このコア９２の表面側に被覆された離型層を有する。コア９２は、例えば外径が２５ｍｍであり、肉厚が例えば１ｍｍである。コア９２を形成する材料は、例えば鉄またはアルミニウムなどである。離型層は、例えばパーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）によって形成されており、膜厚が例えば３０〜１００μｍとなるようにしてある。
【００２４】加熱ロール７２のコア９２の一端には、後述する歯車９６が矢印Ａ方向から挿入されることで嵌合されている。また、コア９２の一端には、切欠き９４が軸方向と平行に形成されている。この切欠き９４に後述する歯車９６の連結部１０４が嵌合し、加熱ロール７２に歯車９６が連結されている。尚、歯車９６には、図示しない他の歯車が噛み合い、他の歯車からの駆動力を歯車９６を介して加熱ロール７２に伝達し、加熱ロール７２を矢印Ｂの方向に回転し、加圧ロール７４を矢印Ｃの方向に従動させる。
【００２５】次に、歯車９６について詳述する。
図６において、歯車９６の斜視図が示されている。歯車９６は、例えばガラス繊維入りポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）のような耐熱樹脂製であり、歯車本体９８と、この歯車本体９８の内側に形成され、加熱ロール７２が挿入される軸孔１００と、歯車本体９８の外側に形成され、他の歯車から駆動力を受ける歯１０２とを有する。歯車本体９８は、加熱ロール７２に連結される連結部１０４と、成形時に形成されたウエルド１０６とを有する。連結部１０４は、歯車本体９８の半径方向内側に、例えば幅が４ｍｍである突起状に形成されている。ウエルド１０６は、例えばゲート１０８が連結部１０４と対向する位置の近傍で、且つ回転方向上流側に設けられることにより、連結部１０４の近傍で、且つ回転方向上流側に形成されている。軸孔１００は、例えば歯車本体９８の内径がコア９２の外径とほぼ等しくなるように形成されており、一端にストッパ部１１０を有する。
そして、歯車９６は、例えば３８個の歯１０２を有し、モジュールが例えば０．９であり、外径が例えば３６ｍｍであるようにリング状に成形されている。また、歯車９６は、軸方向の肉厚が例えば８ｍｍであり、半径方向の肉厚が例えば３．５ｍｍとなっている。
【００２６】図７において、歯車９６を成形する方法の模式図が示されている。歯車９６は、例えば溶融樹脂がゲート１０８の位置から型枠１１２に注入されることによって成形される。型枠１１２は、歯車９６の形状に合わせたリング状の流路を有し、例えばゲート１０８に対向する位置にウエルド１０６を形成できるようになっている。
１点ゲート方式で歯車９６を成形すると、ウエルド１０６を１箇所にすることができ、さらにゲートの配置によってウエルド１０６の位置を設定することができる。例えばゲート１０８から注入された溶融樹脂は、型枠１１２の形状に応じて、矢印Ｄ，Ｅの方向に分かれて流れ、ゲート１０８に対向する位置近傍で合流する。溶融樹脂が合流した部分には、ウエルド１０６が形成される。ウエルド１０６は、樹脂の結合力が弱く、歯車９６において、強度が低い部分である。
尚、加熱ロール７２の回転負荷のピーク値は例えば０．３５Ｎ・ｍであり、応力の値は約３．０４ＭＰａである。また、加熱ロール７２近傍の雰囲気温度は、約１８０°Ｃまで上昇する。よって、歯車９６には、熱が加えられた状態で応力がかかる。
【００２７】図８において、歯車９６にかかる応力に関し、発明者が実施した実験結果を表す模式図が示されている。図８（Ａ）〜（Ｆ）それぞれは、連結部１０４に対し、異なる位置にスリット１１４が設けられており、ぞれぞれの図の左側に連結部１０４とスリット１１４との位置関係が示されており、右側にスリット１１４の幅の変化が示されている。尚、連結部１０４及び連結部１０４に対するスリット１１４の位置は、アナログ時計の短針の位置に例えて示されている。例えば、連結部１０４を基準（正午の場合の短針の位置）とし、スリット１１４が時計回り（図８において右回り）に１２０°離れた位置に設けられている場合、４：００割れ（４時の位置が割れている）と示している。図８において、駆動歯車１１６は反時計回り（図８において左回り）に回転し、歯車９６は時計回りに回転している。
【００２８】図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、１１：３０割れ及び１０：００割れの歯車９６は、スリット１１４の幅が開くことなく歯車１１６の駆動力を伝達した。
図８（Ｃ）に示すように、８：００割れの歯車９６は、連結部１０４が約３：３０の位置まで回転すると、スリット１１４が開き始めた。
図８（Ｄ），（Ｅ）に示すように、６：００割れ及び４：００割れの歯車９６は、連結部１０４が約４：３０の位置まで回転すると、スリット１１４が開き始めた。
図８（Ｆ）に示すように、１２：３０割れの歯車９６は、連結部１０４が約４：００の位置まで回転すると、スリット１１４が開き始めた。
【００２９】以下、歯車９６にかかる応力についてまとめを説明する。
図９は、図８に示した結果から、歯車９６にかかる応力に関する考察を示す模式図である。図９（Ａ）は、歯車９６の連結部１０４のほぼ中心から回転方向上流側で、連結部１０４のほぼ中心から９０°ずれた位置までの選択範囲１１８にウエルド１０６がある場合を示し、図９（Ｂ）は、歯車９６の図９（Ａ）に示した範囲を除く非選択範囲１２０にウエルド１０６がある場合を示している。
図９（Ａ）に示すように、ウエルド１０６が選択範囲１１８内に位置する状態で、歯車１１６が歯車９６を回転させると、歯車９６は、連結部１０４でコア９２からの反力を受ける。この場合、ウエルド１０６には、歯車９６が受けた反力のウエルド１０６における接線方向の分力により、ウエルド１０６に圧縮する力が働くと考えられる。図９（Ｂ）に示すように、ウエルド１０６が非選択範囲１２０内に位置する状態で、歯車１１６が歯車９６を回転させる場合も同様に、歯車９６は、連結部１０４でコア９２からの反力を受ける。この場合、ウエルド１０６には、歯車９６が受けた反力のウエルド１０６における接線方向の分力により、ウエルド１０６に引っ張る力が働くと考えられる。
【００３０】以上のように、歯車９６が回転すると、ウエルド１０６が選択範囲１１８内にあるときには、ウエルド１０６に圧縮応力がかかり、非選択範囲１２０内にあるときには、ウエルド１０６に引っ張り応力が働くと考えられる。よって、ウエルド１０６が圧縮応力を受ける範囲にウエルド１０６を配置することにより、引っ張り応力を受ける位置にウエルド１０６を有する歯車よりも破損しにくく、例えば加熱ロール７２に設けられた歯車９６などのように、半径方向に十分な肉厚をとりにくく、かつ大きな回転負荷を受け、さらに熱の影響を受けるような歯車であっても、歯車の破損を防止し、回転体に駆動力を安定して伝達することができる。
尚、図８に示した実験結果より、選択範囲１１８は、歯車９６の連結部１０４のほぼ中心から回転方向上流側で、連結部１０４のほぼ中心から６０°ずれた位置までの範囲であることが、より好ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、樹脂製歯車のウエルドを連結部の近傍で、且つ回転方向上流側に形成されるようにしたので、樹脂製歯車がウエルドで割れることを防止し、安定して駆動力を伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る画像形成装置の定着装置を示す斜視図である。
【図３】図２に示した定着装置の断面図である。
【図４】加熱ロールが加圧ロールと共に配置された状態を示す斜視図である。
【図５】ロール部の構成及び回転する方向を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る画像形成装置に用いた歯車を示す斜視図である。
【図７】図６に示した歯車を成形する方法を示す模式図である。
【図８】歯車にかかる応力に関し、発明者が実施した実験結果を示す模式図である。
【図９】図８に示した結果から、歯車にかかる応力に関する考察を示す模式図である。
【符号の説明】
１０    画像形成装置
１２    画像形成装置本体
１４    像担持体形成手段
３６    定着装置
６６    ユニット本体
６８    第１の筐体
７０    第２の筐体
７２    加熱ロール
７４    加圧ロール
８０    ヒータ
９２    コア
９４    切欠き
９６    歯車
９８    歯車本体
１００    軸孔
１０２    歯
１０４    連結部
１０６    ウエルド
１０８    ゲート
１１２    型枠
１１４    スリット
１１８    選択範囲
１２０    非選択範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004278656.tif 000009
【図８】
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【図９】
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