(57)【要約】【課題】定着ローラと、これに圧接する加圧ローラとを備えた定着装置において、フルカラー画像など多量のトナーが転写紙上に載っている場合であっても加圧ローラ（又は定着ローラ）がスリップすることがなく、またこれらのローラが加熱によって熱膨張しても両ローラ間に周速度差が生じず、周速度差に起因する歯飛びや異常音、駆動破損などが生じないようにする。【解決手段】第１のギア４１ｆと第２のギア４２ｆとを係合させずに、定着ローラ４１と加圧ローラ４２の双方を駆動させると共に、加圧ローラ４２の周速度を定着ローラ４１のそれよりも遅くなるように設定し、加圧ローラ４２にワンウェイクラッチギア４２ｆを取り付け、通常状態ではワンウェイクラッチギア４２ｆは空転し、加圧ローラ４２がスリップ等したときには駆動を伝達する構成とした。【選択図】  図３
2004157283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のギアが同軸に取り付けられた定着ローラと、この定着ローラに圧接する、第２のギアが同軸に取り付けられた加圧ローラとを備えた定着装置において、
前記第１のギアと前記第２のギアとを係合させずに、前記定着ローラと前記加圧ローラの双方を駆動させると共に、前記定着ローラの周速度を前記加圧ローラのそれよりも遅くなるように設定し、
前記定着ローラと前記第１のギアとの間に第１のワンウェイクラッチを設け、
前記第１のギアよりも速い前記定着ローラの回転を許容する一方、前記第１のギアよりも遅い前記定着ローラの回転は禁止することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
第１のギアが同軸に取り付けられた定着ローラと、この定着ローラに圧接する、第２のギアが同軸に取り付けられた加圧ローラとを備えた定着装置において、
前記第１のギアと前記第２のギアとを係合させずに、前記定着ローラと前記加圧ローラの双方を駆動させると共に、前記加圧ローラの周速度を前記定着ローラのそれよりも遅くなるように設定し、
前記加圧ローラと前記第２のギアとの間に第２のワンウェイクラッチを設け、
前記第２のギアよりも速い前記加圧ローラの回転を許容する一方、前記第２のギアよりも遅い前記加圧ローラの回転は禁止することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
内部に発熱体を有する第１の加熱ローラ及び第２の加熱ローラが、前記定着ローラ及び前記加圧ローラにそれぞれ圧接してその表面を加熱する請求項１又は２記載の定着装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに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。
【発明の詳細な説明】
【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備えた定着装置及びこ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本のローラを駆動させる方法としては、定着ローラ４１（又は加圧ローラ４２）のみを駆動ローラとする方法、あるいは定着ローラ４１と加圧ローラ４２の双方を駆動ローラとする方法が考えられる。
【０００７】
しかし定着ローラ４１（又は加圧ローラ４２）のみを駆動ローラとすると、フルカラー画像など多量のトナーが転写紙上に載っている場合や、極端に厚い転写紙を通紙した場合に加圧ローラ４３（又は定着ローラ４１）がスリップする可能性があり、転写紙の搬送性に問題がある。
【０００８】
一方、定着ローラ４１と加圧ローラ４２の双方を駆動ローラとすると、加圧ローラ４２（又は定着ローラ４１）のスリップは防止できるが、定着ローラ４１及び加圧ローラ４２の熱膨張が大きく、冷時と加熱時とで周速度が異なり、定着ローラ４１と加圧ローラ４２との間で周速度差が生じる。この周速度差による負荷によって、ギアの歯飛び、異常音、駆動破損が発生するおそれがある。
【０００９】
【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）
【００１０】
【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、フルカラー画像など多量のトナーが転写紙上に載っている場合であっても加圧ローラ（又は定着ローラ）がスリップすることがなく、またこれらのローラが加熱によって熱膨張しても両ローラ間に周速度差が生じず、周速度差に起因する歯飛びや異常音、駆動破損などが生じない定着装置を提供することにある。
【００１１】
また本発明の目的は、定着ローラや加圧ローラのスリップ及び、それによる紙詰まりや画像乱れが防止された画像形成装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため第１の発明に係る定着装置では、第１のギアが同軸に取り付けられた定着ローラと、この定着ローラに圧接する、第２のギアが同軸に取り付けられた加圧ローラとを備え、前記第１のギアと前記第２のギアとを係合させずに、前記定着ローラと前記加圧ローラの双方を駆動させると共に、前記定着ローラの周速度を前記加圧ローラのそれよりも遅くなるように設定し、前記定着ローラと前記第１のギアとの間に第１のワンウェイクラッチを設け、前記第１のギアよりも速い前記定着ローラの回転を許容する一方、前記第１のギアよりも遅い前記定着ローラの回転は禁止する構成とした。
【００１３】
また第２の発明に係る定着装置では、第１のギアが同軸に取り付けられた定着ローラと、この定着ローラに圧接する、第２のギアが同軸に取り付けられた加圧ローラとを備え、前記第１のギアと前記第２のギアとを係合させずに、前記定着ローラと前記加圧ローラの双方を駆動させると共に、前記加圧ローラの周速度を前記定着ローラのそれよりも遅くなるように設定し、前記加圧ローラと前記第２のギアとの間に第２のワンウェイクラッチを設け、前記第２のギアよりも速い前記加圧ローラの回転を許容する一方、前記第２のギアよりも遅い前記加圧ローラの回転は禁止する構成とした。
【００１４】
ここで、ウォームアップ時間を一層短縮する観点からは、内部に発熱体を有する第１の加熱ローラ及び第２の加熱ローラを、前記定着ローラ及び前記加圧ローラにそれぞれ圧接させて定着ローラ及び加圧ローラの表面を加熱するのが好ましい。
【００１５】
また本発明の画像形成装置では、前記のいずれかに記載の定着装置を搭載したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明者は、フルカラー画像など多量のトナーが転写紙上に載っている場合であっても加圧ローラ（又は定着ローラ）をスリップさせないようにするため、定着ローラと加圧ローラの双方を、両者に取り付けられたギアを係合させることなく駆動させることにし、これを前提に両ローラが熱膨張することによって生じる周速度差を何とか防止できなか鋭意検討を重ねた。この結果、周速度の遅い方のローラにワンウェイクラッチを設けることによって、周速度の遅い方のローラを周速度の速い方のローラと同じ周速度で回転可能とできと共に、紙詰まりなどにより前記速い方のローラの周速度が一時的に遅くなった場合には、自らの駆動力によって自力で回転可能とできることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１７】
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の内部において転写紙搬送ベルト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。
【００１８】
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。
【００１９】
また、プリンタ１０は、格納されている転写紙を給紙する給紙機構１９と、給紙機構１９から転写紙を搬送する転写紙搬送路２０と、転写紙搬送ベルト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、転写紙を転写紙搬送ベルト１２から定着装置４０へ導くガイド板２４と、定着装置４０から転写紙を搬送する転写紙搬送路２５と、転写紙搬送路２５から転写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。
【００２０】
このプリンタ１０において、転写紙は給紙機構１９から転写紙搬送路２０を経由して画像形成部に搬送され、感光体ドラム１３と転写紙搬送ベルト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転写紙側に転写される。全ての感光体ドラム１３によってトナーが転写された転写紙は、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を通過した転写紙は転写紙搬送路２５に送られ、排出部２６へ排出される。
【００２１】
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、異なるギア列を介して定着ローラ４１と加圧ローラ４２とに駆動力が伝達される（図４に図示）。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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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にはワンウェイクラッチギア（第２のギアと第２のワンウェイクラッチとが一体化されたもの）４２ｆが設けられている。ギア４１ｆとワンウェイクラッチギア４２ｆとは係合していない。ギア４１ｆとワンウェイクラッチギア４２ｆ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７０ｆから、異なるギア列を介して駆動力が伝えられる（図４に図示）。すなわち、ギア４１ｆには、入力ギア７０ｆからギア４５ｆ、４６ｆを介して駆動力が伝達される一方、ワンウェイクラッチギア４２ｆには入力ギア７０ｆからギア４７ｆを介して駆動力が伝達される。なお、ここではギア４５ｆ、４６ｆ、４７ｆは同じ歯数のギアを用いている。また、この実施形態では、ギア４１ｆとワンウェイクラッチギア４２ｆの駆動力を同じ駆動源から取っているが、それぞれ別の駆動源から取ってももちろん構わない。他方、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。
【００２５】
ここで、この定着装置の場合には、加圧ローラ４２よりも定着ローラ４１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、且つワンウェイクラッチギア４２ｆの歯数をギア４１ｆよりも多くしてある。もちろん、ギア列において歯数の異なるギアを種々組み合わる、あるいは定着ローラ４１及び加圧ローラ４２の外径を調整すること等によって、定着ローラ４１の周速度が加圧ローラ４２より速くなるようにしてもよい。
【００２６】
このような構成の定着装置において通常の駆動状態では、定着ローラ４１の周速度が加圧ローラ４２のそれよりも速いため、加圧ローラ軸４２ｅに対してワンウェイクラッチギア４２ｆの回転数が少なくなり、ワンウェイクラッチギア４１ｆは空転する。その結果、入力ギア７０が定着ローラ４１を駆動し、定着ローラ４１が加圧ローラ４２とのニップ部における摩擦力で加圧ローラ４２を駆動することになる。
【００２７】
一方、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には、定着ローラ４１から加圧ローラ４２への摩擦力による駆動がなくなる。このとき、加圧ローラ軸４２ｅとワンウェイクラッチギア４２ｆの関係は、加圧ローラ軸４２ｅに対してワンウェイクラッチギア４２ｆの回転数が相対的に多くなり、ワンウェイクラッチギア４２ｆからの駆動が加圧ローラ軸４２ｅに伝わる。従って、加圧ローラ４２はワンウェイクラッチギア４２ｆの回転数で回転する。
【００２８】
このように、通常の駆動状態では定着ローラ４１と加圧ローラ４２とは同じ周速度で回転するので、ローラの熱膨張に起因する周速度差が発生することがない。また、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は自力で回転するので転写紙の搬送が安定する。
【００２９】
なお、本実施形態においては、ワンウェイクラッチとしてワンウェイクラッチギアを用いたが、同様の動作をするものであれば特に限定はなく、ギアの他にベルト等を用いることができる。
【００３０】
また、前記実施形態とは反対に、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し、且つ定着ローラ４１のギアとしてワンウェイクラッチギアを用いても前記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
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。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る定着装置では、第１のギアが同軸に取り付けられた定着ローラと、この定着ローラに圧接する、第２のギアが同軸に取り付けられた加圧ローラとを備え、前記第１のギアと前記第２のギアとを係合させずに、定着ローラと加圧ローラの双方を駆動させると共に、定着ローラと加圧ローラとの周速度を異なるように設定し、周速度の遅い方のローラとギアとの間にワンウェイクラッチを設けたので、通常の駆動状態では定着ローラと加圧ローラとは同じ周速度（速い方の周速度）で回転し、ローラの熱膨張に起因する周速度差は発生することがない。また、定着ローラと加圧ローラとの間でスリップが生じた場合でも、定着ローラ及び加圧ローラは自力で回転するので転写紙の搬送が安定する。
【００３３】
さらに、内部に発熱体を有する第１の加熱ローラ及び第２の加熱ローラを、定着ローラ及び前記加圧ローラにそれぞれ圧接させて定着ローラ及び加圧ローラの表面を加熱するようにすると、ウォームアップ時間を一層短縮できる。
【００３４】
また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  第１のギア
４２  加圧ローラ
４２ｆ  ワンウェイクラッチギア（第２のギアと第２のワンウェイクラッチとが一体化されたもの）
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
【図１】
2004157283.tif 000003
【図２】
2004157283.tif 000004
【図３】
2004157283.tif 000005
【図４】
2004157283.tif 000006
【図５】
2004157283.tif 000007