JP2007003599A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部材と加圧部材を加圧するときの衝撃の緩和。
【解決手段】加熱回転体２と加圧回転体４とを操作部材８により加圧状態から離間状態へ移行させる時間よりも加圧部材６により離間状態から加圧状態へ移行させる時間を遅くする制御手段１１・１７を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子写真方式、或いは静電記録方式の画像形成装置に搭載される加熱定着器として用いれば好適な加熱装置に関する。

従来、電子写真方式を採用する複写機やプリンター等の画像形成装置に具備される画像加熱定着装置（以下、定着装置と記す）においては熱ローラ方式の加熱定着器が広く用いられている。この定着装置では、未定着トナー像を担持した転写材を、互いに圧接して回転する定着ローラ（定着部材）と加圧ローラ（加圧部材）とで形成されるニップ部に通過させることにより未定着トナー像を記録材上に永久画像として定着させている。

上記の定着装置は、大別して、次の二種類に分類することができる。

（I）常時加圧型
定着部材と加圧部材は常に加圧状態にあり、ジャム処理など非常の場合のみ加圧を解除する。

（II）常時離間型
電源ＯＦＦの時を含み、通常時においてニップ部に加圧力がかかっておらず、定着部材と加圧部材が離間している。

特許文献１には上記(I）の常時加圧型の定着装置が記載されている。図１２と図１３に特許文献１の定着装置の概略構成図を示す。

図１２において、２００はエンドレス状の定着ベルトであり、定着ローラ２０１と加熱ローラ２０２とに巻き掛けられている。２０３は加圧ローラであり、定着ベルト２０２を挟んで定着ローラ２０１とニップ部Ｎを形成している。加圧ローラ２０３は不図示の回転駆動系により反時計方向に回転駆動される。加圧ローラ２０３の回転に伴い定着ベルト２０２、定着ローラ２０１および加熱ローラ２０２は時計方向に従動回転する。回転駆動中の定着ベルト２００はヒータ２０４により加熱ローラ２０２を介して加熱される。加熱ローラ２０２の温度はサーミスタ２０５により検知され、その検知温度に基づいて不図示の温調制御系がヒータ２０４への電力供給を制御することにより定着ベルト２００の温度を所定温度（目標温度）に保っている。

上記定着装置において加圧ローラ２０３が定着ローラ２０１に対して加圧・離間される。すなわち、上下に移動可能な加圧ローラ２０３と回転可能な駆動カム２０６との間に加圧バネ２０７が配設してある。そして、加圧バネ２０７の一端を加圧ローラ２０３のローラ軸２０３ａに結合し、他端を駆動カム２０７の径大の圧着カム部２０７ａに接触させて加圧バネを圧縮させることにより、定着ベルト２００と加圧ローラ２０３とを加圧状態とする所定の加圧力を得ている。定着ベルト２００と加圧ローラ２０２とを離間させる場合には、一点鎖線のように駆動カム２０７を時計方向に所定角度回転させて駆動カム２０７の径小の解除カム部２０７ｂに加圧バネ２０６の他端を接触させる。このとき加圧ローラ２０３は自重で加圧バネ２０６を収縮させながら下降して定着ベルト１００から離間する。

図１３に示す定着装置は、加圧ローラ２１０を不図示の加圧バネにより定着ベルト２００に加圧させ、この加圧ローラの端部にスペーサ２１１Ａ・２１１Ｂを設けた他は、図１１の加熱定着装置の構成と同じである。

スペーサ２１１Ａ・２１１Ｂは加圧ローラ２１０と定着ローラ２０１との軸間距離を制御するためのものであり、加圧ローラが時計方向に回転駆動されることで一点鎖線のように定着ローラのローラ軸２０１ａと接する。スペーサ２１１Ａ・２１１Ｂはそれぞれ厚みが異なっており、スペーサ２１１Ａよりスペーサ２１１Ｂの方が軸間距離が短くなるように設けられている。加圧ローラ２１０端部にスペーサ２１１Ａ・２１１Ｂを設けることにより加圧ローラ２１０の加圧力を２段階に調整可能である。また、加圧ローラ２１０の回転方向においてスペーサ２１１Ａ・２１１Ｂの後端側は圧着音を軽減するため傾斜をもたせてある。また同様な目的でスペーサ２１１Ａ・２１１Ｂと当接する定着ローラ２０１表面をゴムなどの弾性層で被覆している。

従来の定着装置では常時加圧型を用いることが多い。

次に上記（II）の常時離間型の定着装置の一例を説明する。図１４に常時離間型の定着装置の概略構成図を示す。

２２０は定着ローラである。２２１は加圧ローラであり、加圧アーム２２２に回転可能に支持されている。２２３は加圧フレームであり、支軸２２３ａを支点に揺動可能である。加圧アーム２２２の一端は加圧フレーム２２３の支軸２２３ａに回動可能に支持されている。そして加圧アーム２２２の他端は加圧アームと加圧フレーム２２３との間に配置した加圧バネ２２４により伸び規制部材２２５に当接されている。加圧アーム２２２の他端を伸び規制部材２２５に当接させることで加圧ローラ２２１と定着ローラ２２０とを離間させている（[Ａ]参照）。伸び規制部材２２５は加圧フレーム２２３に設けられ、加圧フレームと共に揺動する。２２６は加圧フレーム２２３を揺動させる駆動カムである。

上記定着装置では、画像形成装置の作像機構部が画像形成動作に入ると、駆動カム２２６は時計方向に回転されて加圧フレーム２２３に当接し、加圧フレームを支軸２２３ａを支点に持ち上げる。加圧ローラ２２１が定着ローラ２２０に接触するまでは加圧バネ２２４の力は伸び規制部材２１により制限されている。加圧ローラ２２１が定着ローラ２２０に接触した後、駆動カム１１がさらに回転してカムプロフィール（カム形状）のリフト量が大きくなると加圧バネ２２４が圧縮されて加圧ローラ２２１を定着ローラ２２０に加圧する（[Ｂ]参照）。

作像機構部の画像形成動作が終わると、駆動カム２２６は更に回転される。そしてカムプロフィールのリフト量の無いホームポジションまで回転すると、次の加圧動作まで待機する。
特開２００３−２７０９７８号公報

上記（II）の常時離間型の定着装置は、画像形成動作に連動した加圧動作が必要であるため自動化が不可欠である。しかも加圧する時にカムを回転駆動するための動力が必要なため、画像形成のタイミングとも重なり、動作時に集中して大きな電力を要する。電力配分のシーケンスを工夫し、画像形成とのタイミングをずらすことで電力の集中を分散させることは可能である。その場合には、定着装置に加圧動作をさせてから画像形成動作に入るなど、加圧動作と画像形成動作を並列に実行できないためファースト・プリントアウト・タイム（最初の１枚を印刷完了するまでの時間）が遅くなってしまう。

従って、定着ユニットが大掛かりになるとか、使用可能な電力の問題から現実には常時離間型の定着装置は大型プリンタに用いられることが多い。

上記（I）の常時加圧型の定着装置では、カムプロフィールにより加熱回転体としての定着ベルト、或いは定着ローラと、加圧回転体としての加圧ローラとの加圧・離間制御が行われるため、以下のような問題が発生する傾向がある。すなわち、離間時にはカムプロフィールに倣った離間を行うものの、加圧（接近）時にはカムそのものを早回しする方向に加圧力が働き、実質的にカムプロフィールに沿わない接近速度になってしまう。従って、定着ベルト、或いは定着ローラと加圧ローラは急激に加圧（圧着）されることになり、大きな衝突が発生する。

上記の現象を図１５を参照して詳しく説明する。図１５は、［Ａ］から［Ｅ］へ順に、カムＣの回転に対する従動子Ｆの動きを表している。

［Ａ］と［Ｂ］に示すように、カムＣは時計方向に回転し従動子ＦはカムＣのカムプロフィールに倣うような力をうけている。カムプロフィールのリフト量が最大になる［Ｃ］に至るまでは従動子Ｆの反力がカムＣの回転方向のトルクに相反するため従動子Ｆの移動はカムＣのプロフィール通りになる。

しかし、［Ｄ］と［Ｅ］に示すように、カムプロフィールの最大リフト量を超えると従動子Ｆの反力はカムＣの回転方向と一致してしまい、従動子Ｆの反力はカムＣを回すトルクとして働いてしまう。

従動子Ｆの反力がカムＣを回す動力に対して充分小さい場合は問題ないものの、定着ユニットのように大きな加圧力を反力とする場合はカムプロフィール通りの動きにならなくなってしまう。

つまり、本来のカムプロフィールによる加圧ローラの接近速度よりも速くなってしまうことが衝撃となって現れてしまう。

この現象はカムプロフィールを変えたり、従動子との接点位置を変えても根本的に解決しない。

定着ベルト、或いは定着ローラと加圧ローラの衝突を緩和するため、定着ベルト、或いは定着ローラおよび加圧ローラにおいて加圧時に当接する部位にゴムなどの弾性層を設けることが考えられる。弾性層を設けることで衝突音そのものは多少和らぐものの、加圧力に起因してローラの位置関係が曖昧になったり、経時的な弾性層の変化によりローラの位置関係が変わってしまう。すなわち所望の加圧力が得られない。

また、ゴムなどの弾性体は荷重によって変位量が変わり、かつ経時変化によって弾性率も変化してしまうことは周知である。しかも定着装置という高温な環境下においてゴムの劣化は促進されるのも周知の事実である。

従って、初期段階では騒音防止の効果はあるものの、加圧力がバラツキ所望の定着性を達成できないとか、月日がたつと弾性体の劣化により騒音防止効果も弱まってしまう。

加圧時の衝撃力は加圧力に比例して大きくなることから、衝撃を少なくするだけなら加圧力を小さくすればよいことになる。

しかしながら、加圧力は定着性を確保するため、より大きくなる傾向にある。

上記のような加圧時の衝撃は次のような弊害を起こす。
・耳障りな衝撃音
突発的な音は数値的な稼動音として現れにくく従来見のがされてきた項目である。しかし、感覚的な騒音としては装置全体の品位を落としかねない。
・振動
加圧時の衝撃が振動となり装置全体を伝わっていく。共振も含め、画像形成装置に伝わった場合は画質劣化の元になる。
・軸受けの寿命
消費電力を初めとする環境対策を盛り込むため定着温度を高く設定することは好ましくない。しかし、一定の定着性を確保するため加圧力を高くする傾向にある。

更により高速化の要望が増えるにつれ、すべり軸受けでは耐荷重を満足できず転がり軸受けを用いる場合が増えている。

転がり軸受けは回転動作中に耐えうる荷重を基に設計されており、定着ローラと加圧ローラの静止時（非回転時）に大きな衝撃を受けると一個のボール（鋼球）に荷重が集中してしまい、ボールやリムの一部的な変形により寿命を縮めてしまうこともある。

本発明の目的は、加熱部材と加圧部材を加圧するときの衝撃を緩和できる加熱装置を提供することにある。

本発明に係る加熱装置の代表的な構成は、加熱回転体と、前記加熱回転体と接してニップ部を形成する加圧回転体と、を有し、前記ニップ部で導入された被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する加熱装置において、前記加熱回転体と前記加圧回転体とを加圧する加圧部材と、前記加熱回転体と前記加圧回転体とを離間させる操作部材と、前記加熱回転体と前記加圧回転体とを前記操作部材により加圧状態から離間状態へ移行させる時間よりも前記加圧部材により離間状態から加圧状態へ移行させる時間を遅くする制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、加熱部材と加圧部材とを加圧するときの衝撃を緩和できる。これにより、加熱部材と加圧部材との不快な衝撃音を無くし動作品位を高くできる。また加熱部材と加圧部材の衝撃による振動を無くすことができ、二次振動や共振による画像ブレを防げる。また加熱部材と加圧部材の静止時の衝撃荷重を無くすことができ、転がり軸受けの長寿命化が図れる。

以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。

（１）画像形成装置例
図１は本発明に係る加熱装置を画像加熱定着装置として搭載した画像形成装置の一例の概略模型図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザープリンタである。

１０１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）である。矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。

１０２は帯電手段としての接触帯電ローラである。回転する感光ドラム１０１の外周面を所定の極性・電位に一様に帯電処理する。

１０３は露光手段としてのレーザースキャナである。画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調したレーザー光Ｌを出力して、回転する感光ドラム１０１の一様帯電処理面を走査露光する。これにより感光ドラム面に走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。

１０４は現像装置である。感光ドラム面の静電潜像をトナー像として反転現像または正規現像する。

１０５は転写手段としての転写ローラである。感光ドラム１０１に対して所定の押圧力で接触して転写ニップ部Ｔを形成している。この転写ニップ部Ｔに不図示の給送機構部から被加熱材として記録紙、ＯＨＰシート等の転写材Ｐが所定の制御タイミングにて給送されて転写ニップ部Ｔを挟持搬送されていく。また転写ローラ１０５には所定の制御タイミングで所定の転写バイアスが印加される。これにより、転写ニップ部Ｔを挟持搬送される転写材Ｐの面に感光ドラム１０１面側のトナー像が順次に静電転写される。

転写ニップ部Ｔを出た転写材Ｐは感光ドラム１０１面から分離されて画像加熱定着装置（以下、定着装置と記す）１に導入される。定着装置１は導入された転写材Ｐ上の未定着トナー像を永久固着画像として加熱・加圧定着する。そして転写材Ｐは排出搬送される。

１０６は感光ドラムクリーニング器であり、転写材分離後の感光ドラム上の転写残トナーを除去する。転写残トナーが除去されて清浄面化された感光ドラム面は繰り返して作像に供される。

（２）定着装置１
図２は定着装置の横断面側面模型図である。

本実施例の定着装置１は熱ローラ方式の定着装置であり、加熱回転体としての定着ローラ２と、加熱源としてのハロゲンヒータ３と、加圧回転体としての弾性加圧ローラ（以下、加圧ローラと記す）４と、を有する。

定着ローラ２は、アルミ等の熱伝導性の良好な金属からなる円筒状の芯金２ａの表面にシリコンゴムなどからなる弾性層２ｂを有し、さらにその表面にフッ素樹脂などからなる離型層２ｃを有する。そして芯金２ａの両端が不図示の装置フレームに軸受けを介して回転可能に支持されている。

定着ローラ２の芯金２ａの内部にはハロゲンヒータ３が挿入配置されている。ハロゲンヒータ３は両端が不図示のヒータホルダーを介して上記の装置フレームに支持されている。

加圧ローラ４は、金属製のローラ状の芯金４ａの表面にシリコンゴムなどからなる弾性層４ｂを有し、さらにその表面にフッ素樹脂などからなる離型層４ｃを有する。加圧ローラ４は、定着ローラ２の下方で定着ローラと平行に対向配置され、芯金４ａの両端が加圧・離間機構Ｍの加圧ローラ支持台（以下、支持台と記す）５（図３、図４）に設けられた一対の支持部５ａに不図示の軸受けを介して回転可能に支持されている。そして加圧ローラ４は、支持台５を介して加圧部材としての加圧バネ５（図３、図４）により定着ローラ２に加圧されることによって定着ローラとニップ部Ｎを形成している。加圧・離間機構Ｍについては次の（３）の項で詳述する。

上記の定着装置において、画像形成装置の不図示の制御部がプリント信号を取り込むと、定着ローラ２は回転駆動系２１により時計方向に回転駆動され、ハロゲンヒータ３には不図示の温調制御系２１により電力が供給される。ハロゲンヒータ３により加熱された定着ローラ２の温度はサーミスタ２２により検知される。温調制御系２１はサーミスタ２２の検知温度に基づいてハロゲンヒータ３への電力供給を制御して定着ローラ２の温度を所定温度（目標温度）に維持する。そして未定着トナー画像ｔを担持した転写材Ｐがニップ部Ｎに導入され、定着ローラ２と加圧ローラとにより挟持搬送される。転写材Ｐがニップ部Ｎを挟持搬送されていく過程で未定着トナー画像ｔは加熱・加圧されて転写材Ｐ面に永久固着画像として定着される。

（３）加圧・離間機構Ｍ
定着装置１は定着ローラ２と加圧ローラ４とを加圧・離間させるための加圧・離間機構Ｍを具備している。図３は加圧・離間機構の外観斜視図、図４は加圧・離間機構の横断面側面模型図である。

支持台５は横断面略コ字形状の加圧基準部材（以下、基準部材と記す）７に不図示のガイド機構を介して上下方向に移動可能に保持されている。基準部材７は上記の装置フレームに取り付けられている。この基準部材７および上記の定着ローラ２は装置フレームに対して移動しない。

基準部材７の内部において支持台５の下方側には、加圧手段としての一対の上記加圧バネ６が配置してある。加圧バネ６は、加圧ローラ４を定着ローラ２に加圧させるように支持台５を常時上方に付勢している。

基準部材７の上板に設けられた一対の支持部７ａには、それぞれ操作部材としてのハンドル８が取り付けられている。ハンドル８は側面略く字形状に形成されて中央部分の屈曲部が対応する支持部７ａに軸９ａにより回動可能に取り付けられている。ハンドル８の下端には、それぞれトグルリンク（以下、リンク記す）１０が軸９ｂにより回動可能に連結されている。そしてリンク１０の先端を支持台５上に回動可能に連結させている。本実施例では、リンク１０の先端を加圧バネ６の略中心と対応する位置で軸９ｃにより支持台５と連結している。またリンク１０はハンドル８に対し所定の傾斜角度をもって連結されている。ハンドル８は図の位置から反時計方向へ軸９ａを支点に所定角度回動させることができ、そのときリンク１０よって支持台５を図中下方向へ押し下げることができる。

図４においてＳａ・Ｓｂはハンドル８の回動範囲の下限と上限を規制するストッパーである。定着ローラ２と加圧ローラ４との加圧状態においてハンドル８は下限規制用のストッパーＳａに当接している。

基準部材７の内部において支持台５の上方側には、制御手段としての速度減衰手段を構成する一対のオイルダンパー（以下、ダンパーと記す）１１およびバネである補助スプリング１７（以下、スプリングと記す）が配置してある。

ダンパー１１は、ダンパーオイル１２がダンピング媒体としてシリンダー１３内に収納され、図示していないオリフィスを設けたピストン１４がシリンダー内を移動する速度に応じた減衰力を支持台５に供給する。シリンダー１３は基準部材７に取り付けられている。ピストン１４は支持台５を貫通するロッド１４ａを有している。ロッド１４ａはシリンダー１３と支持台５との間にバネ受け部材１５を有している。バネ受け部材１５の加圧ローラ支持台５側の面にはゴムなどの弾性部材１６が設けられている。

スプリング１７は圧縮バネであり、基準部材７とバネ受け部材１６との間においてダンパー１１の外周に配置されている。スプリング１７はダンパー１１の減衰力に対してかなり弱い力であり、ダンパーのピストン１４と共にロッド１４ａをバネ受け部材１５を利用して押し伸ばす速度は０．５ｍｍ／ｓである。

図５を参照して定着装置１の加圧・離間動作を説明する。[Ａ]は加圧状態を、[Ｂ]は加圧状態から離間状態への移行状態を、[Ｃ]は離間状態を、[Ｄ]は離間状態から加圧状態への移行状態を、それぞれ表している。

[Ａ]に示すように、定着ローラ２と加圧ローラ４はニップ部Ｎに転写材Ｐが導入されていないときも加圧状態を維持している。すなわち、ハンドル８を反時計方向へ回動する操作を行わない限り定着ローラ２と加圧ローラ４との加圧状態を解除することができない。ハンドル８はジャム処理などを行う場合に反時計方向へ回動操作される。

ハンドル８を反時計方向へ軸９ａを支点に回動させると、ハンドルは軸９ａを支点にリンク１０を時計方向へ回動させる。このリンク１０の回動量に応じて支持台５が加圧バネ６を押し縮めながら下降する。これにより支持台５がダンパー１１側の弾性部材１６から、加圧ローラ４が定着ローラ２からそれぞれ離れ、定着ローラと加圧ローラは加圧状態から離間状態へと移行し始める。そしてリンク１０が中立位置になると（[Ｂ]）、加圧バネ６は支持台５により最も押し縮められる。このとき支持台５とダンパー１１側の弾性部材１６との間、および定着ローラ２と加圧ローラ４との間に空間Ｓが形成される。これによりスプリング１７が伸び、ダンパー１１のバネ受け部材１５を押し下げることでダンパーのピストン１４を下降させロッド１４ａが伸びる。すなわち、定着ローラ２と加圧ローラ４において加圧状態から離間状態へ移行する場合、先ずスプリング１７が伸び、次にその伸び量に応じてダンパー１１のロッド１４ａが伸びる。つまり、スプリング１７とダンパー１１は、定着ローラ２と加圧ローラ４とを加圧状態から離間状態へ移行させる場合に伸びが遅延することになる。

ハンドル８をさらに反時計方向へ回動させ、リンク１０が中立位置を過ぎると、ハンドルは上限規制用のストッパーＳｂと当接して停止し（[Ｃ]）、これに伴い支持台５の下降も停止する。これにより加圧ローラ４の定着ローラ２に対する離間状態が保持される。そしてダンパー１１のバネ受け部材１５と共に下降する弾性部材１６をスプリング１７が支持台５上に押し当てる。この離間状態でハンドル８をその位置で固定させておき、ジャム処理を行う。

（[Ｃ]）の離間状態からハンドル８を時計方向へ回動させると、ハンドル８はリンク１０を反時計方向へ回動させる。そしてリンク１０が中立位置を過ぎると、支持台５はスプリング１７を押し縮める同時に、バネ受け部材１５を押し上げてダンパー１１のロッド１４ａを押し縮める。このとき支持台５はロッド１４ａが押し縮められるときのピストン１４の移動速度に応じた減衰力を受ける（[Ｄ]）。このときのピストン１４の移動速度は約１．５〜２ｍｍ／ｓである。このように支持台５がダンパー１１から上記の移動速度に応じた減衰力Ｆを受けることで加圧バネ６の急激な伸びを抑えながら上昇して[Ａ]の加圧状態の位置に戻る。これにより加圧ローラ４は加圧バネ６の付勢力により定着ローラ２に加圧される。すなわち、定着ローラ２と加圧ローラ４において離間状態から加圧状態へ移行する場合、スプリング１７とダンパー１１は同時に縮む。つまり、スプリング１７とダンパー１１は、定着ローラ２と加圧ローラ４とを離間状態から加圧状態へ移行させる場合に縮みが追従することになる。

本実施例の定着装置１によれば、定着ローラ２と加圧ローラ４において離間状態から加圧状態へ移行させる場合に、加圧ローラ４に対してダンパー１１からピストン１４の移動速度に応じた減衰力Ｆを付与することができる。これによって、定着ローラ２と加圧ローラ４とを加圧状態から離間状態へ移行させる時間よりも離間状態から加圧状態へ移行させる時間を遅くでき、定着ローラと加圧ローラとを加圧するときの衝撃を緩和できる。これにより定着ローラ２と加圧ローラ４との不快な衝撃音を無くし動作品位を高くできる。また定着ローラ２と加圧ローラ４の衝撃による振動を無くすことができ、二次振動や共振による画像ブレを防げる。また定着ローラ２と加圧ローラ４の静止時（非回転時）の衝撃荷重を無くすことができ、転がり軸受けの長寿命化が図れる等の効果を奏し得る。

本実施例では、加圧・離間機構Ｍのハンドル８の回動操作を手動で行う手動加圧・離間機構として構成してあるが、加圧・離間機構はこれに限らず、ハンドルの回動操作をギアの回転に置き換えてモータ等を動力とした自動加圧・離間機構として構成してもよい。

図６に第２の実施例の定着装置１の外観斜視図を示す。本実施例では実施例１の定着装置の部材と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して再度の説明を省略する。

加圧・離間機構Ｍにおいて、２４は駆動源としてのモータであり、正逆回転可能である。モータ２４は基準部材７に配置してある。

２５・２６はそれぞれ制御手段としての切り欠きギアおよび回転式ダンパー（以下、ダンパーと記す）である。ダンパー２６は基準部材７に配置してある。

２７はダンパー２６の入力軸２６ａに取り付けられた従動ギアである。

２８はモータ２４が逆回転したときのみトラクションのかかる１ウエイクラッチ２８ａを具備させたカム駆動用ギアである。２９はモータ２４が正回転したときのみトラクションのかかる１ウエイクラッチ２９ａを具備させた定着ローラ用駆動ギア（以下、定着駆動ギアと記す）である。カム駆動用ギア２８と定着駆動ギア２９はそれぞれモータ２４の出力軸２４ａに取り付けられている。カム駆動用ギア２８は後述の軸３３に設けられている被駆動ギア３５と噛み合っている。定着駆動ギア２９は定着ローラ２の支軸２ａに設けられたギア３２と噛み合っている。

３０はエンコーダ、３１はフォトインタラプタである。エンコーダ３０は固定軸３３に設けてあり、後述のカム３４と共に回転する。エンコーダ３０は切り欠き３０ａを有し、この切り欠きをフォトインタラプタ３１が検知することでカムの回転位置によって加圧ローラ４が加圧状態か離間状態かを判別している。

軸３３は基準部材７の一対の支持板７ｂに加圧ローラ４と平行に、かつ回転可能に支持されている。軸３３には切り欠きギア２５と、回転部材としての一対のカム３４と、被駆動ギア３５と、エンコーダ３０がそれぞれ取り付けられている。

３６はカム３４の従動子たる従動ローラであり、加圧ローラ４と平行に支持台５の一対の支持部５ｂに支持された可動軸３７に回転可能に支持されている。可動軸３７は基準部材７の支持部７ｂに設けられた縦長のガイド孔７ｂ１を貫通しており、このガイド孔に沿って可動軸３７と支持台５が上下移動するようになっている。支持台５と基準部材７との間には一対の加圧バネ７が配置してあり、加圧ローラ４と定着ローラ２とを加圧させ、かつカム３４と従動ローラ３６とを接触させるように支持台５を常時上方に付勢している。

カム３４は、定着ローラ２と加圧ローラ４とを加圧状態から離間状態へ移行させるためのカムリフト部３４ａと、離間状態から加圧状態へ移行させるためのカムダウン部３４ｂと、を有する。カム３４のカムリフト部３４ａには従動ローラ３６が接触している。カムリフト部３４ａとカムダウン部３４ｂの形状はカム３４の長径方向の中心線Ｓに対して対称である。

切り欠きギア２５は、定着ローラ２と加圧ローラ４とを離間状態から加圧状態へ移行させるための半円形状のギア部２５ａを有する。

本実施例の定着装置１において、モータ２４が正回転（矢示の反時計方向への回転）した場合はカム駆動用ギア２８がフリーになり、定着駆動ギア２９が定着ローラ２のギア３２に動力（回転駆動力）を伝達する。定着ローラ２はギア３２から動力を受けて矢示の時計方向へ回転駆動される。定着ローラ２に加圧されている加圧ローラ４は定着ローラから回転力を受けて矢示の反時計方向に従動回転する。

モータ２４が逆回転（矢示の時計方向への回転）した場合は定着駆動ギア２９がフリーになり、カム駆動用ギア２８が被駆動ギア３５に動力（回転駆動力）を伝達する。被駆動ギア３５はカム駆動用ギア２８から動力を受けて矢示の反時計方向へ回転する。これにより切り欠きギア２５と、カム３４と、エンコーダ３０が反時計方向へ回転される。

図７を参照して定着装置１の加圧・離間動作を説明する。[Ａ]は加圧状態を、[Ｂ]は離間状態を、[Ｃ]は離間状態から加圧状態への移行状態を、それぞれ表している。

[Ａ]に示すように、定着ローラ２と加圧ローラ４はニップ部Ｎに転写材Ｐが導入されていないときも加圧状態を維持している。この加圧状態において従動ローラ３６はカム３４のカムリフト部３４ａに接触している。またこの加圧状態においては切り欠きギア２５のギア部２５ａは従動ギア２７と噛み合っていない。そしてジャム処理などを行うためにモータ２４（図６）を逆回転させてカム３４と切り欠きギア２５を反時計方向へ回転させる。このカム３４の回転量に応じて従動ローラ３６はカムリフト部３４ａにより押し下げられ、支持台５は加圧バネ６を押し縮めながら従動ローラと共に下降し始める。これにより加圧ローラ４が定着ローラ２から離れ、定着ローラと加圧ローラは加圧状態から離間状態へと移行し始める。

カム３４がさらに回転してカムリフト部３４ａおよびカムダウン部３４ｂの共通の最長部３４ｃが従動ローラ３６と接触すると、切り欠きギア２５のギア部２５ａが従動ギア２７と噛み合う（[Ｂ]）。このとき加圧バネ６は支持台５により最も押し縮められ、定着ローラ２と加圧ローラ４は離間状態となる。この離間状態でカム３４の回転を止め、ジャム処理を行う。

[Ｂ]の離間状態からさらにカム３４が回転すると、カムダウン部３４ｂが従動ローラ３６と接触し始める。従動ローラ３６は加圧バネ７の付勢力によりカムダウン部３４ｂと接触されながら支持台５と共に上昇し始める。またカム３４が回転することで切り欠きギア２５も回転し、切り欠きギアの回転に応じて従動ギア２７は反時計方向へ回転し始める。そしてさらにカム３４が回転することで切り欠きギア２５を介して従動ギア２７がさらに回転される。従動ギア２７の回転は入力軸２６ａからダンパー２６に取り込まれる。ダンパー２６は従動ギア２７の回転に応じて従動ギアにカム３４の回転速度を減速させるための制動力を付与する（[Ｃ]）。従動ギア２７がダンパー２６から制動力を受けることでカム３の回転速度は減速する。このとき支持台５は加圧バネ６の急激な伸びを抑えながら上昇して[Ａ]の加圧状態の位置に戻る。これにより加圧ローラ４は加圧バネ６の付勢力により定着ローラ２に加圧される。

本実施例の定着装置１によれば、定着ローラ２と加圧ローラ４において離間状態から加圧状態へ移行させる場合に、従動ギア２７に対してダンパー２６からカム３４の回転速度を減速させるための制動力を付与することができる。これによって、定着ローラ２と加圧ローラ４とを離間状態から加圧状態へ移行させる場合に、定着ローラと加圧ローラとを加圧するときの衝撃を緩和できる。これにより、実施例１の定着装置と同様な効果を奏し得ることができる。

また、ダンパー２６は離間状態から加圧状態へ移行する場合に従動ギア２７に制動力を付与するため負荷（特に離間時の負荷）の適正化が図れ、モータ２４は低トルクで安価なものを用いることができる。

〔定着装置の変形例〕
本実施例の定着装置１においては、従動ギア２７がダンパー２６から制動力Ｂを受けるか、受けないかの選択を切り欠きギア２５を用いて行っているが、電磁クラッチを用いて行うこともできる。その一例を図８に示す。

４０は全歯ギア、４１は回転伝達部材としての電磁クラッチである。全歯ギア４０および電磁クラッチ４１は、それぞれ従動ギア２７とダンパー２６と共に制御手段を構成している。

全歯ギア４０は切り欠きギア２５（図７）に代えて軸３３に取り付けられる。全歯ギア４０は従動ギア２７と噛み合っており、軸３３によりカム３４(図７）と共に回転される。

電磁クラッチ４１の一方のクラッチ板４１ａを従動ギア２７の出力軸２７ａに取り付け、他方のクラッチ板４１ｂをダンパー２６の入力軸２６ａに取り付ける。

電磁クラッチ４１は定着ローラ２と加圧ローラ４とを加圧状態から離間状態へ移行させる場合にＯＦＦされ、離間状態から加圧状態へ移行させる場合にＯＮされる。電磁クラッチ４１はＯＦＦによりクラッチ板４１ａと４１ｂを分離させ、ＯＮによりクラッチ板４１ａと４１ｂを結合させる。クラッチ板４１ａと４１ｂが結合されることで従動ギア２７の回転をダンパー２６の入力軸２６ａに伝達する。

ダンパー２６は従動ギア２７の回転に応じて従動ギアにカム３４の回転速度を減速させるための制動力を付与する。これにより定着ローラ２と加圧ローラ４とを離間状態から加圧状態へ移行させる場合に、定着ローラと加圧ローラとを加圧するときの衝撃を緩和できる。

図９は第３の実施例の定着装置１の構成模型図、図１０は離間状態を示す図である。本実施例においても実施例１の定着装置の部材と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して再度の説明を省略する。

支持台５と基準部材７との間には加圧バネ７が配置してあり、加圧ローラ４と定着ローラ２とを加圧させるように支持台を常時上方に付勢している。

回転部材としてのカム４０は、定着ローラ２と加圧ローラ４とを加圧状態から離間状態へ移行させるためのカムリフト部４０ａと、離間状態から加圧状態へ移行させるためのカムダウン部４０ｂと、を有する。カムリフト部４０ａとカムダウン部４０ｂの形状はカム４０の長径方向の中心線Ｓ１に対して対称である。

カム４０の回転軸にはピニオンギア４１が用いられている。ピニオンギア４１はウオームギア４２と噛み合っている。ウオームギア４２には駆動源としてのモータ４３が連結してある。モータ２４は駆動制御部４４により回転駆動される。モータ２４は駆動制御部４４と共に制御手段を構成している。

本実施例の定着装置１においても、定着ローラ２と加圧ローラ４はニップ部Ｎに転写材Ｐが導入されていないときも加圧状態を維持している。この加圧状態においてカムリフト部４０ａおよびカムダウン部４０ｂの共通の最短部４０ｃが支持台５と接触している。そしてジャム処理などを行うためにモータ４３が駆動制御部４４により回転駆動される。

モータ４３が回転駆動されると、モータの回転に応じてウオームギア４２とピニオンギア４１が回転し、ピニオンギアの回転によりカム４０は時計方向に１８０°回転される。カム４０は回転過程においてカムリフト部４０ａで支持台５を押し下げ、カムリフト部４０ａおよびカムダウン部４０ｂの共通の最長部４０ｄが支持台５と接触したところで回転が停止される（図１０）。加圧バネ６は支持台５により最も押し縮められ、定着ローラ２と加圧ローラ４は離間状態となる。この離間状態でジャム処理を行う。

モータ４３が駆動制御部４４により再び回転駆動されると、モータの回転に応じてウオームギア４２とピニオンギア４１が回転し、ピニオンギアの回転によりカム４０が時計方向に１８０°回転される。カム４０は回転過程においてカムダウン部４０ｂが支持台５と接触しながら回転し、最短部４０ｃが支持台と接触したところで回転が停止される（図９）。このとき支持台５は加圧バネ６の急激な伸びを抑えながら上昇して加圧状態の位置に戻る。これにより加圧ローラ４は加圧バネ６の付勢力により定着ローラ２に加圧される。

モータ４３が回転駆動されたときウオームギア４２の特性より、モータの駆動力にてカム４０を回すことはできるけれども、逆回転防止機構が働くため加圧バネ６の反力によりカムが回されることは無い。

ただし、バックラッシやギアの歯面精度によるガタを無くすことはできないため、加圧ローラ４の加圧時に定着ロー２との接触直前にひとかみ合い程度の衝突が起こることがある。

加圧ローラ４が等速で定着ローラ２に加圧（接近）・離間を行う場合、衝突の大きさは衝突までの距離と関係なく衝突時の速度で決まってしまう。

そこで、本実施例では、駆動制御部４４によりモータ４３の駆動を制御して、カム４０により定着ローラ２と加圧ローラ４とを加圧状態から離間状態へ移行させる時間よりも離間状態から加圧状態へ移行させる時間を長くしている。

図１１に駆動制御部４４のモータ駆動シーケンスを示す。

横軸はモータ４３もしくはカム４０の回転時間、縦軸は角速度である。

横軸の回転時間で０からＴ１までがカムリフトに要する時間。すなわち加圧ローラ２の離間に要する時間である。Ｔ１からＴ４までがカムダウンに要する時間。すなわち加圧ローラ２の加圧（接近）に要する時間である。

波形（０→Ａ１→Ａ２→Ｔ１）で囲まれた面積［Ａ］と、波形（Ｔ１→Ｂ１→Ｂ２→Ｔ４）で囲まれた面積［Ｂ］はモータもしくはカムの回転角度に相当し、カムプロフィールがリフト側とダウン側で同じであれば面積［Ａ］と面積［Ｂ］は等しくなる。

回転時間０→ＴＡ１はカムリフトに要する加速時間であり、その間にモータは最大定格速度の８７．５％（Ａ１）まで達する。その後、回転時間ＴＡ１→ＴＡ２間では一定速度で回転し、ＴＡ１→Ｔ１で減速している。

減速時の加速度Ａ２／（ＴＡ２−Ｔ１）は増速時の加速度Ａ１／（ＴＡ１）とほぼ同じである。

図１１では回転時間Ｔ１にて角速度が０になった時点ですぐに次の加速が始まるように描いているけれど、実際にはＴ１では一時停止状態になる。

すなわち、面積［Ａ］のパターンでカムリフトし、図示していない定着ローラと加圧ローラが離間し、回転時間Ｔ１ではジャム処理などが行われている。その間、モータやカムは回転を一時停止している。

ジャム処理等が終了し画像形成装置が動作可能状態になると、図示していない動作信号などにより面積［Ｂ］のパターンが始まる。

面積［Ｂ］のパターンではカムダウンによる加圧動作が行われる。

Ｔ１→ＴＢ１の区間では面積［Ａ］のパターンと同じ加速が行われる。ただし、到達速度はモータの最大定格速度の５０％である。

Ｂ１→Ｂ２までわずかな一定速度の後、減速に入る。ただし、減速パターンは加速時の様に一定加速ではなく、徐々に角加速度を小さくしている。

このことによりカムプロフィールのもつ落差をよりなめらかにすることができる。

つまり、カムは一回転（＝３６０度）に割り当てられたリフト量変化でしかカムプロフィールを刻むことができない。そのため回転角当たりのリフト量変化に限界ができてしまい、リフト量変化が大きくならざるをえない。

本実施例ではカムリフト（面積［Ａ］のパターン）に対し、カムダウン（面積［Ｂ］のパターン）に要する回転時間を３倍長くしている。

このようにリフトとダウンで回転速度を変え、時間配分に偏差をもたせることでカムプロフィールをより緩やかにしたような効果を得ることができる。

また、図１１で示した面積［Ｂ］のパターンにおいて、回転時間ＴＢ２→Ｔ４へ至る減速パターンは直線ではない。すなわち一定の角加速度で減速するのではなく、指数関数的に角速度を変化させている。定常回転から減速し始める負の加速度がモータの回転時間に伴い小さくなっている。

本実施例の定着装置１によれば、定着ローラ２と加圧ローラ４とを加圧状態から離間状態へ移行させる時間よりも離間状態から加圧状態へ移行させる時間を長くできるので定着ローラと加圧ローラとを加圧するときの衝撃を緩和できる。これにより、実施例１の定着装置と同様な効果を奏し得ることができる。

本実施例ではカムリフトに対するカムダウンの回転時間を３倍に、カムダウン時の減速カーブを指数関数にしているが、本発明はこれら条件に限定されるわけではない。

本実施例では、カム４０は偏芯カムを用いており、回転方向が同一方向でも逆転方向でもほぼ同じ結果になる。またカム４０の全周を用いるのではなく、一部だけを用いてモータ４３を正逆両方向に制御する構成でもかまわない。

〔その他〕
本発明の加熱装置は、画像加熱定着装置としてばかりではなく、画像を担持した転写材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着処理する像加熱装置、シート状物を給送して乾燥処理・ラミネート処理する等の加熱装置など、広く被加熱材の加熱処理装置として使用できる。

画像形成装置の一例の概略模型図。 第１の実施例に係る定着装置の横断面側面模型図。 第１の実施例に係る定着装置の加圧・離間機構の外観斜視図。 第１の実施例に係る定着装置の加圧・離間機構の横断面側面模型図。 第１の実施例に係る定着装置の加圧・離間動作の説明図。 第２の実施例に係る定着装置の外観斜視図。 第２の実施例に係る定着装置の加圧・離間動作の説明図。 第２の実施例に係る定着装置の変形例の説明図。 第３の実施例に係る定着装置の構成模型図。 第３の実施例に係る定着装置の離間状態を示す図。 第３の実施例に係る定着装置の駆動制御部のモータ駆動シーケンスの説明図。 カムを用いた従来の常時加圧型の加圧・離間機構の説明図。 カムを用いた従来の常時加圧型の加圧力調整機構の説明図。 カムを用いた常時離間型の加圧・離間機構の説明図。 カムの回転位置による従動子の作用方向の説明図。

符号の説明

２‥‥定着ローラ、４‥‥加圧ローラ、３‥‥ハロゲンヒータ、５‥‥加圧ローラ支持台、６‥‥加圧バネ、７‥‥加圧基準部材、８‥‥ハンドル、１０‥‥トグルリンク、１１‥‥オイルダンパー、１２‥‥ダンパーオイル、１３‥‥シリンダー、１４‥‥ピストン、１４ａ‥‥ロッド、１６‥‥弾性部材、１７‥‥補助スプリング、２２‥‥サーミスタ、２４‥‥モータ、２５‥‥切り欠きギア、２６‥‥回転式ダンパー、２７‥‥従動ギア、２８‥‥カム駆動用ギア、２９‥‥定着ローラ用駆動ギア、３０‥‥エンコーダ、３１‥‥フォトインタラプタ、３４‥‥カム、３６‥‥従動ローラ、４３‥‥モータ、４２‥‥ウオームギア、４１‥‥ピニオンギア、４４‥‥駆動制御部。

Claims (9)

1. 加熱回転体と、前記加熱回転体と接してニップ部を形成する加圧回転体と、を有し、前記ニップ部で導入された被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する加熱装置において、
   前記加熱回転体と前記加圧回転体とを加圧する加圧部材と、前記加熱回転体と前記加圧回転体とを離間させる操作部材と、前記加熱回転体と前記加圧回転体とを前記操作部材により加圧状態から離間状態へ移行させる時間よりも前記加圧部材により離間状態から加圧状態へ移行させる時間を遅くする制御手段と、を有することを特徴とする加熱装置。
2. 前記制御手段は、前記加熱回転体と前記加圧回転体とを離間状態から加圧状態へ移行させるときの速度を減衰させる速度減衰手段であることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記速度減衰手段は、前記加熱回転体と前記加圧回転体とを加圧状態から離間状態へ移行させる場合に伸びが遅延し、離間状態から加圧状態へ移行させる場合に縮みが追従するダンパーとバネであることを特徴とする請求項２に記載の加熱装置。
4. 加熱回転体と、前記加熱回転体と接してニップ部を形成する加圧回転体と、を有し、前記ニップ部で導入された被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する加熱装置において、
   前記加熱回転体と前記加圧回転体とを加圧状態から離間状態へ移行させ、離間状態から加圧状態へ移行させる回転部材と、前記回転部材により前記加熱回転体と前記加圧回転体とを離間状態から加圧状態へ移行させるときの前記回転部材の回転速度を減速させる制御手段と、を有することを特徴とする加熱装置。
5. 前記制御手段は、前記回転部材と連動して回転する切り欠きギアと、前記加熱回転体と前記加圧回転体とを離間状態から加圧状態へ移行させるときに前記切り欠きギアと噛み合って回転する従動ギアと、前記従動ギアに連結され、前記従動ギアの回転に応じて前記従動ギアに前記回転部材の回転速度を減速させるための制動力を付与する回転式ダンパーと、を有することを特徴とする請求項４に記載の加熱装置。
6. 前記制御手段は、前記回転部材と連動して回転する全歯ギアと、前記全歯ギアと噛み合って回転する従動ギアと、前記加熱回転体と前記加圧回転体とを離間状態から加圧状態へ移行させるときに前記従動ギアの回転の伝達を行う回転伝達部材と、前記回転伝達部材により伝達された前記従動ギアの回転に応じて前記従動ギアに前記回転部材の回転速度を減速させるための制動力を付与する回転式ダンパーと、を有することを特徴とする請求項４に記載の加熱装置。
7. 加熱回転体と、前記加熱回転体と接してニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で導入された被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する加熱装置において、
   前記加熱回転体と前記加圧回転体とを加圧状態から離間状態へ移行させ、離間状態から加圧状態へ移行させる回転部材と、前記回転部材により前記加熱回転体と前記加圧回転体とを加圧状態から離間状態へ移行させる時間よりも離間状態から加圧状態へ移行させる時間を長くする制御手段と、を有することを特徴とする加熱装置。
8. 前記制御手段は、前記回転部材を回転させる駆動源と、前記加熱回転体と前記加圧回転体とを加圧状態から離間状態へ移行させるときの前記駆動源の回転時間に対し、離間状態から加圧状態へ移行させるときの前記駆動源の回転時間を長くする駆動制御部と、を有することを特徴とする請求項７に記載の加熱装置。
9. 前記加熱回転体と前記加圧回転体は、前記ニップ部に被加熱材が導入されていないときも加圧状態を維持していることを特徴とする請求項１、４または７に記載の加熱装置。