JP2010128132A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組付け性および耐久性に優れた制動手段を備えた定着装置を提供する。
【解決手段】定着装置９の切換手段４０におけるカム４４の加速領域ａで、該カム４４の下りカム面がカムフォロワ４５に摺接すると、制動手段６０における剛性ローラ６１の制動領域Ａ_１の周面が弾性ローラ６２に圧接して、前記カム４４の駆動に対して制動が掛けられる。剛性ローラ６１の遊動領域Ａ_２では、その周面が弾性ローラ６２と非接触となって剛性ローラ６２が遊転する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファックス等、およびこれら複合機等の画像形成装置に用いられる定着装置およびこれを用いた画像形成装置に関する。

画像形成装置における定着装置では、一対の定着ローラ間には一定の圧力が掛けられているため、非通紙時にはその圧力を解除しないとローラに凹み等の履歴が残り、画像不良等を引き起こす。

そこで、一般的には付勢手段とカム部材とを備えた切換え手段を用いて、前記一対の定着ローラの圧接状態と離間状態とを切換えられるようにしている。

しかし、前記切換え手段にあっては、前記カム部材における前記付勢手段の付勢力が減少する下りカム面、即ち、前記一対の定着ローラの圧解除から圧着に移行する部分では、前記付勢手段の付勢荷重による加速を受け、前記カム部材を含む動力伝達系は急激な運動を行うこととなり、その結果、異常音や振動および部品の破損等を発生する可能性がある。

このような不具合対策として、従来では例えば特許文献１に示されているように、切欠歯車とトルクリミッタとの組合わせを用いた制動手段や、特許文献２に示されているように、剛性ローラと弾性ローラとの組合わせを用いた制動手段により、前記カム部材の駆動に制動を掛けるようにしている。
特開２００３−２８０３０８号公報 特開２００６−１２６４６７号公報

前者の切欠歯車とトルクリミッタとの組合わせを用いた制動手段では、構造が複雑で、しかも、高価なトルクリミッタを使用するためコスト的に不利となってしまう。また、後者の剛性ローラと弾性ローラとの組合わせを用いた制動手段では、前記一対の定着ローラの圧着荷重が大きいと、それだけ前記剛性ローラと弾性ローラとの押し付け力を増大させる必要があって、これら剛性ローラと弾性ローラの組付け性が悪くなってしまう。しかも、常に弾性ローラが潰れていることによる該弾性ローラの変形，耐久等の問題が発生する。

そこで、本発明は構成が簡単で、コストが安く、しかも、組付け性および耐久性にも優れた制動手段を備えた定着装置を提供するものである。

本発明は、付勢手段とカム部材とを備えて、一対の定着ローラの圧接状態と離間状態とを切換える切換手段と、前記カム部材と同期回転する剛性ローラと、該剛性ローラに圧接して従動する弾性ローラとを備えて、前記カム部材の駆動に対して制動を掛ける制動手段と、を備えた定着装置であって、前記剛性ローラは、前記カム部材における前記付勢手段の付勢力が減少して加速領域となる下りカム面に対応した位相に設定されて、前記弾性ローラと圧接する制動領域と、前記弾性ローラと非接触となる遊動領域と、を有する非円形に形成されていることを主要な特徴としている。

前記カム部材の加速領域で、該カム部材の下りカム面が相手カムフォロワに摺接すると、前記制動手段における剛性ローラの制動領域の周面が弾性ローラに圧接して、前記カム部材の駆動に対して制動が掛けられる。そして、前記剛性ローラの遊動領域では、その周面が前記弾性ローラと非接触となって該剛性ローラが遊転する。

本発明によれば、前記切換手段におけるカム部材が加速領域に入ると、前記制動手段における剛性ローラの制動領域の周面が弾性ローラに圧接して、前記カム部材の駆動に対して制動が掛けられるため、前記付勢手段の付勢力によって該カム部材を含む動力伝達系が急激に運動するのを回避することができる。

そして、前記剛性ローラの遊動領域では、該剛性ローラが弾性ローラと非接触となって遊転するため、前記剛性ローラの制動領域の周面に対する該弾性ローラの圧接箇所が常に一定となることがなく、これにより、該弾性ローラの変形を防止して耐久性を向上することができる。

また、前記剛性ローラの遊動領域の位相では、前述のように弾性ローラと非接触となるので、この位置で剛性ローラおよび弾性ローラを容易に組付けることができて、これら剛性ローラと弾性ローラとの組付け性を改善することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面と共に詳述する。

図１は本発明に係る定着装置が用いられる画像形成装置の全体構成を示す説明図、図２は定着装置の全体斜視図、図３は切換え手段の圧着状態切換え時（Ａ）と、離間状態切換え時（Ｂ）とを示す作動説明図、図４は定着装置の駆動モータを含む駆動系を示す斜視図、図５は図２における制動手段の配設部分を拡大して示す斜視図、図６は制動手段の遊動状態（Ａ）と、制動状態（Ｂ）とを示す作動説明図である。

図１に示す画像形成装置は、画像形成部ＧＨ、画像読取装置ＹＳ等で構成される。画像形成部ＧＨは、タンデム型カラー画像形成部と称せられるもので、複数組の画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ、中間転写体６、二次転写部７Ａ等で構成される。

画像形成部ＧＨの上部には、自動原稿送り装置５０１と走査露光装置５０２からなる画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置５０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送部により搬送され、走査露光装置５０２の光学系により原稿の片面または両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。

ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換された画像信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光部３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに送られる。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｙは、ドラム状の感光体１Ｙの周囲に帯電部２Ｙ、露光部３Ｙ、現像部４Ｙ、一次転写部７Ｙおよびクリーニング部８Ｙを有する。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｍは、ドラム状の感光体１Ｍの周囲に帯電部２Ｍ、露光部３Ｍ、現像部４Ｍ、一次転写部７Ｍおよびクリーニング部８Ｍを有する。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｃは、ドラム状の感光体１Ｃの周囲に帯電部２Ｃ、露光部３Ｃ、現像部４Ｃ、一次転写部７Ｃおよびクリーニング部８Ｃを有する。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成ユニット１０Ｋは、ドラム状の感光体１Ｋの周囲に帯電部２Ｋ、露光部３Ｋ、現像部４Ｋ、一次転写部７Ｋおよびクリーニング部８Ｋを有する。そして、帯電部２Ｙと露光部３Ｙ、帯電部２Ｍと露光部３Ｍ、帯電部２Ｃと露光部３Ｃ、および帯電部２Ｋと露光部３Ｋは、潜像形成部を形成する。

なお、現像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）および黒（Ｋ）のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を収容している。

中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。定着装置９は、一対の定着ローラとしての加熱ローラ９２および加圧ローラ９３を有し、加熱ローラ９２と加圧ローラ９３との間に形成されたニップ部で用紙Ｐ上のトナー像を加熱および加圧して定着する。

画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにより形成された各色のトナー像は、回動する中間転写体６上に一次転写部７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより逐次転写され、中間転写体６上に各色のトナー像が重ね合わされたカラートナー像が形成される。

給紙トレイ２１内に収容された用紙Ｐは、給紙部２０の給紙ローラ２２により１枚毎に分離され、給紙ローラ２３を経て、停止状態にあるレジストローラ２４へ給紙される。レジストローラ２４で一旦停止され、用紙Ｐの先端と中間転写体６上のトナー像との位置が一致するタイミングで、レジストローラ２４が回転を開始することにより二次転写部７Ａに給紙され、用紙Ｐ上にカラートナー像が二次転写される。カラートナー像が転写された用紙Ｐは定着装置９において加熱および加圧され、用紙Ｐ上にカラートナー像が定着される。その後、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。

一方、二次転写部７Ａにより用紙Ｐにカラートナー像を転写した後、用紙Ｐを曲率分離した中間転写体６は、中間転写体クリーニング部８Ａにより残留トナーが除去される。

なお、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であるが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよい。

次に、定着装置９の構成を図２，図３にもとづいて以下に詳述する。

加熱ローラ９２は、中空に形成されていて内部にヒータランプ９４を備えていると共に、外周面に耐熱性のゴム，合成樹脂等からなる弾性材層９５を備えている。この加熱ローラ９２は、一対のフレーム３０，３０に回転自在に軸支されている。

加圧ローラ９３は、加熱ローラ９２の下側で該加熱ローラ９２に対して接離可能に配設されている。

この加圧ローラ９３は、その両端が前記フレーム３０，３０に設けられた一対の切換手段４０に支持され、該切換手段４０により図３（Ａ）に示す圧着状態と、図３（Ｂ）に示す離間状態とに切換えられる。図３（Ｂ）では加熱ローラ９２と加圧ローラ９３とが完全に離間はしていないが、接触圧がほぼ０の状態として示している。

一対の切換手段４０は、それぞれ加圧ローラ９３の端部を回転自在に支持した揺動アーム４１と、カム機構４２とを備えている。

各揺動アーム４１は、その上端が支軸４３により隣接するフレーム３０に回転自在に連結され、下端がフレーム３０との間に張設した付勢手段であるバネ４７により上方へ付勢されている。

カム機構４２は、一対のフレーム３０，３０に跨って回転自在に架設したカム軸４６に固定されたカム４４と、揺動アーム４１の下端部に回転自在に軸支されたカムフォロワとしてのコロ４５とから成る。カム４４は、円形の周面の一部に略「くの字」状の窪み４４ａを有している。窪み４４ａがコロ４５に対向した位置では図３（Ａ）に示すようにコロ４５と離間し、加圧ローラ９３を加熱ローラ９２に圧着させて所定の定着圧が得られる圧着状態への移動を許容し、窪み４４ａがコロ４５から回転方向に離れると、図３（Ｂ）に示すようにコロ４５と摺接して、加圧ローラ９３を加熱ローラ９２との接触圧が０となる離間状態に押し下げるようにしている。

前記加熱ローラ９２と切換手段４０とは、１基の正・逆転可能な駆動モータ５０と、駆動伝達機構５１とによって駆動される。

前記駆動伝達機構５１は、図４に示すように駆動モータ５０の出力軸５０Ａと、加熱ローラ９２および切換手段４０のカム軸４６との間に設けられた複数の歯車５１Ａ〜５１Ｎの噛合連結により構成されている。

歯車５１Ａは前記出力軸５０Ａに固定され、歯車５１Ｋと５１Ｎが前記加熱ローラ９２とカム軸４６に固定され、他の歯車５１Ｂ〜５１Ｊ、５１Ｌ、５１Ｍがそれぞれ中間歯車とされている。歯車５１Ｂと５１Ｃ、歯車５１Ｄと５１Ｅ、歯車５１Ｌと５１Ｍ、がそれぞれ一体に形成され、歯車５１Ｇと５１Ｈ，５１Ｉが同軸上に配設されている。そして、歯車５１Ａと５１Ｂ、５１Ｃと５１Ｄ、５１Ｅと５１Ｆ、５１Ｆと５１Ｇが噛合連結される。また、歯車５１Ｈと５１Ｌ、５１Ｍと５１Ｎが噛合連結され、歯車５１Ｉと５１Ｊ、５１Ｊと５１Ｋが噛合連結される。

前記歯車５１Ａ〜５１Ｎのうち、歯車５１Ｇと同軸上に配置した５１Ｈと５１Ｉは、それぞれ機械式のワンウェイクラッチで構成されている。ワンウェイクラッチ５１Ｈは、駆動モータ５０の正回転時に空転し、逆転時に回転して駆動力を歯車５１Ｌ側に伝達する。ワンウェイクラッチ５１Ｉは、駆動モータ５０の逆回転時に空転し、正回転時に回転して駆動力を歯車５１Ｊ側に伝達する。即ち、ワンウェイクラッチ５１Ｈと５１Ｉは、駆動モータ５０の正回転時と逆回転時とで、駆動力を加熱ローラ９２側と切換手段４０側とに伝達変換する駆動力伝達変換手段５２を構成するもので、駆動モータ５０の正回転時にワンウェイクラッチ５１Ｉから歯車５１Ｊ，５１Ｋを経由して加熱ローラ９２を所定の減速比で回転し、駆動モータ５０の逆回転時にワンウェイクラッチ５１Ｈから歯車５１Ｌ，５１Ｍ，５１Ｎを経由してカム軸４６を所定の減速比で回転するようにしている。

これにより、駆動モータ５０の正回転駆動時には、その駆動力は駆動伝達機構５１におけるワンウェイクラッチ５１Ｉにより加熱ローラ９２側に伝達され、図３（Ａ）に示すように加熱ローラ９２と加圧ローラ９３とが圧着して回転する通常の定着動作が行われる。

また、駆動モータ５０が逆転駆動されると、その駆動力は駆動伝達機構５１におけるワンウェイクラッチ５１Ｈにより切換手段４０のカム軸４６側に伝達され、カム４４が回転して揺動アーム４１のコロ４５を下方に押動する。これにより、該揺動アーム４１がバネ４７の付勢力に抗して図３（Ｂ）に示すように押し下げられ、加圧ローラ９３が加熱ローラ９２に対して接触圧が０となる離間位置に移動する圧接離間動作が行われる。前記カム軸４６の角回動は、例えば図２に示したフォトセンサ６６によって検出され、この検出信号にもとづいて駆動モータ５０の逆回転量が制御される。

ここで、前記駆動モータ５０の逆回転駆動時におけるカム４４の駆動は、制動手段６０によって制動が掛けられる。

この制動手段６０は、前記カム４４と同期回転する剛性ローラ６１と、外周面にゴム，合成樹脂等の弾性材層６３を備えて前記剛性ローラ６１に圧接して従動する弾性ローラ６２とで構成されている。

本実施形態では、図２，図５に示すように前記制動手段６０は、前記駆動伝達機構５１を配設した側と反対側のフレーム３０の外面に配設されている。具体的には、前記剛性ローラ６１は、前記カム軸４６の前記フレーム３０を貫通した突出部分に固定されている一方、前記弾性ローラ６２は、前記フレーム３０に固設した支軸６４に回転自在に軸支されている。これらカム軸４６および支軸６４の各軸端は、前記フレーム３０の外面に固設した略コ字形のブラケット６５により軸支して、前記剛性ローラ６１と弾性ローラ６２とを、このフレーム３０とブラケット６５とにより両持ち支持構造として、支持剛性が高められている。

前記カム機構４２は、図３（Ｂ）に示すようにカム４４とコロ４５とが圧接して該カム４４の回転方向で下りカム面となる部分では、前記バネ４７のバネ荷重が減少して行くが、該カム４４はこのバネ荷重により加速を受ける加速領域ａとなる。

従って、前記制動手段６０は、少なくとも前記カム４４の加速領域ａで該カム４４の駆動に対して制動を掛けられる構成であれば十分である。

そこで、前記制動手段６０における剛性ローラ６１は、図６に示すように前記カム４４の下りカム面に対応した位相に設定されて、前記弾性ローラ６２と圧接する制動領域Ａ_１と、前記弾性ローラ６２と非接触となる遊動領域Ａ_２と、を有する非円形に形成されている。

前記剛性ローラ６１の制動領域Ａ_１では、該剛性ローラ６１の周面が前記弾性ローラ６２に圧接して所定の制動力が得られる半径に形成され、遊動領域Ａ_２ではこの制動領域Ａ_１における半径よりも小さな半径に形成されて、弾性ローラ６２と非接触とされる。

本実施形態では、前記剛性ローラ６１は、その回転方向で制動領域Ａ_１の大半径の円周面６１ａの前方に略楕円状周面６１ｃを介して前記遊動領域Ａ_２の小半径の円周面６１ｂがなだらかに連続する形状に形成されている。また、この剛性ローラ６１の制動領域Ａ_１に回転方向で後方に続く周面には、前記弾性ローラ６２の圧縮力を緩和する窪設部６１ｄが形成されている。

以上の構成からなる本実施形態の定着装置９にあっては、非通紙時に前記駆動モータ５０が逆回転駆動されてその動力が前述のようにカム軸４６に伝達されることにより、カム機構４２のカム４４が図３（Ａ）の状態から同図（Ｂ）の状態に回転して揺動アーム４１のコロ４５を下方に押動する。これにより、加圧ローラ９３がバネ４７のバネ力に抗して加熱ローラ９２に対して接触圧が０となる離間位置に移動される。

このカム４４の前記バネ４７のバネ荷重が増大する登りカム面の位相は、図６（Ａ）に示すように前記制動手段６０の剛性ローラ６１における遊動領域Ａ_２の周面に対応しており、従って、該剛性ローラ６１は弾性ローラ６２と非接触状態にあって、前記カム４４の駆動に対する制動力は発生しない。

一方、定着装置９の起動に先立って、前記駆動モータ５０が再度逆回転駆動されると、図３（Ｂ）に示すように前記カム４４の下りカム面が前記コロ４５に摺接するようになる。このカム４４の下りカム面の位相では、前記バネ４７のバネ荷重が減少して行くが、このバネ４７のバネ荷重はカム４４の回転力を増大する方向に作用して、カム４４の加速領域ａとなる。

このカム４４の加速領域ａでは、図６（Ｂ）に示すように前記制動手段６０の剛性ローラ６１における制動領域Ａ_１の周面が弾性ローラ６２に圧接、つまり、弾性ローラ６２の弾性材層６３に食い込むようにして回転して該弾性ローラ６２が従動し、前記カム４４の駆動に対して制動が掛けられる。

前記弾性ローラ６２の弾性材層６３に対する剛性ローラ６１の食い込み量は、前記バネ４７のバネ荷重、つまり、前記加熱ローラ９２と加圧ローラ９３との圧接荷重に応じて調整され、この圧接荷重が大きければ前記弾性材層６３に対する食い込み量を大きくして制動力が高められる。

このようにして、カム４４の加速領域ａでは、制動手段６０における剛性ローラ６１の制動領域Ａ_１の周面が弾性ローラ６３に圧接して、前記カム４４の駆動に対して制動が掛けられるため、前記バネ４７のバネ力によってカム機構４２および駆動伝達機構５１が急激に運動するのが回避され、異常音や振動および部品の破損等を防止することができる。

一方、前述のように前記剛性ローラ６１の遊動領域Ａ_２では、該剛性ローラ６１が弾性ローラ６２と非接触なって遊転するため、前記剛性ローラ６１の制動領域Ａ_１の周面に対する弾性ローラ６２の圧接箇所が常に一定となることがなく、これにより、該弾性ローラ６２の変形を防止して耐久性を向上することができる。

また、前記剛性ローラ６１の遊動領域Ａ_２の位相では、前述のように弾性ローラ６２と非接触となるので、この位置で剛性ローラ６１と弾性ローラ６２との組付け、または弾性ローラ６２の交換を容易に行うことができて、ローラ組付け性を改善することができる。

特に、本実施形態では前記制動手段６０を、駆動伝達機構５１と反対側でフレーム３０の外面側に配設してあるので、より一層ローラ組付け作業を容易とすることができる。

ここで、本実施形態にあっては、前記制動手段６０における剛性ローラ６１は、前記カム４４の下りカム面に対応した位相の制動領域Ａ_１に回転方向で後方に続く周面に、前記弾性ローラ６２の圧縮力を緩和する窪設部６１ｄが形成されている。このため、前記剛性ローラ６１が図６（Ｂ）に示す制動領域Ａ_１から遊動領域Ａ_２に入る過程で、該剛性ローラ６１の大径の周面６１ａと前記窪設部６１ｄとの境の部分６１ｅが弾性ローラ６２の最大圧縮点近傍に到達すると、該境界部分６１ｅに続く窪設部６１ｄの存在により弾性ローラ６２の圧縮力が漸次緩和される。

これにより、弾性ローラ６２の圧縮力、即ち、弾性復元力が剛性ローラ６１の回転を増速させる方向に作用するのを抑制して、前記制動領域Ａ_１から遊動領域Ａ_２への移行時に、例えば前記駆動伝達機構５１の歯車噛合列におけるバックラッシや、各機構部に不可避的に生じる微少クリアランスの存在により急激な動作が発生するのを回避して、異常音や振動の防止効果をより一層高めることができる。

前記実施形態では制動手段６０を駆動伝達機構５１の反対側におけるフレーム３０の外面側に、カム軸４６と関連して配設しているが、これは勿論、駆動伝達機構５１の配設側のフレーム３０に前記カム軸４６と関連して配設してもよく、この場合、制動手段６０を駆動伝達機構５１の配設エリア内にレイアウトできるため、外部への出張りをなくすことができる。また、この制動手段６０は１つに限らず、複数個を配設するようにしてもよい。

更に、剛性ローラ６１の制動領域Ａ_１は、カム４４の下りカム面に対応した位相周面に設定しているが、遊動領域Ａ_２を一部に残して該制動領域Ａ_１を拡大して形成してもよい。

本発明に係る定着装置が用いられる画像形成装置の全体構成を示す説明図。 本発明に係る定着装置の全体斜視図。 切換手段の圧着状態切換え時（Ａ）と、離間状態切換え時（Ｂ）と、を示す作動説明図。 定着装置の駆動モータを含む駆動系を示す斜視図。 図２における制動手段の配設部分を拡大して示す斜視図。 制動手段の遊動状態（Ａ）と、制動状態（Ｂ）とを示す作動説明図。

符号の説明

９…定着装置
９２…加熱ローラ（定着ローラ）
９３…加圧ローラ（定着ローラ）
４０…切換手段
４２…カム機構
４４…カム（カム部材）
４５…コロ（カムフォロワ）
４６…カム軸
４７…バネ（付勢手段）
５０…駆動モータ
５１…駆動伝達機構
６０…制動手段
６１…剛性ローラ
６２…弾性ローラ
ａ…カムの加速領域
Ａ_１…剛性ローラの制動領域
Ａ_２…剛性ローラの遊動領域

Claims (3)

1. 付勢手段とカム部材とを備えて、一対の定着ローラの圧接状態と離間状態とを切換える切換手段と、
   前記カム部材と同期回転する剛性ローラと、該剛性ローラに圧接して従動する弾性ローラとを備えて、前記カム部材の駆動に対して制動を掛ける制動手段と、を備えた定着装置であって、
   前記剛性ローラは、前記カム部材における前記付勢手段の付勢力が減少して加速領域となる下りカム面に対応した位相に設定されて、前記弾性ローラと圧接する制動領域と、前記弾性ローラと非接触となる遊動領域と、を有する非円形に形成されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記剛性ローラは、前記カム部材の下りカム面に対応した位相の制動領域に回転方向で後方に続く周面に、前記弾性ローラの圧縮力を緩和する窪設部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 画像形成部と前記請求項１または２の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

Images