JP2023110476A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化を実現するとともに構成部材の破損による耐久性の低下を防止可能な定着装置を提供する。【解決手段】一対のローラと、一端が軸支され、他端にスプリング１５が係止され、一対のローラの一方を他方へ押圧する揺動可能な加圧レバー１０と、一対のローラの圧接状態を保持する位置と解除する位置の間で加圧レバー１０を変位させるカム部材２０と、加圧レバー１０のカム部材２０により押圧される被押圧部分に配設されるカム受け部材３０と、を備え、カム受け部材３０は、凹部が被押圧部分を被覆するように加圧レバー１０と嵌合する断面略コの字形状であり、加圧レバー１０の長手方向と直交する幅方向において、カム部材２０とカム受け部材３０が接触する領域の長さＷが加圧レバーの厚みｔの３倍以上７倍以下であり、かつカム受け部材３０を介したカム部材２０による押圧力の荷重の中心Ｌが加圧レバー１０の厚みの中心Ｃと一致する定着装置。【選択図】図１

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載される定着装置として、加熱ローラと加圧ローラとを備え、これらが互いに圧接して形成された定着ニップに記録媒体を通過させ、該記録媒体上の画像を熱と圧力によって定着させるものが知られている。

このような定着装置における加圧ローラの加圧／脱圧機構は、加圧レバーを作動させるための複数の部材で構成されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特許文献１には、加圧機構として加圧アームおよび回動アームを有し、カムとカムフォロワで加圧脱圧動作を行い、加圧ローラが定着ローラに近づきすぎないためのストッパ機構を備え、調整レバーと調整ねじによって加圧力（軸間距離）が抑制される構成の定着装置が開示されている。
特許文献２には、加圧レバーと、解除レバーと、加圧レバーの付勢する方向に抗して加圧解除方向に回動させるための部材と、定着装置を載置台に固定する固定レバーと、解除レバーの回動に連動させる連結部材とを備え、加圧解除に連動させて定着装置の固定解除を可能にした構成が開示されている。

近年、画像形成装置では省スペース化とコストダウンが求められており、搭載される定着装置においても同様である。しかしながら、特許文献１の定着装置では、加圧脱圧機構を構成する部品点数が多く、複雑な構成となり、これらを配置させるスペースが必要になっている。また、特許文献２の定着装置では、定着装置を取り出すときにのみ動作する圧解除レバーのために本体内のスペースを要する構成となっている。

さらに、特許文献２の定着装置では、ジャム処理時に定着装置を本体から取り出す際に、解除レバーと圧解除カムが連動して圧力を解除するよう動作して脱圧状態となるように構成されているため、装着時には定着部材および加圧部材へ連続的に負荷がかることにより部材の圧縮歪によるニップ部の変形や部品寿命など耐久性の問題があった。

定着装置において省スペース化を実現するために、構成部品の小型化や薄型化を図ることが考えられるが、一方で強度低下等に起因した不具合を生じるおそれがある。特に、省スペースのために一枚の板金部材で加圧レバーを構成した場合、カム部材の押圧を受ける部位では、繰り返し受ける荷重によって部材の変形や破損等を招く可能性があり（図８参照）、定着装置の耐久性を低下させるという課題がある。

そこで本発明は、省スペース化を実現するとともに構成部材の破損による耐久性の低下を防止可能な定着装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の定着装置は、接離自在に相互に圧接し、記録媒体を挟持搬送する一対のローラと、一端が軸支され、他端にスプリングが係止され、前記一対のローラの一方を他方へ押圧する揺動可能な加圧レバーと、前記一対のローラの圧接状態を保持する位置と解除する位置の間で前記加圧レバーを変位させるカム部材と、前記加圧レバーの前記カム部材により押圧される被押圧部分に配設されるカム受け部材と、を備え、前記カム受け部材は、凹部が前記被押圧部分を被覆するように前記加圧レバーと嵌合する断面略コの字形状であり、前記加圧レバーの長手方向と直交する幅方向において、前記カム部材と前記カム受け部材が接触する領域の長さが前記加圧レバーの厚みの３倍以上７倍以下であり、かつ前記カム受け部材を介した前記カム部材による押圧力の荷重の中心が前記加圧レバーの厚みの中心と一致することを特徴とする。

本発明によれば、省スペース化を実現するとともに構成部材の破損による耐久性の低下を防止可能な定着装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る定着装置の概略構成図である。 加圧レバーとカム受け部材の寸法の説明図である。 加圧レバーとカム受け部材の寸法の関係と破損の有無を示す表である。 カバー部材と中間部材で構成されるカム受け部材の一例を示す説明図である。 カバー部材と中間部材の寸法の説明図である。 カバー部材と中間部材で構成されるカム受け部材の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 従来の定着装置の一例を示す概略構成図である。

以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

［定着装置］
図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る定着装置の概略構成を示す側面図であり、図１（Ｂ）及び図２は図１（Ａ）中のＡ－Ａで示す部位の断面模式図である。
本実施形態の定着装置は、図１（Ａ）に示すように、接離自在に相互に圧接し、記録媒体を挟持搬送する一対のローラ１，２と、一端が軸支され、他端にスプリング１５が係止され、一対のローラの一方（符号２で示すローラ）を他方（符号１で示すローラ）へ押圧する揺動可能な加圧レバー１０と、一対のローラ１，２の圧接状態を保持する位置と解除する位置の間で加圧レバー１０を変位させるカム部材２０と、加圧レバー１０のカム部材２０により押圧される被押圧部分に配設されるカム受け部材３０と、を備えている。

一対のローラ１，２は、ヒータ等の加熱手段６により加熱される加熱ローラ１と、加圧レバー１０により加熱ローラ１に向かって押圧される加圧ローラ２からなる。
本実施形態の定着装置が電子写真方式の画像形成装置に搭載される態様において、加熱ローラ１は、定着ローラとよばれることがある。

加熱ローラ３の表面近傍には、温度検知部材が配設されている。また、定着装置に搬送されてきた被搬送体である記録媒体をローラ間に導く入口ガイド板４と、ローラ間から排出された記録媒体を分離する分離爪５を備えている。

加圧レバー１０は一枚の板金部材からなり、軸支され回動中心となる支点１２と、スプリング１５を係止するフック部１３を有している。加圧レバー１０は、スプリング１５の弾性力によって加圧ローラ２を押圧する。

長手方向（図１（Ａ）のＸ方向）において加圧ローラ２とフック部１３との間に、カム部材２０とカム受け部材３０が配設されている。
加圧レバー１０はカム部材２０の正逆回転動作により作動する。カム部材２０が加圧レバー１０をスプリング１５の作用に抗して回動させる（押し下げる）ことにより、加圧ローラ２への加圧が解除される。一方、カム部材２０の下死点において、スプリングの１５の弾性力により加圧レバー１０が加圧ローラ２を押圧する。

図１（Ｂ）、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、加圧レバー１０の加圧レバー１０の長手方向と直交する幅方向のＡ－Ａ断面図である。
カム受け部材３０は、凹部が被押圧部分を被覆するように加圧レバー１０と嵌合する断面略コの字形状の部材であり、加圧レバー１０の幅方向の板厚を囲むように設けられる。
また、カム受け部材３０は、加圧レバー１０の長手方向（図１（Ａ）のＸ方向）と直交する幅方向（図１（Ｂ）のＹ方向）において、カム部材２０とカム受け部材３０が接触する領域の長さＷが加圧レバー１０の厚みｔの３倍以上７倍以下であり、かつカム受け部材３０を介したカム部材２０による押圧力の荷重の中心Ｌが加圧レバー１０の厚みの中心Ｃと一致するように配設される。

図２（Ａ）は、カム部材２０とカム受け部材３０が接触する領域の長さＷが加圧レバー１０の厚みｔの３倍である例を示している。
カム受け部材３０のコの字形状を構成する各辺の厚みｗａは、カム受け部材３０の厚みｔと等しく（ｗａ＝ｔ）、その結果、カム部材２０との対向面であって接触して荷重を受ける領域の幅方向の長さがカム受け部材３０の厚みの３倍（Ｗ＝３ｔ）となっている。
図２（Ｂ）は、カム部材２０とカム受け部材３０が接触する領域の長さＷが加圧レバー１０の厚みｔの７倍である例を示している。
カム受け部材３０のコの字形状を構成する各辺の厚みｗｂは、カム受け部材３０の厚みｔの３倍であり（ｗｂ＝３ｔ）、その結果、カム部材２０との対向面であって接触して荷重を受ける領域の幅方向の長さがカム受け部材３０の厚みの７倍（Ｗ＝７ｔ）となっている。

カム受け部材３０は、図２に示したように、コの字形状を構成する各辺が均一な厚みで形成されている。偏肉部を設けず均一な厚みとすることで、部材の成形時におけるそり、ひけ、及びボイド等の成形不良の発生を低減し、部材の強度低下を防止することができる。

図８は、従来の定着装置の構成の一例を示した図である。
図８の例では、省スペース化のため一枚の板金部材で構成された加圧レバー１０において、カム部材２０から押圧される被押圧部に曲げ加工部３５が形成されている。カム部材２０による押圧力の荷重の中心Ｌは、本実施形態の例と異なり、加圧レバー１０の厚みの中心と一致しておらず、支点１２から離れているため、曲げ加工部３５には矢印Ｂで示す方向に倒れる力が発生する。これにより、加圧レバー１０の支点１２には不要な負荷による引っ掛かりが生じ、加圧レバー１０の円滑な動作が妨げられる。また、カム部材２０の荷重を受ける部位は、繰り返し受ける荷重による強度の低下や破損等を招く可能性があり、部材の耐久性、ひいては定着装置の耐久性を低下させるおそれがある。

これに対し、図１及び図２に示す本実施形態の構成によれば、省スペース化を実現するとともに構成部材の破損による耐久性の低下を防止可能な定着装置を提供することができる。

図３は、加圧レバー１０とカム受け部材３０の寸法の関係と破損の有無を示した表である。詳しくは、加圧レバー１０の長手方向と直交する方向における厚みｔと、カム部材２０とカム受け部材３０との接触領域の長さＷについて、それぞれ５段階の水準を設け、各水準の組み合わせにおいてカム部材２０がカム受け部材３０に一定の荷重をかけた場合のカム受け部材３０の破損の発生を調べた結果を示したものである。

加圧レバー１０の厚みｔ（ｔ１～ｔ５）は、０＜ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５の関係を満たす値である。また、カム部材２０とカム受け部材３０との接触領域の長さＷ（Ｗ１～Ｗ５）は、０＜Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜Ｗ４＜Ｗ５の関係を満たす値である。
表中、破損が生じなかった組み合わせを「〇」、軽微な損傷・破損がみられた組み合わせを「△」、破損が生じた組み合わせを「×」で表している。
なお、本実施形態において、カム受け部材３０はＰＯＭ、ＰＡ、ＰＰＳ等の樹脂材料で形成された部材である。

表中の「〇」は、いずれも、加圧レバー１０の厚みｔと、カム部材２０とカム受け部材３０との接触領域の長さＷとの比率Ｋ（＝Ｗ／ｔ）が３以上となる組み合わせであった。「△」及び「×」はいずれも、比率Ｋ（＝Ｗ／ｔ）が３未満となる組み合わせであった。
以上の結果から、カム部材２０とカム受け部材３０が接触する領域の長さＷを加圧レバー１０の厚みｔの３倍以上とし、かつカム受け部材３０を介したカム部材２０による押圧力の荷重の中心Ｌが加圧レバー１０の厚みの中心Ｃと一致するように配設することにより、構成部材の破損を防ぐことができることがわかった。

なお、カム部材２０とカム受け部材３０が接触する領域の長さＷを加圧レバー１０の厚みｔに対して大きくすることは、強度の面では好ましいが、コスト面及び省スペースの観点からは不利となる場合がある。そのため、比率Ｋ（＝Ｗ／ｔ）は３以上７以下であることが好ましい。

図４及び図５は、カバー部材３０ａと中間部材３０ｂで構成されるカム受け部材３０の一例を示す説明図である。図４（Ａ）はカム部材２０により押圧される被押圧部分における加圧レバー１０及びカム受け部材３０の分解斜視図であり、図４（Ｂ）はその幅方向断面模式図である。また図５は各部材の寸法を説明する図である。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、カム受け部材３０は、カム部材２０と当接するカバー部材３０ａと、カバー部材３０ａの内側に配設されて加圧レバー１０と当接する中間部材３０ｂと、からなる態様とすることができる。

また図５に示すように、カム部材２０とカム受け部材３０とが接触する領域の長さＷは、カバー部材３０ａの幅であり、中間部材３０ｂがカバー部材３０ａと当接する領域の幅はｗｃである。また、カバー部材３０ａと中間部材３０ｂは、それぞれ断面略コの字形状の部材であり、コの字形状を構成する各辺が均一な厚みで形成されている。
また、カバー部材３０ａと中間部材３０ｂは、いずれもＰＯＭ、ＰＡ、ＰＰＳ等の樹脂材料で形成されている。

このように、樹脂製の部材を複数組み合わせることによって、全体として肉厚を増加させることができる。また、中間部材３０ｂを設けることにより、カム部材２０と当接するカバー部材３０ａが加圧レバー１０から受ける負荷を低減することができ、破損を防止し、部品の耐久性を向上させることができる。

また図４（Ａ）に示すように、加圧レバー１０のカム部材２０による被押圧部分は、カム受け部材３０が嵌合する溝状部１０ｂとすることができる。

カム受け部材３０は、カム部材２０から繰返し受ける負荷によって万一破損した場合でも、容易に交換することができるよう、加圧レバー１０に対して着脱可能に配設されることが好ましい。
カム受け部材３０がカバー部材３０ａと中間部材３０ｂから構成される態様においても、カバー部材３０ａは、中間部材３０ｂに対して着脱可能であることが好ましく、同様に、中間部材３０ｂも、加圧レバー１０に対して着脱可能であることが好ましい。

図６は、カバー部材３０ａと中間部材３０ｂで構成されるカム受け部材３０の他の例を示す説明図であり、図６（Ａ）はカム部材２０により押圧される被押圧部分における加圧レバー１０及びカム受け部材３０の分解斜視図であり、図６（Ｂ）はその幅方向断面模式図である。
図６に示す例では、カバー部材３０ａは中間部材３０ｂに対して着脱可能であり、中間部材３０ｂも加圧レバー１０に対して着脱可能な構成となっている。
加圧レバー１０のカム部材２０による被押圧部分は、カム受け部材３０が嵌合する溝状部１０ｂとすることができる。

カム受け部材３０は、加圧レバー１０と係合する凸状部を有し、加圧レバー１０は、カム受け部材３０の凸状部と係合する係合固定部１０ａを有する構成とすることができる。
図６の例では、中間部材３０ｂが加圧レバー１０の係合固定部１０ａと係合する凸状部３３を有している。
なお、係合固定部１０ａは、加圧レバー１０を厚み方向に貫通する開口であってもよく、貫通していない溝状の凹部であってもよい。
また、図６に示すように、カバー部材３０ａは、中間部材３０ｂの端面３２に係合する突起部３１が設けられている。

このように、加圧レバー１０、カバー部材３０ａ、及び中間部材３０ｂが相互に係合する構造を有することにより、取付けられた状態においては安定性を有しつつ、交換時には容易に着脱の操作を行うことが可能となる。

本実施形態において、加圧機構を構成する加圧レバー１０、カム部材２０、及びカム受け部材３０について、それぞれ十分な強度を有する材料からなることが好ましい。
また、加圧レバー１０の材質の強度をＳ１、カム部材２０の材質の強度をＳ２、カム受け部材３０の材質の強度をＳ３としたとき、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３の関係を満たすことが好ましい。

カム部材２０をカム受け部材３０（カバー部材３０ａ及び中間部材３０ｂ）よりも曲げ強さ及び引張強さの高い材料で構成することで、カム部材２０がカム受け部材３０よりも先にクリープや疲労により破壊されるのを防止することができる。
カム部材２０を交換する場合は、カム受け部材３０よりも多くの点数の部品の取外し作業が必要となるため、部材の破損による交換の作業性の観点から、カム部材２０の破損が防止されることが好ましい。

加圧レバー１０は金属材料からなり、カム部材２０及びカム受け部材３０は樹脂材料からなる。
カム受け部材３０を構成するカバー部材３０ａ及び中間部材３０ｂは、それぞれ同じ樹脂材料からなる態様であってもよく、異なる樹脂材料であってもよい。いずれも場合であっても、カバー部材３０ａ及び中間部材３０ｂよりもカム部材２０の強度が高いことが好ましい。

［画像形成装置］
図７は、本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の一実施形態としてのレーザプリンタの要部構成の説明図であり、原理を単純化して図示したものである。
なお、本発明に係る定着装置の構成は、電子写真方式、インクジェットどちらの画像形成にも適用することができる。インクジェット方式で画像を形成する画像形成装置においては、例えば、加熱ローラで記録媒体を加熱してインクを乾燥させる手段として適用することができる。

以下の実施形態では「記録媒体」を「用紙」として説明するが、「記録媒体」は紙（用紙）に限定されない。「記録媒体」は紙（用紙）だけでなくＯＨＰシートや布帛、金属シート、プラスチックフィルム、或いは炭素繊維にあらかじめ樹脂を含浸させたプリプレグシートなども含む。現像剤やインクを付着させることができる媒体、記録紙、記録シートと称されるものも、すべて「記録媒体」に含まれる。また「用紙」には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ等も含まれる。

また、以下の説明で使用する「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することも意味する。

図７に示すように、本実施形態に係る画像形成装置は、給紙手段と、レジストローラ対６０と、像担持体としての感光体ドラム８０と、転写手段１１０と、定着装置１００とを備えている。

給紙手段は、記録媒体（用紙）Ｐが積載状態で収容される給紙トレイ１４０と、給紙トレイ１４０に収容された用紙Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１１６を有している。
給紙コロ１１６によって送り出された用紙Ｐはレジストローラ対６０で一旦停止され、姿勢ずれを矯正された後、感光体ドラム８０の回転に同期するタイミングで、すなわち、感光体ドラム８０上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対６０により転写部位１１１へ送られる。

感光体ドラム８０の周りには、矢印で示す回転方向順に、帯電手段としての帯電ローラ１１８と、図示しない露光手段の一部を構成するミラー１２８と、現像ローラ１２２ａを備えた現像手段１２２と、転写手段１１０と、クリーニングブレード１２４ａを備えたクリーニング手段１２４が配置されている。

帯電ローラ１１８と現像手段１２２の間において、ミラー１２８を介して感光体ドラム８０上の露光部１２６に露光光Ｌｂが照射され、走査されるようになっている。
プリンタにおける画像形成動作は公知の動作と同様に行われる。
すなわち、感光体ドラム８０が回転を始めると、感光体ドラム８０の表面が帯電ローラ１１８により均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部１２６に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。
この静電潜像は感光体ドラム８０の回転により現像手段１２２へ移動し、ここでトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。

感光体ドラム８０上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位１１１に進入してきた用紙Ｐ上に転写手段１１０による転写バイアス印加により転写される。
トナー像を担持した用紙Ｐは定着装置１００へ向けて搬送され、定着装置１００で定着された後、図示しない排紙トレイへ排出・スタックされる。

転写部位１１１で転写されずに感光体ドラム８０上に残った残留トナーは、感光体ドラム８０の回転に伴ってクリーニング手段１２４に至り、このクリーニング手段１２４を通過する間にクリーニングブレード１２４ａにより掻き落とされて清掃される。
その後、感光体ドラム８０上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。

本実施形態の画像形成装置は、上述の本発明に係る定着装置を備えているため、省スペース化とコスト低減が実現されるとともに、ジャム処理時の操作性の向上と耐久性の向上を図ることができる。

１ 加熱ローラ
２ 加圧ローラ
１０ 加圧レバー
１３ フック部
１５ スプリング
２０ カム部材
３０ カム受け部材
３０ａ カバー部材
３０ｂ 中間部材
１００ 定着装置

特許第３８９６２３５号公報 特許第３４０４４５３号公報

Claims (7)

1. 接離自在に相互に圧接し、記録媒体を挟持搬送する一対のローラと、
   一端が軸支され、他端にスプリングが係止され、前記一対のローラの一方を他方へ押圧する揺動可能な加圧レバーと、
   前記一対のローラの圧接状態を保持する位置と解除する位置の間で前記加圧レバーを変位させるカム部材と、
   前記加圧レバーの前記カム部材により押圧される被押圧部分に配設されるカム受け部材と、を備え、
   前記カム受け部材は、凹部が前記被押圧部分を被覆するように前記加圧レバーと嵌合する断面略コの字形状であり、
   前記加圧レバーの長手方向と直交する幅方向において、前記カム部材と前記カム受け部材が接触する領域の長さが前記加圧レバーの厚みの３倍以上７倍以下であり、かつ前記カム受け部材を介した前記カム部材による押圧力の荷重の中心が前記加圧レバーの厚みの中心と一致することを特徴とすることを特徴とする定着装置。
2. 前記一対のローラは、加熱手段により加熱される加熱ローラと、前記加圧レバーにより前記加熱ローラに向かって押圧される加圧ローラからなることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記カム受け部材は、前記カム部材と当接するカバー部材と、前記カバー部材の内側に配設され、前記加圧レバーと当接する中間部材と、からなることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記カム受け部材の前記カバー部材は、前記中間部材に対して着脱可能であることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記カム受け部材は、前記加圧レバーと係合する凸状部を有し、前記加圧レバーは、前記カム受け部材の前記凸状部と係合する係合固定部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記加圧レバーの材質の強度をＳ１、前記カム部材の材質の強度をＳ２、前記カム受け部材の材質の強度をＳ３としたとき、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３の関係を満たすことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の定着装置。
7. 請求項１から６のいずれに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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