JP4419823B2 - 定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は電子写真方式により画像を形成する画像形成装置に関し、特に、画像形成装置の定着装置における加熱手段と加圧手段の圧着と圧着解除を行う機構に関する。

画像形成装置の定着装置には、加熱ローラと加圧ローラとがあり、作動状態では、両ローラがバネで付勢されて圧着している。この圧着しているローラ間にトナー像を担持した転写紙を通過させると、加熱ローラの熱でトナーが溶融して転写紙にトナー像が定着される。画像形成装置が休止状態のときや、ジャム処理のときは、加熱ローラ又は加圧ローラをバネに抗して移動して圧着を解除する。

このような圧着と圧着解除機構には、バネ等の付勢手段と駆動手段としてカム部材が用いられ、圧着と圧着解除とが前記カム部材の回転により繰り返される。

従来の圧着と圧着解除としては特許文献１（特開平９−２１２０３０号）における従来技術として示すものが知られていた。これは、一端を回動自在に軸支した加圧板と、この加圧板の中間にバネを介して設けられた加圧ローラと、加圧板の先端に設けられた加圧バネと、この加圧バネの近傍に設けられ、加圧板を昇降するためのレバーとを有する。

通常の作動状態では、レバーが加圧板から離れた状態になって加圧バネにより加圧ローラが加熱ローラに圧着して回転する。ジャム処理の場合は、レバーが加圧バネの付勢力に抗して加圧板を持ち上げて、加圧ローラを加熱ローラから離反させ、紙詰まりを取り除くことができる。

しかしながら、この構成では、ジャム処理後にレバーを戻し忘れてしまうことがあるという問題があった。

そこで、前記の特許文献１では、加圧板の回動軸上に欠歯ギヤを設け、加圧ローラには駆動用のギヤを設け、これらを中間ギヤで接続し、中間ギヤには一方向クラッチを設けた構成を開示している。加圧板が加圧ローラの加圧力を無くす方向に回転したとき欠歯ギヤも一緒に回転するが、この回転は、中間ギヤにある一方向クラッチによって加圧ローラには伝達しない。一方、加圧ローラが作動方向に回転すると、この回転は中間ギヤを介して欠歯ギヤに伝達され、加圧板は加圧ローラを加熱ローラに圧着する位置に自動的に復帰する。加圧板が加圧ローラに圧着した位置に達すると、欠歯ギヤと中間ギヤとの噛み合いが外れ、それ以後は加圧ローラが回転を続けても欠歯ギヤには回転は伝達されない。

ジャム処理の場合、加圧板の先端を加圧バネの付勢力に抗して持ち上げる方向に回転し、加圧ローラを加熱ローラから離反させる。このとき欠歯ギヤも回転するがその回転は、一方向クラッチの作用によって加圧ローラには伝達されない。ジャム処理が完了し、加圧ローラが回転したらこの回転が中間ギヤを介して欠歯ギヤに伝達され、欠歯ギヤと一体になった加圧板は加圧ローラが加熱ローラに圧着する方向に回動する。加圧板が所定の加圧位置に戻ると、欠歯ギヤと中間ギヤとの噛み合わせが外れ、加圧ローラは通常の回転を継続することができる。

前記の機構において、通常は、加圧板の回動をカムで行い、カムをモータで駆動する構成が採用されている。

しかし、これらの機構では、加圧ローラを加熱ローラから離反させるために加圧板を回転させる場合、加圧板は加圧バネの圧着力以上の力で離反させなければならない。したがって、加圧板を解除方向に回転する回転トルクは大きくなり、カムを回転するモータは大きく、高価なものになるという問題があった。

これに対し、図４に示す定着装置の圧着と圧着解除機構がある。同図（ａ）は作動状態、（ｂ）は非作動状態を示す図である。ともに定着装置２４の片側について示したもので、同じ構成が加熱ローラ２４１の両端部に設けられている。

加熱手段としての加熱ローラ２４１は、内部に２本のハロゲンランプからなる熱源２４２を有する。加熱ローラ２４１の下部には、加圧手段としての加圧ローラ２４３が設けられている。この加圧ローラ２４３は、第１のアーム２４４の凹部２４４ａに両端の軸受部２４３ａが支持され、第１のアーム２４４が回動軸２４４ｂを中心に回動することで、加熱ローラ２４１に接離可能となっている。第１のアーム２４４の中間部には、第２のアーム２４６の一端が軸支されている。そして、第１のアーム２４４の先端と第２のアーム２４６の先端との間には、付勢手段としての加圧バネ２４５が嵌装されている。第２のアーム２４６の先端は、カム２４７に当接しており、カム２４７が回転することで回動軸２４６ａを中心に回動する。

第２のアーム２４６がカム２４７により押動されて反時計方向に回転すると、付勢手段としての加圧バネ２４５が図の上方に移動し、これに伴って第１のアーム２４４も反時計方向に回転し、まず、加圧ローラ２４３が加熱ローラ２４１に接触する。加圧ローラ２４３と加熱ローラ２４１との表面には硬度の低い弾性層があるので、カム２４７が回転を続けて第２のアーム２４６をさらに押動すると、加圧ローラ２４３と加熱ローラ２４１のニップ部が加圧バネ２４５の圧縮力によって変形しながら圧着する。両ローラのニップ部は面接触となる。

図４（ａ）に示すように、カム２４７の先端（最大半径位置）が第２のアーム２４６に当接しているときが加圧バネ２４５に加わる圧縮力が最大になる位置で、第２のアーム２４６が加圧バネ２４５を押圧し、加圧ローラ２４３が加熱ローラ２４１に所定の圧力で圧着した状態となる。トナー画像を担持した未定着の用紙は、図の右から左の方向に進み、加熱ローラ２４１と加圧ローラ２４３のニップ部を通過し、トナー画像が溶融して定着される。

加熱ローラ２４１と加圧ローラ２４３とのニップ部でジャムが発生すると、カム２４７を図示しないモータで反時計方向に回転し、図４（ａ）から（ｂ）の状態にする。これによって、加圧バネ２４５は伸びてさらに第１のアーム２４４の先端を仮装線２４４’の位置から実線の位置に下げ、加圧ローラ２４３は加熱ローラ２４１から離反する。この状態でジャムを処理する。

ジャム処理などの場合、加熱ローラと加圧ローラとを、図４（ｂ）の状態にして離間させる。

このような圧着と圧着解除機構の場合、カム２４７に加わる力は、加圧バネ２４５が加圧ローラ２４３を加熱ローラ２４１に圧着させる力が最大となり、圧着解除のときは、それ以下の力でよくなる。そのため、カム２４７に加わるトルクは、特許文献１に記載のものよりも小さくすることができる。

ところで、加熱ローラ２４１や加圧ローラ２４３は表面に弾性層を設けるようになっており、その厚さも厚くなり、硬度も低くなる傾向にある。そして、図４の場合、第１のアーム２４４の先端は、図４（ｂ）の仮想線２４４’の位置から実線の位置まで距離ｄだけ移動する必要がある。さらに、加圧バネ２４５は、解除時には、（ａ）に示す加圧時の長さＬ１と、（ｂ）に示す解除持の長さＬ０との差だけ伸びることになる。したがって、カム２４７は、ｄ＋（Ｌ０−Ｌ１）だけ第２のアーム２４６を回動させなければならない。加熱ローラ２４１や加圧ローラ２４３の表面の弾性層が薄い場合は、ｄの値はほぼ無視できる程度の大きさで、カム２４７の押動量は（Ｌ０−Ｌ１）が確保できればよく、それほど大きくならない。

しかし、加熱ローラ２４１や加圧ローラ２４３の表面の弾性層が厚く、かつ硬度が低くなると、圧着時には大きく凹み、距離ｄが大きくなる。距離ｄが増大すれば、カム２４７の最大半径βも大きくなり、カム２４７を回転するトルクが大きくなるという問題が生じてきた。
特開平９−２１２０３０号 第３図、第８図

本発明は、前記の問題を解決することを目的としたもので、加熱ローラや加圧ローラの弾性層が厚く、かつ、硬度が低くなっても、カムを回転するトルクを増大させずに圧着と圧着解除が可能な機構を持った定着装置及び、そのような定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的としている。

前記の目的を達成するために本願の請求項１にかかる定着装置は、加熱手段と、該加熱手段に接離する加圧手段と、一端を回動自在に固定され、中間に前記加熱手段又は加圧手段を移動可能に保持する第１のアームと、一端を回動自在に固定された第２のアームと、前記第１のアームに一端を係止し、前記第２のアームと前記第１のアームとの間に嵌装した付勢手段と、前記第１のアームと第２のアームの双方を択一的に押動するカムとを有し、該カムが回転して前記第２のアームを押動することで前記付勢手段を介して前記加圧手段と加熱手段とを圧着し、該カムが回転して前記第１のアームを押動することで、前記加圧手段と加熱手段とを離反させることを特徴としている。

本願の請求項２にかかる定着装置は、前記第２のアームは、前記第１のアームの中間位置に回動自在に設けたものであることを特徴としている。

本願の請求項３にかかる定着装置は、前記カムが、同軸上に２つ設けられ、一方が前記第１のアームを押動し、他方が前記第２のアームを押動することを特徴としている。

本願の請求項４にかかる定着装置は、前記第１のアームが突起を有し、該突起を前記カムが押動することを特徴としている。

本願の請求項５にかかる定着装置は、前記第１のアーム又は突起のいずれかと、前記第２のアームのカムと接触する部位に転がり軸受を設けたことを特徴としている。

本願の請求項６にかかる画像形成装置は、前記のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴としている。

前記手段によれば、以下のような作用が得られる。

加熱ローラと加圧ローラとは、いずれか一方が第１のアームに保持されて相手側に向かって進退可能な構成となっている。第１のアームにはバネなどの付勢手段が設けられ、この付勢手段をカムが回転して圧縮することで加熱ローラと加圧ローラとは圧着する。加熱ローラと加圧ローラとの間で紙詰まり（ジャム）が発生したときは、カムを回転する。カムは、付勢手段に加える力を減少させ、引き続き第１のアームを押動し、第１のアームに保持されている加熱ローラ又は加圧ローラを相手側のローラから離反させる。加熱ローラや加圧ローラに硬度の低い弾性層が厚く設けられていても、カムは第１のアームを直接押動して加熱ローラと加圧ローラとを離反させるので、カムの押動量を小さくすることができる。カムの押動量を小さくできるので、カムの最大半径を小さくして回転に要するトルクを小さくすることができる。

本発明によれば、加熱ローラと加圧ローラとを離反させるとき、カムが回転して加圧バネの押圧力を低減させるとともに、カムが直接第１のアームを回転させて加熱ローラと加圧ローラを離反させるので、カムの押動量を小さくし、カムを回転するトルクを低下することができるという優れた効果を奏し得る。

第１のアームに第２のアームを設け、第２のアームと前記第１のアームとの間に前記付勢手段を嵌装することによって、付勢手段を安定して保持することができ、操作の確実性を向上することができる。

カムを同軸上に２つ設け、一方のカムが前記第１のアームを押動し、他方が前記第２のアームを押動する構成とすれば、第１のアームの押動量と第２のアームの押動量とを別々のものとして設定することができる。

第１のアームと、前記第２のアームのカムと接触する部位に転がり軸受を設けた構成とすることで、カムとその接触部位の摩耗を減少させることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の研磨装置を備えたカラー画像形成装置の構成を示す図である。図１に示すように、カラー画像形成装置はタンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、原稿自動搬送手段３０、画像読取装置６０、画像書込装置３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ、感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ、帯電装置２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ、定着装置２４、中間転写ベルトからなる像担持体６、給紙カセット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ、搬送系２２等を有する。

５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋは、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにそれぞれ新規トナーを補給するトナー補給手段である。

原稿自動搬送手段３０は両面又は片面の原稿ｄを自動搬送する手段である。画像読取装置６０は、走査光学系により画像情報が読み取られる装置で、原稿載置台上から給送される多数枚の原稿ｄの内容を、３枚の可動ミラー６０ｃで反射し、結像レンズ６０ｂにより、ＣＣＤからなる撮像素子６０ａ上に結像して読み取る。

イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、像担持体としての感光体１Ｙの周囲に配置された帯電装置２Ｙ、画像書込装置３Ｙ、現像装置４Ｙ及びクリーニング装置８Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、像担持体としての感光体１Ｍ、帯電装置２Ｍ、画像書込装置３Ｍ、現像装置４Ｍ及びクリーニング装置８Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、像担持体としての感光体１Ｃ、帯電装置２Ｃ、画像書込装置３Ｃ、現像装置４Ｃ及びクリーニング装置８Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、像担持体としての感光体１Ｋ、帯電装置２Ｋ、画像書込装置３Ｋ、現像装置４Ｋ及びクリーニング装置８Ｋを有する。帯電装置２Ｙと画像書込装置３Ｙ、帯電装置２Ｍと画像書込装置３Ｍ、帯電装置２Ｃと画像書込装置３Ｃ及び帯電装置２Ｋと画像書込装置３Ｋとは、潜像形成手段を構成する。

中間転写ベルトである像担持体６は、無端状のベルトであり、複数のローラにより張架され、回動可能に支持されている。この像担持体６には、クリーニング装置９が設けられている。クリーニング装置９は、クリーニングローラとクリーニングブレードとを備えている。

撮像素子６０ａ上に結像した画像情報の信号は、図示しない画像処理部に送られる。画像処理部は、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、画像書込装置３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに各色ごとの信号を送る。

画像書込装置３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋでは、レーザ光源としての半導体レーザを用い、半導体レーザが出射した光ビームはポリゴンミラーなどの光学要素により走査光ビームに形成されて被走査体としての感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋに入射し、各色の静電潜像を形成する。

画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する像担持体６上に１次転写装置としての転写装置７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより逐次転写されて（１次転写）、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内に収容された記録紙Ｐは、給紙手段２１ａ，２１ｂ，２１ｃにより給紙され、搬送系２２を経て、レジストローラ２３でタイミングを合わせて２次転写装置としての転写装置７ａに搬送され、記録紙Ｐ上にカラー画像が転写される（２次転写）。カラー画像が転写された記録紙Ｐは、定着装置２４により定着処理され、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。

図２は、本発明の定着装置２４の要部構成を示す図で、（ａ）は作動状態、（ｂ）は非作動状態を示す図である。大部分は図４で説明したのと同じなので、相違する部分を中心に説明する。

本発明の実施例では、カム２４８の最大半径αを小さくし、第１のアーム２４４に突起２４９を形成したことに特徴がある。カム２４８は、図示しないモータにより正逆双方向に回転され、ポジションセンサにより回転位置を検知できるようになっている。

カム２４８が回転すると第２のアーム２４６の先端を図の上方に押し上げ、カム２４８の頂点（最大半径位置）が第２のアーム２４６の先端に当接したとき、加熱手段としての加熱ローラ２４１に加圧手段としての加圧ローラ２４３を押圧し、付勢手段としての加圧バネ２４５を圧縮して所定の加圧力を加えるようになっている。

画像形成装置が長時間停止している状態で、加圧ローラ２４３と加熱ローラ２４１とが圧着した状態を保っていると、変形がローラに残る可能性がある。そこで、ジャム処理の場合や、画像形成装置の停止時間が所定時間以上経過した場合にはカム２４８が反時計方向に回転する。カム２４８の頂点は、第２のアーム２４６の先端部２４６ｂから離れ、加圧バネ２４５は徐々に伸びる。カム２４８が、突起２４９の先端部２４９ａに接触すると、それ以後のカム２４８の回転によって突起２４９は押動され、第１のアーム２４４は時計方向に回動する。カム２４８の頂点が突起２４９の先端部２４９ａに達すると、第１のアーム２４４の回転角は最大となり、加圧ローラ２４３は加熱ローラ２４１から離れる。加圧ローラ２４３が加熱ローラ２４１から離れたら、ジャム処理を行うことになる。又はこの状態を保持することで、ローラの変形を防止する。

本発明によれば、カム２４８は、直接第１のアーム２４４を回動して加圧ローラ２４３を加熱ローラ２４１から離反させるので、カム２４８は第１のアーム２４４の先端を距離ｄだけ移動できればよい。したがって、カム２４８は、図４の従来例に示すカム２４７に比べて押動量を小さくすることができ、カムの最大半径をβからαへと小さくすることができる。

図３は、従来例のカム２４７と本発明のカム２４８の回転角とトルクの関係を示す線図である。従来のカム２４７は点線で示し、本発明のカム２４８は実線で示している。図３に示すように加圧ローラ２４３が加熱ローラ２４１に圧着するときが最大のトルクとなるが、従来のカム２４７は、最大半径βが大きいので、最大トルクも大きくなっている。これに対し、本発明のカム２４８では、最大半径αが小さいので、最大トルクを小さくすることができる。

なお、圧着解除時におけるトルクは、本発明のカム（実線）の方が従来のカム（点線）より大きくなる。これは、図２と図４を比較すれば明らかであるが、圧着解除時には、加圧バネ２４５は図４では自由長になるのに対し、図２の本発明では自由長にはならないからである。

本発明では、第２のアーム２４６の先端２４６ｂと突起２４９の先端２４９ａとにボールベアリングなどの転がり軸受を取り付けている。このような構成にすることで、カム２４８との接触を転がり接触とすることができ、摩擦による摩耗を低減することができる。

本発明の実施例では、加熱手段として加熱ローラを、また加圧手段として加圧ローラをそれぞれ例示したが、ローラに限定されず、エンドレスベルト形式のものにも同様に適用可能である。

また、第１のアーム２４４に突起２４９を取り付けているが、第１のアーム２４４の形状を変えることによって、突起２４９を不要にする構成も可能である。

また、１つのカム２４８で第２のアーム２４６と突起２４９の双方を押動しているが、カム２４８の軸２４８ａ上に２つのカムを設け、一方のカムは第２のアーム２４６を押動し、他方のカムが第１のアーム２４４又は突起２４９を押動するようにしてもしてもよい。カムを２つにすることで、第１のアーム２４４又は突起２４９と第２のアーム２４６の押動量（αの値）を独立して設定することができるようになる。

前記の実施例では、加熱ローラ２４１を固定し、加圧ローラ２４３を接離させるようにしたが、加圧ローラ２４３を固定して加熱ローラ２４１を接離させる構成にすることもできる。

さらに、弾性手段としての加圧バネ２４５を第１のアーム２４４の先端に固定するで、第２のアーム２４６を省略することも可能である。ただし、第２のアーム２４６を設けることで、加圧バネ２４５の保持を確実なものとでき、動作を安定したものにすることが可能となる。

本発明の研磨装置を備えたカラー画像形成装置の構成を示す図である。 本発明の定着装置の要部構成を示す図で、（ａ）は作動状態、（ｂ）は非作動状態を示す図である。 従来例のカムと本発明のカムの回転角とトルクの関係を示す線図である。 従来の定着装置の圧着と圧着解除機構を示す図で、（ａ）は作動状態、（ｂ）は非作動状態を示す図である。

符号の説明

２４ 定着装置
２４１ 加熱手段（加熱ローラ）
２４３ 加圧手段（加圧ローラ）
２４４ 第１のアーム
２４５ 付勢手段（加圧バネ）
２４６ 第２のアーム
２４８ カム
２４９ 突起

Claims (6)

1. 加熱手段と、
   該加熱手段に接離する加圧手段と、
   一端を回動自在に固定され、中間に前記加熱手段又は加圧手段を移動可能に保持する第１のアームと、
   一端を回動自在に固定された第２のアームと、
   前記第１のアームに一端を係止し、前記第２のアームと前記第１のアームとの間に嵌装した付勢手段と、
   前記第１のアームと第２のアームの双方を択一的に押動するカムとを有し、
   該カムが回転して前記第２のアームを押動することで前記付勢手段を介して前記加圧手段と加熱手段とを圧着し、該カムが回転して前記第１のアームを押動することで、前記加圧手段と加熱手段とを離反させることを特徴とする定着装置。
2. 前記第２のアームは、前記第１のアームの中間位置に回動自在に設けたものであることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記カムが、同軸上に２つ設けられ、一方が前記第１のアームを押動し、他方が前記第２のアームを押動す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. 前記第１のアームが突起を有し、該突起を前記カムが押動することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記第１のアーム又は突起のいずれかと、前記第２のアームのカムとが接触する部位に転がり軸受を設けた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. 請求項１から５のいずれか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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