JP5272498B2 - 噴出気体利用の用紙分離機構及び定着装置並びに画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像記録装置における記録媒体搬送経路中の所定位置で記録媒体（以下、用紙という）を搬送部材から分離するにあたって気体を吹き付ける用紙分離機構に関するものである。用紙搬送経路中の所定位置には定着装置の用紙分離部のほかに、両面印刷用搬送装置の下流端分離部、インクジェット式、ワイヤドット式、熱転写式あるいは感熱式の記録部での用紙分離部等が想定される。吹き付けられる気体には、空気、窒素、二酸化炭素等が考えられるが、環境面やコスト面等から空気が主に用いられることになろう。

従来、画像記録装置において用紙の表面に転写されたトナー画像を定着させる装置として、ハロゲンヒータ等を内蔵した定着ローラと、当該定着ローラを加圧する加圧ローラとで形成されたニップ部によって未定着トナー像を有した用紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧する熱ローラ定着方式が知られ、広く利用されている。

また無端状の定着ベルトをハロゲンヒータ等を内蔵した加熱ローラと定着ローラとで張架し、定着ベルトを介して定着ローラを加圧する加圧ローラと定着ベルトとによって形成されたニップ部によって、未定着トナー像を有した用紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧するベルト定着方式も知られている。このようなベルト定着方式は定着ベルトの熱容量が小さいので、ウオーミングアップタイムを短縮でき、省エネになるという利点を有している。

以上の定着方式では、用紙に融着したトナー画像が定着ローラ／定着ベルトに接触するので、定着ローラ／定着ベルトは、離型性に優れたフッ素系樹脂を表面にコーティングされ、用紙分離には分離爪が用いられている。分離爪の大きな欠点は、ローラやベルトと接触するためにローラやベルトの表面に爪跡（傷）を付け易く、その場合には出力された画像にスジが発生するということである。

一般的にモノクロ画像形成装置の場合、定着ローラは金属ローラの表面にテフロンコーティングしたものであり、分離爪が接触しても傷になり難く、寿命も長かった。そのため、巻き付きジャム等の防止を優先させて、長い間分離爪が使用されてきた。しかしながら、カラー画像形成装置の場合には、色の発色性を良くするため、表層をシリコーンゴムにフッ素コートしたもの（一般的には数十ミクロン程度のＰＦＡチューブを使用する）か、シリコーンゴムの表面にオイルを塗ったものを使用している。ただ、このような構成では、表層が軟らかく、傷が付き易い。表層に傷が付くと定着画像にスジ状の傷が生じることから、今ではカラー画像形成装置では分離爪のような接触手段を殆ど用いず、大半は非接触分離を行っている。

非接触分離では、トナーと定着ローラとの粘着力が高いと定着後の用紙がローラに巻き付くため、容易に巻き付きジャムを発生するようになる。特にカラー画像形成では何層もの色が積層されており、粘着力が高まるために巻き付きジャムが発生し易い。現在、カラー画像形成装置における用紙分離では、主に次の方式が採用されている；
〔１〕定着ローラ／定着ベルトとの間に微小なギャップ（約０．２〜１mm）を空け定着ローラ／定着ベルトの長手方向／幅方向に平行に延在する分離板を用いる非接触分離板方式；
〔２〕定着ローラ／定着ベルトとの間に微小なギャップ（約０．２〜１mm）を空け所定間隔に配された分離爪を用いる非接触分離爪方式；
〔３〕用紙の腰の強さと定着ローラ／定着ベルトの湾曲部弾性とで自然に剥離させるようにしたセルフストリッピング方式。

しかしながら、いずれの方式でも隙間が空いているため、薄紙や先端余白が少ない用紙を通紙する時、あるいは写真等のべた画像を通紙する時は、用紙が定着ローラ／定着ベルトに密着したまま隙間を通過して、密着巻き付きが生じたり、逆に分離板や分離爪等に突き当たって、ジャムが発生することがある。

そこで非接触分離方式の補助措置として、空気を用紙分離位置に吹き付けることが以前から提案され、使用に供されている。提案された構成は数多くあるが、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５にそれぞれ開示されたようなものがある。

ここで、吹き付ける空気を供給する手段は特許文献４，５に代表されるように、今迄は多くの場合、コンプレッサー／エアポンプであり、このようなコンプレッサーを用いて圧縮空気を生成し、電磁弁によって吐出制御を行ってきている。このような方法は、大量な空気を高圧で供給できる反面、
〈１〉装置が大型化する；
〈２〉高圧空気を得るまでにコンプレッサーの空気圧縮に時間がかかり、装置始動直後に使用できない；
〈３〉電磁弁を必要とし、全体の構成部品が多く、非常に高コストである；
〈４〉コンプレッサーの駆動音がうるさく、オフィスで使用するには無理がある；
〈５〉空気装置が大型であり、大電力を消費するため省エネにはなり得ない。

したがって、コンプレッサーを利用する対象商品は一台１０００万円〜数千万円もするような大型の機械であって、フルカラー高速印刷機が主なものであり、専門のオペレータがいるような機械システムであった。

特開昭５１−１０４３５０号公報 特許第２８７６２１７号公報 特開平１１−３３４１９１号公報 特開２００７−１８７７１５号公報 特開２００７−２４０９２０号公報

そこで、本発明者は、大量の圧縮空気を生成するコンプレッサーや大型のエアポンプに代えて用紙分離時の瞬間のみ動作させる小型の空気供給装置を別途提案したが、そのような小型の空気供給装置でも従来のコンプレッサーでも空気供給系として利用することができ、用紙分離に際して吹き付ける気体の量が僅かでも用紙搬送部材から確実に用紙を分離することができる用紙分離機構を得ることを本発明の目的とする。

上記目的は、本発明にしたがって、複数の回転体のニップ部に挟持搬送される用紙に対して用紙搬送方向下流側で且つ記録媒体搬送方向に直交する方向に分布配置され上記ニップ部に向けて圧縮気体を噴出する複数のノズル部材と、当該複数のノズル部材を保持・位置決め固定して各ノズル部材の空気吐出口を固定し、ノズル部材に圧縮気体を供給する供給経路を内蔵し、ニップ部から分離搬送される用紙を案内するガイド面を有する分離ガイド板とを備えて構成される、噴出気体利用の用紙分離機構にして、上記ノズル部材の気体噴出側先端が上記分離ガイド板のニップ部側先端よりも突き出て、上記分離ガイド板の先端は前記ノズル部材を位置決め固定する箇所から両辺（記録媒体搬送方向に直交する方向、記録媒体幅方向）にずれるに従って記録媒体搬送方向下流側へ後退していることで、達成される。

ノズル部材が分離ガイド板のガイド面より記録媒体の搬送経路側へ出っ張っていれば、好ましい。ノズル部材の気体噴出側先端が丸みを付けられているのも好都合である。ノズル部材が分離ガイド板から着脱自在に構成されていれば、なおよい。そしてノズル部材を位置決め固定するために分離ガイド板には角体断面のスリットが切られ、ノズル部材の横断面がスリットの角体断面に対応していれば、一層好ましい。

ノズル部材の気体噴出口を取り囲む少なくとも３面が指向壁として機能していることも好適である。分離ガイド板は上下２分割構成で形成され、供給経路断面を上下に２等分するようになっているのも目的に適っている。ノズル部材の分離ガイド板取り付け側基部が円柱部に形成され、当該円柱部にＯリングを備えて、ノズル部材が分離ガイド板に挟持嵌合されているのも、好適である。

本発明によれば、複数の回転体のニップ部に挟持搬送される用紙に対して用紙搬送方向下流側で且つ記録媒体搬送方向に直交する方向に分布配置され上記ニップ部に向けて圧縮気体を噴出する複数のノズル部材と、当該複数のノズル部材を保持・位置決め固定して各ノズル部材の空気吐出口を固定し、ノズル部材に圧縮気体を供給する供給経路を内蔵し、ニップ部から分離搬送される用紙を案内するガイド面を有する分離ガイド板とを備えて構成される、噴出気体利用の用紙分離機構にして、上記ノズル部材の気体噴出側先端が上記分離ガイド板のニップ部側先端よりも突き出て、上記分離ガイド板の先端は前記ノズル部材を位置決め固定する箇所から両辺にずれるに従って記録媒体搬送方向下流側へ後退しているので、上記ニップ部近くにノズル部材の気体噴出口を配することができ、低出力の空気供給源を利用する場合でも、用紙搬送部材である複数の回転体のニップ部から用紙を確実に分離することができる。分離ガイド板の先端よりノズル部材が突き出て、分離ガイド板の先端がノズル部材を位置決め固定する箇所から両辺にずれるに従って記録媒体搬送方向下流側へ後退していることで、用紙分離構造の先端部分の面積を可能な限り減らすことができ、圧縮気体による用紙のたわみ量も少なくて済むため、ニップ部を出る用紙を掬い易く、非接触型分離爪の機能も十分に果たすことができる。従来の用紙分離機構は、用紙分離ガイド板の上に単純にノズルが乗る形態をとっているものが多く、分離された用紙は用紙分離ガイド板の底面に沿って排紙される。このような形態では、全体の厚みが増し、定着ローラ／定着ベルトとノズルを接近させると用紙分離機構と定着ローラ／定着ベルトが接触しがちなのでノズルを後退させざるを得ない。そうすると、吹き付け空気の圧力が下がって用紙分離に不利である。大型のコンプレッサーを用いて空気供給する場合には吹き付け空気の圧力低下をカバーできるが、微妙な圧力調整には不向きであり、また空気供給源の出力が低くなると用紙分離が不確実となる。本発明者が実際に行った実験でも、空気力によって用紙先端を用紙分離ガイド板の下側に湾曲させて分離する際、高速で排紙されてくる用紙を一瞬で湾曲させるための力（空気力）は相当な大きさであり、このことからノズルはニップにできるだけ近くに配置させることが必要であり、本発明はこれを実現する。

ノズル部材が分離ガイド板のガイド面より記録媒体の搬送経路側へ出っ張っていれば、用紙を案内搬送するガイド面の摺擦抵抗が減る。ノズル部材の気体噴出側先端が丸みを付けられていれば、ニップ部を出る用紙の先端がガイド部材に衝突する際の用紙傷付きを緩和する。ノズル部材が分離ガイド板から着脱自在に構成されていれば、繰り返し用紙が衝突して傷付いたり、ジャムによって損傷するノズルのみを簡単に交換でき、経済的である。ノズル部材を位置決め固定するために分離ガイド板には角体断面のスリットが切られ、ノズル部材の横断面がスリットの角体断面に対応していれば、ノズル部材の取り付けにあたって倒れや傾きが防がれ、ノズル部材の取り付け位置精度を高めることができる。ノズル部材の気体噴出口を取り囲む少なくとも３面が指向壁として機能していれば、空気噴出方向を絞ることができ、空気衝突力をアップさせることができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置を示すもので、タンデム型間接（中間）転写方式の複写機である。装置本体には、中央に、無端ベルト状の中間転写体１０が設けられている。中間転写ベルト１０は、図１に示す通り、支持ローラ１３、１４、１５、１６に掛け回して、図中時計回りに回転搬送可能とする。

この図示例では、支持ローラ１５の左側に、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する中間転写体クリーニング装置１７を設けている。クリーニング部材にはウレタンなどのブレード状のものを用い、中間転写体回転方向に対しカウンター方向に当接している。ブレードにより回収されたトナーは、クリーニング装置内の搬送部材（図示せず）により装置奥側へ搬送され、重力などにより下方へ落下させることでトナー回収用ボトル（図示せず）へと収容される。トナー回収用ボトルには、回収トナー量を検知する手段が設けられており、満杯時には装置を停止させるなどでトナーがあふれる事態を防止している。

また、中間転写ベルト１０のベルト上辺上方には、その搬送方向に沿って、ブラック・マゼンタ・シアン・イエロ−の４つの画像形成手段が横に並べて配置されており、タンデム画像形成装置を構成している。タンデム画像形成装置の上方には、露光装置２１が設けられている。

一方、中間転写ベルト１０のベルトループ下中央に配された支持ローラ１６の対向側には、２次転写ローラ２３が備えられている。２次転写ローラ２３を備える２次転写装置のシート搬送下流側には、転写シート上の転写画像を定着する定着装置２５が設けられている。定着装置２５は、定着ベルト／ローラ２６に加圧ローラ２７を押し当てて構成されている。

不図示のスタートスイッチを押すと、不図示の駆動モータで支持ローラ１４、１５、１６の１つを回転駆動して、支持ローラ１３を含む他の支持ローラが従動回転し、中間転写ベルト１０を回転搬送する。同時に個々の画像形成手段において、その感光体４０を回転し、各感光体４０上にそれぞれ、ブラック・マゼンタ・シアン・イエローの単色画像を形成する。そして、中間転写ベルト１０のベルト移動に伴って、それら単色画像を順次転写して中間転写ベルト１０上に合成カラー画像を形成する。

他方、スタートスイッチを押すことにより、給紙装置の給紙ローラ４２の１つを選択回転し、ペーパーバンクに多段に備えられた給紙カセット４４の１つから転写シートを繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路に入れ、搬送ローラ４７で搬送して複写機本体内の給紙路に導き、レジストローラ４８に突き当てて止める。そして、中間転写ベルト１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４８を回転し、中間転写ベルト１０と２次転写ローラ２３との間にシートを送り込み、２次転写ローラ２３で転写してシート上にカラー画像を記録する。

画像転写後のシートは、２次転写装置のベルト２４で搬送して定着装置２５へと送り込み、そこで熱と圧力とを加えて転写画像を定着した後、排出ローラ４９で排出し、排紙トレイ上にスタックする。一方、画像転写後の中間転写ベルト１０は、中間転写体クリーニング装置１７で、画像転写後にベルト上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成装置による再度の画像形成に備えられる。

次に定着装置２５を、図２に基づいて詳細に説明する。この定着装置２５のユニットは、ベルト定着方式で構成されている。ベルト定着方式の狙いは、表面の熱容量を少なくして、スイッチＯＮ後、素早く温度上昇させることにある。更にベルト定着方式の狙いは、定着ローラの表面硬度を加圧ローラの表面硬度よりも柔らかくして（ゴム層を厚くする）、加圧ローラとのニップを出た用紙が下向きになるようにし、定着ローラ／定着ベルトからの分離性を向上させることにある。本例のように、用紙分離ユニットの分離能が十分なものであれば、定着ローラと加圧ローラの表面硬度を等しくして用紙を両ローラニップ部の接線方向に排出させるのもよい。

加熱ローラ５２に内蔵された３本のヒータ５５で定着ベルト５３の表面を加熱し、加熱された定着ベルト５３が定着ローラ５１と加圧ローラ２７の間の定着ニップ部で未定着画像を加熱・加圧し、それにより画像を定着する。

ここで定着ベルト５３は、ポリイミドフィルムの基材をシリコーンゴムの表層で覆ったものである。定着ローラ５１は、ローラ芯金５４の上にゴム層５６を構成してなるものである。定着ローラ５１と加熱ローラ５２とに掛け回された定着ベルト５３はベルトテンション５７で所定程度に張られている。加圧ローラ２７は、芯金６１の上にゴム層６３を構成し、ヒータ６２を内蔵している。ヒータ６２の目的は、加圧ローラ２７からも加熱して定着ニップ部の温度低下を防ぐことにある。ゴム層５６，６３の材質はシリコーンゴムで、耐熱性と画像の発色性を向上させる狙いを有する。互いのゴム厚さを変えて、つまり定着ローラ側のゴム厚を厚くして、定着ローラ側に食い込むように設定されている。

本方式では定着ベルト５３、加圧ローラ２７とも表面はシリコーンゴムで、粘着性があるため、ベルト表面にシリコーンオイルを僅かに塗って用紙６４を剥がれ易くしている。定着ニップ部の上流側には、定着入口ガイド板６５が配され、用紙６４を定着ニップ部に案内している。定着ニップ部を出た用紙６４は、用紙分離ユニット７０の下面に案内されながら、排紙下ガイド６７との間を通り抜けて、その後、排紙上ガイド６６と排紙下ガイド６７との間を通って排紙される。

図３に斜視図で示す本発明に係る用紙分離ユニット７０は、分離ガイド板９０と当該分離ガイド板の長手方向（搬送される用紙の幅方向）に所定間隔で配されたノズル（図示の例では３個）８０から構成される組立体で、用紙が定着ニップ部を出る直前に、後述するエアポンプからエアチューブ５０を介して供給される空気をノズル８０から吐出し、その空気力によって、用紙を剥離、分離するものである。空気圧による用紙分離の観点からはノズルの数が多いほど好ましいが、空気供給源の出力等の関係もあり、搬送用紙の幅方向の複数箇所に空気を噴射することで用紙分離を実現する。用紙分離ユニット７０はノズル８０が最も先に突き出ていて、その両辺にずれるに従って用紙ガイド板の先端案内部は後退している。

図４はノズル８０の斜視図である。耐熱性樹脂で製作されたノズル８０の丸みを付けられた先端部８１や平坦な底面８２は、用紙が突き当たるため、表面にフッ素コーティングが施されている。理想的には、用紙分離ユニット７０全体を耐熱性樹脂で作って表面コーティングすることであり、コスト的な観点からは必要最小限のノズル８０のみをフッ素コーティングの耐熱性樹脂とする。本例では、ノズル材質としてデュポン社製べスペルを使用し、フッ素コーティングはＰＦＡ２層コーティングである。実験結果では、剥がれ、傷等の発生も無く、耐熱性、高寿命が確保できた。底面を高い精度で平滑にできれば、フッ素コーティングは必須ではない。ノズル先端部８１の丸みを付けられた部分での肉厚は０．１ｍｍ〜０．２ｍｍであり、底部側は平坦になっている。

ノズル８０の幅寸法Ｌ１は後述する分離ガイド板のスリット幅寸法（図６のＬ２）とほぼ対応し、ノズル８０を分離ガイド板に嵌合する。ノズル８０の空気吐出口の両側に形成された壁８３は、吐出空気の指向性を高めるためのものであり、つまり、吐出された空気が横に分散しないようにするためのものであり、これによって吐出方向を絞って空気の衝突力をアップさせる。ノズル８０の後端側のノズル円筒部８４は、分離ガイド板のノズル装着開口部との位置決め連結と空気導入口の両方の機能を有している。ノズル円筒部８４に形成されたＯリング溝８５には、Ｏリング８６が嵌められている。

一方、分離ガイド板９０は、図５の上板９１と図６の下板９２から構成されている。上板９１、下板９２にはそれぞれ、断面半円の溝９３，９４が長手方向とノズル取り付け位置へ繋がる用紙搬送方向に形成されており、上板９１と下板９２を重ね合わせたときに、上下の溝９３，９４が断面円形の空気経路を形成する。上板９１と下板９２の合わせ面は平滑に形成され、両板を複数のネジ等を用いて固定したときに空気漏れが生じないように気密性が保たれるようになっている。更にシール性を向上させるために、合わせ面にフィルム状パッキンを貼り付けたり、シール剤（液状パッキン）を塗ってもよい。上板９１と下板９２のノズル取り付け位置は切り欠けられ、スリットになっており、そのスリット幅Ｌ２はノズルを殆ど隙間なく装着できるように規定されている（後述のように、スリットの幅方向と奥行き方向の両方向に生じる極めて僅かな隙間はＯリングによって漏れ止めされる）。また、このスリットは、切り欠けにより形成される分離ガイド板の壁面によって、長手方向（幅方向）と奥行き方向（用紙搬送方向、前後方向）の直角度もでていて、ノズルを差し込んで装着する際に倒れや傾きを防いでいる。下板９２は、図６に示されるように、ノズル取り付け位置が最も先に突き出ていて、その両辺にずれるに従って後退する薄肉の先端案内部９５を有している。

上板９１と下板９２を重ね合わせた際の図３におけるＡ-Ａ方向から見た断面状態を図７に示し、これに対応するノズルの断面を図８に示し、分離ガイド板９０にノズル８０を装着して用紙分離ユニット７０として完成した場合の断面を図９に示す。

上板９１と下板９２を重ね合わせて分離ガイド板９０とした際、上板９１の溝９３と下板９２の溝９４によって長手方向空気経路９６、分岐経路９７が形成される。分岐経路９７の前方がノズル取り付け開口９８であり、ここにノズル円筒部８４（図４、図８）が嵌合される。下板９２の底面９９は排紙ガイド面を兼ねている。

ノズル８０を用紙ガイド板９０に装着しネジ８８で固定した際、ノズル円筒部８４に形成されたＯリング溝に嵌められたＯリング（図８、図９には不図示）によって、ノズル８０が分離ガイド板９０の取り付け開口９８に装着されると、僅かな隙間がシールされ、空気漏れが生じない。ノズル円筒部８４の後端に面取り８７がしてあれば、空気導入が一層スムーズになる。

またノズル８０を用紙ガイド板９０に装着しネジ８８で固定した際、用紙ガイド板９０の薄肉の先端案内部９５は、ノズル底面８２（図８、図４）よりも僅かに持ち上がっている（Ｙ１）。またノズル８０の先端部は、用紙ガイド板９０よりも前（定着ニップ部寄り）にＸ１だけ出ている。つまり、ノズル８０の方が用紙ガイド板９０よりも相対的に飛び出ている。

これによって、図１０に示すように、定着ニップ部を抜けた用紙６４は必ずノズルに当たった後に用紙ガイド板に当たり、用紙ガイド板に沿って排紙されるようになる。既述のように、ノズルは表面コーティングしてあり、過酷な条件でも安定して用紙分離できる。

図１０で分かるように、ノズルを分離ガイド板のスリットに嵌合することで、分離ガイド板とノズルが一体となり、用紙分離ユニットの高さ（厚み）が薄く形成され、ノズル先端が定着ニップ部に近づき、吹き付け空気を無駄なく定着ニップ部に当てることができ、用紙分離性能をアップでき、用紙を容易に分離できる。ノズル先端は分離の観点からは鋭角になっているのが良いが、その場合、ジャム時に用紙やベルトに傷をつけたり、更にはジャム処理時に作業者の手を傷つけたりするので、少しＲ形状をもたせる。本例では、先端Ｒを０．５〜１ｍｍとした。排紙される用紙先端はノズルの下面８２に沿って抜けていく。ここで、下面が凸であると画像に線傷が付くため、下面をフラットにする。用紙がＬ１幅に当たることで用紙への衝突力が分散され、画像に傷が付き難くなる。そして表面にフッ素コーティングしてあることで、トナー等が付着し難くなっている。

図１０でも分かるとおり、ノズル先端に対し用紙先端は分離時に僅かなギャップがある状態で分離されている。そのため、ノズル先端の肉厚が厚かったり、空気力が弱かったり、定着ローラ／定着ベルトとノズル先端間のギャップが広かったりすると、すぐにジャムにつながる。本例では、ギャップを約０．８〜１ｍｍ、ノズル出口の空気圧力を０．０１Ｍｐａ、ノズル数３個、ノズル先端肉厚０．１〜０．２ｍｍとして、用紙の画像先端余白を１ｍｍとして、分離実験を行い、紙厚で連量４５ｋｇ〜１３５ｋｇ、およびコート紙等が分離できることを確認した。

以上のような用紙分離ユニット７０は、本例では定着ローラ寄りに配置されているが、画像形成装置が両面印刷機能を有する場合には、加圧ローラ側にも用紙分離ユニットを配し、定着ローラ／定着ベルト側と加圧ローラ側にそれぞれ空気吹き付けを行うのが好ましい。

ノズル８０に空気を供給する装置である空気吐出装置を次に説明する。既述のように、本例の空気吐出装置は小型なものであるが、本発明に係る用紙分離機構に空気供給する構成自体は限定されず、従来のコンプレッサーのものでもよい。

図１１は空気吐出装置を正面方向から見た縦断面図、図１２は空気吐出装置の側面方向（図１１の左方向）から見た縦断面図、図１３は空気吐出装置のポンプ部の構成を示す平断面図、図４は駆動部付近を示す平断面図である。これらの図に示すように、空気吐出装置は装置筐体を構成する前後側板１５０，１５１及び底板１５２を有している。その前後側板１５０，１５１の間にはシリンダ１５３及びシリンダ保持板１５４が、それぞれ前後側板１５０，１５１にネジ止め固定されている。シリンダ保持板１５４は、シリンダ１５３を背後から支持する部材である。シリンダ１５３内にはピストン１５５が配設され、後述する機構によりピストン１５５は図１１において左右方向に往復移動する。シリンダ１５３の先端面にはボス１４３が突設されている。このボス１４３内には、シリンダ内部の空気を吐出させるエア吐出口１４１（図１３）が設けられており、そのエア吐出口１４１の先端部にチューブ１４２が嵌め込まれている。ピストン１５５の移動により圧縮されたシリンダ１５３内の空気は、エア吐出口１４１からチューブ１４２を通って外部に吐出される。以下、空気吐出装置の構成と動作について詳しく説明する。

底板１５２上には一対の保持板１８０，１８１が立設されている。その保持板１８０，１８１には４本のロッド軸１８７〜１９０が支持される。各ロッド軸の一方側端部はネジ部となっており、他端部は抜け止めのため大径部となっている（図１２）。その大径部の端面にはドライバ等によりネジ締めできるように溝が形成されている。保持板１８０，１８１のロッド軸取り付け部は、奥側の保持板１８０にネジ穴１９１が、前側の保持板１８１に嵌合穴１９２が、それぞれ４個所（上下２個所ずつ）形成されている（図１３）。すなわち、ロッド軸１８７〜１９０は、前側の保持板１８１の嵌合穴１９２に差し込まれ、先端ネジ部を奥側の保持板１８０のネジ穴１９１にネジ止めすることで、前後保持板１８０，１８１間に固定支持される。各ロッド軸１８７〜１９０にはガイドコロ１８３〜１８６がそれぞれ回転可能に装着されている。ガイドコロ１８３〜１８６は、コロの両側でロッド軸に装着されたＥリングにより、軸方向に位置決めされている。また、ガイドコロ１８３〜１８６は、図１２及び図１３から分かるように、軸方向中央部が両側に比べて小径となっており、その小径部は、ガイド軸１７０の外形（本例では円形断面）に合わせてＲ形状（凹形）に形成されている。なお、ガイドコロ１８３〜１８６の中央小径部は「Ｖ」字状の形状でも良い。

ガイド軸１７０は、上下左右に配置された４つのガイドコロ１８３〜１８６の間に配置され、ガイドコロ１８３〜１８６にガイドされて図１１，１３の左右方向に直線移動可能となっている。上記のネジ穴１９１及び嵌合穴１９２は、ガイドコロ１８３〜１８６を装着したロッド軸１８７〜１９０を取り付けたときに、ガイドコロ１８３〜１８６とガイド軸１７０とが、ガタつくことなく且つ無理なくガイド軸１７０が移動できるように、前後の保持板１８０，１８１に高精度の位置加工がなされている。上記したように、ガイド軸１７０をガイドコロ１８３〜１８６が上下から挟持し、そのガイドコロ１８３〜１８６はロッド軸１８７〜１９０に対してＥリングにより軸方向に位置決めされているので、ガイド軸１７０が移動するに際して、前後あるいは上下に振れることがなく、精度良く直線移動（本例では水平移動）できるように構成されている。

シリンダ１５３の内部に配置されるピストン１５５は、ガイド軸１７０の先端（図１１の左側端部）にロッド１７２を介して装着されている。ピストン１５５の先端部付近に設けられた溝部には、Ｏリング１５６が嵌装されている。そして、ガイド軸１７０の後端（図１１，１３の右側端部）には、ピストンの位置を検知するためのフィラー１９４がネジ止め固定されている。フィラー１９４を検知するセンサ１９５は本例では透過型の光センサを用いており、ガイド軸１７０が図１１，１３の右方向に移動してきて、フィラー１９４の先端がセンサ１９５の光を遮断すると、後述する駆動モータが停止される。本例では、この位置（図１，１３で示す位置）がポンプのホームポジション（ＨＰ）となる。

シリンダ１５３及びピストン１５５は本例では円筒形である。上記したように、本例では、ガイド軸１７０が精度良く直線移動できるように構成されており、したがって、ピストン１５５はシリンダ１５３内を精度良く往復移動（平行移動）するようになっている。ここで、ポンプ機構においては、ピストンの平行動作（直線移動）は必携であるが、ピストンの回転止めも重要である。すなわち本例においては、ピストン１５５が回転してしまうと、ガイド軸１７０も回転するためにフィラー１９４が回転し、センサ１９５の検知部に入らずにセンサ本体に衝突してしまう。また、本例では後述するようにベルト駆動方式を採用しており、その駆動ベルトが傾いてしまうために安定しなくなる。そこで、本例においては、ピストン１５５が回転しないように構成している。図１３に示すように、前後保持板１８０，１８１の上部の側面に互いに対向するようにレール１００，１０１が設けてある。一方、図１及び図３に示すように、上記ガイド軸１７０には駆動アーム１０６が嵌装されている（駆動アーム１０６の上部に設けたガイド軸挿入穴にガイド軸１７０が貫通されている）。更に、駆動アーム１０６には、上記ガイド軸挿入穴と直交する方向に別の軸穴が設けられており、この軸穴に軸ピン（図示せず）が嵌め込まれている。その軸ピンは、ガイド軸１７０に設けた同じく不図示の貫通穴に圧入されており、軸ピンがガイド軸１７０に対して直交するように設けられている。そして、軸ピンの両端部にコロ１０５，１０５が回転可能に装着され、レール１００，１０１上を移動するようになっている。なお、コロ１０５，１０５は、不図示のＥリングにより軸ピンから抜け止めされる。このように、ガイド軸１７０に圧入させた軸ピンの両端にコロ１０５，１０５を取り付け、そのコロ１０５，１０５がレール１００，１０１に当接して移動するように構成することによって、ガイド軸１７０に装着されているピストン１５５の回転が防止される。つまり、ピストン１５５が回転しようとしても、コロ１０５がレール１００又は１０１に当接することによって回転が防止される。

次に、ピストン１５５を駆動する機構について説明する。
図１１，１４に示されるように、本例の空気吐出装置は駆動源としてステッピングモータ１１０を備えている。ステッピングモータ１１０のモータ軸にはプーリ１１１が装着固定されている。また、前後側板１５０，１５１間に軸支されたドライブ軸１１２にはプーリ１１３が装着固定されており、上記プーリ１１１とプーリ１１３の間に第１駆動ベルト（タイミングベルト）１１５が架設されている。更に、ドライブ軸１１２には駆動プーリ１１４が装着固定されている。また、ドライブ軸１１２と平行に、前後側板間に軸支されたアイドラ軸１１７にはアイドラプーリ１１８が装着固定されている。そして、上記駆動プーリ１１４とアイドラプーリ１１８の間に第２駆動ベルト（タイミングベルト）１１６が架設されている。ガイド軸１７０に連結された駆動アーム１０６の下端部には、第２駆動ベルト１１６の上辺部が挟まれネジ止めされることで、第２駆動ベルト１１６に駆動アーム１０６が締結固定される。

このような構成において、ステッピングモータ１１０の回転は第１駆動ベルト１１５を介してドライブ軸１１２に伝達され、更に、ドライブ軸１１２から第２駆動ベルト１１６を介して駆動アーム１０６に伝達され、駆動アーム１０６に連結されたガイド軸１７０を軸方向（図１の左右方向）に移動させる。これにより、ピストン１５５がシリンダ１５３内を移動する。本例では駆動源としてステッピングモータを用いており、図１に示すホームポジション（本例ではシリンダ容積が最大となる下死点をＨＰ位置に設定している）とシリンダ容積が最小となる圧縮位置（上死点）の間のストローク分だけピストン１５５が移動するように、ステッピングモータ１１０のステップ数が設定されている。実際の制御では、電源が投入されると、センサ１９５の出力に基づいてホームポジションを確認して停止し（ホームポジションに停止し）、その位置を基準として圧縮方向に設定したストローク分だけ移動するようにステッピングモータ１１０が回転し（図１１において反時計回り＝モータ正転とする）、次に、同じストローク分だけ戻るようにステッピングモータ１１０が逆回転（図１１において時計回り）してホームポジションに戻る。このピストン１５５の一往復の動作において、エア圧縮，エア吐出，エア吸入の動作が完了する。

図１５は、ピストン１５５の先端部を示す部分拡大図である。図に示すように、ピストン１５５の先端面には、ピストン内部と外部を連絡する吸気口１５８が設けられている。この吸気口１５８を閉鎖できるように本例では略三角形をしたリーフ弁１６０が押え板１６１を介してピストン先端面に固定されている。なお符号１５９はピストン先端面に設けられたネジ穴である。リーフ弁１６０は初期状態でピストン先端面に隙間なく密着し、吸気口１５８を閉鎖している。そのリーフ弁１６０は、例えばポリエステルフィルム又はステンレス鋼で作られており、板厚は０．０５〜０．２ｍｍで、可撓性を有しており、押されても容易に元の状態に戻ることができる。

ピストン１５５が圧縮方向（図１で左方向）に移動するとき、リーフ弁１６０はピストン先端面に密着して吸気口１５８を塞ぎ、ピストン内部への空気漏れを防止する。そして、ピストン１５５が膨張方向に移動するときには、リーフ弁１６０を押し広げて空気がピストン内部からシリンダ内に吸入される。このようにしてピストンの動作と連動して空気の吸気を行なっている。なお、本例ではピストン側にエア吸入弁を設ける構成であるが、シリンダ側（例えばシリンダ頭部の端面）にエア吸入弁を設けても良い。

ところで、ピストンが圧縮方向に移動する際にシリンダ内に空気を溜めておかずにピストン移動とともにそのまま空気を吐出させてしまうと、吐出圧を高くすることができず、勢い良く空気を吐出することができない。そこで、本例の空気吐出装置においては、シリンダ１５３のエア吐出口１４１（図１３）に開閉部材（シャッタ部材）を設け、所定のタイミングで開閉部材を開放する（所定のタイミングになるまで開閉部材を閉じておく）ように構成することで、吐出圧を高めて勢い良く空気を吐出できるように構成している。

図１３に示すように、エア吐出口１４１が設けられているボス１４３には、エア吐出口１４１と直交する方向に貫通穴（本例では円形穴）１４４が設けられている。その貫通穴１４４には切替軸１３５が挿入されている。切替軸１３５は、装置側面に突設された突起部１３７に嵌め込まれた軸受１３８と貫通穴１４４とに挿入されて回転可能に支持される。切替軸１３５の一端（図で下端）にはＥリングが装着され、他端側には円板部材１３４（とその円筒部１３４ａ）が固定されることによって、切替軸１３５の抜け止めと軸方向の位置決めがなされている。切替軸１３５のエア吐出口１４１に相当する位置には、平板カット部１４０が設けられている。平板カット部１４０は、円筒形の切替軸１３５の一部を切り欠いて平板状に設けたものであり、本例では、平板部が軸心を通る平面（平板）となるように、平板部の両側を同じ形状で切り欠いたものである。この平板カット部１４０が図１３に示すように鉛直方向に向いた状態では、平板カット部１４０がエア吐出口１４１を塞ぎ、シリンダ１５３内のエアはエア吐出口１４１から出ることはできない。そして、平板カット部１４０が９０度回転して水平方向を向くと、エア吐出口１４１が開放され、シリンダ１５３内のエアは平板部の両側を通ってエア吐出口１４１から出ることができる。

本例では、切替軸１３５を９０度回転させることにより、平板カット部１４０の向きを鉛直方向と水平方向とに切り替え、エア吐出口１４１の閉鎖と開放とを切り替えるように構成しているわけである。また、次に説明する機構により、そのエア吐出口１４１の閉鎖と開放の切り替え（すなわち切替軸１３５を９０度回転させること）を所定のタイミングで切り替えることによって、所定のタイミングになるまでエア吐出口１４１を閉鎖させておき、シリンダ内部の圧力を高めて勢い良く空気を吐出できるように構成している。

図１４に示すように、ドライブ軸１１２の奥側端部にカム板１３１が固定されている。カム板１３１は、図１６に示すように扇形の形状をしており、外周円弧部１３１ａと直線部１３１ｂとを有している。なお、外周円弧部１３１ａと直線部１３１ｂとの接続部は、後述するカムフォロワ（コロ２４２）の動きを滑らかにするため、Ｒ形状に形成している。

また、図１４に示すように、奥側の側板１５１の外側面には軸２４０が凸設固定されている。その軸２４０に対し、リンクレバー２４１が回転可能に軸支されている。リンクレバー２４１は図１６に示すように長細い板状の部材であり、一方側端部にはカムフォロワとなるコロ２４２が軸支されている。また、リンクレバー２４１の他方側端部には長穴２４３が形成されている。その長穴２４３には、上記した切替軸１３５の一端に固着された円板部材１３４の端面に突設された係合ピン１３９が遊嵌されている。

リンクレバー２４１と装置筐体との間に引張りスプリング１５７が架設され、コロ２４２をカム板１３１の周面に押し付けるようにリンクレバー２４１を付勢している。引張りスプリング１５７の付勢と共に、リンクレバー２４１の長穴２４３に円板部材１３４の係合ピン１３９が挿入し、リンクレバー２４１のコロ２４２がカム板１３１の周面に当接し、軸２４０が固定されているので、カム板１３１の回動に従ってコロ２４２が移動され、リンクレバー２４１が揺動する。そして、リンクレバー２４１の揺動により、係合ピン１３９を介して円板部材１３４が所定の範囲（角度）だけ回動される。本例においては、円板部材１３４の回動範囲が約９０度となるように、上記カム機構が構成されている。

図１６は空気吐出装置のピストン１５５がホームポジションに位置する状態を示している。このとき、リンクレバー２４１はほぼ水平状態となり、円板部材１３４の係合ピン１３９は下端近傍のやや右寄りに位置しており、切替軸１３５に設けた平板カット部１４０が鉛直方向に向いて上述したエア吐出口１４１を閉鎖している（図１６の状態）。この状態から、ドライブ軸１１２が図１６において反時計回りに回転することによってピストン１５５が圧縮方向に移動する。そして、ピストン１５５の圧縮方向への移動とともにカム板１３１が回動して、その外周円弧部１３１ａがコロ２４２と接する範囲（図１７に示す位置まで）では、カムフォロワであるコロ２４２の位置が変化しないためリンクレバー２４１は動かず、円板部材１３４も回転しないため、エア吐出口１４１は閉鎖されたままである。そのため、ピストン１５５の移動に伴ってシリンダ１５３内の圧力が高まってくる。

そして、図１７に示す位置からカム板１３１が更に回転し、コロ２４２がカム板１３１の外周円弧部１３１ａから外れる（直線部１３１ｂと摺接する）と、スプリング１５７の付勢力によってリンクレバー２４１が時計回りに回動する。すると、長穴２４３内の係合ピン１３９が押されて円板部材１３４が図中反時計回りに回転される。これによって切替軸１３５（とその平板カット部１４０）が回転し、図１８に示すように、エア吐出口１４１が開放される。コロ２４２が外周円弧部１３１ａから外れて直線部１３１ｂの内側端部１３１ｃまで移動するカム板１３１の回転角度は、ピストン１５５の移動距離にすると僅かであり、したがって、ごく短時間の間にエア吐出口１４１が閉鎖状態から開放状態に変化することになる。そのため、シリンダ内で高められていた空気の圧力が一気に開放され、エア吐出口１４１から勢い良く空気が吐出される。

本例では、ピストン往復動作におけるカム板１３１の回転角度は約１２６度であり、ホームポジション（図１６の位置）から約９２度回転した位置（回転範囲の約３／４位置）よりエア吐出口１４１が開き始める。そして、残りの約３４度（回転範囲の約１／４）カム板１３１が回転する間にエア吐出口１４１が完全に開放される。

図１８は、ピストン１５５が最大圧縮位置（上死点）に達したときの状態を示すものである。この位置からカム板１３１は更に図中の反時計回りに回転することはなく、ピストン１５５が最大圧縮位置からホームポジションに戻る過程で図中時計回りに（即ち、圧縮工程とは逆方向に）回転する。この逆転時に、カム板１３１の直線部１３１ｂによってコロ２４２が押し上げられ、リンクレバー２４１が図１８において反時計回りに回動され、それによって円板部材１３４が図中時計回りに回転して、エア吐出口１４１が閉鎖される。エア吐出口１４１が閉鎖された後、外周円弧部１３１ａがコロ２４２に摺動する範囲（図１７から図１６の範囲）では、エア吐出口１４１の閉鎖状態が維持される。

このように、本例の空気吐出装置においては、ピストンと機械的に連結された開閉部材をエア吐出口に設け、そのエア吐出口を圧縮工程における所定のタイミングまで閉じておき上死点付近の短時間でエア吐出口を開放させることができるので、シリンダ内でエア圧力を高めることが可能となり、また、その圧力が高められた空気を一気に吐出させることができる。

画像形成装置の概略構成図である。 定着装置の概略構成図である。 本発明に係る用紙分離機構の斜視図である。 用紙分離機構を構成するノズルの斜視図である。 用紙分離機構を構成する分離ガイド板の上板の斜視図である。 用紙分離機構を構成する分離ガイド板の下板の斜視図である。 分離ガイド板の断面図である。 ノズルの断面図である。 分離ガイド板にノズルを装着した用紙分離機構の断面図である。 用紙分離機構を定着装置の所定位置に取り付けた場合の拡大図である。 空気吐出装置の正面断面図である。 空気吐出装置の右側面断面図である。 空気吐出装置のポンプ部平面断面図である。 空気吐出装置の駆動部付近を示す断面図である。 ピストン先端を示す部分拡大図である。 シリンダ内の圧縮空気を勢い良く吐出するため構造部分の図である。 シリンダ内の空気を圧縮する途中の構造部分の位置関係を示す図である。 シリンダ内の圧縮空気を吐出した直後の構造部分の位置関係を示す図である。

符号の説明

５０ エアチューブ
７０ 用紙分離ユニット
８０ ノズル
８８ ネジ
９０ 分離ガイド板

Claims (10)

1. 複数の回転体のニップ部に挟持搬送される記録媒体に対して記録媒体搬送方向下流側で且つ記録媒体搬送方向に直交する方向に分布配置され上記ニップ部に向けて圧縮気体を噴出する複数のノズル部材と、当該複数のノズル部材を保持・位置決め固定して各ノズル部材の空気吐出口を固定し、ノズル部材に圧縮気体を供給する供給経路を内蔵し、ニップ部から分離搬送される記録媒体を案内するガイド面を有する分離ガイド板とを備えて構成される、噴出気体利用の記録媒体分離機構にして、上記ノズル部材の気体噴出側先端が上記分離ガイド板のニップ部側先端よりも突き出て、上記分離ガイド板の先端は前記ノズル部材を位置決め固定する箇所から両辺にずれるに従って記録媒体搬送方向下流側へ後退していることを特徴とする、記録媒体分離機構。
2. 上記ノズル部材が分離ガイド板のガイド面より記録媒体の搬送経路側へ出っ張っていることを特徴とする、請求項１に記載の記録媒体分離機構。
3. 上記ノズル部材の気体噴出側先端が丸みを付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の記録媒体分離機構。
4. 上記ノズル部材が分離ガイド板から着脱自在に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の記録媒体分離機構。
5. 上記ノズル部材を位置決め固定するために上記分離ガイド板には角体断面のスリットが切られ、上記ノズル部材の横断面がスリットの角体断面に対応していることを特徴とする、請求項４に記載の記録媒体分離機構。
6. 上記ノズル部材の気体噴出口を取り囲む少なくとも３面が指向壁として機能することを特徴とする、請求項１に記載の記録媒体分離機構。
7. 上記分離ガイド板は上下２分割構成で形成され、供給経路断面を上下に２等分するようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の記録媒体分離機構。
8. 上記ノズル部材の分離ガイド板取り付け側基部が円柱部に形成され、当該円柱部にＯリングを備えて、ノズル部材が分離ガイド板に挟持嵌合されていることを特徴とする、請求項７に記載の記録媒体分離機構。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の用紙分離機構を備えた定着装置。
10. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の用紙分離機構を備えた画像形成装置。

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