JP5353129B2 - エア吐出装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、加圧したエアを吐出するエア吐出装置及びエア吐出装置を備える画像形成装置に関する。
特開2005−157179号公報 特開2008−003277号公報
各種産業用装置や生産設備などにおいて用いられる、エアを加圧して供給するためのエア供給装置あるいはエア供給システムは周知である。図34は、従来のエア供給システムの構成例を示すブロック図である。この図に示すシステムは、コンプレッサ601,エアタンク602,電磁弁603,エアノズル604を備えている。ここには図示しないが、そのほか、コンプレッサを駆動する駆動源や、圧力制御のための圧力センサなども必要である。
このように構成される従来のエア供給装置(エア供給システム)は、大型なものとならざるを得なかった。また、大きさだけではなく、高圧エアを得るまでにコンプレッサの空気圧縮に時間がかかり(例えば1分程度)、装置始動直後に使用できない。電磁弁等が必要で全体の構成部品が多く、非常に高コストである。コンプレッサの作動音がうるさい。装置構成が大型で大電力を消費するため省エネルギーが難しい。などの問題があるため、その用途も産業用機械や生産設備などの業務用に限られているのが現状である。
ところで、画像形成装置の分野においては、給紙部における用紙分離や用紙搬送、あるいは定着部における用紙分離(剥離)にエアを用いるものがある(例えば特許文献1及び特許文献2)が、上記したように従来のエア供給装置(エア供給システム)は大型であり、それを用いる画像形成装置は専門のオペレータが操作するような大型の業務用印刷機などに限られ、一般オフィス等で使用する複写機やプリンタなどにおいてはエア分離やエア搬送などは採用が困難である。
エアポンプだけを小型化することは困難ではないが、必要な圧力までエア圧を高め、その加圧されたエアを所定のタイミングで吐出可能な小型で低コストなエア吐出装置は実現されていない。
本発明は、従来のエア供給装置における上述の問題を解決し、コンプレッサや電磁弁を必要とせず、加圧したエアを所定のタイミングで吐出可能な小型で低コストなエア吐出装置を提供することを課題とする。
また、小型で低コストなエア吐出装置を備えて確実な用紙分離(剥離)を行なうことのできる定着装置及び画像形成装置を提供することも本発明の課題である。
前記の課題は、本発明により、加圧したエアを所定のタイミングで吐出させるエア吐出装置であって、シリンダ及びシリンダ内を往復移動するピストンを有するエアポンプと、前記エアポンプのエア吐出口に設けられて該エア吐出口を開放又は閉鎖させる開閉部材と、前記ピストン及び前記開閉部材の双方に機械的に連結され、前記ピストンが圧縮移動する際に所定の地点へ到達するまでは前記開閉部材を閉鎖状態に維持するとともに所定の地点へ到達したときに前記開閉部材を開放状態に切り替える切替機構とを具備し、前記切替機構は、前記ピストンが戻り行程において前記所定の地点へ到達したときに前記開閉部材を閉鎖状態に切り替えるとともに、前記開閉部材が前記エア吐出口に交差して配置される回転軸として設けられ、該回転軸の前記エア吐出口との交差部に平板部を設け、該回転軸を所定の角度だけ回転させることにより前記エア吐出口の開放及び閉鎖が行なわれることにより解決される。
また、前記の課題は、本発明により、加圧したエアを所定のタイミングで吐出させるエア吐出装置であって、シリンダ及びシリンダ内を往復移動するピストンを有するエアポンプと、前記エアポンプのエア吐出口に設けられて該エア吐出口を開放又は閉鎖させる開閉部材と、前記ピストン及び前記開閉部材の双方に機械的に連結され、前記ピストンが圧縮移動する際に所定の地点へ到達するまでは前記開閉部材を閉鎖状態に維持するとともに所定の地点へ到達したときに前記開閉部材を開放状態に切り替える切替機構とを具備し、前記切替機構は、前記ピストンが戻り行程において前記所定の地点へ到達したときに前記開閉部材を閉鎖状態に切り替えるとともに、前記開閉部材が前記エア吐出口に交差して配置されるスライド部材として設けられ、該スライド部材の前記エア吐出口との交差部に小体積部を設け、該スライド部材を所定の距離だけ移動させることにより前記エア吐出口の開放及び閉鎖が行なわれることにより解決される。
また、前記エアポンプは、前記ピストンの1往復の動作でエア圧縮,エア吐出,エア吸入の行程を実行すると好ましい。
また、前記平板部が軸心を通る直径方向の平板として設けられていると好ましい。
また、前記開閉部材としての前記スライド部材が、端面カムを介してスライドされると好ましい。
また、前記切替機構は、前記ピストンの移動に連動して回転するカム部材を有し、該カム部材を介して前記開閉部材としての前記回転軸または前記端面カムが回動されると好ましい。
また、前記ピストンを前記シリンダと平行に往復移動させるガイド手段を備えると好ましい。
また、前記ピストンの移動ストロークが可変であると好ましい。
また、前記ピストンの移動速度が可変であると好ましい。
また、前記エアポンプの駆動源がステッピングモータであり、該ステッピングモータを制御して前記ピストンの移動ストローク及び移動速度の少なくとも一方を変更可能であると好ましい。
また、前記ピストン及び前記シリンダが低摩擦素材で製作されていると好ましい。
また、前記ピストン及び前記シリンダが円形断面形状であり、前記ピストンの回転を防止する回転防止手段を有すると好ましい。
また、前記ピストンを往復移動させるクランク機構を有し、該クランク機構の駆動手段として一方向に回転するモータを備え、前記クランク機構と前記モータとの間に一回転クラッチを配設し、該クラッチを接続したときに前記クランク機構のクランク軸が1回転して前記ピストンが1往復し、該ピストンの1往復の動作でエア圧縮,エア吐出,エア吸入の行程を実行すると好ましい。
また、前記切替機構は、前記ピストンの移動に連動して回転するカム部材を有し、該カム部材の形状又は回転方向位置を変えることによりエア吐出タイミングを変更可能であると好ましい。
また、前記の課題は、本発明により、記録紙を加熱する加熱回転部材と、該加熱回転部材の表面に当接してニップ部を形成する加圧回転部材とを有し、エアによって前記加熱回転部材から記録紙を分離する分離手段を有する定着装置を備えた画像形成装置であって、請求項1〜15のいずれか1項に記載のエア吐出装置を備え、該エア吐出装置から前記分離手段にエアを供給することによって解決される。
また、前記分離手段は分離爪形状のノズル本体を有し、前記エア吐出装置から供給されたエアの吹き出し口が前記ノズル本体の長手方向の少なくとも中央部及び両端部付近に設けられていると好ましい。
また、前記ノズル本体は、前記吹き出し口の3方を囲うように設けられエアの吹き出し方向をガイドするガイド部を有すると好ましい。
また、前記加圧回転部材が前記加熱回転部材側に食い込むように構成されていると好ましい。
また、エアによって前記加圧回転部材から記録紙を分離する分離手段を有すると好ましい。
また、前記加熱回転部材及び前記加圧回転部材の少なくとも一方が無端状ベルトとして構成されていると好ましい。
本発明のエア吐出装置によれば、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、その開閉部材(すなわちエア吐出口)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エアを一気に吐出させることができる。したがって従来の、コンプレッサ,エアータンク,電磁弁を備えるエア供給システムに比べて極めて小型かつ低コストなエア吐出装置を提供することができる。また、コンプレッサを用いる場合のような騒音も発生せず、本発明によるエア吐出装置はその利用範囲を大きく広げることが可能となった。すなわち、業務用装置に限らず、一般的なオフィスで用いられる小型の各種装置への搭載が可能となり、それらの各種装置におけるエア利用が実現される。
また、ピストンが戻る際の所定の位置で開閉部材(すなわちエア吐出口)を閉鎖することができる。
また、簡単な構成の回転軸でエア吐出口の開放と閉鎖とを行なうことができる。
また、簡単な構成のスライド部材でエア吐出口の開放と閉鎖とを行なうことができる。
請求項の構成により、ピストンの1往復の動作とともに連続してエアを吐出することができる。
請求項の構成により、平板部の両側(各側)を通って吐出されるエアの圧力や速度を等しくすることができる。
請求項の構成により、端面カムを用いることで、簡単な構成でスライド式開閉部材の開放と閉鎖とを行なうことができる。
請求項の構成により、カム部材の形状を適切に設定することで、所望のタイミングで開閉部材の開放と閉鎖を切り替えることができる。
請求項の構成により、ピストンを高精度に直線移動(シリンダと平行に往復移動)させることができ、エア漏れあるいはシリンダやピストンの磨耗・破損を抑制することができる。
請求項の構成により、ピストンの移動ストロークを変えることで吐出量や圧力を変えることが可能となる。
請求項の構成により、ピストンの移動速度を変えることで吐出圧を変えることができる。また、一定速度で駆動する場合と同じ周期での低トルク駆動が可能になる。
請求項10の構成により、ステッピングモータを制御することで、容易に吐出量や圧力を変更することができる。
請求項11の構成により、ピストンとシリンダの摺動性を向上させることができる。オイルを用いないことにより、エアにオイルが混じることもない。また、耐磨耗性を向上させ、長寿命化を図ることができる。
請求項12の構成により、ピストンの回転が防止され、駆動系への影響を防止することができる。
請求項13の構成により、クランク機構を用いてエアポンプを駆動し、圧力が高められたエアを一気に吐出させることができる。
請求項14の構成により、簡単低コストにエア吐出タイミングを変更することができる。
請求項15の画像形成装置によれば、定着装置における分離手段へのエア供給源として小型低コストなエア吐出装置を用いることにより、オフィス等で用いられるサイズ・価格の画像形成装置においてもエア剥離を採用して確実な用紙分離を行なうことができる。
請求項16の構成により、分離手段のノズル本体における長手方向の少なくとも中央部及び両端部付近に設けた吹き出し口からエアを吹き出して確実な用紙分離を行なうことができる。
請求項17の構成により、エアの拡散を防いで効率良くエアを定着ニップに向かわせることができ、確実な用紙分離を行なうことができる。
請求項18の構成により、加熱回転部材における曲率分離効果が加わり、より確実に用紙を分離することができる。
請求項19の構成により、加圧回転部材側への用紙巻き付きを防止することができ、両面印刷時の用紙巻き付きを効果的に防止することができる。
請求項20の構成により、ベルト定着方式により、定着部材の熱容量を少なくすることができ、素早い温度上昇を実現することができる。また、ベルト定着方式における確実な用紙分離を行なうことができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係るエア吐出装置の一実施例を示すもので、エア吐出装置を正面方向から見た縦断面図である。また、図2は、エア吐出装置の側面方向から見た縦断面図で、図1の左方向から見たものである。また、図3は、エア吐出装置のポンプ部の構成を示す平断面図である。さらに、図4は、駆動部付近を示す平断面図である。そして図5は、駆動系の構成を判りやすくするために一部部材を省略して示す正面方向からの縦断面図である。また、図6は、駆動系の構成を判りやすくするために一部部材を省略して示す図1の右方向からの縦断面図である。
これらの図に示すように、エア吐出装置500は装置筐体を構成する前後側板50,51及び底板52を有している。その前後側板50,51の間にはシリンダ53及びシリンダ保持板54が、それぞれ前後側板50,51にネジ止め固定されている。シリンダ保持板54は、シリンダ53を背後から支持する部材である。シリンダ53内にはピストン55が配設され、後述する機構によりピストン55は図1において左右方向に往復移動する。シリンダ53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、シリンダ内部のエアを吐出させるエア吐出口141(図3)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がはめ込まれている。ピストン55の移動により圧縮されたシリンダ53内のエアは、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、エア吐出装置500の構成と動作について詳しく説明する。
底板52上には1対の保持板80,81が立設されている。その保持板80,81には4本のロッド軸87〜90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。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80,81のロッド軸取り付け部は、奥側の保持板80にネジ穴91が、前側の保持板81に貫通(嵌合)穴92が、それぞれ4個所(上下2個所ずつ)形成されている。すなわち、ロッド軸87〜90は、前側の保持板81の嵌合穴92に差し込まれ、先端ネジ部を奥側の保持板80のネジ穴91にネジ止めすることで、前後保持板80,81間に固定支持される。各ロッド軸87〜90にはガイドコロ83〜86がそれぞれ回転可能に装着されている。ガイドコロ83〜86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83〜86は、図2及び図3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、その小径部周面は、ガイド軸70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83〜86の中央小径部は「V」字状の形状でも良い。
ガイド軸70は、上下左右に配置された4つのガイドコロ83〜86の間に配置され、ガイドコロ83〜86にガイドされて図1,3の左右方向に直線移動可能となっている。上記のネジ穴91及び嵌合穴92は、ガイドコロ83〜86を装着したロッド軸87〜90を取り付けたときに、ガイドコロ83〜86とガイド軸70とが、ガタつくことなく且つ無理なくガイド軸70が移動できるように、前後の保持板80,81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70をガイドコロ83〜86が上下から挟持し、そのガイドコロ83〜86はロッド軸87〜90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70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53の内部に配置されるピストン55は、ガイド軸70の先端(図1の左側端部)にロッド72を介して装着されている。ピストン55の先端部付近に設けられた溝部には、Oリング56が嵌装されている。そして、ガイド軸70の後端(図1,3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94がネジ止め固定されている。フィラー94を検知するセンサ95は本例では透過型の光センサを用いており、ガイド軸70が図1,3の右方向に移動してきて、フィラー94の先端がセンサ95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1,3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53及びピストン55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70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55はシリンダ53内を精度良く往復移動(シリンダに平行移動)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55が回転してしまうと、ガイド軸70も回転するためにフィラー94が回転し、センサ95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、本実施例においては、ピストン55が回転しないように構成している。図3〜6に示すように、前後保持板80,81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6及び図7に示すように、上記ガイド軸70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106aにガイド軸70が貫通されている)。さらに、駆動アーム106には、ガイド軸挿入穴106aと直交する方向に軸穴106bが設けられており、この軸穴106bに軸104がはめ込まれている。その軸104は、ガイド軸70に設けた図示しない貫通穴に圧入されており、軸104がガイド軸70に対して直交するように設けられる。そして、軸104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、図示しないEリングにより軸104から抜け止めされる。このように、ガイド軸70に圧入させた軸104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70に装着されているピストン55の回転が防止される(ピストン55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55を駆動する機構について説明する。
図1,4,5に示されるように、本例のエア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の間に第一駆動ベルト(タイミングベルト)115が架設されている。さらに、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の間に第二駆動ベルト(タイミングベルト)116が架設されている。
図6及び図7に示すように、ガイド軸70に連結された駆動アーム106の下端部は「コ」の字状に切り欠かれたベルト装着部106となっており、第二駆動ベルト116の上辺部を間に挟んでベルト固定コマ119を駆動アーム106のベルト装着部106にネジ止めすることにより、第二駆動ベルト116に駆動アーム106が締結固定される。なお、ベルト固定コマ119に設けたネジ貫通穴119aは長穴となっており、ベルト116を挟持する際にベルトをしっかりと駆動アーム106に押し付けた状態でネジ止めできるようになっている。また、ベルト固定コマ119の上面119bは、タイミングベルトである第二駆動ベルト116の内面形状に対応する凹凸形状に形成されており、ベルト締結時のすべりを防止するようになっている。
このような構成において、ステッピングモータ110の回転は第一駆動ベルト115を介してドライブ軸112に伝達され、さらに、ドライブ軸112から第二駆動ベルト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70を軸方向(図1,3,5の左右方向)に移動させる。これにより、ピストン55がシリンダ53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1,3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55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95の出力に基づいてホームポジション位置を確認して停止し(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1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1において時計回り)してホームポジション位置に戻る。このピストン55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8,9に、ピストン55が圧縮位置に移動した状態の平断面及び縦断面を示す。
図10は、ピストン55の先端部を示す部分拡大図である。また、図11は、ピストン55の先端面を示す側面図(a)及び先端部の断面図(b)である。
これらの図に示すように、ピストン55の先端面には、ピストン内部と外部を連絡する吸気口58が設けられている。この吸気口58を閉鎖できるように本例では略三角形をしたリーフ弁60が押え板61を介してピストン先端面に固定されている。なお符号59はピストン先端面に設けられたネジ穴であり、符号62は固定用のネジである。リーフ弁60は初期状態でピストン先端面に隙間なく密着し、吸気口58を閉鎖している。そのリーフ弁60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55が圧縮方向(図1,3で左方向)に移動するとき、リーフ弁60はピストン先端面に密着して吸気口58を塞ぎ、エア漏れ(ピストン内部への)を防止する。そして、ピストン55が戻り行程で(図8,9で右方向に)移動するときには、リーフ弁60を押し広げてエアがシリンダ内に(ピストン内部から)吸入される。このようにしてピストンの動作と連動してエアの吸気を行なっている。なお、本実施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エアを溜めておかずにピストン移動とともにそのままエアを吐出させてしまうと、吐出圧を高くすることができず、勢い良くエアを吐出することができない。そこで、本例のエア吐出装置においては、シリンダ53のエア吐出口(吐出開口)141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エアを吐出できるように構成している。
図3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と交差して(本例では直交するように)貫通穴(本例では円形断面)144が設けられている。その貫通穴144には円筒形断面の切替軸135(開閉部材)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にはめ込まれた軸受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、図12に示すように、円筒形の切替軸135の周面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(直径方向の平板)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3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53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、図12に示すように平板カット部140が水平方向を向くと、エア吐出口141が開放され、シリンダ53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。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エアを吐出できるように構成している。
図4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13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。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4に示すように、奥側の側板51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13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。これにより、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。本実施例においては、円板部材134の回動範囲が90度となるように、上記カム機構が構成されている。
図13はエア吐出装置のピストン55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、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3の状態)。この状態から、ドライブ軸112が図13において反時計回りに回転することによってピストン55が圧縮方向に移動するので、カム板131も図13の状態から反時計回りに回動する。外周円弧部131aがコロ242に摺動している範囲では(図14に示す位置までは)、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55の移動に伴ってシリンダ53内の圧力が高まってくる。
そして、図14に示す位置からカム板131がさらに回転し、コロ242が外周円弧部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15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55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エアの圧力が一気に開放され、エア吐出口141から勢い良くエアが吐出される。
本実施例では、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、ホームポジション位置(図13の位置)から約92度回転した位置(回転範囲の約3/4位置)からエア吐出口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15は、ピストン55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。カム板131は図15の状態からさらに図中の反時計回りに回動することはなく、ピストン55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(すなわち、圧縮工程の時とは逆方向に)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15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14から図13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、本発明のエア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、その開閉部材(すなわちエア吐出口)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エアを一気に吐出させることができる。従来の、コンプレッサ,エアータンク,電磁弁を備えるエア供給システム(エア供給装置)は、かなり大型のシステムとならざるを得ず、そのエア供給システムを用いる装置も大型のもの(例えば業務用装置)に限られていたが、本発明のエア吐出装置は、従来システムにおけるコンプレッサに代えて小型のエアポンプを用い、その小型エアポンプを搭載する装置本体にピストンと機械的に連結された開閉部材を設けたことにより、従来システムで必須であったエアタンク及び電磁弁を省略することができ、従来比で極めて小型かつ低コストな装置構成とすることが可能となった。また、コンプレッサを用いる場合のような騒音も発生せず、本発明によるエア吐出装置はその利用範囲を大きく広げることが可能となった。すなわち、業務用装置に限らず、個人あるいはオフィスで用いられる小型の各種装置への搭載が可能となり、それらの各種装置におけるエア利用が実現される。
図16〜18は、切替軸135を切り替えてエア吐出口141の開放と閉鎖を切り替える切替機構の別例を示すもので、上記説明した構成の図4,図13,図15にそれぞれ対応するものである。上記説明した構成と重複する部分については説明を省略する。
図16〜18に示す構成では、ドライブ軸112にギア130が固定されている。そのギア130に噛み合わされる連結ギア150が、奥側側板51の側面に凸設固定された軸152に回転可能に支持されている。連結ギア150には、カム板151が一体に形成されている。さらに、奥側側板51の側面に凸設固定された軸153にリンクレバー154が回転可能に軸支されている。リンクレバー154は図17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155が軸支されている。また、リンクレバー154の他方側端部には長穴156が形成されている。その長穴156には、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154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155をカム板151の周面に押し付けるようにリンクレバー154を付勢している。リンクレバー154のコロ155がカム板151の周面に当接し、カム板151の回動に従ってコロ155が移動され、リンクレバー154が揺動する。そして、リンクレバー154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90度となるように、上記カム機構が構成されている。
図17はエア吐出装置のピストン55がホームポジションに位置する状態を示しており、このとき、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3の状態)。この状態から、ドライブ軸112が図17において反時計回りに回転することによってピストン55が圧縮方向に移動するので、ギア130が反時計回りに回動し、これによって連結ギア150及びカム板151は時計回りに回動する。カム板151の回転に伴ってコロ155がカム板151の外周円弧部151aから外れて直線部151bに移行すると、スプリング157の付勢力によってリンクレバー154が時計回りに回動し、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。
図18は、ピストン55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、カムフォロワであるコロ155が直線部151bの内側端部151c(図17)まで達した状態である。カム板151は図18の状態からさらに図中の反時計回りに回動することはなく、ピストン55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(すなわち、圧縮工程の時とは逆方向に)回転する。この逆転時に、カム板151の直線部151bによってコロ155が押し上げられ、リンクレバー154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151aがコロ155に摺動する範囲では、エア吐出口141の閉鎖状態が維持される。
図16〜18に示す構成においても、ピストンと機械的に連結された開閉部材(すなわちエア吐出口)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。したがって、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エアを一気に吐出させることができる。
なお、ピストン55とカム板131,151の相対位置を変えればエア吐出タイミング(エア吐出口141の開放タイミング)を変更することができる。また、カムの形状を変えることにより、エア圧力を変更することやエア吐出タイミングを変更することも可能である。さらに、エア吐出口141を開放させておく時間(開放継続時間)を変えることも可能である。簡単な方法で吐出エアの波形(圧力特性)を変えることができ、エア吐出装置の用途に則した最適化を容易に図ることができる。
図19,20は、エア吐出口141を開放及び閉鎖させる開閉部材の別例を示すものである。本構成例では、切替軸135に代えて切替部材170(開閉部材)が用いられる。本例の切替部材170は切替軸135と同様の円筒形の軸部材として設けられているが、切替部材170を長手方向にスライドさせる本構成例では、必ずしも円筒形部材として設ける必要はなく、例えば角柱状部材(断面形状が多角形の部材)であっても良い。切替部材170は、切替軸135の平板カット部140に相当する構成として小体積部(本例では小径部)171を有している。そして、図19(a),(b)に示すように、切替部材170を軸方向にスライドさせることにより、エア吐出口141の閉鎖と開放とを切り替える。切替部材170をスライドさせる構成としては、立体カムの一種である端面カム(ベルカム=bell cam)161を用いている。この端面カム161は、軸160に回転可能に支持された円盤状部材であり、厚みの小さな薄板部161aと厚みの大きな厚板部161bを有しており、両者が滑らかな曲面によりつながっている。この端面カム161を、図13〜15あるいは図17,18で説明したような機構により、所定のタイミングで回転させる。切替部材170には円板部材174が固定されており、その円板部材174と本体側のボス172との間に圧縮スプリング173が切替部材170に嵌装されている。
図19(a)に示すように、切替部材170の先端が端面カム161の薄板部161aに当接しているとき、スプリング173の付勢力によって切替部材170は上方に押され、小径部171がエア吐出口141から外れていることによってエア吐出口141は閉鎖されている。そして、端面カム161が回転して厚板部161bが切替部材170部に移動してくると、図19(b)に示すように、スプリング173が圧縮されて切替部材170が下方に移動し、小径部171がエア吐出口141の位置となってエア吐出口141が開放される。端面カム161が回転して再び薄板部161aが切替部材170部に移動してくると、エア吐出口141が閉鎖される。
ところで、上述したように本例のエア吐出装置は駆動源としてステッピングモータを用いている。そのステッピングモータ110の制御を変えることによって、ピストン55の移動距離を容易に変更可能である。ピストンの移動距離(ストローク)を変更することにより、エアポンプの吐出量や圧力を変えることができる。実際の制御においては、ホームポジション位置を基準として、ステッピングモータ110の回転量(ステップ数)をカウントしていくが、そのステップ数を変えることによってピストン55のストロークを長く(圧力及び吐出量アップ)したり、短く(圧力及び吐出量ダウン)したりすることができる。
また、ステッピングモータ110の回転速度を変えることによって圧力を変えることもできる。さらに、回転初期(ホームポジションからの移動初期)にはゆっくりとモータを立ち上げて駆動トルクを低く抑え、圧縮行程の所定の段階で回転速度を速めることで通常(回転速度一定の場合)と同じ周期での低トルク駆動を行なうこともできる。
なお、本例のエア吐出装置500においては、シリンダ53及びピストン55の材料として低摩擦素材を用いている。フッ素樹脂は高価であるため、低摩擦素材例えばポリアセタール樹脂にフッ素粉末を添加させた樹脂を用いても良い。これにより、滑り性および耐磨耗性を向上させ、長寿命化を図ることができる。
次に、エア吐出装置の第2実施例について説明する。
上記説明した第1実施例のエア吐出装置では、ガイド軸70を直線移動(往復移動)させることによりピストン55を駆動する形態であったが、本第2実施例では、クランク機構を用いてピストンを55を駆動する形態である。なお、エアポンプの要部構成は第1実施例と同じであるので、異なる部分を中心に説明する。
図21は、第2実施例のエア吐出装置を正面方向から見た縦断面図である。また、図22は、エア吐出装置の側面(エア吐出口141と反対側の側面)方向から見た縦断面図で、図21の右方向から見たものである。また、図23は平断面図である。そして、図24はクラッチ軸付近の構成を示す斜視図であり、図25はクランク軸付近の構成を示す斜視図である。
これらの図に示すように、前後側板50,51の間にシリンダ53が支持され、そのシリンダ53内にピストン55が配設されて図21の左右方向に往復移動することは第1実施例のエア吐出装置と同じである。また、シリンダ53の先端面にボス143が突設され、そのボス143内にエア吐出口141が設けられ、ピストン55の移動により圧縮されたシリンダ53内のエアがエア吐出口141からチューブ142を通って外部に吐出されることも同じである。
図21において、底板52上に突設されたモータブラケット205にモータ210が取り付けられている。モータ210は、本例ではDCサーボモータを用いている。モータ210の出力軸211には、ウォーム212が圧入連結されている。ウォーム212の先端部212aは、モータブラケット205と対向するように設けられているホルダ209に、軸受を介して支持されている。ウォーム212は、回転時にウォームホイール213からの反作用で下方向への曲げ力が加わるため、ホルダ209によってウォーム先端部を支えている。ウォームホイール213はウォーム212に噛み合わされており、モータ210駆動時にウォーム212によって回転されるが、後述するスプリングクラッチ203が切断された(クラッチが切られた)状態では軸202は回転せず、スプリングクラッチ203が連結された(クラッチが接続された)ときに軸202が回転する。
なお、通常ウォームホイールとしてはウォームと相対して中央部分が凹んだ形状のギアが用いられるが、本実施例ではハスバ歯車を使用した。また、ウォームギア(ウォームとウォームホイール)を使用することにより、減速比を大きくとりトルクを稼ぐように構成している。
図22及び図24に示すように、前後側板50,51間に軸202が軸受207を介して支持されている。軸202には、一回転クラッチであるスプリングクラッチ203が装着されている。また、この軸202(以下、クラッチ軸と記す)に対してウォームホイール213が、連結及び連結解除可能に装着支持されている。すなわち、スプリングクラッチ203に通電するとアーマチュア204が吸引され、内部にある爪(図示せず)が外れてウォームホイール213とクラッチ軸202が連結され、クラッチ軸202は回転する(モータ210駆動時)。クラッチ軸202が1回転し、再び爪の位置まで来ると、爪によってスプリングが広げられ、クラッチ軸202とウォームホイール213との連結が外れ、ウォームホイール213は空転する(クラッチ軸202は回転しない)。なお、スプリングクラッチ203への通電の時間は爪を外すための時間で、本例では100ms程度である。
クラッチ軸202の前側端部には、クラッチギア205が固定ネジ206によって装着固定されており、クラッチ軸202が回転するとクラッチギア205が回転する。クラッチ軸202の上方に位置してクランク軸201が、クラッチ軸202と平行に支持されている。このクランク軸201は、前側側板50と前側側板50に固定されたスリーブ219とに軸受を介して回転可能に支持されている。
図22及び図25に示すように、クランク軸201の前側端部にはクランクギア220が固定ネジ214によって装着固定されている。クランク軸201の反対側(奥側)端部にはクランク板215が装着固定されている。クランク板215はクランク軸201と一体的に形成しても良い。クランク板215にはネジ穴215aが設けられており、ネジ218でクランクレバー217をベアリング207及びカラー216を介してクランク板215と連結している。
クランクレバー217の他端には、図25に示されるように、ロッド72がベアリング207を介して嵌合され、Eリング208,208及びスペーサ227を介して抜け止めされている。ロッド72は、ピストン55と連結される部材である(図23参照)。このようにして、クランク板215に対して回転可能に取り付けたクランクレバー217の先端部に、ロッド72を介してピストン55が装着された構成となっている。したがって、図21において、クランク板215がクランク軸201を中心に回転すると、軸201から偏心して取り付けられたクランクレバー217がクランク運動をし、これによってピストン55がシリンダ53内を往復移動することとなる。
クランク軸201の前側端部に装着されているクランクギア220(図22,25)が1回転するとクランクレバー217も1回転し、ピストン55が1往復する。なお、図21及び図23は、ピストン55がホームポジションに位置する状態を示している。ピストン55が上死点(シリンダ容積が最小となる圧縮位置)に位置する状態を図26に示す。
ところで、クランク運動に際してクランクレバー217がクランク軸201を横切るため、クランク軸201は前後側板50,51で支持することができない。そこで本実施例では、スリーブ219を用いてクランク軸201を前側側板50に片持ち支持させている。本構成では、スリーブ219を用いることにより、クランク軸201を支える前後軸受(図22)間の距離を長く取り、安定して支持できるようにしている。
図25に示すように、クランクギア220には複数(本例では3つ)の長穴220aが設けられており、該長穴220aを通してネジ226でカム板221をクランクギア220に固定している。ネジ固定用の穴を長穴とすることにより、カム板221の位置を変更することができ、これにより、エアの吐出タイミングを変更可能に構成している。
図27及び図28に示すように、前側側板50の外側(手前側)には、リンクレバー222が軸224により回転(揺動)可能に軸支されている。細長い板状の部材であるリンクレバー222の一方側端部には、カムフォロワとなるコロ223が軸支されている。リンクレバー222は、側板50に一端部を係止された付勢部材であるコイルスプリング225によって図中時計回り方向の付勢力を与えられており、カムフォロワであるコロ223をカム板221の端面に当接させている。
このような構成により、クラッチ軸202が回転してクラッチギア205が図中時計回りに回転すると、クラッチギア205に噛み合わされているクランクギア220及びクランクギア220に固定されたカム板221が図中反時計回りに回動する。それに伴い、コロ223がカム板221の端面に当接しながら転動し、リンクレバー222が軸224を中心に揺動する。
図23に示されるように、ボス143を貫通して設けられたエア吐出口141の開放と閉鎖を切り替える切替軸135の端部には円板部材134が固定されており、その円板部材134の端面に係合ピン139が突設されている。図27,28に戻り、リンクレバー222の他方側端部には、上記係合ピン139に係合する係合部222aが形成されており、該係合部222aが係合ピン139に係合されている。
図27は、ピストン55がホームポジションに位置する状態であり、このとき、カムフォロワであるコロ223がカム板221の小径円弧部221aに当接している。この状態では、上記円板部材134の係合ピン139は、図27において右斜め上の角度に位置しており、この状態でエア吐出口141は閉鎖されている。カム板221が所定の角度だけ回転する範囲では、コロ223はカム板221の小径円弧部221aを摺動し、エア吐出口141の閉鎖状態が維持される。
コロ223がカム板221の小径円弧部221aから外れて直線部221bに移行することで、コロ223が次第に押し上げられ、リンクレバー222は図中反時計回りに回動していく。これにより、リンクレバー先端の係合部222aが次第に下方に移動し、係合ピン139を押し下げることで、円板部材134を図中時計回りに回転させる。そして、図28に示すように、コロ223がカム板221の大径円弧部221cに当接したところが、リンクレバー222の最大回動範囲であり、先端の係合部222aが再下端に移動した状態となる。このとき、円板部材134の係合ピン139は、図28において右斜め下の角度に位置しており、この状態でエア吐出口141は最大開放状態となる。図28は、ピストン55が上死点(シリンダ容積が最小となる圧縮位置)に位置する状態を示している。
図27のホームポジション位置からカム板221が回転するとき、コロ223がカム板221の小径円弧部221aに摺動している範囲ではエア吐出口141の閉鎖状態が維持されるので、ピストン55の移動に伴ってシリンダ53内の圧力が高まってくる。カム板221の回転に伴ってコロ223はカム板221の大径円弧部221cに移行するが、コロ223が小径円弧部221aから大径円弧部221cに移動するカム板221の回転角度は、ピストン55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エアの圧力が一気に開放され、エア吐出口141から勢い良くエアが吐出される。
ピストン55が最大圧縮位置からホームポジションに戻る過程で、カム板221は図28の状態からさらに回転し(図中反時計回り)、これによりリンクレバー222は逆方向(図中時計回り)に回動してエア吐出口141が閉鎖される。このとき、円板部材134は、図示しない反時計方向の戻しスプリングによって反時計方向に回転する。コロ223がカム板221の小径円弧部221aに摺動する範囲では、エア吐出口141の閉鎖状態が維持される。なお、本実施例では、クラッチギア205とクランクギア220は同じ歯数であり、クラッチ軸202が1回転するとクランク軸201も1回転し、ピストン55が1往復する。
本第2実施例においては、カム板221の形状を変えることにより、エア吐出タイミングを変えることが可能である。また、カム板221の角度(回転方向の位置)を変えることによってもエア吐出タイミングを変えることが可能である。上述したように、長穴220aを用いてカム板221をクランクギア220に固定しているので、カム板221の角度の微調整を容易に行なうことができる。
次に、本発明に係るエア吐出装置を、画像形成装置の定着装置における用紙分離(エア分離)に適用した実施形態について図29〜図32を参照して説明する。
図29に示す定着装置15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2に内蔵された3本のヒータ5で定着ベルト3の表面を加熱し、加熱された定着ベルト3が定着ローラ1と加圧ローラ10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3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1は、ローラ芯金4の上にゴム層6を構成してなるものである。定着ローラ1と加熱ローラ2とに掛け回された定着ベルト3はベルトテンション14で所定程度に張られている。加圧ローラ10は、芯金11の上にゴム層13を構成し、ヒータ12を内蔵している。ヒータ12の目的は、加圧ローラ10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6,13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3、加圧ローラ10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P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7が配され、用紙P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Pは、用紙分離ユニット20の下面に案内されながら、排紙下ガイド9との間を通り抜けて、その後、排紙上ガイド8と排紙下ガイド9との間を通って排紙される。
図30は用紙分離ユニット20を拡大して示す断面図であり、図31は用紙分離ユニット20の斜視図である。用紙分離ユニット20のノズル本体21は、その内部に管路22が長手方向に延設されている。管路22は、用紙分離ユニット20の長手方向の中央部及び両端部付近の3ヶ所で分岐され、ノズル先端に向かう分岐管路23,24,25を設けている。各分岐管路23,24,25の先端は小径部として設けられ、エア吹き出し口となるノズル26,27,28を形成している。ノズル本体21の先端部は、図29から分かるように、先端が尖った鋭角な断面形状をしているが、その先端部に設けられたエア吹き出し口29は、各ノズル26,27,28から吐出されたエアの拡散を防いで効率良くエアが定着ニップに向かうように、ノズル本体21の先端部に設けた底面部21a及びノズル両側の壁面部21b,21bとで3方を囲ってガイドしている。また、管路22の一方側の端部はノズル本体21の端面に開口され、その管路22部にエアーチューブ142が嵌装されている。エアーチューブ142は、上述したエア吐出装置のエア吐出口141(が設けられているボス143)に接続され、エア吐出装置から供給されるエアを上記ノズル26,27,28から噴出させて定着ニップ部から出てくる用紙を分離(エア分離)させる。本例では、上記のように各ノズルからのエア吹き出し口29の3方を囲ってガイドしていることにより、各ノズルから吹き出されたエアが真っ直ぐにニップ部に向かい、強力な衝突力を発揮して用紙を確実に分離することができる。
ところで、用紙の巻き付きは、定着ローラ側だけでなく加圧ローラ側に巻き付く場合もある。そのため、加圧ローラ10側にも用紙分離ユニット20を設けてエア分離を行うように構成しても良い。図32に、定着ローラ及び加圧ローラ双方に用紙分離ユニット20を設けてエア分離を行う構成を示す。この、定着ローラ及び加圧ローラ双方に用紙分離ユニット20を設けてエア分離を行う構成は、両面印刷時の用紙巻き付きの防止に特に有効である。両面印刷時には、先に定着した面が次の(裏面の)定着時に加圧ローラ側となるため、加圧ローラ側への巻き付きが起こりやすくなるが、加圧ローラ10側にも用紙分離ユニット20を設けてエア分離を行うことにより、この両面印刷時の用紙巻き付きを効果的に防止することができる。
また、図29の構成では定着ローラ1側への巻き付きを防止するため、加圧ローラ10を定着ローラ1に食い込ませて、定着ローラ1側において分離性を高めるように構成しているが、定着ローラ及び加圧ローラ双方に用紙分離ユニット20を設けてエア分離を行う構成においては、定着ローラと加圧ローラを均等に変形させて接線方向に用紙を排出させる構成とすることができ、定着ニップにおける圧力バランスが取れてシワ等の発生も防止することができる。上述の本発明に係るエア吐出装置を用いて定着ローラ及び加圧ローラ双方に設けた用紙分離ユニット20にエアを供給するよう構成すれば、エア吐出装置が小型であるため、スペース的な制約が大きい画像形成装置においても定着ローラ及び加圧ローラ双方でエア分離が可能となり、より確実な分離を実現して用紙巻き付きによるジャムを未然に防止することができる。エア吐出装置の容量を適切に設定してやれば、1つのエア吐出装置で定着ローラ及び加圧ローラ双方の用紙分離ユニット20にエアを供給することができる。
最後に、上記定着装置15を備えた画像形成装置の一例について説明する。
図33に示す画像形成装置は複写機として構成され、中央に複写機本体100、その下部にテーブル状に構成された給紙部200が配置され、複写機本体100の上方にスキャナ300、スキャナ300の上方に自動原稿搬送装置(ADF)400を配置している。
複写機本体100には、複数の支持ローラに巻き掛けられた可撓性を有する無端ベルトにより構成された像担持体としての中間転写ベルト16が設けられている。この中間転写ベルト16は、図示していない駆動装置によって回転駆動され、これにより中間転写ベルト16が矢印で示す図中時計回りに走行駆動される。このように走行する中間転写ベルト16の上部走行辺には、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各作像ユニット18が横に並んで配置されている。すなわち、4つの画像形成手段18を並設してタンデム作像部を構成している。
4個の作像ユニット18は、中間転写ベルト16に接する潜像担持体としての感光体ドラム40を具備している。この感光体ドラム40の周りには、帯電装置、現像装置、クリーニング装置、除電装置等が配置され、さらに感光体ドラム40が中間転写ベルト16に接する位置における中間転写ベルト16の内側には一次転写装置19が設けられている。本実施形態の場合、4個の作像ユニット18は同一構造に構成されているが、現像装置のトナーの色がブラック、シアン、マゼンタ、イエローの4色に異なっている。なお、図において一番右側の作像ユニット18のみに、現像装置60及びクリーニング装置70の符号を付して示してある。
各作像ユニット18の上方には光変調されたレーザ光を各感光体ドラム表面に照射する露光装置21が配置され、このレーザ光は帯電装置と現像装置の間で感光体ドラムに照射される。
中間転写ベルト16を挟んで各作像ユニット18と反対の側には、2次転写装置39が設けられている。2次転写装置39は、図示例では、2つのローラ間に、無端ベルトである2次転写ベルトを巻き掛け、該ベルトが中間転写ベルト16を介して転写対向ローラに押し当てられるように配置されている。
2次転写装置39の図において左横には、上述した定着装置15が設けられている。上記2次転写装置39は、画像転写後のシートを定着装置15へと搬送するシート搬送機能も備えている。このような2次転写装置39及び定着装置15の下方には、シートの両面に画像を記録すべくシートを反転するシート反転装置38が配置されている。
さて、上記のように構成されたカラー複写機を用いてコピーをとる場合について説明する。まず、自動原稿搬送装置400の原稿台30上に原稿をセットする。または、自動原稿搬送装置400を開いてスキャナ300のコンタクトガラス32上に原稿をセットし、自動原稿搬送装置400を閉じてそれで押さえる。
そして、図示していないスタートスイッチを押すと、自動原稿搬送装置400に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス32上へと移動した後、他方コンタクトガラス32上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ300を駆動し、第1走行体33及び第2走行体34を走行する。そして、第1走行体33で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第2走行体34に向け、第2走行体34のミラーで反射して結像レンズ35を通して読み取りセンサ36に入れ、原稿内容を読み取る。
また、図示していないスタートスイッチを押すと、中間転写ベルト16が回転走行し、同時に、個々の作像ユニット18でその感光体40を回転して各感光体40上にそれぞれ、ブラック・イエロ・マゼンタ・シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写ベルト16の走行とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写ベルト16上に合成カラー画像を形成する。
さらに、スタートスイッチを押すことで、給紙部200の給紙ローラ42の1つを選択的に回転駆動し、ペーパーバンク43に多段に備える給紙カセット44の1つからシートを繰り出し、分離ローラ45で1枚ずつ分離して給紙路46に入れ、搬送ローラ47で搬送して複写機本体100内の給紙路48に導き、レジストローラ49に突き当てて止める。
または、手差し給紙を選択した場合には、手差しトレイ41からシートが繰り出され、1枚に分離して手差し給紙路に入れ、同じくレジストローラ49に突き当てて止める。
そして、中間転写ベルト16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49を回転し、中間転写ベルト16と2次転写装置39との間にシートを送り込み、2次転写装置39で転写してシート上に一括してフル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39で搬送して定着装置15へと送り込み、定着装置15で熱と圧力とを加えて転写画像を定着した後、排出ローラで排出し、排紙トレイ37上にスタックする。または、切換爪で搬送方向を切り換えてシート反転装置38に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録して後、排出ローラで排紙トレイ37上に排出する。
一方、画像転写後の中間転写ベルト16は、中間転写体クリーニング装置17で、画像転写後に中間転写ベルト16上に残留する残留トナーを除去し、タンデム作像部による再度の画像形成に備える。
定着装置15は、上述したように用紙分離ユニット20を備えており、エア吐出装置500からエアを供給して、用紙分離ユニット20のノズル26,27,28から吐出させたエアを、定着ニップに向けて噴出させ、定着ニップ部から出てくる用紙を確実に分離(エア分離)させる。上述したように、本発明によるエア吐出装置は小型化が実現されたため、定着装置の分離エアの供給源として画像形成装置に搭載することが可能となった。従来のコンプレッサやエアタンクを備えるエア供給システムは大型とならざるを得ず、業務用印刷機等にしか用いることができなかったが、オフィス等に配置される画像形成装置においても、エア分離方式による確実な用紙分離が可能となった。エア吐出装置500としては、上述した第1実施例あるいは第2実施例のどちらも使用可能である。
以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、シリンダ及びエアポンプの形状などは適宜なものを採用可能である。また、エアポンプとしての能力やエアの吐出タイミングなども適宜に設定可能である。
画像形成装置にエア吐出装置を用いる場合、定着装置における用紙分離(剥離)に限らず、給紙部における用紙分離や用紙搬送に、エア分離あるいはエア搬送方式を採用可能である。また、定着装置や画像形成装置各部の構成などは任意である。カラー画像形成装置に限らず、モノクロ装置にも本発明を適用することができる。もちろん、画像形成装置としては複写機に限らず、プリンタやファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。
本発明に係るエア吐出装置の一実施例を示す、正面方向からの縦断面図である。 側面方向からの縦断面図である。 エア吐出装置のポンプ部の構成を示す平断面図である。 駆動部付近を示す平断面図である。 一部部材を省略して示す正面方向からの縦断面図である。 一部部材を省略して示す図1の右方向からの縦断面図である。 駆動ベルトとガイド軸の連結構成を示す斜視図である。 ピストンが圧縮位置(上死点)に移動した状態の平断面図である。 ピストンが圧縮位置(上死点)に移動した状態の縦断面図である。 ピストンの先端部を示す部分拡大図である。 ピストンの先端面を示す側面図(a)及び先端部の断面図(b)である。 開閉部材(切替軸)の一部を示す斜視図である。 ピストンがホームポジションにあるときの切替機構の状態を示す正面図である。 ピストンの移動途中(エア吐出口閉鎖状態)における切替機構の状態を示す正面図である。 ピストンが上死点にあるときの切替機構の状態を示す正面図である。 切替機構の別例を示すエア吐出装置の部分平断面図である。 ピストンがホームポジションにあるときの切替機構の状態を示す正面図である。 ピストンが上死点にあるときの切替機構の状態を示す正面図である。 開閉部材の別例を示すエア吐出装置の部分平断面図である。 開閉部材(スライド部材)の一部を示す斜視図である。 第2実施例のエア吐出装置を正面方向から見た縦断面図である。 そのエア吐出装置の側面方向からの縦断面図である。 そのエア吐出装置の平断面図である。 エア吐出装置のクラッチ軸付近の構成を示す斜視図である。 エア吐出装置のクランク軸付近の構成を示す斜視図である。 ピストンが圧縮位置(上死点)に移動した状態の縦断面図である。 ピストンがホームポジションにあるときの切替機構の状態を示す正面図である。 ピストンが上死点にあるときの切替機構の状態を示す正面図である。 本発明に係るエア吐出装置を適用した定着装置の要部構成を示す断面図である。 用紙分離ユニットを拡大して示す断面図である。 用紙分離ユニットの斜視図である。 定着ローラ及び加圧ローラ双方に用紙分離ユニット20を設けてエア分離を行う構成を示す模式図である。 本発明に係るエア吐出装置を備える画像形成装置の一例を示す断面構成図である。 従来のエア供給システムの構成例を示すブロック図である。
符号の説明
1 定着ローラ
2 加熱ローラ
3 定着ベルト
10 加圧ローラ
15 定着装置
20 用紙分離ユニット
21 ノズル本体
26,27,28 ノズル(エア吹き出し口)
53 シリンダ
55 ピストン
70 ガイド軸
83〜86 ガイドコロ
100,101 レール
106 駆動アーム
110 ステッピングモータ
112 ドライブ軸
115 第一駆動ベルト
116 第二駆動ベルト
131,151,221 カム板
135 切替軸(開閉部材)
140 平板カット部
141 エア吐出口
154,222,241 リンクレバー
170 切替部材(開閉部材)
155,223,242 コロ(カムフォロワ)
201 クランク軸
202 クラッチ軸
203 スプリングクラッチ(一回転クラッチ)
205 クラッチギア
210 DCサーボモータ
212 ウォーム
213 ウォームホイール
215 クランク板
217 クランクレバー
220 クランクギア
500 エア吐出装置

Claims (20)

  1. 加圧したエアを所定のタイミングで吐出させるエア吐出装置であって、
    シリンダ及びシリンダ内を往復移動するピストンを有するエアポンプと、
    前記エアポンプのエア吐出口に設けられて該エア吐出口を開放又は閉鎖させる開閉部材と、
    前記ピストン及び前記開閉部材の双方に機械的に連結され、前記ピストンが圧縮移動する際に所定の地点へ到達するまでは前記開閉部材を閉鎖状態に維持するとともに所定の地点へ到達したときに前記開閉部材を開放状態に切り替える切替機構とを具備し、
    前記切替機構は、前記ピストンが戻り行程において前記所定の地点へ到達したときに前記開閉部材を閉鎖状態に切り替えるとともに、
    前記開閉部材が前記エア吐出口に交差して配置される回転軸として設けられ、該回転軸の前記エア吐出口との交差部に平板部を設け、該回転軸を所定の角度だけ回転させることにより前記エア吐出口の開放及び閉鎖が行なわれることを特徴とするエア吐出装置。
  2. 加圧したエアを所定のタイミングで吐出させるエア吐出装置であって、
    シリンダ及びシリンダ内を往復移動するピストンを有するエアポンプと、
    前記エアポンプのエア吐出口に設けられて該エア吐出口を開放又は閉鎖させる開閉部材と、
    前記ピストン及び前記開閉部材の双方に機械的に連結され、前記ピストンが圧縮移動する際に所定の地点へ到達するまでは前記開閉部材を閉鎖状態に維持するとともに所定の地点へ到達したときに前記開閉部材を開放状態に切り替える切替機構とを具備し、
    前記切替機構は、前記ピストンが戻り行程において前記所定の地点へ到達したときに前記開閉部材を閉鎖状態に切り替えるとともに、
    前記開閉部材が前記エア吐出口に交差して配置されるスライド部材として設けられ、該スライド部材の前記エア吐出口との交差部に小体積部を設け、該スライド部材を所定の距離だけ移動させることにより前記エア吐出口の開放及び閉鎖が行なわれることを特徴とするエア吐出装置。
  3. 前記エアポンプは、前記ピストンの1往復の動作でエア圧縮,エア吐出,エア吸入の行程を実行することを特徴とする、請求項1又は2に記載のエア吐出装置。
  4. 前記平板部が軸心を通る直径方向の平板として設けられていることを特徴とする、請求項に記載のエア吐出装置。
  5. 前記開閉部材としての前記スライド部材が、端面カムを介してスライドされることを特徴とする、請求項に記載のエア吐出装置。
  6. 前記切替機構は、前記ピストンの移動に連動して回転するカム部材を有し、該カム部材を介して前記開閉部材としての前記回転軸または前記端面カムが回動されることを特徴とする、請求項に記載のエア吐出装置。
  7. 前記ピストンを前記シリンダと平行に往復移動させるガイド手段を備えることを特徴とする、請求項1又は2に記載のエア吐出装置。
  8. 前記ピストンの移動ストロークが可変であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のエア吐出装置。
  9. 前記ピストンの移動速度が可変であることを特徴とする、請求項1,2,8のいずれか1項に記載のエア吐出装置。
  10. 前記エアポンプの駆動源がステッピングモータであり、該ステッピングモータを制御して前記ピストンの移動ストローク及び移動速度の少なくとも一方を変更可能なことを特徴とする、請求項又はに記載のエア吐出装置。
  11. 前記ピストン及び前記シリンダが低摩擦素材で製作されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載のエア吐出装置。
  12. 前記ピストン及び前記シリンダが円形断面形状であり、前記ピストンの回転を防止する回転防止手段を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載のエア吐出装置。
  13. 前記ピストンを往復移動させるクランク機構を有し、
    該クランク機構の駆動手段として一方向に回転するモータを備え、
    前記クランク機構と前記モータとの間に一回転クラッチを配設し、該クラッチを接続したときに前記クランク機構のクランク軸が1回転して前記ピストンが1往復し、該ピストンの1往復の動作でエア圧縮,エア吐出,エア吸入の行程を実行することを特徴とする、請求項1又は2に記載のエア吐出装置。
  14. 前記切替機構は、前記ピストンの移動に連動して回転するカム部材を有し、該カム部材の形状又は回転方向位置を変えることによりエア吐出タイミングを変更可能なことを特徴とする、請求項13に記載のエア吐出装置。
  15. 記録紙を加熱する加熱回転部材と、該加熱回転部材の表面に当接してニップ部を形成する加圧回転部材とを有し、エアによって前記加熱回転部材から記録紙を分離する分離手段を有する定着装置を備えた画像形成装置であって、
    請求項1〜14のいずれか1項に記載のエア吐出装置を備え、該エア吐出装置から前記分離手段にエアを供給することを特徴とする画像形成装置。
  16. 前記分離手段は分離爪形状のノズル本体を有し、前記エア吐出装置から供給されたエアの吹き出し口が前記ノズル本体の長手方向の少なくとも中央部及び両端部付近に設けられていることを特徴とする、請求項15に記載の画像形成装置。
  17. 前記ノズル本体は、前記吹き出し口の3方を囲うように設けられエアの吹き出し方向をガイドするガイド部を有することを特徴とする、請求項16に記載の画像形成装置。
  18. 前記加圧回転部材が前記加熱回転部材側に食い込むように構成されていることを特徴とする、請求項15に記載の画像形成装置。
  19. エアによって前記加圧回転部材から記録紙を分離する分離手段を有することを特徴とする、請求項15に記載の画像形成装置。
  20. 前記加熱回転部材及び前記加圧回転部材の少なくとも一方が無端状ベルトとして構成されていることを特徴とする、請求項1519のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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