JP6819150B2

JP6819150B2 - 定着装置

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Publication number: JP6819150B2
Application number: JP2016171057A
Authority: JP
Inventors: 昌隆八木; 佑介間宮
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2016-09-01
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2036-09-01
Also published as: JP2018036556A

Description

この発明は画像形成装置に用いられる定着装置に関する。

近年、画像形成装置においては省エネルギー性能への要求が高まっている。画像形成装置の消費電力の多くは定着装置にて消費されている。従って、被定着媒体である用紙上のトナー以外への無駄な伝熱を抑制することが、省エネルギー性能の向上につながる。また、同時に画像形成装置の高速化が進んでいることから、高速機での省エネルギー性能の向上が望まれている。

ところで、定着装置は、図１５（Ａ）に示すように、例えばローラー等の回転体からなる２つの定着回転部材５０１、５０２を備えるとともに、少なくとも一方がヒーター等の加熱装置によって定着可能温度に加熱され、両回転部材５０１、５０２の圧接荷重によって回転部材間に被定着媒体である用紙６００が通過する定着ニップが形成される。なお、符号５０１ａ、５０２ａは各回転部材５０１、５０２の回転軸である。

従って、省エネルギー性能の向上のためには、トナーを用紙６００に定着しているとき以外、換言すれば用紙６００がニップを通過していないときに、加熱されている一方の定着回転部材から他方への定着回転部材への熱伝導をさせないようにすることが必要であり、このために用紙がニップを通過していないときは、図１５（Ｂ）のように、定着回転部材５０１、５０２同士が離間するか若しくは圧接荷重が減少するように、定着回転部材５０１、５０２のうちの少なくとも一方を移動させることが行われている。

このような定着装置として、図１６（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１、第２の２つの定着回転部材５０１、５０２のうちの第１の定着回転部材５０１の軸５０１ａの位置が固定され、第２の定着回転部材５０２の軸５０２ａが第１の定着回転部材５０１の軸５０１ａに対して接離方向に移動可能に配置されるとともに、第２の定着回転部材５０２の軸５０２ａに、第１の定着回転部材５０１との圧接方向への付勢力を付与する圧接バネ５０４を作用させ、かつ第２の定着回転部材５０２の軸５０２ａに係合することにより圧接バネ５０４のバネ力に抗して第２の定着回転部材５０２を第１の定着回転部材５０１と離間する方向に移動させる位置と、係合を解除する位置との間で回転変位可能な離間カム５０３を設けた定着装置が提案されている（例えば特許文献１）。

この定着装置では、用紙６００がニップを通過していないときは、図１６（Ｂ）の下側の図に示すように、離間カム５０３を、第２の定着回転部材５０２の軸５０２ａに係合して該軸５０２ａを第１の定着回転部材５０１の軸５０１ａから離間する方向に移動させる位置まで、軸５０３ａを中心として回転させておく。これによって、同図の上側の図に示すように、第１、第２の定着回転部材５０１、５０２は離間して、加熱された第１の定着回転部材５０１から第２の定着回転部材５０２への熱伝導を可及的に防止する。用紙６００がニップを通過するときは、図１６（Ａ）の下側の図に示すように、離間カム５０３を１８０度回転させて第２の定着回転部材５０２の軸５０２ａとの係合を解除する位置へ変位させると、該軸５０２ａは圧接バネ５０４の付勢力を受けて第１の定着回転部材５０１に接近する方向に移動して、同図の上側の図に示すように、第２の定着回転部材５０２は第１の定着回転部材５０１に圧接し、ニップを通過する用紙６００に対して十分な定着動作を行う構成となっている。

また、他の定着装置として、図１７（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１、第２の２つの定着回転部材５０１、５０２のうちの第１の定着回転部材５０１の軸５０１ａの位置が固定され、第２の定着回転部材５０２の軸５０２ａが第１の定着回転部材５０１の軸５０１ａに対して接離方向に移動可能に配置されるとともに、第２の定着回転部材５０２の軸５０２ａに、第１の定着回転部材５０１と離間する方向への付勢力を付与する離間バネ５０６を作用させ、かつ第２の定着回転部材５０２の軸５０２ａに係合することにより離間バネ５０６のバネ力に抗して第２の定着回転部材５０２を第１の定着回転部材５０１と接近する方向に移動させる位置と、係合を解除する位置との間で回転変位可能な圧接カム５０５が設けられた定着装置が提案されている（例えば特許文献２）。

この定着装置では、用紙６００がニップを通過していないときは、図１７（Ｂ）の下側の図に示すように、圧接カム５０５を第２の定着回転部材５０２の軸５０２ａに係合しない位置へと退避させておくと、該軸５０２ａは離間バネ５０６の付勢力を受けて第１の定着回転部材５０１から離間する方向に移動する。このため、同図の上側の図に示すように、第１、第２の定着回転部材５０１、５０２は離間して、加熱された第１の定着回転部材５０１から第２の定着回転部材５０２への熱伝導を可及的に防止する。用紙６００がニップを通過するときは、同図（Ａ）の下側の図に示すように、圧接カム５０５は軸５０５ａを中心として１８０度回転して第２の定着回転部材５０２の軸５０２ａへ係合する位置へ回転変位し、同図の上側の図に示すように、該軸５０２ａは圧接カム５０５によって第１の定着回転部材５０１に接近する方向に移動して第２の定着回転部材５０２は第１の定着回転部材５０１に圧接し、ニップを通過する用紙６００に対して十分な定着動作を行う構成となっている。

特開２００８−１５１９６５号公報特開２０１４−２１９６９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された図１６に示す技術のように、圧接バネ５０４により第１、第２の定着回転部材５０１、５０２を圧接させ、離間カム５０３により両定着回転部材５０１、５０２を離間させる技術では、ニップ荷重が安定するまでの時間が長く、圧接速度が遅くなってしまうという問題がある。この理由は、圧接バネ５０４の付勢力により第１、第２の定着回転部材５０１、５０２を圧接させたときに、第１、第２の定着回転部材５０１、５０２が狙いの圧縮率（正常な定着性能を発揮できる圧縮率）に達するまで時間を要し、さらに圧接バネ５０４の付勢力では、しばらくの間振動が収まらないからである。

このため、圧接状態が安定するまでに要する時間が長くなり、その分、両定着回転部材５０１、５０２を離間させておく時間が短くなり、熱伝導の遮断効果が損なわれて省エネルギー効果が失われ、また、特に高速機での離間圧接には対応しきれないという問題があった。

また、特許文献２に記載された図１７に示す技術のように、離間バネ５０６により第１、第２の定着回転部材５０１、５０２を離間させ、圧接カム５０５により両定着回転部材５０１、５０２を圧接させる技術では、高速な圧接動作は可能であるが、離間バネ５０６の付勢力が弱かったり経時的に付勢力が低下すると、離間方向への移動が十分ではなくなり、やはり熱伝導の遮断効果が損なわれるという問題があった。

また、図１８（Ａ）（Ｂ）に示すように、第２の定着回転部材５０２の軸５０２ａを第１の定着回転部材５０１とは離間方向に付勢する離間バネ５０６だけではなく、第２の定着回転部材５０２の軸５０２ａを第１の定着回転部材５０１と圧接する方向に付勢する圧接バネ５０４を介在させ、この圧接バネ５０４を第１の定着回転部材５０１に接近する方向に押すように圧接カム５０５を設けた定着装置も提案されている。

しかし、この定着装置では、圧接バネ５０４が介在すると、結局は図１６に示した定着装置と同じように、ニップ荷重が安定するまでの時間が長く、圧接速度が遅くなってしまい、第１、第２の定着回転部材５０１、５０２が狙いの圧縮率に達するまでに時間を要するという問題や、圧接バネ５０４の付勢力では、しばらくの間振動が収まらないという問題が発生してしまう。

この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであって、定着が行われていないときの省エネルギー効果に優れると共に、第１の定着回転部材と第２の定着回転部材との定着時における圧接と非定着時における圧接の解除を高速度で行うことができる定着装置を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。
（１）圧接荷重によって定着ニップを形成するとともに、少なくとも一方が定着可能温度に加熱される第１の定着回転部材及び第２の定着回転部材であって、少なくとも一方の定着回転部材が、他方の定着回転部材との間の圧接荷重が増加しまたは減少する方向に移動可能となされた第１の定着回転部材及び第２の定着回転部材と、移動可能な少なくとも一方の前記定着回転部材に直接的にまたは間接的に作用して、該定着回転部材を前記圧接荷重の減少方向に移動させる位置と、作用を解除する位置との間で回転変位可能な第１のカムと、移動可能な少なくとも一方の前記定着回転部材に直接的にまたは間接的に作用して、該定着回転部材を前記圧接荷重の増加方向に移動させる位置と、作用を解除する位置との間で回転変位可能な第２のカムと、前記第１のカム及び第２のカムの回転変位を制御する制御手段と、移動可能な少なくとも一方の前記定着回転部材を前記圧接荷重の増加方向に付勢する弾性体と、を備え、前記第２のカムは、前記第１のカムによる前記定着回転部材への作用が解除された後の定着回転部材の圧接動作中の、被定着媒体の前記定着ニップへの突入前の一時期において、前記定着回転部材に作用し、突入時には第２のカムの前記定着回転部材への作用は解除されることを特徴とする定着装置。
（２）前記第１及び第２のカムは、第１の定着回転部材及び／または第２の定着回転部材を回転可能に支持する回転軸を介して、少なくとも一方の前記定着回転部材に作用するとともに、前記回転軸の長さ方向の両端部に一対ずつ配置されている前項１に記載の定着装置。
（３）前記回転軸の長さ方向の一端部に配置されている一対の第１及び第２のカムと、他端部に配置されている一対の第１及び第２のカムを、位相差を設けて回転変位させることにより、圧接荷重の増加動作及び／または減少動作のタイミングを、回転軸の長さ方向で異ならせる前項２に記載の定着装置。
（４）前記第１及び第２のカムは同一の形状を有している前項１〜３の何れかに記載の定着装置。
（５）前記第２のカムが第１のカムよりも前記定着回転部材に緩やかに作用するように、前記第１及び第２のカムの形状が設定されている前項１〜３の何れかに記載の定着装置。
（６）圧接荷重によって定着ニップを形成するとともに、少なくとも一方が定着可能温度に加熱される第１の定着回転部材及び第２の定着回転部材であって、少なくとも一方の定着回転部材が、他方の定着回転部材との間の圧接荷重が増加しまたは減少する方向に移動可能となされた第１の定着回転部材及び第２の定着回転部材と、移動可能な少なくとも一方の前記定着回転部材に直接的にまたは間接的に作用して、該定着回転部材を前記圧接荷重の減少方向に移動させる位置と、作用を解除する位置との間で回転変位可能な第１のカムと、移動可能な少なくとも一方の前記定着回転部材に直接的にまたは間接的に作用して、該定着回転部材を前記圧接荷重の増加方向に移動させる位置と、作用を解除する位置との間で回転変位可能な第２のカムと、前記第１のカム及び第２のカムの回転変位を制御する制御手段と、を備え、前記第１及び第２のカムは、第１の定着回転部材及び／または第２の定着回転部材を回転可能に支持する回転軸の径方向の両側に対向して配置された第１の軸と第２の軸をそれぞれ中心に回転変位し、前記回転軸に作用することにより少なくとも一方の前記定着回転部材に作用するとともに、前記回転軸の長さ方向の両端部に一対ずつ配置されていることを特徴とする定着装置。
（７）移動可能な少なくとも一方の前記定着回転部材を前記圧接荷重の増加方向に付勢する弾性体を備えている前項６に記載の定着装置。
（８）前記第２のカムは、前記第１のカムによる前記定着回転部材への作用が解除された後の定着回転部材の圧接動作中の一時期において、前記定着回転部材に作用する前項７に記載の定着装置。
（９）圧接動作中の前記一時期は、被定着媒体の前記定着ニップへの突入前の一時期であり、突入時には第２のカムの前記定着回転部材への作用は解除される前項８に記載の定着装置。
（１０）前記回転軸の長さ方向の一端部に配置されている一対の第１及び第２のカムと、他端部に配置されている一対の第１及び第２のカムを、位相差を設けて回転変位させることにより、圧接荷重の増加動作及び／または減少動作のタイミングを、回転軸の長さ方向で異ならせる前項６に記載の定着装置。
（１１）前記第１及び第２のカムは同一の形状を有している前項６〜１０の何れかに記載の定着装置。
（１２）前記第２のカムが第１のカムよりも前記定着回転部材に緩やかに作用するように、前記第１及び第２のカムの形状が設定されている前項６〜１０のいずれかに記載の定着装置。

前項（１）に記載の発明によれば、第１の定着回転部材及び第２の定着回転部材の少なくとも一方の定着回転部材に直接的にまたは間接的に作用して、該定着回転部材を圧接荷重の減少方向に移動させる位置と、作用を解除する位置との間で回転変位可能な第１のカムと、第１の定着回転部材及び第２の定着回転部材の少なくとも一方に直接的にまたは間接的に作用して、該定着回転部材を圧接荷重の増加方向に移動させる位置と、作用を解除する位置との間で回転変位可能な第２のカムと、を備えているから、第２のカムによって第１の定着回転部材と第２の定着回転部材が圧接し、第１のカムによって第１の定着回転部材と第２の定着回転部材の圧接が解除される。従って、第１の定着回転部材と第２の定着回転部材の圧接を圧接バネにより行い、離間を離間カムによって行う場合のような、ニップ荷重が安定するまでの時間が長く、圧接速度が遅くなってしまい、第１、第２の定着回転部材が狙いの圧縮率に達するまでに時間を要するという問題や、圧接バネの付勢力では、しばらくの間振動が収まらないという問題を解消できるうえ、高速機での離間圧接に対応することができる。また、第１の定着回転部材と第２の定着回転部材の圧接の解除は、第１のカムによって行われるから、圧接の解除を確実に行うことができ、定着が行われていないときの省エネルギー効果に優れた定着装置となる。

また、移動可能な少なくとも一方の定着回転部材を圧接荷重の増加方向に付勢する弾性体を備えているから、第１のカム及び第２のカムの両方が回転変位の途中に作用解除の状態になった瞬間に、定着回転部材が無負荷の状態になって余計な振動を起こすのを防止できる。

また、第２のカムは、第１のカムによる定着回転部材への作用が解除された後の定着回転部材の圧接動作中の、被定着媒体の定着ニップへの突入前の一時期において、定着回転部材に作用し、突入時には第２のカムの作用は解除されるから、被定着媒体の定着ニップへの突入前、短時間でニップ荷重が安定する圧接状態に移行させることができるうえ、移行後は被定着媒体の厚み等が異なっても弾性体により一定の圧接荷重を付与することができ、多様な被定着媒体に対して安定性の高い通紙定着を行うことができる。

前項（２）に記載の発明によれば、第１及び第２のカムは、第１の定着回転部材及び／または第２の定着回転部材を回転可能に支持する回転軸を介して、少なくとも一方の定着回転部材に作用するとともに、回転軸の長さ方向の両端部に一対ずつ配置されているから、第１の定着回転部材及び／または第２の定着回転部材を圧接荷重の増加方向または減少方向へスムーズに移動させることができる。

前項（３）に記載の発明によれば、回転軸の長さ方向の一端部に配置されている一対の第１及び第２のカムと、他端部に配置されている一対の第１及び第２のカムを、位相差を設けて回転させることにより、圧接荷重の増加動作及び／または減少動作のタイミングを、回転軸の長さ方向で異ならせることにより、圧接荷重の増加動作及び／または減少動作が、回転軸の長さ方向の一端側から他端側へと徐々に行われる。このため、圧接荷重の増加動作及び／または減少動作が、回転軸の長さ方向の全体で一気に行われて、第１の定着回転部材及び第２の定着回転部材に生じる衝撃に伴う振動が発生せず、振動が他の部品に伝搬して色ずれ等の画像問題を引き起こす恐れがない。

前項（４）に記載の発明によれば、第１及び第２のカムは同一の形状を有しているから部品の共通化を図ることができ、コスト低減に繋がる。

前項（５）に記載の発明によれば、第２のカムが第１のカムよりも定着回転部材に緩やかに作用するように、第１及び第２のカムの形状が設定されているから、第２のカムによる第１の定着回転部材と第２の定着回転部材の圧接時の衝撃を小さくできる。

（Ａ）（Ｂ）はこの発明の一実施形態に係る定着装置の構成図である。（Ａ）（Ｂ）は図１の定着装置に圧接バネを追加した状態の図である。（Ａ）は図２に示した実施形態に係る定着装置の平面図、（Ｂ）は（Ａ）の定着装置の変形例を示す図である。図２に示した定着装置の変形例を示す図である。図２に示した定着装置の動作時における離間カム、圧接カム、加圧ローラのタイミングチャートを示す図である。（Ａ）（Ｂ）はこの発明の他の実施形態に係る定着装置の構成図である。（Ａ）（Ｂ）は図６に示した定着装置の動作を説明するための図である。図６及び図７に示した定着装置の動作時における離間カム、圧接カム、加圧ローラのタイミングチャートを示す図である。さらに他の実施形態に係る定着装置の動作時における離間カム、圧接カム、加圧ローラのタイミングチャートを示す図である。この発明のさらに他の実施形態に係る定着装置の説明図である。この発明のさらに他の実施形態に係る定着装置の説明図である。この発明のさらに他の実施形態に係る定着装置の説明図である。（Ａ）（Ｂ）はこの発明のさらに他の実施形態に係る定着装置の説明図である。この発明のさらに他の実施形態に係る定着装置の説明図である。定着装置の一般的な動作の説明図である。（Ａ）（Ｂ）は従来の定着装置の構成図である。（Ａ）（Ｂ）は従来の別の定着装置の構成図である。（Ａ）（Ｂ）は従来のさらに別の定着装置の構成図である。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、画像形成装置に用いられる、この発明の一実施形態に係る定着装置である。この定着装置は、第１の定着回転部材としての加熱ローラ１と、第２の定着回転部材としての加圧ローラ２と、第１のカムとしての離間カム３と、第２のカムとしての圧接カム４と、離間カム駆動部２０１と、圧接カム駆動部２０２と、制御部２００等を備えている。

加熱ローラ１は断面円形のパイプ形状を有し、図示しない回転駆動装置によって回転駆動される回転軸１１に軸支されると共に、加熱ローラ１の内部または外部に設けられたヒーター等の加熱装置によって所定の定着温度に加熱されている。また、定着中は回転軸１１の回転によって図の矢印で示す半時計回りに回転するようになっている。

一方、加圧ローラ２も図示しない回転駆動装置によって回転駆動される支持体としての回転軸２１に軸支されている。加圧ローラ２の回転軸２１は加熱ローラ１の回転軸１１と平行に配置されており、定着中は回転軸２１の回転によって図の矢印で示す時計回りに回転するようになっている。

また、加圧ローラ２の回転軸２１は、加熱ローラ１に接近する方向及び離間する方向（紙面左右方向）に移動可能に構成されており、定着動作時には図１（Ａ）の上側の図に示すように加熱ローラ１に接近する方向に移動して加熱ローラ１と加圧ローラ２が圧接した状態で両ローラが回転し、両ローラ１、２によって形成されるニップに被定着媒体である用紙１００を通紙させ、用紙１００上のトナーの定着を行う。一方、非定着動作時には加圧ローラ２は同図（Ｂ）の上側の図に示すように加熱ローラ１から離間する方向に移動して両ローラ１、２は離間し、加熱ローラ１の熱の加圧ローラ２への伝熱が阻止され、熱エネルギーひいては消費電力の抑制が図られる。

加圧ローラ２の加熱ローラ１との接近方向及び離間方向への移動は、離間カム３と圧接カム４によって行われる。

離間カムは図１（Ａ）（Ｂ）のそれぞれ下側の図で示すように、一端に径大湾曲部３ａを他端に径小湾曲部３ｂを有する略扇形形状に形成され、用紙と次の用紙の間つまり紙間のときに加圧ローラ２の回転軸２１に作用するように、径大湾曲部寄りの偏心位置に軸３１を有するカムである。つまり、軸３１から径小湾曲部３ｂの先端までの長さが、軸３から径大湾曲部３ａの先端までの長さよりも長く設定されている。

離間カム３は、定着動作時は図１（Ａ）の下側の図で示すように、径小湾曲部３ｂが加圧ローラ２の回転軸２１と反対側に位置して加圧ローラ２の回転軸２１とは係合しておらず、該回転軸２１に作用を及ぼしていない。非定着動作時には、図１（Ｂ）の下側の図に示すように、離間カム３の径小湾曲部３ｂが加圧ローラ２の回転軸２１側に位置するように軸３１を介して離間カム３が回転変位し、径小湾曲部３ｂが加圧ローラ２の回転軸２１に係合して回転軸２１を加熱ローラ１から離間する方向に押して移動させる。これにより、加圧ローラ２と加熱ローラ１が離間する。

圧接カム４は図１（Ａ）（Ｂ）の下側の図で示すように、一端に径大湾曲部４ａを他端に径小湾曲部４ｂを有する略扇形形状に形成され、径小湾曲部４ｂ寄りの偏心位置に軸４１を有するカムである。つまり、軸４１から径大湾曲部４ａの先端までの長さが、軸４１から径小湾曲部４ｂの先端までの長さよりも長く設定され、用紙長に対応する長い時間加圧ローラ２の回転軸２１に作用するようになっている。

圧接カム４は、非定着動作時は図１（Ｂ）の下側の図で示すように、径大湾曲部４ａが加圧ローラ２の回転軸２１と反対側に位置して加圧ローラ２の回転軸２１とは係合せず、該加圧ローラ２１の回転軸２１に作用を及ぼしていない。定着動作時には図１（Ａ）の下側の図に示すように、圧接カム４の径大湾曲部４ａが加圧ローラ２の回転軸２１側に位置するように軸４１を介して圧接カム４が回転変位し、径大湾曲部４ａが加圧ローラ２の回転軸２１に係合して回転軸２１を加熱ローラ１に接近する方向に押して移動させる。これにより、加圧ローラ２と加熱ローラ１が圧接する。

離間カム駆動部２０１は離間カム３を軸３１を中心に回転変位させるものであり、圧接カム駆動部２０２は圧接カム４を軸４１を中心に回転変位させるものであり、いずれもそれぞれ回転駆動装置としてモーター等を備えている。

制御部２００は定着動作時と非定着動作時とで、離間カム３と圧接カム４が図１（Ａ）及び図１（Ｂ）の状態となるように、離間カム３及び圧接カム４を各駆動部２０１、２０２を介して駆動制御する。

次に、図１に示した定着装置の動作を説明する。

トナー像を形成された用紙が定着装置に送られてくるまでは、離間カム３の径小湾曲部３ａが加圧ローラ２の回転軸２１に作用して、加圧ローラ２と加熱ローラ１は離間している。

トナー像を形成された用紙が定着装置に送られてくると、制御部２００は図１（Ａ）に示すように、離間カム駆動部２０１を介して離間カム３をその径小湾曲部３ａが加圧ローラ２の回転軸２１と逆側に位置するように回転変位させて、離間カム３の回転軸２１への係合を解除する一方、圧接カム駆動部２０２を介して圧接カム４をその径大湾曲部４ａが加圧ローラ２の回転軸２１側に位置するように回転変位させ、圧接カム４を回転軸２１に係合させて加圧ローラ２を加熱ローラ１側へと移動させる。これにより加圧ローラ２は加熱ローラ１と圧接し、両ローラ１、２間に定着ニップが形成される。

そして、定着対象の用紙１００をニップに導いてニップを通紙させ、この間に定着を行う。定着動作中、加圧ローラ２と加熱ローラ１の圧接状態が維持される。

通紙後は次の用紙が到来するまでの間、制御部２００は図１（Ｂ）に示すように、圧接カム駆動部２０２を介して圧接カム４をその径大湾曲部４ａが加圧ローラ２の回転軸２１と逆側に位置するように回転変位させ、圧接カム４の回転軸２１への係合を解除する。同時に、離間カム駆動部２０１を介して離間カム３をその径小湾曲部３ｂが加圧ローラ２の回転軸２１側に位置するように回転変位させて、離間カム３を回転軸２１へ係合させ加圧ローラ２を加熱ローラ１と逆側へと移動させる。これにより加圧ローラ２は加熱ローラ１と離間し、加熱ローラ１から加圧ローラ２への熱伝導が阻止され、無駄なエネルギーの伝搬を可及的に防止できる。

次の用紙１００が到来すると、圧接カム４及び離間カム３を回転変位させて、加圧ローラ２を加熱ローラ１と圧接するように移動させる。複数の用紙に連続的に印字した場合は、用紙は間隔的に搬送されてくることから、図１（Ａ）の両ローラ１、２の圧接と図１（Ｂ）の離間が交互に繰り返されるように、離間カム３及び圧接カム４の回転変位が制御される。なお、離間カム３及び圧接カム４は、所定のタイミングが到来したときに回転変位させても良いし、回転方向に連続的に移動していても良い。

このように、この実施形態では、定着動作時には圧接カム４の回転変位によって加圧ローラ２が加熱ローラ１の方に押されて移動し、加熱ローラ１と加圧ローラー２が圧接し、定着動作後は離間カム３の回転変位によって加圧ローラ２が加熱ローラ１と離間する方向に押されて移動し、加熱ローラ１と加圧ローラ２の圧接が解除される。従って、加熱ローラ１と加圧ローラ２の圧接を圧接バネにより行い、離間を離間カムによって行う場合のような、ニップ荷重が安定するまでの時間が長く、圧接速度が遅くなってしまい、加熱ローラ１と加圧ローラ２が狙いの圧接率に達するまでに時間を要するという問題や、圧接バネの付勢力では、しばらくの間振動が収まらないという問題を解消できるうえ、高速での離間圧接動作を行うことができ、高速機の画像形成装置に対応することができる。また、加熱ローラ１と加圧ローラ２の圧接の解除は、離間カム３によって行われるから、圧接の解除を確実に行うことができ、定着が行われていないときの省エネルギー効果に優れた定着装置となる。

なお、通紙定着中は圧接カム４が加圧ローラ２の回転軸２１に作用し続けるので、加熱ローラ１と加圧ローラ２間の距離は固定値となる。

図１に示した実施形態では、加熱ローラ１と加圧ローラ２の圧接方向の付勢力を付与する圧接バネや、加熱ローラ１と加圧ローラ２の離間方向の付勢力を付与する離間バネが設けられていない場合を示したが、特に圧離動作を繰り返す側のローラ（この実施形態では加圧ローラ２）が無負荷になる瞬間が生じると、余計な振動を起こす恐れがある。このため、図２に示すように、加熱ローラ１と加圧ローラ２のうちの少なくとも一方を圧接方向に付勢する圧接バネ６を設けることが望ましい。図２の例では、長さ方向の一端部が固定部材６１に取り付けられ他端部が加圧ローラ２の回転軸２１と係合して、加圧ローラ２１を加熱ローラ１の方向に付勢する圧接バネ６が設けられている。なお、図２（Ａ）は加熱ローラ１と加圧ローラ２が圧接した状態を、同図（Ｂ）は離間した状態をそれぞれ示しており、離間カム３、圧接カム４等は図示を省略してある。

このように、圧接カム４が作用する加圧ローラ２の回転軸２１を圧接荷重の増加方向に付勢する圧接バネ６を備えることにより、圧接カム４及び離間カム３の両方が回転変位の途中に回転軸２１から離れた瞬間に、回転軸２１が無負荷の状態になって余計な振動を起こすのを防止できる。

図３は、図２に示した実施形態に係る定着装置の平面図である。図３（Ａ）に示すように、加圧ローラ２の長さ方向の両側において、圧接カム４及び離間カム３を加圧ローラ２の回転軸２１に直接に作用させても良い。圧接バネ６を設ける場合は、圧接バネ６も加圧ローラ２の長さ方向の両側において、回転軸２１に直接に作用させれば良い。

また、図３（Ｂ）に示すように、加圧ローラ２の長さ方向の両側において、圧接カム４及び離間カム３を、加圧ローラ２の回転軸２１を回転可能に支承するベアリング７の外輪に作用させても良い。圧接バネ６を設ける場合も、ベアリング７の外輪に作用させれば良い。

図１〜図３の実施形態では、加熱ローラ１及び加圧ローラ２はいずれも断面円形のローラ形状である場合を示したが、どちらか一方を無端ベルト形状としてもよい。図４（Ａ）では、加熱ローラ１として加熱ベルトを使用し、固定パッド８を介して加熱ベルト１を加圧ローラ２に圧接させてニップを形成する場合を示している。また、図４（Ｂ）に示すように、加圧ローラ２として加圧ベルトを使用し、固定パッド９を介して加圧ベルト２を加熱ローラ１に圧接させてニップを形成する構成としても良い。圧接バネ６を設ける場合、図４（Ｂ）の例では加熱ローラ１を加圧ベルト２側に付勢する態様で設けられる。

また、加熱ベルト１または加圧ベルト２を用いる場合は、固定パッド８、９を保持する保持板金、もしくはその保持板金を指示する筐体に、圧接カム４及び離間カム３を作用させても良い。

図５は、図２に示した定着装置の動作時における離間カム３、圧接カム４、加圧ローラ２のタイミングチャートを示す図である。この例では、定着装置は８０ｇ／ｍ² 、用紙サイズＡ４横２１０ｍｍの普通紙を、システム速度２００ｍｍ／秒、紙間６０ｍｍで連続印字したときのタイミングチャートである。

図５のタイミングチャートにおける「速度」はシステム速度であり、「時間」は所定のタイミングからの経過時間を示し、「距離」は速度×時間の値を示している。

紙間中は離間カム３は加圧ローラ２の回転軸２１に作用しており（作用と記している）、圧接カム４は作用していない（フリーと記している）。離間カム３がタイミングＴ１で回転変位を開始すると、加圧ローラ２の加熱ローラ１側への移動が開始される。タイミングＴ２で離間カム３は回転変位を終了してフリーとなる。一方、圧接カム４はタイミングＴ２よりもわずかに遅れたタイミングＴ３で回転変位を開始し、タイミングＴ４で回転変位を終了して加圧ローラ２の回転軸２１に作用し、加圧ローラ２は加熱ローラ１に圧接する。その後、用紙が定着装置に搬送され、加熱ローラ１と加圧ローラ２のニップに通紙され定着が行われる（ＮＩＰ中と記している）。

用紙の通過後、タイミングＴ５で圧接カム４が回転変位を開始し、タイミングＴ６で回転変位を終了し、加圧ローラ２の回転軸２１への作用は解除される。一方、離間カム３はタイミングＴ６よりもわずかに遅れたタイミングＴ７で回転変位を開始し、タイミングＴ８で回転変位を終了して加圧ローラ２の回転軸２１に作用し、加圧ローラ２は加熱ローラ１から離間する。

図６及び図７はこの発明の他の実施形態に係る定着装置を示す図である。この実施形態では、図２及び図３に示した定着装置と同様に、加熱ローラ１と、加圧ローラ２と、加圧ローラ２の回転軸２１に作用する離間カム３及び圧接カム４と、加圧ローラ２の回転軸２１を加熱ローラ１との圧接方向へ付勢する圧接バネ６を備えている。加熱ローラ１、加圧ローラ２及び離間カム３の構成については図２及び図３に示した定着装置と同じであるが、この実施形態では圧接カム４が径大湾曲部４ａ寄りに偏心して軸４１が設けられている。従って、軸４１から径小湾曲部４ｂの先端までの長さが、軸４１から径大湾曲部４ａの先端までの長さよりも長く設定されている。なお、図６及び図７では、離間カム駆動部２０１、圧接カム駆動部２０２及び制御部２００は図示を省略してある。

図２及び図３に示した実施形態では、加熱ローラ１と加圧ローラ２の離間中は離間カム３が加圧ローラ２の回転軸２１に常時作用し、圧接中は圧接カム４が加圧ローラ２の回転軸２１に常時作用するものとした。これに対し、図６及び図７の実施形態では、加熱ローラ１と加圧ローラ２の離間中は離間カム３が加圧ローラ２の回転軸２１に常時作用しているが、圧接時は圧接カム４が加圧ローラ２の回転軸２１に常時作用するのではなく、圧接中の一時期のみ作用する構成となっている。

即ち、次の用紙１００が通過するまでの紙間中は、図６（Ａ）に示すように、離間カム３が加圧ローラ２の回転軸２１に作用して、加圧ローラ２は加熱ローラ１から離間し、加熱ローラ１から加圧ローラ２への伝熱を防ぐ。圧接カム４は加圧ローラ２の回転軸２１へ作用しておらず、圧接バネ４が加圧ローラ２の回転軸２１へ作用して、加圧ローラ２へ加熱ローラ１方向への付勢力を付与している。

次の用紙１００が定着装置へ接近すると、図６（Ｂ）に示すように、離間カム３が回転変位を開始して加圧ローラ２の回転軸２１から離れ始める。圧接カム４も回転変位を開始するが、加圧ローラ２の回転軸２１へは未だ作用していない。この状態では、圧接バネ６のみが加圧ローラ２の回転軸２１へと作用し、加圧ローラ２は加熱ローラ１との接触を開始する。

圧接カム４は、次の用紙１００が定着装置に到達する前に加圧ローラ２の回転軸２１に作用して加圧ローラ２を加熱ローラ１に圧接させる。圧接後はさらに圧接カム４の回転変位を進め、図７（Ａ）に示すように、次の用紙１００が定着装置に到達する前に加圧ローラ２の回転軸２１から離間する。圧接カム４による加圧ローラ２の回転軸２１に対する圧接方向の荷重がなくなっても、加圧ローラ２は圧接バネ６により加熱ローラ１方向への付勢力を付与されるから、加圧ローラ２と加熱ローラ１の圧接が維持される。

加熱ローラ１と加圧ローラ２のニップに用紙１００が突入したときは、図７（Ｂ）に示すように、離間カム３も圧接カム４も加圧ローラ２の回転軸２１に作用しておらず、圧接バネ６のみが作用しており、この状態で用紙１００の定着を行う。

このように、この実施形態では、加熱ローラ１と加圧ローラ２の圧接中に圧接カム４を加圧ローラ２の回転軸２１に常時作用させておくのではなく、圧接の開始痔のみに一時的に圧接カム４を作用し、用紙１００がニップに突入する前には圧接カム４の作用が解除され、圧接バネ６のみを作用させて、通紙定着動作を行う。このような動作を行うことにより、短時間でニップ荷重が安定する圧接状態に移行させることができるのに加えて、圧接状態への移行後は、加熱ローラ１と加圧ローラ２の軸間距離が固定されることはなく、用紙１００の厚み等が異なっても圧接バネ６により一定の圧接荷重を付与することができ、多様な用紙に対して安定性の高い通紙定着を行うことができる。なお、この例では圧接バネ６は、定着に必要な荷重相当の押圧力を発生させるように設定される。

図８は、図６及び図７に示した定着装置の動作時における離間カム３、圧接カム４、加圧ローラ２のタイミングチャートを示す図である。この例では、定着装置は８０ｇ／ｍ² 、用紙サイズＡ４横２１０ｍｍの普通紙を、システム速度２００ｍｍ／秒、紙間６０ｍｍで連続印字したときのタイミングチャートである。

紙間中は離間カム３は加圧ローラ２の回転軸２１に作用しており、圧接カム４は作用していない（フリー）。離間カム３がタイミングＴ１１で回転軸２１への作用の解除を開始し、タイミングＴ１２で解除が終了してフリーとなる。一方、圧接カム４はタイミングＴ１２よりもわずかに遅れたタイミングＴ１３で加圧ローラ２の回転軸２１への作用を開始し、タイミングＴ１４で作用を終了し、加圧ローラ２は加熱ローラ１に圧接する。圧接カム４はその後作用の解除を開始し、タイミングＴ１５で解除が終了してフリーとなる。次いで、用紙１００が加熱ローラ１と加圧ローラ２のニップに通紙され定着が行われる（ＮＩＰ中）。ここで、離間カム３の作用の解除開始から用紙１００のニップへの突入までの距離は１２ｍｍ、時間は０．０６秒であり、圧接カム４がフリーになってから用紙１００のニップへの突入開始までの距離は３ｍｍ、時間は０．０１５秒である。

用紙１００の通過後、タイミングＴ１６で離間カム３が加圧ローラ２の回転軸２１へ作用を開始し、加圧ローラ２は離間を開始する。タイミングＴ１７で離間カム３が加圧ローラ２の回転軸２１へ完全に作用すると、加圧ローラ２の離間が完了する。

ところで、用紙１００が１５０ｇ／ｍ² を超えるような厚紙においては、紙に奪われる熱量を勘案して、普通紙のシステム速度（例えば２００ｍｍ／秒）の半分のシステム速度でニップに通紙する場合がある。このようにシステム速度を半分にする場合においては、加圧ローラ２を加熱ローラ１から離間できる距離を長くすることができる。これを図９のタイミングチャートで説明すると次の通りである。

図９のタイミングチャートは、１５０ｇ／ｍ² 、用紙サイズＡ４横２１０ｍｍの厚紙を、システム速度１００ｍｍ／秒、紙間６０ｍｍで連続印字したときの、離間カム３、圧接カム４、加圧ローラ２のタイミングチャートである。

紙間中は離間カム３は加圧ローラ２の回転軸２１に作用しており、圧接カム４は作用していない（フリー）。離間カム３がタイミングＴ２１で回転軸２１への作用の解除を開始し、タイミングＴ２２で解除が終了してフリーとなる。一方、圧接カム４はタイミングＴ２２よりもわずかに遅れたタイミングＴ２３で加圧ローラ２の回転軸２１への作用を開始し、タイミングＴ２４で作用を終了し、加圧ローラ２は加熱ローラ１に圧接する。圧接カム４はその後作用の解除を開始し、タイミングＴ２５で解除が終了してフリーとなる。次いで、用紙１００が加熱ローラ１と加圧ローラ２のニップに通紙され定着が行われる（ＮＩＰ中）。ここで、離間カム３の作用の解除開始から用紙１００のニップへの突入開始までの距離は６ｍｍ、時間は０．０６秒であり、圧接カム４がフリーになってから用紙１００のニップへの突入開始までの距離は１．５ｍｍ、時間は０．０１５秒である。

つまり、圧接カム４がフリーになってから用紙１００のニップへの突入開始までの時間を、図５のタイミングチャートに示した普通紙の全速度（２００ｍｍ／秒）の場合と等しく（この例では０．０１５秒）して、距離を普通紙の場合の３ｍｍに対して１．５ｍｍと短くできる。換言すれば、厚紙半速度では離間できる距離を長く設定することができる。

なお、前述したように、離間カム３及び圧接カム４は、制御部２００の指令に基づいて駆動部２０１、２０２を介して必要時に回転変位させても良いし、連続的に回転させても良い。特に複数枚の用紙の連続印字中は、回転起動の遅れを排除して高速な離間・圧接動作を実現するために、連続的に回転させるのが望ましい。

図１０はこの発明のさらに他の実施形態を示すものである。この実施形態では、離間カム３及び圧接カム４を駆動する駆動部を１つの駆動部で共用するものである。

離間カム３及び圧接カム４は、加圧ローラ２の回転軸２１に作用するお互いのタイミングは変化しないので、同じ回転速度であっても問題ない。そこで、駆動部として１つのモーターを使用することができる。具体的には、駆動モーター（図示せず）のモーター軸３０１に連結されたモーターギア３０２に、離間カム３の軸３１に連結された離間カムギア３０３と、圧接カム４の軸４１に連結された圧接カムギア３０４を噛み合わせる。モーターを駆動しモーター軸３０１を回転させるとモーターギア３０２が回転し、さらにはモーターギア３０２と噛み合った離間カムギア３０３及び圧接カムギア３０４が同時に回転し、離間カムギア３０３及び圧接カムギア３０４にそれぞれ連結された各軸３１、４１を介して、離間カム３及び圧接カム４が回転する。

このように、離間カム３及び圧接カム４を共通のモーターで駆動するギア機構を備えているから、離間カム３と圧接カム４を別々に駆動する場合に較べて、部品構成を簡素化できる。

図１１はこの発明のさらに他の実施形態を示すものである。

図３に示した実施形態では、加圧ローラ２の回転軸２１の長さ方向の両端部に、それぞれ一対の離間カム３及び圧接カム４を配置したが、図１１に示す実施形態では、加圧ローラ２の回転軸２１の長さ方向の両端部に、コ字形の保持筐体４００の各端部を連結し、保持筐体４００を１組の離間カム３と圧接カム４で移動させることにより、加圧ローラ２を加熱ローラ１に対して離間させまたは圧接させる構成となっている。なお、加圧ローラ２が加熱ローラ１と圧接するように保持筐体４００を付勢する圧接バネを設けても良い。

このような構成とすることにより、離間カム３及び圧接カム４は１対で済む。ただし、各カムを高速で動作させる場合、保持筐体４００の歪変形さえも圧離動作の遅れに繋がるため、特に高速機では、図３に示したように、回転軸２１の長さ方向の両端部に各１対の離間カム３及び圧接カム４を設けた方が望ましい。

図１２はこの発明のさらに他の実施形態を示すものである。この実施形態では、回転軸２１の長さ方向の一端部に設けられた１対の離間カム３及び圧接カム４と、他端部に設けられた１対の離間カム３及び圧接カム４を、位相差を設けて回転させることにより、加圧ローラ２の加熱ローラ１に対する離間・圧接のタイミングを、加圧ローラ２の長さ方向において異ならせ、加圧ローラ２と加熱ローラ１との平行状態での圧接・離間を避けるものである。

即ち、加圧ローラ２と加熱ローラ１を平行状態で高速に圧接させると、その衝突時の振動が他の画像形成プロセスに伝搬し、色ずれなどの画像の問題を発生する恐れがある。そこで、加圧ローラ２の回転軸２１の長さ方向の両端部において、離間カム３及び圧接カム４を位相差を設けて回転変位させる。これにより、一端側（図１２の上側）では、離間カム３の作用が終わりほぼ同時に圧接カム４が作用を開始し、他端側（図１２の下側）では、離間カム３の作用が完全には終わっておらず、圧接カム４も作用しない状態となる。その結果、加圧ローラ２は長さ方向の一端側から他端側にかけて徐々に加熱ローラに圧接していくことになり、衝突時の振動を避けることができる。離間時も同様である。

図１３はこの発明のさらに他の実施形態を示すものである。加圧ローラ２の加熱ローラ１からの離間時は、圧接時よりも高速で動作しても、他の画像形成プロセスに影響を与える振動ノイズ等は発生しにくい。逆に言えば、圧接時の衝撃は振動ノイズを起こしやすい。そこで、圧接カム４が回転軸２１に緩やかに作用するように、圧接カム４における加熱ローラ２の回転軸２１との接触部分の曲率が小さく（曲率半径が大きく）設定されている。

なお、離間カム３は圧接カム４と同一形状であっても良いし、異なる形状であっても良い。同一形状の場合は、部品の共通化を図ることができ、コスト低減に繋がる。図１３以外の実施形態においても同様である。

図１４はこの発明のさらに他の実施形態を示すものである。この実施形態では、極厚紙や封筒などの特殊な被定着媒体を定着する場合、通紙定着中に、通常の被定着媒体の定着中の荷重よりも荷重が小さくなるようなカムの回転変位位置で、圧接カム４の回転を停止するように構成したものである。図１４は圧接カム４が停止している状態を示している。

このような停止モードを有することにより、特に３００ｇ／ｍ²を超えるような厚紙であっても、良好な通紙安定性を得ることができる。この場合、圧接バネ６のバネ荷重は大きくなくて良く、加圧ローラ２の振動を抑える程度の弱い荷重で良い。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることはない。

例えば、圧接カム４により加圧ローラ２を加熱ローラ１に対して圧接し、離間カム３により加圧ローラ２を加熱ローラ１から離間するものとしたが、完全に離間するのではなく、離間カム３は、加圧ローラ２と加熱ローラ１との圧接荷重の減少方向に加圧ローラ２または加熱ローラ１を移動させればよく、圧接カム４は、加圧ローラ２と加熱ローラ１との圧接荷重の増加方向に加圧ローラ２または加熱ローラ１を移動させればよい。

また、離間カム３及び圧接カム４が回転軸２１を介して間接的に加圧ローラ２に作用し、加圧ローラ２を移動させる構成としたが、離間カム３及び圧接カム４が加圧ローラ２に直接的に作用する構成としても良い。

１加熱ローラ
２加圧ローラ
３離間カム
４圧接カム
５ヒーター
６圧接バネ
２１回転軸
３１、４１軸
１００用紙
２００制御部
２０１駆動部
２０２駆動部
４００保持筐体

Claims

圧接荷重によって定着ニップを形成するとともに、少なくとも一方が定着可能温度に加熱される第１の定着回転部材及び第２の定着回転部材であって、少なくとも一方の定着回転部材が、他方の定着回転部材との間の圧接荷重が増加しまたは減少する方向に移動可能となされた第１の定着回転部材及び第２の定着回転部材と、
移動可能な少なくとも一方の前記定着回転部材に直接的にまたは間接的に作用して、該定着回転部材を前記圧接荷重の減少方向に移動させる位置と、作用を解除する位置との間で回転変位可能な第１のカムと、
移動可能な少なくとも一方の前記定着回転部材に直接的にまたは間接的に作用して、該定着回転部材を前記圧接荷重の増加方向に移動させる位置と、作用を解除する位置との間で回転変位可能な第２のカムと、
前記第１のカム及び第２のカムの回転変位を制御する制御手段と、
移動可能な少なくとも一方の前記定着回転部材を前記圧接荷重の増加方向に付勢する弾性体と、
を備え、
前記第２のカムは、前記第１のカムによる前記定着回転部材への作用が解除された後の定着回転部材の圧接動作中の、被定着媒体の前記定着ニップへの突入前の一時期において、前記定着回転部材に作用し、突入時には第２のカムの前記定着回転部材への作用は解除されることを特徴とする定着装置。
前記第１及び第２のカムは、第１の定着回転部材及び／または第２の定着回転部材を回転可能に支持する回転軸を介して、少なくとも一方の前記定着回転部材に作用するとともに、前記回転軸の長さ方向の両端部に一対ずつ配置されている請求項１に記載の定着装置。
前記回転軸の長さ方向の一端部に配置されている一対の第１及び第２のカムと、他端部に配置されている一対の第１及び第２のカムを、位相差を設けて回転変位させることにより、圧接荷重の増加動作及び／または減少動作のタイミングを、回転軸の長さ方向で異ならせる請求項２に記載の定着装置。
前記第１及び第２のカムは同一の形状を有している請求項１〜３の何れかに記載の定着装置。
前記第２のカムが第１のカムよりも前記定着回転部材に緩やかに作用するように、前記第１及び第２のカムの形状が設定されている請求項１〜３の何れかに記載の定着装置。
圧接荷重によって定着ニップを形成するとともに、少なくとも一方が定着可能温度に加熱される第１の定着回転部材及び第２の定着回転部材であって、少なくとも一方の定着回転部材が、他方の定着回転部材との間の圧接荷重が増加しまたは減少する方向に移動可能となされた第１の定着回転部材及び第２の定着回転部材と、
移動可能な少なくとも一方の前記定着回転部材に直接的にまたは間接的に作用して、該定着回転部材を前記圧接荷重の減少方向に移動させる位置と、作用を解除する位置との間で回転変位可能な第１のカムと、
移動可能な少なくとも一方の前記定着回転部材に直接的にまたは間接的に作用して、該定着回転部材を前記圧接荷重の増加方向に移動させる位置と、作用を解除する位置との間で回転変位可能な第２のカムと、
前記第１のカム及び第２のカムの回転変位を制御する制御手段と、
を備え、
前記第１及び第２のカムは、第１の定着回転部材及び／または第２の定着回転部材を回転可能に支持する回転軸の径方向の両側に対向して配置された第１の軸と第２の軸をそれぞれ中心に回転変位し、前記回転軸に作用することにより少なくとも一方の前記定着回転部材に作用するとともに、前記回転軸の長さ方向の両端部に一対ずつ配置され、
移動可能な少なくとも一方の前記定着回転部材を前記圧接荷重の増加方向に付勢する弾性体を備え、
前記第２のカムは、前記第１のカムによる前記定着回転部材への作用が解除された後の定着回転部材の圧接動作中の一時期において、前記定着回転部材に作用し、
圧接動作中の前記一時期は、被定着媒体の前記定着ニップへの突入前の一時期であり、突入時には第２のカムの前記定着回転部材への作用は解除されることを特徴とする定着装置。