JP5365114B2 - 圧着解除カム装置、および圧着解除カム装置を用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、加圧部材と被加圧部材の圧着と解除にカム部材を用いた圧着解除カム装置と、圧着解除カム装置を用いた画像形成装置に関する。

加圧部材と被加圧部材を圧着して、例えば、電子写真方式を用いて感光体ドラム等の画像担持体にトナー画像を形成し、感光体ドラムに形成したトナー画像を、用紙に転写した後で、定着する定着手段がある。

定着手段としては、一般に加熱源を内蔵する加熱ロールに対して、加圧ロールを押圧する機構を用いた熱定着方式が多く使われている。そして、前記２つの定着ロールの間に所定の値のニップ圧力を設定するために、定着装置のフレームに支持される加熱ロールに対して、加圧ロールをスプリングにより支持し、該スプリングにより加圧ロールを押圧する手段を用いている。

あるいは、熱を使わずに用紙に転写されたトナー画像を圧力のみで定着させる圧力定着手段なども知られている。

さらに、布帛に画像をプリントした後に布帛を乾燥させながら定着させる布帛定着装置などが知られている。これは加熱源を内蔵した加熱ロールに布帛の外側から加圧ロールを押圧させて乾燥や定着させるものである。

ここで電子写真方式を用いた画像形成装置に使用される定着装置を例に説明すると、加圧ロールを押圧する手段として、特許文献１に公開されているように、ニップ圧力を設定するためのスプリングと、該ニップ圧力を解除するためのカム部材とを組み合わせた装置が用いられている（図８参照）。図８では、内部に加熱源を設けた加熱ロール２１と、加圧ロール３１とを対向させて配置している。

図８において、加圧ロール３１をロール支持アーム５５により支持しており、ロール支持アーム５５の一端部を、支点６１を介して定着装置１１のフレーム等に支持し、他端部と支持フレーム９１との間に張力設定用のスプリング８１を配置して、該スプリング８１により、加圧ロール３１を加熱ロール２１に向けて押圧させるようにしている。また、前記両ロールの間でのニップ圧力を解除するために、カム部材１５を配置しており、該カム部材を、カム軸１７を介して駆動することにより、ロール支持アーム５１を、支点６１を介して、スプリング８１の力に対抗して時計方向に揺動させ、加圧ロール３１を加熱ロール２１から離間させる。そして、定着装置１１において定着の作用を行う場合にのみ、カム部材による押圧作用を解除して、スプリング８１によりニップ圧力を設定させるようにしている。

また、特許文献２では、カム部材の形状を多次元式で表される曲線を持つカム面で構成し、両ロールの間でニップ圧力を解除する状態で、カム部材を駆動するためのトルクが増大しないように構成している。カム面のすべての位置で押圧する状態でも、ほぼ同じ値の回転トルクを必要とするような状態にして、加圧ロールを押し下げることができるために、カム部材の駆動に必要とされるモータの駆動力を少なくすることができるので大型の定着装置に対応できるようにした技術が公開されている。
特開平２−２８２７７３号公報 特開平５−１８８８２１号公報

上記公開された特許文献は、カム部材の周面上に複数の形状を設けることだけでカム部材を回転させる回転トルクの増大を抑えている。しかしながら、時間当たりの複写枚数が多い画像形成装置などでは、定着手段に非常に大きな圧力を加えたり、解除したりすることが必要となっている。そのためカム部材の形状だけでは充分なトルク低減を達成できなくなってきている。

本発明は、加圧部材と被加圧部材との圧着や解除を、カム部材を用いて行う際に、カム部材を回転させるために必要な回転トルクの変動を低減し、カム部材および相手側の部材の部分的な摩耗を少なくする圧着解除カム装置および圧着解除カム装置を用いた画像形成装置を提供することである。

上記目的は、下記構成により達成できる。すなわち、
１．被加圧部材と、
前記被加圧部材に対向する位置に配置され、前記被加圧部材の方向に移動する加圧部材と、
前記加圧部材を前記被加圧部材の方向に付勢する付勢手段と、
前記付勢手段の変位量を規制する付勢手段規制部と、
少なくとも前記加圧部材と、前記付勢手段と、前記付勢手段規制部とを有する加圧ユニットと、
回転させることにより、前記加圧ユニットを前記被加圧部材方向に移動させて、前記加圧部材と前記被加圧部材の圧着と解除を行うカム部材と、を有し、
前記カム部材を回転させて前記加圧部材が前記被加圧部材に圧着するまでは、前記付勢手段の変位量が規制された状態で前記加圧ユニットを前記被加圧部材の方向に移動させ、
前記カム部材を回転させて前記加圧部材が前記被加圧部材に圧着し、さらに前記加圧ユニットを前記被加圧部材の方向に移動させたとき、前記付勢手段の変位量の規制を解除して前記付勢手段により前記加圧部材を前記被加圧部材の方向に付勢させる作用を行うとともに、
前記カム部材は、前記カム部材の回転速度が一定のとき、前記加圧部材が前記被加圧部材に圧着し、さらに前記加圧ユニットを前記被加圧部材の方向に移動させるときの速度が、前記加圧部材が前記被加圧部材に圧着するまでの前記加圧ユニットを移動させるときの速度より遅くするカム形状を有することを特徴とする圧着解除カム装置。
２．前記カム部材と接触して回転する接触ローラが、前記加圧ユニットに設けられていることを特徴とする１記載の圧着解除カム装置。
３．前記加圧部材と前記被加圧部材との圧着を解除するときは、前記加圧ユニットを前記被加圧部材の方向に移動させるときの前記カム部材の回転方向と、反対方向に回転させることを特徴とする１または２に記載の圧着解除カム装置。
４．前記加圧ユニットは、
前記加圧部材を支持し、前記付勢手段規制部と前記付勢手段の間に挿入された加圧部支持部材と、
前記加圧部支持部材を前記被加圧部材の方向に移動するようにガイドする支持部ガイド部材と、
少なくとも前記付勢手段と前記支持部ガイド部材とを支持する付勢手段支持部材と、
を有し、
前記加圧部材と前記被加圧部材はロール形状であることを特徴とする１乃至３の何れかに記載の圧着解除カム装置。
５．１乃至４の何れかに記載の圧着解除カム装置は定着装置であり、前記圧着解除カム装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、加圧部材が被加圧部材に圧着するまでは、加圧部材を付勢する付勢手段の変位量を規制した状態とし、圧着した後は、付勢手段を規制している付勢手段規制部から外れるようにした構成とし、カム部材を圧着した後に要する速度が圧着させるまでの速度より遅くする形状としたので、カム部材を回転させるために必要な回転トルクの変動を低減し、カム部材および相手側の部材の部分的な摩耗を抑制することができる。

本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。

図１は本発明の圧着解除カム装置１を示す側面図であり、図２はその分解斜視図である。符号２はローラ形状をした被加圧部材であり、被加圧部材２は圧着解除カム装置１の筐体Ｆに軸受けＪ１を介して回転可能になるように軸支されている（図２参照）。被加圧部材２に対向する位置には被加圧部材２を加圧するためのローラ形状をした加圧部材３が設けられている。符号４は、加圧部材３を支持するための加圧部支持部材であり、加圧部材３の両端の軸３０１を回転可能になるように軸支している。

さらに加圧部支持部材４を上下方向に摺動させるガイド部材としての支持部ガイド部材５が、加圧部支持部材４の両端に設けられている。

さらに加圧部材３、加圧部支持部材４、支持部ガイド部材５を支える支持板としての付勢手段支持部材７を有している。そしてこれらは加圧ユニット１０として構成されている。

支持部ガイド部材５は、一端が段付き形状をした付勢手段規制部５１部を有し、他端は付勢手段支持部材７に固着されている。図１、図２に示すように、支持部ガイド部材５には加圧部材３を付勢させる付勢手段６が挿入されており、付勢手段６は係止部材５２によって圧縮係止されている。

さらに付勢手段支持部材７には、後述するカム部材８のカム面に接触する接触ローラ９が設けられている。接触ローラ９はカム部材８との接触抵抗を低減するためのものである。カム部材８が回転することにより加圧ユニット１０内にある付勢手段支持部材７が上昇して加圧部材３が被加圧部材２を押圧するようになっている。

カム部材８は、その回転軸が筐体Ｆに設けられたカム部材取り付け部に軸支され、回転軸に設けられた歯車を介してステッピングモータＭ１によって回転する。ステッピングモータＭ１は、不図示の制御手段から所定のパルス信号を受信することにより所定の角度だけ回転することができる。

つぎに、カム部材８について説明する。図３はカム部材８の形状を示す図であり、図４は図３の０°から時計回転方向に、１０°毎に中心からの距離をプロットしたカム特性曲線図である。

図４において、本発明に係るカム部材８の形状は、０°から９０°まではカム部材８の回転中心からカム面までの距離（揚程長という）が急に立ち上がり、９０°から２７０°までは徐々に増えていることがわかる。すなわち、カム部材８の形状は、カム部材８の回転速度が一定のとき、加圧部材３が被加圧部材２に圧着し、さらに加圧ユニット１０を被加圧部材２の方向に移動させるときの速度が、加圧部材３が被加圧部材２に圧着するまでの加圧ユニット１０の移動させるときの速度より遅くするようにしている。移動速度はカム部材８を回転させる回転トルクと関係し、移動速度が遅いほど回転トルクを低く抑えることができる。

本実施の形態で用いたカム部材８は、図４において０°のときの揚程長を３ｍｍ、９０°では揚程長を６ｍｍ、２７０°では揚程長を６．６ｍｍとなるようなカム形状とした。すなわちカム部材８が９０°回転したところで加圧ユニット１０は３ｍｍ上昇して、加圧部材３が被加圧部材２に圧着する。しかしカム部材８が９０°から２７０°の範囲では、加圧ユニット１０は０．６ｍｍしか上昇しない。

このときカム部材８の回転トルクは（図４の右側縦スケール参照）、加圧部材３が被加圧部材２に接触するまでは（図４の９０°の位置）、加圧ユニット１０を被加圧部材２の方向に移動させるときの速度が速いので回転トルクは、３Ｎ・ｃｍ必要であった。しかし９０°から２７０°までに加圧ユニット１０を被加圧部材２の方向に移動させるときの速度が遅くなるために回転させるのに要した回転トルクは３．３Ｎ・ｃｍであった。すなわち回転トルク変動幅は０．３Ｎ・ｃｍであり負荷変動は少ないといえる。カム部材８は２７０°回転した後、逆回転（時計方向に回転）して初期の位置で待機するようになっている。

図１に示すように加圧部材３と被加圧部材２が離れている状態のときは、カム部材８は、０°の位置で接触ローラ９と接触している。このとき付勢手段６は付勢手段規制部５１によってそれ以上伸長することができない状態となっている。

図５は、カム部材８が反時計方向に回転し、図４のカム特性曲線図で９０°付近の位置になったときに、加圧部材３が上昇して、被加圧部材２に接触しようとするところを示す図である。

加圧部材３が被加圧部材２に接触した状態で、さらにカム部材８が反時計方向に回転すると（カム特性曲線図で９０°から１８０°の位置）、加圧部材３が被加圧部材２に接触し、付勢手段６が規制されている範囲よりもさらに上昇すると、加圧部支持部材４は付勢手段規制部５１の規制から外れて隙間が生じる（図６ａ部参照）。加圧部材３と被加圧部材２との圧着力は付勢手段６の変位量に相当する圧縮力となる。

カム部材８がさらに反時計方向に回転してカム線図で２７０°の状態になったとき、付勢手段６の圧縮力が最大となる（図７参照）。

また、本発明の圧着解除カム装置は、電子写真方式を用いた画像形成装置の定着装置に応用できる。すなわち被加圧部材２はローラ形状をした加熱ローラとすることができる。加熱ローラは、中空芯金と、その外周面を被覆させたシリコンゴム等の弾性層と、さらにその外周面を被覆させたフッ素樹脂等の離型層との積層体で構成される。ローラ内部にはハロゲンランプ等の加熱源が挿入されている。

加圧ローラ３は、例えば、鉄等の金属から形成された中実の芯金を、耐熱性のシリコンスポンジで被覆して、ソフトローラとして構成し、加熱ローラを押圧する。

図９は画像形成装置を示す図である。図９において、画像形成装置Ａは、自動原稿搬送装置ＡＤＦ、装置本体Ａ１等からなっている。装置本体Ａ１は、画像読み取り装置１０１、制御手段２０１、画像書き込み装置３０１、画像形成部４０１、給紙トレイ５０１、搬送手段６０１、定着装置７０１、排紙手段８０１、再搬送手段８１Ａ等で構成されている。

画像読み取り装置１０１の光学系は、光源と第１ミラーを備える露光ユニット１４１、第２ミラーと第３ミラーから成るＶミラーユニット１５１、レンズ１６１、ＣＣＤイメージセンサ１７１により構成されている。

自動原稿搬送装置ＡＤＦによる原稿の読み取りは、露光ユニット１４１がスリット露光用ガラス１３１の下方の初期位置に停止した位置において行われる。

原稿台ガラス１１１上の原稿の読み取りは、露光ユニット１４１及びＶミラーユニット１５１を移動させながら行われる。

画像読み取り装置１０１において読み取られた原稿画像の画像情報は制御手段２０１により画像処理が行われ、画像データとして信号化され、一旦メモリに格納される。画像書き込み手段３０１に含まれる図示しない半導体レーザからの出力光が、感光体である感光体ドラム２１１に照射され静電潜像を形成する。

画像形成部４０１においては、感光体ドラム２１１の表面に帯電器２２１により帯電がなされ、画像書き込み手段３０１の半導体レーザからのレーザ光の照射により静電潜像が形成される。

次に現像装置２３１により前記静電潜像がトナーで現像されてトナー像となる。当該トナー像は、給紙トレイ５０１から搬送された用紙Ｐ上に転写器２９Ａにより転写される。トナー像が転写された用紙Ｐは、分離器２９Ｂにより感光体ドラム２１１表面から剥離される。その後、クリーニング装置２６１により感光体ドラム２１１上の転写残トナーが除去される。トナー像が転写された用紙Ｐは、搬送手段６０１により搬送され、定着装置７０１で、加熱ローラ７１と加圧ローラ７２によって定着され、排紙手段８０１により装置外の排紙皿８１１へ搬送される。

以上より、本発明の圧着解除カム装置は、ロール状の加圧部材３と、加圧部材３に対向する位置に配置され、加圧部材３によって加圧されるロール状の被加圧部材２と、加圧部材３を付勢させる付勢手段６と、付勢手段６を所定の圧力に規制する付勢手段規制部５１と、を有している。さらに加圧ユニット１０と、加圧部材３と被加圧部材２との圧着と解除を行うカム部材８と、を有している。そして、カム部材８を回転させて加圧部材３が被加圧部材２に圧着するまでは、付勢手段６の変位量が規制された状態で加圧ユニット１０を被加圧部材２の方向に移動させ、カム部材８を回転させて加圧部材３が被加圧部材２に圧着する。さらに加圧ユニット１０を被加圧部材２の方向に移動させたとき、付勢手段６の変位量の規制を解除して付勢手段６により加圧部材３を被加圧部材２の方向に付勢させる作用を行う構成としている。

さらにカム部材８は、カム部材８の回転速度が一定のとき、加圧部材３が被加圧部材２に圧着し、さらに加圧ユニット１０を被加圧部材２の方向に移動させるときの速度が、加圧部材３が被加圧部材２に圧着するまでの加圧ユニット１０を移動させるときの速度より遅くするカム形状を有することを特徴としている。

移動速度が速いとカム部材８を回転させるために必要な回転トルクが増大し、遅いと回転トルクは少なくても良いことになる。このとき加圧部材３が被加圧部材２に圧着するまでの加圧ユニット１０が移動する距離は圧着後からさらに移動する距離に比べて遙かに長く、しかも早く移動させることが望ましい。加圧ユニット１０を、加圧部材３が被加圧部材２に圧着するまで移動させるのに必要なカム部材８の回転トルクＴ１は、加圧ユニットの質量をリフトアップするのみである。圧着後からさらに加圧ユニットを移動させる距離は付勢手段６の変位量の規制を解除する長さであり、その移動量は少ないのでそのときに必要な回転トルクＴ２はＴ１と略同一とすることができる。

よって加圧部材３と被加圧部材２との圧着や解除を、カム部材８を用いて行う際に、カム部材８を回転させるために必要な回転トルクの変動を低減し、カム部材８および相手側の部材の部分的な摩耗を抑制する圧着解除カム装置を提供することができる。

本発明の圧着解除カム装置を示す側面図である。 本発明の圧着解除カム装置の分解斜視図である。 カム部材の外形図である。 カム特性曲線図である。 加圧部材が上昇して、被加圧部材に接触しようとするところを示す図である。 加圧部支持部材と付勢手段規制部との隙間が発生するところを示す図である。 付勢手段６圧縮力が最大となるところを示す図である。 従来の定着装置の加圧方法を示す図である。 画像形成装置を示す図である。

符号の説明

１ 圧着解除カム装置
２ 被加圧部材
３ 加圧部材
４ 加圧部支持部材
５ 支持部ガイド部材
６ 付勢手段
７ 付勢手段支持部材
８ カム部材
９ 接触ローラ
１０ 加圧ユニット
Ａ 画像形成装置

Claims (5)

1. 被加圧部材と、
   前記被加圧部材に対向する位置に配置され、前記被加圧部材の方向に移動する加圧部材と、
   前記加圧部材を前記被加圧部材の方向に付勢する付勢手段と、
   前記付勢手段の変位量を規制する付勢手段規制部と、
   少なくとも前記加圧部材と、前記付勢手段と、前記付勢手段規制部とを有する加圧ユニットと、
   回転させることにより、前記加圧ユニットを前記被加圧部材方向に移動させて、前記加圧部材と前記被加圧部材の圧着と解除を行うカム部材と、を有し、
   前記カム部材を回転させて前記加圧部材が前記被加圧部材に圧着するまでは、前記付勢手段の変位量が規制された状態で前記加圧ユニットを前記被加圧部材の方向に移動させ、
   前記カム部材を回転させて前記加圧部材が前記被加圧部材に圧着し、さらに前記加圧ユニットを前記被加圧部材の方向に移動させたとき、前記付勢手段の変位量の規制を解除して前記付勢手段により前記加圧部材を前記被加圧部材の方向に付勢させる作用を行うとともに、
   前記カム部材は、前記カム部材の回転速度が一定のとき、前記加圧部材が前記被加圧部材に圧着し、さらに前記加圧ユニットを前記被加圧部材の方向に移動させるときの速度が、前記加圧部材が前記被加圧部材に圧着するまでの前記加圧ユニットを移動させるときの速度より遅くするカム形状を有することを特徴とする圧着解除カム装置。
2. 前記カム部材と接触して回転する接触ローラが、前記加圧ユニットに設けられていることを特徴とする請求項１記載の圧着解除カム装置。
3. 前記加圧部材と前記被加圧部材との圧着を解除するときは、前記加圧ユニットを前記被加圧部材の方向に移動させるときの前記カム部材の回転方向と、反対方向に回転させることを特徴とする請求項１または２に記載の圧着解除カム装置。
4. 前記加圧ユニットは、
   前記加圧部材を支持し、前記付勢手段規制部と前記付勢手段の間に挿入された加圧部支持部材と、
   前記加圧部支持部材を前記被加圧部材の方向に移動するようにガイドする支持部ガイド部材と、
   少なくとも前記付勢手段と前記支持部ガイド部材とを支持する付勢手段支持部材と、
   を有し、
   前記加圧部材と前記被加圧部材はロール形状であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の圧着解除カム装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の圧着解除カム装置は定着装置であり、前記圧着解除カム装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
   

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