JP5403026B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
加圧ローラーの最外層は、一般的に、シリコーンゴムやフッ素樹脂などで形成された弾性層となっており、当該弾性層の一部が弾性変形して上記定着ニップが形成される。このため、加圧ローラーを常時押圧することとした場合、長期間に渡って画像形成がなされないと、加圧ローラーの弾性変形部分が完全には元に復元されないおそれがあり、そうなると記録シートの円滑な通紙の妨げとなる。
当該接離機構は、例えば、板カムを含み、歯車列などを含む動力伝達機構を介して伝達されるモーターの回転動力を受けて動作する。そして、前記板カムの周面が加圧ローラーを支持するフレームなどに当接しており、当該板カムの回動により加圧ローラーを前記弾性部材の復元力に抗して定着ローラーから離間させたり、加圧ローラーを、前記定着ローラーを押圧する位置に復帰させたりする。
そこで、前記接離機構用のモーターを定着ローラーの回転駆動用モーターと共用し、モーターの個数を一つ減らすことによるコストダウンが検討されている。以下、定着ローラーと接離機構とで共用されるモーターを共用モーターと称する。
画像形成を開始する際、定着ローラーは、加圧ローラーの押圧動作が完了するまで回転されないため、画像形成指示がなされてから、定着ローラー全体が均等に加熱され、定着可能になるまでの時間が延びてしまう。
この対策として、共用モーターからカムに至る動力伝達機構における減速比を小さく設定し、カムを速く回動させることにより、加圧ローラーの押圧動作をすばやく完了して、定着ローラーの回転開始時期を早めることが考えられる。しかしながら、減速比を小さくすると、加圧ローラーの離間の際(圧縮ばねを圧縮する際)の共用モーターにかかる負荷(トルク)が増大する。このため、共用モーターには高トルクのものを用いる必要があるが、そうすると、モーターの大型化、ひいては定着装置の大型化を招来してしまう。
<実施の形態1>
図1は、実施の形態1に係るタンデム型プリンター10(以下、単に「プリンター10」と言う。)の概略構成を示す図である。なお、ここでは、プリンターを例に取り上げているが、本発明は複写機やファクシミリ等の画像形成装置にも適用できる。
一方、給紙カセット30からピックアップローラー32によって繰り出された記録シートSは、転写ベルト14上のトナー像が2次転写ユニット20に到達するタイミングに合わせて、レジストローラー34によって2次転写ユニット20へと搬送される。2次転写ユニット20は、転写ベルト14上に重ね合わされたトナー像を、記録シートS上へ転写する。
なお、プリンター10は、制御部42を有しており、制御部42はCPU44にROM46、RAM48が接続された構成を有している。CPU44は、ROM46に格納された各種制御プログラムを実行することにより、上記した各ユニット、装置を統括的に制御して円滑な画像形成動作を実現する。
定着装置36は、熱ベルト定着方式の定着装置であって、定着ローラー50、加熱ローラー52、および定着ローラー50と加熱ローラー52の間に張架された定着ベルト54、並びに、加圧ローラー56を有する。
加熱ローラー52は、金属製の円筒部材からなり、その中空部には、熱源であるヒーターランプ58が内蔵されている。定着ローラー50と加熱ローラー52の両端は、不図示の軸受を介して、不図示の保持部材に回転自在に保持されている。
加圧ローラー56は、金属製の芯金62の外周面にシリコーンゴム、フッ素樹脂からなる弾性層64が形成されてなるものである。芯金62は、全体的に円柱状をしており、弾性層64が形成されてなる中央部の両端に、当該中央部よりも縮径された縮径部66を有している。加圧ローラー56は、縮径部66が軸受68を介して、加圧ローラ56の保持部材である揺動板70に軸支されている。
揺動板70は、軸受68を挟んでシャフト72と反対側に、L字状をしたレバー部74を有している。
スプリングユニット78の他端部側のホルダー82は、長手方向が紙面に垂直な方向に配されたピン94に取り付けられており、ホルダー82は、ピン94の軸心回りに回転自在になっている。なお、ピン94は、不図示の筐体に固定されている。
なお、加圧ローラー56の紙面奥側の端部部分は、レバー部74を有しない以外は揺動板70と同様な揺動板(不図示)に、軸受(不図示)を介して軸支されている。
揺動板70の第2ストレート部96の当接面98の下方に、偏心部材である板カム100が設けられている。板カム100は、長手方向が紙面に垂直方向に設けられたカムシャフト102に取着されている。カムシャフト102は、後述するモーター106から後述する動力伝達機構を介して、矢印Hの向きに回動される。これにより、カムシャフト102に一体的に固定されている板カム100もカムシャフト102の軸心回りに回動する。
上記の構成において、図2に示すように板カム100の回動位置が下死点にある状態から、板カム100が回動されると、バー104は、その下端が板カム100の外周面に倣い、上方へスライドし、やがて、バー104の上端が当接面98に当接する。さらに、板カム100が回動されると、バー104は、当接面98を押し上げ、圧縮ばね84の復元力に抗して揺動板70をシャフト72の軸心回り反時計方向に回動させる。
なお、板カム100側面のカムシャフト102の軸心から最も遠くなる位置の近傍に、板カム100が上死点にあるか下死点にあるかを検出するための、反射シール101が貼着されている。また、板カム100が図2に示すように下死点にあるときの反射シール101を検出するための下死点センサ162(図2、図3では不図示)が設けられており、板カム100が図3に示すように上死点にあるときの反射シール101を検出するための上死点センサ164(図2、図3では不図示)が設けられている(図6)。下死点センサ162と上死点センサ164には、反射型ホトセンサが用いられる。
図4は、モーター106(図4では不図示、図5参照)から、定着ローラー50に至る動力伝達機構、およびモーター106から板カム100(カムシャフト102)に至る動力伝達機構の概略構成を示す斜視図である。図5は、上記両動力伝達機構における動力伝達経路を示す図である。
モーター106の出力軸108の先端部分には、平歯車110が取着されている。平歯車110は、上記両動力伝達機構において、最も径が小さく、最も歯数の少ない歯車である。
シャフト120の一端部側には、平歯車122が取着されており、平歯車122は平歯車118と噛み合っている。
シャフト120の他端部側には平歯車124が取着されており、定着ローラー50の芯金60の端部部分には平歯車126が取着されていて、両平歯車124,126が噛み合っている。
なお、モーター106が逆転されたときは、ワンウェイクラッチ114の作用により、平歯車116とシャフト112との間で動力の伝達が遮断されるため、定着ローラー50は回転しない。
出力軸108の軸心方向と平行にシャフト128が設けられている。シャフト128の一端側には、ワンウェイクラッチ130を介して平歯車132が設けられている。平歯車132は、平歯車110と噛み合っている。ワンウェイクラッチ130は、モーター106が逆転して平歯車110が矢印Kの向きに回転し、これと歯合している平歯車132が矢印Pの向きに回転したときに、平歯車132の回転動力をシャフト128に伝達し、これとは逆に、モーター106が正転して平歯車110が矢印Jの向きに回転し、平歯車132が矢印Pと反対向きに回転したときは平歯車132の回転動力をシャフト128に伝達しない(平歯車132がシャフト128に対し空転する)ように設けられている。シャフト128の他端部側には、平歯車134が取着されている。
シャフト142の他端部側には、平歯車146が取着されている。平歯車146は、カムシャフト102の板カム100とは反対側に取着された平歯車148と噛み合っている。
シャフト150の他端部側には、平歯車154が取着されていて、平歯車154は、カムシャフト102に取着された平歯車148と噛み合っている。
上記の構成において、クラッチ152Cとクラッチ144Cのいずれか一方が選択的にオンされることにより、シャフト142とシャフト150のいずれか一方の経路を経てモーター106の動力が伝達され、板カム100が回動されることとなる。
上記したように、モーター106の出力軸108からカムシャフト102に至る動力伝達機構は、途中で二つの動力伝達経路に分岐している。
よって、板カム100は、第2動力伝達経路1500を介して回動される方が、第1動力伝達経路1420を介して回動されるよりも、速く回動する。一方、第1動力伝達経路1420による方が、第2動力伝達経路1500によるよりも、板カム100を大きなトルクで回動することができる。
本実施の形態では、加圧ローラー56を定着ベルト54に押圧させる際、すなわち、板カム100を図3に示す上死点から図2に示す下死点まで回動させる際は、第2動力伝達経路1500を用いることとしている。これは、板カム100を速く回動させて、押圧動作を早く完了させ、1枚目の画像形成をすばやく実行する必要がある一方、この場合、圧縮ばね84は伸びようとするため、揺動板70を回動させるための負荷(トルク)が板カム100にほとんどかからないからである。
図6に示すように、CPU44には、モーター106(図5)の正・逆回転制御するモーター駆動部156、電磁クラッチ144C(図5)のオン・オフ制御をするクラッチ制御部158、電磁クラッチ152C(図5)のオン・オフ制御をするクラッチ制御部160、下死点センサ162、上死点センサ164が接続されている。
外部機器から送信されたプリントジョブを受信してプリント処理(画像形成処理)が開始されると(ステップS11でYES)、モーター106を逆転で起動する(ステップS12)と共に、電磁クラッチ152Cをオンする(ステップS13)。これにより、第2動力伝達経路1500を介して板カム100が回動されて、上述したように、加圧ローラー56の定着ローラー50への押圧動作が開始される。
<実施の形態2>
実施の形態1では、モーター106から板カム100(カムシャフト102)に至る動力伝達機構中に2個の電磁クラッチ144C,152Cを用いたが、実施の形態2では、当該動力伝達機構中に電磁クラッチを用いない構成としている。
図8は、実施の形態2に係る定着装置200において、モーター106(図8では不図示、図9参照)から、定着ローラー50に至る動力伝達機構、およびモーター106から板カム100(カムシャフト102)に至る動力伝達機構の概略構成を示す斜視図であり、図9は、上記両動力伝達機構における動力伝達経路を示す図である。図8、図9は、それぞれ図4、図5と同様に描いた図である。
続いて、モーター106から板カム100に至る動力伝達機構について説明する。
当該動力伝達機構も、平歯車110から平歯車134に至るまでは、実施の形態1と実質的に同様なので、対応する構成に実施の形態1と同じ符号を付して、説明を省略する。
シャフト202の他端部側には、偏平なカップ状をした内歯車である第2欠歯歯車208が取着されており、第2欠歯歯車208の内側のシャフト202部分には第1欠歯歯車206が取着されている。すなわち、第1欠歯歯車206と第2欠歯歯車208とは、同軸(シャフト202)上に取着されている。
第1欠歯歯車206は、平歯車の周方向において一定の周長に渡り歯を形成しない欠歯部を設けた歯車である。第1欠歯歯車206には、第1欠歯歯車206が1回転する間に、カムシャフト102に取着された平歯車248を少なくとも半回転させるだけの個数分の歯が形成されている。また、第1欠歯歯車206の歯は、板カム100を下死点から上死点まで回動させることができる範囲に設けられている。
平歯車132の回転動力は、ワンウェイクラッチ130の作用によりシャフト128に伝達され、シャフト128に取着されている平歯車134も矢印Qの向きに回転する。
平歯車134と噛み合っている平歯車204は矢印Vの向きに回転し、平歯車204が取着されているシャフト202も矢印Vの向きに回転する。
そして、カムシャフト102に取着された平歯車148が第1欠歯歯車206と歯合している間に、板カム100は下死点から上死点まで矢印Hの向きに回動することとなる。また、平歯車148が第2欠歯歯車208と歯合している間に、板カム100は上死点から下死点まで矢印Hの向きとは逆向きに回動することとなる。
ここで、モーター106の出力軸108からカムシャフト102に至る動力伝達機構において、第1欠歯歯車206を経由して動力が伝達される経路を第1動力伝達経路2060と称し、第2欠歯歯車208を経由して動力が伝達される経路を第2動力伝達経路2080と称することとする。
よって、板カム100は、第2動力伝達経路2080を介して回動される方が、第1動力伝達経路2060を介して回動されるよりも、速く回動する。一方、第1動力伝達経路2060による方が、第2動力伝達経路2080によるよりも、板カム100を大きなトルクで回動することができる。
実施の形態2では、加圧ローラー56を定着ローラー50に押圧させる際、すなわち、板カム100を図3に示す上死点から図2に示す下死点まで回動させる際は、第2動力伝達経路2080による。これは、実施の形態1と同様、板カム100を速く回動させて、押圧動作を早く完了させ、1枚目の画像形成をすばやく実行する必要がある一方、この場合、圧縮ばね84は伸びようとするため、揺動板70を回動させるための負荷(トルク)が板カム100にほとんどかからないからである。
図示は省略するが、CPU44には、実施の形態1(図6)と同様、モーター106(図5)の正・逆回転制御するモーター駆動部156、下死点センサ162、上死点センサ164が接続されている。
以上、実施の形態2に係る定着装置200によれば、定着ベルト54の回転と加圧ローラー56の定着ベルト54への押圧・離間とを一つのモーター106で実現できる。しかも、加圧ローラー56の定着ベルト54への押圧の際は、減速比の小さい第2動力伝達経路2080を介して板カム100を回動させるため、前記押圧完了までに要する時間を短縮することができる。また、加圧ローラー56の定着ベルト54からの離間の際は、減速比の大きな第1動力伝達経路2060を介して板カム100を回動させるため、圧縮ばね84を圧縮させる(弾性エネルギーを蓄積させる)ために必要なトルクが得られるので、モーターが徒に大型化するのを防止することができる。
(1)上記実施の形態では、本発明を熱ベルト定着方式の定着装置、すなわち、熱源が内蔵された加熱ローラーと、定着ローラーと、前記加熱ローラーと定着ローラーとの間に巻架された加熱回転体である定着ベルトと、定着ベルトを介して定着ローラーを押圧し、定着ニップを形成する加圧ローラーとを有する定着装置に適用した例を示したが、これに限らず、例えば、熱ローラー定着方式の定着装置にも本発明は、適用可能である。熱ローラー定着方式の定着装置は、熱源を内蔵する定着ローラー(加熱回転体)に加圧部材である加圧ローラーを直接押圧して定着ニップを形成する定着装置である。
(2)上記実施の形態では、加圧部材として加圧ローラーを用いたが、これに限らず、加圧パッドを用いても構わない。
(3)上記実施の形態では、加圧部材(加圧ローラー)を移動させて(変位させて)、加熱回転体(定着ベルト)との相対位置を変更したが、これに限らず、加熱回転体の方を移動させて、加圧部材の加熱回転体に対する相対位置を変更することとしても構わない。
(4)上記実施の形態では、付勢手段として圧縮コイルばねを用いたが、これに限らず、板ばね、スポンジその他の弾性部材を用いても構わない。また、圧縮ばねに限らず、引張りばねを用いても構わない。
(5)上記実施の形態では、接離手段として偏心部材であるカムを含む機構を用いたが、接離手段は、当該機構に限らす、他の公知の機構を用いても構わない。すなわち、モーターからの回転運動を加圧ローラーの保持部材である揺動板の揺動運動に変換する機構であれば構わない。当該機構として、クランクと揺動梃を含むものを用いることができる。この場合、揺動梃自体を揺動板とすることができる。あるいは、モーターからの回転運動を直線運動に変換して、加圧ローラーの保持部材を定着ベルト(定着ローラー)に対して直線往復運動させる機構を用いることもできる。当該機構として、例えば、滑子クランク機構を用いることができる。
(6)上記実施の形態では、定着ローラーはモーターの正転によって回転し、板カムはモーターの逆転によって回動する構成としたが、この逆の構成、すなわち、モーターの逆転によって定着ローラーが回転し、モーターの正転によって板カムが回動する構成としても構わない。
54 定着ベルト
56 加圧ローラー
70 揺動板
84 圧縮コイルばね
106 モーター
114,130 ワンウェイクラッチ
1420,2060 第1動力伝達経路
1500,2080 第2動力伝達経路
Claims (4)
- モーターを動力源として回転する加熱回転体に加圧部材を付勢手段により相対的に押圧してニップ部を形成し、当該ニップ部に通紙させることによって記録シート上のトナー像を当該記録シートに定着させる定着装置であって、
回転動力を受けて前記加圧部材と前記加熱回転体を接離させ、前記付勢手段の付勢力に抗して前記加圧部材と前記加熱回転体が離間する第1の状態と、前記付勢力を受けて前記加圧部材が前記加熱回転体を押圧する第2の状態とに変更する接離手段と、
前記モーターの回転動力を前記接離手段に伝達する動力伝達機構と、
前記モーターが正転する場合と逆転する場合とで、前記モーターからの動力の伝達を前記加熱回転体側と前記接離手段側とに択一的に切り換える動力伝達切換手段と、
を有し、
前記動力伝達機構は、前記モーターから前記接離手段に至る間で、第1の動力伝達経路と第2の動力伝達経路に分岐していて、第1の動力伝達経路による方が第2の動力伝達経路によるよりも減速比が大きく設定されていると共に、
前記加圧部材と前記加熱回転体が、前記第2の状態から前記第1の状態へ変更される際は前記第1の動力伝達経路で動力を伝達し、前記第1の状態から前記第2の状態へ変更される際は第2の動力伝達経路で動力を伝達する経路切換手段を有することを特徴とする定着装置。 - 前記動力伝達機構は、
同軸上に取着された第1外歯車および、これよりも径の大きい第2外歯車と、
前記第1外歯車に歯合して、動力を下流側に伝達する第3歯車と、
前記第2外歯車に歯合して、動力を下流側に伝達する第4歯車と、
を含み、
前記第1外歯車と前記第3歯車とが、前記第1の動力伝達経路の一部を構成し、前記第2外歯車と前記第4歯車とが前記第2の動力伝達経路の一部を構成していて、前記減速比の違いが前記第1外歯車と前記第2外歯車の径の違いで設定されており、
前記経路切換手段は、前記第1の動力伝達経路中と前記第2動力伝達経路中の各々に設けられたクラッチであることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 前記接離手段は、
回転軸に取着された偏心部材を含み、回転される偏心部材の軸心からの偏心量に応じて前記加圧部材と前記加熱回転体を接離させ、
前記動力伝達機構は、
第1外歯車と、
前記第1外歯車と同軸上に設けられ、当該第1外歯車を囲繞する内歯車と、
前記第1外歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記偏心部材と連動する第2外歯車と、
を含み、
前記切換手段は、
前記偏心部材の回転角度に対応させ、前記第2外歯車が前記第1外歯車とのみ歯合して第1の動力伝達経路を構成し、前記第2外歯車が前記内歯車とのみ歯合して第2の動力伝達経路を構成するように、前記第1外歯車と前記内歯車とを一定の角度範囲で歯が形成されていない欠歯歯車構造としたものであることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 - 電子写真方式で記録シート上に画像を形成する画像形成装置であって、
記録シート上に形成されたトナー像の定着装置として、請求項1〜3のいずれか1項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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