以下、本発明の一実施形態に係る画像形成装置1について説明する。
まず、画像形成装置1の全体の構成について説明する。画像形成装置1は、例えば、プリンターである。なお、各図に適宜付される矢印Fr、Rr、L、R、U、Loは、それぞれ画像形成装置1の前側、後側、左側、右側、上側、下側を示している。
図1を参照して、画像形成装置1は、箱型の装置本体2を備えている。装置本体2の下部には、用紙S(記録媒体の一例)を収納する給紙カセット3が収容されている。装置本体2の上面には排紙トレイ4が設けられている。装置本体2の上部には、排紙トレイ4の下側に露光器5が収容されている。
装置本体2の内部には、用紙Sの搬送経路Pが設けられている。搬送経路Pの上流端部には、給紙部6が設けられている。搬送経路Pの中流部には、画像形成部7が設けられている。画像形成部7は、感光体ドラム8と現像装置10を有する。搬送経路Pの下流部には、定着装置12が設けられている。
次に、このような構成を備えた画像形成装置1の動作について説明する。
まず、露光器5からのレーザー光(図1の二点鎖線参照)により感光体ドラム8上に静電潜像が形成される。次に、現像装置10が感光体ドラム8上の静電潜像を現像し、トナー像を形成する。これにより、画像形成動作が完了する。
一方、給紙部6によって給紙カセット3から取り出された用紙Sは、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて画像形成部7へと搬送され、この画像形成部7において上記のトナー像が感光体ドラム8から用紙Sに転写される。トナー像を転写された用紙Sは定着装置12に進入し、この定着装置12において用紙Sにトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙Sは、搬送経路Pの下流端部から排紙トレイ4に排出される。
次に、定着装置12について更に説明する。なお、図2に付される矢印Yは、定着装置12における用紙Sの搬送方向を示している。また、各図に適宜付される矢印Oは定着装置12の前後方向外側を示し、各図に適宜付される矢印Iは定着装置12の前後方向内側を示している。
図2、図3を参照して、定着装置12は、定着ローラー21(定着部材の一例)と、定着ローラー21に収容されるヒーター22と、定着ローラー21の下側に設けられる加圧ローラー23と、定着ローラー21の左側に設けられるホルダー24及び4個の分離爪25(分離部材の一例)と、各分離爪25に取り付けられる4個のねじりバネ27(図2において1個のみ表示)と、定着ローラー21の前側に設けられる移動機構28と、を備えている。
図2を参照して、定着装置12の定着ローラー21は、円筒状を成しており、前後方向に沿って延びている。定着ローラー21は、前後方向に沿って延びている回転軸Xの周りを回転可能に設けられている。つまり、本実施形態では、前後方向が定着ローラー21の回転軸方向である。
定着ローラー21は、例えば、円筒状の芯材と、この芯材を被覆する離型層と、を備えている。定着ローラー21の芯材は、例えば、アルミニウムや鉄等の金属によって構成されている。定着ローラー21の離型層は、例えば、PFA(Per Fluoro Alkoxy)等のフッ素系樹脂によって構成されている。
図3を参照して、定着ローラー21の外周面には、中央領域21Aと、中央領域21Aの前後方向両外側に設けられる一対の端部領域21Bと、が形成されている。中央領域21Aは、第1サイズの用紙S(例えば、A5縦サイズの用紙S)と、第1サイズの用紙Sよりも大きい第2サイズの用紙S(例えば、A4縦サイズの用紙S)と、が両方とも通過する領域である。一対の端部領域21Bは、第1サイズの用紙Sが通過せず、第2サイズの用紙Sが通過する領域である。
図2を参照して、定着装置12のヒーター22は、例えば、ハロゲンヒーターによって構成されている。ヒーター22は、電力が供給されることによって発熱し、定着ローラー21を加熱するように構成されている。
定着装置12の加圧ローラー23は、円柱状を成しており、前後方向に沿って延びている。加圧ローラー23は、回転可能に設けられている。加圧ローラー23は、定着ローラー21に所定の圧力で接触しており、定着ローラー21と加圧ローラー23の間には定着ニップNが形成されている。
加圧ローラー23は、例えば、円柱状の芯材と、この芯材の周りに設けられる弾性層と、この弾性層を被覆する離型層と、を備えている。加圧ローラー23の芯材は、例えば、アルミニウムや鉄等の金属によって構成されている。加圧ローラー23の弾性層は、例えば、シリコンゴム等の弾性材料によって構成されている。加圧ローラー23の離型層は、例えば、PFA(Per Fluoro Alkoxy)等のフッ素系樹脂によって構成されている。
図2、図3を参照して、定着装置12のホルダー24は、前後方向に移動可能に設けられている。ホルダー24は、前後方向に沿って延びているベース部32と、ベース部32の前端部から左側に向かって屈曲されている屈曲部33と、ベース部32の下面から下方に向かって突出している4個のガイド部34と、を備えている。各ガイド部34は、前後一対のガイド板36を備えている。
図2を参照して、定着装置12の各分離爪25は、本体部38と、本体部38の上部から前後両外側に向かって突出している一対の軸部39(図2では、前側の軸部39のみを表示)と、本体部38の上部から左下側に向かって突出している取付部40と、本体部38の下部から右下側に向かって突出している接触部41と、を備えている。各軸部39は、ホルダー24の各ガイド部34の各ガイド板36に回転可能に取り付けられている。これにより、各ガイド部34によって各分離爪25が揺動可能に保持されている。接触部41は、先鋭形状を成している。接触部41の先端部は、定着ローラー21の外周面に接触している。接触部41の先端部には、コーティング42が施されている。
図3を参照して、各分離爪25は、前後方向に間隔をおいて配置されている。各分離爪25は、移動領域MA内で前後方向に移動可能に設けられている(図3の実線及び二点鎖線参照)。4個の分離爪25のうちの前後方向内側の2個の分離爪25の移動領域MAは、定着ローラー21の中央領域21Aと前後方向の位置が重なっている。4個の分離爪25のうちの前後方向外側の2個の分離爪25の移動領域MAは、定着ローラー21の一対の端部領域21Bと前後方向の位置が重なっている。
図4を参照して、各分離爪25の移動領域MAの前後方向中央部には、1個の中央位置CPが設定されている。移動領域MAの前後方向両端部には、2個の両端位置EPが設定されている。移動領域MAの前後方向両側部には、中央位置CPと各両端位置EPの間に、2個の中間位置MPが設定されている。中央位置CPと各中間位置MPの前後方向のずれ幅W1及び各中間位置MPと各両端位置EPの前後方向のずれ幅W2は、それぞれ、1mmである。
図2を参照して、定着装置12の各ねじりバネ27は、各分離爪25の前側の軸部39の外周に取り付けられている。各ねじりバネ27は、正面視で反時計方向のモーメント(図2の矢印A参照)を各分離爪25に発生させることで、各分離爪25の接触部41の先端部を定着ローラー21の外周面に対して押圧している。
図3を参照して、定着装置12の移動機構28は、駆動部44と、駆動部44に接続される移動部45と、駆動部44から移動部45に至る回転伝達経路中に配置されるクラッチ部46と、を備えている。
移動機構28の駆動部44は、例えばモーターによって構成されており、回転可能に設けられている。駆動部44は、ギア列(図示せず)を介して定着ローラー21に接続されている。
移動機構28の移動部45は、カム48とコイルバネ49とを備えている。カム48は、カム軸48Aを中心に回転可能に設けられている。カム軸48Aからカム48の外周面までの距離は、周方向に沿って連続的に変化している。カム48は、ホルダー24の屈曲部33の前面に当接しており、ホルダー24の屈曲部33を後側(前後方向一側)に押圧している。コイルバネ49は、ホルダー24の屈曲部33の後面に当接しており、ホルダー24の屈曲部33を前側(前後方向他側)に押圧している。
移動機構28のクラッチ部46は、第1接続部51と第2接続部52を備えている。第1接続部51は、駆動部44に接続されている。第2接続部52は、移動部45のカム48に接続されている。クラッチ部46は、第1接続部51に第2接続部52を接続させて駆動部44からカム48への回転の伝達を可能とする接続状態(図3の実線参照)と、第1接続部51から第2接続部52を切り離して駆動部44からカム48への回転の伝達を規制する切断状態(図3の二点鎖線参照)と、を切り替え可能に設けられている。
上記のように構成された定着装置12において、用紙Sにトナー像Tを定着させる動作について説明する。
用紙Sにトナー像Tを定着させる際には、駆動部44を回転させる。これに伴って、駆動部44に接続された定着ローラー21が回転する(図2の矢印B参照)。これに伴って、定着ローラー21に接触する加圧ローラー23が定着ローラー21とは逆方向に回転する(図2の矢印C参照)。
また、用紙Sにトナー像Tを定着させる際には、ヒーター22に電力を供給し、ヒーター22によって定着ローラー21を加熱する。この状態で用紙Sが定着ニップNを通過すると、定着ローラー21及び加圧ローラー23によって用紙S及びトナー像Tが加熱及び加圧されて、用紙Sにトナー像Tが定着する。トナー像Tが定着された用紙Sは、各分離爪25の接触部41によって定着ローラー21の外周面から分離される。これにより、定着ローラー21の外周面への用紙Sの巻き付きが抑制される。
ところで、上記のように構成された定着装置12において、定着ローラー21の外周面の同一箇所に各分離爪25が接触し続けると、各分離爪25によって定着ローラー21の外周面が局所的に削られて、定着ローラー21の外周面の偏摩耗につながる恐れがある。そこで、本実施形態では以下のようにして、定着ローラー21の外周面の偏摩耗を抑制している。
図3を参照して、用紙Sの搬送時に、クラッチ部46が接続状態(図3の実線参照)にある状態で駆動部44が回転すると、駆動部44の回転がクラッチ部46を介して移動部45のカム48に伝達され、カム48が回転する。このようにカム48が回転すると、カム48がホルダー24の屈曲部33を押圧する位置が前後方向に変化する。これに伴って、ホルダー24が前後方向に往復移動すると共に、ホルダー24に保持された各分離爪25が移動領域MA内でホルダー24と一体に前後方向に往復移動する(図3の実線及び二点鎖線参照)。
以上のように、本実施形態では、移動機構28によって各分離爪25を移動領域MA内で往復移動させている。これに伴って、定着ローラー21の外周面に対する各分離爪25の接触位置を前後方向に変化させることが可能となり、定着ローラー21の外周面の偏摩耗を抑制することができる。
次に、比較例に係る定着装置の問題点について、図5〜図7を参照しつつ説明する。
図5においてハッチングが付されている領域は、各分離爪25を模式的に示している。図5に付される符号P1は、移動領域MA内における前後方向中央の地点を示している。以下、この地点のことを、第1接触点P1と称する。図5に付される符号P2は、第1接触点P1から前後方向両外側に1mmずれた各地点を示している。以下、これらの地点のことを、第2接触点P2と称する。図5に付される符号P3は、各第2接触点P2から前後方向両外側に1mmずれた各地点を示している。以下、これらの地点のことを、第3接触点P3と称する。図5に付される符号P4は、各第3接触点P3から前後方向両外側に1mmずれた各地点を示している。以下、これらの地点のことを、第4接触点P4と称する。
図5を参照して、比較例に係る定着装置では、各分離爪25の前後幅は3mmであり、移動領域MAの前後幅は7mmである。従って、各分離爪25は、移動領域MA内において前後方向に4mm移動可能である。各分離爪25は、1mm/秒の速度で前後方向に連続的に移動している。
図6を参照して、各分離爪25が移動領域MAを1往復するのに要する時間を1サイクルとした場合、比較例に係る定着装置では、各接触点P1〜P4における1サイクル(8秒間)ごとの各分離爪25と定着ローラー21の接触時間(以下、単に「接触時間」と称する)は、それぞれ、6秒、5秒、3秒、1秒である。また、各接触点P1〜P4における目標時間(5000秒間=8秒間×625サイクル)到達時の接触時間は、それぞれ、3750秒、3125秒、1875秒、625秒である。従って、最大接触時間(比較例に係る定着装置では、第1接触点P1における接触時間)に対する各接触点P1〜P4における接触時間の比率は、それぞれ、100%、83%、50%、17%である。
以上のように、比較例に係る定着装置では、各接触点P1〜P4における接触時間に大きな偏りが生じている。具体的には、第1接触点P1(移動領域MAの前後方向中央の地点)における接触時間と各第4接触点P4(移動領域MAの前後方向両端側の地点)における接触時間の差が非常に大きくなっている。そのため、図7に示されるように、定着ローラー21の摩耗量(摩耗深さ)に大きな偏りが発生し、移動領域MAの前後方向中央において定着ローラー21の最大摩耗量が定着ローラー21の摩耗量の許容限界に早期に到達してしまい、定着ローラー21の寿命が短くなってしまう恐れがある。
次に、本実施形態に係る定着装置12の作用効果について、図3及び図8〜図10を参照しつつ説明する。
図8においてハッチングが付されている領域は、各分離爪25を模式的に示している。なお、図8に付される符号P1〜P4の定義は、比較例に係る定着装置と同様であるため、説明を省略する。
図8を参照して、本実施形態に係る定着装置12では、比較例に係る定着装置と同様に、各分離爪25の前後幅は3mmであり、移動領域MAの前後幅は7mmである。従って、各分離爪25は、移動領域MA内において前後方向に4mm移動可能である。
各分離爪25の往復移動中に各分離爪25が後側の両端位置EPに到達すると、駆動部44の回転が継続されたまま、クラッチ部46が接続状態(図3の実線参照)から切断状態(図3の二点鎖線参照)に切り替わる。これに伴って、駆動部44から移動部45のカム48への回転の伝達が規制されるため、各分離爪25の前後方向の移動が第1時間T1(例えば、4秒間)だけ停止される。そのため、各分離爪25が後側の両端位置EPにおいて第1時間T1だけ停止し、滞在する。
上記の第1時間T1が経過すると、クラッチ部46が切断状態(図3の二点鎖線参照)から接続状態(図3の実線参照)に切り替わる。これに伴って、駆動部44から移動部45のカム48に回転が伝達され、各分離爪25の前側への移動(前後方向の移動)が開始される。各分離爪25の移動速度は、1mm/秒である。
後側の両端位置EPからの各分離爪25の前側への移動が開始されてから1秒間が経過すると、各分離爪25が後側の中間位置MPに到達し、クラッチ部46が接続状態(図3の実線参照)から切断状態(図3の二点鎖線参照)に切り替わる。これに伴って、駆動部44から移動部45のカム48への回転の伝達が規制されるため、各分離爪25の前後方向の移動が第2時間T2(例えば、1秒間)だけ停止される。そのため、各分離爪25が後側の中間位置MPにおいて第2時間T2だけ停止し、滞在する。なお、第2時間T2は、第1時間T1よりも短い。
上記の第2時間T2が経過すると、クラッチ部46が切断状態(図3の二点鎖線参照)から接続状態(図3の実線参照)に切り替わる。これに伴って、駆動部44から移動部45のカム48に回転が伝達され、各分離爪25の前側への移動が開始される。各分離爪25の移動速度は、1mm/秒である。
後側の中間位置MPからの各分離爪25の前側への移動が開始されてから1秒間が経過すると、各分離爪25が中央位置CPに到達するが、クラッチ部46が接続状態(図3の実線参照)から切断状態(図3の二点鎖線参照)に切り替わることはなく、各分離爪25の前側への移動が継続される。つまり、中央位置CPにおける各分離爪25の滞在時間(停止時間)は、0秒間である。
各分離爪25が中央位置CPを通過してから1秒間が経過すると、各分離爪25が前側の中間位置MPに到達し、クラッチ部46が接続状態(図3の実線参照)から切断状態(図3の二点鎖線参照)に切り替わる。これに伴って、駆動部44から移動部45のカム48への回転の伝達が規制されるため、各分離爪25の前後方向の移動が第2時間T2(例えば、1秒間)だけ停止される。そのため、各分離爪25が前側の中間位置MPにおいて第2時間T2だけ停止し、滞在する。
上記の第2時間T2が経過すると、クラッチ部46が切断状態(図3の二点鎖線参照)から接続状態(図3の実線参照)に切り替わる。これに伴って、駆動部44から移動部45のカム48に回転が伝達され、各分離爪25の前側への移動が開始される。各分離爪25の移動速度は、1mm/秒である。
前側の中間位置MPからの各分離爪25の前側への移動が開始されてから1秒間が経過すると、各分離爪25が前側の両端位置EPに到達し、クラッチ部46が接続状態(図3の実線参照)から切断状態(図3の二点鎖線参照)に切り替わる。これに伴って、駆動部44から移動部45のカム48への回転の伝達が規制されるため、各分離爪25の前後方向の移動が第1時間T1(例えば、4秒間)だけ停止される。そのため、各分離爪25が前側の両端位置EPにおいて第1時間T1だけ停止し、滞在する。
上記の第1時間T1が経過すると、クラッチ部46が切断状態(図3の二点鎖線参照)から接続状態(図3の実線参照)に切り替わる。これに伴って、駆動部44から移動部45のカム48に回転が伝達され、各分離爪25の後側への移動(前後方向の移動)が開始される。各分離爪25の移動速度は、1mm/秒である。なお、各分離爪25の後側への移動は、各分離爪25の前側への移動と同様であるため、説明を省略する。
図9を参照して、各分離爪25が移動領域MAを1往復するのに要する時間を1サイクルとした場合、本実施形態に係る定着装置12では、各接触点P1〜P4における1サイクル(20秒間)ごとの各分離爪25と定着ローラー21の接触時間(以下、単に「接触時間」と称する)は、それぞれ、10秒、11秒、9秒、5秒である。また、各接触点P1〜P4における目標時間(5000秒間=20秒間×250サイクル)到達時の接触時間は、それぞれ、2500秒、2750秒、2250秒、1250秒である。従って、最大接触時間(本実施形態の定着装置12では、各第2接触点P2における接触時間)に対する各接触点P1〜P4における接触時間の比率は、それぞれ、91%、100%、82%、45%である。
以上のように、本実施形態に係る定着装置12では、移動領域MAの中央位置CPにおける各分離爪25の滞在時間(0秒間)が、移動領域MAの各両端位置EPにおける各分離爪25の滞在時間(4秒間)よりも短い。そのため、比較例に係る定着装置と比べて、各接触点P1〜P4における接触時間の偏りが小さくなっている(図6及び図9参照)。そのため、比較例に係る定着装置と比べて、定着ローラー21の摩耗量(摩耗深さ)を均一化することが可能となり、定着ローラー21の最大摩耗量が定着ローラー21の摩耗量の許容限界に到達するまでの時間を長くして、定着ローラー21の長寿命化を実現することが可能となる(図10参照)。
また、移動機構28は、各分離爪25の移動速度を一定に保ちつつ、中央位置CPにおける各分離爪25の停止時間(0秒間)を各両端位置EPにおける各分離爪25の停止時間(4秒間)よりも短くしている。このような構成を採用することで、各分離爪25の移動速度を変化させることなく、中央位置CPにおける各分離爪25の滞在時間を各両端位置EPにおける各分離爪25の滞在時間よりも短くすることが可能となる。そのため、簡易な構成によって、定着ローラー21の長寿命化を実現することが可能となる。
また、移動機構28は、回転可能な駆動部44と、駆動部44に接続され、駆動部44の回転に伴ってホルダー24を前後方向に移動させる移動部45と、を備えている。このような構成を採用することで、簡易な構成によって各分離爪25を前後方向に移動させることが可能となる。
また、定着ローラー21は、駆動部44に接続され、駆動部44の回転に伴って回転している。このような構成を採用することで、単一の駆動部44を用いて、各分離爪25を前後方向に移動させ、定着ローラー21を回転させることが可能となり、定着装置12の構成の複雑化を抑制することが可能となる。
また、移動機構28は、駆動部44から移動部45への回転の伝達を可能とする接続状態と、駆動部44から移動部45への回転の伝達を規制する切断状態と、を切り替え可能なクラッチ部46を備えている。このような構成を採用することで、定着ローラー21の回転を継続させつつ、任意のタイミングで各分離爪25の前後方向の移動を停止させることが可能となる。
また、画像形成装置1は、定着ローラー21の長寿命化を実現可能な定着装置12を備えている。そのため、画像形成装置1の長寿命化を実現することが可能となる。
本実施形態では、中央位置CPにおける各分離爪25の滞在時間(停止時間)が0秒間であり、中央位置CPにおいて各分離爪25が停止していない。一方で、他の異なる実施形態では、中央位置CPにおける各分離爪25の滞在時間(停止時間)が0秒間ではなく、中央位置CPにおいて各分離爪25が停止しても良い。
本実施形態では、各分離爪25の移動速度を一定に保ちつつ、中央位置CPにおける各分離爪25の停止時間を各両端位置EPにおける各分離爪25の停止時間よりも短くすることで、中央位置CPにおける各分離爪25の滞在時間を各両端位置EPにおける各分離爪25の滞在時間よりも短くしている。一方で、他の異なる実施形態では、中央位置CPにおける各分離爪25の移動速度を各両端位置EPにおける各分離爪25の移動速度よりも速くすることで、中央位置CPにおける各分離爪25の滞在時間を各両端位置EPにおける各分離爪25の滞在時間よりも短くしても良い。
本実施形態では、単一の駆動部44を用いて、各分離爪25を前後方向に移動させ、定着ローラー21を回転させている。一方で、他の異なる実施形態では、各分離爪25を前後方向に移動させる駆動部と定着ローラー21を回転させる駆動部が別々に設けられていても良い。
本実施形態では、ねじりバネ27を用いて各分離爪25の接触部41の先端部を定着ローラー21の外周面に対して押圧している。一方で、他の異なる実施形態では、引張りバネなどのねじりバネ27以外の押圧部材を用いて各分離爪25の接触部41の先端部を定着ローラー21の外周面に対して押圧しても良い。
本実施形態では、移動部45がカム48とコイルバネ49を備えている。一方で、他の異なる実施形態では、移動部45がカム48とコイルバネ49以外の機構(例えば、ラックアンドピニオン機構)を備えていても良い。つまり、移動部45は、各分離爪25を前後方向に移動させることができるものであれば、どのような機構であっても良い。
本実施形態では、定着ローラー21によって定着部材が構成されている。一方で、他の異なる実施形態では、定着ベルトによって定着部材が構成されていても良い。
本実施形態では、画像形成装置1がプリンターである。一方で、他の異なる実施形態では、画像形成装置1がコピー機、ファクシミリ、複合機(プリント機能、コピー機能及びファックス機能等を複合的に備えた画像形成装置)等であっても良い。