JP6222489B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着ローラーや定着ベルト等の定着部材と加圧ローラー等の加圧部材との圧接により形成されるニップ部のニップ圧を調整するニップ圧調整機構を有する定着装置、及びそれを備えた画像形成装置に関する。

特許文献１に開示されている定着装置は、例えば封筒等を通紙した時のしわ防止や、定着ローラーが長時間圧接された状態で放置されることで発生する凹状の永久歪み、いわゆるＣセット現象を防止するためにニップ部のニップ圧を調整するニップ圧調整機構を備えている。

このニップ圧調整機構は、偏心カムを駆動ギヤ列を介してモーターにより１８０°反転させて最小半径部と最大半径部とに切り替えることで、加圧ローラーを定着ローラーに押し付ける圧縮バネのバネ圧を増減させてニップ部の圧力を調整している。

特開２００１−２０１９７６号公報

特許文献１のニップ圧調整機構では、偏心カムが最小半径部から最大半径部に切り替わる方向に回転する場合には、圧縮バネは徐々に伸びるため、偏心カムはモーターの停止と同時にその位置に止まる。

しかし、これとは逆に、偏心カムが最大半径部から最小半径部に切り替わる方向に回転する場合には、圧縮バネのバネ圧が解放されるため、その反発力により偏心カムが先回しされて、モーターが回転させる以上に偏心カムが回転してしまい、所定のニップ圧が得られないおそれがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、偏心カムを規定の停止位置に停止させてニップ圧を安定化することで、定着性能を向上させた定着装置、及びそれを備えた画像形成装置を提供することである。

本発明に係る定着装置は、定着部材と、上記定着部材に圧接し、未定着トナー像を担持した用紙を上記定着部材との間に挟持して用紙上に未定着トナー像を溶融して定着するニップ部を形成する加圧部材と、上記ニップ部のニップ圧を調整するニップ圧調整機構とを備えている。上記ニップ圧調整機構は、上記加圧部材を一端側に回転自在に支持するアーム部材と、上記アーム部材の他端側を押圧して上記加圧部材を上記定着部材に押し付ける圧縮バネと、上記アーム部材の他端側に並設され、上記圧縮バネのバネ圧で上記アーム部材と共に押圧されるレバーと、上記レバーに回転自在に支持されたコロと、上記レバーの側方に回転可能に並設され、上記コロと当接する偏心カムと、上記偏心カムに駆動力を伝達して該偏心カムを回転させる駆動ギヤ列と、を備え、上記偏心カムは、最大半径部と、該最大半径部から離れた位置に設けられ凹部の底面で構成された最小半径部とを有し、上記加圧部材は、上記コロが上記凹部に対向すると、上記圧縮バネのバネ圧で上記レバー及びアーム部材を介して上記定着部材に圧接し、上記コロが上記最大半径部に対向すると、上記圧縮バネのバネ圧に抗して上記レバー及びアーム部材を介して上記定着部材から離れる方向に移動する。

この構成によれば、偏心カムが最大半径部から最小半径部に切り替わると、コロが凹部に対向するため、圧縮バネのバネ圧が解放されても、その反発力により偏心カムが先回しされることがなく、偏心カムはモーターが回転させる以上には回転せず、規定の停止位置に停止する。したがって、安定したニップ圧が得られ、定着装置の定着性能が向上する。

この場合、上記凹部は、回転方向上流側の深さが、回転方向下流側の深さよりも深いことが好ましい。

この構成によれば、コロがスムーズに凹部に対向する一方、偏心カムの回転し過ぎが確実に防止される。

また、上記コロが上記最小半径部に対向している状態で、上記コロと上記凹部底面との間に隙間が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、圧縮バネのバネ圧が損失なく加圧部材に掛かる。

本発明に係る画像形成装置は、上記定着装置を備えている。

この構成によれば、定着性能の向上した定着装置を備えた画像形成装置となる。

本発明によれば、コロが偏心カムの凹部に対向することで、圧縮バネの反発力によりカムが先回しされてモーターが回転させる以上に偏心カムが回転してしまう事態が解消され、偏心カムを規定の停止位置に停止させて安定したニップ圧により定着性能を向上させることができる。

図１は、画像形成装置の内部構造を示す概略図である。 図２は、定着装置の外観斜視図である。 図３は、定着装置の内部構造を示す断面図である。 図４は、図３のＡ部拡大図である。 図５は、偏心カムの拡大図である。 図６は、定着装置の駆動構成を示す斜視図である。 図７は、定着ローラー回転時の動力伝達の説明図である。 図８は、図７の状態からニップ圧を低減ないし解除する態勢を整えた状態の動力伝達の説明図である。 図９は、図８の状態からニップ圧を低減ないし解除した状態の説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、画像形成装置１を示し、本例では胴内排紙方式のタンデム型カラー複写機である。この画像形成装置１は、下側装置本体２と上側装置本体３とを備えている。

下側装置本体２内には、給紙部４、画像形成部５及び定着装置６等が収容され、上側装置本体３内には、画像読取部７が収容されている。下側装置本体２と上側装置本体３との間には、排紙空間８が形成され、排紙空間８には、用紙排出トレイ９が設けられている。

給紙部４から排紙空間８に至る用紙搬送経路Ｌには、用紙Ｐを挟持して搬送する複数の搬送ローラー１０が配置されている。

給紙部４は、用紙Ｐが収容される給紙カセット１１と、給紙カセット１１内の用紙Ｐを取り出して用紙搬送経路Ｌに送り出すためのピックアップローラー１２とを有している。給紙カセット１１より送り出された用紙Ｐは、搬送ローラー１０により画像形成部５に供給される。

画像形成部５は、図１右側から順にマゼンタ用、シアン用、イエロー用及びブラック用と並べられた４つの画像形成ユニット１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｙ，１３Ｋを備え、これら画像形成ユニット１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｙ，１３Ｋの上方には、無端状の中間転写ベルト１４が駆動ローラー１５とテンションローラー１６に張架されて配置されている。

各画像形成ユニット１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｙ，１３Ｋは、像担持体である感光体ドラム１７を備え、感光体ドラム１７の周囲に現像器１８、露光装置１９、帯電器２０及びクリーニング装置２１が配置されている。

帯電器２０は、感光体ドラム１７の周面を一様に帯電させる。露光装置１９には、図示しないレーザー光源、ポリゴンミラー等が設けられ、レーザー光源から出射されたレーザー光が、ポリゴンミラーを介して感光体ドラム１７の周面に照射される。照射されたレーザー光により、感光体ドラム１７の周面に所定の画像データ（例えば画像読取部７にて読み取った原稿画像のデータ）に応じた静電潜像が形成される。現像器１８は、感光体ドラム１７の周面の静電潜像にトナーを供給してトナー像として顕像化する。

感光体ドラム１７は、中間転写ベルト１４に下方から接触し、１次転写ローラー２２で中間転写ベルト１４に圧接して１次転写部を形成している。この１次転写部において、中間転写ベルト１４の回転とともに、所定のタイミングで各感光体ドラム１７のトナー像が中間転写ベルト１４に順次転写される。これにより、中間転写ベルト１４の表面には、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの４色のトナー像が重ね合わされたトナー像が形成される。

クリーニング装置２１は、転写後の感光体ドラム１７の周面に付着残存したトナーを清掃する。なお、図示しないが、感光体ドラム１７の周囲には、感光体ドラム１７の周面の残留電荷を除去する除電器が配置されている。これらにより、画像形成部５が構成されている。

用紙搬送経路Ｌの定着装置６下方には、バイアス電位が印加された２次転写ローラー２３が駆動ローラー１５と対向して配置され、２次転写ローラー２３は、駆動ローラー１５とで中間転写ベルト１４を挟んで中間転写ベルト１４に圧接して２次転写部を形成している。この２次転写部において、中間転写ベルト１４の表面のトナー像が用紙Ｐに転写され、転写後の用紙Ｐは定着装置６に供給される。転写後に、図示しないベルトクリーニング装置が中間転写ベルト１４に残存するトナーを清掃する。

定着装置６は、定着ハウジング２４内に収容された定着ローラー（定着部材）２５及び加圧ローラー（加圧部材）２６を備えている（図２及び図３参照）。定着ローラー２５は、熱源であるハロゲンヒーターを内蔵し、このハロゲンヒーターにより加熱される。加圧ローラー２６は定着ローラー２５に圧接され、両者間にニップ部Ｎ（図１参照）が形成される。画像形成部５から定着装置６に供給された，未定着トナー像を担持した用紙Ｐは、定着ローラー２５と加圧ローラー２６との間のニップ部Ｎで挟持されて加熱及び加圧されることにより、用紙Ｐ上に未定着トナー像を溶融して定着させる。

定着装置６にてトナー像が定着された用紙Ｐは、定着ローラー２５及び加圧ローラー２６により用紙搬送経路Ｌの下流側へと送り出され、搬送ローラー１０により排紙空間８の用紙排出トレイ９に排出される。

加圧ローラー２６の両端には、図３に示すように、支軸２７が突出し、支軸２７はベアリング２８に支持されている。ベアリング２８は、上下に延びるアーム部材２９の上端側に固定されている。アーム部材２９の上端は、回動軸（図示せず）で定着ハウジング２４に支持され、アーム部材２９は、加圧ローラー２６を上端側に回転自在に支持して回動軸を支点に上下に回動するようになっている。

定着ハウジング２４内の下端には、固定板３０が取り付けられ、固定板３０には、水平に延びる伸縮自在な板状のバー３１の一端（図３左端）が固定されている。バー３１の他端（図３右端）側には、横方向（紙面表裏方向）に広い幅広部３１ａ（図７〜図９参照）が形成され、幅広部３１ａには、挿入孔３１ｂ（図７〜図９参照）が形成され、アーム部材２９先端が挿入孔３１ｂにバー３１長手方向に遊びをもって挿入されている。バー３１の他端（図３右端）は幅狭になっていて、後述するレバー３４下端側を貫通してレバー３４に支持されている。

バー３１には、下側圧縮バネ３２が巻装されている。下側圧縮バネ３２は、固定板３０とバー３１の幅広部３１ａの端縁３１ｃとの間に縮装されて、バネ圧でバー３１を伸ばし、アーム部材２９の下端側をバー３１で押圧してアーム部材２９を回動軸を支点に図３で反時計回りに回動させ、加圧ローラー２６を定着ローラー２５に押し付けるようになっている。

下側圧縮バネ３２の上方近傍には、上側圧縮バネ３３が並設され、上側圧縮バネ３３の一端（図３左端）は固定板３０に固定されているとともに、他端（図３右端）はアーム部材２９に固定されている。この上側圧縮バネ３３は、下側圧縮バネ３２がほぼ伸びきっているときに下側圧縮バネ３２の１／１０程度の弱いバネ圧でアーム部材２９を図３で反時計回りに押圧するようになっている。

アーム部材２９下端側で下側圧縮バネ３２及び上側圧縮バネ３３と反対側には、図４に拡大して示すように、上下に延びるレバー３４が並設され、レバー３４の上端は、定着ハウジング２４の固定側２４ａに支持され、レバー３４が下側圧縮バネ３２のバネ圧でアーム部材２９と共に押圧されて上下に回動するようになっている。また、レバー３４にはコロ３５が軸３６で回転自在に支持されている。

レバー３４の反アーム部材２９側の側方には、コロ３５と当接する偏心カム３７が回転可能にカム軸３８に支持されて並設されている。偏心カム３７は、図５に拡大して示すように、カム軸３８から遠い最大半径部Ｒ１と、最大半径部Ｒ１から１８０°離れた位置に設けられカム軸３８に近い最小半径部Ｒ２とを有し、最大半径部Ｒ１は、コロ３５の位置がばらついても最大半径部Ｒ１からはみ出さないように中心角θが約６０°の幅をもって構成されている。

偏心カム３７の最小半径部Ｒ２は、凹部３９の底面で構成され、コロ３５が最小半径部Ｒ２に対向すると、コロ３５の一部が凹部３９に嵌るようになっている。これにより、偏心カム３７が最大半径部Ｒ１から最小半径部Ｒ２に切り替わると、下側圧縮バネ３２のバネ圧が解放されてコロ３５が勢いよく凹部３９に嵌り、下側圧縮バネ３２の反発力によりコロ３５が凹部３９から飛び出そうとするが、凹部３９の側壁でコロ３５の飛び出しが規制される。したがって、コロ３５は最小半径部Ｒ２を行き過ぎることなく、最小半径部Ｒ２に安定して止まり、偏心カム３７の先回しが防止されて偏心カム３７は後述するモーターが回転させる以上には回転せず、規定の停止位置に停止するため、ニップ圧の安定化が図られ、定着装置６の定着性能を向上させることができる。

偏心カム３７は、図５で凹部３９より下側（回転方向上流側）が登り傾斜面３７ａに、凹部３９より上側（回転方向下流側）が下り傾斜面３７ｂにそれぞれ形成されている。凹部３９の登り傾斜面３７ａの深さＤ１が、凹部３９の下り傾斜面３７ｂの深さＤ２よりも深いため、偏心カム３７は非対称形になっている。これにより、コロ３５を図５で矢印のように時計回りに回転した偏心カム３７の凹部３９にスムーズに対向させることができる一方、偏心カム３７の回転し過ぎを防止することができる。また、下り傾斜面３７ｂの深さＤ２が登り傾斜面３７ａの深さＤ１よりも浅くなっていることで、下り傾斜面３７ｂが緩やかになり、偏心カム３７が最大半径部Ｒ１から最小半径部Ｒ２に切り替わる際に、偏心カム３７が先回しされる力を最小限に抑えることができる。

そして、コロ３５が凹部３９（最小半径部Ｒ２）に対向すると、図３及び図４に示すように、バー３１が下側圧縮バネ３２のバネ圧で伸びてレバー３４が図３で反時計回りに回動する。これに伴ってアーム部材２９が回動軸を支点に図３で反時計回りに回動することで、加圧ローラー２６がレバー３４及びアーム部材２９を介して定着ローラー２５に圧接し、ニップ部Ｎで所定のニップ圧を発生させるようになっている。このコロ３５が最小半径部Ｒ２に対向している状態で、コロ３５と凹部３９底面（最小半径部Ｒ２）との間に隙間Ｃが形成される（図４参照）。これにより、下側圧縮バネ３２のバネ圧を損失なく加圧ローラー２６に掛けることができるようになっている。

一方、コロ３５が最小半径部Ｒ２と１８０°反対側の最大半径部Ｒ１に対向すると、レバー３４が最大半径部Ｒ１に押されて時計回りに回動し、バー３１を下側圧縮バネ３２のバネ圧に抗して縮める。これに伴ってアーム部材２９が回動軸を支点に図３で時計回りに回動することで、加圧ローラー２６がレバー３４及びアーム部材２９を介して定着ローラー２５から離れる方向に移動し、ニップ部Ｎのニップ圧が低減ないし解除されるようになっている。

このようなニップ圧の調整は、上述したアーム部材２９、バー３１、下側圧縮バネ３２、上側圧縮バネ３３、レバー３４、コロ３５及び偏心カム３７等を含むニップ圧調整機構１００により行われる。

ニップ圧調整機構１００は、偏心カム３７に駆動力を伝達して該偏心カム３７を回転させる図６〜図９に示すような駆動ギヤ列をも備えている。すなわち、図示しないモーター（ステッピングモーター）に連結された駆動入力ギヤ４０、定着ローラー２５に一体で回転するように取り付けられた定着ローラーギヤ４１、偏心カム３７に一体で回転するように取り付けられたカム駆動ギヤ４２、駆動入力ギヤ４０の回転動作に追従して移動する遊星ギヤ４３、及び駆動入力ギヤ４０と遊星ギヤ４３との間に配置された中間ギヤ４４，４５を備えている。駆動入力ギヤ４０には、ワンウェイクラッチ（図示せず）が内蔵されている。カム軸３８には、アクチュエーター（図示しない）が取り付けられていて、このアクチュエーターをＰＩセンサー（Photo Interrupter Sensor）（図示しない）で検知することで、偏心カム３７の向きを１８０°反転制御する。

そして、通常の定着ローラー２５回転時には、モーターから駆動入力ギヤ４０に反時計回りに回転駆動力が入力され、遊星ギヤ４３がカム駆動ギヤ４２から離れてカム駆動ギヤ４２との噛み合いが解消される。また、駆動入力ギヤ４０に内蔵されたワンウェイクラッチが噛み合い方向に回転され、駆動入力ギヤ４０の回転駆動が図７で矢印で示すように定着ローラーギヤ４１に伝達される。この段階では、偏心カム３７は、図３及び図４に示すように、最小半径部Ｒ２をコロ３５に対向させてコロ３５の一部が凹部３９に嵌っていて、アーム部材２９及びレバー３４が下側圧縮バネ３２のバネ圧で反時計回りに回動して加圧ローラー２６を定着ローラー２５に押し付け、ニップ部Ｎに所定のニップ圧を発生させている。

一方、封筒等を通紙した時のしわ防止や、定着ローラー２５のＣセット現象防止のためにニップ部Ｎのニップ圧を調整する際には、モーターから駆動入力ギヤ４０に時計回りに回転駆動力が入力され、遊星ギヤ４３がカム駆動ギヤ４２に接近してカム駆動ギヤ４２と噛み合う。また、駆動入力ギヤ４０に内蔵されたワンウェイクラッチが滑り方向に回転され、駆動入力ギヤ４０の回転駆動が図８及び図９で矢印で示すように中間ギヤ４４，４５から遊星ギヤ４３を経てカム駆動ギヤ４２にだけ伝達される。カム駆動ギヤ４２の回転により偏心カム３７が１８０°回転し、コロ３５が凹部３９から脱して偏心カム３７の最大半径部Ｒ１がコロ３５に対向する。これにより、アーム部材２９及びレバー３４が、図８から図９に示すように、下側圧縮バネ３２を縮めながら時計回りに回動して加圧ローラー２６を定着ローラー２５から離れる方向に移動させ、ニップ部Ｎのニップ圧を低減ないし解除する。

この状態から、偏心カム３７を最大半径部Ｒ１から最小半径部Ｒ２に切り替える際に、上述の如くコロ３５が凹部３９に対向して偏心カム３７の先回しを規制して偏心カム３７を規定の停止位置に停止させることができるので、安定した定着機能を有する定着装置を備えた画像形成装置１を得ることができる。

なお、上記実施形態では、定着装置６として、ローラー定着方式を例示したが、これに限定されるものではなく、ベルト定着方式に適用できるのは言うまでもない。

また、上記実施形態では、画像形成装置１がカラー複写機である場合を示したが、これに限らず、カラープリンター、モノクロ複写機、モノクロプリンター、デジタル複合機、ファクシミリ等、種々の画像形成装置に適用できる。

以上説明したように、本発明は、定着ローラーや定着ベルト等の定着部材と加圧ローラー等の加圧部材との圧接により形成されるニップ部のニップ圧を調整するニップ圧調整機構を有する定着装置、及びそれを備えた画像形成装置について有用である。

１ 画像形成装置
６ 定着装置
２５ 定着ローラー（定着部材）
２６ 加圧ローラー（加圧部材）
２９ アーム部材
３２ 下側圧縮バネ
３４ レバー
３５ コロ
３７ 偏心カム
３９ 凹部
４０ 駆動入力ギヤ
４１ 定着ローラーギヤ
４２ カム駆動ギヤ
４３ 遊星ギヤ
４４，４５ 中間ギヤ
１００ ニップ圧調整機構
Ｃ 隙間
Ｄ１ 凹部の回転方向上流側の深さ
Ｄ２ 凹部の回転方向下流側の深さ
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙
Ｒ１ 最大半径部
Ｒ２ 最小半径部

Claims (4)

1. 定着部材と、
   上記定着部材に圧接し、未定着トナー像を担持した用紙を上記定着部材との間に挟持して用紙上に未定着トナー像を溶融して定着するニップ部を形成する加圧部材と、
   上記ニップ部のニップ圧を調整するニップ圧調整機構とを備えた定着装置であって、
   上記ニップ圧調整機構は、
   上記加圧部材を一端側に回転自在に支持するアーム部材と、
   上記アーム部材の他端側を押圧して上記加圧部材を上記定着部材に押し付ける圧縮バネと、
   上記アーム部材の他端側に並設され、上記圧縮バネのバネ圧で上記アーム部材と共に押圧されるレバーと、
   上記レバーに回転自在に支持されたコロと、
   上記レバーの側方に回転可能に並設され、上記コロと当接する偏心カムと、
   上記偏心カムに駆動力を伝達して該偏心カムを回転させる駆動ギヤ列と、
   を備え、
   上記偏心カムは、最大半径部と、該最大半径部から離れた位置に設けられ凹部の底面で構成された最小半径部とを有し、
   上記加圧部材は、上記コロが上記凹部に対向すると、上記圧縮バネのバネ圧で上記レバー及びアーム部材を介して上記定着部材に圧接し、上記コロが上記最大半径部に対向すると、上記圧縮バネのバネ圧に抗して上記レバー及びアーム部材を介して上記定着部材から離れる方向に移動することを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   上記凹部は、回転方向上流側の深さが、回転方向下流側の深さよりも深いことを特徴とする定着装置。
3. 請求項１又は２に記載の定着装置において、
   上記コロが上記最小半径部に対向している状態で、上記コロと上記凹部底面との間に隙間が形成されていることを特徴とする定着装置。
4. 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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