ローラ加圧機構及びこれを備えた画像形成装置
【課題】ローラの加圧状態と加圧解除状態との間の切替動作に要する駆動力を軽減すると共に、切替動作の向きが変わるのに応じて発生する負荷変動を平滑化することができるようにする。
【解決手段】定着ローラ３２を保持するレバー部材３８と、このレバー部材を加圧方向に付勢する第１のばね５１と、この第１のばねによる加圧状態と加圧解除状態とを切り替えるクランク部材５２と、加圧状態と加圧解除状態との間の状態遷移のために第１のばねの弾性力に抗して行われるクランク部材の切替動作を補助する向きに付勢すると共に、第１のばねの弾性力に任せて行われるクランク部材の切替動作を抑制する向きに付勢する第２のばね５８とを備えたものとする。
【解決手段】定着ローラ３２を保持するレバー部材３８と、このレバー部材を加圧方向に付勢する第１のばね５１と、この第１のばねによる加圧状態と加圧解除状態とを切り替えるクランク部材５２と、加圧状態と加圧解除状態との間の状態遷移のために第１のばねの弾性力に抗して行われるクランク部材の切替動作を補助する向きに付勢すると共に、第１のばねの弾性力に任せて行われるクランク部材の切替動作を抑制する向きに付勢する第２のばね５８とを備えたものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローラの加圧状態と加圧解除状態とを切替可能なローラ加圧機構及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスにより記録紙に画像を形成する画像形成装置（プリンタ、ファクシミリ装置、複写機、及び複合機など）では、感光体から記録紙上に転写された未定着のトナーを熱と圧力により記録紙に定着させる定着装置が設けられている。
【０００３】
この定着装置では、所要の温度に昇温されたローラとこれに対向するローラとの間に記録紙を挟み込んで加圧する構成が一般的であり、待機時の放熱を低減する目的で、また紙ジャムの処理を容易にする目的で、ローラの加圧状態と加圧解除状態とを切り替えることができるように構成されたローラ加圧機構を設けた技術が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開２００４−３１７８１１号公報（第４図）
【特許文献２】特開平１１−６５３５０号公報（第２図、第３図）
【特許文献３】特開平４−３５８１８８号公報（第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、前記の定着装置では、低コストに安定した加圧力を得るためにばねが利用されており、このばねには、記録紙に対するトナーの定着を適切に行うために大きな弾性力を備えたものが採用されている。したがって、ローラの加圧状態と加圧解除状態との間の切替動作がばねの弾性力に抗して行われる場合には、大きな駆動力が必要となり、これとは逆に、切替動作の方向がばねの弾性力と一致する場合には、逆向きの負荷が発生するため、動作方向が変化するのに応じて大きな負荷変動が発生する。
【０００５】
このため、ローラの加圧状態と加圧解除状態との切替動作を自動で行わせる場合には、高出力で且つトルク変動に対応可能な駆動源が必要となり、装置が大型化すると共に製造コストが嵩むという問題があり、他方、手動で操作する場合には操作力が重くなり、使い勝手が低下するという問題が生じる。さらに大きな負荷変動に伴ってローラ加圧機構を構成する軸受けなどの部品に偏摩耗が発生して耐久性を低下させ、また騒音が発生するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、ローラの加圧状態と加圧解除状態との間の切替動作に要する駆動力を軽減すると共に、切替動作の向きが変わるのに応じて発生する負荷変動を平滑化することができるように構成されたローラ加圧機構及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、１対のローラの一方を保持するローラ保持体と、このローラ保持体を加圧方向に付勢する第１の弾性体と、この第１の弾性体による加圧状態と加圧解除状態とを切り替える状態切替手段と、加圧状態と加圧解除状態との間の状態遷移のために前記第１の弾性体の弾性力に抗して行われる前記状態切替手段の切替動作を補助する向きに付勢すると共に、前記第１の弾性体の弾性力に任せて行われる前記状態切替手段の切替動作を抑制する向きに付勢する第２の弾性体とを備えた構成とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ローラの加圧状態と加圧解除状態との間の切替動作に要する駆動力を軽減すると共に、切替動作の方向が変わるのに応じて発生する負荷変動を平滑化することができる。このため、自動で駆動させる場合には小型で安価な駆動源で済むため、装置の小型化及び製造コストの低減を図ることができ、他方、手動で操作する場合には操作力が軽くなるため、使い勝手を向上させることができ、さらに軸受け部品などの偏摩耗を低減して耐久性を高め、また騒音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の第１の態様に係るローラ加圧機構は、１対のローラの一方を保持するローラ保持体と、このローラ保持体を加圧方向に付勢する第１の弾性体と、この第１の弾性体による加圧状態と加圧解除状態とを切り替える状態切替手段と、加圧状態と加圧解除状態との間の状態遷移のために前記第１の弾性体の弾性力に抗して行われる前記状態切替手段の切替動作を補助する向きに付勢すると共に、前記第１の弾性体の弾性力に任せて行われる前記状態切替手段の切替動作を抑制する向きに付勢する第２の弾性体とを備えたものである。これによれば、ローラの加圧状態と加圧解除状態との間の切替動作に要する駆動力を軽減すると共に、切替動作の向きが変わるのに応じて発生する負荷変動を平滑化することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様に係るローラ加圧機構は、前記状態切替手段が、回転軸周りに回転可能に設けられて、一端が前記ローラ保持体に係止された前記第１の弾性体の他端が偏心位置に係止されるクランク部材であり、このクランク部材の回転に応じて加圧状態と加圧解除状態とが切り替えられるものである。これによれば、簡単な構成で加圧状態と加圧解除状態とを切り替えることができる。
【００１１】
本発明の第３の態様に係るローラ加圧機構は、前記第２の弾性体が、一端を固定部材に係止され、他端を、前記第１の弾性体の他端に近接させて前記クランク部材の偏心位置に係止され、前記第１の弾性体とは逆向きに前記クランク部材を付勢するものである。これによれば、簡単な構成で、所要の付勢力を第２の弾性体に発生させることができる。
【００１２】
この場合、第１・第２の弾性体は、コイルばねが好適であるが、この他に板ばねなどのばね部材や、ゴム材料からなる弾性部材なども可能であり、また引張ばね及び圧縮ばねのいずれも可能である。
【００１３】
本発明の第４の態様に係るローラ加圧機構は、前記ローラ保持体が、支軸周りに揺動可能に設けられたレバー部材であり、このレバー部材におけるローラ保持部の遊端側に前記第１の弾性体の一端が係止されたものである。これによれば、第１の弾性体の弾性力がてこの原理により増大されてローラに作用することから、第１の弾性体の弾性力を小さく設定することができるため、状態切替手段の駆動力をより一層軽減することができる。
【００１４】
本発明の第５の態様に係るローラ加圧機構は、複数の前記第２の弾性体が、互いに異なる向きに配置され、各弾性力の合力により、前記状態切替手段の切替動作を補助する向きの付勢力及び前記状態切替手段の切替動作を抑制する向きの付勢力を得るものである。これによれば、第２の弾性体の配置自由度が向上するため、配置スペースを削減し、また限られた設計スペースで、適切な方向及び大きさの付勢力を得ることができる。
【００１５】
本発明の第６の態様に係るローラ加圧機構は、前記状態切替手段の加圧状態を検知する加圧状態検知手段を備え、この加圧状態検知手段の検知結果に基づいて、前記状態切替手段に切替動作を行わせる駆動手段を制御するものである。これによれば、状態切替手段を的確に動作させることができる。
【００１６】
本発明の第７の態様に係るローラ加圧機構は、前記加圧状態検知手段が、所要の位置に切り欠きが形成されて前記状態切替手段と連動する複数の遮光板と、この複数の遮光板の各切り欠きを検出する複数のフォトセンサとを備えたものである。これによれば、状態切替手段の加圧状態を精度良く検知して、状態切替手段の切替動作を確実に制御することができる。
【００１７】
本発明の第８の態様に係るローラ加圧機構は、前記ローラ保持体が、転がり軸受けを介して前記ローラの回動軸を保持するものである。これによれば、ローラの回転軸の摩耗を抑制して耐久性をより一層向上させることができる。
【００１８】
本発明の第９の態様に係るローラ加圧機構は、前記状態切替手段に切替動作を行わせる駆動手段が、前記ローラを回転駆動させるモータであり、このモータの動力を前記ローラに伝達する経路と、前記モータの動力を前記状態切替手段に伝達する経路とを切り替える経路切替手段を備えたものである。これによれば、状態切替手段に切替動作を行わせるために電磁アクチュエータのような専用の駆動源を設ける必要がなくなるため、製造コストの削減、省スペース及び省エネルギーを実現することができる。
【００１９】
なお、本発明は、この他に手動操作の操作力により状態切替手段に切替動作を行わせる構成も可能である。
【００２０】
本発明の第１０の態様に係るローラ加圧機構は、前記経路切替手段が、前記ローラを回転駆動させる正転方向の回転力のみを伝達する第１のワンウェイクラッチと、前記状態切替手段に切替動作を行わせる逆転方向の回転力のみを伝達する第２のワンウェイクラッチとからなり、前記モータの出力軸とピニオンギアとの間に介装されたものである。これによれば、省スペースを実現することができる。
【００２１】
本発明の第１１の態様に係る画像形成装置は、第１の態様乃至第１０の態様のいずれかに記載のローラ加圧機構を備えたものである。これによれば、ローラの加圧状態と加圧解除状態との間の切替動作に要する駆動力を軽減すると共に、切替動作の方向が変化するのに応じて発生する負荷変動を平滑化することができるため、自動で駆動させる場合には小型の安価な駆動源を採用して画像形成措置の小型化及び製造コストの低減を図ることができ、他方、手動で操作する場合には操作力が軽くなるため、使い勝手を向上させることができ、さらに軸受け部品などの偏摩耗を低減して耐久性を高め、また騒音を低減することができる。これは特にローラに大きな加圧力を必要とする定着装置に有効である。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明が適用されるカラー画像形成装置を示す概略構成図である。このカラー画像形成装置は、帯電、露光、現像、転写及び定着の各プロセスを経て記録紙に画像を形成する画像形成部１を備え、この画像形成部１には、給紙部２の給紙カセットに収容された記録シート３が給紙部２から画像形成部１に向かう給紙経路Ａを経て逐次送り込まれ、画像形成部１にて所要の画像が形成された記録シート３は画像形成部１から装置外へと向かう排紙経路Ｂを経て排紙部４に排出される。
【００２４】
画像形成部１は、イエロー、マゼンタ、シアン、及び黒の各色ごとのトナー像を形成する複数のプロセスユニット１１〜１４と、この各プロセスユニット１１〜１４内の各感光体ドラム１１ａ〜１４aの作像面に対して露光用の光束を走査するレーザ・スキャニング・ユニット（以下ＬＳＵという）１６と、各プロセスユニット１１〜１４内の各感光体ドラム１１ａ〜１４ａ上に作像された各色ごとのトナー像が順次転写されて合成される中間転写ベルト（中間転写体）１７とを有し、各色ごとの感光体ドラム１１ａ〜１４ａが中間転写ベルト１７に沿って並んで配置されたタンデム型の構造となっている。
【００２５】
各プロセスユニット１１〜１４内では、各帯電器１１ｂ〜１４ｂにより均一に帯電させた各感光体ドラム１１ａ〜１４ａの作像面に対してＬＳＵ１６から露光用の光束が走査されることで静電潜像が形成され、この各感光体ドラム１１ａ〜１４ａの静電潜像が、各現像器１１ｃ〜１４ｃから供給される各色のトナーで現像されて各色ごとの単色トナー像が各感光体ドラム１１ａ〜１４ａの作像面に形成される。
【００２６】
中間転写ベルト１７は、駆動ローラ２１、従動ローラ２２に巻き掛けられて支持され、この中間転写ベルト１７の内側には、中間転写ベルト１７を加圧して各感光体ドラム１１ａ〜１４ａ上のトナー像を中間転写ベルト１７に転写する各色ごとの１次転写ローラ２４〜２７が設けられている。また中間転写ベルト１７の端部側方には、中間転写ベルト１７上のトナー像を記録シート３に転写する２次転写ローラ２８が配設されている。
【００２７】
この２次転写ローラ２８によりトナー像が転写された記録シート３は、定着器１９に搬送されて熱及び圧力によりトナー像を記録シート３に定着させる処理が行われる。その後、記録シート３は排紙経路Ｂを経て排紙ローラ２０により排紙部４上に排出される。
【００２８】
図２は、図１に示した定着器１９の要部斜視図である。定着器１９は、駆動ローラ３１と、この駆動ローラ３１との間に記録シートを挟み込んで記録シート上のトナーを加熱すると共に押圧する定着ローラ３２と、駆動ローラ３１を回転駆動させるモータ３３と、このモータ３３の動力を駆動ローラ３１に伝達するローラ駆動用ギア機構３４とを有している。定着ローラ３２は、これに接する駆動ローラ３１の回転に伴って連れ回りで回転する。
【００２９】
駆動ローラ３１は、その両端部を転がり軸受け３６を介してフレーム３７に支持されている。一方、定着ローラ３２は、その両端部をレバー部材３８に転がり軸受け３９を介して保持されており、レバー部材３８は、フレーム３７に固定された支軸４０により下端部を枢支され、この支軸４０周りに揺動して、駆動ローラ３１と定着ローラ３２との軸間距離を拡縮させ、これにより加圧状態と加圧解除状態とを切り替えることができる。
【００３０】
定着ローラ３２は、電磁誘導加熱方式により加熱され、図示しない励磁コイルや磁性体コアなどを収容した電磁誘導加熱ユニットが、駆動ローラ３１と相反する外周側に配置される。なお、定着ローラ３２は、電磁誘導加熱ユニットやハロゲンランプなどの発熱体を内部に収容した構成も可能である。
【００３１】
定着ローラ３２は、芯金の周囲に発泡シリコーンゴムなどのスポンジ材からなる弾性層が形成された、いわゆるソフトローラであり、弾性層を大きく変形させて駆動ローラ３１との間のニップ部を長く確保して、定着速度を高めるようにしたものである。
【００３２】
さらにこの定着器１９は、定着ローラ３２の加圧状態と加圧解除状態とを切り替えるローラ加圧機構４２と、このローラ加圧機構４２を動作させるためにモータ３３の動力を伝達する加圧切替用ギア機構４３と、定着ローラ３２の加圧状態を検知する加圧状態検知機構４４とを有している。
【００３３】
ローラ加圧機構４２は、定着ローラ３２の両端部に１対設けられており、互いに同期して動作するように、連動軸４６を介して相互に連結されている。
【００３４】
図３は、図２に示したローラ加圧機構４２の側面図であり、（Ａ）に加圧状態を、（Ｂ）に加圧解除状態をそれぞれ示している。このローラ加圧機構は、定着ローラ３２を保持するレバー部材（ローラ保持体）３８と、このレバー部材３８を加圧方向に付勢する第１のばね（第１の弾性体）５１と、この第１のばね５１による加圧状態と加圧解除状態とを切り替えるクランク部材（状態切替手段）５２とを備えている。
【００３５】
第１のばね５１は、一端がレバー部材３８のばね取付部５３に係止され、他端がクランク部材５２のばね取付部５４に係止されている。レバー部材３８のばね取付部５３は、ローラ保持部５５の遊端側に設けられており、第１のばね５１の弾性力がてこの原理により増大されて定着ローラ３２に作用する。
【００３６】
クランク部材５２は、回転軸５６を中心にして回転可能に設けられており、第１のばね５１の他端が係止されるばね取付部５４は、回転軸５６から偏心した位置に配置され、クランク部材５２の回転に応じてばね取付部５４が変位することで、第１のばね５１が伸縮して加圧状態と加圧解除状態とが切り替えられる。
【００３７】
図３（Ａ）に示す加圧状態では、クランク部材５２の回転軸５６を挟んでレバー部材３８のばね取付部５３と相反する側にクランク部材５２のばね取付部５４が位置し、２つのばね取付部５３・５４が大きく離間して第１のばね５１が伸長されており、これによりレバー部材３８をクランク部材５２側に引き寄せる向きの弾性力が第１のばね５１に発生して、定着ローラ３２が加圧状態となる。
【００３８】
他方、図３（Ｂ）に示す加圧解除状態では、図３（Ａ）に示す加圧状態からクランク部材５２が１８０度回転され、クランク部材５２の回転軸５６に対して２つのばね取付部５３・５４が同じ側に位置して互いに近接しており、第１のばね５１は伸長されない初期状態にあり、第１のばね５１の弾性力は発生しない。
【００３９】
さらにこのローラ加圧機構４２は、加圧状態と加圧解除状態との間の状態遷移のために第１のばね５１の弾性力に抗して行われるクランク部材５２の切替動作を補助する向きに付勢すると共に、第１のばね５１の弾性力に任せて行われるクランク部材５２の切替動作を抑制する向きに付勢する第２のばね（第２の弾性体）５８を備えている。この第２のばね５８は、一端がフレームに設けられたばね取付部５９に係止され、他端が第１のばね５１と同様にクランク部材５２のばね取付部５４に係止されている。
【００４０】
図３（Ｂ）に示す加圧解除状態から図３（Ａ）に示す加圧状態への状態遷移のためにクランク部材５２を回転させる際には、クランク部材５２の回転に応じて第１のばね５１が伸びるため、この第１のばね５１の弾性力に抗してクランク部材５２を回転させることになり、ここで、第２のばね５８は伸長状態でクランク部材５２のばね取付部５４をフレームのばね取付部５９側に引き寄せる向きの弾性力が発生しており、この第２のばね５８の弾性力がクランク部材５２の回転動作を補助するように作用して、切替動作に要する駆動力が軽減される。
【００４１】
他方、図３（Ａ）に示す加圧状態から図３（Ｂ）に示す加圧解除状態への状態遷移のためにクランク部材５２を回転させる際には、第１のばね５１の弾性力がクランク部材５２のばね取付部５４をレバー部材３８側に引き寄せる向きに作用し、このときモータの駆動力によるものとは逆向きのトルクが、クランク部材５２の回転軸５６や加圧切替用ギア機構４３に作用しようとするが、ここで、クランク部材５２の回転に応じて第２のばね５８が次第に伸びて、クランク部材５２のばね取付部５４をフレームのばね取付部５９側に引き寄せる向きの弾性力が発生して、この第２のばね５８の弾性力が第１のばね５１の弾性力と打ち消し合うため、モータ３３の駆動力によるものとは逆向きの大きなトルクが発生することを避けることができ、これにより切替動作の向きが変化するのに応じて発生する負荷変動を平滑化することができる。
【００４２】
またここでは、定着ローラ３２を駆動ローラ３１に圧接させる向きにレバー部材３８を付勢する第３のばね６１が設けられている。この第３のばね６１は、一端がフレームに係止され、他端がレバー部材３８に係止されており、第１のばね５１の弾性力が発生しない図３（Ｂ）に示す加圧解除状態で、定着ローラ３２を駆動ローラ３１に低い圧力で接触させた軽圧状態に保持される。
【００４３】
なお、このローラ加圧機構４２は、同一構成のものが定着ローラ３２の両側に設けられている。
【００４４】
図４は、図２に示したローラ駆動用ギア機構３４及び加圧切替用ギア機構４３を示す模式的な斜視図である。モータ３３の出力軸６５には、正転方向の回転力のみを伝達するワンウェイクラッチ６６が内蔵された第１のピニオンギア６７と、逆転方向の回転力のみを伝達するワンウェイクラッチ６８が内蔵された第２のピニオンギア６９とが取り付けられている。
【００４５】
第１のピニオンギア６７は、ギア７４に歯合し、このギア７４に回転軸７５を介して固定されたギア７６が、駆動ローラ３１に同軸的に固定されたギヤ７７に歯合しており、また第２のピニオンギア６９は、ギア７８に歯合し、このギア７８に同軸且つ一体的に設けられたギア７９が、ギア７４に同軸且つ一体的に設けられたギア８０に歯合しており、これによりモータ３３が正転及び逆転のいずれの方向に回転しても、同一方向の駆動力が駆動ローラ３１に伝達され、モータ３３の回転方向に関係なく、常時、駆動ローラ３１が１方向に回転する。
【００４６】
さらに第２のピニオンギア６９が歯合するギア７８に同軸且つ一体的に設けられたギア７９は、ギア８１に歯合し、このギア８１に同軸且つ一体的に設けられたギア８２が、ギア８３に歯合し、さらにこのギア８３に同軸且つ一体的に設けられたギア８４が、クランク部材５２（図３参照）と回転軸５６を介して固定されたギア８５に歯合しており、これによりモータ３３を逆転させた場合にその駆動力がクランク部材５２に伝達され、クランク部材５２が回転して加圧状態と加圧解除状態との切り替えが行われる。
【００４７】
またクランク部材５２を回転させるギア８５は、連動軸４６（図２参照）に固定されたギア８６に歯合し、モータ３３の駆動力が連動軸４６を介して他端側のローラ加圧機構４２に伝達され、この他端側のローラ加圧機構４２では、図２に示したように、連動軸４６に固定されたギア９１が、クランク部材５２の回転軸に固定されたギア９２に歯合しており、定着ローラ３２の両側の１対のローラ加圧機構４２のクランク部材５２が連動して動作する。
【００４８】
図５は、図３に示したクランク部材５２のロック機構を示す側面図である。このロック機構は、図３に示した加圧位置及び加圧解除位置でクランク部材５２を停止保持するものであり、つめ車状の戻り防止板１０１と、この戻り防止板１０１に係合して戻り防止板１０１の正転を許容しつつ逆転を阻止する戻り止め部材１０３とを有している。
【００４９】
戻り止め部材１０３は、支軸１０６周りに回転可能にフレームに支持され、係合部１０４が戻り防止板１０１に圧接する向きにばね１０５により付勢されている。
【００５０】
戻り防止板１０１は、回転軸５６を介してクランク部材５２に固定されてクランク部材５２と連動回転し、回転軸５６を中心にした対称位置に１対の切り欠き１０２が形成されており、この切り欠き１０２の径方向に延在する端縁部１０２ａに戻り止め部材１０３の係合部１０４が当接することで戻り防止板１０１の逆転が阻止され、他方、正転時には、戻り止め部材１０３の係合部１０４が、切り欠き１０２の略周方向に延在する端縁部１０２ｂに沿って切り欠き１０２から抜け出すため、戻り防止板１０１は支障なく正転する。
【００５１】
戻り防止板１０１の逆転が阻止される回転角度は、図３（Ａ）に示した加圧状態及び図３（Ｂ）に示した加圧解除状態にそれぞれ対応し、加圧状態からクランク部材５２を１８０度回転させた加圧解除状態では、加圧状態で戻り止め部材１０３が嵌合する切り欠き１０２と対称位置にある切り欠き１０２に戻り止め部材１０３が係合してクランク部材５２の逆転が阻止される。
【００５２】
このようなロック機構により、図３（Ａ）に示した加圧状態では、クランク部材５２の逆転が阻止されるため、第１のばね５１の付勢力が確実にレバー部材３８に作用すると共に、クランク部材５２の角度位置が精度良く位置決めされ、且つ変化することを防止することができ、これにより定着ローラ３２の加圧力が一定に保持される。また、図３（Ｂ）に示した加圧解除状態では、第２のばね５８の付勢力が遮断されるため、レバー部材３８には第２のばね５８の付勢力が作用せず、定着ローラ３２は第３のばね６１の付勢力により軽圧状態に保持される。
【００５３】
なお、このロック機構は、同一構成のものが定着ローラ３２の両側に設けられている。
【００５４】
図６は、図２に示した加圧状態検知機構４４を詳しく示す斜視図である。図７は、図６に示した加圧状態検知機構の動作要領を示す模式図である。
【００５５】
この加圧状態検知機構４４は、図２に示したように定着ローラ３２の他端側に設けられており、クランク部材５２と同軸的に固定された第１・第２の２枚の遮光板１１１・１１２と、この遮光板１１１・１１２を挟み込む態様で発光素子と受光素子とが対向配置された第１・第２のフォトセンサ１１３・１１４とを有している。フォトセンサ１１３・１１４の出力信号は、制御ユニット１１８に入力されており、制御ユニット１１８にてフォトセンサ１１３・１１４の出力信号に基づいてモータ３３の駆動制御が行われる。
【００５６】
第１の遮光板１１１には、図７に示したように、外周部における回転軸５６を中心にした対称位置に２つの切り欠き１１５が形成されており、第２の遮光板１１２には、周方向の半分の角度範囲で外周部に切り欠き１１６が形成されており、切り欠き１１５・１１６がフォトセンサ１１３・１１４の検出位置に整合すると、発光素子が発する光が受光素子で検出されてオン信号が出力される。
【００５７】
図７（Ａ）に示す加圧状態では、第１フォトセンサ１１３がオン、第２フォトセンサ１１４がオフとなり、図７（Ｃ）に示す加圧解除状態では、第１・第２の両フォトセンサ１１４がオンとなる。また図７（Ｂ）に示す加圧状態から加圧解除状態への遷移途中では、第１・第２の両フォトセンサ１１４がオフとなり、図７（Ｄ）に示す加圧解除状態から加圧状態への遷移途中では、第１フォトセンサ１１３がオフ、第２フォトセンサ１１４がオンとなり、フォトセンサ１１３・１１４の出力信号に基づいて各状態を判別することができる。
【００５８】
また、フォトセンサ１１３・１１４の出力信号は、各遮光板１１１・１１２の切り欠き１１５・１１６の端縁部がフォトセンサ１１３・１１４の検出位置を通過したところでのオン・オフが切り替わり、この信号変化が第１のフォトセンサ１１３の直前に第２のフォトセンサ１１４で行われるような相対角度をもって第１・第２の遮光板１１１・１１２が固定されている。
【００５９】
そして図７（Ａ）に示す加圧状態の直前に、第２フォトセンサ１１４がオンからオフに変化したタイミングでモータ３３の停止動作を開始し、第１フォトセンサ１１３がオフからオンに変化したタイミングでモータ３３が完全に停止するように制御する。これによりクランク部材５２が所定の加圧位置で確実に停止される。また図７（Ｃ）に示す加圧解除状態の直前に、第２フォトセンサ１１４がオフからオンに変化したタイミングでモータ３３の停止動作を開始し、第１フォトセンサ１１３がオフからオンに変化したタイミングでモータ３３が完全に停止するように制御する。これによりクランク部材５２が所定の加圧解除位置で確実に停止される。
【００６０】
図８は、本発明によるローラ加圧機構の別の例を示す側面図である。このローラ加圧機構では、前記の例と異なり、複数（ここでは２つ）の第２のばね（第２の弾性体）１２１・１２２が、互いに異なる向きに配置され、各弾性力の合力により、クランク部材５２の切替動作を補助する向きの付勢力及びクランク部材５２の切替動作を抑制する向きの付勢力を得るようになっている。
【００６１】
一方の第２のばね１２１は、一端が上方に配置されたフレーム側のばね取付部１２３に係止され、他端が係止されるクランク部材５２のばね取付部５４を斜め上向きに牽引し、他方の第２のばね１２２は、一端が下方に配置されたフレーム側のばね取付部１２４に係止され、他端が係止されるクランク部材５２のばね取付部５４を斜め下向きに牽引し、これらの合力が前記の例での第２のばね５８の弾性力と同様に作用する。
【００６２】
この構成では、第２のばね１２１・１２２の配置自由度が向上し、特にクランク部材５２とフレームのばね取付部１２３との間の横方向の寸法が制限される場合でも、適切な方向及び大きさのばね付勢力を得ることができる。
【００６３】
なお以上の説明では、記録シート上のトナーを加熱する定着ローラを可動として、これをモータにより駆動される駆動ローラに圧接させる構成としたが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、例えば記録シート上のトナーを加熱する加熱ローラをモータにより駆動させ、これに対向する加圧ローラを可動として加熱ローラに圧接させる構成も可能である。
【００６４】
また、本発明はこのような定着装置のローラに限定されるものではなく、画像形成装置に設けられる搬送ローラや転写ローラなどにも適用することができ、さら画像形成装置以外のローラ加圧機構にも広く適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明にかかるローラ加圧機構及びこれを備えた画像形成装置は、ローラの加圧状態と加圧解除状態との間の切替動作に要する駆動力を軽減すると共に、切替動作の向きが変わるのに応じて発生する負荷変動を平滑化することができる効果を有し、ローラの加圧状態と加圧解除状態とを切替可能なローラ加圧機構及びこれを備えた画像形成装置、例えばプリンタ、複写機、ファクシミリ、複合機などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明が適用される画像形成装置を示す概略構成図
【図２】図１に示した定着器の要部斜視図
【図３】図２に示したローラ加圧機構の側面図
【図４】図２に示したローラ駆動用ギア機構及び加圧切替用ギア機構を示す模式的な斜視図
【図５】図３に示したクランク部材のロック機構を示す側面図
【図６】図２に示した加圧状態検知機構を詳しく示す斜視図
【図７】図６に示した加圧状態検知機構の動作要領を示す模式図
【図８】本発明によるローラ加圧機構の別の例を示す側面図
【符号の説明】
【００６７】
１９ 定着器
３１ 駆動ローラ
３２ 定着ローラ
３３ モータ（駆動手段）
３４ ローラ駆動用ギア機構
３７ フレーム（固定部材）
３８ レバー部材（ローラ保持体）
３９ 転がり受け
４０ 支軸
４２ ローラ加圧機構
４３ 加圧切替用ギア機構
４４ 加圧状態検知機構（加圧状態検知手段）
４６ 連動軸
５１ 第１のばね（第１の弾性体）
５２ クランク部材（状態切替手段）
５３ ばね取付部
５４ ばね取付部
５５ ローラ保持部
５６ 回転軸
５８ 第２のばね（第２の弾性体）
５９ ばね取付部
６５ 出力軸
６６ ワンウェイクラッチ
６７ ピニオンギア
６８ ワンウェイクラッチ
６９ ピニオンギア
１０１ 戻り防止板
１０２ 切り欠き
１０３ 戻り止め部材
１０４ 係合部
１１１・１１２ 遮光板
１１３・１１４ フォトセンサ
１１５・１１６ 切り欠き
１１８ 制御ユニット
１２１・１２２ 第２のばね（第２の弾性体）
１２３・１２４ ばね取付部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローラの加圧状態と加圧解除状態とを切替可能なローラ加圧機構及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスにより記録紙に画像を形成する画像形成装置（プリンタ、ファクシミリ装置、複写機、及び複合機など）では、感光体から記録紙上に転写された未定着のトナーを熱と圧力により記録紙に定着させる定着装置が設けられている。
【０００３】
この定着装置では、所要の温度に昇温されたローラとこれに対向するローラとの間に記録紙を挟み込んで加圧する構成が一般的であり、待機時の放熱を低減する目的で、また紙ジャムの処理を容易にする目的で、ローラの加圧状態と加圧解除状態とを切り替えることができるように構成されたローラ加圧機構を設けた技術が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開２００４−３１７８１１号公報（第４図）
【特許文献２】特開平１１−６５３５０号公報（第２図、第３図）
【特許文献３】特開平４−３５８１８８号公報（第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、前記の定着装置では、低コストに安定した加圧力を得るためにばねが利用されており、このばねには、記録紙に対するトナーの定着を適切に行うために大きな弾性力を備えたものが採用されている。したがって、ローラの加圧状態と加圧解除状態との間の切替動作がばねの弾性力に抗して行われる場合には、大きな駆動力が必要となり、これとは逆に、切替動作の方向がばねの弾性力と一致する場合には、逆向きの負荷が発生するため、動作方向が変化するのに応じて大きな負荷変動が発生する。
【０００５】
このため、ローラの加圧状態と加圧解除状態との切替動作を自動で行わせる場合には、高出力で且つトルク変動に対応可能な駆動源が必要となり、装置が大型化すると共に製造コストが嵩むという問題があり、他方、手動で操作する場合には操作力が重くなり、使い勝手が低下するという問題が生じる。さらに大きな負荷変動に伴ってローラ加圧機構を構成する軸受けなどの部品に偏摩耗が発生して耐久性を低下させ、また騒音が発生するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、ローラの加圧状態と加圧解除状態との間の切替動作に要する駆動力を軽減すると共に、切替動作の向きが変わるのに応じて発生する負荷変動を平滑化することができるように構成されたローラ加圧機構及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、１対のローラの一方を保持するローラ保持体と、このローラ保持体を加圧方向に付勢する第１の弾性体と、この第１の弾性体による加圧状態と加圧解除状態とを切り替える状態切替手段と、加圧状態と加圧解除状態との間の状態遷移のために前記第１の弾性体の弾性力に抗して行われる前記状態切替手段の切替動作を補助する向きに付勢すると共に、前記第１の弾性体の弾性力に任せて行われる前記状態切替手段の切替動作を抑制する向きに付勢する第２の弾性体とを備えた構成とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ローラの加圧状態と加圧解除状態との間の切替動作に要する駆動力を軽減すると共に、切替動作の方向が変わるのに応じて発生する負荷変動を平滑化することができる。このため、自動で駆動させる場合には小型で安価な駆動源で済むため、装置の小型化及び製造コストの低減を図ることができ、他方、手動で操作する場合には操作力が軽くなるため、使い勝手を向上させることができ、さらに軸受け部品などの偏摩耗を低減して耐久性を高め、また騒音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の第１の態様に係るローラ加圧機構は、１対のローラの一方を保持するローラ保持体と、このローラ保持体を加圧方向に付勢する第１の弾性体と、この第１の弾性体による加圧状態と加圧解除状態とを切り替える状態切替手段と、加圧状態と加圧解除状態との間の状態遷移のために前記第１の弾性体の弾性力に抗して行われる前記状態切替手段の切替動作を補助する向きに付勢すると共に、前記第１の弾性体の弾性力に任せて行われる前記状態切替手段の切替動作を抑制する向きに付勢する第２の弾性体とを備えたものである。これによれば、ローラの加圧状態と加圧解除状態との間の切替動作に要する駆動力を軽減すると共に、切替動作の向きが変わるのに応じて発生する負荷変動を平滑化することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様に係るローラ加圧機構は、前記状態切替手段が、回転軸周りに回転可能に設けられて、一端が前記ローラ保持体に係止された前記第１の弾性体の他端が偏心位置に係止されるクランク部材であり、このクランク部材の回転に応じて加圧状態と加圧解除状態とが切り替えられるものである。これによれば、簡単な構成で加圧状態と加圧解除状態とを切り替えることができる。
【００１１】
本発明の第３の態様に係るローラ加圧機構は、前記第２の弾性体が、一端を固定部材に係止され、他端を、前記第１の弾性体の他端に近接させて前記クランク部材の偏心位置に係止され、前記第１の弾性体とは逆向きに前記クランク部材を付勢するものである。これによれば、簡単な構成で、所要の付勢力を第２の弾性体に発生させることができる。
【００１２】
この場合、第１・第２の弾性体は、コイルばねが好適であるが、この他に板ばねなどのばね部材や、ゴム材料からなる弾性部材なども可能であり、また引張ばね及び圧縮ばねのいずれも可能である。
【００１３】
本発明の第４の態様に係るローラ加圧機構は、前記ローラ保持体が、支軸周りに揺動可能に設けられたレバー部材であり、このレバー部材におけるローラ保持部の遊端側に前記第１の弾性体の一端が係止されたものである。これによれば、第１の弾性体の弾性力がてこの原理により増大されてローラに作用することから、第１の弾性体の弾性力を小さく設定することができるため、状態切替手段の駆動力をより一層軽減することができる。
【００１４】
本発明の第５の態様に係るローラ加圧機構は、複数の前記第２の弾性体が、互いに異なる向きに配置され、各弾性力の合力により、前記状態切替手段の切替動作を補助する向きの付勢力及び前記状態切替手段の切替動作を抑制する向きの付勢力を得るものである。これによれば、第２の弾性体の配置自由度が向上するため、配置スペースを削減し、また限られた設計スペースで、適切な方向及び大きさの付勢力を得ることができる。
【００１５】
本発明の第６の態様に係るローラ加圧機構は、前記状態切替手段の加圧状態を検知する加圧状態検知手段を備え、この加圧状態検知手段の検知結果に基づいて、前記状態切替手段に切替動作を行わせる駆動手段を制御するものである。これによれば、状態切替手段を的確に動作させることができる。
【００１６】
本発明の第７の態様に係るローラ加圧機構は、前記加圧状態検知手段が、所要の位置に切り欠きが形成されて前記状態切替手段と連動する複数の遮光板と、この複数の遮光板の各切り欠きを検出する複数のフォトセンサとを備えたものである。これによれば、状態切替手段の加圧状態を精度良く検知して、状態切替手段の切替動作を確実に制御することができる。
【００１７】
本発明の第８の態様に係るローラ加圧機構は、前記ローラ保持体が、転がり軸受けを介して前記ローラの回動軸を保持するものである。これによれば、ローラの回転軸の摩耗を抑制して耐久性をより一層向上させることができる。
【００１８】
本発明の第９の態様に係るローラ加圧機構は、前記状態切替手段に切替動作を行わせる駆動手段が、前記ローラを回転駆動させるモータであり、このモータの動力を前記ローラに伝達する経路と、前記モータの動力を前記状態切替手段に伝達する経路とを切り替える経路切替手段を備えたものである。これによれば、状態切替手段に切替動作を行わせるために電磁アクチュエータのような専用の駆動源を設ける必要がなくなるため、製造コストの削減、省スペース及び省エネルギーを実現することができる。
【００１９】
なお、本発明は、この他に手動操作の操作力により状態切替手段に切替動作を行わせる構成も可能である。
【００２０】
本発明の第１０の態様に係るローラ加圧機構は、前記経路切替手段が、前記ローラを回転駆動させる正転方向の回転力のみを伝達する第１のワンウェイクラッチと、前記状態切替手段に切替動作を行わせる逆転方向の回転力のみを伝達する第２のワンウェイクラッチとからなり、前記モータの出力軸とピニオンギアとの間に介装されたものである。これによれば、省スペースを実現することができる。
【００２１】
本発明の第１１の態様に係る画像形成装置は、第１の態様乃至第１０の態様のいずれかに記載のローラ加圧機構を備えたものである。これによれば、ローラの加圧状態と加圧解除状態との間の切替動作に要する駆動力を軽減すると共に、切替動作の方向が変化するのに応じて発生する負荷変動を平滑化することができるため、自動で駆動させる場合には小型の安価な駆動源を採用して画像形成措置の小型化及び製造コストの低減を図ることができ、他方、手動で操作する場合には操作力が軽くなるため、使い勝手を向上させることができ、さらに軸受け部品などの偏摩耗を低減して耐久性を高め、また騒音を低減することができる。これは特にローラに大きな加圧力を必要とする定着装置に有効である。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明が適用されるカラー画像形成装置を示す概略構成図である。このカラー画像形成装置は、帯電、露光、現像、転写及び定着の各プロセスを経て記録紙に画像を形成する画像形成部１を備え、この画像形成部１には、給紙部２の給紙カセットに収容された記録シート３が給紙部２から画像形成部１に向かう給紙経路Ａを経て逐次送り込まれ、画像形成部１にて所要の画像が形成された記録シート３は画像形成部１から装置外へと向かう排紙経路Ｂを経て排紙部４に排出される。
【００２４】
画像形成部１は、イエロー、マゼンタ、シアン、及び黒の各色ごとのトナー像を形成する複数のプロセスユニット１１〜１４と、この各プロセスユニット１１〜１４内の各感光体ドラム１１ａ〜１４aの作像面に対して露光用の光束を走査するレーザ・スキャニング・ユニット（以下ＬＳＵという）１６と、各プロセスユニット１１〜１４内の各感光体ドラム１１ａ〜１４ａ上に作像された各色ごとのトナー像が順次転写されて合成される中間転写ベルト（中間転写体）１７とを有し、各色ごとの感光体ドラム１１ａ〜１４ａが中間転写ベルト１７に沿って並んで配置されたタンデム型の構造となっている。
【００２５】
各プロセスユニット１１〜１４内では、各帯電器１１ｂ〜１４ｂにより均一に帯電させた各感光体ドラム１１ａ〜１４ａの作像面に対してＬＳＵ１６から露光用の光束が走査されることで静電潜像が形成され、この各感光体ドラム１１ａ〜１４ａの静電潜像が、各現像器１１ｃ〜１４ｃから供給される各色のトナーで現像されて各色ごとの単色トナー像が各感光体ドラム１１ａ〜１４ａの作像面に形成される。
【００２６】
中間転写ベルト１７は、駆動ローラ２１、従動ローラ２２に巻き掛けられて支持され、この中間転写ベルト１７の内側には、中間転写ベルト１７を加圧して各感光体ドラム１１ａ〜１４ａ上のトナー像を中間転写ベルト１７に転写する各色ごとの１次転写ローラ２４〜２７が設けられている。また中間転写ベルト１７の端部側方には、中間転写ベルト１７上のトナー像を記録シート３に転写する２次転写ローラ２８が配設されている。
【００２７】
この２次転写ローラ２８によりトナー像が転写された記録シート３は、定着器１９に搬送されて熱及び圧力によりトナー像を記録シート３に定着させる処理が行われる。その後、記録シート３は排紙経路Ｂを経て排紙ローラ２０により排紙部４上に排出される。
【００２８】
図２は、図１に示した定着器１９の要部斜視図である。定着器１９は、駆動ローラ３１と、この駆動ローラ３１との間に記録シートを挟み込んで記録シート上のトナーを加熱すると共に押圧する定着ローラ３２と、駆動ローラ３１を回転駆動させるモータ３３と、このモータ３３の動力を駆動ローラ３１に伝達するローラ駆動用ギア機構３４とを有している。定着ローラ３２は、これに接する駆動ローラ３１の回転に伴って連れ回りで回転する。
【００２９】
駆動ローラ３１は、その両端部を転がり軸受け３６を介してフレーム３７に支持されている。一方、定着ローラ３２は、その両端部をレバー部材３８に転がり軸受け３９を介して保持されており、レバー部材３８は、フレーム３７に固定された支軸４０により下端部を枢支され、この支軸４０周りに揺動して、駆動ローラ３１と定着ローラ３２との軸間距離を拡縮させ、これにより加圧状態と加圧解除状態とを切り替えることができる。
【００３０】
定着ローラ３２は、電磁誘導加熱方式により加熱され、図示しない励磁コイルや磁性体コアなどを収容した電磁誘導加熱ユニットが、駆動ローラ３１と相反する外周側に配置される。なお、定着ローラ３２は、電磁誘導加熱ユニットやハロゲンランプなどの発熱体を内部に収容した構成も可能である。
【００３１】
定着ローラ３２は、芯金の周囲に発泡シリコーンゴムなどのスポンジ材からなる弾性層が形成された、いわゆるソフトローラであり、弾性層を大きく変形させて駆動ローラ３１との間のニップ部を長く確保して、定着速度を高めるようにしたものである。
【００３２】
さらにこの定着器１９は、定着ローラ３２の加圧状態と加圧解除状態とを切り替えるローラ加圧機構４２と、このローラ加圧機構４２を動作させるためにモータ３３の動力を伝達する加圧切替用ギア機構４３と、定着ローラ３２の加圧状態を検知する加圧状態検知機構４４とを有している。
【００３３】
ローラ加圧機構４２は、定着ローラ３２の両端部に１対設けられており、互いに同期して動作するように、連動軸４６を介して相互に連結されている。
【００３４】
図３は、図２に示したローラ加圧機構４２の側面図であり、（Ａ）に加圧状態を、（Ｂ）に加圧解除状態をそれぞれ示している。このローラ加圧機構は、定着ローラ３２を保持するレバー部材（ローラ保持体）３８と、このレバー部材３８を加圧方向に付勢する第１のばね（第１の弾性体）５１と、この第１のばね５１による加圧状態と加圧解除状態とを切り替えるクランク部材（状態切替手段）５２とを備えている。
【００３５】
第１のばね５１は、一端がレバー部材３８のばね取付部５３に係止され、他端がクランク部材５２のばね取付部５４に係止されている。レバー部材３８のばね取付部５３は、ローラ保持部５５の遊端側に設けられており、第１のばね５１の弾性力がてこの原理により増大されて定着ローラ３２に作用する。
【００３６】
クランク部材５２は、回転軸５６を中心にして回転可能に設けられており、第１のばね５１の他端が係止されるばね取付部５４は、回転軸５６から偏心した位置に配置され、クランク部材５２の回転に応じてばね取付部５４が変位することで、第１のばね５１が伸縮して加圧状態と加圧解除状態とが切り替えられる。
【００３７】
図３（Ａ）に示す加圧状態では、クランク部材５２の回転軸５６を挟んでレバー部材３８のばね取付部５３と相反する側にクランク部材５２のばね取付部５４が位置し、２つのばね取付部５３・５４が大きく離間して第１のばね５１が伸長されており、これによりレバー部材３８をクランク部材５２側に引き寄せる向きの弾性力が第１のばね５１に発生して、定着ローラ３２が加圧状態となる。
【００３８】
他方、図３（Ｂ）に示す加圧解除状態では、図３（Ａ）に示す加圧状態からクランク部材５２が１８０度回転され、クランク部材５２の回転軸５６に対して２つのばね取付部５３・５４が同じ側に位置して互いに近接しており、第１のばね５１は伸長されない初期状態にあり、第１のばね５１の弾性力は発生しない。
【００３９】
さらにこのローラ加圧機構４２は、加圧状態と加圧解除状態との間の状態遷移のために第１のばね５１の弾性力に抗して行われるクランク部材５２の切替動作を補助する向きに付勢すると共に、第１のばね５１の弾性力に任せて行われるクランク部材５２の切替動作を抑制する向きに付勢する第２のばね（第２の弾性体）５８を備えている。この第２のばね５８は、一端がフレームに設けられたばね取付部５９に係止され、他端が第１のばね５１と同様にクランク部材５２のばね取付部５４に係止されている。
【００４０】
図３（Ｂ）に示す加圧解除状態から図３（Ａ）に示す加圧状態への状態遷移のためにクランク部材５２を回転させる際には、クランク部材５２の回転に応じて第１のばね５１が伸びるため、この第１のばね５１の弾性力に抗してクランク部材５２を回転させることになり、ここで、第２のばね５８は伸長状態でクランク部材５２のばね取付部５４をフレームのばね取付部５９側に引き寄せる向きの弾性力が発生しており、この第２のばね５８の弾性力がクランク部材５２の回転動作を補助するように作用して、切替動作に要する駆動力が軽減される。
【００４１】
他方、図３（Ａ）に示す加圧状態から図３（Ｂ）に示す加圧解除状態への状態遷移のためにクランク部材５２を回転させる際には、第１のばね５１の弾性力がクランク部材５２のばね取付部５４をレバー部材３８側に引き寄せる向きに作用し、このときモータの駆動力によるものとは逆向きのトルクが、クランク部材５２の回転軸５６や加圧切替用ギア機構４３に作用しようとするが、ここで、クランク部材５２の回転に応じて第２のばね５８が次第に伸びて、クランク部材５２のばね取付部５４をフレームのばね取付部５９側に引き寄せる向きの弾性力が発生して、この第２のばね５８の弾性力が第１のばね５１の弾性力と打ち消し合うため、モータ３３の駆動力によるものとは逆向きの大きなトルクが発生することを避けることができ、これにより切替動作の向きが変化するのに応じて発生する負荷変動を平滑化することができる。
【００４２】
またここでは、定着ローラ３２を駆動ローラ３１に圧接させる向きにレバー部材３８を付勢する第３のばね６１が設けられている。この第３のばね６１は、一端がフレームに係止され、他端がレバー部材３８に係止されており、第１のばね５１の弾性力が発生しない図３（Ｂ）に示す加圧解除状態で、定着ローラ３２を駆動ローラ３１に低い圧力で接触させた軽圧状態に保持される。
【００４３】
なお、このローラ加圧機構４２は、同一構成のものが定着ローラ３２の両側に設けられている。
【００４４】
図４は、図２に示したローラ駆動用ギア機構３４及び加圧切替用ギア機構４３を示す模式的な斜視図である。モータ３３の出力軸６５には、正転方向の回転力のみを伝達するワンウェイクラッチ６６が内蔵された第１のピニオンギア６７と、逆転方向の回転力のみを伝達するワンウェイクラッチ６８が内蔵された第２のピニオンギア６９とが取り付けられている。
【００４５】
第１のピニオンギア６７は、ギア７４に歯合し、このギア７４に回転軸７５を介して固定されたギア７６が、駆動ローラ３１に同軸的に固定されたギヤ７７に歯合しており、また第２のピニオンギア６９は、ギア７８に歯合し、このギア７８に同軸且つ一体的に設けられたギア７９が、ギア７４に同軸且つ一体的に設けられたギア８０に歯合しており、これによりモータ３３が正転及び逆転のいずれの方向に回転しても、同一方向の駆動力が駆動ローラ３１に伝達され、モータ３３の回転方向に関係なく、常時、駆動ローラ３１が１方向に回転する。
【００４６】
さらに第２のピニオンギア６９が歯合するギア７８に同軸且つ一体的に設けられたギア７９は、ギア８１に歯合し、このギア８１に同軸且つ一体的に設けられたギア８２が、ギア８３に歯合し、さらにこのギア８３に同軸且つ一体的に設けられたギア８４が、クランク部材５２（図３参照）と回転軸５６を介して固定されたギア８５に歯合しており、これによりモータ３３を逆転させた場合にその駆動力がクランク部材５２に伝達され、クランク部材５２が回転して加圧状態と加圧解除状態との切り替えが行われる。
【００４７】
またクランク部材５２を回転させるギア８５は、連動軸４６（図２参照）に固定されたギア８６に歯合し、モータ３３の駆動力が連動軸４６を介して他端側のローラ加圧機構４２に伝達され、この他端側のローラ加圧機構４２では、図２に示したように、連動軸４６に固定されたギア９１が、クランク部材５２の回転軸に固定されたギア９２に歯合しており、定着ローラ３２の両側の１対のローラ加圧機構４２のクランク部材５２が連動して動作する。
【００４８】
図５は、図３に示したクランク部材５２のロック機構を示す側面図である。このロック機構は、図３に示した加圧位置及び加圧解除位置でクランク部材５２を停止保持するものであり、つめ車状の戻り防止板１０１と、この戻り防止板１０１に係合して戻り防止板１０１の正転を許容しつつ逆転を阻止する戻り止め部材１０３とを有している。
【００４９】
戻り止め部材１０３は、支軸１０６周りに回転可能にフレームに支持され、係合部１０４が戻り防止板１０１に圧接する向きにばね１０５により付勢されている。
【００５０】
戻り防止板１０１は、回転軸５６を介してクランク部材５２に固定されてクランク部材５２と連動回転し、回転軸５６を中心にした対称位置に１対の切り欠き１０２が形成されており、この切り欠き１０２の径方向に延在する端縁部１０２ａに戻り止め部材１０３の係合部１０４が当接することで戻り防止板１０１の逆転が阻止され、他方、正転時には、戻り止め部材１０３の係合部１０４が、切り欠き１０２の略周方向に延在する端縁部１０２ｂに沿って切り欠き１０２から抜け出すため、戻り防止板１０１は支障なく正転する。
【００５１】
戻り防止板１０１の逆転が阻止される回転角度は、図３（Ａ）に示した加圧状態及び図３（Ｂ）に示した加圧解除状態にそれぞれ対応し、加圧状態からクランク部材５２を１８０度回転させた加圧解除状態では、加圧状態で戻り止め部材１０３が嵌合する切り欠き１０２と対称位置にある切り欠き１０２に戻り止め部材１０３が係合してクランク部材５２の逆転が阻止される。
【００５２】
このようなロック機構により、図３（Ａ）に示した加圧状態では、クランク部材５２の逆転が阻止されるため、第１のばね５１の付勢力が確実にレバー部材３８に作用すると共に、クランク部材５２の角度位置が精度良く位置決めされ、且つ変化することを防止することができ、これにより定着ローラ３２の加圧力が一定に保持される。また、図３（Ｂ）に示した加圧解除状態では、第２のばね５８の付勢力が遮断されるため、レバー部材３８には第２のばね５８の付勢力が作用せず、定着ローラ３２は第３のばね６１の付勢力により軽圧状態に保持される。
【００５３】
なお、このロック機構は、同一構成のものが定着ローラ３２の両側に設けられている。
【００５４】
図６は、図２に示した加圧状態検知機構４４を詳しく示す斜視図である。図７は、図６に示した加圧状態検知機構の動作要領を示す模式図である。
【００５５】
この加圧状態検知機構４４は、図２に示したように定着ローラ３２の他端側に設けられており、クランク部材５２と同軸的に固定された第１・第２の２枚の遮光板１１１・１１２と、この遮光板１１１・１１２を挟み込む態様で発光素子と受光素子とが対向配置された第１・第２のフォトセンサ１１３・１１４とを有している。フォトセンサ１１３・１１４の出力信号は、制御ユニット１１８に入力されており、制御ユニット１１８にてフォトセンサ１１３・１１４の出力信号に基づいてモータ３３の駆動制御が行われる。
【００５６】
第１の遮光板１１１には、図７に示したように、外周部における回転軸５６を中心にした対称位置に２つの切り欠き１１５が形成されており、第２の遮光板１１２には、周方向の半分の角度範囲で外周部に切り欠き１１６が形成されており、切り欠き１１５・１１６がフォトセンサ１１３・１１４の検出位置に整合すると、発光素子が発する光が受光素子で検出されてオン信号が出力される。
【００５７】
図７（Ａ）に示す加圧状態では、第１フォトセンサ１１３がオン、第２フォトセンサ１１４がオフとなり、図７（Ｃ）に示す加圧解除状態では、第１・第２の両フォトセンサ１１４がオンとなる。また図７（Ｂ）に示す加圧状態から加圧解除状態への遷移途中では、第１・第２の両フォトセンサ１１４がオフとなり、図７（Ｄ）に示す加圧解除状態から加圧状態への遷移途中では、第１フォトセンサ１１３がオフ、第２フォトセンサ１１４がオンとなり、フォトセンサ１１３・１１４の出力信号に基づいて各状態を判別することができる。
【００５８】
また、フォトセンサ１１３・１１４の出力信号は、各遮光板１１１・１１２の切り欠き１１５・１１６の端縁部がフォトセンサ１１３・１１４の検出位置を通過したところでのオン・オフが切り替わり、この信号変化が第１のフォトセンサ１１３の直前に第２のフォトセンサ１１４で行われるような相対角度をもって第１・第２の遮光板１１１・１１２が固定されている。
【００５９】
そして図７（Ａ）に示す加圧状態の直前に、第２フォトセンサ１１４がオンからオフに変化したタイミングでモータ３３の停止動作を開始し、第１フォトセンサ１１３がオフからオンに変化したタイミングでモータ３３が完全に停止するように制御する。これによりクランク部材５２が所定の加圧位置で確実に停止される。また図７（Ｃ）に示す加圧解除状態の直前に、第２フォトセンサ１１４がオフからオンに変化したタイミングでモータ３３の停止動作を開始し、第１フォトセンサ１１３がオフからオンに変化したタイミングでモータ３３が完全に停止するように制御する。これによりクランク部材５２が所定の加圧解除位置で確実に停止される。
【００６０】
図８は、本発明によるローラ加圧機構の別の例を示す側面図である。このローラ加圧機構では、前記の例と異なり、複数（ここでは２つ）の第２のばね（第２の弾性体）１２１・１２２が、互いに異なる向きに配置され、各弾性力の合力により、クランク部材５２の切替動作を補助する向きの付勢力及びクランク部材５２の切替動作を抑制する向きの付勢力を得るようになっている。
【００６１】
一方の第２のばね１２１は、一端が上方に配置されたフレーム側のばね取付部１２３に係止され、他端が係止されるクランク部材５２のばね取付部５４を斜め上向きに牽引し、他方の第２のばね１２２は、一端が下方に配置されたフレーム側のばね取付部１２４に係止され、他端が係止されるクランク部材５２のばね取付部５４を斜め下向きに牽引し、これらの合力が前記の例での第２のばね５８の弾性力と同様に作用する。
【００６２】
この構成では、第２のばね１２１・１２２の配置自由度が向上し、特にクランク部材５２とフレームのばね取付部１２３との間の横方向の寸法が制限される場合でも、適切な方向及び大きさのばね付勢力を得ることができる。
【００６３】
なお以上の説明では、記録シート上のトナーを加熱する定着ローラを可動として、これをモータにより駆動される駆動ローラに圧接させる構成としたが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、例えば記録シート上のトナーを加熱する加熱ローラをモータにより駆動させ、これに対向する加圧ローラを可動として加熱ローラに圧接させる構成も可能である。
【００６４】
また、本発明はこのような定着装置のローラに限定されるものではなく、画像形成装置に設けられる搬送ローラや転写ローラなどにも適用することができ、さら画像形成装置以外のローラ加圧機構にも広く適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明にかかるローラ加圧機構及びこれを備えた画像形成装置は、ローラの加圧状態と加圧解除状態との間の切替動作に要する駆動力を軽減すると共に、切替動作の向きが変わるのに応じて発生する負荷変動を平滑化することができる効果を有し、ローラの加圧状態と加圧解除状態とを切替可能なローラ加圧機構及びこれを備えた画像形成装置、例えばプリンタ、複写機、ファクシミリ、複合機などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明が適用される画像形成装置を示す概略構成図
【図２】図１に示した定着器の要部斜視図
【図３】図２に示したローラ加圧機構の側面図
【図４】図２に示したローラ駆動用ギア機構及び加圧切替用ギア機構を示す模式的な斜視図
【図５】図３に示したクランク部材のロック機構を示す側面図
【図６】図２に示した加圧状態検知機構を詳しく示す斜視図
【図７】図６に示した加圧状態検知機構の動作要領を示す模式図
【図８】本発明によるローラ加圧機構の別の例を示す側面図
【符号の説明】
【００６７】
１９ 定着器
３１ 駆動ローラ
３２ 定着ローラ
３３ モータ（駆動手段）
３４ ローラ駆動用ギア機構
３７ フレーム（固定部材）
３８ レバー部材（ローラ保持体）
３９ 転がり受け
４０ 支軸
４２ ローラ加圧機構
４３ 加圧切替用ギア機構
４４ 加圧状態検知機構（加圧状態検知手段）
４６ 連動軸
５１ 第１のばね（第１の弾性体）
５２ クランク部材（状態切替手段）
５３ ばね取付部
５４ ばね取付部
５５ ローラ保持部
５６ 回転軸
５８ 第２のばね（第２の弾性体）
５９ ばね取付部
６５ 出力軸
６６ ワンウェイクラッチ
６７ ピニオンギア
６８ ワンウェイクラッチ
６９ ピニオンギア
１０１ 戻り防止板
１０２ 切り欠き
１０３ 戻り止め部材
１０４ 係合部
１１１・１１２ 遮光板
１１３・１１４ フォトセンサ
１１５・１１６ 切り欠き
１１８ 制御ユニット
１２１・１２２ 第２のばね（第２の弾性体）
１２３・１２４ ばね取付部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対のローラの一方を保持するローラ保持体と、このローラ保持体を加圧方向に付勢する第１の弾性体と、この第１の弾性体による加圧状態と加圧解除状態とを切り替える状態切替手段と、加圧状態と加圧解除状態との間の状態遷移のために前記第１の弾性体の弾性力に抗して行われる前記状態切替手段の切替動作を補助する向きに付勢すると共に、前記第１の弾性体の弾性力に任せて行われる前記状態切替手段の切替動作を抑制する向きに付勢する第２の弾性体とを備えたことを特徴とするローラ加圧機構。
【請求項２】
前記状態切替手段が、回転軸周りに回転可能に設けられて、一端が前記ローラ保持体に係止された前記第１の弾性体の他端が偏心位置に係止されるクランク部材であり、このクランク部材の回転に応じて加圧状態と加圧解除状態とが切り替えられることを特徴とする請求項１に記載のローラ加圧機構。
【請求項３】
前記第２の弾性体が、一端を固定部材に係止され、他端を、前記第１の弾性体の他端に近接させて前記クランク部材の偏心位置に係止され、前記第１の弾性体とは逆向きに前記クランク部材を付勢することを特徴とする請求項２に記載のローラ加圧機構。
【請求項４】
前記ローラ保持体が、支軸周りに揺動可能に設けられたレバー部材であり、このレバー部材におけるローラ保持部の遊端側に前記第１の弾性体の一端が係止されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のローラ加圧機構。
【請求項５】
複数の前記第２の弾性体が、互いに異なる向きに配置され、各弾性力の合力により、前記状態切替手段の切替動作を補助する向きの付勢力及び前記状態切替手段の切替動作を抑制する向きの付勢力を得ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のローラ加圧機構。
【請求項６】
前記状態切替手段の加圧状態を検知する加圧状態検知手段を備え、この加圧状態検知手段の検知結果に基づいて、前記状態切替手段に切替動作を行わせる駆動手段を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のローラ加圧機構。
【請求項７】
前記加圧状態検知手段が、所要の位置に切り欠きが形成されて前記状態切替手段と連動する複数の遮光板と、この複数の遮光板の各切り欠きを検出する複数のフォトセンサとを備えたことを特徴とする請求項６に記載のローラ加圧機構。
【請求項８】
前記ローラ保持体が、転がり軸受けを介して前記ローラの回動軸を保持することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のローラ加圧機構。
【請求項９】
前記状態切替手段に切替動作を行わせる駆動手段が、前記ローラを回転駆動させるモータであり、このモータの動力を前記ローラに伝達する経路と、前記モータの動力を前記状態切替手段に伝達する経路とを切り替える経路切替手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のローラ加圧機構。
【請求項１０】
前記経路切替手段が、前記ローラを回転駆動させる正転方向の回転力のみを伝達する第１のワンウェイクラッチと、前記状態切替手段に切替動作を行わせる逆転方向の回転力のみを伝達する第２のワンウェイクラッチとからなり、前記モータの出力軸とピニオンギアとの間に介装されたことを特徴とする請求項９に記載のローラ加圧機構。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のローラ加圧機構を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
１対のローラの一方を保持するローラ保持体と、このローラ保持体を加圧方向に付勢する第１の弾性体と、この第１の弾性体による加圧状態と加圧解除状態とを切り替える状態切替手段と、加圧状態と加圧解除状態との間の状態遷移のために前記第１の弾性体の弾性力に抗して行われる前記状態切替手段の切替動作を補助する向きに付勢すると共に、前記第１の弾性体の弾性力に任せて行われる前記状態切替手段の切替動作を抑制する向きに付勢する第２の弾性体とを備えたことを特徴とするローラ加圧機構。
【請求項２】
前記状態切替手段が、回転軸周りに回転可能に設けられて、一端が前記ローラ保持体に係止された前記第１の弾性体の他端が偏心位置に係止されるクランク部材であり、このクランク部材の回転に応じて加圧状態と加圧解除状態とが切り替えられることを特徴とする請求項１に記載のローラ加圧機構。
【請求項３】
前記第２の弾性体が、一端を固定部材に係止され、他端を、前記第１の弾性体の他端に近接させて前記クランク部材の偏心位置に係止され、前記第１の弾性体とは逆向きに前記クランク部材を付勢することを特徴とする請求項２に記載のローラ加圧機構。
【請求項４】
前記ローラ保持体が、支軸周りに揺動可能に設けられたレバー部材であり、このレバー部材におけるローラ保持部の遊端側に前記第１の弾性体の一端が係止されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のローラ加圧機構。
【請求項５】
複数の前記第２の弾性体が、互いに異なる向きに配置され、各弾性力の合力により、前記状態切替手段の切替動作を補助する向きの付勢力及び前記状態切替手段の切替動作を抑制する向きの付勢力を得ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のローラ加圧機構。
【請求項６】
前記状態切替手段の加圧状態を検知する加圧状態検知手段を備え、この加圧状態検知手段の検知結果に基づいて、前記状態切替手段に切替動作を行わせる駆動手段を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のローラ加圧機構。
【請求項７】
前記加圧状態検知手段が、所要の位置に切り欠きが形成されて前記状態切替手段と連動する複数の遮光板と、この複数の遮光板の各切り欠きを検出する複数のフォトセンサとを備えたことを特徴とする請求項６に記載のローラ加圧機構。
【請求項８】
前記ローラ保持体が、転がり軸受けを介して前記ローラの回動軸を保持することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のローラ加圧機構。
【請求項９】
前記状態切替手段に切替動作を行わせる駆動手段が、前記ローラを回転駆動させるモータであり、このモータの動力を前記ローラに伝達する経路と、前記モータの動力を前記状態切替手段に伝達する経路とを切り替える経路切替手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のローラ加圧機構。
【請求項１０】
前記経路切替手段が、前記ローラを回転駆動させる正転方向の回転力のみを伝達する第１のワンウェイクラッチと、前記状態切替手段に切替動作を行わせる逆転方向の回転力のみを伝達する第２のワンウェイクラッチとからなり、前記モータの出力軸とピニオンギアとの間に介装されたことを特徴とする請求項９に記載のローラ加圧機構。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のローラ加圧機構を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−３２８７０（Ｐ２００８−３２８７０Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０４１３４（Ｐ２００６−２０４１３４）
【出願日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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