特許 6780586 カム機構、定着装置及び画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6780586

(24)【登録日】2020年10月19日

(45)【発行日】2020年11月4日

(54)【発明の名称】カム機構、定着装置及び画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/20 20060101AFI20201026BHJP

   G03G 21/16 20060101ALI20201026BHJP

【ＦＩ】

   G03G15/20 535

   G03G21/16 185

   G03G21/16 147

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-102577(P2017-102577)

(22)【出願日】2017年5月24日

(65)【公開番号】特開2018-197814(P2018-197814A)

(43)【公開日】2018年12月13日

【審査請求日】2019年5月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006150

【氏名又は名称】京セラドキュメントソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111202

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 周彦

(72)【発明者】

【氏名】石田 浩高

【審査官】 松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０２４９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１８８８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３３５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０００３０１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０９−３２５６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１１４９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３９６８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｇ １５／２０

Ｇ０３Ｇ ２１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転方向に沿って回転中心からの半径が徐々に大きくなる上昇区間と前記半径が徐々に小さくなる下降区間との位相が１８０度ずれたプロファイルを有するカムと、
前記カムに所定の負荷で当接して、該カムの回転によって当接方向及び該当接方向とは反対の反当接方向に直線運動する出力物と、
前記出力物と前記カムとの当接位置に対して１８０度位相がずれた位置で、前記反当接方向から前記負荷と同一の負荷で前記カムに当接する対向物と、を備え、
前記上昇区間及び前記下降区間のプロファイルは、
前記上昇区間及び前記下降区間の最小の前記半径をＲ０、
前記上昇区間及び前記下降区間の任意の点Ｘ１における前記半径をＲ１、
前記点Ｘ１における、前記カムと前記出力物との当接位置における共通法線の方向と前記出力物の運動方向との間の接触角度をθ１、
前記点Ｘ１から角度Δφだけ離れた点Ｘ２の前記半径をＲ２、
前記点Ｘ２における前記接触角度をθ２、とすると、
下記の関係を満足する
Ｒ２＝Ｒ１＋（Ｒ１×Δφ×ｔａｎθ１）
θ２＝ａｓｉｎ（Ｒ１×（Ｒ１−Ｒ０）÷Ｒ２×（Ｒ２−Ｒ１）×ｓｉｎθ１）
ことを特徴とするカム機構。

【請求項2】

前記出力物は、コイルバネの一端が固定されて、円錐形状の先端を有するバネホルダーであり、
前記対向物は、コイバネの一端が固定されて、円錐形状の先端を有するカウンター部材であることを特徴とする請求項１に記載のカム機構。

【請求項3】

互いに接触してトナーを加熱及び加圧する加圧領域を形成する加熱部材及び加圧部材と、
前記加熱部材及び前記加圧部材のいずれか一方をいずれか他方に接近又は離間する方向に移動させて、前記加圧領域の圧力を可変する請求項１又は２に記載のカム機構と、を備えていることを特徴とする定着装置。

【請求項4】

用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成されたトナー像を用紙に定着する請求項３に記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転運動を直線運動に変換するカム機構並びにこのカム機構を備える定着装置及び画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

画像形成装置には、用紙に転写されたトナー像を加熱及び加圧して用紙に定着する定着装置が備えられている。定着装置は、熱源によって加熱される加熱ローラーと、加熱ローラーに押し当てられて、用紙が通過する加圧領域を形成する加圧ローラーと、を有している。特許文献１〜３には、加圧領域での紙詰まりを処理したり厚さの異なる用紙に対応したりするために、加圧領域の圧力を変更できる定着装置が開示されている。これらの定着装置では、加圧ローラーを定着ローラーに近接及び離間する方向に移動させて、加圧領域の圧力を変更している。加圧ローラーを移動させる機構として、モーター等の駆動源から出力される回転運動を直線運動に変換するカムが使用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−３２５６３９号公報

【特許文献2】特開２００５−１１４９５９号公報

【特許文献3】特開２００９−１３９６８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前述の定着装置において、加圧ローラーは付勢部材によってカムに当接している。このため、カムの上昇区間と下降区間では、付勢部材からカムに加わる負荷トルクの方向が、回転方向から反回転方向に変化する。すると、モーターの駆動力と関係なく各部品のガタツキの分だけカムが動いてしまい（飛び移り）、騒音や振動が発生するという問題が生じる。

【0005】

また、カムの上昇区間及び下降区間内でカムの半径が変わると、付勢部材からカムに加わる力が変動する。このため、カムを回転させるモーターは加速及び減速の双方に十分な出力が必要となる。また、カムの回転を通じて入力電流が増減するので、この変化に耐えうる性能も必要となる。

【0006】

本発明は上記事情を考慮し、カムの回転トルクを安定させることのできるカム機構並びにこのカム機構を備える定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明のカム機構は、回転方向に沿って回転中心からの半径が徐々に大きくなる上昇区間と前記半径が徐々に小さくなる下降区間との位相が１８０度ずれたプロファイルを有するカムと、前記カムに所定の負荷で当接して、該カムの回転によって当接方向及び該当接方向とは反対の反当接方向に直線運動する出力物と、前記出力物と前記カムとの当接位置に対して１８０度位相がずれた位置で、前記反当接方向から前記負荷と同一の負荷で前記カムに当接する対向物と、を備えていることを特徴とする。

【0008】

本発明のカム機構において、前記上昇区間及び前記下降区間において、前記カムと前記出力物との当接位置における共通法線の方向と前記出力物の運動方向との間の角度を、前記半径が大きくなるほど小さくすることで、前記負荷を一定とすることを特徴としてもよい。

【0009】

本発明の定着装置は、互いに接触してトナーを加熱及び加圧する加圧領域を形成する加熱部材及び加圧部材と、前記加熱部材及び前記加圧部材のいずれか一方をいずれか他方に接近又は離間する方向に移動させて、前記加圧領域の圧力を可変する前記記載のカム機構と、を備えていることを特徴とする。

【0010】

本発明の画像形成装置は、用紙にトナー像を形成する画像形成部と、前記画像形成部で形成されたトナー像を用紙に定着する前記に記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、回転方向に加わる負荷トルクと反回転方向に加わる負荷トルクとが相殺されるので、カム本体の全プロファイルを通して負荷トルクがゼロとなり、カムの回転トルクを安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係るプリンターの内部構造を模式的に示す正面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る定着装置を示す斜視図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る定着装置（加圧領域減圧時）を示す断面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る定着装置（加圧領域加圧時）を示す断面図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るカム機構のカム本体を示す側面図である。

【図6】本発明の一実施形態に係るカム機構のプロファイルを示すグラフである。

【図7】従来のカム機構のカム本体を示す側面図である。

【図8】従来のカム機構のプロファイルを示すグラフである。

【図9】本発明の一実施形態に係るカム機構を示す側面図である。

【図10】本発明の一実施形態に係るカム機構のプロファイルを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るカム機構、定着装置並びに画像形成装置について説明する。

【0014】

まず、図１を用いて、画像形成装置としてのプリンター１の全体の構成について説明する。図１は本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す模式図である。以下の説明では、図１における紙面手前側をプリンター１の正面側（前側）とし、左右の向きプリンター１を正面から見た方向を基準とする。各図に付される矢印Ｆｒ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒ、Ｕｐ、Ｌｏは、それぞれプリンター１の前側、後側、左側、右側、上側、下側を示している。

【0015】

プリンター１の装置本体２には、用紙Ｓが収容される給紙カセット３と、給紙カセット３から用紙Ｓを給紙する給紙装置４と、用紙Ｓにトナー像を形成する画像形成部５と、トナー像を用紙Ｓに定着する定着装置６と、トナー像が定着された用紙Ｓを排出する排出装置７と、排出された用紙Ｓを受け止める排出トレイ８と、が備えられている。また、装置本体２には、給紙装置４から、画像形成部５と定着装置６とを通って、排出装置７に向かう用紙Ｓの搬送経路１０が形成されている。

【0016】

次に、図２〜図４を参照して、定着装置６について説明する。図２は定着装置を示す斜視図、図３及び図４は定着装置を示す断面図である。なお、図２には、後述するカム機構の対向物が図示省略されている。

【0017】

図２に示されるように、定着装置６は、定着ハウジング２１と、互いに接触して加圧領域を形成する加熱ローラー２３及び加圧ローラー２５と、加圧ローラー２５の両端部を支持する一対の加圧レバー２７と、一対の加圧レバー２７を揺動させて加圧ローラー２５を加熱ローラー２３に接近又は離間させることで加圧領域の圧力を可変するカム機構２９と、を備えている。

【0018】

図３及び図４に示されるように、定着ハウジング２１の内部の前端部と後端部のそれぞれには、加圧レバー２７を支持する支持部３１が設けられている。支持部３１の右端部の上端には、突部３３が形成されている。突部３３は上方に向かって断面半円弧状に突出している。支持部３１の左端部の底面には、ハウジング側バネ受け部３５及びホルダー収容部３７が形成されている。ハウジング側バネ受け部３５とホルダー収容部３７とは、突部３３から近い順に左右方向に並んでいる。ホルダー収容部３７は上下方向に延びる縦穴状であり、上端面が開口し、下端面には挿通穴３７ａが形成されている。

【0019】

加熱ローラー２３は、例えば、アルミニウムや鉄等の金属から成る円筒状の芯材と、芯材の外周面に設けられるシリコンゴム等から成る弾性層と、弾性層を被覆するＰＦＡ等のフッ素樹脂からなる離型層と、を備えている。芯材の両端部は、定着ハウジング２１に回転可能に支持されている。芯材の内部空間には、熱源としてのヒーター２４が収容されている。ヒーター２４は、例えばハロゲンヒーターやセラミックヒーターである。

【0020】

加圧ローラー２５は、例えば、アルミニウムや鉄等の金属から成る円筒状の芯材と、芯材の外周面に設けられるシリコンゴム等から成る弾性層と、この弾性層を被覆するＰＦＡ等のフッ素樹脂からなる離型層と、を備えている。芯材の両端部には、軸受４１が固定されている。

【0021】

加圧レバー２７は、屈曲部を介して略直角に屈曲する略Ｌ字状を成している。加圧レバー２７には、屈曲部の後部の上面に下向きの円弧状のローラー受け部４３が形成されている。ローラー受け部４３には、加圧ローラー２５の軸受４１が支持される。

【0022】

さらに、加圧レバー２７には、定着ハウジング２１の支持部３１に設けられた突部３３、ハウジング側バネ受け部３５、ホルダー収容部３７にそれぞれ対応する、凹部４５、第１バネ受け部４７、第２バネ受け部４９が形成されている。

【0023】

凹部４５は、加圧レバー２７の右端部の下面に形成されている。凹部４５は突部３３に係合して、加圧レバー２７は、凹部４５を中心として上下方向に揺動可能となっている。

【0024】

第１バネ受け部４７と第２バネ受け部４９とは、加圧レバー２７の左端部の下面に、凹部４５から近い順に左右方向に並んでいる。第１バネ受け部４７とハウジング側バネ受け部３５との間には、第１バネ４８が介装されている。第１バネ４８は、加圧レバー２７を上方に付勢している。これにより、加圧レバー２７が上方に揺動して加圧ローラー２５が加熱ローラー２３に押し当てられ、両ローラー間に加圧領域を形成している。この加圧領域を用紙が通過することで、用紙にトナー像が定着される。

【0025】

カム機構２９は、回転駆動されるカム軸５１の両端部に固定されたカム本体（カム）５３と、各カム本体５３に当接する出力物としてのバネホルダー５５と、バネホルダー５５をカム本体５３に向けて付勢して当接させる第２バネ５７と、バネホルダー５５とカム本体５３との当接位置（接触点）に対して１８０度位相がずれた位置で、バネホルダー５５とは反対の方向からカム本体５３に当接する対向物５９と、を備えている。

【0026】

カム機構２９は、定着ハウジング２１の支持部３１のホルダー収容部３７及びその下方に、前後方向に沿って配置されて、一対の加圧レバー２７を凹部４５を中心として上下方向に揺動させる。

【0027】

カム本体５３は、カム半径（カム軸５１の中心と外周面との距離）が徐々に大きくなる上昇区間と半径が徐々に小さくなる下降区間との位相が１８０度ずれたプロファイルを有している。プロファイルの詳細については後述する。各カム本体５３は、各ホルダー収容部３７の下方に配置されて、モーター５２によってカム軸５１が駆動されることで図３及び図４の反時計回り方向に回転する。

【0028】

図３及び図４に示されるように、バネホルダー５５は略円筒状の部材であり、上端面にはバネ受け凹部６１が形成されている。バネホルダー５５の上部の外周面には、周方向に沿って所定の間隔を開けて、突起６３が形成されている。バネホルダー５５の下端部は、下方に凸の円錐形状に形成されている。バネホルダー５５は、定着ハウジング２１の支持部３１のホルダー収容部３７に、上下方向に移動可能に収容されている。バネホルダー５５は挿通穴３７ａから下方に突き出して、下端部がカム本体５３に当接可能となっている。バネホルダー５５は、挿通穴３７ａの周囲に突起６３が係止されることで、ホルダー収容部３７に抜け止めされている。

【0029】

第２バネ５７は、バネホルダー５５のバネ受け凹部６１と加圧レバー２７の第２バネ受け部４９との間に介装されている。バネホルダー５５がホルダー収容部３７に抜け止めされた状態におけるバネ受け凹部６１から第２バネ受け部４９までの距離は、第２バネ５７の自然長と同等である。バネホルダー５５がホルダー収容部３７内を上方に移動すると、第２バネ５７を介して加圧レバー２７の第２バネ受け部４９を押し上げ、加圧レバー２７が凹部４５を中心に上方に揺動するようになっている。

【0030】

対向物５９は、カウンター部材６７と、カウンター部材６７に一端が固定されたコイルバネ６９と、で構成されている。カウンター部材６７は、例えば、バネホルダー５５と同じ構造を有し、先端に向かって円錐状に形成されている。対向物５９は、カム本体５３を挟んで、定着ハウジング２１のホルダー収容部３７の下方に配置されている。コイルバネ６９の他端は装置本体２に固定されて、カウンター部材６７がコイルバネ６９によって上方に付勢されている。これにより、カウンター部材６７は、バネホルダー５５とカム本体５３との接触点と、カム軸５１を中心として位相が１８０度ずれた位置で、バネホルダー５５の当接方向とは反対方向（下方向）からカム本体５３に当接している。コイルバネ６９は、後述するように、カム本体５３の上昇区間と下降区間とにおいて、バネホルダー５５を介して第２バネ５７からカム本体５３に加えられる負荷と同一の負荷を、カウンター部材６７を介してカム本体５３に加えている。

【0031】

次に、カム本体５３について説明する。まず、カム本体５３のプロファイルについて、図５及び図６を参照して説明する。図５はカム本体５３と、カム本体５３に当接したバネホルダー５５とを示す側面図、図６はカム本体５３のプロファイルを示すグラフである。図５において、紙面左側が上方を示し、紙面右側が下方を示している。図６の横軸はカム本体５３の回転角度を示し、縦軸はカム本体５３のカム半径を示す。

【0032】

図５に示されるように、カム本体５３はカム軸５１が駆動されることで図５の反時計回り方向に回転する。カム本体５３は、反回転方向（図５の時計回り方向）に沿って順に、カム軸５１の回転中心からのカム半径（カム軸５１の中心とカム本体５３の外周面との距離）が周方向において一定の小径区間５３ａと、カム半径が徐々に大きくなってバネホルダー５５が上昇する上昇区間５３ｂと、カム半径が周方向において一定の大径区間５３ｃと、カム半径が徐々に小さくなってバネホルダー５５が下降する下降区間５３ｄと、からなるプロファイルを有している。図５の一番上の図は、上昇開始直後のバネホルダー５５を示し、中央の図は、上昇終了直前のバネホルダー５５を示し、一番下の図は、下降開始直後のバネホルダー５５を示す。なお、カム本体５３のプロファイルをカム軸５１の回転方向に沿って考慮した場合、前記の下降区間５３ｄが回転方向に沿ってカム半径が徐々に大きくなる上昇区間であり、前記の上昇区間５３ｂが回転方向に沿ってカム半径が徐々に小さくなる下降区間である。つまり、上昇区間と下降区間とは、回転方向によって定義のされ方が異なるが、同じ本実施形態では、前述の通り、反回転方向に沿った上昇区間５３ｂと下降区間５３ｄとを用いて説明する。

【0033】

図６に示されるように、上昇区間５３ｂと下降区間５３ｄとは、カム軸５１の中心に対して位相が１８０度ずれて形成されている。すなわち、上昇区間５３ｂの開始位置と下降区間５３ｄの開始位置とが１８０度ずれ、上昇区間５３ｂの終了位置と下降区間５３ｄの終了位置とが１８０度ずれている。

【0034】

カム本体５３は、上昇区間５３ｂと下降区間５３ｄとが、カム半径が大きくなるほどバネホルダー５５とカム本体５３との接触角α（後述する）が小さくなるように形成されている。

【0035】

ここで、図５及び図６と、図７及び図８とを参照して、本実施形態のカム本体５３と従来のカム本体１０３との接触角及びプロファイルを比較する。図７は従来のカム本体１０３と、カム本体１０３に当接するバネホルダー５５とを示す側面図、図８は従来のカム本体１０３のプロファイルを示すグラフである。図７において、紙面左側が上方を示し、紙面右側が下方を示している。また、図７の一番上、中央、一番下の各図は、それぞれ図５の一番上、中央、一番下の各図に対応する。図８の横軸はカム本体１０３の回転角度を示し、縦軸はカム本体１０３のカム半径を示す。

【0036】

従来のカム本体１０３も、図７に示されるように、カム本体５３と同様に、反回転方向に沿って順に、小径区間１０３ａと、上昇区間１０３ｂと、大径区間１０３ｃと、下降区間１０３ｄと、からなるプロファイルを有している。また、図８に示されるように、上昇区間１０３ｂと下降区間１０３ｄとは、カム軸１０１の中心に対して位相が１８０度ずれて形成されている。

【0037】

図５及び図７の各矢印について説明する。各図の実線矢印Ａは、カム本体５３、１０３とバネホルダー５５との接触点でカム本体５３、１０３が受ける垂直抗力を示す。垂直抗力の方向は、カム本体５３、１０３とバネホルダー５５との接点における共通法線の方向に一致する。破線矢印Ａ１、Ａ２は、垂直抗力を、バネホルダー５５の運動方向（上下方向）と運動方向に直交する方向とに分割した力を示し、破線矢印Ａ１が、圧縮された第２バネ５７が発する力を示し、破線矢印Ａ２が、カム本体５３、１０３を回転させる力、すなわち、カム本体５３、１０３に加わる負荷トルクを発生させる力を示す。実線矢印Ｂは、カム本体５３、１０３とバネホルダー５５との接触点でバネホルダー５５が受ける垂直抗力を示す。

【0038】

バネホルダー５５とカム本体５３、１０３との接触角αとは、バネホルダー５５とカム本体５３、１０３との接触点における共通法線（垂直抗力の方向、実線矢印Ａの方向）と、バネホルダー５５の運動方向（上下方向、実線矢印Ｃの方向）との間の角度を示す。

【0039】

カム本体５３、１０３に加わる負荷トルクについて、図６及び図８を参照して説明する。カム本体５３、１０３に加わる負荷トルク、すなわち、カム軸５１、１０１を駆動するモーターに加わる負荷トルクは、各回転角度における、カム本体５３、１０３を回転させる力Ａ２の大きさ（ベクトルの長さ）とカム半径とで形成される三角形Ｔの面積に対応する。

【0040】

まず、図７及び図８を参照して、従来のカム本体１０３について説明する。図７に示されるように、従来のカム本体１０３は、上昇区間１０３ｂと下降区間１０３ｄで接触角αが一定となっている。言い換えると、図８に示されるように、上昇区間１０３ｂと下降区間１０３ｄでは、角度に対するカム半径の傾きは一定である。このように接触角αを一定とすることで、バネホルダー５５とカム本体１０３との接触状態を安定化できる。しかし、バネホルダー５５は第２バネ５７によって付勢されているため、上昇区間１０３ｂで上昇動作が進んで半径が大きくなると、第２バネ５７は圧縮されて弾性力が増大し、モーター５２には高い負荷トルクが加わるようになる。つまり、バネホルダー５５とカム本体１０３との接触点に応じて、バネホルダー５５を介して第２バネ５７からカム本体１０３に加わる負荷が変動する。

【0041】

その結果、図８に示されるように、上昇区間１０３ｂの終了前（角度１０５ｄｅｇ）の負荷トルク（三角形Ｔ１の面積に対応）は、上昇区間１０３ｂの開始後の負荷トルク（三角形Ｔ２の面積に対応）よりも大きくなっている。

【0042】

次に、図５及び図６を参照して、本実施形態のカム本体５３について説明する。本実施形態のカム本体５３の場合、上昇区間５３ｂと下降区間５３ｄとで、カム半径が大きくなるにつれて接触角は小さくなっている。詳細には、カム半径の小さい上昇区間５３ｂの開始時（図５の一番上の図を参照）の接触角αは、カム半径の大きい上昇区間５３ｂの終了前（図５の中央の図を参照）と下降区間５３ｄの開始後（図５の一番下の図を参照）の接触角βよりも大きい。言い換えると、図６のプロファイルに示されるように、上昇区間５３ｂと下降区間５３ｄでは、角度に対するカム半径の傾きが、角度が小さいほどきつく、角度が大きくなるにつれて徐々に緩やかになっている。

【0043】

この結果、図６に示されるように、上昇区間５３ｂの各角度（２５ｄｅｇ、６０ｄｅｇ、１２０ｄｅｇ）における負荷トルク（三角形Ｔの面積に対応）は一定となっている。前述のように、負荷トルクは、カム本体５３を回転させる力Ａ２の大きさとカム半径とで形成される三角形Ｔの面積に対応する。そこで、カム半径が小さい場合は、接触角αを大きくしてカム本体５３を回転させる力Ａ２の大きさを大きくし、カム半径が大きい場合は、接触角αを小さくしてカム本体５３を回転させる力Ａ２の大きさを小さくすることで、三角形Ｔの面積を一定化している。このようにすることで、上昇区間５３ｂ内及び下降区間５３ｄ内でカム半径が変化しても、カム本体５３に加わる負荷トルクを一定とすることができる。

【0044】

図６に示されるプロファイルは、以下のように設定できる。上昇区間５３ｂ及び下降区間５３ｄの任意の点Ｘ１におけるカム半径をＲ１、接触角αをθ１とし、Δφだけ離れた点Ｘ２のカム半径をＲ２、接触角をθ２とし、Ｒ２とθ２は下記の関係を満足するように設定する。
Ｒ２＝Ｒ１＋（Ｒ１×Δφ×ｔａｎθ１）
θ２＝ａｓｉｎ（Ｒ１×（Ｒ１−Ｒ０）÷Ｒ２×（Ｒ２−Ｒ１）×ｓｉｎθ１）

【0045】

次に、バネホルダー５５及び対向物５９からカム本体５３に加わる負荷について、図９及び図１０を参照して説明する。各図の矢印、三角形は、図５〜図８で説明した矢印、三角形と同じである。

【0046】

前述のように、カム本体５３の上昇区間５３ｂと下降区間５３ｄとは位相が１８０度ずれて形成されており、対向物５９のカウンター部材６７はバネホルダー５５と１８０度位相がずれた位置でカム本体５３に当接している。したがって、バネホルダー５５が上昇区間５３ｂを登り始めると、カウンター部材６７は下降区間５３ｄを下り始める。

【0047】

また、カウンター部材６７を介してコイルバネ６９からカム本体５３に加わる負荷トルク（図１０の右側に示される三角形の面積に対応する）は、バネホルダー５５を介して第２バネ５７からカム本体５３に加わる負荷トルク（図１０の左側に示される三角形の面積に対応する）と同じである。しかし、図９の下方の図に示されるように、第２バネ５７からカム本体５３に加わる負荷の内の、カム本体５３を回転させる力Ａ２（負荷トルクを発生させる力）の方向は、カム本体５３の回転方向とは反対の方向である。一方で、コイルバネ６９からカウンター部材６７を介してカム本体５３に加わる負荷の内の、カム本体５３を回転させる力Ａ２の方向は、カム本体５３の回転方向である。

【0048】

負荷トルクを発生させる力が、カム本体５３の回転方向に加わる場合、回転方向に加わる力はカム本体５３の回転を補助する。一方、負荷トルクを発生させる力が、カム本体５３の反回転方向に加わる場合は、カム本体５３の回転に抵抗を与える。前述のように、上昇区間５３ｂにおいてバネホルダー５５から加わる負荷トルクと、下降区間５３ｄにおいてカウンター部材６７から加わる負荷トルクとは同じ大きさであるので、回転方向に加わる負荷トルクと反回転方向に加わる負荷トルクとが相殺される。この結果、カム本体５３の全プロファイルを通して、第２バネ５７に起因する負荷トルクをゼロとすることができる。

【0049】

なお、対向物５９が存在しない場合は、上昇区間５３ｂで回転方向に加わっていた負荷トルクが下降区間５３ｄでは反回転方向に変化するので、モーター５２の駆動力とは関係なく各部品のガタツキの分だけカム本体５３が移動する飛び移りが発生することがある。この飛び移りによって衝撃音が発生したり、軽負荷に起因する騒音が増大したりする問題があった。

【0050】

上記構成を有する定着装置６の加圧領域の圧力変更動作について、以下に説明する。プリンター１に電源が投入される前の状態では、バネホルダー５５はホルダー収容部３７に収容されて、突起６３が挿通穴３７ａの外周縁に係止されている。カム本体５３は、小径区間５３ａがバネホルダー５５の下端部に対向するように回転している。この状態で、バネホルダー５５の下端部は、カム本体５３の小径区間５３ａに当接しておらず、第２バネ５７は自然長に保持されている。したがって、加圧レバー２７には第２バネ５７の付勢力は働かず、第１バネ４８の付勢力のみによって押し上げられて、加圧ローラー２５を加熱ローラー２３に押圧している。この時の加圧領域の圧力をＰ１とする。なお、対向物５９のカウンター部材６７は、カム本体５３の大径区間５３ｃに当接している。

【0051】

プリンター１に電源が投入されると、カム軸５１が回転してカム本体５３が回転し、図３に示されるように、バネホルダー５５の下端部は小径区間５３ａから上昇区間５３ｂに沿って上昇する。一方、カウンター部材６７は大径区間５３ｃから下降区間５３ｄに沿って下降する。ここで、カム本体５３の回転中、前述のように、第２バネ５７に起因してカム本体５３に加わる負荷トルクは理論上ゼロであるので、カム軸５１を回転させるモーター５２の負荷変動が生じない。また、飛び移りに起因する衝撃音や騒音の増大が生じない。

【0052】

バネホルダー５５が上昇区間５３ｂに沿って上昇すると、図４に示されるように、バネホルダー５５が上方に押圧され、第２バネ５７を介して加圧レバー２７の第２バネ受け部４９を押し上げる。これにより、加圧レバー２７が凹部４５を中心に上方に揺動し、加圧ローラー２５が加熱ローラー２３に接近し、加圧レバー２７から加圧ローラー２５への加圧力と加圧ローラー２５の弾性層の弾発力が釣り合った位置で加圧ローラー２５が停止する。これに伴って、加圧領域の圧力がＰ１よりも大きなＰ２に移行する。この時、第１バネ４８の付勢力も加圧レバー２７に働いている。

【0053】

一方、プリンター１の電源ＯＦＦ時等の放置時などは、加圧領域の圧力を減圧させて加熱ローラー２３や加圧ローラー２５に加わる負荷を低下させる。そこで、この場合には、カム軸５１を駆動してカム本体５３を回転させ、バネホルダー５５を上昇区間５３ｂから小径区間５３ａに移行させる。これにより、カム本体５３によるバネホルダー５５の押圧が解除されて、第２バネ５７の付勢力が加圧レバー２７に働かなくなり、ニップ圧がＰ２からＰ１に減圧される。

【0054】

上記説明したように、本発明のカム機構２９においては、カム本体５３の上昇区間５３ｂと下降区間５３ｄとは位相が１８０度ずれて形成されている。そして、カウンター部材６７とバネホルダー５５とは、１８０度位相がずれた位置で、同じ負荷でカム本体５３に当接している。また、バネホルダー５５とカム本体５３との接触点において、カム本体５３を回転させる力Ａ２の方向と、カウンター部材６７とカム本体５３の接触点において、カム本体５３を回転させる力Ａ２の方向とが反対方向である。

【0055】

この結果、回転方向に加わる負荷トルクと反回転方向に加わる負荷トルクとが相殺され、カム本体５３の全プロファイルを通して、第２バネ５７に起因する負荷トルクをゼロとすることができる。したがって、飛び移りに起因する騒音及び振動を低減できる。

【0056】

さらに、カム本体５３の上昇区間５３ｂ及び下降区間５３ｄにおいて、バネホルダー５５とカム本体５３との接触角（カウンター部材６７とカム本体５３との接触角）を、カム半径が大きくなるほど小さくすることで、バネホルダー５５（カウンター部材６７）からカム本体５３、すなわち、モーター５２に加わる負荷トルクを一定としている。これにより、モーター５２に加わる最大負荷を小さくしたりモーター５２の電流変動を防止したりできるので、モーター５２を安定に駆動できる。ただし、カム本体５３が、従来の様に図８に示すプロファイルを有する場合でも、本発明の対向物５９に対応する対向物を設ければ、飛び移りに起因する騒音及び振動を低減する効果を得ることができる。

【0057】

本実施形態では、プリンターに本発明のカム機構２９を適用する場合について説明したが、複写機、ファクシミリ、複合機等の他の画像形成装置や、家電製品や産業機器にも適用することも可能である。

【0058】

さらに、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係るカム機構、定着装置並びに画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

【符号の説明】

【0059】

１ プリンター（画像形成装置）
５ 画像形成部
６ 定着装置
２３ 加熱ローラー
２５ 加圧ローラー
２９ カム機構
５３ カム本体
５３ｂ 上昇区間
５３ｄ 下降区間
５５ バネホルダー（出力物）
５９ 対向物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】