(57)【要約】【課題】カムリンク機構において、高負荷であってもカムやその支軸に作用する力を小さくすること。【解決手段】所定の支点４２を中心として回転駆動されるカム４０によってレバー３１を所定の支点３４を中心として搖動させるカムリンク機構。レバー３１の支点３４とカム４０の支点４２とを結ぶ線Ｃ上を、駆動中におけるカム４０及びレバー３１の接触点が通過し、かつ、駆動中にレバー３１からカム４０に作用する荷重が、レバー３１の支点３４と接触点とを結ぶ作用線Ｄに対して略垂直方向に作用する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の支点を中心として回転駆動されるカムによってレバーを所定の支点を中心として搖動させるカムリンク機構において、
前記レバーの支点と前記カムの支点とを結ぶ線上を、駆動中における前記カム及び前記レバーの接触点が通過し、かつ、駆動中に前記レバーから前記カムに作用する荷重が、前記レバーの支点と前記接触点とを結ぶ作用線に対して略垂直方向に作用すること、
を特徴とするカムリンク機構。
【請求項２】
請求項１に記載のカムリンク機構をトナー定着装置の接離機構に用いたこと、を特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１に記載のカムリンク機構を中間転写ベルトの接離機構に用いたこと、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、カムリンク機構、特に、所定の支点を中心として回転駆動されるカムによってレバーを所定の支点を中心として搖動させるカムリンク機構及び該カムリンク機構を備えた複写機やプリンタなどの画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、複写機やプリンタなどの画像形成装置にあっては、トナー定着装置に加熱ローラ１１に対する加圧ローラ１２の圧接力を可変させるのにカムリンク機構を採用している。通常は、特許文献１に記載のように、偏芯カムを用いていた。特許文献２には、サーマルプリンタではあるが、回転駆動されるカムによってレバーを搖動させるカムリンク機構であって、レバーの搖動支点とカムの回転支点とを結ぶ線上を、駆動中におけるカムとレバーの接触点が通過するように構成したものが記載されている。
【０００３】
ところが、特許文献２に記載のカムリンク機構は、カムの支軸に作用する負荷がギアの噛み合いを着脱するといった比較的軽い場合を想定しており、トナー定着装置の圧接離間動作を行うといった高負荷が作用する箇所には適さない。あえて適用しようとすると、カムの支軸の破損を防止するために、金属化したり、該支軸にベアリングを用いるなど高コスト化を招いてしまう。つまり、現状では、高負荷に対して駆動中にカムの支軸に作用する力を低減でき、望ましくはスペース的にも小さなカムリンク機構が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８１５１２号公報
【特許文献２】特開平１０−４４５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、高負荷であってもカムやその支軸に作用する力が小さいカムリンク機構及び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】
【０００６】
そこで、本発明の第１の形態であるカムリンク機構は、
所定の支点を中心として回転駆動されるカムによってレバーを所定の支点を中心として搖動させるカムリンク機構において、
前記レバーの支点と前記カムの支点とを結ぶ線上を、駆動中における前記カム及び前記レバーの接触点が通過し、かつ、駆動中に前記レバーから前記カムに作用する荷重が、前記レバーの支点と前記接触点とを結ぶ作用線に対して略垂直方向に作用すること、
を特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の形態である画像形成装置は、前記第１の形態であるカムリンク機構をトナー定着装置の接離機構に用いたこと、を特徴とする。本発明の第３の形態である画像形成装置は、前記第１の形態であるカムリンク機構を中間転写ベルトの接離機構に用いたこと、を特徴とする。
【０００８】
前記カムリンク機構においては、前記レバーの支点と前記カムの支点とを結ぶ線上を、駆動中における前記カム及び前記レバーの接触点が通過し、かつ、駆動中に前記レバーから前記カムに作用する荷重が、前記レバーの支点と前記接触点とを結ぶ作用線に対して略垂直方向に作用するため、カムの支点に作用する力が軽減され、カムの支軸に強度の高い高価な材料を使用する必要がなくなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高負荷であってもカムやその支軸に作用する力が小さく、安価な材料で製作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例であるカムリンク機構の高圧接時を示す正面図である。
【図２】前記カムリンク機構の軽圧接時を示す正面図である。
【図３】前記カムリンク機構の動作概念図である。
【図４】前記カムリンク機構の動作説明図である。
【図５】前記カムリンク機構の動作説明図である。
【図６】前記カムリンク機構の動作を概念的に示す説明図で、（Ａ）は本発明例を示し、（Ｂ）は比較例を示す。
【図７】第２実施例であるカムリンク機構を示す正面図であり、（Ａ）は圧接時を示し、（Ｂ）は離間時を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るカムリンク機構の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図において同じ部材には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１２】
（第１実施例、図１〜図６参照）
第１実施例であるカムリンク機構は、複写機やプリンタなどのトナー画像を形成するための電子写真法による画像形成装置のトナー定着ユニットに適用したものである。トナー定着装置は、図１及び図２に示すように、加熱ローラ１１に加圧ローラ１２を圧接させ、トナー画像が転写されて矢印Ａ方向から搬送されてくる用紙をローラ１１，１２のニップ部を通過させ、トナーを加熱定着する。加圧ローラ１２は加熱ローラ１１に対して比較的強い圧力で圧接する状態（図１参照）と、比較的弱い圧力で圧接する状態（図２参照）とに制御される。普通紙が搬送される場合は図１に示す高圧接状態とし、封筒などの厚紙が搬送される場合には図２に示す軽圧接状態とする。カムリンク機構３０は加圧ローラ１２の圧接を高／軽に切り換えるために設置されている。なお、ジャム紙を除去するときなども、加圧ローラ１２が軽圧接状態に切り換えられる。
【００１３】
加熱ローラ１１は定位置で時計回り方向に回転駆動可能に設置されている。加圧ローラ１２は、支持フレーム２０に支軸２１を介して回転自在に設置され、加熱ローラ１１の回転に従動して回転する。支持フレーム２０は軸部材２２を支点として搖動自在に図示しないメインフレームに取り付けられている。支持フレーム２０は該フレーム２０とレバー３１との間に掛け渡した引張りコイルばね３５によって時計回り方向に付勢されており、これにて加圧ローラ１２が加熱ローラ１１に圧接する。通常は、図１に示すように、引張りコイルばね３５のばね力によって高圧接している。
【００１４】
カムリンク機構３０は、前記レバー３１と小径のカム４０とで構成されている。レバー３１は、前記ばね３５の一端が止着されている端部３２と、カム４０と係合する内周面３３ａを有する従動片３３とからなり、図示しないメインフレームに固定した支軸３４に搖動自在に装着されている。カム４０は、カムギア４１の支軸４２から偏芯した位置に固定され、前記レバー３１の内周面３３ａに係合している。カムギア４１は駆動ギア４３と歯合し、支軸４２を支点として回転可能である。
【００１５】
カム４０が図１に示すように内周面３３ａの下部に接触しているとき、レバー３１は支軸３４を支点として時計回り方向に付勢され、引張りコイルばね３５がレバー３１と支持フレーム２０との間で引張られ、加圧ローラ１２が加熱ローラ１１に高圧接状態で圧接する。カム４０がカムギア４１とともに時計回り方向に回転し、図２に示すように内周面３３ａの上部に移動すると、レバー３１は支軸３４を支点として反時計回り方向に搖動し、引張りコイルばね３５のばね力が解除され、加圧ローラ１２は加熱ローラ１１に対して軽圧接状態に切り換わる。図２の状態から、カム４０がカムギア４１とともに反時計回り方向に回転すると、レバー３１は支軸３４を支点として時計回り方向に搖動し、図１の状態に復帰する。即ち、ローラ１１，１２は高圧接状態に切り換わる。
【００１６】
図３は、以上のごとく、カム４０によってレバー３１が搖動する際の動作を概念的に示している。実線が高圧接時を示し、点線が軽圧接時を示している。軽圧接状態から高圧接状態に切り換わる際、カム４０は点線位置から実線位置にレバー３１の内周面３３ａに接触しつつ移動する。引張りコイルばね３５はかなり高いテンションで張り渡されており、高圧接状態に切り換わる際、カム４０には大きな負荷が作用することになる。しかし、本実施例では、以下に説明するように、カム４０に作用する負荷が軽減され、カム４０自体及び／又はカムギア４１の支軸の強度をそれほど大きくする必要がなくなる。
【００１７】
つまり、駆動中におけるカム４０とレバー３１の内周面３３ａとの接触点は、図４に点線Ｂで示す軌跡をたどる。レバー３１の支点（支軸３４）とカム４０の支点（支軸４２）とを結ぶ線Ｃ上を、駆動中におけるカム４０及びレバー３１の接触点が通過する。この駆動中にレバー３１からカム４０に作用する荷重（反力）は、図５に示すように、レバー３１の支点（支軸３４）と前記接触点とを結ぶ作用線Ｄに対して略垂直方向に作用する。
【００１８】
ここで、レバー３１を搖動させるための駆動力と反力について説明する。図６（Ａ）に示すように、レバー３１を支軸３４を支点として反時計回り方向に回転させると、ばね力Ｆが発生する。瞬間的な力の釣合いを考えると、レバー３１がコイルばね３５のばね力によって反時計回り方向に回転させられようとするモーメント力Ｍは、カム４０がレバー３１を時計回り方向に回転させようとする抗モーメント力Ｍ’と同等である。
【００１９】
レバー３１の支軸３４とばね力の作用点との距離をＬ、支軸３４と反力の作用点（カム４０とレバー３１の接触点）との距離をＬ’、ばね力をＦ、反力をＦ’としたとき、モーメント力Ｍと抗モーメント力Ｍ’は等しく（Ｍ＝Ｍ’）、Ｍ＝Ｆ×Ｌ、Ｍ’＝Ｆ’×Ｌ’である。
【００２０】
前記モーメント力Ｍを定数とすると、レバー反力Ｆ’と距離Ｌ’は反比例の関係にある。つまり、距離Ｌ’を最大限大きくすれば、レバー反力Ｆ’（カム４０に作用する力）は最小限に小さくなる。ここで、距離Ｌ’は支軸３４と作用点（カム４０とレバー３１の接触点）とを結ぶ作用線Ｄに他ならない。作用線Ｄは反力の法線のことであり、距離Ｌ’を最大限大きくすることは、図６（Ａ）に示すように、レバー反力Ｆ’（荷重）が作用線Ｄに対して略垂直方向であればよい。カム４０に作用する荷重（レバー反力Ｆ’）が作用線Ｄに対して略垂直方向に作用することで、荷重（レバー反力Ｆ’）が小さくなり、高負荷であってもカム４０の支軸４２に作用する力が小さくて済む。
【００２１】
これに対して、図６（Ｂ）に示すように、カム４０に作用する荷重が支軸４２と作用点とを結ぶ線に対して略垂直方向ではない場合、作用線Ｄは短くなり反力Ｆ’が大きくなってしまう。即ち、カム４０に作用する荷重が大きくなり、その分だけカム４０自体あるいは支軸４２の強度を高める必要がある。
【００２２】
（第２実施例、図７参照）
第２実施例であるカムリンク機構３０は、タンデム方式の画像形成装置の中間転写ベルト５０に適用したものである。タンデム方式とは、よく知られているように、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のトナー画像を形成するための四つの感光体ドラムを含む画像形成ユニットを並設し、それらの感光体ドラムに形成された各色のトナー画像を矢印Ｅ方向に回転する中間転写ベルト５０上に１次転写して合成し、合成画像をさらに中間転写ベルト５０から用紙上に２次転写するようにしている。
【００２３】
図７（Ａ），（Ｂ）には中間転写ベルト５０の一部とブラック画像を形成するための感光体ドラム６１と１次転写ローラ６２とベルト支持ローラ５１と２次転写ローラ５５を示している。カムリンク機構３０は前記第１実施例と基本的には同じ構成を備えており、１次転写ローラ６２のベルト５０を介しての感光体ドラム６１に対する圧接、離間を制御する。圧接力を付与するコイルばねは第１実施例で示した引張りコイルばね３５ではなく、圧縮コイルばね３６が用いられている。圧縮コイルばね３６は、一端がレバー３１の端部に係止され、他端が１次転写ローラ６２の図示しない軸部に係止され、ローラ６２を介して中間転写ベルト５０の感光体ドラム６１への圧接力を付与する。
【００２４】
図７（Ａ）にローラ６２の圧接時を示し、図７（Ｂ）にローラ６２の離間時を示している。カムリンク機構３０の構成、動作は前記第１実施例と基本的に同様であり、カム４０に作用する荷重が作用線に対して略垂直方向に作用することで、荷重が小さくなり、高負荷であってもカム４０やその支軸４２に作用する力が小さくて済む作用効果も第１実施例で説明したとおりである。
【００２５】
（他の実施例）
なお、本発明に係るカムリンク機構及び画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００２６】
例えば、前記実施例では、カム４０を円形とし、該カム４０と接触するレバー３１の内周面３３ａを円弧と正接線の合成カーブで形成したものを示したが、荷重が作用線Ｄに対して略直交方向に作用するのであれば、カム４０の形状は楕円形であってもよく、レバー３１のカム４０に対する接触面も種々の形状を採用することができる。また、荷重の方向が作用線Ｄに対して略直交する方向となるのは、コイルばね３５が伸びて高負荷が発生する時点であればよい。負荷が軽い時点にあっては、荷重の方向が必ずしも作用線Ｄに対して略直交する方向に向いていなくてもよい。
【００２７】
また、カム４０の支軸４２にベアリングなどの転がり部材を使用しない場合は摩擦力が大きくなる。この摩擦力を考慮して荷重が作用線Ｄに対して略直交方向を向くように、レバー３１とカム４０の支軸４２の材料の組合せを決めてもよい。好ましくは、摩擦負荷が集中する支軸４２に耐摩耗性、強度に優れた材料を用いるのがよい。
【００２８】
また、一対のカムリンク機構３０を加圧ローラ１２の両端部に設け、一方のカムリンク機構３０に駆動力を伝達し、他方のカムリンク機構３０を被駆動とした場合、支軸４２のねじれによって駆動側に対して被駆動側は回転の位相が遅れる。そのため、カム４０の回転位置検出用のセンサを設ける場合、該センサは被駆動側に設けることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように、本発明は、カムリンク機構及び画像形成装置に有用であり、特に、高負荷であってもカムやその支軸に作用する力が小さくて済む点で優れている。
【符号の説明】
【００３０】
１１…加熱ローラ
１２…加圧ローラ
３０…カムリンク機構
３１…レバー
３３ａ…内周面（カム接触面）
３４…支点（レバー支軸）
４０…カム
４２…支点（カム支軸）
５０…中間転写ベルト
６１…感光体ドラム
６２…１次転写ローラ
Ｄ…作用線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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