JP3668644B2

JP3668644B2 - 定着ローラ用軸受装置

Info

Publication number: JP3668644B2
Application number: JP20131099A
Authority: JP
Inventors: 覚福澤
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2019-07-15
Also published as: JP2001027223A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、レーザービームプリンター等の電子写真装置の定着ローラを回転自在に支持する軸受装置に関し、詳しくは転がり軸受と樹脂製断熱スリーブからなる定着ローラ用の軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真装置は、光学装置で形成された静電潜像にトナーを付着させ、このトナー像をコピー用紙に転写し、さらに定着させるものであり、この定着工程では、ヒータを内蔵した定着ローラと加圧ローラとの間にトナー像を通過させる。これにより、トナー像からなる転写像がコピー用紙上に加熱融着によって定着される。図３は、このような電子写真装置における加熱定着装置の一例を示す。
定着ローラ４は、線状ないし棒状のヒータ６を軸心部に内蔵した軟質の金属製であり、両端に小径の軸部４ａが突出した円筒状に形成されている。定着ローラ４は、アルミニウム、またはアルミニウム合金（Ａ５０５６、Ａ６０６３等）等の熱伝導性に優れた金属材料からなり、旋削や研磨等で表面が仕上げられ、表面にはフッ素樹脂等の非粘着性の高い樹脂がコーティングしてある。定着ローラ４は、両端の軸部４ａで深溝玉軸受からなる転がり軸受５を介してハウジング７に回転自在に支持され、一端における転がり軸受５よりも端部側に、回転動力を受けるギヤ８が設けられている。
定着ローラ４に接して定着ローラ４と平行に加圧ローラ９が設けられ、両端で軸受１０を介してハウジング７に回転自在に支持されている。加圧ローラ９は、鉄やアルミニウム等の芯金上にシリコンゴム等の被覆を設けたものである。
コピー紙は、回転駆動される定着ローラ４と従動する加圧ローラ９との間で送られながら、定着ローラ４による加熱融着でトナー像が定着処理される。
転がり軸受５と定着ローラ４の軸部４ａとの間には、合成樹脂等からなる放熱防止用の断熱スリーブ１が軸部４ａに圧入嵌合されて介在させてある。
【０００３】
断熱スリーブ１の一例を図４に示す。図４（ａ）は断熱スリーブの斜視図であり、図４（ｂ）は側面図である。断熱スリーブ１は、分断部にスリット２を形成して周方向一つ割りとし、定着ローラ４の軸部４ａに圧入嵌合される。スリットを形成する理由は、断熱スリーブ１が熱膨張によって内径が大径となり定着ローラ４とがたつきが生じるのを防止するためである。
また、定着ローラと転がり軸受の間に断熱スリーブを介在させるのは、定着ローラの加熱時に、両端部の転がり軸受から熱が逃げて定着ローラの軸方向に沿う温度分布が不均一になるのを防止するのとともに、軸受の高温劣化を防止するためである。
さらに、断熱スリーブ１を定着ローラ４の軸部４ａに圧入嵌合するのは、転がり軸受５と軸部４ａとの間で生じる軸受のクリープが、断熱スリーブ１と軸部４ａとの間で発生するのを防止するためである。この理由は、軸受のクリープによって軸部４ａが断熱スリーブ１によって削られ摩耗し回転精度が悪化するのを防止するためである。これにより、軸受のクリープは転がり軸受５と断熱スリーブ１の間で発生する。転がり軸受５の内輪は焼き入れ処理されているため、転がり軸受５と断熱スリーブ１の間で軸受のクリープが発生しても、いずれも摩耗することはない。
一方、定着装置を内蔵する複写機、レーザービームプリンター等の電子写真装置は、高速化、軽量化、小型化といった機能、デザインの向上の他に静粛化が求められている。特に、家庭内での使用など使用場所の多様化とともに、この静粛化がますます求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子写真装置の静粛化を追及したところ、従来問題とされていなかった定着装置周辺の異音が問題となってきた。すなわち、電子写真装置を構成する他の部品での消音化あるいは少音化が進んだ結果、定着装置周辺から周期的な異音や単発的な異音が発生していることが分かり、この異音を少なくすることが電子写真装置の静粛化にとって重要な問題となってきた。
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、定着装置周辺から発生するさまざまな異音を少なくすることができる定着ローラの軸受装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の定着ローラ用軸受装置は、電子写真装置の定着ローラを回転自在に支持する軸受装置を、円周方向の一箇所で分断するスリットを有する樹脂製の断熱スリーブと転がり軸受とから構成し、上記転がり軸受の内輪に上記断熱スリーブが圧入嵌合され、上記圧入嵌合部の嵌合隙間に充填材が満たされてなることを特徴とする。すなわち、本発明は、転がり軸受の内輪に断熱スリーブが圧入嵌合されることにより転がり軸受と断熱スリーブが一体となった軸受装置を有する定着ローラ用軸受装置である。
なお、本発明において、定着ローラとは、コピー用紙に転写されたトナー像を加熱定着させる装置に用いられる定着ローラを意味し、定着ベルト式定着装置における加熱ローラも含まれる。
【０００８】
断熱スリーブは、対アルミニウム合金の摩擦係数が 0.29 以下の摺動性樹脂組成物から形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
上記充填材がフッ素グリースであることを特徴とする。
【００１０】
上記転がり軸受には、四フッ化エチレン樹脂の粉末が配合されたグリースが封入されてなることを特徴とする。
【００１１】
定着装置周辺で発生する周期的および単発的な異音を解析したところ、異音の一つの原因として、定着ローラの共振音にあることが実験・分析により判明した。さらにこの共振音の原因が断熱スリーブにあることが分かった。
定着ローラは転がり軸受により支持され回転するが、軸受のクリープによって断熱スリーブ自体も共回りする。また、定着ローラは加圧ローラ等により軸の垂直方向に一定の方向に力を受けているため、共回りした断熱スリーブの分断部がその力を受けている部分にくるとわずかな段差を生じ、このときに起こるごくわずかな振動が定着ローラに伝わり共振、共鳴することで異音が発生することが分かった。
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、軸受装置を断熱スリーブ一体型転がり軸受とすることにより、分断部を有する断熱スリーブを用いても、定着ローラの共振音を防ぎ、異音の発生を抑えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１および図２により説明する。図１は定着ローラ用の軸受装置の断面図（図１（ａ））およびＡ−Ａ断面図（図１（ｂ））であり、図２は軸受装置を構成する断熱スリーブの断面図（図２（ａ））および転がり軸受の断面図（図２（ｂ））である。
断熱スリーブ１は、フランジ１ａ付きの円筒１ｂからなり、円周方向の一箇所がスリット２により分断され合口が形成される。
スリット２は断熱スリーブが熱膨張した場合でも、転がり軸受５との膨張率の差で定着ローラ４を絞め込まないようにするため、逃げの役割を果たす。スリット間隔は断熱スリーブ作製時には 2.0mmを越えてもよいが、転がり軸受に組込んだ後は、スリット間隔を 0.3〜 2.0mmとする。スリットの間隔が 0.3〜 2.0mmであれば断熱スリーブの熱膨張で合口がぶつかり合うことがない。 2.0mmを越えるスリットがある場合は、転がり軸受の真円度に影響が生じ、円滑な回転が行なえなくなるおそれがある。
【００１３】
断熱スリーブ１のスリット２は、両側の合い口が径方向に重なる形状とすることができる。
径方向に重なる形状とすることにより、定着ローラの軸部と軸受の内輪とが直接に対面せず、スリット内における放電距離が長くなり、定着ローラから軸受側へ放電されることがなくなり、残トナーの除去効率が高くなる。
【００１４】
転がり軸受５は、内輪５ａと外輪５ｃとの間に介在される転動体５ｂおよび保持器とにより構成されているが、場合によっては保持器はなくともよい。
断熱スリーブ１が転がり軸受５の内輪５ａ内径に圧入嵌合されて、断熱スリーブ一体型転がり軸受となる。圧入嵌合のしめ代は半径で 0.2〜 0.4mmである。すなわち図２において、（ｄ₁−ｄ₂）／２＝ 0.2〜 0.4mmである。 0.2mm未満であると軸受と断熱スリーブが一体化できず異音の発生を防止できない。 0.4mmを越えると応力で断熱スリーブが破損するおそれがある。
【００１５】
この断熱スリーブは 200℃程度まで昇温する定着ローラに接するため耐熱性に優れた樹脂成形体である。例えば、高耐熱性の合成樹脂を母材として、各種強化材、添加剤等の充填材を含有させたもので形成する。具体的にはポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂等の樹脂に各種充填材を入れて強化されたものであって、熱変形温度 220℃以上を有する超耐熱性樹脂が使用できる。
また、電気絶縁性あるいは導電性樹脂材料であっても使用することができる。特に放電構造を有する定着装置にはカーボンブラック等を配合した導電性の樹脂材料が好ましく、放電構造のない定着装置には電気絶縁性の樹脂材料の必要がある。
【００１６】
また、樹脂成形体は耐熱性に優れるとともに、アルミニウム合金に対する摩擦係数が 0.29 以下の摺動性樹脂組成物から成形される。
軸受装置は断熱スリーブと転がり軸受とが一体化された構成であるため、定着ローラと軸受装置がクリープする。その結果、定着ローラの軸部が摩耗する。断熱スリーブ一体型転がり軸受を用いて、図３に示す加熱定着装置に組み込んで実験した結果、摩擦係数を 0.29 以下とすることにより、このクリープによる定着ローラ軸部の摩耗を防止できた。なお、摩擦係数を対アルミニウム合金とした理由は、断熱スリーブが接する部材のためであり、すなわち定着ローラの軸部がアルミニウム合金からなることを示す。摩擦係数が0.29より大きい場合は定着ローラと軸受装置のクリープにより、定着ローラあるいは断熱スリーブの接触部が摩耗するおそれがある。なお、摩擦係数は後述するスラスト型摩擦摩耗試験機により測定される値である。摩擦係数の下限値は低い値であることが好ましい。上記摩擦係数の値としては、 0.04 程度を下限値としても良い。
【００１７】
転がり軸受内輪５ａへの断熱スリーブ１の圧入嵌合は、樹脂材料からなる断熱スリーブのみを圧入嵌合してもよいが、圧入嵌合部３の嵌合隙間に充填材が満たされるように圧入嵌合してもよい。転がり軸受と断熱スリーブとの嵌合面には、僅かであるが嵌合隙間が発生し、この隙間に充填材を満たすことにより、一層一体化された軸受装置が得られるため、異音の発生がさらに抑えられる。充填材としては耐熱性に優れ熱的劣化の小さいフッ素グリースが容易に充填できるため好ましい。
嵌合隙間に充填材を満たす手段としては、圧入嵌合時に嵌合面にフッ素グリースなどを塗布した後に圧入嵌合する。
【００１８】
また、転がり軸受５に封入される潤滑グリースは、四フッ化エチレン樹脂の粉末が配合されたグリースである。たとえば基油がパーフルオロポリエーテルオイルで増ちょう剤が四フッ化エチレン樹脂のフッ素グリースや、基油がエステルオイルで増ちょう剤がウレアのウレアグリースに四フッ化エチレン樹脂粉末を添加したグリース等が挙げられる。市販品としては、フッ素グリースとしてダイキン工業社製デムナムＬ２００を、四フッ化エチレン樹脂粉末を添加のウレアグリースとして、ＮＯＫクリューバー社製グリースＪ等が挙げられる。
上記四フッ化エチレン樹脂粉末が配合されたグリースを用いると、熱劣化による影響が少なく好ましい。また、四フッ化エチレン樹脂粉末の配合量は 2〜40重量％である。この範囲で配合されると長期間の高温使用でも潤滑性を損なうことがない。
【００１９】
【実施例】
実施例１
ポリアミドイミド樹脂組成物（黒鉛約 5重量％、四フッ化エチレン樹脂約 10重量％配合、摩擦係数 0.27）を図２（ａ）に示す形状に射出成形して断熱スリーブを得た。なお、摩擦係数は所定形状のテストピースを用いてスラスト型摩擦摩耗試験にて、雰囲気温度を 200℃、荷重を 35Ｎ、周速を 2.8m/min 、相手材をアルミニウム合金（Ａ５０５６）として測定した。
得られた断熱スリーブを図２（ｂ）に示す＃６８０３深溝玉軸受に圧入嵌合し軸受装置を得た。なお、＃６８０３深溝玉軸受にはフッ素グリース封入されており、転がり軸受とのしめ代は半径で 0.2mmであり、嵌合後のスリット間隔は 1.8mmである。
この軸受装置を富士ゼロックス製複写機の定着装置に組込み、5000枚の通紙試験時での定着ローラ付近の異音を集音して調査した。周期的および単発的な異音が発生する場合を×、周期的および単発的な異音が発生しない場合を○として評価した。結果を表１に示す。
【００２０】
実施例２
転がり軸受と断熱スリーブの嵌合面にフッ素グリースを塗布する以外は実施例１と同様に軸受装置を作製して、実施例１と同一の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００２１】
実施例３
樹脂組成物をポリフェニレンサルファイド樹脂組成物（四フッ化エチレン樹脂約 20重量％配合、アラミド繊維約 10重量％配合、摩擦係数 0.16）に代える以外は実施例１と同様に軸受装置を作製して、実施例１と同一の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００２２】
実施例４
しめ代を半径で 0.4mmとする以外は実施例３と同様に軸受装置を作製して、実施例１と同一の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００２３】
比較例１
しめ代を 0mmとする以外は実施例１と同様に軸受装置を作製して、実施例１と同一の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００２４】
比較例２
しめ代を 0mmにし、さらに転がり軸受と断熱スリーブの嵌合面にフッ素グリースを塗布する以外は実施例３と同様に軸受装置を作製して、実施例１と同一の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】

表１の結果から明らかなとおり、実施例１〜実施例４は定着ローラ付近の周期的および単発的な異音が認められなかった。また、嵌合面にフッ素グリースを塗布した実施例２は塗布していない実施例１、３、４よりも静かであった。
これに比較して、比較例１および比較例２は定着ローラ付近の異音が認められた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の定着ローラ用軸受装置は、円周方向の一箇所で分断するスリットを有する樹脂材料から構成された断熱スリーブを、転がり軸受の内輪に圧入嵌合させた断熱スリーブ一体型の軸受装置であるので、定着ローラの共鳴を抑えることができ、定着ローラ付近の異音発生を防ぐことができる。
【００２９】
上記断熱スリーブは、対アルミニウム合金の摩擦係数が 0.29 以下の摺動性樹脂組成物から成形されてなるので、軸受装置と軸部との間でクリープが生じてもいずれも摩耗することが無い。
【００３０】
転がり軸受の内輪と断熱スリーブとの圧入嵌合部の嵌合隙間に充填材が満たされてなるので、特に充填材がフッ素グリースであるので、定着ローラの共鳴をより抑えることができ、定着ローラ付近の異音発生をより防ぐことができる。
【００３１】
また、上記転がり軸受は、四フッ化エチレン樹脂の粉末が配合されたグリースが封入されてなるので、長期間の高温使用でも潤滑性を損なうことがない定着ローラ用軸受装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】定着ローラの軸受装置を示す図である。
【図２】軸受装置を構成する断熱スリーブおよび転がり軸受の断面図である。
【図３】加熱定着装置の破断正面図である。
【図４】断熱スリーブを示す図である。
【符号の説明】
１断熱スリーブ
２スリット
３圧入嵌合部
４定着ローラ
５転がり軸受

Claims

電子写真装置の定着ローラを回転自在に支持する軸受装置において、
前記軸受装置は、円周方向の一箇所で分断するスリットを有する樹脂製の断熱スリーブと転がり軸受からなり、前記転がり軸受の内輪に前記断熱スリーブが圧入嵌合され、前記圧入嵌合部の嵌合隙間に充填材が満たされてなることを特徴とする定着ローラ用軸受装置。
前記断熱スリーブは、対アルミニウム合金の摩擦係数が 0.29 以下の摺動性樹脂組成物から形成されてなることを特徴とする請求項１記載の定着ローラ用軸受装置。
前記充填材はフッ素グリースであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の定着ローラ用軸受装置。
前記転がり軸受は、四フッ化エチレン樹脂の粉末が配合されたグリースが封入されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項記載の定着ローラ用軸受装置。