JP6225813B2 - 定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転駆動力を受けて回転されるローラー部材を備える定着装置及び画像形成装置に関し、特に、ローラー部材の回転支持機構に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、印刷用紙などのシート部材に転写されたトナー像をシート部材に定着させる定着装置を備えている。前記定着装置は、熱ローラーと圧ローラーとを備えており、これらのローラーは互いに圧接された状態で回転可能に支持されている。前記熱ローラーと前記圧ローラーとの間にシート部材が通紙されると、その際に前記熱ローラーから熱が伝達され、これにより、前記トナー像が溶融してシート部材に画像が定着する。

従来、前記熱ローラーを回転可能に支持する構成として、熱ローラーの両端部を滑り軸受けによって支持する支持機構が知られている（特許文献１参照）。この支持機構は、軸受け面を熱ローラーの軸心に対して傾斜させており、これにより、熱ローラーの両端部との摺接により生じた削り片が排出可能となる。また、軸受け面の摩擦及び摩耗を低減するために、滑り軸受けの軸受け面を鏡面仕上げにせずに方向性を有しない凹凸形状にした支持機構が知られている（特許文献２参照）。

特開２０１１−２１６３７号公報 特開平７−１９００６５号公報

軸受け面に凹凸を設ける前述の支持機構は、初期動作の際に軸受け面の凸部が摩耗して摺動性が安定するまで、軸受け面とローラーの支持面との間に摩耗粉が生じる。この摩耗粉は、初期動作時に回転軸の回転負荷（回転トルク）を大きくさせる。このような摩耗粉を排出させるために軸受け面を傾斜させると、軸受け面の摩擦及び摩耗を十分に低減させることができなくなる。

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、初期動作時の回転負荷を低下させることができ、軸受け面の摩擦及び摩耗を低減させることが可能な定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

本発明の一の局面に係る定着装置は、第１ローラーと、滑り軸受けとを備える。前記第１ローラーは、回転駆動力を受けて回転する。前記滑り軸受けは、前記第１ローラーの軸方向の両端それぞれに形成された摺動部を内包して前記第１ローラーを回転可能に支持する。また、前記滑り軸受けは、前記摺動部の表面と摺接する前記滑り軸受けの内周面に一つ又は複数の凸状部を有する。

本発明の他の局面に係る画像形成装置は、前記定着装置と、画像形成部とを備える。前記画像形成部は、前記定着装置において定着されるトナー像を所定のシート部材に形成する。

本発明によれば、ローラーの初期動作時の回転負荷を低下させることができ、滑り軸受けとローラーとの摺接面である動軸受け面の摩擦及び摩耗を低減させることが可能である。

図１は、本発明の実施形態に係る定着装置を備える画像形成装置の内部構成を示す図である。 図２は、図１に示す定着装置の構成を示す図である。 図３は、図２の定着装置が備える滑り軸受けの一例を示す図である。 図４は、図２の定着装置が備える滑り軸受けの他の一例を示す図である。 図５は、図２の定着装置が備える滑り軸受けの他の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明される実施形態は本発明を具体化した一例にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で、本発明の実施形態は適宜変更できる。

［画像形成装置１０］
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置１０の構成を示す図である。画像形成装置１０は、入力された画像データに基づいて印刷用紙などのシート部材に画像を印刷するプリンターである。なお、画像形成装置１０は印刷機能のみを有するプリンターに限られない。例えば、プリンターやファクシミリ、複写機、或いはこれらの各機能を兼ね備えた複合機などであっても、本発明は適用可能である。なお、以下の説明においては、画像形成装置１０が使用可能に設置された状態（図１の状態）を基準として上下方向６を定義し、図１において右側を前面側（正面側）として前後方向７を定義し、画像形成装置１０を正面から見て左右方向８を定義する。

図２に示されるように、画像形成装置１０は、主として、電子写真方式の画像形成部１８と、定着装置１９と、給紙部１５と、紙部２１と、画像形成装置１０を統括的に制御する制御部（不図示）とを備えている。画像形成装置１０の外枠のカバーや内部フレームを構成する筐体１４に設けられている。

給紙部１５は、画像形成装置１０の最下部に設けられている。給紙部１５は、給紙トレイ５０と、ピックアップローラー５１と、給紙ローラー５２とを備えている。画像形成装置１０に対してシート部材の給送動作を開始する指示が入力されると、搬送用モーター（不図示）によってピックアップローラー５１及び給紙ローラー５２が回転駆動されて、給紙トレイ５０からシート部材が給送される。

画像形成部１８は、トナーなどの印刷材料を用いてシート部材にトナー像を転写する。具体的には、画像形成部１８は、感光体ドラム３１と、帯電部３２と、現像部３３と、転写部３５と、クリーニング部３６と、ＬＳＵ（Laser ScanningUnit）３４とを備えている。画像形成動作が開始されると、帯電部３２によって感光体ドラム３１の表面が一様の電位に帯電される。また、ＬＳＵ３４から感光体ドラム３１に対して画像データに応じてレーザー光が走査される。これにより、感光体ドラム３１に静電潜像が形成される。その後、現像部３３によって静電潜像にトナーが付着されて、感光体ドラム３１にトナー像が現像される。そして、そのトナー像は、給紙トレイ５０から給送されたシート部材に転写部３５によって転写される。トナー像が転写されたシート部材は、画像形成部１８から定着装置１９までの間に設けられた搬送路２７へ送り出されて、画像形成部１８よりも搬送方向下流側（つまり後方側）に配置された定着装置１９に搬送される。

定着装置１９は、シート部材に転写されたトナー像を熱と圧力によってそのシート部材に定着させる。定着装置１９は、熱ローラー４１（第１ローラーの一例）と、圧ローラー４２（第２ローラーの一例）と、加熱部４３と、を備える。熱ローラー４１は、定着動作時にヒーターなどの加熱部４３によって高温に加熱される。シート部材が定着装置１９を通過する際に定着装置１９の熱ローラー４１によってトナーが加熱溶融され、また、圧ローラー４２によって加圧される。これにより、トナー像がシート部材に定着して、シート部材に画像が形成される。定着装置１９によって画像が定着されたシート部材は、定着装置１９から上方へ搬送された後、排紙ローラー対２３によって用紙排出口２２から排紙部２１へ排出される。

以下、図２〜図５を参照して定着装置１９の支持機構について説明する。

図２に示されるように、熱ローラー４１は、軸方向Ｄ１に長い形状に形成されたローラー部材である。熱ローラー４１は、定着装置１９の内部で回転可能に支持されている。熱ローラー４１は、制御部（不図示）によって駆動制御されるモーターに連結されている。熱ローラー４１は、前記モーターが回転駆動されることによって、その回転駆動力が伝達されて、図１における時計回転方向へ回転する。

熱ローラー４１は、円筒形状に形成されたローラー本体６１を有する。ローラー本体６１のローラー面は、定着時にシート部材の現像面（トナー像が付着している面）に接触される部位である。ローラー本体６１は、熱伝導率の高い材料で形成されており、例えば、アルミなど金属で形成されている。ローラー本体６１の表面には、トナー離れを良くするために、フッ素樹脂層がコーティングされている。フッ素樹脂層は、後述する熱ローラー４１のジャーナル（軸頸）６２（６２Ａ，６２Ｂ）を含む外周面全域にコーティングされている。

定着装置１９は、ローラー本体６１の両端部のジャーナル６２を支持するための２つ滑り軸受け８０（８０Ａ，８０Ｂ）を備える。滑り軸受け８０は、ジャーナル６２を内包して、熱ローラー４１を回転可能に支持するものである。滑り軸受け８０は、耐熱性が高く耐磨耗性に優れた合成樹脂（エンジニアリングプラスチック等）によって一体に形成されている。滑り軸受け８０の材質としては、例えば、ポリフェニレンスファイド（ＰＰＳ）やポリエーテルサフフォン（ＰＥＳ）などが適用可能である。ローラー本体６１の両端部には、回転時の回動軸となるジャーナル６２（摺動部の一例）が設けられている。ジャーナル６２は、ローラー本体６１の軸方向Ｄ１の端部である。滑り軸受け８０は、ジャーナル６２を回転可能に支持する。

具体的には、熱ローラー４１の上方には、熱ローラー４１を支持するためのフレーム（不図示）が設けられている。また、滑り軸受け８０のフランジ８２には、前記フレームに係合して固定される固定部８３が設けられている。この固定部８３が前記フレームに対して吊り下げられるようにして係合されて、滑り軸受け８０が前記フレームに固定される。そして、滑り軸受け８０の内周面である軸受け面８１（図３参照）とジャーナル６２とが摺動可能に接するように、熱ローラー４１のジャーナル６２が滑り軸受け８０の内部に挿入される。これにより、熱ローラー４１が軸受け面８１に対して滑るようにして支持される。

本実施形態では、滑り軸受け８０Ａ側のジャーナル６２Ａは、滑り軸受け８０Ａを軸方向Ｄ１へ貫通しており、その端部にギヤ６７が固定されている。このギヤ６７に前記モーターからの前記回転駆動力が伝達される。

熱ローラー４１は、加熱部４３を有する。加熱部４３は、ローラー本体６１の内部に設けられている。加熱部４３は、例えばハロゲンランプなどで構成されている。加熱部４３は、ローラー本体６１の内部において軸方向に延出されており、ローラー本体６１は、加熱部４３によって内部から軸方向の全域が加熱される。

圧ローラー４２は、軸方向Ｄ１に長い形状に形成されたローラー部材である。圧ローラー４２は、熱ローラー４１に対向して配置されており、熱ローラー４１に対して平行に設けられている。本実施形態では、圧ローラー４２は、熱ローラー４１の下側に配置されている。圧ローラー４２は、熱ローラー４１の表面に所定の圧力で圧接された状態で回転可能なように、定着装置１９の内部に支持されている。

圧ローラー４２は、中心に回転軸６９を有している。回転軸６９の両端部の外側には定着装置１６のサイドフレーム７１が設けられている。サイドフレーム７１には、上下方向に長く形成され、上側が開口されており下側が閉塞された支持溝（不図示）が形成されている。この支持溝に軸受けブラケット７５が上下方向へ移動可能に支持されている。圧ローラー４２の回転軸６９は、軸受けブラケット７５に回転可能に支持されている。これにより、圧ローラー４２が回転可能となる。

圧ローラー４２の回転軸６９には、弾性を有するシリコンや多孔質ゴムなどの円筒形状の弾性部６８が設けられている。また、前記支持溝において、軸受けブラケット７５と前記支持溝の底部との間に弾性部材７６が設けられている。弾性部材７６は、圧縮された状態のコイルバネであり、前記支持溝の底部から離反する方向（上方）へ軸受けブラケット７５を付勢している。このため、圧ローラー４２の弾性部６８は、熱ローラー４１に対して圧接される。このように、弾性部６８が熱ローラー４１に弾性部材７６によって圧接されることにより、熱ローラー４１と圧ローラー４２との間に、弾性部６８が弾性変形して湾曲状に凹まされたニップ部６４が形成される。また、圧ローラー４２は、ニップ部６４における接触摩擦によって、熱ローラー４１の回転に従動して、図２における反時計回転方向へ回転する。

ところで、滑り軸受け８０の軸受け面８１とジャーナル６２とが摺接して支持される構成においては、画像形成装置１０を初めて動作させて熱ローラー４１が回転されると、軸受け面８１が摩耗して摺動性が安定するまで軸受け面８１から摩耗粉が生じる。特に、上述したように、ローラー本体６１にフッ素樹脂層がコーティングされている場合、そのフッ素樹脂層が摩耗して摩耗粉となる。この摩耗粉は、熱ローラー４１の初期動作時にジャーナル６２の回転負荷（回転トルク）を大きくさせる。このような摩耗粉を軸受け面８１から排出させるために、本実施形態では、軸受け面８１に後述の凸状部８５が設けられている。

以下、滑り軸受け８０Ａの凸状部８５について説明する。ここで、図３（Ａ）は、ローラー本体６１の一方のジャーナル６２Ａに対応する滑り軸受け８０Ａを示す斜視図であり、図３（Ｂ）は、滑り軸受け８０Ａの軸受け面８１を部分的に示す模式図である。なお、他方の滑り軸受け８０Ｂについては、滑り軸受け８０Ａと同じ凸状部８５が形成されているため、滑り軸受け８０Ｂの説明は省略する。

図３に示されるように、滑り軸受け８０Ａの軸受け面８１には、複数の凸状部８５が設けられている。凸状部８５は、熱ローラー４１の軸方向Ｄ１と同方向に延びる山形リブである。凸状部８５は、滑り軸受け８０Ａの成型時に一体に成形されており、軸受け面８１の周方向Ｄ２に沿って複数形成されている。

凸状部８５は、軸受け面８１から垂直に突出しており、その突出端は円弧形状に形成されている。この凸状部８５が軸受け面８１において軸方向に延出している。凸状部８５の突出高さは、軸受け面８１から概ね０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。本実施形態では、好ましいサイズとして、凸状部８５の突出高さは０．５ｍｍに設定されている。

軸受け面８１において、複数の凸状部８５が周方向Ｄ２に沿って等間隔に配置されている。具体的には、複数の凸状部８５それぞれの間隔は、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。本実施形態では、好ましいサイズとして、凸状部８５の間隔（ピッチ）は０．５ｍｍに設定されている。また、凸状部８５の周方向Ｄ１の幅は、隣接する凸状部８５間の谷部８６の幅よりも若干小さく形成されている。もちろん、凸状部８５の幅と谷部８６の幅とを同じサイズにしてもよい。

このような凸状部８５が軸受け面８１に形成されているため、滑り軸受け８０にジャーナル６２が挿入されると、ジャーナル６２と凸状部８５の頂点とが点接触する。この状態で熱ローラー４１に回転駆動力が伝達されると、ジャーナル６２が凸状部８５に対して摺接しつつ熱ローラー４１が回転する。このとき、凸状部８５の頂部がジャーナル６２に接触して摺接するため、凸状部８５が早期に摩耗することになり、その結果、熱ローラー４１の初期動作時の回転負荷（回転トルク）を早期に低下させることができる。また、ジャーナル６２と凸状部８５との摺接によって、凸状部８５のフッ素樹脂層が摩耗したり、凸状部８５の樹脂材料が摩耗したりして、摩耗粉が発生する。この摩耗粉は、凸状部８５とジャーナル６２との接触部分に留まらず、凸状部８５から谷部８６に寄せられる。そして、谷部８６の摩耗粉は徐々に軸方向Ｄ１へ移動して、滑り軸受け８０の外側（図３（Ｂ）の点線矢印方向）へ排出される。このように、摩耗粉が外部に排出されるため、軸受け面８１の摩擦を低減することができ、摩耗粉による軸受け面８１の過剰な摩耗を防止できる。

なお、上述した実施形態では、軸受け面８１に凸状部８５が周方向Ｄ２に沿って等間隔に配置された構成について例示したが、本発明はこれに限られない。例えば、圧ローラー４２が熱ローラー４１に圧接された構成では、滑り軸受け８０の軸受け面８１においてニップ部６４側の面が受けるジャーナル６２からの押圧力は弱く、ニップ部６４とは反対側の面が受ける前記押圧力はニップ部６４側よりも強い。このため、凸状部８５が、軸受け面８１においてニップ部６４側とは反対側に密に設けられていてもよい。この場合、ニップ部６４側とは反対側の面の摩耗が他の部分よりも進行しなくなり、軸受け面８１の全域が均等に摩耗する。その結果、偏った摩耗による熱ローラー４１の偏心が防止される。

なお、上述した実施形態では、軸受け面８１に軸方向Ｄ１に延びる凸状部８５が設けられた例について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、図４に示されるような凸状部８５Ａが軸受け面８１に形成されたものであってもよい。ここで、図４（Ａ）は、ローラー本体６１の一方のジャーナル６２Ａに対応する滑り軸受け８０Ａを示す斜視図であり、図４（Ｂ）は、滑り軸受け８０Ａの軸受け面８１を部分的に示す模式図である。図４に示される凸状部８５Ａは、熱ローラー４１の中心軸を中心とする螺旋形状の山形リブであり、軸受け面８１の周方向Ｄ２に沿って形成されている。

凸状部８５Ａは、滑り軸受け８０Ａの内周面にねじ穴加工を施すことによって形成される。これにより、凸状部８５Ａは、ジャーナル６２Ａから熱ローラー４１の軸方向Ｄ１の外側へ離反する方向へ渦巻き状に形成される。この場合、凸状部８５Ａは、周方向Ｄ２に連続する一条の山形リブとなる。言い換えると、滑り軸受け８０Ａの内周面に形成されたねじ穴において、ねじ山の部分が凸状部８５Ａに相当する。凸状部８５Ａの突出高さは、軸受け面８１から概ね０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。また、凸状部８５Ａの軸方向Ｄ１の間隔（ねじ山ピッチ）は、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。

また、凸状部８５Ａは、熱ローラー４１の回転方向を基準にした場合に、ジャーナル６２Ａから熱ローラー４１の軸方向Ｄ１の外側へ離反する方向へ渦巻き状に延出している。具体的には、図４（Ａ）に示されるように、熱ローラー４１が矢印に示す回転方向Ｄ３へ回転された場合に、軸受け面８１に対して軸方向Ｄ１の外側（矢印Ｄ４で示される方向）へ向けて回転方向Ｄ３と同方向のねじ穴を加工することにより、凸状部８５Ａが形成される。

このような凸状部８５Ａが軸受け面８１に形成されることにより、上述した凸状部８５が奏する効果に加えて、摩耗粉が凸状部８５Ａに隣接する谷部８６Ａに集められるだけでなく、熱ローラー４１の回転によって谷部８６Ａの摩耗粉が軸方向Ｄ１の外側（図４（Ｂ）の点線矢印方向）へ押されて、摩耗粉が好適に外部に排出される。

また、上述の凸状部８５に代えて、図５（Ａ）に示されるような凸状部８５Ｂが軸受け面８１に形成されたものであってもよい。ここで、図５（Ａ）は、滑り軸受け８０Ａの軸受け面８１を部分的に示す模式図である。

図５（Ａ）に示される凸状部８５Ｂは、熱ローラー４１の中心軸を中心とする螺旋形状の山形リブであり、軸受け面８１の周方向Ｄ２に沿って形成されている。凸状部８５Ｂは、軸方向Ｄ１に対して所定の角度（例えば４５度）で傾斜する螺旋状の山形リブであり、複数条の山形リブが周方向Ｄ２に並んで形成されている。この凸状部８５Ｂは、熱ローラー４１の回転方向を基準にした場合に、ジャーナル６２Ａから熱ローラー４１の軸方向Ｄ１の外側へ離反する方向へ傾斜している。具体的には、熱ローラー４１が回転された場合に、軸受け面８１に対して軸方向Ｄ１の外側へ向かう方向であって、熱ローラー４１の回転方向と同方向に傾斜している。

このような凸状部８５Ｂが軸受け面８１に形成されることにより、上述した凸状部８５が奏する効果に加えて、凸状部８５Ｂに隣接する谷部８６Ｂに集められた摩耗粉が、熱ローラー４１の回転によって軸方向Ｄ１の外側（図５（Ａ）の点線矢印方向）へ押されて、摩耗粉が外部に好適に排出される。

また、上述の凸状部８５に代えて、図５（Ｂ）に示されるような凸状部８５Ｃが軸受け面８１に形成されたものであってもよい。ここで、図５（Ｂ）は、滑り軸受け８０Ａの軸受け面８１を部分的に示す模式図である。

図５（Ｂ）に示される凸状部８５Ｃは、滑り軸受け８０Ａの軸受け面８１の周方向Ｄ２に延在する環状の山形リブであり、複数条の環状の山リブが軸方向Ｄ１と同方向に形成されている。隣接する凸状部８５Ｃと凸状部８５Ｃとの間には溝状の谷部８６Ｃ（溝部の一例）が形成されている。それぞれの凸状部８５Ｃには、軸方向Ｄ１の両側に隣接する２つの谷部８６Ｃ間を連通する連通路８７が形成されている。本実施形態では、連通路８７は、滑り軸受け８０Ａにおいて鉛直下方に形成されている。

このような凸状部８５Ｃが軸受け面８１に形成されることにより、上述した凸状部８５が奏する効果に加えて、凸状部８５Ｃに隣接する谷部８６Ｃに集められた摩耗粉が、連通路８７を通じて滑り軸受け８０の外側（図５（Ｂ）の点線矢印方向）に好適に排出される。

また、上述の実施形態では、本発明の一例として定着装置１９を例示したが、この定着装置１９を備えた画像形成装置１０として本発明を捉えることも可能である。

１０：画像形成装置
１８：画像形成部
１９：定着装置
４１：熱ローラー
４２：圧ローラー
６２：ジャーナル
６４：ニップ部
８０：滑り軸受け
８５：凸状部
８６：谷部

Claims (3)

1. 回転駆動力を受けて回転される第１ローラーと、
   前記第１ローラーの軸方向の両端それぞれに形成された摺動部を内包し、前記摺動部の表面の周方向の全域と摺接した状態で前記第１ローラーを回転可能に支持する滑り軸受けと、
   前記第１ローラーに対向して配置され、前記第１ローラーのローラー面に圧接されてニップ部を形成する第２ローラーと、を備え、
   前記滑り軸受けは、前記摺動部の表面の周方向の全域と摺接する前記滑り軸受けの内周面に複数の凸状部を有し、
   前記複数の凸状部は、前記滑り軸受けの内周面において前記ニップ部側よりも前記ニップ部とは反対側に密に設けられている定着装置。
2. 前記複数の凸状部は、前記第１ローラーの軸方向と同方向に延びるリブであり、前記滑り軸受けの内周面の周方向に沿って間隔を隔てて形成されている請求項１に記載の定着装置。
3. 請求項１又は２に記載の定着装置と、
   前記定着装置において定着されるトナー像を所定のシート部材に形成する画像形成部と、を備える画像形成装置。

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