JP2012203068A - 滑り軸受、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱ロールのように一定の径方向に荷重を受ける回転体を滑り軸受で回転自在に支持する際、軸受の摩耗を抑制しながら回転体の回転トルクを低減する。
【解決手段】弓状の滑り軸受３２の内径に形成された接触面３８のうち、回転体径方向の荷重を受ける荷重受部４０に対し、回転体の回転方向上流側の上流接触部４１では、回転体軸方向中央部に凹部４３を形成し、当該上流接触部４１の回転体軸方向接触長さを荷重受部４０の回転体軸方向接触長さより小さくする。また、上流接触部４１の回転体軸方向接触長さを回転体回転方向上流側ほど小さくする。また、荷重受部４０より回転体回転方向下流側の下流接触部４２の回転体軸方向接触長さを上流側４１の回転体軸方向接触長さより大きくする。また、下流接触部４２の回転体軸方向接触長さを回転体回転方向下流側ほど小さくする。
【選択図】図４

Description

本発明は、滑り軸受、定着装置及び画像形成装置に関する。

電子写真複写機などの画像形成装置では、記録媒体上に形成したトナー像を定着装置で記録媒体に加熱定着している。加熱定着の際には、トナー像の形成された記録媒体を加圧部材によって一定の荷重で加熱ロールに押し付けるようにしている。この加熱ロールを回転自在に支持する支持部材には、以下のようなものがある。
下記特許文献１では、加熱ロールの両端部の外周面にボールベアリングを嵌め込み、加熱ロールはボールベアリングの夫々を介して側枠に支持されている。加熱ロールの両端部の外周面には、その全周にわたって溝が形成されており、溝内には耐熱グリスが充填されている。

また、下記特許文献２では、加熱ロールの軸受との接触面に半径１３ｍｍの円弧状断面の円周溝を筒体金属の絞り加工によって成型し、軸受の初期組付け時の潤滑剤保持部を兼ねるようにしている。
また、下記特許文献３では、加熱ロール駆動用の歯車の外周面に、当該歯車のピッチ円よりも深いスリット状の溝を円周方向沿って設け、そのスリット状の溝に潤滑油を貯留することにより、歯車に潤滑油を供給している。

また、下記特許文献４では、加熱ロールに記録媒体を押し付ける加圧ロールのロール軸を軸受で回転自在に支持し、軸受のロール軸接触面に、ロール軸の回転方向の油溝と当該回転方向と交差する方向の油溝を形成している。

特開２００３−１８６３３８号公報 特開２００２−１５６８５５号公報 特開平５−１４１５０４号公報 特開２０００−２４２１１３号公報

本発明の目的は、例えば加熱ロールのように、径方向に荷重を受ける軸直角断面が円形な回転体を滑り軸受で回転自在に支持する際、軸受の摩耗を抑制しながら回転体の回転トルクを低減することにある。

請求項１に記載の発明は、回転体の外周面に接触し当該回転体の径方向に作用する荷重を受ける荷重受部と、前記荷重受部よりも前記回転体の回転方向上流側で当該回転体に接触し前記荷重受部より回転体軸方向の接触長さが小さい第１の接触部と、を備えた滑り軸受である。
また、請求項２に記載の発明は、前記第１の接触部は、前記回転体の回転方向上流側ほど回転体軸方向の接触長さが小さい請求項１に記載の滑り軸受である。

また、請求項３に記載の発明は、前記荷重受部よりも前記回転体の回転方向下流側で当該回転体に接触し前記第１の接触部よりも回転体軸方向の接触長さが大きい第２の接触部を備えた請求項１又は２に記載の滑り軸受である。
また、請求項４に記載の発明は、前記第２の接触部は、前記回転体の回転方向下流側ほど回転体軸方向の接触長さが小さい請求項３に記載の滑り軸受である。

また、請求項５に記載の発明は、前記回転体としての加熱ロールと、前記加熱ロールに記録媒体を押し付ける加圧部材と、前記加熱ロールを支持する加熱ロール支持部材と、前記加圧部材を支持する加圧部材支持部材と、前記加熱ロール支持部材と前記加圧部材支持部材とを引き寄せて又は押し付けて前記加圧部材と前記加熱ロールとの間に荷重を付与するコイルばねと、を備えた定着装置である。

また、請求項６に記載の発明は、記録媒体上に電子写真方式で画像形成する画像形成部と、前記記録媒体上の形成画像を定着する前記請求項５に記載の定着装置と、を備えた画像形成装置である。

請求項１に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、軸受の摩耗を抑制しながら回転体の回転トルクを低減することができる。
請求項２に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、回転体の回転トルクを低減することができる。
請求項３に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、軸受の摩耗を抑制することができる。

請求項４に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、回転体の回転トルクを低減することができる。
請求項５に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、軸受の摩耗を抑制しながら加熱ロールの回転トルクを低減することができる。
請求項６に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、軸受の摩耗を抑制しながら加熱ロールの回転トルクを低減することができる。

本発明の滑り軸受、定着装置及び画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 図１の画像形成装置の定着装置の斜視図である。 図２の定着装置の組立説明図である。 図３の定着装置に使用される滑り軸受の第１実施形態を示す斜視図である。 図２の定着装置の正面図である。 図５のＡ−Ａ断面図である。 図５のＢ−Ｂ断面図である。 図５のＣ−Ｃ断面図である。 図３の定着装置に使用される滑り軸受の第２実施形態を示す斜視図である。 図３の定着装置に使用される滑り軸受の第３実施形態を示す斜視図である。

以下、本発明の滑り軸受及び定着装置及び画像形成装置の実施形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の滑り軸受、定着装置及び画像形成装置の一実施形態を示す画像形成装置の概略構成図である。本実施形態の画像形成装置は、各構成部品が内部に収容される本体１を備えている。この本体１の内部には、用紙などの記録媒体２が収容される収容部３と、記録媒体２に画像を形成する画像形成部４と、収容部３から画像形成部４へ記録媒体２を搬送する搬送部５と、画像形成部４の各部の動作を制御する制御部６が設けられている。また、本体１の上部には、画像形成部４によって画像が形成された記録媒体２を排出する排出部７が設けられている。

前記画像形成部４は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー画像を夫々形成する画像形成ユニット８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋ（以下、８Ｙ〜８Ｋとも記す）と、画像形成ユニット８Ｙ〜８Ｋで形成されたトナー画像が転写される中間転写ベルト９と、画像形成ユニット８Ｙ〜８Ｋで形成されたトナー画像を中間転写ベルト９に転写する第１転写ロール１０と、第１転写ロール１０によって中間転写ベルト９に転写されたトナー画像を記録媒体２に転写する第２転写ロール１１を備えている。なお、画像形成部４の構成は前記に限定されるものではなく、記録媒体２に画像を形成するものであれば、他の構成であってもよい。

前記各画像形成ユニット８Ｙ〜８Ｋは、水平方向に対して同じ向きに傾斜した状態で、本体１の上下方向中央部に並んで配置されている。また、各画像形成ユニット８Ｙ〜８Ｋは、例えば図１の時計回り方向への一方向に回転する感光体１２を備えている。各感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向上流側から順に、感光体１２を帯電させる帯電装置の一例としての帯電ロール１３と、帯電ロール１３によって帯電した感光体１２を露光して感光体１２に静電潜像を形成する露光装置１４と、露光装置１４によって感光体１２に形成された静電潜像を現像してトナー画像を形成する現像装置１５と、感光体１２に接触して感光体１２に残留しているトナーを除去する除去部材１６が設けられている。

前記露光装置１４は、制御部６から送られた画像信号に基づいて静電潜像を形成する。制御部６から送られる画像信号としては、例えば制御６が外部装置から取得した画像信号などがある。また、現像装置１５は、感光体１２へトナーを供給するトナー供給体１５ａと、トナー供給体１５ａに供給されるトナーを攪拌しながら搬送する複数の搬送部材１５ｂを備えている。

前記中間転写ベルト９は、環状に形成されると共に、画像形成ユニット８Ｙ〜８Ｋの上方に配置されている。この中間転写ベルト９は二つの巻掛ロール１７に巻き掛けられている。この二つの巻掛ロール１７の何れか一方を回転駆動することによって、感光体１２に接触しながら、中間転写ベルト９は例えば図１の反時計回り方向への一方向に循環移動（回転）するようになっている。なお、図の右方の巻掛ロール１７は、第２転写ロール１１の対向ロールともなっている。

前記第１転写ロール１０は、中間転写ベルト９を挟んで感光体１２に対向配置されている。この第１転写ロール１０と感光体１２の間が、感光体１２に形成されたトナー画像が中間転写ベルト９に転写される第１転写位置となっている。また、前述したように、第１転写ロール１１は、中間転写ベルト９を挟んで図示右方の巻掛ロール１７に対向配置されている。この第２転写ロール１１と図示右方の巻掛ロール１７との間が、中間転写ベルト９に転写されたトナー画像が記録媒体２に転写される第２転写位置となっている。

前記搬送部５には、収容部３に収容された記録媒体２を送り出す送出ロール１８と、送出ロール１８によって送り出された記録媒体２が搬送される搬送路１９と、搬送路１９に沿って配置されて、送出ロール１８によって送り出された記録媒体２を第２転写位置へ搬送する複数の搬送ロール２０が設けられている。
第２転写位置より搬送方向下流側には、記録媒体２を搬送する搬送装置の一例として、第２転写ロール１１によって記録媒体２に転写されたトナー画像を記録媒体２に定着させる定着装置２１が設けられている。この定着装置２１には、トナー画像が定着された記録媒体２を排出部７に排出する排出ロール２２が設けられている。また、定着装置２１は、各構成部材が内部に収容される定着装置本体２３と、記録媒体２に転写されたトナー画像を加熱する回転体の一例としての加熱ロール２４と、加熱ロール２４に記録媒体２を押し付ける加圧部材の一例としての加圧ベルト２５を備えている。加熱ロール２４は、金属製の円筒管の表面に弾性層が設けられている。加圧ベルト２５は無端状の円筒部材を備え、その円筒部材を内部から加熱ロール２４に押し付けることでニップ部を形成し、このニップ部で記録媒体２を加熱ロール２４に予め設定された荷重で押し付ける。これにより、記録媒体２のトナー画像が加熱定着されて定着画像となる。

この画像形成装置では、収容部３から送出ロール１８によって送り出された記録媒体２が複数の搬送ロール２０によって第２転写位置へ送り込まれる。一方、画像形成ユニット８Ｙ〜８Ｋでは、帯電ロール１３によって帯電した感光体１２が露光装置１４によって露光され、感光体１２に静電潜像が形成される。その静電潜像が現像装置１５によって現像され、感光体１２にトナー画像が形成される。各画像形成ユニット８Ｙ〜８Ｋによって感光体１２に形成されたトナー画像は第１転写位置で中間転写ベルト９に重ねられ、中間転写ベルト９にカラーのトナー画像が転写される。中間転写ベルト９のカラーのトナー画像は第２転写位置で記録媒体２に転写される。記録媒体２に転写されたカラーのトナー画像は定着装置２１の加熱ロール２４と加圧ベルト２５のニップ部で加熱定着され、カラーの定着画像が定着された記録媒体２は排出ロール２２によって排出部７に排出される。

図２には、本実施形態の画像形成装置の定着装置２１の定着装置本体２３内に収容された加熱ロール２４及び加圧ベルト２５の詳細を、図３には、その組立手順を夫々示す。加熱ロール２４は加熱ロール支持部材２６に回転自在に支持され、加圧ベルト２５は加圧部材支持部材２７に支持されている。加熱ロール支持部材２６は、加熱ロール２４の軸線方向両端部を回転自在に支持する側板部材２８と、２つの側板部材２８を連結する連結部材２９を備えている。加圧部材支持部材２７は加圧ベルト２５の側板部材である。なお、図中の符号３０は、図示しない回転駆動源の回転力を加熱ローラ２４に伝達する歯車機構である。

加熱ロール支持部材２６の側板部材２８と加圧ベルト２５の側板部材である加圧部材支持部材２７は、図２、図３の下方でピン部材３１により、例えば加熱ロール２４と加圧ベルト２５を近づけたり遠ざけたりする方向に回転自在に連結されている。加熱ロール支持部材２６の側板部材２８には、図２、図３で下方に凸の円弧断面の窪みが形成され、その窪みに円弧断面の接触面を有する弓状の滑り軸受３２が取付けられている。この滑り軸受３２の図示上方に加熱ロール２４を搭載し、当該加熱ロール２４の外周面を滑り軸受３２で支持する。

加圧ベルト２５は、無端状の円筒部材３３と、当該円筒部材３３の内部の加熱ロール２４側に挿入配置される当該円筒部材３３の軸方向に長手な加圧体３４と、前記円筒部材３３の内部に挿入配置され、前記加圧体３４と直交する方向に組合される前記円筒部材３３の軸方向に長手なＬ字状の板体３５と、前記加圧体３４及び板体３５を円筒部材３３の内部に挿入した後、当該加圧体３４及び板体３５に取付けられて当該円筒部材３３の軸方向両端部を覆う蓋体３６を備えている。なお、加圧体３４には板体３５を差し込む溝が形成されており、その溝に板体３５を差し込んで加圧体３４と板体３５が組合わされている。また、蓋体３６にも加圧体３４及び板体３５を差し込む溝が形成されており、それらの溝に加圧体３４及び板体３５の夫々を差し込んで蓋体３６と加圧体３４及び板体３５が組合わされている。

前記加圧ベルト２５の蓋体３６は加圧部材支持部材２７の予め設定された部位に取付けられる。また、加圧部材支持部材２７には前記板体３５の長手方向両端部を差し込む溝が形成されており、その溝に板体３５の長手方向両端部が差し込まれる。従って、加圧ベルト２５の蓋体３６、加圧体３４、板体３５は回転せず、円筒部材３３のみ回転可能となる。この加圧ベルト２５が加熱ロール２４に押し付けられると、板体３５によって補強された加圧体３４が円筒部材３３を加熱ロール２４の表面に加圧して押し付ける。円筒部材３３を介して、加圧体３４が加熱ロール２４の弾性層を撓ませることにより、加熱ロール２４との間に前述したニップ部が形成される。なお、円筒部材３３と加圧体３４、板体３５の間に、加圧体３４に相当する部分が切欠かられた円筒形の接触部材を介在させてもよい。

そして、加熱ロール支持部材２６の２つの側板部材２８の上端部の夫々にはコイルばね３７の一方の端部が取付けられ、加圧ベルト２５の側板部材である２つの加圧部材支持部材２７の上端部の夫々には前記コイルばね３７の他方の端部が取付けられている。従って、加熱ロール支持部材２６と加圧部材支持部材２７がコイルばね３７の弾性力で引き寄せられ、加熱ロール２４と加圧ベルト２５が予め設定された荷重で加圧される。その結果、加熱ロール２４と加圧ベルト２５の間にニップ部が形成される。

図４には、前記加熱ロール支持部材２６と加熱ロール２４の間に介在された滑り軸受３２の第１実施形態を示す。この滑り軸受３２は、前記加熱ロール支持部材２６の側板部材２８の円弧断面の窪みに嵌るように弓状に形成されており、内径側には、加熱ロール２４の外周面に接触する円弧断面の接触面３８が形成されている。また、弓状の滑り軸受３２の外形側には、前記加熱ロール支持部材２６の側板部材２８が差し込まれる溝３９が形成されている。

図５には、図２の定着装置２１の正面図を示す。図中の矢印Ｒは、回転体である加熱ロール２４の回転方向である。また、図中の矢印Ｐは、前記加圧ベルト２５、厳密には加圧体３４による加熱ロール２４への荷重方向である。この加熱ロール２４への荷重は、そのまま滑り軸受３２への荷重方向となる。つまり、滑り軸受３２は、回転体の一定の径方向に荷重が作用している。前記滑り軸受３２の接触面３８のうち、この荷重が作用している部分が荷重受部４０となる。

図４の滑り軸受３２では、接触面３８のうち、荷重受部４０の図示左方が回転体である加熱ロール２４の回転方向上流側であり、図示右方が加熱ロール２４の回転方向下流側である。そこで、荷重受部４０より加熱ロール２４の回転方向上流側の接触面３８を上流接触部４１とし、回転方向下流側の接触面３８を下流接触部４２とする。本実施形態では、この上流接触部４１の接触面３８の加熱ロール２４、つまり回転体軸方向中央部に凹部４３が形成されており、その結果、上流接触部４１の加熱ロール２４軸方向接触長さは荷重受部４０の加熱ロール２４軸方向接触長さより小さい。更に、本実施形態では、前記凹部４３の加熱ロール２４軸方向長さを加熱ロール２４回転方向上流側ほど大きくし、結果的に上流接触部４１の接触面３８の加熱ロール２４軸方向長さを加熱ロール２４回転方向上流側ほど小さくしている。図６は、図５のＡ−Ａ断面、つまり前記上流接触部４１の加熱ロール２４回転方向上流部分の断面を示しており、図７は、図５のＢ−Ｂ断面、つまり前記上流接触部４１の加熱ロール２４回転方向下流部分の断面を示しており、図８は、図５のＣ−Ｃ断面、つまり前記荷重受部４０の断面を示している。

滑り軸受３２では、同じ荷重を受ける場合、支持する回転体の軸方向接触長さが大きいほど、圧力が小さくなるので、摩耗しにくい反面、接触抵抗、つまり摩擦力が大きくなるので、回転体の回転トルクが大きい。一方、同じ荷重を受ける場合、支持する回転体の軸方向接触長さが小さいほど、接触抵抗、つまり摩擦力が小さくなるので、回転体の回転トルクが小さい反面、圧力が大きくなるので、摩耗しやすい。また、回転体の一定の径方向に荷重が作用している場合、滑り軸受３２の接触面３８では、荷重受部４０より加熱ロール２４の回転方向下流側では回転体の回転慣性による荷重が作用する。また、回転体の一定の径方向に荷重が作用している場合、滑り軸受３２の接触面３８では、荷重受部４０に近いほど荷重が大きい。

そこで、本実施形態では、滑り軸受３２の接触面３８のうち、荷重受部４０の回転体軸方向接触長さを大きくし、荷重受部４０より加熱ロール２４の回転方向上流側の上流接触部４１の回転体軸方向接触長さを小さくし、更に上流接触部４１の回転体軸方向接触長さを加熱ロール２４の回転方向上流側ほど小さくしている。
図９には、前記加熱ロール支持部材２６と加熱ロール２４の間に介在された滑り軸受３２の第２実施形態を示す。この滑り軸受３２は、前記図４の第１実施形態の滑り軸受３２に類似しており、同等の構成には同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。本実施形態の滑り軸受３２では、荷重受部４０の加熱ロール２４軸方向長さは、前記第１実施形態と同様に滑り軸受３２の加熱ロール２４軸方向長さいっぱいに大きくしてある。これに対し、図の左方に相当する上流接触部４１では、接触面３８の加熱ロール２４軸方向両端部に凹部４３を形成して加熱ロール２４軸方向接触長さを荷重受部４０の加熱ロール２４軸方向接触長さより小さくしている。なお、凹部４３の加熱ロール２４軸方向長さは一定である。また、図の右方に相当する下流接触部４２でも、接触面３８の加熱ロール２４軸方向中央部に凹部４３を形成して加熱ロール２４軸方向接触長さを荷重受部４０の加熱ロール２４軸方向接触長さより小さくしている。この凹部４３の加熱ロール２４軸方向長さも一定である。下流接触部４２の接触面３８の加熱ロール２４軸方向接触長さは上流接触部４１の接触面３８の加熱ロール２４軸方向接触長さより大きい。

図１０には、前記加熱ロール支持部材２６と加熱ロール２４の間に介在された滑り軸受３２の第３実施形態を示す。この滑り軸受３２は、前記図４の第１実施形態の滑り軸受３２及び図９の第２実施形態の滑り軸受３２に類似しており、同等の構成には同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。本実施形態の滑り軸受３２では、前記第２実施形態と同様に、図の左方に相当する上流接触部４１では、接触面３８の加熱ロール２４軸方向両端部に凹部４３を形成して加熱ロール２４軸方向接触長さを荷重受部４０の加熱ロール２４軸方向接触長さより小さくしている。なお、凹部４３の加熱ロール２４軸方向長さは一定である。また、図の右方に相当する下流接触部４２でも、接触面３８の加熱ロール２４軸方向中央部に凹部４３を形成している。この凹部４３は荷重受部４０にも延長されているが、凹部４３の加熱ロール２４軸方向長さは加熱ロール２４回転方向下流側ほど大きいので、荷重受部４０の加熱ロール２４軸方向長さは、全ての接触面３８の中で最大であり、且つ下流接触部４２の接触面３８の加熱ロール２４軸方向接触長さは上流接触部４１の接触面３８の加熱ロール２４軸方向接触長さより大きい。

なお、記録媒体２を加熱ロール２４に押し付ける加圧部材は前記加圧ベルト２５に限定されるものではなく、既存の電子写真複写機などの画像形成装置に用いられる加圧部材を用いることができる。
また、前記滑り軸受は、画像形成装置の定着装置以外にも、回転体の一定の径方向に荷重が作用する種々の滑り軸受に適用可能である。

１ 本体
２ 記録媒体
３ 収容部
４ 画像形成部
５ 搬送部
６ 制御部
７ 排出部
８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋ 画像形成ユニット
９ 中間転写ベルト
１０ 第１転写ロール
１１ 第２転写ロール
１２ 感光体
１３ 帯電ロール
１４ 露光装置
１５ 現像装置
１６ 除去部材
１７ 巻掛ロール
１８ 送出ロール
１９ 搬送路
２０ 搬送ロール
２１ 定着装置
２２ 排出ロール
２３ 定着装置本体
２４ 加熱ロール
２５ 加圧ベルト
２６ 加熱ロール支持部材
２７ 加圧部材支持部材
２８ 側板部材
２９ 連結部材
３０ 歯車機構
３１ ピン部材
３２ 滑り軸受
３３ 円筒部材
３４ 加圧体
３５ 板体
３６ 蓋体
３７ コイルばね
３８ 接触面
３９ 溝
４０ 荷重受部
４１ 上流接触部
４２ 下流接触部
４３ 凹部

Claims (6)

1. 回転体の外周面に接触し当該回転体の径方向に作用する荷重を受ける荷重受部と、
   前記荷重受部よりも前記回転体の回転方向上流側で当該回転体に接触し、前記荷重受部より回転体軸方向の接触長さが小さい第１の接触部と、
   を備えた滑り軸受。
2. 前記接触部は、前記回転体の回転方向上流側ほど回転体軸方向の接触長さが小さい請求項１に記載の滑り軸受。
3. 前記荷重受部よりも前記回転体の回転方向下流側で当該回転体に接触し前記第１の接触部よりも回転体軸方向の接触長さが大きい第２の接触部を備えた請求項１又は２に記載の滑り軸受。
4. 前記第２の接触部は、前記回転体の回転方向下流側ほど回転体軸方向の接触長さが小さい請求項３に記載の滑り軸受。
5. 前記回転体としての加熱ロールと、
   前記加熱ロールに記録媒体を押し付ける加圧部材と、
   前記加熱ロールを支持する加熱ロール支持部材と、
   前記加圧部材を支持する加圧部材支持部材と、
   前記加熱ロール支持部材と前記加圧部材支持部材とを引き寄せて又は押し付けて前記加圧部材と前記加熱ロールとの間に荷重を付与するコイルばねと、
   を備えた定着装置。
6. 記録媒体上に電子写真方式で画像形成する画像形成部と、
   前記記録媒体上の形成画像を定着する前記請求項５に記載の定着装置と、
   を備えた画像形成装置。

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