(57)【要約】【課題】回転軸の外周面に接触する軸受面を備える滑り軸受において、軸受面と回転軸との摩擦摩耗を低減でき、また、発生する摩耗粉による悪影響を低減でき、さらにグリースなどの供給性や保持性にも優れる、低摩耗かつ低トルクの滑り軸受を提供する。【解決手段】滑り軸受１は、回転軸４の外周面に接触する軸受面３を備え、軸受面３が、回転軸４の外周面に沿った円筒面または一部円筒面であり、軸受面３における回転軸４と摺接して荷重を受ける部分に、回転軸４の軸方向に沿った溝５を有し、この溝５内に繊維が植毛された植毛部１４を有し、この植毛部１４には潤滑油などが含浸されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の外周面に接触する軸受面を備えてなる滑り軸受であって、
前記軸受面は、前記回転軸の外周面に沿った円筒面または一部円筒面であり、
該軸受面における前記回転軸と摺接して荷重を受ける部分に、前記回転軸の軸方向に沿った１本または複数本の溝を有し、
前記溝内に、繊維が植毛された植毛部を有することを特徴とする滑り軸受。
【請求項２】
前記植毛部に潤滑剤が含浸されていることを特徴とする請求項１記載の滑り軸受。
【請求項３】
前記繊維の先端部が、前記回転軸に接触していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の滑り軸受。
【請求項４】
前記軸受面において、前記回転軸の軸線に対して非垂直方向の偏荷重が負荷され、前記軸受面の軸方向両端部のうち、前記偏荷重により受ける荷重が大きい側の軸方向端部に、該端部の軸方向外側に向けて該軸受面を拡径するように形成された傾斜溝を有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の滑り軸受。
【請求項５】
前記繊維が、合成樹脂繊維であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の滑り軸受。
【請求項６】
前記滑り軸受が、画像形成装置における定着ローラまたは加圧ローラの回転軸を支持する軸受であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項記載の滑り軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滑り軸受に関する。特に、複写機、複合機、プリンタ（レーザービームプリンタ、インクジェットプリンタなど）、ファクシミリなどの画像形成装置における定着部の定着ローラや加圧ローラなどのローラの回転軸を支持する用途に適用される滑り軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタなどの画像形成装置の定着装置は、感光ドラムから用紙に転写された未定着のトナーを熱と圧力により定着させるものである。定着装置は、筒体にハロゲンヒータ、セラミックヒータなどの熱源を内蔵した定着ローラと、それに対向して設置された加圧ローラとの間に用紙を進入させることで、熱と圧力を同時に加えてトナーを定着させる機構が一般的である。定着ローラおよび加圧ローラのいずれか一方の外周面は、合成ゴムなどの弾性体になっており、他方は剛体である。また、加圧ローラに代えて、ステンレス、ポリイミド樹脂などからなるエンドレスベルトを、弾性体を介して定着ローラ側に押圧する機構も採用されている。
【０００３】
定着ローラおよび加圧ローラは、その回転軸の両端を軸受によって回転自在に支持されている。この軸受としては、ボールベアリング（転がり軸受）、焼結含油軸受、樹脂滑り軸受などが用いられている。このような用途に使用される樹脂滑り軸受としては、開口部を備えたＵ字型、または円筒状の形状が多く用いられ、使用の際には軸受面にグリースが塗布されることが多い。
【０００４】
年々、複写機、プリンタは印刷速度の高速化、消費電力低減が進んでいるため、軸受には高荷重・高速条件への対応、低トルク化、耐摩擦摩耗性の向上が要求されている。また、定着装置の構造によっては導電性も必要となる。ボールベアリングは、焼結含油軸受、樹脂滑り軸受に比べて耐荷重性が高く、トルクが低い反面、高コストである。焼結含油軸受は低コストであるものの、射出成形できる樹脂滑り軸受に比べて設計自由度が低いという欠点がある。そのため、印刷速度が速い機種においても、滑り軸受の適用が望まれている。
【０００５】
軸受面と回転軸との接触面積を低減させる方法として、軸受面が回転軸と接触する部分の軸方向の長さを、滑り軸受の軸方向の全長より短く設定することで、トルクを低減する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
また、軸受の回転トルクの低減を含む潤滑特性の向上を目的として、転動体との接触表面以外で潤滑剤と接触する表面に、繊維を植毛してなる植毛部が形成されている転がり軸受が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２６２２８号公報
【特許文献２】国際公開第２０１５／１４１８２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、近年における画像形成装置の印刷速度の更なる高速化に伴い、軸受に対する要求特性がより厳しくなっている。例えば、コスト低減のために軸受径を最小径にすることが求められている。軸受径を小さくすると高荷重化によって軸受と軸との接触は軸受内径幅全面で受けることができなくなる。その結果、軸受の初期使用時は軸受エッジ部で荷重を受けるため摩耗粉が軸受内に多く発生するという問題がある。また、この発生した摩耗粉はグリースにより保持され、保持された摩耗粉により更に軸受が摩耗する悪循環で摩擦摩耗に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００９】
また、一般的に、グリースの保持性向上などの目的で、グリース溝を形成する場合や植毛部を形成する場合では、その形状や位置、使用条件によっては、逆効果になることがあり、十分な効果が得られないおそれがある。
【００１０】
本発明はこれらの問題に対処するためになされたものであり、回転軸の外周面に接触する軸受面を備える滑り軸受において、軸受面と回転軸との摩擦を低減でき、また、発生する摩耗粉による悪影響を低減でき、さらにグリースなどの供給性や保持性にも優れる、低摩耗かつ低トルクの滑り軸受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】
【００１１】
本発明の滑り軸受は、回転軸の外周面に接触する軸受面を備えてなる滑り軸受であって、上記軸受面は、上記回転軸の外周面に沿った円筒面または一部円筒面であり、該軸受面における上記回転軸と摺接して荷重を受ける部分に、上記回転軸の軸方向に沿った１本または複数本の溝を有し、上記溝内に、繊維が植毛された植毛部を有することを特徴とする。
【００１２】
上記植毛部に潤滑剤が含浸されていることを特徴とする。また、上記繊維の先端部が、上記回転軸に接触していることを特徴とする。
【００１３】
上記軸受面において、上記回転軸の軸線に対して非垂直方向の偏荷重が負荷され、上記軸受面の軸方向両端部のうち、上記偏荷重により受ける荷重が大きい側の軸方向端部に、該端部の軸方向外側に向けて該軸受面を拡径するように形成された傾斜溝を有することを特徴とする。
【００１４】
上記植毛部において植毛されている繊維が、合成樹脂製繊維であることを特徴とする。また、本発明の滑り軸受は、画像形成装置における定着ローラまたは加圧ローラの回転軸を支持する軸受であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の滑り軸受は、所定の溝がない場合に比べて、負荷部における接触面積を低減でき、軸受面と回転軸との摩擦を低減できる。また、溝内の植毛部において摩耗粉を保持でき、発生する摩耗粉による摩耗の悪影響を低減できる。さらに、溝内の植毛部にグリースや潤滑油などの潤滑剤が含浸保持されているので、その保持性や供給性に優れ、長期にわたり安定して負荷部に潤滑剤を供給できる。これらの結果、本発明の滑り軸受は、負荷部における良好な摺動状態を維持でき、低摩耗かつ低トルクの滑り軸受となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の滑り軸受の一例を示す斜視図と断面図である。
【図２】本発明の滑り軸受の他の例を示す斜視図と断面図である。
【図３】本発明の滑り軸受の他の例を示す斜視図である。
【図４】画像形成装置の定着部の構成を示す概要図（側面）である。
【図５】画像形成装置の定着部の構成を示す概要図（断面）である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の滑り軸受を用いた画像形成装置の定着部の構成を図４および図５に基づいて説明する。図４は側面から見た定着部の構成概略図である。画像形成装置は、光学部で取り込んだ画像を、現像部、感光部で転写ベルト上にトナーで形成する。図４に示すように、定着部では、そのトナー９を用紙１０に転写して用紙１０に焼き付ける。その際に、用紙１０は定着ローラ６と加圧ローラ７の間（ニップ部）を通過し、トナー９を焼き付けるために２００℃程度で加熱・加圧される。ニップ部を通過した用紙１０を定着ローラ６から剥離できるように、剥離部材８が定着ローラ６に接触または近接する位置に設けられている。定着ローラ６は、ベルトを介して熱が伝えられる、または、ヒータ１２が内蔵されており高温となる。定着ローラ６と加圧ローラ７は、それぞれの回転軸が軸受によって回転自在に支持されている。ここで、加圧ローラ７は、本発明の滑り軸受１を介してバネ１１などで定着ローラ６に押し付けられている。
【００１８】
図５を用いて滑り軸受１に作用する偏荷重について説明する。図５は定着部の断面概略図である。加圧ローラ７の回転軸４を支持する滑り軸受１は、常に一方向の荷重で回転軸４の軸線に対して垂直方向に押し付けられているが、実際は回転軸４が撓み、滑り軸受１の軸受面３のエッジ部３ａで荷重を受けている。このように、軸受面３において、その軸方向位置で受ける荷重の大きさが異なる。回転軸４の撓みや熱膨張により、軸受面３ではアキシャル荷重とラジアル荷重の両方が加わり、回転軸の軸線に対して非垂直方向（斜め方向）の偏荷重が負荷される。印刷速度を高速化すると、トナーを短時間で焼き付ける必要があるため、定着ローラ６の温度、加圧ローラ７の押し付け力がともに高くなり、軸受の使用条件は厳しくなる。
【００１９】
本発明の滑り軸受の一例を図１に基づき説明する。図１（ａ）は該滑り軸受の斜視図であり、図１（ｂ）は該滑り軸受の軸方向断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、この形態の滑り軸受１は、所定の軸方向厚みを有するＵ字型の軸受本体２からなり、この軸受本体２に、加圧ローラなどの回転軸４の外周面と接触してこれを支持する軸受面３を有する。軸受面３は、軸受本体２のＵ字底部側に形成されており、Ｕ字上部側は開口している。軸受面３は、回転軸４の外周面に沿った一部円筒面（円弧面）である。軸受面３の表面に、回転軸の軸方向（図１（ｂ）のＸ線）に沿った凹状の１本の溝５を有している。なお、滑り軸受１で支持する回転軸４の直径は、軸受本体２の内壁面２ａ、２ｂ間の距離と同一か、または僅かに小さい。
【００２０】
溝５は、軸受面３における回転軸４と摺接して荷重を受ける部分（負荷部）に設けられている。図１に示す形態では、Ｕ字型の軸受本体２の内壁面２ａ、２ｂ間の最底部に設けられ、該部分は最も荷重を受ける部位である。溝５は、深さ方向が矩形の矩形溝であり、この溝５内に繊維が植毛された植毛部１４を有する。
【００２１】
軸受面３の負荷部に溝５を形成することで、該負荷部における接触面積を低減でき、摩擦を低減できる。また、発生した摩耗粉は溝５の植毛部１４にて繊維間にキャッチされ、そこで保持されることで、摩耗粉が再度摺接面に供給されることを防止でき、発生する摩耗粉による摩耗の悪影響を低減できる。さらに、負荷部に形成された溝５内の植毛部１４において、グリースや潤滑油といった潤滑剤を含浸させているため、その保持性や供給性に優れ、長期にわたり安定して負荷部に潤滑剤を供給できる。
【００２２】
本発明の滑り軸受の他の例を図２に基づき説明する。図２（ａ）は該滑り軸受の斜視図であり、図２（ｂ）は該滑り軸受の軸方向断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、この形態の滑り軸受１は、運転初期に回転軸４と摺接する軸受面３のエッジ部３ａに傾斜溝１３を有している。エッジ部３ａは、軸受面３において、偏荷重により受ける荷重が大きい側の軸方向端部である。傾斜溝１３は、このエッジ部３ａに、その軸方向外側（軸受の外側）に向けて円弧面である軸受面３を拡径するように形成されている。このような傾斜溝１３を設けることで、上述の偏荷重を受けやすくなる。
【００２３】
この形態においても、溝５と植毛部１４は図１に示す場合と同様に形成されている。回転軸４が回転すると軸受面３のエッジ部３ａで初期摺接して初期摩耗粉が発生するが、傾斜溝１３によりこの発生を抑制できる。また、初期摩耗粉が発生した場合でも、この摩耗粉は、溝５の植毛部１４の繊維間などで保持され、摺接面には入り込まない。
【００２４】
各形態において、溝の周方向の幅は、回転軸の外周長さの２〜１０％が好ましく、特に好ましくは２〜６％である。溝の軸方向の長さは、軸方向で軸受両端面に貫通していることが好ましい。溝の深さは、植毛部の繊維が突出しないか、僅かに突出する程度の深さとすることが好ましい。植毛部の繊維の先端部が、回転軸に僅かに接触する（軽接触）態様とすることで、接触による抵抗増加を極力抑えつつ、植毛部に保持された潤滑剤の供給性を向上させることができる。
【００２５】
また、上記溝は、回転軸の軸方向に沿ったものであるが、これは完全に沿った（平行または一致）ものに限らず、僅かに傾斜していてもよい。傾斜許容角度は、例えば０°〜２０°程度である。この傾斜は、荷重方向と水平方向（荷重方向と垂直な方向）のいずれについても同様である。その他、図１および図２では、溝は、軸受面（円弧面）の円弧中心付近に１本形成されているが、これに限定されず、溝の本数は複数本であってもよい。
【００２６】
図１および図２では、軸受面が回転軸の外周面に沿った一部円筒面である場合の形態を説明したが、軸受本体に円筒体を用い、軸受面が回転軸の外周面に沿った円筒面となる構造であってもよい。
【００２７】
本発明の滑り軸受の他の例を図３に基づき説明する。図３はこの滑り軸受の斜視図である。この形態の滑り軸受１’は、所定の軸方向厚みを有する略円筒体の軸受本体２からなり、この軸受本体２に、加圧ローラなどの回転軸４の外周面と接触してこれを支持する軸受面３を有する。軸受面３は、軸受本体２の内周面に形成されており、その形状は回転軸４の外周面に沿った円筒面である。この軸受面３の表面に、回転軸４の軸方向に沿った凹状の溝５を有している。溝５内に繊維が植毛された植毛部１４を有する。この滑り軸受１’で支持する回転軸４の直径は、軸受本体２の円筒内径と同一か、または僅かに小さい。
【００２８】
図４の滑り軸受１’では、円筒下方側の軸受面で荷重を受けている。植毛部１４を含む溝５は、軸受本体２の固定向きを考慮し、該本体の内周面（軸受面３）の荷重を受ける部位に形成する。これにより、図１などの形態の場合と同様の効果が得られる。
【００２９】
以上の各図に示す構成において、植毛部１４は、短繊維を溝５の底面に植毛塗装することで形成できる。植毛塗装方法としては、吹き付けや静電植毛を採用できる。溝内に多量の繊維を短時間で密に、垂直に植毛できることから、静電植毛を採用することが好ましい。静電植毛方法としては、公知の方法を採用できる。例えば、静電植毛方法として、（１）溝内の底面などにおいて静電植毛を施す範囲に接着剤を塗布する工程、（２）帯電させた短繊維を溝内に吹き付け静電気力により上記接着剤塗布面に略垂直に植毛する工程、（３）短繊維が仮付着した表面を乾燥させて接着剤の硬化反応を十分に行ない、短繊維を溝内に固着させる工程などを含む方法が挙げられる。
【００３０】
静電植毛に使用できる接着剤としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂などを主成分とする接着剤が挙げられる。例えば、ウレタン樹脂溶剤系接着剤、エポキシ樹脂溶剤系接着剤、酢酸ビニル樹脂溶剤系接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン接着剤、アクリル酸エステル−酢酸ビニル共重合体系エマルジョン接着剤、酢酸ビニル系エマルジョン接着剤、ウレタン樹脂系エマルジョン接着剤、エポキシ樹脂系エマルジョン接着剤、ポリエステル系エマルジョン接着剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体系接着剤などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００３１】
植毛に用いる短繊維としては、植毛用短繊維として使用可能であれば特に限定されず、例えば、（１）ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロンなどのポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテフタレートなどのポリエステル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ビニロンなどの合成樹脂繊維、（２）カーボン繊維、グラスファイバーなどの無機繊維、（３）レーヨン、アセテートなどの再生繊維や、綿、絹、麻、羊毛などの天然繊維が挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、均質な繊維を多量に生産することができ、安価に入手することができるため、上記の中でも合成樹脂繊維を用いることが好ましい。
【００３２】
合成樹脂製繊維の形状としては特に限定されない。具体的な形状としては、例えば、長さ０．５〜２．０ｍｍ、太さ０．５〜５０デシテックスのものが好ましく、植毛部の繊維の密度としては、植毛した面積あたりに繊維の占める割合が１〜４０％が好ましい。また、短繊維の形状としては、ストレートとベンド(繊維の先端が曲がっている)タイプのものがあり、また、断面形状は円状と多角断面状のものがある。多角形状断面の短繊維を利用することで、円形断面の短繊維よりも大きな表面積とすることができ、潤滑油などの保持性が向上する。
【００３３】
本発明の滑り軸受の相手材となる各ローラの回転軸の材質としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金（Ａ５０５２、Ａ５０５６、Ａ６０６３）などの軟質金属が使用される。
【００３４】
本発明の滑り軸受を形成する軸受材としては、樹脂材を用いることが好ましい。樹脂材の中でも、ポリフェニレンサルファイド樹脂、芳香族ポリエーテルケトン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリシアノアリールエーテル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、およびポリエーテルスルフォン樹脂から選ばれる１種以上の熱可塑性樹脂をベース樹脂とし、これにポリテトラフルオロエチレン樹脂およびリン酸リチウムを含有する樹脂組成物を用いることが好ましい。それぞれの配合割合としては、例えば、樹脂組成物全体に対して、熱可塑性樹脂３５〜７４重量％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂１０〜４５重量％、リン酸リチウム１６〜３０重量％が好ましい。滑り軸受をこのような樹脂材の成形体とすることで、所要の耐熱性を有するとともに、良好な潤滑性を示す転移膜を回転軸上に形成でき、特に軟質のアルミニウム合金であってもその表面を傷つけることがなく、良好な潤滑特性を示す。
【００３５】
上記熱可塑性樹脂の中でも、ポリフェニレンサルファイド樹脂、芳香族ポリエーテルケトン樹脂、または熱可塑性ポリイミド樹脂を用いることが好ましい。
また、定着部の構造上、滑り軸受に導電性が必要な場合は、樹脂組成物にカーボンブラック、カーボンナノチューブのいずれか一方、または両方を添加して導電性を付与できる。これらの配合量は、所望の導電性を付与できる量であれば特に限定されないが、例えば、樹脂組成物全体に対して０.０３〜１０重量％配合される。この樹脂組成物の成形体の体積抵抗率としては、１０3Ω・ｃｍ以下が好ましい。その他、本発明の効果を阻害しない程度に、樹脂組成物に対して周知の樹脂用添加剤を配合してもよい。
【００３６】
本発明の滑り軸受において、植毛部に含浸させ、軸受面と回転軸との摺動面に介在させるグリースや潤滑油としては、低トルク化できれば特に限定するものではなく、通常、滑り軸受に用いられるものを使用できる。画像形成装置における定着部の定着ローラや加圧ローラなどのヒートローラを支持する滑り軸受には、１５０℃以上の耐熱性が必要となる。このような条件下では耐熱性が高いフッ素グリース、ウレアグリースを用いることが好ましい。また、滑り軸受に導電性が必要な場合は、導電性カーボンなどを配合した導電性グリースを用いることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の滑り軸受は、軸受面と回転軸との摩擦を低減でき、また、発生する摩耗粉による悪影響を低減でき、さらにグリースなどの供給性や保持性にも優れるので、複写機、複合機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置における定着部の定着ローラや加圧ローラなどのローラの回転軸を支持する滑り軸受として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  滑り軸受
２  軸受本体
３  軸受面
４  回転軸
５  溝
６  定着ローラ
７  加圧ローラ
８  剥離部材
９  トナー
１０  用紙
１１  バネ
１２  ヒータ
１３  傾斜溝
１４  植毛部
【図１】
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【図２】
2019065925.tif 000004
【図３】
2019065925.tif 000005
【図４】
2019065925.tif 000006
【図５】
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