(57)【要約】【課題】定着装置における回転部材の軸部を、該軸部にすきま嵌めで嵌合した転がり軸受により回転自在に支持する回転部材支持構造において、クリープや異音を長期間にわたり防止できるとともに、必要に応じて別途の接地手段を不要とする。【解決手段】定着装置における定着ローラ９等の軸部９ａを、該軸部９ａにすきま嵌めで嵌合した軸受１により回転自在に支持する回転部材支持構造であって、軸部９ａは、少なくとも軸受１との接触部位に低摩擦摺動性を有する被膜８が形成されてなり、上記被膜８は厚みが 2〜10μmであり、該被膜８と軸受１との動摩擦係数が 0.2 以下である。【選択図】図２
2008009283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着装置における回転部材の軸部を、該軸部にすきま嵌めで嵌合した軸受により回転自在に支持する回転部材支持構造であって、
前記回転部材の軸部は、少なくとも前記軸受との接触部位に低摩擦摺動性を有する被膜が形成されてなり、
前記被膜は厚みが 2〜10μmであり、該被膜と前記軸受との動摩擦係数が 0.2 以下であることを特徴とする回転部材支持構造。
【請求項２】
前記被膜が、ポリテトラフルオロエチレン被膜、二硫化モリブデン被膜、または二硫化タングステン被膜であることを特徴とする請求項１記載の回転部材支持構造。
【請求項３】
前記被膜が、導電性を有する被膜であることを特徴とする請求項１記載の回転部材支持構造。
【請求項４】
前記被膜が、ニッケル−ポリテトラフルオロエチレン複合被膜、またはグラファイト被膜であることを特徴とする請求項３記載の回転部材支持構造。
【請求項５】
前記軸受に 220Ｎのラジアル荷重を付加しつつ、前記回転部材を130rpmで 500 時間回転させたときの、前記被膜と前記軸受との動摩擦係数が 0.2 以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の回転部材支持構造。
【請求項６】
前記回転部材が、印刷用紙にトナーを定着させるための、ヒータが内蔵された定着ローラであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項記載の回転部材支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、事務機器用定着装置の定着ローラ、加圧ローラ等の回転部材の軸部を、すきま嵌めで嵌合した転がり軸受により回転自在に支持する回転部材支持構造に関し、特に嵌め合い部における異音発生を防止する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタ等の事務機器に組み込まれる定着ローラや加圧ローラ等の回転部材は、小型化や構造簡略化等による組み立て性の問題から、その軸部（シャフト）が転がり軸受の内外輪の一方の軌道輪にすきま嵌め（ルーズ嵌め合い）で嵌合されるものが多い。このため、使用条件によっては、すきま嵌めで嵌合される軸部と軌道輪との間にクリープが生じる恐れがある。従来、このクリープによる嵌合部の摩耗を防止するために、軌道輪の嵌合部に酸化膜を形成した転がり軸受がある（例えば、特許文献１参照）。また、定着ローラ支持構造面からの改善方法として、定着ローラ表面の軸受取り付け部分にフッ素樹脂被膜を形成したもの（特許文献２参照）等がある。特許文献１に記載されたものでは、熱サイクルを受ける定着ローラを支持する転がり軸受に適用する場合に、酸化膜が結露による発錆を防止する効果もあるとしている。
また、この回転部材の軸部と軸受とのすきま嵌めが原因で、印刷時に嵌め合い部において鳴き音（コツコツ音）等の異音が発生するという問題がある。従来は、嵌め合い部へのグリース塗布や、シャフトへの圧入により異音発生防止を図っている。
【０００３】
一方、印刷用紙にトナーを熱と圧力で定着させる複写機やプリンタの定着ローラには、鋼やアルミニウム等の金属材料で中空に形成されて、内側から電磁誘導加熱によって加熱されるＩＨ(Induction Heating)方式のものがある。このような定着ローラでは、電磁誘導で発生する内部電流（電磁波ノイズ）によってローラが帯電し印刷物の品質が劣化するので、ローラを接地して帯電した電気を逃がすため、従来は例えば、軸部を支持する軸受として導電性を有するものを採用し該軸受を介してローラを接地している。
【０００４】
また、近年において、定着装置の定着部は、印刷スピードが高速化、高画質化する中で、より早くトナーを紙に定着させる機能と高品位での印刷が要求されている。高速化に伴い温度を上げて紙への定着スピードを上げるため、必然的に周囲温度（軸受も）が上昇する。また、装置の使用期間も延びたことから、これに使用される軸受には高温長寿命が要求されている。このような定着部および軸受の温度上昇に伴い、上述した嵌め合い部での異音がより発生しやすくなっている。
【０００５】
しかしながら、異音を防止するために回転部材の軸部を軸受に圧入する場合では、締まり嵌めのため異音防止には効果があるが、組み立て作業性が著しく低下するという問題がある。
これに対し、嵌め合い部にグリースを塗布する場合では、組み立て作業性はそれほど低下しないが、定着部は高温となるためにグリースの経時劣化（油分減少、枯渇）により時間経過とともに異音やクリープが発生するという問題がある。また、塗布したグリースが周囲へ飛散して周辺部位を汚染するおそれがある。
また、導電性が必要な場合では、軸受に導電性グリースを封入するとともに、軸受内径面−シャフト間にも導電性グリースを塗布していたが、この場合も上記同様に導電性グリースの経時劣化により異音やクリープが発生し、さらにアース性能も劣化するため、印刷物の品質が低下するという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１に記載された軌道輪の嵌合部に酸化膜を形成した転がり軸受は、嵌合部での摩耗は防止できるが、動摩擦係数が大きく異音が発生しやすいという問題がある。また、定着ローラのような帯電する回転部材の支持に用いると、酸化膜は導電性がないので、軸受を介して回転部材を接地できず、別途の接地手段が必要となるという問題がある。
特許文献２の定着ローラ支持構造では、摩耗防止および摩耗を原因とする異音発生を防止できる。しかし、近年における定着装置の小型化や構造簡略化等による組み立て性の問題から、すきま嵌めされた軸受により定着ローラを支持する場合では、後述する図３に示す機構等により摩耗を直接原因とする以外の異音発生が起こるおそれがある。
【特許文献１】特開２００１−１４０９０１号公報
【特許文献２】特開平７−１６８４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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あり、定着装置における回転部材の軸部を、該軸部にすきま嵌めで嵌合した転がり軸受により回転自在に支持する構造において、クリープや異音を長期間にわたり防止できるとともに、必要に応じて別途の接地手段を不要とする定着装置の回転部材支持構造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】
【０００８】
本発明の回転部材支持構造は、定着装置における回転部材の軸部を、該軸部にすきま嵌めで嵌合した軸受により回転自在に支持する回転部材支持構造であって、上記回転部材の軸部は、少なくとも上記軸受との接触部位に低摩擦摺動性を有する被膜が形成されてなり、上記被膜は厚みが 2〜10μmであり、該被膜と上記軸受との動摩擦係数が 0.2 以下であることを特徴とする。
【０００９】
上記被膜が、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）被膜、二硫化モリブデン（以下、ＭｏＳ2と記す）被膜、または二硫化タングステン（以下、ＷＳ2と記す）被膜であることを特徴とする。
【００１０】
上記被膜が導電性を有する被膜であることを特徴とする。該被膜が、ニッケル−ポリテトラフルオロエチレン（以下、Ｎｉ−ＰＴＦＥと記す）複合被膜、またはグラファイト被膜であることを特徴とする。
【００１１】
上記軸受に 220Ｎのラジアル荷重を付加しつつ、上記回転部材を130rpmで 500 時間回転させたときの、上記被膜と上記軸受との動摩擦係数が 0.2 以下であることを特徴とする。
【００１２】
上記回転部材が、印刷用紙にトナーを定着させるための、ヒータが内蔵された定着ローラであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の回転部材支持構造は、すきま嵌めで嵌合した軸受により回転自在に支持される回転部材の軸部に、低摩擦摺動性を有する被膜として、厚みが 2〜10μmであり、該被膜と軸受との動摩擦係数が 0.2 以下である被膜を形成したので、嵌め合い面における動摩擦係数が長期間（例えば、500時間）にわたり低位安定し、クリープや異音を防止できる。また、被膜形成により嵌め合い面におけるグリース塗布が避けられるので、周囲へのグリース飛散による汚染が防止できる。
また、定着装置の小型化や、従来行なっていたグリース塗布、シャフトへの圧入等の異音およびクリープ防止対策の廃止に貢献できる。
【００１４】
上記被膜は、ＰＴＦＥ被膜、ＭｏＳ2被膜、またはＷＳ2被膜であるので、酸化膜と比較して嵌め合い面における動摩擦係数が小さく異音が発生しにくい。
また上記被膜は、Ｎｉ−ＰＴＦＥ複合被膜やグラファイト被膜等の導電性を有する被膜であるので、例えば軸受内に導電性を有するグリースを封入することで支持構造自体がアース機構を担うことができ、別途の接地手段を不要とできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
定着装置の構成は感光→搬送→現像→定着→排出となっており、定着部は２本の中空ゴムローラ (芯金にアルミや鋼材を使用)に温度(２００℃程度)とそれを支持する軸受とヒータで構成される。通常、ローラは中空となっているため、その中にヒータを通してローラ内部から直接加熱を行なっている。現像部から出てきた紙にトナーを定着させるために、上記温度のほかに圧力（９８Ｎ程度）をかけてトナーを紙に定着させる。
定着装置運転時において、回転部材の軸部と軸受との間、すなわち嵌め合い部において鳴き音等の異音が発生する機構を図３を参照して説明する。図３は、転がり軸受の内輪内径面に、定着ローラのシャフト（軸部）がすきま嵌めで嵌合されている場合の断面図である。図３（ａ）は嵌め合い部に温度のみがかかる場合を、図３（ｂ）および図３（ｃ）は嵌め合い部に温度と荷重（圧力）がかかる場合をそれぞれ示す。
図３（ａ）に示すように、温度上昇によりシャフトが熱膨張し、軸受内輪もシャフトと一緒に移動する(接触面の動摩擦係数が大きいため)。
図３（ｂ）に示すように、ラジアル荷重負荷によりシャフトがベンディング（湾曲）する。図中においてＦｒは軸受にかかるラジアル方向の力を、Ｆａは軸受にかかるアキシャル方向の力をそれぞれ示す。ここで、Ｆｒ＜Ｆａの場合は軸受内輪の姿勢は保たれる。
図３（ｃ）に示すように、シャフトと定着ローラ外径の芯ずれ（偏心）により、Ｆｒが変化する。Ｆｒ＞Ｆａの場合、軸受の内輪姿勢が崩れる。軸受姿勢が元に戻る時に、シャフトを叩き鳴き音が発生する。
以上の機構において、シャフトと軸受との嵌め合い面における動摩擦係数が十分に小さい場合ではＦｒ＜Ｆａとなり、軸受の姿勢を保つことができる。
本発明では回転部材の軸部表面に所定の特性を有する被膜を形成して、定着装置に要求される使用耐久期間にわたり、嵌め合い面での動摩擦係数を低く維持することで、鳴き音を該耐久期間にわたり防止できることを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。
【００１６】
本発明の一実施例に係る回転部材支持構造を図１および図２に基づいて説明する。図１は深溝玉軸受を利用した定着装置の回転部材支持構造の縦断面図を、図２は図１における支持構造部分の拡大図をそれぞれ示す。
定着ローラ９はアルミニウムで中空に形成され、中空部に配設された電磁誘導方式の加熱ヒータ１０によって200℃程度まで加熱されるようになっており、電磁誘導で生じる内部電流によって帯電する。定着ローラ９の両端の軸部９ａは深溝玉軸受１の内輪２の内径面にすきま嵌めで嵌合され、深溝玉軸受１の外輪３が定着装置のフレーム１１に固定されている。本発明では、軸部９ａに被膜８が形成されているので、嵌め合い面においてグリースを塗布する必要がない。
【００１７】
図２に示すように、定着ローラ９の両端軸部９ａの表面に低摩擦摺動性を有する被膜８が形成されている。該被膜８を介して深溝玉軸受１の内輪内径面と定着ローラ９の軸部とがすきま嵌めで嵌合されている。
この被膜８は、少なくとも深溝玉軸受１等の軸受との接触部位に形成されていればよく、軸部全体、または、回転部材全体に形成してもよい。
【００１８】
定着ローラの加熱ヒータとして上記の電磁誘導方式を用いる等、該定着ローラの支持構造に導電性を必要とする場合では、被膜８として導電性を有するものを採用することで、各軸部９ａが被膜８および深溝玉軸受１を介してフレーム１１に接地され、定着ローラ９に帯電する電気が逃されるように構成できる。
【００１９】
上述した実施形態では、回転部材の軸部が内輪２の内径面に嵌合される場合としたが、本発明の回転部材支持構造は、軸部が外輪３の外径面に嵌合されるものにも適用できる。また、軸受は深溝玉軸受等の転がり軸受に限定されず、すべり軸受であってもよい。
また、本発明の回転部材支持構造は、静電気等によって帯電する定着ローラ以外の回転部材の支持にも使用することができる。
【００２０】
本発明における低摩擦摺動性を有する被膜は、該被膜と軸受との動摩擦係数、すなわち嵌め合い面における動摩擦係数が 0.2 以下となるものであれば採用できる。嵌め合い面における動摩擦係数が0.2をこえると、軸受の内輪姿勢が崩れて（図３（ｃ）参照）、異音（鳴き音）が発生しやすくなる。
このような低摩擦摺動性を有する被膜としては、例えばＰＴＦＥ被膜、ＭｏＳ2被膜、ＷＳ2被膜等が挙げられる。
また、支持構造に導電性を必要とする場合では、低摩擦摺動性と合わせて導電性を有する被膜を使用する。該導電性を有する被膜としては、フッ素樹脂に金属粉を配合した複合被膜や、グラファイト被膜等が挙げられる。また、フッ素樹脂に金属粉を配合した複合被膜としては、ＰＴＦＥ樹脂に金属Ｎｉ粉を配合したＮｉ−ＰＴＦＥ複合被膜が挙げられる。
【００２１】
回転部材の軸部への被膜の形成方法としては、電気めっき、無電解めっき、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）等、または、樹脂分散液を用いたディッピング、塗布、スプレー噴霧等によるコーティング、その他周知の被膜形成方法を採用できる。
本発明の回転部材支持構造においては、グラファイト被膜、ＭｏＳ2被膜、またはＷＳ2被膜等を形成する場合では、被膜厚さを均一にできることからスパッタリングを採用することが好ましい。また、Ｎｉ−ＰＴＦＥ複合被膜を形成する場合では、被膜厚さを均一にでき寸法精度に優れるとともに、膜中においてＰＴＦＥ粒子を均一に分散できること等から無電解めっきを採用することが好ましい。
【００２２】
本発明における低摩擦摺動性を有する被膜の厚みは、2〜10μmとする。好ましくは、2〜5μmである。被膜の厚みを 2 μm以上とすることで、複写機やプリンタ等の事務機器における実用上の使用条件として、軸受に 220Ｎのラジアル荷重を付加しつつ、定着ローラを130rpmで 500 時間回転させた時点においても、嵌め合い面における動摩擦係数を 0.2 以下に維持でき異音を防止できる。
被膜の厚みが 2 μm未満では、嵌め合い部での金属同士の摺動を十分に防止できずに異音が発生するおそれがある。10μmをこえると、軸受との嵌合精度が低下するとともに、被膜形成コストが高くなる。
【００２３】
本発明の回転部材支持構造において、回転部材および軸受の材質は特に限定されず周知の材料からなる部材を使用できる。定着ローラは通常、Ａ５０５６、Ａ６０６３等の軽量アルミニウム合金等により、軸受は軸受鋼、ステンレス鋼等によりそれぞれ形成されている。本発明の回転部材支持構造では、回転部材の軸部に上述の被膜を形成するため、軸受と回転部材との材質が、上記いずれの組み合わせであっても、嵌め合い面における動摩擦係数を小さくできる。
また、転がり軸受等の軸受に封入するグリースとしては、一般に軸受に使用されるグリースであれば、特に種類を限定されない。軸受自体に導電性を必要とする場合には、カーボンブラック、荷電性ミクロゲル粒子、グラファイト等の導電剤を配合した導電性グリースを封入することができる。
【実施例】
【００２４】
実施例および比較例として、アルミニウム製回転部材の軸部に被膜を形成し、該軸部に深溝玉軸受をすきま嵌め（すきま100μm）で嵌合して試験用の回転部材支持構造を作製した。各実施例および比較例における被膜種類、膜厚等を表１に示す。なお、Ｎｉ−ＰＴＦＥ複合被膜の組成は、Ｎｉ 82〜86重量％、リン7〜9重量％、ＰＴＦＥ（粒子径1μm以下）7〜9重量％である。
【００２５】
試験用の回転部材支持構造において、回転部材を 1000 時間回転する試験を行ない、嵌め合い面における初期（運転開始直後）の動摩擦係数、異音発生の時期、および、軸部と軸受間の通電性能を調査した。試験条件および通電条件は以下の通りである。結果を表１に示す。なお、通電性能の調査では、1000時間の試験時間の間、軸部と軸受間の抵抗が200kΩ以下に保持されたものを通電性能が良、抵抗が一度でも200kΩをこえたものを不良とした。
［試験条件］
・軸受寸法：内径 25 mm、外径 37 mm、幅 7 mm
・軸部温度：200 ℃
・軸受荷重：220 N （ラジアル荷重）
・回転速度：130 rpm
・相手材：アルミニウム
［通電条件］
・荷電電圧：30 V
・制御抵抗：300 kΩ （通電測定部と並列に接続）
・サンプリング間隔：1 μs
【００２６】
また、実施例２、６、１０、１４および１８、比較例１〜３について、同じ試験条件での嵌め合い面における動摩擦係数の経時変化を測定した。結果を図４に示す。図４において横軸は経過時間（ｈ）、縦軸は動摩擦係数をそれぞれ示す。
【００２７】
【表１】
2008009283.tif 000003
【００２８】
表１に示すように、各実施例の被膜を形成した軸受では、事務機器等において実用上十分な耐久時間（500時間）にわたり、異音の発生を防止できた。さらに実施例１〜８では良好な通電性能も有していた。また図４に示すように、被膜の厚みを5μmとした実施例２、６、１０、１４および１８では、動摩擦係数を長時間にわたり低位に維持することができ、異音の発生を防止できた。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の回転部材支持構造は、鳴き音等の異音を長期間にわたり防止できるので、複写機やプリンタ等の事務機器用定着装置に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】深溝玉軸受を利用した定着装置の回転部材支持構造の縦断面である。
【図２】図１における支持構造部分の拡大図である。
【図３】異音が発生する機構を説明する図である。
【図４】嵌め合い面における動摩擦係数の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  深溝玉軸受（転がり軸受）
２  内輪
３  外輪
８  被膜
９  定着ローラ
９ａ  軸部
１０  加熱ヒータ
１１  フレーム
【図１】
2008009283.tif 000004
【図２】
2008009283.tif 000005
【図４】
2008009283.tif 000006
【図３】
2008009283.tif 000007