(57)【要約】【課題】定着装置のローラにおける異常音の発生を抑制することができる定着装置を提供する。【解決手段】トナー像が形成されたシートを加圧及び加熱し、トナーをシートに溶着させてトナー像を定着させる定着装置であって、発熱体４１を内部に備える加熱ローラ３１と、加熱ローラとの間に定着ニップ部を確保するように設けられた加圧ローラとを備え、加熱ローラ３１の軸受け４２は、摂氏５０度以上、摂氏１５０度以下の温度範囲内において、温度変化による静摩擦係数の変動が０．１５以内である樹脂材料により形成されている。【選択図】図３
2017003704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像が形成されたシートを加圧及び加熱し、トナーをシートに溶着させてトナー像を定着させる定着装置であって、
発熱体を内部に備える加熱ローラと、
前記加熱ローラとの間に定着ニップ部を確保するように設けられた加圧ローラとを備え、
前記加熱ローラの軸受けは、摂氏５０度以上、摂氏１５０度以下の温度範囲内において、温度変化による静摩擦係数の変動が０．１５以内である樹脂材料により形成されていること特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記樹脂材料は、
前記温度範囲内において、温度変化による曲げ弾性率の変動の割合が１％以下であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記樹脂材料は、
断熱性及び耐熱性を有する非晶性樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記樹脂材料は、
前記温度範囲内において、ロックウェル硬さが９５以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記樹脂材料は、
ガラスフィラーを含まないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記樹脂材料は、
ガラス転移温度が１６０度以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の定着装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置、及び、定着装置を備える画像形成装置に関し、特に、定着装置のローラにおける異常音の発生を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式や静電記録方式の画像形成装置に内蔵される定着装置は、前工程においてトナー像が形成されたシートを、加熱ローラと加圧ローラの２本のローラの間（以下「定着ニップ部」と記す）に挟んで通過させることにより、当該シートを加圧及び加熱してトナー像を定着させる。
上記定着装置のローラにおいて、滑り面に発生する振動現象（以下「スティックスリップ現象」という）により異常音が発生することがあり、ユーザに不快感や機器の安全に対する不安感を与えてしまうという問題がある。
【０００３】
定着装置のローラにおけるスティックスリップ現象に対処する技術が特許文献１〜３に開示されている。特許文献１には、断熱ブッシュと芯金との滑りを抑制する一対の押さえ板を芯金の両端に固定することにより、回転体が回転中に断熱ブッシュが芯金に対し滑ることを抑制できるので、定着装置からの異音発生を低減することが可能となると記載されている。特許文献２には、軸受の外輪と内輪との間に加熱ローラを軸方向にスライド可能とする隙間を設けることにより、隙間で加熱ローラと支持フレーム間の熱膨張差を内輪が外輪に対して滑らかに動くことにより吸収し、熱膨張差に起因するスティックスリップ異音のような異常音の発生を防止することができると記載されている。特許文献３には、フレームの穴部に、２つのローラ部材が対向する側で軸受が穴部に当接しないように非当接部を設けることにより、フレームと軸受との接触面積が小さくなって軸受がスラスト方向に移動しやすくなるとともに、軸受が偏心方向に振動してもフレームに干渉しにくくなるため、フレームと軸受との接触による異常音が生じることのないと記載されている。
一方、加熱ローラには強度と耐熱性が求められるため、従来よりＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド（Polyphenylenesulfide））などの高剛性材料が用いられ、使用温度範囲内において連続使用が可能である点に注視して、加熱ローラの設計及び選定が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０９７０８０号公報
【特許文献２】特開２００９−１６２９７５号公報
【特許文献３】特開２００９−０９８４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加熱ローラにおける軸受けなどの摺動部分では、使用温度範囲内において連続使用が可能である点だけでなく、温度変化による硬さや強度の変動量を考慮して、加熱ローラの設計及び選定を行う必要がある。仮に、摺動部分に、材料の硬さや強度が大きく変動するような材料を用いた場合には、静摩擦係数が大きく変動してスティックスリップによる音が発生するおそれがある。
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであって、定着装置のローラにおける異常音の発生を抑制することができる定着装置及び画像形成装置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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の定着装置は、トナー像が形成されたシートを加圧及び加熱し、トナーをシートに溶着させてトナー像を定着させる定着装置であって、発熱体を内部に備える加熱ローラと、前記加熱ローラとの間に定着ニップ部を確保するように設けられた加圧ローラとを備え、前記加熱ローラの軸受けは、摂氏５０度以上、摂氏１５０度以下の温度範囲内において、温度変化による静摩擦係数の変動が０．１５以内である樹脂材料により形成されていること特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、上記記載の定着装置を備える。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成の定着装置及び画像形成装置によれば、定着装置のローラにおけるスティックスリップ現象が起こり難くなるため、異常音の発生を抑制することができる。
【０００８】
ここで、前記樹脂材料は、前記温度範囲内において、温度変化による曲げ弾性率の変動の割合が１％以下であることが好ましい。
これにより、温度変化による曲げ弾性率の変動によって、静摩擦係数が大きく変動することを抑制できる。
【０００９】
ここで、前記樹脂材料は、断熱性及び耐熱性を有する非晶性樹脂であることが好ましい。
これにより、非晶性樹脂は成形収縮率が小さいため安定した成形が可能であり、かつ耐衝撃性に優れるので、軸受けの精度を高めることができ、かつ耐衝撃性に優れる軸受けを作成することができる。
【００１０】
ここで、前記樹脂材料は、前記温度範囲内において、ロックウェル硬さが９５以上であることが好ましい。
これにより、軸受けに必要な硬さを上記温度範囲内の全域において確保でき、摩擦係数を低く保つことができる。
【００１１】
ここで、前記樹脂材料は、ガラスフィラーを含まないことが好ましい。
これにより、ガラスフィラーを添加することによって、温度変化時に強度や静止摩擦係数が変化し易くなることがない。
【００１２】
ここで、前記樹脂材料は、ガラス転移温度が１６０度以上であることが好ましい。
これにより、上記温度範囲内において、樹脂材料がガラス転移して柔らかくなることがないので、温度変化による曲げ弾性率の変動を抑えることができ、かつ必要な軸受けの硬さを、上記温度範囲内の全域において確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の概要を示す図である。
【図２】本実施形態の加熱ローラの一方の端部の外観を示す図である。
【図３】本実施形態の加熱ローラの一方の端部の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［実施形態１］
＜概要＞
本実施形態の画像形成装置は、加熱ローラの軸受けを、摂氏５０度以上、摂氏１５０度以下の温度範囲内において、温度変化による静摩擦係数の変動が０．１５以内である樹脂材料により形成することによって、定着装置のローラにおける異常音の発生を抑制するものである。
【００１５】
＜全体構成＞
図１は、本実施形態に係る画像形成装置１の概要を示す図である。画像形成装置１は、複写機能付きのモノクロプリンタであり、本体ハウジング部１１、スキャナハウジング部１２、連結ハウジング部１３及び胴内排紙部１４を含む。
本体ハウジング部１１は、画像形成装置１の下方に位置し、給紙カセット１５、手差しトレイ１６、画像形成ユニット２０、ピックアップローラ１５１、給紙ローラ対１５２及びレジストローラ対１５３を備える。
【００１６】
給紙カセット１５は、原稿シートＳを収容する。ピックアップローラ１５１は、給紙カセット１５内の原稿シートＳを上から１枚ずつ繰り出す。給紙ローラ対１５２は、原稿シートＳをメイン搬送路Ｐ１の上流端へ送り出す。レジストローラ対１５３は、原稿シートＳを画像形成ユニット２０へ送り出す。
手差しトレイ１６は、手差し給紙の際に手差し原稿シートを供給する。手差しトレイ１６に載置された手差し原稿シートは、メイン搬送路Ｐ１の上流端に送り出される。ここでメイン搬送路Ｐ１は、給紙ローラ対１５２から胴内排紙部１４に至るまでの原稿シートＳ及び手差し原稿シートの搬送路であり、また反転搬送路Ｐ２は、両面印刷の際にシートを反転させるために用いる搬送路である。
【００１７】
画像形成ユニット２０は、感光体ドラム２１、帯電装置２２、露光装置２３、現像装置２４、トナーコンテナ２５、転写ローラ２６、クリーニング装置２７及び除電器２８を含み、原稿シートＳ上や手差し原稿シート上にトナー像を形成する。
感光体ドラム２１は、回転軸を中心に回転し、静電潜像及びトナー像が形成される周面を備える。帯電装置２２は、感光体ドラム２１の周面を均一に帯電させる。露光装置２３は、感光体ドラム２１の周面にレーザー光を照射して静電潜像を形成する。現像装置２４は、感光体ドラム２１の周面にトナーを供給する現像ローラ２４Ａを含み、感光体ドラム２１上に形成された静電潜像を現像する。トナーコンテナ２５は、現像装置２４に補給されるトナーを貯蔵する。転写ローラ２６は、感光体ドラム２１との間に転写ニップ部を形成し、感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を原稿シートＳや手差し原稿シートに転写する。クリーニング装置２７は、トナー像転写後の感光体ドラム２１の周面を清掃する。除電器２８は、トナー像転写後の感光体ドラム２１の周面を除電光を照射して除電する。
【００１８】
スキャナハウジング部１２は、画像形成装置１の上方に位置し、スキャナユニット１７を収容しており、スキャナユニット１７の上面に嵌め込まれているコンタクトガラス（図示せず）、押さえカバー１８及び操作パネル１９を備える。
スキャナユニット１７は、撮像素子、光源、ミラー及びレンズ（いずれも図示せず）等を含み、コンタクトガラス上に置かれた読み取り対象物（以下「原稿」と記す）上の画像に当該光源の光を照射し、反射光をミラー及びレンズにより撮像素子に導くことによって光学的に読み取り、画像データを生成する。
【００１９】
押さえカバー１８は、コンタクトガラス上に置かれた原稿の浮き上がりを抑えるとともに、余計な外光が入らないように原稿及びコンタクトガラスを覆う。
操作パネル１９は、スキャナハウジング部１２の前方に露出しており、ＬＣＤタッチパネル及びテンキーを含み、画像形成装置１に対する各種の操作をユーザから受け付ける。
連結ハウジング部１３は、本体ハウジング部１１とスキャナハウジング部１２との間に配置されており、定着装置３０を収容しており、第１シート排出口１５５及び第２シート排出口１５６を備える。
【００２０】
定着装置３０は、加熱ローラ３１、加圧ローラ３２及びシート搬送ローラ１５４を含み、画像形成ユニット２０においてトナー像が形成されたシートを、加熱ローラ３１と加圧ローラ３２の２本のローラ間（以下「定着ニップ部Ｎ」と記す）に挟んで通過させることにより加圧及び加熱し、トナーをシートに溶着させてトナー像を定着させる。
加熱ローラ３１は、金属製の円筒形の加熱ローラ本体の内部に、ハロゲンヒーター等の発熱体を備える加熱部材である。加熱ローラ３１の詳細については後述する。
【００２１】
加圧ローラ３２は、加熱ローラ３１へ押し付けて、加熱ローラ３１との間に定着ニップ部Ｎを確保するように設けられた弾性層を有する加圧部材であり、円筒形の鋼鉄やアルミニウムのパイプ等の芯軸の外周にシリコンゴム等の弾性断熱層とフッ素樹脂等による離型層等が積層されている。本実施形態では、加熱ローラ３１に回転駆動力を与え、加圧ローラ３２は加熱ローラ３１の回転によって従動回転している。
【００２２】
胴内排紙部１４は、画像形成後のシートが排出される胴内空間であり、本体ハウジング部１１の上面、スキャナハウジング部１２の下面、及び連結ハウジング部１３の左面で囲まれており、第１シート排出口１５５から排出される画像形成済みのシートが蓄積される胴内排紙トレイ１４１と、第２シート排出口１５６から排出される画像形成済みのシートが蓄積されるサブ排紙トレイ１４２とを有する。
【００２３】
＜加熱ローラの詳細＞
図２は、本実施形態の加熱ローラ３１の一方の端部の外観を示す図である。
図３は、本実施形態の加熱ローラ３１の一方の端部の断面を示す図である。
図３に示すように、加熱ローラ３１は、加熱ローラ本体４０、発熱体４１、２つの軸受け４２（一方のみ図示）、断熱ブッシュ４３（一方のみ図示）及び２つの長手方向の位置決め４４（一方のみ図示）からなる。
【００２４】
加熱ローラ本体４０は、２組の軸受け４２及び断熱ブッシュ４３を介して定着装置３０のフレームに支持されている。
発熱体４１は、電力により発熱する熱源である。
軸受け４２は、例えば玉軸受け又はコロ軸受けであり、回転軸Ｘを中心に回転可能に加熱ローラ本体４０を保持する。軸受け４２は、外輪４２ａ、内輪４２ｂ及び転動体４２ｃを含む。
【００２５】
外輪４２ａは、軸受けの軌道の外側の軌道輪であり、定着装置３０のフレームに固定される。
内輪４２ｂは、軸受けの軌道の内側の軌道輪であり、断熱ブッシュ４３を介して加熱ローラ本体４０に固定される。
転動体４２ｃは、外輪４２ａと内輪４２ｂとの間を転がる物体であり、例えば玉軸受けの場合は玉であり、コロ軸受けの場合はコロである。
【００２６】
断熱ブッシュ４３は、加熱ローラ本体４０と軸受け４２の内輪４２ｂとの間に挟まり、衝撃を吸収するとともに、断熱効果を及ぼす。
ここで本実施形態において、加熱ローラ３１の使用温度の範囲を、摂氏５０度以上、摂氏１５０度以下に定める。この使用温度の範囲内であれば、十分にトナー像を定着させることができる。よって、この使用温度の範囲内において、温度変化による硬さや強度の変動量を考慮して、軸受け４２の設計及び選定を行う必要がある。
長手方向の位置決め４４は、加熱ローラ本体４０が回転軸Ｘの方向に位置ずれしないように規制する。
【００２７】
ここで軸受け４２において、静摩擦係数の変動が０．１５を超えると、スティックスリップ現象が起こり、摺動箇所での音が発生することがわかったので、本実施形態では、外輪４２ａ、内輪４２ｂ及び転動体４２ｃを、上記使用温度の範囲内において、温度変化による静摩擦係数の変動が０．１５以内である材料により形成する。具体的には、従来より用いられているＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）製の軸受けの代わりに、例えばＰＳＯ（メチルシリコーン樹脂）を用いて軸受け４２（外輪４２ａ、内輪４２ｂ及び転動体４２ｃ）を作成することにより、上記使用温度の範囲内において、温度変化による静摩擦係数の変動を０．１５以内に抑えることができる。なお、静摩擦係数の変動は０．１以下が好ましい。これは摺動箇所での音発生を一層抑制できるためである。
【００２８】
なお、軸受け４２に用いる樹脂材料は、上記使用温度の範囲内において、温度変化による曲げ弾性率の変動の割合が１％以下であることが好ましい。詳細には、摂氏５０度以上、摂氏１５０度以下の温度範囲内における、軸受け４２に用いる樹脂材料の曲げ弾性率の最大値と最小値との差分が、最小値の１／１００以下である。これにより、温度変化による曲げ弾性率の変動によって、静摩擦係数が大きく変動することを抑制できる。例えばＰＳＯ（メチルシリコーン樹脂）を用いて軸受け４２（外輪４２ａ、内輪４２ｂ及び転動体４２ｃ）を作成することにより、上記使用温度の範囲内において、温度変化による曲げ弾性率の変動の割合を１％以下に抑えることができる。曲げ弾性率の変動割合は０．６％以下（曲げ弾性率の最大値と最小値との差分が６／１０００以下）がより好ましい。
また、軸受け４２に用いる樹脂材料は、断熱性及び耐熱性を有する非晶性樹脂であることが好ましい。これにより、非晶性樹脂は成形収縮率が小さいため安定した成形が可能であり、かつ耐衝撃性に優れるので、軸受け４２の精度を高めることができ、かつ耐衝撃性に優れる軸受け４２を作成することができる。非晶性樹脂としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ、ロックウェル硬さ：１２３）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ、ロックウェル硬さ：１２０）等がある。
【００２９】
また、軸受け４２に用いる樹脂材料は、上記使用温度の範囲内において、ロックウェル硬さが９５以上であることが好ましい。これにより、軸受け４２に必要な硬さを、上記使用温度の全域において確保でき、摩擦係数を低く保つことができる。例えばＰＳＯ（メチルシリコーン樹脂）を用いて軸受け４２（外輪４２ａ、内輪４２ｂ及び転動体４２ｃ）を作成することにより、上記使用温度の範囲内において、ロックウェル硬さが９５以上とできる。なお、ロックウェル硬さは１００以上が好ましく、１１０以上がより好ましい。
また、軸受け４２に用いる樹脂材料は、ガラスフィラーを含まないことが好ましい。
一般的に樹脂にガラスフィラーを添加することによって強度や耐久性が向上するが、反面、温度変化時に強度や静止摩擦係数が変化し易くなる。よって、温度変化時に強度や静止摩擦係数が変化し易くならないように、ガラスフィラーを含まない方がよい。
【００３０】
また、軸受け４２に用いる樹脂材料は、ガラス転移温度（Ｔｇ）の１０度以下の範囲の環境下で使用することが好ましい。本実施形態では、加熱ローラ３１の使用温度の範囲を、摂氏５０度以上、摂氏１５０度以下に定めたので、軸受け４２に用いる樹脂材料は、ガラス転移温度が１６０度以上であることが好ましい。これにより、使用温度の範囲内において、樹脂材料がガラス転移して柔らかくなることがないので、温度変化による曲げ弾性率の変動を抑えることができ、かつ必要な軸受け４２の硬さを、使用温度の全域において確保することができる。従来より軸受けに用いられているＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）は、ガラス転移温度が摂氏８０度から摂氏１００度程度なので、本実施形態の軸受けとしては好ましくない。一方、例えばＰＳＯ（メチルシリコーン樹脂）を用いて軸受け４２（外輪４２ａ、内輪４２ｂ及び転動体４２ｃ）を作成することにより、ガラス転移温度が１６０度以上とすることができる。
【００３１】
以上のように、本実施形態の定着装置によれば、使用温度の範囲内において、温度変化による静摩擦係数の変動を０．１５以内に抑えることにより、加熱ローラ３１におけるスティックスリップ現象が起こり難くなるため、異常音の発生を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、画像形成装置に適用することができる。本発明によって、定着装置のローラにおける異常音の発生を抑制することができ、その産業的利用価値は極めて高い。
【符号の説明】
【００３３】
１      画像形成装置
２０    画像形成ユニット
３０    定着装置
３１    加熱ローラ
３２    加圧ローラ
４０    加熱ローラ本体
４１    発熱体
４２    軸受け
４２ａ  外輪
４２ｂ  内輪
４２ｃ  転動体
４３    断熱ブッシュ
４４    長手方向の位置決め
【図１】
2017003704.tif 000003
【図２】
2017003704.tif 000004
【図３】
2017003704.tif 000005