JP2008008452A - 転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内輪2と外輪3の軌道面間に複数の転動体4が配列され、定着装置において帯電する回転部材を回転自在に支持し、この回転部材の軸部が内輪2の内径面2bまたは外輪3の外径面3bにすきま嵌めで嵌合される転がり軸受1であって、少なくとも回転部材の軸部がすきま嵌めで嵌合される内輪2の内径面2bまたは外輪3の外径面3bに、導電性と低摩擦摺動性を有する被膜8を形成してなり、この被膜8は厚みが 2〜10μmであり、該被膜8と回転部材の軸部との動摩擦係数が 0.2 以下である。
【選択図】図1
Description
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。
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。
上記被膜は、ニッケル−ポリテトラフルオロエチレン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、軸受内に導電性を有するグリースを封入することで軸受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。
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。
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。
本発明では軸受の内輪内径面等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。
図1に示すように、深溝玉軸受1は、外周面に内輪転走面2aを有する内輪2と内周面に外輪転走面3aを有する外輪3とが同心に配置され、内輪転走面2aと外輪転走面3aとの間に複数個の転動体4が配置される。この複数個の転動体4を保持する保持器5および外輪3等に固定されるシール部材6が内輪2および外輪3の軸方向両端開口部にそれぞれ設けられている。少なくとも転動体4の周囲に潤滑グリース7が封入される。
定着ローラや加圧ローラ等の回転部材の軸部がすきま嵌めで嵌合される内輪2の内径面2bに、導電性と低摩擦摺動性を有する被膜8が形成されている。
この定着ローラ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は内輪2の内径面にすきま嵌めで嵌合され、外輪3が定着装置のフレーム11に固定されており、各軸部9aは深溝玉軸受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なっている。
本発明では、内輪2の内径面に被膜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。
また、本発明の転がり軸受は、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。
このような被膜としては、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、ポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEと記す)樹脂に金属ニッケル(以下、Niと記す)粉を配合したNi−PTFE複合被膜が挙げられる。
本発明の転がり軸受においては、被膜の膜厚を均一に調整可能であり寸法精度に優れ、耐熱性、耐摩耗性および摺動性に優れることから、無電解めっき処理により、Ni−PTFE複合被膜を形成することが好ましい。
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、軸部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。
[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
2 内輪
3 外輪
4 転動体
5 保持器
6 シール部材
7 グリース
8 被膜
9 定着ローラ
9a 軸部
10 電磁誘導加熱ヒータ
11 フレーム
Claims (5)
- 内輪と外輪の軌道面間に複数の転動体が配列され、定着装置において帯電する回転部材を回転自在に支持し、この回転部材の軸部が前記内輪の内径面または前記外輪の外径面にすきま嵌めで嵌合される転がり軸受であって、
少なくとも前記回転部材の軸部がすきま嵌めで嵌合される内輪の内径面または外輪の外径面に、導電性と低摩擦摺動性を有する被膜を形成してなり、
前記被膜は厚みが 2〜10μmであり、該被膜と前記回転部材の軸部との動摩擦係数が 0.2 以下であることを特徴とする転がり軸受。 - 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であることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。
- 前記被膜が、グラファイト被膜であることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。
- 前記転がり軸受に 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、前記被膜と前記回転部材の軸部との動摩擦係数が 0.2 以下であることを特徴とする請求項1、請求項2または請求項3記載の転がり軸受。
- 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4のいずれか一項記載の転がり軸受。
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