JP2020204681A - 回転部材支持構成およびそれを用いた定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受外周に引っ張りバネを掛け回してローラを加圧する構成において、バネのフック近傍に高い応力が発生し、破損の原因となる。【解決手段】 捩じり方向の異なる２個のコイルを、コイル軸線方向に角度を設けて連結したバネを軸受に掛け回して、ローラを加圧する構成とする。【選択図】 図５

Description

本発明は、記録材に画像を形成するプリンタなどに用いられる、回転部材を回転可能に支持しつつ、回転部材の回転軸線と直交する方向に付勢力を加える回転部材支持構成に関する。

プリンタや複写機等の画像形成装置内部には、用紙搬送ローラ、定着ローラ、クリーニングローラ等、様々な回転部材が、回転可能かつ回転部材の回転軸線と直交する方向に付勢力を加えられて支持されている。特許文献１に示す回転部材支持構成は、用紙を挟持搬送するローラ対の一方のローラの回転軸を軸受で回転可能に支持し、軸受の外周に引っ張りバネを掛け回すことにより、他方のローラに対して付勢している。これにより、ローラ対の接触部にニップ圧を発生させ、用紙の搬送を可能としている。このような回転部材の支持構成は、省スペースかつ低コストであるため、多くの製品で採用されている。

特開２０１５−１７８４０２号公報

軸受の外周に引っ張りバネを掛け回す加圧構成において、引っ張りバネのコイル両端に、コイル外径から外側に張り出す形状のフックを形成したものが用いられている。この構成は、軸受を支持する板金フレーム端面にバネ掛け部を形成し、バネのフックを掛けることができるため、低コストかつ省スペースで実装可能である。

しかし、軸受外径にコイルを接触させてコイルが湾曲する構成となることから、湾曲して掛け回したバネのコイルが直線に戻ろうとする力により、フック根元部分捩じり方向の力が掛かり、バネの耐久性が低下してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、回転可能な回転部材と、前記回転部材を回転可能に支持する軸受部と、前記回転部材に押圧される被押圧部材と、前記回転部材を前記被押圧部材に向けて押圧するためのバネ部材と、前記軸受部と前記被押圧部材とを支持する支持体と、を有する回転部材支持構成において、前記バネ部材は、両端にそれぞれ設けられたフック部と、第一コイル部と、第二コイル部と、第一コイル部と第二コイル部とを連結する連結部と、を有し、両端のそれぞれのフック部を支持体に引っ掛け、前記連結部が前記軸受け部を押圧するように前記バネ部材が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、回転部材を回転可能かつ回転部材の回転軸線と直交する方向に付勢する支持構成を、付勢部材のバネの耐久性を向上させることが可能となる。

本発明の画像形成装置の断面図である。 本発明の定着装置の断面図である。 本発明の定着装置の側面図である。 本発明のクリーニング装置の斜視図である。 本発明の回転部材支持構成の斜視図である。 本発明の回転部材支持構成に用いられる軸受の斜視図である。 本発明の回転部材支持構成に用いられる軸受の正面図である。 本発明の回転部材支持構成に用いられるバネの斜視図である。 本発明の回転部材支持構成に用いられるバネの側面図である。 本発明の回転部材支持構成に用いられるバネの作動状態を示す図である。 従来の回転部材支持構成に用いられるバネの作動状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る画像形成装置について、図面を参照しながら説明する。本実施例においては、電子写真プリンタの定着装置に備えられるクリーニングユニットのローラ支持構成を一例として説明するが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない。

［画像形成装置］
図１は本実施例における画像形成装置の構成概略図である。

図１に示す装置内には第１、第２、第３、第４の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが併設され、各々異なった色のトナー像が潜像、現像、転写のプロセスを経て形成され、ＣＰＵからの作像開始指示により以下のように動作する。

画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、それぞれ専用の像担持体、本例では電子写真感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを具備し、各感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上に各色のトナー像が形成される。各感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに隣接して中間転写体２０が設置され、感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上に形成された各色のトナー像が、中間転写体２０上に１次転写され、２次転写部で記録材Ｐ上に転写される。さらにトナー像が転写された記録材Ｐは、定着部９で加熱及び加圧によりトナー像を定着した後、記録画像として装置外に排出される。

＜定着装置＞
図２に本実施例における定着装置９の正断面図を、図３に本実施例における定着装置９の側面図を示す。

定着装置９は、定着部材としての定着ローラ９１と、加圧部材としての加圧ローラ９２を備える。定着ローラ９１内部には、加熱部であるヒータが配置され、定着ローラ９１を所定の温度に加熱する。定着ローラ９１と加圧ローラ９２で形成する定着ニップで、未定着トナー像が担持された転写材を挟持搬送し、加熱、加圧することにより、転写材にトナー像を定着させる。

＜クリーニング装置＞
定着ローラ９１近傍には、定着ローラ９１に付着したオフセットトナーを除去するためのクリーニングユニット９４が配置されている。クリーニングユニット９４は、定着ローラ９１に当接するクリーニング位置と、定着ローラから離間する待機位置の間を移動可能に取り付けられている。

図４にクリーニングユニット９４と、クリーニング対象である定着ローラ９１を示す。説明のため、クリーニングユニット９４のフレーム９４３の一部を非表示としている。クリーニングユニット９４には、クリーニングローラ９４１が回転可能に支持され、クリーニングローラ９４１には、クリーニングウェブ９４２が巻き掛けられている。クリーニングユニット枠体９４３の画像幅方向両端部には、軸受９４４が備えられ、クリーニングローラ９４１を回転可能に支持している。軸受９４４の外周には、引っ張りバネ９４５が巻き掛けられて、クリーニングローラ９４２を定着ローラ９１方向に付勢する。クリーニングユニット９４がクリーニング位置にあるとき、クリーニングローラ９４１が定着ローラ９１に当接されることにより、軸受９４４外周の引っ張りバネ９４５が伸びてクリーニングローラ９４１を定着ローラ９１に付勢させる。そして、オフセットトナーのクリーニングに必要なニップ力を発生する。

クリーニングローラ９４１およびウェブ９４２の幅は、画像家製装置が形成可能な最大画像幅よりも大きく設定されている。定着ローラ９１表面に付着したオフセットトナーは定着ローラ９１の回転に伴い、定着ローラ９１とウェブローラ９４１の形成するクリーニングニップにおいて、クリーニングウェブ９４２に捕集される。

＜クリーニングローラの支持、加圧構成＞
回転部材支持構成について具体的に説明する。

回転部材支持構成の一例であるクリーニングユニット９４の枠体（支持体）９４３は、画像幅方向の両端に板金の側板を備えた構成となっている。

図５に、回転部材であるクリーニングローラ９４１を回転支持する軸受部の詳細を示す。また、図６、図７に軸受９４４を、図８に軸受９４４の外周に巻き掛けられるバネ（バネ部材）９４５を示す。クリーニングローラ９４１は、被押圧部材である定着ローラ９１をクリーニングウェブを介して押圧する構成となっている。

クリーニングローラ９４１を回転支持する軸受（軸受部）９４４は、側板に設けられたガイド部９４３１によりスライド可能に支持される。軸受９４４の外周に巻き掛けられるバネ９４５の両端には、引っ張りバネのコイル（コイル部）９４５１、９４５２外周から外側に張り出す形のフック（フック部）９４５４が形成されており、側板の端面に形成されたバネ掛け部９４３２に引っ掛けられる。

軸受９４４は、クリーニングローラ９４１を回転支持する穴９４４１、クリーニングユニット側板ガイド部９４３１に係合するガイド部９４４２を備える。バネ支持部９４４３は、バネ９４５が穴９４４１に最も近い位置で軸受９４４に当接する点Ａを通る穴内径の同心円Ｂよりも、クリーニングローラ９４１押圧方向の反対側に突出した形状である。すなわち、バネ支持部９４４３は凸形状部である。このバネ支持部９４４３に、バネ９４５が巻き掛けられる。バネ支持部９４４３のバネコイル当接面９４４４は、上記同心円Ｂより大きな曲率半径で形成される。軸受９４４がバネ９４５の連結部９４５３と係合する箇所には、バネ連結部９４５３がクリーニングローラ９４１端部方向に脱落するのを防止するリブ（壁部）９４４５を備えている。

バネ９４５は、巻き方向の異なる第一コイル（コイル部）９４５１と第二コイル（コイル部）９４５２を連結部９４５３で連結した構成となっている。連結部９４５３とは反対側の端部には、フック９４５４が、対向するコイルの外径から外側に張り出す方向に設けられている。これらの形状が、１本の線材により、連続的に形成されている。本実施例では、バネ９４５の材質はステンレス製である。ワイヤーの太さは０．８ｍｍである。そして、第一コイル９４５１と第二コイル９４５２の外径はそれぞれ４ｍｍである。また、第一コイル９４５１と第二コイル９４５２の自由長さはそれぞれ１０ｍｍであり、連結部の長さは６ｍｍとなっている。コイルの自由長さが短いと、コイルの寿命が短くなる傾向があるため、本実施例では、連結部の長さをできるだけ短くし、コイルの自由長さを大きくしている。そのため、各コイルの自由長さは連結部の長さよりもそれぞれ長い構成となっている。なお、バネ９４５の寸法は一例であり、この寸法に限定されるものではない。

連結部９４５３は、第一／第二コイルの巻き終わりからコイル軸線方向に曲げ起こされた形状であり、連結部９４５３の中に屈曲部を設けることで、第一／第二コイルの軸線方向に角度を設けている。図５に示すように、バネ９５４は連結部９４５３が軸受９４４のバネ支持部９４４３の頂点に支持されるように取り付けられる。第一／第二コイルの軸線方向のなす角度を小さくすると、軸受９４４のバネ支持部９４４３の突出量を大きくし、バネ９４５を軸受９４４に掛け回した時のコイル長を長く取ることができ、バネ定数を小さく設計することが可能となる。クリーニングローラ９４１を付勢するバネ力を同等に設計する場合、バネ定数が小さい方が、部品寸法のばらつきによるバネ力のばらつきを低減できる。またクリーニングユニット９４の着脱動作によりバネ９４５に発生する応力変動の振幅を小さくできるため、バネ９４５の耐久性を高めることができる。

第一／第二コイルの軸線（自由長さ方向）のなす角は、バネ９４５の実装に使えるスペースと、必要なバネ力により異なるが、２本のコイル長の合計を従来のバネのコイル長よりも長くするためには、１２０度以下であることが望ましい。

一方で、第一／第二コイルの軸線のなす角が鋭角になると、バネをフォーミングマシンで製造する際、１番目に形成したコイルが、２番目のコイルの形成時に装置に干渉してしまうという問題が発生する。これを避けるためには、第一／第二コイルの軸線のなす角は８０度以上である必要がある。これより小さい角度にすると、フォーミングマシンによる加工とは別工程で、連結部９４５３を曲げる加工が必要となり、大幅なコストアップとなってしまう。

すなわち、第一／第二コイルの軸線のなす角は、８０度以上１２０度以下であることが望ましい。本実施例においては、第一／第二コイルの軸線のなす角は、９０度としている。

第一／第二コイル端部のフック９４５４は、バネ９４５を軸受９４４に巻き掛けた時に、側板の方向に張り出している必要がある。フック９４５４を側板のバネ掛け部９４３２に掛ける作業性を考慮すると、一方のコイルの軸線方向から見た時、一端のフック９４５４と他端のコイルとのなす角は、９０±４５度、すなわち、４５度以上１３５度以下の範囲である必要がある。本実施例においては、図９に示すように、一方のコイルの軸線方向から見た時、フックと他方のコイルとのなす角を９０度としている。

図１０に、バネ９４５を軸受９４４に掛け回した状態を示す。バネ９４５の第一コイル９４５１と第二コイル９４５２は、連結部９４５３によって９０度の角度で連結され、他端のフック９４５４側は、両方のコイルの軸線方向がクリーニングローラ９４１押圧方向Ｃと平行に取り付けられる。このため、コイルには湾曲が発生しており、コイルが直線に戻ろうとする力Ｄが発生する。コイルの外径から外側に張り出したフック９４５４が側板のバネ掛けに拘束された状態で、コイルが直線に戻ろうとするため、バネ両端のフック９４５４付け根部分には、捩じり力Ｅが発生する。

ここで比較のために、従来の回転部材支持構成でバネに作用する力を、図１１を用いて説明する。

従来のバネ９４７は、１本のコイル９４７１の両端部に、コイル外径から外側に張り出す形でフック９４７２を形成していた。図１１は、従来のバネ９４７を円筒形の軸受外周に掛け回した状態を示している。軸受の周りにコイル９４７１が１８０度湾曲されて掛け回されており、コイル９４７１が直線に戻ろうとする力Ｄが発生する。コイル９４７１の外径から外側に張り出したフック９４７２が側板のバネ掛けに拘束された状態で、コイル９４７１が直線に戻ろうとするため、バネ両端のフック９４７２付け根部分には、捩じり力Ｅ１、Ｅ２が発生する。この捩じり方向は、バネの両端で方向が異なり、Ｅ１ではコイルの巻き方向に緩める方向に作用し、Ｅ２ではコイルの巻きを締める方向に作用する。

フック９４７２付け根部分に、引張りバネの引張り力に加えて、コイル周方向の捩じり力が加わると、フック９４７２付け根近傍には、引張り力のみが作用した場合より大きな応力が発生する。特に、コイル９４７１の巻きを締める方向のＥ２が作用するフック９４７２には、コイルの巻きを緩める方向のＥ１が作用するフック９４７２より、大きな応力が発生する。このため、バネ９４７の耐久性は、コイル９４７１の巻きを締める方向のＥ２が作用するフック９４７２付け根部分の耐久性が律束となり、バネ９４７の耐久性が低くなってしまう。

再び図１０を用いて、本実施例のバネ９４５に作用する力を確認する。

本実施例のバネ９４５は、第一／第二コイルがそれぞれ４５度、合計で９０度の湾曲である。このため、本実施例のバネ９４５のコイルが直線に戻ろうとする力Ｄ、および、フック９４５４付け根部分に発生する捩じり力Ｅは、従来のバネより小さい。さらに、本実施例のバネは、第一／第二コイルの巻き方向を逆向きにしている。具体的には、第一コイル９４５１を右巻き、第二コイル９４５２を左巻きとしている。フック付け根部分に発生する捩じり力Ｅの方向は、どちらのコイルも、コイルの巻きを緩める方向に作用する。この方向の捩じり力は、コイルの巻きを締める方向に較べて、フック付け根部分に発生する応力が小さくなる。

以上説明したように、本実施例の回転部材支持構成は、従来の回転部材支持構成に対して、以下の理由によりバネ耐久性を向上することができる。
・バネを２個のコイルを連結した構成にすることにより、バネ定数を低下させ、バネに発生する応力振幅を小さくする。
・軸受に掛け回すバネのコイルの湾曲を小さくすることにより、フック近傍に掛かる捩れ力を低減する。
・巻き方向の異なる２個のコイルを用い、フック近傍に掛かる捩れ力をコイル緩み方向にすることで、捩れ力により発生する応力を低減する。

上記の実施例では、回転部材であるクリーニングローラが被押圧部材である定着ローラを押圧する構成について説明した。本発明は、この実施例に限定されるものではない。例えば、クリーニングローラ以外にも定着装置の加圧ローラに押圧する金属ローラに関する構成であってもいい。また、定着装置以外であっても、搬送ローラが他のローラを押圧する構成に対しても適用可能である。

９ 定着器
９１ 定着ローラ
９２ 加圧ローラ
９３ 枠体
９４ クリーニングユニット
９４１ クリーニングローラ
９４２ クリーニングウェブ
９４３ 枠体
９４３１ ガイド部
９４３２ バネ掛け部
９４４ 軸受
９４４１ 穴
９４４２ ガイド部
９４４３ バネ支持部
９４４４ バネコイル当接面
９４４５ 脱落防止リブ
９４５ バネ
９４５１ 第一コイル
９４５２ 第二コイル
９４５３ 連結部
９４５４ フック
９４７ 従来のバネ
９４７１ コイル
９４７２ フック

Claims (9)

1. 回転可能な回転部材と、
   前記回転部材を回転可能に支持する軸受部と、
   前記回転部材に押圧される被押圧部材と、
   前記回転部材を前記被押圧部材に向けて押圧するためのバネ部材と、
   前記軸受部と前記被押圧部材とを支持する支持体と、を有する回転部材支持構成において、
   前記バネ部材は、両端にそれぞれ設けられたフック部と、第一コイル部と、第二コイル部と、第一コイル部と第二コイル部とを連結する連結部と、を有し、
   両端のそれぞれのフック部を支持体に引っ掛け、前記連結部が前記軸受け部を押圧するように前記バネ部材が設けられていることを特徴とする回転部材支持構成。
2. 前記第一コイルの巻き方向と第二コイルの巻き方向は異なることを特徴とする請求項１に記載の回転部材支持構成。
3. 前記各々のフック部は、それぞれが対向するコイル部の外径よりも外側に張り出す形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に回転部材支持構成。
4. 前記第一コイルの自由長さ方向と第二コイルの自由長さ方向のなす角度は８０度以上１２０度以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転部材支持構成。
5. 前記バネ部材の一端のフック部が対向するコイル部の外径から張り出す方向と、他方のコイル部のなす角度は４５度以上１３５度以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の回転部材支持構成。
6. 前記軸受部は、前記回転部材の押圧方向の反対側に突出した凸形状部を有し、前記連結部は前記凸形状部を押圧することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の回転部材支持構成。
7. 前記軸受部の幅方向において前記凸形状部と前記連結部とが当接する部分よりも外側には、前記当接する部分よりも突出している壁部が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の回転部材支持構成。
8. 前記第一コイル部と前記第二コイル部の自由長さは、それぞれ前記連結部の長さよりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の回転部材支持構成。
9. 前記被押圧部材は記録材に形成された画像を定着する定着部材であり、前記回転部材は、前記定着部材をクリーニングするクリーニングウェブを定着部材に押圧するクリーニングローラであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の回転部材支持構成を備える定着装置。

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