JP4561284B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

複写機、プリンタなどの画像形成装置において、互いに圧接して回転する一対のローラによって形成されるニップ部で用紙を挟持搬送しながら加熱および加圧することにより未定着のトナーを用紙に定着させる定着装置に関する。

複写機などの画像形成装置に用いられる定着装置として２つのローラを互いに圧接させる構成が広く利用されている。ローラは、そのボス（シャフト）がベアリングで支持された状態で回転する。かかる構成において、ベアリング内輪とローラのボスとは組立性の確保のために、通常隙間嵌合されており、その結果、ベアリングの中心軸線がボスの回転中心軸線に対し傾いた状態で取り付けられる場合がある。この傾きが原因でベアリングには、ローラ回転時にスラスト力（軸方向に沿った力）が発生する。その結果、ベアリングはスラスト力を受けながらその位置がずれることになる。また、ベアリングの内輪とボスとの間にはこじれ力（拘束力）が発生する。一方、ベアリングはフレームで支持されており、したがってベアリングは、その位置がずれるとフレームからの反発力を受けることになる。反発力は位置ずれが大きくなるにしたがって徐々に大きくなる。反発力がこじれ力を上回ったときに、ベアリングが元の位置に戻り、異音が発生する。こうした異音は、ローラ１回転周期で発生する。この異音を防止するために、ベアリングとボス間に摺動性の高いカラーを挿入し、スラスト力を逃がす方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、ベアリングのボスに対する傾きを小さくしてスラスト力の発生を抑えるために、ベアリングをフレームにビス止めすることで、ベアリングのボスに対する位置精度を高める方法も知られている。

なお、特許文献２には、ベアリングの中心軸線と加圧ローラの回転中心軸線とのなす角度を、例えば用紙の厚みに応じて制御する定着装置が開示されている。
特開平６−２０２５１５号公報 特開平８−２２２１０号公報

しかしながら、定着装置内で摺動性の高いカラーを用いる場合、カラーを耐熱性の高い材料で構成する必要があるため、コスト高になる。また、カラーがある程度の厚みを有しているため、ボスの外径を小さくするか、ベアリングの外径を大きくしなければならず、設計の自由度が低下する。ベアリングをフレームにビス止めする場合、フレームに歪みや撓みがないことが前提になるため、高精度で高剛性のフレームが必要になり、コスト高になる。

そこで、本発明は、設計の自由度を低下させることなく低コストでローラ１回転周期の異音を防止できる定着装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、互いに圧接して回転する一対の回転体によって形成されるニップ部で用紙を挟持搬送しながら加熱および加圧することによりトナー画像を用紙に定着する定着装置において、
上記回転体の少なくとも一方のボスは、支持部材に支持されたベアリングに回転可能に支持されており、
上記支持部材は、上記用紙の搬送方向に直交する方向に配置されたピンを介して上記定着装置のメインフレームに回動可能に支持されたアームフレームを有し、
上記ベアリングは、上記アームフレームに固定されることなく、上記回転体のボスに対して上記ボスの回転中心軸線方向に上記回転体と上記アームフレームの間を移動可能に、上記アームフレームに支持されており、
上記ベアリングの中心軸線が上記ボスの回転中心軸線と略同一平面内に位置し且つ上記ベアリングの中心軸線が上記ベアリング外側において用紙の搬送方向に関して上記ニップ部の下流側に位置する向きであることを特徴とする。

本発明によれば、回転体を回転させると、ニップ部での圧接によりベアリングには用紙の搬送方向とは逆方向に力を受ける。この力のベアリングの中心軸線に沿った成分は、回転体の両側で回転体に近づく方向に発生する。回転体はベアリングに固定されていないために、支持部材の反発力が一度に解放されることはなく、その結果、異音の発生が防止される。また、カラーを用いる必要がないため設計の自由度を維持できる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１，２は、定着装置の第１を示す。この定着装置２は、内部に加熱用のハロゲンヒータ（図示せず）を有する加熱ローラ４、および、加熱ローラ４と圧接して用紙が通過するニップ部６を形成する加圧ローラ８を備える。加熱ローラ４のボス１０は、メインフレーム（図示せず）に固定された一対のベアリング１４に回転可能に支持されている。ボス１０は、図示しない回転駆動源に駆動連結されている。加圧ローラ８のボス１６は、一対のアームフレーム１８（１８ａ，１８ｂ）（支持部材）に固定された一対のベアリング２０に回転可能に支持されている。アームフレーム１８ａ，１８ｂは、メインフレームに固定された一対のピン２２ａ，２２ｂを介してメインフレームに回動可能に支持されている。アームフレーム１８ａ，１８ｂは、図示しない付勢手段（例えばバネ）によりピン２２ａ，２２ｂを中心として所定の回転方向に付勢されており、これにより加圧ローラ８が加熱ローラ４に圧接するようになっている。

かかる構成を備えた定着装置２において、画像形成時、トナー画像が転写された用紙は、回転する加熱ローラ４と加圧ローラ８が形成するニップ部６を挟持搬送されながら加圧および加熱され、これにより未定着のトナーが用紙に定着される。以下の説明において、通紙方向に関してニップ部６の上流側および下流側を単に「上流側」および「下流側」という。

図３は、加圧ローラ８の両端の支持機構の詳細図を示す。各ベアリング２０（２０ａ，２０ｂ）の外輪のつば２４（２４ａ，２４ｂ）は、上流側および下流側でビス２６Ｕ，２６Ｄを介してアームフレーム１８（１８ａ，１８ｂ）に固定されている。アームフレーム１８は、加圧ローラ８端面のニップ部６下流側に対向する部分が、加圧ローラ８端面のニップ部６上流側に対向する部分に比べて加圧ローラ端面側に位置するように形成されており、これによりベアリング２０が上流側に比べて下流側で加圧ローラ端面側に位置するようになっている。言い換えれば、ベアリング２０の中心軸線Ｃ_Ｂは、加圧ローラ８（のボス１６）の回転中心軸線Ｃ_Ｐと略同一平面に位置するとともに、回転中心軸線Ｃ_Ｐに対しベアリング外側（加圧ローラ８が位置する側と反対側）で下流側に位置する。

ところで、加圧ローラ８が回転すると、図４に示すように、ニップ部６での圧接によりベアリング２０には通紙方向とは逆方向に力Ｆを受ける。このとき、図５（ａ）に示すように、仮にベアリング２０が下流側に比べて上流側で加圧ローラ端面に近い状態で傾斜していると、力Ｆのベアリングの中心軸線Ｃ_Ｂと直交する成分Ｆｒは、アームフレーム１８からの抗力と釣り合うが、ベアリングの中心軸線と平行な成分Ｆｓは、ベアリングに対し、加圧ローラ８の軸方向に沿って該ローラから離れる方向に作用する成分すなわちスラスト力を有する。その結果、ベアリングの位置は、図５（ｂ）に示すように、加圧ローラ８の回転に従ってスラスト力を受けて外側に徐々にずれる。このとき、ベアリング２０の内輪とボス１６との間にはこじれ力が発生する。一方、位置ずれによりベアリング２０は、アームフレーム１８からの反発力（ピン２２を支点としてアームフレーム１８が反ることで発生する弾性力）を受けることになる。反発力は、位置ずれが大きくなるにしたがって徐々に大きくなり、こじれ力を上回ったときに一度に開放される。その結果、ベアリングが元の位置［図５（ａ）］に戻り、異音が発生する。

図６は、定着装置における、加圧ローラの支持機構の詳細図を示す。この実施形態では、上述の実施形態と同様に、アームフレーム１８は、加圧ローラ８端面のニップ部６下流側に対向する部分が、加圧ローラ８端面のニップ部６上流側部分に対向する部分に比べて加圧ローラ端面側に位置するように形成されているが、ベアリング２０は、アームフレームに固定されてない状態でアームフレームのベアリング穴に隙間嵌合されている。したがって、定着装置を組み立てた際に、ベアリングは、その中心軸線Ｃ_Ｂがいずれの方向にも向く可能性がある。その結果、加圧ローラ８を回転させると、図６のようにベアリング２０が上流側に比べて下流側で加圧ローラ端面側に位置していれば、ベアリングは加圧ローラに近づく方向にスラスト力を受ける。逆に、ベアリング２０が下流側に比べて上流側で加圧ローラ端面側に位置していれば、ベアリングは加圧ローラから離れる方向にスラスト力を受ける。しかしながら、ベアリング２０は、アームフレーム１８に押し付けられ（アームフレーム１８に当接し）、その結果、図６に示すように上流側に比べて下流側で加圧ローラ端面側に位置するようにその傾きが矯正される。その後、ベアリング２０は、加圧ローラ８に向かう方向にスラスト力を受けることになり、異音の発生が防止される。

以上、本発明の具体的実施形態について説明したが、本発明はこれらに限らず種々改変可能である。例えば、上記実施形態では、加圧ローラ側のベアリングをその中心軸線がボスの回転中心軸線と略同一平面内に位置するとともにベアリング中心軸線をベアリング外側で下流側に位置するようにしたが、代わりにまたはこれに加えて加圧ローラ側のベアリングを同様に構成してもよい。

また、用紙を搬送するニップ部を形成する回転体は、ローラ形状に限らず、例えばベルト形状でもよい。

定着装置の概略斜視図。 図１のＩＩ方向から見た側面図であって、アームフレームおよびピンを省略した図。 図１の加圧ローラの支持機構を詳細に示す加圧ローラの側面図。 加圧ローラの回転時に対応するベアリングに作用する力を示す、図２に類似した図。 （ａ）比較例として、図３と異なるベアリング中心軸線の傾きの場合に発生するベアリングに作用する力を示す、加圧ローラの部分側面図。（ｂ）図５（ａ）の構成において、ベアリングにスラスト力が発生したときにベアリングの位置がずれる様子を示す、加圧ローラの部分側面図。 本発明に係る定着装置において、加圧ローラの支持機構の詳細を示す加圧ローラの側面図。

符号の説明

２ 定着装置
４ 加熱ローラ
６ ニップ部
８ 加圧ローラ
１０ ボス
１４ ベアリング
１６ ボス
１８ アームフレーム（支持部材）
２０ ベアリング
Ｃ_Ｐ 加圧ローラの回転中心軸線
Ｃ_Ｂ ベアリングの中心軸線

Claims (2)

1. 互いに圧接して回転する一対の回転体によって形成されるニップ部で用紙を挟持搬送しながら加熱および加圧することによりトナー画像を用紙に定着する定着装置において、
   上記回転体の少なくとも一方のボスは、支持部材に支持されたベアリングに回転可能に支持されており、
   上記支持部材は、上記用紙の搬送方向に直交する方向に配置されたピンを介して上記定着装置のメインフレームに回動可能に支持されたアームフレームを有し、
   上記ベアリングは、上記アームフレームに固定されることなく、上記回転体のボスに対して上記ボスの回転中心軸線方向に上記回転体と上記アームフレームの間を移動可能に、上記アームフレームに支持されており、
   上記ベアリングの中心軸線が上記ボスの回転中心軸線と略同一平面内に位置し且つ上記ベアリングの中心軸線が上記ベアリング外側において用紙の搬送方向に関して上記ニップ部の下流側に位置する向きであることを特徴とする定着装置。
2. 上記ベアリングは、その外輪が上記アームフレームに非固定状態で支持されており、
   上記アームフレームは、上記ベアリングの外輪が上記アームフレームに当接すると上記ベアリングを上記向きに支持するように形成されていることを特徴とする請求項１の定着装置。

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