JP5086813B2 - 定着装置、および画像形成装置 - Google Patents

定着装置、および画像形成装置 Download PDF

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Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリまたはそれらの複合機など、電子写真プロセスを用いて、用紙、樹脂フィルム等の記録材にトナー像を記録する画像形成装置に関するものである。および、そのような画像形成装置において、定着部材と加圧部材との間の定着ニップに記録材を通して、加熱とともに加圧することにより未定着トナー像を記録材に定着する定着装置に関する。
従来、電子写真式画像形成装置に備える定着装置には、例えば図7に示すように、熱源として図示しないヒータを内蔵する定着ローラ1、付勢部材2により定着ローラ1に押し当てられ、定着ローラ1に従動回転する加圧ローラ3などが備えられている。定着ローラ1は、円筒状の芯金外周上のゴム層にテフロン(登録商標)等のコーティングを施したものである。そして、定着ローラ1および加圧ローラ3は、ローラ軸の端部が軸受4a、4b、5a、5bを介して、それぞれ定着フレーム6a、6b、または加圧フレーム7a、7bにより回転自在に支持されていた。
ところで、ヒータを内蔵する定着ローラ1の軸受4a、4bとしては、図8(A)および(B)に示すように、外輪8と内輪9との間に玉tを備えている玉軸受が使用されていた。図中符号1Aは、定着ローラ1のローラ軸である。
特開平11‐73052号公報 特開2005‐292644号公報
しかし、上述したとおり、従来の定着装置は、外輪8と内輪9とが互いにローラ軸1A方向にスライドするものではなかったので、用紙等の記録材上のトナーを定着させるため、ヒータで定着ローラ1を加熱したときに、定着ローラ1と定着フレーム6a、6b間に熱膨張差が生じ、その熱膨張差を吸収できずに、外輪8と定着フレーム6a、6b間aおよび定着ローラ1と内輪9間bで軸方向の滑りによるスティックスリップ異音が発生していた。
そこで、この発明の第1の目的は、このような問題を解決するため、熱源を内蔵した熱ローラのローラ軸両端部が軸受を介して支持フレームで支持される定着装置において、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し、内輪が外輪に対して滑らかに動くようにし、異常音の発生をさらに少なくし、さらに内輪が熱ローラと一体で回転するようにし、異常音の発生をさらに抑えることにある。
この発明の第2の目的は、熱膨張差を軸受で完全に吸収して異常音の発生を確実に防止することにある。
この発明の第の目的は、外輪と熱ローラ間の滑りにより生ずる異常音の発生を一層抑えることにある。
この発明の第の目的は、外輪と熱ローラ間の滑りにより生ずる異常音の発生をなお一層抑えることにある。
この発明の第の目的は、熱ローラの摩耗を防止して、軸受と熱ローラ間のスティックスリップによる異常音の発生を抑えることにある。
この発明の第の目的は、少ない部品点数で軸受を熱ローラに固定させ、異常音の発生を抑えることにある。
この発明の第の目的は、熱ローラの摩耗を防止してより確実に軸受を熱ローラに固定し、異常音の発生を抑えることにある。
この発明の第の目的は、耐久時の熱ローラの外径変化を小さくして圧入状態を維持できるようにし、異常音の発生を抑えることにある。
この発明の第の目的は、熱源を内蔵した熱ローラのローラ軸両端部が軸受を介して支持フレームで支持される定着装置を備える画像形成装置において、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にある。
このため、請求項1に記載の発明は、上述した第1の目的を達成すべく、熱源を内蔵する熱ローラが軸受を介して支持フレームで支持される定着装置において、前記軸受は、外輪と、内輪と、該外輪と内輪との間に配置された転動体とを有し、前記外輪と内輪との間に、前記熱ローラをその軸方向にスライド可能とする隙間が形成され、前記軸受が、転動体として前記熱ローラの軸方向に複数の玉を並べて設けた玉軸受であり、前記熱ローラの軸方向に並べて設けた複数の玉は、その中央のものの径より、端のものの径の方が小さく形成されていることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、上述した第2の目的を達成すべく、請求項1に記載の定着装置において、前記隙間が、前記熱ローラとその両端の前記支持フレーム間との熱膨張差より大きく形成されていることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、上述した第の目的を達成すべく、請求項1または2に記載の定着装置において、前記軸受の外輪が、前記支持フレームにねじ止めして固定されていることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、上述した第の目的を達成すべく、請求項1ないしのいずれか1に記載の定着装置において、前記軸受の外輪が、その外輪の鍔部を別部品で押さえることにより前記支持フレームに固定されていることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、上述した第の目的を達成すべく、請求項1ないしのいずれか1に記載の定着装置において、前記熱ローラに取り付けるリングを用いて前記軸受の内輪が前記熱ローラに固定されていることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、上述した第の目的を達成すべく、請求項に記載の定着装置において、前記熱ローラに取り付けるリングと前記熱ローラに設ける段差とで前記軸受の内輪が前記熱ローラに固定されていることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、上述した第の目的を達成すべく、請求項1ないしのいずれか1に記載の定着装置において、圧入により前記軸受の内輪が前記熱ローラ上に固定されていることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、上述した第の目的を達成すべく、請求項に記載の定着装置において、前記熱ローラのローラ軸の硬度が70HV以上であることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、上述した第の目的を達成すべく、請求項1ないしのいずれか1に記載の定着装置が備えられていることを特徴とする画像形成装置である。
請求項1に記載の発明によれば、熱源を内蔵した熱ローラのローラ軸両端部が軸受を介して支持フレームで支持される定着装置において、軸受の外輪と内輪との間に、熱ローラを軸方向にスライド可能とする隙間が設けられているので、その隙間で、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。しかも、軸受が、転動体として複数の玉を並べて設ける玉軸受であるので、転動体と内、外輪の接触面積を減らし、内輪が外輪に対して滑らかに動くことにより、異常音の発生をさらに少なくすることができる。さらに、並べて設ける複数の玉が、中央のものより端のものの大きさを小さくしているので、内輪がベンディングにより傾いた熱ローラのローラ軸と一体で回転することができ、異常音の発生をさらに抑えることができる。
請求項2に記載の発明によれば、隙間が、熱ローラとその両端の支持フレーム間との熱膨張差より大きく形成されているので、熱膨張差を軸受で完全に吸収して異常音の発生を確実に防止し、かつ熱ローラの軸方向のガタを小さくして、異常音の発生を抑えることができる。
請求項に記載の発明によれば、軸受の外輪が、支持フレームにねじ止めして固定されているので、外輪が固定されて、外輪と熱フレーム間の滑りによる異常音の発生を一層抑えることができる。
請求項に記載の発明によれば、軸受の外輪が、その外輪の鍔部を別部品で押さえることにより支持フレームに固定されているので、外輪が確実に固定され、外輪と熱フレーム間の滑りによる異常音の発生をなお一層抑えることができる。
請求項に記載の発明によれば、熱ローラに取り付けるリングを用いて軸受が熱ローラに固定されているので、熱ローラの摩耗を防止して、軸受と熱ローラ間のスティックスリップによる異常音の発生を抑えることができる。
請求項に記載の発明によれば、熱ローラに取り付けるリングと熱ローラに設ける段差とで軸受が熱ローラに固定されているので、少ない部品点数で軸受を熱ローラに固定させ、異常音の発生を抑えることができる。
請求項に記載の発明によれば、圧入により軸受が熱ローラ上に固定されているので、熱ローラの摩耗を防止してより確実に軸受を熱ローラに固定し、異常音の発生を抑えることができる。
請求項に記載の発明によれば、熱ローラのローラ軸の硬度が70HV以上であるので、耐久時の熱ローラの外径変化を小さくして圧入状態を維持できるようにし、異常音の発生を抑えることができる。
請求項に記載の発明によれば、画像形成装置に、請求項1ないし12のいずれか1に記載の定着装置が備えられているので、熱源を内蔵した熱ローラのローラ軸両端部が軸受を介して支持フレームで支持される定着装置を備える画像形成装置において、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。
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の最良形態につき説明する。
図1には、タンデム方式の画像形成装置の一例であるカラー複写機で、その内部機構の全体概略構成を示す。
図中符号100は複写機本体、200は複写機本体100上に取り付けるスキャナ、300はさらにその上に取り付ける自動原稿搬送装置(ADF)である。
複写機本体100内には、中央に、エンドレスベルト状の中間転写体10が、図示例では1つの駆動ローラ11と従動ローラ12に掛けまわしてほぼ水平に張り渡され、図中矢印A方向に回転走行可能に設けられている。もちろん、中間転写体10は、3つ以上のローラに掛けまわすようにしてもよい。
中間転写体10の上には、4つの作像ステーション20が、例えば、上流側から下流側に向けて、ブラック(20K)・イエロ(20Y)・マゼンタ(20M)・シアン(20C)の順でタンデム式に並べて配置されている。各作像ステーション20には、それぞれ、中間転写体10に接触するようにドラム状の像担持体21が設けられ、その像担持体21のまわりに、帯電装置22、現像装置23、中間転写体10を挟んで一次転写装置24、一次クリーニング装置25などが配置されている。そして、最上流のブラックの作像ステーション20Kの上流には、二次クリーニング装置14が設置されている。また、4つの作像ステーション20の上には、露光装置15が設けられている。
一方、複写機本体100の底部には、用紙等の記録材を収容する給紙トレイ16が出し入れ自在に備えられている。給紙トレイ16の図中右上には、給紙コロ17と分離パッド18が設けられており、そこから上方に向けて記録材搬送路30が形成されている。記録材搬送路30には、給紙コロ17と分離パッド18位置から順次、レジストローラ対32、中間転写体10を挟んで駆動ローラ11と対向する位置に二次転写装置33、定着装置34、排紙ローラ対35などが配置され、複写機本体100上の排紙トレイ36まで続いている。
記録材搬送路30の図中右側には、定着装置34を出た記録材を排紙ローラ対35でスイッチバックして入れ、搬送ローラ対37で搬送して再度レジストローラ対32の上流位置へと導く両面搬送路38が備えられている。
いま、このカラー複写機を用いてカラーコピーをとるときは、自動原稿搬送装置300の原稿台上に原稿がセットされる。または、自動原稿搬送装置300を開いてスキャナ200のコンタクトガラス上に原稿がセットされ、自動原稿搬送装置300を閉じてそれで押さえる。
そして、不図示のスタートスイッチを押すと、自動原稿搬送装置300に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス上へと移動してから、スキャナ200を駆動して原稿内容が読み取られる。コンタクトガラス上に原稿をセットしたときは、そのままスキャナ200で原稿内容が読み取られる。
また、不図示のスタートスイッチを押したときには、不図示の駆動モータで駆動ローラ11を回転駆動して従動ローラ12を従動回転し、中間転写体10が矢印A方向に回転走行される。同時に、個々の作像ステーション20でその像担持体21が回転される。そして、像担持体21の回転とともに、まず帯電装置22で像担持体21の表面が一様に帯電され、次いでスキャナ200の読取り内容に応じて上述した露光装置15からレーザやLED等による書込み光Lが照射されて像担持体21上に静電潜像が形成される。
その後、現像装置23によりトナーを付着してその静電潜像が可視像化され、その可視像が一次転写装置24により中間転写体10上に転写される。画像転写後の像担持体21の表面は、一次クリーニング装置25により残留トナーを除去して清掃されて初期化され、再度の画像形成に備えられる。各像担持体21上に形成されたブラック・イエロ・マゼンタ・シアンの各単色画像は、中間転写体10の搬送とともに、順次一次転写され、中間転写体10上で重ねて合成カラー画像が形成される。
さらに、不図示のスタートスイッチを押したときには、適宜のタイミングで給紙コロ17を回転し、給紙トレイ16内から記録材が繰り出されて、分離パッド18で1枚ずつに分離して記録材搬送路30に入れられ、先端をレジストローラ対32に突き当てて止められる。
そして、中間転写体10上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ対32が回転され、中間転写体10と二次転写装置33との間に記録材が送り込まれ、二次転写装置33で中間転写体10上の合成カラー画像を一括して二次転写して記録材上にカラー画像が形成される。
二次転写後の記録材は、二次転写装置33で搬送して定着装置34へと送り込まれ、定着装置34で熱と圧力とを加えて転写画像が定着されて後、排紙ローラ対35で排紙され、排紙トレイ36上にスタックされる。または、両面搬送路38に入れられ、そこで反転して再び二次転写位置へと導かれ、裏面にも別途形成した画像が形成されて後、排紙ローラ対35で排紙トレイ36上に排出される。
一方、二次転写後の中間転写体10は、二次クリーニング装置14で、画像転写後に中間転写体10上に残留する残留トナーが除去されて初期化され、再度の画像形成に備えられる。
また、このカラー複写機を用いてモノクロや二色のコピーをとるときは、1または2の作像ステーション20を適宜選択して画像が形成される。
ところで、定着装置34には、熱源としてヒータ40を内蔵する熱ローラである定着ローラ41と、それに押し当てられて定着ニップNを形成する加圧ローラ42とが備えられており、定着部材である定着ローラ41と加圧部材である加圧ローラ42との間の定着ニップNに記録材を通して、加熱とともに加圧することにより未定着トナー像が記録材に定着される。
図2(A)には、定着装置34の一端側の内部構造を示す。(B)には、その定着ローラ41の軸受部分の断面を示す。
図示するように、定着ローラ41は、そのローラ軸43の両端部が軸受44を介して左右の定着フレーム45a、45b(不図示)で支持されることにより保持されている。軸受44は、図2(B)に示すように、外輪46と、内輪48と、その外輪46と内輪48との間に配置された転動体47を有している。軸受44には、図2(B)に示すように、外輪46と転動体47との間、および内輪48と転動体47との間に、各々定着ローラ41を、その軸方向にスライド可能とする一定の隙間Sが形成されている。
これにより、その隙間Sで、外輪46に対して内輪48が軸方向にスライド可能となり、定着ローラ41と支持フレームである定着フレーム45a、45b間の熱膨張差を外輪46に対して内輪48が滑らかに動くことにより吸収し、スティックスリップ異音などの異常音の発生を抑えることができる。
ここで、定着ローラ41の左右の軸受44の隙間Sの合計は、定着ローラ41とその両端の定着フレーム45a、45b間との熱膨張差より大きく形成されている。これにより、熱膨張差を軸受44で完全に吸収して異常音の発生を確実に防止し、かつ定着ローラ41の軸方向のガタを小さくして、異常音の発生を抑えることができる。
具体的には、定着フレーム45a、45b間の寸法が250mmである定着装置34において、ヒータ40での加熱により、定着ローラ41は250℃、定着フレーム45a、45bは70℃となるので、その状態の膨張量はアルミニウムで作られた定着ローラ41では1.3mm、鉄で作られた定着フレーム45a、45b間では0.2mmであるから、両者の熱膨張差は1.1mmとなる。そこで、軸受44の隙間を合計で1.2mmにすると、定着ローラ41の熱膨張量を軸受44内の隙間Sで吸収し、定着ローラ41のローラ軸43と内輪48間、または外輪46と定着フレーム45a、45b間で、軸方向の滑りによるスティックスリップなどの異音の発生をなくすことができる。また、両端の軸受44に隙間Sを形成すれば、片側の軸受44の隙間を0.6mmにし、両端で合わせて1.2mmの隙間にすればよい。
さて、図2(A)および(B)に示す例では、軸受44は、転動体47としてコロを用いたコロ軸受である。このように、軸受44をコロ軸受とすると、内輪48が外輪46に対して滑らかに動いて、異常音の発生を一層抑えることができる。このとき、コロ軸受のコロが、中央部の径が大きいたる形状とすると、内輪48がベンディングにより傾いた定着ローラ41のローラ軸43と一体で回転することができ、異常音の発生を抑えることができる。
図3(A)には、コロ軸受のコロをたる形状として例を示し、(B)には、軸受44が、転動体47として、定着ローラ41の軸方向に複数の玉を並べて設け玉軸受とした例を示す。
軸受44を、転動体47として複数の玉を並べて設ける玉軸受とすると、転動体47と内外輪46、48の接触面積を減らし、内輪48が外輪46に対して滑らかに動くことにより、異常音の発生をさらに少なくすることができる。
また、このとき図示するように、定着ローラ41の軸方向に並べて設け複数の玉が、中央のものの径より端のものの径の方を小さく形成されていると、内輪48がベンディングにより傾いた定着ローラ41のローラ軸43と一体で回転することができ、異常音の発生をさらに抑えることができる。
図4には、定着ローラ41の支持構造の他例を示す。
図示するように、軸受44の外輪46が、定着フレーム45a、45b(不図示)に、例えば2つの固定ねじ50でねじ止めして固定されるようにしてもよい。このようにすると、外輪46が固定されて、外輪46と定着フレーム45a、45b間の滑りによる異常音の発生を一層抑えることができる。なお、図4中符号51aは、加圧ローラ42のローラ軸52を軸受53を介して支持する加圧フレームである。
図5(A)には、定着ローラ41の支持構造のまた他例を示し、(B)には、その定着ローラ41の軸受部分の断面を示す。
定着フレーム45a、45bに固定ねじ50でねじ止めして別部材55を固定し、その別部材55で外輪46の鍔部54を押さえることにより外輪46が定着フレーム45a、45bに固定される構造となっている。よって、外輪46が確実に固定されて、外輪46と定着フレーム45a、45b間の滑りによる異常音の発生をなお一層抑えることができる。
図6(A)には、定着ローラ41の支持構造のさらに他例を示し、(B)には、またさらに他例を示す。
(A)では、内輪48の両側で定着ローラ41のローラ軸43外周に取り付けるリング56を用いて、内輪48がローラ軸43上を軸方向に動かないように定着ローラ41に固定されている。これにより、定着ローラ41の摩耗を防止して、軸受44と定着ローラ41間のスティックスリップによる異常音の発生を抑えることができる。(B)では、内輪48の片側で定着ローラ41のローラ軸43外周に取り付けるリング56と、内輪48の他側で定着ローラ41のローラ軸43外周に設ける段差57とで、内輪48がローラ軸43上を軸方向に動かないように定着ローラ41に固定されている。これにより、少ない部品点数で軸受44を定着ローラ41に固定させ、異常音の発生を抑えることができる。
なお、上述した例では、定着ローラ41に取り付けるリング56を設けたり、定着ローラ41のローラ軸43外周に段差57を設けたりして軸受44がローラ軸43上を軸方向に動かないように定着ローラ41に固定されている。しかし、ローラ軸43の外周に軸受44の内輪48を圧入することにより、軸受44が定着ローラ41上に固定されるようにしてもよい。このようにすると、定着ローラ41の摩耗を防止してより確実に軸受44を定着ローラ41に固定し、異常音の発生を抑えることができる。
このときは、定着ローラ41のローラ軸43の硬度を70HV以上とすることにより、耐久時の定着ローラ41の外径変化を小さくして圧入状態を維持できるようにし、異常音の発生を抑えることができる。
さて、上述した例では、定着部材が、熱源であるヒータ40を内蔵する定着ローラ41であり、その定着ローラ41が熱ローラである場合について説明した。しかし、定着部材が、複数の支持ローラ間に掛けまわす定着ベルトであり、その定着ベルトを支持ローラに内蔵する熱源により加熱する構造であるとき、その熱源を内蔵する支持ローラを熱ローラとして、その熱ローラを軸受を介して支持フレームで支持し、軸受の外輪と内輪との間に、熱ローラを軸方向にスライド可能とする隙間を設けるようにしてもよい。
また、定着部材に限らず、定着部材に押し当てる加圧ローラにも熱源を内蔵する構造であるとき、その加圧ローラを熱ローラとしてもよい。
タンデム方式の画像形成装置の一例であるカラー複写機で、その内部機構の全体概略構成図である。 (A)はそのカラー複写機に備える定着装置の一端側の内部構造を示す斜視図、(B)はその定着装置に設ける定着ローラの軸受部分の断面図である。 (A)はその定着ローラのコロ軸受のコロをたる形状とした例の、(B)は軸受が玉軸受である例の各々定着ローラの軸受部分の断面図である。 定着ローラの支持構造の他例を示す定着装置の一端側の内部構造を示す斜視図である。 (A)は定着ローラの支持構造のまた他例を示す定着装置の一端側の内部構造を示す斜視図、(B)はその定着ローラの軸受部分の断面図である。 (A)は定着ローラの支持構造のさらに他例の、(B)はまたさらに他例の定着ローラの軸受部分の断面図である。 従来の定着装置の内部構造を示す斜視図である。 (A)はその従来の定着装置の一端側の内部構造を示す斜視図、(B)はその定着装置に設ける定着ローラの軸受部分の断面図である。
符号の説明
34 定着装置
43 ローラ軸
44 軸受
46 外輪
47 転動体
48 内輪
54 外輪の鍔部
55 別部品
56 リング
57 段差
S 隙間

Claims (9)

  1. 熱源を内蔵する熱ローラが軸受を介して支持フレームで支持される定着装置において、前記軸受は、外輪と、内輪と、該外輪と内輪との間に配置された転動体とを有し、前記外輪と内輪との間に、前記熱ローラをその軸方向にスライド可能とする隙間が形成され、前記軸受が、転動体として前記熱ローラの軸方向に複数の玉を並べて設けた玉軸受であり、前記熱ローラの軸方向に並べて設けた複数の玉は、その中央のものの径より、端のものの径の方が小さく形成されていることを特徴とする定着装置。
  2. 請求項1に記載の定着装置において、前記隙間が、前記熱ローラとその両端の前記支持フレーム間との熱膨張差より大きく形成されていることを特徴とする定着装置。
  3. 請求項1または2に記載の定着装置において、前記軸受の外輪が、前記支持フレームにねじ止めして固定されていることを特徴とする定着装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1に記載の定着装置において、前記軸受の外輪が、その外輪の鍔部を別部品で押さえることにより前記支持フレームに固定されていることを特徴とする定着装置。
  5. 請求項1ないし4のいずれか1に記載の定着装置において、前記熱ローラに取り付けるリングを用いて前記軸受の内輪が前記熱ローラに固定されていることを特徴とする定着装置。
  6. 請求項に記載の定着装置において、前記熱ローラに取り付けるリングと前記熱ローラに設ける段差とで前記軸受の内輪が前記熱ローラに固定されていることを特徴とする定着装置。
  7. 請求項1ないしのいずれか1に記載の定着装置において、圧入により前記軸受の内輪が前記熱ローラ上に固定されていることを特徴とする定着装置。
  8. 請求項に記載の定着装置において、前記熱ローラのローラ軸の硬度が70HV以上であることを特徴とする定着装置。
  9. 請求項1ないし8のいずれか1に記載の定着装置が備えられていることを特徴とする画像形成装置。
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