定着装置のローラ支持構造及び定着装置用転がり軸受

【課題】ミスアライメントの発生防止等。
【解決手段】外輪３ｂは、外径面の一端部に段差部７を備えている。段差部７は、軸線Ｘに対する直角度が所要精度に管理された垂直壁７ａと、軸線Ｘと平行で、かつ、外径寸法が所要精度に管理された外径壁７ｂとで構成される。外輪３ｂは、段差部７の外径壁７ｂを取付フレーム２の内周２ａに嵌合され、垂直壁７ａを取付フレーム２の端面２ｂに当接させた状態で、取付フレーム２に装着される。転動体３ｃはセラミック材で形成することもできる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電転写複写機、レーザプリンタ、ＡＤＦ、ソータ、ＲＤＨ等の定着装置において、ローラを取付部材に対して回転自在に支持する支持構造及びその支持構造に用いる転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば静電転写複写機の定着装置は、用紙上に転写されたトナー像を用紙に定着させるための装置で、定着ローラと加圧ローラとを主体として構成される。定着ローラは内部にヒータを備え、用紙に転写されたトナー像を加熱することにより用紙に定着させる。加圧ローラは、定着ローラを押圧する状態でこれと平行して配設され、定着ローラに従動して回転する。この加圧ローラは、定着ローラによって用紙に加熱定着されたトナー像を安定化させる役割をもつ。
【０００３】図３は、従来の定着ローラの支持構造を示している。定着ローラ１１は、その両軸端部に装着された一対の転がり軸受１３で取付フレーム１２に対して回転自在に支持される。転がり軸受１３の内輪１３ａは耐熱ブッシュ１４を介して定着ローラ１１の軸端部に嵌着され、止め輪１５によって軸方向に係止される。また、転がり軸受１３の外輪１３ｂは、取付フレーム１２の内周に嵌合され、止め輪１６によって軸方向に係止される。止め輪１６は、外輪１３ｂの外径面に形成された止め輪溝に嵌着され、取付フレーム１２の端面と軸方向に当接することにより、外輪１３ｂの軸方向位置決めを行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】転がり軸受１３の外輪１３ｂを止め輪１６で取付フレーム１２に係止する従来構造では、以下のような問題点があった。
【０００５】（１）止め輪１６の幅面の平坦度があまり高くなく、また、止め輪溝との間に若干の軸方向隙間があるため、取付フレーム１２に対する直角度がでにくい。
【０００６】（２）定着ローラ１１の熱変位等によって、止め輪１６の止め輪溝に対する嵌着力を超えるアキシャル荷重が加わった場合、止め輪１６が弾性拡径してそのアキシャル荷重を支持しようとするため、定着ローラ１１に対する直角度が維持できない。
【０００７】（３）上記（１）（２）の事情によって、転がり軸受１３の内輪１３ａと外輪１３ｂとの間にミスアライメントが発生し、周囲環境温度が高いことと相俟って、転がり軸受１３の寿命が短くなる傾向にあった。
【０００８】（４）止め輪１６の幅寸法を増大させ、止め輪溝に対する嵌着力を大きくすることで、アキシャル荷重に対する許容範囲を高めることもできるが、逆に、外輪１３ｂの軌道面の変形を伴い、軸受機能に支障をきたす場合がある。
【０００９】（５）外輪１３ｂに止め輪溝を設けた従来構造では、外輪の強度上の問題からコンパクト化に限界がある。
【００１０】本発明は、上述した従来構造におけるミスアライメントの問題を解消し、軸受寿命の向上を図ると共に、よりコンパクトなローラ支持構造を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、本発明は、ローラの軸端部を転がり軸受で取付部材に対して回転自在に支持した定着装置のローラ支持構造において、転がり軸受の外輪の外径面に段差部を設け、この段差部を取付部材と軸方向に当接させて、外輪の軸方向位置決めを行う構成とした。
【００１２】また、本発明は、定着装置のローラの軸端部に装着される内輪と、取付部材に装着される外輪とを備え、ローラの軸端部を取付部材に対して回転自在に支持する定着装置用転がり軸受において、外輪の外径面に、取付部材と軸方向に当接して、外輪の軸方向位置決めを行う段差部を設けた。
【００１３】上記転がり軸受、特にローラがトナー像を加熱定着させるヒートローラである場合の当該転がり軸受は、内外輪間に配置される転動体をセラミック材で形成したものとするのがよい。この場合、内輪を、ＳｉあるいはＡｌを含み、酸素含有量を１３ｐｐｍ以下とした鋼を焼入れした後、２３０℃〜３００℃の高温で焼戻したもので形成するのが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
【００１５】図２は、定着装置における定着ローラ１の支持構造を示している。定着ローラ１は、両軸端部１ａに装着された一対の転がり軸受３で取付部材としての取付フレーム２に対して回転自在に支持される。定着ローラ１の外周にはＰＴＦＥ等の樹脂材からなる樹脂層１ｂが設けられ、内部にはヒータ１ｃが配設される。また、定着ローラ１の一端には、駆動用のギヤ４（又はスプロケット）が連結される（又は一体に設けられる）。
【００１６】図１は、定着ローラ１の軸端部１ａを取付フレーム２に対して回転自在に支持する転がり軸受３を示している。この転がり軸受３は、定着ローラ１の軸端部１ａに装着される内輪３ａと、取付フレーム２に装着される外輪３ｂと、内輪３ａの軌道面３ａ１と外輪３ｂの軌道面３ｂ１との間に介在する複数の転動体、例えばボール３ｃと、ボール３ｃを円周所定位置に保持する保持器３ｄと、軸受内部を密封する一対のシール部材３ｅとを備えている。軸受内部にはグリースが封入される。
【００１７】内輪３ａは、例えば耐熱ブッシュ５を介して定着ローラ１の軸端部１ａの外周に嵌着され、軸端部１ａの外周に嵌着された止め輪６によって軸方向に係止される。つまり内輪３ａと止め輪６は非接触である。
【００１８】外輪３ｂは、外径面の一端部に段差部７を備えている。段差部７は、軸線Ｘに対する直角度が所要精度に管理された垂直壁７ａと、軸線Ｘと平行で、かつ、外径寸法が所要精度に管理された外径壁７ｂとで構成される。外輪３ｂは、段差部７の外径壁７ｂを取付フレーム２の内周２ａに嵌合され、垂直壁７ａを取付フレーム２の端面２ｂに当接させた状態で、取付フレーム２に装着される。
【００１９】段差部７の垂直壁７ａが取付フレーム２の端面２ｂと当接することによって、外輪３ｂの軸方向位置、並びに、取付フレーム２および軸線Ｘに対する直角度が所要精度に確保され、同時に、段差部７の外径壁７ｂが取付フレーム２の内周２ａと嵌合することによって、外輪３ｂの半径方向位置が所要精度に確保される。また、アキシャル荷重に対して、段差部７の垂直壁７ａと取付フレーム２の端面２ｂとが当接してこれを支持するので、アキシャル荷重に対する許容範囲が広く、定着ローラ１の熱変位等に伴うミスアライメントが発生しにくい。さらに、外輪の外径面に止め輪溝を形成する従来構造に比べて、外輪３ｂの最小肉厚（外表面から軌道面３ｂ１までの距離が最小となる部分の肉厚）を確保する上で有利であり、従来と同程度の強度を維持しつつ軸受サイズをダウンする等して、支持構造のコンパクト化を図ることができる。段差部７の外径壁７ｂの軸方向寸法は、外輪３ｂの強度確保、コンパクト化、加工コスト抑制を図るため、外輪３の軸方向寸法の２０％程度とするのが好ましい。
【００２０】図４は、転がり軸受３の他の実施形態を示している。この実施形態では、外輪３ｂの外径面の段差部７を、定着ローラ１の中央側に位置する端部に設けている。図１に示す構成に比べ、取付フレーム２に対する取付作業が容易になるという利点がある。
【００２１】図５は、転がり軸受３の他の実施形態を示している。図４に示す実施形態と同様に、外輪３ｂの外径面の段差部７を、定着ローラ１の中央側に位置する端部に設けているが、この実施形態ではさらに、取付フレーム２の内周近傍部分を屈曲させて円筒部２ｃを形成し、その円筒部２ｃの内周を外輪３ｂの外径面に嵌合させている。図１および図４に示す構成に比べ、取付フレーム２に対する外輪３ｂの半径方向位置がより安定するという利点がある。
【００２２】ところで、上記耐熱ブッシュ５は、■定着ローラ１の熱から他の部品を保護する、■定着ローラ１の熱バランスを保持する（平衡を保つ）、■定着ローラ１と取付フレーム２とを絶縁して定着ローラ１の帯電性を確保するために使用されるものであるが、その組込み性向上や昇温時の熱膨張を逃がすため、軸方向にスリットが設けられている。内輪３ａと耐熱ブッシュ５との間、あるいは、耐熱ブッシュ５と軸端部１ａとの間に隙間がある場合は、耐熱ブッシュ５のスリットが開いたり閉じたりすることで異音が発生する場合がある。このような場合には、内輪３ａの内径面および端面にフッ素系樹脂をコーティングしたり、グリースを塗布することで、定着ローラ１の帯電性（絶縁性）を確保すると同時に、上記の異音発生を防止しているが、異音発生の完全防止は困難であり、また、工数の増加や高コスト化を招く。
【００２３】この解決手段としては、図６に示すように、転がり軸受３の転動体３ｃをセラミック材で形成することが考えられる。この場合、転がり軸受３の内輪３ａは、断熱ブッシュ５を用いることなく、定着ローラ１の軸端部１ａに直接装着される。内輪３ａの軸端部１ａへの固定は、図示のように内輪３ａの内周面を軸端部１ａの外周面に圧入する他、図１と同様に止め輪６を用いて行っても良い。
【００２４】セラミック材は、絶縁性や断熱性に優れた特性を備えるので、上記のように耐熱ブッシュ５を省略しても上記■〜■の機能が害されることはない。断熱ブッシュ５が省略可能となることから、発音源をなくして異音の発生を完全に防止することができ、また、部品点数や組付け工数の削減による低コスト化を図ることができる。さらに、セラミック材を使用する場合の一般的効果である軸受の長寿命化も達成される。このように断熱ブッシュ５を省略する場合、定着ローラ１の絶縁性を如何に確保するかが問題となり、従来では、定着ローラ１以外の場所に絶縁材を使用するなどして絶縁性の確保に努めていたのであるが、上記構造であればこの種の絶縁構造は不要となる。
【００２５】一方、セラミック材の熱伝導率は、鋼材料の１／１０程度であるので、上記のように転動体３ｃをセラミック材で形成すると、定着ローラ１からの熱が内輪３ａに溜まりやすくなり、軸受機能への悪影響が懸念される。従って、この場合は、例えば特公平6-33441 号公報等に開示される鋼材料を内輪３ａの素材とするのがよい。この鋼材料は、ＳｉあるいはＡｌを含み、酸素含有量を１３ｐｐｍ以下とした鋼を焼入れした後、２３０℃〜３００℃の高温で焼戻したもので、長寿命と共に高い耐熱性、経年寸法安定性を具備するものである。
【００２６】具体的に上記鋼材料は、重量比にして炭素０．９５％〜１．１０％、けい素あるいはアルミニウム１〜２％、マンガン１．１５％以下、クロム０．９０〜１．６０％、残部鉄および不純物からなり、酸素含油量１３ｐｐｍ以下とした鋼素材を焼入れした後、２３０℃〜３００℃の高温で焼もどしを行って残留オーステナイトを８％以下とし、かつ硬度を６０ＨＲＣ以上としたものである。この場合、焼入れと同時に鋼組織に浸炭処理を施すようにしてもよい。
【００２７】もちろん耐熱性に富む材料である限り内輪３ａの素材は上記のものに限定されず、例えば耐熱性を向上させるべく改質した軸受鋼（ＳＵＪ材）も使用可能である。
【００２８】尚、上述した各実施形態は、定着装置における定着ローラの支持構造に関するものであるが、本発明は、定着装置における加圧ローラの支持構造にも同様に適用可能である。
【００２９】
【発明の効果】本発明は以下に示す効果を有する。
【００３０】（１）外輪の外径面に設けた段差部と取付フレームとの当接によって、外輪の軸方向位置決めを行うので、従来構造に比べて、外輪の取付フレームに対する取付精度を確保することが容易であり、しかも、外輪係止用の止め輪の装着作業が不要になるので、組立工程が簡略する。
【００３１】（２）外輪の外径面に設けた段差部と取付フレームとの当接によってアキシャル荷重を支持することができるので、アキシャル荷重に対する許容範囲が広く、ローラの熱変位等に伴うミスアライメントが発生しにくい。
【００３２】（３）ミスアライメントが発生しにくくなることにより、転がり軸受の寿命が増大する。
【００３３】（４）従来構造に比べて、外輪の最小肉厚を確保する上で有利であり、従来と同程度の強度を維持しつつ軸受サイズをダウンする等して、ローラ支持構造のコンパクト化を図ることができる。
【００３４】（５）転動体をセラミック材で形成することによって、耐熱ブッシュが不要となり、異音の発生が確実に防止可能となると共に、低コスト化も達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係わる転がり軸受を示す断面図である。
【図２】実施形態に係わるローラ支持構造を示す断面図である。
【図３】従来のローラ支持構造を示す断面図である。
【図４】他の実施形態に係わる転がり軸受を示す断面図である。
【図５】他の実施形態に係わる転がり軸受を示す断面図である。
【図６】他の実施形態に係わる転がり軸受を示す断面図である。
【符号の説明】
１定着ローラ
１ａ軸端部
２取付フレーム
３転がり軸受
３ａ内輪
３ｂ外輪
５耐熱ブッシュ
７段差部

【特許請求の範囲】
【請求項１】ローラの軸端部を転がり軸受で取付部材に対して回転自在に支持した定着装置のローラ支持構造において、前記転がり軸受の外輪の外径面に段差部を設け、この段差部を前記取付部材と軸方向に当接させて、前記外輪の軸方向位置決めを行うことを特徴とする定着装置のローラ支持構造。
【請求項２】転がり軸受の内輪と外輪の間に配置される転動体をセラミック材で形成した請求項１記載の定着装置のローラ支持構造。
【請求項３】転がり軸受の内輪が、ＳｉあるいはＡｌを含み、酸素含有量を１３ｐｐｍ以下とした鋼を焼入れした後、２３０℃〜３００℃の高温で焼戻したものである請求項２記載の定着装置のローラ支持構造。
【請求項４】定着装置のローラの軸端部に装着される内輪と、取付部材に装着される外輪とを備え、前記ローラの軸端部を取付部材に対して回転自在に支持する定着装置用転がり軸受において、前記外輪の外径面に、前記取付部材と軸方向に当接して、前記外輪の軸方向位置決めを行う段差部を設けたことを特徴とする定着装置用転がり軸受。
【請求項５】内輪と外輪の間に配置される転動体をセラミック材で形成した請求項４記載の定着装置用転がり軸受。
【請求項６】内輪が、ＳｉあるいはＡｌを含み、かつ酸素含有量を１３ｐｐｍ以下とした鋼を焼入れした後、２３０℃〜３００℃の高温で焼戻したものである請求項５記載の定着装置用転がり軸受。

【図３】