JP2022181029A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体に圧接されるベルトの内面が摩耗することにより発生する摩耗粉が当該ベルト内面の凹凸を埋設することに起因した潤滑不良が発生するのを抑制できる定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】無端状のベルトと、前記ベルトの内部に配置され、前記ベルトを圧接部において回転体に圧接するよう保持する保持手段と、前記保持手段の前記圧接部における前記ベルトの移動方向に沿った下流側に隣接して設けられ、前記ベルト内面の摩耗粉を保持する粗面化処理が施された粗面化処理部と、を備える。【選択図】図２

Description

この発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

従来、定着装置に関する技術としては、例えば、特許文献１に開示されたものが既に提案されている。

特許文献１には、ベルトと摺動部材との間で潤滑剤を保持し易くするため、ベルト内面の表面粗さＲａを０．３μｍ～１．５μｍに設定した構成が開示されている（段落［００４３］）。

特開２０２０－１５４０７４号公報

この発明の目的は、回転体に圧接されるベルト内面が摩耗することにより発生する摩耗粉が当該ベルト内面の凹凸を埋設することに起因して潤滑不良が発生するのを抑制することにある。

請求項１に記載された発明は、回転可能な無端状のベルトと、
前記ベルトの内部に配置され、前記ベルトを圧接部において回転体に圧接するよう面状発熱体を保持する保持手段と、
前記保持手段の前記圧接部より前記ベルトの移動方向に沿った下流側に隣接して設けられ、前記ベルト内面の摩耗粉を保持する粗面化処理が施された粗面化処理部と、
を備えた定着装置である。

請求項２に記載された発明は、前記粗面化処理部は、その表面粗さが前記ベルト内面より大きい請求項１に記載の定着装置である。

請求項３に記載された発明は、前記粗面化処理部は、その表面粗さＲａが０．５～１．０μｍである請求項２に記載の定着装置である。

請求項４に記載された発明は、前記粗面化処理部は、合成樹脂により前記保持手段を成型する金型の表面粗さ、前記合成樹脂の流し込み速度、成型温度の少なくとも１つを調整することで表面粗さが設定される請求項１に記載の定着装置である。

請求項５に記載された発明は、前記粗面化処理部は、合成樹脂により前記保持手段を成型する金型の表面粗さを調整することで表面粗さが設定される請求項４に記載の定着装置である。

請求項６に記載された発明は、前記ベルトは、少なくとも基材層と、接着層と、表面層を備え、
前記基材層には、摩擦係数が低い高熱伝導性フィラーが配合される請求項１に記載の定着装置である。

請求項７に記載された発明は、前記高熱伝導性フィラーがカーボンナノチューブからなる請求項６に記載の定着装置である。

請求項８に記載された発明は、記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
前記記録媒体に形成された画像を定着する定着手段と、
を備え、
前記定着手段として請求項１乃至７のいずれかに記載の定着装置を用いた画像形成装置である。

請求項１に記載された発明によれば、回転体に圧接されるベルト内面が摩耗することにより発生する摩耗粉が当該ベルト内面の凹凸を埋設することに起因した潤滑不良が発生するのを抑制することができる。

請求項２に記載された発明によれば、粗面化処理部は、その表面粗さがベルト内面より小さい場合に比べて、ベルト内面の摩耗粉を確実に保持することができる。

請求項３に記載された発明によれば、粗面化処理部は、その表面粗さＲａが０．５未満又は１．０μｍを超える場合に比べて、ベルト内面の摩耗粉をより一層確実に保持することができる。

請求項４に記載された発明によれば、粗面化処理部は、合成樹脂により保持手段を成型した後に形成する場合に比べて、粗面化処理部を容易に形成することができる。

請求項５に記載された発明によれば、粗面化処理部は、保持手段を成型する合成樹脂の流し込み速度又は成型温度を調整する場合に比べて、粗面化処理部の形成がより一層容易となる。

請求項６に記載された発明によれば、基材層は、当該基材層を形成する材料のみからなる場合比べて、熱伝導率を向上することができる。

請求項７に記載された発明によれば、高熱伝導性フィラーが炭素繊維からなる場合に比べて、ベルトの耐摩耗性を向上することができる。

請求項８に記載された発明によれば、定着手段として請求項１乃至７のいずれかに記載の定着装置を用いない場合に比べて、回転体に圧接されるベルト内面が摩耗することにより発生する摩耗粉が当該ベルト内面の凹凸を埋設することに起因した潤滑不良が発生するのを抑制することができ、定着装置の長寿命化が可能となる。

この発明の実施の形態１に係る定着装置を適用した画像形成装置を示す全体構成図である。 この発明の実施の形態１に係る定着装置を示す断面構成図である。 加熱ベルトを示す断面構成図である。 セラミックヒータの発熱部を示す平面構成図である。 この発明の実施の形態１に係る定着装置の要部を示す断面構成図である。 この発明の実施の形態１に係る定着装置の要部を示す断面構成図である。 この発明の実施の形態１に係る定着装置のニップ部を示す拡大断面図である。 軸受特性数と動摩擦係数の関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態１に係る定着装置の要部を示す断面模式図である。 流体潤滑から混合潤滑への移行状態を示す説明図である。 加熱ベルトの内面の摩耗状態をそれぞれ示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る定着装置の要部を示す断面模式図である。 この発明の実施の形態１に係る定着装置の作用を示す断面模式図である。

以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

[実施の形態１]
図１は、実施の形態１に係る定着装置を適用した画像形成装置を示すものである。

＜画像形成装置の全体の構成＞
実施の形態１に係る画像形成装置１は、例えばカラープリンタとして構成されたものである。この画像形成装置１は、現像剤４を構成するトナーで現像されるトナー像を形成する複数の作像装置１０と、各作像装置１０で形成されたトナー像をそれぞれ保持して最終的に記録媒体の一例としての記録用紙５に二次転写する二次転写位置まで搬送する中間転写装置２０と、中間転写装置２０の二次転写位置に供給すべき所要の記録用紙５を収容して搬送する給紙装置５０と、中間転写装置２０で二次転写された記録用紙５上のトナー像を定着させる定着装置４０等を備えている。複数の作像装置１０及び中間転写装置２０は、記録用紙５に画像を形成する画像形成部２を構成している。なお、図中の１ａは画像形成装置１の装置本体を示し、この装置本体１ａは支持構造部材、外装カバー等で形成されている。また、図中の二点鎖線は、装置本体１ａ内において記録用紙５が搬送される主な搬送経路を示す。

作像装置１０は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の４色のトナー像をそれぞれ専用に形成する４つの作像装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋで構成されている。これらの４つの作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、装置本体１ａの内部空間において傾斜した状態で１列に並べた状態となるよう配置されている。

４つの作像装置１０は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）及びシアン（Ｃ）のカラーの作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ）と、ブラック（Ｋ）の作像装置１０Ｋとから構成されている。ブラックの作像装置１０Ｋは、中間転写装置２０の中間転写ベルト２１の移動方向Ｂに沿った最も下流側に配置されている。画像形成装置１は、画像形成モードとして、カラーの作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ）及びブラック（Ｋ）の作像装置１０Ｋを動作させてフルカラーの画像を形成するフルカラーモードと、ブラック（Ｋ）の作像装置１０Ｋのみを動作させて白黒（モノクロ）の画像を形成する白黒モードとを備える。

各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、図１に示されるように、像保持体の一例としての回転する感光体ドラム１１を備えており、この感光体ドラム１１の周囲に、次のようなトナー像形成手段の一例としての各装置が主に配置されている。主な装置とは、感光体ドラム１１の像形成が可能な周面（像保持面）を所要の電位に帯電させる帯電装置１２と、感光体ドラム１１の帯電された周面に画像の情報（信号）に基づく光を照射して電位差のある（各色用の）静電潜像を形成する露光装置１３と、その静電潜像を対応する色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の現像剤４のトナーで現像してトナー像にする現像装置１４（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）と、その各トナー像を中間転写装置２０に転写する一次転写装置１５（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）と、一次転写後における感光体ドラム１１の像保持面に残留して付着するトナー等の付着物を取り除いて清掃するドラム清掃装置１６（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）等である。

感光体ドラム１１は、接地処理される円筒状又は円柱状の基材の周面に感光材料からなる光導電性層（感光層）を有する像保持面を形成したものである。この感光体ドラム１１は、図示しない駆動装置から動力が伝達されて矢印Ａで示す方向に回転するよう支持されている。

帯電装置１２は、感光体ドラム１１に接触した状態で配置される接触型の帯電ロールで構成される。帯電装置１２には帯電用電圧が供給される。帯電用電圧としては、現像装置１４が反転現像を行うものである場合、現像装置１４から供給されるトナーの帯電極性と同じ極性の電圧又は電流が供給される。なお、帯電装置１２としては、感光体ドラム１１の表面に非接触状態で配置されるスコロトロン等の非接触型の帯電装置を用いてもよい。

露光装置１３は、感光体ドラム１１の軸方向に沿って配列された複数の発光素子としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode）により感光体ドラム１１に画像情報に応じた光を照射して静電潜像を形成するＬＥＤプリントヘッドからなる。なお、露光装置１３としては、画像情報に応じて構成されるレーザー光を感光体ドラム１１の軸方向に沿って偏向走査するものを用いても良い。

現像装置１４（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）はいずれも、開口部と現像剤４の収容室が形成された筐体１４０の内部に、現像剤４を保持して感光体ドラム１１と向き合う現像領域まで搬送する現像ロール１４１と、現像剤４を攪拌しながら現像ロール１４１を通過させるよう搬送する２つのスクリューオーガー等の攪拌搬送部材１４２，１４３と、現像ロール１４１に保持される現像剤の量（層厚）を規制する層厚規制部材１４４などを配置して構成したものである。この現像装置１４には、その現像ロール１４１と感光体ドラム１１の間に現像用電圧が図示しない電源装置から供給される。また、現像ロール１４１や攪拌搬送部材１４２，１４３は、図示しない駆動装置からの動力が伝達されて所要の方向に回転する。さらに、４色の現像剤４（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）としては、非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤が使用される。

一次転写装置１５（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、感光体ドラム１１の周囲に中間転写ベルト２１を介して接触し回転するとともに一次転写用電圧が供給される一次転写ロールを備えた接触型の転写装置である。一次転写用電圧としては、トナーの帯電極性と逆の極性を示す直流の電圧が図示しない電源装置から供給される。

ドラム清掃装置１６は、一部が開口する容器状の本体１６０と、一次転写後の感光体ドラム１１の周面に所要の圧力で接触するように配置されて残留トナー等の付着物を取り除いて清掃する清掃板１６１と、清掃板１６１で取り除いたトナー等の付着物を回収して図示しない回収システムに送り出すよう搬送するスクリューオーガー等の送出部材１６２等で構成されている。清掃板１６１としては、ゴム等の材料からなる板状の部材（例えばブレード）が使用される。

中間転写装置２０は、図１に示されるように、各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の上方の位置に存在するよう配置される。この中間転写装置２０は、感光体ドラム１１と一次転写装置１５（一次転写ロール）の間となる一次転写位置を通過しながら矢印Ｂで示す方向に回転する中間転写ベルト２１と、中間転写ベルト２１をその内面から所望の状態に保持して回転自在に支持する複数のベルト支持ロール２２～２７と、ベルト支持ロール２５に支持されている中間転写ベルト２１の外周面（像保持面）側に配置されて中間転写ベルト２１上のトナー像を記録用紙５に二次転写させる二次転写手段の一例としての二次転写装置３０と、二次転写装置３０を通過した後に中間転写ベルト２１の外周面に残留して付着するトナー、紙粉等の付着物を取り除いて清掃するベルト清掃装置２８とで主に構成されている。

中間転写ベルト２１としては、例えばポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の合成樹脂にカーボンブラック等の抵抗調整剤などを分散させた材料で製作される無端状のベルトが使用される。また、ベルト支持ロール２２はベルト清掃装置２８の対向ロールを兼ねる図示しない駆動装置によって回転駆動される駆動ロールとして構成され、ベルト支持ロール２３は中間転写ベルト２１の画像形成面を形成する面出しロールとして構成され、ベルト支持ロール２４は中間転写ベルト２１に張力を付与する張力付与ロールとして構成され、ベルト支持ロール２５は二次転写装置３０と対向する対向ロールとして構成され、ベルト支持ロール２６,２７は中間転写ベルト２１の走行位置を支持する従動ロールとして構成されている。

二次転写装置３０は、図１に示されるように、中間転写装置２０におけるベルト支持ロール２５に支持されている中間転写ベルト２１の外周面部分である二次転写位置において、中間転写ベルト２１の周面に接触して回転するとともに二次転写用電圧が供給される二次転写ロール３１を備えた接触型の転写装置である。また、二次転写ロール３１又は中間転写装置２０のベルト支持ロール２５には、トナーの帯電極性と逆極性又は同極性を示す直流の電圧が二次転写用電圧として図示しない電源装置から供給される。

定着装置４０は、記録用紙５の導入口及び排出口が形成された筐体４１の内部に、矢印で示す方向に回転するとともに表面温度が所定の温度に保持されるよう加熱手段によって加熱される加熱ベルト４２と、この加熱ベルト４２の軸方向にほぼ沿う状態で所定の圧力で接触して従動回転する加圧ロール４３などを配置して構成されたものである。この定着装置４０では、加熱ベルト４２と加圧ロール４３が接触する接触部が所要の定着処理（加熱及び加圧）を行う定着処理部となる。なお、定着装置４０については、後に詳述する。

給紙装置５０は、作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の下方側の位置に存在するよう配置される。この給紙装置５０は、所望のサイズ、種類等の記録用紙５を積載した状態で収容する単数（又は複数）の用紙収容体５１と、用紙収容体５１から記録用紙５を１枚ずつ送り出す送出装置５２,５３とで主に構成されている。用紙収容体５１は、例えば、装置本体１ａの正面（使用者が操作時に向き合う側面）側に引き出すことができるよう取り付けられている。

記録用紙５としては、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ等に使用される普通紙やトレーシングペーパー等の薄紙、あるいはＯＨＰシート等が挙げられる。定着後における画像表面の平滑性をさらに向上させるには、記録用紙５の表面もできるだけ平滑であることが好ましく、例えば、普通紙の表面を樹脂等でコーティングしたコート紙、印刷用のアート紙等の坪量が相対的に大きい所謂厚紙なども好適に使用することができる。

給紙装置５０と二次転写装置３０との間には、給紙装置５０から送り出される記録用紙５を二次転写位置まで搬送する単数又は複数の用紙搬送ロール対５４や搬送ガイド５５で構成される給紙搬送路５６が設けられている。給紙搬送路５６において二次転写位置の直前の位置に配置される用紙搬送ロール対５４は、例えば記録用紙５の搬送時期を調整するロール（レジストロール）として構成されている。また、二次転写装置３０と定着装置４０との間には、二次転写装置３０から送り出される二次転写後の記録用紙５を定着装置４０まで搬送するための用紙搬送路５７が設けられている。さらに、画像形成装置１の装置本体１ａに形成される用紙の排出口に近い部分には、定着装置４０から出口ロール３６により送り出される定着後の記録用紙５を装置本体１ａの上部の用紙排出部５８に排出するための用紙排出ロール対５９ａを備えた排出搬送路５９が設けられている。

図１中符号２００は、画像形成装置１の動作を統括的に制御する制御装置を示している。制御装置２００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、あるいはこれらＣＰＵやＲＯＭ等を接続するバス、通信インターフェイスなどを備えている。また、符号２０１は画像形成装置１が外部の機器と通信を行う通信部を、２０２は通信部２０１を介して入力される画像情報を処理する画像処理部をそれぞれ示している。

＜画像形成装置の動作＞
以下、画像形成装置１による基本的な画像形成動作について説明する。

ここでは、まず、前記４つの作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）を使用して、４色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）のトナー像を組み合わせて構成されるフルカラー画像を形成するフルカラーモードにおける動作を説明する。

画像形成装置１は、図示しないパーソナルコンピュータや画像読取装置等から通信部２０１を介して画像情報及びフルカラーの画像形成動作（プリント）の要求の指令情報を受けると、制御装置２００が４つの作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、中間転写装置２０、二次転写装置３０、定着装置４０等を始動する。

そして、各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）においては、図１に示されるように、まず各感光体ドラム１１が矢印Ａで示す方向に回転し、各帯電装置１２が各感光体ドラム１１の表面を所要の極性（実施の形態１ではマイナス極性）及び電位にそれぞれ帯電させる。続いて、露光装置１３が、帯電後の感光体ドラム１１の表面に対し、画像形成装置１に入力される画像の情報を画像処理部２０２によって各色成分（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）に変換して得られる画像の信号に基づいて発光される光を照射し、その表面に所要の電位差で構成される各色成分の静電潜像をそれぞれ形成する。

続いて、各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が、感光体ドラム１１に形成された各色成分の静電潜像に対し、所要の極性（マイナス極性）に帯電された対応する色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）のトナーを現像ロール１４１からそれぞれ供給して静電的に付着させて現像を行う。この現像により、各感光体ドラム１１に形成された各色成分の静電潜像は、その対応する色のトナーでそれぞれ現像された４色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）のトナー像として顕像化される。

続いて、各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の感光体ドラム１１上に形成された各色のトナー像が一次転写位置まで搬送されると、一次転写装置１５（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が、その各色のトナー像を中間転写装置２０の矢印Ｂで示す方向に回転する中間転写ベルト２１に対して順番に重ね合わされるような状態で一次転写させる。

また、一次転写が終了した各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）では、ドラム清掃装置１６が付着物を掻き取るように除去して感光体ドラム１１の表面を清掃する。これにより、各作像装置１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、次の作像動作が可能な状態にされる。

続いて、中間転写装置２０では、中間転写ベルト２１の回転により一次転写されたトナー像を保持して二次転写位置まで搬送する。一方、給紙装置５０では、作像動作に合わせて所要の記録用紙５を給紙搬送路５６に送り出す。給紙搬送路５６では、レジストロールとしての用紙搬送ロール対５４が記録用紙５を転写時期に合わせて二次転写位置に送り出して供給する。

二次転写位置においては、二次転写装置３０が、中間転写ベルト２１上のトナー像を記録用紙５に一括して二次転写させる。また、二次転写が終了した中間転写装置２０では、ベルト清掃装置２８が、二次転写後の中間転写ベルト２１の表面に残留したトナー等の付着物を取り除いて清掃する。

続いて、トナー像が二次転写された記録用紙５は、中間転写ベルト２１から剥離された後に用紙搬送路５７を介して定着装置４０まで搬送される。定着装置４０では、回転する加熱ベルト４２と加圧ロール４３との間の接触部に二次転写後の記録用紙５を導入して通過させることにより、必要な定着処理（加熱及び加圧）をして未定着のトナー像を記録用紙５に定着させる。最後に、定着が終了した後の記録用紙５は、用紙排出ロール対５９ａにより、例えば、装置本体１ａの上部に設置された用紙排出部５８に排出される。

以上の動作により、４色のトナー像を組み合わせて構成されるフルカラー画像が形成された記録用紙５が出力される。

＜定着装置の構成＞
図２はこの実施の形態１に係る定着装置を示す断面構成図である。

定着装置４０は、図２に示されるように、大別して、回転する無端状のベルトの一例としての加熱ベルト４２を有する加熱ユニット４４と、加熱ユニット４４に対して圧接される回転体の一例としての加圧ロール４３を備えている。加熱ベルト４２と加圧ロール４３の間には、未定着像の一例としての未定着トナー像Ｔを保持した記録媒体の一例としての記録用紙５が通過する領域である圧接部の一例としての定着ニップ部Ｎが形成されている。なお、記録用紙５は、搬送方向と交差する方向に沿った中央を基準（所謂センターレジ）として搬送される。定着装置４０は、図１に示されるように、記録用紙５を鉛直方向に沿って下方から上方へ向けて搬送する用紙搬送路５７において、延長方向に沿って搬送される記録用紙５に対して定着処理を施すため、加熱ベルト４２と加圧ロール４３が略水平方向に沿って対向するよう配置されるが、図２では、便宜上、加熱ベルト４２と加圧ロール４３を上下方向に沿って図示している。

加熱ユニット４４は、図２に示されるように、加熱ベルト４２と、加熱ベルト４２の内部に配置され、加熱ベルト４２を加熱する面状発熱手段（面状発熱体）の一例としてのセラミックヒータ４５と、同じく加熱ベルト４２の内部に配置され、加熱ベルト４２を介して加圧ロール４３の表面に圧接させるようセラミックヒータ４５を保持する保持手段の一例である保持部材４６と、同じく加熱ベルト４２の内部に配置され、保持部材４６を加圧ロール４３に圧接させるよう支持する支持手段の一例としての支持部材４７等を備えている。

なお、面状発熱手段の一例としてのセラミックヒータ４５は、発熱部自体が面状である必要はなく、発熱部が直線状に形成されたものであっても、加熱ベルト４２を加熱するセラミックヒータ４５の下端面（加熱面）が面状であれば良い。また、セラミックヒータ４５の下端面（加熱面）は、平面である必要はなく、曲面形状であっても良い。

加熱ベルト４２は、可撓性を有する材料からなり、装着前の状態である自由形状が薄肉円筒形の無端状ベルトとして構成されている。加熱ベルト４２は、図３に示されるように、セラミックヒータ４５側に配置される基材層４２１と、基材層４２１の表面に接着層４２２を介して被覆された弾性体層４２３と、弾性体層４２３の表面に直接又は図示しない接着層を介して被覆された表面層４２４とを備える。加熱ベルト４２は、必ずしも、基材層４２１と、接着層４２２と、弾性体層４２３と、離型層４２４のすべてを備える必要はなく、基材層４２１と表面層４２４などから構成しても良い。基材層４２１は、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド等の耐熱性を有する合成樹脂を主成分として形成される。弾性体層４２２は、耐熱性を有するシリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性体からなる。表面層４２３は、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）やポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）等によって形成される。加熱ベルト４２は、例えば、その厚さが５０～２００μｍ程度に設定可能である。

基材層４２１は、必要に応じて、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド等の耐熱性を有する合成樹脂を主成分とし、加熱ベルト４２の熱伝導性等の特性を向上させるためにカーボンナノチューブや炭素繊維、あるいはガラス繊維等の充填材が配合される。充填材としては、高熱伝導性及び低動摩擦係数、耐摩耗性の観点からカーボンナノチューブが望ましい。

加熱ベルト４２の裏面（内側面）は、基材層４２１から構成されている。加熱ベルト４２の基材層４２１は、上述したように、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド等の耐熱性を有する合成樹脂に、カーボンナノチューブや炭素繊維、あるいはガラス繊維等の充填材が配合される。加熱ベルト４２の裏面は、所要の表面粗さＲａを有している。加熱ベルト４２裏面の表面粗さＲａは、例えば、０．３～１．５μｍ程度である。なお、表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準拠する。

セラミックヒータ４５は、図４及び図５に示されるように、セラミック製の基板４５１と、基板４５１の表面に長手方向に沿って直線状に複数本形成された第１乃至第３の発熱部４５２_１～４５２_３と、第１乃至第３の発熱部４５２_１～４５２_３に個別に通電するための第１乃至第３の電極４５３_１～４５３_３と、第１乃至第３の発熱部４５２_１～４５２_３の他端部に共通に通電する共通電極４５４と、少なくとも第１乃至第３の発熱部４５２_１～４５２_３の表面を被覆するガラス等からなる被覆層４５５とを備えている。

保持部材４６は、図２に示されるように、例えば、射出成形等により所要の形状に一体成形された耐熱性を有する合成樹脂からなる。耐熱性を有する合成樹脂としては、例えば、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、あるいはこれらの複合材料などが挙げられる。

保持部材４６は、定着ニップ部Ｎにおいてセラミックヒータ４５を加熱ベルト４２を介して加圧ロール４３に加圧するよう支持するセラミックヒータ４５の平面形状に対応した細長い矩形状の枠体からなる支持用枠部４６１（図５参照）を有している。保持部材４６は、加熱ベルト４２の長手方向に沿った全長より長く配設されている。

保持部材４６には、図２に示されるように、定着ニップ部Ｎの加熱ベルト４２の回転方向に沿った上流側に加熱ベルト４２を定着ニップ部Ｎへと案内する断面形状が曲面形状に形成された第１の案内部４６２が設けられている。支持部材４６の下端面４６３は、平面形状に形成されている。支持部材４６の下端面４６３は、セラミックヒータ４５の表面と略同一平面を形成するよう形成される。また、保持部材４６には、定着ニップ部Ｎの加熱ベルト４２の回転方向に沿った下流側に隣接した位置に、定着ニップ部Ｎを通過した加熱ベルト４２の内面に接触して略自由形状に復帰するよう案内する断面形状が曲面形状に形成された第２の案内部４６４が設けられている。

また、保持部材４６には、定着ニップ部Ｎと反対側の面に支持部材４７の垂直板部４７１，４７２の先端が当接された状態で保持する当接部４６５，４６６が、加熱ベルト４２の回転方向に沿った上流側及び下流側に設けられている。

支持部材４７は、図２に示されるように、例えば、ステンレスやアルミニウム、あるいは鋼鉄等の金属製の板材から構成される。支持部材４７は、定着ニップ部Ｎの加熱ベルト４２の回転方向に沿った上流側及び下流側において、セラミックヒータ４５の表面に対して略垂直にそれぞれ配置された垂直板部４７１，４７２と、垂直板部４７１，４７２の基端部を連結するよう水平方向に沿って配置された水平板部４７３から断面略コ字形状に形成されている。

加熱ベルト４２は、図５に示されるように、セラミックヒータ４５の定着ニップ部Ｎと反対側の面に接触するよう配置された温度センサ４９によって定着ニップ部Ｎの温度が検知される。セラミックヒータ４５は、上述したように、長手方向に沿った発熱領域が異なる第１乃至第３の発熱部４５２_１～４５２_３を備えている。そのため、温度センサ４９は、第１乃至第３の発熱部４５２_１～４５２_３に対応してセラミックヒータ４５の長手方向に沿って複数（例えば、３つ）配置される。加熱ベルト４２は、温度センサ４９の検知結果に基づいてセラミックヒータ４５の各第１乃至第３の発熱部４５２_１～４５２_３への通電を図示しない温度制御回路によって制御することにより、記録用紙５のサイズに応じて定着ニップ部Ｎが所要の定着温度（例えば、２００℃程度）となるよう加熱される。

加圧ロール４３は、図２に示されるように、ステンレスやアルミニウム、あるいは鉄（薄肉高張力鋼管）等の金属からなる円柱形状又は円筒形状の芯金４３１と、芯金４３１の外周に相対的に厚く被覆されたシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性を有する弾性体からなる弾性体層４３２と、弾性体層４３２の表面に薄く被覆されたポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）やパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）等からなる離型層４３３を有している。なお、加圧ロール４３の内部には、必要に応じてハロゲンランプ等からなる加熱手段（加熱源）を配置しても良い。

加圧ロール４３は、その長手方向（軸方向）に沿った芯金４３１の両端部が定着装置４０の図示しない装置ハウジングのフレームに軸受部材を介して回転可能に支持されている。加圧ロール４３は、加熱ユニット４４に所要の圧力で圧接される。加圧ロール４３は、回転軸を兼ねる芯金４３１の軸方向に沿った一端部に取り付けられた図示しない駆動ギアを介して駆動装置により矢印Ｃ方向に沿って所要の速度で回転駆動される。なお、加熱ベルト４１は、回転駆動される加圧ロール４３に圧接されて従動回転する。

上記の如く構成される定着装置４０は、図６に示されるように、セラミックヒータ４５が加熱ベルト４２を介して加圧ロール４３に圧接され、加圧ロール４３の回転に伴って加熱ベルト４２が図中反時計周り方向に沿って回転する。加熱ベルト４２の内周面には、セラミックヒータ４５との摺動抵抗を低減するため、シリコーンオイルやグリース等の潤滑剤４８が塗布されている。潤滑剤４８は、予め加熱ベルト４２の内周面に塗布された状態で供給される。また、潤滑剤４８は、当該潤滑剤４８を保持して加熱ベルト４２の内周面に接触するよう配置されたフェルト等からなる図示しない潤滑剤供給部材により供給されるよう構成しても良い。

ここで、加熱ベルト４２とセラミックヒータ４５が圧接する定着ニップ部Ｎを微視的に見ると、図７に模式的に示されるように、固定配置されたセラミックヒータ４５の表面に潤滑剤４８の膜を介して加熱ベルト４２が所要の押圧力で圧接されて移動する軸受け構造ということができる。

このように、セラミックヒータ４５と加熱ベルト４２からなる２つの物体が潤滑剤４８の膜を介して互いに滑り合う相対運動を行う場合のような相互作用を研究する分野としては、トライポロジーと呼ばれる技術分野が知られている。

トライポロジーにおいては、相対運動をする２面間における潤滑状態を説明するため、ストライベック曲線と呼ばれる曲線が使用される。ストライベック曲線は、滑りや転がり軸受けの摩擦に関して、荷重（負荷）、滑り速度および温度（潤滑剤の粘度の変化として現れる）の関数として摩擦係数を測定し、図８に示されるような関係を導き出したものである。横軸は、２つの物体に作用する圧接荷重をＰm、２つの物体の相対的な速度をＮ、潤滑剤の粘度をηとしたときにη・Ｎ／Ｐｍで求められる軸受特性数の値であり、縦軸は動摩擦係数を示している。

図８に示されるように、２つの物体の間に潤滑剤４８の層が存在する流体潤滑の領域では、初期的に十分な潤滑剤４８が供給されて膜厚が大きいと、潤滑剤４８の粘性（横軸の分子）等に起因したせん断力の増加により動摩擦係数が上昇する傾向にある。また、２つの物体が直接接触する境界潤滑と流体潤滑の間に位置する混合潤滑の領域では、潤滑剤４８の膜厚が減少するなどして軸受特性数（η・Ｎ／Ｐｍ）が減少すると、摩擦係数が急激に上昇して略一定の値を示す境界潤滑へと移行する。流体潤滑と混合潤滑の境界領域において動摩擦係数が最も低くなる。

レイノルズ方程式から導き出される流体潤滑の条件式は、次の通りである。
Ｌ√（ηＵＫｗ／Ｐ）≧３√（Ｒ_１ ^２＋Ｒ_２ ^２）
ここで、前項は潤滑剤の膜厚を示しており、後項は摺動部の粗さを示している。摺動部の粗さは、加熱ベルト４２内面の表面粗さＲ_１とセラミックヒータ４５の表面粗さＲ_２で決まる。

この実施の形態１では、Ｒ_３＝√（Ｒ_１ ^２＋Ｒ_２ ^２）とした場合、０．７μｍ≧Ｒ_３＜≧０．１μｍに設定される。Ｒ_３が０．１μｍ未満の場合は、起動時の駆動トルクが過大となり、加熱ベルト４２の回転不良が生じる虞れがある。また、Ｒ_３が０．７μｍを超える場合は、スティックスリップ現象が生じて異音が発生する虞れがある。

定着装置４０は、図７に模式的に示されるように、セラミックヒータ４５の表面に潤滑剤４８の膜を介して加熱ベルト４２が圧接する流体潤滑の滑り軸受けとみることができる。ところで、加熱ベルト４２の内面は、図９に示されるように、平面ではなく、所要の表面粗さＲａを有している。そのため、定着装置４０は、継続的に使用していると、加熱ベルト４２内面の凹凸のうち、凸部４２ａがセラミックヒータ４５の表面に接触して部分的に摩耗する。すると、定着装置４０では、図１０（ｂ）に示されるように、潤滑剤４８の平均的な膜厚が拡大し、潤滑剤の粘性等の起因したせん断力が増加し、動摩擦係数が増加してストライベック曲線の傾きが正方向に大きくなる。

その後、定着装置４０は、継続的に使用していると、図１１に示されるように、加熱ベルト４２内面の凸部が摩耗することにより発生した摩耗粉４２ｂが加熱ベルト４２内面の凹部に堆積する。加熱ベルト４２内面の凹部に摩耗粉４２ｂが堆積すると、加熱ベルト４２の内面に塗布された潤滑剤４８が微細な粒子からなる摩耗粉４２ｂの毛細管現象により加熱ベルト４２の凹部に吸着され保持される。加熱ベルト４２の凹部に吸着され保持された潤滑剤４８は、セラミックヒータ４５と加熱ベルト４２との潤滑に寄与しない。

その結果、定着装置４０は、使用が継続されると、潤滑剤４８の減少に伴って当該潤滑剤４８の膜厚が減少し、ストライベック曲線の傾きが負（図８中、右へ移動する）となる。

さらに、定着装置４０は、使用され続けると、図１０（ｃ）（ｄ）に示されるように、潤滑剤４８の膜厚が更に減少し、セラミックヒータ４５の内面に加熱ベルト４２の内面が部分的に接触し、流体潤滑から混合潤滑へと移行し、動摩擦係数が急激に増加して加熱ベルト４２の接触部が微小に変形しつつ滑りを繰り返すスティックスリップ現象が生じ、異音の発生原因となる。定着装置４０は、スティックスリップ現象が生じて異音が発生すると、交換を余儀なくされる。

そこで、従来の定着装置では、加熱ベルトと摺動部材との間で潤滑剤を保持し易くするため、ベルト内面の表面粗さＲａを０．３μｍ～１．５μｍに設定することが既に提案されている（特許文献１の段落［００４３］など）。

しかしながら、このようにベルト内面の表面粗さＲａを０．３μｍ～１．５μｍに設定するのみでは、定着装置４０を継続的に使用している間に、定着ニップ部Ｎにおいてセラミックヒータ４５に圧接される加熱ベルト４２の内面が徐々に摩耗し、上述したように、早晩、スティックスリップ現象が生じて異音が発生することを効果的に抑制することができず、定着装置４０が寿命に達して、定着装置４０全体を新たなものと交換する必要性が生じる。

そこで、この実施の形態１に係る定着装置４０は、加圧ロール４３に圧接される加熱ベルト４２の内面が摩耗することにより発生する摩耗粉４２ｂが当該加熱ベルト４２内面の凹部を埋設することに起因して潤滑不良が発生するのを抑制するため、保持手段の圧接部より加熱ベルト４２の移動方向に沿った下流側に隣接して設けられ、加熱ベルト４２内面の摩耗粉を保持する粗面化処理が施された粗面化処理部を備えるように構成されている。

更に説明すると、この実施の形態１に係る定着装置４０は、図６に示されるように、保持部材４６の定着ニップ部Ｎにおける加熱ベルト４２の回転方向に沿った下流側に隣接した位置に、加熱ベルト４２の内面と接触する断面形状が曲面形状に形成された第２の案内部４６４を備えている。

この保持部材の第２の案内部４６４は、加熱ベルト４２の内面と接触する表面４６４ａの表面粗さＲａが、加熱ベルト４２の表面粗さＲａより大きく設定された粗面化処理部を構成している。第２の案内部４６４の表面４６４ａは、例えば、その表面粗さＲａが０．５～２．０μｍ、好ましくは０．５～１．０μｍ、より好ましくは０．５～０．８μｍ程度に設定される。保持部材４６の第２の案内部４６４は、定着ニップ部Ｎの出口より加熱ベルト４２の移動方向に沿った下流側に隣接して設けられており、定着ニップ部Ｎと異なり圧接力は作用しない。そのため、第２の案内部４６４の表面４６４ａは、その表面粗さＲａを加熱ベルト４２より大きく設定しても、加熱ベルト４２内面の摩耗を促進することがないか又は摩耗が生じても定着ニップ部Ｎにおける摩耗に比べて極わずかである。

保持部材４６の粗面化処理部４６４ａは、当該保持部材４６を射出成型等により成形する際に、当該保持部材４６を成型する金型の粗面化処理部４６４ａに相当する部分の表面粗さＲａが所要の表面粗さＲａの値となるよう粗す処理（粗面化処理）を施すことにより、保持部材４６の成形時に同時に形成される。保持部材４６の粗面化処理部４６４ａは、加熱ベルト４２の移動方向のみならず、移動方向と交差する方向などあらゆる方向に沿って三次元的に設けられる。

＜定着装置の動作＞
この実施の形態１に係る定着装置では、次のようにして、回転体に圧接されるベルト内面が摩耗することにより発生する摩耗粉が当該ベルト内面の凹凸を埋設することに起因して潤滑不良が発生するのを抑制することが可能となっている。

すなわち、この実施の形態１に係る定着装置４０は、図２に示されるように、定着動作時、セラミックヒータ４５に通電されて当該セラミックヒータ４５が加熱されるとともに、加圧ロール４３が図示しない駆動装置により矢印Ｃ方向に沿って回転駆動される。その際、加熱ベルト４２は、加圧ロール４３に圧接されて図中反時計回り方向に従動回転する。

画像形成装置１では、図１に示されるように、定着装置４０のセラミックヒータ４５が所要の定着温度に達すると、給紙装置５０から記録用紙５が給紙され、中間転写装置２０の二次転写位置において中間転写ベルト２１上のトナー像が記録用紙５に二次転写される。

未定着トナー像Ｔが転写された記録用紙５は、図２に示されるように、加熱ベルト４２と加圧ロール４３が圧接する定着ニップ部Ｎへと搬送される。定着ニップ部Ｎに導入された記録用紙５は、定着ニップ部において、トナー像が加熱加圧されて記録用紙上に定着処理され永久画像とされる。

このとき、定着装置４０では、図６に示されるように、保持部材４６に保持された加熱ベルト４２が加圧ロール４３に圧接され、当該加圧ロール４３の回転に伴って加熱ベルト４２が反時計回り方向に従動回転される。加熱ベルト４２は、その内面に塗布された潤滑剤４８を介してセラミックヒータ４５の表面に滑り軸受けと同様の状態で支持され移動する。

セラミックヒータ４５と加熱ベルト４２の圧接部である定着ニップ部Ｎを微視的にみた場合は、図７に模式的に示されるように、セラミックヒータ４５と加熱ベルト４２の間に潤滑剤４８の層が介在する流体潤滑ということができる。

ところで、定着装置４０は、継続的に使用している間に、図１１に示されるように、加熱ベルト４２内面の凸部がセラミックヒータ４５の表面に部分的に接触し、当該加熱ベルト４２の内面が摩耗することによって摩耗粉４２ｂが発生する。加熱ベルト４２の内面が摩耗した摩耗粉４２ｂは、加熱ベルト４２の移動とともに当該加熱ベルト４２の移動方向に沿って移動する。

この実施の形態１に係る定着装置４０では、図６に示されるように、加熱ベルト４２の移動方向に沿った定着ニップ部Ｎの下流側に隣接して保持部材４６の粗面化処理部４６４ａが設けられている。この保持部材４６の粗面化処理部４６４ａは、その表面粗さＲａが加熱ベルト４２内面の表面粗さＲａより大きく設定されている。そのため、定着ニップ部Ｎの内部において加熱ベルト４２の内面が摩耗した摩耗粉４２ｂは、図１３に示されるように、加熱ベルト４２の移動とともに下流側へ移動し、保持部材４６の粗面化処理部４６４ａに接触して、当該粗面化処理部４６４ａの表面粗さＲａに起因して加熱ベルト４２の内面から摩耗粉４２ｂが掻き取られる。

保持部材４６の粗面化処理部４６４ａによって掻き取られた加熱ベルト４２内面の摩耗粉４２ｂは、当該保持部材４６の粗面化処理部４６４ａに留まり保持される。

この保持部材４６の粗面化処理部４６４ａに保持された加熱ベルト４２内面の摩耗粉４２ｂは、加熱ベルト４２の移動方向に沿った定着ニップ部Ｎの下流側、すなわち定着ニップ部Ｎの出口よりも下流側に位置するため、加圧ロール４３による加圧力が作用しない。

したがって、保持部材４６の粗面化処理部４６４ａに保持された加熱ベルト４２内面の摩耗粉４２ｂは、加熱ベルト４２に作用する押圧力によって粗面化処理部４６４ａに充填されることがなく、粗面化処理部４６４ａの加熱ベルト４２の移動方向に沿った下流側の側面に付着した状態で保持される。

このように、保持部材４６の粗面化処理部４６４ａに保持された摩耗粉４２ｂは、図１１に示されるような従来の定着装置４０と異なり、加熱ベルト４２内面の凹部に滞留して固着することが抑制される。そして、保持部材４６の粗面化処理部４６４ａは、加熱ベルト４２の内面より表面粗さＲａが大きいため、個々の凹部自体が極小さい粗面化処理部４６４ａが多数存在することとなる。

その結果、保持部材４６の粗面化処理部４６４ａに摩耗粉４２ｂが保持されるとしても、粗面化処理部４６の個々の凹部は極小さく、粗面化処理部４６の個々の凹部に捕獲された摩耗粉４２ｂが潤滑剤４８を吸収ことの影響は極僅かである。

よって、この実施の形態１に係る定着装置４０は、継続的に使用している間に、加熱ベルト４２の内面が摩耗して摩耗粉４２ｂが発生しても、当該摩耗粉４２ｂが加熱ベルト４２内面の凹部に堆積して潤滑剤４８を吸収し、加熱ベルト４２の流体潤滑が阻害されて潤滑不良が発生することが抑制される。

したがって、この実施の形態１に係る定着装置４０は、継続的に使用しても、図１０（ａ）（ｂ）に示されるような流体潤滑を長期間にわたって維持することができ、潤滑不良に起因したスティックスリップ現象に伴う異音の発生を抑制でき、定着装置４０の長寿命化が可能となる。

なお、前記実施の形態では、無端状のベルトとして加熱ベルトに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、加圧ベルトにも同様に適用することができることは勿論である。同様に、回転体としては、加圧ロールに限らず、加圧ベルトであっても良い。

また、前記実施の形態では、加熱ベルトに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、加熱部材が加熱ロールからなるものであっても良いことは勿論である。

また、本発明は、電子写真方式の画像形成装置で説明を行ったが、電子写真方式の画像形成装置に限られるものではなく、例えば、インクによる未乾燥層の画像（未定着のインク画像）を保持して搬送された用紙に接してその未定着インク画像を用紙上に定着する、インクジェット方式の画像形成装置等にも適用することができる。

１…画像形成装置
１ａ…装置本体
４０…定着装置
４２…加熱ベルト
４３…加圧ロール
４５…セラミックヒータ
４５２…発熱部
４６…保持部材
４６４ａ…粗面化処理部

Claims (8)

1. 回転可能な無端状のベルトと、
   前記ベルトの内部に配置され、前記ベルトを圧接部において回転体に圧接するよう面状発熱体を保持する保持手段と、
   前記保持手段の前記圧接部より前記ベルトの移動方向に沿った下流側に隣接して設けられ、前記ベルト内面の摩耗粉を保持する粗面化処理が施された粗面化処理部と、
   を備えた定着装置。
2. 前記粗面化処理部は、その表面粗さが前記ベルト内面より大きい請求項１に記載の定着装置である。
3. 前記粗面化処理部は、その表面粗さＲａが０．５～１．０μｍである請求項２に記載の定着装置。
4. 前記粗面化処理部は、合成樹脂により前記保持手段を成型する金型の表面粗さ、前記合成樹脂の流し込み速度、成型温度の少なくとも１つを調整することで表面粗さが設定される請求項１に記載の定着装置。
5. 前記粗面化処理部は、合成樹脂により前記保持手段を成型する金型の表面粗さを調整することで表面粗さが設定される請求項４に記載の定着装置。
6. 前記ベルトは、少なくとも基材層と、接着層と、表面層を備え、
   前記基材層には、摩擦係数が低い高熱伝導性フィラーが配合される請求項１に記載の定着装置。
7. 前記高熱伝導性フィラーがカーボンナノチューブからなる請求項６に記載の定着装置。
8. 記録媒体に画像を形成する画像形成手段と、
   前記記録媒体に形成された画像を定着する定着手段と、
   を備え、
   前記定着手段として請求項１乃至７のいずれかに記載の定着装置を用いた画像形成装置。

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