JP5365908B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置と、そこに設置される定着装置と、に関するものである。
従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、無端状のベルト部材の内周面に固定部材を摺接させて、ベルト部材を介して固定部材を回転体に圧接させることでベルト部材と回転体との間にニップ部を形成して、このニップ部に記録媒体を搬送して記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置が広く用いられている（例えば、特許文献１〜４参照。）。
特許文献１等には、ウォームアップ時間が短いオンデマンド方式の定着装置が開示されている。
オンデマンド方式の定着装置は、ベルト部材としての定着フィルム（エンドレスフィルム）、回転体としての加圧ローラ、固定部材としてのヒータ、等で構成されている。ヒータは、定着フィルムの内部に設置され、定着フィルムを介して加圧ローラに圧接してニップ部を形成するとともに、ニップ部の位置で定着フィルムを加熱する。そして、ニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像は、ニップ部にて熱と圧力とを受けて記録媒体上に定着される。
オンデマンド方式の定着装置は、ベルト部材としての定着フィルム（エンドレスフィルム）、回転体としての加圧ローラ、固定部材としてのヒータ、等で構成されている。ヒータは、定着フィルムの内部に設置され、定着フィルムを介して加圧ローラに圧接してニップ部を形成するとともに、ニップ部の位置で定着フィルムを加熱する。そして、ニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像は、ニップ部にて熱と圧力とを受けて記録媒体上に定着される。
特許文献２等には、ベルト部材として加圧ベルト（エンドレスベルト）を用いて、回転体として加熱手段（ハロゲンランプ）を内設した定着ローラ（加熱定着ロール）を用いた定着装置が開示されている。詳しくは、固定部材としての加圧パッド（圧力パッド）が、スプリングでニップ部側に付勢されながら、加圧ベルトの内周面に摺接するように固定されている。これにより、加圧ベルトを介して加圧パッドが定着ローラに圧接してニップ部が形成される。そして、ニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像は、ニップ部にて熱と圧力とを受けて記録媒体上に定着される。
ここで、特許文献２等には、加圧パッドと加圧ベルトとの摺動性を向上させることを目的として、加圧パッドの摺接面にＰＴＦＥ含侵ガラスクロス（低摩擦シート）を設置する技術が開示されている。
ここで、特許文献２等には、加圧パッドと加圧ベルトとの摺動性を向上させることを目的として、加圧パッドの摺接面にＰＴＦＥ含侵ガラスクロス（低摩擦シート）を設置する技術が開示されている。
特許文献３等には、ベルト部材として加圧ベルト（エンドレスベルト）を用いて、回転体として加熱手段（ハロゲンランプ）を内設した定着ローラ（加熱定着ロール）を用いた定着装置が開示されている。詳しくは、固定部材としての加圧パッド（押圧パッド）が、加圧ベルトの内周面に摺接するように固定されている。これにより、加圧ベルトを介して加圧パッドが定着ローラに圧接してニップ部が形成される。そして、ニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像は、ニップ部にて熱と圧力とを受けて記録媒体上に定着される。
ここで、特許文献３等には、加圧パッドと加圧ベルトとの摺動性を向上させることを目的として、加圧パッドと加圧ベルトとの間にシリコーンオイル（潤滑剤）を介在させる技術が開示されている。
ここで、特許文献３等には、加圧パッドと加圧ベルトとの摺動性を向上させることを目的として、加圧パッドと加圧ベルトとの間にシリコーンオイル（潤滑剤）を介在させる技術が開示されている。
特許文献４等には、ベルト部材として加熱手段（発熱体）を内設した定着ベルト（無端ベルト）を用いて、回転体として加圧ローラを用いた定着装置が開示されている。詳しくは、固定部材としてのベルト案内部材が、定着ベルトの内周面に摺接するように固定されている。これにより、定着ベルトを介してベルト案内部材が加圧ローラに圧接してニップ部が形成される。そして、ニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像は、ニップ部にて熱と圧力とを受けて記録媒体上に定着される。
ここで、特許文献４等には、ベルト案内部材と定着ベルトとの摺動性を向上させることを目的として、双方の部材の摺接面にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等からなる表面層（摺動層）を形成する技術が開示されている。
ここで、特許文献４等には、ベルト案内部材と定着ベルトとの摺動性を向上させることを目的として、双方の部材の摺接面にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等からなる表面層（摺動層）を形成する技術が開示されている。
従来の定着装置は、ベルト部材の内周面に固定部材が長時間摺接することにより、ベルト部材や固定部材が大きく磨耗してしまう不具合があった。
詳しくは、特許文献１等の定着装置は、ベルト部材と固定部材との摺動抵抗が大きいために、ベルト部材や固定部材が磨耗してしまい装置の耐久性が低かった。さらに、ベルト部材と固定部材との摺動抵抗が大きいために装置の駆動トルクが高く、定着ベルトがスリップして定着画像が乱れる「スリップ画像」が生じてしまったり、駆動ギアの歯面が破損してしまったりする可能性があった。
詳しくは、特許文献１等の定着装置は、ベルト部材と固定部材との摺動抵抗が大きいために、ベルト部材や固定部材が磨耗してしまい装置の耐久性が低かった。さらに、ベルト部材と固定部材との摺動抵抗が大きいために装置の駆動トルクが高く、定着ベルトがスリップして定着画像が乱れる「スリップ画像」が生じてしまったり、駆動ギアの歯面が破損してしまったりする可能性があった。
これに対して、特許文献２等の定着装置は、固定部材の摺接面にＰＴＦＥ含侵ガラスクロス（低摩擦シート）を設置しているために、ベルト部材や固定部材の磨耗を軽減する効果がある程度期待できる。しかし、装置を長時間稼動させると、やがてＰＴＦＥ含侵ガラスクロスのＰＴＦＥが磨耗してガラスクロスが露呈してしまい、ベルト部材との摺動抵抗が急増してしまう可能性があった。
また、特許文献３等の定着装置は、固定部材とベルト部材との間にシリコーンオイルを介在させているために、ベルト部材や固定部材の磨耗を軽減する効果がある程度期待できる。しかし、固定部材の摺接面やベルト部材の摺接面における潤滑剤の保持性が充分ではないために、装置を長時間稼動させると、やがて潤滑剤が摺接面からはじかれてしまい、ベルト部材との摺動抵抗が増加してしまう可能性があった。
また、特許文献４等の定着装置は、固定部材の摺接面とベルト部材の摺接面とにＰＦＡ、ＰＴＦＥ等からなる摺動層をそれぞれ形成しているために、ベルト部材や固定部材の磨耗を軽減する効果がある程度期待できる。しかし、互いに平滑な摺接面の間に潤滑剤を介在させても、双方の摺接面における潤滑剤の保持性は不充分であるために、装置を長時間稼動させると、やがて潤滑剤が摺接面からはじかれてしまい、ベルト部材との摺動抵抗が増加してしまう可能性があった。
また、特許文献３等の定着装置は、固定部材とベルト部材との間にシリコーンオイルを介在させているために、ベルト部材や固定部材の磨耗を軽減する効果がある程度期待できる。しかし、固定部材の摺接面やベルト部材の摺接面における潤滑剤の保持性が充分ではないために、装置を長時間稼動させると、やがて潤滑剤が摺接面からはじかれてしまい、ベルト部材との摺動抵抗が増加してしまう可能性があった。
また、特許文献４等の定着装置は、固定部材の摺接面とベルト部材の摺接面とにＰＦＡ、ＰＴＦＥ等からなる摺動層をそれぞれ形成しているために、ベルト部材や固定部材の磨耗を軽減する効果がある程度期待できる。しかし、互いに平滑な摺接面の間に潤滑剤を介在させても、双方の摺接面における潤滑剤の保持性は不充分であるために、装置を長時間稼動させると、やがて潤滑剤が摺接面からはじかれてしまい、ベルト部材との摺動抵抗が増加してしまう可能性があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ベルト部材の内周面に固定部材が摺接する場合であっても、ベルト部材と固定部材との間に介在される潤滑剤が経時においても安定的に保持されて、ベルト部材や固定部材の磨耗が少なく耐久性の高い、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。
本願発明者は、前記課題を解決するために研究を重ねた結果、固定部材の摺接面とベルト部材の摺接面とにフッ素を含有する材料で形成された表面層をそれぞれ設け、一方の表面層を多孔質状に形成するとともに、少なくとも一方の表面層の表面エネルギーが潤滑剤の表面張力よりも大きくなるように形成することで、双方の摺接面に保持される潤滑剤の保持性が著しく高められ、ベルト部材や固定部材の磨耗が著しく低減されることを知るに至った。
この発明は以上述べた事項に基づくものであり、すなわち、この発明の請求項１記載の発明にかかる定着装置は、記録媒体上にトナーを定着する定着装置であって、所定方向に走行するとともに、可撓性を有する無端状のベルト部材と、前記ベルト部材の外周面に当接する回転体と、前記ベルト部材の内周面に潤滑剤を介して摺接するように固定されるとともに、当該ベルト部材を介して前記回転体に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する固定部材と、前記ニップ部を除く位置で前記ベルト部材の内周面に対向するように略パイプ状に形成されて、前記ベルト部材を加熱する加熱部材と、前記加熱部材の内周面に対向するように設置されて、前記加熱部材を加熱するヒータと、を備え、前記固定部材と前記ベルト部材とは、双方の部材が摺接する摺接面にフッ素を含有する材料で形成された表面層をそれぞれ具備し、双方の部材の前記表面層のうち一方の表面層が多孔質状に形成され、双方の部材の前記表面層のうち少なくとも一方の表面層の表面エネルギーが前記潤滑剤の表面張力よりも大きくなるように形成され、前記ベルト部材の前記表面層の磨耗速度をＶａとして、前記固定部材の前記表面層の磨耗速度をＶｂとしたときに、
Ｖａ＜Ｖｂ
なる関係が成立するように形成されたものである。
Ｖａ＜Ｖｂ
なる関係が成立するように形成されたものである。
また、請求項２記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記固定部材又は前記ベルト部材は、前記多孔質状に形成された前記表面層の摺接面の反対側の面が当該表面層の表面エネルギーよりも大きな表面エネルギーを有する面に接触するように形成されたものである。
また、請求項３記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記ベルト部材と前記固定部材とは、前記ベルト部材の前記表面層の層厚をＴａとして、前記固定部材の前記表面層の層厚をＴｂとしたときに、
Ｔａ＜Ｔｂ
なる関係が成立するように形成されたものである。
Ｔａ＜Ｔｂ
なる関係が成立するように形成されたものである。
また、請求項４記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記潤滑剤を、フッ素グリスとしたものである。
また、請求項５記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記固定部材と前記ヒータとの間に断熱部材を設置したものである。
また、請求項６記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記ベルト部材は、トナー像を加熱して溶融する定着ベルト又は定着フィルムであって、前記回転体を、ローラ状に形成された加圧ローラとしたものである。
また、請求項７記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発明において、前記固定部材の前記表面層は、多孔質状に形成され、前記ベルト部材の前記表面層は、その表面エネルギーが前記潤滑剤の表面張力よりも大きくなるように形成されて、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、モリブデン、カーボンフィラーのいずれかが混入されたものである。
また、この発明の請求項８記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。
なお、本願において、固定部材が「固定」された状態とは、固定部材が回転駆動されることなく非回転で保持されている状態をいい、固定部材がスプリング等の付勢部材によってニップ部に向けて付勢されている場合であっても、固定部材が非回転で保持されていれば固定部材が「固定」された状態であるものと定義する。
本発明は、固定部材の摺接面とベルト部材の摺接面とにフッ素を含有する材料で形成された表面層をそれぞれ設け、一方の表面層を多孔質状に形成するとともに、少なくとも一方の表面層の表面エネルギーが潤滑剤の表面張力よりも大きくなるように形成している。これにより、ベルト部材の内周面に固定部材が摺接する場合であっても、ベルト部材と固定部材との間に介在される潤滑剤が経時においても安定的に保持されて、ベルト部材や固定部材の磨耗が少なく耐久性の高い、定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
実施の形態１．
図１〜図８にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１に示すように、本実施の形態１における画像形成装置１は、タンデム型カラープリンタである。画像形成装置本体１の上方にあるボトル収容部１０１には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。
ボトル収容部１０１の下方には中間転写ユニット８５が配設されている。その中間転写ユニット８５の中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが並設されている。
図１〜図８にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１に示すように、本実施の形態１における画像形成装置１は、タンデム型カラープリンタである。画像形成装置本体１の上方にあるボトル収容部１０１には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。
ボトル収容部１０１の下方には中間転写ユニット８５が配設されている。その中間転写ユニット８５の中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが並設されている。
各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設されている。また、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５、現像部７６、クリーニング部７７、除電部（不図示である。）等が配設されている。そして、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）がおこなわれて、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像が形成されることになる。
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、不図示の駆動モータによって図１中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部７５の位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程である。）。
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、露光部３から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程である。）。
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、露光部３から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程である。）。
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、現像装置７６との対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程である。）。
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、中間転写ベルト７８及び第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程である。）。このとき、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、中間転写ベルト７８及び第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程である。）。このとき、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、クリーニング部７７との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程である。）。
最後に、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。
最後に、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。
その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト７８上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。
ここで、中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３、テンションローラ８４、中間転写クリーニング部８０、等で構成される。中間転写ベルト７８は、３つのローラ８２〜８４によって張架・支持されるとともに、１つのローラ８２の回転駆動によって図１中の矢印方向に無端移動される。
ここで、中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３、テンションローラ８４、中間転写クリーニング部８０、等で構成される。中間転写ベルト７８は、３つのローラ８２〜８４によって張架・支持されるとともに、１つのローラ８２の回転駆動によって図１中の矢印方向に無端移動される。
４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。
そして、中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。
そして、中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。
その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト７８は、２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ８２が、２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト７８上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト７８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。
その後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。
こうして、中間転写ベルト７８上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。
その後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。
こうして、中間転写ベルト７８上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。
ここで、２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐは、装置本体１の下方に配設された給紙部１２から、給紙ローラ９７やレジストローラ対９８等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、給紙部１２には、転写紙等の記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ９７が図１中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Ｐがレジストローラ対９８のローラ間に向けて給送される。
詳しくは、給紙部１２には、転写紙等の記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ９７が図１中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Ｐがレジストローラ対９８のローラ間に向けて給送される。
レジストローラ対９８に搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対９８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対９８が回転駆動されて、記録媒体Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録媒体Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。
その後、２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、定着部２０の位置に搬送される。そして、この位置で、定着ベルト２１及び加圧ローラ３１による熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。
その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対９９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対９９によって装置外に排出された被転写Ｐは、出力画像として、スタック部１００上に順次スタックされる。
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対９９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対９９によって装置外に排出された被転写Ｐは、出力画像として、スタック部１００上に順次スタックされる。
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
次に、図２〜図５にて、画像形成装置本体１に設置される定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図２は、定着装置２０を示す構成図である。図３は、定着装置２０を幅方向にみた図である。図４は、定着装置２０のニップ部の近傍を示す拡大図である。図５は、定着ベルト２０と固定部材２６との摺接部を示す拡大図である。
図２に示すように、定着装置２０は、ベルト部材としての定着ベルト２１、固定部材２６、加熱部材２２、補強部材２３、断熱部材２７、加熱手段としてのヒータ２５（熱源）、回転体としての加圧ローラ３１、温度センサ４０、等で構成される。
図２は、定着装置２０を示す構成図である。図３は、定着装置２０を幅方向にみた図である。図４は、定着装置２０のニップ部の近傍を示す拡大図である。図５は、定着ベルト２０と固定部材２６との摺接部を示す拡大図である。
図２に示すように、定着装置２０は、ベルト部材としての定着ベルト２１、固定部材２６、加熱部材２２、補強部材２３、断熱部材２７、加熱手段としてのヒータ２５（熱源）、回転体としての加圧ローラ３１、温度センサ４０、等で構成される。
ここで、ベルト部材としての定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであって、図２中の矢印方向（反時計方向）に回転（走行）する。定着ベルト２１は、内周面２１ａ（固定部材２６との摺接面である。）側から、表面層、基材層、弾性層、離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが１ｍｍ以下に設定されている。
定着ベルト２１の表面層２１ａ（内周面）は、層厚が５０μｍ以下であって、フッ素を含有する材料で形成されている。具体的に、表面層２１ａ（摺動層）を形成する材料としては、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフロオロプロピレン共重合体）等のフッ素樹脂材料や、これらにポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等の樹脂を混ぜたもの、を用いることができる。なお、定着ベルト２１の表面層２１ａについては、後でさらに詳しく説明する。
定着ベルト２１の基材層は、層厚が３０〜５０μｍであって、ニッケル、ステンレス等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成されている。
定着ベルト２１の弾性層は、層厚が１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料で形成されている。弾性層を設けることで、ニップ部における定着ベルト２１表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。
定着ベルト２１の離型層は、層厚が１０〜５０μｍであって、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等の材料で形成されている。離型層を設けることで、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が担保される。
定着ベルト２１の表面層２１ａ（内周面）は、層厚が５０μｍ以下であって、フッ素を含有する材料で形成されている。具体的に、表面層２１ａ（摺動層）を形成する材料としては、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフロオロプロピレン共重合体）等のフッ素樹脂材料や、これらにポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等の樹脂を混ぜたもの、を用いることができる。なお、定着ベルト２１の表面層２１ａについては、後でさらに詳しく説明する。
定着ベルト２１の基材層は、層厚が３０〜５０μｍであって、ニッケル、ステンレス等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成されている。
定着ベルト２１の弾性層は、層厚が１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、等のゴム材料で形成されている。弾性層を設けることで、ニップ部における定着ベルト２１表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。
定着ベルト２１の離型層は、層厚が１０〜５０μｍであって、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等の材料で形成されている。離型層を設けることで、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が担保される。
また、定着ベルト２１の直径は１５〜１２０ｍｍになるように設定されている。なお、本実施の形態１では、定着ベルト２１の直径が３０ｍｍに設定されている。
定着ベルト２１の内部（内周面側）には、固定部材２６、ヒータ２５（加熱手段）、加熱部材２２、補強部材２３、断熱部材２７、等が固設されている。
ここで、固定部材２６は、定着ベルト２１の内周面に、フッ素グリス等の潤滑剤を介して摺接するように固定されている。そして、固定部材２６が定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に圧接することで、記録媒体Ｐが搬送されるニップ部が形成される。図３を参照して、固定部材２６は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。なお、固定部材２６の構成・動作については後で詳しく説明する。
定着ベルト２１の内部（内周面側）には、固定部材２６、ヒータ２５（加熱手段）、加熱部材２２、補強部材２３、断熱部材２７、等が固設されている。
ここで、固定部材２６は、定着ベルト２１の内周面に、フッ素グリス等の潤滑剤を介して摺接するように固定されている。そして、固定部材２６が定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に圧接することで、記録媒体Ｐが搬送されるニップ部が形成される。図３を参照して、固定部材２６は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。なお、固定部材２６の構成・動作については後で詳しく説明する。
図２を参照して、加熱部材２２は、ニップ部を除く位置で定着ベルト２１の内周面に対向するように形成され、ニップ部の位置では断熱部材２７を介して固定部材２６を保持するように形成されている。図３を参照して、加熱部材２２は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。
そして、加熱部材２２は、ヒータ２５の輻射熱により加熱されて定着ベルト２１を加熱する（熱を伝える。）。すなわち、加熱部材２２がヒータ２５（加熱手段）によって直接的に加熱されて、加熱部材２２を介して定着ベルト２１がヒータ２５（加熱手段）によって間接的に加熱されることになる。加熱部材２２の材料としては、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属熱伝導体（熱伝導性を有する金属である。）を用いることができる。
そして、加熱部材２２は、ヒータ２５の輻射熱により加熱されて定着ベルト２１を加熱する（熱を伝える。）。すなわち、加熱部材２２がヒータ２５（加熱手段）によって直接的に加熱されて、加熱部材２２を介して定着ベルト２１がヒータ２５（加熱手段）によって間接的に加熱されることになる。加熱部材２２の材料としては、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属熱伝導体（熱伝導性を有する金属である。）を用いることができる。
加熱手段としてのヒータ２５（熱源）は、ハロゲンヒータやカーボンヒータであって、その両端部が定着装置２０の側板４３に固定されている（図３を参照できる。）。そして、装置本体１の電源部により出力制御されたヒータ２５の輻射熱によって、加熱部材２２が加熱される。さらに、加熱部材２２によって定着ベルト２１がニップ部を除く位置で全体的に加熱されて、加熱された定着ベルト２１の表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱が加えられる。なお、ヒータ２５の出力制御は、定着ベルト２１表面に対向するサーミスタ等の温度センサ４０によるベルト表面温度の検知結果に基いておこなわれる。また、このようなヒータ２５の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定することができる。
このように、本実施の形態１における定着装置２０は、定着ベルト２１の一部のみが局所的に加熱されるのではなく、加熱部材２２によって定着ベルト２１が周方向にわたってほぼ全体的に加熱されることになるために、装置を高速化した場合であっても定着ベルト２１が充分に加熱されて定着不良の発生を抑止することができる。すなわち、比較的簡易な構成で効率よく定着ベルト２１を加熱できるために、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短縮化されるとともに、装置の小型化が達成される。
ここで、定着ベルト２１と加熱部材２２とのギャップδ（ニップ部を除く位置のギャップである。）は、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下とすることが好ましい（０ｍｍ＜δ≦１ｍｍである。）。これにより、加熱部材２２と定着ベルト２１とが摺接する面積が大きくなって定着ベルト２１の磨耗が加速する不具合を抑止するとともに、加熱部材２２と定着ベルト２１とが離れ過ぎて定着ベルト２１の加熱効率が低下する不具合を抑止することができる。さらに、加熱部材２２が定着ベルト２１に近設されることで、可撓性を有する定着ベルト２１の円形姿勢がある程度維持されるため、定着ベルト２１の変形による劣化・破損を軽減することができる。
また、加熱部材２２と定着ベルト２１とが摺接しても定着ベルト２１の磨耗が軽減されるように、定着ベルト２１の内周面には、フッ素を含む材料からなる表面層が形成されるとともに、双方の部材２１、２２の間にはフッ素グリス等の潤滑剤が塗布されている。さらには、加熱部材２２の摺接面を摩擦係数の低い材料で形成することもできる。
なお、本実施の形態１では、加熱部材２２の断面形状が略円形になるように形成したが、加熱部材２２の断面形状が多角形になるように形成することもできるし、加熱部材２２の周面にスリットを設けることもできる。
また、加熱部材２２と定着ベルト２１とが摺接しても定着ベルト２１の磨耗が軽減されるように、定着ベルト２１の内周面には、フッ素を含む材料からなる表面層が形成されるとともに、双方の部材２１、２２の間にはフッ素グリス等の潤滑剤が塗布されている。さらには、加熱部材２２の摺接面を摩擦係数の低い材料で形成することもできる。
なお、本実施の形態１では、加熱部材２２の断面形状が略円形になるように形成したが、加熱部材２２の断面形状が多角形になるように形成することもできるし、加熱部材２２の周面にスリットを設けることもできる。
ここで、本実施の形態１では、ニップ部を形成する固定部材２６の強度を補強する補強部材２３が、定着ベルト２１の内周面側に固設されている。図３を参照して、補強部材２３は、幅方向の長さが固定部材２６と同等になるように形成されていて、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に固定支持されている。そして、補強部材２３が固定部材２６及び定着ベルト２１を介して加圧ローラ３１に当接することで、ニップ部において固定部材２６が加圧ローラ３１の加圧力を受けて大きく変形する不具合を抑止している。
なお、補強部材２３は、上述した機能を満足するために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが好ましい。
また、補強部材２３における、ヒータ２５に対向する面の一部又は全部に、断熱部材を設けたり、鏡面処理を施したりすることもできる。これにより、ヒータ２５から補強部材２３に向かう熱（補強部材２３を加熱する熱）が加熱部材２２の加熱に用いられることになるために、定着ベルト２１（加熱部材２２）の加熱効率がさらに向上することになる。
また、補強部材２３における、ヒータ２５に対向する面の一部又は全部に、断熱部材を設けたり、鏡面処理を施したりすることもできる。これにより、ヒータ２５から補強部材２３に向かう熱（補強部材２３を加熱する熱）が加熱部材２２の加熱に用いられることになるために、定着ベルト２１（加熱部材２２）の加熱効率がさらに向上することになる。
図２を参照して、ニップ部の位置で定着ベルト２１の外周面に当接する回転体としての加圧ローラ３１は、直径が３０ｍｍであって、中空構造の芯金３２上に弾性層３３を形成したものである。加圧ローラ３１（回転体）の弾性層３３は、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層３３の表層にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等からなる薄肉の離型層を設けることもできる。加圧ローラ３１は定着ベルト２１に圧接して、双方の部材間に所望のニップ部を形成する。また、図３を参照して、加圧ローラ３１には不図示の駆動機構の駆動ギアに噛合するギア４５が設置されていて、加圧ローラ３１は図２中の矢印方向（時計方向）に回転駆動される。また、加圧ローラ３１は、その幅方向両端部が定着装置２０の側板４３に軸受４２を介して回転自在に支持されている。なお、加圧ローラ３１の内部に、ハロゲンヒータ等の熱源を設けることもできる。
なお、加圧ローラ３１の弾性層３３を発泡性シリコーンゴム等のスポンジ状の材料で形成した場合には、ニップ部に作用する加圧力を減ずることができるために、加熱部材２２に生じる撓みをさらに軽減することができる。さらに、加圧ローラ３１の断熱性が高められて、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ３１側に移動しにくくなるために、定着ベルト２１の加熱効率が向上する。
また、本実施の形態１では、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径と同等になるように形成したが、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径よりも小さくなるように形成することもできる。その場合、ニップ部における定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ３１の曲率よりも小さくなるために、ニップ部から送出される記録媒体Ｐが定着ベルト２１から分離され易くなる。
また、本実施の形態１では、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径と同等になるように形成したが、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３１の直径よりも小さくなるように形成することもできる。その場合、ニップ部における定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ３１の曲率よりも小さくなるために、ニップ部から送出される記録媒体Ｐが定着ベルト２１から分離され易くなる。
以下、上述のように構成された定着装置２０の動作について簡単に説明する。
装置本体１の電源スイッチが投入されると、ヒータ２５に電力が供給されるとともに、加圧ローラ３１の図２中の矢印方向の回転駆動が開始される。これにより、加圧ローラ３１との摩擦力によって、定着ベルト２１も図２中の矢印方向に従動（回転）する。
その後、給紙部１２から記録媒体Ｐが給送されて、２次転写ローラ８９の位置で、記録媒体Ｐ上に未定着のカラー画像が担持（転写）される。未定着画像Ｔ（トナー像）が担持された記録媒体Ｐは、不図示のガイド板に案内されながら図２の矢印Ｙ１０方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１及び加圧ローラ３１のニップ部に送入される。
そして、加熱部材２２（ヒータ２５）によって加熱された定着ベルト２１による加熱と、補強部材２３によって補強された固定部材２６と加圧ローラ３１との押圧力とによって、記録媒体Ｐの表面にトナー像Ｔが定着される。その後、ニップ部から送出された記録媒体Ｐは、矢印Ｙ１１方向に搬送される。
装置本体１の電源スイッチが投入されると、ヒータ２５に電力が供給されるとともに、加圧ローラ３１の図２中の矢印方向の回転駆動が開始される。これにより、加圧ローラ３１との摩擦力によって、定着ベルト２１も図２中の矢印方向に従動（回転）する。
その後、給紙部１２から記録媒体Ｐが給送されて、２次転写ローラ８９の位置で、記録媒体Ｐ上に未定着のカラー画像が担持（転写）される。未定着画像Ｔ（トナー像）が担持された記録媒体Ｐは、不図示のガイド板に案内されながら図２の矢印Ｙ１０方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１及び加圧ローラ３１のニップ部に送入される。
そして、加熱部材２２（ヒータ２５）によって加熱された定着ベルト２１による加熱と、補強部材２３によって補強された固定部材２６と加圧ローラ３１との押圧力とによって、記録媒体Ｐの表面にトナー像Ｔが定着される。その後、ニップ部から送出された記録媒体Ｐは、矢印Ｙ１１方向に搬送される。
以下、本実施の形態１における定着装置２０において特徴的な、固定部材２６及び定着ベルト２１の構成・動作について、詳しく説明する。
図４を参照して、定着ベルト２１の内周面２１ａに摺接する固定部材２６は、ベース層２６ｂ上に表面層２６ａが形成されたものである。固定部材２６は、加圧ローラ３１との対向面（摺接面）が、加圧ローラ３１の曲率にならうように凹状に形成されている。これにより、記録媒体Ｐは加圧ローラ３１の曲率にならうようにニップ部から送出されるために、定着工程後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１に吸着して分離しないような不具合を抑止することができる。
なお、本実施の形態１では、ニップ部を形成する固定部材２６の形状を凹状に形成したが、ニップ部を形成する固定部材２６の形状を平面状に形成することもできる。すなわち、固定部材２６の摺接面（加圧ローラ３１に対向する面である。）が平面形状になるように形成することができる。これにより、ニップ部の形状が記録媒体Ｐの画像面に対して略平行になって、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの密着性が高まるために定着性が向上する。さらに、ニップ部の出口側における定着ベルト２１の曲率が大きくなるために、ニップ部から送出された記録媒体Ｐを定着ベルト２１から容易に分離することができる。
図４を参照して、定着ベルト２１の内周面２１ａに摺接する固定部材２６は、ベース層２６ｂ上に表面層２６ａが形成されたものである。固定部材２６は、加圧ローラ３１との対向面（摺接面）が、加圧ローラ３１の曲率にならうように凹状に形成されている。これにより、記録媒体Ｐは加圧ローラ３１の曲率にならうようにニップ部から送出されるために、定着工程後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１に吸着して分離しないような不具合を抑止することができる。
なお、本実施の形態１では、ニップ部を形成する固定部材２６の形状を凹状に形成したが、ニップ部を形成する固定部材２６の形状を平面状に形成することもできる。すなわち、固定部材２６の摺接面（加圧ローラ３１に対向する面である。）が平面形状になるように形成することができる。これにより、ニップ部の形状が記録媒体Ｐの画像面に対して略平行になって、定着ベルト２１と記録媒体Ｐとの密着性が高まるために定着性が向上する。さらに、ニップ部の出口側における定着ベルト２１の曲率が大きくなるために、ニップ部から送出された記録媒体Ｐを定着ベルト２１から容易に分離することができる。
また、固定部材２６のベース層２６ｂを形成する材料としては、加圧ローラ３１による加圧力を受けても大きく撓むことがないように、ある程度剛性のある材料（例えば、高剛性の金属やセラミック等である。）で形成されている。
金属板を曲げ加工することにより形成する略パイプ状の加熱部材２２は、その肉厚を薄くすることができるために、ウォームアップ時間を短縮することができる。しかし、加熱部材２２自身の剛性は小さくなっているため、加圧ローラ３１の加圧力に抗しきれずに、撓んだり、変形することがある。パイプ状の加熱部材２２が変形してしまうと所望のニップ幅が得られずに、定着性が低下するという問題が生じる。これに対して、本実施の形態１では、薄肉の加熱部材２２とは別に高剛性の固定部材２６を設置してニップ部を形成しているために、そのような問題が生じるのを未然に防止することができる。
金属板を曲げ加工することにより形成する略パイプ状の加熱部材２２は、その肉厚を薄くすることができるために、ウォームアップ時間を短縮することができる。しかし、加熱部材２２自身の剛性は小さくなっているため、加圧ローラ３１の加圧力に抗しきれずに、撓んだり、変形することがある。パイプ状の加熱部材２２が変形してしまうと所望のニップ幅が得られずに、定着性が低下するという問題が生じる。これに対して、本実施の形態１では、薄肉の加熱部材２２とは別に高剛性の固定部材２６を設置してニップ部を形成しているために、そのような問題が生じるのを未然に防止することができる。
また、本実施の形態１では、固定部材２６とヒータ２５（加熱手段）との間に断熱部材２７を設置している。詳しくは、固定部材２６と加熱部材２２との間であって、固定部材２６の摺接面を除く面を覆うように断熱部材２７が設置されている。断熱部材２７の材料としては、断熱性に優れたスポンジゴムや、空包を有するセラミック、等を用いることができる。
本実施の形態１では、定着ベルト２１と加熱部材２２とがほぼ全周にわたって近接しているため、加熱待機時（プリント動作待機時）においても定着ベルト２１を周方向に温度ムラなく加熱できる。したがって、プリント要求を受けた後、速やかにプリント動作をおこなうことができる。このとき、特許文献１等のオンデマンド方式の定着装置では、ニップ部で加熱待機時に加圧ローラを変形させたまま熱を与えてしまうと、加圧ローラのゴムの材質によっては、熱劣化を起こして加圧ローラの寿命が短くなってしまったり、加圧ローラに圧縮永久ひずみが発生してしまったりする（ゴムの圧縮永久ひずみは、ゴムの変形に加熱が加わることにより増大する。）。そして、加圧ローラに圧縮永久ひずみが発生すると、加圧ローラの一部が凹んだ状態になり、所望のニップ幅が得られないため、定着不良が発生したり、回転時に異音が生じたりする。
これに対して、本実施の形態１では、固定部材２６と加熱部材２２との間に断熱部材２７が設置されているために、加熱待機時に加熱部材２２の熱が固定部材２６に達しにくくなる。したがって、加熱待機時に加圧ローラ３１が変形した状態で高温加熱される不具合が軽減されて、上述の問題が生じるのを抑止することができる。
本実施の形態１では、定着ベルト２１と加熱部材２２とがほぼ全周にわたって近接しているため、加熱待機時（プリント動作待機時）においても定着ベルト２１を周方向に温度ムラなく加熱できる。したがって、プリント要求を受けた後、速やかにプリント動作をおこなうことができる。このとき、特許文献１等のオンデマンド方式の定着装置では、ニップ部で加熱待機時に加圧ローラを変形させたまま熱を与えてしまうと、加圧ローラのゴムの材質によっては、熱劣化を起こして加圧ローラの寿命が短くなってしまったり、加圧ローラに圧縮永久ひずみが発生してしまったりする（ゴムの圧縮永久ひずみは、ゴムの変形に加熱が加わることにより増大する。）。そして、加圧ローラに圧縮永久ひずみが発生すると、加圧ローラの一部が凹んだ状態になり、所望のニップ幅が得られないため、定着不良が発生したり、回転時に異音が生じたりする。
これに対して、本実施の形態１では、固定部材２６と加熱部材２２との間に断熱部材２７が設置されているために、加熱待機時に加熱部材２２の熱が固定部材２６に達しにくくなる。したがって、加熱待機時に加圧ローラ３１が変形した状態で高温加熱される不具合が軽減されて、上述の問題が生じるのを抑止することができる。
さらに、固定部材２６と定着ベルト２１との摩擦抵抗を低減するために双方の部材間に塗布された潤滑剤は、ニップ部における高圧条件に加えて高温条件による使用によって劣化して、定着ベルト２１のスリップ等の不具合が生じてしまう可能性がある。
これに対して、本実施の形態１では、固定部材２６と加熱部材２２との間に断熱部材２７が設置されているために、加熱部材２２の熱がニップ部の潤滑剤に達しにくくなる。したがって、潤滑剤の高温による劣化が軽減されて、上述の問題が生じるのを抑止することができる。
これに対して、本実施の形態１では、固定部材２６と加熱部材２２との間に断熱部材２７が設置されているために、加熱部材２２の熱がニップ部の潤滑剤に達しにくくなる。したがって、潤滑剤の高温による劣化が軽減されて、上述の問題が生じるのを抑止することができる。
また、本実施の形態１では、固定部材２６と加熱部材２２との間に断熱部材２７が設置されているために、固定部材２６が断熱されて、ニップ部では積極的に定着ベルト２１は加熱されないことになる。そのため、ニップ部に送入された記録媒体Ｐの温度がニップ部から送出されるときには低くなる。すなわち、ニップ部出口では、記録媒体Ｐ上に定着されたトナー像の温度が低くなって、トナーの粘性が低下して、定着ベルト２１に対するトナー接着力が小さくなった状態で、記録媒体Ｐは定着ベルト２１から分離される。したがって、定着工程直後の記録媒体Ｐが定着ベルト２１に巻き付いてジャムになる不具合が防止されるとともに、定着ベルト２１に対するトナー固着も抑制される。
ここで、本実施の形態１では、固定部材２６と定着ベルト２１（ベルト部材）とは、双方の部材２１、２６が摺接する摺接面にフッ素を含有する材料で形成された表面層をそれぞれ設けられている。すなわち、図４を参照して、固定部材２６の摺接面にはフッ素系材料からなる表面層２６ａが形成され、定着ベルト２１の摺接面２１ａにもフッ素系材料からなる表面層が形成されている。そして、双方の部材２１、２６の表面層のうち一方の表面層（本実施の形態１では、固定部材２６の表面層２６ａである。）が多孔質状に形成されている。さらに、双方の部材２１、２６の表面層のうち少なくとも一方の表面層（本実施の形態１では、定着ベルト２１の表面層２１ａである。）の表面エネルギーが潤滑剤の表面張力よりも大きくなるように形成されている。
これにより、双方の部材２１、２６の摺接面に保持される潤滑剤の保持性が著しく高められ、定着ベルト２１や固定部材２６の磨耗が著しく低減されることになる。
これにより、双方の部材２１、２６の摺接面に保持される潤滑剤の保持性が著しく高められ、定着ベルト２１や固定部材２６の磨耗が著しく低減されることになる。
以下、従来技術との関係も含めて、詳しく説明する。
従来の定着装置は、ベルト部材と固定部材との互いの摺接面の材質と潤滑剤との組み合わせが好適ではないために、ベルと部材と固定部材との摺動性が不充分であった。具体的に、先に挙げた特許文献１〜４について分析する。
特許文献１等では、固定部材（セラミックヒータ）の摺接面がガラスコートされており、ベルト部材（定着フィルム）の内周面はポリイミド等の樹脂材料やステンレス、ニッケル等で形成されている。このような場合には、摺接面の界面には潤滑剤が存在するものの、ガラスとポリイミド（又は、ステンレス、ニッケル）との摺動は表面摩擦係数が大きいために、経時で磨耗が大きく進行してしまう。
これに対して、特許文献２等では、固定部材の表面にＰＴＦＥ含侵ガラスクロス（低摩擦シート）が設けられ、さらにその表面に潤滑剤が塗布されている。しかし、ベルト部材の内周面はポリイミド等の樹脂で形成されていて、ＰＴＦＥ含侵ガラスクロスのやわらかいＰＴＦＥが経時で大きく磨耗してしまう。
特許文献４等では、固定部材の摺接面とベルト部材の内周面とに、それぞれ、フッ素系の摺動層が設けられているために、双方の摺接面の一方だけが極端に磨耗してしまうことはない。しかし、双方の摺接面の間に介在された潤滑剤が熱源により直接加熱されているので、潤滑剤が高温に達して枯渇してしまう。また、双方の摺接面が平滑であるために、摺接面の接触面積が大きくなって、摩擦抵抗が大きくトルクアップしてしまう。さらに、双方の摺接面の表面エネルギーが低いために、潤滑剤が摺接面からはじかれてしまい、潤滑剤の機能が低減してしまう。特許文献３等においても、固定部材の摺接面やベルト部材の摺接面における潤滑剤の保持性が充分ではないために、潤滑剤が摺接面からはじかれてしまう。
従来の定着装置は、ベルト部材と固定部材との互いの摺接面の材質と潤滑剤との組み合わせが好適ではないために、ベルと部材と固定部材との摺動性が不充分であった。具体的に、先に挙げた特許文献１〜４について分析する。
特許文献１等では、固定部材（セラミックヒータ）の摺接面がガラスコートされており、ベルト部材（定着フィルム）の内周面はポリイミド等の樹脂材料やステンレス、ニッケル等で形成されている。このような場合には、摺接面の界面には潤滑剤が存在するものの、ガラスとポリイミド（又は、ステンレス、ニッケル）との摺動は表面摩擦係数が大きいために、経時で磨耗が大きく進行してしまう。
これに対して、特許文献２等では、固定部材の表面にＰＴＦＥ含侵ガラスクロス（低摩擦シート）が設けられ、さらにその表面に潤滑剤が塗布されている。しかし、ベルト部材の内周面はポリイミド等の樹脂で形成されていて、ＰＴＦＥ含侵ガラスクロスのやわらかいＰＴＦＥが経時で大きく磨耗してしまう。
特許文献４等では、固定部材の摺接面とベルト部材の内周面とに、それぞれ、フッ素系の摺動層が設けられているために、双方の摺接面の一方だけが極端に磨耗してしまうことはない。しかし、双方の摺接面の間に介在された潤滑剤が熱源により直接加熱されているので、潤滑剤が高温に達して枯渇してしまう。また、双方の摺接面が平滑であるために、摺接面の接触面積が大きくなって、摩擦抵抗が大きくトルクアップしてしまう。さらに、双方の摺接面の表面エネルギーが低いために、潤滑剤が摺接面からはじかれてしまい、潤滑剤の機能が低減してしまう。特許文献３等においても、固定部材の摺接面やベルト部材の摺接面における潤滑剤の保持性が充分ではないために、潤滑剤が摺接面からはじかれてしまう。
これに対して、本実施の形態１では、定着ベルト２１の内周面２１ａにフッ素が含まれる表面層を設けて低摩擦で比較的平滑な摺接面を形成するとともに、固定部材２６の摺接面にフッ素を含む多孔質状の表面層２６ａを設けて低摩擦で凹凸のある摺接面を形成した。また、双方の摺接面がフッ素系材料で形成されていて摩擦抵抗が小さくても、潤滑剤の表面張力が双方の表面層の表面エネルギーよりも大きいと、潤滑剤が摺接面になじまずに、潤滑剤の保持性が低下してしまう。そこで、本実施の形態１では、摺接面に塗布する潤滑剤の表面張力が、双方の摺接面のうち少なくとも一方の表面エネルギーより小さくなるように構成することで、摺接面に対する潤滑剤の濡れ性を確保して、潤滑剤の保持性を向上させている。このような効果は、本願発明者が、双方の摺接面（表面層）の材質と潤滑剤とを種々組み合わせる実験をおこなって確認したものである。
以下、本実施の形態１における定着ベルト２１及び固定部材２６の、具体的な構成について述べる。
定着ベルト２１の表面層２１ａ（摺接面）は、層厚が５０μｍ以下であって、フッ素を含有する材料で形成され、さらに表面層２１ａの表面エネルギーが潤滑剤の表面張力よりも大きくなるように形成されている。具体的に、表面層２１ａ（摺動層）を形成する材料として、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフロオロプロピレン共重合体）等のフッ素樹脂材料に、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等の樹脂を混ぜたものを用いている。
固定部材２６の表面層２６ａは、フッ素系のコート（固体潤滑剤としてのフッ素粒子が分散されたコート剤や、フッ素分子が分散された共析メッキ等である。）や、フッ素樹脂（ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ）、フッ素樹脂フィルム等で形成され、さらにブラスト処理やエッチング処理が施されて多孔質状に形成されている。また、固定部材２６の表面層２６ａとして、ガラスクロスの表面にフッ素系のコートをさせたシートや、フッ素樹脂を繊維化し編みこんだメッシュ等を用いることもできる。なお、本願において、「多孔質状」の表面層２６ａとは、表面層２６ａの表面（おもて面）から裏面にかけて多数の孔が貫通しているもののみではなく、表面層２６ａのおもて面（摺動面）に凹凸（裏面まで貫通しない孔）が多数形成されているものも含まれるものと定義する。
また、双方の部材２１、２６間に介在する潤滑剤としては、フッ素グリス等を用いることができる。
定着ベルト２１の表面層２１ａ（摺接面）は、層厚が５０μｍ以下であって、フッ素を含有する材料で形成され、さらに表面層２１ａの表面エネルギーが潤滑剤の表面張力よりも大きくなるように形成されている。具体的に、表面層２１ａ（摺動層）を形成する材料として、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフロオロプロピレン共重合体）等のフッ素樹脂材料に、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等の樹脂を混ぜたものを用いている。
固定部材２６の表面層２６ａは、フッ素系のコート（固体潤滑剤としてのフッ素粒子が分散されたコート剤や、フッ素分子が分散された共析メッキ等である。）や、フッ素樹脂（ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ）、フッ素樹脂フィルム等で形成され、さらにブラスト処理やエッチング処理が施されて多孔質状に形成されている。また、固定部材２６の表面層２６ａとして、ガラスクロスの表面にフッ素系のコートをさせたシートや、フッ素樹脂を繊維化し編みこんだメッシュ等を用いることもできる。なお、本願において、「多孔質状」の表面層２６ａとは、表面層２６ａの表面（おもて面）から裏面にかけて多数の孔が貫通しているもののみではなく、表面層２６ａのおもて面（摺動面）に凹凸（裏面まで貫通しない孔）が多数形成されているものも含まれるものと定義する。
また、双方の部材２１、２６間に介在する潤滑剤としては、フッ素グリス等を用いることができる。
このように構成することにより、双方の表面層のうち一方の表面層がフッ素系材料で形成されて他方の表面層がポリイミド樹脂で形成された場合等に比べて、摺接面の摩擦抵抗が極めて小さくなるために、定着ベルト２１と固定部材２６との耐久性が向上する。すなわち、比較的やわらかいフッ素系材料の表面層に対して硬い表面層が摺接する場合にはフッ素系材料で形成された表面層が大きく磨耗してしまうのに対して、本実施の形態１では双方の表面層を比較的やわらかいフッ素系材料で形成しているためにいずれかの表面層が極端に磨耗することがない。また、一方の表面層を多孔質状に形成することで、表面層同士の接触面積が減って、双方の表面層の摩擦抵抗がさらに低減する。
さらに、双方の表面層が互いに平滑に形成されてしまうと、フッ素系材料で形成された表面層の表面エネルギー（潤滑剤に対する濡れ性）が低いために、摺接面で潤滑剤がはじかれてしまい摺動性が悪くなってしまう。これに対して、本実施の形態１では、一方の表面層を多孔質状に形成しているために、経時においても表面層の孔に潤滑剤が保持させる。すなわち、図５に示すように、巨視的にみると、多孔質状に形成された表面層２６ａの網目（図５に示すように、白丸と白丸との間に多くの隙間が形成されている構造である。）に潤滑剤Ｑが入り込んで、潤滑剤Ｑが表面層２６ａに強固に保持された状態になる。このように、定着ベルト２１と固定部材２６との低摩擦性、低磨耗性が向上するとともに、双方の摺接面における潤滑剤の保持性が高くなり、定着装置２０としての耐久性が飛躍的に向上する。
さらに、双方の表面層が互いに平滑に形成されてしまうと、フッ素系材料で形成された表面層の表面エネルギー（潤滑剤に対する濡れ性）が低いために、摺接面で潤滑剤がはじかれてしまい摺動性が悪くなってしまう。これに対して、本実施の形態１では、一方の表面層を多孔質状に形成しているために、経時においても表面層の孔に潤滑剤が保持させる。すなわち、図５に示すように、巨視的にみると、多孔質状に形成された表面層２６ａの網目（図５に示すように、白丸と白丸との間に多くの隙間が形成されている構造である。）に潤滑剤Ｑが入り込んで、潤滑剤Ｑが表面層２６ａに強固に保持された状態になる。このように、定着ベルト２１と固定部材２６との低摩擦性、低磨耗性が向上するとともに、双方の摺接面における潤滑剤の保持性が高くなり、定着装置２０としての耐久性が飛躍的に向上する。
図６は、上述した効果を確認するために本願発明者がおこなった実験の結果を示す表図であって、定着ベルト２１及び固定部材２６の摺接面（表面層）の材質及び表面性と、定着ベルト２１及び固定部材２６の耐久性と、の関係を示すものである。
実験は、本実施の形態１における定着装置２０において、定着ベルト２１の摺動面２１ａ（表面層）の材質及び表面性と、固定部材２６の摺動面２６ａ（表面層）の材質及び表面層と、を図６のように変化させて、装置２０を連続稼動させながら装置２０の駆動トルクを連続的に測定したものである。経時において、測定した駆動トルクが小さくその変動が小さいほど（所定のトルクに達するまでの定着ベルト２１の走行距離が長いほど）、双方の部材２１、２６の摺動抵抗が小さくて、装置の耐久性が高いことになる。図６には、定着装置２０の駆動トルクが６ｋｇｆにまで上昇したときと、８ｋｇｆにまで上昇したときと、の定着ベルト２１の走行距離を示している。また、図６の「耐久性」の評価において、「◎」は装置の耐久性が充分であって、「△」は装置の耐久性が許容レベルであって、「×」は装置の耐久性が不充分である結果を示している。
図６の実験結果から、双方の部材２１、２６の表面層がフッ素系樹脂で形成され、そのうち一方の表面層が多孔質状に形成された場合に、装置の耐久性が格段に向上していることがわかる。
実験は、本実施の形態１における定着装置２０において、定着ベルト２１の摺動面２１ａ（表面層）の材質及び表面性と、固定部材２６の摺動面２６ａ（表面層）の材質及び表面層と、を図６のように変化させて、装置２０を連続稼動させながら装置２０の駆動トルクを連続的に測定したものである。経時において、測定した駆動トルクが小さくその変動が小さいほど（所定のトルクに達するまでの定着ベルト２１の走行距離が長いほど）、双方の部材２１、２６の摺動抵抗が小さくて、装置の耐久性が高いことになる。図６には、定着装置２０の駆動トルクが６ｋｇｆにまで上昇したときと、８ｋｇｆにまで上昇したときと、の定着ベルト２１の走行距離を示している。また、図６の「耐久性」の評価において、「◎」は装置の耐久性が充分であって、「△」は装置の耐久性が許容レベルであって、「×」は装置の耐久性が不充分である結果を示している。
図６の実験結果から、双方の部材２１、２６の表面層がフッ素系樹脂で形成され、そのうち一方の表面層が多孔質状に形成された場合に、装置の耐久性が格段に向上していることがわかる。
また、図７は、定着ベルト２１の摺接面の表面エネルギーを可変したときの耐久性の変化を示すグラフである。
図７に係る実験は、定着ベルト２１の摺接面の表面エネルギーと固定部材２６の摺接面の表面エネルギーとがどちらも潤滑剤の表面張力よりも小さい場合と、定着ベルト２１の摺接面の表面エネルギーが潤滑剤の表面張力よりも大きい場合と、で定着装置２０を連続稼動して駆動トルクの変動を測定したものである。図７において、横軸は定着ベルト２１の走行距離を示し、縦軸は装置２０の駆動トルクを示す。また、図７において、グラフＳ１は定着ベルト２１の摺接面の表面エネルギーが潤滑剤の表面張力よりも大きい場合のトルク変動を示し、グラフＳ２は定着ベルト２１の摺接面の表面エネルギーと固定部材２６の摺接面の表面エネルギーとがどちらも潤滑剤の表面張力よりも小さい場合のトルク変動を示す。なお、表面エネルギーの小さい表面層は、純粋なＰＦＡコート層であって、表面エネルギーの大きい表面層はＰＦＡにポリイミド等の樹脂を添加したものである。また、固定部材２６と定着ベルト２１との間に介在する潤滑剤として、フッ素オイルを含むフッ素グリスを用いた。
図７の実験結果から、定着ベルト２１の摺接面の表面エネルギーが潤滑剤の表面張力よりも大きい場合の方が、経時でのトルク上昇が抑えられ、磨耗による抵抗を小さい値で維持することができることがわかる。このように、定着ベルト２１側の表面エネルギーを大きくすることで、摺接面における潤滑剤の濡れ性が向上して、装置の耐久性が高められる。
図７に係る実験は、定着ベルト２１の摺接面の表面エネルギーと固定部材２６の摺接面の表面エネルギーとがどちらも潤滑剤の表面張力よりも小さい場合と、定着ベルト２１の摺接面の表面エネルギーが潤滑剤の表面張力よりも大きい場合と、で定着装置２０を連続稼動して駆動トルクの変動を測定したものである。図７において、横軸は定着ベルト２１の走行距離を示し、縦軸は装置２０の駆動トルクを示す。また、図７において、グラフＳ１は定着ベルト２１の摺接面の表面エネルギーが潤滑剤の表面張力よりも大きい場合のトルク変動を示し、グラフＳ２は定着ベルト２１の摺接面の表面エネルギーと固定部材２６の摺接面の表面エネルギーとがどちらも潤滑剤の表面張力よりも小さい場合のトルク変動を示す。なお、表面エネルギーの小さい表面層は、純粋なＰＦＡコート層であって、表面エネルギーの大きい表面層はＰＦＡにポリイミド等の樹脂を添加したものである。また、固定部材２６と定着ベルト２１との間に介在する潤滑剤として、フッ素オイルを含むフッ素グリスを用いた。
図７の実験結果から、定着ベルト２１の摺接面の表面エネルギーが潤滑剤の表面張力よりも大きい場合の方が、経時でのトルク上昇が抑えられ、磨耗による抵抗を小さい値で維持することができることがわかる。このように、定着ベルト２１側の表面エネルギーを大きくすることで、摺接面における潤滑剤の濡れ性が向上して、装置の耐久性が高められる。
このように、本実施の形態１では、定着部材２１と固定部材２６とが、互いにフッ素を含む摺接面によって摺接されるため、摩擦係数が低く駆動トルクを小さくすることができる。また、互いにやわらかい表面層同士が摺接するために、どちらかの表面層が一方的に摩耗してしまうことが防止される。また、固定部材２６の表面層２６ａを多孔質状に形成しているために、多孔質状の表面層２６ａの孔に潤滑剤Ｑが保持されて、双方の表面層の表面エネルギーが低く濡れ性の低いときに表面層で潤滑剤がはじかれてしまう不具合が防止される。固定部材２６の多孔質状の表面層２６ａは経時で削られながら、孔に保持された潤滑剤Ｑが摺接面に流れ出すために、双方の摺接面における摩擦抵抗を小さくすることができる。また、表面層２６ａが多孔質状であるため、双方の摺接面の接触面積が小さくなり、双方の摺接面の摩擦抵抗が小さくなる。
さらに、フッ素樹脂のみで定着ベルト２１の表面層２１ａを形成してしまうとその表面エネルギーが小さくなってしまうため、定着ベルト２１の表面層２１ａをフッ素樹脂にポリイミド等の樹脂を添加したもので形成して、定着ベルト２１の内周面２１ａの表面エネルギーを潤滑剤Ｑの表面張力よりも大きく設定することで、互いに摺接する摺接面のうち一方の摺接面における濡れ性（潤滑剤に対する濡れ性である。）が向上して、摺接面における潤滑剤の保持性を高めることができる。
さらに、フッ素樹脂のみで定着ベルト２１の表面層２１ａを形成してしまうとその表面エネルギーが小さくなってしまうため、定着ベルト２１の表面層２１ａをフッ素樹脂にポリイミド等の樹脂を添加したもので形成して、定着ベルト２１の内周面２１ａの表面エネルギーを潤滑剤Ｑの表面張力よりも大きく設定することで、互いに摺接する摺接面のうち一方の摺接面における濡れ性（潤滑剤に対する濡れ性である。）が向上して、摺接面における潤滑剤の保持性を高めることができる。
ここで、本実施の形態１では、図５を参照して、多孔質状に形成した固定部材２６の表面層２６ａにおいて、摺接面（定着ベルト２１に対向する面である。）の反対側の面が、表面層２６ａの表面エネルギーよりも大きな表面エネルギーを有する面２６ｂ１に接触するように形成されている。すなわち、表面層２６ａに接するベース層２６ｂは、その表面エネルギーが表面層２６ａのものよりも大きくなるように形成されている。
双方の部材２１、２６の摺接面が低摩擦で摺接するためには、双方の摺接面の間に潤滑剤Ｑが介在していることが重要である。そのため、上述したように、一方の摺接面（表面層２６ａ）を多孔質状に形成して、その空孔に潤滑剤を溜めることで潤滑剤Ｑの保持性を向上させている。しかし、多孔質状の表面層２６ａが表面エネルギーの低いフッ素を含む材料で形成されているため、その表面層２６ａにおける潤滑剤Ｑの濡れ性が充分ではない。そこで、本実施の形態１では、多孔質状の表面層２６ａの裏面を、表面エネルギーの大きな平滑面２６ｂ１に接触させることで、図５に示すように、表面層２６ａの空孔に入り込んだ潤滑剤Ｑが平滑面２６ｂ１に密着して潤滑剤Ｑの保持力が向上する。
双方の部材２１、２６の摺接面が低摩擦で摺接するためには、双方の摺接面の間に潤滑剤Ｑが介在していることが重要である。そのため、上述したように、一方の摺接面（表面層２６ａ）を多孔質状に形成して、その空孔に潤滑剤を溜めることで潤滑剤Ｑの保持性を向上させている。しかし、多孔質状の表面層２６ａが表面エネルギーの低いフッ素を含む材料で形成されているため、その表面層２６ａにおける潤滑剤Ｑの濡れ性が充分ではない。そこで、本実施の形態１では、多孔質状の表面層２６ａの裏面を、表面エネルギーの大きな平滑面２６ｂ１に接触させることで、図５に示すように、表面層２６ａの空孔に入り込んだ潤滑剤Ｑが平滑面２６ｂ１に密着して潤滑剤Ｑの保持力が向上する。
図８は、多孔質状の表面層２６ａの裏面に接する面２６ｂ１の表面エネルギーを可変したときの耐久性の変化を示すグラフである。
図８に係る実験は、表面層２６ａの裏面に接する面２６ｂ１をステンレスで形成した場合と、表面層２６ａの裏面に接する面２６ｂ１をフッ素ゴムで形成した場合と、で定着装置２０を連続稼動して駆動トルクの変動を測定したものである。図８において、横軸は定着ベルト２１の走行距離を示し、縦軸は装置２０の駆動トルクを示す。また、図８において、グラフＳ３は表面層２６ａの裏面に接する面２６ｂ１をステンレスで形成した場合のトルク変動を示し、グラフＳ４は表面層２６ａの裏面に接する面２６ｂ１をフッ素ゴムで形成した場合のトルク変動を示す。なお、多孔質状の表面層２６ａとして、ＰＦＡ繊維を編んだメッシュを用いた。また、固定部材２６と定着ベルト２１との間に介在する潤滑剤として、フッ素オイルを含むフッ素グリスを用いた。
図８の実験結果から、表面層２６ａの裏面に接する面２６ｂ１をステンレスで形成した場合の方が、経時における急激なトルク上昇がなく、耐久性に優れていることがわかる。これは、フッ素ゴムの表面エネルギーに対してステンレスの表面エネルギーが大きく潤滑剤Ｑに対する濡れ性が良いために、潤滑剤Ｑが表面層２６ａの孔に入り込んだ後に、ステンレスで形成されたベース層２６ｂの表面２６ｂ１に密着・保持されて、潤滑剤Ｑの保持性がさらに高められるためである。
図８に係る実験は、表面層２６ａの裏面に接する面２６ｂ１をステンレスで形成した場合と、表面層２６ａの裏面に接する面２６ｂ１をフッ素ゴムで形成した場合と、で定着装置２０を連続稼動して駆動トルクの変動を測定したものである。図８において、横軸は定着ベルト２１の走行距離を示し、縦軸は装置２０の駆動トルクを示す。また、図８において、グラフＳ３は表面層２６ａの裏面に接する面２６ｂ１をステンレスで形成した場合のトルク変動を示し、グラフＳ４は表面層２６ａの裏面に接する面２６ｂ１をフッ素ゴムで形成した場合のトルク変動を示す。なお、多孔質状の表面層２６ａとして、ＰＦＡ繊維を編んだメッシュを用いた。また、固定部材２６と定着ベルト２１との間に介在する潤滑剤として、フッ素オイルを含むフッ素グリスを用いた。
図８の実験結果から、表面層２６ａの裏面に接する面２６ｂ１をステンレスで形成した場合の方が、経時における急激なトルク上昇がなく、耐久性に優れていることがわかる。これは、フッ素ゴムの表面エネルギーに対してステンレスの表面エネルギーが大きく潤滑剤Ｑに対する濡れ性が良いために、潤滑剤Ｑが表面層２６ａの孔に入り込んだ後に、ステンレスで形成されたベース層２６ｂの表面２６ｂ１に密着・保持されて、潤滑剤Ｑの保持性がさらに高められるためである。
以下、補足的に、具体的な数値例を示す。
定着ベルト２１の表面層２１ａ（摺接面）をＰＦＡコート層又はＰＴＦＥコート層とした場合に、その表面エネルギーＥａは２２．６ｍＮ／ｍ程度である。また、固定部材２６の多孔質状の表面層２６ａ（摺接面）をＰＦＡ繊維又はＰＴＦＥ繊維でメッシュ状に編みこまれた摺動シートとした場合に、その表面エネルギーＥｂは２０ｍＮ／ｍ程度である。ここで、固定部材２６と定着ベルト２１との間に介在する潤滑剤としてフッ素オイルを含むフッ素グリス（４０℃での動粘度が６５×１０-6ｍ2／ｓ）を用いた場合に、その表面張力Ｅｊは１８ｍＮ／ｍ程度になる。また、固定部材２６と定着ベルト２１との間に介在する潤滑剤としてフッ素オイルを含むフッ素グリス（４０℃での動粘度が２５×１０-6ｍ2／ｓ）を用いた場合には、その表面張力Ｅｊは１７．７ｍＮ／ｍ程度になる。したがって、Ｅａ＞Ｅｊ、かつ、Ｅｂ＞Ｅｊが満足されることになる。
なお、固定部材２６と定着ベルト２１との間に介在する潤滑剤としてシリコーンオイルを用いた場合には、その表面張力が２１ｍＮ／ｍ（＞Ｅｂ）になり、上述した本実施の形態１における効果を充分に発揮することができないことを、本願発明者は実験にて確認した。
定着ベルト２１の表面層２１ａ（摺接面）をＰＦＡコート層又はＰＴＦＥコート層とした場合に、その表面エネルギーＥａは２２．６ｍＮ／ｍ程度である。また、固定部材２６の多孔質状の表面層２６ａ（摺接面）をＰＦＡ繊維又はＰＴＦＥ繊維でメッシュ状に編みこまれた摺動シートとした場合に、その表面エネルギーＥｂは２０ｍＮ／ｍ程度である。ここで、固定部材２６と定着ベルト２１との間に介在する潤滑剤としてフッ素オイルを含むフッ素グリス（４０℃での動粘度が６５×１０-6ｍ2／ｓ）を用いた場合に、その表面張力Ｅｊは１８ｍＮ／ｍ程度になる。また、固定部材２６と定着ベルト２１との間に介在する潤滑剤としてフッ素オイルを含むフッ素グリス（４０℃での動粘度が２５×１０-6ｍ2／ｓ）を用いた場合には、その表面張力Ｅｊは１７．７ｍＮ／ｍ程度になる。したがって、Ｅａ＞Ｅｊ、かつ、Ｅｂ＞Ｅｊが満足されることになる。
なお、固定部材２６と定着ベルト２１との間に介在する潤滑剤としてシリコーンオイルを用いた場合には、その表面張力が２１ｍＮ／ｍ（＞Ｅｂ）になり、上述した本実施の形態１における効果を充分に発揮することができないことを、本願発明者は実験にて確認した。
また、本実施の形態１では、定着ベルト２１の表面層２１ａの磨耗速度をＶａとして、固定部材２６の表面層２６ａの磨耗速度をＶｂとして、定着ベルトの表面層２１ａの層厚をＴａとして、固定部材２６の表面層２６ａの層厚をＴｂとしたときに、
Ｖａ＜Ｖｂ
Ｔａ＜Ｔｂ
なる関係が成立するように、定着ベルト２１及び固定部材２６を形成している。
これは、高温で使用される定着ベルト２１の内周面２１ａをフッ素系材料で形成した場合に、定着ベルト２１の磨耗速度が速まるためである。これに対して、定着ベルト２１の表面層２１ａの層厚を単純に厚くしてしまうと、定着ベルト２１の熱容量が増えることにともない定着ベルト２１の加熱効率が低下して、装置２０のウォームアップ時間が長くなってしまう。そこで、本実施の形態１では、定着ベルト２１の表面層２１ａの摩耗速度が遅くなるように、定着ベルト２１の表面層２１ａをフッ素樹脂に耐熱性樹脂材料を混ぜたもので形成するとともに、固定部材２６の表面層２６ａの層厚を定着ベルト２１の表面層２１ａの層厚よりも厚く設定した。
ここで、表面層の「磨耗速度」とは、定着ベルト２１の走行距離に対する表面層の磨耗量であって、材料に１Ｎの力が作用した状態で１ｋｍ磨耗させた場合の磨耗量（ｍｍ3／Ｎ・ｋｍ）を示す「比磨耗量」とほぼ同義である。
Ｖａ＜Ｖｂ
Ｔａ＜Ｔｂ
なる関係が成立するように、定着ベルト２１及び固定部材２６を形成している。
これは、高温で使用される定着ベルト２１の内周面２１ａをフッ素系材料で形成した場合に、定着ベルト２１の磨耗速度が速まるためである。これに対して、定着ベルト２１の表面層２１ａの層厚を単純に厚くしてしまうと、定着ベルト２１の熱容量が増えることにともない定着ベルト２１の加熱効率が低下して、装置２０のウォームアップ時間が長くなってしまう。そこで、本実施の形態１では、定着ベルト２１の表面層２１ａの摩耗速度が遅くなるように、定着ベルト２１の表面層２１ａをフッ素樹脂に耐熱性樹脂材料を混ぜたもので形成するとともに、固定部材２６の表面層２６ａの層厚を定着ベルト２１の表面層２１ａの層厚よりも厚く設定した。
ここで、表面層の「磨耗速度」とは、定着ベルト２１の走行距離に対する表面層の磨耗量であって、材料に１Ｎの力が作用した状態で１ｋｍ磨耗させた場合の磨耗量（ｍｍ3／Ｎ・ｋｍ）を示す「比磨耗量」とほぼ同義である。
さらに補足すると、定着ベルト２１はニップ部でトナー像を定着するために加熱されるが、ウォームアップタイムを短縮するために定着ベルト２１の熱容量を小さくしなければならない。したがって、定着ベルト２１の表面層２１ａの厚さは薄い方が望ましい。しかし、定着ベルト２１の表面層２１ａの磨耗が固定部材２６の表面層２６ａの磨耗よりも早いと、早期に定着ベルト２１の基材層が露出して、装置２０の駆動トルクが急激に上昇してしまう。
これに対して、本実施の形態１では、定着ベルト２１の表面層２１ａ（内周面）にポリイミドやポリアミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂を混ぜたり、モリブデンやカーボンフィラーを混入させたりすることにより、定着ベルト２１の表面層２１ａの磨耗速度Ｖａが固定部材２６の表面層２６ａの磨耗速度Ｖｂよりも遅くなるように設定した（Ｖａ＜Ｖｂである。）。さらに、定着ベルトの表面層２１ａの層厚Ｔａを５０μｍ以下として、固定部材２６の表面層２６ａの層厚Ｔｂを１００μｍ以上に設定した（Ｔａ＜Ｔｂである。）。これにより、定着ベルト２１の表面層２１ａの磨耗が進んで定着ベルト２１の基材層が露出することにより、装置２０の駆動トルクが急激に上昇してしまう不具合が抑止される。すなわち、定着ベルト２１の熱容量を増加させずに、装置２０の耐久性を向上させることができる。
これに対して、本実施の形態１では、定着ベルト２１の表面層２１ａ（内周面）にポリイミドやポリアミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂を混ぜたり、モリブデンやカーボンフィラーを混入させたりすることにより、定着ベルト２１の表面層２１ａの磨耗速度Ｖａが固定部材２６の表面層２６ａの磨耗速度Ｖｂよりも遅くなるように設定した（Ｖａ＜Ｖｂである。）。さらに、定着ベルトの表面層２１ａの層厚Ｔａを５０μｍ以下として、固定部材２６の表面層２６ａの層厚Ｔｂを１００μｍ以上に設定した（Ｔａ＜Ｔｂである。）。これにより、定着ベルト２１の表面層２１ａの磨耗が進んで定着ベルト２１の基材層が露出することにより、装置２０の駆動トルクが急激に上昇してしまう不具合が抑止される。すなわち、定着ベルト２１の熱容量を増加させずに、装置２０の耐久性を向上させることができる。
以上説明したように、本実施の形態１においては、固定部材２６の摺接面２６ａと定着ベルト２１（ベルト部材）の摺接面２１ａとにフッ素を含有する材料で形成された表面層をそれぞれ設け、一方の表面層２６ａを多孔質状に形成するとともに、少なくとも一方の表面層２１ａの表面エネルギーが潤滑剤Ｑの表面張力よりも大きくなるように形成している。これにより、定着ベルト２１の内周面２１ａに固定部材２６が摺接する場合であっても、定着ベルト２１と固定部材２６との間に介在される潤滑剤Ｑが経時においても安定的に保持されて、定着ベルト２１や固定部材２６の磨耗が少なく耐久性を高めることができる。
なお、本実施の形態１では、ベルト部材として定着ベルト２１を用いて、回転体として加圧ローラ３１を用いた定着装置に対して本発明を適用したが、ベルト部材として加圧ベルトを用いて、回転体として定着ローラを用いた定着装置に対しても本発明を適用することができる。その場合、ベルト部材としての加圧ベルトの内周面に潤滑剤を介して摺接するように固定部材としての加圧パッドが設置される。そして、加圧パッドが加圧ベルトを介して定着ローラに圧接することで、ニップ部が形成される。その際、定着ローラは加熱手段によって直接的又は間接的に加熱され、加圧ベルトも別の加熱手段によって直接的又は間接的に加熱することができる。そして、このような場合にも、加圧パッドの摺接面と加圧ベルトの摺接面とを本実施の形態１と同様に形成することで、本実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態１では、ベルト部材として複層構造の定着ベルト２１を用いたが、ベルト部材としてポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、金属等からなる無端状の定着フィルムを用いることもできる。そして、その場合にも、本実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
実施の形態２．
図９にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図９は、実施の形態２における定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態１における図２に相当する図である。本実施の形態２における定着装置は、加熱部材２２が電磁誘導によって加熱される点が、前記実施の形態１のものとは相違する。
図９にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図９は、実施の形態２における定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態１における図２に相当する図である。本実施の形態２における定着装置は、加熱部材２２が電磁誘導によって加熱される点が、前記実施の形態１のものとは相違する。
図９に示すように、本実施の形態２における定着装置２０も、前記実施の形態１のものと同様に、定着ベルト２１、加熱部材２２、加圧ローラ３１、固定部材２６、断熱部材２７、等で構成されている。さらに、本実施の形態２における定着装置２０も、前記実施の形態１のものと同様に、固定部材２６の摺接面２６ａと定着ベルト２１の摺接面２１ａとにフッ素を含有する材料で形成された表面層をそれぞれ設け、固定部材２６の表面層２６ａを多孔質状に形成するとともに、定着ベルト２１の表面層２１ａの表面エネルギーが潤滑剤Ｑの表面張力よりも大きくなるように形成している。
ここで、本実施の形態２における定着装置２０は、加熱手段として、ヒータ２５の代わりに、誘導加熱部５０が設置されている。そして、本実施の形態２における加熱部材２２は、ヒータ２５の輻射熱によって加熱される前記実施の形態１のものとは異なり、誘導加熱部５０による電磁誘導によって加熱される。
ここで、本実施の形態２における定着装置２０は、加熱手段として、ヒータ２５の代わりに、誘導加熱部５０が設置されている。そして、本実施の形態２における加熱部材２２は、ヒータ２５の輻射熱によって加熱される前記実施の形態１のものとは異なり、誘導加熱部５０による電磁誘導によって加熱される。
誘導加熱部５０は、励磁コイル、コア、コイルガイド、等で構成される。励磁コイルは、定着ベルト２１の一部を覆うように、細線を束ねたリッツ線を幅方向（図９の紙面垂直方向である。）に延設したものである。コイルガイドは、耐熱性の高い樹脂材料等からなり、励磁コイルやコアを保持する。コアは、フェライト等の強磁性体（比透磁率が１０００〜３０００程度である。）からなる半円筒状部材であって、加熱部材２２に向けて効率のよい磁束を形成するためにセンターコアやサイドコアが設けられている。コアは、幅方向に延設された励磁コイルに対向するように設置されている。
このように構成された定着装置２０は、次のように動作する。
定着ベルト２１が図９中の矢印方向に回転駆動されると、定着ベルト２１は誘導加熱部５０との対向位置で加熱される。詳しくは、励磁コイルに高周波の交番電流を流すことで、加熱部材２２の周囲に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このとき、加熱部材２２表面に渦電流が生じて、加熱部材２２自身の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、加熱部材２２が電磁誘導加熱されて、さらに加熱された加熱部材２２によって定着ベルト２１が加熱される。
なお、加熱部材２２を効率的に電磁誘導加熱するためには、誘導加熱部５０を加熱部材２２の周方向全域に対向するように構成することが好ましい。また、加熱部材２２の材料としては、ニッケル、ステンレス、鉄、銅、コバルト、クロム、アルミニウム、金、白金、銀、スズ、パラジウム、これらのうち複数の金属からなる合金、等を用いることができる。
定着ベルト２１が図９中の矢印方向に回転駆動されると、定着ベルト２１は誘導加熱部５０との対向位置で加熱される。詳しくは、励磁コイルに高周波の交番電流を流すことで、加熱部材２２の周囲に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このとき、加熱部材２２表面に渦電流が生じて、加熱部材２２自身の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、加熱部材２２が電磁誘導加熱されて、さらに加熱された加熱部材２２によって定着ベルト２１が加熱される。
なお、加熱部材２２を効率的に電磁誘導加熱するためには、誘導加熱部５０を加熱部材２２の周方向全域に対向するように構成することが好ましい。また、加熱部材２２の材料としては、ニッケル、ステンレス、鉄、銅、コバルト、クロム、アルミニウム、金、白金、銀、スズ、パラジウム、これらのうち複数の金属からなる合金、等を用いることができる。
以上説明したように、本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様に、定着ベルト２１の内周面２１ａに固定部材２６が摺接する場合であっても、定着ベルト２１と固定部材２６との間に介在される潤滑剤Ｑが経時においても安定的に保持されて、定着ベルト２１や固定部材２６の磨耗が少なく耐久性を高めることができる。
なお、本実施の形態２では、加熱部材２２を電磁誘導加熱により加熱したが、加熱部材２２を抵抗発熱体の熱によって加熱することもできる。具体的に、加熱部材２２の内周面の一部又は全部に抵抗発熱体を当接させる。抵抗発熱体は、セラミックヒータ等の面状発熱体であって、その両端部に電源部が接続されている。そして、抵抗発熱体に電流が流されると、抵抗発熱体自身の電気抵抗によって抵抗発熱体が昇温して、当接する加熱部材２２を加熱する。さらに、加熱された加熱部材２２によって定着ベルト２１が加熱されることになる。
さらに、加熱部材２２自身を抵抗発熱体とすることもできる。具体的に、加熱部材２２を薄肉の抵抗発熱体で形成して、その両端部に電源部を接続する。そして、加熱部材（抵抗発熱体）に電流が流されると、加熱部材自身の電気抵抗によって抵抗発熱体が昇温して、定着ベルト２１が加熱されることになる。
これらの場合にも、固定部材２６の摺接面と定着ベルト２１の摺接面とを前記各実施の形態と同様に形成することで、前記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、加熱部材２２自身を抵抗発熱体とすることもできる。具体的に、加熱部材２２を薄肉の抵抗発熱体で形成して、その両端部に電源部を接続する。そして、加熱部材（抵抗発熱体）に電流が流されると、加熱部材自身の電気抵抗によって抵抗発熱体が昇温して、定着ベルト２１が加熱されることになる。
これらの場合にも、固定部材２６の摺接面と定着ベルト２１の摺接面とを前記各実施の形態と同様に形成することで、前記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本発明が前記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
１ 画像形成装置本体（装置本体）、
２０ 定着装置、
２１ 定着ベルト（ベルト部材）、
２１ａ 内周面（表面層、摺接面）、
２２ 加熱部材、
２３ 補強部材、
２５ ヒータ（加熱手段）、
２６ 固定部材、
２６ａ 表面層（多孔質状の表面層、摺接面）、
２６ｂ ベース層、 ２６ｂ１ 境界面、
２７ 断熱部材、
３１ 加圧ローラ（回転体）、
５０ 誘導加熱部（加熱手段）、 Ｑ 潤滑剤、 Ｐ 記録媒体。
２０ 定着装置、
２１ 定着ベルト（ベルト部材）、
２１ａ 内周面（表面層、摺接面）、
２２ 加熱部材、
２３ 補強部材、
２５ ヒータ（加熱手段）、
２６ 固定部材、
２６ａ 表面層（多孔質状の表面層、摺接面）、
２６ｂ ベース層、 ２６ｂ１ 境界面、
２７ 断熱部材、
３１ 加圧ローラ（回転体）、
５０ 誘導加熱部（加熱手段）、 Ｑ 潤滑剤、 Ｐ 記録媒体。
Claims (8)
- 記録媒体上にトナーを定着する定着装置であって、
所定方向に走行するとともに、可撓性を有する無端状のベルト部材と、
前記ベルト部材の外周面に当接する回転体と、
前記ベルト部材の内周面に潤滑剤を介して摺接するように固定されるとともに、当該ベルト部材を介して前記回転体に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する固定部材と、
前記ニップ部を除く位置で前記ベルト部材の内周面に対向するように略パイプ状に形成されて、前記ベルト部材を加熱する加熱部材と、
前記加熱部材の内周面に対向するように設置されて、前記加熱部材を加熱するヒータと、
を備え、
前記固定部材と前記ベルト部材とは、双方の部材が摺接する摺接面にフッ素を含有する材料で形成された表面層をそれぞれ具備し、双方の部材の前記表面層のうち一方の表面層が多孔質状に形成され、双方の部材の前記表面層のうち少なくとも一方の表面層の表面エネルギーが前記潤滑剤の表面張力よりも大きくなるように形成され、前記ベルト部材の前記表面層の磨耗速度をＶａとして、前記固定部材の前記表面層の磨耗速度をＶｂとしたときに、
Ｖａ＜Ｖｂ
なる関係が成立するように形成されたことを特徴とする定着装置。 - 前記固定部材又は前記ベルト部材は、前記多孔質状に形成された前記表面層の摺接面の反対側の面が当該表面層の表面エネルギーよりも大きな表面エネルギーを有する面に接触するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
- 前記ベルト部材と前記固定部材とは、前記ベルト部材の前記表面層の層厚をＴａとして、前記固定部材の前記表面層の層厚をＴｂとしたときに、
Ｔａ＜Ｔｂ
なる関係が成立するように形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。 - 前記潤滑剤は、フッ素グリスであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置。
- 前記固定部材と前記ヒータとの間に断熱部材を設置したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置。
- 前記ベルト部材は、トナー像を加熱して溶融する定着ベルト又は定着フィルムであって、
前記回転体は、ローラ状に形成された加圧ローラであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の定着装置。 - 前記固定部材の前記表面層は、多孔質状に形成され、
前記ベルト部材の前記表面層は、その表面エネルギーが前記潤滑剤の表面張力よりも大きくなるように形成されて、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、モリブデン、カーボンフィラーのいずれかが混入されたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の定着装置。 - 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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