JP7059720B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、像担持体上に画像情報に基づいてトナー像を形成し、該トナー像を紙やＯＨＰシート等の記録媒体上に転写する。その後、記録媒体上に担持された未定着のトナー像は、定着装置によって記録媒体上に定着される。

定着装置には、対向するローラ又はベルトあるいはそれらの組み合わせにより構成された定着回転体が設けられており、記録媒体である記録紙をニップ部にて挟み込み、熱と圧力によりトナー像を記録紙上に定着する。

定着装置として、薄肉の定着ベルトを備えるものが知られている。低熱容量化された薄肉の定着ベルトを備えることで、定着ベルトの加熱に必要なエネルギーを大幅に低減することができ、ウォームアップ時間（電源投入時など、常温状態から印刷可能な所定の温度（リロード温度）までに要する時間）や、ファーストプリント時間（印刷要求を受けた後、印刷準備を経て印字動作を行い排紙が完了するまでの時間）の短縮化を図ることができる。

しかしながら、ウォームアップ時間やファーストプリントタイムの短縮を目的として定着ベルトを薄くした場合、ベルトが薄いことによって熱伝導が良好ではないため、熱源による加熱時に定着ベルトの場所によって温度差が大きくなってしまう。例えば、定着ベルトの幅方向端部の非通紙領域における過剰な温度上昇などが問題となる場合がある。

また、ニップ形成部材と定着ベルトの間の摺動抵抗が大きい場合には、定着ベルトが加圧ローラによって連れ回りせずにスリップを起こすことがある。このようなスリップが起こると、記録媒体が止まって熱量過多になることでホットオフセットが発生する。また、定着ベルト自身の温度分布も異常をきたし、定着品質が悪化する不具合が生じる。

これらの問題に対し、ニップ形成部材と定着ベルトの摺動抵抗を低く保つとともに高い均熱性能を維持する目的で、定着ベルトの内周側に位置し、高熱伝導な金属からなる均熱部材を備え、該均熱部材の定着ベルトの内周面に対向する表面に、フッ素樹脂の分散メッキ皮膜が形成されている構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
ニップ部を形成するニップ形成部材又はその一部に高い熱伝導性を有する均熱部材を用いることで、熱を拡散させて過剰な温度上昇を抑制することができる。

一方、ニップ形成部材や均熱部材と定着ベルトとの摩擦負荷を低減するため、定着ベルトのニップ部の内周面側には、潤滑剤を塗布することが一般的である。
しかしながら、定着ベルトの内周面に塗布された潤滑剤は、定着ニップの入口や出口でニップ形成部材に掻き取られるため、定着ベルトの内周面に付着した潤滑剤の量は経時で減少し、摩擦負荷が増大してしまうため、定着ベルトの破損や、定着ベルトを回転させる部材の破損を招くおそれがある。

これに対し、特許文献２には、平板状の加熱体を支持する支持部材の記録材侵入側の面に、凹凸形状をなす潤滑剤拡散部が形成されている像加熱装置が開示されている。
また、特許文献３には、表面の凹凸が連続性を有する溝形状であり、該連続性を有する溝形状が摺動方向に対して所定間隔を有すると共に、当接させる面における摺動方向と平行方向の端部から中心線にかけて摺動方向に向うように直線状に傾斜して設けられ、表面の摺動方向の十点平均粗さＲｚが、摺動方向と垂直方向の十点平均粗さ表面粗さＲｚよりも大きい電子写真装置用摺動部材が開示されている。
さらに、特許文献４には、樹脂フィルム管状体と押圧部材との間に介在させる部材としてシート状摺動部材を備え、該シート状摺動部材が少なくとも摺動面が耐熱性樹脂を含んで構成される非多孔質状シートからなり、表面に凹凸を有する基材上に非多孔質シートが設けられてなる定着装置が開示されている。

このような摺動面に凹凸を有する態様の他、特許文献５には、フィルムガイド部材のような第１部材と、該第１部材と摺動する定着フィルムのような第２部材とを有し、第１部材の第２部材との摺動部に、潤滑剤を保持する独立した凹部が複数個設けられた加熱装置が開示されている。

摺動部に設けられる摺動部材等に凹凸を形成して潤滑剤を保持し、摺動抵抗を低減し、低いトルクで摺動を実現する技術においては、経時摩耗により凹凸の形状（例えば、Ｒａの値）が変化してしまうという問題がある。凹凸の経時の摩耗により保持可能な潤滑剤の量が低減すると、トルクの上昇を招くこととなる。
また、凹部に保持される潤滑剤の量も、潤滑剤が回収される機構がなければ経時で減少していくため、同様に経時でトルクの上昇を招くこととなる。

凹凸の形状の最適化とトルク上昇の抑制を両立させるためには、その設計条件が極めて狭くなり、部品の製造コストも高くなるという問題がある。
特に、生産性の高い高速機に適用される定着装置としては、長寿命かつコストが低いことが好ましいが、上述の従来の技術においてはこれらを両立させることは困難である。

そこで、本発明は、定着ベルトのニップ部における経時のトルクの上昇を低コストで抑えることができ、高生産の画像形成装置に搭載されても長寿命化を実現可能な定着装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の定着装置は、回転可能に設けられた無端状の定着ベルトと、回転可能に設けられ、前記定着ベルトを外周側から加圧する加圧部材と、金属からなる均熱部材を介して前記定着ベルトを内周側から押圧し、前記定着ベルトと前記加圧部材との間に定着ニップ部を形成するニップ形成部材と、前記定着ベルトを加熱する熱源と、を備え、前記定着ニップ部において、前記均熱部材と前記定着ベルトとの間に潤滑剤が介在し、前記均熱部材は、前記定着ベルトとの当接面に皮膜を有するとともに、複数の凹部が形成されてなり、前記凹部は、前記定着ベルトの回転方向の上流側と下流側とで傾斜方向及び傾斜角の異なる傾斜面を有し、前記均熱部材の前記凹部の最大深さは、該均熱部材の皮膜の厚さ以上であることを特徴とする。

本発明によれば、定着ベルトのニップ部における経時のトルクの上昇を低コストで抑えることができ、高生産の画像形成装置に搭載されても長寿命化を実現可能な定着装置を提供することができる。

本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る定着装置の一実施形態の構成を示す断面図である。 均熱部材の一例を模式的に示す断面図（Ａ）及び斜視図（Ｂ）である。 均熱部材の凹部一例を示す断面図（Ａ）及び上面図（Ｂ）である。 均熱部材の凹部の配置の一例を説明する上面図である。 本発明に係る定着装置の一実施形態の効果を示すグラフである。 本発明に係る定着装置の一実施形態の効果を示すグラフである。 本発明に係る定着装置の一実施形態の効果を示すグラフである。 本発明に係る定着装置の一実施形態の構成を示す断面図である。 本発明に係る定着装置の一実施形態の構成を示す断面図である。

以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

図１は、本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す図であり、画像形成装置をカラーレーザープリンタに適用した例を示している。

図１において、画像形成装置１は、ボトル収容部２と、転写装置３と、４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋと、給紙部１０と、定着装置２０と、を備えている。

４つの作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、画像形成装置１の装置本体の中央に設けられている。各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。
具体的に、各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体５と、感光体５の表面を帯電させる帯電装置６と、感光体５の表面にトナーを供給する現像装置７と、感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置８等を備える。なお、図１では、ブラックの作像部４Ｋが備える感光体５、帯電装置６、現像装置７、クリーニング装置８のみに符号を付しており、その他の作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃにおいては符号を省略している。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの下方には、感光体５の表面を露光する露光装置９が配設されている。露光装置９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ－θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体５の表面へレーザー光を照射するようになっている。

各作像部４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋの上方には、転写装置３が配設されている。転写装置３は、転写体としての中間転写ベルト３０と、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ３１と、二次転写手段としての二次転写ローラ３６とを備える。さらに、転写装置３は二次転写バックアップローラ３２と、クリーニングバックアップローラ３３と、テンションローラ３４、ベルトクリーニング装置３５を備えている。

中間転写ベルト３０は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３及びテンションローラ３４によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ３２が回転駆動することによって、中間転写ベルト３０は図１の矢印で示す方向に周回走行（回転）するようになっている。

４つの一次転写ローラ３１は、それぞれ、各感光体５との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ３１には、電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が各一次転写ローラ３１に印加されるようになっている。

二次転写ローラ３６は、二次転写バックアップローラ３２との間で中間転写ベルト３０を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ３１と同様に、二次転写ローラ３６にも電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ３６に印加されるようになっている。

ベルトクリーニング装置３５は、中間転写ベルト３０に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。このベルトクリーニング装置３５から伸びた廃トナー移送ホースは、廃トナー収容器の入り口部に接続されている。

プリンタ本体の上部には、ボトル収容部２が設けられており、ボトル収容部２には補給用のトナーを収容した４つのトナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと各現像装置７との間には、補給路が設けてあり、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋから各現像装置７へトナーが補給されるようになっている。

プリンタ本体の下部には、転写紙等の記録媒体Ｐを収容した給紙部１０や、給紙部１０から記録媒体Ｐを搬出する給紙ローラ１１等が設けてある。ここで、記録媒体Ｐには、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、手差し給紙機構が設けてあってもよい。

プリンタ本体内には、記録媒体Ｐを給紙部１０から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Ｒが配設されている。搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ３６の位置よりも記録媒体Ｐの搬送方向（以下、単に「搬送方向」という。）上流側には、二次転写ニップへ記録媒体Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ１２ａ，１２ｂが配設されている。

また、二次転写ローラ３６の位置よりも搬送方向下流側には、記録媒体Ｐに転写された未定着トナーを記録媒体に定着するための定着装置２０が配設されている。さらに、定着装置２０よりも搬送路Ｒの搬送方向下流側には、記録媒体を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３ａ，１３ｂが設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された記録媒体Ｐをストックするための排紙トレイ１４が設けてある。

図２は、定着装置２０の構成について説明する図である。
本発明に係る定着装置２０は、図２に示すように、回転可能に設けられた無端状の定着ベルト２１と、回転可能に設けられ、定着ベルト２１を外周側から加圧する加圧部材（加圧ローラ）２２と、金属からなる均熱部材２９を介して定着ベルト２１を内周側から押圧し、定着ベルト２１と加圧部材２２との間に定着ニップ部Ｎを形成するニップ形成部材２４と、定着ベルト２１を加熱する熱源２３と、を備える。
さらに、支持部材としてのステー２５、反射部材２６、及び分離部材２８を備える。

定着ニップ部Ｎにおいて、均熱部材２９と定着ベルト２１との間には潤滑剤が介在する。
均熱部材２９は、詳しくは後述するが、図３に示すように定着ベルト２１との当接面に皮膜４０を有するとともに、複数の凹部５０が形成されてなり、凹部５０は、定着ベルト２１の回転方向の上流側と下流側とで傾斜方向及び傾斜角の異なる傾斜面を有する。（なお、図２では凹部５０を省略している。）

定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルト（若しくはフィルム）であり、図２中の矢印方向に回転可能に設けられる。ここで、無端状とは、ベルトの両端部を接合し、かつ、つなぎ目が存在しない状態をいう。

定着ベルト２１は、低熱容量化を図るために厚さが薄型でかつ小径の積層構造であり、内周面側から、基材層、離型層が順次積層されていて、全体の厚さが１ｍｍ以下に設定され、直径が２０～４０ｍｍに設定されている。なお、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。

定着ベルト２１の基材層は、層厚が２０～５０μｍであり、例えばニッケル、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等の金属材料、又は、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の樹脂材料を用いて形成される。なお、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。

定着ベルト２１の離型層は、層厚が１０～５０μｍであり、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）又は四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等の材料で形成されている。このような離型層を設けることで、定着ベルト２１は、記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに対する離型性が確保される。なお、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。また、離型とは、接着している物体同士が剥離することを意味し、離型性とは、物体同士の剥離しやすさを意味する。

定着ベルト２１の基材層と離型層の間にはシリコーンゴム等で形成された弾性層があってもよい。弾性層がない場合は熱容量が小さくなり定着性が向上するが、定着ニップ部Ｎにて未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ画像部に柚子肌状の光沢ムラ（柚子肌画像）が残る不具合が生じる可能性がある。ここで、柚子肌画像とは、表面に多数の微小な凹凸が形成された画像のことを意味する。これを改善するにはシリコーンゴムの弾性層を１００μｍ以上設ける。その弾性層の変形により、微小な凹凸が吸収され、柚子肌画像が改善できる。

加圧ローラ２２は、定着ニップ部Ｎの位置で定着ベルト２１の外周面に接触して定着ベルト２１を外周側から加圧するように設けられた、直径が２０～４０ｍｍ程度のローラである。この加圧ローラ２２は、耐熱性中実構造の芯金２２ａ上に弾性層２２ｂが形成され、弾性層２２ｂの表面に薄肉の離型層２２ｃが形成されている。なお、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。

加圧ローラ２２は、スプリング等の加圧機構によって、定着ベルト２１、均熱部材２９、及びニップ形成部材２４に押付けられることで、弾性層２２ｂが押しつぶされる。これにより、定着装置２０において、加圧ローラ２２と定着ベルト２１との間に記録媒体Ｐが搬送される所望の定着ニップ部Ｎが形成される。

加圧ローラ２２は、画像形成装置本体に設けられたモータ等の駆動機構によって、図２中の矢印方向に回転駆動され、定着ニップ部Ｎにおいて定着ベルト２１に駆動力を伝達し、定着ベルト２１を従動回転させる。

加圧ローラ２２の弾性層２２ｂ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、厚さが１００μｍ以上に設定されている。また、加圧ローラ２２の離型層２２ｃは、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の材料で形成されている。なお、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。

弾性層２２ｂの厚さが１００μｍ以上のため、定着装置２０は、弾性層２２ｂの弾性変形によって定着ベルト２１の表面の微小な凹凸を吸収し、記録媒体Ｐにカラー画像を定着する場合に、柚子肌画像が発生することを防止することができる。

加圧ローラ２２は中空ローラであってもよく、加圧ローラ２２内部にハロゲンヒータ等の熱源を有していてもよい。弾性層２２ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ２２内部にヒータが無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムを使用すると、断熱性が高まり定着ベルト２１の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。

定着ベルト２１を加熱する熱源２３としては、ハロゲンヒータ、ＩＨヒータ、抵抗発熱体、及びカーボンヒータ等を用いることができる。
以下、熱源２３がハロゲンヒータである態様について説明する。

ハロゲンヒータ２３は、その両端部が定着装置２０の側板に固定されていて、プリンタ本体に設けられた電源部によって出力制御されることで発熱するように構成されている。
ハロゲンヒータ２３は、ガラス管内に不活性ガスとしてキセノン及びクリプトンのいずれかを主成分とするガス（以下、「封入ガス」ともいう）を封入したハロゲンランプを備えている。封入ガスの成分であるキセノンまたはクリプトンは、アルゴンよりも分子量の大きいガスである。

ハロゲンヒータ２３は、定着ベルト２１内において、後述する反射部材２６と対向するように設けられており、輻射熱を発することで定着ニップ部Ｎ以外の場所において定着ベルト２１を内周側から直接加熱するように構成されている。

これにより、定着装置２０は、ハロゲンヒータ２３による定着ベルト２１の加熱効率が向上するため、省エネ性に優れるととともに、ファーストプリントタイムを短縮することができる。なお、ファーストプリントタイムとは、プリント開始指示を受けてから最初の１枚を記録媒体Ｐに印刷し、記録媒体Ｐを画像形成装置１の外部に排出するのに必要な時間を意味する。

ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１の内周側から加圧ローラ２２を押圧し、定着ベルト２１と加圧ローラ２２との間に定着ニップ部Ｎを形成するように配設される。
ニップ形成部材２４は非回転であり、後述する均熱部材２９を介して定着ベルト２１の内周面に接触し、定着ベルト２１の内周面と間接的に摺動するようになっている。

なお、定着ベルト２１と、ニップ形成部材２４に押圧されて内周面に当接する均熱部材２９との低摩耗化を図るために、潤滑剤が介在する。
潤滑剤としては、フッ素化合物またはシリコン化合物を含むものが好ましく、例えば、フッ素化合物を含むフッ素オイルやフッ素グリス、フッ素粒子を増ちょう剤とするフッ素グリス、及びシリコーングリス等が挙げられる。

図２の構成では定着ニップ部Ｎは平坦形状であるが、湾曲形状やその他の形状であってもよい。湾曲形状の定着ニップ部Ｎを形成する場合、記録媒体先端の排出方向をより加圧ローラ２２寄りにすることで、記録媒体Ｐの定着ベルト２１に対する分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される。

ニップ形成部材２４は、形状が複雑なため、耐熱樹脂の射出成形品であることが望ましく、その耐熱樹脂の種類としてはＬＣＰ（耐熱温度３３０℃程度）、ＰＥＫ（耐熱温度３５０℃程度）等が望ましい。なお、これは例示であって、本発明は、これに限定されるものではない。

ニップ形成部材２４が耐熱樹脂材料で構成されることにより、定着装置２０は、トナー定着温度域において、熱によるニップ形成部材２４の変形が防止され、安定した定着ニップ部Ｎの状態を確保することができ、出力画質の安定化を図ることができる。

ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１の軸方向が長手方向になるように設けられ、基部２４ａから記録媒体Ｐの厚さ方向（以下、単に「厚さ方向」という。）に突出した接触部２４ｂがステー２５に接触することで、ステー２５に固定支持されている。

ニップ形成部材２４がステー２５に固定支持されることにより、定着装置２０は、加圧ローラ２２による圧力でニップ形成部材２４に撓みが生じるのが防止され、長手方向に渡って均一なニップ幅を得ることができる。

ニップ形成部材２４は、ステー２５の機械的強度を確保するためにステー２５と比して小型に形成されている。

さらに、ニップ形成部材２４のニップ出口側には突出部を形成することも想定される。この突出部は、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２と接触しておらず、定着ニップ部Ｎでの定着後の記録媒体Ｐを定着ベルト２１から浮かすことにより、記録媒体Ｐの分離性を高めるものである。

ステー２５は、定着ニップ部Ｎを形成するニップ形成部材２４を補強、支持するものであり、軸方向両端部で側板に保持固定され、位置決めされている。ステー２５は、ニップ形成部材２４、均熱部材２９、及び定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２を押圧することで、定着ニップ部Ｎにおいてニップ形成部材２４が加圧ローラ２２の加圧力を受けて撓みを生じ、大きく変形する不具合の発生を抑止している。

ステー２５は、上述した機能を満足するために、ステンレスや鉄合金等の機械的強度が高い金属材料で形成することが望ましいが、樹脂材料によって形成することも可能である。

反射部材２６は、ステー２５に固定されることで、ステー２５とハロゲンヒータ２３との間に設けられている。反射部材２６は、ハロゲンヒータ２３から反射部材２６に向けて発せられる輻射熱及び輻射光（以下、単に「輻射熱」という。）を定着ベルト２１に向けて反射する、ハロゲンヒータ２３を中心とする同心円状に形成された反射面２６ａを有する。また、反射部材２６は、ハロゲンヒータ２３によって直接加熱されることから、融点が高い金属材料等によって形成されている。

反射部材２６の反射面２６ａは、反射率が９０％以上に設定されている。なお、これは例示であり、本発明は、これに限定されるものではない。

反射部材２６を設けることで、定着装置２０は、定着ベルト２１に照射される輻射熱を多くすることができ、定着ベルト２１を効率よく加熱することできる。また、定着装置２０は、ハロゲンヒータ２３からの輻射熱がステー２５等に伝達されるのを抑制できるため、省エネルギー化を図ることができる。ここで、反射部材２６を設ける代わりに、ステー２５の表面に断熱処理若しくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることができる。

分離部材２８は、定着装置２０に固定されており、定着ニップ部Ｎにおいてカラー画像が定着した記録媒体Ｐと接触することにより、記録媒体Ｐを定着ベルト２１の表面から分離させる。

以下、均熱部材２９について説明する。
均熱部材２９は、ニップ形成部材２４のニップ側の面を覆うように配置された金属からなる熱伝導部材であって、金属としては銅、アルミニウム、アルミニウム合金などの熱伝導率の高い金属材料が挙げられる。

定着ベルト２１の基材がニッケルやＳＵＳなどの金属であるとき、均熱部材２９には、銅系材質（例えば熱伝導率３８１Ｗ／ｍ・Ｋ）やアルミニウム系材質（例えば熱伝導率２３６Ｗ／ｍ・Ｋ）等の熱伝導率が高い材質を用いるのが好ましい。
なお、定着ベルト基材にポリイミド（熱伝導率０．２９Ｗ／ｍ・Ｋ）などの樹脂材料を用いた場合は、均熱部材２９として鉄系のＳＵＳ材質（例えば熱伝導率１９Ｗ／ｍ・Ｋ）等の金属材料も使用することが出来る。

均熱部材２９を設けることにより、例えば、小サイズ用紙を連続通紙した場合にその通紙領域の端部付近あるいは非通紙領域で定着部材温度が上昇したとしても、その熱を長手方向（用紙幅方向）に効率良く移動、拡散させることができ、熱が表面に蓄積され難くなる。よって、連続通紙時の、いわゆる端部温度上昇を効果的に抑制することができる。

均熱部材２９は、定着ベルト２１との当接面に皮膜４０を有する。
皮膜４０としては、例えば、フッ素樹脂またはシリコーン樹脂を含むものが挙げられる。
定着ベルト２１と摺動する当接面には、充滑剤を保持するために凹凸が形成されていることが好ましい。

本実施形態においては、フッ素樹脂コート（ポリイミドアミド系／ＰＴＥＦ＋ＰＡＩ）により皮膜４０が形成された例について説明する。皮膜４０は、その塗工条件（塗布量や温度等）によってＲａ＝０．１～５．０程度の表面粗さとすることが好ましいが、これに限定されない。
Ｒａの値を所望の範囲とする塗工条件については、公知の方法を適用することができ、例えば、均熱部材２９の金属材質にフッ素樹脂をスプレーで吹き付ける方法（スプレーコート）などが挙げられる。
また、特許文献１（特開２０１７－１２５９２２）に記載のフッ素樹脂の分散メッキ皮膜とすることができる。分散メッキ皮膜は、例えば、Ｎｉ－Ｐマトリックスにフッ素樹脂が分散され、かつ２８０～３２０℃で析出硬化されたものである。

潤滑剤を保持する手段が皮膜の凹凸のみである従来例においては、皮膜４０の凹凸の表面粗さの値が小さい（例えば、Ｒａ＜０．１）場合、潤滑剤の保持量が少なくトルクの上昇をまねくこととなり、表面粗さの値が大きい（例えば、Ｒａ＞５．０）場合、潤滑剤の保持量は十分であっても経時摩耗の進行も早くなり、やはり経時で顕著なトルク上昇が生じることとなる。
特に、高生産の画像形成装置（高速機）のように摺擦速度が速いシステムに搭載される定着装置において、磨耗量とトルク上昇低減を両立させる範囲が極めて低くなるため、皮膜４０に形成した凹凸のみで対応することは困難である。

これに対し、本実施形態に係る定着装置では、図３に示すように、均熱部材２９の皮膜４０に形成される凹凸とは異なる構造として、複数の凹部５０が形成されている。
図３（Ａ）は均熱部材２９の断面図、図３（Ｂ）は均熱部材２９の斜視図である。
凹部５０を設けることにより、皮膜４０が磨耗して潤滑剤の保持量が減少した場合でも、供給量の減少は抑制することができ、経時によるトルク上昇も抑えることができる。
これにより、適用可能な皮膜４０のＲａの範囲を拡大することができ、歩留まりが向上し、製造コストを低減することができる。すなわち、皮膜４０の表面粗さＲａが０．１未満または５．０を超える場合であっても、経時によるトルク上昇を抑えて長寿命化の効果が得られる。

凹部５０は、定着ベルト２１の回転方向の上流側と下流側とで傾斜方向及び傾斜角の異なる傾斜面を有する。
凹部５０の一例を図４に示す。図４（Ａ）は均熱部材２９の定着ベルト２１の回転方向の断面図であり、図４（Ｂ）は均熱部材２９の上面図である。

凹部５０の「傾斜面」とは、均熱部材２９の定着ベルト２１との当接面に対して平行または垂直ではない面をいう。
凹部５０を構成する壁面のうち、定着ベルト２１の回転方向に沿って連続する面が少なくとも２つの傾斜面で構成され、該２つの傾斜面の上流側と下流側とで傾斜方向と傾斜角が異なるものであればよく、その断面形状は図４に示すものに限定されない。
例えば、上流側傾斜面と下流側傾斜面との間に平面を有していてもよく、上流側傾斜面または下流側傾斜面が、傾斜方向が同じで傾斜角が異なる複数の傾斜面から構成されていてもよい。
さらに、凹部５０を構成する定着ベルト２１の幅方向の壁面の構成は、本発明の目的を達成することができる範囲において適宜選択することができ、対向する一対の壁面の一方または両方が、傾斜面であっても傾斜していない垂直面であってもよい。

図４（Ａ）に示すように、凹部５０は定着ベルト２１の回転方向（進行方向）Ｄの上流側と下流側とで傾斜方向及び傾斜角の異なる斜面を有する。図中下流側傾斜面の傾斜角をθ１、上流側傾斜面の傾斜角をθ２で示している。
均熱部材２９の表面には皮膜４０が形成されている。
皮膜４０には潤滑剤（例えば、シリコングリース）が塗布され、潤滑剤は定着ベルト２１との間に介在している。
凹部５０の内部に保持された潤滑剤は、定着ベルト２１の摺動によって定着ベルト２１の内周側表面及び均熱部材２９の表面に供給される。

図４に示すように、均熱部材２９の凹部５０の定着ベルト２１の回転方向の上流側の傾斜面の傾斜角θ２が、下流側の傾斜面の傾斜角θ１よりも大きいことが好ましい。すなわち、上流側の傾斜面が、下流側の傾斜面よりも急勾配であることが好ましい。
これにより、図４（Ａ）中矢印ｄ１で示す流動によって潤滑剤を下流方向へ供給するとともに、矢印ｄ２で示す流動によって潤滑剤を回収することができ、微量の潤滑剤を継続的に安定して供給することが可能となる。

また、均熱部材２９の凹部５０の最大深さは、該均熱部材２９の皮膜４０の厚さ以上であることが好ましい。
図４に示す態様において、凹部５０の最大深さｔ２は、皮膜４０の厚さｔ３より大きい。これにより、皮膜４０が経時の摩耗等で消滅した場合であっても、凹部５０は残存し、潤滑剤を供給する機能は失われないため、急激なトルク上昇を抑制することができる。

形成された凹部５０の最大深さは、レーザーを用いた表面形状測定装置等により測定することができる。

凹部５０はプレス加工もしくは型押し加工等により形成することができる。
例えば、均熱部材２９に対し、プレス加工により所望の形状及び配置となるように凹部５０を形成することができる。

図５は均熱部材２９の凹部５０の配置の一例を説明する上面図（定着ベルト２１との当接面側）である。図５中、矢印Ｄは定着ベルト２１の回転方向（進行方向）を、Ｗはニップ幅、Ｎｃはニップ幅の中心を表している。
図５に示すように、均熱部材２９のひとつの凹部５０は、定着ベルト２１の回転方向において他の凹部５０と隣接することが好ましい。
このような凹部５０の配置により、定着ベルト２１の長手方向（幅方向）の全域に潤滑剤を供給することができる。

また、均熱部材２９のひとつの凹部５０は、当該凹部５０及び定着ベルト２１の回転方向において隣接する他の凹部５０の少なくともいずれかが、定着ベルト２１の回転方向の両側において他の凹部５０と隣接することが好ましい。
これにより、定着ベルト２１の長手方向（幅方向）の全域に潤滑剤を長期にわたって安定に供給することができる。

なお、定着ベルト２１の回転方向における線分Ｌ（例えば、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３で表す線分、並びにこれらと平行な任意の線分）上に、凹部５０の稜線が複数重ならない配置とようになっており、これにより圧力ムラが重なった時に生じるスジの発生が防止される。

図５に示すように、均熱部材２９の凹部５０は、定着ベルト２１の回転方向において、下流側よりも上流側に多く形成されていることが好ましい。具体的には、ニップ部の中央部Ｎｃを基準として、上流側に形成された凹部５０の数が、下流側に形成された凹部５０の数よりも多いことが好ましい。
凹部５０から供給される潤滑剤は、定着ベルト２１の摺動により概ね図中ｄ３及びｄ４で示す方向に広がっていき、定着ニップ部Ｎの下流で整列塗布されるが、上述の配置とすることにより部位による潤滑剤の供給ムラを低減することができる。

以下、本実施形態の定着装置による経時のトルクの上昇の低減と長寿命化の効果について図６～８に基づき説明する。
図６～８は、Ａ４Ｙサイズの転写紙を３Ｐ／Ｊ、１０［秒］間隔での間欠印刷を行った結果を示すグラフである。縦軸はユニットトルクの値の大小（単位はＮｍ）を示し、横軸は枚数（ｋ枚）を示している。
また、グラフには本実施形態における限界トルクを「Ｔ」、目標寿命を「Ｌ」で示している。

皮膜４０は、表面粗さＲａが所望の値となるように、スプレーコートにより形成した。
凹部５０は、定着ベルト２１回転方向の上流側と下流側とで傾斜方向及び傾斜角の異なる傾斜面を有するように、プレス加工により形成した。
ユニットトルク値は、汎用のトルク測定器を用いて測定した。

図６は、均熱部材２９に形成された皮膜４０の表目粗さＲａが０．０５付近である場合の結果を示したもので、凹部５０が形成された本実施形態の値を実線と▲で示し、凹部５０が形成されていない従来例の値を破線と△で示している。

図６に示すように、凹部５０が形成されていない従来例では、潤滑剤が早期に枯渇して急激なトルク上昇がみられる。一方、本実施形態においては、形成された凹部５０の効果により潤滑剤の枯渇が防止され、経時使用によるトルク上昇を抑制することができる。

図７は、均熱部材２９に形成された皮膜４０の表目粗さＲａが２．０付近である場合の結果を示したもので、凹部５０が形成された本実施形態の値を実線と●で示し、凹部５０が形成されていない従来例の値を破線と○で示している。

図７に示すように、凹部５０が形成されていない従来例では、皮膜４０の表面粗さＲａの値が適切であることにより目標寿命Ｌ付近までトルク上昇は抑制されているが、その後経時の摩耗で潤滑剤が枯渇すると急激なトルク上昇がみられる。一方、本実施形態においては、形成された凹部５０の効果により、皮膜４０が摩耗した場合であっても潤滑剤の枯渇が防止され、急激なトルク上昇を抑制することができ、長寿命化を実現することができる。

図８は、均熱部材２９に形成された皮膜４０の表目粗さＲａが８．０付近である場合の結果を示したもので、凹部５０が形成された本実施形態の値を実線と■で示し、凹部５０が形成されていない従来例の値を破線と□で示している。

Ｒａが８．０付近の場合、表面積が大きく、皮膜４０中の添加剤の突出量が多くなるため、定着ベルト２１の内周面の磨耗量が多くなる。このため、上述のＲａが２．０付近の場合（図７）よりも表面凹凸は多いものの、従来例においては、磨耗により生じた粉体等による潤滑剤粘度の低下や、粉体等の凹凸部への堆積に起因した経時的なトルク上昇がみられる。
一方、本実施形態においては、形成された凹部５０の効果により、摩耗により生じた粉体等の影響を受けることなく潤滑剤の供給が継続され、凹部５０に粉体を取り込むことができるため、トルクの急激な上昇発生を抑制することができ、長寿命化を実現することができる。

以上のように、本実施形態の定着装置によれば、均熱部材２９の表目に形成された皮膜４０の表面粗さＲａの値にかかわらず、凹部５０の効果により経時でのトルク上昇を抑制（トルクを安定化）することができ、低コストでありながら高速機にも適用された場合も長寿命化を実現可能である。

以下、定着装置２０の他の構成例を図９及び図１０に示す。
図９に示す定着装置２０は、熱源が３本のハロゲンヒータ２３ａ、２３ｂ及び２３ｃで構成されている以外は、図２の定着装置と同様である。また、図１０に示す定着装置２０は、熱源が２本のハロゲンヒータ２３ａ及び２３ｂで構成されている以外は、図２の定着装置と同様である。
ハロゲンヒータ２３の数を増やすことで、生産性を落とすことなく記録媒体Ｐの各種紙幅に対応した定着をすることができる。
（なお、図９及び図１０では均熱部材２９の凹部５０を省略している。）

図９の定着装置では、ニップ形成部材２４のニップ出口側には突出部２７が形成されている。突出部２７は定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２と接触しておらず、記録媒体Ｐの分離性を高めるものである。

１ 画像形成装置
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 加圧部材（加圧ローラ）
２３ 熱源（ハロゲンヒータ）
２４ ニップ形成部材
２９ 均熱部材
４０ 皮膜
５０ 凹部
Ｎ 定着ニップ部

特開２０１７－１２５９２２号公報 特許第３２５４１１７号公報 特許第４２５１０４８号公報 特許第４５４３６７０号公報 特許第３６３４６７９号公報

Claims (9)

1. 回転可能に設けられた無端状の定着ベルトと、
   回転可能に設けられ、前記定着ベルトを外周側から加圧する加圧部材と、
   金属からなる均熱部材を介して前記定着ベルトを内周側から押圧し、前記定着ベルトと前記加圧部材との間に定着ニップ部を形成するニップ形成部材と、
   前記定着ベルトを加熱する熱源と、を備え、
   前記定着ニップ部において、前記均熱部材と前記定着ベルトとの間に潤滑剤が介在し、
   前記均熱部材は、前記定着ベルトとの当接面に皮膜を有するとともに、複数の凹部が形成されてなり、
   前記凹部は、前記定着ベルトの回転方向の上流側と下流側とで傾斜方向及び傾斜角の異なる傾斜面を有し、
   前記均熱部材の前記凹部の最大深さは、該均熱部材の皮膜の厚さ以上であることを特徴とする定着装置。
2. 前記均熱部材の前記凹部の前記定着ベルトの回転方向の上流側の傾斜面の傾斜角が、下流側の傾斜面の傾斜角よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記均熱部材のひとつの前記凹部は、前記定着ベルトの回転方向において他の前記凹部と隣接することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記均熱部材のひとつの前記凹部は、前記定着ベルトの回転方向において、上流側と下流側に少なくとも１つずつ他の前記凹部と隣接することを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記均熱部材の前記凹部は、前記定着ベルトの回転方向において、下流側よりも上流側に多く形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記熱源は、ハロゲンランプを備えたハロゲンヒータであり、該ハロゲンランプの封入ガスはキセノン及びクリプトンのいずれかを主成分とすることを特徴とする定着装置であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の定着装置。
7. 熱源がＩＨヒータであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記潤滑剤は、フッ素化合物またはシリコン化合物を含み、
   前記均熱部材に形成された前記皮膜は、フッ素樹脂またはシリコーン樹脂を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の定着装置。
9. 請求項１から８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。

Images