JP2018205402A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の回転体よりも低い曲げ剛性の摺動体を撓ませて第１の回転体の内面に沿わせることで、第１の回転体の内面に対する摺動体の当接状態の不均一性を抑制できる定着装置を提供する。
【解決手段】トナー像を担持した記録材を加熱して定着する定着装置であって、筒状で、基層として金属層を備えた第１の回転体と、前記第１の回転体に対向し、前記第１の回転体と共に前記記録材を挟持搬送するニップ部を形成する第２の回転体と、前記第１の回転体の内面が摺動するように前記第１の回転体の内面側に設けられ、前記記録材の搬送方向に直交する長手方向における単位長さ当たりの曲げ剛性が前記金属層よりも低い摺動体と、前記摺動体を撓ませて前記第１の回転体の内面に沿わせる加圧部材と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、定着装置に関し、例えば電子写真方式を採用した複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に適用されるものである。

フィルム加熱方式の定着装置として、互いに圧接して回転する定着フィルムと加圧ローラとでニップ部を形成し、ヒータをニップ部における定着フィルムの内周面に当接させることにより、記録材上にトナー像を定着させる装置が知られている（特許文献１）。このようなフィルム加熱方式では、幅の狭い記録材を長時間連続して通紙させると、端部の非通紙領域が昇温してしまい、破損を防ぐためにはプリント速度を落とす（プリント生産性を落とす）ことで対応している。

これに対し、摺動板をニップ部における定着フィルムの内周面に当接させ、摺動板から離れた位置にハロゲンヒータを設け、ベルト部材及びニップ部形成部材を加熱して未定着トナーを定着させるハロゲンフィルム方式が提案されている（特許文献２）。このようなハロゲンフィルム方式では、摺動板に金属等の熱伝導率が高い部材を用いると、ニップ部における長手方向の温度ムラを緩和し、生産性の低下を軽減させることができる。

特開昭６３−３１３１８２号公報 特開２００９−１０４１１４号公報

しかしながら、摺動板を用いる場合（熱伝導率が高い部材に限らず、熱伝導率が低い部材を含む）、記録材の搬送方向において、第１の回転体としての定着ローラ内面と摺動体としての摺動板との当接状態が均一にならず、摺動板が局所的に削れてしまう。すなわち、定着ローラ内面に対する摺動板の当接状態が不均一な場合、当接面積が小さいことで、摺動板に局所的に大きな圧力が加わり、その領域が局所的に削れてしまう。

本発明の目的は、第１の回転体よりも低い曲げ剛性の摺動体を撓ませて第１の回転体の内面に沿わせることで、第１の回転体の内面に対する摺動体の当接状態の不均一性を抑制できる定着装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、トナー像を担持した記録材を加熱して定着する定着装置であって、筒状で、基層として金属層を備えた第１の回転体と、前記第１の回転体に対向し、前記第１の回転体と共に前記記録材を挟持搬送するニップ部を形成する第２の回転体と、前記第１の回転体の内面が摺動するように前記第１の回転体の内面側に設けられ、前記記録材の搬送方向に直交する長手方向における単位長さ当たりの曲げ剛性が前記金属層よりも低い摺動体と、前記摺動体を撓ませて前記第１の回転体の内面に沿わせる加圧部材と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、第１の回転体よりも低い曲げ剛性の摺動体を撓ませて第１の回転体の内面に沿わせることで、第１の回転体の内面に対する摺動体の当接状態の不均一性を抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係る定着装置の概略構成図 本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の概略構成図 本発明の実施形態に係る定着装置における温度制御系を表す概略構成図 （ａ）は第１の実施形態に係る定着装置における定着ローラを除いた斜視図、（ｂ）は加圧バネの説明図 本発明の実施形態に係る定着装置における定着ローラの概略構成図 本発明の実施形態に係る定着装置における加圧ローラの概略構成図 第１の実施形態における加圧の有無による摺動板の変形を説明する図 第１の実施形態の変形例における加圧の有無による摺動板の変形を説明する図 比較例１に係る概略構成図 第１の実施形態と比較例１とを比較した通紙耐久試験の結果を示す図 第２の実施形態における加圧の有無による摺動板の変形を説明する図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図２に示すように、本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置１００は、転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。１０１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光体ドラムと記す）であり、矢印方向（時計方向）に所定の周速度にて回転駆動される。感光体ドラム１０１は、その回転過程で接触帯電ローラ１０２により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。

１０３は、画像露光手段としてのレーザービームスキャナである。不図示のイメージスキャナ・コンピュータ等の外部機器から入力する目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応してオン／オフ変調したレーザー光Ｌを出力して、感光体ドラム１０１の帯電処理面を走査露光（照射）する。この走査露光により、感光体ドラム１０１表面の露光明部の電荷が除電されて、感光体ドラム１０１表面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

１０４は現像装置であり、現像ローラ１０４ａから感光体ドラム１０１表面に現像剤（トナー）が供給されて、感光体ドラム１０１表面の静電潜像が可転写像であるトナー像として順次に現像される。

１０５は給紙カセットであり、記録材Ｐを積載収納させてある。給紙スタート信号に基づいて給紙ローラ１０６が駆動されて、給紙カセット１０５内の記録材Ｐが一枚ずつ分離給紙される。そして、レジストローラ１０７を介して、感光体ドラム１０１と接触型・回転型の転写部材としての転写ローラ１０８との当接ニップ部である転写部位１０８Ｔに所定のタイミングで導入される。

すなわち、感光体ドラム１０１上のトナー像の先端部が転写部位１０８Ｔに到達したとき、記録材Ｐの先端部も転写部位１０８Ｔに到達するタイミングとなるように、レジストローラ１０７で記録材Ｐの搬送が制御される。

転写部位１０８Ｔに導入された記録材Ｐは、この転写部位１０８Ｔで挟持搬送され、その間、転写ローラ８には不図示の転写バイアス印加電源から所定に制御された転写電圧（転写バイアス）が印加される。転写ローラ８には、トナーと逆極性の転写バイアスが印加されることで、転写部位１０８Ｔにおいて感光体ドラム１０１表面側のトナー像が記録材Ｐの表面に静電的に転写される。

転写部位１０８Ｔにおいてトナー像の転写を受けた記録材Ｐは、感光体ドラム１０１表面から分離されて、搬送ガイド１０９を通って加熱装置としての定着装置Ａに導入されてトナー画像の熱定着処理を受ける。

一方、記録材分離後（記録材Ｐに対するトナー像転写後）の感光体ドラム１０１表面は、クリーニング装置１１０で転写残トナーや紙粉等の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。定着装置Ａを通った記録材Ｐは、排紙口１１１から排紙トレイ１１２上に排出される。

（定着装置）
本実施形態の定着装置の断面図を図１に、また温度制御系を図３に、そして本実施形態の定着装置の俯瞰図を図４に示す。以下、記録材の搬送方向および記録材の厚さ方向に直交する方向を長手方向という。図１で、３０は筒状の定着ローラ（定着用回転体、回転体）であり、基層３１が曲げ剛性を備え、内側に空間が設けられる。２１は、定着ローラ３０をその内部から加熱する加熱手段（加熱源）としてのヒータであり、例えば記録材の搬送方向および記録材の厚さ方向を含む断面内（図１）で、定着ローラ３０の中心位置に設けられる。

２２は、定着ローラ３０の表面に当接する温度検知手段である。４０は加圧ローラであり、定着ローラ３０に対向する対向体として回転自在な加圧部材である。

５０は定着ローラ３０の内部（内面側）に位置し、加圧ローラ４０との間に定着ローラ３０を挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部、ニップ部）を形成する摺動体（摺擦体）としての摺動板である。摺動板５０は、定着ローラ３０の軌道を安定化させることができる。このような摺動板５０は、定着ローラ３０の内面と当接する面の形状は、定着ローラ３０の内面と当接しない状態で平面である。

７０は、支持部材として摺動板を内面から支持し、かつ定着ローラの軌跡を安定化させる摺動板ホルダである。また、７１は摺動板ホルダ７０を押える押え部材である。

（定着ローラ３０）
定着ローラ３０の層構成を、図５に示す。定着ローラ３０は、基層３１とその上（外周）にシリコーンゴム等の弾性層３２を配置する。さらに、その弾性層３２の周囲（外周）に表層３３を形成する。定着ローラ３０は加圧ローラ４０に圧接され、加圧ローラ４０の駆動力により回転駆動される。なお、定着ローラ３０の端部に駆動ギアを取り付けて不図示の駆動源より定着ローラ３０を回転駆動させても良い。定着ローラ３０の内面は、ヒータ２１による輻射熱の吸収効率を上げるため内面コート層（不図示）を形成する。

基層３１の材料としては、曲げ剛性を保ち、摺動板５０との摺擦に耐えられる耐久性に優れた物質が適している。例えば、アルミニウム、鉄、ＳＵＳ、ニッケル、銅等の金属がある。本実施形態では、基層には金属層としてＳＵＳを用い、基層の厚みは３００μｍ（３ｍｍ）とした。基層である金属層は、定着ローラの曲げ剛性に関して支配的なものである。

弾性層３２の材料としては、耐熱性を有するシリコーンゴムやフッ素ゴム等を用いる。なお、弾性層３２の材料に、蓄熱性を持たせるためにアルミナやＳｉＣ、カーボン等の高熱伝導フィラーを配合しても良い。

表層３３は、定着ローラ３０へのトナーの付着、及び画像不良の発生を防止することを目的として形成する。表層３３の材質は、非粘着性に優れた物質が適している。例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）、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樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン樹脂）が用いられる。あるいは、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン樹脂）、ＥＣＴＦＥ（クロロトリフルオエチレン・エチレン樹脂）等が用いられる。本実施形態では、表層３３の材質はＰＦＡを用い、厚みは１５μｍとした。

本実施形態では、定着ローラ３０の内径（基層３１の内径）は２４ｍｍであり、基層３１には厚みが３００μｍのＳＵＳを用い、弾性層３２には厚みが２５０μｍのシリコーンゴムを用いた。基層３１の内面に設けられる内面コート層は、ヒータ２１による輻射熱の吸収効率を上げるため、オキツモ（株）製の厚みが３０μｍのオキツモＮｏ．８０００を用いた。

なお、熱容量が小さい程、素早く昇温することが出来、定着器をクイックスタートさせるのに有利である。そのため、定着ローラ３０は、可能な限り基層３１、弾性層３２、離型層３３を薄く形成し、直径は小さくする方が構成として望ましい。

定着ローラ３０に関連し、図４（ｂ）に示すように、長手方向の両端付近に、摺動板ホルダ７０と嵌合された端部フランジ１５を加圧バネ８０により所定の圧力で加圧ローラ４０の軸線方向に付勢している。この加圧バネ８０の付勢力により、定着ローラ３０と加圧ローラ４０が圧接され、加圧ローラ４０の弾性層４２が変形して所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

加圧バネ８０による加圧力は、１０ｋｇｆ〜２５ｋｇｆ程度である。この加圧バネ８０（図４（ｂ））の材料としては、鉄やＳＵＳ等の金属が適している。本実施形態では、加圧力は１５ｋｇｆ、バネの材質はＳＵＳを用いた。

（ヒータ２１）
ヒータ２１は、定着ローラ３０の内部（摺動板５０から離れた位置）に設置し、定着ローラ３０を記録材Ｐ上のトナーを定着させるのに必要な温度まで昇温させる。ヒータ２１は、ハロゲンヒータやセラミックヒータ、面上の発熱体等が適している。温度検知手段２２が定着ローラ３０の表面に当接しており、検知温度によりヒータ２１への電力投入量が制御されている。なお、ヒータ２１は、必ずしも１つである必要は無く、２本以上設置しても良い。複数設置することで、定着ローラ３０を定着に必要な温度まで昇温させるのに時間を短縮することが可能である。

ヒータ２１は、定着ローラ３０の内面に直接輻射熱が伝熱できるように設置される。すなわち、ヒータ２１は電圧印加されると発熱し、その熱エネルギーは、図４（ａ）に示す複数の押え部材７１の間の空間を介して定着ローラ３０（図１）に伝熱される。ヒータ２１は、好ましくは円筒状のハロゲンランプを用いるのが良い。本実施形態では、φ１２ｍｍ、出力８００Ｗのハロゲンランプヒータを１本用いた。なお、加熱方式はこの方式に限定されるものではなく、電磁誘導を用いたＩＨ加熱方式を用いても良い。

（加圧ローラ４０）
加圧ローラ４０の層構成を、図６に示す。加圧ローラ４０は、芯金４１と、弾性層４２と、離型層４３からなる。

軸受２４（図４（ｂ））を備える加圧ローラ４０は、駆動ギア２５（図４（ｂ））を含む駆動系により回転駆動され、定着ニップ部において摩擦力により定着ローラ３０に駆動力が作用し、定着ローラ３０は回転駆動（従動回転）する。すなわち、定着ローラ３０は、定着ニップ部において摺動板５０と摺擦しながら回転し、加圧ローラ４０の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転する。なお、定着ローラ３０を回転駆動させて加圧ローラ４０を従動回転させてもよい。なお、本実施形態では、加圧ローラ４０の外径は３０ｍｍとした。

加圧ローラ４０の芯金４１の材料としては、ＳＵＳやアルミ、鉄等の金属が適している。本実施形態では、芯金４１の材質はＳＵＳを用いた。

また、弾性層４２の材料としては、耐熱性を有するシリコーンゴムやフッ素ゴム等が適している。また、弾性層４２として、断熱性を向上させるため、以下の材料を用いても良い。すなわち、マイクロバルーンなどの中空フィラーなどを配合したバルーンゴム、吸水性ポリマーが含有されたシリコーンゴム、シリコーンゴムを水発泡させたスポンジゴム等の低熱容量でありかつ断熱性を有する材料を弾性層４２として形成しても良い。本実施形態では、弾性層４２として厚さが３ｍｍのシリコーンゴムを用いた。

離型層４３は、加圧ローラ４０へのオフセットトナーの付着、及び画像不良の発生を防止することを目的として形成する。離型層４３の材質は、非粘着性に優れた物質が適しており、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）、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樹脂）が用いられる。あるいは、、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン樹脂）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン樹脂）、ＥＣＴＦＥ（クロロトリフルオエチレン・エチレン樹脂）等が用いられる。本実施形態では、離型層４３は厚みが３０μｍのＰＦＡを用いた。

（摺動板５０）
摺動板５０は、加圧ローラ４０との間に定着ローラ３０を挟み、上述した加圧バネ８０（図４（ｂ））により所定の押圧力にて加圧されることで、所望の幅の定着ニップ部Ｎを形成する。そして、加圧時に、摺動板５０がニップ部Ｎに垂直な方向に撓み、摺動板５０を定着ローラの内面にならわせる（沿わせる）ことで、摺動板５０と定着ローラ３０の当接状態を安定化させる。そのために、摺動板５０は、定着ローラ３０よりも低い曲げ剛性とし、具体的には定着ローラ３０の基層３１である金属層よりも曲げ剛性の低い形状あるいは材質とする。

ここで、摺動板５０の曲げ剛性に関し、紙幅方向（定着ローラ３０の長手方向）の単位長さあたりの曲げ剛性Ｍ_Ｐは、以下の式（１ａ）に示すようにヤング率Ｅ_Ｐと単位幅あたりの断面二次モーメントＩ_Ｐとの積で規定される。

＝Ｅ_Ｐ・Ｉ_Ｐ・・・（１ａ）
そして、式（１）における単位幅あたりの断面二次モーメントＩ_Ｐは、摺動板５０の厚みをｈ、紙幅方向（定着ローラ３０の長手方向）の単位幅をｂとすると、以下の式（２ａ）のように規定される。

Ｉ_Ｐ＝ｂｈ^３／１２ ・・・（２ａ）
一方、定着ローラ３０の曲げ剛性に関し、紙幅方向（定着ローラ３０の長手方向）の単位長さあたりの曲げ剛性Ｍ_Ｒは、以下の式（１ｂ）に示すようにヤング率Ｅ_Ｒと単位幅あたりの断面二次モーメントＩ_Ｒとの積で規定される。

Ｍ_Ｒ＝Ｅ_Ｒ・Ｉ_Ｒ・・・（１ｂ）
そして、式（１ｂ）における単位幅あたりの断面二次モーメントＩ_Ｒは、定着ローラ３０の基層（金属層）の厚みをｔ、紙幅方向（定着ローラ３０の長手方向）の単位幅をｂとすると、以下の式（２ｂ）のように規定される。

Ｉ_Ｒ＝ｂｔ^３／１２ ・・・（２ｂ）
本実施形態においては、長手方向で単位長さあたりの曲げ剛性に関し、以下の大小関係を満たす。

Ｍ_Ｐ ＜ Ｍ_Ｒ・・・（３）
本実施形態では、摺動板５０および定着ローラ３０の単位幅ｂは１．００［ｍｍ］とする。摺動板５０の材質は、耐熱性に優れた材質が適しており、例えば、アルミニウム、鉄、ＳＵＳ、ニッケル、銅等の金属やポリイミド、ポリアミドイミド、ＬＣＰ、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ等の耐熱性樹脂等が用いられる。一般的に樹脂と比べて金属の方が曲げ応力による割れに対する耐性が強い傾向があるため、本実施形態では摺動板５０の材質に金属であるアルミニウムを用いて金属板とし、厚みは０．３ｍｍとした。

定着ローラ３０における単位長さあたりの曲げ剛性の値は、１．０×１０^−７［Ｎ・ｍ^２］以上で１．１［Ｎ・ｍ^２］以下の範囲内であり、本実施形態では４．４３×１０^−４［Ｎ・ｍ^２］である。一方、摺動板５０における単位長さあたりの曲げ剛性の値は、１．０×１０^−８［Ｎ・ｍ^２］以上で１．０×１０^−２［Ｎ・ｍ^２］以下の範囲内であり、本実施形態では、１．５８×１０^−４［Ｎ・ｍ^２］である。

定着ローラ３０と摺動板５０の曲げ剛性を比較すると、摺動板５０の曲げ剛性の方が低い値となる。本実施形態で用いた摺動板５０と摺動板ホルダ７０の拡大図を図７に示し、無加圧状態を図７（ａ）、加圧状態を図７（ｂ）に示す。

図７（ａ）の様に、無加圧状態では、摺動板５０の記録材搬送方向における中央領域（図中Ａの領域）において、定着ローラ３０の内面との間に隙間がある。図７（ｂ）の加圧状態では、加圧により摺動板５０が摺動板ホルダ７０に押されて、記録材搬送方向で中央領域（図中Ａの領域）が撓み、定着ローラ３０の内面に沿う形状となる。なお、摺動板５０の形状は必ずしも平板状である必要は無く、例えば図８に示すように定着ローラ３０と接する面を定着ローラ３０の内面形状に近い曲面状に形成しても良い。図８において、無加圧状態を図８（ａ）、加圧状態を図８（ｂ）に示す。

ここで、定着ローラ３０の内側の面の曲率半径（内径）をＲ（ｍｍ）、摺動板５０のニップ部に近い側の面の曲率半径（外径）をｒ（ｍｍ）とするとき、Ｒ＜ｒなる関係を満足するようにする。これにより、無加圧状態では、摺動板５０は、ニップ部における記録材搬送方向の上下流端部（両端部）にて定着ローラ３０と当接する。そして、記録材搬送方向の中央領域（図中Ａの領域）にて、定着ローラ３０との隙間がある状態となる。

そして、図８（ｂ）に示す加圧状態では、加圧により摺動板５０が摺動板ホルダ７０に押されて、記録材搬送方向の中央領域（図中Ａの領域）が撓み、摺動板５０は定着ローラ３０の内面に沿う形状となる。

摺動板５０は、定着ローラ３０との摺擦における摺動抵抗の低下や耐摩耗性を向上させるため、摺動板５０の表層にはＮＴＮ株式会社製ベアリーＦＬ７０６７を用い、表層の厚みは３０μｍとした。

（摺動板ホルダー７０）
摺動板ホルダー７０は、摺動板５０を保持し内面から支持する。そして、加圧バネ８０（図４）による加圧時に、摺摺動板ホルダー７０は摺動板５０を撓ませて定着ローラ３０の内面に沿わせるようにする。図７（ａ）に示すように、本実施形態では、摺動板ホルダー７０における摺動板５０と当接する領域を曲面で形成し、摺動板５０の記録材搬送方向で中央領域に相当する位置で当接させる。そうすることで、図７（ｂ）に示すように、摺動板５０の記録材搬送方向で中央部（全長を均等に３分割したときの中央の分割領域の範囲内）を撓ませて、定着ローラ３０の内面に沿わせて当接状態を安定化させる。

摺動板ホルダ７０の材質は、耐熱性に優れた材質が適しており、例えば、耐熱性樹脂やアルミ、ＳＵＳ、銅等の金属等が用いられる。本実施形態では、耐熱性ＰＰＳを用いた。

（加熱定着動作）
加圧ローラ４０は、芯金４１の長手方向端部に設けられた駆動ギアが、回転駆動系（図示せず）により駆動されることにより、図１の矢印方向に回転される。その状態で、図３に示すように、制御手段としての温度制御部１００が通電駆動手段としてのトライアック素子１０１をＯＮし、ＡＣ電源１０２よりヒータ２１の電極部（図示せず）を通じてヒータ２１への通電を開始する。ヒータ２１は、通電されることで発熱、昇温する。サーミスタ等の温度検知手段２２により、所定部材の温度が検知され、その検知信号を温度制御部１００が取り込む。

温度制御部１００は、その検知信号に基づき、トライアック素子１０１をＯＮ／ＯＦＦしてヒータ２１への通電を制御することにより、ヒータ２１を所定の温度（目標温度）に維持する温度制御を行う。そのヒータ２１の輻射熱が、回転中の定着ローラ３０内面及び、摺動板５０に伝熱されることによって、定着ローラ３０表面は、記録材Ｐのトナーを溶融し記録材Ｐ上に定着可能な温度に保たれる。

ヒータ２１の温度制御方式としては、検知信号に応じて印加される電圧のデューティー比や波数等を適切に制御することで、ヒータ２１を所定の温度に温度制御する。ヒータ２１の温度制御を行う他の構成として、摺動板５０の表面温度を温度検知手段（図示せず）で検知し、ヒータ２１を所定の温度に維持するようにしてもよい。すなわち、摺動板５０の表面温度の検知信号に基づき、温度制御部１００によりトライアック素子１０１をＯＮ／ＯＦＦしてヒータ２１への通電を制御することよって、ヒータ２１を所定の温度に維持するようにしてもよい。

上記のように、定着ローラ３０の表面を定着可能温度とするようにヒータ２１を温度制御することによって、記録材Ｐの定着性を一定に保つことができる。それとともに、記録材Ｐに対し熱を与えすぎることによって発生する、ホットオフセットなどの画像不良も防止できる。

定着ローラ３０表面を定着可能温度に保った状態で、未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐが定着ニップ部に導入される。その記録材Ｐは、定着ニップ部において定着ローラ３０表面と加圧ローラ４０により挟持搬送される。そして、その搬送過程において、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔを定着ローラ３０から伝熱された熱エネルギーで記録材Ｐ上に加熱定着して固着画像とする。ここで、加圧ローラ４０は弾性層により断熱され、また熱容量が小さいため、定着ローラ３０の熱エネルギーは記録材Ｐに迅速に伝熱され、非常に短い接触時間でも、記録材Ｐ上のトナー画像Ｔを加熱定着することが可能である。

（効果検証１）
本実施形態の効果を確認するため、以下のような検証を行った。図９は、本検証の比較例１として用いた摺動板５０aと摺動板ホルダー７０の断面図である。本検証の比較例１として用いた摺動板５０aは、前述した実施形態（摺動板５０の材質に金属であるアルミニウムを用い、厚みは０．３ｍｍ）と同じく板状としているが、材質はＳＵＳを用い、厚みは１．０ｍｍとした。

上述した実施形態における摺動板５０の単位幅あたりの曲げ剛性Ｍは、１．５８×１０^−４ ［Ｎ・ｍ^２］であったが、比較例１における摺動板５０aの曲げ剛性Ｍは、１．６４×１０^−２ ［Ｎ・ｍ^２］である。また、定着ローラ３０の曲げ剛性Ｍは上述した実施形態と同様に、４．４３×１０^−４ ［Ｎ・ｍ^２］である。比較例１における定着ローラ３０と摺動板５０aの曲げ剛性Ｍを比較すると、摺動板５０aの曲げ剛性Ｍの方が定着ローラ３０の曲げ剛性Ｍより高い値となる。その他の構成は、第１の実施形態と同じとした。

本実施形態と比較例１の構成とで、通紙耐久試験を行い、摺動板の表層の膜厚の推移を計測して、本実施形態の効果を検証した。なお、本検証ではプリント温度は１５０℃とした。通紙耐久試験による摺動板の表層膜厚の変化を、図１０に示す。なお、図１０では、表層の膜厚は各条件にて測定した中で、最も膜厚の薄いポイントをプロットしている。

図１０より、比較例１と比べて本実施形態の方が、摺動板の表層の削れ量が少ないことが分かる。この理由を以下に説明する。比較例１では、定着ローラ３０と摺動板５０aの曲げ剛性Ｍを比較すると、摺動板５０aの曲げ剛性Ｍの方が高い値となる。そのため、加圧時に摺動板５０aの撓み量よりも定着ローラ３０の撓み量が大きく、摺動板５０aと定着ローラ３０の当接状態が不均一となり、当接領域に当接圧力が集中しその領域で摺動板５０aが局所的に多く削れてしまう。

一方、本実施形態の構成では、加圧時に摺動板５０が撓んで定着ローラ３０の内面に沿って均一に当接できるため、当接圧力が均一に分散される。その結果、本実施形態の構成の方が、削れ速度に関して、比較例１の構成と比べ小さくなる。この当接状態の違いが、本実施形態の方が削れ速度を小さくできた要因である。以上の検証により、本実施形態は、比較例１と比べて、耐久磨耗を軽減する効果があることを確認できた。

なお、本実施形態では、定着ローラ３０に厚みが０．３ｍｍのＳＵＳを用い、摺動板５０には厚みが０．３ｍｍのアルミニウムを用いたが、本発明はこれに限られるものではない。定着ローラ３０に厚みが３０μｍのアルミニウム、摺動板５０に厚みが１５μｍのアルミニウムを用いた場合には、定着ローラ３０の曲げ剛性は１．５８×１０^−７ ［Ｎ・ｍ^２］、摺動板５０の曲げ剛性は１．９８×１０^−８ ［Ｎ・ｍ^２］となる。

また、定着ローラ３０に厚みが４．０ｍｍのＳＵＳ、摺動板５０に厚みが１．２ｍｍのアルミニウムを用いた場合には、定着ローラ３０の曲げ剛性は１．０５ ［Ｎ・ｍ^２］、摺動板５０の曲げ剛性は１．０１×１０^−２ ［Ｎ・ｍ^２］となる。上記二つの構成の場合でも、加圧状態では摺動板５０が摺動板ホルダ７０に押され、摺動板５０が定着ローラ３０の内面に沿う形状となり、上述した実施形態と同様の効果を得ることができた。

《第２の実施形態》
以下、本発明の第２の実施形態を説明する。図１１は、本実施形態における摺動板５０’と摺動板ホルダ７０’の断面図であり、図１１（ａ）は無加圧時、図１１（ｂ）は加圧時の状態を示す。第１の実施形態では、摺動板ホルダー７０は、ニップ部における記録材搬送方向の中央部で摺動体５０に当接したが、本実施形態では、ニップ部における記録材搬送方向の両端部で摺動体５０に当接する。また、本実施形態の摺動板５０’は、薄肉の曲面で構成される。画像形成装置の構成、及び定着装置の定着ローラ３０、ヒータ２１、加圧ローラ４０（図６）、加圧バネ８０（図４）は、第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。

本実施形態では、摺動板ホルダ７０’が、ニップ部における記録材搬送方向の上下流端部で摺動板５０’に当接し、摺動板５０’が保持（支持）されるため、ヒータ２１の輻射熱が直接摺動板５０’に伝熱される。これにより、本実施形態では、ウォームアップ時間の短縮を図ることができる。

本実施形態の摺動板５０’は薄肉の曲面で構成され、材質はアルミニウムを用い、厚みは０．３ｍｍとした。そして、定着ローラ３０の内側の面の曲率半径（内径）をＲ（ｍｍ）、摺動板５０’のニップ部に近い側の面の曲率半径（外径）をｒ（ｍｍ）とするとき、Ｒ＞ｒなる関係を満足する。

これにより、図１１（ａ）に示すような無加圧時の状態では、摺動板５０’は、定着ローラ３０の内面と、ニップ部の記録材搬送方向における中央部で当接する。そして、記録材の搬送方向の上下流端部の領域（図中Ｂの領域）では、定着ローラ３０との間に隙間が存在する。本実施形態では、定着ローラの内径Ｒを２４ｍｍ、摺動板５０’の外径ｒを２３ｍｍとした。

摺動板ホルダ７０’は、ニップ部における記録材搬送方向の中央部が空いており、その領域を通過してヒータ２１の輻射熱が摺動板５０’に直接伝熱される。そして、図１１（ｂ）に示す加圧状態では、加圧により摺動板５０’が摺動板ホルダ７０’に押されて、ニップ部における記録材の搬送方向の上下流端部の領域（図中Ｂの領域）が撓み、摺動板５０’が定着ローラ３０の内面に沿う形状となる。

（効果検証２）
ウォームアップ時間として１枚目のプリント完了までの時間をより短縮し改善するという本実施形態の効果を確認するため、以下のような検証を行った。第１の実施形態の構成と、本実施形態の構成とで、動作開始から１枚プリントが完了するまでの時間を比較した。本検証では、通紙試験のプリントスピードは２３０［ｍｍ／ｓ］、記録材はＯｃｅ Ｒｅｄ Ｌａｂｅｌ ８０［ｇ／ｃｍ^２］を用い、温度検知素子が２２０℃となるように電力を制御した。その結果を表１に示す。表１より、本実施形態では、プリント完了までの時間を改善することができることが検証できた。

すなわち、第１の実施形態の構成では６．０［ｓ］であったのに対し、本実施形態の構成では５．０［ｓ］であり、プリント完了までの時間をより短縮し改善できた。これは、本実施形態の構成では、摺動板ホルダ７０’がニップ部における記録材搬送方向の中央部（中央領域）で空いていることに因る。すなわち、摺動板ホルダに伝熱される熱量が減り、その領域を通過して摺動板５０’を加熱することで、昇温させることができたためと考えられる。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことは言うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。そして、本実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（変形例１）
上述した実施形態では、摺動板５０は熱伝導率の高い材質（例えば、金属）として説明したが、本発明における摺動体はこれに限られず、熱伝導率の低い材質（例えば樹脂）であっても良い。

（変形例２）
上述した実施形態では、第２の回転体としての加圧ローラが第１の回転体としての定着ローラを加圧する場合を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されず第１の回転体としての定着ローラが第２の回転体を加圧する場合にも同様に適用できる。また、摺動板５０は支持部材である摺動板ホルダ７０を介して加圧され撓む場合に限らず、摺動板５０は直接加圧され撓む構成であっても良い。

（変形例３）
上述した実施形態では、記録材として記録紙を説明したが、本発明における記録材は紙に限定されるものではない。一般に、記録材とは、画像形成装置によってトナー像が形成されるシート状の部材であり、例えば、定型或いは不定型の普通紙、厚紙、薄紙、封筒、葉書、シール、樹脂シート、ＯＨＰシート、光沢紙等が含まれる。なお、上述した実施形態では、便宜上、記録材（シート）Ｐの扱いを給紙、通紙、排紙などの用語を用いて説明したが、これによって本発明における記録材が紙に限定されるものではない。

（変形例４）
上述した実施形態では、未定着トナー像をシートに定着する定着装置を例に説明したが、本発明は、これに限られない。画像の光沢を向上させるべく、シートに仮定着されたトナー像を加熱加圧する装置（この場合も定着装置と呼ぶ）にも同様に適用可能である。

３０・・定着ローラ、４０・・加圧ローラ、５０・・摺動板、５１・・摺動板表層、７０・・摺動板ホルダ、８０・・加圧バネ、Ｐ・・記録材

Claims (13)

1. トナー像を担持した記録材を加熱して定着する定着装置であって、
   筒状で、基層として金属層を備えた第１の回転体と、
   前記第１の回転体に対向し、前記第１の回転体と共に前記記録材を挟持搬送するニップ部を形成する第２の回転体と、
   前記第１の回転体の内面が摺動するように前記第１の回転体の内面側に設けられ、前記記録材の搬送方向に直交する長手方向における単位長さ当たりの曲げ剛性が前記金属層よりも低い摺動体と、
   前記摺動体を撓ませて前記第１の回転体の内面に沿わせる加圧部材と、
   を有することを特徴とする定着装置。
2. 前記第１の回転体は、前記金属層の外周に設けられる弾性層と、前記弾性層の外周に設けられる表層と、を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記摺動体を支持する支持部材を備え、
   前記加圧部材は、前記支持部材に対し前記第２の回転体へ向けて加圧する加圧バネを有し、
   前記加圧バネの付勢力で、前記支持部材が前記摺動体を撓ませ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. 前記支持部材は、前記ニップ部における前記記録材の搬送方向の中央部で前記摺動体に当接することを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記支持部材は、前記ニップ部における前記記録材の搬送方向の両端部で前記摺動体に当接することを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
6. 前記摺動体は、金属板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記記録材の搬送方向および前記記録材の厚さ方向を含む断面内で、前記第１の回転体を加熱する加熱源を、前記第１の回転体の中心位置に設けることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記第１の回転体における単位長さあたりの前記曲げ剛性の値は、１．０×１０−^７［Ｎ・ｍ^２］以上で１．１［Ｎ・ｍ^２］以下の範囲内であり、前記摺動体における単位長さあたりの前記曲げ剛性の値は、１．０×１０−^８［Ｎ・ｍ^２］以上で１．０×１０−^２ ［Ｎ・ｍ^２］以下の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 前記摺動体における前記第１の回転体の内面と当接する面の形状は、前記第１の回転体の内面と当接しない状態で平面であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の定着装置。
10. 前記摺動体における前記第１の回転体の内面と当接する面の形状は、前記第１の回転体の内面と当接しない状態で曲面であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の定着装置。
11. 前記第１の回転体の内径をＲ（ｍｍ）、前記曲面の外径をｒ（ｍｍ）とするとき、
    Ｒ＜ｒ
    なる関係を満足することを特徴とする請求項１０に記載の定着装置。
12. 前記第１の回転体の内径をＲ（ｍｍ）、前記曲面の外径をｒ（ｍｍ）とするとき、
    Ｒ＞ｒ
    なる関係を満足することを特徴とする請求項１０に記載の定着装置。
13. 前記第２の回転体は、弾性層を備えた加圧ローラであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の定着装置。