JP6161413B2 - 画像加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真式のプリンタや複写機等の画像形成装置に搭載される画像加熱装置に関する。

電子写真プリンタや電子写真複写機などに搭載される画像加熱装置として外部加熱方式の定着装置が知られている。

特許文献１には、記録材上の画像と接触して加熱する定着ローラと、筒状のベルトと、ベルトの内周面と接触しベルトを介して定着ローラとニップ部を形成するニップ部形成部材（加圧パッド）を有している定着装置が記載されている。未定着トナー画像を担持した記録材は、ニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより未定着トナー画像は記録材上に定着される。

特開２００４−２７９８５７号公報

特許文献１の定着装置のように、ニップ部形成部材（加圧パッド）として断熱性を有する部材を用いると次のような課題がある。

小サイズの記録材を高速で連続的に定着処理すると、定着ローラ及びベルトの記録材が通過しない領域（非通紙領域）が過度に昇温する、いわゆる非通紙部昇温が発生し、定着ローラ及びベルトが熱で損傷する場合がある。特許文献１の定着装置では、ニップ部形成部材（加圧パッド）とベルトの内面との摺動性を確保するために、加圧パッドの基材にガラスコートやフッ素樹脂等の熱伝導率の低い摺動層を設けている。しかしながら、加圧パッドの基材に摺動層を設けると、定着ローラ及びベルトの熱が加圧パッドの基材に逃げにくく非通紙部昇温は緩和されにくい。また、加圧パッドの基材についても断熱性の確保のためにゴムや樹脂等で形成されているため、熱伝導率は低く非通紙部昇温が緩和しにくい。

一方で、加圧パッドに摺動層を設けないと、定着ローラ及びベルトの熱はニップ部形成部材に伝わりやすくなるものの、ニップ部形成部材とベルトの内面との摺動性が低下してしまう。その為、ニップ部形成部材やベルトが摩耗して削れ粉が発生し、ますます摺動性が低下することがある。その結果、定着ローラの駆動トルクが増大したり、スティックスリップ現象による異音が発生したりすることがある。

以上述べたことから、外部加熱方式の定着装置では、非通紙部昇温を抑制しつつニップ部形成部材とベルトの内面との摺動性が低下しないようにすることが望まれる。

本発明の目的は、ニップ部形成部材とベルトの内面との摺動性の低下を抑制しつつ非通紙部昇温を抑制できる画像加熱装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明に係る画像加熱装置の構成は、ニップ部でトナー画像を担持した記録材を搬送しながら前記トナー画像を加熱する画像加熱装置であって、前記トナー画像と接触する回転体と、無端のベルトと、前記ベルトの内面に接触し前記回転体と共に前記ベルトを介して前記ニップ部を形成するニップ部形成部材と、を有する画像加熱装置において、前記ニップ部形成部材は、前記ベルトの内面と接触する面にアルマイト処理で酸化被膜層を形成された金属部材であることを特徴とする。

本発明によれば、ニップ部形成部材とベルトの内面との摺動性の低下を抑制しつつ非通紙部昇温を抑制できる画像加熱装置の提供を実現できる。

実施例１に係る画像形成装置の横断面の模式図 実施例１に係る定着装置の横断面の模式図 実施例１に係る定着装置の記録材導入側からの正面図 実施例１に係る定着装置のニップ部形成部材と加熱フィルムとの接触領域の横断面を表す図 実施例１の参考例に係る定着装置の横断面の模式図 （ａ）は参考例１に係る定着装置の横断面の模式図、（ｂ）は参考例１に係る定着装置のニップ部形成部材と加熱フィルムとの接触領域の横断面を表す図

以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。

［実施例１］
（１）画像形成装置
図１は実施例１に係る画像形成装置の横断面の模式図である。実施例１の画像形成装置はインライン方式のフルカラーのレーザープリンタである。

本実施例に示す画像形成装置は、記録材記録材上に未定着のトナー画像を形成する画像形成部１０と、記録材上に形成したトナー画像を定着する定着部５０と、を有する。定着部５０には（２）項で説明する定着装置を備えている。

画像形成部１０において、中間転写体としての中間転写ベルト３０の回転方向に沿って上流側から下流側にかけて４つの画像形成ステーションＳＹ，ＳＭ，ＳＣ，ＳＫが配設されている。各画像形成ステーションＳＹ，ＳＭ，ＳＣ，ＳＫは、その順に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー画像を形成する。

各画像形成ステーションＳＹ，ＳＭ，ＳＣ，ＳＫにおいて、２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋは、像担持体としての感光ドラムである。各感光ドラムは、駆動モータ（不図示）の駆動力が伝達され矢印方向に回転する。

感光体ドラム２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋの周囲には、それぞれ、感光体ドラムの回転方向に沿って帯電部２３Ｙ，２３Ｍ，２３Ｃ，２３Ｋと、露光部２４Ｙ，２４Ｍ，２４Ｃ，２４Ｋが、配設されている。更に、感光体ドラム２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋの周囲には、それぞれ、現像部２６Ｙ，２６Ｍ，２６Ｃ，２６Ｋと、一次転写部３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｋと、クリーニング部２７Ｙ，２７Ｍ，２７Ｃ，２７Ｋなどが、配設されている。

更に、現像部２６Ｙ，２６Ｍ，２６Ｃ，２６Ｋの上方には、現像部にトナーを供給するためのトナーカートリッジ２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃ，２５Ｋが配設してある。

中間転写ベルト３０は、樹脂製の無端状ベルトで構成されている。この中間転写ベルト３０は、駆動ローラ３４ａと、二次転写対向ローラ３４ｂと、テンションローラ３４ｃの３つの回転可能な支持部材に張架されている。この中間転写ベルト３０の外周面を感光ドラム２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋの外周面に接触させることにより、中間転写ベルト３０の表面と感光ドラム２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋの表面とで一次転写ニップ部Ｔｎ１を形成している。この中間転写ベルト３０には上記駆動モータの駆動力が伝達され矢印方向に回転する。

二次転写ローラ３２は、中間転写ベルト３０を介して二次転写対向ローラ３４ｂと対向するように配設されている。この二次転写ローラ３２の外周面（表面）を中間転写ベルト３０表面と接触させることにより、二次転写ニップ部Ｔｎ２を形成している。

制御部４０は、ＣＰＵとＲＡＭやＲＯＭなどのメモリを有する。メモリには画像形成のための制御シーケンスなどが記憶されている。そしてこの制御部４０は、ホストコンピュータなどの外部装置（不図示）から出力されるプリント指令に応じて画像形成のための制御シーケンスを実行し画像形成部１０と定着部５０などを制御する。

本実施例の画像形成装置は、画像形成制御シーケンスが実行されると、画像形成ステーションＳＹでは感光ドラム２２Ｙが矢印方向へ回転される。

まず感光ドラム２２Ｙ表面は帯電装置２３Ｙにより所定の極性・電位に一様に帯電される（帯電工程）。そして、露光装置２４Ｙは、この感光ドラム２２Ｙの帯電面に外部装置から入力した画像データに応じたレーザ光を照射することによって感光ドラム２２Ｙに静電潜像が形成される（露光工程）。現像装置２６Ｙは、トナーを用いてこの静電潜像を顕像化してトナー画像にする（現像工程）。これにより感光ドラム２２Ｙの表面にトナー画像が形成される。

画像形成ステーションＳＭ，ＳＣ，ＳＫにおいても同様の帯電工程、露光工程、現像工程の画像形成プロセスが行われ、各感光ドラム２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋの表面にトナー画像が形成される。

感光ドラム２２Ｙ上に形成されたトナー画像は一次転写ニップ部Ｔｎ１で一次転写部２６Ｙに印加される所定の電圧によって中間転写ベルト３０表面に転写される（一次転写工程）。同様に、感光ドラム２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋの各色のトナー画像はそれぞれの一次転写ニップ部Ｔｎ１で中間転写ベルト３０表面に重ねて転写される。これにより中間転写ベルト３０の表面には４色のフルカラーの未定着トナー画像が形成される。

一次転写後に感光ドラム２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋの表面に残った転写残トナーはクリーニング部２７Ｙ，２７Ｍ，２７Ｃ，２７Ｋによって除去され、感光ドラム２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋは次の画像形成に供される。

一方、中間転写ベルト３０の下方に配設された給紙カセット２０に積載収納されている記録材１１は、給紙ローラ２１とリタードローラ２８によって給紙カセット２０から１枚ずつ分離して給紙されレジストローラ２９に給送される。レジストローラ２９は給送された記録材１１を二次転写ニップ部Ｔｎ２に送り出す。この記録材１１は二次転写ニップ部Ｔｎ２で挟持搬送される。そしてその搬送過程において二次転写ローラ３２に所定の電圧が印加され、これにより中間転写ベルト３０表面の未定着トナー画像は記録材１１に転写される（二次転写工程）。

未定着トナー画像が形成された記録材１１は定着装置５０に導入される。そして定着装置５０を通過する際に熱と圧力を受けることによって未定着トナー画像は記録材上に定着される。定着装置５０を出た記録材１１は排紙ローラ５４、５５により搬送されて排出トレー５６に排出される。

二次転写後に中間転写ベルト３０の表面に残った転写残トナーは、転写残トナーの帯電ローラによって画像形成時の極性と逆極性に帯電される。そして一次転写器３１によって感光ドラム２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋの表面上に静電気力によって回収されクリーニング部２７Ｙ，２７Ｍ，２７Ｃ，２７Ｋによって回収される。

（２）定着装置５０
以下の説明において、定着装置及び定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向をいう。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向をいう。長手幅とは長手方向の寸法をいう。短手幅とは短手方向の寸法をいう。記録材に関し、短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向をいう。短手幅とは短手方向の寸法をいう。

図２は本実施例に係る定着装置５０の横断面の模式図である。図３は図２に示す定着装置５０の記録材導入側からの正面図である。この定着装置５０は外部加熱方式の定着装置である。

本実施例に示す定着装置５０は、記録材上の画像と接触して加熱する回転体としての定着ローラ５１と、加熱ユニット５２と、加圧ユニット５３を有している。

定着ローラ５１は、鉄、ＳＵＳ、アルミニウム等の金属材料からなる丸軸状の芯金６０を有している。この芯金６０の外周面上にシリコーンゴムなどを主成分とする弾性層６１が形成され、この弾性層６１の外周面上にＰＴＦＥ、ＰＦＡまたはＦＥＰなどを主成分とする離型層（最表層）６２が形成されている。

ここで、ＰＴＦＥはポリテトラフルオロエチレンであり、ＰＦＡは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であり、ＦＥＰはテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体である。

この定着ローラ５１は、長手方向に長い部材であり、芯金６０の長手方向の両端部が定着装置の装置フレーム（不図示）に回転可能に支持されている。

加熱ユニット５２は、セラミックヒータ（以下、ヒータと記す）６３と、回転可能な筒状の加熱フィルム（加熱ベルト）６４と、支持部材としての加熱フィルムガイド６５を有する。ヒータ６３と、加熱フィルム６４と、加熱フィルムガイド６５は、何れも長手方向に長い部材である。

耐熱性を有する樹脂材料を用いて横断面が略樋型形状になるように成形された加熱フィルムガイド６５は、長手方向に沿って形成された凹部６５ａでヒータ６３を支持している。そして、加熱フィルムガイド６５の外周に加熱フィルム６４がルーズに外嵌されている。加熱フィルム６４は、ポリイミド樹脂で形成された基層と、基層の外周面にＰＦＡ等のフッ素樹脂で形成された離型層と、を有する。

加熱フィルムガイド６５の長手方向の両端部は、装置フレームに支持され、加圧ばね（不図示）により定着ローラ５１の母線方向と直交する垂直方向に加圧されている。これによりヒータ６３を加熱フィルム６４を介して定着ローラ５１に押圧して弾性層６１をヒータ６３の長手方向に沿って弾性変形させることにより、定着ローラ５１表面と加熱フィルム６４表面とで所定の幅の加熱圧接部Ｎｋを形成している。

ヒータ６３は横断面長方形状の細長いセラミック製の基板６３ａを有している。基板６３ａの加熱圧接部Ｎｋ側の表面には、基板６３ａの長手方向に沿ってＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）などの発熱抵抗体６３ｂがスクリーン印刷で形成されている。また、基板６３ａの表面には、保護層６３ｃが発熱抵抗体６３ｂを覆うように形成してある。発熱抵抗体６３ｂは通電されて発熱する。

加圧ユニット５３は、ニップ部形成部材６８と、回転可能な筒状の加圧フィルム（無端のベルト）６６と、加圧フィルムガイド（支持部材）６７と、を有している。ニップ部形成部材６８と、加圧フィルム６６と、加圧フィルムガイド６７と、は何れも長手方向に長い部材である。

ニップ部形成部材６８は横断面が長方形になるように形成してある。耐熱性の樹脂材料で横断面が略逆樋型形状になるように成形された加圧フィルムガイド６７は、長手方向に沿って形成された凹部６７ａでニップ部形成部材６８を支持している。そして加圧フィルムガイド６７の外周に加圧フィルム６６がルーズに外嵌されている。加圧フィルム６６は、ポリイミド樹脂で形成された基層と、基層の外周面上にＰＦＡ等のフッ素樹脂で形成された離型層と、を有している。加熱フィルム６６の基層は、ニップ部形成部材６８と接触する。

加圧フィルムガイド６７の長手方向の両端部は、装置フレームに支持され、加圧ばね（不図示）により定着ローラ５１の母線方向と直交する垂直方向に押圧されている。これによりニップ部形成部材６８が加圧フィルム６６を介して定着ローラ５１に押圧されて、弾性層６１がニップ部形成部材６８の長手方向に沿って弾性変形することにより、定着ニップ部Ｎが形成される。

加熱フィルム６４と加圧フィルム６６の内面には、回転トルクを低減するため潤滑剤としてフッ素系グリスが塗布されている。

本実施例の定着装置５０は、プリント指令に応じてモータ（不図示）が回転駆動され、駆動モータの出力軸の回転が所定のギア機構（不図示）を介して定着ローラ５１の芯金６１に伝達される。これにより定着ローラ５１は矢印方向に回転される。

定着ローラ５１の回転は、加熱圧接部Ｎｋにおいて定着ローラ５１の表面と加熱フィルム６４の表面と間に生じる摩擦力によって加熱フィルム６４に伝達される。これにより加熱フィルム６４は定着ローラ５１の回転に従動してヒータ６３の保護層６３ｃと接触しながら矢印方向へ回転する。また、定着ローラ５１の回転は定着ニップ部Ｎにおいて定着ローラ５１表面と加圧フィルム６６表面との摩擦力により加圧フィルム６６に伝わる。これにより加圧フィルム６６は定着ローラ５１の回転に追従してニップ部形成部材６８と接触しながら矢印方向へ回転する。

更に、プリント指令に応じて双方向サイリスタとしてのトライアックがヒータ６３への給電を開始する。ヒータ６３は発熱抵抗体６３ｂに通電されることにより急速に発熱して加熱フィルム６４内面を加熱し、その加熱フィルム６４が定着ローラ５１表面を加熱する。

ヒータ６３の温度は基板６３ａの加熱圧接部Ｎｋと反対側の裏面に設けられた温度検知素子としてのサーミスタＳにより検知される。制御部４０は、サーミスタＳからの検知信号（出力信号）を取り込む。そしてその検知信号に基づき、トライアックが発熱抵抗体６３ｂに印加する電圧のデューティー比や波数等を決定し制御してヒータ６３の検知温度を定着温度（目標温度）に保つ。

定着ローラ５１を回転駆動し、かつヒータ６３を定着温度に維持した状態において、未定着トナー画像ｔが形成された記録材１１がトナー形成面を定着ローラ５１側にして定着ニップ部Ｎに導入される。この記録材１１は定着ニップ部Ｎで挟持搬送され、未定着トナー画像ｔがヒータ６３の熱と圧力を受けて記録材上に定着される。未定着トナー画像ｔが定着された記録材１１は定着ニップ部Ｎから排出される。

（３）ニップ部形成部材６８
次に、図４を用いて、ニップ部形成部材６８について詳細に述べる。図４はニップ部形成部材６８と加熱フィルム６６との接触領域の横断面を表す図である。

ニップ部形成部材６８は、加圧フィルム６６の内面（基層）と接触し、加圧フィルム６６を定着ローラ５１側に押圧している。

図３に示すように、ニップ部形成部材６８の長手幅はヒータ６３の長手幅よりも長く、ヒータ６３の長手幅は記録材１１の短手幅よりも長くなっている。従って、ヒータ６３の記録材１１の短手幅よりも外側の領域では、ヒータ６３から供給された熱は記録材１１及びその記録材１１上の未定着トナー画像ｔに吸収されず、定着ローラ５１や加熱フィルムガイド６５等の構成部材に蓄積していく。

ヒータ６３の記録材１１が通過する領域（通紙部）よりも外側の領域（以下、非通紙部という）で過昇温しやすいため、この現象を「非通紙部昇温」（図３参照）という。定着装置を構成する各部材の耐熱上限温度があり、この耐熱上限温度を超えて使用すると部材が破損する場合があるめ、耐念上限温度以下で使用する必要がある。ヒータ６３の長手幅に対して記録材１１の幅が短い時ほど非通紙部昇温は顕著に発生するので、記録材１１の間隔を空けて記録材１１を搬送するなどの対策が必要となり、画像形成の生産性を落とすことになる。

ニップ部形成部材６８に熱伝導率が高い金属を用いると長手方向の温度ムラを均一化する効果が得られる。ニップ部形成部材６８によって、温度ムラを均一化できるメカニズムと熱伝導経路を説明する。

記録材１１の通紙部では、定着ローラ５１の熱は記録材１１によって吸熱され、ニップ部形成部材６８の熱も記録材１１に吸熱されるため、ニップ部形成部材の非通紙部の温度は上昇しにくい。

一方、記録材１１の非通紙部では、記録材１１が存在しないので定着ローラ５１の熱が直接加圧フィルム６６に伝わり、その加圧フィルム６６の熱はニップ部形成部材６８に伝わる。従って、ニップ部形成部材６８の温度分布は、非通紙部では温度が高く、通紙部では非通紙部よりも温度が低くなる傾向がある。その結果、このニップ部形成部材６８の非通紙部の熱は、ニップ部形成部材６８の中で非通紙部よりも相対的に温度の低い通紙部に移動する。そしてそのニップ部形成部材６８の通紙部に移動した熱が記録材１１へ伝わり、定着ローラ５１や加圧フィルム６６などの非通紙部の過昇温を抑制できる。

よって、小サイズの記録材１１であっても大サイズの記録材の場合と同等あるいはそれに近い生産性で連続的に画像形成することができる。

上記の方法で非通紙部昇温を抑制するためには、ニップ部形成部材６８の熱伝導率を高くすること、及び、加圧フィルム６６とニップ部形成部材６８の間の熱抵抗を低くすることが重要である。

ここで、ニップ部形成部材６８の基材としてアルミニウムを用いる場合について説明する。アルミニウムは、金属部材の中でも、熱伝導率が高く、表面仕上げがしやすい点でニップ部形成部材に適している。アルミニウムの含有率が９９．０ｗｔ％以上の純アルミニウムの熱伝導率は約２３５Ｗ／ｍ・Ｋである。熱伝導率は、レーザーフラッシュ法熱物性測定装置ＬＦＡ−５０２（京都電子工業製）により熱拡散率と比熱を測定し、電子天秤精密比重計（アズワン）で密度を測定し、測定した熱拡散率と比熱と比重より計算した。尚、熱伝導率の測定には測定誤差が±１０％程度存在する。

表１は、ニップ部形成部材６８の材質と熱伝導率、Ａ４もしくはＢ５サイズの記録紙を１００枚連続で定着ニップ部Ｎに導入（通紙）した際の出力速度を示したものである。

出力速度は、各部材の耐熱上限温度を超えないように調整しながら、１００枚目を通紙した時点の速度で、純アルミニウムを基準とした相対値である。材質の違いのみに着目するため、ニップ部形成部材６８の形状は同一のものを用いている。本実施例における画像形成装置は、最大でＬＴＲサイズ（幅２１５．９ｍｍ）まで通紙可能であり、それに合わせてヒータ６３の幅が設計されている。従って、Ａ４サイズ（幅２１０ｍｍ）でも非通紙部昇温は若干ながら発生し、Ｂ５サイズ（幅１８２ｍｍ）ではより顕著である。

表１に示したように、Ａ４サイズではニップ部形成部材６８の熱伝導率を１１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることで純アルミニウムの出力速度と同等を達成できる。Ｂ５サイズでは非通紙部昇温がより顕著に発生するため、ニップ部形成部材６８の熱伝導率を１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることで純アルミニウムと出力速度と同等を達成できる。

ステンレス鋼などの純アルミニウムよりも熱伝導率の低い材質でも、ガラスのような熱伝導率の低い材質と比較すると、長手方向の温度ムラを均一化する効果は得られる。しかしながら、熱伝導率が高い純アルミニウムをニップ形成部材の基材として用いると非通紙部昇温の抑制効果は大きく有利である。

また、ニップ部形成部材６８の断面積を増やすことでも温度ムラを均一化する効果は向上するものの、ニップ部形成部材６８の熱容量が大きくなるため、定着ローラ５１の温度は上がりにくくなる。このため、定着ローラ５１が定着温度に達するまでの時間が長くなり、特に１枚目の画像を出力するまでの時間（ＦＰＯＴ：Ｆｉｒｓｔ Ｐｒｉｎｔ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ）が長くなるという課題がある。従って、ニップ部形成部材６８に熱伝導率がより高い材質を用いるほど、断面積を小さくすることができるので、速い出力速度（高生産性）とＦＰＯＴ短縮とを両立可能である。

ところで、前述したようにニップ部形成部材６８として本実施例に必要な熱伝導率を有し且つ比較的安価で汎用性の高い材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金である。しかしながら、ポリイミドなどの樹脂からなる加圧フィルム６６を、アルミニウムなどの金属からなるニップ部形成部材６８と、摺動接触させるとニップ部形成部材６８表面、および加圧フィルム６６内面が削れるという課題が生じる場合がある。

加圧フィルム６６との摺擦で、ニップ部形成部材６８表面に傷がつき、発生したアルミニウムの削れ粉が、加圧フィルム６６とニップ部形成部材６８の表面を傷つけて、さらに削れを促進する。アルミニウム及びポリイミドの削れ粉は加圧フィルム６６の内面に塗布された潤滑剤を吸着し、摺動性を低下させる。

加圧フィルム６６とニップ部形成部材６８との摺動性が低下すると、定着ローラ５１の駆動トルクの上昇や、スティックスリップ現象による異音が発生するといった課題が生じる場合がある。或いは、加圧フィルム６６が停止することにより記録材１１が定着ローラ５１との間でスリップして搬送されなくなるといった課題が生じる場合がある。

従来は、ポリイミド等の樹脂からなる加圧フィルム６６の内面と摺動するニップ部形成部材の表面は、ガラス層や、フッ素樹脂やポリイミド樹脂、アラミド樹脂などの樹脂層や樹脂シートで保護されており、互いに傷つけ合わないようにし、摺動性を確保している。

しかしながら、フッ素樹脂やポリイミド、アラミド樹脂などの樹脂の熱伝導率は、０．３Ｗ／ｍ・Ｋ程度と非常に低い。ガラスも１Ｗ／ｍ・Ｋ程度と低い。一般的に摺動保護層として形成される厚みはフッ素樹脂層で２０〜３０μｍ程度、ガラスで６０μｍ程度で、熱伝導も良くない。

ニップ部形成部材６８の加圧フィルム６６との接触面に大きな熱抵抗があると、小サイズの記録紙を通紙した際に、非通紙部において、定着ローラ５１や加圧フィルム６６の余分な熱がニップ部形成部材６８へ移動しにくくなる。更に、通紙部においてはニップ部形成部材６８の熱が記録材へ伝わりにくくなる。ニップ部形成部材６８が高熱伝導の材質で形成されていたとしても、その高熱伝導性を十分に活用する事ができず、非通紙部昇温の抑制効果が十分に得られない。

本実施例では、ニップ部形成部材６８の基材６８ａとして、アルミニウムの含有率が９９．０ｗｔ％以上の純アルミニウム（Ａ１０５０）を用いている。そしてアルミニウムの陽極酸化処理であるアルマイト処理を行うことによって、少なくとも基材６８ａの加圧フィルム６６内面と摺動する表面に酸化被膜層６８ｂを形成している（図４参照）。つまり、ニップ部形成部材６８は、純アルミニウムからなる基材６８ａと、ニップ部形成部材６８の加圧フィルム６６と対向する面に形成された酸化被膜層６８ｂと、を有している。

アルマイト処理とは、硫酸や蓚酸などの電解液を用いて、アルミニウムの表面を電気化学的に酸化させ、酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）の皮膜を生成させる方法である。酸化被膜層６８ｂは、摺動によって傷つきやすいニップ部形成部材６８表面を保護する層として機能する。

酸化被膜層６８ｂの熱伝導率は約６０Ｗ／ｍ・Ｋで、ガラスやフッ素樹脂に比べて熱伝導率は高い。酸化被膜層６８ｂの厚みは、５０μｍ以下であれば加圧フィルム６６からニップ部形成部材６８への熱伝達への影響は十分小さくできるので、非通紙部昇温の抑制効果を十分に得られる。

また、加圧フィルム６６の内面と接触する酸化被膜層６８ｂの表面形状によって非通紙部昇温の抑制効果は変化する。ここで、スキューネスＲｓｋという指標について説明する。スキューネスＲｓｋは、粗さ曲線の中心線に対する偏りを示す指標であって、次式で算出される。

上式の中で、Ｚ（ｘ）は粗さ曲線、Ｒｑは２乗平均平方根粗さ、ｌｒは基準長さを示す（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｂ０６０１参照）。Ｒｓｋ＜０の場合、高さ分布が中心線に対して上側に偏っていることを示しており、Ｒｓｋ＞０の場合、高さ分布が中心線に対して下側に偏っていることを示す。

本実施例においては、酸化被膜層６８ｂの表面の凸部先端が凹部底部よりも尖ったプロファイルになると、スキューネスＲｓｋは、Ｒｓｋ＞０を満足しやすくなる。反対に、酸化被膜層６８ｂの表面の凸部先端が凹部底部よりも丸いプロファイルになると、スキューネスＲｓｋは、Ｒｓｋ＜０を満足しやすくなる。

この凸部先端と凹部底部とが同じようなプロファイルである場合には、凸部の密度が高い程Ｒｓｋ＜０になりやすく、凸部の密度が低い程Ｒｓｋ＞０になりやすい。つまり、酸化被膜層６８ｂの表面の粗さ曲線のスキューネスＲｓｋがＲｓｋ＜０を満たす場合は、Ｒｓｋ＞０を満たす場合よりも加圧フィルム６６と酸化被膜層６８ｂとの接触面積が大きくなる。その結果、非通紙部昇温した加圧フィルム６６の熱が酸化被膜層６８ｂに伝わりやすくなり非通紙部昇温の抑制効果が大きくなる。

更に、酸化被膜層６８ｂの表面の算術平均表面粗さが小さいと加圧フィルム６８の内面と酸化被膜層６８ｂとの接触面積が大きくなり、非通紙部昇温の抑制効果が大きくなる。

アルミニウムの酸化皮膜６６ｂの表面形状は、アルマイト処理の電解液の種類、温度や、処理の時間などによって異なる。例えば、硫酸を電解液にした酸化皮膜は、無数の微細孔を持つ多孔質皮膜となり、蜂の巣のような六角柱のセルの集合体で、それぞれ中心に微細な孔があり、純アルミニウムより算術平均表面粗さＲａが大きくなる。

酸化被膜層６８ｂを形成した高熱伝導のニップ部形成部材６８を用いて、非通紙部昇温抑制効果の効果を得ようとした場合、表面性を管理する事が重要である。

表２に示したように、ニップ部形成部材６８の粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−１．０以下で、ニップ部形成部材６８の算術平均表面粗さＲａは１．０μｍ以下とすることで、Ａ４サイズではアルマイト処理なしの純アルミニウムと出力速度と同等を達成できる。

先に述べたように、基材としてのアルミニウムの表面に酸化被膜層６８ｂを形成したニップ部形成部材を用いることで、加圧フィルム６６と摺動するニップ部形成部材の表面の摩耗（削れ）を抑制する事ができる。

次に、酸化被膜層及び加圧フィルム６６の硬度について説明する。ビッカース硬度計ＭＭＴ−Ｘ７（マツザワ製）による測定で、加圧フィルム６６の基材であるポリイミドのビッカース硬度が約１００（試験荷重：０．０４９Ｎ（５ｇｆ））である。これに対し、純アルミニウムのビッカース硬度は約３０（試験荷重：０．９８Ｎ（１００ｇｆ））である。ここで、試験荷重は測定対象に応じて設定している。ビッカース硬度は一般的に測定荷重に依存しないとされており、異なる測定荷重・測定対象であっても比較可能である。ただし、ビッカース硬度の測定には、対象物によるが最大で測定誤差が±１０％程度存在する。

表３に、ニップ部形成部材６８の表面のビッカース硬度と加圧フィルム６６との摺擦による削れのレベルとの関係を示す。アルマイト処理による酸化皮膜層６８ｂのビッカース硬度は、１５０以上（試験荷重１００ｇｆ）であれば、加圧フィルム６６との摺動による削れは良好であった。本実施例ではビッカース硬度約４００（試験荷重１００ｇｆ）のものを用いている。ニップ部形成部材６８の表面（酸化皮膜層６８ｂ）の硬度を高くすることで、加圧フィルム６６内面との摺擦によるニップ部形成部材６８の表面の摩耗（削れ）が抑制される。加圧フィルム６６のポリイミド樹脂よりなる基層はニップ部形成部材６８との摺擦によって微量な削れ粉が生じるものの、摺動性に対する影響は小さい。

ニップ部形成部材６８の表面粗さは、非通紙部昇温の抑制効果を大きくするために小さい方が望ましい。しかしながら、ニップ部形成部材６８の表面粗さが小さくなりすぎると、加圧フィルム６８の内面とニップ部形成部材６８の表面とが密着性が高くなりすぎてグリスが介在しにくくなり、摺動性が低下して、スティックスリップが発生する。表４に示したように、ニップ部形成部材６８の算術平均表面粗さＲａは０．５μｍ以上とすることで、スティックスリップを防止できる。

酸化被膜層６８ｂの厚みは、５０μｍ以下が望ましい。ニップ部形成部材６８は、非通紙部昇温によって最大で２００℃の高温になる場合がある。酸化被膜層６８ｂとアルミニウム基材との熱膨張率は異なる為、酸化皮膜層６８ｂが基層６６ａの膨張に追従できずにクラックが発生する可能性がある。表５に示したように、ニップ部形成部材６８の酸化皮膜層６８ｂの厚みは５０μｍ以下とする事で、通紙後のクラックを防止できる。

本実施例のニップ部形成部材６８は、非通紙部昇温、表面の摩耗（削れ）、スティックスリップ、クラックの抑制を考慮したものになっている。厚さ５０μｍの酸化被膜層６８ｂを純アルミニウムに形成したニップ部形成部材６８は、厚み方向の熱伝導率、表面の粗さ曲線のスキューネスＲｓｋ、算術平均表面粗さＲａ、及びビッカース硬度が下記の値となるようにアルマイト処理条件を調整している。具体的には、厚み方向の熱伝導率が２１０Ｗ／ｍ・Ｋで、表面の粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−１．０で、算術平均表面粗さＲａが０．５μｍ、ビッカース硬度は４００となるようにアルマイト処理条件を調整している。ニップ部形成部材６８と加圧フィルム６６との摺動による削れが少なく、摺動性が良好でスティックスリップもなく通紙後に酸化皮膜層６８ｂにクラックが発生する事もなく、非通紙部昇温の発生を抑制できる。

以上説明したように本実施例では、加圧フィルムとニップ部形成部材との摺動性の低下を抑制しつつ非通紙部昇温の発生を抑制することが可能となる。

［実施例１の参考例］
本実施例の参考例を示す。図５は本実施例の参考例の定着装置５０の横断面の模式図である。

本参考例に示す定着装置５０は、加熱フィルム（ベルト）６６が駆動ローラ７０と３つの張架ローラ７１で張架されている点と、加熱体として定着ローラ５１に内包されるハロゲンヒータ６９を用いている点が実施例１と異なる。

定着ローラ５１は、中空状の芯金６０を有し、この芯金６０の内部にハロゲンヒータ６９を内包している。定着ローラ５１は内部から加熱され、表面に到達した熱を記録材１１に伝達する。

加圧フィルム６６は、駆動ローラ７０によって定着ローラ５１と表面速度が略等速になるように矢印方向に回転される。

ニップ部形成部材６８は、加圧フィルム６６内面と接触し、加圧フィルム６６を定着ローラ５１側に押圧している。これにより、ニップ部形成部材６８は、加圧フィルム６６を介して定着ローラ５１と共に定着ニップ部Ｎを形成している。

本参考例のニップ部形成部材６８は、実施例１と同様に前記ベルトの内面と接触する面にアルマイト処理で酸化被膜層を形成された金属部材である。金属部材は、アルミニウムの含有率が９９．０ｗｔ％以上の純アルミニウムであり、前記酸化被膜層の厚みは５０μｍ以下である。本参考例は、実施例１と同じ効果を有する。

定着ローラ５１の加熱方式はセラミックヒータもしくはハロゲンヒータに限られず電磁誘導加熱方式であってもよい。

定着ローラ５１の代わりにベルトであってもよい。加圧フィルム６６の材質はポリイミドに限られずポリアミド、ポリアミドイミド、シリコーン樹脂等の耐熱性を有する他の材質であってもよい。

［参考例１］
参考例１の定着装置の横断面の模式図を図６（ａ）に示す。参考例１の定着装置は、トナー画像と接触する無端のフィルム（ベルト）６４０を有する。更に参考例１の定着装置は、フィルム６４０の内面と接触するニップ部形成部材６８０と、ニップ部形成部材６８０と共にフィルム６４０を介してニップ部Ｎを形成する加圧部材としての加圧ローラ６６０と、を有する。本参考例の定着装置は、実施例１と異なり外部加熱方式ではない。

フィルム６４０は、ポリイミド樹脂で形成された基層と、基層の外周面にＰＦＡ等のフッ素樹脂で形成された離型層と、を有する。フィルム６４０の基層の材質は、ポリイミドに限られずポリアミド、ポリアミドイミド、シリコーン樹脂等の耐熱性を有する他の材質であってもよい。更に、参考例１の定着装置は、フィルム６４０に内包されフィルム６４０の内面を加熱するハロゲンヒータ６３０と、ニップ部形成部材６８０を支持しフィルム６４０をガイドするフィルムガイド部材６５０と、を有する。ニップ部Ｎでトナー画像を担持した記録材１１を搬送しながら加熱しトナー画像を記録材１１に定着する。

上記のような定着装置で、本参考例のニップ部形成部材６８０の代わりに耐熱性の樹脂等からなるニップ部形成部材を用いた場合の課題について説明する。

フィルム６４０及びニップ部形成部材の通紙部はハロゲンヒータ６３０の輻射熱によって加熱されると、その熱はフィルム６４０を介して記録材１１に吸熱されるので温度は上がりにくい。一方で、フィルム６４０及びニップ部形成部材の非通紙部はハロゲンヒータ６３０の輻射熱によって加熱されても、ニップ部形成部材の内部で熱が均一化しにくく加圧ローラ６６０に吸熱される。加圧ローラ６６０の非通紙部の蓄熱が進行すると、フィルム６４０、ニップ部形成部材、加圧ローラ６６０の非通紙部昇温が進み、これらの各部材の耐熱上限温度を超えて破損する場合があるという課題がある。

また、ニップ部形成部材はフィルム６４０の内面とも摺動するので、ニップ部形成部材の摩耗等によりニップ部形成部材とフィルム６４０との摺動性が低下しやすいという課題がある。

そこで、参考例１の定着装置においては、本参考例の実施例１と同じ構成であるニップ部形成部材６８０を用いる。図６（ｂ）に参考例１の定着装置のニップ部Ｎの横断面の拡大図を示す。ニップ部形成部材６８０は、フィルム６４０の内面と接触する面にアルマイト処理で酸化被膜層６８０ｂが形成された金属部材である。本参考例では金属部材としてアルミニウムの含有率が９９．０ｗｔ％以上の純アルミニウムを用いる。アルマイト処理されていない部分６８０ａは純アルミニウムである。尚、金属部材は、純アルミニウムの代わりにアルミニウム合金でも良い。

酸化被膜層６８０ｂの厚みは５０μｍ以下であり、ビッカース硬度は１５０以上である。また、酸化被膜層６８０ｂの表面の算術平均粗さＲａは１．０μｍ以下であり、スキューネスＲｓｋは−１．０以下である。

本参考例のニップ部形成部材６８０を用いることで、小サイズ記録材に連続的に画像形成する場合に、ニップ部形成部材の内部で温度が高くなる非通紙部から非通紙部よりも温度の低い非通紙部に熱が流れて長手方向で熱が均一化される。これによって、参考例１においても実施例１と同様に定着装置の非通紙部昇温が抑制される。更に、酸化被膜層を設けたことによって実施例１と同様にニップ部形成部材とフィルム６４０との摺動性の低下も抑制できる。

以上から、参考例１の定着装置の構成においてもニップ部形成部材とフィルムの内面との摺動性の低下を抑制しつつ非通紙部昇温を抑制できるという効果が得られる。尚、実施例１、及び参考例１の定着装置は記録材に形成された未定着トナー画像を記録材に定着する装置としての使用に限られない。例えば未定着トナー画像を加熱して記録材上に仮定着する画像加熱装置、或いは記録材上に定着されたトナー画像を加熱してトナー画像表面に光沢を付与する画像加熱装置としても使用できる。

５１：定着ローラ、６２：加圧フィルム、６３：セラミックヒータ、６４：加熱フィルム、６８：ニップ部形成部材、６８ｂ：酸化被膜層、６６０：加圧ローラ、Ｎ：ニップ部、Ｎｋ：加熱圧接部、Ｐ：記録材、ｔ：未定着トナー画像

Claims (9)

1. ニップ部でトナー画像を担持した記録材を搬送しながら前記トナー画像を加熱する画像加熱装置であって、前記トナー画像と接触する回転体と、無端のベルトと、前記ベルトの内面に接触し前記回転体と共に前記ベルトを介して前記ニップ部を形成するニップ部形成部材と、を有する画像加熱装置において、
   前記ニップ部形成部材は、前記ベルトの内面と接触する面にアルマイト処理で酸化被膜層を形成された金属部材であることを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記金属部材は、アルミニウムの含有率が９９．０ｗｔ％以上の純アルミニウムであり、前記酸化被膜層の厚みは５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記金属部材はアルミニウム合金であり、前記酸化被膜層の厚みは５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
4. 前記酸化被膜層のビッカース硬度は１５０以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか1項に記載の画像加熱装置。
5. 前記酸化被膜層の算術平均粗さＲａは１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか1項に記載の画像加熱装置。
6. 前記ベルトは樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか1項に記載の画像加熱装置。
7. 前記酸化被膜層のスキューネスＲｓｋは−１．０以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の画像加熱装置。
8. 前記回転体は定着ローラであることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか1項に記載の画像加熱装置。
9. 前記画像加熱装置は、無端の加熱ベルトと、前記加熱ベルトの内面に接触するヒータと、を有し、前記ヒータは前記加熱ベルトを介して前記定着ローラと共に加熱圧接部を形成することを特徴とする請求項８に記載の画像加熱装置。