JP7434873B2

JP7434873B2 - 定着装置及び画像形成装置

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Publication number: JP7434873B2
Application number: JP2019227137A
Authority: JP
Inventors: 山口嘉紀; 藤本一平
Original assignee: Ricoh Co Ltd
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Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
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Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

近年、低熱容量でフィルム状に薄い無端ベルトを定着熱源により直接加熱する構成とし、高生産の画像形成装置に搭載されても、良好な定着性を得ることができる定着装置が提案されている。

この定着装置では、無端状の定着ベルトの外周側に配置された回転部材と定着ベルトの内部（ループ内）に固定配置された支持部材（ニップ形成部材）とが、定着ベルトを介して圧接することによって定着ニップを形成している。さらに、ニップ形成部材に熱伝導性の高い金属材料からなる均熱部材を介することで、定着ベルトの均熱化を図り、連続通紙時の端部温度上昇を低減できる。

このような定着装置において、定着ベルトとニップ形成部材との間の摺動抵抗（トルク）を低減するため、シリコーングリスなどの潤滑剤を含侵させたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの繊維からなるシート材（摺動シート）をニップ形成部材表面に配置する構成が知られている。しかし、その摺動シート自体が断熱部材となり、定着ベルトの均熱効果が減少するおそれがあった。

これに対し、摺動シートの代わりに、均熱部材表面に摺動性のあるコーティングを直接施す構成も知られている（例えば、特許文献１、２）。さらに、コーティング層の表面に適切な表面粗さを形成することで、グリスの保持機能を付与する構成も提案されている。

ところで、均熱部材の表面にコーティング（例えば、ＰＴＦＥを含有した塗料など）を施す場合、塗膜の密着性と強度を向上させるための焼成工程を行う必要がある。しかし、均熱部材は薄板のため、焼成工程時の熱履歴によって変形するおそれがある。そのため、本来の塗膜性能を発揮できる温度よりも低く設定して処理せざるを得なかった。

また、塗料中に凝集物が発生すると、塗膜表面に微小な凸形状が生じる。この凸形状は、定着ベルト内面（スリーブ内面）の摩耗を促進させ、摩耗粉を発生させるので、定着装置のユニットトルクが早期に上昇するおそれもある。

そこで本発明は、均熱部材が信頼性と均熱性を損なわず、定着部材との摺動抵抗を低く保つことで、経時にわたって良好な定着ができる定着装置の提供を目的とする。

上記課題は、回転可能に設けられた無端状の定着部材と、前記定着部材を加熱する熱源と、前記定着部材の外側に設けられ、前記定着部材に対向する加圧部材と、前記定着部材の内側に設けられ、前記定着部材と前記加圧部材との間にニップ部を形成するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材の前記定着部材に対向する面を覆い、前記定着部材の長手方向に熱を移動する均熱部材とを備える定着装置において、前記定着部材は、少なくとも、金属で形成された円筒状の基材と、前記基材の内周面に耐熱性樹脂で形成された摺動層とを有し、前記均熱部材は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成され、前記定着部材の内周面に対向する表面にアルマイト層を有し、前記アルマイト層の複数の微細孔にグラファイト構造の結晶を有する固体潤滑剤が、基底部から最表層に亘って充填されていることを特徴とする定着装置によって、解決される。

本発明の定着装置は、均熱部材の表面にアルマイト層が形成され、そのアルマイト層の複数の微細孔に固体潤滑剤が充填されているので、均熱部材と定着部材の間の潤滑を維持できる。また、そのアルマイト層の厚さは、定着部材の摺動層の厚さよりも小さいため、均熱部材の均熱性を損なわない。さらにアルマイト処理は、コーティング処理に比べて部材変形及び微少凸が発生しないため、信頼性を向上できる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る定着装置の概略的な断面構成図である。本発明の一実施形態に係る定着ベルトの構成を示す断面図である。図２に示す定着装置の一方の端部を示す概略的な斜視図である。ニップ形成ユニットを構成するニップ形成部材、支持部材、及び均熱部材を示す分解斜視図である。本発明の一実施形態に係る均熱部材を示す斜視図である。図６に示す均熱部材の断面拡大図である。本発明の一実施形態に係る均熱部材の製造方法を示す図（その１）である。本発明の一実施形態に係る均熱部材の製造方法を示す図（その２）である。本発明の一実施形態に係る均熱部材の製造方法を示す図（その３）である。均熱部材と定着ベルトの構成を示す断面図であって、（ａ）は従来の構成であり、（ｂ）は本実施形態の構成である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。
この画像形成装置１は、カラーレーザープリンタであり、そのプリンタ本体の中央には、中間転写ベルト３０の展張方向に沿って４つの作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが並置して設けられている。各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の異なる色の現像剤を収容する以外は、同じ構成である。

具体的に、それぞれ画像ステーションを構成する各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、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などを備えている。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のみに色用符号を付し、その他の作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍにおいては符号を省略している。

作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、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、反射ミラーなどを有し、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。

作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、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、クリーニングバックアップローラ３３、テンションローラ３４、及び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、プリンタ本体の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にもプリンタ本体の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。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、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋが着脱可能に装着されている。各トナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋと各現像装置７との間には、周知のように補給路が設けられ、この補給路を介して各トナーボトル２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、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。

一方、プリンタ本体の下部には、記録材としての用紙Ｐを収容した給紙トレイ１０や、給紙トレイ１０から用紙Ｐを搬出する給紙ローラ１１などが設けられている。ここで、記録材には、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など）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシートなどが含まれる。また、周知のように、手差し給紙機構が設けられていてもよい。

プリンタ本体内には、用紙Ｐを給紙トレイ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の位置よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Ｐを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ１２が配設されている。

また、二次転写ローラ３６の位置よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐに転写された未定着画像を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の用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐを装置外へ排出するための一対の排紙ローラ１３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用紙Ｐをストックするための排紙トレイ１４が設けられている。

本実施形態に係るプリンタの基本的動作は次のようである。作像動作が開始されると、各作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋにおける各感光体５が図の時計回りに回転駆動され、各感光体５の表面が帯電装置６によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体５の表面には、露光装置９からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体５の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体５に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体５上に形成された静電潜像に、各現像装置７によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ３２が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト３０を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ３１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ３１と各感光体５との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。

その後、各感光体５の回転に伴い、感光体５上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体５上のトナー画像が中間転写ベルト３０上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト３０の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト３０に転写しきれなかった各感光体５上のトナーは、クリーニング装置８によって除去される。各感光体５の表面は、その後、除電され、表面電位が初期化される。

画像形成装置１の下部では、給紙ローラ１１が回転駆動を開始し、給紙トレイ１０から用紙Ｐが搬送路Ｒに送り出される。搬送路Ｒに送り出された用紙Ｐは、レジストローラ１２によってタイミングを計られ、二次転写ローラ３６と二次転写バックアップローラ３２との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ３６には、中間転写ベルト３０上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。

その後、中間転写ベルト３０の周回走行に伴って、中間転写ベルト３０上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、そのニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト３０上のトナー画像が用紙Ｐ上に一括して転写される。また、このとき用紙Ｐに転写しきれなかった中間転写ベルト３０上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置３５によって除去され、除去されたトナーはプリンタ本体内に置かれた廃トナー収容器へと搬送され、回収される。

その後、用紙Ｐは定着装置２０へと搬送され、定着装置２０によって用紙Ｐ上のトナー画像が当該用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラ１３によって装置外へ排出され、排紙トレイ１４上にストックされる。

以上の説明は、用紙Ｐ上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つの作像部４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つの作像部を使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

図２は、本発明の一実施形態に係る定着装置の概略的な断面構成図である。図２に示すように、定着装置２０は、薄肉で可撓性を有する筒状の定着部材である無端状の定着ベルト２１と、この定着ベルト２１の外周側から当接する加圧部材である加圧ローラ２２とを有している。定着ベルト２１は、その内部（ループ内）に配された複数の熱源（定着熱源）としてのヒータ２３Ａ、２３Ｂの輻射熱によって加熱される。熱源としては、ハロゲンヒータが一般的であるが、誘導加熱装置であってもよいし、抵抗発熱体、カーボンヒータなどであってもよい。

定着ベルト２１の内部には、定着ベルト２１を介して加圧ローラ２２とで定着ニップ部Ｎを形成するニップ形成部材２４と、ニップ形成部材２４を支持するステー部材２５（支持部材）とが配されている。定着ベルト２１の幅方向に渡って配されたニップ形成部材２４が、ステー部材２５によって固定支持されることで、加圧ローラ２２からの圧力によってニップ形成部材２４に撓みが生じることを防止する。よって、加圧ローラ２２の軸方向（長手方向）に渡って均一なニップ幅が得られるようになっている。

図３は、本発明の一実施形態に係る定着ベルトの構成を示す断面図である。図３に示すように、定着ベルト２１は、少なくとも金属又は耐熱性樹脂で構成された円筒状の基材２１ａと、基材２１ａの外周面に設けられた耐熱性の樹脂で構成された離型層２１ｂと、基材２１ａの内周面に樹脂で構成された摺動層２１ｃとを有する。

基材２１ａは、厚さが２０～５０μｍであり、例えばニッケル、ＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属材料、又は、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）などの樹脂材料で形成されている。

離型層２１ｂは、層厚が１０～５０μｍであり、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（ＰＦＡ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの材料で形成されている。このような離型層２１ｂを設けることで、定着ベルト２１は、用紙Ｐ上のトナー画像に対する離型性が確保される。なお、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。

基材２１ａと離型層２１ｂの間には、シリコーンゴムなどで形成された弾性層２１ｄを設けてもよい。弾性層２１ｄがないと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、画像のベタ画像部に柚子肌状の光沢ムラ（柚子肌画像）が残るおそれがある。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２１ｄを１００μｍ以上設けることが望ましい。その弾性層２１ｄの変形により、微小な凹凸が吸収され、柚子肌画像を改善できる。

摺動層２１ｃは、例えば、耐熱性及び摺動性を有するポリアミドイミド（ＰＡＩ）やフッ素樹脂が好ましい。フッ素樹脂には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や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（ＰＦＡ）が好ましい。また、摺動層２１ｃがフッ素樹脂とポリアミドイミド（ＰＡＩ）との混合塗料で形成されたものであると、その摺動層２１ｃの動摩擦係数が低くなるので、基材２１ａとの密着性がさらによくなる。

摺動層２１ｃは、定着ベルト（基材２１ａ）の内周面にスプレーコーティングなどで塗布され、約１５μｍの厚さに形成される。ただし、その厚さを１５μｍよりも小さく、特に１０μｍよりも小さくすると塗装ムラ（塗膜に色が部分的に不均一なこと）が生じるおそれがある。

このように構成された摺動層２１ｃは、その動摩擦係数が０．１以下であり、その引張弾性率が５０００Ｍｐａ以下となる。

なお、低熱容量化の観点から、定着ベルト２１は、全体として厚さ１ｍｍ以下に、直径２０～４０ｍｍに設定されている。さらに低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト２１全体の厚さを０．２ｍｍ以下にするのがよく、さらに望ましくは、０．１６ｍｍ以下の厚さとするのがよく、直径は３０ｍｍ以下とするのが望ましい。

図２に戻って、他の部材についての説明を続ける。ニップ形成部材２４は、機械的強度が高く耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材、特に耐熱性樹脂、例えばポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、それらをガラス繊維で強化したもので構成されている。これにより、トナー定着温度域で、熱によるニップ形成部材２４の変形を防止し、安定した定着ニップ部Ｎの状態を確保し、出力画質の安定化を図っている。また、ステー部材２５やヒータ２３Ａ、２３Ｂは、その長手方向両端を、定着装置２０の側板あるいは別途設けられたホルダに固定保持されている。

定着ベルト２１の長手方向における熱移動を容易にする熱移動補助部材とも称される均熱部材２７が、ニップ形成部材２４の定着ベルト２１の内周面に対向する面を覆うように配されている。この均熱部材２７は、小サイズ紙通紙時に定着ベルト２１の端部領域に熱が留まることを防止して、積極的に定着ベルト２１の幅方向、すなわち、均熱部材２７の長手方向に熱を移動させて、長手方向の温度不均一を解消させる。本実施形態の均熱部材２７は、熱伝導率の高い材料であるアルミニウム又はアルミニウム合金で形成され、短時間で熱移動を可能としている。

図２の描写では、均熱部材２７の定着ベルト２１の内周面に対向する面が定着ベルト２１に直接接触する面であり、ニップ形成面となっており、平坦状に形成されているが、凹形状やその他の形状であってもよい。凹形状のニップ形成面であると、用紙先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上してジャムの発生が抑制される。

なお、定着ベルト２１と均熱部材２７との低摩耗化を図るために、潤滑剤としてフッ素化合物を含むフッ素オイルやフッ素グリスが定着ベルト２１の内周面に塗布されてもよい。この潤滑剤は、フッ素粒子を増ちょう剤とするフッ素グリス又はシリコーングリスであってもよい。

断面Ｔ字状のステー部材２５は定着ニップ部Ｎ側と反対側が起立した起立部２５ａを有しており、定着熱源としてのヒータ２３Ａ、２３Ｂが起立部２５ａによって隔てられるように配置されている。ヒータ２３Ａ、２３Ｂは、一方が小サイズ紙に対応した長手方向中央部に発熱領域を有するものであり、他方が大サイズ紙に対応して長手方向両端部に発熱領域を有するものである。

ヒータ２３Ａ、２３Ｂは、プリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、定着ベルト２１の外周に設けられた温度センサ２９によるベルト表面の温度検知結果に基づいて行われる。このようなヒータ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できるようになっている。

また、ステー部材２５とヒータ２３Ａ、２３Ｂの間には反射部材２８Ａ、２８Ｂが配されている。これらにより、ヒータ２３Ａ、２３Ｂの定着ベルト２１に対する加熱効率を上げるとともに、ヒータ２３Ａ、２３Ｂからの輻射熱によりステー部材２５が加熱されることによる無駄なエネルギー消費を抑制できる。反射部材２８Ａ、２８Ｂを備える代わりに、ステー部材２５表面に断熱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。

加圧ローラ２２は、芯金と、芯金の表面に設けられた発泡性シリコーンゴムやフッ素ゴムなどから成る弾性層と、弾性層の表面に設けられたパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などから成る離型層によって構成されている。バネなどの加圧手段により加圧ローラ２２が定着ベルト２１に押し付けられ定着ベルト２１と圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層が押し潰されることで、所定幅の定着ニップ部Ｎが形成されている。

加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられたモータなどの駆動源によって回転駆動するように構成されている。加圧ローラ２２が回転駆動すると、その駆動力が定着ニップ部Ｎで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が従動回転するようになっている。定着ベルト２１は定着ニップ部Ｎで挟み込まれて回転し、定着ニップ部Ｎ以外では両端部に配された側板フランジにガイドされ、走行する。

本実施形態では、加圧ローラ２２を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。その場合、加圧ローラ２２の内部にハロゲンヒータなどの熱源を配設してもよい。弾性層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラの内部に熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、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。

周知のように、定着ベルト２１の外周側の適切な位置、例えば定着ニップ部Ｎのベルト回転方向上流側には、ベルト温度を検知する温度センサ２９が設けられている。また、定着装置２０の用紙搬送方向下流側には、定着ベルト２１から用紙Ｐを分離する分離部材４０が配されている。さらに、加圧ローラ２２を定着ベルト２１へ加圧する解除可能な加圧手段も設けられている。

図４は、図２に示す定着装置の一方の端部を示す概略的な斜視図である。定着ベルト２１の両端には、フランジ４５が設けられる。図４はその片側を示す。

フランジ４５は、軸方向両側を開口させた中空形状をなし、軸方向に延びる受け部４６と、受け部４６から半径方向に突出する顎部４７とを一体に有する。受け部４６は、周方向の一部領域に切り欠き４８を有する部分円筒状に形成されている。この切り欠き４８で形成された空間に、ニップ形成部材２４及び均熱部材２７が挿入されている。

受け部４６は、定着ベルト２１の長手方向にベルト寄りが発生した際、定着ベルト２１の端部と接触し、定着ベルト２１の長手方向への移動を規制する。顎部４７は、定着装置２０の本体側板に固定される。また、定着ベルト２１の端部と受け部４６との間に定着ベルト２１に対して摺動性の良い材質のリング状プレートをさらに設けてもよい。

図５は、ニップ形成ユニットを構成するニップ形成部材、支持部材、及び均熱部材を示す分解斜視図である。

図５に示すように、ニップ形成部材２４の定着ニップ部側に配された均熱部材２７は略直方体状のニップ形成部材２４の、定着ベルト２１の内周面に対向する面を覆うように嵌め合わされて一体化される。均熱部材２７とニップ形成部材２４の一体構成は爪などを設けて噛み合わせればよいが、接着などを用いてもよい。

均熱部材２７の定着ベルト２１の内周面に対向する面はベルト摺接面２７ａとして構成される。ニップ形成部材２４の定着ニップと反対側の面は、ステー部材２５の定着ニップ部側の面に支持される。この際、接触する面にボスとピンのような凸形状を形成し、ニップ形成部材２４とステー部材２５の接触領域を小さくすることが望ましい。

続いて、本発明の特徴的構成について説明する。

図６は本発明の一実施形態に係る均熱部材を示す斜視図であり、図７は図６に示す均熱部材の断面拡大図である。これら図を用いて、均熱部材２７の構成を詳細に説明する。

アルミニウム又はアルミニウム合金で形成される本実施形態の均熱部材２７は、図６に示すように、その表面（定着ベルト２１の内周面に対向する表面）にアルマイト皮膜（アルマイト層５４）を有する。また、図７に示すように、（アルミ母材５２上にある）アルマイト層５４の規則的に並んだ複数の微細孔５４ａの中に、固体潤滑剤である二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）５６が充填されている。

アルマイト層５４は、非常に硬くて耐摩耗性がよく、特にアブレシブ摩耗に対して非常に強い性質を有する。一方、二硫化モリブデン５６はアルマイト層５４よりも摩擦係数の低い固体潤滑剤である。したがって、本実施形態の均熱部材２７は、定着ベルト２１の内周面に対し、耐摩耗性と潤滑性を兼ね備えた摺動部材となる。

図８～図１０は、本発明の一実施形態に係る均熱部材の製造方法を示す図である。図８に示すように、アルミ母材５２に対し、公知の陽極酸化方法にて一次電解し、その表面にアルマイト層５４を形成する。このアルマイト層５４には、規則的に並んだ無数の（複数の）微細孔５４ａが生成される。

アルマイト層５４は、電解に使用された電荷量（＝電流×時間）に応じてその厚さ（ｔ）を調整することができる。また、アルマイト層５４の熱伝導率は、アルミ母材５２の熱伝導率よりも低いため、なるべく薄くすることが望ましい。さらにアルマイト層５４は、摺動の際の相手部材である定着ベルト２１の摺動層２１ｃ（図３参照）よりも、非常に硬い性質を有している。

例えば、マルテンス硬さで比較すると、定着ベルト２１の摺動層２１ｃでは１００～３００（Ｎ／ｍｍ^２）の値であるのに対し、アルマイト層５４では約３０００（Ｎ／ｍｍ^２）の値である。

そこで本実施形態では、アルマイト層５４の厚さ（ｔ）を、少なくとも定着ベルト２１の摺動層２１ｃの厚さよりも小さくする。先に説明したように、定着ベルト２１の摺動層２１ｃは、塗装ムラを生じさせないため、約１５μｍの厚さに形成されている。そのため、本実施形態では、アルマイト層５４の厚さ（ｔ）を約５μｍとし、定着ベルト２１の摺動層２１ｃの厚さに対して約１／３の大きさとしている。ただし、これは一例であり、これに限定するものではない。

次に、微細孔５４ａの孔径（ｄ）は、陽極酸化処理に用いる処理液によって異なるが、１００～５００Å程度とし、孔数は、均熱部材２７の表面積の５～４０％が微細孔５４ａで占められる程度としている。ただし、これは一例であり、これらに限定するものではない。

次いで、モリブデンのチオ酸塩を主成分とする水溶液中において、アルマイト層５４が形成されたアルミ母材５２を陽極にして二次電解を行う。すると、図９に示すように、複数の微細孔５４ａの中にモリブデン硫化物５６が析出し、固定される。この析出は、微細孔５４ａの基底部５４ｂから始まり、電解時間の経過とともに微細孔５４ａの入口（最表層）に向かって進行する。

モリブデン硫化物５６が基底部５４ｂから析出する理由は次のように考えられる。すなわち、二次電解液中のモリブデンのチオ酸塩は、解離してチオモリブデン酸イオンとなる。そのイオンは負に帯電しているために陽極に引き付けられ、電気泳動又は拡散によって微細孔５４ａ内に進入する。また、このイオンの大きさは、微細孔５４ａよりはるかに小さいので、孔の奥まで達する。したがって、モリブデン硫化物５６は、微細孔５４ａの基底部５４ｂから析出することになる。

以上のようにして析出したモリブデン硫化物５６を二次電解後に加熱処理すると、グラファイト構造の結晶となる。結果、図１０に示すように、微細孔５４ａの基底部５４ｂから最表層に亘って二硫化モリブデン５６を充填させることができる。

このように、本実施形態の均熱部材２７は、定着ベルト２１の内周面に対向する表面にアルマイト層５４を有し、そのアルマイト層５４の微細孔５４ａの基底部５４ｂから最表層に亘って二硫化モリブデン５６が充填されている。このアルマイト層５４は、アルミ母材５２を変質させたものであるため、形成途中での異物混入がない。また、塗装ムラによる微小な凸形状も発生しない。そのため、定着ベルト２１の内面の局部摩耗を防止できる。

さらに、二硫化モリブデン５６がアルマイト層５４の深さ方向全域に亘って充填されているため、アルマイト層５４が摩耗しても、アルマイト層５４が存在する限り初期時と同様の良好な摺動性を発揮できる。

さらにまた、本実施形態の均熱部材２７は、定着ベルト２１の内周面に対向する表面の表面粗さを小さくできる。これは、グリスを保持するための表面粗さが特に必要でないためである。表面粗さが小さいと、摺擦時に定着ベルト２１の内周面を傷つけるおそれがなく、さらに有利である。なお、本実施形態では、アルマイト層５４の算術平均粗さ（Ｒａ）を、０．２～０．３μｍ程度としている。

（変形例）
上記実施形態では、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを用いたがこれに限定されない。代替として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はフッ素グリスをアルマイト層５４の複数の微細孔５４ａに含浸し、充填することもできる。

また、アルマイト層５４の厚さ（ｔ）は、なるべく薄くすることが望ましいが、剛性の観点から、その硬さ（例えば、マルテンス硬度）は、定着ベルト２１の摺動層２１ｃよりも硬いことが望ましい。特に、３倍程度の硬さを有することがより好ましく、５～１０倍程度の硬さを有することがさらに好ましい。

続いて、本実施形態の均熱部材の均熱性能について説明する。

図１１は、均熱部材と定着ベルトの構成を示す断面図であって、（ａ）は従来の構成であり、（ｂ）は本実施形態の構成である。

また、表１に定着ベルト及び均熱部材の、従来の構成と本実施形態の構成とを対比した内容を示す。

図１１（ａ）に示すように、従来の構成では、均熱部材のアルミ母材５２と定着ベルトの基材２１ａとの間に、互いの摩耗を防ぐための摺動層２１ｃ、５３が設けられている。摺動層５３は、公知の樹脂ベース材料の塗料（例えば、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂など）である。また、均熱部材のアルミ母材５２と摺動層５３との間には界面６０が存在する。それら摺動層２１ｃ、５３の厚みの合計は、約３０μｍとなる。

なお、摺動層２１ｃ、５３の厚さがそれぞれ１５μｍなのは、先に説明したように、塗装ムラを生じずにコーティングするためである。

一方、図１１（ｂ）に示すように、本実施形態の構成では、均熱部材のアルミ母材５２と定着ベルト２１の基材２１ａとの間に、摺動層２１ｃと、アルマイト層５４とが設けられている。ただし、均熱部材のアルミ母材５２とアルマイト層５４との間に界面は存在しない。そして、それら摺動層２１ｃと、アルマイト層５４の厚みの合計は、約２０μｍとなる。

このように、本実施形態の均熱部材は、アルミ母材５２と定着ベルト２１の基材２１ａとの間の距離が従来の構成よりも小さいため、熱伝導性を向上できる。また、アルマイト層５４とアルミ母材５２の間には明確な界面が存在しないため、熱伝導に有利である。したがって、本実施形態の均熱部材は、従来構成よりも均熱性を向上できる。

以上の構成を用いることで、経時にわたって良好な定着ができる定着装置を実現できる。この定着装置を備える画像形成装置を構成すれば、長期にわたって定着ユニットトルクの上昇を防止できる製品を提供できる。

以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明した。この実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して使用できる。例えば、上記実施形態では、ニップ形成部材２４と均熱部材２７とをそれぞれ別部材としている。これに代えて、均熱部材にニップ形成部材としての役割（機能）をもたせて、一部材としてもよい。

１画像形成装置
２ボトル収容部
２Ｃ、２Ｋ、２Ｍ、２Ｙトナーボトル
３転写装置
４Ｃ、４Ｋ、４Ｍ、４Ｙ作像部
５感光体
６帯電装置
７現像装置
８クリーニング装置
９露光装置
１０給紙トレイ
１１給紙ローラ
１２レジストローラ
１３排紙ローラ
１４排紙トレイ
２０定着装置
２１定着ベルト
２１ａ基材
２１ｂ離型層
２１ｃ摺動層
２１ｄ弾性層
２２加圧ローラ
２３Ａ、２３Ｂヒータ
２４ニップ形成部材
２５ステー部材
２５ａ起立部
２７均熱部材
２７ａベルト摺接面
２８Ａ、２８Ｂ反射部材
２９温度センサ
３０中間転写ベルト
３１一次転写ローラ
３２二次転写バックアップローラ
３３クリーニングバックアップローラ
３４テンションローラ
３５ベルトクリーニング装置
３６二次転写ローラ
４０分離部材
４５フランジ
４６受け部
４７顎部
４８切り欠き
５２アルミ母材
５３摺動層
５４アルマイト層
５４ａ微細孔
５４ｂ基底部
５６二硫化モリブデン
６０界面
Ｎ定着ニップ部
Ｐ用紙

特開２０１７－１２５９２２号公報特開平９－１９７８８０号公報

Claims

回転可能に設けられた無端状の定着部材と、
前記定着部材を加熱する熱源と、
前記定着部材の外側に設けられ、前記定着部材に対向する加圧部材と、
前記定着部材の内側に設けられ、前記定着部材と前記加圧部材との間にニップ部を形成するニップ形成部材と、
前記ニップ形成部材の前記定着部材に対向する面を覆い、前記定着部材の長手方向に熱を移動する均熱部材と
を備える定着装置において、
前記定着部材は、少なくとも、金属で形成された円筒状の基材と、前記基材の内周面に耐熱性樹脂で形成された摺動層とを有し、
前記均熱部材は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成され、前記定着部材の内周面に対向する表面にアルマイト層を有し、前記アルマイト層の複数の微細孔にグラファイト構造の結晶を有する固体潤滑剤が、基底部から最表層に亘って充填されていることを特徴とする定着装置。
前記固体潤滑剤は二硫化モリブデンであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記アルマイト層の厚さは、前記定着部材の前記摺動層の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
前記アルマイト層の厚さは、１０μｍよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の定着装置。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の定着装置を備える画像形成装置。