JP7476040B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリあるいは複合機などの、電子写真技術を用いた画像形成装置に好適な定着装置に関する。

従来、プリンタ、複写機、ファクシミリあるいは複合機などの電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、加熱された定着ベルトを介して、記録材に転写されたトナー像を記録材に定着させるベルト加熱方式の定着装置が提案されている。定着ベルトは、外周面に当接するローラ状の回転体と、内周面に当接する非回転のバックアップ部材とにより挟持され、互いに当接した定着ベルトと回転体との間には記録材を挟持搬送してトナー像を定着するために定着ニップ部が形成されている（特許文献１）。特許文献１に記載の装置では、モータにより回転体が回転されると、定着ニップ部で生じる摩擦力によって回転体の回転力が定着ベルトに伝達されて、定着ベルトが回転する。

上記した定着装置の場合、回転する定着ベルトの内周面と、非回転に設けられたバックアップ部材（例えば、定着ベルトを加熱するヒータを保持するヒータホルダなど）とが摺動することから、摩擦によって定着ベルトやバックアップ部材が磨耗する。そして、使用に伴い定着ベルトやバックアップ部材の磨耗が進むと、ベルト鳴きなどの異音が発生する原因となる自励振動（スティックスリップ）が生じたり、定着ベルトの回転を阻害する原因となる摩擦抵抗力の上昇（トルクアップ）が生じたりし得る。そこで、特許文献１に記載の装置では、これらスティックスリップやトルクアップが生じるのを抑制するために、バックアップ部材と摺動する摺動層にフィラーを配合して内周面を粗くした定着ベルトが用いられている。

特開２０１４－２２８７２９号公報

本発明は、上述の特許文献１に記載の構成を更に改良した構成を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る定着装置は、記録材に形成されたトナー像を記録材に定着させる定着装置であって、回転可能に設けられた無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内側に非回転に設けられ、前記定着ベルトの内周面と摺動するバックアップ部材と、前記定着ベルトを前記バックアップ部材とにより挟むように前記定着ベルトの外周面に当接し、記録材を挟持搬送して記録材にトナー像を定着する定着ニップ部を形成する回転体と、を備え、前記定着ベルトは、基体と、前記基体の内周に形成され、前記バックアップ部材と接触して摺動される摺動層と、を有し、前記バックアップ部材は、前記摺動層との接触面の表面粗さが十点平均粗さで「０．１０μｍ以上０．１５μｍ未満」であり、前記摺動層は、硬度がマルテンス硬度で「８０度以上９０度以下」であり、且つ、前記バックアップ部材の表面粗さを十点平均粗さＡ、前記摺動層の表面粗さを十点平均粗さＢとしたときに、前記摺動層の表面粗さが「０．３５μｍ＜Ａ＋Ｂ＜０．６μｍ」を満たす、ことを特徴とする。

本発明によれば、上述の特許文献１に記載の構成を更に改良した構成を提供することができる。

本実施形態の定着装置を用いて好適な画像形成装置の構成を示す断面図。 本実施形態の定着装置の構成を示す断面図。 本実施形態の定着ベルトを示す断面図。 定着ベルトの摺動層を形成する手順を示すフローチャート。 定着ベルトの摺動層を形成する塗工装置を示す概略図。

本実施形態について、説明する。まず、本実施形態の定着装置を用いて好適な画像形成装置の構成について、図１を用いて説明する。

［画像形成装置］
画像形成装置１００は、感光ドラム（感光体）１０１を有し、感光ドラム１０１は、矢印の方向（図１では反時計回り）に所定のプロセス速度（周速度）で回転駆動される。感光ドラム１０１は、その回転過程で帯電装置としての帯電ローラ１０２により所定極性に表面が帯電処理される。次いで、その帯電処理された表面に、レーザ光学系により構成される露光装置１１０から出力されるレーザ光１０３により、入力された画像情報に基づき露光処理される。露光装置１１０は、不図示の画像読み取り装置やパーソナルコンピュータなどの外部端末からの画像情報の各色に対応した画素信号に対応して変調（オン／オフ）したレーザ光１０３を出力する。そして、感光ドラム１０１の表面を走査露光する。その結果、この走査露光により感光ドラム１０１面には画像情報に対応した静電潜像が形成される。なお、露光装置１１０から出力されるレーザ光１０３は、偏向ミラー１０９により感光ドラム１０１の露光位置に偏向される。

そして、感光ドラム１０１上に形成された静電潜像は、現像装置１０４Ｙによりイエローのトナーにて、イエローのトナー像として可視像化される。このイエローのトナー像は、感光ドラム１０１と中間転写ドラム１０５との接触部である一次転写部Ｔ１において中間転写ドラム１０５面に転写される。なお、感光ドラム１０１面上に残留するトナーはクリーナ１０７によりクリーニングされる。

上記のような帯電・露光・現像・一次転写・清掃のプロセスサイクルが、マゼンタのトナー像、シアンのトナー像、ブラックのトナー像を形成する際にも、同様に繰り返される。即ち、マゼンタのトナー像を形成する場合には、現像装置１０４Ｍによりマゼンタのトナーにて、感光ドラム１０１上にマゼンタに対応して形成された静電潜像をマゼンタのトナー像として可視像化する。同様に、シアンのトナー像は、現像装置１０４Ｃにて、ブラックのトナー像は、現像装置１０４Ｋにて、それぞれ可視像化される。

このようにして中間転写ドラム１０５上に順次重ねて形成された各色のトナー像は、転写ローラ１０６との接触部である二次転写部Ｔ２において、記録材（用紙、ＯＨＰシートなどのシート材など）Ｓ上に一括して二次転写される。中間転写ドラム１０５上に残留するトナーはトナークリーナ１０８によりクリーニングされる。なお、このトナークリーナ１０８は、中間転写ドラム１０５に対し接離可能とされており、中間転写ドラム１０５をクリーニングする時に限り中間転写ドラム１０５に接触した状態となるように構成されている。また、転写ローラ１０６も、中間転写ドラム１０５に対し接離可能とされており、二次転写時に限り中間転写ドラム１０５に接触した状態となるように構成されている。二次転写部Ｔ２を通過した記録材Ｓは定着装置２００に案内され、二次転写されたトナー像を記録材Ｓに定着させる定着処理（画像加熱処理）を受ける。そして、定着処理を受けた記録材Ｓは機外に排出され、一連の画像形成動作が終了する。

［定着装置］
次に、定着装置２００の概略構成について、図２を用いて説明する。定着装置２００は、定着ベルト２０１、回転体としての加圧ローラ２０６などを有する。定着ベルト２０１と加圧ローラ２０６とは圧接して、二次転写部Ｔ２を通過しは定着装置２００に案内される記録材Ｓを挟持搬送する定着ニップ部Ｎを形成する。定着ベルト２０１は、詳しくは後述するように、シリコーンゴム弾性層などを備えた無端状のベルトであり、表面（外周面）に記録材Ｓが接触して回転する回転部材である。定着ベルト２０１は、定着装置２００に交換可能に設けられている。なお、本明細書で言う定着ベルト２０１とは、薄いフィルム状のものを含む。

定着ベルト２０１の内側には、定着ヒータ２０２、ヒータホルダ２０４、定着ベルトステイ２０５などが配置されている。定着ヒータ２０２は、定着ベルト２０１を加圧ローラ２０６に向けて押圧すると共に定着ベルト２０１を加熱する。定着ヒータ２０２は、例えばアルミナの基板と、この上に銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストを均一な「１０μｍ」程度の厚さの膜状に塗布した抵抗発熱体とを有し、更にその上に耐圧ガラスによるガラスコートを施した、セラミックヒータなどである。定着ヒータ２０２は、抵抗発熱体への通電により発熱自在である。

このような定着ヒータ２０２は、定着ベルト２０１の長手方向（後述する加圧ローラ２０６の回転軸線方向）に沿って配置され、定着ベルト２０１の内周面とその加熱面が摺動可能な構成とされている。なお、定着ベルト２０１の内周面には潤滑剤が塗布されており、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４との摺動性を確保している。

ヒータホルダ２０４は、耐熱性の高い例えば液晶ポリマ樹脂などで、定着ベルト２０１の長手方向に延設されるように形成されている。ヒータホルダ２０４は 定着ヒータ２０２を保持すると共に、定着ベルト２０１の形状を定着ベルト２０１から記録材Ｓが分離しやすい形状としている。定着ヒータ２０２は、ヒータホルダ２０４の加圧ローラ２０６側の面に固定されている。そして、ヒータホルダ２０４の長手方向両端部には、それぞれ円筒状の支持部（不図示）が一体に設けられており、定着ベルト２０１の長手方向両端部がそれぞれ支持部に若干の自由度を持って外嵌されている。これにより、ヒータホルダ２０４は、定着ベルト２０１を回転自在に支持すると共に、定着ベルト２０１を略円筒状として、その曲率により記録材Ｓを分離し易くしている。ヒータホルダ２０４の一部は、定着ベルト２０１の内周面に摺動している。

定着ベルトステイ２０５は、ヒータホルダ２０４の定着ヒータ２０２と反対側に定着ベルト２０１の長手方向に沿って配置され、その両端部が不図示の加圧機構により加圧ローラ２０６に向けて付勢されている。例えば、その一端側が「１５６．８Ｎ（１６ｋｇｆ）」、総圧「３１３．６Ｎ（３２ｋｇｆ）」の力で加圧ローラ２０６に向けて付勢されている。そして、ヒータホルダ２０４を介して定着ヒータ２０２の加熱面を、定着ベルト２０１を介して、加圧ローラ２０６に所定の押圧力をもって圧接させている。こうすることで、加圧ローラ２０６が弾性変形して、定着ベルト２０１と加圧ローラ２０６との間に、記録材Ｓにトナー像を定着させるための定着ニップ部Ｎが形成される。

加圧ローラ２０６は、金属製の芯金上に、例えば厚み「約３ｍｍ」のシリコーンゴム弾性層、更に、例えば厚み「約４０μｍ」のＰＦＡ樹脂チューブが順に積層された多層構造の弾性ローラである。なお、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）共重合体である。加圧ローラ２０６は回転軸を有し、その回転軸線方向（長手方向）が、定着ベルト２０１の長手方向と略平行となるように配置され、芯金の長手方向両端部が定着装置２００のフレーム２１３の不図示の奥側と手前側の側板間に回転可能に軸受保持されている。そして、加圧ローラ２０６は、回転軸が駆動手段としての駆動モータ２２０により、矢印の方向（図２では反時計回り）に所定の周速度で回転駆動される。これと圧接された関係にある定着ベルト２０１は、加圧ローラ２０６によって従動し所定の速度で回転する。このとき、定着ベルト２０１は、内周面が定着ヒータ２０２の加熱面に密着して摺動しながら、ヒータホルダ２０４に案内されることで、矢印の方向に従動回転する。

また、定着ヒータ２０２の裏面（加熱面とは反対側の面）には、サーミスタ２０３が設置され、定着ヒータ２０２の温度を検知している。サーミスタ２０３は、定着ヒータ２０２の裏面に接触するように配置され、Ａ／Ｄコンバータ２０９を介して制御手段としての制御回路部（ＣＰＵ）２１０に接続されている。

この制御回路部２１０は、サーミスタ２０３からの出力を所定の周期でサンプリングしており、このように得られた温度情報を、定着ヒータ２０２の温度制御に反映させるようにしている。つまり、制御回路部２１０は、サーミスタ２０３の出力をもとに、定着ヒータ２０２の温調制御内容を決定する。そして、ヒータ駆動回路部２１１によって、定着ヒータ２０２の温度が目標温度（設定温度）となるように定着ヒータ２０２への通電を制御している。また、制御回路部２１０は、加圧ローラ２０６を駆動するモータとＡ／Ｄコンバータ２０９を介して接続されており、加圧ローラ２０６の駆動も制御している。

このように構成される定着装置２００は、上述のように、定着ベルト２０１と加圧ローラ２０６との間で定着ニップ部Ｎを形成している。図２に示すように、トナー像ｔが載った記録材Ｓが矢印方向に搬送されると、搬送ガイド２０７によって記録材Ｓが定着ニップ部Ｎに案内される。そして、記録材Ｓが定着ニップ部Ｎで挟持搬送される際に、記録材Ｓのトナー像ｔが載った面が定着ベルト２０１に接触し、加熱・加圧されることで、トナー像ｔが記録材Ｓに定着される。その後、記録材Ｓは、排出ローラ２０８により定着装置２００の外に搬送される。

［定着ベルトの構成］
次に、定着ベルト２０１の構成について詳しく説明する。定着ベルト２０１は、定着ベルト２０１の外側に設けられた加圧ローラ２０６と、定着ベルト２０１の内側に設けられたバックアップ部材としての定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４とにより挟持され、定着ニップ部Ｎを加圧ローラ２０６との間で形成する。定着ベルト２０１は、記録材Ｓに担持された未定着のトナー像を加熱して記録材Ｓに定着する回転可能な無端状のベルトである。

図３に示すように、定着ベルト２０１は、無端状に形成された基体１と、摺動層２と、弾性層３と、離型層４とを備えている。摺動層２は、基体１の内周面に形成される。摺動層２は、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４との摺動性を向上させるために設けられており、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４に接触して摺動され、形状異方性を有するフィラー２ａを含有している。弾性層３は、不図示のプライマ層を介して基体１の外周面を被覆したシリコーンゴム製の弾性層である。離型層４は、樹脂製（フッ素樹脂製）の離型層（フッ素樹脂層）であり、弾性層３の外周面に接着剤により接着されている。

［基体］
基体１は、耐熱性及び耐屈曲性を必要とすることに鑑みて、ステンレス（ＳＵＳ）、ニッケル、ニッケル合金等の金属が好適に用いられる。基体１は熱容量を小さくする一方で機械的強度を高くする必要があることから、厚みは「２０～５０μｍ」好ましくは「２５～４５μｍ」とするのが望ましい。本実施形態では基材として、例えば厚みが「３０μｍ」の薄肉のステンレス鋼を、内径が「２４ｍｍ」の円筒状に形成した金属フィルムを用いている。

［摺動層］
摺動層２は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂のような高耐久性、高耐熱性を持つ樹脂により形成された樹脂膜である。特に、制作の容易さ、耐熱性、弾性率、強度等の面から、ポリイミド樹脂を用いて形成するのが好ましい。詳しくは後述するが（図４参照）、ポリイミド樹脂により摺動層２を形成するには、例えば、次のようにして行う。芳香族テトラカルボン酸二無水物あるいはその誘導体と、芳香族ジアミンとの略等モルを有機極性溶媒中で反応させて得られるポリイミド前駆体溶液を、上述の基体１の内周面に塗工、乾燥、加熱し、脱水閉環反応させる。これにより、基体１の内周面にポリイミド樹脂製の摺動層２を形成することができる。本実施形態の場合、摺動層２（樹脂膜）の厚みは、定着ニップ部Ｎでの摩耗性と定着ヒータ２０２からの熱を基体１に伝える伝熱性を両立しやすい「７μｍ以上１４μｍ以下」であると好ましい。

［ポリイミド前駆体溶液］
芳香族テトラカルボン酸二無水物の代表例としては以下のものが挙げられ、これら芳香族テトラカルボン酸二無水物は、単独あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
（１）ピロメリット酸二無水物
（２）３，３’，４，４‘－ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
（３）３，３’，４，４‘－ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物
（４）２，３，６，７，－ナフタレンテトラカルボン酸二無水物

芳香族ジアミンの代表例としては以下のものが挙げられ、これら芳香族ジアミンは、単独あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
（１）４，４’－オキシジアニリン（４，４’－ＯＤＡ）
（２）パラフェニレンジアミン（ＰＰＤＡ）
（３）メタフェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）

有機極性溶媒としては、以下のものが挙げられる。
（１）Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）
（２）ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）
（３）Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）

［フィラー］
フィラー２ａは、摺動層２への表面粗さ及び耐摩耗強度を付与するために配合される「あらし粒子」（添加剤）であり、このために形状異方性を有することが好ましく、特に鱗片状のフィラーが好ましい。また、フィラー２ａは、摺動層２の表面に凹凸を発生させるために、粒子径を選定する必要がある。粒子径は、平均粒径が膜厚の「５％～５０％」程度が好ましい。

フィラー２ａの材質としては、一例として以下のものが挙げられる。ただし、摺動層２の制作の容易さ、耐熱性、潤滑性などの観点から、特に以下に示すような雲母を用いるのが好ましい。
（１）非膨潤性合成マイカであるフッ素金雲母（ＫＭｇ_３（ＡｌＳｉ_３）Ｏ_１０Ｆ_２）やカリウム四ケイ素雲母（ＫＭｇ_２．５Ｓｉ_４Ｏ_１０Ｆ_２）
（２）膨潤性合成マイカであるナトリウム四ケイ素雲母（ＮａＭｇ_２．５Ｓｉ_４Ｏ_１０Ｆ_２）やナトリウムヘクトライト（Ｎａ_０．３３Ｍｇ_２．６７Ｌｉ_０．３３Ｓｉ_４Ｏ_１０Ｆ_２）
（３）シリカ（ＳｉＯ_２）六方晶窒化ホウ素（ＢＮ）
（４）グラファイト
（５）グラフェン

また、フィラー２ａのアスペクト比（長辺と短辺の比）としては「５以上２００以下」程度が好ましい。特に、本実施形態の場合、「３０以上１００以下」程度であれば、後述するポリイミド前駆体溶液を塗工・乾燥させる過程で得られる摺動層２中におけるフィラー２ａの面方向への配向率が、「内周面側（表面側）＜基体側」となりやすい。これにより、摺動層２の内周面側の摺動性及び潤滑剤保持性を高める効果が得られやすい。

さらに、フィラー２ａの配合量は、ポリイミド前駆体溶液やフィラー２ａの種類によって最適な量は変化する。例えば、摺動層２の表面粗さを適切な範囲に調整でき、かつ、摺動層２の耐摩耗強度を損なわない範囲とするために、フィラー２ａの配合量は摺動層２に対し「５重量％以上４０重量％以下」である。フィラー２ａが「５重量％」より少ない場合には、摺動相手材との真実接触面積を減らし、かつ、介在する潤滑剤の保持性を得るために必要な表面粗さが得られにくい。また、フィラー２ａが「４０重量％」より多い場合には、フィラー２ａによってポリイミドが硬くもろくなってしまうため耐摩耗強度が損なわれ、耐久を通じて適切な表面粗さ、即ち摺動性及び潤滑剤保持性を維持することが困難となってしまう。本実施形態における摺動層２の表面粗さについては、後述する。

なお、フィラー２ａをポリイミド前駆体溶液に分散させる方法としては、一例として以下のものが挙げられる。
（１）ポリイミド前駆体溶液にフィラー２ａを直接加え、ミキサーなどの混合機にて予備撹拌した後、３本ロールなどで分散させる方法。
（２）予めポリイミド前駆体溶液と同様の極性溶媒（ＮＭＰなど）にフィラー２ａを加え、サンドミルやビーズミルを用いてフィラー分散溶媒を作製した後、別途得られたポリイミド前駆体溶液とミキサーなどの混合機にて混ぜ合わせる方法。

［摺動層の形成方法］
次に、摺動層２の形成方法の手順について、図４及び図５を用いて説明する。摺動層２は例えばリングコート法等により、フィラー２ａを分散したポリイミド前駆体溶液が基体１の内周面に塗工されることによって形成される。

図４に示すように、まず、基体１を塗工装置２０に設置し（ステップＳ１）、基体１の内周面にポリイミド前駆体溶液５を塗布する（ステップＳ２、塗布工程）。この塗布工程について、図５を用いて具体的に説明する。図５は、リングコート法の塗工装置２０の概略図である。なお、図５中、Ｕは上方向、Ｌは下方向を示している。

図５に示すように、塗工装置２０は基盤２１上に支柱２２、２３が形成されている。塗工ヘッド２４は、支柱２２上に固定されており、不図示の塗工液供給装置に接続されている。支柱２３には、ワーク移動装置２５が昇降可能に設けられており、ワーク移動装置２５には基体１を保持するワークハンド２６が設けられている。ワーク移動装置２５は、支柱２３上に設けられたモータ２７により上下に移動することができ、基体１を保持するワークハンド２６もワーク移動装置２５の移動により上下に移動することができる。

塗工ヘッド２４の外周囲には、円柱の軸と直交する不図示のスリットが形成されている。均一になるようにフィラー２ａを配合したポリイミド前駆体溶液５がスリットから外部に供給され、基体１を塗工ヘッド２４の外周に沿って上下方向に移動させることで、基体１の内周面への塗布が行われる。この塗工装置２０において、摺動層２の厚みは塗布量によって決定し、クリアランス、ポリイミド前駆体溶液５の供給速度、ワーク移動装置２５の移動速度を変更することで任意の塗布量を得ることができる。

図４の説明に戻り、ポリイミド前駆体溶液５が塗布された基体１を加熱乾燥炉３０に設置し（ステップＳ３）、ポリイミド前駆体溶液５を乾燥させる（ステップＳ４、乾燥工程）。このように、基体１の内周面にフィラー２ａを配合したポリイミド前駆体溶液５を塗布した後、加熱することで、ポリイミド前駆体溶液５に含まれる有機極性溶媒を蒸発させてポリイミド前駆体溶液５の粘度を上げて形状を保たせる。

そして、ポリイミド前駆体溶液５が乾燥された基体１を熱風循環炉に設置し（ステップＳ５）、ポリイミド前駆体溶液５を焼成する（ステップＳ６）。具体的には、有機極性溶媒を「約３０容量％」未満に減らした後、基体１を例えば「２００℃」の熱風循環炉に３０分放置して乾燥後、基体１の疲労強度を下げない温度範囲である「３００℃～４００℃」の熱風循環炉内に２０～１２０分放置して焼成する。これにより、脱水閉環反応によりフィラー２ａが分散したポリイミド樹脂の摺動層２を形成することができる。

［弾性層］
弾性層３は、定着時にトナー画像と記録材Ｓの凹凸に対して均一な圧力を与えるために定着部材に担持させる弾性層として機能する。即ち、弾性層３は、定着ニップ部Ｎでトナー像を記録材に定着する時に、トナーを必要以上に押しつぶさず、記録材Ｓが紙である場合に紙の繊維の凹凸に追従する柔軟性を有する弾性を定着ベルト２０１に持たせる層として機能する。かかる機能を発現させる上で、弾性層３の材料としては、加工が容易である、高い寸法精度で加工できる、加熱硬化時に反応副生成物が発生しないなどの理由から、付加反応架橋型の液状シリコーンゴムを用いるのが好ましい。また、後述するフィラーの種類や添加量に応じて、その架橋度を調整することで、弾性を調整することができる。

一般に、付加反応架橋型の液状シリコーンゴムは、不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサンと、ケイ素に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサン、及び架橋触媒として白金化合物が含まれている。ケイ素に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサンは、白金化合物の触媒作用により、不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサン成分のアルケニル基との反応によって架橋構造を形成させる。

弾性層３は、定着ベルト２０１の熱伝導性の向上、補強、耐熱性の向上等のためにフィラーを含んでいてもよい。特に、熱伝導性を向上させる目的では、フィラーとしては高熱伝導性であることが好ましい。具体的には、無機物、特に金属、金属化合物等を挙げることができる。高熱伝導性フィラーの具体例としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が挙げられる。また、高熱伝導性フィラーの具体例としては、シリカ（ＳｉＯ_２）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）などが挙げられる。

これらの高熱伝導性フィラーは単独で、あるいは２種以上を混合して用いることができる。高熱伝導性フィラーの平均粒径は、取り扱い上、及び分散性の観点から「１μｍ以上５０μｍ以下」が好ましい。また、高熱伝導性フィラーの形状は球状、粉砕状、板状、ウィスカ状などがあるが、分散性の観点から球状のものを用いるのが好ましい。定着ベルト２０１の表面硬度への寄与、及び定着時の未定着トナーへの熱伝導の効率から、弾性層３の厚みの好ましい範囲は「１００μｍ以上５００μｍ以下」であり、より好ましくは「２００μｍ以上４００μｍ以下」である。本実施形態においては、高熱伝導性フィラーとしてアルミナを使用し、弾性層３の熱伝導率は「１．０Ｗ／ｍＫ」、厚みは「３００μｍ」とした。

［離型層］
離型層４としては、例えば、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰなどの樹脂をチューブ状に成形したものが用いられる。尚、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、ＰＴＦＥは、ポリテトラフルオロエチレン、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。離型層４としては、上記例示列挙した材料中、成形性やトナー離型性の観点からＰＦＡの適用が好ましい。

離型層４の厚みは、「５０μｍ以下」とするのが好ましい。積層した際に下層の弾性層３の弾性を維持し、定着部材としての表面硬度が高くなりすぎることを抑制できるからである。フッ素樹脂チューブの内周面は、予め、ナトリウム処理やエキシマレーザ処理、アンモニア処理等を施すことで、接着性を向上させることができる。本実施形態においては、押し出し成形で得られた厚み「２０μｍ」のＰＦＡチューブを使用した。チューブ内周面は、後述する接着剤との濡れ性を向上させるためアンモニア処理が施されている。

弾性層３に離型層４としてのＰＦＡチューブ１ｅを接着する接着剤は、弾性層３の表面に塗工した付加硬化型シリコーンゴム接着剤などである。付加硬化型シリコーンゴム接着剤は、アクリロキシ基、ヒドロシリル基（ＳｉＨ基）、エポキシ基、アルコキシシリル基等の官能基を有するシランに代表される自己接着成分が配合された付加硬化型シリコーンゴムを含む。電気炉などの加熱手段にて所定の時間加熱することで、付加硬化型シリコーンゴム接着剤を硬化・接着させ、両端部を所望の長さに切断することで、本実施形態の定着ベルト２０１を得ることができる。

［表面粗さについて］
上述のように、定着ベルト２０１には、定着ベルト２０１の内側に設けられた定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４との摺動性を向上させるために、摺動層２が形成されている。そして、摺動層２への表面粗さ及び耐摩耗強度を付与するために、摺動層２にはフィラー２ａが配合されている。フィラー２ａの配合により、摺動層２は表面粗さが十点平均粗さで「０．２０μｍ以上０．５０μｍ以下」であるものとされる。ただし、本実施形態では、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４の表面粗さに応じて、摺動層２の表面粗さが制限されている。

本実施形態の場合、バックアップ部材としての定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４は、摺動層２との接触面の表面粗さが十点平均粗さで「０．１０μｍ以上０．１５μｍ未満」とされている。これは、定着ベルト２０１の内周面には潤滑剤が塗布されているが、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４側でも潤滑剤を保持しないと、定着ベルト２０１と定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４とで摺動性を確保するのが難しくなる。そこで、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４における潤滑剤の保持性を得るために必要な表面粗さとして、上記した「０．１０μｍ以上」とされている。その一方で、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４の表面粗さが「０．１５μｍ」以上であると、定着ベルト２０１の回転を阻害する原因となる摩擦抵抗力の上昇（トルクアップ）が生じ得る。このトルクアップを抑制するために必要な表面粗さとして、上記した「０．１５μｍ未満」とされている。

これに対し、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４の表面粗さを十点平均粗さＡ、摺動層２の表面粗さを十点平均粗さＢとしたときに、摺動層２の表面粗さは「０．３５μｍ＜Ａ＋Ｂ＜０．６μｍ」を満たすようにしている。上述したように、摺動層２の表面粗さは、 フィラー２ａのアスペクト比やフィラー２ａの配合量によって調整される。また、本実施形態の場合、摺動層２は、硬度がマルテンス硬度で「８０度以上９０度以下」である。

例えば、ベルト鳴きは使用に応じて摺動層２が削れて平滑化されるのに伴って（耐久）、摺動層２と定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４（バックアップ部材）との実接触面積が変化することによって生じ得る。ただし、上述したようなバックアップ部材や摺動層２の表面粗さにすると、ベルト鳴きの原因となるスティックスリップを抑制でき、またトルクアップも抑制できることが、発明者らが行った実験により確かめられている。詳しくは後述するように、摺動層２における粒子（フィラー）の有無、粒子量、樹脂膜厚、樹脂の種類（樹脂種）によって変わる摺動層２の表面粗さとマルテンス硬度（以下、Ｍ硬度と記載）とが、スティックスリップやトルクアップの抑制に関わっている。なお、摺動層２（樹脂膜）の観察から、摺動層２における粒子（フィラー）の分布は、樹脂膜厚と粒子量に関係して変化し、これにより表面粗さやＭ硬度の大きさが左右される。

［実験結果］
表１に、ベルト鳴きに関する実験結果を示す。実験では、表面粗さ（十点平均粗さＡ）が「０．１０μｍ」の定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４を用い、各実施例及び各比較例の定着ベルト２０１を、図２に示すベルト加熱方式の定着装置２００に装着して行った。定着装置２００には、「複合機ＩＲＡ‐Ｃ３０００シリーズ（キヤノン）」を用いた。

表１の各項目について説明する。「粗さＡ」は定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４の表面粗さ（十点平均粗さ）であり、「粗さＢ」は摺動層２の表面粗さ（十点平均粗さ）である。「粗さＡ＋Ｂ」は、「粗さＡ」と「粗さＢ」の単純和である。なお、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４の表面粗さ（Ａ）、定着ベルト２０１の摺動層２の表面粗さ（Ｂ）は、「接触式粗さ計ＳＥ－３５００（小坂研究所）」を使用して測定した。

「粒子有無」は、摺動層２におけるフィラー（粒子）の有無を示す。摺動層２に添加剤としてフィラーを配合した場合を「○雲母」と記し、配合しなかった場合を「×なし」と記した。また、配合しなかった場合で、別途研磨紙による研磨を行ったものを「×研磨」と記した。「粒子％」は、フィラーの配合量である。例えば、ポリイミド樹脂にフィラーを「５重量％」配合した場合を「５％」と記し、「１重量％」配合した場合を「１％」と記した。なお、本実験ではフィラーに、マイカ「ＰＤＭ－５Ｂ（トピー工業）」を用いた。

「樹脂膜厚」は摺動層２の厚さであり、ポリイミド前駆体溶液（ポリイミドワニス）の比重を「１．２」、ワニス固形分を「１９％」として、塗布前後の重量差より計測される重量差、塗布長さ、及び基材を含めない内周長から計算した（式１）。
樹脂膜厚＝（塗布重量÷比重÷塗布長さ÷内周長）×ワニス固形分 ・・・式１

「樹脂種」はポリイミド前駆体溶液（ポリイミドワニス）の種類であり、本実施形態では「ユピア‐ＳＴ１００２」と「ユピア‐ＡＴ１００１」（ともに宇部興産）を使用した。「ユピア‐ＳＴ１００２」と「ユピア‐ＡＴ１００１」を「５０重量％」ずつ混合したものを「樹脂種Ｄ」と記し、「ユピア‐ＳＴ１００２」のみを混合したものを「樹脂種Ｅ」と記した。

Ｍ硬度（マルテンス硬度）は、摺動層２の硬さである。測定は「ＦＩＳＣＨＥＲ ＰＩＣＯＤＥＮＴＯＲ ＨＭ５００（フィッシャー・インストルメンツ）」により、ここではビッカース圧子を用い、押し込み深さ「２０００ｎｍ」、押し込み力「２５ｍＮ」にて測定したときの最大押し込み深さでの値を記載した。

上記した各項目の数値に従って定着ベルト２０１を製作し、製作した定着ベルト２０１の評価を行った結果を「評価結果」に記した。なお、定着ベルト２０１の諸元として、基体１には、ステンレス鋼で厚さ「４０マイクロメートル」、外径「２４ｍｍ」、長さ「４００ｍｍ」の円筒状材料を使用し、その基体１に摺動層２、弾性層、表面樹脂層を形成した。そして、円筒両端を切断、研磨して、定着ベルト２０１を完成した。摺動層２は、円筒状の基体１の内面に、上述した形成方法（図４参照）により、塗膜厚さ「６０μｍ」で塗布、循環式電気炉により「１６０℃」で「３０分」乾燥、その後「３５０℃」で「６０分」焼成して、ポリイミド樹脂の摺動層２を形成した。摺動層２の厚さ（樹脂膜厚）は、表１に示すように、上記した「７μｍ以上１４μｍ以下」としている。

「評価結果」には、画像形成した記録材Ｓの累計枚数が定着ベルト２０１の交換タイミング（ベルト寿命）である３０万枚（３００Ｋ）に達しても、ベルト鳴きが生じなかった場合を「○」で示した。一方、記録材Ｓの累計枚数が３０万枚に達していないにも関わらず、ベルト鳴きが生じた場合を「×」で示し、またベルト鳴きが生じた時点の累計枚数を記した。

評価結果について述べる。表１に示すように、本実施形態の一例である「実施例１、２」では、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４の表面粗さ（粗さＡ）が「０．１０μｍ」であるのに対し、摺動層２の表面粗さ（粗さＢ）がそれぞれ「０．３５μｍ」、「０．２８μｍ」である。即ち、「粗さＢ」は、上述した「０．２０μｍ以上０．５０μｍ以下」である。それ故、摺動層２の表面粗さ（粗さＢ）と、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４の表面粗さとの和（粗さＡ＋Ｂ）は、それぞれ「０．４５μｍ」、「０．３８μｍ」であり、上述した「０．３５μｍ＜Ａ＋Ｂ＜０．６μｍ」を満たす。そして、摺動層２の厚み（樹脂膜厚）はそれぞれ「１２μｍ」、「１０μｍ」であり、上述した「７μｍ以上１４μｍ以下」である。さらに、摺動層２の「Ｍ硬度」はそれぞれ「８８．５度」、「８７．７度」であり、「８０度以上９０度以下」である。これら「実施例１、２」では、ベルト寿命である３０万枚（３００Ｋ）の記録材Ｓに画像形成しても、ベルト鳴きが生じなかった。

これに対し、「比較例１～５」では、ベルト寿命である３０万枚に達する前にベルト鳴きが生じた。このうち「比較例１、２」は、摺動層２の表面粗さと、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４の表面粗さとの和（粗さＡ＋Ｂ）が「０．３５μｍ＜Ａ＋Ｂ＜０．６μｍ」を満たしていない。

詳しくは、「比較例１」は摺動層２にフィラーを含まず、「比較例２」は 摺動層２にフィラーを含むが、フィラーの配合量が上記した「５重量％以上４０重量％以下」でない。そのため、「比較例１、２」では、摺動層２の表面粗さ（粗さＢ）がそれぞれ「０．１０μｍ」、「０．１８μｍ」であり、「０．２０μｍ以上０．５０μｍ以下」の範囲外である。この場合、「粗さＡ＋Ｂ」は「０．３５μｍ＜Ａ＋Ｂ＜０．６μｍ」を満たしていない。それ故、記録材Ｓの累計枚数が３０万枚に達していない「５万枚（５０Ｋ）」、「６万枚（６０Ｋ）」に達した時点で、ベルト鳴きが生じた。

「比較例３」は、「粗さＢ」が「０．２６μｍ」であり、「０．２０μｍ以上０．５０μｍ以下」である。この場合、「粗さＡ＋Ｂ」は「０．３６μｍ」であり、「０．３５μｍ＜Ａ＋Ｂ＜０．６μｍ」を満たしている。また、摺動層２の「Ｍ硬度」は「８７．４度」であり、「８０度以上９０度以下」である。ただし、摺動層２の厚み（樹脂膜厚）が「６μｍ」であり、上述した「７μｍ以上１４μｍ以下」でない。この場合、記録材Ｓの累計枚数が３０万枚に達していない「１５万枚（１５０Ｋ）」に達した時点で、ベルト鳴きが生じた。

「比較例４、５」は、「粗さＢ」が「０．２０μｍ以上０．５０μｍ以下」であり、「粗さＡ＋Ｂ」が「０．３５μｍ＜Ａ＋Ｂ＜０．６μｍ」を満たしている。摺動層２の厚み（樹脂膜厚）は共に「１０μｍ」であり、上述した「７μｍ以上１４μｍ以下」である。ただし、「比較例４、５」は、摺動層２の「Ｍ硬度」がそれぞれ「９０．６度」、「７４．４度」であり、「８０度以上９０度以下」でない。この場合、記録材Ｓの累計枚数が３０万枚に達していない「１０万枚（１００Ｋ）」、「９．５万枚（９５Ｋ）」にそれぞれ達した時点で、ベルト鳴きが生じた。

「粗さＡ＋Ｂ」について述べる。摺動層２と定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４との実接触面積は、摺動層２の表面粗さ（粗さＡ）と、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４の表面粗さ（粗さＢ）との和（粗さＡ＋Ｂ）に比例する。表面粗さの和（粗さＡ＋Ｂ）が大きければ、実接触面積は大きくなる。この表面粗さの和（粗さＡ＋Ｂ）が「Ａ＋Ｂ≦０．３５μｍ」の場合には、耐久に応じた削れによりベルト寿命に達する前に潤滑剤保持性が不足するほどに実接触面積が小さくなり過ぎて、摺動が不安定になり、ベルト鳴きが生じる。

他方、表面粗さの和（粗さＡ＋Ｂ）が「０．６μｍ≦Ａ＋Ｂ」の場合には、耐久に応じた削れによりベルト寿命に達する前に潤滑剤保持性が不足するほどに実接触面積が小さくなることはない。したがって、ベルト寿命に達する前にベルト鳴きは生じ難い。しかし、実接触面積が大きい場合には小さい場合よりも、摺動層２や定着ヒータ２０２またヒータホルダ２０４が互いの摺動により削られて生じる削れ粉の量が多くなり、これが抵抗となって摺動負荷が大きくなる（トルクアップ）を生じさせる虞がある。

上記点に鑑み、本実施形態では、「粗さＡ＋Ｂ」が「０．３５μｍ＜Ａ＋Ｂ＜０．６μｍ」を満たすようにした。表面粗さの和（粗さＡ＋Ｂ）が「０．３５μｍ＜Ａ＋Ｂ＜０．６μｍ」の場合、実接触面積が耐久によらず適切に維持され、ベルト寿命に達しても摺動が安定しているので、ベルト鳴きが生じない。また、削れ粉の量はベルト寿命に達する前に、トルクアップを生じさせるほど増えない。

上述したように、本実施形態では、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４に関し、摺動層２と摺動する接触面の表面粗さ（粗さＡ）を十点平均粗さで「０．１０μｍ以上０．１５μｍ以下」としている。他方、定着ベルト２０１は摺動層２に関し、硬度がマルテンス硬度で「８０度以上９０度以下」とし、また、その表面粗さ（粗さＢ）を十点平均粗さで「０．３５μｍ＜Ａ＋Ｂ＜０．６μｍ」を満たすようにした。こうすると、摺動層２や定着ヒータ２０２またヒータホルダ２０４が互いの摺動によりあまり削られずに、摺動層２と定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４との実接触面積が適切に維持されるので、ベルト寿命に達しても摺動は安定している。このように、本実施形態によれば、耐久寿命を通じてスティックスリップやトルクアップが生じるのを抑制することができる。

＜他の実施形態＞
なお、上述の実施形態では、定着ベルト２０１に当接させた定着ヒータ２０２により定着ベルト２０１を加熱させる構成を例に説明したが、これに限らない。図示を省略したが、例えば、発熱自在なハロゲンランプなどを、定着ベルト２０１の内側に定着ベルト２０１に当接させずに配置しておき、このハロゲンランプからの輻射熱によって定着ベルト２０１を加熱させる構成がある。この構成では、ハロゲンランプからの輻射熱を効率良く伝導して定着ベルト２０１を加熱すべく、定着ベルト２０１の内側に非回転に設けられ、定着ベルト２０１を加圧ローラ２０６に向けて押圧するニップ形成部材が設けられている。即ち、ニップ形成部材は、定着ベルト２０１の内周面と摺動するバックアップ部材に相当する。このような構成のベルト加熱方式の定着装置であっても、本発明は適用可能である。

１…基体、２…摺動層、２ａ…フィラー、２００…定着装置、２０１…定着ベルト、２０２…バックアップ部材（定着ヒータ）、２０４…バックアップ部材（ヒータホルダ）、２０６…回転体（加圧ローラ）、２２０…駆動手段（駆動モータ）、Ｎ…定着ニップ部（ニップ部）、Ｓ…記録材

Claims (9)

1. 記録材に形成されたトナー像を記録材に定着させる定着装置であって、
   回転可能に設けられた無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの内側に非回転に設けられ、前記定着ベルトの内周面と摺動するバックアップ部材と、
   前記定着ベルトを前記バックアップ部材とにより挟むように前記定着ベルトの外周面に当接し、記録材を挟持搬送して記録材にトナー像を定着する定着ニップ部を形成する回転体と、を備え、
   前記定着ベルトは、基体と、前記基体の内周に形成され、前記バックアップ部材と接触して摺動される摺動層と、を有し、
   前記バックアップ部材は、前記摺動層との接触面の表面粗さが十点平均粗さで「０．１０μｍ以上０．１５μｍ未満」であり、
   前記摺動層は、硬度がマルテンス硬度で「８０度以上９０度以下」であり、且つ、前記バックアップ部材の表面粗さを十点平均粗さＡ、前記摺動層の表面粗さを十点平均粗さＢとしたときに、前記摺動層の表面粗さが「０．３５μｍ＜Ａ＋Ｂ＜０．６μｍ」を満たす、
   ことを特徴とする定着装置。
2. 前記バックアップ部材は、前記定着ベルトを加熱するために設けられた発熱自在なヒータである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記摺動層の表面粗さは、十点平均粗さで「０．２０μｍ以上０．５０μｍ以下」である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記基体は、フィルム状に形成された金属フィルムであり、
   前記摺動層は、形状異方性を有するフィラーを含有した樹脂層である、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記フィラーは、アスペクト比が「３０以上１００以下」である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記フィラーの配合量は、摺動層の重量に対し「５重量％以上４０重量％以下」である、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の定着装置。
7. 前記フィラーは、雲母である、
   ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記摺動層は、厚さが「７μｍ以上１４μｍ以下」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. 前記回転体を駆動する駆動手段を備え、
   前記定着ベルトは、前記駆動手段による前記回転体の回転に従動して回転する、
   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。

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