(57)【要約】      （修正有）【課題】摺動抵抗を減らし、高寿命で安定的な摺動が継続できる信頼性の高い定着ベルト、定着装置および画像形成装置を提供する。【解決手段】円筒状基材１０１ａと、円筒状基材１０１ａの内周面に位置する摺動層１０１ｂと、を備え、摺動層１０１ｂの表面に固体潤滑剤粒子が偏在している、定着ベルト。【選択図】図２
2020197670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状基材と、
前記円筒状基材の内周面に位置する摺動層と、を備え、
前記摺動層の表面に固体潤滑剤粒子が偏在している、定着ベルト。
【請求項２】
前記固体潤滑剤粒子は、偏在によって密集する第１固体潤滑剤粒子の方が、偏在によって散在する第２固体潤滑剤粒子よりも大きい、請求項１に記載の定着ベルト。
【請求項３】
前記摺動層の表面の面積に対する前記固体潤滑剤粒子が偏在する面積の割合は、１〜３０％である、請求項１または２に記載の定着ベルト。
【請求項４】
前記摺動層は熱硬化性樹脂の硬化物を含み、前記固体潤滑剤粒子は、グラファイト、フッ素樹脂および二硫化モリブデンから選ばれる１種以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の定着ベルト。
【請求項５】
前記固体潤滑剤粒子は、一次粒子の凝集体から成る二次粒子として偏在している、請求項１〜４のいずれかに記載の定着ベルト。
【請求項６】
記録媒体にトナーを定着する定着装置であって、
請求項１〜５のいずれかに記載の定着ベルトと、
前記定着ベルトの外周面を加圧する加圧ローラと、
前記定着ベルトの内周面に摺接するように固定され、前記定着ベルトを介して前記加圧ローラに圧接して前記記録媒体が搬送されるニップ部を形成するニップ部形成部材と、
前記定着ベルトを加熱する加熱部材と、
を備える定着装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の定着ベルトを備える、画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着ベルト、定着装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ、または、それらの複合機等の画像形成装置等に用いられる定着プロセスにおいて、省エネやコンパクト化によるコストダウン等が主流となり、摺動定着技術が多く用いられている。摺動定着技術では、主に定着ベルトの内周面と、それに対となるニップ形成部とで定着ベルトを滑らせることが多い。定着ベルトとニップ形成部を備える摺動部には潤滑剤が用いられていることが主流であり、摺動抵抗をいかに少なくするか技術開発が進んでいる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ベルト部材の内周面に固定部材が摺接する場合であっても、ベルト部材と固定部材との間に介在される潤滑剤が経時においても安定的に保持されて、ベルト部材や固定部材の摩耗が少なく耐久性の高い、定着装置および画像形成装置が提案されている。具体的には、固定部材とベルト部材との間には潤滑剤が介在される。そして、固定部材とベルト部材とは、双方の部材が摺接する摺接面にフッ素を含有する材料で形成された表面層をそれぞれ具備し、一方の表面層が多孔質状に形成され、少なくとも一方の表面層の表面エネルギーが潤滑剤の表面張力よりも大きくなるように形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０２６４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の定着装置の場合には、摺動部に存在すべき潤滑剤の減少や、表面層が摩耗することで発生する摩耗粉の影響によって、摺動部の潤滑性が徐々に低下し、経時でユニットトルクが上昇してしまうおそれがある。ユニットトルクの上昇によって、摺動部に送られてくる紙のスリップの発生や、定着ベルトまたは加圧ローラが破損するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、摺動抵抗を減らし、高寿命で安定的な摺動が継続できる信頼性の高い定着ベルト、定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、本発明の定着ベルトは、円筒状基材と、前記円筒状基材の内周面に位置する摺動層と、を備え、前記摺動層の表面に固体潤滑剤粒子が偏在していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の定着ベルトによれば、円筒状基材と、前記円筒状基材の内周面に位置する摺動層と、を備え、摺動層の表面に固体潤滑剤粒子が偏在していることで、定着ベルトとニップ部形成部材との接触面積を減少させることが可能となり、局所的に固体潤滑剤粒子とニップ部形成部材との接触が起こるため、摺動抵抗を減らすことができ、高寿命で安定的な摺動が継続できる信頼性の高い定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の定着ベルトを用いた定着装置の一例を模式的に示す側面断面図である。
【図２】定着ベルトの概略を示す側面断面図である。
【図３】定着装置の定着ベルト軸方向端部の概略を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態における定着ベルトの摺動層の概略を示す側面断面図である。
【図５】図４とは異なる態様の、本発明の第２実施形態における定着ベルトの摺動層の概略を示す側面断面図である。
【図６】加圧ローラの概略を示す側面断面図である。
【図７】ニップ部形成部材の概略を示す側面断面図である。
【図８】本発明の一実施形態の定着ベルトを用いた画像形成装置の一例を模式的に示す側面構成図である。
【図９】比較例の定着ベルトの概略を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。尚、既に説明した構成と同じ構成には、同じ符号を付すとともに説明を省略する。
【００１１】
［定着装置］
図１に示す定着装置１００は、紙等の記録媒体に着色材料としてトナーを定着する装置である。定着装置１００は、本発明の一実施形態の定着ベルト１０１と、加圧ローラ１０２と、加熱部材１０３と、ニップ部形成部材１０４とを備える。
【００１２】
〈定着ベルト〉
定着ベルト１０１は、円筒状基材１０１ａと、円筒状基材１０１ａの内周面に位置する摺動層１０１ｂと、を備える（図２）。
【００１３】
定着ベルト１０１は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材が用いられる。定着ベルト１０１の内周側に、ニッケルもしくはステンレス鋼等の金属材料またはポリイミド（ＰＩ）等の樹脂材料で形成された、円筒状基材１０１ａを備えている（図２）。
【００１４】
また、定着ベルト１０１の外周側に、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）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等で形成された離型層１０１ｄを備えることができる（図２）。
【００１５】
円筒状基材１０１ａと離型層１０１ｄの間には、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴムまたはフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層１０１ｃを介在させてもよい（図２）。
【００１６】
また、円筒状基材１０１ａよりも内周側、すなわち円筒状基材１０１ａの内周面に摺動層１０１ｂを有する（図２）。摺動層１０１ｂは、例えば、ＰＦＡまたはＰＴＦＥ等のようなフッ素樹脂からなる摺動性のある材料や、ＰＩやポリアミドイミド（ＰＡＩ）またはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の、融点が高く高温条件下で使用が可能なバインダー樹脂等で構成された材料を含むベース２０１に、固体潤滑剤粒子が分散されて形成される。
【００１７】
定着ベルト１０１は、低熱容量化を図るために、薄くかつ小径化されている場合がある。具体的には、定着ベルト１０１を構成する円筒状基材１０１ａ、摺動層１０１ｂ、弾性層１０１ｃ、離型層１０１ｄのそれぞれの厚さを、２０〜５０μｍ、５〜２０μｍ、５０〜３００μｍ、５〜３０μｍの範囲に設定することができ、そして、定着ベルト１０１の全体の厚みが１ｍｍ以下になるように設定することができる。更に低熱容量を図るためには、定着ベルト１０１の全体の厚みを望ましくは０．２ｍｍ以下にするのがよく、更に望ましくは０．１６ｍｍ以下にするのがよい。
【００１８】
また、定着ベルト１０１の直径は２０〜５０ｍｍに設定することができる。更に低熱容量を図るためには、また、定着ベルト１０１の直径を３０ｍｍ以下とするのが望ましい。
【００１９】
図３に、定着装置１００の定着ベルト１０１の軸方向端部の概略を示す斜視図を示す。図３では、定着ベルト１０１の片側の端部の構成のみ図示しているが、定着ベルト１０１の反対側の端部も同様の構成となっている。以下、図３に基づき定着装置１００の定着ベルト１０１の軸方向片側端部の構成について説明する。
【００２０】
図３に示すように、定着ベルト１０１の軸方向端部には、ベルト保持部材であるフランジ１００１が挿入されることができ、定着ベルト１０１の軸方向端部は、このフランジ１００１によって回転可能に保持されることができる。なお、フランジ１００１は、定着ベルト１０１の寄り止めガイド部と回転ガイド部からなる。
【００２１】
図３に示すように、定着ベルト１０１の端面とそれに対向するフランジ１００１の対向面との間には、定着ベルト１０１の端部を保護する保護部材としてのスリップリング１００２を設けることができる。定着ベルト１０１の寄り止めガイド部は回転しないため、寄り止めガイド部と定着ベルト１０１の端部との接触や定着ベルト１０１の回転にともなって寄り止めガイド部や定着ベルト１０１の磨耗が生じる場合がある。そこで、このような摩耗を防止するべく、定着ベルト１０１の回転にともなって回転可能なスリップリング１００２を、定着ベルト１０１と寄り止めガイド部との間に備えることができる。スリップリング１００２により、定着ベルト１０１に軸方向の寄りが生じた場合に、定着ベルト１０１の端部が寄り止めガイド部に直接当たるのを防止することができ、定着ベルト１０１やフランジ１００１の端部の磨耗や破損を防ぐことができる。また、スリップリング１００２は、フランジ１００１の外周面に対して余裕をもって嵌めることができる。これにより、定着ベルト１０１の端部がスリップリング１００２に接触した場合には、スリップリング１００２は定着ベルト１０１と連れ回りしてもよく、また、スリップリング１００２が連れ回りせず止まっていても構わない。また、フランジ１００１は、定着装置１００の側板に固定されていてもよい。
【００２２】
スリップリング１００２の材料としては、特に限定されないが、例えば、耐熱性を有するスーパーエンジニアプラスチックを用いることができる。具体的には、ＰＰＳ、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ＰＡＩ、ＰＴＦＥ等を用いることが好ましい。
【００２３】
なお、本実施形態では、定着ベルト１０１の内周面と接触する部材は、フランジ１００１とニップ部形成部材１０４のみとすることができる。これらの部品以外に、定着ベルト１０１の内周面に接触して定着ベルト１０１の回転をガイドするような部材は存在しなくてもよい。
【００２４】
［摺動層］
〈第１実施形態〉
摺動層１０１ｂの第１実施形態として、図４に摺動層２００を示す。摺動層２００の表面２００ａには、固体潤滑剤粒子２０２が偏在しており、表面２００ａに固体潤滑剤粒子２０２が均一に分散した状態ではない。
【００２５】
〈第２実施形態〉
摺動層１０１ｂの第１実施形態として、図５に摺動層３００を示す。摺動層３００の表面３００ａには、固体潤滑剤粒子として第１固体潤滑剤粒子３０１と、第２固体潤滑剤粒子３０２が偏在しており、表面３００ａに第１固体潤滑剤粒子３０１や第２固体潤滑剤粒子３０２が均一に分散した状態ではない。
【００２６】
また、第２実施形態のように、偏在によって密集する第１固体潤滑剤粒子３０１の方が、偏在によって散在する第２固体潤滑剤粒子３０２よりも大きいことが好ましい。これにより、より摺動抵抗を減らすことができ、高寿命で安定的な摺動が継続できる信頼性のより高い定着ベルトを得ることができる。
【００２７】
摺動層２００の表面２００ａの面積に対する固体潤滑剤粒子２０２が偏在する面積の割合は、１〜３０％であることが好ましい。同様に、摺動層３００の表面３００ａの面積に対する固体潤滑剤粒子３０１、３０２が偏在する面積の割合は、１〜３０％であることが好ましい。この割合が１〜３０％であることにより、摺動抵抗を減らし、高寿命で安定的な摺動が継続できる信頼性の高い定着ベルトを得ることができる。この割合が１％未満の場合には、固体潤滑剤粒子とニップ部形成部材１０４との接触に加え、摺動層１０１ｂのベース２０１とニップ部形成部材１０４が直接接触する面積が大きくなることにより、摺動抵抗を減らす効果が十分に得られなくなるおそれがある。また、この割合が３０％より高い場合には、局所的な固体潤滑剤粒子とニップ部形成部材との接触が局所的ではなくなることにより、摺動抵抗を減らす効果が不十分となるおそれがある。
【００２８】
摺動層２００または３００は、熱硬化性樹脂の硬化物を含んでもよい。熱硬化性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド等が挙げられる。これらのいずれかを含むことにより、摺動層２００や３００の耐熱性を向上させることができる。特に、耐熱性を有する熱硬化性樹脂としてポリイミドまたはポリアミドイミド樹脂を含むことにより、耐熱性をより向上させることができる。熱硬化性樹脂の硬化物は、例えばベース２０１中に分散するように含まれてもよく、ベース２０１に含まれる熱可塑性樹脂と相溶した状態で含まれてもよい。また、熱可塑性樹脂によってベース２０１が形成されていてもよい。
【００２９】
また、摺動層２００または３００は、固体潤滑剤粒子２０２、３０１または３０２は、グラファイト、フッ素樹脂および二硫化モリブデンから選ばれる１種以上であってもよい。これらの材料であれば、固体で潤滑性のある粒子を容易に形成することができる。
【００３０】
固体潤滑剤粒子２０２、３０１または３０２は、一次粒子の凝集体から成る二次粒子として偏在していてもよい。二次粒子であることにより、摺動層の表面に固体潤滑剤粒子が偏在しやすくなる。その結果、定着ベルト１０１の摺動抵抗を減らし、高寿命で安定的な摺動が継続できる信頼性の高い定着ベルト１０１を得ることができる。例えば、固体潤滑剤粒子２０２の一次粒子２０２ａが凝集した二次粒子２０２ｂや（図４）、第１固体潤滑剤粒子３０１の一次粒子３０１ａが凝集し、山状に隆起して凝集体となった二次粒子３０１ｂ（図５）が挙げられる。
【００３１】
〈加圧ローラ〉
加圧ローラ１０２は、定着ベルト１０１の外周面１０１ｘを加圧するローラである。加圧ローラ１０２としては、例えば、定着ベルト１０１に対向して回転可能に設けられた対向回転体からなる加圧部材が挙げられる。
【００３２】
具体的には、図６に示すように、芯金１０２ａ、弾性層１０２ｂおよび離型層１０２ｃによって構成することができる。なお、弾性層１０２ｂは、芯金１０２ａの表面に配置されており、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴムまたはフッ素ゴム等で構成することができる。また、離型層１０２ｃは、弾性層１０２ｂの表面に設けられ、ＰＦＡまたはＰＴＦＥ等で構成することができる。
【００３３】
加圧ローラ１０２は、加圧手段によって定着ベルト１０１側に向けて加圧されることにより、定着ベルト１０１を介してニップ部形成部材１０４に当接している。加圧ローラ１０２と定着ベルト１０１とが圧接する箇所では、加圧ローラ１０２の弾性層１０２ｂが押しつぶされることによって、所定の幅のニップ部１Ｎが形成されている。加圧ローラ１０２は、例えば画像形成装置に設けられているモータ等の駆動源によって回転駆動される。加圧ローラ１０２が回転駆動されると、その駆動力がニップ部１Ｎで定着ベルト１０１に伝達され、定着ベルト１０１が従回転駆動できるようになっている。また、回転駆動源が定着ベルト１０１側にあり、ニップ部１Ｎより伝達された駆動力が加圧ローラ１０２に伝わることで、加圧ローラ１０２が従回転駆動する構成をとることもできる。
【００３４】
本実施形態では、加圧ローラ１０２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１０２の内部にハロゲンヒータ等の加熱源を配置してもよい。
【００３５】
また、加圧ローラ１０２として弾性層１０２ｂがない態様をとることも可能である。この場合は、熱容量が小さくなり定着性が向上するが、未定着のトナーをニップ部１Ｎで押しつぶして定着させるときに、定着ベルト１０１の表面にある微小な凹凸が画像に転写されて、画像のベタ部に光沢ムラが生じる可能性がある。これを防止するためには、厚さ１００μｍ以上の弾性層１０２ｂを設けることが望ましい。厚さ１００μｍ以上の弾性層１０２ｂを設けることによって弾性層１０２ｂの弾性変形によって微小な凹凸を吸収することができる。その結果、光沢ムラの発生を防止することができるようになる。
【００３６】
弾性層１０２ｂは、ソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ１０２の内部に加熱源がない場合は、発泡性のスポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まるため、定着ベルト１０１の熱がニップ部１Ｎを伝わって奪われにくくなるので望ましい。また、加圧ローラ１０２と定着ベルト１０１は、互いに圧接する場合に限らず、加圧を行わず単に接触させるだけの構成とすることも可能である。
【００３７】
なお、本実施形態では、加圧ローラ１０２の直径は２０〜５０ｍｍに設定することが可能である。例えば、定着ベルト１０１の直径と加圧ローラ１０２の直径は等しくなるよう設定されることが多い。ただし、この構成に限定されるものではなく、例えば、定着ベルト１０１の直径が、加圧ローラ１０２の直径よりも小さくなるように構成してもよい。この場合、ニップ部１Ｎにおける定着ベルト１０１の曲率が、加圧ローラ１０２の曲率よりも小さくなる。そのため、ニップ部１Ｎから排出される記録媒体１０７が、定着ベルト１０１から分離されやすくなる。
【００３８】
〈加熱部材〉
加熱部材１０３は、定着ベルト１０１を加熱する部材である。例えば、定着ベルト１０１を加熱する熱源として定着ベルト１０１の内側に配置される加熱部材１０３が挙げられる（図１）。
【００３９】
加熱部材１０３としては、ハロゲンヒータが挙げられ、ハロゲンヒータの両端部が定着装置１００の側板に固定されることができる。ハロゲンヒータは、例えば画像形成装置に配置された電源部より出力制御されて発熱する。ハロゲンヒータの出力制御は、温度センサによる定着ベルト１０１の表面温度の検知結果に基づいて行うことができる。このようなハロゲンヒータの出力制御によって、定着ベルト１０１の温度（定着温度）を所望の温度に維持できるようになっている。
【００４０】
また、定着ベルト１０１を加熱する加熱部材１０３として、ハロゲンヒータ以外にもＩＨ（電磁誘導加熱）、抵抗発熱体またはカーボンヒータ等を用いてもよい。
【００４１】
本実施形態の定着装置１００は、従来の定着装置と比べて更なる省エネ性やファーストプリントタイム短縮等の性能向上のために、構成に様々な工夫が施されている。具体的には、加熱部材１０３によって定着ベルト１０１のニップ部１Ｎ以外の箇所を直接加熱できるようにしている（直接加熱方式）。また、定着ベルト１０１は、加熱部材１０３との間には何も介在しないように構成することができる。この構成によって、加熱部材１０３と定着ベルト１０１とが対向する位置では、加熱部材１０３から発せられる輻射熱が、定着ベルト１０１に直接与えられるようになる。
【００４２】
〈ニップ部形成部材〉
ニップ部形成部材１０４は、定着ベルト１０１の内周面に摺接するように固定され、定着ベルト１０１を介して加圧ローラ１０２に圧接して記録媒体１０７が搬送されるニップ部１Ｎを形成する部材である（図１）。
【００４３】
ニップ部形成部材１０４は、例えば図７に示すようなベースパッド１０４ａと、ベースパッド１０４ａの表面に設けられた定着ベルト１０１の内周面と摺擦する低摩擦性の摺動部材１０４ｂを備えることができる。ベースパッド１０４ａは、加圧ローラ１０２の加圧力を受けてニップ部１Ｎの形状を決める部材である。このため、ベースパッド１０４ａは、定着ベルト１０１の軸方向または加圧ローラ１０２の軸方向に平行して配置されてもよい。
【００４４】
また、ベースパッド１０４ａは、耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材で構成されてもよい。これにより、トナー定着温度域で、熱によるベースパッド１０４ａの変形を防止し、安定したニップ部１Ｎの状態を確保することができる。この結果、安定した画像を得ることができる。
【００４５】
ベースパッド１０４ａは、摺動部材１０４ｂを挟んで対向する加圧ローラ１０２とで構成されるニップ部１Ｎの形状を決める機能を有している。そのため、ニップ部１Ｎに対向する面がほぼ平坦であり、この形状を維持するための材料としてある程度剛性のある材料を用いることができる。
【００４６】
例えば、一般的な耐熱性樹脂材料を用いることが可能である。具体的には、ＰＰＳ、ＰＡＩ、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などを用いることができる。
【００４７】
また、ベースパッド１０４ａの少なくとも定着ベルト１０１の内周面側となる表面には、低摩擦係数を有する摺動部材１０４ｂが配置されてもよい（図７）。摺動部材１０４ｂは、定着ベルト１０１が回転する際、定着ベルト１０１表面を摺動させることができる。摺動部材１０４ｂは、摺動する定着ベルト１０１に生じる駆動トルクを低減するとともに、定着ベルト１０１への摩擦力による負荷を軽減させるために用いられる。
【００４８】
また、摺動部材１０４ｂには、潤滑剤が含浸されている。潤滑剤としては、例えばシリコーンオイルが挙げられ、耐熱性や耐久性および潤滑能力に優れる点で望ましく、使用条件により様々な粘度のものを選択できるため望ましい。
【００４９】
その他の潤滑剤として用いることができるのは、フッ素グリスやシリコン系グリスが挙げられる。潤滑剤については、摺動部材１０４ｂ全体に１種類のものを含浸させることだけに限らず、軸方向の中央部と両端部で異なる粘性および材質のものを複数種類用いることも可能である。
【００５０】
（その他の構成）
本発明の一実施形態にかかる定着装置１００は、上記の定着ベルト等の他にも、他の構成を備えることができる。例えば、定着ベルト１０１の内側に、ニップ部形成部材１０４を支持する支持部材としてのニップ部形成部材ステー１０６を設けることができる（図１）。
【００５１】
ニップ部形成部材１０４をニップ部形成部材ステー１０６で固定し支持することにより、加圧ローラ１０２による圧力でニップ部形成部材１０４に撓みが生じるのを抑制し、加圧ローラ１０２の軸方向に平行して均一なニップ幅が得られるようになる。
【００５２】
ニップ部形成部材ステー１０６は、ニップ部形成部材１０４の撓み防止機能を満たすために、ステンレス鋼や鉄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、樹脂材料を用いることも可能である。
【００５３】
また、定着ベルト１０１の温度を検知する温度検知手段としての温度センサ、定着ベルト１０１から記録媒体１０７を分離する記録媒体分離手段としての分離部材と、加圧ローラ１０２を定着ベルト１０１へ加圧する加圧手段を備えることができる。
【００５４】
以下、図１を基に、本実施形態の定着装置１００の基本動作について、その一例を説明する。
【００５５】
まず、定着装置１００を備える画像形成装置の電源が投入されると、加熱部材１０３に電力が供給されるとともに、加圧ローラ１０２が図１に示す１Ａの方向に回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト１０１は、加圧ローラ１０２との摩擦力によって図１に示す１Ｂの方向に従動回転する。その後、画像形成工程により未定着のトナー画像１０８が乗っている記録媒体１０７が、ガイド板に案内されながら１Ｃの方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト１０１および加圧ローラ１０２のニップ部１Ｎに送入される。そして、記録媒体１０７が加熱部材１０３によって加熱されて、定着ベルト１０１による熱と、定着ベルト１０１と加圧ローラ１０２との間の加圧力とによって、記録媒体１０７の表面にトナー画像１０８が定着される。トナー画像１０８が定着された記録媒体１０７は、ニップ部１Ｎから反対側へ搬出される。このとき、記録媒体１０７の先端が、分離部材の先端に接触することで、記録媒体１０７を引き離す方向へ案内するような形で、記録媒体１０７が定着ベルト１０１から分離される。その後、分離された記録媒体１０７は、定着装置１００の外へ搬出されて、排紙トレイにストックされる。
【００５６】
［画像形成装置］
本発明の一実施形態にかかる画像形成装置について、図８を参照して説明する。本実施形態の画像形成装置５００は、電子写真方式を利用したものであり、前述した定着装置１００を備えることができる。
【００５７】
図８は本発明の一実施形態にかかる定着ローラを備える画像形成装置全体の一例を示す概略構成図である。本実施形態では、画像形成装置５００としてタンデム型カラープリンタ用の作像ユニットを備えるものを示している。ただし、本発明の画像形成装置はこれに限定されず、ロータリー型カラープリンタや、モノクロプリンタでもよい。また、画像形成装置はプリンタに限定されるものではなく、複写機、ファクシミリ、またはこれらの複合機等の各種画像形成装置とすることができる。
【００５８】
画像形成装置５００本体の上方に設置されたボトル収容部６０１には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル６０２Ｙ、６０２Ｍ、６０２Ｃ、６０２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。ボトル収容部６０１の下方には中間転写ユニット８５が配設されている。中間転写ユニット８５に設置された中間転写ベルト７８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが並設されている。作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設されている。また、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５、現像装置７６、クリーニング部７７、除電部などが配設されている。そして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋのそれぞれは回転し、それぞれの感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に対して、下記の作像プロセスが行われて、それぞれの感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像が形成される。ここで、作像プロセスとは、帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程を指す。
【００５９】
以下に、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋに対する作像プロセスについて説明する。感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、駆動モータによって、図８において時計方向に回転駆動される。そして、帯電部７５（図８には感光体ドラム５Ｋに対応したもののみを示している）において、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程）。帯電された後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、露光部４０から発せられるレーザ光により照射及び露光され、各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程）。潜像が形成された感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、現像装置７６（図８においては、感光体ドラム５Ｋに対応したものにのみ符号を付している）により静電潜像がトナー現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程）。
【００６０】
さらに、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像は、中間転写ベルト７８および１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋにより、中間転写ベルト７８上に転写される（１次転写工程）。このようにして中間転写ベルト７８上に重ねてトナー像が転写されることにより、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。
【００６１】
前記転写の後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、クリーニング部７７に達して、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面に残存した未転写トナーがクリーニング部７７のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程）。なお、図８には感光体ドラム５Ｋに対応したものにのみ符号を付している。この後、除電部により感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面の残留電位が除去される。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋに対する一連の作像プロセスが終了する。
【００６２】
次に、中間転写ベルト７８上で行われる一連の転写プロセスについて説明する。
【００６３】
中間転写ユニット８５は、無端状の中間転写ベルト７８と、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋと、２次転写バックアップローラ８２と、クリーニングバックアップローラ８３と、テンションローラ８４と、中間転写クリーニング部８０などにより構成されている。
【００６４】
中間転写ベルト７８は、２次転写バックアップローラ８２とクリーニングバックアップローラ８３とテンションローラ８４とに張架および支持され、２次転写バックアップローラ８２の回転駆動によって、図８における矢印方向に移動される。１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋは、それぞれ中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとで挟み込むようにして１次転写ニップを形成している。１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋには、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。中間転写ベルト７８は、矢印方向に走行して、中間転写ベルト７８と感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ間の１次転写ニップを順次通過する。こうして感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写が行われる。
【００６５】
１次転写後、中間転写ベルト７８は２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置で２次転写バックアップローラ８２は、２次転写ローラ８９とで中間転写ベルト７８を挟み込むようにして２次転写ニップを形成している。２次転写ニップにおいて、中間転写ベルト７８上に形成されている４色のトナー像が、搬送されてくる記録媒体Ｐ上に転写される。転写後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０に達して、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。こうして、中間転写ベルト７８上で行われる一連の転写プロセスが終了する。
【００６６】
ここで、２次転写ニップの位置に搬送される記録媒体１０７は、画像形成装置５００本体の下方に配設された給紙部５０から、給紙ローラ９７およびレジストローラ９８を経由して搬送されるものである。すなわち、給紙部５０には、転写紙などの記録媒体１０７が複数枚重ねて収納される。そして、給紙ローラ９７が図８において反時計方向に回転駆動されると、最上位の記録媒体１０７から順にレジストローラ９８に給送される。レジストローラ９８に搬送された記録媒体１０７は、回転駆動を停止したレジストローラ９８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のトナー像にタイミングを合わせて、レジストローラ９８が回転駆動されることにより、記録媒体１０７が前記２次転写ニップに向けて搬送される。このようにして、記録媒体１０７上にトナー像が転写される。
【００６７】
２次転写ニップでカラー画像が転写された記録媒体１０７は定着装置１００に搬送される。そして、記録媒体１０７は、定着装置１００において定着ベルト１０１と加圧ローラ１０２による加熱および加圧を受けて、表面に転写されたトナー像が記録媒体１０７上に定着される。その後、記録媒体１０７は、排紙ローラ９９を経て画像形成装置５００の本体外へと排出され、スタック部６０上に順次スタックされる。
【００６８】
以上により、画像形成装置５００による記録媒体１０７への画像形成が完了する。
【００６９】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
【００７０】
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【実施例】
【００７１】
以下、本発明の実施例について説明する。なお、実施例では、図１に示す定着装置１００を使用し、実験を行った。
【００７２】
［実施例１］
〈定着ベルト１０１〉
定着ベルト１０１は、円筒状基材１０１ａ、摺動層１０１ｂ、弾性層１０１ｃ、離型層１０１ｄの４層構成となっているものを用いた（図２）。
【００７３】
（円筒状基材１０１ａの形成）
円筒状基材１０１ａとしては、材料にニッケル（Ｎｉ）と銅（Ｃｕ）からなる金属構成であり、Ｎｉ層の膜厚は３０μｍ、Ｃｕ層の膜厚は１０μｍであり、Ｎｉ層を内側としてＮｉ層の外周側にＣｕ層を積層させて４０μｍの厚みとなっているものを使用した。なお、本実施例では使用していないが、Ｃｕ層の外周側にさらにＮｉ層が備わる３層構造の円筒状基材を使用することも可能である。Ｎｉ層が円筒状基材の最外周層として備わることにより、Ｃｕ層の酸化を防止することができる。
【００７４】
円筒状基材１０１ａは、電鋳工法によって形成した。具体的には、まず、母型に対してＮｉを電着させてＮｉ層を形成し、次に、Ｎｉ層の上にさらにＣｕを電着させてＣｕ層を形成することで、円筒状基材１０１ａを形成した。
【００７５】
ポリイミドワニス（宇部興産株式会社製  Ｕ−ワニスＡ）４７．６部に対し、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）４９．４部に固体潤滑剤粒子としてグラファイト粉末（日本黒鉛株式会社製  グラファイト粉末Ｊ−ＣＰＢ）３部を分散させたＮＭＰ−グラファイト分散液５２．４部を添加し、混合撹拌させて摺動層２００形成用塗料を作成した。作成した塗料を２４時間以上静置させ、固体潤滑剤粒子を沈降させた。その後、固体潤滑剤粒子を沈降させた塗料を回転可能な容器に移して回転攪拌をさせ、回転撹拌後の塗料を、円筒状基材１０１ａの内周面に対してスプレー塗装し、乾燥させることで膜厚が１５μｍの摺動層２００を形成した。なお、摺動層の形成は、スプレー塗装に限定されず、ディッピング塗装によっても可能であり、また、塗膜の乾燥に代えて焼成工程によって熱処理することも可能である。さらに、摺動層形成用塗料としては、ＰＡＩ樹脂塗料にＰＴＦＥの粉末、あるいはＰＴＦＥを水または溶媒に分散したＰＴＦＥ分散液を添加し、攪拌混合させた混合材料を使用することもできる。
【００７６】
図４に、実施例１の摺動層２００の概略を示す側面断面図を示す。ポリイミドワニスの乾燥物がベース２０１であり、グラファイトが固体潤滑剤粒子２０２である。後述する（偏在割合の測定）に基づき、固体潤滑剤粒子２０２の偏在状態を確認したところ、図４に示すように、ベース２０１に固体潤滑剤粒子２０２が均一に分散せずに偏在していた。
【００７７】
（弾性層１０１ｃの形成）
円筒状基材１０１ａの外表面にシリコーンゴム（旭化成ワッカーシリコーン株式会社  ３３９０／３０）をディッピング塗装し、膜厚が１２０μｍの弾性層１０１ｃを形成した。なお、ディッピング塗装に代えてダイコート等の塗装方法を採用することが可能であり、また、シリコーンゴムには耐熱性を付与するための充填材や、熱伝導性を高めるための充填材を充填することが可能である。
【００７８】
（離型層１０１ｄの形成）
弾性層１０１ｃの表面に、ＰＦＡを水に分散させて塗料化としたディスパージョンをスプレー塗装し、膜厚７μｍの離型層１０１ｄを形成した。なお、スプレー塗装に代えてディッピング塗装を採用することが可能である。離型層１０１ｄの形成により定着ベルト１０１の外径は３０ｍｍとなった。
【００７９】
〈加圧ローラ１０２〉
定着ベルト１０１に対向する配置に加圧ローラ１０２を設けた。加圧ローラ１０２は、芯金１０２ａ、弾性層１０２ｂ、離型層１０２ｃの３構成となっているものを使用した（図６）。芯金１０２ａは、鉄系の材料で構成されており高い剛性のある剛体であった。また、芯金１０２ａは中実でもよいが、実施例１では中空となっており、外径が１０ｍｍで厚みが１．５ｍｍのものを使用した。芯金１０２ａの表面側には、弾性層１０２ｂが設けられている。弾性層１０２ｂの材料にはシリコーンゴムが用いられており、発砲体シリコーンゴムで構成されているものを使用した。なお、発砲体シリコーンゴムで構成された弾性層１０２ｂは、例えば注型工法等により芯金１０２ａの表面側に形成される。また、弾性層１０２ｂの上には、離型層１０２ｃとしてＰＦＡにカーボンブラックが配合された導電性チューブが設けられており、弾性層１０２ｂと離型層１０２ｃの間には、互いの層を接着させる役割であるプライマー層が設けられているものを使用した。なお、離型層１０２ｃには、ＰＦＡチューブが被覆されていた。
【００８０】
〈ニップ部形成部材１０４〉
ニップ部形成部材１０４としては、ベースパッド１０４ａおよび摺動部材１０４ｂから構成されているものを使用した（図７）。摺動部材１０４ｂには、潤滑剤として粘度が３００ｍＰａｓのシリコーンオイルを含浸させた。
【００８１】
（偏在割合の測定）
摺動層の表面をエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）し、元素マッピングを実施後、マッピングデータ画像の面積から固体潤滑剤粒子の２次粒子凝集体の部分の割合を算出し、これを固体潤滑剤粒子の偏在割合とした。
【００８２】
（固体潤滑剤粒子の粒子径）
固体潤滑剤の１次粒子径および２次粒子径は、粒度分布測定器を用いて測定した。粒度分布測定器としては、マイクロトラック・ベル株式会社製のマイクロトラックＭＴ３０００ＩＩを用いた。
【００８３】
（動トルクの測定）
動トルクは、単体試験機を用いて評価した。ランニング試験条件は、温度１６５℃、線速２５６ｍｍ／ｓ、駆動８．２ｓ／停止１．８ｓの短間欠ランニングとした。試験において、通紙はせずに単体試験機を連続駆動させ、駆動中のトルクを駆動モータに接続したトルク計から読み取った。ランニング試験で通紙枚数６５万枚時に相当する時の、単体試験機を回転駆動させるモータの動トルクを測定した。
【００８４】
［実施例２］
実施例１の摺動層２００とは異なり、図５に示す摺動層３００の状態とした他は、実施例１と同じ条件とした。すなわち、実施例１と同様の固体潤滑剤粒子３部を使用して、実施例１とは異なり固体潤滑剤粒子を分散させずに、塗料を４０℃に加温した状態で２４時間静置させた。その後、塗装により摺動層３００を形成した。
【００８５】
図５に、実施例２の摺動層３００の概略を示す側面断面図を示す。摺動層３００には、第１固体潤滑剤粒子３０１と第２固体潤滑剤粒子３０２が偏在していた。第１固体潤滑剤粒子３０１の粒子径と第２固体潤滑剤粒子３０２の粒子径は異なっており、第１固体潤滑剤粒子３０１の粒子径は第２固体潤滑剤粒子３０２よりも大きかった。第１固体潤滑剤粒子３０１は、一次粒子３０１ａ同士が密集した状態の凝集体である二次粒子３０１ｂとして存在し、二次粒子３０１ｂは摺動層３００の表面に対して突起状に突き出た形で存在し、二次粒子３０１ｂが摺動層３００の表面に偏在していた。
【００８６】
［実施例３］
実施例２の摺動層３００とは偏在割合が異なる他は、実施例２と同じ条件とした。具体的には、固体潤滑剤粒子の質量比を実施例２の３部から１０部へ増量させて塗料とした他は、実施例２と同様とし、摺動層３００を形成した。
【００８７】
［比較例］
図９に示すように、円筒状基材１０１ａに固体潤滑剤粒子４０１が均一に分散した摺動層４００を形成した他は、実施例１と同じ条件とした。具体的には、実施例１と同様の固体潤滑剤粒子を使用して、実施例１と同様に摺動層用の塗料を作成し、静置および回転撹拌させることなく、超音波分散機を用いて塗料５００ｍｌの液量に対して３０分間超音波分散した。超音波分散することで固体潤滑剤粒子の平均粒子径が小径化し、粒子同士の結びつきを弱め、膜に均一に固体潤滑剤粒子が存在するようになる。その後、実施例１と同じ条件によりスプレー塗装して摺動層４００を形成した。
【００８８】
表１に、実施例１〜３、比較例において実施した動トルクの測定結果、固体潤滑剤粒子の偏在の有無、偏在の割合、第１固体潤滑剤粒子および第２固体潤滑剤粒子の粒子径、判定結果を示す。判定は、動トルクが０．７Ｎ・ｍ未満の場合を〇、動トルクが０．７Ｎ・ｍ以上の場合を×とした。また、表１において、第１固体潤滑剤粒子の平均粒子径をＣ１粒子径、第２固体潤滑剤粒子の平均粒子径をＣ２粒子径として示した。なお、実施例１および比較例では、第１固体潤滑剤粒子と第２固体潤滑剤粒子の区別が無いことから、表１にて固体潤滑剤粒子の平均粒子径を示した。
【００８９】
【表１】
2020197670.tif 000003
【００９０】
表１の結果より、摺動層の表面に固体潤滑剤粒子を偏在させることで、動トルクを低減することができた（実施例１〜３）。特に、大きさの異なる２種類の固体潤滑剤粒子を使用し、より大きい固体潤滑剤粒子（第１固体潤滑剤粒子）の一次粒子の凝集体から成る突起状の二次粒子を形成し、二次粒子を偏在させることにより、動トルクをより低減させることができた（実施例２、３）。さらに、偏在割合を高くすることで、動トルクをさらに低減させることができた（実施例３）。
【符号の説明】
【００９１】
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ  作像部
５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ  感光体ドラム
４０  露光部
５０  給紙部
７５  帯電部
７６  現像装置
７７  クリーニング部
７８  中間転写ベルト
７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ  １次転写バイアスローラ
８０  中間転写クリーニング部
８２  ２次転写バックアップローラ
８３  クリーニングバックアップローラ
８４  テンションローラ
８５  中間転写ユニット
９７  給紙ローラ
９８  レジストローラ
１００  定着装置
１０１  定着ベルト
１０１ａ  円筒状基材
１０１ｂ  摺動層
１０１ｃ  弾性層
１０１ｄ  離型層
１０１ｘ  外周面
１０２  加圧ローラ
１０２ａ  芯金
１０２ｂ  弾性層
１０２ｃ  離型層
１０３  加熱部材
１０４  ニップ部形成部材
１０４ａ  ベースパッド
１０４ｂ  摺動部材
１０６  ニップ部形成部材ステー
１０７  記録媒体
１０８  トナー画像
２００  摺動層
２００ａ  表面
２０１  ベース
２０２  固体潤滑剤粒子
２０２ａ  一次粒子
２０２ｂ  二次粒子
３００  摺動層
３００ａ  表面
３０１  第１固体潤滑剤粒子
３０１ａ  一次粒子
３０１ｂ  二次粒子
３０２  第２固体潤滑剤粒子
４００  摺動層
４０１  固体潤滑剤粒子
５００  画像形成装置
６０１  ボトル収容部
６０２Ｙ、６０２Ｍ、６０２Ｃ、６０２Ｋ  トナーボトル
１００１  フランジ
１００２  スリップリング
１Ａ  方向
１Ｂ  方向
１Ｃ  方向
１Ｎ  ニップ部
【図１】
2020197670.tif 000004
【図２】
2020197670.tif 000005
【図３】
2020197670.tif 000006
【図４】
2020197670.tif 000007
【図５】
2020197670.tif 000008
【図６】
2020197670.tif 000009
【図７】
2020197670.tif 000010
【図８】
2020197670.tif 000011
【図９】
2020197670.tif 000012