(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転走行される無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの内周側に設けられたヒーターと、
前記定着ベルトを介して前記ヒーターを当該定着ベルトの外周側から押圧し、定着ベルトとの間で定着ニップを形成する加圧ローラーとを有し、
前記定着ニップを通過する記録シートに形成されたトナー像を当該記録シートに定着する定着装置であって、
前記ヒーターは、一方の主面に抵抗発熱体が形成されてなる基板と、当該基板の前記定着ベルト内周面に面する対向主面に形成された被覆層とを有し、当該被覆層がゾル・ゲル法により形成されたシロキサン結合を持つ三次元架橋マトリックス構造を有するセラミックコーティング皮膜からなることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記基板はセラミックスからなり、前記抵抗発熱体は、前記対向主面に形成されていて、前記被覆層は前記抵抗発熱体を内包するように当該対向主面を被覆していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記対向主面の前記被覆層と密着している領域が、表面粗さＲａ＝１[μｍ]〜２０[μｍ]の範囲で粗面化されてい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。
【請求項４】
前記被覆層の前記定着ベルト内周面と摺接する面が鏡面化処理されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
電子写真方式によって記録シートに画像を形成する画像形成装置であって、
前記記録シートに形成されたトナー像の定着装置として、請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置および画像形成装置に関し、特に、いわゆるフィルム加熱方式の定着装置および当該定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルム加熱方式の定着装置は、例えば、フィルムからなり無端ベルト状をした定着ベルトと当該定着ベルトの外周に設けられた加圧ローラーとで形成されるニップ部を定着ベルト内周に設けられたヒーターで集中加熱することにより、前記ニップ部を通過する記録シート上のトナーを溶融し定着させる構成を有している。
定着ベルトは、ニップ部に記録シートが無いときは、加圧ローラーとの間の摩擦力により当該加圧ローラーの回転に従動して回転走行し、記録シートが存在するときは、加圧ローラーとの間の摩擦力によって搬送される記録シートとの間の摩擦力により、当該記録シートの移動に追随して回転走行する。
【０００３】
ヒーターには、細長い方形板状をした基板の一方の主面に抵抗発熱体が形成されてなるものが用いられ、当該基板には、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムといったセラミックスが用いられる。
酸化アルミニウムを用いる場合は、基板の表面（定着ベルトに対向する主面）に抵抗発熱体を形成し、基板の裏面に抵抗発熱体の温度制御のための検温素子を設けるのが一般的である（表面発熱タイプ）。一方、窒化アルミニウムを用いる場合は、酸化アルミニウムよりも熱伝導率が高いため、基板の裏面（定着ベルトから遠い方の主面）に抵抗発熱体を形成し、その上から電気絶縁層を介して検温素子を設ける方が、熱効率が良く一般的である（裏面発熱タイプ）。
【０００４】
また、表面発熱タイプ、裏面発熱タイプとも、基板の表面側には、定着ベルトとの間における摺動性を確保するため、通常、ガラスからなる被覆層が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４２４１７号公報
【特許文献２】特開２０１１−８１１６０号公報
【特許文献３】特開２００６−９１１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、複写機、プリンター等の画像形成装置の高速化（高システムスピード化）が進む中、ヒーターと定着ベルトとの間のさらなる摺動性の確保、すなわち、両者間における摩擦係数の低減化が課題になっている。システムスピードが高速になるほど、定着ベルトの摩耗が早く進行し、寿命が短くなるからである。
このため、定着ベルトの内周面に耐熱グリスを塗布し、ヒーターとの間の摩擦係数を低減する方策が採られる場合があるが、塗布量の管理が煩わしいといった問題が生じる。すなわち、塗布量が少なすぎると、所期の目的が達成できず、多すぎると、画像形成装置内部をグリスで汚損してしまうおそれが生じるのである。
【０００７】
なお、上記の課題は、加圧ローラーに従動して回転走行する定着ベルトを有する上記定着装置に限らず、例えば、駆動ローラーと従動ローラーとで張架されて回転走行する定着ベルトを有する定着装置に共通するものである。
本発明は、上記した課題に鑑み、グリスを用いることなく、ヒーターと定着ベルトとの間の摺動性を向上させた定着装置、および当該定着装置を備えた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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、回転走行される無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内周側に設けられたヒーターと、前記定着ベルトを介して前記ヒーターを当該定着ベルトの外周側から押圧し、定着ベルトとの間で定着ニップを形成する加圧ローラーとを有し、前記定着ニップを通過する記録シートに形成されたトナー像を当該記録シートに定着する定着装置であって、前記ヒーターは、一方の主面に抵抗発熱体が形成されてなる基板と、当該基板の前記定着ベルト内周面に面する対向主面に形成された被覆層とを有し、当該被覆層がゾル・ゲル法により形成されたシロキサン結合を持つ三次元架橋マトリックス構造を有するセラミックコーティング皮膜からなることを特徴とする。
【０００９】
また、前記基板はセラミックスからなり、前記抵抗発熱体は、前記対向主面に形成されていて、前記被覆層は前記抵抗発熱体を内包するように当該対向主面を被覆していることを特徴とする。
さらに、前記対向主面の前記被覆層と密着している領域が、表面粗さＲａ＝１[μｍ]〜２０[μｍ]の範囲で粗面化されていることを特徴とする。
【００１０】
また、さらに、前記被覆層の前記定着ベルト内周面と摺接する面が鏡面化処理されていることを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、電子写真方式によって記録シートに画像を形成する画像形成装置であって、前記記録シートに形成されたトナー像の定着装置として、上記した定着装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成を有する定着装置によれば、回転走行される定着ベルトの内周面が、ゾル・ゲル法により形成されたシロキサン結合を持つ三次元架橋マトリックス構造を有するセラミックコーティング皮膜からなる被覆層の表面と摺接するため、グリスを使用することなくガラスからなる被覆層を用いた場合よりも摺動性が向上することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】タンデム型フルカラープリンターの概略構成を示す図である。
【図２】定着装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】ヒーターおよびその近傍を、加圧ローラーの軸心に沿った方向から視た拡大図である。
【図４】（ａ）は、ヒーターの平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＤ・Ｄ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る定着装置の実施の形態を、プリンターに用いた例に基づいて説明する。
＜プリンターの全体構成＞
図１は、タンデム型フルカラープリンター２（以下、単に「プリンター２」と言う。）の概略構成を示す図である。
【００１４】
プリンター２は、周知の電子写真方式により画像を形成するものであって、転写ベルト４と、転写ベルト４を張架する駆動ローラー６、従動ローラー８、バックアップローラー１０，１２、転写ベルト４に対向し転写ベルト４の走行方向に沿って所定間隔で配置されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色の作像ユニット１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋと、記録シートを給送する給紙装置１６と、定着装置１８とが、筐体２０に収納された構成を有している。
【００１５】
各作像ユニット１４Ｙ，…，１４Ｋは、像担持体である感光体ドラム２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋと当該感光体ドラム表面を露光走査するためのＬＥＤアレイ２４Ｙ，２４Ｍ，２４Ｃ，２４Ｋの他に、公知の帯電チャージャ、現像器、クリーナ（いずれも符号不記入）、および１次転写ローラー２６Ｙ，２６Ｍ，２６Ｃ，２６Ｋなどからなる。
給紙装置１６は、記録シートを収納する給紙カセット２８と、この記録シートを給紙カセット２８から繰り出すためのピックアップローラー３０、後述する２次転写ローラー３２に送り出すタイミングをとるためのレジストローラー３４などからなる。
【００１６】
各感光体ドラム２２Ｙ，…，２２Ｋは、ＬＥＤアレイ２４Ｙ，…，２４Ｋによる露光を受ける前にクリーナで表面の残存トナーが除去された後、帯電チャージャにより一様に帯電されており、このように一様に帯電した状態で上記露光を受けると、感光体ドラム２２Ｙ，…，２２Ｋの表面に静電潜像が形成される。
各静電潜像は、それぞれ各色の現像器により現像され、これにより感光体ドラム２２Ｙ，…，２２Ｋ表面にＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋのトナー像が形成され、各転写位置において転写ベルト４の裏面側に配設された１次転写ローラー２６Ｙ，…，２６Ｋの静電的作用により、転写ベルト４の表面上に順次転写されていく。
【００１７】
この際、各色の作像動作は、そのトナー像が、走行する転写ベルト４の同じ位置に重ね合わせて転写されるようにすべく、上流側から下流側に向けてタイミングをずらして実行される。
一方、給紙装置１６では、上記した転写ベルト４への作像タイミングに合わせて、給紙カセット２８から記録シートが給紙され、２次転写ローラー３２と駆動ローラー６とが対向する位置（以下、「２次転写位置」と言う。）へと搬送される。
【００１８】
当該２次転写位置において、２次転写ローラー３２の静電的作用により、転写ベルト４上のトナー像が記録シートへ再転写（２次転写）される。
トナー像が転写された記録シートは、さらに、定着装置１８にまで搬送される。記録シートは、定着装置１８において高熱下で加圧され、その表面のトナー粒子がシート表面に融着して定着された後、排紙ローラー３６によって排紙トレイ３８上に排出される。
＜定着装置＞
図２は、定着装置１８の概略構成を示す斜視図である。
【００１９】
定着装置１８は、いわゆるフィルム加熱方式の定着装置であって、薄肉シームレスベルト形状をした定着ベルト４０と定着ベルト４０と平行に設けられた加圧ローラー４２とを有する。
定着ベルト４０は、内周側の基層と外周側の表層とからなる２層構造となっている（２層構造については不図示）。
【００２０】
基層は、ポリイミドフィルムからなり、熱容量を小さくするためその厚さは１００[μｍ]程度としている。表層は、トナーの離型性を確保するために設けられており、ＰＴＦＥ（四フッ素化樹脂）の被覆層からなる。
なお、基層は、ポリイミドに限らず、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）などで形成し、表層は、ＰＴＦＥに限らず、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）などで形成しても構わない。あるいは、基層は、ステンレスなどの金属で形成しても構わない。
【００２１】
また、さらなる高画質を実現するため、基層と表層との間にシリコーンなどからなる弾性ゴム層（中間層）を設けた複合層で構成される定着ベルトとしても構わない。
加圧ローラー４２は、芯金４４外周にシリコーンゴムなどからなる耐熱性を有した弾性層４６が形成されてなるものである。
定着ベルト４０の内側には、定着ベルト４０と略同じ長さの全長を有する保持部材４８が設けられており、保持部材４８には、加熱部材であるヒーター５０が保持されている。なお、ヒーター５０の全長も定着ベルト４０と略同じ長さである。
【００２２】
保持部材４８に保持されたヒーター５０は、定着ベルト４０を介して加圧ローラー４２と対向しており、加圧ローラー４２が定着ベルト４０を介してヒーター５０を押圧することにより、加圧ローラー４２と定着ベルト４０との間でニップ部が形成される。
ニップ部およびその近傍を、加圧ローラー４２の軸心に沿った方向から視た拡大図を図３に示す。なお、図３において、ヒーター５０と保持部材４８とは断面図で表している。
【００２３】
保持部材４８は、ヒーター５０を直接的に保持する第１保持部材４７と第１保持部材４７を筐体２０に保持する第２保持部材４９とを含む。
第１保持部材４７は、ポリイミドで形成されている。第１保持部材４７は、円弧状をした断面を有していて、定着ベルト４０の内周面を案内して、滑らかな回転走行を実現するためのガイド部材としても機能する。なお、保持部材４７は、ポリイミドに限らず、他の耐熱性樹脂、例えば、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、液晶ポリマーなどで形成しても構わない。
【００２４】
第２保持部材４９は、セラミックス、金属、ガラス等からなる。なお、保持部材４８は、第２保持部材４９を設けることなく、第１保持部材４７を直接的に筐体２０に取り付けることとしても構わない。
上述したように、加圧ローラー４２は、保持部材４８に保持されたヒーター５０を、定着ベルト４０を介して押圧している。これにより、加圧ローラー４２の弾性層４６の円筒形をした外周面の一部は、ヒーター５０の平坦面に沿って平面状に弾性変形し、また前記平坦面と加圧ローラー４２とに挟まれた定着ベルト４０部分も平面状に弾性変形する。平面状に弾性変形した弾性層４６と定着ベルト４０の間がニップ部となる。
【００２５】
加圧ローラー４２は、不図示のモーターから不図示の動力伝達機構を介して伝達された回転動力によって、矢印Ａの向きに回転駆動される。これにより、定着ベルト４０は、記録シートＳがニップ部に無いときは、加圧ローラー４２との間で生じる摩擦力により矢印Ｂの向きに回転走行する。一方、記録シートＳがニップ部にあるときは、加圧ローラー４２との間で生じる摩擦力によって記録シートＳが矢印Ｃの向きに搬送され、記録シートＳとの間で生じる摩擦力によって定着ベルト４０が矢印Ｂの向きに回転走行することとなる。
【００２６】
記録シートＳがニップ部を通過している間、ヒーター５０からの熱が定着ベルト４０を介して、記録シートＳ上のトナーに伝達される。これにより、トナーが溶融して記録シートＳに定着される。
図４（ａ）に、ヒーター５０の平面図を、図４（ｂ）に図４（ａ）におけるＤ・Ｄ線断面図をそれぞれ示す。なお、図４（ａ）は、後述する被覆層６４を一点鎖線で示し、被覆層６４で覆われている内部を実線で表している。
【００２７】
ヒーター５０は、細長い方形板状をした基板５２を有する。基板５２は、耐熱性材料であり、電気的絶縁材料であるセラミック（本例では、酸化アルミニウム）からなる。
基板５２の一方の主面５２Ａ（定着ベルト４０の内周面に対向する側の主面）には、その長手方向と平行に、一対の帯状をした抵抗発熱体５４，５６が形成されている。抵抗発熱体５４，５６は、銀（Ａｇ）・パラジウム（Ｐｄ）の合金をはじめとする銀系材料を含む抵抗体ペーストを高温で焼成し、所定の抵抗値を有する厚膜に形成したものである。なお、抵抗体ペーストは、これ以外に、ルテニウム系、炭素系等などのものを用いても構わない。
【００２８】
抵抗発熱体５４，５６の一端部同士は、接続体５８で電気的に接続されている。接続体５８は、銀系の導体ペーストを焼成して形成されている。
抵抗発熱体５４，５６の他端部には、それぞれ、給電端子６０，６２が接続されている。給電端子６０，６２も、銀系の導体ペーストを焼成して形成されている。
ヒーター５０は、また、抵抗発熱体５４，５６の全部を覆う被覆層６４を有する。被覆層６４は、ゾル・ゲル法により形成された、シロキサン結合を持つ三次元架橋マトリックス構造を有するセラミック皮膜（以下、単に「セラミック皮膜」と言う。）からなる。上記構造を有するセラミック皮膜として、サーモロン・ジャパン社のサーモロンコーティング（商品名）を用いることができる。サーモロンコーティングは、コーティング剤であるＴＨＥＲＭＯＬＯＮ（サーモロン・リミテッド社の登録商標）を用いて形成される。被覆層６４の抵抗発熱体５４，５６上における厚みは、２０[μｍ]〜１００[μｍ]の範囲で設定される。
【００２９】
上記セラミック皮膜は、定着ベルト４０との間で、フッ素樹脂並みの摺動性を発揮する。被覆層６４に上記セラミック皮膜を用いることで、定着ベルト４０との間の摩擦力が、ガラス皮膜に耐熱グリスを塗布した場合よりも低減されることが確認されている。これにより、システムスピードが向上し、定着ベルト４０の走行速度が速くなった場合でも、ガラス皮膜を用いた場合と比較して定着ベルト４０の円滑な回転走行が確保でき、定着ベルト４０の摩耗の進行を抑制することができる。また、加圧ローラーを回転駆動するために必要なトルクも低減できるため、駆動源となる例えばモーターの負荷が軽減されることとなる。
【００３０】
また、上記セラミック皮膜の熱伝導率は２[Ｗ/(ｍ・Ｋ)]〜３[Ｗ/(ｍ・Ｋ)]であり、ガラス皮膜の２[Ｗ/(ｍ・Ｋ)]と比較して、同等かそれ以上の熱伝導性を有している。
さらに、上記セラミック皮膜は、その鉛筆硬度が９Ｈと硬く、耐摩耗性に優れている。
なお、さらに、摩擦係数を低減し、熱伝導性を良くし、および硬度を高くするため、被覆層６４を、上記セラミック皮膜にＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2を添加したものとしても構わない。
【００３１】
上記したように、被覆層６４は、抵抗発熱体５４，５６を保護すると共に、定着ベルト４０の摺動抵抗（動摩擦係数）を低減し、もって、定着ベルト４０を摩耗から保護する保護層として機能する。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下のような形態とすることもできる。
（１）上記実施の形態においてヒーター５０は、被加熱部材である定着ベルトひいては記録シートに対向する側の基板主面に抵抗発熱体を形成した表(オモテ)面発熱タイプであるが、本発明に係る定着装置におけるヒーターは、表面発熱タイプに限らず、裏面発熱タイプにも適用可能である。すなわち、被加熱部材である定着ベルトひいては記録シートに対向する側の基板主面（以下、「表(オモテ)面」と言う。）とは反対側の基板主面（以下、「裏面」と言う。）に抵抗発熱体を形成し、ゾル・ゲル法により形成された、シロキサン結合を持つ三次元架橋マトリックス構造を有するセラミック皮膜を表面に形成して、ヒーターを構成することとしても構わない。この場合の基板は、熱伝導性を考慮して、窒化アルミニウムで形成するのが好ましい。
（２）シロキサン結合を持つ三次元架橋マトリックス構造を有するセラミック皮膜を、ゾル・ゲル法により基板表面に形成する前に、当該基板表面を、表面粗さＲａ（中心線平均あらさ）＝１[μｍ]〜２０[μｍ]の範囲で粗面化することとしても構わない。前記基板主面の上記セラミック皮膜と密着する領域を、このように粗面化することで、いわゆるアンカー効果により、当該セラミック皮膜が基板から剥がれにくくなる。
【００３２】
なお、この粗面化処理には、ショット・ブラスト法や化学エッチング法などの公知の処理方法を用いることができる。
（３）また、ゾル・ゲル法により形成された、シロキサン結合を持つ三次元架橋マトリックス構造を有するセラミック皮膜を基板主面に形成した後、当該セラミック皮膜の表面を鏡面化処理し、当該処理前よりもその表面粗さを小さくするようにしても構わない。このように、被覆層６４の定着ベルト４０内周面と摺接する面（摺接面）を鏡面化することで、当該摺接面と定着ベルト内周との密着性を向上することができるため（セラミック皮膜表面と定着ベルト内周面との間に存在する空気を可能な限り排除することができるため）、ヒーターから定着ベルトへの熱の伝達性が向上する。
【００３３】
この鏡面化処理には、例えば、「ラッピング法」や「ポリッシング法」を用いることができる。
（４）上記実施の形態では、定着ベルト４０は、加圧ローラー４２の回転に従動して回転走行する構成としたが、定着ベルトは、加圧ローラーとは別の動力源により、加圧ローラーとは独立して回転走行する構成としても構わない。すなわち、定着ベルトを駆動ローラーと少なくとも１個の従動ローラーとで張架し、駆動ローラーをモーターなどの回転動力源により回転させることにより、定着ベルトを回転走行させることとしても構わない。この場合には、定着ベルトの走行速度は、加圧ローラーの周速と一致するように制御される。
（５）上記実施の形態では、プリンターを例に説明したが、本発明に係る画像形成装置は、プリンターに限らず他の画像形成装置、例えば複写機やファクシミリ、あるいはこれらの機能を有する複合機などに適用可能である。すなわち、電子写真方式によって記録シートに画像を形成する画像形成装置であって、前記記録シートに形成されたトナー像の定着装置として、ここまで説明した定着装置を備えている画像形成装置に適用できるのである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る定着装置は、例えば、電子写真方式によって記録シートに画像を形成する画像形成装置の前記記録シートに形成されたトナー像の定着装置として好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１８    定着装置
４０    定着ベルト
４２    加圧ローラー
５０    ヒーター
５２    基板
６４    被覆層
【図１】
0005794140.tif 000002
【図２】
0005794140.tif 000003
【図３】
0005794140.tif 000004
【図４】
0005794140.tif 000005