(57)【要約】  【課題】  定着装置における記録紙の搬送能力の安定を図ることにより、長期に亘り紙しわや画像ずれ等の発生を抑えて高品質な画像を形成する。  【解決手段】  回動可能な加圧ロール６１と、加圧ロール６１に接触しながら移動可能な定着ベルト６２と、定着ベルト６２の内側に配置され、定着ベルト６２を回動部材に圧接させて加圧ロール６１と定着ベルト６２との間に用紙Ｐが通過するニップ部Ｎを形成する圧力パッド６５とを備えており、さらに、定着ベルト６２と圧力パッド６５との間に、定着ベルト６２との摺擦面に凹凸が形成された低摩擦シート６８を設けた。  【選択図】  図２
2005077847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動可能な回動部材と、
前記回動部材に接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、当該エンドレスベルトを前記回動部材に圧接させて当該回動部材と当該エンドレスベルトとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材と、
前記エンドレスベルトと前記圧力部材との間に設けられ、当該エンドレスベルトとの摺擦面に凹凸が形成された摺動部材と
を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記摺動部材は、前記摺擦面に形成された凹凸の高さが５〜３０μｍであることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記摺動部材は、前記摺擦面に形成された凹凸のピッチが０．１〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項４】
前記摺動部材は、凹凸を有するベース層と、少なくとも当該ベース層の前記エンドレスベルトとの摺擦面側に配設された表面層とで構成されたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項５】
前記ベース層は、ガラスクロスで形成されたことを特徴とする請求項４記載の定着装置。
【請求項６】
前記表面層は、厚さ１０〜５０μｍの耐熱性シートで形成されたことを特徴とする請求項４記載の定着装置。
【請求項７】
前記表面層は、前記エンドレスベルトとの摺擦面側にアミン変性シリコンオイルとの反応膜を有するポリイミドシートで形成されたことを特徴とする請求項４記載の定着装置。
【請求項８】
前記摺動部材は、潤滑剤に対する難吸収性を有することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項９】
表面が弾性変形するとともに、駆動源に接続されて回転可能な加圧ロールと、
発熱源を有し、前記加圧ロールに接触しながら従動可能な定着ベルトと、
前記定着ベルトの内側に配置され、前記定着ベルトを前記加圧ロールに圧接させて当該定着ベルトと当該加圧ロールとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材と、
前記定着ベルトと前記圧力部材との間に設けられ、当該定着ベルトと局所接触する摺動部材と
を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
前記定着ベルトは、前記発熱源が電磁誘導加熱体または抵抗発熱体であることを特徴とする請求項９記載の定着装置。
【請求項１１】
前記圧力部材は、前記定着ベルトに配設される発熱源で構成されることを特徴とする請求項９記載の定着装置。
【請求項１２】
発熱源を有し、表面が弾性変形する回転可能な定着ロールと、
前記定着ロールに接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、前記エンドレスベルトを前記定着ロールに圧接させて当該エンドレスベルトと当該定着ロールとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材と、
前記エンドレスベルトと前記圧力部材との間に設けられ、当該エンドレスベルトと局所接触する摺動部材と
を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項１３】
前記圧力部材は、前記定着ロールの表面のうち、前記記録材の搬送方向下流側を局部的に弾性変形させることを特徴とする請求項１２記載の定着装置。
【請求項１４】
トナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、
前記記録材上に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着手段とを含み、
前記定着手段は、
回動可能な回動部材と、
前記回動部材に接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、当該エンドレスベルトを前記回動部材に圧接させて当該回動部材と当該エンドレスベルトとの間に前記記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材と、
前記エンドレスベルトと前記圧力部材との間に設けられ、当該エンドレスベルトとの摺擦面に凹凸が形成された摺動部材と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
前記摺動部材は、前記摺擦面に形成された凹凸の高さが５〜３０μｍであることを特徴とする請求項１４記載の画像形成装置。
【請求項１６】
前記摺動部材は、前記摺擦面に形成された凹凸のピッチが０．１〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１４記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置等に関し、より詳しくは例えば電子写真方式を利用した画像形成装置に用いられる定着装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体を一様に帯電し、この感光体を画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体上に静電潜像を形成する。そして、この静電潜像をトナーによって可視像（トナー像）とし、さらにこのトナー像を記録紙に転写し、これを定着装置によって定着して画像形成している。
【０００３】
かかる画像形成装置に用いられる定着装置においては、図１９に示したように、円筒状の芯金２１１の内部に加熱源２１３を備え、その芯金２１１の外周面に離型層２１２が形成された定着ロール２１０と、この定着ロール２１０に対して圧接配置され、芯金２２１の外周面に耐熱性弾性体層２２２、および耐熱性樹脂被膜あるいは耐熱性ゴム被膜による離型層２２３が形成された加圧ロール２２０とで構成されている。そして、定着ロール２１０と加圧ロール２２０との間に、未定着トナー像を担持した記録紙を通過させて、未定着トナー像に対して加熱と加圧とを行うことによって、記録紙にトナー像を定着している。このような定着装置は、加熱ロール方式と呼ばれて、一般的に広く利用されている。
【０００４】
ところで、加熱ロール方式の定着装置において高速化を図ろうとする場合には、トナーと記録紙に充分な熱量を供給するために、ニップ幅を定着速度に比例して広くすることが必要となる。ニップ幅を広くする方法として、定着ロールと加圧ロールとの間の荷重を大きくする方法や、弾性体の厚さを厚くする方法、さらにはロール径を大きくする方法がある。
しかし、荷重を大きくする方法や、弾性体の厚さを厚くする方法では、ロールの撓みに起因するニップ幅の形状がロール軸に沿って不均一になることから、定着むらや紙しわが発生する等の画像品質上の問題が生じる。また、ロール径を大きくする方法では、装置の大型化を招くとともに、ロールを室温から定着可能温度まで上昇させるまでの時間（ウォームアップタイム）が長くなるという問題がある。
【０００５】
そこで、これらの問題を解消して、画像形成装置の高速化に対応した定着装置を実現するべく、本出願人は、表面が弾性変形する回転可能な加熱ロールと、この加熱ロールに接触したまま走行可能なエンドレスベルトと、このエンドレスベルトの内側に非回転状態で配置された圧力パッドとを具備し、圧力パッドによって、加熱ロールとの接触面が形成されるようにエンドレスベルトを加熱ロールに圧接させ、エンドレスベルトと加熱ロールとの間にシートを通過させることができるようにベルトニップを設けるとともに、加熱ロールの表面のうち、シートの出口側を局部的に弾性変形させるように構成した定着装置に関する技術を提案している（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
かかる特許文献１に記載した技術では、従来の加熱ロール方式の定着装置における加圧ロールに代え、圧力パッドを用いてエンドレスベルトを加熱ロールに圧接させている。このような構成を採用することにより、加熱ロールとエンドレスベルトとによって形成されるベルトニップの幅が従来の加熱ロールと加圧ロールとのロールニップの幅よりも容易に大きくすることができるので、高速化対応が可能となり、しかも装置の小型化を図ることも容易である。
【０００７】
特に、加熱ロールに圧接させるエンドレスベルトの熱容量が小さく、さらに圧力パッドが非回転状態で配置されているために加熱ロールから伝達される熱も発散され難い。そのため、加熱ロールの回転が開始されても、加熱ロールからエンドレスベルト側に奪われる熱量は少なく、熱をトナーの溶融に利用する効率を高めるとともに、ベルトニップでの温度低下量も小さいことから、トナーの定着性の向上を図ることができるという利点を有している。
【０００８】
【特許文献１】特許第３２９８３５４号公報(第４-７頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、圧力パッドを用いてエンドレスベルトをロールに圧接させる方式の定着装置においては、圧力パッドによりエンドレスベルトをロールに圧接させるに際し、圧力パッドとエンドレスベルトとの間の滑り性を確保するために、両者の間に低摩擦部材を介在させ、さらにはこの低摩擦部材の摺擦面に潤滑剤を塗布している。
しかしながら、圧力パッドとエンドレスベルトとの間は加圧されているために、エンドレスベルトと低摩擦部材との摺動部では、エンドレスベルトが移動するのに伴い、塗布された潤滑剤を摺動部から押し出す力が作用して、この摺動部において潤滑剤を安定して保持しておくことが難しい。また、加熱ロールからの熱により潤滑剤の劣化が生じ、そのために潤滑剤の粘度の上昇が発生し易い。さらには、低摩擦部材におけるエンドレスベルトとの摺擦面に摩耗が生じて、低摩擦部材とエンドレスベルトとの滑り性の低下が生じる場合もある。これらが要因となって、圧力パッドとエンドレスベルトとの接触抵抗（摺動抵抗）が増加するという現象が生じる場合がある。その場合には、エンドレスベルトの動きが加熱ロールに対応し難くなり、それに伴って記録紙の搬送が良好でなくなって、紙しわや画像ずれ等の画像不良を生じさせる可能性がある。
【００１０】
そこで本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、定着装置における記録紙の搬送能力の安定を図ることにより、長期に亘り紙しわや画像ずれ等の発生を抑えて高品質な画像を形成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的のもと、本発明の定着装置は、回動可能な回動部材と、回動部材に接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、エンドレスベルトの内側に配置され、エンドレスベルトを回動部材に圧接させて回動部材とエンドレスベルトとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材とを備えており、さらに、エンドレスベルトと圧力部材との間に、エンドレスベルトとの摺擦面に凹凸が形成された摺動部材を設けたことを特徴としている。
【００１２】
ここで、摺動部材は、摺擦面に形成された凹凸の高さが５〜３０μｍであることを特徴とすることができる。また、摺動部材は、摺擦面に形成された凹凸のピッチが０．１〜１ｍｍであることを特徴とすることもできる。
さらに、摺動部材は、凹凸を有するベース層と、少なくともベース層のエンドレスベルトとの摺擦面側に配設された表面層とで構成することができる。特に、ベース層は、ガラスクロスで形成することが好ましい。また、表面層は、厚さ１０〜５０μｍの耐熱性シートで形成することが好ましい。さらに、表面層は、エンドレスベルトとの摺擦面側にアミン変性シリコンオイルとの反応膜を有するポリイミドシートで形成することもできる。
また、摺動部材は、潤滑剤に対する難吸収性を有することを特徴とすることもできる。
【００１３】
また、本発明の定着装置は、表面が弾性変形するとともに、駆動源に接続されて回転可能な加圧ロールと、発熱源を有し、加圧ロールに接触しながら従動可能な定着ベルトと、定着ベルトの内側に配置され、定着ベルトを加圧ロールに圧接させて定着ベルトと加圧ロールとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材とを備えており、さらに定着ベルトと圧力部材との間に、定着ベルトと局所接触する摺動部材を設けたことを特徴としている。
ここで、定着ベルトは、発熱源が電磁誘導加熱体または抵抗発熱体であることを特徴とすることもできる。また、圧力部材は、定着ベルトに配設される発熱源で構成することができる。
【００１４】
また、本発明の定着装置は、発熱源を有し、表面が弾性変形する回転可能な定着ロールと、定着ロールに接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、エンドレスベルトの内側に配置され、エンドレスベルトを定着ロールに圧接させてエンドレスベルトと定着ロールとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材とを備えており、エンドレスベルトと圧力部材との間に、エンドレスベルトと局所接触する摺動部材を設けたことを特徴としている。
ここで、圧力部材は、定着ロールの表面のうち、記録材の搬送方向下流側を局部的に弾性変形させることを特徴とすることができる。
【００１５】
さらに、本発明を画像形成装置と捉え、本発明の画像形成装置は、トナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、記録材上に転写されたトナー像を記録材に定着する定着手段とを含み、この定着手段は、回動可能な回動部材と、回動部材に接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、エンドレスベルトの内側に配置され、エンドレスベルトを回動部材に圧接させて回動部材とエンドレスベルトとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材とを備えており、さらにエンドレスベルトと圧力部材との間に、エンドレスベルトとの摺擦面に凹凸が形成された摺動部材を設けたことを特徴としている。
ここで、摺動部材は、摺擦面に形成された凹凸の高さが５〜３０μｍであることを特徴とすることができる。また、摺動部材は、摺擦面に形成された凹凸のピッチが０．１〜１ｍｍであることを特徴とすることもできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の効果として、定着装置における記録紙の搬送能力の安定を図ることにより、長期に亘り紙しわや画像ずれ等の発生を抑えて高品質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[実施の形態１]
図１は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図１に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式にて各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにて形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト１５に順次転写(一次転写)させる一次転写部１０、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像を記録材（記録紙）である用紙Ｐに一括転写(二次転写)させる二次転写部２０、二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置６０を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部４０を有している。
【００１８】
本実施の形態において、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１の周囲に、これらの感光体ドラム１１が帯電される帯電器１２、感光体ドラム１１上に静電潜像が書込まれるレーザ露光器１３(図中露光ビームを符号Ｂｍで示す)、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器１４、感光体ドラム１１上に形成された各色成分トナー像を一次転写部１０にて中間転写ベルト１５に転写する一次転写ロール１６、感光体ドラム１１上の残留トナーが除去されるドラムクリーナ１７、などの電子写真用デバイスが順次配設されている。これらの画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、中間転写ベルト１５の上流側から、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の順に、略直線状に配置されている。
【００１９】
中間転写体である中間転写ベルト１５は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は１０6〜１０14Ωｃｍとなるように形成されており、その厚みは例えば０.１ｍｍ程度に構成されている。中間転写ベルト１５は、各種ロールによって図１に示すＢ方向に所定の速度で循環駆動(回動)されている。この各種ロールとして、定速性に優れたモータ(図示せず)により駆動されて中間転写ベルト１５を回動させる駆動ロール３１、各感光体ドラム１１の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト１５を支持する支持ロール３２、中間転写ベルト１５に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト１５の蛇行を防止する補正ロールとして機能するテンションロール３３、二次転写部２０に設けられるバックアップロール２５、中間転写ベルト１５上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニングバックアップロール３４を有している。
【００２０】
一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に対向して配置される一次転写ロール１６で構成されている。一次転写ロール１６は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０７．５〜１０８．５Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、一次転写ロール１６は中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に圧接配置され、さらに一次転写ロール１６にはトナーの帯電極性（マイナス極性とする。以下同様。）と逆極性の電圧（一次転写バイアス）が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム１１上のトナー像が中間転写ベルト１５に順次、静電吸引され、中間転写ベルト１５上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。
【００２１】
二次転写部２０は、中間転写ベルト１５のトナー像担持面側に配置される二次転写ロール２２と、バックアップロール２５とによって構成される。バックアップロール２５は、表面がカーボンを分散したＥＰＤＭとＮＢＲのブレンドゴムのチューブ、内部はＥＰＤＭゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が１０７〜１０１０Ω／□となるように形成され、硬度は例えば７０°(アスカーＣ：高分子計器社製、以下同様。)に設定される。このバックアップロール２５は、中間転写ベルト１５の裏面側に配置されて二次転写ロール２２の対向電極をなし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール２６が当接配置されている。
【００２２】
一方、二次転写ロール２２は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０７．５〜１０８．５Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール２２は中間転写ベルト１５を挟んでバックアップロール２５に圧接配置され、さらに二次転写ロール２２は接地されてバックアップロール２５との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部２０に搬送される用紙Ｐ上にトナー像を二次転写する。
【００２３】
また、中間転写ベルト１５の二次転写部２０の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト１５の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ３５が接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット１Ｙの上流側には、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ(ホームポジションセンサ)４２が配設されている。また、黒の画像形成ユニット１Ｋの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ４３が配設されている。この基準センサ４２は、中間転写ベルト１５の裏側に設けられた所定のマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部４０からの指示により、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは画像形成を開始するように構成されている。
【００２４】
さらに、本実施の形態の画像形成装置では、用紙搬送系として、用紙Ｐを収容する用紙トレイ５０、この用紙トレイ５０に集積された用紙Ｐを所定のタイミングで取り出して搬送するピックアップロール５１、ピックアップロール５１にて繰り出された用紙Ｐを搬送する搬送ロール５２、搬送ロール５２により搬送された用紙Ｐを二次転写部２０へと送り込む搬送シュート５３、二次転写ロール２２によって二次転写された後に搬送される用紙Ｐを定着装置６０へと搬送する搬送ベルト５５、用紙Ｐを定着装置６０に導く定着入口ガイド５６を備えている。
【００２５】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。図１に示すような画像形成装置では、図示しない画像読取装置(ＩＩＴ)や図示しないパーソナルコンピュータ(ＰＣ)等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置(ＩＰＳ)にて所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋによって作像作業が実行される。ＩＰＳでは、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の色材階調データに変換され、レーザ露光器１３に出力される。
【００２６】
レーザ露光器１３では、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームＢｍを画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各々の感光体ドラム１１に照射している。画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各感光体ドラム１１では、帯電器１２によって表面が帯電された後、このレーザ露光器１３によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにて、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像される。
【００２７】
画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが当接する一次転写部１０にて、中間転写ベルト１５上に転写される。より具体的には、一次転写部１０において、一次転写ロール１６にて中間転写ベルト１５の基材に対しトナーの帯電極性（マイナス極性）と逆極性の電圧（一次転写バイアス）が付加され、トナー像を中間転写ベルト１５の表面に順次重ね合わせて一次転写が行われる。
【００２８】
トナー像が中間転写ベルト１５の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト１５は移動してトナー像が二次転写部２０に搬送される。トナー像が二次転写部２０に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部２０に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール５１が回転し、用紙トレイ５０から所定サイズの用紙Ｐが供給される。ピックアップロール５１により供給された用紙Ｐは、搬送ロール５２により搬送され、搬送シュート５３を経て二次転写部２０に到達する。この二次転写部２０に到達する前に、用紙Ｐは一旦停止され、トナー像が担持された中間転写ベルト１５の移動タイミングに合わせてレジストロール(図示せず)が回転することで、用紙Ｐの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。
【００２９】
二次転写部２０では、中間転写ベルト１５を介して、二次転写ロール２２がバックアップロール２５に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Ｐは、中間転写ベルト１５と二次転写ロール２２との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール２６からトナーの帯電極性（マイナス極性）と同極性の電圧(二次転写バイアス)が印加されると、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト１５上に担持された未定着トナー像は、二次転写ロール２２とバックアップロール２５とによって押圧される二次転写部２０にて、用紙Ｐ上に一括して静電転写される。
【００３０】
その後、トナー像が静電転写された用紙Ｐは、二次転写ロール２２によって中間転写ベルト１５から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール２２の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト５５へと搬送される。搬送ベルト５５では、定着装置６０における最適な搬送速度に合わせて、用紙Ｐを定着装置６０まで搬送する。定着装置６０に搬送された用紙Ｐ上の未定着トナー像は、定着装置６０によって熱および圧力で定着処理を受けることで用紙Ｐ上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。
一方、用紙Ｐへの転写が終了した後、中間転写ベルト１５上に残った残留トナーは、中間転写ベルト１５の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール３４および中間転写ベルトクリーナ３５によって中間転写ベルト１５上から除去される。
【００３１】
次に、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置６０について説明する。図２は、本実施の形態における定着装置６０の構成を示す側断面図である。図２に示すように、定着装置６０は、交流磁界を発生させる磁場発生手段８０が外周面に近接して配設された定着ベルト６２、定着ベルト６２に対向するように配置された回動部材の一例としての加圧ロール６１、定着ベルト６２を介して加圧ロール６１から押圧される圧力部材の一例としての圧力パッド６５により主要部が構成されている。
【００３２】
まず定着ベルト６２は、原形が円筒形状に形成された例えば直径が３０ｍｍの無端ベルトである。そして、定着ベルト６２の層構造は、図３に示したように、耐熱性の高いシート状部材からなる基材層６２１、基材層６２１の上に積層された導電層６２２、トナー像の定着性を向上させる弾性層６２３、最も上層となる表面離型層６２４により構成されている。
定着ベルト６２の基材層６２１は、厚さ１０〜１５０μｍ、さらに好ましくは５０〜１００μｍの耐熱性の高いシートで形成され、例えばポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド等の耐熱性の高い合成樹脂からなるものが使用できる。なお、定着ベルト６２の両端部が後述するエッジガイド６９に突き当たった場合でも、座屈等が生じない程度の剛性を確保するために、基材層６２１としては、例えば厚さ８０μｍのポリイミドシートが使用される。
【００３３】
定着ベルト６２の導電層６２２は、磁場発生手段８０によって生じる交流磁界の電磁誘導作用により誘導発熱する電磁誘導発熱体層であり、鉄・コバルト・ニッケル・銅・クロム等の金属を１〜８０μｍ程度の厚みで形成したものが用いられる。ここで、圧力パッド６５と加圧ロール６１とで形成されるニップ部Ｎおよびこのニップ部Ｎの近傍において、定着ベルト６２をニップ部Ｎに倣うように変形させて使用する必要があるため、定着ベルト６２全体としてフレキシブル性を必要とすることから、導電層６２２は可能な限り薄層に形成するのが好ましい。
本実施の形態の定着装置６０では、導電層６２２として導電率の高い銅を、発熱効率が高くなるように厚さが１０μｍ程度となるように形成し、ポリイミドからなる基材層６２１上にメッキ・蒸着等を用いて形成したものを用いている。
【００３４】
定着ベルト６２の弾性層６２３は、シリコンゴム等の弾性体で形成されている。弾性層６２３においては、用紙Ｐに担持されるトナー像は粉体であるトナーが積層して形成されているため、ニップ部Ｎにおいてトナー像の全体にムラなく熱を供給することができるように、用紙Ｐ上のトナー像の凹凸に倣うように定着ベルト６２が変形できることが好ましい。そのためには、弾性層６２３は、定着画像のグロスのムラが許容できるレベルを実現できる構成、例えば硬度１０°〜３０°（ＪＩＳ−Ａ）程度のシリコンゴムであれば、１００〜６００μｍ程度の厚みとした構成が適している。
本実施の形態の定着装置６０では、弾性層６２３として、硬度が１５°（ＪＩＳ−Ａ）のシリコンゴムを厚さ３００μｍとして、導電層６２２である銅に積層して形成している。
【００３５】
また、定着ベルト６２の表面離型層６２４は、用紙Ｐ上に担持された未定着トナー像と直接接触するため、離型性のよい材料を使用することが必要である。この表面離型層６２４を構成する材料としては、例えば、ＰＦＡ（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重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、シリコン共重合体、またはこれらの複合層等が挙げられる。表面離型層６２４は、これらの材料のうちから適宜選択されたものを、１〜５０μｍの厚さで定着ベルト６２の最上層に設けたものである。
この表面離型層６２４の厚さは、薄すぎると、耐摩耗性の面で充分でなく、定着ベルト６２の寿命を短くする。一方、厚すぎると、定着ベルト６２の熱容量が大きくなりすぎ、ウォームアップタイムが長くなる。そこで、本実施の形態の定着装置６０では、耐摩耗性と熱容量とのバランスを考慮して、表面離型層６２４として、厚さ３０μｍのＰＦＡを使用している。
【００３６】
次に、圧力パッド６５は、定着ベルト６２を介して加圧ロール６１から押圧されてニップ部Ｎを形成する弾性部材６５１、この弾性部材６５１を支持するパッド支持部材６５２で構成されている（図２参照）。弾性部材６５１は、シリコンゴム等やフッ素ゴム等の弾性体で形成され、加圧ロール６１側の面は、ほぼ加圧ロール６１の外周面に倣う円弧状で形成されている。そして弾性部材６５１は、ニップ部Ｎの出口領域（剥離ニップ部）に向かうほど厚みが大きく構成され、剥離ニップ部ほど大きなニップ圧を形成するとともに、剥離ニップ部における定着ベルト６２の曲率半径が小さくなるように構成されている。これによって、定着後の用紙Ｐは、剥離ニップ部を通過する際に、定着ベルト６２の小さな曲率半径によって定着ベルト６２に巻き付くことなく剥離することが可能である。
パッド支持部材６５２は、ＳＵＳ、鉄等の金属や、耐熱性の高い合成樹脂等からなる剛性を有する厚さ１〜２ｍｍ程度の板材で構成され、ハンドリング性の向上を図っている。そして、パッド支持部材６５２を介して圧力パッド６５を圧力パッド固定部材６４に固定している。
ここで、圧力パッド６５による剥離の補助手段として、定着ベルト６２のニップ部Ｎの下流側に、剥離部材７０を配設することも可能である。剥離部材７０は、剥離バッフル７１が定着ベルト６２の回転方向と対向する向き（カウンタ方向）に定着ベルト６２と近接する状態でホルダ７２によって保持されている。
なお、本実施の形態の定着装置６０では、弾性部材６５１として、ゴム硬度が２０°（ＪＩＳ−Ａ）のシリコンゴムを用い、幅８．５ｍｍ、曲率半径１４ｍｍ、ニップ部Ｎの入口側のゴム厚２．５ｍｍ、出口側のゴム厚５ｍｍに設定している。そして、パッド支持部材６５２に保持されている。
【００３７】
圧力パッド６５を支持する圧力パッド固定部材６４は、圧力パッド６５が加圧ロール６１からの押圧力を長手方向に亘って均一に受けることができるようにするために、撓み量を一定量以下に抑える必要があり、一定以上の剛性を有する材料が用いられる。さらに、本実施の形態の定着装置６０では、電磁誘導を用いて定着ベルト６２を加熱する構成を採用していることから、誘導磁界に影響を与えないか、または与え難い材料であり、さらには誘導磁界から影響を受けないか、または受け難い材料である必要がある。そのため、例えば、ガラス混入ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂や、アルミニウム等の非磁性金属等を、磁場発生手段８０から可能な限り離して配置している。本実施の形態の定着装置６０では、一辺が１２ｍｍのアルミニウムの角材を使用している。
【００３８】
また、圧力パッド６５と定着ベルト６２との間には、摺擦部材の一例としての低摩擦シート６８が配設されている。低摩擦シート６８は、定着ベルト６２内周面と圧力パッド６５との摺動抵抗を低減するために設けられ、後段で詳細に説明するように、摩擦係数が小さく、耐摩耗性・耐熱性に優れた材質が用いられる。なお、低摩擦シート６８は、圧力パッド６５と別体に構成しても、圧力パッド６５と一体的に構成しても、いずれでもよい。本実施の形態の定着装置６０では、低摩擦シート６８は圧力パッド６５と別体に構成し、一端を圧力パッド固定部材６４に固定して、圧力パッド６５と定着ベルト６２との間に挟持されるように構成している。
【００３９】
ここで、定着ベルト６２を支持する構成について述べる。図４は、定着ベルト６２が支持された状態を説明する長手方向の断面図である。定着ベルト６２の両端部はエッジガイド６９によって支持されている。エッジガイド６９は、ニップ部Ｎとその近傍以外を定着ベルト６２の内径よりも若干小さな外径に形成した円筒状部６９１、円筒状部６９１の外側に設けられ、定着ベルト６２の内径よりも大きな外径のフランジ部６９２、さらにフランジ部６９２の外側に設けられ、エッジガイド６９を画像形成装置本体に固定するための保持部６９３で構成されている。
圧力パッド固定部材６４は、両端部が円筒状部６９１の内側面に固定され支持されている。その際に、ニップ部Ｎにおいて適当なニップ圧が得られるように、圧力パッド固定部材６４の円筒状部６９１に対する固定位置が決定されている。
なお、圧力パッド固定部材６４がエッジガイド６９を突き抜けるように圧力パッド固定部材６４を延長して設け、圧力パッド固定部材６４が保持部６９３となるように構成することも可能である。
【００４０】
そして、定着ベルト６２は、両端部の内周面が円筒状部６９１の外周面に支持されている。さらに、定着ベルト６２の両端部はフランジ部６９２の内側面に突き当たることで軸方向への移動（ベルトウォーク）が規制されるように設定されている。すなわち、定着ベルト６２は、ニップ部Ｎ以外の領域においては円筒状部６９１の外周面によって略円柱状の形状を保ちながら回転可能である。またニップ部Ｎ領域においては、円筒状部６９１は切り欠かれた形状を有しているため、定着ベルト６２はニップ部Ｎに倣って変形可能に移動することができる。さらに、エッジガイド６９は、フランジ部６９２の内側面間の距離が定着ベルト６２の軸方向（幅方向）に沿った長さよりも若干長くなるように配設されており、定着ベルト６２の軸方向への移動は、自由度を有してはいるが、フランジ部６９２の内側面により規制されるため、ベルトウォークを抑えることが可能である。
【００４１】
次に、加圧ロール６１は、定着ベルト６２に対向するように配置され、図示しない駆動モータにより矢印Ｃ方向に、例えば１４０ｍｍ／ｓのプロセススピードで回転し、この回転により定着ベルト６２が従動回転するように構成されている。そして、加圧ロール６１と圧力パッド６５とにより定着ベルト６２を挟持した状態で保持してニップ部Ｎを形成し、このニップ部Ｎに未定着トナー像を担持した用紙Ｐを通過させることで、熱および圧力を加えて未定着トナー像を用紙Ｐに定着している。
加圧ロール６１は、例えば直径１８ｍｍの中実の鉄製コア (円柱状芯金)６１１と、コア６１１の外周面に被覆した例えば厚さ５ｍｍのシリコンスポンジ等の耐熱性弾性体層６１２と、さらに例えば厚さ５０μｍのＰＦＡ等の耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層６１３とが積層されて構成されている。そして、２０ｋｇｆの荷重で定着ベルト６２を介して圧力パッド６５に圧接されている。
【００４２】
また、加圧ロール６１の表面に対して接離自在に、熱伝導性の良好なアルミニウムやステンレス等の金属からなる温度均一化ロール６６が配設されている。この温度均一化ロール６６は、定着装置６０に通電が開始された直後等の定着ベルト６２や加圧ロール６１の温度が冷えている状態では、加圧ロール６１から離れて位置している。そして、例えば小サイズの用紙Ｐを連続して定着処理した場合等、定着ベルト６２や加圧ロール６１に軸方向に沿った温度差が生じたときには、温度均一化ロール６６を加圧ロール６１に当接するように構成している。このように温度均一化ロール６６が加圧ロール６１に当接することによって、温度均一化ロール６６は加圧ロール６１に従動しながら、加圧ロール６１の軸方向における温度分布を均一化し、さらには定着ベルト６２の軸方向における温度分布を均一化する。
本実施の形態の定着装置６０では、温度均一化ロール６６として直径１０ｍｍのアルミニウム製の中実ロールを用いている。なお、温度均一化ロール６６の表面には、例えばＰＦＡ等の離型層を形成してもよい。さらに、温度均一化ロール６６を加圧ロール６１に対し常時当接した構成とすることもできる。
【００４３】
次に、定着ベルト６２の導電層６２２に交流磁界を作用させて電磁誘導加熱する磁場発生手段８０について説明する。磁場発生手段８０は、断面が定着ベルト６２の形状に沿ったアール形状で形成され、定着ベルト６２の外周表面と０．５〜２ｍｍ程度の間隙を保持して設置されている（図２参照）。また磁場発生手段８０は、定着ベルト６２の移動方向と直交する方向を長手方向として、定着ベルト６２の全幅に亘って伸びた長方形状で形成されている。なお、磁場発生手段８０は、定着ベルト６２の内側に設置してもよい。
図５は磁場発生手段８０の構成と作用とを説明する概略断面図である。なお図５では、説明を分かり易くするため構成を概略的に表現している。図５に示したように、磁場発生手段８０は、磁界を発生させる励磁コイル８０１と、励磁コイル８０１を保持するコイル支持部材８０２と、励磁コイル８０１に電流を供給する励磁回路８０３とで構成されている。
【００４４】
励磁コイル８０１としては、例えば、相互に絶縁された直径φ０．５ｍｍの銅線材を２０本束ねたリッツ線を長円形状や楕円形状、長方形状等の閉ループ状に巻いたものが用いられる。そして、励磁コイル８０１は接着剤によって固められ、その形状を維持している。
この励磁コイル８０１には、励磁回路８０３によって所定の周波数の交流電流が印加される。これによって励磁コイル８０１の周囲には交流磁界Ｈが発生する。この交流磁界Ｈが定着ベルト６２の導電層６２２を横切る際に、導電層６２２には電磁誘導作用によってその交流磁界Ｈの変化を妨げる磁界を発生するように渦電流Ｉが生じる。この励磁コイル８０１に印加する交流電流の周波数は、例えば、１０〜５０ｋＨｚに設定されるが、本実施の形態では３０ｋＨｚに設定されている。
このように、渦電流Ｉが定着ベルト６２の導電層６２２を流れることによって、この導電層６２２の抵抗値Ｒに比例した電力Ｗ（Ｗ＝Ｉ２Ｒ）によるジュール熱が発生し、定着ベルト６２を加熱するものである。
【００４５】
また、コイル支持部材８０２としては、耐熱性のある非磁性材料で構成するのが好ましく、例えば、耐熱ガラス、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂、またはこれらにガラス繊維を混合した耐熱性樹脂が用いられる。なお、励磁コイル８０１で発生した磁束を効率よく集中させ、定着ベルト６２に対する加熱効率を上げるため、コイル支持部材８０２の中央部にフェライト等の強磁性体を配設してもよい。
【００４６】
このように、本実施の形態の定着装置６０では、定着ベルト６２を磁場発生手段８０による電磁誘導によって直接加熱することができるので、ニップ部Ｎにおいて定着ベルト６２からトナー定着のための充分な熱量をインスタントに供給することが可能となる。また、ニップ部Ｎにおいて定着ベルト６２に接触しているのは、定着ベルト６２の内側では低摩擦シート６８を介した圧力パッド６５、定着ベルト６２の外側では加圧ロール６１だけであり、これらはともに熱伝導率の低いシリコンゴムやシリコンスポンジ等で形成されているので、熱が流出し難く、供給したエネルギーを定着処理に有効に使える利点もある。
このため、例えば、Ａ４サイズのＬ．Ｅ．Ｆ．（Long Edge Feed）紙に対し３０ｐｐｍのプリント能力を有し、起動時の定着温度１８０℃、定常定着時の定着温度１７０℃に設定された画像形成装置において、ウォームアップタイムを１０秒程度（１２００Ｗ投入時）に短縮することができ、このクラスの画像形成装置ではウォームアップタイムが３〜７分、最速機でも３０〜４５秒であることを考慮すると、極めて高いファーストプリント能力を達成することが可能となる。また予熱を与えるスタンバイモードやローパワーモード等の設定も必要ないので、省エネルギーの観点からも極めて優れている。
【００４７】
ここで、本実施の形態の定着装置６０においては、低摩擦シート６８の少なくとも定着ベルト６２との摺擦面に凹凸を形成したことを特徴としている。
具体的には、低摩擦シート６８の層構造を説明する図６に示したように、かかる低摩擦シート６８では、ニップ部Ｎにおけるニップ圧によっても凹凸形状を維持することができる程度の硬さを有する耐熱性のベース層６８１を用い、少なくとも定着ベルト６２との潤滑面（摺擦面）側には、このベース層６８１の凹凸形状を表面に残存させるように耐熱性の表面シート６８２を接着して構成している。このように凹凸形状を形成することで、低摩擦シート６８と定着ベルト６２との摺動部において、両者が規則的または不規則的に配列した例えば斑点状や点状等の局所で接触する状態（「局所接触」という。）を作り出すとともに、ニップ圧の存在にもかかわらず凹部において潤滑剤を保持することができるので、潤滑剤を介した接触状態をも形成することができる。そのため、低摩擦シート６８と定着ベルト６２との摺動を円滑にし、定着ベルト６２をスムーズに回動させることが可能となる。
【００４８】
上述したように、トナー像が静電転写された用紙Ｐが定着装置６０のニップ部Ｎを通過することにより、トナー像が用紙Ｐに定着されるが、用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する際の搬送力は、駆動側の加圧ロール６１から受けている。すなわち、用紙Ｐは、加圧ロール６１の回転に伴い、加圧ロール６１から摩擦力を受けることによって搬送されている。
一方、ニップ部Ｎに用紙Ｐが搬送されていない状態では、従動側の定着ベルト６２も加圧ロール６１の回転に伴って加圧ロール６１から摩擦力を受けることによって回動している。しかし、ニップ部Ｎに用紙Ｐが搬送され、用紙Ｐがニップ部Ｎに挟持されている場合には、定着ベルト６２は用紙Ｐを介して加圧ロール６１から搬送力を受けている。したがって、用紙Ｐ側から捉えると、用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する際には、用紙Ｐには加圧ロール６１からの搬送力を受けるとともに、定着ベルト６２側から搬送方向とは逆方向の力(逆搬送力)が作用することとなる。
【００４９】
ところで、定着ベルト６２は、ニップ部Ｎにおいて圧力パッド６５が押圧されているために、圧力パッド６５からは回動方向とは逆の方向の力が摺動抵抗として作用している。そのため、上述したように、定着ベルト６２と圧力パッド６５との間には低摩擦シート６８を介在させるとともに、低摩擦シート６８の摺擦面に予め潤滑剤を塗布して、定着ベルト６２と圧力パッド６５との摺動抵抗を極力低減するように構成している。
したがって、通常状態では、定着ベルト６２が圧力パッド６５から受ける摺動抵抗は極めて小さく、円滑に回動可能であることから、定着ベルト６２は用紙Ｐと等速で回動することが可能である。この場合には、用紙Ｐが受ける逆搬送力は、定着ベルト６２を介した圧力パッド６５からの摺動抵抗であるから無視できる程度に小さい。そのため、用紙Ｐは加圧ロール６１と等速に安定して搬送される。
【００５０】
ところが、定着ベルト６２と圧力パッド６５との間には押圧力が作用しているために、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動部では、塗布された潤滑剤を摺動部から押し出す力が作用することから、定着ベルト６２が移動を重ねるのに伴い、この摺動部からは徐々に潤滑剤量が減少してしまう。そして、摺動部での潤滑剤量が減少すると、後述の様に良好な混合潤滑の形態が保てなくなり、摺動抵抗が高くなってしまう。また、定着ベルト６２と圧力パッド６５とが面と面とが接触する面接触の状態になると、接触面積が大きいことから摺動抵抗が大きくなり易い。その結果、定着ベルト６２と圧力パッド６５との間では、両者の摺動抵抗の高くなった状態が発生する場合がある。
定着ベルト６２と圧力パッド６５との間の摺動抵抗が増加すると、用紙Ｐがニップ部Ｎを搬送される際に、用紙Ｐが定着ベルト６２を介して圧力パッド６５から受ける逆搬送力も大きくなる。さらに、定着ベルト６２と圧力パッド６５との間の摺動抵抗が過大になると用紙Ｐに作用する逆搬送力が無視できない程大きくなり、用紙Ｐの搬送が加圧ロール６１の回動に追随できず、用紙Ｐと加圧ロール６１との間でスリップが発生する。そのため、用紙Ｐの円滑な搬送が妨げられ、画像ずれや用紙Ｐにおける紙しわの原因となる。
【００５１】
特に、ニップ部Ｎにおいては、加圧ロール６１の外径を中央部から両端部にかけて大きく形成した、所謂逆クラウン形状としたり、圧力パッド６５と加圧ロール６１との間の押圧力が中央部から両端部にかけて大きくなるように設定している。このように設定することによって、常に用紙Ｐには中央部から両端部に向かって幅方向に力が作用するようにして、用紙Ｐに紙しわが生じるのを防止している。このような用紙Ｐの幅方向に作用する微妙な力のバランスが、定着ベルト６２と圧力パッド６５との間の摺動抵抗が増加するために、用紙Ｐが加圧ロール６１の搬送に追随できなくなって崩れ、用紙Ｐに紙しわを生じさせたり、さらには画像ずれを生じさせることとなる。
【００５２】
そこで、本実施の形態の定着装置６０では、低摩擦シート６８の少なくとも摺擦面側に凹凸を形成している。このように構成することで、低摩擦シート６８と定着ベルト６２との摺動抵抗を長期に亘って安定して低い状態に維持することが可能となるが、この構成において定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動部で生じる作用について、以下に詳細に述べる。
まず、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動のような２つの物体が摺擦しながら相対移動する状態としては、大別して固体潤滑、液体潤滑、混合潤滑、境界潤滑の４つの形態が知られている。固体潤滑は、接触する２つの物体間に油膜が存在しない摺動形態であり、通常は２つの物体間にグラファイトや二硫化モリブテン等の固体潤滑剤を介在させる形態である。液体潤滑は、２つの物体の境界面に油膜（潤滑剤膜）を存在させ、油膜間で滑りを生じさせる形態である。この場合には、両者の摩擦抵抗は油膜の粘度によって支配され、物体の材質には依存しないが、滑り面は平滑であることが理想的である。混合潤滑は、２つの物体の境界面に、２つの物体の表面粗さと同等レベルの厚さの油膜（潤滑剤膜）を存在させた形態である。境界潤滑は、混合潤滑において油膜の厚さが限りなくゼロに近づいた摺動形態である。この場合には、２つの物体は局所的に接触状態にあり、摩耗の発生を伴う。両者の摩擦抵抗は油膜の粘度に寄らず、滑り面は凹凸であるのが好ましい。
【００５３】
図７は、摩擦現象を表すトライボロジー（摩擦学）の基本となるストリベック曲線を表している。図７では、横軸に油膜パラメータ（油膜厚さ：ｈ、表面粗さ：Ｒとして、ｈ／Ｒ）、縦軸に摩擦係数を表し、油膜を介在させた場合の液体潤滑、混合潤滑、境界潤滑の各形態における摩擦係数の変化を示している。図７に示しているように、摩擦係数は、混合潤滑から流体潤滑に至る領域において低く設定することができることが理解できる。
したがって、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動部においても、混合潤滑から流体潤滑に至る領域の形態を実現することによって、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摩擦係数を小さくすることが可能となる。なお、固体潤滑の形態では、一般的に油膜等の潤滑剤を使用する摺動形態よりも摺動抵抗が大きく、かつ摩耗も生じ易いので適当でない。また、完全な流体潤滑の形態、すなわち摺動抵抗がシートの材質に拠らないレベルの潤滑剤量を摺擦面に介在させる形態は、これを長期に亘って維持することは困難であることから、実際上は困難を伴う。
【００５４】
かかる観点に基づき、本実施の形態の定着装置６０においては、低摩擦シート６８の表面に凹凸を形成することによって、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動部において局所接触を実現するとともに、凹部において潤滑剤を保持している。これによって、潤滑剤を保持している凹部では流体潤滑に近い形態を作り出すとともに、定着ベルト６２と接触する凸部では、定着ベルト６２の移動に伴って、定着ベルト６２の内周面と低摩擦シート６８の摺擦面の凸部との間に低摩擦シート６８の凹部に保持された潤滑剤を送り出すことで、混合潤滑に近い形態を作り出している。このように低摩擦シート６８の表面に凹凸を形成することで、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動部において混合潤滑から流体潤滑に至る領域に近い形態を作り出すことが可能となる。
なお、凸部において、仮に局所的に潤滑剤が切れた境界潤滑の形態に陥っても、低摩擦シート６８の表面シート６８２として摩擦係数の小さい材質が選択しておけば、凸部の面積は小さいので、摺動抵抗を低いレベルに抑えることができる。
【００５５】
次に、具体的に、低摩擦シート６８を構成するベース層６８１と表面シート６８２の材質について述べる。
ベース層６８１については、低摩擦シート６８は定着熱とニップ圧とが加わるニップ部Ｎに配設されることから、耐熱性を有することに加えて、ニップ圧に抗して凹凸が潰されない程度の強度が求められる。かかる観点から、ベース層６８１は、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の耐熱性・高強度・耐摩耗性の繊維を用い、これを編み込んで凹凸が形成されたシート状としたものが適している。
また、表面シート６８２は、耐熱性・低摩擦性の観点から、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂のシートや、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド、ポリイミドアミド等のシートが適している。表面シート６８２の厚さとしては、薄すぎると摩耗による破れが生じ易くなり、厚すぎるとベース層６８１の凹凸を表面に現出させることができないので、１０〜５０μｍとするのが好ましい。
なお、潤滑剤が低摩擦シート６８に浸潤した場合には、摺動部における潤滑剤量の減少を招いたり、潤滑剤がシリコンゴム等で形成された圧力パッド６５の弾性部材６５１と接触して、それによってゲル化することで粘度が高くなり、これが摺動部に混入して摺動抵抗を増加させるという不都合を生じることから、表面シート６８２は潤滑剤に対する非吸収性を併せ持つことが好ましい。この観点からも、上記材質は優れている。
【００５６】
さらに、表面シート６８２としては、定着装置６０において使用される定着温度、ニップ部における荷重、目標とする製品寿命等によって、適当な潤滑剤と組み合わせることで、最も適した材料を選択することができる。
例えば、潤滑剤としてアミン変性シリコンオイルを用いる場合には、アミン変性シリコンオイルと反応して表面にアミン反応膜を形成し、摺動性が良好となるポリイミドシートを使用することが好ましい。特に、ポリイミドシートは、硬く摩耗に強いので、低摩擦シート６８表面の凹凸による局所接触状態と潤滑剤保持性とを長期に亘って維持することができる。また、アミン反応膜による低摺動性とが合わさって、混合潤滑の形態を長期間維持することができ、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動性を長く良好に保つことが可能となる。
また、例えば、定着温度をより高温で使用する場合には、潤滑剤としてシリコン系のオイルを用いるよりも耐熱性の高いフッ素系のオイルを用いるのが好ましい。この場合には、フッ素樹脂であるＰＴＦＥシートを組み合わせて使用することが好ましい。ＰＴＦＥシートは、フッ素オイルとの濡れ性が良好で、かつＰＴＦＥ自体の摺動性が良好なため、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との良好な摺動性を長期に亘り維持することができる。
【００５７】
本実施例の定着装置では、低摩擦シート６８として、ベース層６８１にガラス繊維を編み込んだガラスクロスを用い、表面シート６８２に厚さ３０μｍのＰＴＦＥシートを用いてガラスクロスの凹凸を表面に残すように接着している。定着装置６０の総荷重が２０ｋｇｆと比較的低荷重に設定することが可能であるため、摩耗が少ないことから、耐摩耗性は比較的強くはないが、摺動性に優れたＰＴＦＥシートを選択することができる。
潤滑剤としては、温度による粘度の変化が少なく、かつ定着ベルト６２との濡れ性に優れた粘度３００ｃｓのアミン変性シリコンオイルを用いている。
【００５８】
そこで、本実施の形態の定着装置６０において、かかる低摩擦シート６８と潤滑剤とを用い、連続駆動を行った場合の加圧ロール６１の駆動トルクの経時変化と、用紙Ｐにおける紙しわや画像ずれ等の画像不良の発生の有無に関する実験を行った。この実験では、低摩擦シート６８にアミン変性シリコンオイルを２ｃｃ塗布し、定着ベルト６２の定着温度を１７０℃に制御しながら、１４０ｍｍ／ｓのプロセススピードで連続駆動させた。そして、経過時間毎の摺動性の変化を加圧ロール６１の駆動トルクで評価し、画像不良の発生の有無は実際にイエロー、マゼンタ、シアンの３層の未定着トナー像を全面に担持した坪量６４ｇｓｍのＡ３紙をニップ部Ｎに通して定着することで評価した。また、それぞれの測定では、連続１７０℃で駆動させているそのままの状態（連続１７０℃モード）での測定と、連続駆動後定着装置６０を一旦室温にまで戻してから、ウォームアップモードと同じ条件で再度起動させた直後の状態（朝一１７０℃モード）での測定との両方を実施した。
【００５９】
これは、上記したように、従動側の定着ベルト６２は駆動側の加圧ロール６１の回転に伴って加圧ロール６１から摩擦力を受けることによって回動していることから、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動抵抗を加圧ロール６１の駆動トルクとして把握することができること、さらには定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動抵抗の上昇により、加圧ロール６１による用紙Ｐの円滑な搬送が妨げられ、画像ずれや紙しわが発生することに基づき行ったものである。
その結果を表したものが図８および図９であり、図８は加圧ロール６１の駆動トルクの経時変化を示した図であり、図９は、画像不良の発生の有無について示した図である。図８に示したように、本実施の形態の定着装置６０では、連続１７０℃モードおよび朝一１７０℃モードの双方において、長時間に亘って低駆動トルクを維持しており、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との良好な摺動性が維持されていることが確認された。また図９に示したように、駆動時間１００時間経過の時点でも、紙しわや画像ずれ等の画像不良の発生も全く認められなかった。
【００６０】
さらに、１００時間の実験終了後に定着装置６０から定着ベルト６２を取り外して内部を観察したところ、低摩擦シート６８の摺擦面や定着ベルト６２の内周面には充分な量の潤滑剤が残っていた。また、低摩擦シート６８の裏面のシリコンゴムからなる圧力パッド６５等への潤滑剤の回り込みはなく、初期に低摩擦シート６８に塗布したアミン変性シリコンオイルが有効に使用されていることが確認された。さらに潤滑剤のゲル化も発生していなかった。
すなわち、長時間に亘って潤滑剤であるアミン変性シリコンオイルを低摩擦シート６８の裏面等の摺動に利用されない無駄な場所に逃がすことなく、室温での起動時から定常状態に至るまで潤滑剤を有効に活用し、低摩擦シート６８表面の凸部での局所接触状態と、潤滑剤保持性とを活かした良好な混合潤滑の形態と、凹部での流体潤滑の形態とを維持することができ、長期に亘って安定した定着ベルト６２の回動を行うことが可能であることが確認された。さらに、潤滑剤が低摩擦シート６８を浸潤することも抑制できるので、圧力パッド６５との接触による潤滑剤のゲル化を抑えることができ、摺動性を悪化させることもない。また、凹部において保持された潤滑剤の入れ替わりも生じるので、潤滑剤がニップ部Ｎに滞留することもないので、熱によるゲル化の発生も抑えられる。
【００６１】
なお、本実施の形態の定着装置６０では、潤滑剤を初期に低摩擦シート６８に塗布し、その潤滑剤のみを用いて画像形成装置の寿命まで所定の摺動性の維持を図っているが、例えば、より長い画像形成装置の寿命目標に対しては、低摩擦シート６８とは別体として、定着ベルト６２の内周面に接触して潤滑剤を塗布する、多孔質であり潤滑剤を含浸できる材質からなる潤滑剤塗布部材を設ける構成としてもよい。この場合には、本実施の形態の定着装置６０においては室温でも定着ベルトを回動させる必要があることから、潤滑剤塗布部材としては、低温でも潤滑剤を吐出できる部材であることが望ましい。
【００６２】
一方、比較例として、低摩擦シート６８において、テフロン（商標名）樹脂を含浸させたガラス繊維シート（中興化学工業製：ＦＧＦ４００−４）と、潤滑剤（オイル）を保持し易いゴアテックス（商標名）とをそれぞれ用いて、上記の場合と同様の条件で、加圧ロール６１の駆動トルクの経時変化と、用紙Ｐにおける紙しわや画像ずれ等の画像不良の発生の有無に関する実験を行った。その結果として、加圧ロール６１の駆動トルクの経時変化を図１０に示し、画像不良の発生の有無について図１１に示した。図１０に示すように、これらの材料で形成された低摩擦シート６８では、初期状態では良好な摺動性が得られるものの、駆動時間が経過するにつれて加圧ロール６１の駆動トルクが増加していることから、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動性が悪化していることが分かる。その結果、加圧ロール６１では加圧ロール６１を駆動する伝達ギヤ部での歯飛びの発生までも引き起こすことが確認されている。また図１１に示すように、紙しわや画像ずれ等の画像不良の発生も確認されている。
このように、本実施の形態の定着装置６０では、比較例と比べて、格段の優位性を有することを実証することができた。
【００６３】
次に、低摩擦シート６８の表面の凹部の底部から凸部の頂点までの高さ（凹凸の高さ）について述べる。ここでは、低摩擦シート６８の凹凸の高さと、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との初期摺動性との関係について調べた。
図１２は低摩擦シート６８の凹凸の高さと加圧ロール６１の初期駆動トルクの関係を示し、図１３は低摩擦シート６８の凹凸の高さと画像不良の発生の有無との関係を示している。なお、低摩擦シート６８として、ベース層６８１がガラス繊維を編み込んだガラスクロスで形成され、表面シート６８２には厚さ２０μｍのポリイミド（ＰＩ）シートを用いてガラスクロスの両面を挟むように接着したものを用いた。また、初期駆動トルクとは、定着温度を１７０℃に制御しながら２００ｍｍ／ｓのプロセススピードでの連続駆動を実施し、定着ベルト６２や加圧ロール６１が充分に温まり、駆動トルクが安定した状態で測定した加圧ロール６１の駆動トルクである。さらに、画像不良の発生の有無は、ＯＨＰシートにＹ、Ｍ、Ｃの各色のトナー像のパッチ（５×５ｃｍ）を担持させ、これを定着速度５０ｍｍ／ｓ、定着温度１７０℃で定着させて評価したものである。なお、この場合の低摩擦シート６８の凹凸の凸部の頂点から隣り合う凸部の頂点までの距離（凹凸のピッチ）は０．５ｍｍに設定した。また、表面シート６８２は事前にアミン変性シリコンオイルを表面に充分に塗布した状態で、１７０℃の高温環境下に１０時間放置し、表面にアミン変性シリコンオイルの反応膜を形成している。
【００６４】
図１２に示したように、低摩擦シート６８の凹凸の高さが５μｍ以上であれば、初期駆動トルクは所望の低いレベルを実現できるという結果が得られた。これは、凹凸の高さが５μｍより小さければ、低摩擦シート６８の摺擦面は平滑面に近くなり、潤滑剤を保持する凹部が潤滑に介在するだけの潤滑剤量を保持することができず、低摩擦シート６８と定着ベルト６２との摺擦抵抗が高くなって、加圧ロール６１の初期駆動トルクが上昇したものと考えられる。一方、凹凸の高さが５μｍ以上では、低摩擦シート６８と定着ベルト６２とは局所接触状態を形成し、またその凹部には流体潤滑に必要な充分な潤滑剤量を保持できるため、初期駆動トルクは所望の低いレベルとなると考えられる。なお、凹凸の高さが５μｍ以上において初期駆動トルクの変動が少ないのは、実際に摺動に使用されているのは、凹部に保持されている潤滑剤の表層部分だけであることから、凹凸の高さ（深さ）をこれ以上変化させても、摺動には影響がないためと予想することができる。
【００６５】
また、画像不良の発生の有無に関しては、図１３に示したように、凹凸の高さが４０μｍ以上においてＯＨＰシートに若干のスジが生じる場合がある。これは、定着ベルト６２の厚さが４００μｍ程度と薄いために、凹凸の高さが４０μｍ以上である場合には定着ベルト６２が低摩擦シート６８の凹凸に倣って変形し易いためであると考えられる。すなわち、表面が変形し易い普通紙と違って変形し難いＯＨＰシートでは、定着ベルト６２を介して低摩擦シート６８の凹凸の影響を受けてしまい、凹部において局所的にＯＨＰシートと定着ベルト６２との密着性が悪くなるためである。特に、定着ベルト６２の厚みを、例えば１００μｍ程度とさらに薄くした構成では、低摩擦シート６８の凹凸による定着ベルト６２の変形が生じ易く、ＯＨＰシートにおいてかかる不都合が生じ易くなる。
したがって、低摩擦シート６８の凹凸の高さに関しては、５〜３０μｍの範囲に設定するのが好ましい。
【００６６】
次に、低摩擦シート６８の表面の凸部の頂点から隣り合う凸部の頂点までの距離（凹凸のピッチ）について述べる。ここでは、低摩擦シート６８の凹凸のピッチと、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との初期摺動性との関係について調べた。
図１４は低摩擦シート６８の凹凸のピッチと加圧ロール６１の初期駆動トルクの関係を示し、図１５は低摩擦シート６８の凹凸のピッチと画像不良の発生の有無との関係を示している。なお、初期駆動トルクの測定および画像の評価に関する条件は、上記した低摩擦シート６８の凹凸の高さと、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との初期摺動性との関係の場合と同様である。ただし、低摩擦シート６８の凹凸の高さは２０μｍに設定した。
【００６７】
図１４に示したように、加圧ロール６１の初期駆動トルクに関しては、低摩擦シート６８の凹凸のピッチが０．１〜１．０ｍｍの範囲において最も低くなるという結果が得られた。これは、ピッチが０．１ｍｍより細かい領域では、低摩擦シート６８の摺擦面は平滑面に近くなり、潤滑剤を保持する凹部が潤滑に介在するだけの潤滑剤量を保持することができず、低摩擦シート６８と定着ベルト６２との摺擦抵抗が高くなって、加圧ロール６１の初期駆動トルクが上昇したものと考えられる。一方、ピッチが１．０ｍｍより粗い領域では、ニップ部Ｎにおけるニップ圧により、定着ベルト６１の内周面が低摩擦シート６８の凹凸に倣ってしまい、凹部から潤滑剤が押し出されるために充分な潤滑剤量を保持することができず、低摩擦シート６８と定着ベルト６２との摺擦抵抗が高くなって、加圧ロール６１の初期駆動トルクが上昇したものと考えられる。
また、画像不良の発生の有無に関しては、図１５に示したように、画像に関しては、問題となる程度の画像不良の発生は認められなかった。
したがって、低摩擦シート６８の凹凸のピッチに関しては、０．１〜１．０ｍｍの範囲に設定するのが好ましい。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置６０においては、低摩擦シート６８の表面に凹凸を形成することで、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動部において局所接触を実現するとともに、凹部において潤滑剤を保持している。これによって、潤滑剤を保持している凹部では流体潤滑に近い形態を作り出すとともに、定着ベルト６２と接触する凸部では、定着ベルト６２の移動に伴って、定着ベルト６２の内周面と低摩擦シート６８の摺擦面の凸部との間に低摩擦シート６８の凹部に保持された潤滑剤を送り出すことで、混合潤滑に近い形態を作り出している。そのため、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動部において混合潤滑から流体潤滑に至る領域に近い形態を作り出すことが可能となるので、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動抵抗の低減を長期に亘り安定して維持することが可能となった。その結果、用紙Ｐは加圧ロール６１と等速に安定して搬送することができ、紙しわの発生や画像ずれを抑制することができる。
【００６９】
[実施の形態２]
実施の形態１では、加熱手段として電磁誘導加熱される定着ベルト６２を用い、加圧手段として加圧ロール６１を用いた定着装置６０が搭載された画像形成装置について説明した。実施の形態２では、図１に示した画像形成装置に搭載する定着装置であって、加熱手段として発熱源を有する定着ロールを用い、加圧手段として圧力パッドが押圧されたエンドレスベルトを用いた定着装置について説明する。尚、実施の形態１と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
【００７０】
図１６は、本実施の形態における定着装置１０１の構成を示す側断面図である。図１６に示すように、本実施の形態の定着装置１０１では、回動部材の一例としての定着ロール８１、エンドレスベルト９２、エンドレスベルト９２を介して定着ロール８１から押圧される圧力部材の一例としての圧力パッド６５により主要部が構成されている。
【００７１】
定着ロール８１は、金属製のコア（円筒状芯金）８１１の周囲に耐熱性弾性体層８１２、および離型層８１３を積層して構成されたものである。
定着ロール８１の内部には、発熱源としてのハロゲンヒータ８６が配設されている。一方、定着ロール８１の表面には温度センサ８９が接触して配置されている。図１に示した画像形成装置の制御部４０は、この温度センサ８９による温度計測値に基づいてハロゲンヒータ８６の点灯を制御し、定着ロール８１の表面温度が所定の設定温度（例えば、１７０℃）を維持するように調整している。
エンドレスベルト９２は、圧力パッド６５と、ベルト入口ガイド６３ａおよびベルト出口ガイド６３ｂとによって、エンドレスベルト９２が必要以上に変形せず、滑らかな略円形形状を保って回動できるように支持されている。そして、ニップ部Ｎにおいて定着ロール８１に対して圧接されて配置されている。なお、エンドレスベルト９２の軸方向の両端部には、エッジガイド（図示せず）が設けられ、エンドレスベルト９２の軸方向への移動（ベルトウォーク）が規制されている。
【００７２】
圧力パッド６５は、エンドレスベルト９２の内側において、エンドレスベルト９２を介して定着ロール８１に押圧される状態で配置され、定着ロール８１との間でニップ部Ｎを形成している。圧力パッド６５は、幅の広いニップ部Ｎを確保するためのプレニップ部材６５ａをニップ部Ｎの入口側に配置し、定着ロール８１に歪みを与えるための剥離ニップ部材６５ｂをニップ部Ｎの出口側に配置している。
さらに、エンドレスベルト９２の内周面と圧力パッド６５との摺動抵抗を小さくするために、プレニップ部材６５ａおよび剥離ニップ部材６５ｂのエンドレスベルト９２と接する面に摺動部材の一例としての低摩擦シート６８が設けられている。そして、圧力パッド６５と低摩擦シート６８とは、金属製の圧力パッド固定部材６４に保持されている。
【００７３】
また、圧力パッド固定部材６４には、ベルト入口ガイド６３ａおよびベルト出口ガイド６３ｂが取り付けられ、エンドレスベルト９２がスムーズに回動することができるように構成されている。すなわち、ベルト入口ガイド６３ａおよびベルト出口ガイド６３ｂは、エンドレスベルト９２内周面と摺擦するため、摩擦係数の小さな材質で形成されている。また、ベルト入口ガイド６３ａおよびベルト出口ガイド６３ｂは、エンドレスベルト９２から熱を奪い難いように熱伝導率の低い材質で形成されている。
【００７４】
定着ロール８１は、図示しない駆動モータにより矢印Ｃ方向に回転し、この回転によりエンドレスベルト９２も従動回転する。図１に示した画像形成装置の二次転写部２０においてトナー像が静電転写された用紙Ｐは、定着入口ガイド５６によって導かれて、ニップ部Ｎに搬送される。そして、用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する際に、用紙Ｐ上のトナー像はニップ部Ｎに作用する圧力（ニップ圧）と、定着ロール８１から供給される熱とによって定着される。本実施の形態の定着装置１０１では、ほぼ定着ロール８１の外周面に倣う凹形状のプレニップ部材６５ａによりニップ部Ｎを広く構成することができるため、安定した定着性能を確保することができる。特に、プレニップ部材６５ａによって高いニップ圧をかけることで、溶融した複数のカラートナー像を混ぜ合わせて発色させたり、用紙Ｐの繊維内にトナーを埋め込んで、定着性を上げる働きを有している。
【００７５】
加えて、本実施の形態の定着装置１０１では、定着ロール８１の外周面に対し突出させて剥離ニップ部材６５ｂを配置することにより、ニップ部Ｎの出口領域（剥離ニップ部）において定着ロール８１の歪みが局所的に大きくなるように構成することもできる。このように剥離ニップ部材６５ｂを配置すれば、定着後の用紙Ｐは、剥離ニップ部を通過する際に、局所的に大きく形成された歪みを通過することになるので、定着ロール８１に巻き付くことのない用紙Ｐの剥離をより効果的に行うことができる。
特に、定着ロール８１の歪みを局所的に大きくすることによって、ロール全体としては小さい歪み量で高い剥離性能を得ることが可能となる。そのため、定着ロール８１の離型層８１３として、薄膜の耐熱性樹脂を用いた場合でも、耐熱性弾性体層８１２がニップ部Ｎを通過する際に圧縮の歪みを受けるのに応じて離型層８１３が引っ張りの歪みを受け、それが繰り返されることにより生じる、離型層８１３表面に発生するしわの発生を抑制できる。この離型層８１３のしわは、そのしわの部分と接触するトナー画像に転移するため、特にベタ画像などでは画像欠陥として、顕著に発生してしまう。かかる点を鑑みても、剥離ニップ部材６５ｂは有効である。また、耐熱性弾性体層８１２と離型層８１３との間の剥がれ等も発生し難く、剥離性能の維持と併せて長期に亘る部品性能の信頼性を向上させることができる。
【００７６】
さらには、定着ロール８１の歪み量を小さく形成できるので、定着ロール８１の耐熱性弾性体層８１２を薄肉化することができる。そのため、定着ロール８１の熱容量を小さく構成できるので、ウォームアップタイムを短くするとともに、消費電力の低減を図ることもできる。また、熱伝導率の低い耐熱性弾性体層８１２を薄肉化できるため、定着ロール８１の内面と外面との間の熱抵抗が小さくなって熱応答性の向上を図れるため、画像形成装置の高速化にも適している。
なお、剥離の補助手段として、定着ロール８１のニップ部Ｎの下流側に、剥離部材７０を配設することも可能である。剥離部材７０は、剥離バッフル７１が定着ロール８１の回転方向と対向する向き（カウンタ方向）に定着ロール８１と近接する状態でホルダ７２によって保持されている。
【００７７】
次に、定着装置１０１を構成する各部材について詳細に述べる。まず定着ロール８１では、コア８１１は、機械的強度に優れ、熱伝導率の高い材質で形成された円筒体であり、例えば、鉄、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属や合金、さらにはセラミック等で構成されている。コア８１１の外形および肉厚は、本実施の形態の定着装置１０１では、圧力パッド６５の押圧力が小さいため、小径化、薄肉化を図ることができる。
耐熱性弾性体層８１２としては、耐熱性の高い弾性体であればどのような材料を用いることも可能である。特に、ゴム硬度が２５〜４０°（ＪＩＳ−Ａ）程度のゴム、エラストマ等の弾性体を用いるのが好ましく、具体的には、シリコンゴム、フッ素ゴム等を挙げることができる。
【００７８】
離型層８１３は、耐熱性の樹脂であればどのような樹脂を用いてもよく、例えばシリコン樹脂、フッ素樹脂等を用いることができるが、離型層８１３のトナーに対する離型性や耐摩耗性の観点から、フッ素樹脂が適している。フッ素樹脂としては、ＰＦＡ（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重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体）等が使用できる。離型層８１３の厚みとしては、好ましくは５〜５０μｍ、より好ましくは１０〜３０μｍである。離型層８１３の厚みが５μｍ未満であると、定着ロール８１の歪みに基づき離型層８１３にしわが生じやすくなり、一方、５０μｍを超えると、離型層８１３が硬くなり、画像に光沢ムラ等の欠陥が生じる可能性が増え、ともに好ましくないからである。
本実施の形態の定着装置１０１では、肉厚０．４ｍｍの鉄製のコア８１１に、肉厚０．６ｍｍでゴム硬度が３０°（ＪＩＳ−Ａ）のシリコンゴムを耐熱性弾性体層８１２として形成し、離型層８１３には、厚さ３０μｍのＰＦＡを被覆した、外径が２６ｍｍの定着ロール８１を用いている。
【００７９】
エンドレスベルト９２は、原形が円筒形状に形成された無端ベルトであり、ベース層と、このベース層の定着ロール８１側の面または両面に被覆された離型層とから構成されている。ベース層は、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド等のポリマーやＳＵＳ、ニッケル、銅等の金属により形成され、その厚みは、３０〜２００μｍ、好ましくは５０〜１２５μｍ、より好ましくは７５〜１００μｍ程度である。ベース層の表面に被覆される離型層としては、フッ素樹脂、例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰで形成され、その厚みは５〜１００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍ程度である。
なお、エンドレスベルト９２の層構成としてはこれに限らず、ベース層上に弾性層を設けた構成や、内周面にさらに摺動抵抗を低減するための層を設けた構成を採ることもできる。
本実施の形態の定着装置１０１では、エンドレスベルト９２は、ベース層が８０μｍのポリイミドで形成し、離型層として３０μｍのＰＦＡをコーティングしている。
【００８０】
圧力パッド６５は、上述したように、単一の部材で構成しても、機能の異なる複数の部材で構成してもよいが、本実施の形態の定着装置１０１では、プレニップ部材６５ａ、剥離ニップ部材６５ｂで構成されている。プレニップ部材６５ａは、シリコンゴムやフッ素ゴム等の弾性体や板バネ等を用いることができ、定着ロール８１側の面は、ほぼ定着ロール８１の外周面に倣う凹形状で形成されている。
剥離ニップ部材６５ｂは、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の耐熱性を有する樹脂、または鉄、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属、さらにはセラミックで構成されている。剥離ニップ部材６５ｂの形状としては、ニップ部Ｎにおける外面形状が一定の曲率半径を有する凸曲面状に形成される。
本実施の形態の定着装置１０１では、圧力パッド６５は、平均厚さ３ｍｍのシリコンゴムからなるプレニップ部材６５ａと、アルミニウムからなる剥離ニップ部材６５ｂとで構成されている。
【００８１】
また、ベルト入口ガイド６３ａおよびベルト出口ガイド６３ｂは、上述したように、エンドレスベルト９２の内周面と摺擦するため、摩擦係数が低く、かつ、エンドレスベルト９２から熱を奪い難いように熱伝導率が低い材質が適しており、ＰＦＡやＰＰＳ等の耐熱性樹脂が用いられる。
圧力パッド固定部材６４のエンドレスベルト９２との当接部には、定着装置１０１の長手方向に亘って、潤滑剤塗布部材６７が配設されている。潤滑剤塗布部材６７は、エンドレスベルト９２内周面に対し、アミン変性シリコンオイル等の潤滑剤を適量供給することで、低摩擦シート６８を介したエンドレスベルト９２と圧力パッド６５との摺動抵抗をさらに低減し、エンドレスベルト９２の円滑な回動を図っている。
【００８２】
さらに、本実施の形態の定着装置１０１においては、実施の形態１と同様に、低摩擦シート６８の摺擦面には凹凸を形成している。このように構成することによって、エンドレスベルト９２の内周面と低摩擦シート６８の摺擦面との接触面積を小さくすることができる。さらに、低摩擦シート６８の摺擦面の凹部に潤滑剤を保持できるので、エンドレスベルト９２の移動に伴って、エンドレスベルト９２の内周面と低摩擦シート６８の摺擦面の凸部との間に低摩擦シート６８の凹部に保持された潤滑剤を送り出すことができ、エンドレスベルト９２と圧力パッド６５との間の摺動抵抗を小さい状態に維持することができる。これによって、用紙Ｐを定着ロール８１と等速に安定して搬送することが可能となり、画像ずれや用紙Ｐへの紙しわの発生が抑えられる。
【００８３】
具体的には、低摩擦シート６８は、実施の形態１と同様に構成され、耐熱性を有することに加えて、ニップ圧に抗して凹凸が潰されない程度の強度、さらにはエンドレスベルト９２との摺擦に耐え得る耐摩耗性といった観点から、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の繊維を用い、これを編み込んで凹凸が形成されたシート状としたベース層６８１と、耐熱性・低摩擦性の観点から、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂のシートや、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド、ポリイミドアミド等のシートからなる表面シート６８２とが積層して形成されている。なお、低摩擦シート６８は、プレニップ部材６５ａや剥離ニップ部材６５ｂと別体に構成しても、プレニップ部材６５ａや剥離ニップ部材６５ｂと一体的に構成しても、いずれでもよい。本実施の形態の定着装置１０１では、低摩擦シート６８はプレニップ部材６５ａや剥離ニップ部材６５ｂと別体に構成し、一端を圧力パッド固定部材６４に固定して、圧力パッド６５とエンドレスベルト９２との間に挟持されるように構成している。
【００８４】
ところで、本実施の形態の定着装置１０１では、定着ロール８１に対してエンドレスベルト９２を介して圧力パッド６５を３５ｋｇｆの荷重で押し当てることで、６ｍｍ強のニップ幅を形成し、Ａ４サイズのカラー画像を３５ｐｐｍ、白黒画像を４０ｐｐｍでプリントする能力を備えている。その際、上記の構成により、ハロゲンヒータ８６に１２００Ｗの電力を供給することで、室温から１９０℃まで約２０秒のウォームアップタイムを実現し、優れたオンデマンド性、省エネルギーを達成している。
そして、本実施の形態の定着装置１０１においては、低摩擦シート６８として、ベース層６８１がガラス繊維を編み込んだシートガラスクロスで形成され、表面シート６８２には厚さ２０μｍのポリイミド（ＰＩ）シートを用いてガラスクロスの両面を挟むように接着し（ＰＩ／ガラスクロス積層シート）、さらに、低摩擦シート６８表面の凹凸の高さを２０μｍ、ピッチを０．５ｍｍとしたものを用いている。
【００８５】
ここで、かかる低摩擦シート６８を配設した本実施の形態の定着装置１０１においても、連続駆動を行った場合の定着ロール８１の駆動トルクの経時変化と、用紙Ｐにおける紙しわや画像ずれ等の画像不良の発生の有無に関する実験を行い、エンドレスベルト９２と低摩擦シート６８との摺動抵抗の変化を測定した。なお比較例として、ガラスクロスにＰＴＦＥを含浸させたシート（中興化学製：ＦＧＦ４００−４）を用いた従来の低摩擦シートについても、同様の条件での実験を行った。
かかる実験では、定着ロール８１の定着温度を１７０℃に制御しながら、白黒モード（４０ｐｐｍ）に相当するプロセススピード２００ｍｍ／ｓでの連続駆動を行い、定着ロール８１の駆動トルクを測定するとともに、所定の時間終了毎に定着装置１０１を室温に冷やした状態から通常の起動を行って（朝一モード）、この起動直後に白黒のハーフトーン画像の未定着トナー像を全面に、かつ両面に担持した坪量６４ｇｓｍのＡ３紙を１０枚通紙して、画像不良の有無を調べた。
なお、ここでは、潤滑剤として３００ｃｓのアミン変性シリコンオイルを用い、実験開始時に低摩擦シート６８上に２ｃｃ塗布した。すなわち、本実験では潤滑剤塗布部材６７を設けず、イニシャル状態で塗布した２ｃｃの潤滑剤を如何に有効に活用して、低摺動性を維持できるかという観点からの測定を行った。
【００８６】
図１７は、定着ロール８１の駆動トルクの経時変化を、本実施の形態の低摩擦シート（ＰＩ／ガラスクロス積層シート）６８と従来の低摩擦シート（ＦＧＦ４００−４）とについて示した図である。図１７に示すように、従来の低摩擦シートでは、連続駆動１０時間の時点で定着ロール８１の駆動トルクの上昇が見られるのに対し、本実施の形態の低摩擦シート６８である摺擦面の凹凸のピッチが０．５ｍｍ、凹凸の高さが２０μｍであるＰＩ／ガラスクロス積層シートは、１００時間の時点でもイニシャル状態と略同様の駆動トルクを示し、駆動トルクの上昇は殆ど生じなかった。
一方、紙しわや画像ずれ等の画像不良に関しては、従来の低摩擦シートでは、１０時間の時点では画像不良の発生はなかったが、３０時間の時点で１０枚中８枚に紙しわが発生した。これに対して、本実施の形態の低摩擦シート６８では、１００時間の時点でも画像不良は生じなかった。
本実験によっても、本実施の形態の定着装置１０１における格段の優位性が確認された。
【００８７】
このように、本実施の形態の定着装置１０１においても、低摩擦シート６８の表面に凹凸を形成することで、エンドレスベルト９２と低摩擦シート６８との摺動部において局所接触を実現するとともに、凹部において潤滑剤を保持している。これによって、潤滑剤を保持している凹部では流体潤滑に近い形態を作り出し、エンドレスベルト９２と接触する凸部では、エンドレスベルト９２の移動に伴って、エンドレスベルト９２の内周面と低摩擦シート６８の摺擦面の凸部との間に低摩擦シート６８の凹部に保持された潤滑剤を送り出すことで、混合潤滑に近い形態を作り出すことができる。そのため、エンドレスベルト９２と低摩擦シート６８との摺動部において混合潤滑から流体潤滑に至る領域に近い形態を作り出すことが可能となるので、エンドレスベルト９２と低摩擦シート６８との摺動抵抗の低減を長期に亘り安定して維持することが可能となった。その結果、用紙Ｐは定着ロール８１と等速に安定して搬送することができ、紙しわの発生や画像ずれを抑制することができる。
【００８８】
[実施の形態３]
実施の形態１では、加熱手段として電磁誘導により加熱される定着ベルト６２を用い、加圧手段として加圧ロール６１を用いた定着装置６０が搭載された画像形成装置について説明した。実施の形態３では、図１に示した画像形成装置に搭載する定着装置であって、加熱手段として発熱源が押圧された定着ベルトを用いた定着装置について説明する。尚、実施の形態１と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
【００８９】
図１８は、本実施の形態における定着装置１０２の構成を示す側断面図である。図１８に示すように、本実施の形態の定着装置１０２では、定着ベルト６２が用紙Ｐのトナー像担持面側に配置されている。定着ベルト６２の内側に発熱源の一例としての抵抗発熱体であるセラミックヒータ８２が配設され、セラミックヒータ８２からニップ部Ｎに熱を供給するように構成している。
セラミックヒータ８２は、加圧ロール６１側の面がほぼ加圧ロール６１の外周面に倣う凹形状で形成され、定着ベルト６２を介して加圧ロール６１に押圧される状態で配置され、ニップ部Ｎを形成している。したがって、セラミックヒータ８２は圧力部材としても機能している。またセラミックヒータ８２は、ニップ部Ｎの出口領域（剥離ニップ部）に向かうほど厚みが大きく構成され、剥離ニップ部ほど大きなニップ圧を形成するとともに、剥離ニップ部における定着ベルト６２の曲率半径が小さくなるように構成されている。これによって、定着後の用紙Ｐが剥離ニップ部を通過する際に、定着ベルト６２の小さな曲率半径によって定着ベルト６２に巻き付くことなく用紙Ｐを剥離することが可能である。
さらに、定着ベルト６２内周面とセラミックヒータ８２との間には低摩擦シート６８が配設されている。この低摩擦シート６８は、セラミックヒータ８２と別体に構成しても、セラミックヒータ８２と一体的に構成しても、いずれでもよい。
【００９０】
一方、加圧ロール６１は定着ベルト６２に対向するように配置され、図示しない駆動モータにより矢印Ｄ方向に回転し、この回転により定着ベルト６２が従動回転するように構成されている。加圧ロール６１は、コア (円筒状芯金)６１１と、コア６１１の外周面に被覆した耐熱性弾性体層６１２と、さらに耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層６１３とが積層されて構成されている。また、本実施の形態の定着装置１０２では、定着ベルト６２は、原形が円筒形状に形成された無端ベルトであり、ベース層と、このベース層の加圧ロール６１側の面または両面に被覆された離型層とから構成されている。
また、剥離の補助手段として、定着ベルト６２のニップ部Ｎの下流側に、剥離部材７０を配設することも可能である。剥離部材７０は、剥離バッフル７１が定着ベルト６２の回転方向と対向する向き（カウンタ方向）に定着ベルト６２と近接する状態でホルダ７２によって保持されている。
【００９１】
そして、図１に示した画像形成装置の二次転写部２０においてトナー像が静電転写された用紙Ｐは、定着入口ガイド５６によって定着装置１０２のニップ部Ｎに導かれる。用紙Ｐがニップ部Ｎを通過する際には、用紙Ｐ上のトナー像は、ニップ部Ｎに作用する圧力と、定着ベルト６２側のセラミックヒータ８２から供給される熱とによって定着される。本実施の形態の定着装置１０２でも、ほぼ加圧ロール６１の外周面に倣う凹形状のセラミックヒータ８２によりニップ部Ｎを広く構成することができるため、安定した定着性能を確保することができる。
【００９２】
ここで、本実施の形態の定着装置１０２においては、低摩擦シート６８の表面に凹凸を形成することで、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動部において局所接触を実現するとともに、凹部において潤滑剤を保持している。これによって、潤滑剤を保持している凹部では流体潤滑に近い形態を作り出し、定着ベルト６２と接触する凸部では、定着ベルト６２の移動に伴って、定着ベルト６２の内周面と低摩擦シート６８の摺擦面の凸部との間に低摩擦シート６８の凹部に保持された潤滑剤を送り出すことで、混合潤滑に近い形態を作り出すことができる。そのため、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動部において混合潤滑から流体潤滑に至る領域に近い形態を作り出すことが可能となるので、定着ベルト６２と低摩擦シート６８との摺動抵抗の低減を長期に亘り安定して維持することが可能となった。その結果、用紙Ｐは加圧ロール６１と等速に安定して搬送することができ、紙しわの発生や画像ずれを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の活用例として、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置への適用、例えば記録紙（用紙）上に担持された未定着トナー像を定着する定着装置への適用がある。また、インクジェット方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置への適用、例えば記録紙（用紙）上に担持された未乾燥インク像を乾燥する定着装置への適用がある。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の画像形成装置を示した概略構成図である。
【図２】実施の形態１における定着装置の構成を示す側断面図である。
【図３】定着ベルトの層構造を説明する断面図である。
【図４】定着ベルトが支持された状態を説明する断面図である。
【図５】磁場発生手段の構成と作用とを説明する概略断面図である。
【図６】低摩擦シートの層構造を説明する断面図である。
【図７】ストリベック曲線を示した図である。
【図８】本発明における加圧ロールの駆動トルクの経時変化を示した図である。
【図９】本発明における画像不良の発生の有無について示した図である。
【図１０】比較例における加圧ロールの駆動トルクの経時変化を示した図である。
【図１１】比較例における画像不良の発生の有無について示した図である。
【図１２】低摩擦シートの凹凸の高さと加圧ロールの初期駆動トルクの関係を示した図である。
【図１３】低摩擦シートの凹凸の高さと画像不良の発生の有無との関係を示した図である。
【図１４】低摩擦シートの凹凸のピッチと加圧ロールの初期駆動トルクの関係を示した図である。
【図１５】低摩擦シートの凹凸のピッチと画像不良の発生の有無との関係を示した図である。
【図１６】実施の形態２における定着装置の構成を示す側断面図である。
【図１７】定着ロールの駆動トルクの経時変化を、本発明の低摩擦シートと従来の低摩擦シートとについて示した図である。
【図１８】実施の形態３における定着装置の構成を示す側断面図である。
【図１９】従来の定着装置の構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ…画像形成ユニット、１１…感光体ドラム、１２…帯電器、１３…レーザ露光器、１４…現像器、１５…中間転写ベルト、１６…一次転写ロール、１７…ドラムクリーナ、２０…二次転写部、６０,１０１,１０２…定着装置、６１…加圧ロール、６２…定着ベルト、６３ａ…ベルト入口ガイド、６３ｂ…ベルト出口ガイド、６４…圧力パッド固定部材、６５…圧力パッド、６５ａ…プレニップ部材、６５ｂ…剥離ニップ部材、６６…温度均一化ロール、６７…潤滑剤塗布部材、６８…低摩擦シート、６９…エッジガイド、７０…剥離部材、８０…磁場発生手段、８１…定着ロール、８２…セラミックヒータ、８６…ハロゲンヒータ、８９…温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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