JP6349968B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどの画像形成装置に使用される定着装置及びその定着装置を搭載した画像形成装置に関する。より具体的には、本発明は、無端ベルト状の定着部材と加圧部材間にニップを形成し、該ニップを通る記録媒体に定着処理を行う定着装置、及びその定着装置を搭載した画像形成装置に関するものである。

近年、プリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に対し、省エネルギー化・高速化の市場要求が強まってきている。
画像形成装置では、電子写真記録・静電記録・磁気記録等の画像形成プロセスにより、未定着トナー画像が、画像転写方式又は直接方式により記録材シート、印刷紙、感光紙、静電記録紙などの記録媒体に形成される。未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式のものが広く採用されている。

無端ベルトを直接加熱するタイプの定着装置では、回転する定着部材とニップ形成部材との摩擦抵抗を低減させる摺動部材がニップ形成部材表面に又は加圧部材側に設けられる。摺動部材は潤滑剤を含んでいる。無端ベルトを直接加熱することで、省エネルギー性が高く、加熱待機時からのファーストプリントタイムを短縮することが可能となった。だが、経時的な潤滑剤の減少による定着部材の摺動抵抗増加により、記録媒体が通紙時に線速通りに送られないスリップ現象が発生しジャムしたり、周辺部材の擦れた跡が残る異常画像が発生したりした。

特許文献１はこのような定着装置を開示しているが、摺動層は少なくとも２以上の層を有するとともに潤滑剤を保持しており、コストが高くなってしまう。また、エンドレスベルトの内面と接触する側のフッ素繊維層が織布であり、織り目方向が摺動方向に対し３０〜４５°の角度を有しているため、加圧力や回転数が変化すると織り目方向の最適条件が変わってしまい、潤滑剤の保持効果が減少する可能性がある。

特許文献２の定着装置では、オイル塗布ローラによりオイルを定着ローラに供給している。含フッ素シリコンオイルを２００℃で熱分解するとき、熱減量が０．２重量％以下のものがある。これは、フッ素系潤滑剤（オイル、グリース）は、高温下で長時間使用しても、酸化、重合、分子破断等の化学変化は全く起こらないことに起因する。含フッ素シリコンオイルは熱分解、揮発による悪影響が発生しない結果、含フッ素シリコンオイルの特徴である定着画像表面にオイルが付着することがないという特性が生かせるので、カラー画像における透明性を向上することができる。

ただしこの場合、オイルや塗布ローラのコストが上昇してしまう。特にコピー機の低速動作時には機能よりコストパフォーマンスが優先される傾向にあるため、コストの低いオイル塗布方法が要求される。特許文献３や特許文献４の定着装置においては、定着ベルト端部からのオイル漏れ防止のためにオイル漏れ防止手段が設けられているが、フランジやベルトへの特殊な溝加工などが必要になり、コストの増加につながる。

そこで本発明は、定着部材端部からの潤滑剤漏れや、駆動トルク増大による記録媒体のスリップ現象等を解消し、加熱に起因する潤滑剤の減量を低減して、定着部材の内面に安定して潤滑剤を供給できる定着装置を提供することを課題とする。

この課題を解決するため、無端ベルト状の定着部材と、該定着部材を加熱する熱源と、該定着部材と対向する加圧部材と、前記定着部材内部に配設されて前記加圧部材と対向してニップ部を形成するニップ形成部材と、少なくとも該ニップ部において前記定着部材と前記ニップ形成部材との間に設けられる摺動部材とを備え、該ニップ部を通る記録媒体上の未定着トナーを加熱して定着させる定着装置において、該摺動部材は潤滑剤を有し、該摺動部材の長手方向に沿った中央領域での潤滑剤保持容量よりも、該摺動部材の該中央領域の両側に位置する端部領域での潤滑剤保持容量が大きく、かつ該摺動部材の潤滑剤保持容量はニップ入口部よりもニップ出口部の方が大きく、前記摺動部材の潤滑剤保持容量は前記摺動部材の体積に略比例し、前記摺動部材のニップ入口部よりもニップ出口部において、前記摺動部材の前記端部領域の体積が前記中央領域の体積より大きいことを特徴とする定着装置を提案する。

潤滑剤は、定着動作開始時の初期段階から長期にわたって外に漏れることなく、特にニップ出口部において、摺動部材の体積を大きくした両側の端部領域内に効果的に保持される。経時的な摺動負荷の増大に伴う記録媒体のスリップを防ぐことができる。駆動トルク低減や構成部品の高耐久化が図れるので、低コストかつ環境負荷の小さい定着装置が得られる。

画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 定着装置の一実施形態を示す概略構成図である。 定着装置の別の実施形態を示す概略構成図である。 潤滑剤の流出箇所を示す図である。 定着ベルトの周方向の最低及び最高温度部分を示す図である。 異なる定着装置の設定温度における、定着ベルトの走行距離とオイル残量の関係を示す図である。 異なる定着装置の設定温度における、定着ベルトの走行距離と加圧ローラの駆動トルクの関係を示す図である。 定着装置の別の実施形態を示す概略構成図である。 展開した摺動部材をニップ部から見た図である。 図９のＡ−Ａ線断面図である。 展開した摺動部材の別の実施形態を示す図である。 摺動部材の潤滑剤保持容量と潤滑剤量の関係を示す図である。 定着ベルトの走行距離（経時変化）と摺動部材内の潤滑剤量の関係を示すグラフである。

先ず、図１を用いて本発明の定着装置を適用する画像形成装置の構成を説明する。
図１に示した画像形成装置は、複数の色画像を形成する作像部がベルトの展張方向に沿って並置されたタンデム方式を用いるカラープリンタあるが、本発明はこの方式に限られず、プリンタだけではなく複写機やファクシミリ装置などを対象とすることも可能である。

画像形成装置１００では、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋを並設したタンデム構造が採用されている。

図示の構成の画像形成装置１００では、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成された可視像が、１次転写行程の実行により、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対峙しながら矢印Ａ１方向に移動可能な無端ベルトが用いられる中間転写体（以下、転写ベルトという）１１に対して重畳転写され、その後、中間転写体上の画像は記録シートなどが用いられる記録媒体Ｓに対して２次転写行程の実行により一括転写されるようになっている。

各感光体ドラムの周囲には、感光体ドラムの回転に従い画像形成処理するための装置が配置されている。ブラック画像形成を行う感光体ドラム２０Ｂｋを例として説明すると、感光体ドラム２０Ｂｋの回転方向に沿って、画像形成処理を行う帯電装置３０Ｂｋ、現像装置４０Ｂｋ、１次転写ローラ１２Ｂｋ及びクリーニング装置５０Ｂｋが配置されている。感光体ドラムの帯電後に行われる書き込みには、光書込装置８が用いられる。

転写ベルト１１に対する重畳転写は、転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラムに対向して配設された１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋによる電圧印加によって、Ａ１方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。これにより、転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに形成された可視像が、転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写される。

各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、Ａ１方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像をそれぞれ形成するための画像ステーションに備えられている。

画像形成装置１００は、色毎の画像形成処理を行う４つの画像ステーションと、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋの上方に対向して配設され、転写ベルト１１及び１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋを備えた転写ベルトユニット１０を有する。また画像形成装置１００は、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１に従動し、連れ回りする転写部材としての転写ローラである２次転写ローラ５を有している。また画像形成装置１００は、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１上をクリーニングするベルトクリーニング装置１３と、これら４つの画像ステーションの下方に対向して配設された光書き込み装置としての光書込装置８とを有している。

光書込装置８は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、ｆθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラー及び偏向手段としての回転多面鏡などを装備している。光書込装置８は、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに対して色毎に対応した書き込み光Ｌｂ（図１では便宜上、ブラック画像の画像ステーションのみを対象として符号が付けてあるが、その他の画像ステーションも同様である）を出射する。これにより光書込装置８は、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋに静電潜像を形成するように構成されている。

画像形成装置１００には、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋと転写ベルト１１との間に向けて搬送される記録媒体Ｓを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置６１が設けられている。また、シート給送装置６１から搬送されてきた記録媒体Ｓを、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋと転写ベルト１１との間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対４と、記録媒体Ｓの先端がレジストローラ対４に到達したことを検知する図示しないセンサとが設けられている。

また、画像形成装置１００には、トナー像が転写された記録媒体Ｓにトナー像を定着させるためのローラ定着方式の定着装置２００と、トナー像の定着済みの記録媒体Ｓを画像形成装置１００の本体外部に排出する排紙ローラ７が備えられている。また画像形成装置１００の本体上部に配設されて排紙ローラ７により画像形成装置１００の本体外部に排出された記録媒体Ｓを積載する排紙トレイ１７が備えられている。また排紙トレイ１７の下側に位置し、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｂｋが備えられている。

転写ベルトユニット１０は、転写ベルト１１、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋの他に、転写ベルト１１が掛け回されている駆動ローラ７２及び従動ローラ７３を有している。

従動ローラ７３は、転写ベルト１１に対する張力付勢手段としての機能も備えており、このために、従動ローラ７３にはスプリングなどを用いた付勢手段が設けられている。このような転写ベルトユニット１０と、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｂｋと、２次転写ローラ５と、クリーニング装置１３とで、転写装置７１が構成されている。

シート給送装置６１は、画像形成装置１００の本体下部に配設されており、最上位の記録媒体Ｓの上面に当接する給紙ローラとしての給送ローラ３を有している。そして給送ローラ３が反時計回りに回転駆動されることにより、最上位の記録媒体Ｓをレジストローラ対４に向けて給送するようになっている。

転写装置７１に装備されているクリーニング装置１３は、詳細な図示を省略するが、転写ベルト１１に対向、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とを有している。クリーニング装置１３は、転写ベルト１１上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト１１をクリーニングするようになっている。

クリーニング装置１３はまた、転写ベルト１１から除去した残留トナーを搬出し廃棄するための図示しない排出手段を有している。

図２は本発明の定着装置の一実施形態を示す断面図である。
定着装置２００は、定着部材としての定着ベルト２０１と、これに対向する加圧部材としての加圧ローラ２０３を有している。定着ベルト２０１内には熱源であるハロゲンヒータ２０２が設けられ、これにより定着ベルト２０１が内周側から輻射熱で直接加熱される。また、定着ベルト２０１内の加圧ローラ２０３に対向する側に、定着ベルトを介して加圧ローラとニップ部Ｎを形成するニップ形成部材２０６が配設され、定着ベルト内面と摺動シートである摺動部材２１０を介して間接的に摺動するようになっている。摺動部材２１０は、少なくともニップ部Ｎの幅にわたって定着ベルト２０１とニップ形成部材２０６との間に設けられている。搬送されてきた記録媒体上の未定着トナーは、ニップ部Ｎにおいて熱と圧力により加熱・溶融され、記録媒体上に定着される。

図２の構成ではニップ部の形状は平坦であるが、凹形状やその他の形状であっても良い。凹形状のニップを形成することで、記録媒体先端の排出方向がより加圧ローラ寄りになり、記録媒体の定着ベルトに対する分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される。

定着ベルト２０１は、ニッケルやＳＵＳなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルト（若しくはフィルム）とする。ベルトの表層は、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）又は四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなる離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。ベルトの基材とＰＦＡ又はＰＴＦＥ層の間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層があっても良い。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、ニップ部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て画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残るという不具合が生じる。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収され、ユズ肌画像が改善する。

また、定着ベルト２０１の内部には、ニップ部を支持するためのステーである支持部材２０７を設け、加圧ローラ２０３により圧力を受けるニップ形成部材２０６の撓みを防止し、軸方向（紙面垂直方向）で均一なニップ幅を得られるようにしている。この支持部材２０７は両端部でフランジである保持部材２０８に保持固定され、位置決めされている。また、ハロゲンヒータ２０２と支持部材２０７の間に反射部材２０９を備え、これが熱源２０２からの輻射熱などを反射することで、輻射熱などにより支持部材２０７が加熱されてしまうことによるエネルギー浪費を抑制している。

ここで、反射部材２０９を備える代わりに、支持部材２０７の表面に断熱処理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。熱源２０２としては図示したハロゲンヒータでも良いが、抵抗発熱体、カーボンヒータ等であっても良い。

加圧ローラ２０３は、芯金２０５、芯金に設けられた弾性ゴム層２０４、離型性を得るために表面に設けられた離型層（ＰＦＡ又はＰＴＦＥ層）からなる。加圧ローラ２０３は、画像形成装置１００に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達されて回転する。また、加圧ローラ２０３は、図示しないスプリングなどにより定着ベルト２０１側に押し付けられており、弾性ゴム層２０４が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を有している。

加圧ローラ２０３は中空ローラであっても良く、加圧ローラ２０３内部にハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。弾性ゴム層２０４はソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ２０３内部にヒータが無い場合は、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムを使用すると、断熱性が高まり定着ベルト２０１の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。

定着ベルト２０１は、加圧ローラ２０３により連れ回り回転する。図２の定着装置２００の場合、加圧ローラ２０３は図示しない駆動源により回転し、ニップ部Ｎで定着ベルト２０１に駆動力が伝達されることにより定着ベルト２０１が回転する。定着ベルト２０１は、ニップ部Ｎで挟み込まれて回転し、ニップ部以外では両端部で保持部材（フランジ）２０８にガイドされ、走行する。記録媒体Ｓはニップ部Ｎを通る際に加熱・加圧され、定着処理が行われる。
上記のような構成により、安価でウォームアップ時間の短い定着装置を実現することが可能となる。

図３は、本発明の定着装置の別の実施形態を示す構成図である。
図２の定着装置では熱源２０２が１本のハロゲンヒータで構成されているのに対し、本実施形態では熱源２０２が３本のハロゲンヒータで構成されている。これにより、生産性を落とすことなく各種紙幅に対応することができる。

以下では、定着装置２００において特徴的な構成について詳しく説明する。
図４に示すように、潤滑剤は定着ベルト２０１内部にある摺動部材２１０の端部から定着装置２００内に流出する。流出して定着装置２００の下部に溜まった潤滑剤は定着動作時に記録媒体に付着し、異常画像の原因となる。そこで、摺動部材２１０の端部の潤滑剤保持容量を中央部よりも増大させることで、潤滑剤の端部からの流出を抑えることが可能となる。この際、ニップ出口部において、摺動部材２１０の端部の潤滑剤保持容量を増大させるのが好ましい。というのは、図５に示すように、定着ベルトの中で一番温度の低い箇所は記録媒体に熱を奪われた後のニップ出口部であり、定着ベルトのニップ出口部はニップ入口部よりも２０℃近く低く、この箇所では加熱に起因する潤滑剤の減量が最も少なからである。そのため、この箇所において摺動部材２１０の潤滑剤保持容量を増大させることが最も効果的である。なお、定着ベルトの中で一番温度の高い箇所は、ハロゲンヒータからの輻射熱を最も受ける、ハロゲンヒータに対向する箇所である。

図６に示すように、定着装置２００の設定温度が高いほど、経時的な（定着ベルトの走行距離に対する）潤滑剤の減りが早くなる。それに伴い図７に示すように、潤滑剤不足に起因する経時的な加圧ローラ２０３の駆動トルクの上昇具合も、低温設定や中温設定よりも高温設定において大きくなり、記録媒体のスリップが発生して異常画像が生じやすくなる。そこで図８に示すように、摺動部材２１０のニップ出口部における潤滑剤保持量をニップ入口部よりも多くすることで、加熱による潤滑剤の減量を極力低減し、加圧ローラ２０３の駆動トルクの上昇を効果的に抑えることができる。また、３００ｃｓ以下の粘度を有する潤滑剤を使用することで、潤滑剤の粘度自体による駆動トルクの上昇を抑制しつつ、経時的に生じる記録媒体のスリップを防ぐことが可能である。以下では、摺動部材２１０の構成を具体的に説明する。

（摺動部材２１０の構成）
図８から分かるように、ニップ部Ｎでは、定着ベルト２０１はニップ形成部材２０６の表面に対して摺動しながら移動する。このため、定着ベルト２０１のニップ形成部材２０６との摩擦抵抗を低減して定着ベルト２０１をスムーズに回転（移動）させるため、ニップ形成部材２０６の定着ベルト２０１と摺動接触する表面に、潤滑剤を含有したシート状の摺動部材２１０が貼付されている。

シート状の摺動部材２１０は、ニップ形成部材２０６の長手方向に沿ってその表面に貼り付けられており、ニップ出口部では定着ベルト２０１に沿ってニップ形成部材２０６から突出している。この摺動部材２１０の基材としては、例えば、耐摩耗性、耐熱性に優れ、かつ摩擦係数の小さいフッ素系繊維シートが望ましい。そして、この繊維を織り込んでシート状の摺動部材２１０を形成している。また、摺動部材２１０は、回転する定着ベルト２０１と摺接するために動摩擦係数を０．１５以下として、当接する定着ベルト２０１との摩擦抵抗を小さくするようにしている。これにより、定着ベルト２０１がスムーズに回転し、かつ加圧ローラ２０３の駆動トルクの上昇を抑えることができる。

また、摺動部材２１０は、表面に液状の潤滑剤（例えば、シリコーンオイル）が塗布されることで、毛細管現象により全体にむらなく潤滑剤を含有させることができる。また、摺動部材２１０をメッシュ状又は多孔質な材料で形成することで、潤滑剤が染み込みやすくなり、良好に保持することができる。

図９は、ニップ形成部材２０６の長手方向に沿ってその表面に貼り付けられたシート状の摺動部材２１０を展開した状態をニップ部Ｎから見た図である。図示のように、摺動部材２１０は矩形を有しているが、この形状に限られない。

図９では、ニップ形成部材２０６（摺動部材２１０）に摺動接触する定着ベルト２０１と、定着ベルト２０１をニップ形成部材２０６（摺動部材２１０）に圧接させる加圧ローラ２０３は省略している。また、図９では、ニップ形成部材２０６（摺動部材２１０）の下側から上側に（矢印ａ方向に）向けて、未定着トナー像が転写された記録媒体Ｓがニップ部Ｎに搬送される。なお、図９では、未定着トナー像が転写された記録媒体Ｓは、摺動部材２１０の長手方向両端面よりも内側を通るようにして通紙される。

ところで、定着動作時において、ニップ形成部材２０６には定着ベルト２０１を挟んで加圧ローラ２０３が圧接しているので、ニップ形成部材２０６の表面に取り付けた摺動部材２１０も加圧ローラ２０３によって圧接される。前記したように、この加圧ローラ２０３による圧接によって、摺動部材２１０に含有されている潤滑剤のうちの、摺動部材２１０内に保持しきれない量の潤滑剤が、摺動部材２１０の長手方向両端部から外に漏れ、定着装置２００内に流出する虞がある。定着装置２００内に潤滑剤が流出すると、潤滑剤が、通紙される未定着トナー像が転写された記録媒体Ｓ上に付着し、異常画像の原因となる。

そこで本実施形態では、図９に示すように、摺動部材２１０のニップ出口部（摺動部材の上側）において、摺動部材２１０の長手方向に沿った中央領域２１０ａでの潤滑剤保持容量よりも、摺動部材２１０の中央領域２１０ａの両側の端部領域２１０ｂでの潤滑剤保持容量が大きくなるようにしている。

詳細には、図１０に示すように、ニップ入口部よりもニップ出口部において摺動部材２１０の両側の端部領域２１０ｂでの潤滑剤保持容量を大きくするために、摺動部材２１０の端部領域２１０ｂの体積を中央領域２１０ａの体積より大きくした。ただし、図９に示すように、大きい体積を有する端部領域２１０ｂは、矢印ａ方向に見て摺動部材２１０の略中央部から上端まで存在している。摺動部材２１０の下端から略中央部までは、端部領域２１０ｂの体積は中央領域２１０ａの体積と同じである。本例では、矢印ａ方向に見て端部領域２１０ｂの略中央部に体積の大きい部分と小さい部分の境界部があるが、図１１に示すように、境界部は、例えば端部領域２１０ｂの下端から上端まで直線的に延びてもよい。図１１の例では、端部領域２１０ｂのうち、中央領域２１０ａに隣接する台形部分が体積の大きい部分である。端部領域２１０ｂのうち、台形部分に隣接する三角形部分は、中央領域２１０ａと同じ厚みを有する。この場合、端部領域２１０ｂの下端であって中央領域２１０ａの両側に、中央領域２１０ａよりも体積の大きい部分が存在している。

よって、摺動部材２１０の長手方向に沿った中央領域２１０ａでの潤滑剤保持容量よりも、摺動部材２１０の中央領域２１０ａの両側の端部領域２１０ｂでの潤滑剤保持容量が大きい。さらに、摺動部材２１０の潤滑剤保持容量は、ニップ入口部とニップ出口部とで異なり、ニップ入口部よりもニップ出口部の方が大きい。これにより、加圧ローラ２０３による加圧によって摺動部材２１０内に保持できない量の潤滑剤は、定着動作開始時の初期段階から長期にわたって外に漏れることなく、特にニップ出口部において、体積を大きくした両側の端部領域２１０ｂ内に効果的に保持される。よって、経時的な摺動負荷の増大に伴う記録媒体のスリップを防ぐことができ、また、駆動トルク低減や構成部品の高耐久化が図れるので、低コストかつ環境負荷の小さい定着装置が得られる。なお、図１０は、摺動部材２１０のニップ出口部に相当する図９のＡ−Ａ線断面図であり、ニップ出口部でのニップ形成部材２０６（摺動部材２１０）の断面を示している。

なお図８に示すように、摺動部材２１０の両側の端部領域２１０ｂの体積を大きくせずに、単純に摺動部材２１０を定着ベルト２０１に沿ってニップ形成部材２０６から突出させることで、ニップ出口部での摺動部材２１０の潤滑剤保持容量を増大させてもよい。

結局、摺動部材２１０に含有される潤滑剤の減少を抑制することができるので、長期にわたって、定着ベルト２０１のニップ形成部材２０６との摩擦による摩擦抵抗の上昇が抑えられる。よって、長期にわたって、定着ベルト２０１がスムーズに回転し、かつ加圧ローラ２０３の駆動トルクの上昇を抑えることができる。

図１０において、ニップ形成部材２０６の摺動部材２１０の端部領域２１０ｂが位置する各面２１２ａは、端部領域２１０ｂの体積の拡大に応じて中央領域２１０ａが接する面２１２ｂよりも一段低くしている。これにより、摺動部材２１０の表面は平坦上に維持されている。

図９、図１０において、本実施形態では、摺動部材２１０の長手方向に沿った中央領域２１０ａの幅は、通紙される記録媒体の画像保障領域（未定着トナー像が転写されている領域）に対応している。また、その中央領域２１０ａの両側の長手方向に沿った端部領域２１０ｂの幅は、通紙される記録媒体の画像保障領域外に対応している。
定着動作開始時には、図１０の矢印ｂ方向から加圧ローラ２０３がニップ形成部材２０６（摺動部材２１０）に加圧される。

図１２は、摺動部材２１０の潤滑剤保持容量と潤滑剤量の関係を示す図である。
図示のように、潤滑剤量を摺動部材２１０の潤滑剤保持容量より多くすると、保持容量以上の潤滑剤は摺動部材２１０の端部から流出して定着装置２００内に漏れてしまう（図４）。そのため、摺動部材の潤滑剤保持容量は摺動部材に塗布される潤滑剤量以上であることが必要である。特に摺動部材の潤滑剤保持容量は塗布される潤滑剤量の倍程度であると好ましい。これにより、摺動部材からの潤滑剤の流出を防ぐことができ、経時的な摺動負荷の増大に伴う記録媒体のスリップを防ぐことができる。また、駆動トルク低減や構成部品の高耐久化が図れるので、低コストかつ低環境負荷な定着装置が得られる。

図１３は、定着ベルトの走行距離（経時変化）と摺動部材内の潤滑剤量の関係を示すグラフである。ここでは、通常の摺動部材と体積を倍増させた摺動部材を用い、両者の有する初期オイル量を共に０．８ｇとしている。また、この際用いる摺動部材には潤滑剤の浸み込みやすいメッシュ状又は多孔質な材質を用いることが好適である。両者の場合で、初期段階でオイル量が０．８ｇから大きく減少し、その後は走行距離が増えるにつれ、潤滑剤量が漸減しているのが分かる。しかし、経時的に、体積を倍増させた摺動部材は通常の摺動部材より多くの（３倍程度の）潤滑剤量を保持できている。よって、このような材質を用いるとき、摺動部材の潤滑剤保持容量は摺動部材の体積に略比例している。図１２に示すように、潤滑剤保持容量は摺動部材２１０の体積によりコントロールできる。例えば、摺動部材の体積を増加させるために、摺動部材２１０のニップ入口部よりもニップ出口部において、摺動部材２１０の中央領域の両側の端部領域の体積を中央領域の体積より大きくすればよい（図９、図１０、図１１）。

特に初期の潤滑剤量が過多の場合、摺動部材で保持しきれない量の潤滑剤は初期段階ですぐに定着ベルト外へ流出してしまう（図１３）。そうすると、潤滑剤が定着装置内又は外へ漏れてしまい、異常画像の原因となったり、潤滑剤の枯渇による駆動トルク増大による記録媒体のスリップの発生原因となったりする。しかし、潤滑剤保持容量を摺動部材の体積で調整することで、このような潤滑剤過多による初期の流出を防ぐことができる。初期の潤滑剤漏れ量を少なくすることで経時にわたり潤滑剤の量を保つことができ、加圧ローラの駆動トルクを適正に保ち、かつ潤滑剤漏れによる異常画像が発生しなくなる。

一方、摺動部材が繊維状のシートである場合、同じ材質のシートを使用していても繊維の網目密度によって摺動部材の単位面積当たりの密度が異なり、一般に、摺動部材の潤滑剤保持容量は摺動部材の単位面積当たりの密度に略比例する。そこで潤滑剤保持容量を上げるために繊維の網目密度が高いほうが有利であり、摺動部材の単位面積当たりの繊維の網目密度を高くする（網目を密にする）ことにより、図１３に示すような初期オイル漏れを抑制することができる。

例えば、摺動部材２１０のニップ入口部よりもニップ出口部において、摺動部材２１０の端部領域の単位面積当たりの繊維の網目密度を、中央領域の単位面積当たりの繊維の網目密度よりも高くすることで、端部領域での潤滑剤保持容量を大きくすることができる。端部領域の単位面積当たりの繊維の網目密度の粗密の境界部は、図９又は図１１のように構成してもよい。これにより、加圧ローラ２０３による加圧によって摺動部材２１０内に保持できない量の潤滑剤は、外に漏れることなく、特にニップ出口部において、単位面積当たりの繊維の網目密度を高くした両側の端部領域内に効果的に保持される。

ニップ形成部材の摩擦抵抗が大きい場合はニップ形成部材に摺動性に優れたシート状の摺動部材を巻き付けることで、ニップ形成部材に低摩擦特性を持たせることができる。摩擦低減により摺動回転時の加圧ローラの駆動トルクを低減し、駆動トルクの低減によりモータの消費電力を削減でき、かつ定着ベルトへの摩擦力の負荷を減らすことができる。一般的に、摺動性の良好な樹脂材料としてポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）などがあるが、フッ素樹脂（フッ素繊維）はその摩擦係数が低く、耐熱性もある。そのため、摺動部材の基材としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いるのが好適である。また、その動摩擦係数が０．１５以下であると好ましい。

２００ 定着装置
２０１ 定着ベルト（定着部材）
２０２ ハロゲンヒータ（熱源）
２０３ 加圧ローラ（加圧部材）
２０６ ニップ形成部材
２１０ 摺動部材
２１０ａ 中央領域
２１０ｂ 端部領域
Ｎ ニップ部

特開２０１１−１０７７２９号公報 特開平０８−０９５４０９号公報 特開２００２−３５７９６８号公報 特願２００２−２７５６５０号公報

Claims (5)

1. 無端ベルト状の定着部材と、該定着部材を加熱する熱源と、該定着部材と対向する加圧部材と、前記定着部材内部に配設されて前記加圧部材と対向してニップ部を形成するニップ形成部材と、少なくとも該ニップ部において前記定着部材と前記ニップ形成部材との間に設けられる摺動部材とを備え、該ニップ部を通る記録媒体上の未定着トナーを加熱して定着させる定着装置において、
   該摺動部材は潤滑剤を有し、
   該摺動部材の長手方向に沿った中央領域での潤滑剤保持容量よりも、該摺動部材の該中央領域の両側に位置する端部領域での潤滑剤保持容量が大きく、かつ該摺動部材の潤滑剤保持容量はニップ入口部よりもニップ出口部の方が大きく、
   前記摺動部材の潤滑剤保持容量は前記摺動部材の体積に略比例し、前記摺動部材のニップ入口部よりもニップ出口部において、前記摺動部材の前記端部領域の体積が前記中央領域の体積より大きいことを特徴とする定着装置。
2. 前記摺動部材の潤滑剤保持容量は前記摺動部材に塗布される潤滑剤量以上であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 無端ベルト状の定着部材と、該定着部材を加熱する熱源と、該定着部材と対向する加圧部材と、前記定着部材内部に配設されて前記加圧部材と対向してニップ部を形成するニップ形成部材と、少なくとも該ニップ部において前記定着部材と前記ニップ形成部材との間に設けられる摺動部材とを備え、該ニップ部を通る記録媒体上の未定着トナーを加熱して定着させる定着装置において、
   該摺動部材は潤滑剤を有し、
   該摺動部材の長手方向に沿った中央領域での潤滑剤保持容量よりも、該摺動部材の該中央領域の両側に位置する端部領域での潤滑剤保持容量が大きく、かつ該摺動部材の潤滑剤保持容量はニップ入口部よりもニップ出口部の方が大きく、
   前記摺動部材の潤滑剤保持容量は前記摺動部材の単位面積当たりの密度に略比例し、前記摺動部材のニップ入口部よりもニップ出口部において、前記摺動部材の前記端部領域の単位面積当たりの繊維の網目密度が前記中央領域の単位面積当たりの繊維の網目密度より高いことを特徴とする定着装置。
4. 前記摺動部材の基材はフッ素樹脂であり、前記摺動部材の動摩擦係数は０．１５以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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