特開 2023-40566 ベルト装置、定着装置及び画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023040566

(43)【公開日】2023-03-23

(54)【発明の名称】ベルト装置、定着装置及び画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/20 20060101AFI20230315BHJP

【ＦＩ】

G03G15/20 515

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021147635

(22)【出願日】2021-09-10

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100182453

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 英明

(72)【発明者】

【氏名】染矢 幸通

(72)【発明者】

【氏名】島田 浩幸

(72)【発明者】

【氏名】古市 祐介

(72)【発明者】

【氏名】井上 大輔

(72)【発明者】

【氏名】東海 智史

(72)【発明者】

【氏名】林 裕美子

【テーマコード（参考）】

2H033

【Ｆターム（参考）】

2H033BA25

2H033BA26

2H033BA31

2H033BA32

2H033BB03

2H033BB05

2H033BB13

2H033BB14

2H033BB18

2H033BB21

2H033BB29

2H033BB30

2H033BE03

(57)【要約】

【課題】ベルトの損傷を効果的に抑制する。
【解決手段】回転可能な無端状のベルト３１０と、ベルト３１０の内周面に接触するように配置された加熱源３３０と、を備えるベルト装置であって、加熱源３３０は、基材３４１と、前記基材に設けられた発熱体３７０と、を有し、基材３４１の発熱体３７０が設けられた面とは反対側の加熱源表面を、ベルト３１０の内周面に接触させ、加熱源３３０に対して摺動するベルト３１０の摺動面の弾性仕事率が５２％以上である。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転可能な無端状のベルトと、
前記ベルトの内周面に接触するように配置された加熱源と、
を備えるベルト装置であって、
前記加熱源は、基材と、前記基材に設けられた発熱体と、を有し、
前記基材の前記発熱体が設けられた面とは反対側の加熱源表面を、前記ベルトの内周面に接触させ、
前記加熱源に対して摺動する前記ベルトの摺動面の弾性仕事率が５２％以上であることを特徴とするベルト装置。

【請求項2】

前記ベルトの摺動面の弾性仕事率が５７％以上である請求項１に記載のベルト装置。

【請求項3】

前記ベルトの内周面に接触する前記加熱源表面の摺動方向の線粗さＲａが１μｍ以下である請求項１または２に記載のベルト装置。

【請求項4】

前記ベルトの内周面に接触する前記加熱源表面は、ガラスによって構成される請求項１から３のいずれか１項に記載のベルト装置。

【請求項5】

前記ベルトの摺動面は、ポリイミドを含む材料によって構成される請求項１から４のいずれか１項に記載のベルト装置。

【請求項6】

前記ベルトは、基材と、基材よりも外周側に設けられる表層と、を有し、前記表層と前記基材との間に弾性層を有しない請求項１から５のいずれか１項に記載のベルト装置。

【請求項7】

前記加熱源は、前記加熱源の長手方向に渡って複数配列されると共に互いに独立して発熱制御可能な発熱体を有する請求項１から６のいずれか１項に記載のベルト装置。

【請求項8】

前記加熱源の温度を検知する温度検知部材を備え、
前記温度検知部材は、前記基材の前記発熱体が設けられた面側の加熱源表面の温度を検知する請求項１から７のいずれか１項に記載のベルト装置。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１項に記載のベルト装置と、
前記ベルトを介して前記加熱源に接触し前記ベルトとの間にニップ部を形成する加圧部材と、
を備え、
前記ニップ部に未定着画像を担持する記録媒体を通過させて前記未定着画像を前記記録媒体に定着することを特徴とする定着装置。

【請求項10】

請求項１から８のいずれか１項に記載のベルト装置、又は請求項９に記載の定着装置を備え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、ベルト装置、定着装置及び画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複写機又はプリンタなどの画像形成装置に搭載されるベルト装置として、無端状のベルトを用いた定着装置が知られている。

【0003】

一般的に、ベルト式の定着装置においては、ベルトが回転すると、ベルトの内側に配置されているヒータ又は摺動シートなどに対してベルトが摺動する。このため、ベルトの摺動により、ベルトが摩耗したり、異音が発生したりする問題がある。

【0004】

斯かる問題に対して、下記特許文献１（特許第２７８９７６９号公報）においては、ベルトの摩耗及び異音の発生を抑制するために、ベルトとヒータとの間の摺動箇所に潤滑剤を付与し、さらに、ヒータに摺動するベルトの摺動面の表面粗さＲｚを、０．３μｍ以上３μｍ以下に設定する方法が提案されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ベルト式の定着装置に用いられる加熱源として、板状に形成された基材の表面にスクリーン印刷などによって形成された発熱体を有するヒータが知られている。一般的に、このような板状のヒータにおいては、絶縁性を確保するために、発熱体が絶縁層によって覆われている。絶縁層は、発熱体が設けられている部分のほか、それ以外の基材の面にも均一な厚さで設けられているが、発熱体が設けられている部分においては、発熱体の厚み分（例えば、１０μｍ～１５μｍ程度）の段差（凸部）が形成される。

【0006】

このように、板状のヒータにおいては、発熱体の厚みに起因する段差が形成されているため、段差を有する面がベルトに接触するようにヒータを配置すると、ベルトが回転した際、ベルトがヒータの段差に摺動することによって、ベルトの局部的な変形及び応力が繰り返し発生する。その結果、ベルトに疲労破壊又は脆性破壊などが生じ、ベルトが損傷するといった課題がある。斯かる課題に対して、従来のような耐摩耗対策では、ベルトの損傷を効果的に抑制できないため、不十分であり、別の対策が必要であった。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明は、回転可能な無端状のベルトと、前記ベルトの内周面に接触するように配置された加熱源と、を備えるベルト装置であって、前記加熱源は、基材と、前記基材に設けられた発熱体と、を有し、前記基材の前記発熱体が設けられた面とは反対側の加熱源表面を、前記ベルトの内周面に接触させ、前記加熱源に対して摺動する前記ベルトの摺動面の弾性仕事率が５２％以上であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ベルトの損傷を効果的に抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。

【図1B】本発明の実施形態に係る画像形成装置の原理図である。

【図2A】本発明の実施形態に係る第１の定着装置の断面図である。

【図2B】本発明の実施形態に係る第２の定着装置の断面図である。

【図2C】本発明の実施形態に係る第３の定着装置の断面図である。

【図2D】本発明の実施形態に係る第４の定着装置の断面図である。

【図3】図２Ａに示される定着装置において、ヒータ及びその近傍部分を拡大して示す断面図である。

【図4】ヒータの基材の表面を、定着ベルトの内周面に対して直接的に接触させる例を示す図である。

【図5】（ａ）～（ｄ）は弾性仕事率の測定方法を説明するための図である。

【図6】弾性仕事率と定着ベルトの耐摩耗ランクとの関係を示す図である。

【図7】弾性仕事率と戻り率の違いを説明するための図である。

【図8A】（ａ）は片端に電極を設けたシングルタイプの抵抗発熱体の平面図、（ｂ）はシングルタイプの抵抗発熱体の断面図である。

【図8B】両端に電極を設けたデュアルタイプの抵抗発熱体の平面図である。

【図8C】両端に電極を設けたマルチタイプの抵抗発熱体の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態に係るベルト装置と、そのベルト装置を使用した定着装置及び画像形成装置（レーザプリンタ）について図面を参照して説明する。なお、本発明における「ベルト装置」とは、回転可能な無端状のベルトと、ベルトの内周面に対して相対的に摺動する摺動面を有する摺動部材と、ベルトを介して摺動部材に接触しベルトとの間にニップ部を形成する加圧部材と、ベルトの内周面と摺動部材との間に介在する潤滑剤と、を備える装置を意味する。また、「定着装置」とは、ベルトと加圧部材との間のニップ部に、画像を記録する記録媒体であるシート部材を搬送して、未定着のトナーをシート部材上に定着させる装置を意味する。また、「画像形成装置」とは、定着装置を具備し、シート部材に現像剤やインクを付着させて画像形成を行う装置を意味する。

【0011】

レーザプリンタは、画像形成装置の一例である。従って、本発明における「画像形成装置は、レーザプリンタに限定されないことは勿論である。すなわち、画像形成装置は、複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機、及びインクジェット記録装置のいずれか一つ、又はこれらの少なくとも２つ以上を組み合わせた複合機として構成することも可能である。

【0012】

なお、各図中の同一又は相当する部分には同一の符号を付し、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。また、各構成部品の説明にある寸法、材質、形状、その相対配置などは例示であって、特に特定的な記載がない限りこの発明の範囲をそれらに限定する趣旨ではない。

【0013】

以下の実施形態においては、本発明のシート部材である「記録媒体」を「用紙」として説明するが、「記録媒体」は紙（用紙）に限定されない。「記録媒体」は、紙（用紙）だけでなくＯＨＰシート又は布帛、金属シート、プラスチックフィルム、あるいは炭素繊維にあらかじめ樹脂を含浸させたプリプレグシートなども含む。

【0014】

現像剤又はインクを付着させることができる媒体、記録紙、記録シートと称されるものも、すべて「記録媒体」に含まれる。また、「用紙」には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ等も含まれる。

【0015】

また、以下の説明で使用する「画像形成」とは、文字及び図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することも意味する。

【0016】

＜レーザプリンタの構成＞
図１Ａは、本発明のベルト装置ないし定着装置３００を備えた画像形成装置１００の一実施形態としてのカラーレーザプリンタの構成を概略的に示す構成図である。また、図１Ｂは、当該カラーレーザプリンタの原理を単純化して示す図である。

【0017】

画像形成装置１００は、画像形成手段としての４つのプロセスユニット１Ｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃを備える。これらプロセスユニットは、カラー画像の色分解成分に対応するブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色の現像剤によって画像を形成する。

【0018】

各プロセスユニット１Ｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃは、互いに異なる色の未使用トナーを収容したトナーボトル６Ｋ，６Ｙ，６Ｍ，６Ｃを有する以外は、同様の構成となっている。このため、１つのプロセスユニット１Ｋの構成を以下に説明し、他のプロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃの説明を省略する。

【0019】

プロセスユニット１Ｋは、像担持体２Ｋ（例えば感光体ドラム）と、ドラムクリーニング装置３Ｋと、除電装置を有している。プロセスユニット１Ｋは、さらに像担持体の表面を一様帯電する帯電手段としての帯電装置４Ｋと、像担持体上に形成された静電潜像の可視像処理を行う現像手段としての現像装置５Ｋ等を有している。そして、プロセスユニット１Ｋは、画像形成装置１００の本体に対して着脱自在に装着され、消耗部品を同時に交換可能となっている。

【0020】

露光器７は、この画像形成装置１００に設置された各プロセスユニット１Ｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃの上方に配設されている。そして、この露光器７は、画像情報に応じた書き込み走査、すなわち、画像データに基づいてレーザダイオードからレーザ光Ｌをミラー７ａで反射して像担持体２Ｋに照射するように構成されている。

【0021】

転写装置１５は、この実施形態において各プロセスユニット１Ｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃの下方に配設されている。この転写装置１５は、図１Ｂの転写手段ＴＭに対応する。一次転写ローラ１９Ｋ，１９Ｙ，１９Ｍ，１９Ｃは、各像担持体２Ｋ，２Ｙ，２Ｍ，２Ｃに対向して中間転写ベルト１６に当接して配置されている。

【0022】

中間転写ベルト１６は、各一次転写ローラ１９Ｋ，１９Ｙ，１９Ｍ，１９Ｃ、駆動ローラ１８、従動ローラ１７に掛け渡された状態で循環走行するようになっている。二次転写ローラ２０は、駆動ローラ１８に対向し中間転写ベルト１６に当接して配置されている。なお、像担持体２Ｋ，２Ｙ，２Ｍ，２Ｃが各色の第１の像担持体とすれば、中間転写ベルト１６はそれらの像を合成した第２の像担持体である。

【0023】

ベルトクリーニング装置２１は、中間転写ベルト１６の走行方向において、二次転写ローラ２０より下流側に設置されている。また、クリーニングバックアップローラが中間転写ベルト１６に対してベルトクリーニング装置２１と反対側に設置されている。

【0024】

用紙Ｐを積載するトレイを有する用紙給送装置２００は、画像形成装置１００の下方に設置されている。この用紙給送装置２００は、記録媒体供給部を構成するもので、記録媒体としての多数枚の用紙Ｐを束状で収容可能であり、用紙Ｐの搬送手段としての給紙ローラ６０とローラ対２１０と共にユニット化されている。

【0025】

用紙給送装置２００は、用紙の補給等のために、画像形成装置１００の本体に対して挿脱可能とされている。給紙ローラ６０とローラ対２１０は、用紙給送装置２００の上方に配置され、用紙給送装置２００の最上位の用紙Ｐを給紙路３２に向けて搬送するようになっている。

【0026】

分離搬送手段としてのレジストローラ対２５０は、二次転写ローラ２０の搬送方向直近上流側に配置され、用紙給送装置２００から給紙された用紙Ｐを一旦停止させることができる。この一旦停止により用紙Ｐの先端側に弛みが形成されて用紙Ｐの斜行（スキュー）が修正される。

【0027】

レジストローラ対２５０の搬送方向直近上流側にはレジストセンサＲＳが配設され、このレジストセンサＲＳによって用紙先端部分の通過が検知されるようになっている。レジストセンサＲＳが用紙先端部分の通過を検知した後、所定時間が経過すると、当該用紙はレジストローラ対２５０に突き当てられて一旦停止する。

【0028】

用紙給送装置２００の下流端には、ローラ対２１０から右側に搬送された用紙を上方に向けて搬送するための搬送ローラ２４０が配設されている。図１Ａに示すように、搬送ローラ２４０は、用紙を上方のレジストローラ対２５０へ向けて搬送する。

【0029】

ローラ対２１０は、上下一対のローラで構成されている。当該ローラ対２１０は、ＦＲＲ分離方式またはＦＲ分離方式とすることができる。

【0030】

ＦＲＲ分離方式は、駆動軸によりトルクリミッタを介して反給紙方向に一定量のトルクを印加された分離ローラ（戻しローラ）を給送ローラに圧接させてローラ間のニップにおいて用紙を分離する方式である。これに対して、ＦＲ分離方式は、トルクリミッタを介して固定軸に支持された分離ローラ（摩擦ローラ）を給送ローラに圧接させてローラ間のニップにおいて用紙を分離する方式である。

【0031】

この実施形態においては、ローラ対２１０をＦＲＲ分離方式で構成している。すなわち、ローラ対２１０は、用紙をマシン内部に搬送する上側の給送ローラ２２０と、この給送ローラ２２０と逆方向にトルクリミッタを介して駆動軸により駆動力を与えられる下側の分離ローラ２３０で構成されている。

【0032】

分離ローラ２３０は、給送ローラ２２０に向けてバネ等の付勢手段で付勢されている。なお、前記給紙ローラ６０は、給送ローラ２２０の駆動力がクラッチ手段を介して伝達されることにより図１Ａにおいて左回転するようになっている。

【0033】

レジストローラ対２５０に突き当てられた用紙Ｐは、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー画像が好適に転写されるタイミングに合わせ、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８との間の二次転写ニップ（図１Ｂにおいては転写ニップＮ）に送り出される。そして、送り出された用紙Ｐは、二次転写ニップにおいて印加されたバイアスによって、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー画像が所望の転写位置に高精度に静電的に転写される。

【0034】

転写後搬送路３３は、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８の二次転写ニップの上方に配設されている。定着装置３００は、転写後搬送路３３の上端近傍に設置されている。

【0035】

定着装置３００は、可撓性を有する無端状のベルトから成る定着ベルト３１０と、この定着ベルト３１０に対して所定の圧力で接触しながら回転する加圧部材としての加圧ローラ３２０を備えている。

【0036】

定着後搬送路３５は、定着装置３００の上方に配設され、定着後搬送路３５の上端で、排紙路３６と反転搬送路４１に分岐している。この分岐部に切り替え部材４２が配置され、切り替え部材４２はその揺動軸４２ａを軸として揺動するようになっている。また、排紙路３６の開口端近傍には、排紙ローラ対３７が配設されている。

【0037】

反転搬送路４１は、分岐部と反対側の他端で給紙路３２に合流している。そして、反転搬送路４１の途中には、反転搬送ローラ対４３が配設されている。排紙トレイ４４は、画像形成装置１００の上部に、画像形成装置１００の内側方向に凹形状を形成して、設置されている。

【0038】

粉体収容器１０（例えばトナー収容器）は、転写装置１５と用紙給送装置２００の間に配置されている。そして、粉体収容器１０は、画像形成装置１００の本体に対して着脱自在に装着されている。

【0039】

本実施形態の画像形成装置１００は、転写紙搬送の関係により、給紙ローラ６０から二次転写ローラ２０までの所定の距離が必要である。そして、この距離に生じたデッドスペースに粉体収容器１０を設置し、レーザプリンタ全体の小型化を図っている。

【0040】

転写カバー８は、用紙給送装置２００の上部で、用紙給送装置２００の引出方向正面に設置されている。そして、この転写カバー８を開くことにより、画像形成装置１００の内部を点検可能にしている。転写カバー８には、手差し給紙用の手差し給紙ローラ４５、及び手差し給紙用の手差しトレイ４６が設置されている。

【0041】

＜レーザプリンタの作動＞
次に、本実施形態に係るレーザプリンタの基本的動作について図１Ａを参照して以下に説明する。最初に、片面印刷を行う場合について説明する。

【0042】

給紙ローラ６０は、画像形成装置１００の制御部からの給紙信号によって回転する。そして、給紙ローラ６０は、用紙給送装置２００に積載された束状用紙Ｐの最上位の用紙のみを分離し、給紙路３２へ送り出す。

【0043】

給紙ローラ６０及びローラ対２１０によって送り出された用紙Ｐは、その先端がレジストローラ対２５０のニップに到達すると、弛みを形成し、その状態で待機する。そして、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー画像をこの用紙Ｐに転写する最適なタイミング（同期）を図ると共に、用紙Ｐの先端スキューを補正する。

【0044】

手差しによる給紙の場合は、手差しトレイ４６に積載された束状用紙が、最上位の用紙から一枚ずつ手差し給紙ローラ４５によって反転搬送路４１の一部を通り、レジストローラ対２５０のニップまで搬送される。以後の動作は用紙給送装置２００からの給紙と同じである。

【0045】

ここで、作像動作については、１つのプロセスユニット１Ｋを説明し、他のプロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃについてのその説明を省略する。まず、帯電装置４Ｋは、像担持体２Ｋの表面を高電位に均一に帯電する。そして、露光器７は、画像データに基づいたレーザ光Ｌを像担持体２Ｋの表面に照射する。

【0046】

レーザ光Ｌが照射された像担持体２Ｋの表面は、照射された部分の電位が低下して、静電潜像が形成される。現像装置５Ｋは、トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体を有し、トナーボトル６Ｋから供給された未使用のブラックトナーを、現像剤担持体を介して、静電潜像が形成された像担持体２Ｋの表面部分に転移させる。

【0047】

トナーが転移した像担持体２Ｋは、その表面にブラックトナー画像を形成（現像）する。そして、像担持体２Ｋ上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト１６に転写する。

【0048】

ドラムクリーニング装置３Ｋは、中間転写行程を経た後の像担持体２Ｋの表面に付着している残留トナーを除去する。除去された残留トナーは、廃トナー搬送手段によって、プロセスユニット１Ｋ内にある廃トナー収容部へ送られ回収される。また、除電装置は、クリーニング装置３Ｋによって残留トナーが除去された像担持体２Ｋの残留電荷を除電する。

【0049】

各色のプロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃにおいても、同様にして像担持体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ上にトナー画像が形成され、各色トナー画像が重なり合うように中間転写ベルト１６に転写される。

【0050】

各色トナー画像が重なり合うように転写された中間転写ベルト１６は、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８の二次転写ニップまで走行する。一方、レジストローラ対２５０は、突き当てられた用紙Ｐを所定のタイミングで挟み込んで回転し、中間転写ベルト１６上のトナー画像が好適に転写されるタイミングに合わせて、二次転写ローラ２０の二次転写ニップまで用紙Ｐを搬送する。このようにして、中間転写ベルト１６上のトナー画像が、レジストローラ対２５０によって送り出された用紙Ｐに転写される。

【0051】

また、トナー画像が用紙Ｐに転写された後、中間転写ベルト１６上に残留するトナーは、ベルトクリーニング装置２１によって除去される。そして、中間転写ベルト１６から除去されたトナーは、廃トナー搬送手段によって、粉体収容器１０へと搬送され、粉体収容器１０内に回収される。

【0052】

トナー画像が転写された用紙Ｐは、転写後搬送路３３を通って定着装置３００へと搬送される。そして、定着装置３００に搬送された用紙Ｐは、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０によって挟まれ、加熱及び加圧されることにより、未定着トナー画像が用紙Ｐに定着される。トナー画像が定着された用紙Ｐは、定着装置３００から定着後搬送路３５へ送り出される。

【0053】

切り替え部材４２は、定着装置３００から用紙Ｐが送り出されたタイミングで、図１Ａの実線で示すように定着後搬送路３５の上端近傍を開放している位置にある。この状態において、定着装置３００から送り出された用紙Ｐは、定着後搬送路３５を経由して排紙路３６へ送り出される。そして、排紙ローラ対３７が、排紙路３６へ送り出された用紙Ｐを挟み込み、回転駆動することにより、用紙Ｐが排紙トレイ４４に排出される。これにより、片面印刷が完了する。

【0054】

次に、両面印刷を行う場合について説明する。両面印刷の場合は、まず、上記片面印刷の場合と同様にして用紙Ｐにトナー画像を転写し、定着装置３００において未定着のトナー画像が用紙Ｐに定着される。その後、用紙Ｐが定着装置３００から排紙路３６へ送り出された後、用紙Ｐの後端が切り替え部材４２を通過したタイミングで、切り替え部材４２が、図１Ａの点線で示すように揺動軸４２ａを軸として揺動し、定着後搬送路３５の上端を閉鎖する。また、この定着後搬送路３５の上端の閉鎖とほぼ同時に、排紙ローラ対３７が、用紙Ｐを画像形成装置１００外へ搬送する方向と逆の方向に回転し、反転搬送路４１へ用紙Ｐを送り出す。

【0055】

反転搬送路４１へ送り出された用紙Ｐは、反転搬送ローラ対４３を経て、レジストローラ対２５０に至る。そして、用紙Ｐは、レジストローラ対２５０によって一旦停止されて先端スキューが補正された後、最適なタイミングで二次転写ニップへ送り出される。

【0056】

そして、上記画像形成工程と同じ工程を経て形成された裏面用のトナー画像が、用紙Ｐに転写される。その後、用紙Ｐは、転写後搬送路３３を通って定着装置３００へと搬送され、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０によって挟まれ、加熱及び加圧されることにより、未定着トナー画像が用紙Ｐの裏面に定着される。

【0057】

このようにして、表裏両面にトナー画像が定着された用紙Ｐは、定着装置３００から定着後搬送路３５へ送り出される。このとき、切り替え部材４２は、図１Ａの実線で示す位置、すなわち定着後搬送路３５の上端近傍を開放するような位置に戻されている。

【0058】

これにより、定着装置３００から送り出された用紙Ｐは、定着後搬送路３５を経由して排紙路３６へ送り出され、排紙ローラ対３７によって排紙トレイ４４へ排出される。以上のようにして、両面印刷が完了する。

【0059】

＜定着装置＞
次に、本発明の実施形態に係る定着装置３００について、さらに説明する。定着装置３００は、後述する図２Ａ～図２Ｄのように各種の型式が可能であるが、まず、図２Ａに示される第１の定着装置３００について説明する。

【0060】

図２Ａに示すように、第１の定着装置３００は、上記定着ベルト３１０及び上記加圧ローラ３２０のほか、加熱源としてのヒータ３３０と、加熱源保持部材としてのヒータホルダ３４０と、支持部材としてのステー３５０を備えている。

【0061】

定着ベルト３１０は、無端状の薄肉のベルトであり、例えば外径が２５ｍｍで厚みが４０～１２０μｍのポリイミド（ＰＩ）を主成分とする筒状の基材を有している。定着ベルト３１０の基材の材料は、ポリイミドに限らず、ＰＥＥＫなどの耐熱性樹脂、あるいは、ニッケル又はＳＵＳなどの金属材料であってもよい。基材の材料として金属材料を用いた場合は、基材の内周面にポリイミド又はＰＴＦＥなどから成る摺動層を設けてもよい。

【0062】

また、定着ベルト３１０の最表層には、耐久性を高めて離型性を確保するために、ＰＦＡ又はＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが５～５０μｍの離型層が形成されている。また、基材と離型層の間に、厚さ５０～５００μｍのゴム等から成る弾性層を設けてもよい。

【0063】

加圧ローラ３２０は、例えば外径が２５ｍｍであり、中実の鉄製芯金３２１と、この芯金３２１の外周面に設けられた弾性層３２２と、弾性層３２２の外周面に設けられた離型層３２３とで構成されている。弾性層３２２は、例えば厚みが３．５ｍｍのシリコーンゴムで形成され、離型層３２３は、例えば厚みが４０μｍ程度のフッ素樹脂層によって形成されている。

【0064】

加圧ローラ３２０は、バネなどの付勢部材によって定着ベルト３１０側へ押圧され、定着ベルト３１０の外周面に圧接されている。これにより、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０との間（接触箇所）に、ニップ部としての定着ニップＳＮが形成されている。

【0065】

定着ベルト３１０の内側には、ヒータホルダ３４０及びステー３５０が配設されている。

【0066】

ヒータホルダ３４０は、ヒータ３３０を保持する部材である。ヒータホルダ３４０は、ヒータ３３０の熱によって高温になりやすいため、耐熱性の材料によって構成されることが好ましい。特に、ヒータホルダ３４０が、ＬＣＰ又はＰＥＥＫなどの低熱伝導性の耐熱性樹脂によって構成される場合は、ヒータホルダ３４０の耐熱性を確保しつつ、ヒータ３３０からヒータホルダ３４０への伝熱が抑制されるので、効率的に定着ベルト３１０を加熱できる。

【0067】

ステー３５０は、ヒータホルダ３４０を支持する部材である。ステー３５０によってヒータホルダ３４０の定着ニップＳＮ側の面とは反対の面が支持されることにより、ヒータホルダ３４０が加圧ローラ３２０の加圧力によって撓むのが抑制される。これにより、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０との間に均一な幅の定着ニップＳＮが形成される。また、ステー３５０は、その剛性を確保するため、ＳＵＳ又はＳＥＣＣなどの鉄系金属材料によって形成されることが好ましい。

【0068】

ヒータ３３０は、定着ベルト３１０の長手方向（用紙搬送方向に交差する用紙幅方向）に渡って伸びるように配置されと共に、定着ベルト３１０の内周面に接触し、定着ベルト３１０を内側から加熱する加熱源である。また、加圧ローラ３２０を加熱するヒータが設けられていてもよい。本実施形態に係るヒータ３３０は、板状の基材３４１と、基材３４１の定着ニップＳＮ側の面とは反対側の面に設けられた抵抗発熱体３７０と、抵抗発熱体３７０を覆う絶縁層３８５と、基材３４１の定着ニップＳＮ側の面に設けられた平滑層３８６を有している。このような板状のヒータ３３０は、ハロゲンヒータなどに比べて熱容量が小さいため、定着ベルト３１０の加熱効率が良く、省エネ性に優れる。基材３４１は、アルミナ又は窒化アルミなどのセラミック、ガラス、マイカ、ポリイミドなどの耐熱性と絶縁性に優れる材料によって構成される。また、基材３４１は、ステンレス（ＳＵＳ）、鉄又はアルミニウムなどの金属材料（導電性材料）の上に絶縁層を形成したものであってもよい。特に、基材３４１の材料が、アルミニウム、銅、銀、グラファイト、グラフェンなどの高熱伝導材料である場合は、ヒータ３３０の均熱性が向上し、画像品質を高めることができる。抵抗発熱体３７０は、例えば、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）及びガラス粉末などを調合したペーストを基材３４１の表面にスクリーン印刷などにより塗工し、その後、基材３４１を焼成することによって形成される。また、抵抗発熱体３７０の材料として、銀合金（ＡｇＰｔ）又は酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）などの抵抗材料を用いることも可能である。絶縁層３８５は、アルミナ又は窒化アルミなどのセラミック、ガラス、マイカ、ポリイミドなどの耐熱性と絶縁性に優れる材料によって構成される。平滑層３８６は、ガラス、ポリイミドなどの耐熱性及び平滑性に優れる材料によって構成される。

【0069】

また、ヒータ３３０には、温度検知部材としてのサーミスタＴＨが設けられている。サーミスタＴＨによって検知された温度に基づいてヒータ３３０の出力が制御されることにより、定着ベルト３１０の温度が所定の温度となるように維持される。本実施形態においては、サーミスタＴＨが、ヒータ３３０に接触するように配置されているが、ヒータ３３０の温度を検知する温度検知部材は、接触式の温度センサに限らず、非接触式の温度センサであってもよい。

【0070】

ところで、上記本発明の実施形態に係る定着装置のように、ヒータが定着ベルトの内周面に接触するように配置されている構成においては、加圧ローラの回転に伴って定着ベルトが従動回転すると、定着ベルトがヒータに対して摺動する。このとき、ヒータに対する定着ベルトの摺動により、異音が発生したり、定着ベルトが摩耗したりする問題がある。

【0071】

斯かる問題を改善する対策の１つとして、定着ベルトとヒータとの摺動箇所においてグリスなどの潤滑剤を付与することが行われている。定着ベルトとヒータとの間に潤滑剤を介在させることにより、ヒータに対する定着ベルトの摺動性が向上するため、異音及び定着ベルトの摩耗の発生を抑制できる。

【0072】

しかしながら、板状の基材の表面に抵抗発熱体が設けられたヒータにおいては、抵抗発熱体の厚みに起因してヒータ表面に段差が生じる。このため、段差を有する面が定着ベルトに接触するようにヒータを配置すると、定着ベルトが回転した際に、定着ベルトが段差に摺動することにより、定着ベルトの局部的な変形及び応力が繰り返し発生する。その結果、定着ベルトに疲労破壊又は脆性破壊などが生じ、定着ベルトが損傷する虞がある。また、定着ベルトの損傷に伴って定着不良が発生し、光沢ムラ又は光沢スジなどの異常画像が発生する虞もある。

【0073】

定着ベルトの耐久性を向上させる方法として、例えば、定着ベルトの表面硬度（マルテンス硬度）を大きくする方法が挙げられる。しかしながら、定着ベルトの表面硬度を単に大きくする方法では、上記のようなヒータの段差による定着ベルトの損傷を効果的に抑制することができなかった。

【0074】

そこで、本発明の実施形態に係る定着装置においては、定着ベルトの損傷を効果的に抑制するため、下記のような構成を採用している。

【0075】

図３は、図２Ａに示される定着装置において、ヒータ３３０及びその近傍部分を拡大して示す断面図である。

【0076】

図３に示されるように、本発明の実施形態に係るヒータ３３０においては、従来のヒータと同じように、抵抗発熱体３７０が設けられた部分の絶縁層３８５の表面に、抵抗発熱体３７０の厚みに起因する段差３８０（凸部）が形成されている。しかしながら、本実施形態においては、この段差３８０に対する定着ベルト３１０の接触を回避するため、ヒータを配置する向きを従来とは異ならせている。すなわち、本実施形態においては、ヒータ３３０を、従来とは表裏反転した向きに配置し、段差３８０を有するヒータ表面３３０ａを定着ベルト３１０に接触させるのではなく、段差３８０を有しない反対側のヒータ表面３３０ｂを定着ベルト３１０に接触させるように、ヒータ３３０を配置している。本実施形態においては、基材３４１の抵抗発熱体３７０が設けられた面とは反対側のヒータ表面３３０ｂが、平滑層３８６によって構成されているため、平滑層３８６の表面が定着ベルト３１０の内周面に接触している。

【0077】

このように、本実施形態においては、段差を有しないヒータ表面３３０ｂを定着ベルト３１０の内周面に接触させることにより、ヒータ３３０の段差３８０との接触による定着ベルト３１０の損傷を回避できる。すなわち、本実施形態においては、ヒータ３３０の平滑な表面（ヒータ表面３３０ｂ）が定着ベルト３１０に対して接触するため、ヒータ３３０の段差３８０との接触による定着ベルト３１０の局部的な変形を回避できると共に、定着ベルト３１０に生じる応力も緩和できる。このため、本実施形態においては、定着ベルト３１０の損傷を効果的に抑制できるようになり、定着ベルト３１０の長寿命化を図れるようになる。

【0078】

定着ベルト３１０に接触するするヒータ表面３３０ｂ（定着ベルト３１０に対して相対的に摺動するヒータ３３０の摺動面）は、ガラスによって構成されることが好ましい。表面がガラスである場合、高い平滑性を有する表面が得られるので、定着ベルト３１０が回転する際の定着ベルト３１０の損傷及び摩耗をより効果的に抑制できるようになる。

【0079】

ただし、定着ベルト３１０に接触するするヒータ表面３３０ｂは、段差及び凹凸が全く無い平滑面である場合に限らず、微小な段差又は凹凸があってもよい。ヒータ表面３３０ｂに微細な段差又は凹凸があったとしても、抵抗発熱体３７０の厚みに起因する段差（例えば、１０μｍ～１５μｍ程度）よりも小さい段差又は凹凸であれば、従来の構成に比べて、定着ベルト３１０の損傷を抑制できる。もちろん、ヒータ表面３３０ｂに形成される段差又は凹凸は小さい方が、定着ベルト３１０の損傷がより一層生じにくくなるので好ましい。具体的に、定着ベルト３１０に接触するするヒータ表面３３０ｂは、その摺動方向の線粗さＲａが１μｍ以下であることが好ましい。ヒータ表面３３０ｂの線粗さＲａが１μｍ以下となるようにすることにより、段差又は凹凸との接触による定着ベルト３１０の局部的な変形及び応力の発生を効果的に抑制でき、定着ベルト３１０の長寿命化を図れる。

【0080】

なお、上記摺動方向の線粗さＲａは、ＪＩＳＢ００３１に準拠する算術平均粗さである。従って、線粗さＲａは、ヒータの摺動面における粗さ曲線を計測し、粗さ曲線の平均線方向で基準長さ（Ａ）だけを抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向をＸ軸、縦倍率の方向をＹ軸、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）としたときに、下記式（１）によって求められる。

【0081】

【数1】

【0082】

また、図４に示される例のように、ヒータ３３０は、平滑層３８６を有しないヒータであってもよい。すなわち、基材３４１の抵抗発熱体３７０が設けられた面とは反対側の面が平滑な面であれば、その基材３４１の面を、定着ベルト３１０の内周面に対して直接的に接触させてもよい。このように、基材３４１の平滑な面を定着ベルト３１０の内周面に対して直接的に接触させることにより、上記実施形態と同じように、ヒータ３３０の段差による定着ベルト３１０の損傷を回避できる。

【0083】

また、ヒータ３３０が、従来とは表裏反転した向きに配置されていることにより、ヒータ３３０と定着ベルト３１０との間に介在する潤滑剤の劣化も抑制できる。従来のように、抵抗発熱体３７０が基材３４１よりも定着ニップＳＮ側に配置されている場合は、潤滑剤が抵抗発熱体３７０の熱の影響を受けやすいため、熱により潤滑剤の粘度が低くなったり潤滑剤が揮発しやすくなったりして、潤滑機能が低下しやすい。これに対して、本発明の実施形態のように、抵抗発熱体３７０が設けられた基材３４１の面を定着ニップＳＮ側とは反対側に向けて配置した場合は（図３参照）、抵抗発熱体３７０の熱が基材３４１を介して潤滑剤に伝わることになる。このため、本実施形態の場合は、従来の場合に比べて、潤滑材が抵抗発熱体３７０の熱の影響を受けにくくなり、熱による潤滑剤の機能（潤滑機能）の低下を抑制できる。これにより、潤滑剤の劣化及び揮発を抑制でき、長期に亘って潤滑機能を維持できるので、定着ベルト３１０が摩耗しにくくなり、長寿命化を図れる。

【0084】

また、熱による潤滑剤の劣化及び揮発を抑制するには、図３Ａに示されるように、温度検知部材としてのサーミスタＴＨが、基材３４１の抵抗発熱体３７０が設けられている面側に配置されることが好ましい。この場合、サーミスタＴＨによって、抵抗発熱体３７０が設けられている面側のヒータ表面の温度が検知されるので、ヒータ３３０の温度を応答性良く検知できる。すなわち、抵抗発熱体３７０の熱が基材３４１を介さずにサーミスタＴＨに伝わるので、ヒータ３３０の熱がサーミスタＴＨによって検知されるまでの時間が短くなり、ヒータ３３０の温度を応答性良く検知できる。なお、非接触式の温度検知部材を用いる場合は、温度検知部材によって抵抗発熱体３７０側のヒータ表面３３０ａ近傍の雰囲気温度が検知される。また、温度検知の応答性が向上することにより、サーミスタＴＨの検知温度に基づくヒータ３３０の温度制御の精度も向上するので、ヒータ３３０の過剰な温度上昇を抑制できるようになる。従って、熱による潤滑剤の劣化及び揮発がより一層生じにくくなり、定着ベルト３１０の長寿命化を図れる。

【0085】

また、本発明者らは、定着ベルトの損傷及び摩耗を効果的に抑制すべく、定着ベルトの耐摩耗試験を行った。その結果、定着ベルトの損傷に対する耐摩耗性（耐久性）は、定着ベルトの摺動面（内周面）における弾性仕事率を高めることによって向上することが分かった。以下、弾性仕事率と耐摩耗性（耐久性）の関係について説明する。

【0086】

＜弾性仕事率＞
まず、「弾性仕事率」とは、部材に応力を負荷したときに生じる変位から、応力と変位との関係を取り、弾性変形の仕事量を算出して、その弾性変形の仕事量を全仕事量（弾性変形の仕事量＋塑性変形の仕事量）で除した値である。つまり、弾性仕事率を数式によって表すと、下記式（２）の通りとなる。弾性仕事率は、１（１００％）に近い材料ほど、弾性変形しやすい材料とういことができる。

【0087】

【数2】

【0088】

＜弾性仕事率の測定方法＞
弾性仕事率は、ダイヤモンド圧子を用いた微小表面硬度計の負荷除荷試験（押し込み試験）により測定できる。具体的には、図５に示すように、ダイヤモンド圧子ＡがサンプルＢに接触を開始した状態（図５（ａ）に示す状態）から、一定負荷速度でダイヤモンド圧子Ａを押し込み（負荷過程）、押し込み荷重が設定荷重に達した状態（図５（ｂ）に示す状態）において一定時間静止する。その後、一定除荷速度でダイヤモンド圧子Ａを引き上げ（除荷過程）、最終的にサンプルＢに荷重がかからなくなった状態（図５（ｃ）に示す状態）にする。

【0089】

このときの荷重（押し込み荷重）と変位（押し込み量）の関係を表したものが図５（ｄ）のグラフである。図５（ｄ）において、（ａ）に示される状態は、ダイヤモンド圧子ＡがサンプルＢに接触を開始した状態（図５（ａ）に示す状態）であり、ダイヤモンド圧子Ａの荷重及びサンプルＢの変位はともに０である。続いて、（ｂ）に示される状態は、押し込み荷重が設定荷重に達した状態（図５（ｂ）に示す状態）であり、ダイヤモンド圧子Ａの荷重及びサンプルＢの変位はともに最大となる。最後に、（ｃ）に示される状態は、ダイヤモンド圧子Ａを引き上げ、サンプルＢに荷重がかからなくなった状態（図５（ｃ）に示す状態）である。このとき、ダイヤモンド圧子Ａの荷重は０となるが、サンプルＢの変位が０とならないのは、サンプルＢに塑性変形が生じているからである。また、図５（ｄ）において、Ｗｅは弾性変形の仕事量を示し、Ｗｔは塑性変形の仕事量を示す。

【0090】

弾性仕事率は、上記負荷除荷試験を行った際の荷重と変位の関係（図５（ｄ）のグラフ）を記録し、この関係から、ダイヤモンド圧子Ａが表面層に行った全仕事量（弾性変形の仕事量Ｗｅ＋塑性変形の仕事量Ｗｔ）に対する弾性変形の仕事量Ｗｅの割合を算出することによって得られる。

【0091】

本発明の実施形態においては、弾性仕事率の測定を一定温湿度下で行った。具体的に、本実施形態における弾性仕事率は、温度２３℃、相対湿度５０％の環境条件下で行なわれた上記試験の測定値を示す。また、本実施形態においては、フィッシャースコープＨＭ－２０００（フィッシャーインストルメンツ製）、ビッカース圧子を用いて設定荷重２０ｍＮ、最大荷重に達するまでの時間３０ｓｅｃ、クリープ時間５ｓｅｃの条件で荷重印可し、３０ｓｅｃかけて除荷を行い、弾性仕事率を測定した。なお、弾性仕事率は、これと同等の性能を有する他の装置を用いて測定されてもよい。

【0092】

また、本測定試験においては、サンプルである定着ベルトを金属基板上に吊架し、弾性仕事率を測定した。弾性仕事率は、基板のバネ特性の影響を受けるため、基板としては剛直な金属板、スライドガラスなどが適当である。また、架橋表面層の下層（例えば、ベルト基材など）の硬度や弾性の要素も影響するため、これらの影響を減らすように最大変位が内面コート膜厚の１／１０になるように規定加重を調整した。さらに、基材表面に設けられたゴム（弾性層）や離形層の影響を除外するため、測定時は表層のゴム（弾性層）や離形層を剥離することが好ましい。本測定試験においては、表層のゴム及び離形層を剥離した状態で測定を行った。

【0093】

＜弾性仕事率と摩耗ランク＞
図６に、上記測定試験によって得られた定着ベルトの弾性仕事率と、定着ベルトの耐摩耗ランクとの関係を示す。

【0094】

耐摩耗ランクの評価試験においては、定着ベルトを定着装置に組み付け、ヒータによって定着ベルトを一定温度（定着温度）に加熱しつつ、定着ベルトの回転距離が寿命距離に達するまで回転と停止を繰り返し、定着ベルトの摩耗状態を確認した。本評価試験に用いた定着装置は、図２Ａに示される上述の実施形態の構成と基本的に同じであり、内周面にポリイミド層が設けられた定着ベルトと、ガラス製の平滑層を有するヒータと、ニップ形成部材（ヒータホルダ）と、加圧ローラを備える定着装置である。ヒータは、平滑層（抵抗発熱体の厚みによる段差を有しない面）が定着ベルトの内周面に接触するように配置され、定着ベルトとヒータとの間に、東レ・ダウコーニング社製のフッ素グリス（Ｇ８００５）を介在させた。

【0095】

上記のような構成の定着装置において、定着ベルトを一定温度に加熱しつつ、回転距離が寿命距離に達するまで回転と停止を繰り返し、定着ベルトの摩耗状態を確認した。その結果、定着ベルトの摩耗状態が実用上使用可能なレベルを耐摩耗ランク「３」以上とし、画像品質に全く影響がないレベルを耐摩耗ランク「４」以上とした。図６において、実線で示される評価結果は、本発明の実施形態に係る定着装置の評価結果であり、点線で示される評価結果は、本発明の実施形態とは異なり、定着ベルトの内周面に対して段差を有するヒータ表面を接触させた場合（比較例）の評価結果である。

【0096】

図６に示す本試験結果から、本発明の実施形態においては、弾性仕事率が５２％以上であれば、実用的な耐摩耗性を確保でき、さらに、弾性仕事率が５７％以上であれば、高品質な耐摩耗性を確保することができることが分かった。これは、弾性仕事率が高い部材ほど負荷応力が除去された際の応力緩和能力が高いため、定着ベルトの摺動に伴う負荷が緩和され、負荷が定着ベルトの内周面に対する永久歪として残るのを抑制できたからと考えられる。

【0097】

そのため、本発明に係る定着装置においては、ヒータに対して摺動する定着ベルトの内周面（摺動面）の弾性仕事率を５２％以上としている。これにより、定着ベルトの内周面（摺動面）の耐摩耗性が向上し、摺動箇所における摩耗及び異音の発生を長期に亘って効果的に抑制できるようになる。また、定着ベルトの内周面（摺動面）の弾性仕事率を５７％以上とした場合は、摺動箇所における異音の発生を長期に亘って効果的に抑制できると共に、スジ画像などの異常画像の発生を防止でき、高品質の画像を提供できるようになる。

【0098】

＜弾性仕事率と戻り率の違い＞
ここで、弾性仕事率と類似する指標として戻り率がある（特許文献４：特許第６０３６４６９号公報参照）。「戻り率」とは、対象部材に荷重をかけた際の最大変位をｈ１とし、その後、荷重を除去した状態での変位をｈ２とした場合（図７参照）、下記式（３）によって表される値である。

【0099】

【数3】

【0100】

例えば、図７に示すように、対象部材に付与される荷重と対象部材の変位との関係を表したグラフにおいては、対象部材の変位がｈ１からｈ２へ変化する際の戻り速度（戻り変形の速度）が異なる場合、それぞれの戻り速度に応じて異なる戻り線１，２，３が表示される。しかしながら、戻り率は、戻り速度の違いは考慮されず、最大変位量に対する変位差の割合を表すものであるので、いずれの戻り線の場合も戻り率は同じ値となる。

【0101】

これに対して、弾性仕事率は、戻り速度の情報も加味し、除荷に伴って対象部材が弾性復帰する際のエネルギー損失を示す値である。このため、弾性仕事率は、戻り線１，２，３が互いに異なる場合、すべて異なる値となる。従って、戻り率が同じ場合でも、除荷のプロファルによっては弾性仕事率が異なる場合があり、定着ベルトの摺動箇所における摩擦力（回転トルク）が弾性仕事率の違いによって異なる場合がある。具体的には、弾性仕事率から得られるエネルギー損失の差分が大きい場合、定着ベルトの摺動箇所における摩擦力（トルク）が大きくなる。そのため、定着ベルトなどの摺動面の特性としては、摩擦力の有無又はその大小関係を判断できない戻り率よりも、耐摩耗性に加えて摩擦力の情報も確認できる弾性仕事率の方が有用である。

【0102】

以上のように、本発明によれば、段差の無いヒータ表面（基材の発熱体が設けられた面とは反対側のヒータ表面）を、定着ベルトの内周面に接触させることにより、ヒータの段差に対する定着ベルトの接触を回避でき、段差に対する接触による定着ベルトの損傷を回避できる。また、ヒータがこのような向きに配置されていることにより、ヒータと定着ベルトとの間に介在する潤滑剤がヒータの熱の影響を受けにくくなるので、熱による潤滑剤の機能（潤滑機能）の低下を抑制できる。このため、本発明によれば、潤滑剤の機能を維持でき、定着ベルトの長寿命化を図れるようになる。さらに、本発明によれば、ヒータに対して摺動する定着ベルトの摺動面（内周面）の弾性仕事率を５２％以上とすることにより、定着ベルトの耐摩耗性が向上し、摺動箇所における摩耗及び異音の発生を長期に亘って効果的に抑制できるようになる。

【0103】

ヒータと定着ベルトとの間の摺動箇所に介在させる潤滑剤としては、フッ素グリス又はシリコーンオイルを含めることができる。このような潤滑剤を摺動箇所に介在させることにより、高温下及び高圧下の摺動箇所においても長期に亘って潤滑性を維持でき、定着ベルトの摩耗を抑制できる。

【0104】

また、定着ベルトは、基材と、基材よりも外周側に設けられる表層（離型層）と、を有し、表層（離型層）と基材との間にゴム層などの弾性層を有しないものが好ましい。弾性層を有しない定着ベルトの場合は、弾性層を有する定着ベルトに比べて、断熱性が低く、ヒータから定着ベルト表面（外周面）への熱伝導率が良い。このため、弾性層を有しない定着ベルトの場合、所定の表面温度にするにあたって、弾性層を有する定着ベルトの場合に比べ抵抗発熱体の発熱量を低減できる。一般的に、定着ベルトは温度が高くなると強度が低下し摩耗しやすくなるが、定着ベルトが弾性層を有しない場合は、抵抗発熱体の発熱量を低減できるため、定着ベルトの内周面の温度上昇を抑制でき、定着ベルトの摩耗を抑制できる。また、定着ベルトとヒータの間に介在する潤滑剤の熱による劣化も抑制できるので、潤滑機能を長期に亘って維持でき、定着ベルトの長寿命化を図れる。

【0105】

＜定着ベルトの製造方法＞
本発明の実施形態に係る定着ベルトにおいては、筒状基材を構成する材料の主成分として、ポリイミド（ＰＩ）を用いている。ポリイミドを主成分とすることにより、高い弾性仕事率を確保できる。また、基材の材料として金属材料を用いる場合は、基材の内周面にポリイミド系塗料を塗布するとよい。

【0106】

以下、本実施形態に係る定着ベルトの製造方法について説明する。

【0107】

＜塗料調合＞
・塗工液の調合は、ポリイミドワニス１００ｇに対してＮＭＰ（Ｎ－メチルーピロリドン）を８０ｇ入れて混合する。
・ポリイミドワニスは、ユニチカ（株）製のＵ－イミドワニスＡＲを用いる。
・ＮＭＰは、関東化学製のＮ－メチルーピロリジノン特級を用いる。
・この調合液をＡとする。
・上記調合液Ａに対して、卓上型のミキサーで羽攪拌を実施しながら針状無機フィラーを徐々に投入して混錬を実施する。
・ポリイミドワニス１００ｇに対して、針状無機フィラーを２０ｇ投入する。
・針状無機フィラーは玉にならないよう１０～１５分程度かけて徐々に投入し混錬する。
・針状無機フィラーは大塚化学（株）製のティスモＤを用いる。
・この調合液をＢとする。

【0108】

＜塗装＞
・定着ベルトの内周面に対する上記調合液Ｂの塗装方法は、スプレー塗装やディッピング塗装を用いる。
・本実施形態においては、塗装方法としてスプレー塗装を用いる。
・調合液Ｂを圧送タンクへ入れる。
・定着ベルトの内周面に調合液Ｂを塗装するために、被塗装体の定着ベルトを回転させる。
・定着ベルトの回転数は、９００～１０００ｒｐｍの範囲で設定する。
・本実施形態においては、定着ベルトの回転数を９００ｒｐｍに設定する。
・塗装速度は、３０ｍｍ／ｓに設定し、複数回塗装するうちの１回分における塗布重量を０．７～１．２ｇの範囲になるようにする。
・塗布重量の調整は調合液Ｂを圧送する圧力で実施する。
・本実施形態においては、圧力が１２５ｋＰａであり、その時の１回分の塗布重量を１．０ｇとする。
・塗布後に２００℃の温風にて予備乾燥を実施し、塗装を重ねていく。
・塗装と予備乾燥は３～４回繰り返す。
・塗装終了後に、ＮＭＰを揮発させるため２６０℃の乾燥炉に投入して３０分間加熱処理する。
・摺動層の膜厚は８～１５μｍが望ましい。
・本実施形態においては、調合液Ｂを合計４．２ｇ塗布し、膜厚を１１μｍとする。

【0109】

＜焼成＞
・焼成は縦型の遠赤焼成炉で実施する。
・縦に配置した定着ベルトの左右に遠赤線ヒータを配置し、ヒータは定着ベルトの長さ以上の範囲を加熱する。
・定着ベルトが所定の温度になるように遠赤ヒータの温度設定をする。
・定着ベルトの実体温度が３６０℃になるように遠赤ヒータ温度を設定する。
・焼成時間は３０分間。

【0110】

以上のようにして製造された定着ベルトの摺動面（内周面）における弾性仕事率を測定したところ、室温２３℃の条件下においては弾性仕事率が７０．０％であり、１６５℃の加熱条件下においては弾性仕事率が６０．２％であった。この場合、いずれの温度条件下においても、弾性仕事率が定着ベルトの耐摩耗性向上の基準となる上記５５％以上となった。

【0111】

また、定着ベルトの弾性仕事率は、定着ベルトの焼成条件を変更することにより調整可能である。以下、他の焼成条件の例を示す。

【0112】

＜焼成＞
・定着ベルトの実体温度が２８０℃になるように遠赤線ヒータ温度を設定する。
・焼成時間は３０分間。
・焼成温度と焼成時間以外の条件は、上記製造方法と同じである。

【0113】

上記他の焼成条件によって製造した定着ベルトの摺動層（内周面）における弾性仕事率を測定したところ、室温２３℃条件下においては弾性仕事率が６０．４％であり、１６５℃の加熱条件下においては弾性仕事率が５２．１％であった。

【0114】

このように、定着ベルトの基材の材料としてポリイミドを用いる場合、ベルトの焼成条件を変更することにより、定着ベルトの摺動面（内周面）における弾性仕事率を適宜調整することが可能である。すなわち、定着ベルトの基材の材料としてポリイミドを用いることにより、定着ベルトの弾性仕事率を所望の値に容易に調整でき、定着ベルトの耐摩耗性の向上を実現可能である。なお、本発明に係る定着ベルトの材質は、ポリイミドに限らず、ＰＥＥＫなどの耐熱性樹脂でもよい。また、定着ベルトの記載をニッケル又はＳＵＳなどの金属材料によって構成し、その基材に対してポリイミド又はＰＴＦＥなどを塗布してもよい。

【0115】

＜定着装置の他の実施形態＞
また、本発明に係る定着装置は、図２Ａに示す実施形態に限らず、図２Ｂ～図２Ｄに示すような実施形態であってもよい。以下、図２Ｂ～図２Ｄを参照して第２～第４の定着装置について説明する。

【0116】

図２Ｂに示す第２の定着装置３００は、定着ベルト３１０の加圧ローラ３２０側とは反対側に押圧ローラ３９０を有し、当該押圧ローラ３９０とヒータ３３０との間で定着ベルト３１０を挟んで加熱する。

【0117】

また、ヒータ３３０は補助ステー３５１によって支持され、さらに、補助ステー３５１はステー３５０によって支持されている。ステー３５０の補助ステー３５１側とは反対側には、ニップ形成部材３８１が取り付けられ、ニップ形成部材３８１は、定着ベルト３１０を介して加圧ローラ３２０と当接して定着ニップＳＮを形成している。

【0118】

このような構成の定着装置３００においても、上記実施形態と同じように、基材３４１の抵抗発熱体３７０が設けられた面とは反対側のヒータ表面（図２Ｂに示される例においては、ガラス製の平滑層３８６の表面）が、定着ベルト３１０の内周面に対して接触しているため、ヒータの段差との接触による定着ベルト３１０の損傷を効果的に抑制できる。

【0119】

図２Ｃに示す第３の定着装置３００は、前述の押圧ローラ３９０が省略され、ヒータ３３０が定着ベルト３１０の曲率に合わせて円弧状に形成されている。このように、ヒータ３３０が円弧状に形成されていることにより、ヒータ３３０と定着ベルト３１０とのベルト回転方向の接触長さを長くでき、加熱効率を向上させることができる。その他の構成は、図２Ｂに示す第２の定着装置と同じである。

【0120】

図２Ｄに示す第４の定着装置３００は、加圧ローラ３２０の両側にそれぞれベルト３１１，３１２を有している。図２Ｄにおける左側のベルト３１１の内側には、ヒータ３３０、ヒータホルダ３４０、ステー３５０などが配置され、ベルト３１１を介してヒータ３３０が加圧ローラ３２０に押し当てられている。また、図２Ｄにおける右側のベルト３１２の内側には、ニップ形成部材３８１及びステー３５２が配置され、ベルト３１２を介してニップ形成部材３８１が加圧ローラ３２０に押し当てられることにより、定着ニップＳＮが形成されている。

【0121】

この図２Ｄに示される定着装置３００においても、基材３４１の抵抗発熱体３７０が設けられた面とは反対側のヒータ表面（図２Ｄに示される例においては、ガラス製の平滑層３８６の表面）が、定着ベルト３１０の内周面に対して接触していることにより、ヒータの段差との接触による定着ベルト３１０の損傷を効果的に抑制できる。

【0122】

＜ヒータの構成＞
本発明に係る定着装置が備えるヒータの構成としては、例えば、図８Ａ～図８Ｃに示すような種々の構成を採用できる。いずれのタイプのヒータ３３０においても、抵抗発熱体３７０が、細長の金属製薄板部材を絶縁材料で被覆した基材３４１の上に形成される。

【0123】

＜シングルタイプの抵抗発熱体＞
図８Ａは、シングルタイプの抵抗発熱体３７０を示したもので、抵抗発熱体３７０は、基材３４１の長手方向に平行二列で直列線状に配置される。二列の各抵抗発熱体３７０の一端部は、基材３４１の一端側で長手方向に形成された小抵抗値の給電線３７９ａ，３７９ｃを介して給電用の電極３７０ｃ，３７０ｄにそれぞれ接続される。この電極３７０ｃ，３７０ｄは、交流電源を含む電力供給手段に接続される。

【0124】

また、各抵抗発熱体３７０の他端部は、基材３４１の他端側で短手方向に形成された小抵抗値の給電線３７９ｂを介して、基材３４１の長手方向反対側に向けて折り返す形で接続される。各抵抗発熱体３７０、各電極３７０ｃ，３７０ｄ及び各給電線３７９ａ～３７９ｃは、例えばスクリーン印刷などによって所定の線幅及び厚みに形成される。

【0125】

各抵抗発熱体３７０と各給電線３７９ａ～３７９ｃの表面は、薄いオーバーコート層ないし絶縁層３８５によって覆われている。当該絶縁層３８５によって、定着ベルトの摺動性が確保されると共に、定着ベルトと各抵抗発熱体３７０及び各給電線３７９ａ～３７９ｃとの間の絶縁性が確保される。絶縁層３８５に耐熱性ガラスを使用することにより、ヒータ３３０の摺動層における潤滑剤が抵抗発熱体３７０に含侵しないので、ニップ面での油膜切れを抑制できる。

【0126】

＜デュアルタイプの抵抗発熱体＞
図８Ｂは、デュアルタイプの抵抗発熱体を示したもので、このタイプの抵抗発熱体は、長手方向中央の中央抵抗発熱体３７０－１と、この中央抵抗発熱体３７０－１の両側に配置された左右一対の端部抵抗発熱体３７０－２で構成されている。中央抵抗発熱体３７０－１と各端部抵抗発熱体３７０－２の対向する端部は、基材３４１の短手方向に対して傾斜して形成されている（平行四辺形）。当該傾斜により、中央抵抗発熱体３７０－１と端部抵抗発熱体３７０－２の間の隙間が、基材３４１の短手方向から見た場合に隙間が少なくなり、両者の間の温度落ち込みを低減できる。

【0127】

中央抵抗発熱体３７０－１の一端が、給電線３７９ｄを介して左側の電極３７０ｅに接続され、他端が、給電線３７９ｆを介して右側の電極３７０ｈに接続されている。また、左側の端部抵抗発熱体３７０－２の一端が、給電線３７９ｄを介して左側の電極３７０ｅに接続され、他端が、給電線３７９ｅを介して左側の電極３７０ｆに接続されている。また、右側の端部抵抗部材３７０－２の一端が、給電線３７９ｄを介して左側の電極３７０ｅに接続され、他端が、給電線３７９ｈを介して右側の電極３７０ｇに接続されている。

【0128】

上記のように、各抵抗発熱体３７０－１，３７０－２と各電極３７０ｅ～３７０ｈが接続されていることにより、中央抵抗発熱体３７０－１と端部抵抗発熱体３７０－２は独立に発熱可能である。具体的に、各電極３７０ｅ，３７０ｈに電圧を印加すると、中央抵抗発熱体３７０－１が発熱し、各電極３７０ｅ，３７０ｆに電圧を印加すると、左側の端部抵抗発熱体３７０－２が発熱し、各電極３７０ｅ，３７０ｇに電圧を印加すると、右側の端部抵抗発熱体３７０－２が発熱する。

【0129】

また、各電極３７０ｆ，３７０ｇを外部で並列に接続しておけば、左右の各端部抵抗発熱体３７０－２を同時に発熱させることができる。その場合、用紙が中央基準であれば温度は左右対称になるので、各端部抵抗発熱体３７０－２の両端それぞれに対してサーミスタを設けず、片方だけにサーミスタを設ければ良いのでコストダウンできる。

【0130】

＜マルチタイプの抵抗発熱体＞
図８Ｃは、マルチタイプの抵抗発熱体を示したもので、このタイプの抵抗発熱体は、電気的に並列接続された複数のＰＴＣ素子３７１～３７８を有している。ＰＴＣ素子は、正の温度抵抗係数を有する材料で構成され、温度が上昇すると抵抗値が上昇する特徴を有する。温度抵抗係数（ＴＣＲ＝Temperature Coefficient of Resistance）は、例えば１５００ＰＰＭ（parts per million）とすることができる。抵抗発熱体をこのようなマルチタイプとすることにより、温度を長手方向に均一化しやすくなるので、グリス粘度のばらつきを抑制し、長手方向におけるニップ面のグリス量を均一化できる。

【0131】

各ＰＴＣ素子３７１～３７８は、基材３４１の長手方向で直線状かつ等間隔に配置されている。各ＰＴＣ素子３７１～３７８の短手方向両側には小抵抗値の給電線３７０ａ，３７０ｂが直線状に互いに平行に配設され、これら給電線３７０ａ，３７０ｂに各ＰＴＣ素子３７１～３７８の両端が接続されている。そして、各ＰＴＣ素子３７１～３７８は、各給電線３７０ａ，３７０ｂを介して、ヒータ３３０の長手方向両端側に配置された各電極３７０ｃ，３７０ｄに接続されている。

【0132】

ＰＴＣ素子３７１～３７８は、例えば、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）やガラス粉末などを調合したペーストをスクリーン印刷等により基材３４１に塗工し、その後、当該基材３４１を焼成することによって形成することができる。ＰＴＣ素子３７１～３７８の材料は、前述したもの以外に、銀合金（ＡｇＰｔ）や酸化ルテニウム（ＲｕＯ_２）の抵抗材料を用いてもよい。

【0133】

ＰＴＣ素子３７１～３７８を使用することにより、小サイズ通紙などで非通紙領域のＰＴＣ素子の温度が上昇した際に、抵抗発熱体の温度抵抗依存性により、当該ＰＴＣ素子の発熱量が低下し、温度上昇を抑制することができる。この特徴により、例えばＰＴＣ素子３７１～３７８の全幅よりも狭い紙（例えばＰＴＣ素子３７３～３７６の幅内）を印刷した場合、紙幅より外側のＰＴＣ素子は紙に熱を奪われないため温度が上昇する。するとそれらＰＴＣ素子の抵抗値が上昇する。ここで、ＰＴＣ素子３７１～３７８にかかる電圧は一定なので、用紙幅より外側のＰＴＣ素子の出力は、抵抗値が上昇することにより相対的に低下し、端部温度上昇が抑制される。

【0134】

図８Ｃに示す例とは異なり、複数のＰＴＣ素子３７１～３７８を電気的に直列接続することもできる。しかしながら、複数のＰＴＣ素子３７１～３７８を直列接続すると、連続印刷において紙幅よりも外側の抵抗発熱体が温度上昇した場合、その温度上昇を抑制するには、印刷スピードを低下させる必要がある。これに対して、図８Ｃに示す例のように、複数のＰＴＣ素子３７１～３７８を電気的に並列接続した場合は、印刷スピードを維持したまま非通紙部温度上昇を抑制することができるため、生産性を維持できる利点がある。

【0135】

一般的に、定着ベルトは温度が高くなると強度が低下するため摩耗しやすくなる。しかしながら、抵抗発熱体を図８Ｃに示すようなマルチタイプとすることにより、小サイズ用紙通紙時における非通紙部の過昇温を抑制でき、結果的に定着ベルトの摩耗が抑制されるので、潤滑剤の蒸発抑制効果も得られる。

【0136】

各ＰＴＣ素子３７１～３７８の形状は、図８Ｃ（ａ）に示す長方形のほか、図８Ｃ（ｂ）に示すような長手方向の端部に段部を有する形状、あるいは、図８Ｃ（ｃ）に示すような平行四辺形であってもよい。

【0137】

図８Ｃ（ｂ）に示す例においては、各ＰＴＣ素子３７１～３７８の端部にＬ字状の切り欠きによる段部を形成し、当該段部が隣接するＰＴＣ素子の段部とオーバーラップしている。また、図８Ｃ（ｃ）に示す例においては、各ＰＴＣ素子３７１～３７８の端部に設けられた傾斜部が隣接するＰＴＣ素子の端部の傾斜部とオーバーラップしている。このように各ＰＴＣ素子３７１～３７８の端部同士を互いにオーバーラップさせることにより、ＰＴＣ素子同士の隙間における発熱量低下の影響を抑制できる。

【0138】

図８Ｃに示す各例においては、電極３７０ｃ，３７０ｄがＰＴＣ素子３７１～３７８を挟むように両側にそれぞれ配置されているが、電極３７０ｃ，３７０ｄはＰＴＣ素子３７１～３７８の片側に配置されてもよい。その場合、長手方向におけるヒータ３３０の小型化を図れる。

【0139】

また、各ＰＴＣ素子３７１～３７８の形状は、図８Ｃに示すようなブロック状（長方形又は平行四辺形など）に限らず、所望の出力（抵抗値）を得るために線状のＰＴＣ素子を蛇行状に形成した形状であってもよい。

【0140】

以上、本発明の実施形態について、ベルト装置の一例である定着装置に対し本発明を適用した場合を例に説明したが、本発明は、定着装置以外のベルト装置にも適用可能である。例えば、インクジェット式の画像形成装置において、インクが付着した用紙をベルトによって搬送しながら加熱して乾燥させる乾燥装置（ベルト装置）などに対して本発明を適用することも可能である。

【符号の説明】

【0141】

１００ 画像形成装置
３００ 定着装置（ベルト装置）
３１０ 定着ベルト（ベルト）
３２０ 加圧ローラ（加圧部材）
３３０ ヒータ（加熱源、摺動部材）
３４１ 基材
３７０ 抵抗発熱体（発熱体）
ＳＮ 定着ニップ（ニップ部）
ＴＨ サーミスタ（温度検知部材）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0142】

【特許文献1】特許第２７８９７６９号公報

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】