(57)【要約】【課題】高速化による紙しわの抑制、ニップ中央部の定着性不足解消および、粒状トナー汚れ防止に有効であり、そして高画質を実現できる画像形成装置を提供する。【解決手段】加熱回転体と加圧ローラ１４との間のニップ部にシートを挟んで加熱および加圧してシート上の画像を定着する。定着時に加圧ローラ１４が熱膨張した状態で、最大幅ニップ部Ｎｏｌと、最小幅ニップ部Ｎｓｌと、中央部から二個所のテーパ部の適宜位置まで距離Ｌ（図２参照）ずつ振り分けられた適宜幅ニップ部Ｎｌｌを有し、中央部が膨らんで太鼓形状になる。それによりシートの中央部引き寄せによる紙しわの発生を抑え、定着不足を抑える。【選択図】  図３Ａ
2008020821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧接して回転する加熱回転体および加圧回転体を有し、圧接部に形成されるニップ部に被記録材シートを挟んで加熱および加圧することにより、シート上の画像を定着する定着装置において、
定着中に前記加熱回転体から受けた熱で膨張したときの前記加圧回転体の形状と前記加熱回転体の形状の組み合わせにより前記圧接部に形成される前記加圧回転体の回転軸線方向に対する定着ニップ形状が、
少なくとも使用される前記シートの内の最大幅を有するシートが通過する領域の両端部二個所に形成される略同一幅のニップ幅が最大で、中央部と前記両端部の間に最小ニップ部が左右二個所に形成され、該２つの最小ニップ部から左右端部側及び中央部側に向けて徐々にニップ幅が増加する形状であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着ニップ形状が、少なくとも使用される前記シートの内の最大幅を有するシートが通過する領域の前記加圧回転体の回転軸線方向の両端部二個所に形成される略同一幅のニップ幅NorおよびNolと、前記加圧回転体の回転軸線方向の中央部のニップ幅Ncと、
前記中央部と前記両端部との間の左右略対象な二個所に形成される略同一幅のニップ幅NsrおよびNslと、該NsrおよびNslからそれぞれ前記両端部と中央部の各々に向かって漸次ニップ幅が大きくなる左右略対象な四個所のテーパー部と、を各々有し、
回転軸線方向の中央部から左右に距離Lだけ離れた位置の略同一のニップ幅NlrおよびNllに対して、前記各ニップ幅の大小関係が、
Nor≒Nol＞Nlr≒Nll＞Ｎc＞Nsr≒Nsl
となることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
前記加圧回転体は、回転軸線上に設けられた芯金と、該芯金の外周に被覆成形された弾性層と、を有し、定着時の温度条件下における該加圧回転体の回転軸線方向に対する単体形状が、中央部と左右端部の間に最小径部を有し、該最小径部から左右端部側と中央部側の各々に向かって漸次外径が太くなり、中央部の最大径は左右端部の最大径より細いことを特徴とする請求項１及び２に記載の定着装置。
【請求項４】
筒状の外型内に中子芯金を挿入してセットし、前記外型と前記中子芯金との間のキャビティに溶融状態のゴム材を注入して硬化させることによって、前記中子芯金の表面に弾性層を成形する前記加圧回転体の表面に弾性層を金型成形する製造方法であって、前記筒状の外型は内部に回転軸線方向の中央部に平坦部を有し、かつ前記平坦部の両端から回転軸線方向の両端端部に向かって漸次内径が大きくなるテーパ部を有し、
前記中子芯金は回転軸線方向の中央部において中央に向かって漸次外径が小さくなる凹部を有し、かつ該凹部の両端から回転軸線方向の芯金両端部に向かって漸次外径が小さくなるテーパ部を有し、
前記外型の平坦部は前記中子芯金の凹部よりも長いことを特徴とする請求項３に記載の加圧回転体の製造方法。
【請求項５】
前記中子芯金の凹部と両端部との間が外径均一の雄型ストレート部となっており、前記外型の平坦部が前記中子芯金の凹部の両端よりも長いことを特徴とする請求項３に記載の加圧回転体の製造方法。
【請求項６】
前記外型の内部が内径均一の雌型ストレート部となっており、前記中子芯金は回転軸線方向の中央部において中央に向かって漸次外径が小さくなる凹部を有し、かつ該凹部の両端から回転軸線方向の芯金両端部に向かって漸次外径が小さくなるテーパ部を有することを特徴とする請求項３に記載の加圧回転体の製造方法。
【請求項７】
前記外型の内壁の回転軸線方向に対する中央部に、中央に向かって局所的に内径が太くなる中央向きテーパ部と、該中央向きテーパ部の両端から回転軸線方向の両端部に向かって漸次内径が太くなるテーパ部を有し、該中央向きテーパ部の最大径は左右端部の最大径より細く、
前記中子芯金は外径均一にストレート成形されていることを特徴とする請求項４に記載の加圧回転体の製造方法。
【請求項８】
被記録材であるシート上にトナー像を形成する画像形成部を有し、前記画像形成部で形成された未定着のトナー像を前記シート上に定着させる請求項１から３のいずれか１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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式や静電記録方式などの記録方式を用いた複写機、ファクシミリ装置、プリンタおよび複合機などの電子写真画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」という）に関し、画像を永久定着する定着装置およびそれに装備される加圧回転体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複写機などの画像形成装置では、電子写真技術などを利用した画像形成プロセス手段によって被記録材であるシートの表面に現像剤（トナー）でトナー像を形成し、定着装置に送って未定着状態のトナー像を被記録材シート上に永久定着することで印刷画像を得る。
【０００３】
定着装置は、従来、未定着トナー像を加熱してシート上に永久定着する熱ローラ方式のものが多用されてきた。また近年、稼動時の立ち上がりの速さや省エネに優れたフィルム加熱方式も実用に供され、先に本出願人によって提案されたものなどがある（たとえば、特許文献１，２，３，４参照）。これら特許文献に開示された定着装置は、加熱体として用いたセラミックヒータを発熱させ、対向する定着ローラと円筒形定着フィルムとの間に形成されるニップ部に熱を作用させる。円筒形の定着フィルムの材質には耐熱性で低熱容量の材料が用いられている。
【０００４】
また、フィルム加熱方式において、耐熱性樹脂フィルムの送り方式にはフィルムに張力を付与しながらフィルム搬送専用ローラと従動ローラとの間に挟持させ、加圧ローラに連動させてフィルムを送る構造がある。さらに、回転体としてフィルムを円筒形に成形し、そのフィルム回転体を加圧ローラに接触させることにより、加圧ローラからの回転摩擦力でフィルム回転体を連れ回して回転させる構造もある。前者のフィルム張力送り方式はフィルムの高い搬送性能が得られる。それに対して後者のフィルム回転体の送り方式の場合、構造が簡素化で低コストの定着装置を実現できる利点がある。
【０００５】
ところで、フィルム加熱方式では以上の利点がある反面、つぎのような問題点がある。上記各種定着器では、定着部であるニップ部にてシートを挟圧しつつ加熱するため、ニップ部にてローラ長手方向つまり回転軸線方向への圧力分布のバランスが崩れて、ローラ中央部に圧力が集中すると、そのニップ部に通紙されたシートは中央部で搬送力や速度が増し、シート全体をシート中央部に引き寄せる力が作用してシート中央部に縦皺（以下、「紙しわ」という）が生じる不具合があり、従来の熱ローラ方式の場合、ローラ形状をローラ中央部より左右のローラ端部の外径を太い形状（以下、これを「逆クラウン形状」という）に加工することで、上記紙しわの発生を抑えることは比較的容易であったが、フィルム加熱方式に使用される耐熱性樹脂フィルムおよび近年の装置の印刷速度の高速化に伴って熱伝導性を向上させるために用いられ始めた薄肉金属フィルムの場合、フィルム素材を逆クラウン形状に成形することは不可能ではないが、剛性が不足するためその紙しわ抑制効果を十分に作用させることは困難であった。そのため、本出願人は、対をなす相手側の加圧ローラの形状を逆クラウン形状に加工し、紙しわ発生に対処するようにしたものを提案している（たとえば、特許文献５参照）。
【０００６】
一方、定着ローラやフィルムおよび加圧ローラを逆クラウン形状にすることによる弊害もある。図１０を参照してその問題点を説明する。図１０（Ａ）は逆クラウン形状に加工された加圧ローラ１４’を一例として示している。この場合、ローラ回転軸線方向に対するローラ両端部の外径寸法はローラ中央部の外径寸法よりも大きく、たとえば１２０μｍだけ太く成形加工されている。このような逆クラウン形状の加圧ローラ１４’にあっては、ローラ中央部に向かって凹状に湾曲加工することで、その中央部の外径が細くなり、ヒータ側の部材と加圧されてこの領域に形成される定着ニップ部のニップ幅が不足しやすくなる。これはヒータ側部材の加圧面形状や剛性などによっても異なるが、実際の製品を用いて、中央湾曲形状の逆クラウン加圧ローラ１４’を定着装置に組み込んで回転させると、図１０（Ｂ）に示すように、ニップ部の形状がローラ両端部で最大ニップ幅Ｎｖｏｌ，Ｎｖｏｒとなり、ローラ中央部で最小ニップ幅Ｎｖｃとなる中細り型になる。
【０００７】
また、定着速度に対して逆クラウン量、圧力、加熱温度などの条件が適切でない場合、図１０（Ｃ）に示すように、ローラ回転軸線方向に対するニップ中央部における定着圧が局所的に不足するとともに加熱源の熱をシート７に伝える接触面積も不足する。その結果、ニップ中央部においては圧力と供給熱量がいずれも低下してしまい、シート７へのトナー像の定着不足が生じる。また、定着しきれずに残存した微量のトナーが定着ローラや定着フィルム、あるいは加圧ローラに付着し、そのまま印刷を継続するとその残トナーが蓄積されて行き、やがて保持しきれなくなると、その残トナが一気にシート７に対して吐き出され、図のような大小さまざまな大きさの多数の粒状トナー汚れ５ａが多量に発生する。図１０（Ｄ）は、このようなトナー汚れに対する従来の防止対策を示す図であり、加圧ローラのゴム表面の逆クラウン量を小さくした弱逆クラウンゴム層１４'ａを形成してニップ中央部の定着性を大きく低下させないようにし、それによって低下する紙しわ防止効果の低下を補うため、加圧ローラ芯金の形状を中央部から両端部に向かって外径寸法が漸次小さく細くなるクラウン芯金１４’Ｃで構成したクラウン芯金逆クラウン形ローラ１４’である。このような組み合わせ構成により、連続して多量に定着した時には左右のゴム層の厚い部分が熱膨張して端部に向かうほどローラ径がさらに太くなるような変形を促し、その作用によりシートの両端を引っ張る効果を補強することができ、この場合、中央部ニップ幅は相対的に減少するがローラ全体が高温状態であるため定着性の劣化は比較的少ない。一方少量の定着時には全体の温度が十分上昇しきらないので定着性が低下しやすい傾向になるが、このときには熱膨張も少なくなるので中央部のニップ幅が相対的に細くなる割合も減少して定着性に有利に作用する。
【０００８】
しかしながら、この種の製品は近年、印刷速度がますます高速化する傾向にある。印刷速度が高速化するほど、上記の逆クラウン量、圧力、加熱温度などの条件を好適に調整することが困難となり、最良の定着性能も追いつかない。すなわち、紙しわ防止、定着性の向上、そして粒状トナー汚れ防止といった全ての問題を同時に満足することは一層困難となっている。
【０００９】
これに向けて先に本発明者は、図１１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ローラの軸端部を左右にして正面から見た際のローラ上半分の断面がＷ型形状に見えるよう加工形成されたシリコンゴム層１７ａを外周に設けたＷ型逆クラウンの加圧ローラ１７を提案している（参考文献６参照）。この場合の加圧ローラ１７はローラ両端部（より正確には最大通紙領域の両端部）の外径Ｄｏｌ，Ｄｏｒが他の部分よりも太く最大径に形成され、左右両端部とローラ中央部との間の２個所に外径が最も細い最小径部が設けられている。そして、最小径部から両端部の最大径部にむかって漸次外径が太くなるテーパ部となっている。両端部の外径Ｄｏｌ，Ｄｏｒはローラ中央部の外径Ｄｃよりも太くなっているが、通常の逆クラウン量としては従来のＶ型の逆クラウンローラの逆クラウン量よりは少なくなっている。ちなみに、通常、逆クラウン量はローラ両端部の平均外径とローラ中央部の外径との差から算出される。
【００１０】
一方、最小径部と最大径部との差で比較すると、従来の逆クラウン量と同等以上の差が形成されており、さらにこれらの最小径部と最大径部の距離は従来の逆クラウンローラより近くなっているため形成される逆クラウンテーパー部の勾配はむしろ従来よりも大きくなるのでこの領域に紙端が通過する紙に対してはより紙しわ対策効果が有効に作用する。
【００１１】
このようなＷ型逆クラウン加圧ローラ１７は、従来の単純なＶ型の逆クラウンに比べて、中央部の外径が太いため、中央部のニップ幅も太くなり、この部分の定着性能を向上することができる（一般に定着器構成やトナー特性に大差が無い場合、定着ニップ幅が広ければ広いほど定着性は良くなる）。図１１（Ａ）に示す加圧ローラ１７を図１１（Ｂ）示す逆クラウン金属フィルム１３’ｃと組み合わせ、図１１（Ｃ）のように加圧・加熱した際にできる定着ニップ部の形状を測定する。結果、図１１（Ｄ）のようになり、長手方向中央部にはニップ幅Ｎｗｃでほぼ同一ニップ幅を有する略平坦な領域と、その左右外側の脇にニップ幅ＮｗｓｌとＮｗｓｒのほぼ同じ幅で最もニップ幅の狭い領域と、これらのニップ幅ＮｗｓｌとＮｗｓｒの外側に向かって左右端部の最大ニップ幅ＮｗｏｌとＮｗｏｒに至るまで徐々にニップが太くなる領域を有し、紙しわを発生させたくない紙幅の左右紙端部が通過するニップ幅は中央ニップ幅より太いニップ幅ＮｗｌｌとＮｗｌｒよりもさらに外側に位置するように設定されているので、十分に紙しわ防止作用が働くようになる。
【００１２】
このＷ型逆クラウン加圧ローラ１７の安価な製造方法としては、図１２（Ａ）に示すように、加圧ローラ製造用の外型１６内に成形後のローラ表面の離型性を向上させるための不図示の熱収縮性フッ素樹脂チューブを挿入した後、クラウン芯金１４’ｃを入れる。外型１６は、内部をくりぬいた円筒形の筒状に形成されており、内面の左右の端部に逆クラウンをつけるためのテーパ加工を施し、中央部は平坦な形状に形成されている。クラウン芯金１４’ｃは、中央部から距離Ｃ（距離Ｃ＜距離Ｌ）だけ平坦に形成され、その平坦部の両端から左右の端部に向けて細くなるようにテーパを付けたクラウン形状に形成されている。ここでクラウン芯金１４’ｃの中央平坦部の長さは、外型１６の中央平坦部の長さより短く形成されている。
【００１３】
図１２（Ｂ）に示すように、外型１６内にクラウン芯金１４’ｃを入れた状態で、液状のゴム材を外型１６の左右両端からまたは片側、あるいは金型を垂直に立てて上から注入し、次にこの金型を加熱してゴム層を硬化させる。最後にゴム層の硬化が完了した時点で全体を冷却し、冷却によるゴム層の収縮を利用して外型１６から離型する。このとき、外金型の中央ストレート部の左右端部の中央側には芯金クラウンテーパー部が一部含まれているためこのテーパー部に沿ってゴム層の厚さにも勾配が形成されている。これにより、ゴム層の厚い部分ほど温度低下時に大きく収縮して外径が細くなり、結果としてW型逆クラウン形状が形成される。
【００１４】
このような製造方法を用いた理由は、外金型製造時にその左右端部から削りだす加工工程において中央部の外径を途中通過する最小外径部より太く加工する加工技術が困難なためであり、加工性及びコストの観点から新規に考案したものであるが、この製法に用いる外金型の内面中央部はあくまでストレート形状であるため、上記のように形成された加圧ローラを実際の定着動作に用いると、定着時の加熱によって加工時の熱硬化温度に近づいた場合、最小径部が膨張してその形状が外金型の内面形状に近づき、中央部との外径差が減少することが考えられる。
【００１５】
しかしながら、定着ニップ形状の評価結果から本ローラでは実際にシートを通紙して定着している時にもこのローラ形状の特徴が維持されていることはわかり、さらにローラ単体を定着時相当の温度まで加熱膨張させて形状測定を行ったところ、室温時より外径差は減少し、測定角度や個体差によってばらつきはあるものの最小径部は残ることが確認されている（実際の定着時の上限飽和温度はローラ製造時の熱硬化温度より十分低いが、あえてローラの熱硬化温度以上に加熱してもこれらの最小径部は残る）。この理由としては加工時のゴムの流動性や加熱温度分布条件などのほか、製造時にはローラ軸方向左右端部が密閉されているが製造後のローラは開放されることの影響、離型性層として表面に設けたフッ素樹脂層の永久変形などが考えられ、少なくとも本ローラにおける製造時の諸条件及び外金型の逆クラウン量や芯金テーパー量の設計値の範囲内では問題なかった。
【００１６】
図１３は実際に上記製法によって製造されたW型逆クラウンローラの外径に関する温度依存性測定データの一例で、このローラは最小径部と最大径部との差分が約5０μｍと比較的逆クラウン量が小さく加工されたもので、上記の熱膨張時の中央部と最小径部の外径差が減少しやすいことが懸念されたものであり、室温ｔ0のほかに、定着初期温度ｔ1、大量印刷時の飽和温度ｔ2の各場合に相当する温度にローラ単体をオーブンで加熱して各場合の外径形状変化を測定して比較したものである。このローラでは室温ｔ0の場合に図中の下矢印に示すように左端から約65ｍｍ付近と約165ｍｍ付近に形成されている２つの最小径部はローラ全体の熱膨張とともに相対的に中央部の外径との差がやや減少し、室温時の差が約２５μｍあるのに対し、通常の少量印刷時には２０μｍ程度に減少し、さらに飽和するまで大量印刷を続けると左側のほうが右側より全体に外径が大きくなる傾きが生じ、形状の対称性が崩れるような傾向が現れている（要因としては、外径測定時に左端側から測定を開始しているため、右端側の測定を終了するまでの間にローラが冷めて右端側に行くほど膨張率が減衰して細く測定されやすくなることも考えられるが、主にゴム材注入時の型内部におけるゴム材の充填密度及び加熱温度などの分布条件における微妙な差が影響していると思われる）。しかしながらこのようなローラでも左右差は大きいものの最小径部は維持されている。またこのローラでは紙しわ抑制のために左右逆クラウンテーパー部で中央部より外径が太くなり始める位置は、室温時では左端から約35ｍｍと約203ｍｍの位置になり、単純にこの室温時の形状を元に判断すると紙しわ対策を作用させたい紙の最小幅としてはグラフ上部に両端矢印で示した範囲のB5用紙程度が限界で、紙しわ対策対称紙をA５用紙と想定した場合、これらの位置はグラフ上部に両端矢印で示したA５サイズ通紙幅に対して左右外側に位置しており、紙しわ抑制効果が及ばないことになるが、実際に定着し始める温度ｔ1の場合の熱膨張した形状ではこれらの位置は図中の上矢印のように左右で多少異なるもののやや中央側にシフトしてA５サイズ領域の内側に収まり、大量印刷時の飽和温度ｔ2の場合には傾きと中央左側に局所的に膨張の大きな部分が生じる影響で右端の上矢印部とA５サイズの右端部がほぼ重なってしまうものの実際の定着中に紙しわ抑制効果はA５サイズ紙に対しても期待できる形状になっている。
【００１７】
上記の中央部と最小径部との外径差の度合いは製造ばらつきあるいは意図的に設計値や製造条件を変えることでも異なり、最悪、定着初期温度ｔ1程度の温度領域でもこの差分がほとんど消失して中央部の形状がほぼフラットになることもあり得るが、その場合でも従来の中央部が最も細くなる単純なV字型逆クラウンローラに比べると十分な中央部の定着性と紙しわ抑制効果を維持することはできる。すなわち、少なくとも室温状態でＷ型形状に加工されていれば、膨張時に多少形状が変化しても実際の定着時に必要となる中央部の定着性改善と紙しわ抑制効果を両立するための基本的な作用は維持される。
【００１８】
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献４】特開平４−２０４９８０号公報
【特許文献５】特開平９−１５２８０３号公報
【特許文献６】特開２００５−２８４０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明者による提案の上記特許文献６に開示されたＷ型逆クラウン加圧ローラ１７を用いることにより、大量印刷作業を行う連続通紙後のトナー汚れの発生は肉眼で確認できなくなるほど極めて減少し、同時に紙しわ防止機能も十分に働いているのでこのローラを搭載した製品においては、所期の目的は達成される。
【００２０】
しかしながら、上述したように上記の安価な製造方法においては製法の制約から積極的に所望の外径差を形成しているわけではないため、実際の定着時にゴム層が熱膨張すると高温時のW型形状は製造条件、すなわち、ゴムの材質や処方及びそれらによる流動性、硬化温度条件や温度分布、フッ素樹脂チューブの材質や厚みなどが変化することによってばらつくことは避けられない。
【００２１】
現状の装置ではこのばらつきを許容しても問題ない範囲に収まっているが、今後の更なる装置の高速化に対応するために定着不足を補うべく中央部の外径がさらに太くなるようにマージンを増やして設計すると左右の逆クラウン量が相対的に減少し、ばらつきレベルによっては紙しわの悪化が懸念され、逆に、この紙しわ対策を優先して左右の逆クラウン量を大きく設定しずぎると中央部の外径が相対的に減少し、やはりばらつきレベルによってはこの中央部分の定着性悪化を招いてしまう危険が考えられる。
【００２２】
このため、今後の更なる装置の高速化に対応するには、より中央部の定着性が劣化しにくく、且つ、紙しわも十分防止でき、さらにこれらの特性が多少の加圧ローラの製造条件のばらつきに対しても安定して発揮できることが望まれ、これを実現するために更なる加圧ローラの改良が必要である。
【００２３】
以上から、本発明の目的は、更なる装置の高速化によって悪化する紙しわの抑制、ニップ中央部の定着性不足解消および、粒状トナー汚れ防止に有効であり、そして高画質を実現できる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明の代表的な定着装置は、圧接して回転する加熱回転体および加圧回転体を有し、圧接部に形成されるニップ部に被記録材のシートを挟んで加熱および加圧することにより、シート上の画像を定着する定着装置において、
定着中に前記加熱回転体から受けた熱で膨張したときの前記加圧回転体の形状と前記加熱回転体の形状の組み合わせにより、前記圧接部に形成される前記加圧回転体の回転軸線方向に対する定着ニップ形状が、
少なくとも使用される前記シートの内の最大幅を有するシートが通過する領域の前記加圧回転体の回転軸線方向の両端部二個所に形成される略同一幅のニップ幅NorおよびNolと、前記加圧回転体の回転軸線方向の中央部のニップ幅Ncと、前記中央部と前記両端部との間の左右略対象な二個所に形成される略同一幅のニップ幅NsrおよびNslと、前記NsrおよびNslからそれぞれそれぞれ前記両端部と中央部の各々に向かって漸次ニップ幅が大きくなる左右略対象な四個所のテーパー部と、
を各々形成され、
回転軸線方向の中央部から左右に距離Lだけ離れた位置の略同一のニップ幅NlrおよびNllに対して、
前記各ニップ幅の大小関係が、
Nor≒Nol＞Nlr≒Nll＞Ｎc＞Nsr≒Nsl
となることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の代表的な加圧回転体の製造方法は、
筒状の外型内に中子芯金を挿入してセットし、前記外型と前記中子芯金との間のキャビティに溶融状態のゴム材を注入して硬化させることによって、前記中子芯金の表面に弾性層を成形する前記加圧回転体の表面に弾性層を金型成形する製造方法であって、前記筒状の外型は内部に回転軸線方向の中央部に平坦部を有し、かつ該平坦部の両端から回転軸線方向の両端端部に向かって漸次内径が大きくなるテーパ部を有し、
前記中子芯金は回転軸線方向の中央部に向かって漸次外径が小さくなる凹部を有し、かつ該凹部の両端から回転軸線方向の両端部に向かって漸次外径が小さくなるテーパ部を有し、
前記外型の平坦部は前記中子芯金の凹部よりも長いことを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の画像形成装置は、被記録材であるシート上にトナー像を形成する画像形成部を有し、前記画像形成部で形成された未定着のトナー像を前記シート上に定着させる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の定着装置によれば、加熱回転体と対をなす加圧回転体の形状／内部構成を改良することで、紙しわや定着性不足を防ぎ、また、トナー汚れを防ぐことができる。すなわち、
・     定着性に関しては、定着時の加熱回転体から熱を受けて膨張する加圧回転体におけるニップ部形状を回転軸線方向の中央部と左右両端部との間に最小ニップ幅領域を形成して中央部のニップ幅が回転軸線方向のニップの中で最小ニップ幅とならないようにするとともに、この中央領域の加圧回転体の熱容量を局所的に増して温度低下しにくい構成とすることで改善する。
【００２８】
・    紙しわに関しては、紙しわを防止させたい紙の両端部が通過するニップ幅よりも中央ニップ幅を太くせず、且つ、中央部のニップ形状を太鼓状に形成して中央部に紙を引き寄せる作用が発生する領域を中心部のみに限定することで改善する。
【００２９】
また、本発明の加圧回転体の製造方法によれば、コスト的に安価な加圧回転体を製造して提供できる。
【００３０】
また、本発明の画像形成装置によれば、定着性能が高く、紙しわやトナー汚れを抑える定着装置を装備することで、高能率かつ高画質の画像形成が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
上記課題を達成するための最良の形態は、定着器を構成する加圧ローラが定着時相当温度まで昇温させた場合の熱膨張後の加圧ローラ単体の回転軸線方向形状として、
・     中央部と左右端部の間に各々最小外径部がある。
【００３２】
・     中央部は上記左右の最小外径部から中央に向かって徐々に外径が太くなる。
【００３３】
・     上記中央部のゴム層も中央に向かって徐々に厚くなる。
【００３４】
・     上記左右の最小外径部から左右端部に向かって徐々に外径が太くなる。
【００３５】
・     中央部の最大外径は紙しわを防止したい紙の左右端部通過部の外径よりは細い。
【００３６】
という特徴を有する加圧ローラで構成される形態である。
【００３７】
以下、本発明の画像形成装置とその定着装置、および定着装置用加圧回転体の製造方法について、図を参照してそれらの好適な実施例について詳述する。なお、従来例として図１０乃至図１２に示した定着装置および加圧ローラ（加圧回転体）との相違がより明らかになるよう対応する部材には同一符号を付してある。
【００３８】
（画像形成装置）
図１は、本実施例による画像形成装置の具体例として電子写真技術を利用したプリンタを示す。このプリンタにおいては、帯電装置の帯電ローラ１によって像担持体である感光体ドラム２の表面を帯電バイアス電圧を印加して一様に所定の極性に帯電する。帯電された感光体ドラム２はレーザ光などによる露光手段３によって露光され、ドラム表面に潜像が形成される。潜像は現像装置４でトナー５を用いて現像してトナー像として顕像化される。すなわち、現像装置４のトナー５を現像ブレード４ａと現像スリーブ４ｂとの間で感光体ドラム２の帯電表面と同極性に摩擦帯電させる。そして、感光体ドラム２と現像スリーブ４ｂが対向する現像ギャップ部においてＤＣ（直流）バイアス電圧にＡＣ（交流）バイアス電圧を印加して重畳させ、電界作用によってトナー５を浮遊させて振動させつつ、感光体ドラム２の潜像形成部に選択的に付着させる。そして、付着させたトナー５を転写ローラ６と感光体ドラム２で形成される転写ニップ部まで、感光体ドラム２の回転によって搬送する。
【００３９】
一方、画像が記録される記録媒体となるシート７は、収納トレイ７ａから給送ローラ対７ｃ（下ローラはパッドでも良い）によって垂直搬送ローラ対７ｄまで先端部が給送される。その後、垂直搬送ローラ対７ｄによって転写前搬送ローラ７ｅまで搬送される。また、手差しトレイ７ｂから搬送する場合には、手差しトレイ７ｂから給送ローラ対７ｃによって転写前搬送ローラ７ｅまで搬送される。転写前搬送ローラ７ｅに搬送されたシート７は、転写前搬送ローラ７ｅによって転写ガイド上板９ａおよび転写ガイド下板９ｂの間に沿って予め規定された進入角度で転写ニップ部まで搬送される。
【００４０】
シート７が転写前搬送ローラ７ｅから転写ニップ部まで搬送されるまでの間には、シート７が種々の部材と接触する。このため、その種々の部材との摺擦によってシート７の表面が帯電する可能性がある。そこで、搬送中のシート７の背面側に接するように設けられ、接地された除電ブラシ８によって、静電的記録を行うに際して画像を乱す要因となる帯電を取り除いている。
【００４１】
転写部において、感光体ドラム２上のトナー５を静電的に引き付けてシート７側に移動させるために、トナー５と逆極性の高電圧がシート７背面の転写ローラ６に印加される。これにより、シート７の裏面にトナー５が静電的に引き付けられてトナー像がシート７に転写される。また、シート７の裏面はトナー５の極性とは逆極性のバイアス電圧で帯電され、転写されたトナー５を保持し続けるための転写電荷がシート７の裏面に付与される。
【００４２】
トナー像が転写されたシート７は、加熱回転体１３および加圧回転体（加圧ローラ１４）などで構成された定着装置１２に送り込まれる。定着装置１２に送られたシート７は加熱回転体１３と加圧ローラ１４との間に形成される定着部すなわちニップ部で挟圧される。その際、予め設定された所要の定着温度に維持できるよう、加熱回転体１３に設けられたヒータで加熱され、温度管理しつつトナー像を溶着して永久定着する。
【００４３】
トナー像転写後、感光体ドラム２の表面には極性の異なるトナーなどの付着物が僅かに残る。このため、転写ニップ部を通過した後の感光体ドラム２の表面は、クリーニング容器１０において、感光体ドラム２の回転に逆らう方向からクリーニングブレード１０ａを当接させることで付着物を掻き落として清掃し、次の画像形成に備える。
【００４４】
画像形成プロセス手段は、以上示した帯電ローラ１と、感光体ドラム２と、現像器４およびクリーニング容器１０などによって構成される。それらの各構成機器は消耗して交換周期が比較的短いため、プロセスカートリッジとしてまとめて一体化され、カートリッジ１１の単位で交換可能になっている。
【００４５】
（実施例１）
１）加圧ローラ
本実施例の加圧ローラ１４は、図２（Ａ）に断面を示すように、ローラ回転軸線方向のローラ中央部とその左右両側に凹部を有する形状のシリコンゴム層１４”ａが形成され、ローラ中央部の定着性を強化した逆クラウン形状の加圧ローラ１４”として成形されている。この加圧ローラ１４”の中心部には、上半分の形状がＭ字状の芯金１４”ｂが設けられている。このＭ型クラウン形状の芯金１４”ｂは、中央部に凹部（中央外径＝２３ｍｍ、中央部長手方向幅＝２ｍｍの中央向きテーパ形状）を有し、その両端は外径Ｄａの局所的な最大外径部（最大外径部の外径=２３.４５ｍｍ、長手方向幅＝２ｍｍ）を有している。この両端の最大外径部端からローラの両端部に至る長さ部分は、外径を漸次細くテーパ加工したテーパ部となっている。
【００４６】
また、加圧ローラ１４”の両端部は最大外径Ｄｏｌ，Ｄｏｒを有して最も太く形成されている。また、加圧ローラ１４”のローラ中央部と両端部との間の左右２個所に外径が最も細くなる最小外径部を設けており、室温状態で中央部の外径Ｄｃはこの最小径と略同等の太さである。そして、最小径部からローラ両端部に至る部分は外形を漸次太くしたテーパ部として形成されている。ローラ両端部の外径Ｄｏｌ，Ｄｏｒは、ローラ中央部の外径Ｄｃより太いが、通常の逆クラウン量としては従来のＶ型の逆クラウンローラの逆クラウン量と同等である。なお、通常、逆クラウン量は両端部の平均外径と中央部の外径の差を用いて算出される。また、加圧ローラ１４”は、ローラ中央部と両端部との間に、ローラ中央部と同等もしくはそれよりもさらに細い部分を有している。がしかし、これらの外径Ｄｓｌ，Ｄｓｒ，Ｄｃと両端部の外径Ｄｏｌ，Ｄｏｒとの差としては従来のＶ型の逆クラウンローラの逆クラウン量と同等に加工されている。そして、同一の逆クラウン量でも、加圧ローラ１４の最小径部とローラ両端の最大径部の距離はより近くなるため、勾配は大きくなる。このため、これらの部分でシート７の端部を外側に引っ張る作用は、通常の逆クラウンローラよりも高くなっている。また、加圧ローラ１４”の全長をＲとした場合、最小径ＤｓｌとＤｓｒの位置は、ローラ中央部から左右に距離Ｓだけ離れた位置にある。ここで、本装置に通紙され、紙しわ対策を施したいシート７のうち最も狭い紙幅の半分の距離から更に５ｍｍ短い距離をＬとし、中央部から左右にこの距離Ｌだけ離れた位置における外径をＤｌｌ，Ｄｌｒとすると、室温状態での各位置のローラ外径の大小関係は、左半分の領域だけで表すと、「Ｄｏｌ＞Ｄｌｌ＞Ｄｃ≒Ｄｓｌ」となっている。したがって、中央部から距離Ｌの位置から外側の外径は、必ず中央部の外径Ｄｃより十分太く加工されている。
【００４７】
以上の形状に成形された加圧ローラ１４”は室温状態におけるものであり、このローラを加熱するとゴム層が全体に膨張し、特に元のゴム厚が厚い部分ほど大きく膨張しやすくなる。
【００４８】
図２（Ｂ）は、加熱後のローラ単体の外径の大小関係を示している。図においてローラの各部分の外径部は室温時より太くなっているが特に左右端部と中央部のゴムの肉厚が厚いため、これらの範囲の膨張が大きく、全体としてローラ中央部は左右の最小外径部より太くなる。さらにこの中央部の太さは従来の単純なＶ型の逆クラウンローラを加熱膨張させた場合の中央部の太さに比べて、十分太くなるように調整されている。定着時と同等の温度条件における各位置の膨張したローラ外径の大小関係は、左半分の領域だけで表すと、「Ｄｏｌ’＞Ｄｌｌ’＞Ｄｃ’＞Ｄｓｌ’」となる。このため、中央部のニップ幅は実際の使用時に加熱されると太くなり、この部分の定着ニップ幅が太くなるうえ、この部分のゴム厚は従来のＶ型の逆クラウンローラより厚く熱容量も大きくなっているので一度蓄熱された後は従来ローラよりも温度が下がりにくい特性を有しており、さらにこの部分の定着性能の低下を防止するように作用する。
【００４９】
また、連続通紙時の粒状トナー汚れは、数百枚単位以上の大量のシート７を連続通紙した際の微小なトナー汚染の蓄積で形成される。そして、中央付近の数十μｍの外径差による定着性のわずかな差によってもその汚れの発生の量及び頻度が大きく左右され、外径が太い方が定着ニップ幅が太くできるのでトナー汚れを抑えることができる。従って、定着時に中央部が太くなるように加工された加圧ローラ１４”は、中央部の外径Ｄｃをより太くできるため、トナー汚れの抑制効果が期待できる。
【００５０】
一方、このように中央部の定着性を強化された加圧ローラ１４”は、中央部から左右に距離Ｓだけ離れた位置のローラ外径は加熱されて多少膨張するものの、ローラ製造時のゴム材の注入圧力差、加熱温度分布などに起因するゴム材の硬化速度差、成型後の応力の開放、定着加圧力の作用、芯金形状の影響などに起因して、中央部ほど膨張せず、やはり最小外径部となる。しかし、定着ニップ部を形成するための加圧バネが左右の端部で作用するため、定着ニップ部の長手方向の圧力分布は、中央から端部に向かうにつれて高くなる。また、連続通紙中には中央部の温度は通紙されるシート７に奪われて低下しやすく、定着ニップ部の長手方向の温度分布は、中央から端部に向かうにつれて高くなる。このため、中央部から左右に離れた位置では、ローラ外径が多少細くなったとしても、中央部より高温高圧で定着条件がよく、この部分の定着性の低下は中央部に同じ外径を設けたときほど大きくは無い。また、従来の逆クラウンローラでは、中央部の一箇所に集中して圧力低下と温度低下が生じる。これに対して、加圧ローラ１４”では、中央部から左右に距離Ｓだけ離れた位置の圧力低下は左右に分散されて更に軽減される。このため、連続通紙耐久試験を行った際に、これらの左右の最小外径部において定着性が低下することを防止することができる。
【００５１】
図１４にこのようにして加工されたM型芯金W型逆クラウンローラの一例として、左右端部の逆クラウン量を１２０μm以上に十分大きく加工したローラの室温ｔ0の状態から連続印刷時相当の飽和温度ｔ2までの各温度におけるローラ単体の外径変化を測定した比較図を示す。
【００５２】
この図からわかるように、上記構成にしたがって加工されたローラの室温ｔ0時の形状は芯金形状の影響を受けて中央部にM型の形状を有し、その左右端部外側に向かって逆クラウン形状が続くようになっているが、定着立ち上げ直後の温度ｔｓ付近では各部のゴム層の膨張率の相違によって凹部が選択的により大きく膨張し、中央部全体がほぼフラット化し、定着開始時のｔ1付近でやや中央部が盛り上がり始め、同時に左右の逆クラウンテーパー部の中央側端部との境界部分に改めて最小径部が形成され始め、連続大量印刷時のｔ2付近の飽和状態では中央部が完全に盛り上がるようになる。この間、中央部と左右端部との間に形成される２つの最小径部に相当する位置は室温状態の84ｍｍと147ｍｍ付近から飽和状態には中央寄りにシフトして98ｍｍと140ｍｍ付近となるので、総合すると実際の定着動作中に中央部がより太くなって定着性が向上し、且つ、左右の逆クラウンテーパー形成領域が中央側に広がってより幅の狭い紙にも紙しわ対策効果が作用するような理想的なW逆クラウン形状が形成されるようになっている事がわかる（本ローラでは室温状態でもA５サイズ紙に対して十分外側に逆クラウンテーパー部が形成されているが、熱膨張によってさらに中央部と紙端部通過行領域の外径差は増大し、且つ中央部の形状は太鼓状で外径の太い部分は中心部に局所的に形成されているだけなので紙全体を中央部に引き寄せる力も制限され、紙しわ抑制効果は高くなる）。
【００５３】
なお、このときの２つの最小外径部のシフト要因としては、
・     左右の大きな逆クラウン部の膨張による左右端から中央部への押し出し圧
・     中央部の熱膨張によるその両脇部の中央側への引き寄せ力
などが作用しているためと考えられる。
【００５４】
本発明のローラはこのように熱膨張時に左右の最小外径部が従来のW逆クラウンローラより大きく中央寄りにシフトする特性があるため、定着時に紙しわ抑制効果が作用する紙の幅は室温時に想定した紙よりさらに幅の狭い紙にも有効となり、この効果分だけ対象となる紙種をより幅の狭い紙に合わせて設定しても良いが、本実施例ではこの効果分を信頼性確保用のマージンとして捕らえ、以下の説明において、室温時と膨張時の最小外径部の発生位置はほぼ同じ位置として説明している。
【００５５】
また、このM型芯金を用いて膨張時にW型逆クラウン形状となる加圧ローラは温度条件によって外形の変化が大きいため、以下の説明においてはすべて中央定着性強化逆クラウンローラと称する。
【００５６】
２）通紙試験
つぎに、図３（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、ローラ中央部の定着性が強化された逆クラウンローラの紙しわ、トナー汚れを評価する試験について説明する。
【００５７】
評価装置としては、同一のフィルム加熱型定着器１２を用いた電子写真方式のプリンタを用いた。定着器１２に用いる４種類のそれぞれ加圧ローラについて、紙しわ試験とトナー汚れ試験の２種類の試験（合計８通りの試験）を行った。なお、評価に用いたプリンタ本体が毎分５５枚以上の高速機である。
【００５８】
図３（Ａ）に示すように、フィルム加熱型定着器１２ａは加圧ローラ、加熱回転体１３から構成されている。加圧ローラとして表面形状の異なる４種類のローラについて、試験を実施している。なお、以下の加圧ローラ等の寸法は、実験に当たっての一例であり、かかる値に限定されるものではない。
【００５９】
各加圧ローラは、ローラ全長＝２３５ｍｍ（軸部を除く）であり、本実施例の加圧ローラ以外のローラの芯金は中央部に５０ｍｍ幅で外径Ｄａ＝２３．４５ｍｍの平坦部を有し、この平坦部の左右端部から外径Ｄｂ＝２１．４５ｍｍのローラの左右両端部にかけて外径が細くなるようにテーパ加工がなされたアルミ製のクラウン形状である。一方、本実施例の加圧ローラの芯金は、上記芯金と左右端部は同じ形状であるが、中央部の５０ｍｍ幅の領域は、中央５０ｍｍ幅の両端から内側にわずかな平坦部を介して、やはりわずかな平坦部を有する中央部に向けて細くなるようにテーパ量０.２２５ｍｍで中央部に向けてテーパ加工されている。芯金の外周には、シリコンゴム層、更にその表面に５０μｍの厚さのＰＦＡチューブ層を設け、ローラ全体の平均硬度＝５９°（ＡＳＫＥＲ−Ｃ５００ｇ加重時）となるように調整している。
【００６０】
室温状態において、３種類の加圧ローラのシリコンゴムの表面形状は、つぎの３通りでなっている。
【００６１】
（１）中央部と左右の端部がほぼ同じストレート形状。
【００６２】
（２）逆クラウン量１２０μｍの従来のＶ型逆クラウン。
【００６３】
（３）中央部と端部の逆クラウン量＝略１２０μｍ、かつ最小外径部と端部の逆クラウン量＝１２０μｍの２つの凹部を有する形状。
【００６４】
（４）中央部と端部の逆クラウン量＝略１２０μｍ、かつ最小外径部と端部の逆クラウン量＝１２０μｍの３つの凹部を有する形状。
【００６５】
本実施例のローラ中央部の定着性を強化したタイプの加圧ローラ１４”は、室温では左右端部の外径ＤｏｌとＤｏｒはともに３０．４０ｍｍ、最小径ＤｓｌとＤｓｒが３０．３８ｍｍで中央部の外径Ｄｃもほぼこの最小径部の外径と同等である。しかしながら加熱時には図１４の加圧ローラの温度依存性と同様に、定着前の待機完了温度では中央とその左右の最小径部はほぼ消失して中央部はフラット形状に近くなるが、定着開始後はゴム層の蓄熱に伴って徐々に中央部のみが選択的に膨張し始め、連続印刷によって飽和温度付近に達すると中央部に凸形状の外径増大部、その左右に最小径部、さらにその左右端部にギャククラウンテーパー部が形成されるような外径分布が形成され、Ｄｏｌ‘＝３０．８４ｍｍ、Ｄｃ’＝３０．６６ｍｍ、Ｄｓｌ‘=３０.６４ｍｍとなる（すなわち熱膨張時のギャククラウン量は２００μm近くまで増大する）。
【００６６】
なお、ここでは紙しわの発生を防止させたい最小の紙幅をA５サイズ紙として設定しており、少なくとも室温状態で定着時のローラ中央部の定着ニップ幅がA５サイズ紙の左右端部の通過する位置のニップ幅より太くならないように加圧ローラの形状を調整している。（製造時のばらつきを考慮するとこの紙端部位置と最小ニップ部との間のマージンは多めに調整した方がよい）。一方、逆クラウン効果が全く作用しなくなる幅１００ｍｍ以下の紙種には封筒やハガキなど幅が狭く比較的厚い紙種しかなく、紙幅自体が狭いため幅方向の剛性も相対的に増大しているのでシワになりにくく、このサイズの紙種については特に紙しわを防止する必要は無い。また、幅１００ｍｍ以上でA５サイズ紙より幅の狭い紙種については左右端部に逆クラウン効果は作用するものの中央部にも引き寄せられやすくなるのでA５サイズ紙以上の大きさの紙に比べると紙しわ防止効果は低下するはずであるが、
・実際には、上記温度依存性を実際に評価した図１４のローラの例のように熱膨張時にはこの左右の逆クラウン作用領域が広がるのでB6サイズ紙でも効果が期待できるようになり、さらに連続通紙された場合には左右の非通紙部領域はヒータによる加熱はされているのに紙が通過しないため紙によって熱を奪われない分だけより高く昇温して左右端部のローラの膨張率が増大し、その影響は通紙部の左右端部にも及ぶので逆クラウン効果がより高くなり、全体として熱膨張時の紙しわ防止効果は高くなる。
【００６７】
図３（Ａ）において、加熱回転体１３は定着フィルムとして逆クラウン金属フィルム１３ｃを用いている。逆クラウン金属フィルム１３ｃは、熱伝導性の高い円筒状の金属フィルムであり、４５枚／分以上の高速に対応する。また、逆クラウン金属フィルム１３ｃは、塑性加工にて逆クラウン加工を施されており、（Ｄｆｌ＋Ｄｆｒ）／２−Ｄｆｃ＝５０μｍの逆クラウン量で、逆クラウン効果を高めている。ここで、Ｄｆｌ、Ｄｆｒは、左右の端部の外径を示し、Ｄｆｃは中央部の外径を示す。
【００６８】
逆クラウン金属フィルム１３ｃは、ステンレス（ＳＵＳ）製で厚みは３５μｍの可撓性を有する金属管を塑性加工した基層の表面に、以下の方法で不図示のフッ素樹脂層を離型層として形成している。なお、基層の厚みは、２０〜２００μｍであればよく、２０μｍ以下のＳＵＳフィルムでは熱伝導の観点からは好ましいものの、機械的強度が不足するため、フィルム内面とヒータ面との摺擦や左右端部のフィルムエッジ部分とフランジ（フィルムが左右に偏ることを防止する為の規制部材）との摺擦による端部削れ、及び、定着ニップ部に紙が挟まれた状態でジャムした際の紙の除去作業時にかかるフィルムへの機械的負荷に対する強度不足等の懸念等の観点から長期使用に対する耐久性の面で好ましくなく、一方、２００μｍ以上のＳＵＳフィルムではフィルムの剛性が高くなり過ぎて柔軟性が不足し、定着ニップ部でのヒータ面との接触性が悪化して十分にヒータの熱を紙や加圧ローラ側に伝えられなくなって定着性が劣化する。
【００６９】
まず、接着層となるフッ素樹脂用プライマーに導電付与部材としてカーボンブラックを適量分散したフッ素樹脂用プライマー液槽に、逆クラウンを形成された金属フィルムをディッピング法にて浸漬し、約５μｍの膜厚をコーティングする。その後、１９０〜２３０℃に設定された恒温槽にて１５〜４５分間の乾燥させ、常温にて冷却を行う。
【００７０】
次いで、離型層のフッ素樹脂として、ＰＴＦＥ樹脂とＰＦＡ樹脂の混合フッ素樹脂ディスパージョンを用いる。このフッ素樹脂ディスパージョンに導電性付与材としてカーボンブラックを適量付与した液槽に、先工程にて導電性プライマーをコーティング乾燥した金属管を浸漬させ、ディッピング法にて、膜厚約１０μｍのコーティングを施す。その後、焼成炉にて、約２５０〜２８０℃で１０〜１５分、約３００〜３３０℃で２０〜３０分、約３７０〜４００℃で１０〜１５分の段階的焼成を行い、離型層（スリーブの表面層）のフッ素樹脂を形成する。
【００７１】
逆クラウン金属フィルム１３ｃの内部には、図３（Ａ）に示すようにセラミックヒータ１３ａと、フィルムガイド部材１３ｂが設けられている。
【００７２】
セラミックヒータ１３ａは、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＣ等より成るセラミック基板、該セラミック基板上に発熱ペーストを印刷した発熱体、該発熱体の保護と絶縁性を確保するためのガラスコーティング層等から構成されている。フィルムガイド部材１３ｂは、断面略半円弧状に形成されており、逆クラウン金属フィルム１３ｃをガイドする。
【００７３】
加熱回転体１３は、各加圧ローラの上に総圧１８ｋｇ重の圧力で加圧当接されて定着ニップ部を形成し、定着ニップ部でシート７を挟持搬送する。この際、セラミックヒータ１３ａの発熱体へ電力制御されたＡＣ電流を供給してセラミックヒータ１３ａを発熱させる。そして、セラミックヒータ１３ａから逆クラウン金属フィルム１３ｃを介して伝わる熱と、各加圧ローラによる加圧力により、シート７上のトナー像を溶融してシート７上に永久固着する。
【００７４】
またその際、セラミック基板の裏には不図示の温度検知素子（チップサーミスタ）が接着してあり、非通紙時の一定時間ヒータへの通電をＯＦＦまたはＯＮした時間内の温度変化をサーミスタにより検知する。そして、この検知結果を基にセラミックヒータ１３ａの目標温度を決定して、不図示のヒータ駆動手段を制御して電力制御を行い、ヒータ温度を目標温度（プリント温度）に保っている。
【００７５】
つぎに、試験の種類について説明する。通紙試験として、紙しわ試験とトナー汚れ試験の２種類の試験を行った。
【００７６】
Ａ）紙しわ試験
３０℃／８０％の高温高湿環境試験室に４８時間以上放置させた坪量６４ｇの比較的薄いＡ４サイズの紙（シワを発生しやすい紙）を用いて、格子パターン画像を連続１０枚印刷した際のシート上に生じる紙しわの有無を観察する。また、この紙しわ試験において、使用した加圧ローラは全て全体平均硬度が本来のローラより略１°低いローラを用いており、ニップ幅を全体に広くしてより紙しわを発生しやすい条件で評価を行っている。
【００７７】
Ｂ）トナー汚れ試験
１５℃／１０％の低温低湿環境試験室に４８時間以上放置させた坪量９０ｇの炭酸カルシウム含有Ｌｅｔｔｅｒサイズの紙（トナー汚れを誘発しやすい紙）を用いて、４％印字率の文字パターン画像を連続４００枚ずつ印刷しながら紙を継ぎ足しを繰り返す。そして、最終的に３万枚まで印刷した際の紙上に生じる粒状トナー汚れの発生量及び頻度を観察評価する。
【００７８】
表１は４種類の加圧ローラについて紙しわ試験とトナー汚れ試験をして比較評価した結果を示す表である。表１において、×は紙しわ又はトナー汚れが発生した場合を示し、○は紙しわ又はトナー汚れがほとんど発生せず、発生したとしても実用上問題にならないほど軽微である場合を示し、◎は全く発生しない場合を示す。
【００７９】
【表１】
2008020821.tif 000003
【００８０】
表１に示すように、ストレートローラでは、トナー汚れはほとんど発生しなかったが、紙しわの発生が顕著である。Ｖ型逆クラウンローラでは、紙しわは逆クラウン効果によってほとんど発生しなくなった。しかし、Ｖ型の谷部となる中央部に相当する位置の紙先端部のローラ１周分の長さの領域に、多量の粒状トナー汚れが連続通紙開始から約８０００枚目辺りから発生し始めた。その後も１日目の試験が終えて装置全体が完全に冷え切った状態から翌日の試験を開始した際に、トナー汚れの量も増え、トナー汚れの粒の大きさもより大きな塊となって先端中央部に集中的に発生するようになった。Ｗ型逆クラウンローラでは、紙しわの発生防止効果が高く、むしろ従来の紙しわ対策に使用してきたＶ型逆クラウンローラと同等以上に良好で、やはりほとんど発生しなくなる。また、粒状トナー汚れに対しても３万枚の耐久中に問題となるようなレベルのトナー汚れは全く発生せず、ストレートローラと同等以上の結果が得られる。
【００８１】
最後に本実施例の中央定着性強化逆クラウンローラでは、紙しわの発生防止効果がさらに高く、今回の評価範囲では全く発生しなくなった。また、粒状トナー汚れに対しても３万枚の耐久中にトナー汚れは全く発生せず、Ｗ型逆クラウンローラ以上の結果が得られ、別途ローラ硬度を１°硬くして定着に不利な条件でも評価を試みたが、その場合でもトナー汚れは発生せず、同じローラ硬度であれば本実施例のローラの方がよりトナー汚れ防止効果に対するマージンが高くなることがわかった。
【００８２】
上記の試験において、中央定着性強化逆クラウンローラは、上述したように室温状態の３つの凹部が、実際の定着動作中は過熱によって中央部のゴム層が膨張し、図３（Ｃ）に示すように逆クラウンフィルムと組み合わせた定着器の定着ニップ形状を測定すると、図３（Ｄ）に示すような上半分を見た場合の形状が、長手方向中央部のニップが太鼓状に太くなる中央部太鼓状Ｗ型ニップ形状１５”となる。加熱膨張時の中央ニップ幅＝Ｎｃ（Ｎ４）、その左右に最もニップ幅の狭いＮｓｒ、Ｎｓｌ（Ｎ３）が形成され、両端部のニップ幅ＮｏｒとＮｏｌ（Ｎ１）が最も太い構成になっている。図３（Ｄ）中の符号Ｎｌｌ、Ｎｌｒ（Ｎ２）は、ローラ中央部から左右端部側二個所の逆クラウンテーパ部の紙しわを防止したい用紙のうちで最も幅の狭い用紙（ここではＡ５用紙）の左右の紙端通過位置の内側適宜位置（ここでは５ｍｍ内側）までの距離Ｌ（図２参照）ずつ振り分けられた適宜幅ニップ部を示している。すなわち、Ｎ１＞Ｎ２≒Ｎ４＞Ｎ３の関係で成形されている。このように加圧ローラ１４を中央定着性強化型形状とすることで、紙しわの発生を防止するとともに、そのトレードオフ関係にあるトナー汚れの発生を防止することができることがわかった。
【００８３】
上記の結果が得られた要因として、トナー汚れの発生防止効果については中央ニップ幅が増大することにより「定着加圧力増強」と「紙に対する定着領域（＝定着時間）の延長」及び「中央ゴム層の増大に伴う熱容量増強」などの作用が働いてこの領域の定着性が向上したことによると考えられるが、一方の紙しわ防止効果において従来対策ローラであるＶ型やＷ型逆クラウンローラより効果が高かったことについては、中央定着性強化逆クラウンローラは局所的にローラ中央に向かってニップ幅が太くなる領域を有するものの、その左右の最小ニップ幅の領域を含めた中央付近のニップ幅全体としてはむしろＶ型やＷ型逆クラウンローラローラより面積的に大きくなく、ニップ幅の太い領域が実質的に中央の極狭い領域に限定されているため、紙を中央に引き寄せる作用がＷ型逆クラウンローラローラより減少しているのではないかと考えられ、一方でＷ型逆クラウンローラも含めてこれらの最小ニップ幅の左右外側に向かうニップ幅の増加率は従来ローラより大きくなっているのでより強い力で紙を左右外側に引っ張る力が作用したためと考えられる。
【００８４】
なお、加圧ローラ１４”における、最小外径部の外径Ｄｓｌ，Ｄｓｒと端部の外径Ｄｏｌ，Ｄｏｒとの外径の差（逆クラウン量）は、室温時の１２０μｍに限定されるものではなく、上記と同等の効果を得ることができる範囲として定着時の最小外径部が中央部より太くならない条件を維持したうえで室温時５０〜２００μｍ程度とすることが好ましい。これは、これまでの実験結果や経験から、５０μｍ以下のわずかな逆クラウン量では十分な紙しわ防止効果が期待できないうえ、製造ばらつきの公差の範囲に隠れてしまって実際に逆クラウン形状にならなくなる危険があり、一方、２００μｍ以上の逆クラウン量を設けるとローラ端部と最小外径部との外径差が大きくなりすぎ、最小外径部に十分な圧力が加わらなくなって本構成の特徴である中央部ニップ幅の選択的増大効果と最小外径部の左右２箇所への分散効果を持ってしても局所的な定着不足を防止するマージンが不足する危険があるからである。
【００８５】
３）加圧ローラ製造方法
つぎに、図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照して本実施例の加圧ローラ１４の製造方法について説明する。
【００８６】
まず、図４（Ａ）に示すように、加圧ローラ成形金型の外型１６内に中央部に凹部を有するＭ型クラウン芯金１４”ｂを中子のように挿入して型セットする。外型１６は、内部をくりぬいた円筒形の筒状に形成されており、内面の左右の端部に逆クラウンをつけるためのテーパ加工を施し、中央部は平坦な形状に形成されている。従って、外金型１６の内面に長手方向に沿ってＷ型のような凹凸を繰り返す複雑な形状を加工する必要がない。
【００８７】
逆クラウン芯金１４”ｂは、中央部から距離Ｃ（距離Ｃ＜距離Ｌ）だけ離れた位置を最大外径部とし、ここを頂点として両端から左右の端部に向けて細くなるテーパと中央部に向けて細くなるテーパを付けたクラウン形状に形成されている。ここで上記中央部から距離Ｃの長さは、外型１６の中央平坦部の長さより短く形成されている。外型１６の平坦部は中央部から左右に５０ｍｍ伸びた幅１００ｍｍの平坦な内面で構成されており、従って図中に記載した外型１６の内径ＤｃとＤｓｌ，Ｄｓｒは同一径となっている。
【００８８】
一方、逆クラウン芯金１４ｂの詳細な構成としては、図４（Ｂ）に示すように直線的に加工されており、最大外径Ｄａ＝２３.４５ｍｍが形成される中央部からの距離Ｃは左右に２５ｍｍ離れた位置であり、ここから中央よりに幅ｇ＝２ｍｍの局所的な平坦部を有してその内側端部から水平距離Ｇ＝２２ｍｍ離れた中央部に形成された幅ｇ＝２ｍｍの中央最小外径Ｄｄ＝２３ｍｍの左右端部にかけてテーパ量Ｈ＝０.２２５ｍｍでテーパ部が形成され、最大外径部の端部から左右ローラ端部の幅８.３ｍｍの領域に形成されている外径Ｄｂ＝２１.４５ｍｍの端部最小外径部の内側端部にかけても直線的に２ｍｍテーパ形成された面が各々構成されている。外型１６内に逆クラウン芯金１４”ｂを入れた状態で、液状のゴム材を外金型１６の左右両端または片側あるいは金型を垂直に立てて上から注入するなどの方法を用いて型内部にゴム材を充填する。
【００８９】
その後、金型全体を加熱してゴム層を硬化させるが、その際、この金型の加熱分布は均一ではなく左右端部と中央部の温度が比較的高くなりやすいため、これらの部分の硬化が促進され、ちょうど芯金の外型の中央平坦部において左右角部周辺の中間領域のゴム材の硬化が比較的遅くなる。このため、硬化後のゴム層の密度にも多少のムラがあり、中央部と左右端部のゴム層の密度は高めでその中間領域の密度はより低くなりやすい。
【００９０】
このような傾向を利用して、金型温度とゴム材の粘度及び注入圧力を適度に制御し、ゴム材の熱硬化後に中央定着性強化型ローラ１４”を外型１６から離型して室温まで冷却する。すると、ゴム層は熱膨張して外型１６の内面に密着していたので、冷却後は全体に体積が収縮する。このとき、外型１６の左右外側のゴム層は金型の内径自体がテーパを有して太く形成されているため収縮後も他の領域より太い形状を維持しやすいが、外型１６の中央平坦領域のゴム層では外型１６の内径が同じため、加熱時の外径が全て同じでありながら芯金最大外径部の左右外側に向けたテーパ部と中央側に向けたテーパ部が存在するため、これらの領域ではゴム層の厚さ自体にもテーパがついており、冷却後にはゴム層の厚い部分ほど大きく縮みやすくなる。
【００９１】
ここで、中央部のゴム層の最大厚さは３.７２５ｍｍであり、外型１６の中央平坦部の左右端部のゴム層厚さも略３.８ｍｍである。このことから外型１６の中央平坦部の領域において冷却後のローラ長手方向の外径分布は、中央部と外型１６の中央平坦部の左右端部の外径が細くなるはずである。
【００９２】
実際にこのように製造された加圧ローラの室温状態における形状測定を行うとローラ中央部と左右の最小外径部の外径はほぼ同等で、ゴム材の処方、注入圧分布、加熱温度分布などの加工条件のばらつきによって多少の左右差が生じたり中央部の方が太かったり細かったりするなどの個体差は生じうるが、いずれにしても室温状態のローラ形状は中央部とその両脇にほぼ同等の最小外径部を２つ有する合計３つの凹部付きローラとなる〔図４（Ｃ）参照〕。
【００９３】
一方、実際の定着時には加熱によりこの中央部のゴム層の膨張が左右の最小径部のゴム層の膨張より大きく、結果として中央太鼓状Ｗ型逆クラウン形状の中央定着性強化ローラとなる。定着時のローラ表面温度はローラ成型時の加熱温度に近いため、金型に近くなることが予想されたが単純にこのようにはならなかった。これは使用時の温度が成型時の温度条件と全く同じでないことのほかに、成型時にはローラの左右端部は密閉され拘束されているが使用時には左右端部は開放されゴム材は芯金表面との密着力によってのみ規制されているので加熱膨張時のゴム層表面側は左右端部方向に伸びやすく、特に芯金が左右端部よりの領域で細くなっているクラウン形状の場合、中央部のゴム層の膨張方向が主に外径方向であるのに対してこの左右端部テーパー部の領域では左右外側へ膨張する割合がより高くなり、同程度のゴム層の厚みを有していても加熱時には左右の最小外径部は左右に伸びやすい分外径が細くなりやすくなる効果が作用するものと思われる。
【００９４】
さらに実際の使用時にはこのローラは上から定着フィルムが加圧当接されるので、この加圧力によって圧迫されたゴム層ははやはり左右の開放端部方向に伸びやすくなるが、中央部のゴム層は芯金中央の凹部に閉じ込められるため、加熱膨張時の圧力はそのまま上の定着フィルム側を押し返すように作用し、結果としてこのようなニップ形状を形成するものと考えられる。
【００９５】
使用時の変化を考慮したこの製法により、内面をＷ型に複雑に加工した外金型を用いることなく、安価に中央定着性強化型加圧ローラを製造することができる。
【００９６】
また、室温時の最小径部は、外金型１６の平坦部の両端部とほぼ一致する位置に形成される。このことから外金型１６とＭ型クラウン芯金１４”ｂの最大外径部の位置関係を保ったまま各両端部の中央からの長さを変更することで、最小外径部の形成位置を任意に移動させることが可能である。従って、この調整方法により紙しわ対策効果が作用する所望の最小の紙サイズを想定してそれに合わせた最小外径部の形成位置の調整も容易に行うことができる。但し、実際のローラではゴム硬度とテーパ量の組み合わせによっては最小外径部の外側の逆クラウンテーパー部のゴム層の収縮量が大きくなり過ぎてこれらの領域の外径が予想外に細くなることもあるため、ゴム硬度（それに基づく収縮量）とテーパ量などを十分考慮した設計や紙しわ対策効果が作用する所望の最小の紙サイズに対する最小外径の位置に十分なマージンを設けた設計をする必要がある。
【００９７】
（実施例２）
つぎに、図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照して本発明に係る定着装置の第２の実施例を説明する。
【００９８】
（定着フィルム）
図５（Ａ）に示すように、加熱回転体として本実施例の定着フィルムは、長手方向において外径が均一なストレート定着ＰＩフィルム１３ｄとして成形される。フィルムの層構造としては基層として実施例１で使用した逆クラウン金属フィルム１３ｃのＳＵＳに替えて耐熱性樹脂のＰＩで構成し、その上の層構成は逆クラウン金属フィルム１３ｃと基本的に同じであり、本フィルムは長手方向左右端部と中央部の外径がほぼ同じφ３０.４５ｍｍのストレート形状となっている。
【００９９】
（加圧ローラ）
図５（Ｂ）に示すように、加圧回転体として本実施例の加圧ローラ１４には、上記第１の実施例と同じ中央定着性強化逆クラウン形のものが用いられている。加圧ローラ１４”、ストレート定着ＰＩフィルム１３ｄを組み合わせた定着器１２ｂは第１の実施例の定着器１２ａと同一である。
【０１００】
上記の構成において、樹脂フィルム１３ｄは、金属フィルムに比べて安価なＰＩフィルムで形成されており、逆クラウン加工を施す必要もなく、コスト的にも安価に抑えることができる。
【０１０１】
次に、試験の種類について説明する。本実施例においても実施例１と同様の通紙試験として、紙しわ試験とトナー汚れ試験の２種類の試験を行った。
【０１０２】
表２は同じ加圧ローラ１４”に対して２種類の定着フィルムを組み合わせた場合について紙しわ試験とトナー汚れ試験をして比較評価した結果を示す表である。表２において、×は紙しわ又はトナー汚れが発生した場合を示し、△は紙しわ又はトナー汚れがわずかではあるが確認された場合、○は紙しわ又はトナー汚れがほとんど発生せず、発生したとしても実用上問題にならないほど軽微である場合を示す。
【０１０３】
【表２】
2008020821.tif 000004
【０１０４】
このように、定着フィルムとして剛性の低い樹脂フィルム１３ｄを用いる場合、従来のＷ型逆クラウン加圧ローラでも紙しわは若干発生する傾向が現れたが、本発明の加圧ローラ１４”を用いることで、このフィルムによる紙しわ防止効果の低下を補って紙しわに対する防止効果は十分得られ、また、中央部の定着性もフィルムの熱伝導性が低下して悪化するため、トナー汚れの悪化も促進されるが、従来のＷ型逆クラウン加圧ローラでやや悪化傾向が生じるものの、本実施例の加圧ローラを用いることで実用上問題にならないほどに改善されることがわかる。
【０１０５】
したがって、定着フィルムをストレート形状の樹脂フィルム１３ｄとすることで、紙しわ及びトナー汚れの発生を実用上問題にならない程度に防止できるとともに、コストをおさえることができる。
【０１０６】
（実施例３）
つぎに、図６を参照して第３の実施例について説明する。
【０１０７】
図６（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、本実施例にかかる熱ローラ型定着器１２ｃは、加熱回転体として、上記第一実施例の加熱回転体１３に変えて、逆クラウン量＝１００μｍの逆クラウン形状を有する定着ローラ１８ｂを設けたものである。定着ローラ１８ｂは、内部にハロゲンヒータ１８ａを備えている。
【０１０８】
従来の熱ローラ型定着器では、定着ローラに逆クラウンを設けることは比較的容易であり、紙しわに対する十分な効果を付与することは特に問題は無かった。しかし、炭酸カルシウムを含有する紙種で低温低湿度環境で連続通紙耐久を行うと、トナー汚れが紙上や上下各ローラ表面に発生する傾向があった。この傾向は印刷速度が速くなるほど深刻となり、ローラのトナー汚れを掻き取るための清掃ローラを追加したり、クリーニングシーケンスを導入するなどしている。
【０１０９】
そこで、本実施例にあっては、熱ローラ型定着器に対しても、中央定着性強化型加圧ローラ１４”を用いた構成とし、紙しわの防止とともに、トナー汚れを防止することとしている。
【０１１０】
続いて、定着器１２ｃを用いて第１の実施例と同様な紙しわ試験とトナー汚れ試験を行った。かかる試験は、ストレート加圧ローラと、中央定着性強化型加圧ローラ１４との２種類のローラについて行った。表３はこの試験結果を示す表である。表３において、×は紙しわ、またはトナー汚れが発生した場合を示し、○は紙しわ又はトナー汚れが発生しない場合を示す。
【０１１１】
【表３】
2008020821.tif 000005
【０１１２】
このように、ストレート加圧ローラでは、トナー汚れが発生するのに対して、加圧ローラ１４”では、トナー汚れを防止することができる。なお、熱ローラ型定着器では、定着ローラの形状自体を、中央ニップが太鼓状に太くなり、且つ、この太鼓状の左右端部を最小外径部とし、そこから左右のローラ端部に向けて外径が太くなるように加工して図６（Ｄ）のような形状に加工しても良く、弾性ローラと剛体ローラの違いがあるため具体的な長手方向の各外径差は異なるが、結果として定着ローラを用いて定着時のニップ形状が図３（Ｄ）と同様の形状になるように加工形状を調整すれば同じ効果を得ることが出来る。
【０１１３】
（実施例４）
図７（Ａ）は、第５の実施例である加圧ローラ１９〔図７（Ｂ）〕を製造する成形金型の外型１６を示す断面図である。外型１６内に基本的にストレートで中央部のみに凹部を有する中央局所小径ストレート芯金１９ａを挿入して型セットする。外型１６は、内部をくりぬいた円筒形の筒状に形成されており、内面の左右の端部に逆クラウンをつけるためのテーパ加工を施し、中央部は平坦な形状に形成されている。したがって、外型１６の内面に長手方向に沿ってＷ型のような凹凸を繰り返す複雑な形状を加工する必要がない。
【０１１４】
中央局所小径ストレート芯金１９ａは、ローラ中央部から距離Ｃ（距離Ｃ＜距離Ｌ）だけ離れた位置から左右外側に向けては均一な外径部を有し、この位置から内側の中央部に向けて細くなるテーパ部とを有した形状に加工されている。ここで上記中央部から距離Ｃの長さは、外型１６の中央平坦部の長さより短く形成されている。また、外型１６の平坦部は中央部から左右に５０ｍｍ伸びた幅１００ｍｍの平坦な内面で構成されており、図示の外型１６の内径ＤｃとＤｓｌ，Ｄｓｒは同一径となっている。中央局所小径ストレート芯金１９ａの詳細な構成としては、ローラ中央部からの距離Ｃは左右に２５ｍｍ離れた位置間では均一外径Ｄａ＝２３.４５ｍｍが形成され、ここから中央よりに幅２ｍｍの局所的な平坦部を有してその内側端部から中央部に形成された幅２ｍｍの中央最小外径Ｄｄ＝２３ｍｍの左右端部にかけて０.２５ｍｍのテーパ（模式的に示しているが、実際の芯金には直線的なテーパ加工が施されている）が形成されている。
【０１１５】
この場合も第１の実施例と同じく、外型１６内に中央局所小径ストレート芯金１９ａを入れた状態で、液状のゴム材を外型１６の左右両端または片側に充填するか、あるいは金型を垂直に立てて上から注入するなどいくつかの方法を用いて型内部にゴム材を充填する。その後、金型全体を加熱してゴム層を硬化させる際、この金型の加熱分布は均一ではなく左右端太中央部の温度が比較的高くなりやすいため、これらの部分の硬化が促進され、ちょうど芯金の外型中央平坦部の左右角部周辺の中間領域のゴム材の硬化は比較的遅くなる。このため、硬化後のゴム層の密度にも多少のムラがあり、中央部と左右端部のゴム層の密度は高めでその中間領域の密度はより低くなりやすい。このような傾向を利用して、金型温度とゴム材の粘度及び注入圧力を適度に制御し、ゴム材の熱硬化後に加圧ローラを外型１６から離型して室温まで冷却すると、ゴム層は熱膨張して外型１６の内面に密着していたので、冷却後は全体に体積が収縮する。このとき、外型１６の平坦部から左右外側のゴム層は金型の内径自体がテーパを有して太く形成されているため収縮後も他の領域より太い形状を維持しやすい。がしかし、外型１６の中央平坦領域のゴム層では外型１６の内径が同じため、加熱時の外径が全て同じでありながら芯金最大外径部の左右外側に向けたテーパ部と中央側に向けたテーパ部が存在する。したがって、それらの領域ではゴム層の厚さ自体にもテーパがついており、冷却後にはゴム層の厚い部分ほど大きく縮みやすくなる。
【０１１６】
ここで、ローラ中央部のゴム層の最大厚さは３.７２５ｍｍであり、外型１６の中央平坦部の左右端部のゴム層の厚さは略３.５ｍｍである。このことから外型１６の中央平坦部の領域において冷却後のローラ長手方向の外径分布は、中央部が最も収縮して外径が細くなり、外型１６の中央平坦部の左右端部外径が細くなる。
【０１１７】
このように製造された加圧ローラ１９について室温状態で形状測定を行うと、図７（Ｂ）に示すように、中央部に最小外径部、その両脇にこれよりやや太くほぼ平坦な領域を有し、さらにその左右外側に向かって外径が太くなっていく変形逆クラウンローラとなる。
【０１１８】
一方、実際の定着時には加熱によりこの中央部のゴム層の膨張が左右の平坦部のゴム層の膨張より大きく、結果として中央太鼓状Ｗ型逆クラウン形状の中央定着性強化ローラとなる。定着時のローラ表面温度はローラ成型時の加熱温度に近いため、金型に近くなることが予想されたが単純にこのようにはならなかった。これは使用時の温度が成型時の温度条件と全く同じでないことのほかに、成型時にはローラの左右端部は密閉され拘束されているが使用時には左右端部は開放されゴム材は芯金表面との密着力によってのみ規制されているので加熱膨張時のゴム層表面側は左右端部方向に伸びやすく左右の最小外径部は左右に伸びやすい分外径が細くなりやすくなる効果が作用するものと思われる。
【０１１９】
さらに、実際の使用時にはこのローラは上から定着フィルムが加圧当接されるので、この加圧力によって圧迫されたゴム層はやはり左右の開放端部方向に伸びやすくなる。がしかし、ローラ中央部のゴム層は芯金中央の凹部に閉じ込められるため、加熱膨張時の圧力はそのまま上の定着フィルム側を押し返すように作用し、結果として第１の実施例を示す図２（Ｂ）と同様な図７（Ｃ）の形状となり、図３（Ｄ）と類似のニップ形状が得られる。
【０１２０】
使用時の変化を考慮したこの製法により、内面をＷ型に複雑に加工した外金型を用いることなく、安価に中央定着性強化型加圧ローラを製造することができる。
【０１２１】
但し、本実施例の構成では芯金にクラウン形状が付与されていないため、芯金ストレート部の外径を余り細くすると中央部が局所的に細くなっている分、ローラの左右端部で加圧された際にローラ全体はたわみやすくなり、中央部の加圧力が低下して逆に中央部のニップ幅が減少する恐れもある。この為、本加圧ローラ構成を用いる場合にはストレート部の芯金の外径と加圧力強度を調整してローラ全体のたわみを防止して用いる必要があることは言うまでも無い。
【０１２２】
また、本実施のローラ構成では左右端部の逆クラウン領域のゴム層厚さは芯金がストレートである分、実施例１の加圧ローラと比べるとそのゴム層は薄く、加熱膨張時の膨張量も少なくなるためこの領域による紙しわ防止作用は低下する。このため、実施例１の加圧ローラと同等の紙しわ防止性能を得る為には外金型の左右端部のテーパ量を大きくするなどの調整が必要であり、同じ外金型を用いる場合はより低速の装置において好適に用いられる加圧ローラである。
【０１２３】
（実施例５）
図８（Ａ）は、第５の実施例である加圧ローラ２１〔図８（Ｂ）〕を製造する成形金型の外型２０を示す断面図である。外型２０は、本実施例においては内径全体が均一で単純な円筒状のストレート外金型を用い、芯金として第１の実施例と同じＭ型クラウン芯金１４”ｂを挿入して型セットする。
【０１２４】
Ｍ型クラウン芯金１４”ｂは、中央部に凹部（中央外径＝２３ｍｍ、中央部長手方向幅＝２ｍｍの中央向きテーパ形状）を有し、その両端は外径Ｄａの局所的な最大外径部（最大外径部の外径=２３.４５ｍｍ、長手方向幅＝２ｍｍ）を有し、この左右の最大外径部の端部からローラの左右の端部にかけて外径が細くなるようにテーパ加工されたテーパ部となっている。第１の実施例と同じく、外型２０内にＭ型クラウン芯金１４”ｂを挿入した状態で、液状のゴム材を外型２０の左右両端または片側に充填するか、あるいは金型を垂直に立てて上から注入するなどいくつかの方法を用いて型内部にゴム材を充填する。
【０１２５】
その後、金型全体を加熱してゴム層を硬化させる際、この金型の加熱分布は均一ではなく左右端太中央部の温度が比較的高くなりやすい。そのため、それらの部分の硬化が促進され、ちょうど芯金の外型２０の中央平坦部の左右角部周辺の中間領域のゴム材の硬化は比較的遅くなる。このため、硬化後のゴム層の密度にも多少のムラがあり、中央部と左右端部のゴム層の密度は高めでその中間領域の密度はより低くなりやすい。
【０１２６】
このような傾向を利用して、金型温度とゴム材の粘度及び注入圧力を適度に制御し、ゴム材の熱硬化後に加圧ローラ２１を外型２０から離型して室温まで冷却する。すると、ゴム層は熱膨張して外型２０の内面に密着していたので、冷却後は全体に体積が収縮する。このとき、外型２０の内径が均一で芯金のみ中央部と左右端部領域でテーパを有しているため、この芯金の細くなっている部分でゴム層はより大きく収縮し、冷却後の室温状態におけるゴムローラ表面の形状は、図８（Ｂ）に示すように、全体として芯金形状に応じて変形したＭ型クラウン加圧ローラ２１となる。
【０１２７】
したがって、この第５の実施例にあっては、外型２０の内面に長手方向に沿ってＷ型のような凹凸を繰り返す複雑な形状を加工する必要がないばかりか、全くテーパ加工が不要なために単純なパイプ状の金型を使用でき、コスト的に安価な加圧ローラ２１を得ることができる。
【０１２８】
また、実際の定着時は加熱で中央部と左右のテーパ部のゴム層の熱い部分ほど膨張し、結果として図８（Ｂ）に示すようなローラ中央部が太鼓形状になったＷ型逆クラウン形状の中央定着性強化ローラとなる。ただし、本実施例の加圧ローラ２１においては、加熱膨張時の最小外径部の位置は上記各実施形態のように外型の平坦部の左右端部で規定された場合とは異なり、明確な凹部が形成されるわけではなく、左右の膨張部と中央の膨張部の境界領域として形成されるため、より広意範囲で緩やかに外径の細くなる領域が形成されやすくなる。結果的に第１の実施例を示す図２（Ｂ）と同様な図８（Ｃ）の形状となり、図３（Ｄ）と類似のニップ形状が得られる。
【０１２９】
なお、この第５の実施例の場合、左右の逆クラウン部は過熱時の膨張変化だけで形成されるため、上記各実施形態にて積極的に逆クラウン領域を形成した場合と比べて逆クラウン効果は劣りやすい。このため、このような構成で同等の効果を得るには熱膨張率の高いゴム材の選択と芯金クラウン量の増強が必要である。その際、ローラ中央部のテーパ量は紙しわを生じさせたくない所望サイズの紙端部が通過する領域の十分内側に上記最小外径部が形成されるように調整する必要がある。
【０１３０】
（第６の実施例）
図９（Ａ）は、第６の実施例である加圧ローラ２３〔図９（Ｂ）〕を製造する成形金型の外型２２を示す断面図である。外型２２は、加圧ローラ２３の成形後にローラの最小外径部を形成すべき中央から距離Ｓだけ離れた左右位置に相当する部分の外型２２の内径は凸形状に形成されている。それらの位置から左右外側に向けて従来と同様の逆クラウン領域を形成するための外向きのテーパ部を形成し、中央に向かって外型２２の内径が漸次太くなる太鼓形状のテーパ加工を施したＷ形状内面を有している。この外型２２に芯金として単純なストレート芯金１４’ｂを挿入してセットする。
【０１３１】
第１の実施例と同じく、外型２２内にストレート芯金１４’ｂを挿入した状態で、液状のゴム材を外型２２の左右両端または片側に充填するか、あるいは金型を垂直に立てて上から注入して充填するなど、いくつかの方法を用いて型内部にゴム材を充填する。
【０１３２】
その後、型全体を加熱してゴム層を硬化させる際、金型温度、ゴム材の粘度および注入圧を適度に制御し、ゴム材の熱硬化後に加圧ローラ２３を外型２２から離型して室温まで冷却する。すると、ゴム層は熱膨張して外型２２の内面に密着していたので、冷却後は全体に体積が収縮する。このとき、外型２２の内面のみ中央部と左右端部領域でテーパを有しているため、この内径の太くなっている部分でゴム層はより大きく収縮し、冷却後の室温状態におけるゴムローラ表面の形状は、図９（Ｂ）に示すように、全体として外型２２の内面形状に応じて変形しつつ最小外径と最大外径の差がもとの外金型の最小内径と最大内径の差よりも小さな中央定着性強化加圧ローラとなる。
【０１３３】
したがって、この場合の芯金は全くテーパ加工が不要のため、単純な棒状の芯金を使用できてコスト的にも安価な加圧ローラ２３を得ることができる。また、室温状態で既に所望の形状が得られている加圧ローラ２３〔図９（Ｂ）参照〕は、実際の定着時に加熱膨張してもその凹凸差がより大きく変化するだけで基本的にこの形状を維持する。結果として図３（Ｄ）に示すようなニップ形状が得られ、実施例１の効果と同等の効果が得られる。さらに、本実施例においては、外型２２の内面にこのような凹凸構造を付与する加工方法が要点となっており、ローラ径が比較的細く、かつ長手方向が比較的長いようなローラの加工には加工装置の大きさや操作性の観点からは制約がある。がしかし、比較的ローラ外径が太く、かつ長手方向が短いローラの製造方法としては一度外型２２を製作後はストレート芯金を使用できるようになるので、その後の量産コストを下げて安価に製造することができる。
【０１３４】
以上の各実施例において、実際の定着時に、最大通紙サイズの左右端部のニップ幅が最大で、中央部とこの左右端部の間に最もニップ幅が狭い領域が形成され、中央部のニップは太鼓状に中心に向かって徐々に太くなる形状で、且つ、中央部の最も太いニップ幅が紙しわを防止させたい紙のうちの最小サイズの紙の左右端部が通過するニップ部の幅より小さくなるような定着ニップ形状を得るための構成として、加圧ローラの構成を中心とし、加熱回転側の構成としてはストレートまたは逆クラウン形状を想定したが、類似の定着ニップ形状が得られるように加熱回転側の形状を工夫して加圧ローラとの組み合わせによって実現しても良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本実施例による電子写真方式の画像形成装置を示す図。
【図２Ａ】第１の実施例に係る加圧ローラの室温状態を示す断面図。
【図２Ｂ】第１の実施例に係る加圧ローラの定着過熱状態の推定断面図。
【図３Ａ】第１の実施例の加圧ローラを用いた定着装置を示す側断面図。
【図３Ｂ】第１の実施例による定着フィルムの正面図。
【図３Ｃ】第１の実施例による定着装置の正面図。
【図３Ｄ】第１の実施例の定着ニップ形状図。
【図４Ａ】第１の実施例における加圧ローラの製造装置断面図。
【図４Ｂ】第１の実施例における芯金中央拡大断面図。
【図４Ｃ】第１の実施例におけるゴム材注入説明図。
【図５Ａ】本発明に係る第２の実施例における定着フィルムの正面図。
【図５Ｂ】第２の実施例における定着フィルムの側面図。
【図５Ｃ】第２の実施例における定着フィルムの正面図。
【図６Ａ】本発明に係る第３の実施例における定着ローラの正面図。
【図６Ｂ】第３の実施例における定着ローラの側面図。
【図６Ｃ】第３の実施例における改良定着ローラ定着器の正面図。
【図６Ｄ】第３の実施例における改良定着ローラの側面図。
【図７Ａ】本発明に係る第４の実施例における加圧ローラの製造装置の断面図。
【図７Ｂ】第４の実施例における加圧ローラの室温状態の断面図。
【図７Ｃ】第４の実施例における加圧ローラの定着加熱状態の推定断面図。
【図８Ａ】本発明に係る第５の実施例における加圧ローラの製造装置の断面図。
【図８Ｂ】第５の実施例における加圧ローラの室温状態の断面図。
【図８Ｃ】第５の実施例における加圧ローラの定着加熱状態の推定断面図。
【図９Ａ】本発明に係る第６の実施例における加圧ローラの製造装置の断面図。
【図９Ｂ】第６の実施例における加圧ローラの室温状態の断面図。
【図１０Ａ】従来例の逆クラウン加圧ローラの断面図。
【図１０Ｂ】同従来例の逆クラウン加圧ローラのニップ形状図。
【図１０Ｃ】同従来例の逆クラウン加圧ローラの紙上粒状トナー汚れを説明する図。
【図１０Ｄ】同従来例の逆クラウン加圧ローラを示す断面図。
【図１１Ａ】従来例のＷ型逆クラウン加圧ローラの断面図。
【図１１Ｂ】同従来例の定着フィルムの正面図。
【図１１Ｃ】同従来例の定着器の正面図。
【図１１Ｄ】同従来例の定着ニップ形状図。
【図１２Ａ】従来のＷ型逆クラウン加圧ローラの製造装置断面図。
【図１２Ｂ】同従来例のＷ型逆クラウン加圧ローラのゴム材注入説明図。
【図１３】従来のＷ型逆クラウン加圧ローラの外径の温度依存性説明図。
【図１４】本発明のM型芯金Ｗ型逆クラウン加圧ローラの外径の温度依存性説明図。
【符号の説明】
【０１３６】
１          帯電ローラ
２          感光体ドラム
３          露光手段
４         現像器
５          トナー
５ａ      トナー汚れ
６          転写ローラ
７          シート（被記録材）
１０      クリーニング容器
１１        カートリッジ
１２      定着器
１３        定着フィルム（加熱回転体）
１３ａ     セラミックヒータ
１３ｂ    フィルムガイド部材
１３ｃ    逆クラウン金属フィルム
１３ｄ    ストレート樹脂フィルム
１４      加圧ローラ（加圧回転体）
１４ａ    シリコンゴム層（弾性層）
１４’ｂ   ストレート芯金（ローラ芯金）
１４’ｃ    クラウン芯金（ローラ芯金）
１４”ｂ    Ｍ型クラウン芯金
１５       ニップ形状
１６         外型
１８         定着ローラ
１８’      Ｗ型定着ローラ
１８ａ      ハロゲンヒータ
２０         ストレート外金型
【図１】
2008020821.tif 000006
【図２Ａ】
2008020821.tif 000007
【図２Ｂ】
2008020821.tif 000008
【図３Ａ】
2008020821.tif 000009
【図３Ｂ】
2008020821.tif 000010
【図３Ｃ】
2008020821.tif 000011
【図３Ｄ】
2008020821.tif 000012
【図４Ａ】
2008020821.tif 000013
【図４Ｂ】
2008020821.tif 000014
【図４Ｃ】
2008020821.tif 000015
【図５Ａ】
2008020821.tif 000016
【図５Ｂ】
2008020821.tif 000017
【図５Ｃ】
2008020821.tif 000018
【図６Ａ】
2008020821.tif 000019
【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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