(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、
定着ロールと、
前記定着ロールに張架されるベルト部材と、
前記ベルト部材を加熱するとともに、当該ベルト部材を張架する張架ロールと、
前記定着ロールを押圧するように配置され、当該定着ロールに張架された前記ベルト部材との間で記録材が通過するニップ部を形成する加圧部材と、
前記定着ロールと前記加圧部材との圧接部の下流側近傍にて、前記ベルト部材の外表面を当該加圧部材に押圧するように配置され、当該定着ロールと当該加圧部材との圧接部の最下流部から当該加圧部材と自らとの圧接部の最下流部に至る領域のニップ圧を、当該ベルト部材の進行方向に向けて単調減少するように設定する剥離部材と、
前記加圧部材を冷却する冷却部材と
を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記冷却部材は、前記ニップ部の下流側に配設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３】
前記冷却部材は、前記加圧部材表面に軸方向に沿って当接する高熱伝導性の吸熱ロール部材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４】
前記冷却部材は、前記吸熱ロール部材がペルチェ素子であることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項５】
前記冷却部材は、ロール部材に張架された冷却ベルト部材が前記加圧部材に当接するように配置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６】
前記冷却部材は、前記加圧部材の内部を冷却するように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７】
前記冷却部材は、前記加圧部材の表面をラップするように張架された冷却ベルト部材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８】
前記加圧部材は、前記定着ロールと当該加圧部材との圧接部にて、凹み量が当該定着ロールの凹み量よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項９】
記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、
発熱源が配設されるとともに、剛体で形成された定着ロールと、
前記定着ロールに張架されるベルト部材と、
前記ベルト部材を加熱するとともに、当該ベルト部材を張架する張架ロールと、
前記定着ロールを押圧するように配置されるとともに、弾性層が被覆された加圧部材と、
前記定着ロールと前記加圧部材との圧接部の下流側近傍にて、前記ベルト部材の外表面を当該加圧部材に押圧するように配置された剥離部材と、
前記加圧部材を冷却する冷却部材とを備え、
前記加圧部材は、温度が前記冷却部材により前記定着ロールの温度よりも低い所定範囲内に制御され、当該定着ロールと当該加圧部材との圧接部の最下流部から当該加圧部材と前記剥離部材との圧接部の最下流部に至る領域のニップ圧が、前記ベルト部材の進行方向に向けて単調減少するように設定されたことを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
前記定着ロールは、前記発熱源により前記ベルト部材の温度よりも低い温度に加熱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１１】
前記剥離部材は、断面が略円弧状に形成されたブロック部材で構成されたことを特徴とする請求項９記載の定着装置。
【請求項１２】
前記剥離部材は、前記定着ロール側とは反対側に位置する側面が前記ベルト部材の進行方向を屈曲するように変化させる形状に形成されたことを特徴とする請求項９記載の定着装置。
【請求項１３】
前記剥離部材は、前記ベルト部材を介して前記加圧部材を押圧する面の上流側端部が前記定着ロールと当該加圧部材とで画成されるくさび状領域内に配置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、
剛体で形成された定着ロールと、
前記定着ロールに張架されるベルト部材と、
前記ベルト部材を加熱するとともに、当該ベルト部材を張架する張架ロールと、
前記定着ロールを押圧するように配置されるとともに、弾性層が被覆された加圧部材と、
前記定着ロールと前記加圧部材との圧接部の下流側近傍にて、前記ベルト部材の外表面を当該加圧部材に押圧するように配置された剥離部材と、
前記加圧部材を冷却する冷却部材とを備え、
前記加圧部材は、温度が前記冷却部材により前記定着ロールの温度よりも低い所定範囲内に制御され、当該定着ロールと当該加圧部材との圧接部の最下流部から当該加圧部材と前記剥離部材との圧接部の最下流部に至る領域のニップ圧が、前記ベルト部材の進行方向に向けて単調減少するように設定された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、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し、より詳しくは回動可能なベルト部材を備えた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、次のように画像形成が行われる。まず、例えばドラム状に形成された感光体（感光体ドラム）の表面が帯電装置によって一様に帯電される。帯電された感光体ドラムは、画像情報に基づいて制御された光により走査露光され、その表面に静電潜像が形成される。続いて、感光体ドラム上に形成された静電潜像は現像装置により可視像（トナー像）化され、その後、トナー像は感光体ドラムの回転に伴って転写部まで搬送されて、記録紙上に静電転写される。そして、記録紙上に担持されたトナー像は定着装置によって定着処理が施されて、トナー画像が完成する。
【０００３】
かかる画像形成装置に用いられる定着装置としては、２ロール方式と呼ばれる構成が従来より広く一般に利用されている。この２ロール方式の定着装置は、内部に発熱源（ヒータ）が配設された円筒状の芯金の表面に、耐熱性弾性層と離型層とが積層されて形成された定着ロールと、芯金に耐熱性弾性層と耐熱性樹脂被膜あるいは耐熱性ゴム被膜による離型層とが積層されて形成された加圧ロールとが互いに圧接されて構成されている。そして、定着ロールと加圧ロールとの圧接領域（ニップ部）に、未定着トナー像を担持した記録紙を通過させ、未定着トナー像に対して加熱と加圧とを行うことにより、トナー像を定着している。
【０００４】
ところで、近年、画像形成装置では、高生産性化やカラー化が急速に進展するとともに、両面印刷機構を備えたものも多く普及するに至っている。そのため、画像形成装置に搭載される定着装置においても、高速化への対応を一段と進める必要が生じている。
ところが、従来の２ロール方式の定着装置は、高速で連続して送られてくる多数枚の記録紙に対しては、充分な定着処理を行うことが困難であるという問題を有している。すなわち、２ロール方式の定着装置においては、定着ロールを構成する芯金や芯金に被覆されたシリコーンゴム等からなる弾性層等が熱的抵抗体として作用する。そのため、２ロール方式の定着装置では、記録紙が定着ロールの表面から奪う熱量に対応した熱量を、定着ロールの内部に配置したヒータから即応的に、かつ充分に供給することが構造的に難しい。
その結果、２ロール方式の定着装置に高速で連続して記録紙が送られると、定着ロールの表面温度が漸次低下し、次第に定着性能が低下するという不都合が生じる。また、画像形成装置の立ち上がり時において、定着ロールの表面温度が一時的に落ち込む所謂「温度ドループ現象」が発生し易くなる。特に、記録紙として熱容量の大きい厚紙等が使用される場合には、定着ロールの表面から奪われる熱量が大きくなるので、定着性能の低下や温度ドループが大きくなり、定着不良に基づく画像品質の劣化を生じさせることとなる。
【０００５】
かかる状況から、２ロール方式の定着装置を用いた場合に生じる上記した問題点を解消し、画像形成装置の高速化に対応した定着装置を実現する技術が開発されている。例えば、記録紙を加熱する加熱部材が、複数の張架ロールによって張架されたフィルム状のベルト部材（定着ベルト）で構成された定着装置に関する技術が存在する（例えば、特許文献１参照）。
このような定着ベルトを用いた定着装置では、ニップ部に進入する前に予め張架ロール内に配設されたヒータによって定着ベルトを充分に加熱しておき、ニップ部においては加熱された定着ベルトから記録紙およびトナー像に熱を加えることでトナー像を定着している。そのため、定着ベルトが定着処理の間に記録紙によって熱を奪われても、定着ベルト自体の熱容量が小さいことから、定着ベルトは張架ロール内のヒータにより短時間で所定の定着可能温度まで回復させることが可能である。それにより、加熱部材として定着ベルトを用いた定着装置では、ニップ部内に進入する際の定着ベルトの温度を所定値に維持することが容易となり、画像形成装置が高速化されても、ニップ部に充分な熱量を供給することが可能である。
【０００６】
しかし、定着ベルトを用いた定着装置においても、記録紙の表面にはトナー像が担持されているため、定着ベルトの熱によってトナー像が溶融した際に、トナー像が接着剤となって記録紙と定着ベルトとの間に付着力が作用する。そのため、従来の２ロール方式の定着装置と同様に、定着ベルト表面から記録紙を剥離する機構を設ける必要がある。特に、画像形成装置の高速化が図られた場合には、定着装置において一旦剥離不良が生じて紙詰まり（ジャム）が生じると、その影響を受けて損傷する後続の記録紙の枚数も多くなることから、ニップ部を高速で通過した記録紙を定着ベルト側から安定的かつ確実に剥離する必要がある。
【０００７】
記録紙を定着ベルト表面から剥離する機構としては、上記した特許文献１に記載されたように、従来よりニップ部の下流側に定着ベルトに当接して分離爪を配設する構成が用いられている。また、定着ロールと加熱ロールとに張架された定着ベルトに対して加圧ロールが圧接して配設された構成の定着装置においては、ニップ部の出口部（最下流部）に対応した位置の定着ベルトの内側に、かかる出口部における定着ベルトの曲率を大きく設定するための固定部材を設け、定着ベルトの曲率の変化により記録紙を剥離する構成も用いられる（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
ところが、定着ベルトを用いた定着装置において、記録紙を定着ベルト表面から剥離する機構として分離爪を用いる場合には、記録紙を定着ベルト側から安定的に剥離するために、分離爪を定着ベルトに当接させて配設する必要がある。そのために、分離爪を用いた場合には、定着ベルト表面は分離爪によって磨耗され易くなる。そして、定着ベルト表面に分離爪による磨耗が生じると、定着画像上に定着ベルト表面の磨耗痕に対応した定着ムラが発生して画像品質を低下させる場合がある。また、磨耗痕上にオフセットしたトナーが次第に付着堆積して、定着画像上に汚れを生じさせることもある。さらには、定着ベルト表面の磨耗が進んだ場合には、薄層の定着ベルトは最終的に破断にまで至り、定着装置の機能が損なわれるおそれもある。そのため、定着ベルトを用いた定着装置では、分離爪のような当接部材を必要としない、曲率分離による剥離機構が最適である。
【０００９】
【特許文献１】特開平３−１３３８７１号公報(第４頁、図３)
【特許文献２】特開２００３−５５６６号公報(第６−８頁、図４)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、記録紙を定着ベルト表面から剥離する機構として曲率分離を用いる場合には、上述したように、定着ベルトの曲率を大きく屈曲させるための剥離部材をニップ部の出口部側に設けることが必要となる。それにより、定着ベルトが加圧ロールをラップする領域が広く形成されることとなり、記録紙への熱の供給を充分に行うことが可能となる反面、定着ベルトから加圧ロールに伝わる熱量も多くなる。そのために、加圧ロールの温度は上昇し易いという問題が生じる。
定着ベルトからの熱により加圧ロールの表面温度が必要以上に高くなると、ニップ部を通過する記録紙には定着ベルト側と加圧ロール側との両面による過剰な加熱が行われることとなる。そのため、記録紙中の水分が水蒸気に気化したり、空気が熱膨張する現象が生じて、記録紙に火膨れ（ペーパーブリスタ）が発生する場合がある。かかるペーパーブリスタが発生した場合には、画像ズレ等の著しい画像不良の発生をもたらすこととなる。
加えて、特に小サイズ紙を通紙した場合には、加圧ロールの幅方向端部側は、常に定着ベルトと直接接触することとなる。そのために、加圧ロールの軸方向において、中央部と端部とで熱膨張量に相違が生じ、加圧ロールには軸方向に大きな外径差が発生する。その結果、長期に亘る使用によって画像形成動作毎のかかる外径差の発生が繰り返され、加圧ロール表面にはシワやヒビ、さらには破損が生じ易くなる。そのために、画像不良の発生を招き、場合によっては、定着機能が著しく損なわれる可能性もある。
【００１１】
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、ベルト部材を用いた定着装置において、記録紙をベルト部材から安定的に分離することにある。
また、他の目的は、長期に亘り高品質の定着画像を得ることができる定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的のもと、本発明の定着装置は、記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、定着ロールと、定着ロールに張架されるベルト部材と、ベルト部材を加熱するとともに、ベルト部材を張架する張架ロールと、定着ロールを押圧するように配置され、定着ロールに張架されたベルト部材との間で記録材が通過するニップ部を形成する加圧部材と、定着ロールと加圧部材との圧接部の下流側近傍にて、ベルト部材の外表面を加圧部材に押圧するように配置された剥離部材と、加圧部材を冷却する冷却部材とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
ここで、冷却部材は、ニップ部の下流側に配設されたことを特徴とすることができる。また、冷却部材は、加圧部材表面に軸方向に沿って当接する高熱伝導性の吸熱ロール部材を有することを特徴とすることもできる。特に、冷却部材は、吸熱ロール部材がペルチェ素子であることを特徴とすることができる。
さらに、冷却部材は、ロール部材に張架された冷却ベルト部材が加圧部材に当接するように配置されたことを特徴とすることもできる。また、冷却部材は、加圧部材の内部を冷却するように構成されたことを特徴とすることもできる。加えて、冷却部材は、加圧部材の表面をラップするように張架された冷却ベルト部材を有することを特徴とすることもできる。
また、加圧部材は、定着ロールと加圧部材との圧接部にて、凹み量が定着ロールの凹み量よりも大きいことを特徴とすることができる。
【００１４】
また、本発明の定着装置は、記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、発熱源が配設されるとともに、剛体で形成された定着ロールと、定着ロールに張架されるベルト部材と、ベルト部材を加熱するとともに、ベルト部材を張架する張架ロールと、定着ロールを押圧するように配置されるとともに、弾性層が被覆された加圧部材と、定着ロールと加圧部材との圧接部の下流側近傍にて、ベルト部材の外表面を加圧部材に押圧するように配置された剥離部材とを備え、加圧部材は、温度が定着ロールの温度よりも低い所定範囲内に制御されることを特徴としている。
【００１５】
ここで、定着ロールは、発熱源によりベルト部材の温度よりも低い温度に加熱されることを特徴とすることができる。
また、剥離部材は、断面が略円弧状に形成されたブロック部材で構成されたことを特徴とすることができる。また、剥離部材は、定着ロール側とは反対側に位置する側面が定着ベルトの進行方向を屈曲するように変化させる形状に形成されたことを特徴とすることができる。加えて、剥離部材は、ベルト部材を介して加圧部材を押圧する面の上流側端部が定着ロールと加圧部材とで画成されるくさび状領域内に配置されることを特徴とすることもできる。
【００１６】
さらに、本発明を画像形成装置として捉え、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、定着手段は、剛体で形成された定着ロールと、定着ロールに張架されるベルト部材と、ベルト部材を加熱するとともに、ベルト部材を張架する張架ロールと、定着ロールを押圧するように配置されるとともに、弾性層が被覆された加圧部材と、定着ロールと加圧部材との圧接部の下流側近傍にて、ベルト部材の外表面を加圧部材に押圧するように配置された剥離部材と、加圧部材を冷却する冷却部材とを備え、加圧部材は、温度が冷却部材により定着ロールの温度よりも低い所定範囲内に制御されることを特徴としている。
ここで、定着手段は、定着ロールと加圧部材との圧接部の最下流部から加圧部材と剥離部材との圧接部の最下流部に至る領域のニップ圧が、ベルト部材の進行方向に向けて単調減少するように設定されたことを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、画像形成装置の高速化を図った場合においても、記録紙をベルト部材から安定的に剥離することが可能となる。また、高い定着性能を安定して維持することができ、高品質な画像を長期に亘って提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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、電子写真方式により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により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。
【００１９】
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を帯電する帯電器１２、感光体ドラム１１上に静電潜像を書込むレーザ露光器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上の残留トナーを除去するドラムクリーナ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。
【００２０】
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に示す矢印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は、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が配設されている。
【００２１】
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体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１０７〜１０９Ωｃｍ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上に重畳されたトナー像が形成されるようになっている。
【００２２】
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とのブレンドゴムのチューブ、内部が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）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。
【００２３】
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体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１０７〜１０９Ωｃｍ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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により繰り出された用紙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により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。
【００２６】
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）により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。
【００２７】
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の現像器１４によって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像される。
【００２８】
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において、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により中間転写ベルト１５の基材に対しトナーの帯電極性と逆極性（プラス極性）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。
【００２９】
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。
【００３０】
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と同極性（マイナス極性）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において、用紙Ｐ上に一括して静電転写される。
【００３１】
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における搬送速度に合わせて、用紙Ｐを最適な搬送速度で定着装置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による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（不図示）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。
【００３２】
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は本実施の形態の定着装置６０の概略構成を示す側断面図である。この定着装置６０は、加熱部材の一例としての定着ベルトモジュール６１と、定着ベルトモジュール６１に対して圧接して配置された加圧部材の一例としての加圧ロール６２とで主要部が構成されている。
定着ベルトモジュール６１は、ベルト部材の一例としての定着ベルト６１０、定着ベルト６１０を張架しながら回転駆動する定着ロール６１１、内側から定着ベルト６１０を張架する張架ロール６１２、外側から定着ベルト６１０を張架する張架ロール６１３、定着ロール６１１と張架ロール６１２との間で定着ベルト６１０の姿勢を矯正する姿勢矯正ロール６１４、定着ベルトモジュール６１と加圧ロール６２とが圧接する領域であるニップ部Ｎ内の下流側領域であって定着ロール６１１の近傍位置に配置された剥離部材の一例としての剥離パッド６４、ニップ部Ｎの下流側において定着ベルト６１０を張架する張架ロール６１５により主要部が構成されている。
【００３３】
定着ベルト６１０は、周長３１４ｍｍ、幅３４０ｍｍのフレキシブルなエンドレスベルトである。そして、厚さ８０μｍのポリイミド樹脂で形成されたベース層と、ベース層の表面側（外周面側）に積層された厚さ２００μｍのシリコーンゴムからなる弾性体層と、さらに弾性体層上に被覆された厚さ３０μｍのテトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）チューブからなる離型層とで構成されている。ここでは、弾性体層は、特にカラー画像に対する画質向上のために設けられたものである。なお、定着ベルト６１０の構成は、使用目的や使用条件等の装置設計条件に応じて、材質・厚さ・硬度等を適宜選択することができる。
【００３４】
定着ロール６１１は、外径６５ｍｍ、長さ３６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのアルミニウムからなる円筒状ロールで形成されたハードロールである。定着ロール６１１は、後段で説明する「加圧ロール６２の凹み量＞定着ロール６１１の凹み量」の関係を満たすように、高い剛性を持って形成されている。そして定着ロール６１１は、図示しない駆動モータからの駆動力を受けて、４４０ｍｍ／ｓの表面速度で矢印Ｃ方向に回転する。
また、定着ロール６１１の内部には、発熱源として定格９００Ｗのハロゲンヒータ６１６ａが配設され、定着ロール６１１の表面に接触するように配置された温度センサ６１７ａの計測値に基づき、画像形成装置の制御部４０（図１参照）が定着ロール６１１の表面温度を１８０℃に制御している。
【００３５】
張架ロール６１２は、外径３０ｍｍ、肉厚２ｍｍ、長さ３６０ｍｍのアルミニウムで形成された円筒状ロールである。そして、張架ロール６１２の内部には発熱源として定格１０００Ｗのハロゲンヒータ６１６ｂが配設されており、温度センサ６１７ｂと制御部４０（図１参照）とによって、表面温度が２１０℃に制御されている。したがって、張架ロール６１２は、定着ベルト６１０を張架する機能とともに、定着ベルト６１０を内周面側から加熱する機能をも併せ持っている。
また、張架ロール６１２の両端部には定着ベルト６１０を外側に押圧するバネ部材（不図示）が配設され、定着ベルト６１０全体の張力を１５ｋｇｆに設定している。その際に、定着ベルト６１０の張力を幅方向に亘って均一にするとともに、定着ベルト６１０の軸方向の変位をできる限り小さく抑えるため、張架ロール６１２は、外径が端部よりも中央部のほうを１００μｍだけ大きくした所謂クラウン形状で形成されている。
【００３６】
張架ロール６１３は、外径２５ｍｍ、肉厚２ｍｍ、長さ３６０ｍｍのアルミニウムで形成された円筒状ロールである。また、張架ロール６１３の表面には厚さ２０μｍのＰＦＡからなる離型層が形成されている。この離型層は、定着ベルト６１０の外周面からの僅かなオフセットトナーや紙粉が張架ロール６１３に堆積するのを防止するために形成されるものである。また、張架ロール６１３も張架ロール６１２と同様に、外径が端部よりも中央部の方を１００μｍだけ大きくしたクラウン形状で形成されている。なお、張架ロール６１２と張架ロール６１３の双方をクラウン形状で形成する場合のみならず、張架ロール６１２または張架ロール６１３のいずれか一方のみをクラウン形状で形成してもよい。
張架ロール６１３の内部には、発熱源としての定格１０００Ｗのハロゲンヒータ６１６ｃが配設されており、温度センサ６１７ｃと制御部４０（図１参照）とによって、表面温度が２１０℃に制御されている。したがって、張架ロール６１３は、定着ベルト６１０を張架する機能とともに、定着ベルト６１０を外周面側から加熱する機能をも併せ持っている。したがって、本実施の形態では、定着ロール６１１と張架ロール６１２および張架ロール６１３とによって定着ベルト６１０が加熱される構成を採用している。
【００３７】
姿勢矯正ロール６１４は、外径１５ｍｍ、長さ３６０ｍｍのアルミニウムで形成された円柱状ロールである。姿勢矯正ロール６１４の近傍には、定着ベルト６１０のエッジ位置を検知するベルトエッジ位置検知機構（不図示）が配置されている。そして、姿勢矯正ロール６１４は、ベルトエッジ位置検知機構の検知結果に応じて定着ベルト６１０の軸方向における当接位置を変位させる軸変位機構が配設され、定着ベルト６１０の蛇行（ベルトウォーク）を制御するように構成されている。
【００３８】
剥離パッド６４は、例えばＳＵＳの金属や樹脂等の剛体で形成された断面が略円弧形状のブロック部材である。そして、加圧ロール６２が定着ベルト６１０を介して定着ロール６１１に圧接される領域（「ロールニップ部Ｎ１」：後段の図３参照）の下流側近傍位置において、定着ロール６１１の軸方向全域に亘って固定配置されている。また剥離パッド６４は、定着ベルト６１０を介して加圧ロール６２を所定の幅領域（例えば、定着ベルト６１０の進行方向に沿って５ｍｍの幅）に亘って所定の荷重（例えば、１０ｋｇｆ）で均一に押圧するように設置されており、後段で述べる「剥離パッドニップ部Ｎ２」（後段の図３参照）を形成している。
また、張架ロール６１５は、外径１２ｍｍ、長さ３６０ｍｍのアルミニウムで形成された円柱状ロールである。そして、剥離パッド６４を通過した定着ベルト６１０が定着ロール６１１に向けて円滑に回動するように、剥離パッド６４の定着ベルト６１０進行方向下流側近傍に配置されている。
【００３９】
次に、加圧ロール６２は、外径４５ｍｍ、長さ３６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのアルミニウムからなる円筒状ロール６２１を基体として、基体側から順に、ゴム硬度３０°（ＪＩＳ−Ａ）のシリコーンゴムからなる厚さ１０ｍｍの弾性層６２２と、膜厚１００μｍのＰＦＡチューブからなる離型層６２３とが積層されて構成されたソフトロールである。そして、加圧ロール６２は、定着ベルトモジュール６１に押圧されるように設置され、定着ベルトモジュール６１の定着ロール６１１が矢印Ｃ方向へ回転するのに伴い、定着ロール６１１に従動して矢印Ｅ方向に回動する。その進行速度は、定着ロール６１１の表面速度と同じ４４０ｍｍ／ｓである。
【００４０】
また、加圧ロール６２には、加圧ロール６２を冷却する冷却部材として、加圧ロール６２のニップ部Ｎの下流側の外部に配設され、外側から加圧ロール６２を冷却する第１冷却部材９０と、加圧ロール６２のニップ部Ｎの下流側の内部に配設され、内側から加圧ロール６２を冷却する第２冷却部材１００とが配設されている。
第１冷却部材９０は、加圧ロール６２から熱を吸収するとともに、加圧ロール６２の軸方向の温度差を均一化するための吸熱手段の一例としての吸熱ロール９１、９２、吸熱ロール９１、９２および加圧ロール６２表面を冷却する冷却ファン９３、冷却ファン９３からの送風を吸熱ロール９１、９２および加圧ロール６２表面に導くダクト９４により構成されている。ここで、吸熱ロール９１、９２は、熱伝導率の高い銅やアルミニウム等の金属等で形成された円柱状ロールである。そして、加圧ロール６２の軸方向全域に亘って当接するように配設され、加圧ロール６２の回転に伴って従動するように構成されている。
また、第２冷却部材１００は、加圧ロール６２のニップ部Ｎ下流側領域の内周面に沿って、一方の加圧ロール６２端部開口から他方の端部開口に向けて空気を導くダクト１０１、一方の加圧ロール６２端部開口からダクト１０１に空気を送る冷却ファン１０２により構成されている。
【００４１】
続いて、定着ベルトモジュール６１と加圧ロール６２とが圧接されたニップ部Ｎについて説明する。
図３は、ニップ部Ｎの近傍領域を表す概略断面図である。図３に示したように、定着ベルトモジュール６１と加圧ロール６２とが圧接されたニップ部Ｎには、定着ベルト６１０が定着ロール６１１に巻き付けられた（ラップされた）領域（ラップ領域）内において、加圧ロール６２が定着ベルト６１０の外周面に圧接するように配置されることにより、ロールニップ部（第１ニップ部）Ｎ１が形成されている。
【００４２】
ここで、本実施の形態の定着装置６０では、上述したように、ロールニップ部Ｎ１を形成する一方のロールである定着ロール６１１は、アルミニウムからなるコアロールの表面にフッ素樹脂からなる断熱層を被覆して構成されたハードロールであって、定着ロール６１１には弾性層は被覆されていない。また、ロールニップ部Ｎ１を形成する他方のロールである加圧ロール６２は、弾性層６２２が被覆されたソフトロールである。
このような定着ロール６１１と加圧ロール６２との構成により、本実施の形態のロールニップ部Ｎ１では、加圧ロール６２の弾性層６２２が変形することでロールニップ部Ｎ１が形成されており、加圧ロール６２側がニップを形成するロール（NIP Forming Pressure Roll）として機能している。すなわち、ロールニップ部Ｎ１では、定着ロール６１１には凹みが殆ど生じず、加圧ロール６２表面のみが大きく凹んだ状態（加圧ロール６２の凹み量＞定着ロール６１１の凹み量）が形成されることで、定着ベルト６１０の進行方向に所定の幅を持ったニップ領域を作り出している。
このように、本実施の形態の定着装置６０では、ロールニップ部Ｎ１において定着ベルト６１０がラップされている側の定着ロール６１１は殆ど変形せず、円筒形状が維持されている。そのため、定着ベルト６１０は定着ロール６１１表面の円周面に沿って回動し、その回動半径に変動が生じることがないので、進行速度を一定に維持しながらロールニップ部Ｎ１を通過することができる。それにより、定着ベルト６１０がロールニップ部Ｎ１を通過する際にも、定着ベルト６１０にはシワや歪み（所謂「波うち」）が極めて発生し難い。その結果、定着画像に画像乱れが生じることが抑制され、良質の定着画像を安定的に提供することができる。なお、本実施の形態の定着装置６０では、ロールニップ部Ｎ１は定着ベルト６１０の進行方向に沿って１５ｍｍの幅に設定されている。
【００４３】
さらに、ロールニップ部Ｎ１の下流側近傍には剥離パッド６４が配設されており、剥離パッド６４は定着ベルト６１０を加圧ロール６２表面に押圧している。それにより、ロールニップ部Ｎ１の下流側には、ロールニップ部Ｎ１に連続して、定着ベルト６１０が加圧ロール６２表面にラップされた剥離パッドニップ部（第２ニップ部）Ｎ２が形成されている。
図３に示したように、剥離パッドニップ部Ｎ２を形成する剥離パッド６４は、断面が略円弧形状に形成され、ロールニップ部Ｎ１の下流側近傍にて定着ロール６１１の軸方向に沿って配置されている。そして、剥離パッドニップ部Ｎ２を通過した後の定着ベルト６１０は、剥離パッド６４の側面に倣って回動する。それにより、定着ベルト６１０の進行方向は剥離パッド６４によって張架ロール６１５方向に屈曲するように急激に変化する。そのため、ロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２を通過した用紙Ｐは、剥離パッドニップ部Ｎ２を出た時点で定着ベルト６１０の進行方向の変化に追随できなくなり、用紙Ｐは自身の所謂「コシ」によって定着ベルト６１０から剥離される。このようにして、剥離パッドニップ部Ｎ２の出口部において、用紙Ｐに対する曲率分離が安定的に行なわれる。なお、本実施の形態の定着装置６０では、剥離パッドニップ部Ｎ２は定着ベルト６１０の進行方向に沿って５ｍｍの幅に設定されている。
【００４４】
続いて、剥離パッド６４および剥離パッド６４により形成される剥離パッドニップ部Ｎ２について詳述する。
剥離パッド６４は、上述したようにロールニップ部Ｎ１の下流側近傍に配設されている。それにより、ロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２からなるニップ部Ｎ内においては、ロールニップ部Ｎ１内でニップ圧がピークとなる位置(後段の図４および図５参照)から剥離パッドニップ部Ｎ２の最下流位置に至るまでの領域で、ニップ圧が所定値以下に落ち込んだ谷間の領域が発生することが抑制され、ニップ圧が連続的に単調減少するように設定することが可能となる。そのため、本実施の形態の定着装置６０では、安定的な用紙分離を実現できると同時に、画像ムラ等といった画像不良のない高品質の定着画像を提供することが可能となる。ここでは、ロールニップ部Ｎ１の下流側近傍に配設された剥離パッド６４により、ニップ圧が所定値以下に落ち込む谷間の領域が発生することが抑制され、ニップ部Ｎ内でニップ圧が連続的に単調減少するように設定される点について説明する。
【００４５】
本実施の形態の定着装置６０では、加熱部材として定着ベルト６１０が定着ロール６１１を含む複数のロールで張架されて構成された定着ベルトモジュール６１を用いている。このような定着ベルトモジュール６１を用いた構成は、後段で述べるように、画像形成装置の高速化が図られた場合にも、定着装置６０において所定の定着温度を常に維持することができ、また、高速定着動作の開始時に定着温度が落ち込む所謂「温度ドループ現象」の発生を抑制することができるという優れた特長を有している。
しかし、かかる定着ベルトモジュール６１を用いた定着装置６０においても、用紙Ｐの表面にはトナー像が担持されているため、定着ベルト６１０の熱によってトナー像が溶融した際に、トナー像が接着剤となって用紙Ｐと定着ベルト６１０との間に付着力が働く。そのため、従来の定着装置と同様に、定着ベルト６１０表面から用紙Ｐを剥離する機構を設ける必要がある。特に画像形成装置の高速化を図った場合には、定着装置６０において一旦剥離不良が生じて紙詰まり（ジャム）が生じると、その影響を受けて損傷する後続の用紙Ｐの枚数も多くなることから、ニップ部Ｎを高速で通過した用紙Ｐを定着ベルト６１０側から安定的に、かつ確実に剥離する必要がある。
【００４６】
その際に、用紙Ｐを定着ベルト６１０表面から剥離する機構として従来からの分離爪を用いるとすると、用紙Ｐを定着ベルト６１０側から安定的に剥離するために、分離爪を定着ベルト６１０に当接させて配設する必要がある。そのために、分離爪を用いた場合には定着ベルト６１０表面が分離爪によって磨耗され易くなり、次のような問題が発生する可能性が高い。すなわち、定着ベルト６１０表面に分離爪による磨耗痕が生じ、定着画像上に定着ベルト６１０表面の磨耗痕に対応した定着ムラが発生して画像品質を低下させる場合がある。また、磨耗痕上にオフセットしたトナーが次第に付着堆積して、定着画像上に汚れを生じさせることもある。さらには、定着ベルト６１０表面の磨耗が進むと、薄層の定着ベルト６１０は最終的に破断するに至り、定着装置６０の機能が損なわれるおそれもある。そのため、定着ベルト６１０を用いる定着ベルトモジュール６１において用紙分離を行うには、上述したように、分離爪のような当接部材を必要としない、曲率分離による剥離機構が最適である。
そこで、本実施の形態の定着ベルトモジュール６１では、ニップ部Ｎの下流部に定着ベルト６１０の進行方向を急激に変化させる部材、すなわち剥離パッド６４を配設している。
【００４７】
ところが、剥離パッド６４を配設することにより、ロールニップ部Ｎ１に連続して剥離パッドニップ部Ｎ２を形成すると、剥離パッドニップ部Ｎ２内の剥離パッド６４が配設された領域（剥離パッド６４と加圧ロール６２との圧接部）Ｎ２Ｔよりもロールニップ部Ｎ１側に位置する境界領域Ｎ２Ｓ（図３参照）では、定着ベルト６１０を定着ロール６１１および加圧ロール６２のいずれにも直接押圧する部材が存在しない。そのため、この境界領域Ｎ２Ｓでは定着ベルト６１０の張力のみによって加圧ロール６２に圧接されることとなり、この境界領域Ｎ２Ｓでのニップ圧（以下、境界領域Ｎ２Ｓでのニップ圧をＰｎとする。）は定着ベルト６１０の張力のみで形成されることとなる。そのため、剥離パッド６４をロールニップ部Ｎ１の下流側端部Ｎ１Ｅ（図３参照）から所定の距離以上に離隔して配設すると、境界領域Ｎ２Ｓのニップ圧Ｐｎは、ロールニップ部Ｎ１のニップ圧と剥離パッド６４が配設された領域Ｎ２Ｔでのニップ圧との狭間となって、ニップ圧Ｐｎが所定値（これをＰｎ１とする。）よりも低く落ち込んだ谷間の領域として形成される。そして、境界領域Ｎ２Ｓのニップ圧Ｐｎは、ロールニップ部Ｎ１のニップ圧および剥離パッド６４が配設された領域Ｎ２Ｔのニップ圧よりも相対的に低くなる。
ここで図４は、剥離パッド６４をロールニップ部Ｎ１の下流側端部Ｎ１Ｅから所定の距離以上に離隔して配設した場合のニップ部Ｎ（ロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２）のニップ圧分布の概略を示した図である。図４に示したように、この場合には、剥離パッドニップ部Ｎ２において、ロールニップ部Ｎ１との境界領域Ｎ２Ｓにニップ圧Ｐｎが所定値Ｐｎ１以下に落ち込んだ谷間の領域が形成されている。
【００４８】
ところで、本実施の形態の定着装置６０による定着プロセスでは、トナー像を担持した用紙Ｐは、ロールニップ部Ｎ１において加熱および加圧されてトナーが溶融圧着される。その際に、ロールニップ部Ｎ１内において熱を受けた用紙Ｐやトナーからは、用紙Ｐ中の水分が気化して水蒸気を発生させたり、トナー中の空気が熱膨張しようとする。ところが、ロールニップ部Ｎ１では高いニップ圧が印加されているため、定着ベルト６１０と加圧ロール６２との間に水蒸気や膨張した空気によるエアーギャップ（気泡）が生じることはない。
しかし、剥離パッドニップ部Ｎ２内のロールニップ部Ｎ１との境界領域Ｎ２Ｓにおけるニップ圧Ｐｎが所定値Ｐｎ１以下の低い状態に形成されていると、ロールニップ部Ｎ１で抑え込まれていた気泡が境界領域Ｎ２Ｓにおいては抑止できずに発生することとなる。そして、気泡が発生した状態で、用紙Ｐが剥離パッド６４の配設されたニップ圧の高い領域Ｎ２Ｔに進入すると、境界領域Ｎ２Ｓにおいて発生した気泡がその高いニップ圧によって用紙Ｐの表面上を動き回る。そうすると、用紙Ｐ上のトナー像は、ロールニップ部Ｎ１を通過した直後であって、溶融したトナーが未だ完全に固化されていない状態にあるため、気泡が動き回ることによってトナー像が乱される現象が生じる。その結果、定着画像にムラ等の画像不良が発生するという事態を招来することとなる。
【００４９】
そこで、本実施の形態の定着装置６０では、剥離パッド６４は、ロールニップ部Ｎ１の下流側近傍に配設している。このように剥離パッド６４を設置することで、剥離パッドニップ部Ｎ２内におけるロールニップ部Ｎ１と剥離パッド６４が配設された領域Ｎ２Ｔとの間の境界領域Ｎ２Ｓの幅を極力狭く設定することが可能となる。それにより、定着ベルト６１０の張力のみによって加圧ロール６２に圧接される領域が狭くなる。そのため、図５（剥離パッド６４をロールニップ部Ｎ１の下流側近傍に配設した場合のニップ圧分布の概略を示した図）に示したように、境界領域Ｎ２Ｓにおいてニップ圧Ｐｎが所定値Ｐｎ１よりも落ち込む谷間の領域が発生することを抑制することができる。そして、ニップ部Ｎ内におけるロールニップ部Ｎ１内でニップ圧がピークとなる位置から剥離パッドニップ部Ｎ２の最下流位置に至る領域において、ニップ圧が連続的に単調減少するように設定することが可能となる。
このように、境界領域Ｎ２Ｓのニップ圧Ｐｎを所定のＰｎ１よりも高く設定できるので、境界領域Ｎ２Ｓにおいて気泡の発生を抑止することができる。さらには、ロールニップ部Ｎ１内でニップ圧がピークとなる位置から剥離パッドニップ部Ｎ２の最下流位置に至るまで、ニップ圧を連続的に単調減少するように設定することにより、ロールニップ部Ｎ１において高いニップ圧により抑え込まれていた水蒸気や熱膨張しようとする空気は、剥離パッドニップ部Ｎ２を通過するまでの経路で徐々に開放されることとなり、上記したような気泡が動き回る現象の発生を抑制することが可能となる。そのため、未だ完全に固化されていない状態のトナー像が乱されることが殆ど無くなり、定着画像に画像ムラ等の画像不良が発生するのを抑制することができる。
【００５０】
ここで、境界領域Ｎ２Ｓにおいて気泡が発生するのを抑止するためには、境界領域Ｎ２Ｓ内の圧力(ニップ圧)Ｐｎが次の（１）式を満たすことが必要である。
Ｐｎ≧Ｐｏ×（Ｔｎ／Ｔｏ−１）                                  ……（１）
すなわち、上記した境界領域Ｎ２Ｓでのニップ圧Ｐｎの所定値Ｐｎ１は、
Ｐｎ１＝Ｐｏ×（Ｔｎ／Ｔｏ−１）
となる。
なお、Ｔｎは定着ベルト６１０の絶対温度、Ｔｏは定着ロール６１１から充分に離れた位置における空気の絶対温度（環境温度）、Ｐｏは大気圧である。
【００５１】
（１）式は、次のように導かれる。まず、理想気体の状態方程式は次の（２）式で表される。
ＰＶ ＝ ｎＲＴ                                                  ……（２）
なお、Ｐは圧力、Ｖは体積、ｎはモル数、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度である。
したがって、次の（３）式および（４）式が導かれる。
（Ｐｏ＋Ｐｎ）×Ｖｎ ＝ ｎＲＴｎ                                ……（３）
ＰｏＶｏ ＝ ｎＲＴｏ                                            ……（４）
なお、Ｖｎは境界領域Ｎ２Ｓ内の気泡の体積、Ｖｏは大気圧下での気泡の体積である。  境界領域Ｎ２Ｓ内で気泡の発生を抑制するには、Ｖｎ≦Ｖｏなる条件を満たせばよい。そこで、（３）式および（４）式より、次の（５）式が導かれる。
Ｔｎ／（Ｐｏ＋Ｐｎ）≦Ｔｏ／Ｐｏ                                ……（５）
さらに（５）式を変形すると、上記した式（１）が導かれる。
そして、剥離パッド６４は、式（１）を満たすニップ圧Ｐｎとなるような充分に狭い境界領域Ｎ２Ｓが形成されるように、ロールニップ部Ｎ１の下流側近傍位置に配設されることとなる。
【００５２】
続いて、ロールニップ部Ｎ１の下流側近傍に配設可能となるような剥離パッド６４の形状について述べる。
図６は、剥離パッド６４が配置された領域周辺を表す概略断面図である。図６に示したように、剥離パッド６４には、主として、定着ロール６１１側に面する内側面６４ａ、剥離パッドニップ部Ｎ２を通過した定着ベルト６１０の進行方向を急激に変化させる外側面６４ｂ、定着ベルト６１０を加圧ロール６２に押圧する押圧面６４ｃが形成されている。
剥離パッド６４の内側面６４ａは、剥離パッド６４を定着ロール６１１側に極力近接させて（例えば、剥離パッド６４と定着ロール６１１とのギャップを０．５ｍｍ）配置するために、定着ロール６１１の周面に倣った湾曲面で形成されている。すなわち、図６に示した境界領域Ｎ２Ｓを極力狭く設定するためには、ロールニップ部Ｎ１（図３も参照）の下流側近傍であって、定着ロール６１１と加圧ロール６２とで画成されたくさび状領域Ｑにおいて、剥離パッド６４が加圧ロール６２表面を押圧するように配置する必要がある。そのため、内側面６４ａの上流側端部（押圧面６４ｃの上流側端部）６４ｐをロールニップ部Ｎ１の下流側端部Ｎ１Ｅの近傍、すなわち上記したくさび状領域Ｑ内の定着ロール６１１に近接した位置に設置できるように、内側面６４ａは定着ロール６１１の周面に倣った湾曲面に形成している。本実施の形態の剥離パッド６４では、内側面６４ａは曲率半径３３ｍｍの略円周面で形成している。なお、内側面６４ａは、定着ロール６１１の周面に倣う湾曲面であれば、略円周面等の曲面に限らず、複数の平面を段階的に屈曲させて形成することも可能である。
また、内側面６４ａの上流側端部６４ｐをくさび状領域Ｑ内の定着ロール６１１に近接した位置に設置できるようにするとともに、上流側端部６４ｐ部分の強度および剛性を確保するために、内側面６４ａと押圧面６４ｃとのなす角度θ１は、２０〜５０°に設定するのが好適である。
【００５３】
剥離パッド６４の押圧面６４ｃは、定着ベルト６１０を加圧ロール６２に押圧し、加圧ロール６２表面に圧接させる面である。そのため、定着ベルト６１０が加圧ロール６２に対して均一に押圧されるように、押圧面６４ｃは平面で形成している。さらに、押圧面６４ｃは、加圧ロール６２の円周面に倣った凹状曲面で形成することもでき、それにより押圧力のさらなる均一化を図ることができる。
また、上述したように、押圧面６４ｃの上流側端部６４ｐは、境界領域Ｎ２Ｓの幅を極力狭くするために、定着ロール６１１に近接した位置に配置されるが、その際に、上流側端部６４ｐを定着ロール６１１と当接するように配置することも可能である。このように設定すれば、境界領域Ｎ２Ｓを殆ど無くし、剥離パッドニップ部Ｎ２の殆ど全域を剥離パッド６４と加圧ロール６２との圧接部Ｎ２Ｔで形成することができる。加えて、押圧面６４ｃは、上流側端部６４ｐが定着ロール６１１からの押圧力も同時に受けることができるので、剥離パッドニップ部Ｎ２全域において充分なニップ圧を形成することが可能となる。
【００５４】
図７は、押圧面６４ｃの上流側端部６４ｐを定着ロール６１１に接触するように設定して、定着ロール６１１からの押圧力も同時に受ける構成を示した図である。図７に示したように、この場合には、押圧面６４ｃの上流側端部６４ｐは、くさび状領域Ｑの最深部を埋めるように、くさび形状で形成される。このように、押圧面６４ｃの上流側端部６４ｐをくさび形状に形成することで、定着ロール６１１からの押圧力を安定して受けることができると同時に、定着ロール６１１と摺擦しても、上流側端部６４ｐの定着ロール６１１との接触面および定着ロール６１１表面に磨耗が生じ難くなる。そのため、長期に亘って剥離パッド６４の機能を維持することが可能である。
なお、押圧面６４ｃは、定着ベルト６１０や定着ロール６１１と摺擦するので、定着ベルト６１０の進行をスムーズに行ない、また、定着ロール６１１との磨耗を低減するため、その表面に、摩擦係数が小さく、かつ耐摩耗性に優れた例えばテフロン（登録商標）等を被覆した構成とすることが好ましい。
【００５５】
外側面６４ｂは、張架ロール６１５および定着ロール６１１と協働して定着ベルト６１０を導き、その進行方向を急激に変化させることで、定着ベルト６１０から用紙Ｐを剥離する面である。そのため、用紙Ｐを定着ベルト６１０から安定的に剥離できるように、外側面６４ｂの上流側端部領域（定着ベルト６１０が加圧ロール６２から離隔する領域）Ｒにおいて、加圧ロール６２の接線と外側面６４ｂの接線とのなす角θ２（図６および図７参照）が４０°以上となるように設定されている。また、急激に屈曲している上流側端部領域Ｒにおいて定着ベルト６１０を円滑に移動することができるように、上流側端部領域Ｒでは外側面６４ｂは曲面で形成されている。
さらに、外側面６４ｂは、定着ベルト６１０が加圧ロール６２から離隔した後、円滑に張架ロール６１５および定着ロール６１１の方向に進行するように、張架ロール６１５に向けて傾斜した平面で形成されている。この場合に、外側面６４ｂは外側（定着ベルト６１０側）に向けて湾曲した曲面で形成することもできる。なお、外側面６４ｂも押圧面６４ｃと同様に、定着ベルト６１０と摺擦するので、定着ベルト６１０の進行をスムーズに行なうため、その表面に、摩擦係数が小さく、かつ耐摩耗性に優れた例えばテフロン（登録商標）等を被覆した構成とすることが好ましい。
【００５６】
このように、本実施の形態の定着装置６０では、定着ベルトモジュール６１と加圧ロール６２とが圧接される領域には、ロールニップ部Ｎ１と剥離パッドニップ部Ｎ２とからなるニップ部Ｎが形成される。そして、剥離パッドニップ部Ｎ２を形成する剥離パッド６４をロールニップ部Ｎ１の下流側近傍に配設するとともに、剥離パッド６４が加圧ロール６２を押圧するように設定している。そのため、ニップ部Ｎ内において、ニップ圧が落ち込む谷間の領域が発生することを抑制し、境界領域Ｎ２Ｓにおいても、上記した（１）式を満たすニップ圧Ｐｎを形成することが可能となる。また、それにより、ニップ部Ｎ内におけるロールニップ部Ｎ１内でニップ圧がピークとなる位置から剥離パッドニップ部Ｎ２の最下流位置に至る領域において、ニップ圧が連続的に単調減少するように設定することが可能となる。
そのため、境界領域Ｎ２Ｓにおいて所定のニップ圧Ｐｎを設定することで、境界領域Ｎ２Ｓでの気泡の発生を抑止することができる。さらに、ニップ圧を連続的に単調減少するように設定することにより、ロールニップ部Ｎ１において高いニップ圧により抑え込まれていた水蒸気や熱膨張しようとする空気を、剥離パッドニップ部Ｎ２を通過するまでの経路で徐々に開放することが可能となる。それにより、水蒸気や熱膨張した空気が気泡となってニップ内で動き回る現象の発生を抑制することができるため、未だ完全に固化されていない状態のトナー像が乱されることが殆ど無くなり、定着画像に画像ムラ等の画像ディフェクトの発生を抑制することが可能となる。
【００５７】
さらに、剥離パッドニップ部Ｎ２を形成する剥離パッド６４は断面が略円弧形状に形成されているために、剥離パッドニップ部Ｎ２を通過した定着ベルト６１０は、その進行方向が屈曲するように急激に変化させられる。そのため、ロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２を通過した用紙Ｐは、剥離パッドニップ部Ｎ２を出た時点で定着ベルト６１０から剥離され、用紙Ｐに対する曲率分離を行うことが可能となる。
【００５８】
次に、本実施の形態の定着装置６０における定着動作について説明する。
画像形成装置の二次転写部２０（図１参照）において未定着トナー像が静電転写された用紙Ｐは、搬送ベルト５５および定着入口ガイド５６により、定着装置６０のニップ部Ｎに向けて（図２参照：矢印Ｆ方向）搬送されてくる。そして、ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐ表面の未定着トナー像は、主としてロールニップ部Ｎ１に作用する圧力と熱とにより用紙Ｐに定着される。
【００５９】
このとき、本実施の形態の定着装置６０では、ニップ部Ｎに作用する熱は、定着ベルト６１０によって供給される。定着ベルト６１０は、主として、張架ロール６１２の内部に配置されたハロゲンヒータ６１６ｂから張架ロール６１２を通じて供給される熱と、張架ロール６１３の内部に配置されたハロゲンヒータ６１６ｃから張架ロール６１３を通じて供給される熱とによって加熱されるように構成されている。そして、定着ベルト６１０がニップ部Ｎに搬送される際には、既に張架ロール６１２および張架ロール６１３から充分かつ速やかに熱エネルギーが補給されているため、ニップ部Ｎにおいては、プロセススピードが４４０ｍｍ／ｓという高速であっても充分な熱量を用紙Ｐに対して作用させることが可能である。
【００６０】
すなわち、直接的な加熱部材として機能する定着ベルト６１０は、薄層のベルト部材であって熱容量が極めて小さく形成されている。加えて、定着ベルト６１０は、主な熱供給部材である張架ロール６１２および張架ロール６１３に広いラップ面積（大きなラップ角度）で接触するように構成されている。それにより、定着ベルト６１０が１回転する短かい期間に、張架ロール６１２および張架ロール６１３から充分な熱量が供給されるので、ニップ部Ｎを通過して定着処理を終えた後の定着ベルト６１０を必要な定着温度に短時間で復帰させることが可能となる。
【００６１】
そのため、本実施の形態の定着装置６０においては、連続高速通紙時においても定着温度を略一定に維持することが可能となる。また、高速定着動作の開始時に定着温度が落ち込む温度ドループ現象の発生を抑制することが可能となる。特に、熱容量の大きな厚紙等に対する定着においても、定着温度の維持および温度ドループの発生を抑制することができる。また、定着ベルト６１０が張架ロール６１２および張架ロール６１３に広いラップ面積で接触するように構成されているので、熱の利用効率を高めることができるとともに、ウォームアップの短縮化を図ることも可能となる。
さらには、紙種に対応させて定着温度を途中で切り替える（定着温度のアップおよびダウンの双方を含む。）必要がある場合にも、定着ベルト６１０は熱容量が小さいので、ハロゲンヒータ６１６ｂおよび／またはハロゲンヒータ６１６ｃの出力調整により、所望の温度への切り替えを容易、かつ速やかに行うことも可能となる。
【００６２】
ところで、本実施の形態の定着ロール６１１は、定着ベルト６１０に対して積極的に熱エネルギーを供給して定着ベルト６１０の温度を引き上げる機能は有していない。すなわち、定着ロール６１１の内部に配置されたハロゲンヒータ６１６ａは、ロールニップ部Ｎ１において定着ロール６１１が定着ベルト６１０から熱を奪わない程度の温度を維持するように設定されている。具体的には、定着ロール６１１の温度は、ニップ部Ｎでの定着ベルト６１０の温度（例えば、２１０℃）よりも低い所定値（例えば、１８０℃）を維持するように設定されている。
【００６３】
定着ロール６１１の温度を定着ベルト６１０の温度よりも低く設定するのは、以下の理由に基づくものである。
上述したように、本実施の形態の定着装置６０では、ニップ部Ｎは、ロールニップ部Ｎ１と剥離パッドニップ部Ｎ２とにより広く形成されている。そのため、ニップ部Ｎを通過する用紙Ｐに対して定着ベルト６１０から充分な熱量を供給することが可能となり、高速で連続通紙される用紙Ｐにも安定した定着性能を発揮することができる。
ところが、定着ベルト６１０は、通紙と通紙との間のインターバルで加圧ロール６２と直接的に接触する。また、例えば小サイズ紙を連続して通紙した場合には、加圧ロール６２の両端部領域、または一方の端部領域が長期に亘って加圧ロール６２と直接的に接触することとなる。そのため、加圧ロール６２の温度は次第に上昇する傾向を示す。
加えて、加圧ロール６２はロールニップ部Ｎ１において定着ベルト６１０を介して定着ロール６１１と押圧されている。そのため、アルミニウムからなる熱容量の大きな定着ロール６１１の温度が、定着ベルト６１０と同等またはそれよりも高く設定されている場合には、加圧ロール６２の温度は定着ロール６１１と略同様の温度まで上昇することとなる。そうすると、ニップ部Ｎでは、用紙Ｐは定着ベルト６１０側と加圧ロール６２側との両面から過剰に加熱されることとなる。それにより、用紙Ｐ中において、水分が気化して水蒸気が発生したり、空気が熱膨張するという現象が起こり、一方の面からのみ加熱された際には生じることがない用紙Ｐの火膨れ（ペーパーブリスタ）が発生し易くなる。
【００６４】
さらには、特に小サイズ紙を通紙した場合の幅方向端部側では、常に定着ベルト６１０と加圧ロール６２とが直接接触することとなる。それによって、加圧ロール６２の軸方向で熱膨張量に相違が生じ、加圧ロール６２には画像形成動作サイクル毎に軸方向における大きな外径差が発生する。その結果、加圧ロール６２では、長期の使用により画像形成動作毎の外径差の発生が繰り返されることから、加圧ロール６２表面にはシワやヒビ、さらには破損が生じ易くなる。そのために、画像不良の発生を招き、場合によっては、定着機能が著しく損なわれる可能性もある。
【００６５】
そこで、本実施の形態の定着ロール６１１は、表面温度がニップ部Ｎでの定着ベルト６１０の温度よりも低い所定温度に設定されている。それにより、ロールニップ部Ｎ１において定着ベルト６１０を介して定着ロール６１１から加圧ロール６２に必要以上に熱が伝わることを抑えることで、加圧ロール６２に過度な温度上昇が生じるのを極力抑制するように構成されている。
【００６６】
本実施の形態の定着装置６０では、このような定着ロール６１１の温度設定に加えて、加圧ロール６２に過度な温度上昇が生じるのを抑制するためのさらなる手段として、加圧ロール６２を積極的に冷却する冷却部材の一例としての第１冷却部材９０と第２冷却部材１００とを配設している。高速の画像形成装置では、装置の性格上、一度に大量のプリントが行われることが多く、稼動時間が長期に亘ることも多々ある。また、画像形成装置が気温の高い環境下で使用される場合もある。そのために、定着ロール６１１の温度を定着ベルト６１０の温度よりも低く設定するだけでは、加圧ロール６２の過度な温度上昇を抑えるには不充分な場合も想定される。そこで、加圧ロール６２に第１冷却部材９０と第２冷却部材１００とを設け、加圧ロール６２の温度を所定の範囲内に制御している。
【００６７】
第１冷却部材９０は、加圧ロール６２の外部に設けられ、加圧ロール６２の外表面から加圧ロール６２を冷却する。第１冷却部材９０の吸熱ロール９１、９２は、熱伝導率の高い銅やアルミニウム等の金属等で形成された円柱状または円筒状のロール部材である。そのため、加圧ロール６２の軸方向全域に亘って当接するように配設され、加圧ロール６２の回転に伴って従動することで、加圧ロール６２から効果的に熱を吸収する。さらには、例えば小サイズ紙を連続して通紙した場合に生じる加圧ロール６２の端部領域と中央部領域との間の温度差を緩和する機能も果たしている。
そして、冷却ファン９３からの送風は、ダクト９４により吸熱ロール９１、９２および吸熱ロール９１、９２が配設された周辺領域の加圧ロール６２表面に導かれる。それにより、冷却ファン９３は、吸熱ロール９１、９２を介して間接的に加圧ロール６２を冷却するとともに、加圧ロール６２表面も直接的に冷却する。
【００６８】
一方、第２冷却部材１００は、加圧ロール６２の内部に設けられ、加圧ロール６２の円筒状ロール６２１側から加圧ロール６２を冷却する。円筒状ロール６２１の内部には、空気がニップ部Ｎ下流側の円筒状ロール６２１内周面に沿って移動するように導くためのダクト１０１が配設されている。そして、ダクト１０１の一方の端部開口（加圧ロール６２の端部）近傍に配置された冷却ファン１０２から送風される空気を、他方の端部開口から排気されるように導いている。そのため、ダクト１０１を通過する空気により、加圧ロール６２は円筒状ロール６２１側から冷却（空冷）される。
【００６９】
ここで、第１冷却部材９０と第２冷却部材１００とは、ニップ部Ｎの下流側（ニップ部Ｎと加圧ロール６２の回転軸とを結ぶ線ｍよりも加圧ロール６２の回転方向下流領域）、すなわちニップ部Ｎを通過した直後の加圧ロール６２を冷却するように設定されている。このように構成することで、冷却ファン９３からの送風がニップ部Ｎに進入する前の定着ベルト６１０を冷やすことを防ぐことができる。また、ニップ部Ｎを通過した直後に冷却することで、熱の加圧ロール６２内部への拡散を抑制できるので、効果的な冷却を行うことができる。
【００７０】
また、冷却ファン９３および冷却ファン１０２の両方、またはいずれか一方のＯＮ／ＯＦＦ制御は、加圧ロール６２の表面温度を検知するセンサ（不図示）からの出力に基づいて行うことができる。具体的には、センサからの出力が所定温度値以上を示した場合に、冷却ファン９３および／または冷却ファン１０２をＯＮすることができる。また、センサを加圧ロール６２の軸方向中央部と両端部とに配設し、軸方向中央部と両端部との温度差が所定値以上を示した場合に、冷却ファン９３および／または冷却ファン１０２をＯＮすることもできる。
さらに、ユーザによる画像形成装置の操作パネル(不図示)からの用紙種選択指示信号に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦ制御することもできる。例えば、ユーザが所定の用紙Ｐ（例えば、厚紙）を選択した場合に、冷却ファン９３および／または冷却ファン１０２をＯＮするように設定こともできる。加えて、プリント枚数や装置の駆動時間等の装置の使用状況や、装置の使用環境温度等の外的要因等に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦ制御することもできる。
【００７１】
また、第１冷却部材９０および／または第２冷却部材１００において、加圧ロール６２の軸方向両端部またはいずれか一方の端部への冷却性能を高める設定とすることもできる。具体的には、冷却ファン９３および冷却ファン１０２の両方、またはいずれか一方は、加圧ロール６２の軸方向両端部またはいずれか一方の端部への送風量が中央部への送風量よりも多くなるように構成することもできる。それにより、小サイズ紙を連続して通紙した場合の加圧ロール６２の軸方向両端部またはいずれか一方の端部の冷却効果を高めることで、加圧ロール６２軸方向での熱膨張量差の発生を緩和して、加圧ロール６２表面へのダメージをさらに小さく抑えることができる。
さらには、本実施の形態の定着装置６０では、第１冷却部材９０と第２冷却部材１００とを配設したが、第１冷却部材９０と第２冷却部材１００とのいずれか一方だけを配設してもよい。
また、第１冷却部材９０において、吸熱ロール９１、９２としてペルチェ素子を用いることもできる。その場合には、冷却ファン９３およびダクト９４は、ペルチェ素子の放熱部を冷却するように構成される。
さらに、吸熱ロール９１、９２は、吸熱ロール９１または吸熱ロール９２のいずれか一方のみで構成することできる。また、３本以上の吸熱ロールを配設することもできる。
【００７２】
ところで、第１冷却部材９０および／または第２冷却部材１００により冷却される加圧ロール６２の温度は、定着ベルト６１０が２１０℃に設定された場合において、７０〜１６０℃、より好ましくは９０〜１４０℃を維持するように制御されるのが好適である。これは、加圧ロール６２の温度が７０℃よりも低くとなると、ニップ部Ｎにおける定着ベルト６１０の温度低下が著しくなるため、定着性能が低下するとともに、温度ドループが発生し易くなるからである。一方、加圧ロール６２の温度が１６０℃よりも高くなると、ペーパーブリスタの発生率が高くなり、好ましくないからである。
【００７３】
ここで、本実施の形態の定着装置６０を用いて、定着不良の発生およびペーパーブリスタの発生の有無について評価した。用紙Ｐとして、所謂厚紙、具体的には王子製紙（株）製のミラーコートプラチナ紙の坪量２５６（ｇ／ｃｍ）のものを用い、ＳＥＦ（Short Edge Feed）送りによる連続１００００枚の通紙を行った。その結果、定着不良およびペーパーブリスタのいずれも発生のないことが確認された。
また、この評価試験の際に加圧ロール６２の温度をモニターした結果、加圧ロール６２の温度を１００〜１６０℃に制御できることが確認できた。また、加圧ロール６２の軸方向の温度差も、５０℃以下に抑えられることも確認できた。
【００７４】
引き続いて、ロールニップ部Ｎ１を通過した後の定着動作を述べる。
ロールニップ部Ｎ１を通過した後には、用紙Ｐは剥離パッドニップ部Ｎ２に搬送される。剥離パッドニップ部Ｎ２は、加圧ロール６２に剥離パッド６４が押圧されて、定着ベルト６１０が加圧ロール６２に圧接するように形成されている。したがって、図３に示したように、ロールニップ部Ｎ１は定着ロール６１１の曲率によって下に凸である湾曲した形状を有するのに対し、剥離パッドニップ部Ｎ２は加圧ロール６２の曲率によって上に凸である湾曲した形状を有している。
そのため、ロールニップ部Ｎ１において定着ロール６１１の曲率のもとで加熱加圧された用紙Ｐは、剥離パッドニップ部Ｎ２において加圧ロール６２による相反する方向に向いた曲率に進行方向が変化させられる。その際に、用紙Ｐ上のトナー像と定着ベルト６１０表面との間で微小なマイクロスリップが生じる。それによって、トナー像と定着ベルト６１０との付着力が弱められ、用紙Ｐは定着ベルト６１０から剥離され易い状態が形成される。このように、剥離パッドニップ部Ｎ２は、最終の剥離工程で確実に剥離が行なわれるための準備工程にも位置付けられる。
【００７５】
そして、剥離パッドニップ部Ｎ２の出口では、定着ベルト６１０は剥離パッド６４に巻き付くように搬送されるので、定着ベルト６１０の搬送方向はそこで急激に変化する。すなわち、定着ベルト６１０は剥離パッド６４の外側面６４ｂに沿って移動するため、定着ベルト６１０の屈曲は大きなものとなる。そのため、剥離パッドニップ部Ｎ２内において定着ベルト６１０との付着力が予め弱められた用紙Ｐは、用紙Ｐ自身が有している紙のコシによって定着ベルト６１０からセルフストリップする。
そして、定着ベルト６１０から分離された用紙Ｐは、剥離パッドニップ部Ｎ２の下流側に配設された剥離補助部材の一例としての剥離案内板８３により、その進行方向が導かれる。剥離案内板８３により案内された用紙Ｐは、その後、排紙ガイド６５および排紙ロール６６によって機外に排出されて(図２参照)、定着処理が完了する。
【００７６】
以上説明したように、本実施の形態の定着装置６０は、加熱部材として定着ベルト６１０が定着ロール６１１を含む複数のロールで張架されて構成された定着ベルトモジュール６１を用いているので、画像形成装置が高速化されても、定着装置６０において所定の定着温度を常に維持することができる。さらには、高速定着動作の開始時に定着温度が落ち込む温度ドループ現象の発生を抑制することが可能となる。そのため、高品質な定着画像を短時間で大量に提供することが可能となる。
【００７７】
それとともに、ニップ部Ｎは、ロールニップ部Ｎ１と、ロールニップ部Ｎ１の下流側に、ロールニップ部Ｎ１に連続して形成された剥離パッドニップ部Ｎ２とで構成されている。そして、剥離パッドニップ部Ｎ２を形成する剥離パッド６４をロールニップ部Ｎ１の下流側近傍に配設し、剥離パッド６４が加圧ロール６２を押圧するように設定している。それにより、境界領域Ｎ２Ｓにおいて、上記した(１)式を満たすニップ圧Ｐｎを設定することで、ニップ圧が落ち込む谷間の領域が発生することを抑制し、境界領域Ｎ２Ｓでの気泡の発生を抑止することができる。さらに、ロールニップ部Ｎ１内でニップ圧がピークとなる位置から剥離パッドニップ部Ｎ２の最下流位置に至る領域で、ニップ圧が連続的に単調減少するように設定することが可能となる。
このように、本実施の形態の定着装置６０では、境界領域Ｎ２Ｓでの気泡の発生を抑止するとともに、ニップ圧を連続的に単調減少するように設定することにより、ロールニップ部Ｎ１において高いニップ圧により押さえ込まれていた水蒸気や熱膨張しようとする空気を、剥離パッドニップ部Ｎ２を通過するまでの経路において徐々に開放することが可能となり、水蒸気や熱膨張した空気が気泡となってニップ内で動き回る現象の発生を抑制することができる。そのため、未だ完全に固化されていない状態のトナー像が乱されることが殆ど無くなり、定着画像に画像ムラ等の画像ディフェクトの発生を抑制することが可能となる。
【００７８】
また、本実施の形態の定着装置６０では、加圧ロール６２を積極的に冷却するための第１冷却部材９０と第２冷却部材１００とを配設している。それにより、高速の画像形成装置において稼動時間が長期に亘る場合にも、加圧ロール６２の過度な温度上昇を抑えることが可能となる。それにより、ペーパーブリスタの発生を抑えることが可能となる。また、加圧ロール６２表面にシワやヒビ、さらには破損が生じることを抑制することも可能となる。
【００７９】
さらに、剥離パッドニップ部Ｎ２を形成する剥離パッド６４は断面が略円弧形状に形成されているために、剥離パッドニップＮ２を通過した定着ベルト６１０は、その進行方向が屈曲するように急激に変化させられる。そのため、ロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２を通過した用紙Ｐは、剥離パッドニップ部Ｎ２を出た時点で定着ベルト６１０から剥離され、用紙Ｐに対する曲率分離を行うことが可能となる。
【００８０】
[実施の形態２]
実施の形態１では、画像形成装置に搭載される定着装置６０において、加圧ロール６２を積極的に冷却する加圧部材冷却手段の一例として、吸熱ロール９１、９２が加圧ロール６２の外表面に当接して配置された第１冷却部材９０と、加圧ロール６２の内部に配設された第２冷却部材１００とを備えた構成について説明した。実施の形態２では、加圧ロール６２の外表面に当接するように配置されたベルト部材により加圧ロール６２を冷却する構成について説明する。なお、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。
【００８１】
図８は、本実施の形態に係る定着装置２００の構成を示す側断面図である。本実施の形態の定着装置２００では、加圧ロール６２を積極的に冷却する冷却部材の一例として、第３冷却部材１１０を配設した点が異なることを除いては、実施の形態１の定着装置６０と同様である。
第３冷却部材１１０は、加圧ロール６２の外表面に当接するように配置された冷却ベルト１１１、冷却ベルト１１１を張架する２本の張架ロール１１２、１１３、冷却ベルト１１１に対して外部から送風する冷却ファン１１４、冷却ファン１１４から送風される空気を冷却ベルト１１１外表面に導くダクト１１５、冷却ベルト１１１に対して内部から送風する冷却ファン１１６で構成されている。
【００８２】
冷却ベルト１１１は、原形が円筒形状に形成された無端状のベルト部材であり、熱伝導率の高いＳＵＳ等の金属フィルムや、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂等の耐熱性樹脂等で構成されている。また、冷却ベルト１１１は、熱伝導率の高いＳＵＳやアルミニウム等の金属からなる円筒状ロール部材である張架ロール１１２、１１３によって回動自在に張架されている。
そして、張架ロール１１２、１１３が冷却ベルト１１１を張架した状態で加圧ロール６２に圧接されることで、冷却ベルト１１１、および張架ロール１１２、１１３が加圧ロール６２に圧接される。それにより、冷却ベルト１１１は、加圧ロール６２に当接しながら、加圧ロール６２に従動して回動する。
【００８３】
このような構成により、加圧ロール６２の熱は、冷却ベルト１１１と、張架ロール１１２、１１３により吸熱されて、加圧ロール６２は冷却される。そして、加温された冷却ベルト１１１は、ダクト１１５による冷却ファン１１４からの送風により、外表面側から冷却される。さらに、冷却ファン１１６からの送風により、内表面側から冷却される。
一方、張架ロール１１２、１１３は円筒状ロールで形成され、その端部外側にはそれぞれファン１１７、１１８が配設されている。そのため、加温された張架ロール１１２、１１３は、ファン１１７、１１８によってその内部を一方の端部から他方に向けて送風されることで、内部から冷却される。
なお、第３冷却部材１１０の配置位置、ファン１１４、１１６、１１７、１１８の制御等は、実施の形態１と同様に設定することができる。
【００８４】
このように、本実施の形態の定着装置２００でも、加圧ロール６２の熱は、第３冷却部材１１０を構成する冷却ベルト１１１、および張架ロール１１２、１１３により冷却される。それにより、実施の形態１と同様に、加圧ロール６２の温度は、定着ベルト６１０が２１０℃に設定された場合において、７０〜１６０℃、より好ましくは９０〜１４０℃の温度範囲を維持するように制御することができる。
特に、本実施の形態の定着装置２００では、冷却ベルト１１１は加圧ロール６２と広い領域で当接することができるので、加圧ロール６２の熱をより効率的に吸収することができ、高い冷却性能を発揮することが可能である。
そのため、高速の画像形成装置において稼動時間が長期に亘る場合にも、加圧ロール６２の過度な温度上昇を抑えることが可能となる。それにより、ペーパーブリスタの発生を抑えることが可能となる。また、加圧ロール６２表面にシワやヒビ、さらには破損が生じることを抑制することもできる。
【００８５】
[実施の形態３]
実施の形態１では、画像形成装置に搭載される定着装置６０において、加圧ロール６２を積極的に冷却する冷却部材の一例として、吸熱ロール９１、９２が加圧ロール６２の外表面に当接して配置された第１冷却部材９０と、加圧ロール６２の内部に配設された第２冷却部材１００とを備えた構成について説明した。実施の形態３では、加圧ロール６２の外表面をラップするように張架されたベルト部材により加圧ロール６２を冷却する構成について説明する。なお、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。
【００８６】
図９は、本実施の形態に係る定着装置３００の構成を示す側断面図である。本実施の形態の定着装置３００では、加圧ロール６２を積極的に冷却する冷却部材の一例として、第４冷却部材１２０を配設した点が異なることを除いては、実施の形態１の定着装置６０と同様である。
第４冷却部材１２０は、加圧ロール６２の外表面をラップするようにして張架された冷却ベルト１２１、冷却ベルト１２１の他方を張架する張架ロール１２２、冷却ベルト１２１の内側に配置され、空気を送風するファン１２３、ファン１２３からの送風を冷却ベルト１２１の内周面に導くダクト１２４、張架ロール１２２の一方の端部に配置され、張架ロール１２２の内部に空気を送風するファン１２５で構成されている。
【００８７】
冷却ベルト１２１は、原形が円筒形状に形成された無端状のベルト部材であり、熱伝導率の高いＳＵＳ等の金属フィルムや、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂等の耐熱性樹脂で構成されている。
また、張架ロール１２２は、熱伝導率の高いＳＵＳやアルミニウム等の金属からなる円筒状ロールであり、冷却ベルト１２１に所定のテンションを付加しながら、加圧ロール６２に従動して回転する。
【００８８】
そして、冷却ベルト１２１は、加圧ロール６２に従動回転しながら、加圧ロール６２とのラップ領域で加圧ロール６２からの熱を吸熱することにより、加圧ロール６２を冷却する。そして、加温された冷却ベルト１２１は、ダクト１２４による冷却ファン１２３からの送風により、内表面側から冷却される。一方、張架ロール１２２は、その端部に配設されたファン１２５によってその内部を一方の端部から他方に向けて送風されることで、内部から冷却される。それにより、冷却ベルト１２１は張架ロール１２２によっても冷却される。
なお、第４冷却部材１２０（張架ロール１２２）の配置位置、ファン１２３、１２５の制御等は、実施の形態１と同様に設定することができる。
【００８９】
ここで、冷却ベルト１２１の熱容量を定着ベルト６１０の熱容量と同程度に構成すれば、冷却ベルト１２１と定着ベルト６１０との熱的な平衡を形成することができ、加圧ロール６２の過剰な温度上昇を抑制するには効果的である。
すなわち、張架ロール６１２および張架ロール６１３によって加熱された定着ベルト６１０の熱は、ニップ部Ｎにおいて定着処理のために使用されるが、その定着処理に供されなかった熱が定着ベルト６１０に残る。これが加圧ロール６２を加熱することとなる。ところが、冷却ベルト１２１の熱容量と定着ベルト６１０の熱容量とが同程度であれば、定着ベルト６１０の残熱は冷却ベルト１２１に移り易くなる特性を有している。したがって、冷却ベルト１２１と定着ベルト６１０とを同程度の熱容量に構成することで、トナーに対する定着処理が行われるのと同時に、ニップ部Ｎにおいて定着ベルト６１０の残熱を冷却ベルト１２１に容易に移すことができる。そして、それを第４冷却部材１２０内（具体的には、ファン１２３および張架ロール１２２）で冷却するように構成することができる。そのため、定着ベルト６１０の残熱が加圧ロール６２に移る前に、冷却ベルト１２１で吸熱することができるので、加圧ロール６２の過剰な温度上昇を効果的に抑制することが可能となる。
【００９０】
このように、本実施の形態でも、加圧ロール６２の熱は、第４冷却部材１２０を構成する冷却ベルト１２１、および張架ロール１２２により冷却される。それにより、実施の形態１と同様に、加圧ロール６２の温度は、定着ベルト６１０が２１０℃に設定された場合において、７０〜１６０℃、より好ましくは９０〜１４０℃の温度範囲を維持するように制御することができる。
特に、本実施の形態の定着装置３００では、冷却ベルト１２１は、加圧ロール６２とのラップ領域において、定着ベルト６１０の定着処理に供されなかった残熱が加圧ロール６２に移る前に冷却ベルト１２１で吸熱することができるので、より高い冷却性能を発揮することが可能である。
そのため、高速の画像形成装置において稼動時間が長期に亘る場合にも、加圧ロール６２の過度な温度上昇を抑えることが可能となる。それにより、ペーパーブリスタの発生を抑えることが可能となる。また、加圧ロール６２表面にシワやヒビ、さらには破損が生じことを抑制することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【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に係る定着装置の概略構成を示す側断面図である。
【図３】ニップ部の近傍領域を表す概略断面図である。
【図４】剥離パッドをロールニップ部から所定の距離以上に離隔して配設した場合のニップ部のニップ圧分布の概略を示した図である。
【図５】剥離パッドをロールニップ部の下流側近傍に配設した場合のニップ圧分布の概略を示した図である。
【図６】剥離パッドが配置された領域周辺を表す概略断面図である。
【図７】剥離パッドが配置された領域周辺を表す概略断面図である。
【図８】実施の形態２に係る定着装置の概略構成を示す側断面図である。
【図９】実施の形態３に係る定着装置の概略構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
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、６０,２００,３００…定着装置、６１…定着ベルトモジュール、６２…加圧ロール、６４…剥離パッド、６１０…定着ベルト、６１１…定着ロール、６１６ａ,６１６ｂ,６１６ｃ…ハロゲンヒータ、１１２,１１３,１２２,６１２,６１３,６１５…張架ロール、９０…第１冷却部材、９１,９２…吸熱ロール、９３,１０２,１１４,１１６,１１７,１１８,１２３,１２５…ファン、９４,１０１,１１５,１２４…ダクト、１００…第２冷却部材、１１０…第３冷却部材、１１１,１２１…冷却ベルト、１２０…第４冷却部材
【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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