(57)【要約】【課題】記録媒体の曲げ剛性を向上させることにより、記録媒体の分離性を向上させることが可能な定着装置を提供する。【解決手段】定着部材６１及び加圧部材６２は、それぞれ芯材とその芯材の表面に配設された弾性層を有し、各弾性層の厚さを軸方向又は長手方向に渡って変化させて表面がクラウン状に形成されたクラウン部Ｃ１，Ｄ１と、表面が逆クラウン状に形成された逆クラウン部Ｃ２，Ｄ２を、それぞれ少なくとも１つずつ有する。そして、定着部材６１と加圧部材６２のクラウン部Ｃ１，Ｄ１と逆クラウン部Ｃ２，Ｄ２とを対応させて定着ニップＮを形成している。さらに、定着部材６１のクラウン部Ｃ１と逆クラウン部Ｃ２のそれぞれの表面温度を検知する温度検知手段と、クラウン部Ｃ１と逆クラウン部Ｃ２における表面温度差に基づいて定着部材６１の蓄熱量を調整する制御手段を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱源によって加熱される定着部材と、当該定着部材を加圧する加圧部材を備え、前記定着部材と前記加圧部材との間に形成された定着ニップに記録媒体を通過させることにより、当該記録媒体上の未定着画像を記録媒体に定着させる定着装置において、
前記定着部材及び前記加圧部材は、それぞれ芯材とその芯材の表面に配設された弾性層を有すると共に、各弾性層の厚さを軸方向又は長手方向に渡って変化させて表面がクラウン状に形成されたクラウン部と、表面が逆クラウン状に形成された逆クラウン部を、それぞれ少なくとも１つずつ有し、前記定着部材と前記加圧部材の前記クラウン部と前記逆クラウン部とを対応させて前記定着ニップを形成した定着装置であって、
前記定着部材の前記クラウン部と前記逆クラウン部のそれぞれの表面温度を検知する温度検知手段と、前記クラウン部と前記逆クラウン部における表面温度差に基づいて前記定着部材の蓄熱量を調整する制御手段を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記クラウン部と前記逆クラウン部における表面温度差に基づいて前記定着部材の定着設定温度を変更するように構成された請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記クラウン部と前記逆クラウン部における表面温度差に基づいて前記定着部材を加熱しつつ空転させる時間を決定するように構成された請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記クラウン部と前記逆クラウン部における表面温度差に基づいてシステム速度を変更するように構成された請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
所定時間異常停止した状態から再駆動する際、前記定着部材を加熱しつつ所定時間空転させるように構成した請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記クラウン部及び前記逆クラウン部を、前記定着部材及び前記加圧部材の少なくとも記録媒体の最大通過幅全体に対応する部分に渡って配設した請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記定着部材と前記加圧部材を互いに圧接させた負荷状態において、前記定着ニップにおける前記クラウン部の頂部と前記逆クラウン部の底部との高低差を、０．１６ｍｍ以上であって０．８ｍｍ以下に設定した請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項８】
前記定着部材と前記加圧部材のそれぞれの軸方向又は長手方向の同じ側の端部を、軸方向又は長手方向に位置決めすると共に、前記定着部材と前記加圧部材のそれぞれの前記位置決めされた端部と反対側の端部を軸方向又は長手方向に変位可能に構成した請求項１から７のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の定着装置を備え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、記録媒体を加熱及び加圧して画像を記録媒体に定着させる定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置には、記録媒体としての記録用紙に転写されたトナー画像を熱と圧力によって定着させる定着装置が多く用いられている。定着装置としては、例えば、内部にヒータ等の加熱源を有する定着ローラに加圧ローラを圧接したタイプや、前記定着ローラに無端状のベルト部材を加圧パッドによって押圧したタイプなどがある。これらの定着装置は、定着ローラと加圧ローラの圧接部、又は定着ローラとベルト部材との圧接部に形成された定着ニップに、トナー画像が転写された記録用紙を通過させることによって、その記録用紙を加熱及び加圧し、トナー画像を記録用紙に定着するようにしている。
【０００３】
図２４は、定着ローラ１００と加圧ローラ２００を有する定着装置の簡略図である。図２４に示すように、トナー画像Ｔが転写された記録用紙Ｐは、定着ローラ１００と加圧ローラ２００との間の定着ニップＮを通過後、図の一点鎖線ａの方向に搬出されるようになっている。しかし、上記のような熱定着タイプの定着装置は、定着時に記録用紙Ｐ上のトナーＴを熱で溶融させるため、溶融したトナーＴの定着ローラ１００に対する付着力によって、記録用紙Ｐの搬送方向が一点鎖線ａの方向から定着ローラ１００側へ変化させられることがある。そして、溶融したトナーＴの付着力によって、記録用紙Ｐが一点鎖線ｂで示す境界線を越えて定着ローラ１００側に搬出された場合、記録用紙Ｐの定着ローラ１００への巻き付きが発生する。
【０００４】
ここで、溶融したトナーの定着ローラへの付着力をＦ１、記録用紙を巻き付かせるのに要する曲げ力（記録用紙を一点鎖線ａから一点鎖線ｂへ角度θだけ曲げるのに要する力）をＦ２とすると、Ｆ１＜Ｆ２の関係を満たす場合に、記録用紙を定着ローラから分離して搬出させることができる。
【０００５】
従来では、記録用紙を定着ローラから分離しやすくするために、トナーにワックス等の離型剤を含有させることにより、上記トナーの付着力Ｆ１を低下させることが行われている（下記特許文献１参照）。また、記録用紙を定着ローラから分離しやすくするために、図２４の二点鎖線に示すように、定着ローラの径を小さくすることによって、巻き付きが発生する境界線を一点鎖線ｂから一点鎖線ｂ´の位置に変更して、記録用紙を巻き付かせるのに要する曲げ力Ｆ２を大きくする方法もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のようにトナーの付着力を低下させたり、定着ローラの径を小さくしたりしても、薄紙などの曲げ剛性（コシ）の小さい記録用紙を使用すると、記録用紙を巻き付かせるのに要する曲げ力Ｆ２が小さくなるため、定着ローラへの巻き付きが発生することがある。
【０００７】
そこで、本発明は、斯かる事情に鑑み、記録媒体の曲げ剛性を向上させることにより、記録媒体の分離性を向上させることが可能な定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、加熱源によって加熱される定着部材と、当該定着部材を加圧する加圧部材を備え、前記定着部材と前記加圧部材との間に形成された定着ニップに記録媒体を通過させることにより、当該記録媒体上の未定着画像を記録媒体に定着させる定着装置において、前記定着部材及び前記加圧部材は、それぞれ芯材とその芯材の表面に配設された弾性層を有すると共に、各弾性層の厚さを軸方向又は長手方向に渡って変化させて表面がクラウン状に形成されたクラウン部と、表面が逆クラウン状に形成された逆クラウン部を、それぞれ少なくとも１つずつ有し、前記定着部材と前記加圧部材の前記クラウン部と前記逆クラウン部とを対応させて前記定着ニップを形成した定着装置であって、前記定着部材の前記クラウン部と前記逆クラウン部のそれぞれの表面温度を検知する温度検知手段と、前記クラウン部と前記逆クラウン部における表面温度差に基づいて前記定着部材の蓄熱量を調整する制御手段を備えたものである。
【０００９】
請求項１の発明によれば、定着部材と加圧部材のクラウン部と逆クラウン部を対応させて定着ニップを形成しているため、定着ニップは湾曲して形成される。画像の定着を行う際、湾曲した定着ニップに記録媒体が侵入することによって、記録媒体も湾曲した状態となる。このように、記録媒体を湾曲させることにより、記録媒体の見かけ上の剛性を向上させて定着ニップから搬出することができ、記録媒体を定着ニップから搬出する際に、記録媒体が定着部材に巻き付くことを抑制することが可能となる。
【００１０】
また、クラウン部と逆クラウン部を対応させるによって、定着ニップにおける接触圧のばらつきを抑制することができる。これにより、定着した画像に光沢度ムラが発生するなどの不具合を抑制することができ、良好な画像形成を実現することができる。
【００１１】
また、請求項１の発明では、定着部材と加圧部材のそれぞれの弾性層の厚さを変化させてクラウン部と逆クラウン部を形成しているので、対応するクラウン部と逆クラウン部との間に軸方向のずれが生じても、定着ニップにおける接触圧のばらつきを低減することができ、光沢度ムラの発生を抑制することが可能である。
【００１２】
また、クラウン部と逆クラウン部における表面温度差に基づいて定着部材の蓄熱量を調整することにより、記録媒体が定着ニップを通過した際、定着ニップにおいて記録媒体に熱量を十分に与えることができるようになる。これにより、画像の光沢度を全体的に上げることができ、光沢度差を視覚的に認識されないようにすることができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記制御手段は、前記クラウン部と前記逆クラウン部における表面温度差に基づいて前記定着部材の定着設定温度を変更するように構成されたものである。
【００１４】
クラウン部と逆クラウン部における表面温度差に基づいて定着部材の定着設定温度を変更することにより、画像の光沢度差をなくすために必要な蓄熱量を確保することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記制御手段は、前記クラウン部と前記逆クラウン部における表面温度差に基づいて前記定着部材を加熱しつつ空転させる時間を決定するように構成されたものである。
【００１６】
クラウン部と逆クラウン部における表面温度差に基づいて定着部材を加熱しつつ空転させる時間を決定することにより、画像の光沢度差をなくすために必要な蓄熱量を確保することができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記制御手段は、前記クラウン部と前記逆クラウン部における表面温度差に基づいてシステム速度を変更するように構成されたものである。
【００１８】
クラウン部と逆クラウン部における表面温度差に基づいてシステム速度を変更することにより、画像の光沢度差をなくすために必要な蓄熱量を確保することができる。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置において、所定時間異常停止した状態から再駆動する際、前記定着部材を加熱しつつ所定時間空転させるように構成したものである。
【００２０】
所定時間異常停止した状態から再駆動させる場合は、定着装置の温度分布が適正でないため、定着部材を加熱しつつ空転させることにより、良好な画像が得られる定着温度にすることが可能である。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置において、前記クラウン部及び前記逆クラウン部を、前記定着部材及び前記加圧部材の少なくとも記録媒体の最大通過幅全体に対応する部分に渡って配設したものである。
【００２２】
クラウン部及び逆クラウン部を、定着部材及び加圧部材の少なくとも記録媒体の最大通過幅全体に対応する部分に渡って配設することにより、記録媒体を湾曲させて定着ニップから搬出することができ、記録媒体の定着部材への巻き付きを抑制することができる。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の定着装置において、前記定着部材と前記加圧部材を互いに圧接させた負荷状態において、前記定着ニップにおける前記クラウン部の頂部と前記逆クラウン部の底部との高低差を、０．１６ｍｍ以上であって０．８ｍｍ以下に設定したものである。
【００２４】
定着部材と加圧部材を互いに圧接させた上記負荷状態において、定着ニップにおけるクラウン部の頂部と逆クラウン部の底部との高低差が０．１６ｍｍ未満となると、定着ニップにおいて記録媒体の湾曲量が少なくなり、記録媒体を良好に分離させるために必要な記録媒体の見かけ上の剛性が得られなくなる虞がある。そのため、クラウン部の頂部と逆クラウン部の底部との高低差を０．１６ｍｍ以上に設定することによって、記録媒体の見かけ上の剛性を十分に確保し、記録媒体の定着部材への巻き付きを確実に抑制することができる。一方、上記負荷状態において、定着ニップにおけるクラウン部の頂部と逆クラウン部の底部との高低差が０．８ｍｍを越えると、クラウン部と逆クラウン部における回転速度差が大きくなり記録媒体にシワが発生する虞がある。そのため、クラウン部の頂部と逆クラウン部の底部との高低差を０．８ｍｍ以下に設定することによって、記録媒体にシワを発生させずに搬出することができ、良好な画像形成を行うことができる。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の定着装置において、前記定着部材と前記加圧部材のそれぞれの軸方向又は長手方向の同じ側の端部を、軸方向又は長手方向に位置決めすると共に、前記定着部材と前記加圧部材のそれぞれの前記位置決めされた端部と反対側の端部を軸方向又は長手方向に変位可能に構成したものである。
【００２６】
定着部材と加圧部材のそれぞれの同じ側の端部を軸方向又は長手方向に位置決めし、それと反対側の端部を軸方向又は長手方向に変位可能に構成しているので、定着部材に熱膨張による伸長が生じても、定着部材と加圧部材を同じ端部側に伸長（変位）させることが可能となる。これにより、熱膨張によるクラウン部と逆クラウン部との間の位置ずれを低減することができ、定着ニップにおける接触圧にばらつきを抑制することができる。
【００２７】
請求項９の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成装置である。
【００２８】
本発明に係る定着装置を画像形成装置に適用可能である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、記録媒体を定着装置から搬出する際に、記録媒体の見かけ上の剛性を向上させて記録媒体が定着部材に巻き付くことを抑制することができる。これにより、記録媒体がジャム化する等の不具合の発生を抑制することができ、信頼性の高い定着装置及び画像形成装置を提供することができる。また、本発明は、定着ニップにおける接触圧のばらつきを抑制することができる。これにより、定着した画像に光沢度ムラ等が発生することを抑制することができ、良好な画像形成を維持することが可能である。また、本発明によれば、クラウン部と逆クラウン部の温度差に基づいて定着部材の蓄熱量を制御することにより、光沢度差をなくして良好な画像を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る定着装置の概略構成図である。
【図３】定着ローラの断面図である。
【図４】加圧ローラの断面図である。
【図５】定着ローラと加圧ローラを圧接した状態の断面図である。
【図６】クラウン部と逆クラウン部の振幅及び高低差を説明するための模式図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る定着装置の概略構成図である。
【図８】定着ローラを加圧パッドで加圧した状態の断面図である。
【図９】記録用紙の見かけ上の剛性の測定方法を説明するための図である。
【図１０】定着ニップの湾曲数と記録用紙の見かけ上の剛性との関係を示すグラフである。
【図１１】記録用紙の分離性を比較する試験結果を示すグラフであって、（Ａ）はクラウン部と逆クラウン部をいずれか１つのみ有する場合の試験結果を示し、（Ｂ）はクラウン部と逆クラウン部をそれぞれ１つずつ有する場合の試験結果を示す。
【図１２】ローラの軸方向に渡って圧力差が生じている状態を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例に係る定着ローラと加圧ローラを軸方向にずらした状態を示す図である。
【図１４】比較例に係る定着ローラと加圧ローラを軸方向にずらした状態を示す図である。
【図１５】本発明の実施例と比較例のそれぞれにおけるずれ量に対する圧力差を示すグラフである。
【図１６】圧力差と光沢度差の関係を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施例と比較例のそれぞれにおけるずれ量に対する光沢度差を示すグラフである。
【図１８】本発明に係る定着ローラの簡略図である。
【図１９】クラウン部と逆クラウン部のそれぞれの表面温度にばらつきが生じる場合を説明するための図である。
【図２０】定着ローラのクラウン部と逆クラウン部の表面温度を検知する温度検知装置を設けた構成を示す図である。
【図２１】温度差と蓄熱量の関係を示すグラフである。
【図２２】温度差と空転時間との関係を示すグラフである。
【図２３】温度差とシステム速度との関係を示すグラフである。
【図２４】定着ローラに記録用紙が巻き付く作用を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００３２】
図１は、本発明に係るカラー画像形成装置を示す概略構成図である。図１に示す本発明の画像形成装置１は、タンデム型のカラープリンタである。この画像形成装置１の本体の上方にあるボトル収容部２には、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した４つのトナーボトル２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋが着脱自在（交換自在）に設置されている。ボトル収容部２の下方には中間転写ユニット３が配設されている。その中間転写ユニット３の中間転写ベルト３０に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが並設されている。
【００３３】
各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ、像担持体としての感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設されている。また、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部６、現像部７、クリーニング部８、除電部（図示省略）等が配設されている。そして、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）が行われて、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像が形成されることになる。
【００３４】
感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、図示しない駆動モータによって図１中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部６の位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が一様に帯電される（帯電工程）。その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、露光部９から発せられたレーザ光の照射位置に達して、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される（露光工程）。
【００３５】
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、現像部７との対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される（現像工程）。その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、中間転写ベルト３０及び１次転写バイアスローラ３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト３０上に転写される（１次転写工程）。このとき、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
【００３６】
その後、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、クリーニング部８との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に残存した未転写トナーがクリーニング部８のクリーニングブレードによって機械的に回収される（クリーニング工程）。最後に、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、図示しない除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上で行われる一連の作像プロセスが終了する。
【００３７】
その後、現像工程を経て各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト３０上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト３０上にカラー画像が形成される。ここで、中間転写ユニット３は、中間転写ベルト３０、４つの１次転写バイアスローラ３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ、２次転写バックアップローラ３２、クリーニングバックアップローラ３３、テンションローラ３４、中間転写クリーニング部３５等で構成される。中間転写ベルト３０は、３つのローラ３２〜３４によって張架・支持されると共に、１つのローラ３２の回転駆動によって図１中の矢印方向に無端移動される。
【００３８】
４つの１次転写バイアスローラ３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト３０を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。そして、中間転写ベルト３０は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト３０上に重ねて１次転写される。
【００３９】
その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト３０は、２次転写ローラ３６との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ３２が、２次転写ローラ３６との間に中間転写ベルト３０を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト３０上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体としての記録用紙Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト３０には、記録用紙Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。その後、中間転写ベルト３０は、中間転写クリーニング部３５の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト３０上の未転写トナーが回収される。こうして、中間転写ベルト３０上で行われる一連の転写プロセスが終了する。
【００４０】
ここで、２次転写ニップの位置に搬送された記録用紙Ｐは、画像形成装置１の本体の下方に配設された給紙部１０から、給紙ローラ１１やレジストローラ対１２等を経由して搬送されたものである。詳しくは、給紙部１０には、記録用紙Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ１１が図１中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録用紙Ｐがレジストローラ対１２のローラ間に向けて給送される。
【００４１】
レジストローラ対１２に搬送された記録用紙Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対１２のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト３０上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対１２が回転駆動されて、記録用紙Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録用紙Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。
【００４２】
その後、２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された記録用紙Ｐは、定着装置２７の位置に搬送される。定着装置２７は、定着ニップを形成する一対のニップ形成部材として、例えば、定着部材である定着ローラ６１と、加圧部材である加圧ローラ６２とを有している。定着ローラ６１と加圧ローラ６２が圧接した定着ニップに記録用紙Ｐが搬入されることによって、表面に転写されたカラー画像が記録用紙Ｐ上に定着される。その後、記録用紙Ｐは、排紙ローラ対１３のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対１３によって装置外に排出された記録用紙Ｐは、出力画像として、スタック部１４上に順次スタックされる。こうして、画像形成装置における一連の画像形成プロセスが完了する。
【００４３】
次に、図２に基づいて、上記定着装置２７の基本構成及び基本動作について説明する。
図２に示すように、定着ローラ６１は、円筒状に形成された金属製の芯材６１ａと、その芯材６１ａの外周面を被覆する弾性層６１ｂと、その弾性層６１ｂの外周面を被覆する離型層６１ｃを有する。同様に、加圧ローラ６２も、円筒状に形成された金属製の芯材６２ａと、その芯材６２ａの外周面を被覆する弾性層６２ｂと、その弾性層６２ｂの外周面を被覆する離型層６２ｃを有する。定着ローラ６１と加圧ローラ６２の各芯材６１ａ，６２ａは鉄やアルミニウム等の金属体で構成されている。また、各ローラ６１，６２の弾性層６１ｂ，６２ｂは厚さ０．３〜２．５ｍｍ程度のシリコンゴム等で構成され、離型層６１ｃ，６２ｃは厚さ５０μｍ以下のＰＦＡチューブ等で構成される。また、各芯材６１ａ，６２ａと各弾性層６１ｂ、６２ｂの間には、互いを接着する図示しない接着剤（接着剤層）が配設されている。この接着剤は、例えば、耐熱が２５０℃程度で厚みが５０μｍに設定されている。
【００４４】
加圧ローラ６２は、加圧手段としての図示しないバネ等によって定着ローラ６１に加圧されており、それらの加圧箇所には定着ニップＮが形成されている。この定着ニップＮにおける記録媒体通過方向のニップ幅（図２の矢印Ａ方向の幅）は、６ｍｍ程度である。定着ローラ６１の内部には、加熱源としてのヒータランプ６３が軸方向に渡って配設されており、ヒータランプ６３が発熱することによって定着ローラ６１が加熱されるようになっている。また、定着ローラ６１の周囲には、定着ローラ６１の表面温度を検知する温度検知装置６４が配設してある。図示しない制御装置が、温度検知装置６４が検知した定着ローラ６１の表面温度に基づいて加熱源６３の発熱量を制御することにより、定着ローラ６１の表面温度が所定の定着温度となるように構成されている。また、定着ローラ６１は図示しない駆動手段によって図の時計回りに回転駆動するようになっている。一方、加圧ローラ６２は、定着ローラ６１の回転駆動によって、図の反時計回りに従動回転するようになっている。
【００４５】
本実施形態に係る定着装置２７によって画像の定着を行う場合は、ヒータランプ６３を発熱させて、定着ローラ６１を加熱する。このとき、図示しない制御装置が温度検知装置６４の検知温度に基づいてヒータランプ６３の発熱量を制御し、定着ローラ６１の表面温度が所定の温度（定着温度）となるようにする。そして、未定着のトナー画像Ｔが形成された記録用紙Ｐが矢印Ａの方向に搬送され、その記録用紙Ｐが回転駆動する定着ローラ６１と従動回転する加圧ローラ６２との間の定着ニップＮに侵入すると、定着ローラ６１と加圧ローラ６２によって記録用紙Ｐが加熱及び加圧され、未定着トナー画像Ｔが記録用紙Ｐに定着される。
【００４６】
以下、定着装置２７の特徴部分について説明する。
図３は、定着ローラ６１を軸方向に切断した断面図である。図３に示すように、定着ローラ６１の芯材６１ａと離型層６１ｃは、軸方向に渡って均一な厚さに形成されているが、弾性層６１ｂは、軸方向に渡って厚くなったり薄くなったりを繰り返すように形成されている。このように、弾性層６１ｂの厚さを軸方向に渡って変化させることによって、定着ローラ６１の外周面は軸方向に渡って波打つように湾曲して形成されている。言い換えれば、定着ローラ６１は、外周面（表面）がクラウン状に形成されたクラウン部Ｃ１（表面凸部）と、外周面が逆クラウン状に形成された逆クラウン部Ｃ２（表面凹部）を、軸方向に渡って交互に有している。詳しくは、クラウン部Ｃ１では、軸方向の両端へ向かってローラの径が小さくなるように形成され、逆クラウン部Ｃ２では、軸方向の両端へ向かってローラの径が大きくなるように形成されている。
【００４７】
図４は、加圧ローラ６２を軸方向に切断した断面図である。図４に示すように、加圧ローラ６２も、上記定着ローラ６１と同様に、芯材６２ａと離型層６２ｃは、軸方向に渡って均一な厚さに形成されているが、弾性層６２ｂが軸方向に渡って厚くなったり薄くなったりを繰り返すように形成されている。このように、弾性層６２ｂの厚さを軸方向に渡って変化させることによって、加圧ローラ６２の外周面は軸方向に渡って波打つように湾曲して形成されている。すなわち、加圧ローラ６２も、外周面（表面）がクラウン状に形成されたクラウン部Ｄ１（表面凸部）と、外周面が逆クラウン状に形成された逆クラウン部Ｄ２（表面凹部）を、軸方向に渡って交互に有している。従って、加圧ローラ６２において、クラウン部Ｄ１では、軸方向の両端へ向かってローラの径が小さくなるように形成され、逆クラウン部Ｄ２では、軸方向の両端へ向かってローラの径が大きくなるように形成されている。
【００４８】
上記クラウン部Ｃ１，Ｄ１及び上記逆クラウン部Ｃ２，Ｄ２は、例えば、軸方向に渡って円弧状やｓｉｎ曲線状などの曲線形状に形成される。また、本実施形態では、クラウン部Ｃ１，Ｄ１及び逆クラウン部Ｃ２，Ｄ２は、各ローラ６１，６２の少なくとも記録媒体（記録用紙）の最大通過幅Ｗの全体に対応する部分に渡って配設されている。あるいは、クラウン部Ｃ１，Ｄ１及び逆クラウン部Ｃ２，Ｄ２を、前記最大通過幅Ｗの一部に対応する部分にのみ配設してもよい。また、クラウン部Ｃ１，Ｄ１と逆クラウン部Ｃ２，Ｄ２の間に、軸方向に沿ったストレート部を形成してもよい。なお、クラウン部Ｃ１，Ｄ１及び逆クラウン部Ｃ２，Ｄ２の個数は、それぞれ１つ以上であれば特に限定しない。
【００４９】
図５は、定着ローラ６１と加圧ローラ６２を圧接した状態の断面図である。ただし、この図において加圧ローラ６２を定着ローラ６１へ押圧する手段は図示していない。
図５に示すように、定着ローラ６１と加圧ローラ６２とを互いに圧接した状態では、定着ローラ６１のクラウン部Ｃ１と加圧ローラ６２の逆クラウン部Ｄ２とが対応して配置されると共に、定着ローラ６１の逆クラウン部Ｃ２と加圧ローラ６２のクラウン部Ｄ１とが対応して配置されている。また、各ローラ６１，６２のクラウン部Ｃ１，Ｄ１及び逆クラウン部Ｃ２，Ｄ２は、必ず一方が他方に対応するようにそれぞれの個数を合わせている。
【００５０】
また、図５に示すように、定着ローラ６１と加圧ローラ６２の各両端部は、画像形成装置内に所定間隔をあけて配設された２つの側板７１，７２に取り付けられ支持されている。本実施形態では、定着ローラ６１と加圧ローラ６２の図の左側の端部が軸方向に位置決めされ、それぞれの図の右側の端部が軸方向に変位可能に構成されている。
【００５１】
詳しくは、定着ローラ６１と加圧ローラ６２の各両端部は、２つの側板７１，７２に固定されたボールベアリング等の軸受７３ａ〜７３ｄによって回転可能に支持されている。定着ローラ６１の図の左端部に配設された軸受７３ａは、定着ローラ６１の外周に形成された段部７４と抜け止め輪７５によって挟まれている。これにより、定着ローラ６１の図の左端部は、軸受７３ａに対して軸方向に移動しないように位置決めされている。一方、定着ローラ６１の図の右端部は、軸受７３ｂに対して位置決めされておらず、軸方向に変位可能となっている。また、同様に、加圧ローラ６２の図の左端部に配設された軸受７３ｃは、加圧ローラ６２の外周に形成された段部７６と抜け止め輪７７によって挟まれており、加圧ローラ６２の図の左端部は、軸受７３ｃに対して軸方向に移動しないように位置決めされている。一方、加圧ローラ６２の図の右端部は、軸受７３ｄに対して軸方向に変位可能となっている。
【００５２】
このように、定着ローラ６１と加圧ローラ６２は、それぞれの軸方向の同じ側の端部を、軸方向に位置決めし、その位置決めした端部と反対側の端部を軸方向に変位可能となるように構成されている。これにより、定着ローラ６１が熱膨張によって軸方向に伸長した際、加圧ローラ６２は定着ローラ６１と同方向に伸長するようになっている。また、位置決めする端部又は変位可能な端部は、定着ローラ６１と加圧ローラ６２の同じ側の端部であれば、どちらの端部であってもよい。
【００５３】
図６は、定着ローラ６１又は加圧ローラ６２のクラウン部Ｃ１，Ｄ１と逆クラウン部Ｃ２，Ｄ２を拡大した図である。
図６において、符号Ｓ１はクラウン部Ｃ１，Ｄ１の頂部Ｑにおける高さ（振幅）を示し、符号Ｓ２は逆クラウン部Ｃ２，Ｄ２の底部Ｕにおける高さ（振幅）を示す。また、同図における符号Ｈは、クラウン部Ｃ１，Ｄ１の頂部Ｑと逆クラウン部Ｃ２，Ｄ２の底部Ｕとの高低差を示している。
【００５４】
本発明では、定着ローラ６１と加圧ローラ６２を互いに圧接させた負荷状態において、定着ニップＮにおけるクラウン部と逆クラウン部の上記高低差Ｈは、０．１６ｍｍ以上であって０．８ｍｍ以下に設定されることが望ましい。なお、高低差Ｈをこのように設定した方が望ましい理由については、下記の本発明の作用・効果の説明において詳しく述べる。
【００５５】
上記負荷状態においては、各ローラ６１，６２の弾性層が圧縮されるため、各ローラ６１，６２を圧接させない無負荷状態に比べて、上記高低差は小さくなる。一般に、定着ローラ６１と加圧ローラ６２において、弾性層の圧縮率が２０％を越えると弾性層に塑性変形が生じ、これが画像ノイズや異音の発生原因となるため、弾性層の圧縮率は通常２０％以下となるように設定している。本実施例では、弾性層の圧縮率を２０％と設定しているため、各ローラ６１，６２を圧接した状態での上記高低差Ｈは、無負荷状態での高低差Ｈの８０％となる。従って、圧接しない無負荷状態における高低差Ｈは、圧接する負荷状態における高低差Ｈよりも大きく設定されている。具体的には、弾性層の圧縮率を２０％に設定した本実施例において、無負荷状態での高低差Ｈは負荷状態の高低差（０．１６ｍｍ〜０．８ｍｍ）の１．２５倍になるため、０．２ｍｍ以上であって１ｍｍ以下の範囲内で設定される。
【００５６】
また、この実施例では、定着ローラ６１と加圧ローラ６２における、クラウン部Ｃ１，Ｄ１の高さ（振幅）Ｓ１と、逆クラウン部Ｃ１，Ｄ２の高さ（振幅）Ｓ２は、同じ値に設定されているため、無負荷状態における各高さＳ１，Ｓ２は、上記無負荷状態における高低差Ｈ（０．２ｍｍ〜１ｍｍ）の２分の１の範囲内に設定される。従って、無負荷状態における各高さＳ１，Ｓ２は、それぞれ０．１ｍｍ以上であって０．５ｍｍ以下の範囲内で設定されている。
【００５７】
また、定着ローラ６１及び加圧ローラ６２の製品硬度は、８０度以下に設定されている。ここで、「製品硬度」とは、定着ローラ又は加圧ローラ等のニップ形成部材を製品として構成された状態で、その表面硬度を測定したときの値である。
【００５８】
また、画像の定着処理を行わない待機状態では、定着ローラ６１と加圧ローラ６２の同じ箇所が長時間に亘って加圧された状態で保持されることによる弾性層の塑性変形を防止するために、所定時間ごとに（例えば１時間ごとに）定着ローラ６１と加圧ローラ６２を回転（例えば１２０度）させて互いの加圧箇所を変更するように制御している。
【００５９】
図７及び図８に、本発明の他の実施形態に係る定着装置の構成を示す。
まず、図７に基づいて、この定着装置の基本構成及び基本動作について説明する。
図７に示すように、本実施形態の定着装置２７は、定着部材としての定着ローラ６１と、加圧部材としての加圧ベルト６５及び加圧パッド６６と、定着ローラ６１内に配設されたヒータランプ６３と、定着ローラ６１の表面温度を検知する温度検知装置６４を備えている。定着ローラ６１と加圧ベルト６５とが互いに圧接する箇所には定着ニップＮが形成されている。
【００６０】
加圧ベルト６５は、ポリイミドフィルム等から成る無端状のベルト部材によって構成されている。加圧パッド６６は、シリコンゴム等から成る弾性層６６ｂと、その弾性層６６ｂを保持する芯材６６ａによって構成されている。加圧パッド６６の弾性層６６ｂは加圧ベルト６５の内周面に接触しており、この状態で加圧パッド６６は図示しない付勢手段によって定着ローラ６１側へ付勢されている。これにより、加圧パッド６６は加圧ベルト６５の内周面を押圧してそれを定着ローラ６１に圧接させ、それらが互いに圧接した圧接部に定着ニップＮを形成している。
【００６１】
定着ローラ６１は、図２において説明した上記実施形態と同様に、円筒状に形成された金属製の芯材６１ａと、その芯材６１ａの外周面を被覆する弾性層６１ｂと、その弾性層６１ｂの外周面を被覆する離型層６１ｃを有している。
【００６２】
この定着装置において画像の定着処理を行う場合は、ヒータ６３を発熱させて、定着ローラ６１を加熱する。このとき、図示しない制御装置が温度検知装置６４の検知温度に基づいてヒータ６３の発熱量を制御し、定着ローラ６１の表面温度が所定の温度（定着温度）となるようにする。そして、未定着のトナー画像Ｔが形成された記録用紙Ｐが矢印Ａの方向に搬送され、回転する定着ローラ６１と加圧ベルト６５との間の定着ニップＮに侵入させる。これにより、記録用紙Ｐが定着ローラ６１と加圧ベルト６５によって加熱及び加圧され、未定着トナー画像Ｔが記録用紙Ｐに定着される。
【００６３】
次に、図８に基づいて、本実施形態に係る定着装置２７の特徴部分について説明する。
図８に示すように、本実施形態に係る定着ローラ６１は、図３に示す定着ローラ６１と同様に構成されている。従って、図８に示す定着ローラ６１は、外周面がクラウン状に形成されたクラウン部Ｃ１（表面凸部）と、外周面が逆クラウン状に形成された逆クラウン部Ｃ２（表面凹部）を、それぞれ少なくとも１つずつ有している。また、この定着ローラ６１は、上記本発明の実施形態と同様に、弾性層６１ｂの厚さを軸方向に渡って変化させることにより、クラウン部Ｃ１と逆クラウン部Ｃ２が形成されている。
【００６４】
加圧パッド６６は、加圧ベルト６５を押圧する押圧面６６０に、表面がクラウン状に形成されたクラウン部Ｅ１と、表面が逆クラウン状に形成された逆クラウン部Ｅ２（表面凹部）を、長手方向に渡って交互に有している。本実施形態では、押圧面６６０には、複数のクラウン部Ｅ１と複数の逆クラウン部Ｅ２が長手方向に交互に連続して配設されており、押圧面６６０は、全体として長手方向に波打つように形成されている。また、図８に示すように、加圧パッド６６は、弾性層６６ｂの厚さを長手方向に変化させて、押圧面６６０にクラウン部Ｅ１と逆クラウン部Ｅ２とを形成している。
【００６５】
また、図８において、クラウン部Ｅ１と逆クラウン部Ｅ２は、加圧パッド６６の少なくとも記録媒体の最大通過幅Ｗの全体に対応する部分に渡って配設されているが、クラウン部Ｅ１と逆クラウン部Ｅ２を、記録媒体の最大通過幅Ｗの一部に対応する部分にのみ配設してもよい。
【００６６】
加圧パッド６６によって加圧ベルト６５を定着ローラ６１へ圧接させた状態で、定着ローラ６１のクラウン部Ｃ１と加圧パッド６６の逆クラウン部Ｅ２を対応させて配設すると共に、定着ローラ６１の逆クラウン部Ｃ２と加圧パッド６６のクラウン部Ｅ１を対応させて配設している。このように配設された定着ローラ６１及び加圧パッド６６によって加圧ベルト６５が挟まれることにより、その挟まれた箇所において、加圧ベルト６５は波打つように形成される。
【００６７】
なお、定着ローラ６１が有するクラウン部Ｃ１及び逆クラウン部Ｃ２の個数、加圧パッド６６が有するクラウン部Ｅ１及び逆クラウン部Ｅ２の個数は、それぞれ１つ以上であれば特に限定しない。ただし、加圧パッド６６によって加圧ベルト６５を定着ローラ６１へ圧接させた状態で、定着ローラ６１と加圧パッド６６のクラウン部Ｃ１，Ｅ１及び逆クラウン部Ｃ２，Ｅ２は、必ず一方が他方に対応するようにそれぞれの個数を合わせている。
【００６８】
また、本実施形態においても、定着ローラ６１及び加圧パッド６６のクラウン部Ｃ１，Ｅ１及び逆クラウン部Ｃ２，Ｅ２の形状は、軸方向に渡って円弧状やｓｉｎ曲線状などの曲線形状に形成される。
【００６９】
また、上記本発明の実施形態と同様に、定着ローラ６１と加圧パッド６６とを加圧ベルト６５を介して互いに圧接させた負荷状態において、定着ニップＮにおけるクラウン部と逆クラウン部の高低差は、０．１６ｍｍ以上であって０．８ｍｍ以下に設定されることが望ましい。なお、加圧パッド６６と定着ローラ６１を圧接した負荷状態において弾性層の圧縮率を２０％と設定している場合は、無負荷状態での高低差は負荷状態の高低差（０．１６ｍｍ〜０．８ｍｍ）の１．２５倍になるため、０．２ｍｍ以上であって１ｍｍ以下の範囲内で設定される。
【００７０】
図８において、定着ローラ６１と加圧パッド６６の画像形成装置に対する取付構造は図示省略しているが、定着ローラ６１と加圧パッド６６は、それぞれの同じ側の端部が軸方向又は長手方向に位置決めされ、それぞれの位置決めされた端部と反対側の端部が軸方向又は長手方向に変位可能に構成されている。
【００７１】
以下、本発明の特徴部分の作用・効果について説明する。
上述のように、本発明の各実施形態に係る定着装置では、定着ニップが波打つように湾曲して形成されるため、記録用紙が定着ニップに侵入した際に、記録用紙も定着ニップに沿って波打つように湾曲される。このように、記録用紙を湾曲させた場合は、湾曲させない場合に比べて、記録用紙の見かけ上の剛性を大幅に向上させることが可能である。これにより、本発明に係る定着装置では、定着ニップから記録用紙を搬出する際に、記録用紙の見かけ上の剛性を向上させることができ、記録用紙が定着ローラに巻き付くのを抑制することができる。
【００７２】
また、本発明者は、定着ニップの湾曲数が、定着ニップから搬出される記録用紙の見かけ上の剛性の大きさに影響していると考え、それらの関係を調べる試験をした。以下、その試験について詳しく説明する。
【００７３】
本試験では、図５に示す本発明の実施形態と同様の構成であって、クラウン部と逆クラウン部をそれぞれ３個ずつ有するタイプと、それぞれ７個ずつ有するタイプの２タイプを用意した。また、従来のタイプとして、クラウン部及び逆クラウン部を有しない定着ローラと加圧ローラを備えた定着装置を用意した。本発明の各タイプにおいて、クラウン部及び逆クラウン部の無負荷状態での振幅（高さ）は０．２ｍｍに設定した。そして、各定着装置において、坪量（単位面積当たりの重量）が６４ｇ／ｍ2、６９ｇ／ｍ2、９０ｇ／ｍ2である各種用紙を搬出したときの各種用紙の見かけ上の剛性を測定した。
【００７４】
前記各種用紙の見かけ上の剛性の測定方法について簡単に説明する。まず、図９に示すように、記録用紙Ｐを定着ローラ６１と加圧ローラ６２の間の定着ニップＮを通過させ、記録用紙Ｐの前方の端部に変位測定装置７０からのレーザ光Ｌが照射されたら記録用紙Ｐの搬送を停止する。停止した記録用紙Ｐの振動が無くなってから、撓んだ記録用紙Ｐに変位測定装置７０からレーザ光Ｌを照射し、その記録用紙Ｐの変位を測定する。その後、記録用紙Ｐを所定距離だけ進行させて、再び記録用紙Ｐにレーザ光Ｌを照射し、その変位を測定する。そして、得られた記録用紙Ｐの変位から記録用紙Ｐの見かけ上の剛性を算出する。
【００７５】
図１０に、定着ニップの湾曲数と各種用紙の見かけ上の剛性との関係を示すグラフを示す。図１０において、縦軸は記録用紙の見かけ上の剛性を表し、横軸は定着ニップの湾曲数を表している。ここでは、定着ニップの湾曲数を、クラウン部と逆クラウン部の個数で表している。つまり、クラウン部及び逆クラウン部が無い場合は定着ニップの湾曲数は０、クラウン部と逆クラウン部を３個ずつ有する場合は定着ニップの湾曲数は３と表している。また、同図において、▲でプロットしたのは坪量が９０ｇ／ｍ2の記録用紙の測定値、■でプロットしたのは坪量が６９ｇ／ｍ2の記録用紙の測定値、●でプロットしたのは坪量が６４ｇ／ｍ2の記録用紙の測定値である。
【００７６】
図１０のグラフを見れば、定着ニップの湾曲が０である従来の定着装置を使用した場合に比べて、定着ニップの湾曲数が３又は７である本発明の定着装置を使用した場合は、各種用紙の見かけ上の剛性が大きくなっていることが分かる。さらに、定着ニップの湾曲数が３の場合より７の場合の方が記録用紙の見かけ上の剛性が大きいことから、定着ニップの湾曲数が多いほど各種用紙の見かけ上の剛性を大きくする効果があると推察される。なお、図１０に示す試験結果は、本発明の一実施形態における記録用紙の見かけ上の剛性の向上効果を示すものであるが、それ以外の本発明の実施形態においても同様の効果が得られる。
【００７７】
また、上述したように、クラウン部の頂部と、逆クラウン部の底部との高低差を、圧接時の負荷状態において０．１６ｍｍ以上とするのが好ましいのは、高低差が０．１６ｍｍ未満となると、定着ニップにおいて記録用紙の湾曲量が少なくなり、記録用紙を良好に分離させるために必要な記録用紙の見かけ上の剛性が得られなくなるからである。また、高低差を０．８ｍｍ以下とするのが好ましいのは、高低差が０．８ｍｍを越えると、クラウン部と逆クラウン部における回転速度差が大きくなり記録用紙にシワが発生する虞があるからである。従って、クラウン部と逆クラウン部との高低差を、０．１６ｍｍ以上であって０．８ｍｍ以下に設定することによって、記録用紙の見かけ上の剛性を十分に確保して記録用紙の定着ローラへの巻き付きを確実に抑制することができると共に、記録用紙にシワが発生するのを抑制して良好な画像形成を行うことが可能となる。
【００７８】
また、本発明者は、定着ローラ及び加圧ローラが、クラウン部と逆クラウン部をいずれか１つのみ有する場合と、クラウン部と逆クラウン部をそれぞれ１つずつ有する場合において、記録用紙の分離性を比較する試験を行った。その結果を図１１に示す。
【００７９】
図１１において、（Ａ）はクラウン部と逆クラウン部をいずれか１つのみ有する場合の試験結果を示し、（Ｂ）はクラウン部と逆クラウン部をそれぞれ１つずつ有する場合の試験結果を示す。また、図１１（Ａ）（Ｂ）において、縦軸は記録用紙の見かけ上の剛性を表し、横軸は定着ローラと加圧ローラとを圧接した状態（負荷状態）の定着ニップにおけるクラウン部及び逆クラウン部の高低差を表している。また、同図の（Ａ）（Ｂ）において、一点鎖線αは、記録用紙を定着ローラに対して良好に分離することができる場合とできない場合を分ける記録用紙の見かけ上の剛性の境界線を示し、一点鎖線βは、記録用紙にシワが発生する虞がある場合とその虞がない場合を分けるクラウン部と逆クラウン部の高低差の境界線を示す。すなわち、記録用紙の見かけ上の剛性が境界線αより大きい場合、記録用紙は良好に分離することができ、反対に見かけ上の剛性が境界線αより小さい場合は、記録用紙を良好に分離することができない。また、クラウン部及び逆クラウン部の高低差が境界線βより大きい場合は、記録用紙にシワが発生し、反対に高低差が境界線βより小さい場合は、記録用紙にシワが発生しない。
【００８０】
図１１（Ａ）に示すように、クラウン部と逆クラウン部をいずれか１つのみ有する場合は、記録用紙の見かけ上の剛性を境界線αより大きくして記録用紙を良好に分離するためには、上記高低差を約１．６ｍｍより大きく設定しなければならず、記録用紙にシワが発生することが危惧される。これに対し、図１１（Ｂ）に示すクラウン部と逆クラウン部をそれぞれ１つずつ有する場合は、図１１（Ａ）と同じ高低差の値であっても、記録用紙の見かけ上の剛性が大幅に向上していることが分かる。そのため、クラウン部と逆クラウン部をそれぞれ１つずつ有する場合は、図１１（Ｂ）に示すように、記録用紙の見かけ上の剛性を境界線αより大きく設定しつつ、かつ、クラウン部と逆クラウン部の高低差を記録用紙にシワの発生しない約０．７２ｍｍ〜約０．８ｍｍの範囲内で設定することが可能となる。従って、クラウン部と逆クラウン部をそれぞれ１つずつ有する場合は、記録用紙の良好な分離性と、記録用紙にシワを発生させない良好な画像形成の両方を実現することができる。
【００８１】
以上のように、クラウン部と逆クラウン部をそれぞれ１つずつ有する場合は、クラウン部と逆クラウン部をいずれか１つのみ有する場合に比べて、記録用紙の見かけ上の剛性を向上させる効果が著しく大きくなる。そのため、本発明は、定着ローラ及び加圧ローラが、クラウン部と逆クラウン部をそれぞれ少なくとも１つずつ有していることを特徴としている。また、上述したように、クラウン部と逆クラウン部の個数を増やすことにより、記録用紙の見かけ上の剛性を一層高めることができ、分離性をさらに向上させることが可能である。
【００８２】
なお、図１１に示す試験結果は、本発明の一実施形態における記録用紙の見かけ上の剛性の向上効果を示すものであるが、それ以外の本発明の実施形態においても同様の効果を奏することが可能である。
【００８３】
ところで、既に開示されている特開２００５−３５２２９７号公報、特公平７−１０４６３６号公報、特許３１１９４０５号公報、特許３２６７４１６号公報等に記載された定着ローラと加圧ローラは、一方がクラウン部又は逆クラウン部を有するローラで構成され、他方はストレート状のローラで構成されている。この場合、定着ローラと加圧ローラを圧接させると、ストレート状の面に、クラウン形状又は逆クラウン形状の曲面が圧接されるため、定着ニップにおいて接触圧の高い部分と低い部分が生じ、軸方向に渡って接触圧のばらつきが大きくなる。このように定着ニップにおいて接触圧のばらつきが大きいと、画像を定着する際、接触圧が大きい箇所を通過した画像部分は光沢度が高くなり、接触圧が小さい箇所を通過した画像部分は光沢度が低くなる傾向にあるため、画像の光沢度ムラが生じ良好な画像形成ができなくなる不具合が生じる。
【００８４】
これに対し、本発明に係る定着装置は、クラウン部又は凸面部から成る凸形状と、逆クラウン部又は凹面部から成る凹形状を、対応させて定着ニップを形成しているため、定着ニップにおける接触圧のばらつきを抑制することが可能である。これにより、画像の光沢度ムラを抑制して良好な画像形成を実現することが可能である。
【００８５】
このように、本発明では、定着ローラと加圧ローラのそれぞれのクラウン部と逆クラウン部を対応させることによって、定着ニップにおける圧力のばらつきを抑制するようにしている。しかしながら、定着ローラを定着温度まで上昇させると、定着ローラは熱膨張によって軸方向に伸長する。また、加圧ローラも定着ローラからの熱によって軸方向に伸長する。これらのローラの伸長によって互いに対応して配設したクラウン部と逆クラウン部が位置ずれすると、定着ニップにおいて接触圧のばらつきが大きくなる。
【００８６】
図１２は、定着ローラと加圧ローラのそれぞれのクラウン部と逆クラウン部とを軸方向にずらした場合の定着ニップにおける圧力を示すグラフである。クラウン部と逆クラウン部との位置をずらした状態で各ローラを圧接した場合、図１２に示すように、軸方向の一端側から他端側に渡って、圧力の高い部分と低い部分とが交互に発生する。
【００８７】
また、図１３は、本発明に係る定着ローラ６１と加圧ローラ６２を軸方向にずらした状態を示している。図１３に示すように、ストレート状の芯材６１ａ，６２ａ同士の間隔は軸方向に渡って同じであるのに対し、各芯材６１ａ，６２ａの間に介在する各弾性層６１ｂ，６２ｂの厚さの和は軸方向に渡って異なる。具体的には、符号Ｊで示す位置での各弾性層６１ｂ，６２ｂの厚さの和（ｔ１＋ｔ２）は、符号Ｋで示す位置での各弾性層６１ｂ，６２ｂと厚さの和（ｔ３＋ｔ４）よりも大きくなっている。この状態で定着ローラ６１と加圧ローラ６２を圧接すると、符号Ｊの位置における弾性層の圧縮量が符号Ｋの位置における弾性層の圧縮量に比べて大きくなり圧力が高くなる。このように、本発明において、定着ローラ６１と加圧ローラ６２を軸方向にずらして圧接した場合は、弾性層の和に応じて圧力が異なるため、上記軸方向に渡る圧力ムラが発生する。
【００８８】
これに対し、図１４は、比較例の定着ローラ８１と加圧ローラ８２を軸方向にずらした状態を示している。図１４に示す比較例は、本発明と異なり、定着ローラ８１と加圧ローラ８２の各芯材８１ａ，８２ａの厚さを軸方向に渡って変化させてクラウン部と逆クラウン部を形成している。一方、弾性層８１ｂ，８２ｂ及び離型層の厚さは軸方向に渡って均一に形成されている。なお、このような比較例と同様の構成は、例えば特開平７−１２９０１４号公報に記載されている。
【００８９】
図１４に示す比較例においても、定着ローラと加圧ローラを軸方向にずらして圧接すると、軸方向に渡って圧力ムラが発生する。詳しくは、図１４に示すように、各芯材８１ａ，８２ａの間に介在する各弾性層８１ｂ，８２ｂの厚さの和は軸方向に渡って同じであるが、符号Ｑで示す位置での各芯材８１ａ，８２ａ同士の間隔（ｄ１）は、符号Ｕで示す位置での各芯材８１ａ，８２ａ同士の間隔（ｄ２）よりも小さくなっている。このため、各ローラ８１，８２を圧接した場合に符号Ｑの位置における弾性層の圧縮量が符号Ｕの位置における弾性層の圧縮量に比べて大きくなり圧力が高くなる。このように、比較例において、定着ローラ８１と加圧ローラ８２を軸方向にずらして圧接した場合は、芯材同士の間隔に応じて圧力が異なるため、軸方向に渡って圧力ムラが発生する。
【００９０】
以上、図１３と図１４に基づいて説明したように、本発明と比較例のいずれにおいても、クラウン部と逆クラウン部を軸方向にずらした状態で定着ローラと加圧ローラを圧接した場合は、定着ニップにおける圧力が軸方向に渡って異なる。しかしながら、本発明者は、本発明と比較例とでは、各ローラの軸方向のずれ量に対する定着ニップの圧力差が異なることを見出した。
【００９１】
図１５は、本発明と比較例の軸方向のずれ量に対する定着ニップの圧力差を示すグラフである。なお、ここでいう「圧力差」とは、ローラの軸方向に渡って最も圧力が大きい部分と最も圧力が小さい部分との差のことである。また、圧力差が生じた部分の芯材の曲がり量は無視できる程度であるためここでは考慮していない。
【００９２】
図１５を見れば、実線で示す本発明と、破線で示す比較例とでは、同じずれ量であっても本発明の方が比較例よりも生じる圧力差が小さくなっていることが分かる。このように、本発明は比較例に比べ各ローラの軸方向のずれ量に対する圧力差が低減される傾向にある。
【００９３】
また、図１６は、定着ニップにおける上記圧力差と画像の光沢度差との関係を示すグラフである。
図１６に示すように、圧力差が大きくなるに伴って光沢度差大きくなることがわかる。ただし、光沢度差が生じていてもそれが５以下であれば、高光沢画像と低光沢画像のどちらであっても画像ノイズとしてほとんど認識されないことがわかった。すなわち、５以下の光沢度差は、画像品質として許容できる範囲内にあると言える。なお、ここでの「光沢度差」とは、１つの画像中において最も光沢度の高い部分と最も光沢度の低い部分との光沢度の差である。また、この場合の光沢度測定には、日本電色工業社製の光沢計ＰＧ−１Ｍを用いて、測定角（入射角）６０°により計測した。
【００９４】
さらに、上記本発明と上記比較例において、クラウン部と逆クラウン部とを軸方向にずらした場合に生じる光沢度差を調べたところ、図１７のグラフに示すような結果となった。図１７において、実線で示すのが本発明であり、破線で示すのが比較例である。このように、本発明は比較例よりも光沢度差が低くなっている。これは、本発明が比較例に比べてずれ量に対する圧力差が小さくなる傾向にあるため（図１５参照）、これに伴い光沢度差も小さくなったものと考えられる。
【００９５】
以上のように、弾性層の厚さを変化させた本発明では、芯材の厚さを変化させた比較例に比べて、各ローラ間の軸方向のずれに起因する圧力差を低減することができ、画像の光沢度ムラの発生を抑制することが可能である。また、同様に、加圧ローラ６２の代わりに加圧パッド６６と加圧ベルト６５を用いた本発明の実施形態においても、定着ローラ６１と加圧パッド６６のどちらも、弾性層の厚さを軸方向に渡って変化させているので（図８参照）、定着ローラ６１の芯材６１ａや加圧パッド６６の芯材６６ａの厚さを変化させた場合に比べて、軸方向のずれ量に対する定着ニップの圧力差を小さくすることができる。これにより、光沢度ムラの発生を抑制することが可能である。
【００９６】
また、図１７に示すように、本発明は、軸方向のずれ量が±０．５ｍｍ程度までであれば、光沢度差を５以下に抑えることができ、画像ノイズとして認識されない。そこで、本発明の上記実施形態では、定着ローラと加圧ローラのそれぞれの同じ側の端部を軸方向に位置決めすると共に、それぞれの位置決めされた端部と反対側の端部を軸方向に変位可能に構成している。これにより、定着ローラに熱膨張による伸長が生じても、定着ローラと加圧ローラを軸方向の同じ端部側に伸長（変位）させて、クラウン部と逆クラウン部との間の位置ずれを抑制することができ、定着ニップにおける接触圧にばらつきが生じるのを抑制することが可能である。
【００９７】
例えば、線膨張係数が２．４２×１０-6／℃で、長さが２４０ｍｍのアルミ製の芯材を有する本発明の定着ローラを、２０℃から１８０℃まで加熱した場合、熱によって軸方向に０．９３３ｍｍ伸長する。また、加熱ローラも定着ローラとほぼ同じ温度まで加熱されるので、各ローラは１ｍｍ弱伸長する。この場合、定着ローラと加圧ローラのそれぞれの同じ側の端部を位置決めし、それと反対側の端部を変位可能とする上記本発明の構成を採用することにより、各ローラ同士の軸方向のずれ量を０．５ｍｍ以下にすることができた。
【００９８】
以上のように、本発明は、定着ローラと加圧ローラのそれぞれの同じ側の端部を位置決めし、それと反対側の端部を変位可能に構成することによって、熱膨張による各ローラ同士の軸方向のずれを低減することができる。これにより、光沢度ムラの発生をより高度に抑制することが可能となる。また、同様に、加圧ベルト６５と加圧パッド６６を用いた本発明の実施形態においても、定着ローラ６１と加圧パッド６６のそれぞれの同じ側の端部を軸方向に位置決めすると共に、それと反対側の端部を軸方向に変位可能に構成しているので、熱膨張による定着ローラ６１と加圧パッド６６との間の位置ずれを低減することができ、光沢度ムラの発生をより高度に抑制することができる。
【００９９】
以上、定着ニップにおける接触圧のばらつきを抑制することにより、良好な画像形成を行うことについて説明したが、光沢度ムラ等の無い良好な画像形成を行うには、定着ニップにおいて接触圧を均一にする以外に、温度を均一にすることも重要である。しかしながら、本発明の定着装置が備える定着ローラ６１は、クラウン部Ｃ１と逆クラウン部Ｃ２を有していることにより、長手方向に渡って厚さが異なっているため、定着ローラ６１の表面温度に軸方向に渡ってばらつきが生じる虞がある。
【０１００】
例えば、図１８に示すように、厚さが均一な芯材６１ａに厚さの異なる弾性層６１ｂを被覆して構成した定着ローラ６１の内周面を、加熱源としての１本のヒータランプ６３によって軸方向に渡って均一な温度に加熱した場合、そのときのクラウン部Ｃ１の最大厚さ（Ｇ１）の部分と逆クラウン部Ｃ２の最小厚さ（Ｇ２）の部分において、温度が変化する様子を図１９に示す。図１９において、実線はクラウン部Ｃ１の温度を示し、一点鎖線は逆クラウン部Ｃ２の温度を示す。
【０１０１】
定着ローラ６１の内周面を軸方向に渡って均一な温度に加熱した場合、図１９に示すように、クラウン部Ｃ１の内周面の温度Ｔ１と、逆クラウン部Ｃ２の内周面の温度Ｔ２は、同様の値となっている。しかしながら、クラウン部Ｃ１は逆クラウン部Ｃ２に比べて、弾性層６１ｂが厚く形成されているため（Ｇ１＞Ｇ２）、熱が表面にまで伝達されるまでの温度低下量が大きく、クラウン部Ｃ１の表面における温度Ｔ１０は、逆クラウン部Ｃ２の表面における温度Ｔ２０よりも低くなる。このように、クラウン部Ｃ１と逆クラウン部Ｃ２において、表面温度のばらつきが生じると、定着された画像に光沢度ムラが生じ画像品質が低下するといった問題が起こる。
【０１０２】
そこで、本発明は、図２０に示すように、定着ローラ６１のクラウン部Ｃ１と逆クラウン部Ｃ２のそれぞれの表面温度を検知する温度検知手段として、２つの温度検知装置６４Ａ，６４Ｂを設け、これら温度検知装置６４Ａ，６４Ｂの検知温度に基づいて図示しない制御手段により定着ローラ６１への蓄熱（特に、弾性層６１ｂへの蓄熱）を十分に行うようにしている。すなわち、本発明では、各温度検知装置６４Ａ，６４Ｂによって検知した温度差に基づいて蓄熱量を調整し、定着ニップにおいて記録用紙に熱量を十分に与えることにより、画像の光沢度を全体的に上げて、光沢度差を視覚的に認識されないようにする。ただし、熱量を記録用紙に多く与えすぎるとホットオフセットが生じ画像不良が生じるため、ホットオフセットが生じないレベルで蓄熱量を制御する必要がある。ホットオフセットが生じる定着温度の範囲は、トナーの種類や紙種等によって異なるが、例えば、７０ｇ／ｍ2の記録用紙の場合、定着温度が１９０℃を超えるとホットオフセットが生じるので、１４５℃から１９０℃の範囲であれば良好な画像を提供できる。
【０１０３】
上記制御手段によって蓄熱量を調整する方法としては、各温度検知装置６４Ａ，６４Ｂによって検知した温度差に基づいて定着ローラ６１の定着設定温度を変更する方法、前記温度差に基づいて定着ローラ６１を加熱しつつ空転させる時間を決定する方法、前記温度差に基づいてシステム速度を変更する方法とがある。
【０１０４】
なお、図２０では、温度検知装置６４Ａ，６４ｂとして、接触式のものを適用しているが、非接触式のものであってもよい。具体的には、サーミスタやサーモパイル等を適用可能である。
【０１０５】
まず、定着ローラ６１の定着設定温度を変更する方法について説明する。
図２１は、上記温度検知装置６４Ａ，６４Ｂによって検知したクラウン部Ｃ１と逆クラウン部Ｃ２の表面温度差と、光沢度差をなくすために必要な定着ローラ６１の蓄熱量との関係を示すグラフである。図２１において、例えば、温度差がｔ０の場合、定着ローラ６１の定着設定温度を調整して蓄熱量がＱ０となるように制御する。そして、この蓄熱量Ｑ０を確保した状態で定着ニップに通紙することにより、定着ニップにおいて記録用紙に熱量を十分に与えることができるので、画像の光沢度が全体的に上がり、光沢度差を視覚的に認識されないようにすることができる。また、図２１において、温度差がｔ０より小さいｔ１である場合は、ｔ０の場合の蓄熱量Ｑ０に比べて少ない蓄熱量Ｑ１を確保することにより、光沢度差を視覚的に認識できないようにすることが可能である。
【０１０６】
次に、上記定着ローラ６１を加熱しつつ空転させる時間を決定する方法について説明する。
図２２は、温度検知装置６４Ａ，６４Ｂによって検知したクラウン部Ｃ１と逆クラウン部Ｃ２の表面温度差と、光沢度差をなくすために必要な定着ローラ６１等の空転時間との関係を示すグラフである。図２２において、例えば、温度差がｔ０の場合、定着ローラ６１を時間Ｔ０の間、加熱しつつ空転させる。この空転の間、定着ローラ６１への蓄熱が行われると共に、加圧ローラ６２（又は加圧ベルト６５）にも蓄熱される。これにより、空転時間Ｔ０の経過した時点で定着ニップに通紙した際、定着ニップにおいて記録用紙に熱量を十分に与えることができるので、画像の光沢度が全体的に上がり、光沢度差を視覚的に認識されないようにすることができる。また、図２２において、温度差がｔ０より小さいｔ１である場合は、ｔ０の場合の空転時間Ｔ０に比べて少ない時間Ｔ１だけ空転させることにより、光沢度差を視覚的に認識できないようにすることが可能である。また、トナーの種類や定着ローラの弾性層の種類などによって変化するが、温度差と空転時間の一例を挙げると、ｔ０＝１０[℃]、ｔ０＝５[℃]の場合、Ｔ０＝１５[ｓ]、Ｔ１＝６[ｓ]となる。
【０１０７】
また、上記システム速度を変更する方法について説明する。
図２３は、温度検知装置６４Ａ，６４Ｂによって検知したクラウン部Ｃ１と逆クラウン部Ｃ２の表面温度差と、光沢度差をなくすために必要なシステム速度との関係を示すグラフである。ここで、「システム速度」とは、画像を印刷した記録用紙を排出する速度をいう。例えば、２０ｐｐｍ機の場合、１分間に２０枚出力されるので、システム速度は１２０ｍｍ／ｓとされる。図２３において、例えば、温度差がｔ０の場合、システム速度を通常より遅い速度Ｖ０にする。システム速度を遅くすることで、記録用紙が定着ニップに到達する時間が長くなるので、結果として定着ローラ６１への蓄熱が十分に行われる。これにより、定着ニップに通紙した際、記録用紙に熱量を十分に与えることができるので、画像の光沢度が全体的に上がり、光沢度差を視覚的に認識されないようにすることができる。また、図２３において、温度差がｔ０より小さいｔ１である場合は、ｔ０の場合のシステム速度Ｖ０よりも速いシステム速度Ｖ１であっても、光沢度差を視覚的に認識できないようにすることが可能である。
【０１０８】
以上のように、本発明によれば、定着ローラ６１の定着設定温度、空転させる時間、システム速度のいずれかを、クラウン部と逆クラウン部の温度差に基づいて制御することにより、光沢度差をなくして良好な画像を提供することが可能となる。
【０１０９】
また、記録用紙のジャムが発生するなどの異常により、画像形成装置（又は定着装置）が所定時間異常停止した状態から再駆動させる場合は、定着装置の温度分布が適正でないため、定着ローラ６１を加熱しつつ空転させることにより、良好な画像が得られる定着温度にすることが可能である。
【０１１０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。また、本発明の定着装置は、図１に示すカラー画像形成装置に限らず、モノクロ画像形成装置や、その他の複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等にも搭載することが可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
２７    定着装置
６１    定着ローラ（定着部材）
６１ａ  芯材
６１ｂ  弾性層
６１ｃ  離型層
６２    加圧ローラ（加圧部材）
６２ａ  芯材
６２ｂ  弾性層
６２ｃ  離型層
６３    ヒータランプ（加熱源）
６５    加圧ベルト（加圧部材）
６６    加圧パッド（加圧部材）
６６ａ  芯材
６６ｂ  弾性層
Ｃ１    クラウン部
Ｃ２    逆クラウン部
Ｄ１    クラウン部
Ｄ２    逆クラウン部
Ｅ１    クラウン部
Ｅ２    逆クラウン部
Ｗ      記録媒体の最大通過幅
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１２】
【特許文献１】特開２００４−１０９６９７号公報
【図１】
2012027325.tif 000003
【図２】
2012027325.tif 000004
【図３】
2012027325.tif 000005
【図４】
2012027325.tif 000006
【図５】
2012027325.tif 000007
【図６】
2012027325.tif 000008
【図７】
2012027325.tif 000009
【図８】
2012027325.tif 000010
【図９】
2012027325.tif 000011
【図１０】
2012027325.tif 000012
【図１１】
2012027325.tif 000013
【図１２】
2012027325.tif 000014
【図１３】
2012027325.tif 000015
【図１４】
2012027325.tif 000016
【図１５】
2012027325.tif 000017
【図１６】
2012027325.tif 000018
【図１７】
2012027325.tif 000019
【図１８】
2012027325.tif 000020
【図１９】
2012027325.tif 000021
【図２０】
2012027325.tif 000022
【図２１】
2012027325.tif 000023
【図２２】
2012027325.tif 000024
【図２３】
2012027325.tif 000025
【図２４】
2012027325.tif 000026