JP2011048166A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】普通紙と塗工紙の両方に対して、記録材や加熱ニップの条件が多少変化しても、十分なしわの抑制効果を実現できる像加熱装置を搭載した画像形成装置を提供する。
【解決手段】加圧ローラ５２を長手方向の中央部で両端部よりも直径が大きい正クラウン形状とし、定着ローラ５１よりも撓み易く形成する。加圧機構５０は、加圧ローラ５２の両端に印加する総圧力を高めることで、加熱ニップＮの長手方向における両端部の加圧力を中央部よりも高くする第１の加圧モードを設定し、総圧力を低下させることで中央部の加圧力を両端部よりも高くする第２の加圧モードを設定する。制御部６２は、加圧機構５０を制御して普通紙の定着では第１の加圧モードを設定させ、塗工紙の定着では第２の加圧モードを設定させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、加熱処理する記録材の種類に応じて加熱ニップの長手方向の圧力分布を変更可能な像加熱装置を搭載した画像形成装置、詳しくは画像面に塗工層を有する記録材のしわ発生を抑制する制御に関する。

トナー像が転写された記録材を加熱部材と加圧部材の加熱ニップで搬送して記録材にトナー像を熱定着させる定着装置を搭載した画像形成装置が広く用いられている。像加熱装置は、このような定着装置の他に、半定着又は定着済み画像を担持した記録材を加熱処理して光沢度等を調整する画像仕上げ装置を含む。

像加熱装置は、大きな加圧力を印加して記録材を搬送するため、加熱ニップと記録材のわずかな条件の違いで、記録材に各種のしわが発生する。代表的なしわの１つである後端しわは、記録材の中央が両端よりも早く送られて後端中央に形成される。別の１つであるあばらしわは、記録材の両端が早く送られて伸びることにより記録材がワカメ状に変形し、その変形がプレスされて両端に形成される。

そして、近年、厚紙、薄紙、塗工紙といった表面の性質が異なる多種類の記録材が画像形成装置で用いられている。特許文献１には、フルカラー画像の光沢度を画像面全体で均一にするために、画像面に塗工処理をした記録材が示される。このため、普通紙でしわが発生しない加熱ニップでも、このような特殊な記録材に切り替えられると、しわが発生し易くなる場合がある。逆に、特殊な記録材でしわができないように加熱ニップを設計すると、今度は普通紙でしわが発生したり、紙詰まりが発生したりする場合がある。

このような記録材の変更に伴うしわの発生を抑制するために、画像形成装置の像加熱装置には各種の対策が施されている（特許文献２〜４）。

特許文献２には、逆クラウン形状（鼓型）の支持ローラで内側面を支持した定着ベルト（加熱部材）に、正クラウン形状（太鼓型）の加圧ローラ（加圧部材）を圧接して記録材の加熱ニップを形成する像加熱装置が示される。これにより、薄い塗工紙を用いた場合でも、普通紙を用いた場合でも、後端しわとあばらしわの両方を抑制できる。

特許文献３には、加熱部材（定着ローラ）に加圧部材（加圧ローラ）を圧接して形成した加熱ニップの加圧力を二段階に切り替え可能な像加熱装置が示される。ここでは、記録材の厚さと種類とを制御部が自動判別して、厚い記録材の場合には加熱ニップの加圧力を高くし、薄い記録材に対しては加圧力を低下させている。

特許文献４には、加熱部材（定着ローラ）に加圧部材（加圧ローラ）を圧接して形成される加熱ニップの長手方向の圧力分布を複数通りに変更可能な像加熱装置が示される。

特開平５−２１６３２２号公報 特開２００８−４０３１４号公報 特開平５−２９７７６３号公報 特開平９−４４０１６号公報

特許文献２に示されるように、普通紙と塗工紙の両方に対して共通の加熱ニップを適用した場合、普通紙と塗工紙の両方に対して、いずれも十分にはしわの抑制効果を期待できないことが判明した。しわを抑制できる記録材の範囲が狭く、普通紙の摩擦係数が異なったり、塗工紙の厚さを変更したりすると、記録材にしわが発生し易くなる。

塗工紙は、塗工層により表面の平滑性が高いため、加熱ニップで軽微なスリップを伴って加熱ニップを通過して普通紙、厚紙、薄紙とは異なる特殊な挙動を示す。また、塗工層を有し平滑度が高い場合でも、記録材の剛度が高い場合、記録材の変形つまりしわに至らない場合もある。このため、特に塗工紙においては平滑度と剛度により、加熱部材の形状、加圧部材の形状、加熱ニップの圧力分布等の最適な組み合わせが、普通紙、厚紙、薄紙とは大きく異なるからである。

本発明は、普通紙と塗工紙の両方に対して、記録材や加熱ニップの条件が多少変化しても、十分なしわの抑制効果を実現できる像加熱装置を搭載した画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、記録材にトナー像を形成する画像形成手段と、記録材を挟持搬送しながらトナー像を加熱するためのニップ部を形成する一対の回転部材と、前記ニップ部の幅方向両端部の圧力を幅方向中央部よりも高くする第１の加圧モードと前記ニップ部の幅方向中央部の圧力を幅方向両端部よりも高くする第２の加圧モードを含む複数の加圧モードの中から１つを記録材の種類に応じて設定する設定手段とを有するものである。そして、前記設定手段は、記録材のベック平滑度／ガーレー剛度が所定値未満のとき前記第１の加圧モードに設定し、記録材のベック平滑度／ガーレー剛度が所定値以上のとき前記第２の加圧モードに設定する。

本発明の画像形成装置では、ベック平滑度／ガーレー剛度の数値が低い、塗工処理されていない記録材に対しては第１の加圧モードを設定して、加熱ニップの両端部の加圧力を中央部よりも高くすることにより、後端しわの発生を確実に阻止する。

しかし、ベック平滑度／ガーレー剛度の数値が高い、塗工処理がされた記録材に対しては、第２の加圧モードを設定して、加熱ニップの中央部の加圧力を両端部よりも高くするので、第１の加圧モードを設定した場合に比較して、表面のスリップにより発生するしわ発生を抑制できる。

従って、普通紙と塗工紙の両方に対して、適正範囲の中心に加熱ニップの諸条件を設定できるため、記録材や加熱ニップの条件が多少変化しても、十分なしわの抑制効果を実現できる。

画像形成装置の構成の説明図である。 実施例１における定着装置の構成の説明図である。 加圧機構の説明図である。 加熱ニップの長手方向の圧力分布としわ発生の関係の説明図である。 加熱ニップの長手方向の圧力分布と総圧力との関係の説明図である。 第１の加圧モードと第２の加圧モードの説明図である。 実施例１の制御のブロック図である。 実施例１の制御のフローチャートである。 実施例２における定着装置の説明図である。 実施例２における第１の加圧モードと第２の加圧モードの説明図である。 実施例３の画像形成装置の構成の説明図である。 実施例３における定着装置の構成の説明図である。 実施例３における加圧パッド及び板ばね部材の斜視図である。 実施例４における定着装置の構成の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、塗工紙と普通紙とで加熱ニップの長手方向の圧力分布が変更される限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、本発明は、中間転写体方式、記録材搬送体方式、感光体から記録材へ枚葉式にトナー像を転写する方式、タンデム型、１ドラム型、フルカラー、モノクロの区別無く実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

また、画像形成装置に搭載される像加熱装置は、加熱ローラに加圧ローラを圧接した組み合わせに限らず、加熱ベルトに加圧ローラ、加熱ローラに加圧ベルト、加熱ベルトに加圧ベルトの組み合わせでもそれぞれ実施できる。

なお、特許文献１〜４に示される画像形成装置及び像加熱装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

＜実施例１における画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト１３０に沿ってブラックの画像形成部ＰＫを配置した中間転写ベルト方式モノクロプリンタである。

画像形成部ＰＫは、感光ドラム３の周囲に、帯電ローラ２、露光装置５、現像装置１、一次転写ローラ２４、クリーニング装置４を配置している。感光ドラム３は、帯電極性が負極性の感光層を形成した金属円筒で構成され、所定のプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。

帯電ローラ２は、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を印加されて感光ドラム３の表面を一様な負極性の電位に帯電させる。露光装置５は、帯電した感光ドラム３の表面に画像の静電像を書き込む。現像装置１は、二成分現像剤を攪拌して帯電させ、負極性に帯電したトナーで感光ドラム３Ｙの静電像を反転現像する。

一次転写ローラ２４は、中間転写ベルト１３０の内側面を押圧して感光ドラム３と中間転写ベルト１３０との間に一次転写部を形成する。一次転写ローラ２４に正極性の直流電圧を印加することにより、感光ドラム３に担持されたトナー像が中間転写ベルト１３０に一次転写される。クリーニング装置４は、中間転写ベルト１３０への一次転写を逃れて感光ドラム３に連れ回る転写残トナーを回収する。

二次転写ローラ１１は、対向ローラ１４に内側面を支持された中間転写ベルト１３０に当接して二次転写部Ｔ２を形成する。二次転写部Ｔ２は、トナー像を担持した中間転写ベルト１３０に重ね合わせて記録材Ｐを挟持搬送し、二次転写ローラ１１に正極性の直流電圧を印加することで、中間転写ベルト１３０から記録材Ｐへトナー像が二次転写される。

記録材カセット２０から引き出されて分離ローラ２１で１枚ずつに分離された記録材Ｐは、レジストローラ１２で待機し、中間転写ベルト１３０のトナー像にタイミングを合わせて、二次転写部Ｔ２へ送り出される。

二次転写部Ｔ２でトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置９で加熱加圧を受けて、表面にトナー像を定着された後に、排出ローラ２３を通じて筐体外部へ排出される。ベルトクリーニング装置１９は、中間転写ベルト１３０にクリーニングブレードを当接させて、二次転写部Ｔ２を通過して中間転写ベルト１３０に残留した転写残トナーを除去する。

画像形成装置１００は、記録材Ｐとして普通紙を用いる普通紙モードと塗工処理がされた塗工紙を用いる塗工紙モードとを、操作パネル１０６又はパソコンの印刷画面を通じて選択できる。そして、普通紙モードが選択されるとプロセススピードが３００ｍｍ／ｓｅｃに設定されるが、塗工紙モードが選択されるとプロセススピードが普通紙モードの半分の１５０ｍｍ／ｓｅｃに低下される。

＜定着装置＞
図２は実施例１における定着装置の構成の説明図である。図３は加圧機構の説明図である。図４は加熱ニップの長手方向の圧力分布としわ発生の関係の説明図である。

画像形成装置１００は、トナーにより形成された記録材Ｐ上の画像を加熱溶融して記録材に定着させるための定着装置９を備えている。定着装置９は加熱手段を内蔵した加熱部材に加圧部材を所定の圧力で圧接させて記録材の加熱ニップを構成している。そして、未定着トナー像が転写された記録材は、加熱ニップを通して搬送される過程で、加熱部材及び加圧部材から受ける熱と圧力で未定着トナー像を定着画像とする。

図２に示すように、定着装置９は、一対の回転部材の一例である定着ローラ５１と加圧ローラ５２とを圧接して記録材の加熱ニップＮを形成する熱ローラ方式の定着装置である。

定着ローラ５１は、外径がφ４０ｍｍのストレート形状の回転部材（ローラ部材）である。定着ローラ５１は、両端を回転可能に支持された金属の円筒材料からなる芯金７０の表面に３０μｍ厚さのＰＦＡチューブからなる離型層７７を被覆して構成される。芯金７０は、軟鋼を用い、加圧ローラ５２が加圧されたときの撓み、及び熱容量を考慮して０．８ｍｍの厚みである。芯金７０の厚みは、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍが有効であり、０．７ｍｍ〜０．８ｍｍがさらに有効である。

加圧ローラ５２は、長手方向の中央部から両端部に向かって直径が減少する正クラウン形状の回転部材（ローラ部材）であって、長手方向の中央部の外径がφ３５ｍｍ、両端部の外径がφ３３ｍｍである。

加圧ローラ５２は、回転駆動される定着ローラ５１に当接して従動回転する。加圧ローラ５２は、外径φ２０ｍｍの軟鋼の棒状の芯金７３の周囲にシリコンゴムからなる弾性層７２を設け、弾性層７２の表面を５０μｍ厚さのＰＦＡチューブからなる離型層７４で被覆して形成される。

図３に示すように、加圧ローラ５２の両端には、定着ローラ５１に対する加圧力を変更可能な加圧機構５０が配置され、普通紙の定着では、定着ローラ５１に対して総圧１０００Ｎ（１００ＫｇＦ）で加圧される。加圧機構５０は、加圧を行うばね５９の圧縮量を偏心カム６０が変化させることで、定着ローラ５１に対する加圧ローラ５２の加圧力を変化させる。

定着ローラ５１の内部には、定着ローラ５１の内壁面を赤外線加熱する熱源としてのハロゲンランプヒータ５６が非回転に配置されている。定着ローラ５１の表面には、接触式の温度検知を行うサーミスタ５７が配置されている。温度調節回路５８は、サーミスタ５７の検出温度に応じてハロゲンランプヒータ５６への電力供給を制御することにより、定着ローラ５１の表面温度を所定温度（例えば１８０℃）に温調を行って維持する。

定着装置９は、このように加圧力と加熱温度が調整された加熱ニップＮで記録材Ｐの挟持搬送を行うことにより、熱と圧力によってトナーを記録材Ｐに定着させる。

ところで、一般的な定着装置においては、加熱ニップを記録材が搬送されることにより生じる記録材の変形の問題がある。代表的な変形としては、記録材が搬送過程で加熱ニップの長手方向の中央部へ寄ることにより、搬送方向に平行な折れ目ができる後端しわである。後端しわは、一般的に、加熱ニップにおいて中央部より両端部の搬送速度が速くなるようなローラ部材の外観形状を採用することで防止される。加熱ニップを形成する一対のローラ部材の少なくとも一方を、両端部の外径が中央部の外径よりも大きくなる逆クラウン形状、いわゆる鼓形状にすることが実施されている。

ここで、上述したように、特許文献２には、加熱部材と加圧部材の外観形状の組み合わせだけで普通紙と薄い塗工紙の両方で後端しわの抑制を両立できる提案がされている。ここでは、定着ベルトを張架する定着ローラに長手方向の両端部の外径を中央部よりも大きくする逆クラウン形状を採用している。そして、定着ローラに内側面を支持された定着ベルトに圧接して加熱ニップを形成する加圧ローラに長手方向の両端部の外径が中央部より小さい正クラウン形状（又は外径が均一なストレート形状）を採用している。

しかし、特許文献１に示される加熱部材と加圧部材の組み合わせは、塗工紙と普通紙とで後端しわの回避を両立できるクラウン形状の選択範囲が狭い。普通紙と塗工紙とでは後端しわを回避できる加熱部材と加圧部材の外径形状の組み合わせが違っているからである。そのため、ローラ部材の設計と加工に精度が要求され、加圧によるローラ部材の撓み量も厳密に管理する必要がある。また、画像形成の累積に伴うクラウン形状の変化やゴム材料の劣化によっても普通紙又は塗工紙で変形やしわが発生する可能性がある。

さらに、塗工紙は、画像面全体に高い光沢度を付与する使用目的からしても、トナー像の定着処理に関して、高光沢の定着条件が適用されることが多い。高光沢の定着条件では、搬送速度を低下させる（又は加熱部材の温調温度を上げる）ことにより、加熱ニップ内で画像面に与える熱量を増やして、トナーを十分に溶融させて加圧することにより、平滑な定着画像面を形成する。その結果、熱による塗工紙の変形が顕著になるため、後端しわを抑制できるローラ部材の外径形状の選択範囲がさらに狭くなる。

これに対して、特許文献３〜４では、記録材の個別の種類に適合させて加熱ニップの加圧力や長手方向の加圧力分布を最適化することで、記録材のしわ発生を抑制することが提案されている。しかし、特許文献３〜４で課題とされている厚紙、薄紙、封筒等への対応をそのまま利用したのでは、塗工紙でのしわ発生を十分に抑制できない。塗工紙に対しては、これらの記録材とも普通紙とも異なる特殊な加熱ニップの最適化が必要だからである。

一般に表面に塗工層を形成した塗工紙では、表面に接着剤と顔料を含む塗工剤が塗工されているため表面の平滑度が非常に高く、定着ローラの表面との摩擦力が低くなる傾向があり、加熱ニップにおいて非塗工紙とは異なる搬送挙動を示す。接着剤として、一般にビニル系重合体や共重合体類、メチルメタクリレート−ブタジエン系等の合成ゴムラテックス、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、オレフィン−無水マレイン酸樹脂、メラミン樹脂等の合成高分子化合物が挙げられる。また、顔料としては、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、カオリン、焼成カオリン、構造性カオリン、デラミカオリン、タルク、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウムが挙げられる。また、シリカ、アルミノ珪酸マグネシウム、微粒子状珪酸カルシウム、微粒子状炭酸マグネシウム、微粒子状軽質炭酸カルシウム、ホワイトカーボン、ベントナイト、ゼオライト、セリサイト、スメクタイト等の鉱物質顔料も挙げられる。ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリル共重合樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂並びにそれらの微小中空粒子や貫通孔型の有機顔料等も挙げられる。

また、記録材の剛性により同じ搬送挙動を示す記録材においても、記録材の変形つまりしわに至るかどうかが異なる。一般に記録材の剛度が低いほど、しわ発生に至り易い。これらの事象を考慮して実験を行った結果、記録材の平滑度／剛度をパラメーターにしわの発生発生感度があることがわかった。

具体的には、図４に示すように、平滑度／剛度が低い記録材では、普通紙同様に定着ニップ長手方向の両端の圧力を中央に対して高く設定することでしわの発生を回避可能である。一方、平滑度／剛度が高い記録材材では、定着ニップ長手方向の両端部より中央を高く設定することによりしわの発生を回避可能である。また、図４からわかるように、平滑度／剛度が１６５以上４６２以下の範囲では、定着ニップ長手方向の両端部の圧力を中央に対して高く設定しても、両端部より中央を高く設定しても、しわの発生がないことがわかった。

本実験では、以下の物性測定装置を用いてベック平滑度とガーレー剛度とを測定した。また、実験で使用した記録剤は、図４に示す平滑度／剛度が２６以上１５０以下のものは非塗工紙であり、１６５以上のものは塗工紙である。
＜平滑度測定装置＞
熊谷理機工業株式会社製 ベック平滑度試験機 ＨＦ型
測定条件：ＪＩＳ Ｐ ８１１９にて規定された条件
＜剛度測定装置＞
熊谷理機工業株式会社製 ガーレーステフネステスター
測定条件：ＴＡＰＰＩ Ｔ−５４３ｐｍ−８４

通常、非塗工紙である普通紙においては、ニップ部（Ｎ）の幅方向両端部の圧力を幅方向中央部よりも高くする（第１の加圧モードを設定する）ことにより、ニップ部（Ｎ）の通過時に中央部より両端部の搬送速度がより速くなる。結果、幅方向中央部から幅方向端部に向けての速度勾配により、記録材を中央部から端部に引っ張りつつ搬送するため後端しわの発生を防ぐことができる。

しかし、平滑度／剛度が高い記録材、特に塗工紙は、表面に塗工剤からなる塗工層を持つため定着ローラ５１の表層との摩擦力が低くなる。このため、普通紙と同様に長手方向における中央部より両端部の加圧力が高い状態では中央部と比較して両端部の速度を上げることが困難である。

また、塗工紙は、表面の平滑度が高く摩擦力が低いために、普通紙と同様に、幅方向中央部よりも幅方向両端部の圧力が高い状態では、圧力勾配により圧力が高い両端部から低い中央部へ記録材がすべる。このため、記録材の剛度が低い場合にはしわ発生に至る場合がある。しかし、記録材の剛度が低い場合、図４に示すように、ニップ部（Ｎ）の幅方向中央部の圧力を幅方向両端部よりも高くする（第２の加圧モードを設定する）ことにより、しわを回避することが可能となる。

以上の理由により、普通紙と塗工紙とでは、加熱ニップＮを通過するときに記録材の変形、とくにしわの発生を回避するために最適な加熱ニップＮの長手方向の圧力分布が異なる。

そこで、本発明では、平滑度／剛度の関係を用いて定着ニップの長手圧分布を変更することが特徴である。以下に詳細を説明する。

図５は加熱ニップの長手方向の圧力分布と総圧力との関係の説明図である。図６は第１の加圧モードと第２の加圧モードの説明図である。図５に示すように、本実施例の定着装置９は長手方向の外径形状がストレート形状の定着ローラ５１に、長手方向の外径形状が正クラウン形状の加圧ローラ５２を当接させて加圧力を上げていく。

このとき、加圧ローラ５２の両端に印加する総圧力が７００Ｎ（７０Ｋｇｆ）以下の場合、加熱ニップＮの長手方向の圧力分布は、中央部が高く両端部が低くなる。しかし、総圧力を上げていくと、加圧ローラ５２の撓みが発生して、加熱ニップＮの長手方向の圧力分布は、両端部のほうが中央部よりも高い状態になる。

このような特性を用いて、図６の（ａ）に示すように、平滑度／剛度が低い場合には、記録材が加熱ニップＮを通過するときには、第１の加圧モードを適用して、総圧力を１０００Ｎ（１００ＫｇＦ）とする。そして、図６の（ｂ）に示すように、平滑度／剛度が高い記録材が加熱ニップＮを通過するときには、第２の加圧モードを適用して、総圧力を６００Ｎ（６０Ｋｇｆ）まで小さくすることで、圧力分布を第１の加圧モードとは変更している。

平滑度／剛度が高くて４６２を超えている場合、従来の画像形成装置とは逆に、定着装置９の加熱ニップＮにおいて、平滑度／剛度が低くて１６５に満たない場合に適用される第１の加圧モードよりも総圧力を低下させた第２の加圧モードを設定する。また、平滑度／剛度が１６５以上４６２以下の範囲では、第１もしくは第２のどちらの加圧モードを設定してもしわの発生は回避可能であるため、第１の加圧モードと第２の加圧モードを切り替える所定値は、１６５以上４６２以下の範囲で設定可能である。しかし、実施例１では所定値を１６５として、１６５以上４６２以下の範囲では第２の加圧モードを選択している。ここで、平滑度／剛度は、上述したとおりベック平滑度／ガーレー剛度の実測値で規定している。

＜実施例１の制御＞
図７は実施例１の制御のブロック図である。図８は実施例１の制御のフローチャートである。図２を参照して図７に示すように、制御部６２は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、及び画像処理部１０４を含む。

プリンタエンジン部１０７は、画像形成部ＰＫ、給紙部（２０）、定着装置９等から構成される。ＣＰＵ１０１は、プリンタエンジン部１０７の各部を制御しながら各種処理を行う。ＣＰＵ１０１は、操作パネル１０６を通じた操作に応答して、ＲＯＭ１０２に格納された各制御プログラムや各種データを用いてＲＡＭ１０３に呼び出し、ＲＡＭ１０３を作業領域に用いて画像形成装置１００の全体を制御する。画像処理部１０４は、不図示の画像読取装置（リーダ部）やネットワーク上から送られてくる入力画像信号を作像用画像データに分解する。

図７を参照して図８に示すように、画像形成動作がスタートすると、ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３に格納された給紙部（２０）に納められた記録材情報を取得する（Ｓ１）。この記録材情報は、記録材の種類、坪量の情報と共にＲＯＭ１０２に記憶されていて、記録材の名称を選択することで必要な情報を取得できる。ＲＯＭ１０２内には、記録材名称に記録材の平滑度と剛度の情報が関連付けられて保存されている。この記録材Ｐの情報は、給紙部情報として操作パネル１０６や、不図示のネットワークを介してユーザーがＲＡＭ１０３に書き込んだ情報である。

次に、ＣＰＵ１０１は、取得した記録材Ｐの情報により記録材Ｐのベック平滑度／ガーレー剛度が所定値（１６５）以上か否かを判断する（Ｓ２）。ここで、記録材Ｐのベック平滑度／ガーレー剛度が所定値以上（１６５以上）の場合（Ｓ２のＹＥＳ）、加圧機構５０を作動させて、定着装置９に第２の加圧モードを設定する（Ｓ４）。これに対して、記録材Ｐのベック平滑度／ガーレー剛度が所定値未満（１６５を下回る）の場合（Ｓ２のＮＯ）、加圧機構５０を作動させて、定着装置９に第１の加圧モードを設定する（Ｓ３）。

次に、ＣＰＵ１０１は、設定された加圧モードと記録材のその他の情報により得られたプロセススピードでプリンタエンジン部１０７を作動させて画像形成を行う（Ｓ５）。第２の加圧モードでは、記録材の加熱ニップ通過時間を第１の加圧モードよりも長くするように加熱部材及び加圧部材（５１、５２）の回転速度を低下させる。第１の加圧モード（普通紙モード）ではプロセススピードが３００ｍｍ／ｓｅｃに設定されるが、第２の加圧モード（塗工紙モード）ではプロセススピードが１５０ｍｍ／ｓｅｃに設定される。

図１に示すように、画像形成部ＰＫで形成されたトナー像は、中間転写ベルト１３０へ転写された後、記録材Ｐへ二次転写され、定着装置９で適正な圧力分布により記録材Ｐにしわを発生するとこなく定着画像とされる。

また、ユーザーが使用する記録材の名称がＲＯＭ１０２に無い場合や、名称選択をしなかった場合には、非塗工紙の場合、第１の加圧モードを選択し、塗工紙の場合には第２の加圧モードを選択する。上記したように、一般に平滑度／剛度が低い記録材は非塗工紙に多く、平滑度／剛度が高い塗工紙が多い。また、中間にあたる平滑度／剛度が１６５以上４６２以下の記録材は、どちらの加圧モードにおいてもしわの発生はない。このため、非塗工紙と塗工紙が記録材の情報としてあれば、実質上、しわは発生を回避可能である。

画像形成終了後、上記したスタンバイ状態の加圧状態、実施例１では第１の加圧モードの加圧力に戻る。

また、通紙を行わないいわゆるスタンバイ状態では、実施例１では、通常、平滑度／剛度が１６５以下の定着条件である第１の加圧モードで定着ローラ５１及び加圧ローラ５２を停止して次のプリントを待機している。これは、一般的には、平滑度／剛度が１６５以下である非塗工紙のほうがプリント機会が多いため、第１の加圧モードで待機させたほうが切り替え時間を節約できるからである。しかし、使用条件として塗工紙での画像形成が多い場合には塗工紙に適用される第２の加圧モードで待機させることが好ましい。

また、待機時間が長い使用状況では、加圧ローラ５２の変形を防止するために、総圧力をさらに減らした状態で待機させてもよい。スタンバイ状態での加圧ローラ５２への熱伝導による消費電力を減らしたい場合には、加熱ニップＮを離間した状態で待機させてもよい。

以上説明したように、実施例１では、加熱ニップＮの長手方向における圧力分布を普通紙と塗工紙で最適に切り替えることにより、記録材Ｐにしわなどの変形を生じることなく、良好な定着画像が得られた。

＜実施例２＞
図９は実施例２における定着装置の説明図である。図１０は実施例２における第１の加圧モードと第２の加圧モードの説明図である。

図９の（ａ）に示すように、実施例２では、加圧部材（５２）の長手方向における弾性層（７２）の端面を押圧して両端部の弾性層（７２）の厚みを変化させる押圧部材（７５）を有する。加熱ニップＮの長手方向の圧力分布を変更する加圧機構としてリング状加圧部材７５を設けている。

そして、押圧部材（７５）を中央側へ移動させて、加圧時の両端部の弾性層（７２）の厚みを増すことにより第１の加圧モードを設定する。また、押圧部材（７５）を両端部側へ移動させて加圧時の両端部の弾性層（７２）の厚みを減らすことにより第２の加圧モードを設定する。

これ以外の画像形成装置１００、定着装置９の構成、温度設定等の制御は実施例１と同様であるため、実施例１と共通する構成及び制御には図１〜図８と共通の符号を付して重複する説明を省略する。

加圧ローラ５２の両端には、定着ローラ５１に対する加圧力を普通紙の定着でも塗工紙の定着でも総圧６００Ｎ（６０ＫｇＦ）とする加圧機構５０Ｂが配置される。

加圧機構５０Ｂによる総圧力が一定の条件下で加熱ニップＮの長手方向の圧力分布だけを変更する機構として、加圧ローラ５２の弾性層７２を両端から中央へ向かって加圧するリング状加圧部材７５を着脱可能に配置している。

すなわち、超音波アクチュエータ６３は、芯金７３に固定したステイター６３ａの斜面をロータ６３ｂが矢印Ｒ６方向に回転することにより、リング状加圧部材７５を矢印Ｒ５方向に移動させる。リング状加圧部材７５が加圧ローラ５２の弾性層７２に密着すると加圧時の弾性層７２が外側へ変形できなくなるので、両端部の弾性層７２の加圧力が高まる。一方、リング状加圧部材７５が加圧ローラ５２の弾性層７２から離間すると加圧時の弾性層７２が外側へ変形して、両端部の弾性層７２の加圧力が低下する。このようにして、加熱ニップＮの長手方向の圧力分布を可変とする。

図１０の（ａ）に示すように、第１の加圧モードでは、リング状加圧部材７５を加圧ローラ５２の弾性層７２の端面に加圧して着状態とする。これにより、加圧ローラ５２の弾性層７２のゴムを長手方向の中央側へ押し込むため、加熱ニップＮの長手方向の圧力分布は中央部よりも両端部が高くなる。

図１０の（ｂ）に示すように、第２の加圧モードでは、リング状加圧部材７５を弾性層７２の端面に接触させない脱状態にする。これにより、加熱ニップＮの長手方向の圧力分布は中央部が両端部より高くなる。

制御部６２は、リング状加圧部材７５の着脱を制御して、平滑度／剛度が所定値未満（１６５未満）の記録材が加熱ニップＮを通過するときには第１の加圧モードを設定する。しかし、所定値以上（１６５以上）の記録材が加熱ニップＮを通過するときには第２の加圧モードを設定するとともに、普通紙の場合よりも加熱ニップＮの搬送速度を低下させる。

以上説明したように、加熱ニップＮに長手方向の圧力分布を普通紙と塗工紙とで最適な圧力分布に切り替えることにより、記録材にしわなどの変形を生じることなく良好な定着画像が得られた。

＜実施例３＞
本実施例は加圧部を内部からローラからる加圧ローラとパッド部材により加圧ベルトを加圧することで定着ニップを形成する定着装置における構成である。

＜実施例３の画像形成装置＞
図１１は実施例３の画像形成装置の構成の説明図である。図１１に示すように、画像形成装置１００Ｃは、中間転写ベルト１３０に沿って画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを配置したタンデム型フルカラープリンタである。画像形成部ＰＹでは、感光ドラム３Ｙにイエロートナー像が形成されて、中間転写ベルト１３０に一次転写される。画像形成部ＰＭでは、感光ドラム３Ｍにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト１３０のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部ＰＣ、ＰＫでは、感光ドラム３Ｃ、３Ｋにそれぞれシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて、同様に中間転写ベルト１３０のトナー像に重ねて順次一次転写される。

中間転写ベルト１３０に担持された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２で記録材Ｐへ一括二次転写される。記録材カセット２０から引き出された記録材Ｐは、分離ローラ２１で１枚ずつに分離してレジストローラ１２で待機し、中間転写ベルト１３０のトナー像にタイミングを合わせて、二次転写部Ｔ２へ送り出される。

二次転写部Ｔ２でトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置９Ａで加熱加圧を受けて、表面にトナー像を定着された後に、排出ローラ２３を通じて筐体外部へ排出される。

画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、それぞれに付設された現像装置で用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部ＰＫについて説明し、他の画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫについては、説明中の符号末尾のＫを、Ｙ、Ｍ、Ｃに読み替えて説明されるものとする。また、画像形成部ＰＫは、図１を参照して説明した画像形成部ＰＫと同一のものであるため、図１の構成と共通する構成には図１と共通の符号を付して詳細な説明を省略する。

画像形成部ＰＫは、感光ドラム３Ｋの周囲に、帯電ローラ２Ｋ、露光装置５Ｋ、現像装置１Ｋ、一次転写ローラ２４Ｋ、クリーニング装置４Ｋを配置している。帯電ローラ２Ｋは、感光ドラム３Ｋの表面を一様な負極性の電位に帯電させる。露光装置５Ｋは、帯電した感光ドラム３Ｋの表面に画像の静電像を書き込む。現像装置１Ｋは、感光ドラム３Ｋの静電像を反転現像する。

そして、一次転写ローラ２４Ｋに正極性の直流電圧を印加することにより、感光ドラム３Ｋに担持されたトナー像が中間転写ベルト１３０に一次転写される。また、二次転写ローラ１１に正極性の直流電圧を印加することで、中間転写ベルト１３０に担持されたトナー像が記録材Ｐへ二次転写される。

画像形成装置１００は、記録材Ｐとして普通紙を用いる普通紙モードと塗工紙を用いる塗工紙モードとを、操作パネル１０６又はパソコンの印刷画面を通じて選択できる。そして、普通紙モードが選択されるとプロセススピードが３００ｍｍ／ｓｅｃに設定されるが、塗工紙モードが選択されるとプロセススピードが普通紙モードの半分の１５０ｍｍ／ｓｅｃに低下される。

＜実施例３における定着装置＞
図１２は実施例３における定着装置の構成の説明図である。図１３は実施例３における加圧パッド及び板ばね部材の斜視図である。

実施例３では、内部に複数の加圧部材（８１、８２）を持つ加圧ベルト（８５）を定着ローラ（５１Ｃ）に加圧して加熱ニップＮを形成する。加圧部材（８５）にベルト部材を用いることで、ローラ部材のように定着装置の断面を大きくすることなく、加熱ニップＮの搬送方向の長さを広げている。その結果、カラーの画像形成や、高速の画像形成により有効である。

実施例３では、フルカラープリンタの画像形成装置１００Ｃに搭載された定着装置９Ａについて、普通紙に適用される第１の加圧モードと塗工紙に適用される第２の加圧モードとが切り替えられる。そして、定着装置９Ａは、加熱部材としての定着ローラ５１に加圧部材としての加圧ベルト８５を圧接して加熱ニップＮを形成する。

図１２に示すように、定着ローラ５１Ａは、外径がφ６０のストレート形状のローラである。定着ローラ５１Ａは、両端を回転可能に支持された肉厚３ｍｍのアルミニウム円筒材料からなる芯金７０の表面に厚さ１．５ｍｍのシリコンゴムの弾性層７６を設けている。弾性層７６の表面は、３０μｍ厚さのＰＦＡチューブからなる離型層７７を被覆している。

定着ローラ５１の内部には、芯金７０の内壁面を赤外線加熱するハロゲンランプヒータ５６が非回転に配置され、定着ローラ５１の表面には、温度検出を行うためのサーミスタ５７が配置されている。温度調節回路５８は、サーミスタ５７の検出温度に応じてハロゲンランプヒータ５６への電力供給を制御することにより、定着ローラ５１の表面温度を所定温度（例えば１８０℃）に温調を行って維持する。

加圧ベルト８５は、加圧ローラ８１とテンションローラ８６と加圧パッド８２とに掛け渡して支持され、回転駆動される定着ローラ５１Ａに当接して従動回転する。加圧ベルト８５は、厚さ７０μｍのポリイミド樹脂の無端状ベルト部材の表面に厚さ３００μｍのシリコンゴムの弾性層を形成し、弾性層の表面に厚さ３０μｍのＰＦＡからなる離型層を形成している。

加圧ローラ８１は、外径が長手方向の中央部においてφ２０．５ｍｍ、両端部においてφ２０ｍｍの正クラウン形状のローラ部材であってステンレスからなる。

加圧パッド８２は、定着ローラ５１Ａと加圧ローラ８１との加圧時に加圧ベルト８５の内側に形成される楔部に入り込むようにシリコンゴムで形成される。加圧ベルト８５と加圧パッド８２の間には、摺動性を保つための摺動シート８７を配置している。摺動シート８７は、厚さ１００μｍのポリイミド樹脂フィルムの表面にフッ素樹脂ＰＴＦＥをコートしたシート材料である。

加圧パッド８２は、ステンレスからなる梁状の支持部材８４によって、クラウンスペーサ８３を介して、長手方向で連続的に支持されている。支持部材８４は、加圧ベルト８５の外側で両端を支持機構８０によって両持ち支持されている。加圧パッド８２と支持部材８４との間には、両端部の厚みが中央部よりも０．５ｍｍ薄い正クラウン形状の厚み分布を持たせた板状のクラウンスペーサ８３が配置される。クラウンスペーサ８３は、加圧パッド８２の加圧ベルト８５接触面の長手方向の中央部を両端部よりも高くする。

図１３に示すように、加圧パッド８２の上流には、加圧パッド上流端部を加圧する板ばね部材８８を持つ。押圧部材の一例である板ばね部材８８は、ベルト部材（８５）の回転方向の上流側から下流側へ向かって両端部の弾性層（８２）を押圧して上流側へ向かう弾性層（８２）の変形量を規制する。このため、加圧機構８０が偏心カム６０を回転させて、加圧パッド８２を押し上げる加圧力を上げていくと、支持部材８４の中央部の撓み量とクラウンスペーサ８３の厚み分布のバランスによって加圧パッド８２の長手方向の圧力分布が変化する。

すなわち、加圧パッド８２に印加する総圧力が３００Ｎ以下（〜３０Ｋｇｆ）の場合は、加圧パッド８２と板ばね部材８８間の押し圧力が小さく、長手方向の圧力分布は中央が高く端部が低い第２の加圧モードとなる。

しかし、加圧パッド８２に印加する総圧力が５００Ｎ以上（５０ＫｇＦ〜）になると、加圧パッド８２が加圧されて上流側へ大きく変形するが、長手方向の両端部では、板ばね部材８８によって変形が押し戻される。このため、定着ローラ５１Ａへ向かう圧力が高まって、加圧パッド８２の長手方向における圧力分布は、両端部の加圧力が中央部よりも高い第１の加圧モードとなる。

制御部６２は、加圧パッド８２のこのような特性を用いて、平滑度／剛度が１６５を下回る記録材が加熱ニップを通過するときには加圧機構８０の加圧力を高くして第１の加圧モードを設定する。加熱部材（５１Ａ）と加圧部材（８２）と間に印加される総圧力を高めて中央部よりも両端部で弾性層（８２）の圧力を高めることにより、第１の加圧モードを設定する。しかし、平滑度／剛度が１６５以上の記録材が加熱ニップを通過するときには加圧力を低くする。また、総圧力を低下させて中央部よりも両端部で弾性層（８２）の圧力を低下させることにより第２の加圧モードを設定する。

実施例３の定着装置９Ａは、加圧パッド８２の下にクラウンスペーサ８３を配置し、加圧パッド８２の長手方向の両端部に板ばね部材７８を配置することで、加圧パッド８２に印加する総圧力で圧力分布を変更可能にしている。

そして、実施例１と同様に、平滑度／剛度１６５未満の記録材が加熱ニップＮを通過するときには、第１の加圧モードを用いて加熱ニップＮの長手方向における両端部の加圧力を中央部よりも高く設定する。しかし、平滑度／剛度が１６５以上の記録材が加熱ニップＮを通過するときには、第２の加圧モードを適用して中央部の加圧力を両端部よりも高く設定するとともに、普通紙の場合よりも搬送速度を低下させる。これにより、定着処理に伴って記録材にしわが発生するとこなく良好な定着画像を得られる。

実施例３によれば、加圧ベルト８５を用いた定着装置９Ａにおいても、加熱ニップＮの長手方向の圧力分布を平滑度／剛度の値によりそれぞれ最適に切り替えることにより記録材にしわなどの変形を生じることなく良好な定着画像が得られる。

＜実施例４＞
図１４は実施例４の定着装置の構成の説明図である。実施例４では、起動時の立ち上がりが早いクイックスタート方式（あるいはオンデマンド方式）の像加熱装置での本発明の応用を説明する。特開２０００−２９３３４号公報には、支持部材に固定したヒータ部材に摺擦して回転するフィルム状のベルト部材の外側面に駆動ローラを圧接して記録材の加熱ニップを形成するクイックスタート方式の定着装置が示される。

図１４に示すように、定着ベルト５１Ｄの回転ガイド部材として断面形状が概略円弧状に形成されたニップ形成部材５１ｂの下面に、セラミックヒータからなるヒータ５６Ｄが固定されている。ヒータ５６Ｄは、ニップ形成部材５１ｂの下面に形成した溝部に嵌め入れて耐熱性接着剤等により固定してある。

定着ベルト５１Ｄは、円筒状の耐熱性のベルト部材であり、ニップ形成部材５１ｂに対してルーズに外嵌させてある。定着ベルト５１Ｄは、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために薄く形成され、Ｎｉ金属層の内面にＰＩ樹脂をコーティングする一方、外面に、弾性層としてシリコンゴム層を設けている。

ステー５１ｃは、ニップ形成部材５１ｂの内側に配設した梁状の加圧部材であり、ニップ形成部材５１ｂの長手方向の全長に密着して加熱ニップを加圧し、ニップ形成部材５１ｂの撓みを抑制している。ステー５１ｃは、定着ベルト５１Ｄを貫通した両端が加圧機構５０Ｄによって両持ち支持され、加圧機構５０Ｄは、加熱ニップＮに印加する総圧力を２段階に切り替え可能である。

加圧ローラ５２は、駆動モータ６１によって回転駆動されるローラ部材である。加圧ローラ５２の回転に伴って、固定のニップ形成部材５１ｂの周囲を、定着ベルト５１Ｄが従動回転する。加圧ローラ５２は、実施例１のものと同一に構成され、芯金７３の外周面に弾性層７２を配置し、弾性層７２には、長手方向の両端部から中央部へ向かって直径が大きくなる正クラウン形状が形成されている。

このように構成された実施例４の定着装置９Ｄにおいても、実施例１と同様に、図８のフローチャートに従って加熱ニップＮの長手方向の加圧力分布が記録材の種類に応じて調整される。記録材Ｐが塗工紙の場合、加圧機構５０Ｄを作動させて定着装置９Ｄに第２の加圧モードを設定するとともに、普通紙の場合よりも搬送速度を低下させる。これに対して、記録材Ｐが普通紙の場合、加圧機構５０Ｄを作動させて定着装置９Ｄに第１の加圧モードを設定する。

５０ 加圧機構、５１ 定着ローラ、５２ 加圧ローラ
５６ ハロゲンランプヒータ、５７ サーミスタ、５８ 温度調節回路
６０ 偏心カム、６２ 制御部、７０、７３ 芯金、７２ 弾性層
７４ 離型層、Ｐ 記録材、ＰＫ 画像形成部

Claims (8)

1. 記録材にトナー像を形成する画像形成手段と、
   記録材を挟持搬送しながらトナー像を加熱するためのニップ部を形成する一対の回転部材と、
   前記ニップ部の幅方向両端部の圧力を幅方向中央部よりも高くする第１の加圧モードと前記ニップ部の幅方向中央部の圧力を幅方向両端部よりも高くする第２の加圧モードを含む複数の加圧モードの中から１つを記録材の種類に応じて設定する設定手段と、を有し、
   前記設定手段は、記録材のベック平滑度／ガーレー剛度が所定値未満のとき前記第１の加圧モードに設定し、記録材のベック平滑度／ガーレー剛度が所定値以上のとき前記第２の加圧モードに設定することを特徴とする画像形成装置。
2. ベック平滑度／ガーレー剛度の所定値は１６５以上４６２以下であることことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記一対の回転部材は、加熱部材と加圧部材とで構成され、前記加圧部材は、前記加熱ニップの加圧力に応じて前記加熱部材よりも大きく変形する弾性層を有することを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記加圧部材は、両端を支持されて前記加熱部材よりも前記中央部が撓み易いローラ部材であって、
   前記設定手段は、前記加熱部材と前記加圧部材と間に印加される総圧力を前記第１の加圧モードよりも低下させて前記加圧部材の撓み量を減らすことにより前記第２の加圧モードを設定することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記加圧部材は、前記中央部から前記両端部に向かって直径が減少する正クラウン形状のローラ部材であって、
   前記設定手段は、前記第２の加圧モードよりも前記総圧力を高めて前記加圧部材の撓み量を増すことにより前記第１の加圧モードを設定することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記加圧部材は、両端を支持されたローラ部材であって、
   前記設定手段は、前記加圧部材の長手方向における前記弾性層の端面を押圧して前記両端部の前記弾性層の厚みを変化させる押圧部材を有し、前記押圧部材を前記中央側へ移動させて前記両端部で弾性層の厚みを増すことにより前記第１の加圧モードを設定し、前記押圧部材を前記両端部側へ移動させて前記両端部で弾性層の厚みを減らすことにより前記第２の加圧モードを設定することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
7. 前記加圧部材は、前記弾性層を有する加圧パッドで内側面を支持されたベルト部材であって、
   前記設定手段は、前記ベルト部材の回転方向の上流側から下流側へ向かって前記両端部の前記弾性層を押圧して前記上流側へ向かう前記弾性層の変形量を規制する押圧部材を有し、前記加熱部材と前記加圧部材と間に印加される総圧力を高めて前記中央部よりも前記両端部で前記弾性層の圧力を高めることにより前記第１の加圧モードを設定し、前記総圧力を低下させて前記中央部よりも前記両端部で前記弾性層の圧力を低下させることにより前記第２の加圧モードを設定することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
8. 前記第２の加圧モードでは、記録材の加熱ニップ通過時間を前記第１の加圧モードよりも長くするように前記加熱部材及び加圧部材の回転速度を低下させることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の画像形成装置。

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