JP2017062382A - 画像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄い記録材でも、画像ズレが発生せずに、紙シワを抑制することができる画像加熱装置を提供する。【解決手段】回転軸となる芯金の外周に気泡を内包した層を含む弾性層が形成された回転体と、前記回転体に対向し前記回転体との間でニップ部を形成する対向体と、を有し、記録材を前記ニップ部で挟持搬送しつつ加熱する画像加熱装置であって、記録材搬送方向に交差する長手方向における第１の領域で前記ニップ部の前記記録材搬送方向の幅をＮｃ、前記長手方向における前記第１の領域より端部側の第２の領域で前記ニップ部の前記記録材搬送方向の幅をＮｓとするとき、Ｎｃ＞Ｎｓなる条件を満たす。【選択図】図１１

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式等の記録方式を用いた複写機やプリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に用いられる画像加熱装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置で用いられる未定着像を形成担持させた記録材としての紙の定着装置には、熱効率などが良好な接触加熱型の定着方式が広く知られている。最近では、省電力化及びウェイトタイムの短さ（クイックスタート）を特徴とする定着方式が提案されている。例えば、薄肉の定着フィルムに内包されたヒータが定着フィルムを介して定着ローラと圧接されている構成で、加熱された定着フィルムと定着ローラの間を紙が通過することにより、紙上のトナー像が定着されるフィルム方式が挙げられる（特許文献１）。

このフィルム方式の定着装置は、定着フィルムの熱容量が小さいため、省電力化とクイックスタートを可能にしている。他に、加熱体を定着ローラ外表面に配置し、定着ローラの外表面のみを加熱することで、省電力化とクイックスタートを可能としている外部加熱方式の定着装置も提案されている。

これら省電力化とクイックスタートを可能にする定着装置に用いられる定着ローラとしては、弾性層が多数の細かい気泡を内包しているスポンジゴムから成るスポンジゴムローラが多用される。スポンジゴムには、例えば、シリコーンゴムにガスを分散させて発泡状にしたものや、樹脂マイクロバルーンを内包させたもの等が挙げられる。このようなスポンジゴムローラは、内包された気泡の存在により熱伝導度が小さく、断熱効果が高いため、芯金に熱が逃げず、表面の温度を高温に保つことができる。

スポンジゴムには、内部の気泡が独立して存在する独泡スポンジゴムと、気泡が隣同士連なっている連泡スポンジゴムがある。どちらのスポンジゴムであっても、気泡の存在により、熱伝導度はソリッドゴムより小さく、断熱効果は高い。しかし、独泡スポンジゴムを用いた独泡スポンジローラの場合、長時間圧接力が与えられたまま放置されると、徐々に気泡内の気体が抜けて、圧接力が加えられている部分のみ潰れた状態になる。

通紙開始時、定着ローラの回転が再開しても、すぐには元の状態に戻ることができず、歪んだ形状で回転し続けるため、その部分で定着不良や紙の搬送不良が生じてしまう。そのため、気泡内の気体の出入りが自由で繰り返し圧縮に対する耐久性の強い連泡スポンジゴムを用いた連泡スポンジローラが一般的に使用される。

上述したような、連泡スポンジローラを用いたフィルム加熱方式の定着装置では、紙にシワ（以下、紙シワと称する）が発生するという問題がある。紙シワは、紙搬送速度が、定着ローラの回転軸方向（長手方向）で左右端部よりも中央部の方が速い場合に発生すると考えられる。従来、この問題に対しては、定着フィルムの外径を、回転軸方向（長手方向）で中央部よりも左右端部で大きくした形状（以下、逆クラウン形状と称する）に加工していた。これにより、左右端部の紙搬送速度が中央部の紙搬送速度を上回るような構成となることで、紙シワを防止していた（特許文献２）。

特開平４−２０４９８０号公報 特開２００５−２８４０８９号公報

しかしながら、近年、環境への意識の高まりに伴い、省資源化のため、従来より薄い記録材としての紙への対応が求められるようになった。薄紙は、コシが弱くて歪み易く、折れ易いため、紙シワが発生し易い。薄紙の紙シワ発生を防止するためには、定着フィルムのクラウン量をさらに大きくしなければならないが、定着フィルムにあまりに大きなクラウン量を持たせると、定着フィルムの走行が不安定になって、定着フィルムが歪んでしまう場合がある。

定着フィルムが歪んでしまうと、熱伝達が回転軸方向で均一にならなかったり、定着フィルムが歪んだ状態で紙に圧接されることで、画像が乱れたりするという問題（以下、画像ズレと称する）が発生する。

本発明の目的は、薄い記録材でも、画像ズレが発生せずに、紙シワを抑制することができる画像加熱装置を提供することにある。

上記目的を解決するため、本発明に係る画像加熱装置は、回転軸となる芯金の外周に気泡を内包した層を含む弾性層が形成された回転体と、前記回転体に対向し前記回転体との間でニップ部を形成する対向体と、を有し、記録材を前記ニップ部で挟持搬送しつつ加熱する画像加熱装置であって、記録材搬送方向に交差する長手方向における第１の領域で前記ニップ部の前記記録材搬送方向の幅をＮｃ、前記長手方向における前記第１の領域より端部側の第２の領域で前記ニップ部の前記記録材搬送方向の幅をＮｓとするとき、
Ｎｃ＞Ｎｓ
なる条件を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、薄い記録材でも、画像ズレが発生せずに、紙シワを抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る画像加熱装置としての定着装置の断面概略図である。 （ａ）は紙搬送速度がｖｃ＞ｖｓであるときの定着フィルム側から見た定着装置の概略図で、定着ニップ部の手前で紙に波打ちが発生した状態を示す図、（ｂ）は定着ニップ部の定着ローラ回転軸方向の紙搬送速度分布を示す図である。 薄紙で波打ちが発生した状態を示す図である。 紙の波打ち発生前後の紙挙動を示し、（ａ）は波打ち発生時点の紙の様子を示す図、（ｂ）は滑りモードを表す図、（ｃ）は座屈モードを表す図である。 （ａ）は紙搬送速度がｖｓ＞ｖｃであるときの定着フィルム側から見た定着装置の概略図で定着ニップ部の手前の紙挙動を示す図、（ｂ）は定着ニップ部の定着ローラ回転軸方向の紙搬送速度分布を示す図である。 （ａ）は定着フィルムを逆クラウン形状としたときの紙搬送方向上流側から見た定着装置の概略図、（ｂ）は定着ニップ部の定着ローラ回転軸方向の紙搬送速度分布を示す図である。 圧接時の定着ローラの変形挙動を示す図で、（ａ）はソリッドローラの場合を表す図、（ｂ）は連泡スポンジローラの場合を表す図である。 定着ニップ幅と紙搬送速度の関係を測定する装置の概略図である。 定着ニップ幅と紙搬送速度の関係を測定した結果を示す図である。 定着ニップ幅差ΔＮと紙搬送速度差Δｖの関係を示した図である。 （ａ）は紙搬送方向上流側から見た第１の実施形態に係る定着装置の概略図、（ｂ）は定着ニップ部の形状を示す図である。 第２の実施形態に係る定着装置の概略図である。 （ａ）は紙搬送方向上流側から見た第２の実施形態に係る定着装置の概略図、（ｂ）は定着ニップ部の形状を示す図である。 第３の実施形態に係る定着装置の概略図である。 （ａ）は紙搬送方向上流側から見た第３の実施形態に係る定着装置の概略図、（ｂ）は定着ニップ部の形状を示す図である。 その他の実施形態に係る定着装置の概略図である。 その他の実施形態に係る定着装置の概略図である。 本発明の実施形態に係る画像加熱装置としての定着装置を搭載した画像形成装置の断面概略図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図１８は、本発明の実施形態に係る画像加熱装置を搭載した画像形成装置の概略構成図である。本画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。１は像担持体としての電子写真感光体ドラムであり、矢示の時計方向に表面移動速度（プロセススピード）１６０ｍｍ／ｓをもって回転駆動される。２は接触帯電ローラ等の帯電手段であり、この帯電手段により感光体ドラム１の面が所定の極性・電位に一様に帯電処理（一次帯電）される。

３は画像露光手段としてのレーザービームスキャナであり、不図示のイメージスキャナ・コンピュータ等の外部機器から入力する目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応してオン／オフを変調したレーザー光Ｌを出力する。そして、感光体ドラム１の帯電処理面を走査露光（照射）する。この走査露光により感光体ドラム１面の露光明部の電荷が除電されて感光体ドラム１面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

４は現像装置であり、現像スリーブ４ａから感光体ドラム１面に現像材であるトナーが供給されて感光体ドラム１面の静電潜像が形成された部分に順次現像される。レーザービームプリンタの場合、一般的に、静電潜像の露光明部にトナーを付着させて現像する反転現像方式が用いられる。

５は給紙カセットであり、記録材である紙（シートとも言う）Ｐを積載収納させてある。給紙スタート信号に基づいて給紙ローラ６が駆動されて給紙カセット５内の紙Ｐが一枚ずつ分離給紙される。給紙された紙Ｐは、レジストローラ７、シートパス８ａを通って、感光体ドラム１と接触型・回転型の転写部材としての転写ローラ９との当接ニップ部である転写部位Ｔに導入される。この時、感光体ドラム１上のトナー像の先端部は転写部位Ｔに到達し、紙Ｐの先端部もちょうど転写部位Ｔに到達するタイミングとなるようにレジストローラ７で紙Ｐの搬送が制御される。

転写部位Ｔに導入された紙Ｐはこの転写部位Ｔで挟持搬送され、その間、転写ローラ９には不図示の転写バイアス印加電源から所定に制御された転写電圧（転写バイアス）が印加される。転写ローラ９にはトナーと逆極性の転写バイアスが印加されることで転写部位Ｔにおいて感光体ドラム１面のトナー像が紙Ｐの表面に静電的に転写される。転写部位Ｔにおいてトナー像の転写を受けた紙Ｐは感光体ドラム１面から分離されてシートパス８ｂを通って画像加熱装置としての定着装置１１へ搬送導入され、トナー像の加熱・加圧定着処理を受ける。

一方、紙分離後（紙Ｐに対するトナー像転写後）の感光体ドラム１面は、クリーニング装置１０で転写残トナーや紙粉等の除去を受けてクリーニングされ、次の帯電、露光、現像、転写プロセスに備える。

定着装置１１を通った紙Ｐは、排紙ローラ１５によって排紙口１３に向かって搬送され、排紙口１３から排紙トレイ１４上に排出される。なお、本実施形態における画像形成装置のプロセススピードは１６０ｍｍ／ｓで、Ａ４紙縦方向の通紙において１分間に３０枚の画像形成処理が行われる。

（画像加熱装置）
図１は、本発明の実施形態に係る画像加熱装置としての定着装置の概略構成図である。本実施形態では、定着ローラ２４の弾性層が連泡スポンジゴム層であり、定着ニップ部幅が定着ローラ２４の回転軸方向（記録材搬送方向に交差する長手方向）における左右端部よりも中央部において大きい構成とする。

加熱体としてのヒータ２３を内包する薄肉で円筒状（エンドレスベルト状）の回転可能な定着フィルム２２と、対向体としての定着ローラ（回転ローラ）２４は定着ニップ部（ニップ部）Ｎｉｐを形成するように圧接されている。そして、加熱された定着フィルム２２と定着ローラ２４の間を記録材としての紙Ｐが挟持搬送されることにより、紙上のトナー像が定着される。

このような定着方式では、定着フィルム２２が薄肉で熱容量が小さいため、省電力化とクイックスタートを可能にしている。また、本実施形態における定着ローラ２４は、回転軸となる芯金の外周の弾性層に低熱容量で低熱伝導率を示す連泡スポンジゴムを用いた連泡スポンジローラである。このような定着ローラ２４では、芯金への熱の逃げが小さく表面温度が高温に保たれ易いため、更なる省電力化とクイックスタートを達成できる構成となっている。

図１で、フィルムユニット５００は、定着フィルム２２、ヒータ２３の他、ヒータ２３を保持したヒータホルダ２１、及び、そのヒータホルダ２１を支える鉄製のステー２５を内包している構成となっている。ヒータホルダ２１は、定着フィルム２２をガイドすると共に、ニップ部Ｎｉｐを加圧する第１の加圧部材として機能する。ヒータホルダ２１は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等との複合材料等で構成できる。本実施形態では、ＰＰＳを用いた。

ステー２５は、定着フィルム２２の回転軸方向（長手方向）の左右端部から不図示のバネで図中矢印Ｗの方向に加圧されるようになっている。これにより、ヒータ２３とそれを保持したヒータホルダ２１は、定着フィルム２２を介して連泡スポンジローラ２４に加圧され、定着ニップ部Ｎｉｐが形成されている。

本実施形態において、図中矢印Ｗの方向の総圧接力は１５ｋｇｆで、定着ニップ部Ｎｉｐの幅は６〜８ｍｍとなっている。なお、連泡スポンジローラとしての定着ローラ２４の弾性層の回転軸方向の幅は２２５ｍｍであり、定着ニップ部内で単位面積当たりの圧接力は０．８２×１０^５Ｐａ〜１．１×１０^５Ｐａである。

連泡スポンジローラとしての定着ローラ２４は、駆動回転体として不図示の駆動源によって駆動され、連泡スポンジローラの表面移動速度が電子写真感光体ドラムと同じプロセススピード１６０ｍｍ／ｓになるよう、図１中矢印Ｒ１方向に回転されている。そして、定着フィルム２２は、定着ニップ部Ｎｉｐで定着ローラ２４から動力をもらい、図１中矢印Ｒ２方向に従動回転する。このように、定着フィルム２２は回転しながら、ヒータ２３によって加熱され、その熱は、徐々に定着ローラ２４へ伝わり、定着ローラ２４に蓄熱される。

ヒータ２３の温度は、ヒータ２３の背面に配置した温度検知素子２７により温調温度１８０℃で制御されている。そして、未定着トナー像が記録された記録材としての紙Ｐは、定着ニップ部Ｎｉｐで図中Ａ１からＡ２へ搬送され、その間、加熱された定着フィルム２２と蓄熱した連泡スポンジローラ２４によって与えられる熱と圧接力より、紙Ｐにトナー像が定着される。

（定着フィルム）
本実施形態の定着フィルム２２は、変形させない円筒状の状態で外径が１８ｍｍである。厚み方向に多層構成となっており、層構成としては、フィルムの強度を保つための基層２２ａと、表面への汚れ付着低減のための離型層２２ｂからなる。基層２２ａの材質は、ヒータ２３の熱を受けるため耐熱性が必要であり、また、ヒータ２３と摺動するため強度も必要である。ステンレス鋼（ＳＵＳ）やニッケルなどの金属やポリイミドやポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等の高耐熱性樹脂を用いるとよい。

金属は樹脂に比べると強度があるため薄肉化でき、また、熱伝導率も高いため、ヒータ２３の熱を定着フィルム２２の表面へ伝達し易い。一方、樹脂は金属に比べて比重が小さいため熱容量が小さく温まり易いという利点がある。

本実施形態では、定着フィルム２２の基層２２ａの材質としてポリイミド樹脂を用い、熱伝導率と強度を向上させるためカーボン系のフィラーを添加して用いた。基層２２ａの厚さは薄いほどヒータ２３の熱を定着ローラ２４表面へ伝達し易いが強度が低下するため、１５μｍ〜１００μｍ程度が好ましく、本実施形態では６０μｍとした。

定着フィルム２２の離型層２２ｂは、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＡ）、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロポリプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂を用いると好ましい。本実施形態では、これらフッ素樹脂の中でも離型性と耐熱性に優れるＰＦＡを用いた。

離型層２２ｂはチューブを被覆させたものでも良いが、表面を塗料でコートしたものでも良い。本実施形態では、薄肉成型に優れるコートにより離型層２２ｂを成型した。離型層２２ｂは薄いほどヒータ２３の熱を定着フィルム２２表面に伝達し易いが、薄くし過ぎると耐久性が劣るため、５〜３０μｍ程度が好ましい。本実施形態では、１０μｍとした。また、本実施形態の定着フィルムの形状は、走行が安定なストレート形状とした。

（定着ローラ）
本実施形態の定着ローラ２４は、低熱伝導率及び低熱容量でクイックスタートを可能にする連泡スポンジローラである。定着ローラ２４は、鉄製の芯金２６の外周に、弾性層が形成され、弾性層は連なった気泡（多数の連なった気泡）を内包した層を含む。本実施形態では、弾性層として連泡スポンジゴム層２４ａを有し、更にその外周に離型層２４ｂを有する構造となっている。

本実施形態で用いた連泡スポンジゴムは、ソリッドゴムに樹脂バルーンと連泡剤を内包させ、連泡剤を気化させることにより樹脂バルーン同士を繋げた連泡スポンジゴムである。内包させた樹脂バルーンが多くて比重が小さいほど、得られる連泡スポンジゴムの熱伝導率及び熱容量は小さくなるが、小さすぎると強度が低下して耐久性が低下してしまう。

そのため、適度な比重のものを用いる必要があり、０．４０〜０．７２の範囲とするのが好ましい。また、この時の連泡スポンジゴムの熱伝導率は０．１１〜０．１６Ｗ／ｍ・Ｋを示す。本実施形態では、比重０．５５、熱伝導率０．１３Ｗ／ｍ・Ｋの連泡スポンジゴムを用いた。

また、定着ローラ２４の外径は小さい方が熱容量を抑えられるが、小さ過ぎると定着ニップＮｉｐの幅が狭くなってしまい、紙への熱伝達が小さくなって定着性が劣化するため、適度な径が必要である。本実施形態では、外径は１８ｍｍとした。連泡スポンジゴム層２４ａの肉厚に関しても、薄過ぎれば鉄性の芯金２６に熱が逃げるので、適度な厚みが必要である。本実施形態では、連泡スポンジゴム層２４ａの厚さは３．５ｍｍとした。従がって、芯金２６の径はφ１１ｍｍである。

連泡スポンジローラの硬度は、高過ぎると定着ニップ部Ｎｉｐの幅が狭くなってしまい、紙への熱伝達が小さくなって定着性が劣化するが、低過ぎると強度が低下して耐久性が落ちてしまう。そのため、硬度については、アスカーＣ硬度（５００ｇ荷重）で３０°〜６０°の範囲とするのが好ましい。本実施形態では、５０°のものを使用した。

トナーの離型層２４ｂは、定着フィルム２２の離型層２２ｂ同様、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）とした。この離型層２４ｂは、表面を塗料でコートしたものでも良いが、チューブを被覆させたものでも良い。本実施形態では、耐久性に優れるチューブにより離型層２２ｂを成型した。離型層２４ｂの材質としては、ＰＦＡの他に、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂や、離型性のよいフッ素ゴムやシリコーンゴム等を用いてもよい。

（ヒータ）
ヒータ２３は、幅５ｍｍで厚さ１ｍｍのアルミナの基板表面に、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷により１０μｍ塗工し、その上に発熱体保護層としてガラスを５０μｍの厚さで覆ったものを用いた。ヒータ２３の背面には、通電発熱抵抗層の発熱に応じて昇温したセラミック基板の温度を検知するための温度検知素子２７が配置されている。

この温度検知素子２７の信号に応じて、長手方向端部にある不図示の電極部から通電発熱抵抗層に流す電流を適切に制御することで、ヒータ２３の温度を調整している。そして、ヒータ２３の熱は定着フィルム２２の内面から表面に伝わり、定着ニップ部Ｎｉｐを介して連泡スポンジローラとしての定着ローラ２４の表面を加熱する。上述のように未定着トナー像が転写された紙Ｐが定着ニップＮに搬送されると、定着フィルム２２と連泡スポンジローラ２４の熱は未定着トナー像と紙Ｐに伝わり、紙Ｐにトナー像が定着されるようになっている。

（紙シワ発生のメカニズム）
上述のような、紙を挟持搬送する構成の定着装置において、紙シワが発生することがあった。以下、紙シワが発生するメカニズムを説明する。紙シワは、定着ローラの回転軸方向（長手方向）における中央部の紙搬送速度ｖｃが、左右端部の紙搬送速度ｖｓより速いときに頻繁に見られる。紙搬送速度がｖｃ＞ｖｓのとき、紙はおおよそ以下のような挙動を示す。

＜紙搬送速度がｖｃ＞ｖｓである場合における紙挙動＞
・ 定着ニップ部の入口近傍で、紙に波打ちが発生する。
・ 波打ちの先端が定着ニップ部に噛み込まれる。
・ 波打ちが定着ニップ部に噛み込まれ続ける。

まず、上記紙挙動（ア）について図２を用いて説明する。図２（ａ）は、図１に示した定着装置を矢印Ｗ方向から見た図で、紙Ｐが図中Ａ１からＡ２の方向に搬送されて、図中太線で示してある幅Ｎの定着ニップ部Ｎｉｐより手前で波打ちが発生している様子を表している。図２（ｂ）は、そのときの連泡スポンジローラとしての定着ローラ２４の回転軸方向（長手方向）における紙搬送速度分布である。

中央部の紙搬送速度ｖｃが左右端部の紙搬送速度ｖｓより速い場合、紙Ｐが定着ニップ幅内の任意の地点Ｎｎまで水平に搬送されたと仮定した時の紙の中央部、左右端部の位置を結んだ直線Ｂ１−Ｏ−Ｂ２から、変化する。即ち、点Ｏを中心として角度θｎ１だけ回転が生じ、紙の中央部、左右端部の位置関係は、Ｂ１’−Ｏ−Ｂ２’のようになる。この時、定着ニップ部Ｎｉｐより手前の領域では、紙には図中矢印Ｄ１及びＤ２で示したように中央部へ引き寄せられる方向の力が作用し、中央部が波打ち高さｈ、波打ち角度αだけ持ち上げられた格好になる。

この波打ちの発生は、紙のコシにも依存する。紙の坪量が大きくて紙のコシが十分に強い場合には波打ちは発生しにくいが、紙の坪量が小さくて紙のコシが弱い薄紙の場合は、波打ち高さｈも波打ち角度αも大きい波打ちが発生し易い。

更に薄い紙である場合には、図３に示すような連泡スポンジローラの回転軸方向（長手方向）に複数の波打ちが生じることもある。定着ローラ及び定着フィルムの硬度分布や、外径のムラ、また、紙の目など、少しでも定着ニップ部内における圧接力分布の偏りがあるだけで、コシの弱い薄紙は影響を受けて波打ちが発生してしまうためである。このような波打ちは、高さｈは小さいが、角度αが大きい。

次に、紙挙動（イ）〜（ウ）について、図４を用いて説明する。図４は、図１中Ａ１から定着装置を見たときの定着ニップ部Ｎｉｐの近傍の様子を示している。図４（ａ）は、図中Ｗの力で圧接されている定着フィルム２２と定着ローラ２４の間に、紙Ｐの波打ちの先端が噛み込まれた時点（紙挙動（イ））での様子である。

図４（ｂ）、（ｃ）は、図４（ａ）の状態からさらに搬送が進んで、紙Ｐの波打ちが圧接力Ｗの力で圧接されている定着フィルム２２と定着ローラ２４の間に徐々に噛み込まれていく時（紙挙動（ウ））に考えられる、２つの紙変形モードを示す。図４（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、滑りモード、座屈モードである。

まず、図４（ｂ）の滑りモードは、紙の持つコシが強く、紙が平らな状態を保とうとする力Ｆ１及びＦ２が強いために、図中矢印Ｇ１及びＧ２で示しているように紙Ｐが左右へ広がるように滑りが生じる場合である。この時、紙シワは発生しない。

一方、（ｃ）座屈モードは、圧接力Ｗによって紙Ｐに座屈Ｚが発生するモードである。紙のコシが弱くて、紙が平らな状態を保とうとする力が弱かったり、発生した波打ち高さｈもしくは波打ち角度αが大きかったりするほど、圧接力Ｗによって座屈Ｚが発生し易い。この時、紙Ｐには折れ目が入り、紙シワ発生となる。

以上をまとめると、紙シワは次のようなメカニズムで発生する。まず、定着ローラの回転軸方向における中央部の紙搬送速度が左右端部の紙搬送速度より速いとき、紙には、定着ニップ部の手前の領域で、中央部へ引き寄せられる方向の力が作用する。この時、紙の坪量が小さくてコシが弱い薄紙ほど、波打ちが発生し易い。更に紙の搬送が進んで、波打ちの先端が連泡スポンジローラである定着ローラと定着フィルムに噛みこまれた時、コシが強い紙の場合は滑りモードとなって紙シワは発生しないが、コシが弱い紙の場合は座屈モードになり易くて紙シワが発生してしまう。

（紙シワ防止メカニズム）
紙シワの発生を防止するためには、上述した構成とは逆に、定着ローラの回転軸方向（長手方向）における左右端部の紙搬送速度ｖｓを中央部の紙搬送速度ｖｃより速くした構成にすると良い。図５は、図２と同様に、図５（ａ）に紙搬送の様子、図５（ｂ）に紙搬送速度分布を示した図で、紙搬送速度分布をｖｓ＞ｖｃとした場合を表している。

左右端部の紙搬送速度ｖｓが中央部の紙搬送速度ｖｃより速い場合、紙Ｐが定着ニップ幅内の任意の地点Ｎｎまで水平に搬送されたと仮定した時の紙の中央部、左右端部の位置を結んだ直線Ｂ１−Ｏ−Ｂ２から、点Ｏを中心として角度θｎ２だけ回転が生じる。そして、紙の中央部、左右端部の位置関係は、Ｂ１”−Ｏ−Ｂ２”のようになる。この時、定着ニップ部より手前の領域では、図中矢印Ｅ１及びＥ２で示したように紙には左右端部方向へ引っ張られる方向の力が作用するため、そもそもの紙シワの原因である波打ちの発生が抑制される。

ただし、坪量が小さくコシが弱い薄紙の場合は、前述したように、波打ち高さｈや波打ち角度αが大きい波打ちが発生し易い。そのため、左右端部方向へ引っ張られる方向の力をさらに大きくする必要がある。このためには、紙搬送速度をｖｓ＞ｖｃとして、その差を大きくすれば良い。つまりは、紙搬送速度をｖｓ＞ｖｃとしてその差を大きくすることで、薄い紙でも定着ニップ手前の波打ちを無くすことができ、紙シワを防止することができる。

（比較例１として定着フィルムを逆クラウン状とすることでｖｓ＞ｖｃとする方法）
以上の通り、坪量が小さくてコシの弱い紙の紙シワを防止するためには、紙搬送速度をｖｓ＞ｖｃとし、その差Δｖを大きくしなければならない。以下、紙の搬送速度差Δｖは、連泡スポンジローラである定着ローラ２４の回転軸方向（長手方向）で中央部の紙搬送速度ｖｃと同方向左右端部の紙搬送速度ｖｓを用いて、下記の通り与えられるものとする。
Δｖ ＝ ｖｓ−ｖｃ （式１）
従来、ｖｓ＞ｖｃとする手段として、定着フィルム２２を回転軸方向（長手方向）で中央部の外径より左右端部の外径の方が大きい形状、つまり、逆クラウン形状にする方法が採用されていた。図６に、図１中Ａ１方向から見た比例例１の定着装置１１の構成模式図と紙搬送速度分布を示す。

逆クラウン形状の定着フィルム２２は、外周長の大きい左右端部の表面移動速度ｖＦｓより、外周長の小さい中央部の表面移動速度ｖＦｃの方が遅く回転する。そのため、定着フィルム２２の中央部は、連泡スポンジローラである定着ローラ２４に、図６中斜線で示した領域Ｊで、ブレーキをかけながら回転している状態となっていると考えられる。

ここに紙が通紙されると、ブレーキがかかる中央部の紙搬送速度ｖｃは遅くなるため、左右端部の紙搬送速度ｖｓの方が速くなる。また、Δｖを大きくするためには、回転軸方向（長手方向）における中央部の外径と左右端部の外径の差、即ち、逆クラウン量を大きくすれば良い。

ここで、表１に定着フィルムを逆クラウン形状としたことによる紙搬送速度差Δｖの発生と、紙シワ防止効果を調べた結果を示す。紙搬送速度差Δｖについては、以下のように求める。即ち、幅３０ｍｍの短冊状に切ったＥｘｔｒａ８０ｇ紙Ｐを画像形成装置の定着ローラ回転軸方向中央部と左右端部の位置で通紙する。そして、排紙トレイ上に到達した時点での紙Ｐの搬送速度をデジタルレーザードップラー速度計（キヤノン株式会社）によってそれぞれ測定し、算出した。

測定に使用した定着ローラは、本実施形態の連泡スポンジローラと同じものを用い、外径は１８ｍｍ、アスカーＣ硬度は５０°、回転軸方向の逆クラウン量は０μｍ（ストレート形状）である。圧接力Ｗは１５ｋｇｆ、プロセススピードは１６０ｍｍ／ｓとした。表１では、測定した左右端部の紙搬送速度ｖｓと中央部の紙搬送速度ｖｃと紙搬送速度差Δｖを示してある。

紙シワ防止効果については、紙シワは坪量が小さくコシの弱い薄紙であるほど発生し易いため、紙の坪量に対して紙シワの発生有無を調べることで確認した。定着フィルムは、中央部の外径を１８ｍｍで統一して、逆クラウン量が０μｍ（ストレート形状）、２５μｍ、８０μｍである場合についてそれぞれ調べた。１０枚連続通紙中、紙シワが発生した場合を×、発生しなかった場合を○とする。また、画像ズレについても評価した。画像ズレとは、紙上の未定着トナーがフィルムと定着ニップ手前で摺擦することにより画像が乱れるという画像不良である。

先述したとおり、定着フィルムは、あまりに大きなクラウン量を持たせると、画像ズレが発生してしまう。画像ズレが発生した場合を×、発生しなかった場合を○で示してある。

定着フィルムが、逆クラウン量０μｍのストレート形状の場合、紙搬送速度差Δｖはほぼ０ｍｍ／ｓであり、この時、坪量６４ｇの紙でも紙シワが発生してしまった。定着フィルムを逆クラウン量２５μｍの逆クラウン形状にした場合、紙搬送速度差Δｖが０．３ｍｍ／ｓとなり、坪量６４ｇの紙の紙シワ発生を防止することができた。定着フィルムの逆クラウン量を８０μｍとした場合は、紙搬送速度差Δｖを１．３ｍｍ／ｓまで大きくなり、紙シワは坪量５２ｇの紙まで発生を防止することができた。しかし、画像ズレが発生してしまった。

このように、定着フィルムの逆クラウン形状を大きくし過ぎると、定着フィルムの走行が不安定になり、不安定な走行のために歪んだ定着フィルムと定着ローラとに圧接される紙上の未定着トナーは乱れ、画像ズレが発生してしまう。

（比較例２として定着ローラを逆クラウン状とすることでｖｓ＞ｖｃとする方法）
次に、定着ローラによって紙搬送速度をｖｓ＞ｖｃの関係にする方法について示す。その最適手段は、ソリッドローラと連泡スポンジローラでは異なる。まず、定着ローラ２４としてソリッドローラを用いた場合については、その形状を逆クラウン形状とすることにより、定着フィルム２２を逆クラウンとした場合とほぼ同様の原理で、紙搬送速度をｖｓ＞ｖｃとすること、及び、Δｖを大きくすることが可能である。

次に、定着ローラ２４として連泡スポンジローラを用いた場合について説明する。連泡スポンジローラの場合は、定着フィルムやソリッドローラのように、その形状を逆クラウン形状にしても紙搬送速度をｖｓ＞ｖｃとすることが困難である。以下、その理由について、ソリッドローラと連泡スポンジローラの違いを示しながら説明する。

ソリッドローラと連泡スポンジローラとでは、圧接力がかかったときの変形挙動に違いがある。圧接力Ｗがかかったときの各定着ローラの変形挙動を、図７（ａ）（ｂ）に示す。図７（ａ）は定着ローラがソリッドローラの場合、図７（ｂ）は連泡スポンジローラの場合である。図中の点線は、圧接力Ｗがかかっていない状態の定着ローラの形状を示している。

ソリッドローラの場合は、圧接力Ｗがかかり、圧接力Ｗの方向にゴムが縮むと、その分、ゴムが図中矢印７０の方向に伸びる。そのため、潰せば潰すほど、ゴムが伸ばされて、外周長が大きくなり、紙搬送速度は速くなる。一方、連泡スポンジローラの場合は、圧接力Ｗがかかると連泡スポンジゴム層内に存在する気泡内の空気が外に出て、気泡が潰れるため、連泡スポンジローラの外周長が小さくなるような変形をする。このため、潰せば潰すほど、外周長が小さくなり、紙搬送速度が遅くなる。

このような変形挙動の違いによって、ソリッドローラと連泡スポンジローラでは、逆クラウン形状とすることによって生じさせることのできる紙搬送速度差が異なる。ソリッドローラは、外径が大きくなれば、その分紙搬送速度に関わる外周長が大きくなる上、ゴム量が増えるために図中矢印７０方向への伸び変形も大きくなるため、紙搬送速度は速くなる。一方、連泡スポンジローラは、外径が大きくなっても、圧接力Ｗにより潰されると連泡スポンジローラの外周長が小さくなってしまうため、紙搬送速度が速くなりにくい。

ここで、定着ローラを逆クラウン形状としたことによる紙搬送速度差Δｖの発生と、紙シワ防止効果を調べた結果を示す。実験は、定着フィルムを逆クラウン形状としたことによる紙搬送速度差Δｖの発生と、紙シワ防止効果を調べた時と同様にして行った。定着フィルムの逆クラウン量は０μｍ（ストレート形状）とした。定着ローラの逆クラウン量は０μｍ、１５０μｍ、２００μｍとして比較した。結果は、表２に示す。

ソリッドローラは逆クラウン形状とすることで、左右端部の紙搬送速度が速くなり紙搬送速度差Δｖを発生させることができた。ソリッドローラの場合、逆クラウン量を２００μｍとすることで、Δｖが１．８ｍｍ／ｓにすることができ、坪量４２ｇの薄紙の紙シワをも防止することができた。

しかし、連泡スポンジローラは逆クラウン量２００μｍの逆クラウン形状としても、左右端部の紙搬送速度ｖｓはソリッドローラほど大きく変わらず、紙搬送速度Δｖをあまり大きくすることができなかった。そのため、紙シワ防止効果も小さかった。この通り、定着ローラが連泡スポンジローラである場合は、ソリッドローラのようにその形状を逆クラウン形状とすることによる方法で紙搬送速度をｖｓ＞ｖｃの関係にするのは困難である。

（本実施形態における定着ローラにニップ幅差を設けることでｖｓ＞ｖｃとする方法）
上述したとおり、定着ローラ２４が連泡スポンジローラの場合は、圧接力Ｗをかけて弾性ゴム層内の気泡を潰すことによって連泡スポンジローラの外周長を小さくすることができる。この性質を利用して、連泡スポンジローラの中央部を左右端部よりも潰すような構成にすれば、紙搬送速度をｖｓ＞ｖｃの関係にすることができる。

ここで、連泡スポンジローラを徐々に潰していった時の紙搬送速度の変化を調べ、上記の検証を行った。実験は図８に示すような定着装置を用いて調べた。圧接力による定着ローラの撓みの影響を除外するため、回転軸方向の長さを短くした定着装置を用いた。連泡スポンジローラのゴム層の回転軸方向の長さと定着フィルムの回転軸方向の長さを４０ｍｍとした。圧接力Ｗによる連泡スポンジローラの潰れ量は、定着ニップ幅Ｎを測定することにより判断した。

定着ニップ幅Ｎが大きいほど、連泡スポンジローラはより潰れて外径が小さい状態になっているといえる。定着ニップ幅Ｎは圧分布測定システム（ニッタ株式会社）で測定した。実験に用いた定着装置構成は、次の通りである。図８において、定着フィルム８１は、加圧体８２を内包して、バネ８３によって定着ローラ８４に圧接されている。圧接力はバネ８３によって調整し、２．１〜３．９ｋｇｆとしたところ、定着ニップ幅Ｎは約６．８〜７．４ｍｍであった。

定着ローラ８４は、本実施形態における画像形成装置のプロセススピードと同じ１６０ｍｍ／ｓの速さで、図中Ｒ１の方向に回転させた。そして、定着ローラ８４と定着フィルム８１が形成する定着ニップ部Ｎｉｐに、３０ｍｍ幅の短冊状に切ったＥｘｔｒａ８０ｇの紙Ｐを通紙した。そして、デジタルレーザードップラー速度計８０（キヤノン株式会社）で定着ニップ部を通過後における同紙の搬送速度を測定した。結果は、図９に示す。図９に示すように、連泡スポンジローラは、圧接力Ｗを増加させて潰し、定着ニップ幅Ｎを大きくするほど、紙搬送速度が遅くなった。

以上より、定着ローラに連泡スポンジローラを用いる場合、紙搬送速度をｖｓ＞ｖｃの関係にして紙シワを防止するためには、左右端部よりも中央部を潰した状態とすれば良い。即ち、中央部（第１の領域）の定着ニップ幅Ｎｃを端部側（第２の領域である左右端部側）のニップ幅Ｎｓより大きい構成にすれば良い。即ち、Ｎｃ＞Ｎｓなる条件を満たすようにすれば良い。また、紙搬送速度差Δｖを大きくするには、中央部の定着ニップ幅Ｎｃと左右端部のニップ幅Ｎｓの差ΔＮを大きくすれば良い。

（本実施形態のヒータホルダ形状に基づく定着ニップ構成）
以上の通り、連泡スポンジローラを用いた構成の場合に紙シワを防止するために、紙搬送速度差Δｖを発生させるには、中央部の定着ニップ部の幅（ニップ幅）Ｎｃを左右端部の定着ニップ部の幅（ニップ幅）Ｎｓより大きい構成にすれば良い。以下、定着ニップ部の幅差（ニップ幅差）ΔＮは、連泡スポンジローラの回転軸方向（長手方向）における中央部の定着ニップ幅Ｎｃと同方向左右端部の定着ニップ幅Ｎｓを用いて、下記の通り与えられるものとする。
ΔＮ ＝ Ｎｃ −Ｎｓ （式２）
表２における実験番号６のΔｖの値と紙シワ発生度合いより分かる通り、本実施形態のフィルム方式の定着装置において、坪量４２ｇの薄紙の紙シワは、Δｖを１．８ｍｍ／ｓ以上にすれば防止できるといえる。図９より、左右端部の定着ニップ幅Ｎｓが６．８ｍｍとした場合に中央部の定着ニップ幅Ｎｃを変え、ΔＮを変化させた時、どの程度紙搬送速度差Δｖが発生するかを算出した。ΔＮに対してΔｖを、プロットしたグラフを図１０に示す。

坪量４２ｇの薄紙の紙シワを防止するために、紙搬送速度差Δｖが１．８ｍｍ／ｓ以上となるようにするには、定着ニップ幅差ΔＮは０．４ｍｍ以上とすれば良い。つまり、中央部のニップ幅Ｎｃを７．２ｍｍ以上にすれば良い。

本実施形態では、図１１（ａ）のようにヒータホルダ２１の形状を調整することで、ニップ幅を調整した。即ち、第１の加圧部材としてのヒータホルダ２１は、長手方向の中央部（第１の領域）で端部（第２の領域）よりも定着ローラ２４に近づく形状（凸形状）を有する。これにより、図９より理解されるように、定着ローラ２４が長手方向の中央部（第１の領域）で端部（第２の領域）よりも圧接力が高く、長手方向の中央部（第１の領域）で端部（第２の領域）よりもニップ幅が大きくなる。

図１１（ｂ）は、本実施形態におけるニップ幅形状である。図１１（ａ）におけるヒータホルダ２１の中央部の凸部の突起量であるＨ１を５５０μｍとすることで、左右端部の定着ニップ幅Ｎｓが６．８ｍｍであるのに対し、中央部のニップ幅ＮｃをＮｓより大きい７．２ｍｍとしている。

（本実施形態における紙シワ防止効果）
本実施形態の構成で、紙シワ発生の有無を評価した結果に示す。上述した評価方法と同様に、各坪量の紙を１０枚連続通紙した時の紙シワ発生の有無を評価した。また、紙搬送速度差Δｖも同様にして測定した。比較の為に表１の定着フィルムを逆クラウン形状とすることによる紙シワ対策のみを施した場合の結果である実験番号２と実験番号３の結果も一緒に示す。画像ズレについても確認し、その結果を表３に示す。

本実施形態構成において、長手方向における中央部の定着ニップ幅を左右端部のニップ幅より０．４ｍｍ大きくすることで、中央部の紙搬送速度を左右端部の紙搬送速度より１．８ｍｍ／ｓ遅くすることができた。そのため、従来の定着フィルムを逆クラウンとすることによる紙シワ防止方法では防止することのできなかった坪量４２ｇの薄紙の紙シワも防止することができた。また、定着フィルムの逆クラウン量が０μｍであるため、画像ズレも発生しなかった。

以上、本実施形態により、フィルム方式の定着装置において省電力化及びクイックスタートを可能にする連泡スポンジローラを用いた場合でも、従来より薄い紙で画像ズレが発生せずに紙シワを防止することができた。

《第２の実施形態》
本発明の第２の実施形態では、蓄熱ゴム層を有する定着ローラを用いた外部加熱方式の画像加熱装置としての定着装置で、定着ニップ幅が定着ローラの回転軸方向左右端部よりも同方向中央部の方が大きい構成にすることで紙シワを防止している。以下、本実施形態を説明する。未定着トナー像を形成する画像形成装置については、第１の実施形態と同じく一般的であり説明を省略する。また、定着装置についても、同一部材は同一符号で示し、説明を省略する。

（画像加熱装置）
本実施形態の画像加熱装置としての定着装置は、外部加熱定着方式の定着装置で、クイックスタートや省電力化を達成するために用いられる定着装置の一例である。加熱体を定着ローラ外表面に配置し、定着ローラの外表面のみを加熱することで、クイックスタート及び省電力化を可能としている。

図１２を用いて、本実施形態の定着装置２００の構成を説明する。図１２は、定着装置２００の断面図である。定着装置２００は、定着ローラ１１１（回転ローラ）、加熱ユニット１１２、加圧ユニット１１３から構成されている。定着ローラ１１１の外周面には、定着ローラ１１１に対向し加圧されている加圧ユニット１１３が定着ニップＮｉｐ１を形成している。

方、加圧ユニット１１３の反対側からは、定着ローラ１１１の外表面を加熱する加熱ユニット１１２が接触し、加熱ニップＮｉｐ２を形成している。本実施形態において、図中矢印Ｗの方向の総圧接力は１５ｋｇｆで、定着ニップ部Ｎｉｐの幅は６〜８ｍｍとなっている。なお、連泡スポンジローラの弾性層の回転軸方向の幅は２２５ｍｍであり、ニップ内単位面積当たりの圧接力は０．８２×１０^５Ｐａ〜１．１×１０^５Ｐａである。定着ローラ１１１は、不図示の駆動源によって駆動され、電子写真感光体ドラムと同じプロセススピードの１６０ｍｍ／ｓで図１２中矢印Ｒ１方向に回転するようになっている。

加熱フィルム１１８及び加圧フィルム１２０は、上記Ｎｉｐ１、Ｎｉｐ２で定着ローラ１１１から動力をもらい、それぞれ図１２中矢印Ｒ２及びＲ３方向に従動回転する。加熱ニップＮｉｐ２で加熱ユニット１１２の熱を定着ローラ１１１表面に伝え、定着ニップ部Ｎｉｐ１で、定着ローラ１１１の熱を紙Ｐに伝える。加熱ユニット１１２内のヒータ２３は、ヒータ２３の背面に配置した温度検知素子２７により温調温度１８０℃で制御されている。

未定着トナー像が記録された紙Ｐは、定着ニップ部Ｎｉｐ１で図中Ａ１からＡ２へ搬送され、熱と定着ローラ１１１及び加圧ユニットの圧接力により紙Ｐのトナー像の定着を行う構成である。以下に、詳しい構成を説明する。

（定着ローラ）
定着ローラ１１１は、第１の実施形態に記載の定着ローラ２４と同様、クイックスタートを可能とするためにその弾性層が低熱容量及び低熱伝導率である連泡スポンジローラである。そして、定着ローラ外径や芯金径、連泡スポンジゴム層の熱伝導率および比重、定着ローラ最表面の離型層等の構成は、定着ローラ２４とほぼ同じものである。ただし、本実施形態では、弾性層１１５ｂと離型層２４ｂの間に蓄熱ゴム層１１５ａを設けている。

本実施形態のような外部加熱定着方式の定着装置に用いられる定着ローラの場合、熱容量が小さく、熱伝導率が低いだけであると、定着ローラ表面温度は上昇し易いが、最表層しか暖まらない。これにより、記録材である紙Ｐのトナーの定着を行うには熱量が足りない場合がある。そのため、本実施形態の定着ローラ１１１は、熱を溜める蓄熱ゴム層１１５ａと、定着ローラ内部へ熱を逃さないようにする断熱ゴム層（弾性層）１１５ｂを有する定着ローラ構成となっている。

ここで、断熱ゴム層（弾性層）１１５ｂは、第１の実施形態に示した連泡スポンジゴム層と同様のものであり、比重０．５５、熱伝導率０．１３Ｗ／ｍ・Ｋの連泡スポンジゴムである。蓄熱ゴム層１１５ａは、加熱回転体からの熱を素早く蓄熱するために熱伝導率が高い方が良く、ソリッドゴムに熱伝導フィラーを添加するなどし、熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上にしたものを用いるのが好ましい。蓄熱ゴム層１１５ａの熱容量は、ゴムの熱伝導率（比重）とその厚さにより調整し、画像形成装置の印字速度に合せて、３０μｍ〜１ｍｍ程度にして用いると良い。本実施形態では、２００μｍとした。

（加熱ユニット）
加熱ユニット１１２は、定着ローラ１１１を表面から加熱するものであり、第１の実施形態のフィルムユニット５００と同様の構成となっている。加熱体としてのヒータ２３およびエンドレスベルト状の加熱フィルム１１８と、加熱フィルム１１８をガイドすると共に、ヒータ２３の保持部材であるヒータホルダ２１などから構成されている。

本実施形態における加熱フィルム１１８は、第１の実施形態の定着フィルム２２と同様、耐熱性と強度が必要である。そのため、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やニッケルなどの金属やポリイミドやポリアミドイミド、ポリエチルエチルケトン（ＰＥＥＫ）等の高耐熱性樹脂を用いると良く、本実施形態では外径１８ｍｍのポリイミドフィルムを用いた。

また、加熱フィルム１１８の表層には、第１の実施形態の定着フィルム２２と同様、トナーの離型層１１８ａを有している。加熱フィルム１１８の離型層１１８ａは、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＡ）、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロポリプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂を用いると好ましい。本実施形態では、これらフッ素樹脂の中でも離型性と耐熱性に優れるＰＦＡを用いた。

（加圧ユニット）
加圧ユニット１１３は、定着ローラ１１１との間で記録媒体である紙Ｐを加圧しながら挟持搬送するものである。加圧ユニット１１３は、エンドレスベルト状の加圧フィルム１２０と、加圧フィルム１２０の回転保持部材である加圧フィルムガイド１２１と、加圧フィルムガイド１２１を支持するステー２５と、摺動部材１２２から構成されている。加圧フィルムは、第１の実施形態の定着フィルム２２と同様、耐熱性、強度及びトナーとの離型性が必要である。そのため、本実施形態の加圧フィルム１２０は、第１の実施形態の定着フィルム２２と同様のものを使用した。

また、本実施形態の摺動部材１２２は、加圧フィルムと摺動して、ニップ部Ｎｉｐ１を形成している部材であり、耐熱性、耐久性が必要であり、摺動性が良好なものであると良い。摺動部材１２２の材質としては、例えば、耐熱フェルト、マイカ、セラミック、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ポリイミド、ポリアミドイミド、フッ素樹脂等の耐熱性を有する樹脂シートが用いられる。なお、定着ローラ１１１の回転軸方向の熱分布を均一にするための熱伝導性の高い金属を用いても良い。また、その表面に摩擦抵抗を低減するガラスコート、フッ素樹脂等の摺動層を有してあっても良い。

本実施形態では、厚さ１ｍｍのアルミニウム板にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いた。また、ここでは、摺動部材１２２と加圧フィルムガイド１２１を別部材として扱っているが、それらを同一樹脂で一体成型により形成しても良く、一体型にすることでコストダウンを図ることが可能である。

（外部加熱定着方式の定着装置における従来の紙シワ防止方法と紙シワ防止効果）
以上のような定着ローラの弾性層に連泡スポンジゴムを用いた外部加熱定着方式の定着装置において、紙シワが発生するという問題があった。紙シワの防止については、第１の実施形態と同様、定着ローラの回転軸方向左右端部の紙搬送速度ｖｓを中央部の紙搬送速度ｖｃより速くすることが有効である。そして、本実施形態においても加圧フィルムでｖｓ＞ｖｃとする方法と、定着ローラでｖｓ＞ｖｃとする方法が挙げられる。

本実施形態の定着ローラは弾性層と離型層の間に蓄熱ゴム層があるが、第１の実施形態と同様、弾性層は連泡スポンジゴム層であり、定着ローラの形状を逆クラウン形状とすることによる方法で、紙搬送速度をｖｓ＞ｖｃの関係にするのは困難である。そのため、従来、外部加熱定着方式の定着装置における紙シワ防止は、加圧フィルム１２０の形状を逆クラウン形状とすることにより行っていた。

その原理は、第１の実施形態で示した定着フィルムの形状を逆クラウン形状とすることによる紙シワ防止方法と同様である。また、加圧フィルム１２０の逆クラウン量を大きくし過ぎると、加圧フィルム１２０の走行が不安定となり、画像ズレが発生するという問題も同様に発生していた。

表４に、外部加熱定着方式の従来例として、加圧フィルムを逆クラウン形状としたことによる紙搬送速度差Δｖの発生と、紙シワ防止効果を調べた結果を示す。測定は、第１の実施形態で、従来方法による紙搬送速度差Δｖの発生と紙シワ防止効果を調査した時と同様にして行った。

測定した左右端部の紙搬送速度ｖｓと、中央部の紙搬送速度ｖｃと、紙搬送速度差Δｖを示してある。紙シワ防止効果については、１０枚連続通紙中、紙シワが発生した場合を×、発生しなかった場合を○として示してある。加圧フィルムの逆クラウン量は、０μｍ、２５μｍ、８０μｍについて調べ、画像ズレについても評価した。画像ズレが発生した場合を×、発生しなかった場合を○で示した。

加圧フィルムが逆クラウン量０μｍのストレート形状の場合、紙搬送速度差Δｖはほぼ０ｍｍ／ｓであり、この時、坪量６４ｇの紙でも紙シワが発生してしまった。加圧フィルムを逆クラウン量２５μｍの逆クラウン形状にした場合、紙搬送速度差Δｖが０．５ ｍｍ／ｓとなり、坪量６４ｇの紙の紙シワ発生を防止することができた。

加圧フィルムの逆クラウン量を８０μｍとした場合は、紙搬送速度差Δｖを１．４ｍｍ／ｓまで大きくなり、紙シワは坪量５２ｇの紙まで発生を防止することができた。しかし、画像ズレが発生してしまった。

以上より、外部加熱定着方式の定着装置においては、加圧フィルムを回転軸方向中央部の外径より左右端部の外径の方が大きい形状、つまり、逆クラウン形状にすることで、ｖｓ＞ｖｃとすることができることが確認できた。また、Δｖを大きくするためには、回転軸方向中央部の外径と左右端部の外径の差、即ち、逆クラウン量を大きくすれば良いことが分かった。

しかし、加圧フィルムの逆クラウン形状を大きくし過ぎると、加圧フィルムの走行が不安定になり、不安定な走行のために歪んだ加圧フィルムと定着ローラとに圧接される紙上の未定着トナーは乱れ、画像ズレが発生してしまう。

（本実施形態の加圧フィルムガイド形状に基づく定着ニップ構成）
上述した通り、加圧フィルム１２０を逆クラウン形状にするという従来方法によって、さらなる薄紙の紙シワ発生を防止しようとすると、画像ズレが発生してしまう。しかし、第１の実施形態と同様に、長手方向における中央部の定着ニップ幅Ｎｃを左右端部の定着ニップ幅Ｎｓより大きい構成にすれば、画像ズレは発生せずに、薄紙の紙シワ発生を防止することができる。

ここで、本実施形態の定着ローラは弾性層と離型層の間に蓄熱ゴム層があるものの、弾性層（連泡スポンジ層）に対して十分薄い。そのため、第１の実施形態と同様、圧接力を高くして潰すほど、連泡スポンジゴム層の気泡が抜けて外周長が小さくなる挙動を示す。つまり、本実施形態のような蓄熱ゴム層を有する定着ローラを用いた場合でも、第１の実施形態と同様に、紙シワを防止するために紙搬送速度差Δｖを発生させるには、中央部の定着ニップ幅Ｎｃを左右端部の定着ニップ幅Ｎｓより大きい構成にすれば良い。

本実施形態においては、加圧フィルムガイド１２１の形状で定着ニップ幅Ｎを調整した。即ち、第２の加圧部材としての加圧フィルムガイド１２１は、長手方向の中央部（第１の領域）で端部（第２の領域）よりも定着ローラ１１１に近づく形状（凸形状）を有する。これにより、図９より理解されるように、定着ローラ１１１が長手方向の中央部（第１の領域）で端部（第２の領域）よりも圧接力が高く、長手方向の中央部（第１の領域）で端部（第２の領域）よりもニップ幅が大きくなる。

図１３（ａ）は図１２図中Ａ１から見た定着装置であり、加圧フィルムガイド１２１の形状を太線で示している。図１３（ｂ）は、このときの定着ニップ形状である。本実施形態では、図１３（ａ）における加圧フィルムガイド１２１の中央部の凸部の突起量であるＨ１を５５０μｍとすることで、左右端部のニップ幅が６．８ｍｍであるのに対し、中央部の定着ニップ幅を７．２ｍｍにしている。

（本実施形態における紙シワ防止効果）
本実施形態構成で、紙シワ発生の有無を評価した結果に示す。上述した評価方法と同様に、各坪量の紙を１０枚連続通紙した時の紙シワ発生の有無を評価した。また、紙搬送速度差Δｖも同様にして測定した。比較の為に表４の加圧フィルムを逆クラウン形状とすることによる紙シワ対策のみを施した場合の結果である実験番号１２と実験番号１３の結果も一緒に示す。画像ズレについても確認し、結果を表５に示す。

本実施形態の構成において、長手方向における中央部の定着ニップ幅を左右端部の定着ニップ幅より０．４ｍｍ大きくすることで、中央部の紙搬送速度を左右端部の紙搬送速度より１．８ｍｍ／ｓ遅くすることができた。そのため、従来の加圧フィルムを逆クラウンとすることによる紙シワ防止方法では防止することのできなかった坪量４２ｇの薄紙の紙シワも防止することができた。また、加圧フィルム１２０の逆クラウン量が０μｍであるため、画像ズレも発生しなかった。

以上、本実施形態により、外部加熱定着方式の定着装置において定着ローラの弾性層が連泡スポンジ層である場合でも、従来より薄い紙でも、画像ズレが発生せずに、紙シワを防止することができた。また、定着ローラの弾性層が連泡スポンジローラであって、一部ソリッド層を含んでいた場合でも、ニップ幅を回転方向左右端部より同方向中央部の方が大きくすれば、同様に紙シワ発生を抑制することができることが分かった。

《第３の実施形態》
本発明の第３の実施形態では、第１の実施形態に記載の定着フィルムや第２の実施形態の加圧フィルムが無く、フィルムを逆クラウン形状とする方法で紙シワを防止することができない外部加熱方式の加熱装置である。フィルムの代わりに、固定された加圧体である加圧パッドと、定着ローラとの圧接によって形成される定着ニップ部で、紙Ｐ上の未定着トナー像が紙Ｐに定着される構成であるため、パッド方式と呼ばれる。このようにフィルムの無い本実施形態の構成においても、定着ニップ幅が定着ローラの長手方向における左右端部よりも中央部の方が大きい構成にすることで、紙シワを防止できた。

本実施形態を、以下に説明する。本実施形態において、未定着トナー像を形成する画像形成装置については、第１の実施形態および第２の実施形態と同じく一般的であり、説明を省略する。

（画像加熱装置）
図１４に、本実施形態に係る画像加熱装置としての定着装置３００の断面図を示す。本実施形態の定着装置３００は、第２の実施形態と同じく外部加熱定着方式の定着装置で、クイックスタートや省電力化を達成するために用いられる定着装置の一例である。第２の実施形態の構成から、加圧ユニット１１３の加圧フィルム１２０と加圧フィルムガイド１２１を無くしたパッド定着方式の定着装置構成である。このパッド定着方式の定着装置は、加圧フィルムが無く熱容量が小さいため、さらに速いクイックスタートを可能としている。

本実施形態の定着装置３００の断面図は、図１４に示す通りである。上述した通り、加圧フィルムと加圧フィルムガイドが無い以外は、第２の実施形態とほぼ同じ構成であり、同じ部材については、同一の符号で示し説明を省略してある。

定着ローラ１４２は、第２の実施形態に記載の定着ローラと同様、さらに速いクイックスタートを可能にするため、弾性層１１５ｂには低熱容量及び低熱伝導率である連泡スポンジゴムを使用している。そして、その外側に高熱伝導率である蓄熱ゴム層１１５ａを有した構成となっている。ただし、本実施形態では、紙Ｐの通紙中、紙Ｐと加圧パッド１４１が摺動する。定着ローラ１４２と紙Ｐの摩擦力を、紙Ｐと加圧パッド１４１の摩擦力より強い構成にしなければ紙が搬送されない。

そのため、本実施形態の定着ローラ１４２は、その表面に離型層を設けていない。その他の定着ローラ外径や芯金径、連泡スポンジゴム層の熱伝導率および比重等の構成は、同じである。

加圧パッド１４１は、回転する定着ローラ１４２に圧接され、定着ローラ１４２に摺擦しながら、定着ニップ部Ｎｉｐ１を形成している。図中、矢印Ｗの方向の総圧接力は、第１の実施形態と同様の１５ｋｇｆで、定着ニップ部Ｎｉｐの幅は６〜８ｍｍとなっている。なお、連泡スポンジローラの弾性層の回転軸方向の幅は２２５ｍｍであり、ニップ内単位面積当たりの圧接力は０．８２×１０^５Ｐａ〜１．１×１０^５Ｐａである。

熱は、第２の実施形態と同様、ヒータ１１７から供給され、加熱ニップＮｉｐ２において、加熱フィルム１１８を介して定着ローラ１４２の表面へと伝わる。紙Ｐ上の未定着トナー像は、加熱された定着ローラ１４２から受ける熱と、定着ニップ部Ｎｉｐ１における圧力によって溶融され、紙Ｐ上に定着される。加圧パッド１４１の材質は、耐熱性及び耐久性が必要であり、第２の実施形態の摺動部材１２２と同様の材質を用いると良い。

特に、定着ローラ１４２の熱を奪わないよう、断熱性を有する部材が適している。また、その表面１４１ａに摩擦抵抗を低減するガラスコート、フッ素樹脂等の摺動層を有してあっても良い。本実施形態の加圧パッド１４１は、断熱性の高い液晶ポリマーに摺動性の高いＰＴＦＥを１０μｍコーティングしたものを用いた。

（パッド定着方式の定着装置における紙シワ発生）
以上のような、定着ローラの弾性層に連泡スポンジゴムを用いたパッド定着方式の定着装置において、紙シワが発生するという問題があった。第２の実施形態のように加圧フィルムが無いため、加圧フィルムを逆クラウン形状とすることによる方法で紙シワを防止することができない。

（本実施形態の加圧パッド形状に基づく定着ニップ構成）
本実施形態の定着ローラは、離型層を有していない他は第２の実施形態とほぼ同じ構成であり、弾性層は連泡スポンジゴム層である。そのため、本実施形態においても、第１、第２の実施形態と同様、紙シワを防止するために紙搬送速度差Δｖを発生させるには、長手方向における中央部の定着ニップ幅Ｎｃを左右端部の定着ニップ幅Ｎｓより大きい構成にすれば良い。

本実施形態においては、加圧パッド１４１の形状で定着ニップ幅Ｎ１を調整した。即ち、加圧パッド１４１は、長手方向の中央部（第１の領域）で端部（第２の領域）よりも定着ローラ１４２に近づく形状（凸形状）を有する。これにより、図９より理解されるように、定着ローラ１４２が長手方向の中央部（第１の領域）で端部（第２の領域）よりも圧接力が高く、長手方向の中央部（第１の領域）で端部（第２の領域）よりもニップ幅が大きくなる。

本実施形態の構成を図１５に示し、図１５（ａ）は図１４図中Ａ１から見た定着装置であり、加圧パッド１４１の形状を太線で示している。図１５（ｂ）は、このときの定着ニップ形状である。本実施形態では、図１５（ａ）における加圧パッド１４１の中央部の凸部の突起量であるＨ１を５５０μｍとして、左右端部の定着ニップ幅が６．８ｍｍであるのに対し、中央部の定着ニップ幅を７．２ｍｍにしている。

（本実施形態における紙シワ防止効果）
本実施形態構成で、紙シワ発生の有無ついて評価した結果を表６に示す。上述した評価方法と同様に、各坪量の紙を１０枚連続通紙した時の紙シワ発生の有無を評価した。また、紙搬送速度差Δｖも同様にして測定した。比較の為に、対策前の結果も一緒に示す。

本実施形態においても、定着ニップ幅を長手方向における左右端部より中央部を０．４ｍｍ大きくすることで、紙搬送速度が中央部よりも左右端部が１．９ｍｍ／ｓ速くなり、坪量４２ｇの薄紙の紙シワ発生を防止することができた。即ち、本実施形態のように加圧フィルムが無いパッド方式の定着装置で、定着ローラの弾性層が連泡スポンジゴムである定着ローラを用いても、必要な紙搬送速度差に合わせて定着ニップ幅を中央部より左右端部を大きくすることで紙シワを防止することができた。

（変形例）
上述した実施形態では、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。

（変形例１）
第１の実施形態の定着フィルム２２も第２の実施形態の加圧フィルム１２０も、走行が安定で画像ズレの発生しないストレート形状で説明してきた。しかし、画像ズレが発生しない範囲で、定着フィルム２２や加圧フィルム１２０を逆クラウン形状としても良い。

即ち、定着ニップ幅差ΔＮを大きくすることによる効果と、従来の紙シワ防止方法である定着フィルムもしくは加圧フィルムの逆クラウン量を大きくすることによる効果とを組み合わせて、定着ニップ幅差ΔＮを小さくしても良い。定着ニップ幅はトナー定着性に関わるもので、定着ニップ幅差ΔＮを小さくし、定着ニップ構成をストレート形状に近づけることで、トナー定着性の均一性を向上させることも可能である。

また、第３の実施形態において、定着ローラ１４２は、逆クラウン量が０μｍのストレート形状としたが、逆クラウン形状であっても良い。定着ローラ１４２を逆クラウン形状としても、左右端部の紙搬送速度は大きく変わらない。圧接力によって連泡スポンジローラの外周長が小さくなる変形をすることで、左右端部の外径を大きくしたことによる紙搬送速度上昇の効果が小さくなってしまうためである。

ただし、その状態からでも中央部を左右端部より潰した構成にすることで、中央部の紙搬送速度を左右端部の紙搬送速度より遅くすることができる。つまり、定着ローラ１４２が逆クラウン形状であっても定着ニップ幅をＮｃ＞Ｎｓになるよう調整すれば、同様に紙シワ防止効果を得ることができる。

定着ローラの弾性層については、第２、第３の実施形態では、連泡スポンジゴム層の外側に蓄熱ゴム層（ソリッド層）を有する構成について説明したが、連泡スポンジゴム層よりも十分に薄いソリッド層であれば、そのソリッド層の位置はどの位置であっても良い。例えば、図１６のように、芯金２６と弾性層２４ａの密着性を向上させる目的で、連泡スポンジゴム層２４ａの内側に接着ゴム層としての接着ソリッド層１６０を設けた構成でも良い。定着ローラの弾性層より十分薄いソリッド層を含んでも、ニップ幅を回転方向左右端部より同方向中央部の方が大きくすれば、紙シワ発生を抑制することができ、上述と同様の作用効果を得ることができる。

（変形例２）
上述した加熱方式は、発熱体にセラミックヒータを用い、フィルムがそのヒータと接触して加熱されるものであったが、本発明はこれに限られない。図１７のようにハロゲンヒータ１７１などのフィルムから離間した加熱体を用いた非接触式の加熱方式など、その他の加熱方式でも良い。

（変形例３）
上述した実施形態では、図１１や図１３、図１５のようにヒータホルダ２１や加圧フィルムガイド１２１、加圧パッド１４１の形状（高さ）を調整することで、定着ニップ幅をＮｃ＞Ｎｓになるよう調整したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ステー２５の形状を調整して、定着ニップ幅をＮｃ＞Ｎｓとすれば、同様に紙シワ防止効果を得ることができる。

更に、紙シワを防止したい紙にとって必要な紙搬送速度Δｖを求め、また、その構成における定着ニップ幅に対する紙搬送速度を測定し、ΔＮとΔｖの関係から左右端部及び中央部の定着ニップ幅を調整すれば、上述した効果と同様の紙シワ防止効果が得られる。

（変形例４）
上述した実施形態では、定着ローラとして気泡が隣同士連なっている連泡スポンジゴムを用いる場合について述べたが、内部の気泡が独立して存在する独泡スポンジゴムを用いる場合に適用することもできる。

（変形例５）
上述した実施形態では、未定着トナー像をシートに定着する定着装置を例に説明したが、本発明は、これに限らず、画像の光沢を向上させるべく、シートに仮定着されたトナー像を加熱加圧する装置（この場合も画像加熱装置と呼ぶ）にも同様に適用可能である。
ある。

（変形例６）
上述した実施形態では、記録材として記録紙を説明したが、本発明における記録材は紙に限定されるものではない。一般に、記録材とは、画像形成装置によってトナー像が形成されるシート状の部材であり、例えば、定型或いは不定型の普通紙、厚紙、薄紙、封筒、葉書、シール、樹脂シート、ＯＨＰシート、光沢紙等が含まれる。なお、上述した実施形態では、便宜上、記録材（シート）Ｐの扱いを通紙、排紙、給紙、通紙部、非通紙部などの用語を用いて説明したが、これによって本発明における記録材が紙に限定されるものではない。

２２・・定着フィルム、２４・・定着ローラ、１１１・・定着ローラ、１２０・・加圧フィルム、１４１・・加圧パッド、１４２・・定着ローラ、Ｎｉｐ、Ｎｉｐ１・・定着ニップ部（ニップ部）

Claims (17)

1. 回転軸となる芯金の外周に気泡を内包した層を含む弾性層が形成された回転体と、
   前記回転体に対向し前記回転体との間でニップ部を形成する対向体と、を有し、
   記録材を前記ニップ部で挟持搬送しつつ加熱する画像加熱装置であって、
   記録材搬送方向に交差する長手方向における第１の領域で前記ニップ部の前記記録材搬送方向の幅をＮｃ、前記長手方向における前記第１の領域より端部側の第２の領域で前記ニップ部の前記記録材搬送方向の幅をＮｓとするとき、
   Ｎｃ＞Ｎｓ
   なる条件を満たすことを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記弾性層は、連なった気泡を内包した層を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記対向体は回転可能なエンドレスベルト状の第１のフィルムであり、
   前記第１のフィルムを加熱する加熱体と、
   前記第１のフィルムをガイドすると共に、前記ニップ部を加圧する第１の加圧部材と、
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像加熱装置。
4. 前記加熱体は前記第１のフィルムの内面と接触するヒータであり、
   前記第１の加圧部材は前記ヒータを保持することを特徴とする請求項３に記載の画像加熱装置。
5. 前記加熱体は前記第１のフィルムから離間したハロゲンヒータであることを特徴とする請求項３に記載の画像加熱装置。
6. 前記第１の加圧部材は、前記第１の領域で前記第２の領域よりも前記回転体に近づく形状を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
7. 前記第１のフィルムは逆クラウン形状であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
8. 前記対向体は回転可能なエンドレスベルト状の第２のフィルムであり、
   前記第２のフィルムをガイドすると共に、前記ニップ部を加圧する第２の加圧部材と、
   前記回転体の表面を前記回転体に関して前記第２のフィルムとは反対側から加熱する加熱体と、
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像加熱装置。
9. 前記加熱体を内包するエンドレスベルト状の第３のフィルムを有し。
   前記加熱体は前記第３のフィルムの内面と接触していることを特徴とする請求項８に記載の画像加熱装置。
10. 前記第２の加圧部材は、前記第１の領域で前記第２の領域よりも前記回転体に近づく形状を有することを特徴とする請求項８または９に記載の画像加熱装置。
11. 前記第２のフィルムは逆クラウン形状であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
12. 前記対向体は、前記回転体と摺動し前記ニップ部を加圧する固定された加圧パッドであり、
    前記加圧パッドは、前記第１の領域で前記第２の領域よりも前記回転体に近づく形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像加熱装置。
13. 前記回転体に関して前記加圧パッドとは反対側に回転可能なエンドレスベルト状のフィルムと、
    前記フィルムを加熱する加熱体と、
    を有することを特徴とする請求項１２に記載の画像加熱装置。
14. 前記回転体は逆クラウン形状であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の画像加熱装置。
15. 前記回転体は、前記連なった気泡を内包した層の外側に蓄熱ゴム層を有することを特徴とする請求項２に記載の画像加熱装置。
16. 前記回転体は、前記連なった気泡を内包した層の内側に接着ゴム層を有することを特徴とする請求項２に記載の画像加熱装置。
17. 前記回転体は駆動回転体であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の画像加熱装置。