JP5278069B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

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。

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加圧ベルトを押圧部材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、又は定着ローラと加圧ベルト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。

図１７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１７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。

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。

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１７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。

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。

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。

請求項１の発明は、内部に加熱源を有する円筒状の定着ローラと、当該定着ローラに圧接して配設された加圧ローラを備え、前記定着ローラと前記加圧ローラが互いに圧接して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、前記定着ローラは、外周面がクラウン状に形成されたクラウン部と、外周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、前記加圧ローラは、外周面がクラウン状に形成されたクラウン部と、外周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、前記定着ローラの前記クラウン部と前記加圧ローラの前記逆クラウン部を対応させると共に、前記定着ローラの前記逆クラウン部と前記加圧ローラの前記クラウン部を対応させて、前記定着ローラと前記加圧ローラを互いに圧接させた定着装置であって、前記定着ローラにおいて前記クラウン部を前記逆クラウン部よりも厚くなるように形成し、前記加熱源は、前記定着ローラの軸方向に渡って部分的に発熱部を有する第１加熱手段及び第２加熱手段を有し、前記第１加熱手段の発熱部を前記定着ローラの前記クラウン部に対応させて配設すると共に、前記第２加熱手段の発熱部を前記定着ローラの前記逆クラウン部に対応させて配設し、前記第１加熱手段及び前記第２加熱手段をそれぞれ独立して制御可能に構成したものである。

請求項１の発明によれば、定着ローラのクラウン部と加圧ローラの逆クラウン部を対応させると共に、定着ローラの逆クラウン部と加圧ローラのクラウン部を対応させて、定着ローラと加圧ローラを圧接させているため、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、記録媒体が定着ローラに巻き付くことを抑制することが可能となる。

また、クラウン部と逆クラウン部を対応させて定着ローラと加圧ローラを圧接することによって、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。

また、第１加熱手段と第２加熱手段をそれぞれ独立して制御することにより、クラウン部と逆クラウン部における発熱量や発熱時間等を異ならせることが可能である。これにより、クラウン部と逆クラウン部のそれぞれにおける表面温度のばらつきを抑制することができ、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る。

請求項２の発明は、内部に加熱源を有する円筒状の定着ローラと、無端状の加圧ベルトと、当該加圧ベルトの内周面を押圧して加圧ベルトを前記定着ローラに圧接させる押圧部材を備え、前記定着ローラと前記加圧ベルトが互いに圧接して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、前記定着ローラは、外周面がクラウン状に形成されたクラウン部と、外周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、前記押圧部材の前記加圧ベルトを押圧する押圧面に、凸状に形成した凸面部と、凹状に形成した凹面部を、それぞれ少なくとも１つずつ有し、前記定着ローラの前記クラウン部と前記押圧部材の前記凹面部を対応させて配設すると共に、前記定着ローラの前記逆クラウン部と前記押圧部材の前記凸面部を対応させて配設して、前記押圧部材によって前記加圧ベルトを押圧し、前記定着ローラと前記加圧ベルトを互いに圧接させた定着装置であって、前記定着ローラにおいて前記クラウン部を前記逆クラウン部よりも厚くなるように形成し、前記加熱源は、前記定着ローラの前記クラウン部に対応して発熱部を配設した第１加熱手段と、前記定着ローラの前記逆クラウン部に対応して発熱部を配設した第２加熱手段を有し、前記第１加熱手段と前記第２加熱手段をそれぞれ独立して制御可能な制御手段を備えたものである。

請求項２の発明は、定着ローラのクラウン部と押圧部材の凹面部を対応させて配設すると共に、定着ローラの逆クラウン部と押圧部材の凸面部を対応させて配設して、定着ローラと加圧ベルトを互いに圧接させているため、定着ニップは湾曲して形成される。この場合も、上記請求項１の発明と同様に、記録媒体を定着ニップに侵入させることによって、記録媒体を湾曲させることができ、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る。これにより、記録媒体を定着ニップから搬出させる際に、記録媒体が定着ローラに巻き付くことを抑制することができる。

また、請求項２の発明は、クラウン部と凹面部を対応させ、逆クラウン部と凸面部を対応させて、定着ローラと加圧ベルトを圧接させるため、請求項１の発明と同様に、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、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。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明と同様に、第１加熱手段と第２加熱手段をそれぞれ独立して制御することにより、クラウン部と逆クラウン部における発熱量や発熱時間等を異ならせることが可能である。これにより、クラウン部と逆クラウン部のそれぞれにおける表面温度のばらつきを抑制することができ、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る。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の定着装置において、前記第１加熱手段の発熱部を、前記定着ローラの前記クラウン部の頂部に対応させて配設すると共に、前記第２加熱手段の発熱部を、前記定着ローラの前記逆クラウン部の底部に対応させて配設したものである。

第１加熱手段と第２加熱手段の各発熱部を、表面温度差が最も大きくなるクラウン部の頂部と逆クラウン部の底部に対応させて配設しているため、効果的に定着ローラの表面温度のばらつきを抑制することができる。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置において、前記第１加熱手段の発熱部の発熱量を、前記第２加熱手段の発熱部の発熱量よりも大きくしたものである。

第１加熱手段の発熱部の発熱量を、第２加熱手段の発熱部の発熱量よりも大きくすることによって、熱の伝達されにくいクラウン部の温度を効果的に上昇させることができる。これにより、定着ローラの表面温度を軸方向に渡って均一な温度に設定することができる。

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、前記定着ローラの前記クラウン部及び前記逆クラウン部にそれぞれ対応して温度検知装置を配設し、各温度検知装置によって検知した前記定着ローラの表面温度に基づいて、前記制御手段が前記第１加熱手段及び第２加熱手段を制御するように構成したものである。

定着ローラのクラウン部及び逆クラウン部にそれぞれ対応して温度検知装置を配設したことにより、定着ローラの表面温度のばらつきを検知することができる。そして、検知した定着ローラの表面温度に基づいて、第１加熱手段と第２加熱手段を制御することにより、クラウン部と逆クラウン部との表面温度のばらつきを確実に抑制することができる。

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、前記定着ローラの軸方向中央部側の前記クラウン部及び前記逆クラウン部にそれぞれ対応して温度検知装置を配設すると共に、前記定着ローラの軸方向端部側の前記クラウン部及び前記逆クラウン部にそれぞれ対応して温度検知装置を配設し、各温度検知装置によって検知した前記定着ローラの表面温度に基づいて、前記制御手段が前記第１加熱手段及び第２加熱手段を制御するように構成したものである。

定着ローラの軸方向中央側と軸方向端部側におけるクラウン部と逆クラウン部に対応して温度検知装置を配設したことにより、記録媒体の通過によって温度が上がりにくい中央部のクラウン部と逆クラウン部、反対に温度の上がり易い端部のクラウン部と逆クラウン部それぞれの温度を検知しながら、温度制御をすることが可能になり、定着ローラの軸方向に渡る表面温度のばらつきをより効果的に抑制することが可能となる。

請求項７の発明は、請求項５又は６に記載の定着装置において、前記各温度検知手段を、互いに隣設する前記クラウン部の頂部と前記逆クラウン部の底部にそれぞれ対応させて配設したものである。

複数の温度検知装置を、表面温度差が最も大きくなるクラウン部の頂部と逆クラウン部の底部に対応させて配設したことにより、定着ローラの軸方向に渡る温度差を精度良く検知することができる。また、各温度検知手段を互いに隣設するクラウン部と逆クラウン部に配設することで、それら温度検知手段の近傍の温度を精度良く検知することができる。そして、検知した温度に基づいて、クラウン部頂部・逆クラウン部底部に対応した位置に発熱部を有する前記第１加熱手段及び第２加熱手段をそれぞれ制御することで、表面温度のばらつきを効果的に抑制することが可能である。

請求項８の発明は、請求項６に記載の定着装置において、前記定着ローラと前記加圧ローラのそれぞれの軸方向の同じ側の端部を、軸方向に位置決めすると共に、前記定着ローラと前記加圧ローラ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に変位可能に構成し、前記温度検知装置を配設した前記定着ローラの軸方向端部側を、位置決めした端部側としたものである。

また、温度検知装置を配設した定着ローラの軸方向端部側を、位置決めされた端部側としたことにより、定着ローラが熱等によって軸方向に伸縮しても、各温度検知装置の測定位置がずれるのを抑制することができる。これによって、より正確に定着ローラの表面温度のばらつきを検知することが可能となる。

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。

本発明に係る定着装置を画像形成装置に搭載可能である。

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ローラ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の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、本発明の構成によれば、定着ローラの表面温度が軸方向に渡ってばらつくのを抑制することができるため、定着ニップにおける定着温度を均一に維持することができる。これにより、定着した画像に光沢度ムラ等が発生するの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可能である。

本発明のカラー画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の実施例１に係る定着装置の側面断面図である。 本発明の実施例１に係る定着装置の正面断面図である。 （Ａ）は定着ローラの断面図、（Ｂ）は加圧ローラの断面図である。 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。 ヒータランプの概略図である。 図３の要部を示す断面図である。 本発明の実施例２に係る定着装置の側面断面図である。 本発明の実施例２に係る定着装置の正面断面図である。 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。 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。 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。 比較例の定着ローラの簡略図である。 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。 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。 本発明の構成を採用することによって、クラウン部と逆クラウン部の表面温度のばらつきが抑制されること説明するための図である。 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。

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。

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。

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、５
Ｋ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）。

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及び第１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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、例えば定着ローラ６１と加圧ローラ６２を有しており、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。

以下、図２〜図７に基づいて、本発明の実施例１に係る上記定着装置２７の構成を説明する。図２は、定着装置２７の側面断面図である。図２に示すように、定着装置２７は、定着ローラ６１と、その定着ローラ６１に圧接して配設された加圧ローラ６２を備える。定着ローラ６１と加圧ローラ６２が互いに圧接された箇所には定着ニップＮが形成されている。また、定着ローラ６１は、その内部に加熱源を有する。この加熱源は、第１加熱手段としての第１ヒータランプ６３と、第２加熱手段としての第２ヒータランプ６４から成る。第１ヒータランプ６３と第２ヒータランプ６４は、定着ローラ６１の軸方向に渡って配設されており、これらヒータランプ６３，６４を発熱させることにより、定着ローラ６１が加熱されるようになっている。

図３は、定着装置２７の正面断面図である。図３に示すように、定着ローラ６１の外周には、定着ローラ６１の表面温度を検知する温度検知手段として、４つの温度検知装置６５〜６８が配設されている。この実施例では、温度検知装置６５〜６８として、定着ローラ６１の表面に接触する接触式サーミスタを適用しているが、非接触式サーミスタを適用することも可能である。これら温度検知装置６５〜６８によって検知した定着ローラ６１の表面温度に基づいて、図示しない制御手段が各ヒータランプ６３，６４を独立して制御するようになっている。

定着ローラ６１は、円筒状に形成された金属製の芯材６１１と、その芯材６１１の外周面を被覆する弾性層６１２と、その弾性層６１２の外周面を被覆する離型層６１３によって構成されている。また、加圧ローラ６２も、同様に、円筒状に形成された金属製の芯材６２１と、その芯材６２１の外周面を被覆する弾性層６２２と、その弾性層６２２の外周面を被覆する離型層６２３によって構成されている。

図４（Ａ）は、定着ローラ６１を軸方向に切断した断面図である。なお、図４（Ａ）において、図２及び図３に示す符号と同一の符号は、同一の部材又は同一の部分を示す。図４（Ａ）に示すように、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６１ａと、外周面が逆クラウン状に形成された逆クラウン部６１ｂを、それぞれ少なくとも１つずつ有している。この場合、定着ローラ６１には、複数のクラウン部６１ａと複数の逆クラウン部６１ｂが軸方向に交互に連続して配設されており、定着ローラ６１の外周面は、全体として軸方向に波打つように形成されている。なお、上記「クラウン状」とは軸方向の両端へ向かってローラの径が小さくなる形状のことをいい、上記「逆クラウン状」とは軸方向の両端へ向かってローラの径が大きくなる形状のことをいう。

また、図４（Ａ）に示すように、定着ローラ６１の芯材６１１及び離型層６１３は、それぞれ軸方向に均一な厚さに形成されている。一方、弾性層６１２の厚さは軸方向に渡って変化するように形成されている。このように、弾性層６１２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にクラウン部６１ａと逆クラウン部６１ｂを構成している。また、図４（Ａ）に示す実施例と異なり、芯材６１１の厚さを軸方向に渡って変化させる、あるいは芯材６１１及び弾性層６１２の両方の厚さを軸方向に渡って変化させて、クラウン部６１ａと逆クラウン部６１ｂを構成することも可能である。

図４（Ｂ）は、加圧ローラ６２を軸方向に切断した断面図である。なお、図４（Ｂ）において、図２及び図３に示す符号と同一の符号は、同一の部材又は同一の部分を示す。図４（Ｂ）に示すように、加圧ローラ６２は、外周面がクラウン状に形成されたクラウン部６２ａと、外周面が逆クラウン状に形成された逆クラウン部６２ｂを、それぞれ少なくとも１つずつ有している。また、加圧ローラ６２においても、複数のクラウン部６２ａと複数の逆クラウン部６２ｂは軸方向に交互に連続して配設されており、加圧ローラ６２の外周面は、全体として軸方向に波打つように形成されている。なお、ここでいう「クラウン状」及び「逆クラウン状」は、上記と同様のことをいう。

また、図４（Ｂ）に示すように、加圧ローラ６２の芯材６２１及び離型層６２３は、それぞれ軸方向に均一な厚さに形成されている。一方、弾性層６２２の厚さは軸方向に渡って変化するように形成されている。このように、弾性層６２２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にクラウン部６２ａと逆クラウン部６２ｂを構成している。また、加圧ローラ６２も、上記定着ローラ６１と同様に、芯材６２１の厚さを軸方向に渡って変化させる、あるいは芯材６２１及び弾性層６２２の両方の厚さを軸方向に渡って変化させて、クラウン部６２ａと逆クラウン部６２ｂを構成することも可能である。

また、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、定着ローラ６１及び加圧ローラ６２において、クラウン部６１ａ，６２ａ及び逆クラウン部６１ｂ，６２ｂは、定着ローラ６１及び加圧ローラ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。ただし、クラウン部６１ａ，６２ａ及び逆クラウン部６１ｂ，６２ｂは、必ずしも記録媒体の最大通過幅Ｗの全体に渡って配設されていなくてもよい。クラウン部６１ａ，６２ａ及び逆クラウン部６１ｂ，６２ｂ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することも可能である。

図３に示すように、定着ローラ６１と加圧ローラ６２を圧接させた状態では、定着ローラ６１のクラウン部６１ａと加圧ローラ６２の逆クラウン部６２ｂを対応させると共に、定着ローラ６１の逆クラウン部６１ｂと加圧ローラ６２のクラウン部６２ａを対応させている。このように、定着ローラ６１と加圧ローラ６２を圧接させた状態で、全てのクラウン部６１ａ，６２ａに対して全ての逆クラウン部６１ｂ，６２ｂを対応させている。なお、定着ローラ６１と加圧ローラ６２が有するクラウン部６１ａ，６２ａ及び逆クラウン部６１ｂ，６２ｂの個数は、それぞれ１つ以上であれば特に限定しないが、全てのクラウン部６１ａ，６２ａ及び逆クラウン部６１ｂ、６２ｂが対応できるように、それぞれの個数を合わせている。

この場合、定着ローラ６１と加圧ローラ６２のクラウン部６１ａ，６２ａと逆クラウン部６１ｂ，６２ｂは、それぞれ軸方向にｓｉｎ曲線を描くように形成されている。ただし、クラウン部６１ａ，６２ａ及び逆クラウン部６１ｂ，６２ｂを、ｓｉｎ曲線以外の曲線によって形成してもよい。また、対応するクラウン部６１ａ，６２ａと逆クラウン部６１ｂ，６２ｂのそれぞれの形状は、互いに一致する形状に形成されている。つまり、定着ローラ６１と加圧ローラ６２に圧力を作用させない無負荷状態で互いに接触させた場合に、対応するクラウン部６１ａ，６２ａと逆クラウン部６１ｂ，６２ｂとの間に隙間が生じないように構成されている。

図５は、定着ローラ６１又は加圧ローラ６２のクラウン部６１ａ，６２ａと逆クラウン部６１ｂ，６２ｂを拡大した図である。図５において、符号Ｓ１はクラウン部６１ａ，６２ａ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６１ｂ，６２ｂ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６１ａ，６２ａの頂部Ｑと逆クラウン部６１ｂ，６２ｂの底部Ｕとの高低差を示している。

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、各ローラ６１，６２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、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。従って、本発明の実施例では、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。

一方、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％に設定した本発明において、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。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６１ａ，６２ａの高さ（振幅）Ｓ１と、逆クラウン部６１ｂ，６２ｂ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。

また、図３に示すように、定着ローラ６１と加圧ローラ６２は、画像形成装置内に所定間隔をあけて配設された図示しない２つの側板の間に、ボールベアリング等の複数の軸受７１を介して回転可能に取り付けられている。また、各軸受７１は上記側板に対して固定されている。

図３において、定着ローラ６１の図の左端部に配設された軸受７１は、定着ローラ６１の外周に形成された段部７２と抜け止め輪７３によって挟まれて取り付けられている。すなわち、定着ローラ６１の図の左端部は、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の図の右端部に配設された軸受７１は、定着ローラ６１に対して軸方向に移動可能に取り付けられている。従って、定着ローラ６１の図の右端部は、軸方向に変位可能となっている。

加圧ローラ６２の図の左端部に配設された軸受７１は、加圧ローラ６２の外周に形成された段部７４と抜け止め輪７５によって挟まれて取り付けられている。すなわち、加圧ローラ６２の図の左端部は、上記定着ローラ６１と同様に、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の図の右端部に配設された軸受７１は、加圧ローラ６２に対して軸方向に移動可能に取り付けられている。従って、加圧ローラ６２の図の右端部も、上記定着ローラ６１と同様に、軸方向に変位可能に構成されている。

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。なお、位置決めする端部又は変位可能に構成する端部は、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。

図６は、上記第１ヒータランプ６３と第２ヒータランプ６４の基本構成を説明するための概略図である。各ヒータランプ６３，６４は、石英ガラス等の光透過性材料から成る発光管４１を有する。発光管４１内には不活性ガスが封入されている。また、発光管４１内には、タングステン素線から成る発熱部材４２が配設されている。この発熱部材４２は、タングステン素線を部分的に巻回して形成された発熱部としてのフィラメント４２０を複数有する。また、発熱部材４２は、複数の支持体４３によって支持されており、これにより発熱部材４２が発光管４１の内面に接触しないようになっている。発光管４１の両端の封止部４１Ｌ，４１Ｒには、モリブデン等から成る金属箔４４が配設されている。各金属箔４４の一端は発熱部材４２と接続され、金属箔４４の他端はモリブデンやタングステン等から成る電極棒４５と接続されている。各電極棒４５は図示しない外部リード線と電気的に接続されており、各電極棒４５の間に電圧を印加させることによって、発熱部材４２に通電しフィラメント４２を発熱させるようになっている。

図３において、各ヒータランプ６３，６４のフィラメントを配設した発熱部６３ａ，６４ａを、便宜的に黒く塗りつぶして示している。このように、各ヒータランプ６３，６４を定着ローラ６１内に配設した状態において、第１ヒータランプ６３の発熱部６３ａと第２ヒータランプ６４の発熱部６４ａは、互いに定着ローラ６１の軸方向に異なる位置に配設されている。詳しくは、第１ヒータランプ６３の発熱部６３ａは、定着ローラ６１のクラウン部６１ａに対応させて配設している。一方、第２ヒータランプ６４の発熱部６４ａは、定着ローラ６１の逆クラウン部６１ｂに対応させて配設されている。

さらに、図７に示すように、第１ヒータランプ６３の発熱部６３ａを、クラウン部６１ａの頂部Ｑに対応させ、第２ヒータランプ６４の発熱部６４ａを、逆クラウン部６１ｂの底部Ｕに対応させて配設することが好ましい。

第１ヒータランプ６３の発熱部６３ａの発熱量は、第２ヒータランプ６４の発熱部６４ａ発熱量よりも大きく設定されている。具体的には、第１ヒータランプ６３のフィラメントの巻き径を第２ヒータランプ６４より大きくする、あるいは、第１ヒータランプ６３のフィラメントの単位長さ当たりの巻き数（ピッチ）を第２ヒータランプ６４より多くして、第１ヒータランプ６３の発熱部６３ａの発熱量を、第２ヒータランプ６４の発熱部６４ａ発熱量よりも大きくしている。

図３において、上記４つの温度検知装置６５〜６８のうち、２つの温度検知装置６５，６６は、定着ローラ６１の軸方向端部側に配設され、別の２つの温度検知装置６７，６８は、定着ローラ６１の軸方向中央側に配設されている。軸方向端部側に配設された２つの温度検知装置６５，６６のうち、一方の温度検知装置６６は、定着ローラ６１のクラウン部６１ａの頂部に対応して配設され、他方の温度検知装置６５は、定着ローラ６１の逆クラウン部６１ｂの底部に対応して配設されている。また、軸方向中央側に配設された２つの温度検知装置６７，６８のうち、一方の温度検知装置６７は、定着ローラ６１のクラウン部６１ａの頂部に対応して配設され、他方の温度検知装置６８は、定着ローラ６１の逆クラウン部６１ｂの底部に対応して配設されている。また、軸方向端部側に配設した一対の温度検知装置６５，６６同士、及び軸方向中央部側に配設した一対の温度検知装置６７，６８同士は、互いに隣設したクラウン部６１ａと逆クラウン部６１ｂに配設することが望ましい。また、定着ローラ６１の温度検知装置６５，６６を配設した端部側は、位置決めされた端部側（図の左側）としている。

以下、本発明の実施例２に係る定着装置の構成について説明する。図８又は図９に示すように、実施例２に係る定着装置２７は、定着ローラ６１と、加圧ベルト６９と、その加圧ベルト６９の内周面を押圧して加圧ベルト６９を定着ローラ６１に圧接させる押圧部材７０を備える。また、定着ローラ６１と加圧ベルト６９が互いに圧接された箇所には定着ニップＮが形成されている。

実施例２に係る定着ローラ６１、定着ローラ６１内に配設された第１ヒータランプ６３及び第２ヒータランプ６４、定着ローラ６１の外周に配設された複数の温度検知装置６５〜６８は、上記本発明の実施例１と同様に構成されている。図８及び図９において、図２及び図３と同一の符号は同一の部材又は同一の部分を示す。

加圧ベルト６９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。加圧ベルト６９は、押圧部材７０に張力を作用させない状態で掛け渡され、定着ローラ６１に従動回転するように構成されている。押圧部材７０は、シリコンゴム等によって構成された弾性層７０１と、その弾性層７０１を保持するホルダ７０２を有する。ホルダ７０２は、図示しないバネ等の付勢手段によって定着ローラ６１側へ付勢されている。

図９に示すように、押圧部材７０は、加圧ベルト６９を押圧する押圧面７００に、凸状に形成した凸面部７０ａと、凹状に形成した凹面部７０ｂを、それぞれ少なくとも１つずつ有している。この場合、押圧面７００には、複数の凸面部７０ａと複数の凹面部７０ｂが長手方向に交互に連続して配設されており、押圧面７００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、押圧部材７０は、ホルダ７０２の厚さを長手方向に変化させて、押圧部材７０の押圧面７００に凸面部７０ａと凹面部７０ｂを構成している。これ以外に、弾性層７０１の厚さを長手方向に変化させて、あるいは、弾性層７０１とホルダ７０２の両方の厚さを長手方向に変化させて、凸面部７０ａと凹面部７０ｂを構成することも可能である。また、凸面部７０ａと凹面部７０ｂは、押圧部材７０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、凸面部７０ａと凹面部７０ｂ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。

図９に示すように、押圧部材７０によって加圧ベルト６９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６１ａと押圧部材７０の凹面部７０ｂ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６１ｂと押圧部材７０の凸面部７０ａを対応させて配設している。また、対応するクラウン部６１ａと凹面部７０ｂ、逆クラウン部６１ｂと凸面部７０ａは、互いに一致する形状に形成されている。このように配設された定着ローラ６１及び押圧部材７０によって加圧ベルト６９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６９は波打つように形成される。ただし、加圧ベルト６９が定着ローラ６１と押圧部材７０との挟持から解放された箇所においては、加圧ベルト６９は平坦面状となっている。

定着ローラ６１が有するクラウン部６１ａ及び逆クラウン部６１ｂの個数、押圧部材７０が有する凸面部７０ａ及び凹面部７０ｂ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、押圧部材７０によって加圧ベルト６９を定着ローラ６１へ圧接させた状態で、全てのクラウン部６１ａ及び逆クラウン部６１ｂに対して全ての凸面部７０ａ及び凹面部７０ｂを対応させることができるように、それぞれの個数を合わせている。

また、本発明の実施例７において、定着ローラ６１のクラウン部６１ａ及び逆クラウン部６１ｂ、押圧部材７０の凸面部７０ａ及び凹面部７０ｂのそれぞれの形状は、ｓｉｎ曲線状や、一部に直線部を有する形状などに形成することが可能である。

また、定着ローラ６１と押圧部材７０を互いに圧接させない無負荷時において、押圧部材７０の凸面部７０ａの頂部と凹面部７０ｂの底部との高低差は、図５において説明したクラウン部６１ａ，６２ａの頂部Ｑと逆クラウン部６１ｂ，６２ｂの底部Ｕとの高低差Ｈと同様に、０．２ｍｍ以上であって１ｍｍ以下となるように設定することが好ましい。また、凸面部７０ａと凹面部７０ｂがｓｉｎ曲線状に形成されている場合は、凸面部７０ａと凹面部７０ｂのそれぞれの高さ（振幅）は、前記無負荷状態において、０．１ｍｍ以上であって０．５ｍｍ以下となるようにすることが望ましい。

この場合も、上記実施例と同様に、押圧部材７０と定着ローラを圧接した負荷状態において弾性層の圧縮率を２０％と設定しているため、負荷状態の高低差は、無負荷状態の高低差の８０％となる。具体的には、負荷状態での高低差は、０．１６ｍｍ以上であって０．８ｍｍ以下と設定することが望ましい。

以下、本発明の各実施例の作用・効果を説明する。
本発明の実施例１に係る定着装置は、図２に示すように、定着ローラ６１と加圧ローラ６２を有する。この定着装置によって画像の定着を行う場合は、まず、各ヒータランプ６３，６４を発熱させて定着ローラ６１を加熱する。図示しない制御手段が各温度検知装置６３，６４の検知温度に基づいて各ヒータランプ６３，６４を制御し、定着ローラ６１の表面温度が所定の温度となるようにする。そして、矢印Ｘ方向に回転する定着ローラ６１と、矢印Ｙ方向に回転する加圧ローラ６２との間に、未定着のトナー画像Ｔが形成された記録用紙Ｐを矢印Ａ方向に侵入させる。記録用紙Ｐを定着ローラ６１と加圧ローラ６２の間に侵入させることによって、定着ニップＮにおいて記録用紙Ｐが加熱及び加圧され、記録用紙Ｐ上の未定着トナー画像Ｔが記録用紙Ｐに定着される。

本発明の実施例１は、クラウン部と逆クラウン部を対応させて定着ローラ６１と加圧ローラ６２を圧接させているため、定着ニップＮは波打つように湾曲して形成されている（図３参照）。その湾曲した定着ニップＮに記録用紙Ｐが侵入することによって、記録用紙Ｐは湾曲する。このように記録用紙Ｐを湾曲させることにより、記録用紙Ｐの見かけ上の剛性を向上させて定着ニップＮから搬出することができる。これにより、本発明の定着装置は、記録用紙Ｐを定着ニップＮから搬出する際に、記録用紙Ｐが定着ローラ６１に巻き付くことを抑制することができ、記録用紙Ｐを良好に搬出することが可能となる。

また、図８に示す本発明の実施例２に係る定着装置によって画像の定着を行う場合は、上記と同様に、定着ローラ６１を所定の表面温度となるように加熱する。そして、矢印Ｘ方向に回転する定着ローラ６１と、矢印Ｙ方向に従動回転する加圧ベルト６９との間に、未定着のトナー画像Ｔが形成された記録用紙Ｐを矢印Ａ方向に侵入させ、定着ニップＮにおいて記録用紙Ｐを加熱及び加圧して、記録用紙Ｐ上の未定着トナー画像Ｔを記録用紙Ｐに定着させる。

本発明の実施例２では、定着ローラ６１のクラウン部６１ａと押圧部材７０の凹面部７０ｂ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６１ｂと押圧部材７０の凸面部７０ａを対応させて配設して、定着ローラ６１と加圧ベルト６９を互いに圧接させているため、定着ニップＮは波打つように湾曲して形成される（図９参照）。従って、この場合も上記と同様に、記録用紙Ｐを定着ニップＮに侵入させることによって、記録用紙Ｐを湾曲させることができ、記録用紙Ｐの見かけ上の剛性を向上させて定着ニップＮから搬出することができる。これにより、記録用紙Ｐを定着ニップＮから搬出させる際に、記録用紙Ｐが定着ローラ６１に巻き付くことを抑制することができる。

以上のように、本発明の構成によれば、従来と異なり定着ニップを湾曲させることにより、記録用紙の見かけ上の剛性を大きくして搬出することができ、記録用紙の分離性を向上させることが可能である。また、本発明者は、定着ニップの湾曲数と、定着ニップから搬出される記録用紙の見かけ上の剛性と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。

試験に使用する定着装置として、クラウン部及び逆クラウン部を有する定着ローラと加圧ローラを備えた本発明の定着装置と、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従来の定着装置を適用した。また、本発明の試験装置は、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、本発明の各タイプの試験装置においてクラウン部及び逆クラウン部の振幅（高さ）を０．２ｍｍとした。また、試験に使用する全ての定着装置において、定着ローラの弾性層と加圧ローラの弾性層のそれぞれの厚さを１．７ｍｍ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／ｍ^２、６９ｇ／ｍ^２、９０ｇ／ｍ^２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。

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１０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７６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７６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。

図１１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図示する。図１１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。具体的には、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／ｍ^２の記録用紙の測定値、■でプロットしたのは坪量が６９ｇ／ｍ^２の記録用紙の測定値、●でプロットしたのは坪量が６４ｇ／ｍ^２の記録用紙の測定値である。

図１１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１１に示す試験結果は、本発明の一実施例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例においても同様の効果を得られる。

上述したように、クラウン部（又は凸面部）の頂部と、逆クラウン部（又は凹面部）の底部との高低差は、負荷状態において、０．１６ｍｍ以上であって０．８ｍｍ以下となるように設定することが好ましい。この高低差を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（又は凸面部と凹面部）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（又は凸面部）と逆クラウン部（又は凹面部）との高低差を上記の範囲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可能となる。

また、記録用紙にシワを発生させることなく、記録用紙の分離性を確保するには、定着ローラ６１と加圧ローラ６２のそれぞれのクラウン部と逆クラウン部を軸方向に連続して形成することが好ましい。クラウン部と逆クラウン部とが互いに離れた位置に配設した場合など、クラウン部と逆クラウン部を連続して形成していない場合は、記録用紙を搬送する際にシワが発生する虞がある。なお、同様の理由で、加圧ベルトを用いた定着装置の実施例においても、定着ローラ６１のクラウン部と逆クラウン部を軸方向に連続して配設すると共に、押圧部材７０の凸面部と凹面部を長手方向に連続して配設することが好ましい。

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１２に示す。

図１２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１２（Ａ）（Ｂ）において、縦軸は記録用紙の見かけ上の剛性を表し、横軸はクラウン部及び逆クラウン部の振幅（高さ）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振幅の境界線を示す。詳しくは、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振幅が境界線βより大きい場合は、記録用紙にシワが発生し、反対に振幅が境界線βより小さい場合は、記録用紙にシワが発生しない。

図１２（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、クラウン部等の振幅を約１ｍｍ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１２（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１２（Ａ）と同じ振幅の値であっても、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１２（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振幅を記録用紙にシワの発生しない約０．４５ｍｍ〜約０．５ｍｍ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。

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。

なお、図１２に示す試験結果は、本発明の一実施例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例においても同様の効果を奏することが可能である。

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。

これに対し、本発明の実施例１に係る定着装置は、クラウン部と逆クラウン部を対応させて、定着ローラと加圧ローラを配設している。また、本発明の実施例２に係る定着装置は、クラウン部と凹面部を対応させると共に逆クラウン部と凸面部を対応させて、定着ローラと押圧部材を配設している。このように、本発明は、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して、接触圧を均一に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。

しかしながら、本発明において、定着ローラ６１と加圧ローラ６２を無負荷状態で互いに接触させた場合に、対応するクラウン部と逆クラウン部との間に隙間が生じていると、定着ローラ６１と加圧ローラ６２を圧接して負荷状態とした際に、軸方向に渡って定着ニップＮに圧力ムラが生じ、画像ノイズの発生する虞がある。そこで、本発明では、上述のように、定着ローラ６１と加圧ローラ６２を無負荷状態で互いに接触させた場合に、対応するクラウン部と逆クラウン部との間に隙間が生じないように構成している。これにより、画像ノイズを発生させることなく、記録用紙の分離性を確保することが可能である。また、このことは、図８及び図９に記載の加圧ベルトを用いた定着装置の実施例においても同様である。従って、この実施例においても、定着ローラ６１と押圧部材７０を無負荷状態で互いに接触させた場合に、対応するクラウン部と凹面部との間、対応する逆クラウン部と凸面部との間に隙間が生じないように構成することが好ましい。

また、定着ローラ６１と加圧ローラ６２の凸と凹を対応させて配設した状態で、軸方向の任意の位置におけるそれぞれの弾性層の厚みの和は、一定となるように設定することが望ましい。これら弾性層の厚みの和が一定でない場合は、各ローラ６１，６２の回転方向における圧力ピーク値が軸方向に渡って異なるため、定着ニップにおいて圧力ムラが生じ、画像ノイズの発生原因となるからである。なお、同様の理由で、加圧ベルトを用いた定着装置の実施例においても、定着ローラ６１と押圧部材７０の凸と凹とを対応させて配設した状態で、軸方向の任意の位置におけるそれぞれの弾性層の厚みの和は、一定となるように設定することが望ましい。

また、本発明の実施例１に係る定着装置において、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。この定着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虞がある。その虞を解消するため、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（図３参照）。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。

また、同様に、図８及び図９に示す本発明の実施例２に係る定着装置においても、定着ローラと押圧部材のそれぞれの同じ側の端部を位置決めすると共に、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、定着ローラの熱膨張による定着ニップの接触圧のばらつきを抑制することが可能である。

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６１ａと逆クラウン部６１ｂ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。

例えば、図１３に示すように、厚さが均一な芯金６１１に厚さの異なる弾性層６１２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６０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６１ａの最大厚さ（Ｇ１）の部分と逆クラウン部６１ｂの最小厚さ（Ｇ２）の部分において、温度が変化する様子を図１４に示す。図１４において、実線はクラウン部６１ａの温度を示し、一点鎖線は逆クラウン部６１ｂの温度を示す。

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１４に示すように、クラウン部６１ａの内周面の温度Ｔ１と、逆クラウン部６１ｂ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６１ａは逆クラウン部６１ｂに比べて、弾性層６１２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６１ａの表面における温度Ｔ１０は、逆クラウン部６１ｂの表面における温度Ｔ２０よりも低くなる。

また、図１５に、１本のヒータランプ６０によって加熱された定着ローラ６１の表面温度変化と、その定着ローラ６１を使用した場合の画像の光沢度を示す。図１５（Ａ）のグラフは、記録用紙が定着ニップを通過した直後の定着ローラ６１の表面温度を示す。記録用紙が定着ニップを通過した際、記録用紙によって定着ローラ６１の熱が奪われる。このとき、図１５（Ａ）に示すように、逆クラウン部６１ｂの表面温度はクラウン部６１ａの表面温度よりも目標温度Ｔ０に対して大きく低下する。その後、定着ローラ６１の低下した表面温度を目標温度Ｔ０まで上昇させるために、１本のヒータランプ６０を発熱させると、図１５（Ｂ）に示すように、あまり温度低下しなかったクラウン部６１ａの表面温度が過剰に上昇するため、定着ローラ６１の軸方向に渡って表面温度のばらつきが発生する。このように、クラウン部６１ａと逆クラウン部６１ｂにおいて、表面温度のばらつきが生じると、図１５（Ｃ）に示すように、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。また、定着ローラ６１の表面温度のばらつきは、芯金６１１の厚さが異なる場合も起こりうるが、ゴム等から成る弾性層６１２の厚さが異なる場合の方がばらつきは顕著となる傾向にある。

そこで、本発明は、図１６に示すように、定着ローラ６１内に、部分的に発熱部６３ａ，６４ａを有する第１ヒータランプ６３及び第２ヒータランプ６４を配設し、各ヒータランプ６３，６４をそれぞれ独立して制御するように構成している。本発明の定着装置において、記録用紙が定着ニップを通過した後、図１６（Ａ）に示す如く逆クラウン部６１ｂの表面温度がクラウン部６１ａの表面温度に比べ大きく低下した場合は、主として第２ヒータランプ６４の発熱部６４ａを発熱させる。これにより、逆クラウン部６１ｂの表面温度を大きく上昇させ、図１６（Ｂ）に示すように、定着ローラ６１の軸方向に渡る表面温度のばらつきを抑制することができる。このように、本発明の構成によれば、定着ローラ６１の表面温度が軸方向に渡ってばらつくのを抑制することができるため、図１６（Ｃ）に示すように、画像の光沢度ムラを抑制することが可能である。

また、本発明のように２本のヒータランプによって温度制御をする以外に、定着ローラ６１内に１本のヒータランプを配設した場合であっても、そのヒータランプのクラウン部６１ａと逆クラウン部６１ｂとにおける発熱量を異ならせることにより、定着ローラ６１における表面温度のばらつきを抑制することも可能である。しかしながら、１本のヒータランプでは定着ローラの６１の一部に対応した部分のみを点灯させることは困難である。これに対し、本発明は、少なくとも２本のヒータランプを設け、各ヒータランプの点灯を独立して制御可能としていることにより、クラウン部６１ａと逆クラウン部６１ｂにおける各ヒータランプ６３，６４の発熱量や発熱時間等を異ならせることができ、定着ローラ６１の軸方向に渡って表面温度の細かな調整を行うことが可能である。

また、定着ローラ６１を所定の目標温度に加熱するウォームアップ動作時などにおいても、第１ヒータランプ６３による発熱量を第２ヒータランプ６４による発熱量よりも大きくすることによって、熱の伝達されにくいクラウン部６１ａの温度を効果的に上昇させることができる。これにより、定着ローラ６１の表面温度を軸方向に渡って均一な目標温度に設定することが可能である。

また、各ヒータランプ６３，６４の発熱部６３ａ，６４ａは、表面温度差が最も大きくなるクラウン部６１ａの頂部と逆クラウン部６１ｂの底部に対応させて配設されることが望ましい。これにより、定着ローラ６１の表面温度のばらつきを効果的に抑制することが可能である。

また、本発明は、複数の温度検知装置６５〜６８を、表面温度差が最も大きくなるクラウン部６１ａの頂部と逆クラウン部６１ｂの底部に対応させて配設している。これにより、定着ローラ６１の軸方向に渡る温度差を精度良く検知することができる。また、各温度検知装置６５〜６８を互いに隣設するクラウン部６１ａと逆クラウン部６１ｂに配設することで、それら温度検知装置６５〜６８の近傍の温度を精度良く検知することができる。そして、検知した温度に基づいて、クラウン部６１ａの頂部・逆クラウン部６１ｂの底部に対応した位置に配設した発熱部６３ａ，６４ａをそれぞれ制御することで、定着ローラ６１の表面温度のばらつきを効果的に抑制することが可能である。

また、温度検知装置６５〜６８を定着ローラ６１の軸方向中央側と軸方向端部側に配設しているため、記録用紙の通過によって温度が上がりにくい中央部のクラウン部６１ａと逆クラウン部６１ｂ、反対に温度の上がり易い端部のクラウン部６１ａと逆クラウン部６１ｂそれぞれの温度を検知しながら、温度制御をすることが可能になり、定着ローラ６１の表面温度のばらつきをより効果的に抑制することができる。

また、定着ローラ６１の温度検知装置６５，６６を配設した端部側を、位置決めされた端部側（図の左側）としているので、定着ローラ６１が熱等によって軸方向に伸縮したとしても、各温度検知装置６５，６６の測定位置がずれるのを抑制することができる。これによって、より正確に定着ローラの表面温度のばらつきを検知することが可能となる。

以上、本発明の各実施例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。例えば、本発明の定着装置を、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、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。

２７ 定着装置
６１ 定着ローラ
６１ａ クラウン部
６１ｂ 逆クラウン部
６２ 加圧ローラ
６２ａ クラウン部
６２ｂ 逆クラウン部
６３ 第１ヒータランプ
６４ 第２ヒータランプ
６５ 温度検知装置
６６ 温度検知装置
６７ 温度検知装置
６８ 温度検知装置
６９ 加圧ベルト
７０ 押圧部材
７０ａ 凸面部
７０ｂ 凹面部
７００ 押圧面
Ｎ 定着ニップ
Ｐ 記録用紙
Ｑ 頂部
Ｕ 底部

特開２００４−１０９６９７号公報

Claims (9)

1. 内部に加熱源を有する円筒状の定着ローラと、当該定着ローラに圧接して配設された加圧ローラを備え、前記定着ローラと前記加圧ローラが互いに圧接して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、
   前記定着ローラは、外周面がクラウン状に形成されたクラウン部と、外周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、
   前記加圧ローラは、外周面がクラウン状に形成されたクラウン部と、外周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、
   前記定着ローラの前記クラウン部と前記加圧ローラの前記逆クラウン部を対応させると共に、前記定着ローラの前記逆クラウン部と前記加圧ローラの前記クラウン部を対応させて、前記定着ローラと前記加圧ローラを互いに圧接させた定着装置であって、
   前記定着ローラにおいて前記クラウン部を前記逆クラウン部よりも厚くなるように形成し、前記加熱源は、前記定着ローラの軸方向に渡って部分的に発熱部を有する第１加熱手段及び第２加熱手段を有し、前記第１加熱手段の発熱部を前記定着ローラの前記クラウン部に対応させて配設すると共に、前記第２加熱手段の発熱部を前記定着ローラの前記逆クラウン部に対応させて配設し、前記第１加熱手段及び前記第２加熱手段をそれぞれ独立して制御可能に構成したことを特徴とする定着装置。
2. 内部に加熱源を有する円筒状の定着ローラと、無端状の加圧ベルトと、当該加圧ベルトの内周面を押圧して加圧ベルトを前記定着ローラに圧接させる押圧部材を備え、前記定着ローラと前記加圧ベルトが互いに圧接して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、
   前記定着ローラは、外周面がクラウン状に形成されたクラウン部と、外周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、
   前記押圧部材の前記加圧ベルトを押圧する押圧面に、凸状に形成した凸面部と、凹状に形成した凹面部を、それぞれ少なくとも１つずつ有し、
   前記定着ローラの前記クラウン部と前記押圧部材の前記凹面部を対応させて配設すると共に、前記定着ローラの前記逆クラウン部と前記押圧部材の前記凸面部を対応させて配設して、前記押圧部材によって前記加圧ベルトを押圧し、前記定着ローラと前記加圧ベルトを互いに圧接させた定着装置であって、
   前記定着ローラにおいて前記クラウン部を前記逆クラウン部よりも厚くなるように形成し、前記加熱源は、前記定着ローラの前記クラウン部に対応して発熱部を配設した第１加熱手段と、前記定着ローラの前記逆クラウン部に対応して発熱部を配設した第２加熱手段を有し、前記第１加熱手段と前記第２加熱手段をそれぞれ独立して制御可能な制御手段を備えたことを特徴とする定着装置。
3. 前記第１加熱手段の発熱部を、前記定着ローラの前記クラウン部の頂部に対応させて配設すると共に、前記第２加熱手段の発熱部を、前記定着ローラの前記逆クラウン部の底部に対応させて配設した請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記第１加熱手段の発熱部の発熱量を、前記第２加熱手段の発熱部の発熱量よりも大きくした請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記定着ローラの前記クラウン部及び前記逆クラウン部にそれぞれ対応して温度検知装置を配設し、各温度検知装置によって検知した前記定着ローラの表面温度に基づいて、前記制御手段が前記第１加熱手段及び第２加熱手段を制御す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。
6. 前記定着ローラの軸方向中央部側の前記クラウン部及び前記逆クラウン部にそれぞれ対応して温度検知装置を配設すると共に、前記定着ローラの軸方向端部側の前記クラウン部及び前記逆クラウン部にそれぞれ対応して温度検知装置を配設し、各温度検知装置によって検知した前記定着ローラの表面温度に基づいて、前記制御手段が前記第１加熱手段及び第２加熱手段を制御するように構成した請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記各温度検知手段を、互いに隣設する前記クラウン部の頂部と前記逆クラウン部の底部にそれぞれ対応させて配設した請求項５又は６に記載の定着装置。
8. 前記定着ローラと前記加圧ローラのそれぞれの軸方向の同じ側の端部を、軸方向に位置決めすると共に、前記定着ローラと前記加圧ローラ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に変位可能に構成し、
   前記温度検知装置を配設した前記定着ローラの軸方向端部側を、位置決めした端部側とした請求項６に記載の定着装置。
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。

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