JP2009116128A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紙しわが生じにくく、剥離性能も良好で、画像欠陥も生じにくい定着装置等を提供する。
【解決手段】回動可能な定着ロール６１１と、定着ロール６１１に張架される定着ベルト６１０と、定着ベルト６１０を介して定着ロール６１１を押圧する加圧ロール６２と、定着ベルト６１０の外表面を加圧ロール６２に押圧する剥離パッド６４と、を備え、加圧ロール６２は、定着ベルト６１０を定着ベルト６１０の軸方向中央部より端部をより強く押圧し、剥離パッド６４は、定着ベルト６１０を定着ベルト６１０の軸方向中央部より端部を等圧以上で押圧する。剥離パッド６４は、剥離パッド６４が定着ベルト６１０を押圧する部分の形状が軸方向中央部より端部にかけて凹状をなし、定着ロール６１１と加圧ロール６２の少なくとも一方は、軸方向中央部に対し端部の半径が大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば電子写真方式を利用した画像形成装置に用いられる定着装置等に関し、より詳しくは回動可能なベルト部材を備えた定着装置等に関する。

電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置には、熱と圧力（ニップ圧）を同時に加え、記録材上に転写されたトナーの樹脂成分を溶着させる定着装置が用いられている。
この定着装置として、定着ローラと、加熱ローラと、両ローラに張架された定着ベルトと、該ベルトの外周面に接触して定着ベルトとの間でニップを形成する加圧ローラを備え、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラによって形成されるニップの出口分離部に対応した位置であって定着ベルトの内側に、出口分離部面を曲率の大きな形状部とした固定部材を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−５５６６号公報

ところで、加圧ローラにより形成されるニップと固定部材により形成されるニップとの間隔が大きいと加熱されたトナーや記録材から発生する膨張空気や水蒸気などにより画像が乱れる所謂ブリスタという現象が発生し、画像欠陥となることがある。
また、記録材に紙しわが生じたり、用紙が加圧ローラから離れる方向で剥離するため定着ローラから剥離せず、紙詰まりが生じることがある。
本発明の目的は、紙しわが生じにくく、剥離性能も良好で、画像欠陥も生じにくい定着装置等を提供することにある。

請求項１に係る発明は、
回動可能な定着ロールと、
前記定着ロールに張架されるベルト部材と、
前記ベルト部材を介して前記定着ロールを押圧する加圧ロールと、
前記ベルト部材の外表面を前記加圧ロールに押圧する剥離部材と、を備え、
前記加圧ロールは、前記ベルト部材を当該ベルト部材の軸方向中央部より端部をより強く押圧し、
前記剥離部材は、前記ベルト部材を当該ベルト部材の軸方向中央部より端部を等圧以上で押圧することを特徴とする定着装置である。

請求項２に係る発明は、
前記剥離部材は、当該剥離部材が前記ベルト部材を押圧する部分の形状が軸方向中央部より端部にかけて凹状をなすことを特徴とする請求項１に記載の定着装置である。

請求項３に係る発明は、
前記定着ロールと前記加圧ロールの少なくとも一方は、軸方向中央部に対し端部の半径が大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置である。

請求項４に係る発明は、
前記定着ロールは、軸方向中央部から端部にかけて半径が一様であり、前記加圧ロールは、軸方向中央部に対し端部の半径が大きいことを特徴とする請求項３に記載の定着装置である。

請求項５に係る発明は、
前記定着ロールは、ハードロールであり、前記加圧ロールは、ソフトロールであることを特徴とする請求項３に記載の定着装置である。

請求項６に係る発明は、
前記加圧ロールは、弾性体が被覆され、当該弾性体の弾性率は、当該加圧ロールの軸方向中央部より端部が大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置である。

請求項７に係る発明は、
トナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、
を有し、
前記定着手段は、ベルト部材を介して定着ロールを押圧し当該ベルト部材の軸方向中央部から端部にかけ圧力が増加する第１ニップ部を形成する加圧ロールと、
前記第１ニップ部の下流側にて、前記ベルト部材の外表面を前記加圧ロールに押圧し当該ベルト部材の軸方向中央部から端部にかけ圧力が一様または圧力が増加する第２ニップ部を形成する剥離部材と、
を備えることを特徴とする画像形成装置である。

請求項８に係る発明は、
前記剥離部材は、前記第１ニップ部から前記第２ニップ部に至る領域にて、当該第１ニップ部における圧力および当該第２ニップ部における圧力を前記ベルト部材の進行方向に向けて単調減少するように設けることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置である。

請求項１に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、紙しわが生じにくい定着装置を得ることができる。
請求項２に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、剥離性能を維持しつつ、かつ紙しわが生じにくい定着装置を得ることができる。
請求項３に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、紙しわが生じにくい定着装置をより簡易に得ることができる。
請求項４に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、ブリスタなどの画像欠陥が生じにくい定着装置を得ることができる。
請求項５に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、より定着ロールの経時劣化が少なく、その結果、ブリスタなどの画像欠陥が生じにくい定着装置を得ることができる。
請求項６に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、紙しわが生じにくい定着装置をより簡易に得ることができる。
請求項７に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、紙しわが生じにくく、良好な画像を得ることができる画像形成装置が得られる。
請求項８に記載の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、ブリスタなどの画像欠陥が生じにくく、良好な画像を得ることができる画像形成装置が得られる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図１に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト１５に順次転写（一次転写）させる一次転写部１０、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像を記録材（記録紙）である用紙Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写部２０、二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置６０を備えている。また、各装置（各部）の動作を制御する制御部４０を有している。

本実施の形態において、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１の周囲に、これらの感光体ドラム１１を帯電する帯電器１２、感光体ドラム１１上に静電潜像を書込むレーザ露光器１３（図中露光ビームを符号Ｂｍで示す）、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器１４、感光体ドラム１１上に形成された各色成分トナー像を一次転写部１０にて中間転写ベルト１５に転写する一次転写ロール１６、感光体ドラム１１上の残留トナーが除去されるドラムクリーナ１７、などの電子写真用デバイスが順次配設されている。これらの画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、中間転写ベルト１５の上流側から、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の順に、略直線状に配置されている。

中間転写体である中間転写ベルト１５は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は１０^６〜１０^１４Ωｃｍとなるように形成されており、その厚みは例えば０.１ｍｍ程度に構成されている。中間転写ベルト１５は、各種ロールによって図１に示す矢印Ｂ方向に所定の速度で循環駆動（回動）されている。この各種ロールとしては、定速性に優れたモータ（図示せず）により駆動されて中間転写ベルト１５を回動させる駆動ロール３１、各感光体ドラム１１の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト１５を支持する支持ロール３２、中間転写ベルト１５に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト１５の蛇行を防止する補正ロールとして機能するテンションロール３３、二次転写部２０に設けられるバックアップロール２５、中間転写ベルト１５上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニングバックアップロール３４が配設されている。

一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に対向して配置される一次転写ロール１６で構成されている。一次転写ロール１６は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性体層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０^７〜１０^９Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、一次転写ロール１６は中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に圧接配置され、さらに一次転写ロール１６にはトナーの帯電極性（マイナス極性とする。以下同様。）と逆極性の電圧（一次転写バイアス）が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム１１上のトナー像が中間転写ベルト１５に順次、静電吸引され、中間転写ベルト１５上に重畳されたトナー像が形成されるようになっている。

二次転写部２０は、中間転写ベルト１５のトナー像保持面側に配置される二次転写ロール２２と、バックアップロール２５とによって構成される。バックアップロール２５は、表面がカーボンを分散したＥＰＤＭとＮＢＲとのブレンドゴムのチューブ、内部がＥＰＤＭゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が１０^７〜１０^１０Ω／□となるように形成され、硬度は例えば７０°（アスカーＣ）に設定される。このバックアップロール２５は、中間転写ベルト１５の裏面側に配置されて二次転写ロール２２の対向電極をなし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール２６が当接配置されている。

一方、二次転写ロール２２は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性体層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０^７〜１０^９Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール２２は中間転写ベルト１５を挟んでバックアップロール２５に圧接配置され、さらに二次転写ロール２２は接地されてバックアップロール２５との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部２０に搬送される用紙Ｐ上にトナー像を二次転写する。

また、中間転写ベルト１５の二次転写部２０の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト１５の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ３５が接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット１Ｙの上流側には、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ（ホームポジションセンサ）４２が配設されている。また、黒の画像形成ユニット１Ｋの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ４３が配設されている。この基準センサ４２は、中間転写ベルト１５の裏側に設けられた所定のマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部４０からの指示により、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは画像形成を開始するように構成されている。

さらに、本実施の形態の画像形成装置では、用紙搬送系として、用紙Ｐを収容する用紙トレイ５０、この用紙トレイ５０に集積された用紙Ｐを所定のタイミングで取り出して搬送するピックアップロール５１、ピックアップロール５１により繰り出された用紙Ｐを搬送する搬送ロール５２、搬送ロール５２により搬送された用紙Ｐを二次転写部２０へと送り込む搬送シュート５３、二次転写ロール２２により二次転写された後に搬送される用紙Ｐを定着装置６０へと搬送する搬送ベルト５５、用紙Ｐを定着装置６０に導く定着入口ガイド５６を備えている。

次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。図１に示すような画像形成装置では、図示しない画像読取装置（ＩＩＴ）や図示しないパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置（ＩＰＳ）により所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋによって作像作業が実行される。ＩＰＳでは、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度／色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の色材階調データに変換され、レーザ露光器１３に出力される。

レーザ露光器１３では、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームＢｍを画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各々の感光体ドラム１１に照射している。画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各感光体ドラム１１では、帯電器１２によって表面が帯電された後、このレーザ露光器１３によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの現像器１４によって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像される。

画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが当接する一次転写部１０において、中間転写ベルト１５上に転写される。より具体的には、一次転写部１０において、一次転写ロール１６により中間転写ベルト１５の基材に対しトナーの帯電極性と逆極性（プラス極性）の電圧（一次転写バイアス）が付加され、トナー像を中間転写ベルト１５の表面に順次重ね合わせて一次転写が行われる。

トナー像が中間転写ベルト１５の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト１５は移動してトナー像が二次転写部２０に搬送される。トナー像が二次転写部２０に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部２０に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール５１が回転し、用紙トレイ５０から所定サイズの用紙Ｐが供給される。ピックアップロール５１により供給された用紙Ｐは、搬送ロール５２により搬送され、搬送シュート５３を経て二次転写部２０に到達する。この二次転写部２０に到達する前に、用紙Ｐは一旦停止され、トナー像が保持された中間転写ベルト１５の移動タイミングに合わせてレジストロール（図示せず）が回転することで、用紙Ｐの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。

二次転写部２０では、中間転写ベルト１５を介して、二次転写ロール２２がバックアップロール２５に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Ｐは、中間転写ベルト１５と二次転写ロール２２との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール２６からトナーの帯電極性と同極性（マイナス極性）の電圧（二次転写バイアス）が印加されると、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト１５上に保持された未定着トナー像は、二次転写ロール２２とバックアップロール２５とによって押圧される二次転写部２０において、用紙Ｐ上に一括して静電転写される。

その後、トナー像が静電転写された用紙Ｐは、二次転写ロール２２によって中間転写ベルト１５から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール２２の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト５５へと搬送される。搬送ベルト５５では、定着装置６０における搬送速度に合わせて、用紙Ｐを最適な搬送速度で定着装置６０まで搬送する。定着装置６０に搬送された用紙Ｐ上の未定着トナー像は、定着装置６０によって熱および圧力による定着処理を受けることで用紙Ｐ上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部（不図示）に搬送される。
一方、用紙Ｐへの転写が終了した後、中間転写ベルト１５上に残った残留トナーは、中間転写ベルト１５の回動に伴って搬送され、クリーニングバックアップロール３４および中間転写ベルトクリーナ３５によって中間転写ベルト１５上から除去される。

次に、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置６０について説明する。
図２は本実施の形態の定着装置６０の概略構成を示す側断面図である。この定着装置６０は、定着ベルトモジュール６１と、定着ベルトモジュール６１に対して圧接して配置された加圧ロール６２とで主要部が構成されている。
定着ベルトモジュール６１は、矢印Ｄ方向に回転するベルト部材の一例としての定着ベルト６１０、定着ベルト６１０を張架しながら回転駆動する定着ロール６１１、内側から定着ベルト６１０を張架する張架ロール６１２、外側から定着ベルト６１０を張架する張架ロール６１３、定着ロール６１１と張架ロール６１２との間で定着ベルト６１０の姿勢を矯正する姿勢矯正ロール６１４、定着ベルトモジュール６１と加圧ロール６２とが圧接する領域であるニップ部Ｎ内の下流側領域であって定着ロール６１１の近傍位置に配置された剥離部材の一例としての剥離パッド６４、ニップ部Ｎの下流側において定着ベルト６１０を張架する張架ロール６１５により主要部が構成されている。

定着ベルト６１０は、例えば、周長１６８ｍｍ、幅３４０ｍｍのフレキシブルなエンドレスベルトである。そして、例えば、厚さ９０μｍのポリイミド樹脂で形成されたベース層と、ベース層の表面側（外周面側）に積層された厚さ１６０μｍのシリコーンゴムからなる弾性体層と、さらに弾性体層上に被覆された厚さ３０μｍのテトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）チューブからなる離型層とで構成されている。ここでは、弾性体層は、特にカラー画像に対する画質向上のために設けられたものである。なお、定着ベルト６１０の構成は、使用目的や使用条件等の装置設計条件に応じて、材質・厚さ・硬度等を適宜選択することができる。

定着ロール６１１は、例えば、外径１００ｍｍ、長さ３６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのアルミニウムで形成された円筒状ロールである。そして定着ロール６１１は、図示しない駆動モータからの駆動力を受けて、例えば、２６４ｍｍ／ｓの表面速度で矢印Ｃ方向に回転する。
また、定着ロール６１１の内部には、加熱源としてハロゲンヒータ６１６ａが配設され、定着ロール６１１の表面に接触するように配置された温度センサ６１７ａの計測値に基づき、画像形成装置の制御部４０（図１参照）が定着ロール６１１の表面温度を所定値となるように制御している。

張架ロール６１２は、例えば、外径３０ｍｍ、肉厚２ｍｍ、長さ３６０ｍｍのアルミニウムで形成された円筒状ロールである。そして、張架ロール６１２の内部には加熱源としてハロゲンヒータ６１６ｂが配設されており、温度センサ６１７ｂと制御部４０（図１参照）とによって、表面温度が１９０℃に制御されている。したがって、張架ロール６１２は、定着ベルト６１０を張架する機能とともに、定着ベルト６１０を内周面側から加熱する機能をも併せ持っている。
また、張架ロール６１２の両端部には定着ベルト６１０を外側に押圧するバネ部材（不図示）が配設され、定着ベルト６１０全体の張力を所定の値に保持している。その際に、定着ベルト６１０の張力を軸方向に亘って均一にする。

張架ロール６１３は、例えば、外径２５ｍｍ、肉厚２ｍｍ、長さ３６０ｍｍのアルミニウムで形成された円筒状ロールである。また、張架ロール６１３の表面には例えば、厚さ２０μｍのＰＦＡからなる離型層が形成されている。この離型層は、定着ベルト６１０の外周面からの僅かなオフセットトナーや紙粉が張架ロール６１３に堆積するのを防止するために形成されるものである。
張架ロール６１３の内部には、加熱源としてのハロゲンヒータ６１６ｃが配設されており、温度センサ６１７ｃと制御部４０（図１参照）とによって、表面温度が所定値になるように制御されている。したがって、張架ロール６１３は、定着ベルト６１０を張架する機能とともに、定着ベルト６１０を外周面側から加熱する機能をも併せ持っている。したがって、本実施の形態では、定着ロール６１１と張架ロール６１２および張架ロール６１３とによって定着ベルト６１０が加熱される構成を採用している。

姿勢矯正ロール６１４は、例えば、外径１５ｍｍ、長さ３６０ｍｍのアルミニウムで形成された円柱状ロールである。姿勢矯正ロール６１４の近傍には、定着ベルト６１０のエッジ位置を検知するベルトエッジ位置検知機構（不図示）が配置されている。そして、姿勢矯正ロール６１４は、ベルトエッジ位置検知機構の検知結果に応じて定着ベルト６１０の軸方向における当接位置を変位させる軸変位機構が配設され、定着ベルト６１０の蛇行（ベルトウォーク）を制御するように構成されている。

また、張架ロール６１５は、例えば、外径１２ｍｍ、長さ３６０ｍｍのアルミニウムで形成された円柱状ロールである。そして、剥離パッド６４を通過した定着ベルト６１０が定着ロール６１１に向けて円滑に回動するように、剥離パッド６４の定着ベルト６１０進行方向下流側近傍に配置されている。

剥離パッド６４は、例えばＳＵＳやアルミニウムのような金属や樹脂等の剛体で形成された断面が略円弧形状のブロック部材である。そして、加圧ロール６２が定着ベルト６１０を介して定着ロール６１１に圧接される領域（「ロールニップ部Ｎ１」：後段の図３参照）の下流側近傍位置において、定着ロール６１１の軸方向全域に亘って固定配置されている。また剥離パッド６４は、定着ベルト６１０を介して加圧ロール６２を所定の幅領域（例えば、定着ベルト６１０の進行方向に沿って８．５ｍｍの幅）に亘って所定の荷重（例えば、４０ｋｇｆ）で均一に押圧するように設置されており、後段で述べる「剥離パッドニップ部Ｎ２」（後段の図３参照）を形成している。
剥離パッド６４はまた、外周を覆う摺動層としての摺動シート（摺動層）を備えていてもよい。この摺動シートとしては、例えばフッ素樹脂含浸ガラス繊維シートを用いることができる。摺動シートを備えることで、剥離パッド６４は、定着ベルト６１０の内面及び定着ロール６１１の表面との摺動が円滑に行われる。

次に、加圧ロール６２は、例えば、直径６５ｍｍ、長さ３６０ｍｍのアルミニウムからなる円柱状ロール６２１を基体として、基体側から順に、ゴム硬度３０°（ＪＩＳ−Ａ）のシリコーンゴムからなる厚さ１０ｍｍの弾性層６２２と、膜厚１００μｍのＰＦＡチューブからなる離型層６２３とが積層されて構成されている。そして、加圧ロール６２は、定着ベルトモジュール６１に押圧されるように設置され、定着ベルトモジュール６１の定着ロール６１１が矢印Ｃ方向へ回転するのに伴い、定着ロール６１１に従動して矢印Ｅ方向に回動する。その進行速度は、定着ロール６１１の表面速度と同じ２６４ｍｍ／ｓである。

続いて、定着ベルトモジュール６１と加圧ロール６２とが圧接されたニップ部Ｎについて説明する。
図３は、ニップ部Ｎの近傍領域を表す概略断面図である。図３に示したように、定着ベルトモジュール６１（図２参照）と加圧ロール６２とが圧接されたニップ部Ｎには、定着ベルト６１０が定着ロール６１１に巻き付けられた（ラップされた）領域（ラップ領域）内において、加圧ロール６２が定着ベルト６１０の外周面に圧接するように配置されることにより、ロールニップ部（第１ニップ部）Ｎ１が形成されている。

ここで、本実施の形態の定着装置６０では、上述したように、ロールニップ部Ｎ１を形成する一方のロールである定着ロール６１１は、アルミニウムの芯金（コアロール）の表面に耐熱性樹脂（フッ素樹脂）を被覆して構成されたハードロールであって、定着ロール６１１には弾性層は被覆されていない。また、ロールニップ部Ｎ１を形成する他方のロールである加圧ロール６２は、アルミニウムの芯金（コアロール）の表面に弾性層６２２が被覆されたソフトロールである。
このような定着ロール６１１と加圧ロール６２との構成により、本実施の形態のロールニップ部Ｎ１では、加圧ロール６２の弾性層６２２が変形することでロールニップ部Ｎ１が形成されており、加圧ロール６２側がニップ（ロールニップ部Ｎ１）を形成するロール（ＮＦＰＲ：ＮＩＰ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｏｌｌ）として機能している。すなわち、ロールニップ部Ｎ１では、定着ロール６１１には凹みが殆ど生じず、加圧ロール６２表面のみが大きく凹んだ状態（加圧ロール６２の凹み量＞定着ロール６１１の凹み量）が形成されることで、定着ベルト６１０の進行方向に所定の幅を持ったニップ領域を作り出している。

このように、本実施の形態の定着装置６０では、ロールニップ部Ｎ１において定着ベルト６１０がラップされている側の定着ロール６１１は殆ど変形せず、円筒形状が維持されている。そのため、定着ベルト６１０は定着ロール６１１表面の円周面に沿って回動し、その回動半径に変動が生じることがないので、進行速度を一定に維持しながらロールニップ部Ｎ１を通過することができる。それにより、定着ベルト６１０がロールニップ部Ｎ１を通過する際にも、定着ベルト６１０にはシワや歪みが発生し難い。その結果、定着画像に画像乱れが生じることが抑制され、良質の定着画像を安定的に提供することができる。なお、本実施の形態の定着装置６０では、ロールニップ部Ｎ１は定着ベルト６１０の進行方向に沿って１５ｍｍの幅に設定されている。

さらに、ロールニップ部Ｎ１の下流側近傍には、剥離パッド６４が配設されている。そして、剥離パッド６４は定着ベルト６１０を加圧ロール６２表面に押圧している。それにより、ロールニップ部Ｎ１の下流側には、ロールニップ部Ｎ１に連続して、定着ベルト６１０が加圧ロール６２表面にラップされた剥離パッドニップ部（第２ニップ部）Ｎ２が形成されている。

図３に示したように、剥離パッドニップ部Ｎ２を形成する剥離パッド６４は、断面が略円弧形状に形成され、ロールニップ部Ｎ１の下流側近傍にて定着ロール６１１の軸方向に沿って配置されている。そして、剥離パッドニップ部Ｎ２を通過した後の定着ベルト６１０は、剥離パッド６４の外側面に倣って回動する。それにより、定着ベルト６１０の進行方向は剥離パッド６４によって張架ロール６１５方向に屈曲するように急激に変化する。そのため、ロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２を通過した用紙Ｐは、剥離パッドニップ部Ｎ２を出た時点で定着ベルト６１０の進行方向の変化に追随できなくなり、用紙Ｐは自身の所謂「コシ」によって定着ベルト６１０から剥離される。このようにして、剥離パッドニップ部Ｎ２の出口部において、用紙Ｐに対する曲率分離が安定的に行なわれる。なお、本実施の形態の定着装置６０では、剥離パッドニップ部Ｎ２は定着ベルト６１０の進行方向に沿って８．５ｍｍの幅に設定されている。

ところで、上記のような剥離パッド６４を配設することによる曲率分離による剥離機構においては、ロールニップ部Ｎ１に連続して剥離パッドニップ部Ｎ２を形成すると、剥離パッドニップ部Ｎ２内の剥離パッド６４が配設された領域（剥離パッド６４と加圧ロール６２との圧接部）Ｎ２Ｔよりもロールニップ部Ｎ１側に位置する境界領域Ｎ２Ｓでは、定着ベルト６１０を定着ロール６１１および加圧ロール６２のいずれにも直接押圧する部材が存在しない。そのため、この境界領域Ｎ２Ｓでは定着ベルト６１０の張力のみによって加圧ロール６２に圧接されることとなり、この境界領域Ｎ２Ｓでのニップ圧（以下、境界領域Ｎ２Ｓでのニップ圧をＰｎとする。）は定着ベルト６１０の張力のみで形成されることとなる。そのため、剥離パッド６４をロールニップ部Ｎ１の下流側端部Ｎ１Ｅから所定の距離以上に離隔して配設すると、境界領域Ｎ２Ｓのニップ圧Ｐｎは、ロールニップ部Ｎ１のニップ圧と剥離パッド６４が配設された領域Ｎ２Ｔでのニップ圧との狭間となって、ニップ圧Ｐｎが所定値（これをＰｎ１とする。）よりも低く落ち込んだ谷間の領域として形成される。そして、境界領域Ｎ２Ｓのニップ圧Ｐｎは、ロールニップ部Ｎ１のニップ圧および剥離パッド６４が配設された領域Ｎ２Ｔのニップ圧よりも相対的に低くなる。
ここで図４は、剥離パッド６４をロールニップ部Ｎ１の下流側端部Ｎ１Ｅから所定の距離以上に離隔して配設した場合のニップ部Ｎ（ロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２）の圧力分布の概略を示した図である。図４に示したように、この場合には、剥離パッドニップ部Ｎ２において、ロールニップ部Ｎ１との境界領域Ｎ２Ｓにニップ圧Ｐｎが所定値Ｐｎ１以下に落ち込んだ谷間の領域が形成されている。

本実施の形態の定着装置６０による定着プロセスでは、トナー像を保持した用紙Ｐは、ロールニップ部Ｎ１において加熱および加圧されてトナーが溶融圧着される。その際に、ロールニップ部Ｎ１内において熱を受けた用紙Ｐやトナーからは、用紙Ｐ中の水分が気化して水蒸気を発生させたり、トナー中の空気が熱膨張しようとする。ところが、ロールニップ部Ｎ１では高いニップ圧が印加されているため、定着ベルト６１０と加圧ロール６２との間に水蒸気や膨張した空気によるエアーギャップ（気泡）が生じることはない。
しかし、剥離パッドニップ部Ｎ２内のロールニップ部Ｎ１との境界領域Ｎ２Ｓにおけるニップ圧Ｐｎが所定値Ｐｎ１以下の低い状態に形成されていると、ロールニップ部Ｎ１で抑え込まれていた気泡が境界領域Ｎ２Ｓにおいては抑止できずに発生することとなる。そして、気泡が発生した状態で、用紙Ｐが剥離パッド６４の配設されたニップ圧の高い領域Ｎ２Ｔに進入すると、境界領域Ｎ２Ｓにおいて発生した気泡がその高いニップ圧によって用紙Ｐの表面上を動き回ることとなる。そうすると、用紙Ｐ上のトナー像は、ロールニップ部Ｎ１を通過した直後であって、溶融したトナーが未だ完全に固化されていない状態にあるため、気泡が動き回ることによってトナー像が乱される現象が生じる。その結果、定着画像にムラ等の画像不良が発生するという事態が生じることとなる。

そこで、本実施の形態の定着装置６０では、剥離パッド６４は、ロールニップ部Ｎ１の下流側近傍に配設している。このように剥離パッド６４を設置することで、剥離パッドニップ部Ｎ２内におけるロールニップ部Ｎ１と剥離パッド６４が配設された領域Ｎ２Ｔとの間の境界領域Ｎ２Ｓの幅を極力狭く設定することが可能となる。それにより、定着ベルト６１０の張力のみによって加圧ロール６２に圧接される領域が狭くなる。そのため、図５（剥離パッド６４をロールニップ部Ｎ１の下流側近傍に配設した場合の圧力分布の概略を示した図）に示したように、境界領域Ｎ２Ｓにおいてニップ圧Ｐｎが所定値Ｐｎ１よりも落ち込む谷間の領域が発生することを抑制することができる。そして、ニップ部Ｎ内におけるロールニップ部Ｎ１内でニップ圧がピークとなる位置から剥離パッドニップ部Ｎ２の最下流位置に至る領域において、ニップ圧が連続的に単調減少するように設定することが可能となる。

このように、境界領域Ｎ２Ｓのニップ圧Ｐｎを所定のＰｎ１よりも高く設定できるので、境界領域Ｎ２Ｓにおいて気泡の発生を抑止することができる。さらには、ロールニップ部Ｎ１内でニップ圧がピークとなる位置から剥離パッドニップ部Ｎ２の最下流位置に至るまで、ニップ圧を連続的に単調減少するように設定することにより、ロールニップ部Ｎ１において高いニップ圧により抑え込まれていた水蒸気や熱膨張しようとする空気は、剥離パッドニップ部Ｎ２を通過するまでの経路で徐々に開放されることとなり、上記したような気泡が動き回る現象の発生を抑制することが可能となる。そのため、未だ完全に固化されていない状態のトナー像が乱されることが殆ど無くなり、定着画像に画像ムラ等の画像不良が発生するのを抑制することができる。

一方、図６は、定着ベルト６１０の軸方向におけるロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２のニップ圧の圧力分布を模式的に示した図である。
図６において横軸は、定着ベルト６１０（図３参照）の軸方向における位置であり、ニップ圧が０となっている箇所が、定着ベルト６１０の端部である。また縦軸はロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２におけるニップ圧を示す。

図６からわかるように、本実施の形態において、ロールニップ部Ｎ１におけるニップ圧の圧力分布は、定着ベルト６１０の軸方向中央部から端部にかけ増加し、端部において急激に減少し０となる。
このような圧力分布にすることにより、ロールニップ部Ｎ１で用紙Ｐの定着ベルト６１０の軸方向で速度分布を発生させることができる。即ち、定着ベルト６１０の端部では、用紙Ｐは速く搬送され、中央部では端部より遅く搬送される。この速度の差異が発生することで、用紙Ｐを定着ベルト６１０の軸方向に引っ張る力が働き、それにより用紙Ｐを伸ばし、紙しわの発生を抑制することができる。

また、本実施の形態では、剥離パッドニップ部Ｎ２が存在するため、ロールニップ部Ｎ１と共に、剥離パッドニップ部Ｎ２の圧力分布も適切に設定する必要がある。
図６に示したように、剥離パッドニップ部Ｎ２におけるニップ圧の圧力分布もロールニップ部Ｎ１と同様に、定着ベルト６１０の軸方向中央部から端部にかけ増加し、端部において急激に減少し０としている。剥離パッドニップ部Ｎ２の圧力分布をこのようにすることで、ロールニップ部Ｎ１における速度分布を打ち消すことなく用紙Ｐの搬送を行うことができ、紙しわの発生を抑制することができる。なお剥離パッドニップ部Ｎ２での圧力分布は、必ずしも軸方向中央部から端部にかけ増加する必要はなく、ロールニップ部Ｎ１における速度分布を打ち消すような圧力分布でなければよい。例えば、軸方向中央部から端部にかけ圧力分布が一様であってもかまわない。

ロールニップ部Ｎ１において上記のような圧力分布を得るためには、例えば、定着ロール６１１と加圧ロール６２（図３参照）の少なくとも一方の外径をフレア形状（中央部半径＜端部半径）とする。また、剥離パッドニップ部Ｎ２における圧力分布については、画像形成時（押圧時）の剥離パッド６４の押圧面形状が、中央部が端部よりも押圧面から離れるように、軸方向に湾曲した形状、即ち、軸方向中央部より端部にかけて凹状をなす形状とすればよい。

図７は、上記の場合における加圧ロール６２、剥離パッド６４の形状の一例を示した図である。
いずれも押圧面から見た図であるが、説明をわかりやすくするため特徴部分を強調している。図７（ａ）は、加圧ロール６２の外径をフレア形状とした場合であり、端部の半径は中央部の半径よりａ１だけ大きくしている。また、図７（ｂ）は、剥離パッド６４の形状を軸方向中央部より端部にかけて凹状をなすようにした場合であり、中央部が端部よりｂ１だけ凹む形状としている。ａ１の大きさは例えば、２００μｍとすることができ、ｂ１の大きさは例えば、３００μｍとすることができる。
なお、上記のような圧力分布を得るためには、加圧ロール６２等の形状を変更する方法に限られるものではない。例えば、加圧ロール６２を弾性体で被覆し、弾性体の弾性率を加圧ロール６２の軸方向中央部より端部を大きくするような方法でもよい。具体的には、加圧ロール６２をシリコーンゴム等で被覆し、ゴム硬度を加圧ロール６２の軸方向中央部より端部を大きくするような方法が考えられる。

また、本実施の形態において、定着ロール６１１の外径のフレア量が大きすぎると、定着ベルト６１０の軸方向中央部におけるロールニップ部Ｎ１と剥離パッドニップ部Ｎ２の隙間が広くなる。この場合、ブリスタなどの画像欠陥が発生しやすくなる。従って、定着ロール６１１の軸方向外形はストレート形状（軸方向中央部から端部にかけて半径がほぼ一様）であり、加圧ロール６２は、フレア形状（軸方向中央部に対し端部の半径が大きい）とすることが好ましい。同様に、定着ロール６１１の表面に弾性体を被覆すると弾性体の経時劣化により隙間が変化することで画質欠陥が発生しやすくなる。従って、定着ロール６１１は、弾性層を有しないハードロールとし、加圧ロール６２を、弾性層を被覆したソフトロールとすることが好ましい。

以下の装置、条件で紙しわが発生するか否かの試験を行った。
〔定着装置〕
定着装置として、図２に示したものを用いた。
定着ベルト６１０として、周長１６８ｍｍのものを用いた。この定着ベルト６１０は、厚さ９０μｍのポリイミド樹脂で形成されたベース層と、その上に積層された厚さ３００μｍのシリコーンゴムからなる弾性体層と、さらにその上に被覆された厚さ３０μｍのテトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）チューブからなる離型層とで構成した。
定着ロール６１１は、外径１００ｍｍのアルミニウムで形成された円筒状ロールに厚さ３００μｍのＰＦＡチューブを被覆したものを用いた。また表面形状はストレート形状とした。
また、加圧ロール６２として、直径６５ｍｍのアルミニウムからなる円柱状ロール６２１を基体として、基体側から順に、シリコーンゴムからなる厚さ１０ｍｍの弾性層６２２と、膜厚１００μｍのＰＦＡチューブからなる離型層６２３とが積層されたものを用いた。
剥離パッド６４は、ＳＵＳの金属に中興化成工業株式会社製のフッ素樹脂粘着テープＡＧＦ−１００Ａを摺動シートとして被覆したものを用いた。
定着を行う際のプロセススピードは２６４ｍｍ／ｓであり、定着ベルト６１０の温度は１５０℃とした。またロールニップ部Ｎ１におけるニップ圧の最大値は１５０ｋｇｆとし、剥離パッドニップ部Ｎ２におけるニップ圧の最大値は４０ｋｇｆとした。

〔試験用紙〕
試験用紙として、紙しわを積極的に発生させるため、比較的薄い用紙を使用した。具体的には、王子製紙株式会社製のコート紙であるＯＫトップコートＮ紙（坪量８４．９ｇｓｍ（ｇ／ｍ^２））、及び普通紙であるＳＴ紙（坪量５２ｇｓｍ（ｇ／ｍ^２））を用いた。
また、定着装置を通す際に、より紙しわが発生しやすい画像として図８に示したものを用いた。
図８（ａ）に示した画像は、大きさがＡ３であり、上記用紙の定着装置への挿入方向から見て中央部付近８０１にプロセスブラック（濃度１００％のＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー））を重ねて作像（濃度３００％）したものである。また図８（ｂ）に示した画像は、同じくＡ３の大きさであり、上記用紙の定着装置への挿入方向から見て端部付近８０２にプロセスブラックを重ねて作像したものである。両画像とも端部と中央部において、水分の含有量等が異なるため紙しわが発生しやすい。
そして、更に紙しわを発生させやすい条件にするため、試験用紙を高温高湿条件（３５℃×８５％）で１２時間調湿した後、試験を行った。

〔ロールニップ部Ｎ１および剥離パッドニップ部Ｎ２の圧力分布〕
ロールニップ部Ｎ１の圧力分布として、次の２種類について試験を行った。
まず、定着ベルト６１０の軸方向中央部から端部にかけ圧力が増加するパターン（以下、”圧力分布Ａ”と呼ぶ）であり、もう１つは、軸方向中央部から端部にかけ圧力分布がほぼ一様であるもの（以下、”圧力分布Ｂ”と呼ぶ）である。ここで、圧力分布Ａは、加圧ロール６２に中央部より端部の半径を２００μｍ大きくしたフレア形状を付与することにより実現することができ、一方、圧力分布Ｂは加圧ロール６２をストレート形状にすることにより実現することができる。

また、剥離パッドニップ部Ｎ２の圧力分布としては次の３種類について試験を行った。
まず定着ベルト６１０の軸方向中央部から端部にかけ圧力が増加するパターン（以下、”圧力分布（１）”と呼ぶ）である。次に、定着ベルト６１０の軸方向中央部から端部にかけ圧力分布がほぼ一様であるもの（以下、”圧力分布（２）”と呼ぶ）である。最後に、定着ベルト６１０の軸方向中央部から端部にかけ圧力が減少するパターン（以下、”圧力分布（３）”と呼ぶ）である。
また、圧力分布（１）は、剥離パッド６４の押圧面を軸方向に３００μｍ湾曲させた凹状の形状（中央部が端部よりも押圧面から離れる形状）とすることで実現することができる。また、圧力分布（２）はストレート形状にすることで、そして、圧力分布（３）は圧力分布（１）とは逆方向に４００μｍ湾曲させる凸状の形状（端部よりも中央部が押圧面から離れる形状）にすることにより実現することができる。なお、圧力分布（２）の剥離パッド６４の押圧面は、無加圧状態ではストレート形状であるが、加圧状態においては、約５０μｍ程度湾曲している。

以上の圧力分布Ａ〜Ｂと圧力分布（１）〜（３）を組み合わせ、合わせて６通りの条件で、試験用紙を定着装置に通し、紙しわが生じたか否かを目視評価により行った。
図９は、この組み合わせをまとめた表である。表中の図は、圧力分布Ａ〜Ｂと圧力分布（１）〜（３）のそれぞれの圧力分布の組み合わせを模式的に表したものである。この図の横軸と縦軸は、図６に示した場合と同様であり、横軸は定着ベルト６１０の軸方向における位置を表し、縦軸はニップ圧を表す。

〔試験結果〕
試験結果を以下の表１に示す。

表１において○は、紙しわの発生がなかったことを表し、△は、紙しわの発生が一部生じたことを意味する。また、×は、ほぼ全てについて紙しわが発生したことを意味する。
表１の結果によれば、ＯＫトップコートＮ紙とＳＴ紙共に、ロールニップ部Ｎ１の圧力分布が、定着ベルト６１０の軸方向中央部から端部にかけ圧力が増加するパターン（圧力分布Ａ）であり
、剥離パッドニップ部Ｎ２の圧力分布が、定着ベルト６１０の軸方向中央部から端部にかけ圧力が増加するパターン（圧力分布（１））、若しくは、定着ベルト６１０の軸方向中央部から端部にかけ圧力分布がほぼ一様であるもの（圧力分布（２））である場合に、紙しわの発生が抑制されていることがわかる。

本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。 本実施の形態の定着装置の概略構成を示す側断面図である。 ニップ部の近傍領域を表す概略断面図である。 剥離パッドをロールニップ部の下流側端部から所定の距離以上に離隔して配設した場合のニップ部の圧力分布の概略を示した図である。 剥離パッドをロールニップ部の下流側近傍に配設した場合の圧力分布の概略を示した図である。 定着ベルトの軸方向におけるロールニップ部および剥離パッドニップ部のニップ圧の圧力分布を模式的に示した図である。 本実施の形態が適用される加圧ロール、剥離パッドの形状の一例を示した図である。 より紙しわが発生しやすい画像を示した図である。 ロールニップ部および剥離パッドニップ部の圧力分布の組み合わせをまとめた表である。

符号の説明

６０…定着装置、６１…定着ベルトモジュール、６２…加圧ロール、６４…剥離パッド、６１０…定着ベルト、６１１…定着ロール、６２２…弾性層、Ｎ…ニップ部、Ｎ１…ロールニップ部、Ｎ２…剥離パッドニップ部

Claims (8)

1. 回動可能な定着ロールと、
   前記定着ロールに張架されるベルト部材と、
   前記ベルト部材を介して前記定着ロールを押圧する加圧ロールと、
   前記ベルト部材の外表面を前記加圧ロールに押圧する剥離部材と、を備え、
   前記加圧ロールは、前記ベルト部材を当該ベルト部材の軸方向中央部より端部をより強く押圧し、
   前記剥離部材は、前記ベルト部材を当該ベルト部材の軸方向中央部より端部を等圧以上で押圧することを特徴とする定着装置。
2. 前記剥離部材は、当該剥離部材が前記ベルト部材を押圧する部分の形状が軸方向中央部より端部にかけて凹状をなすことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ロールと前記加圧ロールの少なくとも一方は、軸方向中央部に対し端部の半径が大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記定着ロールは、軸方向中央部から端部にかけて半径が一様であり、前記加圧ロールは、軸方向中央部に対し端部の半径が大きいことを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記定着ロールは、ハードロールであり、前記加圧ロールは、ソフトロールであることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
6. 前記加圧ロールは、弾性体が被覆され、当該弾性体の弾性率は、当該加圧ロールの軸方向中央部より端部が大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
7. トナー像を形成するトナー像形成手段と、
   前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
   前記トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、
   を有し、
   前記定着手段は、ベルト部材を介して定着ロールを押圧し当該ベルト部材の軸方向中央部から端部にかけ圧力が増加する第１ニップ部を形成する加圧ロールと、
   前記第１ニップ部の下流側にて、前記ベルト部材の外表面を前記加圧ロールに押圧し当該ベルト部材の軸方向中央部から端部にかけ圧力が一様または圧力が増加する第２ニップ部を形成する剥離部材と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
8. 前記剥離部材は、前記第１ニップ部から前記第２ニップ部に至る領域にて、当該第１ニップ部における圧力および当該第２ニップ部における圧力を前記ベルト部材の進行方向に向けて単調減少するように設けることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。

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