(57)【要約】【課題】  ブリスター現象を抑制させ、低温定着性に優れた定着方法を提供する。【解決手段】  加熱加圧手段で記録材上のトナー画像を定着し定着画像を形成する定着方法において、加熱加圧手段が加熱部材と加圧部材を有し、加熱部材が導電層を有する筒状の回転体と回転体の内部に配置され螺旋軸が回転体の母線方向と略平行である螺旋形状部を有し導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するコイルと螺旋形状部の中に配置され交番磁界の磁力線を誘導するコアを有し、母線方向に関し記録材上の画像の最大通過領域の一端から他端までの区間でコアの磁気抵抗が導電層の磁気抵抗と導電層とコアの間の領域の磁気抵抗の合成磁気抵抗の３０％以下であり、トナーの温度−貯蔵弾性率曲線を、温度で１回微分して得られる曲線１において、６０℃以上の範囲における曲線１の最小値が−０．３２以上−０．１５以下である。【選択図】  図１
2015106079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱加圧手段により記録材上のトナー画像を加熱加圧定着して記録材に定着画像を形成する定着方法において、
前記加熱加圧手段が、
加熱部材と、
加圧部材と
を有し、
前記加熱部材が、
導電層を有する筒状の回転体と、
前記回転体の内部に配置され、螺旋軸が前記回転体の母線方向と略平行である螺旋形状部を有し、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルと、
前記螺旋形状部の中に配置され、前記交番磁界の磁力線を誘導するためのコアと、
を有し、
前記母線方向に関し、記録材上の画像の最大通過領域の一端から他端までの区間において、前記コアの磁気抵抗が、
前記導電層の磁気抵抗と、
前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、
の合成磁気抵抗の３０％以下であって、
前記トナー画像を形成するトナーが、結着樹脂および着色剤を含有するトナー粒子を有するトナーであり、
前記トナーの２０℃から２．０℃／分の昇温速度で１２０℃まで加熱する粘弾性測定を行って得られる、
横軸に温度（℃）、
縦軸に該トナーの損失弾性率Ｇ”（Ｐａ）を前記損失弾性率の単位（Ｐａ）で除した値の常用対数（ＬｏｇＧ”）
をプロットして得られる温度−貯蔵弾性率曲線を、温度で１回微分して得られる曲線１において、６０℃以上の範囲における前記曲線１の最小値が、−０．３２以上−０．１５以下である
ことを特徴とする定着方法。
【請求項２】
前記導電層が、銀、アルミニウム、オーステナイト系ステンレス鋼および銅からなる群より選択される少なくとも１つで形成されている請求項１に記載の定着方法。
【請求項３】
前記回転体が、筒状のフィルムである請求項１または２に記載の定着方法。
【請求項４】
前記トナー粒子に含有される前記結着樹脂が、ビニル系樹脂およびポリエステル樹脂からなる群より選択される少なくとも１種である請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着方法。
【請求項５】
前記ビニル系樹脂が、スチレン系重合性単量体およびアクリル系重合性単量体の共重合体である請求項４に記載の定着方法。
【請求項６】
前記トナー粒子が、結晶性樹脂を含有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着方法。
【請求項７】
前記結晶性樹脂が、結晶性ポリエステル樹脂である請求項５に記載の定着方法。
【請求項８】
前記結晶性ポリエステル樹脂の、示差走査熱量計（ＤＳＣ）測定において昇温時に観測される吸熱ピークの面積から求められる融解熱量（ΔＨ）が、１００Ｊ／ｇ以上１４０Ｊ／ｇ以下である請求項７に記載の定着方法。
【請求項９】
前記トナー粒子が、ワックスを含有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の定着方法。
【請求項１０】
前記ワックスが、炭化水素系ワックスである請求項９に記載の定着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真法に用いる定着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ、携帯端末などによって取り込まれた画像データやポスターなどのグラフィック画像をユーザーがデジタル複写機、デジタルプリンターなどの画像形成装置を用いて出力する機会が増加している。
【０００３】
このような用途で画像形成装置を用いる場合、画質・質感に加えて省エネルギー性をより重視する傾向にある。さらには、ユーザーの要望として、プリント信号を受信してから未定着トナー画像が形成された記録材を加熱定着するまでの時間（ウォームアップ時間）を短縮することも求められている。
【０００４】
電子写真方式の複写機やプリンターなどの画像形成装置に搭載される定着装置は、
加熱回転体（加熱部材）と、
加熱回転体に接触する加圧ローラー（加圧部材）と、
で形成されたニップ部で未定着トナー画像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー画像を記録材に定着するものが一般的である。
【０００５】
その中でも、ウォームアップ時間を短縮できるという観点から、加熱回転体の導電層を直接発熱させることができる電磁誘導加熱方式の定着装置が開発され実用化されている。
【０００６】
特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている定着装置は、磁界発生手段から発生した磁界で加熱回転体の導電層に誘導された渦電流によって導電層が発熱するものである。このような定着装置は、加熱回転体の導電層として、磁束を通しやすい、厚さが２００μｍ〜１ｍｍの鉄やニッケルなどの磁性金属またはこれらが主体の合金を用いている。
【０００７】
ところで、定着装置のウォームアップ時間を短くしようとすると、加熱回転体の熱容量を小さくする必要があるので、加熱回転体の導電層も薄い方が有利である。
【０００８】
しかしながら、上記文献に開示されている定着装置においては、加熱回転体の厚みを薄くすると、熱容量が小さくなり、記録材などに熱を奪われた際の温度低下が大きくなる。その場合、所望の定着温度に戻すために、若干の時間を要する場合がある。
【０００９】
そのため、加熱回転体が記録材内で周回を重ねると該周回間で温度差が生まれ、これが記録材内のトナーの溶融状態を不均一にしてしまい、定着画像の一部が膨れ上がるブリスター現象が発生しやすい。
【００１０】
上記課題を鑑みて、トナー側としても、該温度差にも対応できるよう、トナーの粘弾性を制御するなどの検討がなされている。
【００１１】
しかしながら、特に紙上のトナー乗り量が多くなるような画像においては問題となる場合があり、省エネルギーの観点にたった低温定着性においては、未だ改善の余地があると言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−８１８０６号公報
【特許文献２】特開２００４−３４１１６４号公報
【特許文献３】特開平９−１０２３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、上記問題点を解決し、ブリスター現象を抑制させ、低温定着性に優れた定着方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、加熱加圧手段により記録材上のトナー画像を加熱加圧定着して記録材に定着画像を形成する定着方法において、
前記加熱加圧手段は、加熱部材と、加圧部材とを有する加熱加圧手段であり、
前記加熱部材は、導電層を有する筒状の回転体と、
前記回転体の内部に配置され、螺旋軸が前記回転体の母線方向と略平行である螺旋形状部を有し、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルと、
前記螺旋形状部の中に配置され、前記交番磁界の磁力線を誘導するためのコアと、
を備え、前記母線方向に関し、記録材上の画像の最大通過領域の一端から他端までの区間において、前記コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下であって、
前記トナー画像を形成するトナーが、結着樹脂、着色剤を含有するトナーであって、
前記トナーの２０℃から２．０℃／分の昇温速度で１２０℃まで加熱する粘弾性測定において、温度（℃）を横軸とし、縦軸に該トナーの損失弾性率Ｇ”（Ｐａ）を前記損失弾性率の単位（Ｐａ）で除した値の常用対数（ＬｏｇＧ”）をプロットして得られる温度−貯蔵弾性率曲線において、温度で１回微分して得られる曲線１において、６０℃以上の範囲における前記曲線１の最小値が−０．３２以上−０．１５以下であることを特徴とする定着方法に関する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、コアの磁気抵抗を、導電層の磁気抵抗と、導電層とコアとの間の領域の磁気抵抗との合成磁気抵抗の３０％以下にした定着装置と、
温度による損失弾性率Ｇ”の最大傾きを制御したトナーを組み合わせることで、ブリスター現象が抑制され、低温定着性に優れた定着方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】定着フィルムと磁性コアとコイルの斜視図
【図２】定着装置１の画像形成装置の概略構成図
【図３】定着装置１の定着装置の断面模式図
【図４】駆動周波数と出力電力との関係図
【図５】ソレノイドコイルと磁性コア周辺の磁界の模式図
【図６】ソレノイドコイルの磁性コアの端部近傍の模式図
【図７】回路を貫く磁束が安定する領域の模式図
【図８】円筒形回転体と磁束が安定する領域の模式図
【図９】定着装置１の目的に沿わない磁力線形状の例
【図１０】有限長ソレノイドを配置した構造体の模式図
【図１１】単位長さ当たりのコア・コイル・円筒体を含む空間の磁気等価回路図
【図１２】磁性コアとギャップの模式図
【図１３】円筒形回転体内部の電流と磁場の断面模式図
【図１４】渦電流Ｅ／／の説明図
【図１５】渦電流Ｅ⊥の説明図
【図１６】定着装置１の構成において電力の変換効率を測定した結果
【図１７】定着装置２としての誘導加熱方式の定着装置構成
【図１８】定着装置２の発熱の模式図
【図１９】コイルとスリーブの等価回路
【図２０】回路の効率に関する説明図
【図２１】電力の変換効率の測定実験に用いる実験装置の図
【図２２】円筒形回転体外部磁束の比率と変換効率の関係の図
【図２３】本発明の定着方法に用いるトナーの製造装置の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
加熱加圧手段により記録材上のトナー画像を加熱加圧定着して記録材に定着画像を形成する定着装置の中でも、従来の電磁誘導加熱方式の定着装置は、加熱回転体（加熱部材）の導電層を薄くすることで、熱容量を小さく設計する方向にある。これは、ウォームアップ時間を短縮するためである。その結果、ウォームアップ時間は短くなるものの、記録材が加熱回転体の有する熱を奪った際の、加熱回転体の温度低下も大きくなる。この温度低下は、短時間で回復されるように設計はされているが、加熱回転体の例えば１周目と２周目といった極短時間での領域においては、十分に回復することは困難である。
【００１８】
その結果、この温度差に起因して記録材内のトナーの溶融状態が不均一になってしまい、定着画像の一部が膨れ上がるブリスター現象が発生する可能性がある。特に、紙上のトナー乗り量が多くなるような画像において問題となり得る場合がある。
【００１９】
そこで我々は、電磁誘導加熱方式の定着装置において、加熱回転体が周回を重ねても温度低下が起こり難い定着装置構成とした。さらに、温度による損失弾性率Ｇ”の最大傾きを制御したトナーとを組み合わせることで、ブリスター現象が抑制され低温定着性に優れた定着方法を提供できることを見出した。
【００２０】
以下、本発明に関して、詳細を説明する。
【００２１】
定着装置は、
導電層を有する筒状の回転体と、
前記回転体の内部に配置され、螺旋軸が前記回転体の母線方向と略平行である螺旋形状部を有し、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルと、
前記螺旋形状部の中に配置され、前記交番磁界の磁力線を誘導するためのコアと、
を備える定着装置において、前記母線方向に関し記録材上の画像の最大通過領域の一端から他端までの区間において、前記コアの磁気抵抗が、
前記導電層の磁気抵抗と、
前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、
の合成磁気抵抗の３０％以下であることを特徴とするものである。
【００２２】
以下、図面に基づき本発明について説明する。
【００２３】
（１）画像形成装置例
図２は本実施例に係る画像形成装置１００の概略構成図である。本実施例の画像形成装置１００は、電子写真プロセスを利用したレーザービームプリンターである。１０１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、所定の周速度にて回転駆動される。
【００２４】
感光ドラム１０１は回転する過程において帯電ローラー１０２により所定の極性、所定の電位、に一様に帯電処理される。１０３は露光手段としてのレーザービームスキャナーである。スキャナー１０３は、不図示のイメージスキャナーやコンピューターなどの外部機器から入力される画像情報に応じて変調したレーザー光Ｌを出力して、感光ドラム１０１の帯電処理した面を走査露光する。この走査露光により感光ドラム１０１表面の電荷が除電され感光ドラム１０１の表面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。１０４は現像装置であり、現像ローラー１０４ａから感光ドラム１０１表面にトナーが供給されて静電潜像がトナー画像として現像される。１０５は、記録材Ｐが積載して収納される給紙カセットある。給紙開始信号に基づいて給紙ローラー１０６が駆動されて給紙カセット１０５内の記録材Ｐが一枚ずつ分離して給紙される。その記録材Ｐは、レジストレーションローラー１０７を介して、感光ドラム１０１と転写ローラー１０８とで形成された転写部位１０８Ｔ所定のタイミングで導入される。すなわち、感光ドラム１０１上のトナー画像の先端部が転写部位１０８Ｔに到達するタイミングで、記録材Ｐの先端部が転写部位１０８Ｔに到達するようにレジストレーションローラー１０７で記録材Ｐの搬送が制御される。転写部位１０８Ｔに導入された記録材Ｐは、この転写部位１０８Ｔで搬送され、その間、転写ローラー１０８は不図示の転写バイアス印加電源によって転写バイアス電圧が印加される。転写ローラー１０８はトナーと逆極性の転写バイアス電圧が印加されることで転写部位１０８Ｔにおいて感光ドラム１０１の表面側のトナー画像が記録材Ｐの表面に転写される。転写部位１０８Ｔにおいてトナー画像が転写された記録材Ｐは感光ドラム１０１の表面から分離されて搬送ガイド１０９を経由し定着装置Ａで定着処理される。定着装置Ａについては後述する。一方、記録材が感光ドラム１０１から分離した後の感光ドラム１０１の表面はクリーニング装置１１０でクリーニングされ、繰り返し画像形成動作に供される。定着装置Ａを通った記録材Ｐは、排紙口１１１から排紙トレイ１１２上に排出される。
【００２５】
（２）定着装置
（２−１）概略構成
図３は定着装置１の概略断面図である。定着装置１は、筒状の加熱回転体しての定着フィルム１と、定着フィルム１の内面と接触するニップ部形成部材としてのフィルムガイド９（ベルトガイド）と、対向部材としての加圧ローラー（加圧部材）７と、を有する。加圧ローラー７は、定着フィルム１を介してニップ部形成部材とともにニップ部Ｎを形成する。ニップ部Ｎでトナー画像Ｔを担持した記録材Ｐを搬送しながら加熱して、トナー画像Ｔを記録材Ｐに定着する。
【００２６】
ニップ部形成部材９は、不図示の軸受け手段および付勢手段により総圧約５０Ｎ〜１００Ｎ（約５ｋｇｆ〜約１０ｋｇｆ）の押圧力で加圧ローラー７に対して定着フィルム１を挟んで押圧されている。そして、加圧ローラー７は、不図示の駆動源によって矢印方向に回転駆動され、ニップ部Ｎにおける摩擦力で定着フィルム１に回転力が作用し、定着フィルム１は加圧ローラー７に従動して回転する。ニップ部形成部材９は、定着フィルム１の内面をガイドするフィルムガイドとしての機能もあり、耐熱性樹脂であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などで構成されている。
【００２７】
定着フィルム１（定着ベルト）は、直径（外径）が１０〜１００ｍｍの金属製の導電層１ａ（基層）と、導電層１ａの外側に形成した弾性層１ｂと、弾性層１ｂの外側に形成した表層１ｃ（離型層）と、を有する。以後、導電層１ａを「円筒形回転体」または「円筒体」と記す。定着フィルム１は、可撓性を有する。
【００２８】
実施例１に用いた定着装置１においては、円筒形回転体１ａは、比透磁率が１．０で、厚さが２０μｍのアルミニウムを用いる。円筒形回転体１ａの材質としては、非磁性材料であるアルミニウム、銅（Ｃｕ）、Ａｇ（銀）および、オーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ）のうち、少なくとも１つで形成されていることが好ましい。
【００２９】
本定着装置の特徴の１つとして、円筒形回転体１ａに使用できる材質の選択肢が広いこと挙げられる。これにより、加工性に優れた材質やコストの安い材質を使うことができるというメリットがある。
【００３０】
円筒形回転体１ａの厚みは７５μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下が良い。なぜなら、円筒形回転体１ａに適度な可撓性を持たせかつ熱容量を小さくしたいためである。直径が小さい方が、熱容量を小さくするのに有利である。
【００３１】
以上の理由により、熱容量の極小化を実現するためには、導電層１ａの厚みを５０μｍ以下で使いこなすことが重要である。本発明の定着装置は、後述するが、電磁誘導加熱方式の定着装置においても、導電層１ａの厚みを５０μｍ以下にできるというメリットがある。
【００３２】
弾性層１ｂは、硬度が２０度（ＪＩＳ−Ａ、１ｋｇ加重）のシリコーンゴムで形成され、厚みが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍである。そして、弾性層１ｂ上に表層１ｃ（離型層）として厚みが１０μｍ〜５０μｍのフッ素樹脂チューブを被覆している。磁性コア２は、定着フィルム１の中空部に、定着フィルム１の母線方向に挿通されている。その磁性コア２の外周に励磁コイル３が巻かれている。
【００３３】
（２−２）磁性コア
図１は円筒形回転体１ａ（導電層）と、磁性コア２と、励磁コイル３の斜視図である。
【００３４】
磁性コア２は、円柱形状をしており、不図示の固定手段で定着フィルム１のほぼ中央に配置させている。磁性コア２は、励磁コイル３にて生成された交番磁界の磁力線（磁束）を円筒形回転体１ａの内部（円筒形回転体１ａと磁性コア２の間の領域）に誘導し、磁力線の通路（磁路）を形成する役割がある。この磁性コア２の材質は、ヒステリシス損が小さく比透磁率の高い材料、例えば、焼成フェライト、フェライト樹脂、非晶質合金（アモルファス合金）、やパーマロイなどの高透磁率の酸化物や合金材質で構成される強磁性体が好ましい。特に２１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ帯の高周波交流を励磁コイルに流す場合、高周波電流において損失の小さな焼成フェライトが好ましい。磁性コア２は、円筒形回転体１ａの中空部に収納可能な範囲で、断面積をできるだけ大きくすることが望ましい。本実施例では磁性コアの直径は５ｍｍ〜４０ｍｍとし、長手方向の長さ２３０〜３００ｍｍとする。なお、磁性コア２の形状は円柱形状に限定されず、角柱形状などでも良い。また、磁性コアを長手方向に複数分割し、各コア間にギャップ（空隙）を設けても良いが、その際は後述する理由により分割した磁性コア同士のギャップを極力小さく構成することが望ましい。
【００３５】
（２−３）励磁コイル
励磁コイル３は、耐熱性のポリアミドイミドで被覆した直径１〜２ｍｍの銅線材（単一導線）を、磁性コア２に約１０巻〜１００巻で螺旋状に巻いて形成する。本実施例では励磁コイル３の巻き数は１８回とする。励磁コイル３は、磁性コア２に定着フィルム１の母線方向に交差する方向に巻回されているため、この励磁コイルに高周波電流を流すと、定着フィルム１の母線方向に平行な方向に交番磁界を発生させることができる。
【００３６】
なお、励磁コイル３は、必ず磁性コア２に巻きつけられている必要はない。励磁コイル３は螺旋形状部を有し、その螺旋形状部の螺旋軸が円筒形回転体の母線方向と平行になるように螺旋形状部が円筒形回転体の内部に配置され、磁性コアが螺旋形状部の中に配置されていれば良い。例えば、円筒形回転体の内部に励磁コイル３が螺旋状に巻かれたボビンを有し、磁性コア２がそのボビンの内部に配置されている構成でも良い。
【００３７】
また、発熱原理的に螺旋軸と円筒形回転体の母線方向が平行であるときに、発熱効率は最も高くなる。
【００３８】
しかしながら、螺旋軸の円筒形回転体の母線方向に対する平行度がずれた場合、「回路を平行に貫く磁束の量」がわずかに減少し、その分発熱効率が減少するものの、数°程度傾くだけであれば、実用上問題はない。
【００３９】
（２−４）温度制御手段
図１における温度検知部材４は、定着フィルム１中央部の表面温度を検知するために設けられる。本実施例では、温度検知部材４として非当接型サーミスタを用いている。高周波コンバータ５は、励磁コイル３に、給電接点部３ａ、３ｂを介して高周波電流を供給する。なお、日本国内では電波法施行規則により電磁誘導加熱の利用周波数は２０．０５ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲に定められている。また、電源の部品コスト上、周波数は低いことが好ましいため、利用周波数帯の下限付近２１ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの領域において周波数変調制御を行う。以下周波数変調制御について説明する。共振回路を用いて誘導発熱を行う電磁誘導方式においては図４のグラフのように、駆動周波数により出力電力が変化する。これは、駆動周波数が共振周波数と一致するときに電力は最大となり、駆動周波数が共振周波数から遠ざかると電力が下がるという性質を利用したものである。すなわち、目標温度と温度検知部材４の温度差に応じて、駆動周波数を２１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚまで変化させることにより、出力電力を調整するという方法である。制御回路６は、温度検知部材４によって検出された温度を基に高周波コンバータ５を制御する。これにより、定着フィルム１は電磁誘導加熱されて表面の温度が所定の目標温度（約１５０℃〜２００℃）になるように電力が制御される。
【００４０】
（３）発熱原理
（３−１）磁力線の形状と誘導起電力
まず、図５（ａ）は、同形状のソレノイドコイル３の中心に磁性コア２を挿通して磁路を形成した場合の、コイル形状と磁界の対応図である。本磁力線の向きは、矢印Ｉの向きに電流が増加している瞬間である。磁性コア２は、ソレノイドコイル３にて生成された磁力線を内部に誘導し、磁路を形成する部材として機能する。定着装置１の磁性コア２は、環状になっているものではなく、長手方向にそれぞれ端部を有するものである。そのため、磁力線は、大多数がソレノイドコイル中央の磁路に集中して通って、磁性コア２の長手方向の端部において拡散する形状の開磁路となる。そのため、コイルの隙間Δｄにおける磁力線の漏えいも少なく、両極から出た磁力線は、外周の遥か遠くで繋がる形状の開磁路となる（図の表記上は端部で途切れている）。図５（ｂ）は、ソレノイド中心軸Ｘにおける磁束密度の分布を示す。磁束密度は、グラフ上の曲線Ｂ２に示すように、Ｂ１と比較してソレノイドコイル３の端部での磁束密度の減衰が少なくなっており、台形に近い形状となる。
【００４１】
（３−２）誘導起電力
発熱原理はファラデーの法則に従う。ファラデーの法則とは、「回路の中の磁界を変化させると、その回路の中に電流を流そうとする誘導起電力が生じ、誘導起電力は回路を垂直に貫く磁束の時間変化に比例する」というものである。図６（ａ）に示すソレノイドコイル３の磁性コア２の端部近傍に、コイルと磁性コアより直径の大きな回路Ｓを置き、コイル３には高周波交流を流す場合を考える。高周波交流を流した場合、ソレノイドコイル周辺には交番磁界（時間とともに大きさと方向が変化を繰り返す磁界）が形成される。そのとき、回路Ｓに発生する誘導起電力は、以下の式（１）に従い、ファラデーの法則より回路Ｓの中を垂直に貫く磁束の時間変化に比例する。
【００４２】
【数１】
2015106079.tif 000003
Ｖ：誘導起電力
Ｎ：コイル巻き数
Δφ／Δｔ：微小時間Δｔでの回路を垂直に貫く磁束の変化
【００４３】
すなわち、励磁コイルに直流電流を流して静磁界を形成した状態において、回路Ｓの中を磁力線の垂直成分がより多く通過していると、高周波の交流電流を流して交番磁界を発生させたときの際の磁力線の垂直成分の時間変化も大きくなる。その結果、発生する誘導起電力も大きくなり、その磁束の変化を打ち消す方向に電流が流れる。すなわち、交番磁界を発生させた結果、電流が流れると、磁束の変化は打消されて静磁界を形成した際とは異なる磁力線形状となる。また、この誘導起電力Ｖは、交流電流の周波数が高い（すなわちΔｔが小さい）ほど大きくなる傾向がある。したがって、５０〜６０Ｈｚの低周波数の交流電流を励磁コイルに流した場合と、２１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波数の交流電流を励磁コイルに流した場合では、所定の磁束の量で発生させることのできる起電力は大きく異なる。交流電流の周波数を高周波数にすると、少ない磁束でも高い起電力を発生させることができるのである。したがって、交流電流の周波数を高周波数することは、断面積の小さな磁性コアで大きい熱量を発生させることができるため、小さな定着装置に大きな熱量を発生させたい場合に非常に有効である。これは、交流電流の周波数を大きくすることによって、トランスを小型化できることと似ている。例えば、低周波数帯（５０〜６０Ｈｚ）で用いられるトランスは、Δｔが大きい分だけ磁束φを大きくする必要があり、磁性コアの断面積を大きくする必要がある。これに対して高周波数帯（ｋＨｚ）で用いられるトランスは、Δｔが小さい分だけ磁束φを小さくすることが可能であり、磁性コアの断面積を小さく設計することができる。
【００４４】
以上述べたことから、交流電流の周波数を２１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波数帯で用いることで、磁性コアの断面積を小さくして画像形成装置の小型化を実現することができる。
【００４５】
交番磁界によって高効率で回路Ｓに誘導起電力を発生させるためには、回路Ｓの中を磁力線の垂直成分がより多く通過している状態を設計する必要がある。しかし、交番磁界においては、コイルに誘導起電力が発生した際の反磁界の影響なども考慮する必要があり、現象が複雑となってしまう。本発明の定着装置については後述するが、本発明の定着装置を設計するためには、誘導起電力の発生していない静磁界の状態の磁力線の形によって議論を進めることによって、より簡単な物理モデルで設計を進めることができる。すなわち静磁界における磁力線形状を最適化することによって、交番磁界において高効率に誘導起電力を発生させる定着装置が設計できる。
【００４６】
図６（ｂ）は、ソレノイド中心軸Ｘにおける磁束密度の分布を示す。コイルに直流電流を流して静磁界（時間的に変動しない磁界）を形成した場合を考えると、回路Ｓを位置Ｘ１に置いたときの磁束に対して、位置Ｘ２に置いたときに、回路Ｓを垂直に貫く磁束はＢ２に示すように増加する。そして位置Ｘ２において、磁性コア２に束縛された磁力線がほぼ全て回路Ｓの中に納まり、位置Ｘ２よりもＸ軸正方向の安定領域Ｍにおいては、回路を垂直に貫く磁束は飽和し、常に最大となる。同様のことは反対側端部にも言え、図７（ｂ）の磁束密度の分布に示すように位置Ｘ２から、反対側端部のＸ３までの安定領域Ｍは、回路Ｓの中を垂直に貫く磁束密度は飽和し、安定している。図７（ａ）に示すように、この安定領域Ｍは、磁性コア２のある領域内に存在する。
【００４７】
図８（ａ）に示すように、本発明における磁力線構成としては、静磁界を形成した場合において円筒形回転体１ａを、Ｘ２からＸ３の領域で覆せる。そして磁性コア２の一端（磁極ＮＰ）から他端（磁極ＳＰ）まで、円筒形回転体の外部を磁束が通る磁力線の形状を設計する。そして、安定領域Ｍを用いて記録材の画像を加熱する。したがって、定着装置１においては、少なくとも磁路を形成するための磁性コア２の長手方向の長さは、記録材Ｐの最大の画像加熱領域ＺＬよりも長い構成とする必要がある。さらに好ましい構成としては、磁性コア２と励磁コイル３の両方の長手方向の長さを最大の画像加熱領域ＺＬよりも長い構成とすると良い。そうすることによって、記録材Ｐ上のトナー画像を端部まで均一に加熱することが可能となるからである。また、円筒形回転体１ａの長手方向の長さは、最大の画像加熱領域ＺＬより長く構成することが必要である。本定着装置において、図８（ａ）に示すソレノイド磁場を形成した際に、２つの磁極ＮＰとＳＰが最大の画像加熱領域ＺＬよりも外側に出ていることが重要である。そうすることによって、ＺＬの範囲に均一な熱を発生させることができる。
【００４８】
なお、最大の画像加熱領域の代わりに記録材の最大搬送領域を用いても良い。
【００４９】
本定着装置では、磁性コア２の長手方向の両端部がそれぞれ、定着フィルム１の母線方向の端面から外側に突出している。これによって、定着フィルム１の母線方向全域の発熱量を安定させることができる。
【００５０】
従来の電磁誘導加熱方式の定着装置は、円筒形回転体の材料内部に磁力線を注入するという技術思想で設計されている。これに対して、本定着装置の電磁誘導加熱方式は回路Ｓを垂直に貫く磁束が最大となる状態で、円筒形回転体の全域を発熱させる、つまり、円筒形回転体の外部を磁束が通るようにするという技術思想で設計されていることが特徴である。よって、円筒形回転体の全域を発熱させるという設計が従来の電磁誘導加熱方式の定着装置とは異なり、記録材が通過しても、温度低下の非常に小さい定着装置構成となっているのである。
【００５１】
以下に、本発明の目的に沿わない磁力線形状の例を３つ示す。図９（ａ）は、磁力線が円筒形回転体の内側（円筒形回転体と磁性コアの間の領域）を通っている例を示す。この場合、円筒形回転体の内側を通る磁束は、図中で左方向に向かう磁束と右方向に向かう磁束とが混在するため、両者は打ち消し合ってファラデーの法則上、φの積分値は減少してしまい、発熱効率が減少するため好ましくない。このような磁力線形状は、磁性コアの断面積が小さい場合、磁性コアの比透磁率が小さい場合、磁性コアが長手方向に分割して大きなギャップを形成している場合、円筒形回転体の直径が大きい場合に生じる。
【００５２】
図９（ｂ）は、磁力線が円筒形回転体の材料内部を通っている例を示す。このような状態は、円筒形回転体の材質がニッケルや鉄などの比透磁率の高い材質である場合に生じやすい。
【００５３】
以上述べたことから、本発明の目的に沿わない磁力線形状は、下記の（Ｉ）〜（Ｖ）の場合に形成され、これは円筒形回転体の材料内部に発生する渦電流損によるジュール熱で発熱する従来の定着装置である。
（Ｉ）円筒形回転体の材質の比透磁率が大きい
（ＩＩ）円筒形回転体の断面積が大きい
（ＩＩＩ）磁性コアの断面積が小さい
（ＩＶ）磁性コアの比透磁率が小さい
（Ｖ）磁性コアが長手方向に分割して大きなギャップを形成している
【００５４】
図９（ｃ）は、磁性コアが長手方向に複数に分割されていて磁性コアの両端部ＮＰ、ＳＰ部分以外の箇所ＭＰにおいても磁極ができている場合である。本発明の目的を達成するためには、ＮＰとＳＰの２つのみを磁極とするよう磁路を形成するのが好ましく、磁性コアを長手方向で複数に分割して磁極ＭＰを作ることは好ましくない。３−３にて後述する理由により、磁性コア全体の磁気抵抗を上昇させてしまい、磁路を形成しにくくなること、磁極ＭＰ部分の付近において発熱量が減少して、均一な画像加熱しにくい場合がある。
【００５５】
分割する場合は、磁性コアが十分磁路として働くよう、磁気抵抗を小さく、パーミアンスを大きく保てる範囲（３−６に後述）に限られる。
【００５６】
（３−３）磁気回路とパーミアンス
次に、（３−２）に説明した発熱原理を達成するための、具体的な設計指針について説明する。そのためには、定着装置の各構成部品の円筒形回転体の母線方向への磁気の通りやすさを、形状係数によって表現する必要がある。その形状係数は、「静磁界における磁気回路モデル」の「パーミアンス」を用いる。まず、一般的な磁気回路の考え方について説明する。磁束が主として通る磁路の閉回路を、電気回路に対して磁気回路という。磁気回路において磁束を計算する際、電気回路の電流の計算に準じて行うことができるものである。磁気回路の基礎計算式は、電気回路に関するオームの法則と同一であり、全磁束をφ、起磁力をＶ、磁気抵抗をＲとすると、この３つの要素は
全磁束φ＝起磁力Ｖ／磁気抵抗Ｒ  ・・・（２）
の関係にある（したがって、電気回路における電流は磁気回路における全磁束φと対応し、電気回路における起電力は磁気回路における起磁力Ｖと対応し、電気回路における電気抵抗は磁気回路における磁気抵抗と対応する）。しかし、ここでは原理をより理解しやすく説明するために磁気抵抗Ｒの逆数であるパーミアンスＰを用いて説明する。したがって上記（２）は
全磁束φ＝起磁力Ｖ×パーミアンスＰ  ・・・（３）
で置き換えられる。このパーミアンスＰは、磁路の長さをＢ、磁路の断面積をＳ、磁路の透磁率をμとしたとき、
パーミアンスＰ＝透磁率μ×磁路断面積Ｓ／磁路長Ｂ  ・・・（４）
で表される。パーミアンスＰは、磁路長Ｂが短く、磁路断面積Ｓおよび透磁率μが大きいほど大きくなることを示し、パーミアンスＰが大きい部分に磁束φがより多く形成される。
【００５７】
図８（ａ）に示すように、静磁界において磁性コアの長手方向の一端から出る磁力線の大部分が円筒形回転体の外部を通って磁性コアの他端まで戻るように設計する。その設計の際は、定着装置を磁気回路に見立て、「磁性コア２のパーミアンスは十分大きく、かつ円筒形回転体と円筒形回転体の内側のパーミアンスが十分小さい状態」にすれば良い。
【００５８】
図１０において、円筒形回転体（導電層）を円筒体と記す。図１０（ａ）は、円筒体１ａ内部に、半径：ａ１［ｍ］、長さ：Ｂ［ｍ］、比透磁率：μ１の磁性コア２に、巻き数：Ｎ［回］の励磁コイル３を巻いた有限長ソレノイドを配置した構造体である。ここで、円筒体は、長さ：Ｂ［ｍ］、円筒内側半径：ａ２［ｍ］、円筒外側半径：ａ３［ｍ］、比透磁率：μ２の導体である。円筒体内側および外側の真空の透磁率：μ０［Ｈ／ｍ］とする。ソレノイドコイルに電流：Ｉ［Ａ］を流したときに、磁性コアの任意の位置の単位長さ当たりに発生する磁束８をφｃ（ｘ）とした。
【００５９】
図１０（ｂ）は、磁性コア２の長手方向に垂直な断面を拡大した図である。図中の矢印は、ソレノイドコイルに電流：Ｉを流したときに、磁性コアの内部、円筒体内外の空気、および、円筒内を通る磁性コアの長手方向に平行な磁束を表している。磁性コア中を通る磁束をφｃ（＝φｃ（ｘ））、円筒体の内側の空気中を通る磁束をφａ＿ｉｎ、円筒体内を通る磁束をφｃｙ、円筒体外側の空気中を通る磁束をφａ＿ｏｕｔとしている。
【００６０】
図１１（ａ）に、図１０（ｂ）に示した単位長さ当たりのコア・コイル・円筒体を含む空間の磁気等価回路を示す。磁性コアを通る磁束φｃにより生じる起磁力をＶｍ、磁性コアのパーミアンスをＰｃ、円筒体の内側の空気中のパーミアンスをＰａ＿ｉｎ、円筒体内のパーミアンスをＰｃｙ、円筒体外側の空気のパーミアンスをＰａ＿ｏｕｔとしている。
【００６１】
円筒体内部または円筒体のパーミアンスＰａ＿ｉｎ、Ｐｃｙに比べて磁性コアのパーミアンスＰｃが十分大きいとき、以下の関係が成り立つ。
φｃ＝φａ＿ｉｎ＋φｃｙ＋φａ＿ｏｕｔ  ・・・（５）
すなわち、磁性コアの内部を通過した磁束は、φａ＿ｉｎ、φｃｙ、φａ＿ｏｕｔの何れかを必ず通過して磁性コアに戻ってくることを意味する。
φｃ＝Ｐｃ・Ｖｍ  ・・・（６）
φａ＿ｉｎ＝Ｐａ＿ｉｎ・Ｖｍ  ・・・（７）
φｃｙ＝Ｐｃｙ・Ｖｍ  ・・・（８）
φａ＿ｏｕｔ＝Ｐａ＿ｏｕｔ・Ｖｍ  ・・・（９）
よって、（５）に（６）〜（９）を代入すると下記ようになる。
Ｐｃ・Ｖｍ＝Ｐａ＿ｉｎ・Ｖｍ＋Ｐｃｙ・Ｖｍ＋Ｐａ＿ｏｕｔ・Ｖｍ
＝（Ｐａ＿ｉｎ＋Ｐｃｙ＋Ｐａ＿ｏｕｔ）・Ｖｍ
∴Ｐｃ−Ｐａ＿ｉｎ−Ｐｃｙ−Ｐａ＿ｏｕｔ＝０  ・・・（１０）
図１０（ｂ）より、磁気コイルの断面積：Ｓｃ、円筒体内側空気の断面積：Ｓａ＿ｉｎ、円筒体の断面積：Ｓｃｙとすると、各領域の単位長さ当たりのパーミアンスは以下のように、「透磁率×断面積」で表すことができ、単位は［Ｈ・ｍ］である。
Ｐｃ＝μ１・Ｓｃ＝μ１・π（ａ１）２  ・・・（１１）
Ｐａ＿ｉｎ＝μ０・Ｓａ＿ｉｎ＝μ０・π・（（ａ２）２−（ａ１）２）  ・・・（１２）
Ｐｃｙ＝μ２・Ｓｃｙ＝μ２・π・（（ａ３）２−（ａ２）２）  ・・・（１３）
さらに、Ｐｃ−Ｐａ＿ｉｎ−Ｐｃｙ−Ｐａ＿ｏｕｔ＝０であるから、円筒体外側空気中のパーミアンスは次のように表すことができる。
Ｐａ＿ｏｕｔ＝Ｐｃ−Ｐａ＿ｉｎ−Ｐｃｙ
＝μ１・Ｓｃ−μ０・Ｓａ＿ｉｎ−μ２・Ｓｃｙ
＝π・μ１・（ａ１）２
−π・μ０・（（ａ２）２−（ａ１）２）
−π・μ２・（（ａ３）２−（ａ２）２）  ・・・（１４）
【００６２】
各領域を通る磁束は、式（５）〜式（１０）に示すように、各領域のパーミアンスに比例する。式（５）〜（１０）を用いれば、後述する表１のように各領域を通る磁束の比率を算出することができる。なお、円筒体の中空部に、空気以外の材質が存在していた場合も、その断面積と透磁率から、円筒体内の空気と同じ方法でパーミアンスを求めることができる。この場合のパーミアンスの計算の仕方は後述する。
【００６３】
本発明においては、「円筒形回転体長軸方向への磁気の通りやすさを表現する形状係数」として、上記した「単位長さ当たりのパーミアンス」を利用する。まず、式（５）〜（１０）を用いて磁性コア、フィルムガイド（ニップ部形成部材）、円筒体内空気、円筒体に対して、断面積と透磁率から単位長さ当たりのパーミアンスを計算する。そして、式（１４）を用いて円筒体外空気のパーミアンスを計算する。本計算は、「円筒体に内包し、磁路になり得る部材」は全て考慮する。そして磁性コアのパーミアンスの値を１００％として、各部分のパーミアンスの割合が何％になるかを示している。これによれば、どの部分において最も磁路が形成されやすいか、磁束がどの部分を通過するかについて磁気回路を用いて数値化することができる。
【００６４】
パーミアンスの代わりに磁気抵抗Ｒ（パーミアンスＰの逆数）を用いても良い。なお、
磁気抵抗を用いて議論する場合、磁気抵抗は単純にパーミアンスの逆数であるので、単位長さ当たりの磁気抵抗Ｒは「１／（透磁率×断面積）」で表すことができ、単位は「１／（Ｈ・ｍ）」である。
【００６５】
次に、「磁束の比率」について、磁気等価回路を図１１（ｂ）を用いて説明する。
【００６６】
本発明において、静磁界における磁気回路モデル上で、磁性コア内部を通って磁性コアの一端から出た磁束１００％が通る経路は次のような内訳である。磁性コアを通過して磁性コアの一端を出た磁束１００％のうち０．０％がフィルムガイドを、０．１％が円筒体内の空気を、０．０％が円筒体を、９９．９％が円筒体外の空気を通る。以後この状態を、「円筒体外部磁束の比率：９９．９％」と表現する。なお、理由は後述するが本発明の目的を達成するためには「静磁界における磁気回路モデル上、円筒体外部を通る磁束の比率」の値が１００％に近いほど良い。
【００６７】
「円筒体外部を通る磁束の比率」は、励磁コイルに直流電流を流し静磁界を形成した際に磁性コアの内部をフィルムの母線方向に通過して磁性コアの長手方向の一端から出た磁束のうち円筒形回転体の外側を通って磁性コアの他端に戻る磁束の割合である。
【００６８】
式（５）〜（１０）に記載したパラメータで表すと、「円筒体外部を通る磁束の比率」
は、Ｐｃに対するＰａ＿ｏｕｔの比率（＝Ｐａ＿ｏｕｔ／Ｐｃ）である。
【００６９】
そして、「円筒体外部磁束の比率」の高い構成を作るためには、具体的には下記のような設計手段が望ましい。
手段１）磁性コアのパーミアンスを大きくする。（磁性コア断面積大、材質の比透磁率大）
手段２）円筒体内のパーミアンスを小さくする。（空気部分の断面積小）
手段３）円筒体内に鉄などのパーミアンスの大きい部材を配置しない。
手段４）円筒体のパーミアンスを小さくする。（円筒体の断面積小、円筒体に用いる材質の比透磁率小）
手段４より、円筒体は比透磁率μの低い材質が好ましい。円筒体として比透磁率μの高い材質を用いる際は、円筒体の断面積をより小さくする必要がある。これは、円筒体の断面積が大きいほど、円筒体を貫く磁束が多くなり発熱効率が高くなる従来の定着装置とは反対である。また、円筒体内にはパーミアンスの大きい部材を配置しないことが望ましいものの、やむを得ず鉄などを配置しなければならない場合は、断面積を小さくするなどによって、「円筒体外部を通る磁束の比率」をコントロールする必要がある。
【００７０】
なお、磁性コアを長手方向で複数に分割し、分割した各磁性コア同士の間に空隙（ギャップ）を設ける場合もある。その場合、この空隙が空気または比透磁率が１．０とみなせるものなどの磁性コアの比透磁率よりも小さいもので満たされている場合、磁性コア全体の磁気抵抗は大きくなり磁路形成能力を減少させることになる。よって、本発明の定着装置を達成するためには、磁性コアのギャップを厳しく管理する必要がある。磁性コアのパーミアンスの計算方法は複雑になる。以下に、磁性コアを複数分割し、空隙またはシート状非磁性体を挟んで等間隔に並べた場合の磁性コア全体のパーミアンスの計算方法について説明する。この場合長手全体の磁気抵抗を導出し、それを全体長さで割って単位長さ当たりの磁気抵抗を求め、その逆数を取って単位長さ当たりのパーミアンスを求める必要がある。
【００７１】
まず、磁性コアの長手構成図を図１２に示す。磁性コアｃ１〜ｃ１０は、断面積：Ｓｃ、透磁率：μｃ、分割された磁性コア１個当たりの長手寸法：Ｌｃとなっており、ギャップｇ１〜ｇ９は、断面積：Ｓｇ、透磁率：μｇ、１ギャップ当たりの長手寸法：Ｌｇとなっている。そのとき、長手全体の磁気抵抗Ｒｍ＿ａｌｌは、以下の式で与えられる。
Ｒｍ＿ａｌｌ＝（Ｒｍ＿ｃ１＋Ｒｍ＿ｃ２＋・・・＋Ｒｍ＿ｃ１０）＋（Ｒｍ＿ｇ１＋Ｒｍ＿ｇ２＋・・・＋Ｒｍ＿ｇ９）  ・・・（１５）
本構成の場合は、磁性コアの形状と材質、ギャップ幅は一様であるので、Ｒｍ＿ｃの足し合わせた合計をΣＲｍ＿ｃ、Ｒｍ＿ｇの足し合わせた合計をΣＲｍ＿ｇとすると、次のようになる。
Ｒｍ＿ａｌｌ＝（ΣＲｍ＿ｃ）＋（ΣＲｍ＿ｇ）  ・・・（１６）
磁性コアの長手：Ｌｃ、透磁率：μｃ、断面積：Ｓｃ、ギャップの長手：Ｌｇ、透磁率：
μｇ、断面積：Ｓｇとすると、
Ｒｍ＿ｃ＝Ｌｃ／（μｃ・Ｓｃ）  ・・・（１７）
Ｒｍ＿ｇ＝Ｌｇ／（μｇ・Ｓｇ）  ・・・（１８）
（１６）式に代入して、長手全体の磁気抵抗Ｒｍ＿ａｌｌは
Ｒｍ＿ａｌｌ＝（ΣＲｍ＿ｃ）＋（ΣＲｍ＿ｇ）
＝（Ｌｇ／（μｃ・Ｓｃ））×１０＋（Ｌｇ／（μｇ・Ｓｇ））×９・・（１９）
となる。単位長さ当たりの磁気抵抗Ｒｍは、Ｌｃの足し合わせた合計をΣＬｃ、Ｌｇの足し合わせた合計をΣＬｇとすると、
Ｒｍ＝Ｒｍ＿ａｌｌ／（ΣＬｃ＋ΣＬｇ）
＝Ｒｍ＿ａｌｌ／（Ｌ×１０＋Ｌｇ×９）  ・・・（２０）
となり、単位長さあたりのパーミアンスＰｍは、以下のように求められる。
Ｐｍ＝１／Ｒｍ＝（ΣＬｃ＋ΣＬｇ）／Ｒｍ＿ａｌｌ＝（ΣＬｃ＋ΣＬｇ）／［｛ΣＬｃ／（μｃ＋Ｓｃ）｝＋｛ΣＬｇ／（μｇ＋Ｓｇ）｝］  ・・・（２１）
ΣＬｃ：分割された磁性コアの長さの合計
μｃ：磁性コアの透磁率
Ｓｃ：磁性コアの断面積
ΣＬｇ：ギャップの長さの合計
μｇ：ギャップの透磁率
Ｓｇ：ギャップの断面積
【００７２】
式（２１）より、ギャップＬｇを大きくすることは、磁性コアの磁気抵抗の増加（パーミアンスの低下）につながる。本定着装置を構成するうえで、発熱原理上、磁性コアの磁気抵抗が小さく（パーミアンスが大きく）なるように設計することが望ましいため、ギャップを設けることはあまり望ましくない。しかし、磁性コアを割れにくくするために磁性コアを複数に分割してギャップを設ける場合がある。この場合ギャップＬｇは極力小さく（望ましくは５０μｍ以下程度）構成し、後述するパーミアンスまたは磁気抵抗の設計条件から外れないように設計することで、本発明の目的を達成することができる。
【００７３】
（３−４）円筒形回転体内部の周回電流
図８（ａ）において、中心から磁性コア２、励磁コイル３、円筒形回転体（導電層１ａ）が同心円状に配置されており、励磁コイル３の中に矢印Ｉ方向に電流が増加しているときは、概念図においては８本の磁力線が磁性コア２の中を通過している。
【００７４】
図１３（ａ）は、図８（ａ）の位置Ｏにおける断面構成の概念図を示したものである。
【００７５】
磁路の中を通過する磁力線Ｂｉｎを、図中奥行き方向に向かう矢印（×印８個）で示す。そして図中手前方向に向かう矢印Ｂｏｕｔ（●印８個）は、静磁界を形成したときに磁路の外から戻ってくる磁力線を表している。これによると、円筒形回転体１ａの中を紙面奥方向に向かう磁力線Ｂｉｎは８本であり、円筒形回転体１ａの外を紙面手前方向に戻ってくる磁力線Ｂｏｕｔも８本である。励磁コイル３の中に電流が矢印Ｉの向きに電流が増加している瞬間は、磁路の中に図中奥行き方向に向かう矢印（○の中に×印）のように磁力線が形成される。実際に交番磁界を形成したときには、このように形成されようとする磁力線を打ち消すように、円筒形回転体１ａの周方向全域に誘導起電力がかかり、電流は矢印Ｊの方向に流れる。この、円筒形回転体１ａに電流が流れると、円筒形回転体１ａは金属なので電気抵抗によりジュール発熱する。
【００７６】
この電流Ｊが円筒形回転体１ａを周回方向に流れることは、本発明の重要な特徴である。本発明の構成は、静磁界において磁性コアの内部を通過する磁力線Ｂｉｎが円筒形回転体１ａの中空部を通過し、磁路コアの一端から出て磁性コアの他端に戻ってくる磁力線Ｂｏｕｔが円筒形回転体１ａの外部を通過する。これは、交番磁界において、円筒形回転体１ａ内部において周回電流が支配的となり、図１４で示すような磁束が導電層の材料内部を貫いて発生する渦電流Ｅ／／は発生しにくい。なお、以後、一般に誘導加熱の説明で使用される「渦電流」と区別するため本実施例の構成で円筒形回転体を矢印Ｊの方向（またはその逆方向）に一様に流れる電流を「周回電流」と呼ぶ。
【００７７】
ファラデーの法則に従う誘導起電力は、円筒形回転体１ａの周回方向に生じているので、この周回電流Ｊは円筒形回転体１ａ内部を一様に流れる。そして磁力線は、高周波電流により生成消滅と方向反転を繰り返すため、周回電流Ｊは高周波電流と同期して生成消滅と方向反転を繰り返し、円筒形回転体の材料の厚み方向全域の抵抗値によってジュール発熱する。図１３（ｂ）は、磁性コアの磁路の中を通過する磁力線Ｂｉｎと、磁路の外から戻ってくる磁力線Ｂｏｕｔと、円筒形回転体１ａ内部を流れる周回電流Ｊの方向を示す長手斜視図である。
【００７８】
周回電流による発熱は、定着装置として以下（１）および（２）のメリットを有する。
【００７９】
円筒形回転体の熱を奪い、大きく温度低下したとしても、図３のＡ→Ｂに至る回転中に発熱し、失われた熱を補給する時間が十分にある。したがって、Ｂ点における温度低下は小さい。
【００８０】
また、（１）式によって誘起される誘導電流は、円筒形回転体の周回方向に、全周にわたって均一な熱を発生させる。したがって、円筒形回転体の温度差が起き難い。
【００８１】
このように、本発明の定着装置は、周回電流によって、円筒形回転体全体を発熱させるために、定着温度が非常に安定する構成となっている。
【００８２】
（３−５）電力の変換効率
定着フィルムの円筒形回転体（導電層）を発熱させる際は、励磁コイルに高周波交流電流を流し、交番磁界を形成する。その交番磁界は円筒形回転体に電流を誘導する。物理モデルとしては、トランスの磁気結合と良く似ている。そのため、電力の変換効率を考える際には、トランスの磁気結合の等価回路を用いることができる。その交番磁界によって励磁コイルと円筒形回転体が磁気結合して、励磁コイルに投入した電力が円筒形回転体に伝達される。ここで述べる「電力の変換効率」は、磁界発生手段である励磁コイルに投入する電力と、円筒形回転体により消費される電力の比率である。本実施例の場合、図１に示す励磁コイル３に対して高周波コンバータ５に投入した電力と、円筒形回転体１ａで発生した熱として消費される電力の比率である。この電力の変換効率は以下の式で表すことができる。
電力の変換効率＝円筒回転体で熱として消費される電力／励磁コイルに投入した電力
励磁コイルに投入して円筒回転体以外で消費される電力は、励磁コイルの抵抗による損失、磁性コア材料の磁気特性による損失などがある。
【００８３】
図１９に回路の効率に関する説明図を示す。図１９（ａ）において１ａは円筒形回転体、２は磁性コア、３は励磁コイルであり、円筒形回転体１ａに周回電流Ｊが流れる。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示した定着装置の等価回路である。
【００８４】
Ｒ１は励磁コイルおよび磁性コアの損失分、Ｌ１は磁性コアに周回した励磁コイルのインダクタンス、Ｍは巻き線と円筒形回転体との相互インダクタンス、Ｌ２は円筒形回転体のインダクタンス、Ｒ２は円筒回転体の抵抗である。円筒回転体を取り外したときの等価回路を図２０のうち（ａ）に示す。インピーダンスアナライザやＬＣＲメータといった装置により、励磁コイル両端からの直列等価抵抗はＲ１、等価インダクタンスＬ１を測定すると、励磁コイル両端から見たインピーダンスＺＡは
ＺＡ＝Ｒ１＋ｊωＬ１    ・・・（２２）
と表される。この回路に流れる電流は、Ｒ１により損失する。すなわち、Ｒ１はコイルおよび磁性コアによる損失を表している。
【００８５】
円筒回転体を装荷したときの等価回路を図２０のうち（ｂ）に示す。このときの直列等価抵抗ＲｘおよびＬｘを測定しておけば、図２０のうち（ｃ）のように等価変換することで以下のような関係式を得ることができる。
【００８６】
【数２】
2015106079.tif 000004
【００８７】
【数３】
2015106079.tif 000005
・・・・・（２３）
【００８８】
【数４】
2015106079.tif 000006
・・・・（２４）
Ｍは励磁コイルと円筒形回転体の相互インダクタンスを表す。
【００８９】
図２０のうち（ｃ）に示すように、Ｒ１に流れる電流をＩ１、Ｒ２に流れる電流をＩ２とおくと、
【００９０】
【数５】
2015106079.tif 000007
・・・（２５）
が成り立つため、
【００９１】
【数６】
2015106079.tif 000008
・・・（２６）
となる。
【００９２】
効率は抵抗Ｒ２の消費電力／（抵抗Ｒ１の消費電力＋抵抗Ｒ２の消費電力）で表されるため、
【００９３】
【数７】
2015106079.tif 000009
・・・（２７）
となり、
円筒形回転体を装荷する前の直列等価抵抗Ｒ１と、
円筒形回転体を装荷した後の直列等価抵抗Ｒｘと
を測定すると、励磁コイルに投入した電力のうち、どれだけの電力が円筒回転体で発生する熱として消費されるかを示す電力の変換効率を求めることができる。なお、実施例１の構成においては、電力の変換効率の測定には、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製のインピーダンスアナライザ４２９４Ａを用いた。まず、円筒形回転体の無い状態において巻線両端からの直列等価抵抗Ｒ１を測定し、次に円筒形回転体に磁性コアを挿入した状態において巻線両端からの直列等価抵抗Ｒｘを測定した。Ｒ１＝１０３ｍΩ、Ｒｘ＝２．２Ωとなり、このとき、電力の変換効率は式（２７）により、９５．３％と求めることができる。以後この電力の変換効率を用いて、電磁誘導加熱方式の定着装置の性能を評価する。
【００９４】
（３−６）「円筒体外部磁束の比率」に求められる条件
本実施例の定着装置においては、静磁界において円筒体外部を通る磁束の比率と、交番磁界において励磁コイルに投入した電力が円筒回転体に伝達される電力の変換効率（電力の変換効率）とは、相関がある。円筒体外部を通る磁束の比率が増加するほど電力の変換効率は高くなる。その理由は、トランスの場合に、漏れ磁束が十分少なく、トランスの１次巻線と２次巻線の中を通過する磁束の数が等しいと電力の変換効率は高くなることと同じ原理である。つまり、磁性コアの内部を通過する磁束と、円筒形回転体の外部を通過する磁束の数が近い程、周回電流への電力の変換効率は高くなる。これは、磁性コアの長手方向の一端から出て他端に戻る磁束（磁性コアの内部を通過する磁束と向きが反対の磁束）が、円筒形回転体の中空部を通過し磁性コアの内部を通過する磁束をキャンセルする割合が少ないということである。つまり、図１１（ｂ）の磁気等価回路に示すように、磁性コアの長手方向の一端から出て他端に戻る磁束が円筒形回転体の外（円筒体外空気）を通過するということある。故に本実施例の骨子は、円筒体外部磁束の比率を高くすることによって、励磁コイルに流した高周波電流を円筒形回転体内部の周回電流として効率よく誘導することである。具体的にはフィルムガイド、円筒体内空気、円筒体を通る磁束を減らすことである。
【００９５】
図２１は、電力の変換効率の測定実験に用いる実験装置の図である。金属シート１Ｓは、面積２３０ｍｍ×６００ｍｍ、厚み２０μｍのアルミニウムシートであり、磁性コア２と励磁コイル３を囲むように円筒上に丸め、太線１ＳＴ部分において導通することによって円筒形回転体と同じ導電経路を形成している。磁性コア２は、比透磁率が１８００、飽和磁束密度が５００ｍＴのフェライトであり、断面積２６ｍｍ２、長さＢ＝２３０ｍｍの円柱形状をしている。磁性コア２は不図示の固定手段でアルミニウムシート１Ｓの円筒のほぼ中央に配置させており、長さＢ＝２３０ｍｍの円筒の中空部を貫通して、円筒の内部に磁路を形成する。励磁コイル３は円筒の中空部において、磁性コア２に巻数２５回で螺旋状に巻き回して形成される。
【００９６】
ここで、金属シート１Ｓの端部を矢印１ＳＺ方向に引くと、円筒の直径１ＳＤを小さくできる。この実験装置を用いて、円筒の直径１ＳＤを１９１ｍｍから１８ｍｍまで変化させながら、電力の変換効率を測定した。なお、１ＳＤ＝１９１ｍｍのときの円筒体外部磁束の比率の計算結果を下記の表１に示し、１ＳＤ＝１８ｍｍのときの円筒体外部磁束の比率の計算結果を下記の表２に示す。
【００９７】
【表１】
2015106079.tif 000010
【００９８】
【表２】
2015106079.tif 000011
【００９９】
電力の変換効率の測定は、まず、円筒形回転体の無い状態において巻線両端からの直列等価抵抗Ｒ１を測定する。その次に、円筒形回転体の中空部に磁性コアを挿入した状態において巻線両端からの直列等価抵抗Ｒｘを測定し、式（２７）に従って電力の変換効率を測定する。図２２は、円筒の直径に対応する円筒体外部磁束の比率［％］を横軸にとり、２１ｋＨｚの周波数における電力の変換効率を縦軸にとったものである。プロットは、グラフ中のＰ１以降に電力の変換効率が急上昇して７０％を超え、矢印で示す領域Ｒ１の範囲で電力の変換効率７０％以上を維持している。Ｐ３付近において電力の変換効率は再度急上昇し、領域Ｒ２において８０％以上となっている。Ｐ４以降の領域Ｒ３においては電力の変換効率が９４％以上と高い値を維持している。この、電力の変換効率が急上昇し始めたことは、円筒体の内部に効率的に周回電流が流れ始めるようになったことに起因する。
【０１００】
電磁誘導加熱方式の定着装置を設計する上で、この電力の変換効率は極めて重要なパラメータである。例えば電力の変換効率８０％であった場合、残り２０％の電力は、円筒形回転体以外の箇所に熱エネルギーとして発生する。発生する箇所は、主に励磁コイル、磁性コア、円筒形回転体内部に磁性体等の部材を配置した場合はその部材に発生する。つまり電力の変換効率が低ければ、励磁コイルや磁性コアに発生する熱のための対策を講じなければならない。そしてその対策の程度は、発明者らの検討によると、電力の変換効率７０％、８０％を境界として大きく変化する。したがって、領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の構成において、定着装置としての構成が大きく異なる。設計条件Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の３種類と、いずれにも属さない定着装置の構成について説明する。以下に定着装置を設計する上で、必要な電力の変換効率について詳細を説明する。
【０１０１】
下記の表３は、図２２のＰ１〜Ｐ４に該当する構成を、実際に定着装置として設計し、評価した結果である。
【０１０２】
【表３】
2015106079.tif 000012
【０１０３】
（定着装置Ｐ１）
本構成は、磁性コアの断面積が５．７５ｍｍ×４．５ｍｍであり、円筒体（導電層）の直径が１４３．２ｍｍの場合である。このとき、インピーダンスアナライザによって求められる電力の変換効率は５４．４％であった。電力の変換効率は定着装置に投入した電力のうち、円筒（導電層）の発熱に寄与した分を示すパラメータである。したがって、最大１０００Ｗ出力可能な定着装置として設計しても約４５０Ｗが損失となってしまい、その損失はコイルおよび磁性コアの発熱となる。本構成の場合、立ち上げ時、数秒間１０００Ｗを投入しただけでも、コイル温度は２００℃を超える場合がある。コイルの絶縁体の耐熱温度が２００℃後半であること、フェライトの磁性コアのキュリー点は通常２００℃〜２５０℃程度であることを考えると、損失４５％では励磁コイル等の部材を耐熱温度以下に保つことは難しくなる。また、磁性コアの温度がキュリー点を超えるとコイルのインダクタンスが急激に低下し、負荷変動となる。
【０１０４】
定着装置に供給した電力の約４５％が無駄になるので、円筒体に９００Ｗ（１０００Ｗの９０％を想定）の電力を供給するためには約１６３６Ｗの電力供給する必要がある。これは１００Ｖ入力時、１６．３６Ａを消費する電源ということになる。商用交流のアタッチメントプラグから投入できる許容電流は１５Ａという制限がある場合、許容電流をオーバーする可能性がある。よって、円筒体外部磁束の比率６４％、電力の変換効率５４．４％の定着装置Ｐ１は、定着装置に供給する電力が不足する可能性がある。
【０１０５】
（定着装置Ｐ２）
本構成は、磁性コアの断面積が５．７５ｍｍ×４．５ｍｍであり、円筒体の直径が１２７．３ｍｍの場合である。このとき、インピーダンスアナライザによって求められる電力の変換効率は７０．８％であった。このとき、定着装置の印字動作によっては、励磁コイル等に定常的に大きな熱量が発生し、励磁コイルユニット、特に磁性コアの昇温が課題となる場合がある。本構成の定着装置を６０枚／分の印字動作ができる高スペックな装置にすると、円筒形回転体の回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃとなる。よって、円筒形回転体の表面温度を１８０℃に維持するケースがある。そうすると、磁性コアの温度は２０秒間で２４０℃を超え、円筒体（導電層）の温度より高くなる場合が考えられる。磁性コアとして用いるフェライトのキュリー温度は通常２００℃〜２５０℃程度であり、フェライトがキュリー温度を超えた場合、透磁率は急激に減少する。透磁率が急激に減少すると、磁性コアの中に磁路を形成することができない。磁路を形成することができなくなると、本実施例においては、周回電流を誘導して発熱することが難しくなる場合がある。
【０１０６】
したがって、設計条件Ｒ１の定着装置を、前述した高スペックの装置にすると、フェライトコアの温度を下げるために冷却手段を設けることが望ましい。冷却手段としては、空冷ファン、水冷、放熱板、放熱フィン、ヒートパイプ、または、ベルチェ素子などを用いることができる。もちろん、本構成においてそこまでの高スペックを要求しない場合は、冷却手段は不要である。
【０１０７】
（定着装置Ｐ３）
本構成は、磁性コアの断面積が５．７５ｍｍ×４．５ｍｍであり、円筒体の直径が６３．７ｍｍの場合である。このとき、インピーダンスアナライザによって求められる電力の変換効率は８３．９％であった。このとき、励磁コイル等には定常的に熱量が発生したものの、熱伝達と自然冷却で放熱できる熱量を大きく上回ることはなかった。本構成の定着装置を６０枚／分の印字動作ができる高スペックな装置にすると、円筒体の回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃとなる。したがって、円筒体の表面温度を１８０℃に維持するケースであっても、フェライトの磁性コアの温度は２２０℃以上に上昇することはなかった。そのため本構成においては、定着装置を前述した高スペックする場合、キュリー温度２２０℃以上のフェライトを用いることが望ましい。設計条件Ｒ２の構成の定着装置を高スペックな定着装置として使用する場合は、フェライト等の耐熱設計を最適化することが望ましい。本構成に、前述した高スペックを要求しない場合は、そこまでの耐熱設計は不要である。
【０１０８】
（定着装置Ｐ４）
本構成は、磁性コアの断面積が５．７５ｍｍ×４．５ｍｍであり、円筒体の直径が４７．７ｍｍの場合である。このとき、インピーダンスアナライザによって求められる電力の変換効率は９４．７％であった。本構成の定着装置を６０枚／分の印字動作ができる高スペックな装置にすると、円筒体の回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃとなり、円筒体の表面温度を１８０℃に維持するケースにおいて励磁コイル等は、１８０℃以上に上昇することはなかった。これは、励磁コイルがほとんど発熱しないことを示す。円筒体外部磁束の比率９４．７％、電力の変換効率９４．７％（設計条件Ｒ３）は、電力の変換効率が十分高いため、更なる高スペックの定着装置として用いても、冷却手段は必要ない。
【０１０９】
また、電力の変換効率が高い値で安定しているこの領域においては、円筒形回転体と磁性コアの位置関係が変動しても、電力の変換効率が変動しない。電力の変換効率が変動しない場合、円筒形回転体から常に安定した熱量を供給することができる。よって、可撓性を有する定着フィルムを用いる定着装置において、この電力の変換効率が変動しない領域Ｒ３を用いることは、大きなメリットがある。
以上、円筒形回転体に対してその軸方向に磁界を発生させ、円筒形回転体を電磁誘導発熱させる定着装置において、円筒体外部磁束の比率に求められる設計条件は、図２２中矢印Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に領域分けすることができる。
Ｒ１：円筒体外部磁束の比率７０％以上９０％未満
Ｒ２：円筒体外部磁束の比率９０％以上９４％未満
Ｒ３：円筒体外部磁束の比率９４％以上
【０１１０】
（３−７）「周回電流」による発熱の特徴
（３−４）で説明した「周回電流」は、図６の回路Ｓ内に生じる誘導起電力によって生じるものである。そのため、回路Ｓに内包する磁束と、回路Ｓの抵抗値に依存する。後述する「渦電流Ｅ／／」とは異なり、材料内部の磁束密度とは関係しない。そのため、磁路とならない薄い磁性金属製の円筒形回転体でも、非磁性金属製の円筒回転体でも高い効率で発熱することが可能である。また、抵抗値が大きく変わらない範囲においては、材料の厚みにも依存しない。図１６（ａ）は、厚さ２０μｍのアルミニウムの円筒形回転体における電力の変換効率の周波数依存性である。２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数帯域において、電力の変換効率は９０％以上を維持している。特に、２１〜４０ｋＨｚの周波数帯域を発熱に利用する場合において、高い電力の変換効率を持っている。次に図１６（ｂ）は、同形状の円筒形回転体における、周波数２１ｋＨｚでの電力の変換効率の厚み依存性である。黒丸―実線はニッケル、白丸―点線はアルミニウムの実験結果を示している。両者は厚み２０μｍ〜３００μｍの領域において、電力の変換効率は９０％以上を維持しており、両者とも厚みに寄らず、定着装置用発熱材料として使用可能である。
【０１１１】
よって、「周回電流による発熱」は、従来の渦電流損による発熱より、円筒形回転体の材質や厚み、そして、交流電流の周波数に対する設計自由度を広げることができる。
【０１１２】
なお、磁性コアの長手方向の一端を出た磁束のうち円筒形回転体の外部を通って磁性コアの他端に戻る割合が７０％以上であることが本定着装置の特徴である。磁性コアの長手方向の一端を出た磁束のうち、円筒形回転体の外部を通って磁性コアの他端に戻る割合が７０％以上である。このことは、円筒体のパーミアンスと円筒体内部（円筒体と磁性コアの間の領域）のパーミアンスとの和が磁性コアのパーミアンスの３０％以下であることと等価である。したがって、本発明の特徴的な構成の１つは、磁性コアのパーミアンスをＰｃ、円筒体内部のパーミアンスをＰａ、円筒体のパーミアンスＰｓとしたときに、０．３０×Ｐｃ≧Ｐｓ＋Ｐａの関係を満足する構成である。
【０１１３】
また、パーミアンスの関係式を磁気抵抗に置き換えて表現すると下記のようなる。
【０１１４】
【数８】
2015106079.tif 000013
・・・（２８）
ただし、ＲｓとＲａの合成磁気抵抗Ｒｓａは以下のように計算する。
【０１１５】
【数９】
2015106079.tif 000014
・・・（２９）
Ｒｃ：磁性コアの磁気抵抗
Ｒｓ：導電層の磁気抵抗
Ｒａ：導電層と磁性コアとの間の領域の磁気抵抗
Ｒｓａ：ＲｓとＲａの合成磁気抵抗
上記の関係式を、定着装置の記録材の最大搬送領域全域で、円筒形回転体の母線方向に直交する方向の断面において満足するのが望ましい。
【０１１６】
この合成磁気抵抗の値が低いほど、（１）式によって誘起される誘導電流による発熱の割合は高くなり、合成磁気抵抗が０％の構成では、ほぼ１００％、（１）式の周回電流による発熱が起きていることになる。よって、合成磁気抵抗の値が低ければ低いほど、先述したメリット（１）および（２）を発揮させることができる。
【０１１７】
このように、上述したような定着装置構成とし、さらに、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗との合成磁気抵抗の３０％以下にすることで前述したメリット（１）および（２）を発揮させることができる。これにより、温度低下が非常に少なく、均一加熱できる定着装置構成が得られるのである。
【０１１８】
この定着装置に、さらに、下記に示すような、トナーを組み合わせることで、トナーの溶融状態が最適化され、定着画像におけるブリスター現象の抑制につながる。
【０１１９】
トナーとしては、加熱回転体の温度が変化したとしても、十分に溶融できるシャープな溶融特性が求められる。我々は、トナーの損失弾性率Ｇ”の最大傾きに着目し、トナーの溶融温度付近における該数値の最大傾きがある一定の範囲にある場合に、定着画像のブリスターが抑制され、低温定着性の向上につながることを見出した。
【０１２０】
つまり、前記トナーの２０℃から２．０℃／分の昇温速度で１２０℃まで加熱する粘弾性測定を行って得られる、
横軸に温度（℃）、
縦軸に該トナーの損失弾性率Ｇ”（Ｐａ）を前記損失弾性率の単位（Ｐａ）で除した値の常用対数（ＬｏｇＧ”）
をプロットして得られる温度−貯蔵弾性率曲線を、温度で１回微分して得られる曲線１において、６０℃以上の範囲における前記曲線１の最小値が−０．３２以上−０．１５以下であることが特徴である。
【０１２１】
トナーの損失弾性率Ｇ”は、トナーの粘性を示す指標として有用である。前記曲線１の最小値が−０．３２以上−０．１５以下であることは、トナーの溶融温度付近において、トナーの粘度がシャープに降下することを示している。
【０１２２】
トナーの損失弾性率は以下の方法で算出した。
測定装置としては、ＡＲＥＳ（商品名、ＴＡインスツルメンツ社製）を用いる。
【０１２３】
測定は、トーションレキュタンギュラーを装着して０℃まで冷却してＺｅｒｏ  Ｇａｐをとる。その後、２０℃まで加熱してトーションレキュタンギュラーに加圧成形した測定試料を固定する。そして、ノーマルフォースが５０〜１００ｇとなるようにホールドしたら、測定試料の破損がないことおよび測定試料が冶具に固定されていることを確認した後に測定を開始する。初期のノーマルフォースが５０ｇになるようにサンプルをセットすることおよび測定試料が測定冶具にしっかり固定されていることが重要である。
【０１２４】
サンプルは、ＡＲＥＳ本体に温度調整に使用する圧縮空気を乾燥するエアードライヤー（ＡＩ−２２０Ｄ型、エアテック社製）と圧縮空気を冷却するチラー（ＰＧＣ−１５０型、Ｐｏｌｙｃｏｌｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社製）を接続することにより０℃まで冷却することができる。
【０１２５】
試料作成および測定は以下の条件で行う。
測定冶具：トーションレキュタンギュラーフィクスチャー
測定試料：５０℃の乾燥機で１０時間以上乾燥したトナーを使用する。
試料形状：長辺３０．０ｍｍ、短辺１２．５ｍｍ、厚さ１．５〜２．０ｍｍ、但し厚みの均一度は±０．０５ｍｍにする。
試料成形条件：錠剤整形器を用いて温度２５℃、圧力５０ＭＰａ、加圧時間６０分で成形する。
角振動周波数：６．２８ｒａｄ／秒
昇温速度：温度０℃〜１２０℃の範囲を２．０℃／分で測定する。
印加歪初期値：０．０１％とし、自動歪み調整モードで測定を行う。
【０１２６】
自動歪み調整モード（ＡｕｔｏＳｔｒａｉｎＭｏｄｅ）の条件を以下に記す。
Ｍａｘ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｔｒａｉｎを０．５％と設定する。
Ｍａｘ  Ａｌｌｏｗｅｄ  Ｔｏｒｑｕｅを２００．０ｇ・ｃｍと設定する。
Ｍｉｎ  Ａｌｌｏｗｅｄ  Ｔｏｒｑｕｅを１．０ｇ・ｃｍと設定する。
Ｓｔｒａｉｎ  Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔを２０．０％  ｏｆ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｔｒａｉｎと設定する。
自動テンション調整モード（Ａｕｔｏ  Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｍｏｄｅ）で測定を行う。
自動テンション調整モード（Ａｕｔｏ  Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｍｏｄｅ）の条件を以下に記す。
自動テンションディレクション（Ａｕｔｏ  Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）をテンション（Ｔｅｎｓｉｏｎ）と設定する。
Ｉｎｉｔｉａｌ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｆｏｒｃｅ１０．０ｇと設定する。
Ａｕｔｏ  Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙを４０．０ｇと設定する。
Ｓａｍｐｌｅ  Ｍｏｄｕｌｕｓ＜１．０×１０８（Ｐａ）と設定する。
【０１２７】
得られた結果に関して、
横軸に温度（℃）、
縦軸に該トナーの損失弾性率Ｇ”（Ｐａ）を前記損失弾性率の単位（Ｐａ）で除した値の常用対数（ＬｏｇＧ”）
をプロットして得られる温度−貯蔵弾性率曲線を、温度で１回微分して得られる曲線１において、６０℃以上の範囲における前記曲線の最小値が、−０．３２以上−０．１５以下の範囲に入るか確認する。
【０１２８】
本発明に用いられる損失弾性率Ｇ”を制御したトナーを得るための具体的方法を以下に記述するが、これに限定されるものではない。
本発明のトナー粒子は、結着樹脂および着色剤を含有する。
【０１２９】
本発明のトナーに使用される結着樹脂としては、以下のものが挙げられる。
ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン系共重合樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオール樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂などである。中でも好ましく用いられる樹脂として、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂である。ビニル系樹脂の中でも、スチレン系重合性単量体およびアクリル系重合性単量体の共重合体が好ましい。
【０１３０】
また、トナーの損失弾性率Ｇ”をトナーの溶融温度付近においてトナーの粘度がシャープに降下するために、トナーは、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定される分子量分布において、ピーク分子量（Ｍｐ）は１００００以上３００００以下であることが好ましい。さらに、一般的にシャープメルトする材料として、種々の可塑剤の添加が挙げられるが、その中でも、結晶性ポリエステル樹脂に代表される結晶性樹脂の添加が好ましい。
【０１３１】
結晶性ポリエステル樹脂の原料モノマーに用いられるアルコール成分としては、結晶性を高める観点から、炭素数６以上１８以下の脂肪族ジオールを用いることが好ましい。これらの中でも、定着性および耐熱安定性の観点から、炭素数６以上１２以下の脂肪族ジオールが好ましい。脂肪族ジオールとしては、１，６−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、１，１１−ウンデカンジオール、１，１２−ドデカンジオールなどが挙げられる。上記脂肪族ジオールの含有量は、結晶性ポリエステル樹脂の結晶性をより高める観点から、アルコール成分中に８０．０モル％以上１００．０モル％以下含有されることが好ましい。
【０１３２】
結晶性ポリエステル樹脂を得るためのアルコール成分としては、上記の脂肪族ジオール以外の多価アルコール成分を含有していても良い。例えば、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンのポリオキシプロピレン付加物、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンのポリオキシエチレン付加物などを含む上記式（Ｉ）で表されるビスフェノールＡのアルキレンオキサイド付加物などの芳香族ジオール；グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパンなどの３価以上のアルコールが挙げられる。
【０１３３】
結晶性ポリエステル樹脂の原料モノマーに用いられるカルボン酸成分としては、炭素数６以上１８以下の脂肪族ジカルボン酸化合物を用いることが好ましい。これらの中でも、トナーの定着性および耐熱安定性の観点から、炭素数６以上１２以下の脂肪族ジカルボン酸化合物が好ましい。脂肪族ジカルボン酸化合物としては、１，８−オクタン二酸、１，９−ノナン二酸、１，１０−デカン二酸、１，１１−ウンデカン二酸、１，１２−ドデカン二酸などが挙げられる。炭素数６以上１８以下の脂肪族ジカルボン酸化合物の含有量は、カルボン酸成分中に８０．０モル％以上１００．０モル％以下含有されることが好ましい。
【０１３４】
結晶性ポリエステル樹脂を得るためのカルボン酸成分としては、上記脂肪族ジカルボン酸化合物以外のカルボン酸成分を含有していても良い。例えば、芳香族ジカルボン酸化合物、３価以上の芳香族多価カルボン酸化合物などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。芳香族ジカルボン酸化合物には、芳香族ジカルボン酸誘導体も含まれる。芳香族ジカルボン酸化合物の具体例としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸およびこれらの酸の無水物、並びにそれらのアルキル（炭素数１以上３以下）エステルが好ましく挙げられる。該アルキルエステル中のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基およびイソプロピル基が挙げられる。３価以上の多価カルボン酸化合物としては、１，２，４−ベンゼントリカルボン酸（トリメリット酸）、２，５，７−ナフタレントリカルボン酸、ピロメリット酸などの芳香族カルボン酸、およびこれらの酸無水物、アルキル（炭素数１以上３以下）エステルなどの誘導体が挙げられる。
【０１３５】
結晶性ポリエステル樹脂の原料モノマーであるアルコール成分とカルボン酸成分とのモル比（カルボン酸成分／アルコール成分）は、０．８０以上１．２０以下であることが好ましい。
【０１３６】
結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量Ｍｗは、低温定着性と耐熱保存性の観点から、８０００以上１００，０００以下、好ましくは１２，０００以上４５，０００以下であることが好ましい。
【０１３７】
本発明に用いられる結晶性ポリエステル樹脂は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）測定において昇温時に観測される吸熱ピークの面積から求められる融解熱量（ΔＨ）が１００Ｊ／ｇ以上１４０Ｊ／ｇ以下であることが好ましい。また、結晶性ポリエステル樹脂Ａの融点は、トナーの低温定着性の観点から、６０℃以上１２０℃以下であることが好ましく、７０℃以上９０℃以下であることがさらに好ましい。
【０１３８】
トナーの損失弾性率Ｇ”をトナーの溶融温度付近においてトナーの粘度がシャープに降下するためにエステルワックス、あるいはその他のワックスを含有させてもよい。
【０１３９】
ワックスとしては、トナー中での分散のしやすさ、離型性の高さの観点から、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックスのような炭化水素系ワックスが好ましい。必要に応じて、二種以上のワックスを併用してもかまわない。
【０１４０】
ワックスとしては、具体的には以下のものが挙げられる。ビスコール（登録商標）３３０−Ｐ、５５０−Ｐ、６６０−Ｐ、ＴＳ−２００（三洋化成工業社）、ハイワックス４００Ｐ、２００Ｐ、１００Ｐ、４１０Ｐ、４２０Ｐ、３２０Ｐ、２２０Ｐ、２１０Ｐ、１１０Ｐ（三井化学社）、サゾールＨ１、Ｈ２、Ｃ８０、Ｃ１０５、Ｃ７７（シューマン・サゾール社）、ＨＮＰ−１、ＨＮＰ−３、ＨＮＰ−９、ＨＮＰ−１０、ＨＮＰ−１１、ＨＮＰ−１２、ＨＮＰ−５１（日本精鑞株式会社）、ユニリン（登録商標）３５０、４２５、５５０、７００、ユニシッド（登録商標）、ユニシッド（登録商標）３５０、４２５、５５０、７００（東洋アドレ株式会社）、木ろう、蜜ろう、ライスワックス、キャンデリラワックス、カルナバワックス（株式会社セラリカＮＯＤＡにて入手可能）。
【０１４１】
本発明のトナーは磁性トナーであっても非磁性トナーであっても良い。磁性トナーとして用いる場合は、磁性体として磁性酸化鉄を用いることが好ましい。磁性酸化鉄としては、マグネタイト、マグヘマタイト、フェライトなどの酸化鉄が用いられる。トナーに含有される磁性酸化鉄の量は、結着樹脂１００．０質量部に対して２５．０質量部以上４５．０質量部以下であることが好ましく、より好ましくは３０．０質量部以上４５．０質量部以下である。
【０１４２】
本発明のトナーを非磁性トナーとして用いる場合には、着色剤としてカーボンブラックやその他、公知の顔料や染料を用いることができる。また、顔料や染料は一種のみ使用しても良いし、二種以上を併用することもできる。トナーに含有される着色剤は、結着樹脂１００．０質量部に対して、０．１質量部以上６０．０質量部以下であることが好ましく、より好ましくは０．５質量部以上５０．０質量部以下である。
【０１４３】
トナーには、無機微粒子などの流動性向上剤を使用することができる。流動性向上剤としては、以下のものが挙げられる。フッ化ビニリデン微粒子、ポリテトラフルオロエチレン微粒子のようなフッ素系樹脂粒子；湿式製法シリカ、乾式製法シリカのようなシリカ微粒子、それらシリカをシランカップリング剤、チタンカップリング剤、またはシリコーンオイルなどにより表面処理を施した処理シリカ。好ましい流動性向上剤としては、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成された微粒子であり、乾式法シリカまたはヒュームドシリカとである。
【０１４４】
その中でも、ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成されたシリカ微粒子に疎水化処理した処理シリカ微粒子が好ましく用いられる。処理シリカ微粒子は、メタノール滴定試験によって滴定された疎水化度が３０以上９８以下であることが好ましい。
【０１４５】
シリカ微粒子の疎水化方法としては、シリカ微粒子と反応あるいは物理吸着する有機ケイ素化合物で化学的に処理する方法が挙げられる。好ましい方法としては、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成されたシリカ微粒子を有機ケイ素化合物で処理する方法である。有機ケイ素化合物としては、以下のものが挙げられる。ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフエニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、β−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリオルガノシリルメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、１−ヘキサメチルジシロキサン、１，３−ジビニルテトラメチルジシロキサン、１，３−ジフェニルテトラメチルジシロキサンおよび１分子当り２から１２個のシロキサン単位を有し末端に位置する単位にそれぞれ１個当りのＳｉに結合した水酸基を含有するジメチルポリシロキサン。これらは１種あるいは２種以上の混合物で用いられる。
【０１４６】
シリカ微粒子は、シリコーンオイルによって処理されても良く、また、シリコーンオイルと上記有機ケイ素化合物とを併用して処理されていても良い。シリコーンオイルとしては、２５℃における粘度が３０ｍｍ２／ｓ以上１０００ｍｍ２／ｓ以下であるものが好ましい。例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、α−メチルスチレン変性シリコーンオイル、クロルフェニルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイルが挙げられる。
【０１４７】
シリコーンオイルによるシリカ微粒子の疎水化処理の方法としては、以下の方法が挙げられる。シランカップリング剤で処理されたシリカ微粒子とシリコーンオイルとをヘンシェルミキサーのような混合機を用いて直接混合する方法；ベースとなるシリカ微粒子にシリコーンオイルを噴霧する方法。あるいは適当な溶剤にシリコーンオイルを溶解あるいは分散せしめた後、シリカ微粒子を加え混合し溶剤を除去する方法。シリコーンオイル処理シリカは、シリコーンオイルの処理後にシリカを不活性ガス中で温度２００℃以上（より好ましくは２５０℃以上）で加熱し、表面のコートを安定化させたものがより好ましい。
【０１４８】
無機微粒子は、トナー粒子１００．０質量部に対して０．１質量部以上８．０質量部以下用いることが好ましく、より好ましくは０．１質量部以上４．０質量部以下である。
【０１４９】
トナーには、必要に応じて他の外部添加剤を添加しても良い。例えば、帯電補助剤、導電性付与剤、ケーキング防止剤、熱ローラー定着時の離型剤、滑剤、研磨剤の働きをする樹脂微粒子や無機微粒子である。
【０１５０】
滑剤としては、ポリフッ化エチレン粉末、ステアリン酸亜鉛粒子、ポリフッ化ビニリデン粒子が挙げられる。中でもポリフッ化ビニリデン粒子が好ましい。研磨剤としては、酸化セリウム粒子、炭化ケイ素粒子、チタン酸ストロンチウム粒子が挙げられる。
【０１５１】
本発明のトナーは、一成分系現像剤としても使用できるが、磁性キャリアと混合して二成分系現像剤として用いることも可能である。磁性キャリアとしては、フェライトキャリアや、結着樹脂中に磁性体を分散させた磁性体分散樹脂キャリア（いわゆる樹脂キャリア）など、公知のものを使用できる。トナーを磁性キャリアと混合して二成分系現像剤として使用する場合、現像剤中のトナー濃度が２質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。
【０１５２】
本発明のトナーの製造方法は、特に限定されるものではない。以下、粉砕法および懸濁重合法によって本発明のトナーを得るための方法を説明する。
【０１５３】
粉砕法において、原料混合工程では、トナー粒子を構成する材料として、結着樹脂、着色剤、その他の添加剤などを、所定量秤量して配合し、混合する。混合装置の一例としては、ダブルコン・ミキサー、Ｖ型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、メカノハイブリッド（日本コークス工業株式会社製）などが挙げられる。
【０１５４】
次に、混合した材料を溶融混練して、結晶性樹脂および非晶性ポリエステル樹脂中に着色剤などを分散させる。溶融混練工程では、加圧ニーダー、バンバリィミキサーのようなバッチ式練り機や、連続式の練り機を用いることができる。連続生産できる優位性から、１軸または２軸押出機が主流となっている。例えば、ＫＴＫ型２軸押出機（神戸製鋼所社製）、ＴＥＭ型２軸押出機（東芝機械社製）、ＰＣＭ混練機（池貝鉄工製）、２軸押出機（ケイ・シー・ケイ社製）、コ・ニーダー（ブス社製）、ニーデックス（日本コークス工業株式会社製）などが挙げられる。さらに、溶融混練することによって得られる樹脂組成物は、２本ロールなどで圧延され、冷却工程で水などによって冷却してもよい。
【０１５５】
ついで、樹脂組成物の冷却物は、粉砕工程で所望の粒径にまで粉砕される。粉砕工程では、例えば、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミルのような粉砕機で粗粉砕した後、さらに、例えば、クリプトロンシステム（川崎重工業社製）、スーパーローター（日清エンジニアリング社製）、ターボ・ミル（ターボ工業製）やエアージェット方式による微粉砕機で微粉砕する。その後、必要に応じて慣性分級方式のエルボージェット（日鉄鉱業社製）、遠心力分級方式のターボプレックス（ホソカワミクロン社製）、ＴＳＰセパレータ（ホソカワミクロン社製）、ファカルティ（ホソカワミクロン社製）のような分級機や篩分機を用いて分級し、トナー粒子を得る。
【０１５６】
必要に応じて、粉砕後に、ハイブリタイゼーションシステム（奈良機械製作所製）、メカノフージョンシステム（ホソカワミクロン社製）、ファカルティ（ホソカワミクロン社製）、メテオレインボー  ＭＲ  Ｔｙｐｅ（日本ニューマチック社製）を用いて、球形化処理のようなトナー粒子の表面処理を行うこともできる。
【０１５７】
さらに必要に応じて所望の添加剤をヘンシェルミキサーなどの混合機により十分混合することができる。
【０１５８】
一方、水系媒体中で重合性単量体組成物を造粒し、該重合性単量体組成物の粒子を形成する懸濁重合法により製造されても良い。この懸濁重合法においては、
（１）重合性単量体
（２）着色剤
（３）結晶性樹脂
（４）さらに必要に応じて非晶質ポリエステル、架橋剤、帯電制御剤、上述したワックス、その他の添加剤
を均一に溶解または分散せしめて重合性単量体組成物とする。その後この重合性単量体組成物を、分散安定剤を含有する水系媒体中に適当な撹拌機を用いて分散させ、そして必要に応じて、重合開始剤を添加して重合反応を行わせ、所望の粒径を有するトナー粒子を得るものである。上記トナー粒子に対し重合終了後、公知の方法によって濾過、洗浄、乾燥を行い、必要により流動性向上剤を混合し表面に付着させることで、トナー粒子を得ることができる。
【０１５９】
重合性単量体としては、ラジカル重合が可能なビニル系モノマーが用いられる。前記ビニル系モノマーとしては、単官能性モノマーあるいは多官能性モノマーを使用することができる。
【０１６０】
単官能性モノマーとしては、スチレン；α−メチルスチレン、β−メチルスチレン、ο−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｐ−メトキシスチレン、ｐ−フェニルスチレンのようなスチレン系重合性単量体；メチルアクリレート、エチルアクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、ｉｓｏ−プロピルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート、２−ベンゾイルオキシエチルアクリレートのようなアクリル系重合性単量体；メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレートのようなメタクリル系重合性単量体；メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルのようなビニルエステル；ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルのようなビニルエーテル；ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトンのようなビニルケトンが挙げられる。
【０１６１】
本発明に用いる重合性単量体は、上記の中でも、スチレンまたはスチレン誘導体を含むことが好ましい。
【０１６２】
多官能性モノマーとしては、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレート、ジビニルベンゼン、ジビニルエーテル、ヘキサンジオールジアクリレートなどが挙げられる。
【０１６３】
本発明においては、前記した単官能性モノマーを単独であるいは２種以上組み合わせて、または前記した単官能性モノマーと多官能性モノマーを組み合わせて使用する。多官能性モノマーは架橋剤として使用することも可能である。
【０１６４】
本発明に用いられる重合開始剤としては、油溶性開始剤および／または水溶性開始剤が用いられる。好ましくは、重合反応時の反応温度における半減期が０．５〜３０時間のものである。また重合性単量体１００質量部に対し０．５〜２０質量部の添加量で重合反応を行うと、通常、分子量１万〜１０万の間に極大を有する重合体が得られ、適当な強度と溶融特性を有するトナー粒子を得ることができるため好ましい。
【０１６５】
重合開始剤としては、以下の、２，２’−アゾビス−（２，４−ジメチルバレロニトリル）、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、１，１’−アゾビス（シクロヘキサン−１−カルボニトリル）、２，２’−アゾビス−４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリル如きのアゾ系またはジアゾ系重合開始剤；ベンゾイルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシ２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシピバレート、ｔ−ブチルパーオキシイソブチレート、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、クメンヒドロパーオキサイド、２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド如きの過酸化物系重合開始剤などが例示できる。
【０１６６】
本発明においては、重合性単量体の重合度を制御する為に、公知の連鎖移動剤、重合禁止剤などをさらに添加し用いることも可能である。
【０１６７】
非晶質ポリエステルは、飽和ポリエステル樹脂および不飽和ポリエステル樹脂のいずれか一方または両方を適宜選択して使用することが可能である。非晶質ポリエステル樹脂を構成するアルコール成分と酸成分を以下に例示する。
【０１６８】
アルコール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２，３−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、水素化ビスフェノールＡ、また下記一般式（Ｉ）で表されるビスフェノール誘導体、
【０１６９】
【化１】
2015106079.tif 000015
【０１７０】
（式中、Ｒはエチレンまたはプロピレン基であり、ｘ、ｙはそれぞれ１以上の整数であり、かつｘ＋ｙの平均値は２〜１０である。）
【０１７１】
あるいは一般式（Ｉ）の化合物の水添物、また、下記一般式（ＩＩ）で示されるジオール、
【０１７２】
【化２】
2015106079.tif 000016
【０１７３】
あるいは式（ＩＩ）の化合物の水添物のジオール、さらには、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビット、ソルビタン、ノボラック型フェノール樹脂のオキシアルキレンエーテルのような多価アルコールが挙げられる。
【０１７４】
２価のカルボン酸としては以下のものが挙げられる。フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸のようなベンゼンジカルボン酸またはその無水物、またフマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸のような不飽和ジカルボン酸またはその無水物、さらには、トリメリット酸、ピロメリット酸、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸のような多価カルボン酸やその無水物。
【０１７５】
本発明に用いる着色剤としては、黒色着色剤、イエロー着色剤、マゼンタ着色剤、シアン着色剤などが挙げられる。
【０１７６】
黒色着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、以下に示すイエロー／マゼンタ／シアン着色剤を用い各色に調色されたものが利用される。
【０１７７】
イエロー着色剤としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が挙げられる。具体的には、以下の、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１２、１３、１４、１５、１７、６２、７３、７４、８３、９３、９４、９５、９７、１０９、１１０、１１１、１２０、１２８、１２９、１３８、１４７、１５０、１５１、１５４、１５５、１６８、１８０、１８５、２１４などが例示できる。
【０１７８】
マゼンタ着色剤としては、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が挙げられる。具体的には、以下の、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２、３、５、６、７、２３、４８：２、４８：３、４８：４、５７：１、８１：１、１２２、１４６、１５０、１６６、１６９、１７７、１８４、１８５、２０２、２０６、２２０、２２１、２３８、２５４、２６９、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレッド１９などが例示できる。
【０１７９】
シアン着色剤としては、銅フタロシアニン化合物およびその誘導体、アントラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物などが挙げられる。具体的には、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１、７、１５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、６０、６２、６６などが挙げられる。
【０１８０】
これらの着色剤は、単独または混合しさらには固溶体の状態で用いることができる。着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、ＯＨＰ透明性、トナー粒子中への分散性の点から選択される。該着色剤の添加量は、重合性単量体または結着樹脂１００質量部に対し、好ましくは１〜２０質量部添加して用いられる。
【０１８１】
さらに本発明の方法に係るトナー粒子は、着色剤として磁性材料を含有させ磁性トナー粒子とすることも可能である。この場合、磁性材料は着色剤の役割をかねることもできる。磁性材料としては、以下の、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト如きの酸化鉄；鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれらの金属のアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属の合金およびその混合物などが例示できる。
【０１８２】
上記磁性体は、より好ましくは、表面改質された磁性体が好ましい。重合法により磁性トナーを調整する場合には、重合阻害のない物質である表面改質剤により、疎水化処理を施したものが好ましい。このような表面改質剤としては、例えばシランカップリング剤、チタンカップリング剤を挙げることができる。
【０１８３】
これらの磁性体は個数平均粒径が２μｍ以下であることが好ましく、０．１〜０．５μｍのものがより好ましい。トナー粒子中に含有させる量としては重合性単量体１００質量部に対し、好ましくは２０〜２００質量部、より好ましくは重合性単量体１００質量部に対し４０〜１５０質量部である。
【０１８４】
本発明の方法において、トナー粒子には、帯電特性を安定化するために帯電制御剤を配合しても良い。帯電制御剤としては、公知のものが利用でき、特に帯電スピードが速く、かつ、一定の帯電量を安定して維持できる帯電制御剤が好ましい。さらに、トナー粒子を直接重合法にて製造する場合には、重合阻害性が低く、水系分散媒体への可溶化物が実質的にない帯電制御剤が特に好ましい。具体的な化合物としては、負帯電制御剤としてサリチル酸、アルキルサリチル酸、ジアルキルサリチル酸、ナフトエ酸、ダイカルボン酸のような芳香族カルボン酸の金属化合物が挙げられる。また、アゾ染料あるいはアゾ顔料の金属塩または金属錯体、ホウ素化合物、ケイ素化合物、カリックスアレーンも挙げられる。正帯電制御剤として四級アンモニウム塩、該四級アンモニウム塩を側鎖に有する高分子型化合物、グアニジン化合物、ニグロシン系化合物、イミダゾール化合物が挙げられる。
【０１８５】
これらの帯電制御剤の使用量としては、結着樹脂の種類、他の添加剤の有無、分散方法を含めたトナー粒子製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではない。内添する場合は、好ましくは重合性単量体１００質量部に対して０．１〜１０質量部、より好ましくは０．１〜５質量部の範囲で用いられる。
【０１８６】
また、外添する場合、トナー粒子１００質量部に対し、好ましくは０．００５〜１．０質量部、より好ましくは０．０１〜０．３質量部である。
【０１８７】
上記水系媒体には、分散安定剤を添加する。分散安定剤として使用する無機化合物としては以下の、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ベントナイト、シリカ、アルミナなどが例示できる。
【０１８８】
有機化合物としては以下の、ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、ポリアクリル酸およびその塩、デンプンなどが例示できる。これらの分散安定剤は、重合性単量体１００質量部に対して、０．２〜２０質量部を使用することが好ましい。
【０１８９】
また、これら分散安定剤の微細な分散のために、０．００１〜０．１質量部の界面活性剤を使用しても良い。分散安定剤の初期の作用を促進するためのものである。具体例としては以下の、ドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸カルシウムなどが例示できる。
【０１９０】
分散安定剤として、無機化合物を用いる場合、市販のものをそのまま用いても良いが、より細かい粒子を得るために、水系媒体中にて上記無機化合物を生成させて用いても良い。
【０１９１】
例えばリン酸カルシウムの場合、高撹拌下において、リン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液を混合するとよい。
【０１９２】
結着樹脂、ワックスおよびトナーなどに係る物性の測定方法は以下に示す通りである。後述の実施例においてもこれらの方法に基づいて物性値を測定している。
【０１９３】
＜ＧＰＣによる重量平均分子量の測定＞
結晶性樹脂のＧＰＣによる重量平均分子量の測定は以下の通り実施した。
【０１９４】
４０℃のヒートチャンバー中でカラムを安定化させ、この温度におけるカラムに溶媒としてＴＨＦを毎分１ｍｌの流速で流し、ＴＨＦ試料溶液を約１００μｌ注入して測定する。試料の分子量測定にあたっては試料の有する分子量分布を数種の単分散ポリスチレン標準試料により作成された検量線の対数値とカウント値との関係から算出する。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては例えば、東ソー社製あるいは昭和電工社製の分子量が１０２〜１０７程度のものを用い、１０点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。また、検出器はＲＩ（屈折率）検出器を用いる。なお、カラムとしては市販のポリスチレンジェルカラムを複数本組み合わせるのが良く、例えば昭和電工社製のｓｈｏｄｅｘ  ＧＰＣ  ＫＦ−８０１、８０２、８０３、８０４、８０５、８０６、８０７、８００Ｐの組み合せや、東ソー社製のＴＳＫｇｅｌ  Ｇ１０００Ｈ（ＨＸＬ）、Ｇ２０００Ｈ（ＨＸＬ）、Ｇ３０００Ｈ（ＨＸＬ）、Ｇ４０００Ｈ（ＨＸＬ）、Ｇ５０００Ｈ（ＨＸＬ）、Ｇ６０００Ｈ（ＨＸＬ）、Ｇ７０００Ｈ（ＨＸＬ）、ＴＳＫｇｕｒｄ  ｃｏｌｕｍｎの組み合わせを挙げることができる。
【０１９５】
また、試料は以下のようにして作製する。
【０１９６】
試料をＴＨＦ中に入れ、５０℃に加熱して十分振とうし、ＴＨＦとよく混ぜ（試料の合一体が無くなるまで）る。その後、さらに２４時間静置する。その後、サンプル処理フィルター（ポアサイズ０．２μｍ以上０．５μｍ以下、例えばマイショリディスクＨ−２５−２（東ソー社製）など使用できる。）を通過させたものをＧＰＣの試料とする。また、試料濃度は、樹脂成分が０．５ｍｇ／ｍｌ以上５．０ｍｇ／ｍｌ以下となるように調整する。
【０１９７】
＜結晶性ポリエステル樹脂およびワックスの融点および融解熱量の測定＞
結晶性ポリエステル樹脂およびワックスの融点は、示差走査熱量分析装置を用いてＡＳＴＭＤ３４１８−８２に準じて測定したＤＳＣ曲線において、最大吸熱ピークのピーク温度を融点とし、ピークの面積から求められる熱量を融解熱量とする。本発明では、示差走査熱量分析装置として、ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製の「Ｑ２０００」を用いた。
【０１９８】
装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。具体的には、試料約２ｍｇを精秤し、これをアルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、測定温度範囲３０〜２００℃の間で、昇温速度１０℃／分で測定を行う。なお、測定においては、一度２００℃まで昇温させ、続いて３０℃まで降温し、その後に再度昇温を行う。この２度目の昇温過程での温度３０〜２００℃の範囲におけるＤＳＣ曲線の最大の吸熱ピーク温度を、融点、ピークの面積から求められる熱量を融解熱量とする。
【０１９９】
＜非晶性ポリエステル樹脂の酸価の測定＞
酸価は試料１ｇに含まれる酸を中和するために必要な水酸化カリウムのｍｇ数である。ポリエステル樹脂の酸価はＪＩＳ  Ｋ  ００７０−１９９２に準じて測定されるが、具体的には、以下の手順にしたがって測定する。
【０２００】
（１）試薬の準備
フェノールフタレイン１．０ｇをエチルアルコール（９５ｖｏｌ％）９０ｍｌに溶かし、イオン交換水を加えて１００ｍｌとし、フェノールフタレイン溶液を得る。
【０２０１】
特級水酸化カリウム７ｇを５ｍｌの水に溶かし、エチルアルコール（９５ｖｏｌ％）を加えて１ｌとする。炭酸ガスなどに触れないように、耐アルカリ性の容器に入れて３日間放置後、ろ過して、水酸化カリウム溶液を得る。得られた水酸化カリウム溶液は、耐アルカリ性の容器に保管する。前記水酸化カリウム溶液のファクターは、０．１モル／ｌ塩酸２５ｍｌを三角フラスコに取り、前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウム溶液の量から求める。前記０．１モル／ｌ塩酸は、ＪＩＳ  Ｋ  ８００１−１９９８に準じて作成されたものを用いる。
【０２０２】
（２）操作
（Ａ）本試験
粉砕したポリエステル樹脂の試料２．０ｇを２００ｍｌの三角フラスコに精秤し、トルエン／エタノール（２：１）の混合溶液１００ｍｌを加え、５時間かけて溶解する。次いで、指示薬として前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液を用いて滴定する。なお、滴定の終点は、指示薬の薄い紅色が約３０秒間続いたときとする。
【０２０３】
（Ｂ）空試験
試料を用いない（すなわちトルエン／エタノール（２：１）の混合溶液のみとする）以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
【０２０４】
（３）得られた結果を下記式に代入して、酸価を算出する。
Ａ＝［（Ｃ−Ｂ）×ｆ×５．６１］／Ｓ
ここで、Ａ：酸価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）、Ｂ：空試験の水酸化カリウム溶液の添加量（ｍｌ）、Ｃ：本試験の水酸化カリウム溶液の添加量（ｍｌ）、ｆ：水酸化カリウム溶液のファクター、Ｓ：試料（ｇ）である。
【実施例】
【０２０５】
以上、本発明の基本的な構成と特色について述べたが、以下実施例にもとづいて具体的に本発明について説明する。しかしながら、これによって本発明の実施の態様がなんら限定されるものではない。
【０２０６】
＜定着装置１＞
図３は本発明の定着装置の概略断面図であり、加圧ローラー７は、例えばφ１４のアルミあるいは鉄製芯金の外側にシリコーンのソリッドあるいはスポンジゴムなどの厚み３ｍｍの弾性層と、ＰＦＡなどの離型層を厚み３０μｍで積層している。そして、不図示の軸受け手段・付勢手段により総圧約２００Ｎ〜１００Ｎ（約２０ｋｇｆ〜約１０ｋｇｆ）の押圧力をもってフィルムガイド９との間に定着フィルムを挟ませて圧接させてある。そして、不図示の定着器回転制御手段は、加圧ローラー７を矢印方向に回転駆動し、５〜１０ｍｍ程度の幅のニップ部Ｎにおける摩擦力で定着スリーブ１に回転力が作用し、従動回転状態になる。フィルムガイド９は、耐熱性樹脂ＰＰＳなどで構成されている。定着フィルム１は、直径５０〜１０ｍｍの、基層となる導電性部材でできた発熱層１ａと、その外面に積層した弾性層１ｂと、その外面に積層した離型層１ｃの複合構造の円筒形回転体である。発熱層１ａは、本装置では、厚さ２０μｍの比透磁率１、断面積１．５×１０−６ｍ２、直径は２４ｍｍのアルミニウムの円筒形状部材である。弾性層１ｂは、硬度が２０度（ＪＩＳ−Ａ、１ｋｇ加重）のシリコーンゴムを０．３ｍｍ〜０．１ｍｍ成形している。そして、弾性層１ｂ上に表層１ｃ（離型層）として５０μｍ〜１０μｍの厚さのフッ素樹脂チューブを被覆している。円筒形状部材である定着フィルム１の内部にて、この回転軸線方向に磁性コア２が挿通されている。その磁性コア２の周囲に励磁コイル３が巻き回されている。
【０２０７】
磁性コア２は、分割されていない一体部品で円柱形状をしている。磁性コア２は、不図示の固定手段で定着フィルム１内に配置させており、励磁コイル３にて生成された交流磁界による磁力線（磁束）を定着フィルム１内部に誘導し、磁力線の通路（磁路）を形成する部材として機能する。この磁性コア２は、比透磁率が１８００のフェライトであり、直径１４ｍｍ、断面積１．５×１０−４ｍ２、長さＢ＝２３０ｍｍである。
【０２０８】
フィルムガイド９は、比透磁率１のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）であり、断面積１．０×１０−４［ｍ２］である。詳細は表４に記載する。
【０２０９】
定着フィルムの弾性層１ｂ、定着フィルムの表層１ｃは、発熱層である円筒形回転体（導電層）１ａより外側にあり、かつ発熱に寄与していない。したがって、パーミアンス（または磁気抵抗）を計算する必要はなく、本磁気回路モデルにおいては「円筒体外空気」に含めて扱うことができる。
【０２１０】
上記寸法と比透磁率から計算した定着装置１の各構成物の「単位長さ当たりのパーミアンスと磁気抵抗」を下記の表４にまとめる。
【０２１１】
【表４】
2015106079.tif 000017
【０２１２】
「単位長さ当たりのパーミアンス」に関して、図１１（ａ）の磁気等価回路図と実機上の数値の対応関係について説明する。磁性コアの単位長さ当たりのパーミアンスＰｃは、次のように表される。
【０２１３】
Ｐｃ＝３．５×１０−７［Ｈ・ｍ］
導電層と磁性コアとの間の領域の単位長さ当たりのパーミアンスＰａ＿ｉｎは、フィルムガイドの単位長あたりのパーミアンスと円筒体内の空気の単位長さ当たりのパーミアンスとの合成であるから次のように表される。
Ｐａ＿ｉｎ＝１．３×１０−１０＋２．５×１０−１０［Ｈ・ｍ］
導電層の単位長さ当たりのパーミアンスＰｃｙは、表４に記載の円筒体であり、次のように表される。
Ｐｃｙ＝１．９×１０−１２［Ｈ・ｍ］
Ｐａ＿ｏｕｔは、表４に記載された円筒体外空気であり、次のように表せる。
Ｐａ＿ｏｕｔ＝Ｐｃ−Ｐａ＿ｉｎ−Ｐｃｙ＝３．５×１０−７［Ｈ・ｍ］
よって、定着装置１は下記のパーミアンスの関係式を満たしている。
Ｐｃｙ＋Ｐａ＿ｉｎ≦０．３０×Ｐｃ
次に、パーミアンスの逆数である、磁気抵抗を用いた場合について説明する。
【０２１４】
磁性コアの単位長さ当たりの磁気抵抗は次のようになる。
Ｒｃ＝２．９×１０６［１／（Ｈ・ｍ）］
導電層と磁性コアとの間の領域の磁気抵抗は、フィルムガイドの抵抗Ｒｆと円筒体内空気の抵抗Ｒａの合成抵抗となるから、下記の式を用いて計算すると、Ｒａ＝２．７×１０９［１／（Ｈ・ｍ）］となる。
【０２１５】
【数１０】
2015106079.tif 000018
【０２１６】
Ｒｃｙに該当するのは、表４に記載の円筒体であり、Ｒｃｙ＝Ｒｓ＝５．３×１０１１［１／（Ｈ・ｍ）］となっているから、ＲｓとＲａとの合成磁気抵抗Ｒｓａは以下の式で計算できて、Ｒｓａ＝２．７×１０９［１／（Ｈ・ｍ）］となる。
【０２１７】
【数１１】
2015106079.tif 000019
【０２１８】
なお、円筒体と磁性コアの間の領域のうち空気の断面積は、直径２４［ｍｍ］の円筒体の中空部の断面積から磁性コアの断面積とフィルムガイドの断面積を差し引いて計算した。
【０２１９】
したがって、定着装置１は下記の磁気抵抗の式を満たしており、前記コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下である。
【０２２０】
【数１２】
2015106079.tif 000020
【０２２１】
＜定着装置２＞
比較例として用いる定着装置２は、定着装置１の定着装置の構成に対して磁性コアの断面積と円筒形回転体の材質および断面積が異なる。すなわち、「コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下」を満たしていない構成である。この構成について説明する。特に、円筒形回転体が主磁路になっている構成について説明する。図１７は定着装置２の定着装置の断面図であり、電磁誘導発熱回転体は定着フィルムではなく定着ローラー１１を用いる。定着ローラー１１と加圧ローラー７の押圧力をもってニップＮを形成し、像担持体Ｐとトナー画像Ｔを挟ませて矢印方向に回転する構成である。
【０２２２】
定着ローラー１１の円筒体（円筒形回転体）１１ａは比透磁率６００、厚み１００μｍ、直径は４８ｍｍのニッケル（Ｎｉ）を用いる。なお、円筒体の材質がニッケルに限られるわけではなく、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）などの比透磁率の高い磁性金属を用いても良い。定着装置１の円筒体（円筒形回転体）が、非磁性材料であるアルミニウムであるのに対し、定着装置２では、磁性材料であるニッケルを用いている。
【０２２３】
磁性コア２は、分割されていない一体部品で円柱形状をしている。磁性コア２は、不図示の固定手段で定着ローラー１１内に配置させており、励磁コイル３にて生成された交流磁界による磁力線（磁束）を定着ローラー１１内部に誘導し、磁力線の通路（磁路）を形成する部材として機能する。この磁性コア２は、比透磁率が１８００、飽和磁束密度が５００ｍＴのフェライトであり、直径５ｍｍ、長さＢ＝２３０ｍｍである。その他の構成は定着装置１と同一である。発熱の模式図（図１８）に示すように、本構成では円筒体を磁路として通る磁力線が存在する。円筒体の内部を通る磁力線は、図中Ｅ／／に示すように渦電流を流して発熱に寄与する。この磁力線の通り道は、スリーブとコアが近傍に位置している部分に集中し、図のようにコアに最も近い所に発熱集中を起こす。
【０２２４】
定着装置２の各構成物のパーミアンスと磁気抵抗の計算結果を表５にまとめる。
【０２２５】
【表５】
2015106079.tif 000021
【０２２６】
また、定着装置２の各構成物のパーミアンスは下記のようになる。
磁性コアのパーミアンスＰｃ＝４．４×１０−８［Ｈ・ｍ］
円筒体内部のパーミアンスＰａ＝１．３×１０−１０＋２．１×１０−９［Ｈ・ｍ］
円筒体のパーミアンスＰｓ＝１．１×１０−８［Ｈ・ｍ］
よって、定着装置２は下記のパーミアンスの関係式を満たしていない。
Ｐｓ＋Ｐａ≦０．３０×Ｐｃ
これを磁気抵抗に置き換えると、
磁性コアの磁気抵抗Ｒｃ＝２．３×１０７［１／（Ｈ・ｍ）］
円筒体内部の磁気抵抗はフィルムガイドＲｆと円筒体内空気Ｒａｉｒの磁気抵抗の合成抵抗であるから、下記の式を用いて計算すると、Ｒａ＝４．５×１０８［１／（Ｈ・ｍ）］となる。
【０２２７】
【数１３】
2015106079.tif 000022
【０２２８】
円筒体の磁気抵抗Ｒｓ＝８．８×１０７［１／（Ｈ・ｍ）］であるから、ＲｓとＲａの合成磁気抵抗Ｒｓａは以下のように求められ、Ｒｓａ＝７．４×１０７［１／（Ｈ・ｍ）］となる。
【０２２９】
【数１４】
2015106079.tif 000023
【０２３０】
よって、定着装置２は下記の磁気抵抗の式を満たさず、定着装置２は、「前記コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下」ではない。
【０２３１】
【数１５】
2015106079.tif 000024
【０２３２】
この場合、アルミニウムの円筒形回転体内部には、一部周回電流と、一部図１５に示す方向の渦電流Ｅ⊥が流れ、両者が発熱に寄与していると考えられる。この渦電流Ｅ⊥について説明する。Ｅ⊥は材料の表面に近いほど大きく、材料の内部に行くにつれて指数関数的に小さくなるという性質がある。その深さを浸透深さδと言い、以下の式で表される。
δ＝５０３×（ρ／ｆμ）１／２  ・・・（３０）
δ：浸透深さ〔ｍ〕
ｆ：励磁回路の周波数〔Ｈｚ〕
μ：透磁率〔Ｈ／ｍ〕
ρ：抵抗率〔Ωｍ〕
浸透深さδは電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になるというものである。そしてその深さは周波数と透磁率、抵抗率に依存する。
【０２３３】
＜定着装置３＞
本定着装置３は先に説明をした定着装置１に関する他の例であり、円筒形回転体（導電層）としてオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用いた点が定着装置１と異なる。以下表６は参考として各種金属における抵抗率と比透磁率について纏め、式３０に従い２１ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、１００ｋＨｚにおける浸透深さδを計算した結果である。
【０２３４】
【表６】
2015106079.tif 000025
【０２３５】
表６によると、ＳＵＳ３０４は抵抗値が高く、比透磁率が低いため、浸透深さδが大きい。すなわち、電磁波は透過しやすいため誘導加熱の発熱体として好適に用いられることは少ない。よって従来の電磁誘導加熱方式の定着装置においては、高い電力の変換効率を実現することが困難であった。しかし、本定着装置においては、高い電力の変換効率を実現することが可能であることを示す。
【０２３６】
なお、定着装置３の構成は、円筒形回転体の材質としてＳＵＳ３０４を用いている以外は定着装置１の構成と同じである。定着装置の横断面形状も定着装置１と同様である。発熱層は、比透磁率１．０のＳＵＳ３０４を用い、膜厚３０μｍ、直径φ２４ｍｍとした。弾性層、表層は定着装置１と同様である。磁性コア、励磁コイル、温度検知部材、温度制御は定着装置１と同様である。
【０２３７】
定着装置３の各構成物のパーミアンスと磁気抵抗を下記の表７に示す。
【０２３８】
【表７】
2015106079.tif 000026
【０２３９】
表７から定着装置３の各構成物のパーミアンスは下記のようになる。
コアのパーミアンスＰｃ＝３．５×１０−７［Ｈ・ｍ］
円筒体内部のパーミアンスＰａ＝１．３×１０−１０＋２．５×１０−１０［Ｈ・ｍ］
円筒体のパーミアンスＰｓ＝２．８×１０−１２［Ｈ・ｍ］
よって、定着装置３は下記のパーミアンスの関係式を満たしている。
Ｐｓ＋Ｐａ≦０．３０×Ｐｃ
これを磁気抵抗に置き換えると、
磁性コアの磁気抵抗Ｒｃ＝２．９×１０６［１／（Ｈ・ｍ）］
円筒体内部の磁気抵抗はフィルムガイドＲｆと円筒体内空気Ｒａｉｒの磁気抵抗の合成抵抗であるから、下記の式を用いて計算すると、Ｒａ＝２．７×１０９［１／（Ｈ・ｍ）］となる。
【０２４０】
【数１６】
2015106079.tif 000027
【０２４１】
円筒体の磁気抵抗Ｒｓは、Ｒｓ＝３．５×１０１１［１／（Ｈ・ｍ）］となっているから、ＲｓとＲａとの合成磁気抵抗Ｒｓａは以下の式で計算できて、Ｒｓａ＝２．７×１０９［１／（Ｈ・ｍ）］となる。
【０２４２】
【数１７】
2015106079.tif 000028
【０２４３】
以上から定着装置３の定着装置は、下記の磁気抵抗の式を満たしており、前記コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下である。
【０２４４】
【数１８】
2015106079.tif 000029
【０２４５】
＜定着装置４＞
定着装置４として、定着装置１の構成に対して磁性コア２の断面積と円筒形回転体の材質および断面積が異な構成について説明する。本構成は「コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下」を満たしているものの円筒形回転体が一部、磁路になっている構成である。
【０２４６】
図１７は定着装置４の定着装置の断面図であり、電磁誘導発熱回転体は厚み２００μｍのニッケル製の定着フィルムを用いる。定着ローラー１１と加圧ローラー７の押圧力をもってニップＮを形成し、像担持体Ｐとトナー画像Ｔを挟ませて矢印方向に回転する構成である。
【０２４７】
定着ローラー１１の円筒体（円筒形回転体）１１ａは比透磁率６００、厚み０．２ｍｍ、直径は４８ｍｍのニッケル（Ｎｉ）を用いる。なお、円筒体の材質がニッケルに限られるわけではなく、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）などの比透磁率の高い磁性金属を用いても良い。
【０２４８】
磁性コア２は、分割されていない一体部品で円柱形状をしている。磁性コア２は、不図示の固定手段で定着ローラー１１内に配置させており、励磁コイル３にて生成された交流磁界による磁力線（磁束）を定着ローラー１１内部に誘導し、磁力線の通路（磁路）を形成する部材として機能する。この磁性コア２は、比透磁率が１８００、飽和磁束密度が５００ｍＴのフェライトであり、直径１２ｍｍ、長さＢ＝２３０ｍｍである。その他の構成は定着装置１と同一である。発熱の模式図に示すように、本構成では円筒体を磁路として通る磁力線が存在する。円筒体の内部を通る磁力線は、図中Ｅ／／に示すように渦電流を流して発熱に寄与する。この磁力線の通り道は、スリーブとコアが近傍に位置している部分に一部集中し、図のようにコアに最も近い所は発熱量が約１０％程度多くなる。
【０２４９】
定着装置４の定着装置の各構成物のパーミアンスの計算結果を表８にまとめる。
【０２５０】
【表８】
2015106079.tif 000030
【０２５１】
表８から定着装置４の各構成物のパーミアンスは下記のようになっている。
磁性コアのパーミアンス：Ｐｃ＝２．６×１０−７［Ｈ・ｍ］
円筒体内部のパーミアンス：Ｐａ＝１．３×１０−１０＋２．０×１０−９［Ｈ・ｍ］
円筒体のパーミアンス：Ｐｓ＝２．３×１０−８［Ｈ・ｍ］
よって、定着装置４は、下記のパーミアンスの関係式を満たす。
Ｐｓ＋Ｐａ≦０．３０×Ｐｃ
これを磁気抵抗に置き換えると、
磁性コアの磁気抵抗：Ｒｃ＝３．９×１０６［１／（Ｈ・ｍ）］
円筒体内部の磁気抵抗：Ｒａ＝４．８×１０８［１／（Ｈ・ｍ）］
円筒体の磁気抵抗：Ｒｓ＝４．４×１０７［１／（Ｈ・ｍ）］
ＲｓとＲａの合成磁気抵抗：Ｒｓａ＝４．０×１０７［１／（Ｈ・ｍ）］
よって、定着装置４は、下記の磁気抵抗の式を満たしており、前記コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下である。
【０２５２】
【数１９】
2015106079.tif 000031
【０２５３】
次に、トナーに関して説明する。
以下の実施例において、部数は質量部基準である。
【０２５４】
＜結晶性樹脂１の製造＞
窒素導入管、脱水管、撹拌器および熱電対を装備した反応槽中に、アルコールモノマーとして１，６−ヘキサンジオール、１，１２−ドデカンジオール、およびカルボン酸モノマーとして１，１２−ドデカン二酸を表９に示す量を投入した。そして、触媒としてジオクチル酸スズをモノマー総量１００質量部に対して１質量部添加し、窒素雰囲気下で１４０℃に加熱して常圧下で水を留去しながら８時間反応させた。次いで、２００℃まで１０℃／時間で昇温しつつ反応させ、２００℃に到達してから２時間反応させた後、反応槽内を５ｋＰａ以下に減圧して２００℃で３時間反応させて結晶性樹脂１を得た。結晶性樹脂１の物性を表９に示す。
【０２５５】
＜結晶性樹脂２〜５の製造＞
モノマーの種類および使用量を表９に記載のように変更し、それ以外は、結晶性樹脂１と同様にして結晶性樹脂２〜５を得た。
【０２５６】
結晶性樹脂２〜５の物性を表９に示す。
【０２５７】
＜結晶性樹脂６の製造＞
窒素導入管、脱水管、撹拌器および熱電対を装備した反応槽中に、アルコールモノマーとして１，１２−ドデカンジオール、およびカルボン酸モノマーとしてセバシン酸を表６に示す量を投入した。そして、触媒としてジオクチル酸スズをモノマー総量１００質量部に対して１質量部添加し、窒素雰囲気下で１４０℃に加熱して常圧下で水を留去しながら８時間反応させた。次いで、２００℃まで１０℃／時間で昇温しつつ反応させ、２００℃に到達してから２時間反応させた後、反応槽内を５ｋＰａ以下に減圧して２００℃で３時間反応させて樹脂６を得た。次に、窒素雰囲気下で、滴下ロート、リービッヒ冷却管および撹拌機を備えた耐圧反応機に上記により得られた樹脂１を１００質量部としてキシレン７０質量部および得られた樹脂１を入れて２００℃まで昇温させた。これに、表６に示すスチレン、アクリル酸および、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルパーオキサイド  １部の混合物を滴下ロートに仕込んだものを２時間かけて加圧下（０．３１ＭＰａ）で滴下した。滴下後、さらに２００℃で３時間反応を行い、重合を完了させて、７５℃で加熱しながら減圧してキシレンを除去し、さらに、シクロヘキサンで洗浄して結晶性樹脂６を得た。得られた結晶性樹脂の物性を表９に示す。
【０２５８】
【表９】
2015106079.tif 000032
【０２５９】
（非晶質ポリエステル１の製造例）
減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置、撹拌装置を備えたオートクレープ中に表１０に記載したポリエステルモノマーおよびテトラブトキシチタネート０．０２５部を仕込み、窒素雰囲気下、常圧下で２１０℃で５時間反応を行った。その後、テトラブトキシチタネートを０．０１０部追加し、２２０℃で３時間反応させ、さらに１０〜２０ｍｍＨｇの減圧下で２時間反応して非晶質ポリエステル１を得た。得られた物性を表１０に示す。
【０２６０】
（非晶質ポリエステル２の製造例）
非晶質ポリエステル１の製造例において、ポリエステルモノマーの仕込み量を表１０の通りに変更した以外は同様の方法で非晶質ポリエステル２を得た。得られた物性を表１０に示す。
【０２６１】
（非晶質ポリエステル３の製造例）
非晶質ポリエステル１の製造例において、ポリエステルモノマーの仕込み量を表１０の通りに変更し、さらに追加のテトラブトキシチタネートを０．０２０部に変更した以外は同様の方法で非晶質ポリエステル３を得た。得られた物性を表１０に示す。
【０２６２】
（非晶質ポリエステル４の製造例）
非晶質ポリエステル３の製造例において、ポリエステルモノマーの仕込み量を表１０の通りに変更した以外は同様の方法で非晶質ポリエステル４を得た。得られた物性を表１０に示す。
【０２６３】
【表１０】
2015106079.tif 000033
【０２６４】
（トナー製造例１）
イオン交換水３３２質量部にＮａ３ＰＯ４・１２Ｈ２Ｏを５質量部投入し温度６０℃に加温した後、撹拌機（クレアミックス、エム・テクニック社製）を用いて毎秒５８．３回転（３５００ｒｐｍ）にて撹拌した。これに１．０モル／リットル−ＣａＣｌ２水溶液２７質量部を添加し、Ｃａ３（ＰＯ４）２を含む水系媒体を得た。
【０２６５】
また、下記の材料をプロペラ式攪拌装置にて１００ｒ／分で均一に溶解混合して樹脂含有単量体を調製した。
・スチレン４５質量部
・ｎ−ブチルアクリレート  ２５質量部
・結晶性樹脂１  ５質量部
・非晶質ポリエステル樹脂１  ４質量部
また、下記の材料をアトライターで分散し、微粒状着色剤含有単量体を得た。
・スチレン  ３０質量部
・Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３７．４質量部
・帯電制御剤ボントロンＥ−８８（オリエント化学社製）  ５．０質量部
【０２６６】
次に、該微粒状着色剤含有単量体と該樹脂含有単量体を均一に混合し、ワックス（ＨＮＰ−５１；日本精蝋社製）９．０質量部を添加して重合性単量体組成物を得た後、該重合性単量体組成物を６０℃に加温した。次いで、該重合性単量体組成物を上記水系媒体中に投入して撹拌機（クレアミックス、エム・テクニック社製）を用いて毎秒５８．３回転（３５００ｒｐｍ）にて１０分間撹拌して重合性単量体組成物を造粒して該重合性単量体組成物の粒子を形成した。
【０２６７】
そして、これに重合開始剤ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシピバレート１０．０質量部を加えて１０分間造粒を継続させた。
【０２６８】
その後、プロペラ式攪拌装置に移して１００ｒ／分で攪拌しつつ、７０℃で５時間反応させた後、８５℃まで昇温し、さらに２時間反応を行い、重合反応を行った。重合反応終了後、該粒子を含むスラリーを室温（２５℃）まで冷却し、該懸濁液に塩酸を加えて燐酸カルシウム塩を溶解し、濾過・水洗を行い、湿潤着色粒子を得た。そして、上記着色粒子を温度４０℃にて１２時間乾燥しトナー粒子１を得た。
【０２６９】
１００質量部のトナー粒子１と、ＢＥＴ値が３００ｍ２／ｇであり、一次粒径が８ｎｍの疎水性シリカ微粒子１．６質量部とをヘンシェルミキサー（三井三池化工機（株））で混合してＣｙトナー１を得た。Ｃｙトナー１の物性を表１１に示す。
【０２７０】
（トナー製造例２）
トナー製造例１のＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３をＣ．Ｉ．ピグメントレッド２６９に変更し、また、非晶質ポリエステル１を非晶質ポリエステル２に変更する以外は同様の方法により、それぞれＭｇトナー１を得た。トナーの物性を表１１に示す。
【０２７１】
（トナー製造例３）
トナー製造例１のＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３をＣ．Ｉ．ピグメントイエロー９３に変更し、また、非晶質ポリエステル１を非晶質ポリエステル３に変更する以外は同様の方法により、Ｙｅトナー１を得た。トナーの物性を表１１に示す。
【０２７２】
（トナー製造例４）
トナー製造例１のＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３をカーボンブラックに変更し、また、非晶質ポリエステル１を非晶質ポリエステル４に変更する以外は同様の方法により、Ｂｋトナー１を得た。トナーの物性を表１１に示す。
【０２７３】
（トナー製造例５）
トナー製造例１において、結晶性樹脂１の添加量を１０．０質量部に変更する以外は同様の手法によりＣｙトナー２を得た。Ｃｙトナー２の物性を表１１に示す。
【０２７４】
（トナー製造例６）
トナー製造例５において、結晶性樹脂１を結晶性樹脂２に変更し、ワックスをベヘン酸ベヘニル（融点；７３．８℃）９部とＨＮＰ５１  ３部に変更する以外は同様の手法によりＣｙトナー３を得た。トナー６の物性を表１１に示す。
【０２７５】
（トナー製造例７）
トナー製造例５において、結晶性樹脂１を結晶性樹脂３に変更して添加量を７０質量部とし、ワックスをセバシン酸ジベヘネート（融点；７３．３）  １２部に変更する以外は同様の手法によりＣｙトナー４を得た。Ｃｙトナー４の物性を表１１に示す。
【０２７６】
（トナー製造例８）
トナー製造例６において、結晶性樹脂１を結晶性樹脂４に変更する以外は同様の手法によりＣｙトナー５を得た。Ｃｙトナー５の物性を表１１に示す。
【０２７７】
（トナー製造例９）
トナー製造例５において、結晶性樹脂１を結晶性樹脂５に変更し、ワックスをＨＮＰ−９（日本精蝋社製）にする以外は同様の手法によりＣｙトナー６を得た。Ｃｙトナー６の物性を表１１に示す。
【０２７８】
（トナー製造例１０）
トナー製造例１において、結晶性樹脂１を結晶性樹脂６に変更し、ワックスをＨＮＰ−９（日本精蝋社製）にする以外は同様の手法によりＣｙトナー７を得た。Ｃｙトナー７の物性を表１１に示す。
【０２７９】
【表１１】
2015106079.tif 000034
【０２８０】
＜実施例１＞
実施例の未定着画出しには、市販のカラーレーザープリンターＬＢＰ７２００Ｃ（Ｃａｎｏｎ社製）を用いた。
【０２８１】
上記評価機の定着装置を取り出し、未定着画像を出力できるように改造を施した。
【０２８２】
記録材としては、Ｌｅｔｔｅｒサイズのカラーレーザーコピア用紙（ヒューレットパッカード社製、９０ｇ／ｍ２）を使用した。そして、市販のブラックカートリッジから製品トナーを抜き取り、エアーブローにて内部を清掃した後、トナー１を５０ｇ充填した。なお、マゼンタ、イエロー、シアンの各ステーションには、それぞれ製品トナーを抜き取り、トナー残量検知機構を無効としたマゼンタ、イエロー、およびシアンカートリッジを挿入した。
【０２８３】
温度２３℃、相対湿度５０％の環境下で、トナー載り量０．９ｍｇ／ｃｍ２となるように未定着画像を出力した。なお画像は、べた画像で、左右のそれぞれ８０ｍｍ、上下それぞれ１０ｍｍの余白となるように調整した。
【０２８４】
次に、上記未定着画像を、定着装置１に通紙し、通紙画像を評価した。
評価は、前記した温度制御手段に基づき、定着器の投入電力を長手中央部のターゲット温度に合わせて制御し、ターゲット温度が１３０℃〜２００℃まで１０℃刻みで評価できるように調整し得られたベタ画像を以下の基準に則り目視で判断して評価した。なお加圧ローラーの回転速度２５０ｍｍ／秒とした。評価結果を表１２に示す。
【０２８５】
耐ブリスター性能評価基準
Ａ：１５０℃以上でブリスターが発生しない。
Ｂ：１６０℃以上でブリスターが発生しない。
Ｃ：１７０℃以上でブリスターが発生しない。
Ｄ：１８０℃以上でブリスターが発生しない。
【０２８６】
＜実施例２〜１２＞
トナー処方および定着装置を表１２に記載のように変更した以外は、実施例１と同様にして、評価をおこなった。トナー２〜７の物性を表１２に示す。また、実施例１と同様にして評価を行った結果を表１２に示す。
【０２８７】
＜比較例１〜２＞
トナー処方および定着装置を表１２に記載のように変更した以外は、実施例１と同様にして、評価をおこなった。また、実施例１と同様にして評価を行った結果を表１２に示す。
【０２８８】
【表１２】
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【符号の説明】
【０２８９】
１  定着フィルム
１ａ  導電層（円筒形回転体）
１ｂ  弾性層
１ｃ  離型層
２  磁性コア
２ｃ  閉磁路の磁性コア
３  励磁コイル
４  温度検知素子
７  加圧ローラー
９  ニップ部形成部材
Ｎ  ニップ部
Ｍ  誘導起電力安定領域
Ｂｉｎ  円筒形回転体としてのローラー１の中を紙面奥方向に向かう磁力線
Ｂｏｕｔ  円筒形回転体としてのローラー１の外を紙面手前方向に戻ってくる磁力線
１１ａ  導電層
１１ｂ  弾性層
１１ｃ  離型層
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊ  分割した磁性コア
１２  励磁コイル
２１  定着ローラー
２１ａ  導電層
２１ｂ  弾性層
２１ｃ  離型層
２２  励磁コイル
２３  加圧ステー
２４  温度検知素子
Ｂｉｎ  磁性コア内部の磁路を通る磁束
Ｂｎｉ  ニッケルの材料内部の磁路を通る磁束
１００  本実施例に従う画像形成装置
２００  円筒形回転体
２００ａ  円筒形回転体の材料内部
Ｂ／／  軸Ｘと平行方向に発生する磁場
Ｅ／／  Ｂ／／によって発生する渦電流
Ｂ⊥  軸Ｘと⊥方向に発生する磁場
Ｅ⊥  Ｂ⊥によって発生する渦電流
Ｂｃｏｕ  金属ステーの中を通る反対向きの磁束
Ｌｓ  定着フィルムの長手長さ
Ｌｔ  補強ステーの長手長さ
Ｌｃ  磁性コアの長手長さＬｐ  画像形成領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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