(57)【要約】【課題】ニップ部での異音の発生を低減でき、定着回転部材の回転トルクを低減できるようにする。【解決手段】定着回転部材１００の回転の開始から停止までの一連の動作を、ニップ部Ｎ２の温度をトナーの融点＋１０℃以上の温度に維持した上で完結させることを特徴とする。【選択図】図２
2012103410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着回転部材と、前記定着回転部材と接触してニップ部を形成するバックアップ部材と、前記定着回転部材と前記バックアップ部材のうち少なくとも何れか一方を加熱する発熱体と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材にトナー像を加熱定着する定着装置において、
前記定着回転部材の回転の開始から停止までの一連の動作を、前記ニップ部の温度をトナーの融点＋１０℃以上の温度に維持した上で完結させることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着回転部材と接触してニップ部を形成するバックアップ部材と、前記定着回転部材と前記バックアップ部材のうち少なくとも何れか一方を加熱する発熱体と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材にトナー像を加熱定着する定着装置において、
前記定着回転部材の回転の開始から停止までの一連の動作を、前記ニップ部の温度をトナーのガラス転移点＋１０℃以下の温度に維持した上で完結させることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
前記定着回転部材が弾性ゴムローラであり、前記バックアップ部材が弾性ゴムローラであり、前記発熱体が通電により発熱して前記定着回転部材の表面を加熱するヒータであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記定着回転部材が筒状の定着ローラであり、前記バックアップ部材が加圧シートであり、前記発熱体が通電により発熱して前記定着回転部材の内面を加熱するヒータであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機や電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載する定着装置（定着器）に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式の複写機やプリンタに搭載される定着装置（定着器）として、熱ローラ方式のものが知られている。このタイプの定着装置は、定着ローラと、定着ローラの外周面（表面）と接触して定着ニップ部を形成する加圧ローラと、定着ローラ表面を加熱するヒータなどを有している（特許文献１参照）。未定着のトナー像を担持する記録材は定着装置の定着ニップ部で挟持搬送され、これにより記録材上のトナー像は記録材に加熱定着される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３６４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱ローラ方式の定着装置では、定着ニップ部において定着ローラ表面と加圧ローラの外周面（表面）との摺動がスムーズに行われないときに発生する異音を低減するとともに、定着ローラの回転トルクを低減することが求められている。
【０００５】
本発明の目的は、ニップ部での異音の発生を低減でき、定着回転部材を回転させるために必要なトルクを軽減できるようにした定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、定着回転部材と、前記定着回転部材と接触してニップ部を形成するバックアップ部材と、前記定着回転部材と前記バックアップ部材のうち少なくとも何れか一方を加熱する発熱体と、を有し、前記ニップ部でトナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材にトナー像を加熱定着する定着装置において、
前記定着回転部材の回転の開始から停止までの一連の動作を、前記ニップ部の温度をトナーの融点＋１０℃以上の温度に維持した上で完結させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ニップ部での異音の発生を低減でき、定着回転部材を回転させるために必要なトルクを軽減できるようにした定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】画像形成装置の一例の概略構成を表す横断側面模式図
【図２】実施例１に係る定着装置の概略構成を表す横断側面模式図
【図３】従来の定着シーケンスでトナー像の加熱定着を行った場合の圧接部の温度とサーミスタの検知温度の温度変化を表す図
【図４】従来の定着シーケンスでトナー像の加熱定着を行った場合の圧接部の温度と音圧との関係を表す図
【図５】定着ローラ表面がセラミックヒータ表面に接触しつつ回転するときに圧接部で起きている状態を表す図
【図６】定着ローラ表面の加熱ニップ部下流側端部のトナー滞留有りとトナー滞留無しの場合の芯金上のトルク変化を表す図
【図７】圧接部の温度と定着ローラの最大−最小トルク差との関係を表す図
【図８】リバーシングヒートフローに対するガラス転移点及びトナーの融点の関係を表す図
【図９】実施例１に係る定着装置で使用するトナーの粘度と温度との関係を表す図
【図１０】実施例１に係る定着装置で加熱定着を行った場合の圧接部の温度変化を表す図
【図１１】実施例１に係る定着装置で加熱定着を行わない場合の圧接部Ｎ１の温度変化を表す図
【図１２】実施例２に係る定着装置の概略構成を表す横断側面模式図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施例１］
（１）画像形成装置例
図１は本発明に係る像加熱装置を定着装置として搭載する画像形成装置の一例の概略構成を表す横断側面模式図である。この画像形成装置は電子写真式のレーザービームプリンタである。
【００１０】
本実施例に示す画像形成装置１は、ホストコンピュータなどの外部装置（不図示）から出力されるプリント指令に応じて制御手段としての制御部１１が所定の画像形成シーケンスと定着シーケンスを実行する。制御部１１はＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとからなっている。メモリには画像形成シーケンスと定着シーケンス、及び画像形成に必要な各種プログラムなどが記憶されている。
【００１１】
本実施例に示す画像形成装置は、画像形成装置の筐体を構成する画像形成装置本体（以下、「装置本体」という）１Ａの内部に、シートカセット２と、シート給送装置３と、画像形成部４と、像加熱装置としての定着装置５などを有している。画像形成部４は、像担持体としてのドラム状の回転可能な電子写真感光体（以下、「感光体ドラム」という。）４１を有している。そしてこの感光体ドラム４１の周囲に、帯電部材としての帯電ローラ４２と、露光手段としてのレーザースキャナユニット４３と、現像手段としての現像装置４４と、転写部材としての転写ローラ４５と、クリーニング装置４６などを有している。
【００１２】
制御部１１は、所定の画像形成シーケンスに従ってシート給送装置３と画像形成部４の駆動を行う。本体モータ（不図示）の回転駆動により感光体ドラム４１を所定の周速度（プロセススピード）で矢印方向へ回転する。この感光体ドラム４１の回転過程において帯電部材としての帯電ローラ４２に所定の帯電バイアスを印加することよって、感光体ドラム４１表面を所定の極性、電位に一様に帯電する。そして外部装置からの画像情報に応じて生成したビットマップデータに基づいて露光手段としてのレーザスキャナユニット４３をオン／オフ制御して感光体ドラム４１表面の帯電面にレーザ光を走査露光する。これによって感光体ドラム４１表面の帯電面に画像情報に応じた静電潜像（静電像）が形成される。そして現像手段としての現像装置４４に感光体ドラム４１と対向するように設けられた現像スリーブ（現像剤担持部材）４４ａによってトナー（現像剤）を感光体ドラム４１表面の静電潜像に付着させることにより静電潜像をトナー像として現像する。
【００１３】
給送モータ（不図示）の回転駆動によりシート給送装置３に設けられたピックローラ３１の回転を行う。このピックローラ３１の回転によりシートカセット２の内部に積載された状態に収納されている記録材Ｐはシートカセット２から１枚ずつ分離されてフィードローラ３２とリタードローラ３３との間に給送される。この記録材Ｐはフィードローラ３２とリタードローラ３３とで挟持されその状態に搬送されてレジストローラ３４に達する。レジストローラ３４は、レジストモータ（不図示）の回転駆動により回転され、フィードローラ３２から搬送されてきた記録材Ｐを挟持して所定のタイミングで感光体ドラム４１表面と転写ローラ４５の外周面（表面）との間の転写ニップ部Ｎｔに送り出す。この記録材Ｐを感光体ドラム４１表面と転写ローラ４５表面とで挟持しその状態に搬送ベルト３５側に搬送する。この搬送過程において転写ローラ４５に所定の転写バイアスが印加され、これにより感光体ドラム４１表面のトナー像は記録材Ｐに転写される。トナー像転写後の感光体ドラム４１表面は、クリーニング装置４６において感光体ドラム４１表面と接触するように設けられたクリーニングブレード４６ａにより転写残トナーなどの残留物が除去され、次の画像形成に供される。
【００１４】
未定着のトナー像を担持した記録材Ｐは、搬送ベルト３５により入口ガイド３６に搬送され、この入口ガイド３６を介して定着装置５の定着ローラ１００と加圧ローラ１２０との間の定着ニップ部Ｎ２に導入される。定着装置５は後述する定着シーケンスに従って記録材Ｐ上のトナー像を記録材Ｐに加熱定着する。定着装置５を出た記録材Ｐは排出ローラ３７によりシート排出積載台３８に排出される。定着シーケンスによる定着装置５の加熱定着動作については追って詳しく説明する。
【００１５】
画像形成部４における感光体ドラム４１と、帯電ローラ４２と、現像装置４４と、クリーニング装置４６はフレーム（不図示）を介して一体的に結合されたプロセスカートリッジＢとして構成してある。このプロセスカートリッジＢは装置本体１Ａに取り外し可能に装着されている。
【００１６】
（２）定着装置の構成
以下の説明において、定着装置及び定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向をいう。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向をいう。長さとは長手方向の寸法である。幅とは短手方向の寸法である。
【００１７】
図２は定着装置５の概略構成を表す横断側面模式図である。本実施例に示す定着装置５は、定着回転部材としての定着ローラ１００と、加熱体支持部材としてのヒータホルダ１１２と、発熱体としてのヒータ１１１と、バックアップ部材としての加圧ローラ１２０などを有している。定着ローラ１００と、ヒータホルダ１１２と、ヒータ１１１と、加圧ローラ１２０は、何れも長手方向に長い部材である。
【００１８】
定着ローラ１００は、細長い芯金１０１と、芯金１０１の長手方向両端側を除く長手方向中央部の外周面上に設けられた弾性層１０２と、弾性層１０２の外周面上に設けられた離型層１０３と、を有する弾性ゴムローラである。弾性層１０２の材料としてシリコンゴムを用い、離型層１０３の材料としてＰＦＡを用いている。定着ローラ１００の外径は１４．０４ｍｍに、芯金１０１の外径は８ｍｍに、それぞれ設定してある。弾性層１０２の厚みは３ｍｍに設定してある。離型層１０３の厚みは２０μｍに設定してある。この定着ローラ１００は、定着ローラ１００の芯金１０１の長手方向両端側の露出部（不図示）が定着装置５の定着フレーム（不図示）に軸受（不図示）を介して回転可能に支持されている。
【００１９】
定着ローラ１００の上方において定着ローラ１００と平行に配設された耐熱性のヒータホルダ１１２は、ヒータホルダ１１２の長手方向両端側が定着フレームに支持されている。ヒータホルダ１１２の短手方向中央には長手方向に沿って溝１１２ａが形成されており、この溝１１２ａにセラミックヒータ１１１が後述の絶縁保護層１１１ｃを表出させた状態に嵌め込まれて固定支持されている。
【００２０】
ヒータ１１１として、通電により発熱するセラミックヒータを用いている。セラミックヒータ１１１は、熱伝導性の絶縁性セラミック材料からなる細長いヒータ基板１１１ａを有している。ヒータ基板１１１ａの定着ローラ１００側の表面には、ヒータ基板１１１ａの長手方向に沿ってＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ２、Ｔａ２Ｎなどの材料を用いて通電発熱抵抗層１１１ｂがスクリーン印刷などにより線状若しくは細帯状に形成してある。またヒータ基板１１１ａの表面には、通電抵抗発熱層１１１ｂの保護、及び絶縁の確保を目的として、通電抵抗発熱層１１１ｂを覆うようにガラス、ポリイミド樹脂等からなる絶縁保護層１１１ｃが設けてある。本実施例では、セラミックヒータ１１１として、ヒータ基板１１１ａの幅が６ｍｍ、発熱量７００Ｗのものを用いている。
【００２１】
加圧ローラ１２０は、定着ローラ１００の下方に配設されている。この加圧ローラ１２０は、細長い芯金１２１と、芯金１２１の長手方向両端側を除く長手方向中央部の外周面上に設けられた弾性層１２２と、弾性層１２２の外周面上に設けられた離型層１２３と、を有する弾性ゴムローラである。弾性層１２２の材料としてシリコンゴムを用い、離型層１２３の材料としてＰＦＡを用いている。加圧ローラ１２０の外径は１６．０１ｍｍに、芯金１２１の外径は１２ｍｍに、それぞれ設定してある。弾性層１２２の厚みは２ｍｍに設定してある。離型層１２３の厚みは５０μｍに設定してある。この加圧ローラ１２０は、加圧ローラ１２０の芯金１２１の長手方向両端側の露出部（不図示）が定着フレームにブラケット１２１Ｂ（図１参照）を介して回転可能に支持されている。
【００２２】
ヒータホルダ１１２の長手方向両端側は加圧バネなどの付勢部材Ｓ１（図１参照）により定着ローラ１１０の母線方向と直交する方向に所定の加圧力（総圧３９．２Ｎ（４ｋｇ重））で付勢されている。加圧ローラ１２０の芯金１２１の長手方向両端側のブラケット１２１Ｂは加圧バネなどの付勢部材Ｓ２（図１参照）により加圧ローラ１２０の母線方向と直交する方向に所定の加圧力（総圧９８Ｎ（１０ｋｇ重））で付勢されている。これにより、セラミックヒータ１１１の絶縁保護層１１１ｃの表面と定着ローラ１１０の外周面（表面）は付勢部材Ｓ１，Ｓ２の加圧力に応じて加圧状態に接触する。また、加圧ローラ１２０の外周面（表面）と定着ローラ１１０表面も付勢部材Ｓ１，Ｓ２の加圧力に応じて加圧状態に接触する。
【００２３】
セラミックヒータ１１１の絶縁保護層１１１ｃ表面（以下、セラミックヒータ１１１表面という）と定着ローラ１１０表面との接触領域では、付勢部材Ｓ１，Ｓ２の加圧力に応じて定着ローラ１１０の弾性層１０２が弾性変形する。これによりセラミックヒータ１１１表面と定着ローラ１１０表面とで所定幅の加熱ニップ部（以下、圧接部という）Ｎ１が形成される。一方、定着ローラ１１０表面と加圧ローラ１２０表面との接触領域では、付勢部材Ｓ１，Ｓ２の加圧力に応じて定着ローラ１１０と加圧ローラ１２０の弾性層１０２，１２２が弾性変形する。これにより定着ローラ１１０表面と加圧ローラ１２０表面とで所定幅の定着ニップ部（ニップ部）Ｎ２が形成される。
【００２４】
定着ローラ１００をヒータホルダ１１２と加圧ローラ１２０とで上下から挟み込むように構成することで、定着ローラ１００の芯金１０１の撓みを相殺または抑制することができる。本実施例では、定着ローラ１００に対して加圧する上下の加圧力が異なるため、定着ローラ１００の芯金１０１の長手方向中央部の撓みが発生する。そこで、セラミックヒータ１１１を定着ローラ１００に均等に圧接するために、ヒータホルダ１１２の形状は、高さ方向の厚みが短手方向中央部から短手方向両端にかけて３５０μｍ増加する逆クラウン形状としている。
【００２５】
（３）定着装置５の加熱定着処理の説明
制御部１１は、所定の定着シーケンスに従って通電制御部１３及び回転駆動制御部１２をその順に制御する。先ず、通電制御部１３によりセラミックヒータ１１１の通電発熱抵抗層１１１ｂに通電する。これにより通電発熱抵抗層１１１ｂが発熱しセラミックヒータ１１１は急速に昇温して圧接部Ｎ１で定着ローラ１００表面を加熱する。セラミックヒータ１１１のヒータ基板１１１ａのヒータホルダ１１２側の裏面には温度検知部材としてのサーミスタ１１３が設けられており、このサーミスタ１１３でヒータ基板１１１ａの温度を検知する。通電制御部１３は、サーミスタ１１３の温度検知信号（出力信号）を取り込み、この温度検知信号に基づいてセラミックヒータ１１１が所定の定着温度（以下、目標温度という）を維持するように通電発熱抵抗層１１１ｂへの通電量を制御する。セラミックヒータ１１１が所定の目標温度に維持された状態では、定着ローラ１００の表面温度、及び定着ニップ部Ｎ２の温度も所定の目標温度に維持されている。従って、サーミスタ１１３で検知したヒータ基板１１１ａの温度を、定着ニップ部Ｎ２の温度と做すことができる。
【００２６】
次に、回転駆動制御部１２により定着モータＭの回転駆動を行う。定着モータＭの出力軸の回転は所定の減速ギア機構（不図示）を介して定着ローラ１００の芯金１０１に伝達される。これにより定着ローラ１００は、定着ローラ１００表面が圧接部Ｎ１でセラミックヒータ１１１表面と接触しつつ矢印方向に所定の周速度（１００ｍｍ／ｓｅｃ）で回転する。定着ローラ１００の回転は、定着ニップＮ２における定着ローラ１００表面と加圧ローラ１２０表面との間の動摩擦力によって加圧ローラ１２０表面に駆動力として伝達される。これにより加圧ローラ１２０は、定着ローラ１００の回転に追従して矢印方向に定着ローラ１００と等速度で回転する。
【００２７】
セラミックヒータ１１１を目標温度に維持し、かつ定着モータＭを回転駆動している状態において、未定着のトナー像ｔを担持する記録材Ｐは定着ローラ１００表面と対向するようにトナー像担持面を上向きにして定着ニップ部Ｎ２に導入される。この記録材Ｐは定着ニップ部Ｎ２で定着ローラ１００表面と加圧ローラ１２０表面とで挟持されその状態に搬送（挟持搬送）される。この搬送過程において記録材Ｐ上のトナー像ｔは、定着ローラ１００表面より印加される熱によって溶融され、定着ローラ１００表面と加圧ローラ１２０表面とで印加されるニップ圧により加圧されて、記録材Ｐの面上に加熱定着される。トナー像ｔが加熱定着された記録材Ｐは排出ローラ３７に搬送される。
【００２８】
（４）異音の発生原因の説明
定着装置５による加熱定着処理において、定着ニップ部Ｎ２の温度が所定の定着温度よりも高い場合に、トナー像ｔのトナーの一部が記録材Ｐに加熱定着されずに、定着ローラ１００表面に付着することがある。また、定着ニップ部Ｎ２の温度が所定の定着温度よりも低い場合にも、トナー像ｔのトナーの一部が定着ローラ１００表面に付着することがある。また、定着ローラ１００表面に付着したトナーは、定着ローラ１００の回転によって圧接部Ｎ１に向けて搬送され、定着ローラ１００表面の圧接部上流側端部Ｎ１ｕ（図２参照）に滞留する。同様の現象は、トナーの帯電極性が負の場合に、加圧ローラ１２０表面が定着ローラ１００表面に比べて負に帯電していると発生することがある。トナーの帯電極性が正の場合は逆となる。
【００２９】
画像形成シーケンスと定着シーケンスの終了後（プリント終了後）にセラミックヒータ１１１への通電が停止されると、圧接部Ｎ１の温度がトナーの融点以下になる。すると、定着ローラ１００表面の圧接部上流側端部Ｎ１ｕに滞留したトナーは固まる。
【００３０】
定着ローラ１００表面の圧接部上流側端部Ｎ１ｕに固体化したトナーが滞留している状態から、従来の定着シーケンスで加熱定着を行った場合の温度変化を図３に示す。測定した温度は、サーミスタ１１３の検知温度と、圧接部Ｎ１の長手方向及び短手方向中央部の温度（以下、圧接部Ｎ１の温度という）である。実線が圧接部Ｎ１の温度、破線がサーミスタ１１３の検知温度である。圧接部Ｎ１の温度は定着ローラ１００表面とセラミックヒータ１１１表面との間に温度測定センサとしての熱電対をはさんで測定した値とした。
【００３１】
常温から目標温度まで定着ローラ１００表面を加熱する従来の定着シーケンスでは、定着ローラ１００の回転とセラミックヒータ１１１への通電を同時に開始する。これにより圧接部Ｎ１の温度は常温から目標温度まで上昇していく。しかし、圧接部Ｎ１の温度が上昇していく途中で、圧接部Ｎ１において異音が発生する場合があった。
【００３２】
ただし、プリント直後などで、定着ローラ１００表面が温まっている場合には、異音が発生することは少なかった。また、圧接部Ｎ１にトナーが滞留していない場合には異音が発生することはなく、圧接部Ｎ１にトナーが滞留した場合に異音が発生することがわかった。
【００３３】
そこで、圧接部Ｎ１で発生する異音を以下の方法で定義する。音の測定方法として、暗騒音３０ｄＢ（Ａ）の無響室に定着装置５を設置し、定着装置５の前面（定着ローラ１００の芯金１０１長手軸に対して垂直方向）から５０ｃｍに相当する位置に、騒音計「ＮＬ−０２」（リオン株式会社製）を設置した。圧接部Ｎ１で発生する音を測定するために、定着装置５は画像形成装置１からはずされており、他の種々の作動音が発生しないように改造されている。そしてこの定着装置５の圧接部Ｎ１にトナーが滞留していない状態で定着ローラ１００を回転させたときの音圧ＸｄＢ（Ａ）を測定した。またこの定着装置５の圧接部Ｎ１にトナーが滞留している状態で定着ローラ１００を回転させたときの音圧ＹｄＢ（Ａ）を測定した。そしてこれらの音圧の差Δ＝（Ｙ−Ｘ）ｄＢ（Ａ）を加熱ニップ部Ｎ１で発生した異音として算出する。
【００３４】
セラミックヒータ１１１の制御目標温度を変えていき、音圧の差がどのように変化するかを測定した。図４に測定結果を示す。図４は、圧接部Ｎ１の温度の変化に対して、音圧の差がどのように変化するかを示している。音圧の差が１０ｄＢ以上の場合には、明らかに異音が発生していると判断出来た。また、音圧の差が１０ｄＢ以上となるときの、圧接部Ｎ１の温度領域は８０℃より高く１１０℃より低い領域であった。この測定で、圧接部Ｎ１で発生した異音は、ある温度で急に発生し始め、ある温度で急に発生しなくなることがわかった。
【００３５】
ここで、圧接部Ｎ１で発生する異音について説明する。問題となっている音の原因は、スティックスリップと呼ばれている現象である。スティックスリップは、圧接部Ｎ１で定着ローラ１００表面がセラミックヒータ１１１表面と接触しつつ移動するときのセラミックヒータ１１１表面に対する定着ローラ１００表面の摺動がスムーズでない場合に発生する。定着ローラ１００表面がセラミックヒータ１１１表面と摺動するときに、圧接部Ｎ１で起きている状況を図５に示す。図５では、説明の都合上、定着ローラ１００の回転方向を図２に示す定着ローラ１００とは逆方向としている。
【００３６】
まず、定着ローラ１００が停止している状態（図５−（ａ））から、定着ローラ１００の芯金１０１を微小角度回転する。すると、定着ローラ１００表面とセラミックヒータ１１１表面との間の静止摩擦力によって摺動できない定着ローラ１００は定着ローラ１００表面の圧接部上流側端部Ｎ１ｕが弾性変形する（図５−（ｂ））。さらに芯金１０１を微小角度回転すると、定着ローラ１００表面の上記圧接部上流側端部Ｎ１ｕはさらに弾性変形する（図５−（ｃ））。この圧接部上流側端部Ｎ１ｕの弾性変形によって生じた弾性力が静止摩擦力を上回ると定着ローラ１００表面はセラミックヒータ１１１表面を滑り始める（図５−（ｄ））。このとき、定着ローラ１００表面の圧接部上流側端部Ｎ１ｕの弾性変形が解放されるため音が発生する。定着ローラ１００表面の圧接部上流側端部Ｎ１ｕの弾性変形は完全に解放されることはない。そのため、定着ローラ１００表面とセラミックヒータ１１１表面との間の動摩擦力と、定着ローラ１００の圧接部上流側端部Ｎ１ｕの弾性変形によって生じる弾性力がつり合うところで定着ローラ１００表面が静止する（図５−（ｅ））。その後は図５−（ｂ）から図５−（ｅ）までの状況を繰り返す。つまり、芯金１０１を所定の角速度で安定して回転させて、定着ローラ１００表面がセラミックヒータ１１１表面に摺動している場合には、圧接部Ｎ１で音が発生する可能性がある。
【００３７】
発生する音の大きさは、定着ローラ１００表面とセラミックヒータ１１１表面との間の、静止摩擦力と動摩擦力の差に影響される。静止摩擦力によって定着ローラ１００表面の圧接部上流側端部Ｎ１ｕの最大変形量は図５−（ｃ）のように規定される。動摩擦力によって規定される定着ローラ１００表面の圧接部上流側端部Ｎ１ｕの最小変形量は図５−（ｅ）のように規定される。この圧接部上流側端部Ｎ１ｕの最大変形量と最小変形量との差が音の振幅と関係しており、その差が大きいほど大きな音が発生する傾向がある。
【００３８】
また、発生する音の周波数は、定着ローラ１００の回転速度に影響される。周速度が速いほど高い音が発生する傾向がある。
【００３９】
静止摩擦力と動摩擦力との差がスティックスリップに関係していることから、圧接部Ｎ１において定着ローラ１００表面が受ける静止摩擦力と動摩擦力の差を測定することとした。しかし、回転する定着ローラ１００表面が受ける摩擦力を直接測定することができないため、静止摩擦力と動摩擦力の大きさを表す指標として、定着ローラ１００を回転させるために必要なトルクを測定した。静止摩擦力は、所定の目標温度で加熱されて、定常状態で回転している定着ローラ１００を一旦停止し、再度回転を開始した直後にかかる芯金１０１上のトルクと関係している。
【００４０】
定着ローラ１００を回転させるために必要なトルクは、定着ローラ１００表面が静止と回転運動を繰り返すために周期的に大小に変動する。そのため、動摩擦力と関係しているトルクは、周期的に変動するトルクの最小値であると考えられる。所定の目標温度に加熱され回転している定着ローラ１００を一旦停止させて、再度回転を開始した場合のトルクを図６に示す。定着ローラ１００表面の圧接部上流側端部Ｎ１ｕにトナーが滞留している場合を実線、滞留していない場合を点線で示す。
【００４１】
定着ローラ１００表面の圧接部上流側端部Ｎ１ｕにトナーが滞留している場合には、定着ローラ１００を回転させた直後のトルクが非常に大きくなることがあった。トナーが滞留していない場合では、そのような傾向は見られなかった。定着ローラ１００が定常的に回転している状態では、定着ローラ１００表面の圧接部上流側端部Ｎ１ｕにトナーが滞留している場合でも、滞留していない場合でも、トルクは周期的に変化し、両者に大きな違いは見られなかった。
【００４２】
そこで、一旦停止した定着ローラ１００を再度回転させた直後の最大トルクと、最大トルクを観測した後の最小トルクとの差（以下、最大−最小トルク差という）が、圧接部Ｎ１の温度に対してどのように変化するかを測定した。図７にその結果を示す。定着ローラ１００表面の圧接部上流側端部Ｎ１ｕにトナーが滞留していない場合（破線）には圧接部Ｎ１で異音は発生せず、最大−最小トルク差は圧接部Ｎ１の温度によらず２０ｇ・ｃｍ以下であった。
【００４３】
しかし、定着ローラ１００表面の圧接部上流側端部Ｎ１ｕにトナーが滞留している場合（実線）には最大−最小トルク差が大きくなるときがあり、そのときに圧接部Ｎ１で異音が発生していることがわかった。圧接部Ｎ１の温度が約７５℃のときに、最大−最小トルク差が大きくなり始め、８０℃より大きくなると、圧接部Ｎ１で異音が発生し始めた。異音が発生し始める時の最大−最小トルク差は、約２００ｇ・ｃｍであった。最大−最小トルク差は圧接部Ｎ１の温度が８５℃のときに極大となり、その後減少していった。異音は圧接部Ｎ１の温度が１１０℃を超えると発生しなくなった。異音が発生しなくなるときの最大−最小トルク差は２００ｇ・ｃｍであった。この結果から、最大−最小トルク差が２００ｇ・ｃｍ以上となるときに圧接部Ｎ１においてスティックスリップによる異音が発生することがわかった。
【００４４】
異音が発生するときの定着ローラ１００の最大−最小トルク差は、圧接部Ｎ１を形成するための加圧力や、定着ローラ１００表面が摺動するセラミックヒータ１１１の絶縁保護層１１１ｃの材料などが異なれば変化する可能性がある。
【００４５】
定着ローラ１００表面の圧接部上流側端部Ｎ１ｕにトナーが滞留しているときのみ異音が発生する可能性があり、圧接部Ｎ１の温度変化により異音の発生状況も変化することから、トナーのガラス転移点と融点を測定した。また、トナーの粘度についても測定した。
【００４６】
まず、それらの測定方法を示す。トナー（ＷＡＸ成分も含む）のガラス転移点Ｔｇ及び融点Ｔｍは、示差走査熱量（ＤＳＣ）測定装置を用いて測定する。ＤＳＣ測定装置としては、例えば、Ｑ１０００（ＴＡインストルメンツ社製）が利用できる。測定方法は、アルミパンに試料約６ｍｇ精秤し、リファレンスパンとして空のアルミパンを用い、窒素雰囲気下、モジュレーション振幅１．０℃、周波数１／分で測定する。測定温度は、１０℃で１分間保持した後、昇温速度１℃／分で１０℃から２００℃まで走査して得られたリバーシングヒートフロー曲線を用い、中点法によりガラス転移点Ｔｇを求める。なお、中点法によって求められたガラス転移点Ｔｇとは、昇温時のＤＳＣ曲線において吸熱ピーク前の基線と吸熱ピーク後の基線の中線と、立ち上がり曲線での交点をもってガラス転移点とするものである（図８参照）。
【００４７】
トナーの融点Ｔｍの測定は、上記と同様に測定して得られたリバーシングヒー−トフロー曲線において、融解ピークの極大値となる温度を融点とする。また、融点のオンセット値とオフセット値は、前記融解ピークにおいて、ピークの立ち上がり部分の最大傾斜の破線で引いた接線とピーク前の外挿基線との交点の温度を、融点のオンセット値とする。そして融解ピーク終了前の最大傾斜の破線で引いた接線とピーク後の外挿基線との交点の温度を、融点のオフセット値とする。
【００４８】
上記の測定方法を用いると、トナー像ｔを形成するために使用しているトナー（以下、トナーＡという）のガラス転移点Ｔｇは７０℃、融点Ｔｍは１００℃であることがわかった。トナーはガラス転移点Ｔｇ付近で軟化し、融点Ｔｍに達するとトナーの含有するＷＡＸ成分が融解し始める性質をもっている。
【００４９】
トナーの粘度は以下の方法により測定する。装置としては、例えばフローテスターＣＦＴ−５００Ｄ（株式会社島津製作所製）を用い、下記の条件で測定を行う。
【００５０】
・サンプル：約１．０ｇのトナーを秤量し、これを加圧成型器で１００ｋｇ／ｃｍ２の加重で１分間成型してサンプルとする。
【００５１】
・ダイ穴径：１．０ｍｍ
・ダイ長さ：１．０ｍｍ
・シリンダ圧力：９．８０７×１０５（Ｐａ）
・測定モード：昇温法
・昇温速度：４．０℃／ｍｉｎ
上記の方法により、５０℃〜２００℃におけるトナーの粘度（Ｐａ・ｓ）を測定する。
【００５２】
トナーＡの粘度と温度との関係を図９に示す。ガラス転移点Ｔｇが７０℃未満の領域で測定されているトナーの粘度は、トナーが固体状態を保っているために有効な値ではない。トナーの温度が、ガラス転移点Ｔｇ付近の７０℃からトナーが軟化し始め、粘度が有効な温度領域となる。トナーの粘度は、トナーの温度上昇とともに減少する。
【００５３】
従来の定着シーケンスで加熱定着を行った場合に、圧接部Ｎ１で異音が発生するときの圧接部Ｎ１の温度領域は８０℃より高く、１１０℃より低い領域であった。トナー像ｔを形成するために使用しているトナーＡのガラス転移点Ｔｇは７０℃、融点Ｔｍは１００℃である。つまり、圧接部Ｎ１で異音が発生し始めるときの圧接部Ｎ１の温度がトナーのガラス転移点Ｔｇと関係している可能性、さらに、異音が発生しなくなるときの圧接部Ｎ１の温度がトナーの融点Ｔｍと関係している可能性があった。そう考えた理由は、トナーの性質から、ガラス転移点Ｔｇ付近で粘度が最大となり、その後融点Ｔｍに達するとＷＡＸ成分が融解するため、定着ローラ１００が受ける摩擦力に影響があると思われるからである。
【００５４】
そこで、異音とトナーガラス転移点Ｔｇおよび融点Ｔｍとの関係を明らかにするために、ガラス転移点と融点がそれぞれ異なるトナーＢ及びトナーＣを用意した。トナーＢのガラス転移点Ｔｇは６０℃、融点Ｔｍは９０℃である。トナーＣのガラス転移点Ｔｇは３０℃、融点Ｔｍは６０℃である。
【００５５】
トナーＡを使用したときと同様に、トナーＢ及びトナーＣを用いて従来の定着シーケンスで加熱定着を行った。圧接部Ｎ１で異音が発生するときの圧接部Ｎ１の温度を測定し、トナーＡ、トナーＢ及びトナーＣのガラス転移点Ｔｇ及び融点Ｔｇとの関係を比較した。
【００５６】
トナーＢを使用した場合の結果を記す。異音が発生していると判断できるときの圧接部Ｎ１の温度領域は７０℃より高く、１００℃より低い領域であった。
【００５７】
トナーＣを使用した場合の結果を記す。異音が発生していると判断できるときの圧接部Ｎ１の温度領域は４０℃より高く、７０℃より低い領域であった。
【００５８】
以上の結果をまとめて表１に示す。
【００５９】
【表１】
2012103410.tif 000003
【００６０】
表１から解かるように、異音とトナーガラス転移点Ｔｇおよび融点Ｔｍとの関係は、三種類のトナーにおいて共通していた。圧接部Ｎ１で異音が発生し始めるのは、圧接部Ｎ１の温度が使用するトナーのガラス転移点Ｔｇ＋１０℃を越えたときであり、異音が発生しなくなるのは、圧接部Ｎ１の温度が使用するトナーの融点Ｔｍ＋１０℃に達したときであった。
【００６１】
上記の結果から、従来の定着シーケンスを行った場合に、圧接部Ｎ１で異音が発生するときの圧接部Ｎ１の温度領域は、使用するトナーのガラス転移点Ｔｇ＋１０℃より高く、融点Ｔｍ＋１０℃より低い領域であるといえる。
【００６２】
そこで、本実施例の定着装置５は、定着ローラ１００の回転の開始から停止までの一連の動作を、圧接部Ｎ１の温度がトナーのガラス転移点Ｔｇ＋１０℃以下、もしくは、トナーの融点Ｔｍ＋１０℃以上の状態に維持した上で完結させる。本実施例の定着装置５では、トナーＡを使用する。トナーＡのガラス転移点Ｔｇは７０℃、融点Ｔｍは１００℃である。つまり、圧接部Ｎ１の温度を１１０℃（融点Ｔｍ１００℃＋１０℃）以上に維持した上で、定着ローラ１００の回転の開始から停止までの一連の動作を完結させる。もしくは、圧接部Ｎ１の温度が８０℃（ガラス転移点Ｔｇ７０℃＋１０℃）以下に維持した上で、定着ローラ１００の回転の開始から停止までの一連の動作を完結させる。
【００６３】
本実施例の定着装置５で加熱定着を行った場合の圧接部Ｎ１の温度変化を図１０に示す。縦軸に温度、横軸に時間をとり、圧接部Ｎ１の温度を実線、サーミスタ１１３の検知温度を破線で表している。
【００６４】
本実施例の定着装置５では、最初にセラミックヒータ１１１への通電を開始し、圧接部Ｎ１の温度を２００℃とした後、定着ローラ１００の回転を開始する。圧接部Ｎ１の温度を１１０℃以上である２００℃とする理由は、できるだけ早く定着ローラ１００を定着可能な温度にするためである。また、定着ローラ１００の回転を開始すると、圧接部Ｎ１の温度が低下するが、圧接部Ｎ１の温度を１１０℃以上に保つためである。定着ローラ１００を停止させたまま、セラミックヒータ１１１への通電を開始した場合のサーミスタ１１３の検知温度は、圧接部Ｎ１の温度より約１０℃低いことが実験によりわかっている。そのため、通電を開始してサーミスタ１１３の検知温度が１９０℃となってから、定着ローラ１００の回転を開始する。記録材Ｐを排出した後は、圧接部Ｎ１の温度が１１０℃以下にならないように温調して、定着ローラ１００の回転とセラミックヒータ１１１への通電を停止する。
【００６５】
本実施例の定着装置５で加熱定着を行わない場合の圧接部Ｎ１の温度変化を図１１に示す。実線が圧接部Ｎ１の温度である。加熱定着を行わない場合とは、例えば、画像形成装置１の電源を入れたときの初期チェックがなされる場合などである。本実施例の定着装置５では、圧接部Ｎ１の温度が８０℃未満のときには、セラミックヒータ１１１へ通電をしないで、定着ローラ１００の回転開始から停止までの一連の動作を行う。
【００６６】
定着ローラ１００が回転していない状態で、セラミックヒータ１１１に通電されていない場合には、圧接部Ｎ１の温度はサーミスタ１１３の検知温度とほぼ同等であることが実験によりわかっている。そのため、サーミスタ１１３の検知温度で圧接部Ｎ１の温度を判断する。
【００６７】
圧接部Ｎ１の温度が８０℃以上のときには異音が発生する可能性があるため、加熱定着を行う場合と同様に圧接部Ｎ１の温度を２００℃としてから定着ローラ１００の回転開始から停止までの一連の動作を行う。
【００６８】
上記の内容を以下にまとめる。本実施例の定着装置５は、加熱定着を行う場合と、加熱定着を行わない場合がある。
【００６９】
加熱定着を行う場合には、まず、圧接部Ｎ１に滞留したトナーを加熱し融解させることにより、定着ローラ１００が受ける静止摩擦力と動摩擦力との差を縮小する。その後、定着ローラ１００の回転開始から停止までの一連の動作が行われるため、圧接部Ｎ１で発生する異音を低減することができる。また、定着ローラ１００を回転させるために必要なトルクを軽減できる。
【００７０】
加熱定着を行わない場合には、圧接部Ｎ１に滞留しているトナーが軟化および融解しないので、定着ローラ１００が受ける静止摩擦力と動摩擦力との差は拡大しない。その状態を保ち定着ローラ１００の回転開始から停止までの一連の動作が行われるため、圧接部Ｎ１で発生する異音を低減することができる。また、トナーの粘度が有効でない領域で定着ローラ１００を回転させるので、定着ローラ１００を回転させるために必要なトルクを軽減できる。また、セラミックヒータ１１１に通電しないので、消費電力を低減できる。
【００７１】
本実施例の定着装置５において、温度検知部材はサーミスタ１１３に限られず熱電対や放射温度計などを用いても良い。
【００７２】
本実施例の定着装置５では、定着ローラ１００の周速度は１００ｍｍ／ｓｅｃであるが、定着ローラ１００の周速度を２０ｍｍ／ｓｅｃから２５０ｍｍ／ｓｅｃまで変化させても、同様の効果を確認することができた。
【００７３】
本実施例の定着装置５の変形例として、加圧ローラ１２０表面をヒータホルダ１１２に支持されたセラミックヒータ１１１などの発熱体により加熱するように構成した定着装置においても同様の効果を確認できた。
【００７４】
［実施例２］
定着装置の他の例を説明する。本実施例では、説明の簡略化のため、実施例１の定着装置５と同じ部材及び部分には同一の符号を付している。図１２は本実施例に係る定着装置５の概略構成を表す横断側面模式図である。
【００７５】
本実施例に示す定着装置５は、定着回転部材として筒状の定着ローラ２００を用い、バックアップ部材として加圧シート２１０を用い、発熱体としてヒータ２２０を用いた構成としてある。定着ローラ２００と、加圧シート２１０と、ヒータ２２０は、何れも長手方向に長い部材である。
【００７６】
定着ローラ２００は、アルミニウム製の素管２０１を有し、この素管２０１の長手方向両端部の露出部（不図示）を除く中央部の外周面上に離型性に優れたテフロン(登録商標)コート２０２を施したものである。この定着ローラ２００は、素管２０１の長手方向両端部の露出部が定着装置５の装置フレーム（不図示）に軸受（不図示）を介して回転可能に支持されている。
【００７７】
ヒータ２２０として、通電により発熱するハロゲンランプを用いている。ハロゲンランプ２２０は、定着ローラ２００の素管２０１の内部に設けられている。このハロゲンランプ２２０は、ハロゲンランプ２２０の長手方向両端部の口金部（不図示）が定着フレームに支持されている。
【００７８】
加圧シート２１０は、所定の耐熱性材料からなる円弧状のシート基層２１１を有し、このシート基層２１１の定着ローラ２００の外周面（表面）と対向する表面に離型性に優れたテフロンコート２１２を施したものである。この加圧シート２１０は、加圧シート２１０の長手方向両端部が装置フレームに支持されている。加圧シート２１０の定着ローラ２００表面と反対側の裏面側には加圧部材として長手方向に細長い加圧パッド２３０が設けられている。加圧パッド２３０は、加圧パッド２３０の長手方向両端部が定着フレームに支持され、加圧パッド２３０の有する弾性を利用して加圧シート２１０を定着ローラ１１０の母線方向と直交する方向に所定の加圧力で付勢している。加圧シート２１０表面と定着ローラ１１０は加圧パッド２３０の加圧力に応じて加圧状態に接触し、加圧シート２１０表面と定着ローラ１１０表面とで所定幅の定着ニップ部（ニップ部）Ｎ３が形成される。また、定着ローラ１１０表面と記録材Ｐのトナー像担持面との摩擦力よりも、加圧パッド２３０表面と記録材Ｐのトナー像非担持面との摩擦力の方が小さくなるように、加圧パッド２３０表面には所定の加工などが施してある。これによりトナー像ｔを担持する記録材Ｐを定着ニップ部Ｎ３で定着ローラ１１０表面と加圧パッド２３０表面とで挟持しその状態に搬送することができる。
【００７９】
本実施例の定着装置５の加熱定着処理を説明する。制御部１１は、所定の定着シーケンスに従って通電制御部１３及び回転駆動制御部１２をその順に制御する。先ず、通電制御部１３によりハロゲンランプ２２０に通電する。これによりハロゲンランプ２２０は点灯して輻射熱により定着ローラ２００の内周面（内面）を加熱する。定着ローラ２００内面の熱は素管２０１を通じて定着ローラ２００表面に伝わる。定着ローラ２００内面には温度検知部材としてのサーミスタ２４０が圧接部Ｎ３と対向するように定着フレームからブラケット（不図示）を介して配設されている。サーミスタ２４０は、圧接部Ｎ３と反対側の定着ローラ２００内面の温度を検知する。通電制御部１３は、サーミスタ２４０の温度検知信号（出力信号）を取り込み、この温度検知信号に基づいて定着ローラ２００表面が所定の目標温度を維持するようにハロゲンランプ２２０への通電量を制御する。定着ローラ２００表面が所定の目標温度に維持された状態では、定着ローラ２００内面の温度も所定の目標温度に維持されている。従って、サーミスタ２４０で検知した定着ローラ２００内面の温度を、定着ニップ部Ｎ２の温度と做すことができる。
【００８０】
次に、回転駆動制御部１２により定着モータＭの回転駆動を行う。定着モータＭの出力軸の回転は所定の減速ギア機構（不図示）を介して定着ローラ２００の素管２０１に伝達される。これにより定着ローラ２００は、定着ローラ２００表面が定着ニップ部Ｎ３で加圧シート２１０表面と接触しつつ矢印方向に所定の周速度で回転する。
【００８１】
定着ローラ２００表面を目標温度に維持し、かつ定着モータＭを回転駆動している状態において、未定着のトナー像ｔを担持する記録材Ｐは定着ローラ２００表面と対向するようにトナー像担持面を上向きにして定着ニップ部Ｎ３に導入される。この記録材Ｐは定着ニップ部Ｎ３で定着ローラ２００表面と加圧シート２１０表面とで挟持されその状態に搬送（挟持搬送）される。この搬送過程において記録材Ｐ上のトナー像ｔは、定着ローラ２００表面より印加される熱によって溶融され、定着ローラ２００表面と加圧シート２１０表面とで印加されるニップ圧により加圧されて、記録材Ｐの面上に加熱定着される。トナー像ｔが加熱定着された記録材Ｐは排出ローラ３７に搬送される。
【００８２】
本実施例の定着装置５においても、サーミスタ２４０の検知温度に着目し、実施例１と同様の定着シーケンスを行うことで、圧接部Ｎ３において発生する異音を低減できる。
【００８３】
本実施例の定着装置５において、加熱定着を行う場合には、まず、圧接部Ｎ３に滞留したトナーを加熱し融解させることにより、定着ローラ２００表面が受ける静止摩擦力と動摩擦力との差を縮小する。その後、定着ローラ２００の回転開始から停止までの一連の動作が行われるため、圧接部Ｎ３で発生する音を低減することができる。また、定着ローラ２００を回転させるために必要なトルクを軽減できる。加熱定着を行わない場合には、圧接部Ｎ３に滞留しているトナーが軟化および融解しないので、定着ローラ２００表面が受ける静止摩擦力と動摩擦力との差は拡大しない。その状態を保ち定着ローラ２００の回転開始から停止までの一連の動作が行われるため、圧接部Ｎ３で発生する音を低減することができる。また、トナーの粘度が有効でない領域で定着ローラ２００を回転させるので、定着ローラ２００を回転させるために必要なトルクを軽減できる。また、ヒータ２２０に通電しないので、消費電力を低減できる。
【００８４】
本実施例の定着装置５の変形例として、加圧シート２１０をハロゲンランプ２２０などの発熱体により加熱するように構成した定着装置においても同様の効果を確認できた。
【００８５】
［その他の実施例］
実施例１の定着装置５は、定着ローラ１００の表面と加圧ローラ１２０の表面をそれぞれセラミックヒータなどの所定の発熱体で加熱するように構成してもよい。実施例２の定着装置５も、定着ローラ２００の表面と加圧シート２３０をそれぞれハロゲンヒータなどの所定の発熱体で加熱するように構成してもよい。
【００８６】
本発明に係る定着装置は、未定着トナー画像を記録材に仮に定着せしめる定着装置、定着トナー画像を担持する記録材を再加熱してつやなどの画像表面性の改質する表面改質装置などの定着装置として使用できる。
【符号の説明】
【００８７】
１００：定着ローラ、１１１：セラミックヒータ、１２０：加圧ローラ、２００：定着ローラ、２１０：加圧シート、２２０：ハロゲンヒータ、Ｐ：記録材、ｔ：トナー画像
【図１】
2012103410.tif 000004
【図２】
2012103410.tif 000005
【図３】
2012103410.tif 000006
【図４】
2012103410.tif 000007
【図５】
2012103410.tif 000008
【図６】
2012103410.tif 000009
【図７】
2012103410.tif 000010
【図８】
2012103410.tif 000011
【図９】
2012103410.tif 000012
【図１０】
2012103410.tif 000013
【図１１】
2012103410.tif 000014
【図１２】
2012103410.tif 000015