(57)【要約】【課題】印刷条件に応じて、トナー固着による異常画像の発生を抑制する。【解決手段】定着部材と加圧部材とを当接させてトナーを印刷媒体に定着させる定着装置であって、定着部材または加圧部材に回転負荷を付与する回転負荷付与部材と、定着部材または加圧部材の当接方向に回転負荷付与部材を変位させ、定着部材と加圧部材との間で回転速度差を生じさせる機構部を備え、機構部は、印刷条件に応じて、定着部材または加圧部材に対する回転付与部材の当接力を変化させることにより、印刷媒体へのトナー固着を制御する。【選択図】図１
2016151742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着部材と加圧部材とを当接させてトナーを印刷媒体に定着させる定着装置であって、
前記定着部材または前記加圧部材に回転負荷を付与する回転負荷付与部材と、前記定着部材または前記加圧部材の当接方向に前記回転負荷付与部材を変位させ、前記定着部材と前記加圧部材との間で回転速度差を生じさせる機構部を備え、
前記機構部は、印刷条件に応じて、前記定着部材または前記加圧部材に対する前記回転付与部材の当接力を変化させることにより、前記印刷媒体へのトナー固着を制御する、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記機構部は、前記印刷媒体に対する画像面積率または／およびトナーの物性を含む画像形成側の印刷条件と、前記印刷媒体の品質を含む前記印刷媒体側の印刷条件とを組み合わせて定められた前記印刷条件に応じて、前記当接力を変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記定着装置はスリーブ方式またはフィルム方式の定着装置であって、前記機構部は、摺動部材により構成された前記回転負荷付与部材の前記当接力を変化させる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記機構部は、定着回転体の内面に設置された前記回転負荷付与部材の前記当接力を変化させる、
ことを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記定着装置は熱ローラ方式の定着装置であって、前記機構部は、前記回転負荷付与部材を、定着回転体の非画像部または芯金に当接させて前記当接力を変化させる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項６】
前記機構部は、通紙時に、前記回転負荷付与部材を前記定着部材または前記加圧部材に当接させる、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電子写真方式の画像形成装置における定着装置、及びこの定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。 
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、像担持体上の画像情報に基づいてトナー像を形成し、該トナー像を紙やＯＨＰシート等の記録材上に転写し、トナー像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧力によりトナー像を記録材上に固定する。その固定方法としては、「熱ローラ方式」や「スリーブ方式」がある。
【０００３】
「熱ローラ方式」の定着装置は、ハロゲンヒータや誘導加熱のコイルなどの加熱源により加熱される定着ローラと加圧ローラでニップ部を形成し、画像を担持した記録材をニップ部に通すことで、熱と圧力によりトナーを溶融させて定着させる。熱ローラ方式は安価であり、安全性や高速機への対応性等の観点からモノクロ機で広く用いられている。しかし、定着ローラの芯金が金属製であり熱容量が大きいため、所定の定着温度に達するまでに十秒程度の時間がかかる。このため、非使用時でも定着ローラをある程度の温度に維持する待機時余熱により、消費エネルギーが多いという問題があった。一方、「スリーブ方式」（あるいはフィルム方式）の定着装置では、断熱ローラを外部から加熱する方式や、さらに画像情報を基に画像領域のみを選択的に加熱する方式があり、省エネルギーを実現する定着装置としてよく用いられている。
【０００４】
しかし、上記のような方式の定着装置では、トナーの付着が均一でないことによる光沢ムラの異常が発生してしまうという問題があった。このような問題点に鑑み、例えば、特許文献１では、複数の加圧ローラの回転速度に速度差を設定し、これらの加圧ローラを、その速度差を持たせて回転させることにより、光沢ムラの異常の発生を防止する技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、複数の加圧ローラを、速度差を持たせて回転させ、上記異常の発生を防止することが出来たとしても、用紙に対する画像面積率やその画像の印刷時に用いられるトナーの物性等の画像を形成する側の印刷条件、あるいは用紙の品質等の印刷媒体側の印刷条件によっては、定着ローラ上や加圧ローラ上にトナー固着が発生してしまうという問題があった。具体的には、トナー固着物はトナーと紙粉の混合物であり、接着強度が高いため定着ローラや加圧ローラ上に接着しやすい。このトナー固着が目視可能なサイズにまで定着ローラ上で成長し、用紙に吐き出された場合には、いわゆる黒ポチと呼ばれるトナー固着による異常画像が生じ、顧客からクレームを受けてしまう場合があるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、印刷条件に応じて、トナー固着による異常画像の発生を抑制することが可能な定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明にかかる定着装置は、定着部材と加圧部材とを当接させてトナーを印刷媒体に定着させる定着装置であって、前記定着部材または前記加圧部材に回転負荷を付与する回転負荷付与部材と、前記定着部材または前記加圧部材の当接方向に前記回転負荷付与部材を変位させ、前記定着部材と前記加圧部材との間で回転速度差を生じさせる機構部を備え、前記機構部は、印刷条件に応じて、前記定着部材または前記加圧部材に対する前記回転付与部材の当接力を変化させることにより、前記印刷媒体へのトナー固着を制御する、ことを特徴とする定着装置として構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、印刷条件に応じて、トナー固着による異常画像の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明にかかる定着装置、及び画像形成装置を適用したプリンタの印刷機構の断面を示す模式図である。
【図２】熱ローラ方式を採用した定着装置の構成を示す図である。
【図３】スリーブ方式を採用した定着装置の構成を示す図である。
【図４】定着装置のベルト構成例を示す図である。
【図５】図２に示した定着装置が備える回転負荷付与機構の例を示す図である。
【図６】図３に示した定着装置が備える回転負荷付与機構の例を示す図である。
【図７】図２に示した定着装置が備える回転負荷付与機構の例を示す図である（変形例）。
【図８】線速差により生じたトナー抜けの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる定着装置、及び画像形成装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下では、本発明にかかる定着装置、及び画像形成装置を一般的なプリンタに適用した場合について説明している。しかし、湿式プロセス（電子写真、インクジェット等）により画像を形成するプリンタやＭＦＰ（Multi-Function Peripheral）等の画像形成装置に備えられた用紙を乾燥・加熱する装置に対して適用することができる。
【００１１】
図１は、本発明にかかる画像形成装置、及び画像形成方法を適用したプリンタ１０００の印刷機構の断面を示す模式図である。図１に示すように、プリンタ１０００は、給紙手段４と、レジストローラ対６と、像担持体としての感光体ドラム８と、転写手段１０と、定着装置１２等を有している。
【００１２】
給紙手段４は、記録材としての用紙Ｐａが積載状態で収容される給紙トレイ１４と、給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐａを最上のものから順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６等を有している。給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐａはレジストローラ対６で一旦停止され、姿勢ずれを矯正された後、感光体ドラム８の回転に同期するタイミングで、すなわち、感光体ドラム８上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐａの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対６により転写部位Ｎへ送られる。
【００１３】
感光体ドラム８の周りには、矢印で示す回転方向順に、帯電手段としての帯電ローラ１８と、図示しない露光手段の一部を構成するミラー２０と、現像ローラ２２ａを備えた現像手段２２と、転写手段１０と、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング手段２４等が配置されている。帯電ローラ１８と現像手段２２の間において、ミラー２０を介して感光体ドラム８上の露光部２６に露光光Ｌｂが照射され、走査されるようになっている。
【００１４】
プリンタにおける画像形成動作は従来と同様に行われる。すなわち、感光体ドラム８が回転を始めると、感光体ドラム８の表面が帯電ローラ１８により均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は感光体ドラム８の回転により現像手段２２へ移動し、ここでトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。感光体ドラム８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位Ｎに進入してきた用紙Ｐａ上に転写手段１０による転写バイアス印加により転写される。
【００１５】
トナー像を担持した用紙Ｐａは定着装置１２へ向けて搬送され、定着装置１２で定着された後、図示しない排紙トレイへ排出・スタックされる。転写部位Ｎで転写されずに感光体ドラム８上に残った残留トナーは、感光体ドラム８の回転に伴ってクリーニング手段２４に至り、このクリーニング手段２４を通過する間にクリーニングブレード２４ａにより掻き落とされて清掃される。その後、感光体ドラム８上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。
【００１６】
（定着装置構成）
ここで、上記定着装置１２の構成について説明する。まず、定着装置１２に熱ローラ方式を採用した構成について説明する。
【００１７】
図２は、熱ローラ方式を採用した定着装置１２の構成を示す図である。図２に示すように、定着装置１２が有する定着ローラ２８は、ステンレス、アルミニウム等の金属製の芯金の外周に、加圧ローラ３０とニップを形成し、表層には、転写紙及びトナーの離型性を良くするために離型層を設ける。離型層には、耐熱性があり表面エネルギーの小さい材料が使用され、例えばシリコーン樹脂、フッ素樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などの高分子樹脂からなる耐熱性チューブとして使用される。表層には、さらに耐摩耗性を確保するために、カーボン、ＳｉＣのような耐磨耗性添加剤が１０質量％添加されている。添加剤は３質量%以上添加すると十分な耐摩耗性が得られる一方、２０質量%以上添加されると定着ローラ２８の表面に露出する割合が増え、トナー離型性が悪化する。
【００１８】
さらに、定着ローラ２８の芯金中には定着ローラ２８の温度上昇を加速させるためのハロゲンヒータ等の熱源３３が配設される。熱源３３はハロゲンヒータに限ったものではなく、誘導加熱や面状発熱体が用いられても良い。
【００１９】
加圧ローラ３０は、ステンレス、アルミニウム等の金属製の芯金の外周にフッ素系ゴム、シリコーンゴム等の耐熱弾性材料からなる弾性層を適度な厚みで備え、定着ローラ２８と同様に、表層にフッ素系樹脂等からなる離型層を備える。また、加圧ローラ３０は、定着ローラ２８に向けて図示しないバネ等の加圧部材により押圧されており、弾性層を弾性変形させることにより、定着ローラ２８との間で一定時間トナーを加圧・加熱できるニップ部Ｎを形成する。
【００２０】
また、定着された転写紙を剥離するための分離爪３４が定着ローラに接して、設置される。分離爪３４は、定着ローラ軸方向に必要に応じ数箇所配置しても良い。分離爪３４は、トナー固着を抑制するためにＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰなどの高分子樹脂で表面が形成される。
【００２１】
さらに、定着ローラ２８、加圧ローラ３０等のヒータを制御するために、各部材の温度を検知するためにサーミスタ等の温度センサ３６を設け、加熱制御手段である加熱制御コントローラにより温度が制御される。本実施の形態における定着設定温度は、トナー粘弾性および定着性試験の結果から、１６０℃に設定されている。続いて、定着装置１２にスリーブ方式（あるいはフィルム方式。以下同様。）を採用した構成について説明する。
【００２２】
図３は、スリーブ方式を採用した定着装置１２の構成を示す図である。図３に示すように、定着装置１２内に加圧回転体（図３に示す例では加圧ローラ４３）と定着ベルト４１を有し、熱源（図３に示す例ではハロゲンヒータ４２）により定着ベルト４１が内周側から輻射熱で直接加熱される。このとき、図３に示す定着ベルト４１内には、定着ベルト４１を介して対向する加圧ローラ４３とニップ部Ｎを形成するニップ形成部材４６があり、定着ベルト４１の内面と直接（もしくは、図示しない摺動シートを介して間接的に）摺動するようになっている。図３では、ニップ部Ｎの形状が平坦状であるが、凹形状やその他の形状であっても良い。その理由は、ニップ部Ｎの形状が凹形状である方が、記録紙先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上するのでジャムの発生が抑制されるためである。
【００２３】
定着ベルト４１は、ニッケルやＳＵＳなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルト（もしくはフィルム）とする。定着ベルト４１の表層は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥまたはＦＥＰ層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。定着ベルト４１の基材とＰＦＡ、ＰＴＦＥまたはＦＥＰ層の間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層があっても良い。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ（ユズ肌画像）が残るという不具合が生じる。これを改善するにはシリコーンゴム層を１００μｍ以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。
【００２４】
定着ベルト４１の内部にはニップ部Ｎを支持するための支持部材４７（ステー）を設け、加圧ローラ４３により圧力を受けるニップ形成部材４６の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅を得られるようにしている。圧力を支持部材４７が支持することで、トナーを溶融定着させるに必要な定着ニップでの面圧値を得ることができる。しかし、この支持部材４７は鉄ないしはステンレスを曲げ加工等を実施することで形成され厚みが５ｍｍ程度の鉄板やＳＵＳ板を用いるため熱容量が大きい。
【００２５】
また、この支持部材４７は、両端部で保持部材４８（フランジ）に保持固定され、位置決めされている。また、熱源４２と支持部材４７の間に反射部材４９を備え、熱源４２からの輻射熱などにより支持部材４７が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギー消費を抑制している。ここで反射部材４９を備える代わりに支持部材４７表面に断熱もしくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることか可能となる。
【００２６】
加圧ローラ４３は芯金４５に弾性ゴム層４４を有し、離型性を得るために表面に離型層（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ層）が設けてある。加圧ローラ４３は、画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源から、ギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、加圧ローラ４３はスプリングなどにより定着ベルト４１側に押し付けられており、弾性ゴム層４４が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を有している。加圧ローラ４３は中空のローラであっても良く、加圧ローラ４３にハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。弾性ゴム層４４はソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ４３内部にヒータが無い場合は、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルトの熱が奪われにくくなるので、より望ましい。
【００２７】
定着ベルト４１は、加圧ローラ４３により連れ回り回転する。図３に示す場合では、加圧ローラ４３が図示しない駆動源により回転し、ニップ部Ｎでベルトに駆動力が伝達されることにより定着ベルト４１が回転する。定着ベルト４１はニップ部Ｎで挟み込まれて回転し、ニップ部以外では両端部で保持部材４８（フランジ）にガイドされ、走行する。上記のような構成により、安価で、ウォームアップが速い定着装置１２を実現することが可能となる。
【００２８】
図４は、定着装置１２のベルト構成例を示す図である。図４に示すように、定着装置１２のベルト構成では、ベルト内にＣｕからなる均熱層を有し、局所高温を拡散させる構成をとる。例えば、Ｃｕ層は１５μm以上の厚みで形成される。一方、Ｃｕ層はパッドによるニップ形成の観点から屈曲可能であることが望ましく、３０μｍ以下が望ましい。基材層にＳＵＳ３０４のような金属層を用いる場合は、屈曲可能となるよう、厚みを調整することが望ましい。基材層はＳＵＳのほか、ＰＩ（ポリイミド）、Ｎｉ等が用いられる。従来、誘導加熱用スリーブで発熱層の構成が開示されているが、例えば、特許３９０１４１４号等において開示されるように、発熱効率を考慮すると、Ｃｕ層の厚みは５〜１５μm程度で最適化されることが公知である。均熱層上には例えばＮｉからなる酸化防止層、シリコーンゴムからなる弾性層、ＰＦＡからなる離型層が順次形成される。
【００２９】
（トナー固着）
図２、３に示したように、本発明を適用した定着装置１２では、記録紙上のトナーは、定着装置１２における定着ロ−ラあるいは定着ベルトと加圧ローラのニップ内で熱と圧力を受ける。このときに、熱によりトナーは溶融状態になり、弾性が低下する。また、同時に、圧力を受けることで記録紙上に広がるとともに記録紙の繊維中に入り込む。次に、記録紙がニップ内から抜け出して、熱ローラ方式の場合には両方のロ−ラから分離爪３４により剥離され離れてゆく。
【００３０】
トナーは熱により溶融し、記録紙の繊維間に浸み込むことができる。また、同時に、定着ローラにも付着しやすい。また、トナーが溶融して粘性が大きくなり、定着ローラあるいは定着ベルトに対する付着力が紙への接着力よりも大きくなると、溶融したトナーは、記録紙から定着ローラあるいは定着ベルトへ移行しオフセットとなる。この移行したオフセットトナーは、熱ローラ方式の場合には分離爪３４やサーミスタ等の温度センサ３６に堆積し、定着ローラあるいは定着ベルトが回転停止を繰り返すことで、堆積したトナーが定着ローラあるいは定着ベルトに落下して記録紙に再付着し、いわゆる黒ポチが生じて画像を汚すことがある。
【００３１】
この再付着トナーの発生および定着ローラや定着ベルトへの固着性は、トナー物性の違いによる差が大きく、また用紙に含まれる填料の影響も大きい。特に、粉砕法で作成された重質炭酸カルシウム（以下、重質炭酸カル）を填料に含む用紙を使用した際には、トナーおよび用紙の重質炭酸カルによって形成された固着物の定着ないしは加圧ローラへの接着性が高く、上記黒ポチを含む異常画像として発生しやすい。また、トナーとしてはオフセット性の悪いトナーにおいて悪化が顕著である。
【００３２】
印刷画像としては白紙の地汚れトナーがオフセット性、固着性ともに悪い。一方、定着ローラに発生した予兆段階の固着トナーは、セルフクリーニング効果により、未定着トナーとともに用紙に吐き出される。その効果は、画像面積率が高いほど大きく、トナーの固着がより発生しにくい。上記予兆段階とは、トナーが目視確認可能なサイズ以下の段階であり、例えば、１ｍｍ程度以下のトナーが固着している段階である。
【００３３】
このように、トナーが定着ローラや定着ベルトに再固着して黒ポチを含む異常画像を生じさせる要因としては、用紙に対して画像が占める面積の割合を示す画像面積率、印刷画像がモノクロ印刷されている割合を示すモノクロ印刷率、用紙の品質を定める填料が含まれる割合を示す用紙の重質炭カル量等の印刷条件によって、その発生頻度が左右されるといえる。上記モノクロ印刷率は、ブラック（Ｋ）が有するトナー物性が用紙に与える影響を示す指標であると考えることができる。すなわち、用紙に対する画像面積率やその画像の印刷時に用いられるトナーの物性等の画像を形成する側の印刷条件、あるいは用紙の品質等の印刷媒体側の印刷条件によって、上記黒ポチを含む異常画像の発生が左右されるといえる。
【００３４】
（回転負荷付与機構）
熱ローラ方式を採用した定着装置１２（後述する表３における定着装置１）では、例えば、図５に示す回転負荷付与機構により、定着ローラ２８に対する回転負荷が付与される。上記定着装置１２が有する加圧ローラ３０は、通常、定着装置１２外部の画像形成装置本体から駆動力Ｍを得て回転する。図５に示す例では、駆動力が伝達された加圧ローラ３０と圧接した定着ローラ２８が従動回転することを示している。従来、定着ローラ２８は、加圧ローラ３０との間に生じる摩擦力によって、加圧ローラ３０と回転速度を同じくして回転する。一方、本実施の形態における示す定着ローラ２８の端部には、上記従動回転に対する負荷（トルク）を増加または減少させる等して変化させるための切り替え機構Ｘが配置される。
【００３５】
切り替え機構Ｘは、定着ローラ２８の芯金（あるいは定着ローラ２８のうち画像が形成されていない非画像形成部）に対する当接力を増加または減少させることにより摩擦力を増加または減少させ、定着ローラ２８への回転負荷の程度を示す加圧レベルを変化させる。具体的には、切り替え機構Ｘが有する回転ローラ軸に付与された回転負荷付与部材Ｙの位置を当接方向に変位させるための変位機構Ｍにより、定着ローラ２８の芯金あるいは上記非画像形成部と上記回転負荷付与部材Ｙとの間の当接力を強め、あるいは弱める。このように、非画像形成部や芯金に対して負荷が付与されることで、画像に傷等が発生するリスクがなくなる。
【００３６】
変位機構Ｍは、例えば、よく知られたカム機構から構成される。図５に示す例では、切り替え機構Ｘにより、加圧レベルが多段階（加圧レベル１：弱負荷あるいは無負荷、加圧レベル２：強負荷あるいは負荷有）に調節可能であることを示し、特に用紙の通紙時に負荷が変更される。通紙時のみ負荷を付与することで、付与部材の耐久性を向上させることができる。
【００３７】
また、スリーブ方式を採用した定着装置１２（後述する表３における定着装置２）では、例えば、図６に示す回転負荷機構が有する接離機構Ｚにより、スリーブ内面に摺動部材である回転負荷付与部材Ｙ’が接離可能となるよう配される。回転負荷付与部材Ｙ’は摩擦抵抗が著しく高くなり、スリーブの回転が停止することがないように、摺動性の良いフッ素樹脂シート等で表面が覆われていることが望ましい。回転負荷付与部材Ｙ’が摺動部材であるため、簡易に負荷を付与できる。また、摺動部材がスリーブ内面側に設けられているため、摺動しても画像表面を劣化させることがない。接離機構Ｚは、良く知られたカム機構Ｎを有し、そのカム機構Ｎと上記回転負荷付与部材Ｙ’とは、伸縮可能なアーム等から構成される伸縮部材Ａにより連結され、上記回転負荷付与部材Ｙ’の位置をスリーブ内面の当接方向に変位させている。
【００３８】
図６の左側では、上記回転負荷付与部材Ｙ’がスリーブ内面から離間して無負荷状態にあることを示しており、図６の右側では、上記回転負荷付与部材Ｙ’がスリーブ内面に当接した負荷付与状態にあることを示している。さらに、上記接離機構Ｚにより、熱ローラ方式を採用した定着装置１２が備える切り替え機構Ｘの場合と同様に、加圧レベルが多段階（加圧レベル０：無負荷、加圧レベル１：弱負荷、加圧レベル２：強負荷）に変化させるように調節可能である。
【００３９】
さらに、熱ローラ方式を採用した定着装置１２の変形例（後述する表３における定着装置３）として、図７に示すように、回転負荷付与機構は、負荷に連結された電磁クラッチを備えていてもよい。電磁クラッチは、切り替え機構Ｘ’が有する回転負荷付与部材Ｙ”として機能し、その電磁クラッチにより回転負荷が付与される。このような構成とすれば、電磁クラッチのメカ機構に比べて応答性が速い利点がある。電磁クラッチの連結先には重量の大きい負荷が配置されることにより、回転負荷を増加することができる。
【００４０】
回転負荷としては、例えば、Ａ４Ｙ幅の用紙を通常１５０ｍｍ／ｓｅｃ線速で搬送する熱ローラ方式を採用した定着装置１２では、０．２Ｎ・ｍ以下程度の動トルクが付与されているため、上記回転負荷の付与時には、その動トルクの１８０％程度以下にトルク上昇させることが望ましい。しかし、その設定は、ローラ構成やニップ幅、軸受け種類等の構成により適宜調整される。また、上記回転負荷の上昇によりトルク上昇させすぎると、定着ローラ２８と加圧ローラ３０との間で１％以下程度の微小線速差とならず、スリップして用紙の搬送不良となることが分かっている。このため、トルク上昇については実験的に調整されることが望ましい。
【００４１】
一方、Ａ４Ｙ幅の用紙を２５０ｍｍ／ｓｅｃ線速で搬送するスリーブ方式を採用した定着装置１２では、０．５Ｎ・ｍ程度の動トルクが付与されているため、定着ローラ２８と加圧ローラ３０との間で微小線速差を得るために、上記動トルクが１５０％以下の場合であってもトルク上昇させることが望ましい。その理由は、上記スリップによる用紙の搬送不良の発生を防ぐためである。
【００４２】
（動作例）
上記のような回転負荷付与部材の切り替えによって回転負荷が上昇されることにより、例えば、定着ローラや定着ベルトの回転トルクが上昇すると、加圧ローラの回転速度に対して定着ローラが微小スリップして回転速度が遅延する。このような遅延を生じさせるため、定着ローラ側が駆動力を得て加圧ローラが従動する場合には、加圧ローラ側に回転負荷付与部材を設けてもよい。
【００４３】
この状態で用紙が通紙されると、定着ローラと用紙表面との間で摩擦力が生じるため、定着ローラ上の固着トナー等の微小固着物が剥がされること、およびその微小固着物が目視可能な程度にまで成長しないことが、通紙試験によって確認された。また、図８に示すように、このような線速差が２％以上になると顕著なトナー抜けを発生させるため、線速差は１％以内とすることが好適である。図８では、線速差が２．４％、７．２％の場合について例示しているが、いずれも顕著なトナー抜けが生じていることがわかる。
【００４４】
一方、用紙が通紙されない状態で線速差を付与した場合、固着トナーに対して一定の剥がれや引き伸ばし効果は認められるが、固着トナーが用紙に吐き出されないため、その固着性が改善しないことが認められている。したがって、定着装置１２の立上時や、紙間時、空回転時には、上記回転負荷を付与しないことにより、上記回転負荷付与部材やカム機構等の劣化を防止することができる。したがって、上記回転付加付与部材が負荷を付与する頻度については、必要最小限とすることが耐久性の観点からは望ましい。
【００４５】
上記回転負荷を与えるタイミングについては、定着装置１２がセンサ等によりトナー固着の発生を検知し、その検知情報を画像形成装置本体が受け取り、オペレーションパネル等の操作部にその旨を表示して、利用者であるユーザや保守者であるサービスマンから操作部がその設定を受け付けて切り替えてもよい。あるいは、メカ的に回転負荷付与部材の位置を手動で変更しても良い。微小固着物は、数枚程度、白紙を印刷することにより、定着ローラないしは加圧ローラから除去できることが分かっている。
【００４６】
また、画像面積率が低く地汚れの多い場合や用紙面内に白紙部が連続して出力される場合にトナー固着が発生しやすい。したがって、より望ましくは、上記回転負荷を付与した状態で用紙を連続して通紙し、予兆段階にある固着トナーを用紙に吐き出すことが、トナー固着を抑制するために効果的である。画像面積率、モノクロ印刷率、用紙の重質炭カル量等の印刷条件に応じて回転負荷を調整することにより、いわゆる黒ポチを含む異常画像を発生させることがなくなり、また、定着寿命も大きく損失させることがなくなる。
【００４７】
上記加圧レベルの切り替えは、例えば、以下に示す表１、２に示す条件に応じて設定される。
【００４８】
【表１】
2016151742.tif 000003
【００４９】
表１は、画像形成装置の動作状態に応じて設定される加圧レベルの例を示す表である。表１に示すように、本表では上記動作状態を示す動作モードと、その動作モードにおける加圧レベルとが対応づけて記憶されている。表１では、動作モードが「ウォームアップ中」、「待機中」の場合には、クリーニング効果が無いことから、加圧レベルを「０」として回転負荷は付与しない設定となっていることを示している。また、動作モードが「ジョブ中」の場合には、以下に示す表２に従うことを示している。
【００５０】
【表２】
2016151742.tif 000004
【００５１】
表２は、動作モードがジョブ中の場合における加圧レベルの例を示す表である。表２に示すように、動作モードが「ジョブ中」である場合には、加圧レベルを画像面積率、モノクロ印刷率、用紙の重質炭カル量等の印刷条件に応じて切り替える。
【００５２】
例えば、画像面積率が５％以上の場合には、画像と固着物が接触する際にクリーニングされ、また画像コスレも目立つため、モノクロ印刷率、用紙重質炭カル量にかかわらず、加圧レベルを「０」として回転負荷を付与しない設定とする。また、画像面積率が２％以上５％未満の場合では、用紙の重質炭酸カル量が２０質量％以上の場合のみ加圧レベルを「１」とする。さらに、画像面積率が２％未満では、モノクロ印刷率が８０％以上、かつ用紙の重質炭酸カル量が２０質量％以上の場合は加圧レベルを「２」、用紙の重質炭酸カル量が１０質量％以上、２０質量％未満の場合は加圧レベルを「１」として、回転負荷を付与する。用紙の重質炭酸カル量は、用紙の成分分析結果や電子顕微鏡での観察結果などの情報をあらかじめ得ておき、上記ユーザや上記サービスマンが、オペレーションパネル等の操作部を操作し、使用する用紙に応じて設定することができる。
【００５３】
（検証実験内容）
定着ローラとして（株）リコー製複写機ｉｍａｇｉｏ  ＮＥＯ４５１を用いて、これに重質炭酸カルを２５質量％、１５質量％、５質量％含有した市販のＰＰＣ（Plain Paper Copier）用紙をＡ４Ｙでセットし複写コピーテストを行った。その検証結果を表３に示す。印刷条件として、画像面積率、モノクロ印刷率、用紙重質炭カル量の設定を表３に示す値とした。表３に示すように、コピー画像は、白紙上に画像面積率が１％、３％、８％となるように、ランダムに文字画像を形成したものを用い、モノクロ印刷率は１００Ｋ枚において７０％、９０％となるように出力した。トナー固着性については、白紙上の地汚れトナーの間欠印刷が加速モードであるため、上記画像を１００Ｋ枚、１枚ごとに２０秒間欠でコピー印刷して白紙部への固着トナーの落下を確認し、○△×判定した。ここで、「○」は「固着発生なし」の場合であり、「△」は「固着発生が累積１％以下で発生」した場合であり、「×」は「固着画像が累積１％以上発生」した場合である。
【００５４】
【表３】
2016151742.tif 000005
【００５５】
（実施例１〜２０、比較例１〜８）
実施例1〜２０では、低画像面積率、高モノクロ印刷率、重質炭酸カル量の高い用紙の場合でも、Ａ４Ｙでセットされた用紙のコピーで１００Ｋ枚までは、固着発生レベルは「○」であることが確認された。また、カラー画像、高画像面積率の場合は加圧レベルを下げたため、画像コスレは発生しなかいことが確認された。一方、比較例１〜６では回転負荷が不十分のため、固着発生レベルは「×」〜「△」であり、比較例７、８では必要以上に加圧レベルを上げたため、画像コスレが「×」であることが確認された。また、１００Ｋ枚後における耐久性も十分であることが確認された。
【００５６】
このように、本実施の形態におけるプリンタが備える定着装置は、上記印刷条件に応じて、定着ローラまたは加圧ローラに対する回転付与部材の当接力を変化させることにより、用紙へのトナー固着を制御している。したがって、例えば、用紙に対する画像面積率やその画像の印刷時に用いられるトナーの物性等の画像を形成する側の印刷条件、あるいは用紙の品質等の印刷媒体側の印刷条件に応じて、トナー固着による異常画像の発生を抑制することができる。
【００５７】
また、上記検証実験結果に示したように、画像面積率が所定以下の場合にのみ、回転負荷を付与するので、回転負荷付与部材の耐久性を悪化させることがなくなる。また、高画像面積での画像コスレを生じさせない。さらに、モノクロ印刷率が所定以上の場合にのみ、回転負荷を付与するので、回転負荷付与部材の耐久性を悪化させることがなくなる。高画像面積の場合は上記のとおりセルフクリーニングされるため、回転負荷は不要であるためである。また、カラー画像でのコスレを生じさせない。カラー画像の場合は上記のとおりセルフクリーニングされる確率が高いため、回転負荷は不要であるためである。さらに、使用用紙の品質に応じて、回転負荷を付与するので、付与部材の耐久性を悪化させることがなくなる。重質炭酸カルシウムの割合が少ない用紙は、上記のとおり固着が発生しにくいため、回転負荷は不要であるためである。
【符号の説明】
【００５８】
１０００              プリンタ
４                    給紙手段
６                      レジストローラ対
８                      感光体ドラム
１０                    転写手段
１２                    定着装置
２８                    定着ローラ
３０                    加圧ローラ
３３                    熱源
３４                    分離爪
３６                    温度センサ
４１                    定着ベルト
４２                    ハロゲンヒータ
４３                    加圧ローラ
４４                    弾性層
４５                    芯金
４６                    ニップ形成部材
４７                    支持部材
４８                    保持部材
４９                    反射部材
Ａ                      伸縮部材
Ｍ                      変位機構
Ｎ                      カム機構
Ｘ                      切り替え機構
Ｙ                      回転負荷付与部材
Ｚ                      接離機構
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５９】
【特許文献１】特開２０１４−０８１６１０号公報
【図１】
2016151742.tif 000006
【図２】
2016151742.tif 000007
【図３】
2016151742.tif 000008
【図４】
2016151742.tif 000009
【図５】
2016151742.tif 000010
【図６】
2016151742.tif 000011
【図７】
2016151742.tif 000012
【図８】
2016151742.tif 000013