(57)【要約】【課題】加熱回転体と加圧回転体のニップ部の加圧力を大きく変化させなくても表面粗さの大きい記録材と表面粗さの小さい記録材との両方にトナー画像を良好に定着できる定着装置を提供する。【解決手段】定着ローラ４１は、磁性体微粒子をゴム材料に分散させた磁性ゴム材料からなる磁性ゴム層を有して記録材のトナー画像担持面に当接する。加圧ローラ４２は、記録材を挟持してトナー画像を記録材に定着させるニップ部を定着ローラ４１との間に形成する。ハロゲンランプ４３は、定着ローラ４１を加熱する。永久磁石５２、５４は、磁束を発生してニップ部Ｎに位置する磁性ゴム層４１ｂに入射させる。調整機構６０は、永久磁石５２とニップ部Ｎの距離を変化させるように永久磁石５２を移動させることにより、永久磁石５２、５４が磁性ゴム層４１ｂに入射させる磁束の磁束密度を切り替え可能である。【選択図】図２
2016102906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄、ニッケル、コバルト、γ−酸化鉄、アルコニ、フェライト、ネオジムのうち少なくとも１種類の磁性粒子を１０〜６０体積％含有するゴム層を有し、記録材に形成されたトナー像をニップ部にて加熱する加熱回転体と、
磁束を発生する磁束発生部と、
前記磁束発生部から前記ゴム層に作用する磁束密度を制御する制御部と、を有することを特徴とする画像加熱装置。
【請求項２】
前記制御部は、記録材の種類に応じて前記磁束発生部から前記ゴム層に作用する磁束密度を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
【請求項３】
前記制御部は、記録材の表面粗さに応じて前記磁束発生部から前記ゴム層に作用する磁束密度を制御することを特徴とする請求項２に記載の画像加熱装置。
【請求項４】
前記制御部は、記録材の表面粗さが第一表面粗さの記録材に対しては、表面粗さが前記第一表面粗さよりも小さい第二表面粗さの記録材に対してよりも前記ゴム層に入射する磁束密度が高くなるように磁束密度を制御することを特徴とする請求項３に記載の画像加熱装置。
【請求項５】
磁性体微粒子を分散させたゴム材料からなる磁性ゴム層を有し、記録材のトナー画像担持面に当接する第一回転体と、
記録材を挟持してトナー画像を記録材に定着させるニップ部を前記第一回転体との間に形成する第二回転体と、
前記第一回転体を加熱する加熱部と、
磁束を発生して前記ニップ部に位置する前記磁性ゴム層に入射させる磁束発生部と、
前記磁束発生部が前記磁性ゴム層に入射させる磁束の磁束密度を切り替え可能な切り替え部と、を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
前記第一回転体は、円筒状又は無端ベルト状に形成され、
前記第二回転体は、円筒状又は無端ベルト状に形成され、
前記磁束発生部は、前記第一回転体と前記第二回転体の少なくとも一方の内側空間に配置されることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
前記磁束発生部は、前記第一回転体と前記第二回転体の両方の内側空間に前記ニップ部を挟んで異なる磁極を対向させるように配置されることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】
前記磁束発生部は、前記第一回転体と前記第二回転体のうちの一方の内側空間に配置され、他方の内側空間に磁性部材が配置されることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項９】
前記切り替え部は、前記磁束発生部と前記ニップ部の距離を変化させるように前記磁束発生部を移動させる移動機構であることを特徴とする請求項７又は８に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記磁性部材は、前記他方の内部空間で移動可能に配置され、
前記切り替え部は、前記磁性部材と前記ニップ部の距離を変化させるように前記磁性部材を移動させる移動機構であることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
【請求項１１】
前記磁束発生部は、永久磁石であることを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１２】
前記磁束発生部は、電磁石であって、
前記切り替え部は、前記電磁石に印加する電流のＯＮ／ＯＦＦ又は電流値を変更可能な電源であることを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１３】
前記ニップ部における前記第一回転体と前記第二回転体の当接圧力を調整可能な圧力調整機構を備えることを特徴とする請求項５乃至１２のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１４】
前記磁性ゴム層は、ニッケル微粒子を混合したシリコンゴムを用いて形成されることを特徴とする請求項５乃至１３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１５】
前記第一回転体は、非磁性材料からなる基層を有し、前記磁性ゴム層を前記基層上に配置していることを特徴とする請求項５乃至１４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１６】
前記第二回転体は、非磁性材料からなる基層を有し、磁性体微粒子をゴム材料に分散させた磁性ゴム材料からなる磁性ゴム層を前記基層上に配置していることを特徴とする請求項１５に記載の定着装置。
【請求項１７】
磁束密度を変化させたときの前記磁性ゴム層の硬さである硬度指数をＭとし、前記第一回転体の表面温度と記録材の表面温度との温度差をΔＴとし、前記ニップ部における記録材の加熱時間をｔとするとき、
前記Ｍと、（ΔＴ×ｔ（１／２））の値と、をプロットした適正な加熱条件のデータ点を結ぶ近似線に記録材の種類ごとの線形関係が成立しており、
定着処理する記録材の種類が変更されたときに、記録材の種類が変更される前の前記（ΔＴ×ｔ（１／２））の値を維持して前記硬度指数Ｍを変更するように、前記切り替え部を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項５乃至１６のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１８】
トナー像を形成して記録材に転写するトナー像形成部と、
請求項５乃至１７のいずれか１項に記載の定着装置と、
記録材の表面粗さに対応する情報を取得する情報取得部と、
記録材の表面粗さが第一表面粗さの記録材に対しては、表面粗さが前記第一表面粗さよりも小さい第二表面粗さの記録材に対してよりも前記磁性ゴム層に入射する磁束密度が高くなるように前記情報に基づいて前記切り替え部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１９】
トナー像を形成して記録材に転写するトナー像形成部と、
請求項５乃至１７のいずれか１項に記載の定着装置と、
記録材の単位面積当たり重量に対応する情報を取得する情報取得部と、
記録材の単位面積当たり重量が第一重量の記録材に対しては、単位面積当たり重量が前記第一重量よりも大きい第二重量の記録材に対してよりも前記磁性ゴム層に入射する磁束密度が高くなるように前記情報に基づいて前記切り替え部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２０】
前記制御部は、前記切り替え部を制御して前記磁性ゴム層に入射する磁束密度を変更することにより、前記加熱部による前記第一回転体の温度調整の目標温度と前記第一回転体の回転速度とを変更することなく異なる種類の記録材における画像の定着処理を実行することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム層を有するローラや無端ベルトを用いてトナー画像の定着処理を行う画像加熱装置、定着装置、及び当該定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナー像を形成して記録材に転写し、トナー像が転写された記録材を定着装置により加熱加圧して記録材に画像を定着させる画像形成装置が広く用いられている。定着装置は、記録材のトナー画像担持面に接するローラ又は無端ベルトに弾性層を設けて、記録材の表面の凹凸に対する追従性を高めている（特許文献１、２）。
【０００３】
特許文献１には、弾性層を設けた加熱ローラと弾性層を設けた加圧ローラとを圧接して記録材のニップ部を形成した定着装置が示される。ここでは、表面粗さの大きな記録材に対しては、加熱ローラと加圧ローラのニップ部の加圧力を高めて、記録材の表面の凹凸に対する加熱ローラの追従性を高めている。
【０００４】
非特許文献１には、エラストマーに磁性体粒子を混合した磁性ゴム材料（磁性エラストマー）の製造方法が示される。ここでは、磁性ゴム材料は、磁界をかけることによって硬度、剛性、弾性係数が高まることが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１５４５２５号公報
【特許文献２】特開２００５−２４２１１３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「Ａ  ｍｏｄｅｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｂｅｈａｖｉｏｕｒ  ｏｆ  ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」，Ｊｏｌｌｙ，Ｍ．Ｒ．ｅｔ．ａｌ，Ｓｍａｒｔ  Ｍａｔｅｒ  Ｓｔｒｕｃｔ．Ｖｏｌ．５，（１９９６），６６．ｐｐ，６０７−６１４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
記録材の表面の凹凸に対するローラ又は無端ベルト表面の追従性は、弾性層の材料によって概ね決定される。弾性層は、表面の凹凸が大きい記録材に対しては柔らかいゴム材料で形成されることが好ましく、表面の凹凸の小さい記録材に対しては固いゴム材料で形成されることが好ましい。
【０００８】
そこで、柔らかい弾性層のローラを用いる第一の定着装置と硬い弾性層のローラを用いる第二の定着装置とを画像形成装置に設けて、記録材の種類に応じて使用する定着装置を切り替える方法が提案された。しかし、定着装置を２台装備すると画像形成装置が大型化して製造コストも高くなる。
【０００９】
また、一定の硬さのゴム材料を用いて加熱ローラの弾性層を形成した定着装置でも、特許文献１に示されるように、加熱ローラと加圧ローラのニップ部の加圧力を変更することで、表面粗さの大きい記録材への対応をある程度は図ることができる。しかし、加熱ローラと加圧ローラのニップ部の加圧力を変更しても柔らかいゴム材料で形成された弾性層ほどには記録材の表面の凹凸への追従性を確保できない。
【００１０】
本発明は、柔らかいゴム層が好ましい記録材と硬いゴム層が好ましい記録材との両方においてトナー画像を良好に加熱処理できる画像加熱装置、定着装置、及び画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の画像加熱装置は、鉄、ニッケル、コバルト、γ−酸化鉄、アルコニ、フェライト、ネオジムのうち少なくとも１種類の磁性粒子を１０〜６０体積％含有するゴム層を有し、記録材に形成されたトナー像をニップ部にて加熱する加熱回転体と、磁束を発生する磁束発生部と、前記磁束発生部から前記ゴム層に作用する磁束密度を制御する制御部と、を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の画像加熱装置では、制御部がゴム層に作用する磁束密度を制御してゴム層の硬さを変更する。このため、柔らかいゴム層が好ましい記録材と硬いゴム層が好ましい記録材との両方においてトナー画像を良好に加熱処理できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】定着装置の構成の説明図である。
【図３】定着装置の一方の端部の拡大図である。
【図４】試験片の説明図である。
【図５】試験機の説明図である。
【図６】永久磁石の対向間隔と磁束密度の関係の説明図である。
【図７】調整機構の偏心カムの動作の説明図であり、（ａ）は対向距離１５ｍｍの場合、（ｂ）は対向距離１０ｍｍの場合、（ｃ）は対向距離５ｍｍの場合である。
【図８】実施の形態１の制御のフローチャートである。
【図９】実施の形態１の別の制御のフローチャートである。
【図１０】弾性層の硬さを変更する制御の説明図である。
【図１１】実施の形態２における定着装置の構成の説明図である。
【図１２】実施の形態３における定着装置の構成の説明図である。
【図１３】実施の形態４における定着装置の構成の説明図であり、（ａ）は無端ベルトの配置例を示し、（ｂ）は磁性部材の配置例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１５】
＜実施の形態１＞
（画像形成装置）
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト６に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを配置したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。トナー像形成部の一例である中間転写ベルト６及び画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、トナー像を形成して記録材に転写する。
【００１６】
画像形成装置１００は、制御部１１０と通信可能に接続した外部端末２００からの入力画像情報に応じて画像形成を実行する。外部端末２００は、コンピュータ、イメージリーダー等である。制御部１１０は、外部端末２００とデータ及びコマンドの授受を行い、画像形成装置１００の機構及び回路を制御して画像形成シーケンスを実行する。
【００１７】
画像形成部Ｐａでは、感光ドラム３ａにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト６に転写される。画像形成部Ｐｂでは、感光ドラム３ｂにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト６に転写される。画像形成部Ｐｃ、Ｐｄでは、それぞれ感光ドラム３ｃ、３ｄにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト６に転写される。
【００１８】
中間転写ベルト６に転写された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ二次転写される。分離ローラ１７ａ（１７ｂ）は、記録材カセット１０ａ（１０ｂ）から引き出した記録材Ｐを１枚ずつに分離して、レジストローラ１２へ送り出す。レジストローラ１２は、中間転写ベルト６のトナー像にタイミングを合わせて記録材Ｐを二次転写部Ｔ２へ送り込む。四色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置９で加熱処理されて表面にトナー像を定着される。片面印刷の場合、その後、記録材Ｐは画像形成装置１００から排出トレイ１８に排出される。
【００１９】
（画像形成部）
画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、現像装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部Ｐａについて説明し、他の画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄに関する重複した説明を省略する。
【００２０】
画像形成部Ｐａは、感光ドラム３ａを囲んで、帯電装置２ａ、露光装置Ｌａ、現像装置１ａ、転写ローラ５ａ、ドラムクリーニング装置４ａを配置している。感光ドラム３ａは、アルミニウム製シリンダの外周面に感光層を形成しており、所定のプロセススピードで矢印方向に回転する。
【００２１】
帯電装置２ａは、感光ドラム３ａを一様な負極性の電位に帯電させる。露光装置Ｌａは、各色の画像を展開した走査線画像信号をＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、感光ドラム３ａに静電像を書き込む。現像装置１ａは、帯電させたトナーを感光ドラム３ａに移転させて静電像をトナー像に現像する。トナーカートリッジＥａは、画像形成によって消費されたトナー量に見合った量のトナーを現像装置１ａに供給する。
【００２２】
転写ローラ５ａは、中間転写ベルト６を押圧して、感光ドラム３ａと中間転写ベルト６の間にトナー像の転写部を形成する。転写ローラ５ａに正極性の直流電圧が印加されることにより、感光ドラム３ａに担持された負極性のトナー像が中間転写ベルト６へ転写される。
【００２３】
中間転写ベルト６は、テンションローラ１５、二次転写内ローラ１４、及び駆動ローラ１３に掛け渡して支持され、駆動ローラ１３に駆動されて矢印Ａ方向に回転する。二次転写ローラ１１は、二次転写内ローラ１４に支持された中間転写ベルト６に当接して二次転写部Ｔ２を形成する。二次転写ローラ１１に正極性の直流電圧が印加されることで、中間転写ベルト６上のトナー像が記録材Ｐへ移転する。
【００２４】
ドラムクリーニング装置４ａは、感光ドラム３ａにクリーニングブレードを摺擦させて感光ドラム３ａ上の転写残トナーを回収する。ベルトクリーニング装置１６は、中間転写ベルト６にクリーニングウエブを摺擦させて中間転写ベルト６上の転写残トナーを回収する。
【００２５】
（定着装置）
図２は定着装置の構成の説明図である。図３は定着装置の一方の端部の拡大図である。図２に示すように、定着装置９は、定着ローラ４１と加圧ローラ４２のニップ部Ｎにおいてトナー像を担持した記録材Ｐを挟持搬送することにより、トナー像Ｔｎを記録材Ｐに定着させる。
【００２６】
画像加熱装置の一例である定着装置は、画像形成装置において、トナー像を転写された記録材を加熱してトナーを融解させた後に固化して記録材上に画像を定着させる装置である。定着装置は、大きく接触式定着装置と非接触式定着装置に分類される。接触式定着装置は、加熱したローラや無端ベルトを記録材上の未定着トナーに接触させてトナーを軟化させて記録材に定着する。接触式定着装置は、黒トナーやカラートナーを均一に軟化させることができるため、現在の主流である。
【００２７】
加熱回転体及び第一回転体の一例である定着ローラ４１は、磁性体微粒子をゴム材料に分散させた磁性ゴム材料からなる磁性ゴム層を有して記録材Ｐのトナー画像担持面に当接する。定着ローラ４１は、非磁性金属材料の芯金（基層）４１ａ上に磁性ゴム材料からなる磁性ゴム層（弾性層）４１ｂを設け、磁性ゴム層４１ｂの周面をフッ素樹脂材料の離型層４１ｃで被覆している。磁性ゴム層４１ｂには、耐熱性のあるシリコンゴムやフッ素ゴムのエラストマーをベースに用いている。磁性ゴム層４１ｂは、記録材Ｐの表面の凹凸に追従できる柔らかさの他に、芯金４１ａからの熱を外側の記録材Ｐに伝えるために高い熱伝導性を備えている。そのため、磁性ゴム層４１ｂのシリコンゴム内にＳｉＣ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯ、カーボン等のフィラーを添加してもよい。フィラーは、数種類の物質を用いてもよい。磁性ゴム層４１ｂを備えることで、記録材Ｐがニップ部Ｎを通過する際に、磁性ゴム層４１ｂが記録材Ｐの表面の凹凸に応じて変形して未定着トナーに対して均一に熱と圧力を作用することができる。
【００２８】
磁性ゴム層４１ｂの基剤には、シリコンゴムの他に、フッ素ゴム、シリコンゴムを発泡させたスポンジ材料等を使用可能である。磁性ゴム層４１ｂの厚さは２００μｍ〜３ｍｍ程度が一般的である。磁性ゴム層４１ｂの表面には、通常の定着ローラと同様に、溶融トナーの分離性能を上げるために、フッ素樹脂材料の離型層４１ｃを形成している。離型層４１ｃは、薄いほど弾性層の柔軟性を活かせるが、耐久性などを考慮して一般的に１０μｍ〜１００μｍ程度が好ましい。離型層４１ｃは、離型性に優れたＰＦＡ樹脂（４フッ化エチレン樹脂、パーフロロアルコキシエチレン樹脂の共重合体）、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）等が用いられる。
【００２９】
加熱部の一例であるハロゲンランプ４３は、定着ローラ４１を加熱する。定着ローラ４１の回転中心を貫通してハロゲンランプ４３が非回転に配置される。定着ローラ４１の表面に当接させてサーミスタの温度センサ４１ｓが配置される。温度制御回路１５０は、温度センサ４１ｓの検知温度が、トナーを記録材Ｐに定着可能な目標温度である１５０〜１８０℃程度に保つようにハロゲンランプ４３に対する投入電力を調整する。目標温度は記録材Ｐの種類などによって異なる。定着ローラ４１は、モータ（４１ｍ：図３）に駆動されて矢印Ｒ４１：図２方向に回転する。定着ローラ４１の周速度は、画像形成装置１００のプロセススピード（画像出力速度）に相当し、ここでは、２２０ｍｍ／ｓｅｃである。
【００３０】
第二回転体の一例である加圧ローラ４２は、記録材を挟持してトナー画像を記録材に定着させるニップ部Ｎを定着ローラ４１との間に形成する。加圧ローラ４２は、非磁性金属材料の芯金（基層）４２ａ上にゴム材料の弾性層４２ｂを設け、弾性層４２ｂの周面をフッ素樹脂材料の離型層４２ｃで被覆している。外径３８ｍｍ、肉厚１ｍｍのアルミニウム円筒の芯金４２ａに、ゴム硬度２０°（ＪＩＳ−Ａ  １ｋｇ加重）の弾性層４２ｂを１．０ｍｍの厚みで成形し、表面に厚さ５０μｍのフッ素樹脂の離型層４２ｃを被覆して外径を４０ｍｍにしている。
【００３１】
なお、定着ローラ４１及び加圧ローラ４２の弾性層と離型層の接着や、弾性層と芯金の接着には接着剤が用いられる。接着剤の熱物性値は弾性層に近く、接着剤の厚さは離型層、弾性層、芯金に比べて十分薄いため、熱抵抗としての影響はほとんどない。
【００３２】
加圧ローラ４２は、定着ローラ４１に当接して従動回転する。加圧ローラ４２は、接離機構５０により昇降して定着ローラ４１に接離可能及びニップ部Ｎの加圧力を調整可能である。加圧ローラ４２の回転中心には、軸部材４４が非回転に配置される。軸部材４４は、回動軸４６の周りで回動可能なレバー部材４５に固定され、回動軸４６を中心にして昇降可能である。回動ベース４７もまた、回動軸４６の周りで回動可能である。レバー部材４５の回動端と回動ベース４７の回動端の間に加圧ばね４９が配置される。加圧ローラ４２は、軸部材４４の両端部がレバー部材４５を介して加圧ばね４９により上方へ付勢されることによって、定着ローラ４１との間にニップ部Ｎを形成している。
【００３３】
偏心カム４８は、ギアモータ４８ｍに駆動されて回動ベース４７の回動端を昇降させる。偏心カム４８の回転の位相角度に応じて、加圧ローラ４２は、定着ローラ４１から離間し、当接し、当接圧力を変化させる。加圧ローラ４２は、定着ローラ４１に対して所定の圧力で圧接して、回転方向に所定長さのニップ部Ｎを形成する。ここでは、加圧ローラ４２は、定着ローラ４１に対して、総圧で最大８００Ｎまで加圧される。
【００３４】
図３に示すように、定着ローラ４１は、芯金４１ａの回転軸線方向の両端部に設けられた軸受５８によって回転自在に支持される。加圧ローラ４２は、芯金４２ａの回転軸線方向の両端部の内側に設けられた軸受５７によって回転自在に支持される。
【００３５】
図２に示すように、定着装置９におけるトナー像の定着性は、定着ローラ４１の温度設定、ニップ部Ｎにおける記録材Ｐの滞在時間、記録材Ｐの表面の凹凸状態、記録材Ｐの厚さ、記録材Ｐの熱物性値などによって変化する。そして、表面の凹凸が大きい記録材（いわゆるラフ紙）の場合、紙の繊維間に落ち込んだトナーを溶かすために、表面の凹凸が小さい普通紙の場合に比較して、表面の柔軟性が高い定着ローラ４１が必要となる。しかし、定着装置９において柔軟性が高い定着ローラ４１と柔軟性が低い定着ローラ４１とを準備しておき、記録材の切り替えごとに定着ローラ４１を交換することは実際的でない。そのため、特許文献１に示されるように、定着ローラ４１と加圧ローラ４２のニップ部Ｎの加圧力を変化させて、表面の凹凸が大きい記録材へ対応させることが考えられた。しかし、同一の定着ローラ４１で表面の凹凸が大きい記録材へ対応させようとすると、加圧力を大きく増加させる必要があり、追従できる表面の凹凸の範囲にも限りがある。
【００３６】
そこで、実施の形態１では、定着ローラ４１の弾性層を磁性ゴム材料で形成し、弾性層に可変の磁界を印加して、定着ローラ４１の表面の硬度を調整できるようにした。
【００３７】
（予備実験）
図４は試験片の説明図である。図５は試験機の説明図である。最初に磁性ゴム材料を試作して、磁界の印加によって必要な硬度の変化が得られるか否かを確認した。磁性体粒子を用いた磁性ゴム材料を試作して試験片を製作し、磁界を印加可能な試験機を試作して、磁性ゴム材料の物理特性を調べた。
【００３８】
磁性ゴム材料は、磁性体である鉄Ｆｅ、ニッケルＮｉ、コバルトＣｏ、又は酸化鉄Ｆｅ３Ｏ４の微粉末をフィラーとして、シリコンゴムなど耐熱性のあるゴム材料に混ぜ込んで作成できる。ここでは、磁性ゴム材料の基材としてはシリコンゴムを用い、ニッケルＮｉの微粉末（平均直径φ３００μｍ）を磁性粒子として用い、Ｎｉ微粉末を体積比率で４０％まで添加した。シリコンゴムの例としては、シルポット１８４（ダウ・コーニング（株）製）、ＫＥ３４７５Ｔ（信越化学工業（株）製）、ＫＥ１０３（信越化学工業（株）製）等が挙げられる。
【００３９】
磁性ゴム材料試験片の製作方法は、以下の手順を採用した。
（１）シリコンゴムに硬化剤を所定の割合で混合し、撹拌後、ロータリポンプなどで真空脱泡した。
（２）ニッケルＮｉの磁性粒子を添加して撹拌し、試験片の型に注入して再度、真空脱泡を行い、８０℃オーブンにて一時間加熱して熱硬化させた。
（３）磁性ゴム材料試験片は、引っ張り試験機の試験片とするため、大きさを１０ｍｍ×３０ｍｍ×２．５ｍｍとした。
【００４０】
図５に示すように、磁界を印加可能な引っ張り試験機７０を試作して、磁性ゴム材料試験片７４のみかけのヤング率を測定した。
【００４１】
引っ張り試験機７０は、基台７１に対して昇降可能なストレングスゲージ（測定部７２）を有する。永久磁石７３ａ、７３ｂは、逆磁極の磁極面を対向させて、磁性ゴム材料試験片７４を厚み方向に挟んで非接触に配置される。永久磁石７３ａ、７３ｂは、磁束密度２００ｍＴの一対のフェライト磁石を用いた。永久磁石７３ａ、７３ｂは、磁束を磁性ゴム材料試験片７４に厚み方向に入射させる。
【００４２】
試作した磁性ゴム材料試験片７４の下端を基台７１に固定し、磁性ゴム材料試験片７４の上端を測定部７２に固定した。引っ張り試験機７０の測定開始スイッチを操作すると、測定部７２が一定速度で上昇して、磁性ゴム材料試験片７４に印加する引っ張り負荷を増加させる。その過程で、測定部７２は、刻々の引っ張り力と試料の断面積と応力とを出力する。
【００４３】
５個ずつの磁性ゴム材料試験片７４について、それぞれ永久磁石７３ａ、７３ｂを用いて複数段階の強さの磁場を印加した状態で引っ張り試験を行った。測定結果から以下のように見かけの弾性係数（ヤング率）を求めた。
【００４４】
磁性ゴム材料試験片７４の引っ張り歪みが小さいときはゴムの弾性に線形性がある。ゴムの弾性における見かけの弾性係数Ｅｍは、引っ張り応力をσｍ、歪み量をδｍ、引っ張り力をＦ、磁性ゴム材料試験片の断面積をＡ、伸び量をΔｍ、元の試料長さをＬとして次式のように算出される。
Ｅｍ＝  σｍ  ÷  δｍ
＝  Ｆ／Ａ÷Δｍ／Ｌ            ・・・  （１）
【００４５】
永久磁石７３ａ、７３ｂを取り付けた状態では、永久磁石７３ａ、７３ｂを取り外した状態に比較して剛性が高まり、磁性ゴム材料試験片７４が固くなった。また、永久磁石７３ａ、７３ｂの対向間隔を小さくして磁性ゴム材料試験片７４の表面に近付けると、磁性ゴム材料試験片７４のみかけの弾性係数Ｅｍが高まった。これは、非特許文献１に示されるように、磁性ゴム材料試験片７４内の磁性体粒子に強い磁界が作用して、磁性体粒子が磁気結合してエラストマー中で再配置されたためと考えられる。
【００４６】
永久磁石７３ａ、７３ｂの対向間隔を大きくして磁性ゴム材料試験片７４の表面から離すと、磁性ゴム材料試験片７４が柔らかくなり、磁性ゴム材料試験片７４のみかけの弾性係数Ｅｍは元の値に戻った。これは、磁性ゴム材料試験片７４内の磁性粒子の磁気結合がなくなったためと考えられる。
【００４７】
表１は、永久磁石７３ａ、７３ｂによる磁場印加あり、なしに対応する磁性ゴム材料試験片７４のみかけの弾性係数Ｅｍの変化の測定結果である。表１中の数値は、引っ張り試験の測定結果から（１）式により算出した値である。
【００４８】
【表１】
2016102906.tif 000003
【００４９】
（磁性ゴム材料の物理的性質）
非特許文献１は、磁性粒子をエラストマー内に分散させた磁性ゴム材料について、剛性率と磁束密度の関係を報告している。
【００５０】
非特許文献１において、Ｊｏｌｌｙらは磁性粒子中の磁性粒子の粒子間距離ｒ０と粒子間の変位ｘおよび双極子モーメントｍから磁気エネルギーＥを算出した。
【００５１】
【数１】
2016102906.tif 000004
【００５２】
式（２）において、μｌは磁性粒子の透磁率である。μ０は真空の透磁率である。ひずみεは次式となる。
【００５３】
【数２】
2016102906.tif 000005
【００５４】
そして、磁気エネルギーＥをひずみεで二階微分してせん断剛性率Ｇを算出した。
【００５５】
【数３】
2016102906.tif 000006
【００５６】
式（３）において、φは磁性粒子の体積比率である。ｈは粒子間距離ｒ０を磁性粒子の粒径ｄで割った比率である。ＪＰは平均粒子分極であり、外部磁界Ｂに比例することが知られている。式（３）は磁束密度を用いると次式となる。
Ｇ  ∝  Ｂ２
【００５７】
さらに、せん断剛性率Ｇと弾性係数Ｅは、ポアソン比γを用いると式（４）となる。
【００５８】
【数４】
2016102906.tif 000007
【００５９】
ゴムの場合はポアソン比γが約０．５となるので、（４）式から、みかけの弾性係数Ｅｍ＝３Ｇとなる。これにより、「Ｇ∝Ｅｍ」の関係があることがわかる。
【００６０】
よって、「Ｇ∝Ｂ２」の関係から、「Ｅｍ∝Ｂ２」の関係が導かれ、印加された磁束密度の二乗に比例して磁性ゴム材料試験片７４のみかけの弾性係数Ｅｍは大きくなる。
【００６１】
また、磁界の変化による磁気結合の変化時間は、磁性流体の場合で１〜２ｍｓｅｃである。
【００６２】
磁性ゴム材料は、磁性流体に比べて固体の傾向が強く、弾性波が伝わる速度は液体内よりも固体内のほうが速いので、磁性ゴム材料試験片７４の磁気結合の変化時間は、磁性流体の変化時間１〜２ｍｓｅｃより短い。この値は一般的な定着装置における記録材のニップ部通過時間４０ｍｓｅｃより十分短いため、ニップ部Ｎで磁界を印加しても、磁界変化による弾性層の硬度変化が定着処理の開始に十分に間に合う。
【００６３】
（定着ローラ）
図２に示すように、芯金４１ａは、磁界を通過させるために、アルミなど非磁性の金属、または耐熱樹脂を用いる必要がある。ここでは、外径３８ｍｍ、肉厚１ｍｍのアルミニウム円筒の芯金４１ａを用いた。
【００６４】
定着ローラ４１の磁性ゴム層４１ｂには、耐熱性のあるシリコンゴムやフッ素ゴムのエラストマーが用いられる。ここでは、シリコンゴムのエラストマーに磁性体である鉄Ｆｅ、ニッケルＮｉ、コバルトＣｏ、又は酸化鉄Ｆｅ３Ｏ４の微粉末をフィラーとして混合し、一般的な定着ローラの製造方法を用いて定着ローラ４１を製造した。磁界を印加しない状態でゴム硬度２０°（ＪＩＳ−Ａ  １ｋｇ加重）の磁性ゴム層４１ｂを１．０ｍｍの厚みで成形して定着ローラ４１の外径を４０ｍｍにしている。したがって、実施の形態１では、磁性ゴム層４１ｂの厚さは１ｍｍである。離型層４１ｃは、ＰＦＡ樹脂を厚さ５０μｍのチューブ状に形成したフッ素樹脂チューブを使用した。
【００６５】
熱反射ミラー５５は、ハロゲンランプ４３からの赤外線が永久磁石５２に直接照射されないようにするもので、アルミニウム、金など赤外反射率の高い金属を鏡面研磨して反射率を高めたものが望ましい。熱反射ミラー８の陰になるためハロゲンランプ４３はニップ部Ｎを直接には加熱できない。しかし、定着ローラ４１を回転させながら加熱することによって、定着ローラ４１全体を内側から加熱することが可能である。
【００６６】
（磁束入射部）
図６は永久磁石の対向間隔と磁束密度の関係の説明図である。図７は調整機構の偏心カムの動作の説明図である。図２に示すように、実施の形態１の定着装置９は、予備実験の実験結果に基づいて、フェライト磁石の永久磁石５２、５４を用いて定着ローラ４１の磁性ゴム層４１ｂに磁界を印加して磁性ゴム層４１ｂに磁束を入射させる。
【００６７】
永久磁石５２、５４は、フェライト磁石には限らず、ネオジム磁石、サマコバ磁石、アルニコ磁石などを採用してもよい。予備実験の結果から、磁性ゴム材料の磁気結合は、数百ミリテスラの磁束密度を印加するだけで十分なゴム硬度変化が可能なので、磁束密度としてはこれらの永久磁石すべてで対応可能である。また、永久磁石は一般的に温度が上がると、その磁束密度は低下するが、定着に使用される２００℃付近の環境温度でも、前述の磁石を用いれば磁性ゴム材料を硬度変化させるのに十分な磁力がある。耐熱性の観点からは、キュリー温度の高い順でアルニコ磁石、フェライト磁石、サマコバ磁石が望ましい。また、一般的に熱に弱いネオジム磁石でも耐熱用に成分を改良したものがあり、それを用いてもよい。
【００６８】
永久磁石５２は、定着ローラ４１を回転軸線方向に貫通する梁部材５１に固定されてＮ極面を定着ローラ４１の内周面に対向させる。永久磁石５４は、加圧ローラ４２を回転軸線方向に貫通する梁部材５３に固定されて加圧ローラ４２の内周面にＳ極面を対向させている。永久磁石５２のＮ極面と永久磁石５４のＳ極面との間に磁場が形成されて磁性ゴム層４１ｂに磁界が印加される。Ｎ極とＳ極とを対向させることで、磁束密度を２倍以上に高めることができる。
【００６９】
定着装置９は、ニップ部Ｎにおける定着ローラ４１の内周面に永久磁石５２を可動に配置し、加圧ローラ４２の内周面に永久磁石５４を固定して配置している。調整機構６０は、永久磁石５２を高さ方向に移動させることで、磁性ゴム層４１ｂに印加する磁束密度を変化させる。調整機構６０は、定着ローラ４１の内部のニップ部Ｎの付近で、永久磁石５２を磁性ゴム層４１ｂに近接させることで、定着ローラ４１の硬度を変化させる。
【００７０】
すなわち、磁束発生部の一例である永久磁石５２、５４は、磁束を発生してニップ部Ｎに位置する磁性ゴム層４１ｂに入射させる。切り替え部の一例である調整機構６０は、永久磁石５２、５４が磁性ゴム層４１ｂに入射させる磁束密度を切り替え可能である。調整機構６０は、永久磁石５２とニップ部Ｎの距離を変化させるように永久磁石５２を移動させる移動機構である。
【００７１】
図３に模式的に示すように、調整機構６０は、永久磁石５２を移動させる機構として偏心カム６１を用いる。偏心カム６１は、戻しばね５６に付勢された梁部材５１に当接し、戻しばね５６の付勢力と永久磁石５２、５４の引力とに逆らって永久磁石５２を上昇させることにより、磁性ゴム層４１ｂを通過する磁界を減少させる。偏心カム６１の回転角度によって永久磁石５４に対する永久磁石５２の押し込み量が変化し、永久磁石５２と永久磁石５４の対向間隔に応じた磁束密度の磁界が磁性ゴム層４１ｂに入射する。このため、偏心カム６１の回転角度に応じて磁性ゴム層４１ｂの硬さが変化して、記録材Ｐの表面の凹凸に対する追従性が変化する。
【００７２】
上述したように、磁性ゴム層４１ｂのみかけの弾性係数Ｅｍは、磁束密度Ｂの２乗に比例する。磁束密度Ｂと永久磁石５２、５４の対向距離ｄとの間には、理想的にはクーロンの法則が成り立ち、Ｂ∝１／ｄ２の関係を有する。
【００７３】
ただし、上述した予備実験によると、磁束密度Ｂと永久磁石５２、５４の対向距離ｄとの関係は、クーロンの法則から外れて、図６に示すように対向距離ｄの増加に対して緩やかに低下していた。このため、制御部１１０は、図６に示す対向距離ｄと磁束密度Ｂの関係に基づいて磁性ゴム層４１ｂの硬さを設定する。
【００７４】
制御部１１０は、操作パネル１２０や外部端末から指示された記録材の種類に応じてギアモータ６１ｍを作動させて、記録材の表面の凹凸の状態に適合する磁性ゴム層４１ｂの硬さを設定する。
【００７５】
（定着性評価）
画像形成装置１００において、二種類の紙種の記録材に対する画像の定着性と磁性ゴム層４１ｂの硬度の関係を調べた。単位面積当たり重量（坪量）が等しくて表面のミクロな凹凸の高さ（表面粗さ）が異なる次の二種類の記録材において、紙繊維間に落ち込んだトナーを十分に溶融可能か否かを実験した。画像形成装置１００において、記録材Ａ：ＸＸ４２００（ＸＥＲＯＸ社製  １０５ｇ／ｍ２）と記録材Ｂ：ＣＬＣ１０５（Ｃａｎｏｎ社製  １０５ｇ／ｍ２）を用いてそれぞれ画像形成を行った。記録材Ａ、Ｂにトナー載り量が０．６ｍｇ／ｃｍ２のトナー像を転写し、定着装置９の温度設定を１８０℃にして定着した。評価結果を表２に示す。
【００７６】
【表２】
2016102906.tif 000008
【００７７】
表２中、磁場印加ありは永久磁石５２、５４の対向間隔が５ｍｍである。磁場印加なしは永久磁石５２、５４の対向間隔が１５ｍｍである。表２中、比較例は、一般的な柔らかい定着ローラ４１である。柔らかい定着ローラ４１は、ゴム硬度ＪＩＳ−Ａ８度、厚さ１ｍｍのシリコンゴムの弾性層の表面をＰＦＡ樹脂の厚さ５０μｍの離型層で覆ったものである。表２中、定着後の分離不良は、過溶融による定着ローラ４１の表層汚れを観察して目視で判定した。
【００７８】
実施の形態１では、表２に基づいて、表面の凹凸が大きい記録材Ａの場合、図７の（ａ）に示すように、偏心カム６１を最上位置へ回転させて、永久磁石５２、５４の対向間隔を１５ｍｍに設定する。これにより、磁性ゴム層４１ｂに十分な磁場が印加されないので、磁性ゴム層４１ｂの柔らかい状態が保たれる。しかし、表面の凹凸が小さい記録材Ｂの場合、図７の（ｃ）に示すように、偏心カム６１を最下位置へ回転させて、永久磁石５２、５４の対向間隔を５ｍｍに設定する。これにより、磁性ゴム層４１ｂに十分な磁場を印加して磁性ゴム層４１ｂを硬化させる。記録材Ａと記録材Ｂの中間の高さの凹凸を有する記録材Ｃの場合、図７の（ｂ）に示すように、偏心カム６１を中間位置へ回転させて、永久磁石５２、５４の対向間隔を１０ｍｍに設定する。
【００７９】
（ニップ幅）
図２に示すように、永久磁石５２を上昇させて磁性ゴム層４１ｂを柔らかくすると、永久磁石５２を下降させて磁性ゴム層４１ｂを硬くした場合に比較してニップ部Ｎの搬送方向の長さが長くなる。磁性ゴム層４１ｂのつぶれ量が増えるからである。そして、ニップ部Ｎの搬送方向の長さが長くなると、ニップ部Ｎでの加熱時間が増えて記録材の温度も上昇し、トナーが過溶融する可能性がある。
【００８０】
しかし、実施の形態１では、加圧ローラ４２の弾性層４２ｂが硬化しない柔らかいゴム材料であることと、定着ローラ４１の芯金４１ａの曲率が大きいことから、ニップ部Ｎの搬送方向の長さの変化によるトナーの過溶融は発生しなかった。
【００８１】
しかし、ニップ部Ｎの搬送方向の長さが長くなることで加熱時間が過剰になるのであれば、ギアモータ４８ｍを作動させて偏心カム４８を回転させてニップ部Ｎの加圧力を小さくすることにより、ニップ部Ｎの搬送方向の長さを減少させればよい。圧力調整機構の一例である接離機構５０は、ニップ部Ｎにおける定着ローラ４１と加圧ローラ４２の当接圧力を調整可能な圧力調整機構だからである。
【００８２】
（実施の形態１の制御）
図８は実施の形態１の制御のフローチャートである。図３を参照して図８に示すように、ユーザは、操作パネル１２０又は外部端末２００を通じて記録材の種類（紙種）を含むジョブの画像形成データを制御部１１０に入力する（Ｓ１１）。
【００８３】
制御部１１０は、ジョブの画像形成データを受信すると、指定された記録材の種類に応じて最適なトナー溶融状態を実現するための適正ゴム硬度をメモリに保持されたテーブルに基づいて決定する。制御部１１０は、適正ゴム硬度を実現できる永久磁石５２、５４の対向間隔をメモリに保持されたテーブルに基づいて決定する（Ｓ１２）。
【００８４】
制御部１１０は、決定した対向間隔が現在の対向間隔とは異なる場合（Ｓ１３のｙｅｓ）、ギアモータ６１ｍを作動させて永久磁石５２を決定した対向間隔を実現できる位置へ移動させて（Ｓ１４）、その後、定着プロセスを開始する（Ｓ１５）。しかし、決定した対向間隔が現在の対向間隔である場合（Ｓ１３のｎｏ）、ギアモータ６１ｍを作動させないで、定着プロセスを開始する（Ｓ１６）。これにより、磁性ゴム層４１ｂに紙種に応じた最適なゴム硬度が設定される。
【００８５】
（実施の形態１の別の制御）
図９は実施の形態１の別の制御のフローチャートである。図９に示すように、別の制御では、１つのジョブ内で磁石移動が不要な場合（紙種が混在しない場合）には、図８の制御を適用してジョブ中は一定のゴム硬度で定着処理を実行する。しかし、１つのジョブ内で磁石移動が必要な場合（紙種が混在する場合）には、最初に磁石移動プログラムを設定して、ジョブ中は磁石移動プログラムに従って紙種変更ごとにゴム硬度を設定して定着処理を実行する。
【００８６】
図３を参照して図９に示すように、ユーザは、操作パネル１２０又は外部端末２００を通じて記録材の種類（紙種）を含むジョブの画像形成データを制御部１１０に入力する（Ｓ２１）。
【００８７】
制御部１１０は、ユーザの紙種設定（Ｓ２１）を調べて、ジョブ中に磁石移動が必要な紙種の変更が有るか否かを判定する（Ｓ２２）。磁石移動が必要な紙種の変更が無い場合（紙種が一種類等）には（Ｓ２２のＮＯ）、記録材の種類に応じて磁石位置と温度調整の目標温度を設定する図８のフローチャートに従って印刷を実行する（Ｓ２８）。そして、ジョブが終わると（Ｓ２９のＹＥＳ）、印刷処理を終了する（Ｓ３０）。
【００８８】
制御部１１０は、磁石移動が必要な紙種の変更が有る場合（紙種が二種類等）には（Ｓ２２のＹＥＳ）、設定された記録材の順番（紙種変更）に応じてジョブ中に磁石位置と温度調整の目標温度を変更するプログラムを作成する（Ｓ２３）。上述したように、表面粗さが小さい記録材ほど、表面が平滑な記録材ほど、エンボス等の凹凸が少ない記録材ほど、永久磁石を磁性ゴム層４１ｂに近付けて入射する磁束を増やす。
【００８９】
制御部１１０は、１枚目の記録材の種類に応じた位置へ永久磁石５２を移動させて（Ｓ２４）定着処理を開始し（Ｓ２５）、その後は（Ｓ２６のＮＯ）、プログラムに従って磁石位置を変更する（Ｓ２４）。そして、ジョブが終わると（Ｓ２６のＹＥＳ）、印刷処理を終了する（Ｓ３０）。
【００９０】
したがって、情報取得部の一例である制御部１１０は、記録材の表面粗さに対応する情報として記録材の型番を取得する。制御部１１０は、記録材の表面粗さが第一表面粗さの記録材に対しては、表面粗さが第一表面粗さよりも小さい第二表面粗さの記録材に対してよりも磁性ゴム層に入射する磁束密度が高くなるように記録材の型番に基づいて調整機構６０を制御する。
【００９１】
（ΔＴとｔの関係）
図１０は弾性層の硬さを変更する制御の説明図である。定着装置９の温度調整の目標温度Ｔａとニップ部Ｎ突入前の記録材温度Ｔｂの温度差を必要加熱温度差ΔＴとする。必要加熱温度差ΔＴは、最適な定着画像が得られる最低定着温度と記録材温度の差である。また、記録材がニップ部Ｎに滞在する時間をｔとする。ｔは記録材ごとの定着時間である。このとき、最適な定着画像を得るために定着ローラ４１の磁性ゴム層４１ｂに必要なゴム硬度を表す硬度指数Ｍを式（５）のように定義する。
Ｍ  ＝  αΔＴ×（ｔ）０．５  ＋  β      ・・・（５）
【００９２】
式（５）において、αは紙種、定着ローラ、トナーの熱物性に応じて設定する比例定数である。記録材におけるトナー画像の定着に必要な熱量をＱとすると、α∝１／Ｑの関係がある。βは主にトナーの溶融状態に対応する指数である。βは、トナーごとに異なる値となる。
【００９３】
このとき、図１０に示すように、同じ記録材であれば、ΔＴとｔの平方根の積と硬度指数Ｍとの間に線形関係がある。Ｍと、（ΔＴ×ｔ（１／２））の値と、をプロットした適正な加熱条件のデータ点を結ぶ近似線に記録材の種類ごとの線形関係が成立している。このため、記録材ごとの加熱前後の温度差（ΔＴ）が等しければ、ｔの平方根と硬度指数Ｍとの間に線形関係がある。回帰分析を用いて相関係数Ｒ２（０＜Ｒ２＜１）にて評価する場合、Ｒ２＞０．８の範囲であれば、各データプロットと近似曲線の相関が高いと言われている。図１０における式（５）と各データの相関は、相関係数Ｒ２＞０．９を超える相関結果を得ている。
【００９４】
そして、異なる記録材の間では、記録材の表面の凹凸の振幅あるいは表面粗さが大きいほど、柔らかい（硬度指数Ｍが低い）弾性層が必要となる。式（５）の右辺の比例定数αの変化を相殺するだけ硬度指数Ｍを変化させることで、温度調整の目標温度（ΔＴ）も定着時間（ｔ）も変更しなくて済む。
【００９５】
しかし、従来の定着装置は、弾性層の硬度を記録材ごとに変更することができない。このため、表面の凹凸の振幅あるいは表面粗さが大きい記録材では、記録材の加熱量Ｑを増すために、定着ローラ４１の加熱の目標温度（ΔＴ）を上げるか、定着ローラ４１の回転速度を低下させてニップ部Ｎに滞在する時間ｔを長くする必要があった。
【００９６】
例えば、普通紙よりも表面の凹凸が大きい記録材、あるいは普通紙よりも表面粗さが大きい記録材の直後に普通紙を印刷する場合、定着ローラ４１の温度（Ｑ）を下げ、印刷速度を低速に変更して加熱時間（ｔ）を短くした状態で普通紙の定着を開始していた。表面粗さが大きい記録材においてΔＴ＝１８０℃、ｔ＝４０ｍｓｅｃの条件で定着を行った後に、定着ローラ４１の温度が新しい目標温度（ΔＴ＝１６０℃）まで下がるのを待って、ｔ＝３５ｍｓｅｃの条件で普通紙の定着を開始していた。
【００９７】
これに対して、実施の形態１では、弾性層（磁性ゴム層４１ｂ）の硬度を変えることができる。磁束密度に応じた磁性ゴム層の硬さである硬度指数をＭとし、定着ローラ４１の表面温度と記録材の表面温度との温度差をΔＴとし、ニップ部Ｎにおける記録材の加熱時間をｔとする。このとき、硬度指数Ｍを変えることで、温度調整の目標温度（ΔＴ）及び、定着ローラ４１の回転速度（ｔ）を変化させることなく、定着装置９における最適な定着性を確保することができる。表３に示すように、永久磁石５４を下降させて、磁石位置を０．０００６８→０．００１０５、硬度指数Ｍ＝１４８０→９４７に変更することによって、定着不良を起こさず普通紙−表面粗さの大きい記録材を交互に定着処理することが可能である。
【００９８】
【表３】
2016102906.tif 000009
【００９９】
このように、記録材ごとの硬度指数Ｍに応じて印加磁場を決めればよい。この関係は、以下の実施の形態２〜５でも同様である。電磁石を用いる実施の形態３では、印加電流値を変えて磁束密度を変化させることになる。なお、図１０は二種類の記録材について記載しているが、その他の坪量の違う紙や表面凹凸性の異なる紙でも同様な関係が成立する。ただし、一般的には、温度測定や硬度測定において誤差を含むため、式（５）で全てのデータが近似できるわけではなく、ある程度誤差を持った計算結果となる。
【０１００】
なお、磁束密度の変化だけでは弾性層の柔軟性の変化幅が小さい場合、ニップ部Ｎの搬送方向の幅変化または定着ローラの温度調整の目標温度変化も併せて適正な定着条件を設定することが考えられる。その場合、上述した式（５）の関係に基づいて弾性層の硬さとニップ時間、定着温度を制御することが可能である。
【０１０１】
また、図１０に示されるように、定着処理する記録材の種類が変更されたときに、ΔＴ、ｔをそれぞれ一定に保って磁性ゴム層４１ｂの硬度指数Ｍを変更してもよい。しかし、記録材の種類が変更される前の（ΔＴ×ｔ（１／２））の値が維持されるように、ΔＴ、ｔを変更するとともに、硬度指数Ｍを変更するように制御してもよい。
【０１０２】
（フィラー添加量）
実施の形態１では、定着ローラ４１が、鉄、ニッケル、コバルト、γ−酸化鉄、アルコニ、フェライト、ネオジムのうち少なくとも１種類の磁性粒子を１０〜６０体積％含有するゴム層を有する。この数値は、以下のように説明される。
【０１０３】
細密充填の体積分率として、粒子間が結合し始める限界として、理論的に次のようになる。六面体の各頂点に同径粒子が位置する単純立方格子の場合、５２体積％である。六面体の中心と各頂点とに同径粒子が存在する、体心立法格子の場合には、６８体積％となる。さらに、六面体の各面と各頂点に同径粒子が存在する面心立方格子の場合、７４体積％となる。
【０１０４】
実際には、磁性粒子の形状は正確な球形でなく、代表径に分布があるので、これらの体積分率で粒子間の結合が起きるわけではない。しかし、粒子の結合が始まると、ゴムとしての弾性が消失するだけでなく、繰り返し圧力の負荷、解除が行われた場合、その部分を起点として破壊され易くなる。今回のＮｉ粒子を含んだシリコンゴムの系では、フィラー体積分率６０体積％を超えると、ゴムサンプルがもろくなることが確認された。このため、ここでは上限を６０体積％と定めた。
【０１０５】
一方、ゴムにフィラーを添加する量を減らしていくと、ゴム本来の弾性が発揮され易くなるが、磁力によるフィラー間の磁気結合が弱くなってくる。磁気のクーロンの法則より、二粒子間の力は距離の二乗に反比例することが知られている。
【０１０６】
また、定着ローラの弾性層として使用する場合、フィラー添加によって、シリコンゴムの熱伝導率を上げる役目も担っている。シリコンゴムの熱伝導率はフィラーに比べると低く、０．２（Ｗ／ｍ／Ｋ）である。その中にフィラーを加えて熱伝導性を高めているが、Ｎｉ粉を１０体積％添加した場合の熱伝導率をＲａｙｌｅｉｇｈ−Ｍａｘｗｅｌｌの式から計算すると、次のようになる。（電子技術総合研究所調査報告  １７６号  高分子材料の熱伝導率  金城克彦  ３４ページより）
λ＝λc（（２λｃ＋λｄ−２Φ（λｃ−λｄ））/（２λｃ＋λｄ＋Φ（λｃ−λｄ）））
【０１０７】
ここで、λｃは、シリコンゴムの熱伝導率であって、０．２（Ｗ／ｍ／Ｋ）である。λｄはニッケルの熱伝導率であって、９０（Ｗ／ｍ／Ｋ）である。ニッケルの体積分率が１０体積％の場合、熱伝導率λは、０．２６（Ｗ／ｍ／Ｋ）となり、シリコンゴムの熱伝導率λｃに対して、１０体積％より少ない添加量では、伝熱特性がほとんど上がらないことがわかる。このため、ここでは、下限を１０体積％と定めた。
【０１０８】
（弾性層の硬度）
シリコンゴムに上記のようにフィラーを添加した弾性層の硬度範囲として、マイクロ硬度計の測定値が４０°以上９５°以下であることが好ましい。弾性層の硬度が堅すぎると、紙の凹凸にローラ表面が追随せず、未定着部分が存在する。一方、柔らかすぎると、定着後の分離不良を起こし易いからである。
【０１０９】
弾性層の硬度の測定方法としては、ローラ状やベルト状に定着部材として成型後に、触針を押しつける方式のゴム硬度計を用い、ゴム硬度を測定する。触針方式のゴム硬度計としては、ＪＩＳ−Ａ式、Ｃ式など各社提案されている。今回は、硬度として高分子計器社製、マイクロゴム硬度計ＭＤ−１（ＴＹＰ−Ｃ）を用いたが、そのほかの測定器でもよい。ゴム硬度計の測定値は、計測誤差や、ゴム自身の材料ムラなどで、誤差を含んだ値となるため、任意の違う位置を５回計測し、その平均値を代表値とした。
【０１１０】
このように測定した各ゴム硬度ＭＤ−１（ＴＹＰ−Ｃ）と画質判定、分離不良の判定をした結果を表４に示す。表４中、画質判定は均一濃度画像（ベタ画像）を記録材に転写して定着後、目視で定着不良がないかを判定した。判定基準は、定着不良部分が多数見受けられるものを×、定着不良部分が数個見受けられるものを△、定着不良が見受けられないものを○と判定した。分離不良に関しては、ローラ定着後に巻きついたものを分離不良として×に判定し、巻き付くことなくはがれるものを○と表記した。
【０１１１】
【表４】
2016102906.tif 000010
【０１１２】
（実施の形態１の効果）
実施の形態１では、紙種が一枚ごとに変化する混在印刷においても最適な溶融状態を維持して高画質のプリントを連続で生産性を落とすことなく可能となる。紙種が混在するような印刷時に、高速かつ最適な熱量を与えて確実に定着することが可能となる。瞬時に磁性ゴム層４１ｂの硬度を変えることができるので二種類の紙種が一枚ずつ混在するような印刷時でも生産性を低下させることなく対応可能である。
【０１１３】
＜実施の形態２＞
図１１は実施の形態２における定着装置の構成の説明図である。実施の形態１では、一対の永久磁石の磁極間隔を加減することにより、弾性層（４１ｂ）に入射させる磁束量を調整した。これに対して、実施の形態２では、磁束遮蔽材料のシャッタを用いて永久磁石から弾性層（４１ｂ）へ入射する磁束を規制することにより、弾性層（４１ｂ）に入射させる磁束量を調整した。実施の形態２は、永久磁石の配置及び磁束の調整方法が異なる以外は実施の形態１と同様に構成され、同様に制御される。したがって、図１１中、実施の形態１と同様な構成及び制御には図２と共通の符号を付して重複する説明を省略する。
【０１１４】
図１１に示すように、定着ローラ４１に加圧ローラ４２を圧接させて記録材を挟持するニップ部Ｎが形成される。定着ローラ４１の芯金４１ａは、外径３８ｍｍ、肉厚１ｍｍのアルミニウム円筒材料である。磁性ゴム層４１ｂは、シリコンゴムのエラストマーに酸化鉄Ｆｅ３Ｏ４の微粉末をフィラーとして混合した磁性エラストマーを用いて２．０ｍｍの厚みに成形した。離型層４１ｃは、厚さ５０μｍのフッ素樹脂チューブを使用した。加圧ローラ４２の芯金４２ａは、外径３８ｍｍ、肉厚１ｍｍのアルミニウム円筒材料である。弾性層４２ｂは、シリコンゴムのエラストマーに酸化鉄Ｆｅ３Ｏ４の微粉末をフィラーとして混合した磁性エラストマーを用いて２．０ｍｍの厚みに成形した。離型層４２ｃは、厚さ５０μｍのフッ素樹脂チューブを使用した。
【０１１５】
シャッタ８１、８２は、磁性体金属（軟鋼）の板材である。シャッタ８１、８２は、移動機構８３、８４によって移動して、永久磁石５２、５４から磁性ゴム層４１ｂへ入射する磁束を部分的に遮蔽する。制御部１１０は、移動機構８３を制御してシャッタ８１を記録材の種類に応じた最適な位置へ移動させる。
【０１１６】
磁気回路８５、８６は、透磁率が高く抗磁力の小さい磁性体材料（例えば軟鋼）で形成され、永久磁石５２、５４の間に磁路を形成してニップ部Ｎを通過する磁束を増やす。凸型形状に磁石の形状を変えることによって、凸の頂上部に磁場を集中することも可能である。
【０１１７】
磁性ゴム材料の硬度変化を目的として永久磁石と磁性ゴム材料の間に磁界遮蔽板を設ける場合、磁界遮蔽板としては鉄など磁性体を用いることが好ましい。非磁性体を用いても磁界は弱められるが、ある程度の厚さが必要である。
【０１１８】
＜実施の形態３＞
図１２は実施の形態３における定着装置の構成の説明図である。実施の形態１では、一対の永久磁石の間に形成される磁束を用いて磁性ゴム材料の弾性層（４１ｂ）を硬化させた。これに対して、実施の形態３では、一対の電磁石の間に形成される磁束を用いて磁性ゴム材料の弾性層（４１ｂ）を硬化させる。実施の形態３は、電磁石に永久磁石が置き換えられた以外は実施の形態１と同様に構成され、同様に制御される。したがって、図１２中、実施の形態１と同様な構成及び制御には図２と共通の符号を付して重複する説明を省略する。
【０１１９】
図１２に示すように、電磁石９２は、磁性コア９２ｃにコイル９２ｄを巻いて構成される。電磁石９４は、磁性コア９４ｃにコイル９４ｄを巻いて構成される。電源９０は、コイル９２ｄ、９４ｄに直流電流を印加して磁界を発生させ、磁性コア９２ｃ、９４ｃの間に磁束を発生させて磁性ゴム層４１ｂに入射させる。制御部１１０は、電源９０を制御して磁性ゴム層４１ｂに入射する磁束のＯＮ／ＯＦＦを含む磁束密度の変更が可能である。
【０１２０】
図２において永久磁石５２を上昇させて永久磁石５４との対向距離を大きくすることは、図１２においてコイル９２ｄ、９４ｄに流す電流を増すことと等しい。永久磁石５２を下降させて永久磁石５４との対向距離を小さくすることは、コイル９２ｄ、９４ｄに流す電流を減らすことと等しい。永久磁石５２、５４を抜き取ることは、コイル９２ｄ、９４ｄに流す電流をＯＦＦすることと等しい。図９のフローチャートで説明したジョブ中の永久磁石５２の移動プログラム（Ｓ２３）は、図１２に示すジョブ中のコイル９２ｄ、９４ｄの電流切り替えのプログラムに等しい。
【０１２１】
直流電磁石を用いて磁性ゴム材料に磁界を付与する場合、磁束密度Ｂは次式となる。
Ｂ＝μＨ  ＝μｎＩ
【０１２２】
ここで、μは透磁率、ｎはコイル巻き数、Ｉは電流値となる。よって、磁束密度Ｂはコイル巻き数ｎと電流値Ｉによって制御可能となる。切り替え部の一例である電源９０は、磁束発生部の一例である電磁石９２、９４に印加する電流のＯＮ／ＯＦＦ又は電流値を変更可能である。
【０１２３】
＜実施の形態４＞
図１３は実施の形態４における定着装置の構成の説明図である。実施の形態３では、図１２に示すように、非磁性材料の円筒状の芯金４１ａに磁性ゴム層４１ｂを支持させた。これに対して、実施の形態４では、図１３の（ａ）に示すように、非磁性材料の無端ベルト１４１ａに磁性ゴム材料からなる磁性ゴム層１４１ｂを支持させた。
【０１２４】
図１３の（ａ）に示すように、定着ベルト１４１は、厚さ１００μｍのポリイミドの無端ベルト１４１ａの外周面に厚さ３００μｍの磁性ゴム層１４１ｂを形成した。磁性ゴム材料は実施の形態１で説明したものである。無端ベルト１４１ａは、不図示のモータに駆動される駆動ローラ１４４と不図示の張力ばねに両端を支持されたテンションローラ１４３とに張架される。
【０１２５】
加圧ベルト１４２は、厚さ１００μｍのポリイミドの無端ベルト１４２ａの外周面に厚さ３００μｍのシリコンゴムの弾性層１４２ｂを形成した。無端ベルト１４２ａは、不図示のモータに駆動される駆動ローラ１４６と不図示の張力ばねに両端を支持されたテンションローラ１４５とに張架される。
【０１２６】
実施の形態３で説明した電磁石９２、９４の磁性コア９２ｃ、９４ｃの対向面に摩擦力の低いフッ素樹脂材料のスライダ９２ｓ、９４ｓを被せて定着ベルト１４１と加圧ベルト１４２の重なりを加圧してニップ部Ｎが形成されている。
【０１２７】
なお、図１３の（ａ）に示す定着ベルト１４１内の電磁石９２又は加圧ベルト１４２内の電磁石９４を、図１３の（ｂ）に示すように、磁気回路部材１４８ａに置き換えてもよい。加圧ローラ１４８は、芯金を兼ねた透磁率が高くて抗磁力が小さい軟鋼の丸棒の周囲にシリコンゴムの弾性層１４８ｂを形成している。磁気回路部材１４８ａの加圧ローラ１４８の両端から突出した端面と、電磁石９２の磁性コア９２ｃの磁極とを連絡する別の磁気回路部材を配置してもよい。
【０１２８】
すなわち、電磁石９２が第一回転体と第二回転体のうちの一方の一例である定着ベルト１４１の内側空間に配置される場合、他方の一例である加圧ローラ１４８の内側空間には磁性部材の一例である磁気回路部材１４８ａを配置してもよい。磁性ゴム層１４１ｂに入射する磁束密度を高めることが容易だからである。
【０１２９】
実施の形態４では、実施の形態３と同様に、一対の電磁石９２、９４の間に形成される磁束を用いて磁性ゴム層１４１ｂを硬化させることができる。また、コイル９２ｄ、９４ｄに流す電流をＯＦＦすることで、磁性ゴム層１４１ｂを柔らかくしてエンボス紙等の表面の凹凸の大きな記録材でも、凹部にトナー像を定着することができる。
【０１３０】
＜実施の形態５＞
実施の形態１では、上述したように、磁性ゴム材料の弾性層の硬さの変化に伴うニップ部Ｎの搬送方向の長さの変化は無視した。しかし、実際には、等しい加圧力下で弾性層が柔らかくなればニップ部Ｎの搬送方向の長さは長くなる。
【０１３１】
そこで、実施の形態５では、磁性ゴム材料の弾性層の硬さの変化に伴うニップ部Ｎの搬送方向の長さの変化を積極的に利用して、搬送速度を変化させることなく、ニップ部Ｎにおける記録材の滞在時間を変化させて記録材の加熱量を調整する。
【０１３２】
図１２に示すように、定着ローラ４１は、非磁性金属材料の直径７６ｍｍの芯金４１ａ上に磁性ゴム材料の厚さ２ｍｍの磁性ゴム層４１ｂを設け、磁性ゴム層４１ｂの周面をフッ素樹脂材料の離型層４１ｃで被覆している。加圧ローラ４２は、非磁性金属材料の直径７６ｍｍの芯金４２ａ上に磁性ゴム材料の厚さ２ｍｍの弾性層（磁性ゴム層）４２ｂを設け、弾性層（磁性ゴム層）４２ｂの周面をフッ素樹脂材料の離型層４２ｃで被覆している。
【０１３３】
すなわち、定着ローラ４１は、非磁性材料からなる基層を有し、磁性ゴム層を基層上に配置している。加圧ローラ４２は、非磁性材料からなる基層を有し、磁性体微粒子をゴム材料に分散させた磁性ゴム材料からなる磁性ゴム層を基層上に配置している。
【０１３４】
情報取得部の一例である制御部１１０は、記録材の単位面積当たり重量に対応する情報として記録材の型番を取得する。制御部１１０は、記録材の型番に基づいて調整機構６０を制御する。制御部１１０は、単位面積当たり重量が第一重量の記録材に対しては、単位面積当たり重量が第一重量よりも大きい第二重量の記録材に対してよりも磁性ゴム層４１ｂ及び弾性層（磁性ゴム層）４２ｂに入射する磁束密度を高くする。制御部１１０は、電磁石９２、９４に印加する電流を制御して、磁性ゴム層４１ｂ及び弾性層（磁性ゴム層）４２ｂに入射する磁束密度を変化させる。これにより、磁性ゴム層４１ｂ及び弾性層（磁性ゴム層）４２ｂの硬さが変化して、同一加圧力の下でもニップ部Ｎの搬送方向の長さが変化する。
【０１３５】
実施の形態４は、表面の凹凸の高さが異なる記録材が混在している場合に印刷速度を変える必要も、一度印刷を止める必要もないため、生産性が高く、高速な印刷機能を搭載した画像形成装置を実現できる。
【０１３６】
これに対して、実施の形態５では、調整機構６０を制御して磁性ゴム層に入射する磁束密度を変更することにより、定着ローラ４１の温度調整の目標温度と回転速度とを変更することなく異なる種類の記録材における画像の定着処理を実行する。厚紙と薄紙とが混在する場合でも、定着装置９において紙種に応じた加熱量を確保するために印刷速度（プロセススピード）を変化させる必要がない。画像形成部も合せて印刷速度を変える必要がなく、印刷速度の変更に伴う調整に要していたダウンタイムを解消できる。
【０１３７】
実施の形態５では、定着ローラ４１に対する加圧ローラ４２の押しつけ圧力、搬送速度、温度設定を切り替えることなく、厚紙と薄紙の両方において、必要十分な接触状態を確保して適正な熱量を与えることができる。上述した式（５）において、記録材の単位面積当たり重量が大きいほど柔らかい（硬度指数Ｍが低い）磁性ゴム層４１ｂを使用することで、定着温度（ΔＴ）、定着時間（ｔ）を変更することなく最適な定着処理を実行する。これにより、記録材に熱量を与え過ぎて溶融過多になったり、反対に熱量が足りず溶融過少となったりすることによる定着不良が防止される。
【０１３８】
実施の形態５では、電磁石９２、９４に印加する電流のＯＮ／ＯＦＦと同時にニップ部Ｎの搬送方向の長さが変化するため、紙種が一枚ずつ交互に混在するような場合でも、加熱量を変化させることができる。ニップ通過時間の調整に伴って印刷速度を変える必要が無いため、通紙一枚ごとに変更することも容易である。印刷速度を変化させる場合、画像形成部も合せて印刷速度を変える必要があり、印刷速度の変更に伴う各部の調整に大きなダウンタイムが発生する。
【０１３９】
実施の形態５では、温度調整の待ち時間やニップ部Ｎの長さ変更の待ち時間のために、印刷間隔を拡げる必要が無いため、画像形成装置１００の生産性が高い。実施の形態５は、表紙と中紙とで紙種が混在した冊子の印刷等の機会が多い商業印刷に向いている。
【０１４０】
＜その他の実施の形態＞
本発明は、実施の形態１、２、３、４、５の構成及び制御に限定されない。実施の形態１、２、３、４、５において、説明に使用した数値等は一例を示すものであり、本発明はそれらの数値によって限定を受けない。
【０１４１】
また、磁性ゴム層は、ニッケル微粒子を重量比３０％以上６０％未満混合したシリコンゴムを用いて形成されることが望ましい。ニッケル微粒子が重量比３０％未満では磁束ＯＮ時のゴム硬度が低すぎ、６０％以上は磁束ＯＦＦ時のゴム硬度が高すぎるからである。
【０１４２】
また、第一回転体と第二回転体の組み合わせは、同じ円筒状又は無端ベルト状の組み合わせには限らない。円筒状の第一回転体と無端ベルト状の第二回転体の組み合わせを採用してもよい。
【０１４３】
また、図１３の（ｂ）に示すように、第一回転体と第二回転体のうちの一方に磁束発生部を配置し、他方に磁性部材を配置する場合、他方の内部空間において磁性部材を移動可能に配置してもよい。磁性部材とニップ部Ｎの距離を変化させるように磁性部材を移動させることで、磁性ゴム層に入射する磁束密度を変更できるからである。
【符号の説明】
【０１４４】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  現像装置
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  帯電装置
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  感光ドラム
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  転写ローラ
６  中間転写ベルト、９  定着装置
１１  二次転写ローラ、１４  二次転写内ローラ
４１  定着ローラ、４１ａ、４２ａ  芯金、４１ｂ  磁性ゴム層、４２ｂ  弾性層
４２  加圧ローラ、５０  接離機構、５２、５４  永久磁石
６０  調整機構、６１  偏心カム
９２、９４  電磁石、９２ｃ、９４ｃ  磁性コア
９２ｄ、９４ｄ  コイル、１００  画像形成装置
１１０  制御部
【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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