JP2002189380A - 定着装置 - Google Patents

定着装置

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JP2002189380A
JP2002189380A JP2001290206A JP2001290206A JP2002189380A JP 2002189380 A JP2002189380 A JP 2002189380A JP 2001290206 A JP2001290206 A JP 2001290206A JP 2001290206 A JP2001290206 A JP 2001290206A JP 2002189380 A JP2002189380 A JP 2002189380A
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roller
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heating roller
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Satoshi Kinouchi
聡 木野内
Osamu Takagi
修 高木
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Toshiba TEC Corp
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Toshiba TEC Corp
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    • G03G15/20Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat
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    • G03G15/2042Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for fixing, e.g. by using heat using heat using contact heat with means for controlling the fixing temperature specially for the axial heat partition
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ローラ体の円周方向で温度分布が発生するタイ
プの定着装置でも正確にローラ体の温度を検知可能で定
着装置を提供する。 【解決手段】この発明の定着装置58は、熱容量の小さ
な薄い金属層を有する円筒ローラ2を誘導加熱により昇
温させ、用紙に転写されているトナーを用紙に定着する
際に、円筒ローラの表面の温度を正確に制御可能で、円
筒ローラの長さに比較して幅の狭いサイズの用紙に対す
る画像形成と定着動作が繰り返された場合にローラの端
部の温度が上昇することを防止でき、消費電力も低減で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、誘導加熱を利用
した加熱装置に関し、特に可視化剤としてトナーを用い
る電子写真方式の複写装置やプリンタ装置等に用いら
れ、トナー像を定着する定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電子写真プロセスを用いた複写装置に組
み込まれる定着装置は、被定着部材上に形成された現像
剤すなわちトナーを加熱して溶融させ、被定着部材にト
ナーを固着するものである。なお、定着装置に利用可能
なトナーを加熱する方法としては、ハロゲンランプ(フ
ィラメントランプ)による放射熱を用いる方法や、熱源
にフラッシュランプを用いるフラッシュ加熱方式、熱源
として定着部全体を加熱するオーブン加熱方式、および
被定着部材を挟み込む板状態を加熱する熱板加熱方式等
に代表されるさまざまな方式が実用化されている。
【0003】熱源としてハロゲンランプを用いる方法に
おいては、被定着部材とトナーに所定の圧力を提供可能
に一対のローラを設け、一対のローラの少なくとも一方
のローラを中空として得られる内部空間に、円柱状に形
成したハロゲンランプを配置する構成が広く用いられて
いる。このハロゲンランプを用いる方法では、ハロゲン
ランプが配置されたローラは、他の一方のローラと接す
る位置で作用部(ニップ)を形成し、ニップに案内され
た被定着部材およびトナーに、圧力と熱を提供する。
【0004】すなわち、ハロゲンランプが設けられた加
熱ローラとニップで接触しながら回転する加圧ローラと
の間の定着ポイントに、被定着部材すなわち用紙を通過
させ、用紙上のトナーを融着させて、用紙に定着するも
のである。
【0005】しかしながら、ハロゲンランプを用いた定
着装置では、ハロゲンランプからの光と赤外線が加熱ロ
ーラの全周方向に放射されることにより、ローラ全体が
加熱される。
【0006】従って、光が熱に変換される際の損出とロ
ーラ内の空気を暖めてローラに熱を伝達する際の効率等
を考えると、熱変換効率は、60〜70%であり、消費
電力が多く、しかも、ウォーミングアップ時間も長くな
ることが知られている。
【0007】このため、近年、加熱体に密着して移動可
能な薄い金属層(導体)を有する耐熱性フィルムを無端
ベルト状または円筒状とし、耐熱性フィルムに被加熱物
を密着させながらフィルムと一緒に移動させることで、
加熱体の熱エネルギーを、フィルムから被加熱物に付与
する定着装置が提案されている。なお、耐熱性フィルム
は、通常、利用可能な最大の幅を有する被定着部材の幅
に合わせた幅が与えられている。このことにより、フィ
ルムを用いた定着装置においては、加熱体の長手方向の
温度を均一に管理する必要があり、製造時の均一性や動
作時に高精度な温度制御が要求されることから、装置の
コストが上昇する問題がある。
【0008】なお、単位時間あたりの複写枚数が多い高
速の複写機では、一般に、加熱時間が短くなるため、加
熱体を高熱量(大容量)とする必要があり、消費電力が
増大する、または総消費電力が大きくなりすぎて安全規
格上の不具合が生じる問題がある。
【0009】上述したヒータ定着やフィルム定着にみら
れる問題等を解決するため、今日、特開平9−2585
86号公報、および特開平8−76620号公報等に見
られるように、誘導加熱の手法を用いた定着装置が提案
されている。
【0010】特開平9−258586号公報には、定着
(金属)ローラの回転軸に沿って設けられたコアにコイ
ルを巻いた誘導コイルに電流を流し、ローラに誘導電流
を発生させて、金属ローラ自身から熱を発生させる定着
装置が開示されている。
【0011】特開平8−76620号公報には、磁場発
生手段を収容した導電フィルムと、導電フィルムに密着
される加圧ローラからなり、導電フィルムを発熱させて
導電フィルムと加圧ローラとの間を搬送される記録媒体
上のトナーを記録媒体に定着する定着装置が開示されて
いる。
【0012】また、上述した誘導加熱方式の定着装置に
おいては、ハロゲンランプを用いる周知の定着装置が、
ローラ体の円周方向に関して均一に加熱できる構造であ
るに比較して、磁場発生装置である励磁コイルの巻き付
け方向に関連して、ローラ体の円周方向で、必ずしも表
面温度が均一にならないことが知られている。
【0013】このことから、ローラ体の外周面の表面温
度を検知するための温度検知機構を設ける位置によっ
て、検知された表面温度が不正確になる問題がある。
【0014】例えば、特開平2000−172100に
開示されている定着装置のように、励磁コイルの巻き付
け方向が、ボビンに対してソレノイド状に巻かれている
場合(ローラ体の中心軸とコイルの中心が同一である場
合)は、ローラ体の円周方向の温度分布は均一となるた
め、ローラ体の温度を検知するための温度検知手段を、
ローラ体の外周面のどの位置に設けても、正確に表面温
度を検出可能である。しかしながら、ソレノイドタイプ
のコイルは、磁束の発生力が小さいため、効率が低く、
効率を上げるためには、コイルのターン数を多くするこ
とが要求される。
【0015】これに対して、コイルから発生される磁束
の発生力すなわち効率を上げるために、ローラ体の円周
方向に沿って発生する磁束が均一にならないように、コ
イルの巻き付け方向を平面としてローラ体の円周に沿わ
せ、コイルを構成する線材の大部分を、コイルの長手方
向に沿わせるトランスバース方式が実用化されている。
この場合、ローラ体の円周方向で表面温度に分布が発生
するため、温度検知機構は、ローラ体の表面温度を正確
に検出することのできる位置に設けられなければならな
い。
【0016】一方、ウォームアップタイムを短縮して、
消費電力(待機電力)を低減するために、ローラ体の熱
容量を低減するために、ローラ体の肉厚が薄く形成され
ている。
【0017】しかしながら、ローラ体の熱容量が低減さ
れることにより、サイズの異なる用紙が利用されると、
ローラ体の長手方向で、温度が不均一になるという新た
な問題が生じている。例えば、小サイズの用紙(ローラ
体の長さに比較して幅の狭い用紙)が連続して通紙され
ると、ローラ体の中央部では多くの熱が消費されるが、
ローラ体の端部では熱が消費されないため、ローラ体の
端部の温度が規格温度を越える問題がある。なお、ロー
ラ体の長手方向の温度差は、ローラ体の熱容量が大きい
場合には、熱伝導により、ローラ体の長手方向で均一化
されていたものであるが、肉厚を薄くした結果、温度差
を解消することは困難である。
【0018】このため、ローラ体の端部に温度検知装置
を設け、その検出結果が所定の温度を超えた場合に、ロ
ーラ体の端部に設けた冷却ファンを作動させて、ローラ
体の端部を冷却する例が、特開平9−244465号公
報に、開示されている。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
9−244465号公報に開示された通りに、ローラ体
の端部温度をしきい値としてローラ体の中央の温度に拘
わらずにローラ体を冷却すると、ローラ体の中央部の温
度も低下して、さらに加熱が必要となり消費電力が増大
する問題がある。
【0020】なお、今日、画像形成装置の小型化に伴っ
て、定着装置と画像形成部が近接して設けられることか
ら、定着装置の熱が、画像形成部の感光体の近傍の温度
を感光体の使用上限温度に逼迫させる問題がある。
【0021】この発明の目的は、ローラ体の円周方向で
温度分布が発生するタイプの定着装置でも正確にローラ
体の温度を検知可能で定着装置を提供するものである。
【0022】
【課題を解決するための手段】この発明は、導体で構成
された金属層を有し、任意の方向に回転可能なエンドレ
ス部材と、前記エンドレス部材に所定の圧力を提供する
加圧部材と、前記エンドレス部材に近接して設けられ、
前記エンドレス部材を加熱する誘導加熱装置と、前記加
圧部材が前記エンドレス部材を加圧する加圧点から前記
エンドレス部材の外周に沿って概ね90°となる位置に
設けられ、前記エンドレス部材の温度を検知する温度検
知装置と、を有することを特徴とする定着装置を提供す
るものである。
【0023】またこの発明は、導体で構成された金属層
を有し、任意の方向に回転可能なエンドレス部材と、前
記エンドレス部材に所定の圧力を提供する加圧部材と、
前記エンドレス部材に近接して設けられ、前記エンドレ
ス部材を加熱する誘導加熱装置と、前記エンドレス部材
の表面で、被転写媒体の最小サイズが通過する位置に配
置され、前記エンドレス部材の温度を検知する第1の温
度検知装置と、前記エンドレス部材の表面で、被転写媒
体の最大サイズが通過する領域外に配置され、前記エン
ドレス部材の温度を検知する第2の温度検知装置と、前
記第1の温度検知装置と前記第2の温度検知装置のそれ
ぞれが検知する温度の差に応じて前記エンドレス部材の
端部を冷却する冷却手段と、を有することを特徴とする
定着装置を提供するものである。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、この発明の
実施の形態が適用される画像形成装置の一例として、デ
ジタル複写装置を説明する概略図である。
【0025】図1に示すように、デジタル複写装置(画
像形成装置)51は、対象の画像を、光の明暗として捕
らえて光電変換し、画像信号を生成する画像読取装置
(スキャナ)52と、スキャナ52もしくは外部から供
給される画像信号に対応する画像を形成して被定着部材
(転写材)である用紙Pに定着する画像形成部53とか
らなる。なお、スキャナ52には、複写対象がシート状
である場合に、スキャナ52による画像の読み取り動作
と連動して、順次複写対象を入れ換える自動原稿送り装
置(ADF)54が一体的に設けられている。
【0026】画像形成部53は、スキャナ52もしくは
外部装置から供給される画像情報に対応するレーザビー
ムを照射する露光装置55、露光装置55からのレーザ
ビームに対応する画像を保持する感光体ドラム56、感
光体ドラム56に形成された画像に、現像剤(トナー)
を供給して現像する現像装置57、現像装置57により
現像された感光体ドラム56上のトナー像を、以下に説
明する給紙搬送部によって給送された転写材Pに転写さ
れ、転写材Pに静電的に付着している状態で加熱して溶
融させ、さらに加圧して、転写材Pに定着する定着装置
58等を有している。
【0027】このような画像形成装置においては、スキ
ャナ52または外部装置から画像信号が供給されると、
予め所定の電位に帯電されている感光体ドラム56に、
露光装置55から画像信号に対応して強度変調された図
示しないレーザビームが照射される。これにより、感光
体ドラム56に、複写(出力)すべき画像に対応した静
電潜像が形成される。
【0028】感光体ドラム56に形成された静電潜像
は、現像装置57からトナーが選択的に提供されること
で現像されて、図示しないトナー像に変換される。
【0029】感光体ドラム56上のトナー像は、(符号
を付さない)転写装置と対向する転写位置で、転写材で
ある用紙Pを保持している用紙カセット59から、ピッ
クアップローラ60により1枚ずつ取り出されて感光体
ドラム56とカセット59との間の搬送路61を搬送さ
れ、感光体ドラム56に形成されたトナー像との位置を
合わせるためのアライニングローラ62で、感光体ドラ
ム56上のトナー像とタイミングが整合されて、(転写
位置に)供給される用紙Pに転写される。
【0030】転写装置により、用紙Pに転写されたトナ
ーは、定着装置58に搬送され、定着装置58において
トナーが溶融されると同時に圧力が加えられることで、
用紙Pに定着される。
【0031】定着装置58でトナー像が定着された用紙
Pは、排紙ローラ63を経由して、スキャナ52と用紙
カセット59との間に定義される排出空間(排紙トレ
イ)64に排出される。
【0032】図2(a)ないし2(c)は、図1に示し
た画像形成装置に組み込まれる定着装置の一例を説明す
る概略断面図である。
【0033】図2(a)に示すように、定着装置58
は、厚さ1mm程度の金属製で、直径が概ね40mm、
長さが概ね340mmに形成された円筒状の第1のロー
ラ(加熱ローラ)2と、直径が概ね40mmで、長さが
概ね320mmに形成されて、加熱ローラ2の軸線と平
行、かつ加熱ローラ2の長手方向に沿って配置されると
ともに加熱ローラ2の円周の一点と接触されている第2
のローラ(加圧ローラ)3とを有する。なお、加熱ロー
ラ2には、例えば純鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、
ステンレス鋼とアルミニウムの合金等が利用可能であ
る。また、加熱ローラ2の表面には、トナーが付着する
ことを抑止するための4フッ化エチレン(ポリ‐テトラ
‐フルオロ‐エチレン(−CF−CF−)、商品
名テフロン)等に代表されるフッ素樹脂からなる離型層
が形成されている。一方、加圧ローラ3は、所定の直径
の軸の周囲にシリコンゴムやフッ素ゴム等が被覆された
弾性ローラである。
【0034】加圧ローラ3は、加圧機構4により加熱ロ
ーラ2に向けて所定の圧力で押しつけられることで一時
的に変形し、加熱ローラ2との間に、作用部(ニップ)
を提供する。従って、ニップに案内された転写材である
用紙Pに所定の圧力が供給される。なお、加熱ローラ2
は、図示しない駆動モータにより、外周面が画像形成部
の感光体ドラム56の外周が移動される速度と概ね等し
い速度で移動するような一定速で回転される。また、加
圧ローラ3は、加熱ローラ2が回転されることにより、
加熱ローラの外周面の移動速度と等しい速度で、外周面
が移動されるように回転される。
【0035】加熱ローラ2の周上であって、両ローラ間
に定義される上記ニップよりも、それぞれのローラが回
転される方向の下流側に位置する所定の位置には、用紙
Pを加熱ローラ2から剥離させる剥離爪5、加熱ローラ
2上に付着したトナーや用紙Pから生じる(紙)粉等を
除去するクリーニング部材6、加熱ローラ2の表面の温
度を検出するサーミスタ7および加熱ローラ2の表面温
度の異常を検知して加熱(電力供給)を遮断するための
サーモスタット8が設けられている。
【0036】なお、サーミスタ7およびサーモスタット
8は、加熱ローラ2の外周面のうちの加圧機構4により
加圧ローラ3が押しつけられる(加圧される)方向と平
行な方向であって、加圧点(ニップ)から加熱ローラ2
の外周面に沿って概ね90°の位置に設けられている。
【0037】また、サーミスタ7およびサーモスタット
8は、ニップ(加圧点)から、加熱ローラ2の円周上で
90°の位置以外の、例えば85〜95°の範囲、また
は80〜100°の範囲の任意の位置に設けられてもよ
い。
【0038】また、図2(a)では、サーミスタ7とサ
ーモスタット8は、加熱ローラ2の中心軸に対して18
0゜の位相差で配置した状態が示されているが、図2
(b)に示されるように、同一位相の側で加熱ローラ2
の長手方向の(用紙Pが通過される領域の)中心付近
に、互いに少しずらして配置されることで、より正確
に、加熱ローラ2の表面の温度を検出できる。
【0039】なお、サーミスタ7とサーモスタット8
は、また、上述の例では、サーミスタ7を、加熱ローラ
2と加圧ローラ3とのニップに対して、加熱ローラ2の
回転方向の下流側に配置しているが、サーモスタット8
が設けられている側に配置してもよい。
【0040】また、サーモスタット8は、加熱ローラ2
に発生する熱が対流により上昇する方向すなわち図2
(c)に示すように、画像形成装置51内で加熱ローラ
2の上方となる位置に設けられることで、対流により上
昇する熱を最短時間かつ最高温度で検出できる。
【0041】加圧ローラ3の周上には、用紙Pを加圧ロ
ーラ3から剥離するための剥離爪9と、加圧ローラ3の
表面に付着したトナーを除去するクリーニング部材10
とが設けられている。
【0042】加熱ローラ2の内側には、所定方向の電流
が供給されることで加熱ローラ2に所定方向の磁界を提
供する励磁コイル11が、ローラ2の内周面に沿って、
配置されている。なお、励磁コイル11は、コイル11
から出力される磁束を集中させるための、例えばフェラ
イトや鉄芯等を用いていない空芯コイルであり、例えば
PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)材、フェノー
ル材、あるいは不飽和ポリエステル等の高耐熱性のエン
ジニアリングプラスチックにより形成された支持部材1
2により、加熱ローラ2の内側の所定の位置に固定され
ている。
【0043】支持部材12の位置は、加熱ローラ2を支
持する図示しないホルダ(板金)により、励磁コイル1
1を加熱ローラ2の内周に接しないように、支持可能な
所定の位置に定義されている。
【0044】このように、励磁コイル11を空芯コイル
としたことで、形状の複雑な芯材に要求されるコストを
抑制できる。なお、空芯コイルとしたことにより、励磁
回路を安価に構成できるメリットも生じる。
【0045】励磁コイル11は、線径が0.5mmの銅
線材を耐熱性のポリアミドイミドにより相互に絶縁した
線材を複数本、この例では16本束ねたリッツ線として
構成されている。このように、励磁コイル11をリッツ
線にすることで、交流(高周波)電流を流した際に生じ
る表皮効果の浸透深さより線径を小さくすることがで
き、高周波電流を有効に流すことが可能となる。
【0046】励磁コイル11の表面には、励磁コイル1
1と加熱ローラ2との間の絶縁を維持するための所定の
厚さの絶縁性の被覆材13が被覆されている。また、被
覆材13は、耐熱性樹脂であり、この実施の形態では、
PET(ポリエチレン採り蓋レート(アクリル))を、
チューブ状としたものを用いている。なお、被覆材13
としては、他にフッ素樹脂、PI(ポリイミド)、PP
S(ポリフェニレンサルファイド)、シリコンゴム等も
利用可能である。また、被覆材13の色は、白色または
灰色等の赤外線の反射率の高い色としている。
【0047】被覆材13の厚みは、コイル11を交換す
る際にローラ2とコイル11が接触して破損したり、被
覆材13が剥がれたりすることのないように、0.3m
mとしている。また、被覆材13の軸方向長さは、加熱
ローラ2の全長よりも短く、その一方で、励磁コイル1
1の長手方向長さを完全にカバーできる長さに定義され
ている。
【0048】上述した加熱ローラ2と加圧ローラ3間の
ニップに、図1に示した画像形成装置の画像形成部で形
成されたトナー像(トナー)が転写された状態の用紙P
が案内されることで、用紙P上のトナーが加熱されて溶
融され、その溶融したトナーが、加熱ローラ2と加圧ロ
ーラ3との間の圧力により、用紙Pに定着される。
【0049】図3は、図2(a)ないし2(c)を用い
て説明した定着装置を駆動する駆動回路を説明する概略
ブロック図である。
【0050】駆動回路30は、商用電源からの交流電流
を、整流回路31と平滑コンデンサ32で整流して得ら
れる電流を、共振用コンデンサ33bとスイッチング回
路33cからなるインバータ回路33により高周波電流
とし、励磁コイル33a(図2および図3の励磁コイル
11に対応)に供給するものである。なお、高周波電流
の大きさは、入力検出手段34により検出された検出結
果に基づくPWM(パルス幅変調)制御により、スイッ
チング素子35がONされているON時間を可変するこ
とで制御できる。この時、駆動周波数は変化する。
【0051】また、コイル温度およびローラ温度を検知
する温度検知部36(図2(a)ないし(c)のそれぞ
れにおけるサーミスタ7に対応)からの情報は、IH
(誘導加熱)回路37に、直接入力されて制御してもよ
いし、本願発明のようにCPU38に入力された後、図
示しないD/Aコンバータを経由して、ON/OFF指
示として、IH回路37に入力されてもよい。
【0052】定着装置58の励磁コイル11に高周波電
流が印加されると、コイル11を流れる電流によって発
生する磁束により、加熱ローラ2に、磁界の変化を妨げ
るように、磁束と渦電流が発生される。この渦電流と加
熱ローラ2自身の抵抗とによりジュール熱が発生し、加
熱ローラ2が加熱される。なお、本実施例では、励磁コ
イル11に、例えば周波数25kHz、出力900Wの
高周波電流を流している。
【0053】このようにして、図3に示した駆動回路か
ら図2(a)ないし2(c)を用いて説明した定着装置
58の励磁コイル11に所定の高周波電流が供給される
ことで、加熱ローラ2の表面温度は、180℃に昇温さ
れて、その温度が維持される。このとき、サーミスタ7
により加熱ローラ2の表面温度が検知され、検知された
温度に対するフィードバック制御により、励磁コイル1
1に供給される高周波電流がON/0FFされ、加熱ロ
ーラ2の温度が概ね一定に保持される。
【0054】ところで、用紙Pにトナー(トナー像)を
定着するためには、加熱ローラ2の円周方向の全域の温
度を均一にしなければならない。しかしながら、ローラ
2の回転が停止されいる場合、本実施例のように空芯コ
イルを用いる例に特有の理由から円周方向で異なる強さ
で磁束が発生することに起因して、ローラ2の周方向の
温度分布が不均一となる(ローラ2の周方向に温度ムラ
が発生)。
【0055】このため、用紙Pが加熱ローラ2と加圧ロ
ーラ3が接しているニップを通過する直前までに、ロー
ラ2の円周方向の温度ムラを、所定の許容範囲内に収束
させる必要がある。このことから、例えば定着装置の立
ち上げ時(励磁コイルへの通電開始時)には、各ローラ
は、一定時間停止されたままであるが、所定時間経過
後、それぞれのローラの外周の全域の温度分布を均一に
するために、回転される。これにより、各ローラの外周
の全域に一定の熱量が与えられる。
【0056】加熱ローラ表面温度が180℃に達する所
定のタイミングで画像形成部により形成されたトナー像
が転写され、トナーが静電的に用紙Pに保持されている
状態の用紙Pが加熱ローラ2と加圧ローラ3との圧接部
(ニップ部)である定着ポイントに搬送され、用紙Pが
ニップを通過することで、用紙P上のトナーが融着され
て用紙Pに、定着される。
【0057】詳細には、図3に示した駆動回路により励
磁コイル11に高周波電流が供給されることで、励磁コ
イル11で発生された磁界によって加熱ローラ2の表面
に渦電流が発生し、加熱ローラ2に発生するジュール熱
により、加熱ローラ2が加熱される。
【0058】加熱ローラ2の表面の温度が上昇するにつ
れて、加熱ローラ2表面から熱が赤外線として放射され
る。いうまでもなく、加熱ローラ2から熱が放出される
とその分、ローラ2を加熱するために利用可能な熱エネ
ルギーが減少するので、ローラ2の表面温度が180℃
に達するまでの立ち上がりを早くするためには、ローラ
2から生じる放射熱を低減することが要求される。
【0059】このことから、加熱ローラ2の外側に向か
う熱放射については、加熱ローラ2の外側に、断熱材を
設けたり、定着装置58のケースをモールドすることに
より断熱する等の方法で、熱の放出を抑えている。
【0060】これに対し、加熱ローラ2の内側への熱放
射については、被覆チューブ13や励磁コイル11に吸
収され、結果的に、励磁コイル11や被覆チューブ13
を暖めるために消費される問題がある。なお、励磁コイ
ル11や被覆チューブ13に吸収される赤外線の量は、
本実施例で用いるような厚さ1mmの純鉄製の加熱ロー
ラ2においては、立ち上がり速度を低下させるために十
分な量に達する。
【0061】このため、本実施例では、図2(a)およ
び2(c)を用いて前に説明したとおり、被覆チューブ
13の厚さを0.3mmとしながら、被覆チューブ13
の色を、赤外線を反射しやすい色すなわち白色または灰
色にしたことで、加熱ローラ2の内側で励磁コイル11
に向けて放射される赤外線を被覆チューブ13で反射さ
せることができ、励磁コイル11に対する絶縁耐力を考
慮して被覆チューブ13の厚さを増大する場合、被覆チ
ューブ13の色を、赤外線を反射しやすい色とすること
で、立ち上げ時間を変えずに被覆チューブ13の厚さを
増すことができる。
【0062】これにより、立ち上がりに必要な時間を短
縮するために、被覆チューブの厚さを減らして、その熱
容量を小さくしたことにより、被覆チューブの絶縁性が
低くなって、励磁コイル11と加熱ローラ2との間でリ
ークが生じたり、励磁コイル11を覆う被覆チューブ1
3が剥がれるという問題があったが、必要に応じて被覆
チューブの厚さを最適な厚さに設定することが可能であ
る。なお、被覆チューブとしては、絶縁性のものを用い
ているが、断熱材でもよい。また、断熱性のある絶縁性
で、かつ赤外線に対する反射率の高い色の材質を用いる
ことで、一層、立ち上がり時間を短縮できる。
【0063】また、図2(a)および2(c)に示した
ように、サーミスタ7とサーモスタット8を、加熱ロー
ラ2に圧力が加えられる方向に対して平行になるように
配置したことにより、加圧機構4からの圧力により、加
熱ローラ2が図4に示すように偏心した場合であって
も、サーミスタ7およびサーモスタット8のそれぞれと
励磁コイル11の各線材との間の距離が実質的に変化し
ないため、加熱ローラ2の表面温度を正確に検出でき
る。
【0064】詳細には、サーミスタ7およびサーモスタ
ット8を、加熱ローラ2に圧力が加えられる方向に対し
て概ね平行となる方向および位置に配置することによっ
て、図4に示すように、加圧装置4からの圧力による加
圧ローラ3が加熱ローラ2に押しつけられる圧力のばら
つきよって、加熱ローラ2への加圧力が変化して(大き
くなり)、設計許容範囲以上に加熱ローラ2の位置精度
に誤差が発生する(ガタつきによって加熱ローラ2の位
置がずれる)と、C部分において、励磁コイル11と加
熱ローラ2のギャップが大きくなることから、サーミス
タ7またはサーモスタット8がC部に位置された場合に
は、サーミスタ7またはサーモスタット8が検出した加
熱ローラ2の表面温度に含まれる誤差が大きくなり、加
熱ローラ2の温度を制御する場合に、制御不能となる場
合がある。
【0065】これに対して、D部すなわち上述した加熱
ローラ2に圧力が加えられる方向に対して概ね平行とな
る方向に、サーミスタ7およびサーモスタット8を配置
することにより、加熱ローラ2の位置が加圧機構4から
の圧力によりずれたとしても、励磁コイル11と加熱ロ
ーラ2との間のギャップは、C部に比べて極僅かであ
る。
【0066】すなわち、励磁コイル11に高周波電流を
供給し、加熱ローラ2に、渦電流を発生させて加熱ロー
ラ2を発熱させる誘導加熱方式においては、加熱ローラ
2が発熱する発熱量は、励磁コイル11と加熱ローラ2
との間のギャップの大きさに依存する。従って、加熱ロ
ーラ2から放射される発熱量は、励磁コイル11と加熱
ローラ2との距離が近づくことで加熱ローラ2に作用す
る磁束が強くなることにより発生する渦電流が増大し
て、多くなる。
【0067】なお、加熱ローラ2から発生される発熱量
は、加熱ローラ2と励磁コイル11との間の距離の二乗
に反比例する。
【0068】また、誘導加熱方式の定着装置58におい
ては、停止状態(発熱開始の指示)から所定温度に達す
るまでに許容される立ち上がり時間が僅かであり、かつ
加熱ローラ2の金属層の肉厚が薄く、周知のハロゲンラ
ンプによる加熱ローラに比較して熱容量が小さいことか
ら、加熱ローラ2と励磁コイル11との間のギャップ
は、高い精度で管理されなければならないことから、サ
ーミスタ7およびサーモスタット8が配置されるべき加
熱ローラ2の外周面の位置は、上述したような、加熱ロ
ーラ2に圧力が加えられる方向に対して平行になる位置
が好ましい。
【0069】なお、このようなサーミスタ7およびサー
モスタット8の配置は、加熱ローラ2の円周上のうちの
発熱量が最大となる位置である。すなわち、図5から明
らかなように、加熱ローラ2内に固定された励磁コイル
11は、平面状コイルが加熱ローラ2の内壁に沿って湾
曲されたものであり、励磁コイル11の線材の間隔が
「密」の部分Aと「粗」の部分Bを有している。
【0070】従って、励磁コイル11から発生される発
熱量も、線材の間隔が「密」の部分Aで、「粗」の部分
Bに比較して多くなる。当然のことながら、通電開始
(立ち上げ指示)時、加熱ローラ2が停止している間
は、発熱量が多いAの部分で加熱ローラ2の表面温度が
高くなり、発熱量の少ないBの部分で加熱ローラ2の表
面温度が低くなる。
【0071】このことから、図5に示したように、サー
ミスタ7とサーモスタット8を、励磁コイル11の発熱
量が最大になる位置に設けることで、加熱ローラ2の円
周方向の最大温度を把握することができる。
【0072】また、加熱ローラ2と励磁コイル11との
間のギャップの変化の影響を受けることなく正確に加熱
ローラ2の表面温度を検出できるので、加熱ローラ2の
表面温度を正確に制御できる。さらに、何かの理由でサ
ーミスタ7が動作不能となって、加熱ローラ2の表面温
度が異常温度に到達したとしても、サーモスタット8に
より、加熱ローラ2の異常な温度上昇を検知して、励磁
コイル11に流れる電流を遮断できるので、仮に、用紙
Pが、ニップに挟まった状態で加熱ローラ2の回転が停
止されたとしても、ニップに挟まっている用紙Pが異常
に加熱されて発煙することが抑止できる。
【0073】なお、比較のために、サーモスタット8を
図5に示した励磁コイル11の線材の間隔が「粗」であ
るB部分に固定し、サーモスタット8を線材の間隔が
「密」であるA部分に固定した際にサーモスタット8が
温度異常で動作した際のニップの温度に対する温度を測
定したところ、約80℃低い結果が得られた。
【0074】図6ないし図8は、図2(a)ないし2
(c)を用いて説明した定着装置とは異なる別の実施の
形態を説明する概略図である。なお、図6は、図7の定
着装置を、図面の左側から見た状態を示している。ま
た、図8は、図7に示した方向から見た拡大概略断面図
である。また、図2(a)ないし2(c)に示した定着
装置と同一の構成については、詳細な説明を省略する。
【0075】図6に示されるように、定着装置158
は、厚さ1mm程度の金属製の円筒体すなわちエンドレ
ス体である第1のローラ(加熱ローラ)102と、加熱
ローラ102の円周の一点と接触されている第2のロー
ラ(加圧ローラ)103とを有する。
【0076】加圧ローラ103は、図示しない加圧機構
により加熱ローラ102に向けて、所定の圧力で押しつ
けられることで一時的に変形し、加熱ローラ102との
間に、作用部(ニップ)を提供する。なお、加熱ローラ
102は、図示しない駆動モータにより外周面が画像形
成部の感光体ドラム56の外周が移動される速度と概ね
等しい速度で移動するような一定速で回転される。ま
た、加圧ローラ103は、加熱ローラ102が回転され
ることにより、加熱ローラ102の外周面の移動速度と
等しい速度で、外周面が移動されるように回転される。
【0077】加熱ローラ102の周上であって、それぞ
れのローラ102、103間により定義されるのニップ
よりも、加熱ローラ102が回転される方向の下流側に
位置する所定位置には、加熱ローラ102の長手方向の
中央付近の表面の温度を検出する第1のサーミスタ10
7、加熱ローラ102の長手方向の端部付近の表面の温
度を検出する第2のサーミスタ117および加熱ローラ
102の表面の温度の異常を検知して、加熱(電力供
給)を遮断するために用いられるサーモスタット108
が設けられている。なお、サーミスタ107、117お
よびサーモスタット108は、加熱ローラ102の外周
面のうちの図示しない加圧機構により加圧ローラ103
が押しつけられる(加圧される)方向と平行な方向とな
る位置に設けられている。
【0078】加熱ローラ102の近傍の所定の位置、す
なわち図7、8を参照して以下に説明するように、定着
装置158を画像形成装置51にセットした状態で加熱
ローラ102の直下に位置する位置(感光体ドラム56
や現像装置57等の画像形成に関わる装置およびユニッ
トから生じる熱が上昇する方向)には、加熱ローラ10
2の少なくとも両端部を冷却する冷却機構121が設け
られている。なお、冷却機構121は、冷却風を生成す
るファン122とファン122により生成された冷却風
を加熱ローラ102の両端部に案内するダクト123か
らなる。
【0079】また、ダクト123により加熱ローラ10
2に案内された冷却風は、加熱ローラ102の端部を冷
却したのち、図7に示した排気パス124を経由して、
定着装置158でトナー像が定着されて排出トレイ64
(排出ローラ63)に向けて搬送されている用紙Pを冷
却するために利用される。さらに、ファン122の吸気
(吸出)側には、画像形成部の感光体ドラム56の近傍
で発生するオゾンを吸収するためのオゾンフィルタ12
5が設けられている。
【0080】なお、ファン122は、例えば図7に示し
たようなタップ切換回路131により、第1の速度と第
1の速度よりも低い第2の速度により回転可能なタップ
制御型のファンであり、例えば加熱ローラ102と加圧
ローラ103との間のニップに用紙Pが搬送されている
場合(画像形成時)には、第1の速度で回転され、レデ
ィー(待機)時には、第2の速度で回転可能である。
【0081】但し、ファン122が回転されるタイミン
グは、以下に説明する通り、所定の条件、例えば加熱ロ
ーラ102の長さに比較して幅の狭いサイズの小さな用
紙Pに対する画像形成が継続され、ローラ102の端部
の温度が所定温度以上に達した場合に制限される。
【0082】図6ないし図8に示す定着装置158は、
立ち上げられた(励磁コイル11への通電開始)直後、
または一旦180℃に達した後のレディー状態で待機中
は、図9に示すように、加熱ローラ102の両端部の温
度が低い曲線αで示すような長手方向の温度分布を有す
る。なお、画像形成動作が開始され、トナー像が転写さ
れた用紙Pが両ローラ間のニップに案内されるまでの間
に十分な定着性を得るために、第2のサーミスタ107
により加熱ローラ102の端部の温度をモニタしなが
ら、加熱ローラ102の両端部の温度を、定着性を維持
可能な温度、この例では160℃に設定する。このと
き、加熱ローラ102の中央部の温度は、約180℃と
なる。
【0083】一方、加熱ローラ102の長さに比較して
幅の小さいサイズの用紙Pに対する画像形成が繰り返さ
れた(通紙された)場合、第1のサーミスタ107と第
2のサーミスタ117により加熱ローラ102の長手方
向の温度が測定されながら、サーミスタ107により、
加熱ローラ102の中央部分が180℃になるように励
磁コイル11に、所定の電流が供給される。しかしなが
ら、その結果、用紙Pが通過していない加熱ローラ10
2の両端部分の表面温度が上昇してしまう。なお、周知
の定着装置における加熱ローラの端部の温度制御におい
ては、ローラの端部の温度が上昇してある温度に到達し
た時点でファンを回転する制御が一般的であるが、この
場合、ローラの中央部の温度は一定に維持されているた
め、立ち上げ時やレディー状態において、ローラの端部
温度を基準としてローラの中央部の温度を決めた周知の
制御方法では、端部の温度が上昇したにもかかわらず、
中央部温度を初期値に維持するため、消費電力が増大す
る問題がある。
【0084】このことから、この発明の実施の形態で
は、第2のサーミスタ117(端部)が検知したローラ
102の温度と第1のサーミスタ107(センタ)が検
知したローラ102の温度との差が一定の温度より大き
な温度差ときに、ファン122を動作させることを特徴
とする。
【0085】詳細には、サイズの小さな用紙Pに対する
画像形成が継続されると、加熱ローラ102の端部の温
度は、前に説明したレディー時もしくは立ち上げ直後の
温度分布曲線αの状態、すなわち、 である「−20℃」から次第に増大して、曲線βで示す
ように、ローラ102のセンタ温度とローラ102の端
部温度との差が「0℃」になる(端部サーミスタ117
の出力が180℃に到達する)。
【0086】このとき、サーミスタ107による加熱ロ
ーラ102の中央部の制御温度を、例えば5℃だけ低下
させ、175℃で制御する(制御温度を5℃下げる)。
【0087】次に、もう一度、 を求め、「0℃」以上であれば、ローラ102の中央部
の制御温度を、さらに、5℃だけ下げる。
【0088】以下、加熱ローラ102の中央部の温度
が、定着可能限界温度である160℃に達するまで、5
℃ずつ、ローラ102の中央部の温度を低下させる。
【0089】しかしながら、加熱ローラ102の端部の
温度は、ローラ102の中央部の温度が160℃まで低
下されたとしても、用紙Pが通過されないことに起因し
て、継続して上昇するので、加熱ローラ102の中央部
の温度が160℃に達した時点で、 が、曲線γに示すように、「A℃以上(所定の傾き)」
となった時点で、ファン122を回転させる。このと
き、ファン122を回転させる速度は、ファン122に
固有の制御ステップにもよるが、第2のサーミスタ11
7の検知温度と第1のサーミスタ107の検知温度との
差が、「A℃以上の所定の傾き」である場合に、その傾
きに合わせた最適な回転数(制御ステップ)とすること
により、加熱ローラ102の表面温度を不所望に低下さ
せることなくファン122により消費される消費電力も
低減できる。
【0090】このように、加熱ローラ102の長さより
も幅の狭い用紙Pに対する画像形成動作が継続されてい
る場合に、図9に示したように、ローラ102の中央部
の温度を、定着可能な最低限の制御温度に、順に、変更
し、加熱ローラ102の端部温度が引き続き上昇する場
合にのみ、サーミスタ101とサーミスタ100の温度
差を計算して、ファン122を動作させることで、ファ
ン122により消費される消費電力を最小に抑え、かつ
加熱ローラ102が発生する熱を、効率よく利用でき
る。なお、ファン122の吸気側(吸出側)には、オゾ
ンフィルタ125が設けられているので、感光体ドラム
56の周囲に設けられ、−(負)の高電圧を発生する図
示しない帯電装置や転写装置により発生されるオゾンが
画像形成装置51の外部に放出されることが低減され
る。また、定着装置158によりトナー像が定着されて
排出トレイ64(排出ローラ63)に向けて搬送されて
いる用紙Pは、排気パス124により案内された加熱ロ
ーラ102を冷却した後の冷却風により、トナー像が定
着された用紙Pが、給紙機構53内の詳述しない両面ユ
ニットに案内される際に、両面ユニット内の耐熱性の高
くない部品と用紙Pが接触してもその部品に影響を与え
ることのない温度、例えば利用者が手をふれても熱いと
感じにくい程度の温度に、冷却される。
【0091】なお、図7に好適に示されているように、
ファン122は、定着装置で生じた熱が、光半導体とし
て作用可能な温度に上限の存在する感光体ドラム56側
に拡散されることを、阻止できる。これにより、感光体
ドラム56にトナーが固着したり、現像装置57内のト
ナーにブロッキングが生じて、不所望なかすれが生じる
ことが抑止される。
【0092】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の定着装
置を用いることで、誘導加熱方式の定着装置において、
加熱ローラの表面温度を、誤差やばらつきの少ない正確
な温度に、制御できる。
【0093】また、万一、ローラの表面温度が制御不能
となって、加熱ローラが異常に高温に昇温されたとして
も、用紙が挟まれたままになることのあるニップ部より
も温度の高いローラ表面の最大発熱部の熱に基づいて異
常を検知することで、ニップ部に用紙が詰まった状態で
装置が停止されたとしても、用紙が異常に加熱されて発
煙することが抑止される。
【0094】さらに、加熱ローラの長さに比較して幅の
狭いサイズの用紙に対する画像形成が連続して継続され
た場合には、用紙と接しているローラの中央部付近の温
度を定着可能な最低限度に維持するとともに、必要に応
じてローラ端部の温度上昇を抑えるためのファンを回転
させることで、ローラから発生される熱を、効率よく利
用しながら、消費電力も抑えることができる。また、フ
ァンの回転による冷却風により、感光体ドラム側に加熱
ローラの熱が拡散されることが防止されるとともに、排
気により、用紙の熱も除去される。なお、ファンには、
オゾンフィルタが組み込まれているので、感光体ドラム
側で、−イオンが生じることで発生するオゾンが装置外
部へ放出されることが抑止される。
【0095】また、上述したさまざまな実施の形態を説
明するうえで、誘導加熱方式の定着装置を例に説明した
が、加熱ローラを加熱する方法としては、ハロゲンラン
プや面発熱体等の周知のさまざまな発熱体が利用可能で
あることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の誘導加熱型定着装置が組み込まれる
画像形成装置の一例を説明する概略図。
【図2】図1に示した画像形成装置に組み込まれる誘導
加熱型定着装置の一例を説明する概略断面図。
【図3】図2に示した定着装置を駆動するための駆動回
路を説明するブロック図。
【図4】図2に示した定着装置の加熱ローラに所定の圧
力が加えられることで加熱ローラが偏芯する様子を示す
概略図。
【図5】図2に示した定着装置の加熱ローラに組み込ま
れる励磁コイルの線材の間隔の偏りを説明する概略図。
【図6】図2に示した定着装置とは異なる別の定着装置
であって、画像形成装置内部での配置の特徴と合わせて
説明する部分拡大概略図。
【図7】図6に示した定着装置を加圧ローラの側から見
た概略側面図。
【図8】図6および図7に示した定着装置の概略断面
図。
【図9】図6ないし図8に示した定着装置に組み込まれ
るローラの長手方向の温度変化を説明するグラフ。
【符号の説明】
1・・・感光体ドラム、 2・・・加熱ローラ(第1のローラ)、 3・・・加圧ローラ(第2のローラ)、 4・・・加圧機構、 5・・・剥離爪、 6・・・クリーニング部材、 7・・・サーミスタ、 8・・・サーモスタット、 9・・・爪、 10・・・クリーニング部材、 11・・・励磁コイル、 12・・・支持部材、 13・・・被覆材、 30・・・駆動回路、 31・・・整流回路、 32・・・平滑コンデンサ、 33・・・インバータ回路、 34・・・入力検出手段、 35・・・スイッチング素子、 36・・・温度検知部、 37・・・誘導加熱(IH)回路、 51・・・画像形成装置、 52・・・スキャナ、 56・・・感光体ドラム、 58・・・定着装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H033 AA03 AA18 AA35 BA02 BA25 BA27 BA29 BA32 BB00 CA07 CA17 CA22 CA27 CA35 CA43 3K059 AB00 AC33 AD04 AD28 AD29 AD39

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導体で構成された金属層を有し、任意の方
    向に回転可能なエンドレス部材と、 前記エンドレス部材に所定の圧力を提供する加圧部材
    と、 前記エンドレス部材に近接して設けられ、前記エンドレ
    ス部材を加熱する誘導加熱装置と、 前記加圧部材が前記エンドレス部材を加圧する加圧点か
    ら前記エンドレス部材の外周に沿って概ね90°となる
    位置に設けられ、前記エンドレス部材の温度を検知する
    温度検知装置と、を有することを特徴とする定着装置。
  2. 【請求項2】前記加圧部材が前記エンドレス部材を加圧
    する加圧点から前記エンドレス部材の外周に沿って概ね
    90°となる位置に設けられ、前記エンドレス部材の温
    度を検知する温度異常検出装置をさらに有することを特
    徴とする請求項1記載の定着装置。
  3. 【請求項3】前記誘導加熱装置は、前記エンドレス部材
    の周方向に沿って巻き付けられた平面状のコイルを含
    み、前記温度検知装置は、前記エンドレス部材が停止し
    ている状態で前記誘導加熱装置により加熱されている際
    に、前記エンドレス部材の発熱が最大となる位置に位置
    されていることを特徴とする請求項1記載の定着装置。
  4. 【請求項4】導体で構成された金属層を有し、任意の方
    向に回転可能なエンドレス部材と、 前記エンドレス部材に所定の圧力を提供する加圧部材
    と、 前記エンドレス部材に近接して設けられ、前記エンドレ
    ス部材を加熱する誘導加熱装置と、 前記エンドレス部材の表面で、被転写媒体の最小サイズ
    が通過する位置に配置され、前記エンドレス部材の温度
    を検知する第1の温度検知装置と、 前記エンドレス部材の表面で、被転写媒体の最大サイズ
    が通過する領域外に配置され、前記エンドレス部材の温
    度を検知する第2の温度検知装置と、 前記第1の温度検知装置と前記第2の温度検知装置のそ
    れぞれが検知する温度の差に応じて前記エンドレス部材
    の端部を冷却する冷却手段と、を有することを特徴とす
    る定着装置。
  5. 【請求項5】前記冷却装置は、前記第1の温度検知装置
    で検知する温度制御値を段階的に低い温度に変化させ、
    前記第1の温度検知装置が定着可能最低温度を検知した
    後、前記第1の温度検知装置と前記第2の温度検知装置
    のそれぞれが検知した温度の差に応じて、前記エンドレ
    ス部材の端部を冷却することを特徴とする請求項4記載
    の定着装置。
  6. 【請求項6】前記冷却装置は、前記第1の温度検知装置
    で検知する温度制御値を段階的に低い温度に変化させ、
    前記第1の温度検知装置が定着可能最低温度を検知した
    後、前記第1の温度検知装置と前記第2の温度検知装置
    のそれぞれが検知した温度の差に応じて、前記エンドレ
    ス部材の端部を冷却することを特徴とする請求項4記載
    の定着装置。
  7. 【請求項7】前記冷却装置は、前記第1の温度検知装置
    で検知する温度制御値を段階的に低い温度に変化させ、
    前記第1の温度検知装置が定着可能最低温度を検知した
    後、前記第1の温度検知装置と前記第2の温度検知装置
    との差が所定の温度に達した後、前記エンドレス部材の
    端部を冷却することを特徴とする請求項4記載の定着装
    置。
  8. 【請求項8】前記冷却装置は、前記エンドレス部材と前
    記加圧部材との間に被転写媒体が搬送されている場合
    は、第1の速度で回転され、前記エンドレス部材と前記
    加圧部材との間に被転写媒体が搬送いない場合は、上記
    第1の速度よりも低い第2の速度で回転されることを特
    徴とする請求項4記載の定着装置。
  9. 【請求項9】前記冷却装置は、前記第1の温度検知装置
    で検知する温度制御値を段階的に低い温度に変化させ、
    前記第1の温度検知装置が定着可能最低温度を検知した
    後、前記第1の温度検知装置と前記第2の温度検知装置
    のそれぞれが検知した温度の差に応じて、または前記第
    1の温度検知装置で検知する温度制御値を段階的に低い
    温度に変化させ、前記第1の温度検知装置が定着可能最
    低温度を検知した後、前記第1の温度検知装置と前記第
    2の温度検知装置との差が所定の温度に達した後、のい
    ずれか一方のタイミングで回転されることを特徴とする
    請求項4記載の定着装置。
  10. 【請求項10】前記冷却装置は、ファンとオゾンフィル
    タを含むことを特徴とする請求項4記載の定着装置。
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