JP2004325678A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】画像形成装置の誘導加熱定着装置において、誘導コイルの自己発熱による過昇温を、温度センサやサーモスタット及び温度ヒューズ等の複数の手段を使わずに防止し、非通紙部の過度の温度上昇を防止するとともに定着装置の機械的強度を向上させ、誘導コイルの耐久性を確保し、定着装置の焼損を防止することである。
【解決手段】本発明に係る画像形成装置における定着装置４０によれば、誘導コイル１３Ａと、加熱ローラ１０と、加圧ローラ２０とを有し、加熱ローラ１０は、支持体層１１と離型層１２からなり、支持体層１１はキュリー温度の異なる２種類以上の整磁合金から形成され、誘導コイル１３Ａに電力を供給する電源制御部５２と、電源制御部５２から誘導コイル１３Ａへの入力電力を検出する電流検出部５３と電流検出部５３により検知された電流値に応じて誘導コイル１３Ａへの通電を停止及び開始する制御部５０とを備える。
【選択図】 図４
【解決手段】本発明に係る画像形成装置における定着装置４０によれば、誘導コイル１３Ａと、加熱ローラ１０と、加圧ローラ２０とを有し、加熱ローラ１０は、支持体層１１と離型層１２からなり、支持体層１１はキュリー温度の異なる２種類以上の整磁合金から形成され、誘導コイル１３Ａに電力を供給する電源制御部５２と、電源制御部５２から誘導コイル１３Ａへの入力電力を検出する電流検出部５３と電流検出部５３により検知された電流値に応じて誘導コイル１３Ａへの通電を停止及び開始する制御部５０とを備える。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に係り、詳しくは、誘導加熱定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置は、感光体、例えば感光ドラムの表面を所定の電位に帯電し、これに画像露光を施して静電潜像を形成し、この感光ドラム表面の潜像を現像手段により現像剤（トナー）を用いて現像してトナー画像として可視化し、得られたトナー画像を感光ドラムに搬送された紙等の記録材に転写し、このようにしてトナー画像を担持した記録材を定着装置に送って、定着装置により記録材上の未定着トナー画像を定着させて、記録材上にプリント画像を得る装置である。
【０００３】
上記画像形成装置の定着装置は、内側に加熱源を備える加熱部材としての加熱ローラと、この加熱ローラに圧接してニップ部を形成する加圧部材としての加圧ローラとを備え、加熱ローラは駆動源により回転駆動され、加圧ローラは加熱ローラに従動して回転される。加熱ローラと加圧ローラは、記録材をニップ部で挟持して搬送する間に記録材上の未定着トナー画像を加熱及び加圧して、記録材上にトナー画像を溶融定着させる。
【０００４】
従来、この加熱ローラの加熱源にはハロゲンランプが用いられていたが、近年、省エネルギー化を図るために、高エネルギー効率の加熱源として、誘導コイルを用いた誘導加熱方式が採用されている。
【０００５】
誘導加熱方式の加熱ローラは、支持体層内に誘導コイルを備え、支持体層は磁性材料から成る加熱部材層及び基体層からなり、支持体層上に離型層を設けている。誘導コイルに交流電流が供給されると、誘導コイルに磁界（磁束）が発生し、加熱部材層に作用して渦電流が誘導され、基体層及び加熱部材層が発熱する。発生した熱は離型層に伝えられ、加熱ローラが加熱される。通常、誘導コイルには数１０ｋＨｚの交流電流が供給される。
【０００６】
加熱ローラが加熱されると、加熱ローラからの伝導熱や輻射熱によって誘導コイルも加熱される。また誘導コイル自身の抵抗によるジュール損によっても自己発熱する。誘導コイル自身の抵抗によるジュール損による自己発熱は、コイル通電オンデューティ（所定時間当たりのコイル通電時間の割合）が相対的に高いプリント時に顕著であり、そのためプリント時にコイル温度が高くなる傾向にある。誘導コイルが過剰に昇温すると、誘導コイルの耐久性が低下し、場合によっては誘導コイルが焼損することもある。
従って、温度センサにて加熱ローラを監視し、温度が過昇温した場合、サーモスタットや温度ヒューズによって誘導コイルへの通電を遮断し、加熱ローラ及び周辺部材の発火を防止している。
【０００７】
通常、サーモスタットや温度ヒューズは、加熱ローラ表面の磨耗傷を防止するために、加熱ローラとは非接触で設けられることが多い。サーモスタットや温度ヒューズが加熱ローラに対して非接触で設けられていると、加熱ローラからサーモスタットや温度ヒューズへの熱移動に時間がかかるため、通電遮断動作に応答遅れが発生する。また、サーモスタットや温度ヒューズが作動するときは、過昇温になっており、加熱ローラ及びその周辺部材が発火してしまう可能性が高い。
【０００８】
温度センサやサーモスタット及び温度ヒューズ等の手段を使わずに、加熱ローラ及びその周辺部材を所定温度以上に上昇させない方法として、例えば、特許文献１には、加熱部材として磁気コアを使用しており、磁気コアの一部を制御希望温度以上になると飽和磁束密度が減少する整磁合金で構成した定着装置が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−３２０７００号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コアの一部を整磁合金とした場合は、コア全体としての飽和磁束密度が減少しても、誘導コイルの温度が高くなるプリント時には、通常サイズより小さい用紙を通紙する場合において、加熱ローラの非通紙部の温度上昇が発生し、誘導コイル及び加熱ローラ、周辺部材の熱損傷を防ぐことは困難であった。
通常より小さい用紙を通紙するプリント時に適切な温度を保つには、サイズ毎に複数の誘導コイルを分割して配置する構成があるが、部品コストが高く、複数の誘導コイルを制御するための回路コストも高くなっていた。
【００１１】
本発明の課題は、画像形成装置の定着装置において、誘導加熱定着装置の加熱部材に設けられた誘導コイルの自己発熱による過昇温を、温度センサやサーモスタット及び温度ヒューズ等の複数の手段を使わずに防止し、プリント時における非通紙部の過度の温度上昇を防止するとともに定着装置の機械的強度を向上させ、誘導コイルの耐久性を確保し、焼損を防止することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、駆動電源部からの供給電流により誘導磁界を発生する誘導コイルと、整磁合金を含み前記誘導コイルからの誘導磁界により誘導加熱される加熱部材と、前記加熱部材に圧接される加圧部材とを有し、前記加熱部材と加圧部材との間に形成されるニップ部を通過する記録材を加圧かつ加熱することにより、前記記録材上のトナー画像を定着させる誘導加熱定着装置を備えた画像形成装置において、前記駆動電源部から前記誘導コイルに供給される電流量を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出された電流値が予め定められた基準値より低下したとき、前記駆動電源部から前記誘導コイルに対する電流の供給を停止させる制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
この請求項１に記載の発明によれば、温度センサやサーモスタット及び温度ヒューズ等の複数の手段を使わずに誘導加熱定着装置の加熱部材に設けられた誘導コイルの自己発熱による過昇温を防止し、誘導コイル、加熱ローラ及びその周辺部材の発火の可能性を極度に低下させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記加熱部材は、少なくともキュリー温度の異なる２種類以上の整磁合金によって、前記加熱部材の長手方向に分割されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の画像形成装置において、前記整磁合金は、一方は他方よりもキュリー温度が低い整磁合金であることを特徴としている。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項２及び３記載の画像形成装置において、前記整磁合金は、前記記録材の寸法に合わせて分割されていることを特徴としている。
【００１７】
この請求項２、３及び４に記載の発明によれば、記録材の寸法にあわせてキュリー温度の異なる整磁合金からなる支持体層を用いることにより、プリント時に発生する加熱部材に生じる通紙部以外の部分の温度過昇を防ぐことができ、誘導コイル、加熱ローラ及び周辺部材の熱損傷を防ぐことができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４記載の画像形成装置において、前記加熱部材は支持体層と離型層から形成され、該支持体層は、整磁合金からなる層と、整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の材料からなる複数の層から構成されることを特徴としている。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４記載の画像形成装置において、前記加熱部材は支持体層と離型層から形成され、該支持体層は、整磁合金からなる層と、整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の材料からなる層と、金属より低熱伝導率である材料からなる層から構成されることを特徴としている。
【００２０】
この請求項５及び６に記載の発明によれば、誘導コイルの絶縁皮膜などに損傷を与えることなく、誘導加熱定着装置の機械的強度が増し、高い定着荷重をかけることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記誘導コイルへの電流供給停止から所定時間が経過すると電流供給を開始し、前記誘導コイルに一定時間電流供給を行い、前記電流検出手段により検知された電流値が予め定められた基準値に応じて前記誘導コイルへの通電を開始することを特徴としている。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７記載の画像形成装置において、前記誘導コイルへの通電を停止する電流値は、前記加熱部材に含まれる整磁合金の特性によって定められる値であることを特徴としている。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜７記載の画像形成装置において、前記誘導コイルへの通電を開始する電流値は前記加熱部材に含まれる整磁合金の特性によって定められる値である、ことを特徴としている。
【００２４】
この請求項７、８及び９に記載の発明によれば、温度センサやサーモスタット及び温度ヒューズ等の複数の手段を使わずに誘導加熱定着装置の加熱部材に設けられた誘導コイルの自己発熱による過昇温を防止しすると共に、加熱ローラが十分安全な温度であるかを判断することができ、焼損を発生させない温度で通電を開始することによりが誘導コイルの耐久性を確保できる。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９記載の画像形成装置において、前記加熱部材は、剛性を持つローラ又は可撓性を持つベルトであることを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［実施の形態１］
図１に、本発明の実施の形態１における画像形成装置の模式図を示し、図２及び図３は、図１の画像形成装置が備える誘導加熱定着装置の断面図の一例を示す。
図１に示すように、本実施形態の画像形成装置は、感光ドラム３０を備え、この感光ドラム３０の表面を帯電器３１により所定の電位に帯電し、露光手段３２により画像を露光して感光ドラム３０の表面に静電潜像を形成し、この潜像を現像器３３により現像剤（トナー）を用いて現像してトナー画像として可視化し、得られたトナー画像を感光ドラム３０に搬送された紙などの記録材Ｐに転写手段３４により転写する。トナー画像の転写が終了した感光ドラム３０は、その表面に残留した転写の残りのトナーをクリーナ３５により除去した後、つぎの画像形成に供される。
【００２７】
一方、トナー画像を担持した記録材Ｐは、感光ドラム３０から誘導加熱定着装置（以下、定着装置と称す。）４０に送られ、定着装置４０により記録材Ｐ上の未定着トナー画像が定着され、記録材Ｐ上にプリント画像が得られる。
【００２８】
本発明に用いる定着装置４０は、図２の断面図に示すように、誘導加熱方式を採用しており、誘導加熱される加熱部材としての加熱ローラ１０と、この加熱ローラ１０に圧接してニップ部Ｎを形成する加圧部材としての加圧ローラ２０と、加熱ローラ１０に供給する磁束を発生させる誘導コイル１３Ａを備える。定着装置４０は、加熱ローラ１０及び加圧ローラ２０を回転することにより、ニップ部Ｎに挿通される記録材Ｐを加熱及び加圧して、記録材Ｐ上のトナー画像をその記録材Ｐ上に定着させる。
【００２９】
前記加熱ローラ１０は、支持体層１１と離型層１２から構成され、支持体層１１は、基体層１１ａと加熱部材層１１ｂから形成され、加熱部材層１１ｂは整磁合金から成り、基体層１１ａは加熱部材層１１ｂの外周に整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属層から形成されており、誘導コイル１３Ａが前記加熱ローラ１０の内部に同心に配置されている。
整磁合金とは、温度が高くなると磁性を失う特性を有する合金のことで、磁性が無くなる温度をキュリー温度と言う。
【００３０】
基体層１１ａは、アルミ等の非磁性の金属から形成されており、加熱ローラ１０の機械的な強度を満足する厚み以上を持ち、かつ、熱容量の適正な範囲を有する材料を選択する必要がある。例えば、０．５ｍｍ程度の厚さのアルミを用いることができる。
【００３１】
加熱部材層１１ｂは、温度が高くなると磁性を失う特性を有し、誘導コイル１３Ａや加熱ローラ１０及び周辺部材の焼損を発生しない適正なキュリー温度特性を持った整磁合金を用いる必要がある。
例えば、０．２〜０．５ｍｍ程度の厚さのＮｉ含有量でキュリー温度が変化する整磁合金Ｆｅ−Ｎｉ合金を用いることができる。
【００３２】
離型層１２は、加熱部材層１１ｂの渦電流による発熱によって生じる熱損傷による劣化と、加圧ローラ２０の表面層２２との回転による磨耗によって生じる表面の劣化とを防ぐための十分な耐久性を考慮して、材料と厚さを選択する必要がある。例えば、１０〜３０μｍ程度の厚さを持つＰＦＡ、ＰＴＦＥ等フッ素系樹脂等を用いることができる。
【００３３】
更に、定着装置４０は加熱ローラ１０と加圧ローラ２０とを荷重をかけて圧着回転させるため、加熱ローラ１０及び加圧ローラ２０は、機械的な強度を持たせることが必要である。
より高い荷重をかけるためには、基体層１１ａの肉厚を更に厚くするか、強度の高い材料を使う必要があった。しかし、強度を増すために肉厚を厚くすると熱伝導性がよい材料を用いる必要となり、加熱ローラ１０からの熱によって誘導コイル１３Ａが高温となり、誘導コイル１３Ａの絶縁皮膜を劣化させてしまう問題が生じていた。
【００３４】
そこで、加熱ローラ１０の基体層１１ａを材料及び厚さの異なる複数の層によって形成することにより、更に高い強度を持った加熱ローラ１０を構成することができる。
例えば、加熱ローラ１０からの熱を誘導コイル１３Ａに伝えない材料と、非磁性で低抵抗の材料とによって形成することができる。加熱ローラ１０からの熱を誘導コイル１３Ａに伝えない材料としては、フェノール樹脂、ＰＰＳなどの耐熱性樹脂や、アルミナセラミックなどがある。非磁性で低抵抗の材料としては、アルミや銅などがある。
【００３５】
前記加圧ローラ２０は、シリコンゴム等の弾性層２１の外周に、導電性の表面層２２にて構成されている。
【００３６】
なお、上記特性を持った材料であれば適宜使用することができ、これに限定されるものではない。
【００３７】
また、定着装置４０の他の例として、図３の断面図に示すように誘導電流により発熱する加熱ローラ１０と、該加熱ローラ１０に対し圧接してニップ部Ｎを形成する加圧ローラ２０と、前記加熱ローラ１０に供給する磁束を発生させる誘導コイル１３Ｂを備える。定着装置４０は、加熱ローラ１０及び加圧ローラ２０を回転することにより、ニップ部Ｎに挿通される記録材Ｐを加熱及び加圧して、記録材Ｐ上のトナー画像をその記録材Ｐ上に定着させる。
【００３８】
前記加熱ローラ１０は、支持体層１１と離型層１２から構成され、支持体層１１は、基体層１１ａと加熱部材層１１ｂから形成され、基体層１１ａは整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属層から成り、加熱部材層１１ｂは基体層１１ａの外周に整磁合金層から形成され、誘導コイル１３Ｂが前記加熱ローラ１０の外部に配置されている。
【００３９】
本発明に用いる上記定着装置４０の別の実施の形態は、特に図示はしないが、薄肉の耐熱性フィルムと、該フィルムの一方に固定支持された、誘導電流により発熱する加熱部材と、該加熱部材に供給する磁束を発生する誘導コイルと、前記フィルムの他方面側に前記加熱部材と対向して加圧部材が圧接配置され、前記フィルムを挟んで前記加熱部材と前記加圧部材のニップ部を通過する記録材としてのトナー像が転写された転写材を加熱部材からの熱で定着する定着装置であり、前記加熱部材は少なくとも整磁合金層と整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属層の層からなり、前記誘導コイルに面した側に前記整磁合金層を配置し構成されたものでもよい。
【００４０】
図４に、図２の定着装置において、誘導コイル１３Ａへの電流制御フローを示す。
図４に示すように、誘導コイル１３Ａへの電流制御を行う構成は、誘導コイル１３Ａへの電源の供給及び制御を行う制御手段である制御部５０と定着装置４０からなり、定着装置４０は、誘導コイル１３Ａ、加熱ローラ１０、加圧ローラ２０から構成される装置系と、駆動電源手段である整流回路部５１、インバータ回路部５２、交流電源部５４、コンデンサＣと、電流検出手段である電流検出部５３、電流検出器ＣＴ、とから構成される。
【００４１】
制御部５０は、誘導コイル１３Ａの電流供給停止から電流供給開始までを計時する機能と、誘導コイル１３Ａの電流供給停止後の一次通電開時間を計時する機能とを備えている。
また、加熱部材層１１ｂに使用されている整磁合金の特性に基づいたキュリー温度時の電流値を電流遮断値とした設定値ＩＴｃを保持している。
更に、制御部５０は、加熱部材層に使用されている整磁合金の特性に基づいた、電流再開値ＩＴｒを保持している。
電流再開値ＩＴｒは、整磁金属を用いた加熱部材層の温度特性と誘導コイル１３Ａ流れる電流値特性の関係により、誘導コイル１３Ａに電流を流しても加熱部材層１１ｂや加熱ローラ１０、誘導コイル１３Ａ及び周辺部材に損傷を与えない温度であるかを判定する電流再開値ＩＴｒを設定することができる。
【００４２】
なお、制御部５０は、定着装置４０内に含まれた固有の制御部であってもよく、また、画像形成装置内の各部と相互に各種情報を送受信可能に接続されており、各部からの情報を受信し、受信した情報を判断して、判断結果である動作指示等の情報を各部に出力し、各部を統括している制御部に含まれるものでもよい。
【００４３】
整流回路部５１は、電源部５４からの交流電流を直流に変換する回路を形成している。また、インバータ回路部５２は、整流回路部５１からの直流電流を誘導コイル１３Ａに誘導磁界を発生させるための交流電流に変換し、誘導コイル１３Ａに出力する回路を形成しており、また制御部５０からの電流制御信号に基づいて誘導コイル１３Ａへの電流供給を行う。
電流検出部５３は、誘導コイル１３Ａの電圧Ｖを検出し、電流検出器ＣＴからの電流Ｉとを制御部５０へ出力する。電流検出器ＣＴは、誘導コイル１３Ａに流れる電流値を検出する検出器である。
コンデンサＣは、誘導コイル１３Ａと並列に誘導コイル１３Ａに常に一定周波数の交流電流が流れるように接続されている。
【００４４】
制御部５０は、定着装置４０のインバータ回路部５２に接続されており、インバータ回路部５２は、誘導コイル１３Ａに接続されている。インバータ回路部５２は、整流回路部５１から誘導コイル１３Ａへの電流が供給されている。そして、インバータ回路部５２から誘導コイル１３Ａへ供給される交流電流（コイル電流Ｉ）の通電は、制御部５０によって制御される。更に、制御部５０は、電流検出部５３に接続されており、電流検出部５３から電流検出器ＣＴより検出される誘導コイル１３Ａに流れるコイル電流Ｉを受信する。
【００４５】
図５に、制御部５０からの信号に基づいて誘導コイル１３Ａに流れる電流の供給制御フローを示す。
誘導コイル１３Ａに電流が供給されている場合において、電流検出部５３は電流検出器ＣＴから誘導コイル１３Ａへ供給されるコイル電流Ｉを検出し、制御部５０へ送信する。制御部５０は、電流検出部５３からのコイル電流Ｉを読み込む（ステップＳ１）。
【００４６】
制御部５０は、コイル電流Ｉが設定値ＩＴｃより小さいか否かを判別し（ステップＳ２）、コイル電流Ｉが設定値ＩＴｃより小さい場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、誘導コイル１３Ａへの電流供給を停止するようインバータ回路部５２へ指示を出す。インバータ回路部５２は、制御部５０からの信号に基づいて、誘導コイル１３Ａへの電流供給を停止する（ステップＳ３）。
一方、コイル電流Ｉが設定値ＩＴｃより小さくない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、誘導コイル１３Ａへの電流供給を続け、コイル電流Ｉを監視し続ける。
【００４７】
制御部５０は、誘導コイル１３Ａへの電流供給の停止後、誘導コイル１３Ａへの電流供給停止時間が所定時間を経過したかを判断する（ステップＳ４）。
【００４８】
所定時間を経過した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、制御部５０は、誘導コイル１３Ａへの電流供給を再開するようインバータ回路部５２へ指示を出す。インバータ回路部５２は、制御部５０からの信号に基づいて誘導コイル１３Ａへの電流の供給を開始する（ステップＳ５）。電流検出部５３は、電源制御部５２から誘導コイル１３Ａへ供給されるコイル電流Ｉを検出し、制御部５０へ送信する。制御部５０は、電流検出手段からのコイル電流Ｉを読み込む（ステップＳ６）。
【００４９】
制御部５０は、コイル電流Ｉが再開値ＩＴｒより大きい否かを判別し（ステップＳ７）、コイル電流Ｉが再開値ＩＴｒより大きい場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、誘導コイル１３Ａへの電流の供給を再開するよう電源制御部５２へ指示を出す。電源制御部５２は、制御部５０からの信号に基づいて、電源部５１からの電流供給を再開し、誘導コイル１３Ａへの電流供給を行う（ステップＳ８）。
【００５０】
コイル電流Ｉが設定値ＩＴｒより小さい場合（ステップＳ７：ＮＯ）、制御部５０は、誘導コイル１３Ａへの電流供給開始後、誘導コイル１３Ａへの電流供給開始時間が所定時間を経過したかを判断する（ステップＳ９）。
【００５１】
所定時間を経過した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、制御部５０は、誘導コイル１３Ａへの電流供給を停止するよう電源制御部５２へ指示を出す（ステップＳ３へ戻る）。一方、所定時間を経過していない場合（ステップＳ９：ＮＯ）、誘導コイル１３Ａへの電流供給を続け、コイル電流Ｉを監視し続ける。
【００５２】
図６に、経過時間に対する加熱ローラ１０の加熱温度特性と電源制御部５２から誘導コイル１３Ａに入力されるコイル電流Ｉの特性を示す。
【００５３】
図６（ａ）に示すように、本発明の整磁合金を用いた加熱ローラ１０は、加熱部材層１１ｂの整磁合金のキュリー温度Ｔｃを超えると、加熱部材層に整磁合金を用いない従来の加熱ローラと比べて、温度上昇が激減することを示している。加熱ローラ１０の加熱部材層１１ｂに整磁合金を用いることにより、キュリー温度Ｔｃを超えた後の加熱ローラ１０の温度上昇速度が小さくなるため、サーモスタットや温度ヒューズ等の通電遮断応答の遅れがあっても、発火の可能性を極度に低下させることが可能になる。
【００５４】
また、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の整磁合金を用いた加熱ローラ１０は、加熱部材層１１ｂが整磁合金のキュリー温度Ｔｃになるまでは、温度変化に対しての電流変化量は小さいが、キュリー温度Ｔｃに達した時点で電流値が急激に低下することを示している。
【００５５】
整磁合金は、キュリー温度に達すると磁性を失い急激な磁性変化を起こす特性を持つ。誘導コイルへ１３Ａへの通電を遮断する設定値ＩＴｃをキュリー温度Ｔｃ時の電流値として設定することにより、サーモスタットや温度ヒューズ等の通電遮断器が無くても、発火の可能性を極度に低下させることが可能になる。
また、温度センサ等が無くても、加熱ローラ１０が十分安全な温度であるかが誘導コイル１３Ａに流れる電流値によって判断することができ、誘導コイル１３Ａへの通電再開電流値としての電流再開値ＩＴｒを設定することが可能になる。
【００５６】
図７に、整磁合金の例として、Ｆｅ−Ｎｉ合金のキュリー温度とＮｉ含有量の関係を示す。
Ｆｅ−Ｎｉ合金は、Ｎｉ含有量に基づいてキュリー温度を連続的に変更することが可能であるため、所要のキュリー温度の近辺にとるようにＮｉ含有量を決める事によって、適正な定着温度を持った整磁合金を容易に得ることが可能である。
このように、定着装置４０の使用温度等に対して最適なキュリー温度が得られるように整磁合金の組成を設定すること出来る。
【００５７】
［実施の形態２］
図８及び９に、キュリー温度の異なる２種類の整磁合金を用いた加熱ローラの例を示す。
従来、通常使用する用紙（通常用紙ａ′）よりも小さい用紙、例えば葉書等の特定用紙ｂ′を通紙するプリント時において、特定用紙ｂ′が通紙されない非通紙部ａは加熱ローラと加圧ローラが直接圧接するため、長時間プリントを行うと非通紙部ａに温度上昇が発生し、誘導コイル、加熱ローラ及び周辺部材の熱損傷が生じていた。本発明では、非通紙部ａを通紙部ｂよりもキュリー温度の低い特性を持った整磁合金を用いて加熱部材層を形成することによって、非通紙部の過度の温度上昇を防ぐことができる。
なお、用紙寸法によって通紙部ｂと非通紙部ａの組合せが多くなる場合においては、整磁合金の種類は２種類以上でもよく、この限りではない。
【００５８】
図８に、加熱ローラ温度に対する加熱ローラの加熱部材層に用いた整磁合金Ａ及びＢの比透磁率の関係を示す。
加熱部材層に用いるキュリー温度の異なる整磁合金Ａ及びＢは、例えば、前述したように、Ｆｅ−Ｎｉ合金のＮｉ含有量を調整して作成することが出来、加熱ローラ温度が上昇するに伴い比透磁率は減少する特性を持つ。
【００５９】
整磁合金Ａは整磁合金Ｂよりキュリー温度が低く、整磁合金Ｂは整磁合金Ａよりもキュリー温度が高い特性を持つ。
誘導コイルに流れる通電時間が経過すると共に整磁合金Ａ及びＢの温度も上昇していくが、整磁合金Ａは整磁合金Ａのキュリー温度に達するにつれ比透磁率が低下し磁性を失うため、キュリー温度に達すると温度上昇は激減する。また、整磁合金Ｂも同様に整磁合金Ｂのキュリー温度に達するにつれ比透磁率が低下し磁性を失うため、キュリー温度に達すると温度上昇は激減する。
また、整磁合金Ａのキュリー温度は、整磁合金Ｂのキュリー温度よりも低い特性を有しているため、整磁合金Ｂよりも低い温度で磁性を失い、整磁合金Ｂの温度よりも高い温度になることを防ぐことができる。
【００６０】
図９に、キュリー温度の異なる２種類の整磁合金を用いた加熱ローラの構成例を示す。
加熱ローラの加熱部材層に図８に前述した特性を有する整磁合金Ａ及びＢを用いて構成する。加熱ローラの非通紙部ａにキュリー温度の低い整磁合金Ａを、通紙部ｂにキュリー温度の高い整磁合金Ｂを用いる。
通常用紙ａ′より小さい特定用紙ｂ′を通紙した場合、キュリー温度の低い非通紙部ａに用いた整磁合金Ａが通紙部ｂに用いた整磁合金Ｂよりも低い温度でキュリー温度に達し、磁性を失い温度上昇が激減する。
従って、非通紙部ａの温度過昇を防ぐことが可能になり、誘導コイル及び加熱ローラ、周辺部材の熱損傷を防ぐことが可能となる。
【００６１】
更に、整磁合金Ａ及びＢに前述した電力制御手段を備えることにより、加熱ローラにキュリー温度を過ぎて磁性を失った後も流れる電流を流すことが無くなり、サーモスタットや温度ヒューズ等の通電遮断器が無くても、発火の可能性を極度に低下させることが可能になる。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、温度センサやサーモスタット及び温度ヒューズ等の複数の手段を使わずに誘導加熱定着装置の加熱部材に設けられた誘導コイルの自己発熱による過昇温を防止し、誘導コイル、加熱ローラ及びその周辺部材の発火の可能性を極度に低下させることができる。
【００６３】
請求項２、３及び４に記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を得られるのは勿論のこと、記録材の寸法にあわせてキュリー温度の異なる整磁合金からなる支持体層を用いることにより、プリント時に発生する加熱部材に生じる通紙部以外の部分の温度過昇を防ぐことができ、誘導コイル、加熱ローラ及び周辺部材の熱損傷を防ぐことができる。
【００６４】
請求項５及び６に記載の発明によれば、請求項１〜４と同様の効果を得られるのは勿論のこと、誘導コイルの絶縁皮膜などに損傷を与えることなく、誘導加熱定着装置の機械的強度が増し、高い定着荷重をかけることができる。
【００６５】
請求項７、８及び９に記載の発明によれば、請求項１〜６と同様の効果を得られるのは勿論のこと、温度センサやサーモスタット及び温度ヒューズ等の複数の手段を使わずに誘導加熱定着装置の加熱部材に設けられた誘導コイルの自己発熱による過昇温を防止しすると共に、加熱ローラが十分安全な温度であるかを判断することができ、焼損を発生させない温度で通電を開始することによりが誘導コイルの耐久性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施の形態を示す模式図である。
【図２】図１の画像形成装置が備える誘導加熱定着装置を示す断面図である。
【図３】図１の画像形成装置が備える誘導加熱定着装置の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における誘導加熱定着装置の制御系を示すブロック図である。
【図５】実施の形態１における電流制御処理を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１における経過時間に対する加熱ローラ温度及びコイル電流特性を示すグラフである。
【図７】Ｆｅ−Ｎｉ合金のキュリー温度とＮｉ量の関係を示すグラフである。
【図８】実施の形態２における整磁合金Ａと整磁合金Ｂの加熱ローラ温度に対する比透磁率の関係を表すグラフである。
【図９】実施の形態２における加熱ローラの構成例である。
【符号の説明】
１０ 加熱ローラ
１１ 支持体層
１１ａ 基体層
１１ｂ 加熱部材層
１２ 離型層
１３Ａ、１３Ｂ 誘導コイル
２０ 加圧ローラ
２１ 弾性層
２２ 表面層
３０ 感光ドラム
３１ 帯電器
３２ 露光手段
３３ 現像器
３４ 転写手段
３５ クリーナ
４０ 定着装置
５０ 制御部
５１ 整流回路部
５２ インバータ回路部
５３ 電流検出部
５４ 電源部
ａ 非通紙部
ａ′ 通常用紙
ｂ 通紙部
ｂ′ 特定用紙
Ｃ コイル
ＣＴ 電流検出器
Ｉ コイル電流
ＩＴｃ 設定値
ＩＴｒ 電流再開値
Ｐ 記録材
Ｎ ニップ部
Ｔｃ キュリー温度
Ｔｒ 通電再開温度
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に係り、詳しくは、誘導加熱定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置は、感光体、例えば感光ドラムの表面を所定の電位に帯電し、これに画像露光を施して静電潜像を形成し、この感光ドラム表面の潜像を現像手段により現像剤（トナー）を用いて現像してトナー画像として可視化し、得られたトナー画像を感光ドラムに搬送された紙等の記録材に転写し、このようにしてトナー画像を担持した記録材を定着装置に送って、定着装置により記録材上の未定着トナー画像を定着させて、記録材上にプリント画像を得る装置である。
【０００３】
上記画像形成装置の定着装置は、内側に加熱源を備える加熱部材としての加熱ローラと、この加熱ローラに圧接してニップ部を形成する加圧部材としての加圧ローラとを備え、加熱ローラは駆動源により回転駆動され、加圧ローラは加熱ローラに従動して回転される。加熱ローラと加圧ローラは、記録材をニップ部で挟持して搬送する間に記録材上の未定着トナー画像を加熱及び加圧して、記録材上にトナー画像を溶融定着させる。
【０００４】
従来、この加熱ローラの加熱源にはハロゲンランプが用いられていたが、近年、省エネルギー化を図るために、高エネルギー効率の加熱源として、誘導コイルを用いた誘導加熱方式が採用されている。
【０００５】
誘導加熱方式の加熱ローラは、支持体層内に誘導コイルを備え、支持体層は磁性材料から成る加熱部材層及び基体層からなり、支持体層上に離型層を設けている。誘導コイルに交流電流が供給されると、誘導コイルに磁界（磁束）が発生し、加熱部材層に作用して渦電流が誘導され、基体層及び加熱部材層が発熱する。発生した熱は離型層に伝えられ、加熱ローラが加熱される。通常、誘導コイルには数１０ｋＨｚの交流電流が供給される。
【０００６】
加熱ローラが加熱されると、加熱ローラからの伝導熱や輻射熱によって誘導コイルも加熱される。また誘導コイル自身の抵抗によるジュール損によっても自己発熱する。誘導コイル自身の抵抗によるジュール損による自己発熱は、コイル通電オンデューティ（所定時間当たりのコイル通電時間の割合）が相対的に高いプリント時に顕著であり、そのためプリント時にコイル温度が高くなる傾向にある。誘導コイルが過剰に昇温すると、誘導コイルの耐久性が低下し、場合によっては誘導コイルが焼損することもある。
従って、温度センサにて加熱ローラを監視し、温度が過昇温した場合、サーモスタットや温度ヒューズによって誘導コイルへの通電を遮断し、加熱ローラ及び周辺部材の発火を防止している。
【０００７】
通常、サーモスタットや温度ヒューズは、加熱ローラ表面の磨耗傷を防止するために、加熱ローラとは非接触で設けられることが多い。サーモスタットや温度ヒューズが加熱ローラに対して非接触で設けられていると、加熱ローラからサーモスタットや温度ヒューズへの熱移動に時間がかかるため、通電遮断動作に応答遅れが発生する。また、サーモスタットや温度ヒューズが作動するときは、過昇温になっており、加熱ローラ及びその周辺部材が発火してしまう可能性が高い。
【０００８】
温度センサやサーモスタット及び温度ヒューズ等の手段を使わずに、加熱ローラ及びその周辺部材を所定温度以上に上昇させない方法として、例えば、特許文献１には、加熱部材として磁気コアを使用しており、磁気コアの一部を制御希望温度以上になると飽和磁束密度が減少する整磁合金で構成した定着装置が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−３２０７００号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コアの一部を整磁合金とした場合は、コア全体としての飽和磁束密度が減少しても、誘導コイルの温度が高くなるプリント時には、通常サイズより小さい用紙を通紙する場合において、加熱ローラの非通紙部の温度上昇が発生し、誘導コイル及び加熱ローラ、周辺部材の熱損傷を防ぐことは困難であった。
通常より小さい用紙を通紙するプリント時に適切な温度を保つには、サイズ毎に複数の誘導コイルを分割して配置する構成があるが、部品コストが高く、複数の誘導コイルを制御するための回路コストも高くなっていた。
【００１１】
本発明の課題は、画像形成装置の定着装置において、誘導加熱定着装置の加熱部材に設けられた誘導コイルの自己発熱による過昇温を、温度センサやサーモスタット及び温度ヒューズ等の複数の手段を使わずに防止し、プリント時における非通紙部の過度の温度上昇を防止するとともに定着装置の機械的強度を向上させ、誘導コイルの耐久性を確保し、焼損を防止することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、駆動電源部からの供給電流により誘導磁界を発生する誘導コイルと、整磁合金を含み前記誘導コイルからの誘導磁界により誘導加熱される加熱部材と、前記加熱部材に圧接される加圧部材とを有し、前記加熱部材と加圧部材との間に形成されるニップ部を通過する記録材を加圧かつ加熱することにより、前記記録材上のトナー画像を定着させる誘導加熱定着装置を備えた画像形成装置において、前記駆動電源部から前記誘導コイルに供給される電流量を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出された電流値が予め定められた基準値より低下したとき、前記駆動電源部から前記誘導コイルに対する電流の供給を停止させる制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
この請求項１に記載の発明によれば、温度センサやサーモスタット及び温度ヒューズ等の複数の手段を使わずに誘導加熱定着装置の加熱部材に設けられた誘導コイルの自己発熱による過昇温を防止し、誘導コイル、加熱ローラ及びその周辺部材の発火の可能性を極度に低下させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記加熱部材は、少なくともキュリー温度の異なる２種類以上の整磁合金によって、前記加熱部材の長手方向に分割されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の画像形成装置において、前記整磁合金は、一方は他方よりもキュリー温度が低い整磁合金であることを特徴としている。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項２及び３記載の画像形成装置において、前記整磁合金は、前記記録材の寸法に合わせて分割されていることを特徴としている。
【００１７】
この請求項２、３及び４に記載の発明によれば、記録材の寸法にあわせてキュリー温度の異なる整磁合金からなる支持体層を用いることにより、プリント時に発生する加熱部材に生じる通紙部以外の部分の温度過昇を防ぐことができ、誘導コイル、加熱ローラ及び周辺部材の熱損傷を防ぐことができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４記載の画像形成装置において、前記加熱部材は支持体層と離型層から形成され、該支持体層は、整磁合金からなる層と、整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の材料からなる複数の層から構成されることを特徴としている。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４記載の画像形成装置において、前記加熱部材は支持体層と離型層から形成され、該支持体層は、整磁合金からなる層と、整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の材料からなる層と、金属より低熱伝導率である材料からなる層から構成されることを特徴としている。
【００２０】
この請求項５及び６に記載の発明によれば、誘導コイルの絶縁皮膜などに損傷を与えることなく、誘導加熱定着装置の機械的強度が増し、高い定着荷重をかけることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６記載の画像形成装置において、前記制御手段は、前記誘導コイルへの電流供給停止から所定時間が経過すると電流供給を開始し、前記誘導コイルに一定時間電流供給を行い、前記電流検出手段により検知された電流値が予め定められた基準値に応じて前記誘導コイルへの通電を開始することを特徴としている。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７記載の画像形成装置において、前記誘導コイルへの通電を停止する電流値は、前記加熱部材に含まれる整磁合金の特性によって定められる値であることを特徴としている。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜７記載の画像形成装置において、前記誘導コイルへの通電を開始する電流値は前記加熱部材に含まれる整磁合金の特性によって定められる値である、ことを特徴としている。
【００２４】
この請求項７、８及び９に記載の発明によれば、温度センサやサーモスタット及び温度ヒューズ等の複数の手段を使わずに誘導加熱定着装置の加熱部材に設けられた誘導コイルの自己発熱による過昇温を防止しすると共に、加熱ローラが十分安全な温度であるかを判断することができ、焼損を発生させない温度で通電を開始することによりが誘導コイルの耐久性を確保できる。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９記載の画像形成装置において、前記加熱部材は、剛性を持つローラ又は可撓性を持つベルトであることを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［実施の形態１］
図１に、本発明の実施の形態１における画像形成装置の模式図を示し、図２及び図３は、図１の画像形成装置が備える誘導加熱定着装置の断面図の一例を示す。
図１に示すように、本実施形態の画像形成装置は、感光ドラム３０を備え、この感光ドラム３０の表面を帯電器３１により所定の電位に帯電し、露光手段３２により画像を露光して感光ドラム３０の表面に静電潜像を形成し、この潜像を現像器３３により現像剤（トナー）を用いて現像してトナー画像として可視化し、得られたトナー画像を感光ドラム３０に搬送された紙などの記録材Ｐに転写手段３４により転写する。トナー画像の転写が終了した感光ドラム３０は、その表面に残留した転写の残りのトナーをクリーナ３５により除去した後、つぎの画像形成に供される。
【００２７】
一方、トナー画像を担持した記録材Ｐは、感光ドラム３０から誘導加熱定着装置（以下、定着装置と称す。）４０に送られ、定着装置４０により記録材Ｐ上の未定着トナー画像が定着され、記録材Ｐ上にプリント画像が得られる。
【００２８】
本発明に用いる定着装置４０は、図２の断面図に示すように、誘導加熱方式を採用しており、誘導加熱される加熱部材としての加熱ローラ１０と、この加熱ローラ１０に圧接してニップ部Ｎを形成する加圧部材としての加圧ローラ２０と、加熱ローラ１０に供給する磁束を発生させる誘導コイル１３Ａを備える。定着装置４０は、加熱ローラ１０及び加圧ローラ２０を回転することにより、ニップ部Ｎに挿通される記録材Ｐを加熱及び加圧して、記録材Ｐ上のトナー画像をその記録材Ｐ上に定着させる。
【００２９】
前記加熱ローラ１０は、支持体層１１と離型層１２から構成され、支持体層１１は、基体層１１ａと加熱部材層１１ｂから形成され、加熱部材層１１ｂは整磁合金から成り、基体層１１ａは加熱部材層１１ｂの外周に整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属層から形成されており、誘導コイル１３Ａが前記加熱ローラ１０の内部に同心に配置されている。
整磁合金とは、温度が高くなると磁性を失う特性を有する合金のことで、磁性が無くなる温度をキュリー温度と言う。
【００３０】
基体層１１ａは、アルミ等の非磁性の金属から形成されており、加熱ローラ１０の機械的な強度を満足する厚み以上を持ち、かつ、熱容量の適正な範囲を有する材料を選択する必要がある。例えば、０．５ｍｍ程度の厚さのアルミを用いることができる。
【００３１】
加熱部材層１１ｂは、温度が高くなると磁性を失う特性を有し、誘導コイル１３Ａや加熱ローラ１０及び周辺部材の焼損を発生しない適正なキュリー温度特性を持った整磁合金を用いる必要がある。
例えば、０．２〜０．５ｍｍ程度の厚さのＮｉ含有量でキュリー温度が変化する整磁合金Ｆｅ−Ｎｉ合金を用いることができる。
【００３２】
離型層１２は、加熱部材層１１ｂの渦電流による発熱によって生じる熱損傷による劣化と、加圧ローラ２０の表面層２２との回転による磨耗によって生じる表面の劣化とを防ぐための十分な耐久性を考慮して、材料と厚さを選択する必要がある。例えば、１０〜３０μｍ程度の厚さを持つＰＦＡ、ＰＴＦＥ等フッ素系樹脂等を用いることができる。
【００３３】
更に、定着装置４０は加熱ローラ１０と加圧ローラ２０とを荷重をかけて圧着回転させるため、加熱ローラ１０及び加圧ローラ２０は、機械的な強度を持たせることが必要である。
より高い荷重をかけるためには、基体層１１ａの肉厚を更に厚くするか、強度の高い材料を使う必要があった。しかし、強度を増すために肉厚を厚くすると熱伝導性がよい材料を用いる必要となり、加熱ローラ１０からの熱によって誘導コイル１３Ａが高温となり、誘導コイル１３Ａの絶縁皮膜を劣化させてしまう問題が生じていた。
【００３４】
そこで、加熱ローラ１０の基体層１１ａを材料及び厚さの異なる複数の層によって形成することにより、更に高い強度を持った加熱ローラ１０を構成することができる。
例えば、加熱ローラ１０からの熱を誘導コイル１３Ａに伝えない材料と、非磁性で低抵抗の材料とによって形成することができる。加熱ローラ１０からの熱を誘導コイル１３Ａに伝えない材料としては、フェノール樹脂、ＰＰＳなどの耐熱性樹脂や、アルミナセラミックなどがある。非磁性で低抵抗の材料としては、アルミや銅などがある。
【００３５】
前記加圧ローラ２０は、シリコンゴム等の弾性層２１の外周に、導電性の表面層２２にて構成されている。
【００３６】
なお、上記特性を持った材料であれば適宜使用することができ、これに限定されるものではない。
【００３７】
また、定着装置４０の他の例として、図３の断面図に示すように誘導電流により発熱する加熱ローラ１０と、該加熱ローラ１０に対し圧接してニップ部Ｎを形成する加圧ローラ２０と、前記加熱ローラ１０に供給する磁束を発生させる誘導コイル１３Ｂを備える。定着装置４０は、加熱ローラ１０及び加圧ローラ２０を回転することにより、ニップ部Ｎに挿通される記録材Ｐを加熱及び加圧して、記録材Ｐ上のトナー画像をその記録材Ｐ上に定着させる。
【００３８】
前記加熱ローラ１０は、支持体層１１と離型層１２から構成され、支持体層１１は、基体層１１ａと加熱部材層１１ｂから形成され、基体層１１ａは整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属層から成り、加熱部材層１１ｂは基体層１１ａの外周に整磁合金層から形成され、誘導コイル１３Ｂが前記加熱ローラ１０の外部に配置されている。
【００３９】
本発明に用いる上記定着装置４０の別の実施の形態は、特に図示はしないが、薄肉の耐熱性フィルムと、該フィルムの一方に固定支持された、誘導電流により発熱する加熱部材と、該加熱部材に供給する磁束を発生する誘導コイルと、前記フィルムの他方面側に前記加熱部材と対向して加圧部材が圧接配置され、前記フィルムを挟んで前記加熱部材と前記加圧部材のニップ部を通過する記録材としてのトナー像が転写された転写材を加熱部材からの熱で定着する定着装置であり、前記加熱部材は少なくとも整磁合金層と整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の金属層の層からなり、前記誘導コイルに面した側に前記整磁合金層を配置し構成されたものでもよい。
【００４０】
図４に、図２の定着装置において、誘導コイル１３Ａへの電流制御フローを示す。
図４に示すように、誘導コイル１３Ａへの電流制御を行う構成は、誘導コイル１３Ａへの電源の供給及び制御を行う制御手段である制御部５０と定着装置４０からなり、定着装置４０は、誘導コイル１３Ａ、加熱ローラ１０、加圧ローラ２０から構成される装置系と、駆動電源手段である整流回路部５１、インバータ回路部５２、交流電源部５４、コンデンサＣと、電流検出手段である電流検出部５３、電流検出器ＣＴ、とから構成される。
【００４１】
制御部５０は、誘導コイル１３Ａの電流供給停止から電流供給開始までを計時する機能と、誘導コイル１３Ａの電流供給停止後の一次通電開時間を計時する機能とを備えている。
また、加熱部材層１１ｂに使用されている整磁合金の特性に基づいたキュリー温度時の電流値を電流遮断値とした設定値ＩＴｃを保持している。
更に、制御部５０は、加熱部材層に使用されている整磁合金の特性に基づいた、電流再開値ＩＴｒを保持している。
電流再開値ＩＴｒは、整磁金属を用いた加熱部材層の温度特性と誘導コイル１３Ａ流れる電流値特性の関係により、誘導コイル１３Ａに電流を流しても加熱部材層１１ｂや加熱ローラ１０、誘導コイル１３Ａ及び周辺部材に損傷を与えない温度であるかを判定する電流再開値ＩＴｒを設定することができる。
【００４２】
なお、制御部５０は、定着装置４０内に含まれた固有の制御部であってもよく、また、画像形成装置内の各部と相互に各種情報を送受信可能に接続されており、各部からの情報を受信し、受信した情報を判断して、判断結果である動作指示等の情報を各部に出力し、各部を統括している制御部に含まれるものでもよい。
【００４３】
整流回路部５１は、電源部５４からの交流電流を直流に変換する回路を形成している。また、インバータ回路部５２は、整流回路部５１からの直流電流を誘導コイル１３Ａに誘導磁界を発生させるための交流電流に変換し、誘導コイル１３Ａに出力する回路を形成しており、また制御部５０からの電流制御信号に基づいて誘導コイル１３Ａへの電流供給を行う。
電流検出部５３は、誘導コイル１３Ａの電圧Ｖを検出し、電流検出器ＣＴからの電流Ｉとを制御部５０へ出力する。電流検出器ＣＴは、誘導コイル１３Ａに流れる電流値を検出する検出器である。
コンデンサＣは、誘導コイル１３Ａと並列に誘導コイル１３Ａに常に一定周波数の交流電流が流れるように接続されている。
【００４４】
制御部５０は、定着装置４０のインバータ回路部５２に接続されており、インバータ回路部５２は、誘導コイル１３Ａに接続されている。インバータ回路部５２は、整流回路部５１から誘導コイル１３Ａへの電流が供給されている。そして、インバータ回路部５２から誘導コイル１３Ａへ供給される交流電流（コイル電流Ｉ）の通電は、制御部５０によって制御される。更に、制御部５０は、電流検出部５３に接続されており、電流検出部５３から電流検出器ＣＴより検出される誘導コイル１３Ａに流れるコイル電流Ｉを受信する。
【００４５】
図５に、制御部５０からの信号に基づいて誘導コイル１３Ａに流れる電流の供給制御フローを示す。
誘導コイル１３Ａに電流が供給されている場合において、電流検出部５３は電流検出器ＣＴから誘導コイル１３Ａへ供給されるコイル電流Ｉを検出し、制御部５０へ送信する。制御部５０は、電流検出部５３からのコイル電流Ｉを読み込む（ステップＳ１）。
【００４６】
制御部５０は、コイル電流Ｉが設定値ＩＴｃより小さいか否かを判別し（ステップＳ２）、コイル電流Ｉが設定値ＩＴｃより小さい場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、誘導コイル１３Ａへの電流供給を停止するようインバータ回路部５２へ指示を出す。インバータ回路部５２は、制御部５０からの信号に基づいて、誘導コイル１３Ａへの電流供給を停止する（ステップＳ３）。
一方、コイル電流Ｉが設定値ＩＴｃより小さくない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、誘導コイル１３Ａへの電流供給を続け、コイル電流Ｉを監視し続ける。
【００４７】
制御部５０は、誘導コイル１３Ａへの電流供給の停止後、誘導コイル１３Ａへの電流供給停止時間が所定時間を経過したかを判断する（ステップＳ４）。
【００４８】
所定時間を経過した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、制御部５０は、誘導コイル１３Ａへの電流供給を再開するようインバータ回路部５２へ指示を出す。インバータ回路部５２は、制御部５０からの信号に基づいて誘導コイル１３Ａへの電流の供給を開始する（ステップＳ５）。電流検出部５３は、電源制御部５２から誘導コイル１３Ａへ供給されるコイル電流Ｉを検出し、制御部５０へ送信する。制御部５０は、電流検出手段からのコイル電流Ｉを読み込む（ステップＳ６）。
【００４９】
制御部５０は、コイル電流Ｉが再開値ＩＴｒより大きい否かを判別し（ステップＳ７）、コイル電流Ｉが再開値ＩＴｒより大きい場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、誘導コイル１３Ａへの電流の供給を再開するよう電源制御部５２へ指示を出す。電源制御部５２は、制御部５０からの信号に基づいて、電源部５１からの電流供給を再開し、誘導コイル１３Ａへの電流供給を行う（ステップＳ８）。
【００５０】
コイル電流Ｉが設定値ＩＴｒより小さい場合（ステップＳ７：ＮＯ）、制御部５０は、誘導コイル１３Ａへの電流供給開始後、誘導コイル１３Ａへの電流供給開始時間が所定時間を経過したかを判断する（ステップＳ９）。
【００５１】
所定時間を経過した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、制御部５０は、誘導コイル１３Ａへの電流供給を停止するよう電源制御部５２へ指示を出す（ステップＳ３へ戻る）。一方、所定時間を経過していない場合（ステップＳ９：ＮＯ）、誘導コイル１３Ａへの電流供給を続け、コイル電流Ｉを監視し続ける。
【００５２】
図６に、経過時間に対する加熱ローラ１０の加熱温度特性と電源制御部５２から誘導コイル１３Ａに入力されるコイル電流Ｉの特性を示す。
【００５３】
図６（ａ）に示すように、本発明の整磁合金を用いた加熱ローラ１０は、加熱部材層１１ｂの整磁合金のキュリー温度Ｔｃを超えると、加熱部材層に整磁合金を用いない従来の加熱ローラと比べて、温度上昇が激減することを示している。加熱ローラ１０の加熱部材層１１ｂに整磁合金を用いることにより、キュリー温度Ｔｃを超えた後の加熱ローラ１０の温度上昇速度が小さくなるため、サーモスタットや温度ヒューズ等の通電遮断応答の遅れがあっても、発火の可能性を極度に低下させることが可能になる。
【００５４】
また、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の整磁合金を用いた加熱ローラ１０は、加熱部材層１１ｂが整磁合金のキュリー温度Ｔｃになるまでは、温度変化に対しての電流変化量は小さいが、キュリー温度Ｔｃに達した時点で電流値が急激に低下することを示している。
【００５５】
整磁合金は、キュリー温度に達すると磁性を失い急激な磁性変化を起こす特性を持つ。誘導コイルへ１３Ａへの通電を遮断する設定値ＩＴｃをキュリー温度Ｔｃ時の電流値として設定することにより、サーモスタットや温度ヒューズ等の通電遮断器が無くても、発火の可能性を極度に低下させることが可能になる。
また、温度センサ等が無くても、加熱ローラ１０が十分安全な温度であるかが誘導コイル１３Ａに流れる電流値によって判断することができ、誘導コイル１３Ａへの通電再開電流値としての電流再開値ＩＴｒを設定することが可能になる。
【００５６】
図７に、整磁合金の例として、Ｆｅ−Ｎｉ合金のキュリー温度とＮｉ含有量の関係を示す。
Ｆｅ−Ｎｉ合金は、Ｎｉ含有量に基づいてキュリー温度を連続的に変更することが可能であるため、所要のキュリー温度の近辺にとるようにＮｉ含有量を決める事によって、適正な定着温度を持った整磁合金を容易に得ることが可能である。
このように、定着装置４０の使用温度等に対して最適なキュリー温度が得られるように整磁合金の組成を設定すること出来る。
【００５７】
［実施の形態２］
図８及び９に、キュリー温度の異なる２種類の整磁合金を用いた加熱ローラの例を示す。
従来、通常使用する用紙（通常用紙ａ′）よりも小さい用紙、例えば葉書等の特定用紙ｂ′を通紙するプリント時において、特定用紙ｂ′が通紙されない非通紙部ａは加熱ローラと加圧ローラが直接圧接するため、長時間プリントを行うと非通紙部ａに温度上昇が発生し、誘導コイル、加熱ローラ及び周辺部材の熱損傷が生じていた。本発明では、非通紙部ａを通紙部ｂよりもキュリー温度の低い特性を持った整磁合金を用いて加熱部材層を形成することによって、非通紙部の過度の温度上昇を防ぐことができる。
なお、用紙寸法によって通紙部ｂと非通紙部ａの組合せが多くなる場合においては、整磁合金の種類は２種類以上でもよく、この限りではない。
【００５８】
図８に、加熱ローラ温度に対する加熱ローラの加熱部材層に用いた整磁合金Ａ及びＢの比透磁率の関係を示す。
加熱部材層に用いるキュリー温度の異なる整磁合金Ａ及びＢは、例えば、前述したように、Ｆｅ−Ｎｉ合金のＮｉ含有量を調整して作成することが出来、加熱ローラ温度が上昇するに伴い比透磁率は減少する特性を持つ。
【００５９】
整磁合金Ａは整磁合金Ｂよりキュリー温度が低く、整磁合金Ｂは整磁合金Ａよりもキュリー温度が高い特性を持つ。
誘導コイルに流れる通電時間が経過すると共に整磁合金Ａ及びＢの温度も上昇していくが、整磁合金Ａは整磁合金Ａのキュリー温度に達するにつれ比透磁率が低下し磁性を失うため、キュリー温度に達すると温度上昇は激減する。また、整磁合金Ｂも同様に整磁合金Ｂのキュリー温度に達するにつれ比透磁率が低下し磁性を失うため、キュリー温度に達すると温度上昇は激減する。
また、整磁合金Ａのキュリー温度は、整磁合金Ｂのキュリー温度よりも低い特性を有しているため、整磁合金Ｂよりも低い温度で磁性を失い、整磁合金Ｂの温度よりも高い温度になることを防ぐことができる。
【００６０】
図９に、キュリー温度の異なる２種類の整磁合金を用いた加熱ローラの構成例を示す。
加熱ローラの加熱部材層に図８に前述した特性を有する整磁合金Ａ及びＢを用いて構成する。加熱ローラの非通紙部ａにキュリー温度の低い整磁合金Ａを、通紙部ｂにキュリー温度の高い整磁合金Ｂを用いる。
通常用紙ａ′より小さい特定用紙ｂ′を通紙した場合、キュリー温度の低い非通紙部ａに用いた整磁合金Ａが通紙部ｂに用いた整磁合金Ｂよりも低い温度でキュリー温度に達し、磁性を失い温度上昇が激減する。
従って、非通紙部ａの温度過昇を防ぐことが可能になり、誘導コイル及び加熱ローラ、周辺部材の熱損傷を防ぐことが可能となる。
【００６１】
更に、整磁合金Ａ及びＢに前述した電力制御手段を備えることにより、加熱ローラにキュリー温度を過ぎて磁性を失った後も流れる電流を流すことが無くなり、サーモスタットや温度ヒューズ等の通電遮断器が無くても、発火の可能性を極度に低下させることが可能になる。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、温度センサやサーモスタット及び温度ヒューズ等の複数の手段を使わずに誘導加熱定着装置の加熱部材に設けられた誘導コイルの自己発熱による過昇温を防止し、誘導コイル、加熱ローラ及びその周辺部材の発火の可能性を極度に低下させることができる。
【００６３】
請求項２、３及び４に記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を得られるのは勿論のこと、記録材の寸法にあわせてキュリー温度の異なる整磁合金からなる支持体層を用いることにより、プリント時に発生する加熱部材に生じる通紙部以外の部分の温度過昇を防ぐことができ、誘導コイル、加熱ローラ及び周辺部材の熱損傷を防ぐことができる。
【００６４】
請求項５及び６に記載の発明によれば、請求項１〜４と同様の効果を得られるのは勿論のこと、誘導コイルの絶縁皮膜などに損傷を与えることなく、誘導加熱定着装置の機械的強度が増し、高い定着荷重をかけることができる。
【００６５】
請求項７、８及び９に記載の発明によれば、請求項１〜６と同様の効果を得られるのは勿論のこと、温度センサやサーモスタット及び温度ヒューズ等の複数の手段を使わずに誘導加熱定着装置の加熱部材に設けられた誘導コイルの自己発熱による過昇温を防止しすると共に、加熱ローラが十分安全な温度であるかを判断することができ、焼損を発生させない温度で通電を開始することによりが誘導コイルの耐久性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施の形態を示す模式図である。
【図２】図１の画像形成装置が備える誘導加熱定着装置を示す断面図である。
【図３】図１の画像形成装置が備える誘導加熱定着装置の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における誘導加熱定着装置の制御系を示すブロック図である。
【図５】実施の形態１における電流制御処理を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１における経過時間に対する加熱ローラ温度及びコイル電流特性を示すグラフである。
【図７】Ｆｅ−Ｎｉ合金のキュリー温度とＮｉ量の関係を示すグラフである。
【図８】実施の形態２における整磁合金Ａと整磁合金Ｂの加熱ローラ温度に対する比透磁率の関係を表すグラフである。
【図９】実施の形態２における加熱ローラの構成例である。
【符号の説明】
１０ 加熱ローラ
１１ 支持体層
１１ａ 基体層
１１ｂ 加熱部材層
１２ 離型層
１３Ａ、１３Ｂ 誘導コイル
２０ 加圧ローラ
２１ 弾性層
２２ 表面層
３０ 感光ドラム
３１ 帯電器
３２ 露光手段
３３ 現像器
３４ 転写手段
３５ クリーナ
４０ 定着装置
５０ 制御部
５１ 整流回路部
５２ インバータ回路部
５３ 電流検出部
５４ 電源部
ａ 非通紙部
ａ′ 通常用紙
ｂ 通紙部
ｂ′ 特定用紙
Ｃ コイル
ＣＴ 電流検出器
Ｉ コイル電流
ＩＴｃ 設定値
ＩＴｒ 電流再開値
Ｐ 記録材
Ｎ ニップ部
Ｔｃ キュリー温度
Ｔｒ 通電再開温度
Claims (10)
- 駆動電源部からの供給電流により誘導磁界を発生する誘導コイルと、整磁合金を含み前記誘導コイルからの誘導磁界により誘導加熱される加熱部材と、前記加熱部材に圧接される加圧部材とを有し、前記加熱部材と加圧部材との間に形成されるニップ部を通過する記録材を加圧かつ加熱することにより、前記記録材上のトナー画像を定着させる誘導加熱定着装置を備えた画像形成装置において、
前記駆動電源部から前記誘導コイルに供給される電流量を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流値が予め定められた基準値より低下したとき、前記駆動電源部から前記誘導コイルに対する電流の供給を停止させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１記載の画像形成装置において、
前記加熱部材は、少なくともキュリー温度の異なる２種類以上の整磁合金によって、前記加熱部材の長手方向に分割されていること
を特徴とする画像形成装置。 - 請求項２記載の画像形成装置において、
前記整磁合金は、一方は他方よりもキュリー温度が低い整磁合金であること
を特徴とする画像形成装置。 - 請求項２又は３記載の画像形成装置において、
前記整磁合金は、前記記録材の寸法に対応して分割されていること
を特徴とする画像形成装置。 - 請求項１〜４のいずれか一項記載の画像形成装置において、
前記加熱部材は支持体層と離型層から形成され、
該支持体層は、整磁合金からなる層と、
整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の材料からなる複数の層から構成されること
を特徴とする画像形成装置。 - 請求項１〜４のいずれか一項記載の画像形成装置において、
前記加熱部材は支持体層と離型層から形成され、
該支持体層は、整磁合金からなる層と、
整磁合金より低抵抗率かつ非磁性の材料からなる層と、
金属より低熱伝導率である材料からなる層から構成されること
を特徴とする画像形成装置。 - 請求項１〜６のいずれか一項記載の画像形成装置において、
前記制御手段は、前記誘導コイルへの電流供給停止から所定時間が経過すると電流供給を開始し、
前記誘導コイルに一定時間電流供給を行い、
前記電流検出手段により検知された電流値が予め定められた基準値に応じて前記誘導コイルへの通電を開始すること、
を特徴とする画像形成装置。 - 請求項１〜７のいずれか一項記載の画像形成装置において、
前記誘導コイルへの通電を停止する電流値は、前記加熱部材に含まれる整磁合金の特性によって定められる値であること
を特徴とする画像形成装置。 - 請求項１〜７のいずれか一項記載の画像形成装置において、
前記誘導コイルへの通電を開始する電流値は前記加熱部材に含まれる整磁合金の特性によって定められる値であること、
を特徴とする画像形成装置。 - 請求項１〜９のいずれか一項記載の画像形成装置において、
前記加熱部材は、剛性を持つローラ又は可撓性を持つベルトであること、
を特徴とする画像形成装置。
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