JP2005043789A - 画像定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性、信頼性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。
【解決手段】トナー画像を記録媒体上に定着するための発熱部材と、前記発熱部材と対向配置され、電磁誘導によって前記発熱部材を発熱させる誘導加熱手段と、前記誘導加熱手段を駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路から出力される電力値を制御する電力制御手段と、前記電力値を演算するための電力値演算手段と、前記電力制御手段より出力された電力値を取得する電力値検出手段と、前記発熱部材の少なくとも１箇所以上の温度を検出するための温度検出手段を設け、前記電力値検出手段にて得られた電力値または前記温度検出手段にて得られた温度値のいずれかを前記電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値として使用することで、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できる。
【選択図】図６

Description

本発明は、複写機やファクシミリ、プリンタなどの画像形成装置に関し、より具体的には電磁誘導を用いた画像定着装置に関するものである。

プリンタ・複写機・ファクシミリなどの画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化・高速化についての市場要求が強くなってきている。これらの要求性能を達成するためには、画像形成装置に用いられる定着装置の熱効率の改善が重要である。

画像形成装置では、電子写真記録・静電記録・磁気記録等の画像形成プロセスにより、画像転写方式もしくは直接方式により未定着トナー画像がシート材・印刷紙・感光紙・静電記録紙などの記録媒体に形成される。未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。

電磁誘導加熱方式の定着装置として、特開平８−２２２０６号公報では、励磁コイルからなる誘導加熱手段の磁界により磁性金属部材である発熱部材に発生した渦電流でジュール熱を生じさせ、発熱部材を電磁誘導発熱させる技術が提案されている。

以下に従来の電磁誘導加熱方式の定着装置の構成について説明する。ここで、図１０は従来の電磁誘導加熱方式による定着装置を示す図である。

図１０に示すように、定着装置は、フェライトコア１００１ａと励磁コイル１００１ｂとからなる励磁コイルユニット１００１と、磁性金属部材からなる加熱ローラ１００２と、表層に弾性体層を有する定着ローラ１００３と、加熱ローラ１００２と定着ローラ１００３とで張設され表層に離型層を有する定着ベルト１００４と、定着ローラ１００３と対向して押圧する加圧ローラ１００５とで構成され、定着ローラ１００３と加圧ローラ１００５の間にニップ部を形成する。加熱ローラ１００２、定着ローラ１００３、定着ベルト１００４、加圧ローラ１００５は駆動手段（図示せず）により駆動され、それぞれ矢印Ｄの方向へ回転、移動する。

温度検知手段１００６が検出する温度情報をもとに定着ベルト１００４が所定の温度を保つようにソフトウエアにより演算された結果に基づき、励磁コイル１００１ｂはインバータ回路（図示せず）により通電され、交番磁界（図示せず）を発生させる。励磁コイル１ｂにより発生する交番磁界は、加熱ローラ１００２に渦電流を発生させ、この渦電流が加熱ローラ１００２の電気抵抗によって熱（ジュール熱）に変換され加熱ローラ１００２を発熱させ、定着ベルト１００４が加熱される。

定着ベルト１００４が所定の温度に立ち上がった状態において、定着ローラ１００３と加圧ローラ１００５とで形成されるニップ部に、画像形成部（図示せず）で形成された未定着トナー画像１００８を有した記録材１００７を導入すると、記録材１００７は定着ベルト１００４と加圧ローラ１００５とに挟まれて定着ニップ部に搬送されることにより、記録材１００７上の未定着トナー像１００８が記録材１００７上に溶融定着される。

また、加熱ローラ１００２、定着ローラ１００３、定着ベルト１００５、加圧ローラ１００５、温度検知手段１００６は一つユニットの定着器１００９として構成され、寿命がきた場合はユーザーにて交換が可能である。

なお、定着ニップ部の出口においては、通過した記録材１００７は定着ベルト１００４の表面から分離されて排紙トレイ（図示せず）に搬送される。

以上のように構成された定着装置では発熱効率が向上し、さらなるウォームアップの短縮が可能である。
特開平８−２２２０６号公報

このような電磁誘導加熱方式の定着装置において、加熱部は発熱効率が良い反面、温度上昇が非常に速いため、従来の定着器の温度制御用のソフトウエアでは応答性、信頼性が不足しており、画像定着のための要求仕様を満足できなかったり、異常検出の際の対応が遅延することによる安全性の欠如といった問題点があった。

そこで、本発明は、インバータ回路から出力される電力値を制御する電力制御手段と、電力値を演算するための電力値演算手段と、電力制御手段より出力された電力値を取得するための電力値検出手段と、発熱部材の温度値を検出する温度検出手段を設け、電力値検出手段からの電力値情報または温度検出手段からの温度値情報を用いてインバータ回路に印加すべき電力値を決定することで信頼性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。

また、温度検出手段によって検出された温度値に応じてインバータ回路に印加すべき電力値を演算する基準値を電力値情報か温度値情報かいずれかに選択する構成にすることで信頼性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。

また、インバータ回路に印加すべき電力値を演算するための基準値は、入力電圧の変動に対応するため、ある一定の周期で常時更新する構成にすることで信頼性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。

また、電力値演算手段によって演算された電力値は、インバータ回路に出力可能な範囲、つまり上限値と下限値との間に制限されて出力される構成にすることで安全で信頼性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。

また、電力値演算手段によって演算された電力値をインバータ回路に出力する際に制限する上限値と下限値は、入力電圧の変動に対応するため、ある一定の周期で常時更新する構成にすることで安全で信頼性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。

また、電力値演算手段によって演算された電力値をインバータ回路に出力する際に制限する上限値と下限値は、所定の入力電圧域においてはその大小が逆転する場合があり、そのときは上限値か下限値のどちらか一方を上限値とするまたは下限値とする構成にすることで安全で信頼性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。

また、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値が電力値検出手段にて得られた電力値である場合において、電力制御手段は、第一番目に下限値に対応する電力値を設定し、その後は、基準値と電力値検出手段にて得られた電力値から電力値演算手段によって演算された電力値を出力する構成にすることで安全で信頼性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。

また、電力制御手段にて第一番目に出力された値を電力値検出手段にて検出し、その値
が規定値と異なっている場合には所定時間後に再度電力値検出手段にて検出を行い、この試行を複数回実施しても規定値と異なっている場合にはエラーとして装置を停止させる構成にすることで安全で信頼性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。

また、電力制御手段が前回の値より大きな値を出力する場合と前回の値より小さな値を出力する場合とで、出力周期を可変する構成にすることで安全で信頼性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。

また、電力制御手段はゼロクロス信号に同期して電力値を出力する構成にすることで安全で信頼性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。

また、ゼロクロス信号が規定時間内に検出されない場合にはエラーとして装置を停止させる構成にすることで安全で信頼性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。

また、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値が温度検出手段にて得られた温度値である場合において、電力値演算手段によって演算された演算値が下限値より小さい場合には、演算値と下限値との差分に応じて演算された電力値を電力制御手段から出力する構成にすることで安全で信頼性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。

また、演算値と下限値との差分に応じて演算された電力値は装置の動作状態に応じて可変となる構成にすることで安全で信頼性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の画像定着装置は、トナー画像を記録媒体上に定着するための発熱部材と、発熱部材と対向配置され、電磁誘導によって発熱部材を発熱させる誘導加熱手段と、誘導加熱手段を駆動するインバータ回路と、インバータ回路から出力される電力値を制御する電力制御手段と、電力値を演算するための電力値演算手段と、電力制御手段より出力された電力値を取得する電力値検出手段と、発熱部材の少なくとも１箇所以上の温度を検出するための温度検出手段を有し、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値が電力値検出手段にて得られた電力値または温度検出手段にて得られた温度値であるように構成したものである。

また、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値の切換が温度検出手段により検出された温度値に依存して行われるように構成したものである。

また、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値は入力電圧に応じて変動し、所定の周期にて更新されるように構成したものである。

また、電力値演算手段によって演算された電力値を上限値と下限値にて制限した後に電力制御手段より出力するように構成したものである。

また、上限値と下限値は入力電圧に応じて変動し、所定の周期にて更新されるように構成したものである。

また、上限値と下限値の大小が入れ替わる領域においては、上限値と下限値のうちいずれか一方の値を上限値または下限値とするように構成したものである。

また、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値が電力値検出手段にて得
られた電力値である場合において、電力制御手段は、第一番目に下限値を出力し、その後は基準値と電力値検出手段にて得られた電力値から電力値演算手段によって演算された電力値を出力するように構成したものである。

また、電力制御手段にて第一番目に出力された値を電力値検出手段にて検出し、その値が規定値と異なっている場合には所定時間後に再度電力値検出手段にて検出を行い、この試行を複数回実施しても規定値と異なっている場合にはエラーとして装置を停止させるように構成したものである。

また、電力制御手段が前回の値より大きな値を出力する場合と前回の値より小さな値を出力する場合とで、出力周期を可変するように構成したものである。

また、電力制御手段はゼロクロス信号に同期して電力値を出力するように構成したものである。

また、ゼロクロス信号が規定時間内に検出されない場合にはエラーとして装置を停止させるように構成したものである。

また、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値が温度検出手段にて得られた温度値である場合において、電力値演算手段によって演算された演算値が下限値より小さい場合には、演算値と下限値との差分に応じて演算された電力値を電力制御手段から出力するように構成したものである。

また、演算値と下限値との差分に応じて演算された電力値は装置の動作状態に応じて可変となるように構成したものである。

また、一連の動作シーケンスを不揮発性メモリに格納するように構成したものである。

これにより、トナー画像を記録媒体上に定着するための発熱部材と、発熱部材と対向配置され、電磁誘導によって発熱部材を発熱させる誘導加熱手段と、誘導加熱手段を駆動するインバータ回路と、インバータ回路から出力される電力値を制御する電力制御手段と、電力値を演算するための電力値演算手段と、電力制御手段より出力された電力値を取得する電力値検出手段と、発熱部材の少なくとも１箇所以上の温度を検出するための温度検出手段を設け、電力値検出手段にて得られた電力値または温度検出手段にて得られた温度値のいずれかを電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値として使用することが可能となる。

また、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値の切換が温度検出手段により検出された温度値に依存して行われることが可能となる。

また、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値は入力電圧に応じて変動し、所定の周期にて更新されることが可能となる。

また、電力値演算手段によって演算された電力値を上限値と下限値にて制限した後に電力制御手段より出力することが可能となる。

また、上限値と下限値は入力電圧に応じて変動し、所定の周期にて更新されることが可能となる。

また、上限値と下限値の大小が入れ替わる領域においては、上限値と下限値のうちいず
れか一方の値を上限値または下限値とすることが可能となる。

また、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値が電力値検出手段にて得られた電力値である場合において、電力制御手段は、第一番目に下限値を出力し、その後は基準値と電力値検出手段にて得られた電力値から電力値演算手段によって演算された電力値を出力することが可能となる。

また、電力制御手段にて第一番目に出力された値を電力値検出手段にて検出し、その値が規定値と異なっている場合には所定時間後に再度電力値検出手段にて検出を行い、この試行を複数回実施しても規定値と異なっている場合にはエラーとして装置を停止させることが可能となる。

また、電力制御手段が前回の値より大きな値を出力する場合と前回の値より小さな値を出力する場合とで、出力周期を可変することが可能となる。

また、電力制御手段はゼロクロス信号に同期して電力値を出力することが可能となる。

また、ゼロクロス信号が規定時間内に検出されない場合にはエラーとして装置を停止させることが可能となる。

また、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値が温度検出手段にて得られた温度値である場合において、電力値演算手段によって演算された演算値が下限値より小さい場合には、演算値と下限値との差分に応じて演算された電力値を電力制御手段から出力することが可能となる。

また、演算値と下限値との差分に応じて演算された電力値は装置の動作状態に応じて可変となることが可能となる。

また、一連の動作シーケンスを不揮発性メモリに格納することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、トナー画像を記録媒体上に定着するための発熱部材と、発熱部材と対向配置され、電磁誘導によって発熱部材を発熱させる誘導加熱手段と、誘導加熱手段を駆動するインバータ回路と、インバータ回路から出力される電力値を制御する電力制御手段と、電力値を演算するための電力値演算手段と、電力制御手段より出力された電力値を取得する電力値検出手段と、発熱部材の少なくとも１箇所以上の温度を検出するための温度検出手段を設け、電力値検出手段にて得られた電力値または温度検出手段にて得られた温度値のいずれかを電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値として使用することで、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られる。

また、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値の切換が温度検出手段により検出された温度値に依存して行われることが可能となり、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られる。

また、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値は入力電圧に応じて変動し、所定の周期にて更新されることが可能となり、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られる。

また、電力値演算手段によって演算された電力値を上限値と下限値にて制限した後に電
力制御手段より出力することが可能となり、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られる。

また、上限値と下限値は入力電圧に応じて変動し、所定の周期にて更新されることが可能となり、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られる。

また、上限値と下限値の大小が入れ替わる領域においては、上限値と下限値のうちいずれか一方の値を上限値または下限値とすることが可能となり、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られる。

また、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値が電力値検出手段にて得られた電力値である場合において、電力制御手段は、第一番目に下限値を出力し、その後は基準値と電力値検出手段にて得られた電力値から電力値演算手段によって演算された電力値を出力することが可能となり、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られる。

また、電力制御手段にて第一番目に出力された値を電力値検出手段にて検出し、その値が規定値と異なっている場合には所定時間後に再度電力値検出手段にて検出を行い、この試行を複数回実施しても規定値と異なっている場合にはエラーとして装置を停止させることが可能となり、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られる。

また、電力制御手段が前回の値より大きな値を出力する場合と前回の値より小さな値を出力する場合とで、出力周期を可変することが可能となり、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られる。

また、電力制御手段はゼロクロス信号に同期して電力値を出力することが可能となり、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られる。

また、ゼロクロス信号が規定時間内に検出されない場合にはエラーとして装置を停止させることが可能となり、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られる。

また、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値が温度検出手段にて得られた温度値である場合において、電力値演算手段によって演算された演算値が下限値より小さい場合には、演算値と下限値との差分に応じて演算された電力値を電力制御手段から出力することが可能となり、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られる。

また、演算値と下限値との差分に応じて演算された電力値は装置の動作状態に応じて可変となることが可能となり、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られる。

また、一連の動作シーケンスを不揮発性メモリに格納することが可能となり、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られる。

本発明の請求項１に記載の発明は、トナー画像を記録媒体上に定着するための発熱部材と、発熱部材と対向配置され、電磁誘導によって発熱部材を発熱させる誘導加熱手段と、
誘導加熱手段を駆動するインバータ回路と、インバータ回路から出力される電力値を制御する電力制御手段と、電力値を演算するための電力値演算手段と、電力制御手段より出力された電力値を取得する電力値検出手段と、発熱部材の少なくとも１箇所以上の温度を検出するための温度検出手段を有し、電力値検出手段にて得られた電力値または温度検出手段にて得られた温度値のいずれかを電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値として使用することが可能となる。

本発明の請求項２に記載の発明は、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値の切換が温度検出手段により検出された温度値に依存して行われることが可能となる。

本発明の請求項３に記載の発明は、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値は入力電圧に応じて変動し、所定の周期にて更新されることが可能となる。

本発明の請求項４に記載の発明は、電力値演算手段によって演算された電力値を上限値と下限値にて制限した後に電力制御手段より出力することが可能となる。

本発明の請求項５に記載の発明は、上限値と下限値は入力電圧に応じて変動し、所定の周期にて更新されることが可能となる。

本発明の請求項６に記載の発明は、上限値と下限値の大小が入れ替わる領域においては、上限値と下限値のうちいずれか一方の値を上限値または下限値とすることが可能となる。

本発明の請求項７に記載の発明は、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値が電力値検出手段にて得られた電力値である場合において、電力制御手段は、第一番目に下限値を出力し、その後は基準値と電力値検出手段にて得られた電力値から電力値演算手段によって演算された電力値を出力することが可能となる。

本発明の請求項８に記載の発明は、電力制御手段にて第一番目に出力された値を電力値検出手段にて検出し、その値が規定値と異なっている場合には所定時間後に再度電力値検出手段にて検出を行い、この試行を複数回実施しても規定値と異なっている場合にはエラーとして装置を停止させることが可能となる。

本発明の請求項９に記載の発明は、電力制御手段が前回の値より大きな値を出力する場合と前回の値より小さな値を出力する場合とで、出力周期を可変することが可能となる。

本発明の請求項１０に記載の発明は、電力制御手段はゼロクロス信号に同期して電力値を出力することが可能となる。

本発明の請求項１１に記載の発明は、ゼロクロス信号が規定時間内に検出されない場合にはエラーとして装置を停止させることが可能となる。

本発明の請求項１２に記載の発明は、電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値が温度検出手段にて得られた温度値である場合において、電力値演算手段によって演算された演算値が下限値より小さい場合には、演算値と下限値との差分に応じて演算された電力値を電力制御手段から出力することが可能となる。

本発明の請求項１３に記載の発明は、演算値と下限値との差分に応じて演算された電力値は装置の動作状態に応じて可変となることが可能となる。

本発明の請求項１４に記載の発明は、一連の動作シーケンスを不揮発性メモリに格納することが可能である。

以下、本発明の第一の実施例について、図１から図９を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。

図１は本発明の一実施例である定着装置を備えた画像形成装置の構成図、図２は図１の画像形成装置に用いられる本発明の一実施例である電磁誘導加熱方式による定着装置の構成図、図３は図２の定着装置を構成する本発明の一実施例である加熱ローラの断面図、図４は図２の定着装置を構成する本発明の一実施例である励磁コイル、ショートリングの構成図、図５は本発明の一実施例である画像定着装置の電力値出力制御部ブロック図、図６は本発明の一実施例である画像定着装置の電力値出力制御動作フローチャート、図７は本発明の一実施例である画像定着装置の入力電圧と電力設定値の各規定値の関係を示す図、図８は本発明の一実施例である画像定着装置の印字動作時の定着器温度状態を示す図、図９は本発明の一実施例である画像定着装置の印字動作時の電力値状態を示す図である。

まず、本発明に係る画像形成装置の概略を説明する。なお、本実施例で説明する画像形成装置は、電子写真方式を採用する装置の中で特にカラー画像の発色に寄与する４色の基本色トナー毎に現像装置を備え、転写体に４色画像を重ね合わせ、シート材に一括転写するタンデム方式である。しかしながら、本発明はタンデム方式の画像形成装置のみに限定されず、また現像装置の数、中間転写体の有無等に拘らず、あらゆる方式の画像形成装置に採用可能であることはいうまでもない。

図１において、感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの周囲には、各感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの表面を一様に所定の電位に帯電させる帯電手段２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ、帯電された感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ上に特定色の画像データに対応したレーザビームの走査線３０Ｋ，３０Ｃ，３０Ｍ，３０Ｙを照射して静電潜像を形成する露光手段３０、感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ上に形成された静電潜像を顕像化する現像手段４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ、感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ上に顕像化されたトナー像を無端状の中間転写ベルト（中間転写体）７０に転写する転写手段５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ、感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄから中間転写ベルト７０にトナー像を転写した後に感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに残っている残留トナーを除去するクリーニング手段６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄがそれぞれ配置されている。

ここで、露光手段３０は、感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに対して所定の傾きをもって配置されている。また、中間転写ベルト７０は、図示する場合においては、矢印Ａ方向へ回動する。なお、画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄでは、それぞれブラック画像、シアン画像、マゼンタ画像、イエロー画像が形成される。そして、感光体ドラム１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに形成された各色の単色画像が中間転写ベルト７０上に順次重ね転写されてフルカラー画像が形成される。

装置の下部には、印字用紙などのシート材（記録媒体）９０が収納された給紙カセット１００が設けられている。そして、シート材９０は、給紙ローラ８０により給紙カセット１００から１枚ずつ用紙搬送路に送り出される。

用紙搬送路上には、中間転写ベルト７０の外周面と所定量にわたって接触し、この中間
転写ベルト７０上に形成されたカラー画像をシート材９０に転写するシート材転写ローラ１１０、シート材９０上に転写されたカラー画像をローラの狭持回転に伴う圧力と熱とによってシート材９０に定着する定着器１２０が配置されている。

また、ドア１２５は画像形成装置の筐体を成すとともに、定着器１２０の交換やジャム処理を行なう際に開閉される。

このような構成の画像形成装置において、まず画像形成ステーションＰａの帯電手段２０ａおよび露光手段３０により感光体ドラム１０ａ上に画像情報のブラック成分色の潜像が形成される。この潜像は現像手段４０ａでブラックトナーを有する現像手段４０ａによりブラックトナー像として可視像化され、転写手段５０ａにより中間転写ベルト７０上にブラックトナー像として転写される。

一方、ブラックトナー像が中間転写ベルト７０に転写されている間に、画像形成ステーションＰｂではシアン成分色の潜像が形成され、続いて現像手段４０ｂでシアントナーによるシアントナー像が顕像化される。そして、先の画像ステーションＰａでブラックトナー像の転写が終了した中間転写ベルト７０にシアントナー像が画像ステーションＰｂの転写手段５０ｂにて転写され、ブラックトナー像と重ね合わされる。

以下、マゼンタトナー像、イエロートナー像についても同様な方法で画像形成が行われ、中間転写ベルト７０に４色のトナー像の重ね合わせが終了すると、給紙ローラ８０により給紙カセット１００から給紙されたシート材９０上にシート材転写ローラ１１０によって４色のトナー像が一括転写される。そして、転写されたトナー像は定着器１２０でシート材９０に加熱定着され、このシート材９０上にフルカラー画像が形成される。

次に、このような画像形成装置に用いられた定着装置について説明する。

図２に示すように、定着装置は、誘導加熱手段１８０の電磁誘導により加熱される加熱ローラ（発熱部材）１３０と、加熱ローラ１３０と平行に配置された定着ローラ１４０と、加熱ローラ１３０と定着ローラ１４０とに張り渡され、加熱ローラ１３０により加熱されるとともに少なくともこれらのいずれかのローラの回転により矢印Ｂ方向に回転する無端帯状の耐熱性ベルト（トナー加熱媒体）１５０と、耐熱性ベルト１５０を介して定着ローラ１４０に圧接されるとともに耐熱性ベルト１５０に対して順方向に回転する加圧ローラ１６０とから構成されている。

加熱ローラ１３０はたとえば鉄、コバルト、ニッケルまたはこれら金属の合金等の中空円筒状の磁性金属部材の回転体からなり、外径をたとえば２０ｍｍ、肉厚をたとえば０．３ｍｍとして、低熱容量で昇温の速い構成となっている。

加熱ローラ１３０は、図３に示すように、亜鉛メッキ鋼板からなる支持側板１３１に固定されたベアリング１３２により、その両端が回転可能に支持されている。加熱ローラ１３０は、駆動手段によって回転駆動される。加熱ローラ１３０は、鉄・ニッケル・クロムの合金である磁性材料によって構成され、そのキュリー点が３００℃以上となるように調整されている。また、加熱ローラ１３０は、厚さ０．３ｍｍのパイプ状に形成されている。

加熱ローラ１３０の表面には、離型性を付与するために、厚さ２０μｍのフッ素樹脂からなる離型層（図示せず）が被覆されている。尚、離型層としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の離型性の良好な樹脂やゴムを単独であるいは混合して用いてもよい。加熱ローラ１３０をモノクロ画像の定着用として用いる場合には離
型性のみを確保すればよいが、加熱ローラ１３０をカラー画像の定着用として用いる場合には弾性を付与することが望ましく、その場合にはさらに厚いゴム層を形成する必要がある。

定着ローラ１４０は、たとえばステンレススチール等の金属製の芯金１４０ａと、耐熱性を有するシリコーンゴムをソリッド状または発泡状にして芯金１４０ａを被覆した弾性部材１４０ｂとからなる。そして、加圧ローラ１６０からの押圧力でこの加圧ローラ１６０と定着ローラ１４０との間に所定幅の定着ニップ部Ｎを形成するために外径を３０ｍｍ程度として加熱ローラ１３０より大きくしている。弾性部材１４０ｂはその肉厚を３〜８ｍｍ程度、硬度を１５〜５０°（Ａｓｋｅｒ硬度：ＪＩＳ Ａ の硬度では６〜２５°による）程度としている。この構成により、加熱ローラ１３０の熱容量は定着ローラ１４０の熱容量より小さくなるので、加熱ローラ１３０が急速に加熱されてウォームアップ時間が短縮される。

加熱ローラ１３０と定着ローラ１４０とに張り渡された耐熱性ベルト１５０は、誘導加熱手段１８０により加熱される加熱ローラ１３０との接触部位で加熱される。そして、加熱ローラ１３０，定着ローラ１４０の回転によって耐熱性ベルト１５０の内面が連続的に加熱され、結果としてベルト全体に渡って加熱される。

耐熱性ベルト１５０は、鉄、コバルト、ニッケル等の磁性を有する金属またはそれらを基材とする合金を基材とした発熱層と、その表面を被覆するようにして設けられたシリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性部材からなる離型層とから構成された複合層ベルトである（図示せず）。

上記複合層ベルトを使用すれば、ベルトを直接加熱できる他、発熱効率が良くなり、またレスポンスが速くなる。

また、仮に何らかの原因で、例えば耐熱性ベルト１５０と加熱ローラ１３０との間に異物が混入してギャップが生じたとしても、耐熱性ベルト１５０の発熱層の電磁誘導による発熱で耐熱性ベルト１５０自体が発熱するので、温度ムラが少なく定着の信頼性が高くなる。

図２において、加圧ローラ１６０は、たとえば銅またはアルミ等の熱伝導性の高い金属製の円筒部材からなる芯金１６０ａと、この芯金１６０ａの表面に設けられた耐熱性およびトナー離型性の高い弾性部材１６０ｂとから構成されている。芯金１６０ａには上記金属以外にＳＵＳを使用しても良い。

加圧ローラ１６０は耐熱性ベルト１５０を介して定着ローラ１４０を押圧してシート材９０を挟持搬送する定着ニップ部Ｎを形成しているが、本実施例では、加圧ローラ１６０の硬度を定着ローラ１４０に比べて硬くすることによって、加圧ローラ１６０が定着ローラ１４０（及び耐熱性ベルト１５０）へ食い込む形となり、この食い込みにより、シート材９０は加圧ローラ１６０表面の円周形状に沿うため、シート材９０が耐熱性ベルト１５０表面から離れやすくなる効果を持たせている。この加圧ローラ１６０の外径は定着ローラ１４０と同じ３０ｍｍ程度であるが、肉圧は２〜５ｍｍ程度で定着ローラ１４０より薄く、また硬度は２０〜６０°（Ａｓｋｅｒ硬度：ＪＩＳ Ａ の硬度では６〜２５°による）程度で前述したとおり定着ローラ１４０より硬く構成されている。定着ニップ部Ｎの入口側近傍において耐熱性ベルト１５０の内面側に当接して配置されたサーミスタなどの熱応答性の高い感温素子からなる温度検出手段２４０により、ベルト内面温度が検知される。

次に、誘導加熱手段１８０の構成について説明する。

電磁誘導により加熱ローラ１３０を加熱する誘導加熱手段１８０は、図２に示すように、加熱ローラ１３０の外周面と対向配置されている。誘導加熱手段１８０には、加熱ローラ１３０を覆うように湾曲形成されて加熱ローラ１３０を格納するための格納室２００を備えた支持フレーム（コイルガイド部材）１９０が設けられている。なお、支持フレーム１９０は難燃性の樹脂で構成されている。

サーモスタット２１０の温度を検知する部分は、支持フレーム１９０から加熱ローラ１３０及び耐熱性ベルト１５０に向けて一部表出して設けられている。これにより、加熱ローラ１３０及び耐熱性ベルト１５０の温度を検知し、異常温度を検知した場合に励磁コイル２２０と図５に示すインバータ回路をとの接続を強制遮断する。

支持フレーム１９０の外周面には、磁界発生手段である表面が絶縁された線材を束ねた線束の励磁コイル２２０が巻回されている。励磁コイル２２０は長い一本の励磁コイル線材をこの支持フレーム１９０に沿って加熱ローラ１３０の軸方向に交互に巻き付けたものである（図示せず）。コイルを巻き付ける長さは耐熱性ベルト１５０と加熱ローラ１３０とが接する領域と略同じにされている。

励磁コイル２２０は、インバータ回路に接続され、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交流電流、好ましくは２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの高周波交流電流が給電され、これにより交番磁界を発生する。そして、加熱ローラ１３０と耐熱性ベルト１５０との接触領域およびその近傍部においてこの交番磁界が加熱ローラ１３０および耐熱性ベルト１５０の発熱層に作用し、これらの内部では交番磁界の変化を妨げる方向に渦電流が流れる。

この渦電流が加熱ローラ１３０および耐熱性ベルト１５０の発熱層の抵抗に応じたジュール熱を発生させ、主として加熱ローラ１３０と耐熱性ベルト１５０との接触領域およびその近傍部において加熱ローラ１３０および耐熱性ベルト１５０が電磁誘導加熱される。

図４にも示すように、支持フレーム１９０の外側には格納室２００を囲む形でショートリング２３０が設けられている。ショートリング２３０には励磁コイル２２０に電流を流すことによって生じる磁束のうち外部に漏れ出る漏れ磁束を打ち消す方向に渦電流が発生する。渦電流が発生するとフレミングの法則により、漏れ磁束の磁界を打ち消す方向に磁界が発生し、漏れ磁束による不要輻射を防止する。

ショートリング２３０は、例えば、導電性の高い銅またはアルミニウムを材料とする。また、ショートリング２３０は、少なくとも、漏れ磁束を打ち消す磁束を発生させられる位置にあればよい。

支持フレーム１９０の格納室２００を囲むような形で励磁コイルコア２５０が設けられ、その上部には、支持フレーム１９０の格納室２００をまたぐような形でＣ型コイルコア２６０が設けられている。

励磁コイルコア２５０及びＣ型コイルコア２６０を設けることにより、励磁コイル２２０のインダクタンスが大きくなり、励磁コイル２２０と加熱ローラ１３０との電磁結合が良好となる。このため、同じコイル電流でも多くの電力を加熱ローラ１３０へ投入することが可能となり、ウォームアップ時間の短い定着装置を実現することができる。

この励磁コイル２２０を挟んで加熱ローラ１３０の反対側には、誘導加熱手段１８０の内部を覆うハウジング２７０が取り付けられている。ハウジング２７０はたとえば樹脂製
であり、Ｃ型コイルコア２６０やサーモスタット２１０を覆うような屋根型で支持フレーム１９０に取り付けられている。なお、ハウジング２７０は樹脂製以外であってもよい。図４に示すハウジング２７０には複数の放熱孔２８０が形成されており、内部の支持フレーム１９０、励磁コイル２２０、Ｃ型コイルコア２６０等から発散された熱が外部に放出されるようになっている。

ハウジング２７０に形成された放熱孔２８０を塞がないような形状で、ショートリング２９０が支持フレーム１９０に取り付けられている。

ショートリング２９０は、上述したショートリング２３０と同様のものであり、図４に示すように、Ｃ型コイルコア２６０等の背面に位置しており、Ｃ型コイルコア２６０等の背面から外部に漏れ出るわずかな漏れ磁束を打ち消す方向に渦電流が発生することで、漏れ磁束の磁界を打ち消す方向に磁界が発生し、漏れ磁束による不要輻射を防止する。

次に、図５を用いて本発明における画像定着装置の制御方法について説明する。

電力値演算手段３１０は、発熱部材３４０を加熱するための電力値を演算して電力値設定部３２０に出力する。演算を行うための基準値は、発熱部材３４０の温度値に依存しており、温度値がある規定値以下の場合は電力値を、規定値以上の場合は温度値を基準値とする。電力値設定部３２０に電力値が設定されると、その値はＩＨ制御基板３３０で発熱部材３４０を加熱するための処理が行われる。その後、電力値検出部３３１からの電力値または、温度検出部３４１からの温度値いずれかを基準値として電力値演算手段３１０にて次回に設定すべき電力値を演算している。これら一連の動作をある規定周期にて実施している。具体的な演算手法、演算周期等については後述する。

次に、図６、図７、図８及び図９を用いて本発明における画像定着装置の電力設定部制御動作について説明する。

図６は本発明の一実施例である画像定着装置の電力値出力制御動作フローチャートである。図７は本発明の一実施例である画像定着装置の入力電圧と電力設定値の各規定値の関係を示す図、図８は本発明の一実施例である画像定着装置の印字動作時の定着器温度状態を示す図、図９は本発明の一実施例である画像定着装置の印字動作時の電力値状態を示す図である。

印字要求等が発行されると、トナー画像を定着させるために定着器を加熱する必要がある。そのために、ＩＨの起動要求を発行する（Ｓｔｅｐ１）。ＩＨ起動要求が発行されるとＩＨ制御部はＩＨＯＮ処理を行う。このＩＨＯＮはゼロクロス信号に同期させる必要があり、もしＩＨＯＮ起動要求後、規定時間以内（本発明の実施例では１ｓ）にゼロクロス信号が検出（Ｓｔｅｐ２）されなければ、エラーとして装置の動作を停止する（Ｓｔｅｐ３）。規定時間内にゼロクロス信号が検出されれば、まず最初に、印加可能な最小の電力値（下限値）を設定（Ｓｔｅｐ４）する。この最小電力値は図７に示すように電源電圧によって可変となっておりその値は本発明の実施例においては１０ｍｓ毎に更新されている。最小電力を規定しているのは、ＩＨ制御回路上の絶縁素子（ＩＧＢＴ）の破壊防止のためである。更に図７に示すように、１００Ｖ系においては約１３７Ｖ以上、２００Ｖ系においては約２７５Ｖ以上の電圧域においては、下限値と上限値の値は同値になっている。最小電力を設定した後、規定時間ウエイトして（Ｓｔｅｐ５）電力値の検出を行う。この規定時間は本発明の実施例においては３００ｍｓである。この時間は設定した電力が実際に電力検出手段に反映されるまでの時間であり、ＩＨ制御回路の特性によって変化する。検出された電力値が規定値（本発明実施例では２００Ｗ）以上であるか以下であるかを判別し（Ｓｔｅｐ６）、規定値以下の場合には、この電力チェック実施回数計数用のカウン
タを＋１する（Ｓｔｅｐ７）。その後再びＳｔｅｐ４に戻り最小電力の設定を行う。この電力チェックの回数が５回以上、つまり電力チェック実施回数計数用のカウンタ値が５以上の場合は（Ｓｔｅｐ８）、エラーとして装置の動作を停止する（Ｓｔｅｐ９）。

さて、電力チェックにて規定電力以上の電力が検出されると、定着器の温度のチェックを行う（Ｓｔｅｐ１０）。定着器温度が温度制御開始温度以上に達していれば温度制御へと移行する（Ｓｔｅｐ１８）。定着器温度が温度制御開始温度以上に達していなければ定着器温度が温度制御開始温度に達するまで電力制御を実施する。本実施例においては、図８に示すように温度制御開始温度は定着設定温度より数十度低い温度設定になっている。

まず、定着器温度が温度制御開始温度以上に達していない場合の動作について説明する。また図９に印字動作中の電力状態を示す。第一番目には最小電力値を設定したが、本実施例においては、次に最大電力値の８０％に対応する電力値を設定する（Ｓｔｅｐ１１）。最大電力値より小さな電力値を設定する理由は、最大電力値を設定すると定着器の状態によっては電力がオーバーシュートし、安全性を損なう可能性があるからである。次に定着器温度をチェック（Ｓｔｅｐ１２）し定着器温度が温度制御開始温度以上に達していれば温度制御へと移行する（Ｓｔｅｐ１８）。定着器温度が温度制御開始温度以上に達していなければ、電力が最大電力（上限値）に到達しているかどうかチェックを行う（Ｓｔｅｐ１３）。電力が最大電力に達していなければ電力設定値をインクリメントし（Ｓｔｅｐ１４）、３００ｍｓウエイト（Ｓｔｅｐ１５）する。また電力が最大電力に達していれば電力設定値をデクリメントし（Ｓｔｅｐ１６）、１．５ｓウエイト（Ｓｔｅｐ１７）する。電力値をインクリメントする場合とデクリメントする場合でウエイト時間が違うのは設定した電力が確定するまでの時間が異なるからである。また、図７に示すように最大電力値は電源電圧によって可変となっておりその値は本発明の実施例においては１０ｍｓ毎に更新されている。この電力チェックが終わると再びＳｔｅｐ１２の定着器温度チェックを行い定着器温度が温度制御開始温度以上に達していない間Ｓｔｅｐ１２からＳｔｅｐ１７までの動作が繰り返される。

次に、定着器温度が温度制御開始温度以上に達した場合の動作について説明する。この場合には電力値演算の基準値は定着器温度となりいわゆる温度制御が実施される。図８に印字動作中の定着器温度状態を示す。このときの演算は、定着器の温度と定着器の設定温度との差分とその履歴から設定すべき電力値を算出するフィードバック制御で行われる（Ｓｔｅｐ１８）。

さて、演算された電力値が上限値より大きな場合には（Ｓｔｅｐ１９）、過大電力を印加するとＩＨ制御回路の破壊に至る可能性があることから、上限値以上の値は設定できないので電力値を上限値でゲートする（Ｓｔｅｐ２２）。また、演算された電力値が下限値と上限値の間にある場合には（Ｓｔｅｐ２１）そのまま電力値を設定する。更に、演算された電力値が下限値より小さい場合には（Ｓｔｅｐ２０）、先に述べたＩＨ制御回路上の素子破壊防止の観点から、下限値以下の電力値は設置できないので、電力値を下限値にゲートし（Ｓｔｅｐ２３）電力値出力のＯｎ割合を算出する（Ｓｔｅｐ２４）。具体的には、例えば最小電力値が４００Ｗで演算された電力値が２００Ｗの場合には、５０％のＯＮＤｕｔｙで規定のサンプリング周期にて電力値を出力し、擬似的に２００Ｗを実現している。本発明の実施例におけるサンプリング周期は印字動作速度によって異なっている。低速度の場合は２００ｍｓであり、高速度の場合は４０ｍｓである。

以上のように演算された電力値を設定し（Ｓｔｅｐ２５）定着器の温度制御を行っている。このＳｔｅｐ１８からＳｔｅｐ２５までの動作は印字終了要求が発行されるまで（Ｓｔｅｐ２６）継続し、印字終了で電力出力制御も終了する（Ｓｔｅｐ２７）。

本発明に係る画像定着装置は、信頼性の高い画像定着装置の制御が実施できるといった有効な効果が得られ、複写機やファクシミリ、プリンタなどの画像形成装置に関し、より具体的には電磁誘導を用いた画像定着装置の分野に有用である。

本発明の一実施例である定着装置を備えた画像形成装置の構成図 図１の画像形成装置に用いられる本発明の一実施例である電磁誘導加熱方式による定着装置の構成図 図２の定着装置を構成する本発明の一実施例である加熱ローラの断面図 図２の定着装置を構成する本発明の一実施例である励磁コイル、ショートリングの構成図 本発明の一実施例である画像定着装置の電力値出力制御部ブロック図 本発明の一実施例である画像定着装置の電力値出力制御動作フローチャート 本発明の一実施例である画像定着装置の入力電圧と電力設定値の各規定値の関係を示す図 本発明の一実施例である画像定着装置の印字動作時の定着器温度状態を示す図 本発明の一実施例である画像定着装置の印字動作時の電力値状態を示す図 従来の電磁誘導加熱方式による定着装置を示す図

符号の説明

１３０ 加熱ローラ
１４０ 定着ローラ
１５０ 耐熱性ベルト
１８０ 誘導加熱手段
３１０ 電力値演算手段
３２０ 電力値設定部
３３０ ＩＨ制御基板
３４０ 発熱部材
３５０ 駆動動作検知手段
３７０ ＣＰＵ

Claims (14)

1. トナー画像を記録媒体上に定着するための発熱部材と、前記発熱部材と対向配置され、
   電磁誘導によって前記発熱部材を発熱させる誘導加熱手段と、前記誘導加熱手段を駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路から出力される電力値を制御する電力制御手段と、前記電力値を演算するための電力値演算手段と、前記電力制御手段より出力された電力値を取得する電力値検出手段と、前記発熱部材の少なくとも１箇所以上の温度を検出するための温度検出手段を有し、前記電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値が前記電力値検出手段にて得られた電力値または前記温度検出手段にて得られた温度値であることを特徴とする画像定着装置。
2. 前記電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値の切換が前記温度検出手段により検出された温度値に依存して行われることを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
3. 前記電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値は入力電圧に応じて変動し、所定の周期にて更新されることを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
4. 前記電力値演算手段によって演算された電力値を上限値と下限値にて制限した後に前記電力制御手段より出力することを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
5. 前記上限値と前記下限値は入力電圧に応じて変動し、所定の周期にて更新されることを特徴とする請求項４記載の画像定着装置。
6. 前記上限値と前記下限値の大小が入れ替わる領域においては、前記上限値と前記下限値のうちいずれか一方の値を前記上限値または前記下限値とすることを特徴とする請求項４記載の画像定着装置。
7. 前記電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値が前記電力値検出手段にて得られた電力値である場合において、前記電力制御手段は、第一番目に前記下限値を出力し、その後は前記基準値と前記電力値検出手段にて得られた電力値から前記電力値演算手段によって演算された電力値を出力することを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
8. 前記電力制御手段にて第一番目に出力された値を前記電力値検出手段にて検出し、その値が規定値と異なっている場合には所定時間後に再度前記電力値検出手段にて検出を行い、この試行を複数回実施しても規定値と異なっている場合にはエラーとして装置を停止させることを特徴とする請求項７記載の画像定着装置。
9. 前記電力制御手段が前回の値より大きな値を出力する場合と前回の値より小さな値を出力する場合とで、出力周期を可変することを特徴とする請求項７記載の画像定着装置。
10. 前記電力制御手段はゼロクロス信号に同期して電力値を出力することを特徴とする請求項７記載の画像定着装置。
11. 前記ゼロクロス信号が規定時間内に検出されない場合にはエラーとして装置を停止させることを特徴とする請求項１０記載の画像定着装置。
12. 前記電力値演算手段によって電力値を演算するための基準値が前記温度検出手段にて得られた温度値である場合において、前記電力値演算手段によって演算された演算値が前記下限値より小さい場合には、前記演算値と前記下限値との差分に応じて演算された電力値を
    前記電力制御手段から出力することを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
13. 前記演算値と前記下限値との差分に応じて演算された電力値は装置の動作状態に応じて可変となることを特徴とする請求項１２記載の画像定着装置。
14. 前記一連の動作シーケンスを不揮発性メモリに格納したことを特徴とする請求項１から請求項１３記載の画像定着装置。

Images