JP2005043790A - 画像定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使い勝手の良い画像定着装置を提供することを目的とする。
【解決手段】帯電、露光、現像の各手段が配設された複数の画像ステーションと、前記複数の画像ステーションで形成されたトナー画像を転写材へ転写・搬送する転写手段と、前記転写材上のトナー画像を定着させるための定着手段を有する画像形成装置であって、前記定着手段と対向配置され、電磁誘導によって前記定着手段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、前記定着手段の少なくとも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、画像形成動作の有無に依存せずに前記定着手段の温度制御を予め定められた定着設定温度に応じて行うことが可能となり、印刷速度が速く使い勝手の良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１３は従来の電磁誘導加熱方式による定着装置を示す模式図である。

図１３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。
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ので温度上昇が非常に速く従来よりもファーストプリント時間は短くなった。しかし、更なる高速化を求める市場の要求を満足する必要性が急速に高まってきており、そのためには、画像形成動作以外の待機中においても定着器を加熱する（以降このモードをプリヒートモードと呼称する）必要が有り、従来の定着器の温度制御ではこれを十分に満足できないといった課題があった。

そこで、本発明は、帯電、露光、現像の各手段が配設された複数の画像ステーションと、複数の画像ステーションで形成されたトナー画像を転写材へ転写・搬送する転写手段と、転写材上のトナー画像を定着させるための定着手段を有する画像形成装置であって、定着手段と対向配置され、電磁誘導によって定着手段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、定着手段の少なくとも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、画像形成動作の有無に依存せずに定着手段の温度制御を予め定められた定着設定温度に応じて行うことで更なる高速化を実現できる画像定着装置を提供することを目的とする。

また、画像形成動作が有る場合と無い場合とで、定着手段を制御する制御温度が異なる構成にすることで更なる高速化を実現できる画像定着装置を提供することを目的とする。

また、画像形成動作終了後から定着手段の温度が予め定められた規定温度まで降下する時間に応じて、画像形成動作が無い場合の定着手段の温度制御における電力制御手段から出力される電力量または定着手段の駆動の有無を決定する構成にすることで、更なる高速化を実現できる画像定着装置を提供することを目的とする。

また、画像形成動作が無い場合の定着手段の温度制御実行経過時間に応じて、画像形成動作が無い場合の定着手段の温度制御における電力制御手段から出力される電力量または定着手段の駆動の有無を決定する構成にすることで、更なる高速化を実現できる画像定着装置を提供することを目的とする。

また、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御における制御温度は画像形成装置周辺温度により可変である構成にすることで、更なる高速化を実現できる画像定着装置を提供することを目的とする。

また、画像形成動作が無い場合の定着手段の温度制御中において、画像形成装置に異常が発生した場合には、電力制御手段から出力される電力量を可変または電力制御手段からの出力を停止する構成にすることで、更なる高速化を実現できる画像定着装置を提供することを目的とする。

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構成にすることで、更なる高速化を実現できる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、帯電、露光、現像の各手段が配設された複数の画像ステーションと、前記複数の画像ステーションで形成されたトナー画像を転写材へ転写・搬送する転写手段と、前記転写材上のトナー画像を定着させるための定着手段を有する画像形成装置であって、前記定着手段と対向配置され、電磁誘導によって前記定着手段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演算手段と、前記定着手段の少なくとも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、画像形成動作の有無に依存せずに前記定着手段の温度制御を予め定められた定着設定温度に応じて行う構成にしたものである。

また、画像形成動作が有る場合と無い場合とで、前記定着手段を制御する制御温度が異なる構成にしたものである。

また、画像形成動作終了後から前記定着手段の温度が予め定められた規定温度まで降下する時間に応じて、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御における前記電力制御手段から出力される電力量または前記定着手段の駆動の有無を決定する構成にしたものである。

また、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御実行経過時間に応じて、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御における前記電力制御手段から出力される電力量または前記定着手段の駆動の有無を決定する構成にしたものである。

また、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御における制御温度は画像形成装置周辺温度により可変である構成にしたものである。

また、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御中において、画像形成装置に異常が発生した場合には、前記電力制御手段から出力される電力量を可変または前記電力制御手段からの出力を停止する構成にしたものである。

また、前記一連の動作シーケンスを不揮発性メモリに格納する構成にしたものである。

これにより、帯電、露光、現像の各手段が配設された複数の画像ステーションと、前記複数の画像ステーションで形成されたトナー画像を転写材へ転写・搬送する転写手段と、前記転写材上のトナー画像を定着させるための定着手段を有する画像形成装置であって、前記定着手段と対向配置され、電磁誘導によって前記定着手段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、前記定着手段の少なくとも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、画像形成動作の有無に依存せずに前記定着手段の温度制御を予め定められた定着設定温度に応じて行うことが可能となる。

また、画像形成動作が有る場合と無い場合とで、前記定着手段を制御する制御温度が異なる構成にすることが可能となる。

また、画像形成動作終了後から前記定着手段の温度が予め定められた規定温度まで降下する時間に応じて、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御における前記電力制御手段から出力される電力量または前記定着手段の駆動の有無を決定することが可能となる。

また、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御実行経過時間に応じて、画像
形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御における前記電力制御手段から出力される電力量または前記定着手段の駆動の有無を決定することが可能となる。

また、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御における制御温度は画像形成装置周辺温度により可変であることが可能となる。

また、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御中において、画像形成装置に異常が発生した場合には、前記電力制御手段から出力される電力量を可変または前記電力制御手段からの出力を停止することが可能となる。

また、前記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、帯電、露光、現像の各手段が配設された複数の画像ステーションと、前記複数の画像ステーションで形成されたトナー画像を転写材へ転写・搬送する転写手段と、前記転写材上のトナー画像を定着させるための定着手段を有する画像形成装置であって、前記定着手段と対向配置され、電磁誘導によって前記定着手段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、前記定着手段の少なくとも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、画像形成動作の有無に依存せずに前記定着手段の温度制御を予め定められた定着設定温度に応じて行うことが可能となり、印刷速度が速く使い勝手の良い装置を提供できるといった有効な効果が得られる。

また、画像形成動作が有る場合と無い場合とで、前記定着手段を制御する制御温度が異なる構成にすることが可能となり、印刷速度が速く使い勝手の良い装置を提供できるといった有効な効果が得られる。

また、画像形成動作終了後から前記定着手段の温度が予め定められた規定温度まで降下する時間に応じて、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御における前記電力制御手段から出力される電力量または前記定着手段の駆動の有無を決定する構成にすることが可能となり、印刷速度が速く使い勝手の良い装置を提供できるといった有効な効果が得られる。

また、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御実行経過時間に応じて、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御における前記電力制御手段から出力される電力量または前記定着手段の駆動の有無を決定することが可能となり、印刷速度が速く使い勝手の良い装置を提供できるといった有効な効果が得られる。

また、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御における制御温度は画像形成装置周辺温度により可変であることが可能となり、印刷速度が速く使い勝手の良い装置を提供できるといった有効な効果が得られる。

また、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御中において、画像形成装置に異常が発生した場合には、前記電力制御手段から出力される電力量を可変または前記電力制御手段からの出力を停止する構成にすることが可能となり、印刷速度が速く使い勝手の良い装置を提供できるといった有効な効果が得られる。

また、前記一連の動作シーケンスを不揮発性メモリに格納する構成にすることが可能となり、印刷速度が速く使い勝手の良い装置を提供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、帯電、露光、現像の各手段が配設された複数の画像ステーションと、複数の画像ステーションで形成されたトナー画像を転写材へ転写・搬送する転写手段と、転写材上のトナー画像を定着させるための定着手段を有する画像形成装置であって、定着手段と対向配置され、電磁誘導によって定着手段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、定着手段の少なくとも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、画像形成動作の有無に依存せずに定着手段の温度制御を予め定められた定着設定温度に応じて行うことが可能となる。

本発明の請求項２に記載の発明は、画像形成動作が有る場合と無い場合とで、定着手段を制御する制御温度が異なる構成にすることが可能となる。

本発明の請求項３に記載の発明は、画像形成動作終了後から定着手段の温度が予め定められた規定温度まで降下する時間に応じて、画像形成動作が無い場合の定着手段の温度制御における電力制御手段から出力される電力量または定着手段の駆動の有無を決定することが可能となる。

本発明の請求項４に記載の発明は、画像形成動作が無い場合の定着手段の温度制御実行経過時間に応じて、画像形成動作が無い場合の定着手段の温度制御における電力制御手段から出力される電力量または定着手段の駆動の有無を決定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、画像形成動作が無い場合の定着手段の温度制御における制御温度は画像形成装置周辺温度により可変であることが可能となる。

本発明の請求項６に記載の発明は、画像形成動作が無い場合の定着手段の温度制御中において、画像形成装置に異常が発生した場合には、電力制御手段から出力される電力量を可変または電力制御手段からの出力を停止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、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。

以下、本発明の実施例について、図１から図１２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電磁誘導加熱方式による定着装置を備えた画像形成装置の構成を示す説明図、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を示す説明図、図３は図２の定着装置を構成する加熱ローラの構成を破断して示す説明図、図４は図２の定着装置を構成する励磁コイル、ショートリングの構成を示す図、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プリヒートモード制御フローを示す図、図７は本発明の一実施例である画像定着装置のプリヒートモード印加電力と制御温度を示す図、図８は本発明の一実施例である画像定着装置のプリヒートモード１のＩＨ制御状態を示す図、図９は本発明の一実施例である画像定着装置のプリヒートモード２のＩＨ制御状態を示す図、図１０は本発明の一実施例である画像定着装置のプリヒートモード３のＩＨ制御状態を示す図、図１１は本発明の一実施例である画像定着装置の
プリヒートモード４のＩＨ制御状態を示す図、図１２は本発明の一実施例である画像定着装置のプリヒートモード０のＩＨ制御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リゾット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。この時の電力値は、印字動作判定部４１０より印字動作中であることを示す信号が送られてきた場合には印字動作に対応した電力演算を行う。また印字動作判定部４１０より印字動作中でないことを示す信号が送られてきた場合には待機動作中のプリヒート動作に対応した電力演算を行う。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、図９、図１０、図１１及び図１２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。

印字動作中は記録紙上のトナーを定着させるための温度制御が行われるが、印字動作が終了すると（ｓｔｅｐ１）、次回の印字動作の印字速度を高速化するためのプリヒートモードに移行する。プリヒートモードには複数のモードが存在しており、印字終了後、定着器の温度が第一の状態温度（本実施例では１５０℃）から第二の状態温度（本実施例では１２０℃）まで降下する時間に応じてモード１からモード４の４つのモードに振り分けられる。（ｓｔｅｐ２）プリヒートモード１から４のいずれかの間にドアオープン等のエラー、エナジースターモードヘの移行が発生し、それらから復帰した場合などはプリヒートモード０なる別のモードとなる。さてプリヒートモードの振り分けであるが、本実施例においては定着器温度が１５０℃から１２０℃まで降下する時間が１０秒未満であればプリヒートモード１（ｓｔｅｐ３）、１０以上２０秒未満であればプリヒートモード２（ｓｔｅｐ８）、２０秒以上３０秒未満であればプリヒートモード３（ｓｔｅｐ１３）、３０秒以上であればプリヒートモード４となる。

まず、プリヒートモード１の動作について説明する（ｓｔｅｐ４）。プリヒートモード１の場合には図７に示すように環境温度が１５℃以上の場合には１１０℃から１３０℃にて温度制御を実施し、この時の印加電力は印字中に印加する電力と同じ電力である。また環境温度が１５℃未満の場合にも１１０℃から１３０℃にて温度制御を実施し、この時の印加電力も印字中に印加する電力と同じ電力である。これはプリヒートモード１の場合のみ定着器を回転駆動させるからである。プリヒートモード１の状態になるときは、定着器が十分に暖まっていない場合であり、定着器を回転駆動させることで定着器全体を暖める目的がある。定着器の回転駆動のタイミングは電力の印加タイミングと同期させている。プリヒートモード１の場合の定着器温度状態、電力印加状態、定着駆動状態を図８に示す。

プリヒートモード１実行中にプリヒートモード２への移行判定を行っている（ｓｔｅｐ５）。

プリヒートモード１からプリヒートモード２へ移行する条件は、プリヒートモード１における電力印加回数（＝定着器駆動回数）がある規定数に達した場合である。この規定数は本実施例の場合には１０回である。またプリヒートモード１実行中にドアオープン等のエラー、エナジースターモードヘの移行が発生した場合にはエラー処理動作を行う（ｓｔｅｐ６）。このエラー処理動作については後述する。またプリヒートモード１実行中に印字要求が有った場合には（ｓｔｅｐ７）、プリヒートモード１を終了し印字動作へと移行する（ｓｔｅｐ２６）。印字要求が無い場合にはｓｔｅｐ４へ回帰しプリヒートモード１
の処理を継続する。

次に、プリヒートモード２の動作について説明する（ｓｔｅｐ９）。プリヒートモード２が起動される条件は、一つはプリヒートモード１からの移行、もう一つは、前述の定着器温度が１５０℃から１２０℃まで降下する時間が１０秒以上２０秒未満である場合である。

プリヒートモード２の場合には図７に示すように環境温度が１５℃以上の場合には９７℃から１００℃にて温度制御を実施し、このときの初期印加電力は１３０ｗ相当の電力である。また環境温度が１５℃未満の場合には８７℃から９２℃にて温度制御を実施し、このときの初期印加電力は１３０ｗ相当の電力である。印加電力１３０ｗ相当というのは、１３０ｗの電力を直接印加するのではなく、実際には５００ｗから６００ｗ程度の電力（電源電圧により異なる）を印加し、所定のサンプリング周期にてＰＷＭ出力させることで実現している。これは、ＩＨ基板上の素子（１ＧＢＴ）の破壊を防止するために最小出力可能電力が電源電圧毎に定められており、その値が実用電圧範囲ではおよそ５００ｗから６００ｗである。具体的な一例を示すと、最小出力可能電力が５２０ｗであった場合に１３０Ｗを実現するためには、１／４のＤｕｔｙでＰＷＭ出力すればよいことになる。すなわち、サンプリング周期を５００ｍｓとした場合に１２５ｍｓ間電力を印加し、残りの５００−１２５＝３７５ｍｓ間は電力を印加しないサイクルを繰り返せば、実際に印加される電力は５２０ｗであっても１３０ｗ相当の電力が印加されることになる。このようにしてプリヒート時の電力印加を行うことで最小可能印加電力以下の電力を実現している。これはプリヒートモード２のみならず、プリヒートモード３、プリヒートモード４、更にはプリヒートモード０においても共通の処理である。

さてプリヒートモード２にて初期の印加電力は１３０ｗであるがこの値はある一定の減衰率にて減衰していく。図９に示すように現在の印加電力（例えばＰＭ２ｎ）の値に対し次回の印加電力（ＰＭ２ｎ＋１）の値はある一定の減衰率により減衰され小さな値となっている。本実施例においてはこの減衰率は９６％である。これはプリヒートモード２のみならず、プリヒートモード３にても同様である。電力の減衰が進むにつれてついには図７に示すようにプリヒートモード３の初期印加電力１００ｗまで減衰された場合にプリヒートモード２からプリヒートモード３への移行が行われる。プリヒートモード２中にこの移行チェックを実施している（ｓｔｅｐ１０）。

またプリヒートモード２実行中にドアオープン等のエラー、エナジースターモードヘの移行が発生した場合にはエラー処理動作を行う（ｓｔｅｐ１１）。このエラー処理動作については後述する。またプリヒートモード２実行中に印字要求が有った場合には（ｓｔｅｐ１２）、プリヒートモード２を終了し印字動作へと移行する（ｓｔｅｐ２６）。印字要求が無い場合にはｓｔｅｐ９へ回帰しプリヒートモード２の処理を継続する。

次に、プリヒートモード３の動作について説明する。プリヒートモード３が起動される条件は、一つはプリヒートモード２からの移行、もう一つは、前述の定着器温度が１５０℃から１２０℃まで降下する時間が２０秒以上３０秒未満である場合である。

プリヒートモード３（ｓｔｅｐ１４）の場合には図７に示すように環境温度が１５℃以上の場合には９７℃から１００℃にて温度制御を実施し、このときの初期印加電力は１００ｗ相当の電力である。また環境温度が１５℃未満の場合には８７℃から９２℃にて温度制御を実施し、このときの初期印加電力は１００ｗ相当の電力である。電力印加の方法についてはプリヒートモード２と同様であるため詳細な説明は省略する。さてプリヒートモード３にて初期の印加電力は１００ｗであるがこの値はある一定の減衰率にて減衰していく。図１０に示すように現在の印加電力（例えばＰＭ３ｎ）の値に対し次回の印加電力（
ＰＭ３ｎ＋１〕の値はある一定の減衰率により減衰され小さな値となっている。本実施例においてはこの減衰率は９６％である。電力の減衰が進むにつれてついには図７に示すようにプリヒートモード４の初期印加電力６０ｗまで減衰された場合にプリヒートモード３からプリヒートモード４への移行が行われる。プリヒートモード３中にこの移行チェックを実施している（ｓｔｅｐ１５）。

またプリヒートモード３実行中にドアオープン等のエラー、エナジースターモードヘの移行が発生した場合にはエラー処理動作を行う（ｓｔｅｐ１６）。このエラー処理動作については後述する。またプリヒートモード３実行中に印字要求が有った場合には（ｓｔｅｐ１７）、プリヒートモード３を終了し印字動作へと移行する（ｓｔｅｐ２６）。印字要求が無い場合にはｓｔｅｐ１４へ回帰しプリヒートモード３の処理を継続する。

次に、プリヒートモード４の動作について説明する。プリヒートモード４が起動される条件は、一つはプリヒートモード３からの移行、もう一つは、前述の定着器温度が１５０℃から１２０℃まで降下する時間が３０秒以上かかった場合である。

プリヒートモード４の場合には図７に示すように環境温度が１５℃以上の場合には９７℃から１００℃にて温度制御を実施し、このときの初期印加電力は６０ｗ相当の電力である。また環境温度が１５℃未満の場合には８７℃から９２℃にて温度制御を実施し、このときの初期印加電力は６０ｗ相当の電力である。電力印加の方法についてはプリヒートモード２、またはプリヒートモード３と同様であるため詳細な説明は省略する。さてプリヒートモード４にて初期の印加電力は６０ｗである。プリヒートモード２、プリヒートモード３ではこの値はある一定の減衰率にて減衰していくがプリヒートモード４においては減衰せず、ずっと６０ｗ相当の値のままである。図１０に示すように現在の印加電力（例えばＰＭ４ｎ）の値に対し次回の印加電力（ＰＭ４ｎ＋１）の値は同等のＤｕｔｙである。

またプリヒートモード４実行中にドアオープン等のエラー、エナジースターモードへの移行が発生した場合にはエラー処理動作を行う（ｓｔｅｐ１９）。このエラー処理動作については後述する。またプリヒートモード４実行中に印字要求が有った場合には（ｓｔｅｐ２０）、プリヒートモード４を終了し印字動作へと移行する（ｓｔｅｐ２６）。印字要求が無い場合にはｓｔｅｐ１８へ回帰しプリヒートモード４の処理を継続する。

次にプリヒート動作中のエラー処理（ｓｔｅｐ２１）について説明する。このエラー処理が起動する条件は、プリヒートモード０からプリヒートモード４のいずれかの処理中にドアオープン等のエラーが発生した場合、またはエナジースターモードへ移行した場合である。ドアオープン等のエラー時、エナジースターモード時には、ヒート動作は実行しない。これらのエラーの復帰を待って（ｓｔｅｐ２２）ヒート動作を開始する。このエラーから復帰した場合のプリヒートモードをプリヒートモード０と規定する（ｓｔｅｐ２３）。

プリヒートモード０の場合には図７に示すように環境温度が１５℃以上の場合には９７℃から１００℃にて温度制御を実施し、このときの初期印加電力は５０ｗ相当の電力である。また環境温度が１５℃未満の場合には８７℃から９２℃にて温度制御を実施し、このときの初期印加電力は６２．５ｗ相当の電力である。電力印加の方法についてはプリヒートモード２、プリヒートモード３またはプリヒートモード４と同様であるため詳細な説明は省略する。

図１２に示すように現在の印加電力（例えばＰＭ０ｎ）の値に対し次回の印加電力（ＰＭ０ｎ＋１）の値は同等のＤｕｔｙである。またプリヒートモード０はエラーからの復帰後の処理であるため、エラーの期間が長期に渡ると定着器が冷却されてしまいプリヒート
モード０の制御温度を大きく下回ってしまう（例えば常温２０℃付近まで低下）場合が有る。このときにはある一定の周期にて、上限温度に達するまで電力を印加する（図１２下方参照）。

またプリヒートモード０実行中にドアオープン等のエラー、エナジースターモードヘの移行が発生した場合にはエラー処理動作を行う（ｓｔｅｐ２４）。またプリヒートモード０実行中に印字要求が有った場合には（ｓｔｅｐ２５）、プリヒートモード０を終了し印字動作へと移行する（ｓｔｅｐ２６）。印字要求が無い場合にはｓｔｅｐ２３へ回帰しプリヒートモード０の処理を継続する。

以上の説明の通り、本願発明の画像定着装置は、画像形成動作の有無に依存せずに定着手段の温度制御を予め定められた定着設定温度に応じて行うことが可能となるという効果を奏し、高速化を要求される画像形成装置の定着装置に好適である。

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温度制御ブロック図 本発明の一実施例である画像定着装置のプリヒートモード制御フローを示す図 本発明の一実施例である画像定着装置のプリヒートモード印加電力と制御温度を示す図 本発明の一実施例である画像定着装置のプリヒートモード１のＩＨ制御状態を示す図 本発明の一実施例である画像定着装置のプリヒートモード２のＩＨ制御状態を示す図 本発明の一実施例である画像定着装置のプリヒートモード３のＩＨ制御状態を示す図 本発明の一実施例である画像定着装置のプリヒートモード４のＩＨ制御状態を示す図 本発明の一実施例である画像定着装置のプリヒートモード０のＩＨ制御状態を示す図 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 インバータ回路
３２０ 制御回路
３３０ 発熱部材検知手段
３４０ 回転移動検知手段
３５０ 駆動動作検知手段
３７０ ＣＰＵ

Claims (7)

1. 帯電、露光、現像の各手段が配設された複数の画像ステーションと、前記複数の画像ステーションで形成されたトナー画像を転写材へ転写・搬送する転写手段と、前記転写材上のトナー画像を定着させるための定着手段を有する画像形成装置であって、前記定着手段と対向配置され、電磁誘導によって前記定着手段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、前記定着手段の少なくとも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、画像形成動作の有無に依存せずに前記定着手段の温度制御を予め定められた定着設定温度に応じて行うことを特徴とする画像定着装置。
2. 画像形成動作が有る場合と無い場合とで、前記定着手段を制御する制御温度が異なることを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
3. 画像形成動作終了後から前記定着手段の温度が予め定められた規定温度まで降下する時間に応じて、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御における前記電力制御手段から出力される電力量または前記定着手段の駆動の有無を決定することを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
4. 画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御実行経過時間に応じて、画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御における前記電力制御手段から出力される電力量または前記定着手段の駆動の有無を決定することを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
5. 画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御における制御温度は画像形成装置周辺温度により可変であることを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
6. 画像形成動作が無い場合の前記定着手段の温度制御中において、画像形成装置に異常が発生した場合には、前記電力制御手段から出力される電力量を可変または前記電力制御手段からの出力を停止することを特徴とする請求項１記載の画像定着装置。
7. 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６記載の画像定着装置。

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