JP2005275404A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱の立ち上がりが速く（電力供給を開始した時点から定着可能温度に達するまでの時間が短く）、記録材に安定にトナーを固着可能な定着装置を提供する。
【解決手段】 この発明は、磁界が供給されることで発熱し、被記録材上の顕像化剤を加熱する被加熱体２と、被加熱体の外側から被加熱体に誘導熱を生じさせるもので、断面形状が矩形状に形成されたリッツ線を含み、被加熱体の長手方向に複数設けられるコイル体１２ａ，１２−１および１２−２と、被加熱体と所定位置で接触され、被加熱体との間を通過する被記録材に顕像化剤を固着させるための圧力を提供する圧力提供部材３を含む、定着装置に関する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、誘導加熱を利用した加熱装置、特に、熱溶融性の顕像剤を用いる電子写真方式の複写装置やプリンタ装置等に利用可能で、記録対象に顕像剤を定着する定着装置に関する。

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、被定着材（記録材）上に形成されたトナー（顕像剤）を加熱して溶融させ、記録材にトナーを固着する。近年、電力供給を開始した時点から定着可能温度に達するまでの時間である加熱時間を低減できる加熱方式として誘導加熱が広く利用されている。しかしながら、誘導加熱には、磁束発生装置であるコイルが複数である場合に、個々のコイルに供給される電力の周波数が異なる場合に、干渉音が生じることが知られている。また、加熱対象がローラ体である場合、個々のコイルとローラ体との間の距離を一定に維持することが困難であること、個々のコイルとローラ体との間の距離を一定に維持するためにコイルをローラ体の周面に沿わせることにより、磁束密度を一定に保つことが困難であること、等が知られている。

これらを改善するために、多くの提案がある。

例えば、特許文献１には、加熱対象であるローラ体と加熱装置に利用されるコイルの個々の電線との間の距離（空間距離）を増大させながらローラ体に到達可能な磁束量を確保しようとする試みが記載されている。

例えば、特許文献２には、加熱対象であるローラ体と加熱装置に利用されるコイルの個々の電線との間の距離（空間距離）を増大させながらローラ体に到達可能な磁束量を確保しようとする試みが記載されている。

例えば、特許文献３には、加熱対象であるローラ体の周面に加熱装置のコイル体の個々の電線を沿わせることにより減少する磁束密度を補うために、磁束分布調整部材を設けることが記載されている。

例えば、特許文献４には、複数のコイル体に電力を供給する回路を２系統設け、第１の回路において、第１の回路に接続されたコイル体に電力を供給する時間を変化させ、第２の回路において、第１の回路で用いられる周波数と同じ周波数であって、第１の回路に接続されたコイル体に電力が供給されていない期間の間、第２の回路に接続されたコイル体に電力を供給する提案がある。
特開２００３−８６３４４号公報 特開２００３−２１５９５７号公報 特開２００２−２２２６８７号公報 特開２００２−３４２４１号公報

しかしながら、上記いずれの文献に示された提案によっても、加熱対象であるローラ体の温度を、ローラ体の長手方向の全域で均一とすることは、達成されていない。また、複数のコイル体を用い、それぞれのコイルに周波数の異なる電力を供給する方法において、電力を供給する回路に要求されるコストを抑止しながら干渉音を低減することは実現されていない。

この発明の目的は、加熱の立ち上がりが速く（電力供給を開始した時点から定着可能温度に達するまでの時間が短く）、記録材に安定にトナーを固着可能な定着装置を提供することである。

この発明は、磁界が供給されることで発熱し、被記録材上の顕像化剤を加熱する被加熱体と、断面形状が矩形状に形成されたリッツ線を含み、加熱体の長手方向に複数設けられ、前記被加熱体の外側から前記被加熱体に誘導熱を生じさせるコイル体と、前記被加熱体と所定位置で接触され、前記被加熱体との間を通過する前記被記録材に前記顕像化剤を固着させる圧力提供部材と、を有する定着装置を提供するものである。

以上説明したように本発明の定着装置は、導体層に供給される磁界を効率よく熱に変換できる。また、定着装置は、導体層での熱の発生として利用されないエネルギー（磁界）の損失を低減できる。

従って、本発明の定着装置を用いることにより、消費電力（磁界発生量）を低減しながら、定着可能温度まで加熱対象の温度を上昇させるために要求される時間を低減できる。また、記録材に形成された画像の定着性を高めることができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。

図１は、この発明の実施形態が適用される定着装置の一例を説明する概略図である。

図１に示されるように、定着装置１は、直径が概ね４０ｍｍの加熱ローラ２と直径が概ね４０ｍｍの加圧ローラ３と加熱装置１１１を有する。

加熱ローラ２は、中心から、芯金２ａ、発泡ゴムまたはスポンジからなる弾性体層２ｂ、金属導電層２ｃ、ソリッドゴムからなる弾性体層２ｄ、離型層２ｅが順に設けられた円筒状である。なお、弾性体層２ｂの厚さは５ｍｍ、金属導電層２ｃの厚さは４０μｍ、弾性体層２ｄの厚さは２００μｍ、離型層２ｅの厚さは３０μｍである。また、金属導電層２ｃは、例えばニッケル（Ｎｉ）である。金属導電層２ｃの材質としては、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複合材（合金）等も利用可能である。

加圧ローラ３は、例えば金属製の芯金３ａ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体である。加圧ローラ３は、（芯金３ａの）軸線が加熱ローラ２の軸線（芯金）と実質的に平行に配列された状態で加圧機構４により熱ローラ２に対して所定の圧力で押しつけられることにより、加熱ローラ２の外周面と接する位置で、ニップ（定着領域）を提供する。加圧ローラ３は、加熱ローラ２と同一の内部構造であってもよい。

加熱ローラ２は、図示しない駆動モータの駆動力が、図示しない動力伝達機構により供給されることにより矢印方向に回転される。従って、加圧ローラ３は、従動で矢印方向に回転する。加熱ローラ２の弾性体層２ｂ、金属導電層２ｃ、弾性体層２ｄ、離型層２ｅは、加圧ローラ３と接するニップ部で加圧ローラ３からの圧力により弾性変形する。従って、加圧ローラ３と加熱ローラ２との間のニップ部に搬送される用紙Ｐと用紙に静電的に保持されている顕像材すなわちトナーに所定の圧力が提供される。

加熱ローラ２の外周面には、ニップ部を基準として、ローラ２が回転される方向に沿って、剥離爪５、サーミスタ６（加熱ローラ２の長手方向に２以上配置されており、以降、６ａ，６ｂと呼称する）、クリーニング部材７、およびサーモスタッド８等が順に配列されている。剥離爪５は、ニップ部に案内される用紙（記録材）Ｐを、加熱ローラ２から剥離させる。剥離爪５は、省略されてもよい。サーミスタ６は、加熱ローラ２の温度検出をする。クリーニング部材７は、加熱ローラ２の表面（外周面）に固着したトナーや用紙Ｐから発生する粉体等を除去する。サーモスタッド８は、加熱ローラ２の表面温度の異常を検知して、加熱装置１００への電力の供給を遮断する。サーミスタ６やサーモスタッド８は、加熱装置１００、すなわち磁束を発生ためのコイル等に代表される磁束発生装置から発生される磁力線の影響を受けない位置に設けられる。

加圧ローラ３の外周面には、ニップ部を基準として、ローラ３が回転される方向に沿って、剥離爪９およびクリーニングローラ１０が設けられている。剥離爪９は、用紙Ｐをローラ３から剥離する。剥離爪９は、省略されてもよい。クリーニングローラ１０は、ローラ３表面に付着したトナーや用紙（記録材）から発生する粉体等を除去する。

図２は、図１に示した定着装置に組み込まれる加熱装置の構成の一例を示す。

加熱装置１１１は、加熱ローラ２（または加圧ローラ３）の金属導電層２ｃに磁界を提供するコイル１２を有する。コイル１２は、磁性体により形成されたコア１３をともなって、所定形状に積層されている。

コイル１２は、図２に示す通り、加熱ローラ２の長手方向に沿って、例えば３つに分割されている。中央のコイル１２ａ以外は同じ制御で、動作される。すなわち、両端部のコイル１２−１，１２−２は、常時同時に動作される。コイル１２を、中央のコイル１２ａ、両端部のコイル１２−１，１２−２に分割したことにより、例えば電力を供給するコイルを独立に制御することで、Ａ４サイズの用紙を短辺が搬送方向と直交するように搬送される場合等に代表されるＡ３サイズの用紙を搬送する際に比較して幅が狭くなる条件等の場合、加熱ローラ２の長手方向の温度分布を均一化できる。

図３は、図１および図２に示した定着装置を動作させる駆動回路（温度制御回路）の一例を示す。

コイル１２すなわち中央のコイル１２ａ、両端部のコイル１２−１，１２−２には、共振用のコンデンサ３１ａ，３１ｂが並列に接続されている。コイル１２ａとコンデンサ３１ａおよびコイル１２−１，１２−２とコンデンサ３１ｂの組には、それぞれスイッチング素子３２ａ，３２ｂが接続されている。スイッチング素子３２ａ，３２ｂには、耐電圧が高く、１００Ａ（アンペア）程度の電流が供給可能なＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、ＭＯＳ−ＦＥＴ（電界効果 Transistor ）等が利用可能である。中央コイル１２ａ、コンデンサ３１ａ、スイッチング素子３２ａにより第１のインバータ回路３３ａが、両端部コイル１２−１および１２−２、コンデンサ３１ｂ、スイッチング素子３２ｂにより第２のインバータ回路３３ｂが、それぞれ、定義される。

個々のインバータ回路には、商用交流電源を整流回路３４によって平滑化された直流電流が供給される。整流回路３４の前段には、全消費電力を検出可能とするためのトランス３５が配置されている。

スイッチング素子３２ａ，３２ｂの制御端子には、それぞれ、所定の駆動電圧を対応するスイッチング素子の制御端子に印加することにより、それぞれのスイッチング素子をＯＮさせる駆動回路３６ａ，３６ｂが接続されている。駆動回路３６ａ，３６ｂの動作タイミングは、制御回路３７ａ，３７ｂにより、指示される。駆動回路３６ａ，３６ｂには、対応するそれぞれのスイッチング素子３２ａ，３２ｂをＯＮさせる時間を制御するため、例えば２０〜６０ｋＨｚの範囲の任意の（出力電力を設定可能な）周波数が制御回路３７ａ，３７ｂにより指示される。

コイル１２ａ、１２−１，１２−２で加熱される被加熱物（本実施例では加熱ローラ２）の外周の所定の位置には、サーミスタ６（説明のため以降６ａ，６ｂとする）が、それぞれ配置されており、それぞれのサーミスタ６ａ，６ｂから加熱ローラ２の対応する領域の温度検出信号（電圧値）がＣＰＵ３８に入力される。

サーミスタ６ａ，６ｂにより出力された電圧値に応じて、ＣＰＵ３８からどちらのコイルを動作させる（電力を供給する）か、すべてのコイルへの電力供給をＯＦＦするか等の命令（コマンド）が制御回路３７ａ，３７ｂに指示される。例えば、通常は、どちらかのコイルに電力が供給されている場合、もう一方のコイルへは電力が供給されない（ＯＦＦとする）制御方式を採用しているが、両方のコイルを同時に駆動する（両方のコイルに同時に電力を供給する）ことも可能である。また、図３に示す例は、コイル１つ（１２ａもしくは１２−１と１２−２の組のいずれか）を駆動する（電力を供給する）ためのインバータ回路として、スイッチング素子を１つのみ用いる準Ｅ級回路であるが、スイッチング素子を個々のインバータ回路に割り当てて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により出力を調整するハーフブリッジダイプの回路等も利用可能である。

図４（ａ）は、加熱装置に組み込まれるコイルの形状の特徴を説明している。図４（ａ）に示すコイル１２は、１本の電線（導体）の直径が０．５ｍｍの被覆付き銅線材を、例えば１６本束ねたりッツ線により形成されている。被覆材は、例えばポリアミドイミドである。

リッツ線を用いることで、周波数が高い交流電力を供給する際に、浸透深さに対する線径比を小さくすることができ、交流電流を有効に流すことが可能である（周波数の高い交流電流を流す際に問題となる「表皮効果」の影響を抑制できる）。

リッツ線は、実装密度を向上させることを目的として、その断面形状を、おおむね四角形としている。なお、この断面形状は、リッツ線を、例えばプレス加工により成形することで、容易に得られる。断面形状を四角形（矩形）とすることで、隣り合う電線相互により生じるデッドスペースを低減可能であるとともにローラ２の外周から最も離れた位置に位置される線材と金属導電層２ｃ（ローラ２）との間の距離を低減できる。なお、コイルのターン（配列および積層）数は、ローラ２の周面に沿う方向において２ターン（列）、ローラ２の周面から遠ざかる方向において、７ターン（層）としている。すなわち、コイルのローラの周面に沿う配列数と半径方向の積層数の関係として捕らえると、積層数が配列数よりも多いことを特徴としている。

また、本実施例では、リッツ線の断面四角形の縦横の比率を、加熱ローラ２の外周に対向する（沿う）側の長さをローラ２の半径方向の長さ（厚さ）よりも長く設定している。一例を示すと、ローラ２の周方向の長さが５ｍｍ、もう一方の辺の長さ（厚さ）が１．５〜２ｍｍである。

この形状の特徴により、ローラ２の金属導電層２ｃ（ローラ２）に到達する磁束（磁力線）の量が、円形の断面のリッツ線を積層する例に比較して、増大される。

一例を示すと、０．５ｍｍ×１６本のリッツ線を単純に円形断面とした場合、その直径は、概ね２．８ｍｍである。従って、前に説明した本願の矩形断面の線材の厚さ（ローラ２の半径方向の長さ）が１．５ｍｍであるから、概ね２倍の厚さになる。

また、ローラ２から最も離れた位置に位置される線材とローラ表面との間の距離は、本願発明の矩形断面のリッツ線を用いる場合には、７層として、１．５×７＝１０．５ｍｍであるに対し、円形断面のリッツ線を７層とした場合には、２．８×７＝１９．６ｍｍとなる。

本実施例のコイル形状を用いることで、
（１）ローラの円筒面と相対する側のターン数が２ターンと少ないので、ローラの円筒面とコイルの距離を管理するのが容易；
（２）コイルがローラの円筒面を覆う領域が少ないので、ローラの外周にクリーニング部材等を配置しやすい；
（３）コイルを小型化可能；
（４）図４（ｂ）に示すように、コイルの端部においても、２ターン（線幅５ｍｍ×２）としたので、（比較のため図４（ｃ）に示すような、一般的な形状のコイルを用いる例（線径３ｍｍ×５）に比較して、温度低下が少ない、
等のメリットがある。

なお、（４）について、より詳細に説明すると、図２に示したように、加熱ローラ２の軸方向に沿って配列された複数のコイルを含む加熱装置１１１において、個々のコイル１２ａ，１２−１，１２−２に対応して設けられるコア１３ａ，１３−１，１３−２相互間の距離は、図４（ｂ）に示す本実施例と図４（ｃ）に示す比較例から明らかなように、コイルのターン数とコイルの線径（線幅）に依存して決定される。すなわち、図４（ｂ）に示す通り、本実施例においては、個々のコイルのターン数と線幅に支配されるコア間の距離Ｔ_１は、図４（ｃ）に示す比較例のコア間の距離Ｔ_２よりも少ない。従って、加熱ローラ２の軸方向に、複数配列されたコイルを用いる場合、コイル相互間に対応する加熱ローラ２表面の温度が、軸方向において温度差を有することは周知であるが、その温度差を、図４（ｂ）に示すような配列とすることで、図４（ｃ）に示すような配列に比較して低減できる。なお、この場合、それぞれのコイルは、法線に対して概ね対称に配列されることになる。

一方、図２および図４（ａ）により説明した通り、コイル１２が、中央コイル１２ａと端部コイル１２−１，１２−２とに分割されているが、いずれのコイルも、コイルをローラの外周面に沿わせることが容易である。すなわち、個々のコイルとローラの外周面との間の距離を低減できる。また、コア１３（１３ａ，１３−１，１３−２）を用いたことで、個々のコイルから発生される磁束がローラ２表面の発熱に寄与しない磁束となることである磁束の損失を抑えることができる（コアを用いることにより損失となる磁束を補償する効果が得られる）。この結果、ローラ２の温度が低下する程度が軽減される。さらに、個々のコイルを積層するに際して、ローラの円筒面の法線方向に垂直に配置すればよいので、コイルの形状の制約も低減される。なお、この場合、それぞれのコイルは、法線に対して概ね対称に配列されることになる。

換言すると、
（５）ローラの円筒面に沿わせるコイルターン（列）数が少ないため、コイルを成形する際の自由度が高められる；
（６）ローラから離れていく方向でのコイルターン（層）数が多いことによるローラの金属導電層に到達可能な磁束の低下が考えられるが、コイルの厚さを薄くすることにより、層数が増大したことの影響をキャンセル可能；
（７）コイルをローラの周面に沿って配置できることにより、隣接するコイル相互による、磁束が打ち消しあいが抑止でき、その結果個々のコイルをローラの周面に近接させることが可能、
等のメリットがある。

以上により、コイル単体の形状を小さくでき、しかも、コイルの成形も容易なコイル体が得られる。

また、コイル１２をローラ２の長手方向に複数に分割したことにより生じるコイル相互間（継ぎ目）で温度が低下することも最小限に抑えることができる。

なお、コイル１２は、例えば図５に示すように、必要な出力を得ることが可能であれば、ローラ２の周面に垂直に配置しても良い。また、ローラ２の周面に沿うコイルのターン（列）数は、２ターンよりも多くてもかまわず、反対に１ターンのみでも実施可能である。

また、コイル１２は、例えば図６に示すように、ローラ２の周面に垂直に配置する形態を維持した状態で、コイル１２のローラ２の周方向の端部とローラ２の周面との距離が少なくなるよう、ローラ２の周面側に屈曲（変形）されてもよい（コイル１２とローラ２との間の実質的な距離を低減）。なお、図６に示すコイル１２の線材（矩形状のリッツ線）の配列により、ローラ２の周面に沿う方向に離れたコイルを用いる場合でも、コイルとローラ（の周面）との間の距離が大きく離れることが抑止できる。

また、コイル１２は、例えば図７に示すように、ローラ２の周面において、ローラの法線方向に沿うように、コイル１２の任意の位置が変形されてもよい（ローラ２とコイル１２との間の実質的な距離を低減）。なお、図６に示すコイル１２の線材（矩形状のリッツ線）の配列により、ローラ２の周面に沿う方向に離れたコイルを用いる場合でも、コイルとローラ（の周面）との間の距離が大きく離れることが抑止できる。

図８は、図１に示した定着装置の別の実施の形態を説明する概略図である。なお、図１に示したと同一あるいは類似した構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図８に示す定着装置２０１は、加熱ローラ２と加圧ローラ３と加熱装置１１１を有する。

加熱ローラ２および加熱装置１１１は、ハウジング（上）２１１に収容されている。加圧ローラ３は、ハウジング（下）２２１に収容されている。

ハウジング（上）２１１およびハウジング（下）２２１の少なくとも一方が途切れる領域すなわち用紙Ｐが搬送されるために利用される開口部、および加熱ローラ２と加圧ローラ３が相互に接触されるニップ部の近傍には、干渉音を減衰するとともに干渉音が外部に洩れることを低減する複数の吸音材２３１が設けられている。また、ハウジング（上）２１１およびハウジング（下）２２１のそれぞれの所定の位置には、３つに分割されたコイル１２すなわち中央コイル１２ａと端部コイル１２−１および１２−２に供給される電力の周波数が異なる場合に生じる干渉音がニップ近傍から外部に洩れることを抑止するリブ（遮音壁）２４１および、干渉音を吸収する吸音材２４３が設けられている。

吸音材２３１，２４３は、好ましくは、耐熱性の高いグラスウールが利用可能である。なお、温度上昇の少ない部分、例えばハウジング（上）２１１の加熱装置１１１のコア１３の外側に位置する領域に設けられる吸音材２５１に関しては、耐熱温度がグラスウールよりも低いが安価なウレタンゴム（例えばシンサレート（商品名））等も利用可能である。吸音材２３１，２４３および２５１は、ハウジング（上）２１１およびハウジング（下）２２１の外側に設けられてもよい。吸音材２３１，２４３および２５１は、ハウジング（上）２１１およびハウジング（下）２２１の所定の領域に設けられる穴（開口）もしくは窪み等に配置されてもよい。

また、ニップ部に案内される／ニップ部から排出される用紙のための開口部近傍においては、比較的干渉音が外部に洩れ易く、従って、加熱ローラ２および加圧ローラ３の近傍まで、吸音材２３１を設けることが好ましい。

なお、干渉音の大きさについて考察した結果を、以下に、表として示す。

表１は、カバー部材２６１を設けない状態で、個々のコイル１２ａと、１２−１および１２−２のそれぞれに用いられる電線材を、
例えばワニスにより相互に固着した場合（表１の最も左の項目）、
ワニスによる線材の固着に加えて、吸音材２３１を設けた場合（表１の左から２番目の項目）と
ワニスによる線材の固着に加えて、吸音材２４３（２５１）を設けた場合（表１の左から３番目の項目）に生じる干渉音のうち、
音量（音圧）が最大となる周波数（表１の右から２番目の項目）と
その大きさ（表１の最も右の項目、単位は［ｄＢ］）を示している。
なお、表１の左から４番目の項目は、ワニスによる線材の固着に加えて、カバー部材２６１をさらに設けた場合の干渉音の周波数および大きさを示している。また、カバー部材２６１を樹脂とすることで、干渉音が外部に洩れることをさらに抑止可能である。この場合、カバー部材２６１としては、例えばＡＢＳ樹脂等が利用可能である。

図９は、図８に示した定着装置において、干渉音を低減可能とする電力供給制御の一例を説明する概略図である。

図８により上述した通り、分割されたコイル１２すなわち中央コイル１２ａと端部コイル１２−１および１２−２に供給される電力の周波数が異なる場合に生じる干渉音は、吸音材と遮音壁により低減可能である。

しかしながら、任意のコイルの組、すなわち中央コイル１２ａもしくは端部コイル１２−１および１２−２の組に所定周波数の電力を供給する際に、いずれか一方にのみ電力を供給する選択的電力供給（以下第１の制御方法Ａと呼称する）と任意のコイルの組の少なくとも２つに対して同時に電力を供給する同時電力供給（以下第２の制御方法Ｂと呼称する）を、図示しない画像形成装置の動作状態にあわせて切り替えることで、干渉音が生じることを抑止することで、一層干渉音のレベル（音量＝大きさ）を低減できる。

例えば、図示しない画像形成装置への通電（商用電源ＯＮ）によるウォーミングアップ時には、全てのコイルに電力を同時に供給する第２の制御方法Ｂにより、個々のコイルに所定の電力を供給する。例えば、中央コイル１２ａおよび端部コイル１２−１，１２−２のそれぞれに、熱出力が概ね５００Ｗ（合計１ｋＷ）となるよう、所定周波数の電圧あるいは電流を供給する（図９参照）。

すなわち、ステップＳ１およびＳ２において、ローラ２のいずれかの領域の温度が１６０℃に達したか否かが、継続してモニタされ、少なくとも一方のサーモミスタ６ａまたは６ｂが、対応するローラ２の表面の温度が１６０℃に達するまで、第２の制御方法Ｂによる電力供給が継続される。なお、第２の制御方法Ｂにおいては、それぞれのコイルに入力可能な電力の合計の電力まで供給可能である。

ステップＳ１およびＳ２のいずれかにおいて、ローラ２の所定の位置の温度が１６０℃に達したことが検知された時点で、図１０に示す待機中の通電制御に切り替えられる。

待機中には、図１０に示すように、サーミスタ６ａ，６ｂにより加熱ローラ２の温度を検知しながら、１６０℃よりも温度が低くなった側のコイルの組すなわち１２ａ、または１２−１，１２−２に、第１の制御方法Ａにより所定の電力を供給する。

すなわち、ステップＳ１１およびＳ１２において、ローラ２のいずれかの領域の温度が１６０℃よりも低くなったか否かが、継続してモニタされる。なお、個々のサーミスタ６ａ，６ｂに対応する位置のローラ２の表面の温度が１６０℃より低くなった場合、温度が低くなった側のコイルに対して、ウォーミングアップ時に比較して１／ｎ〜ウォーミングアップ時に供給される電力と同等の電力が供給される。

この制御方法では、どちらか一方のコイルにのみ電力が供給されるので、駆動周波数の差に起因する干渉音は発生しない。なお、干渉音の大きさが問題となる場合は、多くの場合、ウォームアップ時や画像形成時のような画像形成装置本体の動作に起因する比較的大きな音が存在（発生）しない待機中であるから、第１の制御方法Ａは、待機中に好適な制御方法である。

ここで、それぞれのコイル（の組）１２ａ，１２−１および１２−２に供給可能な電力と第１の制御方法Ａをレディー中に適用した場合の影響を考察する。コイル１２ａ，コイルの組１２−１，１２−２の出力範囲は、それぞれ１００〜６００Ｗであり、最小出力は、１００Ｗとなる。従って、同時駆動（第２の制御方法Ｂ）を継続した場合の消費電力（２００Ｗ）と比較した場合、明らかに消費電力が低減可能である。

しかしながら、コイル１２ａ，コイルの組１２−１，１２−２のいずれか一方のみに電力を供給することにより、ローラ２の長手方向において、温度差が生じることを回避することは困難である。反面、レディー中であるから、ローラ２の長手方向において多少の温度差が生じたとしても、次に画像形成が指示された時点から定着装置に用紙が搬送されるまでの間にローラ２の長手方向の温度差が解消可能であれば、消費電力を低減できる分だけメリットがある、と考えることが妥当である。

図１１（ａ）および（ｂ）は、画像形成動作中の通電制御の一例を説明している。

基本的には、ウォームアップ中とほぼ同様の制御である。この場合、すべののコイルに供給される出力（電力）は、合計で８００Ｗ程度とする。なお、出力枚数（画像形成回数）や紙の種類に基づいて出力を変化することが一層好ましい。

より詳細には、ステップＳ２１およびＳ３１のそれぞれに従って独立して、コイル１２ａおよびコイル組１２−１，１２−２により対応するローラ２の領域の温度を検出し、ローラ２の温度が１６０℃を下回った時点で、対応する領域のコイルに所定の電力を供給する。なお、ローラ２の長手方向において温度差が規定値よりも大きくなった場合は、中央コイル１２ａに供給される出力と端部コイル（対）１２−１，１２−２に供給される出力の大きさを別々に設定してもよい。例えば、Ａ４サイズの用紙を用紙の短辺が用紙が搬送される方向と直交する向きに搬送されている場合においては、端部コイル（対）１２−１，１２−２により熱が発生されるローラ２の領域の温度低下は、中央コイル１２ａにより熱が発生される領域の温度低下よりも少なくなる。すなわち、端部コイル１２−１，１２−２に供給される出力は、中央コイル１２ａに供給される出力よりも小さく制限されることが好ましい。

なお、中央コイル１２ａに供給される出力と端部コイル（対）１２−１，１２−２に供給される出力とを合計した出力は、前に説明した通り、概ね一定であることが望ましい。

この場合、コイルに供給される出力すなわち電力の周波数の差に起因して干渉音が発生することが考えられるが、図８を用いて前に説明したように、吸音材２３１、遮音壁２４１、樹脂カバー等を設けたことにより、画像形成装置から発生する装置動作音の大きさまで抑圧される。

従って、駆動回路（インバータ回路）のコストを増大させることなく、分割されたコイルに供給される周波数の異なる電力（インバータ出力）の周波数差に起因する干渉音の大きさが問題となることは、実質的に解消される。

図１２は、図９、図１０、図１１に示したコイルへの通電制御とは別の電力供給（通電制御）の一例を説明している。

図１２に示す電力制御においては、コイル１２ａおよびコイル対１２−１，１２−２供給される電力（出力）の周波数を条件として、制御方法を変更している。

詳細には、通常は、ローラ２に要求される温度に対応するコイル電流を、前に説明した第１の制御方法Ａ（交互）または第２の制御方法Ｂ（同時）のいずれか一方により、随時出力を最適値に制御する。

しかしながら、それぞれのコイルに要求される電力の周波数の差が可聴域の干渉音を発生させる周波数に接近したことがステップＳ４１で検知された場合は、全てのコイルに同一の周波数の電力を供給することとする。例えば、図１１で説明したように、Ａ４サイズの用紙を用紙の短辺が用紙が搬送される方向と直交する向きに搬送されている場合においては、その枚数すなわち連続する画像形成回数が増大するにつれて、中央のコイル１２ａに供給すべき出力に対する両端部のコイル１２−１，１２−２で要求される電力の差が大きくなる（中央コイル１２ａへの電力の供給によりローラ２の概ね中央で発生した熱は、多くの場合熱伝導によりローラ２の端部に伝達される）。このことは、連続して形成される画像出力の量が多いほど顕著となる。このような条件下では、図１１で説明したように、第１の制御方法Ａ（交互）によりローラ２の中央付近に熱を発生させるためにコイル１２ａに供給される出力が端部コイル１２−１，１２−２に供給される出力よりも大きくなり、可聴域の干渉音が発生される。なお、可聴域は、例えば３ｋＨｚ〜１６ｋＨｚとする。但し、可聴域の干渉音の数値は、図８に示した遮音壁２４１や吸音材２３１による吸音あるいは減衰の程度に応じて変化されることはいうまでもない。

従って、コイル１２ａとコイル対１２−１，１２−２に供給される電力の周波数の差が、可聴域の干渉音となる虞れのあるレベルに達した時点で、ステップＳ４１により、同時駆動（第２の制御方法Ｂ）に切り替えることが好ましい。また、ロータ２の長手方向の温度差が低減され、周波数差が可聴域外に達した場合には、画像形成装置の動作状態に応じて、交互駆動（第１の制御方法Ａ）に再び切り替えてもよい。

図１３は、図９、図１０、図１１に示したコイルへの通電制御とはさらにまた別の電力供給（通電制御）の一例を説明している。

図１３に示す電力制御においては、コイル１２ａおよびコイル対１２−１，１２−２により提供される磁界とローラ２の温度との関係を条件として、制御方法を変更している。

例えば、省エネモードのように通常の制御温度以下（例えば１００℃）で制御するような場合、つねに交互駆動とする。すなわち、図１３に示されるように、通常の制御温度である１６０℃とは異なる温度であって、交互駆動（第１の制御方法Ａ）により個々のコイル別々の周波数の電力を供給する場合であっても、コイル出力が抑えられる等の理由により、実質的に干渉音が生じる虞れのない周波数を用いることが明らかであることがステップＳ５１により特定できる場合には、消費電力を低減可能な第１の制御方法Ａが用いられてもよい。

このように、ローラ２の長手方向の温度を均一に制御する場合において、所定の条件下でコイル１２ａ，１２−１および１２−２に供給される駆動電力の周波数の差が生じて干渉音が発生することが認められる場合に、交互駆動（第１の制御方法Ａ）から同時駆動（第２の制御方法Ｂ）に切り替えることにより、干渉音の大きさ（レベル）が問題になることが抑止可能である。

なお、上記さまざまな実施の形態においては、インバータ回路を、スイッチング素子が１つである自励式を例に説明したが、ハーフブリッジ回路等の干渉音が実質的に生じることのないインバータ回路に適用することも可能である。

また、本実施の形態においては、加熱ローラ２の軸方向に沿ったコイルは、２個（組）である場合を例に説明したが、コイルの数は任意に設定可能であり、例えば３組（個）以上であってもよい。

以上説明したように本発明の加熱装置は、導体層に供給される磁界を効率よく熱に変換できる。また、加熱装置は、導体層での熱の発生として利用されないエネルギー（磁界）の損失を低減できる。

すなわち、本発明の加熱装置を定着装置に適用することで、消費電力（磁界発生量）を低減しながら、定着可能温度まで加熱対象の温度を上昇させるために要求される時間を低減できる。また、記録材に形成された画像の定着性を高めることができる。

なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形もしくは変更が可能である。また、個々の実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。

この発明の実施形態が適用される定着装置の一例を説明する概略図。 図１に示した定着装置に組み込まれる加熱装置の構成の一例を示す概略図。 図１および図２に示した定着装置を動作させる駆動回路（温度制御回路）の一例を示す概略図。 図２に示した加熱装置に組み込まれるコイルの形状の特徴を示す概略図（ａ）、図２に示した加熱装置に組み込まれるコイルの形状の特徴を加熱装置のコアの側から見た状態を示す概略図（ｂ）および（ｂ）に示した加熱装置と比較される一般的なコイル形状の特徴を加熱装置のコアの側から見た状態を示す概略図（ｃ）。 図２に示した加熱装置に組み込まれるコイルの形状の別の特徴を示す概略図。 図２に示した加熱装置に組み込まれるコイルの形状のさらに別の特徴を示す概略図。 図２に示した加熱装置に組み込まれるコイルの形状のまたさらに別の特徴を示す概略図。 図１に示した定着装置の別の実施の形態を説明する概略図。 図８に示した定着装置において、干渉音を低減可能とする電力供給制御の一例を説明する概略図（ウォームアップ時）。 図８に示した定着装置において、干渉音を低減可能とする電力供給制御の一例を説明する概略図（レディ時）。 図８に示した定着装置において、干渉音を低減可能とする電力供給制御の一例を説明する概略図（定着動作時）。 図９、図１０および図１１に示したコイルへの通電制御とは別の電力供給（通電制御）の一例を説明する概略図（可聴周波数対応制御）。 図９、図１０および図１１に示したコイルへの通電制御とはさらに別の電力供給（通電制御）の一例を説明する概略図（温度条件対応制御）。

符号の説明

１…定着装置、２…加熱ローラ、３…加圧ローラ、４…加圧機構、５…剥離爪、６，６ａ，６ｂ…サーミスタ、７…クリーニング部材、８…サーモスタッド、９…剥離爪、１０…クリーニングローラ、１１…、１２…コイル、１２ａ…中央部コイル、１２−１，１２−２…端部コイル、１３，１３ａ，１３−１，１３−２…コア、３１ａ，３１ｂ…共振用コンデンサ、３２ａ，３２ｂ…スイッチング素子、３３ａ，３３ｂ…インバータ回路、３４…整流回路、３５…トランス、３６ａ，３６ｂ…駆動回路、３７ａ，３７ｂ…制御回路、３８…ＣＰＵ、１１１…加熱装置、２０１…定着装置、２１１…ハウジング（上）、２２１…ハウジング（下）、２３１…吸音材、２４１…リブ（遮音壁）、２４３…吸音材、２５１…吸音材、２６１…カバー部材。

Claims (16)

1. 磁界が供給されることで発熱し、被記録材上の顕像化剤を加熱する被加熱体と、
   断面形状が矩形状に形成されたリッツ線を含み、加熱体の長手方向に複数設けられ、前記被加熱体の外側から前記被加熱体に誘導熱を生じさせるコイル体と、
   前記被加熱体と所定位置で接触され、前記被加熱体との間を通過する前記被記録材に前記顕像化剤を固着させる圧力提供部材と、
   を有する定着装置。
2. 前記コイル体は、前記被加熱体の中心から遠ざかる方向の大きさが前記被加熱体に沿う大きさよりも大きいことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記コイル体の前記リッツ線の断面形状は、前記被加熱体の中心から遠ざかる方向の大きさが前記被加熱体に沿うサイズよりも小さいことを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 前記コイル体の前記リッツ線は、前記被加熱体の周面の法線方向に積層されていることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
5. 前記コイル体の前記リッツ線は、前記被加熱体の前記中心から周面に向けられた線分に平行に積層されていることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
6. 前記コイル体の前記リッツ線は、前記被加熱体の前記中心から周面に向けられた線分に平行に積層された状態で、前記線分から前記周面に向けて変形されていることを特徴とする請求項５記載の定着装置。
7. 前記コイル体の前記リッツ線は、前記被加熱体の前記中心から周面に向けられた線分に平行に積層された状態で、前記線分から前記周面に沿うように変形されていることを特徴とする請求項５記載の定着装置。
8. 磁界が供給されることで発熱し、被記録材上の顕像化剤を加熱する被加熱体と、
   複数の単線を撚り合わせたリッツ線を含み、加熱体の長手方向に複数設けられ、前記被加熱体の外側から前記被加熱体に渦電流を生じさせる第１および第２のコイル体と、
   前記被加熱体と所定位置で接触され、前記被加熱体との間を通過する前記被記録材に前記顕像化剤を固着させる圧力提供部材と、
   前記被加熱体の少なくとも一部を覆うハウジングと、
   前記圧力提供部材の少なくとも一部を覆う第２のハウジングと、
   前記ハウジングおよび前記第２のハウジングの所定の位置に設けられ、前記第１および第２のコイル体のそれぞれに周波数の異なる駆動信号が供給される場合に生じる音を吸収する吸音材と、
   前記ハウジングおよび前記第２のハウジングの少なくとも一方の所定の位置に設けられ、前記第１および第２のコイル体のそれぞれに周波数の異なる駆動信号が供給される場合に生じる音を減衰させる遮音部材と、
   を有する定着装置。
9. 前記第１および第２のコイル体は、前記被加熱体の長手方向に沿って設けられ、前記第１のコイル体は、前記被加熱体の前記長手方向の概ね中央に位置され、前記第２のコイル体は、電気的に相互に接続された状態で、前記被加熱体の前記長手方向に沿うとともに前記第１のコイル体の両側で前記被加熱体の長手方向の端部に位置されていることを特徴とする請求項８記載の定着装置。
10. 前記第１および第２のコイル体は、前記第１および第２のコイル体へ交互に駆動信号が供給される第１の制御モードと前記第１および第２のコイル体へ同時に駆動信号が供給される第２の制御モードのいずれか一方の制御モードに基づいて前記被加熱体に所定の大きさの磁界を提供することを特徴とする請求項９記載の定着装置。
11. 前記第１および第２のコイル体は、前記被加熱体を所定温度まで加熱するウォームアップ動作時に、前記第２の制御モードで動作されることを特徴とする請求項１０記載の定着装置。
12. 前記第１および第２のコイル体は、前記被加熱体が所定温度まで加熱された後の待機動作時に、前記第１の制御モードで動作されることを特徴とする請求項１０記載の定着装置。
13. 前記第１および第２のコイル体は、前記被加熱体と前記圧力提供部材との間を前記被記録材が通過される定着動作時に、前記第２の制御モードで動作されることを特徴とする請求項１０記載の定着装置。
14. 前記第１および第２のコイル体は、前記被加熱体と前記圧力提供部材との間を前記被記録材が通過される定着動作時に、前記被記録材の前記被加熱体の長手方向に沿った長さと前記被記録材が通過される回数に応じて、前記第２の制御モードと前記第１の動作モードのいずれか一方で動作されることを特徴とする請求項１３記載の定着装置。
15. 前記第１および第２のコイル体は、前記被加熱体と前記圧力提供部材との間を前記被記録材が通過される定着動作時に、前記被記録材が通過される回数および前記被記録材の前記被加熱体の長手方向に沿った長さに起因する温度低下条件に基づいて前記第１および第２のコイル体のそれぞれに周波数の異なる駆動信号が供給される場合に生じる音の周波数成分に応じて、前記第２の制御モードと前記第１の動作モードのいずれか一方で動作されることを特徴とする請求項１０記載の定着装置。
16. 前記第１および第２のコイル体は、前記被加熱体と前記圧力提供部材との間を前記被記録材が通過される定着動作時とは異なる条件で動作されることが指示されている場合であって、前記第１および第２のコイル体のそれぞれに周波数の異なる駆動信号が供給される場合に生じる音の大きさが加熱装置自身および周囲から生じる音の大きさよりも小さいことを条件として前記第１の動作モードで動作されることを特徴とする請求項１０記載の定着装置。

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