JP2009210869A - 像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導加熱方式の加熱装置Ｆにおいて、像加熱部材１の回転軸に直交する方向の磁束を発生するようにコイル６を配置した場合で、像加熱部材を所定のキュリー温度に調整した材料を用いても、過電流状態が発生せずに、高周波電源の昇温及び故障を防止する。
【解決手段】像加熱部材１には、像加熱部材の回転軸方向の全域に亘ってキュリー温度Ｔｃ以上である領域が、周方向のいずれにも存在しないように、像加熱部材１の温度を検知する温度検知手段１１の像加熱部材１に対する位置及び温度検知手段１１と制御手段による像加熱部材１の制御温度を設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはそれらの複合機等に代表される、電子写真プロセスや静電記録プロセス等を採用した画像形成装置に用いられ、記録材上の像を加熱する誘導加熱方式の像加熱装置に関する。

記録材上の像を加熱する像加熱装置としては、記録材上に形成した未定着画像を固着画像として加熱定着させる定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を増大させる光沢度増大装置等を挙げることができる。

電子写真方式の画像形成装置は、被加熱材であるシート状の記録材上に形成担持させた未定着トナー画像を固着画像として加熱定着させる像加熱装置を備える。

この像加熱装置は、一般に、記録材上のトナーを熱溶融させる像加熱部材と、これに圧接して記録材を挟持する加圧手段とを有する。

像加熱部材としては、例えば加熱ローラやエンドレスベルト等であって、発熱体によって内部又は外部より、直接若しくは間接的に加熱される。発熱体としては、例えばハロゲンヒータや抵抗発熱体等が挙げられる。

特に、近年、画像形成装置の省エネルギー化と、ユーザーの操作性向上（クイックプリント、ウォームアップ時間の短縮）との両立を図ることが重視されている。このことから、発熱効率の高い誘導加熱方式を用いた像加熱装置（以下、誘導加熱装置と記す）が提案されている。

この誘導加熱装置は、磁界を発生するコイル（励磁コイル）に高周波電流を印加することによって、像加熱部材に誘導電流（渦電流）を発生させ、回転発熱体自体の表皮抵抗によって像加熱部材そのものをジュール発熱させる。この誘導加熱装置によれば、発熱効率が極めて向上するため、ウォームアップ時間の短縮が可能となる。

このような誘導加熱装置におけるコイルの配置形態としては、図１３の（ａ）の配置形態と（ｂ）の配置形態とに大別できる。

（ａ）の配置形態はコイル６の巻き方向が像加熱部材１の回転軸方向と平行な方向であり、コイル６が発生する磁束が、回転発熱体１の回転軸方向と平行をなす場合である。

（ｂ）の配置形態はコイル６の巻き方向が像加熱部材１の回転軸方向と直交する方向であり、コイル６が発生する磁束が、回転発熱体１の回転軸方向と直交する場合である。

しかし、（ａ）の配置形態では、像加熱部材１の端部側から外部にコイル６が発生する磁束が漏れるために、像加熱部材１の周辺までも加熱してしまう恐れがある。また、磁束の漏れを防ぐためには、像加熱部材１の端部側に磁束を遮蔽する部材が必要となる。さらに、像加熱部材１を回転軸方向に亘って加熱するためには、コイル６のターン数が増加してしまい、ウォームアップ時等に大電流を印加するためには、高周波電源の大型化及びコストアップ化が課題となる。

以上の理由から、コイル６は、（ｂ）の配置形態が有利であるといえる。（ｂ）の配置形態の例としては、特許文献１が挙げられる。

また、画像形成装置の省エネルギー化及びウォームアップ時間の短縮に対して、像加熱部材の熱容量を少なくすることが効果的である。しかし、熱容量の少ない像加熱部材においては、小サイズの記録材を連続通紙すると、記録材が通過しない非通紙部領域の昇温（非通紙部昇温）が発生する。この非通紙部昇温の対策として、特許文献２に開示されるように、像加熱部材にキュリー温度が所定の定着温度に調整された整磁合金を用いた誘導加熱装置が提案されている。

一般に磁性材料は、加熱されて材料固有のキュリー温度を越えると自発磁化が消失する。そのため、磁性材料の表皮抵抗が低下することで、磁性材料の発熱量が減少する。したがって、加熱ローラの材料として、所定温度に調整されたキュリー温度を持つ整磁合金を用いることで、加熱ローラの温度は、加熱ローラの放熱量とキュリー温度以上の時の発熱量とから決定される飽和温度で安定する。そのため、上述の非通紙部昇温を改善することが可能となる。
特開平９−２８１８２１号公報 特開２０００−３９７９７号公報

ところが、所定の電圧値の高周波電流をコイルに印加する場合、像加熱部材の温度を検知する温度検知部材によって検知される像加熱部材の場所によっては、像加熱部材の一部の温度がキュリー温度を超える虞がある。即ち、温度検知部材が磁束による発熱が少ない像加熱部材の部分の温度を検知して、コイルに通電する電力を制御する構成では、発熱量が多い部分はより多くの熱を生ずるためである。このような、現象は、像加熱部材が停止しているときに温度制御が行われる場合や、像加熱部材が低速で回転しており、均熱効果の影響が少ないといったようなスタンバイ時に起こりやすい。整磁合金を用いた像加熱部材（キュリーローラ）の一部の温度がキュリー温度を越えてしまうと、像加熱部材に磁束を作用させる励磁コイルの負荷抵抗が急激に低下してしまう。このため、コイルに流れる電流量が増加してしまい（過電流）、実際の電力制御よりも多い電力値で像加熱部材を加熱してしまうことになる。

この過電流状態が継続されると、像加熱部材におけるキュリー温度を越える領域が加速度的に増加し、過電流状態がさらに悪化してしまう。その結果、励磁コイルに高周波電流を印加する高周波電源の昇温及び故障に至ることもある。

つまり、整磁合金を用いた像加熱部材は、周方向で一部（局所的）でもキュリー温度を越えてしまうと、コイルのインピダンスが急激に低下することにより、コイルへの電流量が増加してしまう。これはインピダンスの変化に応じて高周波電源の制御を変えていないためである。制御テーブルが固定の場合は、インピダンス変化によってコイルに印加される電流が増加する。そのため、キュリー温度を越える領域が増えてしまい、加速度的に電流が増加して電源破壊に至る。

また、図１３の（ｂ）のコイル配置形態の場合においては、像加熱部材１の温度がキュリー温度を越える領域が、回転軸方向に関してほぼ全面に亘って存在してしまうと、上述の過電流状態が顕著に発生してしまう。

キュリーローラにおいて、回転軸方向の全域に亘ってキュリー温度Ｔｃ以上である領域が周方向のいずれかに発生する状態はキュリーローラを停止した状態で温調した場合に顕著に発生する現象である。キュリーローラを回転させた場合でも、ローラの回転速度が遅い場合は、回転することによる均熱効果が少ないため、回転軸方向の全域に亘ってキュリー温度Ｔｃ以上である領域が周方向のいずれかに発生する状態になる。

本発明は誘導加熱方式の像加熱装置に関する上記のような技術的課題に鑑みてなされたものである。その目的は、像加熱部材の回転軸に直交する方向の磁束を発生するようにコイルを配置した場合において、像加熱部材を所定のキュリー温度に調整した材料を用いても、上述の過電流状態が発生せずに、高周波電源の昇温及び故障を防止することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、コイルと、前記コイルから生ずる磁束により発熱し、像を加熱する回転可能な像加熱部材と、前記コイルに高周波電流を印加する電源と、前記像加熱部材の温度を検知する温度検知部材と、温度検知部材により検知された温度に応じて前記像加熱部材の温度が予め設定された設定温度になるように前記コイルへの通電を制御する通電制御手段と、を有し、前記コイルは前記像加熱部材の回転軸線方向に伸延して巻かれており、前記像加熱部材のキュリー温度は、記録材上の像を加熱する像加熱温度よりも高い温度で像加熱装置の耐熱温度よりも低い温度である像加熱装置において、像加熱部材が停止している状態でキュリー温度よりも低い設定温度で通電制御が行われている待機状態時には、前記像加熱部材の周方向のいずれにも前記像加熱部材の回転軸線方向の全域に亘ってキュリー温度以上である領域が存在しないように、前記温度検知部材の前記像加熱部材に対する位置が設定されていることを特徴とする。

上記の目的を達成するための本発明に係る加熱装置の他の代表的な構成は、コイルと、前記コイルから生ずる磁束により発熱し、像を加熱する回転可能な像加熱部材と、前記コイルに高周波電流を印加する電源と、前記像加熱部材の温度を検知する温度検知部材と、温度検知部材により検知された温度に応じて前記像加熱部材の温度が予め設定された設定温度になるように前記コイルへの通電を制御する通電制御手段と、を有し、前記コイルは前記像加熱部材の回転軸線方向に伸延して巻かれており、前記像加熱部材のキュリー温度は、記録材上の像を加熱する像加熱温度よりも高い温度で像加熱装置の耐熱温度よりも低い温度である像加熱装置において、前記像加熱部材が像を加熱するときの回転速度よりも小さい回転速度で回転する状態でキュリー温度よりも低い設定温度で通電制御が行われているときには、前記像加熱部材の周方向のいずれにも前記像加熱部材の回転軸線方向の全域に亘ってキュリー温度以上である領域が存在しないように、前記温度検知部材の前記像加熱部材に対する位置が設定されていることを特徴とする。

本発明の像加熱装置によれば、待機時に像加熱部材の回転軸方向全域に亘ってキュリー温度Ｔｃ以上である部分が、周方向のいずれにも存在しないため、過電流状態を防止可能である。そのため、高周波電源の昇温及び故障を防止することが可能となる。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

［実施例１］
（１）画像形成装置例
図１は本発明に従う誘導加熱方式の像加熱装置を定着装置として備えた画像形成装置の一例の概略構成模型図である。

本例の画像形成装置は電子写真プロセスを用いたレーザー走査露光方式のデジタル画像形成装置（複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機能機等）である。

４１は像担持体としての回転ドラム型の感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の周速度をもって回転駆動される。

４２は一次帯電器であり、本実施例においては、感光ドラム４１をマイナス極性の所定の暗電位Ｖｄに一様に帯電する。

４３は像露光手段であるレーザービームスキャナであり、画像読取装置、コンピュータ等のホスト装置（不図示）から入力されるデジタル画像信号に対応して変調されたレーザービームＬを出力して、感光ドラム４１の一様帯電処理面を走査露光する。この走査露光により、感光ドラム４１の露光部分は電位絶対値が小さくなって明電位Ｖｌとなり、感光ドラム４１面に画像信号に対応した静電潜像が形成される。静電潜像は現像器４４によりトナー画像ｔとして現像される。本実施例においては、感光ドラム面の露光明電位Ｖｌ部にマイナスに帯電したトナーが付着することで静電潜像がトナー画像として反転現像される。

一方、不図示の給紙トレイ上から給紙された紙等のシート状の記録材Ｐは、転写バイアスが印加された転写部材としての転写ローラ４５と感光ドラム４１との圧接部である転写部へ適切なタイミングをもって搬送される。そして、記録材Ｐの面に感光ドラム４１上に形成されたトナー画像ｔが順次に静電転写される。

トナー画像ｔを保持した記録材Ｐは、感光ドラム４１から分離されて定着装置Ｆに導入され、加熱ローラ１と加圧ローラ２との圧接部である定着ニップ部で挟持搬送されて、熱と圧によってトナー画像ｔが記録材Ｐ上に定着され、機外に排出される。

記録材Ｐを分離した後の感光ドラム４１の表面は、クリーニング装置４６で感光ドラム表面に残った転写残トナーがクリーニングされ、その後、繰り返して作像に供される。

（２）定着装置Ｆ
図２は定着装置Ｆの要部の拡大横断面模型図、図３は要部の正面模型図、図４はその縦断正面模型図である。ここで、定着装置Ｆについて正面とは記録材導入口側の面である。

この定着装置Ｆは、誘導加熱方式で発熱する加熱ローラ型の像加熱装置である。磁束により発熱する導電層を有する像加熱部材である加熱ローラ（定着ローラ）１と、加熱ローラ１と記録材Ｐを挟持搬送するニップ部Ｎを形成する加圧部材としての加圧ローラ２を有するものである。

上記の加熱ローラ１は少なくとも一部は所定のキュリー温度Ｔｃに調整された整磁合金よりなる像加熱部材（キュリーローラ）である。本実施例１では、この加熱ローラ１は、外径が４０ｍｍ、厚さは０．８ｍｍ、長さ３４０ｍｍである。また、この加熱ローラ１は、キュリー温度Ｔｃが２１０℃になるように、鉄、ニッケル、クロム等の材料が配合された整磁合金よりなる導電層である芯金１ａを有する。

このキュリー温度Ｔｃは、画像形成時（記録材を加熱する動作時）に記録材上の画像を加熱するときの制御温度である像加熱温度Ｔｆ（以下、定着温度Ｔｆ：本実施例１では２００℃とする）より高い温度に設定した。また、キュリー温度Ｔｃは、像加熱装置の耐熱温度（本実施例１では２３０℃とする）未満の温度に設定した。即ち、加熱ローラ１の制御温度（温調温度）は加熱ローラ１のキュリー温度Ｔｃよりも低い設定にしている。ここで、像加熱装置の耐熱温度とは、像加熱装置の一部の部品の熱による磨耗が著しくなる温度である。

また、芯金１ａ上にはトナーに対する離型性を高めるためにＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂より成る、厚さ３０μｍの表層１ｂが設けられている。また、カラー画像等の高画質な定着画像を得るために、芯金１ａと表層１ｂの間にシリコーンゴムなどの耐熱弾性層を設けても良い。

この加熱ローラ１はその両端部側をそれぞれ定着装置の枠体の一部である手前側と奥側の側板（定着ユニットフレーム）２１・２２間に軸受２３を介して回転可能に支持させて配設してある。加熱ローラ１の内部には、上記の加熱ローラ１に誘導電流（渦電流）を誘起させてジュール発熱させるための高周波磁界を生じさせるための励磁コイルを有する磁場発生手段としてのコイル・アセンブリ３を挿入して配置してある。

加圧ローラ２は、外径３８ｍｍ、長さは３３０ｍｍであって、外径２８ｍｍ、肉厚３ｍｍの芯金２ａを有する。また、芯金２ａの周面に形成された厚さ５ｍｍの耐熱弾性層２ｂ、及び耐熱弾性層２ｂの周面に形成されたＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂より成る厚さ３０μｍの表層２ｃを有する。

この加圧ローラ２は上記の加熱ローラ１の下側に並行に配列して、芯金２ａの両端部側をそれぞれ定着装置の枠体の手前側と奥側の側板２１・２２間に軸受２６を介して回転自在に保持させてある。

そして、上記の加熱ローラ１と加圧ローラ２を互いに加圧機構（不図示）によって圧接させている。これによって、該両ローラ１・２間に記録材Ｐを挟持搬送して未定着トナー画像を加熱定着する、記録材搬送方向に関して幅約５ｍｍの定着ニップ部Ｎが形成されている。

ここで、本発明において、装置構成部材についてその長手方向とは、像加熱部材（加熱ローラ）の回転軸線方向、若しくは定着ニップ部Ｎを含む平面において記録材Ｐの搬送方向に対して直交する方向に並行な方向としている。また、中央部及び端部は、その長手方向の中央部及び端部である。

加熱ローラ１の内部に挿入されたコイル・アセンブリ３は、ボビン４、磁性材からなる芯材（磁性コア）５（１，２）、コイル（励磁コイル）６、絶縁部材製のステー７等を有する。磁性芯材５はボビン４に保持されており、コイル６はボビン４の周囲に電線を巻回して形成されている。このボビン４・磁性芯材５・コイル６とが一体となったコイルユニットはステー７に固定支持されている。

コイル・アセンブリ３は、加熱ローラ１の内面とコイル６間に一定のギャップを保持させた状態にして、ステー７の両端部７ａ・７ａでそれぞれ定着装置の手前側と奥側の保持部材２４・２５に非回転に固定支持されている。ボビン４・磁性芯材５・コイル６のユニットはその端部が加熱ローラ１の端部から外部に露呈しないように収納されている。

磁性芯材５はフェライト、パーマロイ等の、高透磁率で残留磁束密度の低い材料であって、コイル６によって発生した磁束を加熱ローラ１に導くものである。本実施例１における磁性芯材５は横断面Ｔ字型であり、Ｔ字の横棒部分と縦棒部分とを構成する２枚の板状磁性芯材５（１）と５（２）とが組み合わされている。

コイル６は、図４のように、加熱ローラ１の長手方向に平行に延び、磁性芯材５（２）を周回するようにボビン４の形状に合せて横長舟型に複数回巻回して両端で折り曲げられて巻かれるリッツ線を束ねたものである。また、加熱ローラ１の内周に沿うように湾曲して配置されている。即ち、コイル６は、加熱ローラ１の回転軸方向に伸延して巻かれ、加熱ローラ１の回転軸方向に直交する方向の磁束を発生することで加熱ローラ１を加熱する。６ａ・６ｂは上記コイル６の２本のリード線（コイル供給線）であり、ステー７の奥側から外部に引き出して、コイル６に所定の電圧で高周波電流を印加する高周波インバーター（高周波電源）１０１に接続してある。

高周波インバーター１０１はスイッチング素子を有し、このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦにより、所定の周波数の電流をコイルに流すことができる。本実施例１の構成に用いた高周波インバーター１０１は所定の電圧（１００Ｖ）で出力し、電力制御は可変の電流値及び電流のＯＮ／ＯＦＦ時間によって決定される。

１１は加熱ローラ１の温度を検知する温度検知部材としてのサーミスタである。このサーミスタについては後述する。

１２は定着前ガイド板であり、作像機構部側から定着装置Ｆに搬送された記録材Ｐを定着ニップ部Ｎの入口部に案内する。１３は分離爪であり、定着ニップ部Ｎに導入されて定着ニップ部Ｎを出た記録材Ｐが加熱ローラ１に巻き付くことを抑え、加熱ローラ１から記録材Ｐを分離するためのものである。１４は定着後ガイド板であり、定着ニップ部Ｎの出口部を出た記録材Ｐを排紙案内する。

前記のボビン４、ステー７、分離爪１３は耐熱及び電気絶縁性エンジニアリング・プラスチックから形成されている。

Ｇ１は加熱ローラ１の奥側の端部側に固着させた加熱ローラ１を駆動するためのドライブギアである。このドライブギアＧ１に駆動源Ｍ１から動力伝達系を介して駆動力が伝達されることで、加熱ローラ１が図２において矢印Ａの時計方向に本実施例１では３００ｍｍ／ｓｅｃの周速度にて回転駆動される。加圧ローラ２は定着ニップ部Ｎでの加熱ローラ１との摩擦力で加熱ローラ１の回転に従動して矢印の反時計方向Ｂに回転する。像加熱時は、３００ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転して、ニップ部に搬送される記録材に形成されたトナー像を加熱する。

１５は加熱ローラクリーナである。このクリーナ１５は、クリーニングウエブ１５ａをロール巻きに保持したウエブ繰り出し軸部１５ｂと、ウエブ巻取り軸部１５ｃと、該両軸部１５ｂ・１５ｃ間のウエブ部分を加熱ローラ１の外面に押し付ける押し付けローラ１５ｄを有する。押し付けローラ１５ｄで加熱ローラ１に押し付けたウエブ部分で加熱ローラ面にオフセットしたトナーが拭われて加熱ローラ面が清掃される。加熱ローラ１に押し付けられるウエブ部分は繰り出し軸部１５ｂ側から巻取り軸部１５ｃ側にウエブ１５ａが少しずつ送られることで徐々に更新される。

本実施例１では、通紙は中央基準で行われる。Ｓはその中央基準線（仮想線）である。すなわち、大小いかなるサイズの記録材でも、記録材の中央部が加熱ローラ長手方向中央部を通過することになる。本実施例１の画像形成装置においては、通紙できる記録材の最大サイズ（以下、大サイズ紙と記す）は例えばＡ３縦（２９７ｍｍ）である。また通紙できる記録材の最小サイズ（以下、小サイズ紙と記す）は例えばＡ５縦（１４８ｍｍ）である。Ｐ１はその大サイズ紙の通紙領域幅、Ｐ２は小サイズ紙の通紙領域幅である。

サーミスタ１１は、小サイズ紙の通紙領域幅Ｐ２の略中央部に対応する加熱ローラ中央部分に接触して設けられている。即ち、通紙領域は、装置に通紙可能なすべてのサイズの記録材が通過する領域であって、サーミスタ１１は、加熱ローラの通紙領域の温度を検知する。本実施例では、接触式のサーミスタであるが、非接触のサーミスタでも問題ない。

また、サーミスタ１１は、加熱ローラ１を隔ててコイル６に向かい合うように、加熱ローラ１の表面に対して弾性部材により押圧して弾性的に圧接されて配置されている。このサーミスタ１１の加熱ローラ温度の検知信号は通電制御手段である制御回路部（ＣＰＵ）１００に入力される。

画像形成装置の制御回路部１００は画像形成装置のメイン電源スイッチのＯＮにより画像形成装置を起動させて所定の立ち上げモード（定着装置Ｆを設定温度になるまで昇温させる工程）をスタートさせる。本実施例では、この設定温度はスタンバイ時の温調温度であるスタンバイ温度である。加熱ローラ１の回転は駆動源Ｍ１の起動により開始する。この加熱ローラ１の回転に従動して加圧ローラ２も回転する。また、制御回路部１００は高周波インバーター１０１を起動させてコイル６に高周波電流を流す。これによりコイル６の周囲に高周波交番磁束が発生し、加熱ローラ１が電磁誘導発熱して所定の立ち上げ温度（本実施例１では２００℃とする）に向かって昇温していく。この加熱ローラ１の昇温がサーミスタ１１で検知され、その検知温度情報が制御回路部１００に入力する。

加熱ローラ１の温度が立ち上げ温度に到達したら、画像形成信号の入力を待機するスタンバイ状態（待機モード）となる。待機モードにおいては、制御回路部１００は、サーミスタ１１の検知温度が待機温度Ｔｓ（本実施例１では、定着温度Ｔｆと同じ２００℃とする）に維持されるよう、高周波電流を制御する。即ち、制御回路部１００はサーミスタ１１の検知温度を所定の制御温度（温調温度）Ｔに維持するように高周波インバーター１０１を制御する。このように、待機温度と定着温度は、後述するキュリー温度よりも低い温度である。

そして、この待機モード時に画像形成信号が入力されると、作像機構部において記録材上に未定着トナー画像（未定着画像）が形成される。その未定着トナー画像ｔを保持した記録材Ｐが定着装置Ｆの定着ニップ部Ｎで挟持搬送されることで、所定の定着温度Ｔｆに維持された加熱ローラ１の熱と圧により、未定着トナー画像ｔが記録材Ｐの面に加熱定着される。

加熱ローラ１が記録材を加熱する動作時（定着動作中）においては、制御回路部１００は、サーミスタ１１の検知温度が定着温度Ｔｆに維持されるよう、高周波インバーター１０１からコイル６へ印加する高周波電流を制御する。なお、定着動作中はサーミスタ１１の出力と定着温度Ｔｆとの差分に応じて、コイル６に印加される電力の変更が行われている。このように、本実施例では、インピーダンスをリアルタイムで検知して電力を変更するものではなく、予め設定された電力値がサーミスタの出力と定着温度との差分に応じて選択されるものである。

ここで、図５を用いて、加熱ローラ芯金１ａの電磁誘導発熱原理を説明する。コイル６には、高周波インバーター１０１から交流電流が印加され、これによってコイル６の周囲には矢印Ｈで示した磁束が生成消滅を繰り返す。磁束Ｈは、磁性芯材５（１，２）と芯金１ａによって形成された磁路に沿って導かれる。コイル６が生成した磁束の変化に対して、芯金１ａ内では、磁束の変化を妨げる方向に磁束を発生するように渦電流が発生する。この渦電流を矢印Ｃで示す。

この渦電流Ｃは、表皮効果により芯金１ａのコイル６側の面に集中して流れ、芯金１ａの表皮抵抗Ｒｓ（Ω）に比例した電力で発熱を生じる。

ここで、コイル６に印加する交流電流の周波数ｆ（Ｈｚ）、芯金１ａの導体の透磁率μ（Ｈ／ｍ）、芯金１ａの固有抵抗ρ（Ω・ｍ）から得られる表皮深さδ（ｍ）及び表皮抵抗Ｒｓ（Ω）は、式１及び式２で示される。

また、芯金１ａに発生する電力Ｗは、芯金１ａに誘導される渦電流をＩｆ（Ａ）として、式３で示される。

以上より、芯金１ａの発熱量を増加させるためには、渦電流Ｉｆを大きくする、又は表皮抵抗Ｒｓを大きくすればよい。

渦電流Ｉｆを大きくするためには、コイル６によって生成される磁束を強くする、あるいは磁束の変化を大きくすればよい。例えば、コイル６の巻き数を増やしたり、磁性芯材５としてより高透磁率で残留磁束密度の低いものを用いたりすると良い。また、磁性芯材５と芯金１ａとのギャップｄを少なくすることで、芯金１ａ中に導かれる磁束が増加するため、渦電流Ｉｆを大きくすることが出来る。

一方、表皮抵抗Ｒｓを大きくするためには、コイル６に印加する交流電流の周波数ｆを高くするか、透磁率μが高く、固有抵抗が高い材料の芯金１ａとする。

次に、キュリー温度Ｔｃについて説明する。一般に強磁性体は、材料固有のキュリー温度Ｔｃまで加熱されると、自発磁化を失い透磁率μが減少する。したがって、加熱ローラ１の導電部材である芯金１ａの温度がキュリー温度Ｔｃを越えてしまうと、表皮抵抗Ｒｓが減少する。その結果、芯金１ａの発熱量Ｗが減少する。

一般に抵抗値は式２で表されるとおり、周波数が一定の場合は透磁率μと抵抗率ρで決まり、一般に抵抗率は温度上昇に伴って緩やかに増加する。

ここで、加熱ローラ１の抵抗値（表皮抵抗）Ｒｓは磁束発生手段を加熱ローラに装着したときのコイルに電流を流したときのコイルからみた加熱ローラのみかけの負荷抵抗に相当する。

このみかけの抵抗値の測定方法、及び抵抗値の温度依存性は以下のように測定する。アジレント社製のＬＣＲメータ（型番ＨＰ４１９４Ａ）を用いて、周波数２０ｋＨｚの交流を印加した際の加熱ローラの抵抗値を測定した。このとき、加熱ローラ１、磁束発生手段である励磁コイル、コアは像加熱装置に装着された状態で測定するものとする。このとき加熱ローラの温度を変えていき、温度と加熱ローラの抵抗値を同時にプロットしていくことで加熱ローラ１の抵抗値の温度特性曲線を得ることができる。

また、加熱ローラの温度を変えるには、恒温室に加熱ローラ１及び磁束発生手段を装置に装着させた位置関係に保った状態で、加熱ローラの温度を変化させる。そして、ローラ温度を恒温室の温度に飽和させてから上記の測定法で抵抗値を測定する。

このように測定すると、抵抗値の温度依存性は図６のような曲線になる。

また、透磁率の測定方法は以下のように行なう。岩通計測株式会社製のＢ−Ｈアナライザー（型番：ＳＹ−８２３２）を用いて測定した。測定試料に装置の所定の一次コイルと二次コイルを巻きつけて周波数２０ｋＨｚで測定する。測定試料はコイルが巻きつけられる形状であれば構わない（透磁率の異なる温度同士の比率は殆ど変わらない）。

試料にコイルを設定したら、恒温室に試料を入れて温度を飽和させ、その温度における透磁率をプロットする。恒温室の温度を変えてやることで透磁率の温度依存性曲線が得られる。恒温室の温度を上昇させていき、ある温度で透磁率が変化しなくなる。この透磁率が変化しなくなった温度をキュリー温度とみなす。

このように測定すると透磁率の温度依存性は図７のような曲線になる。

図８は芯金１ａの断面において渦電流が誘導される領域を示す模式図である。（ａ）は芯金１ａの厚さｄ（ｍｍ）が表皮深さをδ（ｍｍ）と比較して広い場合である。（ｂ）は芯金１ａの温度がキュリー温度Ｔｃ以上になった場合である。この場合において、キュリー温度Ｔｃ以上における表皮深さをδｃ（ｍｍ）とすると、芯金１ａの厚さｄ（ｍｍ）が表皮深さをδｃ（ｍｍ）と比較して狭い場合は、芯金１ａの断面のおよそすべてに渦電流が流れる。そのため、発熱量が減少する。この状態では、加熱ローラ１の発熱量と加熱ローラ１の放熱量のバランスにより、加熱ローラ１の温度は、飽和温度に自己調整される。

すなわち、本実施例１の構成を示す図３において、加熱ローラ１の、小サイズ紙が通過するＰ２の領域の温度は定着温度Ｔｆに維持される。しかし、小サイズ紙が通過しないＰ２以外の領域の温度は、飽和温度に自己調整されることで、非通紙部昇温を低減させることが出来る。

次に、本実施例１における加熱ローラ１の周方向の発熱分布及び温度分布を説明する。ここで、加熱ローラ１の周方向の角度θに関しては、図９Ａのように、加熱ローラ１と加圧ローラ２とが圧接することで形成される定着ニップ部Ｎの幅方向中央部の位置を加熱ローラ周方向における角度θ＝０°の位置とする。そして、この角度θ＝０°の位置から加熱ローラ回転方向上流側に１８０°の角度範囲を０〜＋１８０°とし、角度θ＝０°の位置から加熱ローラ回転方向下流側に１８０°の角度範囲を０〜−１８０°としている。図９Ｂは本実施例１における加熱ローラ１の周方向の発熱分布である。図９Ｃは本実施例１における加熱ローラ１の周方向の温度分布である。

発熱分布の測定方法としては、株式会社日本総研ソリューションズ製の電磁界解析ソフトウェアであるＪＭＡＧ−Ｓｔｕｄｉｏを用いて、２次元の磁界解析を行い、加熱ローラ１の周方向におけるジュール損失密度分布（発熱分布）を求めた。

なお、発熱分布の測定方法は上記に限ったものではなく、その他の電磁界解析ソフトウェアを使用しても良い。また、加熱ローラ１の回転を停止し、加圧ローラ２を外した状態で、比較的短時間の加熱ローラの加熱を行ったときの、加熱ローラの周方向の温度分布を測定し、加熱前後の温度上昇ΔＴの分布を求めることで、発熱分布の代用としても良い。

また、温度分布の測定方法は、加熱ローラ１の回転を所定時間（本実施例１では５分）停止した状態で、本実施例１におけるスタンバイ温度Ｔｓである２００℃に維持されたときの加熱ローラ１の表面温度を測定した。本実施例では、スタンバイ状態時は、加熱ローラは停止している。

図９Ｂによると、本実施例１の構成において、サーミスタ１１の当接位置（本実施例１では＋３０°の位置）付近で、発熱分布のピークを持ち、この位置においておよそ２００℃に維持される。また、コイル６が配置されていない領域（０°から−１８０°付近）では、発熱ピークを持たず、サーミスタ位置と比較して温度も低くなっている。

像加熱部材である加熱ローラ１は回転方向に関して発熱分布を持ち、サーミスタ１１は発熱分布のうち最も発熱量が大である領域の温度を検知する。つまり、整磁合金を用いた加熱ローラ１において、ジュール損失密度の分布の最大ピークに対応する位置に温調用のサーミスタ１１を置く。そして、この位置における加熱ローラの温度がキュリー温度よりも低く設定した温調温度になるように加熱ローラ１を温調する。ピークが複数存在する場合はコイル６の巻き数、コイル６と加熱ローラ１とのギャップ、磁性芯材５の配置等によって、ピークの高さを変えて、最大ピークを作ってやり、そこに温調用のサーミスタ１１を置くとよい。安全素子としてのサーモスイッツチを配設する場合、それもピークの位置に置くと良い。本実施例では、発熱分布のピーク位置にサーミスタを配置する構成であったが、その他の場所にサーミスタを配置したとき、加熱ローラの周方向のピーク温度がキュリー温度以上である領域が存在しなければいい、ピーク位置に限定されるものではない。

ここで、サーミスタ１１の当接位置を定着ニップ部Ｎから１８０°の反対側の位置に変更して、サーミスタ位置が２００℃になるように高周波電流を制御して通紙を行った。そうしたところ、加熱ローラ１の発熱ピーク部において、加熱ローラ１１の回転軸方向の全域に亘ってキュリー温度を越えてしまい、高周波電源１０１がコイル６に印加した電流が増加して、高周波電源が故障した。

このときの概念図を図１０の（ａ）に示す。加熱ローラ１の回転軸方向に亘ってキュリー温度以上の領域が存在する場合は、キュリー温度以上である領域Ｂでは、コイル６の負荷抵抗が極端に小さくなる。一方、領域Ｂ以外のキュリー温度未満である領域Ａの負荷抵抗は領域Ｂと比較して大きくなる。コイル６からみた領域Ａの負荷抵抗と領域Ｂの負荷抵抗は、それぞれ並列に接続されているため、コイル６には、負荷抵抗の小さい領域Ｂに対して、大電流が印加されてしまう。

すなわち、加熱ローラ１の温度は、加熱ローラ１の回転軸方向の全域に亘ってキュリー温度Ｔｃ以上とならないように、サーミスタ１１の位置及びサーミスタ１１の制御温度Ｔを設定しなければならない。

一方で、図１０の（ｂ）に示すように、加熱ローラ１の周方向に亘ってキュリー温度以上の領域が存在する場合は、コイル６からみた領域Ａの負荷抵抗と領域Ｂの負荷抵抗は、それぞれ直列に接続されている。そのため、コイル６には、図１０の（ａ）の場合のような大電流は印加されない。

図１０の（ａ）と（ｂ）は、加熱ローラ（キュリーローラ）１が回転している状態でも、停止している状態でも、どちらも同じ概略図となる。コイル６と対向している領域が発熱量が大きいため、キュリー温度を越える領域もコイル６と対向している領域となる。

つまり、加熱ローラ１には、該ローラの回転軸方向の全域に亘ってキュリー温度Ｔｃ以上である領域が、周方向のいずれにも存在しないように、サーミスタの加熱ローラに対する位置及びサーミスタと制御回路部による加熱ローラ制御温度Ｔを設定する。これにより、コイル６に大電流が印加されることはなく、高周波電源の昇温や破壊を防止できる。

加熱ローラ１が記録材を加熱する動作時において、制御回路部１００は、加熱ローラ１の回転軸方向に関する記録材が通過する通紙領域を、サーミスタ１１の動作時における制御温度であってキュリー温度Ｔｃよりも低い定着温度Ｔｆに保持するよう制御する。通紙領域とは異なる記録材が通過しない非通紙領域は、整磁合金の特性によって定着温度Ｔｆよりも高い飽和温度に自己温度調整が行われる。

加熱ローラ１が記録材を加熱可能な状態に維持される待機時においては、加熱ローラ１には、該ローラの回転軸方向の全域に亘ってキュリー温度Ｔｃ以上である領域が、周方向のいずれにも存在しないように上記のように設定する。すなわち、サーミスタの加熱ローラに対する位置及びサーミスタと制御回路部による加熱ローラの制御温度（温調温度）Ｔを所定の待機温度Ｔｓに設定する。これにより、コイル６に大電流が印加されることはなく、高周波電源の昇温や破壊を防止できる。

待機時において、ローラの回転が停止した状態で加熱ローラ１の温度が待機温度Ｔｓに維持されるように温調制御を行う系では上記の構成は特に効果的である。

本実施例１では整磁合金のキュリー温度Ｔｃを２１０℃、待機温度Ｔｓ及び定着温度Ｔｆを２００℃として説明したが、本発明はこれに限られるものではない。待機温度が定着温度よりも低い温度であってもいい。即ち、使用するトナーや加熱装置の構成及び発熱分布、高周波電源の制御による温度リップルやオーバーシュート、温度検知手段の検知温度の公差等を考慮して、適時キュリー温度及び制御温度を最適になるよう設定しても、本発明は適応可能である。また、搬送される記録材Ｐの厚みや加熱ローラ１の蓄熱状態によっては待機温度Ｔｓ及び定着温度Ｔｆを複数有しても本発明は適応可能である。

また、本実施例では、待機時には、加熱ローラを停止させた状態で、通電制御手段による温度制御が行われているものであった。それに対して、加熱ローラの周方向の温度むらを小さくするために、継続的に、或いは定期的に回転速度を５０ｍｍ／ｓｅｃから１００ｍｍ／ｓｅｃといった低速回転を行う構成もある。即ち、像を加熱する回転速度をよりも遅い速度である。そのような構成であっても、本実施例のような温度検知部材の配置にすることで、像加熱部材の周方向のいずれにも像加熱部材の回転軸線方向の全域に亘ってキュリー温度以上である領域が存在しないようにすることができる。

以上、要するに、温度検知部材の像加熱部材に対する位置は次のように設定されている。像加熱部材が停止している状態でキュリー温度よりも低い設定温度で通電制御が行われている待機状態時には、像加熱部材の周方向のいずれにも像加熱部材の回転軸線方向の全域に亘ってキュリー温度以上である領域が存在しないように設定されている。また、像加熱部材が像を加熱するときの回転速度よりも小さい回転速度で回転する状態でキュリー温度よりも低い設定温度で通電制御が行われているときには、上記と同様の領域が存在しないように設定されている。上記と同様の領域とは、像加熱部材の周方向のいずれにも像加熱部材の回転軸線方向の全域に亘ってキュリー温度以上である領域である。

また、本実施例１では、加熱ローラ１を用いた熱ローラ像加熱装置であるが、像加熱部材としてエンドレスベルトを用いたベルト加熱方式等にも適用できることは自明である。また、複数の異なる金属を積層させたクラッドローラを用いる場合も、整磁合金の層が少なくとも１層備えれば、本発明を適用可能である。

また、本実施例１の加熱装置（定着装置）を記録材上の異なる色のトナーを重ね合わせてカラー画像を形成するカラー画像形成装置に用いても、同様の効果を得ることができる。

また、本実施例１では、加熱ローラ１の内部にコイル６を配置したが、加熱ローラ１の外部に配置しても、同様に適用することが可能である。この場合、加熱ローラ１１の温度を検知するサーミスタは、加熱ローラの内部、若しくは加熱ローラ１の外部であって励磁コイルが配置されない領域に配置されることが望ましい。

［実施例２］
図１１・図１２を用いて、本発明の第二の実施例構成を説明する。本実施例２においては、励磁コイルは、像加熱部材である加熱ローラ１のほぼ全周を加熱するように配置されている。

ここで、加熱ローラ１の周方向の角度θに関しては、図１１のように、加熱ローラ１と加圧ローラ２とが圧接することで形成される定着ニップ部Ｎの幅方向中央部の位置を加熱ローラ周方向の角度θ＝０°の位置とする。そして、この角度θ＝０°の位置から加熱ローラ回転方向上流側に１８０°の角度範囲を０〜＋１８０°とし、角度θ＝０°の位置から加熱ローラ回転方向下流側に１８０°の角度範囲を０〜−１８０°としている。

そして、本実施例２においては、加熱ローラ１の０〜＋１８０°の角度範囲に磁束を発生させる上流側コイル６（１）と、０〜−１８０°の角度範囲に磁束を発生させる下流側コイル６（２）とを備える。加熱ローラ１のキュリー温度Ｔｃは２１０℃である。

上流側コイル６（１）と下流側コイル６（２）とにより加熱ローラ１のほぼ全周を加熱することで、加熱ローラ１の周方向の温度差が少なくなり、待機時（スタンバイ時）において温度差を解消するための空回転を必要としなくなる。そのため、さらに消費電力の少ない加熱装置を提供することが可能となる。即ち、待機時において、加熱ローラ１は、回転を停止した状態で待機温度Ｔｓに維持されるように制御される。

上流側コイル６（１）と下流側コイル６（２）は、高周波電源とそれぞれ並列に接続される。このため、上流側コイル６（１）と下流側コイル６（２）には、同一の高周波電流が印加される。

本実施例２において、サーミスタ１１は定着ニップ位置Ｎから上流側に１５０°の位置に配置しており、この位置で２００℃となるように、上流側コイル６（１）及び下流側コイル６（２）に高周波電流を印加する。

図１２Ａと図１２Ｂは、本実施例２の加熱ローラ１の周方向の発熱分布及び温度分布である。測定方法は前述した実施例１の加熱ローラ１の場合と同様である。

本実施例２においても、サーミスタ１１は、加熱ローラ１の周方向の発熱分布の発熱ピーク部に配置している。加熱ローラ１はこのサーミスタ１１の位置でキュリー温度Ｔｃ（２１０℃）よりも低い２００℃の制御温度Ｔ（定着温度Ｔｆ、待機温度Ｔｃ）に維持される。そのため、加熱ローラ１の回転軸方向全域に亘ってキュリー温度Ｔｃ以上である部分が周方向のいずれにも存在しない。これにより、コイル６（１）・６（２）に大電流が印加されることはなく、高周波電源の昇温や故障を防止できる。

本実施例２においては、サーミスタ１１は加熱ローラ１の発熱分布のピーク部に配置したが、これに限ったことではなく、例えば定着ニップ位置Ｎから１８０°の位置であっても良い。この場合、発熱ピーク部の温度がキュリー温度である２１０℃を越えないような温度（例えば１９０℃）に設定すればよい。

ただし、加熱ローラ１の発熱分布の最も少ない位置にサーミスタ１１を配置することは望ましくない。本実施例２においては加熱ローラ１の９０°及び９０°の角度位置が発熱分布の最も少ない位置である。このような位置にサーミスタ１１を配置した場合は、例えば加熱装置の電源投入直後のウォームアップ時には、スタンバイ時や通紙時と比較して大きな電力がコイル６（１）・６（２）に印加される。そのため、発熱ピーク部の温度が、加熱ローラ１の回転軸方向全域に亘ってキュリー温度Ｔｃを越えてしまうおそれがある。したがって、発熱分布の最も少ない位置にサーミスタ１１を配置することは望ましくない。即ち、加熱ローラ１は、回転方向に関して発熱分布を持ち、サーミスタ１１は、発熱分布のうち発熱量が最も小である領域ではない領域の温度を検知する。

以上説明したように、本実施例２においても、加熱ローラ１の回転軸方向全域に亘ってキュリー温度Ｔｃ以上である部分が周方向のいずれにも存在しないように、サーミスタ１１の位置及び制御Ｔ（定着温度Ｔｆ、待機温度Ｔｃ）を設定する。これにより、コイル６（１）・６（２）に大電流が印加されることはなく、高周波電源の昇温や破壊を防止できる。

また、本実施例２は、上述の実施例１と同様に、適用する加熱装置に最適となるよう、種々の変更を加えても良い。例えば、待機時には、加熱ローラの周方向の温度むらを小さくするために、継続的に、或いは所定間隔ごとに回転速度を５０ｍｍ／ｓｅｃから１００ｍｍ／ｓｅｃといった低速回転を行う構成もある。即ち、像を加熱する回転速度をよりも遅い速度である。そのような構成であっても、本実施例のような温度検知部材の配置にすることで、像加熱部材の周方向のいずれにも像加熱部材の回転軸線方向の全域に亘ってキュリー温度以上である領域が存在しないようにすることができる。

また、励磁コイルの配置も、本実施例２の構成に限定されるものではなく、例えば上流側コイル６（１）と下流側コイル６（２）の発熱量及び発熱分布を適時変更しても、本発明は適用可能である。

実施例１における画像形成装置例の概略構成図 実施例１における定着装置（誘導加熱方式の加熱装置）の要部の拡大横断面模型図 同じく要部の正面模型図 その縦断正面模型図 加熱ローラの発熱原理を示す図 抵抗値の温度依存性を示す図 透磁率の温度依存性を示す図 渦電流が誘導される領域を示す模式図 実施例１の加熱ローラ構成の模式図 実施例１の加熱ローラの周方向の発熱分布図 実施例１の加熱ローラの周方向の温度分布図 キュリー温度以上の領域を示す概念図 実施例２の加熱ローラ構成の模式図 実施例２の加熱ローラ構成の周方向の発熱分布図 実施例２の加熱ローラ構成の周方向の温度分布図 励磁コイルの配置形態の説明図

符号の説明

１ 加熱ローラ（像加熱部材）
２ 加圧ローラ
３ コイル・アセンブリ（磁場発生手段）
５ 磁性芯材（磁性コア）
６ 励磁コイル
１１ サーミスタ（温度検知手段）
４１ 感光体（感光ドラム）
４２ 一次帯電器
４３ レーザービームスキャナ
４４ 現像器
４５ 転写ローラ
４６ クリーニング装置
Ｆ 定着装置（加熱装置）
Ｐ 記録材（被加熱材）
ｔ トナー画像

Claims (6)

1. コイルと、前記コイルから生ずる磁束により発熱し、像を加熱する回転可能な像加熱部材と、前記コイルに高周波電流を印加する電源と、前記像加熱部材の温度を検知する温度検知部材と、温度検知部材により検知された温度に応じて前記像加熱部材の温度が予め設定された設定温度になるように前記コイルへの通電を制御する通電制御手段と、を有し、前記コイルは前記像加熱部材の回転軸線方向に伸延して巻かれており、前記像加熱部材のキュリー温度は、記録材上の像を加熱する像加熱温度よりも高い温度で像加熱装置の耐熱温度よりも低い温度である像加熱装置において、
   像加熱部材が停止している状態でキュリー温度よりも低い設定温度で通電制御が行われている待機状態時には、前記像加熱部材の周方向のいずれにも前記像加熱部材の回転軸線方向の全域に亘ってキュリー温度以上である領域が存在しないように、前記温度検知部材の前記像加熱部材に対する位置が設定されていることを特徴とする像加熱装置。
2. コイルと、前記コイルから生ずる磁束により発熱し、像を加熱する回転可能な像加熱部材と、前記コイルに高周波電流を印加する電源と、前記像加熱部材の温度を検知する温度検知部材と、温度検知部材により検知された温度に応じて前記像加熱部材の温度が予め設定された設定温度になるように前記コイルへの通電を制御する通電制御手段と、を有し、前記コイルは前記像加熱部材の回転軸線方向に伸延して巻かれており、前記像加熱部材のキュリー温度は、記録材上の像を加熱する像加熱温度よりも高い温度で像加熱装置の耐熱温度よりも低い温度である像加熱装置において、
   前記像加熱部材が像を加熱するときの回転速度よりも小さい回転速度で回転する状態でキュリー温度よりも低い設定温度で通電制御が行われているときには、前記像加熱部材の周方向のいずれにも前記像加熱部材の回転軸線方向の全域に亘ってキュリー温度以上である領域が存在しないように、前記温度検知部材の前記像加熱部材に対する位置が設定されていることを特徴とする像加熱装置。
3. 前記コイルは、前記像加熱部材のほぼ全周を加熱するように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の像加熱装置。
4. 通紙領域は、装置に通紙可能なすべてのサイズの記録材が通過する領域であって前記温度検知部材は前記像加熱部材の通紙領域の温度を検知することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかにに記載の像加熱装置。
5. 前記像加熱部材は回転方向に関して発熱分布を持ち、前記温度検知部材は発熱分布のうち最も発熱量が大である領域の温度を検知することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の像加熱装置。
6. 前記像加熱部材は回転方向に関して発熱分布を持ち、前記温度検知部材は発熱分布のうち発熱量が最も小である領域を除く領域の温度を検知することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の像加熱装置。