JP2013037055A

JP2013037055A - 像加熱装置

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Publication number: JP2013037055A
Application number: JP2011170802A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Hara; 伸明原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2013-02-21
Also published as: US20130034363A1

Abstract

【課題】画像形成に際して指定された記録材と実際に給送された記録材とが違っていても、定着ベルトの加熱領域の両端部に大きな非通紙部昇温が発生しないで済む像加熱装置を提供する。
【解決手段】誘導加熱装置７０は、定着ベルト１の回転軸線方向における誘導加熱の加熱領域を記録材の搬送方向に直角な搬送幅方向の記録材長さに応じて設定して定着ベルト１を誘導加熱し、定着ベルト１の温度を所定値に保つように投入電力が制御される。制御部１０２は、画像形成に際して指定された記録材の種類に応じた単位時間当たり数量で記録材を加熱ニップＮへ給送させる。制御部１０２は、励磁コイル６に対する供給電力のリミット値を、画像形成に際して指定された記録材の単位面積当たり重量が大きいほど大きく設定して、リミット値を超えて定着ベルト１を誘導加熱しないように誘導加熱装置７０を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、記録材上の画像を加熱する像加熱手段がコイルの磁束によって加熱される像加熱装置、詳しくは像加熱手段の両端部に発生する局所的な昇温を抑制する制御に関する。

給送部から画像形成部へ記録材を給送してトナー像を転写した後に、トナー像が転写された記録材を、定着装置の像加熱手段（定着ローラ又は定着ベルト）の加熱ニップで挟持搬送して画像を記録材に定着させる画像形成装置が広く用いられている。像加熱手段の加熱源として誘導加熱装置を用いた像加熱装置も実用化されている（特許文献１、２）。

誘導加熱装置を用いた像加熱装置では、像加熱手段の回転軸線方向の長さよりも小さいサイズの記録材を連続して通紙すると、両端部の非通紙領域の温度が上昇する現象が生ずる。この非通紙部の温度が上昇する現象を以下では非通紙部昇温と言う。

特許文献１では、像加熱手段（定着ベルト）の回転軸線方向に複数の磁性体コアを配置し、両端部の磁性体コアについて、像加熱手段に対する対向間隔を拡大させることにより、非通紙部昇温を回避している。

特許文献２では、像加熱手段（定着ローラ）の端部をカバーする磁束遮蔽板のサイズを切り替えて、記録材のサイズが変化しても記録材の外側位置の加熱範囲を一定幅に保つことにより、非通紙部昇温を回避している。また、像加熱手段の端部に温度センサを配置して非通紙部昇温を実測し、給送部による単位時間当たりの記録材の給送枚数を制御している。

特開２００１−１９４９４０号公報特開２００６−１２０５３３号公報

特許文献１や特許文献２では、像加熱手段の回転軸線方向における記録材のサイズと磁束密度が高く設定される領域とが不一致の場合に非通紙部昇温が問題となる。即ち、記録材のサイズの外側の非通紙領域が記録材の通紙領域と同じような磁束分布の場合に、磁束が調整されていない非通紙領域で局所的な非通紙部昇温が生ずる。このような誘導加熱装置において、記録材の坪量が大きくなると、この非通紙部昇温が大きくなる傾向があるため、この領域の非通紙部昇温を抑制することが望ましい。

本発明は、像加熱手段の回転軸線方向における磁束分布を調整することで非通紙部昇温を低減する構成において、坪量が異なる場合であっても、非通紙部昇温を抑制することを目的としている。

本発明の像加熱装置は、磁束を生ずるコイルと、前記コイルの磁束により加熱されつつ回転して、記録材に形成された画像を加熱する像加熱手段と、前記像加熱手段の回転軸線方向における前記コイルから前記像加熱手段へ向かう磁束分布を調整する調整手段と、前記像加熱手段の温度が予め設定した像加熱温度になるように前記コイルへの電力供給を制御する通電制御手段と、記録材の坪量に関する情報が入力される入力部とを有し、通紙可能な最大サイズの記録材よりも前記回転軸線方向の長さが小さい記録材を通紙する際に、前記調整手段は、通紙領域を含む前記回転軸線方向の所定領域の磁束密度を前記所定領域外の磁束密度よりも大きくなるように磁束分布を調整可能としたものである。そして、前記調整手段を動作させているときの第一の坪量の記録材を通紙する際の前記通電制御手段による前記コイルに印加する最大電力値は、前記調整手段を動作させているときの前記第一の坪量よりも小さい第二の坪量の記録材を通紙する際の前記通電制御手段による前記コイルに印加する最大電力値よりも小さく設定する設定手段を有する。

本発明の像加熱装置では、コイルに印加する電力に最大電力値を設定してそれ以上の加熱を行わないから、非通紙部昇温の温度ピーク値を制御できる。そして、坪量が大きい記録材を通紙する場合には、坪量が小さい記録材を通紙する場合よりもコイルに印加する最大電力値を小さく設定するので、坪量が異なる場合であっても、非通紙部昇温が過剰になることを阻止できる。

画像形成装置の構成の説明図である。定着装置の要部の構成の説明図である。定着装置を二次転写部側から見た縦断面図である。定着ベルト１の層構成の説明図である。磁性体コアの移動の説明図である。磁性体コアの移動機構の説明図である。定着装置の斜視図である。非通紙部昇温の発生位置の説明図である。誘導加熱装置の回路図である。普通紙の設定時に普通紙が給送された場合の定着ベルトの通紙部と非通紙部の温度変化の説明図である。５００枚の連続画像形成後の温度分布の説明図である。厚紙の設定時に厚紙が給送された場合の定着ベルトの通紙部と非通紙部の温度変化の説明図である。５００枚の連続画像形成後の温度分布の説明図である。普通紙の設定時に厚紙が給送された場合の比較例における定着ベルトの通紙部と非通紙部の温度変化の説明図である。５００枚の連続画像形成後の温度分布の説明図である。普通紙の設定時に厚紙が給送された場合の実施例１における定着ベルトの通紙部と非通紙部の温度変化の説明図である。５００枚の連続画像形成後の温度分布の説明図である。実施例２の制御のフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、記録材の１枚当たり定着必要熱量が大きいほど生産性を低下させる構成において誘導加熱の電力が限界付けられている限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、像加熱装置は、トナー像を転写された記録材を加熱処理して記録材にトナー像を定着させる定着装置のみならず、半定着又は定着済みトナー像を加熱処理して画像に所望の表面性を付与する画像調整装置を含む。記録材に定着された画像を再加熱して画像の光沢度を向上させる光沢付与装置もある。像加熱手段は、ベルト部材とローラ部材のいずれでもよい。

加熱領域を可変に設定する構成は、磁性体コアを励磁コイルに対して接離方向に移動される構成には限らず、特許文献２に示されるように磁束遮蔽板を移動させて設定する構成としてもよい。

画像形成装置は、モノクロ／フルカラー、枚葉型／記録材搬送型／中間転写型、トナー像形成方式、転写方式の区別無く本発明の像加熱装置を搭載できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写／定着に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。

＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成部の一例である中間転写ベルト２６は、トナー像を形成して記録材に転写する。画像形成装置Ｅは、中間転写ベルト２６に沿ってイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像形成部ＰＹ、ＰＣ、ＰＭ、ＰＫを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。画像形成部の一例である中間転写ベルト２６は、トナー像を形成して記録材Ｐに転写する。

画像形成部ＰＹでは、感光ドラム２１（Ｙ）にイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト２６に転写される。画像形成部ＰＣでは、感光ドラム２１（Ｃ）にシアントナー像が形成されて中間転写ベルト２６に転写される。画像形成部ＰＭ、ＰＫでは、感光ドラム２１（Ｍ）、２１（Ｋ）にそれぞれマゼンタトナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト２６に転写される。

中間転写ベルト２６は、無端状の樹脂ベルトで構成され、駆動ローラ２７、二次転写対向ローラ２８、テンションローラ２９に張架されて、駆動ローラ２７によって駆動される。

記録材Ｐは、給送部の一例である記録材カセット３１から給紙ローラ３２により１枚ずつ取り出されてレジストローラ３３で待機する。記録材Ｐは、レジストローラ３３によって二次転写部Ｔ２へ給送されて、中間転写ベルト２６からトナー像を転写される。四色のトナー像を転写された記録材Ｐは、定着装置Ａへ搬送され、定着装置Ａで加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、排出搬送路３６を通じて外部トレイ３７へ排出される。なお、単色のみの画像形成（単色モード）時には、目的の色についてのみトナー像が形成されて中間転写ベルト２６に担持させて記録材Ｐに転写される。

画像形成部ＰＹ、ＰＣ、ＰＭ、ＰＫは、現像装置２３（Ｙ）、２３（Ｃ）、２３（Ｍ）、２３（Ｋ）で用いるトナーの色がイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックと異なる以外は、実質的に同一に構成される。以下では、画像形成部ＰＹについて説明し、画像形成部ＰＣ、ＰＭ、ＰＫに関する重複した説明を省略する。

画像形成部ＰＹは、感光ドラム２１の周囲に、帯電ローラ２２、露光装置２５、現像装置２３、転写ローラ３０、及びドラムクリーニング装置２４を配置している。帯電ローラ２２は、感光ドラム２１の表面を一様な電位に帯電させる。露光装置２５は、レーザービームを走査して感光ドラム２１に画像の静電像を書き込む。現像装置２３は、静電像を現像して感光ドラム２１にトナー像を形成する。転写ローラ３０は、直流電圧を印加されて感光ドラム２１のトナー像を中間転写ベルト２６へ転写させる。

＜定着装置＞
図２は定着装置の要部の構成の説明図である。図３は定着装置を二次転写部側から見た縦断面図である。図４は定着ベルト１の層構成の説明図である。

以下の説明において、定着装置または定着ローラの短手方向とは、記録材の搬送方向と平行な方向である。また、定着装置の正面とは、定着装置を記録材入口側からみた面、背面とはその反対側の記録材出口側から見た面である。定着装置の左右とは、定着装置を正面から見て左または右である。上流側は記録材の搬送方向の上流側、下流側は記録材の搬送方向の下流側である。

図２に示すように、加圧ローラ２は、中央部の径が２０ｍｍで両端部の径が１９ｍｍである鉄合金製の芯金２ａに、厚さがほぼ５ｍｍのシリコーンゴム層の弾性層２ｂを設けてある。弾性層２ｂの表面は、３０μｍの厚みでフッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）の離型層２ｃが設けられている。加圧ローラ２の中央部における硬度は、ＡＳＫ−Ｃ７０℃である。芯金２ａにテーパー形状をつけているのは、加圧した時に圧力付与部材３が撓んでも、定着ベルト１と加圧ローラ２で挟まれる定着ニップ部Ｎ内の圧力が定着ベルト１の回転軸線方向に均一に確保できるからである。定着ベルト１は内径が３０ｍｍである。

芯金２ａにテーパー形状をつけて中央部と両端部とで弾性層２ｂの厚さが異なるため、定着ベルト１と加圧ローラ２の定着ニップ部Ｎの搬送方向長さは、定着ニップ圧が６００Ｎにおいては、両端部で約９ｍｍ、中央部では約８．５ｍｍである。これにより、記録材Ｐの両端部での搬送速度が中央部と比べて速くなるので、紙しわが発生しにくくなるという利点がある。

圧力付与部材３は、その内側面を金属製のステー４に保持されて、その外側面で定着ベルト１の内側面を支持する。圧力付与部材３は、定着ベルト１を介して加圧ローラ２に押圧力を作用させて、定着ベルト１と加圧ローラ２の間に定着ニップ部Ｎを形成する。圧力付与部材３は、耐熱性樹脂である。圧力付与部材３は、ステー４の励磁コイル６側には、誘導加熱による温度上昇を防止するための磁束遮蔽部材としての磁束遮蔽コア５が設けられている。

図３に示すように、ステー４は、定着ベルト１と加圧ローラ２の圧接部に圧力を加えるために剛性が必要であるため、鉄製である。ステー４は、特に両端部で励磁コイル６と接近しており、ステー４の発熱を防止するために、励磁コイル６で生じる磁界を遮蔽するために、ステー４の上面に磁束遮蔽コア５を配置してある。

定着フランジ１０は、定着ベルト１の回転軸線方向移動および周方向の形状を規制する左右の規制部材である。定着フランジ１０内に挿通して配設したステー４の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材９ａとの間にステー加圧バネ９ｂを縮設することで、ステー４に押し下げ力を作用させている。これにより、圧力付与部材３の下面と加圧ローラ２の上面とが定着ベルト１を挟んで圧設して、記録材の画像の定着ニップ部Ｎが形成される。

回転する定着ベルト１は、基層が金属で構成されているので、回転状態にあっても幅方向への寄りを規制するための手段としては、定着ベルト１の端部を単純に受け止めるだけの定着フランジ１０を設ければ十分である。これにより、定着装置Ａの構成を簡略化できるという利点がある。

図４に示すように、定着ベルト１は、電気鋳造法によって製造した厚み４０μｍのニッケルの基層（金属層）１ａを有している。基層１ａには、ニッケルのほかに、鉄合金や銅、銀などを適宜選択可能である。また、樹脂基層にそれら金属を積層させるなどの構成でも良い。金属層１ａの厚みは、後で説明する励磁コイルに流す高周波電流の周波数と金属層の透磁率・導電率に応じて調整して良く、５〜２００μｍ程度の間で設定すると良い。

基層１ａの外周には、耐熱性シリコーンゴム層の弾性層１ｂが設けられている。弾性層１ｂの厚さは１００〜１０００μｍの範囲内で設定するのが好ましい。ここでは、定着ベルト１の熱容量を小さくしてウォーミングアップタイムを短縮し、かつカラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して、弾性層１ｂの厚さは３００μｍである。弾性層１ｂのシリコーンゴムは、ＪＩＳ−Ａ２０度の硬度を持ち、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫである。弾性層１ｂの外周には、フッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）の離型層１ｃが３０μｍの厚みで設けられている。基層１ａの内面側には、定着ベルト内面と中央サーミスタ（ＴＨ１：図２）との摺動摩擦を低下させるために、フッ素樹脂やポリイミドなどの樹脂層による滑性層１ｄを１０〜５０μｍ設けている。滑性層１ｄは、ポリイミドを２０μｍ設けた。

＜誘導加熱装置＞
図２に示すように、誘導加熱装置７０は、定着ベルト１を誘導加熱する加熱源である。誘導加熱装置７０は、定着ベルト１の外周面の上面側において、定着ベルト１に所定のギャップ（隙間）を存して対面させて配設してある。

励磁コイル６は、電線として例えばリッツ線を用い、これを横長・船底状にして定着ベルト１の周面と側面の一部に対向するように巻回してなる。励磁コイル６の長手方向における内径は３５２ｍｍ、外径は３９２ｍｍである。

磁性体コア７ａは、励磁コイル６によって発生した磁界が定着ベルト１の金属層（導電層）以外に実質漏れないように、励磁コイル６を覆わせている。磁性体コア７ａは、励磁コイル６より発生した交流磁束を効率よく定着ベルト１に導く役割をする。交流磁束の磁気回路の効率を上げるためと、周囲へ磁束を漏らして周辺部材を誘導加熱することを回避する磁束遮蔽のために用いている。磁性体コア７ａの材質として、フェライト等の高透磁率かつ残留磁束密度の低いものを用いると良い。

モールド部材７ｃは、励磁コイル６と磁性体コア７ａとを電気絶縁性の樹脂によって支持する。定着ベルト１と励磁コイル６は、０．５ｍｍのモールドにより電気絶縁の状態を保つ。定着ベルト１と励磁コイル６の間隔は１．５ｍｍ（モールド表面と定着ベルト表面の距離は１．０ｍｍ）で一定である。

定着ベルト１の回転状態において、誘導加熱装置７０の励磁コイル６には、電源装置（励磁回路）１０１から２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加されて、励磁コイル６によって発生した磁界により定着ベルト１の金属層（導電層）が誘導発熱する。

中央サーミスタＴＨ１は、温度センサ（温度検出素子）であり、定着ベルト１の幅方向中央部の位置に当接させて配設してある。中央サーミスタＴＨ１は、圧力付与部材３に対して弾性支持部材を介して取り付けられているので、定着ベルト１の当接面が波打つなどの位置変動が生じたとしても、これに追従して良好な接触状態が維持される。

中央サーミスタＴＨ１は、記録材の搬送紙域のほぼ中央で、定着ベルト１の内側面の温度を検知し、その検知温度情報が制御部１０２にフィードバックされる。

制御部１０２は、中央サーミスタＴＨ１から入力する検知温度が所定の目標温度（定着温度）に維持されるように、電源装置１０１から励磁コイル６に入力する電力を制御している。制御部１０２は、定着ベルト１の検出温度が所定温度に昇温した場合、励磁コイル６への通電を遮断する。制御部１０２は、定着ベルト１の検出温度が、定着ベルト１の目標温度である１８０℃で一定になるように、中央サーミスタＴＨ１の検出値に基づいて、高周波電流の周波数を変化させることにより、励磁コイル６に入力する電力を制御して温度調節を行っている。電源装置１０１に接続された誘導加熱装置７０の励磁コイル６は、制御部１０２で制御され、定着ベルト１は、所定の定着温度に加熱される。

前述したように、励磁コイル６には、２０〜５０ｋＨｚの高周波電流が印加されて、定着ベルト１の金属層１ａが誘導発熱する。温度調節は、定着ベルト１の目標温度である１８０℃で一定になるように、中央サーミスタＴＨ１の検出値に基づいて高周波電流の周波数を変化させて励磁コイル６に入力する電力を制御する。

励磁コイル６を含む誘導加熱装置７０が、高温になる定着ベルト１の内部ではなく外部に配置されているので、励磁コイル６の温度が高温になりにくい。また、電気抵抗も上昇せず高周波電流を流してもジュール発熱による損失を軽減する事が可能となる。また、励磁コイル６を外部に配置したことで定着ベルト１の小径化（低熱容量化）にも寄与しており、しいては省エネルギー性にも優れていると言える。

本実施例の定着装置のウォーミングアップタイムは、非常に熱容量が低い構成であるため、例えば励磁コイル６に１２００Ｗ入力すると約１５秒で目標温度である１６５℃に到達できる。スタンバイ中の加熱動作が不要であるため、電力消費量を非常に低く抑える事が可能である。

定着ベルト１は、制御部１０２で制御されるモータＭ１によって加圧ローラ２が回転駆動されることで、画像形成時には、図１の二次転写部Ｔ２から搬送されてくる記録材Ｐの搬送速度とほぼ同一の周速度で回転駆動される。定着装置Ａでは、定着ベルト１の表面回転速度が３００ｍｍ／ｓｅｃであって、Ａ４サイズ横送りのフルカラー画像であれば１分間に８０枚、同じくＡ４サイズ縦送りであれば１分間に５８枚を連続的に定着可能である。

未定着トナー画像Ｔを有する記録材Ｐは、そのトナー画像担持面側を定着ベルト１側に向けて、ガイド部材７で案内されて、定着ベルト１と加圧ローラ２とで加圧形成される定着ニップ部Ｎに導入される。記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎにおいて、定着ベルト１の外周面に密着し、定着ベルト１と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。

定着ベルト１の熱が付与されつつ定着ニップ部Ｎの加圧力を受けて、未定着トナー像Ｔは、記録材Ｐの表面に定着される。定着ニップ部Ｎを通った記録材Ｐは、定着ベルト１の表面が定着ニップ部Ｎの出口部分で変形するため、定着ベルト１の外周面から記録材Ｐが自己分離して定着装置Ａ外へ搬送される。

＜磁性体コアの移動機構＞
図５は磁性体コアの移動の説明図である。図６は磁性体コアの移動機構の説明図である。図７は定着装置の斜視図である。

図２に示すように、像加熱手段の一例である定着ベルト１は、コイルの一例である励磁コイル６の磁束により加熱されつつ回転して、記録材に形成された画像を加熱する。通電制御手段の一例である電源装置１０１は、定着ベルト１の温度が予め設定した像加熱温度になるように励磁コイル６への電力供給を制御する。電源装置１０１は、定着ベルト１の温度をトナー像の定着に必要な所定の温度範囲に保つように励磁コイル６への電力供給を制御する。複数個の磁性体コア７ａは、定着ベルト１の回転軸線方向に配列して励磁コイル６が発生する磁束をそれぞれの領域で定着ベルト１に案内する。

図３に示すように、磁性体コア７ａは、定着ベルト１の回転軸線方向に分割され、１個の回転軸線方向の長さは１０ｍｍ、それぞれ１．０ｍｍの間隔を開けて配置されている。通紙部においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの隙間を狭くすることで、定着ベルト１を通過する磁束密度を高めて、定着ベルト１の発熱量を高くする。これに対して、非通紙部においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの隙間を広げることで、定着ベルト１を通過する磁束密度を低下させて定着ベルト１の発熱量を低くする。

図５の（ａ）に示すように、通紙領域においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの間隔は０．５ｍｍである。図５の（ｂ）に示すように、非通紙領域においては、励磁コイル６と磁性体コア７ａの間隔は１０ｍｍまで離間する。

図６に示すように、調整手段の一例であるコア移動機構７１は、定着ベルト１の回転軸線方向における励磁コイル６から定着ベルト１へ向かう磁束分布を調整する。コア移動機構７１は、定着ベルト１の回転軸線方向における記録材の長さに応じた個数の磁性体コア７ａを他の磁性体コアよりも定着ベルト１に近付けて像加熱温度の領域を設定する。コア移動機構７１は、通紙可能な最大サイズの記録材よりも定着ベルト１の回転軸線方向の長さが小さい記録材を通紙する際に、通紙領域を含む所定領域の磁束密度を、図８に示すように所定領域外の磁束密度よりも大きくなるように磁束分布を調整可能である。

複数個の磁性体コア７ａを定着ベルト１に対して接離する方向へ移動可能である。複数個の磁性体コア７ａは、定着ベルト１の回転軸線方向に配列して励磁コイル６が発生する磁束をそれぞれの領域で定着ベルト１に案内する。制御部１０２は、記録材の幅方向の長さに応じた個数の磁性体コア７ａを他の磁性体コア７ａよりも定着ベルト１に近付けて像加熱温度の領域を設定する。

磁性体コア７ａは、磁性体コアホルダ７７に保持されてハウジング７６内に収まっている。磁性体コアホルダ７７は、磁性体コア７ａと励磁コイル６との間隙を変化させる方向に移動可能になっている。リンク部材７５は、回転軸７８周りに回転可動に組み立てられ、端部の長穴部が磁性体コアホルダ７７と連結されている。リンク部材７５が回転軸７８周りにＱ１方向へ回転すると、磁性体コアホルダ７７と磁性体コア７ａがＰ１方向へ移動する。リンク部材７５がＱ２方向へ回転すると、磁性体コアホルダ７７と磁性体コア７ａがＰ２方向へ移動する。リンク部材７５は、励磁コイルばね７４によってＱ１方向へ回転する方向へ付勢されているが、規制部材７３によって、リンク部材７５のＱ１方向への回転が規制されている。

規制部材７３によってリンク部材７５が押し込まれている状態では、リンク部材７５は、励磁コイルばね７４に逆らってＱ２方向へ回動している。このとき、磁性体コアホルダ７７が矢印Ｐ２方向へ移動して磁性体コア７ａが励磁コイル６に近付いている。

規制部材７３による押し込みが解除されると、リンク部材７５は、励磁コイルばね７４に付勢されてＱ１方向へ回動してフレーム７９に突き当たって停止する。これにより、磁性体コアホルダ７７が矢印Ｐ１方向へ移動して磁性体コア７ａが励磁コイル６から遠ざかる。

図７に示すように、規制部材７３は、中央のピニオンギア８０と連結され、ピニオンギア８０の回転運動により、記録材の搬送方向に直角な幅方向（Ｙ１、Ｙ２方向）へ移動可能となっている。規制部材７３がＹ１方向へ移動すると、端部側のリンク部材７５から順番に規制部材７３による押し込みが解除され、端部側から中央側へ向かって順番に磁性体コア７ａが励磁コイル６から遠ざかる。図７では、端部側から４個の磁性体コアホルダ７７について規制部材７３による押し込みが解除されて、磁性体コア７ａと励磁コイル６との間隙が広がっている。

＜非通紙部昇温＞
図８は非通紙部昇温の発生位置の説明図である。定着装置の起動時の高速昇温を可能にするため、従来から、定着ローラを薄肉小径化したもの、定着ベルトの内側からヒーター加熱するもの、薄肉金属の定着ベルトを誘導加熱するもの等が提案されている。材料コストやエネルギー効率の点からも、薄肉の像加熱手段を採用して熱容量を小さくし、加熱効率の良い誘導加熱装置で加熱することは望ましい傾向である。

しかし、薄肉の像加熱手段を使用する場合、軸直角断面の断面積がきわめて小さくなるために、軸方向の熱移動率が良好でない。この傾向は薄肉なほど顕著であり、熱伝導率の低い樹脂等の材質ではさらに低くなる。これは、熱伝導率をλ、２点間の温度差をθ１−θ２、長さをＬとしたとき、単位時間に伝わる熱量Ｑは、次式で表されるというフーリエの法則からも明らかである。
Ｑ＝λ・ｆ（θ１−θ２）／Ｌ

薄肉の像加熱手段を使用して軸方向の熱移動率が良好でない状態で、小さいサイズの記録材を連続で通紙させると、像加熱手段の非通紙領域の温度が通紙領域よりも上昇して像加熱手段の回転軸線方向に温度ムラが生じるいわゆる非通紙部昇温の問題が発生する。非通紙部昇温が発生すると、小さいサイズの記録材を連続で加熱処理した直後に大形サイズの記録材を加熱処理すると、記録材上で加熱ムラが発生して、紙シワや定着ムラの原因となる。著しい非通紙部昇温が発生した場合、樹脂材料からなる周辺部材の寿命を低下させる場合がある。

非通紙部昇温は、搬送される記録材の熱容量が大きく、単位時間あたりのプリント枚数を高くするほど広がるため、生産性の高い複写機では、薄肉の回転体と加熱効率の良い誘導加熱装置を組み合わせた定着装置を採用できなかった。生産性の高い複写機では、多くの場合、ハロゲンランプヒータや抵抗発熱体を分割して記録材サイズに応じた領域を加熱することで、非通紙部昇温を回避していた。

上述した特許文献１のように、薄肉の像加熱手段と加熱効率の良い誘導加熱装置を組み合わせた定着装置においても、像加熱手段の回転軸線方向の加熱領域を記録材サイズに応じて設定できる例が提案されている。しかし、誘導加熱装置を複数設けたり分割したりすれば、その分だけ制御回路も複雑でコストが高くなる。薄肉の像加熱手段の場合、分割された加熱領域の境目付近で温度分布が不連続になって、像加熱手段が必要な温度均一性を満たせなくなる問題もある。

そこで、定着装置Ａでは、定着ベルト１と励磁コイル６との間に、励磁コイル６から定着ベルト１へ導く磁束を１０ｍｍごとの領域で可変に設定できる磁性体コア７ａを配置している。記録材の各種サイズに対応するため、磁性体コア７ａが記録材の搬送方向に直角な搬送幅方向に分割され、コア移動機構７１により移動可能として、移動距離を記録材のサイズによって異ならせる。磁性体コア７ａを記録材の搬送幅方向サイズに応じた個数だけ移動させることで、加熱の必要な領域以外は誘導加熱装置７０から届く磁束が少なくなって、定着ベルト１の発熱自体が抑えられる。これにより、加熱領域の制御が行われ、昇温される定着ベルト１の温度分布を精密にコントロールすることが可能となっている。

図６に示すように、制御部１０２は、コア移動機構７１を制御して、磁性体コアホルダ７７のうちで記録材の搬送幅方向に応じて定めた個数のものについて規制部材７３による押し込みを解除する。これにより、記録材の外側に位置する磁性体コア７ａと励磁コイル６との間隙を拡大させて、非通紙部昇温を防止している。ハガキサイズ、Ａ５、Ｂ４、Ａ３、Ａ３ノビサイズ等、各種の記録材サイズに対応するため、規制部材７３の位置を記録材のサイズによって異ならせて、各記録材のサイズに応じた加熱領域を設定して非通紙部昇温を抑制している。

しかし、誘導加熱装置７０を用いた定着装置Ａにおいては、次のような問題点がある。図８に示すように、定着装置Ａにおいては、各サイズの記録材１、２、３を通した場合、定着ベルト１の長手温度分布は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようになる。記録材１、２、３の場合において、それぞれ「●」を付した位置が、最高温度部になるが、最高温度部は、記録材１、２、３の搬送幅方向サイズの若干外側になる。つまり、記録材の搬送幅方向サイズによって、定着ベルト１の回転軸線方向のどの部分で最高温度部をとるかは、異なる。

したがって、様々なサイズの記録材を流すことができる画像形成装置Ｅにおいては、定着ベルト１の最高温度部の温度をつねに検知することは、困難である。記録材のサイズの数だけ温度検知素子を設ければ、定着ベルト１の最高温度部の温度を検知することも不可能ではないが、コストや配置スペースの点から考えて現実的でない。

このように構成された定着装置Ａにおいて、何らかの理由によって、定着ベルト１の最高温度部が、想定外の温度になってしまった場合、定着ベルト１が設計温度を超えた温度に晒されて耐久寿命が短くなる可能性がある。

例えば、単位面積当たり重量（坪量）８０ｇ／ｍ^２の普通紙の記録材を想定して７５枚／分の間隔で画像形成を開始したところ、単位面積当たり重量１６０ｇ／ｍ^２の厚紙の記録材が給送部から給送されてしまう場合がある。このとき、誘導加熱装置７０は、厚紙によって冷却される熱量を補うために加熱領域の全体を普通紙の場合よりも強く加熱することになり、非通紙部昇温も普通紙の場合よりも高くなる。

そこで、以下の実施例では、非通紙部昇温が設計温度を超えない水準に、誘導加熱装置７０の出力リミッタを設定して、定着ベルト１の最高温度部の温度が想定外に上がって設計温度を超えることを防止している。

＜実施例１＞
図９は誘導加熱装置の回路図である。図２に示すように、入力部の一例である操作部１０３は、記録材の坪量に関する情報が入力される。設定手段の一例である制御部１０２は、第一の坪量の記録材を通紙する際の励磁コイル６に印加する最大電力値を、第一の坪量よりも小さい第二の坪量の記録材を通紙する際の励磁コイル６に印加する最大電力値よりも小さく設定する。

図９に示すように、誘導加熱装置７０は、定着ベルト１の温度を所定値に保つように投入電力が制御される。電源部の一例である電源装置１０１は、設定された電力値以下の電力で誘導加熱装置７０に定着ベルト１を誘導加熱させる。励磁回路３１０は、誘導加熱装置７０の励磁コイル６へ高周波電流の交番電流を供給する。励磁コイル６は、励磁回路３１０におけるスイッチ素子３０３、３０４の接続点とコンデンサ３０５、３０６の接続点との間に接続されている。励磁コイル６は、磁束を発生して定着ベルト１を誘導加熱する。

図２に示すように、制御部１０２は、画像形成に際して操作部１０３を通じて指定された記録材の種類に応じた単位時間当たり数量の一例である毎分処理枚数（ｐｐｍ）と最大電力値（Ｗ）の組み合わせを記録材カセット３１と電力制御部３１３に設定する。本発明では、毎分処理枚数と電力値の組み合わせは、搬送幅方向における加熱領域の内側の記録材に接しない非通紙部の温度が所定の温度状態よりも高い所定の設計温度以下を保つ組み合わせである。

電源装置１０１は、ダイオードブリッジ３０１と、フィルタコンデンサ３０２とで整流平滑回路を構成して直流電圧を発生させる。電力制御部３１３は、駆動部３１２を介してスイッチ素子３０３、３０４を交互に作動させて、励磁コイル６に交流電圧を印加する。コンデンサ３０５、３０６は、励磁コイル６とともに共振回路を形成する共振コンデンサである。駆動部３１２は、２つのスイッチ素子３０３、３０４を同期させてそれぞれ駆動する。

温度センサとして機能する中央サーミスタＴＨ１は、導電性発熱体である定着ベルト１の内側面に接触状態で配置され、定着ベルト１の温度を検出する。電力検出部３１１は、電源装置１０１の入力電力を検出する。

電力制御部３１３は、制御部１０２の指示に基づいて電源装置１０１を制御して誘導加熱装置７０を作動／停止させる。電力制御部３１３は、制御部１０２から指示された温調温度に中央サーミスタＴＨ１の検出温度を収束させるように駆動部３１２が出力する電力条件を決定する。電力制御部３１３は、制御部１０２から指示された最大電力の設定値を、電力検出部３１１の検出出力が超えないように駆動部３１２が出力する電力条件を決定する。駆動部３１２は、電力制御部３１３で決定された電力条件に従って、２つのスイッチ素子３０３、３０４を駆動する。

表１に示すように、制御部１０２は、記録材の坪量の範囲ごとに、温調温度、記録材の単位時間当たり加熱処理枚数、最大電力の各設定値が記憶されている。毎分処理枚数（生産性）と電力値（最大電力設定）の組み合わせは、画像形成に際して指定された記録材の単位面積当たり重量が異なっても、連続画像形成における非通紙部の温度が設計温度に収束するように設定されている。特に、実施例１では、生産性は、非通紙部の温度が設計温度に保たれるように、指定された記録材に応じて設定される。しかし、最大電力設定は、指定された記録材にかかわらず概ね一定に設定される。

図１に示すように、ユーザーが画像形成装置Ｅの操作パネル、又は外部コンピュータのモニタ画面を通じて画像形成のジョブを入力する際に、自分の使用する記録材の坪量を設定する。これにより、画像形成装置Ｅは、制御部１０２に記憶された温調温度、記録材の単位時間当たり加熱処理枚数、最大電力にて、定着装置Ａにおける記録材の加熱処理を実行することになる。

次に、最大電力の設定を行わない比較例と、最大電力の設定を行う実施例１とについて、以下の実験１〜３の条件で画像形成を行って、非通紙部昇温の発生状態を比較した。

＜実験１＞
図１０は普通紙の設定時に普通紙が給送された場合の定着ベルトの通紙部と非通紙部の温度変化の説明図である。図１１は５００枚の連続画像形成後の温度分布の説明図である。実験１は、坪量８０ｇ／ｍ^２の記録材の設定がされた画像形成ジョブにおいて、実際に坪量８０ｇ／ｍ^２の記録材が給送された「坪量設定適正時」である。

図１０に示すように、起動後、１８０℃への温度の立ち上がり、立ち上がり後の電力低下を経て、通紙時には、定着ベルト１の通紙部の温度を１６０℃に保つように温調がされる。この状態で、３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードに対して２４０ｍｍの画像間隔が設定されて、Ａ４サイズの記録材が７５枚／ｍｉｎの処理枚数で流れる。

通紙部の温度は、定着ベルト１の長手中央の記録材通過部分の温度測定値、非通紙部の温度は、定着ベルト１の記録材通過部分の外側の、定着ベルト１の温度が高くなっている部分の温度測定値である。記録材の給送とともに実線で示す通紙部の温度は１６０℃まで低下し、破線で示す非通紙部には２００℃の非通紙部昇温が発生したが、点線で示すように、励磁コイル６への投入電力は９００Ｗとなり上限値１０００Ｗに達しなかった。

図１１に示すように、５００枚通紙後に定着ベルト１の回転軸線方向には、通紙部の外側に２００℃の非通紙部昇温が発生していた。実験１の実験結果を表２にまとめる。

表２に示すように、実験１では、実施例１でも、比較例１でも、通紙部の温度が温調温度１６０℃に保たれ、非通紙部昇温は設計温度２２０℃以下の２００℃に保たれているため、特に問題は発生しない。

＜実験２＞
図１２は厚紙の設定時に厚紙が給送された場合の定着ベルトの通紙部と非通紙部の温度変化の説明図である。図１３は５００枚の連続画像形成後の温度分布の説明図である。実験２は、坪量１６０ｇ／ｍ^２の記録材の設定がされた画像形成ジョブにおいて、実際に坪量１６０ｇ／ｍ^２の記録材が給送された「坪量設定適正時」である。

図１２に示すように、定着ベルト１の通紙部を１６０℃に温調した状態で、３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードに対して３００ｍｍの画像間隔が設定されて、Ａ４サイズの記録材が６０枚／ｍｉｎの処理枚数で流れる。実線で示す通紙部の温度は１６０℃まで低下し、破線で示す非通紙部には２００℃の非通紙部昇温が発生したが、点線で示すように、生産性を低下させたために、励磁コイル６への投入電力は９００Ｗとなり上限値１０００Ｗに達しなかった。

図１３に示すように、投入電力が９００Ｗに保たれたため、５００枚通紙後に定着ベルト１の回転軸線方向の通紙部の外側に発生していた非通紙部昇温は、実験１と同様に２００℃であった。実験２の実験結果を表３にまとめる。

表３に示すように、実験２では、実施例１でも比較例１でも通紙部の温度が温調温度１６０℃に保たれ、非通紙部昇温は設計温度２２０℃以下の２００℃に保たれているため、特に問題は発生しない。

＜実験３＞
図１４は普通紙の設定時に厚紙が給送された場合の比較例における定着ベルトの通紙部と非通紙部の温度変化の説明図である。図１５は５００枚の連続画像形成後の温度分布の説明図である。図１６は普通紙の設定時に厚紙が給送された場合の実施例１における定着ベルトの通紙部と非通紙部の温度変化の説明図である。図１７は５００枚の連続画像形成後の温度分布の説明図である。実験３は、坪量８０ｇ／ｍ^２の記録材の設定がされた画像形成ジョブにおいて、誤って坪量１６０ｇ／ｍ^２の記録材が給送された「坪量設定間違い時」である。

図１４に示すように、定着ベルト１の通紙部の温度を１６０℃に温調した状態で、３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードに対して２４０ｍｍの画像間隔が設定されて、Ａ４サイズの記録材が７５枚／ｍｉｎの処理枚数で流れる。

比較例では、最大電力の制約が無いため、励磁コイル６へ無制限に電力供給を行って、通紙時の通紙部の温度は１６０℃を保つが、１６０℃を保つために１５００Ｗの電力供給がされた結果、破線で示す非通紙部には２４０℃の非通紙部昇温が発生した。

図１５に示すように、比較例１では、投入電力が１５００Ｗの状態が続いたため、実験１、２に比較して定着ベルト１には過剰な誘導加熱がされて、５００枚通紙後に定着ベルト１の回転軸線方向の通紙部の外側に発生していた非通紙部昇温は、２４０℃であった。

これに対して、図１６に示すように、実施例１では、励磁コイル６への投入電力を１０００Ｗに限界付けるため、定着ベルト１の通紙部の温度を１６０℃に保つことができなくなり、通紙時の通紙部の温度は１４５℃まで低下した。しかし、比較例では、励磁コイル６へ１０００Ｗ以上の電力供給を行わないため、破線で示す非通紙部の非通紙部昇温は２００℃に収まった。

図１７に示すように、実施例１では、励磁コイル６への投入電力を１０００Ｗに限界付けるため、５００枚通紙後に通紙部の温度は１６０℃を割り込んでいたが、定着ベルト１の回転軸線方向の通紙部の外側に発生していた非通紙部昇温は２００℃であった。実験３の実験結果を表４にまとめる。

表４に示すように、比較例の制御では、非通紙部昇温が定着ベルト１の設計温度２２０℃を超える２４０℃に保たれるため、定着ベルト１の耐久寿命が短くなる可能性がある。これに対して、実施例１の制御では、非通紙部昇温が定着ベルト１の設計温度２２０℃未満の２００℃に保たれるため、定着ベルト１の耐久寿命が短くなる心配が無い。

以上より、実施例１の制御によれば、記録材の坪量の設定を、間違えてしまった場合にも、励磁コイル６への投入電力を制限することで、定着ベルト１が設計温度を超える温度に晒されることがないようにすることが可能である。

また、励磁コイル６に投入する最大電力の設定は、表５に示すように、記録材のつぼ量だけでなく、画像形成装置Ｅの置かれている環境温度によっても決定することで、より正確な制御を行うことが可能である。画像形成に際して指定された記録材の種類に応じた電力値は、環境温度が低いほど大きくする。

実施例１の制御によれば、ユーザーが、記録材のつぼ量の設定を間違えた場合にも、定着ベルト１の、耐久寿命が低下することを防止することができる。

＜実施例２＞
図１８は実施例２の制御のフローチャートである。実施例２では、誘導加熱の投入電力が最大電力の設定値に達した状態で通紙部の温度が設計温度を割り込むと画像形成を中止する。

図２に示すように、実施例１では、記録材の坪量の設定を間違った場合であっても、定着ベルト１を設計温度を超えない範囲で使うことが可能である。しかし、実験３で説明したように、普通紙設定で厚紙を通紙すると、定着ベルト１の通紙部の温度が、トナー像の定着に必要な設計温度１５０℃を割り込んでしまうため、出力画像に定着不良が発生する可能性がある。

そこで、実施例２では、検出手段の一例である中央サーミスタＴＨ１は、定着ベルト１が記録材に接する搬送幅方向の範囲で定着ベルト１の温度を検出する。制御部１０２は、中央サーミスタＴＨ１による検出温度が所定値を割り込んで維持できない場合には、記録材カセット３１による記録材の給送を停止させる。

制御部１０２は、励磁コイル６の投入電力を、最大電力の設定値まで投入しても、定着ベルト１の測定温度が、設計温度にならない場合は、画像形成を停止する。このことで、定着ベルト１を耐熱限界温度を越えないで使うことができ、かつ十分にトナーを定着できない画像を作ることを防止することができる。

図１８に示すように、画像形成ジョブが入力されると、定着装置Ｅの立ち上げが実行される（Ｓ１０１）。制御部１０２は、指定された記録材と画像形成の情報を取得し（Ｓ１０２）、これらの情報にしたがって表１に示されるように各種設定を実行する（Ｓ１０３）。

制御部１０２は、画像形成を開始し（Ｓ１０４）、励磁コイル６の投入電力が最大値に達しなければ（Ｓ１０５のＹ）、画像形成を継続する（Ｓ１０６のＹ、Ｓ１０４）。制御部１０２は、プリント枚数の設定が終了すると（Ｓ１０６のＮ）、画像形成を終了する（Ｓ１０６）。

制御部１０２は、励磁コイル６の投入電力が最大値に達した状態で通紙部の温度が定着可能な下限の設計温度を下回ると（Ｓ１０５のＮ）、画像形成を中断する（Ｓ１１０）。

実施例２の制御によれば、ユーザーが、記録材のつぼ量の設定を間違えた場合にも、定着ベルト１の、耐久寿命が低下することを防止することができるとともに、通紙部の温度低下による出力画像の定着不良を防止できる。励磁コイル６の投入電力が一時的に最大値に達しただけで定着性能を十分に確保できている場合を除いて、定着性能を満たせない場合を確実に検出できる。オペレータに記録材カセット３１に収納された記録材の再確認を求めて、また、画像形成ジョブにおける記録材の設定の再確認を求めて、無駄な画像形成がされることを阻止できる。

１定着ベルト、２加圧ローラ、３圧力付与部材、４ステー
５磁気遮蔽コア、６励磁コイル、７ａ磁性体コア
８モールド部材、９ａバネ受け部材、９ｂステー加圧バネ
１０定着フランジ、１１外側磁性体コア、１２支持側板
２１感光ドラム、２３現像装置、２６中間転写ベルト
３１記録材カセット、３３レジストローラ
７０誘導加熱装置、７１コア移動機構、１０１電源装置
１０２制御部、１０３操作部
ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ画像形成部、ＴＨ１中央サーミスタ

Claims

磁束を生ずるコイルと、
前記コイルの磁束により加熱されつつ回転して、記録材に形成された画像を加熱する像加熱手段と、
前記像加熱手段の回転軸線方向における前記コイルから前記像加熱手段へ向かう磁束分布を調整する調整手段と、
前記像加熱手段の温度が予め設定した像加熱温度になるように前記コイルへの電力供給を制御する通電制御手段と、
記録材の坪量に関する情報が入力される入力部と、を有し、
通紙可能な最大サイズの記録材よりも前記回転軸線方向の長さが小さい記録材を通紙する際に、前記調整手段は、通紙領域を含む前記回転軸線方向の所定領域の磁束密度を前記所定領域外の磁束密度よりも大きくなるように磁束分布を調整可能である像加熱装置において、
前記調整手段を動作させているときの第一の坪量の記録材を通紙する際の前記通電制御手段による前記コイルに印加する最大電力値は、前記調整手段を動作させているときの前記第一の坪量よりも小さい第二の坪量の記録材を通紙する際の前記通電制御手段による前記コイルに印加する最大電力値よりも小さく設定する設定手段を有することを特徴とする像加熱装置。
記録材の坪量が大きいほど少ない単位時間当たり数量で前記像加熱手段へ記録材を通紙させる給送部を有し、
前記給送部は、前記コイルに印加する最大電力値が前記設定手段に設定された最大電力値に達すると前記像加熱手段への通紙を停止させることを特徴とする請求項１記載の像加熱装置。
前記最大電力値は、環境温度が低いほど大きく設定されることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の像加熱装置。
前記調整手段は、前記像加熱手段の前記回転軸線方向に配列して前記コイルの磁束をそれぞれの領域で前記像加熱手段に案内する複数個の磁性体コアと、前記複数個の磁性体コアを前記像加熱手段に対してそれぞれ接離する方向へ移動させるコア移動機構と、を有し、
前記コア移動機構は、前記所定領域に位置する前記磁性体コアを前記所定領域外に位置する前記磁性体コアよりも前記像加熱手段に近付けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の像加熱装置。
磁束を生ずるコイルと、
前記コイルの磁束により加熱されつつ回転して、記録材に形成された画像を加熱する像加熱手段と、
前記像加熱手段の回転軸線方向における前記コイルから前記像加熱手段へ向かう磁束分布を調整する調整手段と、
前記像加熱手段の温度が予め設定した像加熱温度になるように前記コイルへの電力供給を制御する通電制御手段と、
記録材の坪量に関する情報が入力される入力部と、を有し、
通紙可能な最大サイズの記録材よりも前記回転軸線方向の長さが小さい記録材を通紙する際に、前記調整手段は、通紙領域を含む前記回転軸線方向の所定領域の磁束密度を前記所定領域外の磁束密度よりも大きくなるように磁束分布を調整可能である像加熱装置において、
記録材の坪量が大きいほど少ない単位時間当たり数量で前記像加熱手段へ記録材を通紙させる給送部と、
前記調整手段を動作させているときの第一の坪量の記録材を通紙する際の前記通電制御手段による前記コイルに印加する最大電力値は、前記調整手段を動作させているときの前記第一の坪量よりも小さい第二の坪量の記録材を通紙する際の前記通電制御手段による前記コイルに印加する最大電力値と等しく設定する設定手段を有することを特徴とする像加熱装置。