JP2020052308A - 画像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱層が長手方向で電気的に分割された加熱回転体が、通電遮断素子が設けられる加熱回転体の長手方向の位置で破損した場合にも、通電を遮断することが可能な画像加熱装置を提供する。【解決手段】長手方向に分割された発熱層を備える筒状の回転体と、回転体に対向する対向体と、対向体と共にニップ部を形成するニップ部形成部材と、励磁コイルを備え、回転体の周方向に誘導電流を生じさせる磁場発生手段と、分割された発熱領域に破損が無く電気的に導通している場合、異常昇温を感知して励磁コイルへの通電を遮断する第１の素子と、分割された発熱領域に破損があり電気的に導通していない場合に、電磁誘導による電圧変化もしくは電流変化を生じるように設けられ、励磁コイルへの通電を遮断する第２の素子と、を有し、第１及び第２の素子は、回転体の長手方向に直交する同一断面内に設けられる。【選択図】図１１

Description

本発明は、電子写真方式等の画像形成装置に搭載される画像加熱装置として、電磁誘導加熱方式の画像加熱装置に関する。

従来の電磁誘導加熱方式の画像加熱装置として、筒状の加熱回転体の内部に励磁コイルと磁性コアを配置し、加熱回転体の回転軸方向に交番磁界を発生させ、加熱回転体の周回方向に発生する電流によって加熱回転体を発熱させるものがある（特許文献１）。

ここで、加熱回転体の発熱層（導電層）に何らかの破損が生じる場合があり（図２３（Ａ）に従来の長手全域に導電層を有する加熱回転体を用いた画像加熱装置の模式図を示す）、このとき、導電層に流れる電流は、クラックＣの端部Ｃ２で迂回して流れる。これにより、局所的に大きな発熱を発生させるところ、特許文献２では、発熱層が回転軸方向で電気的に分割され、クラック端部で電流が迂回して流れることを防止し、局所的に大きな発熱を発生させないように構成している（図２３（Ｂ））。

特開２０１４−０２６２６７号公報 特開２０１５−１１８２３２号公報

しかしながら、図２３（Ｂ）で、発熱層の破損が生じた領域「Ｚ４」の位置と、加熱回転体の異常昇温時に通電を遮断する通電遮断手段として機能する温度検知素子の位置が長手方向で同じ場合、温度検知素子は通電遮断手段として機能しなくなってしまう。すなわち、加熱回転体の長手方向で発熱層の破損が生じた領域と同じ位置の温度検知素子は、高温を検知できなくなる。

本発明の目的は、発熱層が長手方向で電気的に分割された加熱回転体が、通電遮断素子が設けられる加熱回転体の長手方向の位置で破損した場合にも、通電を遮断することが可能な画像加熱装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像加熱装置は、長手方向において電気的に分割された発熱領域として、それぞれが周方向の少なくとも一部領域に形成された発熱層を備える筒状の回転体と、前記回転体に対向する対向体と、前記対向体と共に、前記回転体を介してトナー画像を担持した記録材を挟持搬送するニップ部を形成するニップ部形成部材と、前記回転体に挿通され、前記回転体の回転軸方向に交番磁界を発生させる励磁コイルを備え、前記励磁コイルに交流電流を流すことで前記回転体の周方向に誘導電流を生じさせる磁場発生手段と、前記分割された発熱領域に破損が無く電気的に導通している場合に、前記回転体の異常昇温を感知して前記励磁コイルへの通電を遮断するために用いられる第１の素子と、前記分割された発熱領域に破損があり電気的に導通していない場合に、前記分割された発熱領域に破損が無く電気的に導通している場合に対し、電磁誘導による電圧変化もしくは電流変化を生じるように設けられ、前記励磁コイルへの通電を遮断するために用いられる第２の素子と、を有し、前記第１の素子と前記第２の素子は、前記回転体の長手方向に直交する同一断面内に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、発熱層が長手方向で電気的に分割された加熱回転体が、通電遮断素子が設けられる加熱回転体の長手方向の位置で破損した場合にも、通電を遮断することが可能な画像加熱装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る画像加熱装置を搭載した画像形成装置の全体構成を示す横断面図 実施形態に係る画像加熱装置の要部の横断側面図 実施形態に係る画像加熱装置の矢印Ｅ方向から見た要部の正面図 発熱パターンの説明図 コア周辺の磁界とスリーブ発熱パターンに誘導される誘導電流の概念図 サーミスタによる温度制御を説明する概念図 回転体にクラック等の破損Ｃが発生した場合を説明する概念図 温度検出素子が配置されている位置以外の場所に破損Ｃが発生した場合を説明する概念図 カレントトランス方式の電流センサの測定原理の説明図 第１の実施形態における電流監視センサの構成を示した断面図 周回電流によって磁束が発生することを表現した斜視図 定着スリーブの周方向に対して磁性コアを平行に配置した場合の斜視図 回転体の長手方向から見た電流監視センサの位置を示した断面図 第１の実施形態における電圧の波形を示した図 第２の実施形態における電流監視センサの構成を示した図 第２の実施形態における電圧の波形を示した図 第２の実施形態における電流監視センサの構成を示した図 第３の実施形態における電流監視センサの構成を示した図 第３の実施形態における電圧の波形を示した図 第４の実施形態における電流監視センサの構成を示した図 第４の実施形態における電圧の波形を示した図 第４の実施形態における電流監視センサの別の構成を示した図 発熱層が長手方向に分割されていない場合、発熱層が長手方向に分割されている場合のそれぞれについて、発熱パターンにクラックが生じたときの電流を示した模式図

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて説明する。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
まず、本発明の実施の形態に係る画像加熱装置を搭載した画像形成装置であるフルカラーレーザービームプリンタ（以下、プリンタ）１００について、図１に基づいて説明する。プリンタ１００の下部には、カセット３が引き出し可能に収納されている。カセット３は、記録材としてのシートＰを積載収容する。シートＰは分離ローラ３ａで１枚毎に分離され、レジストローラ４に給送される。

プリンタ１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色毎に対応する画像形成ステーション（以下、画像形成部）５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋを横一列に備えている。画像形成部５Ｙは、像担持体である感光ドラム６Ｙ、その感光ドラム６Ｙの表面を均一に帯電する帯電手段７Ｙを備えている。さらに、画像形成部５Ｙの下部には画像情報に基づいてレーザービームを照射して感光体ドラム６Ｙ上に静電潜像を形成するスキャナユニット８が配設されている。スキャナユニット８は感光ドラム６Ｙ上に静電潜像を形成し、静電潜像は現像手段９Ｙによってトナーを付着されトナー像となる。

トナー画像は、一次転写部１１Ｙにおいて中間転写ベルト１０に転写される。中間転写ベルト１０は矢印方向に回転駆動され、画像形成部５Ｍ、画像形成部５Ｃ、画像形成部５Ｋで同様の工程を経て、トナー像が重ね合わされる。重ねあわされたトナー像は、二次転写部１２でシートＰ上に転写され、画像加熱装置Ａを通過して固着画像となる。シートＰは、排出搬送部１３を通り、積載部１４に排出・積載される。

（画像加熱装置）
本発明の実施形態に係る画像加熱装置Ａは、電磁誘導加熱方式の定着装置である。図２は本実施形態の画像加熱装置Ａの要部の横断側面図、図３は矢印Ｅの方向から見た要部の正面図である。なお、図３において、定着スリーブ２０は長手方向の一部において、層構成を説明するために内部構造を展開して表現している。ここで、画像加熱装置Ａを構成する部材に関し、長手方向とは、記録材の搬送方向および記録材の厚さ方向に直交する方向である。

本実施形態において、定着スリーブ２０に形成された発熱パターン２０ｂは、図４（ａ）に示すように定着スリーブ２０の長手方向で電気的に分割された発熱パターンがリング状に形成されている。これにより、発熱パターン２０ｂは、電流の流れる方向を周方向（周回方向）に限定し、発熱パターンにクラックが生じたときに電流が迂回して流れることを防止することが出来る。その結果、電流が集中して局所的に大きな発熱量となってしまうという問題を回避出来る。

なお、発熱パターン２０ｂは、図４（ａ）のように電気的に分割する必要は必ずしも無く、図４（ｂ）に示すように２０ｂ−２によって一部繋がっていたとしても良い。このように、発熱パターン２０ｂは、長手方向において電気的に分割された発熱領域として、それぞれが周方向の少なくとも一部領域に形成された発熱層を備えるものであれば良い。

本実施形態においては、定着スリーブ２０の長手方向から見て、定着スリーブ２０を介して定着スリーブ２０の対向体としての加圧ローラ２０とニップ部形成部材としてのフィルムガイド２４の間でニップ部Ｎが形成される（図２）。そして、ニップ部Ｎでは、磁場発生手段による電磁誘導効果で定着スリーブ２０の周方向に誘導電流が生じることで発熱層が周方向に発熱し、ニップ部Ｎが加熱される。、これにより、画像形成部で形成された記録材上のトナー画像は固着画像として定着される。

磁場発生手段として、磁性コア２１は、定着スリーブ２０の軸方向（図中点線矢印Ｘの方向）に挿通されており、また励磁コイル２２は、磁性コア２３の外周に螺旋形状に巻き回して形成されている（螺旋軸はＸ軸に対して略平行）。励磁コイル２２に交流電流を流すことにより、励磁コイル２２は交番磁界を発生し、磁性コア２１はその磁力線（磁束）を定着スリーブ２０の内部に誘導し、磁力線の通路（磁路）を形成する役割がある。

このような本実施形態の画像加熱装置Ａでは、更に定着スリーブ２０の発熱層の導通監視手段としての電流監視センサ１と、定着スリーブ２０の異常昇温を感知して後述する励磁コイルへの通電を遮断するためのサーミスタ２を備える。サーミスタ２は、分割された発熱領域に破損が無く電気的に導通している場合に、定着スリーブ２０の異常昇温を感知して励磁コイルへの通電を遮断するために用いられる第１の素子として機能する。

また、後に詳述するが、電流監視センサ１は、分割された発熱領域に破損が無く電気的に導通しているか、分割された発熱領域に破損があり電気的に導通していないかを監視し、後述するように磁性コア１ａを備える。磁性コア１ａは、分割された発熱領域に破損があり電気的に導通していない場合に、電磁誘導による電圧変化もしくは電流変化を生じるように設けられ、励磁コイルへの通電を遮断するために用いられる第２の素子として機能する。

以下、より具体的に本実施形態に係る各部材について説明する。

（定着スリーブ）
本実施形態による定着スリーブ２０は、定着フィルムとして内径が３０ｍｍで長手方向の長さが２３５ｍｍの可撓性を有する円筒形部材（筒状の回転体）である。そして、厚み約６０μｍのポリイミド基層２０ａの上に、発熱層として厚み約５μｍの発熱パターン２０ｂを設ける。更に、厚み約２００μｍのシリコーンゴムやフッ素ゴム等からなる弾性層２０ｃと、最表層に厚み約１５μｍのＰＦＡ樹脂チューブの離型層２０ｄを設ける。

発熱パターン２０ｂに関し、各リングの長手方向の幅は約３ｍｍ、間隔は約０．１ｍｍで、定着スリーブ２０の長手方向の全域に形成されている。発熱パターン２０ｂの形成手段は、印刷、メッキ、スパッタリング、蒸着等の手段があり、本実施形態では銀インクをスクリーン印刷することで発熱パターン２０ｂが形成されている。また、発熱パターン２０ｂは、定着スリーブ２０の長手方向では電気的に分割されているものの、周方向では３６０°回転方向に電気的に接続されたリング形状に形成されている。

（加圧ローラ）
定着スリーブ２０に対向する対向体としての加圧ローラ２５は、芯金２５ａと、芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた弾性材層２５ｂとを備え、表層に離型層２５ｃを設けてある。弾性層２５ｂは、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性がよい材質が好ましい。

芯金２０５ａの長手方向の両端部の軸２５ｄは、軸受けを介して回転自由に保持させて配設してある。加圧用ステイ２３は加圧ローラ２５の方向に押す力を作用され、加圧用ステイ２３と接触するフィルムガイド２４は、加圧ローラ２５と共に定着スリーブ２０を挟んで圧接して定着ニップ部Ｎを形成している。図２において、加圧ローラ２５が不図示の駆動手段により図中時計方向に回転駆動されると、定着スリーブ２０の外面との摩擦力で定着スリーブ２０は矢印方向（反時計方向）に回転し、シートＰをニップ部Ｎで加熱しながら挟持搬送することが出来る。

なお、上述した加圧用ステイ２３の長手方向の両端部において、装置シャーシ側のバネ受け部材３０ａ、３０ｂとの間にそれぞれ加圧バネ３１ａ、３１ｂを縮設することで、総圧約１００Ｎ〜２５０Ｎ（約１０ｋｇｆ〜約２５ｋｇｆ）の押圧力を与えている。

（磁場発生手段）
定着スリーブ２０の中空部には、交番磁界の磁力線を誘導するための第１の磁性コアとして、直径１５ｍｍ、長手方向の長さ２５０ｍｍの円柱形状の磁性コア２１が挿通されている。磁性コア２１は、ヒステリシス損が小さく比透磁率の高い材料、例えば、焼成フェライト、フェライト樹脂等の高透磁率の軟磁性体で構成されている。

その磁性コア２１の外周には、耐熱性のポリアミドイミドで被覆した直径１〜２ｍｍの銅線材（単一導線）による励磁コイル２２が巻き回してある。 図２において、２３は非磁性ステンレス製の加圧用ステイ、２４は耐熱性樹脂ＰＰＳ等で構成されたフィルムガイド部材であり、フィルムガイド部材は上述したようにニップ部形成部材としても機能する。

（サーミスタ）
図２で、温度検知部材としてのサーミスタ２は、フィルムガイド２４に固定して設置され、定着スリーブ２０の内面に向かって延びているバネ弾性を有する支持部材としてのバネ板２ａと、このバネ板２ａの先端部に設置したサーミスタ素子２ｂを有している。サーミスタ素子２ｂが、定着スリーブ２０の内面にバネ板２ａのバネ弾性により押圧されて接触状態に保持され、定着スリーブ２０の内面温度を測定する。

サーミスタ２は、定着スリーブ２０の内部に設置されており（図３では点線で示す）、定着スリーブ２０の内面温度をＸ軸方向の中央部において監視している。そして、分割された発熱パターン２０ｂの導通を監視する導通監視手段としての電流監視センサ１と、定着スリーブ２０の温度を検知するサーミスタ２は、長手方向（Ｘ軸方向）において同一位置に配置されている。

（定着スリーブの加熱原理）
図５は、磁性コア２１周辺の磁界と発熱パターン２０ｂに誘導される誘導電流の概念図である。磁性コア２１は、定着スリーブ２０のＸ軸方向に磁力線の通路（磁路）を形成する。磁性コア２１には、螺旋状に形成した励磁コイル２２が、巻き数１５〜２５回程度で巻かれている。励磁コイル２２に矢印Ｉ１の向きに電流が増加している瞬間、磁性コア２１は、図中点線Ｂで示す磁力線を誘導する。この磁界の変化は、定着スリーブ２０の発熱パターン２０ｂに対し、誘導電流を流してジュール発熱させる。

発熱パターン２０ｂ−１は、多数配列している発熱パターン２０ｂのうちの１本を示している。発熱原理はファラデーの法則に従う。発熱パターン２０ｂ−１の回路の中に電流を流そうとする誘導起電力Ｖは、回路を垂直に貫く磁束の時間変化に比例する。誘導起電力Ｖを式に表現すると（１）のようになる。微小時間Δｔでの発熱パターン２０ｂ−１を垂直に貫く磁束の変化ΔΦ／Δｔと巻き数Ｎの積に比例する。

Ｖ：誘導起電力
Ｎ：コイル巻き数
ΔΦ／Δｔ：微小時間Δｔでの回路を垂直に貫く磁束の変化
この誘導起電力Ｖにより、発熱パターン２０ｂ−１が周方向（周回方向）に接続している場合には、電流が流れてジュール発熱する。一方、発熱パターン２０ｂ−１が周方向（周回方向）に接続していない場合には、電流が流れずジュール発熱は起こらない。

（加熱制御）
図６は、サーミスタ２による温度制御を説明する概念図である。リング状の発熱パターン２０ｂは、長手方向の全域に渡って配列されており、定着スリーブ２０の長手方向の全体が加熱される。サーミスタ２は、定着スリーブ２０の長手方向の中央部の温度を監視している。なお、本実施形態において、サーミスタ２は定着スリーブ２０の内部に設置しており、図６においては視認性を良くするためにサーミスタ２を定着スリーブ２０の外に図示している。サーミスタ２は温度検知部４０に接続され、検出された温度を基にエンジン制御部４１に温度情報を供給する。

エンジン制御部４１は、定着スリーブ２０に投入すべき電力を算出し、電力制御部４２を介して励磁回路４３から励磁コイル２２に高周波電流を供給する。これにより定着スリーブ２０の表面温度は、所定の目標温度（約１５０℃〜２００℃）に維持・調整される。

また、サーミスタ２は、分割された発熱領域に破損が無く電気的に導通している場合に、定着スリーブ２０の異常昇温を感知して励磁コイル２２への通電を遮断するために用いられる第１の素子としての通電遮断素子としても機能する。本実施形態では定着スリーブ２０の温度が所定の値（例えば２２０℃）以上を検知した場合、エンジン制御部４１において高温異常と判断し、定着スリーブ２０への電力投入を禁止し、画像形成動作を緊急停止する。

（定着スリーブ破損時の対応）
ここで、図７に示すように、定着スリーブ２０にクラック等の破損Ｃが発生した場合、発熱パターン２０ｂ−１はジュール発熱することが出来なくなる。その場合、サーミスタ２は、定着スリーブ２０の表面温度を所定の目標温度に維持・調整出来なくなるとともに、上述した通電遮断素子としても機能出来なくなる。

その際には、後述する導通監視手段としての電流監視センサ１が、電圧信号を検知結果比較部４４に送り、検知結果比較部４４は所定電圧以下を検出した場合に破損と判断して、エンジン制御部４１に破損検知信号を送信する。破損検知信号を受信したエンジン制御部４１は、定着電力投入を禁止し、画像形成動作を緊急停止する。

なお、図８に示すように、サーミスタ２と別の位置に破損Ｃが発生した場合、破損部は
他の部分に比べて低温になり画像不良が起きてしまう可能性がある。しかし、サーミスタ２によって定着スリーブ２０の表面温度は所定の目標温度に維持・調整することが出来るため、定着スリーブ２０への電力投入を禁止する必要はない。

（導通監視手段の詳細）
本実施形態における導通監視手段としての電流監視センサ１の原理について、詳細説明する。前述したように、発熱パターン２０ｂには誘導起電力による周回電流が流れる。誘導起電力は、上述した式のように励磁コイル２２によって発生される磁束Φの時間変化に比例する。そのため、誘導起電力Ｖは、励磁コイル２２に一般的な電流測定回路を直列に接続して測定すれば求めることができる。

一方、発熱パターン２０ｂに流れる周回電流は、電流測定回路を直列に接続して測定することが不可能である。そこで、非接触電流センサの一種であるカレントトランスによる電流検出の原理を応用する。図９は、カレントトランスによる電流検出の原理の説明図である。測定導体５０に流れる交番電流Ｉ３は、磁性コア５１内に磁束Φ１を発生させる。発生した磁束Φ１は、コイル５２に巻数比に応じた二次電流Ｉ４を誘導し、結果的に磁束Φ１を打ち消す方向の磁束Φ２を発生させる。

二次電流Ｉ４は、シャント抵抗５３の両端５４ａ、５４ｂに電圧を発生させる。この端子５４ａ、５４ｂ間の電圧は、測定導体に流れている交番電流Ｉ３に比例するので、端子５４ａ，５４ｂ間の電圧の測定に基づき、その電流（測定導体に流れている交番電流Ｉ３）が取得できる。

このように、本実施形態において、第２の素子としての磁性コア１ａは、発熱パターンの破損（断線）に伴う電磁誘導による電圧変化もしくは電流変化を生じるように設けられ、励磁コイル２２への通電を遮断するために用いられる。

次に、本実施形態における導通監視手段としての電流監視センサ１の具体的構成について詳細説明する。図１０は、本実施形態における導通監視手段としての電流監視センサの構成を示した断面図である。定着スリーブ２０の外側に、誘導加熱用の磁性コア２１（第１の磁性コア）とは異なるコの字型形状の導通監視用の磁性コア１ａ（第２の磁性コア）を配置する。

そして、磁性コア１ａに検知コイル１ｃを巻き回し、検知コイル１ｃの両端にシャント抵抗１ｄが接続されている。この構成は、図９のカレントトランス方式電流センサと比較すると磁性コアによる磁路が一部欠損しているだけで、原理的には同じである。

すなわち、導通監視手段としての電流監視センサ１は、誘導電流が形成される周方向の第１の断面に対し交差し、誘導電流の位置を取り囲む第２の断面において磁路を形成するように定着スリーブ２０の外側に磁性コア１ａを有する。そして、第２の断面に対し交差し、磁路の一部を取り囲む第３の断面において磁性コア１ａに巻きつけられる検知コイル１ｃを備える。そして、磁性コア１ａにおける長手方向の中心位置と、サーミスタ２の位置は、定着スリーブ２０の長手方向に直交する同一断面内に設けられる。

図１１は、定着スリーブ２０に流れる周回電流Ｉ２によって、磁性コア１ａで形成される磁路に磁束Φが発生することを表現した斜視図である。前述したカレントトランス方式電流センサの原理により、検知コイル１ｃには発生した磁束を打ち消すように検知コイル１ｃの巻数比に応じた交番電流が流れ、シャント抵抗１ｄの両端には電圧が発生する。この電圧は、定着スリーブ２０に流れる周回電流に比例するのでその電流量が判断できる。

磁性コア１ａにおける最も重要な構成要件は、定着スリーブ２０に流れる周回電流と磁性コア１ａの磁束の入口１ａｉｎ、出口１ａｏｕｔの位置関係である。磁束の入口１ａｉｎ、出口１ａｏｕｔには、検知コイル１ｃが巻かれておらず、磁気的に露出していることが必要である。また、磁束の入口１ａｉｎ、出口１ａｏｕｔは、監視対象の電流Ｉ２を挟んで対向する位置関係にすることが望ましい。

図１０で、発熱パターン２０ｂ−１の長手方向の幅Ｗ１と、磁性コア１ａの長手方向の幅Ｗ２は同程度であることが好ましい。本実施形態では、発熱パターン２０ｂ−１の幅Ｗ１を３ｍｍに設定しているのに対し、コアの幅Ｗ２を３ｍｍに設定し、コアの厚みは２ｍｍとし、高さｈは５ｍｍとしている。

また、検知コイル１ｃは巻き数５０回、シャント抵抗１ｄの大きさは１ｋΩとした。なお、図１２に示すように、定着スリーブ２０の周方向に対して磁性コア１ａを平行に配置すると、検知コイルにはほとんど電流が流れなくなってしまい、電流監視の機能を果たさない。

本実施形態における導通監視手段としての電流監視センサ１の役割は、サーミスタ２によって定着スリーブ２０の表面温度を検知している位置において、発熱パターンが正常か、破損しているかを判断することである。すなわち、発熱領域に破損が無く電気的に導通している場合か、発熱領域に破損があり電気的に導通していない場合かを判断することである。

従って、図１１に示すように、長手方向（軸Ｘ方向）のサーミスタ２の中心位置をＸ１とすると、磁束の入口１ａｉｎ、出口１ａｏｕｔは、サーミスタ２の中心位置Ｘ１を挟んで対向する位置関係にする必要がある。なお、Ｘ軸に垂直な方向すなわち定着スリーブ２０の周回方向には特に必要な条件はなく、電流監視センサ１は図１３の点線に示すように任意の周回方向に設置することが出来る。

（確認結果）
図１４（ａ）は、励磁コイル２２に対し、励磁回路４３から９０ｋＨｚの駆動電流を通電した際の駆動電圧の波形を表したもので、周期約１１μｓｅｃの矩形波電圧となっている。この電圧に伴って発生する交番磁界は、定着スリーブ２０の発熱パターンに誘導起電力を発生させる。図１４（ｂ）は、電流監視センサ１のシャント抵抗１ｄ（図１１）の両端にかかる電圧波形である。実線は定着スリーブ２０の発熱パターンに破損がない場合の電圧波形、点線は電流監視センサ１付近に定着スリーブ２０の発熱パターンに破損が生じている場合の電圧波形である。

シャント抵抗１ｄの両端にかかる電圧は、定着スリーブ２０の発熱パターンが周回方向に接続している場合（破損による断線がない場合）に比べて、破損による断線がある場合は３５％減少している。上記アナログ電圧信号は、検知結果比較部４４に送られる。検知結果比較部４４は、送られてきたアナログ信号を分析し、例えば不図示のメモリに記憶してある正常時の電圧値より２５％以上減少しているとき、破損による断線があると認識するようプログラムする。

以上説明したように、電流監視センサ１は、シャント抵抗１ｄの両端にかかる電圧を検知し、検知結果比較部４４によって、破損による断線がない場合の電圧値との差分を検出することにより、定着スリーブ２０の発熱パターンにおける破損の有無を判断する。検知結果比較部４４は、エンジン制御部に対して破損検知信号を送信することが出来る。その結果を受け、エンジン制御部４１は確実に定着スリーブ２０への電力の供給を停止することが出来る。

なお、本実施形態では、異常昇温を感知したときに電力供給を遮断する通電遮断素子（第１の素子）としてサーミスタ２を示したが、所定の温度でバイメタルが反転することにより電流を遮断することができる機構をもつサーモスイッチを用いることができる。あるいは、ペレットが溶融してスプリング機構が動作することで電流を遮断することができる温度ヒューズ等も用いることも出来る。

《第２の実施形態》
本発明の第２の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、定着スリーブ２０の内側に磁性コアを追加した点であり、より検知精度が向上する構成となる。以下、導通監視手段としての電流監視センサ１に関して詳述する。

図１５は、本実施形態における電流監視センサ１の構成を示した図である。定着スリーブ２０の内側に磁性コア１ｆが配置してある。その他の磁性コア１ａ、検知コイル１ｃ、シャント抵抗１ｄ等の構成は、第１の実施形態と同一である。カレントトランス方式電流センサと比較すると、第１の実施形態と同じように、本実施形態の構成は磁路が一部欠損している構成となっている。しかし、第１の実施形態に比べて磁性コアによる磁路の欠損が小さく、よりカレントトランス方式電流センサの磁路に近づいた構成となっている。

これにより、電流監視センサ１は、周回電流Ｉ２に起因する磁束Φの変化をより確実に捉えることが可能となる。

（確認結果）
図１６は、本実施形態の電流監視センサ１のシャント抵抗１ｄの両端にかかる電圧波形を表したものである。実線は、定着スリーブ２０の発熱パターンに破損がない場合の電圧波形、点線は破損が生じている場合を表している。破損が生じている場合には、電流が流れず電流監視センサ１の信号は小さくなり、電圧値が４５％減少している。

以上、定着スリーブ２０の内側に磁性コアを追加して、磁性コアによる磁路の欠損が小さい構成にすることによって検知精度を向上させ、信頼性を高めることが出来る。

以上、本実施形態では、第１の実施形態と同様に電流監視センサ１として、磁性コアを有するカレントトランス方式電流センサの原理を応用した例を説明した。なお、原理的には、図１７に示すように、磁性コア１ａおよび検知コイル１ｄと、磁性コア１ｆとを、図１５の構成に対し、定着スリーブ２０の外側と内側とで入れ替えても良い。

《第３の実施形態》
本実施形態が、第１の実施形態、第２の実施形態と異なる点は、磁性コア１ａを囲い込む磁気シールド部材としての磁気シールド１ｇを追加した点である。本構成は、より検知精度が向上する構成である。以下、本実施形態の電流監視センサ１に関して詳述する。

図１８は、第２の実施形態を基にした本実施形態における電流監視装置の構成を示した図である。図１８（ａ）は断面図、図１８（ｂ）は斜視図となっている。磁気シールド１ｇは、磁性コア１ａ、検知コイル１ｃを囲い込むように配置してあり、磁束の入口１ａｉｎ、１ａｏｕｔ側を開口部とし、磁束Φの入射を妨げないようにしている。また、磁気シールド１ｇは図中上面側の開口部１ｈを持ち、検知コイル１ｃから配線を導き出している。その他の磁性コア１ａ、１ｆ、検知コイル１ｃ、シャント抵抗１ｄ等は、第２の実施形態と同一である。

磁気シールド１ｇの材質は、導電性部材としてのアルミ・銅など低抵抗の金属で構成することが望ましく、厚みは１ｍｍ以上が好ましい。磁気シールド１ｇは、電流監視センサ１の磁束の入口１ａｉｎ、出口１ａｏｕｔ以外から入射するノイズを抑制することが出来る。従って、本構成は周回電流Ｉ２に起因する磁束Φの変化をより確実に捉えることが可能となり、定着スリーブ２０の発熱パターンに破損がない場合と、破損が生じている場合の電圧波形との差は大きくなる。

（確認結果）
図１９は、本実施形態の電流監視センサ１のシャント抵抗１ｄの両端にかかる電圧波形を表したものである。実線は定着スリーブ２０の発熱パターンに破損がない場合の電圧波形、点線は電流監視センサ１付近に定着スリーブ２０の発熱パターンに破損が生じている場合の電圧波形である。破損が生じている場合には、電流が流れず電流監視装置１の信号は小さくなり、電圧値が５５％減少している。

以上、磁性コアを囲い込む磁気シールドは、電流監視センサの開口部以外のところから磁束が磁性コア１ａに入らなくする構成にすることによって、より検知精度を向上させ、信頼性を高めることが出来る。本実施形態は、磁気シールドとして、導電体を用いて電磁波を反射・吸収・多重反射することにより電磁波エネルギーを減衰させるものである。なお、強磁性体を用いて磁束を吸収することによって磁界を遮蔽する場合にも同様の効果を発揮する。その場合は、磁気シールド１ｇの材質は、フェライト、パーマロイ、ケイ素鋼等の軟磁性金属の材料が望ましい。

《第４の実施形態》
本実施形態は、第１乃至第３の実施形態と発熱パターンの破損判断手段が異なる。その他、定着スリーブ、サーミスタ、定着器の主要部品の構成は上述した実施形態と同様である。

以下、本実施形態における破損判断手段に関し、図２０を用いて詳述する。励磁コア２１の周囲には、誘導電流検出コイル（以下、検知コイル）６０ａ、６０ｂがそれぞれ１巻きだけ（各１ターン）巻きつけられている。各検知コイル６０ａ、６０ｂの巻き位置は、サーミスタ２と一致する位置に検知コイル６０ｂが巻かれており、磁性コア２１の長手方向の中央位置に対して左右対称の位置に検知コイル６０ａが配置されている。

検知コイル６０ｂの一端はグランドに接続されており、もう片方の一端は検知コイル６０ａと直列になるように接続されている（以降、この直列に接続されたコイルを検知コイル６０ａ−ｂと表記する）。さらに特徴として、検知コイル６０ａ−ｂは、検知コイル６０ａと検知コイル６０ｂに関し、発生した電圧が打ち消し合う向きに直列に接続されている。検知コイルの６０ａのもう一端はＩ−Ｖ変換回路４５に接続されており、検知結果比較部４４に入力される。

検知結果比較部４４は、送られてきた信号を分析し、例えば不図示のメモリに記憶してある正常時の電圧波形と異なると判断した場合、定着スリーブ２０の破損と判断する。その場合、検知結果比較部４４は破損検知信号をエンジン制御部に送信し、エンジン制御部４１は定着スリーブ２０への電力の供給を停止する。

図２１（Ａ）は、定着スリーブ２０の発熱パターンに破損がない場合の励磁コイル２２に駆動電流を通電した時の電流波形Ｉ１と、検知コイル６０ａに流れる誘導電流波形Ｉａ、検知コイル６０ｂに流れる誘導電流波形Ｉｂを示す。更に、検知コイル６０ａ−ｂに流れる誘導電流波形（Ｉａ＋Ｉｂ合成波形）を示す。図２１（Ｂ）は、定着スリーブ２０の長手方向でサーミスタ２と同一位置である検知コイル６０ｂの巻き位置近辺に定着スリーブ２０の発熱パターンに破損が生じている場合の各電流波形を表している。

図２１（Ａ）で、励磁コイル２２に駆動電流Ｉ１が流れると、検知コイル６０ａには誘導電流Ｉａが発生する。同様に、６０ａと対象位置に反対方向に巻かれた検知コイル６０ｂには、Ｉａと振幅が同じで電流の向きが反転した誘導電流Ｉｂが発生する。検知コイル６０ａと６０ｂは直列に接続されている為、検知コイル６０ａ及び６０ｂに流れる電流は、うち消されＩａ＋Ｉｂ合成電流はほぼ０となる。

一方、図２１（Ｂ）において、Ｃ部に定着スリーブ２０の発熱パターンに破損が生じている場合、検知コイル６０ｂに発生する誘導電流Ｉｂは振幅が大きくなる。これは、定着スリーブ２０の周回方向の抵抗値が実質的に上がった為、磁束により誘導される定着スリーブ２０の周回電流量が減った分、検知コイル６０ｂ側に誘導される電流量の割合が増える為である。結果として、誘導電流Ｉａ及び誘導電流Ｉｂに流れる電流は打ち消し合うことはできず、Ｉａ＋Ｉｂ合成電流は破損量に応じた振幅量を持った電流が流れる。

その電流は、Ｉ−Ｖ変換回路４５によって電圧に変換され、検知結果比較部４４によって所定閾値以上であるか否かを判断する。以上、本実施形態では、励磁コア２１の周囲に巻き回した検知コイル６０ｂ側で、定着スリーブ２０の周回電流量が減った分、検知コイル６０ｂ側に誘導される電流量の割合が増えることを利用して破損を検知することが出来る。

本実施形態において、検知コイル６０ｂと６０ａを左右対称の位置に配置した目的は、誘導電流Ｉａを基準として差し引くことで、誘導電流Ｉｂの電流の増加分を検出し易くすることである。よって、（Ａ）定着スリーブ２０の発熱パターンに破損が無い場合において、誘導電流Ｉａと誘導電流Ｉｂの電流波形が良く似ていることが好ましい。（Ｂ）定着スリーブ２０の発熱パターンに破損が生じている場合において、誘導電流Ｉｂの電流変化が大きく取れる場合には、必ずしも検知コイル６０ｂと６０ａを左右対称の位置に配置する必要は無い。

その場合には、検知コイル６０ｂは変えずに、検知コイル６０ａを変えて、図２２の検知コイル６０ｃのように、励磁コア２１の全体に巻き回すような構成にすることも出来る。

１・・電流監視センサ、１ａ・・磁性コア、２・・サーミスタ、２０・・定着スリーブ、２２・・励磁コイル、２４・・フィルムガイド部材、２５・・加圧ローラ、Ｎ・・ニップ部

Claims (10)

1. 長手方向において電気的に分割された発熱領域として、それぞれが周方向の少なくとも一部領域に形成された発熱層を備える筒状の回転体と、
   前記回転体に対向する対向体と、
   前記対向体と共に、前記回転体を介してトナー画像を担持した記録材を挟持搬送するニップ部を形成するニップ部形成部材と、
   前記回転体に挿通され、前記回転体の回転軸方向に交番磁界を発生させる励磁コイルを備え、前記励磁コイルに交流電流を流すことで前記回転体の周方向に誘導電流を生じさせる磁場発生手段と、
   前記分割された発熱領域に破損が無く電気的に導通している場合に、前記回転体の異常昇温を感知して前記励磁コイルへの通電を遮断するために用いられる第１の素子と、
   前記分割された発熱領域に破損があり電気的に導通していない場合に、前記分割された発熱領域に破損が無く電気的に導通している場合に対し、電磁誘導による電圧変化もしくは電流変化を生じるように設けられ、前記励磁コイルへの通電を遮断するために用いられる第２の素子と、
   を有し、
   前記第１の素子と前記第２の素子は、前記回転体の長手方向に直交する同一断面内に設けられることを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記第２の素子は、前記誘導電流が形成される前記周方向の第１の断面に対し交差し、前記誘導電流の位置を取り囲む第２の断面において磁路を形成するように前記回転体の外側に設けられ、前記長手方向において中心位置が前記第１の素子の位置に一致する磁性コアであり、
   前記第２の断面に対し交差し、前記磁路の一部を取り囲む第３の断面において前記磁性コアに巻きつけられる検知コイルを備えることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記磁性コアの少なくとも一部を取り囲む磁気シールド部材を備えることを特徴とする請求項２に記載の画像加熱装置。
4. 前記第２の素子は、前記誘導電流が形成される前記周方向の第１の断面に対し交差し、前記誘導電流の位置を取り囲む第２の断面において磁路を形成するように前記回転体の外側に設けられ、前記長手方向において中心位置が前記第１の素子の位置に一致する第１の磁性コアであり、
   前記磁路を形成するように前記回転体の内側に設けられる第２の磁性コアと、
   前記第２の断面に対し交差し、前記磁路の一部を取り囲む第３の断面において前記磁性コアに巻きつけられる検知コイルを備えることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
5. 前記第１の磁性コアの少なくとも一部を取り囲む磁気シールド部材を備えることを特徴とする請求項４に記載の画像加熱装置。
6. 前記磁気シールド部材は導電性部材または軟磁性金属であることを特徴とする請求項３または５に記載の画像加熱装置。
7. 前記第２の素子は、前記励磁コイルの外側に所定の巻き数だけ巻き回された第１の検知コイルであり、
   前記回転体の長手方向の中心位置に関し、前記第１の検知コイルと対称な位置に前記の励磁コイルの外側に所定の巻き数だけ巻き回された第２の検知コイルを備えることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
8. 前記第１の検知コイルおよび前記第２の検知コイルは、それぞれ１巻きだけ巻き回されていることを特徴とする請求項７に記載の画像加熱装置。
9. 前記第１の素子はサーミスタであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
10. 前記励磁コイルが巻きつけられる磁性コアを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像加熱装置。