JP3706761B2 - 像加熱装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複写機等の画像形成装置においてトナー像などの加熱溶融性粉体像（顕画剤像）を用紙に加熱定着させる定着装置等として用いられる電磁誘導加熱方式の像加熱装置に関する。
【０００２】
特に、平面型の加熱コイル（誘導加熱コイル）に電力を供給して加熱対象物を誘導加熱する誘導加熱装置に関する。
【０００３】
【０００４】
【従来の技術】
面状対象物を誘導加熱する方法、及び加熱コイル形状は各種考案されている。この様な中で平面型加熱コイル形状は面状の加熱対象物に対する加熱コイルの相対している面積が広く取れるため比較的高い加熱効率を示す。
【０００５】
図６・図７にそのような誘導加熱装置の一例を示した。本例の該装置は誘導加熱方式・フィルム加熱方式の画像加熱定着装置であり、図６の（ａ）と（ｂ）は該装置の要部の横断側面模型図と縦断正面模型図、図７の（ａ）は平面型・長円形状の加熱コイルの平面模型図である。
【０００６】
図において、１１は加熱対象物（ヒータ、加熱体）としての磁性体からなる誘導発熱部材であり、例えば横長平板状の薄肉の鉄板である。１２はこの加熱対象物１１を固定保持させた耐熱性の保持部材、１３は耐熱性の薄肉フィルム（以下、定着フィルムと記す）、１４は弾性加圧ローラである。
【０００７】
弾性加圧ローラ１４は、保持部材１２に固定保持させた加熱対象物１１の下面に定着フィルム１３を挟んで所定のニップ幅の加熱ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成させて弾性に抗して圧接させてある。
【０００８】
１は平面型・長円形状の加熱コイルであり、保持部材１２に固定保持させた加熱対象物１１の定着ニップ部Ｎ側とは反対側である加熱対象物上面側に加熱対象物１１に対面させて固定保持させて配設してある。この平面型・長円形状の加熱コイル１の長さ寸法・幅寸法は加熱対象物１１の長さ寸法・幅寸法とほぼ同じである。
【０００９】
加熱コイル１に不図示の励磁回路から高周波電流（高周波交流電力、加熱用誘導電流）が供給されることで交流磁界（交番磁束）が発生し、その交流磁界が磁性体からなる誘導発熱部材である加熱対象物１１に作用することで、加熱対象物１１に誘導電流が誘起されて該加熱対象物１１が誘導加熱により発熱（渦電流損によるジュール熱）して昇温する。
【００１０】
該加熱対象物１１の昇温が不図示の測温素子（温度検出素子）で検出され、その測温温度が所定の定着温度に維持されるように不図示の温調系により励磁回路から加熱コイル１への電力供給が制御されて加熱対象物１１の温調がなされる。
【００１１】
定着フィルム１３は円筒状あるいはエンドレスベルト状もしくはロール巻きの有端ウエブ状の部材であり、不図示の駆動手段あるいは加圧ローラ１４の回転駆動力により定着ニップ部Ｎにおいて加熱対象物１１の下面に密着して摺動しつつ矢印の方向に搬送移動される。
【００１２】
加熱対象物１１を所定の温度に誘導加熱状態にさせ、また定着フィルム１３を矢印の方向に搬送移動させた状態において、定着ニップ部Ｎの定着フィルム１３と加圧ローラ１４との間に未定着トナー画像ｔを形成担持させた記録材Ｐを導入すると、記録材Ｐは定着フィルム１３の面に密着して該定着フィルム１３と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送される。
【００１３】
この定着ニップ部Ｎにおいて、記録材Ｐ・トナー像ｔが加熱対象物１１により定着フィルム１３を介して加熱されて記録材Ｐ上のトナー像ｔが加熱定着される。
【００１４】
定着ニップ部Ｎを通った記録材部分は定着フィルム１３の面から曲率剥離して搬送される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように平面型の加熱コイル形状は面状加熱対象物１１に対する加熱コイル１の相対している面積が広く取れるため比較的高い加熱効率を示し、上記の様なコイル形状を用いることで加熱コイル１の長手方向中央部分に対応する加熱対象物部分は発熱分布が比較的均一になるが、加熱コイル１の長手方向両端部は磁界の分布が均一とならないためこの加熱コイル１の長手方向両端部に対応する加熱対象物部分、即ち加熱対象物の長手方向両端部は異常発熱を引き起こしたり、又加熱部分の両端部に当たるため、図７の（ｂ）のように、熱がその外側に逃げてしまう低温部分になっていることが多かった。
【００１６】
そこで本発明はこの種の電磁誘導加熱方式の像加熱装置について、加熱体の長手方向の温度均一性（発熱分布の均一性）を向上させることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする像加熱装置である。
【００１８】
記録材上の像を加熱する加熱体と、前記加熱体の長手方向に長円形状に巻かれ、前記加熱体の長手方向に沿って面状に配置されることで前記加熱体に渦電流を生じさせる主加熱コイルと、前記主加熱コイルの長手方向端部に重ねて配置され、前記加熱体に渦電流を生じさせる補助加熱コイルと、を有する像加熱装置において、前記主加熱コイルに印加する高周波電流に対する前記補助加熱コイルに印加する高周波電流の位相差を変化させる移相回路を有し、前記位相差を変化させることで前記加熱体の前記主加熱コイルと前記補助加 熱コイルが重なる領域に対向する領域の発熱量を変化させることを特徴とする像加熱装置。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
すなわち、加熱体の長手方向に配置される主加熱コイルと、この主加熱コイルの端部に重ねるように補助加熱コイルを配置する構成にし、主加熱コイルに印加する高周波電流に対する補助加熱コイルに印加する高周波電流の位相差を変化させる移相回路を設け、位相差を変化させることで加熱体の主加熱コイルと補助加熱コイルが重なる領域に対向する領域の発熱量を変化させる構成となっているため、コイル隣接部での温度ムラの発生を防止しつつ、加熱体の端部（主加熱コイルと補助加熱コイルとが重なっている領域）の発熱量を増加及び減少することができる。
【００２５】
より具体的には、平面型加熱コイルとしての長円形の加熱コイルの両端部側の巻線折り返し部に同軸上に補助加熱コイルを設け、主の加熱コイルの長手方向中央部に対応する加熱対象物の長手方向中央部の温度と、主の加熱コイルの長手方向両端部に対応する加熱対象物の長手方向両端部の温度の温度差に応じて補助加熱コイルの印加電力波形の位相をずらして給電する事で、加熱対象物の長手方向中央部と両端部の発熱量を任意に可変する構成が実現でき、この種の誘導加熱装置について、発熱部である加熱対象物の長手方向の温度均一性（発熱分布の均一性）を大幅に向上させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１〜３に本発明に従う像加熱装置の一例を示した。本例の装置は誘導加熱方式・フィルム加熱方式の画像加熱定着装置であり、図１の（ａ）と（ｂ）は該装置の要部の横断側面模型図と縦断正面模型図、図２の（ａ）は平面型・長円形状の加熱コイルの平面模型図、図３は制御系のブロック図である。
【００２７】
前述した図６・図７の画像加熱定着装置と共通する構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００２８】
（１）装置構成
平面状の磁性体からなる加熱対象物（加熱体）１１に対して全体的に対面して誘導電流を誘起する長円形状の加熱コイル（誘導加熱コイル）１を主の加熱コイルとしたとき、２と３はこの主加熱コイル１の長手方向両端部にそれぞれ配設した補助の加熱コイル（誘導加熱コイル）であり、主加熱コイル１による、加熱対象物１１の長手方向の温度分布を補正するための加熱コイルである。
【００２９】
平面状の加熱対象物１１を効率よく加熱するために主加熱コイル１は細長い形状となっている。そして主加熱コイル１の長手両端部の各巻線折り返し点（両端中心部）と折り重なる位置に、上記の補助加熱コイル２及び３が配置される。図１の（ａ）と（ｂ）に示すように、鉄板等からなる加熱対象物１１に相対して主加熱コイル１が配置され その主加熱コイル１の長手方向両端部側に対して絶縁板１０を挟んでそれぞれ補助加熱コイル２及び３を配置する。この絶縁板１０は主加熱コイル１と補助加熱コイル２・３間の電位差が大きく絶縁被覆のみでは耐電圧が保たないときに追加する。また図中には明記していないが主加熱コイル１と加熱対象物１１の間も安全規格上で要求される絶縁物等による絶縁などが施されている。
【００３０】
（２）制御系の構成
図３において、４は主加熱コイル１に加熱電力を供給するための主誘導加熱電源、５は主誘導加熱電源４の出力電圧波形を取り込んでその波形に対して外部制御入力に応じて位相を変えて出力する移相回路、６は移相回路５の出力波形を増幅して補助加熱コイル２・３に電力を供給する補助加熱電源である。
【００３１】
ＴＨｌは第１の測温素子（サーミスタ等の温度検出素子）、７はこの第１の測温素子ＴＨ１からの測温出力が入力する第１の温度検出回路である。この第１の測温素子ＴＨｌと第１の温度検出回路７とで、加熱部中央（加熱対象物１１の長手方向中央）の温度を検出する中央部温度測定回路が構成される。
【００３２】
ＴＨ２は第２の測温素子、８はこの第２の測温素子ＴＨ２からの測温出力が入力する第２の温度検出回路である。この第２の測温素子ＴＨ２と第２の温度検出回路８とで、加熱部端部（加熱対象物１１の長手方向端部）の温度を検出する端部温度測定回路が構成される。
【００３３】
９は温度差検出回路であり、中央部温度測定回路ＴＨ１・７で測定される加熱部中央部温度と、端部温度測定回路ＴＨ２・８で測定される端部温度の差分を検出して前記移相回路５の制御電圧を発生する。
【００３４】
（３）制御動作
主誘導加熱電源４に加熱指令信号が送られることで、この主誘導加熱電源４の出力端子に周波数２０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ程度の高周波交流電力が発生する。この交流電力が主加熱コイル１に印加され主加熱コイル１は交流磁界を発生する。この時主加熱コイル１に印加する交流電力は加熱対象物１１により変化するが、通常２００〜３００Ｗから数ＫＷ程度である。
【００３５】
前記主加熱コイル１に印加された交流電力により発生した交流磁界が加熱対象物１１の中に渦電流を発生させる。その渦電流の電流により加熱対象物内にジュール熱が発生する事で加熱対象物自らが発熱する。
【００３６】
この電磁誘導作用により加熱対象物１１が発熱し加熱対象物の温度が上昇していく。
【００３７】
ここで、前記の中央部温度測定回路ＴＨ１・７により加熱対象物１１の長手方向中央部の温度上昇が随時監視され、その測温出力が主誘導加熱電源４にフィードバックされる。
【００３８】
主誘導加熱電源４は設定目標温度と入力する上記の測温出力（検出温度）を比較し設定目標温度に測温出力が近づくと印加高周波電力を低下させるような比例制御等や通称ＰＩＤ制御と言われる制御方式を用い加熱対象物長手方向中央部近辺の温度を一定に保つように作動する。
【００３９】
そして、前記の端部温度測定回路ＴＨ２・８により加熱対象物１１の端部温度上昇が随時監視され、その測温出力と、中央部温度測定回路ＴＨ１・７の測温出力とが温度差検出回路９に入力することで、この温度差検出回路９から加熱対象物１１の中央部と端部の温度差に応じた制御値が出力されて移相回路５に入力される。
【００４０】
移相回路５には主誘導加熱電源４によって発生した主加熱コイル１に印加されている交流電圧波形が入力されていて、その主加熱コイル印加電圧波形に比例した電圧波形を前記温度差検出回路９の出力に応じて位相を可変して補助加熱電源６に入力する。
【００４１】
補助加熱電源６は移相回路５の出力電圧波形に比例した高周波電力波形を発生して補助加熱コイル２及び３に印加する事で加熱コイル１・２・３全体としての温度補正を行う。
【００４２】
この様な構成を取ることにより、加熱立ち上げ時などは、加熱部の主加熱コイル長手中央部に対応する部分に比べて、両端部の発熱が逃げやすいため図２の（ｂ）の主加熱コイル発熱分布に示すように両端部の温度上昇がどうしても遅れ、中央温度検出部に比べ端部測温素子による検出温度か低いので移相回路５では補助加熱電源６に出力する電圧波形の位相を進めることで補助加熱コイル２・３に印加する電力波形の移相を進め、結果として、図２の（ｂ）の補助加熱コイル２・３の発熱分布を主加熱コイル発熱分布に合わせて両端部に印加する電力を増大させ両端部から逃げていく熱量分を補い、図２の（ｂ）の破線で示す加熱コイル１・２・３全域に渡って均一に発熱させることが可能になる。
【００４３】
又定常発熱時などは中央部が比較的熱が奪われやすいのに対して両端部は立ち上げ時とは逆に発熱が奪われにくいため、温度分布は中央部が低く、両端部が高くなりやすいが、この時は中央部温度測定回路ＴＨ１・７の測定温度に対して端部温度測定回路ＴＨ２・８の測定温度が高いため、移相回路５の出力は主誘導加熱電源４に対して電力波形の移相が遅れた波形を発生し、主加熱コイル両端部の発生電力を補助加熱コイル２及び３が吸収するため加熱コイル中央部に対して両端部の印加電力が低下し発熱量も低下するので加熱対象物１１の発熱分布を主加熱コイル１の長全域に渡って均一に出来る。
【００４４】
（４）制御系の他の構成例
図４は制御系の他の実施例である。この回路では移相回路５の入力基準信号として主加熱コイル１に流れている高周波電流波形を使用するために電流検出コイル１５を追加したものである。その他の回路構成は前述の図３の制御系の回路構成と同様である。
【００４５】
この様に主加熱コイル１に流れている電流波形を移相回路５の基準信号として用いることで、主誘導加熱電源４の出力電力に比例した主加熱コイル電流波形が移相回路５の基準信号となり 主加熱コイル１の印加電力に比例した振幅の基準信号が移相回路５に入力される。
【００４６】
この構成により移相回路５の出力電圧波形振幅は、主加熱コイル電力に比例するので、補助加熱電源６の出力が印加される補助加熱コイル２及び３の加熱コイル電力を主加熱コイル電力に比例させる制御が出来る。
【００４７】
そのため主加熱コイル制御系の電力制御に対して補助加熱コイル系の制御も追従させることが簡単に実現できるため温度安定度が向上できる。
【００４８】
（５）画像形成装置例
図５は上記例の誘導加熱装置を画像加熱定着装置として具備させた画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザビームプリンタである。
【００４９】
２１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光体ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。
【００５０】
感光体ドラム２１はその回転過程において、まず、帯電装置としての帯電ローラ２２によって所定の極性・電位に一様に帯電される。
【００５１】
次に、露光装置としてのレーザ光学系（レーザスキャナ）２３による、目的の画像情報パターンに対応したレーザビーム走査露光Ｌを受ける。これにより感光体ドラム２１面に目的の画像情報パターンに対応した静電潜像が形成される。
【００５２】
感光体ドラム２１面に形成された静電潜像は現像装置２４でトナー現像されて可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法等が用いられ、イメージ露光と反転現像との組み合わせで用いられることが多い。
【００５３】
感光体ドラム２１面に形成されたトナー像は、感光体ドラム２１と転写ローラ２５とで形成される転写ニップ部２６において、給紙部２７から該転写ニップ部２６に所定の制御タイミングにて給送された記録材（転写材）Ｐに対して順次に転写される。感光体ドラム２１上のトナー像は転写ローラ２５にトナーの帯電極性とは逆の極性の電圧が印加されることで紙Ｐ上に順次に転写される。
【００５４】
本例の画像形成装置において給紙部２７はカセット給紙部であり、給紙カセット内に積載収納させた記録材Ｐが給紙ローラ２８と不図示の１枚分離部材とによって１枚分離給送され、搬送ローラ対２９、トップセンサー３０を含むシートパス３１を通って転写ニップ部２６に所定の制御タイミングにて給送される。
【００５５】
カセット給紙部２７からシートパス３１を通って転写ニップ部２６に給送される記録材Ｐはシートパス３１の途中に設けたトップセンサー３０で先端が認識され、これに同期して感光体ドラム２１上に画像が形成される。
【００５６】
転写ニップ部２６にてトナー像の転写を受けた記録材Ｐは感光体ドラム２１面から順次に分離されてガイド３３を通って定着装置３４へ搬送され、該定着装置でトナー像の加熱定着処理を受ける。定着装置３４は上記例の誘導加熱方式・フィルム加熱方式の加熱装置である。
【００５７】
定着装置３４をでた画像定着済みの記録材Ｐは搬送ローラ対３５を含むシートパス３６を通って排出ローラ対３７で排紙トレイ部３８に排出される。
【００５８】
一方、記録材Ｐに対するトナー像転写後（紙分離後）に感光体ドラム２１上に残留する転写残留トナーや紙粉等の汚染付着物はクリーナー３２により感光体ドラム２１表面より除去され、表面清掃された感光体ドラム２１は繰り返して作像に供される。
【００５９】
本発明の像加熱装置は実施形態例の画像加熱定着装置にかぎらず、画像を担持した記録材を加熱して艶等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着する加熱装置等の像加熱装置として使用できる。
【００６０】
画像形成装置に関して、記録材に対する顕画剤像の形成原理・プロセスは任意である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、加熱体の長手方向に配置される主加熱コイルと、この主加熱コイルの端部に重ねるように補助加熱コイルを配置する構成にし、主加熱コイルに印加する高周波電流に対する補助加熱コイルに印加する高周波電流の位相差を変化させる移相回路を設け、位相差を変化させることで加熱体の主加熱コイルと補助加熱コイルが重なる領域に対向する領域の発熱量を変化させる構成となっているため、加熱体の端部（主加熱コイルと補助加熱コイルとが重なっている領域）の発熱量を増加及び減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）と（ｂ）は実施形態例の誘導加熱装置（画像加熱定着装置）の要部の横断側面模型図と縦断正面模型図
【図２】 （ａ）は平面型・長円形状の加熱コイルの平面模型図、（ｂ）は加熱対象物長手方向の発熱（温度）分布図
【図３】 制御系のブロック図
【図４】 他の制御系のブロック図
【図５】 画像形成装置例の概略構成図
【図６】 （ａ）と（ｂ）は従来例の誘導加熱装置（画像加熱定着装置）の要部の横断側面模型図と縦断正面模型図
【図７】 （ａ）は平面型・長円形状の加熱コイルの平面模型図、（ｂ）は加熱対象物長手方向の発熱（温度）分布図
【符号の説明】
１・・主加熱コイル、２，３・・補助加熱コイル、４・・主誘導加熱電源、５・・移相回路、６・・補助誘導加熱電源、７，８・・温度検出回路、９・・温度差検出回路、１０・・絶縁体、１１・・加熱対象物（誘導発熱部材）、１２・・加熱対象物保持部材、１３・・定着フィルム、１４・・弾性加圧ローラ、ＴＨ１，ＴＨ２・・測温素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複写機等の画像形成装置においてトナー像などの加熱溶融性粉体像（顕画剤像）を用紙に加熱定着させる定着装置等として用いられる電磁誘導加熱方式の像加熱装置に関する。
【０００２】
特に、平面型の加熱コイル（誘導加熱コイル）に電力を供給して加熱対象物を誘導加熱する誘導加熱装置に関する。
【０００３】
【０００４】
【従来の技術】
面状対象物を誘導加熱する方法、及び加熱コイル形状は各種考案されている。この様な中で平面型加熱コイル形状は面状の加熱対象物に対する加熱コイルの相対している面積が広く取れるため比較的高い加熱効率を示す。
【０００５】
図６・図７にそのような誘導加熱装置の一例を示した。本例の該装置は誘導加熱方式・フィルム加熱方式の画像加熱定着装置であり、図６の（ａ）と（ｂ）は該装置の要部の横断側面模型図と縦断正面模型図、図７の（ａ）は平面型・長円形状の加熱コイルの平面模型図である。
【０００６】
図において、１１は加熱対象物（ヒータ、加熱体）としての磁性体からなる誘導発熱部材であり、例えば横長平板状の薄肉の鉄板である。１２はこの加熱対象物１１を固定保持させた耐熱性の保持部材、１３は耐熱性の薄肉フィルム（以下、定着フィルムと記す）、１４は弾性加圧ローラである。
【０００７】
弾性加圧ローラ１４は、保持部材１２に固定保持させた加熱対象物１１の下面に定着フィルム１３を挟んで所定のニップ幅の加熱ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成させて弾性に抗して圧接させてある。
【０００８】
１は平面型・長円形状の加熱コイルであり、保持部材１２に固定保持させた加熱対象物１１の定着ニップ部Ｎ側とは反対側である加熱対象物上面側に加熱対象物１１に対面させて固定保持させて配設してある。この平面型・長円形状の加熱コイル１の長さ寸法・幅寸法は加熱対象物１１の長さ寸法・幅寸法とほぼ同じである。
【０００９】
加熱コイル１に不図示の励磁回路から高周波電流（高周波交流電力、加熱用誘導電流）が供給されることで交流磁界（交番磁束）が発生し、その交流磁界が磁性体からなる誘導発熱部材である加熱対象物１１に作用することで、加熱対象物１１に誘導電流が誘起されて該加熱対象物１１が誘導加熱により発熱（渦電流損によるジュール熱）して昇温する。
【００１０】
該加熱対象物１１の昇温が不図示の測温素子（温度検出素子）で検出され、その測温温度が所定の定着温度に維持されるように不図示の温調系により励磁回路から加熱コイル１への電力供給が制御されて加熱対象物１１の温調がなされる。
【００１１】
定着フィルム１３は円筒状あるいはエンドレスベルト状もしくはロール巻きの有端ウエブ状の部材であり、不図示の駆動手段あるいは加圧ローラ１４の回転駆動力により定着ニップ部Ｎにおいて加熱対象物１１の下面に密着して摺動しつつ矢印の方向に搬送移動される。
【００１２】
加熱対象物１１を所定の温度に誘導加熱状態にさせ、また定着フィルム１３を矢印の方向に搬送移動させた状態において、定着ニップ部Ｎの定着フィルム１３と加圧ローラ１４との間に未定着トナー画像ｔを形成担持させた記録材Ｐを導入すると、記録材Ｐは定着フィルム１３の面に密着して該定着フィルム１３と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送される。
【００１３】
この定着ニップ部Ｎにおいて、記録材Ｐ・トナー像ｔが加熱対象物１１により定着フィルム１３を介して加熱されて記録材Ｐ上のトナー像ｔが加熱定着される。
【００１４】
定着ニップ部Ｎを通った記録材部分は定着フィルム１３の面から曲率剥離して搬送される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように平面型の加熱コイル形状は面状加熱対象物１１に対する加熱コイル１の相対している面積が広く取れるため比較的高い加熱効率を示し、上記の様なコイル形状を用いることで加熱コイル１の長手方向中央部分に対応する加熱対象物部分は発熱分布が比較的均一になるが、加熱コイル１の長手方向両端部は磁界の分布が均一とならないためこの加熱コイル１の長手方向両端部に対応する加熱対象物部分、即ち加熱対象物の長手方向両端部は異常発熱を引き起こしたり、又加熱部分の両端部に当たるため、図７の（ｂ）のように、熱がその外側に逃げてしまう低温部分になっていることが多かった。
【００１６】
そこで本発明はこの種の電磁誘導加熱方式の像加熱装置について、加熱体の長手方向の温度均一性（発熱分布の均一性）を向上させることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする像加熱装置である。
【００１８】
記録材上の像を加熱する加熱体と、前記加熱体の長手方向に長円形状に巻かれ、前記加熱体の長手方向に沿って面状に配置されることで前記加熱体に渦電流を生じさせる主加熱コイルと、前記主加熱コイルの長手方向端部に重ねて配置され、前記加熱体に渦電流を生じさせる補助加熱コイルと、を有する像加熱装置において、前記主加熱コイルに印加する高周波電流に対する前記補助加熱コイルに印加する高周波電流の位相差を変化させる移相回路を有し、前記位相差を変化させることで前記加熱体の前記主加熱コイルと前記補助加 熱コイルが重なる領域に対向する領域の発熱量を変化させることを特徴とする像加熱装置。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
すなわち、加熱体の長手方向に配置される主加熱コイルと、この主加熱コイルの端部に重ねるように補助加熱コイルを配置する構成にし、主加熱コイルに印加する高周波電流に対する補助加熱コイルに印加する高周波電流の位相差を変化させる移相回路を設け、位相差を変化させることで加熱体の主加熱コイルと補助加熱コイルが重なる領域に対向する領域の発熱量を変化させる構成となっているため、コイル隣接部での温度ムラの発生を防止しつつ、加熱体の端部（主加熱コイルと補助加熱コイルとが重なっている領域）の発熱量を増加及び減少することができる。
【００２５】
より具体的には、平面型加熱コイルとしての長円形の加熱コイルの両端部側の巻線折り返し部に同軸上に補助加熱コイルを設け、主の加熱コイルの長手方向中央部に対応する加熱対象物の長手方向中央部の温度と、主の加熱コイルの長手方向両端部に対応する加熱対象物の長手方向両端部の温度の温度差に応じて補助加熱コイルの印加電力波形の位相をずらして給電する事で、加熱対象物の長手方向中央部と両端部の発熱量を任意に可変する構成が実現でき、この種の誘導加熱装置について、発熱部である加熱対象物の長手方向の温度均一性（発熱分布の均一性）を大幅に向上させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１〜３に本発明に従う像加熱装置の一例を示した。本例の装置は誘導加熱方式・フィルム加熱方式の画像加熱定着装置であり、図１の（ａ）と（ｂ）は該装置の要部の横断側面模型図と縦断正面模型図、図２の（ａ）は平面型・長円形状の加熱コイルの平面模型図、図３は制御系のブロック図である。
【００２７】
前述した図６・図７の画像加熱定着装置と共通する構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００２８】
（１）装置構成
平面状の磁性体からなる加熱対象物（加熱体）１１に対して全体的に対面して誘導電流を誘起する長円形状の加熱コイル（誘導加熱コイル）１を主の加熱コイルとしたとき、２と３はこの主加熱コイル１の長手方向両端部にそれぞれ配設した補助の加熱コイル（誘導加熱コイル）であり、主加熱コイル１による、加熱対象物１１の長手方向の温度分布を補正するための加熱コイルである。
【００２９】
平面状の加熱対象物１１を効率よく加熱するために主加熱コイル１は細長い形状となっている。そして主加熱コイル１の長手両端部の各巻線折り返し点（両端中心部）と折り重なる位置に、上記の補助加熱コイル２及び３が配置される。図１の（ａ）と（ｂ）に示すように、鉄板等からなる加熱対象物１１に相対して主加熱コイル１が配置され その主加熱コイル１の長手方向両端部側に対して絶縁板１０を挟んでそれぞれ補助加熱コイル２及び３を配置する。この絶縁板１０は主加熱コイル１と補助加熱コイル２・３間の電位差が大きく絶縁被覆のみでは耐電圧が保たないときに追加する。また図中には明記していないが主加熱コイル１と加熱対象物１１の間も安全規格上で要求される絶縁物等による絶縁などが施されている。
【００３０】
（２）制御系の構成
図３において、４は主加熱コイル１に加熱電力を供給するための主誘導加熱電源、５は主誘導加熱電源４の出力電圧波形を取り込んでその波形に対して外部制御入力に応じて位相を変えて出力する移相回路、６は移相回路５の出力波形を増幅して補助加熱コイル２・３に電力を供給する補助加熱電源である。
【００３１】
ＴＨｌは第１の測温素子（サーミスタ等の温度検出素子）、７はこの第１の測温素子ＴＨ１からの測温出力が入力する第１の温度検出回路である。この第１の測温素子ＴＨｌと第１の温度検出回路７とで、加熱部中央（加熱対象物１１の長手方向中央）の温度を検出する中央部温度測定回路が構成される。
【００３２】
ＴＨ２は第２の測温素子、８はこの第２の測温素子ＴＨ２からの測温出力が入力する第２の温度検出回路である。この第２の測温素子ＴＨ２と第２の温度検出回路８とで、加熱部端部（加熱対象物１１の長手方向端部）の温度を検出する端部温度測定回路が構成される。
【００３３】
９は温度差検出回路であり、中央部温度測定回路ＴＨ１・７で測定される加熱部中央部温度と、端部温度測定回路ＴＨ２・８で測定される端部温度の差分を検出して前記移相回路５の制御電圧を発生する。
【００３４】
（３）制御動作
主誘導加熱電源４に加熱指令信号が送られることで、この主誘導加熱電源４の出力端子に周波数２０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ程度の高周波交流電力が発生する。この交流電力が主加熱コイル１に印加され主加熱コイル１は交流磁界を発生する。この時主加熱コイル１に印加する交流電力は加熱対象物１１により変化するが、通常２００〜３００Ｗから数ＫＷ程度である。
【００３５】
前記主加熱コイル１に印加された交流電力により発生した交流磁界が加熱対象物１１の中に渦電流を発生させる。その渦電流の電流により加熱対象物内にジュール熱が発生する事で加熱対象物自らが発熱する。
【００３６】
この電磁誘導作用により加熱対象物１１が発熱し加熱対象物の温度が上昇していく。
【００３７】
ここで、前記の中央部温度測定回路ＴＨ１・７により加熱対象物１１の長手方向中央部の温度上昇が随時監視され、その測温出力が主誘導加熱電源４にフィードバックされる。
【００３８】
主誘導加熱電源４は設定目標温度と入力する上記の測温出力（検出温度）を比較し設定目標温度に測温出力が近づくと印加高周波電力を低下させるような比例制御等や通称ＰＩＤ制御と言われる制御方式を用い加熱対象物長手方向中央部近辺の温度を一定に保つように作動する。
【００３９】
そして、前記の端部温度測定回路ＴＨ２・８により加熱対象物１１の端部温度上昇が随時監視され、その測温出力と、中央部温度測定回路ＴＨ１・７の測温出力とが温度差検出回路９に入力することで、この温度差検出回路９から加熱対象物１１の中央部と端部の温度差に応じた制御値が出力されて移相回路５に入力される。
【００４０】
移相回路５には主誘導加熱電源４によって発生した主加熱コイル１に印加されている交流電圧波形が入力されていて、その主加熱コイル印加電圧波形に比例した電圧波形を前記温度差検出回路９の出力に応じて位相を可変して補助加熱電源６に入力する。
【００４１】
補助加熱電源６は移相回路５の出力電圧波形に比例した高周波電力波形を発生して補助加熱コイル２及び３に印加する事で加熱コイル１・２・３全体としての温度補正を行う。
【００４２】
この様な構成を取ることにより、加熱立ち上げ時などは、加熱部の主加熱コイル長手中央部に対応する部分に比べて、両端部の発熱が逃げやすいため図２の（ｂ）の主加熱コイル発熱分布に示すように両端部の温度上昇がどうしても遅れ、中央温度検出部に比べ端部測温素子による検出温度か低いので移相回路５では補助加熱電源６に出力する電圧波形の位相を進めることで補助加熱コイル２・３に印加する電力波形の移相を進め、結果として、図２の（ｂ）の補助加熱コイル２・３の発熱分布を主加熱コイル発熱分布に合わせて両端部に印加する電力を増大させ両端部から逃げていく熱量分を補い、図２の（ｂ）の破線で示す加熱コイル１・２・３全域に渡って均一に発熱させることが可能になる。
【００４３】
又定常発熱時などは中央部が比較的熱が奪われやすいのに対して両端部は立ち上げ時とは逆に発熱が奪われにくいため、温度分布は中央部が低く、両端部が高くなりやすいが、この時は中央部温度測定回路ＴＨ１・７の測定温度に対して端部温度測定回路ＴＨ２・８の測定温度が高いため、移相回路５の出力は主誘導加熱電源４に対して電力波形の移相が遅れた波形を発生し、主加熱コイル両端部の発生電力を補助加熱コイル２及び３が吸収するため加熱コイル中央部に対して両端部の印加電力が低下し発熱量も低下するので加熱対象物１１の発熱分布を主加熱コイル１の長全域に渡って均一に出来る。
【００４４】
（４）制御系の他の構成例
図４は制御系の他の実施例である。この回路では移相回路５の入力基準信号として主加熱コイル１に流れている高周波電流波形を使用するために電流検出コイル１５を追加したものである。その他の回路構成は前述の図３の制御系の回路構成と同様である。
【００４５】
この様に主加熱コイル１に流れている電流波形を移相回路５の基準信号として用いることで、主誘導加熱電源４の出力電力に比例した主加熱コイル電流波形が移相回路５の基準信号となり 主加熱コイル１の印加電力に比例した振幅の基準信号が移相回路５に入力される。
【００４６】
この構成により移相回路５の出力電圧波形振幅は、主加熱コイル電力に比例するので、補助加熱電源６の出力が印加される補助加熱コイル２及び３の加熱コイル電力を主加熱コイル電力に比例させる制御が出来る。
【００４７】
そのため主加熱コイル制御系の電力制御に対して補助加熱コイル系の制御も追従させることが簡単に実現できるため温度安定度が向上できる。
【００４８】
（５）画像形成装置例
図５は上記例の誘導加熱装置を画像加熱定着装置として具備させた画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザビームプリンタである。
【００４９】
２１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光体ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。
【００５０】
感光体ドラム２１はその回転過程において、まず、帯電装置としての帯電ローラ２２によって所定の極性・電位に一様に帯電される。
【００５１】
次に、露光装置としてのレーザ光学系（レーザスキャナ）２３による、目的の画像情報パターンに対応したレーザビーム走査露光Ｌを受ける。これにより感光体ドラム２１面に目的の画像情報パターンに対応した静電潜像が形成される。
【００５２】
感光体ドラム２１面に形成された静電潜像は現像装置２４でトナー現像されて可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法等が用いられ、イメージ露光と反転現像との組み合わせで用いられることが多い。
【００５３】
感光体ドラム２１面に形成されたトナー像は、感光体ドラム２１と転写ローラ２５とで形成される転写ニップ部２６において、給紙部２７から該転写ニップ部２６に所定の制御タイミングにて給送された記録材（転写材）Ｐに対して順次に転写される。感光体ドラム２１上のトナー像は転写ローラ２５にトナーの帯電極性とは逆の極性の電圧が印加されることで紙Ｐ上に順次に転写される。
【００５４】
本例の画像形成装置において給紙部２７はカセット給紙部であり、給紙カセット内に積載収納させた記録材Ｐが給紙ローラ２８と不図示の１枚分離部材とによって１枚分離給送され、搬送ローラ対２９、トップセンサー３０を含むシートパス３１を通って転写ニップ部２６に所定の制御タイミングにて給送される。
【００５５】
カセット給紙部２７からシートパス３１を通って転写ニップ部２６に給送される記録材Ｐはシートパス３１の途中に設けたトップセンサー３０で先端が認識され、これに同期して感光体ドラム２１上に画像が形成される。
【００５６】
転写ニップ部２６にてトナー像の転写を受けた記録材Ｐは感光体ドラム２１面から順次に分離されてガイド３３を通って定着装置３４へ搬送され、該定着装置でトナー像の加熱定着処理を受ける。定着装置３４は上記例の誘導加熱方式・フィルム加熱方式の加熱装置である。
【００５７】
定着装置３４をでた画像定着済みの記録材Ｐは搬送ローラ対３５を含むシートパス３６を通って排出ローラ対３７で排紙トレイ部３８に排出される。
【００５８】
一方、記録材Ｐに対するトナー像転写後（紙分離後）に感光体ドラム２１上に残留する転写残留トナーや紙粉等の汚染付着物はクリーナー３２により感光体ドラム２１表面より除去され、表面清掃された感光体ドラム２１は繰り返して作像に供される。
【００５９】
本発明の像加熱装置は実施形態例の画像加熱定着装置にかぎらず、画像を担持した記録材を加熱して艶等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着する加熱装置等の像加熱装置として使用できる。
【００６０】
画像形成装置に関して、記録材に対する顕画剤像の形成原理・プロセスは任意である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、加熱体の長手方向に配置される主加熱コイルと、この主加熱コイルの端部に重ねるように補助加熱コイルを配置する構成にし、主加熱コイルに印加する高周波電流に対する補助加熱コイルに印加する高周波電流の位相差を変化させる移相回路を設け、位相差を変化させることで加熱体の主加熱コイルと補助加熱コイルが重なる領域に対向する領域の発熱量を変化させる構成となっているため、加熱体の端部（主加熱コイルと補助加熱コイルとが重なっている領域）の発熱量を増加及び減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）と（ｂ）は実施形態例の誘導加熱装置（画像加熱定着装置）の要部の横断側面模型図と縦断正面模型図
【図２】 （ａ）は平面型・長円形状の加熱コイルの平面模型図、（ｂ）は加熱対象物長手方向の発熱（温度）分布図
【図３】 制御系のブロック図
【図４】 他の制御系のブロック図
【図５】 画像形成装置例の概略構成図
【図６】 （ａ）と（ｂ）は従来例の誘導加熱装置（画像加熱定着装置）の要部の横断側面模型図と縦断正面模型図
【図７】 （ａ）は平面型・長円形状の加熱コイルの平面模型図、（ｂ）は加熱対象物長手方向の発熱（温度）分布図
【符号の説明】
１・・主加熱コイル、２，３・・補助加熱コイル、４・・主誘導加熱電源、５・・移相回路、６・・補助誘導加熱電源、７，８・・温度検出回路、９・・温度差検出回路、１０・・絶縁体、１１・・加熱対象物（誘導発熱部材）、１２・・加熱対象物保持部材、１３・・定着フィルム、１４・・弾性加圧ローラ、ＴＨ１，ＴＨ２・・測温素子
Claims (2)
- 記録材上の像を加熱する加熱体と、前記加熱体の長手方向に長円形状に巻かれ、前記加熱体の長手方向に沿って面状に配置されることで前記加熱体に渦電流を生じさせる主加熱コイルと、前記主加熱コイルの長手方向端部に重ねて配置され、前記加熱体に渦電流を生じさせる補助加熱コイルと、を有する像加熱装置において、
前記主加熱コイルに印加する高周波電流に対する前記補助加熱コイルに印加する高周波電流の位相差を変化させる移相回路を有し、前記位相差を変化させることで前記加熱体の前記主加熱コイルと前記補助加熱コイルが重なる領域に対向する領域の発熱量を変化させることを特徴とする像加熱装置。 - 前記加熱体の前記主加熱コイルと前記補助加熱コイルが重なる領域に対向する領域の温度を検出する第一の温度検出素子と、前記加熱体の前記主加熱コイルが補助加熱コイルと重ならずに対向する領域の温度を検出する第二の温度検出素子と、を有し、第一及び第二の温度検出回路の検出結果に基いて前記移相回路は前記位相差を制御することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
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