JP3902935B2 - 像加熱装置、および画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱源として誘導加熱を用いた、記録材上に形成された像を加熱する像加熱装置、およびこの像加熱装置を加熱定着装置として搭載した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置などの画像形成装置は、現像剤（トナー）により記録紙上にトナー画像を形成する画像形成手段（図示せず）を有し、そのトナー画像が形成された記録紙を、紙搬送手段（図示せず）によって図１０に示す定着器８０１中に図中矢印方向に搬送することで、トナー画像８１１を記録紙８１０に加熱加圧定着する。
【０００３】
定着器８０１では、加圧ローラ８０３と対向圧接する加熱ローラ８０２中にハロゲンヒータ８０４が加熱源として配され、加圧ローラ８０３および加熱ローラ８０２は図示しない駆動源によって、矢印方向に回転駆動されている。そして、加熱ローラ表面が所定の温度に調整されるように、温度検知センサ８０５で検出された温度に伴い、ハロゲンヒータ８０４をオン・オフ制御する温度調整方法が多用されている。
【０００４】
図１１はハロゲンヒータ８０４のオン・オフ制御回路の概略を示すもので、８０２は加熱ローラ、８０４はハロゲンヒータ、８０５は温度センサであるサーミスタ、９０１はシーケンスコントローラ、９０２はＳＳＲ（ソリッドステートリレー）、９０３は交流電源、９０４は比較器、９０６は基準抵抗である。サーミスタ８０５は温度が高いほど、その抵抗値が小さくなる。そのため、基準抵抗とによって分圧されたサーミスタ／ＧＮＤ（接地）間の電圧（サーミスタ検出電圧）は、温度が高いほど小さくなる。温調目標温度に設定された基準電圧Ｖｒとサーミスタ検出電圧との比較により、基準電圧Ｖｒよりサーミスタ検出電圧が大きい間は、比較器９０４よりＳＳＲ９０２にオン信号が供給される。
【０００５】
ここで、ＳＳＲ９０２は比較器９０４の出力がオン信号、つまり入力された制御信号がＨレベルの時オン、Ｌレベルの時オフとなっている。オン状態のＳＳＲ９０２は交流電源９０３から印加された交流電圧に基づく交流電流をハロゲンヒータ８０４に流し、それにより加熱ローラ８０２の温度は上昇する。ローラ表面温度が温調目標温度となり、サーミスタ検出電圧が基準電圧Ｖｒより小さくなると、比較器９０４の出力はＳＳＲ９０２をオフする。このようなオン・オフ制御により、温調目標温度に加熱ローラ表面温度を保つことが可能となる。また、シーケンスコントローラ中にＡ／Ｄ（アナログ・ディジタル）変換器を持ち、サーミスタ検出電圧をデジタル化してソフト的に基準値との比較を行い、オン・オフ制御することも可能である。
【０００６】
また、加熱ローラ８０２を加熱する手段として、加熱ローラ８０２の近傍に配接した励磁コイル（図示せず）に高周波電流を流し、発生した高周波磁界を加熱ローラ表層に作用させることで、加熱ローラ表面の導電層に渦電流を発生させ、その渦電流によるジュール熱により加熱ローラ８０２を加熱する誘導加熱方式を用いた加熱装置も提案されている。
【０００７】
この誘導加熱方式を用いた加熱装置においては、加熱ローラ自体を加熱することが可能であり、加熱に用いる電力も可変制御が可能であることから、非常に速い温調温度への加熱が可能となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のハロゲンヒータをオフ・オンして加熱ローラ温度を制御する方式では、加熱ローラの加熱のために投入できる電力はハロゲンヒータであり、その電力は、装置の最大電力消費が既定値内に収まるように設定されている。そのため、加熱ローラが加熱可能温度よりも十分に低い、電源投入直後の温度上昇（ＷａｒｍＵｐ）時においても、投入可能な電力はハロゲンヒータの消費電力分しか使用できないため、ハロゲンヒータでは定着可能温度まで加熱する時間が長く要するという問題がある。
【０００９】
また、加熱のための投入電力を可変制御可能とした誘導加熱方式においては、商用電源から入力された電力は所定の高周波でスイッチングして励磁コイルに印加され、その高周波電力により誘導される電流が加熱ローラ自身に流れることになる。
【００１０】
この誘導加熱方式の概念図を図１２に示す。励磁コイルに印加される高周波電流Ｉｐは高周波スイッチング周波数に応じた電流となるが、励磁コイルに流れる平均的電流Ｉａｖはおおもとの商用電源電圧の変化に基づき、商用電源周波数ｆｐの２逓倍の周波数に応じた電流が励磁コイルに流れることになる。ここで、商用電源周波数ｆｐは図中に示す商用電源周期の逆数で表される値である。これにより、加熱ローラと励磁コイル間には商用電源周波数ｆｐの２逓倍の周波数に応じた力が働くことになる。ここで、商用電源周波数ｆｐは一般に５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり、その２逓倍の周波数は１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚとなる。この力は加熱装置に固定された励磁コイルに対して、加熱装置に回転自在に取り付けられた加熱ローラが吸引・反発するように働く。特に働く力の周波数（またはその逓倍）が加熱ローラの固有振動周波数ｆｎと一致した場合、加熱ローラ自身が共振して振動することとなり、装置として非常に大きな振動や騒音が発生することが懸念されるという課題があった。
【００１１】
本発明は、加熱のための投入電力を可変制御可能とした誘導加熱方式において、加熱ローラ部の固有振動周波数を商用電源周波数の逓倍から外すことで、商用電源周波数に応じて加熱ローラに加えられる力によって加熱ローラ自身が共振することを防ぎ、振動や騒音を防止することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を有することを特徴とする像加熱装置および画像形成装置である。
【００１３】
（１）加熱ローラと、この加熱ローラの近傍に設けた励磁コイルと、商用電源から供給される商用電源周波数の電流に対してスイッチング部材をＯＮとＯＦＦさせて生じる高周波電力を前記励磁コイルに印加する電源ユニットと、を有し、記録材上に形成された像を加熱する像加熱装置において、
前記加熱ローラの固有振動周波数が、商用電源周波数の偶数の逓倍と一致しないように加熱ローラの内面に非磁性材料のリブを設けることを特徴とする像加熱装置。
【００１４】
（２）前記励磁コイルを有するコイルユニットは、加熱ローラの内部に配置されていることを特徴とする（１）に記載の像加熱装置。
【００２０】
（３）記録紙を給紙部から排紙部まで搬送する搬送手段と、前記搬送中の記録紙上に直接または間接に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、前記記録紙上に形成された未定着トナー画像を該記録紙上に加熱定着する加熱定着手段とを有する画像形成装置において、
前記加熱定着手段として、（１）または（２）に記載の像加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
［実施例１］
図２は本発明の加熱装置を熱源とする加熱定着装置を適用したカラー画像形成装置の概観図を示すもので、２０１はイメージスキャナ部であり、原稿を読み取り、デジタル信号処理を行う部分である。また、２００はプリンタ部であり、イメージスキャナ２０１によって読み取られた原稿画像や図示しないコンピュータ等の外部装置より送られてくる画像データに対応した画像を記録紙にフルカラーでプリント出力する部分である。
【００２３】
イメージスキャナ部２０１において、２０２は原稿圧板であり、原稿台ガラス２０３上の原稿２０４を該原稿台ガラスに押圧する。原稿台ガラス２０３上の原稿２０４は、ハロゲンランプ２０５の光で照射される。原稿からの反射光はミラー２０６、２０７に導かれ、レンズ２０８により３ラインセンサ（以下、ＣＣＤと称する）２１０−１〜２１０−３上に像を結ぶ。レンズ２０８には遠赤外カットフィルタ２３１が設けられている。
【００２４】
ＣＣＤ２１０−１〜２１０−３は原稿からの光情報を色分解して、フルカラー情報レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）成分を読み取り、信号処理部２０９に送る。なお、ハロゲンランプ２０５、ミラー２０６は速度Ｖで、ミラー２０７は速度１／２ＶでそれぞれＣＣＤセンサ２１０−１〜２１０−３の電気的走査方向（以下、主走査方向）に対して、垂直方向（以下、副走査方向）に機械的に動く事により、原稿全面を走査する。
【００２５】
２１１は標準白色板であり、ＣＣＤセンサ２１０−１〜２１０−３で読み取りデータの補正データを発生する。この標準白色板２１１は可視光から赤外光に対しては、ほぼ均一の反射特性を示し、可視では白色の色を有している。この標準白色板２１１を用いて、ＣＣＤセンサ２１０−１〜２１０−３の可視センサの出力データの補正（シェーディング）を行う。また、２３０は光センサで、フラグ板２２９と共に画像先端信号ＶＴＯＰを生成する。
【００２６】
電気信号となった画像信号は画像処理部２０９にて、図４に示すような流れで以下のような処理を行う。ＣＣＤセンサ２１０−１〜２１０−３からの信号はＡ／Ｄ＆Ｓ／Ｈ部４１０においてデジタルデータへの変換を行い、シェーディング補正部４１１と入力マスキング部４１２により画像データを補正する。変倍動作時には変倍処理部４１３で変倍処理を行う。
【００２７】
次に、ＬＯＧ変換部４１４でＲＧＢのデータを、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）のデータに換えて、画像データの圧縮、記憶、伸長を行う圧縮伸張部４１５に入力する。格納された画像データは、後述のプリンタのそれぞれの色に同期して読み出され、マスキング・ＵＣＲ部４１６にてマスキング処理された後、γ補正部４１７とエッジ強調部４１８によりＭ、Ｃ、Ｙ、ブラック（Ｋ）の出力画像データを作り、プリンタ部２００に送出する。ここで、イメージスキャナ部２０１における一回の原稿走査につき、Ｍ、Ｃ、Ｙ、Ｋのうち一つの成分がプリンタ部２００に送られ、計４回の原稿走査により一回のプリントアウトが完成する。
【００２８】
次に、プリンタ部２００の動作について説明する。スキャナ部２０１や図示しないコンピュータ等の外部装置より送られてくる画像信号が、画像書き出しタイミング制御回路１０１に送られる。画像書き出しタイミング制御回路１０１はマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の画像信号に応じ、半導体レーザ１０２を変調駆動する。レーザ光はポリゴンモータ１０６によって回転するポリゴンミラー１０３に反射され、ｆ−θレンズ１０４によってｆθ補正され、折り返しミラー２１６で反射されて感光ドラム１０５上を走査する。
【００２９】
感光ドラム１０５は予め一次帯電器２４２にて、一様に帯電を施されているため、レーザ露光によって感光ドラム１０５上に静電潜像が形成される。また感光体１０５の周囲にはマゼンタ（Ｍ）２１９、シアン（Ｃ）２２０、イエロー（Ｙ）２２１、ブラック（Ｋ）２２２の現像器が設けられ、感光ドラム１０５が４回転する間に４つの現像器が交互に該感光ドラムに接し、感光ドラム１０５上に形成されたＭ、Ｃ、Ｙ、Ｋの静電潜像に対応するトナーで現像する。
【００３０】
一方、記録紙給紙部２２４、２２５から給紙搬送された記録紙は、 感光ドラム側の画像形成に同期したタイミングで、図示しない吸着高圧発生部に接続された吸着帯電ブレード２４５により吸着側に帯電が施された転写ドラム１０８に静電吸着される。
【００３１】
そして、転写位置２４６において、図示しない転写高圧発生部に接続された転写帯電ブレード２４０により、感光ドラム１０５側に押し上げられながらトナーを転写するように帯電が施されることで画像が転写される。この画像形成、転写の動作を４回繰り返したのち、転写ドラム１０８から分離された記録紙は定着器２２６にてトナー像を記録紙に加熱定着することで、プリント出力となる。ここで、クリーナー２４１は転写しきれなかった残留トナーや、感光ドラム１０５に形成するものの転写を行わない各種制御用の特定パッチのトナーを該感光ドラムからクリーニングする。
【００３２】
図７は本発明の加熱装置の概要を示す図面である。７０１は加熱ローラ、７０２は励磁コイル、７０６はサーミスタ、７０７はＡ／Ｄコンバーター、７０８はＣＰＵ、７１０は励磁コイル７０２に高周波電力を供給する誘導加熱電源、７１３は定着器、７１５は基準抵抗、７１６はパルス生成部、７２１は交流電源である。
【００３３】
ＣＰＵ７０８とＡ／Ｄコンバータ７０７、パルス生成部７１６とはバス接続され、同じバス上に接続された図示しないＲＯＭに格納されたプログラムに応じてシーケンス制御を行う。励磁コイル７０２は高周波電流を印加することで、高周波磁界を発生させる誘導加熱コイルであり、 図６に図示するように配置されたＩ字型コア（以下、Ｉコアと称する）７０３と磁気的に結合することで、発生した高周波磁界を加熱ローラ７０１に結合させる磁気回路を構成する。
【００３４】
図６は本実施例の加熱装置７１３を適用した加熱定着装置を横から見た図である。加熱ローラ７０１は鉄製の中空のパイプ状のローラであり、図示しない駆動手段により回転駆動可能なように定着器フレームに回転自在に取り付けられる。そして、ローラ内壁には固有振動周波数ｆｎを変更するためにリブ部材１０１ａ〜１０１ｄが配置されている。図示例では、リブ部材１０１ａ〜１０１ｄは内壁に４本取り付けたものである。このリブ部材１０１ａ〜１０１ｄは磁気回路に影響を与えない非磁性部材にて構成する。
【００３５】
励磁コイル７０２とＩコア７０３とからなる磁気回路を支持部材７０４で加熱ローラ内部に支持配置し、励磁コイル７０２により発生させた磁界を有効に加熱ローラ表面に作用させる。ここで、支持部材７０４は耐熱樹脂などの非磁性材により形成されるものであり、両端部にて加熱装置のフレームに固定される。
【００３６】
励磁コイル７０２およびＩコア７０３は加熱ローラ７０１の長手方向に伸び、Ｉコア７０３を取り巻くように励磁コイル７０２が配置される。ここで、励磁コイル７０２の巻き線を示す○中に"・"が付されている線、"×"が付されている線はそれぞれ同じ向きに電流が流れる。Ｉコア７０３は高い透磁率を有するフェライトなどから成る。５０２は加圧ローラである。図示しない駆動源により矢印方向に回転する加圧ローラ５０２および加熱ローラ７０１の間を、トナー画像８１１が載った記録紙８１０が通過することで該記録紙上にトナー像が加熱定着される。
【００３７】
リブ部材１０１ａ〜１０１ｄを内壁に配設した加熱ローラ７０１の断面図を図１（ａ）に示す。リブ部材１０１ａ〜１０１ｄは図１（ｂ）に示すように、ローラ長手方向に伸びた形状であり、このリブ部材１０１ａ〜１０１ｄにより加熱ローラ７０１の弾性に基づく固有振動周波数ｆｎが変化することになる。このリブ部材１０１ａ〜１０１ｄの幅や個数を適宜設定することで、加熱ローラ７０１の固有周振動周波数ｆｎも適宜設定可能となる。
【００３８】
次に動作について説明を行う。交流電源７２１から誘導加熱電源７１０に交流電力が供給されている。装置のシーケンス制御をつかさどるＣＰＵ７０８からパルス生成部７１６を通じて誘導加熱電源７１０にＯＮ信号およびＰＷＭ信号が送られると、励磁コイル７０２に接続する誘導加熱電源７１０の出力端子にＰＷＭ信号に応じた高周波交流電力が発生することになる。
【００３９】
誘導加熱電源７１０の詳細なブロック図を図３に示す。３０１〜３０４はダイオード、３０５はノイズフィルタ用リアクトル、３０６はノイズフィルタ用コンデンサ、３０７は電力スイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴ、３０８はダイオード、３０９はコンデンサ、３１１はＡＮＤゲート、７２１は誘導加熱電源に入力される交流電源、７０２は誘導加熱電源７１０からの出力が供給される励磁コイル、７１６は誘導加熱電源７１０を制御するように接続されたパルス生成部である。
【００４０】
交流電源７２１から印加された交流電流は、３０１〜３０４のダイオードにより整流された脈流となり、ノイズフィルタを構成するコイル３０５、コンデンサ３０６を通過することで整流された波形となる。ここで、ノイズフィルタを構成するコイル３０５、コンデンサ３０６においては、ＭＯＳ−ＦＥＴ３０７のスイッチング周波数に対しては十分な減衰量を確保し、商用電源周波数ｆｐに対しては減衰無く通過するような定数となっている。
【００４１】
パルス生成部７１６から所定のパルス幅のＰＷＭ信号とＯＮ信号が誘導加熱電源７１０に送出される。ＯＮ信号がＨレベルの場合、ＰＷＭ信号はアンドゲート３１１を介してＭＯＳ−ＦＥＴ３０７のゲート・ソース間に印加され、ＭＯＳ―ＦＥＴ３０７はＰＷＭ信号のＨレベル区間で導通状態となり、整流された入力電流がドレイン電流となり、励磁コイル７０２に通電することになる。
【００４２】
ＰＷＭ信号のＬレベル区間でＭＯＳ−ＦＥＴ３０７がオープン状態となると、ＭＯＳ−ＦＥＴ３０７がＯＮしていた時に流れていた電流を、励磁コイル７０２が貯えていることで逆起電力が発生する。逆起電力は励磁コイル７０２と並列に接続されている共振用コンデンサ３０９に充電される。この流れ込んできたコイル蓄積電流により共振用コンデンサ３０９の両端電圧が上昇し、励磁コイル７０２の蓄積エネルギーが無くなった時点で最大交流電圧が発生する。
【００４３】
また、励磁コイル７０２から流れ出た電流は、電圧が上昇するのに反比例して減衰し、ある点でコイル電流が流れなくなる瞬間を通りすぎた後に、今度は逆に共振用コンデンサ３０９に蓄積された電荷が励磁コイル７０２に向けて電流として流れ出す。
【００４４】
そして、共振用コンデンサ３０９に蓄積された電荷が励磁コイル７０２に戻されるのと同時に、共振用コンデンサ３０９の電圧が低下していき、ＭＯＳ−ＦＥＴ３０７のドレイン電圧がソース電圧よりも低下すると、フライホイールダイオード３０８がオンし順電流が流れる。その後、再びＭＯＳ−ＦＥＴ３０７がオンされ、励磁コイル７０２に電流が流れることで、励磁コイル７０２にはＰＷＭ信号に応じた周波数の交流電流が流れ続ける事になる。
【００４５】
このようにして発生した誘導加熱電源７１０からの所定の周波数の交流電力が励磁コイル７０２に印加されることで、励磁コイル７０２は交流磁界５１を発生する。図５にその様子を示す。この時、励磁コイル７０２に印加する交流電力は、周波数が小さいほど大きい電力が励磁コイル７０２に投入され、通常２００Ｗから数ｋＷ程度である。
【００４６】
交流電力により発生した交流磁界５１が対向する加熱ローラ７０１の表面に渦電流５２を発生させる。その渦電流５２が加熱ローラ表面を流れることで、加熱ローラ７０１の固有抵抗成分によるジュール熱が加熱ローラ表面に発生し、加熱ローラ表面が自己発熱することになる。この時、高透磁率を有するＩコア７０３に磁界が集中することで、加熱ローラ７０１のＩコア７０３に向かい合った部分に多くの渦電流による発熱が引き起こされることとなる。そして、励磁コイル７０２に投入された電力が大きいほど、発生する交流磁界およびジュール熱も大きいものとなる。
【００４７】
このようにして得られた加熱ローラ表面の発熱により、加熱ローラ表面に配置されたサーミスタ７０６は温度が高いほど、その抵抗値が小さくなる。この時、サーミスタ７０６は加熱ローラ７０１の長手方向のほぼ中央付近に配置されている。基準抵抗とによって分圧されたサーミスタ／ＧＮＤ間の電圧（サーミスタ検出電圧）は、温度が高いほど小さくなる。そのサーミスタ検出電圧はＡ／Ｄコンバーター７０７によってデジタル化されてＣＰＵ７０８に入力される。ＣＰＵ７０８ではソフト的に温度基準値との比較を行い、誘導加熱電源７１０へのＰＷＭ信号のオン／オフパルス幅を決定する設定値をパルス生成部７１６へと出力する。
【００４８】
パルス生成部７１６はＣＬＫ信号をＣＰＵ７０８からの設定値と所定の設定値の比較を行うことで適切な設定値に応じて計数し、オン幅、オフ幅を有するＰＷＭ信号を発生する。図１３にパルス生成部の詳細なブロック図を示す。１０１、１０６、１１４、はＤラッチ、１０３、１０８はダウンカウンタ、１０４、１０９、１１２、１１３はＡＮＤゲート、１０５、１１０はＯＲゲート、１１１はＳＲラッチである。
【００４９】
ＰＷＭ生成のタイミングチャートを図８に示しパルス生成部の動作を説明する。ここで、ＣＳ１〜３はレジスタのセレクト信号、ＷＲはライト信号である。ＣＳ１〜３、Ｄａｔａ、ＷＲ、ＣＬＫは図７のＣＰＵ７０８〜パルス生成部７１６間のバスに含まれるものである。１０１−ＱはＤラッチ１０１のＱ出力、１０２−ＱはＤラッチ１０２のＱ出力、１０３−ＣＮＴはカウンタ１０３のカウント値、１０３−ＲＣはカウンタ１０３のリップルキャリー出力、１１１−ＱはＤＳＲラッチ１１１のＱ出力、１０８−ＣＮＴはカウンタ１０８のカウント値、１０８−ＲＣはカウンタ１０８のリップルキャリー出力、１１４−ＱはＤラッチ１０４のＱ出力、１１５−ＱはＡＮＤゲート１１５の出力、１１２−ＱはＡＮＤゲート１１２の出力である。
【００５０】
ＣＬＫは数ＭＨｚの信号であり、各Ｄラッチおよびカウンタに基準信号として入力され、この信号の計数により、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度のＰＷＭパルスを出力可能としている。セレクト信号ＣＳ１がＨレベルで選択され、ライト信号ＷＲの立ち上がり時に、そのときＤａｔａバスに出力されているデータ＝ＮがＤラッチ１０１にラッチされる。駆動電源のＯＮを意味するレジスタであるＣＳ３がＨレベルで選択され、ライト信号ＷＲの立ち上がりでデータ＝１がＤラッチ１１４にラッチされるとともに、カウンタ１０３にデータ＝Ｎがロードされる。
【００５１】
ＳＲラッチ１１１のＱ出力に接続されたカウンタ１０３のイネーブルＥＮがＨレベルであることにより、カウンタ１０３はＣＬＫに従いダウンカウント動作を行い、カウント値＝０となった時点でリップルキャリー信号ＲＣ＝Ｈレベルに出力する。その出力により、ＳＲラッチ１１１はリセットされ、Ｑ＝Ｌレベル、Ｑ＊＝Ｈレベルに状態が変化するとともに、一方のカウンタ１０８へカウンタ値＝Ｍのロードを行う。ここで、Ｄラッチ１０６の動作は１０１と同様であるため、説明は割愛する。
【００５２】
カウンタ値＝Ｍがロードされ、イネーブルされたカウンタ１０８はＣＬＫに従いダウンカウント動作を行い、カウント値＝０となった時点でリップルキャリー信号ＲＣ＝Ｈレベルに出力する。その出力により、ＳＲラッチ１１１はセットされ、Ｑ＝Ｈレベル、Ｑ＊＝Ｌレベルに状態が変化するとともに、一方のカウンタ１０８へカウンタ値＝Ｎのロードを行う。この繰り返しにより、ＯＮ幅＝Ｎカウント、ＯＦＦ幅＝ＭカウントのＰＷＭパルスがＳＲラッチ１１１の出力として生成される。
【００５３】
このＰＷＭ信号とＯＮ信号が誘導加熱電源に送られ、この誘導加熱電源７１０の出力端子にＰＷＭ信号に応じた周波数に換算して２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の高周波交流電力が発生する。このような動作により、加熱ローラ表面の温度を所定の温度に保つことが可能となる。このとき、加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎが商用電源周波数ｆｐ（およびその逓倍）と一致していないような固有振動の設定とすることで、加熱ローラ７０１の共振に基づく大きな振動や騒音の発生を防止可能となる。
【００５４】
［参考例１］
加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを商用電源周波数ｆｐの逓倍からずらすためには、加熱ローラ７０１の厚みを変更することで、加熱ローラ自身の弾性を変更し、加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを変化させることが可能である。誘導加熱方式の加熱ローラ７０１として鉄製のローラを用いた場合、その厚さは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度が好適である。この範囲内であれば、装置としての定着性能を保ったままで、加熱ローラ７０１の厚みを変更して、加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを商用電源周波数ｆｐの逓倍からずらすことも可能である。
【００５５】
［参考例２］
加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを商用電源周波数ｆｐの逓倍からずらすためには、加熱ローラ７０１の材質を変更することで、加熱ローラ自身の弾性を変更し、加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを変化させることが可能である。例として、鉄材を加熱ローラ７０１の芯金として用いた場合においても、含有させる炭素以外のクロム、モリブデン、ニオブ、バナジウム、タングステンなどの添加材の配合量により、引っ張り強度、ヤング率などの機械的特性が異なる鋼管が作られている。これらの鋼管の種類を適宜選択することで、その機械的特性に応じて加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを商用電源周波数ｆｐの逓倍からずらすことも可能である。
【００５６】
［参考例３］
加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを商用電源周波数ｆｐの逓倍からずらすためには、加熱ローラ７０１を複数の材質の部材で構成することで、加熱ローラ自身の弾性を変更し、加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを変化させることが可能である。例として加熱ローラ全体の表面離型性を高めるために用いられる表面への樹脂コーティング付加し、その材質や厚みを適宜選択することで、加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを変化させることが可能となる。コーティン
【００５７】
あるいは、加熱ローラの芯金部分を複数の金属材料により構成することでも加熱ローラ自身の弾性を変更し、加熱ローラの固有振動周波数ｆｎを変化させることが可能である。図９に示すように、磁気回路を構成する内面には鉄材７２１、外面にアルミ材７２２として両者を焼き嵌めし一体化したローラを加熱ローラ７２０とすることで、鉄とは全く異なった固有振動周波数ｆｎを有する加熱ローラ７２０とすることが可能となる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の像加熱装置によれば、加熱ローラの固有振動周波数ｆｎが、商用電源周波数ｆｐの偶数の逓倍と一致しないように、加熱ローラの内面に非磁性材料のリブを設けたので、簡単な構成で誘導加熱電力印加による商用電源周波数ｆｐの偶数の逓倍に応じた加熱ローラの共振を防ぎ、振動や騒音を防止することができる効果がある。
また、画像形成装置に、この像加熱装置を加熱定着手段として搭載させることで、商用電源周波数の偶数の逓倍に応じた加熱ローラの共振振動による騒音がなく、常に安定して高精度のプリントができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 加熱ローラの構造を示す図
【図２】 画像形成装置の概要を示す図
【図３】 誘導加熱電源のブロック図
【図４】 画像形成装置の画像処理部の流れを示すブロック図
【図５】 本発明の磁気回路の説明図
【図６】 加熱定着装置の構成図
【図７】 加熱定着制御部の説明図
【図８】 パルス発生部のタイミングチャート
【図９】 ２重構造の加熱ローラの構造を示す図
【図１０】 従来の加熱定着装置の構成図
【図１１】 従来の加熱定着装置の回路ブロック図
【図１２】 商用電源電圧、コイル電流、ローラに印加される力の概念図
【図１３】 制御系のブロック図
【符号の説明】
７０１ 加熱ローラ
７０２ 励磁コイル
７０３ Ｉコア
７０６ サーミスタ
７０７ Ａ／Ｄコンバーター
７０８ ＣＰＵ
７１０ 誘導加熱電源
７１３ 加熱定着装置
７１６ パルス生成部
１０１ リブ部材
２００ プリンタ部（画像形成手段）
２０１ イメージスキャナ部（画像形成手段）
２２４、２２５ 給紙部（画像形成手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱源として誘導加熱を用いた、記録材上に形成された像を加熱する像加熱装置、およびこの像加熱装置を加熱定着装置として搭載した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置などの画像形成装置は、現像剤（トナー）により記録紙上にトナー画像を形成する画像形成手段（図示せず）を有し、そのトナー画像が形成された記録紙を、紙搬送手段（図示せず）によって図１０に示す定着器８０１中に図中矢印方向に搬送することで、トナー画像８１１を記録紙８１０に加熱加圧定着する。
【０００３】
定着器８０１では、加圧ローラ８０３と対向圧接する加熱ローラ８０２中にハロゲンヒータ８０４が加熱源として配され、加圧ローラ８０３および加熱ローラ８０２は図示しない駆動源によって、矢印方向に回転駆動されている。そして、加熱ローラ表面が所定の温度に調整されるように、温度検知センサ８０５で検出された温度に伴い、ハロゲンヒータ８０４をオン・オフ制御する温度調整方法が多用されている。
【０００４】
図１１はハロゲンヒータ８０４のオン・オフ制御回路の概略を示すもので、８０２は加熱ローラ、８０４はハロゲンヒータ、８０５は温度センサであるサーミスタ、９０１はシーケンスコントローラ、９０２はＳＳＲ（ソリッドステートリレー）、９０３は交流電源、９０４は比較器、９０６は基準抵抗である。サーミスタ８０５は温度が高いほど、その抵抗値が小さくなる。そのため、基準抵抗とによって分圧されたサーミスタ／ＧＮＤ（接地）間の電圧（サーミスタ検出電圧）は、温度が高いほど小さくなる。温調目標温度に設定された基準電圧Ｖｒとサーミスタ検出電圧との比較により、基準電圧Ｖｒよりサーミスタ検出電圧が大きい間は、比較器９０４よりＳＳＲ９０２にオン信号が供給される。
【０００５】
ここで、ＳＳＲ９０２は比較器９０４の出力がオン信号、つまり入力された制御信号がＨレベルの時オン、Ｌレベルの時オフとなっている。オン状態のＳＳＲ９０２は交流電源９０３から印加された交流電圧に基づく交流電流をハロゲンヒータ８０４に流し、それにより加熱ローラ８０２の温度は上昇する。ローラ表面温度が温調目標温度となり、サーミスタ検出電圧が基準電圧Ｖｒより小さくなると、比較器９０４の出力はＳＳＲ９０２をオフする。このようなオン・オフ制御により、温調目標温度に加熱ローラ表面温度を保つことが可能となる。また、シーケンスコントローラ中にＡ／Ｄ（アナログ・ディジタル）変換器を持ち、サーミスタ検出電圧をデジタル化してソフト的に基準値との比較を行い、オン・オフ制御することも可能である。
【０００６】
また、加熱ローラ８０２を加熱する手段として、加熱ローラ８０２の近傍に配接した励磁コイル（図示せず）に高周波電流を流し、発生した高周波磁界を加熱ローラ表層に作用させることで、加熱ローラ表面の導電層に渦電流を発生させ、その渦電流によるジュール熱により加熱ローラ８０２を加熱する誘導加熱方式を用いた加熱装置も提案されている。
【０００７】
この誘導加熱方式を用いた加熱装置においては、加熱ローラ自体を加熱することが可能であり、加熱に用いる電力も可変制御が可能であることから、非常に速い温調温度への加熱が可能となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のハロゲンヒータをオフ・オンして加熱ローラ温度を制御する方式では、加熱ローラの加熱のために投入できる電力はハロゲンヒータであり、その電力は、装置の最大電力消費が既定値内に収まるように設定されている。そのため、加熱ローラが加熱可能温度よりも十分に低い、電源投入直後の温度上昇（ＷａｒｍＵｐ）時においても、投入可能な電力はハロゲンヒータの消費電力分しか使用できないため、ハロゲンヒータでは定着可能温度まで加熱する時間が長く要するという問題がある。
【０００９】
また、加熱のための投入電力を可変制御可能とした誘導加熱方式においては、商用電源から入力された電力は所定の高周波でスイッチングして励磁コイルに印加され、その高周波電力により誘導される電流が加熱ローラ自身に流れることになる。
【００１０】
この誘導加熱方式の概念図を図１２に示す。励磁コイルに印加される高周波電流Ｉｐは高周波スイッチング周波数に応じた電流となるが、励磁コイルに流れる平均的電流Ｉａｖはおおもとの商用電源電圧の変化に基づき、商用電源周波数ｆｐの２逓倍の周波数に応じた電流が励磁コイルに流れることになる。ここで、商用電源周波数ｆｐは図中に示す商用電源周期の逆数で表される値である。これにより、加熱ローラと励磁コイル間には商用電源周波数ｆｐの２逓倍の周波数に応じた力が働くことになる。ここで、商用電源周波数ｆｐは一般に５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり、その２逓倍の周波数は１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚとなる。この力は加熱装置に固定された励磁コイルに対して、加熱装置に回転自在に取り付けられた加熱ローラが吸引・反発するように働く。特に働く力の周波数（またはその逓倍）が加熱ローラの固有振動周波数ｆｎと一致した場合、加熱ローラ自身が共振して振動することとなり、装置として非常に大きな振動や騒音が発生することが懸念されるという課題があった。
【００１１】
本発明は、加熱のための投入電力を可変制御可能とした誘導加熱方式において、加熱ローラ部の固有振動周波数を商用電源周波数の逓倍から外すことで、商用電源周波数に応じて加熱ローラに加えられる力によって加熱ローラ自身が共振することを防ぎ、振動や騒音を防止することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を有することを特徴とする像加熱装置および画像形成装置である。
【００１３】
（１）加熱ローラと、この加熱ローラの近傍に設けた励磁コイルと、商用電源から供給される商用電源周波数の電流に対してスイッチング部材をＯＮとＯＦＦさせて生じる高周波電力を前記励磁コイルに印加する電源ユニットと、を有し、記録材上に形成された像を加熱する像加熱装置において、
前記加熱ローラの固有振動周波数が、商用電源周波数の偶数の逓倍と一致しないように加熱ローラの内面に非磁性材料のリブを設けることを特徴とする像加熱装置。
【００１４】
（２）前記励磁コイルを有するコイルユニットは、加熱ローラの内部に配置されていることを特徴とする（１）に記載の像加熱装置。
【００２０】
（３）記録紙を給紙部から排紙部まで搬送する搬送手段と、前記搬送中の記録紙上に直接または間接に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、前記記録紙上に形成された未定着トナー画像を該記録紙上に加熱定着する加熱定着手段とを有する画像形成装置において、
前記加熱定着手段として、（１）または（２）に記載の像加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
［実施例１］
図２は本発明の加熱装置を熱源とする加熱定着装置を適用したカラー画像形成装置の概観図を示すもので、２０１はイメージスキャナ部であり、原稿を読み取り、デジタル信号処理を行う部分である。また、２００はプリンタ部であり、イメージスキャナ２０１によって読み取られた原稿画像や図示しないコンピュータ等の外部装置より送られてくる画像データに対応した画像を記録紙にフルカラーでプリント出力する部分である。
【００２３】
イメージスキャナ部２０１において、２０２は原稿圧板であり、原稿台ガラス２０３上の原稿２０４を該原稿台ガラスに押圧する。原稿台ガラス２０３上の原稿２０４は、ハロゲンランプ２０５の光で照射される。原稿からの反射光はミラー２０６、２０７に導かれ、レンズ２０８により３ラインセンサ（以下、ＣＣＤと称する）２１０−１〜２１０−３上に像を結ぶ。レンズ２０８には遠赤外カットフィルタ２３１が設けられている。
【００２４】
ＣＣＤ２１０−１〜２１０−３は原稿からの光情報を色分解して、フルカラー情報レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）成分を読み取り、信号処理部２０９に送る。なお、ハロゲンランプ２０５、ミラー２０６は速度Ｖで、ミラー２０７は速度１／２ＶでそれぞれＣＣＤセンサ２１０−１〜２１０−３の電気的走査方向（以下、主走査方向）に対して、垂直方向（以下、副走査方向）に機械的に動く事により、原稿全面を走査する。
【００２５】
２１１は標準白色板であり、ＣＣＤセンサ２１０−１〜２１０−３で読み取りデータの補正データを発生する。この標準白色板２１１は可視光から赤外光に対しては、ほぼ均一の反射特性を示し、可視では白色の色を有している。この標準白色板２１１を用いて、ＣＣＤセンサ２１０−１〜２１０−３の可視センサの出力データの補正（シェーディング）を行う。また、２３０は光センサで、フラグ板２２９と共に画像先端信号ＶＴＯＰを生成する。
【００２６】
電気信号となった画像信号は画像処理部２０９にて、図４に示すような流れで以下のような処理を行う。ＣＣＤセンサ２１０−１〜２１０−３からの信号はＡ／Ｄ＆Ｓ／Ｈ部４１０においてデジタルデータへの変換を行い、シェーディング補正部４１１と入力マスキング部４１２により画像データを補正する。変倍動作時には変倍処理部４１３で変倍処理を行う。
【００２７】
次に、ＬＯＧ変換部４１４でＲＧＢのデータを、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）のデータに換えて、画像データの圧縮、記憶、伸長を行う圧縮伸張部４１５に入力する。格納された画像データは、後述のプリンタのそれぞれの色に同期して読み出され、マスキング・ＵＣＲ部４１６にてマスキング処理された後、γ補正部４１７とエッジ強調部４１８によりＭ、Ｃ、Ｙ、ブラック（Ｋ）の出力画像データを作り、プリンタ部２００に送出する。ここで、イメージスキャナ部２０１における一回の原稿走査につき、Ｍ、Ｃ、Ｙ、Ｋのうち一つの成分がプリンタ部２００に送られ、計４回の原稿走査により一回のプリントアウトが完成する。
【００２８】
次に、プリンタ部２００の動作について説明する。スキャナ部２０１や図示しないコンピュータ等の外部装置より送られてくる画像信号が、画像書き出しタイミング制御回路１０１に送られる。画像書き出しタイミング制御回路１０１はマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の画像信号に応じ、半導体レーザ１０２を変調駆動する。レーザ光はポリゴンモータ１０６によって回転するポリゴンミラー１０３に反射され、ｆ−θレンズ１０４によってｆθ補正され、折り返しミラー２１６で反射されて感光ドラム１０５上を走査する。
【００２９】
感光ドラム１０５は予め一次帯電器２４２にて、一様に帯電を施されているため、レーザ露光によって感光ドラム１０５上に静電潜像が形成される。また感光体１０５の周囲にはマゼンタ（Ｍ）２１９、シアン（Ｃ）２２０、イエロー（Ｙ）２２１、ブラック（Ｋ）２２２の現像器が設けられ、感光ドラム１０５が４回転する間に４つの現像器が交互に該感光ドラムに接し、感光ドラム１０５上に形成されたＭ、Ｃ、Ｙ、Ｋの静電潜像に対応するトナーで現像する。
【００３０】
一方、記録紙給紙部２２４、２２５から給紙搬送された記録紙は、 感光ドラム側の画像形成に同期したタイミングで、図示しない吸着高圧発生部に接続された吸着帯電ブレード２４５により吸着側に帯電が施された転写ドラム１０８に静電吸着される。
【００３１】
そして、転写位置２４６において、図示しない転写高圧発生部に接続された転写帯電ブレード２４０により、感光ドラム１０５側に押し上げられながらトナーを転写するように帯電が施されることで画像が転写される。この画像形成、転写の動作を４回繰り返したのち、転写ドラム１０８から分離された記録紙は定着器２２６にてトナー像を記録紙に加熱定着することで、プリント出力となる。ここで、クリーナー２４１は転写しきれなかった残留トナーや、感光ドラム１０５に形成するものの転写を行わない各種制御用の特定パッチのトナーを該感光ドラムからクリーニングする。
【００３２】
図７は本発明の加熱装置の概要を示す図面である。７０１は加熱ローラ、７０２は励磁コイル、７０６はサーミスタ、７０７はＡ／Ｄコンバーター、７０８はＣＰＵ、７１０は励磁コイル７０２に高周波電力を供給する誘導加熱電源、７１３は定着器、７１５は基準抵抗、７１６はパルス生成部、７２１は交流電源である。
【００３３】
ＣＰＵ７０８とＡ／Ｄコンバータ７０７、パルス生成部７１６とはバス接続され、同じバス上に接続された図示しないＲＯＭに格納されたプログラムに応じてシーケンス制御を行う。励磁コイル７０２は高周波電流を印加することで、高周波磁界を発生させる誘導加熱コイルであり、 図６に図示するように配置されたＩ字型コア（以下、Ｉコアと称する）７０３と磁気的に結合することで、発生した高周波磁界を加熱ローラ７０１に結合させる磁気回路を構成する。
【００３４】
図６は本実施例の加熱装置７１３を適用した加熱定着装置を横から見た図である。加熱ローラ７０１は鉄製の中空のパイプ状のローラであり、図示しない駆動手段により回転駆動可能なように定着器フレームに回転自在に取り付けられる。そして、ローラ内壁には固有振動周波数ｆｎを変更するためにリブ部材１０１ａ〜１０１ｄが配置されている。図示例では、リブ部材１０１ａ〜１０１ｄは内壁に４本取り付けたものである。このリブ部材１０１ａ〜１０１ｄは磁気回路に影響を与えない非磁性部材にて構成する。
【００３５】
励磁コイル７０２とＩコア７０３とからなる磁気回路を支持部材７０４で加熱ローラ内部に支持配置し、励磁コイル７０２により発生させた磁界を有効に加熱ローラ表面に作用させる。ここで、支持部材７０４は耐熱樹脂などの非磁性材により形成されるものであり、両端部にて加熱装置のフレームに固定される。
【００３６】
励磁コイル７０２およびＩコア７０３は加熱ローラ７０１の長手方向に伸び、Ｉコア７０３を取り巻くように励磁コイル７０２が配置される。ここで、励磁コイル７０２の巻き線を示す○中に"・"が付されている線、"×"が付されている線はそれぞれ同じ向きに電流が流れる。Ｉコア７０３は高い透磁率を有するフェライトなどから成る。５０２は加圧ローラである。図示しない駆動源により矢印方向に回転する加圧ローラ５０２および加熱ローラ７０１の間を、トナー画像８１１が載った記録紙８１０が通過することで該記録紙上にトナー像が加熱定着される。
【００３７】
リブ部材１０１ａ〜１０１ｄを内壁に配設した加熱ローラ７０１の断面図を図１（ａ）に示す。リブ部材１０１ａ〜１０１ｄは図１（ｂ）に示すように、ローラ長手方向に伸びた形状であり、このリブ部材１０１ａ〜１０１ｄにより加熱ローラ７０１の弾性に基づく固有振動周波数ｆｎが変化することになる。このリブ部材１０１ａ〜１０１ｄの幅や個数を適宜設定することで、加熱ローラ７０１の固有周振動周波数ｆｎも適宜設定可能となる。
【００３８】
次に動作について説明を行う。交流電源７２１から誘導加熱電源７１０に交流電力が供給されている。装置のシーケンス制御をつかさどるＣＰＵ７０８からパルス生成部７１６を通じて誘導加熱電源７１０にＯＮ信号およびＰＷＭ信号が送られると、励磁コイル７０２に接続する誘導加熱電源７１０の出力端子にＰＷＭ信号に応じた高周波交流電力が発生することになる。
【００３９】
誘導加熱電源７１０の詳細なブロック図を図３に示す。３０１〜３０４はダイオード、３０５はノイズフィルタ用リアクトル、３０６はノイズフィルタ用コンデンサ、３０７は電力スイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴ、３０８はダイオード、３０９はコンデンサ、３１１はＡＮＤゲート、７２１は誘導加熱電源に入力される交流電源、７０２は誘導加熱電源７１０からの出力が供給される励磁コイル、７１６は誘導加熱電源７１０を制御するように接続されたパルス生成部である。
【００４０】
交流電源７２１から印加された交流電流は、３０１〜３０４のダイオードにより整流された脈流となり、ノイズフィルタを構成するコイル３０５、コンデンサ３０６を通過することで整流された波形となる。ここで、ノイズフィルタを構成するコイル３０５、コンデンサ３０６においては、ＭＯＳ−ＦＥＴ３０７のスイッチング周波数に対しては十分な減衰量を確保し、商用電源周波数ｆｐに対しては減衰無く通過するような定数となっている。
【００４１】
パルス生成部７１６から所定のパルス幅のＰＷＭ信号とＯＮ信号が誘導加熱電源７１０に送出される。ＯＮ信号がＨレベルの場合、ＰＷＭ信号はアンドゲート３１１を介してＭＯＳ−ＦＥＴ３０７のゲート・ソース間に印加され、ＭＯＳ―ＦＥＴ３０７はＰＷＭ信号のＨレベル区間で導通状態となり、整流された入力電流がドレイン電流となり、励磁コイル７０２に通電することになる。
【００４２】
ＰＷＭ信号のＬレベル区間でＭＯＳ−ＦＥＴ３０７がオープン状態となると、ＭＯＳ−ＦＥＴ３０７がＯＮしていた時に流れていた電流を、励磁コイル７０２が貯えていることで逆起電力が発生する。逆起電力は励磁コイル７０２と並列に接続されている共振用コンデンサ３０９に充電される。この流れ込んできたコイル蓄積電流により共振用コンデンサ３０９の両端電圧が上昇し、励磁コイル７０２の蓄積エネルギーが無くなった時点で最大交流電圧が発生する。
【００４３】
また、励磁コイル７０２から流れ出た電流は、電圧が上昇するのに反比例して減衰し、ある点でコイル電流が流れなくなる瞬間を通りすぎた後に、今度は逆に共振用コンデンサ３０９に蓄積された電荷が励磁コイル７０２に向けて電流として流れ出す。
【００４４】
そして、共振用コンデンサ３０９に蓄積された電荷が励磁コイル７０２に戻されるのと同時に、共振用コンデンサ３０９の電圧が低下していき、ＭＯＳ−ＦＥＴ３０７のドレイン電圧がソース電圧よりも低下すると、フライホイールダイオード３０８がオンし順電流が流れる。その後、再びＭＯＳ−ＦＥＴ３０７がオンされ、励磁コイル７０２に電流が流れることで、励磁コイル７０２にはＰＷＭ信号に応じた周波数の交流電流が流れ続ける事になる。
【００４５】
このようにして発生した誘導加熱電源７１０からの所定の周波数の交流電力が励磁コイル７０２に印加されることで、励磁コイル７０２は交流磁界５１を発生する。図５にその様子を示す。この時、励磁コイル７０２に印加する交流電力は、周波数が小さいほど大きい電力が励磁コイル７０２に投入され、通常２００Ｗから数ｋＷ程度である。
【００４６】
交流電力により発生した交流磁界５１が対向する加熱ローラ７０１の表面に渦電流５２を発生させる。その渦電流５２が加熱ローラ表面を流れることで、加熱ローラ７０１の固有抵抗成分によるジュール熱が加熱ローラ表面に発生し、加熱ローラ表面が自己発熱することになる。この時、高透磁率を有するＩコア７０３に磁界が集中することで、加熱ローラ７０１のＩコア７０３に向かい合った部分に多くの渦電流による発熱が引き起こされることとなる。そして、励磁コイル７０２に投入された電力が大きいほど、発生する交流磁界およびジュール熱も大きいものとなる。
【００４７】
このようにして得られた加熱ローラ表面の発熱により、加熱ローラ表面に配置されたサーミスタ７０６は温度が高いほど、その抵抗値が小さくなる。この時、サーミスタ７０６は加熱ローラ７０１の長手方向のほぼ中央付近に配置されている。基準抵抗とによって分圧されたサーミスタ／ＧＮＤ間の電圧（サーミスタ検出電圧）は、温度が高いほど小さくなる。そのサーミスタ検出電圧はＡ／Ｄコンバーター７０７によってデジタル化されてＣＰＵ７０８に入力される。ＣＰＵ７０８ではソフト的に温度基準値との比較を行い、誘導加熱電源７１０へのＰＷＭ信号のオン／オフパルス幅を決定する設定値をパルス生成部７１６へと出力する。
【００４８】
パルス生成部７１６はＣＬＫ信号をＣＰＵ７０８からの設定値と所定の設定値の比較を行うことで適切な設定値に応じて計数し、オン幅、オフ幅を有するＰＷＭ信号を発生する。図１３にパルス生成部の詳細なブロック図を示す。１０１、１０６、１１４、はＤラッチ、１０３、１０８はダウンカウンタ、１０４、１０９、１１２、１１３はＡＮＤゲート、１０５、１１０はＯＲゲート、１１１はＳＲラッチである。
【００４９】
ＰＷＭ生成のタイミングチャートを図８に示しパルス生成部の動作を説明する。ここで、ＣＳ１〜３はレジスタのセレクト信号、ＷＲはライト信号である。ＣＳ１〜３、Ｄａｔａ、ＷＲ、ＣＬＫは図７のＣＰＵ７０８〜パルス生成部７１６間のバスに含まれるものである。１０１−ＱはＤラッチ１０１のＱ出力、１０２−ＱはＤラッチ１０２のＱ出力、１０３−ＣＮＴはカウンタ１０３のカウント値、１０３−ＲＣはカウンタ１０３のリップルキャリー出力、１１１−ＱはＤＳＲラッチ１１１のＱ出力、１０８−ＣＮＴはカウンタ１０８のカウント値、１０８−ＲＣはカウンタ１０８のリップルキャリー出力、１１４−ＱはＤラッチ１０４のＱ出力、１１５−ＱはＡＮＤゲート１１５の出力、１１２−ＱはＡＮＤゲート１１２の出力である。
【００５０】
ＣＬＫは数ＭＨｚの信号であり、各Ｄラッチおよびカウンタに基準信号として入力され、この信号の計数により、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度のＰＷＭパルスを出力可能としている。セレクト信号ＣＳ１がＨレベルで選択され、ライト信号ＷＲの立ち上がり時に、そのときＤａｔａバスに出力されているデータ＝ＮがＤラッチ１０１にラッチされる。駆動電源のＯＮを意味するレジスタであるＣＳ３がＨレベルで選択され、ライト信号ＷＲの立ち上がりでデータ＝１がＤラッチ１１４にラッチされるとともに、カウンタ１０３にデータ＝Ｎがロードされる。
【００５１】
ＳＲラッチ１１１のＱ出力に接続されたカウンタ１０３のイネーブルＥＮがＨレベルであることにより、カウンタ１０３はＣＬＫに従いダウンカウント動作を行い、カウント値＝０となった時点でリップルキャリー信号ＲＣ＝Ｈレベルに出力する。その出力により、ＳＲラッチ１１１はリセットされ、Ｑ＝Ｌレベル、Ｑ＊＝Ｈレベルに状態が変化するとともに、一方のカウンタ１０８へカウンタ値＝Ｍのロードを行う。ここで、Ｄラッチ１０６の動作は１０１と同様であるため、説明は割愛する。
【００５２】
カウンタ値＝Ｍがロードされ、イネーブルされたカウンタ１０８はＣＬＫに従いダウンカウント動作を行い、カウント値＝０となった時点でリップルキャリー信号ＲＣ＝Ｈレベルに出力する。その出力により、ＳＲラッチ１１１はセットされ、Ｑ＝Ｈレベル、Ｑ＊＝Ｌレベルに状態が変化するとともに、一方のカウンタ１０８へカウンタ値＝Ｎのロードを行う。この繰り返しにより、ＯＮ幅＝Ｎカウント、ＯＦＦ幅＝ＭカウントのＰＷＭパルスがＳＲラッチ１１１の出力として生成される。
【００５３】
このＰＷＭ信号とＯＮ信号が誘導加熱電源に送られ、この誘導加熱電源７１０の出力端子にＰＷＭ信号に応じた周波数に換算して２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の高周波交流電力が発生する。このような動作により、加熱ローラ表面の温度を所定の温度に保つことが可能となる。このとき、加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎが商用電源周波数ｆｐ（およびその逓倍）と一致していないような固有振動の設定とすることで、加熱ローラ７０１の共振に基づく大きな振動や騒音の発生を防止可能となる。
【００５４】
［参考例１］
加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを商用電源周波数ｆｐの逓倍からずらすためには、加熱ローラ７０１の厚みを変更することで、加熱ローラ自身の弾性を変更し、加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを変化させることが可能である。誘導加熱方式の加熱ローラ７０１として鉄製のローラを用いた場合、その厚さは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度が好適である。この範囲内であれば、装置としての定着性能を保ったままで、加熱ローラ７０１の厚みを変更して、加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを商用電源周波数ｆｐの逓倍からずらすことも可能である。
【００５５】
［参考例２］
加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを商用電源周波数ｆｐの逓倍からずらすためには、加熱ローラ７０１の材質を変更することで、加熱ローラ自身の弾性を変更し、加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを変化させることが可能である。例として、鉄材を加熱ローラ７０１の芯金として用いた場合においても、含有させる炭素以外のクロム、モリブデン、ニオブ、バナジウム、タングステンなどの添加材の配合量により、引っ張り強度、ヤング率などの機械的特性が異なる鋼管が作られている。これらの鋼管の種類を適宜選択することで、その機械的特性に応じて加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを商用電源周波数ｆｐの逓倍からずらすことも可能である。
【００５６】
［参考例３］
加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを商用電源周波数ｆｐの逓倍からずらすためには、加熱ローラ７０１を複数の材質の部材で構成することで、加熱ローラ自身の弾性を変更し、加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを変化させることが可能である。例として加熱ローラ全体の表面離型性を高めるために用いられる表面への樹脂コーティング付加し、その材質や厚みを適宜選択することで、加熱ローラ７０１の固有振動周波数ｆｎを変化させることが可能となる。コーティン
【００５７】
あるいは、加熱ローラの芯金部分を複数の金属材料により構成することでも加熱ローラ自身の弾性を変更し、加熱ローラの固有振動周波数ｆｎを変化させることが可能である。図９に示すように、磁気回路を構成する内面には鉄材７２１、外面にアルミ材７２２として両者を焼き嵌めし一体化したローラを加熱ローラ７２０とすることで、鉄とは全く異なった固有振動周波数ｆｎを有する加熱ローラ７２０とすることが可能となる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の像加熱装置によれば、加熱ローラの固有振動周波数ｆｎが、商用電源周波数ｆｐの偶数の逓倍と一致しないように、加熱ローラの内面に非磁性材料のリブを設けたので、簡単な構成で誘導加熱電力印加による商用電源周波数ｆｐの偶数の逓倍に応じた加熱ローラの共振を防ぎ、振動や騒音を防止することができる効果がある。
また、画像形成装置に、この像加熱装置を加熱定着手段として搭載させることで、商用電源周波数の偶数の逓倍に応じた加熱ローラの共振振動による騒音がなく、常に安定して高精度のプリントができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 加熱ローラの構造を示す図
【図２】 画像形成装置の概要を示す図
【図３】 誘導加熱電源のブロック図
【図４】 画像形成装置の画像処理部の流れを示すブロック図
【図５】 本発明の磁気回路の説明図
【図６】 加熱定着装置の構成図
【図７】 加熱定着制御部の説明図
【図８】 パルス発生部のタイミングチャート
【図９】 ２重構造の加熱ローラの構造を示す図
【図１０】 従来の加熱定着装置の構成図
【図１１】 従来の加熱定着装置の回路ブロック図
【図１２】 商用電源電圧、コイル電流、ローラに印加される力の概念図
【図１３】 制御系のブロック図
【符号の説明】
７０１ 加熱ローラ
７０２ 励磁コイル
７０３ Ｉコア
７０６ サーミスタ
７０７ Ａ／Ｄコンバーター
７０８ ＣＰＵ
７１０ 誘導加熱電源
７１３ 加熱定着装置
７１６ パルス生成部
１０１ リブ部材
２００ プリンタ部（画像形成手段）
２０１ イメージスキャナ部（画像形成手段）
２２４、２２５ 給紙部（画像形成手段）
Claims (3)
- 加熱ローラと、この加熱ローラの近傍に設けた励磁コイルと、商用電源から供給される商用電源周波数の電流に対してスイッチング部材をＯＮとＯＦＦさせて生じる高周波電力を前記励磁コイルに印加する電源ユニットと、を有し、記録材上に形成された像を加熱する像加熱装置において、
前記加熱ローラの固有振動周波数が、商用電源周波数の偶数の逓倍と一致しないように加熱ローラの内面に非磁性材料のリブを設けることを特徴とする像加熱装置。 - 前記励磁コイルを有するコイルユニットは、加熱ローラの内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
- 記録紙を給紙部から排紙部まで搬送する搬送手段と、前記搬送中の記録紙上に直接または間接に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、前記記録紙上に形成された未定着トナー画像を該記録紙上に加熱定着する加熱定着手段とを有する画像形成装置において、
前記加熱定着手段として、請求項１または２に記載の像加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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