JP4508485B2

JP4508485B2 - 像加熱装置、画像形成装置及び設定方法

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Publication number: JP4508485B2
Application number: JP2001240401A
Authority: JP
Inventors: 敏則中山; 督渡辺
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Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2010-07-21
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に装着されている加熱定着器のような像加熱装置に関するもので、特に、誘導加熱方式の像加熱装置に関する。
また、この加熱装置を搭載した画像形成形成装置、及び設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式等の複写機などには、記録媒体である記録紙ないし転写材などのシート上に転写されたトナー像をシートに定着させる加熱装置が設けられている。
【０００３】
この加熱装置は、例えば、シート上のトナーを熱溶融させる加熱ローラとも指称される定着ローラと、当該定着ローラに圧接してシートを挟持する加圧ローラとを有している。定着ローラは中空状に形成され、この定着ローラの中心軸上には、発熱体が保持手段により保持されている。発熱体は、例えば、ハロゲンランプなどの管状発熱ヒータより構成され、所定の電圧が印加されることにより発熱するものである。このハロゲンランプは定着ローラの中心軸に位置しているため、ハロゲンランプから発せられた熱は定着ローラ内壁に均一に輻射され、定着ローラの外壁の温度分布は円周方向において均一となる。定着ローラの外壁は、その温度が定着に適した温度（例えば、１５０〜２００℃）になるまで加熱される。この状態で定着ローラと加圧ローラは圧接しながら互いに逆方向へ回転し、トナーが付着したシートを挟持搬送する。定着ローラと加圧ローラとの圧接部（以下、ニップ部ともいう）において、シート上のトナーは定着ローラの熱により溶解し、両ローラから作用する圧力によりシートに定着される。
【０００４】
しかし、ハロゲンランプなどから構成される発熱体を備えた上記加熱装置においては、ハロゲンランプからの輻射熱を利用して定着ローラを加熱するため、電源を投入した後、定着ローラの温度が定着に適した所定温度に達するまでの時間（以下、ウォームアップタイムという）に、比較的長時間を要していた。その間、使用者は複写機を使用することができず、比較的長時間の待機を強いられるという問題があった。
【０００５】
その一方、ウォームアップタイムの短縮を図ってユーザの操作性を向上すべく多量の電力を定着ローラに印加したのでは、加熱装置における消費電力が増大し、省エネルギー化に反するという問題が生じていた。
【０００６】
このため、複写機などの商品の価値を高めるためには、加熱装置の省エネルギー化（低消費電力化）と、ユーザの操作性向上（クイックプリント）との両立を図ることが一層注目され重視されてきている。
【０００７】
かかる要請に応える装置として、特開昭５９−３３７８７号公報に示されるように、加熱源として高周波誘導を利用した誘導加熱方式の加熱装置が提案されている。
【０００８】
この誘導加熱装置は、金属導体からなる中空の定着ローラの内部にコイルが同心状に配置されており、このコイルに高周波電流を流して生じた高周波磁界により定着ローラに誘導渦電流を発生させ、定着ローラ自体の表皮抵抗によって定着ローラそのものをジュール発熱させるようになっている。
【０００９】
この誘導加熱方式の加熱装置によれば、電気−熱変換効率がきわめて向上するため、ウォームアップタイムの短縮化が可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような誘導加熱方式の加熱装置にあっては、コイルに数Ａ〜数十Ａの大電流が流れるために、コイル自身のジュール発熱による温度上昇問題があった。
【００１１】
また、誘導コイルが加熱部材の内部空間に配置される場合には、効率のよい熱放出が行われず、コイルの温度上昇が甚大になる。
【００１２】
このような誘導コイルの温度上昇が発生した場合、例えば誘導コイルの被覆が熱により溶融し、絶縁性が損なわれてしまうという問題があった。
【００１３】
そこで、例えば特開昭５４−３９６４５号公報や、特開平１０−２８２８２６号公報に開示されているように、誘導コイルの温度上昇を押さえるために、送風手段の冷却機構を設けるという提案がなされている。
【００１４】
しかし、送風などの冷却機構をもうけることは、それだけコストが高くなるばかりか、その分のスペースも確保しなければならない。さらに、電力を消費して発生させた熱を間接的に冷却することは、エネルギーの無駄づかいになっていた。
【００１５】
本発明は上述の課題に鑑み成されたものであり、その目的は、誘導コイルの昇温を抑えられる像加熱装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、電源損失の少ない像加熱装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の更に他の目的は、発熱効率の優れた像加熱装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、この像加熱装置を搭載した画像形成装置を提供することにある。
【００１８】
【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化熱装置、画像形成装置、及び設定方法である。
【００１９】
（１）通電により磁束を発生するコイルと磁性コアとを有する磁束発生部と、前記磁束発生部からの磁束により発熱する発熱部材と、前記発熱部材との間で記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧部材と、前記コイルに１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの交流電流を印加するための励磁回路と、前記発熱部材の温度を検知する温度検知部材と、前記温度検知部材の出力に基づいて前記コイルへの通電を制御する通電制御手段と、を有し、前記発熱部材の熱により前記ニップ部にて記録材上のトナー画像を加熱する像加熱装置において、
前記励磁回路から前記コイルに印加する全電力における有効電力Ｗと無効電力Ｗ′との関係が
０．２≦Ｗ／（Ｗ＋Ｗ′）≦０．５
を満たすように前記磁束発生部と前記発熱部材との間隔が設定されていることを特徴とする像加熱装置。
（２）前記コイルは、絶縁耐熱性樹脂により表面が被覆されていることを特徴とする（１）に記載の像加熱装置。
（３）前記樹脂の耐熱温度は、２２０℃〜２３５℃であることを特徴とする（２）に記載の像加熱装置。
（４）前記磁束発生部は前記発熱部材の内面に対向して設けられていることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の像加熱装置。
（５）前記磁束発生部は前記発熱部材の外面に対向して設けられていることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の像加熱装置。
（６）通電により磁束を発生するコイルと磁性コアとを有する磁束発生部と、前記磁束発生部からの磁束により発熱する発熱部材と、前記発熱部材との間で記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧部材と、前記コイルに１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの交流電流を印加するための励磁回路と、前記発熱部材の温度を検知する温度検知部材と、前記温度検知部材の出力に基づいて前記コイルへの通電を制御する通電制御手段と、を有し、前記発熱部材の熱により前記ニップ部にて記録材上のトナー画像を加熱する像加熱装置における前記磁束発生部と前記発熱部材との間隔を設定する設定方法において、
前記励磁回路から前記コイルに印加する全電力における有効電力Ｗと無効電力Ｗ′との関係が
０．２≦Ｗ／（Ｗ＋Ｗ′）≦０．５
を満たすように前記磁束発生部と前記発熱部材との間隔を設定することを特徴とする設定方法。
（７）前記コイルは、絶縁耐熱性樹脂により表面が被覆されていることを特徴とする（６）に記載の設定方法。
（８）前記樹脂の耐熱温度は、２２０℃〜２３５℃であることを特徴とする（７）に記載の設定方法。
（９）前記磁束発生部は前記発熱部材の内面に対向して設けられていることを特徴とする（６）から（８）のいずれかに記載の設定方法。
（１０）前記磁束発生部は前記発熱部材の外面に対向して設けられていることを特徴とする（６）から（８）のいずれかに記載の設定方法。
【００３０】
まず、上記の有効電力と無効電力について解説する。交流電流の場合に、その回路にコンデンサーＣやコイルＬなどが存在する場合に抵抗Ｒとのバランスによって電流と電圧に位相差が生じることが一般的である。もし回路にコンデンサーＣとコイルＬがなく抵抗Ｒしかない場合には位相が生じることがなく、位相差ゼロであるので電流と電圧はごく普通に等位相で流れている。この場合には、電圧がかかっている時に同期して電流がながれているために電力は有効に消費され、有効電力は１００％であり、無効電力は０％である。また消費電力Ｗは実効電流値Ｉと実効電圧Ｖを用いてＷ＝ＩＶで表される。
【００３１】
しかし前述の通り、コンデンサーＣやコイルＬがある場合には電圧と電流に位相差が生じるために、電圧がかかっている瞬間でも電流が流れず、そのため先ほどと同じ実効電圧、実効電流であっても有効に電力が消費されない状態が生まれる。このためもし正弦波振動をしている場合の電圧と電流との位相差をθとすると、有効に消費される電力ＷはＷ＝ＩＶｃｏｓθであり、先ほどよりも少なくなってしまう。この有効に消費されている電力の事を有効電力という。先の例では、位相差がゼロでｃｏｓθ＝０の例であったわけで、実効電流と実効電圧の単純な積、すなわち位相差ゼロの場合の消費電力から有効電力分を差し引いた分を、無効電力という。
【００３２】
コイルに印加する全電力、有効電力Ｗ、無効電力Ｗ′の測定はごく普通の交流電源用の電力計で測定可能である。本発明の場合は、コイルの実効電流と実効電圧と消費電力を測っており、普通に消費電力と表示されているものが有効電力である。例えば実効電流１５Ａ、実効電圧１３０Ｖ、消費電力６５０Ｗと言うように表示されるが、このときのコイルに印加する全電力は実効電流と実効電圧の積1５×１３０＝１９５０Ｗであり、有効電力は表示どおり６５０Ｗ、無効電力は１９５０−６５０＝１３００Ｗということになる。
【００３３】
有効電力比率［Ｗ／（Ｗ＋Ｗ′）］は、誘導コイルの形状（巻き数、巻き幅）と加熱部材との距離、印加する周波数、ローラの材質、コアを用いる場合であれば、コアの磁気特性等のパラメータによって変化する。どれかを固定すれば、他のパラメータを合わせ込む事によって調節可能である。例えば、誘導コイルのギャップを広くするのであれば、コイルの巻き幅を広くし、コアの幅を広げる、あるいは磁路に占める割合を増やす等によって有効電力比率を適正化できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
＜第一実施例＞
（１）画像形成装置例
図１は本実施例における画像形成装置の概略構成模型図である。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。
【００３５】
１０１は像担持体としての電子写真感光ドラムであり、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。
【００３６】
１０２は帯電手段としての導電性・弾性を有する帯電ローラであり、感光ドラム１０１に対して所定の押圧力をもって当接させてあり、感光ドラム１０１の回転に従動して回転する、あるいは回転駆動される。そしてこの帯電ローラ１０２に不図示の電源部より所定の帯電バイアス電圧が印加されることにより、回転する感光ドラム１０１の周面が所定の極性・電位に一様に接触帯電処理される。
【００３７】
１０３は情報書き込み手段としての露光装置である。この露光装置１０３はレーザスキャナであり、画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザ光を出力し、折り返しミラー１０３ａを介して、回転する感光ドラム１０１の一様帯電処理面を走査露光Ｌする。これにより感光ドラム１０１の面に走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。
【００３８】
１０４は現像装置であり、感光ドラム１０１の面に形成された静電潜像をトナー画像として現像する。１０４ａは現像ローラであり、不図示の電源部より所定の現像バイアス電圧が印加される。
【００３９】
１０５は転写手段としての導電性・弾性を有する転写ローラであり、感光ドラム１０１に所定の押圧力をもって圧接させて転写ニップ部Ｔを形成させている。この転写ニップ部Ｔに不図示の給紙部から所定の制御タイミングにて記録媒体としての記録紙（転写材）Ｐが給紙されて挟持搬送され、その記録紙Ｐ面に感光ドラム１０１面側のトナー画像が順次に転写される。転写ローラ１０５には不図示の電源部からトナーの帯電極性とが逆極性の適切なバイアス電圧が所定の制御タイミングにて印加される。
【００４０】
１０６は未定着トナー画像を加熱定着する加熱装置（画像加熱定着装置）であり、転写ニップ部Ｔを通った記録紙Ｐは感光ドラム１０１の面から順次に分離されてこの加熱装置１０６に導入され、記録紙Ｐ上のトナー画像が加熱・加圧されて記録紙Ｐ上に定着処理される。加熱装置１０６を通った記録紙Ｐは画像形成物（コピー、プリント）として排紙される。加熱装置１０６は本発明に従う誘導加熱方式の加熱装置であり、次の（２）項で詳述する。
【００４１】
１０７は感光ドラム面クリーニング装置であり、記録紙分離後の感光ドラム１０１の面に残った転写残トナーや紙粉等の感光ドラム面汚染物を除去して清浄面化する。クリーニング装置１０７で清浄面化された感光ドラム面は繰り返して作像に供される。
【００４２】
（２）加熱装置１０６
図２は加熱装置１０６の横断面模型図である。本例の加熱装置１０６は誘導加熱される発熱部材としての定着ローラ１と、加圧部材としての加圧ローラ２との圧接部である定着ニップ部Ｎに、未定着トナー画像ｔを担持している被加熱材としての記録紙やＯＨＴなどの記録材Ｐを導入して挟持搬送させて、定着ニップ部Ｎにおいて定着ローラ１の熱とニップ圧によって未定着トナー画像ｔを記録材Ｐ面に熱圧定着させるヒートローラタイプの装置である。
【００４３】
定着ローラ１は、外径４０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの、磁性金属部材である鉄製の芯金シリンダである。その表面の離型性を高めるために例えばＰＴＦＥやＰＦＡ等のフッ素樹脂の１０〜５０μｍ厚の層を外周面に設けてもよい。
【００４４】
加圧ローラ２は、中空芯金２ａと、その外周面に形成される表面離型性耐熱ゴム層である弾性層２ｂとからなる。
【００４５】
定着ローラ１はその両端部を図示しない定着ユニットフレームに回転自在に軸受けさせて取り付け支持させてあり、図示しない駆動系により矢印の時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。
【００４６】
加圧ローラ２は、上記の定着ローラ１の下側において定着ローラ１に並行に配列して、芯金２ａの両端部を図示しない定着ユニットフレームに回転自在に軸受けさせて支持させるとともに、バネなどを用いた図示しない付勢機構によって定着ローラ１の回転軸方向に押し上げ付勢させて定着ローラ１の下面に対して所定の押圧力で加圧させてある。この定着ローラ１に対する加圧ローラ２の圧接により、弾性層２ｂが定着ローラ１との圧接部で弾性変形して定着ローラ１との間に被加熱材加熱部としての所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。本例では加圧ローラ２は総圧約３０４Ｎ（約３０Ｋｇ重）で荷重されており、その場合の定着ニップ部Ｎのニップ幅は約６ｍｍになる。しかし都合によっては荷重を変化させてニップ幅を変えてもよい。
【００４７】
加圧ローラ２は定着ローラ１の回転駆動に伴い、定着ニップ部Ｎでの圧接摩擦力にて従動回転する。
【００４８】
９は磁束発生手段（磁束発生部）としての誘導コイルアセンブリであり、誘導コイル３と、磁性コア４と、コイルホルダー５等からなる。
【００４９】
コイルホルダー５は、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、フェノール樹脂等の耐熱性樹脂からなる、横断面半円樋型の部材であり、このコイルホルダー５の内側に舟形に巻いた誘導コイル３と、厚み４ｍｍの平板フェライトをＴ型に組み合わせた磁性コア４を納めて誘導コイルアセンブリ９としてある。
【００５０】
この誘導コイルアセンブリ９をステー６に保持させて定着ローラ１の中空部に挿入し、コイルホルダー５の半円弧面側を下向きの姿勢にして、ステー６の両端部を図示しない定着ユニットフレームに固定して支持させてある。コイルホルダー５の半円弧面側の外面と、中空の定着ローラ１の内面間の隙間距離は本例では２ｍｍにした。
【００５１】
定着ローラ１が回転駆動され、加圧ローラ２が従動回転し、励磁回路１１から誘導コイル３に１０〜１００ｋＨｚの交流電流が印加される。交流電流によって誘導された磁界は導電層である定着ローラ１の内面に渦電流を流し、ジュール熱を発生させる。即ち定着ローラ１が誘導加熱される。この定着ローラ１の温度が定着ローラ表面に当接するように配置されたサーミスタ等の温度センサー７（温度検知部材）により検出され、その検出温度情報（検出信号）が制御回路１２（通電制御手段）に入力する。制御回路１２はその入力する検出温度情報をもとに、定着ローラ１の表面温度が所定の一定温度になるように、即ち定着ニップ部Ｎの温度が所定の定着温度に自動温調されるように、励磁回路１１から誘導コイル３への電力供給を増減させる。
【００５２】
而して、定着ローラ１・加圧ローラ２が回転され、定着ローラ１が誘導加熱されて所定に温度に温調された状態において、未定着トナー画像ｔを担持している記録材Ｐが搬送ガイド８にガイドされて定着ニップ部Ｎに導入されて挟持搬送され、定着ローラ１の熱とニップ圧によって未定着トナー画像ｔが記録材Ｐ面に熱圧定着される。定着ニップ部Ｎを出た記録材Ｐは定着ローラ１の面から分離して排出搬送される。１０は定着ニップ部Ｎの記録材出口側に定着ローラ１の表面に当接または近接して配置した記録材分離爪である。
【００５３】
定着ローラ１の発熱を増加させるためには誘導コイル３の巻き数を増やしたり、磁性コア４をフェライト、パーマロイといった高透磁率で残留磁速密度の低いものを用いたり、交流電流の周波数を高くすると良い。
【００５４】
誘導コイル３には高周波の交流電流が印加されるために、変動する電流と電圧に位相差が生じる事が有る。この場合、コイルで有効に消費される電力Ｗは、誘導コイルに流れる実効電流Ｉ⁰と実効電圧Ｖ⁰と、その位相差θを用いて、
Ｗ＝Ｉ⁰Ｖ⁰ｃｏｓθ
で表される。
【００５５】
有効電力比率（ＰＦ）は、誘導コイルで有効に消費される消費電力Ｗと、無効電力Ｗ′をもちいて
ＰＦ＝Ｗ／（Ｗ＋Ｗ′）
として表される。
【００５６】
本実施例の構成においては、前記したように、コイルホルダー５外周面と、定着ローラ１の内面間の隙間距離は２ｍｍ、コア４は厚み４ｍｍの平板フェライトをＴ型に組み合わせた構成をとり、この時に有効電力比率は０．３０であった。
【００５７】
また、温度センサーの検知温度１８０℃を保つように設定し、記録紙Ｐの搬送速度は２００ｍｍ／ｓｅｃ程度に設定した。
【００５８】
このような構成で、室温２５℃の環境下で一分間に通紙するコピー枚数を変化させることによって得た誘導コイルに流れた実効電流値Iｃ、および誘導コイルの温度Ｔｃの値を以下の表１に示す。
【００５９】
【表１】

【００６０】
表１に示した各通紙モードＡ、Ｂ、Ｃは、
Ａが記録紙を２０枚/毎分で出力した場合
Ｂが記録紙を３０枚/毎分で出力した場合
Ｃが記録紙を４０枚/毎分で出力した場合である。
【００６１】
表１から、誘導コイルの温度Ｔ_Cは誘導コイルＩ_Cに流れる電流値の増加にしたがって上昇する事が判る。これは、単位時間当たりのコピー枚数が増える事によってトナーを記録紙に定着するために必要な電力量が増加し、その結果として誘導コイルに流れる電流値が増加し、誘導コイルでジュール熱として失われる損失熱が、誘導コイルに流れる電流値の二乗に比例して増加する事によって理解できる。
【００６２】
次に、加熱装置（定着器）構成を変化させる事によって、有効電力比率を０．２０程度までに低下させた系を用いて同じ実験をおこなった結果を以下の表２に示す。有効電力比率は、平板フェライトコア４の厚みを３ｍｍに減らす事によって低下させた。
【００６３】
【表２】

【００６４】
表２によると、各通紙モードＡ、Ｂ、Ｃすべてにおいて有効電力比率０．３の装置よりも誘導コイルの温度Ｔｃが上昇している事が判る。特に通紙モードＣにおいては誘導コイルの温度が２２０℃以上の高温であり、銅線を被覆している樹脂皮膜の絶縁破壊や、定着ローラ表面の異常昇温などを引き起こす恐れがある。したがって、コイルの耐熱温度を考慮すると、４０枚／分の処理能力を有する画像形成装置では、有効電力比率０．３以上の定着ユニットを用いるのが好ましい。処理能力が３０枚／分以下の画像形成装置では有効電力比率０．２以上の定着ユニットを用いれば良い。
【００６５】
この様に、有効電力比率を０．３から０．２に低下することによって、誘導コイルの温度が上昇した理由は、単位時間当たりの出力枚数が同じであっても有効電力比率が悪化したことにより誘導コイルに流れる電流値が増加し、その結果として誘導コイルのジュール発熱量が増加した事に起因している。
【００６６】
図３に同じ状態で記録紙を出力し、定着系の有効電力比率値を変化させた場合の誘導コイルの温度上昇カーブを示す。有効電力比率値が小さな値になるにしたがって、誘導コイルの温度が急激に上昇していく事がわかる。
【００６７】
上述のように、誘導コイル３は高温になると電気抵抗が上がり電源効率が悪くなる。それを補うためにさらに電力を投入すると、さらなる発熱を引き起こし悪循環に陥る。コイル３の表面には、ポリイミドやアミドイミド等の絶縁性耐熱樹脂のコーティングが施されているが、コイルの発熱量が大きくなりすぎると樹脂の耐熱温度を上回り、絶縁性が損なわれてしまう（ポリイミドワイヤ（ＰＩＷ））、アミドイミドワイヤ（ＡＩＷ）等の耐熱樹脂の耐熱温度は約２２０℃〜２３５℃程度）。また、コイル３の発熱はコア４の昇温も引き起こす。コア４はキュリー温度を越えると透磁率が極端に低くなり発熱効率が悪化する。
【００６８】
このように表面を樹脂で覆ったコイルを用いた場合のコイルの耐熱温度を基準にしてプリンタの処理能力と定着ユニットの有効電力比率の関係を調べてみた。図９にその結果を示す。
【００６９】
図９から理解できるように１分間の出力枚数が１０枚を越えるプリンタでは、最低でも０．１の有効電力比率の定着ユニットを用いる必要がある。１分間の出力枚数が２０枚を越えるプリンタでは、最低でも０．１５の有効電力比率の定着ユニット、１分間の出力枚数が３０枚を越えるプリンタでは、最低でも０．２の有効電力比率の定着ユニット、１分間の出力枚数が４０枚を越えるプリンタでは、最低でも０．２５の有効電力比率の定着ユニットを用いる必要がある。
【００７０】
誘導コイルの昇温が顕著になる場合には、誘導コイルと定着ローラとの距離を近づけたり、高熱伝導性部材を誘導コイルの近くに配置するなどによって対応できるが、本発明者らの検討によると、どのような対応策を用いたとしても誘導コイルの温度を安全な温度範囲で使用するためには、最低でも０．１０以上の有効電力比率が必要であることが判った。さらに定着系の自由度を考慮すると、理想的には、０．２０以上であることが望ましい。
【００７１】
一方で、有効電力比率が１．０に近づくと電源損失が増加し、電源発熱量が増加する。すると電磁変換効率が悪く電力が加熱部材に印加できない。
【００７２】
そこで、定着ユニットの有効電力比率と電源損失量との関係を調べてみた。その結果を図１０に示す。
【００７３】
電源損失が０.３以上では電源での発熱量が多くなり電力を印加しても電源でのロス分が多く、加熱部材の加熱に有効に使われる電力が少なくなり効率的ではない。
【００７４】
よって、電源損失を抑えるために有効電力比率値上限は０．８以下、更に理想的には、電源効率を０．１程度に抑えるのが望ましいので有効電力比率の上限を０．５以下に設定するのが好ましい。
【００７５】
このように有効電力比率の値が大きくなると誘導コイルの昇温は有利であるが、高周波を発生させる駆動電源でのスイッチングロスが大きくなり、電源でロスする電力が増えて効率的ではない。また有効電力比率を大きくするための定着系として、コアの断面を増やす等の構成変更が困難であるために、０．８０程度が上限である事が判った。さらに、電源での電気熱変換効率や定着系の自由度の確保を考慮すると、理想的には、０．５０以下であることが望ましい。
【００７６】
上述したように、コイルの耐熱温度及び電源損失の両方を考慮すると、定着ユニットの有効電力比率［Ｗ／（Ｗ＋Ｗ′）］は０．１以上０．８以下に設定する必要がある。定着器の設計の自由度を考慮すると０．２以上０．５以下が好ましい。
【００７７】
更に詳細には、１分間の出力枚数が１０枚以上のプリンタには有効電力比率が０．１以上０．８以下の定着器を用いるのが望ましい。１分間の出力枚数が２０枚以上のプリンタには有効電力比率が０．１５以上０．８以下の定着器を用いるのが望ましい。１分間の出力枚数が３０枚以上のプリンタには有効電力比率が０．２以上０．８以下の定着器を用いるのが望ましい。１分間の出力枚数が４０枚以上のプリンタには有効電力比率が０．２５以上０．８以下の定着器を用いるのが望ましい。
【００７８】
＜第二実施例＞
本発明の有効電力比率範囲は上記の第一実施例のようなタイプの誘導加熱方式の加熱装置以外の各種タイプの誘導加熱方式の加熱装置にも有効に適用できるものである。図４〜図８は各種タイプの誘導加熱方式の加熱装置例である。
【００７９】
ａ）図４：この加熱装置は、誘導コイル３を定着ローラ１の外部に配置したタイプである。
【００８０】
ｂ）図５：この加熱装置は、定着ローラ１の代わりに、エンドレス状あるいは円筒状の磁性体金属ベルト１Ａを誘導加熱部材として用いたタイプである。磁性体金属ベルト１Ａは磁性金属層を含む積層部材、もしくはそれ自体磁性金属の部材である。
【００８１】
磁性体金属ベルト１Ａはその内側の誘導コイルアセンブリ９のコイルホルダー５と外側の加圧ローラ２との間に挟ませた状態にして、コイルホルダー５と加圧ローラ２とを圧接させて定着ニップ部Ｎを形成させている。
【００８２】
この装置においては加圧ローラ２が駆動手段Ｍにより矢印の反時計方向に回転駆動される（加圧ローラ駆動方式）。この加圧ローラ２の回転による該ローラ２と磁性体金属ベルト１Ａとの、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力で磁性体金属ベルト１Ａに回転力が作用して、該磁性体金属ベルト１Ａがその内面が定着ニップ部Ｎにおいて誘導コイルアセンブリ９のコイルホルダー５の下面部に密着して摺動しながら矢印の時計方向に従動回転する。
【００８３】
磁性体金属ベルト１Ａは誘導コイル３の発生磁束により誘導加熱され、定着ニップ部Ｎに被加熱材としての記録材Ｐが導入されて加熱される。
【００８４】
ｃ）図６：この装置は、ロール巻きにした有端の長尺ウエブ状の磁性体金属ベルト１Ｂを誘導加熱部材として用いたタイプである。この磁性体金属ベルト１Ｂを繰り出し軸１３側から巻き取り軸１４側に定着ニップ部Ｎを経由させて走行移動させる。磁性体金属ベルト１Ｂは磁性金属層を含む積層部材、もしくはそれ自体磁性金属の部材である。
【００８５】
磁性体金属ベルト１Ｂは定着ニップ部Ｎにおいて誘導コイル３の発生磁束により誘導加熱され、定着ニップ部Ｎに被加熱材としての記録材Ｐが導入されて加熱される。
【００８６】
ｄ）図７：この装置は、コイルホルダー５の下面のほぼ中央部にホルダー長手に沿って誘導加熱部材としての磁性体金属ストリップ１Ｃを固定して配設し、誘導コイル３、磁性コア４、コイルホルダー５、磁性体金属ストリップ１Ｃのアセンブリに円筒状の耐熱性フィルム（定着フィルム）１５を外嵌し、その定着フィルム１５を上記固定の磁性体金属ストリップ１Ｃと加圧ローラ２との間に挟ませた状態にして、磁性体金属ストリップ１Ｃと加圧ローラ２とを圧接させて定着ニップ部Ｎを形成させている。
【００８７】
この装置においては加圧ローラ２が駆動手段Ｍにより矢印の反時計方向に回転駆動される（加圧ローラ駆動方式）。この加圧ローラ２の回転による該ローラ２と定フィルム1５との、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力で定フィルム1５に回転力が作用して、該定フィルム1５がその内面が定着ニップ部Ｎにおいて固定の磁性体金属ストリップ１Ｃの下面部に密着して摺動しながら矢印の時計方向に従動回転する。
【００８８】
固定の磁性体金属ストリップ１Ｃは誘導コイル３の発生磁束により誘導加熱され、定着ニップ部Ｎに被加熱材としての記録材Ｐが導入されて定着フィルム１５を介して固定の磁性体金属ストリップ１Ｃの熱で加熱される（フィルム加熱方式）。
【００８９】
ｅ）図８：この装置は、上記図７のフィルム加熱方式の装置において、定着フィルム１５をロール巻きにした有端の長尺ウエブ状の部材にし、繰り出し軸１３側から巻き取り軸１４側に定着ニップ部Ｎを経由させて走行移動させる。
【００９０】
固定の磁性体金属ストリップ１Ｃは誘導コイル３の発生磁束により誘導加熱され、定着ニップ部Ｎに被加熱材としての記録材Ｐが導入されて定着フィルム１５を介して固定の磁性体金属ストリップ１Ｃの熱で加熱される。
【００９１】
以上の実施例装置は転写式の電子複写装置であるが、画像形成のプロセス・手段はエレクトロファックス紙・静電記録紙等に直接にトナー画像を形成担持させる直接式や、磁気記録画像形成式、その他適宜の画像形成プロセス・手段で記録材上に加熱溶融性トナーによる画像を形成し、それを加熱定着する方式の複写機・レーザビームプリンタ・ファクシミリ・マイクロフィルムリーダプリンタ・ディスプレイ装置、記録機等の各種の画像形成装置における画像加熱定着装置として本発明は有効に適用できるものである。
【００９２】
本発明の像加熱装置は実施例の画像加熱定着装置としてばかりではなく、その他、例えば、画像を担持した被記録材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、画像を担持した被記録材を加熱して画像を仮定着する像加熱装置などとして広く活用できるものである。
【００９３】
本発明は上述の例にとらわれるものではなく、技術思想が同じ変形例を含むものである。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、誘導コイルの昇温を抑えられる像加熱装置を提供することができる。また、電源損失の少ない像加熱装置を提供することができる。更に、発熱効率の優れた像加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施例の画像形成装置の概略構成模型図
【図２】誘導加熱方式の加熱装置の横断面模型図
【図３】有効電力比率と誘導コイル温度の相関グラフ
【図４】他のタイプの誘導加熱方式の加熱装置の横断面模型図（その１）
【図５】他のタイプの誘導加熱方式の加熱装置の横断面模型図（その２）
【図６】他のタイプの誘導加熱方式の加熱装置の横断面模型図（その３）
【図７】他のタイプの誘導加熱方式の加熱装置の横断面模型図（その４）
【図８】他のタイプの誘導加熱方式の加熱装置の横断面模型図（その５）
【図９】１分当たりのコピー枚数と定着ユニットの有効電力比率との関係を示したグラフ
【図１０】定着ユニットの有効電力比率と電源損失との関係を示したグラフ
【符号の説明】
１：定着ローラ（発熱部材）、２：加圧ローラ（加圧部材）、３：誘導コイル、４：磁性コア（芯材）、５：コイルホルダー（支持部材）、６：ステー、７：温度センサー（温度検知素子）、８：搬送ガイド、誘導コイルアセンブリ、１０：分離爪、１１：励磁回路、１２：制御回路、Ｐ：記録材、ｔ：トナー画像

Claims

通電により磁束を発生するコイルと磁性コアとを有する磁束発生部と、前記磁束発生部からの磁束により発熱する発熱部材と、前記発熱部材との間で記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧部材と、前記コイルに１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの交流電流を印加するための励磁回路と、前記発熱部材の温度を検知する温度検知部材と、前記温度検知部材の出力に基づいて前記コイルへの通電を制御する通電制御手段と、を有し、前記発熱部材の熱により前記ニップ部にて記録材上のトナー画像を加熱する像加熱装置において、
前記励磁回路から前記コイルに印加する全電力における有効電力Ｗと無効電力Ｗ′との関係が
０．２≦Ｗ／（Ｗ＋Ｗ′）≦０．５
を満たすように前記磁束発生部と前記発熱部材との間隔が設定されていることを特徴とする像加熱装置。
前記コイルは、絶縁耐熱性樹脂により表面が被覆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。
前記樹脂の耐熱温度は、２２０℃〜２３５℃であることを特徴とする請求項２に記載の像加熱装置。
前記磁束発生部は前記発熱部材の内面に対向して設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の像加熱装置。
前記磁束発生部は前記発熱部材の外面に対向して設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の像加熱装置。
通電により磁束を発生するコイルと磁性コアとを有する磁束発生部と、前記磁束発生部からの磁束により発熱する発熱部材と、前記発熱部材との間で記録材を挟持搬送するニップ部を形成する加圧部材と、前記コイルに１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの交流電流を印加するための励磁回路と、前記発熱部材の温度を検知する温度検知部材と、前記温度検知部材の出力に基づいて前記コイルへの通電を制御する通電制御手段と、を有し、前記発熱部材の熱により前記ニップ部にて記録材上のトナー画像を加熱する像加熱装置における前記磁束発生部と前記発熱部材との間隔を設定する設定方法において、
前記励磁回路から前記コイルに印加する全電力における有効電力Ｗと無効電力Ｗ′との関係が
０．２≦Ｗ／（Ｗ＋Ｗ′）≦０．５
を満たすように前記磁束発生部と前記発熱部材との間隔を設定することを特徴とする設定方法。
前記コイルは、絶縁耐熱性樹脂により表面が被覆されていることを特徴とする請求項６に記載の設定方法。
前記樹脂の耐熱温度は、２２０℃〜２３５℃であることを特徴とする請求項７に記載の設定方法。
前記磁束発生部は前記発熱部材の内面に対向して設けられていることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の設定方法。
前記磁束発生部は前記発熱部材の外面に対向して設けられていることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の設定方法。