JPH08190300A - 加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気誘導加熱方式の加熱装置について、高精
度の温度測定、これによる、オーバーシュートのない安
定した高精度の温度制御を可能にした、また耐久性を確
保した、高信頼性の装置を提供する。 【構成】 磁場発生手段１００により磁性金属部材１に
磁場を作用させて該磁性金属部材に発生する渦電流によ
る該磁性金属部材の発熱により被加熱材１２を加熱する
磁気誘導加熱方式の加熱装置であり、磁場発生手段１０
０の励磁コイルの励磁電流波形を計測する電流計測回路
Ａと、励磁コイルに誘起される誘起電圧から周期を計測
する回路Ａと、計測回路からの情報をメモリーの内容と
比較・演算する手段Ｅと、温度情報と磁性金属部材の発
熱部の抵抗率に関する、予め定められた設定値を記憶し
ておくためのメモリー手段Ｃを有していることを特徴と
する加熱装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気（電磁）誘導加熱
方式の加熱装置、および該加熱装置を像加熱装置として
備えた画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば画像の加熱定着などのため
の記録材の加熱装置、即ち、複写機・レーザービームプ
リンタ・ファクシミリ・マイクロフィルムリーダプリン
タ・画像表示（ディスプレイ）装置・記録機等の画像形
成装置において、電子写真・静電記録・磁気記録等の適
宜の画像形成プロセス手段により加熱溶融性の樹脂等よ
り成るトナーを用いて記録材（エレクトロファックスシ
ート・静電記録シート・転写材シート・印刷紙など）の
面に直接方式もしくは間接（転写）方式で形成した目的
の画像情報に対応した顕画像（未定着のトナー画像）を
該画像を担持している記録材面に永久固着画像として加
熱定着処理する画像加熱定着装置（像加熱装置）として
は、熱ローラ方式の装置が広く用いられている。

【０００３】この熱ローラ方式の装置は互いに圧接され
て回転する加熱ローラ（定着ローラ）と加圧ローラのロ
ーラ対を基本構成とし、そのローラ対の圧接ニップ部に
未定着トナー画像を支持した、被加熱材としての記録材
を導入して挟持搬送させることで未定着画像を記録材面
に加熱・加圧定着させるものである。

【０００４】加熱ローラは一般にアルミ金属ローラを基
体とし、その外周に耐熱ゴムを上層としてコートし、内
部に熱源としてハロゲンヒータを配設したものであり、
熱源であるハロゲンヒータの通電電力は、該ヒータを発
熱・発光させ、その熱は輻射・対流によって加熱ローラ
の基体であるアルミ金属ローラを加熱する。ローラ基体
であるアルミ金属ローラは受けた熱をローラ全体に温度
差のないよう伝導する働きを行なう。

【０００５】このようにして一様な温度分布となったロ
ーラは、その上層にコートされた耐熱ゴムを介して記録
材上の未定着トナーを加熱・溶融させて記録材媒体に染
み込ませ定着させるものである。

【０００６】通常、熱源であるハロゲンヒータはガラス
封止した細長い棒状のハロゲンヒータを用い、これをロ
ーラ中央部の中空部に通し、ハロゲンヒータには通常、
交流電源（ライン入力電源）をスイッチング制御素子を
介して電流を流しローラを加熱する構成である。

【０００７】従って、加熱ローラ温度制御は、ローラに
近接させて配した温度検出素子、一般にサーミスタ感熱
素子によりローラ温度を検出し、交流電源とハロゲンヒ
ータ間に設けられたスイッチング素子、例えばトライア
ック等によってオン／オフ制御を行ない、目標の一定温
度が得られるように制御している。

【０００８】図１５にそのような熱ローラ方式の加熱装
置としての画像加熱定着装置の一般的な概略構成を示し
た。

【０００９】不図示の作像機構部側から搬送ベルト１３
により、未定着トナー画像を支持した、被加熱材として
の記録材１２が装置の加熱ローラ１０と加圧ローラ１１
との圧接ニップ部（定着ニップ部）へ搬送導入される。

【００１０】加熱ローラ１０と加圧ローラ１１は記録材
１２が搬送ベルト１３で搬送されてセンサ１６で検知さ
れた信号に基づいてモータ１５が駆動を始めることによ
り回転を始める。

【００１１】そして、記録材１２は加熱ローラ１０と加
圧ローラ１１の圧接ニップ部に搬送され、該ニップ部に
て加熱及び加圧を受けて排出され、センサ１７を通過す
る。その後、センサ１７の信号がオンからオフに変化
し、モータ１５の駆動が停止する。

【００１２】ニップ部での記録材１２の加熱は、加熱ロ
ーラ１０に内包させたハロゲンヒータＨに電力を供給し
て発熱させ、その熱で加熱ローラ１０が加熱されること
でなされる。

【００１３】加熱ローラ表面に接触させて設けた温度検
知素子であるサーミスタ９の抵抗値が基準値に対して一
定となるように、ハロゲンヒータＨへの通電が制御され
る。これによって加熱ローラ１０は定着に必要な温度を
保ち、良好な定着が行なえるように構成してある。

【００１４】しかしながら、加熱ローラ１０の温度を常
に定着に必要な温度に維持し続けると、消費電力が増大
し、またローラが異常加熱を起こす事があるので、上記
装置においては、ローラ停止時の温度が回転時よりも低
くなるように制御している。この温度制御について説明
する。図１６に上記加熱ローラ１０の温度制御回路とロ
ーラ駆動回路の一例を示す。

【００１５】６は第１のＡ／Ｄコンバータであり、サー
ミスタ９と抵抗Ｒ１の分圧比によって得られる電圧ＶＴ
からデジタル値Ｓ１１を得るためのものである。

【００１６】２７は第２のＡ／Ｄコンバータであり、制
御目標電圧Ｖｒｅｆ１からデジタル値Ｓ１２を得るため
のものである。

【００１７】２８は第３のＡ／Ｄコンバータであり、制
御目標電圧Ｖｒｅｆ２からデジタル値Ｓ１３を得るため
のものである。

【００１８】つまり、第１のＡ／Ｄコンバータ６は加熱
ローラ１０の実際の温度検出、第２のＡ／Ｄコンバータ
２７は定着装置の基準温度の検出、第３のＡ／Ｄコンバ
ータ２８はローラ停止時の基準温度の検出を夫々行なう
ためのものである。

【００１９】第１のＡ／Ｄコンバータ６、第２のＡ／Ｄ
コンバータ２７、第３のＡ／Ｄコンバータ２８の夫々に
よって出力されるデジタル値Ｓ１１・Ｓ１２・Ｓ１３は
制御部２１に入力される。

【００２０】該制御部２１は表１に示す様に、センサ１
６・１７の入力に従い、制御信号Ｓ１１によってモータ
１５をオン・オフ制御し、また上記デジタル値Ｓ１２・
Ｓ１３を随時選択して入力することにより、ハロゲンヒ
ータＨのオン・オフ制御を行なっている。

【００２１】ハロゲンヒータＨの制御は電力通電パター
ン発生器３を介して行なわれる。該電力通電パターン発
生器３は、制御部２１の通電パターン信号Ｓ３に基づい
てヒータ制御信号Ｓ４をヒータ駆動回路４に出力し、該
ヒータ駆動回路４はハロゲンヒータＨをヒータ制御信号
Ｓ５に基づいて交流駆動する。

【００２２】

【表１】 次に、以上のような制御回路に於ける動作について説明
する。先ず、装置に記録材１２が搬送されてこないとき
は、センサ１６及び１７はオフ状態であり、制御部２１
は表１に示すようにモータ１５の制御信号Ｓ１０をオフ
にして、第２のＡ／Ｄコンバータ２７からの信号Ｓ１２
を基準として温度制御を行なう。

【００２３】信号Ｓ１２は、記録材１２の定着に適した
温度より一定の低い温度に対応した制御目標電圧Ｖｒｅ
ｆ１のデジタル値であり、これにより加熱ローラ１０の
温度は図１７に示すように温度Ｔ１に保たれる。

【００２４】また、装置に記録材が搬送されてくると、
最初にセンサ１６がオンになるが、制御部２１は表１に
示すようにモータ１５への信号Ｓ１０をオンにし、第３
のＡ／Ｄコンバータ２８からの信号Ｓ１３を基準にし
て、温度制御を行なう。

【００２５】この信号Ｓ１３は定着に適した温度に対応
した制御目標電圧Ｖｒｅｆ２のデジタル値であり、これ
により加熱ローラ１０の温度は図１７に示すように温度
Ｔ２となる。

【００２６】更に、センサ１６あるいはセンサ１７がオ
ンの間は、記録材がローラ付近にあるため、制御部２１
は表１に示すようにモータ１５への信号Ｓ１０をオン
し、第３のＡ／Ｄコンバータ２８からの信号Ｓ１３を基
準にする。これにより加熱ローラ１０の温度は上記Ｔ２
を維持し、良好な定着が実現される。

【００２７】以上の動作を図１８のフローチャートに基
づいて説明する。先ず、センサ１６及び１７の状態を判
断し（ステップ２０１）、センサ１６あるいはセンサ１
７の何れかがオン、または両センサがオンの時にはモー
タ１５への信号Ｓ１０をオンにする（ステップ２０１〜
２０２）。

【００２８】そして、温度制御の基準となる信号として
Ｓ１３を選択する（ステップ２０３）。

【００２９】一方、上記センサ１６及び１７の何れもが
オフの場合には、モータ１５への信号Ｓ１０をオフし
（ステップ２０１〜２０４）、温度制御の基準となる信
号としてＳ１２を選択する（ステップ２０５）。

【００３０】以上の様に温度制御の基準信号を選択した
後は、選択された信号を基準にして温度制御を行なう
（ステップ２０６）。

【００３１】しかしながら、上述従来例の熱ローラ方式
の加熱装置は、加熱ローラ１０はその内包する棒状ハロ
ゲンヒータＨによって加熱される構成の為、その制御方
式は交流電源とヒータ間に設けられたスイッチング制御
素子、例えばトライアック等によってオン／オフ制御の
方式を採る。

【００３２】従って、このような構成を行うと、まず、
電源投入時に加熱ローラ１０が目標温度よりも低いた
め、制御回路はスイッチング素子をオンにし、最大電力
を供給する構成を行う。

【００３３】このような制御を行うと、温度制御フィー
ドバック回路は、目標温度に対して検出値が低い間は全
てトライアックがオンの状態である為、温度が上昇して
目標温度近辺に到達した状態に成ったとしても、制御回
路はスイッチング制御素子をオンホールドしたままなの
で、立ち上げ時と同じ最大電力を供給し続ける。

【００３４】このような制御系は温度が目標温度に到達
した時点でスイッチをオフしたとしても、それまでに供
給した大電力の為、目標温度を遥かに越えオーバシュー
トを発生してしまう。このようなオーバシュートは上記
の様な簡素な制御手段を行った場合には、目標温度の約
５％程度は発生してしまうことが報告されている。

【００３５】仮に５％のオーバシュート（温度にして７
〜８度程度）は通常の電子写真プロセスでは余り問題と
は成らないものの、例えば、カラー電子写真プロセスで
は、その構成上定着装置によって各色トナーの混合発色
が行われる為、画質の大きなファクタであることが確認
されており、正確な温度制御を行うことは必須な技術課
題である。

【００３６】また、高温のハロゲンヒータＨを用いてい
る為、これをローラ内に支持・固定する構成を行う際
に、高温の支持部材と断熱を的確に行うことが要求さ
れ、高額で高精度な設計となる。

【００３７】ここで、温度のオーバシュートについて
は、例えば、温度センサからの温度情報から周知のＰＩ
Ｄ制御方式の演算によって、その制御量を求め、求めた
結果をスイッチング素子の導通時間として求めれば、事
実上、オーバシュートは防げるものと考えられる。

【００３８】ところが、上記の様な定着装置はその構成
上、ヒータＨは熱を伝えたい加熱ローラの基体ローラ金
属からかなり離れた中央部に配置される構成上、ローラ
に到達するまでの熱抵抗及びローラの有する熱容量によ
って、その熱モデルは非常に複雑な構成となり、解析も
困難なものに成ってしまう。少なくとも、単純な一次伝
達のレベルではない。

【００３９】このことは、ヒータ→ヒータガラス管→管
内空間（放射、対流）→ローラ基体→耐熱ゴムといった
経路を介して被加熱材としての記録材に熱を導く構成で
あり、特に、熱の一時蓄熱系が複数（ローラ基体及び耐
熱ゴム）存在していることに起因するものと考えられ
る。

【００４０】以上の構成で加熱ローラ表面の温度検出に
より温度制御を行なった場合、ローラ表面に熱が伝導す
るまでの伝達関数の為、ヒータとローラ表面温度は数百
度の温度差を生じながらオン／オフを繰り返し、結果と
してローラ表面温度を一定に保つ様な制御が行われてい
る。

【００４１】このようなモデルで制御が成立しているの
は、一巡の熱伝達経路、ヒータ→ヒータガラス管→管内
空間（放射、対流）→ローラ基体→耐熱ゴムが充分な時
間積分機能を果たし、その結果として、入力電力を比較
的時間レベルで緩慢な制御を行っても、一定な温度が得
られる様に動作した結果である。

【００４２】ところが、上記の様な制御対象について、
理想的な温度制御を行うことをするには通常の通紙して
ない時のモデル、通紙中、紙質、周囲温度、その他温度
に絡む様々なファクタによって、制御方法を都度変更す
る必要が生じてしまう。即ち、プリント中、スタンバイ
中、紙質制御、周囲温度といった条件を常にセンシング
し、制御パラメータを操作しながら複雑な制御をしなく
っては、高精度な制御を行うことができないといった技
術課題があった。

【００４３】また、基本的にオン／オフ制御であるた
め、ローラの蓄熱系とヒータ電力、及び設定温度の関係
の整合性がとれない場合、温度リップルの抑制が期待で
きない。

【００４４】更に温度測定素子を特別に必要とする構成
であるため、温度測定素子を加熱ローラに直接接触させ
る必要があり、両者が摩擦によって劣化したり、センサ
浮きが生じてしまうという問題があった。

【００４５】一方、磁気誘導加熱方式の加熱装置もあ
る。特公平５−９０２７号公報には、磁束により加熱部
材としての加熱ローラ（定着ローラ）に渦電流（うず電
流）を発生させジュール熱により発熱させることが提案
されている。

【００４６】このように渦電流の発生を利用することで
発熱位置をトナーに近くすることができ、ハロゲンラン
プを用いた熱ローラ方式に比べウォームアップ時間の短
縮が達成できる。

【００４７】また本発明者等は、加熱体と、該加熱体に
密着して移動する耐熱性フィルム（耐熱カーボン材な
ど）を有し、このフィルムを介して被加熱材を加熱体に
密着させてフィルムと一緒に加熱体位置を移動させ加熱
体の熱エネルギーをフィルムを介して被加熱材に付与す
るフィルム加熱方式の加熱装置であり、その加熱体を磁
性金属部材（誘導磁性材、磁界吸収導電材、導電部材）
と磁界発生線輪で構成し、磁界発生線輪に高周波スイッ
チング電流を印加し、発生高周波磁界を磁性金属部材に
磁気結合させ、磁気が及ぼす渦電流損によって磁性金属
部材を発熱させ、その熱をフィルムを介し被加熱材に熱
伝達させるようにした磁気誘導加熱方式・フィルム加熱
方式の加熱装置の研究を行なってきた。

【００４８】また、加熱部材としてのフィルム自体を磁
性金属部材にしてこれを磁気誘導加熱で発熱させること
で、フィルムが熱抵抗とならないようにして熱効率を向
上させた磁気誘導加熱方式・フィルム加熱方式の加熱装
置の研究を行なってきた。

【００４９】これは磁界発生手段、例えば磁性体である
芯材（コア）を励磁コイルを組み合わせることによって
発生する磁場を励磁回路で変化させる。即ちコイルに高
周波を加えてその発生磁場の中を移動する磁性金属部材
としてのフィルムに磁界が発生消滅を繰り返すようにし
てフィルムの中の磁性金属層に渦電流を発生させるもの
である。この渦電流が磁性金属層の電気抵抗によって熱
（ジュール熱）に変換し、結果的に被加熱材に密着する
加熱部材としてのフィルムのみが発熱する加熱装置であ
り、熱効率が優れている。

【００５０】即ち、変動する磁界が導体中を横切ると
き、その磁界の変化を妨げる磁界を発生させるようにフ
ィルムの磁性金属部材（導電層）には渦電流が発生す
る。この渦電流がフィルムの磁性金属部材の表皮抵抗に
より、表皮抵抗に比例した電力でフィルムの磁性金属部
材を発熱させる。

【００５１】このように加熱部材としてのフィルムの表
層近くを直接発熱させるので、フィルム基層の熱伝導
率、熱容量によらず急速に加熱できる利点がある。ま
た、フィルムの厚さにも依存しない急速加熱が実現でき
る。

【００５２】これにより省エネルギー・クイックスター
ト性を損なうことなく、フィルム基層の高剛性の厚膜化
を図り、耐久性・高速化に対処することが可能である。

【００５３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に、上記
後者の磁気誘導加熱方式の加熱装置について、高精度の
温度測定、これによる、制御温度リップルやオーバーシ
ュートのない安定した高精度の温度制御を可能にした、
また耐久性を確保した、高信頼性の装置を提供すること
を目的としている。

【００５４】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を特
徴とする加熱装置および画像形成装置である。

【００５５】（１）磁場発生手段により磁性金属部材に
磁場を作用させて該磁性金属部材に発生する渦電流によ
る該磁性金属部材の発熱により被加熱材を加熱する磁気
誘導加熱方式の加熱装置であり、磁場発生手段の励磁コ
イルの励磁電流波形を計測する電流計測回路と、励磁コ
イルに誘起される誘起電圧から周期を計測する回路と、
計測回路からの情報をメモリーの内容と比較・演算する
手段と、温度情報と磁性金属部材の発熱部の抵抗率に関
する、予め定められた設定値を記憶しておくためのメモ
リー手段を有していることを特徴とする加熱装置。

【００５６】（２）磁場発生手段により磁性金属部材に
磁場を作用させて該磁性金属部材に発生する渦電流によ
る該磁性金属部材の発熱により被加熱材を加熱する磁気
誘導加熱方式の加熱装置であり、磁場発生手段の励磁コ
イルの励磁電流波形を計測する電流計測回路と、励磁コ
イルに誘起される誘起電圧から周期を計測する回路と、
計測回路からの情報をメモリーの内容と比較・演算する
手段と、環境センサと、環境センサからの温湿度情報と
磁性金属部材の発熱部の抵抗率に関する情報を記憶して
おくためのメモリー手段を有していることを特徴とする
加熱装置。

【００５７】（３）装置内に装置に固有の温度制御情報
を記憶するための記憶手段を有することを特徴とする
（１）または（２）に記載の加熱装置。

【００５８】（４）磁性金属部材が固定部材、あるいは
回転体もしくは走行移動有端部材であることを特徴とす
る（１）乃至（３）の何れかに記載の加熱装置。

【００５９】（５）磁性金属部材が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ことを
特徴とする（１）乃至（４）の何れかに記載の加熱装
置。

【００６０】（６）磁性金属部材に被加熱材を直接もし
くは間接的に密着させる加圧部材を有することを特徴と
する（１）乃至（５）の何れかに記載の加熱装置。

【００６１】（７）加圧部材が回転駆動されるあるいは
従動回転する加圧回転体であることを特徴とする（６）
に記載の加熱装置。

【００６２】（８）被加熱材が加熱処理すべき画像を担
持させた記録材であり、該記録材に画像を加熱処理する
像加熱装置であることを特徴とする（１）乃至（７）の
何れかに記載の加熱装置。

【００６３】（９）前記（１）乃至（８）の何れかに記
載の加熱装置を像加熱装置として備えていることを特徴
とする画像形成装置。

【００６４】

【作用】磁場発生手段は磁界発生線輪と高周波スイッチ
ング手段などである。計測回路からの情報をメモリーの
内容と比較・演算する手段はそのような回路またはＣＰ
Ｕなどである。メモリー手段は可変抵抗器・抵抗器・ロ
ータリースイッチ・半導体メモリーなどである。

【００６５】即ち本発明はより具体的には、加熱手段に
磁性金属と、磁界発生線輪及び高周波スイッチング手段
を有し、上記磁界発生線輪に高周波スイッチング電流を
印加し、発生高周波磁界を磁性金属に磁気結合させ、磁
気が及ぼす渦電流損によって磁性金属を加熱して被加熱
材に熱伝達させ、その温度を検出コイルの電圧、電流値
の変化として検出するよう構成し、さらに基準値となる
温度と、温度によって変化する磁性金属の抵抗値に関す
る情報を記憶しておく手段を設け、記憶手段の内容と測
定回路からの信号を比較演算することで温度制御を行な
うように構成したものである。

【００６６】従って制御対象としては磁束の量を制御す
るのであるが、温度測定は検出コイルの電流、電圧特性
を測定することで、非接触、非破壊で行なうことにな
る。従って、耐久性が向上すると共に、熱伝導による遅
れも原理的になく、温度素子の浮きや測定点の発熱部と
のずれによる遅れも無くすことができる。

【００６７】つまり、温度検出方式として金属の抵抗率
温度依存性を磁界結合により検出する手法を用いること
で、なんら温度検出素子を設けることなしに、温度を測
定することが出来、しかも温度検出は非接触、非破壊で
行なえるため、装置の耐久性を大幅に改善することが可
能と成る。また、そのために必要な金属の抵抗率と温度
の関係を予め測定しておいて記憶させておき、その値を
基準値として温度比較を行なうことで高精度でかつ設定
温度の個体差のない磁気誘導方式の加熱装置を実現する
ことが可能である。

【００６８】

【実施例】

〈第１の実施例〉（図１〜図９） （１）装置の全体的概略構成（図１・図２） 図１は本実施例の加熱装置としての、磁気誘導加熱方式
・フィルム加熱方式の画像加熱定着装置（像加熱装置）
の一例の概略構成の側面図である。

【００６９】１００は界磁（励磁）コイルユニットであ
り、コアに加熱用の励磁コイル１０３と温度検知用コイ
ル（励磁コイル）１０４を巻いたものであり、後述の磁
性金属フィルム１・記録材（被加熱材）１２の搬送（移
動）方向と交差（直交）する方向を長手とする横長部材
である。２はこの界磁コイルユニット１００の支持部材
である。３はフィルム内面ガイド部材（ステー）であ
る。

【００７０】上記の界磁コイルユニット１００・支持部
材２・ガイド部材３等からなるアセンブリの外側にエン
ドレス状（円筒状、シームレス）の耐熱性磁性金属フィ
ルム１をルーズに外嵌させてある。

【００７１】４は加圧ローラであり、芯金の周囲にシリ
コーンゴム、フッ素ゴム等を被覆して構成される。この
加圧ローラ４は不図示の軸受手段・付勢手段により所定
の押圧力をもって上記アセンブリ１００・２・３の支持
部材２の下面に対して磁性金属フィルム１を挟ませて圧
接してあり、支持部材２の下面との間に磁性金属フィル
ム１を挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成す
る。

【００７２】該加圧ローラ４は駆動手段Ｍにより矢示の
反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ４の回転
駆動による該ローラとフィルム外面との摩擦力で磁性金
属フィルム１に回転力が作用して、該磁性金属フィルム
１が支持部材２の下面に密着摺動してアセンブリ１００
・２・３の外回りを回転する。

【００７３】磁性金属フィルム１は図２に層構成模型図
を示したように、例えば、厚さ１０μｍ〜１００μｍの
ポリイミド・ポリイミドアミド・ＰＥＥＫ・ＰＥＳ・Ｐ
ＰＳ・ＰＦＡ・ＰＴＦＥ・ＦＥＰ等の耐熱性樹脂を基層
１ａとし、その基層１ａの外周（フィルム外側、被加熱
材圧接面側）に発熱層としての磁性金属層１ｂを、Ｆｅ
やＣｏ、例えばＮｉ・Ｃｕ・Ｃｒ等の金属を１μｍ〜１
００μｍの厚みでメッキ等の処理によって形成してい
る。更にその磁性金属層１ｂの自由面に表面層として例
えばＰＦＡ・ＰＴＦＥ・ＦＥＰ・シリコーン樹脂等のト
ナー離型性の良好な耐熱性樹脂を混合ないし独立で被覆
して離形層１ｃを形成した、３層構成のものである。こ
の例ではフィルム基層１ａと磁性金属層１ｂを別々の層
としたがフィルム基層１ａそのものを磁性金属層として
もよい。

【００７４】界磁コイルユニット１００の励磁コイル１
０３に高周波コンバータ３０（励磁回路）が接続され、
高周波電力を供給する。これにより磁性金属フィルム１
の磁性金属層１ｂが電磁誘導加熱により発熱する。

【００７５】而して、加圧ローラ４の回転による磁性金
属フィルム１の回転がなされ、高周波コンバータ３０か
ら界磁コイルユニット１００の励磁コイル１０３への電
流印加がなされて磁性金属フィルム１の磁性金属層１ｂ
が発熱した状態において、圧接ニップ部Ｎに被加熱材と
しての記録材１２が導入されて磁性金属フィルム１面に
密着して該フィルムと一緒に圧接ニップ部Ｎを通過する
ことで、磁気誘導加熱された磁性金属フィルム１の熱が
記録材１２に付与された未定着トナー像Ｔが加熱定着さ
れる。

【００７６】磁性金属フィルム１の表層近くを直接発熱
させるので、フィルム基層１ａの熱伝導率、熱容量によ
らず、急速に加熱できる利点がある。また磁性金属フィ
ルム１の厚さにも依存しないために、高速化のために磁
性金属フィルム１の剛性を向上するため磁性金属フィル
ム１の基層１ａを厚くしても迅速に定着温度にまで加熱
できる。更にはフィルム基層１ａは低熱伝導性の樹脂の
ため断熱性が良く、フィルム内側にあるコイル等の熱容
量の大きなものとは断熱ができるので連続プリントを行
なっても熱のロスが少なく、エネルギー効率が良い。か
つフィルム内側のコイルに熱が伝わらずコイルとしての
性能低下も生じない。そして熱効率が向上した分、装置
内の昇温も抑えられて、該加熱装置を画像加熱定着装置
として用いた電子写真装置等の画像形成装置の像形成部
への影響も少なくできる。

【００７７】（２）温度制御系（図３〜図９） 図３は温度検出回路図、図４は温度コントロール系のブ
ロック図である。

【００７８】図３において、２００はＡＣラインより入
力された商用交流を整流する整流器、２０１はスイッチ
ングを行なうためのスイッチング素子、２０２はダイオ
ード整流子、２０６はスイッチングを制御する制御回路
である。

【００７９】整流器２００により整流された電流は、ス
イッチング素子２０１によりスイッチされる。このスイ
ッチング素子２０１はスイッチング制御回路２０６のゲ
ート制御回路により決められた時間だけオン、オフ制御
されている。

【００８０】このスイッチングされた電圧が励磁コイル
１０３に印加されると、磁界の発生・消滅が起こり、磁
界の変化により加熱フィルム１内の磁性金属層１ｂ部分
に誘導起電力が誘起され、金属の持つ抵抗値により電流
が流れる。磁性金属層１ｂ内ではジュール損による発熱
が生じる。この熱で被加熱材としての導入記録材１２が
加熱されて画像の定着がなされる。

【００８１】界磁コイルユニット１００の温度検出用コ
イル１０４は前述のように励磁コイル１０３とともにコ
アに巻かれている。温度検出用コイル１０４の代りに、
励磁コイル１０３を温度検出用コイルとして用いてもよ
い。

【００８２】温度検出用コイル１０４はフィルム１内の
磁性金属層１ｂと磁気的に結合しており、該磁性金属層
１ｂ内に流れる誘導電流による磁界と、自分自身に流れ
る、あるいは励磁コイル１０３に流れる励磁電流による
磁界の影響を受けている。

【００８３】金属の抵抗率は熱により図５の（ａ）の温
度−抵抗率特性のように上昇することが知られており、
このため、誘導電流は熱により変化することになる。従
って温度検出用コイル１０４より現れる誘導起電力はそ
の影響により変化することになる。この変化を電圧、電
流測定回路（温度検出回路、電流検出回路、電圧検出回
路）Ａにより測定する。即ち、発熱部材としての磁性金
属フィルムの抵抗率と温度の関係は図５の（ａ）のよう
になると考えられ、その内の数点をメモリー内に格納し
ておく。図５の（ｂ）は温度−検出電圧特性である。

【００８４】図３・図４において、Ｂは基準電圧発生回
路、Ｃは温度基準値記憶手段、Ｄは温度測定装置、Ｅは
温度基準値演算回路である。

【００８５】図６にスイッチング制御回路２０６と、電
圧、電流測定回路（温度検出回路）Ａの一例を示す。図
６において、整流回路２００で整流されたＡＣライン入
力はスイッチング素子２０１によりスイッチされて、励
磁コイル１０３に入力される。このスイッチング素子２
０１は、スイッチング制御回路２０６により制御されて
いる。

【００８６】制御回路２０６の動作は通常のスイッチン
グコンバータ制御回路と類似の動作を行う。すなわち、
コンデンサに電流を充放電し、コンデンサの電圧と基準
電圧とをコンパレータで比較することによりＰＷＭを行
う。

【００８７】電圧、電流測定回路Ａの電流検出部は検出
抵抗２２２の端子間に現れる電圧を測定することで行
う。又、誘導起電力の測定は、電圧、電流測定回路Ａに
より行われる。即ち、信号発振器２０７より、コンプリ
メンタリ増幅回路２０８、２０９を通じて検出コイルに
印加される。この際に生じる波形変化を検出して、予め
設定された基準電圧発生回路２１８（Ｂ）の基準電圧と
比較し、スイッチングのオンデューティを制御すること
で温度制御を行う。

【００８８】動作時の電流波形を図７に示す。２５０は
商用交流電源波形、２５１は整流ブリッジ２００を介し
て出力される波形、２５２は整流波形２５１をスイッチ
ング制御素子（ＦＥＴ）で高周波スイッチングした時の
フライバック波形を示す。２５３は整流リップルの中で
高い電圧の所でのスイッチング状態波形である。

【００８９】このように入力電圧波形（商用交流電圧）
の電圧の値に応じて、スイッチング周期を変調している
のは、電源の入力電流波形の力率を向上させる為に極
力、サイン波電流を流す目的である。この目的を果たす
ために、図６で示した抵抗Ｒ１・Ｒ２で分割した電圧を
モニタし、その電圧に応じて、発振周波数を決定してい
るコンデンサ３５及び放電電流を規定している抵抗３４
に対し制御を加える構成を有している。

【００９０】励磁コイル１０３の一端に入力された整流
波リップル電圧は、高周波スイッチング素子でスイッチ
ング制御を行うと、界磁巻線の励磁インダクタンスに電
力を磁気として蓄積すると共に、負荷に相当する加熱体
金属に磁気結合し、磁気による電流が流れ、金属の有す
る抵抗損によりジュール熱を発生し加熱する。

【００９１】上記のように、電圧、電流測定回路Ａで金
属の抵抗率の温度依存性の情報に基づく温度基準値との
比較を行ない、結果をスイッチング制御回路２０６にフ
ィードバックすることで温度制御を行なう。

【００９２】具体的には温度基準値として、温度によ
る、電圧、電流測定回路Ａ（温度検出回路、電流検出回
路、電圧検出回路）よりの電流値またはそれに相当する
値（金属の、所定の温度での抵抗率等）を、半導体メモ
リー素子に格納し、ＣＰＵによる演算を行ない、Ｄ／Ａ
変換を行なう。

【００９３】ＣＰＵを用いる代りにＤ／Ａコンバータに
よりアナログ値にした後、アナログ演算を行なっても良
い。

【００９４】又、記憶手段Ｃとしては、可変抵抗器の抵
抗値やスイッチと抵抗の組み合わせ回路としてもよい。
抵抗値で記憶する場合には、全ての演算処理をアナログ
で行なうことが可能である。

【００９５】なお、図６において、２０５は磁性金属フ
ィルムの持つ体積抵抗率ρと、うず電流の流れる際にあ
らわれる表皮効果から生じてくるうず電流に対する抵抗
である。２１９は共振電圧測定回路、２２０は電流検出
回路、２２１は同期回路である。５７はコンパレータ、
５８はスイッチングデュティー設定回路である。

【００９６】この記憶手段の例を図８に示す。（ａ），
（ｂ），（ｃ）はそれぞれ抵抗を記憶手段として用いる
場合の例、（ｄ），（ｅ）は半導体メモリーを記憶手段
として用いる場合の例である。

【００９７】このような温度制御系により、図９の如く
制御温度リップルやオーバーシュートのない安定した定
着温度を得るとともに、加熱体に温度検出素子を配線す
ることなく、加熱体周辺を簡素（配線のない）な構成と
することが可能である。

【００９８】〈第２の実施例〉（図１０） 図１０は本実施例の温度コントロール系のブロック図で
ある。

【００９９】第１の実施例の説明に用いた図４と共通な
部分は同じ番号としてある。Ｆは定着ユニットの内部あ
るいは外部に設けられた環境センサーであり、温度及び
湿度センサーである。

【０１００】この環境センサーＦからの情報により、定
着温度を決定すると共に、この信号により磁性金属フィ
ルムの温度−抵抗値（ひいては磁性金属フィルムの温度
−検出コイルの電圧及び電流）の関係を初期値を測定
し、記憶手段Ｃに記憶する。

【０１０１】この測定を行なう時刻は前回の電源を切っ
た後一定時間経過してから、再び電源を投入したときと
するため、時間管理タイマー回路Ｇを用意する。電源オ
フの後、一定時間が経過するまではタイマー回路Ｇのコ
ンデンサに電荷が残っており、この状態で電源を投入し
た場合には（コンデンサに電荷が残っている場合には）
環境センサーＦからのデータ取り込みを行なわず、前回
取り込んだデータを温度制御時の初期値として行なう。

【０１０２】これにより、電源オフしてすぐに電源を投
入した場合のような、定着器の温度が高いまま、室温が
あまり変化していないといった、温調初期値データをと
り込むのに不都合な状態でのデータ取り込みを未然に防
ぐようにしてある。

【０１０３】また、湿度が高い場合、低い場合等各々の
場合に応じて最適の定着温度での定着が行なえる。

【０１０４】〈第３の実施例〉（図１１） 図１１は本実施例の温度コントロール系のブロック図で
ある。

【０１０５】上記第１又は第２の実施例の温度コントロ
ール系を定着ユニット内に配置する。これにより、故障
発生時、定着ユニットを交換した場合にも、各定着器に
固有の温度特性の情報を各定着ユニットが持つことにな
り、本体側でなんら調整することなくユニット交換を可
能にすることが出来、量産時の品質向上を図ることが可
能となる。

【０１０６】〈第４の実施例〉（図１２） 本実施例において加熱手段は、磁場発生手段としての界
磁コイルユニット１００（１０３、１０４）と、その下
側に向かい合わせて対向もしくは接触させて配設した誘
導磁性材としての磁性金属材５からなる磁気誘導加熱構
造体（ヒータ）である。この磁気誘導加熱構造体１００
・５を磁性金属材５を下向きに露呈させて、熱硬化性樹
脂等より形成された剛性・耐熱性を有する横断面略半円
樋型のフィルム内面ガイドステー３の下面の略中央部に
ガイド長手に沿って嵌め込み的に取り付け保持させてあ
る。

【０１０７】１Ａはエンドレスの耐熱性フィルムであ
り、上記の磁気誘導加熱構造体１００・５を含むフィル
ム内面ガイドステー３にルーズに外嵌させてあり、該フ
ィルム１Ａを加圧ローラ４により磁気誘導加熱構造体１
００・５の磁性金属材５の下面に圧接させてある。フィ
ルム１Ａには発熱層としての磁性金属層（１ｂ）は具備
させていない。

【０１０８】加圧ローラ４は駆動手段Ｍにより矢示の反
時計方向に回転駆動され、該加圧ローラ４の回転駆動に
よる該ローラとフィルム外面との摩擦力でフィルム１Ａ
に回転力が作用して、該フィルム１Ａが磁性金属材５の
下面に密着して摺動回転する。

【０１０９】界磁コイルユニット１００の励磁コイル
（１０３）からの発生高周波磁界を磁性金属材５に磁気
結合させ、磁気が及ぼす渦電流損によって磁性金属材５
を加熱し、該磁性金属材５の発熱により該磁性金属材５
に密着移動する耐熱性フィルム１Ａが加熱される。

【０１１０】而して、フィルム１Ａを挟んで磁性金属材
５と加圧ローラ４とで形成される圧接ニップ部Ｎのフィ
ルム１Ａと加圧ローラ４との間に被加熱材としての画像
定着すべき記録材１２が不図示の画像形成部より導入さ
れてフィルム１Ａと一緒に圧接ニップ部Ｎを挟持搬送さ
れることにより磁性金属材５の熱がフィルム１Ａを介し
て記録材１２に付与され記録材１２上の未定着トナー像
Ｔが記録材１２面に加熱定着されるものである。圧接ニ
ップ部Ｎを通った記録材１２はフィルム１Ａの面から分
離されて搬送される。

【０１１１】本例のような装置においても、前述の第１
ないし第３の実施例と同様の温度制御要領にて同様の効
果が得られる。

【０１１２】〈第５の実施例〉（図１３） 図１３の（ａ）・（ｂ）・（ｃ）はそれぞれ磁気誘導加
熱方式の加熱装置の他の構成形態例を示したものであ
る。

【０１１３】（ａ）のものは、界磁コイルユニット１０
０の支持体２の下面（もしくは磁気誘導加熱構造体１０
０・５の下面）と、駆動ローラ６２と、従動ローラ（テ
ンションローラ）６３との、３部材間にエンドレスベル
ト状の磁性金属フィルム１（もしくは耐熱性フィルム１
Ａ）を懸回張設して駆動ローラ６２によりフィルム１
（１Ａ）を回転駆動する構成のものである。６４はフィ
ルム１（１Ａ）を挟んで支持体２（もしくは磁性金属部
材５）の下面に圧接させた加圧ローラであり、フィルム
１（１Ａ）の回転移動に伴ない従動回転する。

【０１１４】（ｂ）のものは、界磁コイルユニット１０
０の支持体２の下面（もしくは磁気誘導加熱構造体１０
０・５の下面）と駆動ローラ６２の２部材間にエンドレ
スベルト状の磁性金属フィルム１（もしくは耐熱性フィ
ルム１Ａ）を懸回張設して駆動ローラ６２により回転駆
動する構成のものである。

【０１１５】（ｃ）のものは、磁性金属フィルム１（も
しくは耐熱性フィルム１Ａ）として、エンドレスベルト
状のものではなく、ロール巻きにした長尺の有端フィル
ムを用い、これを繰り出し軸６５側から界磁コイルユニ
ット１００の支持体２の下面（もしくは磁気誘導加熱構
造体１００・５の下面）を経由させて巻き取り軸６６側
へ所定の速度で走行させるように構成したものである。

【０１１６】〈第６の実施例〉（図１４） 本実施例は例えば前述実施例１の磁気誘導加熱方式の加
熱装置を画像加熱定着装置（像加熱装置）７７として用
い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、電子写真プロセス利用のレーザービーム
プリンタである。

【０１１７】６７は像担持体（第１の像担持体）として
の回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと
記す）である。該感光ドラム６７は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、その回転過程で一次帯電器６８によりマイナスの所
定の暗電位Ｖ_D に一様に帯電処理される。

【０１１８】６９はレーザービームスキャナであり、不
図示の画像読取装置・ワードプロセッサ・コンピュータ
等のホスト装置から入力される目的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ービー
ムＬを出力し、前記のように一次帯電器６８でマイナス
に一様帯電された感光ドラム６７面が該レーザービーム
で走査露光されることで露光部分は電位絶対値が小さく
なって明電位Ｖ_L となり回転露光ドラム６７面に目的の
画像情報に対応した静電潜像が形成されていく。

【０１１９】次いでその潜像は現像器７０によりマイナ
スに帯電した粉体トナーで反転現像（レーザー露光部Ｖ
_L にトナーが付着）されて顕像化される。

【０１２０】現像器７０は回転駆動される現像スリーブ
７０ａを有し、そのスリーブ外周面にマイナスの電荷を
もったトナーの薄層がコートされて感光ドラム６７面と
対向し、スリーブ７０ａにはその絶対値が感光ドラム６
７の暗電位Ｖ_D よりも小さく、明電位Ｖ_L よりも大きな
現像バイアス電圧Ｖ_DCが印加されていることで、スリー
ブ７０ａ上のトナーが感光ドラム６７の明電位Ｖ_L の部
分のみ転移して潜像が顕像化（反転現像）される。

【０１２１】一方、給紙トレー７１上に積載セットされ
ている被記録材（第２の像担持体、転写紙）１２が給紙
ローラ７１ａにより１枚宛繰り出し給送され、搬送ガイ
ド７２、レジストローラー対７３、転写前ガイド７４を
経由して、感光ドラム６７とこれに当接させて電源７５
ａで転写バイアスを印加した転写部材としての転写ロー
ラ７５とのニップ部（転写部）７５ｎへ、感光ドラム６
７の回転と同期どりされた適切タイミングをもって給送
されて該給送被記録材１２の面に感光ドラム６７面側の
トナー像が順次に転写されていく。転写部材としての転
写ローラ７５の抵抗値は１０⁸ 〜１０⁹ Ωｍ程度のもの
が適当である。

【０１２２】転写部７５ｎを通った被記録材１２は感光
ドラム６７面から分離され、搬送ガイド７６で定着装置
７７へ導入されて転写トナー像の定着を受け、画像形成
物（プリント）として排紙トレイ７８へ出力される。被
記録材分離後の感光ドラム６７面はクリーニング装置７
９で転写残りトナー等の感光ドラム面残留物の除去を受
けて清浄面化されて繰り返して作像に供される。

【０１２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、磁気誘導
加熱方式の加熱装置ないしは像加熱装置（画像加熱定着
装置）について、高精度の温度測定、これによる、制御
温度リップルやオーバーシュートのない安定した高精度
の温度制御を可能にした、また耐久性を確保した、高信
頼性の装置を提供することができる。

【０１２４】制御対象としては磁束の量を制御するので
あるが、温度測定は検出コイルの電流、電圧特性を測定
することで、非接触、非破壊で行なうことになる。従っ
て、耐久性が向上すると共に、熱伝導による遅れも原理
的になく、温度素子の浮きや測定点の発熱部とのずれに
よる遅れも無くすことができる。

【０１２５】つまり、温度検出方式として金属の抵抗率
温度依存性を磁界結合により検出する手法を用いること
で、なんら温度検出素子を設けることなしに、温度を測
定することが出来、しかも温度検出は非接触、非破壊で
行なえるため、装置の耐久性を大幅に改善することが可
能と成る。また、そのために必要な金属の抵抗率と温度
の関係を予め測定しておいて記憶させておき、その値を
基準値として温度比較を行なうことで高精度でかつ設定
温度の個体差のない磁気誘導方式の加熱装置を実現する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施例の加熱装置としての、磁気誘導
加熱方式・フィルム加熱方式の画像加熱定着装置（像加
熱装置）の一例の概略構成の摸式図（側面図）

【図２】 磁性金属フィルムの層構成を示す断面模型図

【図３】 温度検出回路図

【図４】 温度コントロール系のブロック図

【図５】 （ａ）は温度−抵抗率特性図、（ｂ）は温度
−検出電圧特性図

【図６】 スイッチング制御回路と、電圧、電流測定回
路（温度検出回路）の一例の図

【図７】 動作時の電流波形図

【図８】 （ａ）ないし（ｅ）はそれぞれ記憶手段例の
略図

【図９】 温度変化図

【図１０】 第２の本実施例装置の温度コントロール系
のブロック図

【図１１】 第３の本実施例装置の温度コントロール系
のブロック図

【図１２】 第４の実施例装置の構成略図

【図１３】 （ａ）・（ｂ）・（ｃ）はそれぞれ加熱装
置の他の構成形態例の略図（第５の実施例）

【図１４】 画像形成装置例の概略構成図（第６の実施
例）

【図１５】 熱ローラ加熱式加熱装置（定着装置）の一
例の概略図

【図１６】 加熱ローラの温度制御回路とローラ駆動回
路の一例の図

【図１７】 温度制御グラフ

【図１８】 制御フローチャート

【符号の説明】

１ 磁性金属フィルム １ａ フィルム基層 １ｂ 磁性金属層 １ｃ 表面層（離形層） １００ 界磁コイルユニット ３０ 高周波コンバータ ２ 界磁コイルユニット支持部材 ３ フィルム内面ガイド部材 ４ 加圧ローラ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁場発生手段により磁性金属部材に磁場
   を作用させて該磁性金属部材に発生する渦電流による該
   磁性金属部材の発熱により被加熱材を加熱する磁気誘導
   加熱方式の加熱装置であり、磁場発生手段の励磁コイル
   の励磁電流波形を計測する電流計測回路と、励磁コイル
   に誘起される誘起電圧から周期を計測する回路と、計測
   回路からの情報をメモリーの内容と比較・演算する手段
   と、温度情報と磁性金属部材の発熱部の抵抗率に関す
   る、予め定められた設定値を記憶しておくためのメモリ
   ー手段を有していることを特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】 磁場発生手段により磁性金属部材に磁場
   を作用させて該磁性金属部材に発生する渦電流による該
   磁性金属部材の発熱により被加熱材を加熱する磁気誘導
   加熱方式の加熱装置であり、磁場発生手段の励磁コイル
   の励磁電流波形を計測する電流計測回路と、励磁コイル
   に誘起される誘起電圧から周期を計測する回路と、計測
   回路からの情報をメモリーの内容と比較・演算する手段
   と、環境センサと、環境センサからの温湿度情報と磁性
   金属部材の発熱部の抵抗率に関する情報を記憶しておく
   ためのメモリー手段を有していることを特徴とする加熱
   装置。
3. 【請求項３】 装置内に装置に固有の温度制御情報を記
   憶するための記憶手段を有することを特徴とする請求項
   １または同２に記載の加熱装置。
4. 【請求項４】 磁性金属部材が固定部材、あるいは回転
   体もしくは走行移動有端部材であることを特徴とする請
   求項１乃至同３の何れかに記載の加熱装置。
5. 【請求項５】 磁性金属部材が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ことを特徴
   とする請求項１乃至同４の何れかに記載の加熱装置。
6. 【請求項６】 磁性金属部材に被加熱材を直接もしくは
   間接的に密着させる加圧部材を有することを特徴とする
   請求項１乃至同５の何れかに記載の加熱装置。
7. 【請求項７】 加圧部材が回転駆動されるあるいは従動
   回転する加圧回転体であることを特徴とする請求項６に
   記載の加熱装置。
8. 【請求項８】 被加熱材が加熱処理すべき画像を担持さ
   せた記録材であり、該記録材に画像を加熱処理する像加
   熱装置であることを特徴とする請求項１乃至同７の何れ
   かに記載の加熱装置。
9. 【請求項９】 前記請求項１乃至同８の何れかに記載の
   加熱装置を像加熱装置として備えていることを特徴とす
   る画像形成装置。