加熱装置及び加熱装置の制御方法、画像形成装置
【課題】 加熱装置の非通紙部昇温を低減し、幅狭の被加熱材に対する処理の高スループット化を図る。
【解決手段】 被加熱材を加熱する加熱部材と、加熱部材と当接する加圧部材とにより被加熱材を挟持搬送しながら加熱する加熱装置は、加熱部材を誘導加熱し、その被加熱材を搬送する方向に対して略直交する幅方向に厚さの異なる領域を有する導電性の発熱層と、交番磁場を発生させる交番磁場発生部と、交番磁場の周波数を切り替え、厚さの異なる領域ごとに発熱層における誘導加熱を制御する制御部とを備える。
【解決手段】 被加熱材を加熱する加熱部材と、加熱部材と当接する加圧部材とにより被加熱材を挟持搬送しながら加熱する加熱装置は、加熱部材を誘導加熱し、その被加熱材を搬送する方向に対して略直交する幅方向に厚さの異なる領域を有する導電性の発熱層と、交番磁場を発生させる交番磁場発生部と、交番磁場の周波数を切り替え、厚さの異なる領域ごとに発熱層における誘導加熱を制御する制御部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電部材を誘導加熱させ、その熱により被加熱材を加熱する加熱装置、加熱装置の制御方法、その加熱装置を画像加熱用の定着装置として用いた、電子写真方式、静電記録方式、磁気記録方式等によって画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置において、適宜の画像形成プロセス手段で被記録材上に形成されたトナー画像を定着させる加熱装置として、熱ローラ方式の定着装置が広く用いられている。熱ローラ方式の定着装置は、ハロゲンヒータ等の発熱手段を内包した加熱部材としての定着ローラと、加圧部材としての加圧ローラとを当接し、定着ニップを形成したものである。定着ローラと加圧ローラを共に回転させることで、被記録材を搬送しながら熱と圧力をかけて被記録材上にトナー像が定着する。
【０００３】
近年では、クイックスタートや省エネルギーの観点から、フィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。フィルム加熱方式の定着装置は、発熱手段としてのセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に、加熱部材としての薄い耐熱性フィルムを挟ませて定着ニップを形成させたものである。フィルムと加圧ローラを共に回転させることで、被記録材を搬送しながら熱と圧力をかけてトナー像を定着する。
【０００４】
上記のフィルム加熱方式の定着装置では、熱ローラ方式に比べ、加熱部材であるフィルムの熱容量が非常に小さいため、発熱手段からの熱エネルギーを定着プロセスに効率良く使用することができる。このため、画像形成装置の電源投入からプリント可能状態までの待ち時間を短くすることができる。さらに、加熱部材の熱容量が小さく、プリント待機中に加熱部材を予熱する必要がないため、画像形成装置の消費電力を低く抑えることができる。
【０００５】
さらに高効率なフィルム加熱方式の定着装置として、導電性のフィルム自身を発熱させる誘導加熱方式の定着装置も実用化されている。
【０００６】
特許文献１には、誘導加熱方式の定着装置として、交番磁場により金属フィルムに渦電流を誘導させ、その金属フィルムをジュール熱で発熱させる定着装置が開示されている。この電磁誘導加熱方式では、フィルム自身を発熱させることができるため、発熱手段からの熱エネルギーを定着プロセスにさらに効率良く使用することができる。
【特許文献１】実開昭51-109739号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上述したいずれの方式の定着装置においても、発熱域よりも幅狭の被記録材を連続通紙すると、定着ローラや定着フィルム等の加熱部材の非通紙域の温度が通紙域よりも昇温してしまうことになる。
【０００８】
被記録材が通紙される加熱部材の通紙域では、被記録材に奪われる熱量に対し、加熱部材が目標温度に維持されるように、発熱手段からの熱量が供給される。一方、被記録材が通紙されない非通紙域、例えば加熱部材の幅方向の両端部といった領域では、通紙域と同じ熱量が発熱手段から供給されるものの、被記録材のような熱を奪っていく部材が通過しないため、加熱部材を目標温度に維持するには熱量が過多となり、その結果、加熱部材の非通紙域の温度が通紙域よりも昇温してしまう。以下、この現象を、「非通紙部昇温」という。
【０００９】
このため、幅狭の被記録材を連続通紙すると非通紙部昇温が発生し、場合によっては定着装置を構成する部材の耐熱性が確保できない畏れがあった。また、幅狭の被記録材を連続通紙した直後に、これよりも幅広の被記録材を通紙する場合、加熱部材の一部の領域が非通紙部昇温により目標温度以上に昇温しているため、被記録材上に形成されたトナー画像に過剰な熱量が加わり、良好な定着画像を安定して得ることが出来ないという問題があった。
【００１０】
この問題を回避するために、従来の定着装置では、非通紙部昇温を抑制するために、単位時間当たりの被記録材の出力枚数（以下、「スループット」という）を大幅に下げる必要があり、幅狭の被記録材に対して印刷する場合の生産性が低下するという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記の問題を鑑みて、加熱装置の非通紙部昇温を低減し、幅狭の被加熱材（被記録材）に対する処理の高スループット化を可能にする加熱装置、加熱装置の制御方法及び加熱装置を具備した画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明にかかる加熱装置等、画像形成装置は、主として以下の構成を備えることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、被加熱材を加熱する加熱部材と、当該加熱部材と当接する加圧部材とにより当該被加熱材を挟持搬送しながら加熱する加熱装置は、
前記加熱部材を誘導加熱し、前記被加熱材を搬送する方向に対して略直交する幅方向に厚さの異なる領域を有する導電性の発熱層と、
交番磁場を発生させる交番磁場発生手段と、
前記交番磁場の周波数を切り替え、前記厚さの異なる領域ごとに前記発熱層における誘導加熱を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
あるいは、上述の加熱装置を具備する画像形成装置は、以下の構成を備えることを特徴とする。
【００１５】
すなわち、電子写真方式により出力画像を被加熱材上に形成する画像形成装置は、
前記被加熱材上にトナー画像を生成するための手段と、
前記生成されたトナー像を、前記出力画像として前記被加熱材上に定着させる上記の加熱装置とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、加熱装置の非通紙部昇温を低減し、幅狭の被加熱材に対する処理の高スループット化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
[実施形態１]
本発明に係る加熱装置及びこれを具備した画像形成装置の実施形態について説明する。
（１）画像形成装置の概略構成
以下に、画像形成装置の各部材および画像形成プロセスについて説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態の画像形成装置の概略構成を示す断面図である。本実施形態の画像形成装置は、電子写真プロセスを利用した中間転写方式のカラーレーザプリンタである。係る画像形成装置にあっては、先ず、有機感光体やアモルファスシリコン感光体等で形成された感光ドラム１０１は、矢示の反時計方向に所定の周速度で回転駆動する。感光ドラム１０１は、その回転過程で帯電ローラ等の帯電装置１０２によって所定の極性及び電位の一様な帯電処理を受ける。
【００２０】
次いで、その帯電処理面は、レーザ光学箱１１０から出力されるレーザ光１０３により、目的の画像情報に応じた走査露光処理を受ける。レーザ光学箱１１０は、不図示の画像読み取り装置等の画像信号発生装置からの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したレーザ光１０３を出力し、感光ドラム１０１面を走査露光する。これにより、感光ドラム１０１面に画像情報に対応した静電潜像が形成される。このとき、レーザ光学箱１１０からのレーザ光はミラー１０９によって感光ドラム１０１の露光位置に偏向される。
【００２１】
フルカラー画像形成の場合は、目的のフルカラー画像における第一の色分解成分画像、例えばイエロー成分画像についての走査露光および潜像形成がなされ、その潜像が４色のカラー現像装置１０４のうちイエロー現像器１０４Ｙが作動するによりイエロートナー画像として現像される。そのイエロートナー画像は感光ドラム１０１と中間転写ドラム１０５との接触部或いは近接部である一次転写部Ｔ１において中間転写ドラム１０５面に転写される。トナー画像転写後の感光ドラム１０１面はクリーナ１０７により転写残トナー等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【００２２】
上記のような帯電、走査露光、現像、一次転写、清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画像の第二の色分解成分画像（例えば、マゼンタ成分画像、マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第三の色分解成分画像（例えば、シアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作動）、第四の色分解成分画像（例えば、ブラック成分画像、ブラック現像器１０４Ｂｋが作動）の各色分解成分画像について順次実行され、中間転写ドラム１０５面にイエロートナー画像、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、ブラックトナー画像の４色のトナー画像が順次重ねて転写されて、目的のフルカラー画像に対応したトナー画像が形成される。
【００２３】
中間転写ドラム１０５は、金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を設けたもので、感光ドラム１０１に接触して或いは近接して感光ドラム１０１と同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動される。そして中間転写ドラム１０５の金属ドラムにバイアスを印加し、感光ドラム１０１との電位差で感光ドラム１０１側のトナー画像を中間転写ドラム１０５面側に転写させる。
【００２４】
上記の中間転写ドラム１０５面に形成されたトナー画像は、中間転写ドラム１０５と転写ローラ１０６との接触ニップ部である二次転写部Ｔ２において、不図示の給紙部から所定のタイミングで送り込まれた被記録材Ｐの面に転写されていく。転写ローラ１０６は被記録材Ｐの背面からトナーと逆極性の電荷を供給することで、中間転写ドラム１０５面側から被記録材Ｐ側へトナー画像を一括転写する。
【００２５】
二次転写部Ｔ２を通過した被記録材Ｐは、中間転写ドラム１０５面から分離されて加熱装置としての定着装置１００へ導入される。そして、被記録材Ｐは、定着装置１００の定着ニップ部Ｎ（図２を参照）において被加熱材として加熱され、トナー画像は被記録材Ｐ上に定着されて機外の不図示の排紙トレーに排出される。ここで、定着装置１００の構成については「（２）加熱装置の概略構成」の項で詳細に説明する。
【００２６】
トナー画像転写後の中間転写ドラム１０５は、クリーナ１０８により転写残トナーや紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃される。常時、このクリーナ１０８は中間転写ドラム１０５に非接触状態に保持されており、二次転写実行過程において中間転写ドラム１０５に接触状態に保持される。
【００２７】
また、転写ローラ１０６も、常時、中間転写ドラム１０５に非接触状態に保持されており、二次転写実行過程において中間転写ドラム１０５に被記録材Ｐを介して接触状態に保持される。
（２）加熱装置の概略構成
本実施形態における加熱装置としての定着装置１００は、加熱部材として電磁誘導発熱性の定着フィルム（定着ベルト）を用いた誘導加熱方式の定着装置である。以下に、定着装置１００の概略構成を説明する。
（２−Ａ）全体構成
図２は、本実施形態における定着装置１００の要部を側面から見た断面模式図であり、図３は、要部を通紙方向正面から見た正面模式図であり、図４は、要部を通紙方向正面から見た断面模式図である。
【００２８】
図２に示す定着装置１００は、大きく分けてフィルムガイド部材１６と、このフィルムガイド部材１６に対してルーズに外嵌させた加熱部材としての定着フィルム１０と、定着フィルム１０を挟んで、フィルムガイド部材１６との間にニップ部Ｎを形成させる加圧部材としての加圧ローラ３０とからなる。
【００２９】
フィルムガイド部材１６は、横断面が略半円弧状桶型の左右一対となる半体１６ａと１６ｂとを互いに開口部を向かい合わせて組み合わせることで円筒体を形成させている。また、図２中の右側に位置するフィルムガイド部材１６の半体１６ａの内側には、磁場発生部（以下、「磁場発生手段」ともいう）としての磁性コア１７ａ、１７ｂ、１７ｃおよび励磁コイル１８が配設され、保持されている。
【００３０】
加圧ローラ３０は、芯金３０ａと、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂などの耐熱性を有した弾性層３０ｂとで構成されており、芯金３０ａの両端部は定着装置の不図示のシャーシ側板金間に回転自由に軸受けで保持され、配設されている。加圧ローラ３０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３０の回転駆動により、定着フィルム１０がフィルムガイド部材１６の下面に密着して摺動して矢示の時計方向に従動回転する。
【００３１】
フィルムガイド部材１６の下面と定着フィルム１０の内周面との相互摺動摩擦力を低減化させるために、フィルムガイド部材１６下面の定着ニップ部Ｎに対応する面部分には、耐熱性・低摩擦性の摺動部材４０を配設してある。摺動部材４０は、例えば、ポリイミド樹脂、ガラス、アルミナ、アルミナにガラスをコートしたものなどで構成するのが好ましい。
【００３２】
更に、摺動部材４０と定着フィルム１０内周面との間に不図示の潤滑剤を介在させることで、定着フィルム１０の摺動抵抗の低減を図ることができる。本実施形態においては、潤滑剤としてフッ素グリースを用いている。
【００３３】
図２中において、右側のフィルムガイド部材半体１６ａの周面には、図５に示すように、その長手方向に所定の間隔を置いて凸リブ部１６ｅを形成具備させ、フィルムガイド部材半体１６ａの周面と定着フィルム１０の内面との接触摺動抵抗を低減させて定着フィルム１０の回転負荷を少なくしている。このような凸リブ部１６ｅは図２中左側のフィルムガイド部材半体１６ｂにも同様に形成具備することができる。
【００３４】
定着装置１００には、温度検知手段としてのサーミスタ２６が設けられている。サーミスタ２６は定着フィルム１０の内周面に当接し、定着フィルム１０の温度を検知する。定着フィルム１０の温度は、サーミスタ２６を含む後述の温調制御系により励磁コイル１８への電流供給が制御されることで所定の温度が維持される。
【００３５】
定着装置１００には、安全装置としてサーモスイッチ５０が設けられている。本実施形態では、定着フィルム１０を傷つけないように、定着フィルム１０外周面に非接触に配設している。サーモスイッチ５０は、後述のリレースイッチと不図示のＤＣ電源とに直列に接続されており、定着装置１００の熱暴走を検知してサーモスイッチ５０がオープンになると、リレースイッチへの給電が遮断され、リレースイッチが動作して後述の励磁回路３０７への給電が遮断される構成をとっている。
【００３６】
定着フィルム１０を外嵌させたフィルムガイド部材１６は、図３と図４に示すように、加圧ローラ３０の上側に配置されており、フィルムガイド部材１６内に挿通して配設した加圧用剛性ステイ２２の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材２９ａ・２９ｂとの間にそれぞれ加圧バネ２５ａ・２５ｂを縮設することで加圧用剛性ステイ２２に押し下げ力を作用させている。これにより、定着ニップ部Ｎに所定の圧力が作用ようになっている。
【００３７】
図３および図４に示す２３ａ、２３ｂは、円筒状のフィルムガイド部材１６の手前側と奥側の端部に嵌着して配設したフランジ部材であり、定着フィルム１０の幅方向に沿う寄り移動を規制する役目をする。フランジ部材２３ａ、２３ｂは定着フィルム１０の回転に従動で回転する構成にしてもよい。
【００３８】
（２−Ｂ）磁場発生手段の構成
図２に示す磁場発生手段としての励磁コイル18は、コイル（線輪）を構成させる導線（電線）として、一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の細線を複数本束ねたもの（束線）を用い、これを複数回巻いて励磁コイル１８を形成している。励磁コイル１８は、外部から圧力を加えて密集度を向上させてもよい。上述の絶縁被覆を行う被覆部材は、耐熱性を有する被覆を用いることが好ましい。例えば、アミドイミドやポリイミド等の被覆を用いるとよい。
【００３９】
図２に示す磁性コア１７ａ、１７ｂ、１７ｃは高透磁率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料が良く、より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのが良い。
【００４０】
磁性コア１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１８と加圧用剛性ステイ２２の間には、絶縁部材１９を配設してある。絶縁部材１９の材質としては、絶縁性に優れ、耐熱性がよいものが好ましい。例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＬＣＰ樹脂等を選択するとよい。
【００４１】
図６は、磁場発生手段によって発生される交番磁束の発生の様子を模式的に表した図である。図６（ａ）において、磁束Ｃは発生した交番磁束の一部を表す。
【００４２】
図６（ａ）に示す磁性コア１７ａ、１７ｂ、１７ｃに導かれた交番磁束Ｃは、磁性コア１７ａと磁性コア１７ｂとの間、そして磁性コア１７ａと磁性コア１７ｃとの間において定着フィルム１０の発熱層１に渦電流を発生させる。この渦電流は、発熱層１の固有抵抗によってジュール熱（渦電流損）を発生させる。
【００４３】
発熱量Ｑは、発熱層１を通る磁束Ｃの密度によって決まり、図６（ｂ）に示すような分布を持つ。縦軸が磁性コア１７ａの中心を０とした角度θで表した定着フィルム１０における円周方向の位置を示し、横軸が定着フィルム１０の発熱層１での発熱量Ｑを示す。ここで最大発熱量をＱとすると、発熱域Ｈは発熱量がＱ／ｅ以上の領域と定義する（ｅは自然対数の底）。これは定着プロセスに必要な発熱量が得られる領域である。
【００４４】
（２−Ｃ）加熱部材の構成
本発明では、加熱部材としての定着フィルム１０の発熱層の層厚を幅方向に変化させることを特徴とする。図７は、本実施形態における加熱部材としての定着フィルム１０の層構成を示す図であり、通紙方向正面から見た断面図である。
【００４５】
本実施形態における定着フィルム１０は、金属フィルム等からなる発熱層１と、その外周面に積層した弾性層２と、さらにその外周面に積層した離型層３の複合構造を有する。そして、図７中の参照番号４に示す層は、発熱層１の幅方向の層厚の変化を吸収するためのバッファー層である。図７中には図示していないが、発熱層１と弾性層２との間の接着、弾性層２と離型層３との間の接着のために、各層間にプライマー層を設けてもよい。また、定着フィルム１０の摺動性を向上させる等の観点から、発熱層１の内周面に絶縁部材からなる層を設けても良い。
【００４６】
略円筒形状である定着フィルム１０において、摺動部材４０と接触する内周面側に発熱層１が位置し、加圧ローラ若しくは被記録材（被加熱材）と接触する外周面側に離型層３が位置している。定着フィルム１０は、励磁コイル１８からの交番磁束が発熱層１に作用することで、発熱層１が発熱し、この熱が弾性層２、離型層３に伝達されて被記録材Ｐ上のトナー画像の定着を行うものである。
【００４７】
ａ．発熱層１
発熱層１としては、磁性及び非磁性の金属を用いることができるが、磁性金属が好ましく用いられる。このような磁性金属としては、ニッケル、鉄、強磁性ステンレス、ニッケル−コバルト合金、パーマロイといった強磁性体の金属が好ましく用いられる。又、定着フィルム１０の回転時に受ける繰り返しの屈曲応力による金属疲労を防ぐために、ニッケル中にマンガンを添加した部材を用いるのも良い。本実施形態では発熱層１にニッケルを用いている。発熱層1の層厚については、後に説明する「（４）非通紙部昇温抑制制御」の項にて詳細に説明する。
【００４８】
ｂ．弾性層２
弾性層２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の、耐熱性、熱伝導率が良い材質が好ましく用いられる。弾性層２の厚さは、定着画像品質を保証するために１０〜５００μｍであることが好ましい。弾性層２の厚さが上記範囲よりも小さい場合には、離型層３が被記録材Ｐ或いはトナー層ｔの凹凸に追従しきれず、画像光沢ムラが発生してしまう。又、弾性層２が上記範囲よりも大きすぎる場合には、弾性層２の熱抵抗が大きくなりすぎ、クイックスタートを実現するのが難しくなる。この弾性層２の厚さは、より好ましくは５０〜５００μｍが良い。
【００４９】
弾性層２の硬度は、高すぎると被記録材Ｐ或いはトナー層ｔの凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生してしまう。そこで、弾性層２の硬度としては６０゜（ＪＩＳ−Ａ）以下、より好ましくは４５゜（ＪＩＳ−Ａ）以下がよい。
【００５０】
ｃ．離型層３
離型層３は、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性且つ耐熱性のよい材料を用いることが好ましい。離型層３の厚さは１〜１００μｍが好ましい。離型層３の厚さが上記範囲よりも薄い場合には、塗膜の塗ムラが生じ、離型性の悪い部分が発生したり、耐久性が不足するといった問題が発生する。また、離型層３の厚さが上記範囲よりも厚い場合には、熱伝導が悪化する。
【００５１】
d．バッファー層４
バッファー層４の目的は、発熱層１の長手方向の層厚が変化する部分において被記録材へかかる圧力が不均一にならないようにすることであり、磁場発生手段からの磁場に影響のない非導電性でかつ耐熱性のある部材で構成する必要がある。このような目的を達成する部材としては、例えば、耐熱樹脂や耐熱ゴム等が挙げられる。
（３）誘導加熱電源の概略構成
（３−Ａ）全体構成
図８は、定着装置100および温調制御部400と誘導加熱電源300の全体構成を示すブロック図である。
【００５２】
300は誘導加熱電源全体、100は定着装置全体、400は交番磁場の周波数制御手段も兼ねる温調制御部全体を示している（以下、「温調制御手段」ともいう。）。
【００５３】
301は電源ライン入力端子（LINE)、302はブレーカー、303はリレースイッチ、304は両波整流を行うブリッジ整流回路とコンデンサで構成された整流回路（RECT)、305と306は後述するスイッチング素子のゲート制御トランス（G.T.1、G.T.2）、307は励磁回路である。401はフィードバック制御回路（FB)、402はドライバー回路（DRV)である。
【００５４】
電源ライン入力端子（LINE)301から入力されたAC電流は、ブレーカー302及びリレー接点303を介して整流回路（RECT)304に入る。
【００５５】
ここで、リレースイッチ303は、定着装置100が規定の温度を超えて異常昇温した時にオープンになるサーモスイッチ（TH.SW)50の接点を介してオンされている。仮に定着装置100がトラブルにより異常昇温しても、サーモスイッチ50の接点がオープンになることでリレースイッチ303をオフし、さらにこれによって励磁回路307の電源からの入力を遮断し、熱暴走に対する定着装置100の安全を確保している。
【００５６】
次に、AC電流は整流回路（RECT)304によりDC電流に変換される。一方、定着フィルム10の温度はサーミスタ（TH1)26で検出され、検出結果はフィードバック制御回路（FB）401に入力される。フィードバック制御回路（FB）401は、サーミスタ（TH1)26の検出結果に基づき目標温度と比較しながら励磁回路307のスイッチング素子の制御量を算出する。そしてドライバー回路（DRV)402は、フィードバック制御回路（FB）401からの制御信号を受けて電源の電圧共振制御に相応しい制御信号でゲート制御トランス（G.T.1、G.T.2）305・306の駆動を行う。
【００５７】
交番磁場の周波数制御手段も兼ねる温調制御手段４００は、スイッチング素子のスイッチング周期を変更することにより、励磁コイル１８の交番磁場の周波数を変更できるようになっている。本実施形態では、交番磁場の周波数を2段階に切り替え可能にしている。以下、交番磁場の周波数の高い方を使用している状態を「ハイモード」、周波数の低い方を使用している状態を、「ローモード」と称す。本実施形態では２段階としたが、さらに多段階に切り替え可能としても良い。
【００５８】
交番磁場の周波数のハイモードおよびローモードは、被記録材幅検知部５００の検知結果に応じて切り替えられる。記録材幅検知部５００としては、画像形成装置に設けられた被記録材のサイズを検知するセンサ等が挙げられる。また、プリンタドライバなどユーザーが設定した被記録材のサイズ情報を参照しても良い。
（３−Ｂ）励磁回路
図９は、誘導加熱電源300の励磁回路307の要部を示す図である。本実施形態の励磁回路307は電圧共振方式である。
【００５９】
201は第1のスイッチング素子、205は第2のスイッチング素子である。第1のスイッチング素子201はメインのスイッチング動作を行い、励磁コイル18へ流す電流を制御するものである。第2のスイッチング素子205は、第1のスイッチング素子201に同期してスイッチング動作を行い、スイッチング動作時の負荷を軽減させるものである。これらのスイッチング素子の具体的な動作としては、第2のスイッチング素子205をオープン状態にして、第１のスイッチング素子201をオン・オフすることにより電圧共振を行わせている。また第2のスイッチング素子205を、第1のスイッチ素子201がオフしている間に、フライバック電圧が上昇を終える頃にオン、フライバック電圧が下降した頃にオフという動作をさせて、第1のスイッチング素子201に電気的な負荷のかからないソフトスイッチングを実現させている。
【００６０】
これらのスイッチング素子201、205は、定常時の損失及びスイッチ損失が小さいもので、なおかつ高耐圧、大電流タイプのものが良い。一般的に用いるのはMOSFETやIGBTといったスイッチング素子である。
【００６１】
励磁コイル18は、定着フィルム10とともに定着装置100に設けられている。定着フィルム10は、励磁回路307に対し、インダクタンス成分Lと抵抗成分Rからなる等価回路で表すことができる。定着フィルム10は、励磁コイル18から発生する高周波磁界と定着フィルム10との電磁誘導作用により、定着フィルム10の等価回路に誘導電流が流れ、抵抗成分Rにより発生するジュール熱で発熱する。この発熱に基づいて、加熱部材は加熱される（誘導加熱）。
【００６２】
202は第1の逆導通ダイオード、206は第2の逆導通ダイオードである。フライバック電圧の振幅が大きく、第1のスイッチング素子201のコレクタ端子201C側の電圧がエミッタ端子201E側の電圧より低くなる期間は、第1の逆導通ダイオード202がターンオンし、電流が励磁コイル18に流入する。この期間中、第1のスイッチング素子201のコレクタ端子201C側の電圧は０[V]にクランプされることになる。このような期間に第1のスイッチング素子201をオンすれば、電圧を背負うことなくスイッチオン可能なことが一般に知られている。このような駆動方法により第1のスイッチング素子201のスイッチングに伴う損失は最小とすることができ、効率の良い、ノイズの少ないスイッチングを可能としている。
【００６３】
204は第1の共振コンデンサ、207は第2の共振コンデンサである。第1のスイッチング素子201がオフすると、励磁コイル18は電流を流し続けようとするため、共振コンデンサ204・207と励磁コイル18により定まる共振回路の尖鋭度により、フライバック電圧と呼ばれる高電圧が発生する。この電圧は電源電圧ＶBを中心に振動し、そのままオフ状態を保っておくと電源電圧ＶBに収束する。
（４）非通紙部昇温抑制制御
本発明の実施形態にかかる非通紙部昇温抑制制御は、発熱層１（図７）の層厚をあらかじめ幅方向で変化させおき、誘導加熱する際に用いる交番磁場の周波数を被記録材Ｐの幅に応じて可変にすることが特徴である。以下に、本発明の実施形態の特徴である定着装置１００の非通紙部昇温制御の仕組みについて説明する。
【００６４】
図１０は、導電部材中の電磁波の減衰を示した図である。本実施形態において、導電部材は、発熱層１に相当する。横軸は導電部材表面からの距離を示し、縦軸は導電部材表面における電磁波の強さを1とした場合の電磁波の強度Ｅを示している。表皮深さδは、電磁波の強度Ｅが減衰して1/e（eは自然対数）となる深さである。これより深いところでは 電磁波の強度Eは1/e以下になっている。
【００６５】
一般に、表皮深さδと電磁波の周波数ｆとの関係は、以下の式で表すことができる。
【００６６】
【数１】
【００６７】
ここで、μrは導電部材の比透磁率、ρは導電性部材の固有抵抗を示す。
数式１から分かるように、表皮深さδは電磁波の周波数ｆによって変化し、電磁波の周波数ｆの1/2乗に反比例して小さくなる性質がある。
【００６８】
導電部材表面から深さxに発生する渦電流の電流密度iは、その表面における電流密度をi0とすれば、以下の式で表すことができる。
【００６９】
【数２】
【００７０】
よって、厚みｔの導電部材における吸収電力をPとすると、Pは、数式２で示した電流密度iと、この単位面積を流れる電流回路の抵抗からオーム損を求め、表面から厚みｔにかけて積分することで、以下の式で求められる。
【００７１】
【数３】
【００７２】
数式３より、例えば、導電部材の表面から0.5δまでに吸収されるエネルギーは63.2％と算出され、さらにδまでには86.4％、そして2δまでに98.2％のエネルギーが吸収されることが分かる。この吸収された電磁波のエネルギーが導電部材の誘導加熱のエネルギーとなる。
発熱層１の厚みを幅方向に変化させた定着装置１００においては、幅方向に等しく交番磁場が印加される場合、数式１に示す電磁波の表皮深さδの周波数依存性を利用することで、定着フィルム１０の幅方向の発熱量を変化させることができる。例えば、発熱層1の層厚を予め通紙される被記録材の幅に合わせて変化させておき、被記録材の幅に応じて交番磁場の周波数を変化させることで、定着フィルム1０の幅方向の発熱分布を調整することができる。
【００７３】
図１１は、本実施形態における発熱層１の層厚tと、各周波数における電磁波の浸透深さδの関係を模式的に示した図である。なお図中に示す１は、通紙方向から正面から見た発熱層1の断面図であり、幅方向に層厚（小サイズ紙通紙領域の層厚をｔｃ、大サイズ紙通紙領域端部の層厚をｔeとする）が変化していることを示している。また、ここでは、大サイズ紙とは定着装置１００の発熱域の長さに近い幅を有した被記録材を指し、小サイズ紙とは大サイズ紙よりも幅の狭い紙を指す。発熱層1の層厚に関し、小サイズ紙に印刷する時の通紙域における層厚をtc、その非通紙域における層厚をteとしている。また表皮深さに関し、交番磁場の周波数がハイモード時の表皮深さをδH、ローモード時の表皮深さをδLとする。
【００７４】
ここで、小サイズ紙の通紙域とその非通紙域における発熱層１の層厚の関係については、次式で与えられる。
【００７５】
【数４】
【００７６】
また、表皮深さと発熱層１の層厚の関係ついては、交番磁場の周波数がローモード時には、次式となるように設定する。
【００７７】
【数５】
【００７８】
一方で交番磁場の周波数がハイモード時には、次式となるように設定する。
【００７９】
【数６】
【００８０】
本実施形態においては、発熱層1の層厚に関して、teを30μm 、tcを75μmに設定している。また、交番磁場のローモード時の周波数は5kHzに設定している。この時の表皮深さδLは、発熱層１に用いているニッケルの比透磁率μrを600、固有抵抗ρを6.8x10(-8)Ωmとすると、数式１より約76μmとなる。同様に、交番磁場のハイモード時の周波数は75kHzに設定されており、この時の表皮深さδHは約20μmとなる。
小サイズ紙を通紙する場合、励磁コイル１８から生じる交番磁場の周波数をローモード（5kHz）に設定する。この場合の表皮深さδL＝76μmとすれば、発熱層１の層厚tcと層厚teは、それぞれ以下のように表すことができる。
【００８１】
【数７】
【００８２】
【数８】
【００８３】
発熱層１の層厚tcの領域と層厚teの領域における交番磁場の吸収エネルギーをそれぞれPcとPeとすると、それぞれ数式３より以下のように表すことができる。
【００８４】
【数９】
【００８５】
【数１０】
【００８６】
よって発熱層１の層厚tcの領域と層厚teの領域における吸収エネルギー量の比は、数式８と数式９より次式で与えられる。
【００８７】
【数１１】
【００８８】
すなわち、小サイズ通紙時の非通紙部における発熱量は通紙部よりも抑制される。よって、交番磁場の周波数がローモードの時は、発熱層1の非通紙部における発熱量は通紙部よりも減少するため、非通紙部昇温を抑制でき、小サイズ通紙時におけるスループットを大幅に下げる必要がなくなり、幅狭の被記録材に対して印刷する場合の生産性が低下するという問題は解消する。すなわち、従来よりも小サイズ紙の高スループット化を図ることが可能となる。
一方、大サイズ紙を通紙する場合、励磁コイル１８から生じる交番磁場の周波数をハイモード（75kHz）に設定する。この場合の表皮深さδH＝20μmとすれば、発熱層１の層厚tcと層厚teは、以下のように表すことができる。
【００８９】
【数１２】
【００９０】
【数１３】
【００９１】
よって、発熱層１の層厚tcの領域と層厚teの領域における交番磁場の吸収エネルギーは、数式２より、次式で表すことができる。
【００９２】
【数１４】
【００９３】
【数１５】
【００９４】
よって発熱層１の層厚tcの領域と層厚teの領域における吸収エネルギー量の比は、数式１４と数式１５より、以下のように表すことができる。
【００９５】
【数１６】
【００９６】
すなわち、発熱層１の層厚tcの領域と層厚teの領域のどちらにおいても、ほぼ同程度の発熱量を得ることが出来る。よって、交番磁場の周波数がハイモードにおいては、定着フィルム１０を幅方向に均一な発熱することができる。
以上説明したように、発熱層1の層厚を長手方向で変化させ、交番磁場の周波数を被記録材の幅に応じて切り替えることで、定着フィルム１０の長手方向の発熱分布を調整することができ、小サイズ紙通紙時の非通紙部昇温を抑制することが可能となる。
【００９７】
尚、本実施形態において、発熱層１は単層で構成されているが、図１２に示すように複数の発熱層１で構成するようにしても良い。ここでは、１層目の発熱層1aを定着フィルム１０の幅方向全域に設け、さらにバッファー層４を挟んで2層目の発熱層1ｂを小サイズ紙が通紙される領域にのみ設けている。この１層目の発熱層１aの膜厚をt1、2層目の発熱層1ｂの層厚をt2とした時、小サイズ紙通紙時に通紙域となる領域の発熱層１の層厚tcは、t1とt2の和として考えればよい。この場合、発熱層１の１層目と２層目にあるバッファー層４は非導電部材であるため、電磁波には影響を及ぼさない。尚、図１２においては、小サイズ紙通紙時に非通紙域となる領域の発熱層１の層厚tcは、t1となる。
【００９８】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、被記録材の幅に応じて加熱部材の幅方向の発熱分布を変えることができるので、幅狭の被加熱材通紙時に発生する非通紙部昇温を抑制することが可能になる。
【００９９】
あるいは、本発明の実施形態によれば、加熱部材の昇温状況に応じて加熱部材の幅方向の発熱分布を変えることができるので、比較的簡易な制御で非通紙部昇温の抑制を図ることが可能になる。
【０１００】
あるいは、本発明の実施形態によれば、発熱層を複数設けることで、発熱層1の層厚が幅方向に変化した定着フィルム１０の設計の自由度を上げることが可能になる。
【０１０１】
あるいは、本発明の実施形態によれば、従来よりも幅狭の被記録材の高スループット化が図れ、生産性を向上させることが可能になる。
【０１０２】
[実施形態２]
本発明に係る加熱装置およびこれを具備した画像形成装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態における画像形成装置の概略構成および加熱装置の概略構成は、基本的に実施形態１の構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１０３】
以下、誘導加熱電源の概略構成および非通紙部昇温抑制制御において、実施形態１と異なる点について説明する。
【０１０４】
図１３は、定着装置１００、温調制御手段４００及び誘導加熱電源３００の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の定着装置１００は、温度検知手段としてのサーミスタを２つ設けている。サーミスタ２６aは、定着フィルム１０内面の小サイズ紙通紙時に通紙域となる領域に配設され、実施形態１の場合と同様に定着フィルム１０の温度制御に用いられる。一方のサーミスタ２６ｂは、定着フィルム１０内面の小サイズ紙通紙時に非通紙域となる領域に当接するように設けられ、小サイズ通紙時の非通紙部の温度を検知する。
【０１０５】
本実施形態においては、実施形態１のおける記録材幅検知部５００の代わりに、この小サイズ紙通紙時の非通紙部に設けられたサーミスタ２６ｂの検知結果に応じて、交番磁場の周波数を切り替えることを特徴としている。
【０１０６】
本実施形態では、定着フィルム１０の非通紙部の昇温状況に応じて周波数を切り替えることができ、被記録材のサイズ情報を必要とせず、比較的簡易な制御で非通紙部昇温の抑制を図ることが可能になる。
【０１０７】
[その他の実施形態]
なお、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、画像形成装置あるいは加熱装置の制御部に供給し、その制御部のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。プログラムコードの格納は、クライアントコンピュータに限定されるものではなく、例えば、サーバとして機能するコンピュータに記憶されておくことも可能である。
【０１０８】
この場合、被加熱材を加熱する加熱部材と、その加熱部材と当接する加圧部材とにより被加熱材を挟持搬送しながら加熱する加熱装置の制御方法は、被加熱材を搬送する方向に対して略直交する幅方向に厚さの異なる領域を有する導電性の発熱層に、交番磁場を与えて加熱部材を誘導加熱する加熱工程と、交番磁場の周波数を切り替え、厚さの異なる領域ごとに発熱層における誘導加熱を制御する制御工程とを備え、かかる加熱装置の制御方法は、プログラムコードに基づいてコンピュータにより実行される。
【０１０９】
上記の制御方法は、加熱部材の温度を検知処理する温度検知工程を更に有し、制御工程は、温度検知工程の検知処理の結果に基づいて、前記発熱層における誘導加熱を制御することができる。
【０１１０】
あるいは、上記の制御方法は、被加熱材を搬送する方向に対して略直交する方向の被加熱材の幅を検出する幅検出工程を更に備え、制御工程は、幅検出工程の検出処理の結果に基づいて、発熱層における誘導加熱を制御することができる。
【０１１１】
この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【０１１２】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，ＤＶＤ、磁気テープ，不揮発性のメモリカード，ＲＯＭなどを用いることができる。
【０１１３】
また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１１４】
さらに、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１１５】
本実施形態により提供されるプログラム、そのプログラムを格納するコンピュータ可読の記憶媒体による制御で、加熱装置、または、加熱装置を有する画像形成装置は、被記録材の幅に応じて加熱部材の幅方向の発熱分布を変えることができるので、幅狭の被加熱材通紙時に発生する非通紙部昇温を抑制することが可能になる。
【０１１６】
あるいは、本発明の実施形態によれば、加熱部材の昇温状況に応じて加熱部材の幅方向の発熱分布を変えることができるので、プログラム、そのプログラムを格納するコンピュータ可読の記憶媒体による制御で、加熱装置、または、加熱装置を有する画像形成装置は、比較的簡易な制御で非通紙部昇温の抑制を図ることが可能になる。
【０１１７】
あるいは、本発明の実施形態によれば、プログラム、そのプログラムを格納するコンピュータ可読の記憶媒体による制御で、加熱装置、または、加熱装置を有する画像形成装置は従来よりも幅狭の被記録材の高スループット化が図れ、生産性を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の実施形態にかかる画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】定着装置１００の要部を側面から見た断面模式図である。
【図３】定着装置１００の要部を通紙方向正面から見た正面模式図である。
【図４】定着装置１００の要部を通紙方向正面から見た断面模式図である。
【図５】内部に磁場発生手段を配設支持させた右側のフィルムガイド部材半体の斜視模型である。
【図６】磁場発生手段によって発生される交番磁束の発生の様子を模式的に表した図である。
【図７】加熱部材としての定着フィルム１０の層構成を示す図であり、通紙方向正面から見た断面図である。
【図８】定着装置100および温調制御部400と誘導加熱電源300の全体構成を示すブロック図である。
【図９】誘導加熱電源300の励磁回路307の要部を示す図である。
【図１０】導電部材中の電磁波の減衰を示した図である。
【図１１】発熱層１の層厚tと、各周波数における電磁波の浸透深さδの関係を模式的に示した図である。
【図１２】発熱層を複数設けた定着フィルム１０の層構成を示す図である。
【図１３】実施形態２における定着装置１００、温調制御手段４００及び誘導加熱電源３００の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１９】
1‥‥ 発熱層
2‥‥ 弾性層
3‥‥ 離型層
4‥‥ バッファー層
10‥‥ 定着フィルム（加熱部材）
18‥‥ 励磁コイル（磁場発生手段）
26‥‥ サーミスタ（温度検知手段）
30‥‥ 加圧ローラ（加圧部材）
100‥‥ 定着装置（加熱装置）
300‥‥ 誘導加熱電源
307‥‥ 励磁回路
400‥‥ 温調制御手段（周波数制御手段）
500‥‥ 被記録材幅検知部
Ｐ‥‥ 被記録材（被加熱材）
Ｃ‥‥ 磁束
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電部材を誘導加熱させ、その熱により被加熱材を加熱する加熱装置、加熱装置の制御方法、その加熱装置を画像加熱用の定着装置として用いた、電子写真方式、静電記録方式、磁気記録方式等によって画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置において、適宜の画像形成プロセス手段で被記録材上に形成されたトナー画像を定着させる加熱装置として、熱ローラ方式の定着装置が広く用いられている。熱ローラ方式の定着装置は、ハロゲンヒータ等の発熱手段を内包した加熱部材としての定着ローラと、加圧部材としての加圧ローラとを当接し、定着ニップを形成したものである。定着ローラと加圧ローラを共に回転させることで、被記録材を搬送しながら熱と圧力をかけて被記録材上にトナー像が定着する。
【０００３】
近年では、クイックスタートや省エネルギーの観点から、フィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。フィルム加熱方式の定着装置は、発熱手段としてのセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に、加熱部材としての薄い耐熱性フィルムを挟ませて定着ニップを形成させたものである。フィルムと加圧ローラを共に回転させることで、被記録材を搬送しながら熱と圧力をかけてトナー像を定着する。
【０００４】
上記のフィルム加熱方式の定着装置では、熱ローラ方式に比べ、加熱部材であるフィルムの熱容量が非常に小さいため、発熱手段からの熱エネルギーを定着プロセスに効率良く使用することができる。このため、画像形成装置の電源投入からプリント可能状態までの待ち時間を短くすることができる。さらに、加熱部材の熱容量が小さく、プリント待機中に加熱部材を予熱する必要がないため、画像形成装置の消費電力を低く抑えることができる。
【０００５】
さらに高効率なフィルム加熱方式の定着装置として、導電性のフィルム自身を発熱させる誘導加熱方式の定着装置も実用化されている。
【０００６】
特許文献１には、誘導加熱方式の定着装置として、交番磁場により金属フィルムに渦電流を誘導させ、その金属フィルムをジュール熱で発熱させる定着装置が開示されている。この電磁誘導加熱方式では、フィルム自身を発熱させることができるため、発熱手段からの熱エネルギーを定着プロセスにさらに効率良く使用することができる。
【特許文献１】実開昭51-109739号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上述したいずれの方式の定着装置においても、発熱域よりも幅狭の被記録材を連続通紙すると、定着ローラや定着フィルム等の加熱部材の非通紙域の温度が通紙域よりも昇温してしまうことになる。
【０００８】
被記録材が通紙される加熱部材の通紙域では、被記録材に奪われる熱量に対し、加熱部材が目標温度に維持されるように、発熱手段からの熱量が供給される。一方、被記録材が通紙されない非通紙域、例えば加熱部材の幅方向の両端部といった領域では、通紙域と同じ熱量が発熱手段から供給されるものの、被記録材のような熱を奪っていく部材が通過しないため、加熱部材を目標温度に維持するには熱量が過多となり、その結果、加熱部材の非通紙域の温度が通紙域よりも昇温してしまう。以下、この現象を、「非通紙部昇温」という。
【０００９】
このため、幅狭の被記録材を連続通紙すると非通紙部昇温が発生し、場合によっては定着装置を構成する部材の耐熱性が確保できない畏れがあった。また、幅狭の被記録材を連続通紙した直後に、これよりも幅広の被記録材を通紙する場合、加熱部材の一部の領域が非通紙部昇温により目標温度以上に昇温しているため、被記録材上に形成されたトナー画像に過剰な熱量が加わり、良好な定着画像を安定して得ることが出来ないという問題があった。
【００１０】
この問題を回避するために、従来の定着装置では、非通紙部昇温を抑制するために、単位時間当たりの被記録材の出力枚数（以下、「スループット」という）を大幅に下げる必要があり、幅狭の被記録材に対して印刷する場合の生産性が低下するという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記の問題を鑑みて、加熱装置の非通紙部昇温を低減し、幅狭の被加熱材（被記録材）に対する処理の高スループット化を可能にする加熱装置、加熱装置の制御方法及び加熱装置を具備した画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明にかかる加熱装置等、画像形成装置は、主として以下の構成を備えることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、被加熱材を加熱する加熱部材と、当該加熱部材と当接する加圧部材とにより当該被加熱材を挟持搬送しながら加熱する加熱装置は、
前記加熱部材を誘導加熱し、前記被加熱材を搬送する方向に対して略直交する幅方向に厚さの異なる領域を有する導電性の発熱層と、
交番磁場を発生させる交番磁場発生手段と、
前記交番磁場の周波数を切り替え、前記厚さの異なる領域ごとに前記発熱層における誘導加熱を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
あるいは、上述の加熱装置を具備する画像形成装置は、以下の構成を備えることを特徴とする。
【００１５】
すなわち、電子写真方式により出力画像を被加熱材上に形成する画像形成装置は、
前記被加熱材上にトナー画像を生成するための手段と、
前記生成されたトナー像を、前記出力画像として前記被加熱材上に定着させる上記の加熱装置とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、加熱装置の非通紙部昇温を低減し、幅狭の被加熱材に対する処理の高スループット化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
[実施形態１]
本発明に係る加熱装置及びこれを具備した画像形成装置の実施形態について説明する。
（１）画像形成装置の概略構成
以下に、画像形成装置の各部材および画像形成プロセスについて説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態の画像形成装置の概略構成を示す断面図である。本実施形態の画像形成装置は、電子写真プロセスを利用した中間転写方式のカラーレーザプリンタである。係る画像形成装置にあっては、先ず、有機感光体やアモルファスシリコン感光体等で形成された感光ドラム１０１は、矢示の反時計方向に所定の周速度で回転駆動する。感光ドラム１０１は、その回転過程で帯電ローラ等の帯電装置１０２によって所定の極性及び電位の一様な帯電処理を受ける。
【００２０】
次いで、その帯電処理面は、レーザ光学箱１１０から出力されるレーザ光１０３により、目的の画像情報に応じた走査露光処理を受ける。レーザ光学箱１１０は、不図示の画像読み取り装置等の画像信号発生装置からの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したレーザ光１０３を出力し、感光ドラム１０１面を走査露光する。これにより、感光ドラム１０１面に画像情報に対応した静電潜像が形成される。このとき、レーザ光学箱１１０からのレーザ光はミラー１０９によって感光ドラム１０１の露光位置に偏向される。
【００２１】
フルカラー画像形成の場合は、目的のフルカラー画像における第一の色分解成分画像、例えばイエロー成分画像についての走査露光および潜像形成がなされ、その潜像が４色のカラー現像装置１０４のうちイエロー現像器１０４Ｙが作動するによりイエロートナー画像として現像される。そのイエロートナー画像は感光ドラム１０１と中間転写ドラム１０５との接触部或いは近接部である一次転写部Ｔ１において中間転写ドラム１０５面に転写される。トナー画像転写後の感光ドラム１０１面はクリーナ１０７により転写残トナー等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【００２２】
上記のような帯電、走査露光、現像、一次転写、清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画像の第二の色分解成分画像（例えば、マゼンタ成分画像、マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第三の色分解成分画像（例えば、シアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作動）、第四の色分解成分画像（例えば、ブラック成分画像、ブラック現像器１０４Ｂｋが作動）の各色分解成分画像について順次実行され、中間転写ドラム１０５面にイエロートナー画像、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、ブラックトナー画像の４色のトナー画像が順次重ねて転写されて、目的のフルカラー画像に対応したトナー画像が形成される。
【００２３】
中間転写ドラム１０５は、金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を設けたもので、感光ドラム１０１に接触して或いは近接して感光ドラム１０１と同じ周速度で矢示の時計方向に回転駆動される。そして中間転写ドラム１０５の金属ドラムにバイアスを印加し、感光ドラム１０１との電位差で感光ドラム１０１側のトナー画像を中間転写ドラム１０５面側に転写させる。
【００２４】
上記の中間転写ドラム１０５面に形成されたトナー画像は、中間転写ドラム１０５と転写ローラ１０６との接触ニップ部である二次転写部Ｔ２において、不図示の給紙部から所定のタイミングで送り込まれた被記録材Ｐの面に転写されていく。転写ローラ１０６は被記録材Ｐの背面からトナーと逆極性の電荷を供給することで、中間転写ドラム１０５面側から被記録材Ｐ側へトナー画像を一括転写する。
【００２５】
二次転写部Ｔ２を通過した被記録材Ｐは、中間転写ドラム１０５面から分離されて加熱装置としての定着装置１００へ導入される。そして、被記録材Ｐは、定着装置１００の定着ニップ部Ｎ（図２を参照）において被加熱材として加熱され、トナー画像は被記録材Ｐ上に定着されて機外の不図示の排紙トレーに排出される。ここで、定着装置１００の構成については「（２）加熱装置の概略構成」の項で詳細に説明する。
【００２６】
トナー画像転写後の中間転写ドラム１０５は、クリーナ１０８により転写残トナーや紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃される。常時、このクリーナ１０８は中間転写ドラム１０５に非接触状態に保持されており、二次転写実行過程において中間転写ドラム１０５に接触状態に保持される。
【００２７】
また、転写ローラ１０６も、常時、中間転写ドラム１０５に非接触状態に保持されており、二次転写実行過程において中間転写ドラム１０５に被記録材Ｐを介して接触状態に保持される。
（２）加熱装置の概略構成
本実施形態における加熱装置としての定着装置１００は、加熱部材として電磁誘導発熱性の定着フィルム（定着ベルト）を用いた誘導加熱方式の定着装置である。以下に、定着装置１００の概略構成を説明する。
（２−Ａ）全体構成
図２は、本実施形態における定着装置１００の要部を側面から見た断面模式図であり、図３は、要部を通紙方向正面から見た正面模式図であり、図４は、要部を通紙方向正面から見た断面模式図である。
【００２８】
図２に示す定着装置１００は、大きく分けてフィルムガイド部材１６と、このフィルムガイド部材１６に対してルーズに外嵌させた加熱部材としての定着フィルム１０と、定着フィルム１０を挟んで、フィルムガイド部材１６との間にニップ部Ｎを形成させる加圧部材としての加圧ローラ３０とからなる。
【００２９】
フィルムガイド部材１６は、横断面が略半円弧状桶型の左右一対となる半体１６ａと１６ｂとを互いに開口部を向かい合わせて組み合わせることで円筒体を形成させている。また、図２中の右側に位置するフィルムガイド部材１６の半体１６ａの内側には、磁場発生部（以下、「磁場発生手段」ともいう）としての磁性コア１７ａ、１７ｂ、１７ｃおよび励磁コイル１８が配設され、保持されている。
【００３０】
加圧ローラ３０は、芯金３０ａと、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂などの耐熱性を有した弾性層３０ｂとで構成されており、芯金３０ａの両端部は定着装置の不図示のシャーシ側板金間に回転自由に軸受けで保持され、配設されている。加圧ローラ３０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３０の回転駆動により、定着フィルム１０がフィルムガイド部材１６の下面に密着して摺動して矢示の時計方向に従動回転する。
【００３１】
フィルムガイド部材１６の下面と定着フィルム１０の内周面との相互摺動摩擦力を低減化させるために、フィルムガイド部材１６下面の定着ニップ部Ｎに対応する面部分には、耐熱性・低摩擦性の摺動部材４０を配設してある。摺動部材４０は、例えば、ポリイミド樹脂、ガラス、アルミナ、アルミナにガラスをコートしたものなどで構成するのが好ましい。
【００３２】
更に、摺動部材４０と定着フィルム１０内周面との間に不図示の潤滑剤を介在させることで、定着フィルム１０の摺動抵抗の低減を図ることができる。本実施形態においては、潤滑剤としてフッ素グリースを用いている。
【００３３】
図２中において、右側のフィルムガイド部材半体１６ａの周面には、図５に示すように、その長手方向に所定の間隔を置いて凸リブ部１６ｅを形成具備させ、フィルムガイド部材半体１６ａの周面と定着フィルム１０の内面との接触摺動抵抗を低減させて定着フィルム１０の回転負荷を少なくしている。このような凸リブ部１６ｅは図２中左側のフィルムガイド部材半体１６ｂにも同様に形成具備することができる。
【００３４】
定着装置１００には、温度検知手段としてのサーミスタ２６が設けられている。サーミスタ２６は定着フィルム１０の内周面に当接し、定着フィルム１０の温度を検知する。定着フィルム１０の温度は、サーミスタ２６を含む後述の温調制御系により励磁コイル１８への電流供給が制御されることで所定の温度が維持される。
【００３５】
定着装置１００には、安全装置としてサーモスイッチ５０が設けられている。本実施形態では、定着フィルム１０を傷つけないように、定着フィルム１０外周面に非接触に配設している。サーモスイッチ５０は、後述のリレースイッチと不図示のＤＣ電源とに直列に接続されており、定着装置１００の熱暴走を検知してサーモスイッチ５０がオープンになると、リレースイッチへの給電が遮断され、リレースイッチが動作して後述の励磁回路３０７への給電が遮断される構成をとっている。
【００３６】
定着フィルム１０を外嵌させたフィルムガイド部材１６は、図３と図４に示すように、加圧ローラ３０の上側に配置されており、フィルムガイド部材１６内に挿通して配設した加圧用剛性ステイ２２の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材２９ａ・２９ｂとの間にそれぞれ加圧バネ２５ａ・２５ｂを縮設することで加圧用剛性ステイ２２に押し下げ力を作用させている。これにより、定着ニップ部Ｎに所定の圧力が作用ようになっている。
【００３７】
図３および図４に示す２３ａ、２３ｂは、円筒状のフィルムガイド部材１６の手前側と奥側の端部に嵌着して配設したフランジ部材であり、定着フィルム１０の幅方向に沿う寄り移動を規制する役目をする。フランジ部材２３ａ、２３ｂは定着フィルム１０の回転に従動で回転する構成にしてもよい。
【００３８】
（２−Ｂ）磁場発生手段の構成
図２に示す磁場発生手段としての励磁コイル18は、コイル（線輪）を構成させる導線（電線）として、一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の細線を複数本束ねたもの（束線）を用い、これを複数回巻いて励磁コイル１８を形成している。励磁コイル１８は、外部から圧力を加えて密集度を向上させてもよい。上述の絶縁被覆を行う被覆部材は、耐熱性を有する被覆を用いることが好ましい。例えば、アミドイミドやポリイミド等の被覆を用いるとよい。
【００３９】
図２に示す磁性コア１７ａ、１７ｂ、１７ｃは高透磁率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料が良く、より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのが良い。
【００４０】
磁性コア１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１８と加圧用剛性ステイ２２の間には、絶縁部材１９を配設してある。絶縁部材１９の材質としては、絶縁性に優れ、耐熱性がよいものが好ましい。例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＬＣＰ樹脂等を選択するとよい。
【００４１】
図６は、磁場発生手段によって発生される交番磁束の発生の様子を模式的に表した図である。図６（ａ）において、磁束Ｃは発生した交番磁束の一部を表す。
【００４２】
図６（ａ）に示す磁性コア１７ａ、１７ｂ、１７ｃに導かれた交番磁束Ｃは、磁性コア１７ａと磁性コア１７ｂとの間、そして磁性コア１７ａと磁性コア１７ｃとの間において定着フィルム１０の発熱層１に渦電流を発生させる。この渦電流は、発熱層１の固有抵抗によってジュール熱（渦電流損）を発生させる。
【００４３】
発熱量Ｑは、発熱層１を通る磁束Ｃの密度によって決まり、図６（ｂ）に示すような分布を持つ。縦軸が磁性コア１７ａの中心を０とした角度θで表した定着フィルム１０における円周方向の位置を示し、横軸が定着フィルム１０の発熱層１での発熱量Ｑを示す。ここで最大発熱量をＱとすると、発熱域Ｈは発熱量がＱ／ｅ以上の領域と定義する（ｅは自然対数の底）。これは定着プロセスに必要な発熱量が得られる領域である。
【００４４】
（２−Ｃ）加熱部材の構成
本発明では、加熱部材としての定着フィルム１０の発熱層の層厚を幅方向に変化させることを特徴とする。図７は、本実施形態における加熱部材としての定着フィルム１０の層構成を示す図であり、通紙方向正面から見た断面図である。
【００４５】
本実施形態における定着フィルム１０は、金属フィルム等からなる発熱層１と、その外周面に積層した弾性層２と、さらにその外周面に積層した離型層３の複合構造を有する。そして、図７中の参照番号４に示す層は、発熱層１の幅方向の層厚の変化を吸収するためのバッファー層である。図７中には図示していないが、発熱層１と弾性層２との間の接着、弾性層２と離型層３との間の接着のために、各層間にプライマー層を設けてもよい。また、定着フィルム１０の摺動性を向上させる等の観点から、発熱層１の内周面に絶縁部材からなる層を設けても良い。
【００４６】
略円筒形状である定着フィルム１０において、摺動部材４０と接触する内周面側に発熱層１が位置し、加圧ローラ若しくは被記録材（被加熱材）と接触する外周面側に離型層３が位置している。定着フィルム１０は、励磁コイル１８からの交番磁束が発熱層１に作用することで、発熱層１が発熱し、この熱が弾性層２、離型層３に伝達されて被記録材Ｐ上のトナー画像の定着を行うものである。
【００４７】
ａ．発熱層１
発熱層１としては、磁性及び非磁性の金属を用いることができるが、磁性金属が好ましく用いられる。このような磁性金属としては、ニッケル、鉄、強磁性ステンレス、ニッケル−コバルト合金、パーマロイといった強磁性体の金属が好ましく用いられる。又、定着フィルム１０の回転時に受ける繰り返しの屈曲応力による金属疲労を防ぐために、ニッケル中にマンガンを添加した部材を用いるのも良い。本実施形態では発熱層１にニッケルを用いている。発熱層1の層厚については、後に説明する「（４）非通紙部昇温抑制制御」の項にて詳細に説明する。
【００４８】
ｂ．弾性層２
弾性層２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の、耐熱性、熱伝導率が良い材質が好ましく用いられる。弾性層２の厚さは、定着画像品質を保証するために１０〜５００μｍであることが好ましい。弾性層２の厚さが上記範囲よりも小さい場合には、離型層３が被記録材Ｐ或いはトナー層ｔの凹凸に追従しきれず、画像光沢ムラが発生してしまう。又、弾性層２が上記範囲よりも大きすぎる場合には、弾性層２の熱抵抗が大きくなりすぎ、クイックスタートを実現するのが難しくなる。この弾性層２の厚さは、より好ましくは５０〜５００μｍが良い。
【００４９】
弾性層２の硬度は、高すぎると被記録材Ｐ或いはトナー層ｔの凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生してしまう。そこで、弾性層２の硬度としては６０゜（ＪＩＳ−Ａ）以下、より好ましくは４５゜（ＪＩＳ−Ａ）以下がよい。
【００５０】
ｃ．離型層３
離型層３は、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性且つ耐熱性のよい材料を用いることが好ましい。離型層３の厚さは１〜１００μｍが好ましい。離型層３の厚さが上記範囲よりも薄い場合には、塗膜の塗ムラが生じ、離型性の悪い部分が発生したり、耐久性が不足するといった問題が発生する。また、離型層３の厚さが上記範囲よりも厚い場合には、熱伝導が悪化する。
【００５１】
d．バッファー層４
バッファー層４の目的は、発熱層１の長手方向の層厚が変化する部分において被記録材へかかる圧力が不均一にならないようにすることであり、磁場発生手段からの磁場に影響のない非導電性でかつ耐熱性のある部材で構成する必要がある。このような目的を達成する部材としては、例えば、耐熱樹脂や耐熱ゴム等が挙げられる。
（３）誘導加熱電源の概略構成
（３−Ａ）全体構成
図８は、定着装置100および温調制御部400と誘導加熱電源300の全体構成を示すブロック図である。
【００５２】
300は誘導加熱電源全体、100は定着装置全体、400は交番磁場の周波数制御手段も兼ねる温調制御部全体を示している（以下、「温調制御手段」ともいう。）。
【００５３】
301は電源ライン入力端子（LINE)、302はブレーカー、303はリレースイッチ、304は両波整流を行うブリッジ整流回路とコンデンサで構成された整流回路（RECT)、305と306は後述するスイッチング素子のゲート制御トランス（G.T.1、G.T.2）、307は励磁回路である。401はフィードバック制御回路（FB)、402はドライバー回路（DRV)である。
【００５４】
電源ライン入力端子（LINE)301から入力されたAC電流は、ブレーカー302及びリレー接点303を介して整流回路（RECT)304に入る。
【００５５】
ここで、リレースイッチ303は、定着装置100が規定の温度を超えて異常昇温した時にオープンになるサーモスイッチ（TH.SW)50の接点を介してオンされている。仮に定着装置100がトラブルにより異常昇温しても、サーモスイッチ50の接点がオープンになることでリレースイッチ303をオフし、さらにこれによって励磁回路307の電源からの入力を遮断し、熱暴走に対する定着装置100の安全を確保している。
【００５６】
次に、AC電流は整流回路（RECT)304によりDC電流に変換される。一方、定着フィルム10の温度はサーミスタ（TH1)26で検出され、検出結果はフィードバック制御回路（FB）401に入力される。フィードバック制御回路（FB）401は、サーミスタ（TH1)26の検出結果に基づき目標温度と比較しながら励磁回路307のスイッチング素子の制御量を算出する。そしてドライバー回路（DRV)402は、フィードバック制御回路（FB）401からの制御信号を受けて電源の電圧共振制御に相応しい制御信号でゲート制御トランス（G.T.1、G.T.2）305・306の駆動を行う。
【００５７】
交番磁場の周波数制御手段も兼ねる温調制御手段４００は、スイッチング素子のスイッチング周期を変更することにより、励磁コイル１８の交番磁場の周波数を変更できるようになっている。本実施形態では、交番磁場の周波数を2段階に切り替え可能にしている。以下、交番磁場の周波数の高い方を使用している状態を「ハイモード」、周波数の低い方を使用している状態を、「ローモード」と称す。本実施形態では２段階としたが、さらに多段階に切り替え可能としても良い。
【００５８】
交番磁場の周波数のハイモードおよびローモードは、被記録材幅検知部５００の検知結果に応じて切り替えられる。記録材幅検知部５００としては、画像形成装置に設けられた被記録材のサイズを検知するセンサ等が挙げられる。また、プリンタドライバなどユーザーが設定した被記録材のサイズ情報を参照しても良い。
（３−Ｂ）励磁回路
図９は、誘導加熱電源300の励磁回路307の要部を示す図である。本実施形態の励磁回路307は電圧共振方式である。
【００５９】
201は第1のスイッチング素子、205は第2のスイッチング素子である。第1のスイッチング素子201はメインのスイッチング動作を行い、励磁コイル18へ流す電流を制御するものである。第2のスイッチング素子205は、第1のスイッチング素子201に同期してスイッチング動作を行い、スイッチング動作時の負荷を軽減させるものである。これらのスイッチング素子の具体的な動作としては、第2のスイッチング素子205をオープン状態にして、第１のスイッチング素子201をオン・オフすることにより電圧共振を行わせている。また第2のスイッチング素子205を、第1のスイッチ素子201がオフしている間に、フライバック電圧が上昇を終える頃にオン、フライバック電圧が下降した頃にオフという動作をさせて、第1のスイッチング素子201に電気的な負荷のかからないソフトスイッチングを実現させている。
【００６０】
これらのスイッチング素子201、205は、定常時の損失及びスイッチ損失が小さいもので、なおかつ高耐圧、大電流タイプのものが良い。一般的に用いるのはMOSFETやIGBTといったスイッチング素子である。
【００６１】
励磁コイル18は、定着フィルム10とともに定着装置100に設けられている。定着フィルム10は、励磁回路307に対し、インダクタンス成分Lと抵抗成分Rからなる等価回路で表すことができる。定着フィルム10は、励磁コイル18から発生する高周波磁界と定着フィルム10との電磁誘導作用により、定着フィルム10の等価回路に誘導電流が流れ、抵抗成分Rにより発生するジュール熱で発熱する。この発熱に基づいて、加熱部材は加熱される（誘導加熱）。
【００６２】
202は第1の逆導通ダイオード、206は第2の逆導通ダイオードである。フライバック電圧の振幅が大きく、第1のスイッチング素子201のコレクタ端子201C側の電圧がエミッタ端子201E側の電圧より低くなる期間は、第1の逆導通ダイオード202がターンオンし、電流が励磁コイル18に流入する。この期間中、第1のスイッチング素子201のコレクタ端子201C側の電圧は０[V]にクランプされることになる。このような期間に第1のスイッチング素子201をオンすれば、電圧を背負うことなくスイッチオン可能なことが一般に知られている。このような駆動方法により第1のスイッチング素子201のスイッチングに伴う損失は最小とすることができ、効率の良い、ノイズの少ないスイッチングを可能としている。
【００６３】
204は第1の共振コンデンサ、207は第2の共振コンデンサである。第1のスイッチング素子201がオフすると、励磁コイル18は電流を流し続けようとするため、共振コンデンサ204・207と励磁コイル18により定まる共振回路の尖鋭度により、フライバック電圧と呼ばれる高電圧が発生する。この電圧は電源電圧ＶBを中心に振動し、そのままオフ状態を保っておくと電源電圧ＶBに収束する。
（４）非通紙部昇温抑制制御
本発明の実施形態にかかる非通紙部昇温抑制制御は、発熱層１（図７）の層厚をあらかじめ幅方向で変化させおき、誘導加熱する際に用いる交番磁場の周波数を被記録材Ｐの幅に応じて可変にすることが特徴である。以下に、本発明の実施形態の特徴である定着装置１００の非通紙部昇温制御の仕組みについて説明する。
【００６４】
図１０は、導電部材中の電磁波の減衰を示した図である。本実施形態において、導電部材は、発熱層１に相当する。横軸は導電部材表面からの距離を示し、縦軸は導電部材表面における電磁波の強さを1とした場合の電磁波の強度Ｅを示している。表皮深さδは、電磁波の強度Ｅが減衰して1/e（eは自然対数）となる深さである。これより深いところでは 電磁波の強度Eは1/e以下になっている。
【００６５】
一般に、表皮深さδと電磁波の周波数ｆとの関係は、以下の式で表すことができる。
【００６６】
【数１】
【００６７】
ここで、μrは導電部材の比透磁率、ρは導電性部材の固有抵抗を示す。
数式１から分かるように、表皮深さδは電磁波の周波数ｆによって変化し、電磁波の周波数ｆの1/2乗に反比例して小さくなる性質がある。
【００６８】
導電部材表面から深さxに発生する渦電流の電流密度iは、その表面における電流密度をi0とすれば、以下の式で表すことができる。
【００６９】
【数２】
【００７０】
よって、厚みｔの導電部材における吸収電力をPとすると、Pは、数式２で示した電流密度iと、この単位面積を流れる電流回路の抵抗からオーム損を求め、表面から厚みｔにかけて積分することで、以下の式で求められる。
【００７１】
【数３】
【００７２】
数式３より、例えば、導電部材の表面から0.5δまでに吸収されるエネルギーは63.2％と算出され、さらにδまでには86.4％、そして2δまでに98.2％のエネルギーが吸収されることが分かる。この吸収された電磁波のエネルギーが導電部材の誘導加熱のエネルギーとなる。
発熱層１の厚みを幅方向に変化させた定着装置１００においては、幅方向に等しく交番磁場が印加される場合、数式１に示す電磁波の表皮深さδの周波数依存性を利用することで、定着フィルム１０の幅方向の発熱量を変化させることができる。例えば、発熱層1の層厚を予め通紙される被記録材の幅に合わせて変化させておき、被記録材の幅に応じて交番磁場の周波数を変化させることで、定着フィルム1０の幅方向の発熱分布を調整することができる。
【００７３】
図１１は、本実施形態における発熱層１の層厚tと、各周波数における電磁波の浸透深さδの関係を模式的に示した図である。なお図中に示す１は、通紙方向から正面から見た発熱層1の断面図であり、幅方向に層厚（小サイズ紙通紙領域の層厚をｔｃ、大サイズ紙通紙領域端部の層厚をｔeとする）が変化していることを示している。また、ここでは、大サイズ紙とは定着装置１００の発熱域の長さに近い幅を有した被記録材を指し、小サイズ紙とは大サイズ紙よりも幅の狭い紙を指す。発熱層1の層厚に関し、小サイズ紙に印刷する時の通紙域における層厚をtc、その非通紙域における層厚をteとしている。また表皮深さに関し、交番磁場の周波数がハイモード時の表皮深さをδH、ローモード時の表皮深さをδLとする。
【００７４】
ここで、小サイズ紙の通紙域とその非通紙域における発熱層１の層厚の関係については、次式で与えられる。
【００７５】
【数４】
【００７６】
また、表皮深さと発熱層１の層厚の関係ついては、交番磁場の周波数がローモード時には、次式となるように設定する。
【００７７】
【数５】
【００７８】
一方で交番磁場の周波数がハイモード時には、次式となるように設定する。
【００７９】
【数６】
【００８０】
本実施形態においては、発熱層1の層厚に関して、teを30μm 、tcを75μmに設定している。また、交番磁場のローモード時の周波数は5kHzに設定している。この時の表皮深さδLは、発熱層１に用いているニッケルの比透磁率μrを600、固有抵抗ρを6.8x10(-8)Ωmとすると、数式１より約76μmとなる。同様に、交番磁場のハイモード時の周波数は75kHzに設定されており、この時の表皮深さδHは約20μmとなる。
小サイズ紙を通紙する場合、励磁コイル１８から生じる交番磁場の周波数をローモード（5kHz）に設定する。この場合の表皮深さδL＝76μmとすれば、発熱層１の層厚tcと層厚teは、それぞれ以下のように表すことができる。
【００８１】
【数７】
【００８２】
【数８】
【００８３】
発熱層１の層厚tcの領域と層厚teの領域における交番磁場の吸収エネルギーをそれぞれPcとPeとすると、それぞれ数式３より以下のように表すことができる。
【００８４】
【数９】
【００８５】
【数１０】
【００８６】
よって発熱層１の層厚tcの領域と層厚teの領域における吸収エネルギー量の比は、数式８と数式９より次式で与えられる。
【００８７】
【数１１】
【００８８】
すなわち、小サイズ通紙時の非通紙部における発熱量は通紙部よりも抑制される。よって、交番磁場の周波数がローモードの時は、発熱層1の非通紙部における発熱量は通紙部よりも減少するため、非通紙部昇温を抑制でき、小サイズ通紙時におけるスループットを大幅に下げる必要がなくなり、幅狭の被記録材に対して印刷する場合の生産性が低下するという問題は解消する。すなわち、従来よりも小サイズ紙の高スループット化を図ることが可能となる。
一方、大サイズ紙を通紙する場合、励磁コイル１８から生じる交番磁場の周波数をハイモード（75kHz）に設定する。この場合の表皮深さδH＝20μmとすれば、発熱層１の層厚tcと層厚teは、以下のように表すことができる。
【００８９】
【数１２】
【００９０】
【数１３】
【００９１】
よって、発熱層１の層厚tcの領域と層厚teの領域における交番磁場の吸収エネルギーは、数式２より、次式で表すことができる。
【００９２】
【数１４】
【００９３】
【数１５】
【００９４】
よって発熱層１の層厚tcの領域と層厚teの領域における吸収エネルギー量の比は、数式１４と数式１５より、以下のように表すことができる。
【００９５】
【数１６】
【００９６】
すなわち、発熱層１の層厚tcの領域と層厚teの領域のどちらにおいても、ほぼ同程度の発熱量を得ることが出来る。よって、交番磁場の周波数がハイモードにおいては、定着フィルム１０を幅方向に均一な発熱することができる。
以上説明したように、発熱層1の層厚を長手方向で変化させ、交番磁場の周波数を被記録材の幅に応じて切り替えることで、定着フィルム１０の長手方向の発熱分布を調整することができ、小サイズ紙通紙時の非通紙部昇温を抑制することが可能となる。
【００９７】
尚、本実施形態において、発熱層１は単層で構成されているが、図１２に示すように複数の発熱層１で構成するようにしても良い。ここでは、１層目の発熱層1aを定着フィルム１０の幅方向全域に設け、さらにバッファー層４を挟んで2層目の発熱層1ｂを小サイズ紙が通紙される領域にのみ設けている。この１層目の発熱層１aの膜厚をt1、2層目の発熱層1ｂの層厚をt2とした時、小サイズ紙通紙時に通紙域となる領域の発熱層１の層厚tcは、t1とt2の和として考えればよい。この場合、発熱層１の１層目と２層目にあるバッファー層４は非導電部材であるため、電磁波には影響を及ぼさない。尚、図１２においては、小サイズ紙通紙時に非通紙域となる領域の発熱層１の層厚tcは、t1となる。
【００９８】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、被記録材の幅に応じて加熱部材の幅方向の発熱分布を変えることができるので、幅狭の被加熱材通紙時に発生する非通紙部昇温を抑制することが可能になる。
【００９９】
あるいは、本発明の実施形態によれば、加熱部材の昇温状況に応じて加熱部材の幅方向の発熱分布を変えることができるので、比較的簡易な制御で非通紙部昇温の抑制を図ることが可能になる。
【０１００】
あるいは、本発明の実施形態によれば、発熱層を複数設けることで、発熱層1の層厚が幅方向に変化した定着フィルム１０の設計の自由度を上げることが可能になる。
【０１０１】
あるいは、本発明の実施形態によれば、従来よりも幅狭の被記録材の高スループット化が図れ、生産性を向上させることが可能になる。
【０１０２】
[実施形態２]
本発明に係る加熱装置およびこれを具備した画像形成装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態における画像形成装置の概略構成および加熱装置の概略構成は、基本的に実施形態１の構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１０３】
以下、誘導加熱電源の概略構成および非通紙部昇温抑制制御において、実施形態１と異なる点について説明する。
【０１０４】
図１３は、定着装置１００、温調制御手段４００及び誘導加熱電源３００の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の定着装置１００は、温度検知手段としてのサーミスタを２つ設けている。サーミスタ２６aは、定着フィルム１０内面の小サイズ紙通紙時に通紙域となる領域に配設され、実施形態１の場合と同様に定着フィルム１０の温度制御に用いられる。一方のサーミスタ２６ｂは、定着フィルム１０内面の小サイズ紙通紙時に非通紙域となる領域に当接するように設けられ、小サイズ通紙時の非通紙部の温度を検知する。
【０１０５】
本実施形態においては、実施形態１のおける記録材幅検知部５００の代わりに、この小サイズ紙通紙時の非通紙部に設けられたサーミスタ２６ｂの検知結果に応じて、交番磁場の周波数を切り替えることを特徴としている。
【０１０６】
本実施形態では、定着フィルム１０の非通紙部の昇温状況に応じて周波数を切り替えることができ、被記録材のサイズ情報を必要とせず、比較的簡易な制御で非通紙部昇温の抑制を図ることが可能になる。
【０１０７】
[その他の実施形態]
なお、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、画像形成装置あるいは加熱装置の制御部に供給し、その制御部のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。プログラムコードの格納は、クライアントコンピュータに限定されるものではなく、例えば、サーバとして機能するコンピュータに記憶されておくことも可能である。
【０１０８】
この場合、被加熱材を加熱する加熱部材と、その加熱部材と当接する加圧部材とにより被加熱材を挟持搬送しながら加熱する加熱装置の制御方法は、被加熱材を搬送する方向に対して略直交する幅方向に厚さの異なる領域を有する導電性の発熱層に、交番磁場を与えて加熱部材を誘導加熱する加熱工程と、交番磁場の周波数を切り替え、厚さの異なる領域ごとに発熱層における誘導加熱を制御する制御工程とを備え、かかる加熱装置の制御方法は、プログラムコードに基づいてコンピュータにより実行される。
【０１０９】
上記の制御方法は、加熱部材の温度を検知処理する温度検知工程を更に有し、制御工程は、温度検知工程の検知処理の結果に基づいて、前記発熱層における誘導加熱を制御することができる。
【０１１０】
あるいは、上記の制御方法は、被加熱材を搬送する方向に対して略直交する方向の被加熱材の幅を検出する幅検出工程を更に備え、制御工程は、幅検出工程の検出処理の結果に基づいて、発熱層における誘導加熱を制御することができる。
【０１１１】
この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【０１１２】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，ＤＶＤ、磁気テープ，不揮発性のメモリカード，ＲＯＭなどを用いることができる。
【０１１３】
また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１１４】
さらに、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１１５】
本実施形態により提供されるプログラム、そのプログラムを格納するコンピュータ可読の記憶媒体による制御で、加熱装置、または、加熱装置を有する画像形成装置は、被記録材の幅に応じて加熱部材の幅方向の発熱分布を変えることができるので、幅狭の被加熱材通紙時に発生する非通紙部昇温を抑制することが可能になる。
【０１１６】
あるいは、本発明の実施形態によれば、加熱部材の昇温状況に応じて加熱部材の幅方向の発熱分布を変えることができるので、プログラム、そのプログラムを格納するコンピュータ可読の記憶媒体による制御で、加熱装置、または、加熱装置を有する画像形成装置は、比較的簡易な制御で非通紙部昇温の抑制を図ることが可能になる。
【０１１７】
あるいは、本発明の実施形態によれば、プログラム、そのプログラムを格納するコンピュータ可読の記憶媒体による制御で、加熱装置、または、加熱装置を有する画像形成装置は従来よりも幅狭の被記録材の高スループット化が図れ、生産性を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の実施形態にかかる画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】定着装置１００の要部を側面から見た断面模式図である。
【図３】定着装置１００の要部を通紙方向正面から見た正面模式図である。
【図４】定着装置１００の要部を通紙方向正面から見た断面模式図である。
【図５】内部に磁場発生手段を配設支持させた右側のフィルムガイド部材半体の斜視模型である。
【図６】磁場発生手段によって発生される交番磁束の発生の様子を模式的に表した図である。
【図７】加熱部材としての定着フィルム１０の層構成を示す図であり、通紙方向正面から見た断面図である。
【図８】定着装置100および温調制御部400と誘導加熱電源300の全体構成を示すブロック図である。
【図９】誘導加熱電源300の励磁回路307の要部を示す図である。
【図１０】導電部材中の電磁波の減衰を示した図である。
【図１１】発熱層１の層厚tと、各周波数における電磁波の浸透深さδの関係を模式的に示した図である。
【図１２】発熱層を複数設けた定着フィルム１０の層構成を示す図である。
【図１３】実施形態２における定着装置１００、温調制御手段４００及び誘導加熱電源３００の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１９】
1‥‥ 発熱層
2‥‥ 弾性層
3‥‥ 離型層
4‥‥ バッファー層
10‥‥ 定着フィルム（加熱部材）
18‥‥ 励磁コイル（磁場発生手段）
26‥‥ サーミスタ（温度検知手段）
30‥‥ 加圧ローラ（加圧部材）
100‥‥ 定着装置（加熱装置）
300‥‥ 誘導加熱電源
307‥‥ 励磁回路
400‥‥ 温調制御手段（周波数制御手段）
500‥‥ 被記録材幅検知部
Ｐ‥‥ 被記録材（被加熱材）
Ｃ‥‥ 磁束
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱材を加熱する加熱部材と、当該加熱部材と当接する加圧部材とにより当該被加熱材を挟持搬送しながら加熱する加熱装置であって、
前記加熱部材を誘導加熱し、前記被加熱材を搬送する方向に対して略直交する幅方向に厚さの異なる領域を有する導電性の発熱層と、
交番磁場を発生させる交番磁場発生手段と、
前記交番磁場の周波数を切り替え、前記厚さの異なる領域ごとに前記発熱層における誘導加熱を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記発熱層は単一の導電性部材により形成され、前記幅方向全域にわたる第１の層厚領域と、当該幅方向全域よりも小さい領域における第２の層厚領域を有し、
前記幅方向に厚さの異なる領域は、前記第１の層厚領域及び前記第２の層厚領域に基づいて形成されることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記発熱層は、複数の導電性部材により形成され、前記幅方向全域にわたる第１の層厚を有する第１発熱層と、当該幅方向全域よりも小さい領域における第２の層厚を有する第２発熱層を有し、
前記幅方向に厚さの異なる領域は、前記第１発熱層における第１の層厚と前記第２発熱層における第２の層厚に基づいて形成されることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記第１の層厚領域または前記第１発熱層には、非導電性の部材が積層されることを特徴とする請求項２または３に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記誘導加熱により加熱された前記加熱部材の温度を検知する温度検知手段を更に備え、
前記制御手段は、前記温度検知手段の検知結果に基づき、前記発熱層における誘導加熱を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項６】
前記発熱層における厚さの異なる領域に対応して、前記温度検知手段はそれぞれ設けられ、
前記厚さの異なる領域に対応して検出される各温度に基づいて、前記制御手段は、前記発熱層における誘導加熱を制御することを特徴とする請求項５に記載の加熱装置。
【請求項７】
前記被加熱材を搬送する方向に対して略直交する方向の当該被加熱材の幅を検出する幅検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記幅検出手段の検出結果に基づき、前記発熱層における誘導加熱を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項８】
電子写真方式により出力画像を被加熱材上に形成する画像形成装置であって、
前記被加熱材上にトナー画像を生成するための手段と、
前記生成されたトナー画像を、前記出力画像として前記被加熱材上に定着させる請求項１乃至７のいずれか１項に記載の加熱装置と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
被加熱材を加熱する加熱部材と、当該加熱部材と当接する加圧部材とにより当該被加熱材を挟持搬送しながら加熱する加熱装置の制御方法であって、
前記被加熱材を搬送する方向に対して略直交する幅方向に厚さの異なる領域を有する導電性の発熱層に、交番磁場を与えて前記加熱部材を誘導加熱する加熱工程と、
前記交番磁場の周波数を切り替え、前記厚さの異なる領域ごとに前記発熱層における誘導加熱を制御する制御工程と
を備えることを特徴とする加熱装置の制御方法。
【請求項１０】
前記加熱部材の温度を検知処理する温度検知工程を更に有し、
前記制御工程は、前記温度検知工程の検知処理の結果に基づいて、前記発熱層における誘導加熱を制御することを特徴とする請求項９に記載の加熱装置の制御方法。
【請求項１１】
前記被加熱材を搬送する方向に対して略直交する方向の当該被加熱材の幅を検出する幅検出工程を更に備え、
前記制御工程は、前記幅検出工程の検出処理の結果に基づいて、前記発熱層における誘導加熱を制御することを特徴とする請求項９に記載の加熱装置の制御方法。
【請求項１】
被加熱材を加熱する加熱部材と、当該加熱部材と当接する加圧部材とにより当該被加熱材を挟持搬送しながら加熱する加熱装置であって、
前記加熱部材を誘導加熱し、前記被加熱材を搬送する方向に対して略直交する幅方向に厚さの異なる領域を有する導電性の発熱層と、
交番磁場を発生させる交番磁場発生手段と、
前記交番磁場の周波数を切り替え、前記厚さの異なる領域ごとに前記発熱層における誘導加熱を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記発熱層は単一の導電性部材により形成され、前記幅方向全域にわたる第１の層厚領域と、当該幅方向全域よりも小さい領域における第２の層厚領域を有し、
前記幅方向に厚さの異なる領域は、前記第１の層厚領域及び前記第２の層厚領域に基づいて形成されることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記発熱層は、複数の導電性部材により形成され、前記幅方向全域にわたる第１の層厚を有する第１発熱層と、当該幅方向全域よりも小さい領域における第２の層厚を有する第２発熱層を有し、
前記幅方向に厚さの異なる領域は、前記第１発熱層における第１の層厚と前記第２発熱層における第２の層厚に基づいて形成されることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記第１の層厚領域または前記第１発熱層には、非導電性の部材が積層されることを特徴とする請求項２または３に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記誘導加熱により加熱された前記加熱部材の温度を検知する温度検知手段を更に備え、
前記制御手段は、前記温度検知手段の検知結果に基づき、前記発熱層における誘導加熱を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項６】
前記発熱層における厚さの異なる領域に対応して、前記温度検知手段はそれぞれ設けられ、
前記厚さの異なる領域に対応して検出される各温度に基づいて、前記制御手段は、前記発熱層における誘導加熱を制御することを特徴とする請求項５に記載の加熱装置。
【請求項７】
前記被加熱材を搬送する方向に対して略直交する方向の当該被加熱材の幅を検出する幅検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記幅検出手段の検出結果に基づき、前記発熱層における誘導加熱を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項８】
電子写真方式により出力画像を被加熱材上に形成する画像形成装置であって、
前記被加熱材上にトナー画像を生成するための手段と、
前記生成されたトナー画像を、前記出力画像として前記被加熱材上に定着させる請求項１乃至７のいずれか１項に記載の加熱装置と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
被加熱材を加熱する加熱部材と、当該加熱部材と当接する加圧部材とにより当該被加熱材を挟持搬送しながら加熱する加熱装置の制御方法であって、
前記被加熱材を搬送する方向に対して略直交する幅方向に厚さの異なる領域を有する導電性の発熱層に、交番磁場を与えて前記加熱部材を誘導加熱する加熱工程と、
前記交番磁場の周波数を切り替え、前記厚さの異なる領域ごとに前記発熱層における誘導加熱を制御する制御工程と
を備えることを特徴とする加熱装置の制御方法。
【請求項１０】
前記加熱部材の温度を検知処理する温度検知工程を更に有し、
前記制御工程は、前記温度検知工程の検知処理の結果に基づいて、前記発熱層における誘導加熱を制御することを特徴とする請求項９に記載の加熱装置の制御方法。
【請求項１１】
前記被加熱材を搬送する方向に対して略直交する方向の当該被加熱材の幅を検出する幅検出工程を更に備え、
前記制御工程は、前記幅検出工程の検出処理の結果に基づいて、前記発熱層における誘導加熱を制御することを特徴とする請求項９に記載の加熱装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−１１４２８３（Ｐ２００６−１１４２８３Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９８８８６（Ｐ２００４−２９８８８６）
【出願日】平成１６年１０月１３日（２００４．１０．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１３日（２００４．１０．１３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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