電磁誘導加熱方式の加熱装置
【課題】被加熱部材を加熱する電磁誘導加熱方式の加熱装置において、非通紙部昇温による機内昇温や装置構成部材の熱劣化などを防止する。
【解決方法】交番磁束を発生する磁束発生手段３と、交番磁束により発熱し、少なくとも一部１ａが、所定温度にキュリー温度を調整された整磁合金からなり、被加熱材Ｐを加熱する発熱体１と、手段３に高周波電流を供給する電流供給手段１１６Ａと、手段３に対する供給電流を定電流制御する定電流化手段１１６Ｂと、手段３に対する供給電流の周波数を可変制御する周波数制御手段１１６Ｃと、発熱体１がキュリー温度以上であると検知する検知手段１２と、装置制御手段１０４と、を有し、装置制御手段は、検知手段１２によって発熱体１が少なくともキュリー温度を越えたと検知した場合には、定電流化手段によって供給電流を定電流制御し、周波数制御手段によって周波数を変更することで発熱体１の発熱量を制御する。
【解決方法】交番磁束を発生する磁束発生手段３と、交番磁束により発熱し、少なくとも一部１ａが、所定温度にキュリー温度を調整された整磁合金からなり、被加熱材Ｐを加熱する発熱体１と、手段３に高周波電流を供給する電流供給手段１１６Ａと、手段３に対する供給電流を定電流制御する定電流化手段１１６Ｂと、手段３に対する供給電流の周波数を可変制御する周波数制御手段１１６Ｃと、発熱体１がキュリー温度以上であると検知する検知手段１２と、装置制御手段１０４と、を有し、装置制御手段は、検知手段１２によって発熱体１が少なくともキュリー温度を越えたと検知した場合には、定電流化手段によって供給電流を定電流制御し、周波数制御手段によって周波数を変更することで発熱体１の発熱量を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱部材を加熱する電磁誘導加熱方式の加熱装置に関するものである。この加熱装置には像加熱装置が含まれる。像加熱装置は画像を担持した記録材を熱と圧力による加熱処理する装置であり、記録材上の未定着トナー像を加熱して定着或いは仮定着する画像定着装置、記録材に定着された画像を加熱して画像の光沢を増大させる光沢増大化装置が挙げられる。また、インクジェットで画像形成された記録材を加熱して乾燥させる像加熱装置が挙げられる。また、加熱装置にはその他、例えば、シート状部材のしわ除去用の熱プレス装置や、熱ラミネート装置、シート状部材の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状部材を加熱処理する加熱装置などが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１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定着装置が提案されている。この加熱装置は、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いる。そして、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。この誘導加熱方式の定着装置によれば、電気−熱変換効率が極めて向上するため、ウォームアップタイムの短縮化が可能となる。このような電磁誘導加熱方式の定着装置であっても、被加熱材として装置に通紙使用可能な最大幅サイズの記録材の全域を所定の定着温度で加熱してトナー画像定着するように作動するために、実際にトナー画像を定着する以上のエネルギーを消費しまう。ここで、記録材の幅サイズとは、記録材面において、記録材の搬送方向に直交する方向の記録材寸法である。また、通紙域の温度調整をするための電力制御は、電流及び周波数を可変にして制御している。そのため、通紙域の記録材による放熱などで急激な温度低下が起きた場合に、たくさん電力を供給しようとすると、記録材のサイズによっては、通紙域ではない領域（非通紙領域）に必要以上の電力が供給されてしまう。その結果、定着ローラの非通紙領域が異常昇温（非通紙部昇温）して機内昇温や定着装置構成部材の熱劣化を引き起こすおそれがある。その対応手段として、例えば、特許文献２に示されるように、発熱体である整磁合金のキュリー温度を略定着温度付近に調整し、電流供給手段による供給電流値を固定する手段が有効的である。すなわち、定着ローラの温度立ち上げの際、誘導コイルはコイル駆動電源から定着ローラのキュリー温度に到達可能な固定電流値で通電される。これにより、定着ローラは誘導コイルが発生する高周波交番磁束により加熱されたキュリー温度に達する。定着ローラ温度がキュリー温度に達すると、定着ローラの磁性が急激に低下することで定着ローラの温度がキュリー温度以上には上がらない。つまり、定着ローラではキュリー温度に到達すると力率が低下し、これに伴い誘導コイルの消費電力が低下し、定着ローラは発熱を抑制する方向に働くので自己温度制御が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−０３３７８７号公報
【特許文献２】特開２００５−２５００１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は前述した従来の構成を更に発展させたものである。その目的は、被加熱部材を加熱する加熱部材の通紙部温度は周波数を変更することで制御でき、かつ、非通紙部昇温による機内昇温や装置構成部材の熱劣化などを防止することができる電磁誘導加熱方式の加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための本発明に係る加熱装置の代表的な構成は、交番磁束を発生する磁束発生手段と、前記磁束発生手段から発生する交番磁束により発熱し、少なくとも一部が、所定温度にキュリー温度を調整された整磁合金からなり、被加熱材を加熱する発熱体と、前記磁束発生手段に高周波電流を供給する電流供給手段と、前記磁束発生手段に対する供給電流を定電流制御する定電流化手段と、前記磁束発生手段に対する供給電流の周波数を可変制御する周波数制御手段と、前記発熱体がキュリー温度以上であると検知する検知手段と、装置制御手段と、を有し、前記装置制御手段は、前記検知手段によって前記発熱体が少なくともキュリー温度を越えたと検知した場合には、前記定電流化手段によって供給電流を定電流制御し、前記周波数制御手段によって周波数を変更することで前記発熱体の発熱量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
加熱部材の非通紙部温度は、加熱装置を構成する構成部材の耐熱温度以下になるような電流固定値をとることで所定温度以下に抑制される。通紙部温度（温調温度）は周波数を変更することで発熱量を制御でき、かつ、加熱部材の通紙域でない領域の異常昇温（端部昇温、非通紙部昇温）による機内昇温や装置構成部材の熱劣化などを防止するが可能となる。キュリー温度を略定着温度付近に調整し、電流供給手段による供給電流値を固定する手段の場合と異なり、立ち上げ時、コピー時、スタンバイ時などの動作に応じて電流固定値を変えた複数の動作モードを有する必要がない。また、トナー等の被定着材の種類や、被加熱材である記録材の種類や使用環境に応じた定着温度を変更可能とする利用ニーズに応えることができる。即ち、紙種や生産性に応じた温調温度の制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（ａ）は実施例１における画像形成装置例の概略構成図、（ｂ）は実施例１における画像加熱定着装置の要部の横断面模型図
【図２】（ａ）は実施例１における画像加熱定着装置の要部の正面模型図、（ｂ）は実施例１における周波数を変えた場合のＩＨ電源電力の説明図
【図３】磁束発生手段を誘導発熱体の外側に配設した外部加熱方式の画像加熱定着装置の要部の横断面模型図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［実施例１］：（１）〈画像形成装置例〉図１の（ａ）は本発明に従う電磁誘導加熱方式の加熱装置を画像加熱定着装置として備えた画像形成装置の一例の概略構成模型図である。本例の画像形成装置１００は転写式電子写真プロセス利用、レーザー走査露光方式の画像形成装置（複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機能機等）である。１０１は原稿読取装置（イメージスキャナー）、１０２は領域指定装置（デジタイザー）であり、何れも画像形成装置１００の上面側に配設してある。原稿読取装置１０１は原稿台上に載置した原稿面を内部に設けた光源等からなる走査照明光学系により走査し、原稿面からの反射光をＣＣＤラインセンサ等の光センサにより読み取り、画像情報を時系列電気デジタル電気信号に変換する。領域指定装置１０２は原稿の読み取り領域等の設定を行い、信号を出力する。１０４は装置制御手段としての制御部（ＣＰＵ）であり、原稿読取装置１０１、領域指定装置１０２、プリントコントローラ１０３等からの信号を受けて、画像出力機構の各部に指令を送る信号処理及び種々の作像シーケンス制御を行う。以下は画像出力機構部（作像機構部）の説明である。１０５は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の速度にて回転駆動される。ドラム１０５はその回転過程で、帯電装置１０６により所定の極性・電位の一様な帯電処理を受け、その一様帯電面に対して画像書き込み装置１０７による像露光Ｌを受ける。これにより、一様帯電面の露光明部の電位が衰退してドラム１０５面に露光パターンに対応した静電潜像が形成される。画像書き込み装置１０７は本例の場合はレーザースキャナーであり、制御部１０４において信号処理された画像データに従って変調されたレーザー光Ｌを出力し、回転するドラム１０５の一様帯電面を走査露光して画像情報に対応した静電潜像を形成する。次いで、その静電潜像が現像装置１０８によりトナー画像として現像される。そのトナー画像が転写帯電装置１０９の位置において、給紙機構部側からドラム１０５と転写帯電装置１０６との対向部である転写部Ｔに所定の制御タイミングにて給送された被加熱材である記録材Ｐにドラム１０５面側から静電転写される。給紙機構部は、本例の場合は、大サイズ記録材を積載収容したカセット給紙部１１１と小サイズ記録材を積載収容したカセット給紙部１１０を有する。また、カセット給紙部１１１又は１１０から１枚分離給紙された記録材Ｐを転写部Ｔに所定のタイミングにて搬送する記録材搬送路１１２を有している。転写部Ｔでドラム１０５面側からトナー画像の転写を受けた記録材Ｐは、ドラム１０５面から分離され定着装置１１４へ搬送された未定着トナー画像の定着処理を受け、画像形成装置外部の排紙トレイ１１５上に排紙される。一方、記録材分離後のドラム１０５面はクリーニング装置１１３により転写残りトナー等の付着汚染物の除去を受けて清掃されて繰り返して作像される。
【０００９】
（２）〈定着装置〉図１の（ｂ）は定着装置１１４の要部の拡大横断面模型図、図２の（ａ）は要部の正面模型図である。この定着装置１１４は、加熱ローラ型で電磁誘導加熱方式の加熱装置であり、被加熱材である記録材Ｐを加熱する発熱体（加熱部材）としての加熱ローラ（像加熱部材：以下、定着ローラと記す）１を有する。また、この定着ローラ１に並行に配列され、定着ローラ１とニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成する加圧部材としての加圧ローラ２を有する。
【００１０】
発熱体である定着ローラ１は、磁束発生手段から発生する交番磁束により発熱し、少なくとも一部が、所定温度にキュリー温度を調整された整磁合金からなる部材である。本実施例における定着ローラ１は、誘導発熱体である中空（円筒状）の金属層（導電層、芯金）１ａを有するローラであり、その外周面には、フッ素樹脂等をコーティングすることで耐熱性の離型層（伝熱材）１ｂが形成されている。定着ローラ１を構成する誘導発熱体である金属層は、特開２０００−３９７９７号公報等に開示されるように、キュリー温度を所望に調整した整磁合金である。例えば、鉄、ニッケル、ＳＵＳ４３０、鉄―ニッケル合金、鉄―ニッケル―クロム合金、ニッケル―コバルト合金等の磁性金属（導電体、磁性体）である。定着ローラ１の金属層１ａの厚さは、０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍである。また、その金属層１ａのキュリー温度は、被加熱材である記録材Ｐに対してトナー画像ｔが定着可能な温度（像加熱温度、被加熱材の所定の加熱温度）よりも高く設定されている。また、金属層１ａのキュリー温度は、加熱装置の構成部材の耐熱温度（加熱装置の耐熱温度）、本実施例においては、磁束発生手段３の構成部材である誘導コイル６の耐熱温度（加熱装置の耐熱温度）より低く設定されている。本実施例では、定着温度が１９５℃で、耐熱温度が２３０℃に設定されている為、キュリー温度は２０５℃に設定してある。定着ローラ１はその両端部側をそれぞれ定着装置の手前側と奥側の側板（定着ユニットフレーム）２１・２２間に軸受２３を介して回転可能に支持させて配設してある。また、その定着ローラ１の内部には、金属層１ａに誘導電流（渦電流）を誘起させてジュール発熱させるための高周波磁界（交番磁束）を生じる磁束発生手段としてのコイル・アセンブリ３を挿入して配設してある。
【００１１】
加圧ローラ２は、軸芯２ａとその軸芯の外回り同心一体にローラ状に形成具備させた表面離型性耐熱ゴム層であるシリコンゴム層（弾性体層）等２ｂとからなる弾性ローラである。この加圧ローラ２は定着ローラ１の下側に並行に配列して、軸芯２ａの両端部側をそれぞれ定着装置の手前側と奥側の側板２１・２２間に軸受２６を介して回転自在に保持させてある。そして、この加圧ローラ２を定着ローラ１の下面に対して不図示の付勢手段により弾性体層２ｂの弾性に抗して所定の押圧力にて圧接させて加熱部としての所定のニップ長・ニップ幅の定着ニップ部Ｎを形成させている。ニップ部Ｎのニップ長とは記録材搬送方向に直交する方向の寸法、ニップ幅とは記録材搬送方向の寸法である。
【００１２】
コイル・アセンブリ３は、ボビン４、磁性材からなるコア（芯材）５、誘導コイル（励磁コイル（磁束を生じるコイル）、誘導発熱源）６、絶縁部材製のステー７等の組み立て体である。コア５はボビン４に形成した通孔に挿入させてあり、コイル６はこのボビン４の周囲に銅線を巻回して形成されている。このボビン４、コア５、コイル６のユニットをステー７に固定して支持させてある。このコイル・アセンブリ３を定着ローラ１の内空部に挿入する。そして、定着ローラ１の横断面において、コイル・アセンブリ３を所定の角度姿勢で、かつ定着ローラ１の内面とコイル６との間に所定のギャップを保持させた状態にして配設する。本実施例においては、ステー７の両端部をそれぞれ定着装置の手前側と奥側の固定の保持部材２４・２５間に非回転に固定支持させてコイル・アセンブリ３を配置してある。ボビン４、コア５、コイル６のユニットは定着ローラ１の両端部から外部に露出しないように定着ローラ１内に収納されている。コア５としては、透磁率が大きく自己損失の小さい材料がよく、例えばフェライト、パーマロイ、センダスト等が適している。ボビン４は、コア５とコイル６とを絶縁する絶縁部としても機能している。コイル６は加熱の十分は交番磁束を発生するものでなければならないが、そのためには抵抗成分が低く、インダクタンス成分を高くとる必要がある。コイル６の芯線としてφ０．１〜０．３の細線を略８０〜１６０本ほど束ねたリッツ線を用いている。細線には絶縁被覆電線を用いている。また、コア５は周回するようにボビン４の形状に合わせて横長舟型に複数回巻回してコイルとしてある。コイル６は定着ローラ１の長手方向に巻かれている。６ａ・６ｂはコイル６の２本の外方引出しリード線（コイル供給線）であり、ステー端部７ａの中空部から外部に引き出してある。そして、そのリード線６ａ・６ｂを、制御部１０４で制御されるコイル駆動電源１１６に接続してある。コイル駆動電源１１６は、電流供給回路１１６Ａと、定電流回路１１６Ｂと、周波数可変制御部１１６Ｃを有する。電流供給回路１１６Ａはコイル６に高周波電流を供給する電流供給手段である。定電流回路１１６Ｂはコイル６に定電流を供給する、即ちコイル６に対する供給電流を定電流制御する定電流化手段である。周波数可変制御部１１６Ｃはコイル６に対する供給電流の周波数を可変制御する周波数制御手段である。制御部１１４は温度調整手段としてコイル駆動電源１１６における上記の電流供給回路１１６Ａ、定電流回路１１６Ｂ、周波数可変制御部１１６Ｃをそれぞれ制御することで、コイル駆動電源１１６からコイル６に対する電力供給の態様を所定に制御する。これについては後述する。
【００１３】
１３は分離爪であり、定着ニップ部Ｎに導入されて定着ニップ部Ｎを出た記録材Ｐが定着ローラ１に巻き付くのを抑え、定着ローラ１から分離させる役目をする。前記のボビン４、ステー７、分離爪１３は、例えば液晶ポリマー、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドなどの耐熱および電気絶縁性エンジニアリング・プラスチックから形成されている。Ｇは定着ローラ１の一端部に固着させた定着ローラドライブギアである。このドライブギアＧに駆動源Ｍから伝達系を介して回転力が伝達されることで、定着ローラ１が図１の（ａ）において矢印Ａの時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。加圧ローラ２はこの定着ローラ１の回転駆動に従動して矢印の反時計方向に回転する。１４は定着ローラクリーナである。このクリーナ１４は、クリーニング部材としてのクリーニングウエブ１４ａをロール巻きに保持したウエブ繰り出し軸部１４ｂと、ウエブ巻取り軸部１４ｃを有する。また、該両軸部１４ｂ・１４ｃ間のウエブ部分を定着ローラ１の外面に押し付ける押し付けローラ１４ｄを有する。押し付けローラ１４ｄで定着ローラ１に押し付けたウエブ部分で定着ローラ１面にオフセットしたトナーが拭われて定着ローラ面が清掃される。定着ローラ１に押し付けられるウエブ部分は繰り出し軸部１４ｂ側から巻取り軸部１４ｃ側にウエブ１４ａが少しずつ送られることで徐々に更新される。１５はサーモスタットであり、定着ローラ温度の異常上昇時（熱暴走時）の対策機構として、定着ローラ１に設けられている。このサーモスタット１５は、定着ローラ１の表面に接触しており、予め設定された温度になると接点を開放してコイル６への通電を切断し、定着ローラ１が所定温度以上の高温となることを防止している。
【００１４】
本実施例では、通紙は中央基準で行われる。Ｃはその中央基準である。すなわち、いかなる記録材サイズでも、記録材の中央部が定着ローラ軸方向中央部を通過することになる。本実施例の画像形成装置においては、通紙できる記録材の最大サイズ（以下、大サイズ紙と記す）はＡ４横である。また通紙できる記録材の最小サイズ（以下、小サイズ紙と記す）はＢ５Ｒである。Ｐ１はその大サイズ紙の通紙領域幅、Ｐ２は小サイズ紙の通紙領域幅である。１１は定着ローラ１の長手中央部の温度検知手段としての第１のサーミスタ、１２は定着ローラ１の端部の温度検知手段としての第２のサーミスタである。第１のサーミスタは、小サイズ紙の通紙領域幅Ｐ２の略中央部に対応する定着ローラ中央部分において、定着ローラ１を隔ててコイル６に向かい合うように、定着ローラ１の表面に対して弾性部材により押圧して弾性的に圧接させて配置してある。第２のサーミスタ１２は、大サイズ紙の通紙領域幅Ｐ１と小サイズ紙の通紙領域幅Ｐ２との差領域に対応する定着ローラ端部部分において定着ローラ１の表面に対して弾性部材により押圧して弾性的に接触させて配置してある。この第１と第２のサーミスタ１１・１２の定着ローラ温度検知信号は制御部（ＣＰＵ）１０４に入力する。
【００１５】
制御部１０４は画像形成装置のメイン電源スイッチのＯＮにより装置を起動させて所定の作像シーケンス制御をスタートさせる。定着装置１１４は駆動源Ｍの起動により定着ローラ１の回転が開始される。この定着ローラ１の回転に従動して加圧ローラ２も回転する。また、制御部１０４はコイル駆動電源１１６を起動させてコイル６に高周波電流（例えば１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ）を流す。これによりコイル６の周囲に高周波交番磁束が発生し、定着ローラ１の導電層１ａが電磁誘導発熱して定着ローラ１が所定の定着温度、本実施例では１９５℃に向かって昇温していく。この定着ローラ１の昇温が第１および第２のサーミスタ１１・１２で検知され、その検知温度情報が制御部１０４に入力する。制御部１０４は第１のサーミスタ１１を温度調整用の温度検知手段として定着ローラ１の温度調整を行う。即ち、制御部１０４は第１のサーミスタ１１から入力する定着ローラ１の検知温度が所定の定着温度１９５℃に維持されるようにコイル駆動電源１１６からコイル６に供給される電力を制御して定着ローラ１の温度立ち上げ、定着温度１９５℃での温度調整を行う。即ち、温度調整手段としての制御部１０４は、定着ローラ１の温度を検知する温度検知手段としての第１のサーミスタ１１の検知温度に応じて周波数可変制御部１１６Ｃを制御することにより定着ローラ１の温度を所定温度（定着温度）に調整する。これにより、定着ローラ１は、定着装置の動作中において、制御部１０４によりキュリー温度より低い所定温度（定着温度）に調整されている。この状態において、定着ニップ部Ｎに対して作像部側から未定着トナー像ｔを担持した被加熱材としての記録材Ｐが導入されて定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。これにより、定着ローラ１の熱と定着ニップ部Ｎの加圧力で、未定着トナー像ｔが記録材Ｐの面に加熱定着される。
【００１６】
通紙される記録材Ｐが小サイズ紙の場合は、定着ニップ部Ｎの大サイズ紙通紙領域幅Ｐ１と小サイズ紙通紙領域幅Ｐ２との差領域が非通紙部領域となる。小サイズ紙の通紙が連続的になされと、通紙域である小サイズ紙通紙領域幅Ｐ２に対応する定着ローラ部分の温度は所定の定着温度１９５℃に維持される。しかし、非通紙部領域に対応する定着ローラ部分の温度は、この定着ローラ部分の熱が記録材やトナー画像の加熱に消費されないので所定の定着温度１９５℃を越えて昇温（非通紙部昇温）していく。しかし、本実施例では、小サイズ紙の連続通紙時の場合でも、定着ローラ１の通紙域全域Ｐ１がコイル６の耐熱温度である２３０℃以下になるような定電流値で非通紙部温度を抑制している。すなわち、本実施例では電磁誘導加熱の発熱量Ｐは定着ローラの表皮抵抗Ｒｓに比例し、渦電流ｉの２乗に比例することから
【００１７】
【数１】
【００１８】
となる。定着ローラ１がキュリー温度以上である領域では、上記の式５）より、発熱量が周波数に依存せず、コイル電流Ｉにのみ比例する。そこで、キュリー温度を越えた状態で非通紙部温度が耐熱温度２３０℃を越えないような電流固定値（固定電流値）を定電流回路（定電流源）１１６Ｂで設定することで発熱量を抑制でき、機内昇温や定着装置構成部材の熱劣化が防止される。定電流回路１１６Ｂによって供給される高周波電流の固定電流値は、定着ローラ１がキュリー温度を越えた状態において自己温度調整される温度が、所定温度を越えないような固定電流値である。また、通紙部は定着ローラ１がキュリー温度未満で温度調整されているので、上記の式４）より、周波数を変更することで表皮抵抗が変わるため高周波電流を定電流化しても発熱量を制御することが可能である。図２の（ｂ）に電流値を２７Ａに固定して周波数を変えた時のＩＨ電源電力を示したグラフを記載する。ここで、破線が周波数２５ｋＨｚ、細線が周波数３５ｋＨｚ、太線が周波数５０ｋＨｚである。定着ローラ１がキュリー温度未満では、周波数が高くなるにつれてＩＨ電源電力は高くなるが、定着ローラ１がキュリー温度以上である領域ではＩＨ電源電力は周波数によらず一定である。すなわち、通紙部はキュリー温度未満に温度調整されているのでＩＨ電源電力つまり発熱量を周波数のみで制御しながら、非通紙部の発熱量は抑制することが可能である。表１に定着ローラ１がキュリー温度未満の場合とキュリー温度以上になった場合のコイル電流と周波数の値を示す。第１のサーミスタ１１の温度Ｔが所定の温度範囲になったときに通紙部に必要な電力と電流、周波数である。定着ローラ１がキュリー温度未満の場合では、コイル電流を可変にすることで電力を制御して温度調整を行う。第２のサーミスタ１２は定着ローラ１がキュリー点以上であると検知する検知手段である。制御部１０４は、第２のサーミスタ１２で、定着ローラ１がキュリー温度以上であると検知した場合には、耐熱温度を越えないように供給電流（例えば、１０、１５、２０Ａなど）を定電流制御する。そして、通紙部に必要な電力を周波数を変更することで制御して温度調整を行う。ここで、周波数可変制御部１１６Ｃで可変の周波数［Ｈｚ］は下記の式５）を満たす。
【００１９】
【数２】
電力制御方法において、電流値を固定し周波数を可変にすることで制御する。キュリー温度未満では、表皮深さ＜芯金肉厚、となるので、周波数を変えることで表皮深さが変わるため、発熱量が変わる。キュリー温度以上では、表皮深さ＞＞芯金肉厚、となるので、周波数を変えて発熱量は変わらない。そこで、キュリー温度を越えた状態で非通紙部温度が所定の温度を越えないような一つの電流固定値を設定し、周波数を変えることだけで発熱量を制御し、温調温度の変更にも対応することが可能である。上述の供給電流を定電流として周波数を可変にして電力制御する方法は、第２のサーミスタ１１で、定着ローラ１がキュリー温度以上であると検知された場合だけに限定されるものではない。定着ローラ１がキュリー温度未満であっても小サイズを搬送する時にこの制御を実施する場合や、コイル電流を可変にして電力制御する方法を行わずに上述の制御を実施しても構わない。
【００２０】
【表１】
【００２１】
上述の実施例では、定着ローラ１がキュリー温度を越えたと検知する検知手段として、端部に配置された第２のサーミスタ１２によってキュリー温度を検知しているが、定着ローラ１の磁性の低下を検知する手段であればよい。例えば、定着ローラ１の外部に磁気コイルを設け、キュリー温度を越えた時の漏洩磁束によって磁気コイルに流れる渦電流を検知して判断する手段や、磁性の変化に伴ってコイル６に供給される電流値や消費電力の変化を検知する手段を用いても構わない。
【００２２】
上記の実施例をまとめると次のとおりである。加熱装置１１４は、交番磁束を発生する磁束発生手段３と、磁束発生手段から発生する交番磁束により発熱し、少なくとも一部１ａが、所定温度にキュリー温度を調整された整磁合金からなり、被加熱材Ｐを加熱する発熱体１を有する。また、磁束発生手段３に高周波電流を供給する電流供給手段１１６Ａと、磁束発生手段に対する供給電流を定電流制御する定電流化手段１１６Ｂと、磁束発生手段３に対する供給電流の周波数を可変制御する周波数制御手段１１６Ｃを有する。また、発熱体１がキュリー温度以上であると検知する検知手段１２と、装置制御手段１０４と、を有する。装置制御手段１０４は、検知手段１２によって発熱体１が少なくともキュリー温度を越えたと検知した場合には、定電流化手段１１６Ｂによって供給電流を定電流制御し、周波数制御手段１１６Ｃによって周波数を変更することで発熱体１の発熱量を制御する。また、定電流化手段１１６Ｂによって供給される高周波電流の固定電流値は、発熱体１がキュリー温度を越えた状態において自己温度調整される温度が、所定温度を越えないような固定電流値である。発熱体１のキュリー温度は、加熱装置を構成する構成部材の耐熱温度よりも低い。また、発熱体１の温度を検知する温度検知手段１１と、温度検知手段１１の検知温度に応じて周波数制御手段１１６Ｃを制御することにより発熱体１の温度を所定温度に調整する温度調整手段１０４を有する。そして、加熱装置の動作中において、温度調整手段１０４により発熱体１はキュリー温度より低い所定温度に調整されている。周波数制御手段１１６Ｃの周波数［Ｈｚ］は下記の式１）を満たす。
【００２３】
【数３】
【００２４】
上記構成の電磁誘導加熱方式の加熱装置によれば、加熱部材の非通紙部温度は、加熱装置を構成する構成部材の耐熱温度以下になるような電流固定値をとることで所定温度以下に抑制される。通紙部温度（温調温度）は周波数を変更することで発熱量を制御でき、かつ、加熱部材の通紙域でない領域の異常昇温（端部昇温、非通紙部昇温）による機内昇温や装置構成部材の熱劣化などを防止するが可能となる。キュリー温度を略定着温度付近に調整し、電流供給手段による供給電流値を固定する手段の場合と異なり、立ち上げ時、コピー時、スタンバイ時などの動作に応じて電流固定値を変えた複数の動作モードを有する必要がない。また、トナー等の被定着材の種類や、被加熱材である記録材の種類や使用環境に応じた定着温度を変更可能とする利用ニーズに応えることができる。即ち、紙種や生産性に応じた温調温度の制御ができる。
【００２５】
［その他］：１）本発明の電磁誘導加熱方式の加熱装置は、実施例の画像加熱定着装置としての使用に限られない。その他、例えば、未定着画像を記録用紙に仮定着する仮定着装置、定着画像を担持した記録用紙を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置としても有効である。また、その他、例えば、紙幣等のしわ除去用の熱プレス装置や、熱ラミネート装置、紙等の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状部材を加熱処理する加熱装置として用いても有効であることは勿論である。２）加熱部材の形態はローラ体に限られず、エンドレスベルト体など他の回転体形態にすることができる。また、加熱部材は誘導発熱体単体の部材として構成することもできるし、誘導発熱体の層を含む、耐熱性樹脂・セラミックス等の他の材料層との２層以上の複合層部材として構成することもできる。３）磁束発生手段による誘導発熱体の誘導加熱は実施例の内部加熱方式に限られず、例えば、図３のように、磁束発生手段を誘導発熱体の外側に配設した外部加熱方式の装置構成にすることもできる。４）温度検知手段１１・１２はサーミスタに限らず、温度検知素子であればよく、また接触式でも非接触式でも構わない。５）実施例の装置は被加熱材（記録材）の搬送を中央基準で搬送する装置構成であるが、片側基準で搬送する構成の装置にも本発明は有効に適用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１・・発熱体、１ａ・・整磁合金層、３・・磁束発生手段、１２・・発熱体１がキュリー温度以上であると検知する検知手段、１０４・・装置制御手段、１１６Ａ・・電流供給手段、１１６Ｂ・・定電流化手段、１１６Ｃ・・周波数制御手段、Ｐ・・被加熱材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱部材を加熱する電磁誘導加熱方式の加熱装置に関するものである。この加熱装置には像加熱装置が含まれる。像加熱装置は画像を担持した記録材を熱と圧力による加熱処理する装置であり、記録材上の未定着トナー像を加熱して定着或いは仮定着する画像定着装置、記録材に定着された画像を加熱して画像の光沢を増大させる光沢増大化装置が挙げられる。また、インクジェットで画像形成された記録材を加熱して乾燥させる像加熱装置が挙げられる。また、加熱装置にはその他、例えば、シート状部材のしわ除去用の熱プレス装置や、熱ラミネート装置、シート状部材の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状部材を加熱処理する加熱装置などが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１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定着装置が提案されている。この加熱装置は、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いる。そして、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。この誘導加熱方式の定着装置によれば、電気−熱変換効率が極めて向上するため、ウォームアップタイムの短縮化が可能となる。このような電磁誘導加熱方式の定着装置であっても、被加熱材として装置に通紙使用可能な最大幅サイズの記録材の全域を所定の定着温度で加熱してトナー画像定着するように作動するために、実際にトナー画像を定着する以上のエネルギーを消費しまう。ここで、記録材の幅サイズとは、記録材面において、記録材の搬送方向に直交する方向の記録材寸法である。また、通紙域の温度調整をするための電力制御は、電流及び周波数を可変にして制御している。そのため、通紙域の記録材による放熱などで急激な温度低下が起きた場合に、たくさん電力を供給しようとすると、記録材のサイズによっては、通紙域ではない領域（非通紙領域）に必要以上の電力が供給されてしまう。その結果、定着ローラの非通紙領域が異常昇温（非通紙部昇温）して機内昇温や定着装置構成部材の熱劣化を引き起こすおそれがある。その対応手段として、例えば、特許文献２に示されるように、発熱体である整磁合金のキュリー温度を略定着温度付近に調整し、電流供給手段による供給電流値を固定する手段が有効的である。すなわち、定着ローラの温度立ち上げの際、誘導コイルはコイル駆動電源から定着ローラのキュリー温度に到達可能な固定電流値で通電される。これにより、定着ローラは誘導コイルが発生する高周波交番磁束により加熱されたキュリー温度に達する。定着ローラ温度がキュリー温度に達すると、定着ローラの磁性が急激に低下することで定着ローラの温度がキュリー温度以上には上がらない。つまり、定着ローラではキュリー温度に到達すると力率が低下し、これに伴い誘導コイルの消費電力が低下し、定着ローラは発熱を抑制する方向に働くので自己温度制御が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−０３３７８７号公報
【特許文献２】特開２００５−２５００１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は前述した従来の構成を更に発展させたものである。その目的は、被加熱部材を加熱する加熱部材の通紙部温度は周波数を変更することで制御でき、かつ、非通紙部昇温による機内昇温や装置構成部材の熱劣化などを防止することができる電磁誘導加熱方式の加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための本発明に係る加熱装置の代表的な構成は、交番磁束を発生する磁束発生手段と、前記磁束発生手段から発生する交番磁束により発熱し、少なくとも一部が、所定温度にキュリー温度を調整された整磁合金からなり、被加熱材を加熱する発熱体と、前記磁束発生手段に高周波電流を供給する電流供給手段と、前記磁束発生手段に対する供給電流を定電流制御する定電流化手段と、前記磁束発生手段に対する供給電流の周波数を可変制御する周波数制御手段と、前記発熱体がキュリー温度以上であると検知する検知手段と、装置制御手段と、を有し、前記装置制御手段は、前記検知手段によって前記発熱体が少なくともキュリー温度を越えたと検知した場合には、前記定電流化手段によって供給電流を定電流制御し、前記周波数制御手段によって周波数を変更することで前記発熱体の発熱量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
加熱部材の非通紙部温度は、加熱装置を構成する構成部材の耐熱温度以下になるような電流固定値をとることで所定温度以下に抑制される。通紙部温度（温調温度）は周波数を変更することで発熱量を制御でき、かつ、加熱部材の通紙域でない領域の異常昇温（端部昇温、非通紙部昇温）による機内昇温や装置構成部材の熱劣化などを防止するが可能となる。キュリー温度を略定着温度付近に調整し、電流供給手段による供給電流値を固定する手段の場合と異なり、立ち上げ時、コピー時、スタンバイ時などの動作に応じて電流固定値を変えた複数の動作モードを有する必要がない。また、トナー等の被定着材の種類や、被加熱材である記録材の種類や使用環境に応じた定着温度を変更可能とする利用ニーズに応えることができる。即ち、紙種や生産性に応じた温調温度の制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（ａ）は実施例１における画像形成装置例の概略構成図、（ｂ）は実施例１における画像加熱定着装置の要部の横断面模型図
【図２】（ａ）は実施例１における画像加熱定着装置の要部の正面模型図、（ｂ）は実施例１における周波数を変えた場合のＩＨ電源電力の説明図
【図３】磁束発生手段を誘導発熱体の外側に配設した外部加熱方式の画像加熱定着装置の要部の横断面模型図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［実施例１］：（１）〈画像形成装置例〉図１の（ａ）は本発明に従う電磁誘導加熱方式の加熱装置を画像加熱定着装置として備えた画像形成装置の一例の概略構成模型図である。本例の画像形成装置１００は転写式電子写真プロセス利用、レーザー走査露光方式の画像形成装置（複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機能機等）である。１０１は原稿読取装置（イメージスキャナー）、１０２は領域指定装置（デジタイザー）であり、何れも画像形成装置１００の上面側に配設してある。原稿読取装置１０１は原稿台上に載置した原稿面を内部に設けた光源等からなる走査照明光学系により走査し、原稿面からの反射光をＣＣＤラインセンサ等の光センサにより読み取り、画像情報を時系列電気デジタル電気信号に変換する。領域指定装置１０２は原稿の読み取り領域等の設定を行い、信号を出力する。１０４は装置制御手段としての制御部（ＣＰＵ）であり、原稿読取装置１０１、領域指定装置１０２、プリントコントローラ１０３等からの信号を受けて、画像出力機構の各部に指令を送る信号処理及び種々の作像シーケンス制御を行う。以下は画像出力機構部（作像機構部）の説明である。１０５は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の速度にて回転駆動される。ドラム１０５はその回転過程で、帯電装置１０６により所定の極性・電位の一様な帯電処理を受け、その一様帯電面に対して画像書き込み装置１０７による像露光Ｌを受ける。これにより、一様帯電面の露光明部の電位が衰退してドラム１０５面に露光パターンに対応した静電潜像が形成される。画像書き込み装置１０７は本例の場合はレーザースキャナーであり、制御部１０４において信号処理された画像データに従って変調されたレーザー光Ｌを出力し、回転するドラム１０５の一様帯電面を走査露光して画像情報に対応した静電潜像を形成する。次いで、その静電潜像が現像装置１０８によりトナー画像として現像される。そのトナー画像が転写帯電装置１０９の位置において、給紙機構部側からドラム１０５と転写帯電装置１０６との対向部である転写部Ｔに所定の制御タイミングにて給送された被加熱材である記録材Ｐにドラム１０５面側から静電転写される。給紙機構部は、本例の場合は、大サイズ記録材を積載収容したカセット給紙部１１１と小サイズ記録材を積載収容したカセット給紙部１１０を有する。また、カセット給紙部１１１又は１１０から１枚分離給紙された記録材Ｐを転写部Ｔに所定のタイミングにて搬送する記録材搬送路１１２を有している。転写部Ｔでドラム１０５面側からトナー画像の転写を受けた記録材Ｐは、ドラム１０５面から分離され定着装置１１４へ搬送された未定着トナー画像の定着処理を受け、画像形成装置外部の排紙トレイ１１５上に排紙される。一方、記録材分離後のドラム１０５面はクリーニング装置１１３により転写残りトナー等の付着汚染物の除去を受けて清掃されて繰り返して作像される。
【０００９】
（２）〈定着装置〉図１の（ｂ）は定着装置１１４の要部の拡大横断面模型図、図２の（ａ）は要部の正面模型図である。この定着装置１１４は、加熱ローラ型で電磁誘導加熱方式の加熱装置であり、被加熱材である記録材Ｐを加熱する発熱体（加熱部材）としての加熱ローラ（像加熱部材：以下、定着ローラと記す）１を有する。また、この定着ローラ１に並行に配列され、定着ローラ１とニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成する加圧部材としての加圧ローラ２を有する。
【００１０】
発熱体である定着ローラ１は、磁束発生手段から発生する交番磁束により発熱し、少なくとも一部が、所定温度にキュリー温度を調整された整磁合金からなる部材である。本実施例における定着ローラ１は、誘導発熱体である中空（円筒状）の金属層（導電層、芯金）１ａを有するローラであり、その外周面には、フッ素樹脂等をコーティングすることで耐熱性の離型層（伝熱材）１ｂが形成されている。定着ローラ１を構成する誘導発熱体である金属層は、特開２０００−３９７９７号公報等に開示されるように、キュリー温度を所望に調整した整磁合金である。例えば、鉄、ニッケル、ＳＵＳ４３０、鉄―ニッケル合金、鉄―ニッケル―クロム合金、ニッケル―コバルト合金等の磁性金属（導電体、磁性体）である。定着ローラ１の金属層１ａの厚さは、０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍである。また、その金属層１ａのキュリー温度は、被加熱材である記録材Ｐに対してトナー画像ｔが定着可能な温度（像加熱温度、被加熱材の所定の加熱温度）よりも高く設定されている。また、金属層１ａのキュリー温度は、加熱装置の構成部材の耐熱温度（加熱装置の耐熱温度）、本実施例においては、磁束発生手段３の構成部材である誘導コイル６の耐熱温度（加熱装置の耐熱温度）より低く設定されている。本実施例では、定着温度が１９５℃で、耐熱温度が２３０℃に設定されている為、キュリー温度は２０５℃に設定してある。定着ローラ１はその両端部側をそれぞれ定着装置の手前側と奥側の側板（定着ユニットフレーム）２１・２２間に軸受２３を介して回転可能に支持させて配設してある。また、その定着ローラ１の内部には、金属層１ａに誘導電流（渦電流）を誘起させてジュール発熱させるための高周波磁界（交番磁束）を生じる磁束発生手段としてのコイル・アセンブリ３を挿入して配設してある。
【００１１】
加圧ローラ２は、軸芯２ａとその軸芯の外回り同心一体にローラ状に形成具備させた表面離型性耐熱ゴム層であるシリコンゴム層（弾性体層）等２ｂとからなる弾性ローラである。この加圧ローラ２は定着ローラ１の下側に並行に配列して、軸芯２ａの両端部側をそれぞれ定着装置の手前側と奥側の側板２１・２２間に軸受２６を介して回転自在に保持させてある。そして、この加圧ローラ２を定着ローラ１の下面に対して不図示の付勢手段により弾性体層２ｂの弾性に抗して所定の押圧力にて圧接させて加熱部としての所定のニップ長・ニップ幅の定着ニップ部Ｎを形成させている。ニップ部Ｎのニップ長とは記録材搬送方向に直交する方向の寸法、ニップ幅とは記録材搬送方向の寸法である。
【００１２】
コイル・アセンブリ３は、ボビン４、磁性材からなるコア（芯材）５、誘導コイル（励磁コイル（磁束を生じるコイル）、誘導発熱源）６、絶縁部材製のステー７等の組み立て体である。コア５はボビン４に形成した通孔に挿入させてあり、コイル６はこのボビン４の周囲に銅線を巻回して形成されている。このボビン４、コア５、コイル６のユニットをステー７に固定して支持させてある。このコイル・アセンブリ３を定着ローラ１の内空部に挿入する。そして、定着ローラ１の横断面において、コイル・アセンブリ３を所定の角度姿勢で、かつ定着ローラ１の内面とコイル６との間に所定のギャップを保持させた状態にして配設する。本実施例においては、ステー７の両端部をそれぞれ定着装置の手前側と奥側の固定の保持部材２４・２５間に非回転に固定支持させてコイル・アセンブリ３を配置してある。ボビン４、コア５、コイル６のユニットは定着ローラ１の両端部から外部に露出しないように定着ローラ１内に収納されている。コア５としては、透磁率が大きく自己損失の小さい材料がよく、例えばフェライト、パーマロイ、センダスト等が適している。ボビン４は、コア５とコイル６とを絶縁する絶縁部としても機能している。コイル６は加熱の十分は交番磁束を発生するものでなければならないが、そのためには抵抗成分が低く、インダクタンス成分を高くとる必要がある。コイル６の芯線としてφ０．１〜０．３の細線を略８０〜１６０本ほど束ねたリッツ線を用いている。細線には絶縁被覆電線を用いている。また、コア５は周回するようにボビン４の形状に合わせて横長舟型に複数回巻回してコイルとしてある。コイル６は定着ローラ１の長手方向に巻かれている。６ａ・６ｂはコイル６の２本の外方引出しリード線（コイル供給線）であり、ステー端部７ａの中空部から外部に引き出してある。そして、そのリード線６ａ・６ｂを、制御部１０４で制御されるコイル駆動電源１１６に接続してある。コイル駆動電源１１６は、電流供給回路１１６Ａと、定電流回路１１６Ｂと、周波数可変制御部１１６Ｃを有する。電流供給回路１１６Ａはコイル６に高周波電流を供給する電流供給手段である。定電流回路１１６Ｂはコイル６に定電流を供給する、即ちコイル６に対する供給電流を定電流制御する定電流化手段である。周波数可変制御部１１６Ｃはコイル６に対する供給電流の周波数を可変制御する周波数制御手段である。制御部１１４は温度調整手段としてコイル駆動電源１１６における上記の電流供給回路１１６Ａ、定電流回路１１６Ｂ、周波数可変制御部１１６Ｃをそれぞれ制御することで、コイル駆動電源１１６からコイル６に対する電力供給の態様を所定に制御する。これについては後述する。
【００１３】
１３は分離爪であり、定着ニップ部Ｎに導入されて定着ニップ部Ｎを出た記録材Ｐが定着ローラ１に巻き付くのを抑え、定着ローラ１から分離させる役目をする。前記のボビン４、ステー７、分離爪１３は、例えば液晶ポリマー、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドなどの耐熱および電気絶縁性エンジニアリング・プラスチックから形成されている。Ｇは定着ローラ１の一端部に固着させた定着ローラドライブギアである。このドライブギアＧに駆動源Ｍから伝達系を介して回転力が伝達されることで、定着ローラ１が図１の（ａ）において矢印Ａの時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。加圧ローラ２はこの定着ローラ１の回転駆動に従動して矢印の反時計方向に回転する。１４は定着ローラクリーナである。このクリーナ１４は、クリーニング部材としてのクリーニングウエブ１４ａをロール巻きに保持したウエブ繰り出し軸部１４ｂと、ウエブ巻取り軸部１４ｃを有する。また、該両軸部１４ｂ・１４ｃ間のウエブ部分を定着ローラ１の外面に押し付ける押し付けローラ１４ｄを有する。押し付けローラ１４ｄで定着ローラ１に押し付けたウエブ部分で定着ローラ１面にオフセットしたトナーが拭われて定着ローラ面が清掃される。定着ローラ１に押し付けられるウエブ部分は繰り出し軸部１４ｂ側から巻取り軸部１４ｃ側にウエブ１４ａが少しずつ送られることで徐々に更新される。１５はサーモスタットであり、定着ローラ温度の異常上昇時（熱暴走時）の対策機構として、定着ローラ１に設けられている。このサーモスタット１５は、定着ローラ１の表面に接触しており、予め設定された温度になると接点を開放してコイル６への通電を切断し、定着ローラ１が所定温度以上の高温となることを防止している。
【００１４】
本実施例では、通紙は中央基準で行われる。Ｃはその中央基準である。すなわち、いかなる記録材サイズでも、記録材の中央部が定着ローラ軸方向中央部を通過することになる。本実施例の画像形成装置においては、通紙できる記録材の最大サイズ（以下、大サイズ紙と記す）はＡ４横である。また通紙できる記録材の最小サイズ（以下、小サイズ紙と記す）はＢ５Ｒである。Ｐ１はその大サイズ紙の通紙領域幅、Ｐ２は小サイズ紙の通紙領域幅である。１１は定着ローラ１の長手中央部の温度検知手段としての第１のサーミスタ、１２は定着ローラ１の端部の温度検知手段としての第２のサーミスタである。第１のサーミスタは、小サイズ紙の通紙領域幅Ｐ２の略中央部に対応する定着ローラ中央部分において、定着ローラ１を隔ててコイル６に向かい合うように、定着ローラ１の表面に対して弾性部材により押圧して弾性的に圧接させて配置してある。第２のサーミスタ１２は、大サイズ紙の通紙領域幅Ｐ１と小サイズ紙の通紙領域幅Ｐ２との差領域に対応する定着ローラ端部部分において定着ローラ１の表面に対して弾性部材により押圧して弾性的に接触させて配置してある。この第１と第２のサーミスタ１１・１２の定着ローラ温度検知信号は制御部（ＣＰＵ）１０４に入力する。
【００１５】
制御部１０４は画像形成装置のメイン電源スイッチのＯＮにより装置を起動させて所定の作像シーケンス制御をスタートさせる。定着装置１１４は駆動源Ｍの起動により定着ローラ１の回転が開始される。この定着ローラ１の回転に従動して加圧ローラ２も回転する。また、制御部１０４はコイル駆動電源１１６を起動させてコイル６に高周波電流（例えば１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ）を流す。これによりコイル６の周囲に高周波交番磁束が発生し、定着ローラ１の導電層１ａが電磁誘導発熱して定着ローラ１が所定の定着温度、本実施例では１９５℃に向かって昇温していく。この定着ローラ１の昇温が第１および第２のサーミスタ１１・１２で検知され、その検知温度情報が制御部１０４に入力する。制御部１０４は第１のサーミスタ１１を温度調整用の温度検知手段として定着ローラ１の温度調整を行う。即ち、制御部１０４は第１のサーミスタ１１から入力する定着ローラ１の検知温度が所定の定着温度１９５℃に維持されるようにコイル駆動電源１１６からコイル６に供給される電力を制御して定着ローラ１の温度立ち上げ、定着温度１９５℃での温度調整を行う。即ち、温度調整手段としての制御部１０４は、定着ローラ１の温度を検知する温度検知手段としての第１のサーミスタ１１の検知温度に応じて周波数可変制御部１１６Ｃを制御することにより定着ローラ１の温度を所定温度（定着温度）に調整する。これにより、定着ローラ１は、定着装置の動作中において、制御部１０４によりキュリー温度より低い所定温度（定着温度）に調整されている。この状態において、定着ニップ部Ｎに対して作像部側から未定着トナー像ｔを担持した被加熱材としての記録材Ｐが導入されて定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。これにより、定着ローラ１の熱と定着ニップ部Ｎの加圧力で、未定着トナー像ｔが記録材Ｐの面に加熱定着される。
【００１６】
通紙される記録材Ｐが小サイズ紙の場合は、定着ニップ部Ｎの大サイズ紙通紙領域幅Ｐ１と小サイズ紙通紙領域幅Ｐ２との差領域が非通紙部領域となる。小サイズ紙の通紙が連続的になされと、通紙域である小サイズ紙通紙領域幅Ｐ２に対応する定着ローラ部分の温度は所定の定着温度１９５℃に維持される。しかし、非通紙部領域に対応する定着ローラ部分の温度は、この定着ローラ部分の熱が記録材やトナー画像の加熱に消費されないので所定の定着温度１９５℃を越えて昇温（非通紙部昇温）していく。しかし、本実施例では、小サイズ紙の連続通紙時の場合でも、定着ローラ１の通紙域全域Ｐ１がコイル６の耐熱温度である２３０℃以下になるような定電流値で非通紙部温度を抑制している。すなわち、本実施例では電磁誘導加熱の発熱量Ｐは定着ローラの表皮抵抗Ｒｓに比例し、渦電流ｉの２乗に比例することから
【００１７】
【数１】
【００１８】
となる。定着ローラ１がキュリー温度以上である領域では、上記の式５）より、発熱量が周波数に依存せず、コイル電流Ｉにのみ比例する。そこで、キュリー温度を越えた状態で非通紙部温度が耐熱温度２３０℃を越えないような電流固定値（固定電流値）を定電流回路（定電流源）１１６Ｂで設定することで発熱量を抑制でき、機内昇温や定着装置構成部材の熱劣化が防止される。定電流回路１１６Ｂによって供給される高周波電流の固定電流値は、定着ローラ１がキュリー温度を越えた状態において自己温度調整される温度が、所定温度を越えないような固定電流値である。また、通紙部は定着ローラ１がキュリー温度未満で温度調整されているので、上記の式４）より、周波数を変更することで表皮抵抗が変わるため高周波電流を定電流化しても発熱量を制御することが可能である。図２の（ｂ）に電流値を２７Ａに固定して周波数を変えた時のＩＨ電源電力を示したグラフを記載する。ここで、破線が周波数２５ｋＨｚ、細線が周波数３５ｋＨｚ、太線が周波数５０ｋＨｚである。定着ローラ１がキュリー温度未満では、周波数が高くなるにつれてＩＨ電源電力は高くなるが、定着ローラ１がキュリー温度以上である領域ではＩＨ電源電力は周波数によらず一定である。すなわち、通紙部はキュリー温度未満に温度調整されているのでＩＨ電源電力つまり発熱量を周波数のみで制御しながら、非通紙部の発熱量は抑制することが可能である。表１に定着ローラ１がキュリー温度未満の場合とキュリー温度以上になった場合のコイル電流と周波数の値を示す。第１のサーミスタ１１の温度Ｔが所定の温度範囲になったときに通紙部に必要な電力と電流、周波数である。定着ローラ１がキュリー温度未満の場合では、コイル電流を可変にすることで電力を制御して温度調整を行う。第２のサーミスタ１２は定着ローラ１がキュリー点以上であると検知する検知手段である。制御部１０４は、第２のサーミスタ１２で、定着ローラ１がキュリー温度以上であると検知した場合には、耐熱温度を越えないように供給電流（例えば、１０、１５、２０Ａなど）を定電流制御する。そして、通紙部に必要な電力を周波数を変更することで制御して温度調整を行う。ここで、周波数可変制御部１１６Ｃで可変の周波数［Ｈｚ］は下記の式５）を満たす。
【００１９】
【数２】
電力制御方法において、電流値を固定し周波数を可変にすることで制御する。キュリー温度未満では、表皮深さ＜芯金肉厚、となるので、周波数を変えることで表皮深さが変わるため、発熱量が変わる。キュリー温度以上では、表皮深さ＞＞芯金肉厚、となるので、周波数を変えて発熱量は変わらない。そこで、キュリー温度を越えた状態で非通紙部温度が所定の温度を越えないような一つの電流固定値を設定し、周波数を変えることだけで発熱量を制御し、温調温度の変更にも対応することが可能である。上述の供給電流を定電流として周波数を可変にして電力制御する方法は、第２のサーミスタ１１で、定着ローラ１がキュリー温度以上であると検知された場合だけに限定されるものではない。定着ローラ１がキュリー温度未満であっても小サイズを搬送する時にこの制御を実施する場合や、コイル電流を可変にして電力制御する方法を行わずに上述の制御を実施しても構わない。
【００２０】
【表１】
【００２１】
上述の実施例では、定着ローラ１がキュリー温度を越えたと検知する検知手段として、端部に配置された第２のサーミスタ１２によってキュリー温度を検知しているが、定着ローラ１の磁性の低下を検知する手段であればよい。例えば、定着ローラ１の外部に磁気コイルを設け、キュリー温度を越えた時の漏洩磁束によって磁気コイルに流れる渦電流を検知して判断する手段や、磁性の変化に伴ってコイル６に供給される電流値や消費電力の変化を検知する手段を用いても構わない。
【００２２】
上記の実施例をまとめると次のとおりである。加熱装置１１４は、交番磁束を発生する磁束発生手段３と、磁束発生手段から発生する交番磁束により発熱し、少なくとも一部１ａが、所定温度にキュリー温度を調整された整磁合金からなり、被加熱材Ｐを加熱する発熱体１を有する。また、磁束発生手段３に高周波電流を供給する電流供給手段１１６Ａと、磁束発生手段に対する供給電流を定電流制御する定電流化手段１１６Ｂと、磁束発生手段３に対する供給電流の周波数を可変制御する周波数制御手段１１６Ｃを有する。また、発熱体１がキュリー温度以上であると検知する検知手段１２と、装置制御手段１０４と、を有する。装置制御手段１０４は、検知手段１２によって発熱体１が少なくともキュリー温度を越えたと検知した場合には、定電流化手段１１６Ｂによって供給電流を定電流制御し、周波数制御手段１１６Ｃによって周波数を変更することで発熱体１の発熱量を制御する。また、定電流化手段１１６Ｂによって供給される高周波電流の固定電流値は、発熱体１がキュリー温度を越えた状態において自己温度調整される温度が、所定温度を越えないような固定電流値である。発熱体１のキュリー温度は、加熱装置を構成する構成部材の耐熱温度よりも低い。また、発熱体１の温度を検知する温度検知手段１１と、温度検知手段１１の検知温度に応じて周波数制御手段１１６Ｃを制御することにより発熱体１の温度を所定温度に調整する温度調整手段１０４を有する。そして、加熱装置の動作中において、温度調整手段１０４により発熱体１はキュリー温度より低い所定温度に調整されている。周波数制御手段１１６Ｃの周波数［Ｈｚ］は下記の式１）を満たす。
【００２３】
【数３】
【００２４】
上記構成の電磁誘導加熱方式の加熱装置によれば、加熱部材の非通紙部温度は、加熱装置を構成する構成部材の耐熱温度以下になるような電流固定値をとることで所定温度以下に抑制される。通紙部温度（温調温度）は周波数を変更することで発熱量を制御でき、かつ、加熱部材の通紙域でない領域の異常昇温（端部昇温、非通紙部昇温）による機内昇温や装置構成部材の熱劣化などを防止するが可能となる。キュリー温度を略定着温度付近に調整し、電流供給手段による供給電流値を固定する手段の場合と異なり、立ち上げ時、コピー時、スタンバイ時などの動作に応じて電流固定値を変えた複数の動作モードを有する必要がない。また、トナー等の被定着材の種類や、被加熱材である記録材の種類や使用環境に応じた定着温度を変更可能とする利用ニーズに応えることができる。即ち、紙種や生産性に応じた温調温度の制御ができる。
【００２５】
［その他］：１）本発明の電磁誘導加熱方式の加熱装置は、実施例の画像加熱定着装置としての使用に限られない。その他、例えば、未定着画像を記録用紙に仮定着する仮定着装置、定着画像を担持した記録用紙を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置としても有効である。また、その他、例えば、紙幣等のしわ除去用の熱プレス装置や、熱ラミネート装置、紙等の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状部材を加熱処理する加熱装置として用いても有効であることは勿論である。２）加熱部材の形態はローラ体に限られず、エンドレスベルト体など他の回転体形態にすることができる。また、加熱部材は誘導発熱体単体の部材として構成することもできるし、誘導発熱体の層を含む、耐熱性樹脂・セラミックス等の他の材料層との２層以上の複合層部材として構成することもできる。３）磁束発生手段による誘導発熱体の誘導加熱は実施例の内部加熱方式に限られず、例えば、図３のように、磁束発生手段を誘導発熱体の外側に配設した外部加熱方式の装置構成にすることもできる。４）温度検知手段１１・１２はサーミスタに限らず、温度検知素子であればよく、また接触式でも非接触式でも構わない。５）実施例の装置は被加熱材（記録材）の搬送を中央基準で搬送する装置構成であるが、片側基準で搬送する構成の装置にも本発明は有効に適用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１・・発熱体、１ａ・・整磁合金層、３・・磁束発生手段、１２・・発熱体１がキュリー温度以上であると検知する検知手段、１０４・・装置制御手段、１１６Ａ・・電流供給手段、１１６Ｂ・・定電流化手段、１１６Ｃ・・周波数制御手段、Ｐ・・被加熱材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交番磁束を発生する磁束発生手段と、前記磁束発生手段から発生する交番磁束により発熱し、少なくとも一部が、所定温度にキュリー温度を調整された整磁合金からなり、被加熱材を加熱する発熱体と、前記磁束発生手段に高周波電流を供給する電流供給手段と、前記磁束発生手段に対する供給電流を定電流制御する定電流化手段と、前記磁束発生手段に対する供給電流の周波数を可変制御する周波数制御手段と、前記発熱体がキュリー温度以上であると検知する検知手段と、装置制御手段と、を有し、前記装置制御手段は、前記検知手段によって前記発熱体が少なくともキュリー温度を越えたと検知した場合には、前記定電流化手段によって供給電流を定電流制御し、前記周波数制御手段によって周波数を変更することで前記発熱体の発熱量を制御することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記定電流化手段によって供給される高周波電流の固定電流値は、前記発熱体）がキュリー温度を越えた状態において自己温度調整される温度が、所定温度を越えないような固定電流値であ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】
前記発熱体のキュリー温度は、加熱装置を構成する構成部材の耐熱温度よりも低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記発熱体の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の検知温度に応じて前記周波数制御手段を制御することにより前記発熱体の温度を所定温度に調整する温度調整手段を有し、加熱装置の動作中において、前記温度調整手段により前記発熱体はキュリー温度より低い所定温度に調整さ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１項に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記周波数制御手段の周波数［Ｈｚ］は下記の式１）を満たすことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の加熱装置。
【数１】
【請求項１】
交番磁束を発生する磁束発生手段と、前記磁束発生手段から発生する交番磁束により発熱し、少なくとも一部が、所定温度にキュリー温度を調整された整磁合金からなり、被加熱材を加熱する発熱体と、前記磁束発生手段に高周波電流を供給する電流供給手段と、前記磁束発生手段に対する供給電流を定電流制御する定電流化手段と、前記磁束発生手段に対する供給電流の周波数を可変制御する周波数制御手段と、前記発熱体がキュリー温度以上であると検知する検知手段と、装置制御手段と、を有し、前記装置制御手段は、前記検知手段によって前記発熱体が少なくともキュリー温度を越えたと検知した場合には、前記定電流化手段によって供給電流を定電流制御し、前記周波数制御手段によって周波数を変更することで前記発熱体の発熱量を制御することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記定電流化手段によって供給される高周波電流の固定電流値は、前記発熱体）がキュリー温度を越えた状態において自己温度調整される温度が、所定温度を越えないような固定電流値であ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】
前記発熱体のキュリー温度は、加熱装置を構成する構成部材の耐熱温度よりも低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記発熱体の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の検知温度に応じて前記周波数制御手段を制御することにより前記発熱体の温度を所定温度に調整する温度調整手段を有し、加熱装置の動作中において、前記温度調整手段により前記発熱体はキュリー温度より低い所定温度に調整さ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１項に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記周波数制御手段の周波数［Ｈｚ］は下記の式１）を満たすことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の加熱装置。
【数１】
【図３】
【図１】
【図２】
【図１】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−４０３２３（Ｐ２０１１−４０３２３Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８８４５６（Ｐ２００９−１８８４５６）
【出願日】平成２１年８月１７日（２００９．８．１７）
【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２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１７日（２００９．８．１７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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