(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着部材と、該定着部材を電磁誘導により加熱する加熱コイルと、該加熱コイルにより発生する磁束を消磁するキャンセルコイルと、該キャンセルコイルのオン／オフを切り替える手段とを備える定着装置において、
前記キャンセルコイルをオンする制御周期で前記加熱コイルをオフする時間分の電力を次に前記加熱コイルをオンするときに加算して補完することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着部材がローラ部材若しくはエンドレスベルト部材から構成されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
定着部材と、該定着部材を電磁誘導により加熱する加熱コイルと、該加熱コイルにより発生する磁束を消磁するキャンセルコイルと、該キャンセルコイルのオン／オフを切り替える手段とを備える定着装置において、
前記定着部材がローラ部材若しくはエンドレスベルト部材から構成され、前記キャンセルコイルをオンするために前記加熱コイルをオンさせない部分に対応する前記ローラ部材若しくはエンドレスベルト部材の領域が回転動作によって改めて前記加熱コイルに到達する際に、前回、該領域に前記加熱コイルをオンしなかった時間分の電力を加算して作用させることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真式の、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に関し、また像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に定着させる定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真式画像形成装置においては、像担持体から記録媒体に転写された未定着画像を加熱定着することにより複写物や記録物を得ている。定着に際しては、未定着画像を担持している記録媒体を狭持加圧しながら未定着画像を加熱することにより未定着画像中に含まれる現像剤、特にトナーの溶融軟化および記録媒体への浸透を行うことにより記録媒体に画像を定着する。
【０００３】
この定着工程において近年、省エネウォームアップの観点から熱容量の小さい定着装置が次々と開発されている。特に電磁誘導加熱方式は昇温性能に優れる方式である。電磁誘導加熱方式は、導電層を有する定着部材に磁界発生手段によって発生させた交番磁界により渦電流を発生させて電磁誘導加熱を行うものである。この方式では、非通紙部の温度上昇を抑えるために工夫が凝らされており、例えば、特許文献１に開示されるように、磁束をキャンセルして発熱させないようにするキャンセルコイル方式がある。これは、電磁誘導加熱を行う励磁コイルのほかに、消磁性二次コイル（キャンセルコイル）を非通紙領域に対応した位置に配置し、励磁コイルが発生する磁束変化によって発生する消磁用二次コイルの誘導起電力と誘導電流によって非通紙領域の磁束を低減することで、非通紙部の温度上昇を抑えつつ、定着を行うものである。
【０００４】
しかしキャンセルコイル方式では、メインコイル駆動時に発生する磁束がキャンセルコイルを通り抜けて定着部材を温めるようになっていて、キャンセルコイル非駆動時には磁束がそのまま定着部材まで届き定着部材を温め、キャンセルコイルを駆動する際には回路を閉じてメインコイルから発生する磁束を打ち消す向きにキャンセルコイル内に電流が流れて消磁する構成であって、キャンセルイコイルの回路を接続したり切断したりして消磁性能の強弱（磁束のキャンセル量）を調節するものであり、メインコイルを駆動したままキャンセルコイルの回路を接続／非接続するために直列につながれたリレーを動作させるとショートしてしまうので、回路接続／非接続する際にはメインコイルの駆動を一定時間オフする必要があり、温度リップルを増大させていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の目的は、誘導加熱方式で非通紙領域の温度上昇を抑制するため磁束をキャンセルするキャンセルコイル方式を採用する定着装置において（特に低熱容量の定着装置で）、加熱源が点灯している時としていない時で温度リップルが発生する問題に鑑み、この温度リップルを低減し、良好な画像が得られかつ省エネルギーの定着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、定着部材と、該定着部材を電磁誘導により加熱する加熱コイルと、該加熱コイルにより発生する磁束を消磁するキャンセルコイルと、該キャンセルコイルのオン／オフを切り替える手段とを備える定着装置において、キャンセルコイルをオンする制御周期で加熱コイルをオフする時間分の電力を次に加熱コイルをオンするときに加算して（上乗せして）補完する。定着部材がローラ部材若しくはエンドレスベルト部材から構成されることが想定される。
【０００７】
また、定着部材と、該定着部材を電磁誘導により加熱する加熱コイルと、該加熱コイルにより発生する磁束を消磁するキャンセルコイルと、該キャンセルコイルのオン／オフを切り替える手段とを備える定着装置において、定着部材がローラ部材若しくはエンドレスベルト部材から構成され、キャンセルコイルをオンするために加熱コイルを駆動させない部分に対応するローラ部材若しくはエンドレスベルト部材の領域が回転動作によって改めて加熱コイルに到達する際に、前回、該領域に加熱コイルをオンしなかった時間分の電力を加算して作用させるようになっていれば、好適である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電磁誘導により定着部材を加熱する加熱コイルにより発生する磁束を消磁するキャンセルコイルをオンする制御周期で加熱コイルをオフする時間分の電力を次に加熱コイルをオンするときに上乗せして出力することで、温度リップルを抑制することができる。
【０００９】
定着部材がローラ部材若しくはエンドレスベルト部材から構成され、キャンセルコイルをオンするために加熱コイルをオンさせない部分に対応するローラ部材若しくはエンドレスベルト部材の領域が回転動作によって改めて加熱コイルに到達する際に、前回、該領域に加熱コイルをオンしなかった時間分の電力を加算して作用させることで、温度リップルの抑制を果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る定着装置の概略構成図である。
【図３】キャンセルコイルと記録媒体の紙幅の関係を示す概念図である。
【図４】キャンセルコイル切り替え時の点灯パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の最良の形態を説明する。まず図１に、本発明に係る定着装置を備えた電子写真方式画像形成装置の一例であるカラープリンタ（以下、プリンタという）の概略構成を示す。
【００１２】
本プリンタ１では、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの４つの画像形成手段を横に並べて配置してタンデム画像形成部を構成している。個々のトナー像形成手段である画像形成手段では、潜像担持体としてのドラム状の感光体１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ（以下、イエロー、マゼンダ、シアン、黒用であることを示すＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋは省略する）の周りに、帯電装置１２、現像装置１３、感光体クリーニング装置１５などを備えている。プリンタの上部には、イエロー、マゼンダ、シアン、黒の各色トナーが充填されたトナーボトル（図示せず）が配置され、これらトナーボトルから不図示の搬送経路を経て、所定の補給量だけ各色現像装置に各色トナーが補給される。
【００１３】
また、タンデム画像形成部の下方には潜像形成手段としての光書込ユニット２が設けられている。この光書込ユニット２と電気接続した画像読取ユニット４がプリンタ上部に配されており、光源、ポリゴンミラー、ｆ-θレンズ、反射ミラーなどを備えている。画像読取ユニット４で読み取られた画像データに基づいて、光書込ユニット２が各感光体１１の表面にレーザ光を走査・照射する。
【００１４】
また、タンデム画像形成部の直ぐ上には、中間転写体として無端ベルト状の中間転写ベルト１７が設けられている。この中間転写ベルト１７は、支持ローラに掛け回され、それら支持ローラのうち駆動ローラの回転軸には駆動源としての不図示の駆動モータが連結されている。この駆動モータを駆動させると、中間転写ベルト１７が図中反時計回りに回転移動するとともに、従動可能な支持ローラが回転する。中間転写ベルト１７の内側には、感光体１１上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１７上に転写するための一次転写装置が配されている（図示せず）。
【００１５】
また、これら一次転写装置より中間転写ベルト１７の駆動方向下流側に二次転写装置としての二次転写ローラが設けられている。この二次転写ローラと中間転写ベルト１７を挟んで反対側には、二次転写対向ローラ１８が配置されており、押し部材としての機能を果たしている。プリンタ１には更に、給紙カセット７、給紙コロ８、レジストローラなどが備えられている。記録媒体Ｐの進行方向に関して二次転写ローラの下流側には、記録媒体Ｐ上の画像を定着する定着装置１９、排紙ローラ９が備えられている。
【００１６】
定着装置１９は、図２に示すように、加熱手段を有し、温度検知手段６２によって表面を所定温度に維持された定着スリーブ２１、スポンジ部材２２および芯金２３からなる定着ローラ２０と、このローラに対向し圧接される芯金３２とゴム部材３１からなる加圧ローラ３０とを備えている。定着ローラ２０と加圧ローラ３０は、適当な面圧とニップ幅を有するように、ゴムのような弾性体かスポンジなどの発泡体を用いて形成されているもので、本例では定着ローラ２０のスポンジ部材２２を硬度３５Hs程度、加圧ローラ３０のゴム部材３１は３mmほどの厚みで硬度６０Hs程度のものを使用している。両ローラの径は共に４０mm程度である。定着スリーブ２１は発熱するための金属体１５μmとシリコーンゴム２００μｍとＰＦＡ表層３０μmからなる構成が代表的である。
【００１７】
定着スリーブ２１は端部に寄り防止のためのサイドガイドを有していて（図２に点線で示す）、定着スリーブ２１が軸線方向のどちらかに寄ったときにサイドガイドが接触し、それ以上の寄りを規制する構造を有している。寄り自体が起きないように定着スリーブ２１がスポンジ部材２２に接着していてもよい。
【００１８】
また定着ローラ２０に対する加熱手段２５は、加圧ローラ３０と逆側で定着ローラ２０の周囲に配置された誘導加熱方式（ＩＨ方式）加熱手段であり、ＩＨコイル２６を備え、定着スリーブ２１を局部加熱する。そして本例では、ＩＨ方式加熱手段２５にどれくらいの電力を入れるかを制御するための温度検知手段６２として、サーモパイルを使用している。サーモパイルは熱電対を多数直列につないだ温接合部に対象物から放射される赤外線を集光することにより、冷接合部との温度差に応じた起電力を発生する、時間応答の良いセンサである。サーモパイル自身の温度（特に冷接合部の温度）変化を補うために雰囲気センサを有している。本例ではサーモパイルを１つとしているが、紙幅ごとに温度センサを有するなど、増やしてもよい。
【００１９】
また加熱手段において、発熱させるためのメインコイルは軸方向の全てにわたって発熱するようになっており、小サイズの記録媒体の印刷時にそのまま記録媒体を通紙すると、記録媒体の通っていない端部域の温度が上昇するという問題がある。そこで小サイズ印刷時には非通紙部の温度上昇を抑えるため、メインコイルで発生し定着スリーブ２１に入ってゆく磁束を打ち消すようにキャンセルするためのキャンセルコイルが備えられており、これを駆動させる。キャンセルコイル回路をつなぐとメインコイルの磁束を打ち消すように電流が発生し、キャンセルコイルに対応する部分の発熱を抑えることができる。
【００２０】
複数の記録媒体サイズに対応するため、図３に示すように、例えば軸方向長さを変えたキャンセルコイルを３対（中央通紙基準の場合）備え、各サイズごとに駆動させるキャンセルコイルを指定して（ＬＴサイズならキャンセルコイル１、Ａ４Ｔサイズならキャンセルコイル２の如く）、それぞれ独立して駆動できるようになっているのが好ましい。様々な記録媒体サイズごとに一層正確に軸方向の発熱量を制限したい場合は、軸方向長さを変えた４対以上のキャンセルコイルを備えてもよい。
【００２１】
次に、上記プリンタの動作を説明する。個々の画像形成手段でその感光体１１を回転し、感光体１１の回転とともに、まず帯電装置１２で感光体１１の表面を一様に帯電する。次いで画像データを光書込ユニット２からのレーザで光照射して感光体１１上に静電潜像として形成する。その後、現像装置１３によりトナーが付着され静電潜像を可視像化することで各感光体ドラム１１上にそれぞれ、イエロー・マゼンダ・シアン・ブラックの単色画像を形成する。また、不図示の駆動モータで中間転写ベルト１７に関する駆動ローラを回転駆動して他の従動ローラ、二次転写ローラを従動回転し、中間転写ベルト１７を回転搬送して、各感光体の可視像を一次転写装置で中間転写ベルト１７上に順次転写する。これによって中間転写ベルト１７上に合成カラー画像を形成する。ちなみに画像転写後の感光体１１の表面は感光体クリーニング装置で残留トナーを除去して清掃して再度の画像形成に備えられる。
【００２２】
また、上記画像形成のタイミングに合わせて、給紙カセット７から記録媒体Ｐが給紙コロ８により繰り出され、レジストローラまで搬送され、一旦停止する。そして、上記画像形成動作とタイミングを取りながら、二次転写部に搬送される。ここで、中間転写ベルト１７と二次転写対向ローラ１８とは記録媒体Ｐを挟んで所謂二次転写ニップを形成し、二次転写ローラにて中間転写ベルト１７上のトナー像を記録媒体Ｐ上に二次転写する。
【００２３】
画像転写後の記録媒体Ｐは定着装置１９へ送り込まれる。定着ローラ２０と加圧ローラ３０により形成される転写ニップ部に用紙を挟持搬送することで、記録媒体上のトナー像を加熱加圧し記録媒体に定着させる。定着ニップ部から排出される記録媒体は分離部材４１により分離された後、排紙ローラ９から機外に排出される。一方、画像転写後の中間転写ベルト１７は、中間転写体クリーニング装置１６で、画像転写後に中間転写ベルト１７上に残留した残留トナーを除去し、タンデム画像形成部による再度の画像形成に備える。
【００２４】
以上のような構成を有する定着ユニットに対して、サーモパイルの出力に応じたＩＨヒータの点灯率を制御することにより、定着プロセスに必要な温度制御を行う。
ところがこのような局部加熱であって特に熱容量が小さく熱伝導率の小さい定着装置においては、入力した電力がそのまま温度として表れ、点灯率制御ではオフしている部分の温度が下がってしまうという問題を抱えている。消磁性能を有するキャンセルコイル回路の接続／切断の切り替えにスイッチング素子を用いており、キャンセルコイル切り替え時にメインコイルを消灯しなければならない場合には温度リップルが悪化する原因になる。
【００２５】
ＰＩＤ制御などの温度制御プロセスで現在の温度を見ながら次の温度制御周期の電力を計算している場合には、長期的な視点で定着部材を或る一定温度に維持するのには優れているが、定着部材の周方向の温度ムラやキャンセルコイル切り替え時の電力減少分を検出して制御できるほど熱応答性が速くはないため、温度リップルをなくすには限界がある。つまり、温度をみてフィードバックするのでは反応が遅れる分ずれてしまい、キャンセルコイル切り替え時の電力減少分を補完するのが難しく、キャンセルコイル切り替え時の電力減少分は温度リップルとして表れてしまうため、温度をみてフィードバックするのよりも時間的に早く制御することが必要になる。
【００２６】
そこで図４に示すように、キャンセルコイル接続／切断の切り替え時にメインコイルをオフした時間分の電力を次にメインコイルをオンするときに加算して出力する。これにより、メインコイルをオフした分の電力がキャンセルコイル接続／非接続動作と同じ制御周期内で補完され、メインコイルオフの電力不足による温度リップルを抑制できる。
【００２７】
メインコイルがＰＷＭ駆動ならば、キャンセルコイル切り替え時にオフ時間分だけ長くDutyを入れるようにし、ＰＡＭ制御ならばＰＩＤ演算が要求している電力とキャンセルコイル切り替え時にオフ時間分だけの電力の積を次にメインコイルをオンするときに加算して出力する。
【００２８】
局部加熱の定着装置で周方向の熱伝達がほとんどない場合には、キャンセルコイル切り替えのためにメインコイルをオフした分の電力を、定着部材が一周して再び加熱部に到達した一周後に加算するようにしてもよい。そうすればキャンセルコイル切り替えのためにメインコイルをオフし温められなかった部分を一周後に補完することができ、定着部材周方向の温度ムラを抑制することで温度リップルを低減することができる。
【００２９】
このような制御を行うことにより、定着性良好でかつ最小限のエネルギーで定着工程を終了させることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１９  定着装置
２０  定着ローラ
２１  定着スリーブ
２２  スポンジ部材
２３  芯金
２５  加熱手段
２６  ＩＨコイル
３０  加圧ローラ
３１  ゴム部材
３２  芯金
６２  温度検知手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３１】
【特許文献１】特開２００８−１８５９９１
【図１】
0005625924.tif 000002
【図２】
0005625924.tif 000003
【図３】
0005625924.tif 000004
【図４】
0005625924.tif 000005