(57)【要約】      （修正有）【課題】  薄膜化された金属導電層を有するヒートローラが、定着終了後に再度定着位置に到達するまでに所定の定着温度に復帰するよう、誘導加熱コイルをリアルタイムに制御して、定着性向上による画質向上を図る。【解決手段】  温度センサ３２ａ、３２ｂの検知結果によりヒートローラ２７の温度制御を行うとともに、定着操作が開始された場合は、位置センサ９を用いてヒートローラ２７の温度低下領域が誘導加熱コイル３０、４０、５０に到達するタイミングを把握して、誘導加熱コイル３０、４０、５０の電力値を上げて、ヒートローラ２７の全ての領域を定着可能温度に復帰する。【選択図】図２
2006259683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属導電層を有するエンドレスの加熱部材と、
前記加熱部材に圧接してニップを形成し前記加熱部材と共にトナー像を有する被定着媒体を所定方向に挟持搬送する加圧部材と、
前記加熱部材の外周に配置され、前記金属導電層に誘導電流を発生させる誘導加熱コイルと、
前記加熱部材の前記ニップ通過領域の温度を検知する温度センサと、
前記加熱部材の前記ニップ通過領域が、次に前記ニップに到達するまでに、前記加熱部材を所定温度に復帰するように前記誘導加熱コイルを制御する制御装置とを具備することを特徴とする画像形成装置の定着装置。
【請求項２】
前記制御手段装置は、前記温度センサによる検知結果と前記所定温度との差分に応じて前記誘導加熱コイルの出力値を可変制御することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項３】
前記加熱部材はヒートローラであり、前記ヒートローラの回転方向に沿って前記ニップ下流に前記温度センサ及び前記誘導加熱コイルが順次配置され、前記ヒートローラの回転速度をＳ１、前記ヒートローラの半径をｒ及び、前記温度センサの応答速度をｔとした時に、前記ヒートローラ上の前記温度センサによる検知位置から前記誘導加熱コイルの上流側端部に対向する位置までの、前記ヒートローラの軸を中心とする配置位置θ（°）を、
θ（°）＞Ｓ１×ｔ×３６０／（２πｒ）
とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項４】
前記温度センサは非接触型温度センサであり、前記ヒートローラ上の検知位置は、前記非接触型温度センサの光軸と前記ヒートローラとの交点であることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項５】
前記加熱手段は定着ベルトであり、前記定着ベルトの回転方向に沿って前記ニップ下流に前記温度センサ及び前記誘導加熱コイルが順次配置され、前記定着ベルトの回転速度をＳ２及び前記温度センサの応答速度をｔとした時に、前記温度センサによる前記定着ベルト上の検知位置から前記誘導加熱コイルの上流側端部に対向する前記定着ベルトまでの距離Ｌを、
Ｌ＞Ｓ２×ｔ
とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項６】
前記温度センサは非接触型温度センサであり、前記定着ベルト上の検知位置は、前記非接触型温度センサの光軸と前記定着ベルトとの交点であることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項７】
金属導電層を有するエンドレスの加熱部材と、
前記加熱部材に圧接してニップを形成し前記加熱部材と共にトナー像を有する被定着媒体を所定方向に挟持搬送する加圧部材と、
前記加熱部材の外周に配置され、前記金属導電層に誘導電流を発生させる誘導加熱コイルと、
前記加熱部材における前記被定着媒体の先端通過位置を検知する位置センサと、
前記位置センサに検知された先端通過位置が前記誘導加熱コイルに達すると、前記誘導加熱コイルの出力値をアップするよう制御する制御手段とを具備することを特徴とする画像形成装置の定着装置。
【請求項８】
前記位置センサは前記被定着媒体が前記ニップに到達するまでの搬送路中にて前記被定着媒体の先端を検知することを特徴とする請求項７記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項９】
金属導電層を有するエンドレスの加熱部材と、
前記加熱部材に圧接してニップを形成しトナー像を有する被定着媒体を所定方向に搬送する加圧部材と、
前記加熱部材の外周に配置され、前記金属導電層に誘導電流を発生させる誘導加熱コイルと、
前記ニップにおける被定着媒体の通過を検知する位置センサと、
前記被定着媒体が前記ニップを通過する間、前記誘導加熱コイルをＯＮ制御する制御手段とを具備することを特徴とする画像形成装置の定着装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記加熱部材における前記被定着媒体の先端通過位置が前記誘導加熱コイルに達するタイミングで前記誘導加熱コイルの出力値の変動可能であることを特徴とする請求項９記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項１１】
前記位置センサは前記被定着媒体が前記ニップに到達するまでの搬送路中にて前記被定着媒体の先端から後端までの通過を検知することを特徴とする請求項９または請求項１０記載の画像形成装置の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載され、誘導加熱を利用してトナー像を用紙に加熱定着する画像形成装置の定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に使用される定着装置として、ヒートローラ及び加圧ローラからなる一対のローラ間、あるいは同様のベルト間に形成されるニップにシート紙を挿通し、トナー像を加熱加圧定着する定着装置がある。この様な加熱式の定着装置として従来、ヒートローラあるいは加熱ベルト表面の金属導電層を誘導加熱方式で加熱する装置がある。誘導加熱方式は、誘導加熱コイルに所定の電力を供給して磁界を発生させ、磁界により金属導電層に生じる渦電流によって金属導電層を瞬時に加熱して、ヒートローラあるいは加熱ベルトの加熱を行うものである。
【０００３】
このような誘導加熱方式の定着装置において、従来、ヒートローラあるいは定着ベルトの表面を傷つけることなく温度検知して温度制御するために、定着ベルトの内周面に温度センサを配置して温度制御する装置が開示されている。（例えば特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００２−８２５４９号公報(第１３頁、図６)  また従来、励磁コイルにより発熱される中間転写ベルト表面側を非接触の温度検知装置により温度検知する装置が開示されている。（例えば特許文献２参照。）
【特許文献２】特開２００３−３５６０１号公報(第３〜４頁、第７、８頁、図１、図３、図１２)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら（特許文献１）の温度センサは定着ベルトのニップ位置下流にて、励磁コイルより下流に設けられている。このため定着時に温度低下された定着ベルトの温度を検知して、次にニップに到達するまでに定着ベルトを所定温度に加熱復帰させるというリアルタイムでの制御を行うことができない。また、定着ベルトの内側で温度を検知することから、検知結果は定着面側の温度との誤差を生じる恐れがある。
【０００５】
また（特許文献２）の非接触の温度検知装置は、励磁コイル位置に到達した転写ベルト温度を検知していて、定着時に温度低下された転写ベルト温度を次の定着時までにリアルタイムで制御するものではない。
【０００６】
これに対して近年誘導加熱方式の定着装置において、ヒートローラ表面に熱容量の小さい薄膜化された金属導電層を設けて、金属導電層の更なる高速加熱を図るとともに、より一層の省エネルギー化を図る定着装置が開発されている。このような熱容量の小さい薄膜化された金属導電層を有するヒートローラは、定着操作による温度低下が大きい。このためニップ位置通過後、次にヒートローラの同位置がニップに達するまでに温度低下分を直ちに加熱しないと、次にヒートローラの同位置による定着温度が不十分になる。定着による温度低下分を補充する加熱が間に合わないと、ヒートローラの表面温度の違いが定着画像に現れ、同一画像上にて、光沢の異なる温度リップル跡を生じ、画質の低下を生じる。
【０００７】
そこで本発明は上記課題を解決するものであり、誘導加熱コイルにより金属導電層を加熱する定着装置において、定着によるヒートローラの温度低下にかかわらず、次にヒートローラがニップ位置に到達するまでにヒートローラを定着可能温度まで加熱して、定着画像上に温度リップル跡が生じるのを解消するよう定着性能を向上し、高画質を得る画像形成装置の定着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】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するための手段として、金属導電層を有するエンドレスの加熱部材と、前記加熱部材に圧接してニップを形成し前記加熱部材と共にトナー像を有する被定着媒体を所定方向に挟持搬送する加圧部材と、前記加熱部材の外周に配置され、前記金属導電層に誘導電流を発生させる誘導加熱コイルと、前記加熱部材の前記ニップ通過領域の温度を検知する温度センサと、前記加熱部材の前記ニップ通過領域が、次に前記ニップに到達するまでに、前記加熱部材を所定温度に復帰するように前記誘導加熱コイルを制御する制御装置とを有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、誘導加熱コイルによる加熱部材のリアルタイムでの温度制御が可能であることから、必要以上に電力を消費する事が無く、定着装置の省エネルギー化を得られる。また、ニップ到達時には加熱部材を常に一定の定着可能温度に維持出来、安定した定着を得られ、定着画像上にリップル跡を生じることが無く、良好な定着性能による画質向上を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、加熱部材のニップの下流に温度センサを配置し、更にその下流に誘導加熱コイルを配置する。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明の実施例１について図１乃至図６を用いて説明する。図１は本発明の実施例１の定着装置２６を搭載してなる画像形成装置１を示す概略構成図である。画像形成装置１は画像形成部２に被定着媒体である用紙Ｐを供給するカセット機構３を備え、上面には自動原稿送り装置４により供給される原稿Ｄを読取るスキャナ部６を備える。カセット機構３から画像形成部２に至る搬送路７上にはレジストローラ８が設けられる。レジストローラ８手前には、用紙Ｐの通過を検知する位置センサ９が設けられる。
【００１２】
画像形成部２は、感光体ドラム１１周囲に、感光体ドラム１１の矢印ｑの回転方向に従い順次感光体ドラム１１を一様に帯電する帯電装置１２、帯電された感光体ドラム１１にスキャナ装置６からの画像データに基づき潜像を形成するレーザ露光装置１３、現像装置１４、転写チャージャ１６、剥離チャージャ１７、クリーナ１８、除電ＬＥＤ２０を有している。画像形成部２は、周知の電子写真方式による画像形成プロセスにて感光体ドラム１１上にトナー像を形成し、用紙Ｐに転写する。
【００１３】
画像形成部２の用紙Ｐ搬送方向下流には、トナー像を転写された用紙Ｐを排紙部２１方向に搬送する排紙搬送路２２が設けられる。排紙搬送路２２上には、感光体ドラム１１から剥離された用紙Ｐを定着装置２６に搬送する搬送ベルト２３、定着装置２６通過後の用紙Ｐを排紙部２１に排出する排紙ローラ２４が設けられる。
【００１４】
次に定着装置２６について述べる。図２は定着装置２６を示す概略構成図、図３は定着装置２６を示す概略側面図であり、図４はヒートローラ２７を加熱する制御系１００を示すブロック図である。定着装置２６は、エンドレス部材であるヒートローラ２７と、このヒートローラ２７に圧接する加圧部材である加圧ローラ２８を有する。更に定着装置２６は、ヒートローラ２７の外周に、約３ｍｍのギャップを介して、ヒートローラ２７を加熱する１００Ｖ電源用の誘導電流発生手段である誘導加熱コイル３０、４０、５０を有する。誘導加熱コイル３０、４０、５０はヒートローラ２７と略同軸形状となっている。
【００１５】
更にヒートローラ２７の外周には、ヒートローラの矢印ｒの回転方向に沿って、定着後の用紙Ｐの巻きつきを防止する剥離爪３１、ヒートローラ２７の表面温度を非接触で検出するサーモパイル式の赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂ、ヒートローラ２７の表面温度の異常を検知して、加熱を遮断するためのサーモスタット３３及び、クリーニングローラ３４が設けられる。ヒートローラ２７は芯金２７ａ周囲に厚さ５ｍｍの発泡ゴム２７ｂ、ニッケル（Ｎｉ）からなる厚さ４０μｍの金属導電層２７ｃ、厚さ２００μｍのソリッドゴム層２７ｄ及び、厚さ３０μｍの離型層２７ｅを順に形成され、φ４０ｍｍとされる。ソリッドゴム層２７ｄ及び離型層２７ｅは保護層を構成する。
【００１６】
加圧ローラ２８は、芯金２８ａの周囲にシリコンゴムあるいはフッ素ゴム等の表面層２８ｂを被覆してなり、φ４０ｍｍとされる。加圧ローラ２８は軸２８ｃを加圧スプリング３６により付勢され、ヒートローラ２７に対して圧接される。これによりヒートローラ２７及び加圧ローラ２８間に一定幅のニップ２９が形成される。また加圧ローラ２８周囲には、矢印ｓの回転方向に沿って加圧ローラ２８から用紙Ｐを剥離する剥離爪３８、クリーニングローラ３７が設けられる。
【００１７】
誘導加熱コイル３０、４０、５０は、それぞれ駆動電流の供給により磁界を生じ、この磁界により金属導電層２７ｃに渦電流を発生させて、金属導電層２７ｃを加熱する。各誘導加熱コイル３０、４０、５０は、ヒートローラ２７の長手方向のＡ、Ｂ、Ｃの領域をそれぞれ加熱する。各誘導加熱コイル３０、４０、５０は、長さが異なるもののその構造は同じである。誘導加熱コイル３０、４０、５０は、磁性体コア３０ａ、４０ａ、５０ａに電線３０ｂ、４０ｂ、５０ｂを１２ターンしてなっている。
【００１８】
誘導加熱コイル３０、４０、５０は、磁性体コア３０ａ、４０ａ、５０ａを用いる形状とすることにより、電線３０ｂ、４０ｂ、５０ｂの巻き数を減らしてその小型化を得ている。また誘導加熱コイル３０、４０、５０は、磁性体コア３０ａ、４０ａ、５０ａを用いる形状とすることにより、磁束を集中でき、ヒートローラ２７を局部的に加熱可能となっている。
【００１９】
電線３０ｂ、４０ｂ、５０ｂは、耐熱性のポリアミドイミド銅線を用いた、電線３０ｂ、４０ｂ、５０ｂは、線径０．５ｍｍの銅線材を１６本束ねたリッツ線からなっている。電線３０ｂ、４０ｂ、５０ｂを、リッツ線にすることで、電線３０ｂ、４０ｂ、５０ｂの銅損を抑えることが出来、交流電流を有効に流すことが可能になる。
【００２０】
ヒートローラ２７の両側の領域Ｂ、Ｃを加熱する誘導加熱コイル４０、５０は直列接続され、同じ制御で駆動される。Ａ４横サイズやＡ３サイズの大きい用紙を定着する場合、あるいはＡ４縦サイズやその他の小さいサイズの用紙を定着する場合に応じて、各誘導加熱コイル３０、４０、５０の駆動比率を制御して、ヒートローラ２７の長手方向の温度分布を均一化する。
【００２１】
次にヒートローラ２７を加熱する制御系１００について述べる。図４のブロック図に示すようにヒートローラ２７を加熱する制御系１００は、誘導加熱コイル３０、４０、５０に駆動電流を供給するインバータ回路６０、インバータ回路６０に１００Ｖ直流電源を供給する整流回路７０、画像形成装置１全体を制御し、位置センサ９による用紙Ｐの検知結果等が入力されるとともに、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂの検出結果に応じてインバータ回路６０を制御するＣＰＵ８０を有する。ＣＰＵ８０は、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂの検出結果に応じて、誘導加熱コイル３０あるいは誘導加熱コイル４０、５０のいずれか一方のみが出力するように駆動しても良いし、誘導加熱コイル３０及び誘導加熱コイル４０、５０の両方を同時に駆動しても良い。
【００２２】
整流回路７０は１００Ｖ用であり、商用交流電源７１からの電流を１００Ｖの直流に整流して、インバータ回路６０に供給する。整流回路７０と商用交流電源７１との間には、電力モニタ７２が接続され、商用交流電源７１から提供される電力を検知して、ＣＰＵ８０にフィードバックしている。
【００２３】
インバータ回路６０は、自励式の準Ｅ級回路を用いている。インバータ回路６０の誘導加熱コイル３０には共振用の第１のコンデンサ６１ａが並列に接続されて第１の共振回路６１を構成し、直列に接続される誘導加熱コイル４０、５０には共振用の第２のコンデンサ６２ａが並列に接続されて第２の共振回路６２を構成する。第１の共振回路６１には第１のスイッチング素子６３ａが直列に接続されて第１のインバータ回路６３を構成し、第２の共振回路６２には第２のスイッチング素子６４ａが直列に接続されて第２のインバータ回路６４を構成する。スイッチング素子６３ａ、６４ａは、高耐圧、大電流で使用可能なＩＧＢＴが用いられる。スイッチング素子６３ａ、６４ａはＭＯＳ−ＦＥＴ等でも良い。
【００２４】
スイッチング素子６３ａ、６４ａの制御端子には、スイッチング素子６３ａ、６４ａをＯＮさせるためのＩＧＢＴ駆動回路６６、６７がそれぞれ接続されている。ＣＰＵ８０は、ＩＧＢＴ駆動回路６６、６７の印加タイミングを制御する。インバータ回路６０は、ＣＰＵ８０によりスイッチング素子６３ａ、６４ａのＯＮ時間を制御することにより周波数を２０〜６０ｋＨｚに可変する。各誘導加熱コイル３０、４０、５０は駆動電流の周波数２０〜６０ｋＨｚに応じて電力値を制御され、各誘導加熱コイル３０、４０、５０の電力値により、金属導電層２７ｃの発熱量が変動され、ヒートローラ２７が温度制御される。
【００２５】
誘導加熱コイル３０、４０、５０は、定着開始時には、電力値１１００Ｗで、ヒートローラ２７を所定の定着可能温度である１６０℃にウォームアップする。ヒートローラ２７の金属導電層２７ｃの熱容量が小さいので約４０秒程度でウォームアップされる。一方金属導電層２７ｃの熱容量が小さいことから、ニップ２９を通過して定着を行った後は、ヒートローラ２７の表面温度は少なくとも５℃から１０℃程度温度低下する。
【００２６】
誘導加熱コイル３０、４０、５０はヒートローラ２７の温度低下の大きさに応じて、ヒートローラ２７を加熱する。ヒートローラ２７を加熱するための誘導加熱コイル３０、４０、５０の電力値は、ヒートローラ２７を１０℃以上加熱する場合は９００Ｗ、ヒートローラ２７を５℃から１０℃加熱する場合は６００Ｗ、ヒートローラ２７の加熱温度が５℃未満の場合は４００Ｗとする。
【００２７】
次に赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂは、図５に示すように、ハウジング１００に設けられるシリコン基板１０１上にポリシリコンとアルミニウムからなる薄膜熱電対を多数直列に接続したサーモパイル１０２を有する。ハウジング１００はシリコンレンズ１０３を有し、ヒートローラ２７からの赤外線をサーモパイル１０２に集光する。赤外線を受光することによりサーモパイル１０２に発生した温接点部の温度変化を、熱電対の起動電力としてＣＰＵ８０に出力する。
【００２８】
サーモパイル式の赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂは薄膜熱電対の温接点部の熱容量を小さくした構造となっているので、温度応答性が高い。サーモパイル式の赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂは、非接触で対象物の温度を測定する。サーモパイル式の赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂは、従来の非接触のサーミスタ式の温度センサ等に対して約２０倍程度応答速度が速い。サーミスタ式の温度センサは、温度に応じて抵抗値が変化する金属酸化物にかかる電圧値の変化を出力するものである。ＣＰＵ８０は赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂの検知結果に応じて各誘導加熱コイル３０、４０、５０の駆動電流の周波数を制御して、誘導加熱コイル３０、４０、５０に与える電力値を制御する。
【００２９】
ヒートローラ２７周囲にて、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂは、図６に示すように、矢印ｒ方向に回転するヒートローラ２７の、加圧ローラ２８とのニップ２９の下流であって、誘導加熱コイル３０、４０、５０に達するまでの間に配置される。ヒートローラ２７の軸αを中心とする、ヒートローラ２７周囲の、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂによる温度検知位置βから誘導加熱コイル３０、４０、５０の上流側端部との対抗位置γまでの配置位置θ（°）は、
θ（°）＞Ｓ１×ｔ×３６０／（２πｒ）
となっている。Ｓ１はヒートローラ２７の回転速度、ｒはヒートローラ２７の半径、ｔは赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂの応答速度である。またヒートローラ２７周囲の、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂによる温度検知位置βは、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂのシリコンレンズ１０３の光軸の中心の延長とヒートローラ２７との交点である。赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂのシリコンレンズ１０３の光軸は、必要に応じて任意の方向に設定可能である。本実施例では、誘導加熱コイル３０、４０、５０の上流側端部は、電線３０ｂ、４０ｂ、５０ｂの上流側端部とされているが、各種磁性体コア３０ａ、４０ａ、５０ａの形状によっては、誘導加熱コイル３０、４０，５０の上流側端部は、磁性体コア３０ａ、４０ａ、５０ａの上流側端部の突起外側部であっても良い。
【００３０】
赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂをヒートローラ２７の周囲にて上記のように配置することにより、ニップ２９通過後のヒートローラ２７の温度を検知して、検知結果に応じて、ヒートローラ２７上のニップ通過位置を誘導加熱コイル３０、４０、５０によりリアルタイムに加熱可能となる。
【００３１】
本実施例にて、ヒートローラ２７の回転速度Ｓ１を１３０ｍｍ／ｓｅｃ、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂの応答速度ｔを０．１ｓｅｃとした時、ヒートローラ２７の半径ｒが２０ｍｍであることから、ヒートローラ２７周囲の温度検知位置βから対抗位置γまでの配置位置θ（°）は、θ（°）＞３８（°）であれば良い。但し本実施例にあっては、ＣＰＵ８０での処理速度も考慮して、θ（°）＝７０（°）となるように、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂを配置している。ここでヒートローラ２７の回転速度Ｓ１は、画像形成部２のプロセス速度と同じになっている。
【００３２】
次に作用について述べる。画像形成プロセスの開始により画像形成部２では矢印ｑ方向に回転する感光体ドラム１１が、帯電装置１２により一様に帯電され、レーザ露光装置１３により原稿情報に応じたレーザ光を照射され静電潜像を形成される。次いで静電潜像は現像装置１４により現像され、感光体ドラム１１上にトナー像が形成される。
【００３３】
感光体ドラム１１上のトナー像は、転写チャージャ１６にて用紙Ｐに転写される。次いで用紙Ｐは感光体ドラム１１から剥離され、この後定着装置２６の矢印ｒ方向に回転され、誘導加熱コイル３０、４０、５０により１６０℃に加熱されるヒートローラ２７及び矢印ｓ方向に回転される加圧ローラ２８間のニップ２９に挿通され、トナー像を加熱加圧定着される。
【００３４】
このトナー像を定着する間、定着装置２６では、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂにより、ニップ２９を通過した定着終了後の、温度低下されたヒートローラ２７の表面温度を検知する。ＣＰＵ８０は、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂからの検知結果により、ヒートローラ２７の表面温度と定着可能温度１６０℃との温度差に応じて、インバータ回路６０のスイッチング素子６３ａ、６４ａのＯＮ時間を制御して、誘導加熱コイル３０、４０、５０への駆動電流の周波数を変動する。駆動電流の周波数に応じて、誘導加熱コイル３０、４０、５０の電力値が制御される。
【００３５】
例えば、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂが、ヒートローラ２７の表面温度１５５℃を検知すると、ＣＰＵ８０は、定着可能温度１６０℃との温度差５℃を算出して、インバータ回路６０を制御して誘導加熱コイル３０、４０、５０に電力値６００Ｗを出力させる。赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂによるヒートローラ２７の表面温度の検知から、誘導加熱コイル３０、４０、５０の電力値の出力までの時間は、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂの応答速度０．１ｓｅｃと、ＣＰＵ８０の処理速度とを必要とする。
【００３６】
但し、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂによる温度検知位置βから誘導加熱コイル３０、４０の上流側端部との対抗位置γまでの配置位置θ（°）が７０°となっている。従って、ヒートローラ２７の温度低下された領域が誘導加熱コイル３０、４０、５０に到達する前に、誘導加熱コイル３０、４０、５０は十分出力可能であり、誘導加熱コイル３０、４０、５０は、ヒートローラ２７の温度低下された領域が、次にニップ２９に達するまでに、定着可能温度の１６０℃に加熱復帰させることとなる。
【００３７】
これによりニップ２９におけるヒートローラ２７の表面温度は、常に定着可能温度の１６０℃に加熱されていて、用紙Ｐに形成されるトナー像は、温度リップル跡を生じることなく、均質に定着される。尚、このように定着を行う間、用紙Ｐの厚さや材質あるいは環境変化により、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂの検出温度と定着可能温度１６０℃との温度差が変動した場合は、ＣＰＵ８０は、温度差に従い、インバータ回路６０を制御して誘導加熱コイル３０、４０、５０の出力電力値を変動し、ニップ２９におけるヒートローラ２７の表面温度を常に定着可能温度の１６０℃に制御する。
【００３８】
定着終了後は、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂの検出温度に従い、インバータ回路６０のＯＮ−ＯＦＦ制御によりヒートローラ２７を１６０℃の定着可能温度に維持制御して、次の定着操作を待機することとなる。
【００３９】
本実施例によれば、ヒートローラ２７の温度を検知する赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂを、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂによる温度検知位置βから誘導加熱コイル３０、４０の上流側端部との対抗位置γまでの配置位置θ（°）が、ヒートローラ２７の軸αを中心に、θ（°）＞Ｓ１×ｔ×３６０／（２πｒ）となるように配置している。そして、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂの検知結果に応じて、誘導加熱コイル３０、４０、５０はＣＰＵ８０により制御されて、ヒートローラ２７の温度低下領域が誘導加熱コイル３０、４０、５０に到達するまでに必要な電力値を出力し、ヒートローラ２７を定着可能温度に復帰する。
【００４０】
従ってヒートローラ２７は、ニップ２９位置での定着操作により温度低下を生じても、次にニップ２９に到達するまでに、誘導加熱コイル３０、４０、５０により必要な発熱量を与えられ、リアルタイムに定着可能温度に復帰し、良好な定着を行うことが出来る。
【００４１】
すなわち、厚さが４０μｍと薄く熱容量が小さい金属導電層２７ｃを、定着操作により生じた温度低下分を補充するのに必要な電力値で励磁される誘導加熱コイル３０、４０、５０により瞬時に加熱して、ヒートローラ２７をリアルタイムに定着可能温度の１６０℃に加熱復帰することにより、必要以上に電力を消費することが無く、定着装置２６の省エネルギー化を実現できる。また、用紙Ｐの厚さや材質あるいは環境温度の変動にかかわらず、ニップ２９に到達するヒートローラ２７の表面温度を、常に定着可能温度１６０℃に設定出来、トナー像を一定温度で定着でき、定着画像上にリップル跡を生じることが無く良好な定着性能による画質向上を得られる。
【実施例２】
【００４２】
次に本発明の実施例２について図７乃至図９を用いて説明する。本実施例２は、実施例１におけるヒートローラを定着ベルトとするものであり、他は実施例１と同様である。従ってこの実施例２にあっては、前述の実施例１で説明した構成と同一構成については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４３】
本実施例の図７に示す定着装置１２６は、エンドレスの加熱部材である周長７０×π（ｍｍ）の定着ベルト１２７を、低熱伝導性ローラ１２８及びバックアップローラ１３０間に掛け渡している。低熱伝導性ローラ１２８位置にて定着ベルト１２７には加圧ローラ２８が圧接され、定着ベルト１２７及び加圧ローラ２８間に一定幅のニップ１２９が形成される。定着ベルト１２７の矢印ｖ方向の回転方向に沿って、ニップ１２９の下流には、定着後の用紙Ｐの巻きつきを防止する剥離爪１３１、ヒートローラ２７の表面温度を非接触で検出するサーモパイル式の赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂ、定着ベルト１２７の表面温度の異常を検知して、加熱を遮断するためのサーモスタット３３が設けられる。
【００４４】
更に定着ベルト１２７のサーモスタット３３の下流には、約３ｍｍのギャップを介して、定着ベルト１２７を加熱する１００Ｖ電源用の誘導電流発生手段である誘導加熱コイル１３０、１４０、１５０が設けられる。
【００４５】
定着ベルト１２７は、図８に示すように４０μｍ厚さのニッケル（Ｎｉ）基材１２７ａの表面に、弾性力を有するシリコンゴム１２７ｂを３００μｍ被覆し、更に離型性を付与するためにフッ素樹脂からなる離型層１２７ｃを３０μｍ被覆してなる３層ベルトとなっている。定着ベルトの基材は、導電性を有するものであれば、ＳＵＳ、あるいはポリイミド樹脂に金属層をコーティングしたものであっても良い。
【００４６】
低熱伝導性ローラ１２８は、表面が低硬度の弾力性を有する発泡シリコンスポンジにより直径３０ｍｍに構成される。バックアップローラ１３０は、直径２０ｍｍ、厚み０．５ｍｍのセラミックからなる。バックアップローラ１３０は、鉄、ＳＵＳ３０４、その他アルミニウム等で構成しても良い。
【００４７】
誘導加熱コイル１３０、１４０、１５０は、磁性体コア３０ａ、４０ａ、５０ａを平板状にして定着ベルト１２７の平面部に平行に配置する他は、実施例１の誘導加熱コイル３０、４０、５０と同じ構造となっている。
【００４８】
定着ベルト１２７周囲にて、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂによる温度検知位置δから誘導加熱コイル１３０、１４０、１５０の上流側端部との対抗位置εまでの距離Ｌは、Ｌ＞Ｓ２×ｔとなっている。Ｓ２は定着ベルト１２７の回転速度、ｔは赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂの応答速度である。定着ベルト１２７周囲の、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂによる温度検知位置δは、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂのシリコンレンズ１０３の光軸の中心の延長と定着ベルト１２７との交点である。ここで誘導加熱コイル１３０、１４０、１５０の上流側端部とは、誘導加熱コイル１３０、１４０、１５０の電線の上流側端部であっても良いし、磁性体コアの上流側端部の突起外側部であっても良い。
【００４９】
本実施例では定着ベルト１２７の回転速度Ｓ２が１３０ｍｍ／ｓｅｃ、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂの応答速度ｔが０．１ｓｅｃであることから定着ベルト１２７周囲の温度検知位置δから対抗位置εまでの距離Ｌは、Ｌ＞１３ｍｍであれば良い。但し実際には、ＣＰＵ８０での処理速度も考慮して、
Ｌ＝３０ｍｍとなるように、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂを配置している。
【００５０】
赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂを上記のように配置することにより、ニップ１２９通過後の定着ベルト１２７の温度を検知して、検知結果に応じて、定着ベルト１２７上のニップ通過位置を誘導加熱コイル１３０、１４０、１５０によりリアルタイムに加熱可能となる。
【００５１】
本実施例では、画像形成部２で用紙Ｐにトナー像を形成後、定着装置１２６の定着ベルト１２７及び加圧ローラ２８間のニップ１２９に用紙Ｐを挿通してトナー像を加熱加圧定着する。トナー像を定着する間、定着装置１２６では、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂにより、ニップ１２９を通過した定着終了後の、温度低下された定着ベルト１２７の表面温度を検知する。
【００５２】
ＣＰＵ８０は、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂからの検知結果により、実施例１と同様に定着ベルト１２７の表面温度と定着可能温度１６０℃との温度差に応じて、インバータ回路６０のスイッチング素子６３ａ、６４ａのＯＮ時間を制御して、誘導加熱コイル１３０、１４０、１５０の出力電力値を変動し、定着ベルト１２７に必要な発熱量を与える。これにより次にニップ１２９に到達したときには定着ベルト１２７の表面温度は常に定着可能温度の１６０℃に加熱復帰される。従って、用紙Ｐに形成されるトナー像は、温度リップル跡を生じることなく、均質に定着される。
【００５３】
赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂによる定着ベルト１２７の表面温度の検知から、誘導加熱コイル１３０、１４０、１５０の電力値の出力までの時間は、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂの応答速度０．１ｓｅｃと、ＣＰＵ８０の処理速度とを要する。但し、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂによる温度検知位置δから誘導加熱コイル１３０、１４０の上流側端部との対抗位置εまでの距離Ｌが３０ｍｍとなっている。従って、定着ベルト１２７の温度低下された領域が誘導加熱コイル１３０、１４０、１５０に到達する前に、誘導加熱コイル１３０、１４０、１５０は確実に出力可能となる。
【００５４】
尚本実施例において、図９に示すようにバックアップローラ１４０を金属材料で形成して、誘導加熱コイル２３０、２４０、２５０をバックアップローラ１４０に対向させてバックアップローラ１４０を加熱させても良い。
【００５５】
本実施例によれば、定着ベルト１２７の温度を検知する赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂを、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂによる温度検知位置δから誘導加熱コイル１３０、１４０の上流側端部との対抗位置εまでの距離Ｌを、Ｌ＞Ｓ２×ｔとなるように配置し、赤外線温度センサ３２ａ、３２ｂの検知結果に応じて、定着ベルト１２７の温度低下領域が誘導加熱コイル１３０、１４０、１５０に到達するまでに、誘導加熱コイル１３０、１４０、１５０は所定の電力値を出力している。
【００５６】
従って定着ベルト１２７は、ニップ１２９位置での定着操作により温度低下を生じても、次にニップ１２９に到達するまでに、誘導加熱コイル１３０、１４０、１５０により必要な発熱量を与えられ、定着可能温度に復帰し、良好な定着を行うことが出来る。
【００５７】
すなわち、定着操作により生じた温度低下分を補充するのに必要な電力値で誘導加熱コイル１３０、１４０、１５０を励磁して、厚さが４０μｍと薄く熱容量が小さいニッケル基材１２７ａを瞬時に加熱して、定着ベルト１２７をリアルタイムに定着可能温度の１６０℃に加熱復帰することにより、不要な電力消費がなく、定着装置２６の省エネルギー化を実現できる。また、用紙Ｐの厚さや材質あるいは環境温度の変動にかかわらず、ニップ１２９に到達する定着ベルト１２７の表面温度を、常に定着可能温度１６０℃に設定出来ることから、定着画像上にリップル跡を生じることが無く良好な定着性能による画質向上を得られる。
【実施例３】
【００５８】
次に本発明の実施例３について図１０及び図１１を用いて説明する。本実施例３は、実施例１と温度センサの性能が異なるものであり、他は実施例１と同様である。従ってこの実施例３にあっては、前述の実施例１で説明した構成と同一構成については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５９】
本実施例の定着装置２２６は図１０に示すように、応答速度が速いサーモパイル式の赤外線温度センサに比べて例えば低価格ではあるものの応答速度があまり速くない非接触サーミスタ式の温度センサ１３２ａ、１３２ｂを用いて、ニップ２９通過後のヒートローラ２７の表面温度を検知するものである。
【００６０】
図１１に示すフローチャートにより定着装置２２６におけるヒートローラ２７の温度制御について述べる。スタート後は、ステップ１００にて、温度センサ１３２ａ、１３２ｂの検出結果に応じてＣＰＵ８０は、誘導加熱コイル３０、４０、５０の出力電力値を８００Ｗとし、且つインバータ回路６０をＯＮ−ＯＦＦ制御して、ヒートローラ２７を１６０℃の定着可能温度に維持制御する。ステップ１０１で用紙Ｐの給紙がスタートされ、次いでステップ１０２で、位置センサ９が用紙Ｐ先端を検知して、用紙Ｐがレジストローラ８に到達したことを検知する。
【００６１】
ステップ１０３では、用紙Ｐの先端検知に応じて、ＣＰＵ８０にて、用紙Ｐがニップ２９を通過することによるヒートローラ２７の温度低下領域が、誘導加熱コイル３０、４０、５０との対向位置γに到達するタイミングを把握する。ステップ１０４では、ヒートローラ２７の温度低下領域が対抗位置γに到達するタイミングで、誘導加熱コイル３０、４０、５０の出力電力値を９００Ｗに上げる。この後、用紙Ｐがニップ２９を通過するまでは、温度センサ１３２ａ、１３２ｂの検出結果に応じてインバータ回路６０をＯＮ−ＯＦＦ制御して、ヒートローラ２７を１６０℃の定着可能温度に維持制御する。これにより、ニップ２９にてトナー像を定着し、温度低下されたヒートローラ２７の領域は、定着可能温度の１６０℃に加熱復帰され、再度ニップ２９に到達することとなる。尚このとき、誘導加熱コイル３０、４０、５０に供給する電力値は、用紙Ｐの厚さや材質あるいは環境温度の変動に応じて、任意に調整可能である。
【００６２】
この後ステップ１０６で、用紙Ｐがニップ２９を出たことを確認したら、ステップ１００に戻り、誘導加熱コイル３０、４０、５０の出力電力値を８００Ｗに戻して、温度センサ１３２ａ、１３２ｂの検出結果に応じてインバータ回路６０をＯＮ−ＯＦＦ制御する。ステップ１０６の用紙Ｐがニップ２９を出たことの確認は、予め把握されている用紙Ｐサイズあるいは、位置センサ９で検知された用紙Ｐ通過時間等から行う。
【００６３】
すなわち、本実施例にあっては、定着操作時に、位置センサ９により用紙Ｐがニップ２９に到達するのを把握して、誘導加熱コイル３０、４０、５０の電力値を上げて、ヒートローラ２７の温度制御を行うものである。これにより、温度センサ１３２ａ、１３２ｂの応答速度があまり速くない場合でも、温度センサ１３２ａ、１３２ｂの検知結果に応じたリアルタイムでの誘導加熱コイル３０、４０、５０への電力値制御が間に合わないで、次にニップ２９に達したときにヒートローラ２７上に温度低下領域が残ってしまうのを防止している。
【００６４】
本実施例によれば、温度センサ１３２ａ、１３２ｂの検知結果によりヒートローラ２７の温度制御を行うとともに、定着操作が開始された場合は、位置センサ９を用いてヒートローラ２７の温度低下領域が誘導加熱コイル３０、４０、５０に到達するタイミングを把握して、誘導加熱コイル３０、４０、５０の電力値を上げて、ヒートローラ２７の全ての領域を定着可能温度に復帰している。
【００６５】
これによりヒートローラ２７は、定着開始により生じる温度低下領域のみを、必要な電力値で誘導加熱コイル３０、４０、５０により温度復帰される。従って定着操作中の不要な電力消費を防止して、定着装置２６の省エネルギー化を実現できる。また定着操作を行う間、ニップ１２９に到達するヒートローラ２７の表面温度を、常に一定の定着可能温度に保持出来ることから、定着画像上にリップル跡を生じることが無く良好な定着性能による画質向上を得られる。
【実施例４】
【００６６】
次に本発明の実施例４について図１２を用いて説明する。本実施例４は、実施例３において、インバータ回路の制御が異なるものであり、他は実施例３と同様である。従って本実施例４にあっては、前述の実施例３で説明した構成と同一構成については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６７】
本実施例の定着装置２２６におけるヒートローラ２７の温度制御について、図１２に示すフローチャートを用いて詳述する。スタート後は、ステップ２００にて、温度センサ１３２ａ、１３２ｂの検出結果に応じてＣＰＵ８０は、誘導加熱コイル３０、４０、５０の出力電力値を８００Ｗとし、且つインバータ回路６０をＯＮ−ＯＦＦ制御して、ヒートローラ２７を１６０℃の定着可能温度に維持制御する。ステップ２０１で用紙Ｐの給紙がスタートされ、次いでステップ２０２で、位置センサ９が用紙Ｐ先端を検知して、用紙Ｐがレジストローラ８に到達したことを検知する。
【００６８】
ステップ２０３では、用紙Ｐがニップ２９を通過することによるヒートローラ２７の温度低下領域が、誘導加熱コイル３０、４０、５０との対抗位置γに到達するタイミングを把握する。ステップ２０４では、ヒートローラ２７の温度低下領域が対抗位置γに到達するタイミングで、ＣＰＵ８０により、温度センサ１３２ａ、１３２ｂの検出結果に応じたインバータ回路６０のＯＮ／ＯＦＦ制御から、インバータ回路６０を常時ＯＮする制御に切り替える。これにより、ニップ２９にてトナー像を定着し、温度低下されたヒートローラ２７の領域は、誘導加熱コイル３０、４０、５０により常時一定の定着可能温度に保持され、再度ニップ２９に到達することとなる。尚このとき、誘導加熱コイル３０、４０、５０に供給する電力値は、用紙Ｐの厚さや材質あるいは環境温度の変動に応じて、任意に変動調整可能であり、インバータ回路６０の常時ＯＮ制御による電力値が不足する場合には、例えば、誘導加熱コイル３０、４０、５０の電力値を８５０Ｗに上げた状態で、インバータ回路６０を常時ＯＮする制御に切り替えることも可能である。
【００６９】
この後ステップ２０６で、用紙Ｐがニップ２９を出たことを確認したら、ステップ１００に戻り、ＣＰＵ８０は、インバータ回路６０を常時ＯＮ制御から、温度センサ１３２ａ、１３２ｂの検出結果に応じたＯＮ／ＯＦＦ制御に戻す。ステップ２０６の用紙Ｐがニップ２９を出たことの確認は、予め把握されている用紙Ｐサイズあるいは、位置センサ９で検知された用紙Ｐ通過時間等から行う。
【００７０】
すなわち、本実施例にあっては、定着操作時に、位置センサ９により用紙Ｐがニップ２９に到達するのを把握して、ヒートローラ２７の温度低下領域が誘導加熱コイル３０、４０、５０を通過する間は、誘導加熱コイル３０、４０、５０を常時ＯＮ制御するものである。これにより、温度センサ１３２ａ、１３２ｂの応答速度があまり速くなく、リアルタイムでの誘導加熱コイル３０、４０、５０への電力値制御が間に合わない場合でも、定着操作が行われる間は、常にヒートローラ２７を同じ電力値で加熱する。従って、ヒートローラ２７ニップ２９に達した時のヒートローラ２７の表面温度は常に一定の定着可能温度を保持する。
【００７１】
本実施例によれば、レディ状態においては温度センサ１３２ａ、１３２ｂの検知結果に応じてヒートローラ２７の温度制御を行う一方、定着操作時には、位置センサ９を用いてヒートローラ２７の温度低下領域が誘導加熱コイル３０、４０、５０に到達するタイミングを把握して、定着操作が継続される間は誘導加熱コイル３０、４０、５０をＯＮし続けて、ヒートローラ２７を一定の定着可能温度に保持し続けている。これによりヒートローラ２７の定着操作に使用される領域のみに必要な電力値を供給でき、定着操作中の不要な電力消費を防止して、定着装置２６の省エネルギー化を実現できる。また定着操作を行う間、ニップ１２９に到達するヒートローラ２７の表面温度が常に一定であることから、定着画像上にリップル跡を生じることが無く良好な定着性能による画質向上を得られる。
【００７２】
尚この発明は、上記実施例に限られるものではなく、この発明の範囲内で種々変更可能であり、例えば金属導電層の材質はステンレスやアルミニウム、あるいはステンレスとアルミニウムの複合材を用いる等限定されない。また金属導電層の厚さも限定されず任意であるが、熱容量を小さくして、ウォームアップ時間の短縮、あるいは省エネルギー化を図り、的確な温度制御を得るためには、
１０〜１００μｍ程度に薄くされることが望ましい。また定着装置による被定着媒体の搬送方向も任意であり、被定着媒体を縦方向に搬送する装置であっても良い。また温度センサの種類、あるいは応答時間等も限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例１の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１の定着装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施例１の定着装置を示す概略側面図である。
【図４】本発明の実施例１のヒートローラ加熱の制御系を示す概略ブロック図である。
【図５】本発明の実施例１の赤外線温度センサを示す概略説明図である。
【図６】本発明の実施例１のヒートローラ周囲の赤外線温度センサと誘導加熱コイルの配置を示す概略説明図である。
【図７】本発明の実施例２の定着装置を示す概略構成図である。
【図８】本発明の実施例２の定着ベルトの層構成を示す概略説明図である。
【図９】本発明の実施例２の定着装置の変形例を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の実施例３の定着装置を示す概略構成図である。
【図１１】本発明の実施例３の定着装置における温度制御を示フローチャートである。
【図１２】本発明の実施例４の定着装置における温度制御を示フローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１…画像形成装置
２…画像形成部
９…位置センサ
１１…感光体ドラム
２６…定着装置
２７…ヒートローラ
２７ｃ…金属導電層
２８…加圧ローラ
３０、４０、５０…誘導加熱コイル
３０ａ、４０ａ、５０ａ…磁性体コア
３０ｂ、４０ｂ、５０ｂ…電線
３１…剥離爪
３２ａ、３２ｂ…赤外線温度センサ
３３…サーモスタット
３４…クリーニングローラ
【図１】
2006259683.tif 000003
【図２】
2006259683.tif 000004
【図３】
2006259683.tif 000005
【図４】
2006259683.tif 000006
【図５】
2006259683.tif 000007
【図６】
2006259683.tif 000008
【図７】
2006259683.tif 000009
【図８】
2006259683.tif 000010
【図９】
2006259683.tif 000011
【図１０】
2006259683.tif 000012
【図１１】
2006259683.tif 000013
【図１２】
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