(57)【要約】【課題】整磁合金を使った像加熱装置において、異常昇温時においても電源に過度の負荷を与えずに支障なく加熱を停止させる。【解決手段】整磁合金１ａの温度を検知する温度検知手段１１を備え、温調温度Ｔ、異常検知温度Ｔｅ、整磁合金の比透磁率μが低下を開始するする透磁率低下温度Ｔｃ‘及びキュリー温度Ｔｃ、比透磁率μが低下しきった（μ＝１）温度をキュリー温度Ｔｃとすると、Ｔ≦Ｔｃ‘＜Ｔｅ＜Ｔｃ、であること。【選択図】図３
2011090087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、前記コイルから生ずる磁束により発熱し、記録材上の像を加熱する回転可能な像加熱部材と、前記コイルに高周波電流を印加する電源と、前記像加熱部材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が所定の制御温度Ｔに維持されるように前記電源から前記コイルへの通電を制御する制御手段と、前記温度検知手段が前記制御温度Ｔよりも高い異常検知温度Ｔｅ以上を検知したら、前記像加熱部材の加熱を停止する保護手段と、を有する像加熱装置であって、前記像加熱部材は、少なくとも一部が、透磁率低下温度Ｔｃ‘及びキュリー温度Ｔｃを所定の温度に調整した整磁合金であって、前記異常検知温度Ｔｅは、Ｔ≦Ｔｃ‘＜Ｔｅ＜Ｔｃ、の関係を満足することを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記温度検知手段は、前記像加熱部材の回転軸線方向に関して、装置に通紙使用可能な全ての幅サイズの記録材が通過する領域の温度を検知するよう配置されることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項３】
前記整磁合金の厚さｔは、前記整磁合金の温度が前記異常検知温度Ｔｅの時の表皮深さよりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の像加熱装置。
【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、あるいはそれらの複合機等に代表される、電子写真プロセスや静電記録プロセス等を採用した画像形成装置に用いられ、記録材上の像を加熱する誘導加熱方式の像加熱装置に関する。像加熱装置としては、記録材上に形成した未定着画像を固着画像として加熱定着させる定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を増大させる光沢度増大装置等を挙げることができる。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、特許文献１において、非通紙部昇温を効果的に低減させる定着装置として、誘導加熱方式の定着装置の像加熱部材に所定のキュリー温度に調整した整磁合金を用いた装置を提案している。この定着装置は、像加熱部材の、すべてのサイズの記録材が通過する領域（通紙領域）の温度を検知する温度検知手段を備え、温度検知手段の検知温度が予め設定された設定温度（温調温度）になるように励磁コイルに印加する電流の電流値や周波数を制御している。また、温度検知手段が所定の異常検知温度を検知すると、装置の異常と判断して装置の加熱を停止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０８６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
温調温度を比透磁率が急激に低下し始める温度Ｔｃ‘よりも高い状態に設定すると、像加熱部材の発熱量のバラツキが大きくなってしまい、精度良く温度をコントロールすることが困難である。また、温調温度をキュリー温度Ｔｃより高い状態に設定すると、像加熱部材の温度がキュリー温度を越えてしまうと、コイルの負荷抵抗が急激に低下してしまう。このため、コイルに流れる電流量が増加してしまい（過電流）、実際の電力制御よりも多い電力値で像加熱部材を加熱してしまうことになる。この過電流状態が継続されると、像加熱部材の温度が加速度的に増加し、過電流状態がさらに進んでしまう。その結果、コイルに高周波電流を印加する高周波電源への負荷が増大する。そのため、温調温度は比透磁率が急激に低下し始める温度Ｔｃ‘よりも低い温度にすることで安定性を高めると共に小サイズ通紙時の非通紙部の昇温を低減するために温度Ｔｃ‘に近いほうが好ましい。そのような構成にすると、異常温度の設定によっては、キュリー温度Ｔｃに達する場合もある。その結果、電源の負荷が増大する機会が生ずる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、整磁合金を備える像加熱装置において、温度制御される温度を非通紙部昇温を低減できると共に安定している領域にしても、像加熱部材がキュリー温度に達することを抑止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、コイルと、前記コイルから生ずる磁束により発熱し、像を加熱する回転可能な像加熱部材と、前記コイルに高周波電流を印加する電源と、前記像加熱部材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が所定の制御温度Ｔに維持されるように前記電源から前記コイルへの通電を制御する制御手段と、前記温度検知手段が前記制御温度Ｔよりも高い異常検知温度Ｔｅ以上を検知したら、前記像加熱部材の加熱を停止する保護手段と、を有する像加熱装置であって、前記像加熱部材は、少なくとも一部が、透磁率低下温度Ｔｃ‘及びキュリー温度Ｔｃを所定の温度に調整した整磁合金であって、前記異常検知温度Ｔｅは、Ｔ≦Ｔｃ‘＜Ｔｅ＜Ｔｃ、の関係を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、整磁合金を備える像加熱装置において、温度制御される温度を非通紙部昇温を低減できると共に安定している領域にしても、像加熱部材がキュリー温度に達することを抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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における定着装置（電磁誘導加熱方式の像加熱装置）の要部の拡大横断面模型図
【図２】（ａ）は定着装置の要部の正面模型図、（ｂ）は同じく要部の縦断正面模型図
【図３】（ａ）は定着ローラの発熱原理を示す図、（ｂ）は実施例１における透磁率の温度依存性を示す図
【図４】（ａ）は実施例１における非通紙部昇温時の負荷抵抗の概念図、（ｂ）は実施例２における透磁率の温度依存性を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施例１］
（１）画像形成装置例：図１の（ａ）は本発明に従う誘導加熱方式の像加熱装置を定着装置Ｆとして備えた画像形成装置の一例の模式図である。この画像形成装置は電子写真プロセスを用いたレーザー走査露光方式のデジタル画像形成装置（複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機能機等）である。４１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Ｒ４１に所定の周速度をもって回転駆動される。４２は一次帯電器(接触帯電ローラ)であり、回転するドラム４１の表面を本実施例においてはマイナスの所定の暗電位Ｖｄに一様に帯電する。４３は像露光手段であるレーザービームスキャナである。スキャナ４３は画像読取装置・コンピュータ・相手方ファクシミリ等のホスト装置（不図示）から入力されるデジタル画像信号に対応して変調されたレーザービームＬを出力し、ドラム４１の一様帯電処理面を走査露光する。これにより、ドラム面の露光部分は電位絶対値が小さくなって明電位Ｖｌとなり、ドラム面に画像信号に対応した静電潜像が形成される。静電潜像は現像器４４により、ドラム面の露光明電位Ｖｌ部にマイナスに帯電したトナーが付着することで、トナー画像ｔとして顕像化（反転現像）される。一方、給送部（不図示）から給送された記録材（被加熱材）Ｐが、転写バイアスが印加された転写部材としての転写ローラ４５とドラム４１との圧接部である転写ニップ部ＴＮへ適切なタイミングをもって搬送される。そして、ニップ部ＴＮにおいて記録材Ｐの面にドラム上のトナー画像ｔが順次に転写される。記録材Ｐは、ニップ部ＴＮを通過してドラム４１から分離され、定着装置Ｆに導入される。この定着装置Ｆにおいて、記録材上のトナー画像ｔが熱と圧によって固着画像として定着される。その記録材Ｐが画像形成物（プリント、コピー）として機外に排出される。記録材Ｐを分離した後のドラム４１の表面は、クリーニング装置４６で転写残トナーの除去を受けてクリーニングされ、繰り返して作像に供される。
【００１０】
（２）定着装置Ｆ：図１の（ｂ）は定着装置Ｆの要部の拡大横断面図、図２の（ａ）は要部の正面図、（ｂ）は縦断正面図である。定着装置Ｆについて正面とは、記録材Ｐが導入される側から見た面である。この定着装置Ｆは、加熱ローラ型の誘導加熱方式の像加熱装置であり、コイル（励磁コイル）６と、コイル６に高周波電流を印加する電源としての高周波インバーター（高周波電源）１０１を有する。また、コイル６から生じる磁束Ｈ（図３の（ａ））により発熱し、像を加熱する回転可能な像加熱部材（磁束により発熱する導電層を有する回転加熱体）としてのローラ形状の加熱ローラ（定着ローラ）１を有する。ローラ１は、少なくとも一部が、透磁率低下温度Ｔｃ‘及びキュリー温度Ｔｃを所定の温度に調整した整磁合金である。また、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（ローラ１に圧接して記録材Ｐを挟持する加圧手段）としての弾性加圧ローラ２を有する。また、ローラ１の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ１１を有する。また、サーミスタ１１の検知温度が所定の制御温度Ｔに維持されるようにインバーター１０１からコイル６への通電を制御する制御手段（通電制御手段）としての制御回路部（ＣＰＵ）１００を有する。そして、ニップ部Ｎで像ｔを担持した記録材Ｐを挟持搬送して加熱する装置である。
【００１１】
ローラ１は、外径が４０ｍｍ、厚さは２．０ｍｍ、長さ３４０ｍｍの円筒体であり、鉄、ニッケル、クロム等の材料が配合された整磁合金（所定の温度にキュリー温度を調整した整磁合金）よりなる導電層である円筒状の芯金１ａを有する。芯金１ａ上にはトナーに対する離型性を高めるためにＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂より成る、厚さ３０μｍの表層１ｂが設けられている。カラー画像等の高画質な定着画像を得るために、芯金１ａと表層１ｂの間にシリコーンゴムなどの耐熱弾性層を設けても良い。本実施例においては、芯金１ａは、透磁率低下温度Ｔｃ‘が２００℃、透磁率が低下して安定した温度であるキュリー温度Ｔｃが２３０℃になるように、鉄、ニッケル、クロム等の材料が配合された整磁合金よりなる。透磁率低下温度Ｔｃ’は、画像形成時に記録材上の像を加熱する所定の像加熱温度（以下、定着温度と記す）Ｔｆ（本実施例では１９０℃とする）より高い温度に設定した。また、キュリー温度Ｔｃは異常検知温度Ｔｅ（本実施例では２２５℃とする）より高い温度に設定した。ローラ１は両端部側がそれぞれ装置枠体（定着ユニットフレーム）の一部である手前側と奥側の側板２１・２２間に軸受２３を介して回転可能に支持されている。ローラ１の内部には、ローラ芯金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を生じさせるためのコイル６を有する磁束発生手段（磁場発生手段）としてのコイル・アセンブリ３が挿入されている。
【００１２】
ローラ２は、芯金２ａと、この芯金回りに同心一体に形成した耐熱弾性層２ｂと、その弾性層の外周面を覆う表層２ｃと、から成る、外径３８ｍｍ、長さは３３０ｍｍの弾性ローラである。芯金２ａは、外径２８ｍｍ、肉厚３ｍｍの金属パイプ材である。弾性層２ｂは厚さ５ｍｍの耐熱弾性材の層である。表層２ｃは、ＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂より成る厚さ３０μｍの薄層である。ローラ２はローラ１の下側に並行に配列されて、芯金２ａの両端部側がそれぞれ装置枠体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れている。そして、ローラ１とローラ２は互いに不図示の加圧機構によって所定の押圧力で弾性層２ｂの弾性に抗して圧接されている。これにより、両ローラ１・２間に、記録材Ｐを挟持搬送してトナー画像を加熱定着するための、記録材搬送方向Ｄにおいて幅約５ｍｍの定着ニップ部（加熱加圧ニップ部）Ｎが形成されている。ここで、本発明において、装置構成部材について、長手方向とは、ニップ部Ｎを含む平面において記録材Ｐの搬送方向Ｄに対して直交する方向である。また、中央部及び端部は、その長手方向の中央部及び端部である。
【００１３】
コイル・アセンブリ３は、ボビン４、磁性コア（磁性材からなる芯材）５（１，２）、コイル６、絶縁部材製のステー７等を有する。コア５はボビン４に保持されており、コイル６はボビン４の周囲に電線（リッツ線）を巻回して形成されている。ボビン４・コア５・コイル６の一体ユニットがステー７に固定支持されている。アセンブリ３は、ローラ１の円筒内部に挿入されている。そして、アセンブリ３は、ローラ内面とコイル６間に所定の一定のギャップを保持させた状態で、ステー７の長手方向の両端部７ａ・７ａがそれぞれ装置枠体の手前側と奥側の保持部材２４・２５に対して非回転に固定支持されて配設されている。ボビン４・コア５・コイル６の一体ユニットはローラ１の両端開口部から外部に露呈しないようにローラ内側に位置している。コア５はフェライト、パーマロイ等の、高透磁率で残留磁束密度の低い材料であって、コイル６によって発生した磁束をローラ１の芯金１ａに導くものである。本実施例におけるコア５は横断面Ｔ字型であり、Ｔ字の横棒部分を形成するサイドコア５（１）と縦棒部分を形成するセンターコア５（２）とが組み合わされている。コイル６は、ローラ１の長手方向、即ちローラ１の回転軸線方向に平行に延び、コア５を周回するようにボビン４の形状に合せて横長舟型に複数回巻回して両端で折り曲げられて巻かれるリッツ線を束ねたものである。また、ローラ１の内周に沿うように湾曲して配置されている。６ａ・６ｂはコイル６の２本のリード線（コイル供給線）であり、ステー７の奥側から外部に引き出されてインバーター１０１に接続されている。
【００１４】
インバーター１０１はスイッチング素子を有し、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦにより、所定の周波数の電流をコイル６に流すことができる。本実施例で用いたインバーター１０１は所定の電圧（１００Ｖ）で出力し、電力制御は可変の電流値及び電流のＯＮ／ＯＦＦ時間によって決定される。サーミスタ１１は、支持部材１１ａを介して装置枠体に保持されてローラ１の外側に配設されていて、ローラ１の表面の温度を接触式（直接）もしくは非接触式（間接）にて検知する。本実施例においては、サーミスタ１１は、ローラ１を隔ててコイル６に向かい合う位置において、ローラ１の表面に対して弾性を有する支持部材１１ａにより弾性的に圧接されて配置されている。サーミスタ１１のローラ温度に関する検知信号は制御回路部１００に入力する。１２は定着前ガイド板であり、作像機構部側から装置Ｆに搬送された記録材Ｐをニップ部Ｎの入口部に案内する。１３は分離爪であり、ニップ部Ｎを出た記録材Ｐがローラ１に巻き付くことを抑え、ローラ１から記録材Ｐを分離するためのものである。１４は定着後ガイド板であり、ニップ部Ｎを出た記録材Ｐを排紙案内する。ボビン４、ステー７、分離爪１３は耐熱及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。異常検知温度Ｔｅ（本実施例では２２５℃）はこのプラスチックの耐熱温度に基いて設定している。Ｇ１はローラ１の奥側の端部側に外嵌固着させたドライブギアである。ギアＧ１に駆動源Ｍ１から伝達系（不図示）を介して駆動力が伝達されることで、ローラ１が矢印Ａの時計方向に本実施例では３００ｍｍ／ｓｅｃの周速度にて回転する。ローラ２はニップ部Ｎでのローラ１との摩擦力でローラ１の回転に従動して矢印の反時計方向Ｂに回転する。１５はローラクリーナであり、クリーニングウエブ１５ａをロール巻きに保持した繰り出し軸部１５ｂと、巻取り軸部１５ｃと、軸部１５ｂ・１５ｃ間のウエブ部分をローラ１の外面に押し付けるローラ１５ｄを有する。ローラ１５ｄでローラ１に押し付けたウエブ部分でローラ１の面にオフセットしたトナーが拭われてローラ１の面が清掃される。ローラ１に押し付けられるウエブ部分は軸部１５ｂ側から軸部１５ｃ側にウエブ１５ａが間欠的に少しずつ送られることで徐々に更新される。
【００１５】
本実施例では、記録材Ｐの通紙は中央基準で行われる。Ｓはその中央基準線（仮想線）である。即ち、装置に通紙使用可能な全ての幅サイズの記録材の中央部がローラ１の長手方向中央部（ローラ１の有効発熱領域幅の中央部）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幅サイズ（以下、大サイズ紙と記す）は例えばＡ３（縦送り：幅２９７ｍｍ）である。また通紙できる記録材の最小幅サイズ（以下、小サイズ紙と記す）は例えばＡ５（縦送り：幅１４８ｍｍ）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。サーミスタ１１は、小サイズ紙の通紙領域幅Ｐ２の略中央部に対応する、ローラ１の長手方向中央部分に設けられている。即ち、サーミスタ１１は、ローラ１の回転軸線方向（ローラ長手方向）に関して、装置に通紙使用可能な全ての幅サイズの記録材が通過する領域に配置されている。
【００１６】
画像形成装置の制御回路部１００は装置のメイン電源スイッチ（不図示）のＯＮにより画像形成装置を起動させて所定の立ち上げモードをスタートさせる。定着装置Ｆについては所定の立ち上げ温度Ｔｗ（本実施例１では１９５℃とする）になるまで温度上昇させる工程をスタートさせる。即ち、ローラ１の回転が駆動源Ｍ１の起動により開始する。このローラ１の回転に従動してローラ２も回転する。また、制御回路部１００はインバーター１０１を起動させてコイル６に高周波電流を流す。これによりコイル６の周囲に高周波交番磁束が発生し、ローラ１が電磁誘導発熱して立ち上げ温度Ｔｗに向かって昇温していく。このローラ１の昇温がサーミスタ１１で検知され、その検知温度情報が制御回路部１００に入力する。ローラ１の温度が立ち上げ温度Ｔｗに到達したら、画像形成信号の入力を待機するスタンバイ状態（待機モード）となる。待機モードにおいては、通電制御手段である制御回路部１００は、サーミスタ１１の検知温度がスタンバイ温度Ｔｓ（本実施例では立ち上げ温度Ｔｗと同じ１９５℃とする）に維持されるように、インバーター１０１からコイル６への高周波電流を制御する。そして、この待機モード時に画像形成信号が入力されると、画像形成機構部が動作して記録材上に未定着のトナー像が形成される。また、制御回路部１００はローラ１の温度を画像形成時に記録材上の像を加熱する所定の定着温度Ｔｆ（本実施例１では１９０℃）に温調する。そして、未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐがニップ部Ｎで挟持搬送されることで、所定の定着温度Ｔｆに維持されたローラ１の熱とニップ圧により、未定着トナー像ｔが記録材Ｐの面に加熱定着される。像加熱工程中（定着動作中）においては、通電制御手段である制御回路部１００は、加熱ローラ１の大サイズ記録材通紙領域幅Ｐ１の略全域が定着温度Ｔｆに維持されるよう、インバーター１０１からコイル６への高周波電流を制御する。なお、インバーター１０１及び制御回路部１００は、サーミスタ１１の出力と所定の立ち上げ温度Ｔｗ／スタンバイ温度Ｔｓ／定着温度Ｔｆとの差分に応じてコイル６に印加される電流の電流値及び周波数を変更することによって、電力の制御が行われている。ここで、上記の所定の立ち上げ温度Ｔｗ／スタンバイ温度Ｔｓ／定着温度Ｔｆを総称して所定の制御温度（温調温度）Ｔとする。制御回路部１００は、サーミスタ１１が、所定の制御温度Ｔよりも高い設定としている異常検知温度Ｔｅ（高温エラー温度：本実施例では２２５℃）を検知すると、定着装置Ｆの異常と判断する。そして、直ちに、インバーター１０１からコイル６への高周波電流の印加を停止する。即ち、本実施例においては、制御回路部１００は、サーミスタ１１が所定の制御温度Ｔよりも高い異常検知温度Ｔｅ以上を検知したら、ローラ１の加熱を停止する保護手段としても機能している。
【００１７】
次に、図３の（ａ）を用いて、ローラ１の芯金１ａの電磁誘導発熱原理を説明する。コイル６には、インバーター１０１から交流電流が印加され、これによってコイル６の周囲には矢印Ｈで示した磁束が生成消滅を繰り返す。磁束Ｈは、コア５（１，２）と芯金１ａによって形成された磁路に沿って導かれる。コイル６が生成した磁束の変化に対して、芯金１ａの肉厚内では、磁束の変化を妨げる方向に磁束を発生するように渦電流が発生する。この渦電流を矢印Ｃで示す。この渦電流Ｃは、表皮効果により芯金１ａのコイル６側の面に集中して流れ、芯金１ａの表皮抵抗Ｒｓ（Ω）に比例した電力で発熱を生じる。コイル６に印加する交流電流の周波数ｆ（Ｈｚ）、芯金１ａの導体の透磁率μ（Ｈ／ｍ）、芯金１ａの固有抵抗ρ（Ω・ｍ）から得られる表皮深さδ（ｍ）及び表皮抵抗Ｒｓ（Ω）は、式１及び式２で示される。また、芯金１ａに発生する電力Ｗは、芯金１ａに誘導される渦電流をＩｆ（Ａ）として、式３で示される。
【００１８】
【数１】
2011090087.tif 000003
【００１９】
以上より、芯金１ａの発熱量を増加させるためには、渦電流Ｉｆを大きくする、または表皮抵抗Ｒｓを大きくすればよい。渦電流Ｉｆを大きくするためには、コイル６によって生成される磁束を強くする、あるいは磁束の変化を大きくすればいい。例えば、コイル６の巻き数を増やしたり、磁性コア５として、より高透磁率で残留磁束密度の低いものを用いると良い。また、コア５と芯金１ａとのギャップαを少なくすることで、芯金１ａ中に導かれる磁束が増加するため、渦電流Ｉｆを大きくすることが出来る。一方、表皮抵抗Ｒｓを大きくするためには、コイル６に印加する交流電流の周波数ｆを高くして、表皮深さを浅くするか、透磁率μの高く、固有抵抗の高い材料の芯金１ａを選択すればよい。
【００２０】
次に、キュリー温度Ｔｃについて説明する。一般に強磁性体は、材料固有のキュリー温度付近まで加熱されると、自発磁化を失い透磁率μが減少する。したがって、ローラ１の導電部材である芯金１ａの温度がキュリー温度Ｔｃを越えてしまうと、表皮抵抗Ｒｓが減少する。その結果、芯金１ａの発熱量Ｗが減少する。ただし、一般には、キュリー温度Ｔｃの前後で急に透磁率μが変化するわけではなく、キュリー温度Ｔｃよりも低い透磁率低下温度Ｔｃ‘から変化が開始する。本実施例では、透磁率の測定方法は以下のように行なう。岩通計測株式会社製のＢ−Ｈアナライザー（型番：ＳＹ−８２３２）を用いて測定した。測定試料に装置の所定の一次コイルと二次コイルを巻きつけて周波数５０ｋＨｚで測定する。試料にコイルを設定したら、恒温室に試料を入れて温度を飽和させ、その温度における透磁率をプロットする。恒温室の温度を変えることで透磁率の温度依存性曲線が得られる。このように測定すると透磁率の温度依存性曲線は図３の（ｂ）のようになる。
【００２１】
本実施例では、透磁率低下温度Ｔｃ‘及びキュリー温度Ｔｃは次のようにして求めた。即ち、図３の（ｂ）に示す透磁率の温度依存性曲線の、室温から所定の制御温度Ｔ（ここでは、定着温度Ｔｆ＝１９０℃）までの区間を期間（１）とする。透磁率が低下している区間を区間（２）とする。透磁率が低下しきって安定している区間（比透磁率が１である区間）を区間（３）とする。そして、区間（１）の近似直線ａと区間（２）の近似直線ｂとの交点における温度を透磁率低下温度Ｔｃ‘とした。また、区間（２）の近似直線ｂと区間（３）の近似直線ｃとの交点における温度をキュリー温度Ｔｃとした。近似直線ａは制御温度Ｔにおける温度依存性曲線の接線である。また、近似直線ｃは、比透磁率が１である直線である。図３では、(３)の区間では、近似直線ｃと温度依存性曲線とが一致していないが、これは近似直線ｃの存在を明確にするためであり、本来は一致している場合が多い。また、近似直線ｂは、本実施例では図３のような直線となるが、直線的に比透磁率が減少しない場合には、区間（２）において、もっとも勾配が大きい（大きく比透磁率が低下する）部分の近似直線あるいは接線である。本実施例の構成を示す図２の（ａ）において、サーミスタ１１は、小サイズ紙の通紙領域幅Ｐ２の略中央部に対応する、ローラ１の中央部分に設けられている。そのため、ローラ１の小サイズ紙が通過する領域Ｐ２の温度は、透磁率低下温度Ｔｃ‘よりも低い所定の制御温度Ｔ（立ち上げ温度Ｔｗ／スタンバイ温度Ｔｓ／定着温度Ｔｆ）に維持される。ローラ１の小サイズ紙が通過しない、領域Ｐ２以外の領域の温度は、透磁率の低下による発熱量の減少にともなって、発熱量と放熱量のバランスのとれた所定の飽和温度に自己調整される。
【００２２】
次に、本実施例の構成において、小サイズ紙を連続通紙したときに芯金１ａの端部のみ飽和温度になった場合のコイル６の負荷抵抗Ｒｎ（Ω）についての概念図を図４の（ａ）に示す。非通紙部昇温によりローラ端部のみキュリー温度以上になったときの、非通紙部昇温時における負荷抵抗Ｒｎは、キュリー温度以上における負荷抵抗とキュリー温度未満における負荷抵抗が直列に接続されているとみなせる。この状態では、コイル６の負荷抵抗Ｒｎ（Ω）は、式４で表すことが出来る。ここで、キュリー温度未満における単位長さあたりの負荷抵抗をＲ１（Ω／ｍ）、キュリー温度以上における単位長さあたりの負荷抵抗をＲ２（Ω／ｍ）、大サイズの通紙幅領域幅をｌ１（ｍ）、小サイズ紙の通紙領域幅をｌ２（ｍ）とする。一方、何らかの異常によって芯金１ａの温度が全体に亘ってキュリー温度以上になってしまった場合、異常時における負荷抵抗Ｒｅ（Ω）は、式５で表すことが出来る。したがって、式４と式５より式６が得られる。ここで、Ｒ１は常にＲ２よりも大きいため、ＲｎはＲｅよりも大きいことが判る。
【００２３】
【数２】
2011090087.tif 000004
【００２４】
本実施例においては、コイル６に印加する高周波電流の電流値及び周波数は、上述の非通紙部昇温時の負荷抵抗Ｒｎに基づいて決定される。そのため、異常時においては、コイル６の負荷抵抗が小さくなってしまうため、コイル６に通常よりも大きい電流値が印加されてしまう。このため、インバーター１０１に負荷がかかり、インバーターの昇温や、故障に至る場合もある。したがって、本実施例においては、ローラ１の透磁率低下温度Ｔｃ’は、ローラ１の所定の制御温度Ｔ（立ち上げ温度Ｔｗ／スタンバイ温度Ｔｓ／定着温度Ｔｆ）より高い温度に設定し、また、キュリー温度Ｔｃは異常検知温度Ｔｅより高い温度に設定した。すなわち、このように各温度を設定することで、芯金１ａの温度がキュリー温度Ｔｃを越える前に異常（装置の高温エラー）を検知できるため、何らかの異常があっても、インバーター１０１に負荷を与えることなく、異常を検知することが可能となる。
【００２５】
像加熱部材であるローラ１の整磁合金である芯金１ａの厚さｔが、表皮深さよりも薄い場合、電磁誘導発熱量は透磁率の二乗根に比例する。透磁率の変化の大きい温度領域で温度制御を行う場合、発熱量にバラツキが生じるため、ローラ１の温度制御を精度良く行うためには、透磁率の変化が少ない透磁率低下温度Ｔｃ‘以下で行う。一方、比透磁率が下がりきって１となる温度であるキュリー温度Ｔｃ以上では、芯金１ａは非磁性となる。この状態では、ローラ１の外部に磁束が漏れてしまい、発熱効率が低下してしまう。発熱効率の手かは、インバーター１０１の発熱／負荷となり、インバーター１０１の故障に至る場合がある。したがって、異常検知温度Ｔｅを、キュリー温度Ｔｃよりも低く設定することで、装置の高温エラー時においてもインバーター１０１に負荷を与えずに、支障なく装置の加熱を停止することが可能となる。即ち、所定の制御温度Ｔ、透磁率低下温度Ｔｃ‘、異常検知温度Ｔｅ、キュリー温度Ｔｃが、Ｔ≦Ｔｃ‘＜Ｔｅ＜Ｔｃ、の関係を満足することで、整磁合金を備える像加熱装置において、異常加熱をより早く検知することを可能となり、電源の故障には至らない。
【００２６】
ここで、本発明に関して、本実施例で例示した各設定温度は、これに限られるものではない。即ち、使用するトナーや像加熱装置の構成及び発熱分布、高周波電源の制御による温度リップルやオーバーシュート、温度検知手段の検知温度の公差等を考慮して、最適になるよう設定しても、本発明は適応可能である。また、本発明を用いた像加熱装置が使用される環境や、搬送される記録材（紙）の厚みや、ローラ１の蓄熱状態等によってはスタンバイ温度Ｔｓ及び定着温度Ｔｆを複数有しても本発明は適応可能である。また、本実施例１では、加熱ローラを用いた熱ローラ方式の像加熱装置であるが、エンドレスベルトを用いたベルト加熱方式等にも適用できることは自明である。また、複数の異なる金属を積層させたクラッドローラを用いる場合も、整磁合金の層が少なくとも１層備えれば、本発明を適用可能である。また、本実施例を記録材上の異なる色のトナーを重ね合わせてカラー画像を形成するカラー画像形成装置に用いても、同様の効果を得ることができる。また、本実施例では、ローラ１の内部にコイル６を配置したが、ローラ１の外部に配置しても、同様に適用することが可能である。また、保護手段としての制御手段１００とは別の保護手段、例えば、サーミスタ１１の温度ないしは抵抗を検知してコイル６への通電を遮断する保護回路を備えることもできる。これにより、制御手段１００の異常による像加熱装置の過昇温の場合であっても、像加熱装置の加熱を停止させることが出来る。
【００２７】
［実施例２］
画像形成装置の省エネルギー化及びウォームアップ時間の短縮に対して、像加熱部材（回転加熱体）１の熱容量を少なくすることが効果的である。実施例１に示したような像加熱装置において、像加熱部材１の芯金１ａの厚さを薄くした場合、式１に示される表皮深さδが芯金１ａの厚さよりも大きくなると、芯金１ａの温度がキュリー温度Ｔｃよりも低い状態であっても、コイル６の負荷抵抗が低下してしまう。そのため、コイル６に印加される電流が増加してしまう。これは、コイル６が発生する磁束の一部が、芯金１ａの外側に漏れてしまうためである。したがって、表皮深さδが芯金１ａの厚さ以下になるような温度領域で異常検知温度Ｔｅを設定することによって、何らかの異常があっても、インバーター１０１に負荷を与えることなく、異常を検知することが可能となる。ここで、像加熱部材１の芯金１ａの厚さをｔ（ｍ）とすると、芯金１ａの厚さｔと表皮深さδが等しくなるときの透磁率μ‘は式７で表される。
【００２８】
【数３】
2011090087.tif 000005
【００２９】
本実施例においては、芯金１ａの厚さは０．５ｍｍであり、芯金１ａに用いた整磁合金の固有抵抗は８．０×１０＾−７Ωｍであり、コイル６に印加する高周波電流の周波数は２０ｋＨｚである。ここで、式７より、本実施例の構成においては透磁率μが５．１×１０＾−５Ｈ／ｍ（比透磁率としては約４０）の時に芯金１ａの厚さと表皮深さが等しくなることが判る。そして、図３の（ｂ）に示される透磁率の温度依存性曲線より、芯金１ａの厚さと表皮深さが等しくなる限界温度Ｔｅ‘は２２０℃の時であることが判る。言い換えると、本実施例の構成において、芯金１ａの温度が２２０℃を越えると、芯金１ａの外部にコイル６の発生した磁束の一部が漏れ出すため、コイル６の負荷抵抗が低下してしまい、インバーター１０１に負荷を与えてしまう。したがって、異常検知温度Ｔｅを、限界温度Ｔｅ‘である２２０℃未満に設定すれば、何らかの異常時にあってもコイル６の発生した磁束が芯金１ａの外部に漏れることが無く、インバーター１０１に負荷を与えることがない。そのため、像加熱部材１の芯金１ａの厚さを薄くした場合においても、支障なく異常を検知することが可能となる。
【００３０】
即ち、像加熱部材であるローラ１の整磁合金である芯金１ａの表皮深さが芯金１ａの厚さｔよりも大きくなると、コイル６が発生する磁束が、ローラ１の外部に漏れてしまい、発熱効率が著しく低下してしまう。発熱効率の低下は、インバーター１０１の発熱／負荷となり、インバーター１０１の故障に至る場合がある。したがって、異常検知温度Ｔｅは、透磁率低下温度Ｔｃ‘よりも高く、かつ芯金１ａの異常検知温度Ｔｅの時の表皮深さが芯金１ａの肉厚ｔよりも少なくなる（芯金１ａの厚さｔは、芯金１ａの温度が異常検知温度Ｔｅの時の表皮深さよりも大きい）ように設定する。これにより、整磁合金を備える像加熱装置において、異常加熱をより早く検知することを可能となり、電源の故障には至らない。即ち、高温エラー時においても、インバーター１０１に負荷を与えずに、より支障なく装置の加熱を停止することが可能となる。本実施例は、実施例１と同様に、適用する像加熱装置に最適となるように種々の変更を加えても良い。
【符号の説明】
【００３１】
Ｆ・・像加熱装置、１・・像加熱部材、１ａ・・芯金（整磁合金）、６・・コイル、１１・・温度検知手段、１００・・制御手段（通電制御手段、保護手段）、１０１・・電源
【図１】
2011090087.tif 000006
【図２】
2011090087.tif 000007
【図３】
2011090087.tif 000008
【図４】
2011090087.tif 000009