(57)【要約】【課題】簡易・安価な構成で励磁コイルの温度がコイルの被覆耐熱温度を超えないで使用することができる画像形成装置を提供すること。【解決手段】シート材にトナー画像を形成する画像形成手段と、互いに表面で圧接されると共に回転自在に配置された定着部材と加圧部材との間に加熱挟圧搬送して前記シート材に形成された画像を溶融定着させる誘導加熱方式の定着手段と、前記定着手段に入力している電力を検出する電力検出手段と、前記電力検出手段によって検出された電力値を演算する演算手段と、を有し、前記演算手段によって演算された値と、予め設定されている所定値とを比較して、演算値が所定値を超えた場合に、前記定着手段に入力する電力を減少させる画像形成装置において、予め設定されている所定値が可変であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート材にトナー画像を形成する画像形成手段と、互いに表面で圧接されると共に回転自在に配置された定着部材と加圧部材との間に加熱挟圧搬送して前記シート材に形成された画像を溶融定着させる誘導加熱方式の定着手段と、前記定着手段に入力している電力を検出する電力検出手段と、前記電力検出手段によって検出された電力値を演算する演算手段と、を有し、前記演算手段によって演算された値と、予め設定されている所定値とを比較して、演算値が所定値を超えた場合に、前記定着手段に入力する電力を減少させる画像形成装置において、
予め設定されている所定値が可変であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記予め設定されている所定値は、定着部材の温度に応じて可変であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記予め設定されている所定値は、シート材に応じて可変であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記予め設定されている所定値は、環境温度に応じて可変であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関すものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた画像形成装置は、通常転写材と静電的に転写材に担持された樹脂、磁性体、着色料等から成るトナーとを、互いに圧接・回転している定着ローラと加圧ローラの圧接部（ニップ部）で挟持搬送しながら熱と圧力を加えること等で、溶融定着せしめる定着装置を有している。
【０００３】
このような定着装置において、加熱する手段として励磁コイルによる磁界で定着ローラ内面に設けた導電層に渦電流を発生させ、ジュール熱により発熱させる方法が知られている（特許文献１参照）。この方法は、熱発生源をトナーの極近くに置くことができるため、従来のハロゲンランプを用いた方式に比して、定着装置の起動時に定着ローラ表面の温度が定着に好適な温度になるまでに要する時間を短縮することができるという特徴を有している。又、熱発生源からトナーへの熱伝達経路が短くて単純であるために熱効率が高いという特徴も有している。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５０−０４５６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような定着装置においては、熱容量の大きい転写材でベタ画像等のトナーを多量に要する画像比率の高い画像を連続して多量に定着する場合に大きな電力を励磁コイルに入力するため、と励磁コイルが高温になってしまうことがある。
【０００６】
励磁コイルは、通常は耐熱性被覆を施した細い電線を複数本リップしたものを用いているが、被覆の耐熱温度を超えて高温になると、ショートしてしまい危険である。これを防止するためには、励磁コイルの温度を検出する温度検出手段を設ける必要があり、装置が複雑・高価になってしまうという欠点があった。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、簡易・安価な構成で励磁コイルの温度がコイルの被覆耐熱温度を超えないで使用することができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、シート材にトナー画像を形成する画像形成手段と、互いに表面で圧接されると共に回転自在に配置された定着部材と加圧部材との間に加熱挟圧搬送して前記シート材に形成された画像を溶融定着させる誘導加熱方式の定着手段と、前記定着手段に入力している電力を検出する電力検出手段と、前記電力検出手段によって検出された電力値を演算する演算手段と、を有し、前記演算手段によって演算された値と、予め設定されている所定値とを比較して、演算値が所定値を超えた場合に、前記定着手段に入力する電力を減少させる画像形成装置において、予め設定されている所定値が可変であることを特徴とする。
【０００９】
上記構成において、予め設定されている所定値が可変である手段は、前記定着手段に入力する電力を減少させる間での時間を一律ではなく、画像形成モードに応じて可能な限り長くできるように作用する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易・安価な構成で励磁コイルの温度がコイルの被覆耐熱温度を超えないで使用することができるとともに、画像形成装置の生産性を画像形成モードに応じて高く保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の特徴を最も良く示す図面であり、本発明に係る画像形成装置に備えられた定着装置の模式的断面図である。
【００１３】
定着ローラ１は、外径３２［ｍｍ］、厚さ０．５［ｍｍ］の鉄製の芯金シリンダであり、表面の離型性を高めるためにＰＴＦＥ１０〜５０［μｍ］や、ＰＦＡ１０〜５０［μｍ］の層を設けても良い。又、定着ローラ１の他の材料として、例えば磁性ステンレスのような磁性材料（磁性金属）といった比較的透磁率μが高く、適当な低効率ρを持つものを用いても良い。
【００１４】
加圧ローラ２は、外径２０［ｍｍ］の鉄製の芯金の外周に厚さ５［ｍｍ］のＳｉゴムの層を有し、定着ローラ１と同様に表面の離型性を高めるために例えばＰＴＦＥ１０〜１００［μｍ］や、ＰＦＡ１０〜１００［μｍ］の層を設けても良く、総外径は３０［ｍｍ］である。
【００１５】
定着ローラ１と加圧ローラ２は、回転自在に支持されており、定着ローラ１のみを駆動する構成になっている。加圧ローラ２は、定着ローラ１の表面に圧接されており、圧接部（ニップ部）での摩擦力で従動回転するよう配置されている。又、加圧ローラ２は、定着ローラ１の回転軸方向にバネ等を用いた不図示の機構によって加圧されている。加圧ローラ２は、約２０［ｋｇ重］で荷重されており、その場合、圧接部の幅（ニップ幅）は約４［ｍｍ］になる。しかし、都合によっては荷重を変化させてニップ幅を変えても良い。
【００１６】
搬送ガイド３は、定着のトナー画像４を担持しながら搬送される用紙５を定着ローラ１と加圧ローラ２とのニップ部へ案内する位置に配置されている。
【００１７】
分離爪６は、定着ローラ１表面に当接して配置され、用紙５がニップ部を通過した後に定着ローラ１に張り付いてしまった場合にこの用紙５を強制的に分離してジャムの発生を防ぐためのものである。
【００１８】
励磁コイル７は、外径０．１５〜０．５０［ｍｍ］の絶縁被覆した導線を２０〜１５０本リッツにしたものを用いており、これは不図示の高周波コンバーターに接続されている。この励磁コイル７には１０〜１００［ｋＨｚ］の交流電流が印加され、１５００［Ｗ］程度までの電力が供給される。
【００１９】
更に、励磁コイル７が昇温した場合を考えて絶縁被覆には２２０℃耐熱性のものを使用した。励磁コイル７に流れる交流電流によって誘導された磁界は、導電性である定着ローラ１の内面付近に渦電流を流し、ジュール熱を発生させる。この発熱を増加させるためには交流電流の電流振幅を大きくすると良く、励磁コイル７の巻き数を減らすことによって可能となるが、同時に励磁コイル７の電気抵抗による発熱量も増加するため、本実施の形態では励磁コイル７の巻き数は８巻きとした。
【００２０】
磁性体コア８は、高透磁率且つ低損失のものを用いると良く、磁気回路の効率を上げるためと磁気遮蔽のために用いられる。
【００２１】
励磁コイル７と磁性体コア８は、アルミ製の保持ホルダー９によって定着ローラ長手方向両端部で保持されており、絶縁性の熱収縮チューブ１０で覆われて励磁コイル・磁性体コアユニットを構成している。尚、図示のように励磁コイル・磁性体コアユニットが傾いて配設されているのは、励磁コイル７が対向している定着ローラ１の導電層が局所的に発熱するため、その発熱部がニップ部の直前になるようにすることで効率良くニップ部でトナー画像４と用紙５に熱を供給するためである。
【００２２】
温度センサー１１は、定着ローラ１の局所的に発熱する部分の表面に当接するように配置され、該温度センサー１１の検知信号に基づいて励磁コイル７への電力供給を増減させることによって、定着ローラ１の表面温度が所定の一定値になるよう自動制御される。例えば、通常の温度環境下では１８０℃になるように制御されるが、低温環境下では定着性能を上げることが必要であるため１９０℃になるように制御される。
【００２３】
次に、本実施の形態の形態における一例として、画像形成装置が起動されてから待機状態を経て画像形成動作を行うときの定着ローラ１の温度、励磁コイル７への入力電力、励磁コイル７の温度について、通常温度環境下の場合を図２に、低温環境下の場合を図３にそれぞれ示す。
【００２４】
環境温度が異なると、紙とトナーが定着するのに必要な熱量も異なるため、定着温度を環境温度に応じて変えると良い。よって、本実施の形態では、通常温度環境下では１８０℃で、低温環境下では１９０℃でそれぞれ定着ローラ１を制御する。
【００２５】
起動時は、定着ローラ１の温度が目標温度であるそれぞれ１８０℃、１９０℃に達するまで励磁コイル７には１０００［Ｗ］が入力される。そのとき、励磁コイル７の温度は、室温から徐々に上昇し始める。
【００２６】
次に、画像形成装置は待機状態に入り、定着ローラ１はそれぞれ１８０℃、１９０℃で一定温度に保たれる。待機中は励磁コイル７に入力される電力は少ないが、高温の定着ローラ１内に励磁コイル７があるため、励磁コイル７は徐々に昇温を続ける。その後、画像形成動作を行うが、本実施の形態では、画像形成スピードが１分間にＡ４サイズで３０枚（３０ｃｐｍ）である。３０ｃｐｍで画像形成をしばらく続けると、定着ローラ１の熱が紙とトナーに奪われるため、励磁コイル７へは待機中よりも大きな入力電力が必要で（本実施の形態の場合、最大で８００Ｗ）、励磁コイル７の温度上昇の傾きも大きくなる。
【００２７】
ところで、励磁コイル７に入力した電力を積算しており、常時過去３０分間に入力した電力の積算値が分かっている。本実施の形態では、、通常温度環境下で定着ローラ１の温調温度が１８０℃の時は３０分間の積算電力が３００Ｗｈ、低温環境下で定着ローラ１の温調温度が１９０℃の時は３０分間の積算電力が２５０Ｗｈになった時に励磁コイル７の温度が被覆の耐熱温度である２２０℃に達したと判断することができる。これは、単位時間当たりに励磁コイル７に入力した電力量で励磁コイル７の上昇温度が予想できるからである。よって、積算電力量がそれぞれの閾値電力量に達した時は、励磁コイル７の温度を下げなければならないことになる。又、低温環境の方が閾値電力量が低いのは、次の２つの理由からである。
【００２８】
即ち、先ず、図２及び図３に示すように、定着ローラ１の温調温度が低温環境の方が１０℃だけ高いため、定着ローラ１内に入っている励磁コイル７の温度は、当然低温環境の方が高くなり、励磁コイル７の耐熱温度である２２０℃に達するのも早くなってしまうからである。例えば、最初の待機状態が終了する瞬間には、通常温度環境では励磁コイル温度が１８５℃であり、低温環境出で１９５℃である。次に、画像形成動作中に定着ローラ１の温度が高ければそれだけ必要な電力も多くなるため、励磁コイル７のジュール発熱が増加する結果、励磁コイル温度は高温になってしまうからである。
【００２９】
励磁コイル７の温度を下げる手段として、画像形成速度を通常の３０ｃｐｍから半分の１５ｃｐｍに遅くする。これは、紙と紙の間を空けて達成するものであり、定着ローラ１の回転速度は不変である。その結果、定着ローラ１が紙とトナーに奪われる熱が減少するため、励磁コイル７に入力する電力が少なくと済む。よって、一時は耐熱温度に達した励磁コイル７の温度を下げることが可能になる。画像形成が終了すると待機状態になり、励磁コイル７への入力電力は減少するために温度は下がる。
【００３０】
通常温度環境下（定着ローラ１は１８０℃制御）では、図２に示すように、３０分間積算電力量が３００Ｗｈになるのは、画像形成開始後２８分経過した時である。これに対して、低温度環境下（定着ローラ１は１９０℃制御）では、図３に示すように、３０分間積算電力量が２５０Ｗｈになるのは、画像形成開始後１８分経過した時である。低温環境下の方が早く閾値電力量に達してしまうため、３０ｃｐｍのフルスピードで画像形成することができる時間も短くなってしまう。閾値電力量が定着ローラ１の目標温調温度に関わらず一定であれば、安全のために２５０Ｗｈに設定せざるを得ないため、例えば通常温度環境下では３０ｃｐｍのフルスピードで画像形成できるのは２３分であり、本実施の形態の場合は５分短縮されてしまうことになる。閾値電力量を定着ローラ１の目標温調温度に応じて可変にすることによって、定着ローラ１の目標温調温度が低い時には、３０ｃｐｍのフルスピードで画像形成できる時間を長くすることができる。
【００３１】
このように、本実施の形態では、電力検出手段によって検出された電力値を演算手段で演算した値と、予め設定されている所定値とを比較して、演算値が所定値を超えた場合に定着手段に入力する電力を減少させる画像形成装置において、予め設定されている所定値を可変にすることによって、定着ローラ１の温調温度が変化しても、確実に励磁コイル７の耐熱温度を超えないようにすることができる。
【００３２】
又、画像形成装置の生産性を、定着ローラ１の温調温度に応じて高く保つことができる。
【００３３】
＜実施の形態２＞
本実施の形態は、前記実施の形態１で説明した励磁コイルの温度が被覆の耐熱温度に達したと判断する３０分間の積算電力量を、使用するシート材に応じて可変にするものである。
【００３４】
シート材の坪量（単位面積当たりの重さ）によって定着ローラから奪う熱量が異なるため、定着ローラの温調温度を変える必要がある。例えば、厚紙定着時には定着ローラの温調温度を１９０℃、普通紙定着時には１８０℃等のように変えれば、良好な定着性が得られる。この場合、３０分間の積算電力量の閾値電力量をそれぞれ２５０Ｗｈ、３００Ｗｈに設定すると良い。このようにシート材に応じて３０分間の積算電力量の閾値電力量を設定することによって実施の形態１と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、電子写真方式を採用する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に備えられる定着装置に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る画像形成装置に備えられた定着装置の模式的断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における通常環境下での定着装置の定着ローラ温度、励磁コイル入力電力、励磁コイル温度を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における低温環境下での定着装置の定着ローラ温度、励磁コイル入力電力、励磁コイル温度を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    定着ローラ
２    加圧ローラ
３    搬送ガイド
４    定着トナー画像
５    用紙
６    分離爪
７    励磁コイル
８    磁性体コア
９    励磁コイル・磁性体コア保持ホルダー
１０  熱収縮チューブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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