(57)【要約】【課題】安価でかつ安定した加熱状態を得ることのできる電磁誘導加熱方式の像加熱装置及び該像加熱装置を備える画像形成装置の提供。【解決手段】磁束発生手段３と、前記磁束発生手段に電流を供給する電流供給手段１１６と、前記磁束発生手段の発生磁束の作用により発熱する発熱体１を有し、加熱部Ｎに画像を担持した被加熱材Ｐを導入して前記発熱体に直接または伝熱材を介して接触させて搬送させ発熱体の発熱で被加熱材上の画像を加熱する電磁誘導加熱方式の像加熱装置において、前記発熱体はキュリー点が略定着温度付近にもつ磁性材料で構成し、前記電流供給手段による供給電流値を固定値とする。【選択図】図２
2005250012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束発生手段と、
前記磁束発生手段に電流を供給する電流供給手段と、
前記磁束発生手段の発生磁束の作用により発熱する発熱体を有し、加熱部に画像を担持した被加熱材を導入して前記発熱体に直接または伝熱材を介して接触させて搬送させ発熱体の発熱で被加熱材上の画像を加熱する電磁誘導加熱方式の像加熱装置において、
前記発熱体はキュリー点が略定着温度付近にもつ磁性材料で構成し、前記電流供給手段による供給電流値を固定値とする事を特徴とした像加熱装置。
【請求項２】
前記像加熱装置が所定温度以上に上昇した時に前記磁束発生手段と電流供給手段との間を遮断する保護装置を有する事を特徴とした請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項３】
前記保護装置は、前記像加熱装置における前記被加熱材の通過領域外、若しくは通過頻度の低い場所に設ける事を特徴とした請求項２に記載の像加熱装置。
【請求項４】
被加熱材上に記録すべき画像域の情報に基づき、像担持体上に露光手段を介して形成された潜像を顕像化する現像手段と、該現像手段で顕像化された画像を転写した被加熱材上に該画像を加熱定着させる加熱手段とを備えた画像形成装置において、前記加熱手段が請求項１から請求項３の何れかに記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
前記画像形成装置は、複数の動作モードを有し、前記電流供給手段による供給電流値は、ゼロを含む前記動作モードに応じた固定値とする事を特徴とした請求項４に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、電磁誘導発熱する誘導発熱体の発熱により、搬送される被加熱材上の画像を加熱する像加熱装置、及び該像加熱装置を用いた画像形成装置に関するものである。
【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。この誘導加熱定着装置は、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おり、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−熱変換効率がきわめて向上するため、ウォームアップタイムの短縮化が可能となる。
【特許文献１】特開昭５９−３３７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の電磁誘導加熱方式の定着装置では、定着装置近傍に設けられたサーミスタ等の温度センサの出力に基づいて、磁束発生手段に供給する電流値をオン・オフ制御している。
【０００４】
しかしながら、電流値をオン・オフ制御すると制御温度にリップルが生じ、定着温度が変化して、用紙毎に定着性が異なることがあった。
【０００５】
また、温度センサや電流供給量コントローラを必要とするため、装置全体のコストアップ及び装置の大型化という問題も発生する。
【０００６】
定着温度を一定に保つため、電流供給量を連続的、若しくは段階的に制御することも可能だが、制御が複雑化し、その他の制御に影響を及ぼしたり、高価なコントローラを用いる必要があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、安価でかつ安定した加熱状態を得ることのできる電磁誘導加熱方式の像加熱装置及び該像加熱装置を備える画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は下記の構成を特徴とする像加熱装置及び画像形成装置である。
【０００９】
（１）磁束発生手段と、
前記磁束発生手段に電流を供給する電流供給手段と、
前記磁束発生手段の発生磁束の作用により発熱する発熱体を有し、加熱部に画像を担持した被加熱材を導入して前記発熱体に直接または伝熱材を介して接触させて搬送させ発熱体の発熱で被加熱材上の画像を加熱する電磁誘導加熱方式の像加熱装置において、
前記発熱体はキュリー点が略定着温度付近にもつ磁性材料で構成し、前記電流供給手段による供給電流値を固定値とする事を特徴とした像加熱装置。
【００１０】
（２）前記像加熱装置が所定温度以上に上昇した時に前記磁束発生手段と電流供給手段との間を遮断する保護装置を有する事を特徴とした（１）に記載の像加熱装置。
【００１１】
（３）前記保護装置は、前記像加熱装置における前記被加熱材の通過領域外、若しくは通過頻度の低い場所に設ける事を特徴とした（２）に記載の像加熱装置。
【００１２】
（４）被加熱材上に記録すべき画像域の情報に基づき、像担持体上に露光手段を介して形成された潜像を顕像化する現像手段と、該現像手段で顕像化された画像を転写した被加熱材上に該画像を加熱定着させる加熱手段とを備えた画像形成装置において、前記加熱手段が（１）から（３）の何れかに記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
【００１３】
（５）前記画像形成装置は、複数の動作モードを有し、前記電流供給手段による供給電流値は、ゼロを含む前記動作モードに応じた固定値とする事を特徴とした（４）に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００１４】
すなわち、前記誘導発熱体及び前記伝熱材の一方もしくは両方をキュリー特性を持つ磁性材料で構成し、前記電流供給手段による電流値を固定値とする事により、温度センサ及び特別な温度制御コントローラを設ける必要が無く、安価でかつ加熱状態の安定した像加熱装置及び該像加熱装置を用いた画像形成装置を提供することが可能となる。
【００１５】
また、画像形成装置が持つ複数の動作モードに基づき、供給電流値をゼロを含む適切な固定電流値を設定することにより、複雑な制御をせずとも待機時の省電力化を測ることが可能となる。
【００１６】
また、像加熱装置が所定温度以上に上昇した時に磁束発生手段と電流供給手段との間を遮断する保護装置を設けることで装置の安全面を確保し、また、保護装置を被加熱材の通る確率が低い位置、あるいは、全く通らない位置に配置することにより、被加熱材による影響を受けずに適切に保護装置を動作させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳しく説明する。
【実施例１】
【００１８】
（１）画像形成装置例
図１は本発明に従う電磁誘導加熱方式の像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。
【００１９】
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上面側に配設してある。原稿読取装置１０１は該装置の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原稿を走査し、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制御部（ＣＰＵ）である。
【００２０】
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、感光ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。感光ドラム１０６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を受けることで一様帯電面の露光明部の電位が減衰して感光ドラム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、回転する感光ドラム１０５の一様帯電面を走査露光して原稿画像情報に対応した静電潜像を形成する。
【００２１】
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、給紙機構部側から感光ドラム１０５と転写帯電装置１０９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（以下、転写材と記す）Ｐに感光ドラム１０５面側から静電転写される。
【００２２】
給紙機構部は、本例の場合は、大サイズ転写材を積載収容したカセット給紙部１１０から１枚分離給紙された転写材Ｐを転写部Ｔに所定のタイミングにて搬送する転写材搬送路１１２を有している。
【００２３】
転写部Ｔで感光ドラム１０５面側からトナー画像の転写を受けた転写材Ｐは、感光ドラム１０５面から分離され、定着装置１１４へ搬送されて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。
【００２４】
一方、転写材分離後の感光ドラム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に供される。
【００２５】
（２）定着装置
図２は定着装置１１４の要部の拡大横断面模型図、図３は要部の正面模型図である。
【００２６】
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定着装置であり、互いに所定の押圧力で圧接させて所定のニップ長（ニップ幅）の定着ニップ部Ｎを形成させた一対の加熱部材（加熱媒体、定着部材）と加圧部材としての、上下並行２本の加熱ローラ１と加圧ローラ２を主体とする。
【００２７】
加熱ローラ（以下、定着ローラと記す）１は、中空（円筒状）の金属層（導電層、芯金）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して耐熱性の離型層（伝熱材）１ａが形成されている。
【００２８】
定着ローラ１を構成する誘導発熱体である金属層は、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）、特開２０００−３９７９７号公報等に開示されるように、キュリー点温度を所望に調整した整磁合金等である。定着ローラ１の金属層の厚さは、０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍであり、その金属層のキュリー点温度は、転写材Ｐに対してトナー画像ｔが定着可能な最適な温度となるように設定されている。キュリー点温度は定着温度に略等しいか、もしくは若干高めに設定するのがよい。本実施例では、定着温度を２００℃に設定している為、キュリー点温度は定着温度と等しい２００℃に設定してある。
【００２９】
この定着ローラ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。また内空部には、上記の定着ローラ１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。
【００３０】
加圧ローラ２は、軸芯２ａと、当該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は上記定着ローラ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、かつ定着ローラ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の定着ニップ部Ｎを形成させている。
【００３１】
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、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、誘導コイル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、誘導コイル６のユニットをステー７に固定支持させてある。そして、コイル・アセンブリ３は、ボビン４とは別体に形成された前記ステー７に固定され、定着ローラ外部に露呈しないように収納されている。
【００３２】
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と誘導コイル６とを絶縁する絶縁部としても機能している。
【００３３】
誘導コイル６は加熱の十分な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。誘導コイル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。また磁性コア５を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誘導コイルとしてある。誘導コイル６は定着ローラ１の長手方向に巻かれている。６ａ・６ｂは上記誘導コイル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７の手前側の丸軸形状部７ａを中空軸にしてその中空部から外部に引き出して誘導コイル６に高周波電流を供給する電流供給手段としてのコイル駆動電源（励磁回路）１１６に接続してある。
【００３４】
９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を出た転写材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。
【００３５】
前記のボビン４、ステー７、分離爪９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。
【００３６】
Ｇは定着ローラ１の手前側の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１が図２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。
【００３７】
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、いかなる転写材サイズでも、転写材の中央部が定着ローラ１軸方向中央部を通過することになる。本実施例においては、通紙できる転写材の最大サイズはＡ４横である。Ｐ１はその大サイズ紙の通紙領域（搬送領域）幅である。
【００３８】
制御部１０４は画像形成装置１００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を起動させて誘導コイル６に所定の固定電流値の高周波電流を流す。これによって誘導コイル６の周囲に高周波交番磁束が発生し、定着ローラ１が電磁誘導発熱して転写材Ｐに対してトナー画像ｔが定着可能な最適な温度まで昇温する。
【００３９】
すなわち、定着ローラ１の温度立上げの際、誘導コイル６はコイル駆動電源１１６から定着ローラ１のキュリー点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１は誘導コイル６が発生する高周波交番磁束により加熱されてキュリー点温度に達する。定着ローラ温度がキュリー点温度に到達すると、定着ローラ１の磁性が急激に低下することで該定着ローラ１の温度はキュリー点温度以上には上がらない。すなわち、定着ローラ温度はキュリー点温度までに制限され、それ以上昇温していく過昇温が防止される。つまり、定着ローラ１ではキュリー点温度に到達すると力率が低下し、これに伴い誘導コイル６の消費電力が低下し、定着ローラ１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。
【００４０】
よって、固定電流値で通電を継続しても定着ローラ１は、キュリー点温度を超えることなく定着可能な最適な温度に保たれることになる。
【００４１】
また、画像形成装置は、定着ローラ１の温度が定着温度に到達した後、前記画像形成装置が画像形成を行わない画像形成待機時の場合には、前記誘導発熱部材の温調温度を前記所定温度より低い温度に下げて制御する複数の待機モードを有し、制御部１０４は、前記複数の待機モードに応じて、コイル駆動電源１１６を制御して誘導コイル６に流す固定電流値を変更する。
【００４２】
本実施例では、待機モード中に誘導コイル６に流す固定電流値はゼロとしている。
【００４３】
本例に示す定着装置１１４及び画像形成装置１００では、高周波誘導を利用した誘導加熱方式により定着装置１１４のウォームアップタイムが極めて短いため、定着装置が定着動作を行わない、待機モード、その他の動作モードにおいては、定着ローラ１を転写材Ｐが定着可能な温度に設定しておく必要は無く、各モードに応じた通常の固定電流値よりも低いゼロを含む固定電流値を設定する事により定着ローラ１の温度をキュリー点温度よりもさらに低い温度に保つことができて消費電力の削減を実現できる。
【実施例２】
【００４４】
図４は実施例１に示す定着装置１１４の定着ローラ上に保護装置としてのサーモスタット（保護回路）を設けた配置態様図である。
【００４５】
１０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)の安全対策機構として、定着ローラ１の上方に設けられている。このサーモスタット１０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誘導コイル６への通電を切断し、定着ローラ１が所定温度（定着温度）以上の高温となることを防止している。
【００４６】
本実施例では、サーモスタット１０は、転写材Ｐの定着ローラ１に対する転写材搬送領域Ｐ１の外側の転写材非搬送領域Ｐｏに設けている。それは、サーモスタット１０を転写材Ｐにより定着ローラ１の熱が奪われ難い場所に配置することにより、適切にサーモスタット１０を働かせるためである。構成上、完全に定着ローラ１に対する搬送領域外Ｐｏにサーモスタット１０を配置できない場合は、転写材搬送領域Ｐ１に大サイズよりも小さい小サイズの転写材が通紙されたとき該搬送領域Ｐ１内の中でも出来るだけ定着ローラ１に対する通過頻度が低い端部にサーモスタット１０を配置することにより、大きく転写材Ｐの影響を受けずに適切にサーモスタット１０を働かせる事が可能となる。
【００４７】
保護装置としてはサーモスタットに限られず温度ヒューズを用いることができる。
【００４８】
[その他]
１）本発明の電磁誘導加熱方式の像加熱装置は、本実施例の加熱定着装置としての使用に限られず、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。
【００４９】
２）誘導発熱体の形態はローラー体に限られず、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。
【００５０】
また、誘導発熱体はそれ単体の部材として構成することもできるし、該誘導発熱体の層を含む、耐熱性樹脂・セラミック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。
【００５１】
３）磁束発生手段は誘導発熱体の内部に限られず、誘導発熱体の外部に配設する装置構成にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例１における画像形成装置の概略構成模型図
【図２】実施例１における定着装置の要部の拡大横断面模型図
【図３】実施例１における定着装置の要部の正面模型図
【図４】実施例１における定着装置の定着ローラ上にサーモスタットを設けた配置態様図
【符号の説明】
【００５３】
１ 定着ローラ、２ 加圧ローラ、３ コイル・アセンブリ、５ コア、
６ 励磁コイル、７ ステー、９ 分離爪、１０ サーモスタット、
１００ 画像形成装置、１０１ 原稿読取装置、１０２ デジタイザー、
１０３ プリントコントローラ、１０４ ＣＰＵ、１０５ 感光ドラム、
１０７ 画像書き込み装置、１０８ 現像装置、１０９ 転写装置、
１１４ 定着装置、１１６ コイル駆動電源、Ｐ 転写材、
Ｐ１ 転写材通紙領域、Ｐｏ 転写材通紙外領域、ｔ トナー
【図１】
2005250012.tif 000003
【図２】
2005250012.tif 000004
【図３】
2005250012.tif 000005
【図４】
2005250012.tif 000006