(57)【要約】【課題】  電力供給手段から誘導加熱体に供給された電力の低下を検知して、キュリー点に到達したと判定する場合においては、電力供給手段が故障等の何らかの原因により電力低下が発生した場合と、キュリー点温度に達して電力低下が発生した場合との判別が難しいとの問題点があった。【解決手段】  そこで本発明では、キュリー点特性を有する定着ローラの表面と内部の電位差を検知し、定着ローラがキュリー点に到達したかを判断することにより、電源供給手段の故障等の影響を受けることなく、熱センサを利用せずに、定着ローラが定着温度に到達したことを検知する定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを可能とする。【選択図】  図５
2007108329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電流により磁束を発生する磁束発生手段と、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電磁誘導発熱する誘導発熱体を有し、前記誘導発熱体の発熱で該像担持体上の現像剤を転写した転写材を加熱定着させる電磁誘導加熱方式の定着装置において、前記誘導発熱体は少なくとも一つのキュリー点を持つ磁性材料で構成されており、前記誘導発熱体の内部と外部の電位差を検知する電圧検知手段を有し、前記電圧検知手段の検知結果に基づいて、前記誘導発熱体が前記キュリー点に到達したと判定する判定手段を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、前記誘導発熱体の前記キュリー点が定着温度以上であることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
高周波電流により磁束を発生する磁束発生手段と、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電磁誘導発熱する誘導発熱体を有し、前記誘導発熱体の発熱で該像担持体上の現像剤を転写した転写材を加熱定着させる電磁誘導加熱方式の定着装置において、前記誘導発熱体はキュリー特性を持つ磁性材料で構成されており、前記誘導発熱体の長手方向の電位差を検知する電圧検知手段を有し、前記電圧検知手段の検知結果に基づいて、前記誘導発熱体がキュリー点に到達したと判定する判定手段を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項３記載の定着装置において、前記誘導発熱体の前記キュリー点が定着温度以上であることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
高周波電流により磁束を発生する磁束発生手段と、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電磁誘導発熱する誘導発熱体を有し、前記誘導発熱体の発熱で該像担持体上の現像剤を転写した転写材を加熱定着させる電磁誘導加熱方式の画像形成装置において、前記誘導発熱体は少なくとも一つのキュリー点を持つ磁性材料で構成されており、前記誘導発熱体の内部と外部の電位差を検知する電圧検知手段を有し、前記電圧検知手段の検知結果に基づいて、前記誘導発熱体が前記キュリー点に到達したと判定する判定手段を備えることを特徴とする定着装置を備えた画像形成装置。
【請求項６】
請求項５記載の画像形成装置において、前記誘導発熱体の前記キュリー点が定着温度以上であることを特徴とする定着装置を備えた画像形成装置。
【請求項７】
高周波電流により磁束を発生する磁束発生手段と、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電磁誘導発熱する誘導発熱体を有し、前記誘導発熱体の発熱で該像担持体上の現像剤を転写した転写材を加熱定着させる電磁誘導加熱方式の画像形成装置において、前記誘導発熱体はキュリー特性を持つ磁性材料で構成されており、前記誘導発熱体の長手方向の電位差を検知する電圧検知手段を有し、前記電圧検知手段の検知結果に基づいて、前記誘導発熱体がキュリー点に到達したと判定する判定手段を備えることを特徴とする定着装置を備えた画像形成装置。
【請求項８】
請求項７記載の画像形成装置において、前記誘導発熱体の前記キュリー点が定着温度以上であることを特徴とする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、加熱溶融性のトナーを用いて転写材上に画像を形成し、これを加熱定着処理する定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真式の複写機などには、記録媒体である記録紙ないし転写材などのシート上に転写されたトナー像をシートに定着させる定着装置が設けられている。この定着装置は、例えば、シート上のトナーを熱溶融させる加熱ローラとも指称される定着ローラと、当該定着ローラに圧接してシートを挟持する加圧ローラとを有している。定着ローラは中空状に形成され、この定着ローラの中心軸上には、発熱体が保持手段により保持されている。発熱体は、例えば、ハロゲンランプなどの管状発熱ヒータより構成され、所定の電圧が印加されることにより発熱するものである。このハロゲンランプは定着ローラの中心軸に位置しているため、ハロゲンランプから発せられた熱は定着ローラ内壁に均一に輻射され、定着ローラの外壁の温度分布は円周方向において均一となる。定着ローラの外壁は、その温度が定着に適した温度（例えば、１５０〜２００℃）になるまで加熱される。この状態で定着ローラと加圧ローラは圧接しながら互いに逆方向へ回転し、トナーが付着したシートを挟持する。定着ローラと加圧ローラとの圧接部（以下、ニップ部ともいう）において、シート上のトナーは定着ローラの熱により溶解し、両ローラから作用する圧力によりシートに定着される。
【０００３】
しかし、ハロゲンランプなどから構成される発熱体を備えた上記定着装置においては、ハロゲンランプからの輻射熱を利用して定着ローラを加熱するため、電源を投入した後、定着ローラの温度が定着に適した所定温度に達するまでの時間（以下、「ウォームアップタイム」という）に、比較的長時間を要していた。その間、使用者は複写機を使用することができず、長時間の待機を強いられるという問題があった。その一方、ウォームアップタイムの短縮を図ってユーザの操作性を向上すべく多量の電力を定着ローラに印加したのでは、定着装置における消費電力が増大し、省エネルギー化に反するという問題が生じていた。このため、複写機などの商品の価値を高めるためには、定着装置の省エネルギー化（低消費電力化）と、ユーザの操作性向上（クイックプリント）との両立を図ることが一層注目され重視されてきている。
【０００４】
かかる要請に応える装置として、特開昭５９−３３７８７号公報に示されるように、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。
【０００５】
また、誘導加熱方式の場合、強磁性導体としてトナーの定着温度以上のキュリー点を有するものを利用することにより、その自己温度制御特性によって定着ローラの温度制御を行うことができる。このため、温度制御に必要なサーミスタ及び制御回路が不要になる。
【０００６】
又、他の従来例としては、例えば特許文献２をあげることが出来る。
【特許文献１】特開昭５９−３３７８７号公報
【特許文献２】特開２０００−３９７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の通り自己温度制御は、温度制御用のサーミスタ等の熱センサが不要であるが、定着ローラが定着温度に達したことを検知できない。前記定着装置を備えた画像形成装置においては、ユーザーに定着ローラが定着温度に達して、動作可能であることを知らせる必要がある。また、定着温度に達したことを検知して次の動作を待ち受けるための判断基準が必要になる。このため、定着ローラにサーミスタ等の熱センサを設けて、定着ローラが定着温度に達したことを検知することが考えられるが、これは、熱センサ以外にも制御回路等が必要になるためコスト的にも不利で、自己温度制御を行うメリットが薄れてしまう。また、サーミスタ等の熱センサが故障した場合には定着温度に達したことを検知することが不能になる。そこで、熱センサ等を用いることなく、定着温度に到達したことを検知する技術として、特開２０００−３９７９６公報で開示されているが、これは、誘導加熱された定着ローラ（磁性導体）がキュリー点に到達すると、電力供給手段から誘導加熱体に供給される電力が低下する現象を利用して、電力が低下した場合に定着ローラが定着温度に到達したことを判定するものである。
【０００８】
しかしながら、電力供給手段から誘導加熱体に供給された電力の低下を検知して、キュリー点に到達したと判定する場合においては、電力供給手段が故障等の何らかの原因により電力低下が発生した場合と、キュリー点温度に達して電力低下が発生した場合との判別が難しいとの問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、電源供給手段の故障等の影響を受けることなく、熱センサを利用せずに、定着ローラが定着温度に到達したことを検知する定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。さらに、熱センサを利用した場合において、熱センサ及び電源供給手段の故障があっても定着温度に到達したことを検知する定着装置及びこれを備えた画像形成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】
【００１０】
本発明は下記の構成を特徴とする定着装置及びこれを備えた画像形成装置である。
【００１１】
（１）高周波電流により磁束を発生する磁束発生手段と、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電磁誘導発熱する誘導発熱体を有し、前記誘導発熱体の発熱で該像担持体上の現像剤を転写した転写材を加熱定着させる電磁誘導加熱方式の画像形成装置において、前記誘導発熱体は少なくとも一つのキュリー点を持つ磁性材料で構成されており、前記誘導発熱体の内部と外部の電位差を検知する電圧検知手段を有し、前記電圧検知手段の検知結果に基づいて、前記誘導発熱体が前記キュリー点に到達したと判定する判定手段を備えることを特徴とする定着装置及びこれを備えた画像形成装置。
【００１２】
（２）請求項１記載の画像形成装置において、前記誘導発熱体の前記キュリー点が定着温度以上であることを特徴とする定着装置及びこれを備えた画像形成装置。
【００１３】
（３）高周波電流により磁束を発生する磁束発生手段と、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電磁誘導発熱する誘導発熱体を有し、前記誘導発熱体の発熱で該像担持体上の現像剤を転写した転写材を加熱定着させる電磁誘導加熱方式の画像形成装置において、前記誘導発熱体はキュリー特性を持つ磁性材料で構成されており、前記誘導発熱体の長手方向の電位差を検知する電圧検知手段を有し、前記電圧検知手段の検知結果に基づいて、前記誘導発熱体がキュリー点に到達したと判定する判定手段を備えることを特徴とする定着装置及びこれを備えた画像形成装置。
【００１４】
（４）請求項３記載の画像形成装置において、前記誘導発熱体の前記キュリー点が定着温度以上であることを特徴とする定着装置及びこれを備えた画像形成装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、電源供給手段の故障等の影響を受けることなく、熱センサを利用せずに、定着ローラが定着温度に到達したことを検知する定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することが可能となる。さらに、熱センサを利用した場合において、熱センサ及び電源供給手段の故障があっても定着温度に到達したことを検知する定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の画像形成装置および画像形成制御方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
本実施例における画像形成装置の簡単な構成を図１に示す。記録用紙に原稿画像を出力する本体画像出力部10と、原稿画像のデータを読み取る本体画像入力部11、また、本体画像入力部11の上部に自動原稿送り装置12を備えている。表示部14によってユーザーがコピーモードを設定するなどのオペレーションが可能である。さらに、装置の各種設定値や現在のジョブ状況を表示させることができる。
【００１８】
本体画像出力部10には、記録用紙が格納される、給紙段34,35,36,37が設けられており、各々、記録用紙の用紙サイズによってユーザーが自由に記録用紙を振り分けられる。また、本体画像出力部10の外部に大容量のペーパーデッキ15が接続可能である。記録用紙は図示しないモータによって駆動される給紙搬送ローラー38,39,40,41,42によって画像形成部へ搬送される。
【００１９】
本体画像入力部11では、図示しない入力部上面の原稿台に置かれた原稿に図1の左右方向に走査する光源21から光を照射される。光は原稿によって反射され、光学像がミラー22,23,24及びレンズ25を通してCCD26に結像される。CCD26では結像された画像が電気信号に変換され、デジタルの画像データとなる。画像データは、ユーザーの要求に応じて拡大縮小等の画像変換が行われ画像メモリ(図外)に格納される。
【００２０】
画像の出力時には、本体画像出力部10において該画像メモリに格納された画像データを呼び出し、デジタル信号からアナログ信号に再変換し、光学照射部27よりレーザービームの光信号として、スキャナ28,レンズ29及びミラー30を介して感光ドラム31上に照射され、感光ドラム31上を走査する。
【００２１】
この感光ドラム31から定着ローラー32付近の拡大図を図2に示して詳細に説明する。感光ドラム31は表面に有機光導電体からなる光導電層を有し、コピージョブ中は一定の速度で矢印Aの方向に回転駆動されている。現像および転写の方法について説明すると、まず露光装置52によって感光ドラム31上に残っている電荷を除去した後、一次帯電器51によって感光ドラム31上に一様に電荷が付与される。レーザースキャナユニット50から、画像入力装置11によって得られたデジタル画像データに従い変調されたレーザービームが出力され、感光ドラム31上の光導電層に静電潜像が打ち出される。その後現像器33から感光ドラム31上の静電潜像にトナーを付着させ、静電潜像を可視画像にする。一方、記録用紙58は給紙部34,35,36,37から紙搬送路を通って運ばれ、可視画像に合わせて感光ドラム31の下側を通過する。転写帯電器55は記録用紙58を帯電させ、感光ドラム31上の可視画像を記録用紙58に写しとる。その後、感光ドラム31と記録用紙58との分離性を上げる為に、分離帯電器54によって記録用紙58を帯電させる。感光ドラム31と分離された記録用紙58は、搬送ベルト59によって搬送され、定着ローラー32と加圧ローラー43の間に導入される。未定着のトナー画像は溶着され、排紙センサ56を通って出力装置10外に排出される。一方、転写されずに感光ドラム31上に残ったトナーは、ドラムクリーナー53によって掻き取られ、感光ドラム上の電荷は前露光装置52によって一様に零にされ、次のコピーに備える。
【００２２】
図３は、本発明にかかる定着装置の概略断面図である。定着ローラー400は、中空円筒上の磁性導体芯金403の外周にPFAチューブ402を配している。この磁性導体としては、トナー融点温度よりやや高い温度である約２００℃をキュリー点温度とするように調整した整磁合金を使用している。本実施例では、整磁合金として、鉄−ニッケル合金または鉄−ニッケル−クロム合金または鉄−ニッケル−コバルトを使用している。この整磁合金の組成を変更することにより、所望のキュリー点温度を得ることが可能である。芯金の内部には電磁誘導加熱装置のコイル401、磁束を収束させるためのコア408、409、コイル401とコア407,408.409を封止する液晶ポリマー410からなっている。芯金４03は、厚さ1ｍｍの鉄でできており外周は35ｍｍ、全長350ｍｍである。PFAチューブ４02は厚さ30μｍである。コイル４01は180μｍのリッツ線220本を束にしたもので形成して、図４に示すように巻きつけ、全長3500mmになる。この局部加熱方式は、全周加熱に比べてさらに熱効率がよく、立ち上がり時間が早いというメリットがある。この定着ローラーに加圧圧接する加圧ローラー200とニップを形成し用紙にトナーを固着させる。加圧ローラー200は、３ｍｍ厚の鉄芯金107上にシリコンゴム106を５ｍｍ配し、その外周に50μｍ厚のPFAチューブ105を配している。定着ローラー100と加圧ローラー200で形成されるニップ幅は６ｍｍである。
【００２３】
図５は定着装置の駆動回路のブロック説明図である。
【００２４】
ＴＲ１は電力スイッチング素子（電力制御素子）のＭＯＳ−ＦＥＴ、Ｌ１は回路の電力負荷である電磁変換コイル（誘導加熱コイル）、Ｄ５は電磁変換コイルＬ１に蓄積された電力を回生するフライホイールダイオードである。501はCPU（中央演算処理装置）であり、共振制御回路502に対して、制御信号を出力する。503は、電位差検知回路であり、定着ローラの内部と外部の電位差を検知する。共振制御回路502は制御信号値に見合ったＰＦＭパルスを発生させ電力スイッチング素子ＴＲ１のＭＯＳ−ＦＥＴのゲートに出力し、電力スイッチング素子ＴＲ１をスイッチング駆動する。Ｄ１からＤ４は交流の入力電力整流用ダイオードであり、電力制御回路部に交流電力を整流した脈流を供給する。ノイズフィルター用コイルＮＦ１と高周波平滑コンデンサーＣ１は入力ノイズフィルターを形成しており、電力スイッチング素子ＴＲ１のスイッチング周波数に対しては十分な減衰量を確保し、且つ電源周波数に対しては減衰無く通過するような定数に設定する。
【００２５】
次に制御動作について説明する。図５の入力端子ａ・ｂに交流入力電圧が印加されると整流素子Ｄ１〜Ｄ４により整流された脈流となり、その電圧はノイズフィルター用コイルＮＦ１を通り、高周波平滑コンデンサーＣ１の両端に印加される。そのコンデンサーＣ１の両端電圧は交流入力電圧を整流した波形となる。そして、CPU501は共振制御回路に制御信号を出力する。制御信号は、定着装置に供給するエネルギーに応じて変化させるようになっており、例えばウォーミングアップ時には1300W、動作時には100〜850Wに相当する制御値を出力する。
【００２６】
共振制御回路５０２は制御信号値に見合ったパルスのＰＦＭ信号を発生し、その出力は電力スイッチング素子ＴＲ１のゲートーソース間に印加され、電力スイッチング素子ＴＲ１は共振制御回路５０２の出力パルスによりスイッチングしてドレイン電流ＩＤが流れ電磁変換コイルＬ１に通電する。また電磁変換コイルＬ１は電力スイッチング素子ＴＲ１がオンする事で流れた電流を蓄えているため電力スイッチング素子ＴＲ１がオフした時に逆起電庄を発生しフライホイールダイオードＤ５に順電流を流し蓄積電流をコンデンサーＣ２に充電する。その後また電力スイッチング素子ＴＲ１がオンすると電磁変換コイルＬ１に電流が流れ電磁変換コイルＬ１に電流を蓄積する事を繰返すので、負荷の電磁変換コイルＬ１にはコンデンサーＣ１との間に共振電流が流れる。
【００２７】
電力スイッチング素子ＴＲ１及び電磁変換コイルＬ１に流れる電流はコンデンサーＣ１が高周波成分を充放電し平滑化をする。その為、入力ノイズフィルターＮＦ１には高周波電流は流れず交流入力電流整流波形のみが流れる。整流ダイオードＤ１〜Ｄ４に流れる電流は電力スイッチング素子ＴＲ１及び電磁変換コイルＬ１に流れた電流波形をコンデンサーＣ１及びノイズフィルター用コイルＮＦ１によりフィルタリングされた電流波形となるため、整流前の交流入力電流波形は交流入力電圧波形に近い形の入力電流波形となり、入力電流中に含まれる高調波成分が大幅に減少でき、定着加熱回路における入力電流のカ率を大幅に改善できる。またこの回路中で使用する入力ノイズフィルターＮＦ１・Ｃ１は、共振制御回路５０２による高周波の発振周波数に対してフィルター効果が発揮される物であれば良く、コンデンサーＣ１の容量やノイズフィルター用コイルＮＦ１のインダクタンス値は小さくできるので、小型、軽量化する事ができる。
【００２８】
この電磁変換コイル駆動電源回路に温度調節信号が入力されることで誘導加熱電源の出力端子に周波数２０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ程度の高周波交流電力が発生する。この交流電力が電磁変換コイルＬ１に印加され、電磁変換コイルＬ１は交流磁界を発生する。この時電磁変換コイルＬ１に印加する交流電力は加熱対象物５００により変化するが、通常２００〜３００Ｗから数ＫＷ程度である。前記電磁変換コイルＬ１に印加された交流電力により発生した交流磁界は、フェライトコア１及びコア２とコア３を通じて、コア２及びコア３間の空間ギャップｇａｐより定着ローラー５００に高周波磁界を印加することで定着ローラー５００内に高周波磁束が貫通し定着ローラー内に渦電流を発生させる。その渦電流の電流値により定着ローラー内面にジュール熱が発生する事で定着ローラー自らが発熱する。この電磁誘導作用により定着ローラー５００が発熱し、該ローラーの表面温度も上昇していく。
【００２９】
そして、定着ローラー表面と内面の電位差を測定する電位差測定検知回路５０３の出力は随時CPU５０１に入力され、キュリー点温度Tcに達した時の電圧値Vcと比較され、その結果に基づいて、制御信号を共振制御回路５０２に出力する。CPU５０１は、電位差測定検知回路５０３の出力に基づいて、定着ローラ内部と外部の電位差（電圧値）がVcに到達すると印加高周波電力を低下させるような比例制御等や通称ＰＩＤ制御と言われる制御方式を用いて定着ローラー表面温度を一定に保つように制御を行う。その結果、共振制御回路５０２は電位差測定検知回路５０３により検出された値に応じて出力されたCPU５０１からの制御信号に基づいて、電力スイッチング素子ＴＲ１のゲートＯＮ信号時間が決まり電力スイッチング素子ＴＲ１の通電電力が調整され、電磁変換コイルＬ１に入力される電力が制御され、定着ローラー５００の発熱量が制御されることによりトナー定着温度が安定化される。
【００３０】
また、本例装置のように、加熱回転体としての電磁誘導発熱性の定着ローラー５００の内側に、磁性体からなるコア１・２・３と、該コアに巻線した電磁変換コイルＬ１を有する磁束発生手段を配設し、コア１・２・３を電磁変換コイルＬ１を巻線したコア部分１と、該コア部分１より定着ローラー５００の一部分に磁束を集中させるための、先端部間に空間ギャップ（磁気空間距離）ｇａｐを存して対向させた磁束誘導コア部分２・３を有するものとし、電磁変換コイルＬ１に高周波電力を印加することで定着ローラー内を局所的に電磁誘導加熱を行うことで効率よく定着ローラー５００を加熱することが可能になる。
【００３１】
ここで、定着ローラ内部と表面との電位差検知について、図６を用いて説明する。図6は、定着ローラの温度と電位差の関係について示した図であり、横軸は定着ローラの温度、縦軸は定着ローラ内部と表面の電位差を表している。図6からわかるように、ローラ電位差はキュリー点温度Ｔｃでいきなり急激に変化するのではなく、徐々にキュリー点温度Ｔｃに向かって、低下していくことがわかる。そして、キュリー点温度Ｔｃ付近で急激に電位差が減少し、キュリー点温度Ｔｃ以上では、ほぼ一定の電位差Vcとなる。これは、キュリー点温度が強磁性体等の磁性体が非磁性へ転移する温度であり、強磁性体の非透磁率は、加熱中で徐々に低下してゆくがキュリー点に達した場合には急激に低下して、非透磁率が約１になるためである。そして、この電位差Ｖｃを検知することで、キュリー点温度に達したと判断する。
【００３２】
よって、キュリー点未満では非透磁率が高いために、渦電流が流れる断面積が極めて小さく抵抗が大きいため、定着ローラには大きなジュール熱を生じ、温度が急激に上昇する。
【００３３】
すなわち、抵抗が大きいため、それだけローラ表面と内部の電位差が大きいということになる。そして、キュリー点以上では非透磁率が約１と非常に低いために、渦電流が流れる断面積が極めて大きく抵抗が小さいため、定着ローラのジュール発熱は著しく小さくなる。すなわち、抵抗が小さいため、ローラ表面と内部の電位差が小さいということになる。
【００３４】
次に図7に本実施例におけるキュリー点温度に到達したことを検知するシーケンスについて示したフローチャートを用いて説明する。なお、ここではウォーミングアップ時における定着制御シーケンスについて説明する。
【００３５】
ステップＳ７０１にて、画像形成装置本体が電源ＯＮされると、画像形成装置はウォーミングアップ動作ステップＳ７０２を開始する。そして、ステップＳ７０３において、定着ヒータ制御を開始させる。この結果、給電装置から励磁コイルに電流が供給され、定着ローラに渦電流が流れ、急激に温度が上昇する。そして、ステップＳ７０４にて、電位差検知回路の出力が所定値Ｖｃに到達したかを判断する。電位差検知回路からの出力が所定値Ｖｃに到達した場合には、定着ローラが定着目標温度に到達したと判断して、ステップＳ７０５にてウォーミングアップ動作を終了させる。そして、ステップＳ７０４にて、電位差検知回路からの出力が所定値Ｖｃに到達しない場合には、定着ローラが定着目標温度に到達していないと判断して、目標温度に達するまで定着制御を実施する。
【００３６】
以上述べてきたように、キュリー点特性を有する定着ローラの表面と内部の電位差を検知することで、電源供給手段の故障等の影響を受けることなく、熱センサを利用せずに、定着ローラが定着温度に到達したことを検知する定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することが可能となる。
【００３７】
（第２の実施例）
図８は第２の実施例における定着装置の駆動回路のブロック説明図である。
【００３８】
ここでは、第１の実施例と異なる点について主に説明する。第１の実施例では定着ローラの内部と外部の電位差を検知していたが、第２の実施例においては、定着ローラの長手方向の電位差を検知する。
【００３９】
ＴＲ１は電力スイッチング素子（電力制御素子）のＭＯＳ−ＦＥＴ、Ｌ１は回路の電力負荷である電磁変換コイル（誘導加熱コイル）、Ｄ５は電磁変換コイルＬ１に蓄積された電力を回生するフライホイールダイオードである。801はCPU（中央演算処理装置）であり、共振制御回路802に対して、制御信号を出力する。803は、電位差検知回路であり、定着ローラの長手方向における電位差を検知する。共振制御回路802は制御信号値に見合ったＰＦＭパルスを発生させ電力スイッチング素子ＴＲ１のＭＯＳ−ＦＥＴのゲートに出力し、電力スイッチング素子ＴＲ１をスイッチング駆動する。Ｄ１からＤ４は交流の入力電力整流用ダイオードであり、電力制御回路部に交流電力を整流した脈流を供給する。ノイズフィルター用コイルＮＦ１と高周波平滑コンデンサーＣ１は入力ノイズフィルターを形成しており、電力スイッチング素子ＴＲ１のスイッチング周波数に対しては十分な減衰量を確保し、且つ電源周波数に対しては減衰無く通過するような定数に設定する。
【００４０】
また、図８においてローラ内部にコアが図示されていないが、これは省略したものであり、実際の構成ではコアは存在する。
【００４１】
次に、定着ローラの長手方向における電位差検知について説明する。定着ローラの温度と電位差の関係は、第１の実施例における図６と同じ関係を示す。すなわち、長手方向におけるローラ電位差はキュリー点温度Ｔｃでいきなり急激に変化するのではなく、徐々にキュリー点温度Ｔｃに向かって、低下していく。そして、キュリー点温度Ｔｃ付近で急激に電位差が減少し、キュリー点温度Ｔｃ以上では、ほぼ一定の電位差Vcとなる。これは、キュリー点温度が強磁性体等の磁性体が非磁性へ転移する温度であり、強磁性体の非透磁率は、加熱中で徐々に低下してゆくがキュリー点に達した場合には急激に低下して、非透磁率が約１になるためである。そして、この電位差Ｖｃを検知することで、キュリー点温度に達したと判断する。
【００４２】
よって、キュリー点未満では非透磁率が高いために、渦電流が流れる断面積が極めて小さく抵抗が大きいため、定着ローラには大きなジュール熱を生じ、温度が急激に上昇する。
【００４３】
すなわち、抵抗が大きいため、それだけ長手方向における電位差が大きいということになる。そして、キュリー点以上では非透磁率が約１と非常に低いために、渦電流が流れる断面積が極めて大きく抵抗が小さいため、定着ローラのジュール発熱は著しく小さくなる。すなわち、抵抗が小さいため、長手方向における電位差が小さいということになる。
【００４４】
以上述べてきたように、キュリー点特性を有する定着ローラの長手方向における電位差を検知することで、電源供給手段の故障等の影響を受けることなく、熱センサを利用せずに、定着ローラが定着温度に到達したことを検知する定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することが可能となる。
【００４５】
（第３の実施例）
次に第３の実施例について説明する。ここでは、第１と第２の実施例と異なる点について主に説明する。第１と第２の実施例では、サーミスタなどの熱センサを用いることなく、定着ローラの電位差を検知することにより、定着ローラがキュリー点温度すなわち定着目標温度に到達したことを検知していた。第３の実施例では、第１及び第２の実施例とは異なりサーミスタ等の熱センサを利用した場合についての制御に関するものである。第１及び第２の実施例では、キュリー点温度が定着目標温度とほぼ一致している場合の制御であったが、キュリー点温度と定着目標温度が異なる場合がある。例えば、定着目標温度が複数設定される場合であるが、これは画像形成を行う用紙の種類によって定着目標温度を変更することがある。具体的には、通常の普通紙では定着目標温度が約２００℃、２００ｇ紙などの厚紙の場合は定着目標温度が約２２０℃になる場合である。この場合は、キュリー点を高いほうの定着目標温度約２２０℃に設定するために、第１と第２の実施例の方法では、通常の普通紙の目標温度約２００℃で制御することは困難である。そこで、定着ローラにサーミスタ等の熱センサを用いて、制御を実施することになる。
【００４６】
また、キュリー点温度特性を利用した自己温度制御において、整磁合金の特性によっては、温調の制御リップルが大きくなり、その結果、定着性が悪くなるような場合においては、サーミスタ等の熱センサを用いて、温調リップルの少ない定着制御を行うことがある。
【００４７】
図９は第３の実施例における定着装置の駆動回路のブロック説明図である。
【００４８】
ＴＲ１は電力スイッチング素子（電力制御素子）のＭＯＳ−ＦＥＴ、Ｌ１は回路の電力負荷である電磁変換コイル（誘導加熱コイル）、Ｄ５は電磁変換コイルＬ１に蓄積された電力を回生するフライホイールダイオードである。901はCPU（中央演算処理装置）であり、THサーミスタのからの信号が図示しないＣＰＵ内部のＡＤ変換部に入力され、その結果に基づいて、共振制御回路902に対して、制御信号を出力する。903は、電位差検知回路であり、定着ローラの電位差を検知する。共振制御回路902は制御信号値に見合ったＰＦＭパルスを発生させ電力スイッチング素子ＴＲ１のＭＯＳ−ＦＥＴのゲートに出力し、電力スイッチング素子ＴＲ１をスイッチング駆動する。Ｄ１からＤ４は交流の入力電力整流用ダイオードであり、電力制御回路部に交流電力を整流した脈流を供給する。ノイズフィルター用コイルＮＦ１と高周波平滑コンデンサーＣ１は入力ノイズフィルターを形成しており、電力スイッチング素子ＴＲ１のスイッチング周波数に対しては十分な減衰量を確保し、且つ電源周波数に対しては減衰無く通過するような定数に設定する。
【００４９】
このように基本的には、定着の温調制御はサーミスタからの信号に基づいて、制御される。しかし、サーミスタの故障やサーミスタ信号の断線等により、サーミスタからの信号が異常と判断した場合には、定着の温調制御は、定着ローラの電位差検知により実施する。
【００５０】
これにより、熱センサを利用した構成において、熱センサ及び電源供給手段の故障があっても定着温度に到達したことを検知する定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することが可能になる。
【００５１】
図１０に第３の実施例におけるサーミスタ故障時の制御に関するフローチャートを示して説明する。
【００５２】
まずステップＳ１００１で定着温調制御中か否かを判断する。定着温度制御中でなければ、この処理を繰り返す。定着温調制御中であれば、ステップＳ１００２でサーミスタからの検知信号と定着ローラ電位差回路からの検知信号の比較をＣＰＵで行う。そして、その比較結果に基づいて、ステップＳ１００３にてサーミスタが異常か否かを判断する。ステップＳ１００７にてサーミスタが正常であると判断すると、ステップＳ１００１の処理を繰り返す。そして、ステップＳ１００４でサーミスタが異常であると判断した場合には、ステップＳ１００５にて、キュリー点温度特性を利用した自己温度制御を実施する。そして、この場合において、キュリー点到達の判断は、定着ローラの電位差検知によって判断する。そして、ステップＳ１００６にてサーミスタが異常であることを操作部等の表示部に表示する。ただし、この場合、サーミスタ異常の表示は行うが、装置の停止は行わない。
【００５３】
なぜなら、サーミスタが異常であっても、キュリー点特性を利用した定着温調制御が可能であるために、基本的には動作になんら影響を与えるわけではない。よって、ユーザーに対しては、ダウンタイムレスで使用する環境を提供することが可能である。そして、サーミスタの交換は、サービスマンによる定期メンテナンス時に他の部品のメンテナンスと同時に行うえばよい。
【００５４】
以上述べてきたような構成をとることにより、熱センサを利用した構成において、熱センサ及び電源供給手段の故障があっても定着温度に到達したことを検知する定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明にかかる画像形成装置の簡単な構成である。
【図２】本発明にかかる感光ドラム31から定着ローラー32付近の拡大図である。
【図３】本発明にかかる定着装置の概略断面図である。
【図４】本発明にかかるコイルを示す概略構成図である。
【図５】本発明の実施例１にかかる定着装置の駆動回路のブロック説明図である。
【図６】定着ローラの温度と電位差の関係について示した図である。
【図７】本発明の実施例１にかかるキュリー点温度に到達したことを検知するシーケンスについて示したフローチャートである。
【図８】本発明の実施例２にかかる定着装置の駆動回路のブロック説明図である。
【図９】本発明の実施例３にかかる定着装置の駆動回路のブロック説明図である。
【図１０】本発明の実施例３にかかるサーミスタ故障時の制御に関するフローチャートを示した図である。
【符号の説明】
【００５６】
４００  定着ローラ
４０１  励磁コイル
４０２  ＦＰＡチューブ
４０３  磁性導体芯金
４０７、４０８、４０９  コア
４１０  液晶ポリマー
５０１  ＣＰＵ（中央演算処理装置）
５０２  共振制御回路
５０３  電位差検知回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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