(57)【要約】【課題】キュリー温度を有する整磁合金を用いた定着ローラーの非通紙領域の漏れ磁束によって発生させた電力を利用して効率良く定着ローラーの通紙領域を加熱できる定着器を提供する。【解決手段】キュリー温度を有する整磁合金からなる定着ローラー（９２）と、定着ローラー（９２）を電磁誘導により加熱するための第１のコイル（９１）を備える定着器において、定着ローラー（９２）を挟んで第１のコイル（９１）と反対側に配置され、第１のコイルからキュリー温度を超えた定着ローラー（９２）の一部を通過した磁束の変化を打ち消すように電流が流れる第２のコイル（９３）を有し、第２のコイル（９３）に流れる電流によって発生する磁束によって定着ローラー（９１）のキュリー温度を超えていない部分を誘導加熱する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キュリー温度を有する整磁合金からなり、画像を担持して搬送される記録材に接して記録材を加熱するための回転可能な誘導発熱体と、前記誘導発熱体を電磁誘導により加熱するための第１のコイルを備える像加熱装置であって、
前記誘導発熱体を挟んで前記第１のコイルと反対側に配置され、第１のコイルからキュリー温度を超えた前記誘導発熱体の一部を通過した磁束の変化を打ち消すように電流が流れる第２のコイルを有し、
前記第２のコイルに流れる電流によって発生する磁束によって前記誘導発熱体のキュリー温度を超えていない部分を誘導加熱することを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記第２のコイルはショートコイルであ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】
前記第２のコイルは前記第１のコイルによる前記誘導発熱体の発熱領域と同じかそれ以上の長さである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。
【請求項４】
前記第１のコイルと前記第２のコイルの少なくとも一方は磁性体に巻き付けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項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、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式などによって画像形成を行う複写機・プリンタ・ファクシミリ、それらの複合機能機等の画像形成装置に搭載される画像定着装置として好適な電磁誘導加熱方式の像加熱装置に関する。
【０００２】
像加熱装置としては、記録材上の未定着画像を定着或いは仮定着させる定着器（画像定着装置）、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を増大させる光沢度増大化装置などを挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】
一般に画像形成装置においては、記録材に転写方式或いは直接方式で形成された未定着のトナー像を定着させるための定着器が備えられている。定着器としては、従来セラミックヒーターやハロゲンヒーターによる加熱方式が多く用いられていた。近年では電磁誘導加熱方式が用いられるようになってきた。
【０００４】
電磁誘導加熱方式は、画像を担持して搬送される記録材に接して記録材を加熱するための、磁性材料からなる誘導発熱体としての定着ローラーを有する。また、定着ローラーと相対し電磁気的に結合して配置された電磁誘導コイルと、電磁誘導コイルに高周波電流を流して高周波磁界を発生させる電源とを有する。そして、高周波磁界を定着ローラーに作用させて定着ローラーに渦電流を流すことで定着ローラーを発熱させている。
【０００５】
このように構成された定着器では、定着ローラーの温度を検出する温度センサーによる検出結果に基づいて電磁誘導コイルに流す高周波電流を制御することによって、定着ローラーの温度を所定の温度に制御している。
【０００６】
画像形成装置の定着器では、従来から、装置に通紙可能な最大幅サイズ（最大サイズ記録材）よりも幅が小さい小サイズ記録材を連続通紙した場合に記録材の通過しない非通紙領域の温度が通紙領域の温度に対して高くなり過ぎるという問題があった。所謂非通紙部昇温現象である。記録材の幅とは記録材の搬送方向に対して直交する方向の記録材寸法である。
【０００７】
そのため電磁誘導加熱方式を用いた定着器の中には、キュリー温度を有する整磁合金を定着ローラーの材料として用いることで非通紙領域の昇温を防止しているものがある。これは整磁合金がキュリー温度に達すると急激に透磁率が低下し、電磁誘導による発熱量が減少するという特性を利用したものである。
【０００８】
整磁合金を用いた定着器では非通紙領域の昇温は抑えられるものの、キュリー温度に達した非通紙領域では定着ローラーから磁束が漏れ、定着ローラー発熱以外の無駄な消費に使われてしまうか、定着器の力率の低下による電源効率の低下を招いてしまっていた。
【０００９】
上記対策として、例えば特許文献１では、図７に示すような定着器が提案されている。この定着器は、キュリー温度を有する整磁合金を用いた定着ローラー９２と、定着ローラー９２を発熱させる第１の電磁誘導コイル９１と、第１の電磁誘導コイル９１に高周波電流を供給する電源１００を有する。また、非通紙領域Ｂの近傍に第１の電磁誘導コイル９１からの漏れ磁束９９ｃにより誘導起電力を発生させる第２と第３の電磁誘導コイル９３、９４を配置する。
【００１０】
そして、このコイル９３、９４で発生した電力により定着ローラー９２の中央部近傍に配置した通電発熱体９６を発熱させる。これにより定着ローラー９２の中央部近傍を加熱する構成である。Ａは小サイズ記録材の通紙領域である。本例において、記録材の通紙は記録材幅中心の所謂中央基準搬送である。Ｂ＋Ａ＋Ｂの領域が最大サイズ記録材の通紙幅に対応している。９５は定着ローラー９２の温度を検知する温度センサーであり、定着ローラー９２の中央部の温度を検知して温調機能部に検知温度情報をフィードバックする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２５６９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、非通紙領域Ｂにおける漏れ磁束９９ｃにより発生させた電力を定着ローラーの中央部近傍に配置した通電発熱体９６に給電して発熱させること定着ローラー９２の中央部近傍を加熱する構成は次ぎのような課題があった。即ち、通電発熱体９６の発熱を定着ローラー９２に空気を介して伝熱させるため定着ローラー９２の加熱効率がよくない。
【００１３】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、非通紙領域Ｂの漏れ磁束９９ｃによって発生させた電力を利用して効率良く誘導発熱体９２の通紙領域を加熱できる像加熱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】
【００１４】
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、キュリー温度を有する整磁合金からなり、画像を担持して搬送される記録材に接して記録材を加熱するための回転可能な誘導発熱体と、前記誘導発熱体を電磁誘導により加熱するための第１のコイルを備える像加熱装置であって、前記誘導発熱体を挟んで前記第１のコイルと反対側に配置され、第１のコイルからキュリー温度を超えた前記誘導発熱体の一部を通過した磁束の変化を打ち消すように電流が流れる第２のコイルを有し、前記第２のコイルに流れる電流によって発生する磁束によって前記誘導発熱体のキュリー温度を超えていない部分を誘導加熱することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、誘導発熱体の非通紙領域の温度がキュリー温度を越え、非通紙領域の透磁率が急激に低下することで発生する非通紙領域の漏れ磁束を第２のコイルに通過させて誘導電流を発生させている。第２のコイルは誘導発熱体の発熱領域全域にかかるように配置しており、誘導電流により第２のコイルから発生した磁束を誘導発熱体の通紙領域を誘導加熱するために利用する。これにより、装置のエネルギー効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】画像形成装置例の概略構成を示す図である。
【図２】実施例の定着器（電磁誘導加熱方式の像加熱装置）の概略構成を示す図である。
【図３】キュリー温度を有する整磁合金の温度と透磁率の関係を示す図である。
【図４】実施例における電源と定着器のブロック図である。
【図５】温度制御のフローチャートである。
【図６】定着器の内部構成及び磁束の状態を示す図である。
【図７】従来例における定着器の内部構成及び磁束の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施の形態に関して図面を用いて詳しく説明する。
【００１８】
［実施例］
（１）画像形成装置例
図１は本実施例における画像形成装置１の概略構成図である。この装置１は、電子写真方式の４色フルカラープリンタである。装置１の制御回路部（不図示）にパソコン等のホスト装置（不図示）から電気的画像情報が入力されて装置１の画像形成動作が実行される。
【００１９】
プリンタ本体内には、図面上、左側から右側に第１乃至第４の４つの画像形成部（画像形成ステーション）Ｓｙ、Ｓｍ、Ｓｃ、Ｓｋが配列されている。各画像形成部は同じ電子写真画像形成機構であり、それぞれ、矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動される感光ドラム２を有する。またドラム２の周囲にはドラム２に作用するプロセス手段としての１次帯電ローラー３、レーザーユニット４、現像器５、１次転写ローラー６が配設されている。
【００２０】
第１の画像形成部Ｓｙはドラム２に対してフルカラー画像のイエロー成分に対応するイエロー（Ｙ色）トナー像を形成する。第２の画像形成部Ｓｍはドラム２に対してフルカラー画像のマゼンタ成分に対応するマゼンタ（Ｍ色）トナー像を形成する。第３の画像形成部Ｓｃはドラム２に対してフルカラー画像のシアン成分に対応するシアン（Ｃ色）トナー像を形成する。第４の画像形成部Ｓｋはドラム２に対してフルカラー画像のブラック成分に対応するブラック（Ｋ色）トナー像を形成する。
【００２１】
なお、各画像形成部においてドラム２に対してトナー像を形成する電子写真プロセス・作像原理は公知に属するからそれらの説明は省略する。
【００２２】
各画像形成部Ｓｙ、Ｓｍ、Ｓｃ、Ｓｋの下側には中間転写ベルトユニット７が配設されている。ユニット７は、駆動ローラー８と、２次転写内ローラー９と、テンションローラー１０と、それらのローラー間に懸回張設された中間転写ベルト１１を有する。２次転写内ローラー９にはベルト１１を挟んで２次転写外ローラー１２が当接している。ベルト１１とローラー１２の当接部が２次転写部である。ベルト１１は矢印の時計方向にドラム２の回転速度に対応した速度で循環移動される。
【００２３】
そして、第１乃至第４の画像形成部Ｓｙ、Ｓｍ、Ｓｃ、Ｓｋにおいてそれぞれドラム２の面に形成されたトナー像が１次転写ローラー６によって、回動するベルト１１の外面に対して位置合わせされた状態で順次に重畳転写される。これにより、ベルト１１の外面にＹ色＋Ｍ色＋Ｃ色＋Ｋ色の４色重畳の未定着のフルカラートナー像が合成形成される。
【００２４】
そして、そのトナー像はベルト１１の引き続く回動により２次転写部に至る。その時に２次転写部に対して記録材カセット１３から搬送路１４を通って給送された記録材Ｐが所定の制御タイミングで導入される。これにより、記録材Ｐが２次転写部を挟持搬送されてベルト１１上のトナー画像が記録材Ｐの表面に転写される。２次転写部を通過した記録材Ｐはベルト１１の外面から分離されて、定着器１５に導入される。この定着器１５により記録材上の未定着トナー像が加熱・加圧されて固着画像として定着される。
【００２５】
定着器１５を出た記録材は搬送路１６を通って排出トレイ１７に送り出される。また、記録材Ｐに対するトナー像転写後のベルト１１の外面はクリーニング器１８により清掃されて繰り返して画像形成に供される。
【００２６】
（２）定着器
図２の（ａ）は定着器１５の要部の正面図、（ｂ）は要部の拡大横断面図である。この定着器は電磁誘導加熱方式・熱ローラー型の像加熱装置である。
【００２７】
９２はキュリー温度（例えば２１５℃）を有する整磁合金からなり、画像を担持して搬送される記録材Ｐに接して記録材を加熱するための回転可能な誘導発熱体としての定着ローラーである。整磁合金は図３に示すようにキュリー温度を越えると透磁率が急激に低下するという特性がある。ローラー９２は中空体であり、ローラー９２の一端部側と他端部側の装置側板（不図示）に対して回転可能に軸受支持されている。
【００２８】
９８は弾性を有する駆動ローラー（加圧ローラー）である。このローラー９８は、ローラー９２の下側においてローラー９２に並行に配列され、ローラー９８の一端部側と他端部側の装置側板（不図示）に対して回転可能に軸受支持されている。そして、付勢部材（不図示）により上方に移動付勢されてローラー９２に対して所定の押圧力で当接している。ローラー９２とローラー９８の当接部が定着ニップ部Ｎである。ローラー９８は駆動源Ｍにより、図２の（ｂ）において矢印の反時計方向に回転駆動される。ローラー９２はローラー９８の回転に従動して矢印の時計方向に回転する。
【００２９】
ローラー９２の内部には、定着ローラー９２を電磁誘導により加熱するための第１のコイル（第１の電磁誘導コイル）９１が磁性体であるフェライトコア９７に巻き付けられた状態で配置されている。更に定着ローラー９２を挟んで第１のコイル９１と反対側（定着ローラー９２の外面側）には両端がショートされたショートコイルである第２のコイル（第２の電磁誘導コイル）９３が配置されている。この第２のコイル９２には、後述するように、第１のコイル９１からキュリー温度を超えた定着ローラー９２の一部を通過した磁束の変化を打ち消すように電流が流れる。
【００３０】
第２のコイル９３も磁性体のコアに巻き付けられた状態にすることができる。第１のコイル９１と第２のコイル９３の少なくとも一方は磁性体のコアに巻き付けられていることが好ましい。
【００３１】
第１のコイル９１とコア９７はそれぞれ支持部材（不図示）に支持されて非回転に固定して配設されている。第１のコイル９１は定着ローラー９２の内面に対して僅少な隙間を存して非接触状態で対向している。第２のコイル９３は定着ローラー９２の外面に対して僅少な隙間を存して非接触状態で対向している。第２のコイル９３は第１のコイル９１による定着ローラー９２の発熱領域の長さと同じかそれ以上の長さである。長さとは定着ローラー９２の軸線方向に沿う寸法である。
【００３２】
９５は定着ローラー９２の温度を検知する温度センサー（温度検知部材）としてのサーミスタであり、定着ローラー９２の中央部の温度を検知して電源部１００の温調機能部に検知温度情報をフィードバックする。本例において、記録材Ｐの通紙は記録材幅中心の所謂中央基準搬送である。ここで、最大サイズ記録材とは装置に通紙可能な最大幅サイズの記録材である。小サイズ記録材とは最大サイズ記録材よりも幅が小さい記録材である。Ａは通紙領域であり、Ｂが非通紙領域である。Ｂ＋Ａ＋Ｂの領域が最大サイズ記録材の通紙幅に対応している。
【００３３】
ローラー９８が回転駆動され、これに従動してローラー９２が回転している状態において、第１のコイル９１に対して電源部（励磁回路部）１００から高周波電流が流される。これにより、ローラー９２が誘導加熱されて昇温する。ローラー９２の温度が温度検知部材９５で検知されて電源部１００の温調機能部に検知温度情報をフィードバックされる。温調機能部は、温度検知部材９５からの検知温度情報が所定の定着温度（像加熱温度）に対応した情報に維持されるように、電源部１００からコイル９１に対する供給電力を制御する。即ち、ローラー９２の温度を所定の定着温度に温調制御する。
【００３４】
この状態において、定着ニップ部Ｎに未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが導入されて定着ニップ部Ｎを挟持搬送されることで、記録材上の未定着トナー像が加熱・加圧されて固着画像として定着される。
【００３５】
定着器１５の基本的な制御を図４のブロック図と図５のフローチャートを用いて説明する。図４に示す電源部１００は、ダイオードブリッジ１０１、フィルタコンデンサ１０２、共振回路を形成する共振コンデンサ１０５を有する。また、第１のコイル９１と、第１、第２のスイッチ素子１０３、１０４と、前記２つのスイッチ素子を駆動信号１２１、１２２で駆動する駆動回路１１２を有する。また、制御回路１１３、入力電流を検出する電流検出回路１１０、入力電圧を検出する電圧検出回路１１１、定着ローラー９２の表面温度をサーミスタ９５を用いて検出する温度検出回路１１４を有する。５００は電源部１００に電力を供給する商用電源である。
【００３６】
制御回路１１３は、電流検出回路１１０、電圧検出回路１１１の検出結果から演算した電力及び温度検出回路１１４の検出結果によって、駆動回路１１２が出力する駆動信号１２１、１２２のパルス幅を決定する。スイッチ素子１０３と１０４は駆動信号１２１、１２２に従って交互にＯＮ／ＯＦＦし、第１のコイル９１に高周波電流を供給する。
【００３７】
制御回路１１３の電力制御時の簡単な周波数制御方法としては、図５の（ａ）のフローチャートに示すものがある。この制御方法は、ステップ３００１及び３００２において検出電力Ｐと目標電力Ｐｏ（例えば１２００Ｗ）を比較する。Ｐ＞Ｐｏの場合は、ステップ３００８において所定の値ｔａだけパルス幅を下げる。Ｐ＜Ｐｏの場合は、ステップ３００６において最大パルス幅ｔｍａｘ以下で所定の値ｔｂだけパルス幅を上げる。Ｐ＝Ｐｏの場合は、ステップ３００３においてパルス幅を変化させないというものである。
【００３８】
また、図５の（ｂ）は定着器１５の温度制御時の簡単な周波数制御方法である。この制御方法は、検出温度Ｔと目標温度Ｔｏ（例えば１８０℃）を比較する。Ｔ＞Ｔｏの場合は、ステップ４００８において所定の値ｔａだけパルス幅を下げる。Ｔ＜Ｔｏの場合は、ステップ４００６において最大パルス幅ｔｍａｘ以下で所定の値ｔｂだけパルス幅を上げる。Ｔ＝Ｔｏの場合は、ステップ４００３においてパルス幅を変化させないというものである。
【００３９】
上記電力制御、温度制御のいずれにおいても、パルス幅を増減させることで第１のコイル９１に流す高周波電流を増減させている。
【００４０】
図６を用いて定着器１５における記録材Ｐサイズ別（記録材サイズ別）の動作を説明する。最大サイズ記録材の通紙時のように通紙領域Ａが広く、定着ローラー９２の全長域がキュリー温度以下の場合の定着器の状態について（ａ）を用いて説明する。
【００４１】
定着ローラー９２がキュリー温度を超えていない状態では、整磁合金の導電性発熱体の透磁率が高く、第１のコイル９１に交流電流を流すことで発生した磁束９９ａは定着ローラー９２の導電性発熱体の断面内部を均等に通過する。そのため従来の電磁誘導加熱方式の定着器と同様に導電性発熱体に発生する渦電流も均等になり、定着ローラー９２の全域において温度が均一に保たれる。この状態では定着ローラー９２を挟んで第１のコイル９１と反対側に配置された第２のコイル９３には磁束が通過しないため定着器に対して作用しない。
【００４２】
次に小サイズ記録材の通紙時のように通紙領域Ａと非通紙領域Ｂが存在し、定着ローラー９２の両端部の非通紙領域Ｂがキュリー温度を越えた場合の定着器の状態について（ｂ）を用いて説明する。
【００４３】
小サイズ記録材を通紙すると通紙領域Ａが記録材Ｐに熱を奪われるのに対し非通紙領域Ｂは記録材Ｐに熱を奪われないため、非通紙領域Ｂは通紙領域Ａに対して次第に温度が上昇してキュリー温度を越える。キュリー温度を越えると、前述したように非通紙領域Ｂの透磁率が急激に低下し、電磁誘導により定着ローラー９２に発生する渦電流も急激に減少するため非通紙領域Ｂの過度な温度上昇を抑えることができる。
【００４４】
また、非通紙領域Ｂがキュリー温度を越えると、第１のコイル９１によって発生した磁束９９ａは非通紙領域Ｂでは漏れ磁束９９ｃとして定着ローラー９２を通過する。定着ローラー９２を挟んだ反対側には第２のコイル９３が配置されているため、非通紙領域Ｂにおける漏れ磁束９９ｃは第２のコイル９３を通過することになる。第２のコイル９３は両端がショートされたショートコイルであり、漏れ磁束９９ｃが通過するとその変化を打ち消すような磁束９９ｂが発生するような誘導電流が流れるようになる。
【００４５】
即ち、第２のコイル９３には、第１のコイル９１からキュリー温度を超えた定着ローラー９２の一部（非通紙領域Ｂ）を通過した磁束（漏れ磁束）９９ｃの変化を打ち消すように電流が流れる。
【００４６】
第２のコイル９３は両端の非通紙領域Ｂと中央の通紙領域Ａにまたがっているため、第２のコイル９３の磁束９９ｂは非通紙領域Ｂだけでなく通紙領域Ａにも発生することになる。第２のコイル９３によって発生した磁束９９ｂは非通紙領域Ｂでは定着ローラー９２の発熱を抑えるように、通紙領域Ａでは定着ローラー９２の誘導加熱を更に強めるように作用する。即ち、第２のコイル９３に流れる電流によって発生する磁束９９ｂによって着ローラー９２のキュリー温度を超えていない部分（通紙領域Ａ）が誘導加熱される。
【００４７】
このように非通紙領域Ｂの漏れ磁束９９ｃを利用して第２のコイル９３と磁気結合し、電磁誘導エネルギーを通紙領域Ａの発熱に利用する。そのため、電源部１００から見た定着器１５の力率低下が軽減される。定着器１５の力率低下が軽減されると無効電力が軽減されることでコイル電流の増加も軽減される。無効電力のための電流増加は電源部１００の損失を増加させるため、そのコイル電流増加が軽減されると電源部１００の損失増加を防ぐことにつながる。更に通紙領域Ａの発熱に利用する際に電磁誘導を用いるため発熱効率も向上できる。これらにより画像形成装置としてのエネルギー効率を高めることができる。
【００４８】
なお、本実施例では駆動用の第１のコイル９１を定着ローラー９２の内部に、非通紙領域Ｂの漏れ磁束９９ｃを利用して通紙領域Ａの発熱補助に作用する第２のコイル９３を定着ローラー９２の外部に配置した例を説明した。これに限られず、駆動用の第１のコイル９１を定着ローラー９２の外部に、第２のコイル９３を定着ローラー９２の内部に配置しても同様の効果が得られる。
【００４９】
回転可能な誘導発熱体９２は中空ローラ体に限られず、エンドレスベルト体の形態にすることもできる。記録材Ｐの通紙を片側通紙基準で行う構成にすることもできる。本発明の像加熱装置は実施例の画像加熱定着装置としてばかりでなく、その他、例えば、画像を担持した記録材を加熱して光沢等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着する像加熱装置等としても使用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１５・・像加熱装置（定着器）、Ｐ・・記録材、９２・・誘導発熱体（定着ローラー）、９１・・第１のコイル、９３・・第２のコイル、９９ａ・・第１のコイルの磁束、９９ｃ・・漏れ磁束、９９ｂ・・第２のコイルの発生磁束
【図３】
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【図１】
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【図２】
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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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