(57)【要約】【課題】誘導加熱装置に加熱回転体の回転軸線方向の温度分布を調整する機構を付設することなく、加熱回転体の中央部と両端部の温度差を解消して、記録材の正常な搬送性能を確保できる像加熱装置を提供する。【解決手段】定着ローラ１は、トナー画像を担持した記録材を加熱処理するための第一目標温度よりも高いキュリー温度の磁性体導電層の一例である芯金１ｂを有して記録材の画像面を加熱する。制御部１０４は、記録材が所定サイズ以下であれば、所定サイズの記録材が通過する領域を第一目標温度に制御した状態で記録材の加熱処理を開始させる。しかし、記録材が所定サイズを超えている場合は、所定サイズの記録材が通過する領域を第一目標温度に制御された状態から芯金１ｂのキュリー温度に昇温させて記録材の加熱処理を開始させる。【選択図】図３
2013156447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層を有して記録材の画像面を加熱する加熱回転体と、
前記加熱回転体の導電層を誘導加熱する誘導加熱装置と、
前記加熱回転体における所定サイズの記録材が通過する領域の温度を検出する第一検出手段と、
前記第一検出手段の温度が目標温度になるように誘導加熱装置への通電を制御する通電制御手段と、を有し、
前記加熱回転体の導電層のキュリー温度は記録材に形成された画像を加熱するための第一目標温度よりも高く、像加熱装置の耐熱温度よりも低い温度に設定されている像加熱装置において、
前記目標温度をキュリー温度よりも低い温度に設定した状態で像加熱処理開始前の回転後に記録材の加熱処理を開始する第一モードと、前記目標温度をキュリー温度以上の温度に設定した状態で像加熱処理開始前の回転後に記録材の加熱処理を開始させる第二モードと、を選択して実行可能な制御手段と、を備えることを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
記録材における搬送方向に直角な方向の長さである加熱幅を判別する判別手段を備え、
前記制御手段は、前記判別手段の判別情報に基づいて、前記加熱幅が所定長さ以下であれば前記第一モードを選択し、前記加熱幅が前記所定長さを超えていれば前記第二モードを選択することを特徴とする請求項１記載の像加熱装置。
【請求項３】
前記加熱回転体における前記所定サイズの記録材が通過する外側の領域の温度を検出する第二検出手段を備え、
前記制御手段は、前記第二モードの昇温過程では、前記第二検出手段の検知温度が前記第一目標温度に達したタイミングで記録材の加熱処理を開始させることを特徴とする請求項１又は２に記載の像加熱装置。
【請求項４】
前記第二モードでは、前記第一検出手段の検知温度が前記導電層のキュリー温度に達した後に、前記目標温度を前記第一目標温度に設定した状態で記録材の加熱処理を開始することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の像加熱装置。
【請求項５】
導電層を有して記録材の画像面を加熱する加熱回転体と、
前記加熱回転体の導電層を誘導加熱する誘導加熱装置と、
前記加熱回転体における所定サイズの記録材が通過する領域の温度を検出する第一検出手段と、
前記第一検出手段の温度が目標温度になるように誘導加熱装置への通電を制御する通電制御手段と、を有し、
前記加熱回転体の導電層のキュリー温度は記録材に形成された画像を加熱するための第一目標温度よりも高く、像加熱装置の耐熱温度よりも低い温度に設定されている像加熱装置において、
前記第一検出手段の検知温度が前記第一目標温度よりも低い状態から、前記誘導加熱装置を制御して少なくとも前記所定サイズの記録材が通過する領域を前記導電層のキュリー温度に昇温させた後に記録材の加熱処理を開始させる制御手段と、を備えることを特徴とする像加熱装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記所定サイズの記録材が通過する領域を前記導電層のキュリー温度に昇温させる過程では前記目標温度をキュリー温度よりも高い温度に設定し、前記所定サイズの記録材が通過する領域が前記導電層のキュリー温度に昇温した後であって記録材の加熱処理が開始される前に、前記目標温度を前記第一目標温度に設定することを特徴とする請求項５記載の像加熱装置。
【請求項７】
記録材における搬送方向に直角な方向の長さである加熱幅を判別する判別手段を備え、
前記制御手段は、前記判別手段の判別情報に基づいて、前記加熱幅が所定長さ以下であれば、前記第一検出手段の検知温度が前記第一目標温度よりも低い状態から、前記導電層のキュリー温度に到達させることなく前記第一目標温度に昇温させた後に記録材の加熱処理を開始させることを特徴とする請求項５又は６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、磁性体導電層のキュリー温度を利用して加熱回転体の過熱を防止する誘導加熱方式の像加熱装置、詳しくは加熱処理の開始後の初期段階における搬送幅の大きな記録材のしわ発生を抑制するための温度制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
像担持体に形成したトナー像を直接又は中間転写体を介して記録材に転写し、トナー像が転写された記録材を、像加熱装置の一例である定着装置で加熱加圧して、記録材に画像を定着させる画像形成装置が広く用いられている。像加熱装置は、定着装置の外に、半定着画像や定着画像が形成された記録材を加熱加圧して画像の光沢度や表面状態を調整する単独の加熱処理装置を含む。
【０００３】
磁性体導電層を有する薄肉の加熱回転体（ローラ部材又はベルト部材）を誘導加熱装置によって加熱する誘導加熱方式の像加熱装置が実用化されている（特許文献１）。誘導加熱方式の像加熱装置は、薄い加熱回転体に加熱を集中できるため、熱効率が高く、室温からの加熱の立ち上がりも早い。
【０００４】
しかし、誘導加熱方式の像加熱装置であっても、搬送方向に直角な方向の長さが短い記録材を連続通紙した時には加熱回転体の端部の記録材に接触しない領域の温度上昇する非通紙部昇温が生ずる。そのため、誘導加熱を受けるために加熱回転体に設けられた磁性体導電層のキュリー温度を利用して、非通紙部昇温を防止する技術が実用化されている（特許文献２）。
【０００５】
特許文献２に示されるように、キュリー温度を利用して加熱回転体の非通紙部昇温を防止する像加熱装置では、導電層のキュリー温度が、加熱回転体の耐熱温度よりも低くて記録材の加熱時に用いる温度調整の目標温度よりも高い温度に設定されている。加熱回転体がキュリー温度に達すると、磁性体導電層の磁性が失われて誘導加熱の渦電流が流れる深さ方向の範囲が拡大するため、磁性体導電層のみかけの抵抗が下がって、ジュール熱の発生量が急低下する。これにより、加熱回転体がキュリー温度を超えて温度上昇することが阻止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−３３７８７号公報
【特許文献２】特開２０００−３９７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
誘導加熱方式の像加熱装置であっても、加熱回転体を目標温度に保持したスタンバイ状態で、加熱回転体の回転軸性方向の中央部に比較して放熱し易い両端部の温度が相対的に低くなる傾向がある。特に、通電を停止した状態で待機させるスタンバイ状態の時間が長いほど、昇温時に両端部の温度が低くなる傾向が顕著になる。その結果、記録材の加熱処理を開始する時点で、加熱回転体の中央部と両端部の温度差が大きくなる。このような状態で、画像形成信号が入力されて通紙が開始されると、加熱回転体の中央部と端部の温度差によって記録材の正常な搬送が妨げられて、記録材の搬送方向の後端側に紙しわが発生し易くなる。
【０００８】
そこで、加熱回転体の中央部と両端部の温度差を解消するために、中央部と両端部とで誘導加熱の磁束分布を変更するようにコイルやコアを移動する構成が検討された。しかし、コイルやコアを移動するための機構を追加すると誘導加熱方式の像加熱装置の構造が複雑になる。そのため、このような機構を用いなくても、簡易な構成で加熱回転体の中央部と両端部の温度差を低減できる構成が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の像加熱装置は、導電層を有して記録材の画像面を加熱する加熱回転体と、前記加熱回転体の導電層を誘導加熱する誘導加熱装置と、前記加熱回転体における所定サイズの記録材が通過する領域の温度を検出する第一検出手段と、前記第一検出手段の温度が目標温度になるように誘導加熱装置への通電を制御する通電制御手段と、を有し、前記加熱回転体の導電層のキュリー温度は記録材に形成された画像を加熱するための第一目標温度よりも高く、像加熱装置の耐熱温度よりも低い温度に設定されたものである。そして、前記目標温度をキュリー温度よりも低い温度に設定した状態で像加熱処理開始前の回転後に記録材の加熱処理を開始する第一モードと、前記目標温度をキュリー温度以上の温度に設定した状態で像加熱処理開始前の回転後に記録材の加熱処理を開始させる第二モードと、を選択して実行可能な制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の像加熱装置では、誘導加熱装置に加熱回転体の回転軸線方向の温度分布を調整するための新たな機構を用いなくても、加熱回転体の中央部と両端部の温度差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】定着装置の軸垂直断面における内部構成の説明図である。
【図３】定着装置の入り口側から見た断面における内部構成の説明図である。
【図４】温度均一化モードにおける定着ローラの温度制御の説明図である。
【図５】実施例１の定着装置の定着温度制御のフローチャートである。
【図６】実施例２の定着装置の定着温度制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、加熱回転体の温度を上昇させる際の目標温度が磁性体導電層のキュリー温度以上に設定される限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１３】
従って、像加熱装置は、定着装置の他に、画像の光沢度や表面状態を調整する加熱処理装置を含む。加熱回転体は、ローラ部材でもベルト部材でもよい。
【００１４】
画像形成装置は、モノクロ／フルカラー、枚葉型／記録材搬送型／中間転写型、トナー像形成方式、転写方式の区別無く実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写／定着に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。
【００１５】
＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、原稿読取装置１０１は、原稿台上に載置した原稿をＣＣＤラインセンサにより読み取って、画像を時系列電気デジタル電気信号に変換する。制御部１０４は、原稿読取装置１０１、プリントコントローラ１０３等からの信号を受けて、画像形成装置１００の各部に指令を送る信号処理及び種々のシーケンス制御を行うコンピュータである。
【００１６】
画像形成装置１００は、感光ドラム１０５の周囲に、帯電ローラ１０６、露光装置１０７、現像装置１０８、転写ローラ１０９、及びドラムクリーニング装置１１３が配置される。感光ドラム１０５は、所定のプロセススピードの周速で回転する。帯電ローラ１０６は、感光ドラム１０５の表面を一様な電位に帯電させる。露光装置１０７は、レーザービームを走査して感光ドラム１０５に画像の静電像を書き込む。現像装置１０８は、静電像を現像して感光ドラム１０５にトナー像を形成する。転写ローラ１０９は、電圧を印加されて感光ドラム１０５のトナー像を記録材Ｐへ転写させる。ドラムクリーニング装置１１３は、記録材Ｐへの転写を逃れて感光ドラム１０５に連れ回る転写残トナーを回収する。
【００１７】
感光ドラム１０５に形成されたトナー像は、転写部Ｔを搬送される記録材Ｐに転写される。記録材カセット１１０には、Ａ４縦送りの小サイズの記録材が収納される。記録材カセット１１１にはＡ３縦送りの大サイズの記録材が収納される。記録材Ｐは、記録材カセット１１０又は記録材カセット１１１から１枚ずつ取り出されて、レジストローラ１１２で待機する。記録材Ｐは、レジストローラ１１２によって、感光ドラム１０５上のトナー像にタイミングを合わせて転写部Ｔへ給送されて、感光ドラム１０５からトナー像を転写される。トナー像を転写された記録材Ｐは、定着装置１１４へ搬送され、定着装置１１４で加熱加圧を受けてトナー像を定着された後に、外部トレイ１１５へ排出される。
【００１８】
＜定着装置＞
図２は定着装置の軸垂直断面における内部構成の説明図である。図３は定着装置の入り口側から見た断面における内部構成の説明図である。
【００１９】
従来の像加熱装置の加熱ローラは、ハロゲンヒータや抵抗発熱体等の発熱体によって内部または外部から直接もしくは間接的に加熱されていた。しかし、近年、画像形成装置の省エネルギー化と同時に、クイックプリント、ウォームアップ時間の短縮と言ったユーザーの操作性向上を実現することが重視されている。このため、定着装置１１４では、発熱効率の高い誘導加熱方式を採用している。
【００２０】
図２に示すように、定着装置１１４は、画像形成装置に組み込まれた加熱ローラ型・電磁誘導加熱方式の像加熱装置であって、定着ローラ１に加圧ローラ２を圧接させて記録材Ｐの加熱ニップＮを形成している。
【００２１】
定着ローラ１は、円筒状の薄肉の磁性体金属材料で形成された芯金１ｂの外周面に、フッ素樹脂をコーティングして耐熱性の離型層１ａが形成されている。
【００２２】
芯金１ｂの磁性体金属材料は、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―コバルト合金等であって、キュリー温度を所望の温度に調整した整磁合金材料である。
【００２３】
芯金１ｂの磁性体金属材料のキュリー温度は、記録材Ｐに対してトナー像ｔが定着可能な温度よりも高く、誘導コイル６等の構成部品の耐熱温度より低く設定されている。ここでは、第一目標温度が１９０℃で、構成部品の耐熱温度を２３０℃に設計しているため、キュリー温度は２１０℃に調整している。芯金１ｂの厚さは、０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍとすることが好ましく、ここでは、１．０ｍｍに設計している。すなわち、キュリー温度を、像加熱を行う像加熱温度より高く、像加熱装置の耐熱温度未満に設定する。
【００２４】
定着ローラ１は、駆動されて矢印Ａ方向（時計回り）に所定の周速度にて回転駆動される。加圧ローラ２は、定着ローラ１の回転に従動して矢印Ｂ方向（反時計回り）に回転する。加圧ローラ２は、定着ローラ１の下側に並行に配列する。
【００２５】
加圧ローラ２は、金属軸２ａの外周に、シリコンゴムの弾性層２ｂを同心一体に形成してローラ状に仕上げた弾性ローラである。弾性層２ｂは、表面離型性耐熱ゴム層である。加圧ローラ２は、定着ローラ１の下面に対して、弾性層２ｂの弾性に逆らって所定の押圧力にて圧接されることで、搬送方向に所定の長さを有する加熱ニップＮを形成している。
【００２６】
定着ローラ１の内部の空間には、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コイル・アセンブリ３を挿入して非回転に配設している。コイル・アセンブリ３は、コア５、誘導コイル（励磁コイル）６（６１、６２）、コアホルダ７を一体に組み立てた交換ユニットであって、外部に露呈しないように定着ローラ１の内側に収納されている。
【００２７】
磁性体材料からなるコア５は、紙面と垂直な方向に配列し、絶縁材料からなるコアホルダ７に形成した通孔にそれぞれ挿入して配置される。コア５は、透磁率が大きく自己損失の小さい磁性体材料が好ましく、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。
【００２８】
誘導コイル６は、コアホルダ７の周囲に銅線を巻回して形成されている。誘導コイル６は、第一誘導コイル６１と第二誘導コイル６２の２個が配置され、発生する合計の磁束によって、定着ローラ１のほぼ全周を加熱可能である。誘導コイル６は、定着ローラ１の加熱に十分な交番磁束を発生するために、インピーダンスにおける抵抗成分を低く、インダクタンス成分を高くする必要がある。このため、誘導コイル６は、φ０．１〜０．３の絶縁被覆電線の細線を略８０〜１６０本ほど束ねたリッツ線を芯線として用いている。コアホルダ７の形状に合わせて、定着ローラ１の長手方向の横長舟型にリッツ線を複数回巻回すことで、磁性コア５を周回する誘導コイル６が形成されている。
【００２９】
分離爪１３は、定着ニップ部Ｎに導入されて定着ニップ部Ｎを出た記録材Ｐが定着ローラ１に巻き付くのを防いで定着ローラ１から分離させる。コアホルダ７及び分離爪１３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性を有する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。
【００３０】
定着ローラクリーナ１４は、記録材Ｐから定着ローラ１の周面に移転（オフセット）したトナーを、押し付けローラ１４ｄで定着ローラ１に押し付けたクリーニングウエブ１４ａが拭き取って、定着ローラ１の周面を清掃する。クリーニングウエブ１４ａが繰り出し軸部１４ｂから巻取り軸部１４ｃへ少しずつ送られることで、定着ローラ１に押し付けられたウエブ部分が徐々に更新される。定着ローラクリーナ１４は、ウエブ繰り出し軸部１４ｂは、クリーニングウエブ１４ａをロール巻きに保持する。押し付けローラ１４ｄは、ウエブ繰り出し軸部１４ｂとウエブ巻取り軸部１４ｃとの間のウエブ部分を定着ローラ１の外周面に押し付ける。
【００３１】
サーモスタット１５は、定着ローラ１を過剰な温度上昇から保護する安全装置である。サーモスタット１５は、定着ローラ１の表面近傍に配置され、予め設定された警報温度を検知すると接点を開放して誘導コイル６への通電を強制的に切断し、定着ローラ１が設計温度以上に加熱されることを防止する。
【００３２】
第１サーミスタ１１は、定着ローラ１の中央温度検知装置である。第２サーミスタ１２は、定着ローラ１の端部温度検知装置である。第１サーミスタ１１及び第２サーミスタ１２は、定着ローラ１を隔てて誘導コイル６に向かい合い、弾性部材１６により押圧されて、定着ローラ１の表面に弾性的に圧接させて配置される。
【００３３】
制御部１０４は、第１サーミスタ１１及び第２サーミスタ１２によって検出された定着ローラ１の温度情報に基づいて、コイル駆動電源１１６を制御し、記録材Ｐの給送を制御する。これにより、定着ローラ１が所定の表面温度範囲に保たれた状態で記録材Ｐを加熱処理する。
【００３４】
所定の表面温度範囲に保たれた定着ニップ部Ｎに対して転写部（Ｔ：図１）から未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが給送されて、定着ニップ部Ｎを挟持搬送される。これにより、定着ローラ１の熱と定着ニップ部Ｎの加圧力とで、未定着トナー像ｔが記録材Ｐの面に加熱定着される。
【００３５】
図３に示すように、定着ローラ１の奥側の端部は、奥側の側板（定着ユニットフレーム）２１に軸受２３を介して回転可能に支持され、手前側の端部は、手前側の側板（定着ユニットフレーム）２２に軸受２３を介して回転可能に支持される。
【００３６】
加圧ローラ２の金属軸２ａの奥側の端部は、奥側の側板２１に軸受２６を介して回転自在に保持され、金属軸２ａの手前側の端部は、手前側の側板２２に軸受２６を介して回転自在に保持される。
【００３７】
ドライブギアＧは、定着ローラ１の手前側の端部に固着されている。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、定着ローラ１が駆動されて回転する。
【００３８】
コイル供給線６ａ、６ｂは、誘導コイル６の２本の外方引出しリード線であって、コアホルダ７の手前側の丸軸形状部７ａから外部に引き出してコイル駆動電源１１６に接続してある。コイル駆動電源１１６は、誘導コイル６に供給する高周波電流を発生させる電流供給回路と、高周波電流を定電流制御する定電流回路と、高周波電流の周波数を可変に制御する周波数可変制御回路とを含み、周波数可変な交流電流を定電流にて誘導コイル６に供給する。
【００３９】
＜誘導加熱装置＞
図２に示すように、誘導コイル６に高周波電流が供給されると、コア５が交番磁界を発生する。コア５が発生する交番磁界は、金属導体からなる中空の定着ローラ１に誘導電流（渦電流）を発生させ、定着ローラ１自体の表皮抵抗によって定着ローラ１そのものをジュール発熱させる。定着装置１１４では、誘導加熱方式を採用しているため、発熱効率が極めて向上しており、ウォームアップ及び温度維持における省電力を実現しつつ、ウォームアップ時間の短縮を併せて実現している。
【００４０】
誘導コイル６に印加する交流電流の角周波数ω、定着ローラ１の芯金１ｂの透磁率μ、芯金１ｂの固有抵抗ρから得られる表皮深さδおよび表皮抵抗Ｒｓは、式１および式２で示される。
【００４１】
【数１】
2013156447.tif 000003
【００４２】
【数２】
2013156447.tif 000004
【００４３】
また、定着ローラ１の芯金１ｂに発生する電力Ｗは、芯金１ｂに誘導される渦電流をＩｆとして、式３で示される。
【００４４】
【数３】
2013156447.tif 000005
【００４５】
式３に示されるように、定着ローラ１の芯金１ｂの発熱量を増加させるためには、渦電流Ｉｆを大きくするか、あるいは、表皮抵抗Ｒｓを大きくする必要がある。
【００４６】
渦電流Ｉｆを大きくするためには、誘導コイル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よい。表皮抵抗Ｒｓを大きくするためには、誘導コイル６に印加する交流電流の周波数１／ωを高くするか、芯金１ｂに透磁率μが高くて固有抵抗も高い材料を用いればよい。
【００４７】
磁束を強くするには、誘導コイル６の巻き数を増したり、コア５の材料を高透磁率で残留磁束密度の低いものにしたりすればよい。また、コア５と定着ローラ１の芯金１ｂとの隙間ｄを小さくすれば、定着ローラ１の芯金１ｂ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できる。
【００４８】
式１〜式３に示すように、定着ローラ１は、印加する高周波電流の周波数１／ω、芯金１ｂの透磁率μおよび固有抵抗値ρとから決定される表皮抵抗Ｒｓに比例した電力で発熱する。このため、芯金１ｂの厚みが厚くても薄くても定着ローラ１の発熱量は変わらない。芯金１ｂの厚さが大きい場合、熱容量が増えて、ウォームアップ時間短縮が困難になる。しかし、芯金１ｂの厚さが薄過ぎると、磁束が定着ローラ１を突き抜けて、発熱効率が低下したり、定着ローラ１の外側の金属部材に渦電流を発生させて無駄な加熱をしたりしてしまう。そのため、定着ローラ１の芯金１ｂの厚さは、おおよそ５０μｍ〜２０００μｍ程度が望ましい。
【００４９】
＜定着装置の起動シーケンス＞
図３に示すように、制御部１０４は、メイン電源スイッチ１１７がＯＮされると、画像形成装置１００の各部を起動させて画像形成シーケンス制御をスタートさせる。制御部１０４は、駆動モータＭを起動して、定着装置１１４の定着ローラ１の回転を開始する。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。
【００５０】
制御部１０４は、コイル駆動電源１１６を起動して誘導コイル６に高周波電流を流す。これにより、誘導コイル６の周囲に交番磁界が発生し、定着ローラ１が電磁誘導加熱されて、目標温度１９０℃に向かって昇温していく。定着ローラ１の昇温状態が第１サーミスタ１１によって検知され、温度情報が制御部１０４に入力される。
【００５１】
制御部１０４は、第１サーミスタ１１の出力を定着ローラ１の温度制御のフィードバックに用いている。制御部１０４は、第１サーミスタ１１が検知する定着ローラ１の表面温度が目標温度１９０℃に昇温された後、目標温度１９０℃に維持されるように、コイル駆動電源１１６から誘導コイル６に供給される電力を制御する。定着ローラ１の温度を室温から目標温度１９０℃まで立ち上げた後、定着ローラ１が目標温度１９０℃に保たれるように、定着ローラ１の温度調整を行う。
【００５２】
＜整磁合金を用いた温度制御＞
図３に示すように、定着装置１１４における通紙は、いかなる記録材サイズでも、中心Ｃを記録材の中心線に一致させて、中央基準で行われる。記録材サイズが変化しても、記録材の搬送幅方向の中央が定着ローラ１の回転軸線方向の中央を通過する。
【００５３】
画像形成装置１００においては、通紙できる記録材Ｐの最大サイズ（以下、大サイズ紙と記す）は１３インチである。また、通紙できる記録材の最小サイズ（以下、小サイズ紙と記す）はＡ５Ｒである。大サイズ紙が通過する範囲を大サイズ紙通紙領域幅Ｐ１とし、小サイズ紙が通過する範囲を小サイズ紙通紙領域幅Ｐ２とする。
【００５４】
第１サーミスタ１１は、通紙可能な最小サイズの小サイズ紙通紙領域幅Ｐ２の略中央部で定着ローラ１に接触して通紙部温度を検出する。通紙部温度は、記録材Ｐの加熱処理中の定着ローラ１の温度制御に用いられる。第２のサーミスタ１２は、大サイズ紙通紙領域幅Ｐ１の外側位置で定着ローラ１に接触して非通紙部温度を検出する。
【００５５】
本実施例では、記録材のサイズに関わらず第１のサーミスタ１１により検知される温度が目標温度１９０℃になるようにコイルへの通電制御が行われる。通紙される記録材Ｐが小サイズ紙の場合、定着ニップ部Ｎの大サイズ紙通紙領域幅Ｐ１と小サイズ紙通紙領域幅Ｐ２との差領域が非通紙部領域となる。小サイズ紙の通紙が連続的になされると、記録材Ｐが連続的に熱を奪う小サイズ紙通紙領域幅Ｐ２では定着ローラ１の温度が第一目標温度１９０℃に維持される。しかし、非通紙部領域に対応する定着ローラ１の両端部分は、記録材やトナー像に熱を奪われないので、第一目標温度１９０℃を越えて昇温して、非通紙部昇温が発生する。
【００５６】
本実施例では、非通紙部昇温の対策として定着装置１１４では、定着ローラ１の芯金１ｂに、キュリー温度を第一目標温度１９０℃よりも高い所定温度２１０℃に調整された整磁合金を用いて、非通紙部昇温を軽減している。
【００５７】
すなわち、定着装置１１４は、定着ローラ１の芯金１ｂに整磁合金を用いているため、非通紙部昇温はキュリー温度までに実質的に制限される。非通紙部昇温によって定着ローラ１の両端部分の温度がキュリー温度に達すると、定着ローラ１の両端部分の透磁率μが急激に低下するため、定着ローラ１の両端部分の発熱量が減少して、定着ローラ１の両端部分の温度はキュリー温度以上には上がりにくくなる。
【００５８】
上述した式３に示されるように、定着ローラ１の芯金１ｂの発熱量を減少させるためには、渦電流Ｉｆを小さくするか、あるいは、表皮抵抗Ｒｓを小さくする必要がある。
【００５９】
定着ローラ１の芯金１ｂは、材料のキュリー温度まで加熱されると、透磁率μが減少する。上述した式２に示すように、定着ローラ１の芯金１ｂの温度がキュリー温度を越えると、表皮抵抗Ｒｓが減少する。同時に、定着ローラ１の芯金１ｂ内に導かれる磁束も減少するので、渦電流Ｉｆも減少する。その結果、上述した式３に示すように、定着ローラ１の芯金１ｂの発熱量Ｗが減少する。
【００６０】
定着装置１１４は、キュリー温度を２１０℃に調整した整磁合金を定着ローラ１の芯金１ｂに用いているので、芯金１ｂはキュリー温度の２１０℃以上に加熱されることが無い。小サイズの記録シートを通紙したとしても、キュリー温度２１０℃以上に非通紙部温度が上昇することはない。また、制御部１０４がキュリー温度２１０℃以上の温度を目標温度としてコイル駆動電源１１６を制御したとしても、キュリー温度２１０℃以上に定着ローラ１の芯金１ｂの温度が上昇しにくくなる。
【００６１】
＜非通紙部の温度低下による紙しわ＞
定着ローラ１の回転軸線方向の両端部においては、中央部よりも放熱量が大きい。このため、メイン電源スイッチ１１７のＯＮ直後のいわゆる朝一状態での起動完了状態や、定着動作を行わないスタンバイ放置状態において、定着ローラ１の中央部に比較して両端部の温度が低くなる現象（以下、端部温度低下と呼ぶ）が発生し易くなる。
【００６２】
図３を参照して図４の（ａ）に示すように、定着ローラ１が端部温度低下の状態であると、定着ローラ１の端部の外径が端部温度低下の状態でない場合に比較して減少するため、定着ローラ１の両端部の記録材搬送速度が中央部に比較して小さくなる。定着ローラ１の中央部の温度は１９０℃、両端部の温度は１４０℃であるから温度差Δ＝５０℃である。温度差Δによって、定着ローラ１の両端部の外径が縮小して記録材のニップ搬送速度が減少する。
【００６３】
その結果、記録材の搬送方向の後端側における加熱幅方向の両端部を外側へ押し広げる効果が薄れるため、大サイズ紙が加熱ニップＮを通過する際に記録材の後端側に搬送方向の紙しわが発生し易くなる。記録材の後端側に紙しわが発生する現象は、１３×１９インチの大サイズ紙に限らず、Ｂ４サイズ、Ａ３サイズの記録材でも発生することが確認されている。
【００６４】
紙が湿気の影響で波打ち変形するような極端な高湿度環境では、記録材の後端側に紙しわが発生する現象がさらに顕著になる。湿度が７０％以上の環境下では、紙が湿気の影響で波打って記録材の後端側に紙しわが発生し易くなる。定着装置１１４の場合、相対湿度が７０％以上の環境でＢ４サイズ以上のラージサイズ紙を加熱処理すると、記録材の後端側に紙しわが発生し易くなることが事前の比較実験で確認されている。
【００６５】
ところで、記録材の後端に紙しわが発生する現象は、大サイズ紙が３〜４枚、加熱ニップＮを通過すると、端部温度低下が上述した非通紙部昇温に相殺されて解消される。しかし、先頭の１、２枚で紙しわが発生すると、確認と画像形成ジョブのやり直しを含めて画像形成装置１００の生産性がひどく低下する。
【００６６】
そこで、以下の実施例では、大サイズ紙の画像形成に際しては、定着ローラ１の芯金１ｂの整磁合金の性質を利用した第二昇温モードを実行して端部温度低下の状態を解消している。端部温度低下の状態を解消してから記録材の加熱処理を開始することで、記録材の後端に紙しわが発生する現象を阻止している。
【００６７】
＜実施例１＞
図４は温度均一化モードにおける定着ローラの温度制御の説明図である。図５は実施例１の定着装置の定着温度制御のフローチャートである。
【００６８】
図２に示すように、加熱回転体の一例である定着ローラ１は、トナー画像を担持した記録材を加熱処理するための第一目標温度よりも高いキュリー温度の磁性体導電層の一例である芯金１ｂを有して記録材の画像面を加熱する。誘導加熱装置の一例である誘導コイル６は、定着ローラ１の芯金１ｂを誘導加熱する。
【００６９】
図３に示すように、第一検出手段の一例である第１サーミスタ１１は、定着ローラ１における所定サイズの記録材が通過する領域の温度を検出する。第二検出手段の一例である第２サーミスタ１２は、定着ローラ１における所定サイズの記録材が通過する外側の領域の温度を検出する。
【００７０】
判別手段の一例である制御部１０４は、画像形成ジョブの入力データから記録材における搬送方向に直角な方向の長さである加熱幅を判別する。制御手段の一例である制御部１０４は、第一モードと第二モードとを選択して実行可能である。制御部１０４は、画像形成ジョブの入力データの判別情報に基づいて、加熱幅が所定長さ以下であれば第一モードを選択し、加熱幅が所定長さを超えていれば第二モードを選択する。
【００７１】
第一モードの一例である通常モードでは、目標温度をキュリー温度よりも低い温度に設定した状態で像加熱処理開始前の回転後に記録材の加熱処理を開始する。通常モードでは、コイル駆動電源１１６を制御して、第１サーミスタ１１の検出温度を第一目標温度（１９０℃）に保持した状態のまま記録材の加熱処理を開始させる。
【００７２】
第二モードの一例である温度均一化モードでは、目標温度をキュリー温度以上の温度に設定した状態で像加熱処理開始前の回転後に記録材の加熱処理を開始させる。温度均一化モードでは、コイル駆動電源１１６を制御して、少なくとも所定サイズの記録材が通過する領域を芯金１ｂのキュリー温度に昇温させた後に目標温度を第一目標温度に切り替えて記録材の加熱処理を開始させる。
【００７３】
制御部１０４は、第二モードの昇温過程では、芯金１ｂのキュリー温度以上の第二目標温度に向かって第１サーミスタ１１の検知温度を近付けるようにコイル駆動電源１１６を制御する。制御部１０４は、第二モードの昇温過程では、第２サーミスタ１２の検知温度が第一目標温度に達したタイミングで目標温度を第二目標温度から第一目標温度に切り替えて記録材の加熱処理を開始させる。
【００７４】
図４の（ａ）に示すように、画像形成装置１００のメイン電源スイッチ１１７のＯＮ直後のいわゆる朝一状態の起動完了状態や、定着動作を行わないスタンバイ放置状態が長いような状態では、定着ローラ１に端部温度低下が発生している。しかし、定着ローラ１に端部温度低下が発生していても、加熱幅の狭い記録材の加熱処理を行う場合には加熱幅全体でほぼ一定の温度分布を確保できる。そのため、第一モードの一例である通常モードを実行して、直ちに記録材の加熱処理を開始する。
【００７５】
しかし、加熱幅が広い記録材を加熱処理する場合、定着ローラ１の端部温度低下が記録材の搬送に影響を及ぼす可能性があるため、第二モードの一例である温度均一化モードを実行して、図４の（ｂ）に示すように、定着ローラ１の温度分布を均一化する。定着ローラ１の温度分布をキュリー温度で頭打ちさせて均一化することで、端部温度低下による定着ローラ１の中央部と両端部の温度差を解消する。これにより、端部温度低下を解消して記録材の後端側における紙しわの発生を防止している。プリントジョブが入力された場合、相対湿度が７０％以上の環境下とＢ４サイズ（搬送方向長さ３６４ｍｍ）以上のラージサイズ紙との少なくとも一方を満たしてプリントする場合に、温度均一化モードを選択して実行する。本実施例では、相対湿度が設定値以上の場合に第二モードを実行する構成であるが、湿度に応じた設定を行わない構成であってもいい。
【００７６】
図２を参照して図５に示すように、制御部１０４は、定着ローラ１が目標温度１９０℃に保持されたスタンバイ時に、プリントジョブが入力されたら、環境湿度とプリントサイズを確認する（Ｓ１）。
【００７７】
制御部１０４は、環境湿度が７０％未満かつプリントサイズがＢ４サイズ未満の場合（Ｓ１のＮ）、通常モードに移行する（Ｓ６)。通常モードに移行すると、すぐに給紙（記録材の加熱処理）が開始され（Ｓ７)、プリント動作（画像形成）が開始される（Ｓ８)。
【００７８】
制御部１０４は、環境湿度が７０％以上、又はプリントサイズがＢ４サイズ以上の場合（Ｓ１のＹ）、温度均一化モードに移行する（Ｓ２）。温度均一化モードに移行すると、第２サーミスタ１２で、定着ローラ１の端部の温度を検知する。そして、第２サーミスタ１２の検知温度が既に第一目標温度１９０℃以上であれば（Ｓ３のＹ）、すぐに給紙が開始され（Ｓ７)、プリント動作が開始される（Ｓ８)。
【００７９】
制御部１０４は、第２サーミスタ１２の検知温度が第一目標温度１９０℃未満であれば（Ｓ３のＮ）、第１サーミスタ１１の検知温度について第二目標温度２１５℃を設定して温度調整を開始し、同時に定着ローラ１を空回転開始する（Ｓ４）。第１サーミスタ１１の検知温度が第二目標温度２１５℃に近付くようにコイル駆動電源１１６を制御して、定着ローラ１の温度調整を実行する。
【００８０】
これにより、定着ローラ１の回転軸線方向の全域が温度上昇を始めるが、定着ローラ１の芯金１ｂのキュリー温度は２１０℃に設定されているため、定着ローラ１は２１０℃以上に温度上昇は小さい。図４の（ｂ）に示すように、１９０℃で温調されていた定着ローラ１の中央部は、すぐにキュリー温度２１０℃に到達して誘導加熱が自律的に停止し、その後も２１０℃近傍に保たれる。しかし、端部温度低下によって、１４０℃まで温度低下している定着ローラ１の両端部は、中央部が温度上昇を停止した後もキュリー温度２１０℃以下のため誘導加熱が継続して温度上昇が続く。
【００８１】
そのため、定着ローラ１の中央部と両端部の相対的な温度差は、スタンバイ時のΔ５０℃から減少し続けて端部温度低下が解消する。
【００８２】
制御部１０４は、第２サーミスタ１２の検知温度が１９０℃に到達するか、又は定着ローラ１の空回転が２０秒経過すると（Ｓ５のＹ）、目標温度を第一目標温度に切換えて、給紙を開始して（Ｓ７)、プリント動作を開始する（Ｓ８)。
【００８３】
２０秒のリミットを設けた理由は、２０秒を超えると画像形成装置１００の生産性が低下するからである。事前実験で、通常のスタンバイ放置状態であれば、第２サーミスタ１２の検知温度が１９０℃に到達するまでの時間は、２０秒以内であることが確認されている。
【００８４】
実施例１では、温度均一化モードに移行した場合、図４の（ｂ）に示すように、定着ローラ１の端部温度が１９０℃以上に到達して端部温度低下Δ＜２０℃の状態で記録材の加熱処理が実行される。
【００８５】
そのため、記録材の加熱幅方向の両端部を外側へ押し広げるしごき効果が向上して、記録材の後端側の紙しわ発生を防止できる。実施例１において、湿度８０％環境下においても、Ａ３サイズ、１３×１９インチのサイズの普通紙では１枚目から記録材の紙しわが発生しなかった。
【００８６】
実施例１では、通常モードを温度均一化モードに移行させるパラメータとして、環境湿度と記録材サイズを用いたが、記録材の坪量や画像のトナー載り量などをパラメータに加えてもよい。これらのパラメータ以外の記録材の紙しわの発生に影響するパラメータを用いてもよい。
【００８７】
実施例１では、高湿度等の紙しわが発生しやすい条件時に、温度均一化モードに移行する。温度均一化モードでは、定着ローラ１の端部の温度が設定温度より低い場合、キュリー温度を超える温度で定着ローラ１の中央部を温度制御し、定着ローラ１の端部温度が設定温度まで到達したら、加熱処理を開始する。
【００８８】
定着ローラ１の端部はキュリー温度以下のため温度上昇し、定着ローラ１の中央部はキュリー温度で一定となる。その結果、定着ローラ１の端部温度低下が解消し、温度分布が均一化されて、紙しわ発生が防止される。
【００８９】
端部温度低下が発生すると、定着ローラ１の端部の外径が端部温度低下が発生していない場合に比べて小さくなるため、定着ローラ１の端部の搬送速度が不足するため、記録材のしごき効果が薄れ、紙しわが発生し易くなる。高湿度環境では、特に、問題が顕著になる。
【００９０】
定着ローラ１の端部温度が第一目標温度より低い場合、キュリー温度を超える温度で定着ローラ１の中央部を温度制御し、定着ローラ１の端部の検知温度が第一目標温度に達したら、記録材の加熱処理を開始する。
【００９１】
＜実施例２＞
図６は実施例２の定着装置の定着温度制御のフローチャートである。実施例１では、第１サーミスタ１１の検知温度が第一目標温度１９０℃に保持されたスタンバイ状態で画像形成ジョブが入力された場合の定着ローラの温度制御を説明した。実施例２では、コイル駆動電源１１６がＯＦＦされて第１サーミスタ１１の検知温度が第一目標温度１９０℃を割り込んだスリープ状態で画像形成ジョブが入力された場合の定着ローラの温度制御を説明する。
【００９２】
図３に示すように、制御部１０４は、第１サーミスタ１１の検知温度が第一目標温度よりも低い状態から、芯金１ｂのキュリー温度よりも高い第二目標温度に向かって第１サーミスタ１１の検知温度を近付けるようにコイル駆動電源１１６を制御する。これにより、所定サイズの記録材が通過する領域を芯金１ｂのキュリー温度に上昇させて記録材の加熱処理を開始させる。
【００９３】
制御部１０４は、記録材の判別情報に基づいて、加熱幅が所定長さ以下であれば、第１サーミスタ１１の検知温度が第一目標温度よりも低い状態から、第一目標温度に向かって第１サーミスタ１１の検知温度を近付けるようにコイル駆動電源１１６を制御する。これにより、所定サイズの記録材が通過する領域を第一目標温度に上昇させたタイミングで記録材の加熱処理を開始させる。
【００９４】
定着装置１１４では、定着ローラ１が肉薄に形成されているため、スリープ状態からの昇温過程においても回転軸線方向に温度勾配ができ易い。記録材の加熱処理に用いる第一目標温度へ向かって定着ローラ１の温度を室温から立ち上げる際に、回転軸線方向の端部の温度が中央部に比較して相対的に温度が低くなる傾向がある。定着ローラ１の中央部と両端部の温度差は、出力画像の光沢むらや記録材の後端しわの原因となるため、好ましくない。
【００９５】
ここで、時間をかければ、加熱幅方向の全域に熱が行き渡って加熱幅方向の温度勾配はある程度は解消されるが、画像形成の開始が待たされるので、画像形成装置１００のみかけの生産性が大きく低下する。また、誘導加熱装置の定格を大きくして、単位時間当たり加熱量を増せば両端部の温度の立ち上がりが早くなるが、画像形成装置１００の定格電力（最大消費電力）が増えて好ましくない。
【００９６】
そこで、実施例２では、実施例１と同様に、定着ローラ１の過剰な非通紙部昇温を防止するために設定された設けられた芯金１ｂのキュリー温度２１０℃を利用して、定着ローラ１の回転軸線方向の中央部と両端部の温度差を解消する。
【００９７】
図２を参照して図６に示すように、制御部１０４は、定着ローラ１の温度制御が停止されたスリープ時に、プリントジョブが入力されたら、環境湿度とプリントサイズを確認する（Ｓ１１）。
【００９８】
制御部１０４は、環境湿度が７０％未満かつプリントサイズがＢ４サイズ未満の場合（Ｓ１１のＮ）、コイル駆動電源１１６をＯＮして通常モードに移行する（Ｓ１６)。通常モードでは、第１サーミスタ１１の検知温度が第一目標温度１９０℃に近付くようにコイル駆動電源１１６が制御される。第１サーミスタ１１の検知温度が第一目標温度１９０℃に達すると（Ｓ１７のＹ）、給紙（記録材の加熱処理）が開始され（Ｓ１８)、プリント動作（画像形成）が開始される（Ｓ１９)。
【００９９】
制御部１０４は、環境湿度が７０％以上、又はプリントサイズがＢ４サイズ以上の場合（Ｓ１１のＹ）、コイル駆動電源１１６をＯＮして温度均一化モードに移行する（Ｓ１２）。温度均一化モードに移行すると、第１サーミスタ１１の検知温度が第一目標温度１９０℃に近付くようにコイル駆動電源１１６が制御される。そして、第２サーミスタ１２で、定着ローラ１の端部の温度を検知する。そして、第２サーミスタ１２の検知温度が既に第一目標温度１９０℃以上になった時に（Ｓ１３のＹ）、第１サーミスタ１１の検知温度が第一目標温度１９０℃に達していれば（Ｓ１７のＹ）、給紙が開始され（Ｓ１８)、プリント動作が開始される（Ｓ１９)。
【０１００】
制御部１０４は、第２サーミスタ１２の検知温度が第一目標温度１９０℃未満であれば（Ｓ１３のＮ）、第１サーミスタ１１の検知温度について第二目標温度２１５℃を設定して温度調整を開始し、同時に定着ローラ１を空回転開始する（Ｓ１４）。第１サーミスタ１１の検知温度が第二目標温度２１５℃に近付くようにコイル駆動電源１１６を制御して、定着ローラ１の温度調整を実行する。
【０１０１】
これにより、定着ローラ１の回転軸線方向の全域が温度上昇を始めるが、定着ローラ１の芯金１ｂのキュリー温度は２１０℃に設定されているため、定着ローラ１は２１０℃以上に温度上昇しない。定着ローラ１の中央部がキュリー温度２１０℃に到達して誘導加熱が自律的に停止し、その後も２１０℃で一定に保たれる。しかし、定着ローラ１の両端部は、中央部が温度上昇を停止した後もキュリー温度２１０℃以下のため誘導加熱が継続して温度上昇が続く。そのため、定着ローラ１の中央部と両端部の相対的な温度差が減少する。
【０１０２】
制御部１０４は、第２サーミスタ１２の検知温度が１９０℃に到達したときに（Ｓ１５のＹ）、第１サーミスタ１１の検知温度が第一目標温度１９０℃に達していると（Ｓ１７のＹ）給紙を開始して（Ｓ１８)、プリント動作を開始する（Ｓ１９)。
【０１０３】
実施例２によれば、少ない定格電力の誘導加熱装置を用いて薄肉の定着ローラ１の温度立ち上げを行っても、定着ローラ１の回転軸線方向の全域に短時間で必要なだけの熱を行き渡らせて、中央部と両端部の温度差を解消できる。
【符号の説明】
【０１０４】
１  定着ローラ、１ａ  離型層、１ｂ  芯金、２  加圧ローラ、
３  コイル・アセンブリ、５  コア、６  誘導コイル、７  ステー、
１１  第一サーミスタ、１２  第二サーミスタ、１３  分離爪、
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  制御部、１０５  感光ドラム、
１０７  露光装置、１０８  現像装置、１０９  転写ローラ、
１１２  レジストローラ、１１４  定着装置、１１６  コイル駆動電源、
Ｐ  記録材、Ｐ１、Ｐ２  通紙領域、ｔ  トナー、
【図１】
2013156447.tif 000006
【図２】
2013156447.tif 000007
【図３】
2013156447.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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