(57)【要約】【課題】加熱ローラの軸線方向における温度分布を従来よりも均一にすることが可能な定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】一対の定着ローラの一方（加熱ローラ）を誘導加熱する加熱装置を備え、当該一対の定着ローラで表面に画像が形成された記録媒体を圧接することにより画像を記録媒体に定着させる定着装置であって、加熱装置は、加熱ローラ内に、当該加熱ローラを軸線方向に複数に分割してなる加熱ブロック毎に配置された複数の励磁コイルと、所定周波数の交流電力を何れかの励磁コイルに選択的に供給する少なくとも２以上の共振電源と、加熱ブロックの温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出温度に基づいて、各加熱ブロックの温度が均一になるように共振電源における交流電力の周波数を制御する制御手段とを備える。【選択図】図１
2009229696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の定着ローラの一方（加熱ローラ）を誘導加熱する加熱装置を備え、当該一対の定着ローラで表面に画像が形成された記録媒体を圧接することにより前記画像を前記記録媒体に定着させる定着装置であって、
前記加熱装置は、
加熱ローラ内に、当該加熱ローラを軸線方向に複数に分割してなる加熱ブロック毎に配置された複数の励磁コイルと、
所定周波数の交流電力を何れかの前記励磁コイルに選択的に供給する少なくとも２以上の共振電源と、
前記加熱ブロックの温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段の検出温度に基づいて、前記各加熱ブロックの温度が均一になるように前記共振電源における交流電力の周波数を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
制御手段は、交流電力の周波数差が可聴範囲外となるように各交流電力の周波数を制御することを特徴とする請求項1記載の定着装置。
【請求項３】
前記共振電源は、静電容量が異なる複数のコンデンサを備え、何れかのコンデンサが蓄えた直流電力を交流電力に変換し、
前記制御手段は、交流電力の周波数が交流電力を供給する励磁コイルとの共振周波数を越えないようにコンデンサを選択する
ことを特徴とする請求項1または２記載の定着装置。
【請求項４】
励磁コイルの個数が３個、また共振電源の個数が２個であり、
第１の共振電源は、加熱ローラの中央のブロックに交流電力を供給し、第２の共振電源は、加熱ローラの一端及び他端のブロックに交流電力を供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
請求項1〜４のいずれか一項に記載の定着装置を備え、該定着装置によって記録媒体上に形成された画像を定着させることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、加熱ローラを軸方向に均一に加熱するために、加熱ローラの軸方向に複数の誘導コイルを分散して配置し、各誘導コイルへの通電を切換えることにより加熱ローラの加熱領域を切り換える画像形成装置が開示されている。
また、特許文献２には、共振周波数が異なる複数の誘導コイルに単一の高周波電源から所定周波数の誘導電流を流すことにより、各誘導コイルを異なる発熱量で発熱させる誘導加熱方式の定着装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３４７０２９号公報
【特許文献２】特開２００４−３３３７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記特許文献１の技術は、各誘導コイルへの通電を切換えることにより加熱ローラの加熱領域を切り換えるので、つまり各誘導コイルへの通電のＯＮ／ＯＦＦによって加熱ローラの加熱状態を制御するものなので、リニアな温度制御を実現することができないため、温度リップルを十分に低下することができない。したがって、上記特許文献１の技術は、例えばカラー印刷に適用することができない。
また、上記特許文献２の技術は、単一の高周波電源が誘導電流の周波数を切換えることによって各誘導コイルによる発熱量を制御するので、異なる誘導コイルによる発熱量を同時に上下動させることができない。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みたものであり、加熱ローラの軸線方向における温度分布を従来よりも均一にすることが可能な定着装置及び画像形成装置を提供する。
を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、定着装置に係る第１の解決手段として、一対の定着ローラの一方（加熱ローラ）を誘導加熱する加熱装置を備え、当該一対の定着ローラで表面に画像が形成された記録媒体を圧接することにより画像を記録媒体に定着させる定着装置であって、加熱装置は、加熱ローラ内に、当該加熱ローラを軸線方向に複数に分割してなる加熱ブロック毎に配置された複数の励磁コイルと、所定周波数の交流電力を何れかの励磁コイルに選択的に供給する少なくとも２以上の共振電源と、加熱ブロックの温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出温度に基づいて、各加熱ブロックの温度が均一になるように共振電源における交流電力の周波数を制御する制御手段とを備える、という手段を採用する。
また、定着装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、制御手段は、交流電力の周波数差が可聴範囲外となるように各交流電力の周波数を制御する、という手段を採用する。
定着装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、共振電源は、静電容量が異なる複数のコンデンサを備え、何れかのコンデンサが蓄えた直流電力を交流電力に変換し、制御手段は、交流電力の周波数が交流電力を供給する励磁コイルとの共振周波数を越えないようにコンデンサを選択する、という手段を採用する。
定着装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３の何れかの解決手段において、励磁コイルの個数が３個、また共振電源の個数が２個であり、第１の共振電源は、加熱ローラの中央のブロックに交流電力を供給し、第２の共振電源は、加熱ローラの一端及び他端のブロックに交流電力を供給する、という手段を採用する。
また、本発明では、画像形成装置に係る解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段を採用する定着装置を備え、該定着装置によって記録媒体上に形成された画像を定着させる、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、加熱装置は、加熱ローラ内に、当該加熱ローラを軸線方向に複数に分割してなる加熱ブロック毎に配置された複数の励磁コイルと、所定周波数の交流電力を何れかの励磁コイルに選択的に供給する少なくとも２以上の共振電源と、加熱ブロックの温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出温度に基づいて、各加熱ブロックの温度が均一になるように共振電源における交流電力の周波数を制御する制御手段とを備えるので、交流電力の周波数を可変することによって各ブロックの温度を個別に制御することが可能である。
したがって、加熱ローラの軸線方向における温度リップルを従来よりも低減することが可能であり、カラー画像形成にも適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る定着装置Aの全体構成を示す概要図、また図２は当該定着装置Aにおける加熱装置Bの機能構成を示すブロック図である。図１に示すように、本定着装置Aは、金属ローラである加熱ローラ１Ａと加圧ローラ１Ｂ、また加熱ローラ１Ａを発熱させる加熱装置Ｂから構成されている。
【０００８】
加熱ローラ１Ａと加圧ローラ１Ｂとは、平行かつ互いの周面が接触するように対向配置されており、表面に画像が形成された記録紙Ｐ（記録媒体）を圧接する一対の定着ローラである。このような本定着装置Aは、印刷機、複写機あるいはファクシミリ等の画像形成装置に組み込まれ、トナー像として上記記録紙Ｐ上に形成された画像を記録紙Ｐに定着させるものである。
【０００９】
加熱装置Ｂは、３つの励磁コイル２〜４、第１、第２共振電源５，６、サーミスタ７Ａ，７Ｂ、比較器８，１０、抵抗器９及び電源制御部１１から構成されている。これら各構成要素のうち、２つに比較器８，１０、抵抗器９及び電源制御部１１は、本発明における制御手段を構成している。この加熱装置Ｂは、本定着装置Aの特徴的構成要素である。
【００１０】
３つの励磁コイル２〜４は、図示するように、加熱ローラ１Ａ内において軸線方向に沿って設けられている。すなわち、加熱ローラ１Ａは軸線方向において３つの加熱ブロックＢＬ1〜ＢＬ3に均等分割されており、上記３つの励磁コイル２〜４のうち、励磁コイル２は加熱ローラ１Ａの一方の端に位置する加熱ブロックＢＬ1に、励磁コイル３は加熱ローラ１Ａの中央に位置する加熱ブロックＢＬ2に、また励磁コイル４は加熱ローラ１Ａの他方の端に位置する加熱ブロックＢＬ3にそれぞれ配置されている。
【００１１】
このような３つの励磁コイル２〜４のうち、励磁コイル２は加熱ブロックＢＬ1を、励磁コイル３は加熱ブロックＢＬ2を、また励磁コイル４は加熱ブロックＢＬ3をそれぞれ誘導加熱する。また、加熱ローラ１Ａの端に位置する２つの加熱ブロックＢＬ1，ＢＬ3の励磁コイル２，４は、同一巻き線数であり、また加熱ローラ１Ａの中央に位置する加熱ブロックＢＬ2の励磁コイル３は、他の励磁コイル２，４よりも多い巻き線数に設定されている。これら３つの励磁コイル２〜４は、巻き線数に応じたインダクタンスを有している。
【００１２】
２つの第１、第２共振電源５，６は、電源制御部１１による制御の下で、商用電源（例えばＡＣ１００Ｖ電源）に基づいて所定周波数の励磁電力Ｐ24，Ｐ3（交流電力）を各々個別に生成し、当該励磁電力Ｐ24，Ｐ3を各々に接続された励磁コイル２〜４に供給する。第１共振電源５は、上記３つの励磁コイル２〜４のうち、励磁コイル３のみに接続されており、当該励磁コイル３に励磁電力Ｐ3を供給する。一方、第２共振電源６は、上記３つの励磁コイル２〜４のうち、２つの励磁コイル２，４に共通接続されており、当該励磁コイル２，４に励磁電力Ｐ24を供給する。
【００１３】
図３は、上記第１、第２共振電源５，６の詳細構成を示す回路図である。第１、第２共振電源５，６は、図示するように、商用電源を全波整流するダイオードブロックＤＢ、当該ダイオードブロックＤＢから供給される直流電力を蓄電する３つのコンデンサＣ1〜Ｃ3、当該コンデンサＣ1〜Ｃ3にそれぞれ直列接続され、電荷を放電するコンデンサＣ1〜Ｃ3を選択する３つの開閉スイッチＳＷ1〜ＳＷ3、また当該３つの開閉スイッチＳＷ1〜ＳＷ3に共通接続された開閉スイッチＳＷ4から構成されており、互いに直接接続された３つのコンデンサＣ1〜Ｃ3と３つの開閉スイッチＳＷ1〜ＳＷ3との両端が出力端となっている。上記３つのコンデンサＣ1〜Ｃ3の静電容量は異なった値に設定されており、例えばＣ1＞Ｃ2＞Ｃ3である。
【００１４】
このような第１、第２共振電源５，６では、３つの開閉スイッチＳＷ1〜ＳＷ3の開閉状態が電源制御部１１によって制御されることにより３つのコンデンサＣ1〜Ｃ3のいずれかが励磁コイル２〜４に選択的に並列接続されると共に、開閉スイッチＳＷ4の開閉周期が電源制御部１１によって制御されることにより励磁電力の周波数が調節される。
【００１５】
なお、励磁コイル２〜４は、３つの開閉スイッチＳＷ1〜ＳＷ3によって選択的に並列接続されう３つのコンデンサＣ1〜Ｃ3の何れかと並列共振回路を構成するが、３つのコンデンサＣ1〜Ｃ3の静電容量が上述したようにＣ1＞Ｃ2＞Ｃ3に設定されていた場合、上記並列共振回路の共振周波数は、コンデンサＣ1が選択された場合が最も小さく、コンデンサＣ2が選択された場合がその次に小さく、またコンデンサＣ3が選択された場合が最も大きくなる。
【００１６】
サーミスタ７Ａ，７Ｂは、周知のように周囲温度に応じて抵抗値が変化する温度検出手段である。サーミスタ７Ａは、加熱ローラ１Ａの加熱ブロックＢＬ1近傍において記録紙Ｐの排出側に設けられ、励磁コイル２によって誘導加熱される加熱ブロックＢＬ1の温度を検出する。このようなサーミスタ７Ａの一端は接地され、また他端は比較器８，１０の一方の入力端に接続されている。一方、サーミスタ７Ｂは、加熱ローラ１Ａの加熱ブロックＢＬ2近傍において記録紙Ｐの排出側に設けられ、励磁コイル３によって誘導加熱される加熱ブロックＢＬ2の温度を検出する。このようなサーミスタ７Ｂの一端は接地され、また他端は比較器８の他方の入力端に接続されている。
【００１７】
比較器８は、上記のように接続されたサーミスタ７Ａとサーミスタ７Ｂとの端子間電圧とを比較することにより、加熱ブロックＢＬ1と加熱ブロックＢＬ2との温度差を示す検出信号Ｓ1を電源制御部１１に出力する。抵抗器９は、一端が接地されると共に、他端が比較器１０の他方の入力端に接続されており、サーミスタ７Ａ及びサーミスタ７Ｂの抵抗値との対比において加熱ローラ１Ａの基準設定温度（目標温度）に相当する抵抗値を有する。比較器１０は、上記のように接続されたサーミスタ７Ａと抵抗器９との端子間電圧とを比較することにより、加熱ブロックＢＬ1と基準設定温度との温度差を示す検出信号Ｓ2を電源制御部１１に出力する。なお、サーミスタ７Ａ，７Ｂ及び抵抗器９には一定のバイアス電力を流す必要があるが、図２ではこれを省略している。
【００１８】
電源制御部１１は、上記比較器８，１０からそれぞれ入力される検出信号Ｓ1，Ｓ2に基づいて第１、第２共振電源５，６を直接制御することにより当該第１、第２共振電源５，６から励磁コイル２〜４に供給される励磁電力Ｐ24，Ｐ3を間接的に制御する。すなわち、電源制御部１１は、第１、第２共振電源５，６における３つの開閉スイッチＳＷ1〜ＳＷ3を制御することにより３つのコンデンサＣ1〜Ｃ3と励磁コイル２〜４とによって構成される並列共振回路の共振周波数を制御すると共に、上記３つの開閉スイッチＳＷ1〜ＳＷ3に共通接続された開閉スイッチＳＷ4の開閉周期を調節することにより励磁電力Ｐ24，Ｐ3の周波数を制御する。
【００１９】
なお、詳細については後述するが、２つの励磁コイル２，４に流れる励磁電力Ｐ24の周波数と励磁コイル３に流れる励磁電力Ｐ3の周波数との差（周波数差）が可聴範囲外となるように第１、第２共振電源５，６を制御する。
【００２０】
この加熱装置Ｂでは、図１に示すように、第２共振電源６は、直列接続されると共に同一巻き線数の２つの励磁コイル２，４に接続されているので、２つの励磁コイル２，４に流れる励磁電力はレベル及び周波数ともに同一である。これに対して、第１共振電源５は、単一の励磁コイル３に接続されている。したがって、２つの励磁コイル２，４によって誘導加熱される２つの加熱ブロックＢＬ1，ＢＬ3は同様に加熱されるが、励磁コイル３によって誘導加熱される２加熱ブロックＢＬ2は、上記２つの加熱ブロックＢＬ1，ＢＬ3とは異なり、独立して加熱される。
【００２１】
次に、このように構成された定着装置A、特に加熱部Bの動作について、図４をも参照して詳しく説明する。図４は、励磁電力Ｐ24，Ｐ3の周波数変化による加熱ブロックＢＬ1〜ＢＬ3の温度変化を示す特性図である。
【００２２】
上記加熱装置Ｂでは、２つの励磁コイル２，４には第２共振電源６から同一の励磁電力Ｐ24が供給され、一方、励磁コイル３には、第１共振電源５から上記２つの励磁コイル２，４の励磁電力Ｐ24とは異なる励磁電力Ｐ3が個別に供給される。すなわち、加熱ローラ１Ａの端部に位置する２つの加熱ブロックＢＬ1，ＢＬ3を誘導加熱する２つの励磁コイル２，４に流れる励磁電力Ｐ24の周波数及びレベルは同一であるものの、加熱ローラ１Ａの中央に位置する加熱ブロックＢＬ2を誘導加熱する励磁コイル３に流れる励磁電力Ｐ3の周波数及びレベルは、２つの励磁コイル２，４の励磁電力Ｐ24に対して個別に設定することができる。
【００２３】
一方、本定着装置Ａの動作時においては、加熱ローラ１Ａと加圧ローラ１Ｂとの間を記録紙Ｐが通過する度に、加熱ローラ１Ａの熱が記録紙Ｐに伝搬し、加熱ローラ１Ａの表面温度は低下する。加熱ローラ１Ａの長さは記録紙Ｐの幅よりも長く設定されており、かつ、記録紙Ｐは加熱ローラ１Ａの中央部近傍を通過すること等に起因して、加熱ローラ１Ａの端部に位置する２つの加熱ブロックＢＬ1，ＢＬ3は略同様な温度変動を示すが、当該２つの加熱ブロックＢＬ1，ＢＬ3と加熱ローラ１Ａの中央に位置する加熱ブロックＢＬ2とでは、記録紙Ｐに伝搬する熱量が異なり、よって温度の変動も異なるものとなる。
【００２４】
電源制御部１１は、この誘導加熱の原理に鑑み、第１、第２共振電源５，６から励磁コイル２〜４に供給される励磁電力Ｐ24，Ｐ3の周波数を可変制御することによって、加熱ブロックＢＬ1，ＢＬ3の温度と加熱ブロックＢＬ2の温度が同等な温度になるように、また全加熱ブロックＢＬ1〜ＢＬ3の温度が目標温度となるように、２つの検出信号Ｓ1，Ｓ2に基づいて励磁電力Ｐ24，Ｐ3の周波数、つまり第１、第２共振電源５，６における開閉スイッチＳＷ4の開閉周期を制御する。
【００２５】
周知のように、誘導加熱における発熱量は励磁電力の周波数に依存する。加熱ブロックＢＬ1，ＢＬ3の温度は、励磁電力Ｐ24の周波数が可変されることによって、図４の破線で示すように変化し、また加熱ブロックＢＬ2の温度は、励磁電力Ｐ3の周波数が可変されることによって同じく図４の破線で示すように変化する。
【００２６】
電源制御部１１は、加熱ブロックＢＬ1，ＢＬ3の温度が図４の実線（直線）で示す目標温度になるように、比較器１０から入力される検出信号Ｓ2に基づいて第２共振電源６における開閉スイッチＳＷ4の開閉周期、つまり励磁電力Ｐ24の周波数を設定し、この状態において、加熱ブロックＢＬ2の温度が加熱ブロックＢＬ1，ＢＬ3と同様に上記実線（直線）で示す目標温度になるように、比較器８から入力される検出信号Ｓ1に基づいて第１共振電源５における開閉スイッチＳＷ4の開閉周期、つまり励磁電力Ｐ3の周波数を設定する。
【００２７】
このような電源制御部１１による各励磁電力Ｐ24，Ｐ3の周波数制御によれば、３つの加熱ブロックＢＬ1〜ＢＬ3の温度を個別に制御して目標温度に設定することが可能であり、よって加熱ローラ１Ａの軸線方向における温度分布を従来よりも均一にすることができる。
【００２８】
また、電源制御部１１は、このような励磁電力Ｐ24及び励磁電力Ｐ3の周波数の設定に際して、その周波数差が可聴範囲外となるという制約条件１と、励磁電力Ｐ24及び励磁電力Ｐ3の周波数が第１、第２共振電源５，６における３つのコンデンサＣ1〜Ｃ3と励磁コイル２〜４とによって構成される並列共振回路の共振周波数を超えないという制約条件２とを満足するように、第１、第２共振電源５，６における３つの開閉スイッチＳＷ1〜ＳＷ3を制御する。
【００２９】
加熱ローラ１Ａは上記周波数差に起因して振動して雑音を発生するが、制約条件１は、この振動雑音が画像形成装置のユーザに聞えないようにするためである。一般に、人間の可聴周波数範囲は２０Ｈｚ〜２００００Ｈｚ程度と言われている。外電源制御部１１の主制御処理は、励磁電力Ｐ24及び励磁電力Ｐ3の各周波数を２つの検出信号Ｓ1，Ｓ2に基づいてフィードバック制御することであるが、励磁電力Ｐ24及び励磁電力Ｐ3の周波数差が上記２００００Ｈｚを超える周波数となる周波数領域において、励磁電力Ｐ24及び励磁電力Ｐ3の各周波数を可変設定する。
【００３０】
一方、励磁電力Ｐ24及び励磁電力Ｐ3の周波数が上記共振周波数を超えると、励磁コイル２〜４や加熱ローラ１Ａが劣化あるいは破損する虞がある。上記制約条件２は、このような劣化や破損を防止するためである。
【００３１】
電源制御部１１の主制御処理は、励磁電力Ｐ24及び励磁電力Ｐ3の各周波数を２つの検出信号Ｓ1，Ｓ2に基づいてフィードバック制御することであるが、電源制御部１１は、このような主制御処理によって決定された励磁電力Ｐ24及び励磁電力Ｐ3の各周波数が上記制約条件１、２を満足しない状況に近づくと、開閉スイッチＳＷ1〜ＳＷ3を制御することによって励磁コイル２〜４に並列接続するコンデンサＣ1〜Ｃ3を変更する。
【００３２】
すなわち、電源制御部１１は、第１共振電源５について、例えば開閉スイッチＳＷ1のみを閉状態とすることにより、コンデンサＣ1の充電電荷に基づく励磁電力Ｐ3を励磁コイル３に供給している状態において、励磁電力Ｐ3の周波数がコンデンサＣ1と励磁コイル３とからなる並列共振回路の共振周波数に近づくように変化すると、当該共振周波数よりも少し低い周波数の段階で、開閉スイッチＳＷ1を開状態かつ開閉スイッチＳＷ2を閉状態に切り替えることにより、コンデンサＣ1に代えてコンデンサＣ2を励磁コイル３に接続する。
【００３３】
このように、２つの制約条件１、２を満足するように励磁電力Ｐ24及び励磁電力Ｐ3の各周波数を制御することにより、励磁電力Ｐ24及び励磁電力Ｐ3の周波数差に起因して発生する振動雑音がユーザに聞えないので、画像形成装置の操作環境を良好にすることが可能であると共に、励磁コイル２〜４や加熱ローラ１Ａの寿命を延ばすことができる。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、加熱ローラ１Ａを３つの加熱ブロックＢＬ1〜ＢＬ3に均等分割したが、ブロック数は３つよりも多くても良く、また均等分割でなくても良い。加熱ブロックの個数や分割間隔、さらに励磁コイル２〜４の巻き線数は、加熱ローラの温度変動の状態に応じて適宜設定すれば良い。
（２）上記実施形態では、第１、第２共振電源５，６を３つのコンデンサＣ1〜Ｃ3を備えるように構成したが、コンデンサの個数は３つに限定されない。必要に応じてさらに多くても良いし、２個でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係わる定着装置Aの全体構成を示す概要図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる定着装置Aにおける加熱装置Bの機能構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係わる第１、第２共振電源５，６の詳細構成を示す回路図である。
【図４】本発明の一実施形態において励磁電力Ｐ24，Ｐ3の周波数変化による加熱ブロックＢＬ1〜ＢＬ3の温度変化を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３６】
A…定着装置、Ｂ…加熱装置、１Ａ…加熱ローラ、１Ｂ…加圧ローラ、２〜４…励磁コイル、５…第１第２共振電源、６…第１第２共振電源、７Ａ，７Ｂ…サーミスタ、８…比較器、９……抵抗器、１０…比較器、１１…電源制御部
【図１】
2009229696.tif 000003
【図２】
2009229696.tif 000004
【図３】
2009229696.tif 000005
【図４】
2009229696.tif 000006