JP2002043048A - 加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スリーブの一部分に発熱が集中し、熱疲労によ
る概箇所の劣化が発生し、スリーブの寿命が低下すると
いう課題があった。またスリーブの一部分が劣化するこ
とにより、定着ムラが発生するという課題があった。 【解決手段】被加熱材が前記ニップ部を通過する加熱動
作時には第１の制御手段を用いて加熱温度制御を行い、
被加熱材が前記ニップ部を通過しない待機時には第２の
制御手段を用いて待機温度制御を行う加熱装置におい
て、前記待機温度制御時に前記電磁誘導発熱性部材の発
熱位置を一定条件毎に異ならしめる発熱位置変更手段を
備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、未定着ト
ナー像を被加熱材としての記録材の表面に加熱定着させ
る電磁誘導加熱方式を用いた加熱装置、この加熱装置を
適用したプリンタ、複写機等の画像形成装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】画像形成装置において、電子写真プロセ
ス・静電記録プロセス・磁気記録プロセス等の適宜の画
像形成プロセス手段部で記録材（転写材シート・エレク
トロファックスシート・静電記録紙・ＯＨＰシート・印
刷用紙・フォーマット紙など）に転写方式あるいは直接
方式にて形成担持させた目的の画像情報の未定着画像
（トナー画像）を記録材面に永久固着画像として加熱定
着させる定着装置としては、熱ローラ方式の定着装置が
広く用いられていた。近時はクイックスタートや省エネ
ルギーの観点からスリーブ加熱方式の定着装置が実用化
されている。また電磁誘導加熱方式の定着装置も提案さ
れている。 ａ）熱ローラ方式の定着装置 熱ローラ方式の定着装置とは、定着ローラ（加熱ロー
ラ）と加圧ローラとの圧接ローラ対を基本構成とし、こ
の圧接ローラ対を回転させ該圧接ローラ対の相互圧接部
であるニップ部を画像定着すべき未定着トナー画像を形
成担持させた記録材を導入して挟持搬送させて、定着ロ
ーラの熱とニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を記
録材面に熱圧定着させるものである。

【０００３】定着ローラは、一般に、アルミニウムの中
空金属ローラを基体（芯金）とし、その内空に熱源とし
てのハロゲンランプを挿入配設してあり、ハロゲンラン
プの発熱で加熱され、外周面が所定の定着温度に維持さ
れるようにハロゲンランプヘの通電が制御されて温調さ
れる。

【０００４】特に、最大４層のトナー画像層を十分に加
熱溶融させて混色させる能力を要求される、フルカラー
の画像形成を行う画像形成装置の定着装置としては、定
着ローラの芯金を高い熱容量を有するものにし、またそ
の芯金外周にトナー画像を包み込んで均一に溶融するた
めのゴム弾性層を具備させ、そのゴム弾性層を介してト
ナー画像の加熱を行っている。また、加圧ローラ内にも
熱源を具備させて加圧ローラも加熱・温調する構成にし
たものもある。

【０００５】しかし、熱ローラ方式の定着装置は画像形
成装置の電源をオンにして同時に定着装置の熱源である
ハロゲンランプに通電を開始しても、定着ローラの熱容
量が大きく、定着ローラ等が冷え切っている状態時から
所定の定着可能温度に立ち上がるまでにはかなりの待ち
時間（ウエイトタイム）を要し、クイックスタート性に
欠ける。そこで、画像形成装置のスタンバイ状態時（非
画像出力時）も何時でも画像形成動作が実行できるよう
にハロゲンランプに通電して定着ローラを所定の温調状
態に維持させておく必要があり、電力消費量が大きい等
の問題があった。

【０００６】また、上述のフルカラーの画像形成装置の
定着装置のように特に熱容量の大きな定着ローラを用い
るものにおいては、温調と定着ローラ表面の昇温とに遅
延が発生するため、定着不良や光沢ムラやオフセット等
の問題が発生していた。 ｂ）フィルム加熱方式の定着装置 フィルム加熱方式の定着装置とは、加熱体としてのセラ
ミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に
耐熱性のフィルム（定着スリーブ、以下、スリーブと略
称する）を挟ませてニップ部を形成させ、このニップ部
のフィルムと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着
トナー画像を形成担持させた記録材を導入して、フィル
ムと一緒に挟持搬送させることで、ニップ部においてセ
ラミックヒータの熱をフィルムを介して記録材に与え、
またニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を記録材面
に熱圧定着させるものである。

【０００７】このフィルム加熱方式の定着装置は、セラ
ミックヒータ及びフィルムとして低熱容量の部材を用い
てオンデマンドタイプの装置を構成することができ、画
像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミッ
クヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態に
すればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行
可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート
性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい（省電
力）等の利点がある。

【０００８】ただ、大きな熱量が要求されるフルカラー
画像形成装置や高速機種用の定着装置としては熱量的に
難点がある。 ｃ）電磁誘導加熱方式の定着装置 電磁誘導加熱方式の定着装置とは、磁束によりスリーブ
に電流を誘導させてジュール熱によって発熱させる定着
装置である。これは、誘導電流の発生を利用することで
直接スリーブを発熱させることができて、ハロゲンラン
プを熱源として用いた熱ローラ方式の定着装置よりも高
効率の定着プロセスを達成している。

【０００９】図９、図１０、図１１は、電磁誘導加熱方
式の定着装置の一例の概略構成を示したもので、図９は
本例の定着装置の要部の横断側面模型図、図１０は要部
の正面模型図、図１１は要部の縦断正面模型図である。

【００１０】図９〜図１１において、４０５は電磁誘導
発熱層（導電体層、磁性体層、抵抗体層）を有する、電
磁誘導発熱性の回転体としての円筒状のスリーブであ
る。４０６ａ，４０６ｂは横断面略半円弧状樋型のスリ
ーブガイド部材であり、開口側を互いに向かい合わせて
略円柱体を構成し、外側に円筒状の電磁誘導性発熱ベル
トであるスリーブ４０５をルーズに外嵌させてある。

【００１１】前記スリーブガイド部材４０６ａは、磁場
発生手段としての磁性コア４０７ａ・４０７ｂ・４０７
ｃと励磁コイル４０８を内側に保持している。磁性コア
４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃは高透磁率の部材であ
り、フェライトやパーマロイ等といったトランスのコア
に用いられる材料が一般的であり、より好ましくは１０
０ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのが
よい。

【００１２】励磁コイル４０８には給電部４０８ａ・４
０８ｂに励磁回路７０１（図１２）を接続してある。こ
の励磁回路７０１は詳細は後述するが、約２０ｋＨｚか
ら５００ｋＨｚの高周波電流を発生する。励磁コイル４
０８は励磁回路７０１から供給される交番電流（高周波
電流）によって交番磁束を発生する。

【００１３】また、スリーブガイド部材４０６ａには、
図９に示すように紙面垂直方向長手の良熱伝導部材４０
４がニップ部Ｎの加圧ローラ４１０との対向面側で、ス
リーブ４０５の内側に配設してある。本例においては、
良熱伝導性部材４０４にアルミニウムを用いている。こ
の良熱伝導部材４０４は熱伝導率ｋがｋ＝２４０［Ｗ・
ｍ−１・Ｋ−１］であり、厚さ１［ｍｍ］である。ま
た、良熱伝導部材４０４は磁場発生手段である励磁コイ
ル４０８と磁性コア４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃから
発生する磁場の影響を受けないように、この磁場の外に
配設してある。具体的には、良熱伝導部材４０４を励磁
コイル４０８に対して磁性コア４０７ｃを隔てた位置に
配設し、励磁コイル４０８による磁路の外側に位置させ
て良熱伝導体４０４に影響を与えないようにしている。

【００１４】４０２はスリーブガイド部材４０６ｂの内
面平面部に当接させて配設した横長の加圧用剛性ステイ
である。４０１は磁性コア４０７ａ・４０７ｂ・４０７
ｃ及び励磁コイル４０８と加圧用剛性ステイ４０２の間
を絶縁するための絶縁部材である。

【００１５】フランジ部材５０２ａ・５０２ｂはスリー
ブガイド部材４０６ａ，４０６ｂのアセンブリの左右両
端部に外嵌し、前記左右位置を固定しつつ回転自在に取
り付け、スリーブ４０５の回転時に該スリーブの端部を
受けて、スリーブのスリーブガイド部材長手に沿う寄り
移動を規制する役目をする。

【００１６】加圧部材としての加圧ローラ４１０は、芯
金４１０ａと該芯金周りに同心一体にローラ状に成形被
覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂な
どの耐熱性・弾性材層４１０ｂとで構成されており、芯
金４１０ａの両端部を装置の不図示のシャーシ側板金間
に回転自由に軸受け保持させて配設してある。

【００１７】加圧用剛性ステイ４０２の両端部と装置シ
ャーシ側のバネ受け部材５０４ａ・５０４ｂとの間にそ
れぞれ加圧バネ５０３ａ・５０３ｂを縮設することで加
圧用剛性ステイ４０２に押し下げ力を作用させている。
これによりスリーブガイド部材４０６ａ、４０６ｂの下
面と加圧ローラ４１０の上面とがスリーブ４０５を挟ん
で圧接して所定幅のニップ部Ｎが形成される。

【００１８】加圧ローラ４１０は駆動手段Ｍにより矢示
の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ４１０
の回転駆動による該加圧ローラと前記スリーブ４０５の
外面との摩擦力で該スリーブに回転力が作用し、前記ス
リーブ４０５の内面がニップ部Ｎにおいて良熱伝導部材
４０４の下面に密着して摺動しながら、矢示の時計方向
に加圧ローラ４１０の回転周速度にほぼ対応した周速度
をもってスリーブガイド部材４０６ａ，４０６ｂの外回
りを回転状態になる（加圧ローラ駆動方式）。

【００１９】この場合、ニップ部Ｎにおける良熱伝導部
材４０４の下面とスリーブ４０５の内面との相互摺動摩
擦力を低減化させるために、ニップ部Ｎの良熱伝導部材
４０４の下面とスリーブ４０５の内面との間に耐熱性グ
リスなどの潤滑剤を介在させる、あるいは良熱伝導性部
材４０４の下面を潤滑部材で被覆することもできる。こ
れは、良熱伝導部材４０４としてアルミニウムを用いた
場合のように表面滑り性が材質的によくない或いは仕上
げ加工を簡素化した場合に、摺動するスリーブ４０５に
傷をつけて該スリーブの耐久性を悪化させることを防ぐ
ものである。

【００２０】良熱伝導部材４０４は長手方向の温度分布
を均一にする効果があり、例えば、小サイズ紙を通紙し
た場合、スリーブ４０５での非通紙部の熱量が、良熱伝
導部材４０４へ伝熱し、良熱伝導部材４０４における長
手方向の熱伝導により、非通紙部の熱量が小サイズ紙通
紙部へ伝熱される。これにより、小サイズ紙通紙時の消
費電力を低減させる効果も得られる。

【００２１】スリーブガイド部材４０６ａ，４０６ｂ
は、ニップ部Ｎへの加圧、励磁コイル４０８と磁性コア
４０７の支持、スリーブ４０５の支持、該スリーブの回
転時の搬送安定性を図る役目をする。このスリーブガイ
ド部材４０６ａ，４０６ｂは磁束の通過を妨げない絶縁
性の部材であり、高い荷重に耐えられる材料が用いられ
る。

【００２２】また、図１２に示すように、スリーブガイ
ド部材４０６ａの周面に、その長手に沿い所定の間隔を
置いて凸リブ部４０６ｃを形成具備させ、スリーブガイ
ド部材４０６ａの周面とスリーブ４０５の内面との接触
摺動抵抗を低減させて該スリーブの回転負荷を少なくし
ている。このような凸リブ部４０６ｃはスリーブガイド
部材４０６ｂにも同様に形成具備することができる。

【００２３】図１３は交番磁束の発生の様子を模式的に
表した図であり、（ａ）は電磁誘導発熱層８０１及び磁
性コア４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃに導かれた交番磁
束Ｃの状態図、(ｂ)はその交番磁束の一部を表すグラフ
図である。

【００２４】磁性コア４０７ａ・４０７ｂ・４０７ｃに
導かれた交番磁束Ｃは、磁性コア４０７ａと磁性コア４
０７ｂとの間、そして磁性コア４０７ａと磁性コア４０
７ｃとの間において、スリーブ４０５の電磁誘導発熱層
８０１に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発
熱層８０１の固有抵抗によって該電磁誘導発熱層にジュ
ール熱（渦電流損）を発生させる。ここでの発熱量Ｑは
電磁誘導発熱層８０１を通る磁束の密度によって決ま
り、図１３（ｂ）のグラフ図に示すような分布を示す。
この図１３（ｂ）のグラフ図は、縦軸が磁性コア４０７
ａの中心を０とした角度θで表したスリーブ４０５にお
ける円周方向の位置を示し、横軸がスリーブ４０５の電
磁誘導発熱層８０１での発熱量Ｑを示す。ここで、発熱
域Ｈは最大発熱量をＱとした場合、発熱量がＱ／ｅ以上
の領域と定義する。これは、定着に必要な発熱量が得ら
れる領域である。

【００２５】このニップ部Ｎの温度は、温度検知手段を
含む温調系により、励磁コイル４０８に対する電流供給
が制御されることで所定の温度が維持されるように温調
される。４０９はスリーブ４０５の温度を検知するサー
ミスタなどの温度センサであり、図９に示すようにニッ
プ部Ｎに対し、紙搬送方向の下流側に位置し、スリーブ
４０５の内壁に接触するように設けられている。このサ
ーミスタ４０９によりニップ部Ｎの通過時に記録材Ｐに
よって熱を奪われたスリーブ４０５の温度を測定し誘導
加熱による該スリーブの発熱を制御するようにしてい
る。

【００２６】次に動作について説明する。

【００２７】加圧ローラ４１０が回転駆動され、それに
伴って円筒状のスリーブ４０５が回転し、励磁回路７０
１から励磁コイル４０８への給電により上記のようにス
リーブ４０５の電磁誘導発熱がなされて、ニップ部Ｎが
所定の温度に立ち上がって温調された状態において、画
像形成手段部から搬送された未定着トナー画像ｔの形成
された記録材Ｐが、ニップ部Ｎのスリーブ４０５と加圧
ローラ４１０との間に画像面を上向き、即ちスリーブ面
に対向して導入される。ニップ部Ｎにおいて画像面がス
リーブ４０５の外面に密着してスリーブ４０５と一緒に
該ニップ部を挟持搬送されていく過程において、スリー
ブ４０５の電磁誘導発熱で加熱されて記録材Ｐ上の未定
着トナー画像ｔが加熱定着される。記録材Ｐはニップ部
Ｎを通過すると、回転するスリーブ４０５の外面から分
離して排出搬送され、この記録材上の加熱定着トナー画
像はニップ部通過後、冷却して永久固着像となる。

【００２８】本例においては、図９に示すように、スリ
ーブ４０５の発熱域Ｈ（図１３）の対向位置に、暴走時
に励磁コイル４０８への給電を遮断するため温度検知素
子であるサーモスイッチ４０３を配設している。

【００２９】図１４は励磁コイル４０８と励磁回路７０
１を接続して励磁電流により交番磁界を発生する回路を
示したもので、この励磁回路７０１では約２０ｋＨｚか
ら５００ｋＨｚの高周波電流を発生する。

【００３０】温度検知素子であるサーモスイッチ４０３
は＋２４ＶＤＣ電源とリレースイッチ９０１と直列に接
続されており、サーモスイッチ４０３が切れると、リレ
ースイッチ９０１への給電が遮断され、リレースイッチ
９０１が動作し、励磁回路７０１への給電が遮断される
ことにより、励磁コイル４０８への給電を遮断する安全
回路を構成している。サーモスイッチ４０３はＯＦＦ動
作温度を２２０℃に設定されている。

【００３１】また、サーモスイッチ４０３はスリーブ４
０５の発熱域Ｈに対向して該スリーブの外面に非接触に
配設し、サーモスイッチ４０３とスリーブ４０５との間
の距離は略２ｍｍとしている。これにより、スリーブ４
０５はサーモスイツチ４０３の接触による傷が付くこと
がなく、耐久による定着画像の劣化を防止することがで
きる。

【００３２】本例によれば、装置故障による定着装置暴
走時、ニップ部Ｎで発熱する構成とは違い、ニップ部Ｎ
の入口側上部で発熱するため、ニップ部Ｎに記録材Ｐが
挟まった状態で定着装置が停止し、励磁コイル４０８に
給電が続けられ、スリーブ４０５が発熱し続けた場合で
も、記録材Ｐが挟まっているニップ部Ｎでは発熱してい
ないために該記録材が直接加熱されることがない。ま
た、発熱量が多い発熱域Ｈには、サーモスイッチ４０３
が配設してあるため、サーモスイッチ４０３が２２０℃
を感知して、サーモスイッチが切れた時点で、リレース
イッチ９０１により励磁コイル４０８への給電が遮断さ
れる。

【００３３】本例によれば、記録材Ｐの発火温度は約４
００℃近辺であるため該記録材が発火することはなく、
スリーブ４０５の発熱を停止することができる。温度検
知素子としてはサーモスイッチ４０３のほかに温度ヒュ
ーズを用いることもできる。

【００３４】本例ではトナーに低軟化物質を含有させた
トナーを使用したため、定着装置にオフセット防止のた
めのオイル塗布機構を設けていないが、低軟化物質を含
有させていないトナーを使用した場合にはオイル塗布機
構を設けてもよい。また、低軟化物質を含有させたトナ
ーを使用した場合にもオイル塗布や冷却分離を行っても
よい。

【００３５】以下、励磁回路７０１について説明する。

【００３６】図１５は励磁回路７０１の回路構成を示し
たもので、図１５において、７１１、７１５はスイッチ
ング素子であり、良く用いられるものがＭＯＳＦＥＴや
ＩＧＢＴといった素子である。７１２、７１６は逆導通
ダイオード、７１３は励磁コイル、７１４、７１７は共
振コンデンサである。この様な回路においてスイッチ素
子７１２、７１５をオン、オフすることにより、シング
ル電圧共振を行っている。

【００３７】図１６は誘導加熱制御部の全体構成ブロッ
ク図である。

【００３８】１００１は電源ライン入力端子、１００２
はサーキットブレーカー、１００３はリレー、１００４
は交流入力から両波整流を行うブリッジ整流回路と高周
波フィルタとして機能するコンデンサで構成された整流
回路（ＲＥＣＴ）、１００５はゲート制御トランス
（Ｇ．Ｔ）、１００６はスイッチング素子、１００７は
共振コンデンサ、１００８は１００６でスイッチングさ
れたスイッチング電流を検出するカレントトランス（Ｃ
Ｔ）で定着装置の励磁コイル１０１０ａと接続される。
１０１０は定着装置ユニット部を示しており、電気部品
構成としては前述説明した励磁コイル１０１０ａと温度
検出サーミスタ（Ｔ．Ｈ）１０１０ｂと過昇温を検出す
るサーモスイッチ（Ｔ，ＳＷ）１００９を有している、
１０１１はプリンタシーケンスコントローラ（図示せ
ず）から送られてくる定着装置の加熱オン／オフ信号入
力で、１０１２は、定着装置のサーミスタ温度検出値に
基づき、目標温度と比較しながら制御量をコントロール
するフィードバック（Ｆ．Ｂ）制御回路、１０１３はフ
ィードハック制御信号を受けて、コンバータの制御形態
に相応した制御を行うドライバ回路である。

【００３９】電源ライン入力端子１００１から交流電源
入力を受け、サーキットブレーカ１００２及びリレー１
００３を介して整流回路１００４にＡＣ電源が印加され
ると、両波整流ダイオードにより、脈流化ＤＣ電圧を生
成する。次いで、後続するスイッチング素子１００６が
スイッチングを行うようにゲートトランス１００５をド
ライブする事により、励磁コイル１０１０ａと共振コン
デンサ１００７で形成された共振回路に交流パルス電圧
が印加される。この結果、スイッチング素子１００６の
導通時には励磁コイル１０１０ａに脈流化ＤＣ電圧が印
加され、励磁コイル１０１０ａのインダクタンスと抵抗
により定まる電流が流れはじめる。

【００４０】ゲート信号に従ってスイッチング素子１０
０６がターンオフすると、励磁コイル１０１０ａは電流
を流し続けようとするため、両端に共振コンデンサ１０
０７と励磁コイル１０１０ａにより定まる、フライバッ
ク電圧と呼ばれる高電圧が発生する。この電圧は電源電
圧を中心に振動し、そのままオフ状態を保っておくと電
源電圧に収束する。

【００４１】フライバック電圧のリンギングが大きく、
スイッチング素子１００６のコイル側端子の電圧が負に
なる期間は、逆導通ダイオードがターンオンし、電流が
励磁コイル１０１０ａに流入する。この期間中、励磁コ
イル１０１０ａとスイッチング素子１００６の接点は０
Ｖにクランプされることになる。この様な期間にスイッ
チング素子１００６をオンすれば、電圧を背負うことな
くターンオン可能なことが一般に知られており、ＺＶＳ
と呼ばれている。この様な場合にスイッチング素子１０
０６のスイッチングに伴う損失は最小となり、効率の良
い、ノイズの少ないスイッチングが可能となっている。

【００４２】定着装置としての温度検出はサーミスタに
より行っており、サーミスタの抵抗変化を電圧に変換
し、予め定められる基準電圧と比較し、目標温度との差
として検出する。この検出結果に基づいてオン時間幅を
決定し、それに基づいてＰＷＭ制御を行っている。ＰＷ
Ｍ制御部分はオン時間制御部とオフ時間制御部の２対の
定電流源回路及びコンデンサ、コンパレータからなって
おり、オン時間中はオフ時間制御部を停止し、オフ時間
中はオン時間制御部を停止するステアリングフリップフ
ロップにより、順次時間幅を制御されたオン時間、オフ
時間を繰り返し出力していく。

【００４３】オフ時間のコンパレータは調整可能ではあ
るがフィードバックループを持たせない構成にすること
により一定時間の制御とし、オン時間のコンパレータに
温度情報をフィードバックすることで温度制御を実現し
ている。

【００４４】励磁コイル１０１０ａに電流を流す時間、
即ちスイッチング素子１００６のオンしている時間の最
大値はＡＣライン電圧値と供給可能な電力により定ま
り、制御回路からの制御信号はその時間を超えない範囲
となっている。又、最小時間についても規定する構成を
設けても良い。

【００４５】例えば、早朝における装置立ち上げ時な
ど、電源投入時の定着装置の温度が低い場合には、最大
時間幅に近いオン時間幅で電力供給を行うことになる。
投入可能な電力が１例として１１００Ｗの場合には、電
源オン時から温度制御が掛かるまでは最大オン時間幅で
１１００Ｗでの電力供給を行い、温度検出素子であるサ
ーミスタの信号によりオン時間幅を制限し、電力を制御
するようになっている。

【００４６】電源ライン入力端子１００１からの交流電
力は、過電流を保護するサーキットブレーカ１００２及
びリレー１００３を介して整流回路１００４に入る、こ
こでリレーの励磁巻線は定着装置のスリーブ温度を検出
し、スリーブ温度が規定の温度を超え異常昇温した時、
遮断するサーモスイッチ接点を介して例示するように構
成されており、仮にトラブルが生じ本定着装置が異常昇
温をした時、リレー１００３を遮断して励磁回路の電源
を切り、熱暴走から定着装置の安全を確保している。

【００４７】今回は説明を簡略化する為に励磁回路の例
としてシングル電圧共振型のインバータを用いて説明を
行ったが、この電圧共振型以外にも電流共振型や部分共
振を用いたものなど交流発生可能なインバータならどれ
を用いても良い。

【００４８】以下、従来例における定着装置の温度制御
について説明する。

【００４９】誘導加熱を用いた定着装置は、高効率な加
熱を行う事が出来て、かつ定着部材が発熱を行うので、
電源投入から数十秒程度で定着可能状態に達する。この
性能により、一般的な誘導加熱定着装置を備えた画像形
成装置では、オンデマンド定着を実現している。

【００５０】しかしながら装置の大型化に伴う立ち上げ
時の所要熱量の増加や、ファーストプリントタイムの要
求が厳しくなってきた事により、誘導加熱を用いた定着
装置においてもユーザを満足させるようなオンデマンド
印刷が出来なくなって来ている。従って、ユーザの望む
ファーストプリントタイムを実現する為に、誘導加熱定
着装置を備えた画像形成装置においても熱ローラ方式と
同様にスタンバイ加熱を行う。

【００５１】図１７は従来例の制御フローチャートであ
る。このフローチャートに基づく制御はＣＰＵやＤＳＰ
などの演算装置を用いるのが一般的であるが、ハードウ
ェアのみで制御部を構成する場合もある。

【００５２】画像形成装置の電源がＯＮ（１１０１）さ
れ、適当な処理（各部のチェック等）が済むと、加圧ロ
ーラ駆動用モータを起動し加圧ローラを回転させ（１１
０２）、スリーブを従動させる。次に駆動回路による駆
動コイルヘの電力投入を開始しスリーブを発熱させる
（１１０３）。この電力投入は、定着装置の検出温度
が、Ｔｓ℃を越えるまで行う。

【００５３】検出温度≧Ｔｓ℃となると（１１０４）、
プリント要求受付開始状態となり（１１０５）、同時に
一定量の小電力供給に切り替える（１１０６）。この一
定量の小電力供給とは、励磁回路から駆動コイルヘ数十
Ｗ程度の一定の電力入力を行う事であり、電力入力を小
さくする方法としては、励磁回路のスイッチング素子の
ＯＮ時間を短くする事により励磁コイルヘの励磁電圧パ
ルス幅を小さくする方法や、駆動回路を動作させる時間
を間欠にする事により近似的に少量の電力を入力する等
の方法があり、電力をある値以下に出来ればどの様な方
法を用いても良い。

【００５４】定着装置はこの小電力供給による発熱と外
部への放熱や熱伝導との関係によりある範囲の温度とな
る。この放熱する熱量は外気温や風量等で変わってしま
うが、待機時の定着装置の温度にはさほど精度が必要な
い為、問題はない。この時の温度範囲を高く設定すれ
ば、その後に定着可能な温度まで加熱する時間は短くて
済む、すなわちファーストプリントタイムが早くなる。

【００５５】しかし、温度範囲を高い値となるようにす
ると、多くの投入電力が必要となり、待機時の消費電力
が大きくなってしまう。加えて高い温度が保たれる事に
より、スリーブや加圧ローラなどの定着装置を構成する
部材や定着装置の周辺の部材に熱ストレスが生じ、変形
や寿命低下などの問題を引き起こす原因となる。これら
の条件を加味した上で適当な値となる様に温度範囲が設
定される。一般的にＡ３用紙大の印字時の定着装置の温
度が１８０〜２００℃程度であり、ファーストプリント
タイム２０ｓ以下を実現する場合、温度範囲は１００℃
〜１５０℃となるようにするのが良く、特に１３０℃程
度とするのがよい。この場合、小電力入力は７０Ｗ程度
とすれば良い。

【００５６】小電力入力に切り替えた後に加圧ローラ駆
動用モータを停止し、加圧ローラ及びスリーブを停止さ
せる（１１０７）。一定小電力を続け（１１０８）、Ｐ
Ｃ等のホスト端末より画像形成装置がプリント要求を受
け付けると（１１０９）、加圧ローラ駆動モータの駆動
を開始した後に（１１１０）、一定小電力供給を中止
し、印字時定着温調を開始し、スリーブをさらに発熱さ
せていく（１１１１）。印字時定着温調によるスリーブ
の発熱が行われ（１１１２）、検出温度≧Ｔｐ℃となる
と（１１１３）、駆動回路が電力制御を行い定着装置を
Ｔｐ℃に保とうとする温度調節が始まり、画像形成装置
は定着可能状態となる。定着可能状態になると画像形成
装置はプリント動作を開始し、用紙上にトナー像が形成
され、定着装置にて用紙上に定着される（１１１４）。
このプリント動作はプリント要求が終了するまで継続さ
れ、この間定着装置は印字時定着温調を行う（１１１
５）。プリント要求が終了すると、印字時定着温調を中
止し一定小電力供給に切り替え（１１１６）、次のプリ
ント要求が発生するまで一定小電力供給を行う。

【００５７】図１８に従来例における制御時の定着装置
の温度推移を示す。

【００５８】制御フローチャートで説明した様に、定着
装置の温度Ｔｓ℃を越えると、一定小電力入力となり、
この時の温度は適当な温度に収束していく。プリント要
求を受け付けると加熱を開始し、温調温度Ｔｐ℃を一定
に保つような制御を行う。プリントが終了すると、再び
一定小電力入力を行い、時間の経過とともに適当な温度
に収束していく様子が示されている。

【００５９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
例に示した電磁誘導加熱方式による定着装置は、待機時
の制御では、スタンバイ加熱時の電力を低減させる為に
スリーブが停止した状態にて加熱を行っている。この
時、スリーブの発熱には図１３（ｂ）に示したような温
度勾配があり、スリーブの一部分に発熱が集中し、熱疲
労による概箇所の劣化が発生し、スリーブの寿命が低下
するという課題があった。また、スリーブの一部分が劣
化する事により、定着ムラが発生するという課題があっ
た。

【００６０】本発明は上記のような従来の課題を解消す
るためになされたもので、電磁誘導加熱方式を用いた加
熱装置において、スタンバイ加熱時のスリーブの局所的
な熱疲労を防止する事を目的とする。また、被加熱材と
しての記録材に形成された未定着トナー像を該記録材に
加熱定着する定着装置として前記加熱装置を適用して、
定着時における画質の低下を防ぎ、高品質の画像形成を
行うことができる画像形成装置を得ることを目的とす
る。

【００６１】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を有
することを特徴とする加熱装置および該加熱装置を定着
装置として適用した画像形成装置である。 （１）磁場発生手段の磁界の作用を受けて発熱する電磁
誘導発熱部材と、この電磁誘導発熱性部材と相互圧接し
てニップ部を形成する加圧部材とを有し、被加熱材が前
記ニップ部を通過する加熱動作時には第１の制御手段を
用いて加熱温度制御を行い、被加熱材が前記ニップ部を
通過しない待機時には第２の制御手段を用いて待機温度
制御を行う加熱装置において、前記待機温度制御時に前
記電磁誘導発熱性部材の発熱位置を一定条件毎に異なら
しめる発熱位置変更手段を備えた事を特徴とする加熱装
置。 （２）前記一定条件は、前記電磁誘導発熱性部材の発熱
時間が一定時間ｔを経過したか否かである事を特徴とす
る請求項１記載の加熱装置。 （３）前記電磁誘導発熱性部材の温度を検知する温度検
知手段を備え、前記一定条件は、前記温度検知手段の検
知温度が一定温度を越えているか否かである事を特徴と
する請求項１記載の加熱装置。 （４）前記電磁誘導発熱性部材の温度を検知する温度検
知手段を備え、前記一定条件は、前記温度検知手段の検
知温度が飽和しているか否かである事を特徴とする請求
項１記載の加熱装置。 （５）前記電磁誘導発熱性部材の発熱位置を任意の位置
に変更する発熱位置変更手段と、前記電磁誘導発熱性部
材の発熱位置の設定を格納する発熱位置設定テーブルと
を備え、前記発熱位置設定テーブルに格納された設定デ
ータに従って前記発熱位置変更手段によって順次発熱位
置を変更する事を特徴とする（１）〜（４）のうちのい
ずれか１項記載の加熱装置。 （６）被加熱材の表面に未定着トナー像を形成する画像
形成部と、前記未定着トナー像を前記被加熱材の表面に
加熱定着させる加熱定着部とを有する画像形成装置にお
いて、前記加熱定着部として（１）〜（５）のうちのい
ずれか１項記載の加熱装置を適用したことを特徴とする
画像形成装置。

【００６２】

【発明の実例の形態】（第１の実施例）図１は本発明の
実施例に係る画像形成装置の全体を説明する図である。
この実施例は、４色すなわち、イエローＹ、マゼンタ
Ｍ、シアンＣ、ブラックＫの画像形成手段（画像形成
部）を備えたカラー画像形成装置を示すもので、図にお
いて、２０１は静電潜像を形成する感光ドラム（ａ、
ｂ，ｃ，ｄは各々Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙ用を示す）、２０２は
画像信号に応じて露光を行い感光ドラム２０１上に静電
潜像を形成するレーザスキャナー、２０３は記録材を各
色の画像形成部に順次搬送する転写ベルトを兼ねた無端
状の搬送ベルト、２０４は記録材上に形成されたトナー
画像を記録材に加熱定着する為の定着装置（加熱定着
部）である。

【００６３】ＰＣ（パーソナルコンピュータ）からプリ
ントすべきデータがプリンタに送られ、プリンタエンジ
ンの方式に応じた画像形成が終了しプリンタ可能状態と
なると、用紙カセットから記録材が供給されて搬送ベル
ト２０３に到達し、搬送ベルト２０３により記録材が各
色の画像形成部に順次搬送される。搬送ベルト２０３に
よる記録材搬送とタイミシグを合せて、各色の画像信号
が各レーザスキャナー２０２に送られ、感光ドラム２０
１上に静電潜像が形成され、図示しない現像器でトナー
が現像され、図示しない転写部で記録材上に転写され
る。

【００６４】図１では、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの順に順次画像
形成される。その後、記録材は搬送ベルト２０３から分
離され、定着装置２０４で熱によってトナー像が記録材
上に定着され、外部へ排出される。本実施例における定
着装置２０４は本発明の加熱装置を適用するもので、以
下の説明では加熱装置を定着装置２０４として説明す
る。

【００６５】以上で説明した画像形成装置において、プ
リント要求受付可能状態、すなわち待機状態において誘
導加熱を用いた定着装置２０４は、図示しないＣＰＵや
ＤＳＰ等の制御装置により、以下で説明するような定着
装置待機シーケンスに従い制御される。

【００６６】図２は本発明の加熱装置を定着装置として
適用した第１の実施例の制御フローチャートを示し、図
３は本実施例における定着装置の概要構成を説明するブ
ロック図である。以下、図２、図３に基づいて説明す
る。

【００６７】画像形成装置が待機状態となり、制御装置
による定着装置待機シーケンスが開始すると（１０
１）、定着装置の待機時温度制御が開始される（１０
２）。この待機時温度制御とは、スリーブ３０６が停止
した状態で行うスタンバイ加熱ならどの様な方法でもよ
い。例えば従来例で説明した一定電力入力制御や、サー
ミスタを用いた温度制御（この場合、発熱位置と温度検
出位置が異なる為、目標温度を低く設定する必要が有
る）でも良い。この時、従来例にて説明したように、Ｃ
ＰＵ３０１等の制御装置は電力インバータ３０４を制御
し、励磁コイル３０７を小電力で駆動する事により、ス
リーブ３０６を発熱させ、スタンバイ加熱を行ってい
る。

【００６８】待機時温度制御が開始すると、ＣＰＵ３０
１は変数（時間ｔ）をリセットし、ｔ＝０とする。その
後、時間変数ｔのカウントをスタートさせる（１０
３）。この時間変数ｔの値は現在のスリーブの発熱位置
での発熱時間を示している。

【００６９】制御装置は定着装置の待機シーケンスの終
了要求が有るかどうかを常にチェックし（１０４）、時
間ｔのカウントを行う。定着装置の待機シーケンスの終
了要求が発生した場合には待機時温度制御を終了し（１
０６）、定着装置待機シーケンスを終了させる（１０
７）。

【００７０】時間変数ｔが増加していき、ＲＯＭ３０２
等の記憶装置に予め記憶されている設定値Ｔｈを超える
と（１０５）、一定時間Ｔｄだけ定着装置の駆動モータ
３０３を駆動する（１０６）。定着装置の駆動モータ３
０３が駆動すると、定着装置内の加圧ローラ３０５が回
転し、加圧ローラ３０５に従動してスリーブ３０６の回
転が行われ、スリーブ３０６における発熱位置が変更さ
れる。その後、時間変数ｔをリセットし、スリーブ３０
６の新たな発熱位置での加熱時間の時間変数ｔのカウン
トをスタートさせる（１０３）。

【００７１】この時、前記一定時間Ｔｂは発熱位置の変
更を複数回行っても同一箇所を発熱しない様に設定する
のが良く、より好ましくは最大の待機設定時間（例えば
１５分程度）発熱位置の変更を行っても同一の箇所を発
熱させない様に設定するのが良い。

【００７２】本実施例においては定着装置の駆動モータ
の駆動量は一定時間Ｔｄ駆動すると記載した。しかし、
必ずしも時間で規定する必要は無く、例えば駆動モータ
やスリーブの回転角度を一定角度回転させるという方法
を行っても良い。 （第２の実施例）本発明の第２の実施の形態を説明す
る。この実施例における画像形成装置構成、定着装置の
構成等は第１の実施例と同様なので説明を省略する。図
４は第２の実施例の制御フローチャートを示し、図５に
本実施例における概略の構成を示す。以下図４、図５に
基づいて説明する。

【００７３】画像形成装置が待機状態となり、制御装置
による定着装置待機シーケンスが開始する（１３０１）
と、定着装置の待機時温度制御が開始される（１３０
２）。この時、第１の実施例と同様に、ＣＰＵ３０１等
の制御装置は電力インバータ３０４を制御し、励磁コイ
ル３０７を小電力で駆動する事により、スリーブ３０６
を発熱させ、スタンバイ加熱を行っている。

【００７４】待機時温度制御が開始すると、制御装置は
定着装置の待機シーケンスの終了要求が有るかどうかを
常にチェックし（１３０３）、定着装置の待機シーケン
スの終了要求が発生した場合には待機時温度制御を終了
し（１３０６）、定着装置待機シーケンスを終了させる
（１３０７）。

【００７５】待機シーケンスの終了要求が無い場合にサ
ーミスタ１４０１の検出温度ｋをチェックし、ＲＯＭ３
０２等の記憶装置に予め記憶されている設定温度Ｋｈを
越えた場合に、一定時間Ｔｄだけ定着装置の駆動モータ
３０３を駆動する（１３０５）。

【００７６】また、上記の判別方法の代わりにサーミス
タ１４０１の検出温度ｋが飽和しているか否かを条件と
し、飽和している場合に駆動モータ３０３を駆動しても
良い。このサーミスタ１４０１の取り付け位置は発熱位
置の温度が直接検出できる箇所である事が望ましい。し
かし、必ずしも直接発熱位置の温度が検出出来なくとも
良く、従来例のように発熱位置と温度検出位置が異なっ
ていても、熱伝導で間接的に発熱位置や周囲の温度が推
測できる箇所であれば問題ない。また、設定温度Ｋｈは
個々の定着装置の構成によって異なるが、我々の行った
実験によると、従来例で説明したサーミスタの位置にお
いて７０〜１００℃程度に設定するのが好ましい。

【００７７】定着装置の駆動モータ３０３が駆動する
と、定着装置内の加圧ローラ３０５が回転し、加圧ロー
ラ３０５に従動してスリーブ３０６の回転が行われ、ス
リーブ３０６における発熱位置が変更される。発熱位置
の変更後には再び待機シーケンスの終了要求のチェック
とサーミスタの検出温度ｋのチエックを行う。 （第３の実施例）本発明の第３の実施例を説明する。こ
の実施例における画像形成装置の構成、定着装置の構成
等は第１、第２の実施例と同様なので説明を省略する。

【００７８】図６に第３の実施例の制御フローチャート
を示し、図７に本実施例における概略の構成を示す。以
下、図６、図７に基づいて説明する。

【００７９】画像形成装置が待機状態となり、制御装置
による定着装置待機シーケンスが開始すると（１５０
１）、定着装置の待機時温度制御が開始される（１５０
２）。この時、第１の実施例と同様に、ＣＰＵ３０１等
の制御装置は電力インバータ３０４を制御し、励磁コイ
ル３０７を小電力で駆動する事により、スリーブ３０６
を発熱させ、スタンバイ加熱を行っている。

【００８０】待機時温度制御が開始すると、ＣＰＵ３０
１はＲＯＭ３０２に格納された前回のスリーブの停止位
置を参照し、前回の停止位置の次の停止位置として設定
されている位置まで位置検出部の情報を基に定着装置の
駆動モータを駆動する（１５０３）。

【００８１】この時の位置検出部の説明を図８に示す。
同図において、４０５はスリーブ、１７０１はスリーブ
端に対応して回転する様に固定したスリーブ４０５の位
置基準用のフラグ、１７０２はフラグ１７０１の位置を
検出する位置検出素子としてのフォトインタラプタであ
る。

【００８２】以上の構成において、フラグ１７０１がフ
ォトインタラプタ１７０２を遮った位置を基準として、
定着装置の駆動モータの駆動時間や駆動角度を基に位置
を算出する。この時の停止位置は予め数箇所〜十数箇所
定めておき、その箇所をＲＯＭ３０２に格納しておく。
この複数の停止位置をローテーションにしておき、順次
次の位置へと停止箇所を変更する。

【００８３】ＣＰＵ３０１は定着装置の待機シーケンス
の終了要求が有るかどうかを常にチェックし（１５０
４）、定着装置の待機シーケンスの終了要求が発生した
場合には、待機時温度制御を終了し（１５０７）、定着
装置待機シーケンスを終了させる（１５０８）。

【００８４】待機シーケンスの終了要求が無い場合に
は、第１の実施例や第２の実施例で説明した様な温度や
時間の条件を満たした場合に、定着装置の駆動モータ３
０３を駆動し（１５０５）、次に停止すべき箇所までス
リーブ３０６を回転させ、所望の位置で定着装置の駆動
モータ３０３を停止させる。発熱位置が変更された後
に、ＣＰＵ３０１は再び待機シーケンスの終了要求のチ
ェックと温度や時間の条件のチェックを行う。

【００８５】以上の様な方法を用いる事で待機時の発熱
位置をローテーションする事になり、発熱に偏りを生じ
させなくする事が出来るため、局所的な劣化を防止する
事が出来る。

【００８６】なお、上記の各実施例では、本発明の加熱
装置を定着装置に適用した場合について説明したが、本
発明の加熱装置は被加熱材の皺とり、つや出し等にも適
用することができる。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電磁誘導加熱方式の加熱装置はスタンバイ加熱時におい
て、電磁誘導発熱性部材の発熱位置を一定条件毎に異な
らしめている為、該電磁誘導発熱性部材の局所的な発熱
を防ぐ事が出来る。この事により、熱疲労による局所的
な劣化を防止する事が出来、電磁誘導発熱性部材の寿命
低下を低減する効果がある。

【００８８】また、この加熱装置を定着装置に適用する
ことにより、電磁誘導発熱性部材の一部分が劣化する事
により発生する温度ムラやしわ等を防止する事ができ、
定着時における画質の低下を防ぎ、高品質の画像形成を
行うことができる画像形成装置を得ることができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る画像形成装置の全体構成
を説明する斜視図。

【図２】本発明の第１の実施例に係る定着装置の制御フ
ローチャートを説明する図。

【図３】本発明の実施例に係る定着装置の概要構成を説
明するブロック図。

【図４】本発明の第２の実施例に係る定着装置の制御フ
ローチャートを説明する図。

【図５】本発明の第２の実施例に係る定着装置の概要構
成を説明するブロック図。

【図６】本発明の第３の実施例に係る定着装置の制御フ
ローチャートを説明する図。

【図７】本発明の第３の実施例に係る定着装置の概要構
成を説明するブロック図。

【図８】本発明の第３の実施例に係る定着装置の位置検
出部を説明する斜視図図。

【図９】従来の定着装置の要部の横断側面模型図。

【図１０】その定着装置の要部の正面模型図。

【図１１】その定着装置の要部の縦断正面模型図。

【図１２】その定着装置の磁場発生手段と励磁回路の関
係を示した図。

【図１３】その定着装置の磁場発生手段と発熱量Ｑの関
係を示した図。

【図１４】その定着装置の安全回路を示した図。

【図１５】励磁回路の回路構成図。

【図１６】誘導加熱制御部の全体構成ブロック図。

【図１７】従来の定着装置の制御フローチャートを説明
する図。

【図１８】制御における従来の定着装置の温度推移図。

【符号の説明】

２０１（２０１ａ〜２０１ｄ） 感光ドラム ２０２（２０２ａ〜２０２ｄ） レーザスキャナー ２０３ 搬送ベルト ２０４ 定着装置 ４０５ スリーブ ４０６（４０６ａ、４０６ｂ） ベルトガイド ４０７（４０７ａ〜４０７ｃ） 磁性コア ４０８ 磁性コイル ４０９ 温度検知素子（サーミスタ） ４１０ 加圧部材としての加圧ローラ ７０１ 励磁回路 ９０１ 安全用温度検知素子

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H033 AA02 AA23 BA11 BA12 BA25 BA27 BA31 BA32 BE06 CA05 CA22 CA32 CA48 3K059 AA08 AB27 AB28 AC33 AC35 AC54 AD34 CD09 CD18 CD23 CD77 5H323 AA36 BB03 BB17 CA08 CB06 DA01 DB01 EE03 FF01 GG04 HH02 KK05 LL18 LL23 MM08 TT06

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁場発生手段の磁界の作用を受けて発熱す
   る電磁誘導発熱部材と、この電磁誘導発熱性部材と相互
   圧接してニップ部を形成する加圧部材とを有し、被加熱
   材が前記ニップ部を通過する加熱動作時には第１の制御
   手段を用いて加熱温度制御を行い、被加熱材が前記ニッ
   プ部を通過しない待機時には第２の制御手段を用いて待
   機温度制御を行う加熱装置において、前記待機温度制御
   時に前記電磁誘導発熱性部材の発熱位置を一定条件毎に
   異ならしめる発熱位置変更手段を備えた事を特徴とする
   加熱装置。
2. 【請求項２】前記一定条件は、前記電磁誘導発熱性部材
   の発熱時間が一定時間を経過したか否かである事を特徴
   とする請求項１記載の加熱装置。
3. 【請求項３】前記電磁誘導発熱性部材の温度を検知する
   温度検知手段を備え、前記一定条件は、前記温度検知手
   段の検知温度が一定温度を越えているか否かである事を
   特徴とする請求項１記載の加熱装置。
4. 【請求項４】前記電磁誘導発熱性部材の温度を検知する
   温度検知手段を備え、前記一定条件は、前記温度検知手
   段の検知温度が飽和しているか否かである事を特徴とす
   る請求項１記載の加熱装置。
5. 【請求項５】前記電磁誘導発熱性部材の発熱位置を任意
   の位置に変更する発熱位置変更手段と、前記電磁誘導発
   熱性部材の発熱位置の設定を格納する発熱位置設定テー
   ブルとを備え、前記発熱位置設定テーブルに格納された
   設定データに従って前記発熱位置変更手段によって順次
   発熱位置を変更する事を特徴とする請求項１〜４のうち
   のいずれか１項記載の加熱装置。
6. 【請求項６】被加熱材の表面に未定着トナー像を形成す
   る画像形成部と、前記未定着トナー像を前記被加熱材の
   表面に加熱定着させる加熱定着部とを有する画像形成装
   置において、前記加熱定着部として請求項１〜５のうち
   のいずれか１項記載の加熱装置を適用したことを特徴と
   する画像形成装置。