JP2008139864A - 定着装置及び定着装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘導加熱方式の定着装置にて、ウォーミングアップ時間の高速化に伴う発熱部材の熱容の不足を解消して、高速での連続画像形成時においても、高画質の定着画像を得て、画像形成時の生産性向上を図る。
【解決手段】 ヒートローラ２０の熱容量を小さくする一方、ヒートローラ２０に対向するベルト３３を、誘導加熱される金属ローラ３２により加熱する。ヒートローラ２０とベルト３３のニップ３７位置にて、ベルト３３をヒートローラ２０に押圧するための補助加圧部材４２を設ける。更にヒートローラ２０周囲の、第１及び第２のサーミスタ５６ａ、５６ｂから第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂの中心までと、更にニップ３７に到るまでの距離と、ベルト３３周囲の第３及び第４のサーミスタ６１ａ、６１ｂから、中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂの中心までと、更にニップ３７に到るまでの距離を同じにする。
【選択図】図２

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載される定着装置に関し、特に誘導加熱方式を用いた、定着装置及び定着装置の制御方法に関する。

近年電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に使用される誘導加熱方式の定着装置がある。この誘導加熱方式の定着装置では、定着装置のウォーミングアップ時間を短縮して、定着速度を一層高速化することが要望されている。このため、励磁コイルを熱容量の小さい発熱ローラの周囲に配置して、ウォーミングアップ時間を短縮する画像加熱装置がある（例えば特許文献１）。
米国特許第６，８１９，９０４号明細書

しかしながら特許文献１では、励磁コイルにより、トナー像と接する側の発熱ローラを加熱して、高速化を得るものの、加圧部材側に熱源を有していない。このため、高速にてカラー画像を連続形成する場合等のように、定着時に連続して大きな熱量を消費すると、特に加圧部材側の熱量が不足して、定着不良を生じる恐れがある。

そこで本発明は上記課題を解決するものであり、誘導加熱方式により高速化を図る定着装置において、加圧部材側の熱量の不足を解消して、高速での連続カラー画像形成時においても、定着不良を生じることなく、高画質の定着画像を得られる定着装置及び定着装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するための手段として、誘導加熱される金属層を有する発熱部材と、前記発熱部材に近接して配置される第１の誘導電流発生装置と、前記発熱部材に対向し、複数のローラに回転可能に支持されて、前記発熱部材との間にニップを形成するベルトと、前記ベルトの周囲に配置され、誘導加熱により前記ベルトを加熱する第２の誘導電流発生装置と、前記ニップ位置で、前記ベルトを前記発熱部材に押圧する押圧部材とを有するものである。

本発明によれば、ウォーミングアップ時間の短縮を図れ、又、連続画像形成時の、熱容量の不足を補い、画像の生産性の向上を得られる。更に定着時に発熱部材及びベルトのニップに掛かる荷重を低減出来、発熱部材及びベルトの長寿命化を得られる。しかも、発熱部材及びベルトの制御の高速化による、画像の生産性の向上を得られる。

以下この発明の第１の実施例について図１乃至図６を参照して詳細に説明する。図１はこの発明の第１の実施例の画像形成装置１を示す概略構成図である。画像形成装置１は、原稿を読み取るスキャナ部６と、画像を形成するプリンタ部２に被定着媒体であるシート紙Ｐを供給する給紙部３を備えている。スキャナ部６は、上面に設けられる自動原稿送り装置４により供給される原稿から読み取った画像情報を、アナログ信号に変換する。

プリンタ部２は、矢印ｑ方向に回転される転写ベルト１０ａに沿って、イエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成ステーション１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋがタンデムに並べられた画像形成ユニット１０を備える。更に画像形成ユニット１０は、各色の画像形成ステーション１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋの感光体ドラム１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋに画像情報に応じたレーザビームを照射するレーザ露光装置１９を備える。更にプリンタ部２は、定着装置１１、排紙ローラ５２を備え、定着後のシート紙Ｐを排紙部５に搬送する排紙搬送路５３を有している。

画像形成ユニット１０のイエロ（Ｙ）の画像形成ステーション１８Ｙは、矢印ｒ方向に回転する感光体ドラム１２Ｙの周囲に、帯電器１３Ｙ、現像装置１４Ｙ、転写ローラ１５Ｙ、クリーナ１６Ｙ、除電器１７Ｙを配置してなっている。マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成ステーション１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋは、イエロ（Ｙ）の画像形成ステーション１８Ｙと同様の構成とされる。

給紙部３は第１及び第２の給紙カセット３ａ、３ｂを備える。給紙カセット３ａ、３ｂから、画像形成ユニット１０に至るシート紙Ｐの搬送路７には、給紙カセット３ａ、３ｂからシート紙Ｐを取り出すピックアップローラ７ａ、７ｂ、分離搬送ローラ７ｃ、７ｄ、搬送ローラ７ｅ及びレジストローラ８が設けられる。

プリント操作開始により、プリンタ部２のイエロ（Ｙ）の画像形成ステーション１８Ｙでは、感光体ドラム１２Ｙが矢印ｒ方向に回転され、帯電器１３Ｙにより一様に帯電される。次いで感光体ドラム１２Ｙは、レーザ露光装置１９により、スキャナ部６で読取ったイエロの画像情報に対応する露光々を照射され静電潜像を形成される。この後感光体ドラム１２Ｙは現像装置１４Ｙによりトナーを供給され、感光体ドラム１２Ｙ上にイエロ（Ｙ）のトナー像が形成される。このイエロ（Ｙ）のトナー像は、転写ローラ１５Ｙ位置で、転写ベルト１０ａ上を矢印ｑ方向に搬送されるシート紙Ｐに転写される。トナー像を転写終了後、感光体ドラム１２Ｙはクリーナ１６Ｙにより残留トナーをクリーニングされ、除電器１７Ｙにより感光体ドラム１２Ｙ表面を除電され、次のプリント可能とされる。

マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成ステーション１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋにおいても、イエロ（Ｙ）の画像形成ステーション１８Ｙと同様にして、トナー像を形成する。画像形成ステーション１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋで形成された各色のトナー像は、各転写ローラ１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ位置にて、イエロのトナー像を形成されたシート紙Ｐに順次転写される。このようにしてカラートナー像を形成されたシート紙Ｐは、定着装置１１により加熱加圧定着されプリント画像を完成され排紙部５に排紙される。

次に定着装置１１について述べる。図２は、定着装置１１を軸方向から見た概略構成図である。定着装置１１は、発熱部材であり、外径５０ｍｍのヒートローラ２０を有する。ヒートローラ２０と対向する位置には、ベルトを有するユニット化されたベルト機構３０が配置される。ベルト機構３０は、複数のローラである対向ローラ３１と金属ローラ３２を有し、これ等対向ローラ３１及び金属ローラ３２に支持されるエンドレスのベルト３３を有する。更にベルト機構３０は、ニップ幅を長くするための押圧部材である補助加圧部材４２を有している。補助加圧部材４２は、スプリング４１に押されてベルト３３をヒートローラ２０に押圧する。これによりヒートローラ２０及びベルト３３の間には、一定幅のニップ３７が形成される。

ヒートローラ２０は、第１の駆動モータ３６ａにより矢印ｓ方向に回転される。ベルト３３は、第２の駆動モータ３６ｂによる、金属ローラ３２の回転により、矢印ｔ方向に走行される。ヒートローラ２０及びベルト３３はニップ３７にてシート紙Ｐを挟持して、排紙ローラ５２方向に搬送する。シート紙Ｐは、このようなヒートローラ２０及びベルト３３間のニップ３７を通過することにより、シート紙Ｐ上のトナー像を加熱加圧定着される。尚ヒートローラ２０及びベルト３３の駆動機構は限定されず、例えば、ヒートローラ２０及びベルト３３を同じ駆動モータで回転しても良い。

ヒートローラ２０は、弾性ローラ２１及び表層２２を有している。弾性ローラ２１は、例えば鉄（Ｆｅ）或はアルミで構成される芯金２０ａと、芯金２０ａ周囲に配置される弾性層である発泡シリコンゴム層２０ｂを有する。芯金２０ａは、中実或は中空のいずれであっても良い。発泡シリコンゴム層２０ｂは、耐熱性及び断熱性を有し、例えば平均セル径が約１５０ミクロンの、連続泡のマイクロセルラー発泡体で構成されている。

表層２２は、図３に示すように、例えばニッケル（Ｎｉ）から形成される厚さ３０〜５０μｍの金属層である金属導電層２０ｃの表面に、例えば肉厚０．１〜０．５ｍｍのシリコンゴム層２０ｄを有する。さらに表層２２は、シリコンゴム層２０ｄの表面に、離型層２０ｅを形成して構成されている。離型層２０ｅは、例えば、フッ素樹脂（ＰＦＡまたはＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）、もしくはＰＦＡとＰＴＦＥの混合物）により構成されている。離型層２０ｅの層厚は、例えば０．０５〜０．２ｍｍとされる。尚金属層は、ニッケルに限らず、磁性ステンレス、鉄等であっても良い。金属層は、誘導加熱方式で加熱効率の良いものであれば良い。

弾性ローラ２１の、発泡シリコンゴム層２０ｂは、芯金２０ａと金属導電層２０ｃとを熱絶縁する。これによりヒートローラ２０全体の熱容量を低く保つことが可能となる。又発泡シリコンゴム層２０ｂは、ベルト３３との間で形成されるニップ３７を広く保ち、且つ誘導電流発生装置から発生される磁束を芯金２０ａまで影響を及ぼさないような距離を保つために、例えば５〜１５ｍｍ程度の厚さとされる。発泡シリコンゴム層２０ｂは、あまり厚すぎると、ヒートローラ２０の回転に伴うトルク（負荷）により、芯金２０ａとの境界面での応力が大きくなる。この応力により、発泡シリコンゴム層２０ｂが、芯金２０ａとの境界面で破損する可能性があることから、発泡シリコンゴム層２０ｂの厚さは、１５ｍｍ程度以下であることが望ましい。また発泡シリコンゴム層２０ｂのゴム硬度は、ASKER C２０〜４０°程度が好ましい。

弾性ローラ２１の、芯金２０ａと発泡シリコンゴム層２０ｂとは互いに固定されている。表層２２の、金属導電層２０ｃとシリコンゴム層２０ｄ及び、シリコンゴム層２０ｄと離型層２０ｅも互いに固定されている。但し発泡シリコンゴム層２０ｂと金属導電層２０ｃとは接着しないものとする。

弾性ローラ２１は、常温（２５℃）の時には、外径が、表層２２の内径よりも例えば０．２〜０．７ｍｍ程度小さくなっている。従って、表層２２を弾性ローラ２１に接着固定していないので、表層２２は弾性ローラ２１に対してスライド可能であり、表層２２が寿命に達した場合には、交換可能とされている。又弾性ローラ２１は、加温により熱膨張される。例えばヒートローラ２０表面を、１７０℃の定着可能温度の状態で放置すると、発泡シリコンゴム層２０ｂは徐々に膨張する。このようにして発泡シリコンゴム層２０ｂが膨張した状態では、弾性ローラ２１の外径は、表層２２の内径より例えば０．２〜０．５ｍｍ程度大きくなる。これにより、表層２２は、弾性ローラ２１を締め付けた状態で、弾性ローラ２１に嵌るようになっている。尚、ヒートローラ２０の構造は限定されず、発泡シリコンゴム層２０ｂと金属導電層２０ｃとを接着して一体に形成しても良い。

ベルト機構３０では、対向ローラ３１がヒートローラ２０に当接される。これにより、ベルト３３は、対向ローラ３１位置でヒートローラに加圧接触される。更にベルト３３は、補助加圧部材４２によりヒートローラ２０に押圧されている。従って、ヒートローラ２０及びベルト３３の間には、対向ローラ３１から補助加圧部材４２に至る一定幅例えば１４ｍｍのニップ３７が形成される。一方、金属ローラ３２は、磁性ステンレスからなっている。但し金属ローラはこれに限定されず、誘導加熱方式で加熱効率の良いものであれば、鉄やニッケル等であっても良い。

ベルト３３は、図４に示すように、例えば、ポリイミド樹脂等の耐熱樹脂からなる基材３３ａに、シリコンゴム等の耐熱ゴムからなる弾性層３３ｂ、およびＰＦＡ等のフッ素樹脂からなる離型層３３ｃを形成して構成されている。基材３３ａの厚さは、例えば０．１〜０．５ｍｍとされる。ベルト機構３０に用いられるベルトは樹脂に限定されず、基材に金属粉を分散させても良い。これにより、ベルト自身が誘導加熱により発熱可能とされる。

ベルト機構３０の補助加圧部材４２は、断面が矩形のシリコンゴムからなり、矩形の角は丸いＲ形状に形成されている。補助加圧部材４２は、対向ローラ３１と共に、ヒートローラ２０及びベルト３３の間にニップ３７を形成して、ニップ３７の幅を広げている。このようにニップ３７の幅を広げることにより、ニップ３７にてシート紙Ｐを挟持して定着する場合の、ヒートローラ２０に対する補助加圧部材４２の荷重を低減できる。この実施例では、定着時のヒートローラ２０に対する補助加圧部材４２の荷重は、例えば４００Ｎとする。

ヒートローラ２０の外周には、剥離爪５４、第１の誘導電流発生装置である第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂ、発熱部材温度センサであり、ヒートローラ２０と非接触の第１及び第２のサーミスタ５６ａ、５６ｂ及び、第１及び第２のサーモスタット５７ａ、５７ｂが設けられる。剥離爪５４は、定着後のシート紙Ｐがヒートローラ２０に巻きつくのを防止する。剥離爪５４は、接触式あるいは非接触式のいずれであっても良い。

第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂは、ヒートローラ２０の外周に所定のギャップを介して設けられ、ヒートローラ２０の金属層２０ｃを発熱させる。第１の誘導電流発生コイル５０ａは、ヒートローラ２０の中央領域を発熱させ、第２の誘導電流発生コイル５０ｂは、ヒートローラ２０の両側の領域を発熱させる。従って、小サイズのシート紙Ｐの定着を行う場合には、第１の誘導電流発生コイル５０ａに電力を供給して、ヒートローラ２０の中央領域を発熱させる一方、第２の誘導電流発生コイル５０ｂへの電力供給を停止する等する。

又、ヒートローラ２０の全長を発熱する場合には、第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂは、交互に切り替えて出力され、いずれも例えば２００Ｗ〜１５００Ｗまで調整可能となるように設定されている。尚、第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂは、同時に出力可能であっても良い。又、同時に出力する場合に、第１の誘導電流発生コイル５０ａと第２の誘導電流発生コイル５０ｂの出力値を変えることも可能である。例えば、両側に比べてヒートローラ２０の中央領域を通過するシート紙Ｐが多い場合には、第１の誘導電流発生コイル５０ａの出力を第２の誘導電流発生コイル５０ｂの出力より大きくすることも可能である。

第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂは、ヒートローラ２０に磁束を集中させるための磁性体コアに線材を周回して形成されている。線材として、例えば耐熱性のポリアミドイミドで被覆して、お互いに絶縁された銅線材を複数本束ねて構成されるリッツ線を用いている。線材をリッツ線とすることにより、線材の径を磁界の浸透深さより小さくすることが出来る。これにより線材に高周波電流を有効に流すことが可能になる。この実施例においては、直径０．３ｍｍの銅線材を４０本束ねてリッツ線としている。

この様なリッツ線に所定の高周波電流を供給すると、第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂは磁束を発生する。この磁束により、金属層２０ｃに、磁界の変化を妨げるように渦電流を発生させる。この渦電流と金属層２０ｃの抵抗値によりジュール熱が発生して、ヒートローラ２０は瞬時に発熱される。

ヒートローラ２０と非接触の第１及び第２のサーミスタ５６ａ、５６ｂとして、例えばサーモパイル式の赤外線温度センサが使用される。サーモパイル式の赤外線温度センサは、赤外線を受光して、赤外線エネルギーを算出し、サーモパイルに発生した温接点部の温度変化を、熱電対の起動電力として検出する。第１のサーミスタ５６ａは、ヒートローラ２０のほぼ中央の表面温度を検出して、電圧に変換する。第２のサーミスタ５６ｂは、ヒートローラ２０の側部の表面温度を検出して、電圧に変換する。

第１のサーモスタット５７ａは、ヒートローラ２０の中央部の表面温度の異常を検知する。第２のサーモスタット５７ｂは、ヒートローラ２０の側部の表面温度の異常を検知する。第１或いは第２のサーモスタット５７ａ、５７ｂが異常を検知した場合は、第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂへの電力供給を強制的にオフする。

ベルト３３の周囲であって、金属ローラ３２と対向する位置には、第２の誘導電流発生装置である中央コイル６０ａと側部コイル６０ｂが設けられる。中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂ位置を通過した後のベルト３３周囲には、第３及び第４のサーモスタット６２ａ、６２ｂが設けられる。又ニップ３７通過後のベルト３３周囲には、ベルト温度センサでありベルト３３と非接触のサーモパイル式の赤外線温度センサからなる第３及び第４のサーミスタ６１ａ、６１ｂが設けられる。

中央コイル６０ａは、金属ローラ３２の幅方向の中央部を発熱させ、側部コイル６０ｂは、金属ローラ３２の幅方向の両側部を発熱させる。従って、小サイズのシート紙Ｐの定着を行う場合には、中央コイル６０ａに電力を供給して、金属ローラ３２の中央部を発熱させる一方、側部コイル６０ｂへの電力供給を停止する。金属ローラ３２の全長を発熱させる場合には、中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂは、交互に切り替えて出力され、いずれも例えば２００Ｗ〜１２００Ｗまで調整可能となるように設定されている。尚、中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂは、同時に出力可能であっても良い。中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂは、第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂと同様に形成される。金属ローラ３２は、中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂの磁束により瞬時に発熱され、ベルト３３を加熱する。

第３のサーミスタ６１ａは、ベルト３３の幅方向のほぼ中央の表面温度を検出し電圧に変換する。第４のサーミスタ６１ｂは、ベルト３３の幅方向の側部の表面温度を検出して、電圧に変換する。第３のサーモスタット６２ａは、ベルト３３の幅方向の中央部の表面温度の異常を検知する。第４のサーモスタット６２ｂは、ベルト３３の幅方向の側部の表面温度の異常を検知する。第３或いは第４のサーモスタット６２ａ、６２ｂが異常を検知した場合は、中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂへの電力供給を強制的にオフする。

次に、ヒートローラ２０周囲の第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂと、ベルト周囲の中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂの配置、更に、第１及び第２のサーミスタ５６ａ、５６ｂと、第３及び第４のサーミスタ６１ａ、６１ｂの配置について述べる。

図２において、ニップ３７の入り口位置をａ、第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂによる誘導加熱の中心位置をｂ、中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂによる誘導加熱の中心位置をｃとする。この時、第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂと、ベルト周囲の中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂは、ｂ〜ａ間の距離と、ｃ〜ａ間の距離とが同じになる位置に配置される。

更に、第１及び第２のサーミスタ５６ａ、５６ｂによる、ヒートローラ２０上の読み取り位置をｄとし、第３及び第４のサーミスタ６１ａ、６１ｂによるベルト３３上の読み取り位置をｅとする。この時、第１及び第２のサーミスタ５６ａ、５６ｂと、第３及び第４のサーミスタ６１ａ、６１ｂは、ｄ〜ｂ間の距離と、ｅ〜ｃ間の距離とが同じになる位置に配置される。

ｂ〜ａ間の距離と、ｃ〜ａ間の距離を同じにすることにより、ヒートローラ２０及びベルト３３の表面温度をフィードバック制御する時に、第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂの制御と、中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂの制御の位相を揃えることが可能となる。又、ｄ〜ｂ間の距離と、ｅ〜ｃ間の距離を同じにすることにより、定着時のシート紙Ｐへの熱伝達によるヒートローラ２０側とベルト３３側の温度差の位相差制御を一定にすることが出来る。従って、制御部での位相差制御が容易となる。

特に、ヒートローラ２０及びベルト３３の熱容量が小さい場合には、電力の供給による温度リップルが大きくなる。このため、ヒートローラ２０及びベルト３３の温度をフィードバック制御する際に非常に繊細な制御が要求される。従って、上述したように制御部での位相差制御を容易にすることにより、ヒートローラ２０及びベルト３３の表面温度のフィードバック制御が複雑化されるのを防止できる。

又、この実施例のように、ヒートローラ２０及びベルト３３を、２分割した第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂ及び、第３及び第４の誘導電流発生コイル６０ａ、６０ｂによりそれぞれ温度制御する場合には、一体の誘導電流発生コイルを用いる場合に比べて、ＣＰＵ７１によるインバータ駆動回路７２の設定制御がより複雑となる。従って、特にこの様な場合には、ＣＰＵ７１における位相差制御が容易になることによる、インバータ駆動回路７２の設定制御の高速化を得られることとなる。

次にヒートローラ２０及びベルト３３を温度制御する制御系７０について図５を参照して述べる。制御系７０は二次側に、ドキュメントフィーダやフィニッシャ或はファックス等のオプション装置を含む、画像形成システム全体の制御を行う制御部であるＣＰＵ７１を有する。一方制御系７０は、一次側に、第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂと、中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂに駆動電力を供給するインバータ駆動回路７２、商用交流電源７３からの電流を整流してインバータ駆動回路７２に供給するノイズフィルタ７４、インバータ駆動回路７２を制御するコイル制御回路７６、ノイズフィルタ７４の出力を検出して、商用交流電源７３からの電力が一定になるようにフィードバックする電源検出回路７７及びヒューズ７８を有する。

二次側のＣＰＵ７１のインターフェース８０は、フォトカプラ８１を介して、一次側のコイル制御回路７６と送受信される。フォトカプラ８１を使用することにより、制御系７０の二次と一次側とを絶縁することが出来る。第１及び第２のサーミスタ５６ａ、５６ｂと、第３及び第４のサーミスタ６１ａ、６１ｂによる温度検知結果は、ＣＰＵ７１に入力される。

次に図６のフローチャートを用いて、制御系７０によるヒートローラ２０及びベルト３３の温度制御について述べる。画像形成装置１の電源がオフされている間は、ベルト機構３０はヒートローラ２０から離間されている。この状態で、画像形成装置１の電源をオンすると、画像形成システム全体を制御するために、ＣＰＵ７１のＯＳが起動される。ＣＰＵ７１のＯＳが起動されたかを比較して（ステップ１０１）、ＯＳが起動したら、ベルト機構３０がヒートローラ２０と離間された、ホームポジションにあるかを比較する（ステップ１０２）。ベルト機構３０がホームポジションに無い場合は、ベルト機構３０をホームポジションに移動して、ヒートローラ２０から離間するための離間動作を行う（ステップ１０３）。

ステップ１０２で、ベルト機構３０がホームポジションにあれば、第１及び第２の駆動モータ３６ａ、３６ｂをオンして、ヒートローラ２０及びベルト３３をそれぞれ回転する（ステップ１０５）。次いで、インバータ駆動回路７２により、第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂと、ベルト周囲の中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂに電力を供給して（ステップ１０６）ウォームアップを開始する。この時画像形成装置１全体で使用可能な総電力量が決まっている。このためインバータ駆動回路７２は、総電力量のうち、温度制御に使用可能な電力量の範囲で、第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂと、中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂへの電力量を最適に配分し、フィードバック制御する。

第１及び第２のサーミスタ５６ａ、５６ｂと、第３及び第４のサーミスタ６１ａ、６１ｂにより、ヒートローラ２０とベルト３３の表面温度が、ヒートローラ２０とベルト機構３０を当接可能な、所定のプレラン温度に到達するのを検知したら（ステップ１０７）、ヒートローラ２０とベルト機構３０を当接する（ステップ１０８）。この時、補助加圧部材４２の荷重は、４００Ｎとされ、ヒートローラ２０及びベルト３３の間のニップ３７幅は１４ｍｍとなる。この後ウォームアップ操作を継続し、ヒートローラ２０の表面温度が例えば１７０℃に達し、ベルト３３の表面温度が例えば１６０℃に達したかを比較する（ステップ１１０）。ステップ１１０でヒートローラ２０及びベルト３３が定着可能温度に到達したら、ウォームアップを完了し、画像形成装置１は待機モードになる。

この待機モード時、第１及び第２のサーミスタ５６ａ、５６ｂによりヒートローラ２０の表面温度を検知して、定着可能温度を保持するよう、第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂをフィードバック制御する。同様に、第３及び第４のサーミスタ６１ａ、６１ｂによりベルト３３の表面温度を検知して、定着可能温度を保持するよう、中央コイル６０ａと側部コイル６０ｂをフィードバック制御する。

ウォームアップを完了した後にＣＰＵ７１からプリント命令が指示されると、プリンタ部２は、プリント操作を開始し、画像形成ユニット１０にてシート紙Ｐにトナー像を形成する。次いでトナー像を有するシート紙Ｐをヒートローラ２０及びベルト３３間の幅１４ｍｍのニップ３７に挿通して、トナー像を加熱加圧定着する。

この定着時、シート紙Ｐは、インバータ駆動回路７２により温度制御されるベルト３３によりシート紙Ｐの背面からも定着エネルギーを得られる。従って、ヒートローラ２０及びベルト３３の熱容量が小さいにもかかわらず、シート紙Ｐは両面から定着エネルギーを得られ、高速にて連続して定着操作を行っても、シート紙Ｐは十分な定着エネルギーを得られることとなる。

一方、小サイズのシート紙Ｐを連続定着した場合に、ヒートローラ２０及びベルト３３の熱容量が小さいため、通紙領域の外側であるヒートローラ２０の側部では、ヒートローラ２０及びベルト３３の温度上昇が激しくなる。このためヒートローラ２０あるいはベルト３３が耐熱限界に達してしまうのを防止するため、ヒートローラ２０あるいはベルト３３が耐熱限界に達する前に、ヒートローラ２０あるいはベルト３３の温度が低下するのを待機するための、ウエイト時間を必要とする。但しこの実施例では、ＣＰＵ７１によるインバータ駆動回路７２の設定制御が高速化されていることから、ヒートローラ２０及びベルト３３の側部が温度上昇するのに対して、早めに対応可能となる。従って、ヒートローラ２０及びベルト３３の側部の温度が低下するのを待機するウエイト時間を短縮することができる。

この様にウエイト時間等を経過しながら、且つヒートローラ２０及びベルト３３を定着可能温度に保持して定着操作を終了し、待機モードとなった後に、所定時間プリント命令が無い場合には、画像形成装置１は予熱モードとなる。

上記、各モードにおいて、ＣＰＵ７１は、常に第１及び第２のサーミスタ５６ａ、５６ｂと、第３及び第４のサーミスタ６１ａ、６１ｂからの温度検知結果を用いて、ヒートローラ２０及びベルト３３の表面温度を各所温度に保持するよう設定制御する。この設定に基づきＣＰＵ７１は、コイル制御回路７６を介してインバータ駆動回路７２を制御する。このようにインバータ駆動回路７２を設定制御するときに、ＣＰＵ７１は、ヒートローラ２０とベルト３３における、第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂと中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂの位置の差、及び第１及び第２のサーミスタ５６ａ、５６ｂと第３及び第４のサーミスタ６１ａ、６１ｂの位置の差による位相差を考慮する必要が無い。従って、ＣＰＵ７１によるインバータ駆動回路７２の設定制御が容易になり、制御速度の高速化を得られる。

尚このようにインバータ駆動回路７２により、ヒートローラ２０の表面温度をフィードバック制御している間に、不具合により、インバータ駆動回路７２の制御が不能になる等して、ヒートローラ２０の表面温度が閾値を超えた場合、第１あるいは第２のサーモスタット５７ａ、５７ｂ又は、第３あるいは第４のサーモスタット６２ａ、６２ｂが異常を検知して、インバータ駆動回路７２を強制的にオフする。

この第１の実施例の定着装置１１によれば、ヒートローラ２０の熱容量を小さくして、ウォーミングアップ時間の高速化を図っている。又、中央コイル６０ａ或は側部コイル６０ｂを用いる金属ローラ３２の誘導加熱によりベルト３３を加熱し、連続定着時の、ヒートローラ２０側の熱容量の不足を補っている。従って、連続定着時に、定着エネルギーの不足による定着不良を防止でき、又ヒートローラ２０が定着可能温度に達するまでを待つための、ウエイト時間を少なく出来、画像形成時の生産性の低下を防止出来る。

更に、補助加圧部材４２を設けることにより、荷重を増大する事無く、ニップ３７幅を広げることが出来る。従って、定着時にヒートローラ２０及びベルト３３のニップ３７間の荷重の低減を得られ、ヒートローラ２０及びベルト３３の長寿命化を図れる。

又、ヒートローラ２０における表面温度の検知から、加熱を経てニップに到るまでの距離と、ベルト３３における表面温度の検知から、加熱を経てニップに到るまでの距離とが同じになっている。従って、ＣＰＵ７１によりインバータ駆動回路７２を設定制御する時に、ヒートローラ２０とベルト３３とで、サーミスタ及びコイルの配置がズレていることを原因とする、位相差の補間制御を行う必要が無く、インバータ駆動回路７２の設定制御が容易となる。これによりＣＰＵ７１によるインバータ駆動回路７２の設定制御を高速化できる。この結果、小サイズのシート紙の連続定着時等に、インバータ駆動回路７２を早めに設定制御することが可能となり、耐熱限界近くに達したヒートローラ２０とベルト３３が、温度低下するのを待機するためのウエイト時間の節約も図れ、生産性の低下を防止出来る。

次にこの発明の第２の実施例について説明する。この第２の実施例は上述した第１の実施例において、ベルトの軸方向における加熱幅の制御の仕方が異なるものであり、他は第１の実施例と同様である。従ってこの第２の実施例にあっては、前述の第１の実施例で説明した構成と同一構成については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

第２の実施例は、ベルト機構３０の金属ローラ３２の発熱幅を、２分割した中央コイル６０ａ及び側部コイル６０ｂを用いて制御するのではなく、金属ローラ３２内に設けられる磁束制御部材８７を用いて行う。

図７に示すように、第２の実施例の定着装置８４にあっては、ベルト３３の周囲であって、金属ローラ３２と対向する位置に、第２の誘導電流発生装置である第３の誘導電流発生コイル８６が設けられる。第３の誘導電流発生コイル８６は、金属ローラ３２の軸方向の全長にわたって磁束を発生させるようになっている。又金属ローラ３２の中空内部には、金属ローラ３２の発熱幅を制御するための磁束制御部材８７が回動可能に設けられる。磁束制御部材８７は、例えばアルミ等の非磁性部材からなる円筒基材８７ａの外周面に、ニッケル−亜鉛（Ｎｉ−Ｚｎ）合金からなる磁性材料からなるコア部材８７ｂを設けてなっている。コア部材８７ｂは、例えば定着可能な各種シート紙Ｐの幅に合わせて形成される。磁束制御部材８７のコア部材８７ｂが存在する領域に対応する領域の金属ローラ３２が発熱される。

磁束制御部材８７のコア部材８７ｂは、図８に示すように複数幅に階段状に形成されている。例えば、コア部材８７ｂの１段目８８ａは、円筒基材８７ａの全長にわたって形成され、ＪＩＳ規格Ａ３サイズとＬＤサイズをカバーする幅に形成される。コア部材８７ｂの２段目８８ｂは、ＪＩＳ規格Ｂ４サイズとリーガルサイズをカバーする幅に形成される。コア部材８７ｂの３段目８８ｃは、ＪＩＳ規格Ａ４Ｒサイズとレターサイズをカバーする幅に形成される。尚、円筒基材はアルミに限定されず、非磁性の樹脂で形成する等任意である。又、コア部材の材料も限定されず、マンガン−ニッケル（Ｍｎ−Ｎｉ）合金等で形成しても良い。

定着時に第３の誘導電流発生コイル８６に電力を供給しても、金属ローラ３２は、軸方向の全長にわたり発熱されるのではなく、磁束制御部材８７のコア部材８７ｂに対応する領域のみが発熱される。即ち、金属ローラ３２の、円筒基材８７ａと対応する領域では発熱されない。磁束制御部材８７は、例えばステッピングモータ９０により、所定角度回動されるようになっている。磁束制御部材８７は、定着時にシート紙Ｐのサイズに合わせて、コア部材８７ｂの所定の幅を有する段が、第３の誘導電流発生コイル８６と対向するように回転移動される。又この実施例では、ベルト３３の表面温度を検出するベルト温度センサとして、幅方向のほぼ中央の表面温度を検出する第５のサーミスタ９１を設けている。

次にこの実施例の制御系１７０を図９に示す。制御系１７０は、一次側に、第１及び第２の誘導電流発生コイル５０ａ、５０ｂと、単一の第３の誘導電流発生コイル８６に駆動電力を供給するインバータ駆動回路７２を有する。更に制御系１７０は、一次側に、商用交流電源７３からの電流を整流してインバータ駆動回路７２に供給するノイズフィルタ７４、インバータ駆動回路７２を制御するコイル制御回路７６、ノイズフィルタ７４の出力を検出して、商用交流電源７３からの電力が一定になるようにフィードバックする電源検出回路７７及びヒューズ７８を有する。又二次側のＣＰＵ７１には、第１及び第２のサーミスタ５６ａ、５６ｂと、第５のサーミスタ９１による温度検知結果が入力される。従って、この実施例の制御系１７０は、前述の第１の実施例に比べてベルト３３の温度制御部分が簡素化される。

次に制御系１７０によるヒートローラ２０及びベルト３３の温度制御を、図１０のフローチャートを用いて説明する。画像形成装置１の電源をオンした後、先ず第１の実施例と同様にしてステップ１０１〜ステップ１０３を経て、ベルト機構３０をホームポジションに設定する。次いで、コア部材８７ｂの１段目８８ａを第３の誘導電流発生コイル８６と対向させるように磁束制御部材８７を回転移動し、磁束制御部材８７を初期位置に設定する（ステップ１０４）。この後、第１の実施例と同様にステップ１０５〜ステップ１０８及びステップ１１０を経てウォームアップを完了すると、画像形成装置１は待機モードになる。この待機モード時、ベルト３３は、軸方向の全域を定着可能温度に加熱されている。

ウォームアップを完了した後、ＣＰＵ７１からプリント指示があった場合、ベルト機構３０側にあっては、使用するシート紙Ｐサイズに応じて、シート紙Ｐサイズに対応する幅を有する、コア部材８７ｂの所定の段が、第３の誘導電流発生コイル８６に対向するように、磁束制御部材８７を回転移動する。これにより金属ローラ３２は、コア部材８７ｂに対応する領域、即ち、シート紙Ｐサイズに対応する領域を発熱され、ベルト３３のシート紙Ｐサイズに対応する領域を加熱する。

次いで定着装置８４は、プリント操作によりシート紙Ｐ上に形成されたトナー像を、加熱加圧定着する。定着操作を終了後の待機モード時には、再度磁束制御部材８７を回転移動して、コア部材８７ｂの１段目８８ａを第３の誘導電流発生コイル８６に対向させる。定着操作終了後に所定時間プリント命令が無い場合には、画像形成装置１は予熱モード（ヒートローラ２０及びベルト３３の表面温度をそれぞれ定着可能温度より低い所定の予熱温度に保ち、プリント指示があった場合に、ヒートローラ２０及びベルト３３の表面温度を、直ちにプリント可能な定着温度まで立ち上げる。）に設定される。

この間、インバータ駆動回路７２は、ベルト機構３０側にあっては、第５のサーミスタ９１の温度検知結果に応じて、単一の第３の誘導電流発生コイル８６への電力供給を行うのみとされる。

この第２の実施例の定着装置８４によれば、第１の実施例と同様、ウォーミングアップ時間の高速化を得られると共に、連続して画像形成を行う場合の生産性の低下を防止出来る。また、補助加圧部材４２を用いることにより、ヒートローラ２０及びベルト３３間の荷重を増大する事無くニップ３７幅を広げることが出来る。従って、ニップ３７位置において、ヒートローラ２０及びベルト３３間にかかる荷重を低減出来、ヒートローラ２０及びベルト３３の長寿命化を図ることが出来る。しかも、ＣＰＵ７１によるインバータ駆動回路７２の設定制御時には、第１の実施例と同様、位相差の補間制御を行う必要が無く、インバータ駆動回路７２の設定制御の高速化を得られる。従って耐熱限界近くに達したヒートローラ２０あるいはベルト３３の温度が低下するのを待機するための、ウエイト時間を減らすことが出来、画像形成時に生産性が低下されるのを防止出来る。しかも、ベルト機構３０側においては、磁束制御部材８７を用いることにより、単一の第３の誘導電流発生コイル８６により誘導加熱するにもかかわらず、金属ローラ３２の発熱幅を制御することが出来る。従って、実施例１のように金属ローラ３２の発熱幅を、中央コイルと側部コイルとに２分割して制御する場合に比較して、回路を含めた構造及び制御が、簡素化され、定着装置８４の小型化を得られる。

尚この発明は、上記実施例に限られるものではなく、この発明の範囲内で種々変更可能である。例えば、押圧部材の形状或いは構造は任意である。更に押圧部材により形成されるニップの幅や、荷重の大きさも限定されない。又、温度制御時の位相差の補正を簡素化するために、発熱部材及びベルトにおいて、温度検知位置から誘導加熱の中心位置までの距離、或いは誘導加熱の中心位置からニップまでの距離の、いずれか一方のみをそろえるようにしても良い。

更に定着装置の構造等限定されず、発熱部材はローラ形状に限らず、図１１に示す他の変形例の定着装置１２０のようにベルト形状であっても良い。この変形例では、矢印ｖ方向に回転される第２のベルト１２３を第２の金属ローラ１２２及び第２の対向ローラ１２４で支持する第２のベルト機構１２１を有する。金属ローラ１２２は、第５及び第６の誘導電流発生コイル１２６ａ、１２６ｂにより誘導加熱される。又第２のベルト１２３の表面温度は、第５及び第６のサーミスタ１２７ａ、１２７ｂにより検知される。又定着装置１２０は、矢印ｗ方向に回転される第３のベルト１３３を第３の金属ローラ１３２及び第４の対向ローラ１３４で支持する第３のベルト機構１３０を第２のベルト機構１２１に対向配置する。金属ローラ１３２は、第７及び第８の誘導電流発生コイル１３６ａ、１３６ｂにより誘導加熱される。又第３のベルト１３３の表面温度は、第７及び第８のサーミスタ１３７ａ、１３７ｂにより検知される。

第２のベルト機構１２１のシリコンゴムからなるプレート１２８と、第３のベルト機構１３０のシリコンゴムからなり第２の押圧スプリング１３８ａにより荷重をかける第２の補助加圧部材１３８によりニップ１４０を形成する。定着装置１２０の、ニップ１４０の入り口位置をｆ、第２のベルト機構１２１の誘導加熱の中心位置をｇ、第３のベルト機構１３０の誘導加熱の中心位置をｈ、第２のベルト機構１２１の温度読み取り位置をｉ、第３のベルト機構１３０の温度読み取り位置をjとする。この時、ｇ〜ｆ間の距離と、ｈ〜ｆ間の距離とが同じとなり、ｉ〜ｇ間の距離と、ｊ〜ｈ間の距離とが同じとなるようにしても良い。尚、このように発熱部材をベルト形状とすることにより、第２のベルト機構１２１及び第３のベルト機構１３０の両方において、誘導電流発生装置を２分割する事無く、金属ローラ内に磁束制御部材を設けることにより、ベルトの加熱幅を制御することも可能となる。

本発明の第１の実施例の画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施例の定着装置を軸方向から見た概略構成図である。 本発明の第１の実施例のヒートローラの表層を示す概略断面図である。 本発明の第１の実施例のベルトを示す概略断面図である。 本発明の第１の実施例の制御系を示す概略回路図である。 本発明の第１の実施例のヒートローラ及びベルトのウォームアップを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例の定着装置を軸方向から見た概略構成図である。 本発明の第２の実施例のコア部材を示す展開図である。 本発明の第２の実施例の制御系を示す概略回路図である。 本発明の第２の実施例のヒートローラ及びベルトのウォームアップを示すフローチャートである。 本発明の他の変形例の定着装置を軸方向から見た概略構成図である。

符号の説明

１…画像形成装置
２…プリンタ部
１０…画像形成ユニット
１０ａ…転写ベルト
１１…定着装置
２０…ヒートローラ
２０ｃ…金属導電層
３０…ベルト機構
３２…金属ローラ
３３…ベルト
３６ａ、３６ｂ…第１および第２の駆動モータ
３７…ニップ
４１…スプリング
４２…補助加圧部材
５０ａ、５０ｂ…第１及び第２の誘導電流発生コイル
５６ａ、５６ｂ…第１及び第２のサーミスタ
６０ａ…中央コイル
６０ｂ…側部コイル
６１ａ、６１ｂ…第３及び第４のサーミスタ
７１…ＣＰＵ
７２…インバータ駆動回路

Claims (10)

1. 誘導加熱される金属層を有する発熱部材と、
   前記発熱部材に近接して配置される第１の誘導電流発生装置と、
   前記発熱部材に対向し、複数のローラに回転可能に支持されて、前記発熱部材との間にニップを形成するベルトと、
   前記ベルトの周囲に配置され、誘導加熱により前記ベルトを加熱する第２の誘導電流発生装置と、
   前記ニップ位置で、前記ベルトを前記発熱部材に押圧する押圧部材とを具備することを特徴とする定着装置。
2. 前記発熱部材の外周の前記第１の誘導電流発生装置による誘導加熱の中心から前記ニップに到達するまでの距離と、前記ベルトの外周の前記第２の誘導電流発生装置による誘導加熱の中心から前記ニップに到達するまでの距離が同じであることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記発熱部材の表面温度を検知する発熱部材温度センサと、前記ベルトの表面温度を検知するベルト温度センサとを更に有し、
   前記発熱部材の外周の前記発熱部材温度センサから前記第１の誘導電流発生装置による誘導加熱の中心に到達するまでの距離と、前記ベルトの外周の前記ベルト温度センサから前記第２の誘導電流発生装置による誘導加熱の中心に到達するまでの距離が同じであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の定着装置。
4. 前記複数のローラは少なくとも１つの金属ローラを有し、
   前記第２の誘導電流発生装置は、前記金属ローラを誘導加熱することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記第２の誘導電流発生装置は、前記金属ローラの軸方向に、複数個に分割して設けられることを特徴とする請求項４記載の定着装置。
6. 前記金属ローラの中空内部に、磁束制御部材を更に有し、
   前記第２の誘導電流発生装置は、前記金属ローラの通紙領域の全長にわたり磁束を発生する単一の誘導電流発生コイルであることを特徴とする請求項４記載の定着装置。
7. 前記複数ローラは前記発熱部材に対向する少なくとも１つの対向ローラを有し、
   前記押圧部材は、前記対向ローラに、近接して配置され、前記対向ローラから前記押圧部材に達する前記ニップを形成することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の定着装置。
8. 第１の誘導電流発生装置により発熱される金属層を有する発熱部材と、複数のローラに回転可能に支持されて、第２の誘導電流発生装置により加熱されるベルトを対向配置する工程と、
   押圧部材を用いて前記ベルトを前記発熱部材に押圧して、前記発熱部材と前記ベルトとの間にニップを形成する工程とを具備することを特徴とする定着装置の制御方法。
9. 前記発熱部材が前記第１の誘導電流発生装置による発熱後に前記ニップに到達するまでのタイミングと、前記ベルトが前記第２の誘導電流発生装置による発熱後に前記ニップに到達するまでのタイミングとを一致させることを特徴とする請求項８記載の定着装置の制御方法。
10. 前記発熱部材が発熱部材温度センサによる表面温度検知後に前記第１の誘導電流発生装置による誘導加熱位置に到達するまでのタイミングと、前記ベルトがベルト温度センサによる表面温度検知後に前記第２の誘導電流発生装置による誘導加熱位置に到達するまでのタイミングとを一致させることを特徴とする請求項８又は請求項９記載の定着装置の制御方法。

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