JP2004171013A

JP2004171013A - 定着装置

Info

Publication number: JP2004171013A
Application number: JP2004005452A
Authority: JP
Inventors: Akiko Miyahara; 明子宮原; Hiroshi Yokoyama; 博司横山; Masae Sugawara; 正栄菅原; Jiro Ouchi; 二郎大内
Original assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】冷却ファンの寿命を長くするとともに装置全体の消費電力をなるべく小さくすることのできる定着装置を提供する。
【解決手段】時間ｔ＝０でローラＯＮ（誘導コイルへの通電開始）した後、ｔ＝ｔ_１でローラ温度がＴａ_１に達したら冷却ファンの電源をオンにする。ｔ＝ｔ_２でローラＯＦＦ後、ｔ＝ｔ_３でローラ温度がＴａ_１まで下降したら冷却ファンをＯＦＦする。定着ローラ温度が所定の温度以上のとき冷却ファンをオンし、冷却する必要のないときにはファンをオフすることにより、ファンの寿命を延長させ、装置全体の消費電力を小さくする。
【選択図】図２

Description

本発明は、誘導加熱方式の定着ローラを有する定着装置に関するものである。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる定着装置として、誘導加熱（発熱）方式の定着ローラを備えるものは周知である。
一般に、誘導加熱方式においては、定着ローラ内部に誘導コイルを配備し、その誘導コイルに交番電流（高周波電流）を流して誘導磁束を発生させ、この誘導磁束によりローラ外周部の導電層に誘導電流を発生させ、誘導電流に伴うジュール熱により定着ローラを発熱させるようにしている。

ところが、誘導コイルが定着ローラ内部に設けられているため、発熱したローラ芯金からの輻射熱及びコイルの自己発熱により誘導コイルの温度が上昇し、場合によってはコイルの絶縁被覆の耐熱温度を超えてしまい、装置が破損することがあるという問題があった。

このコイル温度上昇による破損防止対策として、高コストの耐熱コイルを使用し、さらにはファンを用いてコイルを冷却するなどの対策が知られている。

図１１は、コイル冷却用のファンを設けた定着装置の一例における、定着ローラ温度とコイル温度の関係を示すグラフである。
このグラフにおいて、縦軸は温度、横軸は時間である。線ａは定着ローラの温度を示し、線ｂは誘導コイルの温度を示す。このグラフに示すように、時間ｔ＝０で定着ローラの電源がオンになると定着ローラの温度は上昇し、定着に必要な温度Ｔａで一定になるように制御される。誘導コイルの温度も電源オンとともに上昇するが、ファンにより冷却されているので、コイル温度は、コイルの発熱とファンの冷却能力とのバランスによりＴｂで一定となる。温度Ｔｂがコイルの絶縁被覆を破壊しない温度に設定されていることは言うまでもない。そして、時間ｔ_０で定着ローラの電源がオフになると、ローラ温度及びコイル温度は低下していく。ここに示す例では、冷却ファンは装置稼動中は常にオンされているものである。

しかしながら、装置稼動中に常に冷却ファンの電源をオンしていたのでは、ファンの寿命が短くなり、また、装置全体の消費電力も多くなるという問題があった。

本発明は、従来の誘導加熱方式の定着ローラを有する定着装置における上述の問題を解決し、冷却ファンの寿命を長くするとともに装置全体の消費電力をなるべく小さくすることのできる定着装置を提供することを課題とする。

前記の課題は本発明により、誘導加熱装置により加熱される定着ローラを具備する定着装置において、前記定着ローラ内に配設された誘導コイルを冷却するためのファンと、前記誘導コイルを冷却する必要を検知する手段とを設け、該検知手段の検知結果に応じて前記ファンの回転を制御することにより解決される。

また、本発明は前記の課題を解決するため、前記検知手段が定着ローラの温度を検知する温度検知手段であり、該温度検知手段の検知結果に応じて前記ファンの回転を制御することを提案する。

さらに、本発明は前記の課題を解決するため、前記検知手段が前記誘導加熱装置の電源オンまたはオフからの経過時間を検知する手段であり、該経過時間検知手段の検知結果に応じて前記ファンの回転を制御することを提案する。

さらに、本発明は前記の課題を解決するため、前記検知手段が通紙開始または終了からの経過時間を検知する手段であり、該経過時間検知手段の検知結果に応じて前記ファンの回転を制御することを提案する。

さらに、本発明は前記の課題を解決するため、前記検知手段が誘導コイルに流れる電流を検知する手段であり、該電流検知手段の検知結果に応じて前記ファンの回転を制御することを提案する。

さらに、本発明は前記の課題を解決するため、前記検知手段が誘導コイルを駆動する周波数を検知する手段であり、該周波数検知手段の検知結果に応じて前記ファンの回転を制御することを提案する。

さらに、本発明は前記の課題を解決するため、前記検知手段が連続通紙枚数を検知する手段であり、該通紙枚数検知手段の検知結果に応じて前記ファンの回転を制御することを提案する。

本発明の定着装置によれば、誘導コイルを冷却する必要を検知する手段を設けて、その検知結果に応じてファンの回転を制御するので、誘導コイルを確実に冷却しながら、ファンの寿命を延ばすとともに装置全体の消費電力を極力小さくすることができる。

請求項２の構成により、定着ローラの温度に応じてファンの回転を制御するので、誘導コイルを確実に冷却しながら、ファンの寿命を延ばすとともに装置全体の消費電力を極力小さくすることができる。

請求項３の構成により、誘導加熱装置の電源オンまたはオフからの経過時間に応じてファンの回転を制御するので、誘導コイルを確実に冷却しながら、ファンの寿命を延ばすとともに装置全体の消費電力を極力小さくすることができる。

請求項４の構成により、通紙開始または終了からの経過時間に応じてファンの回転を制御するので、誘導コイルを確実に冷却しながら、ファンの寿命を延ばすとともに装置全体の消費電力を極力小さくすることができる。

請求項５の構成により、誘導コイルに流れた電流値に応じてファンの回転を制御するので、誘導コイルを確実に冷却しながら、ファンの寿命を延ばすとともに装置全体の消費電力を極力小さくすることができる。

請求項６の構成により、誘導コイルの駆動周波数に応じてファンの回転を制御するので、誘導コイルを確実に冷却しながら、ファンの寿命を延ばすとともに装置全体の消費電力を極力小さくすることができる。

請求項７の構成により、連続通紙枚数に応じてファンの回転を制御するので、誘導コイルを確実に冷却しながら、ファンの寿命を延ばすとともに装置全体の消費電力を極力小さくすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態の定着装置主要部を示す概略構成図である。この図において、定着ローラ１の内部に誘導コイル２が配設されている。また、定着ローラ１の表面に接触してサーミスタ４が配設されている。コイル２とサーミスタ４は図示しない定着制御部に接続されている。定着ローラ1の側方には冷却ファン３が配置され、定着ローラ内に風を送り込んでコイル２を冷却するようになっている。

なお、本発明に係る部分を中心に説明するため、主として定着ローラ１の構成と冷却ファン３の制御について説明を行い、それ以外の部分、例えば加圧ローラや加圧機構あるいはオイル塗布機構や定着装置の本体ケース等については説明を省略する。

定着ローラ１はサーミスタ４でその温度を検知され、転写材にトナーを定着するのに必要な温度になるように、図示しない定着制御部で制御される。

本実施形態の定着装置は、複写機，プリンタ等の画像形成装置に搭載され、本体装置からの要求に応じて、図示しない定着制御部がコイル２に流れる電流を変化させる。コイル２に流れる電流の変化により定着ローラ１に生じる磁束が変化し、渦電流が発生して定着ローラ１の温度が上昇する。このとき、定着ローラ芯金からの輻射熱や自己発熱等によりコイル２の温度も上昇する。温度上昇による絶縁破壊（絶縁被服層の破壊）を防ぐために、ファン３が回転してコイル２を冷却する。

本実施形態においては、ファン３は本体装置の稼動中に常にオンされているのではなく、コイルの冷却が必要であることを検知された場合にファンを回転させるように制御している。具体的には、サーミスタ４で検知した定着ローラ１の温度が所定の温度以上のときにファン３を回転させ、所定の温度未満のときにはファンをオフするように制御している。

図２は、本実施形態における冷却ファン制御と定着ローラ温度及び誘導コイル温度の関係を示すグラフである。このグラフにおいて、縦軸は温度、横軸は時間である。また、線ａは定着ローラ温度、線ｂは誘導コイルの温度を示す。

図２に示すように、本実施形態では、定着ローラ１の温度が所定の温度：Ｔａ_１以上のときにファン３の電源をオンするように制御している。ｔ＝０で定着ローラの電源がオン（コイル２への通電が開始）し、このときは定着ローラ１の温度はＴａ_１より低いのでファンの電源はオフになっている。ｔ＝ｔ_１で定着ローラ１の温度がＴａ_１に達するとファン３の電源がオンになる。

ここで、冷却ファン３の回転をオン/オフさせる所定の温度：Ｔａ_１の温度設定が高すぎると、定着装置立ち上がり時にファンをオフにしているのと変わらないし、温度設定が低すぎるとファンを常にオンにしているのと消費電力が変わらないので、温度を設定してファンをオン/オフする意味がなくなってしまう。したがって、誘導コイルの種類や、コイルとローラのギャップ、冷却ファンの能力等を考慮して適切な値に決めるものとする。

さて、時間ｔ＝ｔ_１でファン３の電源がオンになると、ファン３によりコイル２が冷却されるのでコイル２の温度上昇は緩やかになり（[1]）、定着ローラ１の温度がＴａで一定になるように制御されると、コイル温度は、コイルの発熱とファンの冷却能力とのバランスによって温度Ｔｂで一定となる。

そして、時間ｔ＝ｔ_２で定着ローラ１の電源がオフになる（コイル２への通電がオフされる）と、定着ローラ１の温度は下降していく。ローラ温度がＴａ_１になるまではファンの電源がオンになっているので、コイルの温度は従来例と同様に下降していく。

ｔ＝ｔ_３でローラ温度がＴａ_１まで下降してファンの電源がオフになると、コイル２の温度はいったん上昇する（[2]）が、自然冷却によりやがて下降する。つまり、ｔ＝ｔ_２で定着ローラ１の電源をオフしてからｔ＝ｔ_３でローラ温度がＴａ_１へ下降するまでの（ｔ_３−ｔ_２）の間は、定着ローラ１（コイル２）の電源はオフであるがファン３の電源はオンになっている。なお、破線で示す部分[3]，[4]は、本実施形態におけるコイルの温度変化と対比するための従来例（ファンを常に回転させた場合）の温度変化である。

このように、定着ローラ温度が所定の温度以上のときに冷却ファンの電源をオンにし、冷却する必要のないときにはファンの電源をオフすることにより、ファンの寿命を延長させるとともに、装置全体の消費電力を極力小さくすることができる。

本実施形態では、定着ローラ１の温度が所定の温度以上でファンの電源をオンにし所定の温度未満ではオフにしたが、ファンの回転をオン/オフするのではなく、ファンの回転数を制御してもよい。例えば、定着ローラ１の温度が所定の温度以上ではファンを高速回転にして、所定の温度未満では低速回転させるようにしてもよい。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。この実施形態の定着ローラの構成は図１に示したものと同様であり、前記実施形態とは異なる制御の部分についてのみ説明する。

この実施形態では、定着ローラ１の電源をオンしてから、すなわち、誘導加熱装置の電源をオン（コイル２への通電を開始）してから所定の時間：ｔ_Ａが経過したらファン３の電源をオンにし、誘導加熱装置の電源をオフにしてから所定の時間：ｔ_Ｂが経過したらファン３の電源をオフにするものである。誘導加熱装置の電源オンまたはオフからの経過時間は、定着制御部において検知することが可能である。

前記実施形態においては、図２において、定着ローラ１の電源をオンしてから時間ｔ_１が経過したらファン３の電源をオンにし、定着ローラ１の電源をオフにしてから（ｔ_３−ｔ_２）の時間が経過したらファン３の電源をオフにしていた。このｔ_１やｔ_３という時間は、定着ローラ１の温度がＴａ_１になるまでの温度であり、変化する時間であった。

一方、本実施形態における所定の時間：ｔ_Ａ及びｔ_Ｂは固定された時間である。ここで、本実施形態における所定の時間：ｔ_Ａを図２におけるｔ_１と見なし、時間：ｔ_Ｂを図２における（ｔ_３−ｔ_２）と見なせば、誘導コイル２の温度変化は図２と同様である。

そして、所定の時間：ｔ_Ａ及びｔ_Ｂは、定着ローラ１の熱容量や、誘導コイル２の種類、定着ローラ１とコイル２のギャップ、入力電力、ファン３の能力等を考慮して決める値とする。

本実施形態におけるように、定着ローラの電源をオン／オフしてから（誘導加熱装置の電源をオン／オフしてから）経過した時間（固定された所定の時間）によりファンの回転を制御することにより、ファンの寿命を延長させるとともに、装置全体の消費電力を極力小さくすることができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。この実施形態の定着ローラの構成は図１に示したものと同様であり、前記実施形態とは異なる制御の部分についてのみ説明する。

本実施形態においては、通紙開始から所定の時間が経過したらファン３の電源をオンし、通紙終了から所定の時間が経過したらファン３の電源をオフするようにしている。通紙開始または終了からの経過時間は、定着装置が搭載される画像形成装置（本体装置）において検知することが可能である。

本実施形態におけるファン３の制御と定着ローラ１及びコイル２の温度変化を図３に示す。なお、図３のグラフにおいて、縦軸は温度、横軸は時間である。また、線ａは定着ローラ温度、線ｂは誘導コイルの温度を示す。

図３のグラフにおいて、ｔ＝０で定着ローラ（誘導加熱装置）の電源がオンし、ｔ＝ｔ_１０で定着ローラ１の温度がＴａ（定着に必要な温度）に達して通紙可能となり、ローラ温度が一定になるように制御される。ここでは、ｔ＝ｔ_１０で画像形成装置は待機状態であり、ファン３はオフのままなのでコイル２の温度は上昇を続ける。ｔ＝ｔ_１１で通紙が開始され、所定の時間（ｔ_１２−ｔ_１１）経過後のｔ＝ｔ_１２でファン３の電源をオンにする。この所定の時間（ｔ_１２−ｔ_１１）は、コイル２の種類、ローラ１とコイル２のギャップ、入力電力、ファン３の能力等を考慮して決めればよく、（ｔ_１２−ｔ_１１）＝０でもかまわない。ファン３がオンされるとコイル２の温度上昇は緩やかになり（[1]）、温度Ｔｂで一定となる。時間ｔ＝ｔ_１３で通紙が終了して待機状態となり、時間ｔ＝ｔ_１４で定着ローラ１の電源をオフにする。定着ローラの電源オフに伴いコイル２の温度は下降する。通紙してから所定の時間（ｔ_１５−ｔ_１３）経過後のｔ＝ｔ_１５でファン３の電源をオフにする。するとコイル２の温度は一旦上昇する（[2]）が、自然冷却によりやがて下降する。この時間（ｔ_１５−ｔ_１３）は、コイル２の種類、ローラ１とコイル２のギャップ、入力電力、ファン３の能力等を考慮して決めればよい。

このように、通紙開始及び通紙終了からの所定時間の経過により冷却ファン３の回転を制御することにより、ファンの寿命を延長させるとともに、装置全体の消費電力を極力小さくすることができる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
ハロゲンヒータにより定着ローラを加熱する方式とは違い、誘導加熱方式では、誘導コイルに流れる電流をＯＮ／ＯＦＦのどちらかではなく、必要に応じて制御できるという利点がある。この利点を使って、本実施形態では、誘導コイルに流れる電流値に応じて冷却ファンの回転を制御するようにしている。

図４は、本実施形態の定着装置主要部を示す概略構成図である。この図において、定着ローラ１の内部に誘導コイル２が配設されている。コイル２は図示しないインバータ回路に接続されている。定着ローラ１の側方には冷却ファン３が配置され、定着ローラ内に風を送り込んでコイル２を冷却するようになっている。そして、コイル２には、コイルに流れる電流値（実効値）を検知する検知手段５が接続されている。この電流検知手段５については後述する。

本実施形態における、コイル電流値とコイルの温度上昇及びファンの回転速度の関係を次の表１に示す。

この表に示すように、誘導コイル２に流れる電流値（実効値）は、定着装置が搭載される本体装置（複写機、プリンタなど）の状態が、立ち上がり時及び通紙時の場合は最大出力となるので大きく、待機時の場合は通紙時に比べると記録材に熱を奪われないために小さく、オフ時には電流が流れないのでほぼゼロに等しい。コイルに流れる電流値に対応して、コイル２の温度上昇も表１に示すように、大・小・なしとなる。そこで、この３つの状態に対応して、ファン３を高速回転・低速回転・オフに制御する。すなわち、最もコイル２の温度上昇が大きい本体装置の立ち上がり時及び通紙時には、ファン３を高速回転することによりコイル２を確実に冷却し、立ち上がり時及び通紙時に比べると温度上昇が小さい待機時にはファン３を低速回転とし、本体装置の電源オフ時にはファン３の回転を停止するように制御する。

具体的なファンの制御と定着ローラ温度及びコイル温度の変化を図５に示す。
図５のグラフにおいて、左側の縦軸は温度、右側の縦軸はコイルに流れる電流（実効値）、横軸は時間である。また、線ａは定着ローラ温度、線ｂは誘導コイルの温度を示す。

この図に示すように、本体装置の立ち上がり時（Ａ）は、室温（または、それに近い温度）のローラ温度を定着に必要な温度：Ｔａまで上げるためにコイル２に大きな電流を流す。このときの電流値をＩａとする。コイル２に大きな電流を流すと、コイルの温度上昇も大きいため、コイル２の絶縁破壊を防げるようにファン３を高速回転させる。

本体装置の待機時（Ｂ）は、ローラ温度がＴａに達するとそれ以上ローラ温度を上げる必要がないので、コイル２に流れる電流は立上がり時よりも小さくなる。このときの電流値をＩｂとする。ＩｂはＩａに比べて小さく、コイル２の温度上昇はそれほど大きくないので、ファン３を低速回転させる。コイル２の温度は、コイルの発熱とファンの冷却能力とのバランスにより、Ｔｂｂで一定となる。

本体装置の通紙時（Ｃ）は、通紙時には記録材に多量の熱を奪われるので、これを補うためにコイル２に大きな電流を流し、ローラ１の発熱量を増やしてローラ温度の低下を防ぐ必要がある。このとき、コイル２の温度上昇も大きいため、ファン３を高速回転させる。このグラフに示す例では、通紙時においてコイル発熱とファン冷却能力とのバランスによりコイル温度が一定となる温度：Ｔｂａは、待機時における温度：Ｔｂｂよりも高くなっているが、高速および低速回転時のファンの冷却能力の差をどの程度にするかによって、ＴｂａとＴｂｂを同じ位の温度にすることもできる。ＴｂａとＴｂｂはコイルの絶縁破壊温度よりも充分低ければよいのであって、どちらかが大きくてもよいし、同じでもかまわない。

本体装置の待機時（Ｄ）は、待機時（Ｂ）と同様である。通紙終了直後にファン３を低速回転させると、一時的にコイル２の温度がＴｂａを超えることもあるが、コイルの温度上昇は通紙時よりも小さいので、コイルの発熱とファンの冷却能力のバランスによってＴｂｂに近づいていく。

装置のオフ時（Ｅ）は、定着ローラ１の電源をオフにするとコイル２へは電流が流れず、コイルの温度上昇も起こらない。よって、ファン３を停止させる。ローラ電源オフと同時にファンを停止すると、コイル温度は一旦上昇するが、やがて自然冷却する。ローラ電源オフとファン停止は同時である必要はなく、図３に示す実施形態のようにローラ電源オフよりも後にファン３を停止させてもよい。

このように、誘導加熱方式の定着装置において、誘導コイルに流れる電流値（実効値）に応じてファンの回転を制御することにより、ファンの寿命を延長させるとともに、装置全体の消費電力を極力小さくすることができる。

ここで、前述の、コイル２に流れる電流値（実効値）を検知する手段について説明する。
図６は、本実施形態の定着装置における、誘導発熱部とその誘導コイルの電流値検出回路を示す回路図である。この回路において、ＩＨ（induction heating：誘導加熱）ローラは定着ローラ１に相当し、コイルＬ１は誘導加熱用コイル２に相当するものである。商用電源入力ａｃを整流手段ＤＩで整流された電圧は、フィルタＦＩＬを通してコイルＬ１に与えられる。コイルＬ１はスイッチング素子Ｑ１により高周波駆動され、ＩＨローラに渦電流が流れて定着ローラ１が加熱する。

このようなコイルＬ１の実効電流を検出する回路としては、整流回路からの平均値を実効値換算する回路、あるいは、熱電体やＡＤコンバータを用いる回路、さらには、専用のＲＭＳ−ＤＣ変換ＩＣを用いて構成することが可能である。これらのどの構成を使用した回路でも良いのはもちろんであるが、本実施形態では、もっとも簡易な整流回路からの平均値を実効値換算する回路を用いている。

すなわち、図６に示すように、誘導コイルＬ１に直列に挿入された電流トランスＣＴでコイルの電流を検出し、電流検出回路部に示すように、整流回路で電流の平均値を出し、これを抵抗値で実効換算した信号をオペアンプＯＰ１に入力し、その出力ＩｒｍｓをコイルＬ１の実効電流検出値としている。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
この実施形態は、定着ローラの誘導コイルを駆動する周波数を検出する手段を設け、その検出した周波数に応じて冷却ファンの回転を制御するようにしたものである。

図７は、本実施形態の定着装置における、誘導発熱部とその誘導コイルを駆動する周波数検出回路を示す回路図である。この図において、ＩＨローラは定着ローラである。また、その下部に図示されたコイルＬ１は、実際には定着ローラ内部に配設された誘導コイルである。この図には冷却ファンは省略されている。

周波数検出回路は色々な回路が考えられるが、本実施形態では、図７に示すような回路構成で、ＩＨインバータの制御回路ＣＯＮＴより出力信号をワンショットマルチバイブレータに入力して周波数をカウントし、その出力を積分してオペアンプなどで整形してその出力（図では、Ｆ．センス出力）とすれば良い。

この他、１個のＩＣでこのような機能を備えたものとして、アナログ・デバイス社製のＡＤ６５０などのＦ／Ｖコンバーター（周波数電圧変換用ＩＣ）などもあり、このようなＩＣを使用することも可能で、周波数を電圧に変換できるものであれば、ここに例示したものに限らずどんな回路でも、本実施形態の誘導コイルを駆動する周波数を検出する手段として用いることができる。
また、図８は、ＩＨインバータ周波数と電力の関係を示すグラフであり、縦軸はインバータ供給電力、横軸は周波数である。

さて、本実施形態では、図７に示すような誘導コイルを駆動する周波数を検出する手段が設けられている。そして、その検出した周波数に応じて冷却ファンの回転を制御している。その態様を次の表２に示す。

この表に示すように、本体装置の状態が立上がり時および通紙時の場合はインバータの供給電力が最大となるので、図８に示すように駆動周波数は小さくなる。本体装置の待機時は、電力が立上がり時・通紙時よりも下がるので、図８から駆動周波数は大きくなる。本体装置のオフ時は、電流が流れないので周波数は検知しない（ＯＦＦである）。この３つの状態それぞれに対し、冷却ファンの回転を高速回転，低速回転，ＯＦＦとなるように制御する。

すなわち、最もコイルの温度上昇が大きい本体装置の立上がり時および通紙時は、冷却ファンを高速回転させることにより誘導コイルを確実に冷却する。また、立上がり時・通紙時に比べると温度上昇が小さい本体装置の待機時には冷却ファンを低速回転させ、本体装置の電源オフの場合にはファンの回転を停止するように制御する。

具体的なファンの制御を定着ローラ温度及びコイル温度と共に示すと図９のようである。図９のグラフにおいて，左側の縦軸は温度であり，右側の縦軸は駆動周波数である。横軸は時間である。また、線ａは定着ローラ温度、線ｂは誘導コイルの温度を示す。そして、線ｄは駆動周波数を示す。

図９に示すように、本体装置の立上がり時（Ａ）は、室温（または、それに近い温度）のローラ温度を定着に必要な温度：Ｔａまで上げるために、インバータの供給電力を最大とする。このときの駆動周波数をｆａとする。誘導コイルに大きな電流を流すとコイルの温度上昇も大きいため、コイルの絶縁破壊を防げるように、冷却ファンを高速回転させる。

本体装置の待機時（Ｂ）は、ローラ温度がＴａに達するとそれ以上ローラ温度を上げる必要がないので、インバータの供給電力は立上がり時よりも小さくする。このときの駆動周波数をｆｂとする。ｆｂはｆａに比べて大きく、コイルの温度上昇はそれほど大きくはないので、ファンを低速回転させる。誘導コイルの温度は、コイルの発熱とファンの冷却能力とのバランスにより、温度Ｔｂｂで一定となる。

通紙時（Ｃ）は、通紙時には記録材に多量の熱を奪われるので、これを補うためにインバータの供給電力を最大にして、定着ローラの発熱量を増やしてローラ温度の低下を防ぐ必要がある。このとき、誘導コイルの温度上昇も大きいため、ファンを高速回転させる。このグラフに示す例では、通紙時においてコイル発熱とファン冷却能力とのバランスによりコイル温度が一定となる温度：Ｔｂａは、待機時における温度：Ｔｂｂよりも高くなっているが、高速および低速回転時のファンの冷却能力の差をどの程度にするかによって、ＴｂａとＴｂｂを同じ位の温度にすることもできる。ＴｂａとＴｂｂはコイルの絶縁破壊温度よりも充分低ければよいのであって、どちらかが大きくてもよいし、同じでもかまわない。

本体装置の待機時（Ｄ）は、待機時（Ｂ）と同様である。通紙終了直後に冷却ファンを低速回転させると、一時的にコイルの温度がＴｂａを超えることもあるが、コイルの温度上昇は通紙時よりも小さいので、コイルの発熱とファンの冷却能力のバランスによってＴｂｂに近づいていく。

本体装置の電源オフ時（Ｅ）は、定着ローラの電源をオフにすると誘導コイルの温度上昇も起こらないので、冷却ファンを停止する。ローラ電源オフと同時にファンを停止すると、コイル温度は一旦上昇するが、やがて自然冷却する。ローラ電源オフとファン停止は同時である必要はなく、図３に示す実施形態のようにローラ電源オフよりも後にファンを停止させてもよい。

このように、本実施形態では、誘導加熱方式の定着装置において、誘導コイルの駆動周波数に応じて冷却ファンの回転を制御するので、ファンの寿命を延長させるとともに、装置全体の消費電力を極力小さくすることができる。

次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
これまで述べたように、誘導加熱方式の定着装置においては、本体装置の立上がり時及び通紙時に誘導コイルの温度上昇がもっとも大きくなる。そして、通紙時に、連続して通紙する枚数が多いほど（記録材により奪われた熱を補おうとして定着ローラを加熱するので）誘導コイルの温度上昇が大きくなる。そこで、本実施形態では、連続通紙枚数に応じて冷却ファンの回転を制御するようにしている。連続通紙枚数は、定着装置が搭載される画像形成装置（本体装置）において検知することが可能である。

次の表３は、本実施形態における、連続通紙枚数とファンの回転速度の関係を示すものである。

この表に示すように、本実施形態では、連続通紙枚数がある一定の枚数（Ｘ枚）以上のときは冷却ファンを高速回転となるように制御し、連続通紙枚数がＸ枚未満のときは冷却ファンを低速回転となるように制御し、非通紙時にはファンの電源をオフしてファンを停止させるように制御する。ここで、通紙枚数は、本体装置で検知することが可能であり（例えば、コピー枚数の設定値等により）、図示しないインバータ回路へそのデータを送ってファンを制御するものとする。

具体的なファンの制御を定着ローラ温度及びコイル温度と共に示すと図１０のようである。図１０のグラフにおいて、縦軸は温度であり、横軸は時間である。また、線ａは定着ローラ温度、線ｂは誘導コイルの温度を示す。

図１０に示すように、本体装置の立上がり時（Ａ）は、冷却ファンの回転をオフにする。このときコイル温度は[1]のように上昇する。
連続通紙Ｘ枚までの（Ｂ）は、通紙開始と同時にファンを低速回転させる。すると、ファンによる冷却効果で、コイルの温度上昇は立上がり時よりも緩やかになる（[2]）。

連続通紙時のＸ枚以降（Ｃ）は、コイルの温度上昇をさらに緩やかにするため、ファンの回転を高速にする。すると、誘導コイルの発熱とファンの冷却能力とのバランスにより、コイルの温度はＴｂ´のように一定となる。

本体装置のオフ時（Ｄ）は、通紙終了後に定着ローラ及び冷却ファンを電源オフにする。するとコイルの温度は一時的に上昇するが、やがて自然に冷却する。

ここで、連続通紙枚数Ｘの値は、誘導コイルの種類、コイルと定着ローラとのギャップ、冷却ファンの能力などによって適切な値を決めるものとする。Ｘの設定値が小さすぎると、低速回転をする時間が短く、通紙中ずっとファンを高速回転させた場合と消費電力があまり変わらなくなってしまい、一方、Ｘの設定値が大きすぎると、コイルの温度上昇が大きくなってしまうので、どちらも好ましくない。

このように、本実施形態では、連続通紙枚数に応じて冷却ファンの回転を制御することにより、ファンの寿命を延長させるとともに、装置全体の消費電力を極力小さくすることができる。

本発明の一実施形態の定着装置主要部を示す概略構成図である。その実施形態における冷却ファン制御と定着ローラ温度及び誘導コイル温度の関係を示すグラフである。本発明の第３の実施形態における冷却ファン制御と定着ローラ温度及び誘導コイル温度の関係を示すグラフである。本発明の第４の実施形態の定着装置主要部を示す概略構成図である。その実施形態における冷却ファン制御と定着ローラ温度及び誘導コイル温度の関係を示すグラフである。その実施形態における、誘導発熱部とその誘導コイルの電流値検出回路を示す回路図である。本発明の第５の実施形態における、誘導発熱部とその誘導コイルを駆動する周波数検出回路を示す回路図である。ＩＨインバータ周波数と電力の関係を示すグラフである。その実施形態における冷却ファン制御と定着ローラ温度及び誘導コイル温度の関係を示すグラフである。本発明の第６の実施形態における冷却ファン制御と定着ローラ温度及び誘導コイル温度の関係を示すグラフである。コイル冷却用のファンを設けた定着装置の従来例における、定着ローラ温度とコイル温度の関係を示すグラフである。

符号の説明

１定着ローラ
２誘導コイル
３冷却ファン
４サーミスタ（温度検知手段）
５電流値検知手段

Claims

誘導加熱装置により加熱される定着ローラを具備する定着装置において、
前記定着ローラ内に配設された誘導コイルを冷却するためのファンと、前記誘導コイルを冷却する必要を検知する手段とを設け、該検知手段の検知結果に応じて前記ファンの回転を制御することを特徴とする定着装置。
前記検知手段が定着ローラの温度を検知する温度検知手段であり、該温度検知手段の検知結果に応じて前記ファンの回転を制御することを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
前記検知手段が前記誘導加熱装置の電源オンまたはオフからの経過時間を検知する手段であり、該経過時間検知手段の検知結果に応じて前記ファンの回転を制御することを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
前記検知手段が通紙開始または終了からの経過時間を検知する手段であり、該経過時間検知手段の検知結果に応じて前記ファンの回転を制御することを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
前記検知手段が誘導コイルに流れる電流を検知する手段であり、該電流検知手段の検知結果に応じて前記ファンの回転を制御することを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
前記検知手段が誘導コイルを駆動する周波数を検知する手段であり、該周波数検知手段の検知結果に応じて前記ファンの回転を制御することを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
前記検知手段が連続通紙枚数を検知する手段であり、該通紙枚数検知手段の検知結果に応じて前記ファンの回転を制御することを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。