JP4356666B2 - 加熱装置および定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導を用いた加熱装置およびこの加熱装置を用いて記録材にトナー画像を定着する定着装置に関する。

一般に、粉状のトナーを用いる画像形成装置において、トナー像を定着する工程では、トナー像を記録媒体上に静電的に転写した後、加熱部材と加圧部材との間に記録媒体を挟み込み、トナー像を加熱溶融して記録媒体に圧着する方法が広く採用されている。このような加熱部材を加熱する手段として、加熱部材に導電層を設け、電磁誘導加熱によって導電層を発熱させるものが提案されている(特許文献１、特許文献２参照。)。ここで、電磁誘導加熱は、変動磁界を発生する励磁コイルを導電層に近接配置し、導電層に発生する渦電流で導電層(加熱部材)を発熱させるものである。この電磁誘導加熱によれば、加熱部材を直接加熱することができるとともに、加熱により高温となる範囲が極めて限られることから、加熱部材を短い時間で所定の温度まで加熱することができる。このため、加熱源としてハロゲンランプ等の発熱体を用いる場合に比べ、定着装置のウォーミングアップ時間を短縮することができ、消費電力を低減することができる。

一方、加熱部材(定着部材)は加熱ロールの他、無端状の定着ベルトが一般に用いられており、この無端状ベルトには複数の支持ロールによって張架されたタイプと、内部に押圧部材を有し無張架の状態で周回駆動されるタイプとがある。定着ベルトは薄肉の耐熱性樹脂等を基層とし、加熱ロールに比べ熱容量が小さいため、加熱ロールより短時間でウォーミングアップを行うことができる。さらに、無張架タイプの定着ベルトは、他の部材との接触する面積を小さくすることができ、他の部材への熱移動が低減される。このため、一層効率の良いウォーミングアップを行うことができる。

上記のように加熱部材として無端状ベルトを用い、これを電磁誘導加熱する定着装置では、無端状ベルトが複数のロールによって張架されるときには、特許文献２に記載されているように張架されたベルトの内面又は外面と対向するように励磁コイルが配置される。一方、無端状ベルトが無張架の状態で周回駆動されるものでは、無端状ベルトの外周面と近接対向するように励磁コイルが配置される(特許文献３参照。)。そして、無端状ベルトを貫通する方向に変動磁界を発生し、その周囲に渦電流が誘導される。
このような励磁コイルへ供給する高周波電流は、一般に直流を高周波でスイッチングすることによって生成され、定電流制御又は定電力制御がなされる。また、励磁コイルへの電力供給は、被加熱体である定着部材の温度を温度センサで検知し、所定の温度が維持されるように供給電力量を制御したり、電力供給のＯＮ／ＯＦＦ制御がなされたりする。

特開平１０−２５４２６３号公報(第４頁、図３) 特開平１１−３５２８０４号公報(第６−７頁、図３) 特開２００２−１４８９８３号公報(第７頁、図１)

電磁誘導を利用した加熱装置及びこれを利用した定着装置では、上記のような利点を有するものではあるが問題点もあり、その一つに、昇温速度が早いという利点に対応して、被加熱体(例えば加熱部材)が異常高温(過加熱)となった場合の安全対策の難しさがある。この異常高温に対する安全対策は、従来のハロゲンランプを用いた定着装置の場合では、サーモスタットや温度ヒューズなどを、定着ロールに接触させたりあるいは定着ロールの近傍に配設したりすることで、定着ロールが一定の温度に達した場合に、ハロゲンランプへの電流路を遮断し、定着ロールの過加熱を防止している。

しかしながら、サーモスタットや温度ヒューズなどでは、その動作にある程度の時間の遅れがある。つまり、被加熱体の実際の温度が遅れて検知され、サーモスタット等が所定の基準温度を検知して動作したときには被加熱体は基準温度より高温となっている。昇温速度の遅いハロゲンランプの場合には、それでも十分に定着ロールの過加熱を防止することができるが、電磁誘導加熱を行う場合にはその昇温速度が速いために、適切に制御できない場合が生じる。特に、被加熱体が熱容量の小さいベルトである場合には、上記問題点は特に顕著となる。

図９は、被加熱体の温度と、この温度を検知するバイメタルおよびヒューズの温度との差の一例を示す概略図である。
被加熱体にバイメタルを直接接触させて用いるサーモスタットの場合でも、被加熱体が異常高温Ｔ０となり、その温度Ｔ０を検知するまでに５０〜６０秒程度(ｔ０からｔ１)の時間を要する。また、温度ヒューズの場合には、直接定着ロールに温度ヒューズを接触させることができないため、さらに長く約１００秒程度(ｔ０からｔ２)要する。その間に定着ローラは異常温度Ｔ０ からさらに温度Ｔ１やＴ２にまで高くなる。熱容量の小さいベルトのような回転体の場合には、さらに昇温の傾きが大きくなるため、このような熱伝達の遅れの間に上昇する温度(Ｔ１、Ｔ２)も大きくなり、これらの温度に耐え得る高温耐熱部材を用いる必要がある。一方、制御のための基準温度を、被加熱体の異常とする温度Ｔ０より、低い温度(Ｔ３あるいはＴ４)に設定すると、温度検知の誤差が大きくなり、さらに昇温の傾きが大きいとこの傾向は顕著となる。

本発明は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、電磁誘導加熱によって被加熱体の温度が急速に上昇する場合であっても、異常高温を迅速に検知することにある。
また、他の目的は、被加熱体の異常高温が検知された場合に、被加熱体の過加熱をより確実に抑制することにある。

かかる目的のもと、本発明が適用される加熱装置は、導電層を有する被加熱体に近接配置される励磁コイルと、励磁コイルに直列または並列に接続されるコンデンサと、直流をオン／オフすることにより高周波電流を生成し、励磁コイルおよびコンデンサに供給するスイッチング素子とを備えており、指定手段によって励磁コイルに供給する電力値を指定し、指定手段で指定された電力値に対応してスイッチング素子をオンする期間を定めた駆動信号を出力手段にてスイッチング素子に出力し、励磁コイルおよびコンデンサを含む共振回路で発生するフライバック電圧値を電圧検知手段で検知し、異常検知手段が、電圧検知手段にて検知されたフライバック電圧値に基づいて、被加熱体の異常を検知する。

このような加熱装置において、指定手段で指定された電力値に対応するフライバック電圧の基準値を基準値出力手段にて出力する場合に、異常検知手段は、電圧検知手段から出力されるフライバック電圧値と基準値出力手段から出力されるフライバック電圧の基準値とに基づいて、被加熱体の異常を検知することができる。また、この場合に、異常検知手段は、フライバック電圧値およびフライバック電圧の基準値の変化率を算出し、変化率が所定の値を超える場合に、被加熱体の異常を検知することができる。さらに、異常検知手段によって被加熱体の異常が検知された場合に、励磁コイルへの給電を停止手段によって停止することができる。さらにまた、被加熱体の温度を温度検知手段で検知する場合に、基準値出力手段は、温度検知手段による温度検知結果に基づいて励磁コイルに供給する電力値を指定することができる。

また、他の観点から捉えると、本発明は、記録材上の未定着トナー像を定着する定着装置であって、導電層を含む多層構造で形成され、回動可能に配設されるベルト部材と、ベルト部材を電磁誘導加熱する励磁コイルと、励磁コイルに直列または並列に接続されるコンデンサと、直流をオン／オフすることにより高周波電流を生成し、励磁コイルおよびコンデンサに供給するスイッチング素子とを備えており、指定手段によって励磁コイルに供給する電力値を指定し、指定手段で指定された電力値に対応してスイッチング素子をオンする期間を定めた駆動信号を出力手段にてスイッチング素子に出力し、励磁コイルおよびコンデンサを含む共振回路で発生するフライバック電圧値を電圧検知手段で検知し、異常検知手段が、電圧検知手段にて検知されたフライバック電圧値に基づいて、ベルト部材の異常を検知する。

このような定着装置において、異常検知手段は、電圧検知手段から出力されるフライバック電圧値と電力値に基づいて設定されるフライバック電圧の基準値とを用いて、ベルト部材の異常を検知することができる。また、異常検知手段は、ベルト部材の異常を検知した場合に、出力手段に駆動信号の出力を停止させる信号を出力することができる。

さらに、他の観点から捉えると、本発明は、記録材上の未定着トナー像を定着する定着装置であって、導電層を含む多層構造で形成され、回動可能に配設されるベルト部材と、ベルト部材を電磁誘導加熱する励磁コイルとを備えており、給電手段により励磁コイルに給電を行い、検知手段によりベルト部材の導電層と励磁コイルとの磁気結合の低下を検知し、検知手段により磁気結合の低下が所定のレベルを超えた場合に、停止手段が給電手段による給電を停止させる。

このような定着装置において、ベルト部材を電磁誘導加熱する励磁コイルと、励磁コイルに直列または並列に接続されるコンデンサと、直流をオン／オフすることにより高周波電流を生成し、励磁コイルおよびコンデンサに供給するスイッチング素子とをさらに含む場合に、検知手段は、励磁コイルおよびコンデンサを含む共振回路から発生するフライバック電圧の大きさに基づいて、磁気結合の低下を検知することができる。

本発明によれば、励磁コイルを含む共振回路で発生するフライバック電圧の大きさ(フライバック電圧値)に基づいて、被加熱体(定着ベルト)の状態を検知するようにしたので、電磁誘導加熱によって被加熱体等の温度が急速に上昇する場合であっても、異常高温を迅速に検知することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態という)について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図１に示す画像形成装置は、タンデム型、中間転写型の画像形成装置である。この画像形成装置は、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト１５に順次転写(一次転写)させる一次転写部１０を備えている。また、画像形成装置は、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像(未定着トナー像)を記録材である用紙Ｐに一括転写(二次転写)させる二次転写部２０、二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置６０を備えている。また、画像形成装置は、各装置(各部)の動作を制御する制御部４０を有している。

本実施の形態において、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１を帯電する帯電器１２、感光体ドラム１１上に静電潜像を書込むレーザ露光器１３(図中露光ビームを符号Ｂｍで示す)を備えている。また、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器１４、感光体ドラム１１上に形成された各色成分トナー像を一次転写部１０にて中間転写ベルト１５に転写する一次転写ロール１６、感光体ドラム１１上の残留トナーが除去されるドラムクリーナ１７を有している。これらの画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは、中間転写ベルト１５の上流側から、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の順に、略直線状に配置されている。

中間転写ベルト１５は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は１０^６〜１０^１４Ωｃｍとなるように形成されており、その厚みは例えば０．１ｍｍ程度に構成されている。中間転写ベルト１５は、各種ロールによって図１に示すＢ方向に所定の速度で循環駆動されている。この各種ロールとして、定速性に優れたモータ(図示せず)により駆動されて中間転写ベルト１５を回動させる駆動ロール３１、各感光体ドラム１１の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト１５を支持する支持ロール３２、中間転写ベルト１５に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト１５の蛇行を防止する補正ロールとして機能するテンションロール３３、二次転写部２０に設けられるバックアップロール２５、中間転写ベルト１５上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニングバックアップロール３４を有している。

一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に対向して配置される一次転写ロール１６で構成されている。一次転写ロール１６は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とを有している。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０^７．５〜１０^８．５Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、一次転写ロール１６は中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に圧接配置され、さらに一次転写ロール１６にはトナーの帯電極性(マイナス極性とする。以下同様。)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム１１上のトナー像が中間転写ベルト１５に順次、静電吸引され、中間転写ベルト１５上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。

二次転写部２０は、中間転写ベルト１５のトナー像担持面側に配置される二次転写ロール２２と、バックアップロール２５とによって構成される。バックアップロール２５は、表面がカーボンを分散したＥＰＤＭとＮＢＲとのブレンドゴムのチューブ、内部がＥＰＤＭゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が１０^７〜１０^１０Ω／□となるように形成され、硬度は例えば７０°(アスカーＣ)に設定される。このバックアップロール２５は、中間転写ベルト１５の裏面側に配置されて二次転写ロール２２の対向電極をなし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール２６が当接配置されている。

一方、二次転写ロール２２は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が１０^７．５〜１０^８．５Ωｃｍのスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール２２は中間転写ベルト１５を挟んでバックアップロール２５に圧接配置され、さらに二次転写ロール２２は接地されてバックアップロール２５との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部２０に搬送される用紙Ｐ上にトナー像を二次転写する。

また、中間転写ベルト１５の二次転写部２０の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト１５の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ３５が、中間転写ベルト１５に対して接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット１Ｙの上流側には、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ(ホームポジションセンサ)４２が配設されている。また、黒の画像形成ユニット１Ｋの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ４３が配設されている。この基準センサ４２は、中間転写ベルト１５の裏側に設けられた所定のマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部４０からの指示により、各画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋは画像形成を開始するように構成されている。

さらに、本実施の形態の画像形成装置では、用紙搬送系として、用紙Ｐを収容する用紙トレイ５０、この用紙トレイ５０に集積された用紙Ｐを所定のタイミングで取り出して搬送するピックアップロール５１、ピックアップロール５１により繰り出された用紙Ｐを搬送する搬送ロール５２、搬送ロール５２により搬送された用紙Ｐを二次転写部２０へと送り込む搬送シュート５３、二次転写ロール２２により二次転写された後に搬送される用紙Ｐを定着装置６０へと搬送する搬送ベルト５５、用紙Ｐを定着装置６０に導く定着入口ガイド５６を備えている。

次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。図１に示すような画像形成装置では、図示しない画像読取装置(ＩＩＴ)や図示しないパーソナルコンピュータ(ＰＣ)等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置(ＩＰＳ)により所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋによって作像作業が実行される。ＩＰＳでは、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度／色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の色材階調データに変換され、レーザ露光器１３に出力される。

レーザ露光器１３では、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームＢｍを画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各々の感光体ドラム１１に照射している。画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの各感光体ドラム１１では、帯電器１２によって表面が帯電された後、このレーザ露光器１３によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋによって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像される。

画像形成ユニット１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋの感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが当接する一次転写部１０において、中間転写ベルト１５上に転写される。より具体的には、一次転写部１０において、一次転写ロール１６により中間転写ベルト１５の基材に対しトナーの帯電極性(マイナス極性)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が付加され、トナー像を中間転写ベルト１５の表面に順次重ね合わせて一次転写が行われる。

トナー像が中間転写ベルト１５の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト１５は移動してトナー像が二次転写部２０に搬送される。トナー像が二次転写部２０に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部２０に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール５１が回転し、用紙トレイ５０から所定サイズの用紙Ｐが供給される。ピックアップロール５１により供給された用紙Ｐは、搬送ロール５２により搬送され、搬送シュート５３を経て二次転写部２０に到達する。この二次転写部２０に到達する前に、用紙Ｐは一旦停止され、トナー像が担持された中間転写ベルト１５の移動タイミングに合わせてレジストロール(図示せず)が回転することで、用紙Ｐの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。

二次転写部２０では、中間転写ベルト１５を介して、二次転写ロール２２がバックアップロール２５に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Ｐは、中間転写ベルト１５と二次転写ロール２２との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール２６からトナーの帯電極性(マイナス極性)と同極性の電圧(二次転写バイアス)が印加されると、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト１５上に担持された未定着トナー像は、二次転写ロール２２とバックアップロール２５とによって押圧される二次転写部２０において、用紙Ｐ上に一括して静電転写される。

その後、トナー像が静電転写された用紙Ｐは、二次転写ロール２２によって中間転写ベルト１５から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール２２の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト５５へと搬送される。搬送ベルト５５では、定着装置６０における最適な搬送速度に合わせて、用紙Ｐを定着装置６０まで搬送する。定着装置６０に搬送された用紙Ｐ上の未定着トナー像は、定着装置６０によって熱および圧力で定着処理を受けることで用紙Ｐ上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。
一方、用紙Ｐへの転写が終了した後、中間転写ベルト１５上に残った残留トナーは、中間転写ベルト１５の回動にともなってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール３４および中間転写ベルトクリーナ３５によって中間転写ベルト１５上から除去される。

次に、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置６０について説明する。
図２は本実施の形態に係る定着装置６０の構成を示す概略構成図である。図２に示すように、定着装置６０は、無端状の周面を有するベルト部材(被加熱体)の一例としての定着ベルト６１、定着ベルト６１の外周面に圧接して配設され、定着ベルト６１を従動回転させる加圧ロール６２、定着ベルト６１の内側にて定着ベルト６１を介して加圧ロール６２に圧接配置される押圧パッド６３、押圧パッド６３等を支持するパッド支持部材６４、定着ベルト６１の外周面形状に倣って形成されるとともに定着ベルト６１とは所定の間隙を持って配設され、定着ベルト６１を長手方向に亘って電磁誘導加熱する加熱装置の一例としての電磁誘導加熱部６５、定着ベルト６１の内側にて定着ベルト６１の内周面に沿って配設され、電磁誘導加熱部６５による定着ベルト６１への加熱効率を高めるフェライト部材６７により主要部が構成されている。

定着ベルト６１は、図３(ａ)に示すように、内周面側から順に、耐熱性の高いシート状部材からなる基層６１ａと、導電層６１ｂと、弾性層６１ｃと、外周面となる表面離型層６１ｄとが積層されて構成されている。また、各層の間には接着のためのプライマー層等が設けられる場合がある。
基層６１aとしては、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂等のフレキシブルで機械的強度に優れ、耐熱性を有する材料が好適に用いられる。厚さは、１０〜１５０μｍ、好ましくは厚さ３０〜１００μｍが適している。厚さが１０μｍより小さい場合には定着ベルト６１としての強度が得られず、厚さが１５０μｍより大きい場合には、フレキシブル性が損なわれ、また熱容量が大きくなって温度立ち上がり時間が長くなるからである。本実施の形態では、厚さ８０μｍのポリイミド樹脂からなるシート状部材を使用している。
導電層６１ｂは、電磁誘導加熱部６５が誘起する磁界により誘導発熱する層(発熱層)であり、鉄、コバルト、ニッケル、銅、アルミニウム、クロム等の金属層を１〜８０μｍ程度の厚さで形成したものが用いられる。また、導電層６１ｂの材質および厚さは、電磁誘導による渦電流によって充分な発熱が得られる固有抵抗値を実現するように適宜選択される。本実施の形態では、厚さ１０μｍ程度の銅を使用している。

弾性層６１ｃは、厚さが１０〜５００μｍ、好ましくは５０〜３００μｍであって、耐熱性、熱伝導性に優れたシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等が用いられる。本実施の形態では、ゴム硬度１５°(ＪＩＳ−Ａ：ＪＩＳ−Ｋ Ａ型試験機)、厚さ２００μｍのシリコーンゴムを使用している。

ところで、カラー画像を印刷する場合、特に写真画像等の印刷時には、用紙Ｐ上で大きな面積領域に亘ってベタ画像が形成されることが多い。そのため、用紙Ｐやトナー像の凹凸に定着ベルト６１の表面(表面離型層６１ｄ)が追従できない場合には、トナー像に加熱ムラが発生して、伝熱量が多い部分と少ない部分とで定着画像に光沢ムラが発生する。すなわち、伝熱量が多い部分は光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低くなる。このような現象は、弾性層６１ｃの厚さが１０μｍより小さい場合に生じ易い。そこで、弾性層６１ｃの厚さは、１０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上に設定するのが好ましい。一方、弾性層６１ｃが５００μｍより大きい場合には、弾性層６１ｃの熱抵抗が大きくなり、定着装置６０のクイックスタート性能が低下する。そこで、弾性層６１ｃの厚さは、５００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下に設定するのが好ましい。

また、弾性層６１ｃのゴム硬度としては、高すぎると用紙Ｐやトナー像の凹凸に追従しきれず定着画像に光沢ムラが発生し易い。そこで、弾性層６１ｃのゴム硬度としては５０゜(ＪＩＳ−Ａ：ＪＩＳ−Ｋ Ａ型試験機)以下、より好ましくは３５゜以下が適している。
さらに、弾性層６１ｃの熱伝導率λに関しては、λ＝６×１０^−４〜２×１０^−３［cal/cm・sec・deg ］が適している。熱伝導率λが６×１０^−４［cal/cm・sec・deg ］よりも小さい場合には熱抵抗が大きく、定着ベルト６１の表層(表面離型層６１ｄ)における温度上昇が遅くなる。一方、熱伝導率λが２×１０^−３［cal/cm・sec・deg ］よりも大きい場合には、硬度が過度に高くなったり、圧縮永久歪みが悪化する。そのため、熱伝導率λは６×１０^−４〜２×１０^−３［cal/cm・sec・deg ］、より好ましくは８×１０^−４〜１．５×１０^−３［cal/cm・sec・deg ］に設定するのが好ましい。

また、表面離型層６１ｄは、用紙Ｐ上に転写された未定着トナー像と直接的に接触する層であるため、離型性および耐熱性に優れた材料を使用する必要がある。したがって、表面離型層６１ｄを構成する材料としては、例えばテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体(ＰＦＡ)、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等が好適に用いられる。
また、表面離型層６１ｄの厚さは、５〜５０μｍが好ましい。表面離型層６１ｄの厚さが５μｍよりも小さい場合には、塗膜時に塗りムラが生じて離型性の悪い領域が形成されたり、耐久性が不足したりするといった問題が発生するからである。また、表面離型層６１ｄが５０μｍを超える場合には、熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の材質で形成された表面離型層６１ｄでは硬度が高くなりすぎ、弾性層６１ｃが有する機能を低下させるからである。なお、本実施の形態では、厚さ３０μｍのＰＦＡを使用している。
ここで、表面離型層６１ｄにおけるトナー離型性を向上するため、表面離型層６１ｄにトナーオフセット防止のためのオイル(離型剤)を塗布するオイル塗布機構を定着ベルト６１に当接させて配設することも可能である。特に、低軟化物質を含有しないトナーを用いた場合には効果的である。

なお、上記定着ベルト６１に代えて、図３(ｂ)に示すような定着ベルト１６１を用いても良い。この定着ベルト１６１は、耐熱性樹脂層１６１ａ,１６１ｃが二層に分けて形成され、これらの間に導電層１６１ｂが形成されている。そして、その表面に弾性層１６１ｄおよび表面離型層１６１ｅが積層されたものである。この定着ベルト１６１では、導電層１６１ｂである金属層を薄く形成しても、繰り返し曲げ変形を受けることによる劣化を抑制することができる。なお、耐熱性樹脂層１６１ａ,１６１ｃは耐熱性樹脂に限定されるものではない。

次に、加圧ロール６２は、図２に示したように、芯材(コア)としての金属製の円筒状部材６２ａと、円筒状部材６２ａの表面にシリコーンゴム、発泡シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂等の耐熱性を有する弾性層６２ｂと、最外表面の表面離型層６２ｃとで構成されている。そして、加圧ロール６２は、定着ベルト６１の回転軸と平行に配設されるとともに、両端部がバネ部材(不図示)によって定着ベルト６１側に付勢されて支持されている。本実施の形態では、加圧ロール６２は、定着ベルト６１を介して総荷重２９４Ｎ(３０ｋｇｆ)で押圧パッド６３に付勢されている。そして、加圧ロール６２は自らが矢印Ｃ方向に回転駆動されることで、定着ベルト６１を従動して回転させている。

押圧パッド６３は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性材料や、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)、ポリエーテルサルフォン(ＰＥＳ)や液晶ポリマー(ＬＣＰ)等の耐熱性樹脂等で形成されている。そして、押圧パッド６３は、定着ベルト６１の幅方向において、用紙Ｐが通過する領域(通紙域)よりもやや広い領域に亘って配設され、この押圧パッド６３の長手方向の略全長に亘って加圧ロール６２が押圧されるように構成されている。
また、押圧パッド６３の定着ベルト６１との接触面は、加圧ロール６２の外表面形状に倣って、凹状曲面で形成されている。そのため、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２との間で充分に広いニップ幅を形成することができる。

さらに、押圧パッド６３と定着ベルト６１との間には、定着ニップ部Ｎにおける押圧パッド６３と定着ベルト６１との摺動性を向上するため、摺動性に優れ、耐摩耗性が高いポリイミドフィルムやフッ素樹脂を含浸させたガラス繊維シート等からなる摺動シート６３ａが配設されている。さらに、定着ベルト６１の内周面には潤滑剤が塗布されている。潤滑剤としては、アミノ変性シリコーンオイルやジメチルシリコーンオイル等が用いられる。これらにより、定着ベルト６１と押圧パッド６３との間の摩擦抵抗が小さくなり、定着ベルト６１が円滑に回動させることを可能としている。

パッド支持部材６４は、定着ベルト６１の幅方向に軸線を有する棒状部材である。そして、パッド支持部材６４の加圧ロール６２と対向する部分には押圧パッド６３が取り付けられており、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２から押圧パッド６３に作用する押圧力をパッド支持部材６４によって負担している。そのため、パッド支持部材６４を構成する材質としては、加圧ロール６２から押圧力を受けた際の撓み量が所定のレベル以下、好ましくは１ｍｍ以下となる程度の剛性を有するものが用いられる。そのため、後述する電磁誘導加熱部６５による磁束の影響によって加熱されにくい必要をも考慮して、例えば、ガラス繊維入りＰＰＳ、フェノール、ポリイミド、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂、耐熱ガラス、固有抵抗が小さく誘導加熱の影響を受けにくいアルミニウム等の金属が用いられる。本実施の形態では、パッド支持部材６４は、断面形状が加圧ロール６２からの押圧力方向に長軸を有する長方形で形成されたアルミニウムで構成されている。

さらに、パッド支持部材６４には、高透磁率の材質(例えば、フェライトやパーマロイ等)から構成され、電磁誘導加熱部６５による加熱効率を高めるためのフェライト部材６７や、定着ベルト６１の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ７０がバネ部材７１を介して定着ベルト６１の内周面に圧接されるように固定されている。この場合、定着ベルト６１の長手方向中央部にサーミスタ７０が配置され、定着ベルト６１の一方の端部に他のサーミスタ(不図示)が配置されている。また、パッド支持部材６４には、定着ベルト６１に接触、または近接するように、サーモスイッチ(不図示)も配設されている。なお、温度検知手段としては、定着ベルト６１の温度を検知するサーミスタ７０等に代えて、またはかかるサーミスタ７０等に加えて、加圧ロール６２の表面温度を検知するサーミスタを設けた構成を採ることもできる。

また、パッド支持部材６４の軸方向両端部には、定着ベルト６１を支持するエッジガイド部材８０(図４参照)が固定配置されている。そして、定着ベルト６１は両端部の内周面がエッジガイド部材８０で支持されることで、定着ベルト６１は所定の形状(例えば、略円形)を維持しながら回動するように構成されている。ここで、図４は定着ベルト６１がエッジガイド部材８０によって支持される構成を説明する図であり、用紙Ｐの搬送方向上流側から見た定着装置６０の一方の端部領域を示している。
図４に示したように、エッジガイド部材８０は、定着ニップ部Ｎとその近傍に対応する部分に切り欠きが形成された円筒状、すなわち断面がＣ形状のベルト走行ガイド部８０１、このベルト走行ガイド部８０１の外側に設けられ、定着ベルト６１の外径よりも大きな外径で形成されたフランジ部８０２、さらにエッジガイド部材８０の外側面に設けられ、エッジガイド部材８０を定着装置６０本体に結合するための保持部８０３で構成されている。
そして、定着ベルト６１は、定着ベルト６１の幅方向両端部において、両端部の内周面がエッジガイド部材８０のベルト走行ガイド部８０１に支持されながら、加圧ロール６２に従動して回動する。また、定着ベルト６１は、フランジ部８０２によって定着ベルト６１の幅方向への移動(ベルトウォーク)が制限され、定着ベルト６１に片寄りが生じるのが抑えられている。

次に、電磁誘導加熱部６５について述べる。電磁誘導加熱部６５は、図２に示すように、定着ベルト６１の幅方向に沿って、定着ベルト６１の外周面形状に倣った曲面を定着ベルト６１側に有する台座６５ａと、台座６５ａに支持された励磁コイル６５ｂと、この励磁コイル６５ｂに高周波電流を供給する給電手段の一例としての励磁回路６５ｃとで主要部が構成されている。

台座６５ａは、絶縁性および耐熱性を有する材料からなり、例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、液晶ポリマー樹脂等を用いることができる。また、励磁コイル６５ｂとしては、例えば、耐熱性の絶縁材料(例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等)によって相互に絶縁された直径φ０．１〜０．５ｍｍの銅線材を複数本束ねたリッツ線を長円形状や楕円形状、長方形状等の閉ループ状に複数回(例えば、１１ターン)巻いたものが用いられる。そして、励磁コイル６５ｂは接着剤によって固められることでその形状を維持しながら台座６５ａに固定されている。
また、励磁コイル６５ｂおよびフェライト部材６７と、定着ベルト６１の導電層６１ｂとの間の距離は、可能な限り近接させて設置することが磁束の吸収効率を高めるために好ましいことから、これらの距離は５ｍｍ以内、例えば、２．５ｍｍ程度に設定されている。

電磁誘導加熱部６５では、励磁回路６５ｃから励磁コイル６５ｂに高周波電流が供給されると、励磁コイル６５ｂの周囲に磁束が生成消滅を繰り返す。ここで、高周波電流の周波数は、例えば１０〜５００ｋＨｚに設定されるが、本実施の形態では２０〜１００ｋＨｚに設定している。励磁コイル６５ｂからの磁束が定着ベルト６１の導電層６１ｂを横切ると、定着ベルト６１の導電層６１ｂにはその磁界の変化を妨げるような磁界が発生し、それによって導電層６１ｂ内に渦電流が発生する。そして、導電層６１ｂでは、渦電流(Ｉ)によって導電層６１ｂの表皮抵抗(Ｒ)に比例したジュール熱(Ｗ＝Ｉ^２Ｒ)が発生し、定着ベルト６１は加熱されることとなる。
なお、その際には、定着ベルト６１の温度は、温度検知手段の一例としてのサーミスタ７０での計測値に基づいて、画像形成装置の制御部４０(図１参照)が励磁コイル６５ｂに供給する電力量または高周波電流の供給時間等を制御することにより、所定の温度に維持されている。

そして、本実施の形態の画像形成装置においては、トナー像を形成する動作が開始されるのと略同時に、定着装置６０では加圧ロール６２を駆動するための駆動モータ(不図示)および電磁誘導加熱部６５に電力が供給され、定着装置６０が起動する。すると、加圧ロール６２に従動して定着ベルト６１が回動する。加えて、定着ベルト６１が電磁誘導加熱部６５と対向する加熱領域を通過することで、定着ベルト６１の導電層６１ｂには渦電流が誘導され、定着ベルト６１は発熱する。そして、定着ベルト６１が均一に所定の温度に加熱された状態で、未定着トナー像を担持した用紙Ｐが、定着ベルト６１と加圧ロール６２とが圧接された定着ニップ部Ｎに送り込まれる。通紙域における定着ニップ部Ｎ内では、用紙Ｐおよび用紙Ｐに担持されたトナー像は加熱および加圧され、トナー像が用紙Ｐ上に定着される。その後、用紙Ｐは定着ベルト６１の曲率の変化によって定着ベルト６１から剥離されて、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。その際に、定着後の用紙Ｐを定着ベルト６１から完全に分離するための補助手段として、定着ベルト６１の定着ニップ部Ｎの下流側に、剥離補助部材７５を配設することも可能である。

本実施の形態の定着装置６０では、定着ベルト６１がトナー像の定着に必要な所定の温度に均一に加熱されているので、光沢ムラやオフセット等の発生が抑制された良好なトナー像を形成することができる。また、定着ベルト６１は熱容量が極めて小さいため、高速に定着ベルト６１を加熱することができるので、ウォームアップタイムを極めて短くすることができるとともに、オンデマンド性に優れているので待機時の電力消費も大きく低減することが可能である。
また、押圧パッド６３により、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２との間で充分に広いニップ幅を形成することができるので、定着ニップ部Ｎにおける熱の伝達を充分に行うことが可能となって、良好な定着性能を得ることができる。

続いて、定着ベルト６１を加熱する励磁コイル６５ｂに供給する電力の制御について説明する。
図５は、励磁コイル６５ｂに電力供給を行う励磁回路６５ｃの構成を説明するための図である。本実施の形態において、励磁回路６５ｃは、直流をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより高周波を発生する所謂インバータ回路である。
励磁回路６５ｃには、商用電源９０(ＡＣ１００Ｖ)からの交流を整流回路９１によって整流した直流(ＤＣ)が入力される。そして、励磁回路６５ｃは、整流回路９１から入力される直流を用いて高周波を発生するインバータ部１００と、画像形成装置本体に設けられた制御部４０とともにインバータ部１００における高周波発生動作を制御する駆動制御部１１０とを有している。

これらのうち、インバータ部１００は、整流回路９１から入力される直流をＯＮ／ＯＦＦ制御することで高周波電流を発生するスイッチング素子１０１と、このスイッチング素子１０１と並列に接続されるダイオード１０２と、励磁コイル６５ｂに並列に接続される共振用コンデンサ１０３とを備えている。ここで、スイッチング素子１０１はｎｐｎ型トランジスタで構成されており、そのコレクタ側に励磁コイル６５ｂおよび共振用コンデンサ１０３が接続される。なお、共振用コンデンサ１０３は、励磁コイル６５ｂと共にＬＣ共振回路を形成している。

一方、駆動制御部１１０は、制御部４０、電力値指示部１１１、駆動回路１１２、電圧検知部１１３、基準電圧出力部１１４、異常検知部１１５を有している。ここで、制御部４０は、サーミスタ７０による定着ベルト６１の検知温度に基づいて励磁コイル６５ｂへの電力供給をＯＮ／ＯＦＦ制御する。また、指定手段の一例としての電力値指示部１１１は、制御部４０から送られてくる検出温度に基づいて励磁コイル６５ｂに供給しようとする電力値を指示電力値として設定する。さらに、出力手段の一例としての駆動回路１１２は、電力値指示部１１１から出力された指示電力値に相当する信号に基づき、ＯＮ ｄｕｔｙ幅(スイッチング素子１０１をＯＮする期間)を調整してスイッチング素子１０１に駆動信号(パルス信号)を出力する。さらにまた、電圧検知手段の一例としての電圧検知部１１３は励磁コイル６５ｂを含む共振回路(励磁コイル６５ｂおよび共振用コンデンサ１０３によって構成される)で発生するフライバック電圧を検知する。なお、電圧検知部１１３は、実際には、スイッチング素子１０１のエミッタ−コレクタ間(ダイオード１０２のアノード−カソード間)にかかる電圧を検知している。また、基準値出力手段の一例としての基準電圧出力部１１４は、電力値指示部１１１から出力された指示電力値に対応した基準電圧値(フライバック電圧の基準値)を出力する。そして、異常検知手段の一例としての異常検知部１１５は、これら電圧検知部１１３から出力された電圧の実測値(フライバック電圧値)と基準電圧値出力部１１４から出力された基準電圧値とを用いて両者の変化率を算出し、被加熱体である定着ベルト６１の過加熱を検知する。

また、電力値指示部１１１は、サーミスタ７０による定着ベルト６１の検知温度に基づき、励磁コイル６５ｂへ電力を供給したときの加熱が急速に行われる場合には、供給する電力の指示値(指示電力値)を低減し、用紙Ｐ等に奪われる熱量が多く、検知温度が低下傾向にある場合には指示電力値を大きく設定する。また、定着ベルト６１の予備加熱時と、定着動作を行っているときとでは、異なる指示電力値が設定されるものとなっている。

さらに、基準電圧値出力部１１４は、基準電圧値すなわち被加熱体である定着ベルト６１の温度が正常か異常かを判別するための基準となる電圧値を出力するものであり、指示電力値に対応した値を出力あるいは演算して出力するものとなっている。指示電力値が大きい場合には駆動回路１１２から出力される駆動信号のＯＮ ｄｕｔｙ幅が大きくなり、これにともなってフライバック電圧値も上昇する。したがって、異常な温度上昇によるフライバック電圧値の上昇を検知するためには、基準電圧値も指示電力値が異なるとそれに対応して設定することが必要となるものである。
また、被加熱体である定着ベルト６１を急速に加熱しているときと、定着ベルト６１を所定の温度に維持するための加熱を行っているときとでは、指示電力値(供給する電力量)、励磁コイル６５ｂの温度、温度変化の速度等が異なっており、これらを考慮して、予備加熱時と定着装置の駆動時とでは、基準電圧値の演算に異なる設定を採用するようになっている。
なお、本実施の形態における基準電圧値は、通常状態において、ある指示電力値に基づいてインバータ部１００に電力供給がなされたときに発生するフライバック電圧の基準値を意味している。

さらにまた、異常検知部１１５は、電圧検知部１１３によって検知されたフライバック電圧値と基準電圧出力部１１４から出力されてくる基準電圧値との違い(変化率)を演算する。そして、異常検知部１１５は、得られた変化率が所定の値を超えた場合に、定着ベルト６１及び励磁コイル６５ｂの温度が異常に高温となってインピーダンスが過度に大きくなっているものと判断している。

では次に、スイッチング素子１０１のＯＮ／ＯＦＦとこれに伴うインバータ部１００の各部における電流値および電圧値の変化を、図６に示すタイミングチャートに基づいて説明する。なお、図６において、最上段はスイッチング素子１０１に流れるスイッチング電流Ｉ_Qを、その下段はダイオード１０２に流れるダイオード電流Ｉ_Dを、その下段は励磁コイル６５ｂに流れるコイル電流Ｉ_Lを、その下段はスイッチング素子１０１のエミッタ−コレクタ間(ダイオード１０２のアノード−カソード間)に発生するフライバック電圧Ｖ_Q,Dを、最下段は励磁コイル６５ｂおよび共振用コンデンサ１０３にて構成されたＬＣ共振回路の両端に発生するＬＣ電圧Ｖ_L,Cを、それぞれ示している。

スイッチング素子１０１をＯＮ状態(Ｑ：ＯＮ)とすると励磁コイル６５ｂに電流が流れ、励磁コイル６５ｂが有するインダクタンス成分によってコイル電流Ｉ_Lの量は徐々に増加する。その後、スイッチング素子１０１をＯＦＦ状態(Ｑ：ＯＦＦ)にすると励磁コイル６５ｂに流れるコイル電流Ｉ_Lの量は徐々に減少する一方で、共振用コンデンサ１０３がチャージされる。これに伴いフライバック電圧Ｖ_Q,Dの値は上昇し、その後低下する。なお、フライバック電圧Ｖ_Q,Dの最大値をピークトゥピーク電圧値Ｖp-pと呼ぶことにする。また、励磁コイル６５ｂを流れるコイル電流Ｉ_Lは逆方向に転じ、スイッチング素子１０１と並列に介挿されたダイオード１０２に極短時間の回生電流が生じる(Ｄ：ＯＮ)。そしてスイッチング素子１０１を再びＯＮ状態とする。このようなスイッチングではＯＦＦ状態とするタイミングからＯＮ状態とするタイミングまでがＬＣ共振回路を構成する励磁コイル６５ｂおよび共振用コンデンサ１０３によって決定され(Ｌ，Ｃで決まる時間)、スイッチングの一周期(動作周期)を設定することによってスイッチング素子１０１をＯＮ状態とする時間すなわちＯＮ ｄｕｔｙ幅が決まる。そして、ＯＮ ｄｕｔｙ幅が大きくなると供給電力量が増大することになる。したがって、スイッチングの一周期又はＯＮ ｄｕｔｙ幅は、駆動制御部１１０から出力されてくる励磁コイル６５ｂへ供給しようとする電力値(指示電力値)に基づいて設定される。

定着ベルト６１は、用紙Ｐ上にトナー像を定着するために適切な温度が維持されている必要があり、その温度の制御及び異常時における過加熱を防止するための制御は、サーミスタ７０の出力等に基づいて次のように行われる。
定着装置６０は、例えば図示しない電源スイッチがＯＮ状態とされたときに、初期加熱(ウォーミングアップ)が行われる。具体的には、制御部４０がＯＮ信号を出力することにより、電力値指示部１１１が駆動回路１１２に指示電力値を出力する。駆動回路１１２では、受けた指示電力値に基づいてＯＮ ｄｕｔｙ幅を設定した駆動信号を出力し、この駆動信号に基づいてインバータ部１００のスイッチング素子１０１がＯＮ／ＯＦＦされる。これによりインバータ部１００には高周波電流が生じる。発生した高周波電流により励磁コイル６５ｂは変動磁界を生成し、その結果、定着ベルト６１の導電層６１ｂには渦電流が生じて発熱する。このとき定着ベルト６１の温度は、サーミスタ７０によって検知され、所定の温度に達したときに、定着動作の準備が完了する。

この後、用紙Ｐ上の未定着トナー像を定着する通常駆動時の設定に切り換えられる。次に、未定着トナー像を担持した用紙Ｐが送り込まれると、定着ベルト６１は加圧ロール６２と共に用紙Ｐを圧接し、用紙Ｐ上の未定着トナー像を加圧加熱して定着する。これらの工程において、定着ベルト６１の温度はサーミスタ７０によって検知されており、この温度検知結果に基づいて電力値指示部１１１が指示電力値を出力する。つまり、検知温度が高温であると、供給電力が過剰であるものとし、電力値指示部１１１において指示電力値がより小さい値に変更される。また、定着ベルト６１の温度が低温であるときには供給電力が不足しているものとし、指示電力値はより大きい値に変更される。

また、指示電力値を小さい値に設定しても、供給電力が過剰となる場合(サーミスタ７０による検知温度が高温となる場合)には、制御部４０から電力値指示部１１１に対して高周波電流の供給をＯＦＦ状態とする信号が出力される。これにより一時的に駆動回路１１２からの駆動信号が停止され、スイッチング素子１０１がＯＦＦに設定されることにより、定着ベルト６１から用紙Ｐ及びトナー像への熱移動及び放熱にともなって定着ベルト６１の温度が低下していく。その後、サーミスタ７０による検知温度が所定の制御下限値を下回ると、制御部４０は高周波電流の供給をＯＮ状態とする信号、つまり電力値指示部１１１から指示電力値を出力し、駆動回路１１２に駆動信号を出力することを指示する信号を出力する。これにより、駆動回路１１２から駆動信号が出力され、励磁コイル６５ｂには再び高周波電流が供給されて、定着ベルト６１の加熱が行われる。そして、定着ベルト６１の温度が上昇し、サーミスタ７０による温度検知結果が制御上限値に達すると、駆動制御部１１０からの信号はＯＦＦに変わり、駆動回路１１２からの駆動信号が停止される。したがって、定着ベルト６１の温度は所定の制御上限値と制御下限値との間で制御される。

異常検知部１１５は、上記のように制御され、駆動回路１１２から駆動信号が出力されているときに、定着ベルト６１の過加熱を次のようにして防止する。
導電層６１ｂを備える定着ベルト６１は、電磁誘導加熱による温度上昇にともなってその固有抵抗値が上昇する特性を持っている。励磁コイル６５ｂを一次側、定着ベルト６１を二次側とした場合、励磁コイル６５ｂの抵抗分、インダクタンス分をそれぞれＲ１、Ｌ１、定着ベルト６１の抵抗分、インダクタンス分をそれぞれＲ２、Ｌ２、そして両者の結合因数をＡとするとき、励磁コイル６５ｂの負荷インピーダンスＺは、
Ｚ＝(Ｒ１＋Ａ×Ｒ２)＋ｊω(Ｌ１−Ａ×Ｌ２)
ただし、Ａ≒Ｍ／Ｌ２(Ｍは相互インダクタンス)
となる。ただし、実際には、定着ベルト６１の温度上昇にともなって負荷インピーダンスＺのうちの抵抗分が減少し、インダクタンス分が上昇する。この現象は、結合因数Ａが低くなること、すなわち、励磁コイル６５ｂと定着ベルト６１との磁気結合が低下することにより生じることがわかる。

ここで、励磁コイル６５ｂおよび定着ベルト６１の結合因数Ａが低下するのは、励磁コイル６５ｂと定着ベルト６１との間の物理的な距離が大きくなったこと、すなわち、励磁コイル６５ｂから定着ベルト６１が離れる方向に移動したことを意味する。例えば定着ベルト６１が過加熱された場合、定着ベルト６１は収縮してその周長が短くなる。つまり、図２から明らかなように、定着ベルト６１は、過加熱されることによって収縮すると、励磁コイル６５ｂから遠ざかる方向に移動する。

また、上記のように定着ベルト６１の温度上昇にともなって磁気結合が低下すると、インバータ部１００から供給される高周波電流の周波数が低下する。高周波電流の周波数が低下すると動作周期は長くなり、スイッチング素子１０１がＯＮ状態とされる期間およびＯＦＦ状態とされる期間も長くなる。その結果、ＯＦＦ状態とされる期間におけるフライバック電圧Ｖ_Q,Dの最大値であるピークトゥピーク電圧値Ｖp-pが上昇する。
そこで、本実施の形態では、駆動制御部１１０の電圧検知部１１３でフライバック電圧Ｖ_Q,Dをモニタし、異常検知部１１５において、定着ベルト６１における異常の発生を検知している。つまり、本実施の形態では、励磁コイル６５ｂと定着ベルト６１の導電層６１ｂとの磁気結合の低下を、検知手段としての電圧検知部１１３によって計測されるフライバック電圧Ｖ_Q,Dを介して検知しているといえる。

次に、本実施の形態に係る定着装置６０における、定着ベルト６１の異常加熱検知の処理手順について述べる。図７は、定着ベルト６１の異常加熱を検知する際の処理の手順を示すフローチャートである。
電力値指示部１１１から所定の指示電力値が出力されると(ステップ１０１)、駆動回路１１２は受けた指示電力値に応じた駆動信号をスイッチング素子１０１に出力し(ステップ１０２)、一方、基準電圧出力部１１４は受けた指示電力値に応じた基準電圧値Ｖsetを異常検知部１１５に出力する(ステップ１０３)。また、電圧検知部１１３は、スイッチング素子１０１のＯＮ／ＯＦＦ動作にともなって発生するフライバック電圧Ｖ_Q,Dを検知して異常検知部１１５に出力する(ステップ１０４)。そして、異常検知部１１５は、基準電圧出力部１１４から入力されてくる基準電圧値Ｖsetと電圧検知部１１３から入力されてくるフライバック電圧Ｖ_Q,Dの最大値であるピークトゥピーク電圧値Ｖp-pとを用いて、両者の変化率であるＶp-p／Ｖsetを演算する(ステップ１０５)。そして、異常検知部１１５は、求められた変化率であるＶp-p／Ｖsetを用い、Ｖp-p／Ｖset−１が０.２を超えるか否か、すなわち、フライバック電圧Ｖ_Q,Dの最大値であるピークトゥピーク電圧値Ｖの大きさが、通常状態の２０％を超えるレベルになっているか否かを判断する(ステップ１０６)。ここで、ステップ１０６の判断結果がＮｏの場合は、特に定着ベルト６１に問題が生じていないものと判断し、そのまま処理を終了する。一方、ステップ１０６の判断結果がＹｅｓの場合は、定着ベルト６１が過加熱されることにより異常高温になっているものと判断し、停止手段の一例とのしての機能も有する異常検知部１１５から駆動回路１１２に対してパルス信号を出力する(ステップ１０７)。そして、駆動回路１１２は、異常検知部１１５からのパルス信号を受け取ると、スイッチング素子１０１に対する駆動信号の出力を停止する(ステップ１０８)。これにより、励磁コイル６５ｂを用いた定着ベルト６１の電磁誘導加熱動作が停止することになる。

では、上述した処理のステップ１０６において、Ｖp-p／Ｖset−１が０.２を超えるか否かに基づく判断を行う理由について説明する。
図８(ａ)は、上述した定着装置６０において、定着ベルト６１の回動を停止させた状態で励磁コイル６５ｂにより電磁誘導加熱を行った際の、電磁誘導加熱開始からの経過時間と発生するフライバック電圧Ｖ_Q,Dのピークトゥピーク電圧値Ｖp-pとの関係を示したグラフ図である。また、図８(ｂ)は、図８(ａ)に示すグラフ図を、初期状態において発生するフライバック電圧Ｖ_Q,Dのピークトゥピーク電圧値Ｖp-pを用いて規格化したもの(Ｖp-p電圧変化比という)である。

図８(ａ)より、定着ベルト６１を停止した状態で電磁誘導加熱を行った場合には、フライバック電圧Ｖ_Q,Dのピークトゥピーク電圧値Ｖp-pが急激に上昇していくことがわかる。これは、定着ベルト６１の温度が電磁誘導加熱によって急激に上昇することにともない、定着ベルト６１が熱収縮し、その結果定着ベルト６１が励磁コイル６５ｂから離れていき、両者の磁気結合が低下していることを意味している。ただし、図８(ａ)より、電磁誘導加熱の開始から約１０秒程度でピークトゥピーク電圧値Ｖp-pは略一定になること、すなわち、定着ベルト６１がこれ以上熱収縮しなくなることがわかる。

そして、図８(ｂ)を参照すると、開始から４秒程度でピークトゥピーク電圧値Ｖp-pの大きさが、初期状態の２０％増しになっていることが理解される。通常の定着動作においても、発生する振動等によって励磁コイル６５ｂと定着ベルト６１との間の距離は微妙に変化するが、これほど大きな変化が生じることはない。したがって、変化率が２０％を超えるようなことがあれば、これは、過加熱により定着ベルト６１に熱収縮が生じているものと判断することができる。
そこで、本実施の形態では、上述したステップ１０６において、このような基準に基づき、定着ベルト６１に過加熱による異常が発生しているか否かの判断を行っている。

以上説明したように、本実施の形態では、過加熱されることによって定着ベルト６１に生じた変形(収縮)を、励磁回路６５ｃ側で発生するフライバック電圧の大きさに基づいて検知するようにしたので、定着ベルト６１が過加熱された場合に迅速に異常を検知することができる。また、その後直ちに励磁コイル６５ｂへの給電を停止することにより、さらなる不具合の発生を未然に防ぐことも可能になる。
また、本実施の形態では、指示電力値に対応するフライバック電圧の基準電圧値を予め取得しておき、実際に測定されたフライバック電圧値との相違に基づいて、定着ベルト６１に異常が生じているか否かを判断するようにした。これにより、定着ベルト６１に生じた異常をより正確に検知することができる。
そして、本実施の形態では、定着ベルト６１と励磁コイル６５ｂとの間の磁気結合の低下を、励磁回路６５ｃ側で発生するフライバック電圧を介して検知することにより、過加熱による定着ベルト６１が変形しているか否かを判断しているともいえる。

なお、本実施の形態では、励磁コイル６５ｂに対して共振用コンデンサ１０３を並列に接続していたが、これに限られるものではなく、例えば両者を直列に接続することによってもＬＣ共振回路を構成することができる。

本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図である。 画像形成装置に設けられる定着装置の構成を説明するための図である。 (ａ)(ｂ)は、定着装置で用いられる定着ベルトの拡大断面図である。 定着ベルトがエッジガイド部材によって支持される構成を説明するための図である。 励磁コイルに電力供給を行う励磁回路の構成を説明するためのブロック図である。 励磁回路の各部における電流および電圧の変化を示すタイミングチャートである。 定着ベルトの異常加熱を検知する際の処理の手順を示すフローチャートである。 (ａ)は、定着装置において、定着ベルトの回動を停止させた状態で電磁誘導加熱を行った際の、電磁誘導加熱開始からの経過時間と発生するフライバック電圧のピークトゥピーク電圧値との関係を示したグラフ図であり、(ｂ)は、(ａ)を初期状態におけるピークトゥピーク電圧値で規格化したグラフ図である。 被加熱体とこの被加熱対体の近くに設けられたバイメタルおよび温度ヒューズの温度変化を、時間の経過を追って示す概略図である。

符号の説明

１Ｙ,１Ｍ,１Ｃ,１Ｋ…画像形成ユニット、１０…一次転写部、２０…二次転写部、４０…制御部、６０…定着装置、６１…定着ベルト、６１ａ…基層、６１ｂ…導電層、６１ｃ…弾性層、６１ｄ…表面離型層、６２…加圧ロール、６５…電磁誘導加熱部、６５ｂ…励磁コイル、６５ｃ…励磁回路、６７…フェライト部材、７０…サーミスタ、９０…商用電源、９１…整流回路、１００…インバータ部、１０１…スイッチング素子、１０２…ダイオード、１０３…共振用コンデンサ、１１０…駆動制御部、１１１…電力値指示部、１１２…駆動回路、１１３…電圧検知部、１１４…基準電圧出力部、１１５…異常検知部

Claims (10)

1. 導電層を有する被加熱体に近接配置される励磁コイルと、
   前記励磁コイルに直列または並列に接続されるコンデンサと、
   直流をオン／オフすることにより高周波電流を生成し、前記励磁コイルおよび前記コンデンサに供給するスイッチング素子と、
   前記励磁コイルに供給する電力値を、大きさが異なる複数の値に順次指定する指定手段と、
   前記指定手段で指定された前記電力値に対応して前記スイッチング素子をオンする期間を定めた駆動信号を当該スイッチング素子に出力する出力手段と、
   前記励磁コイルおよび前記コンデンサを含む共振回路で発生するフライバック電圧値を検知する電圧検知手段と、
   前記指定手段で指定された前記電力値に対応するフライバック電圧の基準値を出力する基準値出力手段と、
   前記電圧検知手段から出力されるフライバック電圧値と前記基準値出力手段から出力されるフライバック電圧の基準値とを用いて得られた、当該フライバック電圧の基準値に対する当該フライバック電圧値の変化率が、予め決められた値を超える場合に、前記被加熱体の異常を検知する異常検知手段と
   を含む加熱装置。
2. 前記指定手段は、前記被加熱体の温度が所定の温度まで上昇するように加熱するときと、当該被加熱体の温度を当該所定の温度に維持するときとで、異なる大きさの電力値を指定し、
   前記基準値出力手段は、前記指定手段で指定された異なる大きさの電力値のそれぞれについて、前記被加熱体の温度が異常な高温になっているか否かの基準として前記フライバック電圧の基準値を設定すること
   を特徴とする請求項１記載の加熱装置。
3. 前記被加熱体の温度を検知する温度検知手段をさらに含み、
   前記指定手段は、前記温度検知手段による温度検知結果に基づいて前記励磁コイルに供給する前記電力値を変更し、
   前記基準値出力手段は、前記電力値の変更に伴って前記フライバック電圧の基準値を変更すること
   を特徴とする請求項１または２記載の加熱装置。
4. 前記異常検知手段は、前記変化率が２０％を超えた場合に、前記被加熱体の異常を検知することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の加熱装置。
5. 前記異常検知手段によって前記被加熱体の異常が検知された場合に、前記励磁コイルへの給電を停止する停止手段をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の加熱装置。
6. 記録材上の未定着トナー像を定着する定着装置であって、
   導電層を含む多層構造で形成され、回動可能に配設されるベルト部材と、
   前記ベルト部材を電磁誘導加熱する励磁コイルと、
   前記励磁コイルに直列または並列に接続されるコンデンサと、
   直流をオン／オフすることにより高周波電流を生成し、前記励磁コイルおよび前記コンデンサに供給するスイッチング素子と、
   前記励磁コイルに供給する電力値を、大きさが異なる複数の値に順次指定する指定手段と、
   前記指定手段で指定された前記電力値に対応して前記スイッチング素子をオンする期間を定めた駆動信号を当該スイッチング素子に出力する出力手段と、
   前記励磁コイルおよび前記コンデンサを含む共振回路で発生するフライバック電圧値を検知する電圧検知手段と、
   前記指定手段で指定された前記電力値に対応するフライバック電圧の基準値を出力する基準値出力手段と、
   前記電圧検知手段から出力されるフライバック電圧値と前記基準値出力手段から出力されるフライバック電圧の基準値とを用いて得られた、当該フライバック電圧の基準値に対する当該フライバック電圧値の変化率が、予め決められた値を超える場合に、前記ベルト部材の異常を検知する異常検知手段と
   を含む定着装置。
7. 前記指定手段は、前記ベルト部材の温度が所定の温度まで上昇するように加熱するときと、当該ベルト部材の温度を当該所定の温度に維持するときとで、異なる大きさの電力値を指定し、
   前記基準値出力手段は、前記指定手段で指定された異なる大きさの電力値のそれぞれについて、前記ベルト部材の温度が異常な高温になっているか否かの基準として前記フライバック電圧の基準値を設定すること
   を特徴とする請求項６記載の定着装置。
8. 前記ベルト部材の温度を検知する温度検知手段をさらに含み、
   前記指定手段は、前記温度検知手段による温度検知結果に基づいて前記励磁コイルに供給する前記電力値を変更し、
   前記基準値出力手段は、前記電力値の変更に伴って前記フライバック電圧の基準値を変更すること
   を特徴とする請求項６または７記載の定着装置。
9. 前記異常検知手段は、前記変化率が２０％を超えた場合に、前記ベルト部材の異常を検知することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項記載の定着装置。
10. 前記異常検知手段は、前記ベルト部材の異常を検知した場合に、前記出力手段に駆動信号の出力を停止させる信号を出力することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項記載の定着装置。

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