CN105319921A - 定影装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及定影装置。定影装置被配置为包括：旋转部件，具有导电层；线圈，具有螺旋形；谐振电路，包括谐振电容器，并被配置为与旋转部件和线圈一起形成；第一转换器，驱动谐振电路；第二转换器，用于控制要提供给第一转换器的电力；频率设置单元，被配置为根据记录材料的尺寸和旋转部件的无片材通过部处的温度中的至少一项来设置第一转换器的驱动频率；以及电力控制单元，根据旋转部件的片材通过部处的温度来控制第二转换器，以控制要从第二转换器提供到第一转换器的电力，其中通过电磁感应使导电层发热。

Description

定影装置

技术领域

本发明涉及安装在诸如电子照相复印机、打印机等之类的图像形成装置上的定影装置。

背景技术

安装在诸如电子照相复印机、打印机等之类的图像形成装置上的定影装置通常被配置为在由相互接触的加热旋转部件和加压辊形成的夹部(nipportion)处传送记录材料的同时，对承载未定影的调色剂图像的记录材料进行加热，由此将调色剂图像定影在记录材料上。

近年来，利用电磁感应加热方法的定影装置已经被开发并投入实用，所述电磁感应加热方法可以使加热旋转部件的导电层发热。利用电磁感应加热方法的定影装置具有升温时间短的优点。

日本专利申请公开No.2014-026267讨论了一种可以放宽加在导电层的厚度和材料上的限制的定影装置。

即使在日本专利申请公开No.2014-026267中讨论的定影装置也不能免除当通过定影处理来处理小尺寸的记录材料时无片材通过部处的温度升高的问题。

本发明旨在提供这样的定影装置：该定影装置能够在根据记录材料的尺寸来形成发热分布(heatgenerationdistribution)的同时容易地控制记录材料通过的旋转部件的区域的温度。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种被配置为将图像定影到记录介质上的定影装置，包括：旋转部件，具有圆柱形，并被配置为包括导电层；线圈，具有螺旋形，并被配置为设置在旋转部件内部，该线圈具有在沿着旋转部件的母线方向的方向上延伸的螺旋轴；谐振电路，包括谐振电容器，并被配置为与旋转部件和线圈一起形成；第一转换器，被配置为驱动谐振电路；第二转换器，被配置为用来控制要提供给第一转换器的电力；频率设置单元，被配置为根据记录材料的尺寸和旋转部件的无片材通过部处的温度中的至少一项来设置第一转换器的驱动频率；以及电力控制单元，被配置为根据旋转部件的片材通过部处的温度来控制第二转换器，以对要从第二转换器提供到第一转换器的电力进行控制；其中通过电磁感应使所述导电层发热，并利用旋转部件的热量把在记录材料上形成的图像定影到该记录材料上。

根据本发明的另一个方面，一种被配置为将图像定影到记录介质上的定影装置，包括：旋转部件，具有圆柱形，并被配置为包括导电层；线圈，具有螺旋形，并被配置为设置在旋转部件内部，该线圈具有在沿着旋转部件的母线方向的方向上延伸的螺旋轴；谐振电路，包括谐振电容器，并被配置为与旋转部件和线圈一起形成；第一转换器，被配置为驱动谐振电路；第二转换器，被配置为用来控制要提供给第一转换器的电力；频率设置单元，被配置为根据记录材料的尺寸和旋转部件的无片材通过部处的温度中的至少一项来设置第一转换器的驱动频率；以及电力控制单元，被配置为根据旋转部件的片材通过部处的温度和所述驱动频率来控制第二转换器，以对要从第二转换器提供到第一转换器的电力进行控制；其中通过电磁感应使所述导电层发热，并利用旋转部件的热量把在记录材料上形成的图像定影到该记录材料上。

参考附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清楚。

附图说明

图1为示出了图像形成装置的示意性截面图。

图2为示出了定影单元的截面图。

图3为示出了定影单元的前视图。

图4为示出了安装在定影单元上的线圈单元的透视图以及驱动电路的框图。

图5为示出了驱动电路的示图。

图6为示出了驱动频率与定影套管(fixingsleeve)的温度分布之间的关系的示图。

图7为示出了第一转换器的操作的示图。

图8为示出了当驱动频率被切换时第一转换器的操作的示图。

图9为示出了第二转换器的操作的示图。

图10为示出了当第二转换器中的开关元件的接通占空比(ONdutyratio)被切换时第二转换器的操作的示图。

图11为示出了当第二转换器中的开关元件的接通占空比被切换时旋转部件的发热量的差异的示图。

图12为示出了根据第二示例性实施例的驱动频率与定影套管的温度分布之间的关系的示图。

图13为示出了接通占空比与输入电力占空比之间的关系的示图。

图14A、14B和14C为示出了驱动频率和输入电力之间的关系以及输入电力占空比如何变化的示图。

图15为示出了根据第一示例性实施例的处理过程的流程图。

图16为示出了根据第一示例性实施例的示例性变型的处理过程的流程图。

具体实施方式

在下面的描述中，将以举例的方式基于示例性实施例参考附图来详细描述如何实施本发明。然而，即将在这些示例性实施例中描述的组成部分的尺寸、材料、形状、相对布局等应该根据应用本发明的装置的配置和各种条件按照需要进行变化。换句话说，本发明并非将本发明的范围限于下面将描述的示例性实施例。

图1为示出了根据本发明第一示例性实施例的图像形成装置100的示意性配置图。根据本示例性实施例的图像形成装置100是使用电子照相处理的激光束打印机。

控制器31是图像形成装置100的控制单元，并包括：中央处理单元(CPU)(中央处理装置)32以及各种输入和输出控制电路(未示出)等。CPU32包括只读存储器(ROM)32a、随机存取存储器(RAM)32b、计时器32c等。被配置成旋转鼓(下文称为感光鼓)的电子照相感光部件101用作图像承载部件，并且在箭头所指示的顺时针方向上以预定周速被旋转驱动。感光鼓101在其旋转过程期间由接触充电辊102均匀充电，以具有预定极性和预定电位。激光束扫描器103输出根据从未示出的外部设备(诸如图像扫描器和计算机)输入的图像信息而被开-关调制的激光L。通过激光L对感光鼓101的充电表面进行曝光，并在感光鼓101的表面上形成对应于图像信息的静电潜像。显影装置104将显影剂(调色剂)从显影辊104a提供到感光鼓101的表面上，由此把在感光鼓101的表面上形成的静电潜像显影为调色剂图像。片材馈送盒105含有记录材料P。对准辊107以使得在感光鼓101上形成的调色剂图像的前沿与记录材料P的预定位置相互重合的方式传送记录材料P。当输入片材馈送开始信号时，片材馈送辊106被驱动，并且片材馈送盒105中所包含的记录材料P被逐张地馈送。在通过对准辊107调整传送定时之后，所馈送的记录材料P被引入感光鼓101与转印辊108相互邻接的转印部108T中。当在转印部108T处保持并传送记录材料P时，转印偏压被从电源(未示出)施加到转印辊108。具有与调色剂的充电极性相反的极性的转印偏压被施加到转印辊108，由此把在感光鼓101上形成的调色剂图像转印到记录材料P上。之后，其上转印有调色剂图像的记录材料P与感光鼓101的表面分离，并在通过传送引导装置109之后被引入定影单元A中。在定影单元A处，对在记录材料P上形成的调色剂图像进行加热并将其定影到记录材料P上。在通过定影单元A之后，记录材料P经由片材输出口111被排到片材输出盘112上。同时，在记录材料P与感光鼓101分离之后，在清洁部110处对感光鼓101的表面进行清洁。

定影单元A是基于电磁感应加热方法进行操作的定影装置。更具体地，定影单元A是这样的定影装置：该定影装置通过使用由线圈产生的磁通量而通过电磁感应使旋转部件的导电层发热，并通过加热旋转部件把在记录材料P上形成的图像定影到记录材料P上。图2为示出了定影单元A的截面图。图3为示出了定影单元A的前视图。图4为示出了安装在定影单元A上的线圈单元的透视图。定影单元A包括加热单元和加压部件8，并形成定影夹部N，所述加热单元具有下面将描述的定影套筒1和线圈单元，在所述定影夹部N处，承载有未定影的调色剂图像的记录材料P在被保持在加热单元和加压部件8之间的同时被传送。

作为加压部件的加压辊8包括：芯金属8a、由硅橡胶等制成的弹性层8b、以及由含氟树脂等制成的释放层8c。芯金属8a的两端经由轴承可旋转地保持在定影单元A的未示出的装置机壳之间。另外，在图3中所示的加压撑条(pressingstay)(金属加固部件)5的两端中的不同端和在装置机壳侧的对应的弹簧支承部件(即，弹簧支承部件18a或18b)之间的位置设置加压弹簧(在本示例性实施例中为压缩弹簧)17a和17b中的每一个，通过其向加压撑条5施加下推力。在根据本示例性实施例的定影单元A处，将总共约100N至250N(大约10kgf至大约25kgf)的压力施加到加压撑条5。通过该配置，由热阻树脂(例如，聚苯硫醚(PPS))制成的套筒引导部件6的底表面与加压辊8经由定影套筒1相互压力接触，由此形成定影夹部N。加压辊8由未示出的驱动单元在由箭头示出的方向上驱动，并且定影套筒1通过由加压辊8的旋转驱动而旋转。凸缘部件12a和12b通过由定影套筒1的旋转驱动而旋转。凸缘部件12a和12b可旋转地设置在套筒引导部件6的纵向端。当定影套筒1在旋转期间在母线方向上朝向一侧位移时，定影套筒1与凸缘部件12a或12b邻接，并且受定影套筒1推挤的凸缘部件12a或12b与调节部件13a(或13b)邻接。结果，定影套筒1的单侧位移由调节部件13a或13b调节。凸缘部件12a和12b由诸如液晶聚合物(LCP)之类的高热阻材料制成。

作为可旋转的、圆柱形的旋转部件的定影套筒1期望具有10至50mm的直径。定影套筒1包括：用作基底层的发热层(导电层)1a、层叠在发热层1a的外表面上的弹性层1b、以及作为定影套筒1的前表面的释放层1c。发热层1a是金属膜(用于本示例性实施例中的定影套筒1的不锈钢材料)，并期望具有10至50μm的膜厚度。弹性层1b由硅橡胶制成，期望具有大约20度的硬度(日本工业标准(JIS)-A，在1公斤的重量下)和0.l至0.3mm的厚度。释放层1c是含氟树脂管，并期望具有10至50μm的厚度。通过交变磁通量的效应在发热层1a中生成感应电流，这将在下面描述。发热层1a通过感应电流而发热，并且热量传递至弹性层1b和释放层1c，由此定影套筒1在整个圆周方向上被加热。下文将描述对定影套筒1的温度进行检测的温度检测元件9、10和11。

将详细描述用于在发热层1a中生成感应电流的机制。图4为示出了安装在加热单元上的线圈单元的透视图。线圈单元包括线圈3。线圈3包括设置在旋转部件(定影套筒)1内部的螺旋形部分，并具有与旋转部件1的母线方向基本平行地延伸的螺旋轴。线圈3生成交变磁场以使得旋转部件1的导电层1a通过磁感应而发热。另外，线圈单元包括设置在螺旋形部分内部并用于引导磁通量的芯2。作为磁芯材料的芯2被设置为通过使用未示出的固定单元而穿透定影套筒1的中空部分。芯2具有北极(NP)和南极(SP)的磁极。芯2被成形为不在旋转部件1外部形成环(即，具有端部的形状)，并且由线圈3生成的磁通量形成开放磁路。芯2期望由高磁导率材料形成，所述高磁导率材料由具有小磁滞损耗和高相对磁导率的材料制成，例如，铁磁氧化材料或包括煅烧铁氧体、铁氧体树脂、无定形合金、坡莫合金(permalloy)等的合金。根据本示例性实施例，对于芯2，使用具有1800的相对磁导率的煅烧铁氧体。根据本示例性实施例的芯2被成形为圆柱形，并期望具有5至30mm的直径。在定影单元A为安装在A4打印机上的定影装置的情况下，芯2的长度期望为大约240mm。其上缠绕有线圈3的芯2被树脂覆层4包覆。

通过将单个导电线放置在定影套筒1的中空部分中并围绕芯2螺旋地缠绕导电线，来形成激励线圈3。导电线以使得间距在芯2的端部比在芯2的中心部分小的方式进行缠绕。在芯2具有240mm的纵向尺寸的情况下，激励线圈3围绕芯2缠绕18次。其线匝之间的间距在端部为10mm，在中心部分为20mm，在这二者之间的中间部分为15mm。以这种方式，在与芯2的轴X交叉的方向上缠绕线圈3。

当经由供电接触部3a和3b从高频转换器向激励线圈3施加高频电流时，生成磁通量。根据本示例性实施例的装置以这样的方式设计：使得从芯2的端部发出的磁通量的大部分(70％及以上，期望90％及以上，更期望94％及以上)通过定影套筒1的发热层1a的外部，以返回到芯2的对端。因此，在定影套筒1的发热层1a中生成在圆周方向上流动的感应电流，以便生成与通过套筒1外部的磁通量相抵消的磁通量。结果，发热层1a在整个圆周方向上发热。以这种方式，在定影装置被配置为使感应电流在定影套筒1的圆周方向上流动的情况下，定影套筒1在其圆周方向上的整个区域发热，从而该配置具有允许定影装置在缩短的时间段内升温到可定影温度的优点。另外，芯2具有包含端部的形状，并以使得大部分磁通量由于开放磁路而通过发热层1a外部的方式进行配置。因此，本示例性实施例还具有这样的优点：与包括环形芯并被配置为形成闭合磁路的装置相比，该定影装置可以减小尺寸。

如图2中所示，定影单元A的温度检测元件9、10和11在定影套筒1的旋转方向上被设置在定影夹部N的上游，并检测定影套筒1的表面的温度。另外，如图3中所示，温度检测元件9、10和11分别检测定影套筒1的在定影单元A的纵向上的中心和两端的温度。温度检测元件9、10和11各自由温度计等实施。以这样的方式对线圈3的供电进行控制：使得由温度检测元件9在中心部分检测的温度维持在适于定影的控制目标温度。另外，当在小尺寸的记录材料P上连续打印图像时，设置在定影套筒1的端部附近的温度检测元件10和11中的每一个可以检测在定影套筒1的无片材通过部处温度升高了多少。温度检测元件10和11中的每一个可以设置在加压辊8的对应的轴向端部处，并且当在小尺寸的记录材料P上连续打印图像时检测在加压辊8的无片材通过部处温度升高了多少。

图4还包括示出作为控制打印机的控制单元的CPU32、打印机控制器41以及主机42之间的关系的框图。打印机控制器41执行与主机42的通信并从主机42接收图像数据，并将所接收的图像数据点阵化为图像形成装置100可以打印的信息。另外，打印机控制器41与引擎控制单元121交换信号，并执行与引擎控制单元121的串行通信。引擎控制单元121与打印机控制器41交换信号，并还经由串行通信来控制图像形成装置100的每个单元。引擎控制单元121例如基于由温度检测元件9、10和11检测到的温度来控制定影单元A的温度，并还检测定影单元A中的异常。

同时，已经发现，对于以使得从芯的端部发出的磁通量的大部分通过定影套筒的发热层外部返回到芯的对端从而在套筒的导电层中生成在套筒的圆周方向上流动的感应电流的方式设计的定影装置，存在以下问题。

通常，基于电磁感应方法进行操作的定影装置设有驱动包括线圈的谐振电路的高频转换器。那么，在定影装置利用通过把由线圈生成的磁通量链接到旋转部件的导电层并在导电层中产生涡流而发热的方法的情况中，定影装置调节高频转换器的驱动频率以调节发热量，以便保持套筒的温度恒定。

然而，已经发现，当高频转换器的驱动频率改变时，根据本示例性实施例的、产生在套筒的圆周方向上流动的感应电流的定影装置在母线方向的套筒的发热分布改变。图6为示出了当高频转换器的驱动频率在20kHz至50kHz的范围中变化以将旋转部件(套筒)在母线方向(纵向)的中心处的温度维持在200℃时套筒的温度分布的示图。该图表明随着驱动频率降低，套筒两端的发热量减少。因此，例如，在驱动频率应设置为20kHz以将中心部分的温度维持在200℃的情况中，套筒两端的发热量不足。结果，定影装置不能将图像完全定影到与套筒两端对应的记录材料上。

因此，根据本示例性实施例，如图4和5所示，除了驱动谐振电路191的高频转换器16(第一转换器)之外，还包括第二转换器15以控制要提供到第一转换器16的电力。谐振电路191包括：具有导电层1a的圆柱形旋转部件1、被设置在旋转部件1内部并具有与旋转部件1的母线方向基本平行地延伸的螺旋轴的线圈3、以及谐振电容器1113。线圈3的螺旋轴沿旋转部件1的母线方向延伸就足够了。图5中所示的谐振电路191具有定影单元A的等效电阻R和定影单元A的等效电感L。根据本示例性实施例的谐振电路191为电流谐振电路。另外，提供了频率设置单元120，该频率设置单元120根据记录材料P的尺寸和旋转部件1的无片材通过部处的温度中的至少一项来设置第一转换器16的驱动频率。另外，提供了电力控制单元119，该电力控制单元119根据旋转部件1的片材通过部处的温度来控制第二转换器15，以便对要从第二转换器15提供到第一转换器16的电力进行控制。第一转换器16和第二转换器15中的每一个均是狭义上的将直流转换为交流的换流器。

更具体地，频率设置单元120根据由温度检测元件10或11检测到的温度来设置第一转换器16的驱动频率，以防止旋转部件的在小尺寸片材不通过的无片材通过部的区域上的温度增大过度。电力控制单元119控制第二转换器15的输出电压，以将旋转部件1的片材通过部的温度(由温度检测元件9检测到的温度)维持在控制目标温度，即可定影温度。第一转换器16的驱动频率可以根据关于记录材料P的尺寸的信息来设置。

将详细描述图5中所示的驱动电路。商用电源(交流电源)50连接到图像形成装置100，并将交流电提供给图像形成装置100。商用电源50的波形是如波形1所示的波形，其中横轴和纵轴分别表示时间和电压。从商用电源50输入的电力经由交流(AC)滤波器1101输入到二极管电桥1102，并经受全波整流。在被充到电容器1103中后，经整流的电压呈现如波形2所示的电压波形，其中横轴和纵轴分别表示时间和电压。

电源单元71生成直流电压，并将预定电压输出到未示出的次级侧负载(马达、CPU等)。

将描述第一转换器16。如以下所述，第一转换器16与第二转换器15的输出端连接。开关元件1108和1109形成第一转换器16的半桥电路。根据本示例性实施例，电容器1110为电压谐振电容器，并连接到开关元件1109的漏极(D)和源极(S)之间(如果开关元件1109为绝缘栅双极晶体管(IGBT)，则在集电极和发射极之间)。开关元件驱动电路1118驱动开关元件1108和1109。谐振电路191是串联谐振(电流谐振)电路，其具有等效电感L、等效电阻R并包括电流谐振电容器1113。等效电阻R对应于旋转部件1的电阻和激励线圈3的电阻，从激励线圈3的角度看，旋转部件1的电阻和激励线圈3的电阻被表示为串联等效电阻。

图7为示出了开关元件1108的栅极(G)-源极(S)电压、开关元件1109的栅极(G)-源极(G)电压、开关元件1109的漏极(D)电压、线圈3的电流以及电容器1113的电压的示图。因为使用了电流谐振电路，所以开关元件1108和1109这两者关于时段1+时段2+时段3+时段4以大约50％的占空比交替地驱动。更具体地，其间开关元件1108接通的时段为时段1，并且时段1的比率为(时段1/(时段1+时段2+时段3+时段4))≈50％。其间开关元件1109接通的时段为时段3，并且时段3的比值为(时段3/(时段1+时段2+时段3+时段4))≈50％。开关元件1108和1109以50％的占空比驱动，因为输入到第一转换器16中的电压的一半应当被充到电流谐振电容器1113中。在开关元件1108和1109不以50％的占空比驱动的情况中，这导致在电流谐振电容器1113中可容许的电压幅度减小，从而可输出到线圈3的电力减少。另外，有必要提供空载时间作为其间开关元件1108和1109同时断开的时段(图7中所示的时段2和时段4)，以防止开关元件1108和1109同时导电。

电容器1110连接在开关元件1109的漏极(D)端子和源极(S)端子之间。当开关元件1108接通并且电流从电容器1107流动时，电容器1110的电压变为基本等于电容器1107的电压。之后，电流开始在定影单元A中的激励线圈3和电容器1113中流动(图7中所示时段1)。在线圈3和电容器1113中流动的电流具有正弦波形。在来自线圈3的电流使电容器1113充电的同时，开关元件1108断开。因为电流被一直推动以在激励线圈3中持续流动，所以电流在电容器1113和在开关元件1109中所包含的未示出的反向导电二极管中流动(图7中所示的时段2)。

开关元件1109的漏极(D)电压相比开关元件1109的源极(S)电压变低，变低的程度与反向导电二极管的正向电压对应。当开关元件1109的反向导电二极管在图7中所示的时段2期间传导电流时，频率设置单元120经由开关元件驱动电路1118接通开关元件1109。在激励线圈3中流动的电流随时间而减小。存储在电容器1113中的电压达到最大，之后电流开始反向流动(图7中所示的时段3)。

开关元件1109在反向流动的电流变为0A之前断开。然后，流动的电流开始使电容器1110充电，并且开关元件1109的漏极(D)电压增大(图7中所示的时段4)。当开关元件1109的漏极(D)电压变得高于电容器1107的电压时，电流开始在开关元件1108中所包含的未示出的反向导电二极管中流动。

电容器1110的电压为电容器1107的电压与开关元件1109中所包含的未示出的反向导电二极管的正向电压之和。当电流在开关元件1108的反向导电二极管中流动时(图7中所示的时段1)，频率设置单元120经由开关元件驱动电路1118接通开关元件1108。之后，频率设置单元120重复上述从时段1到时段4的开关控制。

以这种方式，开关元件1108和1109实现软切换操作，由此通过适当地设置电压谐振电容器1110的电容、开关元件1108或1109断开时的电流、以及空载时间的时段(时段2和时段4)，可以维持高效率。

电流谐振电路191的开关频率(驱动频率)由频率设置单元120控制。频率设置单元120基于由设置在旋转部件1的记录材料P不通过的区域(无片材通过部)上的温度检测元件10或11检测到的温度来控制谐振电路191的驱动频率。无片材通过部表示这样的区域：在该区域中，具有可用于该装置的最大尺寸的记录材料通过，但是具有小于最大尺寸的尺寸的记录材料不通过。例如，当由温度检测元件10或11检测到的温度达到预定的上限温度时，谐振电路191的驱动频率降低，使得旋转部件1的无片材通过部处的发热减少，以限制无片材通过部处的温度升高。以这种方式，建立适合于记录材料的尺寸的发热分布。图8为示出了当驱动频率设置为36kHz和50kHz时开关元件1108和1109的栅极(G)-源极(S)电压的波形的示图。对于这两个驱动频率，开关元件1108的接通占空比和开关元件1109的接通占空比均为大约50％。通过以此方式切换第一转换器16的驱动频率，可以建立适合于记录材料的尺寸的发热分布，如图6中所示的发热分布。根据本示例性实施例，以使得由温度检测元件10和11检测到的温度不超过上限温度的方式来控制驱动频率，由此在通过定影处理对单个记录材料进行处理时，可以改变驱动频率。另一方面，在未设有温度检测元件10和11并且根据关于记录材料的尺寸的信息来设置谐振电路191的驱动频率的情况中，可以通过针对记录材料的每个尺寸设置预定驱动频率来实现上述效果。这种配置将在第二示例性实施例中描述。

将描述第二转换器15的操作。第二转换器15被设为控制要提供给第一转换器16的电力，并且不管记录材料P的尺寸如何，根据旋转部件1的记录材料P通过的片材通过部的温度(由温度检测元件9检测到的温度)来控制要提供给第一转换器16的电力。更具体地，电力控制单元119根据由温度检测元件9检测到的温度来向驱动电路1117传输信号，以控制开关元件1104的接通占空比。结果，要提供给第一转换器16的电力(第二转换器15的输出电压)受到控制。

第二转换器15包括开关元件1104、二极管1105、线圈1106、电容器1107等，并且是电压步降转换器(voltagestep-downconverter)。电压被施加到开关元件1104的栅极(G)与源极(S)之间，并且当开关元件1104接通时，该电压被施加到线圈1106。电容器1103与电容器1107的电压之间的差电压(differencevoltage)被施加到线圈1106的两端。在线圈1106中流动的电流的斜率由线圈1106的电感和施加到线圈1106的电压确定。

通过线圈1106的电流使电容器1107充电。当电容器1107的电压增大时，即使开关元件1104接通，施加到线圈1106的电压也减小。以此方式，在线圈1106中流动的电流根据施加到线圈1106的电压而变化，但是如果电容器1107的电压缓慢地增大，则在线圈1106中流动的电流近似线性地增大。该时段为图9中所示的时段1。

断开开关元件1104带来这样的状态：电流经由二极管1105持续流到线圈1106。电容器1107由以磁场形式存储在线圈1106中的电力充电。如果电容器1107的电容量足够大，则线圈1106的电流以基本线性的特性线减小。如果当开关元件1104接通时电流在线圈1106中流动，则当开关元件1104接通时在该时刻的电流值是初始值。第二转换器15通过重复上述一系列操作而发挥作用。

脉宽调制(PWM)控制用作用于驱动开关元件1104的方法。当期望增大第二转换器15的输出电力以将旋转部件1的片材通过部处的温度维持在控制目标温度时，电力控制单元119增大PWM的接通时间比，即接通占空比(图9中所示的时段1/(时段1+时段2))。相反，当期望减小第二转换器15的输出电力时，电力控制单元119减小接通占空比。

在PWM控制中，在线圈1106中流动的电流永远不会降到零。图9为示出当执行PWM控制时线圈1106的电流和二极管1105的K端子的电压的示图。以此方式，开关元件1104用作硬切换，在该硬切换中接通操作和断开操作在电流流动时执行。图9中所示的电容器1107的电压对应于第二转换器15的输出电压。

图10为示出了当接通占空比被设为80％时和当接通占空比被设为50％时之间的对比的示图。如图10中所示，接通占空比的变化引起电容器1107的电压的变化，从而改变第二转换器15的输出电压。这导致提供给第一转换器16的电力的变化。

取决于开关元件接通和断开的定时，可能会产生噪声。在该情况中，可以使用临界模式，在该临界模式中，当开关元件1104断开时开关元件1104保持断开直到线圈1106中流动的电流达到0A。

因为开关元件1104的源极(S)端子是线圈1106和二极管1105之间的接触点，所以当开关元件1104断开时，此处的电压变为相当于电容器1103的负极侧端子的电压。当开关元件1104接通时，该电压变为相当于电容器1103的正极侧端子的电压。以此方式，开关元件1104的源极(S)电压经受大的变化，这使得有必要通过变压器耦合或使用未示出的自举电路来进行驱动，以维持向开关元件1104的栅极(G)与源极(S)之间持续提供电压。

开关元件1104与商用交流电源50在两者之间不绝缘的情况下相连接。以举例的方式，本示例性实施例被配置为通过驱动电路1117和1118来确保绝缘，以允许该配置被应用到对于符合安全标准的绝缘性有要求的设备。

以上述方式，电力控制单元119基于由温度检测元件9检测到的温度来控制上述PWM控制的接通占空比。使用比例-积分(PI)控制或比例-积分-导数(PID)控制等作为其控制方法。然后，电力控制单元119对驱动电路1117进行驱动，以控制开关元件1104的接通占空比，从而把由温度检测元件9检测到的温度维持在作为可定影温度的控制目标温度。开关元件1104的接通占空比的变化引起电容器1107的电压的变化，从而改变提供到第一转换器16的电力。

根据本示例性实施例，对第二转换器15的输出电压进行控制，而非对第一转换器16的驱动频率进行控制，以把片材通过部处的温度(由温度检测元件9检测到的温度)维持在控制目标温度。

图11为示出了当第二转换器15的开关元件1104的接通占空比被设为80％时旋转部件1的发热量与当该接通占空比被设为50％时旋转部件1的发热量之间的对比的示图。如上所述，频率设置单元120根据由温度检测元件10或11检测到的温度来设置第一转换器16的驱动频率，由此调节旋转部件1的在母线方向的发热分布，其中温度检测元件10或11对旋转部件1的无片材通过部处的温度进行检测。然后，电力控制单元119根据由温度检测元件9检测到的温度来控制第二转换器15的输出电压，由此执行用于将片材通过部处的温度保持为恒定的控制，其中温度检测元件9对片材通过部处的温度进行检测。如图11中所示，当将第二转换器15的接通占空比设置为80％和当将第二转换器15的接通占空比设置为50％时，电容器1113的电压不同。通过使用这种电压的差异来调节旋转部件1的发热量。

以上述方式，根据本示例性实施例，根据旋转部件1的无片材通过部处的温度来设置第一转换器16的驱动频率，并根据旋转部件1的片材通过部处的温度来控制第二转换器15的输出电压。这允许把片材通过部的温度维持在控制目标温度，同时旋转部件1的发热分布被保持调节为根据记录材料P的尺寸的发热分布。

如在第二示例性实施例中将详细描述的，第一转换器16的驱动频率可以根据记录材料P的尺寸来设置，而不是根据无片材通过部处的温度来设置。通过根据记录材料P的尺寸和旋转部件1的无片材通过部处的温度中的至少一个来设置第一转换器16的驱动频率，可以实现上述效果。

另外，通过在不设置第二转换器15的情况下在二极管电桥1102的输入侧设置诸如三端双向可控硅开关(triac)之类的开关元件，并对该元件执行相位控制或波数控制，可以调节要输入到第一转换器16中的电压的有效值。另外，通过在二极管电桥1102的输出侧设置诸如场效应晶体管(FET)和IGBT之类的开关元件，并对该元件执行相位控制或波数控制，可以调节要输入到第一转换器16中的电压的有效值。

根据本示例性实施例，按照下列表达式所表示的关系，根据第二转换器15的开关元件1104的接通占空比从第二转换器15输出电压；

输出电压＝输入电压×接通占空比(1)。

另外，在根据本示例性实施例的装置中，在输入到第一转换器16中的电力的输入电力占空比和第二转换器15的开关元件1104的接通占空比之间建立如图13中所示的关系。

如上所述，第一转换器16的驱动频率根据记录材料P的尺寸和旋转部件1的无片材通过部处的温度中的至少一项而变化，但是第一转换器16的驱动频率的变化引起提供到定影单元A的输入电力的变化。例如，当在多个记录材料P上连续打印图像时，无片材通过部处的温度升高，这可能导致在一些情况中有必要在连续打印的中间改变第一转换器16的驱动频率。然而，在连续打印的中间改变驱动频率导致提供给定影单元A的输入电力改变，从而定影单元A的温度不稳定，并因此影响图像的可定影性。

图14A为示出了第一转换器16的驱动频率与提供给定影单元A的输入电力之间的关系的示图。该图指示了当对第一转换器16输入恒定电压时(将输入电力占空比设置为100％)的关系，横轴和纵轴分别表示第一转换器16的驱动频率和提供给定影单元A的输入电力。图14A中所示的特性线可以从以下表达式导出

$P=\frac{V^2*R}{\sqrt{R^2+{(2\mathrm{\π}f*L-\frac{1}{2\mathrm{\π}f*C})}^2}}---\left(2\right),$

其中P表示提供给定影单元A的输入电力，V表示提供给第一转换器16的输入电力，R表示定影单元A的等效电阻的电阻值(参考图5)，f表示第一转换器16的驱动频率，L表示定影单元A的等效电感值，以及C表示谐振电容器1113的电容量。

如图14A中所示，其表明，即使输入到第一转换器16的电力保持相同，第一转换器16的驱动频率的变化也引起提供给定影单元A的输入电力的变化。如图14B中所示，当将第一转换器16的驱动频率设置为50kHz并将第二转换器15的输入电力占空比设置为80％时，900W×80％＝720W的电力被输入到定影单元A中。如果从该状态将第一转换器16的驱动频率切换为32kHz而不改变输入电力占空比，则提供到定影单元A的输入电力增加到1250W×80％＝1000W。因此，当通过改变第一转换器16的驱动频率调节发热分布时，应采取防止或减小输入到定影单元A中的电力的变化的措施，以防止或减少定影单元A的温度的变化(旋转部件1的温度的变化)。

因此，根据本示例性实施例的电力控制单元119根据旋转部件1的片材通过部处的温度和第一转换器16的驱动频率来控制第二转换器15，以控制要从第二转换器15提供到第一转换器16的电力。更具体地，当切换第一转换器16的驱动频率时，基于由表达式(2)表示的特性来校正要输入到定影单元A的电力(校正输入电力占空比)。如图13中所示，根据本示例性实施例，通过改变第二转换器15的接通占空比，来改变输入电力(输入电力占空比)。在下面的描述中，将描述用于校正要输入到定影单元A的电力的方法。

假设Ppre表示当以驱动频率改变之前的驱动频率驱动第一转换器16时的输入电力。另一方面，假设Paf表示当以驱动频率改变之后的驱动频率驱动第一转换器16时的输入电力。Ppre和Paf各自指示图14A所示的对应驱动频率的输入电力。假设Dpre表示第一转换器16的驱动频率变化之前的输入电力占空比，Daf表示所述驱动频率变化之后的输入电力占空比，输入电力占空比以这样的方式进行设置：使得输入电力与在第一转换器16的驱动频率变化之前的输入电力匹配。驱动频率变化之后的输入电力占空比Daf可以由下面的表达式表示：

Daf＝Ppre/Paf*Dpre(3)。

引擎控制单元121识别Dpre，并且可以根据表达式(2)计算Ppre和Paf。图14C示出了当驱动频率变化时输入电力也被校正的示例。在图14C所示的示例中，Dpre为80％，并且通过计算当驱动频率为50kHz时的Ppre和当驱动频率为32kHz时的Paf并将其代入到表达式(3)中，可以获得Daf为58％。因此，即使第一转换器16的驱动频率从50kHz切换为32kHz，提供给定影单元A的输入电力也可以维持在720W。

根据本示例性实施例，根据如表达式(2)的表达式计算Ppre和Paf，但是可以在引擎控制单元121中预先准备如图14A所示的指示针对每个驱动频率的输入电力的输入电力表，并且可以使用该表来获得Daf。

图15为示出了根据本示例性实施例的采用对输入电力占空比的校正的电力输入序列的流程图。在步骤S101，将驱动频率暂时设为f1＝50kHz(下文中，将把f1描述为在驱动频率切换和改变之后的驱动频率)作为初始设置1。在步骤S102，以f0(下文中，将把f0描述为在驱动频率切换和改变之前的驱动频率)替换暂时设置的驱动频率f1＝50kHz作为初始设置2。在步骤S103，根据由温度检测元件9检测到的温度和目标温度来确定当以驱动频率f0驱动第一转换器16时的从第二转换器15输入的电力的输入电力占空比Dpre，这允许通过PID控制等将定影单元A的温度维持在目标温度。结果，当第一转换器16的驱动频率为驱动频率f0时，可以明确把定影单元A的温度维持在目标温度所需的电力。

在步骤S104，根据记录材料P的尺寸或由温度检测元件10检测到的温度来确定变化之后的驱动频率f1。随后，在步骤S105，通过比较驱动频率f0和f1来确定是否应该改变第一转换器16的驱动频率。如果f0≠f1，则应该改变驱动频率(步骤S105中为否)，处理前进到步骤S106。在步骤S106，根据表达式(2)计算Ppre和Paf。在步骤S107，计算变化之后的输入电力占空比Daf。在步骤S106和S107，以使得输入电力与当输入电力占空比被设为在步骤S103中计算的输入电力占空比Dpre时的输入电力相匹配的方式，来计算当驱动频率切换为驱动频率f1时的输入电力占空比Daf。

另一方面，如果步骤S105中的比较结果为f0＝f1，则确定不改变驱动频率。然后，在步骤S108，以Dpre替换Daf。在步骤S109，在将第二转换器15的输入电力占空比设为Daf并将第一转换器16的驱动频率设置为f1的情况下，开始输入电力。电力控制单元119根据输入电力占空比Daf驱动第二转换器15的开关元件1104，以调节要输入到第一转换器16中的有效电压。在根据本示例性实施例的电力输入序列中，针对商用电源50的交流波形(频率为50Hz或60Hz)的一个周期(控制周期或更新周期)的每个时段，根据由温度检测元件9检测到的温度来更新输入电力。另外，通过使用计数器t对商用电源50的交流波形的半波(＝1/2周期)的数量进行计数来确定是否已到更新输入电力的定时。在步骤S110，重置计数器t。在步骤S111中计数器t未达到控制周期(用于更新占空比Daf的周期)T的情况(在步骤S111中为否)下，在步骤S112，计数器t递增。在步骤S111中计数器t达到或超过控制周期T的情况(在步骤S111中为是)下，并且如果在步骤S113中继续输入电力(在步骤S113中为否)，则针对下一个控制周期T计算Daf和f1，并继续输入电力。在步骤S113中停止输入电力的情况(在步骤S113中为是)下，该序列结束。电力的控制周期T不一定是商用电源50的交流波形的一个周期，而可以是两个或更多个周期。

以这种方式，在第一转换器16的驱动频率切换的定时处，从第二转换器15输入的电力的输入电力占空比从Dpre变化到Daf。该控制允许图像形成装置100防止或减少否则将出现在定影单元A上的温度脉动(temperatureripple)，同时还在通过定影处理对小尺寸记录材料P进行处理时防止或减少无片材通过部处的温度升高。

根据第一示例性实施例，以这样的方式计算输入电力占空比Daf：使得驱动频率变化之后的输入电力变为基本上等于驱动频率变化之前的输入电力。

将描述作为第一示例性实施例的示例性变型的配置：该配置对输入电力占空比Daf进行设置，以便不管驱动频率如何而维持输入电力恒定。通过该设置，即使第一转换器16的驱动频率改变，本示例性变型也允许输入电力不改变或改变较少。假设与用作基准(目标)的输入电力对应的驱动频率是基准驱动频率fk，本示例性变型根据与基准驱动频率fk对应的输入电力和与实际驱动第一转换器16的驱动频率f1对应的输入电力来计算与驱动频率f1对应的输入电力占空比Daf。

假设Pk表示与基准驱动频率fk对应的电力，并且P表示与驱动频率f1对应的电力。另外，假设Dk表示与基准驱动频率fk对应的输入电力占空比，Daf表示与以使得电力匹配电力Pk的方式所计算的与驱动频率f1对应的输入电力占空比。输入电力占空比Daf可以由下面的表达式表示：

Daf＝Pk/P*Dk(4)。

电力Pk和电力P可以根据表达式(2)来计算。

图16为示出了根据本示例性变型的采用对输入电力占空比的校正的电力输入序列的流程图。这里将省略与参考图14A至14C描述的要点相似的要点的描述。在电力输入序列开始之后，在步骤S201，设置基准驱动频率fk(在本示例性变型中为图14A中所示的40kHz)，其仅为该序列中的初始设置。在步骤S202，根据由温度检测元件9检测到的温度和目标温度来确定当以基准频率fk驱动第一转换器16时的从第二转换器15输入的电力的输入电力占空比Dk。随后，以与图15中所示的流程图中描述的方式类似的方式计算驱动频率f1和Pk及P。在步骤S205，通过使用表达式(4)来确定输入电力占空比Daf。之后的序列与参考图14A至14C所述的序列类似。

本示例性变型不管驱动频率f1如何，都将目标电力设置为与基准驱动频率fk对应的预定电力，由此允许：即使驱动频率改变，提供到定影单元A的输入电力也不改变或改变较少，并且防止出现定影单元A的温度脉动。

根据第一示例性实施例及其示例性变型，在切换第一转换器16的驱动频率的同时切换第二转换器15的输入电力占空比。然而，可以在驱动频率改变的预定时间之前或之后的定时处切换该占空比。这里的预定时间可以是几毫秒或几十毫秒。

根据上面所述的第一示例性实施例及其示例性变型，膜状部件被用作旋转部件(定影套筒)1。然而，本发明还可以应用于使用具有较小柔度且其内设置有芯和线圈的刚性旋转部件作为旋转部件的定影装置。

第二示例性实施例被配置为根据记录材料P的尺寸来设置第一转换器16的驱动频率，而第一示例性实施例被配置为根据无片材通过部处的温度来设置第一转换器16的驱动频率。

如上所述，随着第一转换器16的驱动频率降低，在旋转部件1的纵向端部处的发热量变得比在旋转部件1的中心部分处的发热量低。本示例性实施例利用该特性，并随着记录材料P的宽度(在垂直于传送方向的方向上的宽度)减小而将第一转换器16的驱动频率设置为较低频率。下表指示了针对记录材料P的每个尺寸的驱动频率。

根据本示例性实施例，频率设置单元120根据关于用户经由主机42指定的记录材料P的尺寸的信息来设置驱动频率。

在通过定影处理对与一个尺寸对应的记录材料P进行处理时所使用的驱动频率可以在第一驱动频率和低于第一驱动频率的第二驱动频率之间交替切换。图12示出了在以下情况中旋转部件1的在旋转轴方向上的温度分布：其间以20kHz的驱动频率驱动第一转换器16的驱动时段和其间以50kHz的驱动频率驱动第一转换器16的驱动时段之间的每单元时间的比率发生变化。例如，假设当记录材料P具有A5尺寸时，20kHz与50kHz的驱动时段之间的比率为10:0。假设当记录材料P具有B5尺寸时，20kHz与50kHz的驱动时段之间的比率为5:5。假设当记录材料P具有A4尺寸时，20kHz与50kHz的驱动时段之间的比率为1:9。假设当记录材料P具有信纸尺寸时，20kHz与50kHz的驱动时段之间的比率为0:10。

根据上面所述的第一和第二示例性实施例，膜状部件被用作旋转部件(定影套筒)1。然而，本发明还可以应用于使用具有较小柔度且其内设置有芯和线圈的刚性旋转部件作为旋转部件的定影装置。

尽管已参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有这样的变型和等同的结构及功能。

Claims (12)

1.一种定影装置，被配置为将图像定影到记录材料上，其特征在于，该定影装置包括：

旋转部件，具有圆柱形，并被配置为包括导电层；

线圈，具有螺旋形，并被配置为设置在旋转部件内部，该线圈具有在沿着旋转部件的母线方向的方向上延伸的螺旋轴；

谐振电路，包括谐振电容器，并被配置为与旋转部件和线圈一起形成；

第一转换器，被配置为驱动谐振电路；

第二转换器，被配置为用于控制要提供给第一转换器的电力；

频率设置单元，被配置为根据记录材料的尺寸和旋转部件的无片材通过部处的温度中的至少一项来设置第一转换器的驱动频率；以及

电力控制单元，被配置为根据旋转部件的片材通过部处的温度来控制第二转换器，以控制要从第二转换器提供到第一转换器的电力，

其中通过电磁感应使导电层发热，并利用旋转部件的热量把形成在记录材料上的图像定影到该记录材料上。

2.根据权利要求1所述的定影装置，其中电力控制单元控制第二转换器，以将旋转部件的片材通过部处的温度维持在目标温度。

3.根据权利要求1所述的定影装置，其中谐振电路为电流谐振电路。

4.根据权利要求1所述的定影装置，其中第二转换器为电压步降转换器。

5.根据权利要求1所述的定影装置，还包括设置在线圈的螺旋形部分内部并被配置为引导磁通量的芯，

其中在导电层中生成在旋转部件的圆周方向上流动的感应电流。

6.根据权利要求5所述的定影装置，其中所述芯为具有端部的形状。

7.一种定影装置，被配置为将图像定影到记录材料上，其特征在于，该定影装置包括：

旋转部件，具有圆柱形，并被配置为包括导电层；

线圈，具有螺旋形，并被配置为设置在旋转部件内部，该线圈具有在沿着旋转部件的母线方向的方向上延伸的螺旋轴；

谐振电路，包括谐振电容器，并被配置为与旋转部件和线圈一起形成；

第一转换器，被配置为驱动谐振电路；

第二转换器，被配置为用于控制要提供给第一转换器的电力；

频率设置单元，被配置为根据记录材料的尺寸和旋转部件的无片材通过部处的温度中的至少一项来设置第一转换器的驱动频率；以及

电力控制单元，被配置为根据旋转部件的片材通过部处的温度和所述驱动频率来控制第二转换器，以控制要从第二转换器提供到第一转换器的电力，

其中通过电磁感应使导电层发热，并利用旋转部件的热量把形成在记录材料上的图像定影到该记录材料上。

8.根据权利要求7所述的定影装置，其中电力控制单元控制第二转换器，以将旋转部件的片材通过部处的温度维持在目标温度。

9.根据权利要求7所述的定影装置，其中谐振电路为电流谐振电路。

10.根据权利要求7所述的定影装置，其中第二转换器为电压步降转换器。

11.根据权利要求7所述的定影装置，还包括设置在线圈的螺旋形部分内部并被配置为引导磁通量的芯，

其中在导电层中生成在旋转部件的圆周方向上流动的感应电流。

12.根据权利要求11所述的定影装置，其中所述芯为具有端部的形状。