JP2000223252A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギー変換効率の改善、実現性、生産性
の向上、ノイズの低減を図る。 【解決手段】 励磁コイル１８を備えた磁場発生手段
と、移動自在であり、磁場発生手段から発生される磁界
が存在する領域を通過した時に電磁誘導発熱する定着フ
ィルム１０と、定着フィルム１０に圧接して相互間に被
加熱部材Ｐを挟む加圧ローラ３０と、定着フィルム１０
に高周波電流を供給する高周波電源回路（図１）とから
構成される。高周波電源回路には、電源に接続された第
１のスイッチング素子（図１２の２０１）と、第１のス
イッチング素子に直列に接続された第２のスイッチング
素子（図１２の２０２）と、励磁コイル１８（図１２の
２０３）と、励磁コイルに直列に接続された共振コンデ
ンサ（図１２の２０４，２０５）とから成り、励磁コイ
ルが第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子
との接続点に接続された共振回路とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱装置に関し、
特に、複写機、プリンタ等の画像形成装置に設けられ、
ベルト（フィルム）状の電磁誘導発熱性部材の発熱で紙
等の被加熱材を加熱する加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】便宜上、複写機、プリンタ等の画像形成
装置に具備される、トナー画像を被記録材に加熱定着さ
せる像加熱装置（定着装置）を例にして説明する。

【０００３】従来、画像形成装置においては、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い
ずれかの画像形成プロセスによって、被記録材（転写材
シート、エレクトロファックスシート静電記録紙、ＯＨ
Ｐシート、印刷用紙、フォーマット紙など）に対して、
転写方式あるいは直接方式にて画像情報を形成担持させ
る。そして、その画像情報の未定着画像（トナー画像）
を被記録材面に永久固着画像として加熱定着させる。こ
の定着装置としては熱ローラ方式の装置が広く用いられ
ている。また、最近はクイックスタートや省エネルギー
の観点から、フィルム加熱方式（ベルト加熱方式）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。以下に、これらを説明する。

【０００４】ａ）熱ローラ方式の定着装置 これは、定着ローラ（加熱ローラ）と加圧ローラとから
成る圧接ローラ対を基本構成とし、該ローラ対を回転さ
せ、該ローラ対による相互圧接部分である定着ニップ部
に、未定着トナー画像が形成担持された被記録材を導入
して扶持搬送させて、定着ローラの熱と、定着ニップ部
の加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着
させるものである。

【０００５】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が挿入配設されており、ハロゲンラ
ンプによる発熱で加熱される。定着ローラは、その外周
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。

【０００６】特に、フルカラーの画像形成を行う画像形
成装置では、最大４層のトナー画像層を十分に加熱溶融
して混色することが求められるが、そうした加熱能力を
要求される画像形成装置の定着装置では、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
弾性層を備え、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設けて
加圧ローラも加熱・温調する構成にしたものもある。

【０００７】しかし、熱ローラ方式の定着装置は、画像
形成装置の電源のオンと同時に、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
量が大きいので、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。また画像形成装置のスタンバイ状態時（非
画像出力時）に、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定
着可能温度に温調維持しておく必要があり、電力消費量
が大きい等の問題があった。

【０００８】また、上述したフルカラーの画像形成装置
における定着装置のように、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、光沢ムラ、オ
フセット等の問題が発生していた。

【０００９】ｂ）フィルム加熱方式（ベルト加熱方式）
の定着装置 フィルム加熱方式の定着装置は、例えば特開昭６３−３
１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特
開平４−４４０７５号公報、特開平４−２０４９８０号
公報等に提案されている。

【００１０】即ち、加熱体としての一般のセラミックヒ
ータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フ
イルム（定着フィルム）を挟んでニップ部を形成し、該
ニップ部のフイルムと加圧ローラとの間に、未定着トナ
ー画像が形成担持された被記録材を導入して、フィルム
と一緒に扶持搬送する。これにより、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被記録材に与
え、またニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を被記
録材面に熱圧定着させるものである。

【００１１】このフィルム加熱方式の定着装置では、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
る。すなわち、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発熱させ、所定
の定着温度状態にすればよく、従って、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（省電力性）等の利点がある。

【００１２】つまり、フィルム加熱方式の定着装置は、
熱ローラ方式の定着装置が持つ問題点を略解決している
が、大きな熱量が要求されるフルカラー画像形成装置や
画像形成装置の高速機種用の定着装置としては熱量的に
難点がある。

【００１３】ｃ）電磁誘導加熱方式の定着装置 実開昭５１−１０９７３９号公報には、磁束により定着
ローラに電流を誘導してジュール熱によって発熱させる
誘導加熱定着装置が開示されている。これは、誘導電流
の発生を利用することで直接定着ローラを発熱させるこ
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。

【００１４】しかしながら、磁場発生手段として用いれ
られる励磁コイルにより発生した交番磁束のエネルギー
が定着ローラ全体の昇温に使われるため、放熱損失が大
きく、エネルギー効率が悪いという欠点があった。

【００１５】そこで、定着に作用するエネルギーを高密
度で得るために、発熱体である定着ローラに励磁コイル
を接近させたり、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニッ
プ部近傍に集中させたりして、エネルギー変換効率を高
めた定着装置が考案されている。

【００１６】図２２は、電磁誘導加熱方式の定着装置に
おける従来の構成例の概略を示す断面図である。この装
置では加圧ローラ駆動方式が採用されており、励磁コイ
ルの交番磁束分布を定着ニップに集中させてエネルギー
変換効率を向上させるようにしている。

【００１７】１０は、電磁誘導発熱層（導電体層、磁性
体層、抵抗体層）を有する円筒状の定着フィルム（定着
ベルト）であり、回転可能な構成となっている。

【００１８】１６は、横断面が略半円弧状樋型のフィル
ムガイド部材であり、円筒状定着フィルム１０はこのフ
ィルムガイド部材１６の外側にルーズに外嵌されてい
る。

【００１９】１５は、フィルムガイド部材１６の内側に
配設された磁場発生手段であり、励磁コイル１８とＥ型
の磁性コア（芯材）１７とからなる。

【００２０】３０は弾性加圧ローラであり、定着フィル
ム１０を間に挟んでフィルムガイド部材１６の下面に所
定の圧接力をもって相互圧接される。この圧接部分に、
所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。上記磁場発生手
段１５の磁性コア１７は定着ニップ部Ｎに対応した位置
に配設されている。

【００２１】加圧ローラ３０は駆動手段Ｍにより、矢印
Ａ１で示す反時計方向に回転駆動される。この加圧ロー
ラ３０の回転駆動により、定着フィルム１０が摩擦力に
より、矢印Ａ２で示す時計方向に移動回転する。この移
動回転では、定着ニップ部Ｎにおいて定着フィルム１０
の内面がフィルムガイド部材１６の下面に密着しながら
摺動し、加圧ローラ３０の回転周速度にほぼ対応した周
速度でフィルムガイド部材１６の外回りを回転する。

【００２２】フィルムガイド部材１６は、定着ニップ部
Ｎへの加圧、励磁コイル１８と磁性コア１７の支持、定
着フィルム１０の支持、該定着フィルム１０に対する回
転時の安定搬送等の役目を果たす。このフィルムガイド
部材１６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。

【００２３】励磁コイル１８は、不図示の励磁回路から
供給される交番電流によって交番磁束を発生する。交番
磁束は、定着ニップ部Ｎに対応した位置に配置されたＥ
型の磁性コア１７により定着ニップ部Ｎに集中的に分布
し、その交番磁束は、定着ニップ部Ｎにおいて定着フィ
ルム１０の電磁誘導発熱層に渦電流を発生させる。この
渦電流は電磁誘導発熱層の固有抵抗によって電磁誘導発
熱層にジュール熱を発生させる。

【００２４】この定着フィルム１０の電磁誘導発熱は、
交番磁束を集中的に分布させた定着ニップ部Ｎにおいて
集中的に生じて定着ニップ部Ｎが高効率に加熱される。

【００２５】定着ニップ部Ｎの温度は、不図示の温度検
知手段を含む温調系により励磁コイル１８に対する電流
供給が制御されることで、所定の温度に維持される。

【００２６】而して、加圧ローラ３０が回転駆動され、
それに伴って円筒状の定着フィルム１０がフィルムガイ
ド部材１６の外回りを回転する。一方、励磁回路から励
磁コイル１８への給電により、上記のように定着フィル
ム１０の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Ｎが所定
の温度に立ち上がって保持される。こうした状態におい
て、被記録材Ｐが、定着ニップ部Ｎの定着フィルム１０
と加圧ローラ３０との間に導入される。被記録材Ｐに
は、不図示の画像形成手段部から搬送された未定着トナ
ー画像ｔが形成されており、画像面が上向き、即ち定着
フィルム１０面に対向するようになっている。そして、
定着ニップ部Ｎにおいて画像面が定着フィルム１０の外
面に密着して定着フィルム１０と一緒に定着ニップ部Ｎ
を扶持搬送されていく。この定着ニップ部Ｎを定着フィ
ルム１０と一緒に被記録材Ｐが扶持搬送されていく過程
において、被記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが、定着
フィルム１０の電磁誘導発熱で加熱されて定着される。
被記録材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過し終えると、定着フ
ィルム１０の外面から分離して排出搬送されていく。

【００２７】以上のように、考案された電磁誘導加熱方
式の定着装置では、エネルギー変換効率がかなり改善さ
れている。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
たエネルギー変換効率が改善された電磁誘導加熱方式の
定着装置においても、まだエネルギー変換効率の改善が
十分とは言えず、円筒状の被加熱部材（定着フィルム）
を効率よく発熱させることが求められている。

【００２９】また、部品の組合わせによるばらつきに柔
軟に対応できる回路が求められ、実現性、生産性を高め
ることが要請されている。

【００３０】さらには、スイッチング損失、スイッチン
グノイズが問題であり、これらを低く抑えることも求め
られる。

【００３１】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、エネルギー変換効率の改善を図った加
熱装置を提供することを第１の目的とする。

【００３２】また、実現性、生産性を高めた加熱装置を
提供することを第２の目的とする。

【００３３】さらに、ノイズの低減を図った加熱装置を
提供することを第３の目的とする。

【００３４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明によれば、電磁誘導発熱性部材
の発熱で被加熱材を加熱する加熱装置において、磁場発
生コイルを備えた磁場発生手段と、前記磁場発生手段か
ら発生される磁界が存在する領域を通過した時に電磁誘
導発熱する電磁誘導発熱性部材と、前記電磁誘導発熱性
部材に圧接して相互間に被加熱部材を挟む加圧部材と、
前記磁場発生手段に高周波電流を供給する高周波電源回
路と、前記高周波電源回路に含まれ、電源に接続された
第１のスイッチング素子と、前記高周波電源回路に含ま
れ、前記第１のスイッチング素子に直列に接続された第
２のスイッチング素子と、前記高周波電源回路に含ま
れ、前記磁場発生コイルと、当該磁場発生コイルに直列
に接続された共振コンデンサとから成り、前記磁場発生
コイルが前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイ
ッチング素子との接続点に接続された共振回路とを有し
たことを特徴とする。

【００３５】また、請求項２記載の発明によれば、前記
加熱装置が、前記高周波電源回路に含まれ、前記共振回
路に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記第１の
スイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子を交
互にスイッチングさせるとともに、スイッチング周期毎
に前記電流検出手段で検出された電流の波形の極性判定
を行い、当該判定結果に従い、前記スイッチング周期を
変更する制御手段とを更に有することを特徴とする。

【００３６】さらに、請求項３記載の発明によれば、前
記加熱装置が、前記高周波電源回路に含まれ、前記共振
回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記第１
のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子を
交互にスイッチングさせるスイッチング制御手段と、前
記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチン
グ素子をスイッチングさせるスイッチング信号のオフタ
イミングにおいて前記電流検出手段で検出されるべき電
流波形の極性を規定する規定手段と、スイッチング周期
毎に前記電流検出手段で検出された電流の波形の極性
を、前記規定手段で規定された極性と比較し、合致した
場合、当該合致時点から前記電流が極性反転する時点ま
での時間幅を計測する計測手段と、前記計測手段により
計測された時間幅を所定値と比較し、当該比較結果に基
づき、前記スイッチング制御手段により行われる交互ス
イッチングの周期を変更する変更手段とを更に有するこ
とを特徴とする。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。

【００３８】（第１の実施の形態）まず、画像形成装置
を説明する。

【００３９】（１）画像形成装置 図１１は、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置
の概略構成を示す図である。当該画像形成装置は電子写
真カラープリンタである。

【００４０】１０１は、有機感光体やアモルファスシリ
コン感光体を備えた感光体ドラム（像担持体）であり、
矢示の反時計方向に所定のプロセススピード（周速度）
で回転駆動される。

【００４１】感光体ドラム１０１は、その回転過程で帯
電ローラ等の帯電装置１０２により所定の極性・電位の
一様な帯電処理を受ける。

【００４２】次いでその帯電処理面に、レーザ光学箱
（レーザスキャナー）１１０から出力されるレーザ光１
０３による、目的の画像情報の走査露光処理を受ける。
レーザ光学箱１１０は、不図示の画像読み取り装置等の
画像信号発生装置から送られた目的画像情報の時系列電
気デジタル画素信号に対応して変調（オン／オフ）を行
って得られたレーザ光１０３を出力する。これによっ
て、回転感光体ドラム１０１面に走査露光が行われ、目
的画像情報に対応した静電潜像が形成される。１０９
は、レーザ光学箱１１０からの出力レーザ光１０３を感
光体ドラム１０１の露光位置に偏向させるミラーであ
る。

【００４３】フルカラー画像形成の場合は、目的のフル
カラー画像について、第１の色分解成分画像、例えばイ
エロー成分画像についての走査露光・潜像形成がなさ
れ、その潜像が、４色カラー現像装置１０４のうちイエ
ロー現像器１０４Ｙの作動によりイエロートナー画像と
して現像される。そのイエロートナー画像は、感光体ド
ラム１０１と中間転写体ドラム１０５との接触部（或い
は近接部）である１次転写部Ｔ１において中間転写体ド
ラム１０５の外面に転写される。中間転写体ドラム１０
５面に対するトナー画像転写後、回転感光体ドラム１０
１面は、クリーナ１０７により転写残りトナー等の付着
残留物の除去を受けて清掃される。

【００４４】上記のような帯電・走査露光・現像・一次
転写・清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画
像における第２の色分解成分画像（例えばマゼンタ成分
画像、マゼンタ現像器１０４Ｍが作動）、第３の色分解
成分画像（例えばシアン成分画像、シアン現像器１０４
Ｃが作動）、第４の色分解成分画像（例えば黒成分画
像、黒現像器１０４ＢＫが作動）の各色分解成分画像に
対して順次実行される。これにより、中間転写体ドラム
１０５面に、イエロートナー画像・マゼンタトナー画像
・シアントナー画像・黒トナー画像の都合４色のトナー
画像が順次重ねて転写され、目的のフルカラー画像に対
応したカラートナー画像が合成形成される。

【００４５】中間転写体ドラム１０５は、金属ドラム上
に電気抵抗が中程度の弾性層と高程度の表層を有するも
ので、感光体ドラム１０１に接触して或いは近接して感
光体ドラム１０１と略同じ周速度で矢示の時計方向に回
転駆動される。中間転写体ドラム１０５の金属ドラムに
はバイアス電位が与えられ、感光体ドラム１０１との電
位差により、感光体ドラム１０１側のトナー画像が前記
中間転写体ドラム１０５面側に転写される。

【００４６】上記の中間転写体ドラム１０５面に合成形
成されたカラートナー画像は、中間転写体ドラム１０５
と転写ローラ１０６との接触ニップ部である二次転写部
Ｔ２において、被記録材Ｐの面に転写されていく。被記
録材Ｐは、不図示の給紙部から二次転写部Ｔ２に所定の
タイミングで送り込まれる。転写ローラ１０６は、被記
録材Ｐの背面にトナーと逆極性の電荷を供給し、これに
よって中間転写体ドラム１０５面側から被記録材Ｐ側へ
合成カラートナー画像を順次に一括転写する。

【００４７】被記録材Ｐは、二次転写部Ｔ２を通過し、
中間転写体ドラム１０５の面から分離されて定着装置
（像加熱装置）１００へ導入され、未定着トナー画像の
加熱定着処理を受けてカラー画像形成物として機外の不
図示の排紙トレーに排出される。定着装置１００につい
ては詳しく後述する。

【００４８】被記録材Ｐに対するカラートナー画像転写
後、中間転写体ドラム１０５はクリーナ１０８により転
写残りトナー、紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃
される。このクリーナ１０８は、常時は中間転写体ドラ
ム１０５に非接触状態に保持されており、中間転写体ド
ラム１０５から被記録材Ｐに対するカラートナー画像の
二次転写実行過程において、中間転写体ドラム１０５に
接触状態に保持される。

【００４９】また転写ローラ１０６も、常時は中間転写
体ドラム１０５に非接触状態に保持されており、中間転
写体ドラム１０５から被記録材Ｐに対するカラートナー
画像の二次転写実行過程において、中間転写体ドラム１
０５に被記録材Ｐを介して接触状態に保持される。

【００５０】本実施形態における電子写真カラープリン
タは、白黒画像などのモノカラー画像のプリントモード
も実行できる。また両面画像プリントモード、或いは多
重画像プリントモードも実行できる。

【００５１】両面画像プリントモードの場合は、定着装
置１００を出た片面画像プリント済みの被記録材Ｐは、
不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されて再び二
次転写部Ｔ２へ送り込まれる。そして、残りの片面に対
するトナー画像転写を受け、再度、定着装置１００に導
入されてトナー画像の定着処理を受け、両面画像プリン
トが出力される。

【００５２】多重画像プリントモードの場合は、定着装
置１００を出た１回目画像プリント済みの被記録材Ｐ
は、不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転はされず
に再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれる。そして１回目画
像プリント済みの面に２回目のトナー画像転写を受け、
再度、像加熱装置１００に導入されて２回目のトナー画
像の定着処理を受ける。これが繰り返得され、多重画像
プリントが出力される。

【００５３】つぎに、定着装置（像加熱装置）１００を
説明する。

【００５４】（２）定着装置（加熱手段） 図２は定着装置１００の要部の横断側面模型図、図３は
定着装置１００の要部の正面模型図、図４は定着装置１
００の要部の縦断正面模型図である。第１の実施形態に
おける定着装置１００は、図２２に示した従来の定着装
置と同様に、円筒状の電磁誘導発熱性ベルトを用いた、
加圧ローラ駆動方式且つ電磁誘導加熱方式の定着装置で
ある。従って、図２〜図４では、図２２に示した従来の
定着装置と同一の構成部分には同一の参照符号を付して
その説明を省略する。

【００５５】第１の実施形態では、磁場発生手段が磁性
コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃ及び励磁コイル１８からな
る。磁性コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃは高透磁率の部材
で構成され、例えば、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用いられ、特に、
印加される電場の周波数が１００ｋＨｚ以上でも損失の
少ないフェライトを用いることが好ましい。

【００５６】励磁コイル１８には、図５に示すように給
電部１８ａ，１８ｂを介して励磁回路２７を接続してあ
る。この励磁回路２７は、２０ｋＨｚから５００ｋＨｚ
の高周波電流をスイッチング電源で発生できるようにな
っている。

【００５７】励磁コイル１８は励磁回路２７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。

【００５８】１６ａ，１６ｂは横断面において略半円弧
状樋型のベルトガイド部材であり、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定着フィルム（定着ベルト）１０を
ルーズに外嵌させてある。

【００５９】前記ベルトガイド部材１６ａは、磁性コア
１７ａ，１７ｂ，１７ｃと励磁コイル１８を内側に保持
している。

【００６０】また、図４における紙面垂直方向及び左右
長手方向に延びる良熱伝導部材４０が、ベルトガイド部
材１６ａに対して、ニップ部Ｎの加圧ローラ３０と対向
し、定着フィルム１０の内側になる位置において配設さ
れている。

【００６１】本実施の形態においては、良熱伝導性部材
４０に、熱伝導率ｋがｋ＝２４０［Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1］で
あるアルミニウムを用い、厚さは１［ｍｍ］である。

【００６２】また、良熱伝導部材４０を、励磁コイル１
８と磁性コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃとから発生する磁
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。

【００６３】具体的には、良熱伝導部材４０を、磁性コ
ア１７ｃによって隔てられた位置に配設し、励磁コイル
１８による磁路の外側に位置させ、これによって良熱伝
導体４０に影響を与えないようにしている。

【００６４】２２は、ベルトガイド部材１６ｂの内面平
面部に当接して配設された横長の加圧用剛性ステイであ
る。

【００６５】１９は、磁性コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃ
及び励磁コイル１８と加圧用剛性ステイ２２との間を絶
縁するための絶縁部材である。

【００６６】フランジ部材２３ａ，２３ｂはベルトガイ
ド部材１６ａ，１６ｂの集合体の左右両端部に外嵌し、
前記左右両端を回転自在に保持し、定着フィルム１０の
回転時に定着フィルム１０の端部を受けて、ベルトガイ
ド部材１６ａ，１６ｂの長手方向への定着フィルム１０
の移動を規制する役目をする。

【００６７】加圧部材としての加圧ローラ３０は、芯金
３０ａと、芯金３０ａ周りに同心一体にローラ状に成形
被覆された耐熱性・弾性材層３０ｂとで構成される。耐
熱性・弾性材層３０ｂは、シリコーンゴム、フッ素ゴ
ム、フッ素樹脂などで構成される。芯金３０ａの両端部
は、定着装置１００の不図示のシャーシ側板金間に回転
自在に軸受け保持される。

【００６８】加圧用剛性ステイ２２の両端部と装置シャ
ーシ側のバネ受け部材２９ａ，２９ｂとの間にはそれぞ
れ加圧バネ２５ａ，２５ｂを縮設し、加圧用構成ステイ
２２に押し下げ力を作用させている。これにより、図２
及び図４に示すように、ベルトガイド部材１６ａの下面
と加圧ローラ３０の上面とが定着フィルム１０を挟んで
圧接されて所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

【００６９】加圧ローラ３０は、図２に示すように、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３０の回転駆動に伴う加圧ローラ３０と定
着フィルム１０の外面との摩擦力で、定着フィルム１０
に回転力が作用し、定着フィルム１０の内面が定着ニッ
プＮにおいて良熱伝導部材４０の下面に密着して摺動
し、その結果、定着フィルム１０が、矢示の時計方向に
加圧ローラ３０の回転周速度にほぼ対応した周速度をも
ってベルトガイド部材１６ａ，１６ｂの外回りを回転す
る。

【００７０】この場合、定着ニップ部Ｎにおける良熱伝
導部材４０の下面と定着フィルム１０の内面との相互摺
動摩擦力を低減化させるために、良熱伝導部材４０の下
面と定着フィルム１０の内面との間に耐熱性グリスなど
の潤滑剤を介在させたり、あるいは良熱伝導性部材４０
の下面を潤滑部材で被覆するようにしてもよい。これ
は、良熱伝導部材４０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場合や、仕上
げ加工を簡素化した場合に、摺動する定着フィルム１０
が傷つけられて定着フィルム１０の耐久性が悪化してし
まうことを防ぐものである。

【００７１】良熱伝導部材４０は長手方向の温度分布を
均一にする効果がある。例えば、小サイズ紙を通紙した
場合、定着フィルム１０の長手方向において被記録紙が
通過しない部分があるが、こうした定着フィルム１０で
の非通紙部の熱量が、良熱伝導部材４０へ伝熱し、良熱
伝導部材４０における長手方向の熱伝導により、通紙部
へ伝熱される。これにより、良熱伝導部材４０の長手方
向の温度分布が均一になるとともに、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。

【００７２】また、図５に示すように、ベルトガイド部
材１６ａの曲面に、その長手方向に沿い所定の間隔を置
いて凸リブ部１６ｅを形成し、ベルトガイド部材１６ａ
の曲面と定着フィルム１０の内面との接触摺動抵抗を低
減させて定着フィルム１０の回転負荷を少なくしてい
る。このような凸リブ部１６ｅはベルトガイド部材１６
ｂにも同様に形成することができる。

【００７３】図６は交番磁束の発生の様子を模式的に表
した図である。磁束Ｃは発生した交番磁束の一部を表
す。

【００７４】磁性コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃに導かれ
た交番磁束Ｃは、磁性コア１７ａと磁性コア１７ｂとの
間、そして磁性コア１７ａと磁性コア１７ｃとの間にお
いて定着フィルム１０の電磁誘導発熱層１に渦電流を発
生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層１の固有抵抗に
作用して電磁誘導発熱層１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１を通
る磁束の密度によって決まり、図６に示すグラフのよう
な分布を示す。図６のグラフは、縦軸が定着フィルム１
０における円周方向の角度位置（θ）を示し、磁性コア
１７ａの中心を０°とする。横軸が、定着フィルム１０
の電磁誘導発熱層１での発熱量Ｑを示す。ここで、発熱
域Ｈは最大発熱量をＱ、電気素量をｅとした場合、発熱
量がＱ／ｅ以上の領域と定義する。この領域は、定着に
必要な発熱量が得られる領域である。

【００７５】定着ニップ部Ｎの温度は、不図示の温度検
知手段を含む温調系により励磁コイル１８に対する電流
供給が制御されることで所定の温度に維持される。な
お、図２に示す２６は、定着フィルム１０の温度を検知
するサーミスタなどの温度センサであり、本実施形態に
おいては温度センサ２６で測定した定着フィルム１０の
温度情報をもとに定着ニップ部Ｎの温度を制御するよう
にしている。

【００７６】而して、定着フィルム１０が回転し、励磁
回路２７から励磁コイル１８への給電により、上記のよ
うに定着フィルム１０で電磁誘導発熱がなされて定着ニ
ップ部Ｎが所定の温度に立ち上がって保持される。そう
した状態において、画像形成手段部から搬送された、未
定着トナー画像ｔの形成された被記録材Ｐが、定着ニッ
プ部Ｎの定着フィルム１０と加圧ローラ３０との間に、
画像面が上向き、即ち定着フィルム面に対向して導入さ
れる。そして、定着ニップ部Ｎにおいて画像面が定着フ
ィルム１０の外面に密着して定着フィルム１０と一緒に
扶持搬送されていく。この定着ニップ部Ｎを、定着フィ
ルム１０と一緒に被記録材Ｐが扶持搬送されていく過程
において、被記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが、定着
フィルム１０の電磁誘導発熱で加熱されて定着される。
被記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎを通過すると回転定着フ
ィルム１０の外面から分離されて排出搬送される。被記
録材Ｐ上の加熱定着トナー画像は定着ニップ部Ｎ通過
後、冷却して永久固着像となる。

【００７７】本実施の形態においては、図２に示すよう
に、定着フィルム１０の発熱域Ｈ（図６）の対向位置
に、暴走時の励磁コイル１８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５０を配設している。

【００７８】図７は、第１の実施形態で使用する安全回
路の回路図である。温度検知素子であるサーモスイッチ
４０は、＋２４ＶＤＣ電源とリレースイッチ５１とに直
列に接続されており、所定温度を越えるとサーモスイッ
チ５０が切れる。サーモスイッチ５０が切れると、リレ
ースイッチ５１への給電が遮断され、リレースイッチ５
１への給電遮断により、励磁回路２７への給電が遮断さ
れ、励磁コイル１８への給電も遮断される。サーモスイ
ッチ５０が切れる所定温度は、例えば２２０°Ｃに設定
される。

【００７９】また、サーモスイッチ５０は、定着フィル
ム１０の発熱域Ｈに対向した位置に、定着フィルム１０
の外面に非接触の状態で配設される。サーモスイッチ５
０と定着フィルム１０との間の距離は略２ｍｍとする。
これにより、定着フィルム１０にサーモスイッチ５０が
接触している場合と比べ、定着フィルム１０に傷が付く
ことがなく、長時間の使用でも定着画像の劣化を防止す
ることができる。

【００８０】第１の実施の形態によれば、装置故障によ
って、定着ニップＮに紙が挟まった状態で定着装置が停
止し、しかも励磁コイル１８に給電が続けられて定着フ
ィルム１０が発熱し続けた場合でも、図２２に示す従来
の定着装置のような定着ニップＮで発熱する構成とは違
い、紙が挟まっている定着ニップ部Ｎでは発熱していな
いため、紙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５０が配設してあ
るため、サーモスイッチ５０が２２０°Ｃを感知して、
サーモスイッチ５０が切れた時点で、リレースイッチ５
１により励磁コイル１８への給電が遮断され、定着フィ
ルム１０の発熱を停止することができる。温度検知素子
としてサーモスイッチ５０のほかに温度ヒューズを用い
ることもできる。

【００８１】なお、第１の実施の形態では、トナーに低
軟化物質を含有させたトナーを使用する。このため、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。しかし、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。

【００８２】次に、定着装置１００内の励磁コイル１８
について説明する。

【００８３】（２−１）励磁コイル１８ 励磁コイル１８では、コイル（線輪）を構成させる導線
（電線）として、一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅
製の細線を複数本束ねたものを用い、これを複数回巻い
て励磁コイル１８を形成している。本実施の形態では１
０ターン巻いて励磁コイル１８を形成している。

【００８４】絶縁被覆は、定着フィルム１０の発熱によ
る熱伝導を考慮して耐熱性を有する被覆を用いるのがよ
い。たとえば、アミドイミドやポリイミドなどの被覆を
用いるとよい。

【００８５】励磁コイル１８は外部から圧力を加えて密
集度を向上させてもよい。

【００８６】励磁コイル１８の形状は、図２に示すよう
に定着フィルム１０の曲面に沿うようにしている。本実
施形態では定着フィルム１０の発熱層と励磁コイル１８
との間の距離は略２ｍｍになるように設定する。

【００８７】励磁コイル保持部材１９の材質としては絶
縁性に優れ、耐熱性がよいものがよい。例えば、フェノ
ール樹脂、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、ＬＣＰ樹脂などを選択するとよい。

【００８８】磁性コア１７ａ，１７ｂ，１７ｃ及び励磁
コイル１８と、定着フィルム１０の発熱層との間の距離
は、できる限り近づけた方が磁束の吸収効率が高い。具
体的には、この距離が５ｍｍを越えるとこの効率が著し
く低下するため５ｍｍ以内にするのがよい。また、５ｍ
ｍ以内であれば定着フィルム１０の発熱層と励磁コイル
１８の距離が一定である必要はない。

【００８９】なお、図５に示す励磁コイル１８におい
て、引出線１８ａ，１８ｂには、励磁コイル保持部材１
９から外の部分について絶縁被覆を施している。

【００９０】次に、定着装置１００内の定着フィルム１
０について説明する。

【００９１】（２−２）定着フィルム１０ 図８は、本実施形態における定着フィルム１０の層構成
模型図である。本実施形態の定着フィルム１０は複合構
造をなし、電磁誘導発熱性の基層となる金属ベルト等で
できた発熱層１と、その外面に積層された弾性層２と、
その外面に積層された離型層３とから構成される。発熱
層１と弾性層２との間を接着するため、また弾性層２と
離型層３との間を接着するため、各層間にプライマー層
を設けてもよい。略円筒形状である定着フィルム１０に
おいて発熱層１が内面側であり、離型層３が外面側であ
る。前述したように、発熱層１に交番磁束が作用するこ
とで発熱層１に渦電流が発生して発熱層１が発熱する。
その熱が弾性層２、離型層３を介して、定着ニップＮに
通紙される被記録材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着
がなされる。

【００９２】（２−２−１）発熱層 発熱層１にはニッケル、鉄、強磁性ＳＵＳ、ニッケル−
コバルト合金といった強磁性体の金属を用いることが好
ましい。

【００９３】非磁性の金属でもよいが、より好ましくは
磁束の吸収の良いニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバ
ルト−ニッケル合金等の金属がよい。

【００９４】その厚みは、次の式で表される表皮深さσ
より厚く、かつ２００μｍ以下にすることが好ましい。
表皮深さσ［ｍ］は、励磁回路２７の出力電流の周波数
ｆ［Ｈｚ］と、発熱層１の素材の透磁率μと、固有抵抗
ρ［Ωｍ］とにより σ＝５０３×（ρ／ｆμ）^1/2 と表される。

【００９５】表皮深さσは、電磁誘導による電磁波の吸
収の深さを示しており、図１０に示すように、これより
深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になってお
り、逆にいうと殆どのエネルギーはこの深さに到達する
までに吸収されしまう。図１０は、発熱層深さと電磁波
強度との関係を示したグラフである。

【００９６】発熱層１の厚さは、好ましくは１〜１００
μｍがよい。発熱層１の厚みが１μｍよりも小さいと、
ほとんどの電磁エネルギーが吸収しきれないため、エネ
ルギー変換効率が悪くなる。また、発熱層が１００μｍ
を超えると剛性が高くなりすぎ、また屈曲性が悪くな
り、定着フィルム１０を回転体として使用するには現実
的ではない。従って、発熱層１の厚みは１〜１００μｍ
が好ましい。

【００９７】（２−２−２）弾性層 弾性層２は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシ
リコーンゴム等の耐熱性がよく、熱伝導率がよい材質で
構成される。

【００９８】弾性層２の厚さは１０〜５００μｍが好ま
しい。この弾性層２は定着画像品質を確保するために設
けられるものであり、弾性層２の厚さは定着画像品質に
関連する。

【００９９】カラー画像を印刷する場合、特に写真画像
などでは被記録材Ｐ上で大きな面積に渡ってベタ画像が
形成される。この場合、被記録材Ｐの凹凸あるいはトナ
ー層の凹凸に加熱面（離型層３）が追従できないと加熱
ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分で画像に
光沢ムラが発生する。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い。弾性層２の
厚さが、１０μｍ以下では被記録材Ｐあるいはトナー層
の凹凸に追従しきれず、画像光沢ムラが発生してしま
う。また、弾性層２の厚さが１０００μｍ以上の場合に
は弾性層２の熱抵抗が大きくなり、クイックスタートを
実現するのが難しくなる。より好ましくは弾性層２の厚
みは５０〜５００μｍがよい。

【０１００】弾性層２の硬度は、硬度が高すぎると被記
録材あるいはトナー層の凹凸に追従しきれず、画像光沢
ムラが発生してしまう。そこで、弾性層２の硬度として
は６０°（ＪＩＳ−Ａ）以下、より好ましくは４５°
（ＪＩＳ−Ａ）以下がよい。

【０１０１】弾性層２の熱伝導率λに関しては、６×１
０^-4〜２×１０^-3［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ］が
よい。

【０１０２】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、定着フィルム１０の表層（離型層３）における温度
上昇が遅くなる。

【０１０３】熱伝導率λが２×１０^-3［ｃａｌ／ｃｍ・
ｓｅｃ・ｄｅｇ］よりも大きい場合には、硬度が高くな
りすぎたり、圧縮永久歪みが悪化する。

【０１０４】よって熱伝導率λは６×１０^-4〜２×１０
^-3［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ］がよい。より好ま
しくは８×１０^-4〜１−５×１０^-3［ｃａｌ／ｃｍ・ｓ
ｅｃ・ｄｅｇ］がよい。

【０１０５】（２−２−３）離型層 離型層３は、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、ＰＦＡ，
ＰＴＦＥ，ＦＥＰ等の離型性かつ耐熱性のよい材料で構
成される。

【０１０６】離型層３の厚さは１〜１００μｍが好まし
い。離型層３の厚さが１μｍよりも小さいと塗膜の塗ム
ラで雛型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足すると
いった問題が発生する。

【０１０７】また、離型層が１００μｍを超えると熱伝
導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の材料の
場合は硬度が高くなりすぎ、弾性層２の効果がなくなっ
てしまう。

【０１０８】なお、図９に示すように、定着フィルム１
０の構成において、発熱層１のフィルムガイド面側（発
熱層１の弾性層２とは反対面側）に断熱層４を設けても
よい。

【０１０９】断熱層４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、ＰＥ
ＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴ
ＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂などの耐熱樹脂で構成するとよ
い。

【０１１０】また、断熱層４の厚さとしては１０〜１０
００μｍが好ましい。断熱層４の厚さが１０μｍよりも
小さい場合には断熱効果が得られず、また、耐久性も不
足する。一方、１０００μｍを超えると磁性コア１７
ａ，１７ｂ，１７ｃ及び励磁コイル１８から発熱層１ま
での距離が大きくなり、磁束が十分に発熱層１に吸収さ
れなくなる。

【０１１１】断熱層４は、発熱層１に発生した熱が定着
フィルム１０の外側に放出されないようにするので、断
熱層４がない場合と比較して被記録材Ｐ側への熱供給効
率が良くなる。よって、消費電力を抑えることができ
る。

【０１１２】図５は、励磁コイル１８と励磁回路２７と
を示す図である。励磁コイル１８に励磁回路２７を接続
して励磁電流により交番磁界を発生する。この励磁回路
２７では２０ｋＨｚから１００ｋＨｚの高周波電流を発
生する。

【０１１３】図１２は、励磁回路２７の回路構成を示す
回路図である。

【０１１４】図１２において、２０１及び２０２はスイ
ッチング素子であり、コンプリメンタリ接続がされてい
る。２０３は励磁コイルであり、２０４及び２０５は共
振コンデンサである。共振コンデンサ２０４，２０５は
励磁コイル２０３と直列に接続され、スイッチング素子
２０１，２０２のオンにより、ハーフブリッジ電流共振
を行う。なお、励磁コイル２０３は励磁コイル１８に相
当する。

【０１１５】次に、定着装置１００内の誘導加熱制御部
を説明する。

【０１１６】（２−３）誘導加熱制御部 図１は、図１２に示す励磁回路２７を含む誘導加熱制御
部の全体構成を示すブロック図である。

【０１１７】３０１は電源ライン入力端子、３０２は過
電流ブレーカ、３０３はリレー、３０４は整流回路であ
る。整流回路３０４は、交流入力の両波整流を行うブリ
ッジ整流回路と、高周波フィルタリングを行うコンデン
サとで構成される。３０５、３０６はゲート制御トラン
ス、３０７はコンプリメンタリ接続されたハーフブリッ
ジの主スイッチング回路、３０８はカレントトランスで
ある。主スイッチング回路３０７は、図１２に示す励磁
回路２７から励磁コイル２０３を除いた部分に相当す
る。励磁コイル２０３は後述の定着機ユニット部３１１
に含まれる。カレントトランス３０８は、主スイッチン
グ回路３０７でスイッチングされたスイッチング電流を
検出するものであり、定着機ユニット部３１１内の励磁
コイル２０３と接続される。３１１は定着機ユニット部
であり、電気部品構成としては、前述した励磁コイル２
０３の他、温度検出サーミスタ２６と、過昇温を検出す
るサーモスイッチ５０とを有している。

【０１１８】３１３は、サーミスタ２６の温度検出値に
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制御回路、３１４は、フィードバッ
ク制御信号およびカレントトランス３０８で検出された
スイッチング電流量を受けて、主スイッチング回路３０
７のスイッチ周波数を制御するドライバ回路である。

【０１１９】電源入力端子３０１から入力された交流電
力が、過電流を保護するブレーカ３０２及びリレー３０
３の接点を介して整流回路３０４に送られる。ここでサ
ーモスイッチ５０は、定着装置の定着フィルム温度を検
出し、検出温度が規定の温度を超え異常昇温した時、リ
レー３０３を遮断する。すなわち、仮にトラブルが生
じ、定着装置が異常昇温をした時、リレー３０３を遮断
して電源を切り、熱暴走から定着装置を守って安全を確
保している。整流回路３０４では、不図示の整流ブリッ
ジ回路により交流電流を基に直流化リップ波を生成し、
ＬＣフィルタを介して主スイッチング回路３０７へ送
る。

【０１２０】主スイッチング回路３０７では、図１２に
示すように、コンプリメンタリ接続のスイッチング素子
２０１，２０２は、その出力である中点を定着装置の励
磁巻線２０３に供給する。そして図１に示すように、励
磁巻線２０３は共振コンデンサ２０４に直列接続され、
電流検出カレントトランス３０８を介して主スイッチン
グ回路３０７に接続される。スイッチング素子２０１，
２０２は、ゲートトランス３０５，３０６で駆動され
る。

【０１２１】定着温度は温度検出サーミスタ２６で検出
され、こうした定着温度に応じて、更に定着装置の通紙
状態や紙質に応じて、ドライバ回路３１４が最適な制御
係数を決定し、決定された制御係数を有した制御信号
を、ゲート制御トランス３０５，３０６へ送る。

【０１２２】ゲートトランス３０５，３０６の駆動によ
り、主スイッチング回路３０７において、図１２に示す
ように、スイッチング素子２０１とスイッチング素子２
０２とが交互にスイッチングを行い、これにより、励磁
コイル２０３と共振コンデンサ２０４，２０５とで形成
された共振回路に交流パルス電圧が印可される。

【０１２３】すなわち、スイッチング素子２０１，２０
２はコンプリメンタリ接続されており、電圧源を交互に
スイッチングする。これにより、直列に接続された励磁
コイル２０３と共振コンデンサ２０４，２０５とから成
る共振回路に電圧パルスが印加され、共振回路は、その
共振周波数で最大値の共振電流を示し、共振周波数を中
心として高周波側及び低周波側に対して漸次共振電流が
減少するカーブを描く。このカーブのスロープを用い、
共振周波数を制御することによって共振電流が制御でき
る。こうした共振電流が励磁コイル２０３を流れるの
で、共振周波数を制御することによって、励磁コイル２
０３を流れる電流量を制御することができ、これによっ
て定着フィルム１０に流れる渦電流を可変し、発熱量を
制御する。共振周波数の可変は、主スイッチング回路３
０７のスイッチング周期を変えることによって行うこと
ができ、スイッチング周期の可変は、ゲート制御トラン
ス３０５，３０６を制御するドライバ回路３１４によっ
て行う。

【０１２４】更に詳述すれば、主スイッチング回路３０
７での発振特性は、図１３に示すように、共振周波数ｆ
０の電圧パルスが印加された時の出力電力を最大値とし
た単峰特性を示す。図１３は、横軸に、共振負荷に印加
される電圧パルスの周波数を、縦軸に、共振負荷からの
出力電力を示した図である。

【０１２５】図から分かるように、一つの出力電圧を得
るための周波数は２つ存在しているため、主スイッチン
グ回路３０７の出力電圧または定着フィルム温度をフィ
ードバックして共振周波数を制御しようとした場合に、
フィードバック制御回路３１３、ドライバ回路３１４
が、２つの周波数の間を振動してしまうことが生じる可
能性があり、動作が不安定となる。また、例えば、図１
３に示す共振周波数の右側の領域においては、周波数を
上げると出力電圧が減少し、一方、共振周波数の左側の
領域においては、周波数を上げると出力電圧が増加す
る。そのため、仮に制御定数が不適正だった場合は、周
波数を上昇することで出力電圧を減じる筈の動作が実際
には出力電圧が上昇してしまうとか、その反対の現象が
発生してしまい、これによって、制御不能に陥ってしま
う。

【０１２６】従って、フィードバック制御回路３１３及
びドライバ回路３１４では、回路を安定に動作させるた
めに、図１３において共振周波数の左右領域のうち一方
だけの領域において、制御を行うことが必要となる。

【０１２７】共振回路の共振周波数を計測し、共振点が
例えば制御範囲の最低周波数になるように、回路定数を
予め設定してしまう方法があるが、環境安定性や定着装
置の温度によって変動を受けてしまい、最適値とはなら
ない。そこで、本実施の形態における制御方法は、共振
周波数を中心として高周波側及び低周波側での出力波形
を予め観測してその動作特性を特定し、現在動作してい
る動作特性をそれと比較することにより、現在の動作領
域を判定し、制御を行うものである。

【０１２８】図１４は、共振周波数で動作している主ス
イッチング回路３０７内の各部波形を示すタイミングチ
ャートである。（Ａ）は一方のスイッチング素子のゲー
ト信号、（Ｂ）は他方（リターン側）のスイッチング素
子のゲート信号である。（Ｃ）はスイッチング出力電圧
である。（Ｄ）はカレントトランス３０８で検出される
電流波形を示している。

【０１２９】同様に、図１５は、共振周波数より高い周
波数域で動作している場合の主スイッチング回路３０７
内の各部波形を示すタイミングチャートである。図１６
は、共振周波数より低い周波数域で動作している場合の
主スイッチング回路３０７内の各部波形を示すタイミン
グチャートである。

【０１３０】先ず、図１４を参照して共振点での動作の
説明を行う。共振点駆動においては、印加電圧がパルス
電圧にも拘わらず、共振回路のインダクタンスＬと容量
Ｃの基づき、ω＝（Ｌ＊Ｃ）^1/2の角周波数でサイン波
振動が発生し、共振電流はその印加電圧波形の位相と同
期する。その様子を、図１４（Ａ）、図１４（Ｃ）、図
１４（Ｄ）の各波形が示している。

【０１３１】ここで、図１４（Ｂ）に示すように、リタ
ーン側スイッチング素子のゲート信号は、図１４（Ａ）
に示すゲート信号との間に、時間幅τ（以下「デッドタ
イム」と称す）のクリアランスを有している。これは、
スイッチング遅れにより、両方のスイッチング素子が同
時にオンして、両方のスイッチング素子に過大電流が流
れ、異常発熱や素子破壊が発生することを防ぐためのも
のである。すなわち、スイッチング素子の遅れ時間を考
慮し、一旦、各スイッチング素子を完全にオフした後、
次の番のスイッチング素子をオンするように構成してい
る。従って、共振周波数で駆動されている時の電流波形
［図１４（Ｄ）］のゼロクロス点は、デッドタイムτの
中点位置に存在することになる。

【０１３２】したがって、カレントトランス３０８で検
出される電流波形［図１４（Ｄ）］は、図１４（Ａ）に
示すゲート信号のオン期間には正の値を示し、更に当該
ゲート信号のオフタイミングからデッドタイムτの１／
２の時間が経過するまで、正の値を示し、その時間の経
過した時点で負の電流側に反転する。

【０１３３】また、カレントトランス３０８で検出され
る電流波形［図１４（Ｄ）］は、図１４（Ｂ）に示すリ
ターン側ゲート信号のオン期間には負の値を示し、更に
当該リターン側ゲート信号のオフタイミングからデッド
タイムτの１／２の時間が経過するまで、負の値を示
し、その時間の経過した時点で正の電流側に反転する。

【０１３４】次に、図１５を参照して共振周波数よりも
高い領域での動作の説明を行う。

【０１３５】共振回路の共振周期よりも短い時間幅でス
イッチングが行われるため、励磁コイル２０３に流れる
電流は共振の弧を中断される結果、図１５（Ｄ）に示す
擬似のこぎり波の形となる。

【０１３６】従って、カレントトランス３０８で検出さ
れる電流波形［図１５（Ｄ）］は、図１５（Ａ）に示す
ゲート信号のオン期間の略前半では負の値を示し、オン
期間の略後半では正の値を示す。

【０１３７】また、カレントトランス３０８で検出され
る電流波形［図１５（Ｄ）］は、図１５（Ｂ）に示すゲ
ート信号のオン期間の略前半では正の値を示し、オン期
間の略後半では負の値を示す。

【０１３８】このように、共振周波数よりも高い領域に
おいて動作した場合は、カレントトランス３０８で検出
される電流波形［図１５（Ｄ）］は、誘導性電流とな
る。

【０１３９】次に、図１６を参照して共振周波数よりも
低い領域での動作の説明を行う。

【０１４０】共振回路の共振周期よりも長い時間幅でス
イッチングが行われるため、励磁コイル２０３に流れる
電流は、共振の弧を完結した後、更に、印加電圧方向の
電流が重畳され、図１６（Ｄ）に示す形となる。

【０１４１】従って、カレントトランス３０８で検出さ
れる電流波形［図１６（Ｄ）］は、図１６（Ａ）に示す
ゲート信号のオン期間の大半において正の値を示す。

【０１４２】また、カレントトランス３０８で検出され
る電流波形［図１６（Ｄ）］は、図１６（Ｂ）に示すゲ
ート信号のオン期間の大半において負の値を示す。

【０１４３】このように、共振周波数よりも低い領域に
おいて動作した場合は、カレントトランス３０８で検出
される電流波形［図１６（Ｄ）］は、容量性電流とな
る。

【０１４４】こうした波形の特徴から、共振周波数より
も高い周波数領域で制御動作を行うことが適切と判断で
きる。つまり、カレントトランス３０８で検出される電
流波形がゼロクロスから正負どちらに反転するによって
出力電圧の制御方向が判別できる。従って、共振点を最
低周波数として設定し、共振周波数よりも高い周波数域
で出力電圧制御を行う。

【０１４５】そこで、上述の波形の特徴から次のことが
結論される。

【０１４６】図１５（Ａ）に示すゲート信号のオフタイ
ミングには、カレントトランス３０８で検出される電流
波形は正の値を示す。且つ、その時点から電流波形のゼ
ロクロス点までの時間を計測し、その計測値を基準値と
照合することにより制御状態を維持出来る。

【０１４７】また、図１５（Ｂ）に示すゲート信号のオ
フタイミングには、カレントトランス３０８で検出され
る電流波形は負の値を示す。従って、カレントトランス
３０８で検出される電流波形が正の値を示した時は、直
ちに制御周波数を上昇させる。または制御の停止を行
う。

【０１４８】以上が、発振回路の出力電圧を制御する上
での重要な着眼点といえる。

【０１４９】図１７は、図１で示したドライバ回路３１
４の詳細内容を示した回路図である。

【０１５０】３０５，３０６はコンプリメンタリスイッ
チング素子Ｓ１，Ｓ２の各々のゲート駆動トランスであ
る。３１５、３１６はスイッチング素子駆動信号であ
る。３０８はカレントトランスであり、共振回路に流れ
る電流を検出している。

【０１５１】カレントトランス３０８から送られた電流
検出信号が、インバータ３２１を介してフリップフロッ
プ３２２のリセット端子（Ｒ）に送られる。また、スイ
ッチング素子Ｓ１の駆動信号３１５が、フリップフロッ
プ３２２のクロック端子（ＣＫ）に送られる。フリップ
フロップ３２２は、スイッチング素子Ｓ１の駆動信号３
１５の立ち上がりエッジを用い、電流検出信号の極性反
転信号で出力端子（Ｑ）の出力をセットする。ゼロクロ
ス検出回路３２３は、電流検出信号のゼロクロスを検出
して、フリップフロップ３２２のＤ端子へパルスを出力
する。かくして、フリップフロップ３２２は、電流検出
信号の極性反転信号で出力端子（Ｑ）の出力をセットし
た後、ゼロクロス検出回路３２３によりリセットされる
迄のパルス幅を波形繰り返しの周期で出力する。この出
力を基に平均値検出部３２４により波形平均値を検出
し、比較器３２５により基準値と比較する。その結果、
基準値よりも波形平均値が低い場合、即ち、共振周波数
に近い状態または共振周波数よりも低い周波数の場合は
周波数を優先的に上昇させるべくダイオード３２６を介
してフィードバック制御を行う。ここで、比較器３２５
の比較基準値には、上述したコンプリメンタリスイッチ
ング素子のデッドタイムτの１／２に相当するパルス幅
を共振周期で積分して得た値を設定する。なお、共振周
期がばらつくことを考慮すると、僅かに高い電圧値（共
振点よりも僅かに高い周波数）に設定しておくのがよ
い。

【０１５２】また、共振回路の共振電流が過大な値とな
らないようにするため、カレントトランス３０８で検出
した電流波形を基に、両波整流器３１７で波形最大値を
検出し、比較器３１９で基準電圧と比較し、過大な電流
が検出された際は、ダイオード３２０を介して優先的に
周波数を上昇するようにフィードバックし、リミッタ動
作を行う。

【０１５３】通常時は、定着フィルム温度に基づく制御
信号３３３により、抵抗３３２を介してトランジスタ３
２９，３３０及び電圧−周波数変換部３２７において周
波数変調が行われ、上述した電流リミッタの生じない領
域で、また、共振回路の共振点よりも高い周波数領域
で、安全に安定した制御動作が行われる。

【０１５４】（第２の実施の形態）第２の実施形態にお
ける画像形成装置及び定着装置の構成は、第１の実施形
態における画像形成装置及び定着装置の構成と同じであ
る。また、定着装置内の誘導加熱制御部の構成も、基本
的には第１の実施形態における誘導加熱制御部と同じで
ある。そのため、同じ構成部分には同じ参照符号を付し
て、その説明を省略する。第２の実施形態では、誘導加
熱制御部のドライバ回路の構成が、第１の実施形態と異
なっている。

【０１５５】図１８は、第２の実施の形態におけるドラ
イバ回路の構成を示す回路図である。

【０１５６】制御信号３３３として、上述したように、
高い電圧を入力することで、電圧−周波数変換部３２７
の出力周波数が高くなって、励磁コイル２０３（１８）
へ送られる出力電力が絞り込まれる。

【０１５７】ところで、定着装置ではプリント時の通紙
初期は加圧ローラ３０が冷えていることから、通電直後
は加圧ローラ３０の熱蓄積に電力が費やされる。そのた
め、ドライバ回路の出力制御幅は比較的狭い制御幅でも
充分、定着フィルム１０の出力温度を安定に保つことが
可能である。しかし、連続通紙を行った際には加圧ロー
ラ３０の温度は、定着フィルム１０の温度とほぼ同等に
なり、定着フィルム１０を一定温度に保つための供給電
力は、立ち上げ初期値の１／７程度になる。このよう
に、立ち上げ時のウォームアップタイムを短縮する定着
装置では最大電力と最低電力の制御幅が広い事が必須条
件となる。

【０１５８】このような条件を実現する方法として、共
振回路の周波数制御に、スイッチング素子の導通時間を
制御するパルス幅変調方式を併用することが有効であ
る。

【０１５９】図１８に示すドライバ回路では、制御信号
３３３によって入力される周波数が上限値を越えた場合
には、ゼナーダイオード３３４を導通させスイッチング
素子のオン幅を短くするように動作させる。その動作を
図１９から図２１を参照して説明する。

【０１６０】図１９は、第２の実施形態における、共振
回路に印加される電圧パルスの周波数に対する、共振回
路からの出力電力を示した図である。また、図２０及び
図２１は、主スイッチング回路３０７内の各部波形を示
すタイミングチャートである。

【０１６１】図２０に示す各波形は、図１９に示す動作
点（Ａ）において主スイッチング回路３０７が動作して
いる場合の各部波形であり、図２１に示す各波形は、パ
ルス幅を制御し出力を絞り込んだ、図１９に示す動作点
（Ｂ）において主スイッチング回路３０７が動作してい
る場合の各部波形である。ここで、パルス幅変調を行う
と、図２１（Ｃ）で示したスイッチング素子のコンプリ
メンタリ接続中点の出力電圧波形は、共振回路の共振現
象により、逆導通ダイオードの働きで電源電圧迄引き込
まれる現象が生じる。これは、共振回路による受動的な
回路の動作であり、共振回路への電力供給はあくまでも
ドライブした時間幅の電力供給の為、図２１（Ｄ）の波
形のように共振電流波形の振幅は縮小され、出力の電力
制御はスムーズに無段階に絞り込むことが可能となる。

【０１６２】（その他の実施の形態） １）電磁誘導発熱性の定着フィルム１０は、モノクロあ
るいは１パスマルチカラー画像などの加熱定着用の場合
は、弾性層２を省略した構成にしてもよい。発熱層１
を、金属フィラーを混入した樹脂で構成してもよい。定
着フィルム１０を発熱層単層で構成することもできる。

【０１６３】２）加圧ローラ３０は回転体に限らず、回
動ベルト型など他の形態の部材にしてもよい。

【０１６４】また加圧ローラ３０側からも被記録材Ｐに
熱エネルギーを供給するべく、加圧ルーラ３０側にも電
磁誘導加熱などの発熱手段を設けて所定の温度に加熱・
温調する装置構成にしてもよい。

【０１６５】３）定着フィルム１０を、剛体ローラなど
他の形態の部材にしてもよい。

【０１６６】４）本発明は、上述した画像加熱定着装置
に適用されるだけでなく、画像を担持した被記録材を加
熱して、つや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着
する像加熱装置、その他、被加熱材の加熱乾燥装置、加
熱ラミネート装置など、広く被加熱材を加熱処理する装
置に適用可能である。

【０１６７】以上のように、各実施の形態において、励
磁コイルに流す電流波形が、共振したサイン波を描くた
め、波形率が向上し実効電力を高められる。また、単一
周波数成分の為、高電力を取扱うにもかかわらず比較的
低ノイズ化が実現できる。

【０１６８】

【発明の効果】以上説明したように、磁気誘導加熱定着
方式で金属フィルムの加熱を行うというオンディマンド
定着を実現すべく、電流共振方式のハーフブリッジ電源
を採用し、且つ、その電流と電圧の関係から共振負荷の
状態を判断し、共振点を境に高周波側で温度制御を行
う。

【０１６９】これにより、磁気誘導巻線への印加電圧が
プッシュプル駆動により実効印加電圧が向上する効果が
あり、巻線昇温に対するフィルム加熱効率が向上する。

【０１７０】また、電流共振点を境に高周波領域側の周
波数動作を自動的に検出して駆動するため、部品の組合
わせのばらつきに柔軟に対応でき、実現性、生産性を高
めることができる。

【０１７１】さらに、ハーフブリッジ電流共振方式を採
用しているため、大電力を取扱うにも拘わらず、スイッ
チング損失、スイッチングノイズを比較的低く抑えるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】励磁回路を含む誘導加熱制御部の全体構成を示
すブロック図である。

【図２】定着装置の要部の横断側面模型図である。

【図３】定着装置の要部の正面模型図である。

【図４】定着装置の要部の縦断正面模型図である。

【図５】励磁コイルと励磁回路とを示す図である。

【図６】交番磁束の発生の様子を模式的に表した図であ
る。

【図７】第１の実施形態で使用する安全回路の回路図で
ある。

【図８】定着フィルムの層構成模型図である。

【図９】断熱層を設けた定着フィルムの層構成模型図で
ある。

【図１０】発熱層深さと電磁波強度との関係を示したグ
ラフである。

【図１１】第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構
成を示す図である。

【図１２】励磁回路の回路構成を示す回路図である。

【図１３】横軸に、共振負荷に印加される電圧パルスの
周波数を、縦軸に、共振負荷からの出力電力を示した図
である。

【図１４】共振周波数で動作している主スイッチング回
路内の各部波形を示すタイミングチャートである。

【図１５】共振周波数より高い周波数域で動作している
場合の主スイッチング回路内の各部波形を示すタイミン
グチャートである。

【図１６】共振周波数より低い周波数域で動作している
場合の主スイッチング回路内の各部波形を示すタイミン
グチャートである。

【図１７】ドライバ回路の詳細内容を示した回路図であ
る。

【図１８】第２の実施の形態におけるドライバ回路の構
成を示す回路図である。

【図１９】第２の実施形態における、共振回路に印加さ
れる電圧パルスの周波数に対する、共振回路からの出力
電力を示した図である。

【図２０】主スイッチング回路内の各部波形を示すタイ
ミングチャートである。

【図２１】主スイッチング回路内の各部波形を示すタイ
ミングチャートである。

【図２２】電磁誘導加熱方式の定着装置における従来の
構成例の概略を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 発熱層 ２ 弾性層 ３ 離型層 ４ 断熱層 １０ 定着フィルム（定着ベルト） １６ フィルムガイド部材 １７ 磁性コア １８ 励磁コイル １９ 励磁コイル保持部材 ２３ａ，２３ｂ フランジ部材 ２６ 温度センサ（サーミスタ） ２７ 励磁回路 ３０ 加圧ローラ ５０ サーモスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 6/06 ３６６ Ｈ０５Ｂ 6/06 ３６６ 6/10 ３８１ 6/10 ３８１ (72)発明者 阿部 篤義 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H033 AA13 BA25 BE03 BE06 CA23 CA45 CA48 3K059 AA03 AA07 AB00 AB08 AB19 AB23 AB28 AC07 AC10 AC35 AD03 AD23 BD02 BD23 BD24 CD09 CD10 CD14 CD38 5H007 AA01 BB04 CA02 CB12 CB22 DA06 DC02 DC08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁誘導発熱性部材の発熱で被加熱材を
   加熱する加熱装置において、 磁場発生コイルを備えた磁場発生手段と、 前記磁場発生手段から発生される磁界が存在する領域を
   通過した時に電磁誘導発熱する電磁誘導発熱性部材と、 前記電磁誘導発熱性部材に圧接して相互間に被加熱部材
   を挟む加圧部材と、 前記磁場発生手段に高周波電流を供給する高周波電源回
   路と、 前記高周波電源回路に含まれ、電源に接続された第１の
   スイッチング素子と、 前記高周波電源回路に含まれ、前記第１のスイッチング
   素子に直列に接続された第２のスイッチング素子と、 前記高周波電源回路に含まれ、前記磁場発生コイルと、
   当該磁場発生コイルに直列に接続された共振コンデンサ
   とから成り、前記磁場発生コイルが前記第１のスイッチ
   ング素子と前記第２のスイッチング素子との接続点に接
   続された共振回路とを有したことを特徴とする加熱装
   置。
2. 【請求項２】 前記高周波電源回路に含まれ、前記共振
   回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、 前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチン
   グ素子を交互にスイッチングさせるとともに、スイッチ
   ング周期毎に前記電流検出手段で検出された電流の波形
   の極性判定を行い、当該判定結果に従い、前記スイッチ
   ング周期を変更する制御手段とを更に有することを特徴
   とする請求項１記載の加熱装置。
3. 【請求項３】 前記高周波電源回路に含まれ、前記共振
   回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、 前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチン
   グ素子を交互にスイッチングさせるスイッチング制御手
   段と、 前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチ
   ング素子をスイッチングさせるスイッチング信号のオフ
   タイミングにおいて前記電流検出手段で検出されるべき
   電流波形の極性を規定する規定手段と、 スイッチング周期毎に前記電流検出手段で検出された電
   流の波形の極性を、前記規定手段で規定された極性と比
   較し、合致した場合、当該合致時点から前記電流が極性
   反転する時点までの時間幅を計測する計測手段と、 前記計測手段により計測された時間幅を所定値と比較
   し、当該比較結果に基づき、前記スイッチング制御手段
   により行われる交互スイッチングの周期を変更する変更
   手段とを更に有することを特徴とする請求項１記載の加
   熱装置。