JP2006337740A - 誘導加熱定着装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁誘導発熱性部材に定着温度より高い温度にキュリー点を有する部材を用いる事を特徴とする誘導加熱定着装置において、励磁コイルに印加される電圧または励磁コイルに流れる電流を検出する手段を有し、定着スリーブの温度がキュリー点に近づいたときにも定着電源たるインバータ装置に故障やストレスを与えることなくインバータ装置の制御を行うことを可能とし、安価な誘導加熱定着装置およびそれを用いた画像形成装置を提供する事。
【解決手段】 定着スリーブに定着温度よりも高い温度のキュリー点を有する磁性材を用い、励磁コイルの電圧または電流を検出する手段を設け、検出した電圧または電流の波形変化を検知して、誘導加熱インバータ装置のスイッチングのタイミングを変更する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ローラ加熱方式及びベルト加熱方式の加熱装置、及び前記加熱装置を像加熱装置として備えた電子写真装置・静電記録装置などの画像形成装置に関するものである。

便宜上、複写機・プリンタ等の画像形成装置に具備させる、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。

画像形成装置において、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適宜の画像形成プロセス手段部で被記録材（転写材シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・ＯＨＰシート・印刷用紙・フォーマット紙など）に転写方式あるいは直接方式にて形成担持させた目的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た。近年はクイックスタートや省エネルギーの観点からベルト加熱方式の装置、電磁誘導加熱方式の装置が実用化されている。

ａ）電磁誘導加熱方式の定着装置
例えば、下記特許文献１には、磁束により定着スリーブに電流を誘導させ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スリーブ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。

しかしながら、磁場発生手段としての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スリーブ全体の昇温に使われるため放熱損失が大きく、投入エネルギーに対する定着エネルギーの密度が低く、効率の点において問題があった。

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スリーブ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、高効率の定着装置が提案された。

図１に、電磁誘導加熱方式の定着装置の概略構成を示す。

本例において、定着装置（加熱手段）１は電磁誘導加熱方式の装置である。定着装置１は円筒状の電磁誘導発熱性スリーブを用いた、加圧ローラ駆動方式、電磁誘導加熱方式の装置である。磁場発生手段は磁性コア１３ａ・１３ｂ・１３ｃ及び励磁コイル１４からなる。

磁性コア１３ａ・１３ｂ・１３ｃは高透磁率の部材であり、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よく、より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよい。

励磁コイル１４には給電部１４ａ・１４ｂに励磁回路１８（図２）を接続してある。この励磁回路１８は２０ｋＨｚから５００ｋＨｚの高周波をスイッチング電源で発生できるようになっている。

励磁コイル１４は励磁回路１８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。

図３は交番磁束の発生の様子を模式的に表したものである。磁束Ｃは発生した交番磁束の一部を表す。

磁性コア１３ａ・１３ｂ・１３ｃに導かれた交番磁束Ｃは、磁性コア１３ａと磁性コア１３ｂとの間、そして磁性コア１３ａと磁性コア１３ｃとの間において定着スリーブ１０の電磁誘導発熱層１１に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層１１の固有抵抗によって電磁誘導発熱層１１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１１を通る磁束の密度によって決まり図３のグラフのような分布を示す。図３のグラフは、縦軸が磁性コア１３ａの中心を０とした角度θで表した定着スリーブ１０における円周方向の位置を示し、横軸が定着スリーブ１０の電磁誘導発熱層１１での発熱量Ｑを示す。ここで、発熱域Ｈは最大発熱量をＱとした場合、発熱量がＱ／ｅ以上の領域と定義する。これは、定着に必要な発熱量が得られる領域である。

この定着ニップ部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１４に対する電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。図１の１６は定着スリーブ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、本例においては温度センサ１６で測定した定着スリーブ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。

而して、定着スリーブ１０が回転し、励磁回路１８から励磁コイル１４への給電により上記のように定着スリーブ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温調された状態において、画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像ｔが形成された被記録材Ｐが定着ニップ部Ｎの定着スリーブ１０と加圧ローラ１７との間に画像面が上向き、即ち定着ベルト面に対向して導入され、定着ニップ部Ｎにおいて画像面が定着スリーブ１０の外面に密着して定着スリーブ１０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この定着ニップ部Ｎを定着スリーブ１０と一緒に被記録材Ｐが挟持搬送されていく過程において定着スリーブ１０の電磁誘導発熱で加熱されて被記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。被記録材Ｐは定着ニップ部Ｎを通過すると回転定着スリーブ１０の外面から分離して排出搬送されていく。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。

本例においては、図４に示すように、定着スリーブ１０のこの発熱域Ｈ（図３）の対向位置に励磁コイル１４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１５を配設している。

サーモスイッチ１５は定着スリーブ１０の発熱域Ｈに対向して定着スリーブ１０の外面に非接触に配設した。サーモスイッチ１５と定着スリーブ１０との間の距離は約２ｍｍとした。これにより、定着スリーブ１０にサーモスイッチ１５の接触による傷が付くことがなく、耐久による定着画像の劣化を防止することができる。

・励磁コイル１４
励磁コイル１４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（束線）を用い、これを複数回巻いて励磁コイル１４を形成している。本例では１０ターン巻いて励磁コイル１４を形成している。

絶縁被覆は定着スリーブ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。例えば、アミドイミドやポリイミドなどの被覆を用いるとよい。

励磁コイル１４は外部から圧力を加えて密集度を向上させてもよい。

励磁コイル１４の形状は、図１のように発熱層の曲面に沿うようにしている。本例では定着ベルトの発熱層と励磁コイル１４との間の距離は約２ｍｍ程度になるように設定している。
実開昭５７−１３３０５５号公報

しかしながら従来の誘導加熱定着装置において定着温度近傍にキュリー点を有する部材を用いると、部材の温度がキュリー点に到達する場合と到達していない温度の場合のインダクタンス変化が大きいため、共振波形が変化してしまい、適切な動作が行うことが困難になり、インバータの電源効率が低下してしまうという問題点があった。また、共振周期に同期した同期回路を設けた自励式のインバータ回路やアクティブクランプ方式といった回路ではインダクタンスが変化しても駆動可能範囲が広いために電源効率低下は発生し難いけれども、コスト高になってしまうといった問題点があった。

そこで本発明は、定着スリーブに定着温度よりも高い温度のキュリー点を有する磁性材を用い、励磁コイルの電圧または電流を検出する手段を設け、検出した電圧または電流の波形から、スイッチング素子の動作に最適な駆動波形を与えることを提案し、キュリー点を有する定着加熱スリーブを用いた誘導加熱定着装置において、キュリー点温度に到達しても安定動作をすることが可能な誘導加熱インバータ装置を安価に提供することを目的とする。

本発明は、以下に示す構成を備えることにより、上述の目的を達成するものである。

（１）磁場発生手段と、
前記磁場発生手段の磁界の作用で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と相互圧接して被加熱部材のニップ部を形成する加圧部材を有し、
前記電磁誘導発熱性部材に前記磁場発生手段の磁界を作用させ、電磁誘導発熱性部材の発熱で前記被加熱部材を、所定の定着温度に加熱する誘導加熱定着装置であって、
前記磁場発生手段は、励磁コイル及びコイルにて発生する磁界を前記電磁誘導発熱性部材に導く磁路より成り、前記励磁コイルと共振すべく配置した共振コンデンサと、商用交流電源から入力された電源電圧を整流する整流手段と、１石式電圧共振回路より成るインバータ装置を有し、前記電磁誘導発熱性部材に前記定着温度より高い温度にキュリー点を持つ部材を有することを特徴とする誘導加熱定着装置。

（２）前記共振回路に流れる共振電流を検出する共振電流検出手段と、共振電流の周期を検出する手段と、前記共振電流の周期を検出する手段により検出された周期に基づいて前記インバータ装置のスイッチング素子のオフ時間を短縮する手段を有することを特徴とする前記（１）に記載の誘導加熱定着装置。

（３）前記共振回路に流れる共振電流を検出する共振電流検出手段と、装置が接続されている商用交流電源電圧を検出する手段を有し、共振電流検出手段の電流検出値すなわち共振電流のピーク値又は平均値と商用交流電源電圧の検出値に基づく信号の２つの信号に基づいて前記インバータ装置のスイッチング素子のオフ時間を短縮する手段を有することを特徴とする誘導加熱定着装置。

（４）前記励磁コイルに発生する共振電圧の周期を検出する共振周期検出手段と、共振周期検出手段の検出値に基づいて前記インバータ装置のスイッチング素子のオフ時間を短縮することを特徴とする誘導加熱定着装置。

（５）前記励磁コイルに発生する共振電圧を検出する共振電圧検出手段と、装置が接続されている商用交流電源電圧を検出する手段を有し、共振電圧検出手段により検出された共振ピーク電圧検出値又は共振電圧の平均値と、装置が接続されている商用交流電源電圧に基づく信号の２つの信号に基づいて前記インバータ装置のスイッチング素子のオフ時間を短縮する手段を有することを特徴とする誘導加熱定着装置。

（６）定着スリーブの温度を検出すべく配置した温度検知手段の信号により、前記インバータ装置のスイッチング素子のオフ時間を短縮する手段を有することを特徴とする誘導加熱定着装置。

（７）共振電流検出手段と、微分回路または微分を行う事が可能な信号処理装置により、検出された共振電流の傾きから共振電圧信号に相似の信号を得る手段を有し、該共振電圧信号により前記インバータ装置のスイッチング素子のオフ時間を短縮する手段を有することを特徴とする誘導加熱定着装置。

（８）定着装置の動作中に所定のタイミング信号に従って、１回以上の共振状態の検知を行う温調中の検知シーケンスを有することを特徴とする前記（１）ないし（６）のいずれかに記載の誘導加熱定着装置。

（９）前記（１）ないし（８）のいずれかに記載の誘導加熱定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、キュリー点を有する部材を発熱体及びコア材等に用いても、低コストなインバータ回路を用いて駆動することが可能となり、安価な定着装置を提供する事が可能となる。この結果、小サイズ紙等の通紙に伴って発生する非通紙部昇温の発生を抑えた状態でも装置は安定動作を持続することが可能となる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて説明する。

図５に第１の実施例を最も良く表す図を示す。
図５において、１００はサーモスイッチ、１０１はリレー、１０２はブリッジダイオード、１０３はフィルタ回路、１０４は励磁コイル、１０５はサーミスタ、１０６は制御演算を行うＣＰＵを含む制御回路、１０７はスイッチング素子、１０８は共振コンデンサ、１０９は逆導通ダイオード、１１０はカレントトランス、１１１は電流検出回路よりの信号の平均値またはピーク値を検出するフィルタ回路、１１２は電流検出回路、１１３はフィルタ回路、１１４は時間計測回路、１１５は安全回路、１１６はＯＮ幅決定回路、１１７はスイッチング制御回路である。

本体の電源が投入され、不図示である画像形成装置のＤＣ電源回路が動作して２４Ｖ ＤＣ電圧１１８が供給されると、１００のサーモＳＷ接点を通してリレー１０１に電流が供給される。１１５の安全回路は動作していないため、リレー１０１の安全回路１１５側に接続されている端子はＧＮＤの電位とほぼ同電位になり、１０１のリレーコイルに電流が供給される。その結果１０１のリレー接点がＯＮになり、ＡＣ電源ラインからＡＣ電圧が回路に供給され、ブリッジダイオード１０２により全波整流されて脈流化ＤＣ電圧となり、フィルタ回路１０３により波形整形されている。

画像形成装置が定着動作を開始すると、スイッチング制御回路１１７によりスイッチング素子１０７の制御が開始される。スイッチング素子１０７がＯＮになると、フィルタ回路１０３、励磁コイル１０４、スイッチング素子１０７、カレントトランス１１０より成る回路に電流が供給され、励磁コイル１０４に流れる電流は時間の経過に伴って一様に上昇する。制御回路１０６がスイッチング制御回路１１７のＯＮ幅決定回路１１６にＯＮ時間に相当する電圧を指示すると、スイッチング制御回路１１７は指示されたＯＮ時間が経過した後にスイッチング素子１０７をＯＦＦにする。コイル１０４に流れた電流は、カレントトランス１１０により電圧に変換されて、１１１のフィルタ回路による波形整形を受けて制御回路１０６へフィードバックする。制御回路１０６はコイル１０４に流れた電流値と、サーミスタ１０５からの信号電圧を演算し、スイッチング素子１０７のＯＮ時間を制御する動作を行っている。また、一方でスイッチング素子１０７に流れる電流が大きすぎるとスイッチング素子１０７を破損させてしまう場合があるため、電流検出回路の信号は過電流保護回路にも接続してスイッチング素子１０７に過大電流が流れないように構成している。

スイッチング素子１０７がＯＦＦになると、励磁コイル１０４と共振コンデンサ１０８、フィルタ回路１０３より成る共振回路による共振動作が開始される。その後にＯＦＦ幅決定回路により、予め定められた時間のＯＦＦ幅が出力される。出力フリップフロップはスイッチング素子１０７のＯＮとＯＦＦが交互に発生するように構成されている。スイッチング素子１０７をＯＮ，ＯＦＦ動作させる事により励磁コイル１０４に高周波電流が供給され、励磁コイル１０４より発生する高周波電磁界により定着スリーブ１０が発熱する。

（定着装置の動作）
ウォームアップ時、定着装置の被加熱材（定着スリーブ等電磁誘導発熱部材であり、かつ、キュリー点を有する部材）の温度はほぼ室温となっており、インバータ装置は、本体シーケンスコントローラからの信号に基づいて、ＡＣライン電源からの電力を高周波電流に変換し、励磁コイルに出力する。

定着器への高周波電力投入開始直後から温度が上昇し、数秒〜数十秒で定着可能温度となる。プリント動作が開始され、定着器に記録媒体（紙、ＯＨＰ等）が通紙されると、定着スリーブの熱が記録媒体に奪われて温度が下がる。

従ってサーミスタ等の温度検知素子を用いて定着スリーブの温度を検出し、温度制御を行っている。すなわち温度が低いときにはスイッチ素子のオン時間を増加させて電力を増加し、温度が高いときにはスイッチ素子のオン時間を減少させて電力を減少させている。温度の下降に対して電力を与えるだけではなく、今まで投入した電力から電力制御値を変更するＰＩ制御、大きな温度変化が発生した場合に対応する微分項を持つＰＩＤ制御といった制御手法を用いて温度制御を行っている。

このようにして定着スリーブの温度はプリント温調時の目標温度に制御されている。プリント温調温度では定着スリーブは磁性を保っており、励磁コイルから見た負荷インダクタンスは２０μＨ〜５０μＨ程度を示している。

このような時のスイッチング素子のＯＮ，ＯＦＦ信号波形と、励磁コイルの電流、電圧を図６−１及び図６−２に示す。図６−１において、図６−ａはスイッチング素子のゲート電圧、図６−ｂはコイルに流れる電流、図６−ｃはスイッチ素子のコレクタ−エミッタ（又はドレイン−ソース）間に印加される電圧をあらわしている。

（キュリー点に近づいた時の動作）
軸方向に長いコイル１個で加熱する場合において、紙幅の小さい小サイズ紙を通紙した場合には、電力は定着スリーブの長手方向に一様となるよう投入され、一方で通紙に伴う温度低下は通紙領域だけとなってしまうため、紙が通紙しない非通紙領域は温度が上昇する。

本実施例ではキュリー点を有する部材を定着器の被加熱体（定着加熱スリーブ）に用いているため、温度上昇に伴って被加熱体の透磁率が低下し、ついには真空と同じ透磁率となる、キュリー点温度に到達する。

非通紙領域で昇温の発生していた部分では透磁率＝１となるため、非通紙領域では等価的な抵抗値が小さくなり、通紙領域では抵抗値は変わらない為、相対的に非通紙領域は通紙領域よりも発熱が抑えられる。このため、非通紙領域はキュリー点温度以上には昇温しなくなる。しかし、非通紙領域の部分は磁性が失われて等価インダクタンスも低下するため、励磁コイル両端から見た等価インダクタンスは小さくなり、コイルに流れていたスイッチング電流波形は図６−ｄのように変化する。このときのコレクタ−エミッタ間の電圧波形は６−ｅのように変化している。

図６−ｄに示すように、定着スリーブの温度がキュリー点に達した時には共振電流の共振周期が短くなるとともに、１０７のスイッチング素子のＯＮに伴う電流増加の傾きは大きくなっており、流れる電流の最大値も大きくなっている。

カレントトランス１１０により検出された励磁コイルに流れる電流は、電流検出回路１１２内に配置されている検出抵抗により電圧変換される。フィルタ回路１１３により、ノイズ成分を取り除いた後、ダイオード２０１によって整流する事により、図６の負方向電圧分を検出（検波）する。この電流は、励磁コイルと共振コンデンサからなる共振回路から整流回路への回生期間の電流である。

図６−ａはスイッチング素子のゲート電圧であり、スイッチング素子はゲート電圧ＶｇにてＯＮ、０ＶでＯＦＦとなる。電流検出回路にて検出された電圧をＶ１と表記する。検出電圧Ｖ１は共振電流に従って変化し、コイル電流と相似の電圧波形となる。

整流ダイオード２０１により整流された後の電圧Ｖ２を図６−ｆに示す。Ｖ２の電圧を予め定められた基準電圧２０２で設定される閾値電圧Ｖｓと比較する事により、負方向電圧の時間幅に応じたパルス電圧波形Ｖ３を得ることが出来る。

このような波形を図６−ｇに示す。パルス電圧Ｖ３の時間に基づいてＯＦＦ時間を制御する。本実施例では一例としてＰＷＭ回路を用いて時間を計時する例を示す。パルス電圧波形を直接ＣＰＵやＡＳＩＣ等のカウンタにて計測してももちろん構わない。

コンデンサ２０６に対し、定電流源２０５からの電流を充電し、Ｖ３が０Ｖの時に充電、Ｖ３がＨｉ（例えば３．３Ｖ）を出力している時に放電を行うように構成している。従ってコンデンサ２０６の端子間電圧は図６−ｈに示すＶ４のようになる。この電圧Ｖ４をダイオード２０７とコンデンサ２０８より成るピークホールド回路によりピーク検出すると、Ｖ５に示すようなＤＣ電圧を得る事が出来る。

定着スリーブの温度が磁性を失い始める温度に到達すると、温度上昇に伴って定着スリーブの透磁率μが低下する。従って励磁コイル両端からみた定着器の等価インダクタンスが低下し、検出電圧Ｖ５が低下する。電圧Ｖ５はＯＦＦ時間タイマ回路の時間を決定する基準電圧となっており、Ｖ５の電圧が低下するとＯＦＦ時間は短くなる。

また、カレントトランス１０１の出力はコイル電流波形に相似の電圧波形として出力されるため、この波形を整流し、フィルタ回路にてコイルに流れた電流の平均値または最大値を計測し、スイッチング素子１０７のＯＮ時間の最大値を決定するよう構成する事で、キュリー点到達時の電力変化や、励磁コイルからの過大なフライバック電圧発生を防止するよう構成している。

図７に第２の実施例を最も良く表す図を示す。
図７において、１００はサーモスイッチ、１０１はリレー、１０２はブリッジダイオード、１０３はフィルタ回路、１０４は励磁コイル、１０５はサーミスタ、１０６は制御演算を行うＣＰＵを含む制御回路、１０７はスイッチング素子、１０８は共振コンデンサ、１０９は逆導通ダイオード、１１０はカレントトランス、１１１は電流検出回路１１２よりの信号の平均値またはピーク値を検出するフィルタ回路、１１２は電流検出回路、１１３はフィルタ回路、１１４は時間計測回路、１１５は安全回路、１１６はＯＮ幅決定回路、１１７はスイッチング制御回路である。

ここでは実施例１と重複する説明は省き、本実施例のみの部分を説明する。
通常プリント動作時のスイッチング素子のＯＮ，ＯＦＦ信号波形と、励磁コイルの電流、電圧を図８−１及び図８−２に示す。

図８−１において、図８−ａはスイッチング素子のゲート電圧、図８−ｂはコイルに流れる電流、図８−ｃはスイッチ素子のコレクタ−エミッタ（又はドレイン−ソース）間に印加される電圧を表している。

（キュリー点に近づいた時の動作）
ソフトウェア暴走やサーミスタの不具合により定着スリーブの温度が上昇し、定着スリーブの持つキュリー点温度に近づくと、定着スリーブの透磁率が低下してくる。その結果励磁コイル両端から見た等価インダクタンスが小さくなり、励磁コイルに流れていたスイッチング電流の電流波形は図８−ｂから図８−ｄのように変化する。図８−ｄに示すように、キュリー点に達した時には共振電流の共振周期が短くなるとともに、１０７のスイッチング素子のＯＮに伴う電流増加の傾きは大きくなる。

カレントトランス１１０により検出された電流は、電流検出回路１１２内に配置されている検出抵抗により電圧変換される。このような電圧の波形を図８−ｄ’に示す。フィルタ回路１１３により、ノイズ成分を取り除いた後、ダイオード２０１によって整流する事により励磁コイルの正方向電流成分に相当する電圧を検出（検波）する。この波形は図８−ｆに示した波形のようになる。この検出電圧Ｖ６に基づいてＯＦＦ時間を制御する。

検出電圧Ｖ６は、定着スリーブの温度上昇に伴うインダクタンス低下の影響だけでなく、装置の電源である商用交流電源の電源電圧変動の影響も受ける。すなわち、図８−ｇのように検出電圧Ｖ６は商用交流電源の電圧に沿って変化し、商用交流電源電圧が高いときには高く、商用交流電源電圧が低い時には低く変化してしまう。

従って、検出電圧Ｖ６をそのままＯＦＦ時間の制御に用いるのではなく電源電圧により補正を行う必要がある。

電源電圧検知の一例を以下に示す。図７−ｂのように電圧検出トランスにより電源電圧を検出、整流し、ＤＣ電圧を発生し、このＤＣ電圧と検出電圧Ｖ６からＯＦＦ時間の基準値を発生するように構成している。

本実施例では、商用交流電圧を検出する方法として直接電圧を検出する方式の一例を説明した。しかしながら検出方法は様々であり、例えば擬似的に商用交流電源の電圧を検出する手段として、通常時の励磁コイルに流れる電流の最大値（図８−ｇ Ｖ７）または平均値を検出、記憶し、その電流により補正を行っても構わない。

図９に第３の実施例を最も良く表す図を示す。図９において、１２０は電圧検出回路である。ここでは先述した実施例と重複する説明は省き、本実施例のみの部分を説明する。

ソフトウェア暴走やハードウェアの不具合により温度が上昇し、定着スリーブの温度がキュリー点に近づくと、励磁コイルのインダクタンスが小さくなる。その結果、励磁コイル両端の共振電圧波形が変化する。図１０に励磁コイル両端の共振電圧波形を示した図を示す。縦軸が電圧、横軸は時間である。図１０−ａは通紙時の共振コイル電圧波形を示し、図１０−ｂはキュリー点に達した時の共振コイル電圧波形を示している。キュリー点に達した時、励磁コイル両端の共振電圧の周期が短くなる。

従って、コイル両端の電圧、もしくはスイッチング素子に印加される電圧を検出し、電圧が閾値以下となったときに設け、スイッチング素子に印加される電圧が０になるタイミングでＯＦＦタイマを停止させる事により共振電圧の時間幅に応じたスイッチング動作を行うことが出来る。

この場合にも、たとえＯＦＦ時間が波形に追従して動作したとしても、ＯＮ幅が長いままであった場合には、インダクタンス低下に伴ってスイッチング素子に印加される電圧が増大するため、スイッチング素子に定格以上の過大電圧が印加されることがある。このためにＯＮ時間リミッタとして、ＯＦＦ時間幅を用いて最大ＯＮ時間に制限をかけている。同様の理由から電流リミッタ回路により最大ＯＮ時間に制限をかけるよう構成しても構わない。

図１１に第４の実施例を最も良く表す図を示す。図１１において１２０は電圧検出回路である。先述した実施例と重複する説明は省き、本実施例のみの部分を説明する。

ソフトウェア暴走やハードウェアの不具合により温度が上昇し、定着スリーブの温度がキュリー点に近づくと、励磁コイルのインダクタンスが小さくなる。その結果、励磁コイル両端の共振電圧波形が変化する。図１２に励磁コイル両端の共振電圧波形を示した図を示す。縦軸が電圧、横軸は時間である。図１２−ａは通紙時の共振コイル電圧波形を示し、図１２−ｂはキュリー点に達した時の共振コイル電圧波形を示している。キュリー点に達した時、励磁コイル両端の共振電圧の周期が短くなると同時に共振電圧の電圧値は高くなる。

従って、電圧検出手段により励磁コイルのフライバック電圧を検出し、この電圧を基準として、ＯＦＦタイマを動作させる事によりキュリー点を迎えたときに波形変化に伴ってＯＦＦ時間が変化する回路を構成することが可能となる。フライバック電圧もまた、実施例２の説明と同様に電源電圧変動の影響を大きく受けるため、電源電圧を検出して補正するよう構成している。

図１３に第５の実施例を最も良く表す図を示す。ここでは重複する説明は省き、本実施例のみの部分を説明する。

サーミスタの温度情報は電圧に変換されているため、サーミスタの信号電圧をそのままＯＦＦ時間の基準電圧として使用する。図１４に示す基準電圧補正回路により、通常時は固定値の方が低い電圧としており、ＯＦＦ時間が温度により変更されることはないよう構成している。サーミスタの温度が上昇し、検知電圧が固定基準値よりも低くなると、ＯＦＦ時間の基準電圧がサーミスタ電圧に従って低下するため、ＯＦＦ時間の基準電圧が下がることになり、ＯＦＦ時間は温度とともに短くなる。この結果、同期外れを生じることなくスイッチング素子を動作させる事が可能となる。

温度によりＯＦＦ時間を変更する変換テーブルを用意し、ＣＰＵ等論理制御回路により演算を行い、出力装置であるＤ／Ａ機能やＰＷＭ機能によりＯＦＦ時間変更信号を出力する構成としても良い。

定着装置の動作中（温調中）に、所定のＯＮ幅出力を行い、定期的もしくは非定期的に出力される検知タイミング信号に従って、共振状態の検知を行う。温調中にこのような動作を行う事で、温調に摂動を与えてしまう物ではあるものの、出来るだけ変化量を少なくするために装置の平均的な電力値となるオン幅とする事で実際の温度制御への弊害を小さく抑えている。

図１５に、実施例６を最も良く表す図を示す。

一定出力開始から波形が安定するまで、フィルタの定数に拠り約３〜５半波（５０Ｈｚ時に３０〜５０ｍｓ程度）必要となるため、１回の検知シーケンスは、一定ＯＮ幅出力後５０ｍｓ後から検知を開始し、５０ｍｓで検知を終えるよう構成し、総検知時間を約１００ｍｓとしている。定着装置のウォームアップ中に本検知シーケンスを行うのは１回から数回程度であるため、温度制御には殆ど影響を与ることはない。また、短時間に周期的な変動を与えるとフリッカ等のノイズが悪化するため、０．５Ｈｚ以上の検知を行わないようにしている。

電磁誘導加熱方式の定着装置の概略構成図 磁場発生手段と励磁回路の関係を示した図 磁場発生手段と発熱量Ｑの関係を示した図 安全回路を示した図 第１の実施例を最も良く表す図 第１の実施例の動作波形を示した図 第１の実施例の動作波形を示した図 第２の実施例を最も良く表す図 第２の実施例を最も良く表す図 第２の実施例の動作波形を示した図 第２の実施例の動作波形を示した図 第３の実施例を最も良く表す図 第３の実施例の共振コイル電圧波形変化を表す図 第４の実施例を最も良く表す図 第４の実施例の波形を表す図 第５の実施例を最も良く表す図 第５の実施例の基準電圧補正回路を表す図 第６の実施例を表す図

符号の説明

１０ 定着スリーブ
１１ 電磁誘導発熱層
１２ ホルダ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 磁性コア
１４ 励磁コイル
１５ サーモスイッチ
１６ 温度センサ
１７ 加圧ローラ
１８ 励磁回路
１９ リレースイッチ
１００ サーモスイッチ
１０１ リレー
１０２ ブリッジダイオード
１０３ フィルタ回路
１０４ 励磁コイル
１０５ サーミスタ
１０６ ＣＰＵを含む制御回路
１０７ スイッチング素子
１０８ 共振コンデンサ
１０９ 逆導通ダイオード
１１０ カレントトランス
１１１ フィルタ回路
１１２ 電流検出回路
１１３ フィルタ回路
１１４ 時間計測回路
１１５ 安全回路
１１６ ＯＮ幅決定回路
１１７ スイッチング制御回路
１１８ ２４Ｖ ＤＣ電圧
１２０ 電圧検出回路
２０１ 整流ダイオード
２０２ 基準電圧
２０３ フィルタ回路
２０４ 整流ダイオード
２０５ 定流電源
２０６ コンデンサ
２０７ ダイオード
２０８ コンデンサ

Claims (9)

1. 磁場発生手段と、
   前記磁場発生手段の磁界の作用で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と相互圧接して被加熱部材のニップ部を形成する加圧部材を有し、
   前記電磁誘導発熱性部材に前記磁場発生手段の磁界を作用させ、電磁誘導発熱性部材の発熱で前記被加熱部材を、所定の定着温度に加熱する誘導加熱定着装置であって、
   前記磁場発生手段は、励磁コイル及びコイルにて発生する磁界を前記電磁誘導発熱性部材に導く磁路より成り、前記励磁コイルと共振すべく配置した共振コンデンサと、商用交流電源から入力された電源電圧を整流する整流手段と、１石式電圧共振回路より成るインバータ装置を有し、前記電磁誘導発熱性部材に前記定着温度より高い温度にキュリー点を持つ部材を有することを特徴とする誘導加熱定着装置。
2. 前記共振回路に流れる共振電流を検出する共振電流検出手段と、共振電流の周期を検出する手段と、前記共振電流の周期を検出する手段により検出された周期に基づいて前記インバータ装置のスイッチング素子のオフ時間を短縮する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱定着装置。
3. 前記共振回路に流れる共振電流を検出する共振電流検出手段と、装置が接続されている商用交流電源電圧を検出する手段を有し、共振電流検出手段の電流検出値すなわち共振電流のピーク値又は平均値と商用交流電源電圧の検出値に基づく信号の２つの信号に基づいて前記インバータ装置のスイッチング素子のオフ時間を短縮する手段を有することを特徴とする誘導加熱定着装置。
4. 前記励磁コイルに発生する共振電圧の周期を検出する共振周期検出手段と、共振周期検出手段の検出値に基づいて前記インバータ装置のスイッチング素子のオフ時間を短縮することを特徴とする誘導加熱定着装置。
5. 前記励磁コイルに発生する共振電圧を検出する共振電圧検出手段と、装置が接続されている商用交流電源電圧を検出する手段を有し、共振電圧検出手段により検出された共振ピーク電圧検出値又は共振電圧の平均値と、装置が接続されている商用交流電源電圧に基づく信号の２つの信号に基づいて前記インバータ装置のスイッチング素子のオフ時間を短縮する手段を有することを特徴とする誘導加熱定着装置。
6. 定着スリーブの温度を検出すべく配置した温度検知手段の信号により、前記インバータ装置のスイッチング素子のオフ時間を短縮する手段を有することを特徴とする誘導加熱定着装置。
7. 共振電流検出手段と、微分回路または微分を行う事が可能な信号処理装置により、検出された共振電流の傾きから共振電圧信号に相似の信号を得る手段を有し、該共振電圧信号により前記インバータ装置のスイッチング素子のオフ時間を短縮する手段を有することを特徴とする誘導加熱定着装置。
8. 定着装置の動作中に所定のタイミング信号に従って、１回以上の共振状態の検知を行う温調中の検知シーケンスを有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の誘導加熱定着装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の誘導加熱定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。