JP4136210B2

JP4136210B2 - 加熱装置及び画像形成装置

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Publication number: JP4136210B2
Application number: JP21778899A
Authority: JP
Inventors: 実林崎; 宏真野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP2001043964A; US6359269B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、ベルト加熱方式の加熱装置を像加熱装置として備えた電子写真装置・静電記録装置などに適用する場合に好適な加熱装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置に搭載される像加熱装置（定着装置）がある。従来例では、便宜上、複写機・プリンタ等の画像形成装置に搭載されトナー像を被記録材に加熱定着させる像加熱装置（定着装置）を例に挙げて説明する。
【０００３】
複写機・プリンタ等の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）に転写方式或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。近時は、クイックスタートや省エネルギの観点からベルト加熱方式の装置が実用化されている。また、電磁誘導加熱方式の装置も提案されている。以下、画像形成装置における各種定着装置について説明する。
【０００４】
（ａ）熱ローラ方式の定着装置
熱ローラ方式の定着装置は、定着ローラ（加熱ローラ）と加圧ローラとの圧接ローラ対を基本構成とし、該ローラ対を回転させ、該ローラ対の相互圧接部である定着ニップ部に、画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入して挟持搬送させて、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を挿入配設してあり、ハロゲンランプの発熱で加熱され、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への通電が制御されて温調される。
【０００６】
特に、最大４層のトナー画像を十分に加熱溶融させて混色させる能力を要求される、フルカラーの画像形成を行う画像形成装置の定着装置としては、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具備させ、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具備させ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をオンにして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く、定着ローラ等が冷え切っている状態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）も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温調状態に維持させておく必要があり、電力消費量が大きい等の問題があった。
【０００８】
また、上述のフルカラーの画像形成装置の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、定着不良や光沢ムラや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６３−３１３１８２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に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、耐熱性フィルム（定着フィルム）を挟ませてニップ部を形成させ、該ニップ部のフィルムと加圧ローラとの間に、画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入してフィルムと一緒に挟持搬送させることで、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（ｏｎｄｅｍａｎｄ）タイプの装置を構成することができ、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所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、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）等の利点がある。但し、大きな熱量が要求されるフルカラー画像形成装置や高速機種用の定着装置としては熱量的に難点がある。
【００１２】
（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。
【００１３】
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、投入エネルギに対する定着エネルギの密度が低く効率が悪いという欠点があった。
【００１４】
そこで、定着に作用するエネルギ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、高効率の定着装置が考案された。
【００１５】
上述の励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップに集中させて効率を向上させた電磁誘導加熱方式の定着装置の一例の概略構成について、便宜上、後述する本発明の実施形態で用いる図２を参照しながら説明する。図中１０は電磁誘導発熱層（導電体層、磁性体層、抵抗体層）を有する電磁誘導発熱性の回転体としての円筒状の定着フィルムである。１６は横断面略半円弧状樋型のフィルムガイド部材であり、円筒状の定着フィルム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せてある。１５はフィルムガイド部材１６の内側に配設し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。３０は弾性加圧ローラであり、定着フィルム１０を挟ませてフィルムガイド部材１６の下面と所定の圧接力をもって所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させて相互圧接させてある。上記磁場発生手段１５の磁性コア１７は、定着ニップ部Ｎに対応位置させて配設してある。
【００１６】
加圧ローラ３０は、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の回転駆動による該加圧ローラ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に回転力が作用して、該定着フィルム１０がその内面が定着ニップ部Ｎにおいてフィルムガイド部材１６の下面に密着して摺動しながら、矢示の時計方向に加圧ローラ３０の回転周速度に略対応した周速度をもってフィルムガイド部材１６の外回りを回転状態になる（加圧ローラ駆動方式）。フィルムガイド部材１６は、定着ニップ部Ｎへの加圧、磁場発生手段１５としての励磁コイル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の回転時の搬送安定性を図る役目をする。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。
【００１７】
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の位置に対応している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。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。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が維持されるように温調される。
【００１８】
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の外回りを回転し、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温調された状態において、不図示の画像形成手段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、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を挟持搬送されていく。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が挟持搬送されていく過程において、定着フィルム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、回転中の定着フィルム１０の外面から分離して排出搬送されていく。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のような構成では、誘導加熱コイル（励磁コイル）及び定着フィルムが冷えている状態で定着器に電力投入を行うと、誘導加熱コイルを構成している導線及び負荷であるスリーブを構成している金属の抵抗値に基づく表皮抵抗が小さいために、回路に大きな電流が流れることになり、スイッチ素子に大電流のものを使用しなければならなくなり、コストアップにつながるという問題があった。また、誘導加熱コイル及びスリーブの温度が上昇していくと温度上昇に伴う抵抗上昇により電流が流れ難くなり、電流が少なくなってしまうため、定常的に同じ電力を供給することができず、立ち上げ時間が遅くなるという問題があった。
【００２０】
本発明は、上述した点に鑑みなされたものであり、磁気誘導加熱定着方式で金属製の定着フィルムの発熱を行う際に最大電力を一定に保ち、温度上昇に伴う出力低減を無くし、より高速且つ安定なオンディマンド定着を実現可能とすると共に、安全を確保し加熱定着動作の緊急停止も可能とした加熱装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、磁気誘導加熱方式により被加熱材を加熱する加熱装置であって、磁界を発生する磁場発生手段と、前記磁場発生手段に高周波電流を供給する電力供給手段と、前記磁場発生手段から発生した磁界の作用で電磁誘導発熱する電磁誘導発熱部材と、前記磁場発生手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の検出結果に基づき、前記電力供給手段から前記磁場発生手段への供給電力を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記電流検出手段で検出した電流を波形整形するフィルタリング手段と、前記フィルタリング手段で波形整形された電流のピーク値をホールドするピークホールド手段とを有し、前記ピークホールド手段は、前記フィルタリング手段で波形整形された電流を高周波数でピークホールドする第１のピークホールド回路と、前記第１のピークホールド回路にホールドされたピーク値から商用交流周波数に対応したピーク値をピークホールドする第２のピークホールド回路とを有するものであり、前記制御手段は、前記第２のピークホールド回路にホールドされたピーク値に基づき前記磁場発生手段への電力供給を制御することを特徴とする。
【００２３】
上記目的を達成するために、請求項２記載の本発明は、前記電力供給手段は商用交流電源を入力し、高周波電流を発生することを特徴とする。
【００２４】
上記目的を達成するために、請求項３記載の本発明は、更に、前記電磁誘導発熱部材と被加熱材との接触部近傍の温度を検出する温度検出手段を有し、前記制御手段は、前記温度検出手段の検出温度が規定温度となるように前記電力供給手段から前記磁場発生手段への電力供給を制御することを特徴とする。
【００２５】
上記目的を達成するために、請求項４記載の本発明は、前記制御手段は、前記ピークホールド手段にホールドされたピーク値に基づき、前記磁場発生手段に流れる最大電流が制限されるように、前記電力供給手段から前記磁場発生手段への電力供給を制御することを特徴とする。
【００２６】
上記目的を達成するために、請求項５記載の本発明は、更に、前記フィルタリング手段の出力に基づいて前記磁場発生手段への供給電力を禁止する禁止手段を有することを特徴とする。
【００２７】
上記目的を達成するために、請求項６記載の本発明は、更に、外部入力に基づき前記電磁誘導発熱部材による加熱動作を緊急停止するための緊急停止手段を有することを特徴とする。
【００２８】
上記目的を達成するために、請求項７記載の本発明は、請求項１乃至６の何れかに記載の加熱装置を使用して、未定着画像を被加熱材に永久固着画像として加熱定着させることを特徴とする。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４６】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態では、画像形成装置に搭載される定着装置（加熱装置）、定着装置における励磁コイル、定着ベルト、高周波インバータ装置、電流検出部、温度制御、最大電力の電圧依存性、安全装置の各項目毎に説明する。
【００４７】
＜定着装置（加熱装置）＞
本発明の第１の実施の形態に係る定着装置は電磁誘導加熱方式の装置である。図２は本発明の第１の実施の形態に係る定着装置１００の要部の横断面構造を示す構成図、図３は定着装置１００の要部の正面構造を示す構成図、図４は定着装置１００の要部の縦断面構造を示す構成図である。尚、上記従来例で説明した箇所と共通する箇所の説明は省略または簡略化する。
【００４８】
定着装置１００の要部の構成を詳述すると、磁場発生手段は、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１８には給電部１８ａ・１８ｂに励磁回路２７（図５参照）を接続してある。この励磁回路２７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。
【００４９】
ベルトガイド部材１６ａ、１６ｂは、横断面略半円弧状樋型の部材であり、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ベルト１０をルーズに外嵌させてある。ベルトガイド部材１６ａは、磁場発生手段としての磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃと励磁コイル１８を内側に保持している。また、ベルトガイド部材１６ａには、図４に示すように紙面垂直方向長手の良熱伝導部材４０がニップ部Ｎの加圧ローラ３０との対向面側で、定着ベルト１０の内側に配設してある。本例においては、良熱伝導部材４０にアルミニウムを用いている。良熱伝導部材４０は熱伝導率ｋが、
【００５０】
【数１】
ｋ＝２４０［Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1］
であり、厚さ１［ｍｍ］である。
【００５１】
また、良熱伝導部材４０は、磁場発生手段である励磁コイル１８と磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ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。具体的には、良熱伝導部材４０を励磁コイル１８に対して磁性コア１７ｃを隔てた位置に配設し、励磁コイル１８による磁路の外側に位置させて良熱伝導部材４０に影響を与えないようにしている。加圧用剛性ステイ２２は、ベルトガイド部材１６ｂの内面平面部に当接させて配設した横長のステイである。絶縁部材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の間を絶縁するための部材である。フランジ部材２３ａ・２３ｂは、ベルトガイド部材１６ａ、１６ｂのアセンブリの左右両端部に外嵌し、前記左右位置を固定しつつ回転自在に取り付け、定着ベルト１０の回転時に該定着ベルト１０の端部を受けて該定着ベルト１０のベルトガイド部材長手に沿う寄り移動を規制する役目をする。
【００５２】
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形成被覆させた、シリコンゴム・フッ素・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層３０ｂとで構成されており、芯金３０ａの両端部を装置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せて配設してある。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との間にそれぞれ加圧バネ２５ａ・２５ｂを縮設することで、加圧用剛性ステイ２２に押し下げ力を作用させている。これにより、ベルトガイド部材１６ａの下面と加圧ローラ３０の上面とが定着ベルト１０を挟んで圧接して所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。
【００５３】
加圧ローラ３０は、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の回転駆動による該加圧ローラ３０と定着ベルト１０の外面との摩擦力で定着ベルト１０に回転力が作用し、定着ベルト１０がその内面が定着ニップ部Ｎにおいて良熱伝導部材４０の下面に密着して摺動しながら、矢示の時計方向に加圧ローラ３０の回転周速度に略対応した周速度をもってベルトガイド部材１６ａ、１６ｂの外回りを回転状態になる。
【００５４】
この場合、定着ニップ部Ｎにおける良熱伝導部材４０の下面と定着ベルト１０の内面との相互摺動摩擦力を低減化させるために、定着ニップ部Ｎの良熱伝導部材４０の下面と定着ベルト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る。或いは、良熱伝導部材４０の下面を潤滑部材で被覆することもできる。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或いは仕上げ加工を簡素化した場合に、摺動する定着ベルト１０に傷をつけて定着ベルト１０の耐久性が悪化してしまうことを防ぐものである。
【００５５】
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り、例えば、小サイズ紙を通紙した場合、定着ベルト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、非通紙部の熱量が小サイズ紙通紙部へ伝熱される。これにより、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。また、図５に示すように、ベルトガイド部材１６ａの周面に、その長手に沿い所定の間隔を置いて凸リブ部１６ｅを形成具備させ、ベルトガイド部材１６ａの周面と定着ベルト１０の内面との接触摺動抵抗を低減させて抵抗ベルト１０の回転負荷を少なくしている。このような凸リブはベルトガイド部材１６ｂにも同様に形成具備することができる。
【００５６】
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。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、定着ベルト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の固有抵抗によって電磁誘導発熱層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の右側のグラフのような分布を示す。図６の右側のグラフは、縦軸が磁性コア１７ａの中心を０とした角度θで表した定着ベルト１０における円周方向の位置を示し、横軸が定着ベルト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量である。
【００５７】
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１８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。上記図２の２６は定着ベルト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２６で測定した定着ベルト１０の温度情報を基に定着ニップ部Ｎの温度を制御するようにしている。
【００５８】
而して、定着ベルト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ベルト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が形成された被加熱材としての被記録材Ｐが定着ニップ部Ｎの定着ベルト１０と加圧ローラ３０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ベルト１０の外面に密着して定着ベルト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を定着ベルト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、定着ベルト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ベルト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、定着ニップ部通過後、冷却して永久固着像となる。
【００５９】
本例においては、上記図２に示すように、定着ベルト１０のこの発熱域Ｈ（図６参照）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。
【００６０】
図７は本例で使用した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５０は、＋２４ＶＤＣ電源及びリレースイッチ５１と直列に接続されており、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５１が動作し、励磁回路２７への給電が遮断されることにより励磁コイル１８への給電を遮断する構成をとっている。サーモスイッチ５０はＯＦＦ動作温度を２２０度Ｃに設定した。また、サーモスイッチ５０は、定着ベルト（フィルム）１０の発熱域Ｈに対向して定着ベルト１０の外面に非接触に配設した。サーモスイッチ５０と定着ベルト１０との間の距離は略２ｍｍとした。これにより、定着ベルト１０にサーモスイッチ５０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。
【００６１】
本例によれば、装置故障による定着装置暴走時、従来例のような定着ニップ部Ｎで発熱する構成とは違い、定着ニップ部Ｎに紙が挟まった状態で定着装置（定着器）が停止し、励磁コイル１８に給電が続けられ定着ベルト１０が発熱し続けた場合でも、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に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度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５１により励磁コイル１８への給電が遮断される。また、本例によれば、紙の発火温度は約４００度Ｃ近辺であるため紙が発火することなく、定着ベルト１０の発熱を停止することができる。
【００６２】
尚、温度検知素子としてサーモスイッチの他に温度ヒューズを用いることもできる。また、本例ではトナーｔに低軟化物質を含有させたトナーを使用したため、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が、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。
【００６３】
＜励磁コイル＞
励磁コイル１８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を形成している。絶縁被覆は定着ベルト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１８は外部から圧力を加えて密集度を向上させてもよい。
【００６４】
励磁コイル１８の形状は、上記図２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になるように設定した。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のよいものがよい。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。
【００６５】
磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８と定着ベルト１０の発熱層の間の距離はできる限り近付けた方が磁束の吸収効率が高いのであるが、この距離が５ｍｍを超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、５ｍｍ以内であれば定着ベルト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。励磁コイル１８の励磁コイル保持部材１９からの引出線、即ち１８ａ・１８ｂ（図５）については、励磁コイル保持部材１９から外の部分について束線の外側に絶縁被覆を施している。
【００６６】
＜定着ベルト＞
図８は本例における定着ベルト１０の層構成を示す説明図である。本例の定着ベルト１０は、電電磁誘導発熱性の定着ベルト１０の基層となる金属ベルト等で構成された発熱層１と、その外面に積層した弾性層２と、その外面に積層した離型層３との複合構造となっている。発熱層１と弾性層２との間の接着、弾性層２と離型層３との間の接着のため、各層間にプライマ層（不図示）を設けてもよい。略円筒形状である定着ベルト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。上述したように、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を介して定着ベルト１０を加熱し、定着ニップ部Ｎに通紙される被加熱材としての被記録材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。
【００６７】
（ａ）発熱層１
発熱層１は、ニッケル、鉄、強磁性ＳＵＳ、ニッケルーコバルト合金といった強磁性体の金属を用いるとよい。非磁性の金属でもよいが、より好ましくは磁束の吸収のよいニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバルトーニッケル合金等の金属がよい。その厚みは次の式で表される表皮深さより厚く且つ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の周波数ｆ［Ｈｚ］と透磁率μと固有抵抗ρ［Ωｍ］で、
【００６８】
【数２】
σ＝５０３×（ρ／ｆμ）^1/2
と表される。
【００６９】
これは、電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、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、逆に言うと殆どのエネルギはこの深さまでで吸収されている（図１０参照）。発熱層１の厚さは好ましくは１〜１００μｍがよい。発熱層１の厚みが１μｍよりも小さいと殆どの電磁エネルギが吸収しきれないため効率が悪くなる。また、発熱層１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。
【００７０】
（ｂ）弾性層２
弾性層２は、シリコンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコンゴム等で耐熱性がよく熱伝導率がよい材質である。弾性層２の深さは１０〜５００μｍが好ましい。この弾性層２は定着画像品質を保証するために必要な厚さである。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、被記録材の凹凸或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の厚さとしては、１０μｍ以下では被記録材或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。
【００７１】
弾性層２の硬度は、硬度が高すぎると被記録材或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度（ＪＩＳ−Ａ）以下、より好ましくは４５度（ＪＩＳ−Ａ）以下がよい。弾性層２の熱伝導率λに関しては、
【００７２】
【数３】
６×１０^-4〜２×１０^-3［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］
がよい。
【００７３】
熱伝導率λが、
【００７４】
【数４】
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１０の表層（離型層３）における温度上昇が遅くなる。
【００７５】
熱伝導率λが、
【００７６】
【数５】
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。
【００７７】
よって、熱伝導率λは、
【００７８】
【数６】
６×１０^-4〜２×１０^-3［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］
がよい。より好ましくは、
【００７９】
【数７】
８×１０^-4〜１．５×１０^-3［ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ．］
がよい。
【００８０】
（ｃ）離型層３
離型層３は、フッ素樹脂、シリコン樹脂、フルオロシリコンゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性且つ耐熱性のよい材料を選択することができる。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離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。また、離型層３が１００μｍを超えると熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の離型層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。
【００８１】
また、図９に示すように、定着ベルト（定着フィルム）１０の構成において、発熱層１のベルトガイド面側（発熱層１の弾性層２とは反対側面）に断熱層４を設けてもよい。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、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂などの断熱樹脂がよい。
【００８２】
また、断熱層４の厚さとしては１０〜１０００μｍ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、１００μｍを超えると磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８から発熱層１へ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。断熱層４は、発熱層１に発生した熱が定着ベルト１０の内側に向かわないように断熱できるので、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。
【００８３】
＜高周波インバータ装置＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置における、後述の図１２に示す出力コンバータ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。本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の誘導加熱制御部は、電圧制御回路３００、定着器ユニット部（Ｆｕｓｅｒ）３１３、フィードバック制御回路３１５、ドライバ回路３１６を備えている。更に、上記電圧制御回路３００は、サーキットブレーカ３０２、リレー３０３、整流回路（ＲＥＣＴ）３０４、ゲート制御トランス３０５、３０６、主スイッチ素子３０７、第２のスイッチ素子３０８、共振コンデンサ３０９、第２の共振コンデンサ３１０、カレントトランス３１１を備えている。図中３０１は電源ライン入力端子、３１４は定着器の加熱オン／オフ信号入力端子である。
【００８４】
上記要部の構成を動作と共に詳述すると、サーキットブレーカ３０２は、過電流を保護する。整流回路３０４は、交流入力から両波整流を行うブリッジ整流回路と高周波フィルタを行うコンデンサで構成されている。主スイッチ素子３０７、第２のスイッチ素子３０８は、電流のスイッチングを行う。カレントトランス３１１は、主スイッチ素子３０７、第２のスイッチ素子３０８でスイッチングされたスイッチング電流を検出するトランスである。定着器ユニット部３１３は、電気部品構成としては上述した励磁コイル１８（図２）と、温度検出サーミスタ２６（図２）と、過昇温を検出するサーモスイッチ３１２を有している。定着器の加熱オン／オフ信号入力端子３１４は、不図示の画像形成装置のプリンタシーケンスコントローラから送られてくる電圧信号により本高周波インバータ装置の出力オン、オフを制御している。
【００８５】
フィードバック制御回路３１５は、定着装置（定着器）のサーミスタ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。ドライバ回路３１６は、フィードバック制御回路３１５からのフィードバック制御信号を受けて、本高周波インバータ装置の制御形態に相応しい制御を行う。主スイッチ素子３０７、第２のスイッチ素子３０８としては、パワー用電力スイッチ素子が最適であり、ＦＥＴもしくはＩＧＢＴ（＋逆導通ダイオード）により構成されている。主スイッチ素子３０７、第２のスイッチ素子３０８は、共振電流を制御するため、定常時の損失及びスイッチ損失が小さいもので、尚且つ高耐圧、大電流タイプのものがよい。
【００８６】
電源ライン入力端子３０１から交流入力電源を受け、サーキットブレーカ３０２及びリレー３０３を介して整流回路３０４に交流電源が印加されると、該整流回路３０４の両波整流ダイオードにより脈動化直流電圧を生成する。その後、主スイッチ素子３０７がスイッチングを行うようにゲート制御トランス３０５をドライブすることにより、励磁コイル１８と共振コンデンサ３０９で構成された共振回路に交流パルス電圧が印加される。この結果、第２のスイッチ素子３０８の導通時には励磁コイル１８に脈動化直流電圧が印加され、励磁コイル１８のインダクタンスと抵抗により定まる電流が流れ始める。ゲート信号に従って第２のスイッチ素子３０８がターンオフすると、励磁コイル１８は電流を流し続けようとするため、励磁コイル１８の両端に共振コンデンサ３０９と励磁コイル１８により定まる共振回路の尖鋭度Ｑによりフライバック電圧と呼ばれる高電圧が発生する。この電圧は電源電圧を中心に振動し、そのままオフ状態を保っておくと電源電圧に収束する。
【００８７】
フライバック電圧のリンギングが大きく、第２のスイッチ素子３０８のコイル側端子の電圧が負になる期間は逆導通ダイオードがターンオフし、電流が励磁コイル１８に流入する。この期間中、励磁コイル１８と第２のスイッチ素子３０８の接点は０Ｖにクランプされることになる。このような期間に第２のスイッチ素子３０８をオンすれば、第２のスイッチ素子３０８は電圧を背負うことなくターンオン可能なことが一般に知られており、ＺＶＳ（Zero Voltage Switching）と呼ばれている。このような駆動方法により第２のスイッチ素子３０８のスイッチングに伴う損失は最小とすることができ、効率の良い、ノイズの少ないスイッチングを可能としている。
【００８８】
＜電流検出部＞
本発明の第１の実施の形態では、定着装置の励磁コイル１８に流れる電流の検出に上記図１、後述の図１１のカレントトランス３１１を用いた例で説明する。検出波形の一例を図１３に示す。カレントトランス３１１は、第２のスイッチ素子３０８のエミッタ（ＦＥＴの場合はドレイン）から整流回路３０４のマイナス端子及び整流回路３０４の後段のフィルタコンデンサ（図示略）へ流れる電流を検出すべく構成されている。１：ｎの巻線を有するカレントトランス３１１の１ターン側にパワー側の電流を流し、ｎターン側に設けた検出抵抗により電圧情報として検出する。検出電流はフィルタ回路（パッシブフィルタ）３１９（後述の図１１参照）で波形整形した後、約５０ＫＨｚの周波数に対応するピークホールド回路３２０（後述の図１１参照）により電流ピークの縫絡線とする。
【００８９】
更に、その次に接続された約１００Ｈｚに対応するピークホールド回路３４０（後述の図１１参照）により電圧リップルを含む電流ピーク波形を取り出し、最大電力制御値としている。具体的には、この出力電圧を電力制御ピーク値とするリミッタ動作をさせる構成としている。更に、最大出力電力のリミット値として本出力波形をフィルタ回路３１９（後述の図１１参照）によりリップルを取り除き、ピーク電流に対応するより安定した電圧として上記図１のフィードバック制御回路３１５に入力してもよい。
【００９０】
＜温度制御＞
本発明の第１の実施の形態では、一例として温度制御をデジタルＰＩＤ（Proportional plus Integral plus Derivative：比例・積分・微分）制御により行ったものとして記述する。定着装置（定着器）の定着温度検出はサーミスタ２６により行っている。サーミスタ２６は定着ニップよりも下流側に相当する部位でスリーブ内側に圧接して配置されており、被加熱材としての紙により奪われた熱量を温度変化として測定するようになっている。サーミスタ２６の抵抗変化を検出回路により電圧に変換し、予め定められた基準電圧と比較することで目標温度（目標電圧）との差として検出する。この検出結果に基づいてスイッチ素子のオン時間を決定し、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御を行っている。
【００９１】
ＰＷＭ制御回路３２３は、オン時間制御部とオフ時間制御部の２対の定電流源回路及びコンデンサ、コンパレータからなっており、それぞれ定電流源回路からコンデンサへ定電流を充電した結果、電圧が基準値を超えることにより時間制御を行う構成となっている。オン時間中に主スイッチ素子３０７以外の素子がオン動作を行わなくするためにオン時間中はオフ時間制御部を停止し、オフ時間中はオン時間制御部を停止する。ＰＷＭ制御回路３２３内の出力ＦＦ（ステアリングフリップフロップ）３２９により順次時間幅を制御されたオン時間、オフ時間を繰り返し出力していく。オフ時間のコンパレータは調整可能ではあるが、フィードバックループを持たせない構成にすることにより一定時間とし、オン時間のコンパレータ（図示略）の入力電圧を変更することで電力制御を行っている。
【００９２】
＜最大電力の電圧依存性＞
最大電力（初期電力）の電圧依存性について説明する。電流制御を全く行わない系においては、ＡＣライン電圧に対し出力電力はＡＣライン電圧の２乗で変動していくことになる。これに対し、電流検出によりリミットをかける本構成によれば、出力電力を電圧に線形依存するようにすることができる。このような回路を構成し、実験を行った結果を図１４に示す。図１４（ａ）の「制御無し領域」は従来例による実験結果であり電源電圧による電力変動が大きいが、「ピーク一定制御領域」は本発明による実験結果であり電源電圧による電力変動が少ないことを示している。図１４（ｂ）の角印で示す点は平均電流一定制御の場合の実験結果、菱形印で示す点はピーク一定制御の場合の実験結果を示す。
【００９３】
電流を検出し電力を制御するということから、定着器ユニット部３１３の励磁コイル１８に電流を流す時間、即ち主スイッチ素子３０７のオンしている時間の最大値はＡＣラインを流れる電流と供給可能な電力により定め、フィードバック制御回路３１５からの制御信号はその時間を超えない範囲となっている。また、最小時間についても規定する構成をとってもよい。例えば、複写機やプリンタ等の画像形成装置を朝一番で立ち上げる時などのように画像形成装置の定着器の温度が低い場合には、最大時間幅に近いオン時間幅で電力供給を行うことになる。投入可能な電力を一例として１１００Ｗとすると、電源オン時から温度制御が掛かるまでは最大オン時間の範囲内で電流制御により１１００Ｗの電力供給を行い、温度検出素子であるサーミスタ２６の信号によりＰＩ制御或いはＰＩＤ制御と呼ばれる制御手法により温度上昇に伴ってオン時間幅を制限し、電力を制御するよう構成している。
【００９４】
温度が十分高くなり、温度制御によりオン時間幅が短くなった場合、先に述べたようにフライバック電圧は電源電圧を基準電圧として振動を行うために、特に電源電圧が高くオン時間幅が短い場合には０Ｖまで下がりきることができず、ＺＶＳが実現できなくなってくる。このような場合にカレントトランス３１１により検出した回路電流を基準値と比較し、第２のスイッチ素子３０８を駆動する。第２のスイッチ素子３０８は通常動作させ続けるように構成してもよい。
【００９５】
図５は励磁コイル１８と励磁回路２７を接続して励磁電流により交番磁界を発生する構成を示す図である。この励磁回路２７は上記図１に示したように構成された高周波インバータ装置であり、約２０ＫＨｚから１００ＫＨｚの高周波電流を発生する。
【００９６】
図１１は本発明の第１の実施の形態に係る励磁回路２７の詳細構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る励磁回路２７は、主スイッチ素子２０１、逆導通ダイオード２０２、励磁コイル２０３、共振コンデンサ２０４、第２のスイッチ素子２０５、逆導通ダイオード２０６、第２の共振コンデンサ２０７、ゲート制御トランス３０５、３０６、カレントトランス３１１、スイッチング制御回路３５０を備えている。更に、スイッチング制御回路３５０は、ピーク検出回路３１８、フィルタ回路３１９、ピークホールド回路３２０、オペアンプ３２１、整流回路３１７、コンデンサ３４１、抵抗３４２、ＰＷＭ制御回路３２３、直流電源３２７、コンデンサ３２８、スイッチ素子３３０、抵抗３３１、３３２、ダイオード３３４、３３５等を備えている。
【００９７】
尚、図中のスイッチング制御回路３５０は上記図１のドライバ回路３１５に対応する。また、図中のオペアンプ３２１、整流回路３１７、コンデンサ３４１、抵抗３４２が第２のピークホールド回路３４０を構成している。また、図中の主スイッチ素子２０１、第２のスイッチ素子２０５、励磁コイル２０３、共振コンデンサ２０４、２０７は、上記図１の主スイッチ素子３０７、第２のスイッチ素子３０８、励磁コイル１８、共振コンデンサ３０９、３１０に各々対応する。また、図中３３３、３３６は画像形成装置に搭載された定着装置による定着動作を外部から緊急停止する際の指示が入力される端子であり、図中３２２、３２４、３２５、３３７、３３８は信号線である。
【００９８】
上記要部の構成を動作と共に詳述すると、主スイッチ素子２０１として一般的に用いるのはＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴといった素子である。励磁コイル２０３の構成は上記図６及び図７に示した通りである。逆導通ダイオード２０６は第２のスイッチ素子２０５に並列に接続されている。通常の状態では第２のスイッチ素子２０５はオープン状態にしており、この状態で主スイッチ素子２０１をオン、オフすることによりシングル電圧共振を行っている。この第２のスイッチ素子（サブ共振スイッチ素子）２０５は、主スイッチ素子２０１がオフしている間、フライバック電圧が上昇を終える頃にオン、電圧が降下した頃にオフという上述した動作を続けてもよい。
【００９９】
励磁コイル２０３に流れる電流をカレントトランス３１１により検出し、整流回路３１７で整流を行った後、フィルタ回路３１９により検出する。この出力をピーク検出回路３１８により予め定められた基準値と比較し、基準値以上のピーク電流であることを検出するとＰＷＭ制御回路３２３の出力ＦＦ（フリップフロップ）３２９をオフに固定し、出力を禁止するリミッタ動作を行う。大電流が流れる場合など異常電流検出時はこのように保護を行っている。フィルタ回路３１９による波形整形後、先ずピークホールド回路３２０により高い周波数（数十ＫＨｚ）でのピーク検出を行い、電流波形のピークを繋いだ商用交流周期の縫絡線としてＡＣラインに流れるピーク電流を検出し、オペアンプ３２１・整流回路３１７・コンデンサ３４１・抵抗３４２により構成された第２のピークホールド回路３４０により、商用交流の周期に対応するピーク値を検出する。
【０１００】
本発明の第１の実施の形態では、検出したピーク電流に基づいて電力制御回路の最大出力値を制御することにより、ＡＣライン電流検出結果により電力制御幅の最大値（最大投入可能電力）を制御し、最大供給可能な電力がＡＣライン電圧に依存し難くなるよう制御している。
【０１０１】
＜安全装置＞
安全装置は以下のように構成されている。本回路構成は、上記図１の電源入力端子３０１から交流電力を受け、渦電流を保護するサーキットブレーカ３０２及びリレー３０３の接点を介して整流回路３０４に接続するようになっている。ここで、リレー３０３の励磁巻線は画像形成装置に装備された２４Ｖ電源によりオンする構成とし、更に画像形成装置に装備された定着装置の定着ベルト（フィルム）１０の温度を検出し、検出温度が規定温度を超え異常昇温したとき遮断するサーモスイッチ接点を介して励磁するように構成されており、仮にトラブルが生じ定着装置が異常昇温した場合にはリレー３０３を介して励磁回路２７の電源を切断し、熱暴走からの定着装置の保護を図り安全を確保するように構成している。
【０１０２】
スイッチング周波数は、初期状態では最初に説明した通り約１００ＫＨｚとなっている。初期状態ではゲートパルス幅＝０であり、第２のスイッチ素子２０５（３０８）は全くオンしていない状態にある。定着スタート信号によりゲートパルスを出力し、電流制御回路により決められるデューティまで増加することになるわけであるが、この時、最大オン時間幅の１／２までの間にリミッタが動作すれば異常状態と判定して外部に知らせる構成となっている。
【０１０３】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、磁気誘導加熱方式で被加熱材を加熱する定着装置において、励磁コイル１８・定着ベルト１０・サーミスタ２６を有する定着器ユニット部３１３と、励磁コイル１８に流れる電流を検出するカレントトランス３１１と、カレントトランス３１１の電流検出値に基づき励磁コイル１８への供給電力の最大値を制限する制御、定着ベルト１０と加圧ローラ３０との相互圧接部の検出温度が規定温度を超過した場合に励磁コイル１８への電力供給を停止する制御等を行うドライバ回路３１６とを備えているため、下記のような作用及び効果を奏する。
【０１０４】
定着装置の励磁コイル１８における最大電力制御をカレントトランス３１１の信号を用いて行うため、磁気誘導加熱定着方式で金属製の定着ベルト１０の加熱を行う際に最大電力を一定値に保ち、温度上昇に伴う出力低減を無くし、より高速且つ安定なオンディマンド定着を実現することが可能となる効果がある。また、定着ベルト１０と加圧ローラ３０との相互圧接部の検出温度が規定温度を超過した場合に励磁コイル１８への電力供給を停止し、外部入力に基づき定着動作を緊急停止可能としているため、熱暴走からの定着装置の安全を確保でき、非常時における定着動作の緊急停止も可能となる効果がある。
【０１０５】
［第２の実施の形態］
図１５は本発明の第２の実施の形態に係る励磁回路２７の詳細構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態に係る励磁回路２７は、主スイッチ素子２０１、逆導通ダイオード２０２、励磁コイル２０３、共振コンデンサ２０４、第２のスイッチ素子２０５、逆導通ダイオード２０６、第２の共振コンデンサ２０７、ゲート制御トランス３０５、３０６、カレントトランス３１１、スイッチング制御回路３６０を備えている。更に、スイッチング制御回路３６０は、整流回路３１７、ピーク検出回路３１８、第１のフィルタ回路３４５、第２のフィルタ回路３４６、オペアンプ３４７、ＰＷＭ制御回路３２３、直流電源３２７、コンデンサ３２８、スイッチ素子３３０、抵抗３３１、３３２、ダイオード３３４、３３５等を備えている。上記第１の実施の形態における図１１との重複箇所の説明は省略する。
【０１０６】
尚、図中のスイッチング制御回路３６０は上記図１のドライバ回路３１５に対応する。また、図中の主スイッチ素子２０１、第２のスイッチ素子２０５、励磁コイル２０３、共振コンデンサ２０４、第２の共振コンデンサ２０７は、上記図１の主スイッチ素子３０７、第２のスイッチ素子３０８、励磁コイル１８、共振コンデンサ３０９、第２の共振コンデンサ３１０に各々対応する。また、図中３３３、３３６は画像形成装置に搭載された定着装置による定着動作を外部から緊急停止する際の指示が入力される端子であり、図中３２２、３２４、３２５、３３７、３３８は信号線である。
【０１０７】
上記要部の構成を動作と共に詳述すると、励磁コイル２０３に流れる電流をカレントトランス３１１により検出し、整流回路３１７で整流を行った後、第１のフィルタ回路３４５により検出する。この出力をピーク検出回路３１８により予め定められた基準値と比較し、基準値以上のピーク電流であることを検出するとＰＷＭ制御回路３２３の出力ＦＦ３２９をオフに固定し、出力を禁止するリミッタ動作を行う構成となっている。回路に大電流が流れる場合などの異常電流検出と回路保護はこのように行っている。
【０１０８】
第１のフィルタ回路３４５による波形整形後、第２のフィルタ回路３４６によりより低い周波数でのフィルタリングを行い、ＡＣラインに流れる平均電流として検出し、オペアンプ３４７により平均電流の値に応じた電圧を出力させる。この出力電圧を電流制御回路の制御電源電圧とすることにより、ＡＣライン電流検出結果に基づいて制御幅の最大値（最大投入可能電力）を制御し、最大供給可能な電力がＡＣライン電圧に比例するよう制御を行っている。
【０１０９】
スイッチング周波数は、初期状態では最初に説明した通り約１００ＫＨｚとなっている。初期状態ではゲートパルス幅＝０であり、第２のスイッチ素子２０５（３０８）は全くオンしていない状態にある。デューティ制御によりデューティを増加させていくことになるわけであるが、この時、最大オン時間幅の１／２までの間にリミッタが動作すれば異常状態と判定して外部に知らせる構成となっている。
【０１１０】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、定着装置の励磁コイル１８における最大電力制御をカレントトランス３１１の信号を用いて行うため、磁気誘導加熱定着方式で金属製の定着ベルト１０の加熱を行う際に最大電力を一定値に保ち、温度上昇に伴う出力低減を無くし、より高速且つ安定なオンディマンド定着を実現することが可能となる効果がある。また、熱暴走からの定着装置の安全を確保でき、非常時における定着動作の緊急停止も可能となる効果がある。
【０１１１】
［第３の実施の形態］
図１６は本発明の第３の実施の形態に係る励磁回路２７の詳細構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施の形態に係る励磁回路２７は、主スイッチ素子２０１、逆導通ダイオード２０２、励磁コイル２０３、共振コンデンサ２０４、第２のスイッチ素子２０５、逆導通ダイオード２０６、第２の共振コンデンサ２０７、ゲート制御トランス３０５、３０６、カレントトランス３１１、スイッチング制御回路３７０を備えている。更に、スイッチング制御回路３７０は、整流回路３１７、ピーク検出回路３１８、フィルタ回路３５１、第１のピークホールド回路３５２、第２のピークホールド回路３５３、ＰＷＭ制御回路３２３、直流電源３２７、コンデンサ３２８、抵抗３３２、ダイオード３３４、３３５、スイッチ素子３５３等を備えている。上記第１の実施の形態における図１１との重複箇所の説明は省略する。
【０１１２】
尚、図中のスイッチング制御回路３７０は上記図１のドライバ回路３１５に対応する。また、図中の主スイッチ素子２０１、第２のスイッチ素子２０５、励磁コイル２０３、共振コンデンサ２０４、第２の共振コンデンサ２０７は、上記図１の主スイッチ素子３０７、第２のスイッチ素子３０８、励磁コイル１８、共振コンデンサ３０９、第２の共振コンデンサ３１０に各々対応する。また、図中３３３、３３６は画像形成装置に搭載された定着装置による定着動作を外部から緊急停止する際の指示が入力される端子であり、図中３２２、３２４、３２５、３３７、３３８は信号線である。
【０１１３】
上記要部の構成を動作と共に詳述すると、第１のピークホールド回路３５２、第２のピークホールド回路３５３を通過して得られたピーク電流情報は、フィードバック制御回路３１５（上記図１）へ同回路３１５内蔵のＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換され伝達される。その結果を温度制御を行う同回路３１５内蔵のＰＩＤ制御部にピーク電流情報として入力し、ここから換算される最大電力が一定値を超えないように最大供給可能な電力の制御を行う。演算結果はゲートパルス信号に出力するゲートオン時間情報として反映され、同回路３１５内蔵のＣＰＵからのＤ／Ａコンバータよりの電圧出力またはＰＷＭ出力としてスイッチング制御回路３７０へ入力される。
【０１１４】
演算結果が最大電力を超える場合には、ピーク電流情報から算出される最大電力を出力するようにし、ＰＩＤ制御のデータとしても、演算結果ではなく実際に出力された電力幅をフィードバックすることで円滑な制御が行えるように構成している。制御ループと異なる安全回路としての電流リミッタ動作は一波毎に掛ける必要がある場合には、ハードウエア的に掛ける上記第１の実施の形態をそのまま用いても構わない。
【０１１５】
以上説明したように、本発明の第３の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、定着装置の励磁コイル１８における最大電力制御をカレントトランス３１１の信号を用いて行うため、磁気誘導加熱定着方式で金属製の定着ベルト１０の加熱を行う際に最大電力を一定値に保ち、温度上昇に伴う出力低減を無くし、より高速且つ安定なオンディマンド定着を実現することが可能となる効果がある。また、熱暴走からの定着装置の安全を確保でき、非常時における定着動作の緊急停止も可能となる効果がある。
【０１１６】
［他の実施の形態］
上述した本発明の第１乃至第３の実施の形態では、本発明の定着装置が搭載される画像形成装置の種類については特に言及しなかったが、本発明は、未定着画像を被加熱材に永久固着画像として加熱定着させ画像形成を行う複写機やプリンタ等の各種画像形成装置に適用可能である。
【０１１７】
また、上述した本発明の第１乃至第３の実施の形態では、本発明の定着装置が搭載される画像形成装置以外の構成については特に言及しなかったが、本発明は、画像形成装置など複数の機器から構成されるシステムに適用しても、画像形成装置など１つの機器からなる装置に適用してもよい。
【０１１８】
尚、本発明の特許請求の範囲における各構成要件と、上述した本発明の第１乃至第３の実施の形態における各部との対応関係は下記の通りである。請求項１の磁場発生手段は励磁コイル１８に対応し、電磁誘導加熱手段は定着ベルト１０に対応し、加圧手段は加圧ローラ３０に対応する。請求項２の電力供給手段は励磁回路２７に対応し、電流検出手段はカレントトランス３１１に対応し、電力制御手段はドライバ回路３１６に対応する。請求項３の温度検出手段はサーミスタ２６に対応する。請求項４の電流ピーク抽出手段はピークホールド回路３２０に対応する。請求項５の第一の周波数フィルタ手段は第１のフィルタ回路３４５に対応し、第二の周波数フィルタ手段は第２のフィルタ回路３４６に対応し、電流リミッタ手段はピーク検出回路３１８に対応し、電流制御手段はオペアンプ３４７に対応する。請求項６の周波数フィルタ手段はフィルタ回路３５１に対応し、電流制御手段はフィードバック制御回路３１５に対応する。請求項７の緊急停止手段は端子３３３、３３６及びスイッチング制御回路３５０（３６０、３７０）に対応する。
【０１１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、磁界を発生する磁場発生手段に流れる電流のピーク値に基づき、磁場発生手段への電力供給を制御するので、磁気誘導加熱方式により被加熱材を加熱する際に最大電力を一定値に保ち、温度上昇に伴う出力低減を無くし、より高速且つ安定に被加熱材を発熱させることが可能となる効果がある。
【０１２０】
また、本発明によれば、電磁誘導発熱部材と被加熱材との接触部近傍の検出温度が規定温度となるように磁場発生手段への電力供給を制御するため、熱暴走からの定着装置の安全を確保できるという効果がある。
【０１２１】
また、本発明によれば、外部入力に基づき電磁誘導発熱部材による加熱動作を緊急停止するため、非常時における定着動作の緊急停止も可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置の誘導加熱制御部の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置の要部の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置の要部の正面構造を示す一部を断面とした構成図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置の要部の正面構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置を構成するベルトガイド部材・励磁コイル等を示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置の定着ベルト等における交番磁束の発生の様子を示す説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置の安全回路を示す回路図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置の定着ベルトの層構成の例を示す概略断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置の定着ベルトの層構成の他の例を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る電磁波強度と発熱層深さとの関係を示す説明図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置の励磁回路の詳細構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置の出力コンバータの構成を示す回路図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置における電流検出波形の例を示す説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置における最大電力依存性の実験結果を示す説明図であり、（ａ）は制御無し領域の場合及びピーク一定制御領域の場合の電力−電圧特性を示す説明図、（ｂ）は平均電流一定制御の場合及びピーク一定制御の場合の電力−電圧特性を示す説明図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置の励磁回路の詳細構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る画像形成装置の定着装置の励磁回路の詳細構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０定着ベルト
１８励磁コイル
２６サーミスタ
２７励磁回路
３０加圧ローラ
３０１電源ライン入力端子
３０２サーキットブレーカ
３１１カレントトランス
３１５フィードバック制御回路
３１６ドライバ回路
３１８ピーク検出回路
３４５第１のフィルタ回路
３４６第２のフィルタ回路
３４７オペアンプ
３５１フィルタ回路
３５２第１のピークホールド回路
３５３第２のピークホールド回路

Claims

磁気誘導加熱方式により被加熱材を加熱する加熱装置であって、
磁界を発生する磁場発生手段と、
前記磁場発生手段に高周波電流を供給する電力供給手段と、
前記磁場発生手段から発生した磁界の作用で電磁誘導発熱する電磁誘導発熱部材と、
前記磁場発生手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の検出結果に基づき、前記電力供給手段から前記磁場発生手段への供給電力を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記電流検出手段で検出した電流を波形整形するフィルタリング手段と、前記フィルタリング手段で波形整形された電流のピーク値をホールドするピークホールド手段とを有し、前記ピークホールド手段は、前記フィルタリング手段で波形整形された電流を高周波数でピークホールドする第１のピークホールド回路と、前記第１のピークホールド回路にホールドされたピーク値から商用交流周波数に対応したピーク値をピークホールドする第２のピークホールド回路とを有するものであり、前記制御手段は、前記第２のピークホールド回路にホールドされたピーク値に基づき前記磁場発生手段への電力供給を制御することを特徴とする加熱装置。
前記電力供給手段は商用交流電源を入力し、高周波電流を発生することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
更に、前記電磁誘導発熱部材と被加熱材との接触部近傍の温度を検出する温度検出手段を有し、前記制御手段は、前記温度検出手段の検出温度が規定温度となるように前記電力供給手段から前記磁場発生手段への電力供給を制御することを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載の加熱装置。
前記制御手段は、前記ピークホールド手段にホールドされたピーク値に基づき、前記磁場発生手段に流れる最大電流が制限されるように、前記電力供給手段から前記磁場発生手段への電力供給を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の加熱装置。
更に、前記フィルタリング手段の出力に基づいて前記磁場発生手段への供給電力を禁止する禁止手段を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の加熱装置。
更に、外部入力に基づき前記電磁誘導発熱部材による加熱動作を緊急停止するための緊急停止手段を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の加熱装置。
請求項１乃至６の何れかに記載の加熱装置を使用して、未定着画像を被加熱材に永久固着画像として加熱定着させることを特徴とする画像形成装置。