JP4355392B2

JP4355392B2 - 定着装置

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Publication number: JP4355392B2
Application number: JP13275899A
Authority: JP
Inventors: 実林崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-05-13
Filing date: 1999-05-13
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2019-05-13
Also published as: JP2000321894A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機・プリンタ等の画像形成装置に関し、特に電磁誘導加熱方式による定着技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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画像形成プロセス部で、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未定着画像（トナー画像）を、被記録材面に水久固着画像として加熱定着させる定着方式としては、熱ローラ方式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ーの観点からベルト加熱方式が実用化されている。また、電磁誘導加熱方式も提案されている。
【０００３】
（ａ）熱ローラ方式
熱ローラ方式は、定着ローラ（加熱ローラ）と、加圧ローラと圧接ローラとの対を基本構成とし、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、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定着させるものである。
【０００４】
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ヘの通電が制御されて温調される。
【０００５】
特に、最大４層のトナー画像層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場合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、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設け、そのゴム弾性層を介してトナー画像を加熱している。また、加圧ローラ内にも熱源を設け、この加圧ローラも加熱・温調する構成にしたものも知られている。
【０００６】
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する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く、定着ローラ等が冷え切っている場合には、所定の定着可能温度に立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。このため、迅速に画像形成動作を実行できるように、スタンバイ時にも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、電力消費量が大きくなる等の問題があった。
【０００７】
また、フルカラーの画像を形成する場合のように、特に熱容量の大きな定着ローラを用いる場合は、温調と定着ローラ表面の昇温との間に遅延が発生するため、定着不良、光沢ムラ、オフセット等が発生するという問題があった。
【０００８】
（ｂ）フィルム加熱方式
フィルム加熱方式は、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号公報等にて提案されている。
【０００９】
このフィルム加熱方式は、加熱体として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、耐熱性フィルム（定着フィルム）を扶ませてニップ部を形成させ、該ニップ部の定着フィルムと加圧ローラとの間に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定着フィルムと一緒に挟持搬送させることで、セラミックヒータの熱を定着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。
【００１０】
このフィルム加熱方式は、セラミックヒータと、低熱容量の部材を用いた定着フィルムとを用いてオンデマンドタイプの定着装置を構成することができ、画像形成時に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ればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成動作を開始する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。ただ、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。
【００１１】
（ｃ）電磁誘導加熱方式
実開昭５１−１０９７３９号公報には、励磁コイルにより発生した交番磁束により定着ローラに電流を誘導させ、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定着ローラ自体を直接発熱させることができ、ハロゲンランプを熱源とした熱ローラ方式よりも高効率の定着プロセスを実現している。
【００１２】
しかしながら、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、投入エネルギーに対する定着エネルギーの密度が低く、効率が悪いという欠点があった。
【００１３】
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、高効率化を図った定着装置が考案された。
【００１４】
図１７は、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を示す概略構成図である。
【００１５】
図１７において、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れている。
【００１６】
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部であり、励磁コイル１８とＥ型の磁性コア（芯材）１７とを有している。３０は弾性体で構成された加圧ローラであり、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、定着フィルム１０を挟んで相互圧接させている。磁場発生部１５の磁性コア１７は、定着ニップ部Ｎと対向する位置に配設されている。
【００１７】
加圧ローラ３０は、駆動モータ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と定着フィルム１０の外面との摩擦力で、加圧ローラ３０の回転力が定着フィルム１０に伝達され、定着フィルム１０は、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回転する（加圧ローラ駆動方式）。この際、定着フィルム１０は、加圧ローラ３０の回転周速度にほぼ対応した周速度で回転する。
【００１８】
フィルムガイド部材１６は、定着ニップ部Ｎへの加圧、磁場発生部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、該フィルム１０の回転時の搬送安定性を図る役目を果たす。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構成され、高い荷重に耐えられる材料が用いられる。
【００１９】
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界（交番磁束）を発生する。交番磁束は、定着ニップ部Ｎの対向位置に配設された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。
【００２０】
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るので、定着ニップ部Ｎが効率よく加熱される。定着ニップ部Ｎの温度は、不図示の温度検知手段を含む湿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。
【００２１】
しかして、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、定着フィルム１０の外面から分離して排出されていく。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電磁誘導加熱方式における加熱制御用の電気回路は、励磁コイルと直列に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子に並列に接続された共振コンデンサと、ＡＣライン電圧整流器の後に設けられたフィルタコンデンサにより、電圧共振回路を構成していた。電圧共振回路を構成することで、コイル及びコンデンサからなる並列共振回路により発生するフライバック電圧を利用して、スイッチング素子に印加される電圧が“０”となったときにスイッチングを行うことにより、ソフトスイッチングを実現していた。
【００２３】
しかしながら、このような電圧共振回路では出力電力が少ない場合、正確には１パルスあたりのエネルギーが小さい場合に、フライバック電圧の大きさが不十分となり、ソフトスイッチング動作を期待出来ない場合があった。
【００２４】
本発明は、このような背景の下になされたもので、その課題は、交番磁界を発生させるためのスイッチング動作としてのソフトスイッチング動作を、常時行えるようにすることにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、発熱層を有する回転体と、前記発熱層に渦電流を発生させるための励磁コイルと、前記励磁コイルと共に並列共振回路を構成する第１のコンデンサと、前記並列共振回路への給電回路に設けられている第１のスイッチング素子と、前記回転体の温度を検出する温度検出素子と、前記温度検出素子の検出温度が設定温度を維持するように前記第１のスイッチング素子を制御する制御手段と、を有し、前記渦電流が発生することにより発熱する回転体の熱を利用して記録材上のトナー像を記録材に加熱定着する定着装置において、第２のスイッチング素子と第２のコンデンサの直列接続体であって前記第１のスイッチング素子に対して並列に接続されている直列接続体と、前記第１のスイッチング素子の開放により前記励磁コイルの両端に発生するフライバック電圧がゼロボルトまで降下するか否かを判断するための信号を前記制御手段に出力する回路と、を有し、前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子の開放により発生する前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下しない場合、前記第１のスイッチング素子の開放期間中に前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下するように前記第２のスイッチング素子を短絡し、前記第１のスイッチング素子の開放により発生する前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下する場合は、前記開放期間中に前記第２のスイッチング素子を短絡することなく前記第１のスイッチング素子を再度短絡することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、前記回路は、前記給電回路に流れる電流を検出する電流検出回路であり、前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子を短絡している時の検出電流と前記第１のスイッチング素子を開放している時の検出電流の大きさに基づいて前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下するか否かを判断し前記第２のスイッチング素子の動作を制御することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、前記回路は、電源電圧を検出する電圧検出回路であり、前記制御手段は、検出電圧に基づいて前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下するか否かを判断し、前記第２のスイッチング素子の動作を制御することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、前記回路は、前記第１のスイッチング素子に並列に接続されたツェナーダイオードに流れる電流を検出する電流検出回路であり、前記制御手段は、検出電流に基づいて前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下するか否かを判断し、前記第２のスイッチング素子の動作を制御することを特徴とする。
【００４１】
【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ながら説明する。
【００４２】
［第１の実施形態］
（１）画像形成装置
図１は、本発明を適用した画像形成装置の画像形成部の一例を示す概略構成図である。本画像形成装置は、電子写真式のカラープリンタとして機能している。図１において、１０１は有機感光体やアモルファスシリコン感光体で構成された感光体ドラム（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。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。
【００４３】
次いで、その帯電処理された感光体ドラム１０１は、レーザスキャナ１１０から出力されるレーザ光１０３により、画像情報が走査露光される。この際、レーザスキャナ１１０は、不図の画像読取装置等の画像信号発生装置から出力されたデジタル画素信号に対応して変調されたレーザ光１０３を出力することにより、感光体ドラム１０１上に静電潜像を形成する。１０９はレーザスキャナ１１０から出力されたレーザ光を、感光体ドラム１０１の露光位置に偏向させるミラーである。
【００４４】
フルカラー画像を形成する場合は、目的のフルカラー画像の第１の色成分画像、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のうちのイエロー現像器１０４Ｙの作動で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上に転写される。中間転写体ドラム１０５に対してトナー画像を転写した後は、感光体ドラム１０１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消掃される。
【００４５】
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の第２の色成分画像（例えばマゼンタ成分画像、マゼンタ現像器１０４Ｍが作動），第３の色成分画像（例えばシアン成分画像、シアン現像器１０４Ｃが作動），第４の色成分画像（例えば黒成分画像、黒現像器１０４ＢＫが作動）の各色の成分画像について順次実行され、中間転写体ドラム１０５上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４色のトナー画像が順次重ねて転写されて、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される。
【００４６】
中間転写体ドラム１０５は、金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を有し、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。そして、中間転写体ドラム１０５の金属ドラムにバイアス電位を与え、感光体ドラム１０１との電位差で感光体ドラム１０１上のトナー画像を中間転写体ドラム１０５上に転写させる。
【００４７】
中間転写体ドラム１０５上に合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、二次転写部Ｔ２に不図示の給紙部から所定のタイミングで送り込まれた被記録材Ｐ上に転写されていく。転写ローラ１０６は、被記録材Ｐの背面からトナーと逆極性の電荷を供給することで、中間転写体ドラム１０５上から被記録材Ｐ側へ合成カラートナー画像を一括して転写する。
【００４８】
二次転写部Ｔ２を通過した被記録材Ｐは、中間転写体ドラム１０５から分離されて定着装置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、装置外の不図示の排紙トレーに排出される。定着装置１００の詳細は、後述する。
【００４９】
中間転写体ドラム１０５は、被記録材Ｐに対してカラートナー画像を転写した後、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、清掃処理時にのみ中間転写体ドラム１０５に接触され、それ以外の期間は非接触状態で保持されている。また転写ローラ１０６も、転写処理時にのみ中間転写体ドラム１０５に接触され、それ以外の期間は非接触状態で保持されている。
【００５０】
本画像形成装置は、白黒画像など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。両面画像プリントモードの場合は、定着装置１００を通過した片面に画像プリントがなされた被記録材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ヘ送り込まれ、裏面にトナー画像が転写されて、再度、定着装置１００に導入されて裏面に対するトナー画像の定着処理がなされる。
【００５１】
多重画像プリントモードの場合は、定着装置１００を通過した片面に画像プリントがなされた被記録材Ｐは、不図示の再循環搬送機構を介して表裏反転されずに再び二次転写部Ｔ２へ送り込まれ、画像プリント済みの面に２回目のトナー画像が転写されて、再度、定着装置１００に導入されて２回目のトナー画像の定着処理がなされる。
【００５２】
（２）定着装置１００
本定着装置１００は、電磁誘導加熱方式を採用している。図２は定着装置１００の要部の横断側面図、図３は要部の正面図、図４は要部の縦断正面図である。本定着装置１００は、図２３の定着装置と同様に、円筒状の電磁誘導発熱性材を用いた、加圧ローラ駆動方式、電磁誘導加熱方式の装置である。図２３の装置と共通の構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００５３】
磁場発生部は、磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃ及び励磁コイル１８を有している。磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃは、高透磁率の部材により構成され、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適しており、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。
【００５４】
励磁コイル１８には、励磁回路２７（図５）が接続されている。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。
【００５５】
１６ａ，１６ｂは横断面略半円弧状樋型のフィルムガイド部材であり、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フィルムである定着フィルム１０をルーズに外嵌させてある。フィルムガイド部材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。また、フィルムガイド部材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との対向位置で、定着フィルム１０の内側に配設されている。
【００５６】
良熱伝導性部材４０としては、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ｋ＝２４０［Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1］であり、厚さ１［ｍｍ］である。また、良熱伝導部材４０は、励磁コイル１８と磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃにより発生される磁場の影響を受けないように、この磁場の外に配設されている。具体的には、励磁コイル１８、磁性コア１７ａ・１７ｂ・１７ｃを定着ニップ部Ｎとの対向位置からずらして配置することにより、定着ニップ部Ｎとの対向位置に配設された良熱伝導部材４０を磁路の外側に位置させている。
【００５７】
２２はフィルムガイド部材１６ａの内面平面部に当接させて配設した横長の加圧用剛性ステイである。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緑部材である。フランジ部材２３ａ・２３ｂは、フィルムガイド部材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、定着フィルム１０の回転時に定着フィルム１０の端部を受けて、定着フィルム１０のフィルムガイド部材長手に沿う寄り移動を規制する役目を果たす。
【００５８】
加圧ローラ３０は、芯金３０ａと、芯金３０ａの周りに同心一体にローラ状に成形被覆させたシリコンゴム・フッ素ゴム・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由に軸受けするように配設されている。
【００５９】
また、加圧用剛性ステイ２２の両端部と装置の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、フィルムガイド部材１６ａの下面と加圧ローラ３０の上面とが定着フィルム１０を挟んで圧接し、所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。
【００６０】
加圧ローラ３０は、駆動モータＭにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この際、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は、そ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ながら、矢示の時計方向にフィルムガイド部材１６ａ，１６ｂの外回りを回転する。このとき、定着フィルム１０の周速度は、加圧ローラ３０の回転周速度にほぼ対応した周速度となる。
【００６１】
また、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、定着ニップ部Ｎの良熱伝導部材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るか、或いは良熱伝導性部材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場合、或いは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に傷をつけて定着フィルム１０の耐久性が悪化するのを防ぐためである。
【００６２】
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、定着フィルム１０の非通紙部の熱量が良熱伝導部材４０を介して小サイズ紙へ伝熱することにより、小サイズ紙を通紙したときの消費電力を低減させる効果が得られる。
【００６３】
また、図５に示すように、フィルムガイド部材１６ａの周面に、その長手方向に沿って所定の間隔を置いて凸リブ部１６ｅを設けることにより、フィルムガイド部材１６ａの周面と定着フィルム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、フィルムガイド部材１６ｂにも同様に設けることができる。
【００６４】
図６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（図８，９参照）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のグラフに示したように分布する。
【００６５】
すなわち、図６のグラフは、縦軸が磁性コア１７ａの中心を“０”とした場合の角度θで表した定着フィルム１０の円周方向の位置を示し、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、定着に必要な発熱量が得られる領域であり、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。
【００６６】
この定着ニップ部Ｎの温度は、サーミスタなどの温度センサ２６（図２参照）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、定着ニップ部Ｎが所定の温度に立上がって、その温度が維持されるように温調される。この温調された状態において、画像形成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。被記録材Ｐが定着ニップ部Ｎを通過する過程において、発熱された定着フィルム１０により被記録材Ｐが加熱され、被記録材Ｐ上の未定着トナー画像ｔが定着されて固着像となる。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の外面から分離して排出されていく。
【００６７】
なお、本定着装置１００では、故障などで定着装置１００が暴走した場合に励磁コイル１８への給電を遮断するために、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、サーモスイッチ５０を配設している。
【００６８】
図７は、サーモスイッチ５０を用いた安全回路の回路図である。サーモスイッチ５０は、＋２４ＶのＤＣ電源、及びリレースイッチ５１に対して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てリレースイッチ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。
【００６９】
なお、本実施形態では、サーモスイッチ５０のオフ動作温度は、２２０℃に設定している。また、サーモスイッチ５０は、定着フィルム１０の外面と接触しない位置に配設した。サーモスイッチ５０と定着フィルム１０との間の距離は、略２ｍｍとした。これにより、定着フィルム１０にサーモスイッチ５０が接触して傷が付くことを回避し、定着画像が劣化するのを防止している。
【００７０】
本定着装置１００では、図２３のような定着ニップ部Ｎで発熱する構成とは異なり、定着ニップ部Ｎから離れた位置で発熱しているので、故障などで定着装置１００が暴走した場合に、定着ニップ部Ｎに紙が挟まった状態で定着器が停止し、励磁コイル１８への給電が継続して定着フィルム１０が発熱し続けても、記録紙が直接加熱されることはない。さらに、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℃を感知してオフした時点で、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。従って、紙の発火温度である４００℃近辺まで記録用紙の温度が上昇して発火することはない。
【００７１】
なお、温度検知素子としては、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。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、オフセット防止のためのオイル塗布機構を定着装置に設けていないが、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。
【００７２】
（３）励磁コイル
励磁コイル１８の導線としては、１本ずつがそれぞれ絶緑被覆された銅製の細線を複数本束ねた束線を用いている。本励磁コイル１８では、１０ターン巻いてコイルを形成している。絶縁被覆材としては、定着フィルム１０の発熱による熱伝導を考慮して、アミドイミドやポリイミドなどの耐熱性の有るものを使用するのが好ましい。また、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。
【００７３】
励磁コイル１８の形状は、図２のように、定着フィルム１０（発熱層１）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１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。
【００７４】
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１との間の距離についは、この距離が５ｍｍを越えると、磁束の吸収効率が著しく低下するため、５ｍｍ以内にするのがよい。なお、５ｍｍ以内であれば、定着フィルム１０の発熱層１と励磁コイル１８との距離を、必ずしも一定に保つ必要はない。また、励磁コイル保持部材１９からのコイルの引出線１８ａ、１８ｂ（図５参照）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絶縁被覆を施している。
【００７５】
（４）定着フィルム
図８は、定着フィルム１０の層構成を示す断面図である。定着フィルム１０は、電磁誘導発熱性のフィルムの基層となる金属フィルム等で構成された発熱層１と、その下側に積層した弾性層２と、弾性層２の下側に積層した離型層３の複合構造となっている。なお、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、各層間にプライマー層（不図示）を設けてもよい。略円筒形状にして実装するときは、発熱層１が内面側となり、離型層３が外面側となる。
【００７６】
前述のように、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を介して被記録材Ｐに伝達され、被記録材Ｐ上のトナー画像が熱作用等で定着される。
【００７７】
発熱層１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とよい。非磁性の金属でも良いが、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良い。その厚みは、次の式で表される表皮深さより厚く、かつ２００μｍ以下にすることが好ましい。表皮深さσ［ｍ］は、励磁回路の周波数ｆ［Ｈｚ］、透磁率μ、固有抵抗ρ［Ωｍ］とすると、
σ＝５０３×（ρ／ｆμ）^1/2
と表される。
【００７８】
この式は、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、逆にいうと殆どのエネルギーはこの深さまでで吸収されている（図１０参照）。
【００７９】
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て屈曲性が悪くなり、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とするのが好ましい。
【００８０】
弾性層２の材質としては、シリコンゴム、フツ素ゴム、フルオロシリコンゴム等の耐熱性がよく、熱伝導率もよい材質を選択するのが好ましい。これは、カラー画像形成する場合、特に写真画像などでは、被記録材Ｐ上で大きな面積に亙ってベタ画像が形成されるが、この場合、被記録材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、伝熱量が多い部分光沢度が高くなり、伝熱量が少ない部分では光沢度が低くなって、光沢ムラが発生するからである。
【００８１】
また、弾性層２の厚さは、定着画像品質を保証するために１０〜５００μｍとするのが好ましい。これは、弾性層２の厚さが１０μｍ以下の場合には、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からである。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からである。なお、詳細な説明は省略するが、他の事象を考慮すると、より好ましくは、弾性層２の厚みは５０〜５００μｍとするのがよい。
【００８２】
弾性層２の硬度については、硬度が高すぎると被記録材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ので、６０°（ＪＩＳ−Ａ）以下、より好ましくは４５°（ＪＩＳ−Ａ）以下のものを使用するのがよい。
【００８３】
弾性層２の熱伝導率λに関しては、
６×１０^-4〜２×１０^-3［ｃａ１／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ］
のものを採用するのがよい。
【００８４】
熱伝導率λが６×１０^-4［ｃａ１／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ］よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、定着フィルムの表層（離型層３）における温度上昇が遅くなり、熱伝導率λが２×１０^-3［ｃａ１／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からである。なお、詳細な説明は省略するが、他の事象を考慮すると、弾性層２の熱伝導率は、より好ましくは、８×１０^-4〜１．５×１０^-3［ｃａ１／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ］のものを採用するのがよい。
【００８５】
離型層３としては、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等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択するのが好ましい。離型層３の厚さは、１〜１００μｍとするのが好ましい。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からである。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からである。
【００８６】
また、図９に示すように、定着フィルム１０の構成としては、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。この断熱層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樹脂などの耐熱樹脂を用いるのがよい。
【００８７】
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、耐久性も不足するからである。一方、１０００μｍ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吸収されなくなるからである。
【００８８】
断熱層４を設けた場合は、発熱層１に発生した熱が定着フィルム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り、消費電力を抑えることができる。
【００８９】
（５）定置フィルムの誘導加熱制御
次に、本発明に特有な定置フィルムの誘導加熱制御を説明する。
【００９０】
図５に示したように、励磁回路２７を励磁コイル１８に接続し、励磁コイル１８へ供給する励磁電流を励磁回路２７により制御して交番磁界を発生させている。この励磁回路２７では、約２０ＫＨｚから１００ＫＨｚの高周波電流を発生させている。
【００９１】
図１１は、励磁回路２７の回路図であり、互いに並列に接続されたスイッチング素子２０１、ツェナーダイオード２０２、及び共振コンデンサ２０４と、互いに直列に接続されたスイッチング素子２０５、及び共振コンデンサ２０７と、スイッチング素子２０５に対して並列に接続されたツェナーダイオード２０２とが、励磁コイル１８に接続されている。
【００９２】
なお、互いに直列に接続されたサブ・スイッチング素子２０５、及びサブ・共振コンデンサ２０７は、メイン・スイッチング素子２０１、ツェナーダイオード２０２、及びメイン・共振コンデンサ２０４に対して、並列に接続されている。また、スイッチング素子２０１，２０５としては、ＭＯＳＥＴやＩＧＢＴといった素子を用いることができる。通常の状態では、サブ・スイッチング素子２０５は、オープン状態にしており、この状態でメイン・スイッチング素子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。
【００９３】
図１２は、図１１の励磁回路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。
【００９４】
図１２において、３０１はＡＣ電源ライン入力端子、３０２はサーキットブレーカ、５１は前述したリレースイッチ（図７参照）、３０４は交流入力に対して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で構成された整流回路、３０５，３０６はゲート制御トランスである。また、メイン・スイッチング素子２０１、サブ・スイッチング素子２０５、メイン・共振コンデンサ２０４、サブ・共振コンデンサ２０７は、図１１に示したものに相当するものである。
【００９５】
３１１はメイン・スイッチング素子２０１でスイッチングされたスイッチング電流を検出するカレントトランス（電流検出トランス）であり、定着器ユニット３１３内の励磁コイル１８と接続されている。定着器ユニット３１３は、電気的なデバイスとしては、上記励磁コイル１８と、サーミスタ２６と、過昇温を検出するサーモスイッチ５０を有している。
【００９６】
３１４は定着器に対する加熱オン／オフ信号であり、被記録材Ｐが定着器ユニット３１３の近傍まで搬送されてきたのを検知するレジセンサの検知信号に基づいて、図示省略したプリンタシーケンスコントローラから送られてくる信号である。３１５は定着器のサーミスタ２６の温度検出値に基づいて、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、３１６はフィードバック制御信号を受けて、励磁回路２７等を制御するドライバ回路である。なお、ドライバ回路３１６には、後述するＰＷＭ制御部３１２も内蔵されている。
【００９７】
このような構成の下で、電源ライン入力端子３０１、過電流ブレーカ３０２及びリレースイッチ５１を介して整流回路３０４にＡＣ電源が印加されると、整流回路３０４内の両波整流ダイオードにより、脈流化ＤＣ電圧が生成される。なお、リレースイッチ５１の励磁巻線は、定着フィルム１０が異常昇温した場合に遮断するサーモスイッチ５０を介して励磁するように構成されており、仮にトラブルが発生して定着フィルム１０が異常昇温をしたとしても、サーモスイッチ５０を介してリレースイッチ５１を遮断して励磁コイル１８への電源供給を停止することにより、熱暴走による定着器の破壊等を防止している。
【００９８】
そして、整流回路３０４に後続するスイッチング素子によりメイン・スイッチシグ素子２０１がスイッチング動作を行うようにゲートトランス３０５をドライブすることにより、励磁コイル１８とメイン・共振コンデンサ２０４で形成された共振回路に交流パルス電圧が印加される。
【００９９】
この結果、メイン・スイッチング素子２０１の導通時には励磁コイル１８に脈流化ＤＣ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励磁コイル１８に流れはじめる。ゲートトランス３０５からのゲート信号に従ってメイン・スイッチング素子２０１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の両端にメイン・共振コンデンサ２０４の容量と励磁コイル１８のインダクタンスにより定まる、フライバック電圧と呼ばれる高電圧が発生する。このフライバック電圧は、電源電圧を中心に振動し、メイン・スイッチング素子２０１をオフ状態のまま放置すると、電源電圧に収束する。
【０１００】
フライバック電圧のリンギングが大きい場合は、メイン・スイッチング素子２０１の励磁コイル１８側の端子のフライバック電圧が負になるが、この負になる期間は、ツェナーダイオード２０２がターンオンし、励磁コイル１８に電流が流入している間は、励磁コイル１８とメイン・スイッチング素子２０１の接点は、０Ｖにクランプされることになる。
【０１０１】
このように、励磁コイル１８とメイン・スイッチング素子２０１の接点が０Ｖにクランプされている期間に、メイン・スイッチング素子２０１をオンすれば、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（ＺｅｒｏＶｏｌｔＳｗｉｔｔｉｎｇ：ソフトスイッチングともいう）と呼ばれている。このように電圧を背負うことなくターンオンした場合は、メイン・スイッチング素子２０１のスイッチングに伴う損失は最小となり、効率の良い、ノイズの少ないスイッチングが可能となる。
【０１０２】
そこで、本実施形態では、後で詳細に説明するように、たとえ、フライバック電圧が小さくなっても、メイン・スイッチング素子２０１が確実にソフトスイッチング動作を行うように制御するためのデバイスとして、サブ・スイッチング素子２０５、サブ・共振コンデンサ２０７を設けている。
【０１０３】
定着ニップ部Ｎでの定着フィルム１０の温度検出はサーミスタ２６により行っており、サーミスタ２６の抵抗変化を電圧に変換し、予め定められた基準電圧と比較し、目標温度との差として検出する。この検出結果に基づいて、メイン・スイッチング素子２０１のオン時間幅を決定し、そのオン時間幅に基づいてＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行っている。
【０１０４】
ＰＷＭ制御部３１２は、図示省略したが、オン時間制御部とオフ時間制御部との２対の定電流源回路及びコンデンサ、コンパレータを有しており、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ステアリングフリップフロップにより、その時間幅を変更しながらオン時間、オフ時間を繰返すようにＰＷＭ制御を行う。
【０１０５】
オフ時間用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の制御とし、オン時間用のコンパレータに温度情報をフィードバックすることで温度制御を実現している。励磁コイル１８に電流を流す時間、すなわちメイン・スイッチング素子２０１をオンさせる時間の最大値は、ＡＣラインの電圧値と供給可能な電力により定まり、ドライバ回路３１６からの制御信号は、その最大時間を超えない範囲となっている。なお、メイン・スイッチング素子２０１をオンさせる時間の最小値についても規定するように構成してもよい。
【０１０６】
朝１番に立上げる時など電源投入時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メイン・スイッチング素子２０１への電力供給を行うことになる。すなわち、電源オン時から温度制御が機能するまでの間は、最大オン時間幅でメイン・スイッチング素子２０１へ電力を供給し、その後は、サーミスタ２６からの信号によりメイン・スイッチング素子２０１のオン時間幅を制限して電力供給を制御するようになっている。
【０１０７】
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、温度が十分高くなり、温度制御によりメイン・スイッチング素子２０１のオン時間幅が短くなった場合、特に電源電圧が高く、オン時間幅が短い場合には、メイン・スイッチング素子２０１の励磁コイル１８との接点の電圧が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。そこで、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、カレントトランス３１１に流れる正方向（オン時間時）の電流値と、逆方向（オフ時間時）の電流値を検出し、正方向電流が大きく、逆方向電流が小さい場合に、サブ・スイッチング素子２０５をオンした後、メイン・スイッチング素子２０１をオンするようにしている。
【０１０８】
図１３は、上記のカレントトランス３１１を用いた電流検出回路を示している。図１３に示したように、電流検出回路は、カレントトランス３１１、検出抵抗４０１、フィルタ回路４０２、ダイオードＤＸ１，ＤＸ２、コンパレータＣＭ１，ＣＭ２を有しており、通常は検出抵抗４０１により過電流を検出し、検出電流値が規定値を越えると電力を絞るリミッタ動作を行わせるように構成している。
【０１０９】
ダイオードＤＸ１，ＤＸ２は、フィルタ回路４０２によりノイズ成分が除去された電流検出波形を、正方向と逆方向に振り分けるように作用し、それぞれコンパレータＣＭ１，ＣＭ２で基準値と比較する。コンパレータＣＭ１，ＣＭ２は、その比較結果に基づいて、サブ・スイッチング素子２０５に対するオンイネーブル信号を生成し、ドライバ回路３１６内のＰＷＭ制御部３１２に出力している。なお、サブ・スイッチング素子２０５に対して直接入力するオン信号は、メイン・スイッチング素子２０１をオン／オフするＰＷＭ制御回路３１２を利用して生成している。
【０１１０】
すなわち、オン時間終了時、上記ステアリングフリップフロップからの出力により、オフ時間タイマ用コンデンサのディスチャージが行われ、その後、定電流源によりオフ時間タイマ用コンデンサのチャージが行われる。このチャージ電圧は、一定のスロープで上昇していく。このチャージ期間中に、予め定められたチャージ電圧の範囲の間だけ、サブ・スイッチング素子２０５をオンするように、ウインドウコンパレータ（図示省略）を設けている。このように、本実施形態では、メイン・スイッチング素子２０１がオフしている間に、メイン・スイッチング素子２０１をオンするに先立ってサブ・スイッチング素子２０５をオンしている。
【０１１１】
［第２の実施形態］
第１の実施形態では、回路電流を検出することにより、フライバック電圧がゼロクロスするか否かを判断していたが、第２の実施形態では、電源電圧を検出することにより、フライバック電圧がゼロクロスするか否かを判断している。
【０１１２】
図１４は、電源電圧検出回路の回路図である。この電源電圧検出回路は、ＡＣライン電圧検出トランス５０１と、整流用のダイオードブリッジ５０２と、検出電流を流す検出抵抗５０３を有しており、ＡＣラインの電圧波形を絶縁距離を取りつつ検出するように構成されている。この検出電圧をコンパレータＣＭ３により基準値と比較して、検出電圧が予め定められた値より小さくなった旨を検出し、その検出信号をＰＷＭ制御回路３１６に出力している。
【０１１３】
一方、ＰＷＭ制御回路３１６は、温度情報に基づいてメイン・スイッチング素子２０１のオン時間幅を制御しているが、温度制御状態になってオン時間が短く絞り込まれる、すなわち、デューティ制御信号が予め定められた値以下となった場合に、サブ・スイッチ素子２０５に対するスイッチングイネーブル信号を出力するように構成されている。コンパレータＣＭ３にて使用する基準電圧は可変としてもよく、実際には、プリンタシーケンスコントローラからのＤ／Ａ出力により変化させている。
【０１１４】
ＡＣライン電圧検出トランス５０１と、整流用のダイオードブリッジ５０２は、ＡＣラインの電圧波形を検出する場合に必要であるが、ＡＣラインの電圧が一定電圧以上であることさえ検出できればよい場合は、図１５に示したように、ＡＣライン側（一次側）に、電圧検出用の抵抗６０１，６０２と、コンパレータＣＭ４を設け、フォトカプラ６０３を用いて、ＡＣラインの電圧が高い期間をＰＷＭ回路３１２に報知するようにしてもよい。
【０１１５】
［第３の実施形態］
フライバック電圧がゼロクロスするか否かは、メイン・スイッチング素子２０１に並列に接続されたツェナーダイオード２０２に流れる電流により、検出することができる。
【０１１６】
すなわち、図１６に示したように、ツェナーダイオード２０２のアノード側に電流検出トランス７０１を設け、この電流検出トランス７０１により、ツェナーダイオード２０２に流れる電流を検出する。この場合、フライバック電圧がゼロクロスした場合には、ツェナーダイオード２０２に電流が流れ、その電流は電流検出トランス７０１により検出される。そこで、電流検出トランス７０１から出力された電流の電流値をコンパレータＣＭ５により基準値と比較し、その比較結果をメイン・スイッチング素子２０１のイネーブル信号として、ＰＷＭ制御部３１２に出力している。
【０１１７】
以上説明したように、第１〜第３の実施形態では、スイッチング１パルスあたりの電力が小さい場合に、メイン・スイッチング素子２０１をオンする直前にサブ・スイッチング素子２０５をオンすることで、メイン・スイッチング素子２０１によるノイズの少ないソフトスイッチング動作を常時可能にすると共に、メイン・スイッチング素子２０１の電力制御幅を拡大している。
【０１１８】
これにより、メイン・スイッチング素子２０１に印加すべき電力を減少させて、メイン・スイッチング素子２０１でのスイッチングロスを軽減してエネルギー効率を高めることが可能となり、延いては、定着装置の長寿命化を図り、信頼性を向上させることが可能となる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発熱層を有する回転体と、前記発熱層に渦電流を発生させるための励磁コイルと、前記励磁コイルと共に並列共振回路を構成する第１のコンデンサと、前記並列共振回路への給電回路に設けられている第１のスイッチング素子と、前記回転体の温度を検出する温度検出素子と、前記温度検出素子の検出温度が設定温度を維持するように前記第１のスイッチング素子を制御する制御手段と、を有し、前記渦電流が発生することにより発熱する回転体の熱を利用して記録材上のトナー像を記録材に加熱定着する定着装置において、第２のスイッチング素子と第２のコンデンサの直列接続体であって前記第１のスイッチング素子に対して並列に接続されている直列接続体と、前記第１のスイッチング素子の開放により前記励磁コイルの両端に発生するフライバック電圧がゼロボルトまで降下するか否かを判断するための信号を前記制御手段に出力する回路と、を有し、前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子の開放により発生する前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下しない場合、前記第１のスイッチング素子の開放期間中に前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下するように前記第２のスイッチング素子を短絡し、前記第１のスイッチング素子の開放により発生する前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下する場合は、前記開放期間中に前記第２のスイッチング素子を短絡することなく前記第１のスイッチング素子を再度短絡するようにしたので、渦電流を発生させるためのスイッチング動作としてのソフトスイッチング動作を常時行うことが可能となる。延いては、前記第１のスイッチング素子をオンさせるために印加すべき電力を減少させ、前記第１のスイッチング素子に於いて発生するスイッチングロスを軽減することが可能となり、さらに、装置の長寿命化を図り、信頼性を向上させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した画像形成装置の画像形成部の概略構成図である。
【図２】定着装置の要部を示す横断側面図である。
【図３】定着装置の要部を示す正面図である。
【図４】定着装置の要部を示す横断正面図である。
【図５】磁場発生部と励磁回路との接続態様を示した図である。
【図６】磁場発生部と発熱量Ｑとの関係を示した図である。
【図７】安全回路を示した図である。
【図８】電磁誘導発熱性の定着フィルムの断面図である。
【図９】電磁誘導発熱性の定着フィルムの他の構成例を示す断面図である。
【図１０】定着フィルムにおける発熱層深さと電磁波強度の関係を示した図である。
【図１１】誘導加熱制御部におけるスイッチング部の基本的な構成を示す回路図である。
【図１２】誘導加熱制御部の電気的な全体構成の概要を示すブロック図である。
【図１３】上記スイッチング部における電流検出回路（第１の実施形態）を示す回路図である。
【図１４】上記スイッチング部における電源電圧検出回路（第２の実施形態）を示す回路図である。
【図１５】上記スイッチング部における他の電源電圧検出回路（第２の実施形態の変形例）を示す回路図である。
【図１６】上記スイッチング部におけるゼロクロス検出回路（第３の実施形態）を示す回路図である。
【図１７】従来の定着装置の要部を示す横断側面図である。
【符号の説明】
１：発熱層、１０：定着フィルム、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ：磁性コア、１８：励磁コイル、２７：励磁回路、２０１：メイン・スイッチング素子、２０２：ツェナーダイオード、２０４：メイン・共振コンデンサ、２０５：サブ・スイッチング素子、２０７：サブ・共振コンデンサ、３１１，７０１：電流検出トランス、３１２：ＰＷＭ制御部、３１５：フィードバック制御回路、３１６：ドライバ回路、５０１：電圧検出トランス、４０１，５０３，６０１，６０２：検出抵抗、５０２：ダイオードブリッジ、６０３：フォトカプラ、ＤＸ１，ＤＸ２：ダイオード、ＣＭ１，ＣＭ２，ＣＭ３，ＣＭ４，ＣＭ５：コンパレータ。

Claims

発熱層を有する回転体と、前記発熱層に渦電流を発生させるための励磁コイルと、前記励磁コイルと共に並列共振回路を構成する第１のコンデンサと、前記並列共振回路への給電回路に設けられている第１のスイッチング素子と、前記回転体の温度を検出する温度検出素子と、前記温度検出素子の検出温度が設定温度を維持するように前記第１のスイッチング素子を制御する制御手段と、を有し、前記渦電流が発生することにより発熱する回転体の熱を利用して記録材上のトナー像を記録材に加熱定着する定着装置において、
第２のスイッチング素子と第２のコンデンサの直列接続体であって前記第１のスイッチング素子に対して並列に接続されている直列接続体と、前記第１のスイッチング素子の開放により前記励磁コイルの両端に発生するフライバック電圧がゼロボルトまで降下するか否かを判断するための信号を前記制御手段に出力する回路と、を有し、前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子の開放により発生する前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下しない場合、前記第１のスイッチング素子の開放期間中に前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下するように前記第２のスイッチング素子を短絡し、前記第１のスイッチング素子の開放により発生する前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下する場合は、前記開放期間中に前記第２のスイッチング素子を短絡することなく前記第１のスイッチング素子を再度短絡することを特徴とする定着装置。
前記回路は、前記給電回路に流れる電流を検出する電流検出回路であり、前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子を短絡している時の検出電流と前記第１のスイッチング素子を開放している時の検出電流の大きさに基づいて前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下するか否かを判断し前記第２のスイッチング素子の動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記回路は、電源電圧を検出する電圧検出回路であり、前記制御手段は、検出電圧に基づいて前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下するか否かを判断し、前記第２のスイッチング素子の動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記回路は、前記第１のスイッチング素子に並列に接続されたツェナーダイオードに流れる電流を検出する電流検出回路であり、前記制御手段は、検出電流に基づいて前記フライバック電圧がゼロボルトまで降下するか否かを判断し、前記第２のスイッチング素子の動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。