JP4983290B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

この発明は電磁誘導加熱方式の定着装置に関する。この種の電磁誘導加熱方式の定着装置は、典型的には、複写機・プリンタなどの画像形成装置に組み込まれ、紙などのシートにトナーを定着させるのに用いられる。

一般的な電磁誘導加熱方式の定着装置は、電磁誘導コイルによって加熱される定着部材（ローラやベルトなど）と別の加圧部材（ローラなど）とを互いに圧接してニップを形成し、そのニップを通してトナーが付着されたシートを搬送することによって、上記トナーをシートに定着させるようになっている。そして、電磁誘導コイルの異常検知を行なうために、温度センサによって定着部材の温度を検出して、検出された定着部材の温度が所定の温度範囲から外れたときに、異常であると判定している。

また、電磁誘導コイルの異常検知を行なうために、特許文献１（特開２００３−１５６９６５号公報）では、電磁誘導コイルに流れる電流を検出することによって、過電流が発生したとき定着部材へ投入される電力を低減する方式が提案される。
特開２００３−１５６９６５号公報

しかしながら、最初に述べた一般的な方式では、定着装置を或る程度加熱して初めて異常検出が可能となるため、例えばジャムを取り除くために電磁誘導コイルと定着部材とを装着し直したことによって、電磁誘導コイルと定着部材との間の組み立て状態がばらついたとき、異常検出前にしばらくの間、規定値以上の電力が定着部材に供給されて、機内の部品が破損したり劣化したりする可能性がある。

また、特許文献１の方式では、電源からの入力電圧が変動した場合は、異常発生を十分には検出できず、結果として、上記定着部材に対して所望の電力を投入できないという問題がある。

そこで、この発明の課題は、電磁誘導コイルと定着部材との間の組み立て状態がばらつく、電源からの入力電圧が変動するなどの様々な変動要因があっても、首尾良く異常発生を検出でき、結果として、上記定着部材に対して所望の電力を投入できる定着装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の定着装置は、
電磁誘導方式の定着装置であって、
搬送されるシートが外周面に圧接される定着部材と、
上記定着部材を電磁誘導によって直接又は間接に加熱する電磁誘導コイルと、
上記シートの幅方向に関して上記定着部材の端部に沿って配置され、上記シートのサイズに応じて開閉される消磁コイルと、
上記電磁誘導コイルに接続されて等価的に共振回路を構成するキャパシタと、
電源と上記共振回路との間に介挿され、制御信号を受けて、上記電源からの電力を上記制御信号に応じた出力周波数で上記共振回路へ出力するインバータ回路と、
上記インバータ回路が出力すべき電力に応じて、上記インバータ回路へ上記制御信号を出力して制御を行う出力制御部と、
上記消磁コイルが開の場合と閉の場合のそれぞれについて、上記インバータ回路から上記共振回路へ上記制御信号に応じて出力される、想定された出力電力値と出力周波数とを対応付けて記憶する記憶部と、
上記インバータ回路から上記共振回路へ実際に出力される出力電力値と出力周波数を検出する出力検出部と、
前記想定された出力電力値と上記出力検出部によって検出された出力電力値が一致した状態において、上記想定された出力周波数と上記出力検出部によって検出された出力周波数との間のずれが基準範囲を外れているとき、異常が発生したと判断する異常判定部を備え、
上記出力制御部は、上記消磁コイルが開の場合と閉の場合のそれぞれについて、上記インバータ回路が出力すべき電力に応じて、上記インバータ回路へ上記制御信号を出力して制御を行い、
上記異常判定部は、上記消磁コイルが開の場合と閉の場合に応じて異常が発生したか否かを判断することを特徴とする。

なお、電磁誘導によって「直接」に加熱するとは、上記定着部材が電磁誘導コイルによる電磁誘導を直接受けて渦電流によって加熱される場合を指す。また、電磁誘導によって「間接」に加熱するとは、電磁誘導コイルによる電磁誘導を受けて渦電流によって発熱する別の発熱部材を介して上記定着部材が間接的に加熱される場合を指す。

この発明の定着装置では、出力制御部は、上記インバータ回路が出力すべき電力に応じて、上記インバータ回路へ制御信号を出力して制御を行う。記憶部は、上記インバータ回路から上記共振回路へ上記制御信号に応じて出力される、想定された出力電力値と出力周波数とを対応付けて記憶している。出力検出部は、上記インバータ回路から上記共振回路へ実際に出力される出力電力値と出力周波数を検出する。そして、異常判定部は、前記想定された出力電力値と上記出力検出部によって検出された出力電力値が一致した状態において、上記想定された出力周波数と上記出力検出部によって検出された出力周波数との間のずれが基準範囲を外れているとき、異常が発生したと判断する。このようにした場合、電磁誘導コイルと定着部材との間の組み立て状態がばらつく、電源からの入力電圧が変動する、別機種のための電磁誘導コイルが誤装着されたなどの様々な変動要因があっても、首尾良く異常発生を検出できる。その結果、異常を解消する処置を迅速に施すことができ、上記定着部材に対して所望の電力を投入できるようになる。

また、この定着装置に設けられた「消磁コイル」は、上記シートの幅方向に関して最大サイズ（規格上）のシートよりも小さい小サイズのシートが搬送されるときに、閉じられて、上記定着部材の端部に投入される余分な電力を吸収して、上記シートの幅方向に関して上記定着部材の温度分布を均一化する。

この定着装置では、上記消磁コイルが開閉される場合であっても、それらの場合に応じて異常発生を精度良く検出できる。

一実施形態の定着装置では、
上記出力制御部は、上記インバータ回路が出力すべき電力を表す電力指示値を設定し、上記インバータ回路へ上記制御信号を出力して上記出力周波数を可変して、上記電力指示値と上記電力検出部が検出した出力電力値とが一致するように制御を行い、
上記異常判定部は、上記電力指示値と一致した出力電力値に対応する上記出力周波数が上記基準範囲を外れているか否かを判断することを特徴とする。

この一実施形態の定着装置では、上記電力指示値と一致した出力電力値に対応する上記出力周波数が上記基準範囲を外れているか否かに基づいて、首尾良く異常発生を検出できる。

一実施形態の定着装置では、
上記記憶部は、上記想定された出力電力値と出力周波数との対応関係として、上記共振回路の周波数特性グラフを記憶し、
上記出力制御部は、上記電力指示値を複数設定し、上記各電力指示値毎に、その電力指示値と上記電力検出部が検出した出力電力値とが一致するように制御を行い、
上記異常判定部は、上記周波数特性グラフ上の複数の出力電力値について、それぞれその出力電力値に対応する上記出力周波数が上記基準範囲を外れているか否かを判断することを特徴とする。

なお、「グラフを記憶」とは、そのグラフ上の点を表すデータの集合として記憶する場合を含む。

この一実施形態の定着装置では、上記異常判定部は、上記周波数特性グラフ上の複数の出力電力値について、それぞれその出力電力値に対応する上記出力周波数が上記基準範囲を外れているか否かを判断するので、異常発生を精度良く検出できる。しかも、目標の電力値が様々に設定されたとしても、容易に異常発生を検出できる。

一実施形態の定着装置では、上記異常判定部が異常発生を検出したとき、この定着装置に異常が発生した旨を表示するか又はその旨の警報を発する異常報知部を備えたことを特徴とする。

この一実施形態の定着装置では、上記異常判定部が異常発生を検出したとき、異常報知部は、この定着装置に異常が発生した旨を表示するか又はその旨の警報を発する。これにより、異常を解消すべきことをメンテナンス担当者等に促すことができる。その結果、異常が解消されれば、上記定着部材に対して所望の電力を投入できるようになる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態の定着装置の機構部分を示している。この定着装置の機構部分は、定着部材としての定着ローラ１と、加圧部材としての加圧ローラ２と、電磁誘導コイル３と、温度検出部としての温度検出センサ４とを備えている。これらの部品１，２，３，４は、この定着装置の本体としての図示しないフレームに位置決めして取り付けられている。

定着ローラ１と加圧ローラ２とは、紙などのシート６を通すニップ５を形成するように、図示しないバネなどの付勢手段によって互いに圧接されている。ただし、ジャム発生時は、電磁誘導コイル３や定着ローラ１を残して、図１において右方向に加圧ローラ２が取り外し可能になっている。また、部品交換時は、電磁誘導コイル３を残して、定着ローラ１や加圧ローラ２が図１において右方向に取り外し可能になっている。

図１に示すように、上記各部品１，２，３，４が上記フレームに取り付けられた状態で、定着ローラ１は図示しない駆動源（モータなど）によって矢印ａ方向（図１において反時計回り）に回転され、それに従動して、加圧ローラ２は矢印ｂ方向（図１において時計回り）に回転される。定着動作時には、片面６ａにトナー９が付着されたシート６が図１においてニップ５を通して下方から上方へ搬送される。これにより、トナー９がシート６に定着される。

定着ローラ１は、例えば鉄製の芯金上に、厚さ５ｍｍのＳｉ（シリコン）スポンジゴム層と、厚さ５０μｍのＮｉ（ニッケル）とＣｒ（クロム）からなる合金層と、厚さ１ｍｍのＳｉゴム層と、厚さ２０μｍのＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）からなる表層とを設けて構成されている。また、加圧ローラ２は、鉄製の芯金上に、厚さ５ｍｍのＳｉ発泡ゴム層と、厚さ３０μｍのＰＦＡ表層とを設けて構成されている。

電磁誘導コイル３は、定着ローラ１の外周面に沿って配置され、定着ローラ１が含むＮｉＣｒ合金層を電磁誘導によって直接加熱するようになっている。具体的には、電磁誘導コイル３は、層を成すように複数回巻回された導線からなり、その層が図示しないフェライトコアとホルダに支持されて、上記定着ローラ１の外周面に沿うように湾曲されて配置されている。これにより、電磁誘導コイル３が作る磁束は、上記フェライトコアと上記定着ローラ１のＮｉＣｒ合金層とが作る磁気回路を通るようになっている。

温度検出センサ４は、定着ローラ１の外周面に対向して配置され、公知の赤外線方式で定着ローラ１の表面温度を検出するようになっている。この温度検出センサ４が検出した温度は配線２２を通して定着制御回路２１（後述）へ送られる。

図２は、図１の機構部分を制御するための本発明の基礎となる制御系のブロック構成を示している。なお、図２では、簡単のため、加圧ローラ２の図示が省略されている（後述する図３、図４でも同様。）。

この図２に示すように、商用電源（ＡＣ電源）１２と電磁誘導コイル３との間に、インバータ回路１１が介挿されている。インバータ回路１１は、商用電源１２から商用電力供給路１３を通して入力される商用電力を高周波の交番電力に変換して、得られた高周波電力を、高周波電力供給路１４を通して電磁誘導コイル３へ出力する。

制御部としての定着制御回路２１が、温度検出センサ４からの検出信号に基づいて、インバータ回路１１に電力指示値を含む制御信号を与える。電力指示値は、インバータ回路１１が出力すべき電力値を表す。これにより、定着ローラ１、温度検出センサ４、定着制御回路２１、インバータ回路１１、定着ローラ１というループが構成され、定着ローラ１の表面温度が目標温度になるようにフィードバック制御が行われる。上述のような定着制御回路２１は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）によって構成される。なお、この定着制御回路２１は、定着装置のみを制御する回路であっても良いし、上位の全体装置、例えば、この定着装置が組み込まれた画像形成装置の全体を制御する回路の一部であっても良い。

図３は、図１に示した機構部分を制御するための、一実施形態の制御系の概略ブロック構成を示している。

この例では、出力検出部としての出力電力検出装置３１および出力周波数検出装置６１が設けられている。この出力電力検出装置３１は、インバータ回路１１から電磁誘導コイル３ヘの出力電力値を検出する。なお、出力電力値に代えて、出力電流値を検出しても良い。このような出力電力検出装置３１としては、例えば高周波電力供給路１４をなすケーブルに巻回されたピックアップコイルを備え、このピックアップコイルに誘起される逆起電力を用いて電力または電流を検出する公知のものを採用できる。この出力電力検出装置３１が検出した出力電力値は、定着部材１に投入される投入電力値を表すものとして、定着制御回路２１へ送られる。出力周波数検出装置６１は、インバータ回路１１による変換後の周波数（これを「出力周波数」と呼ぶ。）を検出する機能を有している。

さらに、この例では、入力検出装置３３が設けられている。この入力検出装置３３は、商用電源１２からインバータ回路１１ヘの入力電流値と入力電圧値（または入力電力）を検出する。このような入力検出装置３３としては、例えば商用電力供給路１３をなすケーブルに巻回されたピックアップコイルを備え、このピックアップコイルに誘起される逆起電力を用いて入力電流、入力電圧を検出する公知のものを採用できる。この入力検出装置３３が検出した入力電流値、入力電圧値は、定着制御回路２１へ送られる。

定着制御回路２１は、この例では、出力電力検出装置３１が検出した出力電力値および出力周波数検出装置６１が検出した出力周波数を用いて、後述する異常判定部としての制御を行う。なお、出力周波数検出装置６１は、定着制御回路２１内に含まれていても良い。

図５は、ＩＨユニット４３に通電を行うインバータ回路１１の回路構成を具体的に示している。インバータ回路１１の回路構成としては並列共振回路と直列共振回路とが考えられるが、図５は好ましい直列共振回路の例である。

ＩＨユニット４３は、図１中に示した電磁誘導コイル３に加えて、電磁誘導コイル３に対して電磁誘導により結合する定着ローラ１やコア３２などの寄与を含むものであり、図５中ではインダクタンスＬｓ４３と実効抵抗Ｒｓ４３とからなる直列等価回路によって表されている。なお、これらのインダクタンスＬｓ４３と実効抵抗Ｒｓ４３の値は、一般的にＬＣＲメータと呼ばれるインピーダンス測定器を、電磁誘導コイル３の両端部に接続して測定することにより求められる。

ＩＨユニット４３、実際には電磁誘導コイル３には、キャパシタとしての共振コンデンサ４４が直列接続されて直列共振回路４２を構成している。この直列共振回路４２の共振周波数ｆ_０（単位；Ｈｚ）は、次式（１）で与えられる。
ｆ_０＝１／（２π（ＬｓＣ）^１／２） …（１）
ただし、ＬｓはインダクタンスＬｓ４３の値（単位；Ｈ（ヘンリ））、Ｃは共振コンデンサ４４の容量（単位；Ｆ（ファラッド））である。

インバータ回路１１は、商用電源（ＡＣ電源）１２に接続されたダイオードブリッジＤＢ４１、平滑コイルＬｆ４１および平滑コンデンサＣｆ４１からなる整流回路４１と、それぞれパワートランジスタからなる一対のスイッチング素子４５Ａ，４５Ｂと、これらのスイッチング素子４５Ａ，４５Ｂを過電圧から保護するためのフライホイールダイオードＤ４５Ａ，Ｄ４５Ｂとから構成されている。

上記一対のスイッチング素子４５Ａ，４５Ｂは、定着制御回路２１によって或る出力周波数ｆでオンオフ制御されるようになっている。これにより、ＩＨユニット４３を介して定着ローラ１へ電力が投入される。

図６は、直列共振回路４２の駆動波形を示している。Ｉ_ＬｓはＩＨユニット４３を流れる電流を示し、Ｖ_ＣＥは各スイッチング素子４５Ａ，４５Ｂのコレクタ・エミッタ間電圧を示し、また、Ｔはスイッチング素子オン期間を示している。

図７は、インバータ回路１１の出力周波数ｆと定着ローラ１へ投入される投入電力Ｐとの間の対応関係、言い換えれば直列共振回路４２の周波数特性を例示している。直列共振回路４２では、出力周波数ｆと共振周波数ｆ_０とが一致しているときに、インピーダンスＺが最小となり、電流が最も多く流れる。したがって、定着ローラ１へ投入される電力値が最大となる。

図５中に示す定着制御回路２１は、定着ローラ１へ投入される電力を制御するために、出力周波数ｆを共振周波数ｆ_０から幾分増加させて、図７に示す周波数特性のスロープに応じて、直列共振回路４２に流れる電流を可変して設定する。具体的には、定着制御回路２１内には、インバータ回路１１が出力すべき電力と、それに対応する想定された出力周波数（想定出力周波数）とを対応付けて記憶し得る記憶部２３が設けられている。なお、想定出力周波数は、許容される基準範囲（後述）を有している。定着制御回路２１は、インバータ回路１１が出力すべき電力を表す電力指示値を任意に設定することができる。また、その電力指示値に応じて、インバータ回路１１の出力周波数ｆを可変して設定することができる。また、定着制御回路２１は、電力指示値、出力周波数ｆを設定した際の実際のインバータ回路１１の出力電力値や出力周波数を出力電力検出装置３１、出力周波数検出装置６１の検出結果によって確認することができる。これらの検出結果に基づいて、定着制御回路２１は、インバータ回路１１をフィードバック制御する。なお、それとともに、定着制御回路２１は、インバータ回路１１への入力電流や入力電圧を入力検出装置３３の検出結果によって確認することができる。

定着制御回路２１がインバータ回路１１を制御する仕方を、図９を用いて具体的に説明する。図９は、電磁誘導コイル３の装着が正常である場合の直列共振回路４２の周波数特性グラフ（実線で示す）５１と、電磁誘導コイル３の装着が異常である場合の直列共振回路４２の周波数特性グラフ（破線で示す）５３とを、対比して例示している。例えば、定着制御回路２１がインバータ回路１１に電力Ｐ_１を出力させようとする場合、まずその電力値Ｐ_１（正確には電力指示値）に対応する想定出力周波数ｆ_１でインバータ回路１１の駆動を開始する。電磁誘導コイル３の装着が正常であれば、出力電力検出装置３１からはＰ_１またはその近傍の出力電力値Ｐが得られる。定着制御回路２１は、出力周波数ｆを可変して_、出力電力検出装置３１から送られてくる出力電力値ＰをＰ_１に一致させる制御を行う。この制御の目標は周波数特性グラフ５１上の点Ｃ_１である。このとき、電磁誘導コイル３の装着が正常であれば、出力周波数検出装置６１が検出する出力周波数ｆは、想定出力周波数ｆ_１に応じた基準範囲Δｆ内に収まる。これに対して、電磁誘導コイル３の装着が異常であれば、出力周波数検出装置６１が検出する出力周波数ｆは、想定出力周波数ｆ_１に応じた基準範囲Δｆを外れて、例えば周波数特性グラフ５２上の点Ｃ_２に対応する周波数ｆ_２となる。基準範囲Δｆは、想定出力周波数ｆ_１に対する差や比のいずれでも規定可能であり、定着制御回路２１によって設定される。以下では、定着制御回路２１によるインバータ回路１１のこのような制御を出力制御と呼ぶ。

図８は、この定着装置の異常検出制御のフローの一例（その１）を示している。

まず、図８中のステップＳ１において、この定着装置が組み込まれた画像形成装置のウォームアップ動作が開始され、これに応じて、定着制御回路２１はこの定着装置の初期状態（現状）を確認する。ステップＳ２において、定着制御回路２１は、インバータ回路１１が出力すべき電力Ｐ_１を表す電力指示値と、その電力指示値に対応する想定出力周波数ｆ_１を含む制御信号をインバータ回路１１へ送って、インバータ回路１１の上述の出力制御を開始する。ステップＳ３において、定着制御回路２１は出力電力検出装置３１から送られてくる出力電力値Ｐが規定値（図９中にＰｘで示す。）以下であるか否かを判定する。ここで、出力電力値が規定値Ｐｘを超えているときは（Ｓ３でＮＯ）、異常が発生したと判断して、ステップＳ６へ進んで後述の異常処理を行う。一方、出力電力値Ｐが規定値Ｐｘ以下であるときは（Ｓ３でＹＥＳ）、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、定着制御回路２１は、出力周波数ｆを可変して_、出力電力検出装置３１から送られてくる出力電力値Ｐを目標の電力値Ｐ_１に一致させる制御を行いつつ、電力値Ｐ_１に対応する想定出力周波数ｆ_１と出力周波数検出装置６１から送られてくる出力周波数ｆとの間のずれを観測する。そして、その想定出力周波数ｆ_１と検出された出力周波数ｆとの間のずれが、想定出力周波数ｆ_１に応じた基準範囲Δｆを外れているか否かを判定する。ここで、その想定出力周波数ｆ_１と検出された出力周波数ｆとの間のずれが基準範囲Δｆを外れていると判定したときは（Ｓ４でＮＯ）、異常が発生したと判断して、ステップＳ６へ進んで後述の異常処理を行う。一方、その想定出力周波数ｆ_１と検出された出力周波数ｆとの間のずれが基準範囲Δｆ内に収まっていると判定したときは（Ｓ４でＹＥＳ）、正常であると判断する。そして、ステップＳ５に進んで、定着制御回路２１の記憶部２３に最新の値を記憶し、情報を更新する。

このようにした場合、電磁誘導コイル３と定着ローラ１との間の組み立て状態がばらつく、電源１２からの入力電圧が変動する、別機種のための電磁誘導コイルが誤装着されたなどの様々な変動要因があっても、首尾良く異常発生を検出できる。

上述の異常検出制御のフロー（その１）では、異常発生を検出するためにインバータ回路１１が出力すべき電力は一つ（Ｐ_１）であるものとしたが、これに限られるものではない。図１１中に示すように、異常発生を検出するためにインバータ回路１１が出力すべき電力をＰ_１，Ｐ_２，…というように複数設定しても良い。その場合は、定着制御回路２１の記憶部２３に、電磁誘導コイル３の装着が正常である場合の直列共振回路４２の周波数特性グラフ５１を作成するためのデータを、予め記憶させておく。例えば、図１１中の電力Ｐ_１に対応する周波数特性グラフ５１上の２点Ｂ_１，Ｃ_１の出力周波数、電力Ｐ_２に対応する周波数特性グラフ５１上の２点Ｂ_１′，Ｃ_１′の出力周波数、出力電力規定値Ｐｘに対応する周波数特性グラフ５１上の２点Ｂ_１″，Ｃ_１″の出力周波数を、そのデータとして用いることができる。例えば、図１２（Ａ）に示す周波数特性表のように、最下段に出力電力規定値Ｐｘに対応する周波数特性グラフ５１上の２点Ｂ_１″，Ｃ_１″の出力周波数がそれぞれ２５ｋＨｚ，３６ｋＨｚと記憶されている。そして、上段側から順に、電力値（Ｐｘ−２００）、（Ｐｘ−４００）、…（単位；Ｗ（ワット））に対応する周波数特性グラフ５１上の２点の出力周波数がそれぞれ（２３ｋＨｚ，３９ｋＨｚ）、（２１ｋＨｚ，３３ｋＨｚ）、…と記憶されている。

図１０は、インバータ回路１１が出力すべき電力を複数設定する場合の異常検出制御のフローの一例（その２）を示している。

まず、図１０中のステップＳ１０１において、この定着装置が組み込まれた画像形成装置のウォームアップ動作が開始され、これに応じて、定着制御回路２１はこの定着装置の初期状態（現状）を確認する。ステップＳ１０２において、記憶部２３に予め記憶されているデータを用いて、電磁誘導コイル３の装着が正常である場合の直列共振回路４２の周波数特性グラフ５１を作成する。ステップＳ１０３において、定着制御回路２１は、例えばインバータ回路１１が出力すべき電力Ｐ_１を表す電力指示値と、その電力指示値に対応する想定出力周波数ｆ_１を含む制御信号をインバータ回路１１へ送って、インバータ回路１１の上述の出力制御を開始する。ステップＳ１０４において、定着制御回路２１は出力電力検出装置３１から送られてくる出力電力値Ｐが規定値（図１１中にＰｘで示す。）以下であるか否かを判定する。ここで、出力電力値が規定値Ｐｘを超えているときは（Ｓ１０４でＮＯ）、異常が発生したと判断して、ステップＳ１０８へ進んで後述の異常処理を行う。一方、出力電力値Ｐが規定値Ｐｘ以下であるときは（Ｓ１０４でＹＥＳ）、ステップＳ１０５に進んで、電力Ｐ_１に対応して出力周波数検出装置６１から送られてくる出力周波数ｆを記憶部２３に格納する。そして、図１２（Ｂ）に示すような検出値に基づく周波数特性表を構築してゆく（なお、図１２（Ｂ）は、この例では電磁誘導コイル３の装着が異常である場合のデータが格納されているが、これに限られるものではなく、電磁誘導コイル３の装着が正常である場合はその正常時のデータが格納される。）。ステップＳ１０６において、直列共振回路４２の周波数特性グラフを作成可能な状態になっているか否かを判断する。なお、一般的に言って、直列共振回路４２の周波数特性は、インバータ回路１１の駆動周波数ｆと出力電力値（または入力電力値）との対応データが２組、または３組あれば、認識可能である。最初はデータが不足しているので（ステップＳ１０６でＮＯ）、ステップＳ１０３に戻って、定着制御回路２１は、例えばインバータ回路１１が出力すべき電力Ｐ_２を表す電力指示値と、その電力指示値に対応する想定出力周波数ｆ_１′（図示せず）を含む制御信号をインバータ回路１１へ送って、インバータ回路１１の上述の出力制御を行う。そして、再びステップＳ１０５で、電力Ｐ_２に対応して出力周波数検出装置６１から送られてくる出力周波数ｆを記憶部２３に格納する。このようにして、直列共振回路４２の周波数特性グラフを作成可能な状態になれば（ステップＳ１０６ＹＥＳ）、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、定着制御回路２１は、作成した周波数特性グラフに基づいて、目標の電力値（例えばＰ_Ａとする）に対応する想定出力周波数ｆ_Ａを算出する。そして、出力周波数ｆを可変して_、出力電力検出装置３１から送られてくる出力電力値Ｐを目標の電力値Ｐ_Ａに一致させる制御を行いつつ、電力値Ｐ_Ａと出力周波数検出装置６１から送られてくる出力周波数ｆとの間のずれを観測する。そして、その想定出力周波数ｆ_Ａと検出された出力周波数ｆとの間のずれが、想定出力周波数ｆ_Ａに応じた基準範囲Δｆ_Ａを外れているか否かを判定する。なお、基準範囲Δｆ_Ａは、想定出力周波数ｆ_Ａに対する差または比のいずれでも規定可能であり、定着制御回路２１によって設定される。ここで、その想定出力周波数ｆ_Ａと検出された出力周波数ｆとの間のずれが基準範囲Δｆ_Ａを外れていると判定したときは（Ｓ１０７でＮＯ）、異常が発生したと判断して、ステップＳ１０８へ進んで後述の異常処理を行う。一方、その想定出力周波数ｆ_Ａと検出された出力周波数ｆとの間のずれが基準範囲Δｆ_Ａ内に収まっていると判定したときは（Ｓ１０７でＹＥＳ）、正常であると判断する。そして、定着制御回路２１の記憶部２３に最新の値を記憶し、情報を更新する。

このようにした場合、電磁誘導コイル３と定着ローラ１との間の組み立て状態がばらつく、電源１２からの入力電圧が変動する、別機種のための電磁誘導コイルが誤装着されたなどの様々な変動要因があっても、首尾良く異常発生を検出できる。しかも、目標の電力値Ｐ_Ａが様々に設定されたとしても、容易に異常発生を検出できる。

図４は、図３の構成に加えて、定着ローラ１の長手方向（シートの幅方向に相当する）の端部（両端でも一端でも良い。）に沿って消磁コイル７１を配置した構成を例示している。この種の消磁コイル７１は、シートのサイズ（幅）に応じて開閉される。つまり、消磁コイル７１は、最大サイズ（規格上）のシートよりも小さい小サイズのシートが搬送されるときに、閉じられて、定着ローラ１の長手方向端部に投入される余分な電力を吸収して、定着ローラ１の長手方向の温度分布を均一化するために働く。この例では、消磁コイル７１はインバータ回路１１から消磁コイル制御信号路５１を通して送られてくる消磁コイル制御信号によって開閉される。消磁コイル７１の開閉状態を表す情報は、インバータ回路１１から消磁コイル制御検出信号路５２を通して定着制御回路２１に送られる。なお、消磁コイル７１の開閉は、インバータ回路１１ではなく、定着制御回路２１が直接行っても良いし、上位の全体制御回路が行っても良い。

上述のような消磁コイル７１の開閉に伴って、電磁誘導コイル３に対する電力供給側（インバータ回路１１）から見た負荷、つまり電磁誘導コイル３とそれに電磁的に結合した消磁コイル７１や定着ローラが作る等価回路（ＩＨユニット４３）のインダクタンスＬｓ４３や実効抵抗Ｒｓ４３が変化する。具体的には、図１３中に、消磁コイル７１が開いているときのＬｓ、Ｒｓを実線で示し、消磁コイル３４が閉じているときのＬｓ、Ｒｓを破線で示している。この図１３から分かるように、消磁コイル７１を開から閉へ切り換えることにより、Ｌｓ、Ｒｓはともに低下する。これに伴って、直列共振回路４２の共振波形が、図１３中の実線から破線で示すように変化する。すなわち、共振周波数はｆ_０１からｆ_０２へ高周波側にシフトし、共振周波数での投入電力値（電力ピーク値）は増加する。

ここで、この定着装置では、消磁コイル７１の開閉に伴って、定着制御回路２１がインバータ回路１１の想定出力周波数ｆを切り換えてシフトして設定する。このため、定着制御回路２１の記憶部２３は、消磁コイル７１が開の場合と閉の場合とのそれぞれについて、インバータ回路１１が出力すべき電力とそれに対応する想定出力周波数ｆとを対応付けて記憶している。そして、定着制御回路２１は、消磁コイル７１が開の場合と閉の場合とのそれぞれについて異常が発生したか否かを判断するようになっている。

図１４は、この場合の定着装置の異常検出制御のフローの一例（その３）を示している。

まず、図１４中のステップＳ２０１において、この定着装置が組み込まれた画像形成装置のウォームアップ動作が開始され、これに応じて、定着制御回路２１はこの定着装置の初期状態（現状）を確認する。ステップＳ２０２において、定着制御回路２１は、インバータ回路１１が出力すべき電力（例えば図９中に示したＰ_１とする。）を表す電力指示値と、その電力指示値に対応する想定出力周波数ｆ_１を含む制御信号をインバータ回路１１へ送って、インバータ回路１１の上述の出力制御を開始する。ステップＳ２０３において、定着制御回路２１は出力電力検出装置３１から送られてくる出力電力値Ｐが規定値（図９中にＰｘで示す。）以下であるか否かを判定する。ここで、出力電力値が規定値Ｐｘを超えているときは（Ｓ２０３でＮＯ）、異常が発生したと判断して、ステップＳ２０６へ進んで後述の異常処理を行う。一方、出力電力値Ｐが規定値Ｐｘ以下であるときは（Ｓ２０３でＹＥＳ）、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、定着制御回路２１は、インバータ回路１１からの消磁コイル７１の開閉状態を表す情報に基づいて、記憶部２３から、消磁コイル７１が開状態の場合の電力Ｐ_１に応じた想定出力周波数または消磁コイル７１が閉状態の場合の電力Ｐ_１に応じた想定出力周波数のいずれかを読み出す。この例では、消磁コイル７１が閉状態の場合の電力Ｐ_１に応じた想定出力周波数をｆ_１とする。そして、定着制御回路２１は、出力周波数ｆを可変して_、出力電力検出装置３１から送られてくる出力電力値Ｐを目標の電力値Ｐ_１に一致させる制御を行いつつ、電力値Ｐ_１に対応する想定出力周波数ｆ_１と出力周波数検出装置６１から送られてくる出力周波数ｆとの間のずれを観測する。ステップＳ２０５において、定着制御回路２１は、その想定出力周波数ｆ_１と検出された出力周波数ｆとの間のずれが、想定出力周波数ｆ_１に応じた基準範囲Δｆを外れているか否かを判定する。ここで、その想定出力周波数ｆ_１と検出された出力周波数ｆとの間のずれが基準範囲Δｆを外れていると判定したときは（Ｓ２０５でＮＯ）、異常が発生したと判断して、ステップＳ２０６へ進んで後述の異常処理を行う。一方、その想定出力周波数ｆ_１と検出された出力周波数ｆとの間のずれが基準範囲Δｆ内に収まっていると判定したときは（Ｓ２０５でＹＥＳ）、正常であると判断する。そして、定着制御回路２１の記憶部２３に最新の値を記憶し、情報を更新する。

このようにした場合、消磁コイル７１が開閉される場合であっても、それらの場合に応じて異常発生を精度良く検出できる。

図１５は、上述の各異常検出制御によって異常が発生したと判断された場合、定着制御回路２１がさらに異常報知部として実行する異常処理制御のフローを示している。

図１５のステップＳ３０１では、まず定着制御回路２１がインバータ回路１１へ出力している制御信号をオフして、インバータ回路１１が出力電力を発生しないようにする。ステップＳ３０２において、出力電力検出装置３１から送られてくる出力電力値に基づいて、実際に出力電力がゼロになったか否かを検出する。ここで、出力電力がゼロになっていなければ（ステップＳ３０２でＮＯ）、ステップＳ３０４に進んで、インバータ回路１１に印加される入力電力を遮断する。入力電力の遮断は入力電圧・入力電流の遮断であっても良いものとする。その後、ステップＳ３０３に進む。一方、出力電力がゼロになっていれば（ステップＳ３０２でＹＥＳ）、直接ステップＳ３０３に進んで、異常箇所を表示する。異常箇所の表示は、この定着装置に異常が発生した旨を表示するか又はその旨の警報を発することにより行う。

これにより、異常を解消すべきことをメンテナンス担当者等に促すことができる。その結果、異常が解消されれば、定着ローラ１等の定着部材に対して所望の電力を投入できるようになる。

なお、上述の実施形態では、定着部材としての定着ローラ１が、電磁誘導コイルによる電磁誘導を直接受けて渦電流によって加熱される場合（これを直接加熱方式と呼ぶ。）について説明したが、これに限られるものではない。この発明は、定着部材が電磁誘導コイルによる電磁誘導を受けて渦電流によって発熱する別の発熱部材を介して間接的に加熱される場合（これを間接加熱方式と呼ぶ。）にも好適に適用される。

また、上述の実施形態では、電磁誘導コイル３と共振コンデンサ４４とが直列接続されて直列共振回路４２を構成するものとしたが、これに限られるものではない。この発明は、電磁誘導コイルとキャパシタとで並列共振回路を構成する場合にも適用可能である。

本発明の一実施形態の定着装置の機構部分の構成を示す図である。 図１の機構部分を制御するための本発明の基礎となる制御系のブロック構成を示す図である。 図１の機構部分を制御するための、一実施形態の制御系のブロック構成を示す図である。 図１の機構部分を制御するための、別の実施形態の制御系のブロック構成を示す図である。 図３中のインバータ回路の構成を具体的に示す図である。 図３中のインバータ回路による直列共振回路の駆動波形を示す図である。 電磁誘導コイルとキャパシタとが作る直列共振回路の周波数特性を例示する図である。 図３のブロック構成を有する定着装置の異常検出制御のフローの一例を示す図である。 図８の異常検出制御のフローによる定着装置の具体的な動作を説明する図である。 図３のブロック構成を有する定着装置の異常検出制御のフローの別の例を示す図である。 図１０の異常検出制御のフローによる定着装置の具体的な動作を説明する図である。 （Ａ）は予め記憶部に格納される周波数特性表の例を示す図であり、（Ｂ）は検出値に基づいて記憶部に格納される周波数特性表の例を示す図である。 消磁コイルが開の場合と閉の場合とのそれぞれについて直列共振回路の周波数特性を例示する図である。 図４のブロック構成を有する定着装置において消磁コイルを開閉する場合の異常検出制御のフローの一例を示す図である。 上述の各異常検出制御によって異常が発生したと判断された場合の異常処理制御のフローを示す図である。

１ 定着ローラ
２ 加圧ローラ
３ 電磁誘導コイル
４ 温度検出センサ
５ ニップ
１１ インバータ回路
１２ 商用電源
２１ 定着制御回路
２３ 記憶部
３１ 出力電力検出装置
３３ 入力検出装置
６１ 出力周波数検出装置
７１ 消磁コイル

Claims (4)

1. 電磁誘導方式の定着装置であって、
   搬送されるシートが外周面に圧接される定着部材と、
   上記定着部材を電磁誘導によって直接又は間接に加熱する電磁誘導コイルと、
   上記シートの幅方向に関して上記定着部材の端部に沿って配置され、上記シートのサイズに応じて開閉される消磁コイルと、
   上記電磁誘導コイルに接続されて等価的に共振回路を構成するキャパシタと、
   電源と上記共振回路との間に介挿され、制御信号を受けて、上記電源からの電力を上記制御信号に応じた出力周波数で上記共振回路へ出力するインバータ回路と、
   上記インバータ回路が出力すべき電力に応じて、上記インバータ回路へ上記制御信号を出力して制御を行う出力制御部と、
   上記消磁コイルが開の場合と閉の場合のそれぞれについて、上記インバータ回路から上記共振回路へ上記制御信号に応じて出力される、想定された出力電力値と出力周波数とを対応付けて記憶する記憶部と、
   上記インバータ回路から上記共振回路へ実際に出力される出力電力値と出力周波数を検出する出力検出部と、
   前記想定された出力電力値と上記出力検出部によって検出された出力電力値が一致した状態において、上記想定された出力周波数と上記出力検出部によって検出された出力周波数との間のずれが基準範囲を外れているとき、異常が発生したと判断する異常判定部を備え、
   上記出力制御部は、上記消磁コイルが開の場合と閉の場合のそれぞれについて、上記インバータ回路が出力すべき電力に応じて、上記インバータ回路へ上記制御信号を出力して制御を行い、
   上記異常判定部は、上記消磁コイルが開の場合と閉の場合に応じて異常が発生したか否かを判断することを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、
   上記出力制御部は、上記インバータ回路が出力すべき電力を表す電力指示値を設定し、上記インバータ回路へ上記制御信号を出力して上記出力周波数を可変して、上記電力指示値と上記電力検出部が検出した出力電力値とが一致するように制御を行い、
   上記異常判定部は、上記電力指示値と一致した出力電力値に対応する上記出力周波数が上記基準範囲を外れているか否かを判断することを特徴とする定着装置。
3. 請求項２に記載の定着装置において、
   上記記憶部は、上記想定された出力電力値と出力周波数との対応関係として、上記共振回路の周波数特性グラフを記憶し、
   上記出力制御部は、上記電力指示値を複数設定し、上記各電力指示値毎に、その電力指示値と上記電力検出部が検出した出力電力値とが一致するように制御を行い、
   上記異常判定部は、上記周波数特性グラフ上の複数の出力電力値について、それぞれその出力電力値に対応する上記出力周波数が上記基準範囲を外れているか否かを判断することを特徴とする定着装置。
4. 請求項１に記載の定着装置において、
   上記異常判定部が異常発生を検出したとき、この定着装置に異常が発生した旨を表示するか又はその旨の警報を発する異常報知部を備えたことを特徴とする定着装置。

Images