JP5102079B2 - 定着装置および画像形成装置および加熱制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、キュリー温度を所定の値に設定された透磁性を有する発熱部材を有する定着装置、この定着装置を備えた画像形成装置およびこの定着装置の加熱制御方法に関する。

用紙上に転写されたトナー像を加熱定着させる像加熱装置（定着装置）が特許文献１に開示されている。

特許文献１記載の装置は、キュリー温度を所定の値に設定した高透磁率を有する発熱ローラと、発熱ローラに圧接してニップを形成する加圧ローラと、発熱ローラを外側から励磁する励磁コイルと、この励磁コイルを駆動する励磁回路と、発熱ローラの内側に配置され、発熱ローラより導電率が高く（すなわち、電気抵抗が小さい）、且つ回転可能な断面半円状の導電性部材を備えている。この発熱ローラの温度がキュリー温度に近づき透磁率が低下して導電性部材が励磁コイルと対向する位置に回転すると、キュリー温度に近づいた発熱ローラを通過した磁束が内部の導電性部材へ浸透する。ここで、励磁回路によって、励磁コイルへ供給する電流を一定に制御しておくことにより熱の発生を抑え、発熱ローラの温度を安定させている。
特開２００１−１２５４０７号公報

しかしながら、上記構成では、励磁回路は供給する電流を一定に制御するが、発熱ローラや導電性部材の電気抵抗は温度に依存するため、励磁回路が供給する電力の制御はできていない。画像形成装置全体の電源電力配分を適正に制御する要求が高まった昨今、電力制御を野放しにすることには問題がつきまとう。一方、電力を一定に制御しようとすると、発熱ローラの透磁率が低下した際に、有効な磁束が発熱ローラ内で収まらず貫通してしまい、励磁回路全体のインピーダンスが低下するため、励磁回路を流れる電流が許容電流をオーバーするといった虞がある。

本発明は、上記の点を鑑みなされたもので、整磁合金を電磁誘導発熱部材として広い温度域で用いるとともに、励磁部材へ安定した供給電力を行なうことが可能な定着装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の定着装置は、所定の厚さである透磁性部材と、前記透磁性部材を励磁して前記透磁性部材内に渦電流を発生させる誘導加熱部材と、前記誘導加熱部材へ交流電流を供給する電流供給回路と、前記透磁性部材の第１の部分および第２の部分の温度が、次式

ただし、ｄ：透磁性部材の厚さ［ｍ］、
ρ：透磁性部材の抵抗率［Ω・ｍ］、
ω_１：第１の駆動周波数の角周波数［ｒａｄ／ｓ］、
μ：透磁性部材の透磁率［Ｈ／ｍ］
を満たす温度Ｔ_ＴＨよりも低い第１の温度であるときには、前記誘導加熱部材へ前記第１の駆動周波数の前記交流電流を、前記第１の駆動周波数で励磁される前記透磁性部材の前記第２の部分の温度が前記温度Ｔ_ＴＨよりも高い第２の温度であるときには、前記誘導加熱部材へ、次式

ただし、ω_２：第２の駆動周波数の角周波数［ｒａｄ／ｓ］
を満たし、且つ、前記第１の駆動周波数よりも大きい前記第２の駆動周波数の前記交流電流を、前記電流供給回路に供給させる制御部とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、整磁合金を電磁誘導発熱部材として広い温度域で用いるとともに、励磁部材へ安定した供給電力を行なうことが可能な定着装置を提供することが出来る。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、説明に先立って、Ａ４サイズ紙の短辺、Ａ３サイズ紙の短辺をそれぞれの用紙の幅方向と定義し、それぞれの用紙の長辺を用紙の長さ方向と定義する。

図１は、画像形成装置の概略構成図である。

画像形成装置１は、読み取り対象の画像を読み取る画像読取部２と画像を形成する画像形成部３を備える。また画像形成装置１の上部には、タッチパネル式の表示部６と各種の操作キー７とを有する操作パネル５が設けられる。

操作パネル５の操作キー７は、例えば、テンキー、リセットキー、ストップキー、スタートキー等を有する。また、表示部６では、用紙サイズやコピー枚数、印刷濃度設定、綴じ処理等の各種処理の入力が行われる。

画像読取部２は、透過性の原稿載置台８、キャリッジ９、露光ランプ１０、反射ミラー１１、反射光を収束する結像レンズ１２、反射光を取り込み光による画像情報をアナログ信号に変換するＣＣＤ１３（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を備える。

画像形成部３は、感光体１６、感光体１６上に静電潜像を形成するレーザユニット１４、感光体１６の周囲に順次に配役された帯電装置１８、現像装置２０、転写装置２２、クリーナ２４、除電ランプ２６を備える。

原稿載置台８におかれた原稿、もしくは自動原稿送り装置２８によって送られてくる原稿にキャリッジ９とキャリッジ９に設けられた露光ランプ１０とを有する露光手段によって原稿載置台８の下方から光が当てられると、原稿からの反射光は反射ミラー１１によって誘導され、結像レンズ１２で収束され、反射光像がＣＣＤ１３に投影される。ＣＣＤ１３に取り込こまれた画像情報はアナログ信号で出力されたのち、デジタル信号に変換され、画像処理が施された後レーザユニット１４へ送信される。

画像形成部３において画像形成が始まると、帯電装置１８は回転する感光体１６の外周面に電荷を供給する。帯電装置１８によって軸方向に均一の電位に帯電された感光体１６の外周面に、ＣＣＤ１３から送信されてきた画像情報に従ってレーザユニット１４からレーザービームを照射する。レーザービームの照射によって感光体１６の外周面に原稿の画像情報に対応した静電潜像が形成・保持されると、現像装置２０によって感光体１６の外周面に現像剤（例えばトナー）が提供され、静電潜像はトナー像に変換される。

この現像装置２０は、回転自在に設けられた現像ローラを備えており、この現像ローラが感光体１６に対向配置されて回転することにより、感光体１６へトナーが供給される。感光体１６の外周面にトナー画像が形成されると、搬送路３１を通って給紙装置３０より搬送されてきた用紙上に、転写装置２２によってトナー画像が静電的に転写される。また、転写されずに残った感光体上のトナーは、転写装置２２よりも感光体１６の回転方向の下流に位置するクリーナ２４によって除去され、さらに、感光体１６の外周面の残留電荷が、除電ランプ２６によって除去される。

一方、トナー像が転写された用紙は搬送ベルト３２を経由して定着装置３４に搬送され、用紙上に転写されたトナー画像は定着装置３４によって用紙上に定着される。トナー画像が定着されることで画像形成が完了した用紙は、排出ローラ３５により画像形成装置１から排出されて用紙後処理装置４へ送られる。用紙後処理装置４は、画像形成装置１から搬出された用紙を画像形成装置１の操作パネルからの入力指示やＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）からの処理指示に従って後処理するものであり、特開２００７−７６８６２号公報に記載された後処理装置をはじめ周知の技術を利用することができる。なお、ここでいう用紙とは、例えば、普通紙、厚紙、薄紙、光沢紙またはＯＨＰシートなどをいう。

一方、転写されずに残った感光体上のトナーが、転写装置２２よりも感光体１６の回転方向の下流に位置するクリーナ２４によって除去され、さらに、感光体１６の外周面の残留電荷が、除電ランプ２８によって除去される。

次に、定着装置３４について詳述する。図２は、定着装置の概略断面図である。

定着装置３４は、発熱部材である発熱ローラ４０と、発熱ローラ４０に圧接してニップ部を形成する加圧ローラ（加圧部材）４２と、発熱ローラ４０よりも用紙の搬送方向下流に配置される巻架ローラ４４と、発熱ローラ４０と巻架ローラ４４とに所定の張力を持って巻架され矢印Ａの方向に回転可能なベルト４６と、発熱ローラ４０を励磁する誘導加熱部材４８とを備える。

発熱ローラ４０は、直径４０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの透磁性を有する整磁合金部材４０ａと、導電性部材４０ｂとを有する。また、本実施の形態では、整磁合金部材４０ａは、鉄・ニッケル・クロムの複合合金からなり、強磁性から常磁性へ移る転移温度であるキュリー温度が制御温度になるように調整されたものである。ここで、発熱ローラ４０の整磁合金部材４０ａのキュリー温度Ｔ_Ｃは、例えば、定着制御温度（以下、定着温度）１８０℃に対して４０℃高い２２０℃とする。

加圧ローラ４２は、直径４０ｍｍであり、芯金の周囲に厚さ２ｍｍの、例えば、シリコンゴムや他のフッ素ゴム、フッ素樹脂等の耐熱性樹脂やゴムを有し、加圧スプリング４１によって、ベルト４６を挟んで発熱ローラ４０に圧接され、一定のニップ幅を形成する。したがって、本実施の形態では発熱ローラ４０が直接用紙と接触することのない構造となる。また、加圧ローラ４２の外周面には、耐摩耗性や用紙の離型性を高めるために、ＰＦＡ（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ Ａｌｋｏｘｙｌ Ａｌｋａｎｅ）、やＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙ Ｔｅｔｒａ Ｆｌｕｏｒｏ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）等の樹脂を被覆しても良い。

巻架ローラ４４は、直径１５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのセラミック製のローラである。巻架ローラ４４は、発熱ローラ４０とともにベルト４６を走行させる。なお、巻架ローラ４４には、他にも鉄、ＳＵＳ（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｕｓｅｄ Ｓｔｅｅｌ）４３０、ＳＵＳ３０４、その他の樹脂等や、熱伝達素子であるヒートパイプ、または、これらを組み合わせたものなどを用いても良い。

ベルト４６は、基材として厚さ５０μｍのポリイミド樹脂を用いたエンドレスベルトで、その外側に厚さ３００μｍのシリコンゴムの弾性層、最外周に厚さ４０μｍのＰＦＡやＰＴＦ等の離型層を有する。

誘導加熱部材４８は、励磁コイル５０と芯材５２とを有し、発熱ローラ４０の外周に沿ったかたちで発熱ローラ４０の回転軸方向のほぼ全長にわたり配置される。

励磁コイル５０は、線径０．５ｍｍの被覆銅線材を複数本束ねたリッツ線を有する。なお、本実施の形態では１６本の線材を束ねたものであり、励磁コイル５０の被覆線は、耐熱性のポリアミドイミドを用いる。また、芯材５２には、フェライトやパーマロイ等を用いることができる。

励磁コイル５０に電流供給回路から高周波電流を印加して磁束を発生させ、発熱ローラ４０の加熱を行なう。この際、ローラ全体の温度分布を均一にするために、発熱ローラ４０を回転させてローラ全周面に一定の熱量を与える。また、加圧ローラ４２、巻架ローラ４４、ベルト４６は発熱ローラ４０の回転に従動して回転する。

この発熱ローラ４０の表面温度が定着温度に達すると画像形成が開始し、矢印Ｂ方向へ用紙Ｐが搬送され、加圧ローラ４２と、ベルト４６とのニップ部を圧接されて通過することで、用紙Ｐ上のトナーが定着される。

ここで、発熱ローラ４０の誘導加熱の原理について説明する。図３に、発熱ローラ４０の電気特性を説明するための簡易モデルを示す。励磁コイル５０に対応するモデルとして、一次側コイル２００と、励磁コイル５０の損失を表す一次側抵抗２０１と、が直列回路を形成する。また、発熱ローラ４０に対応する被励磁体のモデルとして、二次側コイル２１０と、その抵抗を表す負荷抵抗２１１とが直列閉回路を形成する。

一次側コイル２００では、電流供給回路から高周波電流を印加されることにより、高周波磁界が発生する。二次側コイル２１０では、この磁界の磁束の変化を妨げる方向に磁束を発生するように渦電流Ｉｅが発生する。

この渦電流Ｉｅは、表皮効果により一次側コイル２００側の被励磁体の表面に集中して流れる。したがって、被励磁体は、表皮抵抗Ｒｓに比例した電力で発熱する。

ここで、回路の高周波電流の角周波数をω［ｒａｄ／ｓ］、周波数をｆ［Ｈｚ］、被励磁体の透磁率をμ［Ｈ／ｍ］、比透磁率をμｒ、被励磁体の負荷抵抗２１１を抵抗率ρ［Ω・ｍ］とすると、表面に集中する電流に対して１／ｅの大きさの電流が流れる深さを示す表皮深さδおよび表皮抵抗Ｒｓは、一般的に数式〔数１１〕、〔数１２〕で示される。

また、被励磁体に発生する電力は

で表せる。したがって、被励磁体の発熱量を増加させるためには渦電流Ｉｅを大きくするか表皮抵抗Ｒｓを大きくすればよいことになる。なお、上式から、表皮抵抗Ｒｓは、一次側コイル２００に印加する交流電流の周波数を高くするか、被励磁体に高透磁率の、あるいは負荷抵抗２１１が大きい部材を用いることにより大きくすることができるといえる。

また、図３から一次側コイル２００へ交流電流を供給する電流供給回路の入力インピーダンスＺ_ｉｎは、一般的に式４で示される。ここで、Ｋは一次側コイル２００と被励磁体の形状に依存する定数、ｎは一次側コイル２００の巻数、Ｒｃは一次側損失抵抗２０１とする。

したがって、電流供給回路の抵抗である入力インピーダンスＺ_ｉｎは、被励磁体の表皮抵抗Ｒｓによる影響が大きいといえる。例えば、被励磁体の透磁率μが小さい、あるいは抵抗率ρの低い被励磁体を用いることで表皮深さδが大きくなると、表皮抵抗Ｒｓは小さくなるので、入力インピーダンスＺ_ｉｎは小さくなる。

また、図４は、キュリー温度Ｔ_Ｃを２２０℃に設定した発熱ローラ４０の整磁合金部材４０ａの温度と透磁率の関係を示すグラフの一例である。一般的に、強磁性体である整磁合金部材４０ａは、転移温度であるキュリー温度Ｔ_Ｃを境に、強磁性から常磁性へ移る。このキュリー温度Ｔ_Ｃ近くまで温度が上昇すると、整磁合金部材４０ａの透磁率μが急激に低下し、キュリー温度Ｔ_Ｃ以上では空気の透磁性とほぼ同じになるまで低下する。

ここで、図４に示すように、透磁率μは温度Ｔの関数となるため、数式〔数１１〕から、表皮深さδは、

と表せる。したがって、ある一定の温度Ｔ以上で透磁率μが低下すると表皮深さδは大きくなる。

例えば、発熱ローラ４０が、キュリー温度Ｔ_Ｃより温度が低く、且つ、高透磁率を有する場合には、整磁合金部材４０ａ内に磁気を通しやすいため、図５の矢印Ｃに示すように、誘導加熱部材４８から発生した磁束は、発熱ローラ４０の整磁合金部材４０ａ内を浸透する。一方、発熱ローラ４０の温度がキュリー温度Ｔ_Ｃ近傍、あるいは、キュリー温度Ｔ_Ｃ以上になり、透磁率μが低下した場合には、矢印Ｃ’に示すように、誘導加熱部材４８から発生した磁束は、発熱ローラ４０を通り抜けるようになる。なお、キュリー温度未満の近傍では、磁束は矢印Ｃ，Ｃ’のように通る。

このように透磁率μが低下すると、数式〔数１２〕、〔数１５〕からも明らかなように、表皮深さδが大きくなり、表皮抵抗Ｒｓが減少する。また、整磁合金部材４０ａ内を通過する磁束Ｃも減少して、発熱ローラ４０内で発生する渦電流Ｉｅが減少する。結果、発熱ローラ４０の発熱量は減少することになる。

ここで、Ａ４−Ｒサイズ紙やＢ５サイズ紙のような小サイズ紙の連続通紙を行なう場合を考える。

図６に示すように、発熱ローラ４０の中央の小サイズ紙の搬送方向Ｄに交差する用紙の幅方向に対応する部分を中央部（第１の部分）５４、Ａ３サイズ紙のような大サイズ紙に対応可能であり、中央部５４と異なる発熱ローラ４０の部分を端部（第２の部分）５６とする。なお、用紙は発熱ローラ４０の端を基準にして通紙してもよい。また、５８Ａおよび５８Ｂは、それぞれ発熱ローラ４０の中央部５４および端部５６の表面温度を検知する非接触のサーモパイル式の温度センサ（温度検知部材）である。厳密には温度センサ５８Ａ、５８Ｂが検知する温度は、ベルト４６の表面温度であるが、本実施の形態ではこれを発熱ローラ４０の表面温度として用いる。

制御部６０は、ＣＰＵやメモリ等を有し、画像読取部２、画像形成部３、操作パネル５等を総合的に制御するもので、定着装置３４では、発熱ローラ４０を回転させるモータＭの駆動や、発熱ローラ４０を励磁する励磁コイル５０の駆動等を制御する。制御部６０はさらに、画像データの補正、あるいは圧縮・伸張などの画像処理のほか、圧縮処理された画像データや印刷データ等の記憶、および画像形成装置１の外部にあるＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）１００とのデータ通信等を行う。

誘導加熱部材４８は、発熱ローラ４０の表面温度が定着温度の１８０℃になるように発熱ローラ４０へ一様に磁束を与えている。上記状態で、Ａ３サイズの大サイズ紙が用紙の長さ方向に進んでニップ部を通過すると、この大サイズ紙によって発熱ローラ４０全幅にわたって熱が奪われる。したがって、制御部６０は、発熱ローラ４０の表面温度が定着温度１８０℃に保たれるように入力電力を制御する。例えば、表面温度が低下した段階、あるいは連続通紙が始まった段階で電力を少し増加させる制御、あるいは、入力電力を増加させ、誘導加熱部材４８への通電時間を、表面温度が上昇したら短く、下降したら長くする制御、といった既存の定温保持制御を用いることができる。

一方、小サイズ紙が用紙の長さ方向に進んで中央部５４のニップ部を通過すると、この小サイズ紙によって発熱ローラ４０の中央部５４付近の熱が奪われる。ここで、発熱ローラ４０の中央部５４の温度を定着温度１８０℃に維持するために励磁すると端部５６も発熱するが、小サイズ紙が通過しない範囲である端部５６では用紙によって熱が奪われないため、端部５６の温度は中央部５４の温度に比して上昇する。

また、発熱ローラ４０は整磁合金部材４０ａであるため、励磁コイル５０を一定の周波数で駆動して、例えば、上記のように小サイズ紙を連続通紙すると、端部５６の温度が上昇してキュリー温度Ｔｃに近づき、透磁率μが急激に低下して励磁コイル５０による磁束が整磁合金部材４０ａ内で収まらずに透過する。したがって、端部５６の発熱が抑えられ、ホットオフセット等が抑制される。

しかしながら、この端部５６の透磁率μが低下して励磁コイル５０による磁束が整磁合金部材４０ａ内で収まらず透過するようになると、発熱ローラ４０の端部５６の表皮抵抗が急激に減少し始める。ここで、発熱ローラ４０の整磁合金部材４０ａ全体の表皮抵抗をＲｓａ、中央部５４の表皮抵抗をＲｓｃ、端部５６の表皮抵抗をＲｓｅとすると、表皮抵抗Ｒｓｅの減少に伴い表皮抵抗Ｒｓａも減少するので、電流供給回路のインピーダンスは減少する。すなわち、電流供給回路を流れる電流は増加することになる。さらに、発熱ローラ４０の温度がキュリー温度を超えて電流供給回路のインピーダンスが減少し続けると、回路を流れる電流が許容値を超えてしまう虞がある。回路を流れる電流が許容値を超えてしまうと、回路を構成する部品等に不具合が生じてしまう。したがって、通常は、発熱ローラ４０へ与える電力を減らす、あるいは回路の駆動をオフにして発熱ローラ４０への電力の供給を止めるといった制御がなされる。しかしながら、このような制御では発熱ローラ４０の中央部５４の発熱を弱く、または停止することになり、ニップ部の温度が低下して定着不良が発生する虞があるため定着を継続できない。また、再び発熱ローラ４０の温度を定着温度へ復帰させるのに時間がかかることになる。

そこで、電流供給回路の駆動を止めるといった制御ではなく、一定の周波数（第１の駆動周波数）で励磁コイルを駆動していたものを、より高周波数（第２の駆動周波数）へ切り替えて駆動する。

例えば、励磁コイル５０を第１の駆動周波数、約２５ｋＨｚ一定で駆動して約１１００Ｗの電力を与え、発熱ローラ４０を定着温度１８０℃に励磁し、Ａ４−Ｒサイズ紙を連続通紙した場合を考える。端部５６の温度が上昇してキュリー温度Ｔｃを超えた状態では、透磁率μは急激に低下し、励磁コイル５０による磁束が発熱ローラ４０の整磁合金部材４０ａ内で収まらずに透過する。この時、端部５６での表皮抵抗Ｒｓｅは、中央部５４の表皮抵抗Ｒｓｃと比して非常に小さく、ほぼ無視できるので、発熱ローラ４０の整磁合金部材４０ａ全体の表皮抵抗Ｒｓａは定着温度に維持される中央部５４での負荷分となる。したがって、例えば、発熱ローラ４０の長手方向の長さが３００ｍｍで、Ａ４−Ｒサイズ紙の短辺２１０ｍｍの範囲が中央部５４にあたる場合には、発熱ローラ４０の整磁合金部材４０ａ全体の表皮抵抗Ｒｓａは、定常状態の表皮抵抗Ｒｓａと比べて約２／３倍となり、電流供給回路のインピーダンスは減少する。

この状態で電流供給回路を駆動すると、インピーダンスの減少に伴って回路を流れる電流が増加する。そこで、本願では、この電流が回路の許容電流未満に収まるように、より高い第２の駆動周波数で励磁コイルを駆動して発熱ローラ４０の表皮抵抗Ｒｓａを増加させ、回路のインピーダンスを増加させる。

表１には、一例として式２、式５に基づいて周波数を２５ｋＨｚから５０ｋＨｚへ切り替えた際の表皮深さを求めた計算結果を示す。なお、整磁合金部材４０ａの抵抗率、比透磁率の物性値については、一般的な値を用いており、ここでいう比透磁率とは、整磁合金部材４０ａの透磁率μと真空の透磁率μ₀との比μ／μ₀である。また、図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）は、それぞれ表１の列I、II、III、IVに対応する。

まず、〔表１〕の列Ｉに示すように、励磁コイル５０が周波数２５ｋＨｚ（第１の駆動周波数）で駆動し、発熱ローラ４０の温度が定着温度１８０℃である場合には、表皮深さδは約０．１２ｍｍとなる。従って、例えば、整磁合金部材４０ａの厚さｄが０．５ｍｍである場合、図７（ａ）のように、励磁コイル５０により発生した磁束Ｅは、導電性部材４０ｂには届かずに整磁合金部材４０ａ内を貫通し、発生する渦電流Ｉｅによって整磁合金部材４０ａが発熱する。これが通常の定着可能な状態である。

また、表１の列IIに示すように、励磁コイル５０が周波数２５ｋＨｚで駆動する状態で小サイズ紙が連続通紙され、端部５６の温度が上昇してキュリー温度２２０℃になると、表皮深さδは約１．２ｍｍとなる。従って、励磁コイル５０により発生した磁束Ｅは、図７（ｂ）のように、厚さ０．５ｍｍの整磁合金部材４０ａを超えて導電性部材４０ｂにまで発散するので、渦電流Ｉｅが整磁合金部材４０ａ内で流れなくなり整磁合金部材４０ａの発熱が抑制される。この状態が、電流供給回路に許容電流を越える電流が流れる虞がある状態である。

ここで、励磁コイル５０の周波数を２５ｋＨｚから切り替えて、より高い周波数の５０ｋＨｚ（第２の駆動周波数）で駆動すると、温度がキュリー温度２２０℃である端部５６での表皮深さδは、表１の列IIIに示すように、約０．８７ｍｍとなる。すなわち、キュリー温度２２０℃である端部５６では、５０ｋＨｚで駆動しても、図７（ｃ）のように、発生した磁束Ｅが導電性部材４０ｂにまで発散するので、渦電流Ｉｅが整磁合金部材４０ａ内で流れないため整磁合金部材４０ａの発熱を抑制することができる。

一方、温度が定着温度１８０℃である中央部５４での表皮深さδは、表１の列IVに示すように、約０．０９ｍｍであるので、図７（ｄ）のように、発生した磁束Ｅは導電性部材４０ｂには届かず、整磁合金部材４０ａ内を貫通する。したがって、より高い周波数で駆動することにより、中央部５４の表皮抵抗Ｒｓｃが増加し、その結果、発熱ローラ４０全体の表皮抵抗Ｒｓａが増加するので電流供給回路のインピーダンスが増加し、回路を流れる電流の量を抑えることができる。また、中央部５４の表皮抵抗Ｒｓｃを増加させるため中央部５４での発熱量を維持することができ、定着動作を継続することができる。

さらに、図７の状態を数式〔数１６〕乃至数式〔数１９〕を用いて説明する。数式〔数１６〕乃至数式〔数１９〕は、発熱ローラ４０の整磁合金部材４０ａの厚さｄと表皮深さδ関係を表す。まず、第１の駆動周波数ｆ_１で駆動する場合に、厚さｄと表皮深さδが等しくなる状態は、

で表せる。すなわち、第１の駆動周波数ｆ_１で駆動する場合において、数式〔数１６〕を満たす温度Ｔ_ＴＨよりも低い温度を第１の温度Ｔ１、温度Ｔ_ＴＨよりも高い温度を第２の温度Ｔ２と定義できる。ここで、温度Ｔ_ＴＨは定着温度より大きい温度とする。なお、数式〔数１６〕を満たす温度Ｔ_ＴＨはキュリー温度に限定されるものではない。

したがって、発熱ローラ４０の温度がＴ_ＴＨよりも低い第１の温度Ｔ１である図７（ａ）の状態は数式〔数１７〕、発熱ローラ４０の温度がＴ_ＴＨよりも高い第２の温度Ｔ２である図７（ｂ）の状態は数式〔数１８〕で表せる。

ここで、発熱ローラ４０が、透磁率が減少して数式〔数１８〕で表す状態になった場合には、第１の駆動周波数ｆ１よりも高い周波数の第２の駆動周波数ｆ２で回路を駆動して、発熱ローラ４０の温度が第２の温度Ｔ２である範囲を図７（ｃ）の状態に、発熱ローラ４０の温度が第１の温度Ｔ１である範囲を図７（ｄ）の状態にする。したがって、この第２の駆動周波数ｆ２は、数式〔数１９〕を満たすものとする。

すなわち、第２の駆動周波数ｆ２は、発熱ローラ４０の温度が第２の温度Ｔ２となり、透磁率μが低下した範囲、例えば、端部５６における表皮深さδが、発熱ローラ４０の整磁合金部材４０ａの厚さｄよりも大きくなる周波数とする。実際の制御には、この第２の駆動周波数は、予め用紙サイズ別に実験を行い、数式〔数１９〕を満たすデータを取得する、あるいは数式〔数１９〕を満たす理論式から算出、あるいは算出するためのプログラムを予め制御部６０のメモリ等に格納し、これに基づいて制御部６０で制御すれば良い。

なお、第２の駆動周波数は、理想的には、発熱ローラ４０の表皮抵抗Ｒｓの減少した分を増加させるだけの駆動周波数に切り替えることが望ましいが、少なくとも、切り替えた後の電流値が許容電流値未満となればよい。また、逆をいえば、発熱ローラ４０の整磁合金部材４０ａの厚さｄも、変化する透磁率μや周波数ｆに対して数式〔数１６〕乃至数式〔数１９〕を満たす厚さとなる。また、発熱ローラ４０の温度が第１の温度Ｔ１である範囲、例えば、中央部５４では、第２の駆動周波数で駆動した場合、当然表皮深さδは、整磁合金部材４０ａの厚さｄよりも小さくなる。

また、第２の駆動周波数で電流供給回路を駆動させて定着動作を継続すると、発熱が抑制されている端部５６の温度は徐々に低下する。したがって、発熱ローラ４０の温度が式６を満たす温度Ｔ_ＴＨよりも低くなると、端部５６における表皮深さδが発熱ローラ４０の整磁合金部材４０ａの厚さｄよりも小さくなる。ここで、厳密には、整磁合金部材４０ａはヒステリシス・ループを描くので、数式〔数１６〕を満たす温度Ｔ_ＴＨは、発熱ローラ４０の温度が上昇する場合と下降する場合とでは、下降する場合の方が低くなる場合がある。したがって、第２の駆動周波数ｆ_２で励磁される発熱ローラ４０の温度が第２の温度Ｔ２から第１の温度Ｔ１へと下降する場合に、整磁合金部材４０ａの厚さｄと表皮深さδが等しくなる状態は、数式〔数２０〕で表せる。

ただし、Ｔ_ＴＨ’≦Ｔ_ＴＨ

したがって、発熱ローラ４０の端部５６の温度が式１０を満たす温度Ｔ_ＴＨ’よりも低くなり、図７（ａ）に示す状態に戻る場合、今度は電流供給回路のインピーダンスが高すぎて回路を流れる電流が過度に抑制されてしまうので、第２の駆動周波数、例えば、５０ｋＨｚから、それよりも低い第３の駆動周波数で駆動して、発熱ローラ４０の発熱量を確保する。

上記の定着装置３４では、整磁合金部材４０ａの、例えば、端部５６の温度が式６を満たす温度Ｔ_ＴＨよりも高い温度となり、表皮深さδが整磁合金部材４０ａの厚さよりも大きくなり、第１の駆動周波数で駆動する電流供給回路へ過剰に電流が流れても、式９を満たし、第１の駆動周波数より高い第２の駆動周波数で駆動することにより、電流供給回路を流れる電流を減少させて許容電流値を超えることなく、正常な電流値の範囲内で使用することが可能となる。したがって、電流供給回路の電力供給を遮断することなく、電力を安定供給して定着を継続することができる。なお、図６では、発熱ローラ４０のニップ部を通過する用紙は、用紙の幅方向において中央を基準としており、整磁合金部材４０ａは両端の端部５６の温度が上昇するがこれに限定されるものではない。例えば、発熱ローラ４０の一方の端へ寄った片側を基準としても良い。この場合には、小サイズ紙が通紙する際、用紙が寄る側とは反対側の端部の温度が上昇することになる。

〔電流供給回路の一例〕
続いて、電流供給回路の一例について説明する。図８は、電流供給回路の電気的な概略構成図である。この電流供給回路６４は、交流電源６６と、交流電力を整流する整流回路６８、インバータ回路７６とを有する。

整流回路６８は、ダイオードブリッジ型であり、交流入力端子には交流電源６６が接続される。直流出力端子の正極にはチョークコイル７０が直列に接続され、チョークコイル７０の他端と整流回路６８の直流出力端子の負極との間に平滑コンデンサ７２が接続される。また、平滑コンデンサ７２の両端とインバータ回路７６とが直流母線７３、７４を介して接続される。

インバータ回路７６は、２つのＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の第１および第２のスイッチング素子７８、８０を有し、第１および第２のスイッチング素子７８、８０は、直流母線７３、７４間に直列に接続される。この第１および第２のスイッチング素子７８、８０のコレクタ−エミッタ間には、第１および第２のダイオード８２、８４が並列接続される。また、第１のスイッチング素子７８および第２のスイッチング素子８０の接続中点からは、励磁コイル５０と共振コンデンサ８６が直列に接続され、共振コンデンサ８６の他端は直流母線７４へ接続される。

整流回路６８の交流入力側と交流電源６６との間にはトランス８８が配置され、このトランス８８に繋がれた入力電力検出部９０が入力電力を検出する。入力電力検出部９０は、ＣＰＵやメモリ等を有する制御部６０と接続され、検出した入力電力の情報を制御部６０へ送信する。また、第１のスイッチング素子７８および第２のスイッチング素子８０の接続中点と励磁コイル５０との間には、インバータ回路７６を流れる電流を検知する電流検知部９２が設けられており、電流検知部９２は検知した電流値の信号を制御部６０へ送信する。制御部６０は、入力電力検出部９０や電流検知部９２、あるいは温度センサ５８Ａ、５８Ｂからの信号を受け、励磁コイル５０へ与える電力のフィードバック制御が可能である。また、制御部６０は発振器９４や出力制御回路９６を制御する。

発振器９４は、固定された所定の周波数で発振を行い、その発振出力を第１の駆動回路９８を制御する出力制御回路９６および第２の駆動回路９９へ出力する。ここで、出力制御回路９６は、制御部６０の制御により、第１の駆動回路９８へ出力する出力パルス幅を変化させ、第１の駆動回路９８を介して第１のスイッチング素子７８のオン・オフ時間を可変し、回路の出力を０〜１００％の範囲で制御する。一方、第２の駆動回路は、発振器９４から直接発振出力を受け取り、第２のスイッチング素子８０をオン・オフさせる。このオン・オフ動作により、励磁コイル５０に高周波電流が流れ、所定の磁界が発生する。

図９に示すように、例えば、発振器９４が周波数約２５ｋＨｚに相当する周期Ｔの間にＴ／２幅のパルスを出力制御回路９６および第２の駆動回路９９へ出力する（図９（ａ））。ここでウォームアップ時やスリープモードからの復帰時、あるいは用紙をニップ部へ通紙させてトナーを定着させる動作時といった大電力で駆動する場合には、出力制御回路９６は、Ｔ／２幅のパルスよりも若干短いｔ１時間幅のパルスを第１の駆動回路９８へ出力する（図９（ｂ））。一方、第２の駆動回路９９は、発振器９４から直接Ｔ／２幅のパルスを受け取る（図９（ｃ））。したがって、第１および第２の駆動回路９８、９９は、それぞれの入力パルスに対応する時間幅のオン信号を第１および第２のスイッチング素子７８、８０へそれぞれ出力する。また、待機時のように小電力で駆動する場合には、出力制御回路９６は、ｔ１時間幅よりもさらに短いｔ１’時間幅のパルスを第１の駆動回路９８へ出力する（図９（ｄ））。一方、第２の駆動回路９９が発振器９４から受け取るパルスは、変わらずＴ／２幅である（図９（ｅ））。

上記のように、本実施の形態の電流供給回路６４は、出力制御を周波数の変化で行うのではなく、インバータ回路７６の駆動周波数を固定し、第１のスイッチング素子７８のみのオン時間を長く、あるいは短く制御して励磁コイル５０の出力制御を行うものである。なお、駆動周波数を固定してコイルの出力制御を行う電流供給回路としては、他にも第１のスイッチング素子７８の通電時間を短くするとともに第２のスイッチング素子８０の通電時間を長くする制御といった特開平１０−９２５６４号公報に記載されたインバータ回路をはじめ周知の技術を利用することができる。

〔加熱制御の実施の形態１〕
図１０は、発熱ローラ温度制御の例を示すフローチャートである。図１０（ａ）は、発熱ローラの透磁率が低下する場合の制御の一例である。また、図１０（ｂ）は、低下していた透磁率が回復する場合の制御の一例である。なお、発熱ローラ４０の温度がキュリー温度を超えず発熱ローラ４０の透磁率が十分高いときの励磁コイル５０を流れる電流の最大値は約６０Ａとし、また、インバータ回路７６の許容電流値を約８０Ａとする。

まず、ウォームアップ時やスリープモードからの復帰時といった発熱ローラ４０の表面温度を定着温度まで昇温させる立ち上げ時には、制御部６０は、発振機９４および出力制御回路９６を制御し、発振機９４から２０〜３０ｋＨｚの周波数、例えば、約２５ｋＨｚの第１の駆動周波数を出力制御回路９６および第２の駆動回路９９へ出力させ、励磁コイル５０へ約１１００Ｗの電力を与える（ステップＳ１）。この時、回路を流れる電流は第１の電流値（例えば、６０Ａ以下）である。

また、温度センサ５８Ａ、５８Ｂが発熱ローラ４０の表面温度を監視しており、発熱ローラ４０の温度が定着温度１８０℃に達したと検知した場合（ステップＳ２）には、制御部６０によって制御される画像形成部３が画像形成を開始し、定着装置３４が定着動作を行う（ステップＳ３）。発熱ローラ４０のニップ部を通過する用紙サイズがＡ３サイズ紙の場合には（ステップＳ４）、発熱ローラ４０は、局所的な温度上昇が発生することなく定着温度１８０に維持され、定着動作が継続される（ステップＳ５）。

一方、発熱ローラ４０のニップ部を、例えば、Ａ４−Ｒサイズといった小サイズ紙が連続して通過する場合（ステップＳ４）、制御部６０は、温度センサ５８Ａからの信号に基づき、発熱ローラ４０の中央部５４の温度を定着温度１８０℃に維持する。小サイズ紙が通過しない端部５６では熱が用紙に奪われないため、端部５６の温度は上昇する。

端部５６の温度が上昇してキュリー温度に近づき、発熱ローラ４０の端部５６の透磁率が低下して励磁コイル５０による磁束が整磁合金部材４０ａ内で収まらずに透過するようになると、発熱ローラ４０全体の表皮抵抗をＲｓａが減少し、インバータ回路７６のインピーダンスが減少する。したがって、励磁コイル５０、インバータ回路７６を流れる電流が増加することになる。

電流検知部９２は、インバータ回路７６を流れる電流を検知する。この電流が、インバータ回路７６の許容電流値８０Ａよりも低く設定される第２の電流値、例えば、７０Ａ以上であることを検知すると（ステップＳ６）、制御部６０は、駆動周波数をより高い４０〜６０ｋＨｚの第２の駆動周波数、例えば、５０ｋＨｚに変更してインバータ回路７６を駆動する（ステップＳ７）。第２の駆動周波数で駆動することで、上記のように、発熱ローラ４０の中央部５４を流れる渦電流Ｉｅは、磁束の表皮効果によって中央部５４の表面の浅い領域に集中して流れ、中央部５４の表皮抵抗Ｒｓｃが増加し、発熱ローラ４０全体の表皮抵抗をＲｓａが見かけ上大きくなる。したがって、インバータ回路７６を電流が過剰に流れるようになった際に、駆動周波数を高くすることで、インバータ回路７６に流れる電流を減少させ正常な電流値範囲内で駆動することが可能となり、発熱ローラ４０の中央部５４を加熱し定着を継続することができる。ただし、第２の駆動周波数ｆ２は、数式〔数１９〕を満たすものとする。

ステップＳ８において、電流検知部９２が検知するインバータ回路７６を流れる電流が第２の電流値７０Ａ未満に減少した場合には、定着動作が継続される（ステップＳ９）。

一方、ステップＳ８において、第２の駆動周波数５０ｋＨｚで駆動したにもかかわらず、インバータ回路７６を流れる電流が第２の電流値７０Ａ未満に下がらない場合には、制御部６０は、回路にエラーが発生したと判断し、第１および第２のスイッチング素子７８、８０の駆動をオフにする（ステップＳ１０）。

続いて、ステップＳ９において定着動作が継続されると、発熱ローラ４０の中央部５４付近は励磁コイル５０からの磁束を受けて発熱し、表面温度を定着温度に維持する。一方、発熱ローラ４０の端部５６は、徐々に表面温度が低下していく。

発熱ローラ４０の温度が式６を満たす温度Ｔ_ＴＨよりも低くなると、表皮深さδが発熱ローラ４０の整磁合金部材４０ａの厚さｄよりも小さくなる。すなわち、回路のインピーダンスが増加してインバータ回路７６に流れる電流が減少する（ステップ１１）。したがって、電流検知部９２が検知する励磁コイル５０を流れる電流が、励磁コイル５０へ定着動作を継続するために必要な電力を供給するのに必要な第３の電流値以下になると（ステップＳ１２）、制御部６０は、駆動周波数を第２の駆動周波数５０ｋＨｚよりも低い第３の駆動周波数に変更し、発熱ローラ４０の発熱量を確保する。ここでは、第３の駆動周波数として、例えば、第１の駆動周波数２５ｋＨｚに変更してインバータ回路７６を駆動する（ステップＳ１３）。なお、第３の駆動周波数は、５０ｋＨｚから２５ｋＨｚへ大きく変更するのではなく、例えば、５ｋＨｚ毎といったように段階的に減少させても、徐々に減少させても良い。

上記実施の形態１の定着装置３４によれば、発熱ローラ４０に整磁合金部材４０ａを用いるため、幅の狭い用紙を連続して通紙しても、用紙が通過しない部分が異常に高温になることがなく、その後、幅の広い用紙を通紙してもホットオフセットすることが無い。

また、発熱ローラ４０の用紙が通過しない部分の温度が数式〔数１６〕を満たす温度Ｔ_ＴＨよりも高い温度となって表皮深さδが整磁合金部材４０ａの厚さｄよりも大きくなり、第１の駆動周波数で駆動するインバータ回路７６へ過剰に電流が流れても、数式〔数１９〕を満たし、第１の駆動周波数よりも高い第２の駆動周波数で駆動することにより、インバータ回路７６に流れる電流を減少させて許容電流値を超えることなく、正常な電流値の範囲内で使用することが可能となる。したがって、インバータ回路７６の電力供給を遮断することなく、電力を安定供給して定着を継続することができる。

また、出力の制御を周波数の変化ではなく、スイッチング素子の通電時間の変化で行なうインバータ回路７６によって上記制御を行うため、特殊な部材を別途設けることがないので、装置が大型化することが無い。また、余計な部材を設けないため、励磁コイル５０等の配置の設計の自由度もさがることがない。

また、分割コイルを用いなくとも上記発熱ローラ４０の軸方向の温度ムラを抑制する制御が可能となるので、インバータ回路７６の数も少なくてすみコストを抑えることができる。なお、分割コイルを用いても良い。

なお、第１乃至第３の電流値や第１乃至第３の駆動周波数等は、予め実験あるいは計算等によりメモリ等に格納しておいても、算出するためのプログラムを予め制御部６０のメモリ等に格納し、これに基づいて制御部６０が制御しても良い。

〔加熱制御の実施の形態２〕
図１１は、発熱ローラ温度制御の別の例を示すフローチャートである。以下、図１０で示した例と同一部分には同一符号を付し、本例の特徴部分のみを説明する。

図１１において、図１０との相違は、ステップＳ８のＮｏ以降の制御である。本例では、ステップ８において、例えば、５０ｋＨｚの第２の駆動周波数で駆動したにもかかわらず、インバータ回路７６を流れる電流が第２の電流値７０Ａ未満に下がらない場合に、制御部６０は、さらに周波数の増加が可能かを判断する（ステップＳ１４）。

第２の駆動周波数よりも大きい増加後の駆動周波数をｆｘとし、このｆｘが次式〔数２１〕を満たせば、さらに周波数の増加が可能であるといえる。

数式〔数２１〕を満たす場合には、現在の駆動周波数から所定の周波数（例えば５ｋＨｚ）増加させる。再びステップＳ８へ戻り、以上のステップを繰り返す。ステップＳ１４において、増加後の駆動周波数ｆｘが数式〔数２１〕を満たさないと判断した場合には、回路にエラーが発生したものとして、第１および第２のスイッチング素子７８、８０の駆動をオフにする（ステップＳ１６）。なお、制御部６０は、第２の温度Ｔ２に対応する透磁率として、予め設定しておいた目標温度に対応する透磁率を用いて判断しても良いし、現在の温度を検知し、それに対応する透磁率を用いて数式〔数２１〕から判断してもよい。または、予め数式〔数２１〕を満たす駆動周波数ｆｘの最大値を実験や理論計算から求めてメモリ等に格納しておき、これに基づいて増加後の駆動周波数ｆｘが最大値以下になるように制御してもよい。

上記の実施の形態２の定着装置３４によれば、加熱制御の実施の形態１の定着装置と同様の効果を得ることができることに加え、いきなりスイッチング素子をオフにせず段階を置いて回路のエラーを判断できる。したがって、頻繁に定着動作を停止しないため、ユーザーの使い勝手が良い。

〔加熱制御の実施の形態３〕
図１２は、発熱ローラ温度制御のさらに別の例を示すフローチャートである。図１２（ａ）は、発熱ローラの透磁率が低下する場合の制御の一例である。また、図１２（ｂ）は、低下していた透磁率が回復する場合の制御の一例である。以下、図１０で示した例と同一部分には同一符号を付し、本例の特徴部分のみを説明する。

本実施の形態では、インバータ回路７６の駆動周波数を変える制御を、励磁コイル５０を流れる電流を検知し、それに基づいて行うのではなく、発熱ローラ４０の表面温度を検知して行う。

まず、制御部６０は、発振機９４および出力制御回路９６を制御し、発振機９４から２０〜３０ｋＨｚの第１の駆動周波数、例えば、約２５ｋＨｚの周波数を出力制御回路９６および第２の駆動回路９９へ出力させ、励磁コイル５０へ約１１００Ｗの電力を与える（ステップＳ１７）。また、上記実施の形態と同様、第１の駆動周波数ｆ_１で駆動する場合において、定着温度より大きく、且つ、式６を満たす温度をＴ_ＴＨ、温度Ｔ_ＴＨよりも低い温度を第１の温度、温度Ｔ_ＴＨよりも高い温度を第２の温度とする。

また、発熱ローラ４０の表面温度を監視する温度センサ５８Ａ、５８Ｂが、発熱ローラ４０の温度が定着温度１８０℃に達したと検知した場合（ステップＳ１８）には、制御部６０によって制御される画像形成部３が画像形成を開始し、定着装置３４が定着動作を行う（ステップＳ１９）。発熱ローラ４０のニップ部を通過する用紙サイズがＡ３サイズ紙の場合には（ステップＳ２０）、発熱ローラ４０は、局所的な温度上昇が発生することなく定着温度１８０℃に維持され、定着動作が継続される（ステップＳ２１）。

一方、発熱ローラ４０のニップ部を、例えば、Ａ４−Ｒサイズといった小サイズ紙が連続して通過する場合（ステップＳ２０）、制御部６０は、温度センサ５８Ａからの信号に基づき、発熱ローラ４０の中央部５４の温度を定着温度１８０℃に維持する。小サイズ紙が通過しない端部５６では熱が用紙に奪われないため、端部５６の温度は上昇する。

端部５６の温度が上昇して発熱ローラ４０の端部５６の透磁率が低下し、励磁コイル５０による磁束が整磁合金部材４０ａ内で収まらずに透過すると、インバータ回路７６のインピーダンスが減少する。このため、励磁コイル５０、インバータ回路７６を流れる電流が増加する。制御部６０は、この電流を、インバータ回路７６の許容電流値を超えないよう、以下のように制御する。

制御部６０は、温度センサ５２Ｂが検知する発熱ローラ４０の端部５６の温度が、数式〔数１６〕を満たす温度Ｔ_ＴＨよりも低い第１の温度か、温度Ｔ_ＴＨよりも高い第２の温度かを判断する（ステップＳ２２）。端部５６の温度が第２の温度である場合、制御部６０は、駆動周波数をより高い４０〜６０ｋＨｚの第２の駆動周波数、例えば、５０ｋＨｚに変更してインバータ回路７６を駆動する（ステップＳ２３）。なお、温度Ｔ_ＴＨは、予め実験あるいは計算等により温度を求めメモリ等に格納しても、計算プログラムをメモリ等に格納し、それに基づいて判断してもよい。また、第２の温度は、回路の許容電流以下の所定の電流値（第２の電流値）がインバータ回路７６を流れる際の温度を用いてもよい。上記のように、第２の駆動周波数で駆動することで、正常な電流値範囲内で駆動することが可能となり、発熱ローラ４０の中央部５４を加熱して定着を継続することができる。

ステップＳ２４において、電流検知部９２が検知するインバータ回路７６を流れる電流が所定の電流値未満に減少した場合には、定着動作が継続される（ステップＳ２５）。

一方、ステップＳ２４において、第２の駆動周波数５０ｋＨｚで駆動したにもかかわらず、インバータ回路７６を流れる電流が所定の電流値未満に低下しない場合には、制御部６０は、回路にエラーが発生したと判断し、第１および第２のスイッチング素子７８、８０の駆動をオフにする（ステップＳ２６）。

ステップＳ２５において定着動作が継続されると、中央部５４は励磁コイル５０からの磁束を受けて発熱し、表面温度を定着温度に維持する。一方、発熱ローラ４０の端部５６は、徐々に表面温度が低下していく（ステップＳ２７）。すなわち、回路のインピーダンスが増加してインバータ回路７６に流れる電流が徐々に減少する。

温度センサ５８Ｂが検知する発熱ローラ４０の端部５６の温度が式１０を満たす温度Ｔ_ＴＨ’よりも低くなり、表皮深さδが発熱ローラ４０の整磁合金部材４０ａの厚さｄよりも小さくなる（ステップＳ２８）と、制御部６０は、駆動周波数を第２の駆動周波数５０ｋＨｚよりも低い第３の駆動周波数、例えば、２５ｋＨｚで駆動して発熱ローラ４０の発熱量を確保する（ステップＳ２９）。なお、第３の駆動周波数は、５０ｋＨｚから２５ｋＨｚへ一度に変更するのではなく、例えば、５ｋＨｚ毎といったように段階的に減少させても、徐々に減少させても良い。

上記実施の形態３の定着装置３４によれば、実施の形態１の定着装置と同様の効果を得ることができる。

なお、ステップＳ２４では、電流値を検知して定着を継続するか否かの判断をするとしているが、これに限定されるものではない。例えば、電流値の代わりに、端部５６の温度を温度センサ５８Ｂで検知して継続するか否かの判断をしてもよい。すなわち、温度センサ５８Ｂが検知する端部５６の温度が、所定の温度、例えば、第２の駆動周波数に切り替えた時の温度よりも低くなった場合に定着を継続しても良い。また、所定の温度は上記所定の電流値が回路に流れる時に対応する温度であっても良く、実験等あるいは計算から予め求めてメモリ等に格納しておけばよい。

〔加熱制御の実施の形態４〕
図１３は、発熱ローラ温度制御のさらに別の例を示すフローチャートである。以下、図１２で示した例と同一部分には同一符号を付し、本例の特徴部分のみを説明する。

本実施の形態においても、実施の形態２と同様、ステップＳ２４以降に、図１３に示すようなステップＳ３０乃至ステップＳ３２を用いることができる。

すなわち、ステップ２４において、例えば、５０ｋＨｚの第２の駆動周波数で駆動したにもかかわらず、インバータ回路７６を流れる電流が所定の電流値７０Ａ未満に下がらない場合に、制御部６０は、さらに周波数の増加が可能かを判断する（ステップＳ３０）。第２の駆動周波数よりも大きい増加後の駆動周波数をｆｘとし、このｆｘが数式〔数２１〕を満たせば、さらに周波数の増加が可能であるといえる。

数式〔数２１〕を満たす場合には、現在の駆動周波数から所定の周波数（例えば５ｋＨｚ）増加させる。再びステップＳ２４へ戻り、以上のステップを繰り返す。ステップＳ３０において、増加後の駆動周波数ｆｘが数式〔数２１〕を満たさないと判断した場合には、回路にエラーが発生したものとして、第１および第２のスイッチング素子７８、８０の駆動をオフにする（ステップＳ３２）。したがって、いきなりスイッチング素子をオフにせず段階を置いて回路のエラーを判断できるので、頻繁に定着動作が停止せず、ユーザーの使い勝手が良い。

〔加熱制御の実施の形態５〕
本実施の形態では、定着する小サイズ紙の連続通紙する枚数をカウントし、カウントした枚数が一定の値を超えた場合にインバータ回路７６の駆動周波数を変える制御を行う。以下、上記実施の形態と同一部分には同一符号を付し、本実施の形態の特徴部分のみを説明する。

図１４に示すように、定着装置３４の搬送方向上流あるいは下流に、マイクロセンサやマイクロアクチュエータを有する用紙検知手段１０２が配置される。用紙検知手段１０２は搬送される用紙を検知する。制御部６０は、小サイズ紙が定着される際に、用紙検知手段１０２で検知した用紙の枚数をカウントする。

図１５は、本実施の形態の発熱ローラ温度制御の例を示すフローチャートである。なお、ステップＳ３２乃至ステップＳ３６は、図１０のステップＳ１乃至ステップＳ５や図１２のステップＳ１７乃至ステップＳ２１と同様であるので説明を省略する。

発熱ローラ４０のニップ部を、例えば、Ａ４−Ｒサイズといった小サイズ紙が連続して通過する場合（ステップＳ３５）、制御部６０は、搬送される小サイズ紙の枚数のカウントを開始する（ステップＳ３７）。なお、搬送される用紙サイズが小サイズ紙であるか否かは、例えば、制御部６０が操作パネル５やＰＣ１００からの入力指示に基づき判断する。また、制御部６０は、温度センサ５８Ａからの信号に基づき、発熱ローラ４０の中央部５４の表面温度が定着温度１８０℃に保たれるように入力電力を制御する。小サイズ紙が通過しない端部５６では熱が用紙に奪われないため、端部５６の温度は上昇する。

制御部６０は、ステップＳ３８において、小サイズ紙のカウント枚数が所定の枚数を超えたかを判断し、超えた場合には、駆動周波数をより高い４０〜６０ｋＨｚの第２の駆動周波数、例えば、５０ｋＨｚに変更してインバータ回路７６を駆動し（ステップＳ３９）、定着動作を継続する（ステップＳ４０）。なお、第２の駆動周波数へ切り替えるための所定の枚数は、端部５６の温度が式６を満たす温度Ｔ_ＴＨよりも高い第２の温度になる時の、通紙枚数を実験等あるいは計算から予め求めてメモリ等に格納しておけばよい。

上記実施の形態５の定着装置３４によれば、小サイズ紙を連続通紙した際に、第１の駆動周波数より高い第２の駆動周波数で駆動することにより、インバータ回路７６を流れる電流を正常な電流値の範囲内で使用することが可能となる。したがって、電流供給回路の電力供給を遮断することなく、電力を安定供給して定着を継続することができる。

〔加熱制御の実施の形態６〕
本実施の形態では、定着する小サイズ紙のジョブ開始からの時間を計測し、連続通紙時間が一定時間経った場合にインバータ回路７６の駆動周波数を変える制御を行う。以下、上記実施の形態と同一部分には同一符号を付し、本実施の形態の特徴部分のみを説明する。

図１６に示すように、ジョブ開始からの時間を計測する時間計測手段であるタイマー１０４が、制御部６０に接続される。タイマー１０４は、制御部６０の指示によって、画像形成の開始からの時間を計測する。あるいは、画像形成部３内の用紙搬送路中に配置された用紙検知手段１０２によって用紙を検知してからの時間を計測してもよい。また、タイマー１０４は、制御部６０が有していても良い。

図１７は、本実施の形態の発熱ローラ温度制御の例を示すフローチャートである。なお、ステップＳ４１乃至ステップＳ４５は、図１０のステップＳ１乃至ステップＳ５や図１２のステップＳ１７乃至ステップＳ２１と同様であるので説明を省略する。

制御部６０は、搬送される用紙サイズが小サイズ紙であるか否かを、例えば、操作パネル５やＰＣ１００からの入力指示に基づき判断する（ステップＳ４４）。タイマー１０４は、制御部６０の指示によって時間計測を開始する（ステップＳ４６）。また、制御部６０は、温度センサ５８Ａからの信号に基づき、発熱ローラ４０の中央部５４の表面温度が定着温度１８０℃に保たれるように入力電力を制御する。小サイズ紙が通過しない端部５６では熱が用紙に奪われないため、端部５６の温度は上昇する。

制御部６０は、ステップＳ４７において、時間計測の開始から所定時間経ったと判断した場合には、駆動周波数をより高い４０〜６０ｋＨｚの第２の駆動周波数、例えば、５０ｋＨｚに変更してインバータ回路７６を駆動し（ステップＳ４８）、定着動作を継続する（ステップＳ４９）。なお、第２の駆動周波数へ切り替えるための所定時間については、例えば、小サイズ紙の画像形成を開始してから、あるいは、用紙検知手段１０２が小サイズ紙を検知してから、端部５６の温度が数式〔数１６〕を満たす温度Ｔ_ＴＨよりも高い第２の温度になるまでの時間を、実験あるいは計算から予め求めてメモリ等に格納しておけばよい。

上記第実施の形態６の定着装置３４によれば、小サイズ紙を連続通紙した際に、第１の駆動周波数より高い第２の駆動周波数で駆動することにより、電流供給回路を流れる電流を正常な電流値の範囲内で使用することが可能となる。したがって、インバータ回路７６の電力供給を遮断することなく、電力を安定供給して定着を継続することができる。

なお、上記の実施の形態では、第１の駆動周波数から第２の駆動周波数へ大きく変更する形態を挙げたがこれに限定されるものではない。例えば、温度センサ５８Ｂあるいは電流検知部９２の信号をフィードバックし、徐々にあるいは段階的に周波数を増加させても良い。

また、上記実施の形態の定着装置３４の構成として、トナーの定着が行なわれるニップ部は、発熱ローラ４０に加圧ローラ４２が圧接されて形成される構成を挙げたがこれに限定されるものではない。例えば、加圧ローラ４２の位置が発熱ローラ４０からずれた位置において、発熱ローラ４０によって暖められたベルト４６へ圧接させてニップ部を形成するとしても良い。また、ベルト４６を用いず、発熱ローラ４０と加圧ローラ４２とが直接ニップ部を形成しても良い。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々、変形し、組み合わせて実施することが可能である。

画像形成装置の概略構成図。 定着装置の概略断面図。 誘導加熱の原理について説明するための簡易モデル。 発熱ローラの温度と透磁率の関係を示すグラフ。 定着装置における磁束の流れを説明するための概略断面図。 発熱ローラと、通紙される用紙サイズの対応関係を示す概略図。 駆動周波数と表皮深さの関係を説明するための図。 電流供給回路の電気的な概略構成図の一例。 図８の電流供給回路の動作波形の説明図。 発熱ローラ温度制御の例（加熱制御の実施の形態１）を示すフローチャート。（図１０（ａ）は、発熱ローラの透磁率が低下する場合の制御の一例。図１０（ｂ）は、低下していた透磁率が回復する場合の制御の一例。） 発熱ローラ温度制御の別の例（加熱制御の実施の形態２）を示すフローチャート。 発熱ローラ温度制御のさらに別の例（加熱制御の実施の形態３）を示すフローチャート。 発熱ローラ温度制御のさらに別の例（加熱制御の実施の形態４）を示すフローチャート。 発熱ローラ温度制御のさらに別の例（加熱制御の実施の形態５）を説明するための概略図。 発熱ローラ温度制御のさらに別の例（加熱制御の実施の形態５）を示すフローチャート。 発熱ローラ温度制御のさらに別の例（加熱制御の実施の形態６）を説明するための概略図。 発熱ローラ温度制御のさらに別の例（加熱制御の実施の形態６）を示すフローチャート。

符号の説明

３４ 定着装置
４０ 発熱ローラ
４２ 加圧ローラ
４４ 巻架ローラ
４６ ベルト
４８ 誘導加熱部材
５０ 励磁コイル
５４ 発熱ローラの中央部
５６ 発熱ローラの端部
５８Ａ、５８Ｂ 温度センサ
６０ 制御部
７６ インバータ回路
７８、８０ 第１および第２のスイッチング素子
９０ 入力電力検出部
９２ 電流検知部
９４ 発振器
９６ 出力制御回路
９８、９９ 第１および第２の駆動回路
１０２ 用紙検知手段
１０４ タイマー

Claims (12)

1. 所定の厚さである透磁性部材と；
   前記透磁性部材を励磁して前記透磁性部材内に渦電流を発生させる誘導加熱部材と；
   前記誘導加熱部材へ交流電流を供給する電流供給回路と；
   前記透磁性部材の第１の部分および第２の部分の温度が、次式
   

   

   ただし、ｄ：透磁性部材の厚さ［ｍ］、
   ρ：透磁性部材の抵抗率［Ω・ｍ］、
   ω_１：第１の駆動周波数の角周波数［ｒａｄ／ｓ］、
   μ：透磁性部材の透磁率［Ｈ／ｍ］
   を満たす温度Ｔ_ＴＨよりも低い第１の温度であるときには、前記誘導加熱部材へ前記第１の駆動周波数の前記交流電流を、
   前記第１の駆動周波数で励磁される前記透磁性部材の前記第２の部分の温度が前記温度Ｔ_ＴＨよりも高い第２の温度であるときには、前記誘導加熱部材へ、次式
   

   

   ただし、ω_２：第２の駆動周波数の角周波数［ｒａｄ／ｓ］
   を満たし、且つ、前記第１の駆動周波数よりも大きい前記第２の駆動周波数の前記交流電流を、前記電流供給回路に供給させる制御部と；
   を備える定着装置。
2. 前記制御部は、前記第２の駆動周波数で励磁される前記透磁性部材の前記第２の部分の温度が低下して、次式
   

   

   ただし、Ｔ_ＴＨ’≦Ｔ_ＴＨ
   を満たす温度Ｔ_ＴＨ’よりも低い温度になった場合には、前記第２の駆動周波数よりも低い第３の駆動周波数の前記交流電流を、前記電流供給回路に前記誘導加熱部材へ供給させる請求項１に記載の定着装置。
3. 前記透磁性部材の前記第１の部分の温度を検知する第１の温度検知部材と；
   前記透磁性部材の前記第２の部分の温度を検知する第２の温度検知部材と、を有し、
   前記制御部は、前記第１および第２の温度検知部材で検知する温度に基づき、前記誘導加熱部材へ前記第１の駆動周波数、あるいは前記第２の駆動周波数の前記交流電流を、前記電流供給回路に供給させる請求項１に記載の定着装置。
4. 前記制御部は、前記第２の駆動周波数で励磁される前記透磁性部材の、前記第２の温度検知部材が検知する前記第２の部分の温度が、前記第１の駆動周波数から前記第２の駆動周波数へ切り替えた際の温度よりも低くならない場合には、次式
   

   

   ただし、ωｘ：第２の駆動周波数よりも高い駆動周波数の角周波数［ｒａｄ／ｓ］
   を満たす範囲内で前記第２の駆動周波数を増加可能かを判断し、増加可能である場合には、前記第２の温度検知部材が検知する温度が前記第２の駆動周波数へ切り替えた際の温度未満に低下するまで、可能な範囲で前記第２の駆動周波数を増加させる請求項３に記載の定着装置。
5. 前記透磁性部材に巻き掛けられたベルト部材と；
   前記透磁性部材の前記第１の部分に対応する前記ベルト部材の温度を検知する第１の温度検知部材と；
   前記透磁性部材の前記第２の部分に対応する前記ベルト部材の温度を検知する第２の温度検知部材と、を有し、
   前記制御部は、前記第１および第２の温度検知部材で検知する前記ベルトの温度に基づき、前記第１の駆動周波数、あるいは前記第２の駆動周波数の前記交流電流を、前記電流供給回路に前記誘導加熱部材へ供給させる請求項１に記載の定着装置。
6. 前記交流電流の大きさを検知する電流検知部材を有し；
   前記制御部は、前記電流検知部材で検知する電流値が、前記透磁性部材の第１の部分および第２の部分の温度が前記第１の温度である場合に流れる第１の電流値であるときには、第１の駆動周波数の、
   前記電流検知部材で検知する電流値が、前記第１の駆動周波数で励磁される前記透磁性部材の前記第２の部分の温度が前記温度Ｔ_ＴＨよりも高い第２の温度である場合に流れる第２の電流値であるときには、前記第２の駆動周波数の、前記交流電流を、前記電流供給回路に前記誘導加熱部材へ供給させる請求項１に記載の定着装置。
7. 前記制御部は、前記電流検知部材で検知する前記第２の駆動周波数の前記交流電流の電流値が、前記第２の電流値よりも低い第３の電流値に減少した場合には、前記第２の駆動周波数よりも低い第３の駆動周波数の前記交流電流を、前記電流供給回路に前記誘導加熱部材へ供給させる請求項６に記載の定着装置。
8. 前記制御部は、前記電流検知部材で検知する前記第２の駆動周波数の前記交流電流の電流値が、前記第２の電流値未満に低下しない場合には、次式
   

   

   ただし、ωｘ：第２の駆動周波数よりも高い駆動周波数の角周波数［ｒａｄ／ｓ］
   を満たす範囲内で前記第２の駆動周波数を増加可能かを判断し、増加可能である場合には、前記電流検知部が検知する電流値が前記第２の電流値未満に低下するまで、可能な範囲で前記第２の駆動周波数を増加させる請求項６に記載の定着装置。
9. 前記第２の部分は、用紙が通紙されない部分である請求項１に記載の定着装置。
10. 像を用紙に形成する画像形成部と、
    前記像を前記用紙に加熱定着させる定着装置と、を備えた画像形成装置であって、
    前記定着装置は請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の定着装置である画像形成装置。
11. 所定の厚さである透磁性部材と、
    前記透磁性部材を励磁して前記透磁性部材内に渦電流を発生させる誘導加熱部材と、
    前記誘導加熱部材へ交流電流を供給する電流供給回路と、を備えた加熱制御方法であって、
    前記透磁性部材の第１の部分および第２の部分の温度が、次式
    

    

    ただし、ｄ：透磁性部材の厚さ［ｍ］、
    ρ：透磁性部材の抵抗率［Ω・ｍ］、
    ω_１：第１の駆動周波数の角周波数［ｒａｄ／ｓ］、
    μ：透磁性部材の透磁率［Ｈ／ｍ］
    を満たす温度Ｔ_ＴＨよりも低い第１の温度であるときには、前記誘導加熱部材へ前記第１の駆動周波数の前記交流電流を、前記電流供給回路に供給させ、
    前記第１の駆動周波数で励磁される前記透磁性部材の前記第２の部分の温度が前記温度Ｔ_ＴＨよりも高い第２の温度であるときには、前記誘導加熱部材へ、次式
    

    

    ただし、ω_２：第２の駆動周波数の角周波数［ｒａｄ／ｓ］
    を満たし、且つ、前記第１の駆動周波数よりも大きい前記第２の駆動周波数の前記交流電流を、前記電流供給回路に供給させる加熱制御方法。
12. 前記第２の駆動周波数で励磁される前記透磁性部材の前記第２の部分の温度が低下して、次式
    

    

    ただし、Ｔ_ＴＨ’≦Ｔ_ＴＨ
    を満たす温度Ｔ_ＴＨ’よりも低い温度になった場合には、前記誘導加熱部材へ、前記第２の駆動周波数よりも低い第３の駆動周波数の前記交流電流を、前記電流供給回路に供給させる請求項１１に記載の加熱制御方法。

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