JPH1074018A - 誘導加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精度のよい温度制御を行うことのできる誘導
加熱定着装置を提供する。 【解決手段】 導電性のスリーブ５と、該スリーブに誘
導電流を生じさせるためのコイル２と、該コイル２に高
周波を流すための高周波電源と、を有し、前記高周波電
源のスイッチング周期を検出するスイッチング周期検出
手段と、前記電磁誘導加熱源に投入される電力を検出す
る電力検出手段と、前記スイッチング周期検出手段によ
り検出されたスイッチング周期および前記前記電力検出
手段により検出された電力に基づき前記高周波電源から
前記電磁誘導加熱源に流す電流量を制御する制御手段
と、を有することを特徴とする誘導加熱定着装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真式の複写
機、プリンタおよびファクシミリなどに用いられる定着
装置に関し、さらに詳しくは、誘電加熱を利用して現像
剤を記録媒体に定着する誘導加熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真式の複写機などには、記録媒体
である記録紙ないし転写材などのシート上に転写された
現像剤をシートに定着させる定着装置が設けられてい
る。この定着装置として、電磁誘導加熱を利用したもの
が提案されている。

【０００３】誘導加熱を利用した定着装置の利点として
は、熱源としてハロゲンランプを用いて間接的に加熱し
するものより昇温が速く、かつ消費電力が少ないと言っ
た点がある。

【０００４】一般的な定着装置の温度制御は、回転する
定着ローラに当接させたサーミスタを用いて定着ローラ
の温度検出を行い、設定温度（例えば１５０〜２００℃
程度）との比較で加熱源のオンオフ制御、或いはデュー
ティ制御を行っている。このような制御は、加熱源とし
てハロゲンランプを用いた定着装置はもちろん、誘導加
熱による定着装置でも利用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般的に温度検出手段
であるサーミスタは、それ自身の熱容量と熱伝達の遅れ
があるため、上記のようなフィードバック制御では遅れ
がでる。昇温がさほど速くないハロゲンランプを熱源と
するものでは、特に問題にならなかった。しかし、高速
昇温が可能な誘導加熱を利用した定着装置にあっては、
サーミスタの応答性が制御時の温度リップルやオーバー
シュートに影響し、定着装置のローラ温度が一定に保て
なくなることがあり、定着画像の画質に悪影響を及ぼす
こともある。

【０００６】そこで温度上昇、下降の傾きを検出し、加
熱具合を予測する方法も考えられているが、安定した定
着性を得ることが難しく、またこれを可能にするために
は、そのための制御装置の開発を含めて、装置のコスト
アップがさけられないといった問題がある。

【０００７】また、サーミスタはローラ（またはスリー
ブ）に接触摺動させるためローラ表面の離型層を劣化さ
せるという不具合を持っている。そこで、摺動部に磨耗
や傷を防ぐための耐熱フィルムやシートが必要になる
が、これらは、応答性を悪くする原因でもある。特に、
高速昇温技術として、硬質のローラを加熱媒体とするの
ではなく、フレキシブルなごく薄い薄膜のスリーブを加
熱媒体としたときには、薄肉のスリーブの表面温度のみ
の検出では、安定した定着性を得ることが難しい。ま
た、加熱媒体が薄肉であると少しの供給電力変動で、大
きく表面温度が変動するため、所定温度との比較でオン
オフ制御する従来の方法では、リップルが大きく問題で
ある。

【０００８】そこで本発明は、誘導加熱定着装置におい
て、定着装置の温度制御を精度よく行うことができる誘
導加熱定着装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１記載の本発明は、導電層を有する加熱媒体
と、該加熱媒体に誘導電流を生じさせる電磁誘導加熱源
と、該電磁誘導加熱源に高周波電流を流すための高周波
電源と、を有し、該加熱媒体を誘導加熱することで、記
録媒体上に現像剤を定着させる定着装置において、前記
高周波電源が作り出す高周波のスイッチング周期を検出
するスイッチング周期検出手段と、前記電磁誘導加熱源
に投入される電力を検出する電力検出手段と、前記スイ
ッチング周期検出手段により検出されたスイッチング周
期および前記前記電力検出手段により検出された電力に
基づき前記高周波電源から前記電磁誘導加熱源に流す電
流量を制御する制御手段と、を有することを特徴とする
誘導加熱定着装置である。

【００１０】また、請求項２記載の本発明は、前記請求
項１の誘導加熱定着装置において、さらに前記加熱媒体
の表面温度を検出する温度検出手段を設け、前記制御手
段が、該温度検出手段によって検出された前記加熱媒体
の温度、前記スイッチング周期検出手段により検出され
たスイッチング周期および前記電力検出手段により検出
された電力に基づき前記高周波電源から前記電磁誘導加
熱源に流す電流量を制御することを特徴とする誘導加熱
定着装置である。

【００１１】また、請求項３記載の本発明は、前記請求
項１または請求項２記載の誘導加熱定着装置において、
前記導電層を有する加熱媒体が、回転体であることを特
徴とする誘導加熱定着装置である。

【００１２】また、上記目的を達成するための請求項４
記載の本発明は、導電層を有する加熱媒体と、該加熱媒
体に誘導電流を生じさせる電磁誘導加熱源と、該電磁誘
導加熱源に高周波電流を流すための高周波電源と、を有
し、該加熱媒体を誘導加熱することで、記録媒体上に現
像剤を定着させる定着装置において、前記加熱媒体が薄
肉の回転体であり、これを前記記録媒体に圧接するため
の支持部材と、該支持部材の表面温度を検出する支持部
材温度検出手段と、前記加熱媒体の表面温度を検出する
加熱媒体温度検出手段と、前記支持部材温度検出手段に
より検出された支持部材温度および前記加熱媒体温度検
出手段により検出された加熱媒体温度に基づき前記高周
波電源から前記電磁誘導加熱源に流す電流量を制御する
制御手段と、を有することを特徴とする誘導加熱定着装
置である。

【００１３】また、上記目的を達成するための請求項５
記載の本発明は、導電層を有する加熱媒体と、該加熱媒
体に誘導電流を生じさせる電磁誘導加熱源と、該電磁誘
導加熱源に高周波電流を流すための高周波電源と、を有
し、該加熱媒体を誘導加熱することで、記録媒体上に現
像剤を定着させる定着装置において、前記加熱媒体が薄
肉の回転体であり、これを前記記録媒体に圧接するため
の支持部材と、該支持部材の表面温度を検出する支持部
材温度検出手段と、前記加熱媒体の表面温度を検出する
加熱媒体温度検出手段と、前記高周波電源が作り出す高
周波のスイッチング周期を検出するスイッチング周期検
出手段と、前記電磁誘導加熱源に投入される電力を検出
する電力検出手段と、前記前記支持部材温度検出手段に
より検出された支持部材温度、前記加熱媒体温度検出手
段により検出された加熱媒体温度、前記スイッチング周
期検出手段により検出されたスイッチング周期および前
記電力検出手段により検出された電力に基づき前記高周
波電源から前記電磁誘導加熱源に流す電流量を制御する
制御手段と、を有することを特徴とする誘導加熱定着装
置である。

【００１４】また、上記目的を達成するための請求項６
記載の本発明は、導電層を有する加熱媒体と、該加熱媒
体に誘導電流を生じさせる電磁誘導加熱源と、該電磁誘
導加熱源に高周波電流を流すための高周波電源と、を有
し、該加熱媒体を誘導加熱することで、記録媒体上に現
像剤を定着させる定着装置において、前記高周波電源が
作り出す高周波のスイッチング周期を検出するスイッチ
ング周期検出手段と、前記スイッチング周期検出手段に
より検出されたスイッチング周期が予め定められた範囲
内となるように前記高周波電源から前記電磁誘導加熱源
に流す電流量を制限する制御手段と、を有することを特
徴とする誘導加熱定着装置である。

【００１５】また、上記目的を達成するための請求項７
記載の本発明は、導電層を有する加熱媒体と、該加熱媒
体に誘導電流を生じさせる電磁誘導加熱源と、該電磁誘
導加熱源に高周波電流を流すための高周波電源と、を有
し、該加熱媒体を誘導加熱することで、記録媒体上に現
像剤を定着させる定着装置において、前記電磁誘導加熱
源に投入される電力を検出する電力検出手段と、前記電
力検出手段により検出された電力が予め定められた範囲
内となるように前記高周波電源から前記電磁誘導加熱源
に流す電流量を制限する制御手段と、を有することを特
徴とする誘導加熱定着装置である。

【００１６】また、上記目的を達成するための請求項８
記載の本発明は、導電層を有する加熱媒体と、該加熱媒
体に誘導電流を生じさせる電磁誘導加熱源と、該電磁誘
導加熱源に高周波電流を流すための高周波電源と、を有
し、該加熱媒体を誘導加熱することで、記録媒体上に現
像剤を定着させる定着装置において、前記加熱媒体の温
度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出
した温度に基づき、定着に適した温度と検出した温度の
差が大きい場合に、前記高周波電源から前記電磁誘導加
熱源に流す高周波の電力を粗調整し、定着に適した温度
と検出した温度の差が小さい場合に、前記高周波電源か
ら前記電磁誘導加熱源に流す高周波の電力を微調整する
制御手段と、を有することを特徴とする誘導加熱定着装
置である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して、
本発明の実施の形態を説明する。

【００１８】実施の形態１ 図１は本発明を適用した誘導加熱定着装置を示す側面図
である。

【００１９】この誘導加熱定着装置は、図１に示すよう
に、コア１とこのコア１に巻回されたコイル２とによっ
て構成されたコイルアセンブリ９が、ホルダユニット４
内部に収納されていて、このホルダユニット４の回りを
コイル２の誘導電流によって発熱する金属製のフレキシ
ブルな定着スリーブ５が取り巻いている。そして、回転
駆動される加圧ローラ６が定着スリーブ５を挟んでホル
ダユニット４を押圧していて、記録媒体（用紙）８をニ
ップ部分に移動・通過させると共に、定着スリーブ５が
記録媒体８と共に従動して、記録媒体上の現像剤である
トナーを溶融し、定着させる。

【００２０】定着スリーブ５は、例えば鉄やニッケルな
どの強磁性体が好ましく、強磁性体であれば多くの磁束
がこの定着スリーブ内を通過してより発熱効率がよくな
る。また、この定着スリーブ５は、例えば定着スリーブ
５の金属層の厚みが２０〜６０μｍ程度であるのが好ま
しい。定着スリーブ５の厚さは薄ければ薄いほどその熱
容量が小さくなるので、発熱させるための消費電力が少
なくなるが、定着スリーブ５の厚さをあまり薄くする
と、定着スリーブ５の強度が弱くなり破損しやすくな
る。また、定着スリーブ５の製造の際に、厚みを均一に
することが困難となる。一方、定着スリーブ５の厚さを
あまり厚くすると、曲げに対して弱くなり、ニップ部に
おける部分的な曲げに対する耐久性が低くなる。また、
定着スリーブ５の外周面にはごく薄いフッ素樹脂による
耐熱性の離型層（不図示）が形成してある。

【００２１】この定着スリーブ５は、装置内のいずれに
も固定されておらず、ホルダユニット４の回りを自由に
回転できる。一方、ホルダユニット４は、装置本体に固
定されており、その表面、少なくとも定着スリーブ５と
接触する部分は、平滑な耐熱性の樹脂材料により形成さ
れていて、記録媒体８と定着スリーブ５との摩擦抵抗よ
りホルダユニット４と定着スリーブ５との摩擦抵抗の方
が小さくなっており、加圧ローラ６の回転によって記録
媒体８の移動に定着スリーブ５が従動する。さらにホル
ダユニット４は、その両端に定着スリーブ５がホルダユ
ニット４の長手方向にずれないように規制するつば（不
図示）が設けられている。

【００２２】コイルアセンブリ９は、コア１の周囲に絶
縁性のボビン３を有し、このボビン３の周りに銅線を巻
記回してコイル２を形成してある。ボビン３は、例え
ば、セラミックや耐熱絶縁性エンジニアリング・プラス
チックで形成すればよく、また、コイル２としては表面
に融着層と絶縁層を持つ単一またはリッツ銅線を用いる
ことが好ましい。また、コア１は、例えばフェライトコ
アまたは積層コアからなる。

【００２３】加圧ローラ６は、軸芯６１の周囲に、表面
離型性耐熱ゴム層であるシリコンゴム層６２が形成され
たもので、その両端に図示しないスベリ軸受部が形成さ
れ、装置本体の定着ユニットフレーム５５などにばね材
５０によって定着スリーブ５を間に挟みホルダユニット
４方向に押圧され、かつ回転自在に取り付けられてい
る。さらに、加圧ローラ６は、その片端に図示しない駆
動ギアが固定され、この駆動ギアに接続されたモータな
どの図示しない駆動源によって回転駆動される。さら
に、定着スリーブ５には、当該定着スリーブ５に接し、
温度を検出する温度センサが設けられている。この温度
センサは、例えばサーミスタ７により構成される。ま
た、温度の異常上昇時の安全機構として、サーミスタ７
のほかに、異常な高温を検知した場合に、コイル２への
通電を切断するサーモスタットや温度ヒューズなどを設
けてもよい。

【００２４】図２は、この定着装置の制御系を示すブロ
ック図である。

【００２５】高周波電流は、商用電源２１の交流を整流
回路２２と平滑コンデンサ２３によって整流し、コイル
２、共振用コンデンサ２４およびスイッチ回路２５から
なるインバータ回路によってコイル２に高周波電流が供
給されるようになっている。そして高周波電流の制御
は、以下のように電圧検出回路２８および電流検出回路
２９によって検出された電圧および電流によって制御回
路２７により行われる。なお、商用電源２１から整流回
路２２に至る経路には電源スイッチ２０が設けられてい
る。またこの経路上に安全機構としてサーモスタットや
温度ヒューズを設けてもよい。

【００２６】図３は、高周波電流の制御を説明するため
のタイムチャートであり、図３（ａ）は電圧検出回路２
８が検出したコイル両端間の電圧値であり、図３（ｂ）
はスイッチ回路の動作であり、図３（ｃ）は電流検出回
路２９が検出した電流値である。

【００２７】まず、高周波電流の基本的な制御は、図３
に示すように、制御回路２７から発せられる制御信号に
よりドライブ回路２６が、例えばトランジスタ、ＦＥＴ
あるいはＩＧＢＴなどからなるスイッチ回路２５をオン
し、これによって、コイル２に電流が流れる。そして、
制御回路２７が、電流検出回路２９によって検出された
電流値、電圧検出回路２８が検出した電圧値およびスイ
ッチング周期（周波数）に基づきスイッチ回路２５をオ
フするようにドライブ回路２６に信号を送る。

【００２８】スイッチ回路２５がオフされると、コイル
２と共振用コンデンサ２４との間で共振電流が流れる。
そして、電圧検出回路２８により、共振によりコイル２
の両端間電圧が０Ｖ付近まで下降したことを検出する
と、制御回路２７は、スイッチ回路２５を再びオンする
ようにドライブ回路２６に信号を送る。以下、このスイ
ッチングサイクルを繰り返すことによって高周波の電流
をコイル２へ流す。

【００２９】これによりコイル２に高周波（数ｋＨｚ〜
数十ｋＨｚ）の電流が流されると、「アンペアの右ネジ
の法則」に従って、コア１から定着スリーブ５の長手軸
方向に対し直交する磁束が発生し、そして、このように
集中した磁束の作用により、定着スリーブ５には「レン
ツの法則」に従って、渦状の誘導電流が発生する。この
誘導電流は、定着スリーブ５の表皮抵抗によりジュール
熱に変換されて、定着スリーブ５が発熱することとな
る。

【００３０】次に定着スリーブ５の温度を制御するため
の高周波電流の制御について説明する。本実施の形態１
では、定着スリーブの温度制御は定着スリーブの温度と
コイルに投入される電力および高周波電流の周波数の関
係から制御している。

【００３１】これは、一般的に金属の特性として温度変
化により金属のインピーダンスが変化する特性を利用し
たものである。

【００３２】例えば本実施の形態１に用いる定着スリー
ブ５として、金属層が肉厚２０〜６０μｍのニッケルス
リーブを加熱媒体として用いた場合、高周波（ここでは
３０ｋＨｚ付近）をコイルに流すと、ニッケルの温度特
性により図４に示すように高温ほど消費電力が小さくな
る。また、周波数を変えると消費電力は変化するが、そ
の傾向は変わらない。したがって、この関係を利用すれ
ば、周波数と消費電力とから加熱媒体の温度が予測でき
る。

【００３３】そこで、上記制御回路２７は、前記電圧検
出回路２８の電圧値と電流検出回路２９の電流値から消
費電力を算出し、また、スイッチング周期、すなわち高
周波電流の周波数をスイッチオンと次のオンまでの時間
を計測することで算出している。

【００３４】このように消費電力とスイッチング周期を
検出することで、前記定着スリーブ５の特性に照らし合
わせて表面温度を予測する。この計算結果に基づき、所
定温度より低ければコイルへの電流量を増加させるため
スイッチオン時間を長くとるようにし、逆に温度が所定
温度より高ければコイルへの電流量を少なくするための
スイッチオン時間を短くする。このようにインバータに
印加する電流量はスイッチのオン時間により制御するこ
とができるので、このスイッチのオン時間を長くすれば
周波数が低くなり高出力が得られるようになる。

【００３５】このような消費電力と周波数から制御量を
計算するには、例えば制御回路２７としてマイコンを利
用し、定着スリーブ５の特性をメモリにテーブルとして
持つか、計算式として記憶しておき、消費電力と周波数
をデジタル値に変換し、この情報を基に演算するればよ
い。これにより応答遅れのない精度の良い温度制御が可
能となる。

【００３６】また、本実施の形態１では、上記のように
して算出した電力または周波数のいずれか、もしくはそ
の両方の値が予めメモリなどに記憶させた一定の値より
大きくなった場合に、電流量を制限するようにしてい
る。これは何等かの不具合（故障）により、定着スリー
ブの温度が異常に上昇を防止すると共に、例えば定着ス
リーブの温度が低いときに、多くの電力が投入されるこ
とを防止するものである。これは、定着装置が利用でき
る最大電流量が通常の場合規定されており、日本国内で
は１５ａとなっている。そこで、この１５Ａを越えるよ
うなことのないように制限するものである。これは、ま
た、複写機などの内部に定着装置が設けられていること
が普通であることを考えれば、複写機の他のエレメント
も電力を必要とすることから、規定された電流量（１５
Ａ）を定着装置のみが全て利用してしまうと複写機の他
のエレメントの機能低下が予想されるため、このように
定着装置のみが利用する最大電流使用量を制限するもの
でもある。

【００３７】さらに、本実施の形態１では、上記のよう
な消費電力と周波数に基づく制御の他、定着スリーブ５
の表面温度をサーミスタ７により検出して、定着スリー
ブ５の温度制御に用いている。

【００３８】このようにサーミスタによる温度検出を前
記のような電力量と周波数に基づく制御と併用すること
で、例えば通紙時におけるニップ部分の局所的な温度変
化をこのサーミスタによって検出して、ニップ部の温度
が適正な定着温度となるように制御することが可能とな
る。また、バラツキを補正でき、精度の良い温調が可能
となる。さらに、２重の温度検出となるため、故障時の
フェイルセーフにもなる。

【００３９】以上のように本実施の形態１では、サーミ
スタの応答遅れを消費電力と周波数を検出して温度制御
を行うことで回避し、さらにサーミスタの温度検知によ
り定着スリーブの局所的な温度変化、特にニップ部にお
ける温度変化に対応し、精度よく定着スリーブの温度を
制御することができるものである。

【００４０】実施の形態２ 次に、本発明を適用した他の実施の形態について説明す
る。図５は、本実施の形態２の誘導加熱定着装置の側面
図である。

【００４１】本実施の形態２は、図示するように、前述
の実施の形態１同様に、コア１とこのコア１に巻回され
たコイル２とによって構成されたコイルアセンブリ９
が、ホルダユニット４内部に収納されていて、このホル
ダユニット４の回りを金属製のフレキシブルな定着スリ
ーブ５が取り巻き、回転駆動される加圧ローラ６が定着
スリーブ５を挟んでホルダユニット４を押圧している。
そして、本実施の形態２では、定着スリーブ５を加圧ロ
ーラ６に押圧するための支持部材であるホルダ４に、こ
のホルダ４と接するサーミスタ７０をさらに設けたもの
である。なお、定着装置としての動作や高周波電流の制
御については、実施の形態１と同様であるので、その説
明を省略する。

【００４２】本実施の形態２において、サーミスタ７０
をホルダ４に接触させてさらに設けた理由について説明
する。

【００４３】本実施の形態２の如く薄肉の定着スリーブ
５を用いた場合、定着スリーブ５自体の熱容量が非常に
少ないため、この定着スリーブ５に接触しているホルダ
４の熱容量が定着スリーブ５の温度に影響を与える。例
えば常温から定着温度（例えば２００℃）まで昇温する
場合には、ホルダ４が冷えているために、これと接触し
ている定着ローラの温度は昇温中にホルダ４に熱を奪わ
れるために昇温速度が若干遅くなる傾向を示す。一方、
一旦定着温度に達した後待機状態などを経て再び昇温さ
せるような場合は、ホルダ４が一度定着スリーブ５から
の熱の伝達によりある程度暖められているため、その後
の昇温では常温から昇温させた場合より速く定着スリー
ブ５の温度が定着温度に達する。

【００４４】このようなホルダ４の熱容量による影響
は、昇温速度の違いとなって現れるほか、定着温度を保
つための温度制御中にも影響し、常温から定着温度に達
した直後ではホルダ４は常温に近い温度であるためオン
・オフ制御の場合、定着スリーブ５の熱がホルダ４に奪
われ、定着スリーブ５の温度変化が大きくなる。

【００４５】そこで、本実施の形態２では、定着スリー
ブ表面の温度のみによらず、ホルダ４の温度をも加味し
て、定着スリーブの温度制御を行うものである。

【００４６】具体的には、図６に示すように、ホルダ４
の温度が低いときには、定着スリーブ５表面のサーミス
タ７で制御する温度を高く設定し、ホルダ４の温度が高
い場合には、定着スリーブ５表面の制御温度を低くす
る。ホルダ４温度が高ければ、定着スリーブ５の熱はホ
ルダ４へ逃げにくくなるため、記録媒体（用紙）への熱
伝達がよくなる。このような制御によってホルダ４が高
温でも安定した定着性を得ることができる。

【００４７】また、定着スリーブ５の表面温度が外乱に
よって目標制御温度からずれる場合、例えばニップ部へ
の用紙の突入時などには、その時のホルダ４温度によっ
て、乱れた温度を回復させるのに必要な回復電力が異な
る。制御部のメモリには、ホルダ４温度とずれ量に対す
る回復電力の関係を記憶しておいて、その記憶に基づ
き、制御量（電力）を決定する。この方法により、定着
スリーブ５表面温度の安定化を図ることができる。

【００４８】このように支持部材であるホルダ４の温度
を検出することで、より正確に定着スリーブの温度を調
整することが可能となる。このような支持部材の温度を
検出することによる温度制御は、前述の実施の形態１の
如く、電力と周波数を検出して温度制御する形態と併用
することで、より高精度の温度制御が可能となるもので
あるが、単に定着スリーブの表面温度を検出して温度制
御するものにこのような支持部材の温度を加味して制御
することで、温度制御の精度を高めることができる。

【００４９】実施の形態３ さらに、本発明を適用した他の実施の形態について説明
する。本実施の形態３は、その機械的構成は前述の実施
の形態１において説明した図１と同様であり、制御系の
構成が異なるものである。すなわち、本実施の形態３に
おける定着装置の機械的な構成は、概略、誘導加熱され
るフレキシブルな薄肉の金属製定着スリーブ５とこの定
着スリーブ５を加圧ローラ６に押圧するためのホルダ４
とを有し、ホルダ４内には定着スリーブを誘導加熱する
ためのコイルアセンブリ９が設けられ、また定着スリー
ブ５には定着スリーブに摺接し温度を検出するためのサ
ーミスタ７が設けられている。

【００５０】以下、本実施の形態３における制御系につ
いて説明する。図７は本実施の形態３の定着装置の制御
系のブロック図である。

【００５１】コイルに印加される高周波電流は、前述の
実施の形態１同様に、商用電源２１の交流を整流回路２
２と平滑コンデンサ２３によって整流し、コイル２、共
振用コンデンサ２４およびスイッチ回路２５からなるイ
ンバータ回路によってコイル２に高周波電流が供給され
るようになっている。

【００５２】そして高周波電流の制御は、本実施の形態
３では、以下のように電圧検出回路２８および電流検出
回路２９によって検出された電圧および電流によって発
振制御回路３０が高周波発振のためのトリガ信号を出力
し、温度制御回路３１がサーミスタ７からの温度検出信
号を元に温度制御を行うようにドライブ回路２６への指
示を出力するものである。

【００５３】まず、高周波電流を印加するための基本的
な制御（図３参照）は、後述するようにドライブ回路２
６に対して電圧・パルス変換器３３から出力されたパル
ス幅分だけスイッチ回路２５がオンとなる。このスイッ
チオンの間、コイル２と共振コンデンサ２４に電流が流
れる。スイッチ回路２５がオフになると、コイル２と共
振用コンデンサ２４との間で共振電流が流れる。そし
て、電圧検出回路２８が、共振によりコイルの両端間電
圧が０Ｖ付近まで下降したことを検出すると、発振制御
回路３０は、スイッチ回路２５を再びオンするようにト
リガ信号を出力する。以下、このスイッチングサイクル
を繰り返すことによって高周波電流をコイル２へ流す。

【００５４】定着スリーブ５の温度制御は、前記のよう
に温度制御回路３１により行われる。温度制御回路３１
は、サーミスタ７の温度と定着適正温度との差を算出
し、この温度差から粗調整のための信号（デジタル値）
と微調整のための信号（デジタル値）の２つの信号を出
力する。そして、粗調整信号と微調整信号がそれぞれＤ
／Ａ変換器３１ａと３１ｂによってアナログの電圧値に
変換されて、加算器３２により加算され、電圧・パルス
変換器３３に送られる。電圧・パルス変換器３３では入
力された電圧にしたがったパルス信号を、発振制御回路
３０からのトリガ信号が入力されることにより、ドライ
ブ回路２６に出力する。つまり、スイッチ回路２５のオ
ン時間が温度制御回路３１の指令によって変化すること
となって、コイル２への電力供給量が変化して、定着ス
リーブの温度が定着に適した温度に保たれることとな
る。

【００５５】ここで、本実施の形態３において、温度制
御回路３１から粗調整の信号と微調整信号の２つの信号
を出力させ、これらを加算して温度制御に用いた理由に
ついて説明する。

【００５６】図８は、定着スリーブの温度と記録用紙の
通紙状態および温度制御のための電力の関係を示すタイ
ムチャートである。

【００５７】定着スリーブ５の温度は、図８（ａ）およ
び（ｂ）に示すように、常温から定着適正温度に達する
までの間（ウォームアップ時間）および用紙がニップ部
に突入したときや排紙された直後など比較的大きく温度
変化するとき（図８（ｂ）のｔ０〜ｔ１、ｔ１〜ｔ２、
ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６の区間など、以下粗調整区間と
称する）と、用紙を通紙していないときや通紙途中など
温度変化がごく少ないとき（図８（ｂ）のｔ０〜ｔ１の
区間以下、微調整区間と称する）がある。本実施の形態
３では、図８（ｃ）に示すように温度変化の大きい粗調
整区間を粗調整により制御し、温度変化の少ない微調整
区間を微調整するものである。

【００５８】これは、温度差の大きい粗調整区間と温度
差の少ない微調整区間をマイコンによりデジタル制御し
た場合、マイコンの分割できる段階がそのマイコン中の
Ｄ／Ａ変換器の性能、すなわち、ビット数で決まるた
め、例えば６ビットのＤ／Ａ変換器を用いた場合、６４
段階に分割して制御することとなる。これにより粗調整
を行えば、総消費電力を約１ｋＷまで使用するものとす
ると、２０℃から２００℃までを制御するための制御出
力である電力を６４分割する場合、１単位あたり１６Ｗ
の調整しかできないことになる。したがって、制御単位
が大きくなりすぎるため、温度の微調整ができない。そ
こで、本実施の形態３では、図９に示すように、粗調整
区間の１単位分の電力を前記のように１６Ｗとし、さら
に、粗調整約２単位分を６４段階に分割して微調整した
ものである。この場合微調整区間での１単位分の電力は
０．５Ｗとなり、かなり細かな制御出力の電力調整が可
能となる。

【００５９】具体的には、サーミスタ７により検出され
る温度と定着適正温度との差を取り、この差の中に粗調
整何単位分の温度差となるかを算出し、その結果からさ
らに微調整何単位分が必要かが算出される。そして、粗
調整の量と微調整の量がそれぞれ出力され、これらがＤ
／Ａ変換された後加算器により加算されて、必要なパル
ス幅に変換される。

【００６０】これにより１つのビット数の少ないマイコ
ンによってかなり細かな温度制御が可能となる。もちろ
ん、微調整区間も含めて１つのマイコンにより制御する
ことも可能であるが、その場合には分割する段階が多
く、ビット数の多い高価なマイコンを使用しなければな
らないため、定着装置のコスト高につながり好ましくな
い。

【００６１】以上本発明の実施の形態を説明したが、本
発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、
各実施の形態を適宜組み合わせて実施することが可能で
ある。

【００６２】

【発明の効果】以上説明した本発明は請求項ごと以下の
ような効果を奏する。請求項１記載の本発明の誘導加熱
定着装置によれば、加熱媒体を誘導加熱する電磁誘導加
熱源へのスイッチング周期と、投入される電力を検出す
ることで、加熱媒体の温度変化に伴うインピーダンス変
化を検知し、これを元に電磁誘導加熱源への電流量を制
御することとしたので、サーミスタなど間接的に加熱媒
体の温度を検出して制御する場合と比較して、温度制御
の遅れが少なくなり、加熱媒体の温度制御を高精度で行
うことが可能となる。

【００６３】請求項２記載の本発明によれば、前記請求
項１記載の定着装置に、さらに加熱媒体表面温度を検出
する手段を設け、これを併用して温度検出することとし
たので、請求項１記載の効果に加え、温度検出のバラツ
キを補正でき、さらに精度の良い温調が可能となる。ま
た、２重の温度検出となるため、故障時のフェイルセー
フにもなる。

【００６４】請求項３記載の本発明によれば、請求項１
または請求項２記載の定着装置において、加熱媒体が回
転体である場合に、サーミスタなど間接的に加熱媒体の
温度を測定する場合において、より請求項１、２の効果
が発揮される。

【００６５】請求項４記載の本発明によれば、加熱媒体
が薄肉の場合、それを支持する部材が加熱媒体の熱を吸
収するため、この支持部材の温度を検出してそれを元に
温度制御することとしたので、より安定した加熱媒体の
温度制御を行うことが可能となる。

【００６６】請求項５記載の本発明によれば、加熱媒体
が薄肉の場合、加熱媒体を誘導加熱する電磁誘導加熱源
へのスイッチング周期と、投入される電力を検出するこ
とで、加熱媒体の温度変化に伴うインピーダンス変化を
検知し、さらに、薄肉の加熱媒体を支持する支持部材の
温度を検出して、それらの常法を元に電磁誘導加熱源へ
の電流量を制御することとしたので、サーミスタなど間
接的に加熱媒体の温度を検出して制御する場合と比較し
て、温度制御の遅れが少なくなり、また、支持部材の熱
を吸収による温度制御の誤差を少なくすることができる
ので、確実で精度の良い温度制御ができる。

【００６７】請求項６記載の本発明によれば、加熱媒体
を誘導加熱する電磁誘導加熱源へのスイッチング周期を
検出し、スイッチング周期が所定範囲内になるように制
限したので、温度が低くても投入電力が必要以上に印加
されないようにできる。

【００６８】請求項７記載の本発明によれば、加熱媒体
を誘導加熱する電磁誘導加熱源へ投入される電力量を検
出し、電力量が所定範囲内になるように制限したので、
定着装置で使用できる電力を越えないようすることがで
きる。特に複写機などに用いられる定着装置では、一部
のエレメントに大電力が印加されると他のエレメントの
電圧降下を引き起こすか、電源の許容電力をオーバーす
るという不具合が生じるため、最大電力を制限すること
でそれを防止できる。

【００６９】請求項８記載の本発明によれば、加熱媒体
の温度に応じて粗調整と微調整を別々に行うこととした
ので、制御分解能が高くなり、加熱媒体温度の制御精度
を上げることができより一定の定着性能を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した実施の形態１の誘導加熱定
着装置を示す側面図である。

【図２】 上記実施の形態１の誘導加熱定着装置の制御
系のブロック図である。

【図３】 高周波電流の制御を説明するための図面であ
り、（ａ）は電圧の変化を示し、（ｂ）はスイッチング
の変化を示し、（ｃ）は電流の変化を示す。

【図４】 ニッケル（Ｎｉ）スリーブの温度を投入電力
および周波数の関係を示す図面である。

【図５】 本発明を適用した実施の形態２の誘導加熱定
着装置を示す側面図である。

【図６】 定着スリーブ表面温度とホルダ温度との関係
を示す図面である。

【図７】 本発明を適用した実施の形態３の誘導加熱定
着装置の制御系のブロック図である。

【図８】 用紙通過タイミングと、定着スリーブの温度
および電力の調整を説明するための図面であり、（ａ）
は用紙通過タイミングを示し、（ｂ）は定着スリーブ温
度を示し、（ｃ）は電力を示す。

【図９】 粗調整単位と微調整単位を説明するための図
面である。

【符号の説明】

１…コア、 ２…コイル、 ３…ボビン、 ４…ホルダ、 ５…定着スリーブ、 ６…加圧ローラ、 ２０…電源スイッチ、 ２１…電源、 ２２…整流器、 ２３…平滑コンデンサ、 ２４…共振用コンデンサ、 ２５…スイッチ回路、 ２６…ドライブ回路、 ２７…制御回路、 ２８…電圧検出回路、 ２９…電流検出回路、 ３０…発振制御回路、 ３１…温度制御回路、 ３１ａ，３１ｂ…デジタル／アナログ変換器、 ３２…加算器、 ３３…電圧・パルス変換器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 哲朗 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 大西 泰造 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電層を有する加熱媒体と、該加熱媒体
   に誘導電流を生じさせる電磁誘導加熱源と、該電磁誘導
   加熱源に高周波電流を流すための高周波電源と、を有
   し、該加熱媒体を誘導加熱することで、記録媒体上に現
   像剤を定着させる定着装置において、 前記高周波電源が作り出す高周波のスイッチング周期を
   検出するスイッチング周期検出手段と、 前記電磁誘導加熱源に投入される電力を検出する電力検
   出手段と、 前記スイッチング周期検出手段により検出されたスイッ
   チング周期および前記前記電力検出手段により検出され
   た電力に基づき前記高周波電源から前記電磁誘導加熱源
   に流す電流量を制御する制御手段と、を有することを特
   徴とする誘導加熱定着装置。
2. 【請求項２】 前記誘導加熱定着装置において、さらに
   前記加熱媒体の表面温度を検出する温度検出手段を設
   け、 前記制御手段が、該温度検出手段によって検出された前
   記加熱媒体の温度、前記スイッチング周期検出手段によ
   り検出されたスイッチング周期および前記電力検出手段
   により検出された電力に基づき前記高周波電源から前記
   電磁誘導加熱源に流す電流量を制御することを特徴とす
   る請求項１記載の誘導加熱定着装置。
3. 【請求項３】 前記導電層を有する加熱媒体が、回転体
   であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の
   誘導加熱定着装置。
4. 【請求項４】 導電層を有する加熱媒体と、該加熱媒体
   に誘導電流を生じさせる電磁誘導加熱源と、該電磁誘導
   加熱源に高周波電流を流すための高周波電源と、を有
   し、該加熱媒体を誘導加熱することで、記録媒体上に現
   像剤を定着させる定着装置において、 前記加熱媒体が薄肉の回転体であり、これを前記記録媒
   体に圧接するための支持部材と、 該支持部材の表面温度を検出する支持部材温度検出手段
   と、 前記加熱媒体の表面温度を検出する加熱媒体温度検出手
   段と、 前記支持部材温度検出手段により検出された支持部材温
   度および前記加熱媒体温度検出手段により検出された加
   熱媒体温度に基づき前記高周波電源から前記電磁誘導加
   熱源に流す電流量を制御する制御手段と、を有すること
   を特徴とする誘導加熱定着装置。
5. 【請求項５】 導電層を有する加熱媒体と、該加熱媒体
   に誘導電流を生じさせる電磁誘導加熱源と、該電磁誘導
   加熱源に高周波電流を流すための高周波電源と、を有
   し、該加熱媒体を誘導加熱することで、記録媒体上に現
   像剤を定着させる定着装置において、 前記加熱媒体が薄肉の回転体であり、これを前記記録媒
   体に圧接するための支持部材と、 該支持部材の表面温度を検出する支持部材温度検出手段
   と、 前記加熱媒体の表面温度を検出する加熱媒体温度検出手
   段と、 前記高周波電源が作り出す高周波のスイッチング周期を
   検出するスイッチング周期検出手段と、 前記電磁誘導加熱源に投入される電力を検出する電力検
   出手段と、 前記前記支持部材温度検出手段により検出された支持部
   材温度、前記加熱媒体温度検出手段により検出された加
   熱媒体温度、前記スイッチング周期検出手段により検出
   されたスイッチング周期および前記電力検出手段により
   検出された電力に基づき前記高周波電源から前記電磁誘
   導加熱源に流す電流量を制御する制御手段と、を有する
   ことを特徴とする誘導加熱定着装置。
6. 【請求項６】 導電層を有する加熱媒体と、該加熱媒体
   に誘導電流を生じさせる電磁誘導加熱源と、該電磁誘導
   加熱源に高周波電流を流すための高周波電源と、を有
   し、該加熱媒体を誘導加熱することで、記録媒体上に現
   像剤を定着させる定着装置において、 前記高周波電源が作り出す高周波のスイッチング周期を
   検出するスイッチング周期検出手段と、 前記スイッチング周期検出手段により検出されたスイッ
   チング周期が予め定められた範囲内となるように前記高
   周波電源から前記電磁誘導加熱源に流す電流量を制限す
   る制御手段と、を有することを特徴とする誘導加熱定着
   装置。
7. 【請求項７】 導電層を有する加熱媒体と、該加熱媒体
   に誘導電流を生じさせる電磁誘導加熱源と、該電磁誘導
   加熱源に高周波電流を流すための高周波電源と、を有
   し、該加熱媒体を誘導加熱することで、記録媒体上に現
   像剤を定着させる定着装置において、 前記電磁誘導加熱源に投入される電力を検出する電力検
   出手段と、 前記電力検出手段により検出された電力が予め定められ
   た範囲内となるように前記高周波電源から前記電磁誘導
   加熱源に流す電流量を制限する制御手段と、を有するこ
   とを特徴とする誘導加熱定着装置。
8. 【請求項８】 導電層を有する加熱媒体と、該加熱媒体
   に誘導電流を生じさせる電磁誘導加熱源と、該電磁誘導
   加熱源に高周波電流を流すための高周波電源と、を有
   し、該加熱媒体を誘導加熱することで、記録媒体上に現
   像剤を定着させる定着装置において、 前記加熱媒体の温度を検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段の検出した温度に基づき、定着に適し
   た温度と検出した温度の差が大きい場合に、前記高周波
   電源から前記電磁誘導加熱源に流す高周波の電力を粗調
   整し、定着に適した温度と検出した温度の差が小さい場
   合に、前記高周波電源から前記電磁誘導加熱源に流す高
   周波の電力を微調整する制御手段と、を有することを特
   徴とする誘導加熱定着装置。