(57)【要約】【課題】  記録材のサイズに応じた発熱分布を形成しつつ、回転体の記録材が通過する領域の温度制御が容易な電磁誘導加熱方式の定着装置を提供する。【解決手段】  共振回路を駆動するコンバータと、コンバータに供給する電力を制御するためのスイッチ部材と、記録材のサイズと回転体の非通紙部の温度の少なくとも一方に応じてコンバータの駆動周波数を設定する周波数制御部と、回転体の通紙部の温度に応じてスイッチ部材を制御し、コンバータに供給する電力を制御する電力制御部と、を設ける。【選択図】  図５
2019124950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層を有する筒状の回転体と、前記回転体の内部に配置され螺旋軸が前記回転体の母線方向と略平行であるコイルと、共振コンデンサと、を有する共振回路と、
前記共振回路を駆動するコンバータと、
を有し、前記コイルにより発生する磁束により前記導電層を電磁誘導発熱させ、前記回転体の熱により記録材に形成された画像を記録材に定着する定着装置において、
前記コンバータに供給する電力を制御するためのスイッチ部材と、
記録材のサイズと前記回転体の非通紙部の温度の少なくとも一方に応じて前記コンバータの駆動周波数を設定する周波数制御部と、
前記回転体の通紙部の温度に応じて前記スイッチ部材を制御し、前記コンバータに供給する電力を制御する電力制御部と、
を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記電力制御部は、前記回転体の通紙部の温度が目標温度を維持するように前記スイッチ部材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。
【請求項３】
前記共振回路は、電流共振回路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
商用電源電圧を整流する整流部を有し、前記スイッチ部材は前記整流部より前段に設けられていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記スイッチ部材はトライアックであることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
商用電源電圧を整流する整流部を有し、前記スイッチ部材は前記整流部と前記コンバータの間に設けられていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記スイッチ部材はＦＥＴ又はＩＧＢＴであることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】
前記コイルの螺旋形状部の中には、磁束を誘導するためのコアを有し、前記導電層には前記回転体の周方向に流れる誘導電流が発生することを特徴とする請求項１〜７いずれか一項に記載の定着装置。
【請求項９】
前記コアは有端形状であることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置は、加熱回転体と、それに接触する加圧ローラと、で形成されたニップ部で未定着トナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着するものが一般的である。
【０００３】
近年、加熱回転体の導電層を発熱させることができる電磁誘導加熱方式の定着装置が開発され実用化されている。電磁誘導加熱方式の定着装置は、ウォームアップ時間が短いという利点がある。
【０００４】
特許文献１には、導電層の厚みや導電層の材質の制約が小さい定着装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−０２６２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された定着装置においても、小サイズの記録材を定着処理する際の非通紙部昇温が課題となる。
【０００７】
本発明は、記録材のサイズに応じた発熱分布を形成しつつ、回転体の記録材が通過する領域の温度制御が容易な定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するための本発明は、導電層を有する筒状の回転体と、前記回転体の内部に配置され螺旋軸が前記回転体の母線方向と略平行であるコイルと、共振コンデンサと、を有する共振回路と、前記共振回路を駆動するコンバータと、を有し、前記コイルにより発生する磁束により前記導電層を電磁誘導発熱させ、前記回転体の熱により記録材に形成された画像を記録材に定着する定着装置において、前記コンバータに供給する電力を制御するためのスイッチ部材と、記録材のサイズと前記回転体の非通紙部の温度の少なくとも一方に応じて前記コンバータの駆動周波数を設定する周波数制御部と、前記回転体の通紙部の温度に応じて前記スイッチ部材を制御し、前記コンバータに供給する電力を制御する電力制御部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
記録材のサイズに応じた発熱分布を形成しつつ、回転体の記録材が通過する領域の温度制御が容易な定着装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】画像形成装置の概略断面図
【図２】定着ユニットの断面図
【図３】定着ユニットの正面図
【図４】定着ユニットに設けたコイルユニットの斜視図
【図５】実施例１のコイルユニット駆動回路図
【図６】駆動周波数と定着スリーブの発熱分布との関係を示す図
【図７】トライアック電圧波形を説明する図
【図８】実施例１のフローチャート
【図９】実施例２のコイルユニット駆動回路図
【図１０】ＦＥＴ電圧波形を説明する図
【図１１】実施例２のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００１２】
（実施例１）
図１は本実施例に従う画像形成装置１００の概略構成図である。本実施例の画像形成装置１００は、電子写真プロセス利用のレーザビームプリンタである。
【００１３】
３１は画像形成装置の制御部であるコントローラであり、ＲＯＭ３２ａ、ＲＡＭ３２ｂ、タイマ３２ｃ等を具備したＣＰＵ（中央演算処理装置）３２、及び各種入出力制御回路（不図示）等で構成されている。１０１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光体ドラムと記す）であり、矢示の時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。感光体ドラム１０１はその回転過程で接触帯電ローラ１０２により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。１０３はレーザビームスキャナであり、不図示のイメージスキャナやコンピュータ等の外部機器から入力する画像情報に対応してオン／オフ変調したレーザ光Ｌを出力する。このレーザ光Ｌにより感光体ドラム１０１の帯電処理面が露光され、感光体ドラム１０１表面に画像情報に対応した静電潜像が形成される。１０４は現像装置であり、現像ローラ１０４ａから感光体ドラム１０１表面に現像剤（トナー）を供給し感光体ドラム１０１表面の静電潜像をトナー像として現像する。１０５は給紙カセットであり、記録材Ｐが収納させている。１０７はレジストローラであり、感光体ドラムに形成されたトナー像の先端と記録材の所定位置が合うように記録材Ｐを搬送するものである。給紙スタート信号が入力すると給紙ローラ１０６が駆動され、給紙カセット１０５内の記録材Ｐを一枚ずつ給紙する。給紙された記録材は、レジストローラ１０７で搬送タイミングを調整された後、感光体ドラム１０１と転写ローラ１０８とが当接する転写部位１０８Ｔに導入される。転写部位１０８Ｔで記録材Ｐを挟持搬送する間、転写ローラ８には不図示の電源から転写バイアスが印加される。転写ローラ１０８に、トナーの帯電極性と逆極性の転写バイアスが印加されることで、感光体ドラム１０１上のトナー像が記録材Ｐに転写される。その後、トナー像が転写された記録材Ｐは、感光体ドラム１０１表面から分離され、搬送ガイド１０９を通って定着ユニットＡに導入される。記録材上のトナー像は定着ユニットで加熱され記録材に定着される。定着ユニットを通過した記録材Ｐは、排紙口１１１を介して排紙トレイ１１２上に排出される。一方、記録材Ｐが分離した後の感光体ドラム１０１表面はクリーニング部１１０でクリーニングされる。
【００１４】
定着ユニットＡは電磁誘導加熱方式の定着装置である。具体的には、コイルにより発生する磁束により回転体の導電層を電磁誘導発熱させ、回転体の熱により記録材に形成された画像を記録材に定着する定着装置である。図２は定着ユニットの断面図、図３は定着ユニットの正面図、図４は定着ユニットに設けたコイルユニットの斜視図である。定着ユニットＡは、後述する定着スリーブ１やコイルユニットを有する加熱ユニットと、加圧部材８を有し、加熱ユニットと加圧部材の間に未定着トナー像を担持する記録材Ｐを挟持搬送する定着ニップ部Ｎを形成している。
【００１５】
加圧部材としての加圧ローラ８は、芯金８ａと、シリコーンゴム等で形成された弾性層８ｂと、フッ素樹脂等で形成された離型層８ｃを有する。芯金８ａの両端部は、定着ユニットの不図示の装置シャーシ間に軸受けを介して回転自由に保持されている。また、図３に示す加圧用ステイ（金属製の補強部材）５の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材１８ａ、１８ｂとの間にそれぞれ加圧バネ（本例では圧縮バネ）１７ａ、１７ｂを設けることで加圧用ステイ５に押し下げ力を作用させている。なお、本実施例の定着ユニットＡでは、総圧約１００Ｎ〜２５０Ｎ（約１０ｋｇｆ〜約２５ｋｇｆ）の押圧力を与えている。これにより、耐熱性樹脂（ＰＰＳ等）で構成されたスリーブガイド部材６の下面と加圧ローラ８とが定着スリーブ１を挟んで圧接して定着ニップ部Ｎが形成される。加圧ローラ８は不図示の駆動手段により矢示の方向に駆動されており、定着スリーブ１は加圧ローラの回転に従動して回転する。１２ａ、１２ｂは定着スリーブの回転に従動して回転するフランジ部材である。フランジ部材は、スリーブガイド６の長手方向端部に回転自在に配置されている。定着スリーブが回転中に母線方向に寄り移動するとフランジ部材に突き当たり、定着スリーブに押されたフランジ部材は規制部材１３ａ（１３ｂ）に突き当たる。これにより、定着スリーブの寄り移動が規制部材によって規制される。フランジ部材は、ＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒ：液晶ポリマー）等の耐熱性の良い材料で形成されている。
【００１６】
回転可能な筒状回転体としての定着スリーブ１は直径１０〜５０ｍｍが好ましく、基層となる発熱層（導電層）１ａと、その外面に積層した弾性層１ｂと、スリーブ表面の離型層１ｃを有する。発熱層１ａは金属フィルム（本例のスリーブの材質はステンレス）であり、膜厚は１０〜５０μｍが好ましい。弾性層１ｂはシリコーンゴムで形成されており、硬度２０度（ＪＩＳ−Ａ、１ｋｇ加重）程度、厚みは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍが好ましい。離型層はフッ素樹脂のチューブであり、厚みは１０〜５０μｍが好ましい。発熱層１ａには後述する交番磁束の作用で誘導電流が発生する。この誘導電流で発熱層が発熱し、この熱が弾性層１ｂ及び離型層１ｃに伝達し、定着スリーブ１の周方向全体が加熱される。尚、定着スリーブの温度を検出する温度検出素子９、１０、１１については後述する。
【００１７】
次に、発熱層１ａに誘導電流を発生させる機構について詳述する。図４は加熱ユニットに設けたコイルユニットの斜視図である。コイルユニットは、回転体（定着スリーブ）の内部に配置され螺旋軸が回転体の母線方向と略平行である螺旋形状部を有し、回転体の導電層を電磁誘導発熱させるための交番磁界を形成するコイル３を有する。更に、螺旋形状部の中に配置され、磁束を誘導するためのコア２を備えている。磁性芯材としての磁性コア２は、不図示の固定手段で定着スリーブ１の中空部を貫通して配置させてある。ＮＰ及びＳＰはコア２の磁極を示している。コア２は有端形状であり、コイルにより発生する磁束は開磁路を形成する。コアの材質は、ヒステリシス損が小さく比透磁率の高い材料、例えば、焼成フェライト、フェライト樹脂、非晶質合金（アモルファス合金）、パーマロイ等の高透磁率の酸化物、合金等、で構成される強磁性体が好ましい。本例においては、比透磁率１８００の焼成フェライトを用いている。本例のコアは円柱形状であり、直径は５〜３０ｍｍが好ましい。Ａ４プリンタに搭載する定着装置である場合、コアの長さは２４０ｍｍ程度が好ましい。なお、コイル３を巻いたコア２は樹脂製のカバー４で覆われている。
【００１８】
励磁コイル３は、単一導線を定着スリーブ１の中空部において、磁性コア２に螺旋状に巻き回して形成される。その際、コア中央部よりも端部において間隔が密になるように巻かれている。長手寸法２４０ｍｍの磁性コア２に対し、励磁コイル３は１８回巻きつけている。その巻間隔は端部において１０ｍｍ、中央部において２０ｍｍ、その中間において１５ｍｍとなっている。このように、コイルはコアの軸線Ｘに交差する方向に巻き回されている。
【００１９】
給電接点部３ａ，３ｂを介して高周波コンバータにより励磁コイル３に高周波電流を流すと、磁束が発生する。本例の装置は、コア２の端部から出る磁束の殆ど（７０％以上、好ましくは９０％以上、更に好ましくは９４％以上）が、定着スリーブの発熱層よりも外を通ってコアの他端に戻るように設計されている。このため、スリーブの外を通る磁束を打ち消す磁束が発生するように、定着スリーブの発熱層には周方向に流れる誘導電流が発生する。これにより、発熱層の周方向全体が発熱する。このように、定着スリーブの周方向に誘導電流が流れる構成にすると、定着スリーブの周方向全域が発熱するので、定着装置を定着可能な温度までウォームアップする時間を短くできるというメリットがある。また、コア２を有端形状とし、開磁路により、磁束の殆どが発熱層の外を通るように構成している。このため、コアをループ形状として閉磁路を形成する構成の装置よりも小型化できるというメリットもある。
【００２０】
定着ユニットＡの温度検出素子９、１０、１１は、図２に示すように定着ニップ部Ｎよりも定着スリーブ回転方向上流側に配置され、定着スリーブの表面温度を検出する。また、定着ユニット長手方向において、図３に示すように、定着スリーブの中央および両端部の温度を検出する。温度検出素子９、１０、１１はサーミスタ等によって構成される。中央部の温度検出素子９の検出温度が定着に適した制御目標温度を維持するように、コイルへの給電が制御される。また、定着スリーブ１の端部付近に配設された温度検出素子１０、１１は、小サイズ記録材Ｐを連続プリントした時の定着スリーブの非通紙域の昇温具合を検知することができる。尚、温度検出素子１０及び１１は、加圧ローラ８の軸方向端部に配置し、小サイズ記録材Ｐを連続プリントした時の加圧ローラの非通紙域の昇温具合を検知してもよい。
【００２１】
図４はプリンタ制御を行なう制御手段であるＣＰＵ３２、プリンタコントローラ４１、及びホストコンピュータの関係を示すブロック図である。プリンタコントローラ４１は後述するホストコンピュータ４２との間で通信と画像データの受信、及び受け取った画像データを画像形成装置１００が印字可能な情報に展開する。更に、エンジン制御部４３との間で信号のやり取り及びシリアル通信を行う。エンジン制御部４３はプリンタコントローラ４１との間で信号のやり取りを行い、さらに、シリアル通信を介して画像形成装置１００の各ユニット４４〜４６の制御を行う。定着温度制御部４４は温度検出素子９、１０、１１によって検出された温度を基に定着ユニットＡの温度制御を行うと共に、定着ユニットＡの異常検出等を行う。周波数制御手段としての周波数制御部４５は高周波コンバータ１６の駆動周波数の制御を、電力制御部４６は、高周波コンバータ１６の駆動をＯＮ・ＯＦＦして高周波コンバータ１６の電力の制御を行う。具体的は、温度検出素子９の検出温度が制御目標温度を維持するように高周波コンバータ１６の駆動をＯＮ・ＯＦＦする。ホストコンピュータ４２はプリンタコントローラ４１に画像データを転送したり、ユーザからの要求に応じてプリンタコントローラ４１に記録材Ｐのサイズ等、様々なプリント条件を設定する。
【００２２】
図５は、本実施例における高周波コンバータ１６を含む駆動回路を説明するための回路図である。商用電源５０は、画像形成装置１００を接続する商用電源（交流電源）であり、インレット５１を介して画像形成装置１００に交流電力を供給する。本回路は、商用電源５０と直接接続された一次側と、商用電源５０と非接触に接続された二次側とで構成されている。商用電源５０の波形は、横軸を時間、縦軸を電圧としたとき波形１のような波形である。商用電源５０から入力された電力は、インレット５１、ＡＣフィルタ５２、スイッチ部材の一例であるトライアック１６１を介し、整流部の一例であるダイオードブリッジ８１〜８４に入力され整流される。整流された電圧は、コンデンサ８５に充電される。続いて、ＦＥＴ８６、８７と電圧共振用コンデンサ８８から成る高周波コンバータ（電流共振制御回路）１６に入力される。これにより、定着ユニットＡの等価インダクタンスＬ及び等価抵抗Ｒ、共振コンデンサ８９から成る共振回路（電流共振回路）１９１に電力供給される。
【００２３】
７１は、電源装置（電源部）であり、商用電源５０の電力がＡＣフィルタ５２を介して入力され、不図示の二次側の負荷（モータ等）に所定の電圧を出力している。また、ＣＰＵ３２は、高周波コンバータ１６の動作にも使用され、各入出力ポートとＲＯＭ３２ａ及びＲＡＭ３２ｂなどから構成される。高周波コンバータ１６、共振回路１９１、及び二次側に電力を供給するための電源装置（電源部）７１内のトランスの一次巻線より手前は、商用電源５０と直接接続されており、電気的に一次側回路となっている。また、電源装置７１内のトランスの二次巻線以降、例えば、感光体ドラム１０１を回転させる不図示のモータ、レーザスキャナ１０３、等の画像形成時に動作するモータやユニットは、商用電源５０と非接触に接続されており、電気的に二次側回路となっている。
【００２４】
一方、商用電源５０の電力は、ＡＣフィルタ５２を介してＺＥＲＯＸ生成回路７５に入力される。ＺＥＲＯＸ生成回路７５は、商用電源電圧が０Ｖ近辺のある閾値電圧以下の電圧になっているときにＨｉｇｈレベル（又はＬｏｗレベル）の信号を出力し、それ以外の場合にＬｏｗレベル（又はＨｉｇｈレベル）の信号を出力する構成となっている。そして、ＣＰＵ３２の入力ポートＰＡ１には、抵抗７６を介して商用電源電圧の周期とほぼ等しい周期のパルス信号が入力される。ＣＰＵ３２は、ＺＥＲＯＸ信号のＨｉｇｈ→ＬｏｗまたはＬｏｗ→Ｈｉｇｈに変化するエッジを検出し、これを後述する駆動回路１６０の駆動のトリガとして利用する。
【００２５】
次に、電力制御用の駆動回路１６０を説明する。駆動回路１６０はＣＰＵ３２の電力制御部４６（図４参照）により制御される。ＣＰＵ３２により決定されたタイミングで出力ポートＰＡ２がＨｉｇｈレベルとなると、ベース抵抗６７を介したトランジスタ１６５がオンする。トランジスタ１６５がオンするとフォトトライアックカプラ１６２がオンする。なお、フォトトライアックカプラ１６２は、一次側回路と二次側回路の沿面距離を確保するためのデバイスである。抵抗１６６はフォトトライアックカプラ１６２内の発光ダイオードに流れる電流を制限するための抵抗である。
【００２６】
抵抗１６３、１６４はトライアック（スイッチ部材）１６１のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ１６２がオンすることによりトライアック１６１がオンする。トライアック１６１は、一旦オンすると商用電源５０の次のＺＥＲＯＸポイントになるまでオン状態を保持する素子であるので、オンタイミングに応じた電力が高周波コンバータ１６を介して定着ユニットＡに投入される。
【００２７】
次に、高周波コンバータ１６について説明する。ＣＰＵ３２が出力ポートＰＡ３から後述する周波数のパルス信号をＨｉ−ｇａｔｅ駆動回路７７に向けて出力すると、Ｈｉ−ｇａｔｅ駆動回路７７はスイッチング素子８６に向けてゲート波形を出力する。スイッチング素子８６は、ゲート波形がＨｉの期間、ドレインソース間をＯＮし、Ｌｏの期間ＯＦＦする。同様にして、Ｈｉ−ｇａｔｅ駆動回路７７へのパルス信号と同じ周波数のパルス信号をＣＰＵ３２が出力ポートＰＡ４からＬｏ−ｇａｔｅ駆動回路７８に向けて出力すると、Ｌｏ−ｇａｔｅ駆動回路７８はスイッチング素子８７に向けてゲート波形を出力する。スイッチング素子８７は、ゲート波形がＨｉの期間、ドレインソース間をＯＮし、Ｌｏの期間ＯＦＦする。スイッチング素子８６とスイッチング素子８７はパルス信号の周波数で交互にＯＮし、共振回路１９１に方形波を供給する。これにより、定着ユニットＡの等価インダクタンスＬと共振コンデンサ６１が共振し、定着ユニットＡの回転体１が発熱する。なお、Ｈｉ−ｇａｔｅ駆動回路７７へのパルス信号のＯＮデューティ比（パルス信号１サイクルあたりのＯＮ時間比率）と、Ｌｏ−ｇａｔｅ駆動回路７８へのパルス信号のＯＮデューティ比は、パルス信号の周波数に拘らず約５０％に設定されている。スイッチング素子８６とスイッチング素子８７へのパルス信号が停止すると定着ユニットＡの発熱は停止される。
【００２８】
定着ユニットＡに配置された温度検出素子９は、一端をグランド、他端を抵抗７３を介して電源Ｖｃｃ１に接続されており、さらに抵抗７４を介してＣＰＵ３２のアナログ入力ポートＡＮ０に接続されている。なお、定着ユニットの端部の温度を検出する温度検出素子１０、１１の出力も、温度検出素子９と同様に、ＣＰＵ３２のアナログ入力ポートに入力している（図５では不図示）。温度検出素子９として使用されているサーミスタは高温になると抵抗値が低下する特性を持っている。ＣＰＵ３２は、固定抵抗７３との分圧電圧を、予め設定された温度テーブル（不図示）によって温度に変換することにより、定着ユニットＡの温度（正確には定着スリーブの温度）を検出する。後述するが、ＣＰＵ３２は、定着処理中、定着ユニットＡの温度（温度検出素子９の検出温度）が所定の温度（制御目標温度）を維持するように、駆動回路１６０を制御する。
【００２９】
ところで、スリーブの導電層に、スリーブ周方向に流れる誘導電流が発生するように、コアの端部から出る磁束の殆どが定着スリーブの発熱層よりも外を通ってコアの他端に戻るように設計した定着装置では、以下に示すような課題があることが判明した。
【００３０】
一般的な電磁誘導方式の定着装置では、コイルを含む共振回路を駆動する高周波コンバータが設けられる。そして、コイルにより発生する磁束を回転体の導電層に結合させ、導電層に渦電流を発生させて発熱させる方式の定着装置では、スリーブの温度を一定に保つため、高周波コンバータの駆動周波数（上述したパルス信号の周波数）を調整し、発熱量を調整する。
【００３１】
しかしながら、本例のような、スリーブ周方向に流れる誘導電流が発生する定着装置では、高周波コンバータの駆動周波数を変えると、スリーブの母線方向における発熱分布が変化してしまうことが判明した。図６は、回転体（スリーブ）の母線方向（長手方向）中央が２００℃を維持するように高周波コンバータの駆動周波数を２１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲で変化させた場合のスリーブの温度分布を示している。駆動周波数を下げるほどスリーブ両端の発熱量が低下していることが判る。したがって、例えば、中央部の温度を２００℃に保つために駆動周波数を２１ｋＨｚに設定しなければならないケースでは、スリーブ両端の発熱量が不足する。その結果、大サイズの記録材を定着処理する際、スリーブ両端部に対応する記録材上の画像は定着不足が生じる。
【００３２】
そこで本実施例では、定着スリーブの中央部の温度に応じて駆動周波数を設定するのではなく、記録材Ｐのサイズや定着スリーブ１の非通紙領域の温度に応じて駆動周波数（以下、駆動周波数ｆｋとする）を設定する。非通紙領域とは、装置で利用可能な最大サイズの記録材は通過するが最大サイズより小さなサイズの記録材は通過しない領域のことである。このように駆動周波数ｆｋを設定することにより、大サイズの記録材を定着処理する時は、定着スリーブ１の長手方向全域を均一に発熱させ、小サイズの記録材を定着処理する時は、スリーブ端部の発熱量を抑えるというような発熱分布の設定ができる。更に、定着スリーブの中央部の温度に応じて上述した駆動回路１６０を制御することで高周波コンバータ１６に供給する電力を制御し、定着スリーブの中央部の温度が制御目標温度を維持するようにしている。
【００３３】
図７を用いて、電力を５０％投入する場合の商用電源電圧の４サイクル間の各動作波形を説明する。本実施例のＣＰＵ３２は、商用電源電圧の４サイクルを１制御周期として、１制御周期毎に温度検出素子９の検出温度に応じた電力を設定する。
【００３４】
図７には、商用電源５０の電圧７０１、ＺＥＲＯＸ信号波形７０２、トライアック１６１の電圧波形７０３、スイッチング素子８６のゲート波形７０４、スイッチング素子８７のゲート波形７０５がそれぞれ横軸を時間として表記されている。商用電源５０から電圧７０１が入力されるとＺＥＲＯＸ生成回路７５にてＺＥＲＯＸ信号７０２が生成されＣＰＵ３２に入力される。スイッチング素子８６、８７は、紙サイズや非通紙部の昇温具合に応じて定められた駆動周波数ｆｋで、ゲート波形７０４、７０５で示されるように交互にスイッチングをしている。
【００３５】
電力を５０％投入する場合、ＣＰＵ３２は、４サイクルの平均投入電力が５０％になるように半波毎の投入電力を決定する。図７において、トライアック１６１の投入電力パターンは、全半波において５０％の投入電力となっている。
【００３６】
ＣＰＵ３２内のＲＯＭ３２ａには、投入電力比に応じた位相制御の点灯タイミング係数のテーブルが格納されている。ＣＰＵ３２は、そのテーブルとＺＥＲＯＸ信号７０２と温度検出素子９の情報を用いて点灯タイミングを算出する。テーブルは例えば表１に表されるようなものである。点灯タイミング係数の０は、商用電源５０の電圧波形７０１の位相が０°の時であり、１は、１８０°の時である。
【００３７】
【表１】
2019124950.tif 000003
【００３８】
ＣＰＵ３２は、温度検出素子９の検出温度、及び表１のテーブルを用いて、駆動回路１６０をＯＮするタイミングを決定する。例えば５０Ｈｚの商用電源５０である場合、５０％の電力を投入するためのトライアック１６１のＯＮタイミングは、ゼロクロス信号波形７０２の立下りエッジ（又は立上りエッジ）から５．０ｍｓ（＝２０ｍｓ／２×０．５０）後と算出される。図７に示す奇数番目の波形Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７の場合、ＣＰＵ３２は、ＺＥＲＯＸ信号７０２がＨｉｇｈ→Ｌｏｗに変化した時間から５ｍｓ後に出力ポートＰＡ２にＨｉｇｈレベルを出力することで、５０％の電力を供給することになる。これにより、整流回路８１〜８４へ、商用電源電圧４サイクルで５０％の投入電力することができる。本実施例においては、４サイクルを１制御周期とし、４サイクル毎に位相制御を用いて電力制御するパターンで説明しているが、１制御周期は４サイクル以外でもよい。また、制御波形も、波数制御や、位相制御と波数制御を組み合わせた制御等、位相制御以外の制御波形であっても構わない。
【００３９】
ＣＰＵ３２による電力投入シーケンスのフローを図８のフローチャートを用いて説明する。まず電力投入シーケンスが開始されるとＳ１０１にて温度検出素子９の検出値と制御目標温度からトライアック６１による投入電力デューティ比Ｄを決定する。次に、Ｓ１０２にて記録材Ｐのサイズとスリーブ１の端部温度の少なくとも一方に応じてスイッチング素子８６、８７の駆動周波数ｆｋを決定する。続いて、Ｓ１０３にてカウンタｋ（商用電源電圧の半サイクルの回数）を初期設定（ｋ＝１）し、Ｓ１０４でＺＥＲＯＸ信号７０２の立ち上がり又は立下りエッジを監視する。ＺＥＲＯＸ信号７０２の立ち上がり又は立下りエッジを検出したタイミングでカウンタｋをインクリメントし（Ｓ１０５）、トライアック１６１により、定着ユニットＡに対して、位相角Ｄ％で半波電力を投入する（Ｓ１０６）。Ｓ１０７にてカウンタｋが８未満の場合には、１制御周期（４サイクル）に到達していないので、継続してＳ１０４〜Ｓ１０６を繰り返す。一方、Ｓ１０７にてカウンタｋが８に達した場合には、１制御周期における電力投入が終了する。Ｓ１０８にて電力投入の終了を判断するまでの間は、Ｓ１０１〜Ｓ１０７を繰り返し、４サイクル毎に電力投入デューティ比を切り替えながら電力投入が行われる。
【００４０】
以上のようにダイオードブリッジ８１〜８４の前段にトライアック１６１を配置し、トライアック１６１によって後段の回路に入力する実効電圧を調整することで、スイッチング素子８６、８７の駆動周波数ｆｋを変えずに、投入電力を調整することが可能になる。本実施例では、電力制御用のスイッチ部材としてトライアック１６１をダイオードブリッジ８１〜８４の前段に配置した例について説明した。しかしながら、スイッチ部材は、ＦＥＴやＩＧＢＴやリレー等、スイッチング可能な部品であればよく、トライアックに限定されるものではない。
【００４１】
（実施例２）
本実施例においては、ダイオードブリッジ８１〜８４の後段にＦＥＴを配置し、ＦＥＴのＯＮ−ＯＦＦによって電力制御する例について説明する。以下では、本実施例について、実施例１と異なる点を主として説明し、共通する構成については、同一符号を付けて説明を省略する。
【００４２】
図９は、本実施例における高周波コンバータ１６を含む回路図である。整流回路８１〜８４の後段であって、且つ高周波コンバータ１６の前段に配置されたスイッチ部材の一例であるＦＥＴ９３をＯＮ−ＯＦＦすることで、高周波コンバータ１６に入力する入力実効電圧を調整する。ＣＰＵ３２が出力ポートＰＡ５からＦＥＴをＯＮする信号を出力すると、ＦＥＴ駆動回路９５はＦＥＴ９３に向けてゲート波形を出力する。このような構成をとることでスイッチング素子８６、８７の駆動周波数を変えなくても電力調整が可能になる。
【００４３】
図１０には、商用電源５０の電圧７０１、ＺＥＲＯＸ信号波形７０２、ＦＥＴ９３の電圧波形１００１、スイッチング素子８６のゲート波形７０４、スイッチング素子８７のゲート波形７０５がそれぞれ横軸を時間として表記されている。商用電源５０から電圧７０１が入力されるとＺＥＲＯＸ生成回路７５にてＺＥＲＯＸ信号７０２が生成されＣＰＵ３２に入力される。スイッチング素子８６、８７は、紙サイズや非通紙部の昇温具合に応じた駆動周波数ｆｋで、ゲート波形７０４、７０５で示されるように交互にスイッチングをしている。
【００４４】
電力を５０％投入する場合、ＣＰＵ３２は、４サイクルの平均投入電力が５０％になるように半波毎の投入電力を決定する。図１０の例の場合、ＦＥＴ９３により、１半波目から順に１００％⇒０％⇒０％⇒１００％⇒１００％⇒０％⇒０％⇒１００％という順番で半波ごとに電力投入される。これにより、１制御周期（４サイクル）の平均投入電力が５０％になる。本実施例では、波数制御を用いて電力制御しているが、実施例１で説明した位相制御や、位相制御と波数制御が混ざった制御波形を用いても構わない。
【００４５】
ＣＰＵ３２による電力投入シーケンスのフローを図１１のフローチャートを用いて説明する。図８と同じところは、同一符号を付けて説明を省略する。検出温度に応じて決まる投入電力デューティ比Ｄと、あらかじめ用意された各投入電力デューティ比に応じた半波毎のＯＮ−ＯＦＦテーブルから半波毎のＯＮ−ＯＦＦ（Ｄ１〜Ｄ８）を設定する（Ｓ２０１）。ＺＥＲＯＸ信号７０２の立上がり又は立下りのエッジ検出後、Ｓ２０２にて半波毎のＦＥＴ９３のＯＮ−ＯＦＦの判断を行う。Ｓ２０１で設定された半波毎のＯＮ−ＯＦＦ設定値に基づいてＤｋ＝ＯＮの場合はＳ２０３にてＦＥＴ９３をＯＮする。Ｄｋ＝ＯＦＦの場合は、Ｓ２０４にてＦＥＴ９３をＯＦＦする。Ｓ２０５にてカウンタｋをインクリメントし、カウンタｋが８になるまでＳ１０４〜Ｓ２０５を繰り返す。以上のようにダイオードブリッジ８１〜８４の後段にＦＥＴ９３を配置し、ＦＥＴ９３によって後段の回路に入力する実効電圧を調整する。これにより、スイッチング素子８６、８７の駆動周波数を変えずに、投入電力を調整することが可能になる。本実施例では、スイッチ部材としてＦＥＴ９３を配置した例について説明したが、配置する部品は、ＩＧＢＴやリレー等、ＯＮ−ＯＦＦ可能な部品であればよく、本実施例に限定されるものではない。
【００４６】
実施例１では、位相制御、実施例２では、波数制御を用いて電力制御している。しかしながら、実施例１の構成、実施例２の構成共に、位相制御、波数制御、及び位相制御と端数制御が混ざった制御パターンの何れも適用できるものであり、実施例１及び実施例２に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４７】
８６、８７  スイッチング素子
８９  共振コンデンサ
１６１  トライアック
８１〜８４  ダイオードブリッジ
９３  ＦＥＴ
【図１】
2019124950.tif 000004
【図２】
2019124950.tif 000005
【図３】
2019124950.tif 000006
【図４】
2019124950.tif 000007
【図５】
2019124950.tif 000008
【図６】
2019124950.tif 000009
【図７】
2019124950.tif 000010
【図８】
2019124950.tif 000011
【図９】
2019124950.tif 000012
【図１０】
2019124950.tif 000013
【図１１】
2019124950.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月29日(2019.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層を有する筒状の回転体と、前記回転体の内部に配置され螺旋軸が前記回転体の母線方向と略平行であるコイルと、共振コンデンサと、を有する共振回路と、
前記共振回路を駆動するコンバータと、
を有し、前記コイルにより発生する磁束により前記導電層を電磁誘導発熱させ、前記回転体の熱により記録材に形成された画像を記録材に定着する定着装置において、
前記回転体の内部に配置されたコイルは一つであり、
前記導電層は、前記母線方向における一端から他端まで同じ材料で同じ厚さに形成されており、
前記コンバータに供給する電力を制御するためのスイッチ部材と、
記録材のサイズと前記回転体の非通紙部の温度の少なくとも一方に応じて前記コンバータの駆動周波数を設定する周波数制御部と、
前記回転体の通紙部の温度に応じて前記スイッチ部材を制御し、前記コンバータに供給する電力を制御する電力制御部と、
を有し、
前記駆動周波数を下げるように前記周波数制御部が前記コンバータを制御すると、前記母線方向の端部における前記導電層の発熱量が低下するように前記導電層の発熱分布が変わることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記電力制御部は、前記回転体の通紙部の温度が目標温度を維持するように前記スイッチ部材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。
【請求項３】
前記共振回路は、電流共振回路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
商用電源電圧を整流する整流部を有し、前記スイッチ部材は前記整流部より前段に設けられていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記スイッチ部材はトライアックであることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
商用電源電圧を整流する整流部を有し、前記スイッチ部材は前記整流部と前記コンバータの間に設けられていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記スイッチ部材はＦＥＴ又はＩＧＢＴであることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】
前記コイルの螺旋形状部の中には、磁束を誘導するためのコアを有し、前記導電層には前記回転体の周方向に流れる誘導電流が発生することを特徴とする請求項１〜７いずれか一項に記載の定着装置。
【請求項９】
前記コアは有端形状であることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上述の課題を解決するための本発明は、導電層を有する筒状の回転体と、前記回転体の内部に配置され螺旋軸が前記回転体の母線方向と略平行であるコイルと、共振コンデンサと、を有する共振回路と、前記共振回路を駆動するコンバータと、を有し、前記コイルにより発生する磁束により前記導電層を電磁誘導発熱させ、前記回転体の熱により記録材に形成された画像を記録材に定着する定着装置において、前記回転体の内部に配置されたコイルは一つであり、前記導電層は、前記母線方向における一端から他端まで同じ材料で同じ厚さに形成されており、前記コンバータに供給する電力を制御するためのスイッチ部材と、記録材のサイズと前記回転体の非通紙部の温度の少なくとも一方に応じて前記コンバータの駆動周波数を設定する周波数制御部と、前記回転体の通紙部の温度に応じて前記スイッチ部材を制御し、前記コンバータに供給する電力を制御する電力制御部と、を有し、前記駆動周波数を下げるように前記周波数制御部が前記コンバータを制御すると、前記母線方向の端部における前記導電層の発熱量が低下するように前記導電層の発熱分布が変わることを特徴とする。