(57)【要約】【課題】スイッチング素子に異常電流が流れない状態で、低電力で温度を維持する定着装置およびこれを備えた画像形成装置および事務機器を提供することを目的とする。【解決手段】ＣＰＵ２００は駆動回路１２０を駆動してスイッチング回路１００に印加するパルス信号の周波数を徐々に増加させ、励磁コイル３１への供給電力を減少させる。所定電力量になると、駆動回路１２０がスイッチング回路１００をＯＦＦにし、駆動回路２５０がスイッチング回路２３０をＯＦＦにする。その後、駆動回路２６０がスイッチング回路２４０をＯＮにするとともに、駆動回路１３０のパルス信号の周波数を調整してスイッチング回路１１０のＯＮ／ＯＦＦ周波数を調整し、励磁コイル５０に所定電力量の供給を開始する。その後、駆動回路１３０がスイッチング回路１１０に印加するパルス信号の周波数を徐々に上げ、励磁コイル５０に供給される電力を所定電力量から徐々に減少させる。【選択図】図７
2012220914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤を印字媒体上に定着させる導電性材料で構成される加熱部と、
電源に接続可能であり前記加熱部に対面して複数層設けられた励磁コイルと、
複数層設けられた前記励磁コイルのいずれかに前記電源からの供給電力を接続切換する切換部と、
前記切換部を制御する制御部とを設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記励磁コイルは、少なくとも、第一の励磁コイルと、前記第一の励磁コイルよりも前記加熱部から離れて設けられた第二の励磁コイルとからなり、
前記制御部は、前記励磁コイルへの前記電源からの供給電力を低減させる場合、前記第一の励磁コイルのみ電力供給をＯＮにするよう前記切換部を制御し、第一の電力量までリニア制御して電力供給量が低減すると、前記第一の励磁コイルへの電力供給をＯＦＦにした後、前記第二の励磁コイルのみ電力供給をＯＮにするよう前記切換部を制御し、必要に応じて、前記第一の電力量より小さい第二の電力量までリニア制御し、電力供給量を前記第二の電力量より小さくする際は間欠制御し、
前記励磁コイルへの前記電源からの供給電力を増加させる場合、前記第二の励磁コイルのみ電力供給をＯＮにするよう前記切換部を制御し、前記第一の電力量より大きい第二の電力量まで間欠制御またはリニア制御を組み合わせて電力供給量が増加すると、前記第二の励磁コイルへの電力供給をＯＦＦにした後、前記第一の励磁コイルのみ電力供給をＯＮにするよう前記切換部を制御することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記加熱部の両端または片端において前記加熱部に対し前記励磁コイルより外側に、前記励磁コイルとは逆極性の磁束を発生させるキャンセルコイルを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の定着装置。
【請求項４】
前記加熱部の両端または片端において前記複数層の励磁コイルの間に、前記励磁コイルとは逆極性の磁束を発生させるキャンセルコイルを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の定着装置。
【請求項５】
トナーを印字媒体上に定着させる導電性材料で構成される加熱ローラと、
電源に接続可能であり前記加熱ローラの周面に対面して複数層設けられた励磁コイルと、
複数層設けられた前記励磁コイルに設けられ、前記励磁コイルに前記電源から供給される電力を接続切換するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路を接続切換制御する制御部とを設けたことを特徴とする定着装置。
【請求項６】
前記励磁コイルは、少なくとも、第一の励磁コイルと、前記第一の励磁コイルよりも前記加熱ローラから離れて設けられた第二の励磁コイルとからなり、
前記制御部は、前記励磁コイルへの前記電源からの供給電力を低減させる場合、前記第一の励磁コイルのみ電力供給をＯＮにするよう前記スイッチング回路を制御し、第一の電力量までリニア制御して電力供給量が低減すると、前記第一の励磁コイルへの電力供給をＯＦＦにした後、前記第二の励磁コイルのみ電力供給をＯＮにするよう前記スイッチング回路を制御し、必要に応じて、前記第一の電力量より小さい第二の電力量までリニア制御し、電力供給量を前記第二の電力量より小さくする際は間欠制御し、
前記励磁コイルへの前記電源からの供給電力を増加させる場合、前記第二の励磁コイルのみ電力供給をＯＮにするよう前記スイッチング回路を制御し、前記第一の電力量より大きい第二の電力量まで間欠制御またはリニア制御を組み合わせて電力供給量が増加すると、前記第二の励磁コイルへの電力供給をＯＦＦにした後、前記第一の励磁コイルのみ電力供給をＯＮにするよう前記スイッチング回路を制御することを特徴とする請求項５記載の定着装置。
【請求項７】
前記加熱ローラの軸方向両端または片端において前記加熱ローラに対し前記励磁コイルより外側に、前記励磁コイルとは逆極性の磁束を発生させるキャンセルコイルを設けたことを特徴とする請求項５または請求項６記載の定着装置。
【請求項８】
前記加熱ローラの軸方向両端または片端において前記複数層の励磁コイルの間に、前記励磁コイルとは逆極性の磁束を発生させるキャンセルコイルを設けたことを特徴とする請求項５または請求項６記載の定着装置。
【請求項９】
前記請求項１乃至請求項８に記載された定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
前記請求項１乃至請求項８に記載された定着装置を備えたことを特徴とする事務機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印刷機能を有する画像形成装置等の電子機器に用いられる定着装置およびこれを備えた画像形成装置および事務機器に関し、特にＩＨ（電磁誘導加熱）方式を用いた定着装置およびこれを備えた画像形成装置および事務機器の電力制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスにより記録紙に画像を形成する画像形成装置（プリンタ、ファクシミリ装置、複写機および複合機等）では、感光体から記録紙上に転写された未定着のトナーを加熱ローラ等の熱と圧力により記録紙に定着させる定着装置が設けられている。当該定着装置では、定着装置を構成する加熱ローラ等の被加熱体を、コイルに電流を流した際の電磁誘導作用によるジュール熱で加熱する電磁誘導加熱方式によるものがあり、この方式が加熱効率や熱応答性に優れた利点を有することから、近年、多用されるようになってきた。
【０００３】
当該定着装置では、ウォームアップにより加熱ローラの温度が所定の定着温度に到達すると、その後安定した定着処理が行われるように、加熱ローラを所定の定着温度に維持する温度制御が行われる。特に電磁誘導加熱方式の定着装置では、インバータにより投入電力を増減して加熱量を調整する制御が行われる場合がある。
【０００４】
定着装置をウォームアップして温度が上昇すると、加熱ローラの蓄熱により、所定の定着温度を維持するために必要な加熱量も低下するため、インバータによる投入電力も徐々に絞る必要がある。
【０００５】
この場合、（特許文献１）の図５に示すように、電力可変制御の区間において高周波電源からの投入電力を絞っていくと、高周波電源の駆動周波数が上昇する。ここで、投入電力が大きく駆動周波数が低いときには、（特許文献１）の図７（Ａ）に示すように、スイッチング素子のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅが０となるゼロクロス点で、コレクタ電流Ｉｃが理想的に立ち上がり、高周波電源の共振回路を正常に駆動させることができるが、投入電力が小さく駆動周波数が高くなると、共振用のコンデンサの放電が完了しないうちに次の動作に移行する現象が発生し、（特許文献１）の図７（Ｂ）に示すように、ゼロクロスすべきタイミングでスイッチング素子に異常電流が発生し、電圧Ｖｃｅが瞬間的に０に下がる。
【０００６】
そこで、（特許文献１）では、（特許文献１）の図５に示すように、励磁コイルへの供給電力が最小電力値に到達すると、投入電力を固定した電力供給をサーミスタの検出温度に応じて間欠的に行なう電力固定間欠制御を行い、電力可変制御から電力固定間欠制御に切り換える際の基準となる最小電力値を、入力電圧とサーミスタの検出温度とに基づいて決定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１９７１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のような方法では、入力電源にフリッカーが生じたり、加熱ローラに温度リップルが発生するため、印刷画像への悪影響を未だ充分に解消することができないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の定着装置は、現像剤を印字媒体上に定着させる導電性材料で構成される加熱部と、電源に接続可能であり前記加熱部に対面して複数層設けられた励磁コイルと、複数層設けられた前記励磁コイルのいずれかに前記電源からの供給電力を接続切換する切換部と、前記切換部を制御する制御部とを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記の構成を採用することにより、一方の励磁コイルへの供給電力を徐々に減少させることにより、前記一方の励磁コイルへの電力供給を制御するスイッチング素子に異常電流が流入し始めても、前記一方の励磁コイルから、被加熱体からより遠い側の他方の励磁コイルに電力供給を切り換えることにより、前記他方の励磁コイル用のスイッチング素子が高周波電源の共振回路を正常に駆動させ、当該スイッチング素子に異常電流が流れない状態で、低電力で被加熱体の定常温度を維持することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の主要部の構成を示す模式図
【図２】本発明に係る定着装置の詳細構成を示す模式図
【図３】本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの構成斜視図
【図４】本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの図３におけるａ−ａ断面図
【図５】本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの構成斜視図
【図６】本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの図３におけるｂ−ｂ断面図
【図７】本発明に係る定着装置の高周波電源の概略構成を示すブロック図
【図８】本発明に係る定着装置を構成するＩＨ制御部による電力供給と励磁コイルの切り換え動作を示す概念図
【図９】本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの構成斜視図
【図１０】（ａ）本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの構成斜視図、（ｂ）本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの構成斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づき本発明に係る定着装置の実施の形態について説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
本発明に係る実施の形態１の趣旨は、加熱部として機能する被加熱体（加熱ローラ）に磁束を供給する励磁コイル（加熱コイル）を２層設け、被加熱体により近い側の一方の励磁コイルに送電して被加熱体を加熱（ウォームアップ）し、被加熱体の温度が定常温度に達すると、当該定常温度を維持するために前記一方の励磁コイルへの供給電力を徐々に減少させるが、減少させ続けると、前記一方の励磁コイルへの電力供給を制御するスイッチング素子に異常電流が流入し始める。
【００１４】
そこで、前記一方の励磁コイルから、被加熱体からより遠い側の他方の励磁コイルに電力供給を切り換えることにより、前記他方の励磁コイル用のスイッチング素子が高周波電源の共振回路を正常に駆動させ、当該スイッチング素子に異常電流が流れない状態で、被加熱体の定常温度を維持することができる。
【００１５】
また、前記他方の励磁コイルへの供給電力を徐々に減少させた場合も、ある電力量以下で当該スイッチング素子に異常電流が流入し始めるので、更に前記定常温度を維持する場合は、前記他方の励磁コイルへの電力供給を間欠駆動するというものである。
【００１６】
以下、本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の構成について説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の主要部の構成を示す模式図である。画像形成装置１は、トナー像（現像剤）が形成される作像面を有する感光体ドラム２と、その感光体ドラム２の作像面を所定の電位に均一に帯電させる帯電器３と、その均一に帯電させた作像面に対してレーザー光を走査して静電潜像を形成するＬＳＵ（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４と、その静電潜像をトナーで現像する現像器５と、感光体ドラム２に対向して配置され、転写バイアスの印加によって感光体ドラム２のトナー像を記録材Ｓ（記録紙等）に転写するための転写ローラ６と、転写後の感光体ドラム２の作像面に残留するトナー等を除去するクリーニング装置７と、記録材Ｓに転写された未定着のトナーを記録材Ｓに定着させるための定着装置８と、記録材Ｓを格納する給紙部９とを主として備える。
【００１８】
画像形成装置１において画像形成処理が開始されると、給紙部９の記録材Ｓは、給紙経路１１に沿って設けられたガイド部材１２上を所定のタイミングで搬送され、矢印方向に回転する感光体ドラム２と転写ローラ６とのニップ部にてトナー像が転写された後、定着装置８においてトナー像の定着処理が実施され、装置外部に設けられた排紙トレイ１３に載置される。
【００１９】
次に、本発明に係る定着装置の詳細構成について説明する。
【００２０】
図２は、本発明に係る定着装置の詳細構成を示す模式図である。ここでは励磁コイルは単層のみ設けた構成で説明するが、図５以降で本発明の特徴である励磁コイルを複数層設けた構成について説明する。定着装置８は、加熱ローラ２１および加熱ローラ２１から所定の距離をおいて軸方向に平行に配置された定着ローラ２２と、加熱ローラ２１および定着ローラ２２に架け渡されて定着ローラ２２の回転に伴ない回転する一方、加熱ローラ２１に対向配置された誘導加熱部２３の被加熱体として加熱ローラ２１とともに誘導加熱される加熱ベルト２４と、加熱ベルト２４を介して定着ローラ２２に圧接されることにより、定着ローラ２２に対する加熱ベルト２４の巻き掛け部分との間に、定着処理される記録紙を挟み込むための定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ２５と、加熱ベルト２４の内周面側に配置され、加熱ベルト２４における定着ニップ部Ｎ近傍の温度を検出するサーミスタ（温度検出手段）２６とを備えており、未定着トナー像Ｔが形成された記録材Ｓは、定着ニップ部Ｎにおいて矢印方向に回転する加熱ベルト２４および加圧ローラ２５により押圧および加熱されることにより、未定着トナー像Ｔを溶融させて記録材Ｓに定着させるための処理が行われる。
【００２１】
ここで、例えば、加熱ローラ２１は、鉄、ニッケル、銅またはその合金類からなる中空円筒状の強磁性金属部材、磁性金属部材または導電性部材を有し、定着ローラ２２は、ＳＵＳ等の金属製の芯金および表層を構成するシリコンスポンジ等からなる弾性層を有し、加圧ローラ２５は、ステンレス鋼またはアルミニウム等の金属部材からなる芯金および表層を構成するシリコーンゴム等からなる弾性層を有し、また、加熱ベルト２４は、ポリイミド樹脂またはフッ素樹脂等からなる耐熱性のフィルム基材上に、銀、鉄、ニッケル、銅またはその合金類からなる強磁性金属層、磁性金属層または導電性層およびシリコーンゴム等からなる弾性層およびＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）等からなる表面離型層等の各部材を重ねた無端状ベルトである。この加熱ベルト２４の強磁性金属層、磁性金属層または導電性層は備えなくても実施可能である。
【００２２】
誘導加熱部２３は、加熱ローラ２１および加熱ベルト２４の周面に対向若しくは対面して設けられ、図示しない電源部から電力を供給され高周波磁界を発生することにより加熱ローラ２１および加熱ベルト２４を電磁誘導によって発熱させる励磁コイル３１と、この励磁コイル３１の内面３１ａの形状に適合する半円柱状をなす載置部３２ａを有し、加熱ローラ２１および加熱ベルト２４の一部を取り囲むように配置されたコイルガイド３２と、励磁コイル３１の外面３１ｂを覆うように配置されたアーチコア３３と、励磁コイル３１の中央部に挿入されるように配置されたセンターコア３４と、アーチコア３３の両側に配置されたサイドコア３５とを備え、回転する加熱ローラ２１および加熱ベルト２４を電磁誘導加熱によって加熱する。
【００２３】
コイルガイド３２は、加熱ローラ２１および加熱ベルト２４から励磁コイル３１への熱伝達を抑制する断熱部材としても機能する。また、アーチコア３３、センターコア３４およびサイドコア３５は、ともに磁路を構成し、励磁コイル３１によって生成された磁束を通すことで外部への漏洩を防ぎ、効率的な電磁誘導加熱を可能とする。これらのアーチコア３３、センターコア３４、サイドコア３５は、例えば、フェライトやパーマロイ等の強磁性体から形成することができる。
【００２４】
なお、本実施の形態１では、加熱部として機能する加熱ローラ２１および加熱ベルト２４を励磁コイル３１によって生成された磁束により電磁誘導加熱し、回転する加熱ベルト２４を介して記録材Ｓの未定着トナー像Ｔを定着するベルト定着方式（間接定着方式）を例示しているが、本発明はこの方式に限定して適用されるものではなく、加熱ローラ２１を励磁コイル３１によって生成された磁束により加熱させ、加熱ローラ２１で直接、記録材Ｓの未定着トナー像Ｔを定着するローラ定着方式（直接定着方式）の他、電磁誘導加熱を用いるすべての定着装置に適用できるものである。
【００２５】
次に、本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルについて説明する。
【００２６】
図３は、本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの構成斜視図、図４は、本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの図３におけるａ−ａ断面図である。ここでも励磁コイルは単層のみ設けた構成で説明するが、図５以降で本発明の特徴である励磁コイルを複数層設けた構成について説明する。
【００２７】
図３において、励磁コイル３１は、例えば、図４に示すように、個別に絶縁被覆された複数（例えば、１０本）の銅線４１（直径０．０５〜０．２ｍｍ程度）が束ねられたリッツ線４２を巻回して積層した構成を採用することができる。励磁コイル３１は、リッツ線４２の一端に取り付けられた端子４３から巻回を開始して開口部４４を形成し、順次、開口部４４から離れながら、コイルガイド３２の載置部３２ａ（図２）の形状と同様の半円柱状をなすように巻回して、コイル形状に成型する。リッツ線４２の他端には端子４５が取り付けられている。
【００２８】
端子４３、端子４５を図示しない電源に接続し、交流の高周波電流を流すと、励磁コイル３１の開口部４４に交番磁束が発生し、開口部４４の周辺に交番磁界が生じる。この励磁コイル３１を図２の誘導加熱部２３に用いることにより、加熱ローラ２１および加熱ベルト２４の表面に生じるうず電流による抵抗発熱と交番磁束によるヒステリシス損から生じる発熱によって、加熱ローラ２１および加熱ベルト２４が加熱される。
【００２９】
次に、本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの構成について説明する。
【００３０】
図５は、本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの構成斜視図であり、励磁コイルを複数層設けた構成を示した図である。
【００３１】
図５において、励磁コイル５０（第二の励磁コイル）は、図３で説明した励磁コイル３１（第一の励磁コイル）と同様の構成および大きさであり、励磁コイル３１に対し加熱ローラ２１と反対側に積層的に設けられている。即ち、励磁コイル５０は励磁コイル３１よりも加熱ローラ２１の周面から離れて設けられている。
【００３２】
なお、実施の形態１では、励磁コイル３１、励磁コイル５０の２層設けた場合を例として説明しているが、３層以上設けても、後述と同様の切換制御により同様の効果を期待することができる。
【００３３】
図６は、本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの図３におけるｂ−ｂ断面図であり、図６に示すように、励磁コイル５０は、銅線５１を１０本束ねたリッツ線５２を巻回して、まず開口部５３を形成し、順次、開口部５３から離れながら、半円柱状をなすように巻回して、コイル形状に成型する。リッツ線５２の一端には端子５４が取り付けられ、他端には端子５５が取り付けられている。
【００３４】
端子５４、端子５５を図示しない電源に接続し、交流の高周波電流を流すと、励磁コイル５０の開口部５３に交番磁束が発生し、開口部５３の周辺に交番磁界が生じる。この励磁コイル５０を図２の誘導加熱部２３に用いることにより、加熱ローラ２１および加熱ベルト２４の表面に生じるうず電流による抵抗発熱と交番磁束によるヒステリシス損から生じる発熱によって、加熱ローラ２１および加熱ベルト２４が加熱される。
【００３５】
以上のように、複数層の励磁コイル３１、励磁コイル５０を積層した構成とすると、励磁コイル３１と加熱ローラ２１との距離Ｌ１より励磁コイル５０と加熱ローラ２１との距離Ｌ２の方が大きいので、励磁コイル３１へ供給するスイッチング回路の駆動周波数を上昇させていき励磁コイル３１に電力供給するための後述するスイッチング回路に異常電流が流れ始めた時点で、励磁コイル５０に電力供給するスイッチング回路に切り換え、同等の電力もしくは熱量を供給すると、励磁コイル３１より励磁コイル５０の方が加熱ローラ２１および加熱ベルト２４との結合が下がることで、励磁コイル５０の抵抗値の低下によりスイッチング回路の駆動周波数が下がることで、励磁コイル５０のスイッチング回路に異常電流が流れることはなく、正常なスイッチング制御を継続することができる。
【００３６】
また、これより更に電力を小さくしたい場合は、励磁コイル５０への電力供給を間欠駆動とすることにより、加熱ローラ２１を前記定常温度で維持することができる。
【００３７】
次に、本発明に係る定着装置を駆動する高周波電源回路の構成および動作について説明する。
【００３８】
図７は、本発明に係る定着装置の高周波電源の概略構成を示すブロック図である。
【００３９】
図７において、高周波電源は、ＡＣ電源６０と、ＡＣ電源６０から供給される交流を整流する整流回路７０と、励磁コイル３１に並列接続されてＬＣ共振回路を構成する共振用のコンデンサ８０と、励磁コイル５０に並列接続されてＬＣ共振回路を構成する共振用のコンデンサ９０と、励磁コイル３１と共振しコンデンサ８０との共振回路を構成させるスイッチング回路２３０と、励磁コイル５０と共振しコンデンサ９０との共振回路を構成させるスイッチング回路２４０と、スイッチング回路２３０をＯＮ／ＯＦＦ切り換えする駆動回路２５０と、スイッチング回路２４０をＯＮ／ＯＦＦ切り換えする駆動回路２６０と、ＩＨ制御部１８０に電力供給する電源６１（ＩＨ制御部１８０への配線は図示せず）と、駆動回路２５０とスイッチング回路２３０に電力供給する電源６２（駆動回路２５０とスイッチング回路２３０への配線は図示せず）と、駆動回路２６０とスイッチング回路２４０に電力供給する電源６３（駆動回路２６０とスイッチング回路２４０への配線は図示せず）と、励磁コイル３１への電力供給するＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のスイッチング回路１００と、励磁コイル５０への電力供給するＩＧＢＴ等のスイッチング回路１１０と、スイッチング回路１００を駆動する駆動回路１２０と、スイッチング回路１１０を駆動する駆動回路１３０と、励磁コイル３１および励磁コイル５０を含む回路ブロックに入力される電流値を検出する電流検出部１４０と、同じく電圧値を検出する電圧検出部１５０と、ＡＣ電源６０が出力する電圧・電流のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出部１６０と、加熱ローラ２１の温度を検出するサーミスタ（温度検出手段）１７０と、電流検出部１４０、電圧検出部１５０およびサーミスタ１７０で検出された電流、電圧および温度に基づいて励磁コイル３１および励磁コイル５０への電力供給を切り換え制御するＩＨ制御部（スイッチング回路制御手段）１８０とを有している。
【００４０】
実際の励磁コイル３１および励磁コイル５０の電力供給切り換え制御は、ＩＨ制御部１８０のＣＰＵ２００により行なわれ、ＣＰＵ２００は、電流検出部１４０、電圧検出部１５０およびサーミスタ１７０の出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部１９０と、このＡ／Ｄ変換部１９０で取得した電流、電圧および温度の各値およびゼロクロス点検出部１６０の出力信号に基づいて、ＲＯＭ２１０に記憶された処理プログラムを、ワークエリアとして機能するＲＡＭ２２０で演算処理して切り換え命令を出力する。
【００４１】
図７において、電源６１、電源６２、電源６３は常時電力供給を継続しており、ＣＰＵ２００は電流検出部１４０および電圧検出部１５０が検出した電流値情報および電圧値情報をＡ／Ｄ変換部１９０を通して受信し、ＡＣ電源６０が供給する電力量を認識している。
【００４２】
電力制御する対象は励磁コイル３１、励磁コイル５０の２つであるので、ＩＨ制御部１８０のＣＰＵ２００は前述したように、励磁コイル３１に印加する電力量制御のために駆動回路１２０によりスイッチング回路１００のスイッチング周波数およびデューティーを制御し、励磁コイル５０に印加する電力量制御のために駆動回路１３０によりスイッチング回路１１０のスイッチング周波数およびデューティーを制御する。
【００４３】
従って、ＣＰＵ２００が駆動回路１２０に指示してスイッチング回路１００のＯＮ／ＯＦＦ周波数を増減させることにより、励磁コイル３１への電力供給量を制御し、また同じく駆動回路１３０に指示してスイッチング回路１１０のＯＮ／ＯＦＦ周波数を増減させることにより、励磁コイル５０への電力供給量を制御する。
【００４４】
励磁コイル３１と励磁コイル５０との電力供給の切り換えも、ＩＨ制御部１８０のＣＰＵ２００の指示により行なう。即ち、ウォーミングアップ開始時は、ＣＰＵ２００はまず、加熱ローラ２１により近い励磁コイル３１に電力供給するために、駆動回路２５０を駆動してスイッチング回路２３０をＯＮし、かつ励磁コイル５０へ電力供給しないよう駆動回路２６０を駆動してスイッチング回路２４０をＯＦＦする。
【００４５】
励磁コイル３１から励磁コイル５０へ電力供給を切り換える場合は、ＣＰＵ２００は駆動回路２５０を駆動してスイッチング回路２３０をＯＦＦにし、かつ励磁コイル５０への電力供給に切り換えるため、駆動回路２６０を駆動してスイッチング回路２４０をＯＮする。
【００４６】
このとき、スイッチング回路２３０とスイッチング回路２４０との切り換えについては、コイル３１とコイル５０から発生する磁界の干渉を防ぐためにスイッチング回路２３０がＯＮの期間中はスイッチング回路２４０は必ずＯＦＦとし、スイッチング回路２４０がＯＮの期間中はスイッチング回路２３０は必ずＯＦＦとするのが適している。
【００４７】
なお、スイッチング回路２３０、スイッチング回路２４０およびこれらの駆動回路２５０、駆動回路２６０の代替として、リレー回路を用いることもできる。リレー回路を用いた場合、電源６１をリレー駆動に流用することで、スイッチング回路２３０、スイッチング回路２４０を駆動するための電源６２、電源６３が不要になるという効果がある。
【００４８】
次に、図７を中心に、図８を参照しながら、励磁コイル３１、励磁コイル５０の切り換え、および励磁コイル３１、励磁コイル５０の電力量供給の具体的な制御を説明する。
【００４９】
図８は、本発明に係る定着装置を構成するＩＨ制御部による電力供給と励磁コイルの切り換え動作を示す概念図である。
【００５０】
本実施の形態においては、図８に示すように、０Ｗ〜１３００Ｗの間で電力制御を行ない、１００Ｗ〜１３００Ｗはリニア出力（電力可変制御）区間、０Ｗ〜１００Ｗは電力固定間欠制御区間である。
【００５１】
まず、励磁コイル３１から励磁コイル５０への切り換えについて説明する。
【００５２】
図８は、横軸に励磁コイル３１、励磁コイル５０への電力供給量をとり、経路３００は励磁コイル３１への電力供給の推移を示し、経路３１０は励磁コイル５０への電力供給の推移を示している。
【００５３】
図７において、加熱ローラ２１のウォーミングアップを開始する場合、ＩＨ制御部１８０のＣＰＵ２００はＲＯＭ２１０に記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭ２２０に書き込み、駆動回路２５０を駆動してスイッチング回路２３０をＯＮし、まず加熱ローラ２１との間隔がより小さい励磁コイル３１に電流を導通して電力供給する共振回路を構成する。
【００５４】
次に、ＣＰＵ２００は駆動回路１２０を駆動し、スイッチング回路１００に低周波パルス信号を印加して、図８に示すように、励磁コイル３１に１３００Ｗの電力を供給すると、励磁コイル３１に交番磁束が発生し、加熱ローラ２１が急速に加熱される。
【００５５】
加熱ローラ２１がトナー像の定着処理に適した定着温度である定常温度近傍まで昇温すると、加熱ローラ２１を定常温度に維持するため、ＣＰＵ２００は駆動回路１２０を駆動してスイッチング回路１００に印加するパルス信号の周波数を徐々に上げる。すると、図８の経路３００が示すように、励磁コイル３１に供給される電力が１３００Ｗから徐々に減少する。供給電力量を減少させても、加熱ローラ２１の蓄熱により、加熱ローラ２１は定常温度をほぼ維持できる。
【００５６】
励磁コイル３１への供給電力が約３００Ｗ（第一の電力量）に近づくと、（背景技術）の欄で説明した通り、スイッチング回路１００に異常電流が発生するので、ＣＰＵ２００はＲＯＭ２１０から切り換えのためのプログラムを読み出し、励磁コイル３１への電力供給を停止するため、駆動回路１２０を駆動してスイッチング回路１００をＯＦＦにし、駆動回路２５０を駆動してスイッチング回路２３０をＯＦＦにする。その後、駆動回路２６０を駆動してスイッチング回路２４０をＯＮにするとともに、駆動回路１３０のパルス信号の周波数を調整してスイッチング回路１１０のＯＮ／ＯＦＦ周波数を調整し、図８に示すように、励磁コイル５０に３００Ｗの電力供給を開始する。
【００５７】
この切り換える際には、励磁コイル３１より励磁コイル５０の方が加熱ローラ２１より距離が大きいので周波数を下げることができる。
【００５８】
その後、必要に応じて、加熱ローラ２１を定常温度に維持するため、ＣＰＵ２００は駆動回路１３０を駆動してスイッチング回路１１０に印加するパルス信号の周波数を徐々に上げる。すると、図８の経路３１０が示すように、励磁コイル５０に供給される電力が３００Ｗから徐々に減少する。供給電力量を減少させても、加熱ローラ２１の蓄熱により、加熱ローラ２１は定常温度をほぼ維持できる。
【００５９】
図８において、励磁コイル５０への供給電力が約１００Ｗ（第二の電力量）に近づくと、スイッチング回路１１０に異常電流が発生するので、ＣＰＵ２００はＲＯＭ２１０から間欠駆動のためのプログラムを読み出し、励磁コイル５０への電力が間欠的に供給されるよう、駆動回路１３０を駆動する。
【００６０】
このときの電力固定間欠制御では、駆動回路１３０に出力する電力制御信号のデューティー（スイッチング回路１１０を駆動する単位時間の割合）を変化させることで、被加熱体２１の温度を定着温度に一定に維持するために必要な電力が励磁コイル５０に供給される。
【００６１】
図８に示すように、励磁コイル５０への供給電力が０Ｗ〜約１００Ｗの区間は、励磁コイル５０に間欠的に電力供給する。
【００６２】
電力可変制御（リニア出力）から電力固定間欠制御（間欠出力）に切り換える際の基準となる最小電力値（図８）は、スイッチング回路１１０を保護するために投入可能な電力の下限値であり、入力電圧とサーミスタ１７０の検出温度とに基づいて決定される。この最小電力値を求めるにあたっては、予め実験に基づいて入力電圧ごとに温度と最小電力値との相関関係を示す最小電力値情報として計算式あるいはテーブルが作成され、その最小電力値情報がＩＨ制御部１８０のＲＯＭ２１０に保持され、この最小電力値情報を参照してＣＰＵ２００にて最小電力値を求める処理が実行される。
【００６３】
次に、励磁コイル５０から励磁コイル３１への切り換えについて説明する。
【００６４】
図８において、定着装置の待機状態が継続している間は、励磁コイル５０に少ない電力量を印加して加熱ローラ２１の定常温度を維持するが、通紙等により加熱ローラ２１の表面温度が低下すると、定常温度に戻すため、励磁コイル５０への電力供給を増加させる。
【００６５】
例えば、励磁コイル５０へ５０Ｗの電力を間欠出力している状態で、通紙等により加熱ローラ２１の温度が低下すると、ＩＨ制御部１８０のＣＰＵ２００は駆動回路１３０を駆動し、スイッチング回路１１０に印加する間欠信号のデューティーを徐々に増加させることにより、図８に示すように、励磁コイル５０への供給電力が約１００Ｗになるまで、励磁コイル５０に間欠的に電力供給する。
【００６６】
励磁コイル５０への供給電力が約１００Ｗを超えると、ＣＰＵ２００は電力供給をリニア制御にするためのプログラムをＲＯＭ２１０から読み出し、電力供給を電力固定間欠制御（間欠制御）から電力可変制御（リニア制御）に切り換える。
【００６７】
ＣＰＵ２００は、加熱ローラ２１を定常温度に昇温するため、駆動回路１３０を駆動してスイッチング回路１１０に印加するパルス信号の周波数を徐々に下げる。すると、図８の経路３１０に示すように、励磁コイル５０に供給される電力が１００Ｗから徐々に増加し、ＣＰＵ２００は最高４００Ｗ（第三の電力量）まで供給電力を増加させる。
【００６８】
励磁コイル５０への供給電力が４００Ｗに達しても加熱ローラ２１が定常温度に達していないことをサーミスタ１７０が検知している場合、励磁コイル５０から励磁コイル３１への切り換えを行なう。ＣＰＵ２００は駆動回路１３０を駆動してスイッチング回路１１０をＯＦＦにし、励磁コイル５０への電力供給を停止するため、駆動回路２６０を駆動してスイッチング回路２４０をＯＦＦにする。その後、駆動回路２５０を駆動してスイッチング回路２３０をＯＮにし、駆動回路１２０のパルス信号の周波数を調整してスイッチング回路１００のＯＮ／ＯＦＦ周波数を調整することにより、図８に示すように、励磁コイル３１に４００Ｗの電力供給を開始する。
【００６９】
ＣＰＵ２００は駆動回路１２０のパルス信号の周波数を減少させながら、図８に示すように、励磁コイル３１への電力供給を４００Ｗから徐々に増加させていき、加熱ローラ２１が定常温度に達したことをサーミスタ１７０が検知するまで、最高１３００Ｗまでの電力供給制御を行なう。
【００７０】
なお、本実施の形態１では、励磁コイル３１、励磁コイル５０、アーチコア３３、センターコア３４、サイドコア３５を加熱ローラ２１の外側に設けたが、内側に設けることも可能である。
【００７１】
（実施の形態２）
本発明に係る実施の形態２の趣旨は、実施の形態１で説明した複数層に積層された励磁コイル３１、励磁コイル５０の両端または片端にキャンセルコイル４００またはは４１０を重ねて設けるものである。
【００７２】
このように構成することにより、励磁コイル３１または励磁コイル５０に電力供給したことにより生じた磁束を受けて、キャンセルコイル４００またはキャンセルコイル４１０に電磁誘導により逆極性の磁束を生じさせ、例えば、Ｂ４版やＡ４版等の比較的大判の記録材Ｓを定着する場合と、Ｂ５版やＡ５版等の比較的小判の記録材Ｓを定着する場合で、キャンセルコイル４００または４１０のＯＮ／ＯＦＦを切り換え、比較的小判の記録材Ｓを定着する場合に加熱ローラ２１の端部の発熱を抑えることで、定着装置の損傷を防ぐことができる。
【００７３】
図９は、本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの構成斜視図である。
【００７４】
図９では、加熱ローラ２１の周面に対向し、内側から外側に向かって順に、励磁コイル３１、励磁コイル５０、キャンセルコイル４００を積層している。励磁コイル３１および５０と、キャンセルコイル４００は、リッツ線４２を巻回しており、キャンセルコイル４００は加熱ローラ２１の軸方向両端近傍または片端近傍に設けられている。幅Ｈ1は、例えば、Ｂ４版、Ａ４版等の比較的大判の記録材Ｓを定着する場合を想定して設計されており、幅Ｈ2は、例えば、Ｂ５版、Ａ５版等の比較的小判の記録材Ｓを定着する場合を想定して設計されている。
【００７５】
図１０（ａ）は、本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの構成斜視図、図１０（ｂ）は、本発明に係る定着装置に用いる励磁コイルの構成斜視図である。図１０（ａ）は、特にキャンセルコイル４００を励磁コイル３１および励磁コイル５０の外側に設けた例を示し、図１０（ｂ）は、特にキャンセルコイル４００を外側の励磁コイル５０と内側の励磁コイル３１の間に設けた例を示している。
【００７６】
図１０において、端子４３、端子４５、端子５１、端子５２はそれぞれ、実施の形態１で説明したように、図示しない電源に接続されている。それに対し、図１０（ａ）のキャンセルコイル４００から引き出した２つのリッツ線４２はスイッチ４２０に接続されており、加熱ローラ２１の他端側に設けられたもう一方のキャンセルコイル４００も同様の構成である。
【００７７】
図１０（ａ）は、加熱ローラ２１の周面に対向し、内側から外側に向かって順に、励磁コイル３１、励磁コイル５０、キャンセルコイル４００を積層している。図１０（ｂ）は、加熱ローラ２１の周面に対向し、内側から外側に向かって順に、励磁コイル３１、キャンセルコイル４１０、励磁コイル５０を積層している。図１０（ｂ）の構成は図１０（ａ）の構成に比して、キャンセルコイル４１０と励磁コイル３１との距離と、キャンセルコイル４１０と励磁コイル５０との距離との平均が小さいため、一般的に消磁効果が高いことが期待できる。
【００７８】
図１０（ｂ）のキャンセルコイル４１０から引き出した２つのリッツ線４２はスイッチ４３０に接続されている。加熱ローラ２１の他端側に設けられたもう一方のキャンセルコイル４１０も同様の構成である。
【００７９】
キャンセルコイル４１０が加熱ローラ２１の軸方向両端近傍または片端近傍に設けられている点は図１０（ａ）と同様であり、幅Ｈ1、幅Ｈ2の設計も、図１０（ａ）と同様である。
【００８０】
次に、駆動の手順について説明する。
【００８１】
まず、例えば、Ｂ４版、Ａ４版等の比較的大判の記録材Ｓを定着する場合、図９に示すように、定着装置の幅Ｈ1を利用するため、励磁コイル３１または励磁コイル５０の全幅を使用して加熱ローラ２１を加熱する。
【００８２】
加熱ローラ２１に対する励磁コイル３１および励磁コイル５０の電力駆動パターンは、実施の形態１において、図８を用いて説明した通りである。
【００８３】
このとき、加熱ローラ２１は軸方向全幅の幅Ｈ1を利用するため、端部を消磁する必要はなく、キャンセルコイル４００、キャンセルコイル４１０に接続されているスイッチ４２０、スイッチ４３０をともにＯＦＦにし、励磁コイル３１または励磁コイル５０による電磁誘導が起こらないようになっている。
【００８４】
次に、例えば、Ｂ５版、Ａ５版等の比較的小判の記録材Ｓを定着する場合、図９に示すように、定着装置の幅Ｈ2を利用するため、励磁コイル３１または励磁コイル５０のうち、端部のキャンセルコイル４００、キャンセルコイル４１０が積層された部分を除く領域を使用して加熱ローラ２１を加熱する。
【００８５】
加熱ローラ２１に対する励磁コイル３１および励磁コイル５０の電力駆動パターンは、実施の形態１において、図８を用いて説明した通りである。
【００８６】
このとき、加熱ローラ２１は軸方向の幅Ｈ2のみを利用するため、端部（幅Ｈ1から幅Ｈ2を除く両端の領域）を加熱する必要はなく、キャンセルコイル４００、キャンセルコイル４１０に接続されているスイッチ４２０、スイッチ４３０をともにＯＮにし、励磁コイル３１または励磁コイル５０に通電することにより生じる磁束を打ち消す方向の磁束が、電磁誘導によりキャンセルコイル４００、キャンセルコイル４１０から生じるようにし、加熱ローラ２１の端部が加熱されないようにする。
【００８７】
なお、本実施の形態２では、励磁コイル３１、励磁コイル５０、アーチコア３３、センターコア３４、サイドコア３５、キャンセルコイル４００、キャンセルコイル４１０を加熱ローラ２１の外側に設けたが、内側に設けることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
以上のように、本願発明は複数層の励磁コイルの電力制御の組み合わせにより、電圧可変制御と電力固定間欠制御とを切り換えて、低電力による定着装置の定常温度制御を行なうことができ、このような定着装置を用いる印字装置その他の事務機器に利用することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１    画像形成装置
２    感光体ドラム
３    帯電器
４    ＬＳＵ
５    現像器
６    転写ローラ
７    クリーニング装置
８    定着装置
９    給紙部
１１    給紙経路
１２    ガイド部材
１３    排紙トレイ
２１    加熱ローラ
２２    定着ローラ
２３    誘導加熱部
２４    加熱ベルト
２５    加圧ローラ
２６    サーミスタ
３１    励磁コイル
３１ａ    内面
３１ｂ    外面
３２    コイルガイド
３２ａ    載置部
３３    アーチコア
３４    センターコア
３５    サイドコア
４１    銅線
４２    リッツ線
４３    端子
４４    開口部
４５    端子
５０    励磁コイル
５１    銅線
５２    リッツ線
５３    開口部
５４    端子
５５    端子
６０    ＡＣ電源
７０    整流回路
８０    コンデンサ
９０    コンデンサ
１００    スイッチング回路
１１０    スイッチング回路
１２０    駆動回路
１３０    駆動回路
１４０    電流検出部
１５０    電圧検出部
１６０    ゼロクロス点検出部
１７０    サーミスタ
１８０    ＩＨ制御部
１９０    Ａ／Ｄ変換部
２００    ＣＰＵ
２１０    ＲＯＭ
２２０    ＲＡＭ
２３０    スイッチング回路
２４０    スイッチング回路
２５０    駆動回路
２６０    駆動回路
【図１】
2012220914.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2012220914.tif 000007
【図６】
2012220914.tif 000008
【図７】
2012220914.tif 000009
【図８】
2012220914.tif 000010
【図９】
2012220914.tif 000011
【図１０】
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