(57)【要約】【課題】発熱層と整磁層とを備えた発熱体を加熱する際に、所望の温度まで急速昇温させ、その後はその所望温度を保持することが可能な電源装置を提供する。【解決手段】コイル（２ａ）とコンデンサ（Ｃ１など）とからなり、高周波電圧を発振する発振回路と、コイルの近傍に配置され、高周波電圧に基づくコイルからの誘導磁界により渦電流が発生され、渦電流により発熱する整磁金属を含む第１の発熱体（３Ｅ、３Ｃ）と、コイルへの通電をオン・オフ制御するスイッチング手段（１０１）と、オン・オフデューティ比を可変制御するデューティ比可変制御手段（１０２）とを備え、デューティ比可変制御手段は、スイッチング手段による通電時のオン時間を変更以前と同一にすると共に、オフ時間を前記変更以前より短く通電制御する。【選択図】図１２
2009042596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルとコンデンサとからなり、高周波電圧を発振する発振回路と、
前記コイルの近傍に配置され、前記高周波電圧に基づく前記コイルからの誘導磁界により渦電流が発生され、該渦電流により発熱する整磁金属を含む第１の発熱体と、
前記コイルへの通電をオン・オフ制御するスイッチング手段と、
前記オン・オフ制御のオン・オフデューティ比を可変制御するデューティ比可変制御手段とを備え、
該デューティ比可変制御手段は、前記スイッチング手段による通電時のオン時間を変更以前と同一にすると共に、オフ時間を前記変更以前より短く通電制御することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
コイルとコンデンサとからなり、高周波電圧を発振する発振回路と、
前記コイルの近傍に配置され、前記高周波電圧に基づく前記コイルからの誘導磁界により渦電流が発生され、該渦電流により発熱する整磁金属と前記誘導磁界を透過せしめる消磁層とを含む第２の発熱体と、
前記コイルへの通電をオン・オフ制御するスイッチング手段と、
前記オン・オフ制御のオン・オフデューティ比を可変制御するデューティ比可変制御手段とを備え、
該デューティ比可変制御手段は、前記スイッチング手段による通電時のオン時間を変更以前と同一にすると共に、オフ時間を前記変更以前より短く通電制御することを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の電源装置において、
前記第１または第２の発熱体の温度を検出する温度検出手段と、
前記第１または第２の発熱体の目標温度として設定した温度と、前記温度検出手段が検出した温度とをPID制御し、該PID制御の出力が増加した場合には、前記第１または第２の発熱体を加熱するべく前記デューティ比可変制御手段を制御するPID制御手段と
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項３記載の電源装置において、
前記PID制御手段は、加熱開始後に加熱量を上げるべく制御することを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電源装置において、
前記コンデンサは容量の切替えが可能であり、前記デューティ比可変制御手段により前記オフ時間を短くした場合に、前記容量切替えの容量を小さく制御することを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２記載の電源装置において、
前記デューティ比可変制御手段により、前記スイッチング手段による通電時のオン時間を変更以前と同一にすると共に、オフ時間を前記変更以前より短く通電制御した後、オフ時間を一定にしてオン時間を長くすることを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関し、特に、発熱層と整磁層とを備えた発熱体を加熱する際に、所望の温度まで急速昇温させ、その後はその所望温度を保持することが可能な電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、印刷機、これらの複合装置などの画像形成装置においては、潜像担持体に担持したトナー像などの可視像を記録シートなどの記録材に転写することで画像出力を得る。トナー像は、定着装置を通過する際に熱と圧力とによる融解、浸透作用によって記録材上に定着させる。この定着装置に採用される加熱方式として、近年、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置（例えば、特許文献１参照）が注目されている。
【０００３】
特許文献１に開示されている電磁誘導加熱方式を用いた定着装置は、高周波電源により高周波電圧が印加される誘導加熱コイルからなる高周波誘導加熱装置と、定着ローラ（加熱ローラ）に設けられた磁性を有する発熱層と、を有する。そして、該発熱層は、キュリー点が概ね定着温度に設定され、高周波誘導加熱装置に高周波電源により高周波電圧が印加されたとき発熱する。
【０００４】
この定着装置では、高周波誘導加熱装置により接着剤中に含有された強磁性体がキュリー点に達する迄瞬時に昇温し、キュリー点に達すると磁性を失うことにより、昇温せず、一定の温度を保持する。この強磁性体のキュリー点は概ね定着温度に設定されているので、強磁性体は概ね定着温度に保持される。したがって、定着装置として要求される定着ローラ表面の高離型性、耐熱性等を損なうことなく、また複雑な制御装置を必要とすることなく、定着ローラの立ち上がり時間の短縮及び高精度の温度制御を行なうことができる。
【０００５】
この定着ローラの一例として、最も内側に円筒状の消磁層（芯金）を備え、該消磁層の外側に順次、空気による断熱層、整磁層、発熱層、表層である離型層などを備えたタイプのものがある。ここに、整磁層とは、発熱層で発生した熱を伝熱する整磁合金ないしは整磁合金層を云い、前述の急速昇温と一定温度保持の機能を実現している。
【０００６】
【特許文献１】特許２９７５４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、定着ローラ（発熱体）を加熱制御するには、誘導加熱コイルへの通電を制御する必要がある。この通電制御には、定着ローラの温度を検知し、その検知温度に応じて、誘導加熱コイルへの通電をスイッチング素子によりオン・オフ制御することにより行っている。従来は、この通電制御を、オン・オフのデューティ比を可変制御することにより行っていた。
このデューティ比を可変制御する方式では、発熱層の発熱量を増加させるには印加するピーク電流を高くする必要があるので、図１５に示すように、オン時間を長くしなければならない。しかし、これでは高周波の周波数が低下してしまう。
【０００８】
この周波数の低下は、下記の式１に示すように、金属（整磁層）への浸透深さが深くなる現象をもたらす。通常の発熱層では、浸透深さが深くなっても金属に発生する渦電流はそれほど変化しないが、整磁層では浸透深さが整磁層の厚みを超えると、渦電流が減少し発熱量が急激に低下する。その結果、例えば、本来１８０℃で「所定の機能」（下記の注記参照）をさせたいにも関わらず、周波数が低下すると、例えば１６０℃から前記所定の機能を発揮していた。
注記：所定の機能とは、整磁層がキュリー点に達する迄瞬時に昇温し、キュリー点に達すると磁性を失うことにより、昇温せず、一定の温度を保持する機能をいう。この整磁層の存在により、発熱層等の過熱が防止される。
【０００９】
金属への浸透深さδ＝50300√ρ/fμ・・・式１
ここに、ρ：金属の体積抵抗率（Ω・ｍ）、μ：金属の比透磁率、ｆ：交番電流の周波数（Ｈｚ）、である。
【００１０】
また、定着ローラの発熱層と整磁層とを、高周波電圧により誘導加熱コイルを介して加熱する場合に、従来は発熱層と整磁層とを同時に加熱していた。この加熱の際に、図１５に示したように、オフ時間一定でオン時間を長くすると磁束の浸透深さが深くなるので、当初は発熱層が十分に発熱するものの、発熱した整磁層により磁束が抜けてしまい、発熱層の温度上昇が鈍るという問題点があった。
【００１１】
本発明は上記の問題を解決すべくなされたものであり、発熱層と整磁層とを備えた発熱体を加熱する際に、所望の温度まで急速昇温させ、その後はその所望温度を保持することが可能な電源装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために請求項1記載の発明は、コイル（図６の２ａ）とコンデンサ（Ｃ１など）とからなり、高周波電圧を発振する発振回路と、前記コイルの近傍に配置され、前記高周波電圧に基づく前記コイルからの誘導磁界により渦電流が発生され、該渦電流により発熱する整磁金属を含む第１の発熱体（図３の発熱層３Ｅ、整磁層３Ｃ）と、前記コイルへの通電をオン・オフ制御するスイッチング手段（図６のスイッチング素子１０１）と、前記オン・オフ制御のオン・オフデューティ比を可変制御するデューティ比可変制御手段（１０２）とを備え、
該デューティ比可変制御手段は、前記スイッチング手段による通電時のオン時間を変更以前と同一にすると共に、オフ時間を前記変更以前より短く通電制御することを特徴とする（図１２（Ｂ）参照）。
なお、コイル（図６の２ａ）のようにカッコ内に回路素子などを記したのは、実施形態との対応関係を、参考のために記したものである。
【００１３】
以上の構成およびその作用を図示すると、図３、図６、図１２（Ｂ）に示すようになる。そして、図１２（Ｂ）に示すように、デューティ比可変制御手段が、スイッチング手段による通電時のオン時間を変更以前と同一にすると共に、オフ時間を前記変更以前より短く通電制御すれば、スイッチング周波数は低下しないので、第１の発熱体への磁界の浸透深さは深くならず、第１の発熱体の発熱を継続することができる。従って、急速に昇温させることができる。
また、オン時間は以前のままでオフ時間を短くしているので、コイルに加わる平均電力は大きくなる。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、コイルとコンデンサとからなり、高周波電圧を発振する発振回路と、前記コイルの近傍に配置され、前記高周波電圧に基づく前記コイルからの誘導磁界により渦電流が発生され、該渦電流により発熱する整磁金属と前記誘導磁界を透過せしめる消磁層（図３の消磁層３Ａ）とを含む第２の発熱体（消磁層３Ａ、発熱層３Ｅ、整磁層３Ｃ）と、前記コイルへの通電をオン・オフ制御するスイッチング手段と、前記オン・オフ制御のオン・オフデューティ比を可変制御するデューティ比可変制御手段とを備え、
該デューティ比可変制御手段は、前記スイッチング手段による通電時のオン時間を変更以前と同一にすると共に、オフ時間を前記変更以前より短く通電制御することを特徴とする。
このようにすれば、発熱体が消磁層を含む場合にも、請求項１の効果を発揮することができる。
【００１５】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の電源装置において、前記第１または第２の発熱体の温度を検出する温度検出手段（図６の１０３）と、前記第１または第２の発熱体の目標温度として設定した温度と、前記温度検出手段が検出した温度とをPID制御し、該PID制御の出力が増加した場合には、前記第１または第２の発熱体を加熱するべく前記デューティ比可変制御手段を制御するPID制御手段（制御部１０４）とを備えたことを特徴とする。
このようにすれば、PID制御により、目標温度まで急速に昇温させ、目標温度に達したらその温度を維持させることができる。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の電源装置において、前記PID制御手段は、加熱開始後に加熱量を上げるべく制御することを特徴とする。
このようにすれば、発熱体を急速昇温させることが可能となる。
【００１７】
また、請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電源装置において、
前記コンデンサは容量の切替えが可能であり、前記デューティ比可変制御手段により前記オフ時間を短くした場合に、前記容量切替えの容量を小さく制御することを特徴とする。
このようにすれば、共振コンデンサの容量を小さくすることでＶceの幅が短くなる（Ｖceのピーク電圧は高くなる）ので、オフ時間を短くしても共振状態を維持できるようになる。
【００１８】
また、請求項６記載の発明は、請求項１または請求項２記載の電源装置において、前記デューティ比可変制御手段により、前記スイッチング手段による通電時のオン時間を変更以前と同一にすると共に、オフ時間を前記変更以前より短く通電制御した後、オフ時間を一定にしてオン時間を長くすることを特徴とする。
このようにすれば、コンデンサ切替え前後で定電力投入時の周波数を比較すると、コンデンサの容量の切替え以前より周波数が高くなるため、整磁層の浸透深さが浅くなり発熱しやすくなる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の発明によれば、デューティ比可変制御手段が、スイッチング手段による通電時のオン時間を変更以前と同一にすると共に、オフ時間を前記変更以前より短く通電制御すれば、スイッチング周波数は低下しないので、第１の発熱体への磁界の浸透深さは深くならず、第１の発熱体の発熱を継続することができる。従って、急速に昇温させることができる。
また、オン時間は以前のままでオフ時間を短くしているので、コイルに加わる平均電力は大きくなる。
【００２０】
請求項２記載の発明によれば、発熱体が消磁層を含む場合にも、請求項１の効果を発揮することができる。
請求項３記載の発明によれば、PID制御により、目標温度まで急速に昇温させ、目標温度に達したらその温度を維持させることができる。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、発熱体を急速昇温させることが可能となる。
請求項５記載の発明によれば、共振コンデンサの容量を小さくすることでＶceの幅が短くなるので、オフ時間を短くしても共振状態を維持できるようになる。
請求項６記載の発明によれば、コンデンサ切替え前後で定電力投入時の周波数を比較すると、コンデンサの容量の切替え以前より周波数が高くなるため、整磁層の浸透深さが浅くなり発熱しやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を図示の実施の形態に基いて説明する。
この説明では、＜本発明を適用可能な画像形成装置の説明＞、＜前記画像形成装置を構成する定着装置の説明＞、＜第１の実施の形態の説明＞、＜第２の実施の形態の説明＞の順に説明する。
【００２３】
＜本発明を適用可能な画像形成装置の説明＞
図１は、本発明の電源装置が適用される画像形成装置ＧＫを示す断面図である。もちろん本発明は、図１に示したタイプの装置には限定されず、また単一色画像を作成するものだけでなく、カラー画像を形成するものをも対象とする。更には、画像形成装置以外の各種装置にも適用可能である。
【００２４】
図示の画像形成装置ＧＫは、像担持体の一例であってドラム形状を有する回転体である電子写真感光体（以下、単に感光体という）４１を備え、この感光体４１の周りに、図中に矢印で示す回転方向に順次、帯電ローラからなる帯電装置４２、露光手段の一部を構成するミラー４３、現像ローラ４４ａを備えた現像手段４４、転写紙、記録紙等のシート状の記録材Ｐに現像された画像（トナー像）を転写する転写装置４８、感光体４１の周面に摺接するブレード４６ａを具備したクリーニング手段４６等が配置してある。そして、帯電装置４２と現像ローラ４４ａとの間において、感光体４１にはミラー４３を介して露光光Ｌｂを露光照射して走査するようになっている。この露光光Ｌｂの照射位置を露光部５１と称する。
【００２５】
転写装置４８が感光体４１の下面と対向する部位は、記録材Ｐにトナー像が転写される公知の転写部４７となっており、この転写部４７より給紙方向上流側には一対のレジストローラ４９が設けてある。これらレジストローラ４９には、何れかの給紙トレイ４０に収納した転写紙等のシート状の記録材Ｐが、給紙コロ群５０のコロによって送り出され、搬送ガイドおよび搬送ローラ群（符号を付していない）に案内されながら搬送されてくるようになっている。また、転写部４７より給紙方向下流の位置には、定着装置２０が配置してあり、定着装置２０より給紙方向下流側には両面記録実行時に転写紙の表裏を反転させ記録済みの紙面を下向きにして転写部４７に再給紙する自動両面装置３９が配置してある。
【００２６】
この画像形成装置ＧＫによる画像形成は、概ね次のようにして行なう。まず装置上部側では、感光体４１が回転を始め、この回転中に感光体４１が暗中において帯電装置４２により均一に帯電され、作成すべき画像に対応する露光光Ｌｂが露光部５１に照射および走査されることで、作成すべき画像に対応した潜像が感光体４１上に形成される。この潜像は感光体４１の回転により現像装置４４に近接したとき、ここでトナーにより可視像（顕像）化されて、感光体４１に担持されたトナー像となる。
【００２７】
一方、装置下部側では、何れかの給紙トレイ４０の給紙コロ群５０により、複数の給紙トレイ４０のうちいずれか一つから記録材Ｐを呼び出し、例えば図中に破線で示すような所定の搬送経路を経て一対のレジストローラ４９の位置まで搬送し、ここで一旦停止させ、感光体４１上のトナー像が転写部４７で記録材Ｐの所定位置に対向するようなタイミングで送り出す。すなわち、好適なタイミングが到来すると、レジストローラ４９の位置で停止していた記録材Ｐをレジストローラ４９で送り出し、転写部４７に向けて搬送する。
【００２８】
感光体４１上のトナー像とこのトナー像が転写されるべき記録材Ｐの所定位置とは、その位置が転写部４７で合致し、転写部材４８による電界により、トナー像は記録材Ｐ上に吸引され転写される。こうして感光体４１周りの画像形成部でトナー像を転写され担持した記録材Ｐは、定着装置２０に向けて送り出される。そして、記録材Ｐ上のトナー像が、定着装置２０を通過する間に加熱、加圧されて記録材Ｐに定着された後、記録材Ｐは排紙部に排紙される。
【００２９】
また、記録材Ｐの両面に画像形成をする場合、図示しない分岐爪により自動両面装置３９に排紙された記録材Ｐが、自動両面装置３９でスイッチバック反転され、レジストローラ４９の手前の搬送経路に搬送される。
なお、転写部４７で転写されずに感光体４１上に残った残留トナーは、感光体４１の回転と共にクリーニング装置４６に至り、このクリーニング装置４６を通過する間に感光体４１上から清掃・除去され、次の画像形成に移行可能となる。
【００３０】
＜前記画像形成装置ＧＫを構成する定着装置の説明＞
定着装置は、詳細は後述するが、一対のローラを採用した定着方式を採用した構成である。このため、定着装置には、定着ローラを加熱するための熱源を備え、この定着ローラに加圧ローラが当接、押圧している。
【００３１】
図２は、図１に示した画像形成装置ＧＫに用いるローラ方式の定着装置の概念的構成の断面図である。図２において、２は磁束発生部、３は発熱回転体である定着ローラ、４は加圧回転体である加圧ローラ、Ｐは記録材、Ｔは記録材Ｐ上に載ったトナーである。
なお、図示例の定着装置は、磁束発生部２が備えるコイル２ａを誘導加熱回路であるインバータ（図示せず）により高周波駆動することによって高周波磁界を発生させる。そして、この高周波磁界により、主に金属性の定着ローラ３に渦電流が流れるようにしてローラ温度を上昇させている。図中、２ｂは足コア、２ｃはセンターコア、２ｄはアーチコアであり、コイル２ａはアーチコア２ｄと定着ローラ３の間に位置している。
【００３２】
図３は、定着ローラ３の一部を拡大した断面図である。定着ローラ３は、直径が例えば４０ｍｍで、最も内側に消磁層（芯金）３Ａを備え、その外側に、矢印で示すように記録材Ｐの画像面側に向かって、空気による断熱層３Ｂ、整磁層３Ｃ、酸化防止層３Ｄ１、発熱層３Ｅ、酸化防止層３Ｄ２、弾性層３Ｆ、そして表層である離型層３Ｇから構成してある。
【００３３】
消磁層３Ａには例えばアルミニウムまたはその合金、空気による断熱層３Ｂは例えば５ｍｍ程度の間隙とする。整磁層３Ｃには公知かつ適宜の整磁合金（例えば厚さ５０μｍ）、酸化防止層３Ｄ１、３Ｄ２にはニッケルストライクメッキ（例えば厚さ１μｍ以下）、発熱層３ＥにはＣｕメッキ（例えば厚さ１５μｍ）、弾性層３Ｆにはシリコーンゴム（例えば厚さ１５０μｍ）、そして、離型層３ＧにはＰＦＡ（厚さ３０μｍ）が用いられる。すなわち、整磁層３Ｃから離型層３Ｇの表面までの厚さは例えば２００〜２５０μであるが、ただし、これらはすべて一例である。
【００３４】
整磁層３Ｃは、キュリー点が例えば１００〜３００℃になるように形成された磁性体（例えば鉄、ニッケルを含む整磁合金材料）からなり、加圧ローラ４の押圧により変形しニップを形成するように構成してある。この整磁層３Ｃの存在により、発熱層３Ｅ等の過熱が防止される。また、定着ローラ３側が凹形状となるニップを形成しやすいため、記録材Ｐの分離性を優れたものとし得る。なお、もちろん、加圧ローラ４の押圧により変形するのは、図示の例では芯金３Ａ以外の、整磁層３Ｃ〜離型層３Ｇである。
【００３５】
図４（Ａ）は、定着ローラ３の断面図であり、太目の実線の矢印はコイル２ａからの誘導磁束、細目の実線の矢印は渦電流を示し（図４（Ｃ）参照）、整磁層３Ｃを構成する整磁合金層の温度Ｔがキュリー温度Ｔｃ未満のため、整磁層３Ｃを構成する整磁合金が磁性体のままであり、コイル２ａが発生させた誘導磁束が整磁層３Ｃを非透過あるいは断熱層３Ｂを非透過となっている状態を示す。すなわち、キュリー点未満で整磁層３Ｃが磁束を透過させず、誘導磁束が芯金３Ａに届いていない状態を示している。
【００３６】
一方、図４（Ｂ）は、同じく定着ローラ３の断面図であり、誘導磁束が整磁層３Ｃ、断熱層３Ｂを透過して消磁層（芯金）３Ａに届いている状態を示している。図中点線の矢印は、アルミニウムまたはその合金製の消磁層３Ａからの誘導磁束である（図４（Ｃ）参照）。すなわち、整磁層３Ｃを構成する整磁合金層の温度Ｔがキュリー温度Ｔｃより高いため、整磁層３Ｃを構成する整磁合金の磁性が失われて非磁性体となり、断熱層３Ｂの存在にもかかわらず、誘導磁束が消磁層（芯金）３Ａに届いている状態を示している。
【００３７】
すなわち、磁性体（上述した発熱層の機能をも含む）である整磁層３Ｃはキュリー点に達するまではほぼ瞬時に昇温し、キュリー点に達すると磁性を失い、したがって昇温しなくなり、一定の温度を保持する。したがって、整磁層３Ｃをなす素材のキュリー点が、この種の定着装置において現れる温度である１００〜３００℃になるように形成した磁性体で構成しておけば、定着ローラ３の発熱層３Ｅや消磁層（芯金）３Ａが過熱することが無くなり、概ね定着温度に保持できるようになり、定着ローラ３表面における高い離型性と耐熱性等とを損なわず、また複雑な制御を必要としなくなる。
【００３８】
図５は、透磁率の温度依存性を示す図である。図中△は各温度における透磁率を示し、透磁率は設定温度を超えると急激に低下することが分かる。
【００３９】
なお、整磁層３Ｃが単層の場合に変形可能な条件としては、例えば材料が鉄、ニッケルを含む合金であり、厚みが１５０μｍ以下であり、この条件が整えば整磁層３Ｃを確実に変形させることができる。整磁層３Ｃは、例えば変形可能な基層上にメッキにより磁性材層を形成して構成しても良い。整磁層３Ｃを確実に変形させ、かつ整磁層３Ｃの破断が低減し得る。
【００４０】
また、定着ローラ３の整磁層３Ｃの内側に設ける断熱層３Ｂは、整磁層３Ｃよりも熱伝導率の悪い材料から構成することが好ましい。これにより、発熱層３Ｅによる熱効率が向上する。断熱層３Ｂは、整磁層３Ｃより熱伝導率の悪い発泡シリコーンゴム等の材料（熱伝導率は０．１Ｗ／ｍＫ）の層でも良いが、整磁層３Ｃの熱伝導率が例えば１１Ｗ／ｍＫであれば、例えば図示例のように、空気層等その他の断熱層であっても採用できる。
なお、断熱層３Ｂには弾性体を含んでも、含まなくてもいずれでも良い。ただし、弾性体を含むようにすれば、加圧ローラ４による押圧力（ニップ圧）を大きくすることができるので、定着性が優れるものとすることができる。
【００４１】
また、本実施の形態において、断熱層３Ｂの厚みは１０ｍｍ以下程度とするか、あるいは磁束の強さ等の関係式から適当な厚さを導くかして形成することが好ましい。整磁層を透過した磁束が、確実に導電体に通過することが望ましいからである
【００４２】
また、定着に用いる発熱回転体としては、ローラ、スリーブ、ベルトの何れでも良く、整磁層が発熱層と別体の場合、整磁層は発熱層に対して固定されてもよく、固定されていなくてもよい。後者の場合、ベルトやスリーブが発熱層を有しローラが整磁層を有してもよい。
【００４３】
＜第１の実施の形態の説明＞
図６は本実施形態の回路構成図、図７は励磁コイル側と加熱ローラ（定着ローラ）側の等価回路図、図８は高周波電圧印加時における加熱ローラ側の等価回路の模式図、図９は整磁合金の温度−透磁率特性を示す図、図１０は本実施形態の動作フローチャート、図１１は本実施形態の波形図、図１２（Ａ），（Ｂ）は誘導加熱コイルに印加するスイッチング波形を示す図であって、（Ａ）は従来例の場合、（Ｂ）は本実施形態の場合である。
【００４４】
図６の本実施形態の回路構成（加熱ローラの電源回路ＫＤ）に示すように、加熱ローラ３の近傍に配置したコイル２aの両端には第１のコンデンサＣ1が接続され、さらにコイル２aの両端にはスイッチＳＷ１を介して第２のコンデンサＣ2が接続されている。スイッチＳＷ１は、例えばリレーの接点からなり、画像形成装置ＧＫの電源オンによりスイッチＳＷ１もオンになる。
【００４５】
コイル２aの一端にはスイッチング素子（トランジスタ）１０１のコレクタが接続され、スイッチング素子１０１のエミッタは接地されている。スイッチング素子１０１のベースには、デューティ比可変制御部１０２が接続されている。
Ｉcはコレクタ電流、Ｖceはコレクタ・エミッタ電圧、ＩLはコイル電流である。
【００４６】
スイッチング素子１０１のベースにはデューティ比可変制御部１０２が接続され、ベースに流す矩形波状のベース電流を可変制御することにより、スイッチング素子１０１のオン・オフ制御を行い、コイル２aに流す電流を制御する（後述）。
加熱ローラ３の近傍には温度検出部１０３が配置され、この温度検出部１０３は、例えば非接触の赤外線センサーからなる。
制御部１０４は、予め設定した目標温度（例えば、整磁層のキュリー温度）と、温度検出部１０３が検出した実際の温度とを比較してPID制御を行い、デューティ比可変制御部１０２に指令を出す。
【００４７】
図７は、励磁コイル（コイル２a）側と加熱ローラ３側の等価回路図である。励磁コイル側は、第１のインダクタンスＬ1と第１の抵抗器Ｒ1の直接接続の両端に商用電源Ｖが接続されている回路である。
加熱ローラ側は、第２のインダクタンスＬ2と第２の抵抗器Ｒ2の直列接続回路である。ＩEは加熱ローラ３に流れる渦電流、Ｍは相互インダクタンスである。
【００４８】
図８は、加熱ローラ側の高周波電圧の発振時の等価回路の模式図である。この高周波電圧ＶHは、コイル２aと第１・第２のコンデンサＣ1・Ｃ2とが構成する並列共振回路（図６参照）から発振される。
ＳＷ２は、キュリー温度（図４、図５参照）による整磁合金３Ｃのスイッチング作用を、模式的に表したスイッチである。そして、キュリー温度以下ではＳＷ２はオンになっていて高周波電圧ＶHの印加により流れる渦電流ＩEは多くなり、発熱抑制は無い（図４（Ａ）参照）。逆にキュリー温度以上ではＳＷ２はオフになり、渦電流ＩEは少なくなり、発熱が抑制される（図４（Ｂ）参照）。
このスイッチＳＷ２のスイッチング作用により、発熱層３Ｅの発熱上昇および発熱抑制が制御される。
【００４９】
図９は、整磁合金の温度−透磁率特性を示す図である。図９に示すように、加熱ローラ３を加熱後、時間が経過するにつれ発熱層３Ｅおよび整磁合金３Ｃの温度が上昇する。その温度がキュリー温度（キュリー点、＊１）を上回ると、整磁合金３Ｃの透磁率μが急激に低下し、昇温が抑制される。その結果、発熱層３Ｅおよび整磁合金３Ｃを含む加熱ローラ３の温度が、例えば約１８０℃に精密に制御される（図５参照）。
【００５０】
次に、図１０〜図１２を参照しつつ、本実施形態の動作を説明する。
図１０に示すように、ステップＳ１において、画像形成装置ＧＫの電源スイッチ（図示省略）の投入により、デューティ比の初期設定とスイッチＳＷ１をオンにする初期設定が行われる（図６参照）。ここに、デューティ比の初期設定は、制御部１０４の設定指示によりデューティ比可変制御部１０２に対して行われる。デューティ比は、例えば図１１（Ａ）に示すコレクタ・エミッタ電圧Ｖceのスイッチング波形（矩形波）のように、設定される。
【００５１】
次いで、コレクタ電流Ｉcとコレクタ・エミッタ電圧Ｖceとが、重なったか否かの判断が行われる（ステップＳ２）。ここに、コレクタ電流Ｉcとコレクタ・エミッタ電圧Ｖceとが重なった状態とは、例えば図１１（Ｂ）に示した状態をいい、重なっていない状態とは、図１１（Ａ）に示した状態をいう。
図１１（Ａ）では、○印で示したように、ОＦＦの期間にコレクタ・エミッタ電圧Ｖceが０Ｖになっている。図１１（Ｂ）では、○印で示したように、Ｖceが０Ｖになる前にＰＷＭ信号（図のスイッチング波形）がОＮしてしまうと、コレクタ電流Ｉcが流れてしまい、ＶceとＩcとが重なってしまう。
【００５２】
コレクタ電流Ｉcとコレクタ・エミッタ電圧Ｖceとが重なっていなければ（図１１（Ａ）の状態、ステップＳ２：ＮＯ）、目標温度の設定が行われる（ステップＳ４）。ここに、目標温度は、整磁合金のキュリー温度の例えば１８０℃であり、制御部１０４によるPID制御により行われる。更に、画像形成装置ＧＫの制御部（図示省略）による、割り込み処理により最大電力の設定が行われる（ステップＳ５）。加熱ローラの電源回路ＫＤに供給可能な最大電力は、画像形成装置ＧＫの全体に要する電力に基づいて決定される。
【００５３】
次いで、温度検出部１０３が検出した加熱ローラ３の温度に基づき（ステップＳ６）、制御部１０４は目標温度（この場合は１８０℃）になったか否かを判断し、目標温度になっていれば（ステップＳ７：ＹＥＳ）、スタートにリターンする。目標温度になっていなければ（ステップＳ７：ＮＯ）、制御部１０４はデューティ比可変制御部１０２を制御し、オン時間を一定にしたままオフ時間を短くし（図１２（Ｂ）参照）、デューティ比率のオフ比率を下げ（ステップＳ８）、ステップＳ２に戻る。
【００５４】
即ち、［発明が解決しようとする課題］で説明したように、発熱層３Ｅの発熱量を増加させるには印加するピーク電流を高くする必要があるので、従来は図１２（Ａ）に示すように、オン時間を長くしていた。しかし、これでは高周波の周波数が低下してしまう。
この周波数の低下は、整磁層３Ｃへの浸透深さが深くなり、浸透深さが整磁層３Ｅの厚みを超えると、渦電流が減少し発熱量が急激に低下する。
しかし、本実施形態では図１２（Ｂ）に示すように、スイッチング波形のオン時間は従来と同一にしたままオフ時間を短くして（オン比率を増加させて）いるので、高周波の周波数を低下させることがなく、従って渦電流の減少による発熱量の低下を起こさなくすることができる。また、オン時間は以前のままでオフ時間を短くしているので、コイル２aに加わる平均電力は大きくなる。
【００５５】
前記ステップＳ２において、オフ時間の幅でコレクタ・エミッタ電圧Ｖceの電圧が０Ｖとなる場合は、オフ時間だけを短くするとコレクタ電流ＩcとVceが重なるようになり(図１１（Ａ）のオフ時間を短くした場合、図１１（Ｂ）になる)、共振状態を維持できなくなる。そこで、スイッチＳＷ１をオフにして第１・第２のコンデンサＣ1とＣ2の並列接続を解除し、コイル２aに並列接続されるコンデンサを第１のコンデンサＣ1のみにする。このようにすれば、共振コンデンサの容量を小さくすることでVceの幅が短くなる（Vceのピーク電圧は高くなる）ので、オフ時間を短くしても共振状態を維持できるようになる。
【００５６】
＜第２の実施の形態の説明＞
図１３および図１４を参照しつつ、本実施形態を説明する。
図１３は磁束の浸透深さの深・浅に応じた銅（発熱層）と整磁合金の時間−温度特性であり、図１４は本実施形態の動作フローチャートである。
本実施形態は、磁束の浸透深さを意図的に制御することにより、目的の温度まで昇温させる時間を短縮し、且つ発熱層の過熱防止を目的とする。
【００５７】
図１３に示すように、(a)の場合には、整磁合金（整磁層３Ｃ）が加熱されないので、アルミニウム層（消磁層３Ａ）へ磁束が抜けない（図４参照）。(b)の場合には、整磁合金にまで磁束が抜けると、整磁合金も加熱されて透磁率μが下がり、アルミニウム層へ磁束が抜け易くなる。
【００５８】
次に、図１４を参照しつつ、本実施形態の動作を説明する。
なお、図１４において、ステップＳ１１〜Ｓ１３，Ｓ１７〜Ｓ２０は、それぞれ図１０のステップＳ１〜Ｓ３，Ｓ４〜Ｓ７と同じ動作を行う。
図１４に示すように、ステップＳ１１において、画像形成装置ＧＫの電源スイッチ（図示省略）の投入により、デューティ比の初期設定とスイッチＳＷ１をオンにする初期設定が行われる（図６参照）。
【００５９】
次いで、コレクタ電流Ｉcとコレクタ・エミッタ電圧Ｖceとが、重なったか否かの判断が行われる（ステップＳ１２）。コレクタ電流Ｉcとコレクタ・エミッタ電圧Ｖceとが重なっておらず（ステップＳ１２：ＮＯ）、温度の立上げ中であれば（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、オン時間一定でオフ時間を変化させる（図１２（Ｂ）参照）（ステップＳ１５）。この時、加熱量を増加させたい場合には、オフ時間を短くする。
【００６０】
次いで、制御部１０４により目標温度（例えば、１８０℃）の設定が行われ（ステップＳ１７）、割り込み処理により最大電力の設定が行われる（ステップＳ１８）。さらに、温度検出部１０３が検出した加熱ローラ３の温度に基づき、制御部１０４は目標温度になったか否かを判断し、目標温度になっていれば（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、スタートにリターンする。目標温度になっていなければ（ステップＳ２０：ＮＯ）、制御部１０４はデューティ比可変制御部１０２を制御し、オン時間を一定にしたままオフ時間を短くし（図１２（Ｂ）参照）、デューティ比率のオフ比率を下げ（ステップＳ２１）、ステップＳ１２に戻る。
【００６１】
ステップＳ１４において、温度の立上げ中でなければ（ステップＳ１４：ＮＯ）、オフ時間を一定にしてオン時間を変化させる（図１２（Ａ）参照）（ステップＳ１６）。この時、加熱量を増加させたい場合には、オン時間を長くする。
【００６２】
ステップＳ１２において、コレクタ電流Ｉcとコレクタ・エミッタ電圧Ｖceとが重なった場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、スイッチＳＷ１をオフにして第１・第２のコンデンサＣ1とＣ2の並列接続を解除し、コイル２aに並列接続されるコンデンサを第１のコンデンサＣ1のみにする。このようにすれば、第１の実施形態で説明したのと同様に、共振コンデンサの容量が小さくなり、共振状態を維持できる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
なお、前記実施形態では複写機の定着装置に本発明を適用する場合を説明したが、整磁合金を用いた電磁誘導加熱方式の加熱装置（例えば、電磁調理器）であれば、本発明を適用可能なのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の電源装置が適用される画像形成装置の断面図である。
【図２】同画像形成装置に用いるローラ方式の定着装置の概念的構成の断面図である。
【図３】同定着装置に用いる定着ローラの一部を拡大した断面図である。
【図４】同定着ローラの断面図であって、（Ａ）はコイルからの誘導磁束と渦電流を示す図、（Ｂ）は誘導磁束が整磁層、断熱層を透過して芯金に届いている状態を示す図、（Ｃ）は図中の各種矢印の名称を示す図である。
【図５】透磁率の温度依存性を示す図である。
【図６】本発明の実施形態の電源装置の回路構成図である。
【図７】同実施形態における励磁コイル側と加熱ローラ側の等価回路図である。
【図８】同実施形態における加熱ローラ側の等価回路図である。
【図９】整磁合金の温度−透磁率特性を示す図である。
【図１０】同第１の実施形態の動作フローチャートである。
【図１１】同第１の実施形態の動作波形図であって、（Ａ）はコレクタ・エミッタ電圧Ｖceとコレクタ電流Ｉcが重ならない図、（Ｂ）はＶceとＩcとが重なった図、（Ｃ）はコイル電流の図、（Ｄ）は渦電流の図である。。
【図１２】同第１の実施形態におけるスイッチング波形を示す波形図であって、（Ａ）は従来例（比較例）の場合、（Ｂ）は第１の実施形態の場合である。
【図１３】同第２の実施形態における磁束の浸透深さの深・浅に応じた銅（発熱層）と整磁合金の時間−温度特性図である。
【図１４】同第２の実施形態の動作フローチャートである。
【図１５】従来例のスイッチング波形図である。
【符号の説明】
【００６５】
ＧＫ：画像形成装置
ＫＤ：加熱ローラの電源回路
Ｃ1：第１のコンデンサ
Ｃ2：第２のコンデンサ
ＳＷ１：第１のスイッチ
ＳＷ２：第２のスイッチ
２：磁束発生部
２ａ：コイル
３：定着ローラ（加熱ローラ）
３Ａ：消磁層（芯金）
３Ｂ：断熱層
３Ｃ：整磁層
３Ｄ１、３Ｄ２：酸化防止層
３Ｅ：発熱層
３Ｆ：弾性層
３Ｇ：離型層
２０：定着装置
１０１：スイッチング素子
１０２：デューティ比可変制御部
１０３：温度検出部
１０４：制御部（PID制御）
【図１】
2009042596.tif 000003
【図２】
2009042596.tif 000004
【図３】
2009042596.tif 000005
【図４】
2009042596.tif 000006
【図５】
2009042596.tif 000007
【図６】
2009042596.tif 000008
【図７】
2009042596.tif 000009
【図８】
2009042596.tif 000010
【図９】
2009042596.tif 000011
【図１０】
2009042596.tif 000012
【図１１】
2009042596.tif 000013
【図１２】
2009042596.tif 000014
【図１３】
2009042596.tif 000015
【図１４】
2009042596.tif 000016
【図１５】
2009042596.tif 000017