(57)【要約】【課題】電磁誘導加熱電源に入力される電力検出を迅速に行うことにより、電磁誘導コイルに出力される電力を迅速かつ安定的に制御する。【解決手段】電磁誘導発熱層を有する加熱ローラ４１に加圧ローラ４２が圧接して形成された定着ニップを記録シートが通過する間に、電磁誘導加熱電源から出力される高周波電力によって電磁誘導コイル４３を励磁し、電磁誘導発熱層を発熱させて、記録シート上の未定着トナー像を定着させる。電磁誘導加熱電源は、交流電力を整流して得られた電力がグランドレベルとなるゼロクロスタイミングを検出し、ゼロクロスタイミングから予め設定された所定の経過時間における瞬時値を検出し、瞬時値に基づいて交流電力の実効電力値を算出し、算出された実効電力値と、加熱ローラ４１表面の温度によって決定された目標電力値とに基づいて、出力電力が目標電力値になるように制御する。【選択図】  図２
2010181633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導発熱層を有する回転体によって形成された定着ニップを記録シートが通過する間に、電磁誘導コイルが生成する磁束によって前記電磁誘導発熱層を発熱させて当該記録シート上の未定着画像を熱定着する定着装置であって、
商用電源の交流電力を整流した後に、スイッチング手段にて高速スイッチングして高周波電力を生成し、生成された高周波電力を前記電磁誘導コイルに出力する電磁誘導加熱電源と、
前記回転体の表面温度を検出する温度検出手段と、
当該温度検出手段によって検出される温度に基づいて前記電磁誘導加熱電源から前記電磁誘導コイルに出力される高周波電力の目標値を決定する出力電力決定手段と、を備え、
前記電磁誘導加熱電源は、
前記商用電源の交流電力におけるゼロクロスタイミングから予め設定された所定の経過時間における当該交流電力の瞬時値に基づいて、当該交流電力に関する情報を検出する電力検出部と、
前記情報に基づいて、前記スイッチング手段により生成される高周波電力が前記出力電力決定手段にて決定された目標値になるように、当該スイッチング手段を制御する誘導加熱電源制御部と、
を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記経過時間は、前記交流電力の１／４周期に相当する時間であ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】
前記電力検出部は、前記交流電力の電圧または電流に基づいて前記ゼロクロスタイミングを検出し、前記誘導加熱電源制御部は、前記ゼロクロスタイミングから予め設定された所定の経過時間において検出された瞬時電圧値または瞬時電流値に基づいて前記瞬時値を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記電力検出部は、前記瞬時値に基づいて、前記交流電力の実効電力値を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記電力検出部は、前記実効電力値Ｗ０を、Ｗ０＝ｋ・Ｐ（但し、Ｐは前記瞬時値、ｋは予め設定された係数）によって算出す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】
前記誘導加熱電源制御部は、前記電力検出部にて算出される複数の瞬時値のそれぞれに基づいて算出された前記実効電力値を平均化処理することを特徴とする請求項４または５に記載の定着装置。
【請求項７】
前記誘導加熱電源制御部は、前記平均化処理を予め設定された所定の時間にわたって実行す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】
前記誘導加熱電源制御部は、前記平均化処理の実行の要否を、前記温度検出手段にて検出される温度に基づいて決定することを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
【請求項９】
前記誘導加熱電源制御部は、前記平均化処理を実行する場合に、前記温度検出手段にて検出される温度が高温になるほど、前記平均化処理の実行時間を長くすることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記誘導加熱電源制御部は、前記平均化処理の実行の要否を、前記出力電力決定手段にて決定された高周波電力の目標値に基づいて決定することを特徴とする請求項６または７に記載の定着装置。
【請求項１１】
前記誘導加熱電源制御部は、前記平均化処理を実行する場合に、前記出力電力決定手段にて決定される高周波電力の目標値が大きく変動するほど、前記平均化処理の実行時間を長くすることを特徴とする請求項１０に記載の定着装置。
【請求項１２】
前記誘導加熱電源制御部は、前記平均化処理を予め設定された所定のサンプリング数にわたって取得される前記瞬時値の前記実効電力値に対して前記平均化処理を実行することを特徴とする請求項６〜１１のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項１３】
記録シート上に形成された未定着画像を定着部により熱定着する画像形成装置であって、
前記定着部として、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導加熱方式の定着装置およびこれを備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ等の画像形成装置に備えられる定着装置は、通常、加熱ローラまたは加熱ベルトと、加圧ローラまたは加圧ベルトとを相互に圧接することにより定着ニップを形成し、加熱ローラまたは加熱ベルトを熱源によって加熱した状態で、トナー像が形成された記録シートが定着ニップを通過する間に、当該トナー像を加熱および加圧して記録シート上に定着させている。定着装置の熱源としては、従来、ハロゲンヒータが一般的に採用されていたが、近年、ハロゲンヒータよりも急速加熱および高効率加熱が可能であって省エネルギー化を図れる電磁誘導加熱方式が注目されている。電磁誘導加熱方式として、例えば、加熱ベルトに電磁誘導発熱層を設けて、加熱ベルトの周回移動域の外側に配置された電磁誘導コイルによって加熱ベルトの電磁誘導発熱層を発熱させる構成が知られている。
【０００３】
電磁誘導加熱方式の加熱ベルトを有する定着装置では、商用で使用される交流電力をキャパシタンスによって誘導コイルと共振する高周波電流とする誘導加熱電源回路が設けられており、誘導加熱電源から出力される高周波電流を電磁誘導コイルに供給することによって、加熱ベルトに設けられた発熱層を発熱させている。誘導加熱電源は、入力される交流電力（５０または６０Ｈｚ）を整流してスイッチング素子によってスイッチングすることにより高周波電力に変換している。このような定着装置では、熱容量を最低限に抑えることができ、所望の昇温特性を確保することができる。
【０００４】
特許文献１には、電磁誘導加熱方式の定着装置において、商用交流電圧と消費電流との位相のずれによる無効電流が発生することを抑制するために、電磁誘導コイルとスイッチング素子との間の電圧を検出し、検出された電圧によって得られる電流に基づいてスイッチング素子のオン時間を制御する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２３７３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示された構成では、誘導加熱電源の入力電流に含まれる高調波電流を抑制するために、平滑コンデンサを設けることなく、５０または６０Ｈｚ交流電力を整流して得られる脈流を直接使用している。そのため、出力される高周波電力には、１００または１２０Ｈｚの大きな電力変動が生じる。また、出力される高周波電力は、電磁誘導コイル（インダクタンス）と共振コンデンサ（キャパシタンス）との共振回路に印加されるように低力率とされており、誘導加熱電源から出力される電力を正確に検出することは容易でない。
【０００７】
電磁誘導加熱電源から出力される高周波電力を正確に出力するために、電磁誘導加熱電源に入力される交流電力に基づいて、電磁誘導加熱電源から出力される高周波電力の電力値を検出することが行われている。このような電磁誘導加熱電源の一例を図１３に示す。図１３に示す電磁誘導加熱電源８０では、入力される交流電力を整流回路８１によって整流し、整流された直流電力を、電力変換回路８２において、所定のレベルになるように電力変換して平滑回路８３によって平滑した後に、平滑化された電力値を電力検出回路８４によって検出するようになっている。例えば、電磁誘導加熱電源８０に入力される交流電力が５０Ｈｚ（１サイクルが２０ｍｓ）の場合には、図１４（ａ）に示すように、整流回路８１によって、正弦波（サインカーブ）になった交流電力のマイナス側の波形をプラス側に反転させた全波整流によって得られた直流電力を電力変換回路８２によって所定レベルに電力変換した後に、図１４（ｂ）に示すように、平滑回路８３によって一定の出力レベルになるように平滑化して、平滑化された出力レベルを検出している。
【０００８】
このような構成の電磁誘導加熱電源８０では、平滑回路８３における時定数が小さい場合には、平滑回路８３によって十分に平滑化されないことによって、出力される直流電力値が変動し、電力検出回路８４における検出精度が低下するおそれがある。平滑回路８３の時定数を大きくすると、平滑回路８３から出力される直流電力の変動を抑制することができるが、平滑化に要する時間が長くなり、電磁誘導加熱電源８０に交流電力が入力されてから電力検出回路８４において電力値を検出するまでの時間が長くなるという問題がある。また、電力検出回路８４では、電磁誘導加熱電源８０に入力される交流電力における１サイクル（例えば２０ｍｓ）の電力を検出するために、回路上のキャパシタ等による遅延成分を考慮することが一般的である。従って、例えば１サイクルが２０ｍｓの場合には、少なくとも１０ｍｓの遅れで電力を検出するようになっており、これによっても、電力検出に要する時間が長くなるという問題がある。
【０００９】
画像形成装置の定着装置では、加熱ローラよりも熱容量が小さく昇温特性に優れた加熱ベルトを使用することが好ましいが、熱容量の小さな加熱ベルトを使用すると、電力変化に対する温度変化が大きいために、加熱ベルトによる定着温度の変化に対して電磁誘導コイルに印加される電力を迅速に制御する必要がある。このために、高速で温度検出できる温度検出素子を使用して加熱ベルトの定着温度を検出し、電力制御を高速で実行することが行われているが、このような温度検出素子を使用しても、電力を検出するために長時間が必要であれば、電磁誘導コイルに出力される電力制御に応答遅れが生じ、加熱ベルトを所定の定着温度になるように迅速に制御することができなくなるおそれがある。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、電磁誘導加熱電源における電力検出を迅速で行うことによって、発熱層における温度変化に追従した高速での制御が可能な定着装置およびこれを備える画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る画像読取装置は、電磁誘導発熱層を有する回転体によって形成された定着ニップを記録シートが通過する間に、電磁誘導コイルが生成する磁束によって前記電磁誘導発熱層を発熱させて当該記録シート上の未定着画像を熱定着する定着装置であって、商用電源の交流電力を整流した後に、スイッチング手段にて高速スイッチングして高周波電力を生成し、生成された高周波電力を前記電磁誘導コイルに出力する電磁誘導加熱電源と、前記回転体の表面温度を検出する温度検出手段と、当該温度検出手段によって検出される温度に基づいて前記電磁誘導加熱電源から前記電磁誘導コイルに出力される高周波電力の目標値を決定する出力電力決定手段と、を備え、前記電磁誘導加熱電源は、前記商用電源の交流電力におけるゼロクロスタイミングから予め設定された所定の経過時間における当該交流電力の瞬時値に基づいて、当該交流電力に関する情報を検出する電力検出部と、前記情報に基づいて、前記スイッチング手段により生成される高周波電力が前記出力電力決定手段にて決定された目標値になるように、当該スイッチング手段を制御する誘導加熱電源制御部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る画像形成装置は、記録シート上に形成された未定着画像を定着部により熱定着する画像形成装置であって、前記定着部として、前記定着装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の定着装置では、電磁誘導加熱電源に入力される交流電力を整流した後のゼロクロス信号から所定時間が経過した時点における瞬時値に基づいて出力電力の目標値を決定するようなっているために、整流された直流電流を平滑化することなく、高周波電力に関する情報を得ることかでき、これにより、電磁誘導発熱層が所定の定着温度になるように、電磁誘導コイルに出力すべき高周波電力を迅速に制御することができる。
【００１４】
好ましくは、前記経過時間は、前記交流電力の１／４周期に相当する時間であることを特徴とする。
好ましくは、前記電力検出部は、前記交流電力の電圧または電流に基づいて前記ゼロクロスタイミングを検出し、前記誘導加熱電源制御部は、前記ゼロクロスタイミングから予め設定された所定の経過時間において検出された瞬時電圧値または瞬時電流値に基づいて前記瞬時値を算出することを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、前記電力検出部は、前記瞬時値に基づいて、前記交流電力の実効電力値を算出することを特徴とする。
好ましくは、前記電力検出部は、前記実効電力値Ｗ０を、Ｗ０＝ｋ・Ｐ（但し、Ｐは前記瞬時値、ｋは予め設定された係数）によって算出することを特徴とする。
好ましくは、前記誘導加熱電源制御部は、前記電力検出部にて算出される複数の瞬時値のそれぞれに基づいて算出された前記実効電力値を平均化処理することを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記誘導加熱電源制御部は、前記平均化処理を予め設定された所定の時間にわたって実行することを特徴とする。
好ましくは、前記誘導加熱電源制御部は、前記平均化処理の実行の要否を、前記温度検出手段にて検出される温度に基づいて決定することを特徴とする。
好ましくは、前記誘導加熱電源制御部は、前記平均化処理を実行する場合に、前記温度検出手段にて検出される温度が高温になるほど、前記平均化処理の実行時間を長くすることを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、前記誘導加熱電源制御部は、前記平均化処理の実行の要否を、前記出力電力決定手段にて決定された高周波電力の目標値に基づいて決定することを特徴とする。
好ましくは、前記誘導加熱電源制御部は、前記平均化処理を実行する場合に、前記出力電力決定手段にて決定される高周波電力の目標値が大きく変動するほど、前記平均化処理の実行時間を長くすることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、前記誘導加熱電源制御部は、前記平均化処理を予め設定された所定のサンプリング数にわたって取得される前記瞬時値の前記実効電力値に対して前記平均化処理を実行することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る定着装置が搭載されたタンデム型カラーデジタルプリンタの全体の構成を示す概略図である。
【図２】そのプリンタに設けられた本発明の実施の形態に係る定着装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】その定着装置における電磁誘導コイルの制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】その制御系における電磁誘導加熱電源の具体的構成を示すブロック図である。
【図５】（ａ）は、電磁誘導加熱電源に設けられた整流回路から出力される直流電力の説明図、（ｂ）は電磁誘導加熱電源に設けられたゼロクロス検出回路の出力信号の説明図である。
【図６】電磁誘導加熱電源に設けられた電力検出手段の具体的構成を示すブロック図である。
【図７】電磁誘導加熱電源に設けられた実効電力算出部において検出される瞬時値の説明図である。
【図８】実効電力算出部における瞬時値の算出処理を示すフローチャートである。
【図９】定着電力決定部における設定電力値を算出するための処理を示すフローチャートである。
【図１０】誘導加熱電源制御部における制御信号を生成する処理のフローチャートである。
【図１１】誘導加熱電源制御部において実行される実効電力値の平均化処理のフローチャートである。
【図１２】誘導加熱電源制御部における制御信号を生成する際に使用される全体装置条件テーブルの一例である。
【図１３】従来の電磁誘導加熱電源における入力される交流電力の検出するための構成を示すブロック図である。
【図１４】（ａ）は、交流電力の検出するために設けられた整流回路から出力される直流電力の説明図、（ｂ）は、平滑回路の出力信号の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る定着装置および画像形成装置の実施の形態を、タンデム型カラーデジタルプリンタ（以下、単に「プリンタ」という。）を例にして説明する。図１は、プリンタ１の全体の構成を示す概略図である。同図に示すように、プリンタ１は、周知の電子写真方式により画像を形成するものであり、トナー画像を形成する画像プロセス部１０と、トナー画像が転写される記録シートＳを搬送するシート搬送部３０と、記録シートＳに転写されたトナー像を定着させる定着装置４０とを備えており、ネットワーク（例えばＬＡＮ）に接続された外部の端末装置（不図示）からの印刷（プリント）ジョブの実行指示を受け付けると、その指示に基づいてイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の各色からなるカラーのトナー画像を記録シートＳ上に形成する。
【００２１】
画像プロセス部１０は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のそれぞれのトナーによってトナー画像を形成する画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、各画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋにて形成されたトナー画像が転写される中間転写ベルト１６とを備えている。中間転写ベルト１６は、プリンタ１の上下方向のほぼ中央位置において水平方向に沿って張架されており、矢印Ｘで示す方向に周回移動する。中間転写ベルト１６の周回移動域の下方には、画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋが、中間転写ベルト１６の周回移動方向に沿ってその順番で配置されている。
【００２２】
Ｙ色のトナーによるトナー画像を形成する画像形成ユニット１０Ｙは、感光体ドラム１１Ｙと、その周囲に配設された帯電器１２Ｙ、露光部１３Ｙ、現像器１４Ｙを備えており、公知の帯電工程、露光工程、現像工程を順番に経て、感光体ドラム１１Ｙ上にＹ色のトナー画像を形成する。他の画像形成ユニット１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋも、画像形成ユニット１０Ｙと同様の構成になっており、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー画像を感光体ドラム１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上に形成する。感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに形成されたそれぞれのトナー画像は、中間転写ベルト１６を挟んでそれぞれの感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに対向配置された１次転写ローラ１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋによって、中間転写ベルト１６上における同一の転写領域に多重転写される。中間転写ベルト１６における画像形成ユニット１０Ｋに近接した一方の端部には、２次転写ローラ１７が中間転写ベルト１６に対向配置されており、両者の間に転写ニップＮ１が形成されている。
【００２３】
シート搬送部３０は、画像プロセス部１０の下方に設けられた給紙カセット３１を備えている。プリントジョブ実行時には、給紙カセット３１内に収容された記録シートＳが、中間転写ベルト１６と２次転写ローラ１７との間の転写ニップＮ１を通過する搬送路３５に１枚ずつ繰り出される。搬送路３５に繰り出された記録シートＳは、転写ニップＮ１を通過する間に、中間転写ベルト１６上に多重転写されたトナー画像が一括して転写され、転写ニップＮ１のさらに上方に設けられた定着装置４０へと搬送される。定着装置４０では、搬送路３５を搬送される記録シートＳを電磁誘導加熱方式によって加熱して、トナー画像を記録シートに押圧することによって、記録シートＳ上にトナー画像を定着させている。定着後の記録シートＳは、一対の排紙ローラ３８によって、排出トレイ３９上に排出される。
【００２４】
図２は、定着装置４０の構成を示す断面図である。定着装置４０は、第１回転体である加熱ローラ４１と、第２回転体である加圧ローラ４２と、加熱ローラ４１を加熱するための電磁誘導コイル４３とを備える。加熱ローラ４１は、ローラ本体部４１ａと、ローラ本体部４１ａの表面に設けられた被加熱体４１ｂとを有しており、被加熱体４１ｂに、電磁誘導コイル４３により発生した磁界の磁束によって発熱される電磁誘導発熱層が設けられている。
【００２５】
加熱ローラ４１および加圧ローラ４２は、それぞれ、軸方向両端部が図示しないフレームに軸受部材などを介して回転自在に支持されており、加熱ローラ４１と加圧ローラ４２とが相互に圧接されることによって、記録シートＳが通過する定着ニップＮ２が形成されている。加圧ローラ４２は、駆動モータ（不図示）からの駆動力により矢印Ｂ方向に回転駆動され、この加圧ローラ４２の回転に伴って、加熱ローラ４１が矢印Ａ方向に従動回転する。
【００２６】
電磁誘導コイル４３は、加圧ローラ４２とは反対側において加熱ローラ４１の約半周分を覆うように加熱ローラ４１の外周面に沿って配置されており、後述する電磁誘導加熱電源６０（図３参照）からの高周波電力の供給を受けて高周波磁界を発生し、高周波磁界の磁束によって、加熱ローラ４１に設けられた被加熱体４１ｂの電磁誘導発熱層が発熱する。電磁誘導コイル４３に対して加熱ローラ４１の回転方向下流側には、加熱ローラ４１の表面温度を検出する定着温度センサ４４が加熱ローラ４１に対向して配置されている。
【００２７】
図３は、定着装置４０における電磁誘導コイル４３の制御系の構成を示すブロック図である。電磁誘導コイル４３には、電磁誘導加熱電源６０から出力される高周波電力が高周波電力供給路４８を介して印加されるようになっている。電磁誘導加熱電源６０には、商用の交流電源４６から供給される５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電力が、交流電力供給路４７を介して入力されており、電磁誘導加熱電源６０において、入力された交流電力が所定の電力値の高周波電力に制御されて、高周波電力供給路４８を介して電磁誘導コイル４３に出力される。また、定着温度センサ４４の出力は、センサ出力供給路４９を介して定着電力決定部４５に供給されており、定着電力決定部４５は、センサ出力供給路４９を介して入力される定着温度センサ４４の検出温度に基づいて、電磁誘導加熱電源６０から電磁誘導コイル４３に出力される高周波電力が所定の目標値（実効電力値）になるように電力制御信号を生成し、生成された電力制御信号が、電力制御信号供給路５１を介して電磁誘導加熱電源６０に供給される。
【００２８】
図４は、電磁誘導加熱電源６０の具体的構成を示すブロック図である。電磁誘導加熱電源６０は、交流電源４６から交流電力供給路４７を介して入力される５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電力を整流する整流回路６１と、この整流回路６１にて整流された直流電力を、高周波電力に変換するように高速スイッチングするスイッチング回路６２と、整流回路６１から出力された直流電力に基づいてスイッチング回路６２から出力される高周波電力の目標値となる実効電力値を算出する電力検出手段６３と、電力検出手段６３にて算出された実効電力値（設定電力値）および定着電力決定部４５から出力される電力制御信号に基づいて、スイッチング回路６２から出力される高周波電力が所定の実効電力値になるようにスイッチング回路６２を制御する誘導加熱電源制御部６４とを備えている。
【００２９】
整流回路６１は、時定数が小さなダイオード等の整流素子を有しており、交流電源４６から出力される正弦波（サインカーブ）状の交流電流を、図５（ａ）に示すように、サインカーブにおけるマイナス側の波形をプラス側に反転させることによって、全波整流するようになっている。なお、５０Ｈｚの交流電流では、サインカーブの１サイクルＴは２０ｍｓとなる。電力検出手段６３では、整流回路６１から出力される全波整流された直流電力における所定時間が経過した時点の瞬時値に基づいて入力電力の実効電力値を算出し、算出された実効電力値を誘導加熱電源制御部６４に出力する。
【００３０】
図６は、電力検出手段６３の具体的構成を示すブロック図である。電力検出手段６３は、整流回路６１から供給される全波整流された電力を所定の検出レベルに変換する電力変換回路６３ａと、電力変換回路６３ａから出力される図５（ａ）に示す波形の直流電力において、図５（ｂ）に示すように、グランドレベルになるタイミング、すなわち、電磁誘導加熱電源６０に入力される交流電力がグランドレベル（ゼロレベル）になるタイミングを検出してゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出回路６３ｂと、電力変換回路６３ａから出力される電力とゼロクロス検出回路６３ｂから出力されるゼロクロス信号とに基づいて、ゼロクロス信号が出力されるタイミングに対して予め設定された所定時間が経過した時点における、電力変換回路６３ａから出力される電力の瞬時値を検出する瞬時電力検出部６３ｃと、瞬時電力検出部６３ｃにて検出された瞬時値に基づいて交流電力の実効電力値を算出する実効電力算出部６３ｄとを備えている。瞬時電力検出部６３ｃおよび実効電力算出部６３ｄは、例えばＣＰＵによって構成されており、電力変換回路６３ａは、整流回路６１から出力される電力を、ＣＰＵにおける瞬時電力検出部６３ｃおよび実効電力算出部６３ｄにおいて処理可能な電力レベルに変換する。
【００３１】
図７は、瞬時電力検出部６３ｃにおいて検出される瞬時値の説明図である。瞬時電力検出部６３ｃは、ゼロクロス信号に対して瞬時値を検出するタイミングが予め設定されており、例えば、ゼロクロス信号から所定時間ｔ（ｍｓ）経過した時点で、電力変換回路６３ａからの出力電力の瞬時値Ｐ（Ｗ）を検出する。この場合、所定時間ｔ（ｍｓ）としては、例えば、電磁誘導加熱電源６０に入力される交流電力の周期Ｔの４分の１に相当するＴ／４の時間に設定することが好ましい。サインカーブの波形になった交流電力では、ゼロクロス信号からＴ／４の周期の時間において最大の電力値になっており、しかも、Ｔ／４の周期の時間の近傍において電力変化が小さくなっているために、検出される瞬時値の誤差が小さくなり、精度よく瞬時値を検出することができる。
【００３２】
なお、ゼロクロス検出回路６３ｂは、整流回路６１から出力される電力に基づいてゼロクロス信号を検出する構成に限らず、整流回路６１から出力される電力の電圧または電流に基づいて、ゼロクロス信号を生成する構成であってもよい。この場合には、瞬時電力検出部６３ｃにおいて、ゼロクロス信号から所定時間が経過した所定のタイミングで検出される電圧値または電流値に基づいて瞬時値Ｐが算出される。
【００３３】
瞬時電力検出部６３ｃにおいて瞬時値Ｐ（Ｗ）が検出されると、検出された瞬時値Ｐは、実効電力算出部６３ｄに出力される。実効電力算出部６３ｄは、瞬時値Ｐに基づいて、電磁誘導加熱電源６０に入力される交流電力の実効電力値Ｗ０を算出する。交流電力の実効電力値Ｗ０は、交流電力の波形がサインカーブであることから、生成されたゼロクロス信号からの経過時間をｔ（ｍｓ）、交流電力の周期をＴとすると、次の（１）式で求めることができる。
【００３４】
Ｗ０＝Ｐ／｛√２×ｓｉｎ（ｔ×π／Ｔ）｝    ・・・（１）
なお、（１）式は、次の（２）式のように、簡略化することもできる。
Ｗ０＝ｋ×Ｐ    ・・・（２）
（但し、ｋは、予め設定された係数）
図８は、実効電力算出部６３ｃにおける瞬時値Ｐの算出処理を示すフローチャートである。実効電力算出部６３ｃでは、ゼロクロス検出回路６３ｂから出力されるゼロクロス信号が入力されると、ゼロクロス信号からの経過時間を計測するための瞬時電力測定用タイマーにおけるタイマー値を、予め設定された所定の時間ｔ（ｍｓ）にセットして、瞬時電力測定用タイマーをスタートさせる（図８のステップＳ１１参照）。次いで、瞬時電力測定用タイマーが予め設定された時間ｔ（ｍｓ）になると（ステップＳ１２）、時間ｔ（ｍｓ）における瞬時値Ｐ（Ｗ）を検出し、検出された瞬時値Ｐに基づいて、例えば前記（２）式により実効電力値Ｗ０を算出する（ステップＳ１３）。実効電力算出部６３ｃは、ゼロクロス検出回路６３ｂからゼロクロス信号が発生される毎に、ステップＳ１１〜Ｓ１３を繰り返すことによって、実効電力値Ｗ０を周期的に算出する。
【００３５】
このようにして、実効電力算出部６３ｄにおいて入力される交流電力の実効電力値Ｗ０が算出されると、算出された実効電力値Ｗ０が、図４に示すように、誘導加熱電源制御部６４に出力される。誘導加熱電源制御部６４には、定着温度センサ４４にて検出された定着温度に基づいて、電磁誘導コイル４３に印加される電力の目標値としての実効電力値（定着電力実効値）を決定する定着電力決定部４５の出力（設定電力値Ｗ１）も与えられている。
【００３６】
図９は、定着電力決定部４５における設定電力値Ｗ１の決定処理を示すフローチャートである。定着電力決定部４５では、所定のタイミングで、定着温度センサ４４からの出力信号が読み込まれており、読み込まれた出力信号に基づいて加熱ローラ４１の表面における定着温度を検出し、検出された定着温度を予め設定された設定定着温度と比較する（図９のステップＳ２１参照）。比較の結果、定着温度が設定定着温度よりも高くなっている場合（ステップＳ２１において「ＹＥＳ」）には、スイッチング回路６２から出力される電力の目標値である設定電力値Ｗ１を、検出された定着温度と設定定着温度との差に基づいて、その差を解消するために必要な可変量αだけ減算処理（Ｗ１−α）して、新たな設定電力値Ｗ１に更新する（ステップＳ２２）。これに対して、検出された定着温度が設定定着温度よりも高くなっていない場合（ステップＳ２１において「ＮＯ」）には、スイッチング回路６２から出力される目標値である設定電力値Ｗ１を、検出された定着温度と設定定着温度との差に基づいて決定される可変量αだけ加算処理（Ｗ１＋α）して、新たな設定電力値Ｗ１に更新する（ステップＳ２３）。このようにして決定された設定電力値Ｗ１が誘導加熱電源制御部６４に出力される。なお、可変量αは、検出された定着温度と設定定着温度との差に対応させて予め設定されている。
【００３７】
誘導加熱電源制御部６４では、定着電力決定部４５から出力される設定電力値Ｗ１と、実効電力算出部６３ｄから出力される実効電力値Ｗ０とに基づいて、スイッチング回路６２におけるスイッチング素子のオン、オフのタイミングを調整するための制御信号をスイッチング回路６２に対して出力する。図１０は、誘導加熱電源制御部６４における制御信号を生成する処理を示すフローチャートである。誘導加熱電源制御部６４では、実効電力算出部６３ｄから出力される実効電力値Ｗ０を読み込み（図１０のステップＳ３１参照）、また、定着電力決定部４５から出力される設定電力値Ｗ１を読み込む（ステップＳ３２）。そして、読み込まれた実効電力値Ｗ０と設定電力値Ｗ１とを比較し（ステップＳ３３）、実効電力値Ｗ０と設定電力値Ｗ１とが一致しない場合（ステップＳ３３において「ＮＯ」）には、スイッチング回路６２から出力される電力を調整するための制御信号を、実効電力値Ｗ０と目標値である設定電力値Ｗ１との差に基づいて生成して、スイッチング回路６２に出力する（ステップＳ３４）。制御信号は、実効電力値Ｗ０と目標値である設定電力値Ｗ１との差を解消するために必要な実効電力値に基づいて生成される。実効電力値Ｗ０と設定電力値Ｗ１とが一致する場合（ステップＳ３３において「ＹＥＳ」）には、スイッチング回路６２から出力される電力を調整するための制御信号を出力することなく、処理を終了する。
【００３８】
スイッチング回路６２では、実効電力算出部６３ｄから出力された制御信号に基づいて、スイッチング素子におけるオンオフタイミングが切り替えられ、これにより、目標値として設定された実効電力値の高周波電力が生成されて、生成された高周波電力が電磁誘導コイル４３に印加される。電磁誘導コイル４３では、スイッチング回路６２から出力される所定の実効電力値の高周波電力が印加されることにより高周波磁界が生成され、生成された磁界の磁束により、加熱ローラ４１の電磁誘導発熱層が発熱し、加熱ローラ４１の表面が、設定された定着温度とされる。
【００３９】
本実施形態では、電磁誘導加熱電源６０に入力される交流電力を整流した後のゼロクロス信号から所定時間が経過した時点における瞬時値に基づいて交流電力の実効電力値を算出しているために、整流された直流電流を平滑化する必要がなく、入力される交流電力の実効電力値を迅速に算出することができる。従って、算出された実効電力値に基づいて電磁誘導加熱電源６０から出力される電力を制御しているために、通常、１０ｍｓ程度の周期でゼロクロス信号が生成される毎に電力制御を実行することができ、温度センサによって検出される定着温度の変化に対して、応答遅れを生じることなく、加熱ローラ４１を迅速に所定の定着温度に制御することができる。
【００４０】
なお、画像形成装置では、画像プロセス部１０における定着装置４０のみならず、画像プロセス部１０における各現像器１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ａ等においても電力が消費され、また、画像プロセス部１０以外のシート搬送部３０においても電力が消費され、さらに、定着装置４０においても、電磁誘導コイル４３以外の駆動部によって電力が消費されるために、電磁誘導コイル４３以外の電力消費部分における電力変動により、電磁誘導加熱電源６０に入力される交流電力に歪みが生じるおそれがある。例えば、定着装置４０において、電磁誘導による加熱だけでなく、ハロゲンヒータによる加熱も併用する場合には、ハロゲンヒータのオン時、オフ時、電力変更時等のように消費電力が変動すると、電磁誘導加熱電源６０に入力される交流電力に電圧変動による波形歪みが生じるおそれがある。また、ハロゲンヒータを位相制御する場合には、電磁誘導加熱電源６０に入力される交流電力の波形が正弦波からずれるおそれもある。さらには、交流電源４６から出力される交流電力によって駆動される外部機器の電源オン等によっても、電磁誘導加熱電源６０に入力される交流電力に電圧変動による波形歪みが生じるおそれがある。このような場合にも、電磁誘導加熱電源６０に入力される交流電力の実効電力値を高精度で算出するために、瞬時値Ｐに基づいて算出される実効電力値を、所定時間または所定回数にわたって算出し、算出された複数の瞬時値Ｐを平均化処理するようにしてもよい。
【００４１】
図１１は、前記誘導加熱電源制御部６４において実効電力値を平均化処理する場合の処理の一例を示すフローチャートである。前記誘導加熱電源制御部６４は、まず、図１２に示す全体装置条件テーブルに基づいて平均化処理の実行時間を規定するタイマー値ｎを設定し、実効電力値の平均化処理を実行する時間を計測するための平均化処理タイマーによる時間の計測をスタートさせる（図１１のステップＳ４１）。図１２に示す全体装置条件テーブルには、装置の設置環境における環境要因（例えば、周囲温度および湿度）等に基づいて加熱ローラ４１表面の温度である定着温度が変化した場合に、変化した定着温度に応じた平均化処理の実行時間を規定する環境要因タイマー係数と、加熱ローラ４１における定着温度を調整する温度調整（温調）が実行されることによって設定電力値Ｗ１が変動した場合に、設定電力値Ｗ１の変動に応じた実効電力値の平均化処理の実行時間を規定する温調要因タイマー係数とがそれぞれ設定されている。図１２に示す全体装置条件テーブルでは、定着温度が予め設定された所定温度Ｔａよりも低くなった場合（「定着温度＜Ｔａ」）にはタイマー係数として「Ｎａ」が設定されており、以下同様に、「Ｔａ≦定着温度＜Ｔｂ」の場合にはタイマー係数「Ｎｂ」、「Ｔｂ≦定着温度＜Ｔｃ」の場合にはタイマー係数「Ｎｃ」、「Ｔｄ≦定着温度の場合」にはタイマー係数「Ｎｄ」がそれぞれ設定されている。但し、Ｔａ＜Ｔｂ＜Ｔｃ＜Ｔｄであり、Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃ、Ｎｄは、Ｎａ＜Ｎｂ＜Ｎｃ＜Ｎｄを満足する正の整数である。
【００４２】
また、図１２に示す全体装置条件テーブルでは、温調要因により定着電力決定部４５によって決定される定着実効電力値が変動した場合において、定着実効電力値の変動がＱａよりも小さい場合（「定着電力変動＜Ｑａ」）にはタイマー係数として「Ｍａ」が設定されており、以下同様に、「Ｑａ≦定着電力変動＜Ｑｂ」の場合にはタイマー係数「Ｍｂ」、「Ｑｂ≦定着電力変動＜Ｑｃ」の場合にはタイマー係数「Ｍｃ」、「Ｑｄ≦定着電力変動」の場合にはタイマー係数「Ｍｄ」がそれぞれ設定されている。但し、Ｑａ＜Ｑｂ＜Ｑｃ＜Ｑｄであり、Ｍａ、Ｍｂ、Ｍｃ、Ｍｄは、Ｍａ＜Ｍｂ＜Ｍｃ＜Ｍｄを満足する正の整数である。
【００４３】
加熱ローラ４１の表面温度である定着温度は、周囲環境の変化のみならず、例えば加熱ローラ４１の回転速度の変化によっても変化する。実効電力算出部６３ｄは、温度センサ４４にて検出される定着温度を取得して、取得された定着温度に基づいて、図１２の全体装置条件テーブルに示されたタイマー係数Ｎｘ（但し、ｘは、ａ、ｂ、ｃ、ｄのいずれか）を取得する。また、実効電力算出部６３ｄは、定着電力決定部４５から出力される定着電力に基づいて、図１２の全体装置条件テーブルに示されたタイマー係数Ｍｘを取得する。定着温度および定着電力値の両方が変化している場合には、タイマー係数ＮｘおよびＭｘの両方が取得されて、タイマー値ｎとして「Ｎｘ×Ｍｘ」が設定される。
【００４４】
タイマー値ｎが設定されて平均処理化タイマーが計時を開始すると、実効電力算出部６３ｄにおいて瞬時値Ｐに基づいて実効電力値Ｗ０が順次算出されて、誘導加熱電源制御部６４に入力される。この場合、第ｋ番目に入力される実効電力値Ｗ０を「Ｗ０ｋ」とすると、実効電力値Ｗ０ｋが入力される毎に、入力された実効電力値Ｗ０ｋを記憶部に記憶し（ステップＳ４２）、入力された全ての実効電力値Ｗ０１〜Ｗ０ｋの平均値を算出する平均化処理を実行し、平均化処理によって算出された平均実効電力値を、新たな実効電力値Ｗ０に更新する（ステップＳ４３）。このようにして、平均処理化タイマーによる計測時間が、設定されたタイマー値ｎに達するまで、実効電力値Ｗ０ｋが算出される毎に平均化処理が繰り返される（ステップＳ４４）。そして、平均化処理タイマーによる計測時間がタイマー値ｎに達すると、タイマー値ｎに達するまでにｋ回にわたって算出された実効電力値Ｗ０１〜Ｗ０ｋの平均値である実効電力値Ｗ０に基づいて、前述の説明と同様に、定着電力決定部４５から出力される設定電力値Ｗ１との差分を解消する制御信号を生成して、スイッチング回路６２に対して出力する。
【００４５】
このような実効電力値の平均化処理では、加熱ローラ４１表面の温度である定着温度が高温になるほど、また、定着電圧の変動が大きくなるほど、平均化処理の実行時間が長くなる。平均化処理の実行時間が長くなると、瞬時値に基づく実効電力値を算出する回数が増加し、実効電力値のサンプリング数が増加することになる。定着温度が高温になるほど、また、設定電圧変動が大きくなるほど、変動時において入力される交流電力に波形歪みが発生する確率が高くなるが、実効電力値を平均化処理する時間を長くすることによって実効電力値のサンプリング数を増加させることにより、算出される実効電力値に波形歪みによる誤差が含まれる場合も、その誤差の影響を抑制することができる。
【００４６】
入力交流電力の波形歪みは、電圧変動が大きい場合あるいは加熱ローラ４１表面の定着温度が高温の場合に発生する確率が高くなる。例えば、厚紙等の記録シートを定着装置４０にて定着する場合には、加熱ローラ４１の回転速度が遅くなって定着温度が高温になるが、この場合には、実効電力値の平均化処理を実行するため時間を長く設定して実効電力値のサンプリング回数を増加させることにより、波形歪み等によってサンプリングされる実効電力値に誤差が含まれていても、その影響を確実に抑制することができる。
【００４７】
同様に、電磁誘導加熱電源６０がオフ状態からオン状態になる場合、画像形成装置の電源がオフ状態からオン状態に変化した場合、待機状態から動作可能状態に変化した場合、画像プロセス部において画像安定化処理を実行する場合等には、いずれも、定着装置４０による定着動作が実行されないことから定着温度が低下した状態であり、所定の設定温度にまで上昇させるために、電磁誘導コイル４３に高い実効電力を印加する必要がある。また、定着温度が異常高温になった場合には、電磁誘導コイル４３による加熱を停止させるために、定着電力を迅速に低下させる必要がある。従って、これらの場合には、いずれも電磁誘導コイル４３に印加される電力が大きく変動するために、交流電力に波形歪みが発生する確率が高くなるが、電磁誘導コイル４３に出力される電力が大きく変動することにより、実効電力値の平均化処理を実行するための時間が長く設定され、これにより、交流電力における実効電力値のサンプリング回数が増加し、算出される実効電力値に誤差が含まれていても、その影響を確実に抑制することができる。従って、定着温度、電磁誘導コイル４３に印加される電力のそれぞれが変化しても、電磁誘導コイル４３に出力される電力を正確に検出することができ、これにより、加熱ローラ４１を所定の定着温度に正確に制御することができる。
【００４８】
なお、上記の説明では、実効電力値が算出される所定時間を予め設定し、設定された所定時間にわたって算出された実効電力値に対して平均化処理を実行する構成であったが、実効電力値が算出される回数（サンプリング回数）を予め設定し、設定されたサンプリング回数にわたって算出された実効電力値に対して平均化処理を実行するようにしてもよい。
【００４９】
また、加熱ローラ４１の表面の検出温度である定着温度の変化または電磁誘導コイル４３に出力される電力の変動が生じた場合に、算出された実効電力値の平均化処理を実行する構成に限らず、前記（２）式における係数ｋを、変化した定着温度に基づいて、または、設定電力値の変動に基づいて変更するようにしてもよい。また、定着温度の変化に基づいて、実効電力値の平均化処理の要否を決定するようにしてもよい。例えば、定着温度＜Ｔａ、Ｔｃ≦定着温度の場合に平均化処理を実行し、これら以外の場合に平均化処理を実行しないようにしてもよい。同様に、電磁誘導コイル４３に出力される電力の変動に基づいて実効電力値の平均化処理の要否を決定するようにしてもよい。
【００５０】
さらには、上記実施の形態では、第１回転体として、電磁誘導発熱層が形成された加熱ローラを用いる構成としたが、このような構成に限らず、加熱ローラに代えて、電磁誘導発熱層が形成された定着ベルトを使用してもよい。定着ベルトを用いる場合には、熱容量が小さいために高速での制御が要求されるが、本発明を適用することにより、高速での制御が可能になる。また、加圧ローラに代えて加圧ベルトを用いる構成としてもよい。
【００５１】
また、本発明に係る定着装置が適用される画像形成装置は、タンデム型カラーデジタルプリンタに限るものではなく、カラー画像形成装置、モノクロ画像形成装置のいずれでもよく、さらに、複写機、ＦＡＸ、ＭＦＰ（Multiple Function Peripheral）装置等にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、電磁誘導加熱方式の定着装置において、電磁誘導加熱電源に入力される交流電力の検出を迅速で行うことにより、電磁誘導コイルに出力される電力を迅速かつ安定的に制御することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１        プリンタ
４０        定着部
４１        加熱ローラ
４１ａ      ローラ本体部
４１ｂ      被加熱体
４２        加圧ローラ
４３      電磁誘導コイル
４４      温度センサ
４５      定着電力決定部
４６      交流電源
６０      電磁誘導加熱電源
６１      整流回路
６２      スイッチング回路
６３      電力検出手段
６３ａ    電力変換回路
６３ｂ    ゼロクロス検出回路
６３ｃ    瞬時電力検出部
６３ｄ    実効電力算出部
Ｎ２      定着ニップ
【図１】
2010181633.tif 000003
【図２】
2010181633.tif 000004
【図３】
2010181633.tif 000005
【図４】
2010181633.tif 000006
【図５】
2010181633.tif 000007
【図６】
2010181633.tif 000008
【図７】
2010181633.tif 000009
【図８】
2010181633.tif 000010
【図９】
2010181633.tif 000011
【図１０】
2010181633.tif 000012
【図１１】
2010181633.tif 000013
【図１２】
2010181633.tif 000014
【図１３】
2010181633.tif 000015
【図１４】
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