(57)【要約】【課題】励磁コイルに供給されている電力の大小に関係なく、応答性が良く、安定した電力を供給することができるようにＰＩＤ制御を行うこと。【解決手段】高周波電流の周波数の変化量（フィードバック量）として、  Mvn=Kp×(En-En1)+Ki×En+Kd×{(En-2En1+En2)}・・・（１）  Δf=Mvn×f(P)・・・（２）  f(P)=A×P+B・・・（３）とし、従来のように式（１）のみを用いてＭｖｎをフィードバック量とするのではなく、式（２）及び（３）を用いて、励磁コイルの検出電力が高いときは高周波電流の周波数の変化量が小さくなり、検出電力が低いときは高周波電流の周波数の変化量が大きくなるようにＭｖｎを変換し、フィードバック量とする。【選択図】図２
2010267554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電流を出力する電流供給手段と、
前記電流供給手段から出力される高周波電流によって磁界を発生する磁界発生手段と、
前記磁界発生手段に隣接して配置される被加熱部材と、
前記磁界発生手段に供給されている電力を検出する電力検出手段と、
前記被加熱部材の温度を検出する温度検出手段と、
前記被加熱部材の温度が予め定められた温度に維持されるように、前記検出された温度に基づいて前記磁界発生手段に必要な電力を設定する目標電力設定手段と、
前記設定された目標電力及び前記電力検出手段によって検出された電力に基づいて前記磁界発生手段に供給する前記高周波電流の変化量をＰＩＤ制御によって算出した後、前記電力検出手段が検出した電力が高いときは前記高周波電流の変化量が小さくなり、前記電力検出手段が検出した電力が低いときは前記高周波電流の変化量が大きくなるように、前記ＰＩＤ制御によって算出した高周波電流の変化量を変換することにより、前記磁界発生手段に供給される電力を前記目標電力設定手段が設定した電力に調整する制御手段と、
を備えた誘導加熱装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記磁界発生手段に供給する前記高周波電流の変化量をＰＩＤ制御によって算出した後、予め定められた一定値から、前記検出された電力に予め定められた係数をかけた数値を引いた値を前記ＰＩＤ制御によって算出した高周波電流の変化量にかけることによって、前記ＰＩＤ制御によって算出した高周波電流の変化量を変換するものである請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の誘導加熱装置を備え、前記被加熱部材が内部に配置された加熱ローラと、
前記加熱ローラとニップ部を形成する位置に配置された加圧ローラと、
を備え、前記ニップ部に供給された記録媒体に対して当該記録媒体上に形成されたトナー像の定着処理を施す定着装置。
【請求項４】
記録媒体にトナー像を形成する画像形成手段と、
前記記録媒体に対して前記トナー像の定着処理を施す請求項３に記載の定着装置と、
を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電磁誘導加熱によって被加熱体を加熱させる誘導加熱装置、及びこの誘導加熱装置を定着装置として用い、記録媒体上のトナー像を溶融定着することによってトナー像を記録媒体に定着させる画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やファクシミリ、レーザプリンタ等、電子写真プロセスを用いる画像形成装置は、用紙に形成されたトナー像を溶融定着させる定着装置を備えている。このような定着装置は、加熱ローラと加圧ローラとが対向配置されて構成されている。そして、加熱ローラと加圧ローラとの間に形成されるニップ部で、トナー像が形成された用紙を挟持搬送することで、トナー像を加圧しつつ加熱して、用紙にトナー像を溶融定着するようになっている。
【０００３】
加熱ローラの加熱装置として、電磁誘導加熱（ＩＨ）方式の加熱装置が知られている。このような電磁誘導加熱方式の加熱装置では、導電性材料からなる筒状の加熱ローラ本体の内部に励磁コイルが配置されている。そして、ＩＨ制御部の制御によって励磁コイルに高周波電流が流れ、これにより生じた高周波磁界で加熱ローラ本体に誘導渦電流を発生させ、加熱ローラ本体の抵抗によってジュール発熱させるようになっている。
【０００４】
ＩＨ制御部は、励磁コイルに供給する高周波電流の周波数を制御することで、加熱装置の電力消費量を調整する。特許文献１及び２に記載されている方法によると、励磁コイルに実際に供給されている電力と、加熱ローラが所定温度に維持されるように算出された目標電力をＩＨ制御部が比較して、ＰＩＤ制御によって高周波電流の周波数のフィードバック量を算出することにより、安定した電力を供給する制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０５０６２４号公報
【特許文献２】特開２００２−２７８３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のＰＩＤ制御を用いると、励磁コイルへの供給電力が高いときは高周波電流の周波数の変化量に対する供給電力の変化量が大きくなり、励磁コイルへの供給電力が低いときは高周波電流の周波数の変化量に対する供給電力の変化量が小さくなるという性質がある。つまり、高い電力を安定して出力できるようにＰＩＤ制御の係数を設定すると、低い電力を出力する際の応答性が悪くなり、低い電力を出力する際の応答性を考慮してＰＩＤ制御の係数を設定すると、高い電力を出力する際の安定性が悪くなるという欠点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、励磁コイルに供給されている電力の大小に関係なく、応答性が良く、安定した電力を供給することができるようにＰＩＤ制御を行う誘導加熱装置、定着装置及び画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明の誘導加熱装置は、高周波電流を出力する電流供給手段と、前記電流供給手段から出力される高周波電流によって磁界を発生する磁界発生手段と、前記磁界発生手段に隣接して配置される被加熱部材と、前記磁界発生手段に供給されている電力を検出する電力検出手段と、前記被加熱部材の温度を検出する温度検出手段と、前記被加熱部材の温度が予め定められた温度に維持されるように、前記検出された温度に基づいて前記磁界発生手段に必要な電力を設定する目標電力設定手段と、前記設定された目標電力及び前記電力検出手段によって検出された電力に基づいて前記磁界発生手段に供給する前記高周波電流の変化量をＰＩＤ制御によって算出した後、前記電力検出手段が検出した電力が高いときは前記高周波電流の変化量が小さくなり、前記電力検出手段が検出した電力が低いときは前記高周波電流の変化量が大きくなるように、前記ＰＩＤ制御によって算出した高周波電流の変化量を変換することにより、前記磁界発生手段に供給される電力を前記目標電力設定手段が設定した電力に調整する制御手段と、を備える。
【０００９】
従来のＰＩＤ制御のやり方では、磁界発生手段への供給電力が高いとき、高周波電流の周波数の変化量に対する供給電力の変化量が大きく、供給電力が低いとき、高周波電流の周波数の変化量に対する供給電力の変化量が小さくなることが分かっている。つまり、磁界発生手段に対して高い電力を安定して供給しようとすると、低い電力を供給する際の応答性が悪くなり、磁界発生手段に対して低い電力を安定して供給しようとすると、高い電力を供給する際の安定性が悪くなるという問題があった。
【００１０】
そこで、電力検出手段が検出した電力が高いときは高周波電流の変化量が小さくなり、電力検出手段が検出した電力が低いときは高周波電流の変化量が大きくなるように、ＰＩＤ制御によって算出された高周波電流の変化量を変換することによって、磁界発生手段に供給される電力の大小にかかわらず、応答性が良く安定した電力制御を行うことができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の誘導加熱装置であって、前記制御手段は、前記磁界発生手段に供給する前記高周波電流の変化量をＰＩＤ制御によって算出した後、予め定められた一定値から、前記検出された電力に予め定められた係数をかけた数値を引いた値を前記ＰＩＤ制御によって算出した高周波電流の変化量にかけることによって、前記ＰＩＤ制御によって算出した高周波電流の変化量を変換するものである。
【００１２】
この構成によれば、電力検出手段が検出した電力が高いときは高周波電流の変化量が小さくなり、電力検出手段が検出した電力が低いときは高周波電流の変化量が大きくなるように、ＰＩＤ制御によって算出された高周波電流の変化量を変換することにより、磁界発生手段に供給される電力の大小にかかわらず、応答性が良く安定した電力制御を行うことができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明の定着装置は、請求項１又は２に記載の誘導加熱装置を備え、前記被加熱部材が内部に配置された加熱ローラと、前記加熱ローラとニップ部を形成する位置に配置された加圧ローラと、を備え、前記ニップ部に供給された記録媒体に対して当該記録媒体上に形成されたトナー像の定着処理を施すものである。
【００１４】
この構成によれば、応答性が良く安定した電力制御を行う誘導加熱装置を用いることで、高い信頼性を持つ定着装置を提供することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明の画像形成装置は、記録媒体にトナー像を形成する画像形成手段と、前記記録媒体に対して前記トナー像の定着処理を施す請求項３に記載の定着装置と、
を備える。
【００１６】
この構成によれば、応答性が良く安定した電力制御を行う誘導加熱装置を定着装置として用いることで、高い信頼性を持つ画像形成装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、電力検出手段が検出した電力が高いときは高周波電流の変化量が小さくなり、電力検出手段が検出した電力が低いときは高周波電流の変化量が大きくなるように、ＰＩＤ制御によって算出された高周波電流の変化量を変換することによって、磁界発生手段に供給される電力の大小にかかわらず、応答性が良く安定した電力制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】画像形成装置の内部構成を概略的に示した側面図。
【図２】定着装置の動作機能を説明するためのブロック図。
【図３】励磁コイルに供給される高周波電流の周波数と電力の関係を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る誘導加熱装置、定着装置及び画像形成装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態における画像形成装置１の内部構成を概略的に示した側面図である。尚、画像形成装置１は、複写機、プリンタ及びファクシミリ機等であり、用紙に乗せられたトナー像を加圧・加熱によって定着させる定着装置として本発明に係る誘導加熱装置を適用した画像形成装置であればよい。画像形成装置１は、本体部２、本体部２の左方に配設されたスタックトレイ３、本体部２の上部に配設された原稿読取部４、原稿読取部４の上方に配設された原稿給送部５を備えている。
【００２０】
また、画像形成装置１のフロント部には、入力操作部６が設けられている。この入力操作部６には、電源キーやユーザが印刷実行指示を入力するためのスタートキー、印刷部数等を入力するためのテンキー、各種複写動作の操作ガイド情報等を表示し、これら各種設定入力用にタッチパネル機能を有する液晶ディスプレイ等からなる表示部９等を有する。
【００２１】
原稿読取部４は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサ及び露光ランプ等からなるスキャナ部１３、ガラス等の透明部材により構成された原稿台１４及び原稿読取スリット１５を備える。スキャナ部１３は、図略の駆動部によって移動可能に構成され、原稿台１４に載置された原稿を読み取るときは、原稿台１４に対向する位置で原稿面に沿って移動され、原稿画像を走査しつつ取得した画像データを画像形成部２１へ出力する。また、原稿給送部５により給送された原稿を読み取るときは、原稿読取スリット１５と対向する位置に移動され、原稿読取スリット１５を介して原稿給送部５による原稿の搬送動作と同期して原稿の画像を取得し、その画像データを画像形成部２１へ出力する。
【００２２】
原稿給送部５は、原稿を載置するための原稿載置部１６と、画像読み取り済みの原稿を排出するための原稿排出部１７、原稿載置部１６に載置された原稿を１枚ずつ繰り出して原稿読取スリット１５に対向する位置へ搬送し、原稿排出部１７へ排出するための給紙ローラや搬送ローラ（不図示）等からなる原稿搬送機構１８を備える。
【００２３】
また、原稿給送部５は、その前面側が上方に移動可能となるように本体部２に対して回動自在に設けられている。原稿給送部５の前面側を上方に移動させて原稿台１４上面を開放することにより、原稿台１４の上面に読み取り原稿、例えば見開き状態にされた書籍等をユーザが載置できるようになっている。
【００２４】
本体部２は、複数の給紙カセット１９、給紙カセット１９から用紙を１枚ずつ繰り出して画像形成部２１へ搬送する給紙ローラ２０、給紙カセット１９から搬送されてきた用紙に画像を形成する画像形成部２１を備える。
【００２５】
画像形成部２１は、スキャナ部１３で取得された画像データに基づきレーザ光等を出力して感光体ドラム２２を露光し、感光体ドラム２２の表面に静電潜像を形成する光学ユニット２３、静電潜像が形成された感光体ドラム２２の表面にトナーを付着することによりトナー像を形成する現像部２４、感光体ドラム２２上のトナー像を用紙に転写する転写部２５、トナー像が転写された用紙を加熱してトナー像を用紙に融解定着させる加熱ローラ２６及び加圧ローラ２７を備えた定着装置２８、画像形成部２１内の用紙搬送路中に設けられ、用紙をスタックトレイ３又は排出トレイ２９まで搬送する搬送ローラ対３０及び３１等を備える。
【００２６】
また、用紙の両面に画像を形成する場合は、画像形成部２１で用紙の一方の面に画像を形成した後、この用紙を排出トレイ２９側の搬送ローラ対３０にニップされた状態とする。この状態で搬送ローラ対３０を反転させて用紙をスイッチバックさせ、搬送ローラ対３８及び３９が用紙を用紙搬送路３２に送って画像形成部２１の上流域に再度搬送し、画像形成部２１により他方の面に画像を形成した後、用紙をスタックトレイ３又は排出トレイ２９に排出する。
【００２７】
図２は、定着装置２８の機能ブロック図である。定着装置２８は、加熱ローラ２６、加圧ローラ２７（図２では不図示）、ＩＨ制御部４１、駆動回路４２、励磁コイル４３、温度センサ４４及び電力測定器４５を有する。励磁コイル４３は、導電性材料からなる筒状の加熱ローラ２６の内部に配置されている。駆動回路４２は、ＩＨ制御部４１の制御によって駆動し、励磁コイル４３に高周波電流を供給する。この電流供給により励磁コイル４３に生じた高周波磁界で加熱ローラ２６本体に誘導渦電流が発生し、加熱ローラ２６が発熱する。
【００２８】
温度センサ４４は、加熱ローラ２６の温度を測定して、測定結果をＩＨ制御部４１へ出力する。電力測定器４５は、励磁コイル４３に供給されている電力を測定し、測定結果をＩＨ制御部４１へ出力する。
【００２９】
ＩＨ制御部４１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）等によって構成され、駆動回路４２に対してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行う。具体的には、ＩＨ制御部４１は温度センサ４４の検出温度に基づいて、加熱ローラ２６が所定温度を維持するように励磁コイル４３に供給する目標電力を算出する。そして、電力測定器４５が検出した電力（検出電力）と算出した目標電力に基づいて、駆動回路４２が出力する高周波電流のフィードバック量をＰＩＤ制御によって求めることにより、加熱ローラ２６の温度が安定して維持されるように制御する。
【００３０】
このＩＨ制御部４１が行うＰＩＤ制御について詳しく説明する。式（１）は、一般的なＰＩＤ制御の計算用式を示す。
【００３１】
Mvn=Kp×(En-En1)+Ki×En+Kd×{(En-2En1+En2)}・・・（１）
ここで、
Kp,Ki,K：ＰＩＤ制御における係数
Mvn：フィードバック量
En=Pt-P
En1=Pt-P1
En2=Pt-P2
P：検出電力
Pt：目標電力
P1：前回測定時の検出電力
P2：前々回測定時の検出電力
従来は、目標電力や検出電力の応答性や安定性を考慮して、式（１）のＫｐ、Ｋｉ及びＫｄの値を設定し、ＩＨ制御部４１がＭｖｎの値をフィードバック量として高周波電流の周波数を調整しながら制御を行っていた。
【００３２】
ところが、式（１）を用いると、検出電力が高いとき、高周波電流の周波数の変化量に対する検出電力の変化量は大きくなり、検出電力が低いとき、高周波電流の周波数の変化量に対する検出電力の変化量は小さくなることが分かっている。図３は、励磁コイル４３に供給される高周波電流の周波数と電力の関係を示したグラフであり、縦軸が検出電力、横軸が高周波電流の周波数である。図３に示すように、検出電力が高いと、グラフの傾きが大きく、検出電力が低いとグラフの傾きが小さくなっていることから分かるように、検出電力が高いと高周波電流の周波数の変化量に対する検出電力の変化量が大きく、検出電力が低いと高周波電流の周波数の変化量に対する検出電力の変化量は小さい。
【００３３】
従って、高い電力を安定して供給するように式（１）のＫｐ、Ｋｉ及びＫｄの値を設定すると、低い電力を供給する際の応答性が悪くなり、低い電力を安定して供給するように式（１）のＫｐ、Ｋｉ及びＫｄの値を設定すると、高い電力を供給する際の安定性が悪くなるという問題があった。
【００３４】
そこで、式（１）を用いて算出したＭｖｎの値を高周波電流の周波数を決定する際のフィードバック量とせずに、励磁コイル４３の検出電力が高いときは高周波電流の周波数の変化量が小さくなり、検出電力が低いときは高周波電流の周波数の変化量が大きくなるように、Ｍｖｎの値を用いてフィードバック量を決定する。
【００３５】
詳しく説明すると、
Δf=Mvn×f(P)・・・（２）
f(P)=A×P+B・・・（３）
ここで、Δｆは高周波電流の周波数の変化量（フィードバック量）である。式（３）は一例であり、検出電力Ｐが高いときはｆ（Ｐ）が小さく、検出電力Ｐが低いときはｆ（ｐ）が大きくなるような式であれば良い。また、式（３）では、一例として、係数Ａ＝―０．００１５、係数Ｂ＝２．０等が挙げられる。
【００３６】
つまり、高周波電流の周波数の変化量（フィードバック量）として、式（１）求めたＭｖｎを用いるのではなく、式（２）及び（３）を用いて、励磁コイル４３の検出電力が高いときは高周波電流の周波数の変化量が小さくなり、検出電力が低いときは高周波電流の周波数の変化量が大きくなるように変換する。これにより、励磁コイル４３の電力の大小にかかわらず、応答性が良く安定した電力制御を行うことができる。
【符号の説明】
【００３７】
１      画像形成装置
２６    加熱ローラ（被加熱部材）
２８    定着装置（誘導加熱装置）
４１    ＩＨ制御部（目標電力設定手段、制御手段）
４２    駆動回路（電流供給手段）
４３    励磁コイル（磁界発生手段）
４４    温度センサ（温度検出手段）
４５    電力測定器（電力検出手段）
【図１】
2010267554.tif 000003
【図２】
2010267554.tif 000004
【図３】
2010267554.tif 000005