(57)【要約】【課題】干渉音を発生させずに連続的に加熱用コイルに電力を供給することができる定着装置を提供することを目的としている。【解決手段】複数の誘導加熱用コイルを駆動させる複数のコイル駆動回路と、複数のコイル駆動回路の駆動を制御する複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子を同一のタイミングでオン／オフさせる駆動回路と、複数の誘導加熱用コイルのそれぞれに印加される入力電圧の制御を行う制御回路と、制御回路からの指示に応じて、複数の誘導加熱用コイルのそれぞれに印加される入力電圧を昇降圧させる複数の電圧制御回路と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の誘導加熱用コイルを用いた誘導加熱方式により加熱体を加熱させる定着装置であって、
前記複数の誘導加熱用コイルを駆動させる複数のコイル駆動回路と、
前記複数のコイル駆動回路の駆動を制御する複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子を同一のタイミングでオン／オフさせる駆動回路と、
前記複数の誘導加熱用コイルのそれぞれに印加される入力電圧の制御を行う制御回路と、
前記制御回路からの指示に応じて、前記複数の誘導加熱用コイルのそれぞれに印加される前記入力電圧を昇降圧させる複数の電圧制御回路と、を有する定着装置。
【請求項２】
前記コイル駆動回路は、
前記誘導加熱用コイルと並列に接続された共振コンデンサを有する請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記コイル駆動回路は、
前記誘導加熱用コイルと直列に接続された共振コンデンサと、
前記誘導加熱用コイルと前記電圧制御回路との間に接続された第一のスイッチング素子と、
前記誘導加熱用コイルと前記駆動回路との間に接続された第二のスイッチング素子と、を有し、
前記駆動回路は、前記第一及び前記第二のスイッチング素子を同一のタイミングでオン／オフさせる請求項１記載の定着装置。
【請求項４】
前記制御回路は、
前記加熱体を加熱してトナー像が形成された記録媒体において前記トナー像を前記記録媒体に定着させる際に、前記トナー像の基となる画像情報に基づき、前記複数の電圧制御回路の一部に前記入力電圧を降圧させる請求項１ないし３の何れか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記制御回路は、
前記画像情報に基づき、前記複数の電圧制御回路の一部を停止させる請求項４記載の定着装置。
【請求項６】
前記制御回路は、
前記加熱体を加熱してトナー像が形成された記録媒体において前記トナー像を前記記録媒体に定着させる際に、前記記録媒体の大きさに基づき、前記複数の電圧制御回路の一部に前記入力電圧を降圧させる請求項４又は５に記載の定着装置。
【請求項７】
前記制御回路は、
前記記録媒体の大きさに基づき、前記複数の電圧制御回路の一部を停止させる請求項６記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の誘導加熱用コイルを用いた誘導加熱方式により加熱体を加熱させる定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真方式の画像形成装置は、トナーを紙に定着させるため定着装置を有する。この定着装置の加熱方式の一つに、IH（Inducing Heating：誘導加熱）方式が挙げられる。誘導加熱用の電源装置（インバータ）では、インバータに搭載されたスイッチング素子の動作周波数（スイッチング素子の導通時間幅）により、誘導加熱用コイルに流れる交流電流値を制御する。すなわちIH定着方式では、スイッチング素子のオン幅制御により電力制御を行うことが知られている。
【０００３】
また従来の画像形成装置では、仕様によって様々のサイズ(幅)の用紙が用いられる。このため、例えば特許文献１ないし３に記載されているように、画像形成装置では、加熱ローラの軸方向に沿って用紙通過幅に合わせた複数の誘導加熱用コイルを配置し、誘導加熱用コイルに供給される電力を制御することが知られている。
【０００４】
また従来の画像形成装置では、ローラ軸方向に沿って配置した複数の誘導加熱用コイルに対してそれぞれの電力を供給する際に、ローラ長手方向の温度差に応じてそれぞれの誘導加熱用コイルで発生させる電力量を変化させる。このことは異なる周波数で駆動される誘導加熱用コイルが複数存在することを意味しており、干渉音が発生する場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の干渉音を抑止するため、複数の誘導加熱用コイルへの電力供給タイミングを切り替えて制御することが知られている。しかしながら、干渉音を抑止するために電力分配比率を保持したまま電力供給タイミングを切り替えて制御すると、複数の誘導加熱用コイルを時分割して加熱することになり、定着温度に到達するまでの時間が増大する。
【０００６】
本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべく成されたものであり、干渉音を発生させずに連続的に加熱用コイルに電力を供給することができる定着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】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成すべく、以下の如き構成を採用した。
【０００８】
本発明は、複数の誘導加熱用コイルを用いた誘導加熱方式により加熱体を加熱させる定着装置であって、前記複数の誘導加熱用コイルを駆動させる複数のコイル駆動回路と、前記複数のコイル駆動回路の駆動を制御する複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子を同一のタイミングでオン／オフさせる駆動回路と、前記複数の誘導加熱用コイルのそれぞれに印加される入力電圧の制御を行う制御回路と、前記制御回路からの指示に応じて、前記複数の誘導加熱用コイルのそれぞれに印加される前記入力電圧を昇降圧させる複数の電圧制御回路と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、干渉音を発生させずに連続的に加熱用コイルに電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一の実施形態の定着装置を説明する図である。
【図２】第一の実施形態の定着装置の回路を説明する図である。
【図３】第一の実施形態の加熱ローラを説明する図である。
【図４】第一の実施形態のコイル駆動部を説明する図である。
【図５】ＰＷＭ信号によりスイッチング素子をオン／オフさせた際のコイル電流とスイッチング素子の両端電圧を示す図である。
【図６】スイッチング素子の導通時間Ｔｏｎ１より短い導通時間Ｔｏｎ２で導通させたときのＰＷＭ信号、コイル電流及び両端電圧を示す図である。
【図７】駆動周波数を変化させた場合の駆動周波数とピーク電流値及び駆動周波数と投入電力の関係を示す図である。
【図８】隣り合う加熱用コイルが異なるときのコイル電流、スイッチング素子の両端電圧及びＰＷＭ信号を示す図である。
【図９】駆動周波数を一致させた場合のコイル電圧とピーク電流値及びコイル電圧と投入電力との関係を示す図である。
【図１０】第一の実施形態の電圧制御回路を説明する図である。
【図１１】画像情報に基づく複数の加熱用コイルの駆動を説明する図である。
【図１２】用紙サイズに基づく複数の加熱用コイルの駆動を説明する図である。
【図１３】第二の実施形態の定着装置を説明する図である。
【図１４】駆動周波数を一致させ且つ電圧制御回路によりコイル電圧を制御するときの駆動波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態では、同一位相で駆動素子をスイッチングさせる駆動回路と、複数の誘導加熱用コイルに対して個別に入力電圧を制御する電圧制御回路とを有し、電圧制御回路により入力電圧を昇降圧させることにより電力制御を行って、干渉音を発生させずに定着温度に到達するまで連続的に電力供給をする。
【００１２】
（第一の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第一の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の定着装置を説明する図である。
【００１３】
本実施形態の定着装置１０は、電源電圧１００、フィルタ回路１０１、入力ＡＣ（Alternating Current）電流検出回路１０２、入力ＡＣ電圧検出回路１０３、整流回路１０４、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０５、駆動回路１０６を有する。また本実施形態の定着装置１０は、電圧制御回路２１１、２２１、２３１、コイル駆動部２１０、２２０、２３０、加熱用コイル２１３、２２３、２３３を有する。
【００１４】
本実施形態の定着装置１０のＣＰＵ１０５は、外部通信ＩＦ（インターフェイス）１２１を介して外部制御ＣＰＵ１２０から定着の指示を受けると、コイル駆動部２１０、２２０、２３０により誘導加熱用の加熱用コイル２１３、２２３、２３３を加熱し、加熱ローラ３００を加熱する。本実施形態において外部通信ＩＦ（インターフェイス）１２１は、定着装置１０に設けられていても良いし、定着装置１０の外部に設けられていても良い。一般に外部通信ＩＦは、内部電子回路への破損を防ぐため、フォトカプラなどにより絶縁される。また本実施形態の外部制御ＣＰＵ１２０は、例えば定着装置１０が搭載される画像形成装置のメイン制御部である。また本実施形態の加熱ローラ３００は、定着装置１０が有していても良いし、定着装置１０の外部に配置されていても良い。
【００１５】
本実施形態の電圧制御回路２１１、２２１、２３１は、コイル駆動部２１０、２２０、２３０に電圧を供給し、加熱用コイル２１３、２２３、２３３を駆動させる。
【００１６】
本実施形態のコイル駆動部２１０は、共振コンデンサ２１２、スイッチング素子２１４を有する。コイル駆動部２２０は、共振コンデンサ２２２、スイッチング素子２２４を有する。コイル駆動部２３０は、共振コンデンサ２３２、スイッチング素子２３４を有する。
【００１７】
本実施形態のコイル駆動部２１０、２２０、２３０において、各共振コンデンサ２１２、２２２、２３２は、加熱用コイル２１３、２２３、２３３とそれぞれが並列に接続されて、共振回路を構成している。また各スイッチング素子２１４、２２４、２３４は、加熱用コイル２１３、２２３、２３と直列に接続されており、上述の共振回路の駆動を制御する。
【００１８】
本実施形態のスイッチング素子２１４、２２４、２３４は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等であり、それぞれのゲートに駆動回路１０６から出力される信号が印加される。駆動回路１０６は、ＣＰＵ１０５により制御され、ＣＰＵ１０５の指示に従ってスイッチング素子２１４、２２４、２３４のオン／オフを制御する。
【００１９】
本実施形態の定着装置１０では、電源電圧１００から出力される電圧がフィルタ回路１０１によりフィルタリングされ、整流回路１０４で整流された電圧Ｖｒｅｃｔが電圧制御回路２１１、２２１、２３１に供給される。また本実施形態の定着装置１０では、ＣＰＵ１０５から出力される制御信号Ｖｃｏｎｔが電圧制御回路２１１、２２１、２３１に供給される。
【００２０】
以下に図２を参照して本実施形態のフィルタ回路１０１、入力ＡＣ電流検出回路１０２、入力ＡＣ電圧検出回路１０３、整流回路１０４について説明する。図２は、第一の実施形態の定着装置の回路を説明する図である。
【００２１】
本実施形態のフィルタ回路１０１は、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３及びコイルＬ１を有し、定着装置１０内部で発生するスイッチングノイズによる電源電圧１００の影響を低減させる。
【００２２】
本実施形態の入力ＡＣ電流検出回路１０２は、フィルタ回路１０１の出力の一端に接続されたカレントトランスＣＴ１と、ダイオードブリッジＤＢ２と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、コンデンサＣ６とを有する。本実施形態の入力ＡＣ電流検出回路１０２は、入力ＡＣ電流値Ｉａｃｉｎを出力する。
【００２３】
本実施形態の入力ＡＣ電圧検出回路１０３は、抵抗Ｒ４，Ｒ５と、コンデンサＣ７と、を有し、ＡＣ入力電圧値Ｖａｃｉｎを出力する。
【００２４】
本実施形態の整流回路１０４は、入力されたＡＣ電圧をダイオードブリッジＤ１と、コイルＬ２と、コンデンサＣ４，Ｃ５にて構成されるＬＣフィルタを用いて全波整流する。
【００２５】
ＡＣ入力電流値Ｉａｃｉｎ及びＡＣ入力電圧値Ｖａｃｉｎは、定着装置１０の駆動制御を行うＣＰＵ１０５に供給される。ＣＰＵ１０５は、ＡＣ入力電流値Ｉａｃｉｎ及びＡＣ入力電圧値Ｖａｃｉｎに基づき、定着装置１０の投入電力が所望の値になるように制御される。
【００２６】
次に図３を参照して本実施形態の加熱ローラ３００について説明する。図３は、第一の実施形態の加熱ローラを説明する図である。
【００２７】
本実施形態の加熱ローラ３００は、近傍にローラ長手方向に複数の加熱用コイルが配置される。本実施形態の複数の加熱用コイルは、１番目の加熱用コイル２１３、ｋ番目の加熱用コイル２２３、ｎ番目の加熱用コイル２３２(だたし、２≦ｋ≦ｎ、ｎ≧２)が加熱ローラ３００の円周に沿うように配置されている。
【００２８】
本実施形態のそれぞれの加熱用コイルには、フェライト等で形成されたアーチコア３０１、センターコア３０２、サイドコア３０２が配置され、加熱ローラ３００の反対側に磁束が漏れないように加熱ローラ３００を取り囲む。アーチコア３０１、センターコア３０２、サイドコア３０３と、複数の加熱用コイル２１３、２２３、２３３を含む加熱用コイルは、図示しない固定冶具と加熱ローラ３００とを用いて対向させる。
【００２９】
次に図４ないし図７を参照して電圧共振動作時に加熱用コイル２１３に供給されるコイル電流Ｉｃｏｉｌとスイッチング素子の両端の電圧Ｖｄｓの波形について説明する。
【００３０】
図４は、第一の実施形態のコイル駆動部を説明する図である。本実施形態のコイル駆動部２１０は、誘導加熱用の加熱用コイル２１３へ交流電流Ｉｃｏｉｌを導通させる。本実施形態では、加熱用コイル２１３と並列に共振用コンデンサ２１２が接続されており、共加熱用コイル２１３と直列にスイッチング素子２１４が接続されている。加熱用コイル２１３へは、電圧Ｖｃｏｉｌが印加されている。スイッチング素子２１４へは駆動回路１０５からスイッチング素子２１４を駆動させるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号がゲートに入力される。
【００３１】
図５は、ＰＷＭ信号によりスイッチング素子をオン／オフさせた際のコイル電流とスイッチング素子の両端電圧を示す図である。
【００３２】
図５においてスイッチング素子２１４は、ＰＷＭ信号がハイレベル（以下、Ｈレベル）のとき導通しコイル電流Ｉｃｏｉｌが増加する。またスイッチング素子２１４は、ＰＷＭ信号がＨレベルからローレベル（以下、Ｌレベル）に切り替わるとスイッチング素子２１４が遮断され、コイル電流Ｉｃｏｉｌは減少し始める。
【００３３】
一方両端電圧Ｖｄｓは、コイル電流Ｉｃｏｉｌは減少し始めたとき、共振用コンデンサ２１２による共振現象により正弦波状に増加する。図５の例では、共振現象によりスイッチング素子２１４の内部ダイオードが導通すると、両端電圧Ｖｄｓ＝０となり、両端電圧Ｖｄｓ＝０の期間でスイッチング素子２１４を導通させるようにＰＷＭ信号をＬレベルからＨレベルにしている。
【００３４】
本実施形態では、スイッチング素子２１４が導通する時間Ｔｏｎ１の増減により、コイル電流Ｉｃｏｉｌ(ピーク電流値Ｉｐｋ１)を増減させることで、投入電力量を制御して加熱ローラ３００の発熱量を制御する。尚スイッチング素子２１４が導通しない時間Ｔｏｆｆは、加熱用コイル２１３と共振コンデンサ２１２によって決定される。
【００３５】
図６は、スイッチング素子の導通時間Ｔｏｎ１より短い導通時間Ｔｏｎ２で導通させたときのＰＷＭ信号、コイル電流及び両端電圧を示す図である。
【００３６】
図６では、導通時間Ｔｏｎ２が導通時間Ｔｏｎ１より短いため、コイル電流Ｉｃｏｉｌのピーク電流値Ｉｐｋ２が減少する。スイッチング素子２１４の導通時間を短くすることは、スイッチング素子２１４の駆動周波数ｆｓｗを高くすることである。
【００３７】
スイッチング素子２１４の駆動周波数ｆｓｗが高くなると、加熱用コイル２１３に対する投入電力Ｐｉｎは減少し、駆動周波数ｆｓｗが低くなると加熱用コイル２１３に対する投入電力Ｐｉｎは増加する。尚投入電力とは、コイル電流Ｉｃｏｉｌとコイル電圧Ｖｃｏｉｌにより決められる加熱用コイルに供給される電力である。駆動周波数ｆｓｗは周期Ｔの逆数(ｆｓｗ＝１／Ｔ)で表される。
【００３８】
すなわち図５での駆動周波数ｆｗｓをｆ１＝１／（Ｔｏｎ１＋Ｔｏｆｆ）、図６の駆動周波数ｆｓｗをｆ２=１／（Ｔｏｎ２＋Ｔｏｆｆ）とすると、駆動周波数ｆｓｗとピーク電流値Ｉｐｋ及び投入電力Ｐｉｎの関係は、図７に示すようになる。
【００３９】
図７は、駆動周波数を変化させた場合の駆動周波数とピーク電流値及び駆動周波数と投入電力の関係を示す図である。図７（Ａ）は駆動周波数ｆｓｗとピーク電流値Ｉｐｋの関係を示し、図７（Ｂ）は駆動周波数ｆｓｗと投入電力Ｐｉｎの関係を示す。
【００４０】
上述したように、複数の加熱用コイルを備えた定着装置において、異なる加熱用コイルを同時駆動しつつ、上述の駆動周波数による電力制御を行うと、異なる加熱用コイルの駆動周波数差による干渉音が発生する。駆動周波数による電力制御とは、すなわちスイッチング素子２１４の導通時間を変化させることで、コイル電流Ｉｃｏｉｌ(ピーク電流値Ｉｐｋ１)を増減させることである。
【００４１】
また干渉音を発生しないように異なる加熱用コイルを時分割して駆動すると、定着可能温度まで連続的に加熱できないため、定着可能温度に到達するまでの時間が増大する。
【００４２】
本実施形態では、上述の問題点を解決するものである。
【００４３】
本実施形態の定着装置１０では、ｎ個の加熱用コイルに対しておのおのｎ個の共振コンデンサを並列接続し、ｎ個のスイッチング素子を直列接続する。また定着装置１０は、ｎ個の加熱用コイルにコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］（１＜ｋ≦ｎ，ｎ≧２）を印加するために、ｎ個の電圧制御回路を有する。
【００４４】
本実施形態の定着装置１０では、ｎ個の加熱用コイルのうち第一番目の加熱用コイルを加熱用コイル２１３とし、ｋ番目の加熱用コイルを加熱用コイル２２３、ｎ番目の加熱用コイルを加熱用コイル２３３とした。また本実施形態の定着装置１０では、第一番目の加熱用コイル２１３には電圧制御回路２２１がコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［１］を印加し、ｋ番目の加熱用コイル２２３には電圧制御回路２２１がコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］を印加し、ｎ番目の加熱用コイル２３３には電圧制御回路２３１がコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｎ］を印加する。
【００４５】
本実施形態の電圧制御回路２１１、２２１、２３１には、整流回路１０４からの整流された電圧Ｖｒｅｃｔが供給される。また電圧制御回路２１１、２２１、２３１には、コイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］（１＜ｋ≦ｎ，ｎ≧２）を個別に制御するため、ＣＰＵ１０５からコイル電圧制御信号Ｖｃｏｎｔ［ｋ］（１＜ｋ≦ｎ，ｎ≧２）が供給される。
【００４６】
また本実施形態の定着装置１０では、加熱用コイル２１３、２２３、２３３の駆動周波数を一致させるため、駆動回路１０６からのＰＷＭ信号はスイッチング素子２１４、２２４、２３４のゲートに対して共通に印加される。
【００４７】
本実施形態の定着装置１０では、このようにスイッチング素子２１４、２２４、２３４を同時にオン／オフをさせつつ、電圧制御回路２１１、２２１、２３１で加熱用コイル２１３、２２３、２３３に印加するコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］を個別に制御する。本実施形態では、この構成により、各スイッチング素子の駆動周波数の差による干渉音を抑制しながら、各加熱用コイルに供給する電力を制御することができる。
【００４８】
以下に図８、図９を参照して、加熱用コイル２１３、２２３、２３３の駆動周波数を一致させ、電圧制御回路２１１、２２１、２３１によりコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］を制御した際のＰＷＭ信号とコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］の関係について説明する。
【００４９】
図８は、隣り合う加熱用コイルが異なるときのコイル電流、スイッチング素子の両端電圧及びＰＷＭ信号を示す図である。
【００５０】
ｎ個の加熱用コイルのうちｋ番目の加熱用コイルのコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］＝Ｖ１とし、ｋ＋１番目の加熱用コイルのコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ＋１］＝Ｖ３(ただし、Ｖ１＞Ｖ３)としたとき、コイル電流Ｉｃｏｉｌ［ｋ］のピーク電流値ＩｐｋはそれぞれＩｐｋ１、Ｉｐｋ３となる。
【００５１】
一方で図８では、駆動周波数ｆｓｗ＝１／（Ｔｏｎ１＋Ｔｏｆｆ）は同一のため周波数差が発生しない。駆動周波数差が発生しないということは、加熱用コイル同士の干渉音は発生しないことを意味する。
【００５２】
図９は、駆動周波数を一致させた場合のコイル電圧とピーク電流値及びコイル電圧と投入電力との関係を示す図である。図９（Ａ）はコイル電圧Ｖｃｏｉｌとピーク電流値Ｉｐｋの関係を示し、図９（Ｂ）はＶｃｏｉｌと投入電力Ｐｉｎとの関係を示す。
【００５３】
本実施形態では、図９に示す関係となるようにコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］を制御することでコイル電流Ｉｃｏｉｌ［ｋ］のピーク電流値Ｉｐｋを制御できるため、連続的に加熱用コイルへの投入電力Ｐｉｎを供給できる。
【００５４】
すなわち本実施形態の定着装置１０のＣＰＵ１０５は、駆動回路１０６に対してスイッチング素子２１４、２２４、２３４を同一のタイミングでオン／オフさせるＰＷＭ信号を出力させる。本実施形態ではこの制御により、スイッチング素子２１４、２２４、２３４の駆動周波数を一致させ、加熱用コイル２１３、２２３、２３３同士の干渉音を抑制することができる。
【００５５】
また本実施形態では、図９に示すようにコイル電圧Ｖｃｏｉｌを制御することでピーク電流値Ｉｐｋを制御できる。したがって本実施形態では、ＣＰＵ１０５が電圧制御回路２１１、２２１、２３１により加熱用コイル２１３、２２３、２３３それぞれに印加されるコイル電圧Ｖｃｏｉｌを制御することで、加熱用コイル２１３、２２３、２３３に供給される電力を制御（調整）することができる。
【００５６】
具体的には例えば、加熱用コイル２１３に発生する電力を小さくしたい場合には、ＣＰＵ１０５により電圧制御回路２１１から出力されるコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［１］を低くすれば良い。同様に加熱用コイル２１３に発生する電力を大きくしたい場合には、ＣＰＵ１０５により電圧制御回路２１１から出力されるコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［１］を高くすれば良い。このように本実施形態によれば、加熱用コイルに供給する電力を制御する際に、スイッチング素子の駆動周波数を変更する必要がない。また本実施形態では、電力供給タイミングを切り替えて、各加熱用コイルを時分割して加熱する必要もない。したがって本実施形態によれば、干渉音を発生させずに連続的に加熱用コイルに電力を供給することができる。
【００５７】
以下に図１０を参照して本実施形態の電圧制御回路２１１、２２１、２３１について説明する。本実施形態では、電圧制御回路２１１、２２１、２３１は同一の構成であるため、図１０では代表して電圧制御回路２１１について説明する。
【００５８】
図１０は、第一の実施形態の電圧制御回路を説明する図である。
【００５９】
本実施形態の電圧制御回路２１１は、フライバックコンバータを用いた回路とした。
【００６０】
本実施形態の電圧制御回路２１１は、トランスＴ１、電圧制御ＣＰＵ１１５、トランジスタＱ１、ダイオードＤｓ１、コンデンサＣｓ、抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２を有する。
【００６１】
本実施形態の電圧制御回路２１１において、整流回路１０４で全波整流された電圧Ｖｒｅｃｔは、トランスＴ１に供給される。トランスＴ１は１次側巻線Ｎｐと複数の２次巻線Ｎｓ１、Ｎｓ２、Ｎｓ３によって構成される。また電圧制御回路２１１では、電圧制御ＣＰＵ１１５によりトランジスタＱ１のオン／オフが制御される。
【００６２】
本実施形態では、トランジスタＱ１をオン／オフさせることでトランスＴ１の１次側巻線Ｎｐに対して電流が流れる。またトランスＴ１では、１次側巻線Ｎｐに電流が流れることにより複数の２次側巻線Ｎｓ１、Ｎｓ２、Ｎｓ３にも巻線比に応じた電圧及び電流が生じる。２次側巻線Ｎｓ１に生じた電圧は、ダイオードＤｓ１により整流され、コンデンサＣｓ１によって平滑化される。本実施形態の電圧制御回路２１１は、平滑化された電圧をコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］として加熱用コイル２１３へ供給する。
【００６３】
また本実施形態の電圧制御回路２１１は、コイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］を抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２により分圧し、出力電圧監視信号ＶＦＢ１として電圧制御ＣＰＵ１１５へ供給する。
【００６４】
また電圧制御回路２１１において、２次側巻線Ｎｓ２は、トランスＴ１に流れる電流を監視し、電圧制御ＣＰＵ１１５に対して電流が０になるタイミングでタイミング信号ＩＦＢを供給する。また電圧制御回路２１１において、２次側巻線Ｎｓ３は、電圧Ｖｒｅｃｔを巻線比Ｎｐ１：Ｎｓ３にて降圧又は昇圧する。
【００６５】
また電圧制御回路２１１は、巻線Ｎｓ３に発生した電圧を抵抗とコンデンサにより平滑化し、入力電圧監視信号ＶＦＢ２として電圧制御ＣＰＵ１１５に供給することで、電圧Ｖｒｅｃｔを監視する。
【００６６】
本実施形態の電圧制御ＣＰＵ１１５は、タイミング信号ＩＦＢ、出力電圧監視信号ＶＦＢ１、入力電圧監視信号ＶＦＢ１によってトランジスタＱ１のオン／オフのタイミングを制御することで、出力電圧であるコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］を一定に保つことができる。
【００６７】
また本実施形態の電圧制御ＣＰＵ１１５には、ＣＰＵ１０５からの制御信号Ｖｃｏｎｔ［ｋ］が供給される。本実施形態電圧制御ＣＰＵ１１５は、この制御信号Ｖｃｏｎｔ［ｋ］により、トランジスタＱ１の導通時間（オン時間）を制御することでコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］を変更することができる。
【００６８】
本実施形態の電圧制御ＣＰＵ１１５、例えばμコンピュータでも良いし、電圧比較回路とパルス制御回路を内蔵したタイマＩＣ（Integrated Circuit）でも良いし、電圧比較回路とパルス制御回路を個別に構成したアナログ回路でも良い。またＣＰＵ１０５からの制御信号Ｖｃｏｎｔ［ｋ］は、ＣＰＵ１０５に搭載されるＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）を用いたアナログ電圧でもよいし、シリアル通信インターフェイスを利用しても良い。
【００６９】
次に、図１１を参照して用紙に画像を形成するための画像情報に基づいて複数の加熱用コイルを駆動させる制御について説明する。図１１は、画像情報に基づく複数の加熱用コイルの駆動を説明する図である。
【００７０】
図１１（Ａ）は、用紙上の主走査方向に対して画像領域ｃ、画像領域ｄが存在するパターンを示している。また図１１（Ａ）では、複数の加熱用のコイル（斜線部）が搬送方向に対して垂直に配置され、用紙左端に対応するｋ番目のコイルをコイル２２３としている。
【００７１】
画像領域ｃは、定着対象のトナーが存在するためコイルを駆動し加熱ローラ３００の対応する箇所を加熱する必要であるが、画像領域ｄにはトナーが存在しないためコイルを駆動し加熱ローラ３００の対応する箇所を加熱する必要がない。図１１（Ｂ）も同様に、用紙上の主走査方向に対して画像領域e、画像領域fが存在し、副走査方向（搬送方向）に対して搬送領域ｇ、搬送領域ｈが存在するパターンを示している。搬送領域gにおいて、画像領域e及びｆにはトナーが存在するため、コイルを駆動し加熱ローラ３００の対応する箇所を加熱する必要がある。一方搬送領域ｈにおいては、画像領域eにはトナーが存在し、画像領域ｆにはトナーが存在しない。よって画像領域eでのみコイルを駆動し、加熱ローラ３００の対応する箇所を加熱する必要がある。
【００７２】
図１１（Ａ）の例では、ｋ番目からｋ＋３番目のコイルのみを駆動することで、トナーが存在しない領域での加熱を停止ことができ、消費電力を抑えることが可能である。尚本実施形態では、例えばトナーが存在しない領域においては、加熱用コイルに供給する電力を減らして消費電力を抑えても良い。
【００７３】
本実施形態において、コイルに供給する電力を停止及び減少させる場合には、図９に示すグラフのように、コイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］を０とするか又はコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］を小さくすることで実現できる。
【００７４】
次に、図１２を参照して用紙サイズに基づいて複数の加熱用のコイルを駆動させる制御について説明する。図１２は、用紙サイズに基づく複数の加熱用コイルの駆動を説明する図である。
【００７５】
図１２（Ａ）は、用紙上に搬送方向の先頭側から順に、画像領域iが存在するパターンを示している。図１２（Ａ）の例では、複数の加熱用コイル（斜線部）が搬送方向に対して垂直に配置されており、用紙左端をｋ番目の加熱用コイル２２３としている。
【００７６】
図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）よりも用紙幅の狭い用紙を通紙したパターンを示している。図１２（Ａ）ではｋ番目からｋ＋７番目までの加熱用コイルを駆動する必要があるが、図１２（Ｂ）の画像領域ｍは図１２（Ａ）よりも用紙幅が狭いため、ｋ＋１番目からｋ＋３番目の加熱用コイルを駆動すればよい。
【００７７】
よって本実施形態では、トナーが存在しない領域での加熱を停止ことができ、消費電力を抑えることが可能である。尚本実施形態では、例えばトナーが存在しない領域においては、コイルに供給する電力を減らして消費電力を抑えても良い。
【００７８】
本実施形態において、コイルに供給する電力を停止及び減少させる場合には、図９に示すグラフのように、コイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］を０とするか又はコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］を小さくすることで実現できる。
【００７９】
（第二の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態では、コイル駆動部の構成が第一の実施形態と相違する。よって以下の本発明の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものは第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。
【００８０】
図１３は、第二の実施形態の定着装置を説明する図である。
【００８１】
本実施形態の定着装置１０Ａは、コイル駆動部２１０Ａ、２２０Ａ、２３０Ａを有する。
【００８２】
本実施形態の定着装置１０Ａでは、ｎ個の加熱用コイルに対しておのおのの共振コンデンサ２１２、２２２、２２３を直列に接続し、ｎ×２個のスイッチング素子２１４ａ、２１４ｂ、２２４ａ、２２４ｂ、２３４ａ、２３４ｂを接続する。
【００８３】
以下に本実施形態のコイル駆動部２１０Ａにおける各部品の接続について説明する。本実施形態のコイル駆動部２２０Ａ、２３０Ａは、コイル駆動部２１０Ａと同様の構成であるから説明を省略する。
【００８４】
本実施形態のコイル駆動部２１０Ａにおいて、加熱用コイル２１３の一端は共振コンデンサ２１２の一端と接続され、共振コンデンサ２１２の他端が接地されている。加熱用コイル２１３の他端は、スイッチング素子２１４ａの一端とスイッチング素子２１４ｂの一端とに接続されている。スイッチング素子２１４ａの他端は、電圧制御回路２１１の出力と接続されている。スイッチング素子２１４ｂの他端は接地されている。スイッチング素子２１４ａ及びスイッチング素子２１４ｂのゲートには、駆動回路１０６から出力されるＰＷＭ信号が供給される。
【００８５】
本実施形態の定着装置１０Ａは、第一の実施形態と同様に、ｎ個の加熱用コイルにコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］（１＜ｋ≦ｎ、ｎ≧２）を印加するため、ｎ個の電圧制御回路（第一番目の電圧制御回路２１１、第ｋ番目の電圧制御回路２２１、第ｎ番目の電圧制御回路２３１)を有する。ｎ個の電圧制御回路には、整流回路１０４からの整流された電圧Ｖｒｅｃｔが供給され、コイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］（１＜ｋ≦ｎ、ｎ≧２）を個別に制御するため、ＣＯＵ１０５から制御信号Ｖｃｏｎｔ［ｋ］（１＜ｋ≦ｎ、ｎ≧２）が供給される。
【００８６】
また本実施形態は、２つのＰＷＭ信号を出力する駆動回路１０６Ａを有する。駆動回路１０６Ａから出力されるＰＷＭ１信号は、スイッチング素子２１４ａ、２２４ａ、２３４ａのゲートに供給される。また駆動回路１０６Ａから出力されるＰＷＭ２信号は、スイッチング素子２１４ｂ、２２４ｂ、２３４ｂのゲートに供給される。本実施形態では、このＰＷＭ１信号及びＰＷＭ２信号による各スイッチング素子のオン／オフの制御により、異なる加熱用コイルの駆動周波数を一致させている。
【００８７】
図１４は、駆動周波数を一致させ且つ電圧制御回路によりコイル電圧を制御するときの駆動波形を示す図である。
【００８８】
図１４では、隣り合う異なる加熱用コイルのコイル電流Ｉｃｏｉｌと、ＰＷＭ１信号及びＰＷＭ２信号の波形を示している。
【００８９】
図１４において、ｎ個の加熱用コイルのうちｋ番目の加熱用コイルのコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］＝Ｖ１とし、ｋ＋１番目の加熱用コイルのコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ＋１］＝Ｖ３(ただし、Ｖ１＞Ｖ３)としたとき、コイル電流Ｉｃｏｉｌ［ｋ］のピーク電流値ＩｐｋはそれぞれＩｐｋ１、Ｉｐｋ３となる。
【００９０】
またｋ番目の加熱用コイルと接続されたスイッチング素子の駆動周波数をｆｓｗ１とし、ｋ＋１番目の加熱用コイルと接続されたスイッチング素子の駆動周波数をｆｓｗ２とした場合、駆動周波数ｆｓｗ１＝１／（２ｘ（Ｔｏｎ１＋Ｔｄｔ））であり、駆動周波数ｆｓｗ２＝１／（２ｘ（Ｔｏｎ２＋Ｔｄｔ））である。ここでＴｏｎ１＝Ｔｏｎ２であるから、本実施形態ではスイッチング素子の駆動周波数差が発生しない。よって異なる加熱用コイル同士の干渉音は発生しない。尚Ｔｄｔとは、スイッチング素子２１４ａ、２１４ｂのスイッチング時、スイッチング素子２２４ａ、２２４ｂのスイッチング時、スイッチング素子２３４ａ、２３４ｂのスイッチング時に、各スイッチング素子が短絡しないように設けるデッドタイムである。
【００９１】
またコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］の電力特性は上述の図９と同様の特性を示す。よって本実施形態では、第一の実施形態と同様にコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］を制御することで加熱用コイルへのピーク電流値Ｉｐｋを制御することができる。すなわちコイル電圧Ｖｃｏｉｌ［ｋ］の制御により、加熱用コイルに供給する電力を制御することができるため、連続的に加熱用コイルへ電力を供給することができる。
【００９２】
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【００９３】
１０、１０Ａ  定着装置
１０５  ＣＰＵ
１０６  駆動回路
２１０、２２０、２３０  コイル駆動部
２１１、２２１、２３１  電圧制御回路
２１３、２２３、２３３  加熱用コイル
３００  加熱ローラ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９４】
【特許文献１】特開２００６−２０６８１３号公報
【特許文献２】特開２００１−３１２１７８号公報
【特許文献３】特許第１０２１７０７号公報
【図１】
2014056114.tif 000003
【図２】
2014056114.tif 000004
【図３】
2014056114.tif 000005
【図４】
2014056114.tif 000006
【図５】
2014056114.tif 000007
【図６】
2014056114.tif 000008
【図７】
2014056114.tif 000009
【図８】
2014056114.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2014056114.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2014056114.tif 000015
【図１４】
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