(57)【要約】【課題】周波数制御の電磁誘導加熱方式定着装置を有する画像形成装置において、小電力制御時に駆動周波数が高くなると、スイッチ素子でのスイッチング損失が増加して、効率が低下するのを防止する。【解決手段】本発明に係る画像形成装置の定着電源装置においては、特性の相異なる２つのタイプの自己消弧素子（ＩＧＢＴとＦＥＴ）を用いて、高電力動作時（低周波動作）はＩＧＢＴ駆動、低電力動作時（高周波動作時）にはＦＥＴ駆動とする。これにより、定着電源装置の動作状況に応じて使用する自己消弧素子を選択する事で、低電力動作時（高周波動作時）のスイッチング損失を低減させ、装置のエネルギー消費効率を向上させる。【選択図】  図１
2011193556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷コイルに電力供給する電源装置であって、
前記負荷コイルへの入力電流をスイッチングするための特性が相異なる複数のスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を駆動する為の駆動信号を生成する制御手段と
を有し、
前記特性が相異なる複数のスイッチング素子は並列に接続され、
前記制御手段は、前記特性が相異なる複数のスイッチング素子のうち、いずれかのスイッチング素子を選択し駆動信号を供給する
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記複数のスイッチング素子は、それぞれのスイッチング素子が有するスイッチング速度と最大電流に係る特性とが相異なることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記駆動信号を生成する駆動信号生成部を有し、生成された前記駆動信号におけるＯＮ時間を基準として前記特性が相異なる複数のスイッチング素子のうち、いずれかのスイッチング素子を選択し前記駆動信号を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記駆動信号を生成する駆動信号生成部を有し、生成された前記駆動信号における駆動周波数を基準として前記特性が相異なる複数のスイッチング素子のうち、いずれかのスイッチング素子を選択し駆動信号を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項５】
当該電源装置へ入力されている電力を検出する電力検出手段を更に有し、
前記制御手段は、前記検出した入力電力に応じて前記特性が相異なる複数のスイッチング素子のうち、いずれかのスイッチング素子を選択し駆動信号を供給する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項６】
当該電源装置へ入力されている電力を検出する電力検出手段を更に有し、
前記制御手段は、前記負荷コイルに印加するための目標電力に応じて前記特性が相異なる複数のスイッチング素子のうち、いずれかのスイッチング素子を選択し駆動信号を供給する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項７】
前記特性が相異なる複数のスイッチング素子の１つは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタから構成され、他の１つは、電界効果トランジスタから構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項８】
誘導加熱装置であって、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電源装置と、
導電性発熱体と
を備え、
前記負荷コイルは、前記導電性発熱体と電磁気的に結合して配置された誘導加熱コイルであることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項９】
前記制御手段は、検出した入力電力が前記誘導加熱コイルに印加するための目標電力に一致するように前記スイッチング素子の駆動を制御する電力制御モードを有することを特徴とする請求項８に記載の誘導加熱装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記導電性発熱体の温度を検出する温度検出手段を有し、
前記温度検出手段での検出温度が目標温度となる様に前記スイッチング素子の駆動を制御する温度制御モードと、前記電力制御モードとの２つの制御モードを有し、
当該２つの制御モードそれぞれにおいて、前記駆動信号のＯＮ時間、駆動信号の駆動周波数、入力電力のうちの少なくとも一つに基づいて、前記特性が相異なる複数のスイッチング素子のうち、いずれかのスイッチング素子を選択し駆動信号を供給する
ことを特徴とする請求項９に記載の誘導加熱装置。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の誘導加熱装置を、シートに転写されたトナー画像を定着する定着器として用いることを特徴とする電子写真式画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電源装置、誘導加熱方式の加熱装置、及び加熱装置を用いた電子写真式が造形性装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電子写真式の画像形成装置においては、記録材に転写されたトナー像を定着させるための定着部が備えられている。定着部としては、従来セラミックヒーターやハロゲンヒーターによる加熱方式が多く用いられていたが、近年では電磁誘導加熱方式が用いられるようになってきた。
【０００３】
例えば、誘導加熱方式を用いた定着部に給電する電源装置としては、図１２に示す構成がある。図１２に示す電源装置１００は、一般的に直列共振タイプと呼ばれている回路構成である。商用交流電源１０１は、ダイオードブリッジ１０２で整流され、フィルタコンデンサ１０３を介して直列共振回路に供給される。直列共振回路は、共振コンデンサ１０５、及び、共振コイル１０４と、第１、第２のスイッチ素子１１１、１１２とで構成されている。信号生成部１０８は、前記２つのスイッチ素子１１１、１１２を駆動する駆動信号１３１、１３２を生成している。
【０００４】
入力電圧検出部１１３と入力電流検出部１１４はそれぞれ、電源装置１００へ入力される商用ＡＣ電源の電圧、電流を検出し、検出結果を信号生成部１０８へ出力している。また、導電性発熱体１０６は、共振コイル１０４から発生させられる磁界により発熱し温度検出部１０７がその温度を検出し、検出結果を信号生成部１０８に出力している。信号生成部１０８は入力電圧検出部１１３、入力電流検出部１１４それぞれの検出結果及び温度検出部１０７の検出結果によって、信号生成部１０８内の駆動部（不図示）が出力する駆動信号１３１、１３２の駆動周波数を決定する。（例えば特許文献１参照）。これにより、スイッチ素子１１１と１１２は駆動信号１３１、１３２に従って交互にＯＮ／ＯＦＦし、共振コイル１０４に高周波電流を供給する。
【０００５】
図１３に駆動周波数と出力電力との関係の一例を示す。図１３に示す様に、入力電圧を一定とし、共振周波数ｆ１より周波数が高い範囲では、駆動周波数を上げると出力電力は減少し、逆に駆動周波数を下げていくと出力電力は増加する。なお、同じ駆動周波数の場合、入力電圧を２倍（Ｎ倍）にすると出力電力は約４倍（２Ｎ倍）となっている。
【０００６】
この関係に基づいて、一般に信号生成部１０８での制御方式として、周波数制御が行われる。その制御方式は、温度検出部１０７で検出した温度と基準温度（目標値）を比較し、検出温度が目標値よりも低ければ、駆動信号のＯＮ時間をのばし（駆動周波数を下げて）、共振コイル１０４へ供給する電力を増やす。これに対し、検出温度が目標値よりも高ければ駆動信号のＯＮ時間を短くし（駆動周波数を上げて）、共振コイル１０４へ供給する電力を減らす制御である。
【０００７】
上記制御方法は、図１３で示すように駆動周波数ｆと電力の関係が、共振周波数ｆ１で最大電力ＰＷ１（Ｖｉｎ＝１００Ｖの場合）を示す。また、共振周波数ｆ１を中心として高周波側及び低周波側に対して電力が減少するカーブを描くために、共振周波数ｆ１から高周波側の領域のスロープを用いて駆動周波数ｆを制御することによって、電力制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−４２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記加熱装置においては、電力を低くするためには周波数を高くすることになるが、周波数が高くなり過ぎるとスイッチ素子１１１、１１２のスイッチング損失が増加し、効率の低下につながってしまうと言う問題が有る。特に大電力を扱う加熱装置においてはスイッチ素子１１１、１１２にはＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が用いられることが多い。ＩＧＢＴはスイッチング速度が遅く、またＩＧＢＴ独特のテール特性により、駆動周波数が高くなるとＩＧＢＴでの損失により効率が低下してしまう。ここでのテール特性とは、スイッチングのＯＦＦ時にゲート電荷を放電してもコレクタ電流が直ぐには遮断せず、徐々に減少する特性のことを指す。
【００１０】
図１４に図１２の電源装置における出力電力と効率の関係を示す。図１４に示すように出力電力が高い範囲は効率が高い状態を維持出来るが、出力電力が下がってくる、つまり駆動周波数が上がるにつれて効率が低下している。また、同じ出力電力でも、入力電圧が高い場合の方が、駆動周波数が高くなる為、より効率の低下が発生している事が解る。特に画像形成装置に於いては、画像形成時と、直ぐに画像形成を行える様に待機している待機時とで定着部における必要電力の差が大きく、必要電力が小さい待機時において駆動周波数が高くなり効率が低下する事で、無駄な消費電力が増加してしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る電源装置においては、以下の構成を有する事を特徴とする。負荷コイルに電力供給する電源装置であって、前記負荷コイルへの入力電流をスイッチングするための特性が相異なる複数のスイッチング素子と、前記スイッチング素子を駆動する為の駆動信号を生成する制御手段とを有し、前記特性が相異なる複数のスイッチング素子は並列に接続され、前記制御手段は、前記特性が相異なる複数のスイッチング素子のうち、いずれかのスイッチング素子を選択し駆動信号を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電源装置によれば、駆動条件に応じてスイッチング素子を切り替える事で、より高周波時の制御において効率を改善する事が出来る。これにより例えば、当該電源装置を用いた画像形成層値において待機中などの非画像形成モード時の効率低下を抑制し、消費電力を低減させる事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態の定着器の電源装置の一例を示す概略構成図。
【図２】第１の実施形態の電源装置の動作モードを示す図。
【図３】第１の実施形態の電源装置のスイッチ素子切替フローを示す図。
【図４】第１の実施形態の電源装置の電力制御時のスイッチ素子切替を説明する図。
【図５】第１の実施形態の電源装置の温度制御時のスイッチ素子切替を説明する図。
【図６】第１の実施形態の電源装置の特性を示す図。
【図７】第１の実施形態の電源装置の駆動周波数と電力の関係を示す図。
【図８】第２の実施形態の定着器の電源装置の一例を示す概略構成図。
【図９】第２の実施形態の電源装置の動作モードを示す図。
【図１０】第２の実施形態の電源装置のスイッチ素子切替フローを示す図。
【図１１】タンデム型カラー画像形成装置の概略構成図。
【図１２】従来の電磁誘導加熱方式の定着器の電源装置の一例を示す概略構成図。
【図１３】従来の電磁誘導加熱方式の定着器の電源装置における駆動周波数と電力の関係を示す図。
【図１４】従来の電磁誘導加熱方式の定着器の電源装置における特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る加熱装置に関して、図面を用いて詳しく説明する。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態である電源装置を適用可能な装置の一例としては、例えば図１１に示すような概略構成図で示されるような電子写真式画像形成装置がある。本実施形態の装置は加熱装置を有する電子写真式画像形成装置である。図１１において、電子写真式画像形成装置（以下、単に画像形成装置と呼ぶ）は、感光体１ａ〜１ｄ、１次帯電部２ａ〜２ｄ、電位センサ８ａ〜８ｄ、露光部３ａ〜３ｄ、現像部４ａ〜４ｄ、１次転写部５３ａ〜５３ｄ、クリーナー６ａ〜６ｄ、中間転写ベルト５１、中間転写ベルトクリーナー５５、２次転写部５６、５７を備える。
【００１６】
１次帯電部２ａ〜２ｄによって感光体が一様に帯電された後、画像信号に応じた露光が露光部３ａ〜３ｄによってなされることにより、感光体上に静電潜像が形成される。電位センサ８ａ〜８ｄは、静電潜像の電位を測定する為に、露光−現像間に設けられている。静電潜像は、その後、現像部４ａ〜４ｄによってトナー像が現像され、４個の感光体１ａ〜１ｄ上のトナー像は１次転写部５３ａ〜５３ｄによって中間転写ベルト５１に多重転写され、更に２次転写部５６，５７によって記録材Ｐに転写される。感光体１ａ〜１ｄ上に残った転写残トナーはクリーナー６ａ〜６ｄによって、中間転写ベルト５１に残った転写残トナーは中間転写ベルトクリーナー５５によって回収される。記録材Ｐに転写されたトナー像は定着部７によって定着されることにより、カラー画像を得る。
【００１７】
従来の画像形成装置においては、定着部として、セラミックヒーターやハロゲンヒーターによる加熱方式が多く用いられていたが、近年では電磁誘導加熱方式が用いられるようになってきた。この電磁誘導加熱では、電磁誘導加熱装置がシートに転写されたトナー画像を定着する定着器として用いられている。誘導加熱方式を用いた定着部に給電する電源装置としては、図１に示す構成がある。図１に示す電源装置１００は、一般的に直列共振タイプと呼ばれている回路構成である。商用交流電源１０１は、ダイオードブリッジ１０２で整流され、フィルタコンデンサ１０３を介して直列共振回路に供給される。これにより、電源装置１００は、電力給電を行う。
【００１８】
直列共振回路は、共振コンデンサ１０５、共振コイル１０４、第１、第２のスイッチ素子（ＩＧＢＴ）１１１、１１２、さらにスイッチ素子（ＩＧＢＴ）１１１と並列に接続されたスイッチ素子（ＦＥＴ）１２１、そしてスイッチ素子（ＩＧＢＴ）１１２と並列に接続されたスイッチ素子（ＦＥＴ）１２２とで構成されている。さらに、制御手段として、制御部２００は、信号生成部１０８、選択回路１２３、１２４を備える。信号生成部１０８は、複数のスイッチ素子１１１、１１２、１２１、１２２を駆動する駆動信号１３１、１３２を生成することにより、駆動信号生成部としての役割を担う。ここでのＦＥＴとは電界効果トランジスタを意味し、ＩＧＢＴとは絶縁ゲートバイポーラトランジスタを意味する。ここで、並列に接続されるとは、対応するスイッチ素子（ＩＧＢＴ）とスイッチ素子（ＦＥＴ）において、スイッチ素子（ＩＧＢＴ）のコレクタとスイッチ素子（ＦＥＴ）のドレインとが直接接続され、かつスイッチ素子（ＩＧＢＴ）のエミッタとスイッチ素子（ＦＥＴ）のソースとが直接接続されていることを意味している。
【００１９】
信号生成部１０８から出力された、ＩＧＢＴ１１１とＦＥＴ１２１用の駆動信号１３１は選択回路１２３により、ＩＧＢＴ１１１とＦＥＴ１２１のどちらに供給するかを切り替えられる。また、同様に信号生成部１０８から出力された、ＩＧＢＴ１１２とＦＥＴ１２２用の駆動信号１３２は選択回路１２４により、ＩＧＢＴ１１２とＦＥＴ１２２のどちらに供給するかを切り替えられる。さらに、選択回路１２３、１２４は信号生成部１０８からの選択信号１２５に基づき上記切り替えを行う。
【００２０】
入力電圧検出部１１３と入力電流検出部１１４はそれぞれ、商用ＡＣ電源から電源装置１００へ入力される電圧、電流を検出し、検出結果を信号生成部１０８へ出力している。なお、入力電圧検出部１１３と入力電流検出部１１４とを合わせて電力検出部として構成してもよい。また、被加熱金属部材である導電性発熱体１０６は、電磁気的に結合して配置された誘導加熱コイルである共振コイル１０４から発生させられる高周波磁界の作用によって誘導電流が発生することにより発熱する。そして、温度検出部１０７がその温度を検出し、検出結果を信号生成部１０８に出力している。信号生成部１０８は入力電圧検出部１１３、入力電流検出部１１４それぞれの検出結果及び温度検出部１０７の検出結果によって、駆動信号１３１、１３２の駆動周波数（もしくは、ＯＮ時間）を決定する。なお、本実施形態においては、加熱装置用の電源装置について説明するものであるため、誘導加熱コイルを負荷コイルとして示しているが、本発明に係る電源装置を他の装置に適用した場合は、電力供給の対象となる負荷コイルは異なる役割を担うこととなる。
【００２１】
［切り替え制御］
次に、ＩＧＢＴ１１１とＦＥＴ１２１の切り替え、ＩＧＢＴ１１２とＦＥＴ１２２の切り替えについて説明する。まずは、電源装置１００が搭載された画像形成装置の動作モードについて説明する。図２は、導電性発熱体１０６の温度変化と発熱体に対する制御モードの関係を示す図である。図２において画像形成装置に電源が入力された時点を原点とする。電源入力と同時に定着部においては導電性発熱体１０６の加熱が開始される。この時、制御モードとしては電力制御のモードが適用され、装置内で決められた所定の電力が電源装置１００に入力されている。
【００２２】
つまり、外部のコントローラ（不図示）より電源装置１００に電力指令値が入力されると、信号生成部１０８は、入力電圧検出部１１３と入力電流検出部１１４のそれぞれで検出された電圧値、電流値に基づいて入力電力を算出する。そして、算出結果が電力指令値と一致するようにスイッチ素子の駆動周波数を決定することによる電力制御が行われる。
【００２３】
そして、誘導電流が流れる時間の経過と共に導電性発熱体１０６の温度が上昇し、時間ｔｓで温度検出部１０７での検出結果が目標温度Ｔｆに達する。すると、ここから先は導電性発熱体１０６の温度を目標温度Ｔｆに対して一定に維持する為の温度制御のモードに切り替わる。つまり、導電性発熱体１０６の温度が目標値を上回ると出力電力を低減し、また目標値を下回ると電力を増加させると言う制御を行う。これにより、結果として導電性発熱体１０６の温度が目標値Ｔｆを上回ったり下回ったりしながら、導電性発熱体１０６の温度がほぼ目標温度に保たれる。
【００２４】
次に、図３のフローチャートを用いて、制御部２００によるＩＧＢＴ１１１とＦＥＴ１２１の切り替え、ＩＧＢＴ１１２とＦＥＴ１２２の切り替えについて説明する。駆動素子にＩＧＢＴを使うか、ＦＥＴを使うかは、スイッチ素子１１１、１１２、１２１、１２２に流れる電流を基準として決定する。ＦＥＴは高速スイッチング（スイッチング速度）に関しては有利であるが、流せる電流値（最大電流）に関してはＩＧＢＴの方が大電流に対応でき有利である。そこで、上述した各制御モードにおいて、ＦＥＴが使用可能な電流の領域にあるかどうかを判断し、ＦＥＴが使用可能な領域に入っていればスイッチング素子をＦＥＴに切り替えると言うのが基本動作になる。なお、電流と駆動周波数との関係において電圧の増減では影響を受けにくいことから、以下で述べるフローでは、電流の代わりに電力をもって判定基準としている。つまり、図１３に示すように、入力電圧がいくつであったとしても、一定であれば、電力と駆動周波数との関係を示す曲線は類似の形状を示すこととなる（例えば、最大電力ＰＷ１となる共振周波数はいずれの電圧においても同一である）。
【００２５】
図３は、制御部２００によるスイッチ素子切り替え動作のフローチャートである。図１において不図示である外部のコントローラ等より電源装置ＯＮ（定着器加熱）信号が入力されると図３のフローによりスイッチング素子の選定を行う。またこの選定は電源装置がＯＮの間は常に行われている。スイッチング素子選定フローの処理が開始されると制御部２００は、最初に制御モードの確認を行う（Ｓ３０１）。制御モードは、例えば電源スイッチから投入されてから、図２に示す予め定義された時間ｔｓが経過したか否かによって判定できる。この場合、時間ｔｓ経過前なら電力制御モード、経過後なら温度制御モードと判定できる。ただし、環境温度により、時間ｔｓは変化すると想定されるため、ヒータの温度を監視し、目標温度Ｔｆ以下なら電力制御モード、目標温度Ｔｆを超えたら温度制御モードと判定してもよい。Ｓ３０１で温度制御のモードでない、つまり電力制御のモードの場合は、制御部２００は、目標電力が基準電力Ｗａ以上かどうか確認を行う（Ｓ３０２）。なお、ここでの目標電力とは、装置において誘導加熱を行うために必要とする電力、即ち、共振コイル１０４に供給すべき電力を指す。
【００２６】
ここで電力制御モード時のスイッチ素子の切り替えについて図４を用いて説明する。図４は電力制御のモード時の入力電圧と目標電力に対し、どちらのスイッチング素子を選択するかを図示している。電力制御のモード時は目標電力が同じ場合、入力電圧を上げていくと駆動周波数を高くする必要が有り、共振条件（共振コンデンサ１０５と共振コイル１０４との共振周波数）からより離れた周波数で制御が行われる。これにより、共振コイル１０４を流れる電流は正弦波から三角波に近い状態となっていく。結果として、目標電力が同じならばスイッチ素子に流れるピーク電流は入力電圧を変えてもその変化量は小さいため、目標電力Ｗｉｎの値によってＩＧＢＴ駆動とＦＥＴ駆動の選択を行う。
【００２７】
Ｓ３０２にて、電源装置１００における共振コイル１０４に供給すべき目標電力が基準電力Ｗａ以上である場合には、入力電力が大きい為に電源装置１００がＩＧＢＴ駆動となるように、制御部２００はスイッチ素子を選定する（Ｓ３０３）。これに対し、Ｓ３０２で目標電力が基準電力Ｗａ未満である場合は、入力電力が小さい為に電源装置１００がＦＥＴ駆動となるように、制御部２００はスイッチ素子を選定する（Ｓ３０４）。
【００２８】
ここで温度制御モード時のスイッチ素子の切り替えについて図５を用いて説明する。図５は温度制御時の入力電圧と駆動信号ＯＮ時間に対し、どちらのスイッチング素子を選択するかを図示している。一般に温度制御のモード時は、目標温度に対し検出温度が低い場合は、駆動信号のＯＮ時間を延ばし（駆動周波数を下げ）、検出温度が高い場合は、駆動信号のＯＮ時間を短くして（駆動周波数を上げ）、目標温度を維持する様に制御が行われる。
【００２９】
ここで、入力電圧Ｖｉｎと駆動信号のＯＮ時間について、ある電力の時の関係を考えると、入力電圧が上がるとＯＮ時間は短くなり（駆動周波数が高くなり）、入力電圧が下がるとＯＮ時間は長くなる（駆動周波数が低くなる）。そこで図５に示すように、入力電圧に応じてＯＮ時間の閾値を変化させ、温度制御している際にある入力電圧の場合に、ＯＮ時間がその入力電圧での閾値よりも長い場合はＩＧＢＴ駆動を選択し、短い場合はＦＥＴ駆動を選択する。言い換えると、入力電圧が大きい場合は、ＩＧＢＴ駆動を選択し、入力電圧が小さい場合はＦＥＴ駆動を選択することとなる。
【００３０】
Ｓ３０１で温度制御の場合は、制御部２００は、入力電圧Ｖａの確認を行う（Ｓ３０５）。制御部２００は、Ｓ３０５で確認された入力電圧ＶａにおけるＯＮ時間の閾値ｔａを算出する（Ｓ３０６）。そして、制御部２００は、温度制御中のＯＮ時間（ｔｏｎ）がｔａよりも大きいかどうかチェックする（Ｓ３０７）。Ｓ３０７でｔｏｎがｔａ以上の場合は、入力電力が大きい為に電源装置１００がＩＧＢＴ駆動となるように、制御部２００はスイッチ素子を選定する（Ｓ３０３）。これに対し、Ｓ３０７でｔｏｎがｔａ未満の場合は、入力電力が小さい為に電源装置１００がＦＥＴ駆動となるように、制御部２００はスイッチ素子を選定する（Ｓ３０４）。この選定フローは電源装置ＯＮ（定着器加熱）信号が入力されている間は制御部２００により繰り返し行われ（Ｓ３０８）、電源装置ＯＮ（定着器加熱）信号が無くなると終了となる。
【００３１】
図６に図１の電源装置における出力電力と効率の関係を示す。図６の点線部は従来の特性を示す曲線である（図１４にて示したものと同様である）。それに対し、実線が本発明おける電源装置の特性である。図６に示す様に、出力電力が高い範囲（例えば、出力電力が１０００の場合など）においては従来通りＩＧＢＴによる駆動の為、図１３と同一の性能である。しかし、電力が低くなるにつれて本発明の電源装置の方が高効率を維持する事が出来る。この様に、電源装置１００において比較的電力が小さい状態で制御が行われている場合に、駆動素子をＩＧＢＴからＦＥＴに切り替える事で、ＩＧＢＴのスイッチング損失、ＩＧＢＴ特有のテール現象による損失を削減する事ができる。よって、装置としての制御効率を向上させる事が出来る。
【００３２】
特に画像形成装置に於いては、直ぐに画像形成を行える様に定着器を所定の温度にし、待機している待機時において無駄な消費電力を削減する事が可能となる。また、上記のスイッチング損失の切り替えは、温度制御のモード時における導電性発熱体１０６の温度リップルを低減させる効果もある。
【００３３】
なお、図３の制御手順は、制御部２００に内蔵するプロセッサにより、プログラムを実行して実現できる。もしくはタイマやサーミスタ、ＡＤコンバータ、コンパレータ等のモジュールを組み合わせてハードウェアで実現することも可能である。
【００３４】
［温度リップル低減について］
温度リップル低減に関し、図７を用いて説明する。図７に電源装置１００の駆動周波数と出力電力との関係を示す。実際には装置内において、図７にて示した全範囲を対象としているわけではなく、駆動周波数、出力電力はある制限された範囲を使用している。つまり、図７に示す斜線部が図１に示した電源装置１００の場合の使用範囲である。この範囲は、電源装置の回路として許容出来る最大電力Ｐ−ｍａｘと、駆動周波数が可聴領域に入らないように最小周波数ｆ−ｍｉｎ、さらに駆動素子や駆動回路の条件により決定する最大周波数ｆ−ｍａｘにより決定している。この範囲において、入力電圧を一定として駆動周波数を上げて行くと出力電力は下がり、逆に駆動周波数を下げていくと出力電力が増加する。
【００３５】
そして、同入力電圧においては、最小周波数（ｆ−ｍｉｎ）時の方が最大周波数（ｆ−ｍａｘ）時よりもＩＧＢＴに流れる電流が大きくなる。図７において周波数ｆｂが従来ＩＧＢＴのみで駆動していた際の最大駆動周波数である（ＩＧＢＴはスイッチング速度が遅く駆動周波数が上げられない）。ここで、最大周波数がｆｂで制限されると、最大入力Ｖｉｎ−ｍａｘ時の最小制御可能電力はＰｂとなり、これより低い電力は制御出来なくなってしまう。つまりＰｂよりも電力が低いエリアはＯＮ／ＯＦＦ制御となり、導電性発熱体１０６の温度リップルが大となってしまう。
【００３６】
これに対し、本発明の電源装置の場合は、使用可能最大周波数がｆ−ｍａｘまで広がたった事により、最大入力Ｖｉｎ−ｍａｘ時の最小制御可能電力はＰｃとなる。これにより、従来と比較して最小制御可能電力が下がった事で、より温度リップルが小である温度制御が行う事が可能になっている。
【００３７】
以上、なるべくＦＥＴを使用する目標電力範囲、駆動信号のＯＮ時間の範囲を広くし、より損失を低減させる制御について説明した。更に、全ＡＣ電圧範囲でＦＥＴが使用可能な最小ＯＮ時間を閾値として、常にＯＮ時間（ｔｏｎ）だけで判断してＩＧＢＴ駆動とＦＥＴ駆動とを切り替えてもよい。同様に、全入力範囲でＦＥＴが使用可能な最小駆動周波数を閾値として、常に駆動周波数だけで判断してＩＧＢＴ駆動とＦＥＴ駆動とを切り替えてもよい。また、全入力範囲でＦＥＴが使用可能な入力電力を閾値として、常に入力電力だけで判断してＩＧＢＴ駆動とＦＥＴ駆動とを切り替えてもよい。これにより、従来と比較して損失を低減する事が可能である。
【００３８】
なお、上記は２つのスイッチング素子としてＩＧＢＴとＦＥＴで説明したが、テール特性の良いＩＧＢＴとＯＮ電圧の低いＩＧＢＴ等、特性の相異なる２つのＩＧＢＴの場合や、その他、様々な自己消弧素子においても同様の効果を得る事ができる。
【００３９】
また、本発明に係る電源装置を用いた実施形態として、加熱装置、更には加熱装置を備える画像形成装置を示したが、これに限定されるわけではなく、当該電源装置を適用可能な制御を有する装置に適用できることは、言うまでも無い。
【００４０】
＜第２の実施形態＞
本発明に係る画像形成装置の第２の実施形態について図面を参照して説明する。ここで述べる図８〜１０に於いては、前述の従来例の図１２〜１４、及び第１の実施形態の図１〜７と同一ないし相当する部材には同一符号を付し、その説明は省略するものとする。図８は本発明の画像形成装置における定着部に給電する電源装置の概略構成図である。図８は並列共振タイプと呼ばれている回路構成であり、ここでは、温度制御時のみスイッチング素子の切り替えを行う場合の実施形態について説明する。
【００４１】
商用交流電源１０１は、ダイオードブリッジ１０２で整流され、フィルタコンデンサ１０３を介して並列共振回路に供給される。並列共振回路は、共振コンデンサ１０５、及び、共振コイル１０４と、スイッチ素子（ＩＧＢＴ）８１３、さらにスイッチ素子（ＩＧＢＴ）８１３と並列に接続されたスイッチ素子（ＦＥＴ）８２３とで構成されている。また、制御部２００は、信号生成部８０８、選択回路８２４を備える。信号生成部８０８は、前記２つのスイッチ素子を駆動する駆動信号８３１を生成している。信号生成部８０８から出力された、ＩＧＢＴ８１３とＦＥＴ８２３用の駆動信号８３１は選択回路８２４により、ＩＧＢＴ８１３とＦＥＴ８２３のどちらに供給するかを切り替えられる。さらに、選択回路８２４は信号生成部８０８からの選択信号８２５に基づき切り替えを行う。
【００４２】
入力電圧検出部１１３と入力電流検出部１１４はそれぞれ、電源装置１００へ入力される商用ＡＣ電源の電圧、電流を検出し、検出結果を信号生成部８０８へ出力している。また、導電性発熱体１０６は、共振コイル１０４から発生させられる磁界により発熱し、温度検出部１０７がその温度を検出し、検出結果を信号生成部８０８に出力している。信号生成部８０８は入力電圧検出部１１３、入力電流検出部１１４それぞれの検出結果及び温度検出部１０７の検出結果によって、駆動信号８３１の駆動周波数（ＯＮ時間）を決定する。
【００４３】
次に、ＩＧＢＴ８１３とＦＥＴ８２３の切り替えについて説明する。まずは、電源装置１００が搭載された画像形成装置の動作モードについて説明する。図９は、導電性発熱体１０６の温度変化と制御モードの関係を示す図である。図９中の原点において画像形成装置に電源が入力されたとし、同時に定着部においては導電性発熱体１０６の加熱が開始される。この時、装置としてはなるべく早く定着部の温度を上昇させる為に、定着器の温度検出部１０７での検出結果が目標温度Ｔｆに達するまでは、装置として許容される最大電力を印加する。つまり、この期間は制御モードとしては最大電力設定モードとなる。そして、導電性発熱体１０６の温度が上昇し、時間ｔｓで目標温度Ｔｆに達する。すると、ここから先は導電性発熱体１０６の温度を目標温度Ｔｆに対して一定に維持する為の温度制御に切り替わる。つまり、導電性発熱体１０６の温度が目標値を上回ると出力電力を絞り、また目標値を下回ると電力を増加させると言う制御を行う。これにより、結果として導電性発熱体１０６の温度が目標値Ｔｆを上回ったり下回ったりしながら、ほぼ目標温度に保たれる。
【００４４】
次に、図１０のフローチャートを用いて、制御部２００によるＩＧＢＴ８１３とＦＥＴ８２３の切り替えについて説明する。駆動素子にＩＧＢＴを使うか、ＦＥＴを使うのかは、スイッチ素子８１３、８２３に流れる電流が基準として決定する。ＦＥＴは高速スイッチングに関しては有利であるが、流せる電流値に関してはＩＧＢＴの方が大電流に対応でき有利である。そこで、各制御モードにおいて、流れる電流に対し、ＦＥＴが使用可能な電流の領域にあるかどうかを判断し、ＦＥＴが使用可能な電流の領域にあればスイッチング素子をＦＥＴに切り替えると言うのが基本動作になる。
【００４５】
図１０は制御部２００によるスイッチ素子切り替え動作のフローチャートである。図８において不図示である外部のコントローラ等より電源装置ＯＮ（定着器加熱）信号が入力されると図１０のフローにより、制御部２００はスイッチング素子の選定を行う。またこの選定は電源装置がＯＮの間は常に行われている。スイッチング素子選定フローが開始されると、制御部２００は最初に制御モードの確認を行う（Ｓ１００１）。Ｓ１００１で温度制御でない、つまり最大電力設定モードの場合は、電源装置１００がＩＧＢＴ駆動となるように、制御部２００はスイッチング素子を選定する（Ｓ１００２）。
【００４６】
Ｓ１００１で温度制御の場合は、制御部２００により図５と同様な制御が行われる。まず、制御部２００は入力電圧Ｖａの確認を行う（Ｓ１００４）。制御部２００は、Ｓ１００４で確認された入力電圧ＶａにおけるＯＮ時間の閾値ｔａを算出する（Ｓ１００５）。そして、制御部２００は、温調制御中のＯＮ時間（ｔｏｎ）がｔａよりも大きいかどうかチェックする（Ｓ１００６）。Ｓ１００６でｔｏｎがｔａ以上の場合は、入力電力が大きい為に電源装置１００がＩＧＢＴ駆動となるように。制御部２００はスイッチング素子を選定する（Ｓ１００２）。そして、Ｓ１００６でｔｏｎがｔａ未満の場合は、入力電力が小さい為に電源装置１００がＦＥＴ駆動となるように、制御部２００はスイッチング素子を選定する（Ｓ１００３）。この選定フローは電源装置ＯＮ（定着器加熱）信号が入力されている間は、制御部２００により繰り返し行われ（Ｓ１００７）、電源装置ＯＮ（定着器加熱）信号が無くなると終了となる。
【００４７】
この様に、最大電力設定モード中は設定電力が大きくスイッチ素子としてＩＧＢＴ８１３を使う事が前提となっている場合は、温度制御のモード中のみＩＧＢＴ８１３とＦＥＴ８２３の切り替えを行う。このことから、ＩＧＢＴのスイッチング損失やＩＧＢＴ特有のテール現象による損失を削減する事ができることにより、装置としての制御効率を向上させる事が出来る。
【００４８】
特に画像形成装置に於いては、直ぐに画像形成を行える様に定着器を所定の温度にし、待機している待機時において無駄な消費電力を削減する事が可能となる。また、上記のスイッチング損失の切り替えは、温度制御のモード時における導電性発熱体１０６の温度リップルを低減させる効果もある。
【００４９】
以上、温調制御時にＯＮ時間（ｔｏｎ）を元にＩＧＢＴ８１３とＦＥＴ８２３の切り替えを行い、なるべくＦＥＴを使用する駆動信号のＯＮ時間範囲を広くして、より損失を低減させる制御について説明した。更には例えば、全入力範囲でＦＥＴが使用可能な最小ＯＮ時間を閾値として、常にＯＮ時間（ｔｏｎ）だけで判断してＩＧＢＴ駆動とＦＥＴ駆動とを切り替えてもよい。同様に、全入力範囲でＦＥＴが使用可能な最小駆動周波数を閾値として、常に駆動周波数だけで判断してＩＧＢＴ駆動とＦＥＴ駆動とを切り替えてもよい。また、全入力範囲でＦＥＴが使用可能な入力電力を閾値として、常に入力電力だけで判断してＩＧＢＴ駆動とＦＥＴ駆動とを切り替えてもよい。これにより、従来と比較して損失を低減する事が可能である。なお、上記は２つのスイッチング素子としてＩＧＢＴとＦＥＴで説明したが、テール特性の良いＩＧＢＴとＯＮ電圧の低いＩＧＢＴ等、特性の相異なる２つのＩＧＢＴの場合や、その他、様々な自己消弧素子においても同様の効果を得る事ができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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