(57)【要約】【課題】スイッチング損失の低減を図り、所望の電力を効率よく供給すること。【解決手段】加熱装置は、交流電源と、前記交流電源からの高周波電流を、励磁コイルに供給するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子と交流電源の間に接続され、前記交流電源からの電圧を昇圧する昇圧回路と、前記スイッチング素子のオンオフを制御することにより、前記励磁コイルへの電力供給と前記昇圧回路による昇圧を同時に行う制御部と、を備えた。【選択図】図２
2015176082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、
前記交流電源からの高周波電流を、励磁コイルに供給するためのスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と交流電源の間に接続され、前記交流電源からの電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記スイッチング素子のオンオフを制御することにより、前記励磁コイルへの電力供給と前記昇圧回路による昇圧を同時に行う制御部と、
を備えた加熱装置。
【請求項２】
前記励磁コイルに直列接続される第１コンデンサを更に備え、
前記スイッチング素子は、さらに、前記高周波電流を、前記第１コンデンサに供給するためのものである、
請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
昇圧回路によって昇圧された電圧を蓄電する第２コンデンサをさらに備え、
前記スイッチング素子は、前記第２コンデンサに接続される第１スイッチング素子と、第２スイッチング素子と、を有し、
前記制御部は、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子のオンオフのタイミングを制御することにより、前記励磁コイルへの電力供給と前記昇圧回路による昇圧を同時に行う、
請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記昇圧回路より昇圧された電圧を検知する昇圧電圧検出部、をさらに備え、
前記制御部は、前記昇圧電圧検出部により検出された電圧により、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオンオフのタイミングを制御する、
請求項３に記載の加熱装置。
【請求項５】
導電層を加熱する加熱ローラと、
前記加熱ローラを加熱する前記励磁コイルと、
請求項１〜４のいずれか一つに記載の加熱装置と、
を備えた定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置および定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機やプリンタ装置等の画像形成装置では、感光体ドラムに形成したトナー画像をシートに転写し、その後、定着手段としての定着ローラによりシートに加熱処理を施し、これにより画像形成を行っている。
【０００３】
近年、環境問題が重要となってきており、画像形成装置も省エネルギー化が進んでいる。この画像形成装置の省エネルギー化には、トナーをシートに融着する定着装置の消費電力の低減が必要となってくる。
【０００４】
近年、このような消費電力低減の要求から、誘導加熱定着装置が採用されている。この誘導加熱定着装置は、概略としては、誘導加熱回路と、高周波電流により磁束を発生する励磁コイルと、励磁コイルからの磁束により加熱される加熱ローラとで構成されている。
【０００５】
このうち、誘導加熱回路は、一般的に、交流電源を、ダイオードブリッジおよびフィルタコンデンサ等の整流回路により整流し、スイッチング素子を介して励磁コイルへ電流（電力）を供給する（例えば、特許文献１参照）。特に交流電源の整流回路とスイッチング素子の間に昇圧回路を設け、コイルへの投入電力に応じて昇圧回路による昇圧比を変更することでスイッチング素子での損失低減を図っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来技術では、昇圧回路によるコイルの電圧を高めることでスイッチング損失の低減を図ることができるが、整流回路で交流電源からの電流を整流しているため、定常的に整流回路での損失が発生し、効率が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スイッチング損失の低減をはかり、所望の電力を効率よく供給することができる加熱装置および定着装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる加熱装置は、交流電源と、前記交流電源からの高周波電流を、励磁コイルに供給するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子と交流電源の間に接続され、前記交流電源からの電圧を昇圧する昇圧回路と、前記スイッチング素子のオンオフを制御することにより、前記励磁コイルへの電力供給と前記昇圧回路による昇圧を同時に行う制御部と、を備えた。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、スイッチング損失の低減を図り、所望の電力を効率よく供給することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態１の誘導加熱定着装置の概略構成図である。
【図２】図２は、実施形態１にかかる誘導加熱回路の回路図である。
【図３】図３は、実施形態１の誘導加熱回路の中で周辺制御回路を省略して示した図である。
【図４】図４は、実施形態１において、トランジスタＱ１をオン、トランジスタＱ２をオフとした状態の電流経路を示す図である。
【図５】図５は、実施形態１において、トランジスタＱ１をオンからオフへ切り替えた瞬間の電流経路を示す図である。
【図６】図６は、実施形態１において、トランジスタＱ１がオフ状態での電流経路を示す図である。
【図７】図７は、実施形態１において、交流電源ＡＣによるコンデンサＣｄへの充電が終了した直後の電流経路を示す図である。
【図８】図８は、実施形態１において、コンデンサＣ１を介してコンデンサＣｄからの放電電流が流れる電流経路を示す図である。
【図９】図９は、実施形態２にかかる誘導加熱回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
（実施形態１）
図１は、実施形態１の誘導加熱定着装置１００の概略構成図である。本実施形態の誘導加熱定着装置１００は、複写機、印刷装置、複合機等の画像形成装置に搭載される。本実施形態の誘導加熱定着装置１００は、励磁コイル１０１と、加熱ローラ１０２と、定着／加圧ローラ１０３と、励磁コイル１０１への駆動電流を制御する誘導加熱回路１０４と、加熱ローラ１０２の温度を検出する温度センサ１０５とを備えている。
【００１３】
誘導加熱定着装置１００は、励磁コイル１０１で生成した磁束により、加熱ローラ１０２の発熱層に渦電流を発生させることで加熱ローラ１０２を発熱させ、加熱ローラ１０２の熱を定着／加圧ローラ１０３に伝達する。
【００１４】
また、温度センサ１０５は、加熱ローラ１０２近傍に配置されている。温度センサ１０５は、加熱ローラ１０２の温度を検出する。加熱ローラ１０２と定着／加圧ローラ１０３の間を、トナー１０６を載せたシート１０７が通過すると、シート１０７にトナー１０６が融着される。
【００１５】
誘導加熱回路１０４は、加熱ローラ１０２の温度を所定の温度に維持するように、励磁コイル１０１の駆動電流を制御する。図２は、実施形態１にかかる誘導加熱回路１０４の回路図である。本実施形態の誘導加熱回路１０４は、整流用のダイオードブリッジを有さず、昇圧を行う昇圧回路としてのチョークコイルＬｂを有している。
【００１６】
図２に示すように、本実施形態の誘導加熱回路１０４は、交流電源ＡＣと、電流センサＴｓと、コンデンサＣｉｎと、第一の整流ダイオードＤ３および第二の整流ダイオードＤ４と、チョークコイルＬｂと、第一のスイッチング素子としてのトランジスタＱ１および第二のスイッチング素子としてのトランジスタＱ２と、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ１と、コンデンサＣｄと、ダイオードＤ２と、コンデンサＣ２と、ＡＣ電流検出回路２０１と、ＡＣ電圧検出回路２０２と、ドライブ回路２０３と、制御回路２０５と、を備えている。
【００１７】
図２において、入力電力設定部２０６は、電力の設定値を入力するものであり、例えばＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）や装置制御ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等が該当するが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
交流電源ＡＣは、電流センサＴｓ、コンデンサＣｉｎ、第一の整流ダイオードＤ３および第二の整流ダイオードＤ４、チョークコイルＬｂに接続されている。電流センサＴｓは、交流電源ＡＣからの交流電流を検出する。コンデンサＣｉｎは、高周波ノイズを低減するためのコンデンサである。チョークコイルＬｂは、交流電源の電圧の昇圧を行い、昇圧回路として機能する。
【００１９】
ＡＣ電流検出回路２０１は、電流センサＴｓで電流の検出信号を入力し、制御回路２０５へ送出する。ＡＣ電圧検出回路２０２は、交流電源ＡＣ間電圧を検出し、その検出信号を制御回路２０５へ送出する。
【００２０】
制御回路２０５は、ＡＣ電流検出回路２０１とＡＣ電圧検出回路２０２とからの検出信号に基づいて、ドライブ回路２０３を介してトランジスタＱ１およびトランジスタＱ２をオンオフ制御する。具体的には、制御回路２０５は、ＡＣ電流検出回路２０１とＡＣ電圧検出回路２０２とからの検出信号と、入力電力設定部２０６で入力された設定値が等しくなるように、ドライブ回路２０３を介してトランジスタＱ１およびトランジスタＱ２をオンオフして駆動パルスを制御する。
【００２１】
トランジスタＱ１には、ダイオードＤ１およびコンデンサＣ１が並列に接続されている。トランジスタＱ２には、ダイオードＤ２およびコンデンサＣ２が並列に接続されている。トランジスタＱ１の一端には、コンデンサＣｄが接続されており、コンデンサＣｄにはチョークコイルＬｂによって昇圧された電圧が充電される。ここで、コンデンサＣｄは第２コンデンサの一例である。
【００２２】
トランジスタＱ１およびトランジスタＱ２の一端には、コンデンサＣｂの一端が接続される。コンデンサＣｂの他方の一端には励磁コイル１０１（Ｌｃｏｉｌ）が接続される。励磁コイル１０１に流れる電流により、加熱ローラ１０２（図１参照）の温度制御が行われる。ここで、コンデンサＣｂは第１コンデンサの一例である。
【００２３】
次に、以上のように構成された本実施形態の制御について説明する。図３は、実施形態１の誘導加熱回路１０４の中で周辺制御回路を省略して示した図である。図３では、チョークコイルＬｂにより昇圧され、コンデンサＣｄに充電された電圧Ｖｄを表記している。図４は、実施形態１において、トランジスタＱ１をオン、トランジスタＱ２をオフとした状態の電流経路を示す図である。図４において、電流が流れる経路を実線で示し、電流が流れない経路を点線で示している。
【００２４】
制御回路２０５によりトランジスタＱ１がオンとした状態で、励磁コイル１０１には、交流電源ＡＣ、ダイオードＤ３、スイッチング素子Ｑ１、コンデンサＣｂを経由して励磁コイル１０１へ電流が流れる（矢印４０１参照）。また、励磁コイル１０１への他の電流経路は、充電されたコンデンサＣｄ、第一のスイッチング素子Ｑ１、コンデンサＣｂを経由して励磁コイル１０１へ電流が流れる（矢印４０２参照）。
【００２５】
すなわち、交流電源ＡＣの電圧がチョークコイルＬｂにより昇圧されて充電されたコンデンサＣｄから放電されて励磁コイル１０１に電流が流れるため、励磁コイル１０１の両端には交流電源ＡＣ間電圧よりも高い電圧が供給される。すなわち、励磁コイル１０１への電力供給とチョークコイルＬｂへの昇圧が同時に行われる。
【００２６】
図５は、実施形態１において、トランジスタＱ１をオンからオフへ切り替えた瞬間の電流経路を示す図である。ここで、トランジスタＱ２はオフのままとする。図５においても、電流が流れる経路を実線で示し、電流が流れない経路を点線で示している。
【００２７】
制御回路２０５がトランジスタＱ１をオフした直後、交流電源ＡＣからの電流は、ダイオードＤ３、コンデンサＣ１、コンデンサＣｂを経由して励磁コイル１０１へ流れる（矢印５０１参照）。また、充電されたコンデンサＣｄからの電流は、コンデンサＣ１、コンデンサＣｂを経由して励磁コイル（Ｌｃｏｉｌ）１０１へ放電して電流が流れる（矢印５０２参照）。
【００２８】
図６は、実施形態１において、トランジスタＱ１がオフ状態での電流経路を示す図である。図６においても、電流が流れる経路を実線で示し、電流が流れない経路を点線で示している。
【００２９】
トランジスタＱ１がオフ状態で、励磁コイル１０１の電流によりコンデンサＣｂの両端電圧はＧＮＤ（グラウンド）より低い電位になる。すなわち、図６におけるｂ点の電位は、ＧＮＤより低くなるため、ダイオードＤ２が導通する。すると、ダイオードＤ２が導通するため、トランジスタＱ２の両端電圧はダイオードＤ２の降下電圧Ｖｆ（≒０Ｖ）となる。このため、この状態で、制御回路２０５がトランジスタＱ２をオンとすることで、トランジスタＱ２でのスイッチング損失を低減することができる。
【００３０】
また、交流電源ＡＣ間電圧は、コンデンサＣｄの両端電圧Ｖｄよりも高いため、コンデンサＣｄにはチョークコイルＬｂにより昇圧された電圧がかかることになる。すなわちダイオードＤ３を介してコンデンサＣｄを充電することとなる。
【００３１】
図７は、実施形態１において、交流電源ＡＣによるコンデンサＣｄへの充電が終了した直後の電流経路を示す図である。図７においても、電流が流れる経路を実線で示し、電流が流れない経路を点線で示している。
【００３２】
図６の状態において、制御回路２０５により、トランジスタＱ２がオン状態となっているため、励磁コイル１０１には、励磁コイル１０１およびコンデンサＣｂによる共振電流が流れる（矢印７０１参照）。
【００３３】
図８は、実施形態１において、コンデンサＣ１を介してコンデンサＣｄからの放電電流が流れる電流経路を示す図である。図８においても、電流が流れる経路を実線で示し、電流が流れない経路を点線で示している。
【００３４】
図８において、励磁コイル１０１とコンデンサＣｂによる共振電流により、ｂ点の電圧はコンデンサＣｄの両端電圧Ｖｄより低くなる。すなわち、コンデンサＣ１を介してコンデンサＣｄの電圧がｂ点にかかるため、コンデンサＣ１を介して励磁コイル１０１に対して電流が流れる。コンデンサＣ１を介して励磁コイル１０１へ電流が流れている間に、制御回路２０５がトランジスタＱ２をオフにすると、コンデンサＣｄの両端電圧ＶｄとコンデンサＣｂの両端電圧は等しくなり、トランジスタＱ１の両端電圧は０Ｖとなる。この状態で、制御回路２０５がトランジスタＱ１をオンにすることで、図４に示す状態となり、トランジスタＱ１のスイッチング損失を低減することが可能となる。
【００３５】
このように本実施形態では、制御回路２０５が、トランジスタＱ１，Ｑ２のオンオフを制御することにより、励磁コイル１０１への電力供給とチョークコイルＬｂによる昇圧を同時に行っているので、整流による損失を低減しつつ、励磁コイルへの投入電圧を高めることで、スイッチング損失の低減をはかり、所望の電力を効率よく供給することができる。
【００３６】
（実施形態２）
図９は、実施形態２にかかる誘導加熱回路９０４の回路図である。本実施形態の誘導加熱回路９０４は、図９に示すように、交流電源ＡＣと、コンデンサＣｉｎと、第一の整流ダイオードＤ３および第二の整流ダイオードＤ４と、チョークコイルＬｂと、第一のスイッチング素子としてのトランジスタＱ１および第二のスイッチング素子としてのトランジスタＱ２と、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ１と、コンデンサＣｄと、ダイオードＤ２と、コンデンサＣ２と、昇圧電圧検出回路２０４と、ドライブ回路２０３と、制御回路９０５と、を備えている。本実施形態では、実施形態１で設けられていた電流センサＴｓ、ＡＣ電流検出回路２０１、ＡＣ電圧検出回路２０２を備えていない。
【００３７】
トランジスタＱ１，Ｑ２のスイッチング周波数を低下させると、すなわち、トランジスタＱ１，Ｑ２のオンオフの切替えタイミングの周期を長くすると、コンデンサＣｄへの充電時間が長くなるため、コンデンサＣｄの両端電圧Ｖｄが高くなる。
【００３８】
一方、スイッチング周波数を上昇させると、すなわち、トランジスタＱ１，Ｑ２のオンオフの切替えタイミングの周期を短くすると、コンデンサＣｄへの充電時間は短くなり、コンデンサＣｄの両端電圧Ｖｄは低下する。
【００３９】
言い換えれば、スイッチング周波数を低下させると励磁コイル１０１への供給電力は上昇し、スイッチング周波数を上昇させると、励磁コイル１０１への供給電力は低下する。
【００４０】
本実施形態では、このことを利用して、コンデンサＣｄの両端電圧Ｖｄを監視し、監視結果に基づいて、励磁コイル１０１への供給電力を制御している。
【００４１】
すなわち、昇圧電圧検出回路２０４をコンデンサＣｄの一端に接続し、昇圧電圧検出回路２０４がコンデンサＣｄの両端電圧Ｖｄを検出する、昇圧電圧検出回路２０４は、検出したコンデンサＣｄの両端電圧Ｖｄを制御回路９０５に送出する。
【００４２】
制御回路９０５は、昇圧電圧検出回路２０４で検出されたコンデンサＣｄの両端電圧Ｖｄに基づいて、トランジスタＱ１，Ｑ２のオンオフを制御し、これにより、励磁コイル１０１への供給電力を制御している。具体的には、昇圧電圧検出回路２０４で検出された両端電圧Ｖｄが所定の閾値より高い場合には、制御回路９０５は、トランジスタＱ１，Ｑ２のオンオフの切替えタイミングの周期を短くして、スイッチング周波数を上昇させ、これにより、励磁コイル１０１への供給電力を低下させる。
【００４３】
一方、昇圧電圧検出回路２０４で検出された両端電圧Ｖｄが所定の閾値より低い場合には、制御回路９０５は、トランジスタＱ１，Ｑ２のオンオフの切替えタイミングの周期を長くして、スイッチング周波数を低下させ、これにより、励磁コイル１０１への供給電力を上昇させる。
【００４４】
このように本実施形態では、昇圧電圧検出回路２０４でコンデンサＣｄの両端電圧Ｖｄを監視して、制御回路９０５が両端電圧Ｖｄに基づいて、トランジスタＱ１，Ｑ２のオンオフを制御して、励磁コイル１０１への供給電力を制御するので、ＡＣ電流検出回路２０１、電流センサＴｓおよびＡＣ電圧検出回路２０２を省略することができ、回路の部品点数を減少させて製造コストを低減することができる。
【００４５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
１０１  励磁コイル
１０３  定着／加圧ローラ
１０４  誘導加熱回路
１０６  トナー
２０１  ＡＣ電流検出回路
２０２  ＡＣ電圧検出回路
２０３  ドライブ回路
２０４  昇圧電圧検出回路
２０５，９０５  制御回路
２０６  入力電力設定部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４７】
【特許文献１】特開２０１０−１１７４３１号公報
【図１】
2015176082.tif 000003
【図２】
2015176082.tif 000004
【図３】
2015176082.tif 000005
【図４】
2015176082.tif 000006
【図５】
2015176082.tif 000007
【図６】
2015176082.tif 000008
【図７】
2015176082.tif 000009
【図８】
2015176082.tif 000010
【図９】
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