(57)【要約】【課題】使用する半導体スイッチング素子の最大定格には、定格入力電圧時の動作電圧・電流値に対して十分に大きなマージンを採る必要が生じるため、コストが高い半導体スイッチング素子を使用せざるを得なかった。また、標準値設定を予めテーブルとして持つ場合、励磁コイルのインダクタンス値にばらつきがあるにも関わらず、標準値設定のまま処理し、実際に入力される電力が変動してしまう不具合があった。【解決手段】スイッチング手段のオン期間・オフ期間を温度検出手段で検出された温度により制御するとともに、入力電圧検出手段で検出された入力電圧値と演算手段にて算出されたインダクタンス値とに応じて、前記オン期間・オフ期間を補正する機能を有する電力制御手段とを備えたものである。【選択図】　　　　図１
2004021174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体上の現像剤像を加熱し、現像剤像を記録媒体に定着させる誘導加熱定着装置であって、
１）該誘導加熱定着装置は、加熱ローラと、加熱ローラに誘導電流を生じさせる誘導加熱源と、前記誘導加熱源に高周波電流を供給するための誘導加熱電源より構成されること、
２）前記誘導加熱電源は、商用交流電源の入力部に、入力電圧検出手段とを備えるとともに、高周波電流を生成するためのスイッチング手段と、コンデンサ及び励磁コイルからなる共振手段を備え、スイッチング手段により発生する高周波電流を検出するための電流検出手段と、スイッチング手段を駆動するためのスイッチング駆動手段と前記加熱ローラでの温度を検出するための温度検出手段とを備えること、
３）前記入力電圧検出手段で検出された入力電圧値と、前記電流検出手段により検出されたピーク電流値とから、実際の励磁コイルのインダクタンス値を算出する演算手段を備えること、
４）前記スイッチング手段のオン・オフ期間を、前記温度検出手段で検出された温度により制御する電力制御手段は、前記入力電圧検出手段で検出された入力電圧値と、前記演算手段にて算出されたインダクタンス値とに応じて、前記オン期間・オフ期間を補正する機能を備えること、
を特徴とする誘導加熱定着装置。
【請求項２】
請求項１において、電力制御手段をデジタル制御としたことを特徴とする誘導加熱定着装置。
【請求項３】
請求項２において、デジタル制御をデジタルシグナルプロセッサを用いてソフト的に行うことを特徴とする誘導加熱定着装置。
【請求項４】
記録媒体上の現像剤像を加熱し、現像剤像を記録媒体に定着させる誘導加熱定着装置であって、
１）該誘導加熱定着装置は、加熱ローラと、加熱ローラに誘導電流を生じさせる誘導加熱源と、前記誘導加熱源に高周波電流を供給するための誘導加熱電源より構成されること、
２）前記誘導加熱電源は、商用交流電源の入力部に、入力電圧検出手段とを備えるとともに、高周波電流を生成するためのスイッチング手段と、コンデンサ及び励磁コイルからなる共振手段を備え、スイッチング手段により発生する高周波電流を検出するための電流検出手段と、スイッチング手段を駆動するためのスイッチング駆動手段と前記加熱ローラでの温度を検出するための温度検出手段とを備えること、
３）前記入力電圧検出手段で検出された入力電圧値と、前記電流検出手段により検出されたピーク電流値とから、実際の励磁コイルのインダクタンス値を算出する演算手段を備えること、
４）前記スイッチング手段を前記スイッチング駆動手段を用いてオン・オフ制御を行う際に入力電圧と目標温度により設定されたスイッチング周波数及びオン・オフ比率のテーブルを備えること、
５）前記スイッチング手段のオン・オフ期間を、前記温度検出手段で検出された温度により制御する電力制御手段は、前記入力電圧検出手段で検出された入力電圧値と、前記演算手段にて算出されたインダクタンス値とに応じて、前記テーブル値を補正する機能を備えること、
を特徴とする誘導加熱定着装置。
【請求項５】
記録媒体上の現像剤像を加熱し、現像剤像を記録媒体に定着させる誘導加熱定着装置であって、
１）該誘導加熱定着装置は、加熱ローラと、加熱ローラに誘導電流を生じさせる誘導加熱源と、前記誘導加熱源に高周波電流を供給するための誘導加熱電源より構成されること、
２）前記誘導加熱電源は、商用交流電源の入力部に、入力電圧検出手段とを備えるとともに、高周波電流を生成するためのスイッチング手段と、コンデンサ及び励磁コイルからなる共振手段を備え、スイッチング手段により発生する高周波電流を検出するための電流検出手段と、スイッチング手段を駆動するためのスイッチング駆動手段と前記加熱ローラでの温度を検出するための温度検出手段とを備えること、
３）前記入力電圧検出手段で検出された入力電圧値と、前記電流検出手段により検出されたピーク電流値とから、実際の励磁コイルのインダクタンス値を算出する演算手段を備えること、
４）前記スイッチング手段のオン・オフ期間を、前記温度検出手段で検出された温度により制御する電力制御手段は、前記入力電圧検出手段で検出された入力電圧値と、前記演算手段にて算出されたインダクタンス値とに応じて、前記オン期間・オフ期間を補正する機能を備えること、
５）前記スイッチング手段により、負荷に供給する電力が所定の電力以下になった場合に間欠動作を行うこと、
を特徴とする誘導加熱定着装置。
【請求項６】
請求項５において、電力制御手段をデジタル制御としたことを特徴とする誘導加熱定着装置。
【請求項７】
請求項６において、デジタル制御をデジタルシグナルプロセッサを用いてソフト的行うことを特徴とする誘導加熱定着装置。
【請求項８】
記録媒体上に現像剤による画像を形成する画像形成手段と、記録媒体を給紙部から排紙部まで搬送する搬送手段と、記録媒体上の現像剤像を加熱し、現像剤像を記録媒体に定着させる定着手段を有する画像形成装置において、
前記定着手段が請求項１から７の何れかに記載の誘導加熱定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘電加熱を利用した誘導加熱定着装置および該誘導加熱定着装置を具備した電子写真式の複写機、プリンタおよびファクシミリなどの画像記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置は、記録媒体としての記録紙上に未定着トナー画像を形成する画像形成手段を有し、トナー画像が形成された記録紙８１０を搬送する紙搬送手段によって、この記録紙８１０を図１４に示す定着器８０１中に図中矢印方向から搬送することで、未定着トナー画像８１１を記録紙８１０に加熱加圧定着する。この定着器８０１では加圧ローラ８０３と対向圧接する加熱ローラ８０２中にハロゲンヒータ８０４が加熱源として配設され、加圧ローラ８０３および加熱ローラ８０２は図示しない駆動源によって、矢印方向に回転駆動されている。
【０００３】
そして、図１７に示す回路構成で加熱ローラ表面が所定の温度に調整されるように、温度検知センサ９０５で検出された温度に伴い、ハロゲンヒータ８０４をオン・オフ制御する温度調整方法が多用されている。
【０００４】
ハロゲンヒータ８０４を用いたオン・オフ制御による加熱ローラ温度を制御する方式では、その構造上輻射熱により加熱ローラ８０２を加熱する間接加熱のため、発生熱の一部が対流熱として失われると共に、加熱ローラ全体を一様に加熱する必要があることから放熱量も大きくなり、熱効率が非常に悪く、消費電力が大きくなるといった欠点がある。
【０００５】
また、安定した定着性を得るためには、加熱ローラ８０２の温度変動を小さくしなければならず、その結果として熱容量の大きな加熱ローラ８０２が必要となるため、目標温度に対して加熱ローラ温度が十分低い場合に、装置全体での消費電力量から規定された電力範囲内で定着可能温度まで加熱ローラ８０２を加熱するには、間接加熱による熱効率の悪さと相まって、時間がかかるという欠点にも繋がっていた。
【０００６】
このような欠点を改善し、高効率で、高速な昇温特性を特徴として備える加熱方式として誘導加熱方式が提案されている。この誘導加熱方式とは、励磁コイルに高周波電流を印加することで発生する高周波磁界を加熱ローラの表層に作用させることで、ローラ表面の導電層に渦電流を発生させ、その渦電流によるジュール熱により加熱ローラを直接加熱するため、発熱効率が高く、高速昇温が可能となっている。また、その発熱量は、供給電力に比例するため、供給電力の可変制御により加熱ローラの温度制御が高速かつ容易に可能であり、電力を有効に利用できるため省電力化も図れる。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】
以上のように高効率・高速加熱などの利点を備える誘導加熱方式は、励磁コイルと、それに並列接続されたコンデンサにより共振回路を構成させる電圧共振型インバータを用いられることが多く、供給電力の可変制御は半導体スイッチング素子のオフ期間を一定とし、ＯＮ期間を変更することで励磁コイルに流れる高周波電流を制御して電力を可変させる周波数変調制御を採ることが一般的であった。
【０００８】
この電圧共振型インバータの特徴としては図１６（オフ幅：適切）に示すように半導体スイッチング素子がターンオン・ターンオフする場合にスイッチング素子の両端電圧が零電圧のときにスイッチング動作が行えるため、基本的にスイッチング時の損失が発生しないという利点がある。
【０００９】
しかしながら、共振作用による零電圧スイッチングが行える条件は、励磁コイルと共振用コンデンサのインピーダンスＺｒ、及び出力エネルギーＰｏと入力電圧Ｖｉｎにより決定される。つまり、インピーダンスＺｒが一定である場合に零電圧スイッチングを行うためには、出力電力がある値以上でないとならないという必要条件を満足させる必要がある。
【００１０】
換言すれば、この誘導加熱方式では加熱対象が目標温度に到達し、かつ、コピー枚数が少ない場合などにおいて、熱が奪われることなく動作している軽負荷状態などでは、供給電力量を下げるためにＯＮ期間を絞っていかなければならず、ある電力量以下では十分な共振エネルギーが確保出来ないために図１７（オフ幅：不適切）に示すように零電圧スイッチングが行えずに、半導体スイッチング素子での損失が著しく増大することになり、半導体スイッチング素子の発熱による劣化や熱破壊を招く危険性があった。
【００１１】
また逆に、電源投入時やコピー開始時など、加熱ローラの温度が十分に下がっている状態において、目標温度である２００℃前後まで加熱を開始する場合には最大ＯＮ期間で半導体スイッチング素子を駆動することになり、前述したような軽負荷時においても零電圧スイッチングが可能となるように共振インピーダンスを大きくした場合には、共振電圧が大きくなりすぎることになり、半導体スイッチング素子の耐圧オーバが発生しまうことになる。
【００１２】
また、このような条件にさらに、交流電源電圧の変動により、入力電圧が変動していた場合には、最大ＯＮ期間での駆動と相まって、半導体スイッチング素子に過大な電流が流れることにもなり、過大な電圧・電流が半導体スイッチング素子に印加されることにより、やはり半導体スイッチング素子の破壊を招く危険性があった。
【００１３】
以上のことは入力電圧を一定としてみた場合には、共振インピーダンスの変動が素子の破壊を招く要素となることをも示している。特に励磁コイルはコンデンサ・抵抗素子等と比べて、そのコアとなる磁性体上に巻き線を施す構造的な問題により、最終的にコイルの電気的定数値であるインダクタンス値として得られる数値の精度は低くなりがちであり、この誘導加熱方式に用いられるコイルでは必要とさえるインダクタンス値は数ｕＨと比較的巻き数が少なくインダクタンス値としては小さい値であるためその誤差が大きい場合には、同じオン期間に流れる電流の変動もその誤差に比例して変動することになり、上述してきたような安全性の面での問題となる危険性があった。
【００１４】
従って、使用する半導体スイッチング素子の最大定格には、定格入力電圧時の動作電圧・電流値に対して十分に大きなマージンを採る必要が生じるため、コストが高い半導体スイッチング素子を使用せざるを得なかった。
【００１５】
また、入力電圧に応じたオン・オフ期間を制御する場合に、デジタル制御にて演算処理によりオン・オフ期間を算出したり、制御用ＣＰＵの負荷を減らすために、その設定を予めテーブルとして持つ場合など、励磁コイルのインダクタンス値にばらつきがあるにも関わらず、標準値設定のまま処理してしまうと、実際に入力される電力が変動してしまい、制御温度値がばらついてしまう結果となってしまうという不具合があった。
【００１６】
本発明は上記従来の課題を解消するためになされたもので、半導体スイッチング素子での電力損失を抑え、発熱による半導体スイッチング素子の劣化や破壊を無くし、信頼性の向上と省電力化を図ることが可能な誘導加熱装置および該誘導加熱装置を定着装置として適用して、高品質の画像形成を行なうことが可能な画像形成装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を有することを特徴とする誘導加熱定着装置及び画像形成装置である。
【００１８】
（１）記録媒体上の現像剤像を加熱し、現像剤像を記録媒体に定着させる誘導加熱定着装置であって、
１）該誘導加熱定着装置は、加熱ローラと、加熱ローラに誘導電流を生じさせる誘導加熱源と、前記誘導加熱源に高周波電流を供給するための誘導加熱電源より構成されること、
２）前記誘導加熱電源は、商用交流電源の入力部に、入力電圧検出手段とを備えるとともに、高周波電流を生成するためのスイッチング手段と、コンデンサ及び励磁コイルからなる共振手段を備え、スイッチング手段により発生する高周波電流を検出するための電流検出手段と、スイッチング手段を駆動するためのスイッチング駆動手段と前記加熱ローラでの温度を検出するための温度検出手段とを備えること、
３）前記入力電圧検出手段で検出された入力電圧値と、前記電流検出手段により検出されたピーク電流値とから、実際の励磁コイルのインダクタンス値を算出する演算手段を備えること、
４）前記スイッチング手段のオン・オフ期間を、前記温度検出手段で検出された温度により制御する電力制御手段は、前記入力電圧検出手段で検出された入力電圧値と、前記演算手段にて算出されたインダクタンス値とに応じて、前記オン期間・オフ期間を補正する機能を備えること、
を特徴とする誘導加熱定着装置。
【００１９】
（２）（１）において、電力制御手段をデジタル制御としたことを特徴とする誘導加熱定着装置。
【００２０】
（３）（２）において、デジタル制御をデジタルシグナルプロセッサを用いてソフト的に行うことを特徴とする誘導加熱定着装置。
【００２１】
（４）記録媒体上の現像剤像を加熱し、現像剤像を記録媒体に定着させる誘導加熱定着装置であって、
１）該誘導加熱定着装置は、加熱ローラと、加熱ローラに誘導電流を生じさせる誘導加熱源と、前記誘導加熱源に高周波電流を供給するための誘導加熱電源より構成されること、
２）前記誘導加熱電源は、商用交流電源の入力部に、入力電圧検出手段とを備えるとともに、高周波電流を生成するためのスイッチング手段と、コンデンサ及び励磁コイルからなる共振手段を備え、スイッチング手段により発生する高周波電流を検出するための電流検出手段と、スイッチング手段を駆動するためのスイッチング駆動手段と前記加熱ローラでの温度を検出するための温度検出手段とを備えること、
３）前記入力電圧検出手段で検出された入力電圧値と、前記電流検出手段により検出されたピーク電流値とから、実際の励磁コイルのインダクタンス値を算出する演算手段を備えること、
４）前記スイッチング手段を前記スイッチング駆動手段を用いてオン・オフ制御を行う際に入力電圧と目標温度により設定されたスイッチング周波数及びオン・オフ比率のテーブルを備えること、
５）前記スイッチング手段のオン・オフ期間を、前記温度検出手段で検出された温度により制御する電力制御手段は、前記入力電圧検出手段で検出された入力電圧値と、前記演算手段にて算出されたインダクタンス値とに応じて、前記テーブル値を補正する機能を備えること、
を特徴とする誘導加熱定着装置。
【００２２】
（５）記録媒体上の現像剤像を加熱し、現像剤像を記録媒体に定着させる誘導加熱定着装置であって、
１）該誘導加熱定着装置は、加熱ローラと、加熱ローラに誘導電流を生じさせる誘導加熱源と、前記誘導加熱源に高周波電流を供給するための誘導加熱電源より構成されること、
２）前記誘導加熱電源は、商用交流電源の入力部に、入力電圧検出手段とを備えるとともに、高周波電流を生成するためのスイッチング手段と、コンデンサ及び励磁コイルからなる共振手段を備え、スイッチング手段により発生する高周波電流を検出するための電流検出手段と、スイッチング手段を駆動するためのスイッチング駆動手段と前記加熱ローラでの温度を検出するための温度検出手段とを備えること、
３）前記入力電圧検出手段で検出された入力電圧値と、前記電流検出手段により検出されたピーク電流値とから、実際の励磁コイルのインダクタンス値を算出する演算手段を備えること、
４）前記スイッチング手段のオン・オフ期間を、前記温度検出手段で検出された温度により制御する電力制御手段は、前記入力電圧検出手段で検出された入力電圧値と、前記演算手段にて算出されたインダクタンス値とに応じて、前記オン期間・オフ期間を補正する機能を備えること、
５）前記スイッチング手段により、負荷に供給する電力が所定の電力以下になった場合に間欠動作を行うこと、
を特徴とする誘導加熱定着装置。
【００２３】
（６）（５）において、電力制御手段をデジタル制御としたことを特徴とする誘導加熱定着装置。
【００２４】
（７）（６）において、デジタル制御をデジタルシグナルプロセッサを用いてソフト的行うことを特徴とする誘導加熱定着装置。
【００２５】
（８）記録媒体上に現像剤による画像を形成する画像形成手段と、記録媒体を給紙部から排紙部まで搬送する搬送手段と、記録媒体上の現像剤像を加熱し、現像剤像を記録媒体に定着させる定着手段を有する画像形成装置において、
前記定着手段が（１）から（７）の何れかに記載の誘導加熱定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面について説明する。
【００２７】
（実施例１）
図１は定着手段として本発明の誘導加熱定着装置を適用した画像形成装置の概要を示す図であり、この画像形成装置は、大きく分けて熱定着器１００、全体制御回路１１０、誘導加熱電源１２０で構成されている。
【００２８】
図において、１０１は加熱ローラ、１０２は励磁コイル、１０６は加熱ローラの温度制御用に用いられる非接触サーミスタ、１０７は加熱ローラの過昇温を検出するためのサーミスタ、５０２は加熱ローラ１０１に当接してニップ部を形成する加圧ローラであり、これ等が定着器１００を構成する主な部材である。
【００２９】
１１１はＡ／Ｄコンバーター、１１２はＣＰＵであり、これ等が全体制御回路１１０を構成する主な部材ある。
【００３０】
１２１は入力の商用交流電源００２から供給される交流電圧を整流するための整流ダイオード、１２２は共振用コンデンサ、１２３は半導体スイッチング素子、１２４は前記半導体スイッチング素子１２３を駆動するための駆動回路、１２５は前記半導体スイッチング素子１２３に流れる電流量を検出するための電流検出回路、１２６は入力電圧検出回路、１２８は前記励磁コイル１０２に高周波電力を供給する誘導加熱電源の制御を司る誘導加熱定着制御回路、１２７は非接触サーミスタ１０６からの検出値から加熱ローラ１０１の表面温度を算出するための温度検出回路であり、これ等が誘導加熱電源１２０を構成する主な部材である。
【００３１】
ここで、全体制御回路１１０の動作の概略について説明を行う。
【００３２】
画像形成装置は、主スイッチ００１のオンにより商用交流電源００２から交流電圧の供給が行われ、不図示の直流電源から全体制御回路１１０へ電力供給が開始され、装置のシーケンス制御がＣＰＵ１１２と不図示のＲＯＭ・ＲＡＭに記憶されたプログラム及びデータを元に行われることになる。
【００３３】
これにより起動後、もしくは画像形成装置への外部からの画像形成要求信号に応じて、ＣＰＵ１１２では不図示のＲＯＭ内に記憶されたプログラムに従って給紙・画像形成・定着・排紙等の一連の静電複写動作を、各部での検出・制御（メインモータ２０３，排紙センサ２０２，分離センサ２０１）を行うと共に、定着動作を行う所定の目標温度データと稼働開始信号を、誘導加熱電源１２０内の誘導加熱制御回路１２８へ送信することで加熱動作が実行される。
【００３４】
次に本実施例で用いる誘導加熱定着装置１００の構成を図２に、加熱原理の簡易的な説明を図３に示す。図２は定着器１００を横から見た図である。
【００３５】
加熱ローラ１０１は、表面離型性を高めるために表面に樹脂コーティングまたは金属メッキなどの表面処理が施されている鉄製の中空ローラである。加熱ローラ１０１内部には、励磁コイル１０２と、Ｉコア１０３とからなる磁気回路をローラの長手方向に配置し、励磁コイル１０２はＩコア１０３を取り巻くように配置されている。Ｉコア１０３を高い透磁率を有するフェライトなどで構成することにより、励磁コイル１０２により発生させた磁界を有効に加熱ローラ表面に作用させる。ここで、コイルの巻き線を示す○中に“・”が付されている線、“×”が付されている線はそれぞれ同じ向きに電流が流れる。
【００３６】
加熱動作は図３に示すように、前記励磁コイル１０２に交流電力を印加することで、交流磁界５１を発生させ、対向する加熱ローラ１０１の表面に渦電流５２を発生させる。その渦電流５２が加熱ローラ表面を流れることで該加熱ローラの固有抵抗成分によるジュール熱が加熱ローラ表面に発生し、加熱ローラ表面が自己発熱することになる。
【００３７】
この時、高透磁率を有するＩコア１０３に磁界が集中することで、加熱ローラ１０１のＩコア１０３に向かい合った部分に多くの渦電流による発熱が引き起こされることとなる。そして、励磁コイル１０２に投入された電力が大きいほど、発生する交流磁界およびジュール熱も大きいものとなる。
【００３８】
このようにして加熱ローラ１０１は所定の温度に発熱され、図２に図示しない駆動源により矢印方向に回転する加圧ローラ５０２および加熱ローラ１０１の間を、未定着トナー画像８１１が載った記録紙８１０を通過させることで、記録紙上にトナー像８１１を溶融定着する。
【００３９】
次に、通常時の誘導加熱電源１２０の動作を回路構成を示す図４を用いて説明する。商用交流電源００２からの交流電圧が電源スイッチ００１のオンにより入力されると、交流電圧は整流ダイオード１２１により全波整流される。全波整流された電圧はノイズフィルタを構成するコモンモードチョークコイル４０１とコンデンサ４０２を介して、励磁コイル１０２と共振用コンデンサ１２２で形成される並列共振回路と、その並列共振回路と直列に接続される半導体スイッチング素子１２３間に印加される。
【００４０】
誘導加熱制御回路１２８は、入力電圧検出回路１２６と、コイル電流検出回路１２５で得られた値から入力電力を演算するとともに、非接触サーミスタ１０６で検出された加熱ローラ１０１の表面温度データを温度検出回路１２７を介して得て、全体制御回路１００のＣＰＵ１１２からの目標温度データと比較演算を行うことで、励磁コイル１０２へ供給する電力を決定し、加熱ローラ１０１の表面温度が目標温度となるようにＰＷＭ制御信号を生成して、駆動回路１２４により半導体スイッチング素子１２３を高速でオン・オフ駆動を行う。
【００４１】
駆動回路１２４からの出力信号により半導体スイッチング素子１２３がオン状態となると、整流された入力電圧が励磁コイル１０２に印加される。次いで、半導体スイッチング素子１２３がオフ状態となると、導通時に流れていた電流レベルに応じて励磁コイル１０２に逆起電力が発生し、この逆起電力は並列接続された共振用コンデンサ１２２に充電される。これにより共振用コンデンサ１２２の両端電圧は励磁コイル１０２とコンデンサ１２２の共振作用により正弦波状に上昇し、励磁コイル１０２の蓄積エネルギーが無くなった時点で最大電圧に達する。
【００４２】
共振コンデンサ１２２への充電電圧が最大電圧に達すると、今度は逆に共振用コンデンサ１２２から励磁コイル１０２に向けて電流が流れ、共振用コンデンサ１２２の電圧が低下する。共振コンデンサ１２２の両端電圧がゼロ以下になると、半導体スイッチング素子１２３に寄生しているダイオード、もしくは両端に接続されるフライホイールダイオード４０３がオンとなり、半導体スイッチング素子１２３の両端電圧はダイオードの順方向電圧（０．６〜１．０Ｖ）レベルにクランプされる。
【００４３】
その後、再び半導体スイッチング素子１２３がオンされれば、励磁コイル１０２に電流が流れるということを繰り返すことで、励磁コイル１０２にはＰＷＭ信号に応じた周波数の高周波の交流電流が流れ続け、高周波磁界を発生させる。加熱ローラ１０１の発熱原理は前述したとおりであり、非接触サーミスタ１０６、温度検出回路１２７により検出した温度に応じたＰＷＭ信号を生成し、半導体スイッチング素子１２３を駆動することで加熱ローラ表面を任意の温度に制御することが可能となる。
【００４４】
また、加熱開始時および通常動作時において、このＰＷＭ信号は前記入力電圧検出回路１２８の検出値である入力電圧に応じて、そのスイッチング周波数およびオフ期間を可変調整機能を備える。
【００４５】
以下では、このスイッチング周波数の可変調整機能の詳細を説明する。
【００４６】
誘導加熱制御回路１２８はデジタルシグナルプロセッサ１２８ｅ（以下ＤＳＰ）で構成される。ここでは図に示すように各検出回路からのアナログ信号をデジタル信号へ変換するためのＡ／Ｄコンバータ１２８ｄ、半導体スイッチング素子１２３のオン・オフ制御信号であるＰＷＭ信号の周波数を決定するためのタイマーユニット１２８ａ、オン・オフ比率を決定するための比較ユニット１２８ｂ、デジタルシグナルプロセッサ１２８ｅの内部に設けられたＰＷＭユニットからの駆動信号を半導体スイッチング１２３にＰＷＭ信号として供給するＰＷＭ信号ユニット１２８ｃ、シリアル通信のインターフェース１２８ｆ、プログラムおよび検出回路からの値を格納するためのＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ１２８ｇが一体となっているデジタルシグナルプロセッサ１２８ｅ（ＴＭＳ３２０Ｃ２４ｘシリーズ等）を例に説明する。
【００４７】
まず、起動時において、通常の誘導加熱制御動作を行う前に、励磁コイル１０２のインダクタンス値Ｌｒのばらつきを検出し、定義済みのスイッチング周波数−オン／オフ比率の設定の補正値を決定する。このインダクタンス値補正処理は図９のフローチャートに示すように、次の動作により実行される。
【００４８】
（１）　デジタルシグナルプロセッサ１２８ｅにおいては、Ａ／Ｄコンバーター１２８ｄにより、入力電圧検出回路１２６で検出された入力電圧値Ｖｉｎ＿ｉｎｉが入力され、その入力電圧値により一義的に決定される最大オン幅の１／２のオン幅（ｔｏｎ＿ｉｎｉ）設定として、駆動回路１２４により半導体スイッチング素子１２３をオンさせる（ステップＳＴ９１，９２，９３）。
【００４９】
（２）　電流検出回路１２５により前記スイッチング素子１２３に流れるピーク電流ｉｐ＿ｉｎｉを検出し、前記Ａ／Ｄコンバーター１２８ｄを介して、デジタルシグナルプロセッサ１２８ｅへその値が入力される（ステップＳＴ９４）。
【００５０】
（３）　デジタルシグナルプロセッサ１２８ｅにおいては、入力されたピーク電流検出値ｉｐ＿ｉｎｉと、入力電圧値Ｖｉｎ＿ｉｎｉと（１）で設定されたオン期間ｔｏｎ＿ｉｎｉ、つまりｉｐ＿ｓｔｄ（＝ｉｐ＿ｍａｘ／２）とを比較・演算し、その演算結果である変化率をスイッチング周波数−オン／オフ比率の補正値ｋ（＝ｉｐ＿ｓｔｄ／ｉｐ＿ｉｎｉ）として記憶・保持する（ステップＳＴ９５）。
【００５１】
上記（１）〜（３）にて求められた補正値ｋをもとに、ＰＷＭ信号は次のようにして生成される。
【００５２】
半導体スイッチング素子１２４のオン・オフ駆動を制御するＰＷＭ信号は、図５に示すようにデジタルシグナルプロセッサ１２８ｅ内部に設けられているＰＷＭユニットにおいて、スイッチング周期はタイマーユニット１２８ａのタイマ周期レジスタＴＭｘＰＲに周期値を設定し、オン・オフ比率は比較ユニット１２８ｂのＴｘＣＭＰＲレジスタにその比較値を設定することで生成される（この図では簡単のためタイマ周期値は小さい値としてあるが、実際には最大電力時の最大オン幅を最大周期：ＦＦＦＦｈとなるよう設定する）。
【００５３】
各設定値は１周期毎に変更可能であり、ここでは図７に示すようにサーミスター１０６で検出された加熱ローラ１０１の表面温度と目標温度との温度差分に応じた加熱に必要な目標電力を算出し、また、入力電圧検出回路１２６および、コイル電流検出回路１２５から得た値から供給電力を積算し、供給電力が目標電力となるように半導体スイッチング素子１２３のオン期間をデジタルシグナルプロセッサ１２８ｅにて演算し、タイマ周期レジスタに設定することで、オン期間を変更し、供給電力の増減を制御を行う。
【００５４】
ここで回路の損失を最大限減らし効率を良くするためには、供給電力Ｐｏと半導体スイッチング素子１２３のオン及びオフ期間は図８に示すような関係となる。これは確実な零電圧スイッチングを行うために、同一供給電力（仮にＰｏ‘）である場合、入力電圧が高いほど電流は少なくて済む（Ｐｏ’＝Ｖｉｎ・ＩでＶｉｎが大きくなれば必要とされる電流Ｉは小）ためにＯＮ期間は短くなるが、逆に半導体スイッチング素子１２３の両端電圧が零になるまでの時間が伸びるに伴いオフ期間を拡げる必要があるためである。
【００５５】
参考までに同一供給電力時にオフ幅固定として入力電圧を変化させた場合の半導体スイッチング素子１２３の両端電圧波形を図６に示す。ここでは定格入力電圧Ｖｉｎ＿ｒａｔｅ時のｔｏｆｆ時間のままで、最大入力電圧Ｖｉｎ＿ｍａｘまで三段階で変化させた場合＜□　−＞　◇　−＞　△の順＞の半導体スイッチング素子１２３に印加される共振電圧を示したものが図６．上図の実線で示したものである。また、最大入力電圧Ｖｉｎ＿ｍａｘ時に最適なオフ時間をｔｏｆｆ＠Ｖｉｎ＿ｍａｘとした場合に波線で示すように半導体スイッチング素子１２３に印加される電圧が零レベルになることを示している。尚図６．下図はその場合の半導体スイッチング素子１２３がオンした場合に流れる電流を示しており、オフ期間が適切でないとターンオン時に非常に大きな電流が流れていることを示すものである。、つまり、このように入力電圧が変化した場合にオフ期間を補正しないとターンオン時に大きな電流がスイッチング素子１２３に流れることになり、損失が激増することになる。したがって、入力電圧検出回路１２６の検出値に応じて、比較ユニット１２８ｂのＴ×ＣＭＰＲレジスタを変化させる制御を行う必要がある。
【００５６】
以上のような制御処理は図１０に示すフローチャートにより実現される。即ち、加熱開始ＦＬＡＧオンにより、入力電圧検出値ＶＳ読み込み処理（ステップＳＴ１０１）、電圧補正値演算処理（ステップＳＴ１０２）、最大オン幅補正演算処理（ステップＳＴ１０３）、加熱ローラ表面温度検出値読み込み処理（ステップＳＴ１０４）、検出温度≦目標温度かを判断し（ステップＳＴ１０５）、「いいえ」のときはＰＷＭ出力停止処理（ステップＳＴ１０６）して、ステップＳＴ１０１に戻る。
【００５７】
上記ステップＳＴ１０５の判断で「はい」のときは目標演算処理（ステップＳＴ１０７）を行なった後、スイッチング電流値読み込み処理（ステップＳＴ１０８）、供給電力演算処理（ステップＳＴ１０９）、オン幅（駆動周波数）演算処理（ステップＳＴ１１０）、オフ幅補正演算処理（ステップＳＴ１１１）を行い、オン幅≧最大オン幅かを判断し（ステップＳＴ１１２）、「はい」のときは最大オン幅設定処理（ステップＳＴ１１３）、「いいえ」のときはＰＷＭ設定処理（ステップＳＴ１１４）を行ない、ステップＳＴ１０１に戻る。
【００５８】
この図１０において、最大オン幅設定を算出するにあたっては起動時に算出した前述のコイル補正係数ｋを用いて行われることになる。
【００５９】
これにより、励磁コイルの個体ばらつきによるインダクタンス値の違いを補正した形で、最大オン幅の設定が行えることとなり、励磁コイルの標準インダクタンス値を用いていた場合に発生していた実際の入力電力が励磁コイル１０２のインダクタンス値のバラツキにより変動してしまうことにより、目標温度値に誤差が生じてしまう問題を回避することが可能となる。
【００６０】
また、半導体スイッチング素子１２３のオン・オフ駆動を開始する前に、入力電圧に応じて最大オン期間を設定することができ、未然に半導体スイッチング素子１２３に過大な電流が流れることを防止することができると共に、それによる過大な共振電圧が半導体スイッチング素子１２３に印加されることも回避することができる。また、加熱動作中は逐次入力電圧、供給電力の値を参照することで確実な零電圧スイッチングを行うことにより、不要な電力損失の発生を防ぐと共に、半導体素子での発熱による劣化・破壊を防ぐことが可能となる。
【００６１】
これらはソフトでのデジタル制御による方法を説明したが、ハード的なデジタル制御でも可能である。
【００６２】
（実施例２）
実施例２は実施例１と同じ構成において、誘導加熱電源の制御回路をデジタルシグナルプロセッサ１２８ｅのような高速演算機能を備えていない一般的なＣＰＵを用いる場合において、半導体スイッチング素子１２３のオン・オフ期間の設定を入力電圧と目標温度に対して設定された図１１に示すようなテーブルを用いて行う場合に関するものである。
【００６３】
テーブルを用いてオン・オフ期間を決定する場合には、特に設定に際して使用した各定数（ここでは、インダクタンス値、入力電圧など）に対しての変化分を正確に補正する必要が生じる。
【００６４】
これは、実施例１と同様にある入力電圧に対して標準インダクタンス値により決められたオン期間では、そのインダクタンス値が増加した場合には、実際には入力電力は必要とする値よりも小さなものとなってしまい、逆にインダクタンス値が減少した場合には、実際の入力電力は必要とする値よりも大きな値となり、目標温度に対して誤差を生じる結果となってしまうからである。
【００６５】
このような事態を回避するためには、実施例１で示したように図９に示すフローチャートにより、予め実際の励磁コイル１０２のインダクタンス値について標準値に対する補正係数ｋを求めておき、これを参照するテーブル値に対して乗じることで実現できる。
【００６６】
（実施例３）
実施例３は実施例１と同じ構成において、供給電力がある規定値以下になった場合に通常のＰＷＭ制御から、加熱ローラの表面温度の検出値に応じた間欠制御を行う構成とした点が、実施例１と異なる。これは、課題において前述したようにＬＣ共振作用による零電圧スイッチングが行える条件としてあるレベル以上の電力が必要になるためである。
【００６７】
図１２に本実施例での加熱ローラ１０１への供給電力Ｐ０と、半導体スイッチング素子１２３のオン期間及びオフ期間との関係を示す。このように規定の電力Ｐｌｉｍ以下での加熱動作を行う場合には、零電圧スイッチングが可能となるだけの共振エネルギーが確保できる最低ＯＮ期間を設定し、さらにその場合に零電圧スイッチング可能な最大オフ期間を設定し、設定固定のまま動作させ、検出温度が目標温度以上になったら動作を休止させ、目標温度以下、もしくはある幅を設定した目標下限温度以下になったら、再度同様に動作を開始させる構成（間欠動作）としている。
【００６８】
この制御処理は図１３のフローチャートにより実現される。ステップＳＴ１３１〜ステップＳＴ１４４は前記図１０に示すステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１１４と同じ動作を行なうので重複説明を省略する。この制御処理では、目標電力演算処理（ステップＳＴ１３７）の後、目標電力≧制御切換電力かを判断し（ステップＳＴ１４５）、「はい」のときはステップＳＴ１３８の処理へ移行するが、「いいえ」のときは最小オン幅入力電圧補正処理（ステップＳＴ１４６）、オフ幅補正演算処理（ステップＳＴ１４７）、加熱ローラ表面温度検出値読み込み処理（ステップＳＴ１４８）を順次行なった後、検出温度≧目標下限温度かを判断し（ステップＳＴ１４９）、「いいえ」のときはステップＳＴ１４４のＰＷＭ設定処理に移行し、「はい」のときはステップＳＴ１０１に戻る。
【００６９】
これにより、共振エネルギーが得られず零電圧スイッチングが不可能な領域を無くすことが可能となり、より効率の良い熱定着器を実現できる。
【００７０】
以上のように、上記の各実施例によれば、励磁コイルのインダクタンス値に個体差によるばらつきが生じていたとしても、加熱装置の制御回路側でそのばらつきに応じて、最大オン・オフ期間の設定を加熱開始時に補正することが可能となり、仮にインダクタンス値が低い場合でも半導体スイッチング素子に過大電流が流れることを回避できる。
【００７１】
また、最大電力で加熱動作を開始する場合において、検出された入力電圧に応じて、半導体スイッチング素子の最大オン期間を可変することができ、入力電圧が変動して定格電圧以上の電圧が入力された場合にも、ＯＮ期間増大による過大電流や、それに伴う共振電圧の増大による過大電圧の発生による半導体スイッチング素子へのダメージを抑制すると共に、入力電圧と励磁コイルへの供給電流から励磁コイルへの供給電力を算出することで、その電圧と電力から最適なオフ期間を設定し、確実な零電圧スイッチングを実現することが可能となり、半導体スイッチング素子での電力損失を抑え、発熱による素子の劣化や破壊を無くし、複写機全体での信頼性の向上と省電力化を図ることが可能となる。
【００７２】
なお、図示の実施例では、本発明の誘導加熱装置を、加熱定着装置をして適用した場合について説明したが、本発明の誘導加熱装置は例えば、画像担持した被記録材を加熱して表面性（艶など）を改質する装置、仮定着処理する装置等、被加熱体を加熱処理する装置としても広く適用できる。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、加熱開始時において、決められたオン期間における励磁コイルへの電流を検出するとともに、入力電圧も検出することで、入力電力及び励磁コイルのインダクタンス値を算出し、その算出されたインダクタンス値から、半導体スイッチング素子のオン・オフ期間の演算処理を行ったり、予め定義されている目標電力に対するオン期間、及びオフ期間を入力電圧と励磁コイルの固体差に応じて適宜調整するように構成したので、半導体スイッチング素子駆動時に確実な零電圧スイッチングの実現と、過大電圧・電流が半導体スイッチング素子に印加されない電力制御を行なうことができ、半導体スイッチング素子での電力損失を抑え、発熱による半導体スイッチング素子の劣化や破壊を無くし、目標温度に対して誤差が少ない、信頼性の向上と省電力化を図ることが可能である。また、半導体スイッチング素子での確実な電力損失改善は発熱などによる機器の信頼性の低下を防止することが可能な誘導加熱装置を得ることができる。
【００７４】
また、本発明は上記誘導加熱装置を定着装置として適用することにより、高品質の画像形成を行なうことが可能な画像形成装置を得ることができるとう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の全体ブロック図
【図２】本発明の実施例１の定着器の構成図
【図３】本発明の実施例１の誘導加熱の動作説明図
【図４】本発明の実施例１の誘導加熱電源のブロック図
【図５】本発明の実施例１のＤＳＰによるＰＷＭ制御信号生成方法の説明図
【図６】オフ期間の入力電圧による補正をしない場合の半導体素子での電圧電流波形図
【図７】加熱ローラの表面温度と供給電力の関係図
【図８】実施例１の供給電力―オン・オフ期間の入力電圧による変動の説明図
【図９】実施例１の励磁コイル補正手段の制御フローチャート図
【図１０】実施例１のＰＷＭ制御パルス生成手段の制御フローチャート図
【図１１】実施例２の温度調整用ＰＷＭパルステーブル図
【図１２】実施例２の供給電力―オン・オフ期間の入力電圧による変動の説明図
【図１３】実施例２のＰＷＭ制御パルス生成手段の制御フローチャート図
【図１４】従来の定着器の構成図
【図１５】従来の定着器の制御回路の構成図
【図１６】電圧共振インバータの動作波形図
【図１７】電圧共振インバータの動作波形図
【符号の説明】
１００　熱定着器
１０１　加熱ローラ
１０２　励磁コイル
１０３　Ｉコア
１０６　非接触サーミスタ
１０７　サーミスタ
１１０　全体制御回路
１１１　Ａ／Ｄコンバーター
１１２　ＣＰＵ
１２０　誘導加熱電源
１２１　整流ダイオード
１２２　共振用コンデンサ
１２３　半導体スイッチング素子
１２４　駆動回路
１２５　電流検出回路
１２６　入力電圧検出回路
１２８　誘導加熱定着制御回路
１２７　温度検出回路
５０２　加圧ローラ
８１０　記録紙
８１１　未定着トナー画像
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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