(57)【要約】【課題】  ＣＰＵによるソフトウェアで誘導加熱方式の加熱装置を制御する場合、ＣＰＵが暴走あるいは温度検出部の異常等が発生しても過大な電力が供給されないようにし、急激な温度上昇を防ぐ。【解決手段】  入力電圧Ｖｉｎ及び入力電流ＩｉｎからＣＰＵ４００が入力電力を演算し、入力電力もしくは誘導加熱体７ＦＢ１の温度を検出する温度検出部３１４からの検出値を所定の値に制御する。入力制限部３１７が入力電圧に応じて、入力電流の制限値を変化させ、入力電流が制限値Ｉ２を超えた場合に、ＣＰＵ４００からの駆動信号３３１，３３２の状態に拘わらず、入力制限部３１７からの信号Ｖ３により駆動部３１２が信号３２１，３２２を一時的にもしくは完全に停止させる。【選択図】  図３
2007286495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の発熱体と、
前記発熱体に対向して設けられ、前記発熱体を発熱させるための磁界を発生するコイルと、
前記コイルに磁界を発生させるための高周波電流を供給する供給部と、
前記供給部を動作させるための駆動パルスを発生する駆動部と、
商用電源からの入力電圧を検出する電圧検出部と、
前記商用電源から入力される入力電流を検出する電流検出部と、
前記発熱体の温度を検出する温度検出部と、
前記電圧検出部の出力及び前記電流検出部の出力に基づいて求められる入力電力と、前記温度検出部の出力とに基づいて前記高周波電流の周波数を決定し、前記駆動部へ駆動信号を出力する制御部と、
前記制御部とは独立して動作するものであり、前記電圧検出部の出力に応じて前記入力電流の制限値を変化させ、前記入力電流が前記制限値を超えた場合に、前記供給部からの高周波電流の供給を停止させる制限部と、
を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記制限部は前記駆動部から発生される駆動パルスを停止させることにより前記供給部からの高周波電流の供給を停止させることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
前記制御部はＣＰＵであり、前記制限部は前記ＣＰＵの制御とは独立したハードウェア回路であることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
【請求項４】
前記制限部は、前記入力した前記電圧検出部の出力と前記電流検出部の出力をそれぞれ抵抗を介して合成し、合成された電圧値と基準電圧とを比較する比較部を有することを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
【請求項５】
前記制限部は、前記合成された電圧値が前記比較部へ入力されるのを遅延させるコンデンサを有することを特徴とする請求項４記載の加熱装置。
【請求項６】
前記入力部における入力電流の制限値は前記電圧検出部の出力の一次式で求められることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
【請求項７】
前記発熱体は、シートに転写されたトナーを定着させるための定着装置であることを特徴とする加熱装置。
【請求項８】
請求項１から６の何れかに記載の加熱装置を定着装置に備えたことを特徴とする電子写真方式の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置の定着器等に用いられる誘導加熱方式の加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電子写真方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器が備えられている。定着器の構成としては、従来セラミックヒータやハロゲンヒータによる加熱方式が多く用いられていた。しかし、近年では急速発熱が可能等の利点から電磁誘導加熱方式が用いられるようになってきた。
【０００３】
誘導加熱方式を用いた定着器に給電する電源装置としては、図１５に示す構成がある。
【０００４】
１００は電源装置である。電源装置１００は、ダイオードブリッジ１０１と、フィルタコンデンサ１０２と、共振回路を形成する共振コンデンサ１０５、１０６、及び、コイルＬを有している。電源装置１００は更に、第１、第２のスイッチ素子１０３、１０４と、前記２つのスイッチ素子を駆動信号１２１、１２２で駆動する駆動部１１２、入力電圧を検出する電圧検出部１１５、入力電流を検出する電流検出部１１６を備える。
【０００５】
電圧検出部１１５及び電流検出部１１６は、それぞれ入力電源５００から供給される入力電圧Ｖｉｎ及び入力電流Ｉｉｎを検出し、その検出値Ｖｓ及びＩｓを制御部であるＣＰＵ４００へ出力する。
【０００６】
ＣＰＵ４００は電源装置１００からの電圧検出値Ｖｓ及び電流検出値Ｉｓから入力電力を演算する。ＣＰＵ４００は、その演算結果と、導電性発熱体ＦＢの温度を検出する温度検出部１１４からの温度検出値Ｔとに基づいて、コイルＬの動作周波数を決定し、電源装置１００内の駆動部１１２に駆動パルス信号１３１、１３２を出力する。
【０００７】
駆動部１１２は駆動パルス信号１３１、１３２を増幅し、駆動信号１２１、１２２を出力する。スイッチ素子１０３と１０４は駆動信号１２１、１２２に従って交互にＯＮ／ＯＦＦし、コイルＬに高周波電流を供給する。
【０００８】
駆動周波数に応じて定着器に供給する電力が変化することを利用して、定着器の電力制御や温度制御を実現している（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２２３２５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、誘導加熱方式は、セラミックヒータやハロゲンヒータに比較して発熱スピードが速い。そのため誘導加熱方式をＣＰＵでソフトウェア的に制御する場合、ＣＰＵが暴走あるいは温度検出部の異常等が発生した場合に、急激な温度上昇を起こすことがある。
【００１０】
また、入力電流が所定の値を越えた場合にハードウェア回路で強制的に定着器の動作を停止させる方法がある。
【００１１】
しかしながら、入力電圧は地域や状態によって幅がある。入力電圧の低い場合に合わせて入力電流の制限値を決めてしまうと、入力電圧が高い場合に供給電力が過大になりすぎてしまう。逆に、入力電圧の高い場合に合わせて入力電流の制限値を決めてしまうと入力電圧が低い場合に必要な電力が得られなくなってしまう。
【００１２】
また、ハードウェア的に入力電力で供給電力を制限しようとすると、電力演算用の複雑なハードウェア回路が必要になってしまう。
【００１３】
以上の点に対する対策が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の加熱装置は、導電性の発熱体と、前記発熱体に対向して設けられ、前記発熱体を発熱させるための磁界を発生するコイルと、前記コイルに磁界を発生させるための高周波電流を供給する供給部と、前記供給部を動作させるための駆動パルスを発生する駆動部と、商用電源からの入力電圧を検出する電圧検出部と、前記商用電源から入力される入力電流を検出する電流検出部と、前記発熱体の温度を検出する温度検出部と、前記電圧検出部の出力及び前記電流検出部の出力に基づいて求められる入力電力と、前記温度検出部の出力とに基づいて前記高周波電流の周波数を決定し、前記駆動部へ駆動信号を出力する制御部と、前記制御部とは独立して動作するものであり、前記電圧検出部の出力に応じて前記入力電流の制限値を変化させ、前記入力電流が前記制限値を超えた場合に、前記供給部からの高周波電流の供給を停止させる制限部と、を有するを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、誘導加熱方式の加熱装置の温度制御や電力制御を行う場合に、制御部の暴走等の異常時に過大な電流が入力されないように制限部を備え、この制限部が入力電圧が高いときには入力電流制限値を低く、入力電圧が低いときには入力電流制限値を高くなるように入力電流制限値を変化させることにより、低い入力電圧から高い入力電圧まで、必要な入力電力を保ちつつ、制御部の異常時にも過大な電力にならないように制限できる。
【００１６】
また更に、入力電流の制限値は入力電圧検出値の１次式で求めるようにしているので、複雑なハードウェア回路を必要とせずに入力電流制限を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る定着装置に関して、図面を用いて詳しく説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における電子写真方式のカラー画像形成装置の概略構成図である。
【００１９】
同図において、１ａ〜１ｄは感光体、２ａ〜２ｄは１次帯電部、３ａ〜３ｄは露光部、４ａ〜４ｄは現像部、５３ａ〜５３ｄは１次転写部、６ａ〜６ｄはクリーナーである。５１は中間転写ベルト、５５は中間転写ベルトクリーナー、５６、５７は２次転写部である。１次帯電部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。その後、現像部によってトナー像が現像され、４個の感光体上のトナー像は転写部によって中間転写ベルト５１に多重転写され、更に２次転写部によって記録材Ｐに転写される。各感光体１ａ〜１ｄ上に残った転写残トナーは各クリーナー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。定着部７の構成としては、電磁誘導加熱方式を用いている。
【００２０】
図２は電磁誘導加熱方式を用いた定着部の一例である。図中７ＦＢ１、７ＦＢ２はベルト状の導電性発熱体であり、それぞれローラ７Ｒ１とローラ７Ｒ２、ローラ７Ｒ３とローラ７Ｒ４を軸に図中矢印の方向に回転する。また、導電性発熱体７ＦＢ１に対向してコイルＬが配置され、コイルＬに高周波の交流電流を流して磁場を発生させることで、導電性発熱体７ＦＢ１が自己発熱する。
【００２１】
次に電磁誘導加熱方式定着部及び電源装置の概略構成図を図３に示す。
【００２２】
同図に示す電源装置３００は、商用電源のような交流電源５００に接続される。電源装置３００はダイオードブリッジ３０１と、フィルタコンデンサ３０２と、共振回路を形成する第１、第２の共振コンデンサ３０５、３０６及びコイルＬを有する。電源装置３００は更に、第１、第２のスイッチ素子３０３、３０４と、スイッチ素子３００，４００を駆動パルス３２１、３２２で駆動する駆動部３１２を有する。電源装置３００のこれらの構成が図２のコイルＬに高周波電流を供給する供給部を成す。
【００２３】
電源装置３００は更に、入力電圧を検出する電圧検出部３１５、入力電流を検出する電流検出部３１６、発熱体ＦＢの温度を検出する温度検出部３１４を備えている。
【００２４】
４００は画像形成装置の一連の動作を制御する制御部としてのＣＰＵである。ＣＰＵ４００は、電源装置３００に対しては、入力電圧検出部３１５、入力電流検出部３１６及び温度検出部３１４の出力に基づいて駆動部３１２が出力する駆動パルス３２１、３２２の駆動周波数を決定し、駆動パルス用の駆動信号３３１、３３２を出力する。駆動部３１２は駆動信号３３１，３３２を増幅、絶縁した２つの駆動パルス３２１，３２２を出力し、スイッチ素子３０３、３０４を駆動する。
【００２５】
スイッチ素子３０３，３０４のスイッチング動作によりコイルＬから磁界を発生させるための高周波電流ＩＬがコイルＬに供給される。
【００２６】
また、電源装置３００内には、ＣＰＵ４００が介在せずに入力電流を制限する入力制限部３１７を備えている。即ち、入力制限部３１７は、ＣＰＵ４００の制御とは独立して、ハードウェア回路で駆動部３１２の動作を制限する。
【００２７】
図４に本実施形態における入力制限部３１７の詳細回路を示す。
【００２８】
入力電圧検出部３１５からの検出値Ｖｓと入力電流検出部３１６からの検出値Ｉｓ（電圧として検出）はそれぞれ抵抗Ｒ１及びＲ２を介して合成される。合成された電圧値即ち、抵抗Ｒ１とＲ２の接続部の電圧Ｖ１は比較器３１７１に入力され、基準電圧Ｖ２と比較される。比較器３１７１の出力Ｖ３は駆動部３１２に入力されている。
【００２９】
図４の構成ではＶ１はＶｓ、Ｉｓ、Ｒ１、Ｒ２を用いて次の式で表される。
【００３０】
Ｖ１＝（Ｒ１×Ｉｓ＋Ｒ２×Ｖｓ）／（Ｒ１＋Ｒ２）
入力制限部３１７は、Ｖ１＝Ｖ２となる時に駆動部３１２の動作を制限する。即ち、入力制限動作を行うようになっている。入力電流制限値をＩ２とするとＩ２は次の式で表される。
【００３１】
Ｉ２＝−（Ｒ２／Ｒ１）×Ｖｓ＋｛（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１｝×Ｖ２
上記式から分かるように、入力電流制限値Ｉ２は入力電圧検出値Ｖｓに応じて変化する。従って、入力電圧の大きさに係わらず、電力をほぼ一定に制限することができる。
【００３２】
即ち、図４の回路構成により、Ｖ１とＶ２とを比較するということは、入力電圧検出値Ｖｓに応じて変化する入力電流制限値Ｉ２と入力電流検出値Ｉｓとを比較していることになる。そして、Ｖ１がＶ２を超えるということは、入力電流検出値Ｉｓが入力電流制限値Ｉ２を超えたことになり、この場合には、信号Ｖ３がＬレベルになり、駆動部３１２の制限動作が行われる。
【００３３】
図５は入力電圧検出値Ｖｓと入力電流検出値Ｉｓの関係を示した図である。図中Ｐｓは定着装置７に必要な電力を示す曲線である。それに対し、Ｉ２は上述したＶ１＝Ｖ２となるＶｓとＩｓの関係を示す直線である。
【００３４】
次に図３の回路における正常時の動作を説明する。
【００３５】
まず、ＣＰＵ４００は画像形成装置の動作シーケンスに従って、駆動パルス用駆動信号３３１、３３２を出力する。
【００３６】
一般に、図６に示すような共振周波数ｆ１よりも高い周波数領域ｆｈにおいて駆動周波数を下げると電力が増える特性がある。この特性を利用し、ＣＰＵ４００は、温度検出部３１４の検出結果が目標温度よりも低い場合は、入力電圧検出部３１５及び入力電流検出部３１６の検出結果に基づいて入力電力を計算する。その計算結果が設定電力以下であれば、ＣＰＵ４００はスイッチ素子３０３、３０４をスイッチングする駆動パルス用駆動信号３３１、３３２の周波数を下げる。また、計算結果が設定電力よりも高くなってしまう場合は、ＣＰＵ４００はスイッチ素子３０３、３０４をスイッチングする駆動パルス用駆動信号３３１、３３２の周波数を上げる。逆に温度検出部３１４の検出結果が設定温度よりも高い場合は、ＣＰＵ４００は駆動パルス用駆動信号３３１、３３２の周波数を上げ、電力を減らす。
【００３７】
ＣＰＵ４００は上記動作を繰り返し、発熱体ＦＢの温度を目標温度に制御する。この間、入力制限部３１７は入力電圧検出値Ｖｓ及び入力電流検出値Ｉｓから求められるＶ１を監視している。
【００３８】
図７はＣＰＵ４００の正常動作時の入力電圧Ｖｉｎ、入力電流Ｉｉｎとそれぞれの検出値Ｖｓ、Ｉｓの波形を示している。この状態では、Ｖｓ及びＩｓから求められるＶ１が制限値Ｖ２よりも低い値になっており、強制停止信号Ｖ３は“Ｈ”レベル（正常）を示している。
【００３９】
図８はＣＰＵ４００の正常動作時の駆動信号及び出力電流の波形を示している。図中３２１、３２２はスイッチ素子３０３、３０４の駆動パルスであり、３３１、３３２は駆動パルス用にＣＰＵ４００から出力される駆動信号である。駆動信号３３１と３３２は半周期ずれた信号である（実際には３３１、３３２供に“Ｌ”レベルとなる期間であるｄｅａｄ  ｔｉｍｅを設けてある）。また、コイルＬに流れる電流をＩＬで示している。
【００４０】
図９はＣＰＵ４００が暴走し、駆動信号３３１，３３２の周波数が通常よりも低くなり、ｔ１において大電流が入力されてしまった時の入力電圧Ｖｉｎ、入力電流Ｉｉｎとそれぞれの検出値Ｖｓ、Ｉｓの波形を示している。この場合、入力電流Ｉｉｎが異常に大きくなり、入力電流検出値Ｉｓも上昇し、それに応じてＶ１も大きくなる。そしてＶ１がしきい値Ｖ２を超えると、図４の比較器３１７１の出力はＨからＬに変化する。その結果、図３の駆動部３１２はＣＰＵ４００からの駆動信号３３１、３３２の状態に拘わらず、入力制限部３１７からの信号Ｖ３により駆動パルス３２１、３２２を強制的に停止する。
【００４１】
図１０はＣＰＵ４００の異常時の駆動信号及び出力電流の波形を示している。図中３２１、３２２はスイッチ素子３０３、３０４の駆動パルスであり、３３１、３３２は駆動パルス用にＣＰＵ４００から出力される駆動信号である。図中ｔ１において入力制限部３１７からの信号Ｖ３がＨからＬに変化すると、ＣＰＵ４００からの駆動信号駆動信号３３１、３３２の状態に拘わらず、駆動部３１２は信号Ｖ３により駆動パルス３２１、３２２を強制的に停止させる。その結果、コイル電流ＩＬも停止する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＣＰＵ４００が暴走し、制御不能となった場合でも、簡単な回路構成で入力電圧に応じた入力電流制限が可能となる。
【００４３】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態におけるカラー画像形成装置、電源装置は、第１の実施形態と同様であるが、入力制限部３１７の構成が異なる。
【００４４】
図１１に本実施形態における入力制限部３１７の詳細回路を示す。入力電圧検出部３１５からの検出値Ｖｓと入力電流検出部３１６からの検出値Ｉｓはそれぞれ抵抗Ｒ１及びＲ２を介して合成される。抵抗Ｒ１とＲ２の接続部の電圧Ｖ１は比較器３１７１に入力され、しきい値Ｖ２と比較される。比較器３１７１の出力Ｖ３は駆動部３１２に入力されている。また、抵抗Ｒ１とＲ２の接続部とグランドにはコンデンサＣ１が接続され、Ｖ１の変化に所定の時間遅れを生じさせている。
【００４５】
図１１の構成においては、Ｖ１、Ｉ２は第１の実施形態と同様に表わされる。
【００４６】
ＣＰＵ４００の正常動作時は第１の実施形態と同様である。
【００４７】
図１２は、ＣＰＵ４００が暴走し、駆動信号３３１，３３２の周波数が通常よりも低くなり、ｔ２において大電流が入力されてしまった時の入力電圧Ｖｉｎ、入力電流Ｉｉｎとそれぞれの検出値Ｖｓ、Ｉｓの波形を示している。
【００４８】
第１の実施形態と同様、入力電流Ｉｉｎが異常に大きくなり、入力電流検出値Ｉｓも上昇する。但し、第１の実施形態と異なり、Ｖ１はある時定数をもって上昇し、ｔ２からある時間遅れたｔ３において基準電圧Ｖ２を超える。すると、図１１中の比較器３１７１の出力はＨからＬに変化し、図１中の駆動部３１２は、ＣＰＵ４００からの駆動信号３３１、３３２の状態に拘わらず、信号Ｖ３により駆動パルス３２１、３２２を強制的に停止させる。
【００４９】
図１３はＣＰＵ４００の異常時の駆動信号及び出力電流の波形を示している。図１０と異なるのはタイミングｔ１がｔ３になっているところだけである。即ち、第２の実施形態では、Ｖ３がＬレベルになるタイミングが第１の実施形態に比べて遅延されている。
【００５０】
図１４は駆動信号３３１，３３２が短時間だけ通常よりも周波数が低くなり、ｔ４において大電流が入力され、ｔ５において再び正常に戻った時の入力電圧Ｖｉｎ、入力電流Ｉｉｎとそれぞれの検出値Ｖｓ、Ｉｓの波形を示している。
【００５１】
この場合も入力電流Ｉｉｎが異常に大きくなり、入力電流検出値Ｉｓも上昇する。Ｖ１はある時定数をもって上昇するが、しきい値Ｖ２に到達する前に正常に戻っているため、Ｖ３は変化せず、正常動作する。即ち、結果的に入力電流検出値Ｉｓが入力電流制限値を超えている時間が上記の時定数で決まる時間を超えた場合に入力制限部３１７は入力制限動作を行う。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＣＰＵ４００が暴走し、制御不能となった場合でも、簡単な回路で入力電圧に応じた入力電流制限が可能となる。また、短時間で定常状態に復帰できる制御の過渡状態のような場合においては、不要に停止させることなく、異常状態が続く場合のみ入力制限することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】タンデム型フルカラー画像形成装置の概略構成図である。
【図２】電磁誘導加熱方式の定着器の一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施例である定着器の電源装置の構成図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における入力制限部の回路構成図である。
【図５】電圧検出値に応じた電流検出値の制限値を示す図である。
【図６】本発明の駆動周波数と電力の関係を示す図である。
【図７】ＣＰＵの正常時の入力各部波形を示す図である。
【図８】ＣＰＵの正常時の出力各部波形を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における入力過電流時の入力各部波形を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における入力過電流時の出力各部波形を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における入力制限部の回路構成図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における入力過電流時の入力各部波形を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態における入力過電流時の出力各部波形を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態における短時間入力過電流時の入力各部波形の図である。
【図１５】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である。
【符号の説明】
【００５４】
７  定着部
Ｌ  コイル
３００  電源装置
３０３  スイッチ素子
３０４  スイッチ素子
３１２  駆動部
３１４  温度検出部
３１５  電圧検出部
３１７  入力制限部
４００  ＣＰＵ
【図１】
2007286495.tif 000003
【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】
2007286495.tif 000012
【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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