(57)【要約】【課題】スイッチング素子が破壊される事態を招くことのないようにする。【解決手段】制御部２０１の異常はウオッチドッグタイマオーバーフロー（ＷＤＴＯＶＦ）信号の安全装置２０３への入力により検知され、ＷＤＴＯＶＦ信号が安全装置２０３に入力されると、安全装置２０３はＬＯＷレベル信号をアンド回路２０２に出力する。これによりアンド回路２０２の出力がＬＯＷレベルとなり、パルストランス２０４に駆動信号が出力されないので、スイッチ素子１０４が駆動されないこと（ＯＮされないこと）になる。従って、共振電圧が出力されているときにスイッチ素子１０４が駆動されることはなく、異常が助長されることもない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御側の制御手段によってスイッチング素子の駆動波形を生成し、駆動側と前記制御側との間に設けられた絶縁機能を有する信号伝達手段によって駆動波形を前記駆動側に伝達する誘導加熱手段を備えた定着装置において、
前記制御側に前記スイッチング素子の駆動パルスのオフ時間を一定以上に保持する手段を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記オフ時間を一定以上に保持する手段が、前記スイッチング素子をオフにするタイミングを観測し、オフになってから決められた時間はスイッチング素子をオンにさせない安全装置からなることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
制御側の制御手段によってスイッチング素子の駆動波形を生成し、駆動側と前記制御側との間に設けられた絶縁機能を有する信号伝達手段によって駆動波形を前記駆動側に伝達する誘導加熱手段を備えた定着装置において、
前記制御側に前記スイッチング素子の駆動パルスのオン時間を一定以下に保持する手段を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
前記オン時間を一定以下に保持する手段が、
前記制御手段から駆動パルスが入力され、前記駆動側に出力するアンド回路と、
当該アンド回路の前記駆動パルスのオン出力を監視し、予め設定された時間以上オン出力が継続したときに前記制御手段に異常信号を出力する安全装置と、
からなることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項５】
制御側の制御手段からスイッチング素子の駆動波形を生成し、駆動側と前記制御側との間に設けられた絶縁機能を有する信号伝達手段によって駆動波形を前記駆動部側に伝達する誘導加熱手段を備えた定着装置において、
前記制御手段が機能しなくなった際に、強制的に駆動パルスの出力を停止させる手段を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項６】
前記強制的に駆動パルスの出力を停止させる手段が、異常信号を制御手段に出力する安全装置であることを特徴とする請求項５記載の定着装置。
【請求項７】
制御側の制御手段からスイッチング素子の駆動波形を生成し、駆動側と前記制御側との間に設けられた絶縁機能を有する信号伝達手段によって駆動波形を前記駆動部側に伝達する誘導加熱手段を備えた定着装置において、
前記制御手段が異常となったとき、強制的に駆動パルスの出力を停止させる手段を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項８】
前記強制的に駆動パルスの出力を停止させる手段が前記制御手段からウオッチドッグタイマオーバーフロー信号を受信したときに駆動パルスの駆動側への出力を停止させる安全装置であることを特徴とする請求項７記載の定着装置。
【請求項９】
制御側の制御手段からスイッチング素子の駆動波形を生成し、駆動側と前記制御側との間に設けられた絶縁機能を有する信号伝達手段によって駆動波形を前記駆動部側に伝達する誘導加熱手段を備えた定着装置において、
絶縁機能がある信号伝達手段を用いて前記制御側で共振電圧波形を観測する手段を備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
前記共振電圧波形を観測する手段がフォトカプラであることを特徴とする請求項９記載の定着装置。
【請求項１１】
前記フォトカプラを２個備え、両者を逆極性で使用することを特徴とする請求項１０記載の定着装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気コイル（誘導加熱コイル）に交流を通電してその直近の導電体に誘導電流を発生させる誘導加熱を使用した定着装置、特に、交流を整流した直流電流を、インバータでチョッピングして、誘導加熱コイルとそれに接続した共振用コンデンサを含む共振回路に、インバータでチョッピングして給電するＰＷＭ制御の誘導加熱制御を使用した定着装置、及びこの定着装置を使用したプリンタ、複写機、ファクシミリ、及びこれらの機能を複合したデジタル複合機などの画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術として、例えば特許文献１あるいは２記載の発明が知られている。このうち特許文献１記載の発明は、商用交流に与える無効電流の低減、可聴周波数騒音の防止、安価構成での定加熱出力、これらをみたし定着性能が高い定着装置と、定着性能が高く画像品質の低下がない画像形成装置を提供することを目的として、加熱対象の直近に配置した電気コイルおよびそれに接続した共振用コンデンサを含む共振回路に、スイッチング素子のオン／オフの繰り返しにより、交流を整流した直流をチョッピング通電する誘導加熱方法において、前記共振回路とスイッチング素子との間の電圧の変動を検出してそれに同期してスイッチング素子をオンにし、かつ、前記スイッチング素子に流れる電流を検出し、これが前記交流を整流した電圧波形に比例する包絡レベルの瞬時値に到達するまでの時間に基づいたオン時間の後にスイッチング素子をオフにすることを特徴としている。
【特許文献１】特開２００２−２３７３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記従来技術では、特許文献１に記載されたような定着装置を含め、インバータが使用されている。このようなインバータでは、図３（ａ），（ｂ）に示すように必ず一定のＯＦＦ時間（Ｐ）を確保し、その上でＯＮ時間の長短を調節して負荷、ここでは定着ローラの加熱部を誘導加熱している。
【０００４】
しかし、図３（ｂ）に示すような駆動パルスをＯＦＦする際、スイッチング素子の両端に共振電圧が発生する。通常、この共振電圧の持続時間より長い時間のＯＦＦ時間（Ｐ）を確保するように制御する。このときの共振電圧とスイッチＯＦＦの関係を図４（ａ），（ｂ）に示す。このようにＯＦＦ時間（Ｐ）を確保するように制御しているときに、制御部に異常が発生し、図４（ｂ）に示すように共振電圧の発生時にスイッチがＯＮになると、共振を助長する結果となり、スイッチング素子に多大なストレスが加わり、最悪には破壊に至る場合もある。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、スイッチング素子が破壊される事態を招くことのないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、第１の手段は、制御側の制御手段によってスイッチング素子の駆動波形を生成し、駆動側と前記制御側との間に設けられた絶縁機能を有する信号伝達手段によって駆動波形を前記駆動側に伝達する誘導加熱手段を備えた定着装置において、前記制御側に前記スイッチング素子の駆動パルスのオフ時間を一定以上に保持する手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
第２の手段は、第１の手段において、前記オフ時間を一定以上に保持する手段が、前記スイッチング素子をオフにするタイミングを観測し、オフになってから決められた時間はスイッチング素子をオンにさせない安全装置からなることを特徴とする。
【０００８】
第３の手段は、制御側の制御手段によってスイッチング素子の駆動波形を生成し、駆動側と前記制御側との間に設けられた絶縁機能を有する信号伝達手段によって駆動波形を前記駆動側に伝達する誘導加熱手段を備えた定着装置において、前記制御側に前記スイッチング素子の駆動パルスのオン時間を一定以下に保持する手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
第４の手段は、第３の手段において、前記オン時間を一定以下に保持する手段が、前記制御手段から駆動パルスが入力され、前記駆動側に出力するアンド回路と、当該アンド回路の前記駆動パルスのオン出力を監視し、予め設定された時間以上オン出力が継続したときに前記制御手段に異常信号を出力する安全装置とからなることを特徴とする。
【００１０】
第５の手段は、制御側の制御手段からスイッチング素子の駆動波形を生成し、駆動側と前記制御側との間に設けられた絶縁機能を有する信号伝達手段によって駆動波形を前記駆動部側に伝達する誘導加熱手段を備えた定着装置において、前記制御手段が機能しなくなった際に、強制的に駆動パルスの出力を停止させる手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
第６の手段は、第５の手段において、前記強制的に駆動パルスの出力を停止させる手段が、異常信号を制御手段に出力する安全装置であることを特徴とする。
【００１２】
第７の手段は、制御側の制御手段からスイッチング素子の駆動波形を生成し、駆動側と前記制御側との間に設けられた絶縁機能を有する信号伝達手段によって駆動波形を前記駆動部側に伝達する誘導加熱手段を備えた定着装置において、前記制御手段が異常となったとき、強制的に駆動パルスの出力を停止させる手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
第８の手段は、第７の手段において、前記強制的に駆動パルスの出力を停止させる手段が前記制御手段からウオッチドッグタイマオーバーフロー信号を受信したときに駆動パルスの駆動側への出力を停止させる安全装置であることを特徴とする。
【００１４】
第９の手段は、制御側の制御手段からスイッチング素子の駆動波形を生成し、駆動側と前記制御側との間に設けられた絶縁機能を有する信号伝達手段によって駆動波形を前記駆動部側に伝達する誘導加熱手段を備えた定着装置において、絶縁機能がある信号伝達手段を用いて前記制御側で共振電圧波形を観測する手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
第１０の手段は、第９の手段において、前記共振電圧波形を観測する手段がフォトカプラであることを特徴とする。
【００１６】
第１１の手段は、第１０の手段において、前記フォトカプラを２個備え、両者を逆極性で使用することを特徴とする。
【００１７】
第１２の手段は、第１ないし第１１のいずれかの手段に係る定着装置を画像形成装置が備えていることを特徴とする。
【００１８】
なお、後述の実施形態において、制御側は符号２００に、駆動側は符号１００に、スイッチング素子は符号１０４に、信号伝達手段はパルストランス２０４に、定着装置は駆動側１００及び制御側２００を含む加熱制御手段と定着部３００に、安全装置は符号２０３に、共振電圧波形を観測する手段は第１及び第２のフォトカプラ２０５，２０６にそれぞれ対応する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、共振電圧が発生しているときにスイッチング素子がオンされることがないので、スイッチング素子の破壊を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施形態に係る誘導加熱装置を備えた定着装置の模式化された構成を示す概略構成図である。同図において、誘導加熱装置は駆動側（一次側）１００と制御側（二次側）２００とからなる。駆動側１００は交流電源１０１、整流部１０２、フィルタ部１０３、スイッチング素子１０４、共振用コンデンサ１０５、及び加熱コイル１０６とから主に構成され、前記スイッチング素子１０４はスイッチ１０７とダイオード１０７とからなり、ダイオード１０７がスイッチ１０７に並列に接続されている。制御側２００は制御部２０１、アンド回路２０２及び安全装置２０３からなり、アンド回路２０２の出力はパルストランス２０４及び安全装置２０３に入力される。なお、制御側２００からの信号（駆動パルス）は駆動側１００にパルストランス２０４により絶縁状態で伝達され、共振電圧波形は第１及び第２のフォトカプラ２０５，２０６によって駆動側１００から制御側２００に伝達され、制御部２０１で観測される。
【００２２】
このような誘導加熱装置では、制御部２０１からアンド回路２０２に駆動パルスが与えられ、アンド回路２０２の出力はパルストランス２０４を介してスイッチング素子１０４に与えられ、スイッチ１０７が開閉される。そして、このスイッチ１０７の開閉により加熱コイル１０６に交流が供給され、また、遮断される。ダイオード１０８はスイッチ１０７の両端に生じる逆電圧を遮断するためのものである。このようにして交流電源１０１から供給される交流は整流部１０２、フィルタ１０３を介して加熱コイル１０６に供給される。そして、加熱コイル１０６で発生する交流磁界が定着ローラの加熱部（図では定着部と記している）３００に作用し、当該加熱部（定着部）３００に渦電流が発生し、加熱されることになる。なお、ここでは、定着ローラとして説明しているが、被加熱体を含む定着ベルトが使用されている場合もある。
【００２３】
このように制御側２００の制御部２０１によりスイッチング素子１０４を駆動するパルスを発生させ、パルストランス２０４を介して、スイッチング素子１０４のスイッチングを制御している。制御部２０１では、パルストランス２０４により図２（ａ）に示すようなに駆動パルスを制御することにより加熱コイル１０６に図２（ｃ）に示すようなコイル電流を発生させ、加熱コイル１０６から発生する交番磁界により定着部３００の発熱体に渦電流を発生させて加熱する。加熱するエネルギーは駆動パルスのオン時間が長いほど大きくなる。前述したように駆動パルスをオフする際にスイッチング素子１０４の両端に図２（ｂ）に示すような共振電圧が発生するが、この幅は過熱コイル１０６と共振用コンデンサ１０５の値により決まる。そこで制御部２０１は前記図４（ａ）に示すように前記共振電圧の幅より長い時間のオフ時間となるように制御し、スイッチング素子１０４に共振電圧が発生している間はオンにしないように制御している。
【００２４】
しかし、前述のように制御部２０１に異常が発生し、オフ時間が短くなってしまった場合、図４（ｂ）に示すように共振電圧が発生している最中にスイッチング素子１０４をオンすることになり、スイッチング素子１０４に多大なストレスが加わり、破壊に至る場合もある。
【００２５】
そこで、本実施形態では、スイッチング素子１０４をオフにするタイミングを観測し、オフになってから決められた時間はスイッチング素子１０４をオンにさせない機能を安全装置２０３に持たせている。このような機能を安全装置２０３が備えていれば、共振電圧が発生している最中にスイッチング素子１０４をオンすることを避け、スイッチング素子１０４の劣化、破壊を防止できる。
【００２６】
制御部２０１の異常はウオッチドッグタイマオーバーフロー（ＷＤＴＯＶＦ）信号の安全装置２０３への入力により検知される。すなわち、本実施形態では、ウオッチドッグタイマオーバーフロー（ＷＤＴＯＶＦ）信号が安全装置２０３に入力されると、安全装置２０３はＬＯＷレベル信号をアンド回路２０２に出力する。これによりアンド回路２０２の出力がＬＯＷレベルとなり、パルストランス２０４に駆動信号が出力されなくなるので、スイッチ素子１０４が駆動されないこと（ＯＮされないこと）になる。従って、前述の図４（ｂ）のように共振電圧が出力されているときにスイッチ素子１０４が駆動されることはなく、異常が助長されることもない。
【００２７】
また、安全装置２０３には図１から分かるようにアンド回路２０２の出力が入力されている。これによりアンド回路の出力がＨＩＧＨレベル、言い換えればスイッチ素子１０４がＯＮされている時間を安全装置２０３は監視し、予め設定された一定時間以上のＯＮを検知すると、異常信号を制御部２０１に出力する。これにより制御部２０１はパルストランス２０４への駆動パルスをＬＯＷレベルに落とす。その結果、スイッチ素子１０４はＯＦＦとなる。このようにしてスイッチ素子１０４が一旦ＯＦＦされると、安全装置２０３は、その後、一定期間（時間）異常信号を出力し続ける。これにより前記一定期間（時間）についてＯＦＦ状態が持続し、その間、異常状態に戻ることはない。
【００２８】
このように安全装置２０３によって制御部２０１に異常が発生した場合においてもスイッチング動作が共振電圧に対して悪影響を及ぼさないようにされているが、本実施形態ではさらに第１及び第２のフォトカプラ２０５，２０６を設け、第１及び第２のフォトカプラ２０５，２０６によって共振電圧波形をモニタし、さらに安全性を担保している。
【００２９】
すなわち、スイッチ素子１０４の端部に接続された第１のフォトカプラ２０５の出力と、この第１のフォトカプラ２０５と並列に、かつインバータ２０７と直列に接続された第２のフォトカブラ２０６の出力が制御部２０１に入力されている。第１のフォトカプラ２０５は、スイッチ素子１０４に与えられた共振電圧の電圧波形検知を行い、共振電圧が消えると出力がＨＩＧＨとなり、このＨＩＧＨ信号が制御部２０１に入力される。これにより、制御部２０１はパルストランス２０４への駆動パルスの出力を停止する。
【００３０】
一方、第２のフォトカプラ２０６は、インバータ２０７が直列に接続されていることから第１のフォトカプラ２０５とは逆の電圧波形検知を行う。すなわち、スイッチ素子１０４に共振電圧が与えられると出力がＨＩＧＨとなり、このＨＩＧＨ信号が制御回路２０１に入力される。制御部２０１は、この出力がＨＩＧＨの間はパルストランス２０４に駆動パルスを出力し、スイッチ素子１０４のスイッチング動作を行わせる。
【００３１】
このように制御部２０１に異常が発生したことを伝える手段、この実施形態では安全装置２０３を備えていれば、制御部２０１は異常発生を認識することができる。
【００３２】
また、安全装置２０３に、スイッチング素子１０４をオンにするタイミングを観測し、決められた時間より長くスイッチング素子１０４をオンにさせないような機能（本実施形態では、アンド回路２０２と安全回路２０３とから構成される）を備え、スイッチング素子１０４のオンタイミングと共振電圧の発生タイミングが重畳しないようにすることにより、スイッチング素子１０４の劣化、破壊を防止できる。また、制御部２０１に異常が発生したことを異常信号により安全装置２０３から制御部２０１に伝えるので、制御部２０１は異常発生を認識することができる。
【００３３】
さらに、安全装置２０３が制御部２０１の異常信号、例えばウォッチドッグタイマのオーバーフロー信号ＷＤＴＯＶＦを認識する機能を備えているので、制御部２０１に異常が発生した際に誘導加熱定着装置の誤動作を防ぐことができる。
【００３４】
加えて第１のフォトカプラ２０５により共振電圧が下がったことを制御部２０１に伝えることができるので、制御部２０１は共振電圧が発生している最中にはスイッチング素子１０４をオンにしないように制御することが可能となる。
【００３５】
一方、フォトカプラを用いて制御部２０１に共振電圧の発生を伝え、共振電圧の発生時間を観測しようとする際、フォトカプラのオフ時間の温度変動等により精度が悪くなることが考えられる。これに対処するために、本実施形態では、２つのフォトカプラ２０４，２０６を用い、逆極性で利用することにより、共振電圧の立ち上がり立ち下がり共、フォトカプラ２０４，２０５がオンする際の信号を利用し、共振電圧の発生時間の観測の精度を上げることができる。
【００３６】
以上の構成によれば、
１）制御側にパルスのオフ時間を一定以上に保つ手段を備えているので、スイッチング素子の劣化、破壊を防止できる。  
２）制御側にパルスのオン時間を一定以下に保つ手段を備えているので、スイッチング素子の劣化、破壊を防止できる。  
３）制御部が機能しなくなった際に、強制的にパルスの出力を停止させる手段を備えているので、制御部に異常が発生した際に誘導加熱定着装置の誤動作を防ぐことができる。  
４）絶縁機能がある信号伝達手段を用いて制御側で共振電圧波形を観測するので、共振電圧の状況を制御の要素に加えることができる。  
５）フォトカプラ２つを逆極性で使うので、フォトカプラのオフ時間の温度変動等の歪みの影響を軽減できる。  
などの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る定着装置の模式化された構成を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態における駆動パルス、共振電圧及びコイル電流の状態を示す図である。
【図３】インバータに与える駆動波形の状態を示す図である。
【図４】共振電圧とスイッチ動作との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００  駆動側
１０１  交流電源
１０２  整流部
１０３  フィルタ部
１０４  スイッチ素子
１０５  共振用コンデンサ
１０６  駆動コイル
１０７  スイッチ
１０８  ダイオード
２００  制御側
２０１  制御部
２０２  アンド回路
２０３  安全装置
２０４  パルストランス
２０５  第１のフォトカプラ
２０６  第２のフォトカプラ
２０７  インバータ
３００  定着部（加熱部）
【図１】
2007121438.tif 000003
【図２】
2007121438.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007121438.tif 000006