(57)【要約】【課題】誘導加熱用のコイルに印加される入力電圧に波形ひずみが生じていても、精度の高い電力制御を行うことができる誘導加熱装置を備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】コイル１０３へ入力される入力電圧のピーク値を検出するピーク電圧検出手段１０７と、入力電圧の実効値を検出する実効電圧検出手段１０８と、入力電圧のピーク値と入力電圧の実効値とに基づいて、電力算出用電圧値が決定される。決定された電圧値を用いて、定着装置側への供給電力を制御する。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を有する定着装置と、
前記発熱体を加熱するための誘導加熱用のコイルと、
前記コイルへ入力される入力電圧のピーク値を検出するピーク電圧検出手段と、
前記入力電圧の実効値を検出する実効電圧検出手段と、
前記ピーク電圧検出手段により検出された入力電圧のピーク値と、前記実効電圧検出手段により検出された入力電圧の実効値とに基づいて、電力制御用電圧値を決定する電圧値決定手段と、
前記電圧値決定手段により決定された電圧値を用いて、定着装置側への供給電力を制御する電力制御手段と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
交流電力を整流する整流手段と、前記整流手段により整流された電力を、画像形成装置本体の各部へ供給するために電力変換を行う半導体スイッチング素子とを有する直流電源装置を備え、
前記実効電圧検出手段は前記直流電源装置に備えられている請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記電力制御手段は、前記直流電源装置の負荷率に応じて、前記電圧値決定手段により決定された電力制御用電圧値を補正する請求項１または２に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、定着装置の発熱体を加熱するのに用いられる誘導加熱装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、コピー機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置、さらにはこれらの装置の機能を集約したＭＦＰ（Multi Function Peripherals）と称される多機能デジタル画像形成装置等には、定着装置の発熱体を加熱する加熱源として誘導加熱装置を備えたものがある。
【０００３】
このような誘導加熱装置として、誘導加熱用のコイルへ例えば商用の交流電圧を全波整流し直流に変換して印加するとともに、誘導加熱用のコイルと直列に接続された例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor）等からなるスイッチング素子のオン・オフを制御することにより、定着装置の発熱体へ供給する電力を制御する方式のものが従来より用いられている。
【０００４】
この場合、前記定着装置の発熱体への供給電力量はスイッチング素子のオン・オフのデューティ比により変化するが、従来では、前記入力電圧のピーク値と、発熱体を所定温度に発熱させるのに必要な電力値とから、前記デューティ比が決定されていた（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０９８８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、誘導加熱装置の動作中において、商用の入力交流（５０／６０Ｈｚ）に電圧変動が生じることがあるが、変動した入力電圧のピーク値が大きいと、誘導加熱用のコイルをスイッチングする前記スイッチング素子に過大な電圧が印加され、スイッチング素子が破壊されることがある。
【０００７】
また、入力電圧波形のひずみも供給電力に大きな影響を及ぼす。入力電圧波形のひずみは、発電機の劣化等により発生する現象で第３地域に多く見られる。波形ひずみが発生すると実際の実効電圧Ｖｒｍｓと入力電圧におけるピーク電圧Ｖｐとの関係が、通常の正弦波のようにＶｒｍｓ＝Ｖｐ／√２という関係から逸脱してしまう。
【０００８】
しかるに、入力電圧のピーク値を基にスイッチング素子のオン・オフのデューティ比を決定する従来の誘導加熱装置では、波形ひずみが生じた入力電圧に対しては精度の良い電力制御を行うことができないという欠点があった。
【０００９】
この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであって、誘導加熱用のコイルに印加される入力電圧に波形ひずみが生じていても、精度の高い電力制御を行うことができる誘導加熱装置を備えた画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、以下の手段によって解決される。
（１）発熱体を有する定着装置と、前記発熱体を加熱するための誘導加熱用のコイルと、前記コイルへ入力される入力電圧のピーク値を検出するピーク電圧検出手段と、前記入力電圧の実効値を検出する実効電圧検出手段と、前記ピーク電圧検出手段により検出された入力電圧のピーク値と、前記実効電圧検出手段により検出された入力電圧の実効値とに基づいて、電力制御用電圧値を決定する電圧値決定手段と、前記電圧値決定手段により決定された電圧値を用いて、定着装置側への供給電力を制御する電力制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
（２）交流電力を整流する整流手段と、前記整流手段により整流された電力を、画像形成装置本体の各部へ供給するために電力変換を行う半導体スイッチング素子とを有する直流電源装置を備え、前記実効電圧検出手段は前記直流電源装置に備えられている前項１に記載の画像形成装置。
（３）前記電力制御手段は、前記直流電源装置の負荷率に応じて、前記電圧値決定手段により決定された電力制御用電圧値を補正する前項１または２に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００１１】
前項（１）に記載の発明によれば、ピーク電圧検出手段により検出された入力電圧のピーク値と、実効電圧検出手段により検出された入力電圧の実効値とに基づいて、電力制御用電圧値が決定され、この決定された電圧値を用いて、定着装置側への供給電力が制御されるから、従来のように入力電圧のピーク値のみを用いて定着装置側への供給電力を制御する場合に較べて、実効電圧検出手段により検出された入力電圧の実際の実効値を考慮することができる。その結果、誘導加熱用のコイルに印加される入力電圧に波形ひずみが生じていても、精度の高い電力制御を行うことができる画像形成装置となし得る。
【００１２】
前項（２）に記載の発明によれば、実効電圧検出手段として、交流電力を整流して画像形成装置本体の各部へ供給する直流電源装置に備えられているものを流用することにより、誘導加熱制御のための専用の実効電圧検出手段を備える必要はなく、装置の構成を簡素化できる。
【００１３】
前項（３）に記載の発明によれば、直流電源装置の負荷率に応じて、電圧値決定手段により決定された電力制御用電圧値を補正するから、より精度の高い電力制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）はピーク電圧検出回路の一例を示す回路図、（Ｂ）は入力電圧の波形図である。
【図３】実効電圧検出回路の一例を示す回路図である。
【図４】実効電圧検出回路により検出された実効電圧の波形図である。
【図５】実効電圧検出回路が直流電源装置に備えられている画像形成装置のブロック図である。
【図６】直流電源装置の実効電圧検出回路を利用する場合に、装置内の直流負荷によって実効電圧が変化することを説明するための波形図である。
【図７】電力制御部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】図７のフローチャートにおけるステップＳ０２、Ｓ０５の電圧値決定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、この発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。
【００１７】
画像形成装置１は、誘導加熱装置１０と、本体制御部２０と、定着装置３０とを備えている。
【００１８】
前記誘導加熱装置１０は、全波整流回路１０２と、誘導加熱用のコイル（インダクタ）１０３と、コンデンサ１０４と、スイッチング素子１０５と、ＩＧＢＴ駆動回路１０６と、ピーク電圧検出回路１０７と、実効電圧検出回路１０８と、入力電流検出回路１０９と、電力制御部１１０を備えている。
【００１９】
全波整流回路１０２は、５０／６０Ｈｚの１００Ｖの交流電源である商用電源１０１の１００Ｖの交流電圧を全波整流して直流に変換するものである。
【００２０】
コイル１０３は、前記全波整流回路１０２の出力を入力電圧として受領し、磁気的に結合された定着装置３０の発熱体（図示せず）を誘導加熱する。
【００２１】
コンデンサ１０４はコイル１０３と並列に接続され、コイル１０３とで共振回路１１２を形成する。
【００２２】
スイッチング素子１０５はコイル１０３と直列に接続され、商用電源１０１から全波整流回路１０２、共振回路１１２、スイッチング素子１０５及び全波整流回路１０２を巡って商用電源１０１へと至る閉ループを形成している。スイッチング素子１０５の種類は限定されないが、この実施形態では、前述した絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（IGBT）が用いられている。
【００２３】
ＩＧＢＴ駆動回路１０６は、電力制御部１１０からの指示に基づいてスイッチング素子１０５をオン・オフすることにより、スイッチング素子１０５を高周波スイッチング駆動するものである。
【００２４】
ピーク電圧検出回路１０７は、全波整流回路１０２からコイル１０３へ入力される入力電圧Ｖ０のピーク値Ｖｐを検出するものである。このピーク電圧検出回路１０７は、例えば図２（Ａ）に示すように、入力電圧Ｖ０によって充電されるコンデンサ１０７ａを備えており、このコンデンサ１０７ａは入力電圧Ｖ０によって、図２（Ｂ）に示すように、最大で入力電圧のピーク値（ピーク電圧ともいう）Ｖｐまで充電されることから、充電電圧の最大値を検出することによりピーク電圧Ｖｐを検出するものとなされている。なお、ピーク電圧Ｖｐは大きな値であることから、実際にはピーク電圧検出回路１０７はピーク電圧Ｖｐを変圧または分圧する回路を備えており、扱う電圧値を小さくしている。
【００２５】
実効電圧検出回路１０８は、前記入力電圧Ｖ０の実効値（実効電圧ともいう）Ｖｒｍｓを検出するものである。この実効電圧検出回路１０８は、例えば図３に示すように、整流回路１０２に直列に接続されたチョークコイル１０８ａと、チョークコイル１０８ａの出力を充電するコンデンサ１０８ｂを備えたチョークインプット型の整流器からなる、このような実効電圧検出回路１０８では、入力電圧Ｖ０が図４（Ａ）に一点鎖線で示すような正弦波の場合であっても、図４（Ｂ）に破線で示すようなひずみ波であっても、コンデンサ１０８ｂの出力により実効値Ｖｒｍｓを検出できる。ただし、コンデンサ１０８ｂの出力にはリップルがあるため、検出電圧として使用するためには電力制御部１１０に備えられているＣＰＵのＡＤポートを使用する場合等では、平均化処理を行うのが良い。
【００２６】
ちなみに、全波整流回路１０２の出力波形をＣＰＵのＡＤポートに接続し、瞬時の電圧を検出することにより、実効値を検出することは可能である。しかし、この方法では、精度良く実効値を検出するためには出力波形１周期分の高速サンプリングと、サンプリング後の高速演算が必要となるため、演算回路が高価となる。これに対して、図３に示したような回路を用いた場合には、ＣＰＵはチョークインプット波形に対する数点のサンプリング結果を平均化演算するだけで良いから、高価な演算回路を備えなくても高精度の実効値検出を行うことができる。
【００２７】
入力電流検出回路１０９は、全波整流回路１０２を介してコイル１０３へ入力される電流を検出するものである。
【００２８】
電力制御部１１０は、ＩＧＢＴ駆動回路１０６を介してスイッチング素子１０５のオン・オフを制御することにより、定着装置３０の発熱体への供給電力を制御するものであり、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成されている。
【００２９】
具体的には、ピーク電圧検出回路１０７により検出されたピーク電圧と、実効電圧検出回路１０８により検出された実効値とから、電力制御用電圧値を決定し、この決定された電圧値と入力電流検出回路１０９で検出された入力電流値とを用いて、電力を算出するとともに、算出した電力値と画像形成装置本体側から指示される必要電力値とに差がある場合は、デューティ比決定部１１０ａで決定されるスイッチング素子１０５の駆動パルス信号のデューティ比を変化させる等の動作を行う。
【００３０】
本体制御部２０の制御回路２１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、電力制御部１１０に対して電力供給の開始指示や定着装置３０の必要電力値の指示を行う。
【００３１】
なお、図１の実施形態では、誘導加熱装置１０に実効電圧検出回路１０８を設けた場合を示したが、実効電圧検出回路１０８は画像形成装置１の直流電源装置に一般に備えられている場合が多い。
【００３２】
そこで、この直流電源装置に備えられている実効電圧検出回路を誘導加熱装置１０の一部として兼用しても良い。
【００３３】
この場合の画像形成装置１の要部の構成を図５のブロック図に示す。この画像形成装置１は商用電源１０１からの交流電力を整流して画像形成装置１内の直流負荷２３に直流電力を供給するための直流電源装置２２を備え、この直流電源装置２２には、整流された電力を、画像形成装置１内の直流負荷２３へ供給するために電力変換を行う半導体スイッチング素子を備えたスイッチングレギュレータが設けられている。また、整流後の入力電圧Ｖ０の実効値を検出するための実効電圧検出回路１０８が備えられている。
【００３４】
この実効電圧検出回路１０８で検出された実効値は本体制御部２０の制御回路２１へ入力され、制御回路２１から定着装置３０への必要電力値の情報と共に、誘導加熱装置１０の電力制御部１１０へ送信される。誘導加熱装置１０は、該加熱装置１０内にあるピーク電圧検出回路１０７で検出された入力電圧のピーク値と、前記本体制御部２０の制御回路２１から送信されてきた実効値とから、電力制御用の電圧値を決定し、この電圧値と入力電圧検出回路１０９で検出された入力電流値を用いて、入力電力の算出等を行う。
【００３５】
なお、画像形成装置１の直流電源装置２２に備えられている実効電圧検出回路１０８により実効値を検出する場合、図６（Ａ）に示すように装置内の直流負荷２３が定格付近にあるときの整流電圧の実効値を用いることが望ましい。軽負荷の場合には、同図（Ｂ）に示すように整流電圧がずれて精度の高い実効値を検出できないおそれがあるからである。
【００３６】
このため、この実施形態では、ピーク電圧検出回路１０７で検出された入力電圧のピーク値と、実効電圧検出回路１０８で検出された入力電圧の実効値とで決定される電力制御用電圧値を、直流電源装置２２の負荷率に応じて補正できるようになっている。例えば画像形成装置１の待機時とプリント時とでは負荷率が異なり、軽負荷の場合には、実効値を検出された実効値よりも小さくし、電力制御用電圧値を小さくするようにしている。
【００３７】
図７は、前記電力制御部１１０で実行される電力制御処理を示すフローチャートである。
【００３８】
ステップＳ０１で、本体制御部２０の制御回路２１から、定着装置側への供給電力値Ｐ１の指示を受信する。次いでステップＳ０２で、制御用電圧値の決定処理を実行する。この処理については後述する。
【００３９】
次にステップＳ０３で、ステップＳ０２において決定された制御用電圧値を、直流電源装置２２の負荷率に応じて補正した後、ステップＳ０４で、スイッチング素子１０５の駆動パルス信号を仮に決定する。この駆動パルス信号のデューティ比は例えば次のようにして決定される。
【００４０】
即ち、制御用電圧値と、スイッチング素子１０５の駆動信号のデューティ比と、定着装置側への供給電力の関係が、予めテーブルとして電力制御部１０９に保持されており、デューティ決定部１１０ａは、前記制御用電圧値と定着装置側への供給電力値とに基づいて、前記テーブルからスイッチング素子１０５の駆動信号のデューティ比を選択する。
【００４１】
次にステップＳ０５で、再度、制御用電圧値の決定処理を実行したのち、ステップＳ０６で、ステップＳ０２において決定された制御用電圧値を、直流電源装置２２の負荷率に応じて補正する。次いで、ステップＳ０７で、入力電流検出回路１０９の出力に基づいて、入力電流を検出した後、ステップＳ０８で、前記決定された制御用電圧値と入力電流値とを用いて、供給電力値Ｐ２を算出する。
【００４２】
ステップＳ０９では、本体制御部２０の制御回路２１から指示された電力値Ｐ１と算出された電力値Ｐ２を比較し、同等でなければ（ステップＳ０９でＮＯ）、ステップＳ１０で、スイッチング素子１０５の駆動信号のデューティ比を変更した後、ステップＳ０５に戻る。同等であれば（ステップＳ０９でＹＥＳ）、そのままステップＳ０５に戻る。
【００４３】
図８は、図７のフローチャートのステップＳ０２及びステップＳ０５における制御用電圧値決定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【００４４】
ステップＳ０２１では、ピーク電圧検出回路１０７の出力に基づいてピーク電圧値を検出した後、ステップＳ０２２で、実効電圧検出回路１０８の出力に基づいて実効値を検出する。そして、ステップＳ０２３で、制御用電圧値を決定したのち、リターンする。
【００４５】
このように、この実施形態では、ピーク電圧検出回路１０７により検出された入力電圧のピーク値と、実効電圧検出回路１０８により検出された入力電圧の実効値とに基づいて、電力制御用電圧値が決定され、この決定された電圧値を用いて、定着装置側への供給電力が制御されるから、従来のように入力電圧のピーク値のみを用いて定着装置側への供給電力を制御する場合に較べて、実効電圧検出回路１０８により検出された入力電圧の実際の実効値を考慮することができる。その結果、誘導加熱用のコイルに印加される入力電圧に波形ひずみが生じていても、精度の高い電力制御を行うことができる画像形成装置となし得る。
【符号の説明】
【００４６】
１      画像形成装置
１０    誘導加熱装置
２０    本体制御部
２１    制御回路
２２    直流電源装置
３０    定着装置
１０１  商用電源
１０２  全波整流回路
１０３  コイル
１０４  コンデンサ
１０５  スイッチング素子
１０７  ピーク電圧検出回路
１０８  実効電圧検出回路
１０９  入力電流検出回路
１１０  電力制御部
【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】
2012237873.tif 000008
【図７】
2012237873.tif 000009
【図８】
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