JP2003229239A - 誘導加熱装置および加熱定着装置 - Google Patents
誘導加熱装置および加熱定着装置Info
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Abstract
し、温調制御部の存在する二次側回路に伝達して処理す
る必要があるため、フォトカプラやトランスなど高額部
品が複数必要であり、コスト高となる問題があった。ま
た、適用地域の安全規格により、定格電流値に対して使
用可能な電流値の上限規定が異なるため、それぞれの地
域の電圧範囲ごとに使用可能電力が異なる問題があり、
さらにウォームアップタイムにとって最も効率の悪い低
い電圧条件下の最大電力をすべての電圧範囲で一律に設
定してしまう問題があった。 【解決手段】 電力制御信号に応じて商用電源のスイッ
チ間隔を制御し、発熱体に対向させた励磁コイルに所定
電力の高周波電流を通電し誘導加熱を行うインバータ電
源手段と、前記インバータ電源手段の最大出力レベルを
商用電源入力電圧に応じて任意に設定する最大電力設定
制御手段とを有するものである。
Description
処理を行うためにインバータ電源装置を用いた誘導加熱
装置、この誘導加熱装置を適用して用紙表面に形成した
未定着のトナー画像を該用紙に加熱定着する加熱定着装
置に関する。
ON/OFFさせて、励磁コイルに給電して加熱体を所
定温度に誘導加熱するインバータ電源を備えた誘導加熱
装置においては、加熱体の温度検出値と目標温度との比
較結果に基づいて電力制御信号を生成し、この生成した
電力制御信号に応じて励磁コイルの通電間隔を加減し、
通電電力を調整することにより発熱量を制御し温調制御
を行うよう構成されている。
を安定化することなく、直接スイッチをON/OFFさ
せてマクロ的に一定抵抗の負荷に通電するため、入力電
力が入力電圧のほぼ二乗に比例して増加する特性とな
り、前記の温調制御によると、最大供給電力が入力電圧
により大幅に変化してしまい、電圧変動範囲の広い商用
電源において、立上り時間の変化がハロゲンヒータなど
にもまして大きくなる問題があった。
の変化を防ぐため、電源電圧を検出し、基準電圧に対す
る比較結果に応じて通電間隔を加減する制御を行うこと
により、電源電圧の変動によらずほぼ一定の最大供給電
力が得られるようにした誘導加熱装置が第1の従来例と
して特開平9−120221号公報で提案されている。
準電圧に対する比較結果に応じて通電間隔を加減する制
御を行う電力制御方式によれば、外部変動要因である電
源電圧の変動のみを監視しているため、コールドスター
ト立ち上げ時のラッシュ電流の抑制など内部要因である
負荷変動の影響を補正することができない。
検出結果と電源電圧検出手段の検出結果とから供給電力
を算定し、最大供給電力を設定する誘導加熱装置が第2
の従来例として特開平10−301442号公報で提案
されている。
2の従来例によれば、一次側の回路の電源電圧と電流を
同時に検出し、温調制御部の存在する二次側回路に伝達
して処理する必要があるため、フォトカプラやトランス
など高価な部品が複数必要となり、コスト高となるとい
う問題があった。
ば、商用電源電圧範囲に対して常に一定の最大供給電力
を設定するため、複数地域に共通して使用可能ならしめ
る製品にあっては、適用地域の安全規格により図14に
示す様に定格電流値に対して使用可能な電流値(150
3,1504)の上限規定が異なるため、それぞれの地
域の電圧範囲ごとに使用可能電力(1505,150
7)が異なる問題があり、さらにそれから低圧電源の最
大消費電力を引いた誘導加熱装置で使用可能な電力上限
ライン(1506,1508)は図示のように凸凹とな
る。
力上限ライン(1506,1508)の下限ライン(1
509)に最大供給電力を設定せざるを得ないため、ウ
ォームアップタイムにとって最も効率の悪い低い電圧条
件下の最大電力をすべての電圧範囲で一律に設定してし
まう問題があった。
になされたもので、その目的は、電源電圧ごとの供給可
能電力に対し最適な最大電力が得られる誘導加熱装置、
この誘導加熱装置を熱源とする加熱定着装置及び該加熱
定着装置を備えたウォームアップタイムの短い画像形成
装置を提供するものである。
することを特徴とする誘導加熱装置および加熱定着装置
である。
イッチ間隔を制御して励磁コイルに所定電力の高周波電
流を通電し、この励磁コイルに対向させた発熱体の誘導
加熱を行うインバータ電源手段と、前記インバータ電源
手段の最大出力レベルを商用電源入力電圧に応じて任意
に設定する最大電力設定制御手段とを有することを特徴
とする誘導加熱装置。
熱手段と、前記発熱体温度検出手段の検出温度と記憶手
段から読み出した目標温度を比較演算して電力制御信号
を生成し、その電力制御信号に基づいて前記誘導加熱手
段を目標温度に収束制御する温度制御手段を備えたこと
を特徴とする(1)記載の誘導加熱装置。
ルの通電電流を検出する励磁電流検出手段と、励磁電流
基準値を発生する励磁電流基準値発生手段と、前記励磁
電流検出値と励磁電流基準値とを比較し前記電力制御信
号に帰還補正を行う電力制御手段とを有し、励磁電流基
準値と帰還量を調整して電源電圧に対する最大電力を設
定せしめたことを特徴とする(1)記載の誘導加熱装
置。
ルの通電電流を検出する励磁電流検出手段と、所定周波
数を発生する基準周波数発生手段と、予め前記基準周波
数発生手段により前記所定周波数でスイッチしたときの
電流検出値に応じて、前記電力制御信号の補正値を設定
する最大電力設定動作を行い、以後の最大電力制御を前
記補正値により電力制御信号を補正して行う基準周波数
電力補正制御手段とを備えたことを特徴とする(1)記
載の誘導加熱装置。
上限値において定格上供給可能最大電力上限値以下とな
る電力制御信号値で行うことを特徴とする(4)記載の
誘導加熱装置。
変範囲の5%〜20%の電力制御信号値で行うことを特
徴とする(5)記載の誘導加熱装置。
を行う誘導加熱定着手段を有し、最大電力設定動作は定
着非通紙時に行うよう制御せしめたことを特徴とする
(4)記載の誘導加熱装置。
う誘導加熱手段を有し、最大電力設定動作は発熱体の回
転を停止して行うように制御することを特徴とする
(4)記載の誘導加熱装置。
う誘導加熱手段を有し、最大電力設定動作はサーミスタ
温度検出値により補正するように制御することを特徴と
する(4)記載の誘導加熱装置。
予め求めた電力補正近似式を計算する演算制御手段より
なる(4)記載の誘導加熱装置。
予め求めた最大電力設定値テーブルを参照するテーブル
制御手段よりなる(4)記載の誘導加熱装置。
用電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、電圧検出値
に応じて、電力制御信号の補正値を設定する電源電圧検
出電力補正制御手段とを有することを特徴とする(1)
記載の誘導加熱装置。
用電源電圧及び電流を検出し、前記電圧及び電流データ
より消費電力を求めた消費電力検出手段と、電力検出値
に応じて、電力制御信号の補正値を設定する消費電力検
出電力補正制御手段とを有することを特徴とする(1)
記載の誘導加熱装置。
れている用紙を挟圧搬送して該用紙上に前記未定着トナ
ー画像を加熱定着する加熱定着装置において、前記用紙
を加熱する加熱装置として(1)〜(13)のうちのい
ずれか1項に記載の誘導加熱装置を備えたことを特徴と
する加熱定着装置。
の実施例の概略構成を示す説明図、図2は本発明の特徴
を最も良く表す最大電力設定回路の回路構成図、図3は
本発明第1の実施例における電力制御動作を説明する波
形図、図4は本発明第1の実施例における最大電力制限
特性を説明する電源電圧−出力電力特性のグラフ図、図
5は本発明第1の実施例における最大電力制限特性を説
明する電力制御入力−励磁電流ピーク値のグラフ図、図
6は本発明第1の実施例における15A定格コードの場
合の供給可能電流上限とその上限電力例の関係を説明す
る電源電圧−電力特性のグラフ図である。
02からの制御パルスに基づいてスイッチをON/OF
Fさせて、商用電源105を励磁コイル120へ通電す
るインバータ電源手段を構成している。この一次回路部
101の構成を具体的に説明すると、安全ヒューズ10
6、ラインフィルタ107を介して商用電源105に接
続し、過昇温保護の為の安全回路リレー108、109
を通じてブリッジダイオード110により全波整流を行
い、ノイズ流出防止のためのチョークコイル111及び
インピーダンス低減のための平滑コンデンサ112を接
続して構成されるインバータ用DC電源回路と、発振制
御部102の2相の制御パルスをパルストランス12
6、125、波形成型回路114、113を介してIG
BTよりなるメインスイッチ116とサブスイッチ11
5のゲートに供給するインバータスイッチ回路より構成
される。ここで、IGBTとは、Induced Ga
teBarier Trangister の略称であ
って、日本語では伝導度変調型電界効果トランジスタと
称する。普通Pチャンネルタイプが一般的でコレクタ接
地PNPトランジスタのベースをPチャンネルMOSト
ランジスタのドレインで引き抜く回路を同一チップ上に
構成し、MOSの高速性とバイポーラトランジスタのド
ライブ能力と耐圧を実現した素子である。
スイッチ116とサブスイッチ115のボディダイオー
ドであり、図1の様にIGBT内に一体に存在してい
る。メイン共振コンデンサ119はメインスイッチ11
6に並列に接続され、このメインスイッチ116のOF
F時に励磁コイル120とフライバック共振を行う。1
24はサブ共振コンデンサであり、サブスイッチ115
を介して励磁コイル120に並列に接続され、サブスイ
ッチ115のON時に励磁コイル120とフライバック
共振を行う。
を図3の波形図を織り交ぜて説明する。301は電力絞
込み動作時における動作波形であり、302はフル動作
時における動作波形である。
制御パルスは、入力電圧に応じてON幅を調整せしめた
2相発振器VCO(131)により発せられる。2相発
振器VCO(131)により発せられる2相の信号は、
ドライバ130によりパルストランスを駆動し、メイン
励磁信号138はメインスイッチ116のゲート信号3
03、307、サブ励磁信号139はサブスイッチ11
5のゲート信号304、308に対応し、サブスイッチ
115のゲート信号はメインスイッチ116のOFF期
間にONするように交互に発せられ、またメインスイッ
チ116との同時ONを避けるためデッドタイム314
を付加してある。
ンにおけるメインスイッチ116のコレクタ電流Is1
を表し、306及び310はメインスイッチ116のコ
レクタエミッタ間電圧Vs1を表す。メインスイッチ1
16がONすると、励磁コイル120に電源電圧VBが
掛かり、電源電圧VBを等価インダクタンス121で割
った電流勾配で電流がチャージされる。従って、電流ピ
ーク値315、319はメインスイッチのON時間tO
N1(312)、tON2(317)に比例して変化す
る。
レクタ電圧Vs1は励磁コイル120にチャージされた
電流により、まずメイン共振コンデンサ119をチャー
ジして、コレクタエミッタ間電圧Vs1にフライバック
電圧を生じ、さらにサブスイッチ115のボディダイオ
ード117がONする電圧に達すると、さらにサブ共振
コンデンサ124をチャージし、サブ共振コンデンサ1
24の容量とメイン共振コンデンサ119の容量を合わ
せた容量と励磁コイル120の等価インダクタンス21
で決まる時定数で電源電圧VBを中心に電圧共振する。
下降区間中にサブスイッチ115をOFFさせると、励
磁コイル120に反転チャージされた電流エネルギがメ
イン・サブ両共振コンデンサ119、124への反転チ
ャージから、サブ共振コンデンサ124へ集中させての
反転チャージに切り替わり電圧を急激に降下させる。
をメイン共振コンデンサ119の容量に対し十分大きな
容量とすることにより、メインスイッチON時間が小さ
く小振幅時においても確実に0Vまで降下させ、メイン
スイッチON時におけるソフトスイッチングを行うとと
もにフライバック共振波形を矩形波状に近づけ、スイッ
チング周期T1(311)に対し短いOFF時間tOF
F1、2(313、318)のままフライバックピーク
電圧を抑制し、低い耐圧のIGBTで広い電力調整範囲
と大きな最大電力を得ることができる。
例した磁界により、回転発熱体104に生じた渦電流が
発熱体等価抵抗122に流れたときの損失ジュール熱に
より発生する。103はエンジン制御部であり、CPU
135にA/Dコンバータ141とD/Aコンバータ1
34のインタフェースを接続している。励磁コイル12
0により加熱された回転発熱体104の温度を検出した
サーミスタ123の検出電圧を、A/Dコンバータ14
1で取り込み、所定の目標温度と比較し、電力制御信号
をD/Aコンバータ134を介して発振制御部102に
出力して、メインスイッチ116のON時間を加減する
ことにより、励磁電流を調整し発熱電力を制御し温調制
御を行う。
抵抗122を含む励磁コイル120の負荷特性は、マク
ロ的に抵抗体としての特性を持つため、商用電源のよう
に電圧が地域により異なり、定格電圧を広く確保しなく
てはならないにもかかわらず、図4の401の様に電圧
の二乗に比例して入力電力が変化してしまう問題があ
る。
電力設定制御手段によれば、図4の403のように制御
可能である。
囲の5%〜20%の電力制御信号値で行う。このよう
に、電力制御信号可能範囲を5%〜20%としたこと
は、装置の特性により変わり実験値により適当に決める
値のため、幅を持たせている。実施例では8ビットデー
タの16進表現で18H(18H/FFH=9.4%)
としている。装置の特性とは、電源電圧範囲の最大に
て、定着器のバラツキを含めて定着器の最大許容電力を
超えない電力制御値が何%になるかによって変わる。電
力設定動作の設定精度が確保できる限り最小の電力とな
る電力制御値が前記装置の特性に照らして何%になるか
で決定する。
する。
はインバータのDC電源のGNDラインに直列に接続
し、2次側に接続したカレントトランス負荷抵抗128
により電圧波形に変換して、電流ピーク検出回路129
に入力している。電流ピーク検出回路129は励磁コイ
ル120にチャージした電流のピーク値(図3−31
5、319)を所定時定数でホールドし、最大電力設定
回路132に入力する。
号137を最大電力リミッタ133に入力し、エンジン
制御部103からの電力制御信号136の値を最大電力
制御信号137以下に制限してVCO(131)に入力
することにより、メインスイッチ116の0N時間を規
制する。
リミッタ133の回路の詳細構成図であり、本図を用い
て最大電力設定機能を説明する。
ピーク電流検出信号140を入力する入力抵抗であり、
オペアンプ203のマイナス入力に接続している。20
8は帰還抵抗であり、オペアンプ203の出力からマイ
ナス入力に接続され、入力抵抗202との比により反転
増幅回路のゲインを決定する。帰還コンデンサ205は
ローパスフィルタ、コンデンサ206と抵抗207は位
相補償回路であり、電源周波数以上の電圧変動には応答
しないように反転増幅回路の機能を限定している。20
4は基準電圧であり、ピーク電流検出信号140と比較
してその誤差信号を反転増幅回路により増幅し、最大電
力制御信号として最大電力リミッタ回路133に入力し
ている。
る。
36を入力し、入力トランジスタ209のベースに接続
している。電力制御信号136は入力トランジスタ20
9のベースエミッタ間電圧VBe分上昇し、次段出力ト
ランジスタ210のベースに入力する。この出力トラン
ジスタ210の出力はエミッタから出力されているた
め、ベースに入力されたベースエミッタ間電圧VBe分
上昇した電力制御信号136は、再び出力トランジスタ
210のベースエミッタ間電圧VBe分下降し、元の電
圧制御信号が再現される。
タは最大電力制御信号を入力してバイアスされているた
め、それ以上の電圧が出力されることはない。これらの
リミッタ動作により電圧制御信号136は最大電力制御
信号137以下に制限される。
7に流れた励磁電流のピーク値と予め定めたピーク値を
基準電圧により設定し、観測ピーク電流値の基準ピーク
電流値からの差分量に所定ゲインを乗じた値に制限する
ことにより、電力制御入力を減じ、電源電圧上昇に対す
る励磁電流の増加を意図的特性に制御せしめたものであ
る。
ク電流値を、動作電圧の下限値(405)での所望出力
電力より設定し(507)、上限電圧との間にある供給
可能電力上限値(404)から電圧に対する電力勾配
(402)を決定し、上限電圧時の所望出力電力とその
時のピーク電流値及び必要電力制御電圧値(504)か
ら最大電力設定回路132における反転増幅回路のゲイ
ン(508)を決定したものである。これを式で表すと 基準ピーク電流値=下限電圧ピーク電流値とした場合 下限電圧電力制御入力=電力制御入力最大値 ゲイン(帰還抵抗208/入力抵抗202)=(下限電
圧電力制御入力−上限電圧電力制御入力)/(上限電圧
ピーク電流値−基準ピーク電流値) で表される。
る励磁電流ピーク値の応答を、各電源電圧で501、5
02、503の様に如何なる電力制御入力に対してもメ
インスイッチのオン時間を制限せしめたものである。
A定格コードの場合の供給可能電流上限とその上限電力
例の関係を説明する電力制御入力−電力特性のグラフ図
であり、前記方法で設定した図4及び図5の制御特性と
対比させて説明する。この図6のグラフ1501にある
ように、仕向け先の安全規格により、定格表示に対して
使用可能な電流値が異なる。1503は日本国内、15
04はULの動作電圧範囲と供給可能電流上限値であ
る。これを電力に書き換えると、1502のグラフにあ
るように日本国内1505、UL1507のラインが電
源電圧に対する上限電力となる。さらに低圧電源の最大
消費電力を差し引き定着に使用可能な上限電力は、日本
国内1506、UL1508のラインとなる(本実施例
での力率は100%とする。)。ここで、ULとは、U
nder Laboratoryの略称であって、アメ
リカの保険会社が協力して設立した電気製品の安全を確
保するために設立した民間の公共団体である。信用は絶
大で民間組織であるにも関わらずULの安全規格を満た
さないと実質北米での販売はできません。
電力設定は動作下限電圧(1506)を90Vとし最大
電力制御信号でのピーク電流から基準ピーク電流を設定
し、上限電圧との間にある供給可能電力上限値(150
5)を108Vとし、前記式から最大電力設定回路13
2の反転増幅回路のゲイン(1508)を決定し、60
1の最大電力設定ラインで動作せしめたものである。
供給可能上限電力1506,1508に近接せしめたこ
とは、誘導加熱のように回転発熱体104を直接加熱し
熱逃げを少なくした加熱装置の構成では、その立上り速
度は時間当たりの熱エネルギで大きく変化するため、フ
ァーストプリントタイムを大幅に改善する効果がある。
を説明する概略構成図であり、前記第1の実施例と同一
構成同一機能を有するものは同一番号を付し、重複説明
は省略する。図8は本発明第2の実施例のソフトウエア
制御構成説明するフローチャート図、図9は本発明第2
の実施例で特徴とする最大電力制御原理を説明する励磁
コイル120のインピーダンス特性のグラフ図である。
る点は、前記第1の実施例では、最大電力設定手段を基
準電流値と帰還ゲインからなる固定定数設定手段で設定
したのに対して、所定周波数条件における励磁電流値に
応じて電力制御信号を設定する動的設定手段とした点に
ある。
振制御部であり、電流ピーク検出回路129、ドライバ
130、VCO131、最大電力リミッタ133を有し
前記第1の実施例同様、電流ピーク検出回路129で励
磁電流波形よりピーク電流検出信号をエンジン制御部8
02のA/Dコンバータ805に入力している。
算プログラムをプログラムROM領域に搭載したCPU
135、インターフェースとしてのD/Aコンバータ、
134、804、A/Dコンバータ141、805を有
し、8ビットの分解能を有するD/Aコンバータ804
は、最大電力制御信号807を最大電力リミッタ133
に入力している。前記電力補正近似式演算プログラム8
03は前記第1の実施例で使用した最大電力設定式を用
いたものである。
明する。
定処理をスタートすると(901)、電力制御入力を1
8Hに設定する(902)。ここで、18Hとは電力制
御範囲を8ビットデータの16進表現で表示した値であ
る。
の1004)なる0N時間の周波数でスイッチすると、
励磁コイル120の電源電圧とインピーダンス特性(図
9の1001、1002,1003)より決まる励磁ピ
ーク電流を測定する(903)。
圧/ピーク電流係数を乗じて、その時の電源電圧を演算
し(904)、さらに前記第1の実施例で使用した最大
電力設定式よりもとめた最大電力制御信号値/電源電圧
係数を乗じて最大電力制御信号設定値を演算し(90
5)、D/Aコンバータ804より最大電力リミッタ1
33に最大電力制御信号807を出力する(906)。
以降前記第1の実施例と同様に温調制御を行って最大電
力を設定する(907)。
非通紙状態で行う。前記制御により最大電力設定特性
は、本発明第1の実施例における図6の最大電力設定特
性と等価な特性を得たものである。
ラム803は説明簡素化のため、前記第1の実施例で使
用した最大電力設定式を用いたが、実験的に求めた別の
近似式であっても良い。
例を説明する概略構成図であり、前記第1及び第2の実
施例と同一構成同一機能を有するものは同一番号を付
し、重複説明は省略する。図12は本発明第3の実施例
のソフトウエア制御構成を説明するフローチャート図、
図13は本発明第3の実施例における15A定格コード
の場合の供給可能電流上限での使用可能電力と最大電力
制限特性の関係を説明する電源電圧−電力特性のグラフ
図である。
施例と異なる点は、第2の実施例では最大電力設定手段
はCPU135で生成した最大電力制御信号807を最
大電力リミッタ133に入力し、電力制御信号を制限す
るハード制御手段により構成したのに対し、本発明第3
の実施例では基準周波数による励磁電流検出値から最大
電力設定値テーブルにより最大電力を求め温調制御にお
ける電力制御出力に直接比較し反映させる、純ソフト制
御手段により構成したことにある。
図12に沿って説明する。
ク検出回路129、ドライバ130、VCO131を有
し、エンジン制御部1102より電力制御信号1103
を直接VCO131に供給している。
D、D/Aコンバータ134、電力補正テーブル110
4を有し、CPU135は温調制御の前に最大電力設定
処理をスタートすると、電力制御入力を18Hに設定す
る(1201、1202)。
準周波数でスイッチングしている励磁電流ピーク値を測
定する(1203)。読み取った励磁電流ピーク値より
最大電力設定値テーブル1104を参照し、最大電力を
設定する(1204)。
サーミスタ温度と目標温度比較結果に基づく温調時電力
制御値を前記最大電力設定値と比較し(1206)、温
調時電力制御値が最大電力設定値未満となるNOの場合
は、温調電力制御値を電力制御信号として出力し(12
08)、最大電力設定値以上となるYESの場合は、最
大電力設定値を電力制御信号として出力し(120
7)、再び(1205)の処理に戻り(1206)〜
(1208)の処理をを繰り返し判定するソフト制御手
段を講じたものである。
は、基準周波数のスイッチングによる最大電力の補正を
最大電力設定値テーブル1104を用いて行ったことで
あり、このことにより電源電圧ごとの最大電力の設定を
不連続に設定でき、図13の最大電力設定ライン130
1に示すように、使用可能電力ギリギリまで定着電力と
して使用可能としたものである。最大電力リミッタをソ
フト的に実現しているため、安価に構成できるメリット
がある。
記第3の実施例の誘導加熱を行う発熱体を回転させて加
熱処理を行うものであり、この第4の実施例の特徴とし
て、基準周波数で駆動して最大電力を設定するときは、
非通紙時に回転発熱体104の回転を停止させて行うよ
う制御手段を構成せしめたものである。この制御によ
り、回転発熱体104の空回転による電力の浪費の防止
及び寿命の延命を講じたものである。
4の温度をサーミスタ123により検出し、前記第3の
実施例における電力補正テーブル1104に温度パラメ
ータを追加し、温度検出値により電力補正テーブル11
04を切り替えことにより、発熱体温度による励磁コイ
ル負荷インピーダンスの変化の影響を補正し、温度によ
る最大電力設定値の変化を抑制せしめたものである。
れた未定着トナー画像を該用紙に加熱定着する加熱定着
装置を、上記第1〜第4の実施例のいずれかの誘導加熱
装置を適用して構成した概要図を示すもので、11は定
着ローラ(前記の回転発熱体104に対応する)で、鉄
製の芯金シリンダに表面の離型性を高めるために例えば
PTFEや、PFAの層を設けたものである。また定着
ローラの他の材料として、例えば磁性ステンレスのよう
な磁性材料(磁性金属)といった、比較的透磁率μが高
く、適当な抵抗率ρを持つ物を用いてもよい。さらに非
磁性材料でも、金属などの導電性のある材料を薄膜にす
る事などにより使用可能である。
くは間接的に密着させる加圧部材として加圧ローラで、
鉄製の芯金12aの外周にSiゴムの層12bと定着ロ
ーラ11と同様に表面の離型性を高めるために例えばP
TFEや、PFAの離型層12cを設けている。
不図示の装置本体に回転自在に支持されており、定着ロ
ーラ11のみを駆動する構成になっている。加圧ローラ
12は定着ローラ11の表面に圧接していて、回転部材
あるいは圧接部(ニップ部)での摩擦力で従動回転する
様に配置してある。また、加圧ローラ12は定着ローラ
11の回転軸方向にバネなどを用いた図示しない機構に
よって加圧され圧接部幅(ニップ幅)が形成されてい
る。15は定着ローラ11の温度を検出する温度センサ
(前記のサーミスタ123に相当する)。
段により未定着のトナー画像19を形成され搬送される
用紙を、定着ローラ11と加圧ローラ12とのニップ部
へ案内する位置に配置される。分離爪20は、定着ロー
ラ11の表面に当接して配置され、用紙Pがニップ部通
過後に定着ローラ11に張り付いてしまった場合、強制
的に分離してジャムを防止するためのものである。
ーラを用いているが、薄膜金属フィルムからなる構成を
採用することも可能である。定着ローラ11の内部に
は、当該定着ローラ11に誘導電流(渦電流)を誘起さ
せてジュール発熱させるために、高周波磁界を生じるコ
イルユニット30が配設されている。
ア14(芯材に相当する)と、定着ローラ11に誘導電
流を誘起させて加熱する誘導コイル13(前記の励磁コ
イル120対応する)とを有する。コア14としては、
透磁率が大きく自己損失の小さい材料がよく、例えばフ
ェライト、パーマロイ、センダスト等が適している。
んの一例であり、最大電力設定制御手段として線形性の
点で有利な励磁電流のピーク値を用いたが、実効電流を
検出しても良い。また、電圧に応じて最大電力を任意に
設定する手段であれば励磁電流を検出するもの以外に、
従来例1のように商用電源電圧を直接測定する構成にお
いて、電圧検出値に応じて、電力制御信号の補正値を設
定する電源電圧検出電力補正制御手段を設け、電源電圧
に応じて任意の最大電力設定をしても良い。もちろん、
コストは高いものの、従来例2のように商用電源電圧及
び電流を検出し、前記電圧及び電流データより消費電力
を求める構成において、電力検出値に応じて、前記電力
制御信号の補正値を設定する消費電力検出電力補正制御
手段を設け、電源電圧に応じて任意の最大電力設定をし
ても良い。
御信号に応じて商用電源のスイッチ間隔を制御して励磁
コイルに所定電力の高周波電流を通電し、この励磁コイ
ルに対向させた発熱体の誘導加熱を行うインバータ電源
手段と、前記インバータ電源手段の最大出力レベルを商
用電源入力電圧に応じて任意に設定する最大電力設定制
御手段とを有するように構成したので、電源電圧ごとの
供給可能電力に対し最適な最大電力が得られる効果があ
る。
した誘導加熱手段と、前記発熱体温度検出手段の検出温
度と記憶手段から読み出した目標温度を比較演算して電
力制御信号を生成し、その電力制御信号に基づいて前記
誘導加熱手段を目標温度に収束制御する温度制御手段を
備えるように構成したので、商用電源入力電圧に応じた
任意の目標温度到達時間を設定できる効果がある。
は、励磁コイルの通電電流を検出する励磁電流検出手段
と、励磁電流基準値を発生する励磁電流基準値発生手段
と、前記励磁電流検出値と励磁電流基準値とを比較し前
記電力制御信号に帰還補正を行う電力制御手段とを有す
る構成としたので、電圧や、電圧と電流の双方を検出し
て電力を求める必要がなく、比較的安価なカレントトラ
ンスのみで最大電力を設定できる効果がある。
は、励磁コイルの通電電流を検出する励磁電流検出手段
と、所定周波数を発生する基準周波数発生手段と、予め
前記基準周波数発生手段により前記所定周波数でスイッ
チしたときの電流検出値に応じて、前記電力制御信号の
補正値を設定する最大電力設定動作を行い、以後の最大
電力制御を前記補正値により電力制御信号を補正して行
う基準周波数電力補正手段とで構成したので、それぞれ
の電圧に応じて最適な電力制御を実現する効果がある。
作電圧範囲上限値において定格上供給可能最大電力上限
値以下となる電力制御信号値で行うように構成したの
で、最大電力設定動作にて消費電力を低減するともに動
作電圧範囲上限値を入力したときに定格上供給可能最大
電力上限値を超えてしまう問題を回避する効果がある。
力制御信号可変範囲の5%〜20%の電力制御信号値で
行うことができる効果がある。
に加熱を行う誘導加熱手段を有し、最大電力設定動作は
非通紙時に行うよう構成したので、測定電流値が変わり
正しい最大電力設定動作が行われないのを防止する効果
がある。
に加熱を行う誘導加熱手段を有し、最大電力設定動作は
発熱体の回転を停止して行うよう構成したので、最大電
力設定動作にて消費電力を低減するともに発熱体の寿命
を長くする効果がある。
に加熱を行う誘導加熱手段を有し、最大電力設定動作は
サーミスタ温度検出値により補正するよう制御できる効
果がある。
手段は、予め求めた電力補正近似式を計算する演算制御
手段より構成したので、それぞれの電圧に応じて最適な
電力制御を実現できる効果がある。
手段は、予め求めた最大電力設定値テーブルを参照する
テーブル制御手段より構成したので、それぞれの電圧に
応じて最適な電力制御を実現できる効果がある。
は、商用電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、電圧
検出値に応じて、電力制御信号の補正値を設定する電源
電圧検出電力補正制御手段とで構成したので、それぞれ
の電圧に応じて最適な電力制御を実現できる効果があ
る。
は、商用電源電圧及び電流を検出し、前記電圧及び電流
データより消費電力を求めた消費電力検出手段と、電力
検出値に応じて、電力制御信号の補正値を設定する消費
電力検出電力補正制御手段とで構成したので、それぞれ
の電圧に応じて最適な電力制御を実現できる効果があ
る。
形成されている用紙を挟圧搬送して該用紙上に前記未定
着トナー像を加熱定着する加熱定着装置において、前記
用紙を加熱する加熱装置として本発明の誘導加熱装置を
備える構成としたので、加熱処理温度までの昇温が早い
電磁誘導加熱方式の特性を生かし、不必要な通電を避け
て無駄なエネルギー消費を無くすとともに機内昇温を低
減でき、常に安定した加熱定着処理を行うことができる
加熱定着装置が得られるという効果がある。
略構成図。
明する回路図。
説明する波形図。
性を説明する電圧−電力特性のグラフ図。
性を説明する電力制御入力−励磁ピーク電流特性のグラ
フ図。
使用可能電源電流と最大電力制限特性の関係を説明する
電源電圧−電力特性のグラフ図。
説明するフローチャート図。
する励磁コイルのインピーダンス特性のグラフ図。
図。
成説明するフローチャート図。
の使用可能電力と最大電力制限特性の関係を説明する電
源電圧−電力特性のグラフ図。
の概要図である。
源電流と最大電力制限特性の関係を説明する電源電圧−
電力特性のグラフ図。
御手段、テーブル制御手段) 136 電力制御信号 137 最大電力制御信号 138 メイン励磁信号 139 サブ励磁信号 140 ピーク電流検出信号 141 A/Dコンバータ 201 入力抵抗 202 入力抵抗 203 オペアンプ 204 基準電圧 205 帰還コンデンサ 206 コンデンサ 207 抵抗 208 帰還抵抗 209 入力トランジスタ 210 出力トランジスタ 301 絞込み時動作波形 302 最大出力時動作波形 303 絞込み時IGBT1ゲート電圧波形 304 絞込み時IGBT2ゲート電圧波形 305 絞込み時IGBT1ソース電流波形 306 絞込み時IGBT1ソース電圧波形 307 最大出力時IGBT1ゲート電圧波形 308 最大出力時IGBT2ゲート電圧波形 309 最大出力時IGBT1ソース電流波形 310 最大出力時IGBT1ソース電圧波形 311 絞込み時動作時周期 312 絞込み時0N時間 313 絞込み時0FF時間 314 デッドタイム 315 絞込み時ピークレベル 316 最大出力時動作時周期 317 最大出力時0N時間 318 最大出力時0FF時間 319 最大出力時ピークレベル 401 無制御電圧電力特性 402 制御電圧電力特性 403 最大電圧時電力 404 標準電圧時電力 405 最小電圧時電力 501 最大電圧時電力特性 502 標準電圧時電力特性 503 最小電圧時電力特性 504 リミッタ動作点A 505 リミッタ動作点B 506 リミッタ動作点C 507 従来定電力特性 508 本発明電力特性 509 原点 601 最大電力設定値特性 801 発振制御部 802 エンジン制御部 803 電力補正近似式演算プログラム(ROM) 804 D/Aコンバータ 805 A/Dコンバータ 806 ピーク電流検出信号 807 最大電力制御信号 901 最大電力設定処理 STEP1 902 最大電力設定処理 STEP2 903 最大電力設定処理 STEP3 904 最大電力設定処理 STEP4 905 最大電力設定処理 STEP5 906 最大電力設定処理 STEP6 907 最大電力設定処理 STEP7 1001 動作電圧上限値インピーダンス特性 1002 動作電圧標準値インピーダンス特性 1003 動作電圧下限値インピーダンス特性 1004 最大電力設定基準周波数 1005 動作電圧上限時検出電流 1006 動作電圧標準時検出電流 1007 作電圧下限時検出電流 1101 発振制御部 1102 エンジン制御部 1103 電力制御信号 1104 最大電力設定値テーブル 最大電力設定処理 STEP1 最大電力設定処理 STEP2 最大電力設定処理 STEP3 最大電力設定処理 STEP4 最大電力設定処理 STEP5 最大電力設定処理 STEP6 最大電力設定処理 STEP7 最大電力設定処理 STEP8 1301 最大電力設定ライン 1501 電圧対電流上限値グラフ 1502 電圧対電力上限値グラフ 1503 国内上限電流 1504 UL上限電流 1505 国内上限電力 1506 国内定着電源上限電力 1507 UL上限電力 1508 UL定着電源上限電力
Claims (14)
- 【請求項1】電力制御信号に応じて商用電源のスイッチ
間隔を制御して励磁コイルに所定電力の高周波電流を通
電し、この励磁コイルに対向させた発熱体の誘導加熱を
行うインバータ電源手段と、前記インバータ電源手段の
最大出力レベルを商用電源入力電圧に応じて任意に設定
する最大電力設定制御手段とを有することを特徴とする
誘導加熱装置。 - 【請求項2】発熱体温度検出手段を有した誘導加熱手段
と、前記発熱体温度検出手段の検出温度と記憶手段から
読み出した目標温度を比較演算して電力制御信号を生成
し、その電力制御信号に基づいて前記誘導加熱手段を目
標温度に収束制御する温度制御手段を備えたことを特徴
とする請求項1記載の誘導加熱装置。 - 【請求項3】最大電力設定制御手段は、励磁コイルの通
電電流を検出する励磁電流検出手段と、励磁電流基準値
を発生する励磁電流基準値発生手段と、前記励磁電流検
出値と励磁電流基準値とを比較し前記電力制御信号に帰
還補正を行う電力制御手段とを有し、励磁電流基準値と
帰還量を調整して電源電圧に対する最大電力を設定せし
めたことを特徴とする請求項1記載の誘導加熱装置。 - 【請求項4】最大電力設定制御手段は、励磁コイルの通
電電流を検出する励磁電流検出手段と、所定周波数を発
生する基準周波数発生手段と、予め前記基準周波数発生
手段により前記所定周波数でスイッチしたときの電流検
出値に応じて、前記電力制御信号の補正値を設定する最
大電力設定動作を行い、以後の最大電力制御を前記補正
値により電力制御信号を補正して行う基準周波数電力補
正制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載の
誘導加熱装置。 - 【請求項5】最大電力設定動作は、動作電圧範囲上限値
において定格上供給可能最大電力上限値以下となる電力
制御信号値で行うことを特徴とする請求項4記載の誘導
加熱装置。 - 【請求項6】最大電力設定動作は、電力制御信号可変範
囲の5%〜20%の電力制御信号値で行うことを特徴と
する請求項5記載の誘導加熱装置。 - 【請求項7】発熱体を回転させ、用紙に加熱を行う誘導
加熱手段を有し、最大電力設定動作は非通紙時に行うよ
う制御せしめたことを特徴とする請求項4記載の誘導加
熱装置。 - 【請求項8】発熱体を回転させ、用紙に加熱を行う誘導
加熱手段を有し、最大電力設定動作は発熱体の回転を停
止して行うように制御することを特徴とする請求項4記
載の誘導加熱装置。 - 【請求項9】発熱体を回転させ、用紙に加熱を行う誘導
加熱手段を有し、最大電力設定動作はサーミスタ温度検
出値により補正するように制御することを特徴とする請
求項4記載の誘導加熱装置。 - 【請求項10】基準周波数電力補正制御手段は、予め求
めた電力補正近似式を計算する演算制御手段よりなる請
求項4記載の誘導加熱装置。 - 【請求項11】基準周波数電力補正制御手段は、予め求
めた最大電力設定値テーブルを参照するテーブル制御手
段よりなる請求項4記載の誘導加熱装置。 - 【請求項12】前記最大電力設定制御手段は、商用電源
電圧を検出する電源電圧検出手段と、電圧検出値に応じ
て、電力制御信号の補正値を設定する電源電圧検出電力
補正制御手段とを有することを特徴とする請求項1記載
の誘導加熱装置。 - 【請求項13】前記最大電力設定制御手段は、商用電源
電圧及び電流を検出し、前記電圧及び電流データより消
費電力を求めた消費電力検出手段と、電力検出値に応じ
て、電力制御信号の補正値を設定する消費電力検出電力
補正制御手段とを有することを特徴とする請求項1記載
の誘導加熱装置。 - 【請求項14】表面に未定着トナー画像が形成されてい
る用紙を挟圧搬送して該用紙上に前記未定着トナー画像
を加熱定着する加熱定着装置において、前記用紙を加熱
する加熱装置として請求項1〜請求項13のうちのいず
れか1項に記載の誘導加熱装置を備えたことを特徴とす
る加熱定着装置。
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