JP2007299615A - 誘導加熱装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】渦電流を用いた加熱装置において、負荷異常に対する応答性を早めることによりスイッチング素子の破壊を防止できるようにする。
【解決手段】磁界中に置かれた導電体内に渦電流を生じさせて前記導電体を加熱する誘導加熱手段と、該誘導加熱手段を制御する誘導加熱制御手段とを備えた誘導加熱装置において、励磁コイルにより発生する磁界の磁場の強さを磁気センサ２０により検出し、その後段に備えた遅延時間の短いＬＰＦ３０により高周波成分を除去し、その出力電圧をコンパレータ３１，３２で比較電圧と比較することにより異常を検出し、異常時にはスイッチング素子を遮断状態にする。また、十分長い時定数を持つＬＰＦ３５で平滑化された出力を用いて励磁コイルへの供給電力を制御する。
【選択図】図７

Description

本発明は、電子写真方式画像形成装置など電子機器に用いられる誘導加熱装置に係わり、特に、その電力制御に関する。

磁界の中に導電体を置くことにより導電体中に生じる渦電流によって導電体を加熱する磁気誘導加熱は古くから知られており、電磁調理器として製品化されている。近年になって、この技術を複写機など電子写真方式画像形成装置の定着部に備える加熱装置として用いるものが現れてきた。
このような加熱装置における磁気誘導加熱では、励磁コイルとコンデンサを用いて実現した共振回路にスイッチング素子で高周波電流を流すことによって交番磁界を生成し、その磁界の変化によって導電体に渦電流を発生させて加熱する。なお、その際、高周波電流により供給される電力を適切な値に保つために、電流検出手段を用いて入力電流を測定して電力制御を行っている。この電流検出手段は前記スイッチング素子を保護するための電流監視用でもある。このスイッチング素子には通常時から大きな電流が流れ、負荷の異常によって定格を超す電流が流れると短い時間で破壊に至るので電流監視が必要なのである。

特許文献１に示された従来技術は前記した磁気誘導加熱技術を用いた定着装置であり、金属製の定着ベルトの加熱を行う際に最大電力を一定値に保ち、温度上昇に伴う出力低減をなくし、より高速且つ安定なオンディマンド定着を実現可能とするとともに、安全を確保し加熱定着動作の緊急停止も可能にしている。具体的には、励磁コイル、その励磁コイルにより渦電流が発生する金属製の定着ベルト、温度を検出するサーミスタ、励磁コイルに流れる電流を検出するカレントトランスを備え、そのカレントトランスが検出した電流値に基づいて励磁コイルへの供給電力の最大値を制限する制御を行うとともに、定着ベルトと加圧ローラとの圧接部の検出温度が規定温度を超過した場合に励磁コイルへの電力供給を停止する制御を行う。
特開２００１−４３９６４公報

前記したように、磁場発生手段を構成しているスイッチング素子には通常時から大きな電流が流れ、負荷の異常によって定格を超す電流が流れると短い時間で破壊に至る。しかしながら、特許文献１に示された定着装置を含め従来技術では、整流・平滑処理によってリプル分を取り除いた直流電流を対象にして電流検出を行うので、いずれも応答性に問題があり、急激な負荷の変動に対してはスイッチング素子を保護することができなかった。なお、急激な負荷の変動とは、励磁コイルの絶縁不良（リークによる絶縁破壊）によりインピーダンスが急に小さくなったり、コネクタの接触不良により負荷が急にオープン状態になったりすることを言う。

また、温度検出手段によって異常を検出する特許文献１に示された従来技術では、加熱部と温度検出部の距離が物理的に離れているため時間差が発生し、負荷の急激な変化や異常に対して前記スイッチング素子を保護する効果がない。
本発明は、このような従来技術の問題を解決しようとするものであり、具体的には、電流検出手段の代わりに磁気センサを用いるとともに、負荷異常に対する応答性を早められるようにして、スイッチング素子の破壊を防止できる加熱装置などを提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、請求項１記載の誘導加熱装置は、磁界中に置かれた導電体内に渦電流を生じさせて前記導電体を加熱する誘導加熱手段と、該誘導加熱手段を制御する誘導加熱制御手段とを備えた誘導加熱装置において、励磁コイルにより発生される磁界による磁場の強さを検出する検出手段と、該検出手段の後段に応答性の速い異常検出手段とを備える。
請求項２記載の誘導加熱装置は、請求項１記載の誘導加熱装置において、前記検出手段を磁気センサとする。
請求項３記載の誘導加熱装置は、請求項１または２記載の誘導加熱装置において、前記検出手段より出力された検出信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、該ローパスフィルタの出力を用いて前記励磁コイルへの供給電力制御を行う電力制御手段とを備える。

請求項４記載の誘導加熱装置は、請求項３記載の誘導加熱装置において、前記ローパスフィルタとしてカットオフ周波数の異なる少なくとも２個のローパスフィルタを備え、カットオフ周波数の高い第１のローパスフィルタの出力を異常検出に用い、カットオフ周波数の低い第２のローパスフィルタの出力を前記電力制御手段により行われる供給電力制御に用いる構成とする。
請求項５記載の誘導加熱装置は、請求項１または４記載の誘導加熱装置において、２つの比較手段を備え、請求項１記載の誘導加熱装置では前記検出手段からの検出信号を、請求項４記載の誘導加熱装置では前記ローパスフィルタの出力信号を前記２つの比較手段によりそれぞれの比較電圧と比較し、高い方の比較電圧より高い場合、または低い方の比較電圧より低い場合に異常信号を出力する構成とするとともに、前記いずれかの比較手段から前記異常信号が出力されたときに前記励磁コイルへの供給電力を遮断する電力遮断手段を備える。
請求項６記載の誘導加熱装置は、請求項５記載の誘導加熱装置において、前記励磁コイルへ供給される電流および前記基準電圧が電源周波数成分を有した構成とする。

請求項７記載の誘導加熱装置は、請求項６記載の誘導加熱装置において、交流電源側から得た波高値の異なる２つの信号を前記２つの基準電圧としてそれぞれ前記２つの比較手段のそれぞれへ供給する基準電圧供給手段を備える。
請求項８記載の誘導加熱装置は、請求項１または３記載の誘導加熱装置において、請求項１記載の誘導加熱装置では前記検出手段からの検出信号を、請求項３記載の誘導加熱装置では前記ローパスフィルタの出力信号を入力とする積分型ＡＤコンバータを備える。
請求項９記載の誘導加熱装置は、請求項８記載の誘導加熱装置において、前記励磁コイルへ供給される電流が電源周波数成分を有した構成とし、前記積分型ＡＤコンバータの積分時間を電源周波数に同期した時間にする。
請求項１０記載の誘導加熱装置は、請求項８記載の誘導加熱装置において、前記積分型ＡＤコンバータの積分時間を商用交流電源の半サイクル時間の整数倍にする。

請求項１１記載の誘導加熱装置は、請求項８記載の誘導加熱装置において、前記積分型ＡＤコンバータから出力されるデジタル値を用いて前記励磁コイルへの供給電力制御を行う構成とする。
請求項１２記載の誘導加熱装置は、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の誘導加熱装置において、前記検出手段からの検出信号に基づいて生成された電流値と入力電圧に基づいて生成された電圧値との積を用いて前記励磁コイルへの供給電力制御を行う構成とする。
請求項１３記載の誘導加熱装置は、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の誘導加熱装置において、目標温度と検出温度との差から目標電力を求め、該目標電力に基づいて前記励磁コイルへの供給電力制御を行う構成とする。

請求項１４記載の電子機器は、誘導加熱装置を備えた電子機器において、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置を備える。
請求項１５記載の電子機器は、請求項１４記載の電子機器において、前記電力遮断手段による供給電力の遮断が、前記磁場の強さが過大であることにより発生したか、過小であることにより発生したかを取得する取得手段を備える。
請求項１６記載の電子機器は、請求項１５記載の電子機器において、前記取得手段により取り込まれた情報を表示する表示手段を備える。
請求項１７記載の電子機器は、請求項１５記載の電子機器において、前記取得手段により取り込まれた情報を外部装置へ通知する通信手段を備える。

本発明によれば、渦電流を生じさせて導電体を加熱する誘導加熱装置において、励磁コイルが発生させる磁界の磁場の強さを検出手段により検出できるので、その磁場の強さを制御して加熱量を制御できる。また、前記検出手段の後段に備えた応答性の速い異常検出手段により、異常時には、励磁コイルに変化する電流を流すためのスイッチング素子をすばやくオフ状態にできるので、スイッチング素子の破壊を防止できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対位置などは特定的な記載がない限りこの説明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の一実施形態として加熱装置を内蔵する電子写真方式複写機の構成を示す概略図である。この複写機は、複写機能以外の機能として例えばプリンタ機能やファクシミリ機能を有しており、操作部のアプリケーション切替えキーにより複写機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能を切替えて選択することが可能である。複写機能の選択時には複写モードとなり、プリンタ機能の選択時にはプリントモードとなり、ファクシミリ機能の選択時にはファクシミリモードとなる。
これらのモードのうち複写モードでは次のように動作する。

自動原稿送り装置（以下、ＡＤＦと称す）１０１を用いた複写時においては、操作部上のスタートキーが押下されると、原稿台１０２に置かれた原稿束の一番下の原稿が給紙ローラ１０３および給送ベルト１０４により原稿台（コンタクトガラス）１０５上の所定の位置に給送される。ＡＤＦ１０１は１枚の原稿の給送完了ごとに原稿枚数を計数する計数機能を有する。原稿台１０５上の原稿は、画像入力手段としての画像読み取り装置１０６によって画像情報が読み取られた後、給送ベルト１０４および排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。
原稿セット検知器１０９により原稿台１０２上に次の原稿が検知された場合には、同様に原稿台１０２上の一番下の原稿が給紙ローラ１０３および給送ベルト１０４により原稿台１０５上の所定の位置に給送される。なお、給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４および排送ローラ１０７は搬送モータによって駆動される。

給紙手段としての第１給紙装置１１０、第２給紙装置１１１、第３給紙装置１１２はそれぞれ、選択されたときに第１トレイ１１３、第２トレイ１１４、第３トレイ１１５に積載された転写紙を給紙し、この転写紙は縦搬送ユニット１１６により感光体１１７に当接する位置まで搬送される。感光体１１７は、ドラム状感光体が用いられており、メインモータにより回転駆動される。
画像読み取り装置１０６により原稿から読み込まれた画像データは図示しない画像処理手段を介して書き込みユニット１１８により光情報に変換され、感光体１１７上の帯電面がこの光情報で露光されて静電潜像が形成される。この感光体１１７上の静電潜像は現像装置１１９により現像されてトナー像となる。

搬送ベルト１２０は、用紙搬送手段および転写手段を兼ねていて電源から転写バイアスが印加され、縦搬送ユニット１１６からの転写紙を感光体１１７と等速で搬送しながら感光体１１７上のトナー像を転写紙に転写させる。この転写紙は、定着装置１２１によりトナー像が定着され、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。感光体１１７はトナー像転写後に図示しないクリーニング装置によりクリーニングされる。なお、感光体１１７、帯電器、書き込みユニット１１８、現像装置１１９、転写手段は画像を転写紙上に形成するプリンタエンジンを構成している。

以上の動作は通常のモードで用紙の片面に画像を複写する場合の動作であるが、両面モードで転写紙の両面に画像を複写する場合には、各給紙トレイ１１３〜１１５の何れかより給紙され、前記のようにして表面に画像が形成された転写紙が、排紙ユニット１２２により両面入紙搬送路１２４側へ搬送され、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転され、両面搬送ユニット１２６へ搬送される。
この両面搬送ユニット１２６へ搬送された転写紙は、両面搬送ユニット１２６により縦搬送ユニット１１６へ搬送され、縦搬送ユニット１１６により感光体１１７に当接する位置まで搬送され、感光体１１７上に前記と同様に形成されたトナー像が裏面に転写されて定着装置１２１でトナー像が定着されることにより両面コピーとなる。この両面コピーは排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。
また、転写紙を反転して排出する場合には、反転ユニット１２５によりスイッチバックされて表裏が反転された転写紙が、両面搬送ユニット１２６に搬送されずに反転排紙搬送路１２７を経て排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３に排出される。

プリントモードでは、画像読み取り装置１０６からの画像データの代りに外部からの画像データが書き込みユニット１１８に入力され、前記プリンタエンジンにより転写紙上に画像が形成される。また、ファクシミリモードでは、画像読み取り装置１０６からの画像データが図示しないファクシミリ送受信部により相手側へ送信される。また、相手側からの画像データがファクシミリ送受信部で受信され、さらに、書き込みユニット１１８に入力され、前記プリンタエンジンにより転写紙上に画像が形成される。

図２は定着装置１２１の概略構成を示す説明図である。以下、定着装置１２１の構成について図２を参照して説明する。
この定着装置１２１は誘導加熱方式の定着装置として構成されている。この構成のなかで、定着ローラ２０１と加圧ローラ２０２は通常のハロゲンヒータ方式などと同様に転写紙の搬送経路に対向して設けられており、定着ローラ２０１はトナーの転写された転写紙上のトナーを加熱溶解して転写紙上に定着させ、加圧ローラ２０２は転写紙に圧力をかけてトナーを定着させる。また、定着ローラ２０１から離間した位置には加熱ローラ２０３が設けられ、この加熱ローラ２０３と定着ローラ２０１との間には定着ベルト２０４が掛け渡されている。この定着ベルト２０４は励磁コイル８により誘導加熱される定着用被加熱部材であり、加熱金属部（金属導電体）、非熱伝導部などを含む数層構造から成る。

励磁コイル８は定着ベルト２０４を渦電流で誘導加熱するためのもので、この実施形態では、加熱ローラ２０３の外周面を半周程度覆う形状の基体２０６に線材を渦巻状に巻回した構造である。このような励磁コイル８に対して、任意の周波数特性を持った電流が通電され、その電流により発生した磁束を受けて加熱ローラ２０３には渦電流が流れ加熱される。この加熱ローラ２０３の熱が回転移動する定着ベルト２０４に伝達され、その熱と、定着ローラ２０１と加圧ローラ２０２とのニップ圧力により、定着ローラ２０１と加圧ローラ２０２との間を回転方向に進む転写紙上のトナーが転写紙に定着される。

また、定着ベルト２０４の温度は近接した温度センサ（サーミスタ）１９により常時監視され、所定の制御温度（目標温度）に比べて低ければ励磁コイル８への電流供給（電力供給）が継続され、高ければ供給を停止する。なお、温度制御は後述する制御回路で行なわれるが、過昇温度になった場合はサーモスタット２０８により直接電源を遮断する安全装置も実装されている。また、定着ローラ２０１はモータなどの動力源により回転駆動され、定着ベルト２０４はその動力により移動回転する。加熱ローラ２０３は定着ベルト２０４の移動により懸架駆動し回転する従動ローラである。

また、加熱ローラ２０３の軸上には、定着ベルト２０４が回転していることを検知するためのセンサとして機能するエンコーダ２０９が設けられており、定着ローラ２０１を回転させているにもかかわらず加熱ローラ２０３が回転していないことがエンコーダ２０９により検知された場合には、ベルト切れまたはベルト滑りと判断し、励磁コイル８に流れる電流を遮断させる。これにより、定着ベルト２０４が局部的に長時間加熱されて焼損するのを防止することができる。つまり、ベルト切れまたはベルト滑りの状態では定着ベルト２０４が回転しないので、熱を運ぶことができず、停止している定着ベルト２０４が局所的に連続加熱されることにより温度が上昇するのであるが、温度制御をするための温度センサ１９は定着ローラ側にあるので、定着ベルト２０４により温度が伝播されないと温度が上がらず、そのため制御側はどんどん電力を上げるように制御してしまうのである。

なお、図２に示したように、励磁コイル８の近傍には励磁コイル８により発生する磁界の磁場の強さを検出する磁気センサ２０を設けているが、これについては後述する。また、誘導加熱方式は、図示したような外部加熱方式に限らず、例えば定着ローラ内に励磁コイルが内蔵されているタイプの内部加熱方式であってもよい。

図３は本発明が実施される誘導加熱定着制御部（請求項記載の誘導加熱制御手段に相当する）の実施形態として従来の誘導加熱定着制御部の構成を示すブロック図である。
図示したような構成で、この誘導加熱定着制御部では、交流電源１からの電流が整流回路４により整流され、インダクタンス５とコンデンサ６により構成した平滑回路により平滑化された直流電源を得る。コンデンサ６は容量の大きいものではなくノイズを取る程度なのでコンデンサ６の端子電圧は電源周期を残した脈流状波形のままである。
電流検出部２は例えばカレントトランスであり、誘導加熱定着回路に流れる電流を検出する。電圧検出部３は誘導加熱定着回路に入力される電圧を検出する。この電圧検出部３としては電源電圧を降圧するためにトランスが用いられている。
コンデンサ６の両端の脈流電圧はスイッチング素子９により高周波でスイッチングされる。

共振用コンデンサ７と励磁コイル８（請求項記載の誘導加熱手段に相当する）とはスイッチングされることにより過渡的な共振を起こし、共振した電流によって励磁コイル８に磁界の変化を起こす。そして、この磁界の変化による電磁誘導によって被加熱体（加熱ローラ２０３）に渦電流を発生させ、渦電流が流れることによる抵抗成分の発熱で被加熱体は加熱される。
被加熱体の近傍には被加熱体の温度を測定するための温度センサ１９を備えている。この温度センサ１９により測定された被加熱体の温度は制御回路４８に入力される。これにより、制御回路４８では温度センサ１９により測定された温度が目標温度になるように駆動回路１８に制御信号を与え、駆動回路１８はスイッチング素子９に高周波の信号を与える。

電流検出部２は回路全体に流れる電流値を制御回路４８に常時入力する。これにより、制御回路４８は入力電流が設定値以上の値であった場合には異常と判断して駆動回路１８に送っている制御信号を遮断し、駆動回路１８はスイッチング素子９に与えている高周波の信号を停止して、発振を停止することによりスイッチング素子９を保護する。同様に、電圧検出部３は誘導加熱定着回路に入力される電圧を制御回路４８に常時入力する。これにより、制御回路４８は入力電圧が設定値以上の値であった場合に電源異常と判断して駆動回路１８に送っている制御信号を遮断し、駆動回路１８はスイッチング素子９に与えている高周波の信号を停止して、発振を停止することによりスイッチング素子９を保護する。

以下、本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
図４はこの実施例の加熱装置の誘導加熱定着制御部などの構成を示すブロック図である。図示したような構成で、この誘導加熱定着制御部では、交流電源１からの電流を整流回路４が整流し、インダクタンス５とコンデンサ６により構成した平滑回路が整流された電圧を平滑化する。コンデンサ６は容量の大きいものではなくノイズを取る程度なのでコンデンサ６の端子電圧は電源周期を残した脈流状波形のままである。
電圧検出部３は交流電源１の電圧を測定するためのものであり、トランスを用いて、１００Ｖを分圧して低い電圧にするとともに１次側と絶縁する。このトランスにより分圧された電圧はダイオードブリッジにより整流され、コンデンサによって平滑され、電圧リプルのない直流にされ、図示した入力電圧（ＡＮ４）となる（この回路は電圧検出部３に内蔵されている）。

スイッチング素子９はコンデンサ６の両端の脈流電圧を高周波でスイッチングする。これにより、励磁コイル８と共振用コンデンサ７は過渡的な共振を起こし、共振した電流により磁界の変化を起こす。そして、この磁界の変化による電磁誘導によって加熱ローラ２０３に渦電流が発生し、渦電流が流れることによる抵抗成分の発熱で加熱ローラ２０３が加熱される。
磁気センサ２０は励磁コイル８により発生した磁界の磁場の強さを検出して電圧を出力する。磁気センサ２０が磁束密度（B）に比例した出力電圧（Vｈ）を出力することを図５に示す。

磁気センサ２０の出力は磁場検出回路２１に入力される。なお、磁場検出回路２１は次に示す２つの役割を持っている。
（１）磁気センサ２０により検出された磁場の強さが上限値より大きい場合、または下限値より小さい場合、直ちに駆動回路１８に停止信号（ＳＴＯＰ信号）を送出する。これにより、駆動回路１８はスイッチング素子９の駆動を停止する。なお、ここでは、スイッチング素子９および駆動回路１８が請求項記載の電力遮断手段を構成している。
（２）磁場の強さに比例した磁気センサ２０の出力（電源周波数のリプル電圧を持つ）を内蔵するローパスフィルタ（ＬＰＦ）により平滑化し、平滑化したＯＵＴ信号（図４参照）を増幅器４４に与える。

以下、請求項記載の電力制御手段について説明する。なお、磁場検出回路２１の詳細については後述する。
まず、増幅器（磁場電流変換器）４４だが、ここでは励磁コイル８の磁場の強さを補正入力電流（ＡＮ３）に換算する。換算されたこの補正入力電流は磁場の強さそのものに対応しており、スイッチング素子９や駆動回路１８における電力損失を含まない（つまり誘導加熱定着のみの電流分である）。
掛け算器１４は入力電圧（ＡＮ４）と補正入力電流（ＡＮ３）の掛け算を行い、結果を補正電力とする。これはスイッチング素子９の損失や駆動回路１８における電力損失を含まない、誘導加熱定着のみで消費される電力である。

この補正電力は、差動増幅器１２により演算された目標温度と温度センサ１９からの検出温度との差を入力として目標電力演算回路１３が求めた目標電力とともに差動増幅器１５に与えられ、ここで適正な電力を与えるための補正が加えられる。例えば、補正電力が高い場合には目標電力より大きな電力が投入されるので補正電力を低くする補正を加え、補正電力が低い場合には目標電力より小さな電力が投入されるので補正電力を高くする補正を加える。そして、ＯＮ時間演算回路１６が補正を加えられた電力値からＰＷＭ値を決定する。
ＯＮタイミング生成回路１１は整流された交流信号からゼロクロス信号を生成する。そして、ＯＮ時間生成回路１７は、このゼロクロス信号を用いることにより、脈流電圧の高いところでいきなりスイッチング素子９がＯＮして破壊しないようにしながら駆動回路１８に与えるＰＷＭ信号を生成し、駆動回路１８がスイッチング素子９を駆動する。

図６は複写機制御系要部の構成を示すブロック図である。図６において、エンジン制御部４０は内蔵するＣＰＵ４１によってスイッチング素子９を内蔵する図４に示した誘導加熱定着制御部を制御する。スイッチング素子９は励磁コイル８に電流を流すことにより加熱ローラ２０３を加熱する。温度センサ１９は加熱ローラ０３の温度を検出し、誘導過熱定着制御部およびエンジン制御部４０に伝える。また、磁気センサ２０は磁界の強さを誘導過熱定着制御部に伝える。全体の制御はＣＰＵ４１が行っている。
前記した図５は磁気センサ（例えばホール素子）２０の出力電圧Ｖｈが磁束密度Ｂに比例していることを示している。つまり、磁束密度（磁場の強さ）によって発熱量が決まるので、磁気センサ２０により検出される磁場の強さは誘導加熱定着の発熱量そのものを表す。

図７に、磁場検出回路２１の詳細を示す。また、図８には、その要部の信号波形などを示す。以下、図７および図８を参照して磁場検出回路２１の動作を説明する。
この実施例では、磁気センサ２０から図８（１）に示したような波形の信号が出力され、遅延時間の短いローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０が高周波成分をカットして図８（２）に示したような波形の信号（ＬＰＦ１出力）を出力する。
一方、比較電圧生成回路３４（請求項記載の基準電圧供給手段に相当する）では電圧検出部３（図４参照）から入力された５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流分圧電圧から第１コンパレータ３１と第２コンパレータ３２に与える比較電圧を生成する。電圧検出部３からの電源周波数の信号をレベル調整して比較電圧を生成するのである。レベル調整のための値はＣＰＵ４１から自由に設定することができる。そして、第１コンパレータ３１には図８（３）に示した下限値となる下限比較電圧を、第２コンパレータ３２には図８（５）に示した上限値となる上限比較電圧を与える。図８に示したように、これらの比較電圧には電源周波数成分をそのまま残す。なお、コンパレータ３１、３２は請求項記載の比較手段に相当する。

第１コンパレータ３１では図８（２）に示したＬＰＦ１出力が下限比較電圧より低くなった場合に図８（４）に示した第１コンパレータ出力（ＵＮＤＥＲ信号）をハイレベルにする。図８において区間Ｃでは急に磁場の強さが弱くなったので下限の異常として異常信号（ＵＮＤＥＲ信号）を発生している。例えばコイルが絶縁不良で一部短絡した場合などがこれに相当する。また、第２コンパレータ３２ではＬＰＦ１出力が上限比較電圧より高くなった場合に図８（６）に示した第２コンパレータ出力（ＯＶＥＲ信号）をハイレベルにする。図８において区間Ｂでは急に磁場の強さが強くなったので上限の異常として異常信号（ＯＶＥＲ信号）を発生している。例えば電源電圧が何らかの理由で急に高くなった場合などがこれに相当する。

ＯＲ回路３３は前記ＵＮＤＥＲ信号とＯＶＥＲ信号の論理和を取って、どちらかの異常が発生したときＳＴＯＰ信号を発生する。ＳＴＯＰ信号は駆動回路１８に与えられ、駆動回路１８はスイッチング素子９の駆動を停止する。この後、駆動回路１８は、電源の遮断と再投入があっても、サービスマンが異常を解消して異常を解除するまで駆動できない構成になっている。また、ＵＮＤＥＲ信号とＯＶＥＲ信号は請求項記載の取得手段でもあるＣＰＵ４１に入力され、ＣＰＵ４１はどちらの原因で異常が起こったかを判定し、異常原因を操作部内の表示装置（請求項記載の表示手段に相当、図示せず）に表示させる。ＣＰＵ４１側の動作フローを図９に示す。以下、この動作フローを説明する。

この動作フローは、目標温度に対する電力制御中に、磁場検出回路２１からＳＴＯＰ信号が出力されたときに実行される。このとき、図４に示したように、このＳＴＯＰ信号は駆動回路１８に与えられ、駆動回路１８はスイッチング素子９の駆動を停止するが、同時にＣＰＵ４１に対して割り込みを発生させる。これにより、ＣＰＵ４１は割り込み処理を実行してＵＮＤＥＲ信号およびＯＶＥＲ信号を取り込む（ステップ１）。
続いて、ＣＰＵ４１は、取り込んだ２つの信号のレベルを判定し（ステップ２）、その判定結果をサービスマンコール（ＳＣ）として操作部に表示させる（ステップ３）。ＵＮＤＥＲとＯＶＥＲのどちらが原因で停止したかを表示させるのである。さらに、通信手段でセンターに通知する。こうして、利用者は加熱定着の異常とその原因を知ることができ、適切な対応が可能になる。

図８に戻る。図８（２）に示したＬＰＦ１出力は電源周波数のリプル電圧を含んでいるので増幅器４４へフィードバックする図８（７）に示したＯＵＴ信号（ＬＰＦ２出力）を得るためにはＬＰＦ１出力を平滑化する必要がある。第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ）３５はそのためのもので、電源周波数に比べて十分長い時定数を持つ回路によりリプル電圧を平滑化する。このフィルタ回路は例えば抵抗とコンデンサから成る。この時定数が十分に大きくないと、異常でない場合でもコンパレータ３１またはコンパレータ３２で異常として検出されてしまうことがある。なお、図８（７）に示した点線の波形はＬＰＦ３５に入力されるＬＰＦ１出力信号である。
この実施例では、励磁電流制御（励磁電力制御）のためのフィードバック信号であるＯＵＴ信号としては大きな時定数のＬＰＦ３５の出力を用いるのに対して、異常な磁場の強さの検出を小さな時定数のＬＰＦ１出力で行っているのは異常検出の応答性を良くするためである。これにより、この実施例では、精度の高い励磁電流制御を実現しつつ従来技術に比べて異常検出の応答性を良くすることができるのである。

図１０は、従来技術で用いている電流検出手段による検出電流と、この実施例で用いている磁気センサ２０による真の検出電流（スイッチング素子などにおける損失を含まない検出電流）とを比較した説明図である。図１０において、（ａ）が損失を含む従来例（図２に示した電流検出部２により検出される電流であり、この電流には誘導加熱定着が動作しない場合でも制御回路を動作させるためのアイドリング電流（図１０にＣとして示す）および誘導加熱定着動作時におけるスイッチング素子９の損失を含んでいることから、誘導加熱定着で熱となる電力を正確に表していない。
また、（ｂ）は磁気センサ２０によって磁場の強さから求めた損失を含まない検出電流であり、誘導加熱定着で熱となる電力をより正確に表している。なお、図１０においてハッチングの部分は損失による誤差を表している。

［実施例２］
図１１はこの実施例の加熱装置の誘導加熱定着制御部などの構成を示すブロック図である。この実施例では、図４に示した実施例１の構成で、差動増幅器１２、目標電力演算回路１３、掛け算回路１４、差動増幅回路１５、ＯＮ時間演算１６などにより実現していた部分を、ＣＰＵ４１が実行する演算処理部３９で実現している。以下、図４に示した実施例１の構成と構成が異なる部分について説明する。
演算処理部３９の基本的な動作は実施例１と同等である。
この実施例では、図１２に磁場検出回路２１ａの詳細を示したように、図７に示したＬＰＦ３５の代わりに積分型ＡＤ変換器３６を備え、磁場検出回路２１の出力を積分型ＡＤ変換器３６によりデジタル化してＣＰＵ４１に渡す。また、電圧検出部３の出力をＡＤ変換器４５によりデジタル化し、デジタル電圧値（図１１にＤＧ４として示す）をＣＰＵ４１に渡す。

図１３には、その要部における信号のタイミングなどを示す。以下、図１２および図１３を参照して磁場検出回路２１ａの動作を説明する。但し、図１２において、コンパレータ３１、コンパレータ３２、ＯＲ回路３３、比較電圧生成回路３４の動作は図７に示した同符号のものと共通なので説明を省略し、ここでは積分型ＡＤ変換器３６とタイミング生成回路３８について説明する。
まず、積分型ＡＤ変換器３６だが、これは低速な変換速度を持つ低価格のＡＤ変換器である。図１３（２）に積分型ＡＤＣ積分タイミングとして示したように、図１３（１）に「ＬＰＦ出力」と示したＬＰＦ３０からの信号を積分区間で積分し、「ＨＯＬＤ」と示したタイミングでＡＤ変換された値を保持する。なお、保持されたＡＤ変換値は次の積分サイクルが終了すると更新される。

タイミング生成回路３８は積分型ＡＤ変換器３６の積分タイミング信号として前記「ＨＯＬＤ」信号を生成する。なお、タイミング生成回路３８には５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電源の分圧電圧が電圧検出部３を介して入力され、積分タイミング信号は電源電圧のゼロ度位相で生成している。図１３（３）に示したように電源周波数の数サイクルに亘って積分するようにＣＰＵ４１から設定する。
図１３（４）に示したように積分タイミング信号を例えば半サイクルごとに出し、図１３（５）に示したように積分型ＡＤＣによる変換後の値を半サイクルごとに更新することも可能であり、そのようにした場合、磁場の変化に対してＡＤ変換値は敏感に反応する。敏感に反応する必要のない場合には、図１３（２）に示した積分ＡＤＣタイミングのように数サイクルに亘って磁場の変化を積分し、ＡＤ変換するのである。後者の場合、図１３（３）に示したように積分型ＡＤＣ出力は変動の影響が少なくなっている。この実施例では、急激な磁場の変動はコンパレータ３１およびコンパレータ３２で異常として検出するので、電力制御の精度を上げるために積分型ＡＤ変換器３６のほうは積分時間を長くしている。

図１１に戻り、磁場電流変換回路２２の動作を説明する。
磁場電流変換回路２２は磁場電流変換テーブルメモリとして実現しており、磁場検出回路２１からの入力値をアドレスして記憶されているデータを出力する。なお、記憶しておくデータはＣＰＵ４１により自由に書き換えることができる。この磁場電流変換回路２２の出力は補正入力電流（ＤＧ３）であり、ＣＰＵ４１により入力電圧（ＤＧ４）と掛け算されて補正電力となる。

図１４に、演算処理部３９でＣＰＵ４１により実行される目標温度に対する電力制御の動作フローを示す。以下、この動作フローを説明する。
まず、ＣＰＵ４１が誘導加熱定着の目標温度をメモリに設定する（ステップ１１）。そして、目標温度と温度センサ１９により検出された温度の温度差によって目標電力を演算する（ステップ１２）。目標温度に対して差が大きい場合には大きな電力を、差が小さい場合には小さい電力を設定するのである。
続いて、ＣＰＵ４１は、デジタル化された入力電圧（ＤＧ４）と、磁場電流変換回路２２により与えられた補正入力電流（ＤＧ３）を掛け算して補正電力を求め、目標電力と比較する。そして、補正電力が大きい場合（これは入力電圧が高いか補正入力電流が大きい場合である）、設定電力を小さめに補正し、逆に補正電力が小さい場合には設定電力を大きめに補正する（ステップ１３）。さらに、ＣＰＵ４１は補正した設定電力の値からＰＷＭ値（パルス幅変調値）を決定し、ＯＮ時間生成回路１７に出力する（ステップ１４）。

その後、ＣＰＵ４１は温度センサ１９により測定された温度を取得し（ステップ１５）、取得した温度が目標温度よりも低ければ（ステップ１６でＮＯ）、ステップ１２から繰り返す。それに対して、目標温度に達しておれば（ステップ１６でＹＥＳ）、ＯＮ時間生成回路１７のＯＮ時間を０にして励磁コイル８への電力供給を停止し（ステップ１７）、この動作フローから抜ける。
なお、図９に示した異常処理はステップ１１〜ステップ１７の動作フローを実行中に割り込み処理として実行される。
こうして、この実施例では実施例１と同様の効果も得ることができる。

本発明の一実施形態として電子写真方式複写機の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態として前記複写機に備えられる定着装置の概略構成を示す説明図である。 本発明の一実施形態として従来の誘導加熱定着制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例として誘導加熱定着制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例の誘導加熱装置に係わる説明図である。 本発明の第１の実施例として複写機制御系要部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例として誘導加熱定着制御部要部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例として誘導加熱定着制御部要部の信号波形などを示す図である。 本発明の第１の実施例として複写機制御系要部の動作フローを示すフロー図である。 本発明の第１の実施例の誘導加熱装置に係わる他の説明図である。 本発明の第２の実施例として誘導加熱定着制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例として誘導加熱定着制御部要部の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例として誘導加熱定着制御部要部の信号タイミングなどを示す図である。 本発明の第２の実施例として誘導加熱定着制御部要部の動作フローを示すフロー図である。

符号の説明

２ 電流検出部、３ 電圧検出部、７ 共振用コンデンサ、８ 励磁コイル、９ スイッチング素子、１３ 目標電力演算回路、１４ 掛け算器、１５ 差動増幅器、１７ ＯＮ時間生成回路、１８ 駆動回路、１９ 温度センサ、２０ 磁気センサ、２１ 磁場検出回路、２２ 磁場電流変換回路、３０ ローパスフィルタ、３１ 第１コンパレータ、３２ 第２コンパレータ、３４ 比較電圧生成回路、３５ ローパスフィルタ、３６ 積分型ＡＤ変換器、３９ 演算処理部
４１ ＣＰＵ、２０３ 加熱ローラ

Claims (17)

1. 磁界中に置かれた導電体内に渦電流を生じさせて前記導電体を加熱する誘導加熱手段と、該誘導加熱手段を制御する誘導加熱制御手段とを備えた誘導加熱装置において、励磁コイルにより発生される磁界による磁場の強さを検出する検出手段と、該検出手段の後段に応答性の速い異常検出手段とを備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
2. 請求項１記載の誘導加熱装置において、前記検出手段を磁気センサとしたことを特徴とする誘導加熱装置。
3. 請求項１または２記載の誘導加熱装置において、前記検出手段より出力された検出信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、該ローパスフィルタの出力を用いて前記励磁コイルへの供給電力制御を行う電力制御手段とを備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
4. 請求項３記載の誘導加熱装置において、前記ローパスフィルタとしてカットオフ周波数の異なる少なくとも２個のローパスフィルタを備え、カットオフ周波数の高い第１のローパスフィルタの出力を異常検出に用い、カットオフ周波数の低い第２のローパスフィルタの出力を前記電力制御手段により行われる供給電力制御に用いることを特徴とする誘導加熱装置。
5. 請求項１または４記載の誘導加熱装置において、２つの比較手段を備え、請求項１記載の誘導加熱装置では前記検出手段からの検出信号を、請求項４記載の誘導加熱装置では前記ローパスフィルタの出力信号を前記２つの比較手段によりそれぞれの比較電圧と比較し、高い方の比較電圧より高い場合、または低い方の比較電圧より低い場合に異常信号を出力する構成とするとともに、前記いずれかの比較手段から前記異常信号が出力されたときに前記励磁コイルへの供給電力を遮断する電力遮断手段を備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
6. 請求項５記載の誘導加熱装置において、前記励磁コイルへ供給される電流および前記基準電圧が電源周波数成分を有した構成であることを特徴とする誘導加熱装置。
7. 請求項６記載の誘導加熱装置において、交流電源側から得た波高値の異なる２つの信号を前記２つの基準電圧としてそれぞれ前記２つの比較手段のそれぞれへ供給する基準電圧供給手段を備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
8. 請求項１または３記載の誘導加熱装置において、請求項１記載の誘導加熱装置では前記検出手段からの検出信号を、請求項３記載の誘導加熱装置では前記ローパスフィルタの出力信号を入力とする積分型ＡＤコンバータを備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
9. 請求項８記載の誘導加熱装置において、前記励磁コイルへ供給される電流が電源周波数成分を有した構成とし、前記積分型ＡＤコンバータの積分時間を電源周波数に同期した時間としたことを特徴とする誘導加熱装置。
10. 請求項８記載の誘導加熱装置において、前記積分型ＡＤコンバータの積分時間を商用交流電源の半サイクル時間の整数倍にしたことを特徴とする誘導加熱装置。
11. 請求項８記載の誘導加熱装置において、前記積分型ＡＤコンバータから出力されるデジタル値を用いて前記励磁コイルへの供給電力制御を行うことを特徴とする誘導加熱装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の誘導加熱装置において、前記検出手段からの検出信号に基づいて生成された電流値と入力電圧に基づいて生成された電圧値との積を用いて前記励磁コイルへの供給電力制御を行うことを特徴とする誘導加熱装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の誘導加熱装置において、目標温度と検出温度との差から目標電力を求め、該目標電力に基づいて前記励磁コイルへの供給電力制御を行うことを特徴とする誘導加熱装置。
14. 誘導加熱装置を備えた電子機器において、請求項１乃至１３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電子機器。
15. 請求項１４記載の電子機器において、前記電力遮断手段による供給電力の遮断が、前記磁場の強さが過大であることにより発生したか、過小であることにより発生したかを取得する取得手段を備えたことを特徴とする電子機器。
16. 請求項１５記載の電子機器において、前記取得手段により取り込まれた情報を表示する表示手段を備えたことを特徴とする電子機器。
17. 請求項１５記載の電子機器において、前記取得手段により取り込まれた情報を外部装置へ通知する通信手段を備えたことを特徴とする電子機器。

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