JP2009204717A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,電磁誘導加熱方式で定着ローラを加熱する定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関し,特に,誘導加熱に用いられる電磁コイルへの低電力供給を実現するための制御技術に関するものである。 The present invention relates to a fixing device that heats a fixing roller by an electromagnetic induction heating method, and an image forming apparatus including the fixing device, and more particularly to a control technique for realizing low power supply to an electromagnetic coil used for induction heating. is there.
プリンタ装置や複写機,ファクシミリ装置,これらの複合機などの画像形成装置に,磁性材料からなる中空の定着ローラを電磁誘導によって加熱する電磁誘導加熱方式の定着装置が用いられることがある。具体的には,定着ローラに対して所定の間隙を介して配置された電磁コイルに交流電流を流すことにより,定着ローラに磁束を作用させる。これにより,定着ローラは,磁束によって生じた電磁誘導の渦電流(誘導電流)により加熱される。
一般に,このように構成された定着装置を有する画像形成装置では,定着ローラの温度を検出する温度センサによる検出結果に基づいて,電磁コイルに供給する電力値を制御することによって,定着ローラの温度制御が行われる。このとき電磁コイルへの電力供給量の制御は,その電磁コイルへの電力供給の有無を切り換えるスイッチング素子(IGBTなど)のデューティー比を制御する所謂PWM制御によって行われる。例えば,スイッチング素子のON時間を長くすることにより電力供給量が多くなり,OFF時間を長くすることにより電力供給量が少なくなる。
In an image forming apparatus such as a printer, a copying machine, a facsimile machine, or a multifunction machine of these, an electromagnetic induction heating type fixing device that heats a hollow fixing roller made of a magnetic material by electromagnetic induction may be used. Specifically, a magnetic flux acts on the fixing roller by causing an alternating current to flow through an electromagnetic coil disposed with a predetermined gap with respect to the fixing roller. As a result, the fixing roller is heated by electromagnetically induced eddy current (induced current) generated by the magnetic flux.
In general, in an image forming apparatus having a fixing device configured as described above, the temperature of the fixing roller is controlled by controlling the power value supplied to the electromagnetic coil based on the detection result of the temperature sensor that detects the temperature of the fixing roller. Control is performed. At this time, the amount of power supplied to the electromagnetic coil is controlled by so-called PWM control for controlling the duty ratio of a switching element (IGBT or the like) that switches whether power is supplied to the electromagnetic coil. For example, by increasing the ON time of the switching element, the power supply amount increases, and by increasing the OFF time, the power supply amount decreases.
ところで,前記PWM制御では,図6(a)〜(c)に示すように,スイッチング素子に印加される電圧及び電流が共に略0となる時点で,スイッチング信号のON/OFFを切り換えるゼロクロス制御を実現することが望ましい。これにより,スイッチング素子における電力損失を防止し,該スイッチング素子の過熱や破壊を防止することができる。
但し,例えば定着ローラの温度が十分に高くなり,電磁コイルへの供給電力値を小さくする場合に,前記PWM制御におけるスイッチング素子のON時間を短くし過ぎると,電圧及び電流が共に0になる時点が存在せず,図6(d)〜(e)に示すようにゼロクロス制御を実現することができなくなる(例えば,特許文献1参照)。
そこで,特許文献1には,前記PWM制御に加えて,スイッチング素子によるスイッチング動作の有無(ON−OFF)を制御することで,低電力供給時のスイッチング素子における電力損失を抑制する構成が開示されている。具体的には,前記PWM制御におけるスイッチング素子のON時間を最小時間に固定すると共に,スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる時間を設けることで低電力供給を実現している。
However, for example, when the temperature of the fixing roller is sufficiently high and the power supplied to the electromagnetic coil is reduced, if the ON time of the switching element in the PWM control is made too short, both the voltage and current become zero. Therefore, zero cross control cannot be realized as shown in FIGS. 6D to 6E (see, for example, Patent Document 1).
Therefore, Patent Document 1 discloses a configuration that suppresses power loss in the switching element during low power supply by controlling the presence or absence (ON-OFF) of the switching operation by the switching element in addition to the PWM control. ing. Specifically, the low power supply is realized by fixing the ON time of the switching element in the PWM control to the minimum time and providing the time for stopping the switching operation of the switching element.
しかしながら,前記特許文献1に開示された構成では,スイッチング素子のスイッチング動作を再開するときにゼロクロス制御が実現されない場合があり,スイッチング素子において少なからず電力損失が発生することになる。しかも,スイッチング素子のスイッチング動作を再開するときに大きなリップルが生じ,フリッカが発生して電源に影響することが懸念される。その他,リップルが大きくなることで,定着ローラの温度制御の応答性が低くなるという問題もある。
従って,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,スイッチング素子のPWM制御におけるゼロクロス制御を実現しつつ,電磁コイルへの低電力供給を実現することのできる定着装置及び画像形成装置を提供することにある。
However, in the configuration disclosed in Patent Document 1, zero-crossing control may not be realized when resuming the switching operation of the switching element, which causes a considerable power loss in the switching element. In addition, when the switching operation of the switching element is resumed, a large ripple is generated, and there is a concern that flicker occurs and affects the power supply. In addition, there is a problem that the response of the temperature control of the fixing roller is lowered due to the increased ripple.
Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to establish a low power supply to an electromagnetic coil while realizing zero cross control in PWM control of a switching element. An apparatus and an image forming apparatus are provided.
上記目的を達成するために本発明は,磁性材料からなる被加熱部材に対して所定の間隙を介して配置された電磁コイルと,前記電磁コイルからの磁束を前記被加熱部材に導く磁性体コアと,前記電磁コイルへの電力供給を行うスイッチング素子と,前記スイッチング素子によるスイッチング動作のデューティー比を,前記スイッチング素子のON/OFFの切り換え時に前記スイッチング素子に印加される電圧及び前記スイッチング素子に流れる電流が略0になる範囲内で制御(所謂ゼロクロス制御)するスイッチング制御手段とを備えてなる定着装置に適用されるものであって,前記電磁コイル及び/又は前記磁性体コアを移動させることにより,前記被加熱部材と前記電磁コイル及び/又は前記磁性体コアとの離間距離,或いは前記電磁コイルと前記磁性体コアとの離間距離を変更する離間距離変更手段を備えてなることを特徴とする定着装置として構成される。ここに,前記被加熱部材は,例えば定着ローラや定着ベルト,定着ローラに熱的に結合された加熱ローラなどである。
このように構成された前記定着装置では,前記離間距離変更手段によって,前記被加熱部材と前記電磁コイルや前記磁性体コアとの離間距離や,前記電磁コイルと前記磁性体コアとの離間距離を変更することで,前記被加熱部材に作用する磁束の強弱を調整することができる。
従って,前記電磁コイルへの低電力供給を行う際には,前記スイッチング素子のスイッチング動作のデューティー比をゼロクロス制御が可能な範囲内で制御しつつ,前記磁性体コアを移動させて前記被加熱部材に作用する磁束を弱めればよいため,前記スイッチング素子における電力損失や前記スイッチング素子の熱破壊などを防止することができる。また,前記スイッチング素子のスイッチング動作によるリップルを抑制することができるため,前記定着ローラの温度制御の応答性も良好である。
In order to achieve the above object, the present invention provides an electromagnetic coil disposed through a predetermined gap with respect to a member to be heated made of a magnetic material, and a magnetic core for guiding magnetic flux from the electromagnetic coil to the member to be heated. And a switching element that supplies power to the electromagnetic coil, and a duty ratio of a switching operation by the switching element flows through the voltage applied to the switching element and the switching element when the switching element is switched ON / OFF The present invention is applied to a fixing device provided with a switching control means for controlling (so-called zero-crossing control) within a range where the current becomes substantially zero, by moving the electromagnetic coil and / or the magnetic core. , A distance between the heated member and the electromagnetic coil and / or the magnetic core, or the electromagnetic Configured to become comprises a distance changing means for changing the distance between yl and the magnetic core as a fixing device according to claim. Here, the member to be heated is, for example, a fixing roller, a fixing belt, a heating roller thermally coupled to the fixing roller, or the like.
In the fixing device configured as described above, the separation distance changing unit is configured to set a separation distance between the heated member and the electromagnetic coil or the magnetic core, or a separation distance between the electromagnetic coil and the magnetic core. By changing, the strength of the magnetic flux acting on the member to be heated can be adjusted.
Therefore, when supplying low power to the electromagnetic coil, the magnetic core is moved while controlling the duty ratio of the switching operation of the switching element within a range where zero cross control is possible, and the heated member Since it is sufficient to weaken the magnetic flux acting on the switching element, it is possible to prevent power loss in the switching element and thermal destruction of the switching element. Further, since the ripple due to the switching operation of the switching element can be suppressed, the responsiveness of the temperature control of the fixing roller is also good.
より具体的に,前記定着ローラ又は前記定着ベルトの温度に基づいて前記電磁コイルへの供給電力値を設定する供給電力値設定手段を備えてなる構成では,前記供給電力値設定手段によって前記電磁コイルへの供給電力値が予め定められた最低電力値以下に設定された場合に,前記スイッチング制御手段に前記スイッチング動作のデューティー比を前記範囲内の最低値で維持させると共に,前記離間距離変更手段によって前記離間距離を変更することにより前記電磁コイルへの供給電力値を制御することが考えられる。
この場合,前記スイッチング制御手段がゼロクロス制御を実現しつつ調整することのできる電力値の最低値を前記最低電力値として設定しておくことにより,前記供給電力値設定手段によって前記最低電力値以下に設定された場合に,前記スイッチング制御手段によるゼロクロス制御を実現しつつ,前記電磁コイルへの供給電力値を前記最低電力値以下に制御することが可能である。
More specifically, in a configuration comprising supply power value setting means for setting a supply power value to the electromagnetic coil based on the temperature of the fixing roller or the fixing belt, the electromagnetic coil is set by the supply power value setting means. When the power supply value to be set to a predetermined minimum power value or less, the switching control means keeps the duty ratio of the switching operation at the lowest value within the range, and the separation distance changing means It is conceivable to control the power supply value to the electromagnetic coil by changing the separation distance.
In this case, by setting, as the minimum power value, the minimum value of the power value that can be adjusted while the switching control means realizes zero-cross control, the supply power value setting means sets the power value to be equal to or lower than the minimum power value. When set, it is possible to control the power supply value to the electromagnetic coil below the minimum power value while realizing zero cross control by the switching control means.
また,本発明は前記定着装置と同様の構成を具現する画像形成装置の発明として捉えることも可能である。
即ち,磁性材料からなる被加熱部材に対して所定の間隙を介して配置された電磁コイル及び前記電磁コイルからの磁束を前記被加熱部材に導く磁性体コアを有する定着装置と,前記電磁コイルへの電力供給を行うスイッチング素子と,前記スイッチング素子によるスイッチング動作のデューティー比を,前記スイッチング素子のON/OFFの切り換え時に前記スイッチング素子に印加される電圧及び前記スイッチング素子に流れる電流が略0になる範囲内で制御するスイッチング制御手段とを備えてなる画像形成装置に適用されるものであって,前記電磁コイル及び/又は前記磁性体コアを移動させることにより,前記被加熱部材と前記電磁コイル及び/又は前記磁性体コアとの離間距離,或いは前記電磁コイルと前記磁性体コアとの離間距離を変更する離間距離変更手段を備えてなることを特徴とする画像形成装置として構成される。ここに,前記被加熱部材は,例えば定着ローラや定着ベルト,定着ローラに熱的に結合された加熱ローラなどである。
また,当該画像形成装置についても,前述した本発明に係る定着装置と同様に,前記定着ローラ又は前記定着ベルトの温度に基づいて前記電磁コイルへの供給電力値を設定する供給電力値設定手段を備えてなる構成では,前記供給電力値設定手段によって前記電磁コイルへの供給電力値が予め定められた最低電力値以下に設定された場合に,前記スイッチング制御手段に前記スイッチング動作のデューティー比を前記範囲内の最低値で維持させると共に,前記離間距離変更手段によって前記離間距離を変更することにより前記電磁コイルへの供給電力値を制御すればよい。
The present invention can also be understood as an invention of an image forming apparatus that has the same configuration as the fixing device.
That is, a fixing device having an electromagnetic coil disposed through a predetermined gap with respect to a heated member made of a magnetic material, a magnetic core that guides the magnetic flux from the electromagnetic coil to the heated member, and the electromagnetic coil The switching element that supplies the power and the duty ratio of the switching operation by the switching element, the voltage applied to the switching element when the switching element is switched ON / OFF and the current flowing through the switching element are substantially zero. The image forming apparatus includes a switching control unit that controls within a range, and the member to be heated, the electromagnetic coil, and the electromagnetic coil are moved by moving the electromagnetic coil and / or the magnetic core. / Or a separation distance from the magnetic core, or a separation between the electromagnetic coil and the magnetic core. Configured as an image forming apparatus characterized by including the distance changing means for changing the release. Here, the member to be heated is, for example, a fixing roller, a fixing belt, a heating roller thermally coupled to the fixing roller, or the like.
The image forming apparatus also includes supply power value setting means for setting a supply power value to the electromagnetic coil based on the temperature of the fixing roller or the fixing belt, similarly to the fixing device according to the present invention described above. In the configuration provided, when the supply power value to the electromagnetic coil is set below a predetermined minimum power value by the supply power value setting means, the duty ratio of the switching operation is set to the switching control means. What is necessary is just to control the power supply value to the said electromagnetic coil by maintaining the minimum value in the range, and changing the said separation distance by the said separation distance changing means.
本発明によれば,前記電磁コイルへの低電力供給を行う際には,前記スイッチング素子のスイッチング動作のデューティー比をゼロクロス制御が可能な範囲内で制御しつつ,前記離間距離変更手段によって,前記被加熱部材と前記電磁コイルや前記磁性体コアとの離間距離や,前記電磁コイルと前記磁性体コアとの離間距離を変更することで,前記被加熱部材に作用する磁束を弱めればよいため,前記スイッチング素子における電力損失や前記スイッチング素子の熱破壊などを防止することができる。 According to the present invention, when low power is supplied to the electromagnetic coil, the separation distance changing means controls the duty ratio of the switching operation of the switching element within a range where zero cross control is possible, By changing the separation distance between the heated member and the electromagnetic coil or the magnetic core, or the separation distance between the electromagnetic coil and the magnetic core, the magnetic flux acting on the heated member may be weakened. , It is possible to prevent power loss in the switching element and thermal destruction of the switching element.
以下添付図面を参照しながら,本発明の実施の形態について説明し,本発明の理解に供する。なお,以下の実施の形態は,本発明を具体化した一例であって,本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに,図1は本発明の実施の形態に係る複写機の概略構成を示すブロック図,図2は本発明の実施の形態に係る定着装置の概略構成を示す模式図,図3は本発明の実施の形態に係る定着装置のシステム構成を示す模式図,図4は本発明の実施の形態に係る複写機において定着装置で実行される加熱制御処理の手順の一例を説明するフローチャート,図5は本発明の実施の形態に係る定着装置の他の例を説明するための模式図,図6はスイッチング素子の動作の一例を説明するための図である。
なお,本実施の形態で説明する複写機Xは,本発明に係る画像形成装置の一例に過ぎず,例えばプリンタ装置やファクシミリ装置,複合機なども本発明に係る画像形成装置に該当する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that the present invention can be understood. The following embodiment is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a copying machine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fixing device according to the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing a system configuration of the fixing device according to the embodiment. FIG. 4 is a flowchart for explaining an example of the procedure of the heating control process executed by the fixing device in the copying machine according to the embodiment of the invention. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining another example of the fixing device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the operation of the switching element.
The copying machine X described in the present embodiment is merely an example of an image forming apparatus according to the present invention. For example, a printer device, a facsimile machine, a multifunction peripheral, and the like also correspond to the image forming apparatus according to the present invention.
まず,図1を用いて,本発明の実施の形態に係る複写機Xの概略構成について説明する。
図1に示すように,本発明の実施の形態に係る複写機Xは,操作表示部1,画像読取部2,画像処理部3,画像形成部4,定着装置5,及び制御部6などを備えて概略構成されている。なお,前記複写機Xは,他にも一般的な電子写真方式の複写機が有する各種の構成要素を有しているが,ここでは説明を省略する。
前記制御部6は,CPU及びROM,RAM等の周辺装置からなり前記ROMに格納された所定のプログラムに従った処理を実行することにより当該複写機Xを統括的に制御する。
First, a schematic configuration of the copying machine X according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, a copying machine X according to an embodiment of the present invention includes an operation display unit 1, an
The
前記操作表示部1は,当該複写機Xにおいて各種の情報の表示や入力操作を行う液晶ディスプレイ,タッチパネルなどである。
前記画像読取部2は,原稿台やADF(自動搬送装置)にセットされた原稿の画像を読み取るものであって,該画像読取部2で読み取られた画像データは前記画像処理部3に入力される。
前記画像処理部3は,前記画像読取部2で読み取られた原稿の画像データや,LAN等の通信網を介して接続された図外の情報処理装置から入力された原稿の画像データに対して各種の画像処理を施すものである。前記画像処理部3で画像処理が施された後の画像データは,前記画像形成部4に入力される。
前記画像形成部4は,感光体ドラムや帯電器,現像装置,LSUなどを有してなり,前記画像処理部3から入力された原稿の画像データに基づいて用紙にトナー像(現像剤)を形成するものである。
そして,前記定着装置5は,前記画像形成部4によってトナー像が形成された用紙に,そのトナー像を溶融定着させる。本発明の実施の形態に係る前記複写機Xは,前記定着装置5に関する構成に特徴を有しており,以下,この点について詳説する。
The operation display unit 1 is a liquid crystal display, a touch panel, or the like for performing various information display and input operations in the copying machine X.
The
The
The
The fixing
ここに,図2(a)は前記定着装置5を側方から見た模式断面図,図2(b)は前記定着装置5を上方から見た模式図,図3は前記定着装置5のシステム構成を示す模式図である。
まず,図2に示すように,前記定着装置5は,前記画像形成部4においてトナー像が転写された後,用紙搬送路50上に搬送される用紙を圧接しながら回転する定着ローラ61及び加圧ローラ62と,鉄などの磁性材料からなる加熱ローラ71(被加熱部材の一例)と,前記加熱ローラ71及び前記定着ローラ61に張架された定着ベルト72と,前記加熱ローラ71を誘導加熱するための励磁コイル73(電磁コイルの一例)と,不図示の駆動機構によって移動可能に支持された磁性体コア74とを備えている。
前記駆動機構(不図示)は,後述の駆動モータ54(図3参照)から伝達される駆動力によって,前記磁性体コア74を図2に示す矢印方向に移動させるためのものである。例えば,前記駆動機構(不図示)は,後述の駆動モータ54(図3参照)から伝達される駆動力によって,前記磁性体コア74を所定の回転軸を中心に回動させるアームを有する構成や,前記磁性体コア74を摺動(スライド移動)させるラックとピニオンを有する構成であることが一例として考えられる。
2A is a schematic sectional view of the fixing
First, as shown in FIG. 2, the fixing
The drive mechanism (not shown) is for moving the
前記励磁コイル73は,電線が空芯で巻かれることにより形成されたものであって,前記加熱ローラ71と予め定められた所定間隔だけ離間した位置に固定されている。
前記励磁コイル73は,少なくとも前記加熱ローラ71の長手方向(用紙の幅方向)の全域に亘る長さで形成されている。なお,前記加熱ローラ71の長手方向に複数の電磁コイルを並設することにより,該加熱ローラ71の長手方向の全域に亘る励磁コイル73を形成することも他の実施例として考えられる。
前記定着装置5では,前記励磁コイル73に交流電流を供給して該励磁コイル73から前記加熱ローラ71に磁束を作用させ,該加熱ローラ71に誘導電流(渦電流)を発生させることにより,該加熱ローラ71を加熱する誘導加熱が行われる。
The
The
In the
前記定着ベルト72は,前記加熱ローラ71及び前記定着ローラ61を熱的に結合するものであって,前記加熱ローラ71から前記定着ローラ61に熱を伝達することにより該定着ローラ61を加熱する。
なお,前記加熱ローラ71及び前記定着ベルト72を省略して,前記定着ローラ61を磁性材料で形成しておくことで,前記励磁コイル73によって前記定着ローラ61を誘導加熱する構成であってもよい。この場合,前記定着ローラ61が被加熱部材に相当する。
また,前記定着ベルト72を磁性材料で形成しておき,該定着ベルト72を前記励磁コイル73によって誘導加熱する構成も考えられる。この場合,前記定着ベルト72が被加熱部材に相当する。なお,このとき前記定着装置5では,前記定着ベルト72の熱によって前記定着ローラ61及び前記加圧ローラ62で圧接された用紙へのトナー像の溶融定着が行われる。
The fixing
The
Further, a configuration in which the fixing
一方,前記磁性体コア74は,前記励磁コイル73の中央に配置されたものであって,前記加熱ローラ71の長手方向の全域に亘る幅で形成されている。
前記磁性体コア74は,鉄やフェライトなどの磁性材料で形成されており,前記励磁コイル73で発生する磁束を前記加熱ローラ71に導くためのものである。このとき,前記磁性体コア74によって導かれる磁束の量は,前記磁性体コア74と前記励磁コイル73との離間距離や,前記磁性体コア74と前記加熱ローラ71との離間距離によって変化する。具体的に,前記磁性体コア74と前記励磁コイル73,前記磁性体コア74と前記加熱ローラ71の各々の離間距離が小さいほど,前記磁性体コア74によって前記励磁コイル73から前記加熱ローラ71に導かれる磁束の量が多くなる。
On the other hand, the
The
続いて,図3を用いて,前記定着装置5のシステム構成について説明する。
図3に示すように,前記定着装置5は,前記励磁コイル73への電力供給を行うIGBTなどのスイッチング素子511などの電子部品を有するPWM制御回路51と,CPUやRAM,ROMなどの制御機器を有するIH制御マイコン52と,前記定着ローラ61の温度を検出するサーミスタなどの温度センサ53と,前記駆動機構(不図示)に連結されたステッピングモータ等の駆動モータ54とを備えている。
前記PWM制御回路51は,前記IH制御マイコン52からの指示に基づいて前記スイッチング素子511にスイッチング信号を入力することにより,該スイッチング素子511のスイッチング動作を制御し,前記励磁コイル73や不図示のコンデンサなどで形成される電圧(或いは電流)共振回路(不図示)への電力供給を制御する。なお,前記スイッチング素子511,前記励磁コイル73,不図示のコンデンサなどで構成されるインバータ回路については従来(例えば引用文献1参照)と同様であるため,ここでは説明を省略する。
Next, the system configuration of the fixing
As shown in FIG. 3, the fixing
The
前記温度センサ53は,前記定着ローラ61の中央部の温度を検出し,その検出結果を前記制御部6に入力するものである。これにより,前記制御部6は,前記温度センサ53から入力された検出温度に基づいて,前記定着ローラ61の温度が予め設定された定着温度(例えば,200℃程度)となるように前記励磁コイル73への供給電力値を設定する。以下,ここで設定された供給電力値を加熱電力値という。例えば,前記定着温度及び前記検出温度の温度差と前記加熱電力値との関係を所定の関係式やデータテーブルなどによって予め設定した情報を前記制御部6の内部メモリに記憶させておくことにより,前記制御部6は,前記温度差に応じて前記加熱電力値を設定することが可能である。
ここに,前記温度センサ53による検出温度に基づいて前記加熱電力値の設定を行うときの前記制御部6が供給電力値設定手段に相当する。なお,前記制御部6によって具現される前記供給電力値設定手段は,前記IH制御マイコン52によって具現されるものであってもよい。即ち,前記IH制御マイコン52が,前記温度センサ53によって検出された前記定着ローラ61の温度に基づいて前記加熱電力値を設定することが考えられる。
そして,前記制御部6で設定された加熱電力値は前記IH制御マイコン52に入力される。
The
Here, the
The heating power value set by the
前記IH制御マイコン52は,前記制御部6から入力された前記加熱電力値に基づいて,前記PWM制御回路51における前記スイッチング素子511のデューティー比を設定する。このとき前記IH制御マイコン52は,前記スイッチング素子511のON/OFFの切り換え時に前記スイッチング素子511に印加される電圧及び前記スイッチング素子511に流れる電流が略0になる範囲内で制御するゼロクロス制御が実行されるように(図6(a)〜(c)参照),前記スイッチング素子511によるスイッチング動作のデューティー比を設定する。ここに,係る制御を実行するときの前記IH制御マイコン52がスイッチング制御手段に相当する。なお,前記スイッチング制御手段は,前記PWM制御回路51によって具現されるものであってもよい。
そして,前記IH制御マイコン52によって設定されたデューティー比は,前記PWM制御回路51に伝達される。これにより,前記PWM制御回路51では,前記IH制御マイコン52によって設定されたデューティー比に基づいて前記スイッチング素子511のON/OFFのスイッチング制御を実行する。
The
The duty ratio set by the
ところで,図6(d)〜(f)に示したように,前記IH制御マイコン52に指示された前記加熱電力値が小さすぎて,前記スイッチング素子511のスイッチング動作におけるデューティー比が低くなりすぎると(ON幅が短くなりすぎると),前記PWM制御回路51においてゼロクロス制御(図6(a)〜(c)参照)を実現することができなくなり,スイッチング動作時に電力損失が発生することになる。
そこで,本発明の実施の形態に係る複写機Xでは,前記定着装置5において,前記IH制御マイコン52によって後述の加熱制御処理(図4のフローチャート参照)が実行されることにより,前記加熱電力値が小さすぎて前記PWM制御回路51によるゼロクロス制御を実現することができなくなる場合には,前記スイッチング素子511のデューティー比の制御に加えて,前記磁性体コア74によって導かれる磁束の量を調整することで,前記励磁コイル73への供給電力値を調整する。以下では,前記定着装置5において,前記スイッチング素子511のゼロクロス制御を実現することができる範囲で最も小さい加熱電力値を最低電力値といい,そのときのデューティー比を最低デューティー比という。なお,前記最低電力値及び前記最低デューティー比などは,予め行われる実験やシミュレーションによって既知である。
By the way, as shown in FIGS. 6D to 6F, if the heating power value instructed to the
Therefore, in the copying machine X according to the embodiment of the present invention, the heating power value is obtained by executing a heating control process (see the flowchart of FIG. 4) described later by the
以下,図4のフローチャートに従って,前記複写機Xにおいて前記定着装置5で実行される加熱制御処理の手順の一例について説明する。ここに,図中のS1,S2,…は処理手順(ステップ)番号を表している。
当該加熱制御処理は,前記複合機Xにおける画像形成の実行時や待機中など,前記定着装置5に設けられた定着ローラ61の誘導加熱が行われるときに前記IH制御マイコン52によって実行される。なお,前記IH制御マイコン52及び前記制御部6が一つの制御部で具現される場合には,該制御部によって当該加熱制御処理が実行される。
まず,ステップS1では,前記IH制御マイコン52は,前記制御部6で設定された前記加熱電力値が,予め定められた前記最低電力値以下であるか否かを判断する。即ち,ここでは,前記加熱電力値が,前記スイッチング素子511のスイッチング制御だけで前記加熱電力値の供給を実現したときに,該スイッチング素子511のゼロクロス制御を実現することのできる値であるか否かが判断されている。
ここで,前記加熱電力値が前記最低電力値以下であると判断された場合には(S1のYes側),処理はステップS2に移行し,前記加熱電力値が前記最低電力値よりも大きいと判断された場合には(S1のNo側),処理はステップS11に移行する。
Hereinafter, an example of the procedure of the heating control process executed by the fixing
The heating control process is executed by the
First, in step S1, the
Here, when it is determined that the heating power value is less than or equal to the minimum power value (Yes side of S1), the process proceeds to step S2, and the heating power value is greater than the minimum power value. If it is determined (No side of S1), the process proceeds to step S11.
(ステップS11,S12)
まず,前記加熱電力値が前記最低電力値よりも大きいと判断され(S1のNo側),処理がステップS11に移行した場合について説明する。
ステップS11では,前記IH制御マイコン52によって前記駆動モータ54が制御されることにより,前記磁性体コア74が初期位置(例えば図2に示す実線の位置)に移動される。なお,前記磁性体コア74が既に前記初期位置に存在する場合にはその状態が維持される。ここで,前記初期位置は,例えば前記励磁コイル73から前記加熱ローラ71に作用する磁束量が最も多くなる位置であって,予め実験やシミュレーションなどによって定められる。なお,前記磁性体コア74の位置は,例えばリミットスイッチなどの不図示の位置検出センサによる検出結果や,前記駆動モータ54の駆動履歴などによって判断すればよい。
続いて,ステップS12では,前記IH制御マイコン52は,前記加熱電力値に基づいて前記スイッチング素子511のスイッチング動作のデューティー比を設定し,該デューティー比を前記PWM制御回路51に伝達する。これにより,前記PWM制御回路51では,前記IH制御マイコン52から指示されたデューティー比に基づいて,前記スイッチング素子511のスイッチング動作が制御され,前記加熱電力値の出力が実現される。ここでは,前記加熱電力値が前記最低電力値よりも大きく,前記スイッチング素子511のスイッチング動作のデューティー比が前記最低デューティー比よりも大きいため,前記スイッチング素子511のスイッチング動作においてゼロクロス制御を実現することができ,該スイッチング素子511における電力損失は発生しない。
(Steps S11 and S12)
First, the case where it is determined that the heating power value is larger than the minimum power value (No side of S1) and the process proceeds to step S11 will be described.
In step S11, the
Subsequently, in step S12, the
(ステップS2)
次に,前記加熱電力値が前記最低電力値以下であると判断され(S1のYes側),処理がステップS2に移行した場合について説明する。
まず,ステップS2では,前記IH制御マイコン52によって前記駆動モータ54が制御されることにより,前記磁性体コア74が前記励磁コイル73や前記加熱ローラ71から離間する方向に移動される(例えば図2に示す破線の位置)。
このとき,前記IH制御マイコン52は,前記加熱電力値に基づいて前記磁性体コア74の移動量を制御することにより,前記磁性体コア74と前記励磁コイル73との離間距離や,前記磁性体コア74と前記加熱ローラ71との離間距離を変更し,該磁性体コア74によって前記励磁コイル73から前記加熱ローラ71に導かれる磁束量を制御する。ここに,かかる制御を行うときの前記IH制御マイコン52が離間距離変更手段に相当する。
具体的に,前記IH制御マイコン52は,前記PWM制御回路51において前記最低デューティー比に基づいて前記スイッチング素子511のスイッチング動作を行ったときに,前記励磁コイル73への前記加熱電力値の供給を実現することのできる位置に前記磁性体コア74を移動させる。例えば,予め前記加熱電力値と前記磁性体コア74の位置との関係を所定の関係式やデータテーブルなどによって設定した情報を前記IH制御マイコン52の内部メモリに記憶させておくことにより,前記IH制御マイコン52は,前記加熱電力値に応じて前記磁性体コア74の移動量を設定することが可能である。なお,前記磁性体コア74の位置は,前述したように例えばリミットスイッチなどの不図示の位置検出センサによる検出結果や,前記駆動モータ54の駆動履歴などによって判断すればよい。
(Step S2)
Next, a case will be described in which it is determined that the heating power value is equal to or less than the minimum power value (Yes side of S1), and the process proceeds to step S2.
First, in step S2, the
At this time, the
Specifically, the
(ステップS3)
そして,前記磁性体コア74が移動されると,続くステップS3では,前記IH制御マイコン52は,前記最低電力値に対応する前記最低デューティー比を前記PWM制御回路51に伝達する。これにより,前記PWM制御回路51は,前記IH制御マイコン52から指示された前記最低デューティー比に基づいて前記スイッチング素子511のスイッチング動作を制御する。
このように,前記IH制御マイコン52は,前記励磁コイル73への供給電力値が前記最低電力値以下に設定された場合には,前記スイッチング素子511によるスイッチング動作のデューティー比を前記最低デューティー比で維持すると共に,前記磁性体コア74と前記励磁コイル73や前記加熱ローラ71との離間距離を変更して該磁性体コア74で導かれる磁束量を減少させることで,前記励磁コイル73への供給電力値が前記加熱電力値になるように制御する。ここに,かかる制御を行うときの前記IH制御マイコン52が供給電力値制御手段に相当する。
以上説明したように,前記定着装置5では,前記磁性体コア74を離間させることによって前記励磁コイル73から前記加熱ローラ71に作用する磁束を弱めることができるため,前記スイッチング素子511のスイッチング動作においてゼロクロス制御を実現しつつ(図6の(a)〜(c)参照),前記励磁コイル73への前記最低電力値以下の電力供給を実現することができる。これにより,前記スイッチング素子511のON/OFF時における電力損失を防止することができ,該スイッチング素子511の熱破壊を防止することができる。
(Step S3)
When the
Thus, the
As described above, the fixing
また,本実施の形態では,前記励磁コイル73の中央に前記磁性体コア74が配置されている場合を例に挙げて説明したが,もちろん前記磁性体コア74の形状はこれに限られるものではない。
例えば,図5に示すように,前記磁性体コア74の他に,前記励磁コイル73の外部で移動可能に支持された磁性体コア74a,74bを備える構成が考えられる。
この場合,前記磁性体コア74,74a,74bを一体的に連結しておき,該磁性体コア74と共に前記磁性体コア74a,74bを移動させることや,前記磁性体コア74,74a,74b各々を個別の駆動機構によって図示する矢印方向に独立して移動させることが考えられる。前記磁性体コア74,74a,74bを個別に移動させることが可能な構成では,前記励磁コイル73から前記加熱ローラ71に導かれる磁束量をより詳細に調整することができる。
In the present embodiment, the case where the
For example, as shown in FIG. 5, in addition to the
In this case, the
ところで,前記実施の形態では,前記磁性体コア74を移動させる構成について説明したが,ここでは,前記励磁コイル73を移動させる構成について説明する。
前記定着装置5では,前記励磁コイル73を前記磁性体コア74や前記加熱ローラ71から離間させることによって,前記励磁コイル73及び前記磁性体コア74の電磁的な結合度合いや,前記励磁コイル73及び前記加熱ローラ71の電磁的な結合度合いを変化させることにより,前記励磁コイル73から前記加熱ローラ71に作用する磁束量を調整することが可能である。
そこで,前記磁性体コア74に換えて前記励磁コイル73を前記駆動機構に支持させておき,前記IH制御マイコン52によって実行される前記加熱制御処理において,前記最低電力値以下の供給電力値が設定された場合には,前記スイッチング素子511によるスイッチング動作のデューティー比を前記最低デューティー比で維持すると共に,前記励磁コイル73を移動させて,前記励磁コイル73及び前記加熱ローラ71の離間距離や,前記励磁コイル73及び前記磁性体コア74の離間距離を変更することにより,前記励磁コイル73から前記加熱ローラ71に作用する磁束量を少なくするように制御することが考えられる。ここに,かかる制御を実行するときの前記IH制御マイコン52が,離間距離変更手段及び供給電力値制御手段に相当する。
このような構成によっても,前記定着装置5では,前記スイッチング素子511における電力損失を防止することができ,該スイッチング素子511の熱破壊を防止することができる。
また,前記励磁コイル73及び前記磁性体コア74(74a,74b)を共に,前記加熱ローラ71から離間する方向に移動させる構成であってもよいことはいうまでもない。例えば,前記磁性体コア74(74a,74b)に電線を巻き付けて前記励磁コイル73を形成することにより一体的に構成しておけば,前記磁性体コア74(74a,74b)及び前記励磁コイル73を同時に移動させることが可能である。
By the way, in the said embodiment, although the structure which moves the said
In the
Therefore, the
Even with such a configuration, in the
Needless to say, the
1:操作表示部
2:画像読取部
3:画像処理部
4:画像形成部
5:定着装置
6:制御部
50:用紙搬送路
51:PWM制御回路
511:スイッチング素子
52:IH制御マイコン
53:温度センサ
54:駆動モータ
61:定着ローラ(被加熱部材の一例)
62:加圧ローラ
71:加熱ローラ(被加熱部材の一例)
72:定着ベルト(被加熱部材の一例)
73:励磁コイル(電磁コイルの一例)
74,74a,74b:磁性体コア
S1,S2,…,:処理手順(ステップ)番号
X:複写機(画像形成装置の一例)
1: Operation display unit 2: Image reading unit 3: Image processing unit 4: Image forming unit 5: Fixing device 6: Control unit 50: Paper transport path 51: PWM control circuit 511: Switching element 52: IH control microcomputer 53: Temperature Sensor 54: Drive motor 61: Fixing roller (an example of a member to be heated)
62: Pressure roller 71: Heating roller (an example of a member to be heated)
72: fixing belt (an example of a member to be heated)
73: Excitation coil (an example of an electromagnetic coil)
74, 74a, 74b: Magnetic cores S1, S2,...: Processing procedure (step) number X: Copying machine (an example of an image forming apparatus)
Claims (6)
前記電磁コイル及び/又は前記磁性体コアを移動させることにより,前記被加熱部材と前記電磁コイル及び/又は前記磁性体コアとの離間距離,或いは前記電磁コイルと前記磁性体コアとの離間距離を変更する離間距離変更手段を備えてなることを特徴とする定着装置。 An electromagnetic coil arranged with a predetermined gap with respect to a heated member made of a magnetic material, a magnetic core for guiding a magnetic flux from the electromagnetic coil to the heated member, and power supply to the electromagnetic coil The switching element and the duty ratio of the switching operation by the switching element are controlled within a range in which the voltage applied to the switching element and the current flowing through the switching element are substantially zero when the switching element is switched ON / OFF. A fixing device comprising a switching control means,
By moving the electromagnetic coil and / or the magnetic core, a separation distance between the heated member and the electromagnetic coil and / or the magnetic core, or a separation distance between the electromagnetic coil and the magnetic core is set. A fixing device comprising a changing distance changing means for changing.
前記供給電力値設定手段によって前記電磁コイルへの供給電力値が予め定められた最低電力値以下に設定された場合に,前記スイッチング制御手段に前記スイッチング動作のデューティー比を前記範囲内の最低値で維持させると共に,前記離間距離変更手段によって前記離間距離を変更することにより前記電磁コイルへの供給電力値を制御する供給電力値制御手段と,
を更に備えてなる請求項2に記載の定着装置。 Supply power value setting means for setting a supply power value to the electromagnetic coil based on the temperature of the fixing roller or the fixing belt;
When the supply power value to the electromagnetic coil is set below a predetermined minimum power value by the supply power value setting means, the switching control means sets the duty ratio of the switching operation to the minimum value within the range. A power supply value control means for controlling the power supply value to the electromagnetic coil by changing the separation distance by the separation distance changing means;
The fixing device according to claim 2, further comprising:
前記電磁コイル及び/又は前記磁性体コアを移動させることにより,前記被加熱部材と前記電磁コイル及び/又は前記磁性体コアとの離間距離,或いは前記電磁コイルと前記磁性体コアとの離間距離を変更する離間距離変更手段を備えてなることを特徴とする画像形成装置。 An electromagnetic coil disposed with respect to a heated member made of a magnetic material via a predetermined gap, a fixing device having a magnetic core for guiding the magnetic flux from the electromagnetic coil to the heated member, and power to the electromagnetic coil The switching element to be supplied and the duty ratio of the switching operation by the switching element are within a range in which the voltage applied to the switching element and the current flowing through the switching element are substantially zero when the switching element is switched ON / OFF. An image forming apparatus comprising a switching control means controlled by
By moving the electromagnetic coil and / or the magnetic core, a separation distance between the heated member and the electromagnetic coil and / or the magnetic core, or a separation distance between the electromagnetic coil and the magnetic core is set. An image forming apparatus comprising a separation distance changing means for changing.
前記供給電力値設定手段によって前記電磁コイルへの供給電力値が予め定められた最低電力値以下に設定された場合に,前記スイッチング制御手段に前記スイッチング動作のデューティー比を前記範囲内の最低値で維持させると共に,前記離間距離変更手段によって前記離間距離を変更することにより前記電磁コイルへの供給電力値を制御する供給電力値制御手段と,
を更に備えてなる請求項5に記載の画像形成装置。 Supply power value setting means for setting a supply power value to the electromagnetic coil based on the temperature of the fixing roller or the fixing belt;
When the supply power value to the electromagnetic coil is set below a predetermined minimum power value by the supply power value setting means, the switching control means sets the duty ratio of the switching operation to the minimum value within the range. A power supply value control means for controlling the power supply value to the electromagnetic coil by changing the separation distance by the separation distance changing means;
The image forming apparatus according to claim 5, further comprising:
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