JP2010072099A - 誘導加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】力率の低下を防ぐことができる誘導加熱装置および画像形成装置を提供すること。
【解決手段】記録媒体に形成されたトナー画像を加熱し、トナー画像を記録媒体に定着する定着装置１２１と、定着装置１２１を誘導加熱する誘導加熱コイル１１と、ＡＣ１６の電力を誘導加熱コイル１１に供給する全波整流回路１７および平滑回路１８と、充放電が可能な蓄電部２５と、全波整流回路１７および平滑回路１８の電流変化と同じ電流変化で、蓄電部２５から誘導加熱コイル１１に電力を供給する昇降圧レギュレータ回路２６およびＰＷＭ発生回路３３と、を備えた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、誘導加熱装置、および、誘導加熱装置を用いた画像形成装置に関する。

画像形成装置は、記録媒体上にトナー画像を形成する画像形成部、および、トナー画像が形成された記録媒体を加圧および加熱してトナー画像の定着を行う定着装置等を備えている。この定着装置には、記録媒体を加熱するための定着部材、例えば定着ローラが設けられており、この定着ローラは、商用電源からの電力により発熱する加熱装置（定着ヒータ）によって所定の温度に加熱される。

そして、電子写真方式の画像形成装置に用いられる加熱装置は、大量の電力を短時間に必要とする。特に、高速機では、中低速機に比べ加熱装置の容量が大きく、電力消費量が大きくなる。これに対して、商用電源からの電力供給だけではなく、充放電可能な電気二重層コンデンサ等の蓄電手段から電力を供給することで、急速に、かつ、安定した状態で加熱装置を発熱させ、定着装置を加熱する技術が既に知られている。

例えば、特許文献１では、加熱装置を短時間で昇温する目的で、蓄電手段を備え、主電源および蓄電装置の双方あるいは一方からの電力供給を受け、定着装置を短時間で昇温することができる画像形成装置が開示されている。

特開２００７−３１６５４４号公報

しかしながら、特許文献１では、主電源からの交流電力と蓄電装置からの直流電力とを単純に合流（合計）しているため、この場合の電流波形は歪んでいる。そして、加熱装置として、誘導加熱方式を用いたＩＨインバータを用いた場合、駆動部では力率が１に近い値で駆動するため、逆に入力部では電流波形が歪んでしまい、力率を低下させ、さらに、高調波電流を発生させてしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＩＨインバータ等の力率が１に近い加熱装置を用いる画像形成装置において、力率の低下を防ぐことができる誘導加熱装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる画像形成装置は、記録媒体に形成されたトナー画像を加熱し、前記トナー画像を前記記録媒体に定着する定着手段と、前記定着手段を誘導加熱する誘導加熱手段と、商用電源の電力を前記誘導加熱手段に供給する商用電力供給手段と、充放電が可能な蓄電手段と、前記商用電力供給手段の電流変化と同じ電流変化で、前記蓄電手段から前記誘導加熱手段に電力を供給する蓄電力供給手段と、を備えたこと、を特徴とする。

また、本発明にかかる誘導加熱装置は、誘導加熱する誘導加熱手段と、商用電源の電力を前記誘導加熱手段に供給する商用電力供給手段と、充放電が可能な蓄電手段と、前記商用電力供給手段の電流変化と同じ電流変化で、前記蓄電手段から前記誘導加熱手段に電力を供給する蓄電力供給手段と、を備えたこと、を特徴とする。

本発明によれば、蓄電手段から誘導加熱手段に供給する電力の電流変化を、商用電源から誘導加熱手段に供給する電力の電流変化と同じにすることができるので、誘導加熱手段に供給される合計電力の電流成分のひずみをなくすことができ、誘導加熱手段における力率の低下を防止するという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる誘導加熱装置および誘導加熱装置を用いた画像形成装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、デジタル複写機の定着装置に対して加熱を行なう誘導加熱装置について説明する。また、本実施の形態では、本発明の画像形成装置をデジタル複写機に適用した例を示すが、これに限定されるものではなく、プリンタ、ファクシミリ等にも適用することが可能である。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるデジタル複写機の縦断面図である。デジタル複写機は、いわゆる複合機である。すなわち、このデジタル複写機は、複写機能と、これ以外の機能、例えば、プリンタ機能とファクシミリ機能とを備えており、図示しない操作部のアプリケーション切り替えキーの操作により、複写機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能を順次切り替えて選択することが可能である。これにより、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、ファクシミリモードの選択時にはファクシミリモードとなる。

次に、このデジタル複写機の概略構成および複写モードの際の動作について説明する。図１において、自動原稿送り装置（以下ＡＤＦという）１０１において、原稿台１０２に画像面を上にして置かれた原稿は、図示しない操作部上のスタートキーが押下されると、給紙ローラ１０３、給送ベルト１０４によってコンタクトガラスからなる原稿台１０２上の所定の位置に給送される。ＡＤＦ１０１は、一枚の原稿の給送完了毎に原稿枚数をカウントアップするカウント機能を有する。コンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、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で原稿台１０２上に次の原稿が存在すること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、給送ベルト１０４によってコンタクトガラス１０５上の所定の位置に給送される。このコンタクトガラス１０５上の原稿は、画像読取装置１０６によって画像情報が読み取られた後に、給送ベルト１０４、排送ローラ１０７によって排紙台１０８上に排出される。ここに、給送ローラ３、給送ベルト４および排送ローラ７は搬送モータによって駆動される。

第１給紙装置１１０、第２給紙装置１１１および第３給紙装置１１２は、それぞれ選択されたときに、その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によって感光体１１７に当接する位置まで搬送される。感光体１１７は、例えば感光体ドラムが用いられていて、図示しないメインモータにより回転駆動される。

画像読取装置１０６で原稿から読み取られた画像データは、図示しない画像処理装置で所定の画像処理が施された後、書き込みユニット１１８によって光情報に変換され、感光体ドラム１１７は図示しない帯電器により一様に帯電された後に書き込みユニット１１８からの光情報で露光されて静電潜像が形成される。この感光体ドラム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。書き込みユニット１１８、感光体ドラム１１７、現像装置１１９や、その他の図示しない感光体ドラム１１７回りの周知の装置などにより、電子写真方式で用紙などの媒体に画像形成を行なうプリンタエンジンを構成している。

搬送ベルト１２０は、用紙搬送の手段および転写の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ドラム１１７と等速で搬送しながら感光体ドラム１１７上のトナー像を転写紙に転写する。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。感光体ドラム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残存トナーのクリーニングがなされる。

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ときの動作であるが、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のいずれかより給紙されて表面に上述のように画像が形成された転写紙は、排紙ユニット１２２により排紙トレイ１２３側ではなく、両面入紙搬送路１２４側に切り替えられ、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により感光体ドラム１１７に当接する位置まで搬送され、感光体ドラム１１７上に上述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は、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、前述の画像処理装置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に入力されて、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。

さらに、ファクシミリモードでは、画像読取装置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に送信され、相手からの画像データがファクシミリ送受信部で受信されて前述の画像処理装置からの画像データの代りに書き込みユニットに入力されることにより、前述と同様に転写紙上に画像が形成される。

また、このデジタル複写機には、図示しない大量用紙供給装置と、ソート、穴あけ、ステイプルなどを行なうフィニッシャーと、原稿読み取りのためのモード、複写倍率の設定、給紙段の設定、フィニッシャーでの後処理の設定、オペレータに対する表示などを行なう操作部とを備えている。

（定着装置）
次に、定着装置１２１の構成について説明する。図２は、デジタル複写機に用いられる定着装置１２１の構成図である。図２に示すように、定着装置１２１は、定着補助ローラ（ローラ部材）１、定着ベルト（定着部材）２、発熱ローラ（ローラ部材）３、加熱装置としての誘導加熱部（磁束発生手段）４、加圧ローラ５、オイル塗布ローラ６、ガイド板７、および、分離板８等を備えて構成されている。

定着補助ローラ１は、その表面にシリコーンゴム等の弾性層が形成されていて、駆動部（図示せず）によって図２の反時計方向に回転駆動される。

発熱ローラ３の内部には、フェライト等の強磁性材料からなる内部コア９と、銅等の透磁性の低い材料からなる調整手段としての磁束遮蔽部材（磁束遮蔽板）１０とが備えられている。内部コア９は、定着ベルト２および発熱ローラ３を介して後述する誘導加熱コイル１１に対向している。また、磁束遮蔽部材１０は、内部コア９の幅方向両端部を遮蔽できるように構成されている。内部コア９と磁束遮蔽部材１０とは一体的に回転するように構成されている。この内部コア９及び磁束遮蔽部材１０の回転は、発熱ローラ３の回転とは別々におこなわれる。

誘導加熱部４は、磁束を発生し、定着ベルト２および発熱ローラ３を加熱する。誘導加熱部４は、誘導加熱コイル１１、コイルガイド１２、および、センターコア１３ａおよびサイドコア１３ｂを有するコア部１３を備えて構成されている。コイルガイド１２は、耐熱性の高い樹脂材料等からなり、誘導加熱コイル１１およびコア部１３を保持する。コア部１３は、フェライト等の透磁性の高い材料からなる。センターコア１３ａは、誘導加熱コイル１１の中央に設置され、サイドコア１３ｂは、誘導加熱コイル１１の端部に設置されている。このように構成された誘導加熱部４は、定着ベルト２に対向する位置である加熱位置で定着ベルト２を加熱する加熱手段として機能することになる。

なお、本実施の形態においては、発熱ローラ３内に内部コア９を設置している。これによって、内部コア９とコア部１３との間に良好な磁界が形成されて、定着ベルト２および発熱ローラ３を効率よく加熱することができる。

定着ベルト２の外周面上であって幅方向中央部には、定着ベルト２の幅方向中央部の温度を検知する温度検知手段としての温度検出素子１４が設置されている。そして、後述する温度検出比較回路ＩＣ２は、温度検出素子１４によって検知された検知結果に基いて、誘導加熱部４（誘導加熱コイル１１）を制御する。温度検出素子１４としては、サーミスタやサーモパイル等を用いることができる。

また、図示は省略するが、発熱ローラ３の外周面の一部（幅方向中央部）には、サーモスタット（図示せず）が当接されている。そして、サーモスタットで検知した発熱ローラ３の温度が所定の温度を超えた場合には、サーモスタットによって誘導加熱部４への通電が切断される。

以上の様に構成された定着装置１２１は、次のように動作する。定着補助ローラ１の回転駆動によって、定着ベルト２は矢印方向に周回するとともに、発熱ローラ３も反時計方向に回転し、さらに、加圧ローラ５も矢印方向に回転する。そして、定着ベルト２は、誘導加熱部４との対向位置（加熱位置）で加熱される。

具体的には、後ほど説明する給電回路１９で、誘導加熱コイル１１に高周波の交流電流を流すことで、内部コア９とコア部１３との間に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このとき、発熱ローラ３の表面に渦電流が生じて、発熱ローラ３自身の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、発熱ローラ３に巻装された定着ベルト２が加熱される。本実施の形態では、定着ベルト２自身も発熱層を有するために、定着ベルト２は発熱ローラ３によって間接的に加熱される他に、定着ベルト２自身も誘導加熱部４によって直接的に電磁誘導加熱される。

なお、発熱ローラ３に整磁合金等を用いて発熱ローラ３自身を誘導加熱することにより、発熱ローラ３全体を加熱してもよい。

（商用電源からの電力供給）
次に、誘導加熱部４（誘導加熱コイル１１）への電力供給の仕組みについて説明する。図３は、本実施の形態にかかる画像形成装置の定着装置１２１の誘導加熱部４を構成する誘導加熱コイル１１への電力供給を示す機能図である。

初めに、商用電源であるＡＣ１５からの交流電力が全波整流され、誘導加熱コイル１１へ供給されるまでの流れについて説明する。主電源スイッチ１６がオンされ、ＡＣ１５からの交流電力（交流電圧）が印加されると、この交流電圧は全波整流回路１７に入力される。全波整流回路１７は、ダイオードＤ２、Ｄ３、Ｄ４およびＤ５の４個の整流素子からなり、交流電圧は整流されて脈流となる。この脈流は、平滑回路１８に入力される。平滑回路１８は、インダクタンスＬ１とコンデンサＣ２からなる。ここで、コンデンサＣ２は、容量の大きいものではなくノイズを取る程度の機能しかないため、コンデンサＣ２の端子電圧、すなわち、出力電圧は電源周期を残した脈流状波形のままである。

この脈流電圧（出力電圧）は、後述する出力電流検出回路２９を構成する抵抗Ｒ１を介して、給電回路１９を構成する共振コンデンサＣ１に印加される。給電回路１９は、誘導加熱コイル１１に電力を供給する回路であり、トランジスタＴＲ１、共振コンデンサＣ１、および、ダイオードＤ１からなる。

トランジスタＴＲ１は、誘導加熱コイル１１への電力供給のオンおよびオフを制御する電力スイッチング素子である。トランジスタＴＲ１は、ＭＯＳ−ＦＥＴであり、後述するパルス変調信号発生回路ＩＣ１から出力されたＰＦＭパルス信号２０がゲートに入力されることにより、スイッチング駆動する。共振コンデンサＣ１は、負荷である誘導加熱コイル１１に印加する高周波交流電流を共振波形とするための共振コンデンサであり、ダイオードＤ１は誘導加熱コイル１１に蓄積された電力を回生するフライホイールダイオードである。

出力電圧（出力電流）が共振コンデンサＣ１に印加された状態で、ＰＦＭパルス信号２０がゲートに入力されると、トランジスタＴＲ１は、ＰＦＭパルス信号２０によりスイッチングする。そして、トランジスタＴＲ１がオンしている間、誘導加熱コイル１１に出力電流が流れ、誘導加熱コイル１１は通電される。

そして、トランジスタＴＲ１がオフすると、誘導加熱コイル１１（共振コイル）に一時的に蓄えられた電流（出力電流の一部）により、逆起電圧が発生し、コイル蓄積電流が共振コンデンサＣ１に充電される。この流れ込んできたコイル蓄積電流により共振コンデンサＣ１の電圧が上昇する。また誘導加熱コイル１１から流れ出た電流は、共振コンデンサＣ１の電圧が上昇するのに反比例して減衰し、誘導加熱コイル１１から電流が流れ無くなると、今度は逆に共振コンデンサＣ１に蓄積された電荷（電流）が、誘導加熱コイル１１に流れ出す。

さらに、共振コンデンサＣ１に蓄積された電荷（電流）が、誘導加熱コイル１１に流出すると、共振コンデンサＣ１の電圧が低下し、トランジスタＴＲ１のドレイン電圧はソース電圧より低下し、ダイオードＤ１がオンし順電流が流れる。その後、再びトランジスタＴＲ１がオンすると誘導加熱コイル１１に出力電流が流れ、誘導加熱コイル１１は通電される。以後、トランジスタＴＲ１のオンとオフが繰り返される度、誘導加熱コイル１１における電流の蓄積と流出とが繰り返される。

これにより、誘導加熱コイル１１と相対し、電磁気的に結合している負荷である発熱ローラー３にも誘導電流が流れ、導電性材料から成る発熱ローラー３は自分自身のローラー抵抗値に誘導電流のジュール熱を発生し、発熱ローラー３の内面が効率的に発熱するため、回転している発熱ローラー３全体が加熱される。

また、主電源スイッチ１６がオンされると、制御回路部２１は、画像形成プロセス上必要な定着温度などを考慮して、温度調節入力信号２２を温度検出比較回路ＩＣ２に出力する。同じく、温度検出素子１４は、定着ベルト２の温度を検知した結果である温度検知信号２３を温度検出比較回路ＩＣ２に出力する。なお、制御回路部２１は、その他の機能として、主電源スイッチ１６がオンされると、後述するＰＷＭ発生回路３３に、後述する蓄電部２５から誘導加熱コイル１１に補充する電流値、または、後述する開閉回路２８のオンおよびオフを制御する信号を送信する。ここで、蓄電部２５から誘導加熱コイル１１に補充する電流値は、定着装置１２１が動作可能となるように発熱ローラー３を必要な温度に加熱するため誘導加熱コイル１１が必要な電流値から、商用電源から供給可能な電流値を差し引いた値となる。

温度検出比較回路ＩＣ２は、温度調節入力信号２２と温度検知信号２３とを比較し、その差分を制御信号２４としてパルス変調信号発生回路ＩＣ１に入力する。パルス変調信号発生回路ＩＣ１は、振幅がゼロの時間（オフ時間）は一定であるが、振幅が所定の値である時間（オン時間）を変更することができるため、制御信号２４に基づいて、オン時間を変更した、すなわち、パルス周波数を変化させたＰＦＭパルス信号２０を出力する。前述したように、ＰＦＭパルス信号２０はトランジスタＴＲ１のゲートに入力され、トランジスタＴＲ１は、スイッチングする。以上の動作が繰り返されることにより、定着ベルト２は目標温度に制御される。なお、ＰＦＭパルス信号２０はＰＩＤ制御の演算を行い、設定してもよい。

（蓄電部からの電力供給）
次に、蓄電部２５からの放電電力が、誘導加熱コイル１１へ供給されるまでの流れについて説明する。蓄電部２５は、電気（電力）を蓄えるとともに、蓄えた電気（電力）を放電する。蓄電部２５は、本実施の形態では電気２重層コンデンサーを使用している。なお、蓄電部２５は、あらかじめ充電されているものとする。

そして、蓄電部２５の放電電力は、昇降圧レギュレータ回路２６に供給される。昇降圧レギュレータ回路２６は、高周波トランス２７、トランジスタＴＲ２、ダイオードＤ６、Ｄ７、チュークコイルＬ２、および、コンデンサーＣ３からなり、蓄電部２５の放電電圧を誘導加熱コイル１１で必要な電圧値に変圧する。すなわち、蓄電部２５の放電電流を誘導加熱コイル１１で必要な電流値に変換する。

蓄電部２５の出力は、高周波トランス２７の一次コイル２７ａに接続され、この一次コイル２７ａには、直列にトランジスタＴＲ２が接続されている。トランジスタＴＲ２は、一次コイル２７ａへの電力供給のオンおよびオフを制御する電力スイッチング素子である。トランジスタＴＲ２は、ＭＯＳ−ＦＥＴであり、後述するＰＷＭ発生回路３３から出力されたＰＷＭ（パルス幅変調）信号３４がゲートに入力されることにより、スイッチング駆動する。

そして、トランジスタＴＲ２がスイッチング（オンおよびオフ動作）すると、一次コイル２７ａにスイッチング電流が流れ、この一次側のスイッチング電流により、高周波トランス２７の二次コイル２７ｂに変圧された電圧が誘起される。ここで、トランジスタＴＲ２のスイッチング周波数（トランジスタＴＲ２の導通期間）を変えることにより、二次コイル２７ｂから出力されるスイッチング電圧の制御を行うことができる。

そして、二次コイル２７ｂには、整流回路として、ダイオードＤ６、Ｄ７が接続され、スイッチング電圧は、この整流回路で整流された後、チュークコイルＬ２およびコンデンサーＣ３により平滑され、後述する放電電流検出回路３１を構成する抵抗Ｒ２および開閉回路２８であるトランジスタＴＲ３を介して、誘導加熱コイル１１へ供給される。

開閉回路２８のトランジスタＴＲ３は、誘導加熱コイル１１への電力供給のオンおよびオフを制御する電力スイッチング素子である。トランジスタＴＲ３は、ＭＯＳ−ＦＥＴであり、後述するＰＷＭ発生回路３３から出力された開閉信号３５がゲートに入力されることにより、オンまたはオフする。トランジスタＴＲ３をオンする時は、誘導加熱コイル１１に電流を補充するときであり、通常はオフの状態となっている。また、蓄電部２５に充電する場合もオフの状態である。ただし、誘導加熱コイル１１に電流を補充している時であっても、定着装置１２１に異常が発生した場合には、オンからオフに変更する。

（電流波形の調整）
次に、蓄電部２５の放電電力が昇圧された後の電流の波形（位相）を、ＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電流の波形（位相）に合わせて、両方を誘導加熱コイル１１へ供給する方法について説明する。

前述したように、ＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電圧（出力電圧）は、出力電流検出回路２９を構成する抵抗Ｒ１を介して、給電回路１９を構成する共振コンデンサＣ１に印加、すなわち、誘導加熱コイル１１に供給される。出力電流検出回路２９は、抵抗Ｒ１と差動増幅回路３０とからなり、誘導加熱コイル１１へ供給される電流（ＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電流）を検出する。

具体的には、抵抗Ｒ１の両端電圧は、誘導加熱コイル１１に供給される電流により変化するため、この両端の電位差を差動増幅回路３０により増幅して、後述するＰＷＭ発生回路３３に出力する。なお、抵抗Ｒ１の発熱、電圧降下が気になる場合はカレントトランス等を使用して電流検出してもよい。

同様に、前述したように、蓄電部２５の放電電力が変圧された電圧は、放電電流検出回路３１を構成する抵抗Ｒ２を介して、誘導加熱コイル１１へ供給される。放電電流検出回路３１は、抵抗Ｒ２と差動増幅回路３２とからなり、誘導加熱コイル１１へ供給される電流（蓄電部２５の放電電力が変圧された後の電流）を検出する。

具体的には、抵抗Ｒ２の両端電圧は、誘導加熱コイル１１に供給される電流により変化するため、この両端の電位差を差動増幅回路３２により増幅して、後述するＰＷＭ発生回路３３に出力する。なお、抵抗Ｒ２の発熱、電圧降下が気になる場合はカレントトランス等を使用して電流検出してもよい。

ＰＷＭ発生回路３３は、蓄電部２５から誘導加熱コイル１１に補充する電流値（最大値）を、制御回路部２１から受信する。そして、出力電流検出回路２９の出力により、誘導加熱コイル１１に供給される電流を逐次検出する。この電流は、ＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電流であるため、商用電源の周期を残している。ＰＷＭ発生回路３３は、この脈流電流と同じ波形（位相）を有する電流を、昇降圧レギュレータ回路２６に発生させるためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号３４を生成し、昇降圧レギュレータ回路２６のトランジスタＴＲ２へ送信する。

昇降圧レギュレータ回路２６は、ＰＷＭ信号３４によるトランジスタＴＲ２のスイッチング駆動により、蓄電部２５の放電電圧を変圧し、蓄電部２５の放電電流をＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電流と同じ波形（位相）を有する電流に変換し、誘導加熱コイル１１へ供給する。

このようにして、ＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電流の波形（位相）と、蓄電部２５の放電電力が昇圧された後の電流の波形（位相）とが同じ状態で、誘導加熱コイル１１へ供給される。なお、必ずしも両方の電流の最大振幅値が同じである必要はない。

次に、ＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電流の波形に、蓄電部２５の放電電力が昇圧された後の電流の波形を合わせるための具体的な動作について説明する。図４は、出力電流検出回路２９の出力電流波形（ＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電流の波形）と、放電電流検出回路３１の出力電流波形（蓄電部２５の放電電力が昇圧された後の電流の波形）の関係を示す図である。なお、上図は出力電流検出回路２９の出力電流波形を示し、下図は放電電流検出回路３１の出力電流波形を示す。

主電源スイッチ１６がオンされた瞬間（タイミングｔ０）は、出力電流検出回路２９の出力電流は、最も電流値が小さい（ゼロである）。そして、ＰＷＭ発生回路３３は、このタイミングｔ０で、所定のＰＷＭ信号３４を昇降圧レギュレータ回路２６のトランジスタＴＲ２に出力する。これにより、蓄電部２５から誘導加熱コイル１１への放電が開始される。

次に、ＰＷＭ発生回路３３は、タイミングｔ１で、出力電流検出回路２９の出力電流値Ａ１と放電電流検出回路３１の出力電流値Ｂ１’とを読み込む。そして、ＰＷＭ発生回路３３は、出力電流検出回路２９の出力電流値Ａ１と、誘導加熱コイル１１に補充する電流値（最大値）とから、放電電流検出回路３１が出力すべき電流値Ｂ１を算出して、実際の出力電流値Ｂ１’との差（Ｂ１−Ｂ１’）だけ、放電電流検出回路３１からの出力電流が増加するような、ＰＷＭ信号３４を高周波トランス２７のトランジスタＴＲ２へ送信する。この結果、出力電流値はただちにＢ１に増加する。

同様に、タイミングｔｎにおいて、出力電流検出回路２９の出力電流値Ａｎより、放電電流検出回路３１の出力電流値Ｂｎ’の方が大きくなった場合には、放電電流検出回路３１が出力すべき電流値Ｂｎを算出して、実際の出力電流値Ｂｎ’との差（Ｂｎ’−Ｂｎ）だけ、放電電流検出回路３１からの出力電流が減少するような、ＰＷＭ信号３４を高周波トランス２７のトランジスタＴＲ２へ送信する。この結果、出力電流値はただちにＢｎに減少する。タイミングｔの間隔を短くして、この動作を繰り返すことにより、ゼロ〜最大値Ａｍａｘとの間で変動する出力電流検出回路２９の出力電流波形（位相）と、ゼロ〜最大値Ｂｍａｘとの間で変動する放電電流検出回路３１の出力電流波形（位相）とは同じとなる。

なお、商用電源から誘導加熱コイル１１に電流を供給しないで、蓄電部２５のみから電流を供給する場合は、蓄電部２５の放電電力が昇圧された後の電流を脈流にしないで、安定化した直流電流として誘導加熱コイル１１に供給してもよい。

また、本動作と並行して、ＰＷＭ発生回路３３は、開閉回路２８のオンおよびオフを制御する信号を制御回路部２１から受信すると、開閉信号３５を生成し、開閉回路２８のトランジスタＴＲ３へ送信する。開閉回路２８は、開閉信号３５によりトランジスタＴＲ３をオンまたはオフし、誘導加熱コイル１１への電力供給のオンおよびオフを制御する。

このように、第１の実施の形態にかかる画像形成装置によれば、商用電源の交流電力が全波整流された後に誘導加熱コイルへ供給される電力の電流値を逐次測定することにより、蓄電部の放電電力が昇圧された後に誘導加熱コイルへ供給される電力の電流の波形（位相）を、商用電源の交流電力が全波整流された後に誘導加熱コイルへ供給される電力の脈流電流の波形（位相）と同じにすることができるので、合計された両方の電力の電流波形の歪み（電流成分のひずみ）をなくすことができ、誘導加熱コイルにおける力率の低下を防止することができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、時間経過により変動する、蓄電部から誘導加熱コイルへ供給する電力の変圧値（電流波形）をあらかじめ決めておき、商用電源のゼロクロス点を基準として当該電力を変圧した電圧（電流波形）を誘導加熱コイルへ供給する。第２の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態にかかる画像形成装置の構成について、第１の実施の形態と異なる部分を説明する。他の部分については第１の実施の形態と同様であるので、同一の符号が付された箇所については、上述した説明を参照し、ここでの説明を省略する。

図５は、第２の形態にかかる画像形成装置の定着装置１２１の誘導加熱部４を構成する誘導加熱コイル１１への電力供給を示す機能図である。本実施の形態では、出力電流検出回路の代わりに、ゼロクロス検出回路４１が組み込まれている。

ゼロクロス検出回路４１は、主電源スイッチ１６のオンにより発生するゼロクロスを検出し、ゼロクロス信号４２を発生する。具体的には、ゼロクロス検出回路４１は、平滑回路１８から出力された、ＡＣ１５からの電源周期を残した脈流状波形の電圧がゼロとなった時をゼロクロスとして検出し、ゼロクロス信号４２を発生する。ゼロクロス検出回路４１は、抵抗Ｒ６〜Ｒ９とコンパレータ４３からなり、コンデンサＣ２の両端の脈流電圧は、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７により分圧され、コンパレータ４３に入力される。この分圧された電圧と抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９に分圧された電圧とがコンパレータ４３より比較され、ゼロクロス信号４２が発生する。ゼロクロス信号４２はＰＷＭ発生回路４４へ出力される。

ＰＷＭ発生回路４４は、蓄電部２５から誘導加熱コイル１１に補充する電流値（最大値）を、制御回路部２１から受信する。ＰＷＭ発生回路４４は、記憶部（図示せず）を備えており、時間と時間によって変動する当該電流値との関係をテーブルとして、最大値ごとに記憶している。そして、ＰＷＭ発生回路４４は、ゼロクロス信号４２を受信すると、当該テーブルに基づいて、ＰＷＭ信号３４を生成し、昇降圧レギュレータ回路２６のトランジスタＴＲ２へ送信する。従って、ゼロクロス信号４２受信後の時間経過に合わせて、ＰＷＭ信号３４の内容も変化する。

また、ＰＷＭ発生回路４４は、テーブルを記憶せず、その代わりに、電源電圧の周波数を検出し、その周波数を記憶部（図示せず）に記憶しておいてもよい。そして、電源電圧が理想的な正弦波であると想定し、ゼロクロス信号４２を受信した時点から、以下のような式（１）を用いて、時間経過に対する補充電流値を算出し、当該補充電流値に基づいてＰＷＭ信号３４を生成し、昇降圧レギュレータ回路２６のトランジスタＴＲ２へ送信することができる。

Ａ×ｓｉｎ（ωｔ）ｄｔ：補充電流瞬時値、Ａ：電流振幅最大値、Ｔ：周期

この場合、式（１）は、正弦波の算出式としているが、誘導加熱コイル１１に供給される電流は全波整流されたものであり、蓄電部２５より供給する電流も整流された波形と同じにする必要があるため、実際には、補充電流値は式（１）の絶対値を取るようにする。

そして、テーブルを使用する場合および算出式を使用する場合のいずれでも、蓄電部２５の放電電力が昇圧された後の電流と、ＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電流とが同じ波形（位相）の状態で、誘導加熱コイル１１へ供給される。

以上の動作により、交流入力電流波形に近い形の電流波形とした電流の補充が可能となり、蓄電部２５の蓄電力を単純に誘導加熱コイル１１に供給することによる力率の低下を防止することが可能となる。

なお、電源周波数の半波毎にゼロクロスを検出することができるため、ＰＷＭ発生回路４４は、ゼロクロス信号４２を受信するごとに、一度上記動作をリセットした上で、再度上記動作を初めから行うことができるので、誤差の少ないＰＷＭ信号３４を常に生成することができるとともに、ＰＷＭ発生回路４４による処理を軽減することができる。

また、蓄電部２５から誘導加熱コイル１１に補充する電流値（最大値）を、複数用意しておき、その種類（最大値）に基づくテーブルまたは算出式を使用して、補充電流値の電流波形を決定することができる。例えば、定着装置１２１の立ち上げ開始時は、補充電流値の最大値を２Ａとし、それに基づくテーブルまたは算出式を使用して、補充電流値の電流波形を決定し、誘導加熱コイル１１に補充する。そして、定着装置１２１の立ち上げ完了後は、補充電流値の最大値を１Ａとし、それに基づくテーブルまたは算出式を使用して、補充電流値の電流波形を決定し、誘導加熱コイル１１に補充することが可能である。

また、制御回路部２１が、蓄電部２５から誘導加熱コイル１１に補充する電流値（最大値）を、ＰＷＭ発生回路４４へ送信しているが、あらかじめ補充電流値が決まっている場合には、ＰＷＭ発生回路４４の記憶部が補充電流値を記憶しておいて、当該補充電流値に基づいてＰＷＭ信号３４を生成してもよい。

なお、誘導加熱部４（誘導加熱コイル１１）への電力供給のその他の仕組みについては、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

このように、第２の実施の形態にかかる画像形成装置によれば、商用電源の交流電力のゼロクロスを点を最小電流値として、蓄電部の放電電力が昇圧された後に誘導加熱コイルへ供給される電力の時間経過に対する電流値を求めることにより、蓄電部の放電電力が昇圧された後に誘導加熱コイルへ供給される電力の電流の波形（位相）を、商用電源の交流電力が全波整流された後に誘導加熱コイルへ供給される電力の脈流電流の波形（位相）と同じにすることができるので、合計された両方の電力の電流波形の歪み（電流成分のひずみ）をなくすことができ、誘導加熱コイルにおける力率の低下を防止することができる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、第１の実施の形態で説明した誘導加熱コイルへの電力供給機能に、蓄電部に対する充放電機能および画像形成装置各部に対する制御機能を追加している。第３の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態にかかる画像形成装置の構成について、第１の実施の形態と異なる部分を説明する。他の部分については第１の実施の形態と同様であるので、同一の符号が付された箇所については、上述した説明を参照し、ここでの説明を省略する。

図６は、第３の形態にかかる画像形成装置の誘導加熱コイル１１への電力供給、蓄電部２５に対する充放電、および、画像形成装置各部に対する制御を示す機能図である。

蓄電部２５は、電気（電力）を蓄えるため、電気２重層コンデンサーを複数個直列に接続したキャパシタバンク２５ａを使用している。ここで、個々の電気２重層コンデンサーをセル２５ｂと呼ぶ。また、蓄電部２５は、個々のセル２５ｂが満充電になると充電をバイパスするバイパス回路２５ｃ、前記セルのいずれかが満充電になると単セル満充電信号を発生する回路、および、全ての電気２重層コンデンサーが満充電になると、全セル満充電信号を発生する回路を有した均等化回路２５ｄを備えている。

充電回路５１は、蓄電部２５（キャパシタバンク２５ａ）に充電を行う。充電回路５１は、高周波トランス５２、トランジスタＴＲ４、ダイオードＤ８およびＤ９からなる整流回路５３、チュークコイルＬ３、および、コンデンサーＣ４からなる。

充電電圧検出回路５４は、キャパシタバンク２５ａに充電された電圧を検出する。充電電圧検出回路５４は、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５により構成された分圧回路である。充電電流検出回路５５は、キャパシタバンク２５ａに充電する時の電流を検出する。充電電流検出回路５５は、抵抗Ｒ３からなる。

電力制御部５６は、蓄電部２５の充電および放電電圧の昇降圧制御、および、誘導加熱部４への電力供給制御を行う。また、電力制御部５６は、キャパシタバンク２５ａの充電電圧、充電電流、および、バイパス回路の動作から、キャパシタバンク２５ａに定電流充電または定電力充電を行うためのＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）５７を発生させる機能を有している。

電力制御部５６は、ＣＰＵ５６ａ、シリアルコントローラ（ＳＩＣ）５６ｂ、Ａ／Ｄコンバータ５６ｃ、ＰＷＭ信号発生回路５６ｄ、パルス変調回路５６ｅ、入出力ポート５６ｆ、ＰＷＭ信号及びＰＦＭ信号を生成するための複数のタイマ５６ｇ、タイマ割り込み回路５６ｈ、割り込み制御回路５６ｉ、ＲＯＭ５６ｊ、および、ＲＡＭ５６ｋ等を備えて構成されている。

エンジン制御部５８は、画像形成動作を行う。エンジン制御部５８は、ＣＰＵ５８ａ、Ａ／Ｄコンバータ５８ｂ、入出力ポート５８ｃ、シリアルコントローラ（ＳＣＩ）５８ｄ、Ｄ／Ａコンバータ５８ｅ、タイマ５８ｆ、割り込み制御回路５８ｇ、ＲＯＭ５８ｈ、および、ＲＡＭ５８ｉ等を備えて構成されている。

具体的には、エンジン制御部５８は、電力制御部５６とシリアルコントローラ（ＳＣＩ）５８ｄを介して信号の送受信を行う。また、エンジン制御部５８は、キャパシタバンク２５ａの蓄電力を誘導加熱部４に供給する必要が無い時、待機中、または、省エネモード時等に、開閉回路２８を開放して充電を指示する信号を電力制御部５６に送信する。また、エンジン制御部５８は、キャパシタバンク２５ａの端子間電圧を充電電圧検出回路５４により検出し、キャパシタバンク２５ａの電力使用が可能か否かを判断する。また、エンジン制御部５８は、動作モード、オプション５９の追加、装置の電力が不足した場合、または、過度的な電流増加を抑制する場合等に、キャパシタバンク２５ａから補充する電流をＤ／Ａコンバータ５８ｅを介して電力制御部５６に送信する。

全体制御部６０は、画像形成装置の全体を制御する。全体制御部６０は、ＣＰＵ６０ａ、シリアルコントローラ（ＳＣＩ）６０ｂ、ＡＳＩＣ６０ｃ、ＲＯＭ６０ｄ、および、ＲＡＭ６０ｅ等を備えて構成されている。全体制御部６０には、エンジン制御部５８および操作制御部６１がシリアルコントローラ（ＳＣＩ）６０ｂを介して接続されている。操作制御部６１は、使用者のパネル操作によるシステム設定の入力と、使用者に対するシステム設定内容の表示とを制御する。

（蓄電部への充電）
ここで、商用電源であるＡＣ１５からの交流電力が蓄電部２５への充電されるまでの流れについて説明する。商用電源であるＡＣ１５は、主電源スイッチ１６を介して、全波整流回路６２に接続され、全波整流される。この全波整流された出力は、平滑コンデンサーＣ４に接続され、平滑コンデンサーＣ４によりリップル成分等は除去される。

この全波整流回路６２の直流出力側は、高周波トランス５２の一次コイル５２ａに接続され、一次コイル５２ａのスイッチング手段として、ＭＯＳ−ＦＥＴであるトランジスタＴＲ４が直列に接続されている。

トランジスタＴＲ４で構成されるスイッチング回路は、電力制御部５６から出力されるＰＷＭ信号５７により、スイッチング動作を行う。トランジスタＴＲ４がスイッチング（ＯＮ，ＯＦＦ動作）すると、一次コイル５２ａにはスイッチング電流が流れ、一次側のスイッチ電流により、高周波トランス５２の二次コイル５２ｂにスイッチ電圧が誘起する。そして、スイッチング周波数の導通期間を変えて、出力電圧の制御を行う。

高周波トランス５２の二次コイル５２ｂには、整流回路５３として、ダイオードＤ８、Ｄ９が接続され、スイッチング電圧は整流回路５３で整流され、チュークコイルＬ３およびコンデンサーＣ４により平滑され、直流出力に変換される。この直流出力により、キャパシタバンク２５ａの個々のセル２５ｂは充電される。

そして、キャパシタバンク２５ａの端子間電圧は、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５により分圧回路を構成した充電電圧検出回路５４により検出され、その出力は、電力制御部５６のＡ／Ｄコンバータ５６ｃ、および、エンジン制御部５８のＡ／Ｄコンバータ５８ｂに入力される。また、キャパシタバンク２５ａの充電電流は、充電電流検出回路５５である抵抗Ｒ３の両端の電圧を検出することにより行われる。電流が大きくなれば電圧も大きなり、電流が少なくなれば電圧も小さくなる。この電圧は電力制御部５６のＡ／Ｄコンバータ５６ｃに入力される。

ここでの電力制御部５６の動作は、以下の通りである。電力制御部５６は、充電電圧検出回路５４により検出されたキャパシタバンク２５ａの端子間電圧が端子間電圧が、あらかじめ設定された値より低い場合には、キャパシタバンク２５ａと直列に接続された充電電流検出回路５５である抵抗Ｒ３の端子間電圧を逐次検出し、この端子間電圧に対応した、あらかじめ設定された定電流充電にするためのＰＷＭ信号５７を、トランジスタＴＲ４のゲートに出力する。

定電流充電にするためのＰＷＭ信号５７は、抵抗Ｒ３の端子間電圧と、ＰＷＭ信号５７のＯＮデュティーとの関係について作成され、記憶されたテーブルを使用してもよいし、演算により算出してもよい。また、充電電流のみ参照し、あらかじめ設定された充電電流になるように、ＰＷＭ信号５７を制御しても良い。また、キャパシタバンク２５ａが充電されてない状態の場合は、大きな突入電流がキャパシタバンク２５ａに流れるのを防止するために、充電電圧を低くし、徐々に充電電圧を高くするようにＰＷＭ信号５７を出力してもよい。

電力制御部５６は、キャパシタバンク２５ａの端子間電圧があらかじめ設定された値以上になると、定電力充電を行うために、キャパシタバンク２５ａの充電電流と、キャパシタバンク２５ａの端子間電圧の検出を逐次行ない、検出した充電電流と充電電圧とから、あらかじめ設定された定電力充電を行うためのＰＷＭ信号５７を、トランジスタＴＲ４のゲートに出力する。なお、この場合のＰＷＭ信号５７は、キャパシタバンク２５ａの充電電流と、キャパシタバンク２５ａの端子間電圧の検出を行い、この検出した充電電流と充電電圧とから、あらかじめ設定された定電力充電を行うためＰＷＭ信号５７を演算して決定する。

そして、電力制御部５６よりセル２５ｂが充電され、満充電の２．５Ｖに充電されると、バイパス回路２５ｃは充電電流をバイパスする。他のキャパシタセルに並列に接続されたバイパス回路２５ｃも同様な動作を行ない、各キャパシタセルの充電電圧は２．５Ｖに均等化される。単セル満充電信号を発生する回路は、何れかのキャパシタセルの満充電を検知し、バイパス回路２５ｃを動作させると、電力制御部５６にセル２５ｂの充電が完了した旨の単セル満充電信号６３を出力する。

ここでの電力制御部５６の動作は、以下の通りである。電力制御部５６は、いずれかの単セル満充電信号６３を検出すると、再びあらかじめ設定された定電流充電にするＰＷＭ信号５７を、トランジスタＴＲ４のゲートに出力する。なお、この定電流充電は前記した定電流充電より低い電流で充電を行う。

最後に、均等化回路２５ｄは、全てのセル２５ｂの満充電を検知し、全てのバイパス回路２５ｃを動作させると、電力制御部５６に全てのセル２５ｂの充電が完了した旨の全セル満充電信号６４を出力する。電力制御部５６は、全セル満充電信号６４を検出すると、充電動作を停止する信号をトランジスタＴＲ４のゲートに出力し、蓄電部２５への充電が完了する。

（商用電源からの電力供給）
次に、誘導加熱部４（誘導加熱コイル１１）への電力供給の仕組みについて説明する。初めに、商用電源であるＡＣ１５からの交流電力が全波整流され、誘導加熱コイル１１へ供給されるまでの流れについて説明する。主電源スイッチ１６がオンされ、ＡＣ１５からの交流電力（交流電圧）が印加されると、この交流電圧は全波整流回路１７に入力される。全波整流回路１７は、ダイオードＤ２、Ｄ３、Ｄ４およびＤ５の４個の整流素子からなり、交流電圧は整流されて脈流となる。この脈流は、平滑回路１８に入力される。平滑回路１８は、インダクタンスＬ１とコンデンサＣ２からなる。ここで、コンデンサＣ２は、容量の大きいものではなくノイズを取る程度の機能しかないため、コンデンサＣ２の端子電圧、すなわち、出力電圧は電源周期を残した脈流状波形のままである。

この脈流電圧（出力電圧）は、後述する出力電流検出回路２９を構成する抵抗Ｒ１を介して、給電回路１９を構成する共振コンデンサＣ１に印加される。給電回路１９は、誘導加熱コイル１１に電力を供給する回路であり、トランジスタＴＲ１、共振コンデンサＣ１、および、ダイオードＤ１からなる。

トランジスタＴＲ１は、誘導加熱コイル１１への電力供給のオンおよびオフを制御する電力スイッチング素子である。トランジスタＴＲ１は、ＭＯＳ−ＦＥＴであり、電力制御部５６から出力されたＰＦＭパルス信号２０がゲートに入力されることにより、スイッチング駆動する。共振コンデンサＣ１は、負荷である誘導加熱コイル１１に印加する高周波交流電流を共振波形とするための共振コンデンサであり、ダイオードＤ１は誘導加熱コイル１１に蓄積された電力を回生するフライホイールダイオードである。

出力電圧（出力電流）が共振コンデンサＣ１に印加された状態で、ＰＦＭパルス信号２０がゲートに入力されると、トランジスタＴＲ１は、ＰＦＭパルス信号２０によりスイッチングする。そして、トランジスタＴＲ１がオンしている間、誘導加熱コイル１１に出力電流が流れ、誘導加熱コイル１１は通電される。

そして、トランジスタＴＲ１がオフすると、誘導加熱コイル１１（共振コイル）に一時的に蓄えられた電流（出力電流の一部）により、逆起電圧が発生し、コイル蓄積電流が共振コンデンサＣ１に充電される。この流れ込んできたコイル蓄積電流により共振コンデンサＣ１の電圧が上昇する。また誘導加熱コイル１１から流れ出た電流は、共振コンデンサＣ１の電圧が上昇するのに反比例して減衰し、誘導加熱コイル１１から電流が流れ無くなると、今度は逆に共振コンデンサＣ１に蓄積された電荷（電流）が、誘導加熱コイル１１に流れ出す。

さらに、共振コンデンサＣ１に蓄積された電荷（電流）が、誘導加熱コイル１１に流出すると、共振コンデンサＣ１の電圧が低下し、トランジスタＴＲ１のドレイン電圧はソース電圧より低下し、ダイオードＤ１がオンし順電流が流れる。その後、再びトランジスタＴＲ１がオンすると誘導加熱コイル１１に出力電流が流れ、誘導加熱コイル１１は通電される。以後、トランジスタＴＲ１のオンとオフが繰り返される度、誘導加熱コイル１１における電流の蓄積と流出とが繰り返される。

これにより、誘導加熱コイル１１と相対し、電磁気的に結合している負荷である発熱ローラー３にも誘導電流が流れ、導電性材料から成る発熱ローラー３は自分自身のローラー抵抗値に誘導電流のジュール熱を発生し、発熱ローラー３の内面が効率的に発熱するため、回転している発熱ローラー３全体が加熱される。

また、主電源スイッチ１６がオンされると、エンジン制御部５８は、画像形成プロセス上必要な定着温度などを考慮して、温度調節入力信号２２を電力制御部５６のＡ／Ｄコンバータ５６ｃに出力する。同じく、温度検出素子１４は、定着ベルト２の温度を検知した結果である温度検知信号２３をＡ／Ｄコンバータ５６ｃに出力する。なお、エンジン制御部５８は、その他の機能として、主電源スイッチ１６がオンされると、電力制御回路５６のＰＷＭ信号発生回路５６ｄに、蓄電部２５から誘導加熱コイル１１に補充する電流値、または、開閉回路２８のオンおよびオフを制御する信号を送信する。ここで、蓄電部２５から誘導加熱コイル１１に補充する電流値は、定着装置１２１が動作可能となるように発熱ローラー３を必要な温度に加熱するため誘導加熱コイル１１が必要な電流値から、商用電源から供給可能な電流値を差し引いた値となる。

電力制御部５６のＣＰＵ５６ａは、温度調節入力信号２２と温度検知信号２３とを比較し、その差分をパルス変調回路５６ｅに入力する。パルス変調回路５６ｅは、振幅がゼロの時間（オフ時間）は一定であるが、振幅が所定の値である時間（オン時間）を変更することができるため、その差分に基づいて、オン時間を変更した、すなわち、パルス周波数を変化させたＰＦＭパルス信号２０を出力する。前述したように、ＰＦＭパルス信号２０はトランジスタＴＲ１のゲートに入力され、トランジスタＴＲ１は、スイッチングする。以上の動作が繰り返されることにより、定着ベルト２は目標温度に制御される。なお、ＰＦＭパルス信号２０はＰＩＤ制御の演算を行い、設定してもよい。

（蓄電部からの電力供給）
次に、蓄電部２５からの放電電力が、誘導加熱コイル１１へ供給されるまでの流れについて説明する。蓄電部２５は、電気（電力）を蓄えるとともに、蓄えた電気（電力）を放電する。蓄電部２５は、本実施の形態では電気２重層コンデンサーを使用している。なお、蓄電部２５は、あらかじめ充電されているものとする。

そして、蓄電部２５の放電電力は、昇降圧レギュレータ回路２６に供給される。昇降圧レギュレータ回路２６は、高周波トランス２７、トランジスタＴＲ２、ダイオードＤ６、Ｄ７、チュークコイルＬ２、および、コンデンサーＣ３からなり、蓄電部２５の放電電圧を誘導加熱コイル１１で必要な電圧値に変圧する。すなわち、蓄電部２５の放電電流を誘導加熱コイル１１で必要な電流値に変換する。

蓄電部２５の出力は、高周波トランス２７の一次コイル２７ａに接続され、この一次コイル２７ａには、直列にトランジスタＴＲ２が接続されている。トランジスタＴＲ２は、一次コイル２７ａへの電力供給のオンおよびオフを制御する電力スイッチング素子である。トランジスタＴＲ２は、ＭＯＳ−ＦＥＴであり、ＰＷＭ信号発生回路５６ｄから出力されたＰＷＭ信号３４がゲートに入力されることにより、スイッチング駆動する。

そして、トランジスタＴＲ２がスイッチング（オンおよびオフ動作）すると、一次コイル２７ａにスイッチング電流が流れ、この一次側のスイッチング電流により、高周波トランス２７の二次コイル２７ｂに変圧された電圧が誘起される。ここで、トランジスタＴＲ２のスイッチング周波数（トランジスタＴＲ２の導通期間）を変えることにより、二次コイル２７ｂから出力されるスイッチング電圧の制御を行うことができる。

そして、二次コイル２７ｂには、整流回路として、ダイオードＤ６、Ｄ７が接続され、スイッチング電圧は、この整流回路で整流された後、チュークコイルＬ２およびコンデンサーＣ３により平滑され、後述する放電電流検出回路３１を構成する抵抗Ｒ２および開閉回路２８であるトランジスタＴＲ３を介して、誘導加熱コイル１１へ供給される。

開閉回路２８のトランジスタＴＲ３は、誘導加熱コイル１１への電力供給のオンおよびオフを制御する電力スイッチング素子である。トランジスタＴＲ３は、ＭＯＳ−ＦＥＴであり、ＰＷＭ信号発生回路５６ｄから出力された開閉信号３５がゲートに入力されることにより、オンまたはオフする。トランジスタＴＲ３をオンする時は、誘導加熱コイル１１に電流を補充するときであり、通常はオフの状態となっている。また、蓄電部２５に充電する場合もオフの状態である。ただし、誘導加熱コイル１１に電流を補充している時であっても、定着装置１２１に異常が発生した場合には、オンからオフに変更する。

（電流波形の調整）
次に、蓄電部２５の放電電力が昇圧された後の電流の波形（位相）を、ＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電流の波形（位相）に合わせて、両方を誘導加熱コイル１１へ供給する方法について説明する。

前述したように、ＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電圧（出力電圧）は、出力電流検出回路２９を構成する抵抗Ｒ１を介して、給電回路１９を構成する共振コンデンサＣ１に印加、すなわち、誘導加熱コイル１１に供給される。出力電流検出回路２９は、抵抗Ｒ１からなり、誘導加熱コイル１１へ供給される電流（ＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電流）を検出する。

具体的には、抵抗Ｒ１の両端電圧は、誘導加熱コイル１１に供給される電流により変化するため、この両端の電位差をＰＷＭ信号発生回路５６ｄに出力する。なお、抵抗Ｒ１の発熱、電圧降下が気になる場合はカレントトランス等を使用して電流検出してもよい。

同様に、前述したように、蓄電部２５の放電電力が変圧された電圧は、放電電流検出回路３１である抵抗Ｒ２を介して、誘導加熱コイル１１へ供給される。そのため、放電電流検出回路３１は、誘導加熱コイル１１へ供給される電流（蓄電部２５の放電電力が変圧された後の電流）を検出する。

具体的には、抵抗Ｒ２の両端電圧は、誘導加熱コイル１１に供給される電流により変化するため、この両端の電位差をＰＷＭ信号発生回路５６ｄに出力する。なお、抵抗Ｒ２の発熱、電圧降下が気になる場合はカレントトランス等を使用して電流検出してもよい。

ＰＷＭ信号発生回路５６ｄは、蓄電部２５から誘導加熱コイル１１に補充する電流値（最大値）を、エンジン制御部５８から受信する。そして、出力電流検出回路２９の出力により、誘導加熱コイル１１に供給される電流を逐次検出する。この電流は、ＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電流であるため、商用電源の周期を残している。ＰＷＭ信号発生回路５６ｄは、この脈流電流と同じ波形（位相）を有する電流を、昇降圧レギュレータ回路２６に発生させるためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号３４を生成し、昇降圧レギュレータ回路２６のトランジスタＴＲ２へ送信する。

昇降圧レギュレータ回路２６は、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号３４によるトランジスタＴＲ２のスイッチング駆動により、蓄電部２５の放電電圧を変圧し、蓄電部２５の放電電流をＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電流と同じ波形（位相）を有する電流に変換し、誘導加熱コイル１１へ供給する。

このようにして、ＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電流の波形（位相）と、蓄電部２５の放電電力が昇圧された後の電流の波形（位相）とが同じ状態で、誘導加熱コイル１１へ供給される。なお、必ずしも両方の電流の最大振幅値が同じである必要はない。

なお、ＡＣ１５の交流電力が全波整流された脈流電流の波形に、蓄電部２５の放電電力が昇圧された後の電流の波形を合わせるための具体的な動作については、第１の実施の形態で説明した内容に対して、ＰＷＭ信号発生回路３をＰＷＭ信号発生回路５６ｄに変更しただけであるので説明を省略する。

また、本動作と並行して、ＰＷＭ信号発生回路５６ｄは、開閉回路２８のオンおよびオフを制御する信号をエンジン制御部５８から受信すると、開閉信号３５を生成し、開閉回路２８のトランジスタＴＲ３へ送信する。開閉回路２８は、開閉信号３５によりトランジスタＴＲ３をオンまたはオフし、誘導加熱コイル１１への電力供給のオンおよびオフを制御する。

このように、第３の実施の形態にかかる画像形成装置によれば、蓄電部が商用電源からの交流電力を充電し、制御部が商用電源の交流電力が全波整流された後に誘導加熱コイルへ供給される電力の電流値を逐次測定し、蓄電部の放電電力が昇圧された後に誘導加熱コイルへ供給される電力の電流の波形（位相）を、商用電源の交流電力が全波整流された後に誘導加熱コイルへ供給される電力の脈流電流の波形（位相）と同じにするように制御することができるので、合計された両方の電力の電流波形の歪み（電流成分のひずみ）をなくすことができ、誘導加熱コイルにおける力率の低下を防止することができる。

本発明の第１の実施の形態にかかるデジタル複写機の縦断面図である。 デジタル複写機に用いられる定着装置の構成図である。 本実施の形態にかかる画像形成装置の定着装置の誘導加熱部を構成する誘導加熱コイルへの電力供給を示す機能図である。 出力電流検出回路の出力電流波形と、放電電流検出回路の出力電流波形の関係を示す図である。 第２の形態にかかる画像形成装置の定着装置の誘導加熱部を構成する誘導加熱コイルへの電力供給を示す機能図である。 第３の形態にかかる画像形成装置の誘導加熱コイルへの電力供給、蓄電部に対する充放電、および、画像形成装置各部に対する制御を示す機能図である。

符号の説明

１ 定着補助ローラ（ローラ部材）
２ 定着ベルト（定着部材）
３ 発熱ローラ（ローラ部材）
４ 誘導加熱部（磁束発生手段）
５ 加圧ローラ
６ オイル塗布ローラ
７ ガイド板
８ 分離板
９ 内部コア
１０ 磁束遮蔽部材（磁束遮蔽板）
１１ 誘導加熱コイル
１２ コイルガイド
１３ コア部
１３ａ センターコア
１３ｂ サイドコア
１４ 温度検出素子
１５ ＡＣ
１６ 主電源スイッチ
１７ 全波整流回路
１８ 平滑回路
１９ 給電回路
２０ ＰＦＭパルス信号
２１ 制御回路部
２２ 温度調節入力信号
２３ 温度検知信号
２４ 制御信号
２５ 蓄電部
２５ａ キャパシタバンク
２５ｂ セル
２５ｃ バイパス回路
２５ｄ 均等化回路
２６ 昇降圧レギュレータ回路
２７、５２ 高周波トランス
２７ａ、５２ａ 一次コイル
２７ｂ、５２ｂ 二次コイル
２８ 開閉回路
２９ 出力電流検出回路
３０、３２ 差動増幅回路
３１ 放電電流検出回路
３３、４４ ＰＷＭ発生回路
３４、５７ ＰＷＭ（パルス幅変調）信号
３５ 開閉信号
４１ ゼロクロス検出回路
４２ ゼロクロス信号
４３ コンパレータ
５１ 充電回路
５３ 整流回路
５４ 充電電圧検出回路
５５ 充電電流検出回路
５６ 電力制御部
５６ａ、５８ａ、６０ａ ＣＰＵ
５６ｂ、５８ｄ、６０ｂ シリアルコントローラ（ＳＩＣ）
５６ｃ、５８ｂ Ａ／Ｄコンバータ
５６ｄ ＰＷＭ信号発生回路
５６ｅ パルス変調回路
５６ｆ、５８ｃ 入出力ポート
５６ｇ、５８ｆ タイマ
５６ｈ タイマ割り込み回路
５６ｉ 割り込み制御回路
５６ｊ、５８ｈ、６０ｄ ＲＯＭ
５６ｋ、５８ｉ、６０ｅ、ＲＡＭ
５８ エンジン制御部
５８ｅ Ｄ／Ａコンバータ
５８ｇ 割り込み制御回路
５９ オプション
６０ 全体制御部
６０ｃ ＡＳＩＣ
６１ 操作制御部
６２ 全波整流回路
６３ 単セル満充電信号
６４ 全セル満充電信号
１０１ 自動原稿送り装置（ＡＤＦ）
１０２ 原稿台
１０３ 給紙ローラ
１０４ 給紙ベルト
１０５ コンタクトガラス
１０６ 画像読取装置
１０７ 搬送ローラ
１０８ 排紙台
１０９ 原稿セット検知器
１１０ 第１給紙装置
１１１ 第２給紙装置
１１２ 第３給紙装置
１１３〜１１５ トレイ
１１６ 縦搬送ユニット
１１７ 感光体
１１８ 書き込みユニット
１１９ 現像装置
１２０ 搬送ベルト
１２１ 定着装置
１２２ 排紙ユニット
１２３ 排紙トレイ
１２４ 両面入紙搬送路
１２５ 反転ユニット
１２６ 両面搬送ユニット
１２７ 反転排紙搬送路

Claims (12)

1. 記録媒体に形成されたトナー画像を加熱し、前記トナー画像を前記記録媒体に定着する定着手段と、
   前記定着手段を誘導加熱する誘導加熱手段と、
   商用電源の電力を前記誘導加熱手段に供給する商用電力供給手段と、
   充放電が可能な蓄電手段と、
   前記商用電力供給手段の電流変化と同じ電流変化で、前記蓄電手段から前記誘導加熱手段に電力を供給する蓄電力供給手段と、を備えたこと、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記商用電力供給手段の電流変化を検出する第１の電流検出手段をさらに備え、
   前記蓄電力供給手段は、前記第１の電流検出手段が検出した電流変化と同じ電流変化で、電力を供給すること、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記蓄電力供給手段は、前記第１の電流検出手段が検出した電流値が最小電流値になった時に、電力供給を開始すること、
   を特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記商用電源の電圧のゼロクロスを検出し、ゼロクロス信号を発信するゼロクロス検出手段をさらに備え、
   前記商用電力供給手段が前記誘導加熱手段に供給する電力の電流波形は、正弦波の全波整流波形であり、
   前記蓄電力供給手段は、前記ゼロクロス信号を受信した時点を最小電流値として、前記誘導加熱部に供給する電力の電流波形を変化させること、
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記蓄電力供給手段は、前記誘導加熱部に供給する電力の電流変化を所定の計算式により算出すること、
   を特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記蓄電力供給手段の電流変化を検出する第２の電流検出手段をさらに備えたこと、
   を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 誘導加熱する誘導加熱手段と、
   商用電源の電力を前記誘導加熱手段に供給する商用電力供給手段と、
   充放電が可能な蓄電手段と、
   前記商用電力供給手段の電流変化と同じ電流変化で、前記蓄電手段から誘導加熱手段に電力を供給する蓄電力供給手段と、を備えたこと、
   を特徴とする誘導加熱装置。
8. 前記商用電力供給手段の電流変化を検出する第１の電流検出手段をさらに備え、
   前記蓄電力供給手段は、前記第１の電流検出手段が検出した電流変化と同じ電流変化で、電力を供給すること、
   を特徴とする請求項７に記載の誘導加熱装置。
9. 前記蓄電力供給手段は、前記第１の電流検出手段が検出した電流値が最小電流値になった時に、電力供給を開始すること、
   を特徴とする請求項８に記載の誘導加熱装置。
10. 前記商用電源の電圧のゼロクロスを検出し、ゼロクロス信号を発信するゼロクロス検出手段をさらに備え、
    前記商用電力供給手段が前記誘導加熱手段に供給する電力の電流波形は、正弦波の全波整流波形であり、
    前記蓄電力供給手段は、前記ゼロクロス信号を受信した時点を最小電流値として、前記誘導加熱部に供給する電力の電流波形を変化させること、
    を特徴とする請求項７に記載の誘導加熱装置。
11. 前記蓄電力供給手段は、前記誘導加熱部に供給する電力の電流変化を所定の計算式により算出すること、
    を特徴とする請求項１０に記載の誘導加熱装置。
12. 前記蓄電力供給手段の電流変化を検出する第２の電流検出手段をさらに備えたこと、
    を特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載の誘導加熱装置。

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