JP2012173365A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成時に商用電源の許容電力を従来よりも有効に利用して、定着加熱装置に効率よく電力を供給可能にする。
【解決手段】画像形成装置１は、励磁コイル４３の電圧値、ローラ温度、及び励磁コイル４３に供給すべき電力に基づいて算出されるテーブル制御により励磁コイル４３の高周波電流の周波数を設定する第１周波数制御部４１１と、上限電力算出部５１３によって算出された上限電力が、定着電力算出部５１１によって算出された定着電力を下回った場合には、第１周波数制御部４１１が励磁コイル４３の高周波電流の周波数の算出に用いる上記電力として上限電力を選択し、当該上限電力が上記定着電力を下回っていない場合には、第１周波数制御部４１１が当該周波数算出に用いる上記電力として上記定着電力を選択する選択部とを備える。
【選択図】図２

Description

誘導加熱方式の定着加熱装置による定着加熱を制御する技術に関する。

励磁コイルに高周波電流を供給して被加熱体を発熱させる誘導加熱方式の定着加熱装置、及びこれを搭載した画像形成装置が知られている。この定着加熱装置は、励磁コイルに供給する高周波電流の周波数を高くするほど定着加熱装置で消費する電力は低くなり、高周波電流の周波数を低くするほど定着加熱装置で消費する電力は高くなる特性がある。当該定着加熱装置では、被加熱体の温度を一定に維持するために必要な電力に近付けるために、実際の加熱時における消費電力をフィードバックし、この消費電力に応じて高周波電流の周波数をPID制御することで安定した電力を供給している。

また、下記特許文献１に示されるように、電源投入時には、定着装置以外で消費する電力量を差し引いた全ての電力が励磁コイルに供給されて加熱されるとともに、複写装置の各構成および複写装置にさらに付加される補助装置が動作するにつれて、入力許容電力から複写装置の各構成および複写装置にさらに付加される補助装置が消費する電力を差し引いた電力が供給されて加熱される複写装置も提案されている。

特開２００５−１２２１２４号公報

上記特許文献１に示された画像形成装置の場合、当該画像形成装置に接続されたオプション機器等の動作等の如何に応じて、当該オプション機器を含む画像形成装置全体で使用する総電力が頻繁に変化すると、定着加熱装置に供給する電力の変更が当該総電力の頻繁な変化に追い付かなくなり、画像形成装置の総電力が商用電源の許容電力を超えてしまう虞がある。これを解消するために、励磁コイルに供給する電力を、上記総電流が最大値となっても商用電源の許容電力を超えない最も低い値に設定する固定電力制御が行われる。しかし、このように固定電力制御を行うと、オプション機器等の動作如何によって、商用電源の許容電力範囲内で定着加熱装置に供給できる電力に余裕ができた場合であっても、当該余裕分の電力を定着加熱装置に供給しないため、定着加熱装置に効率よく電力を供給できないという問題がある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、画像形成時に商用電源の許容電力を従来よりも有効に利用して、定着加熱装置に効率よく電力を供給可能にすることを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、被加熱体を電磁誘導により発熱させる励磁コイルと、
前記被加熱体の温度を検出する温度検出部と、
当該画像形成装置を駆動制御する本体側制御部と、
前記本体側制御部の制御による当該画像形成装置の駆動に用いられる駆動電流の値を検出する第１電流検出部と、
前記励磁コイルに対して高周波電流をその周波数を変化させて供給する電流供給制御部と、
前記励磁コイルに供給される電流の値を検出する第２電流検出部と、
前記励磁コイルに供給される電源電圧の値を検出する電圧検出部と、
前記温度検出部によって検出される前記被加熱体の表面温度を、画像形成時に用いられる予め定められた表面温度にするために、前記励磁コイルに供給する定着電力を算出する定着電力算出部と、
前記第１電流検出部によって検出される駆動電流値から、予め記憶している商用電源の定格電流値を減算した値を、前記第２電流検出部によって検出された電流値から減算することによって、前記励磁コイルに供給可能な許容電流の値を算出する許容電流算出部と、
前記許容電流算出部によって算出された許容電流値と、前記電圧検出部によって検出された電圧とを乗じて上限電力を算出する上限電力算出部と、
前記電圧検出部によって検出された電源電圧と、前記温度検出部によって検出される前記被加熱体の表面温度と、前記定着電力算出部によって算出された定着電力又は前記上限電力算出部によって算出された上限電力との組合せに対して予め定められた周波数に基づいて、前記電流供給制御部が前記励磁コイルへの供給電力制御に用いる前記高周波電流の周波数を算出して設定する第１周波数制御部と、
前記上限電力算出部によって算出された上限電力が、前記定着電力算出部によって算出された定着電力を下回った場合には、前記第１周波数制御部が前記周波数の算出に用いる電力として前記上限電力を選択し、前記上限電力算出部によって算出された上限電力が、前記定着電力算出部によって算出された定着電力を下回っていない場合には、前記第１周波数制御部が前記周波数の算出に用いる電力として前記定着電力を選択する選択部と
を備えた画像形成装置である。

この発明では、前記上限電力算出部によって算出された上限電力が、定着電力算出部によって算出された定着電力を下回った場合には、第１周波数制御部によって、電流供給制御部が高周波電流の供給に用いる周波数が当該上限電力に基づいて算出されるので、画像形成装置全体の総電力が商用電源の許容電力を超えるような事態となっても、当該事態を回避可能である。また、上記の上限電力が上記定着電力を下回っていない場合には、電流供給制御部が高周波電流の供給に用いる周波数が当該定着電力に基づいて算出されるので、商用電源の許容電力範囲内において定着加熱装置に供給できる電力に余裕があれば、当該余裕分の電力を励磁コイルに供給可能となる。

また、本発明では、第１周波数制御部は、励磁コイルに供給される電源電圧と、被加熱体の表面温度と、上記定着電力又は上記上限電力との組合せに対して予め定められている周波数に基づいて、励磁コイルへの供給電力制御に用いられる周波数を算出するので、当該算出時点において必要な変動量が加味された周波数を的確に算出できる。そして、例えば、当該励磁コイルに供給される電力のフィードバックによる制御で当該周波数を求める場合と比較して、励磁コイルへの供給電力制御に用いられる周波数を、上記必要な変動量が加味された周波数まで短時間で変化させることが可能である。

このため、本発明によれば、画像形成時に商用電源の許容電力を従来よりも有効に利用でき、励磁コイルを備える定着加熱装置に効率よく電力を供給することができる。

また、本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置であって、前記第２電流検出部によって検出される電流値及び前記電圧検出部によって検出される電源電圧を乗じて得られる電力の値をフィードバックし、前記定着電力算出部によって算出された定着電力、又は前記上限電力算出部によって算出された上限電力を目標値として、前記励磁コイルへの供給電力を求め、当該供給電力に対応する前記高周波電流の周波数を設定する第２周波数制御部と、
前記第１周波数制御部又は第２周波数制御部のいずれにより前記高周波電流の周波数を設定させるかを切り替える切替部とを備え、
前記選択部は、前記第１周波数制御部又は第２周波数制御部が前記周波数の算出に用いる電力として、前記定着電力又は前記上限電力の前記選択を行い、
前記切替部は、前記選択回路により選択された前記定着電力又は前記上限電力のいずれかについて、前回の値からの変動量が予め定められた値以上である場合に、前記第１周波数制御部により前記周波数を設定させ、当該変動量が予め定められた値未満である場合に、前記第２周波数制御部により前記周波数を設定させる切替を行うものである。

この発明によれば、画像形成装置全体で用いられている総電流が商用電源の定格電流値を超えるような事態となって、励磁コイルへの供給電力を短時間に急激に変化させる必要があるような場合には、第１周波数制御部により励磁コイルに供給する高周波電流の周波数を設定させれば、励磁コイルへの供給電流を短時間で大幅に変動させて、画像形成装置全体で用いられている総電流の値を商用電源の定格電流値内まで即座に下げることが可能である。

また、励磁コイルへの供給電力を短時間に急激に変化させる必要がない場合には、第２周波数制御部により励磁コイルに供給する高周波電流の周波数を設定させれば、励磁コイルに供給する電流の値を、上記フィードバック制御により、過去に用いた周波数及び目標とする周波数に応じた目標値に正確に変更する等の制御が可能になる。

また、本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の画像形成装置であって、前記切替部は、前記電流供給制御部による前記励磁コイルへの前記高周波電流供給の開始時から予め定められた期間は、前記第１周波数制御部により前記周波数を設定させ、当該予め定められた期間の経過後は、前記第２周波数制御部により前記周波数を設定させるように切り替えるものである。

この発明では、切替部により、励磁コイルへの高周波電流供給の開始時から予め定められた期間は、第１周波数制御部により励磁コイルに供給する高周波電流の周波数が設定され、当該予め定められた期間の経過後は、第１周波数制御部により励磁コイルに供給する高周波電流の周波数が設定されるので、画像形成装置の電源投入直後のウォーミングアップ時等、励磁コイルへの供給電力を短時間に増加させる必要があるような場合に、第１周波数制御部により得られた上記周波数が、励磁コイルに供給する高周波電流の周波数となるので、被加熱体としての例えば定着装置の熱ローラを画像定着が可能な温度まで急速に立ち上げること等が可能となる。

また、熱ローラが上記画像定着可能な温度まで立ち上がり、励磁コイルへの供給電力を短時間に増加させる必要がない場合には、第２周波数制御部により得られた上記周波数を励磁コイルに供給する高周波電流の周波数とすることが可能になるので、励磁コイルに供給する電流の値を、上記フィードバック制御により、過去に用いた周波数及び目標とする周波数に応じた目標値に正確に変更する等の制御が可能になる。

また、本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置であって、前記許容電流算出部は、前記第１電流検出部によって検出される駆動電流値から前記予め記憶している商用電源の定格電流値を減算した値を、前記第２電流検出部によって検出された電流値から減算して得た値よりも、更に予め定められた値だけ小さい電流値を前記許容電流値として算出するものである。

この発明によれば、上限電力算出部によって算出される上限電力を商用電源の定格電力から確実に下回らせることが可能になる。

本発明によれば、画像形成時に商用電源の許容電力を従来よりも有効に利用でき、定着加熱装置に効率よく電力を供給することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の内部構成を概略的に示した側面図である。 定着装置と、誘導加熱装置と、当該定着装置の制御に関連する本体側制御部の動作機能を説明するためのブロック図である。 複数の周波数変化パターンの例をグラフで示す図である。 定着装置の定着動作時におけるＩＨ制御部による励磁コイルへの供給電流制御を示すフローチャートである。 ＩＨ制御部の電力制御による電流変化をグラフにより示す図である。 励磁コイルに供給する電力と、画像形成装置における定着装置以外の各動作機構部で消費される電力と、画像形成装置で消費される総電力量との関係を示した図である。

以下、本発明に係る誘導加熱装置、定着装置及び画像形成装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の内部構成を概略的に示した側面図である。尚、画像形成装置１は、複写機、プリンタ及びファクシミリ機等であり、用紙に載せられたトナー像を加圧・加熱によって定着させるプロセスを持つ画像形成装置であればよい。画像形成装置１は、本体部２、本体部２の左方に配設されたスタックトレイ３、本体部２の上部に配設された原稿読取部４、原稿読取部４の上方に配設された原稿給送部５を備えている。

また、画像形成装置１のフロント部には、操作部６が設けられている。この操作部６には、電源キーやユーザが印刷実行指示を入力するためのスタートキー、印刷部数等を入力するためのテンキー、各種複写動作の操作ガイド情報等を表示し、これら各種設定入力用にタッチパネル機能を有する液晶ディスプレイ等からなる表示部９等を有する。

原稿読取部４は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサ及び露光ランプ等からなるスキャナ部１３、ガラス等の透明部材により構成された原稿台１４及び原稿読取スリット１５を備える。スキャナ部１３は、図略の駆動部によって移動可能に構成され、原稿台１４に載置された原稿を読み取るときは、原稿台１４に対向する位置で原稿面に沿って移動され、原稿画像を走査しつつ取得した画像データを画像メモリ（不図示）へ出力する。また、原稿給送部５により給送された原稿を読み取るときは、原稿読取スリット１５と対向する位置に移動され、原稿読取スリット１５を介して原稿給送部５による原稿の搬送動作と同期して原稿の画像を取得し、その画像データを画像メモリへ出力する。

原稿給送部５は、原稿を載置するための原稿載置部１６と、画像読み取り済みの原稿を排出するための原稿排出部１７、原稿載置部１６に載置された原稿を１枚ずつ繰り出して原稿読取スリット１５に対向する位置へ搬送し、原稿排出部１７へ排出するための給紙ローラや搬送ローラ（不図示）等からなる原稿搬送機構１８を備える。

また、原稿給送部５は、その前面側が上方に移動可能となるように本体部２に対して回動自在に設けられている。原稿給送部５の前面側を上方に移動させて原稿台１４上面を開放することにより、原稿台１４の上面に読み取り原稿、例えば見開き状態にされた書籍等をユーザが載置できるようになっている。

本体部２は、複数の給紙カセット１９と、給紙カセット１９から用紙を１枚ずつ繰り出して画像形成部２１へ搬送する給紙ローラ２０と、給紙カセット１９から搬送されてきた用紙に画像を形成する画像形成部２１とを備える。

画像形成部２１は、スキャナ部１３で取得された画像データに基づきレーザ光等を出力して感光体ドラム２２を露光し、感光体ドラム２２の表面に静電潜像を形成する光学ユニット２３と、静電潜像が形成された感光体ドラム２２の表面にトナーを付着することによりトナー像を形成する現像部２４と、感光体ドラム２２上のトナー像を用紙に転写する転写部２５とを備える。

定着装置（定着加熱装置）２８は、トナー像が転写された用紙を加熱してトナー像を用紙に融解定着させる熱ローラ２６及び加圧ローラ２７を備える。

画像形成部２１内の用紙搬送路中には、用紙をスタックトレイ３又は排出トレイ２９まで搬送する搬送ローラ対３０及び３１等が備えられている。

また、用紙の両面に画像を形成する場合は、画像形成部２１で用紙の一方の面に画像を形成した後、この用紙を排出トレイ２９側の搬送ローラ対３０，３１にニップされた状態とする。この状態で搬送ローラ対３０，３１を反転させて用紙をスイッチバックさせ、搬送ローラ対３８及び３９が用紙を用紙搬送路３２に送って画像形成部２１の上流域に再度搬送し、画像形成部２１により他方の面に画像を形成した後、用紙をスタックトレイ３又は排出トレイ２９に排出する。

図２は、定着装置２８と、誘導加熱装置１０と、当該定着装置２８の制御に関連する本体側制御部５１の動作機能を説明するためのブロック図である。

本体側制御部５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）等によって構成され、画像形成装置１の各構成部から入力された指示信号等に応じてプログラムを読み出して処理を実行し、各機能部への指示信号の出力等を行って画像形成装置１を統括的に制御する。

本体側制御部５１は、画像形成時に定着装置２８に定着動作を開始させる定着指示信号と、駆動回路４２による励磁コイル４３への高周波電流の供給を停止させる電流遮断指示信号とをＩＨ制御部４１へ出力する。

さらに、本体側制御部５１は、定着電力算出部５１１と、許容電流算出部５１２と、上限電力算出部５１３とを備える。

定着電力算出部５１１は、温度センサ４４によって検出される熱ローラ２６の表面温度に基づいて、熱ローラ（被加熱体）２６の表面温度を、画像形成時に用いる予め定められた表面温度（例えば、180〜200℃）にするために定着加熱に用いる定着電力を算出する。

許容電流算出部５１２は、後述する第１電流検出部４８によって検出される画像形成装置１全体の駆動に用いられる駆動電流から、商用電源の定格電流（予め設定された固定値。例えば、15A。定格電力1500W時）を減算した値を、第２電流検出部４６によって検出された電流値から更に減算することによって、励磁コイル４３に供給可能な許容電流を算出する。

上限電力算出部５１３は、ＩＨ制御部４１が励磁コイル４３に供給可能な最大電力を上限電力として算出する。上限電力算出部５１３は、許容電流算出部５１２によって算出された上記許容電流と、電圧検出部４５によって検出された電圧とを乗じて上限電力を算出する。

本体側制御部５１は、これら定着電力算出部５１１及び上限電力算出部５１３による算出結果に基づいて、熱ローラ（被加熱体）２６の表面温度を、画像形成時に用いる上記表面温度にするために定着加熱に用いる定着電力の値を示す定着電力値信号と、商用電力の定格電力の範囲内で励磁コイル４３に供給可能な最大電力である上限電力の値を示す上限電力値信号とをＩＨ制御部４１へ出力し、ＩＨ制御部４１に定着動作のための制御を行わせる。

第１電流検出部４８は、本体側制御部５１の制御による当該画像形成装置１の駆動に用いられている駆動電流の値を検出する。

定着装置２８は、熱ローラ２６、加圧ローラ２７（図２では不図示）、ＩＨ制御部４１、駆動回路４２、励磁コイル４３、温度センサ４４、電圧検出部４５、及び第２電流検出部４６を有する。なお、誘導加熱装置１０は、ＩＨ制御部４１、駆動回路４２、励磁コイル４３、温度センサ４４、電圧検出部４５、及び電流検出部４６を備えている。なお、誘導加熱装置１０のうち、励磁コイル４３を除く部分は、定着装置２８とは別個に画像形成装置１の本体部２に備えられていてもよい。

励磁コイル４３は、導電性材料からなる筒状の熱ローラ２６の内部に設けられている。なお、本実施形態では、熱ローラ２６が特許請求の範囲でいう被加熱体の一例である。

温度センサ（温度検出部）４４は、熱ローラ２６の表面温度を検出するセンサである。温度センサ４４は、検出した当該表面温度を、本体側制御部５１に出力する。

電圧検出部４５は、熱ローラ２６内の励磁コイル４３に供給される電源電圧を検出し、検出した電圧値をＩＨ制御部４１に出力する。

第２電流検出部４６は、熱ローラ２６内の励磁コイル４３に供給される高周波電流を検出し、検出した電流値をＩＨ制御部４１に出力する。

駆動回路４２は、ＩＨ制御部４１による制御で駆動し、ＩＨ制御部４１から出力されてくる周波数で励磁コイル４３に高周波電流を供給する。この電流供給により励磁コイル４３に生じた高周波磁界で導電性材料からなる熱ローラ２６本体に誘導渦電流が発生し、熱ローラ２６が発熱するようになっている。

ＩＨ（Induction Heating）制御部４１は、ＣＰＵ等によって構成され、本体側制御部５１から出力された指示信号に応じて駆動回路４２を制御する。具体的には、ＩＨ制御部４１は、本体側制御部５１から出力された定着指示信号に基づいて熱ローラ２６を発熱させるとき、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数を算出して駆動回路４２に出力する。また、本体側制御部５１から電流遮断指示信号が出力された場合、ＩＨ制御部４１は駆動回路４２に対して電流遮断制御を行う。この電流遮断制御により、駆動回路４２は励磁コイル４３に対する高周波電流の供給を停止する。

ＩＨ制御部４１は、選択部４１０、第１周波数制御部４１１、第２周波数制御部４１２、及び切替部４１３を備える。

選択部４１０は、上限電力算出部５１３によって算出された上限電力が、定着電力算出部５１１によって算出された定着電力を下回った場合には、第１周波数制御部４１１又は第２周波数制御部４１２が励磁コイル４３への供給電力制御に用いられる高周波電流の周波数の算出に用いる電力として上記上限電力を選択し、上記上限電力が上記定着電力を下回っていない場合には、第１周波数制御部４１１又は第２周波数制御部４１２が上記高周波電流の周波数算出に用いる電力として定着電力を選択する。

第１周波数制御部４１１は、電圧検出部４５によって検出された電源電圧と、温度センサ４４によって検出される熱ローラ２６の表面温度と、励磁コイル４３に供給する電力（定着電力算出部５１１によって算出された定着電力又は上限電力算出部５１３によって算出された上限電力。当該電力の選択は選択部４１０により行われる）との組合せに対して予め定められた周波数に基づいて、駆動回路４２が励磁コイル４３への供給電力制御に用いる周波数を算出し、算出した周波数をＩＨ制御部４１に出力する。

また、第１周波数制御部４１１は、上記上限電力が上記定着電力を下回った場合には、駆動回路４２が励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数を当該上限電力に基づいて算出し、当該上限電力が当該定着電力を下回っていない場合には、駆動回路４２が励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数を当該定着電力に基づいて算出する。

第２周波数制御部４１２は、第２電流検出部４６によって検出される電流値及び電圧検出部４５によって検出される電源電圧を乗じて得られる電力の値をフィードバックし、定着電力算出部５１１によって算出された定着電力、又は上限電力算出部５１３によって算出された上限電力（当該電力の選択は選択部４１０により行われる）を目標値として、励磁コイル４３に供給すべき供給電力を求め、当該供給電力に対応する高周波電流の周波数を設定する。

切替部４１３は、第１周波数制御部４１１又は第２周波数制御部４１２のいずれから得られた周波数を、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数として用いるかを切り替える。切替部４１３による切替条件の詳細は後述する。

次に、第１周波数制御部４１１及び第２周波数制御部４１２による周波数設定を説明する。

定着電力算出部５１１及び上限電力算出部５１３からの出力はそれぞれ、ＩＨ制御部４１内の第２周波数制御部４１２に出力される。

第２周波数制御部４１２は、例えば、(1)選択部４１０によって選択された上記定着電力又は上限電力の一方の値と、(2)電流検出部４６によって検出される電流値及び電圧検出部４５によって検出される電圧値を乗算して得た検出電力の値とを比較し、その比較結果に応じて、駆動回路４２に出力する高周波電流値の周波数を設定する。すなわち、周波数制御部４１２２は、上記(1)の電力値が(2)の電力値よりも大きい場合は、駆動回路４２に出力する高周波電流値の周波数をそれまでの値から予め定められた値だけ下げる（励磁コイル４３に供給する電力を大きくする）。一方、周波数制御部４１２２は、上記(2)の電力値が上記(1)の電力値よりも大きい場合は、駆動回路４２に出力する高周波電流値の周波数をそれまでの値から予め定められた値だけ上げる（励磁コイル４３に供給する電力を小さくする）。

例えば、第２周波数制御部４１２は、以下の式に基づいてフィードバック制御（ＰＩＤ制御）を行う。

現状の検出電力F(n)=V*I
V 電圧検出部４５により検出される電圧値
I 第２電流検出部４６により検出される電流値
目標電力（定着電力又は上限電力）Pt
電力フィードバック制御量
e(n)=Pt-F(n)
E(n)=Kp2*e(n)+Ki2Σe(n-1)+Kd2(e(n)-e(n-1))

PWM周期 Y(n)=Y(n-1)+E(n)
このように、第２周波数制御部４１２は、上記選択された定着電力値又は上限電力値の増減に応じて、駆動回路４２に出力する周波数を変更することにより、励磁コイル４３に供給される電力値を変化させ、励磁コイル４３に供給される電力値が上記選択された定着電力値又は上限電力値に近付くように制御する。

また、定着電力算出部５１１及び上限電力算出部５１３からの出力はそれぞれ、ＩＨ制御部４１内の第１周波数制御部４１１にも出力される。

第１周波数制御部４１１は、定着電力算出部５１１からの定着電力及び許容電流算出部５１２からの上限電力に対応する周波数を設定して駆動回路４２に出力する。

第１周波数制御部４１１による当該周波数設定は、例えば、定着電力算出部５１１から出力されてきた定着電力又は上限電力算出部５１３から出力されてきた上限電力のいずれかと、温度センサ４４により検出された熱ローラ２６の表面温度と、電圧検出部４５によって検出された電圧値とを用いて直接に、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数を算出することによって行われる。この場合、第１周波数制御部４１１は、図略の周波数変化パターン記憶部を有する。周波数変更パターン記憶部は、ＲＯＭや不揮発性メモリ等からなり、上記の定着電力又は上限電力に応じて変化させる励磁コイル４３への高周波電流の周波数のパターンである周波数変化パターンが、電圧検出部４５による検出電圧及び温度センサ４４による検出温度に応じて複数記憶された記憶テーブルを有している。なお、本実施形態では、第１周波数制御部４１１による当該周波数制御をテーブル制御と称する。

図３は、当該複数の周波数変化パターンの例をグラフで示す図である。図３には、例として、表面温度Tが50℃，電源電圧値Vが120(V)の場合に用いる周波数変化パターンを実線で示し、表面温度Tが150℃，電源電圧値Vが120(V)の場合に用いる周波数変化パターンを
破線で示し、表面温度Tが50℃，電源電圧値Vが100(V)の場合に用いる周波数変化パターンを一点鎖線で示し、表面温度Tが150℃，電源電圧値Vが100(V)の場合に用いる周波数変化パターンを二点鎖線で示している。但し、周波数変更パターン記憶部に記憶される周波数変化パターンの数を４つに限定する趣旨ではない。様々な高周波電流の供給開始直前における熱ローラ２６の表面温度T及び熱ローラ２６に供給される電源電圧値Vに対応すべく、多くの周波数変化パターンが周波数変更パターン記憶部に記憶されていることが好ましい。

第１周波数制御部４１１は、電圧検出部４５による検出電圧及び温度センサ４４による検出温度に対応する周波数変化パターンを周波数変更パターン記憶部から読み出し、上記上限電力の値に対応する周波数を、当該読み出した周波数変化パターンから算出し、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数を、当該算出した周波数に設定する。

なお、第１周波数制御部４１１は、電圧検出部４５による検出電圧及び温度センサ４４による検出温度に対応する周波数変化パターンが周波数変更パターン記憶部に記憶されていない場合は、上記周波数変更パターン記憶部に記憶されている周波数変化パターンに基づいた線形補間により、上記高周波電流の周波数を算出する。

第１周波数制御部４１１による当該線形補間の例として、ベルト温度T=100℃、電源電圧V=110V、上限電力Ｐt=1000Ｗの場合の励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数ｆ[V=110,T=100,Pt=1000]を算出する計算式を示す。
上記図３に示す周波数変化パターンより、
ｆ1[V=100,T=50,Pt=1000] = 24.6[kHz]・・・・・式(1)
ｆ2[V=120,T=50,Pt=1000] = 27.1[kHz]・・・・・式(2)
ｆ3[V=100,T=150,Pt=1000] = 23.2[kHz]・・・・・式(3)
ｆ4[V=120,T=150,Pt=1000] = 25.6[kHz]・・・・・式(4)
式(1)、式(2)に基づく線形補間により以下を算出する。
ｆ5[V=110,T=50,Pt=1000] = (110 -100)×(ｆ2 - ｆ1) / (120 - 100) ＋ f1 = 25.8[kHz]・・・式(5)
式(3)、式(4) に基づく線形補間により以下を算出する。
ｆ6[V=110,T=150,Pt=1000] = (110 -100)×(ｆ4 - ｆ3) / (120 - 100) ＋ f3 = 24.3[kHz]・・・式(6)
式(5)、式(6) に基づく線形補間により以下を算出する。
ｆ7[V=110,T=100,Pt=1000] = (100 -50)×(ｆ6 - ｆ5) / (150 - 50) ＋ f5 = 25.1[kHz]・・・式(7)
以上より、第１周波数制御部４１１は、ベルト温度T=100℃、電源電圧V=110V、上限電力Ｐt=1000Ｗの場合には、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数ｆ[V=110,T=100,Pt=1000]として、上記線形補間により算出した25.1[kHz]（式(7)）を用いる。

本実施形態では、このように、周波数変更パターン記憶部に記憶されている周波数変化パターンに基づいて、第１周波数制御部４１１は、テーブル制御により周波数設定制御を行う。

このように、第１周波数制御部４１１では、上記定着電力又は上限電力の値の増減に応じて、駆動回路４２に出力する高周波電流の周波数を変更することにより、励磁コイル４３に供給する電力値を変化させ、励磁コイル４３に供給される電力値が上記定着電力又は上限電力の値に一致するように制御する。

なお、上述したように、切替部４１３が、第１周波数制御部４１１又は第２周波数制御部４１２のいずれから得られた周波数を、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数として用いるかを切り替える。

次に、定着装置２８の定着動作時におけるＩＨ制御部４１による励磁コイル４３への供給電流制御を説明する。図４は、定着装置２８の定着動作時におけるＩＨ制御部４１による励磁コイル４３への供給電流制御を示すフローチャートである。図５はＩＨ制御部４１の電力制御による電流変化をグラフにより示す図である。図６は、励磁コイル４３に供給する電力と、画像形成装置１における定着装置２８以外の各動作機構部で消費される電力と、画像形成装置１で消費される総電力量との関係を示した図である。

例えば本体側制御部５１が画像形成動作開始の指示を受け付けると（Ｓ１でＹＥＳ）、定着電力算出部５１１は、温度センサ４４によって検出される熱ローラ２６の表面温度に基づいて、熱ローラ２６の表面温度を、画像形成時に用いる予め定められた表面温度（例えば、180〜200℃）にするために定着加熱に用いる定着電力を算出し、ＩＨ制御部４１に出力する（Ｓ２）。例えば、定着電力算出部５１１は、温度センサ４４によって検出される熱ローラ２６の表面温度Ａと、上記画像形成時に用いる予め定められた表面温度Ｂとを比較し、表面温度Ａが表面温度Ｂに至っていないときは、この時点で励磁コイル４３に供給している電力（すなわち、電圧検出部４５により検出された電圧及び第２電流検出部４６により検出された電流を乗じて得られる検出電力）を、予め定められた値分だけ増加させた値となるような値の電力を定着電力として算出する。

そして、第２周波数制御部４１２が、上記定着電力算出部５１１から出力されてきた定着電力を目標値として、電圧検出部４５により検出された電圧及び第２電流検出部４６により検出された電流を乗じて得られる検出電力と比較し、当該比較による比較結果に応じて、上述したように、駆動回路４２に出力する周波数を設定させるフィードバック制御を行い、当該設定された周波数を駆動回路４２に出力する（Ｓ３）。なお、この場合、選択部４１０は、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数の設定に用いる電力として定着電力を選択しており、切替部４１３は、第２周波数制御部４１２が励磁コイル４３に供給される高周波電流の周波数を設定するように切り替えている。

ここで、許容電流算出部５１２は、この時点で第１電流検出部４８によって検出される画像形成装置１の駆動時における実際の駆動電流値から、予め記憶している商用電源の定格電流値を減算した値を、第２電流検出部４６により検出された励磁コイル４３に供給されている電流の電流値から更に減算することによって、励磁コイル４３に供給可能な許容電流値を算出する（Ｓ４）。

例えば、許容電流値Q(n)、画像形成装置１の駆動時における実際の駆動電流値Im(A)、商用電源の定格電流値Imr(A)、励磁コイル４３に供給されている電流の電流値Ims(A)、とした場合、許容電流算出部５１２は、許容電流値Q(n)＝電流値Ims−(駆動電流値Im(A)−定格電流値Imr(A))として許容電流値を算出する。

このため、駆動電流値Im(A)が定格電流値Imr(A)よりも大きい場合は、それまで励磁コイル４３に供給されていた電流の電流値Ims(A)から、駆動電流値Im(A)と定格電流値Imr(A)との差分を減じた値が許容電流値Q(n)となり、定格電流値Imr(A)が駆動電流値Im(A)よりも大きい場合は、それまで励磁コイル４３に供給されていた電流の電流値Ims(A)に、駆動電流値Im(A)と定格電流値Imr(A)との差分の絶対値を加算した値が許容電流値Q(n)となる。

なお、許容電流算出部５１２は、上記式の電流値Ims−(駆動電流値Im(A)−定格電流値Imr(A))により得られる値よりも、更に予め定められた値（例えば、2(A)）だけ小さい電流値を許容電流値Q(n)として算出するようにしてもよい。この場合、上限電力算出部５１３によって算出される上限電力を商用電源の定格電力から確実に下回らせることができる。

さらに、上限電力算出部５１３は、許容電流算出部５１２によって算出された許容電流値と、電圧検出部４５によって検出された電圧とを乗じて上限電力を算出し、ＩＨ制御部４１に出力する（Ｓ５）。

ＩＨ制御部４１の選択部４１０は、上限電力算出部５１３によって算出された上限電力が、定着電力算出部５１１によって算出された定着電力を下回っている場合には（Ｓ６でＹＥＳ）、当該上限電力を、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数の設定に用いる電力として選択する。一方、当該定着電力が当該上限電力を下回っていない場合には（Ｓ６でＮＯ）、選択部４１０は、当該定着電力を、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数の設定に用いる電力として選択する。

上記上限電力が、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数の設定に用いる電力として選択された場合（Ｓ６でＹＥＳ）、さらに、切替部４１３が、当該上限電力について、前回算出された上限電力又は定着電力の値と今回の上限電力との差分である変動量が、予め定められた値（例えば、100W。或いは、上記許容電流値の前回との差分が0.5Aとなる場合に対応する電力値。商用電源定格電流15A,定格電力1500Wの場合）以上である場合に（Ｓ７でＹＥＳ）、第１周波数制御部４１１により、当該上限電力を用いて、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数を設定させ（Ｓ８）、上記変動量が上記予め定められた値未満である場合に（Ｓ７でＮＯ）、第２周波数制御部４１２により、当該上限電力を用いて、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数を設定させる（Ｓ９）。

また、上記定着電力が、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数の設定に用いる電力として選択された場合（Ｓ６でＮＯ）、さらに、切替部４１３が、当該定着電力について、前回算出された定着電力又は上限電力の値と今回の定着電力との差分である変動量が、予め定められた値（例えば、100W。或いは、上記許容電流値の前回との差分が0.5Aとなる場合に対応する電力値。商用電源定格電流15A,定格電力1500Wの場合）以上である場合に（Ｓ１０でＹＥＳ）、第１周波数制御部４１１により、当該定着電力を用いて、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数を設定させ（Ｓ１１）、上記変動量が上記予め定められた値未満である場合に（Ｓ１０でＮＯ）、第２周波数制御部４１２により、当該定着電力を用いて、励磁コイル４３に供給する高周波電流の周波数を設定させる（Ｓ１２）。

本体側制御部５１がＩＨ制御部４１に電流遮断指示信号を出力する状態に至るまで、選択部４１０、第１周波数制御部４１１、第２周波数制御部４１２、切替部４１３、定着電力算出部５１１、許容電流算出部５１２、及び上限電力算出部５１３は、Ｓ４乃至Ｓ１２の処理を繰り返し（Ｓ１３でＮＯ）、本体側制御部５１がＩＨ制御部４１に電流遮断指示信号を出力する状態に至ると（Ｓ１３でＹＥＳ）、ＩＨ制御部４１は、当該励磁コイル４３への供給電流制御を終了する。

上記制御によれば、図５に示すように、第１電流検出部４８によって検出される画像形成装置１全体での総駆動電流が、商用電源の定格電流以下であって、当該総駆動電流の変動量が小さい場合は、励磁コイル４３に供給される高周波電流の値は、第２周波数制御部４１２による上述した定着電力を用いた周波数制御となるため、急激には上昇せず、PID制御により徐々に、商用電源の定格電流値から各動作機構７の駆動電流値を差し引いた限界値に相当する値まで近付く。一方、各動作機構７の駆動等により、画像形成装置１全体での総駆動電流値が急に上昇して商用電源の定格電流値を超え、当該総駆動電流の変動量が大きい場合は、第１周波数制御部４１２による上述した上限電力を用いたテーブル制御での周波数制御となるため、即座に超えた分だけ、励磁コイル４３に供給される高周波電流の値が下がる。

また、第１電流検出部４８によって検出される画像形成装置１全体での総駆動電流が、商用電源の定格電流以下であって、当該総駆動電流の変動量が小さい場合は、励磁コイル４３に供給される高周波電流の値（図５の定着電流値）は、第２周波数制御部４１２による上述した定着電力を用いた周波数制御となるため、急激には上昇せず、PID制御により徐々に、商用電源の定格電流値から各動作機構７の駆動電流値を差し引いた限界値に相当する値まで近付く。

また、図６に示すように、ＩＨ制御部４１は、当該画像形成装置１における定着装置２８以外の各動作機構部によって消費される消費電力に応じて、励磁コイル４３に供給可能な最大限の電力（画像形成装置１が商用電源から最大限に受け入れ可能な電力であるピーク電力と、当該画像形成装置１における定着装置２８以外の各動作機構部によって消費される消費電力との差）を、励磁コイル４３に供給することになるため、励磁コイル４３に供給する電力と、定着装置２８以外の各動作機構部によって消費される消費電力との合計電力量が、商用電源の定格電力に近付く。これにより、商用電源からの電力を、熱ローラ２６の加熱のために最大限に供給可能となり、商用電源から得られる電力を有効に活用することができる。また、励磁コイル４３に供給する電力と、定着装置２８以外の各動作機構部によって消費される消費電力との合計電力量が一時的に商用電源の定格電力を超えるような場合であっても、当該合計量を迅速に商用電源の定格電力内に戻すことが可能である。

なお、上記各実施形態によれば、画像形成装置１の定着装置２８以外の各動作機構７等で必要な駆動電力が頻繁に変化する場合でも、当該画像形成装置１全体の総駆動電力が、常に商用電源の定格電力を超えない状態を平均的に保って、商用電源の電力を効率よく定着装置２８での加熱に用いることができる。当該定着装置２８に効率よく電力を供給できることにより、熱ローラ２６の表面温度を急速に立ち上げ可能となり、画像形成装置１のウォームアップに必要な時間も短縮される。

また、画像形成装置１にオプション機器が追加されて駆動され、画像形成装置１全体での総駆動電力が変化した場合であっても、当該追加されたオプション機器を含めた画像形成装置１全体の総駆動電流値が第１電流検出部４８により検出され、上限電力算出部５１１による上限電力算出に用いられるようにすれば、当該追加されたオプション機器を含めた画像形成装置１全体の総駆動電力が商用電源の定格電力を超えない状態を平均的に保って、商用電源の電力を効率よく定着装置２８での加熱に用いることができる。

同様に、画像形成装置１が量産された場合に、各装置固有の部品ばらつきにより各装置の総駆動電流値が異なるような場合でも、上記各実施形態による励磁コイル４３への供給電力制御では、各装置毎の総駆動電流値の差を見越したマージンを設定した制御を行わなくてよい。このため、画像形成装置１を、その動作モードや各装置の状態に左右されないロバスト設計することが可能になる。

なお、本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、図４に示したＳ７，Ｓ１０において、定着電力又は上限電力の変動量が予め定められた値以上である場合にのみ、第１周波数制御部４１１による周波数制御としているが、これに限られず、当該実施形態の変形例として、定着電力又は上限電力の変動量が予め定められた値以上であるか否かに拘わらず、第１周波数制御部４１１が定着電力又は上限電力を用いた上記周波数算出を行うものしてもよい。

また、例えば、画像形成装置１の電源投入直後のウォーミングアップ開始時から定着装置２８の熱ローラ２６が画像形成可能な温度（例えば、180℃）に達するまでの期間（予め定められた期間）が経過するまで、又は当該熱ローラ２６が画像形成可能な温度に達するまでの期間に相当する時間（予め定められた期間）が、励磁コイル４３への高周波電流の供給開始時から経過するまでは、切替部４１３が、第１周波数制御部４１１に上記周波数制御を行わせるようにしてもよい。この場合、上記期間又は時間の経過後は、切替部４１３は第２周波数制御部４１２に上記周波数制御を行わせ、図４に示したＳ４以降の処理（上記変形例を含む）が行われる。

また、上記実施形態で示したフィードバック制御は単なる一例に過ぎず、本発明で行うフィードバック制御を上記に示した内容に限定する趣旨ではない。

また、上記実施形態では、励磁コイル４３への供給電流制御に用いる各種電流値及び各種電力の算出は、本体側制御部５１で行うものとしているが、この構成は単なる一例に過ぎず、例えば、当該各種電流値及び各種電力の算出をＩＨ制御部４１において行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、被加熱体の例として励磁コイル４３及び熱ローラ２６を示し、また、本発明に係る誘導加熱装置が適用される例として定着装置２８及び画像形成装置１を示しているが、本発明をこれらに限定する趣旨ではない。

また、図１乃至図６に示す構成及び処理は、本発明に係る誘導加熱装置１０、定着装置２８及び画像形成装置１の構成及び処理の一実施形態に過ぎず、本発明に係る誘導加熱装置１０、定着装置２８及び画像形成装置１を当該構成及び処理に限定する趣旨ではない。

１ 画像形成装置
１０ 誘導加熱装置
２６ 熱ローラ
２７ 加圧ローラ
２８ 定着装置
４１ ＩＨ制御部
４１０ 選択部
４１１ 第１周波数制御部
４１２ 第２周波数制御部
４１３ 切替部
４２ 駆動回路
４３ 励磁コイル
４４ 温度センサ
４５ 電圧検出部
４６ 第２電流検出部
４８ 第１電流検出部
５１ 本体側制御部
５１１ 定着電力算出部
５１２ 許容電流算出部
５１３ 上限電力算出部

Claims (4)

1. 被加熱体を電磁誘導により発熱させる励磁コイルと、
   前記被加熱体の温度を検出する温度検出部と、
   当該画像形成装置を駆動制御する本体側制御部と、
   前記本体側制御部の制御による当該画像形成装置の駆動に用いられる駆動電流の値を検出する第１電流検出部と、
   前記励磁コイルに対して高周波電流をその周波数を変化させて供給する電流供給制御部と、
   前記励磁コイルに供給される電流の値を検出する第２電流検出部と、
   前記励磁コイルに供給される電源電圧の値を検出する電圧検出部と、
   前記温度検出部によって検出される前記被加熱体の表面温度を、画像形成時に用いられる予め定められた表面温度にするために、前記励磁コイルに供給する定着電力を算出する定着電力算出部と、
   前記第１電流検出部によって検出される駆動電流値から、予め記憶している商用電源の定格電流値を減算した値を、前記第２電流検出部によって検出された電流値から減算することによって、前記励磁コイルに供給可能な許容電流の値を算出する許容電流算出部と、
   前記許容電流算出部によって算出された許容電流値と、前記電圧検出部によって検出された電圧とを乗じて上限電力を算出する上限電力算出部と、
   前記電圧検出部によって検出された電源電圧と、前記温度検出部によって検出される前記被加熱体の表面温度と、前記定着電力算出部によって算出された定着電力又は前記上限電力算出部によって算出された上限電力との組合せに対して予め定められた周波数に基づいて、前記電流供給制御部が前記励磁コイルへの供給電力制御に用いる前記高周波電流の周波数を算出して設定する第１周波数制御部と、
   前記上限電力算出部によって算出された上限電力が、前記定着電力算出部によって算出された定着電力を下回った場合には、前記第１周波数制御部が前記周波数の算出に用いる電力として前記上限電力を選択し、前記上限電力算出部によって算出された上限電力が、前記定着電力算出部によって算出された定着電力を下回っていない場合には、前記第１周波数制御部が前記周波数の算出に用いる電力として前記定着電力を選択する選択部と
   を備えた画像形成装置。
2. 前記第２電流検出部によって検出される電流値及び前記電圧検出部によって検出される電源電圧を乗じて得られる電力の値をフィードバックし、前記定着電力算出部によって算出された定着電力、又は前記上限電力算出部によって算出された上限電力を目標値として、前記励磁コイルへの供給電力を求め、当該供給電力に対応する前記高周波電流の周波数を設定する第２周波数制御部と、
   前記第１周波数制御部又は第２周波数制御部のいずれにより前記高周波電流の周波数を設定させるかを切り替える切替部とを備え、
   前記選択部は、前記第１周波数制御部又は第２周波数制御部が前記周波数の算出に用いる電力として、前記定着電力又は前記上限電力の前記選択を行い、
   前記切替部は、前記選択回路により選択された前記定着電力又は前記上限電力のいずれかについて、前回の値からの変動量が予め定められた値以上である場合に、前記第１周波数制御部により前記周波数を設定させ、当該変動量が予め定められた値未満である場合に、前記第２周波数制御部により前記周波数を設定させる切替を行う請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記切替部は、前記電流供給制御部による前記励磁コイルへの前記高周波電流供給の開始時から予め定められた期間は、前記第１周波数制御部により前記周波数を設定させ、当該予め定められた期間の経過後は、前記第２周波数制御部により前記周波数を設定させるように切り替える請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記許容電流算出部は、前記第１電流検出部によって検出される駆動電流値から前記予め記憶している商用電源の定格電流値を減算した値を、前記第２電流検出部によって検出された電流値から減算して得た値よりも、更に予め定められた値だけ小さい電流値を前記許容電流値として算出する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。

Images