JP2012237873A - Image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、定着装置の発熱体を加熱するのに用いられる誘導加熱装置を備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to an image forming apparatus including an induction heating device used to heat a heating element of a fixing device.
例えば、コピー機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置、さらにはこれらの装置の機能を集約したMFP(Multi Function Peripherals)と称される多機能デジタル画像形成装置等には、定着装置の発熱体を加熱する加熱源として誘導加熱装置を備えたものがある。 For example, image forming apparatuses such as copiers, printers, facsimiles, and the like, and multifunction digital image forming apparatuses called MFP (Multi Function Peripherals) that integrate the functions of these apparatuses include a heating element of a fixing device. Some heating sources include an induction heating device.
このような誘導加熱装置として、誘導加熱用のコイルへ例えば商用の交流電圧を全波整流し直流に変換して印加するとともに、誘導加熱用のコイルと直列に接続された例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)等からなるスイッチング素子のオン・オフを制御することにより、定着装置の発熱体へ供給する電力を制御する方式のものが従来より用いられている。 As such an induction heating device, for example, a commercial AC voltage is full-wave rectified and converted into a direct current and applied to a coil for induction heating, for example, and an insulated gate bipolar transistor connected in series with the coil for induction heating, for example 2. Description of the Related Art Conventionally, a system that controls power supplied to a heating element of a fixing device by controlling on / off of a switching element made of (IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor) has been used.
この場合、前記定着装置の発熱体への供給電力量はスイッチング素子のオン・オフのデューティ比により変化するが、従来では、前記入力電圧のピーク値と、発熱体を所定温度に発熱させるのに必要な電力値とから、前記デューティ比が決定されていた(例えば特許文献1)。 In this case, the amount of power supplied to the heating element of the fixing device varies depending on the duty ratio of the on / off of the switching element. Conventionally, the peak value of the input voltage and the heating element are heated to a predetermined temperature. The duty ratio is determined from the necessary power value (for example, Patent Document 1).
ところで、誘導加熱装置の動作中において、商用の入力交流(50/60Hz)に電圧変動が生じることがあるが、変動した入力電圧のピーク値が大きいと、誘導加熱用のコイルをスイッチングする前記スイッチング素子に過大な電圧が印加され、スイッチング素子が破壊されることがある。 By the way, during the operation of the induction heating apparatus, voltage fluctuation may occur in commercial input AC (50/60 Hz). If the peak value of the fluctuating input voltage is large, the switching for switching the induction heating coil is performed. An excessive voltage may be applied to the element, and the switching element may be destroyed.
また、入力電圧波形のひずみも供給電力に大きな影響を及ぼす。入力電圧波形のひずみは、発電機の劣化等により発生する現象で第3地域に多く見られる。波形ひずみが発生すると実際の実効電圧Vrmsと入力電圧におけるピーク電圧Vpとの関係が、通常の正弦波のようにVrms=Vp/√2という関係から逸脱してしまう。 In addition, distortion of the input voltage waveform has a great influence on the power supply. The distortion of the input voltage waveform is a phenomenon that occurs due to the deterioration of the generator and is often seen in the third region. When waveform distortion occurs, the relationship between the actual effective voltage Vrms and the peak voltage Vp at the input voltage deviates from the relationship Vrms = Vp / √2 as in a normal sine wave.
しかるに、入力電圧のピーク値を基にスイッチング素子のオン・オフのデューティ比を決定する従来の誘導加熱装置では、波形ひずみが生じた入力電圧に対しては精度の良い電力制御を行うことができないという欠点があった。 However, the conventional induction heating device that determines the ON / OFF duty ratio of the switching element based on the peak value of the input voltage cannot perform accurate power control on the input voltage in which waveform distortion has occurred. There was a drawback.
この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであって、誘導加熱用のコイルに印加される入力電圧に波形ひずみが生じていても、精度の高い電力制御を行うことができる誘導加熱装置を備えた画像形成装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such a technical background, and can perform high-precision power control even when waveform distortion occurs in the input voltage applied to the induction heating coil. It is an object of the present invention to provide an image forming apparatus including an induction heating device.
上記課題は、以下の手段によって解決される。
(1)発熱体を有する定着装置と、前記発熱体を加熱するための誘導加熱用のコイルと、前記コイルへ入力される入力電圧のピーク値を検出するピーク電圧検出手段と、前記入力電圧の実効値を検出する実効電圧検出手段と、前記ピーク電圧検出手段により検出された入力電圧のピーク値と、前記実効電圧検出手段により検出された入力電圧の実効値とに基づいて、電力制御用電圧値を決定する電圧値決定手段と、前記電圧値決定手段により決定された電圧値を用いて、定着装置側への供給電力を制御する電力制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
(2)交流電力を整流する整流手段と、前記整流手段により整流された電力を、画像形成装置本体の各部へ供給するために電力変換を行う半導体スイッチング素子とを有する直流電源装置を備え、前記実効電圧検出手段は前記直流電源装置に備えられている前項1に記載の画像形成装置。
(3)前記電力制御手段は、前記直流電源装置の負荷率に応じて、前記電圧値決定手段により決定された電力制御用電圧値を補正する前項1または2に記載の画像形成装置。
The above problem is solved by the following means.
(1) A fixing device having a heating element, an induction heating coil for heating the heating element, a peak voltage detection means for detecting a peak value of an input voltage input to the coil, and the input voltage Based on the effective voltage detection means for detecting the effective value, the peak value of the input voltage detected by the peak voltage detection means, and the effective value of the input voltage detected by the effective voltage detection means, a power control voltage An image forming system comprising: a voltage value determining unit that determines a value; and a power control unit that controls power supplied to the fixing device using the voltage value determined by the voltage value determining unit. apparatus.
(2) A DC power supply device comprising: a rectifier that rectifies AC power; and a semiconductor switching element that performs power conversion to supply the power rectified by the rectifier to each part of the image forming apparatus body, 2. The image forming apparatus according to
(3) The image forming apparatus according to (1) or (2), wherein the power control unit corrects the power control voltage value determined by the voltage value determination unit in accordance with a load factor of the DC power supply device.
前項(1)に記載の発明によれば、ピーク電圧検出手段により検出された入力電圧のピーク値と、実効電圧検出手段により検出された入力電圧の実効値とに基づいて、電力制御用電圧値が決定され、この決定された電圧値を用いて、定着装置側への供給電力が制御されるから、従来のように入力電圧のピーク値のみを用いて定着装置側への供給電力を制御する場合に較べて、実効電圧検出手段により検出された入力電圧の実際の実効値を考慮することができる。その結果、誘導加熱用のコイルに印加される入力電圧に波形ひずみが生じていても、精度の高い電力制御を行うことができる画像形成装置となし得る。 According to the invention described in (1), the voltage value for power control is based on the peak value of the input voltage detected by the peak voltage detecting means and the effective value of the input voltage detected by the effective voltage detecting means. Since the power supplied to the fixing device is controlled using the determined voltage value, the power supplied to the fixing device is controlled using only the peak value of the input voltage as in the prior art. Compared to the case, the actual effective value of the input voltage detected by the effective voltage detecting means can be considered. As a result, even if a waveform distortion occurs in the input voltage applied to the induction heating coil, the image forming apparatus can perform an accurate power control.
前項(2)に記載の発明によれば、実効電圧検出手段として、交流電力を整流して画像形成装置本体の各部へ供給する直流電源装置に備えられているものを流用することにより、誘導加熱制御のための専用の実効電圧検出手段を備える必要はなく、装置の構成を簡素化できる。 According to the invention described in the preceding item (2), induction heating can be performed by diverting what is provided in a DC power supply device that rectifies AC power and supplies it to each part of the image forming apparatus main body as effective voltage detection means. It is not necessary to provide a dedicated effective voltage detection means for control, and the configuration of the apparatus can be simplified.
前項(3)に記載の発明によれば、直流電源装置の負荷率に応じて、電圧値決定手段により決定された電力制御用電圧値を補正するから、より精度の高い電力制御を行うことができる。 According to the invention described in item (3) above, the power control voltage value determined by the voltage value determining means is corrected according to the load factor of the DC power supply device, so that more accurate power control can be performed. it can.
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、この発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
画像形成装置1は、誘導加熱装置10と、本体制御部20と、定着装置30とを備えている。
The
前記誘導加熱装置10は、全波整流回路102と、誘導加熱用のコイル(インダクタ)103と、コンデンサ104と、スイッチング素子105と、IGBT駆動回路106と、ピーク電圧検出回路107と、実効電圧検出回路108と、入力電流検出回路109と、電力制御部110を備えている。
The
全波整流回路102は、50/60Hzの100Vの交流電源である商用電源101の100Vの交流電圧を全波整流して直流に変換するものである。
The full-
コイル103は、前記全波整流回路102の出力を入力電圧として受領し、磁気的に結合された定着装置30の発熱体(図示せず)を誘導加熱する。
The coil 103 receives the output of the full-
コンデンサ104はコイル103と並列に接続され、コイル103とで共振回路112を形成する。
The
スイッチング素子105はコイル103と直列に接続され、商用電源101から全波整流回路102、共振回路112、スイッチング素子105及び全波整流回路102を巡って商用電源101へと至る閉ループを形成している。スイッチング素子105の種類は限定されないが、この実施形態では、前述した絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)が用いられている。
The
IGBT駆動回路106は、電力制御部110からの指示に基づいてスイッチング素子105をオン・オフすることにより、スイッチング素子105を高周波スイッチング駆動するものである。
The
ピーク電圧検出回路107は、全波整流回路102からコイル103へ入力される入力電圧V0のピーク値Vpを検出するものである。このピーク電圧検出回路107は、例えば図2(A)に示すように、入力電圧V0によって充電されるコンデンサ107aを備えており、このコンデンサ107aは入力電圧V0によって、図2(B)に示すように、最大で入力電圧のピーク値(ピーク電圧ともいう)Vpまで充電されることから、充電電圧の最大値を検出することによりピーク電圧Vpを検出するものとなされている。なお、ピーク電圧Vpは大きな値であることから、実際にはピーク電圧検出回路107はピーク電圧Vpを変圧または分圧する回路を備えており、扱う電圧値を小さくしている。
The peak
実効電圧検出回路108は、前記入力電圧V0の実効値(実効電圧ともいう)Vrmsを検出するものである。この実効電圧検出回路108は、例えば図3に示すように、整流回路102に直列に接続されたチョークコイル108aと、チョークコイル108aの出力を充電するコンデンサ108bを備えたチョークインプット型の整流器からなる、このような実効電圧検出回路108では、入力電圧V0が図4(A)に一点鎖線で示すような正弦波の場合であっても、図4(B)に破線で示すようなひずみ波であっても、コンデンサ108bの出力により実効値Vrmsを検出できる。ただし、コンデンサ108bの出力にはリップルがあるため、検出電圧として使用するためには電力制御部110に備えられているCPUのADポートを使用する場合等では、平均化処理を行うのが良い。
The effective
ちなみに、全波整流回路102の出力波形をCPUのADポートに接続し、瞬時の電圧を検出することにより、実効値を検出することは可能である。しかし、この方法では、精度良く実効値を検出するためには出力波形1周期分の高速サンプリングと、サンプリング後の高速演算が必要となるため、演算回路が高価となる。これに対して、図3に示したような回路を用いた場合には、CPUはチョークインプット波形に対する数点のサンプリング結果を平均化演算するだけで良いから、高価な演算回路を備えなくても高精度の実効値検出を行うことができる。
Incidentally, the effective value can be detected by connecting the output waveform of the full-
入力電流検出回路109は、全波整流回路102を介してコイル103へ入力される電流を検出するものである。
The input
電力制御部110は、IGBT駆動回路106を介してスイッチング素子105のオン・オフを制御することにより、定着装置30の発熱体への供給電力を制御するものであり、図示しないCPU、ROM、RAM等により構成されている。
The
具体的には、ピーク電圧検出回路107により検出されたピーク電圧と、実効電圧検出回路108により検出された実効値とから、電力制御用電圧値を決定し、この決定された電圧値と入力電流検出回路109で検出された入力電流値とを用いて、電力を算出するとともに、算出した電力値と画像形成装置本体側から指示される必要電力値とに差がある場合は、デューティ比決定部110aで決定されるスイッチング素子105の駆動パルス信号のデューティ比を変化させる等の動作を行う。
Specifically, the power control voltage value is determined from the peak voltage detected by the peak
本体制御部20の制御回路21は、図示しないCPU、ROM、RAM等を備え、電力制御部110に対して電力供給の開始指示や定着装置30の必要電力値の指示を行う。
The
なお、図1の実施形態では、誘導加熱装置10に実効電圧検出回路108を設けた場合を示したが、実効電圧検出回路108は画像形成装置1の直流電源装置に一般に備えられている場合が多い。
In the embodiment of FIG. 1, the effective
そこで、この直流電源装置に備えられている実効電圧検出回路を誘導加熱装置10の一部として兼用しても良い。
Therefore, the effective voltage detection circuit provided in the DC power supply device may be used as a part of the
この場合の画像形成装置1の要部の構成を図5のブロック図に示す。この画像形成装置1は商用電源101からの交流電力を整流して画像形成装置1内の直流負荷23に直流電力を供給するための直流電源装置22を備え、この直流電源装置22には、整流された電力を、画像形成装置1内の直流負荷23へ供給するために電力変換を行う半導体スイッチング素子を備えたスイッチングレギュレータが設けられている。また、整流後の入力電圧V0の実効値を検出するための実効電圧検出回路108が備えられている。
The configuration of the main part of the
この実効電圧検出回路108で検出された実効値は本体制御部20の制御回路21へ入力され、制御回路21から定着装置30への必要電力値の情報と共に、誘導加熱装置10の電力制御部110へ送信される。誘導加熱装置10は、該加熱装置10内にあるピーク電圧検出回路107で検出された入力電圧のピーク値と、前記本体制御部20の制御回路21から送信されてきた実効値とから、電力制御用の電圧値を決定し、この電圧値と入力電圧検出回路109で検出された入力電流値を用いて、入力電力の算出等を行う。
The effective value detected by the effective
なお、画像形成装置1の直流電源装置22に備えられている実効電圧検出回路108により実効値を検出する場合、図6(A)に示すように装置内の直流負荷23が定格付近にあるときの整流電圧の実効値を用いることが望ましい。軽負荷の場合には、同図(B)に示すように整流電圧がずれて精度の高い実効値を検出できないおそれがあるからである。
When the effective value is detected by the effective
このため、この実施形態では、ピーク電圧検出回路107で検出された入力電圧のピーク値と、実効電圧検出回路108で検出された入力電圧の実効値とで決定される電力制御用電圧値を、直流電源装置22の負荷率に応じて補正できるようになっている。例えば画像形成装置1の待機時とプリント時とでは負荷率が異なり、軽負荷の場合には、実効値を検出された実効値よりも小さくし、電力制御用電圧値を小さくするようにしている。
Therefore, in this embodiment, the power control voltage value determined by the peak value of the input voltage detected by the peak
図7は、前記電力制御部110で実行される電力制御処理を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart illustrating a power control process executed by the
ステップS01で、本体制御部20の制御回路21から、定着装置側への供給電力値P1の指示を受信する。次いでステップS02で、制御用電圧値の決定処理を実行する。この処理については後述する。
In step S01, an instruction of the power supply value P1 supplied to the fixing device side is received from the
次にステップS03で、ステップS02において決定された制御用電圧値を、直流電源装置22の負荷率に応じて補正した後、ステップS04で、スイッチング素子105の駆動パルス信号を仮に決定する。この駆動パルス信号のデューティ比は例えば次のようにして決定される。
Next, in step S03, the control voltage value determined in step S02 is corrected according to the load factor of the
即ち、制御用電圧値と、スイッチング素子105の駆動信号のデューティ比と、定着装置側への供給電力の関係が、予めテーブルとして電力制御部109に保持されており、デューティ決定部110aは、前記制御用電圧値と定着装置側への供給電力値とに基づいて、前記テーブルからスイッチング素子105の駆動信号のデューティ比を選択する。
In other words, the relationship between the control voltage value, the duty ratio of the drive signal of the
次にステップS05で、再度、制御用電圧値の決定処理を実行したのち、ステップS06で、ステップS02において決定された制御用電圧値を、直流電源装置22の負荷率に応じて補正する。次いで、ステップS07で、入力電流検出回路109の出力に基づいて、入力電流を検出した後、ステップS08で、前記決定された制御用電圧値と入力電流値とを用いて、供給電力値P2を算出する。
Next, in step S05, control voltage value determination processing is executed again, and in step S06, the control voltage value determined in step S02 is corrected in accordance with the load factor of the DC
ステップS09では、本体制御部20の制御回路21から指示された電力値P1と算出された電力値P2を比較し、同等でなければ(ステップS09でNO)、ステップS10で、スイッチング素子105の駆動信号のデューティ比を変更した後、ステップS05に戻る。同等であれば(ステップS09でYES)、そのままステップS05に戻る。
In step S09, the power value P1 instructed from the
図8は、図7のフローチャートのステップS02及びステップS05における制御用電圧値決定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing a subroutine of control voltage value determination processing in steps S02 and S05 of the flowchart of FIG.
ステップS021では、ピーク電圧検出回路107の出力に基づいてピーク電圧値を検出した後、ステップS022で、実効電圧検出回路108の出力に基づいて実効値を検出する。そして、ステップS023で、制御用電圧値を決定したのち、リターンする。
In step S021, the peak voltage value is detected based on the output of the peak
このように、この実施形態では、ピーク電圧検出回路107により検出された入力電圧のピーク値と、実効電圧検出回路108により検出された入力電圧の実効値とに基づいて、電力制御用電圧値が決定され、この決定された電圧値を用いて、定着装置側への供給電力が制御されるから、従来のように入力電圧のピーク値のみを用いて定着装置側への供給電力を制御する場合に較べて、実効電圧検出回路108により検出された入力電圧の実際の実効値を考慮することができる。その結果、誘導加熱用のコイルに印加される入力電圧に波形ひずみが生じていても、精度の高い電力制御を行うことができる画像形成装置となし得る。
As described above, in this embodiment, the power control voltage value is determined based on the peak value of the input voltage detected by the peak
1 画像形成装置
10 誘導加熱装置
20 本体制御部
21 制御回路
22 直流電源装置
30 定着装置
101 商用電源
102 全波整流回路
103 コイル
104 コンデンサ
105 スイッチング素子
107 ピーク電圧検出回路
108 実効電圧検出回路
109 入力電流検出回路
110 電力制御部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記発熱体を加熱するための誘導加熱用のコイルと、
前記コイルへ入力される入力電圧のピーク値を検出するピーク電圧検出手段と、
前記入力電圧の実効値を検出する実効電圧検出手段と、
前記ピーク電圧検出手段により検出された入力電圧のピーク値と、前記実効電圧検出手段により検出された入力電圧の実効値とに基づいて、電力制御用電圧値を決定する電圧値決定手段と、
前記電圧値決定手段により決定された電圧値を用いて、定着装置側への供給電力を制御する電力制御手段と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。 A fixing device having a heating element;
A coil for induction heating for heating the heating element;
Peak voltage detection means for detecting a peak value of an input voltage input to the coil;
Effective voltage detection means for detecting an effective value of the input voltage;
Voltage value determining means for determining a power control voltage value based on the peak value of the input voltage detected by the peak voltage detecting means and the effective value of the input voltage detected by the effective voltage detecting means;
Power control means for controlling power supplied to the fixing device using the voltage value determined by the voltage value determination means;
An image forming apparatus comprising:
前記実効電圧検出手段は前記直流電源装置に備えられている請求項1に記載の画像形成装置。 A DC power supply device comprising: a rectifying unit that rectifies AC power; and a semiconductor switching element that performs power conversion to supply the power rectified by the rectifying unit to each part of the image forming apparatus body,
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the effective voltage detection unit is provided in the DC power supply device.
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