JP2013098151A

JP2013098151A - 誘導加熱装置及び誘導加熱装置の制御方法

Info

Publication number: JP2013098151A
Application number: JP2011243226A
Authority: JP
Inventors: Homare Ebara; 誉江原; Yushi Miyata; 侑是宮田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2013-05-20

Abstract

【課題】ＰＷＭ信号に対する異常検出までの時間を従来よりも短縮し、誘導加熱装置の破壊を防ぐ。
【解決手段】加熱コイルを備えた誘導加熱部３を備え、前記誘導加熱部３の温度制御をＰＷＭ信号で行う誘導加熱装置であって、出力されたＰＷＭ信号のＯＮ又はＯＦＦ時間を検知する手段３１、３３と、検知したＰＷＭ信号のＯＮ又はＯＦＦ時間が当該ＰＷＭ信号について設定した時間範囲内であるときＰＷＭ信号を前記誘導加熱部へ出力させ、前記時間範囲外であるときＰＷＭ信号の前記誘導加熱部への出力を停止させる異常監視手段（３６〜３８）とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は誘導加熱装置及び誘導加熱装置の制御方法に関し、制御信号例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号で誘導加熱部への供給電力を制御する誘導加熱装置及び誘導加熱装置の制御方法に関する。

画像形成装置の定着ユニットを加熱するための誘導加熱装置において、入力するＰＷＭ信号のＯＮ又はＯＦＦ時間を変動させ、それによってその供給電力を制御することが知られている。この給電制御においては、ＰＷＭ信号のＯＮ又はＯＦＦ時間は使用可能な時間範囲があるため、その範囲を逸脱しないように制限することが行われている。

例えば特許文献１に記載された誘導加熱装置では、ＯＦＦ時間の監視を行い、ＰＷＭ信号のＯＦＦ時間が必要以上に長くならないように、安全装置を用いてＰＷＭ信号のＯＦＦ時間を制限している。
ただ、特許文献１に記載された誘導加熱装置では、ＰＷＭ信号のＯＮ時間が固定であるという前提で、ＰＷＭ信号のＯＦＦ時間が長いときのみＰＷＭ信号のＯＦＦ時間制御を行うものであって、そもそもＰＷＭ信号のＯＮ時間の最大値・最小値を設定するという発想がなく、ＰＷＭ信号のＯＮ時間が変動したときには、そのＯＦＦ時間の制御可能な最大値・最小値も変動する虞がある。

また、従来の誘導加熱装置のように、ＯＦＦ時間の監視のみを行うものでは、例えば故障によりＯＮ時間の長さが使用可能範囲外となっても、その異常が検知されるまでに時間が掛かり、その間に誘導加熱装置が過熱することがあり、それに対する対策が必要となってきている。

本発明は、従来の誘導加熱装置の前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ＰＷＭ信号に対する異常検出までの時間を従来よりも短縮し、誘導加熱装置が故障するのを確実に防止することである。

本発明は、加熱コイルを備えた誘導加熱部を備え、前記誘導加熱部の温度制御を制御信号で行う誘導加熱装置であって、制御信号出力手段が出力する前記制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の時間範囲を定める最大値及び最小値を決定する制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段と、前記制御信号出力手段で出力された制御信号のＯＮ時間又はＯＦＦ時間を検知する手段と、検知した制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間が前記時間範囲内であるとき制御信号を前記誘導加熱部へ出力し、かつ制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間が前記時間範囲外であるとき、制御信号の前記誘導加熱部への出力を停止させる異常監視手段と、を有する誘導加熱装置である。

本発明は、前記従来の誘導加熱装置と異なり、ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の両方の監視を行なうことで、異常発生から検出までの時間が短くなるので、異常発生時に従来よりも早期に誘導加熱装置の動作を停止することができ、誘導加熱装置の故障を確実に防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る誘導加熱装置の構成を概略的に示すブロック図である。本実施形態の誘導加熱装置の誘導加熱部の消磁コイルの切り替えによるＰＷＭ信号のＯＮ時間の最大値・最小値の決定のための手段について説明する図である。本実施形態に係る誘導加熱装置の具体的構成図である。ＰＷＭ信号のＯＮ時間又はＯＦＦ時間の時間異常検出のための異常検出手段であるハードウェア構成のＰＷＭ信号時間異常検出手段の構成図である。ＰＷＭ信号のＯＮ時間異常検知の一方法を説明する図である。ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間に対するタイマ監視状態を説明する図である。

次に、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る誘導加熱装置の構成を概略的に示すブロック図である。
本実施形態に係る誘導加熱装置は、制御装置１と、制御装置１の制御に必要なデータ等を格納したデータ格納部２と、誘導加熱部３と、温度検出手段４と、消磁コイル５と、定着ユニット６と、紙サイズ検出手段７と、消磁コイル５が切り替わったことを確認する消磁コイル切り替え検出手段８を備えている。

制御装置１は、消磁コイル５の切り替えの要不要を判定する消磁コイル切り替え判定手段１０１と、誘導加熱部３への通電状態を切り替える通電切り替え手段１０２と、誘導加熱部３への供給電力を制御する制御信号、ここではＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段１０３と、誘導加熱部３への通電状態を切り替えてからの時間を測定する時間測定手段１０４と、消磁コイル５の状態（ＯＮ又はＯＦＦ状態）を切り替える消磁コイル切り替え手段１０５と、ＰＷＭ信号出力手段１０６と、誘導加熱部切り替え判定手段１０７と、誘導加熱部３の負荷検出手段１０８と、誘導加熱部（定着ユニット６）の端部温度検出手段１０９と、ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間比較手段１１０と、を備えている。

消磁コイル切り替え判定手段１０１は、誘導加熱部３の温度を検出するために備えられた温度検出手段４の出力信号に基づき誘導加熱部（定着ユニット６）の端部温度を検出する端部温度検出手段１０９の出力信号、又は定着ユニット６の紙サイズを検出する紙サイズ検出手段７の出力信号により、消磁コイル５のＯＮ又はＯＦＦ状態の切り替えの要又は不要の判定を行う。

消磁コイル切り替え手段１０５は、消磁コイル切り替え判定手段１０１の消磁コイル５のＯＮ又はＯＦＦ状態の切り替えの要又は不要の判定に基づき消磁コイル５のＯＮ・ＯＦＦを切り替える。
ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段１０３は、データ格納部２に格納されているデータを読み出してＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の最大値・最小値を決定する。なお、前記データは、例えば、切り替える消磁コイルの数に対応付けたＰＷＭ信号のＯＮ時間・ＯＦＦ時間の最大値と最小値である。

ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間比較手段１１０は、出力しようとするＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間が、前記ＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段１０３で設定されたＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の範囲内であるか否かを判定する。
ＰＷＭ信号出力手段１０６は、ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間比較手段１１０がＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の範囲内であると判定したとき、ＰＷＭ信号を出力する。

誘導加熱部切り替え判定手段１０７は、誘導加熱部３に通電することの要否を判定して通電又は非通電を行う。誘導加熱部の負荷検出手段１０８は、誘導加熱部３の負荷を検出し、通電切り替え手段１０２は、負荷検出手段１０８で検出した誘導加熱部３の負荷が設定値以外のとき、或いは消磁コイル切り替え判定手段１０１により消磁コイル５の切り替えが必要であると判定されたとき、誘導加熱部３への通電を遮断（又は停止）する。

なお、ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段１０３が、ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の最大値・最小値を決定（設定）するのは、消磁コイル５がＯＦＦからＯＮ状態に変化すると共振周波数が高くなり、この変化がＰＷＭ信号が利用可能なＯＮ時間及びＯＦＦ時間の最大値・最小値設定に影響を与える、つまり、誤動作が生じる恐れがあるため、ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の最大値・最小値を再設定する必要があるためである。

したがって、前記ＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段１０３がＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定時に読み出す前記データは、前記共振周波数が高くなったときに、ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の最大値・最小値が小さくなるように定められたデータである。また、消磁コイル５のＯＦＦ状態とＯＮ状態で電力範囲が同じになるように設定される。

本実施形態では、消磁コイル切り替え判定手段１０１は常に消磁コイル５を切り替えるか否かを判定し、ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の最大値・最小値は、ＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段１０３がこの消磁コイル切り替え判定手段１０１からの信号を受けて決定する。
これにより、誘導加熱部３の連続動作中に消磁コイル５を切り替えた場合でも、誘導加熱部３の動作を短時間止めるだけで、ＰＷＭ信号の最小・最大ＯＮ時間及びＯＦＦ時間を設定することできる。ここで、短時間とは非常に短く誘導加熱装置の主動作に影響は及ぼさない時間である。

図２は、誘導加熱部３の消磁コイル５の切り替えによるＰＷＭ信号のＯＮ時間の最大値及び最小値の決定のための手順について説明する図である。
まず、消磁コイル切り替え判定手段１０１により消磁コイルの切り替えが必要であるか否か判定し（Ｓ１０１）、切り替えが必要であれば（Ｓ１０１、ＹＥＳ）、通電切り替え手段１０２により誘導加熱部３への通電を遮断する（Ｓ１０２）。
次に、時間測定手段１０４により、通電遮断から一定時間が経過したか否か判定し（Ｓ１０３）、一定時間が経過したときは（Ｓ１０３、ＹＥＳ）、ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段１０３により、切り替え後の消磁コイルのＯＮ及びＯＦＦ状態に対応したＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の最大値・最小値を決定（又は設定）する。この決定は、データ格納部２に格納されている前記データを読み出すことで行う（Ｓ１０４）。

次に、ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間比較手段１１０は、出力するＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間が、ステップＳ１０４で決定したＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の最大値・最小値の範囲内に入っているか否かを判定し（Ｓ１０５）、前記範囲内と判定されたときは（Ｓ１０５、ＹＥＳ）、消磁コイル切り替え手段１０５により、消磁コイルのＯＮ又はＯＦＦ状態を切り替える（Ｓ１０６）。

次に、時間測定手段１０４が、消磁コイルのＯＮ又はＯＦＦ状態の切り替えから一定時間経過したか否かを判定し（Ｓ１０７）、一定時間経過したと判定したときは（Ｓ１０７、ＹＥＳ）、通電切り替え手段１０２により、誘導加熱部３へ通電する（Ｓ１０８）。その後、誘導加熱部切り替え判定手段１０７により、誘導加熱部３のＯＮ（通電）・ＯＦＦ（非通電）の要否の判定を行い（Ｓ１０９）、誘導加熱部３の通電が必要でなくなれば（Ｓ１０９、ＹＥＳ）、誘導加熱部３をＯＦＦする。

ステップＳ１０９で、誘導加熱部３への通電が必要であると判定されたときは（Ｓ１０９、ＮＯ）ステップＳ１０１に戻り、以下の前記各ステップを繰り返す。
なお、ステップＳ１０１において、消磁コイル切り替え判定手段１０１により消磁コイルの切り替えが必要でないと判定されたときは（Ｓ１０１、ＮＯ）は、その処理手順は直ちにステップＳ１０９へ移行する。
以上の手順により、誘導加熱部３の動作中に消磁コイルの状態が複数回変更されても、その度にＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の最大値・最小値を設定することができる。

図３は、誘導加熱装置の具体的構成図である。
ここでは、誘導加熱装置を構成する、商用電源２０と、整流器２１と、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）２２と、加熱コイル２３と、共振用コンデンサ２４と、定着ユニット６と、消磁コイル５とからなる誘導加熱部３（図１）と、制御基板に配置された消磁コイル切り替え手段１０５と、例えば赤外線センサなどの非接触温度センサ２５を備えた温度検出手段４と、を備えたものとして示されており、加えて通電切り替え手段１０２から出力される誘導加熱部切り替え信号Ｓ１と、ＰＷＭ出力手段１０６から出力されるＰＷＭ信号Ｓ２とが示されている。

商用電源２０の電源は、整流器２１及びＩＧＢＴ２２を介して加熱コイル２３及び共振用コンデンサ２４の両端部に接続されており、商用電源２０からの電力は誘導加熱部切り替え信号Ｓ１とＰＷＭ信号Ｓ２に基づきＩＧＢＴ２２で制御されて加熱コイル２３と共振用コンデンサ２４の両端部に印加され、加熱コイル２３に交番磁界を発生させる。この交番磁界により定着ユニット（の定着ローラ）６に渦電流を発生させて加熱する。
消磁コイル切り替え手段１０５は、例えば端部温度検出手段１０９の出力に基づき、消磁コイル５の両端を短絡してＯＮ状態にし、加熱コイル２３で発生した磁束が消磁コイル５に電流を誘起する。これにより、消磁コイル５は加熱コイル２３で発生する磁束の一部を打ち消して定着ユニット６の端部分の過熱を防止する。

図４は、ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の異常検出のための異常監視手段であるハードウェア構成のＰＷＭ信号時間異常検出手段の構成図である。
ＰＷＭ信号時間異常検出装置は、図４に示すように、それぞれＰＷＭ信号のＯＮ時間検知手段３１と、ＯＮ時間判定手段３２と、ＯＦＦ時間検知手段３３と、ＯＦＦ時間判定手段３４と、ＯＮ時間判定手段３２から出力される異常信号ａとＯＦＦ時間判定手段３４から出力される異常信号ｂの論理和を出力するＯＲ回路３６と、ＯＲ回路３６の異常信号ｃとイネーブル信号の論理積を出力するＡＮＤ回路３７と、ＰＷＭ信号の高域周波数をカットするＬＰＦ（Low Pass Filter）積分回路（以下、単にＬＰＦという）３５と、ＬＰＦ３５の出力信号に応じてＰＷＭ信号を出力すると共に、異常信号ｄで停止制御されるＰＷＭ信号制御手段３８と、を備えており、ＰＷＭ信号制御手段３８から出力されるＰＷＭ信号とイネーブル信号が誘導加熱部３に印加されるようになっている。

以上の構成において、ＰＷＭ信号のＯＮ時間検知手段３１にて検知された信号をＯＮ時間判定手段３２で時間判定を行い、その結果、ＰＷＭ信号時間異常時に出力される異常信号ａと、ＰＷＭ信号のＯＦＦ時間検知手段３３にて検知された信号をＯＦＦ時間判定手段３４で時間判定を行い、その結果、ＰＷＭ信号時間異常時に出力される異常信号ｂと、をＯＲ回路３６に入力することで、ＯＮ時間又はＯＦＦ時間のいずれかが異常である場合に異常信号ｃが出力される。

通常時における誘導加熱部３の制御は、ＬＰＦ３５を通したＰＷＭ信号及びイネーブル信号とで行なわれるが、異常信号ｃが出力されると、つまりＰＷＭ信号時間異常が検出されたときは、異常信号ｄにてＰＷＭ信号制御手段３８を停止させて誘導加熱部３を停止させる。

図５は、ＰＷＭ信号のＯＮ時間異常検知の一方法を説明する図である。図５の例は、ハードウェアで監視して、ＰＷＭ信号のＯＮ時間が所定の制限時間よりも長い時に異常信号を出力する例を示している。
具体的には、ハードウェアデバイスに設けられた内部タイマ（図示せず）でＰＷＭ信号がＯＮしたときからカウントアップしていき、ＰＷＭ信号のＯＮ時間が一定時間以上継続することでカウント値が所定の制限値を越えたとき、異常信号を出力する。
また、ＰＷＭ信号がＯＦＦする場合も同様に、ＰＷＭ信号のＯＦＦ時間が一定時間以上継続することでカウント値が所定の制限値を越えたとき、異常信号を出力する。
なお、ＰＷＭ信号のＯＮ又はＯＦＦ時間が時間制限範囲内の最小時間未満である場合も同様に異常信号を出力する。

図６は、ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間に対するタイマ監視状態を説明する図である。
ＰＷＭ信号のＯＮ→ＯＦＦの切り替り時、ＯＦＦ→ＯＮの切り替り時を起点として、その都度タイマ設定を行なうと共に、ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間それぞれに最大範囲、最小範囲を設定しておき、ＯＮ時間又はＯＦＦ時間が最大範囲を越えた場合、又は最小範囲未満となった場合、異常と判定する。
このように、ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の両方を監視することにより、ＯＮ時間のみの監視又はＯＦＦ時間のみの監視の場合よりも適切なタイミング、つまり早期に異常判定を行なうことができる。

１・・・制御装置、２・・・データ格納部、３・・・誘導加熱部、４・・・温度検出手段、５・・・消磁コイル、６・・・定着ユニット、７・・・紙サイズ検出手段、８・・・消磁コイル切り替え検出手段、２０・・・商用電源、２１・・・整流器、２２・・・ＩＧＢＴ、２３・・・加熱コイル、２４・・・共振用コンデンサ、２５・・・温度センサ、３１・・・ＯＮ時間検知手段、３２・・・ＯＮ時間判定手段、３３・・・ＯＦＦ時間検知手段、３４・・・ＯＦＦ時間判定手段、３６・・・ＯＲ回路、３７・・・ＡＮＤ回路、３８・・・ＰＷＭ信号制御手段、１０１・・・消磁コイル切り替え判定手段、１０２・・・通電切り替え手段、１０３・・・ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段、１０４・・・時間測定手段、１０５・・・消磁コイル切り替え手段、１０６・・・ＰＷＭ信号出力手段、１０７・・・切り替え判定手段、１０８・・・負荷検出手段、１０９・・・端部温度検出手段、１１０・・・ＰＷＭ信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間比較手段。

特開２００７−１２１４３８号公報

Claims

加熱コイルを備えた誘導加熱部を備え、前記誘導加熱部の温度制御を制御信号で行う誘導加熱装置であって、
制御信号出力手段が出力する前記制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の時間範囲を定める最大値及び最小値を決定する制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段と、
前記制御信号出力手段で出力された制御信号のＯＮ時間又はＯＦＦ時間を検知する手段と、
検知した制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間が前記時間範囲内であるとき制御信号を前記誘導加熱部へ出力し、かつ制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間が前記時間範囲外であるとき、制御信号の前記誘導加熱部への出力を停止させる異常監視手段と、
を有する誘導加熱装置。
請求項１に記載された誘導加熱装置において、
消磁コイルを備え、
前記ＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段は、前記消磁コイルのＯＮ又はＯＦＦ切り替え時に、前記制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の時間範囲を定める最大値及び最小値を決定する誘導加熱装置。
請求項２に記載された誘導加熱装置において、
消磁コイル切り替え判定手段と、
前記消磁コイル切り替え判定手段の切り替え判定に基づき前記誘導加熱部への通電を遮断する通電切り替え手段と、
出力される制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間が、前記ＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段で決定した前記範囲内であるか否かを判定する制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間比較手段と、を備え、
前記制御信号出力手段は、前記ＯＮ時間及びＯＦＦ時間比較手段で、出力する制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間が前記ＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段で決定した前記範囲内であると判定されたとき、制御信号を出力する誘導加熱装置。
請求項３に記載された誘導加熱装置において、
前記ＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段は、前記通電切り替え手段が前記誘導加熱部への通電を遮断してから所定時間経過したとき、制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の時間範囲を定める最大値及び最小値を決定し、前記消磁コイル切り替え判定手段が前記消磁コイルのＯＮ又はＯＦＦを切り替える誘導加熱装置。
請求項３又は４に記載された誘導加熱装置において、
前記通電切り替え手段は、消磁コイル切り替え手段が前記消磁コイルを切り替えてから所定時間経過後に前記誘導加熱部に通電する誘導加熱装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載された誘導加熱装置において、
前記ＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定手段は、データ格納手段に格納された切り替える前記消磁コイルの数に対応付けた制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の最大値と最小値を読み出して、前記制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の時間範囲を定める最大値及び最小値を決定する誘導加熱装置。
請求項１ないし６のいずれかに記載された誘導加熱装置において、
前記制御信号はＰＷＭ信号である誘導加熱装置。
加熱コイルを備えた誘導加熱部を備え、前記誘導加熱部の温度制御を制御信号で行う誘導加熱装置の制御方法であって、
制御信号出力手段が出力する前記制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間の時間範囲を定める最大値及び最小値を決定する制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間決定工程と、
前記制御信号出力手段で出力された制御信号のＯＮ時間又はＯＦＦ時間を検知する検知工程と、
検知した制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間が前記時間範囲内であるとき制御信号を前記誘導加熱部へ出力し、かつ制御信号のＯＮ時間及びＯＦＦ時間が前記時間範囲外であるとき、制御信号の前記誘導加熱部への出力を停止させる異常監視工程と、
を有する誘導加熱装置の制御方法。