JP3718622B2

JP3718622B2 - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP3718622B2
Application number: JP2000218481A
Authority: JP
Inventors: 晴也逢坂; 中野　　邦昭; 尚史三宅; 譲南條
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2020-07-19
Also published as: JP2002043040A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性部材に渦電流を発生させて加熱する誘導加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、導電性部材の近傍にコイルが巻回されたコアを配設し、このコイルに高周波電力を供給し、この高周波電力によって生じた高周波磁界が鎖交することにより導電性部材に誘導渦電流を発生させ、この渦電流と導電性部材の抵抗によって生じるジュール熱により、導電性部材を加熱するようにした誘導加熱装置が知られている。
【０００３】
この誘導加熱装置は、導電性部材自体を加熱するので、ヒータにより間接的に加熱する方式に比べて効率がよく、加熱対象である導電性部材以外の部分における温度上昇を低減できるので、所定温度まで上昇するのに要する時間の短縮や装置の省エネルギー化などを実現することが期待されている。
【０００４】
図７は従来の誘導加熱装置の回路例を示しており、直流電源１０１、コイル１０２および半導体スイッチ素子１０３を直列に接続し、タイミング制御回路１０４から送出される高周波のタイミング制御信号に従って、駆動回路１０５から駆動電圧を半導体スイッチ素子１０３の制御端子に印加することにより、コイル１０２に高周波電力を供給するようにしている。
【０００５】
スイッチ手段として用いられる半導体スイッチ素子１０３のオンタイミングは、一般に、素子に対するストレスを低減して疲労を防ぐために、素子の両端電圧Ｖ_SWがゼロ電位近傍になるゼロクロスに同期するように設計されており、図７に示すように、磁界を発生させるためのコイル１０２と並列にコンデンサ１０６を接続してＬＣ共振回路を構成するとともに、ゼロクロス検出回路１０７によりゼロクロスを検出するようにしている。
【０００６】
図８において、半導体スイッチ素子１０３がオフになると、その両端電圧Ｖ_SWが一旦上昇した後にゼロ電位に戻り、これに同期してゼロクロス検出回路１０７から所定のゼロクロス検出信号がタイミング制御回路１０４に送出される。
【０００７】
タイミング制御回路１０４では、ゼロクロス検出信号がローレベルのとき立ち下がり、ハイレベルのとき立ち上がる鋸波信号が形成されており、半導体スイッチ素子１０３は、鋸波信号が閾値信号のレベルより大きいときにオフにされ、小さいときにオンにされる。
【０００８】
そして、加熱電力を増大するときは、図８（ａ）に示すように閾値信号のレベルを上昇することにより半導体スイッチ素子１０３のオン時間を長くし、加熱電力を低減するときは、図８（ｂ）に示すように閾値信号のレベルを低下することにより半導体スイッチ素子１０３のオン時間を短くする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の誘導加熱装置では、両端電圧Ｖ_SWのゼロクロスに同期して半導体スイッチ素子１０３をオンにする場合、半導体スイッチ素子１０３のオフ時間τoffがほぼ一定値になってしまう。すなわち、コイル１０２のインダクタンスをＬとし、コンデンサ１０６のキャパシタンスをＣとすると、ＬＣ共振回路の共振周波数ｆは、
ｆ＝１／{２π√(ＬＣ)}
と、ほぼ一義的に決定されてしまうので、半導体スイッチ素子１０３のオフ時間τoffは、ＬＣ共振回路の周期をＴ（＝１／ｆ）とすると、
τoff＝Ｔ／２
になり、
τoff＝π√(ＬＣ)
とほぼ一定値となってしまうからである。
【００１０】
一方、閾値信号のレベルを変化させて半導体スイッチ素子１０３のオン時間τonを変化させることにより、ある程度の範囲内で加熱電力を変化させることは可能であるが、上述のようにオフ時間τoffはほぼ一定であるので、オン時間τonを極端に変化させると、オンオフのバランスが崩れて正常な制御領域から外れてしまう虞がある。例えばオン時間τonを極端に長くすると、コイル１０２に過大な電力が蓄積されることになり、これによってコイル１０２やコンデンサ１０６または半導体スイッチ素子１０３の耐圧を超えてしまったり、電流の瞬時値も非常に大きなものとなって定格を超えてしまうこととなる。
【００１１】
従って、半導体スイッチ素子１０３のオンオフデューティ比は、基本的にほぼ50％にすべきであり、このため、従来は、加熱電力を幅広く制御することが困難であった。
【００１２】
なお、両端電圧Ｖ_SWのゼロクロスにほぼ一致して半導体スイッチ素子１０３がオンにされると、両端電圧Ｖ_SWの電圧波形は図９（ａ）に示すように正常な波形になるが、ゼロクロスに対して半導体スイッチ素子１０３のオンが遅れると、図９（ｂ）に示すように、ゼロクロス後も電圧の振動が続いて、電圧波形が非常に乱れたものになる。また、ゼロクロスになる前に半導体スイッチ素子１０３がオンになると、図９（ｃ）に示すように、やはり両端電圧Ｖ_SWの電圧波形が乱れたものになる。
【００１３】
このように、半導体スイッチ素子１０３の両端電圧Ｖ_SWの電圧波形が乱れたものになると、素子に対するストレスが増大して素子の疲労が早く進むため、寿命が短くなる虞がある。また、配電線を介して電源ノイズが洩れて当該配電線に接続された電気機器が誤動作する虞がある。
【００１４】
本発明は、上記問題を解決するもので、ゼロクロスタイミングに対するスイッチ手段のオンタイミングを同期させるようにした上で、加熱電力の幅広い制御を可能にする誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、コアにコイルを巻回し、このコイルに高周波電力を供給して導電性部材に渦電流を生じさせることにより当該導電性部材を加熱するようにした誘導加熱装置において、それぞれ上記コアに巻回され、互いに異なるインダクタンスを有する複数のコイルと、共振用の複数のコンデンサと、スイッチ手段と、上記複数のコイルのうちの少なくとも１つのコイルを電源および上記スイッチ手段に直列に接続するとともに、上記複数のコンデンサのうちの少なくとも１つのコンデンサを当該コイルに接続する接続手段と、上記スイッチ手段を所定以上の周波数でオンオフするものであって、上記スイッチ手段の両端電圧のゼロクロスに応じて当該スイッチ手段をオンにするスイッチ制御手段と、上記接続手段において上記コイルおよびコンデンサのうちの少なくとも一方の接続を変更することにより加熱電力を制御する接続切替制御手段とを備え、上記複数のコイルとして、第１インダクタンスの第１コイルおよび第２インダクタンスの第２コイルを備え、上記複数のコンデンサとして、第１キャパシタンスの第１コンデンサおよび第２キャパシタンスの第２コンデンサを備え、上記第１インダクタンスおよび第１キャパシタンスの乗算値と上記第２インダクタンスおよび第２キャパシタンスの乗算値とは互いに同一値に設定され、上記接続切替制御手段は、上記第１コイルおよび第１コンデンサからなる並列回路を上記電源およびスイッチ手段に直列に接続した状態と上記第２コイルおよび第２コンデンサからなる並列回路を上記電源およびスイッチ手段に直列に接続した状態との間で変更するものである。
【００１６】
この構成によれば、電源およびコイルに直列に接続されたスイッチ手段が所定以上の周波数でオンオフされると、コイルに高周波電力が供給され、コイルに発生する高周波磁界が導電性部材に鎖交して導電性部材に渦電流が生じ、導電性部材の抵抗成分によりジュール熱が発生して当該導電性部材が加熱される。
【００１７】
スイッチ手段がオンの間にコイルにエネルギーが蓄積され、スイッチ手段がオフになると蓄積されたエネルギーが共振用コンデンサを介して放出され、このエネルギー放出によりスイッチ手段の両端電圧が一旦上昇した後に下降してゼロクロスになり、このゼロクロスに応じてスイッチ手段がオンにされる。
【００１８】
ここで、コイルおよびコンデンサのうちの少なくとも一方の接続が変更されると、コイルおよびコンデンサからなる共振回路の共振周波数が変化することから、スイッチ手段のオフ時点からゼロクロス時点までの時間、すなわちスイッチ手段のオフ時間が変化するので、複数のコイルとして採用するインダクタンスに応じて、より安定して加熱電力を幅広く制御することが可能になる。
【００１９】
また、この構成によれば、第１インダクタンスおよび第１キャパシタンスの乗算値と第２インダクタンスおよび第２キャパシタンスの乗算値とが互いに同一値に設定されており、第１コイルおよび第１コンデンサからなる並列回路を電源およびスイッチ手段に直列に接続した状態と、第２コイルおよび第２コンデンサからなる並列回路を電源およびスイッチ手段に直列に接続した状態との間で変更されるので、共振回路の共振周波数は変化しないことから、スイッチ手段のオン時間およびオフ時間はほぼ同一になる。従って、スイッチ制御手段の回路構成および制御内容が簡素化されるとともに、加熱電力の変更が安定して行われることとなる。
【００２０】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の誘導加熱装置において、上記接続切替制御手段は、上記コイルへの通電開始の際には加熱電力が緩やかに増大するように上記接続手段における接続を変更するものである。
【００２１】
この構成によれば、コイルへの通電開始の際には加熱電力が緩やかに増大するように接続手段における接続が変更されることにより、電源を介して共通に照明器具が接続されている場合でも、コイルへの通電開始の際に照明器具におけるフリッカの発生が抑制される。
【００２２】
また、請求項３の発明は、請求項１または２記載の誘導加熱装置において、上記接続切替制御手段は、上記コイルへの通電停止の際には加熱電力が緩やかに減少するように上記接続手段における接続を変更するものである。
【００２３】
この構成によれば、コイルへの通電停止の際には加熱電力が緩やかに減少するように接続手段における接続が変更されることにより、電源を介して共通に照明器具が接続されている場合でも、コイルへの通電停止の際に照明器具におけるフリッカの発生が抑制される。
【００２４】
また、請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の誘導加熱装置において、上記導電性部材は、中心軸周りに回転可能に保持された円筒形状で、転写紙上に形成されたトナー像を当該転写紙に定着する中空ローラで、上記複数のコイルは、上記中空ローラに近接して配設されたもので、上記接続切替制御手段は、上記定着動作を実行しないときは加熱電力が予め設定された値となるように上記接続手段における接続を変更するものである。
【００２５】
この構成によれば、中空ローラに渦電流が発生することで加熱が直接的に行われることから、定着に好適な動作温度に達するまでに要する時間が短縮されることとなる。また、定着動作を実行しないときは加熱電力が予め設定された値、例えば加熱電力が最小となる接続状態に変更されることにより、消費電力の低減が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る誘導加熱装置が適用される定着部を備えた複写機の一実施形態における要部を示す構成図である。
【００２７】
この複写機１では、帯電部２により感光体３が一様に帯電され、読み取られた原稿画像に基づく露光部４からの光により感光体３上に静電潜像が形成され、現像部５により静電潜像にトナーが付着してトナー像が形成される。一方、転写紙が用紙搬送部５３（図３参照）により感光体３に向けて搬送され、転写部６により感光体３表面のトナー像が転写紙に転写される。
【００２８】
そして、感光体３から分離された転写紙７は定着部８に搬送され、この定着部８においてトナー像が転写紙７に定着した後、転写紙７は排出ローラ対９により図外の排出部に排出される。
【００２９】
定着部８は、加熱ローラ１１および加圧ローラ１２を備え、複写機本体に固定された定着ユニット１３内に配設されている。
【００３０】
加熱ローラ１１は、ステンレス鋼などの導電性部材で形成された円筒形状の中空ローラで、表面に例えばフッ素樹脂で形成された離型層が設けられている。また、加熱ローラ１１の内部には、フェライトなどからなるコア１４が配設され、このコア１４には例えば銅線からなるコイル１５が巻回されている。
【００３１】
この加熱ローラ１１は、中心軸周りに回転自在に定着ユニット１３に保持され、その一端に駆動ギア（図示省略）が取り付けられており、この駆動ギアに接続されたモータ（図示省略）によって回転駆動されるようになっている。
【００３２】
一方、加圧ローラ１２は、表面が加熱ローラ１１の表面より若干軟らかい、例えばシリコーンゴムで形成され、加熱ローラ１１に所定の圧力で押し付けられて定着ユニット１３に回転自在に保持されており、加熱ローラ１１の回転によって従動するように構成されている。
【００３３】
温度センサ１６は、サーミスタ等からなり、加熱ローラ１１の端部（転写紙が通過しない部分）に当接して配設され、加熱ローラ１１の表面温度を検出するものである。
【００３４】
図２は加熱ローラの内部構成を示す透過斜視図である。なお、図１と同一物には同一符号を付している。
【００３５】
コイル１５が巻回されたコア１４は、加熱ローラ１１との間に所定寸法の隙間を保持した状態で、例えばアルミニウムなどの金属材料で形成されたステー２１により、定着ユニット１３（図１）に固定されている。
【００３６】
コア１４は、加熱ローラ１１の中心軸１７に沿って配設されている。コイル１５は、コア１４にそれぞれ巻回されるコイル１５１，１５２からなる。
【００３７】
本実施形態では、例えばコア１４の中心軸１７方向の寸法Ｄ＝297mm（Ａ４サイズの長辺寸法）に設定されており、本実施形態の複写機１は、Ａ４サイズの転写紙を短辺方向に搬送して複写することが可能になっている。
【００３８】
コイル１５１，１５２はそれぞれ銅線により構成され、その巻数は互いに異なる値に設定されている。
【００３９】
このような構成により、コイル１５１，１５２に高周波電力（高周波電流）が供給されると高周波磁界が発生し、この高周波磁界が加熱ローラ１１のコイルに対向する部分に鎖交して加熱ローラ１１に渦電流が発生し、この渦電流によって発生するジュール熱により加熱ローラ１１が加熱され、これによってトナー像の転写紙への定着が好適に行われることとなる。
【００４０】
図３は複写機１の電気的構成の要部を示す回路ブロック図で、図１、図２と同一物には同一符号を付している。
【００４１】
図３において、コイル１５１，１５２にそれぞれ共振用のコンデンサ２１１，２１２が並列接続されてＬＣ共振回路２２１，２２２が構成され、このＬＣ共振回路２２１，２２２が並列接続された並列回路の一端とアースとの間に、切替スイッチ２３および半導体スイッチ素子２４が直列に接続されている。
【００４２】
コイル１５１，１５２は、それぞれインダクタンスＬ１，Ｌ２を有し、Ｌ１＜Ｌ２に設定されており、コンデンサ２１１，２１２は、それぞれキャパシタンスＣ１，Ｃ２を有し、Ｃ１＜Ｃ２に設定されている。
【００４３】
切替スイッチ２３は、ＬＣ共振回路２２１，２２２のいずれか一方と半導体スイッチ素子２４とを接続するもので、例えば機械的な電磁リレーや、半導体スイッチング素子を用いることができる。切替スイッチ２３の接続状態の切替は、制御部２５（後述）によって制御される。
【００４４】
半導体スイッチ素子２４は、高耐圧・大電流の電力用半導体素子で、制御端子に所定レベルの駆動電圧が印加されると、ＬＣ共振回路の一端とアースとを導通するものであり、本実施形態では、ＩＧＢＴが用いられている。なお、この半導体スイッチ素子２４として、ＭＯＳ−ＦＥＴなどを採用してもよい。
【００４５】
ＬＣ共振回路２２１，２２２の他端は、ブリッジダイオード３０の一方の直流出力端子３１に接続されている。ブリッジダイオード３０の他方の直流出力端子３２は接地され、交流入力端子３３，３４は接続部３５を介してＡＣ１００Ｖの交流電源３６に接続可能になっている。
【００４６】
ブリッジダイオード３０の交流入力端子３４と接続部３５との間にはカレントトランス３７の１次コイルが介設され、このカレントトランス３７の２次コイルには所定の抵抗値の抵抗３８が並列接続されており、この抵抗３８の両端電圧により交流電源３６から供給される電力、すなわちコイル１５１，１５２および半導体スイッチ素子２４における消費電力が検出可能になっている。
【００４７】
ブリッジダイオード３０および交流電源３６により、直流電源が構成されている。
【００４８】
半導体スイッチ素子２４の制御端子には駆動回路４１が接続され、切替スイッチ２３および半導体スイッチ素子２４を結ぶライン４２にはゼロクロス検出回路４３が接続されている。
【００４９】
駆動回路４１は、タイミング制御回路４４（後述）からのタイミング制御信号Ｖ₄₄に同期して、所定レベル（例えばＤＣ20Ｖ）の駆動電圧を半導体スイッチ素子２４の制御端子に印加することにより半導体スイッチ素子２４をオンにさせるものである。
【００５０】
ゼロクロス検出回路４３は、半導体スイッチ素子２４がオフになってコイル１５１に蓄積されたエネルギーがコンデンサ２１１を介して放出されることにより上昇した両端電圧Ｖ₂₄がゼロに戻るゼロクロスを検出し、所定の検出信号Ｖ₄₃をタイミング制御回路４４に送出するもので、ゼロクロスの検出ごとに所定時間だけ検出信号Ｖ₄₃をローレベルにする。
【００５１】
操作部５１は、複写動作の開始を指示するプリントキー、各原稿に対する複写部数をセットする部数セットキー、給紙部にセットされている各サイズの転写紙のうちから複写に用いる転写紙を選択する転写紙選択キー、複写倍率を設定する倍率設定キーなどを備えている。
【００５２】
画像形成部５２は、帯電部２、感光体３、露光部４（図１）などからなり、転写紙に原稿画像を形成する複写を行うものである。用紙搬送部５３は、種々のサイズの転写紙を収容する給紙部から各転写紙を感光体３（図１）に向けて搬送するローラ対を駆動するモータなどからなる。
【００５３】
制御部２５は、ＣＰＵなどからなり、操作部５１に対する操作に応じて給紙部から転写紙を搬送させて複写動作を開始させるなど複写機１全体の動作を制御するものである。また、制御部２５は、以下の１〜３に示す機能を有する。
【００５４】
１．複写動作中は、加熱ローラ１１の表面温度を予め設定された動作温度に維持すべく、切替スイッチ２３による接続状態を制御する接続切替制御手段としての機能。なお、例えば複写動作が所定時間継続して開始されないときは、消費電力を低減すべく切替スイッチ２３をＬＣ共振回路２２２側に切り替えておく。
【００５５】
２．複写動作中は、加熱ローラ１１の表面温度を上記動作温度に維持すべく、一定レベルの閾値信号Ｖ₂₅をタイミング制御回路４４に送出する機能。
【００５６】
３．カレントトランス３７の２次コイルに並列接続された抵抗３８の両端電圧を検出して交流電源３６からの供給電力を算出し、この供給電力が所定レベルを超えると閾値信号Ｖ₂₅のレベルをゼロにして半導体スイッチ素子２４をオフにする機能。これによって、交流電源３６からの供給電力が異常に上昇して加熱ローラ１１の温度が過剰に上昇するのを防止している。
【００５７】
次に、図４を用いて動作について説明する。図４は各部の波形を示すタイミングチャートで、（ａ）は切替スイッチ２３がＬＣ共振回路２２１側に切替接続されている場合を示し、（ｂ）は切替スイッチ２３がＬＣ共振回路２２２側に切替接続されている場合を示している。
【００５８】
タイミング制御回路４４は、図４（ａ）（ｂ）に示す鋸波信号を出力する鋸波信号生成回路を備えている。この鋸波信号生成回路は、例えばコンデンサ（図示省略）の充放電回路により構成される。
【００５９】
図４（ａ）において、半導体スイッチ素子２４がオフになると、コイル１５１に蓄積されたエネルギーがコンデンサ２１１を介して放出され、これによって半導体スイッチ素子２４の両端電圧Ｖ₂₄が一旦上昇し、エネルギーの放出が進むとゼロ電位に戻る。
【００６０】
両端電圧Ｖ₂₄がほぼゼロ電位に戻ってゼロクロスになると、ゼロクロス検出回路４３から出力される検出信号Ｖ₄₃が所定時間だけローレベルになり、鋸波信号生成回路のコンデンサが放電して充電電圧が低下する。なお、検出信号Ｖ₄₃がローレベルになる所定時間は、当該コンデンサが十分に放電して充電電圧がほぼゼロになるのに必要な短い時間に設定されている。
【００６１】
充電電圧が急激に低下して閾値信号Ｖ₂₅未満になると、タイミング制御信号Ｖ₄₄がハイレベルになり、半導体スイッチ素子２４がオンになる。一方、検出信号Ｖ₄₃がハイレベルに復帰すると充電電圧が緩やかに上昇し、閾値信号Ｖ₂₅以上になるとタイミング制御信号Ｖ₄₄がローレベルになり、これによって半導体スイッチ素子２４がオフにされる。以降、両端電圧Ｖ₂₄が上昇して上述の動作が繰り返される。
【００６２】
図４（ｂ）の場合も、閾値信号Ｖ₂₅は図４（ａ）と同一レベルに設定されており、上述したのと同様の動作が行われる。
【００６３】
しかし、Ｌ１＜Ｌ２，Ｃ１＜Ｃ２に設定されているので、半導体スイッチ素子２４のオン時間中にコイル１５２に蓄積されるエネルギーは、コイル１５２に流れる電流が小さいので、コイル１５１に蓄積されるエネルギーより小さく、更に放電も緩やかに行われて時間を要するので、両端電圧Ｖ₂₄がゼロ以上の時間（半導体スイッチ素子２４のオフ時間）は、図４（ａ）の場合に比べて長くなる。
【００６４】
このように、本実施形態によれば、コイルおよびコンデンサをそれぞれ２個備え、切替スイッチ２３により接続を切り替えるようにしているので、加熱電力を容易に幅広く変化することができる。
【００６５】
また、接続されるコイルのインダクタンスおよびコンデンサのキャパシタンスに応じて、閾値信号Ｖ₂₅のレベルを最適な値に予め設定しておくことにより、最適なスイッチング周波数およびタイミングで半導体スイッチ素子２４をオンオフすることができる。従って、加熱電力の制御をより安定して行うことができ、コイル１５１，１５２、コンデンサ２１１，２１２および半導体スイッチ素子２４への負担が軽減でき、スイッチングノイズも減少する。
【００６６】
なお、本発明は、上記実施形態に限られず、以下の変形形態を採用することができる。
【００６７】
（１）図５は第１の変形形態の電気的構成を示す回路ブロック図で、図３と同一物には同一符号を付している。
【００６８】
この形態では、上記実施形態の切替スイッチ２３に代えて、２つの切替スイッチ２３１，２３２を備えている。
【００６９】
切替スイッチ２３１は、コイル１５１およびコイル１５２のいずれか一方をブリッジダイオード３０と半導体スイッチ素子２４との間に接続するもので、切替スイッチ２３２は、コンデンサ２１１およびコンデンサ２１２のいずれか一方をコイルに並列に接続するものである。
【００７０】
切替スイッチ２３１，２３２の切替は、制御部２５によって行われる。この切替スイッチ２３１，２３２をそれぞれ個別に切り替えることによって、コイル１５１，１５２およびコンデンサ２１１，２１２の４通りの組み合わせを実現することができる。
【００７１】
【表１】

【００７２】
表１にコイル１５１，１５２のインダクタンスＬ１，Ｌ２およびコンデンサ２１１，２１２のキャパシタンスＣ１，Ｃ２の一例を示す。
【００７３】
表１に示すように、オフ時間Ｔoff＝π√(ＬＣ)が最上欄から順に大きくなる一方、閾値信号Ｖ₂₅のレベルが一定であることからオン時間Ｔonが同一であるので、加熱電力は、最上欄から順に小さくなっている。
【００７４】
このように、第１の変形形態によれば、上記実施形態と同様に、加熱電力を容易に幅広く変化させることができる。
【００７５】
（２）図６は第２の変形形態の電気的構成を示す回路ブロック図で、図３と同一物には同一符号を付している。
【００７６】
この形態では、上記実施形態の切替スイッチ２３に代えて、２つの切替スイッチ２３３，２３４を備えている。
【００７７】
コイル１５２は、ブリッジダイオード３０と半導体スイッチ素子２４との間に固定的に接続されており、切替スイッチ２３３は、コイル１５１をコイル１５２に並列接続するか否かを切り替えるものである。コイル１５１がコイル１５２に並列接続されると、等価的に合成インダクタンスＬ１・Ｌ２／(Ｌ１＋Ｌ２)のコイルがブリッジダイオード３０と半導体スイッチ素子２４との間に接続されることになる。
【００７８】
また、コンデンサ２１２は、コイル１５２に固定的に並列接続されており、切替スイッチ２３４は、コンデンサ２１１をコンデンサ２１２に並列接続するか否かを切り替えるものである。コンデンサ２１１がコンデンサ２１２に並列接続されると、等価的に合成キャパシタンス(Ｃ１＋Ｃ２)のコンデンサがコイルに並列接続されることになる。
【００７９】
切替スイッチ２３３，２３４の切替は、制御部２５によって行われる。この切替スイッチ２３３，２３４をそれぞれ個別に切り替えることによって、インダクタンスおよびキャパシタンスの４通りの組み合わせを実現することができる。
【００８０】
このように、第２の変形形態によれば、上記実施形態と同様に、加熱電力を容易に幅広く変化させることができる。
【００８１】
（３）上記実施形態において、例えばＬ１＝60μＨ，Ｃ１＝0.22μＦと、Ｌ２＝40μＨ，Ｃ２＝0.33μＦというように、ＬＣ共振回路２２１，２２２を構成するコイルおよびコンデンサのインダクタンスおよびキャパシタンスの乗算値が同一になるように、各値を設定するようにしてもよい。
【００８２】
この場合には、半導体スイッチ素子２４のオンオフ時間が同一になるので、簡素な回路構成で上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
（４）上記実施形態において、制御部２５は、コイルへの通電開始の際に、加熱電力が徐々に上昇するように、切替スイッチ２３を制御するようにしてもよい。
【００８４】
また、制御部２５は、コイルへの通電停止時に、加熱電力が徐々に下降するように、切替スイッチ２３を制御し、加熱電力を最小にした後に、電源が遮断されるように構成してもよい。
【００８５】
この形態によれば、コイルへの通電の開始時や停止時に、交流電源３６から電力供給を受ける照明器具にフリッカが生じて使用者に不快感を与えるのを軽減することができる。
【００８６】
（５）上記実施形態では、Ｃ１＞Ｃ２としているが、これに限られず、Ｃ１＝Ｃ２でもよい。
【００８７】
（６）上記実施形態および第１、第２の変形形態では、コイルおよびコンデンサをそれぞれ２個ずつ備えているが、これに限られず、３個以上備えるようにしてもよい。この形態によれば、種々の転写紙サイズにそれぞれ適正な加熱電力で加熱ローラ１１を加熱することができる。
【００８８】
また、コイルおよびコンデンサの１つの組み合わせを定着動作のための動作温度より低い待機温度用とし、制御部２５は、複写動作が所定時間継続して開始されないときは、加熱ローラ１１の表面温度を待機温度に維持する機能を備えるようにすることにより、省エネルギーを図ることができる。
【００８９】
（７）上記実施形態および第１、第２の変形形態では、各切替スイッチを制御部２５により切り替えるようにしているが、これに限られず、外部から操作可能な手動の切替スイッチとしてもよい。この形態によれば、例えば省エネルギーモードなどを備えておくことにより、使用者が自由にモード選択を行うことができる。
【００９０】
（８）上記実施形態では、制御部２５からタイミング制御回路４４に送出する閾値信号Ｖ₂₅のレベルを一定としているが、これに限られず、当該レベルを変更するようにしてもよい。この形態によれば、加熱電力を更にきめ細かく制御することができる。
【００９１】
また、電源投入の際や待機温度に維持されている際のコイルへの通電開始時あるいは停止時には、閾値信号Ｖ₂₅のレベルを１秒程度かけて緩やかに上昇あるいは下降させるようにすると、フリッカの発生を更に低減させ、安定して加熱電力を変更することができる。
【００９２】
（９）上記実施形態では、図３、図４に示すように、ゼロクロス検出回路４３を備え、半導体スイッチ素子２４の両端電圧Ｖ₂₄のゼロクロスを検出し、ゼロクロス検出により立ち下がる鋸波信号の立ち下がりが閾値信号Ｖ₂₅と交差すると半導体スッチ素子２４をオンにするようにしているが、これに限られない。
【００９３】
上記実施形態では、切替スイッチ２３の接続状態が決まると、コイルのインダクタンスおよびコンデンサのキャパシタンスが決まることになるので、ゼロクロス検出回路を備えずに、各インダクタンスおよびキャパシタンスに応じたオン時間およびオフ時間に従って、半導体スイッチ素子２４をオンオフするようにしてもよい。
【００９４】
この形態によれば、半導体スイッチ素子２４のオンタイミングをゼロクロスタイミングにほぼ同期させることができるとともに、回路構成および制御内容を上記実施形態に比べて簡素化することができる。
【００９５】
（10）上記実施形態および第１、第２の変形形態では、ＬＣ共振回路としてコイルおよびコンデンサが並列接続された並列共振回路を採用しているが、これに限られず、直列共振回路を用いるようにしてもよい。
【００９６】
この場合、例えば図３では、コイル１５１およびコンデンサ２１１を直列接続してＬＣ共振回路２２１を構成するとともに、コイル１５２およびコンデンサ２１２を直列接続してＬＣ共振回路２２２を構成すればよい。
【００９７】
また、図５では、コイル１５１，１５２および切替スイッチ２３１からなる回路と、コンデンサ２１１，２１２および切替スイッチ２３２からなる回路とを直列に接続すればよい。
【００９８】
また、図６では、コイル１５１および切替スイッチ２３３とコイル１５２との並列回路と、コンデンサ２１１および切替スイッチ２３４とコンデンサ２１２との並列回路とを直列に接続すればよい。
【００９９】
（11）上記実施形態では複写機を用いて説明しているが、これに限られず、本発明は、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真方式の画像形成装置が備える定着部や、その他の一般の誘導加熱装置に適用することができる。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、互いに異なるインダクタンスを有する複数のコイルと、共振用の複数のコンデンサと、複数のコイルのうちの少なくとも１つのコイルを電源およびスイッチ手段に直列に接続するとともに、複数のコンデンサのうちの少なくとも１つのコンデンサを当該コイルに接続する接続手段とを備え、コイルおよびコンデンサのうちの少なくとも一方の接続を変更するようにしているので、コイルおよびコンデンサからなる共振回路の共振周波数が変化することから、スイッチ手段のオフ時間を変化させることができるので、複数のコイルとして採用するインダクタンスに応じて、加熱電力を幅広く制御することができる。
【０１０１】
また、請求項１の発明によれば、第１インダクタンスおよび第１キャパシタンスの乗算値と第２インダクタンスおよび第２キャパシタンスの乗算値とが互いに同一値に設定されており、第１コイルおよび第１コンデンサからなる並列回路を電源およびスイッチ手段に直列に接続した状態と、第２コイルおよび第２コンデンサからなる並列回路を電源およびスイッチ手段に直列に接続した状態との間で変更するようにしているので、共振回路の共振周波数は変化しないことから、スイッチ手段のオン時間およびオフ時間はほぼ同一になるため、スイッチ制御手段の回路構成および制御内容を簡素化することができるとともに、加熱電力の変更を安定して行うことができる。
【０１０２】
また、請求項２の発明によれば、コイルへの通電開始の際には加熱電力が緩やかに増大するように接続手段における接続を変更しているので、直流電源を介して共通に照明器具が接続されている場合でも、コイルへの通電開始の際に照明器具におけるフリッカの発生を抑制することができる。
【０１０３】
また、請求項３の発明によれば、コイルへの通電停止の際には加熱電力が緩やかに減少するように接続手段における接続を変更しているので、直流電源を介して共通に照明器具が接続されている場合でも、コイルへの通電停止の際に照明器具におけるフリッカの発生を抑制することができる。
【０１０４】
また、請求項４の発明によれば、導電性部材は、中心軸周りに回転可能に保持された円筒形状で、転写紙上に形成されたトナー像を当該転写紙に定着する中空ローラで、定着動作を実行しないときは加熱電力が予め設定された値となるように接続を変更しているので、定着に好適な動作温度に達するまでに要する時間を短縮することができるとともに、消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る誘導加熱装置が適用される定着部を備えた複写機の一実施形態における要部を示す構成図である。
【図２】加熱ローラの内部構成を示す透過斜視図である。
【図３】複写機の電気的構成の要部を示す回路ブロック図である。
【図４】各部の波形を示すタイミングチャートで、（ａ）は切替スイッチ２３がＬＣ共振回路２２１側に切替接続されている場合を示し、（ｂ）は切替スイッチ２３がＬＣ共振回路２２２側に切替接続されている場合を示している。
【図５】第１の変形形態の電気的構成を示す回路ブロック図である。
【図６】第２の変形形態の電気的構成を示す回路ブロック図である。
【図７】従来の誘導加熱装置の回路例を示す図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は図７の回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は半導体スイッチ素子の両端電圧の電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
８定着部
１１加熱ローラ（中空ローラ）
１４コア
１５１，１５２コイル
２１１，２１２コンデンサ
２２１，２２２ＬＣ共振回路
２３，２３１〜２３４切替スイッチ（接続手段）
２４半導体スイッチ素子（スイッチ手段）
２５制御部（スイッチ制御手段）
３０ブリッジダイオード
３６交流電源
４４タイミング制御回路（スイッチ制御手段）

Claims

コアにコイルを巻回し、このコイルに高周波電力を供給して導電性部材に渦電流を生じさせることにより当該導電性部材を加熱するようにした誘導加熱装置において、
それぞれ上記コアに巻回され、互いに異なるインダクタンスを有する複数のコイルと、
共振用の複数のコンデンサと、
スイッチ手段と、
上記複数のコイルのうちの少なくとも１つのコイルを電源および上記スイッチ手段に直列に接続するとともに、上記複数のコンデンサのうちの少なくとも１つのコンデンサを当該コイルに接続する接続手段と、
上記スイッチ手段を所定以上の周波数でオンオフするものであって、上記スイッチ手段の両端電圧のゼロクロスに応じて当該スイッチ手段をオンにするスイッチ制御手段と、
上記接続手段において上記コイルおよびコンデンサのうちの少なくとも一方の接続を変更することにより加熱電力を制御する接続切替制御手段とを備え、
上記複数のコイルとして、第１インダクタンスの第１コイルおよび第２インダクタンスの第２コイルを備え、
上記複数のコンデンサとして、第１キャパシタンスの第１コンデンサおよび第２キャパシタンスの第２コンデンサを備え、
上記第１インダクタンスおよび第１キャパシタンスの乗算値と上記第２インダクタンスおよび第２キャパシタンスの乗算値とは互いに同一値に設定され、
上記接続切替制御手段は、上記第１コイルおよび第１コンデンサからなる並列回路を上記電源およびスイッチ手段に直列に接続した状態と上記第２コイルおよび第２コンデンサからなる並列回路を上記電源およびスイッチ手段に直列に接続した状態との間で変更するものであることを特徴とする誘導加熱装置。
請求項１記載の誘導加熱装置において、上記接続切替制御手段は、上記コイルへの通電開始の際には加熱電力が緩やかに増大するように上記接続手段における接続を変更するものであることを特徴とする誘導加熱装置。
請求項１または２記載の誘導加熱装置において、上記接続切替制御手段は、上記コイルへの通電停止の際には加熱電力が緩やかに減少するように上記接続手段における接続を変更するものであることを特徴とする誘導加熱装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の誘導加熱装置において、
上記導電性部材は、中心軸周りに回転可能に保持された円筒形状で、転写紙上に形成されたトナー像を当該転写紙に定着する中空ローラで、
上記複数のコイルは、上記中空ローラに近接して配設されたもので、
上記接続切替制御手段は、上記定着動作を実行しないときは加熱電力が予め設定された値となるように上記接続手段における接続を変更するものであることを特徴とする誘導加熱装置。