JP5317633B2

JP5317633B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP5317633B2
Application number: JP2008288944A
Authority: JP
Inventors: 潤司石川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2028-11-11
Also published as: KR20100053447A; RU2404550C1; CN101738915B; US20100119248A1; CN101738915A; US8768192B2; EP2184651A2; KR101438847B1; US20130251391A1; US8461497B2; JP2010117431A

Description

本発明は、画像形成装置における誘導加熱方式の定着装置に関する。

一般に画像形成装置においては、記録材に転写されたトナー像を定着させるための定着器が備えられている。定着器としては、従来セラミックヒーターやハロゲンヒーターによる加熱方式が多く用いられていたが、近年では電磁誘導加熱方式が用いられるようになってきた（例えば特許文献１参照）。

誘導加熱方式を用いた定着器に給電する電源装置の電力制御時の簡単な周波数制御方法を図１３に示す。ステップ４００１及び４００２において検出電力Ｐと目標電力Ｐｏを比較する。Ｐ＞Ｐｏの場合はステップ４００５において周波数をある所定の値ｆａだけ上げ、Ｐ＜Ｐｏの場合はステップ４００４において周波数をある所定の値ｆｂだけ下げる。Ｐ＝Ｐｏの場合はステップ４００３において周波数を維持する。

また、定着器の温度制御時の簡単な周波数制御方法を図１４に示す。ステップ５００１及びステップ５００２において検出温度Ｔと目標温度Ｔｏを比較する。Ｔ＞Ｔｏの場合はステップ５００５において周波数をある所定の値ｆａだけ上げ、Ｔ＜Ｔｏの場合はステップ５００４において周波数をある所定の値ｆｂだけ下げる。Ｔ＝Ｔｏの場合はステップ５００３において周波数を維持する。

図１５に駆動周波数ｆと電力Ｐの関係を示す。図１５に示すように、共振周波数ｆ１のときにコイル７１に最大電力Ｐｍａｘが供給される。共振周波数ｆ１を中心として高周波側及び低周波側に周波数が変化すると供給電力が減少する特性がある。従って、この共振周波数ｆ１よりも周波数の高いｆｈの領域のスロープを用いて駆動周波数ｆを制御することによって、電力制御が可能となる。
特開２０００−２２３２５３

しかしながら、周波数制御方式においては、電力を低くするためには共振周波数から外してコイルに電力を供給するスイッチ素子の駆動周波数を高くすることになる。しかし、共振周波数から外れて駆動周波数が高くなるとスイッチ素子のスイッチング損失が増大してしまう。共振周波数から外れた状態で大電力動作をする場合は特に顕著である。

また、スイッチング素子に供給する直流電圧の変化だけで電力を制御する直流電圧制御方式においては、昇圧回路と降圧回路の両方が必要になり、大きなコストアップやサイズアップにつながってしまう。

そこで、本発明は、コストアップやサイズアップを抑えつつ、大電力動作時のスイッチ素子の損失も軽減する定着装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の定着装置は、誘導加熱方式により加熱を行う定着装置であって、導電性発熱体を含む加熱部材を加熱するための誘導加熱コイルと、交流電源を整流して得られる直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力が供給され、前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給するスイッチ素子と、前記スイッチ素子を駆動する駆動回路と、前記加熱部材の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された温度が目標温度となるように前記昇圧回路の昇圧比と前記駆動回路による前記スイッチ素子の駆動周波数を制御することにより前記誘導加熱コイルへ供給する電力を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記昇圧回路の昇圧比を前記所定昇圧比に固定した状態で所定周波数以上の範囲で前記スイッチ素子の駆動周波数を変化させる第１の制御モードと、前記スイッチ素子の駆動周波数を前記所定周波数に固定した状態で前記昇圧回路の昇圧比を所定昇圧比以上の範囲で変化させる第２の制御モードとを選択的に実行するものであり、前記制御部は、前記第１の制御モードが選択されている状態で、前記温度検出手段により検出された温度が前記目標温度よりも低い場合、該温度が検出された時に設定されている駆動周波数を所定量低くした値が前記所定周波数より低くなるならば、前記第１の制御モードから第２の制御モードへ切り換え、前記第２の制御モードが選択されている状態で、前記温度検出手段により検出された温度が前記目標温度よりも高い場合、該温度が検出された時に設定されている昇圧比を所定量小さくした値が前記所定昇圧比よりも小さくなるならば、前記第２の制御モードから第１の制御モードへ切り換えることを特徴とする。
また、本発明の定着装置は、誘導加熱方式により加熱を行う定着装置であって、導電性発熱体を含む加熱部材を加熱するための誘導加熱コイルと、交流電源を整流して得られる直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力が供給され、前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給するスイッチ素子と、前記スイッチ素子を駆動する駆動回路と、前記加熱部材の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された温度が目標温度となるように前記昇圧回路の昇圧比と前記駆動回路による前記スイッチ素子の駆動周波数を制御することにより前記誘導加熱コイルへ供給する電力を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記昇圧回路の昇圧比を前記所定昇圧比に固定した状態で所定周波数以上の範囲で前記スイッチ素子の駆動周波数を変化させる第１の制御モードと、前記スイッチ素子の駆動周波数を前記所定周波数に固定した状態で前記昇圧回路の昇圧比を所定昇圧比以上の範囲で変化させる第２の制御モードとを選択的に実行するものであり、前記制御部は、前記第１の制御モードが選択されている状態で、前記温度検出手段により検出された温度が前記目標温度よりも低い場合で且つ、前記誘導加熱コイルへ供給すべき電力を、前記昇圧比が前記所定昇圧比であり、前記駆動周波数が記所定周波数であるときの電力よりも小さい第１の所定の電力よりも高くする場合に、前記第１の制御モードから第２の制御モードへ切り換え、前記第２の制御モードが選択されている状態で、前記温度検出手段により検出された温度が前記目標温度よりも高い場合で且つ、前記誘導加熱コイルへ供給すべき電力を、前記昇圧比が前記所定昇圧比であり前記駆動周波数が前記所定周波数であるときの電力よりも大きい第２の所定の電力よりも低くする場合、前記第２の制御モードから第１の制御モードへ切り換えることを特徴とする。
また、本発明の定着装置は、誘導加熱方式により加熱を行う定着装置であって、導電性発熱体を含む加熱部材を加熱するための誘導加熱コイルと、交流電源を整流して得られる直流電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力が供給され、前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給するスイッチ素子と、前記スイッチ素子を駆動する駆動回路と、前記加熱部材の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された温度が目標温度となるように前記昇圧回路の昇圧比と前記駆動回路による前記スイッチ素子の駆動周波数を制御することにより前記誘導加熱コイルへ供給する電力を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記昇圧回路の昇圧比を前記所定昇圧比に固定した状態で所定周波数以上の範囲で前記スイッチ素子の駆動周波数を変化させる第１の制御モードと、前記スイッチ素子の駆動周波数を前記所定周波数に固定した状態で前記昇圧回路の昇圧比を所定昇圧比以上の範囲で変化させる第２の制御モードとを選択的に実行するものであり、前記制御部は、前記温度検出手段により検出された温度が前記目標温度よりも低い場合、前記誘導加熱コイルに供給すべき電力を増加させ、前記温度検出手段により検出された温度が前記目標温度よりも高い場合、前記誘導加熱コイルに供給すべき電力を減少させるものであり、且つ前記供給すべき電力が、前記昇圧比を前記所定昇圧比とし前記駆動周波数を前記所定周波数としたときの所定の電力より小さければ、前記第１の制御モードを選択し、前記供給すべき電力が前記所定の電力より大きければ、前記第２の制御モードを選択することを特徴とする。

本発明によれば、供給する電力の調整の方法として、昇圧回路の出力を制御する方式と駆動周波数を変化させる方式とを切り換えて使用することで、安価な構成で、スイッチング素子の損失を少なくし、効率的に電力制御を行うことができる。

以下、本発明に係る画像形成装置の定着器に関して、図面を用いて詳しく説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるカラー画像形成装置の概略構成を示す断面図である。本装置は電子写真プロセスを用いた画像形成装置である。

同図において、１ａ〜１ｄは感光体、２ａ〜２ｄは１次帯電部、３ａ〜３ｄは露光部、４ａ〜４ｄは現像部、５３ａ〜５３ｄは１次転写部、６ａ〜６ｄはクリーナー、５１は中間転写ベルト、５５は中間転写ベルトクリーナー、５６、５７は２次転写部である。各１次帯電部によって各感光体が一様に帯電された後、画像信号に応じて変調されたレーザ光が各露光部によって各感光体に照射されることにより、各感光体上に静電潜像が形成される。その後、現像手段によってトナー像が現像され、４個の感光体上のトナー像は転写部によって中間転写ベルト５１に重ねて転写され、更に２次転写部によって記録紙Ｐに転写される。各感光体上に残った転写残トナーはクリーナーによって回収される。また、中間転写ベルト５１上に残った転写残トナーは中間転写ベルトクリーナー５５によって回収される。記録紙Ｐに転写されたトナー像は定着器７によって定着されることにより、カラー画像を得る。定着器７の構成としては、電磁誘導加熱方式を用いている。

図２は電磁誘導加熱方式を用いた定着器の断面構成図である。図中７２、７５は定着ベルトであり、特にベルト７２は導電性発熱体を含む加熱部材としての金属ベルトであり、その表面は３００μｍのゴム層で覆われている。ベルト７２はローラ７３、７４を軸に、ベルト７５はローラ７６、７７、を軸に図中矢印の方向に回転している。また、導電性発熱体であるベルト７２に対向して誘導加熱コイル７１がコイルホルダ７０内に配置され、コイル７１に交流電流を流して磁場を発生させることで、ベルト７２の導電性発熱体が自己発熱する。７８はサーミスタであり、ベルト７２の奥行き方向の中央、奥、手前にサーミスタ７８ａ、７８ｂ、７８ｃがベルト７２の内側から当接しており、ベルト７２の温度を検出している。サーミスタ７８は温度が低いほど高い抵抗値となる抵抗体である。本定着器は中央のサーミスタ７８ａで検知される温度を目標の温度である１９０℃になるようにコイル７１に流す交流電流を増減させている。９０と９１はそれぞれ上パッド、下パッドで、その間には約４０ｋｇ重の圧力がかかっている。

図３は誘導加熱方式を用いた定着器に給電する電源装置の構成を示すブロック図である。同図において、５００は交流電源、１００は電源装置、１０１は交流を整流するダイオードブリッジ１０１、１０２はフィルタコンデンサ１０２、１０５はコイル７１とともに共振回路を形成する共振コンデンサである。１０８はダイオードブリッジ１０１で整流された直流電圧を昇圧回路であり、その昇圧比は可変であり、例えば１〜３の範囲で変化する。１０３，１０４はコイル７１への電力を制御する第１、第２のスイッチ素子、１１２はスイッチ素子１０３，１０４を駆動信号１２１、１２２で駆動する駆動回路である。１１３は昇圧回路１０８及び駆動回路１１２を制御する制御部、１１１は交流電源５００の入力電力を検出する電力検出回路である。７８ａ〜７８ｃはサーミスタである。１１４はサーミスタ７８ａ〜７８ｃからの信号に基づいてベルト７２の温度を検出する温度検出回路である。制御部１１３は電力検出回路１１１の検出結果及び温度検出回路１１４の検出結果に基づいて、コイル７１に供給すべき電力を決定し、決定した電力となるように駆動回路１１２が出力する駆動信号１２１、１２２の駆動周波数及び昇圧回路１０８の昇圧比を決定する。スイッチ素子１０３と１０４は駆動信号１２１、１２２に従って交互にＯＮ／ＯＦＦし、コイル７１に高周波電流を供給する。

本構成においては昇圧回路１０８の昇圧比が１すなわちＶｏ＝Ｖｉで動作する電力範囲では周波数制御モードで動作し、この電力範囲より高い電力範囲では電圧制御モードで動作する。

図４は駆動回路１１２から出力されるスイッチ素子１０３，１０４の駆動信号１２１、１２２の周波数とコイル７１に供給される電力との関係を表した図である。

昇圧回路１０８の昇圧比を１に固定、すなわちＶｏ＝Ｖｉの場合の特性曲線では、駆動信号の周波数ｆが共振周波数ｆ１の時に電力Ｐ＝Ｐｒ（基準電力）となり、更に駆動信号の周波数ｆをｆ１より高いｆ２にすると、基準電力Ｐｒよりも電力の低いＰ４となる。更に駆動信号の周波数を高くすればする程電力Ｐを下げることができる。電力をＰｒよりも高くしたい場合は、駆動信号の周波数ｆをｆ１に固定したまま昇圧回路１０８の昇圧比を上げる、即ち、Ｖｏ＝Ｖ３、Ｖ２、Ｖ１（Ｖ３＜Ｖ２＜Ｖ１）とすることでコイル７１に供給する電力もＰ３、Ｐ２、Ｐ１と高くすることができる。図５は、駆動信号１２１、１２２の周波数ｆが共振周波数ｆ１の時の昇圧回路１０８の出力電圧Ｖｏと電力Ｐの関係を示した図である。

このように本実施の形態では、周波数制御モードと電圧制御モードとの２つの電力制御モードを有し、選択的に実行している。即ち、周波数制御モードは、昇圧回路１０８の昇圧比を所定昇圧比に固定させてスイッチ素子の駆動周波数を所定周波数以上の範囲で変化させて供給電力を制御するモード（第１の制御モード）である。また、電圧制御モードは、スイッチ素子の駆動周波数を所定周波数に固定させて昇圧回路１０８の昇圧比を所定昇圧比以上の範囲で変化させて供給電力を制御するモード（第２の制御モード）である。

図６は、制御部１１３による定着器の電力制御のフローチャートである。なお、本実施の形態では、サーミスタ７８ａが設置されたベルト７２の中央部の温度Ｔを目標温度Ｔｏに制御するものとして説明する。

制御部１１３は、まず動作開始時に電力制御のモードを周波数制御モードに初期設定する（ステップ９９９）。周波数制御モードに初期設定する理由は、制御開始時にベルト７２の温度を高くするように低電力状態から徐々に電力を上げていくためである。ステップ１０００において、制御部１１３は現在の制御モードが電圧制御モードであるか否かを判断し、周波数制御モードであると判断すると、ステップ１００１、１００２においてサーミスタ７８ａの出力に基づく検出温度Ｔと目標温度Ｔｏとを比較する。Ｔ＞Ｔｏの場合、制御部１１３はベルト７２の温度を低下させるべく、ステップ１００７において周波数を所定量ｆｂだけ高くし、ステップ１０００へ戻る。Ｔ＜Ｔｏの場合、ベルト７２の温度を高くする必要がある。制御部１１３は、ステップ１００３において周波数を所定量ｆａだけ低くした値が共振周波数ｆ１よりも高いか否か、即ち、ｆ−ｆａ≧ｆ１を満たすか否か判断する。ｆ−ｆａ≧ｆ１である場合、制御部１１３はステップ１００６において周波数を所定の値ｆａだけ低くし、ステップ１０００へ戻る。ｆ−ｆａ≧ｆ１でない場合、制御部１１３はステップ１００５において周波数をｆ１に設定し、ステップ１００８において、電力制御モードを周波数制御モードから電圧制御モードに切り換え、ステップ１０００へ戻る。ステップ１００１，１００２において、Ｔ＝Ｔｏの場合は制御部１１３は周波数ｆを維持する。

制御部１１３は、ステップ１０００において現在の電力制御モードが電圧制御モードであると判断した場合、ステップ１０１１、１０１２においてサーミスタ７８ａの出力に基づく検出温度Ｔと目標温度Ｔｏとを比較する。Ｔ＜Ｔｏの場合、ベルト７２の温度を高くする必要がある。制御部１１３は、ステップ１０１７においてコイル７１への供給電力Ｐが上限電力Ｐｍａｘ未満か否かを判断する。Ｐ＜Ｐｍａｘでない場合、制御部１１３は昇圧回路１０８の出力電圧Ｖｏをそのまま維持し、ステップ１０００へ戻る。Ｐ＜Ｐｍａｘの場合、制御部１１３はステップ１０１９において昇圧回路１０８の出力電圧Ｖｏを所定の値Ｖｂだけ高くするよう昇圧比を設定し、ステップ１０００へ戻る。Ｔ＞Ｔｏの場合、制御部１１３はステップ１０１３において昇圧回路１０８の出力電圧Ｖｏを所定の値Ｖａだけ低くすると昇圧回路１０８の入力電圧Ｖｉよりも低くなるか否か、即ち、Ｖｏ−Ｖａ＜Ｖｉを満たすか否かを判断する。Ｖｏ−Ｖａ＜Ｖｉである場合、制御部１１３はステップ１０１６において昇圧回路１０８の出力電圧Ｖｏを所定の値Ｖａだけ低くするよう昇圧非を設定し、ステップ１０００へ戻る。Ｖｏ−Ｖａ＜Ｖｉでない場合、制御部１１３はステップ１０１５においてＶｏ＝Ｖｉ（昇圧比を１）とした後さらにステップ１０１８において電力制御モードを電圧制御モードから周波数制御モードに切り換え、ステップ１０００へ戻る。Ｔ＝Ｔｏの場合、制御部１１３は昇圧回路１０８の出力電圧Ｖｏをそのまま維持し、ステップ１０００へ戻る。

例えば、電源装置１００から見た定着器７のインダクタンスが４０μＨ、共振コンデンサ１０５の容量が１μＦとすると、共振周波数ｆ１は約２５ｋＨｚとなる。商用電源５００の電圧が１００Ｖの場合、Ｖｉは約１４０Ｖとなり、本実施の形態の構成においては、この時のＰｒは５００Ｗとなっている。つまり、５００Ｗより大電力領域では駆動周波数２５ｋＨｚ一定の電圧制御モードで動作し、５００Ｗより小電力領域では昇圧回路１０８の出力電圧１４０Ｖ一定の周波数制御モード（駆動周波数２５ｋＨｚ以上）で動作する。

以上説明したように、高効率が求められる大電力領域ではスイッチ素子を共振周波数で駆動したまま昇圧比を変化させることでスイッチ素子の損失を軽減することが可能となる。また、小電力領域ではスイッチ素子の駆動周波数を変化させることで、降圧回路を必要とせずに電力制御が可能となる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態における画像形成装置及び電源装置の構成としては、第１の実施の形態と同様である。図７は第２の実施の形態における電力制御のフローチャートである。第２の実施形態でも、サーミスタ７８ａが設置されたベルト７２の中央部の温度Ｔを目標温度Ｔｏに制御するものとして説明する。

まず、ステップ１９９７にて、制御部１１３は商用電源５００の電圧を検出し、ステップ１９９８で、電圧制御モードと周波数制御モードとを切り換える基準となる電力Ｐａ及びＰｂを電圧検出値に応じて設定する。即ち、電力Ｐａは、昇圧回路１０８の昇圧比を所定昇圧比としスイッチ素子の駆動周波数を所定周波数としたときの電力Ｐｒよりも小さい第１の所定の電力となる。電力Ｐｂは、昇圧回路１０８の昇圧比を所定昇圧比としスイッチ素子の駆動周波数を所定周波数としたときの電力Ｐｒよりも大きい第２の所定の電力となる。なおＰａ、Ｐｂ、Ｐｒの関係は図８に示すようにＰａ＜Ｐｒ＜Ｐｂである。次にステップ１９９９において、制御部１１３は電力制御モードを周波数制御モードに初期設定する。周波数制御モードに初期設定する理由は、制御開始時に低電力から徐々に電力を上げていくためである。制御部１１３は、ステップ２０００において、現在の電力制御モードが電圧制御モードか否かを判断し、電圧制御モードではなく周波数制御モードであると判断すると、ステップ２００１、２００２において検出温度Ｔと目標温度Ｔｏとを比較する。Ｔ＞Ｔｏの場合、制御部１１３はステップ２００７において、周波数を所定の値ｆｂだけ高くし、ステップ２０００へ戻る。Ｔ＜Ｔｏの場合、制御部１１３はステップ２００３においてコイル７１への供給電力Ｐと設定値Ｐａとを比較し、Ｐ＜Ｐａの場合はステップ２００６において周波数を所定の値ｆａだけ低くし、ステップ２０００へ戻る。Ｐ≧Ｐａの場合、制御部１１３はステップ２００５において周波数をｆ＝ｆ１とし、ステップ２００８で電力制御モードを電圧制御モードに切り換える。ステップ２００２において、Ｔ＜Ｔｏでない場合、即ち、Ｔ＝Ｔｏの場合、制御部１１３は周波数ｆをそのまま維持し、ステップ２０００へ戻る。

一方、ステップ２０００において現在の電力制御モードが電圧制御モードであると判断された場合、制御部１１３は、ステップ２０１１、２０１２において検出温度Ｔと目標温度Ｔｏを比較する。Ｔ＜Ｔｏの場合、制御部１１３はステップ２０１７において電力Ｐが上限電力Ｐｍａｘ未満か否かを判断し、Ｐ＜Ｐｍａｘでない場合、昇圧回路１０８の出力電圧Ｖｏを維持し、ステップ２０００へ戻る。Ｐ＜Ｐｍａｘの場合は、制御部１１３はステップ２０１９において昇圧回路１０８の出力電圧Ｖｏを所定の値Ｖｂだけ高くし、ステップ２０００へ戻る。Ｔ＞Ｔｏの場合、制御部１１３はステップ２０１３において電力Ｐと設定値Ｐｂとを比較し、Ｐ＞Ｐｂの場合はステップ２０１６において昇圧回路１０８の出力電圧Ｖｏを所定の値Ｖａだけ低くし、ステップ２０００へ戻る。Ｐ≦Ｐｂの場合、制御部１１３はステップ２０１５においてＶｏ＝Ｖｉとし、ステップ２０１８において電力制御モードを周波数制御モードに切り換える。ステップ２０１２でＴ＞Ｔｏでない場合、即ちＴ＝Ｔｏの場合、制御部１１３は昇圧回路１０８の出力電圧Ｖｏを維持し、ステップ２０００へ戻る。

例えば、電源装置１００から見た定着器７のインダクタンスが４０μＨ、共振コンデンサ１０５の容量が１μＦとすると、共振周波数ｆ１は約２５ｋＨｚとなる。商用電源５００の電圧が１００Ｖの場合、Ｖｉは約１４０Ｖとなり、本実施形態の定着器７の構成においては、この時のＰｒは５００Ｗとなっている。この時Ｐａは４７０Ｗ、Ｐｂは５３０Ｗに設定する。

また、商用電源５００の電圧が１２０Ｖの場合はＰｒは７２０Ｗとなっている。この時Ｐａは６９０Ｗ、Ｐｂは７５０Ｗに設定する。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態である画像形成装置及び電源装置の構成としては、第１及び第２の実施の形態と同様である。

第３の実施の形態では、制御部１１３が図１０に示すような入力電力Ｐに対応させて、昇圧回路１０８の出力電圧Ｖｏと駆動周波数ｆの関係を表わすデータを記憶したテーブルを持っている。制御部１１３は、定着部７の目標温度と検出温度との差分に応じてテーブルのデータ番号で示される出力電圧Ｖｏ（昇圧比）と駆動周波数ｆを選択する。図９のテーブルの関係をグラフで表すと図１０のようになる。

テーブルのデータ番号が１から３、すなわち電力Ｐ１からＰ３では駆動周波数をｆ＝ｆ１に固定してＶｏを変化させる電圧制御モードで制御される。データ番号＝４、すなわち電力Ｐｒでは駆動周波数をｆ＝ｆ１、Ｖｏ＝Ｖｉに固定される。データ番号が５から７、すなわち電力Ｐ５からＰ７では、Ｖｏ＝Ｖｉに固定して駆動周波数ｆを変化させる周波数制御モードで制御される。即ち、電力Ｐｒを境にして、Ｐｒよりも大きい電力を必要とする場合は電圧制御モードが選択され、Ｐｒよりも小さい電力を必要とする場合は周波数制御モードが選択される。なお、本例ではＶｏとｆの組合わせを８種類としたが、データ番号１と８の間をもっと多くしてもよい。

図１１は、第３の実施の形態における電力制御のフローチャートである。第３の実施の形態においてもサーミスタ７８ａが設置された導電性発熱体７２の中央部の温度Ｔを目標温度Ｔｏに制御するものとして説明する。

制御が開始されると、制御部１１３は、ステップ２９９７にて商用電源５００の電圧を検出し、表１に示すような昇圧回路の出力電圧Ｖｏと駆動周波数ｆの組み合わせのテーブルを前記電圧検出値に応じてステップ２９９８で設定する。具体的には、商用交流電源が１００Ｖ系か２００Ｖ系かを判断し、１００Ｖ系であれば１００Ｖ用のテーブルを設定し、２００Ｖ系であれば２００Ｖ用のテーブルを設定する。なお、画像形成装置が設置される国、地域により別のテーブルを設定してもよい。次にステップ２９９９において昇圧回路の出力電圧Ｖｏと駆動周波数ｆの組み合わせが停止状態であるデータ番号＝８に設定される。制御部１１３は、ステップ３０００において検出温度Ｔと目標温度Ｔｏとを比較し、Ｔ＞Ｔｏの場合はステップ３００６においてその時点で設定されているデータ番号（以降、現在のデータ番号と称す）Ｘが８、つまり停止状態かどうかを判断する。データ番号Ｘが８ならば制御部１１３は、データ番号Ｘをそのまま維持し、ステップ３０００へ戻る。ステップ３００６で、データ番号Ｘが８でなければ、制御部１１３は、ステップ３００７へ進み、誘導加熱コイル７１に供給すべき電力を減少させるべく、現在のデータ番号Ｘよりも一つ上の番号で設定されているＶｏとｆの組み合わせに変化させる。従って、定着器７が目標温度を超えている場合は、ステップ３０００，３００６，３００７，３０００，・・・の繰り返しによりデータ番号Ｘが順次増えていき、Ｘ＝８となることもある。

ステップ３０００でＴ＞Ｔｏでない場合はステップ３００１へ進む。ステップ３００１でＴ＜Ｔｏの場合、制御部１１３は、ステップ３００２において現在のデータ番号Ｘが１、つまり最大電力設定かどうかを判断し、データ番号Ｘが１ならばデータ番号をそのまま維持し、ステップ３０００へ戻る。ステップ３００２でデータ番号Ｘが１でなければ、制御部１１３は、誘導加熱コイル７１に供給すべき電力を増加させるべく、ステップ３００４へ進み現在のデータ番号Ｘよりも一つ下の番号で設定されているＶｏとｆの組み合わせに変化させる。従って、電源オン時等の定着器７が冷えている場合は、ステップ３０００，３００１，３００２，３００４，３０００，・・・の繰り返しにより、データ番号Ｘが順次減っていき、Ｘ＝１になることもある。ステップ３００１でＴ＜Ｔｏでない場合、制御１１３はデータ番号Ｘをそのまま維持し、ステップ３０００へ戻る。

本発明の実施形態における画像形成装置の構成を示す断面図である。定着器の構成を示す断面図である。定着器の電源装置の構成を示す回路図である。コイルの駆動周波数と電力の関係を示す図である。昇圧回路の出力電圧と電力の関係を示す図である。第１の実施形態における定着器の制御フローチャートである。第２の実施形態における定着器の制御フローチャートである。第２の実施形態における駆動周波数及び昇圧回路の出力電圧と電力の関係を示す図である。第３の実施形態における電力と昇圧回路出力電圧と駆動周波数との関係を表わすテーブルを示す図である。第３の実施形態における昇圧回路出力電圧と駆動周波数との変化の関係を示す図である。第３の実施形態における定着器の制御フローチャートである。従来の定着器の周波数制御による電力制御フローチャートである。従来の定着器の周波数制御による温度制御フローチャートである。コイルの駆動周波数と電力の関係を示す図である。

符号の説明

７定着器
７１コイル
７２ベルト
７８温度検出素子
１０８昇圧回路
１１２駆動回路
１１３制御部
１１４温度検出回路

Claims

誘導加熱方式により加熱を行う定着装置であって、
導電性発熱体を含む加熱部材を加熱するための誘導加熱コイルと、
交流電源を整流して得られる直流電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路の出力が供給され、前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子を駆動する駆動回路と、
前記加熱部材の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された温度が目標温度となるように前記昇圧回路の昇圧比と前記駆動回路による前記スイッチ素子の駆動周波数を制御することにより前記誘導加熱コイルへ供給する電力を制御する制御部と、
を有し、前記制御部は、前記昇圧回路の昇圧比を前記所定昇圧比に固定した状態で所定周波数以上の範囲で前記スイッチ素子の駆動周波数を変化させる第１の制御モードと、前記スイッチ素子の駆動周波数を前記所定周波数に固定した状態で前記昇圧回路の昇圧比を所定昇圧比以上の範囲で変化させる第２の制御モードとを選択的に実行するものであり、
前記制御部は、前記第１の制御モードが選択されている状態で、前記温度検出手段により検出された温度が前記目標温度よりも低い場合、該温度が検出された時に設定されている駆動周波数を所定量低くした値が前記所定周波数より低くなるならば、前記第１の制御モードから第２の制御モードへ切り換え、前記第２の制御モードが選択されている状態で、前記温度検出手段により検出された温度が前記目標温度よりも高い場合、該温度が検出された時に設定されている昇圧比を所定量小さくした値が前記所定昇圧比よりも小さくなるならば、前記第２の制御モードから第１の制御モードへ切り換えることを特徴とする定着装置。
誘導加熱方式により加熱を行う定着装置であって、
導電性発熱体を含む加熱部材を加熱するための誘導加熱コイルと、
交流電源を整流して得られる直流電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路の出力が供給され、前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子を駆動する駆動回路と、
前記加熱部材の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された温度が目標温度となるように前記昇圧回路の昇圧比と前記駆動回路による前記スイッチ素子の駆動周波数を制御することにより前記誘導加熱コイルへ供給する電力を制御する制御部と、
を有し、前記制御部は、前記昇圧回路の昇圧比を前記所定昇圧比に固定した状態で所定周波数以上の範囲で前記スイッチ素子の駆動周波数を変化させる第１の制御モードと、前記スイッチ素子の駆動周波数を前記所定周波数に固定した状態で前記昇圧回路の昇圧比を所定昇圧比以上の範囲で変化させる第２の制御モードとを選択的に実行するものであり、
前記制御部は、前記第１の制御モードが選択されている状態で、前記温度検出手段により検出された温度が前記目標温度よりも低い場合で且つ、前記誘導加熱コイルへ供給すべき電力を、前記昇圧比が前記所定昇圧比であり、前記駆動周波数が記所定周波数であるときの電力よりも小さい第１の所定の電力よりも高くする場合に、前記第１の制御モードから第２の制御モードへ切り換え、前記第２の制御モードが選択されている状態で、前記温度検出手段により検出された温度が前記目標温度よりも高い場合で且つ、前記誘導加熱コイルへ供給すべき電力を、前記昇圧比が前記所定昇圧比であり前記駆動周波数が前記所定周波数であるときの電力よりも大きい第２の所定の電力よりも低くする場合、前記第２の制御モードから第１の制御モードへ切り換えることを特徴とする定着装置。
誘導加熱方式により加熱を行う定着装置であって、
導電性発熱体を含む加熱部材を加熱するための誘導加熱コイルと、
交流電源を整流して得られる直流電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路の出力が供給され、前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子を駆動する駆動回路と、
前記加熱部材の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された温度が目標温度となるように前記昇圧回路の昇圧比と前記駆動回路による前記スイッチ素子の駆動周波数を制御することにより前記誘導加熱コイルへ供給する電力を制御する制御部と、
を有し、前記制御部は、前記昇圧回路の昇圧比を前記所定昇圧比に固定した状態で所定周波数以上の範囲で前記スイッチ素子の駆動周波数を変化させる第１の制御モードと、前記スイッチ素子の駆動周波数を前記所定周波数に固定した状態で前記昇圧回路の昇圧比を所定昇圧比以上の範囲で変化させる第２の制御モードとを選択的に実行するものであり、
前記制御部は、前記温度検出手段により検出された温度が前記目標温度よりも低い場合、前記誘導加熱コイルに供給すべき電力を増加させ、前記温度検出手段により検出された温度が前記目標温度よりも高い場合、前記誘導加熱コイルに供給すべき電力を減少させるものであり、且つ前記供給すべき電力が、前記昇圧比を前記所定昇圧比とし前記駆動周波数を前記所定周波数としたときの所定の電力より小さければ、前記第１の制御モードを選択し、前記供給すべき電力が前記所定の電力より大きければ、前記第２の制御モードを選択することを特徴とする定着装置。
前記供給すべき電力と対応させて、前記昇圧回路の昇圧比と前記スイッチ手段の駆動周波数との関係を表わすデータを記憶したテーブルを有し、前記テーブルのデータは、前記供給すべき電力が前記所定の電力よりも小さい範囲では、前記第１の制御モードに従って前記昇圧比と前記駆動周波数が決められており、前記供給すべき電力が前記所定の電力よりも大きい範囲では、前記第２の制御モードに従って前記昇圧比と前記駆動周波数が決められていることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
前記所定周波数は、共振コンデンサの容量と前記誘導加熱コイルのインダクタンスから決まる周波数であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の定着装置。
前記制御部は、前記定着装置の動作開始時に前記前記第１の制御モードを実行することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の定着装置。