JP6535983B2 - 誘導加熱装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の加熱用コイルを用いた誘導加熱方式により加熱体を加熱させる誘導加熱装置、定着装置及び画像形成装置に関する。

従来から、複数の誘導加熱用コイルを用いた誘導加熱（Inducing Heating）方式により被加熱体を加熱する誘導加熱装置が知られている。

従来の誘導加熱装置では、例えば、複数の誘導加熱用コイルの駆動を制御する複数のスイッチング素子のそれぞれに、周波数が同一のＰＷＭ信号を供給し、被加熱体に対して連続的に電力を供給することが記載されている（特許文献１）。

しかしながら、従来の技術では、複数の加熱用コイルを同期して駆動させる。このため、例えば複数の加熱用コイルにおいて、最も使用頻度が高い主となる加熱用コイルの加熱が不要な場合があっても、主となる加熱用コイルの駆動を停止させた状態でその他の加熱用コイルを駆動させることができない。

開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の加熱用コイルを別々に駆動させることを目的としている。

開示の技術は、複数の誘導加熱用コイルを用いた誘導加熱方式により加熱体を加熱する誘導加熱装置であって、前段に前記誘導加熱用コイルに供給される直流電圧を制御する電圧制御回路が設けられており、駆動信号に基づいて前記複数の誘導加熱用コイルのうち第一の誘導加熱用コイルを駆動させる第一のコイル駆動部と、前記電圧制御回路が設けられておらず、前記駆動信号に基づいて前記複数の誘導加熱用コイルのうち第二の誘導加熱用コイルを駆動させる第二のコイル駆動部と、前記駆動信号と、前記第二のコイル駆動部への前記駆動信号の入力を停止させる駆動停止信号との出力を制御する制御部と、を有し、前記駆動信号は、同一周波数、且つ、同位相で前記複数の誘導加熱用コイルを駆動する信号であり、前記制御部が前記駆動信号を出力し、かつ前記駆動停止信号を出力しているとき、前記第二の誘導加熱用コイルの駆動が停止し、前記第一の誘導加熱用コイルが駆動する。

複数の加熱用コイルを別々に駆動させる。

第一の実施形態の誘導加熱装置を説明する図である。 第一の実施形態の誘導加熱装置が定着装置に適用された画像形成装置の構成の概略を説明する図である。 第一の実施形態の加熱体と加熱用コイルを説明する図である。 第一の実施形態の電圧制御回路による電圧の制御を説明する図である。 第一の実施形態の電圧制御回路の一例を示す図である。 電圧制御回路の動作を説明する波形図である。 第一の実施形態の誘導加熱装置のＣＰＵの機能構成を説明する図である。 加熱体における加熱領域と、加熱領域の温度を説明する図である。 ＣＰＵによる加熱用コイルの駆動の制御を説明するフローチャートである。 加熱領域の加熱について説明する図である。 加熱領域の温度差に応じたコイル駆動部に供給される電圧の調整を説明する図である。 第一の実施形態の誘導加熱装置との比較例を示す図である。 第二の実施形態の駆動選択回路と昇圧回路を説明する図である。 第三の実施形態の駆動選択回路と昇圧回路を説明する図である。

（第一の実施形態）
以下に、図面を参照して第一の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の誘導加熱装置を説明する図である。

本実施形態の誘導加熱装置１０は、電源１００、ＡＣ（Alternating Current）電力検出回路１０２、整流回路１０３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０４を有する。また本実施形態の誘導加熱装置１０は、電力検出回路１１０、１２０、電圧制御回路１１１、１２１、昇圧回路１５１、１５２、１５３、駆動選択回路１６０、コイル駆動部２１０、２２０、２３０、加熱用コイル２１３、２２３、２３３を有する。さらに、本実施形態の誘導加熱装置１０は、温度センサ２１４、２２４、２３４を有する。

本実施形態の誘導加熱装置１０のＣＰＵ１０４は、外部通信ＩＦ（インターフェイス）１４０を介して外部制御ＣＰＵ１３０から加熱の指示を受けると、コイル駆動部２１０、２２０、２３０により誘導加熱用の加熱用コイル２１３、２２３、２３３を加熱し、加熱体３００を加熱する。本実施形態の外部制御ＣＰＵ１３０は、例えば誘導加熱装置１０が搭載される装置のメイン制御部である。すなわち加熱体３００は、誘導加熱装置１０による加熱される被加熱体である。

本実施形態において外部通信ＩＦ（インターフェイス）１４０は、誘導加熱装置１０に設けられていても良いし、誘導加熱装置１０の外部に設けられていても良い。一般に外部通信ＩＦは、内部電子回路への破損を防ぐため、フォトカプラ等により絶縁される。本実施形態の加熱体３００は、誘導加熱装置１０が有していても良いし、誘導加熱装置１０の外部に配置されていても良い。

本実施形態の電力検出回路１１０、１２０は、整流回路１０３により整流した電圧Ｖｒｅｃｔに基づき、電圧制御回路１１１、１２１のそれぞれに供給される電圧を検出し、ＣＰＵ１０４へ通知する。

本実施形態の電圧制御回路１１１、１２１は、コイル駆動部２１０、２３０に電圧を供給し、加熱用コイル２１３、２３３を駆動させる。尚、コイル駆動部２２０には、整流回路１０３において整流された電圧が供給される。

本実施形態のコイル駆動部２１０は、共振コンデンサ２１１、スイッチング素子２１２を有する共振回路である。コイル駆動部２２０は、共振コンデンサ２２１、スイッチング素子２２２を有する共振回路である。コイル駆動部２３０は、共振コンデンサ２３１、スイッチング素子２３２を有する共振回路である。

本実施形態のコイル駆動部２１０、２２０、２３０において、各共振コンデンサ２１１、２２１、２３１は、加熱用コイル２１３、２２３、２３３とそれぞれが並列に接続されて、共振回路を構成している。また各スイッチング素子２１２、２２２、２３２は、加熱用コイル２１３、２２３、２３３と直列に接続されており、上述の共振回路の駆動を制御する。

本実施形態のスイッチング素子２１２、２２２、２３２は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等であり、それぞれのゲートにＣＰＵ１０４から出力されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号が印加される。本実施形態のスイッチング素子２１２、２２２、２３２は、ＣＰＵ１０４から昇圧回路１５１、１５２、１５３を介して供給されるＰＷＭ信号によりオン／オフが制御される。

以下の説明では、昇圧回路１５１からコイル駆動部２１０へ供給されるＰＷＭ信号をＰＷＭ信号１とし、昇圧回路１５２からコイル駆動部２２０へ供給されるＰＷＭ信号をＰＷＭ信号２とし、昇圧回路１５３からコイル駆動部２３０へ供給されるＰＷＭ信号をＰＷＭ信号３とする。

本実施形態の昇圧回路１５１、１５２、１５３は、ＣＰＵ１０４からコイル駆動部２１０、２２０、２３０に供給されるＰＷＭ信号１、２、３のレベルを昇圧させる。より具体的には、昇圧回路１５１、１５２、１５３は、ＰＷＭ信号１、２、３がハイレベル（以下、Ｈレベル）の際の電圧レベルを昇圧させる。

本実施形態の駆動選択回路１６０は、ＣＰＵ１０４から供給されるＰＷＭ停止信号に応じて、コイル駆動部２２０の駆動を停止させる。駆動選択回路１６０の詳細は後述する。

本実施形態の温度センサ２１４、２２４、２３４は、加熱体３００の温度を検出するセンサである。本実施形態の温度センサ２１４、２２４、２３４により検出された温度は、ＣＰＵ１０４に通知される。本実施形態では、温度センサ２１４は、加熱体３００において加熱用コイル２１３により加熱される領域の温度を検出する。また、温度センサ２２４は、加熱体３００において加熱用コイル２２３により加熱される領域の温度を検出する。また、温度センサ２３４は、加熱体３００において加熱用コイル２３３により加熱される領域の温度を検出する。

本実施形態の誘導加熱装置１０では、電源１００から供給される交流電圧を整流回路１０３により整流した電圧Ｖｒｅｃｔが電力検出回路１１０、１２０及びコイル駆動部２２０に供給される。また本実施形態の誘導加熱装置１０では、ＣＰＵ１０４から出力される制御信号Ｖｃｔｒｌ１、Ｖｃｔｒｌ１３が電圧制御回路１１１、１２１に供給される。

本実施形態において、ＣＰＵ１０４から供給されるＰＷＭ信号１は、昇圧回路１５１を介してコイル駆動部２１０のスイッチング素子２１２に供給される。また、ＰＷＭ信号２は、昇圧回路１５３を介してコイル駆動部２３０のスイッチング素子２３２に供給される。また、ＰＷＭ信号３は、駆動選択回路１６０、昇圧回路１５２を介してコイル駆動部２２０のスイッチング素子２２２に供給される。

本実施形態では、ＣＰＵ１０４は、駆動選択回路１６０に対してＰＷＭ停止信号が供給されると、コイル駆動部２１０及び２３０が駆動しているか否かに関わらず、コイル駆動部２２０の駆動を停止させる。すなわち、ＣＰＵ１０４は、加熱用コイル２２３の駆動を停止させる。

次に、図２を参照して本実施形態の誘導加熱装置１０が搭載される画像形成装置について説明する。この場合、加熱体３００は、定着装置により加熱される加熱ローラであり、誘導加熱装置１０は、画像形成装置内の定着装置に設けられる。

図２は、第一の実施形態の誘導加熱装置が定着装置に適用された画像形成装置の構成の概略を説明する図である。

図２に示す画像形成装置１は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像をそれぞれ対応した感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ（像担持体）の表面上に形成するために電子写真方式の４組の画像形成部１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋ（像形成手段）を備えている。

これら画像形成部１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋの下方には、各画像形成部を通して用紙（記録材）を搬送するための搬送ベルト２０が張架されている。各画像形成部１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋの感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、搬送ベルト２０にそれぞれ転接配置され，用紙（記録材）は搬送ベルト２０の表面に静電的に吸着される。

４組の画像形成部１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋは、略同じ構造を有する。よって、ここでは用紙の搬送方向最上流側に配設されたイエロー用の画像形成部１１Ｙについて代表して説明し、他の色用の画像形成部１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｂｋについては同一符号を付して詳細な説明を省略する。

画像形成部１１Ｙは、その略中央位置に搬送ベルト２０に転接された感光体ドラム１Ｙを有する。感光体ドラム１Ｙの周囲には、帯電装置２Ｙ、露光装置３Ｙ、現像装置４Ｙ、転写ローラ５Ｙ（転写装置）、クリーナ６Ｙを有する。

帯電装置２Ｙは、感光体ドラム１Ｙの表面を所定の電位に帯電させる。露光装置３Ｙは、帯電されたドラム表面を色分解された画像信号に基づいて露光し、ドラム表面上に静電潜像を形成する。現像装置４Ｙは、ドラム表面上に形成された静電潜像にイエロートナーを供給して現像する。転写ローラ５Ｙは、現像したトナー像を搬送ベルト２０を介して搬送される用紙上に転写する。クリーナ６Ｙは、転写されずにドラム表面に残留した残留トナーを除去する。また、画像形成装置１には、図示しないドラム表面に残留した電荷を除去する除電ランプが、感光体ドラム１Ｙの回転方向に沿って順に配設されている。

搬送ベルト２０の図中右下方には、用紙を搬送ベルト２０上に給紙するための給紙機構３０が配設されている。

搬送ベルト２０の図中左側には、定着装置４０が配設されている。搬送ベルト２０によって搬送された用紙は、搬送ベルト２０から連続して定着装置４０を通って延びた搬送路を搬送され、定着装置４０を通過する。

定着装置４０は、搬送された用紙、すなわちその表面上に各色のトナー像が転写された状態の用紙を加熱及び加圧する。そして、各色のトナー像を溶融して用紙に浸透させて定着させる。また、定着装置４０の搬送経路下流側に排紙ローラを介して排紙する。

本実施形態の誘導加熱装置１０は、定着装置４０において、用紙を加熱及び加圧するための加熱ローラ（加熱体３００）の加熱に適用される。

次に図３を参照して本実施形態の加熱体３００と加熱用コイル２１３、２２３、２３３について説明する。図３は、第一の実施形態の加熱体と加熱用コイルを説明する図である。

図３に示す加熱体３００は、加熱用コイル２１３、２２３、２３３により加熱される被加熱体である。

図３では、加熱体３００の長手方向における加熱用コイル２１３、２２３、２３３と加熱体３００の概略を示している。本実施形態では、加熱体３００の長手方向に分割された加熱用コイル２１３、２２３、２３３を有する。

本実施形態では、加熱用コイル２１３の長手方向の幅をＷ１、加熱用コイル２２３の長手方向の幅をＷ２、加熱用コイル２３３の長手方向の幅をＷ３としたとき、Ｗ１＝Ｗ３＜Ｗ２となるように各加熱用コイルを設けた。

すなわち本実施形態では、加熱体３００の中央部分を加熱する加熱用コイル２２３を設け、加熱用コイル２２３の両側に加熱用コイル２２３よりも幅の狭い加熱用コイル２１３、２３３を設けた。

したがって、本実施形態では、例えば加熱体３００により用紙に転写されたトナー像を定着させる際に、用紙の幅が幅Ｗ２未満である場合には、加熱用コイル２２３のみを駆動させれば良い。また、本実施形態では、用紙の幅が幅Ｗ２以上である場合には、加熱用コイル２１３、２２３、２３３を駆動させれば良い。

さらに、本実施形態では、例えば加熱対象の用紙の幅が幅Ｗ２以上であり、且つ加熱体３００において、加熱用コイル２２３により加熱される領域の温度が十分高い場合には、加熱用コイル２１３、２３３のみを駆動させる。

つまり、本実施形態のＣＰＵ１０４は、加熱体３００の中央部分を加熱する加熱用コイル２２３が最も駆動される頻度が高い主となるコイルとした場合に、主となる加熱用コイル２２３の駆動を停止させた状態で、他の加熱用コイル２１３、２３３を駆動させる。

加熱用コイル２１３、２２３、２３３の駆動の制御の詳細は後述する。

以下に図４を参照して本実施形態における電圧制御回路１１１の電圧の制御について説明する。図４は、第一の実施形態の電圧制御回路による電圧の制御を説明する図である。図４では、例えば電圧制御回路１１１により加熱用コイル２１３に印加される電圧が制御された場合を示している。

コイル駆動部２１０において、スイッチング素子２１２に供給されるＰＷＭ信号がオン状態（Ｈレベル）のとき、加熱用コイル２１３にはコイル電流Ｉｃｏｉｌが流れる。このときスイッチング素子２１２のコレクタ−エミッタ間は導通した状態となり、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅは、図３（Ａ）に示すように０Ｖとなる。次にＰＷＭ信号がオフ状態（Ｌレベル）になると、コイル電流ＩｃｏｉｌはＧＮＤに流れず、共振コンデンサ２１１を充電し、スイッチング素子２１２のコレクタ-エミッタ間電圧Ｖｃｅが上昇する。

また、共振コンデンサ２１１に充電された電荷は放電されるため、加熱用コイル２１３に対して逆向きのコイル電流Ｉｃｏｉｌが流れ、コイル電流Ｉｃｏｉｌが０から負になる。このとき、スイッチング素子２１２に内蔵されたダイオードが導通し、コレクタ-エミッタ間電圧Ｖｃｅはほぼ０Ｖになる。コイル駆動部２１０では、内蔵されたダイオードが導通している期間でＰＷＭ信号を再びオン状態にすることで、低損失でスイッチング素子２１２を動作させることが可能となる。この共振動作を利用したスイッチング動作を繰り返すことで、加熱用コイル２１３に高周波電流を流すことが可能となる。

図４（Ｂ）は、加熱用コイル２１３に印加される電圧Ｖ１を、図４（Ａ）の電圧Ｖ１より高くすることにより、ＰＷＭ信号のオン幅が同じ状態でスイッチング動作を繰り返したまま加熱用コイル２１３のコイル電流Ｉｃｏｉｌが増えることを示した図である。

このように本実施形態では、加熱用コイル２１３に印加される電圧を制御することにより、コイル駆動部２１０のスイッチング素子２１２に供給するＰＷＭ信号のオン幅を変えずに設定された電力を供給する。

次に図５、図６を参照して本実施形態の電圧制御回路１１１、１２１について説明する。尚、本実施形態では、電圧制御回路１１１、１２１の構成は同様であるから、以下の説明では電圧制御回路１１１の構成を例として説明する。

図５は、第一の実施形態の電圧制御回路の一例を示す図である。図５に示す電圧制御回路１１１は、フライバック方式のＡＣ／ＤＣ変換回路を用いた回路構成であるが、ＡＣ／ＤＣ変換方式はこれに限定しない。

本実施形態の電圧制御回路１１１は、スイッチング素子１１２、トランスＴ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ５、トランジスタ１１３を有する。

電圧制御回路１１１の入力端子Ｔｉｎは、トランスＴ１の１次巻線Ｌ１を介しスイッチング素子１１２と接続されており、電力検出回路１１０を介して電圧制御回路１１１に入力される電圧Ｖｉｎは、スイッチング素子１１２に供給される。

スイッチング素子１１２のゲートには、ＣＰＵ１０４から出力される制御信号Ｖｃｔｒｌ１が供給され、制御信号Ｖｃｔｒｌ１によりオン／オフが制御される。

電圧制御回路１１１において、トランスＴ１の２次巻線Ｌ２の一端は、ダイオードＤ１と接続されており、他端は２次巻線Ｌ３の一端と接続されている。２次巻線Ｌ３の他端は、抵抗Ｒ３の一端と接続されており、抵抗Ｒ３の他端は抵抗Ｒ４の一端と、トランジスタ１１３のベースに接続されている。抵抗Ｒ４の他端は接地されている。トランジスタ１１３のエミッタは接地されており、コレクタは抵抗Ｒ５の一端と接続されている。抵抗Ｒ５の他端は、電源に接続されている。また、トランジスタ１１３のエミッタの電圧は、電流ゼロ検出信号ＺＤＣとしてＣＰＵ１０４へ供給される。電流ゼロ検出信号ＺＤＣとは、２次巻線Ｌ２、Ｌ３に流れる電流Ｉａｋが０になるタイミングを検出するための信号である。

ダイオードＤ１の他端は、コンデンサＣ１の一端と、抵抗Ｒ１の一端と接続されている。また、ダイオードＤ１の他端は、電圧制御回路１１１の出力端子Ｔｏｕｔとして、コイル駆動部２１０に接続されており、出力電圧Ｖ１を出力する。抵抗Ｒ１の他端は、抵抗Ｒ２の一端と接続されており、抵抗Ｒ２の他端は接地されている。

抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点の電圧は、電圧制御回路１１１の出力電圧の分圧を示す出力電圧検出信号Ｖｆｂとして、ＣＰＵ１０４へ供給される。

以下に、図６を参照して電圧制御回路１１１の動作を説明する。図６は、電圧制御回路の動作を説明する波形図である。

電圧制御回路１１１では、制御信号Ｖｃｔｒｌ１がオン（Ｈレベル）になると、１次巻線Ｌ１に三角波状の電流Ｉｄｓが流れる。１次巻線の電流Ｉｄｓは、制御信号Ｖｃｔｒｌ１がオンからオフ（ローレベル、以下、Ｌレベル）に切り替わると０になり、トランスＴ１の２次側のダイオードＤ１に電流Ｉａｋが流れる。出力電圧Ｖ１は、スイッチング素子１１２への制御信号Ｖｃｔｒｌ１のオン幅により、昇降圧が可能となる。

すなわち、電圧制御回路１１１の出力電圧Ｖ１は、スイッチング素子１１２への制御信号Ｖｃｔｒｌ１のオン幅を広げると昇圧し、オン幅を狭くすると降圧する。

尚、出力電圧Ｖ１は、出力電圧Ｖ１を抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した出力電圧検出信号ＶｆｂをＣＰＵ１０４に供給することで、ＣＰＵ１０４により監視される。また、ＣＰＵ１０４は、電流ゼロ検出信号ＺＣＤにより、電流Ｉａｋが０になるタイミングを検出し、制御信号Ｖｃｔｒをオンさせる。

次に、図７を参照して本実施形態の誘導加熱装置１０のＣＰＵ１０４の機能について説明する。図７は、第一の実施形態の誘導加熱装置のＣＰＵの機能構成を説明する図である。

本実施形態のＣＰＵ１０４は、温度検出部１４１、用紙サイズ判定部１４２、コイル駆動制御部１４３、制御信号調整部１４４、ＰＷＭ信号生成部１４５を有する。

本実施形態の温度検出部１４１は、温度センサ２１４、２２４、２３４から出力される温度を検出する。

本実施形態の用紙サイズ判定部１４２は、誘導加熱装置１０が画像形成装置１に搭載された際に、記録媒体となる用紙のサイズを判定する。具体的には、用紙サイズ判定部１４２は、用紙の幅が、加熱用コイル２２３の幅Ｗ２よりも広いか否かを判定する。

コイル駆動制御部１４３は、用紙サイズ判定部１４２による判定結果に応じて、コイル駆動部２１０、２２０、２３０の何れかを駆動させる。

制御信号調整部１４４は、温度検出部１４１が検出した温度センサ２１４の温度と、温度センサ２３４の温度差に応じて、制御信号Ｖｃｔｒｌ１、３のオン幅を調整する。

ＰＷＭ信号生成部１４５は、コイル駆動部２１０、２２０、２３０のそれぞれに供給されるＰＷＭ信号１、２、３を生成する。

以下に、本実施形態のＣＰＵ１０４による加熱用コイル２１３、２２３、２３３の駆動の制御について説明する。

図８は、加熱体における加熱領域と、加熱領域の温度を説明する図である。以下の本実施形態の説明では、加熱体３００において、加熱用コイル２１３により加熱される領域を加熱領域Ｒ１とし、加熱用コイル２２３により加熱される領域を加熱領域Ｒ２とし、加熱用コイル２３３により加熱される領域を加熱領域Ｒ３とする。

また、本実施形態では、加熱体３００が定着装置４０に設けられた際に、各加熱領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のそれぞれの温度が、ＴＨ１より高くＴＨ２未満となったとき、用紙に転写されたトナーが定着されるものとした。すなわち、本実施形態では、ＴＨ１より高くＴＨ２未満の温度が、加熱体３００による定着が可能な温度である。言い換えれば、加熱領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３において、ＴＨ１より高くＴＨ２未満の温度が印刷可能温度である。

次に、図９を参照して、ＣＰＵ１０４の動作を説明する。図９は、ＣＰＵによる加熱用コイルの駆動の制御を説明するフローチャートである。

本実施形態のＣＰＵ１０４は、外部制御ＣＰＵ１３０が印刷ジョブの実行を開始すると、用紙サイズ判定部１４２により、記録媒体となる用紙のサイズを判定する（ステップＳ９０１）。具体的には用紙サイズ判定部１４２は、用紙の幅が、加熱領域Ｒ２の幅よりも広いか否かを判定する。以下の説明では、用紙の幅が加熱体３００における中央に位置する加熱領域Ｒ２の幅よりも広い場合、この用紙のサイズを全領域サイズと呼ぶ。また、用紙の幅が加熱体３００における中央に位置する加熱領域Ｒ２の幅よりも狭い場合、この用紙のサイズを中央領域サイズと呼ぶ。

ステップＳ９０１において、用紙のサイズが中央領域サイズであった場合、ＣＰＵ１０４は、コイル駆動制御部１４３により、加熱用コイル２２３を駆動させる（ステップＳ９０２）。具体的にはコイル駆動制御部１４３は、コイル駆動部２２０に供給するＰＷＭ信号２をＰＷＭ信号生成部１４５に生成させ、ＰＷＭ信号２をコイル駆動部２２０へ供給する。

続いてコイル駆動制御部１４３は、温度検出部１４１が検出した温度センサ２２４の温度が、温度ＴＨ２より大きいか否かを判定する（ステップＳ９０３）。すなわちコイル駆動制御部１４３は、加熱用コイル２２３により加熱される加熱領域Ｒ２の温度が温度ＴＨ２より大きいか否かを判定する。

ステップＳ９０３において、加熱領域Ｒ２の温度が温度ＴＨ２より大きいとき、コイル駆動制御部１４３は、加熱用コイル２２３の駆動を停止させ（ステップＳ９０４）、ステップＳ９０３へ戻る。具体的にはコイル駆動制御部１４３は、駆動選択回路１６０に対し、コイル駆動部２２０に対するＰＷＭ信号２の供給を停止させ、ステップＳ９０３へ戻る。

ステップＳ９０３において、加熱領域Ｒ２の温度が温度ＴＨ２以下のとき、コイル駆動制御部１４３は、加熱領域Ｒ２の温度が温度ＴＨ１より低いか否かを判定する（ステップＳ９０５）。

ステップＳ９０５において、加熱領域Ｒ２の温度が温度ＴＨ１より低い場合、コイル駆動制御部１４３は、加熱用コイル２２３の駆動を継続させる（ステップＳ９０６）。より具体的には、コイル駆動制御部１４３は、コイル駆動部２２０に対してＰＷＭ信号２を供給する。

ステップＳ９０５において、加熱領域Ｒ２の温度が温度ＴＨ１より高い場合、ＣＰＵ１０４は、印刷が可能な状態であることを外部制御ＣＰＵ１３０に通知する（ステップＳ９０７）。

ステップＳ９０１において、用紙のサイズが全領域サイズであった場合、ＣＰＵ１０４は、コイル駆動制御部１４３により、加熱用コイル２１３、２２３、２３３を駆動させる（ステップＳ９０８）。具体的にはコイル駆動制御部１４３は、コイル駆動部２１０、２２０、２３０に供給するＰＷＭ信号１、２、３をＰＷＭ信号生成部１４５に生成させ、各ＰＷＭ信号を各コイル駆動部へ供給する。

ステップＳ９０９からステップＳ９１２までの処理は、ステップＳ９１１でＮｏの場合にステップＳ９１３へ続く以外は、ステップＳ９０３からステップＳ９０６までの処理と同様であるから説明を省略する。

ステップＳ９１１においてＮｏの場合、すなわち加熱領域Ｒ２の温度が温度ＴＨ１より高い場合、コイル駆動制御部１４３は、温度検出部１４１が検出した温度センサ２１４の温度（加熱領域Ｒ１の温度）が、温度ＴＨ２より大きいか否かを判定する（ステップＳ９１３）。

ステップＳ９１３において、加熱領域Ｒ１の温度がＴＨ２より高いとき、コイル駆動制御部１４３は、加熱用コイル２１３の駆動を停止させる（ステップＳ９１４）。ステップＳ９１３において、加熱領域Ｒ１の温度がＴＨ２より低いとき、コイル駆動制御部１４３は、加熱領域Ｒ１の温度が温度ＴＨ１より低いか否かを判定する（ステップＳ９１５）。

ステップＳ９１５において、加熱領域Ｒ１の温度が温度ＴＨ１より低い場合、コイル駆動制御部１４３は、加熱用コイル２１３の駆動を継続させる（ステップＳ９１６）。ステップＳ９１５において、加熱領域Ｒ１の温度が温度ＴＨ１より高い場合、コイル駆動制御部１４３は、後述するステップＳ９１７へ進む。

ここで、本実施形態における加熱領域Ｒ１、Ｒ３の加熱について説明する。ステップＳ９１６では、用紙のサイズが全領域サイズであるため、３つの加熱領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のそれぞれの温度を印刷可能温度にする必要がある。また、例えば３つの加熱領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３において、温度が印刷可能温度に達していない領域については、可能な限り速やかに該当する加熱領域の温度が印刷可能温度となるように加熱することが好ましい。

そこで、本実施形態では、例えば加熱領域Ｒ２が印刷可能温度の範囲であり、加熱領域Ｒ１の温度が印刷可能温度の範囲外であった場合、ＣＰＵ１０４は、コイル駆動部２１０に供給される電圧Ｖ１を高くするように制御し、速やかに加熱領域Ｒ１を加熱する。具体的には、ＣＰＵ１０４は、制御信号調整部１４４により、電圧制御回路１１１に供給される制御信号Ｖｃｔｒｌ１のオン幅を長くすることで、コイル駆動部２１０に供給される電圧Ｖ１の値を高くしてもよい。さらに、ＣＰＵ１０４は、ステップＳ９１０を介してステップＳ９１６に至った場合において、ＰＷＭ信号生成部１４５により生成されるＰＷＭ信号１、３の周波数を、ステップＳ９１６における加熱の間だけ高くしても良い。加熱領域Ｒ１、Ｒ３の加熱の詳細は後述する。

続いて、コイル駆動制御部１４３は、加熱領域Ｒ１と加熱領域Ｒ３の温度が、共にＴＨ１より高いか否かを判定する（ステップＳ９１７）。ステップＳ９１７において、２つの加熱領域の温度がＴＨ１より高い場合、ＣＰＵ１０４は、印刷が可能な状態であることを外部制御ＣＰＵ１３０に通知する（ステップＳ９１８）。

ステップＳ９１７において、２つの加熱領域の温度がＴＨ１より高くない場合、コイル駆動制御部１４３は、ステップＳ９０９へ戻る。２つの加熱領域の温度は、ＴＨ１以上かつＴＨ２以下になるまで対応するコイル駆動部のオンオフが繰り返される。以上のように、本実施形態では、用紙のサイズが全領域サイズであった場合に、加熱体３００における中央部分の加熱領域Ｒ２の温度が印刷可能温度より高かった場合、加熱領域Ｒ２を加熱する加熱用コイル２２３のみの駆動を停止させることができる。

したがって、本実施形態では、３つの加熱用コイル２１３、２２３、２３３のうち、主となる加熱用コイルであって、且つ最もコイルサイズの大きい加熱用コイル２２３の駆動を停止させることができ、消費電力の削減に貢献できる。

次に、図１０を参照して用紙のサイズが全領域サイズであった場合の加熱領域Ｒ１、Ｒ３の加熱について説明する。図１０は、加熱領域の加熱について説明する図である。

図１０（Ａ）では、加熱用コイル２１３、２２３、２３３を同時に駆動させ、加熱領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を加熱する場合を示している。尚、図１０の例では、ＰＷＭ信号１、２、３の周波数ｆ１は、同一とした。

本実施形態では、３つの加熱用コイルのうち、加熱用コイル２２３が最もコイルサイズが大きく、加熱するために消費する電力が最も大きい。よって、図１０（Ａ）に示す波形図において、コイル電流Ｉｃｏｉｌ２の振幅は、加熱用コイル２１３、２３３に供給されるコイル電流Ｉｃｏｉｌ１の振幅よりも大きくなる。

尚、図１０（Ａ）に示す波形図におけるＶｃｅ１はスイッチング素子２１３のコレクタ−エミッタ間電圧であり、Ｖｃｅ２はスイッチング素子２２３のコレクタ−エミッタ間電圧である。

図１０（Ｂ）は、加熱用コイル２２３の駆動を停止させ、加熱領域Ｒ１と加熱領域Ｒ３を加熱する場合を示している。すなわち、図１０（Ｂ）は、用紙のサイズが全領域サイズであり、且つ加熱領域Ｒ２の温度がＴＨ２より高く加熱領域Ｒ１、Ｒ３の温度がＴＨ１より低い状態を示している。

したがって、図１０（Ｂ）で示す波形図において、コイル駆動部２２０に対するＰＷＭ信号２の供給は停止され、加熱用コイル２２３にはコイル電流Ｉｃｏｉｌ２は流れていない。

これに対し、コイル駆動部２１０、２３０に対してＰＷＭ信号１、３が供給され、加熱用コイル２１３、２３３にはコイル電流Ｉｃｏｉｌ１、Ｉｃｏｉｌ３が供給されている。

また、図１０（Ｂ）の状態では、加熱領域Ｒ１及びＲ３の温度をできるだけ速やかに印刷可能温度の範囲まで加熱することが好ましい。

よって、本実施形態では、図１０（Ｂ）では、ＰＷＭ信号１の周波数ｆ２＞周波数ｆ１よりも高くし、加熱用コイル２１３が図１０（Ａ）の状態と比べて急速に加熱されるようにした。また、図１０（Ｂ）では、コイル駆動部２１０、２３０に供給される電圧Ｖ１を高くし、加熱用コイル２１３が図１０（Ａ）の状態と比べて急速に加熱されるようにした。尚、図１０（Ｂ）の例では、加熱用コイル２１３に対しても同様に加熱する。すなわち、本実施形態では、ＰＷＭ信号３の周波数をｆ２としても良いし、コイル駆動部２３０に供給する電圧Ｖ３を図１０（Ａ）の状態よりも高くする。

尚、図１０（Ｂ）の状態における周波数ｆ２と電圧Ｖ１（又はＶ３）の値は、加熱用コイル２１３（又は２３３）のコイルサイズや材質等に応じて予め設定されていても良い。周波数ｆ２と電圧Ｖ１（又はＶ３）の値は、例えば加熱用コイル２１３（又は２３３）が、最も短い時間で所定の温度まで加熱される値に設定されても良い。この値は、実験等により求められる値であっても良い。

以上の説明では、加熱領域Ｒ１の温度と加熱領域Ｒ３の温度について、同様の制御するものとしたが、これに限定されない。

本実施形態では、加熱領域Ｒ１と加熱領域Ｒ３の温度差に応じて、コイル駆動部２１０に供給される電圧Ｖ１と電圧Ｖ３の値を調整しても良い。

図１１は、加熱領域の温度差に応じたコイル駆動部に供給される電圧の調整を説明する図である。図１１は、加熱用コイルの加熱時間と、加熱領域の温度との関係を示している。

本実施形態では、加熱領域Ｒ１と加熱領域Ｒ２との温度差が所定値以上となったとき、温度が低い方の加熱領域と対応するコイル駆動部に供給される電圧の値を高くする。

図１１では、温度センサ２１４により検出された加熱領域Ｒ１の温度をＴＨ３とし、温度センサ２３４により検出された加熱領域Ｒ３の温度をＴＨ４とした。

このとき、ＣＰＵ１０４は、温度検出部１４１によりＴＨ３−ＴＨ４が所定値以上となるか否かを判定する。そして、ＴＨ３−ＴＨ４が所定値以上となった場合、ＣＰＵ１０４は、制御信号調整部１４４により、加熱領域Ｒ３と対応するコイル駆動部２３０に供給される電圧Ｖ３を高くする。具体的にはＣＰＵ１０４は、制御信号調整部１４４により、電圧制御回路１２１に供給される制御信号Ｖｃｔｒｌ３のオン幅を長くし、電圧制御回路１２１から出力される電圧Ｖ３の値を大きくする。

本実施形態では、以上のように、温度が低い方の加熱領域と対応するコイル駆動部に供給される電圧をあげることで、該当するコイル駆動部に投入される電力を大きくすることができる。したがって、本実施形態では、加熱領域Ｒ１、Ｒ３のうち、温度が低い方の加熱領域の昇温速度を温度が高い方の加熱領域の昇温速度に近づけることができ、加熱領域Ｒ１、Ｒ３における温度のむらを低減することができる。

また、本実施形態では、加熱体３００の中央部分を加熱する加熱用コイル２２３を駆動させるコイル駆動部２２０の全段には、電圧制御回路を設けていない構成とすることで、電圧制御回路１１１、１２１に含まれるトランスによる損失を低減している。

図１２は、第一の実施形態の誘導加熱装置との比較例を示す図である。図１２に示す比較例としての誘導加熱装置１０Ａは、電源電圧３０１、フィルタ回路３０２、入力ＡＣ電流検出回路３０３、入力ＡＣ電圧検出回路３０４、整流回路３０５、ＣＰＵ３０６、駆動回路３０７を有する。また誘導加熱装置１０Ａは、電圧制御回路２１１、２２１、２３１、コイル駆動部２１０、２２０、２３０、加熱用コイル２１３、２２３、２３３を有する。

誘導加熱装置１０Ａにおいて、コイル駆動部２１０、２２０、２３０及び加熱用コイル２１３、２２３、２３３は、本実施形態の誘導加熱装置１０の有するもの同様である。

また、誘導加熱装置１０Ａの有する電圧制御回路２１１、２２１、２３１は、それぞれが絶縁型フライバックコンバータ等を用いた回路であっても良いし、本実施形態の電圧制御回路１１１と同様の構成であっても良い。

図１２に示す誘導加熱装置１０Ａにおいて、例えば加熱用コイル２２３の駆動を停止させようとした場合には、ＣＰＵ３０６において、電圧制御回路２２１に供給する制御信号Ｖｃｏｎｔ［ｋ］をＬレベルで固定すれば良い。

しかし、誘導加熱装置１０Ａでは、加熱用コイル２２３を駆動させる際には、整流回路３０５から出力電圧を、電圧制御回路２２１を介してコイル駆動部２２０に供給している。したがって、誘導加熱装置１０Ａでは、整流回路３０５の出力電圧Ｖｒｅｃｔをコイル駆動部２２０に供給する際に電圧制御回路２２１の有するトランスによる損失が発生する。

これに対し、本実施形態の誘導加熱装置１０では、３つの加熱用コイルのうち、最も消費電力が大きい加熱用コイル２２３に対し、整流回路１０３の出力を電圧Ｖ２として供給している。したがって、本実施形態では、加熱用コイル２２３に電圧Ｖ２を供給する際に、トランスによる損失を低減できる。

以上のように、本実施形態では、複数の加熱用コイルのうち、主となる加熱用コイルの駆動が停止された場合でも、その他の加熱用コイルを駆動させることができる。すなわち本実施形態では、複数の加熱用コイルを別々に駆動させることができる。

尚、本実施形態において主となる加熱用コイルとは、対応するコイル駆動部の前段に電圧制御回路が設けられていない加熱用コイルである。言い換えれば、主となる加熱用コイルとは、電源電圧を整流回路１０３により整流した電圧が供給される加熱用コイルである。本実施形態におけるその他の加熱用コイルとは、対応するコイル駆動部の前段に電圧制御回路が設けられた加熱用コイルである。

（第二の実施形態）
以下に、図面を参照して本実施形態の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態は、第一の実施形態の昇圧回路１５２と駆動選択回路１６０をより詳細に示した点が第一の実施形態と相違する。よって、以下の第二の実施形態では、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図１３は、第二の実施形態の駆動選択回路と昇圧回路を説明する図である。本実施形態の駆動選択回路１６０は、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４と、トランジスタＱ１１、Ｍ１２と、を有する。また、本実施形態の昇圧回路１５２は、抵抗Ｒ１５、Ｒ１６と、駆動カプラ１７２と、を有する。

本実施形態の駆動選択回路１６０において、抵抗Ｒ１１の一端はＣＰＵ１０４においてＰＷＭ信号２が出力される端子Ｔ２１と接続されている。また、抵抗Ｒ１１の他端は、抵抗Ｒ１３の一端と、トランジスタＱ１１のコレクタと、トランジスタＱ１２のベースと、に接続されている。

抵抗Ｒ１２の一端は、ＣＰＵ１０４においてＰＷＭ停止信号が出力される端子Ｔ２２と接続されている。また、抵抗Ｒ１２の他端は、トランジスタＱ１１のベースと接続されている。抵抗Ｒ１３の他端と、トランジスタＱ１１のエミッタは、接地されている。

トランジスタＱ１２のコレクタは、電源と接続されており、エミッタは抵抗Ｒ１４の一端と、昇圧回路１５２の有する抵抗Ｒ１５の一端と、に接続されている。抵抗Ｒ１４の他端は接地されている。

抵抗Ｒ１５の他端は、駆動カプラ１７２の入力と接続されており、駆動カプラ１７２の出力は、抵抗Ｒ１６の一端と接続されている。抵抗Ｒ１６の他端は、スイッチング素子２２２のゲートに接続されている。

本実施形態の駆動選択回路１６０では、ＰＷＭ停止信号がＨレベルになると、トランジスタＱ１１がオンされ、抵抗Ｒ１１とトランジスタ１１との接続点が接地される。したがって、昇圧回路１５２に対するＰＷＭ信号２の供給が停止され、加熱用コイル２２３の駆動が停止する。

（第三の実施形態）
以下に、図面を参照して本実施形態の第三の実施形態について説明する。第三の実施形態は、駆動選択回路の別の形態を示すものである。よって、以下の第三の実施形態では、第二の実施形態と同様の機能構成を有するものには第二の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図１４は、第三の実施形態の駆動選択回路と昇圧回路を説明する図である。本実施形態の駆動選択回路１６０Ａは、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１７と、トランジスタＱ１２、Ｍ１３と、を有する。

本実施形態の駆動選択回路１６０Ａにおいて、抵抗Ｒ１１の一端は端子Ｔ２１と接続されている。また、抵抗Ｒ１１の他端は、抵抗Ｒ１３の一端と、トランジスタＱ１２のベースと、に接続されている。

抵抗Ｒ１２の一端は、端子Ｔ２２と接続されている。また、抵抗Ｒ１２の他端は、抵抗Ｒ１７の一端と、トランジスタＱ１３のベースと、に接続されている。抵抗Ｒ１３の他端は、接地されている。

抵抗Ｒ１７の他端と、トランジスタＱ１３のエミッタと、は、電源と接続されている。トランジスタＱ１３のコレクタは、昇圧回路１５２の駆動カプラ１７２と接続されている。

トランジスタＱ１２のコレクタは、電源と接続されており、エミッタは抵抗Ｒ１４の一端と、昇圧回路１５２の有する抵抗Ｒ１５の一端と、に接続されている。抵抗Ｒ１４の他端は接地されている。

本実施形態の駆動選択回路１６０では、ＰＷＭ停止信号がＨレベルになると、トランジスタＱ１１がオンされ、抵抗Ｒ１１とトランジスタ１１との接続点が接地される。したがって、昇圧回路１５２に対するＰＷＭ信号２の供給が停止され、加熱用コイル２２３の駆動が停止する。

本実施形態では、ＰＷＭ停止信号がＨレベルになると、トランジスタＱ１３がオフされ、昇圧回路１５２の駆動カプラ１７２に対する電源の供給が停止する。したがって、駆動選択回路１６０Ａを介して昇圧回路１５２に供給されるＰＷＭ信号２は、駆動カプラ１７２から出力されず、コイル駆動部２２０に対するＰＷＭ信号２の供給が停止され、加熱用コイル２２３の駆動が停止される。

以上に説明した各実施形態の誘導加熱装置は、例えば調理器具等にも適用できる。本実施形態の誘導加熱装置は、被加熱体が誘導加熱により加熱される装置に適用できる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０、１０Ａ 誘導加熱装置
１０４ ＣＰＵ
１１１、１２１ 電圧制御回路
１５１、１５２、１５３ 昇圧回路
１６０、１６０Ａ 駆動選択回路
２１０、２２０、２３０ コイル駆動部
２１２、２２２、２３２ スイッチング素子
２１３、２２３、２３３ 加熱用コイル
３００ 加熱体

特開２０１４−０５６１１４号公報

Claims (7)

1. 複数の誘導加熱用コイルを用いた誘導加熱方式により加熱体を加熱する誘導加熱装置であって、
   前段に前記誘導加熱用コイルに供給される直流電圧を制御する電圧制御回路が設けられており、駆動信号に基づいて前記複数の誘導加熱用コイルのうち第一の誘導加熱用コイルを駆動させる第一のコイル駆動部と、
   前記電圧制御回路が設けられておらず、前記駆動信号に基づいて前記複数の誘導加熱用コイルのうち第二の誘導加熱用コイルを駆動させる第二のコイル駆動部と、
   前記駆動信号と、前記第二のコイル駆動部への前記駆動信号の入力を停止させる駆動停止信号との出力を制御する制御部と、を有し、
   前記駆動信号は、同一周波数、且つ、同位相で前記複数の誘導加熱用コイルを駆動する信号であり、
   前記制御部が前記駆動信号を出力し、かつ前記駆動停止信号を出力しているとき、前記第二の誘導加熱用コイルの駆動が停止し、前記第一の誘導加熱用コイルが駆動する誘導加熱装置。
2. 前記第二のコイル駆動部と、前記制御部との間に設けられた駆動選択回路を有し、
   前記駆動選択回路は、
   前記制御部から供給される駆動停止信号に応じて前記第二のコイル駆動部による前記第二の誘導加熱用コイルの駆動を停止させる請求項１記載の誘導加熱装置。
3. 前記第一のコイル駆動部は、前記第一の誘導加熱用コイルに接続された第一のスイッチング素子を有し、
   前記第二のコイル駆動部は、前記第二の誘導加熱用コイルに接続された第二のスイッチング素子を有し、
   前記駆動選択回路は、
   前記駆動停止信号に応じて、前記制御部から前記第二のスイッチング素子に供給される前記駆動信号の出力を停止させる請求項２記載の誘導加熱装置。
4. 前記駆動選択回路と、前記第二のコイル駆動部との間に設けられた昇圧回路を有し、
   前記駆動選択回路は、
   前記駆動停止信号に応じて、前記昇圧回路の駆動を停止させる請求項２記載の誘導加熱装置。
5. 前記制御部は、
   前記加熱体において、前記第一の誘導加熱用コイルにより加熱される第一の加熱領域の温度が第一の閾値より低く、且つ、
   前記加熱体において、前記第二の誘導加熱用コイルにより加熱される第二の加熱領域の温度が第二の閾値より高い場合に、
   前記第二のコイル駆動部へ前記駆動停止信号を出力する請求項１ないし４の何れか一項に記載の誘導加熱装置。
6. 請求項１ないし５の何れか一項に記載の誘導加熱装置を有する定着装置。
7. 請求項１ないし５の何れか一項に記載の誘導加熱装置を有する画像形成装置。

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