誘導加熱装置及び該誘導加熱装置を備えた画像形成装置
【課題】被加熱体へ供給される供給電力を小さくする場合に、スイッチング素子のスイッチング損失を抑制し、比較的簡単な構成で、かつ商用電圧のドロップによる照明機器のちらつき等もなく、供給電力の小域制御を実現できる誘導加熱装置等を提供する。
【解決手段】誘導加熱コイル１３１とコンデンサ１３２とが並列接続された共振回路１３、共振回路に直列に接続されたスイッチング素子１４、共振回路に時間によって瞬時値が変化する直流の入力電圧を印加する電源１２、スイッチング素子を所定のタイミングでオンすると共に、該スイッチング素子のオン時間を変化させることにより、被加熱体５１への供給電力を制御する電力制御手段２を備える。電力制御手段２は、供給電力の値が予め設定された第１の閾値以下のときに、スイッチング素子１４をオンするタイミングを共振回路１３の共振周期の整数倍遅延させる。
【解決手段】誘導加熱コイル１３１とコンデンサ１３２とが並列接続された共振回路１３、共振回路に直列に接続されたスイッチング素子１４、共振回路に時間によって瞬時値が変化する直流の入力電圧を印加する電源１２、スイッチング素子を所定のタイミングでオンすると共に、該スイッチング素子のオン時間を変化させることにより、被加熱体５１への供給電力を制御する電力制御手段２を備える。電力制御手段２は、供給電力の値が予め設定された第１の閾値以下のときに、スイッチング素子１４をオンするタイミングを共振回路１３の共振周期の整数倍遅延させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば画像形成装置の定着装置の加熱源等として用いられる誘導加熱装置、及び該誘導加熱装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、定着装置における定着ローラを加熱する加熱源として誘導加熱装置が用いられているものがある。
【０００３】
このような誘導加熱装置として、誘導加熱用のコイルとコンデンサとが並列に接続された共振回路を備え、この共振回路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、共振回路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時間を制御することにより、定着ローラ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。
【０００４】
このような共振回路及びスイッチング素子を用いた誘導加熱装置では、スイッチング素子のコレクタ・エミッタ間の電圧が一旦上昇したのち下降して、前記共振回路への入力電圧との差異がほぼゼロとなったタイミングで、前記スイッチング素子をオンしている。このタイミングでオンすることにより、スイッチング素子による損失を少なくすることができる。
【０００５】
しかし、共振回路への供給電力を少なく制御する状態では、スイッチング素子のコレクタ・エミッタ間の電圧が低いために十分な電流が流れず、それゆえスイッチング素子のコレクタ・エミッタ間の電圧が十分に下降できず、入力電圧との差異が存在した状態でスイッチング動作することになる。このため、スイッチング損失が過大となり、スイッチング素子が破壊される場合があるという問題があり、定着ローラへの供給電力を小さくするときの制御が容易でなかった。
【０００６】
このような問題を解決するために、特許文献１には、共振コンデンサの容量を可変にしてスイッチング素子のスイッチング損失を低減する技術が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、交流のゼロクロスに同期させてスイッチング手段のオン・オフを制御し、半周期毎にスイッチング手段の制御パルスの時間を可変にして定着むらを防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３２８５５３号公報
【特許文献２】特開２００９−２９５３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、共振コンデンサの容量を可変にするための構成が複雑な上にコストがかかるという問題があった。
【００１０】
また、上記特許文献２に記載の技術では、被加熱体への供給電力が大きいため、商用電圧がドロップして蛍光灯等の照明機器にちらつきを発生させる場合があるという問題があった。
【００１１】
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、定着ローラ等の被加熱体への供給電力を小さくする場合に、スイッチング素子のスイッチング損失を抑制し、比較的簡単な構成で、かつ商用電圧のドロップによる照明機器のちらつき等もなく、供給電力の小域制御を実現できる誘導加熱装置を提供し、さらには該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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、以下の手段によって解決される。
（１）被加熱体を誘導加熱するためのコイルとコンデンサとが並列接続された共振回路と、共振回路に直列に接続されたスイッチング素子と、前記共振回路に、時間によって瞬時値が変化する直流の入力電圧を印加する電源と、前記スイッチング素子を所定のタイミングでオンすると共に、該スイッチング素子のオン時間を変化させることにより、前記被加熱体への供給電力を制御する電力制御手段と、を備え、前記電力制御手段は、前記供給電力の値が予め設定された第１の閾値以下のときに、前記スイッチング素子をオンするタイミングを前記共振回路の共振周期の整数倍遅延させることを特徴とする誘導加熱装置。
（２）前記供給電力についての１個または複数の閾値と、各閾値に対応する前記スイッチング素子をオンするタイミングの遅延量が予め設定され、前記電力制御手段は、前記供給電力の値と前記閾値とを比較して前記遅延量を決定する前項１に記載の誘導加熱装置。
（３）前記閾値には第１の閾値と該第１の閾値よりも小さい第２の閾値が含まれ、前記電力制御手段は、前記供給電力の値が、前記第１の閾値以下で前記第２の閾値を上回る場合にスイッチング素子をオンするタイミングの遅延量よりも、第２の閾値以下の場合のスイッチング素子をオンするタイミングの遅延量を大きくする前項２に記載の誘導加熱装置。
（４）前記入力電圧の瞬時値を検出する瞬時値検出手段を備え、前記電力制御手段は、前記瞬時値検出手段により検出された入力電圧の瞬時値に応じて、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させる前項１〜３のいずれかに記載の誘導加熱装置。
（５）前記入力電圧の瞬時値について、予め１個またはの複数の閾値が設定され、前記電力制御手段は、前記供給電力の閾値と、前記瞬時値検出手段により検出された入力電圧の瞬時値についての閾値に基づいて、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させる前項２〜５のいずれかに記載の誘導加熱装置。
（６）前記電力制御手段は、前記供給電力の値が、第１の閾値以下で第２の閾値を上回り、前記瞬時値検出手段により検出された入力電圧の瞬時値が第３の閾値以下の場合は、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させない前項４または５に記載の誘導加熱装置。
（７）前記電力制御手段は、前記供給電力の値が第２の閾値以下である場合において、前記入力電圧の瞬時値が第３の閾値以下では、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させず、前記瞬時値が第３の閾値を上回り第４の閾値以下では、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させ、第４の閾値を上回ると、前記スイッチング素子をオンするタイミングの遅延量を増加させる前項６に記載の誘導加熱装置。
（８）前記入力電圧の実効値が所定値よりも高い場合は、前記供給電力の閾値は低く設定され、実効値が所定値以下の場合は、閾値は高く設定される前項１〜７のいずれかに記載の誘導加熱装置。
（９）前記入力電圧の実効値が所定値よりも高い場合は、前記入力電圧の瞬時値についての閾値は低く設定され、実効値が所定値以下の場合は、閾値は高く設定される前項５〜８のいずれかに記載の誘導加熱装置。
（１０）前項１〜９のいずれかに記載の誘導加熱装置を定着装置における加熱源として備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１３】
前項（１）に記載の発明によれば、電力制御手段は、被加熱体への供給電力の値が予め設定された第１の閾値以下のときに、スイッチング素子をオンするタイミングを共振回路の共振周期の整数倍遅延させるから、供給電力を小さくする場合の時間あたりのスイッチング損失を低減することができ、供給電力の小域制御を実現できる。しかも、共振回路のコンデンサの容量を可変にするような複雑な構成は不要であり、また商用電圧のドロップによる照明機器のちらつき等もなく、供給電力を小さくできる。
【００１４】
前項（２）に記載の発明によれば、供給電力についての１個または複数の閾値と、各閾値に対応するスイッチング素子をオンするタイミングの遅延量が予め設定されているから、電力制御手段は供給電力の値と閾値とを比較して遅延量を簡単に決定することができる。
【００１５】
前項（３）に記載の発明によれば、電力制御手段は、前記供給電力の値が、前記第１の閾値以下で前記第２の閾値を上回る場合にスイッチング素子をオンするタイミングの遅延量よりも、第２の閾値以下の場合のスイッチング素子をオンするタイミングの遅延量を大きくするから、供給電力がさらに小さくなってもスイッチング損失が大きくなるのを確実に防止することができる。
【００１６】
前項（４）に記載の発明によれば、電力制御手段は、前記瞬時値検出手段により検出された共振回路への入力電圧の瞬時値に応じて、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させるから、共振回路への入力電圧の瞬時値を考慮した供給電力の小域制御を実現できる。
【００１７】
前項（５）に記載の発明によれば、電力制御手段は、前記供給電力の閾値と、前記入力電圧の瞬時値についての閾値に基づいて、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させるから、遅延量を簡単に決定できる。
【００１８】
前項（６）に記載の発明によれば、電力制御手段は、前記供給電力の値が、第１の閾値以下で第２の閾値を上回り、前記入力電圧の瞬時値が第３の閾値以下の場合は、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させないから、入力電圧の瞬時値がスイッチング損失に影響を及ぼさない場合に、スイッチング素子をオンするタイミングが遅延されるのを防止できる。
【００１９】
前項（７）に記載の発明によれば、入力電圧の瞬時値を考慮した最適な供給電力の小域制御を実現できる。
【００２０】
前項（８）に記載の発明によれば、入力電圧の実効値を考慮した供給電力の小域制御を実現できる。
【００２１】
前項（９）に記載の発明によれば、入力電圧の実効値及び入力電圧の瞬時値を考慮した供給電力の小域制御を実現できる。
【００２２】
前項（１０）に記載の発明によれば、定着装置の加熱源として誘導加熱装置が用いられた場合に、被加熱体への供給電力が小さい場合の時間あたりのスイッチング損失を低減した画像形成装置となし得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示すブロック図である。
【図２】スイッチング素子のオンオフに伴う共振回路の動作を説明するための図で、誘導加熱装置１の要部を示す図である。
【図３】共振回路の動作時におけるコイルのスイッチング素子側の電圧及び電流の波形を示す図である。
【図４】図３の波形図の一部を拡大して示す図である。
【図５】スイッチング素子の本来のオンタイミングから遅延させたタイミングでスイッチング素子をオンする状態を説明するための波形図である。
【図６】供給電力について予め設定された閾値と各閾値に対する遅延回数の関係を示す表である。
【図７】入力電圧をスイッチングした状態を示す波形図である。
【図８】コイルの両端の電圧が入力電圧の瞬時値に影響を受けることを説明するための図である。
【図９】入力電圧の瞬時値の閾値を説明するための波形図である。
【図１０】入力電圧の瞬時値を考慮した場合の供給電力の閾値と遅延回数の関係を示す表である。
【図１１】入力電圧の瞬時値を考慮して、スイッチング素子のオンタイミングの遅延回数を決定する際の別の決定方法を説明するための表であり、供給電力の閾値毎に決定された遅延回数の上限値を示す表である。
【図１２】同じく、入力電圧の瞬時値の閾値毎の遅延回数を示す表である。
【図１３】入力電圧の実効値が予め設定された所定値より高い場合の、供給電力の閾値と遅延回数の上限値を示す表である。
【図１４】入力電圧の実効値が予め設定された所定値以下の場合の、供給電力の閾値と遅延回数の上限値を示す表である。
【図１５】入力電圧の実効値が予め設定された所定値より高い場合の、入力電圧の瞬時値の閾値と遅延回数を示す表である。
【図１６】入力電圧の実効値が予め設定された所定値以下の場合の、入力電圧の瞬時値の閾値と遅延回数を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、この発明の一実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示すブロック図である。この実施形態では、誘導加熱装置１は前述したＭＦＰ等の画像形成装置５に搭載され、定着部における被加熱体としての定着ローラ５１を加熱するものとなされている。
【００２６】
誘導加熱装置１は、商用電源１１と、全波整流回路１２と、共振回路１３と、スイッチング素子１４と、寄生ダイオード１５と、電力制御部２と、瞬時値検出部３と、実効値検出部４を備えている。
【００２７】
商用電源１１は１００Ｖの交流電源であり、全波整流回路１２は商用電源１１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。この実施形態では、全波整流回路１２が、共振回路１３に入力電圧を印加する電源として機能する。
【００２８】
共振回路１３は、誘導加熱用のコイル（インダクタ）１３１と該コイル１３１に並列に接続されたコンデンサ１３２とからなり、誘導加熱用のコイル１３１の誘導加熱作用により、画像形成装置５の定着ローラ５１を加熱するものとなされている。
【００２９】
スイッチング素子１４は共振回路１３と直列に接続され、全波整流回路１２から共振回路１３及びスイッチング素子１４を巡って全波整流回路へと至る閉ループを形成している。スイッチング素子１４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。
【００３０】
電力制御部２は、スイッチング素子のオンオフを高周波スイッチング制御することにより、定着ローラ５１への供給電力を制御するものである。より具体的には、スイッチング素子のオン時間を制御することにより、供給電力の制御を行う。この実施形態では、スイッチング素子のオフ時間は一定値に設定されている。
【００３１】
瞬時値検出部３は、全波整流回路１２による全波整流後の前記入力電圧の瞬時値を検出するものである。瞬時値の検出は公知の方法により行えば良く、例えば入力電圧を分圧して、入力電圧の最大値（波高値）と比較することにより求めることができる。
【００３２】
実効値検出部４は、全波整流回路１２による全波整流後の前記入力電圧の実効値を検出するものである。実効値の検出は公知の方法により行えば良い。
【００３３】
瞬時値検出部３及び実効値検出部４の検出結果は、電力制御部２に入力される。電力制御部２は、供給電力値を基に、あるいはさらに瞬時値検出部３で検出された入力電圧の瞬時値及び／または実効値検出部４で検出された入力電圧の実効値を考慮して、スイッチング素子のオン時間を制御し、定着ローラ５１への供給電力を制御する。
【００３４】
図２は、スイッチング素子１４のオンオフに伴う共振回路の動作を説明するための図で、誘導加熱装置１の主要部を示している。なお、この図では、全波整流回路１２から出力される共振回路１３への入力電圧をＶ０で示すとともに、スイッチング素子１４を単なるスイッチとして示している。
【００３５】
図２（Ａ）において、スイッチング素子１４をオンにすると、入力電圧Ｖ０によりコイル１３１、スイッチング素子１４を通じて電流が流れ、時間の経過と共に電流値が増加する。スイッチング素子１４がオフになると、図２（Ｂ）に示すように、コイル１３１を通過した電流がコンデンサ１３２に流れ込み、コンデンサ１３２を充電する。このため、スイッチング素子１４のコレクタ・エミッタ間に印加される電圧は上昇する。コンデンサ１３２の充電電圧をＶｃとすると、コレクタ・エミッタ間の電圧はＶ０＋Ｖｃとなる。
【００３６】
コンデンサ１３２の充電電圧が入力電圧Ｖ０に達すると、入力電圧Ｖ０によって流れる電流が停止し、図２（Ｃ）に示すように、コイル１３１にはコンデンサ１３２からの放電電流が流れる。このとき、スイッチング素子１４のコレクタ・エミッタ間の電圧は下降する。
【００３７】
このような共振回路１３の動作時におけるコイル１３１のスイッチング素子１４側の電圧ＶＬ及び電流ＩＬの波形を図３（Ａ）に示す。図３において、Ｔｒ信号はスイッチング素子１４をオンまたはオフするための信号である。この図からも理解できるように、スイッチング素子１４をオフにすると、コンデンサ１３２への充電が開始されるためコイル１３１に流れる電流が減少し、電圧ＶＬが増加する。電圧ＶＬがピークになり入力電圧Ｖ０に達すると電流ＩＬがゼロになり、コンデンサ１３２からの放電が開始される。
【００３８】
コンデンサ１３２からの放電が終了し、コイルの電圧ＶＬ換言すればスイッチング素子１４側の電圧がＶ０になった時点Ｔで、図２（Ｄ）に示すように、スイッチング素子１４をオンにする。このように、入力電圧Ｖ０とスイッチング素子１４のコレクタ・エミッタ間の電圧との差異がゼロになったポイントでスイッチング素子１４をオンすることで、スイッチング素子１４のスイッチング損失を防止できる。
【００３９】
このスイッチング素子１４がオンとなるタイミングは、共振回路１３の共振周波数に依存するから、スイッチング素子１４のオフ時間は共振周波数に基づいて予め一定値に設定されている。
【００４０】
スイッチング素子１４がオンすると、入力電圧Ｖ０によりコイル１３１に再び電流ＩＬが流れ始め、以下、同様の動作が繰り返される。
【００４１】
しかし、定着ローラ５１に供給される供給電力を小さく制御する場合は、コイル１３１に流れる電流ＩＬが十分でないため、コイル１３１の両端の電圧が十分に下降できず、図３（Ｂ）さらには図４に拡大して示すように、スイッチング素子１４のオンタイミングＴでは、入力電圧Ｖ０との差異ΔＶが存在した状態となり、この状態でスイッチング素子１４がオンされることになる。このため、過大なスイッチング損失が発生することになる。
【００４２】
そこで、この実施形態では、スイッチング素子１４のオンタイミングＴにおいて入力電圧Ｖ０との差異ΔＶが存在するような状況下、つまり定着ローラ５１への供給電力が小さい場合は、図５に示すように、本来のオンタイミングＴからΔＴだけ遅延させたタイミングＴ１でスイッチング素子１４をオンする。ΔＴは共振回路１３の共振周期の整数倍に設定される。
【００４３】
このように、スイッチング素子１４のオンタイミングを遅延させることにより、スイッチング損失の回数を減らすことができ、時間当たりのスイッチング損失を低減できる。しかも、共振回路１３のコンデンサ１３２の容量を可変にするような複雑な構成は不要であり、また商用電圧のドロップによる照明機器のちらつき等もなく、供給電力の小域制御を実現できる。
【００４４】
スイッチング素子１４のオンタイミングを遅延させたときは、スイッチング素子１４の寄生ダイオード１５を通過してコイル１３１に回生電流が流れ、コンデンサ１３２からの電流が停止した時点で再度コイル１３１を介してコンデンサ１３２に充電される動作が、共振回路１３の共振周期で繰り返される。つまり、遅延させる共振周期の数（遅延量または遅延回数ともいう）が多くなるほど、時間当たりのスイッチング損失は低減される。
【００４５】
なお、供給電力をさらに小さくすると、共振が確保されなくなり、スイッチングによる共振回路の制御ができなくなることから、最低限の供給電力は必要である。
【００４６】
この実施形態では、供給電力について予め設定された１個または複数の閾値と各閾値に対する遅延回数のテーブルを、電力制御部２が保持しており、このテーブルに基づいて電力制御部２がスイッチング素子１４のスイッチング制御を行うものとなされている。
【００４７】
上記テーブルの一例を図６に示す。この例では、供給電力値が６００Ｗより大のときはスイッチング損失は低く、遅延回数は０回つまりオンタイミングの遅延を行う必要はない。供給電力値が４００Ｗより大きく６００Ｗ以下では、スイッチング損失は中程度であり、遅延回数は１回に設定されている。供給電力値が４００Ｗ以下では、スイッチング損失は大であり、遅延回数は２回に設定されている。
【００４８】
このように、供給電力の１個または複数の閾値と、各閾値に対応するスイッチング素子１４をオンするタイミングの遅延回数が予め設定されているから、電力制御部２は供給電力値と閾値とを比較して遅延回数を簡単に決定することができる。しかも、供給電力値が小さいほど、オンタイミングの遅延回数を大きくするから、供給電力値が小さくなってもスイッチング損失が大きくなるのを確実に防止することができる。
【００４９】
なお、供給電力値は、実測した値であっても良いし、要求される設定値であっても良い。要求される設定値は、誘導加熱装置１内で作成されても良いし、画像形成装置５等の外部から指示されても良い。
【００５０】
ところで、共振回路１３に印加される入力電圧Ｖ０は、交流電流を全波整流した脈流であるから、時間の経過とともに瞬時値が変動する。このため、図７に示すように、コイル１３１の両端の電圧ＶＬも入力電圧Ｖ０の瞬時値に影響を受ける結果、スイッチング素子１４のオンタイミングＴで生じる入力電圧Ｖ０との電圧差ΔＶの値は、図８（Ａ）のように、入力電圧Ｖ０の低領域（瞬時値の低い領域）では小さく、高領域（瞬時値の高い領域）では大きくなる。
【００５１】
このため、供給電力を小さくする場合のスイッチング素子１４のオンタイミングＴの遅延回数は、入力電圧Ｖ０の瞬時値を考慮して決定するのが望ましい。このように、共振回路１３への入力電圧の瞬時値を考慮した供給電力の小域制御を行うことで、より精度の高い制御を行うことができる。
【００５２】
この実施形態では、図９に示すように、入力電圧Ｖ０の瞬時値について、波高値の４０％あるいはさらに６０％を閾値とし、この閾値を考慮して遅延回数を決定している。
【００５３】
具体的に説明すると、図１０のテーブルに示すように、供給電力値が６００Ｗより大のときはスイッチング損失は低く、オンタイミングの遅延を行う必要はなく、供給電力値が４００Ｗより大きく６００Ｗ以下では、入力電圧Ｖ０の瞬時値が波高値の４０％より大の場合に遅延回数を１回、４０％以下の場合にはスイッチング損失が少ないので遅延を行わない設定となっている。また、供給電力値が４００Ｗ以下では、入力電圧Ｖ０の瞬時値が波高値の６０％より大の場合に遅延回数を２回、６０％以下で４０％より大の場合に遅延回数を１回、４０％以下の場合には遅延を行わない設定となされている。このテーブルに従って、電力制御部２がスイッチング素子１４のオンオフ制御を行う。
【００５４】
次に、入力電圧Ｖ０の瞬時値を考慮して、スイッチング素子１４のオンタイミングＴの遅延回数を決定する際の別の決定方法を、図１１及び図１２のテーブルを用いて説明する。
【００５５】
まず、図１１に示すように、供給電力の閾値毎に遅延回数の上限値を決定しておく。例えば、供給電力値が６００Ｗより大のときは遅延回数は０回（パターン１）、供給電力値が４００Ｗより大きく６００Ｗ以下では遅延回数の上限値は２回（パターン２）、供給電力値が４００Ｗ以下では遅延回数の上限値は４回（パターン３）がそれぞれ設定されている。
【００５６】
一方、図１２に示すように、入力電圧Ｖ０の閾値毎に遅延回数を決定しておく。例えば、瞬時値が波高値の４０％以下では遅延回数０回（パターンＡ）、瞬時値が４０％より大で６０％以下では遅延回数２回（パターンＢ）、瞬時値が６０％より大では遅延回数４回（パターンＣ）がそれぞれ設定されている。
【００５７】
そして、図１１に示す供給電力の閾値についての遅延回数の上限値の条件を、図１２に示す入力電圧Ｖ０の瞬時値についての遅延回数が満たしていれば、図１２の瞬時値についての遅延回数が採用される。満たしていなければ、図１１の上限値が採用される。なお、閾値の数や遅延回数は、適宜設定すればよい。
【００５８】
また、前述したように、供給電力を小さくする場合にはスイッチング素子のコレクタ・エミッタ間電圧が低いために十分な電流が流れず、コレクタ・エミッタ間電圧が十分に下降できず、入力電圧Ｖ０との差異が存在した状態でスイッチング動作が実行されることになり、スイッチング損失が過大に発生する。つまり、入力電圧Ｖ０の実効値が高い場合は、供給電力が小さくてもスイッチング損失は発生しにくいため、供給電力の閾値を低く設定できる。また、逆に入力電圧Ｖ０の実効値が低い場合は、供給電力が小さいとスイッチング損失が発生しやすくなるため、供給電力の閾値を高く設定する必要がある。
【００５９】
そこで、この実施形態では、入力電圧Ｖ０の実効値が予め設定された所定値より高い場合は、図１３に示すように、図１１のパターン１〜３についてそれぞれ閾値を１００Ｗ低くし、供給電力値が５００Ｗより大のときは遅延回数は０回（パターン１）、供給電力値が３００Ｗより大きく５００Ｗ以下では遅延回数の上限値は２回（パターン２）、供給電力値が３００Ｗ以下では遅延回数の上限値は４回（パターン３）としている。
【００６０】
逆に、入力電圧Ｖ０の実効値が予め設定された所定値以下の場合は、図１４に示すように、図１１のパターン１〜３についてそれぞれ閾値を１００Ｗ高くし、供給電力値が７００Ｗより大のときは遅延回数は０回（パターン１）、供給電力値が５００Ｗより大きく７００Ｗ以下では遅延回数の上限値は２回（パターン２）、供給電力値が５００Ｗ以下では遅延回数の上限値は４回（パターン３）としている。
【００６１】
なお、供給電力値の閾値を一律に上下させるのではなく、上下させる値を閾値毎に変更しても良い。
【００６２】
一方、入力電圧Ｖ０の実効値が高い場合は、供給電力を小さくしてもスイッチング損失が発生しにくいため、入力電圧Ｖ０の瞬時値の閾値を高く設定できる。また、逆に入力電圧Ｖ０の実効値が低い場合は、供給電力が低いとスイッチング損失が発生しやすくなるため、入力電圧Ｖ０の瞬時値の閾値を低く設定する必要がある。
【００６３】
そこで、この実施形態では、入力電圧Ｖ０の実効値が予め設定された所定値より高い場合は、図１５に示すように、図１２のパターンＡ〜Ｃについてそれぞれ閾値を１０％高くし、瞬時値が波高値の５０％以下では遅延回数０回（パターンＡ）、瞬時値が５０％より大で７０％以下では遅延回数２回（パターンＢ）、瞬時値が７０％より大では遅延回数４回（パターンＣ）がそれぞれ設定されている。
【００６４】
逆に、入力電圧Ｖ０の実効値が予め設定された所定値以下の場合は、図１６に示すように、図１１のパターン１〜３についてそれぞれ閾値を１０％低くし、瞬時値が波高値の３０％以下では遅延回数０回（パターンＡ）、瞬時値が３０％より大で５０％以下では遅延回数２回（パターンＢ）、瞬時値が５０％より大では遅延回数４回（パターンＣ）がそれぞれ設定されている。
【００６５】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることはない。
【００６６】
例えば、誘導加熱装置１が画像形成装置５に用いられた場合を示したが、誘導加熱装置１の用途は限定されることはない。
【符号の説明】
【００６７】
１ 誘導加熱装置
２ 電力制御部
３ 瞬時値検出部
４ 実効値検出部
５ 画像形成装置
１１ 商用電源
１２ 全波整流回路
１３ 共振回路
１４ スイッチング素子
５１ 定着ローラ
１３１ コイル
１３２ コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば画像形成装置の定着装置の加熱源等として用いられる誘導加熱装置、及び該誘導加熱装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、定着装置における定着ローラを加熱する加熱源として誘導加熱装置が用いられているものがある。
【０００３】
このような誘導加熱装置として、誘導加熱用のコイルとコンデンサとが並列に接続された共振回路を備え、この共振回路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、共振回路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時間を制御することにより、定着ローラ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。
【０００４】
このような共振回路及びスイッチング素子を用いた誘導加熱装置では、スイッチング素子のコレクタ・エミッタ間の電圧が一旦上昇したのち下降して、前記共振回路への入力電圧との差異がほぼゼロとなったタイミングで、前記スイッチング素子をオンしている。このタイミングでオンすることにより、スイッチング素子による損失を少なくすることができる。
【０００５】
しかし、共振回路への供給電力を少なく制御する状態では、スイッチング素子のコレクタ・エミッタ間の電圧が低いために十分な電流が流れず、それゆえスイッチング素子のコレクタ・エミッタ間の電圧が十分に下降できず、入力電圧との差異が存在した状態でスイッチング動作することになる。このため、スイッチング損失が過大となり、スイッチング素子が破壊される場合があるという問題があり、定着ローラへの供給電力を小さくするときの制御が容易でなかった。
【０００６】
このような問題を解決するために、特許文献１には、共振コンデンサの容量を可変にしてスイッチング素子のスイッチング損失を低減する技術が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、交流のゼロクロスに同期させてスイッチング手段のオン・オフを制御し、半周期毎にスイッチング手段の制御パルスの時間を可変にして定着むらを防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３２８５５３号公報
【特許文献２】特開２００９−２９５３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、共振コンデンサの容量を可変にするための構成が複雑な上にコストがかかるという問題があった。
【００１０】
また、上記特許文献２に記載の技術では、被加熱体への供給電力が大きいため、商用電圧がドロップして蛍光灯等の照明機器にちらつきを発生させる場合があるという問題があった。
【００１１】
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、定着ローラ等の被加熱体への供給電力を小さくする場合に、スイッチング素子のスイッチング損失を抑制し、比較的簡単な構成で、かつ商用電圧のドロップによる照明機器のちらつき等もなく、供給電力の小域制御を実現できる誘導加熱装置を提供し、さらには該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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、以下の手段によって解決される。
（１）被加熱体を誘導加熱するためのコイルとコンデンサとが並列接続された共振回路と、共振回路に直列に接続されたスイッチング素子と、前記共振回路に、時間によって瞬時値が変化する直流の入力電圧を印加する電源と、前記スイッチング素子を所定のタイミングでオンすると共に、該スイッチング素子のオン時間を変化させることにより、前記被加熱体への供給電力を制御する電力制御手段と、を備え、前記電力制御手段は、前記供給電力の値が予め設定された第１の閾値以下のときに、前記スイッチング素子をオンするタイミングを前記共振回路の共振周期の整数倍遅延させることを特徴とする誘導加熱装置。
（２）前記供給電力についての１個または複数の閾値と、各閾値に対応する前記スイッチング素子をオンするタイミングの遅延量が予め設定され、前記電力制御手段は、前記供給電力の値と前記閾値とを比較して前記遅延量を決定する前項１に記載の誘導加熱装置。
（３）前記閾値には第１の閾値と該第１の閾値よりも小さい第２の閾値が含まれ、前記電力制御手段は、前記供給電力の値が、前記第１の閾値以下で前記第２の閾値を上回る場合にスイッチング素子をオンするタイミングの遅延量よりも、第２の閾値以下の場合のスイッチング素子をオンするタイミングの遅延量を大きくする前項２に記載の誘導加熱装置。
（４）前記入力電圧の瞬時値を検出する瞬時値検出手段を備え、前記電力制御手段は、前記瞬時値検出手段により検出された入力電圧の瞬時値に応じて、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させる前項１〜３のいずれかに記載の誘導加熱装置。
（５）前記入力電圧の瞬時値について、予め１個またはの複数の閾値が設定され、前記電力制御手段は、前記供給電力の閾値と、前記瞬時値検出手段により検出された入力電圧の瞬時値についての閾値に基づいて、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させる前項２〜５のいずれかに記載の誘導加熱装置。
（６）前記電力制御手段は、前記供給電力の値が、第１の閾値以下で第２の閾値を上回り、前記瞬時値検出手段により検出された入力電圧の瞬時値が第３の閾値以下の場合は、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させない前項４または５に記載の誘導加熱装置。
（７）前記電力制御手段は、前記供給電力の値が第２の閾値以下である場合において、前記入力電圧の瞬時値が第３の閾値以下では、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させず、前記瞬時値が第３の閾値を上回り第４の閾値以下では、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させ、第４の閾値を上回ると、前記スイッチング素子をオンするタイミングの遅延量を増加させる前項６に記載の誘導加熱装置。
（８）前記入力電圧の実効値が所定値よりも高い場合は、前記供給電力の閾値は低く設定され、実効値が所定値以下の場合は、閾値は高く設定される前項１〜７のいずれかに記載の誘導加熱装置。
（９）前記入力電圧の実効値が所定値よりも高い場合は、前記入力電圧の瞬時値についての閾値は低く設定され、実効値が所定値以下の場合は、閾値は高く設定される前項５〜８のいずれかに記載の誘導加熱装置。
（１０）前項１〜９のいずれかに記載の誘導加熱装置を定着装置における加熱源として備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１３】
前項（１）に記載の発明によれば、電力制御手段は、被加熱体への供給電力の値が予め設定された第１の閾値以下のときに、スイッチング素子をオンするタイミングを共振回路の共振周期の整数倍遅延させるから、供給電力を小さくする場合の時間あたりのスイッチング損失を低減することができ、供給電力の小域制御を実現できる。しかも、共振回路のコンデンサの容量を可変にするような複雑な構成は不要であり、また商用電圧のドロップによる照明機器のちらつき等もなく、供給電力を小さくできる。
【００１４】
前項（２）に記載の発明によれば、供給電力についての１個または複数の閾値と、各閾値に対応するスイッチング素子をオンするタイミングの遅延量が予め設定されているから、電力制御手段は供給電力の値と閾値とを比較して遅延量を簡単に決定することができる。
【００１５】
前項（３）に記載の発明によれば、電力制御手段は、前記供給電力の値が、前記第１の閾値以下で前記第２の閾値を上回る場合にスイッチング素子をオンするタイミングの遅延量よりも、第２の閾値以下の場合のスイッチング素子をオンするタイミングの遅延量を大きくするから、供給電力がさらに小さくなってもスイッチング損失が大きくなるのを確実に防止することができる。
【００１６】
前項（４）に記載の発明によれば、電力制御手段は、前記瞬時値検出手段により検出された共振回路への入力電圧の瞬時値に応じて、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させるから、共振回路への入力電圧の瞬時値を考慮した供給電力の小域制御を実現できる。
【００１７】
前項（５）に記載の発明によれば、電力制御手段は、前記供給電力の閾値と、前記入力電圧の瞬時値についての閾値に基づいて、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させるから、遅延量を簡単に決定できる。
【００１８】
前項（６）に記載の発明によれば、電力制御手段は、前記供給電力の値が、第１の閾値以下で第２の閾値を上回り、前記入力電圧の瞬時値が第３の閾値以下の場合は、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させないから、入力電圧の瞬時値がスイッチング損失に影響を及ぼさない場合に、スイッチング素子をオンするタイミングが遅延されるのを防止できる。
【００１９】
前項（７）に記載の発明によれば、入力電圧の瞬時値を考慮した最適な供給電力の小域制御を実現できる。
【００２０】
前項（８）に記載の発明によれば、入力電圧の実効値を考慮した供給電力の小域制御を実現できる。
【００２１】
前項（９）に記載の発明によれば、入力電圧の実効値及び入力電圧の瞬時値を考慮した供給電力の小域制御を実現できる。
【００２２】
前項（１０）に記載の発明によれば、定着装置の加熱源として誘導加熱装置が用いられた場合に、被加熱体への供給電力が小さい場合の時間あたりのスイッチング損失を低減した画像形成装置となし得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示すブロック図である。
【図２】スイッチング素子のオンオフに伴う共振回路の動作を説明するための図で、誘導加熱装置１の要部を示す図である。
【図３】共振回路の動作時におけるコイルのスイッチング素子側の電圧及び電流の波形を示す図である。
【図４】図３の波形図の一部を拡大して示す図である。
【図５】スイッチング素子の本来のオンタイミングから遅延させたタイミングでスイッチング素子をオンする状態を説明するための波形図である。
【図６】供給電力について予め設定された閾値と各閾値に対する遅延回数の関係を示す表である。
【図７】入力電圧をスイッチングした状態を示す波形図である。
【図８】コイルの両端の電圧が入力電圧の瞬時値に影響を受けることを説明するための図である。
【図９】入力電圧の瞬時値の閾値を説明するための波形図である。
【図１０】入力電圧の瞬時値を考慮した場合の供給電力の閾値と遅延回数の関係を示す表である。
【図１１】入力電圧の瞬時値を考慮して、スイッチング素子のオンタイミングの遅延回数を決定する際の別の決定方法を説明するための表であり、供給電力の閾値毎に決定された遅延回数の上限値を示す表である。
【図１２】同じく、入力電圧の瞬時値の閾値毎の遅延回数を示す表である。
【図１３】入力電圧の実効値が予め設定された所定値より高い場合の、供給電力の閾値と遅延回数の上限値を示す表である。
【図１４】入力電圧の実効値が予め設定された所定値以下の場合の、供給電力の閾値と遅延回数の上限値を示す表である。
【図１５】入力電圧の実効値が予め設定された所定値より高い場合の、入力電圧の瞬時値の閾値と遅延回数を示す表である。
【図１６】入力電圧の実効値が予め設定された所定値以下の場合の、入力電圧の瞬時値の閾値と遅延回数を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、この発明の一実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示すブロック図である。この実施形態では、誘導加熱装置１は前述したＭＦＰ等の画像形成装置５に搭載され、定着部における被加熱体としての定着ローラ５１を加熱するものとなされている。
【００２６】
誘導加熱装置１は、商用電源１１と、全波整流回路１２と、共振回路１３と、スイッチング素子１４と、寄生ダイオード１５と、電力制御部２と、瞬時値検出部３と、実効値検出部４を備えている。
【００２７】
商用電源１１は１００Ｖの交流電源であり、全波整流回路１２は商用電源１１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。この実施形態では、全波整流回路１２が、共振回路１３に入力電圧を印加する電源として機能する。
【００２８】
共振回路１３は、誘導加熱用のコイル（インダクタ）１３１と該コイル１３１に並列に接続されたコンデンサ１３２とからなり、誘導加熱用のコイル１３１の誘導加熱作用により、画像形成装置５の定着ローラ５１を加熱するものとなされている。
【００２９】
スイッチング素子１４は共振回路１３と直列に接続され、全波整流回路１２から共振回路１３及びスイッチング素子１４を巡って全波整流回路へと至る閉ループを形成している。スイッチング素子１４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。
【００３０】
電力制御部２は、スイッチング素子のオンオフを高周波スイッチング制御することにより、定着ローラ５１への供給電力を制御するものである。より具体的には、スイッチング素子のオン時間を制御することにより、供給電力の制御を行う。この実施形態では、スイッチング素子のオフ時間は一定値に設定されている。
【００３１】
瞬時値検出部３は、全波整流回路１２による全波整流後の前記入力電圧の瞬時値を検出するものである。瞬時値の検出は公知の方法により行えば良く、例えば入力電圧を分圧して、入力電圧の最大値（波高値）と比較することにより求めることができる。
【００３２】
実効値検出部４は、全波整流回路１２による全波整流後の前記入力電圧の実効値を検出するものである。実効値の検出は公知の方法により行えば良い。
【００３３】
瞬時値検出部３及び実効値検出部４の検出結果は、電力制御部２に入力される。電力制御部２は、供給電力値を基に、あるいはさらに瞬時値検出部３で検出された入力電圧の瞬時値及び／または実効値検出部４で検出された入力電圧の実効値を考慮して、スイッチング素子のオン時間を制御し、定着ローラ５１への供給電力を制御する。
【００３４】
図２は、スイッチング素子１４のオンオフに伴う共振回路の動作を説明するための図で、誘導加熱装置１の主要部を示している。なお、この図では、全波整流回路１２から出力される共振回路１３への入力電圧をＶ０で示すとともに、スイッチング素子１４を単なるスイッチとして示している。
【００３５】
図２（Ａ）において、スイッチング素子１４をオンにすると、入力電圧Ｖ０によりコイル１３１、スイッチング素子１４を通じて電流が流れ、時間の経過と共に電流値が増加する。スイッチング素子１４がオフになると、図２（Ｂ）に示すように、コイル１３１を通過した電流がコンデンサ１３２に流れ込み、コンデンサ１３２を充電する。このため、スイッチング素子１４のコレクタ・エミッタ間に印加される電圧は上昇する。コンデンサ１３２の充電電圧をＶｃとすると、コレクタ・エミッタ間の電圧はＶ０＋Ｖｃとなる。
【００３６】
コンデンサ１３２の充電電圧が入力電圧Ｖ０に達すると、入力電圧Ｖ０によって流れる電流が停止し、図２（Ｃ）に示すように、コイル１３１にはコンデンサ１３２からの放電電流が流れる。このとき、スイッチング素子１４のコレクタ・エミッタ間の電圧は下降する。
【００３７】
このような共振回路１３の動作時におけるコイル１３１のスイッチング素子１４側の電圧ＶＬ及び電流ＩＬの波形を図３（Ａ）に示す。図３において、Ｔｒ信号はスイッチング素子１４をオンまたはオフするための信号である。この図からも理解できるように、スイッチング素子１４をオフにすると、コンデンサ１３２への充電が開始されるためコイル１３１に流れる電流が減少し、電圧ＶＬが増加する。電圧ＶＬがピークになり入力電圧Ｖ０に達すると電流ＩＬがゼロになり、コンデンサ１３２からの放電が開始される。
【００３８】
コンデンサ１３２からの放電が終了し、コイルの電圧ＶＬ換言すればスイッチング素子１４側の電圧がＶ０になった時点Ｔで、図２（Ｄ）に示すように、スイッチング素子１４をオンにする。このように、入力電圧Ｖ０とスイッチング素子１４のコレクタ・エミッタ間の電圧との差異がゼロになったポイントでスイッチング素子１４をオンすることで、スイッチング素子１４のスイッチング損失を防止できる。
【００３９】
このスイッチング素子１４がオンとなるタイミングは、共振回路１３の共振周波数に依存するから、スイッチング素子１４のオフ時間は共振周波数に基づいて予め一定値に設定されている。
【００４０】
スイッチング素子１４がオンすると、入力電圧Ｖ０によりコイル１３１に再び電流ＩＬが流れ始め、以下、同様の動作が繰り返される。
【００４１】
しかし、定着ローラ５１に供給される供給電力を小さく制御する場合は、コイル１３１に流れる電流ＩＬが十分でないため、コイル１３１の両端の電圧が十分に下降できず、図３（Ｂ）さらには図４に拡大して示すように、スイッチング素子１４のオンタイミングＴでは、入力電圧Ｖ０との差異ΔＶが存在した状態となり、この状態でスイッチング素子１４がオンされることになる。このため、過大なスイッチング損失が発生することになる。
【００４２】
そこで、この実施形態では、スイッチング素子１４のオンタイミングＴにおいて入力電圧Ｖ０との差異ΔＶが存在するような状況下、つまり定着ローラ５１への供給電力が小さい場合は、図５に示すように、本来のオンタイミングＴからΔＴだけ遅延させたタイミングＴ１でスイッチング素子１４をオンする。ΔＴは共振回路１３の共振周期の整数倍に設定される。
【００４３】
このように、スイッチング素子１４のオンタイミングを遅延させることにより、スイッチング損失の回数を減らすことができ、時間当たりのスイッチング損失を低減できる。しかも、共振回路１３のコンデンサ１３２の容量を可変にするような複雑な構成は不要であり、また商用電圧のドロップによる照明機器のちらつき等もなく、供給電力の小域制御を実現できる。
【００４４】
スイッチング素子１４のオンタイミングを遅延させたときは、スイッチング素子１４の寄生ダイオード１５を通過してコイル１３１に回生電流が流れ、コンデンサ１３２からの電流が停止した時点で再度コイル１３１を介してコンデンサ１３２に充電される動作が、共振回路１３の共振周期で繰り返される。つまり、遅延させる共振周期の数（遅延量または遅延回数ともいう）が多くなるほど、時間当たりのスイッチング損失は低減される。
【００４５】
なお、供給電力をさらに小さくすると、共振が確保されなくなり、スイッチングによる共振回路の制御ができなくなることから、最低限の供給電力は必要である。
【００４６】
この実施形態では、供給電力について予め設定された１個または複数の閾値と各閾値に対する遅延回数のテーブルを、電力制御部２が保持しており、このテーブルに基づいて電力制御部２がスイッチング素子１４のスイッチング制御を行うものとなされている。
【００４７】
上記テーブルの一例を図６に示す。この例では、供給電力値が６００Ｗより大のときはスイッチング損失は低く、遅延回数は０回つまりオンタイミングの遅延を行う必要はない。供給電力値が４００Ｗより大きく６００Ｗ以下では、スイッチング損失は中程度であり、遅延回数は１回に設定されている。供給電力値が４００Ｗ以下では、スイッチング損失は大であり、遅延回数は２回に設定されている。
【００４８】
このように、供給電力の１個または複数の閾値と、各閾値に対応するスイッチング素子１４をオンするタイミングの遅延回数が予め設定されているから、電力制御部２は供給電力値と閾値とを比較して遅延回数を簡単に決定することができる。しかも、供給電力値が小さいほど、オンタイミングの遅延回数を大きくするから、供給電力値が小さくなってもスイッチング損失が大きくなるのを確実に防止することができる。
【００４９】
なお、供給電力値は、実測した値であっても良いし、要求される設定値であっても良い。要求される設定値は、誘導加熱装置１内で作成されても良いし、画像形成装置５等の外部から指示されても良い。
【００５０】
ところで、共振回路１３に印加される入力電圧Ｖ０は、交流電流を全波整流した脈流であるから、時間の経過とともに瞬時値が変動する。このため、図７に示すように、コイル１３１の両端の電圧ＶＬも入力電圧Ｖ０の瞬時値に影響を受ける結果、スイッチング素子１４のオンタイミングＴで生じる入力電圧Ｖ０との電圧差ΔＶの値は、図８（Ａ）のように、入力電圧Ｖ０の低領域（瞬時値の低い領域）では小さく、高領域（瞬時値の高い領域）では大きくなる。
【００５１】
このため、供給電力を小さくする場合のスイッチング素子１４のオンタイミングＴの遅延回数は、入力電圧Ｖ０の瞬時値を考慮して決定するのが望ましい。このように、共振回路１３への入力電圧の瞬時値を考慮した供給電力の小域制御を行うことで、より精度の高い制御を行うことができる。
【００５２】
この実施形態では、図９に示すように、入力電圧Ｖ０の瞬時値について、波高値の４０％あるいはさらに６０％を閾値とし、この閾値を考慮して遅延回数を決定している。
【００５３】
具体的に説明すると、図１０のテーブルに示すように、供給電力値が６００Ｗより大のときはスイッチング損失は低く、オンタイミングの遅延を行う必要はなく、供給電力値が４００Ｗより大きく６００Ｗ以下では、入力電圧Ｖ０の瞬時値が波高値の４０％より大の場合に遅延回数を１回、４０％以下の場合にはスイッチング損失が少ないので遅延を行わない設定となっている。また、供給電力値が４００Ｗ以下では、入力電圧Ｖ０の瞬時値が波高値の６０％より大の場合に遅延回数を２回、６０％以下で４０％より大の場合に遅延回数を１回、４０％以下の場合には遅延を行わない設定となされている。このテーブルに従って、電力制御部２がスイッチング素子１４のオンオフ制御を行う。
【００５４】
次に、入力電圧Ｖ０の瞬時値を考慮して、スイッチング素子１４のオンタイミングＴの遅延回数を決定する際の別の決定方法を、図１１及び図１２のテーブルを用いて説明する。
【００５５】
まず、図１１に示すように、供給電力の閾値毎に遅延回数の上限値を決定しておく。例えば、供給電力値が６００Ｗより大のときは遅延回数は０回（パターン１）、供給電力値が４００Ｗより大きく６００Ｗ以下では遅延回数の上限値は２回（パターン２）、供給電力値が４００Ｗ以下では遅延回数の上限値は４回（パターン３）がそれぞれ設定されている。
【００５６】
一方、図１２に示すように、入力電圧Ｖ０の閾値毎に遅延回数を決定しておく。例えば、瞬時値が波高値の４０％以下では遅延回数０回（パターンＡ）、瞬時値が４０％より大で６０％以下では遅延回数２回（パターンＢ）、瞬時値が６０％より大では遅延回数４回（パターンＣ）がそれぞれ設定されている。
【００５７】
そして、図１１に示す供給電力の閾値についての遅延回数の上限値の条件を、図１２に示す入力電圧Ｖ０の瞬時値についての遅延回数が満たしていれば、図１２の瞬時値についての遅延回数が採用される。満たしていなければ、図１１の上限値が採用される。なお、閾値の数や遅延回数は、適宜設定すればよい。
【００５８】
また、前述したように、供給電力を小さくする場合にはスイッチング素子のコレクタ・エミッタ間電圧が低いために十分な電流が流れず、コレクタ・エミッタ間電圧が十分に下降できず、入力電圧Ｖ０との差異が存在した状態でスイッチング動作が実行されることになり、スイッチング損失が過大に発生する。つまり、入力電圧Ｖ０の実効値が高い場合は、供給電力が小さくてもスイッチング損失は発生しにくいため、供給電力の閾値を低く設定できる。また、逆に入力電圧Ｖ０の実効値が低い場合は、供給電力が小さいとスイッチング損失が発生しやすくなるため、供給電力の閾値を高く設定する必要がある。
【００５９】
そこで、この実施形態では、入力電圧Ｖ０の実効値が予め設定された所定値より高い場合は、図１３に示すように、図１１のパターン１〜３についてそれぞれ閾値を１００Ｗ低くし、供給電力値が５００Ｗより大のときは遅延回数は０回（パターン１）、供給電力値が３００Ｗより大きく５００Ｗ以下では遅延回数の上限値は２回（パターン２）、供給電力値が３００Ｗ以下では遅延回数の上限値は４回（パターン３）としている。
【００６０】
逆に、入力電圧Ｖ０の実効値が予め設定された所定値以下の場合は、図１４に示すように、図１１のパターン１〜３についてそれぞれ閾値を１００Ｗ高くし、供給電力値が７００Ｗより大のときは遅延回数は０回（パターン１）、供給電力値が５００Ｗより大きく７００Ｗ以下では遅延回数の上限値は２回（パターン２）、供給電力値が５００Ｗ以下では遅延回数の上限値は４回（パターン３）としている。
【００６１】
なお、供給電力値の閾値を一律に上下させるのではなく、上下させる値を閾値毎に変更しても良い。
【００６２】
一方、入力電圧Ｖ０の実効値が高い場合は、供給電力を小さくしてもスイッチング損失が発生しにくいため、入力電圧Ｖ０の瞬時値の閾値を高く設定できる。また、逆に入力電圧Ｖ０の実効値が低い場合は、供給電力が低いとスイッチング損失が発生しやすくなるため、入力電圧Ｖ０の瞬時値の閾値を低く設定する必要がある。
【００６３】
そこで、この実施形態では、入力電圧Ｖ０の実効値が予め設定された所定値より高い場合は、図１５に示すように、図１２のパターンＡ〜Ｃについてそれぞれ閾値を１０％高くし、瞬時値が波高値の５０％以下では遅延回数０回（パターンＡ）、瞬時値が５０％より大で７０％以下では遅延回数２回（パターンＢ）、瞬時値が７０％より大では遅延回数４回（パターンＣ）がそれぞれ設定されている。
【００６４】
逆に、入力電圧Ｖ０の実効値が予め設定された所定値以下の場合は、図１６に示すように、図１１のパターン１〜３についてそれぞれ閾値を１０％低くし、瞬時値が波高値の３０％以下では遅延回数０回（パターンＡ）、瞬時値が３０％より大で５０％以下では遅延回数２回（パターンＢ）、瞬時値が５０％より大では遅延回数４回（パターンＣ）がそれぞれ設定されている。
【００６５】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることはない。
【００６６】
例えば、誘導加熱装置１が画像形成装置５に用いられた場合を示したが、誘導加熱装置１の用途は限定されることはない。
【符号の説明】
【００６７】
１ 誘導加熱装置
２ 電力制御部
３ 瞬時値検出部
４ 実効値検出部
５ 画像形成装置
１１ 商用電源
１２ 全波整流回路
１３ 共振回路
１４ スイッチング素子
５１ 定着ローラ
１３１ コイル
１３２ コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱体を誘導加熱するためのコイルとコンデンサとが並列接続された共振回路と、
共振回路に直列に接続されたスイッチング素子と、
前記共振回路に、時間によって瞬時値が変化する直流の入力電圧を印加する電源と、
前記スイッチング素子を所定のタイミングでオンすると共に、該スイッチング素子のオン時間を変化させることにより、前記被加熱体への供給電力を制御する電力制御手段と、
を備え、
前記電力制御手段は、前記供給電力の値が予め設定された第１の閾値以下のときに、前記スイッチング素子をオンするタイミングを前記共振回路の共振周期の整数倍遅延させることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記供給電力についての１個または複数の閾値と、各閾値に対応する前記スイッチング素子をオンするタイミングの遅延量が予め設定され、
前記電力制御手段は、前記供給電力の値と前記閾値とを比較して前記遅延量を決定する請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記閾値には第１の閾値と該第１の閾値よりも小さい第２の閾値が含まれ、
前記電力制御手段は、前記供給電力の値が、前記第１の閾値以下で前記第２の閾値を上回る場合にスイッチング素子をオンするタイミングの遅延量よりも、第２の閾値以下の場合のスイッチング素子をオンするタイミングの遅延量を大きくする請求項２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記入力電圧の瞬時値を検出する瞬時値検出手段を備え、
前記電力制御手段は、前記瞬時値検出手段により検出された入力電圧の瞬時値に応じて、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させる請求項１〜３のいずれかに記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記入力電圧の瞬時値について、予め１個またはの複数の閾値が設定され、
前記電力制御手段は、前記供給電力の閾値と、前記瞬時値検出手段により検出された入力電圧の瞬時値についての閾値に基づいて、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させる請求項２〜５のいずれかに記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
前記電力制御手段は、前記供給電力の値が、第１の閾値以下で第２の閾値を上回り、前記瞬時値検出手段により検出された入力電圧の瞬時値が第３の閾値以下の場合は、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させない請求項４または５に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
前記電力制御手段は、前記供給電力の値が第２の閾値以下である場合において、前記入力電圧の瞬時値が第３の閾値以下では、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させず、前記瞬時値が第３の閾値を上回り第４の閾値以下では、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させ、第４の閾値を上回ると、前記スイッチング素子をオンするタイミングの遅延量を増加させる請求項６に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
前記入力電圧の実効値が所定値よりも高い場合は、前記供給電力の閾値は低く設定され、実効値が所定値以下の場合は、閾値は高く設定される請求項１〜７のいずれかに記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
前記入力電圧の実効値が所定値よりも高い場合は、前記入力電圧の瞬時値についての閾値は低く設定され、実効値が所定値以下の場合は、閾値は高く設定される請求項５〜８のいずれかに記載の誘導加熱装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の誘導加熱装置を定着装置における加熱源として備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
被加熱体を誘導加熱するためのコイルとコンデンサとが並列接続された共振回路と、
共振回路に直列に接続されたスイッチング素子と、
前記共振回路に、時間によって瞬時値が変化する直流の入力電圧を印加する電源と、
前記スイッチング素子を所定のタイミングでオンすると共に、該スイッチング素子のオン時間を変化させることにより、前記被加熱体への供給電力を制御する電力制御手段と、
を備え、
前記電力制御手段は、前記供給電力の値が予め設定された第１の閾値以下のときに、前記スイッチング素子をオンするタイミングを前記共振回路の共振周期の整数倍遅延させることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記供給電力についての１個または複数の閾値と、各閾値に対応する前記スイッチング素子をオンするタイミングの遅延量が予め設定され、
前記電力制御手段は、前記供給電力の値と前記閾値とを比較して前記遅延量を決定する請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記閾値には第１の閾値と該第１の閾値よりも小さい第２の閾値が含まれ、
前記電力制御手段は、前記供給電力の値が、前記第１の閾値以下で前記第２の閾値を上回る場合にスイッチング素子をオンするタイミングの遅延量よりも、第２の閾値以下の場合のスイッチング素子をオンするタイミングの遅延量を大きくする請求項２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記入力電圧の瞬時値を検出する瞬時値検出手段を備え、
前記電力制御手段は、前記瞬時値検出手段により検出された入力電圧の瞬時値に応じて、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させる請求項１〜３のいずれかに記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記入力電圧の瞬時値について、予め１個またはの複数の閾値が設定され、
前記電力制御手段は、前記供給電力の閾値と、前記瞬時値検出手段により検出された入力電圧の瞬時値についての閾値に基づいて、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させる請求項２〜５のいずれかに記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
前記電力制御手段は、前記供給電力の値が、第１の閾値以下で第２の閾値を上回り、前記瞬時値検出手段により検出された入力電圧の瞬時値が第３の閾値以下の場合は、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させない請求項４または５に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
前記電力制御手段は、前記供給電力の値が第２の閾値以下である場合において、前記入力電圧の瞬時値が第３の閾値以下では、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させず、前記瞬時値が第３の閾値を上回り第４の閾値以下では、前記スイッチング素子をオンするタイミングを遅延させ、第４の閾値を上回ると、前記スイッチング素子をオンするタイミングの遅延量を増加させる請求項６に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
前記入力電圧の実効値が所定値よりも高い場合は、前記供給電力の閾値は低く設定され、実効値が所定値以下の場合は、閾値は高く設定される請求項１〜７のいずれかに記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
前記入力電圧の実効値が所定値よりも高い場合は、前記入力電圧の瞬時値についての閾値は低く設定され、実効値が所定値以下の場合は、閾値は高く設定される請求項５〜８のいずれかに記載の誘導加熱装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の誘導加熱装置を定着装置における加熱源として備えていることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２０４１１９（Ｐ２０１２−２０４１１９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６７０８３（Ｐ２０１１−６７０８３）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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