誘導加熱装置
【課題】製品毎に共振手段の特性がばらついていても、加熱開始時から正確な入力で加熱することが可能な誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】誘導コイル６への通電開始時に、入力が所定値となる周波数で、スイッチング素子４Ａ，４Ｂをスイッチング動作させる。そのとき入力電力検知手段１４から読取った入力の値から、記憶装置１６に記憶されているスイッチング素子４Ａ，４Ｂの周波数と入力との関係を、その製品独自のものに補正する。以後、補正した周波数と入力との関係は、その製品における共振回路８のインピーダンスに合致したデータとなっており、製品毎に共振回路８の特性がばらついていても、加熱開始時から正確な入力で加熱することが可能になる。
【解決手段】誘導コイル６への通電開始時に、入力が所定値となる周波数で、スイッチング素子４Ａ，４Ｂをスイッチング動作させる。そのとき入力電力検知手段１４から読取った入力の値から、記憶装置１６に記憶されているスイッチング素子４Ａ，４Ｂの周波数と入力との関係を、その製品独自のものに補正する。以後、補正した周波数と入力との関係は、その製品における共振回路８のインピーダンスに合致したデータとなっており、製品毎に共振回路８の特性がばらついていても、加熱開始時から正確な入力で加熱することが可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱を行なう機器などに適用される誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の誘導加熱装置は、例えば特許文献１などに開示されるように、共振手段の特性によるスイッチング周波数と入力との関係のデータを記憶手段に記憶して、制御が行なわれ、記憶されたデータを基に、入力となるようなスイッチング周波数を出力してスイッチング手段を動作させるように制御手段を構成していた。
【０００３】
しかし、共振手段の特性は、部品特性バラツキにより製品毎に異なるため、共振手段の特性を基にしたデータからスイッチング周波数を決めて、これを出力した場合、製品によって実際の入力電力が異なる。
【０００４】
一方、誘導加熱を行なう機器などに適用される誘導加熱装置として、例えば特許文献２などには、被加熱体と、被加熱体を加熱する加熱手段と、当該加熱手段に設けられるコアとを備えたものが開示されている。
【０００５】
ここで図８に示すように、被加熱体１０１の中心部１０１Ａについては、均一な温度分布となるように設計されているが、その一方で被加熱体の両端部１０１Ｂは、温度が下がり易いため、（ａ）に示す初期状態ではある程度高温であったものが、（ｂ）に示すように、時間経過により温度が下がってしまう。そのため、（ｃ）に示すように、被加熱体１０１の両端部１０１Ｂにおける温度分布を、中心部１０１Ａにおける温度分布よりも高くすることが求められていた。
【特許文献１】特開２００６−１４５８８７号公報
【特許文献２】特開２００６−１１９４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑み、製品毎に共振手段の特性がばらついていても、正確な入力で加熱することが可能な誘導加熱装置を提供することを、その目的とする。
【０００７】
また本発明の別な目的は、被加熱体の部分的な温度低下を防止し、所定時間で被加熱体全体を望ましい温度に加熱できる誘導加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係る誘導加熱装置は、加熱を行なう加熱手段を含む共振手段と、所定部に電流を供給するスイッチング手段と、前記所定部への入力を検知する検知手段と、前記検知手段からの検知出力に基づき、前記スイッチング手段の周波数を変化させて前記加熱手段を制御する制御手段と、前記スイッチング手段の周波数と入力との関係を記憶する記憶手段と、を備えた誘導加熱装置において、前記制御手段は、前記入力が所定値以下となる周波数で前記スイッチング手段を動作させ、前記検知手段からの検知出力により、前記記憶手段に記憶される前記スイッチング手段の周波数と入力との関係を補正する構成としたものである。
【０００９】
本発明の請求項２に係る誘導加熱装置は、被加熱体を加熱する加熱手段と、前記加熱手段に設けられるコアと、を備えた誘導加熱装置において、前記被加熱体の両端部よりも中心側に位置する部位で、前記コア間を狭く配置したものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、入力が所定値以下となる周波数で、スイッチング手段を動作させ、検知手段から読取った検知出力すなわち入力の値から、記憶手段に記憶されているスイッチング手段の周波数と入力との関係を、その製品独自のものに補正する。以後、補正した周波数と入力との関係は、その製品における共振手段の特性に合致したデータとなっており、製品毎に共振手段の特性がばらついていても、加熱開始時から正確な入力で加熱することが可能になる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、被加熱体の両端側では、中心部よりもコアの間隔が狭く、コアが密集して配置されるので、温度が下がり易い被加熱体の両端部を、中心部よりも高い温度にすることができ、被加熱体の部分的な温度低下を防止できる。また、所定のウォームアップ時間で、被加熱体全体を望ましい温度に加熱できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明における誘導加熱装置の好ましい各実施例を説明する。なお、各実施例において、共通する箇所には共通する符号を付し、共通する部分の説明については重複を避けるため極力省略する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第１実施例における誘導加熱装置の電気的構成を示すものである。同図において、１は交流電源Ｅからの電力供給を受けて動作する誘導加熱装置で、この誘導加熱装置１は、負荷である被加熱物２を発熱させる主回路として、電源Ｅからの交流電力を整流平滑する直流整流回路３と、何れもＩＧＢＴなどからなる２個のスイッチング素子４Ａ，４Ｂにより構成されるハーフブリッジ方式のインバータ５と、被加熱物２に対向配置される誘導コイル６と共振コンデンサ７との直列回路からなる共振回路８と、をそれぞれ備えている。また、各スイッチング素子４Ａ，４Ｂのコレクタ・エミッタ間には、ダイオード９Ａ，９Ｂが逆並列接続される。
【００１４】
前記スイッチング素子４Ａ，４Ｂの直列回路は、直流整流回路３間に接続され、また共振回路８は、スイッチング素子４Ｂの両端間に接続される。これにより、スイッチング素子４Ａ，４Ｂのゲート・エミッタ間に駆動信号が交互に繰り返し与えられると、直流整流回路３からの直流電力が断続的に共振回路８に供給され、加熱手段である誘導コイル６に高周波電流が流れることにより、この誘導コイル６から交番磁界が発生して、磁性部材からなる被加熱物２を電磁誘導加熱する構成となっている。
【００１５】
また前記直流整流回路３は、ここには図示していないが、前記交流電力を全波整流するダイオードブリッジや、ダイオードブリッジからの全波整流出力を平滑する平滑コンデンサおよびチョークコイルなどにより構成される。勿論、それ以外の回路構成で直流整流回路３を構成してもよく、また他のインバータ５や共振回路８の回路構成についても、図１の回路例に限定されるものではない。
【００１６】
１１は、電源装置ひいては共振回路８への入力電圧を検知する電圧検知手段としての入力電圧検知回路であり、１２は、電源装置ひいては共振回路８への入力電流を検知する電流検知手段としての入力電流検知回路である。また１３は、入力電力検知手段１４と、スイッチング素子４Ａ，４Ｂの駆動手段１５と、記憶装置１６とを内蔵した制御手段としての誘導加熱制御回路で、これは例えば図示しないマイクロコンピュータを含んで構成される。誘導加熱制御回路１３には、前記入力電圧検知回路１１や入力電流検知回路１２からの各検知出力の他に、信号入力手段１８からの検知出力が供給される。温度検知手段たる信号入力手段１８は、誘導加熱制御回路１３を任意の電力で動作させるために、被加熱物２の温度を検知し、そこから目標となる電力を算出して、その算出結果を誘導加熱制御回路１３に出力するものである。
【００１７】
誘導加熱制御回路１３に内蔵する入力電力検知手段１４は、入力電圧検知回路１１と入力電圧検知回路１２からの各検知出力を積算して、共振回路８への入力すなわち入力電力を検知するものである。また、同じく誘導加熱制御回路１３に内蔵する駆動手段１５は、スイッチング素子４Ａ，４Ｂを交互にオン，オフする駆動信号を、それぞれのスイッチング素子４Ａ，４Ｂに供給するが、ここでは入力電力検知手段１４で算出検知された入力電力が、信号入力手段１８からの設定値すなわち目標電力に近づくように、スイッチング素子４Ａ，４Ｂに供給する駆動信号の周波数を変化させて、誘導コイル６に流す電流を制御するようになっている。さらに記憶装置１６は、予め測定された標準的な共振回路８におけるインピーダンスでのスイッチング周波数と入力電力との関係が記憶される。
【００１８】
図２は、共振回路８の周波数に対するインピーダンス変化を示した特性図である。共振回路８に供給する電流の周波数、すなわちスイッチング素子４Ａ，４Ｂのスイッチング周波数が、共振周波数ｆｏに一致すると、共振回路８のインピーダンスは最小となり、当該スイッチング周波数が共振周波数ｆｏよりも高ければ、共振回路８は誘導性となる一方、スイッチング周波数が共振周波数ｆｏよりも低ければ、共振回路８は容量性となる。
【００１９】
図３は、スイッチング素子４Ａ，４Ｂのスイッチングに伴うインバータ５への電流（インバータ電流Ｉinv）の変化を経時的に示したものである。この図に示すように、スイッチング素子４Ａ，４Ｂは、誘導加熱制御回路１３からそれぞれ供給されるパルス状の各駆動信号によって、双方がオフになるデッドタイム期間を有しながら、周期Ｔで交互にオン・オフを繰り返すようになっており、これによりインバータ５から共振回路８に、スイッチング素子４Ａ，４Ｂのスイッチング周波数（＝１／Ｔ）に同期した正弦波状のインバータ電流Ｉinvが供給される。
【００２０】
次に、上記構成についてその作用を説明する。電源Ｅからの交流電力は、直流整流平滑回路３にて直流に整流平滑され、インバータ５に印加される。ここで誘導加熱制御回路１３は、信号入力手段１８から入力された情報によって、当該信号入力手段１８から目標となる入力電力（目標電力）が指示されると共に、入力電圧検知回路１１と入力電流検知回路１２からの各検知出力に基づいて、入力電圧と入力電流の情報を取り込み、内蔵する入力電力検知手段１４によって、これらの入力電圧と入力電圧を積算することで、実際の入力電力を算出する。そして誘導加熱制御回路１３に含まれる駆動手段１５は、入力電力検知手段１４で算出検知した入力電力が目標電力となるようにフィードバック制御を行ない、スイッチング素子４Ａ，４Ｂのスイッチング周波数を変化させて、インバータ電流Ｉinvの増減を行なう。
【００２１】
ここで前記図２に示すように、共振回路８に与えるインバータ電流Ｉinvの周波数が共振周波数ｆｏ以下になると、共振回路８は容量性となり、スイッチング素子４Ａ，４Ｂに短絡電流が流れて悪影響を及ぼす懸念があることから、インバータ電流Ｉinvの周波数ひいてはスイッチング素子４Ａ，４Ｂのスイッチング周波数は、共振周波数ｆｏ以上になるようにする必要がある。また、インバータ５が動作し始める被加熱物２への加熱開始時には、インバータ５や共振回路８への突入電流を低くする必要があることから、駆動手段１５は、共振周波数ｆｏから離れた高いスイッチング周波数でスイッチング素子４Ａ，４Ｂひいてはインバータ５を動作させ始める。このとき、共振回路８のインピーダンスは高くなることから、加熱開始時における入力電力は低く、そこから目標の入力電力となるように、スイッチング素子４Ａ，４Ｂのスイッチング周波数を変化させる。
【００２２】
ここで、最大定格電力が１．５ｋＷの誘導加熱装置１を例とした、共振回路８のインピーダンスでのスイッチング周波数と入力電力との関係を図４に示す。同図において、実線で示す特性線Ａは、標準の共振回路８のインピーダンスに対応したスイッチング周波数と入力電力との関係を示し、これは全ての製品に共通して記憶装置１６に記憶されている。
【００２３】
被加熱物２の温度を急激に上げたい場合には、最初から最大定格電力である１．５ｋＷを目標電力として、誘導コイル６により加熱を行なう制御としたいため、マイクロコンピュータのメモリである記憶装置１６に記憶された標準の共振回路８でのスイッチング周波数と入力電力との関係から、入力電力が１．５ｋＷとなるスイッチング周波数４０ｋＨｚを記憶装置１６から読み出し、このスイッチング周波数でスイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させる。ここで誘導加熱制御回路１３は、入力電力検知手段１４で算出される実際の入力電力を基に、インバータ５へのフィードバック制御を行ない、当該入力電力が目標電力になるように、スイッチング素子４Ａ，４Ｂのスイッチング周波数を増減させる。
【００２４】
ところで、共振回路８を構成する誘導コイル６や共振コンデンサ７は、製品毎に製造バラツキや部品特性バラツキがあり、製品に組み込まれる実際の共振回路８のインピーダンスは、標準となる共振回路８のインピーダンスからずれる場合がある。その結果、実際のスイッチング周波数と入力電力との関係は、図４の点線であらわした特性線Ｂや特性線Ｃのように、標準の共振回路８に基づく特性線Ａから変化することとなる。したがって、単に記憶装置１６に記憶される標準的なスイッチング周波数と入力電力との関係から、１．５ｋＷの入力電力が得られるように、そのまま４０ｋＨｚのスイッチング周波数でスイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させた場合には、実際の入力電力が目標となる１．５ｋＷから大きく逸脱することになる。
【００２５】
そこで本実施例では、当該誘導加熱制御回路１３の電源が最初に投入され、誘導コイル６から被加熱物２に対して最初の出力を行なう時に、実際の共振回路８のインピーダンスが、標準の共振回路８のインピーダンスからずれていても、誘導加熱装置１の主回路に過大な電流が流れて破壊しないように、誘導加熱制御回路１３は、被加熱物２への加熱開始時において、記憶装置１６に記憶された標準の共振回路８でのスイッチング周波数と入力電力との関係から、誘導加熱装置１の最大定格電力の８０％以下となるスイッチング周波数で、スイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させる。これにより、被加熱物２を素早く加熱しつつ、共振回路８への入力電力が最大となる共振周波数ｆｏに対し、十分高い周波数でスイッチング素子４Ａ，４Ｂをスイッチング動作させることができる。
【００２６】
それと共に、誘導加熱制御回路１３は、入力電力検知手段１４で算出される実際の入力電力から、記憶装置１６に記憶される標準の共振回路８でのスイッチング周波数と入力電力との関係に対し、実際にその製品に組み込まれている共振回路８のインピーダンスにおいて、スイッチング周波数と入力電圧との関係が正しくなるように補正を行なう。こうした補正手段を誘導加熱制御回路１３が備えることで、次回以降の被加熱物２に対する加熱制御は、実際の共振回路８のインピーダンスに合致したスイッチング周波数と入力電力との関係に基づいて行なわれることとなり、誘導加熱の開始時から目標入力電力となるスイッチング周波数で、スイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させることが可能になる。
【００２７】
図５は、誘導加熱制御回路１３が実行する補正処理の制御フローチャートを示したものである。先ずステップＳ１では、電源投入後初回の手順であるか否かを誘導加熱制御回路１３が判断する。ここで、駆動信号を最初にインバータ５に供給する初回の手順であると判断した場合は、ステップＳ２の手順に移行し、上述したように、最大定格電力の８０％となるスイッチング周波数Ｆ１を、記憶装置１６に記憶されたスイッチング周波数と入力電力との関係から算出する。そして、次のステップＳ３では、この算出したスイッチング周波数で、スイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させる。
【００２８】
こうして、誘導加熱制御回路１３からスイッチング素子４Ａ，４Ｂに駆動信号が与えられ、インバータ５としての動作が開始すると、誘導加熱制御回路１３は入力電力検知手段１４で算出される実際の入力電力を読込む（ステップＳ４）。このときの入力電力読込値をＩＷ１とする。誘導加熱制御回路１３は、次のステップＳ５で、記憶装置１６に記憶された標準の共振回路８でのスイッチング周波数と入力電圧との関係から、入力電力読込値ＩＷ１に対応したスイッチング周波数Ｆ２を決定する。ここで、実際の共振回路８のインピーダンスが、標準的な共振回路８のインピーダンスと異なっていれば、ステップＳ２で最大定格電力の８０％となる目標の電力値と、実際に入力電力検知手段１４で検知した入力電力ＩＷ１との間に差異を生じ、スイッチング周波数Ｆ１，Ｆ２も異なる値となる。誘導加熱制御回路１３はステップＳ６にて、スイッチング周波数Ｆ１，Ｆ２の差を補正値α（＝Ｆ１−Ｆ２）として算出し、ステップＳ１の手順に戻る。
【００２９】
再度ステップＳ１で、誘導加熱制御回路１３が電源投入後初回の手順ではないと判断すると、ステップＳ１１の手順に移行し、信号入力手段１８から送られてくる目標電力に対し、標準の共振回路８におけるインピーダンスでのスイッチング周波数Ｆ１の値を決定する。このスイッチング周波数Ｆ１は、記憶装置１６に記憶されるスイッチング周波数と入力電力との関係から導出できる。
【００３０】
次に誘導加熱制御回路１３は、実際の共振回路８のインピーダンスが、標準的な共振回路８のインピーダンスとの違いを加味して、スイッチング周波数Ｆ１の値を補正する（ステップＳ１２）。この補正したスイッチング周波数Ｆ１’は、ステップＳ１１で取得したスイッチング周波数Ｆ１から、補正値αを差し引くことで算出できる。そして、次のステップＳ１３では、この補正したスイッチング周波数Ｆ１’で、スイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させる。
【００３１】
こうして、誘導加熱制御回路１３からスイッチング素子４Ａ，４Ｂに、補正したスイッチング周波数Ｆ１’を反映した駆動信号が与えられると、誘導加熱制御回路１３は入力電力検知手段１４で算出される実際の入力電力を読込む（ステップＳ１４）。このときの入力電力読込値をＩＷ１とする。誘導加熱制御回路１３は、次のステップＳ１５で、入力電力読込値ＩＷ１を基に、この入力電力読込値ＩＷ１が信号入力手段１８から送られてくる目標電力となるようにフィードバック制御を行なう。これは前記ステップＳ１１〜Ｓ１３の手順によって、補正したスイッチング周波数Ｆ１’でスイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させることにより可能となる。
【００３２】
以上のように本実施例では、誘導加熱を行なう加熱手段としての誘導コイル６を含む共振手段たる共振回路８と、所定部である共振回路８に高周波の電流を供給するスイッチング手段としてのスイッチング素子４Ａ，４Ｂと、共振回路８への入力すなわち入力電力を検知する検知手段としての入力電力検知手段１４と、入力電力検知手段１４からの検知出力に基づき、スイッチング素子４Ａ，４Ｂの周波数（スイッチング周波数）を変化させて誘導コイル６を例えばフィードバック制御のように制御する制御手段としての誘導加熱制御回路１３と、標準の共振回路８におけるスイッチング素子４Ａ，４Ｂの周波数と入力との関係を記憶する記憶手段としての記憶装置１６と、を備えた誘導加熱装置１において、誘導加熱制御回路１３は、誘導コイル６への通電開始時に前記入力が所定値以下となる周波数でスイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させ、その時の入力電力検知手段１４からの検知出力により、記憶装置１６に記憶されるスイッチング素子４Ａ，４Ｂの周波数と入力との関係を補正し、補正した周波数でスイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させるように構成している。
【００３３】
このようにすると、被加熱体である被加熱物２に最初の出力を行なう誘導コイル６への通電開始時に、入力が所定値以下（例えば、入力電力が設定可能な最大定格入力電力の８０％以下の値）となる周波数で、スイッチング素子４Ａ，４Ｂをスイッチング動作させ、そのとき入力電力検知手段１４から読取った検知出力すなわち入力の値から、記憶装置１６に記憶されているスイッチング素子４Ａ，４Ｂの周波数と入力との関係を、その製品独自のものに補正する。以後、補正した周波数と入力との関係は、その製品における共振回路８の特性であるインピーダンスに合致したデータとなっており、製品毎に共振回路８の特性がばらついていても、加熱開始時から正確な入力電力で加熱することが可能になる。
【実施例２】
【００３４】
図６および図７は、本発明の第２実施例における誘導加熱装置を示すものである。同図において、３１は前記第１実施例の被加熱物２に相当する加熱ローラであり、３２は前記第１実施例の誘導コイル６を含むコイルユニットである。
【００３５】
加熱ローラ３１は、図示しない紙を送り出しながら、この紙に熱を付与してトナーを定着させるための回動可能な筒状金属被発熱体であり、中空な円筒状で鉄やステンレスなどの磁性金属で構成される。
【００３６】
コイルユニット３２は、電磁誘導により加熱ローラ３１を外周面に沿って加熱する誘導コイル６の他に、誘導コイル６と発熱面たる加熱ローラ３１の外周面とをほぼ一定距離に保持する支持体としてのコイル支持体３４や、誘導コイル６に添設され、誘導コイル６に対する磁路を形成するためのフェライトコア３５などにより構成される。
【００３７】
誘導コイル６は、前記加熱ローラ３１の回転軸Ｃと平行な方向に、例えばリッツ線のような導線を巻回して形成される。第１実施例で説明したように、この誘導コイル６にインバータ５からの高周波電流が与えられると、誘導コイル６から発生する磁束が加熱ローラ３１に達し、当該加熱ローラ３１に渦電流が流れて、加熱ローラ３１がジュール発熱する。つまり、加熱ローラ３１に対向して設けられる誘導コイル６は、磁束を発生して加熱ローラ３１を加熱する加熱手段に相当するものである。
【００３８】
図７に示すように、フェライトコア３５は誘導コイル６の外側に所定の間隔を置いて設けられている。このフェライトコア３５は、加熱ローラ３１の外周面ひいては誘導コイル６の外側面に沿って湾曲した棒状に形成され、加熱ローラ３１の回転軸Ｃと直交した方向にそれぞれが配置される。ここで注目すべきことは、本実施例ではフェライトコア３５を等間隔に配置するのではなく、加熱ローラ３１の両端部３１Ａよりも加熱ローラ３１の中心部３１Ｂに位置する部位で、隣接するフェライトコア３５，３５間のピッチを狭くして、各フェライトコア３５が配置される。したがって、加熱ローラ３１の両端部３１Ａに位置するフェライトコア３５，３５間のピッチＰ１は、加熱ローラ３１の中心部３１Ｂに位置するフェライトコア３５，３５間のピッチＰ２よりも狭い。
【００３９】
また、ここではフェライトコア３５の製造や組立てを容易にするために、各々のフェライトコア３５は同一形状で、且つ同じ材質（透磁率）のものを使用しているが、各々のフェライトコア３５で異なる形状（幅や厚み）としたり、異なる透磁率としたりすることも可能である。
【００４０】
次に上記構成についてその作用を説明すると、インバータ５から誘導コイル６に高周波電流が与えられると、誘導コイル６から発生する磁束が対向する加熱ローラ３１に達し、当該加熱ローラ３１に渦電流が流れて、加熱ローラ３１がジュール発熱する。また、フェライトコア３５は、キュリー温度以下の場合に磁性体となり、誘導コイル６から加熱ローラ３１への磁束が増えると共に、フェライトコア３５自身も加熱される。一方、フェライトコア３５が加熱してキュリー温度に達すると、今度はフェライトコア３５が非磁性体となり、誘導コイル６から加熱ローラ３１への磁束が減少する。これにより、加熱ローラ３１に対する極端な温度上昇を抑制できる。
【００４１】
ここで、紙が通過する加熱ローラ３１の中心部３１Ｂは、紙にトナーを定着した状態の画質に悪影響を及ぼさないように、当該中心部３１Ｂにおける温度分布を均一にする必要がある。そこで、加熱ローラ３１の中心部３１Ｂに対応する位置でのフェライトコア３５，３５は、通常等しいピッチ間隔で誘導コイル６の外側に配置するように設計される。
【００４２】
一方、加熱ローラ３１の両端部３１Ａは、加熱ローラ３１の熱伝導によって中心部３１Ｂよりも温度が下がり易い。そのため、加熱ローラ３１の中心部３１Ｂよりも両端部３１Ａの温度を上げるために、フェライトコア３５，３の両端部３１Ａでは、当該フェライトコア３５を中心部３１Ｂよりも狭いピッチで密集して配置する。こうすると、誘導コイル６から加熱ローラ３１の両端部３１Ａを通過する磁束が増加し、当該加熱ローラ３１の両端部３１Ａにて、発熱温度を高くすることができる。
【００４３】
また、特に本実施例におけるコイルユニット３２を、加熱ローラ３１を有する定着装置に組み込んだ場合には、加熱ローラ３１の両端部３１Ａにおける温度低下に起因した画質の劣化を改善することができ、コピー可能な時間が長くなることで省エネルギー性を高めることができる。また、定着装置に限らず、加熱ローラ３１全体が望ましい温度にまで上昇するウォームアップ時間を短縮できる。
【００４４】
以上のように本実施例では、被加熱体である加熱ローラ３１に対向して、この加熱ローラ３１を加熱する加熱手段としての誘導コイル６と、加熱ローラ３１の軸方向Ｃである誘導コイル６の長手方向に、複数個並べて設けられるコアとしてのフェライトコア３５と、を備えた誘導加熱装置において、加熱ローラ３１の両端部３１Ａよりも、加熱ローラ３１の中心側である中心部３１Ｂに位置する部位で、隣接するフェライトコア３５，３５間のピッチを狭くして、それぞれのフェライトコア３５を配置している。
【００４５】
この場合、加熱ローラ３１の中心部３１Ｂでは、そこに対応して配置されるフェライトコア３５，３５間のピッチ間隔に応じて磁路が形成されるが、加熱ローラ３１の両端部３１Ａでは、中心部３１Ｂよりもフェライトコア３５，３５間のピッチ間隔が狭く、フェライトコア３５が密集して配置されるので、誘導コイル６から加熱ローラ３１を通過する磁束が増加する。したがって、温度が下がり易い加熱ローラ３１の両端部３１Ａを、中心部３１Ｂよりも高い温度にすることができ、加熱ローラ３１の部分的な温度低下を防止できる。また、従来よりも短いウォームアップ時間で、加熱ローラ３１全体を望ましい温度に加熱できる。
【００４６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば、上述した各実施例の特徴をそれぞれ組み合わせた構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施例における誘導加熱装置の回路図である。
【図２】同上、共振回路の周波数に対するインピーダンス変化を示した特性図である。
【図３】同上、各スイッチング素子のスイッチングに伴うインバータ電流の経時的変化を示す波形図である。
【図４】同上、共振回路のインピーダンスを基にしたスイッチング周波数と入力電力との関係を示すグラフである。
【図５】同上、誘導加熱制御回路の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施例における誘導加熱装置の断面図である。
【図７】同上、誘導加熱装置の平面図である。
【図８】被加熱体と、その温度分布を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
４Ａ，４Ｂ スイッチング素子（スイッチング手段）
６ 誘導コイル（加熱手段）
８ 共振回路（共振手段，所定部）
１３ 誘導加熱制御回路（制御手段）
１４ 入力電力検知手段（検知手段）
１６ 記憶装置（記憶手段）
３１ 加熱ローラ（被加熱体）
３５ フェライトコア（コア）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱を行なう機器などに適用される誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の誘導加熱装置は、例えば特許文献１などに開示されるように、共振手段の特性によるスイッチング周波数と入力との関係のデータを記憶手段に記憶して、制御が行なわれ、記憶されたデータを基に、入力となるようなスイッチング周波数を出力してスイッチング手段を動作させるように制御手段を構成していた。
【０００３】
しかし、共振手段の特性は、部品特性バラツキにより製品毎に異なるため、共振手段の特性を基にしたデータからスイッチング周波数を決めて、これを出力した場合、製品によって実際の入力電力が異なる。
【０００４】
一方、誘導加熱を行なう機器などに適用される誘導加熱装置として、例えば特許文献２などには、被加熱体と、被加熱体を加熱する加熱手段と、当該加熱手段に設けられるコアとを備えたものが開示されている。
【０００５】
ここで図８に示すように、被加熱体１０１の中心部１０１Ａについては、均一な温度分布となるように設計されているが、その一方で被加熱体の両端部１０１Ｂは、温度が下がり易いため、（ａ）に示す初期状態ではある程度高温であったものが、（ｂ）に示すように、時間経過により温度が下がってしまう。そのため、（ｃ）に示すように、被加熱体１０１の両端部１０１Ｂにおける温度分布を、中心部１０１Ａにおける温度分布よりも高くすることが求められていた。
【特許文献１】特開２００６−１４５８８７号公報
【特許文献２】特開２００６−１１９４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑み、製品毎に共振手段の特性がばらついていても、正確な入力で加熱することが可能な誘導加熱装置を提供することを、その目的とする。
【０００７】
また本発明の別な目的は、被加熱体の部分的な温度低下を防止し、所定時間で被加熱体全体を望ましい温度に加熱できる誘導加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係る誘導加熱装置は、加熱を行なう加熱手段を含む共振手段と、所定部に電流を供給するスイッチング手段と、前記所定部への入力を検知する検知手段と、前記検知手段からの検知出力に基づき、前記スイッチング手段の周波数を変化させて前記加熱手段を制御する制御手段と、前記スイッチング手段の周波数と入力との関係を記憶する記憶手段と、を備えた誘導加熱装置において、前記制御手段は、前記入力が所定値以下となる周波数で前記スイッチング手段を動作させ、前記検知手段からの検知出力により、前記記憶手段に記憶される前記スイッチング手段の周波数と入力との関係を補正する構成としたものである。
【０００９】
本発明の請求項２に係る誘導加熱装置は、被加熱体を加熱する加熱手段と、前記加熱手段に設けられるコアと、を備えた誘導加熱装置において、前記被加熱体の両端部よりも中心側に位置する部位で、前記コア間を狭く配置したものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、入力が所定値以下となる周波数で、スイッチング手段を動作させ、検知手段から読取った検知出力すなわち入力の値から、記憶手段に記憶されているスイッチング手段の周波数と入力との関係を、その製品独自のものに補正する。以後、補正した周波数と入力との関係は、その製品における共振手段の特性に合致したデータとなっており、製品毎に共振手段の特性がばらついていても、加熱開始時から正確な入力で加熱することが可能になる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、被加熱体の両端側では、中心部よりもコアの間隔が狭く、コアが密集して配置されるので、温度が下がり易い被加熱体の両端部を、中心部よりも高い温度にすることができ、被加熱体の部分的な温度低下を防止できる。また、所定のウォームアップ時間で、被加熱体全体を望ましい温度に加熱できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明における誘導加熱装置の好ましい各実施例を説明する。なお、各実施例において、共通する箇所には共通する符号を付し、共通する部分の説明については重複を避けるため極力省略する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第１実施例における誘導加熱装置の電気的構成を示すものである。同図において、１は交流電源Ｅからの電力供給を受けて動作する誘導加熱装置で、この誘導加熱装置１は、負荷である被加熱物２を発熱させる主回路として、電源Ｅからの交流電力を整流平滑する直流整流回路３と、何れもＩＧＢＴなどからなる２個のスイッチング素子４Ａ，４Ｂにより構成されるハーフブリッジ方式のインバータ５と、被加熱物２に対向配置される誘導コイル６と共振コンデンサ７との直列回路からなる共振回路８と、をそれぞれ備えている。また、各スイッチング素子４Ａ，４Ｂのコレクタ・エミッタ間には、ダイオード９Ａ，９Ｂが逆並列接続される。
【００１４】
前記スイッチング素子４Ａ，４Ｂの直列回路は、直流整流回路３間に接続され、また共振回路８は、スイッチング素子４Ｂの両端間に接続される。これにより、スイッチング素子４Ａ，４Ｂのゲート・エミッタ間に駆動信号が交互に繰り返し与えられると、直流整流回路３からの直流電力が断続的に共振回路８に供給され、加熱手段である誘導コイル６に高周波電流が流れることにより、この誘導コイル６から交番磁界が発生して、磁性部材からなる被加熱物２を電磁誘導加熱する構成となっている。
【００１５】
また前記直流整流回路３は、ここには図示していないが、前記交流電力を全波整流するダイオードブリッジや、ダイオードブリッジからの全波整流出力を平滑する平滑コンデンサおよびチョークコイルなどにより構成される。勿論、それ以外の回路構成で直流整流回路３を構成してもよく、また他のインバータ５や共振回路８の回路構成についても、図１の回路例に限定されるものではない。
【００１６】
１１は、電源装置ひいては共振回路８への入力電圧を検知する電圧検知手段としての入力電圧検知回路であり、１２は、電源装置ひいては共振回路８への入力電流を検知する電流検知手段としての入力電流検知回路である。また１３は、入力電力検知手段１４と、スイッチング素子４Ａ，４Ｂの駆動手段１５と、記憶装置１６とを内蔵した制御手段としての誘導加熱制御回路で、これは例えば図示しないマイクロコンピュータを含んで構成される。誘導加熱制御回路１３には、前記入力電圧検知回路１１や入力電流検知回路１２からの各検知出力の他に、信号入力手段１８からの検知出力が供給される。温度検知手段たる信号入力手段１８は、誘導加熱制御回路１３を任意の電力で動作させるために、被加熱物２の温度を検知し、そこから目標となる電力を算出して、その算出結果を誘導加熱制御回路１３に出力するものである。
【００１７】
誘導加熱制御回路１３に内蔵する入力電力検知手段１４は、入力電圧検知回路１１と入力電圧検知回路１２からの各検知出力を積算して、共振回路８への入力すなわち入力電力を検知するものである。また、同じく誘導加熱制御回路１３に内蔵する駆動手段１５は、スイッチング素子４Ａ，４Ｂを交互にオン，オフする駆動信号を、それぞれのスイッチング素子４Ａ，４Ｂに供給するが、ここでは入力電力検知手段１４で算出検知された入力電力が、信号入力手段１８からの設定値すなわち目標電力に近づくように、スイッチング素子４Ａ，４Ｂに供給する駆動信号の周波数を変化させて、誘導コイル６に流す電流を制御するようになっている。さらに記憶装置１６は、予め測定された標準的な共振回路８におけるインピーダンスでのスイッチング周波数と入力電力との関係が記憶される。
【００１８】
図２は、共振回路８の周波数に対するインピーダンス変化を示した特性図である。共振回路８に供給する電流の周波数、すなわちスイッチング素子４Ａ，４Ｂのスイッチング周波数が、共振周波数ｆｏに一致すると、共振回路８のインピーダンスは最小となり、当該スイッチング周波数が共振周波数ｆｏよりも高ければ、共振回路８は誘導性となる一方、スイッチング周波数が共振周波数ｆｏよりも低ければ、共振回路８は容量性となる。
【００１９】
図３は、スイッチング素子４Ａ，４Ｂのスイッチングに伴うインバータ５への電流（インバータ電流Ｉinv）の変化を経時的に示したものである。この図に示すように、スイッチング素子４Ａ，４Ｂは、誘導加熱制御回路１３からそれぞれ供給されるパルス状の各駆動信号によって、双方がオフになるデッドタイム期間を有しながら、周期Ｔで交互にオン・オフを繰り返すようになっており、これによりインバータ５から共振回路８に、スイッチング素子４Ａ，４Ｂのスイッチング周波数（＝１／Ｔ）に同期した正弦波状のインバータ電流Ｉinvが供給される。
【００２０】
次に、上記構成についてその作用を説明する。電源Ｅからの交流電力は、直流整流平滑回路３にて直流に整流平滑され、インバータ５に印加される。ここで誘導加熱制御回路１３は、信号入力手段１８から入力された情報によって、当該信号入力手段１８から目標となる入力電力（目標電力）が指示されると共に、入力電圧検知回路１１と入力電流検知回路１２からの各検知出力に基づいて、入力電圧と入力電流の情報を取り込み、内蔵する入力電力検知手段１４によって、これらの入力電圧と入力電圧を積算することで、実際の入力電力を算出する。そして誘導加熱制御回路１３に含まれる駆動手段１５は、入力電力検知手段１４で算出検知した入力電力が目標電力となるようにフィードバック制御を行ない、スイッチング素子４Ａ，４Ｂのスイッチング周波数を変化させて、インバータ電流Ｉinvの増減を行なう。
【００２１】
ここで前記図２に示すように、共振回路８に与えるインバータ電流Ｉinvの周波数が共振周波数ｆｏ以下になると、共振回路８は容量性となり、スイッチング素子４Ａ，４Ｂに短絡電流が流れて悪影響を及ぼす懸念があることから、インバータ電流Ｉinvの周波数ひいてはスイッチング素子４Ａ，４Ｂのスイッチング周波数は、共振周波数ｆｏ以上になるようにする必要がある。また、インバータ５が動作し始める被加熱物２への加熱開始時には、インバータ５や共振回路８への突入電流を低くする必要があることから、駆動手段１５は、共振周波数ｆｏから離れた高いスイッチング周波数でスイッチング素子４Ａ，４Ｂひいてはインバータ５を動作させ始める。このとき、共振回路８のインピーダンスは高くなることから、加熱開始時における入力電力は低く、そこから目標の入力電力となるように、スイッチング素子４Ａ，４Ｂのスイッチング周波数を変化させる。
【００２２】
ここで、最大定格電力が１．５ｋＷの誘導加熱装置１を例とした、共振回路８のインピーダンスでのスイッチング周波数と入力電力との関係を図４に示す。同図において、実線で示す特性線Ａは、標準の共振回路８のインピーダンスに対応したスイッチング周波数と入力電力との関係を示し、これは全ての製品に共通して記憶装置１６に記憶されている。
【００２３】
被加熱物２の温度を急激に上げたい場合には、最初から最大定格電力である１．５ｋＷを目標電力として、誘導コイル６により加熱を行なう制御としたいため、マイクロコンピュータのメモリである記憶装置１６に記憶された標準の共振回路８でのスイッチング周波数と入力電力との関係から、入力電力が１．５ｋＷとなるスイッチング周波数４０ｋＨｚを記憶装置１６から読み出し、このスイッチング周波数でスイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させる。ここで誘導加熱制御回路１３は、入力電力検知手段１４で算出される実際の入力電力を基に、インバータ５へのフィードバック制御を行ない、当該入力電力が目標電力になるように、スイッチング素子４Ａ，４Ｂのスイッチング周波数を増減させる。
【００２４】
ところで、共振回路８を構成する誘導コイル６や共振コンデンサ７は、製品毎に製造バラツキや部品特性バラツキがあり、製品に組み込まれる実際の共振回路８のインピーダンスは、標準となる共振回路８のインピーダンスからずれる場合がある。その結果、実際のスイッチング周波数と入力電力との関係は、図４の点線であらわした特性線Ｂや特性線Ｃのように、標準の共振回路８に基づく特性線Ａから変化することとなる。したがって、単に記憶装置１６に記憶される標準的なスイッチング周波数と入力電力との関係から、１．５ｋＷの入力電力が得られるように、そのまま４０ｋＨｚのスイッチング周波数でスイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させた場合には、実際の入力電力が目標となる１．５ｋＷから大きく逸脱することになる。
【００２５】
そこで本実施例では、当該誘導加熱制御回路１３の電源が最初に投入され、誘導コイル６から被加熱物２に対して最初の出力を行なう時に、実際の共振回路８のインピーダンスが、標準の共振回路８のインピーダンスからずれていても、誘導加熱装置１の主回路に過大な電流が流れて破壊しないように、誘導加熱制御回路１３は、被加熱物２への加熱開始時において、記憶装置１６に記憶された標準の共振回路８でのスイッチング周波数と入力電力との関係から、誘導加熱装置１の最大定格電力の８０％以下となるスイッチング周波数で、スイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させる。これにより、被加熱物２を素早く加熱しつつ、共振回路８への入力電力が最大となる共振周波数ｆｏに対し、十分高い周波数でスイッチング素子４Ａ，４Ｂをスイッチング動作させることができる。
【００２６】
それと共に、誘導加熱制御回路１３は、入力電力検知手段１４で算出される実際の入力電力から、記憶装置１６に記憶される標準の共振回路８でのスイッチング周波数と入力電力との関係に対し、実際にその製品に組み込まれている共振回路８のインピーダンスにおいて、スイッチング周波数と入力電圧との関係が正しくなるように補正を行なう。こうした補正手段を誘導加熱制御回路１３が備えることで、次回以降の被加熱物２に対する加熱制御は、実際の共振回路８のインピーダンスに合致したスイッチング周波数と入力電力との関係に基づいて行なわれることとなり、誘導加熱の開始時から目標入力電力となるスイッチング周波数で、スイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させることが可能になる。
【００２７】
図５は、誘導加熱制御回路１３が実行する補正処理の制御フローチャートを示したものである。先ずステップＳ１では、電源投入後初回の手順であるか否かを誘導加熱制御回路１３が判断する。ここで、駆動信号を最初にインバータ５に供給する初回の手順であると判断した場合は、ステップＳ２の手順に移行し、上述したように、最大定格電力の８０％となるスイッチング周波数Ｆ１を、記憶装置１６に記憶されたスイッチング周波数と入力電力との関係から算出する。そして、次のステップＳ３では、この算出したスイッチング周波数で、スイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させる。
【００２８】
こうして、誘導加熱制御回路１３からスイッチング素子４Ａ，４Ｂに駆動信号が与えられ、インバータ５としての動作が開始すると、誘導加熱制御回路１３は入力電力検知手段１４で算出される実際の入力電力を読込む（ステップＳ４）。このときの入力電力読込値をＩＷ１とする。誘導加熱制御回路１３は、次のステップＳ５で、記憶装置１６に記憶された標準の共振回路８でのスイッチング周波数と入力電圧との関係から、入力電力読込値ＩＷ１に対応したスイッチング周波数Ｆ２を決定する。ここで、実際の共振回路８のインピーダンスが、標準的な共振回路８のインピーダンスと異なっていれば、ステップＳ２で最大定格電力の８０％となる目標の電力値と、実際に入力電力検知手段１４で検知した入力電力ＩＷ１との間に差異を生じ、スイッチング周波数Ｆ１，Ｆ２も異なる値となる。誘導加熱制御回路１３はステップＳ６にて、スイッチング周波数Ｆ１，Ｆ２の差を補正値α（＝Ｆ１−Ｆ２）として算出し、ステップＳ１の手順に戻る。
【００２９】
再度ステップＳ１で、誘導加熱制御回路１３が電源投入後初回の手順ではないと判断すると、ステップＳ１１の手順に移行し、信号入力手段１８から送られてくる目標電力に対し、標準の共振回路８におけるインピーダンスでのスイッチング周波数Ｆ１の値を決定する。このスイッチング周波数Ｆ１は、記憶装置１６に記憶されるスイッチング周波数と入力電力との関係から導出できる。
【００３０】
次に誘導加熱制御回路１３は、実際の共振回路８のインピーダンスが、標準的な共振回路８のインピーダンスとの違いを加味して、スイッチング周波数Ｆ１の値を補正する（ステップＳ１２）。この補正したスイッチング周波数Ｆ１’は、ステップＳ１１で取得したスイッチング周波数Ｆ１から、補正値αを差し引くことで算出できる。そして、次のステップＳ１３では、この補正したスイッチング周波数Ｆ１’で、スイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させる。
【００３１】
こうして、誘導加熱制御回路１３からスイッチング素子４Ａ，４Ｂに、補正したスイッチング周波数Ｆ１’を反映した駆動信号が与えられると、誘導加熱制御回路１３は入力電力検知手段１４で算出される実際の入力電力を読込む（ステップＳ１４）。このときの入力電力読込値をＩＷ１とする。誘導加熱制御回路１３は、次のステップＳ１５で、入力電力読込値ＩＷ１を基に、この入力電力読込値ＩＷ１が信号入力手段１８から送られてくる目標電力となるようにフィードバック制御を行なう。これは前記ステップＳ１１〜Ｓ１３の手順によって、補正したスイッチング周波数Ｆ１’でスイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させることにより可能となる。
【００３２】
以上のように本実施例では、誘導加熱を行なう加熱手段としての誘導コイル６を含む共振手段たる共振回路８と、所定部である共振回路８に高周波の電流を供給するスイッチング手段としてのスイッチング素子４Ａ，４Ｂと、共振回路８への入力すなわち入力電力を検知する検知手段としての入力電力検知手段１４と、入力電力検知手段１４からの検知出力に基づき、スイッチング素子４Ａ，４Ｂの周波数（スイッチング周波数）を変化させて誘導コイル６を例えばフィードバック制御のように制御する制御手段としての誘導加熱制御回路１３と、標準の共振回路８におけるスイッチング素子４Ａ，４Ｂの周波数と入力との関係を記憶する記憶手段としての記憶装置１６と、を備えた誘導加熱装置１において、誘導加熱制御回路１３は、誘導コイル６への通電開始時に前記入力が所定値以下となる周波数でスイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させ、その時の入力電力検知手段１４からの検知出力により、記憶装置１６に記憶されるスイッチング素子４Ａ，４Ｂの周波数と入力との関係を補正し、補正した周波数でスイッチング素子４Ａ，４Ｂを動作させるように構成している。
【００３３】
このようにすると、被加熱体である被加熱物２に最初の出力を行なう誘導コイル６への通電開始時に、入力が所定値以下（例えば、入力電力が設定可能な最大定格入力電力の８０％以下の値）となる周波数で、スイッチング素子４Ａ，４Ｂをスイッチング動作させ、そのとき入力電力検知手段１４から読取った検知出力すなわち入力の値から、記憶装置１６に記憶されているスイッチング素子４Ａ，４Ｂの周波数と入力との関係を、その製品独自のものに補正する。以後、補正した周波数と入力との関係は、その製品における共振回路８の特性であるインピーダンスに合致したデータとなっており、製品毎に共振回路８の特性がばらついていても、加熱開始時から正確な入力電力で加熱することが可能になる。
【実施例２】
【００３４】
図６および図７は、本発明の第２実施例における誘導加熱装置を示すものである。同図において、３１は前記第１実施例の被加熱物２に相当する加熱ローラであり、３２は前記第１実施例の誘導コイル６を含むコイルユニットである。
【００３５】
加熱ローラ３１は、図示しない紙を送り出しながら、この紙に熱を付与してトナーを定着させるための回動可能な筒状金属被発熱体であり、中空な円筒状で鉄やステンレスなどの磁性金属で構成される。
【００３６】
コイルユニット３２は、電磁誘導により加熱ローラ３１を外周面に沿って加熱する誘導コイル６の他に、誘導コイル６と発熱面たる加熱ローラ３１の外周面とをほぼ一定距離に保持する支持体としてのコイル支持体３４や、誘導コイル６に添設され、誘導コイル６に対する磁路を形成するためのフェライトコア３５などにより構成される。
【００３７】
誘導コイル６は、前記加熱ローラ３１の回転軸Ｃと平行な方向に、例えばリッツ線のような導線を巻回して形成される。第１実施例で説明したように、この誘導コイル６にインバータ５からの高周波電流が与えられると、誘導コイル６から発生する磁束が加熱ローラ３１に達し、当該加熱ローラ３１に渦電流が流れて、加熱ローラ３１がジュール発熱する。つまり、加熱ローラ３１に対向して設けられる誘導コイル６は、磁束を発生して加熱ローラ３１を加熱する加熱手段に相当するものである。
【００３８】
図７に示すように、フェライトコア３５は誘導コイル６の外側に所定の間隔を置いて設けられている。このフェライトコア３５は、加熱ローラ３１の外周面ひいては誘導コイル６の外側面に沿って湾曲した棒状に形成され、加熱ローラ３１の回転軸Ｃと直交した方向にそれぞれが配置される。ここで注目すべきことは、本実施例ではフェライトコア３５を等間隔に配置するのではなく、加熱ローラ３１の両端部３１Ａよりも加熱ローラ３１の中心部３１Ｂに位置する部位で、隣接するフェライトコア３５，３５間のピッチを狭くして、各フェライトコア３５が配置される。したがって、加熱ローラ３１の両端部３１Ａに位置するフェライトコア３５，３５間のピッチＰ１は、加熱ローラ３１の中心部３１Ｂに位置するフェライトコア３５，３５間のピッチＰ２よりも狭い。
【００３９】
また、ここではフェライトコア３５の製造や組立てを容易にするために、各々のフェライトコア３５は同一形状で、且つ同じ材質（透磁率）のものを使用しているが、各々のフェライトコア３５で異なる形状（幅や厚み）としたり、異なる透磁率としたりすることも可能である。
【００４０】
次に上記構成についてその作用を説明すると、インバータ５から誘導コイル６に高周波電流が与えられると、誘導コイル６から発生する磁束が対向する加熱ローラ３１に達し、当該加熱ローラ３１に渦電流が流れて、加熱ローラ３１がジュール発熱する。また、フェライトコア３５は、キュリー温度以下の場合に磁性体となり、誘導コイル６から加熱ローラ３１への磁束が増えると共に、フェライトコア３５自身も加熱される。一方、フェライトコア３５が加熱してキュリー温度に達すると、今度はフェライトコア３５が非磁性体となり、誘導コイル６から加熱ローラ３１への磁束が減少する。これにより、加熱ローラ３１に対する極端な温度上昇を抑制できる。
【００４１】
ここで、紙が通過する加熱ローラ３１の中心部３１Ｂは、紙にトナーを定着した状態の画質に悪影響を及ぼさないように、当該中心部３１Ｂにおける温度分布を均一にする必要がある。そこで、加熱ローラ３１の中心部３１Ｂに対応する位置でのフェライトコア３５，３５は、通常等しいピッチ間隔で誘導コイル６の外側に配置するように設計される。
【００４２】
一方、加熱ローラ３１の両端部３１Ａは、加熱ローラ３１の熱伝導によって中心部３１Ｂよりも温度が下がり易い。そのため、加熱ローラ３１の中心部３１Ｂよりも両端部３１Ａの温度を上げるために、フェライトコア３５，３の両端部３１Ａでは、当該フェライトコア３５を中心部３１Ｂよりも狭いピッチで密集して配置する。こうすると、誘導コイル６から加熱ローラ３１の両端部３１Ａを通過する磁束が増加し、当該加熱ローラ３１の両端部３１Ａにて、発熱温度を高くすることができる。
【００４３】
また、特に本実施例におけるコイルユニット３２を、加熱ローラ３１を有する定着装置に組み込んだ場合には、加熱ローラ３１の両端部３１Ａにおける温度低下に起因した画質の劣化を改善することができ、コピー可能な時間が長くなることで省エネルギー性を高めることができる。また、定着装置に限らず、加熱ローラ３１全体が望ましい温度にまで上昇するウォームアップ時間を短縮できる。
【００４４】
以上のように本実施例では、被加熱体である加熱ローラ３１に対向して、この加熱ローラ３１を加熱する加熱手段としての誘導コイル６と、加熱ローラ３１の軸方向Ｃである誘導コイル６の長手方向に、複数個並べて設けられるコアとしてのフェライトコア３５と、を備えた誘導加熱装置において、加熱ローラ３１の両端部３１Ａよりも、加熱ローラ３１の中心側である中心部３１Ｂに位置する部位で、隣接するフェライトコア３５，３５間のピッチを狭くして、それぞれのフェライトコア３５を配置している。
【００４５】
この場合、加熱ローラ３１の中心部３１Ｂでは、そこに対応して配置されるフェライトコア３５，３５間のピッチ間隔に応じて磁路が形成されるが、加熱ローラ３１の両端部３１Ａでは、中心部３１Ｂよりもフェライトコア３５，３５間のピッチ間隔が狭く、フェライトコア３５が密集して配置されるので、誘導コイル６から加熱ローラ３１を通過する磁束が増加する。したがって、温度が下がり易い加熱ローラ３１の両端部３１Ａを、中心部３１Ｂよりも高い温度にすることができ、加熱ローラ３１の部分的な温度低下を防止できる。また、従来よりも短いウォームアップ時間で、加熱ローラ３１全体を望ましい温度に加熱できる。
【００４６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば、上述した各実施例の特徴をそれぞれ組み合わせた構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施例における誘導加熱装置の回路図である。
【図２】同上、共振回路の周波数に対するインピーダンス変化を示した特性図である。
【図３】同上、各スイッチング素子のスイッチングに伴うインバータ電流の経時的変化を示す波形図である。
【図４】同上、共振回路のインピーダンスを基にしたスイッチング周波数と入力電力との関係を示すグラフである。
【図５】同上、誘導加熱制御回路の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施例における誘導加熱装置の断面図である。
【図７】同上、誘導加熱装置の平面図である。
【図８】被加熱体と、その温度分布を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
４Ａ，４Ｂ スイッチング素子（スイッチング手段）
６ 誘導コイル（加熱手段）
８ 共振回路（共振手段，所定部）
１３ 誘導加熱制御回路（制御手段）
１４ 入力電力検知手段（検知手段）
１６ 記憶装置（記憶手段）
３１ 加熱ローラ（被加熱体）
３５ フェライトコア（コア）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱を行なう加熱手段を含む共振手段と、
所定部に電流を供給するスイッチング手段と、
前記所定部への入力を検知する検知手段と、
前記検知手段からの検知出力に基づき、前記スイッチング手段の周波数を変化させて前記加熱手段を制御する制御手段と、
前記スイッチング手段の周波数と入力との関係を記憶する記憶手段と、を備えた誘導加熱装置において、
前記制御手段は、前記入力が所定値以下となる周波数で前記スイッチング手段を動作させ、前記検知手段からの検知出力により、前記記憶手段に記憶される前記スイッチング手段の周波数と入力との関係を補正する構成としたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
被加熱体を加熱する加熱手段と、前記加熱手段に設けられるコアと、を備えた誘導加熱装置において、
前記被加熱体の両端部よりも中心側に位置する部位で、前記コア間を狭く配置したことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項１】
加熱を行なう加熱手段を含む共振手段と、
所定部に電流を供給するスイッチング手段と、
前記所定部への入力を検知する検知手段と、
前記検知手段からの検知出力に基づき、前記スイッチング手段の周波数を変化させて前記加熱手段を制御する制御手段と、
前記スイッチング手段の周波数と入力との関係を記憶する記憶手段と、を備えた誘導加熱装置において、
前記制御手段は、前記入力が所定値以下となる周波数で前記スイッチング手段を動作させ、前記検知手段からの検知出力により、前記記憶手段に記憶される前記スイッチング手段の周波数と入力との関係を補正する構成としたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
被加熱体を加熱する加熱手段と、前記加熱手段に設けられるコアと、を備えた誘導加熱装置において、
前記被加熱体の両端部よりも中心側に位置する部位で、前記コア間を狭く配置したことを特徴とする誘導加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１８７９０６（Ｐ２００９−１８７９０６Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９７３５（Ｐ２００８−２９７３５）
【出願日】平成２０年２月８日（２００８．２．８）
【出願人】（３９００１０１６８）東芝ホームテクノ株式会社 (292)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月８日（２００８．２．８）
【出願人】（３９００１０１６８）東芝ホームテクノ株式会社 (292)
【Ｆターム（参考）】
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