誘導加熱装置
【課題】 少ないスペースで回生電流を効果的に抑制でき、損失を低減できる誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】複数の加熱手段である誘導コイル３Ａ，３Ｂを交互に通電する誘導加熱装置２１において、一方の加熱手段である例えば誘導コイル３Ａを通電中に、他方の加熱手段である非通電の誘導コイル３Ｂを例えばスイッチ３６で短絡する。通電する一方の誘導コイル３Ａと定着ローラ２との磁気的結合により、非通電の他方の誘導コイル３Ｂに起電力が発生するが、ここで他方の誘導コイル３Ｂを短絡すれば、この他方の誘導コイル３Ｂに電流が流れることにより、一方の誘導コイル３Ａに対する磁気的な負荷が増大して、回生電流が抑制される。そしてこれは、一方の誘導コイル３Ｂが通電し、他方の誘電コイル３Ａが通電していない時にも、同じことがいえる。
【解決手段】複数の加熱手段である誘導コイル３Ａ，３Ｂを交互に通電する誘導加熱装置２１において、一方の加熱手段である例えば誘導コイル３Ａを通電中に、他方の加熱手段である非通電の誘導コイル３Ｂを例えばスイッチ３６で短絡する。通電する一方の誘導コイル３Ａと定着ローラ２との磁気的結合により、非通電の他方の誘導コイル３Ｂに起電力が発生するが、ここで他方の誘導コイル３Ｂを短絡すれば、この他方の誘導コイル３Ｂに電流が流れることにより、一方の誘導コイル３Ａに対する磁気的な負荷が増大して、回生電流が抑制される。そしてこれは、一方の誘導コイル３Ｂが通電し、他方の誘電コイル３Ａが通電していない時にも、同じことがいえる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置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、加熱手段に電流を流すことで、定着体を加熱する構成となっており、定着体の温度変化が得られるようになっている。しかし、定着体が温度変化すると、定着体や誘導加熱装置に悪影響を及ぼす懸念を生じる。
【０００３】
また、駆動源により定着体を可動させることで、定着体の所定部を加熱することができるが、定着体を可動させずに誘導加熱を行なうと、加熱手段で定着体を局部的にしか過熱できず、この場合も定着体に悪影響を及ぼす懸念を生じる。
【０００４】
一方、複数の加熱手段を切替えて定着体を加熱させるものが、例えば特許文献２などに開示される。このような構成の誘導加熱装置において、図９は、従来の加熱手段からスイッチング手段に流れる電流ＩＣとの波形図を示しているが、所定状態で、そのスイッチング手段をオンすると、図９に示すようなスイッチング手段の回生電流Ｉｒが発生する。
【０００５】
この回生電流Ｉｒは、ある程度は抑制することが可能であるが、今度は図１０に示すように、スイッチング手段に短絡電流Ｉｓが発生し、これがスイッチング手段の損失となる。
【０００６】
以上の観点から、何らかの方法で、回生電流Ｉｒおよび短絡電流Ｉｓの何れも抑制することが可能であるが、その場合は大きなスペースを占有することになる。
【０００７】
また、定着体に対して複数の加熱手段を配置した誘導加熱装置では、図１１に示すように、入力を整流するために、多数の整流手段１０１Ａ〜１０１Ｄを備え、手段１０５Ａの動作により、加熱手段１０６Ａを含む共振回路１０８Ａに、電流が供給されるようになっている。
【０００８】
そして、従来は例えば入力が発生すると、整流回路１０２を構成する複数の整流手段１０１Ａ，１０１Ｃを通して電流が供給される（図１１の電流経路Ｉを参照）。しかし、複数の整流手段１０１Ａ，１０１Ｃまたは整流手段１０１Ｂ，１０１Ｄを電流が通過することになり、その分損失が増加するという問題があった。
【０００９】
一方、この種の誘導加熱装置は、誘導加熱を行なう加熱手段を含む共振手段への入力を検知して、その検知結果に基づき、制御手段がスイッチング手段の周波数を変化させて、入力の制御を行なうようになっている。この共振手段への電流は、周波数が所定周波数以下になると、スイッチング手段に短絡電流が流れる不具合を生じる。これを防止するには共振手段の電流を検知して、周波数が所定周波数以下にならないような制御を行なう必要があるが、回路構成が複雑になる懸念を生じていた。
【００１０】
また別な方法として、共振手段から予め周波数を求め、制御手段によりスイッチング手段の周波数が所定周波数以下にならないように、当該周波数の可変範囲に制限を設けることが考えられる。しかし、共振手段にはバラツキがあり、その周波数が変動するため、周波数の可変範囲は、バラツキに合せて設計されなければならない。そのため、周波数でスイッチング手段を動作させざるを得なくなる問題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１４５８８７号公報
【特許文献２】特開２００４−２１４０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑み、少ないスペースで回生電流を効果的に抑制でき、損失を低減できる誘導加熱装置を提供することにある。
【００１３】
また本発明の別な目的は、少ない損失で複数の加熱手段にそれぞれ電流を供給できる誘導加熱装置を提供することにある。
【００１４】
また本発明の別な目的は、複雑な構成とすることなく、共振手段の周波数を正しく予測することが可能な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】
【００１５】
本発明の請求項１に係る誘導加熱装置は、複数の加熱手段を各々通電する誘導加熱装置において、一方の前記加熱手段を通電中に、他方の非通電の前記加熱手段を短絡する構成としたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２に係る誘導加熱装置は、複数の加熱手段をそれぞれ通電する誘導加熱装置において、入力を整流して、第１の加熱手段と第２の加熱手段に各々電流を供給する第１の整流手段と第２の整流手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項３に係る誘導加熱装置は、誘導加熱を行なう加熱手段を含む共振手段と、前記共振手段に電流を供給するスイッチング手段と、前記共振手段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に流す電流を制御する制御手段とを備えた誘導加熱装置において、前記制御手段は、加熱手段への通電を行なう時に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た場合に、前記検知手段からの検知出力により所定の前記周波数を設定するものであることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項４に係る誘導加熱装置は、前記請求項３において、前記加熱手段への通電を行なう時には、前記共振手段の所定周波数以上の周波数で前記スイッチング手段を動作させる構成としたものである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、他方の加熱手段を短絡すれば、当該他方の加熱手段に電流が流れることにより、回生電流が抑制される。そのため、少ないスペースで非通電の加熱手段を短絡するだけで回生電流を抑制でき、損失を低減できる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、入力が発生すると、第１の整流手段を通して第１の加熱手段に電流が供給され、第２の整流手段を通して第２の加熱手段に電流が供給される。このように、１個の整流手段を通して複数の加熱手段の電流が供給されることになり、少ない損失で複数の加熱手段にそれぞれ電流を供給できる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、加熱手段への通電を行なう時に、共振手段への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た場合に、実際の入力がどの程度であるのかを検知すれば、複雑な構成を採用することなく、共振手段における周波数を正しく予測できる。そして、この予測した周波数以下にならないように、スイッチング手段を動作させる所定の周波数を設定することで、スイッチング手段にとって安全な周波数領域で、出力可能な制御を行なうことができる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、加熱手段への通電を行なう時においても、共振手段のバラツキを考慮した所定周波数以上の周波数でスイッチング手段を動作させるので、加熱手段への通電を行なう時にスイッチング手段を安全な周波数領域で動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施例における誘導加熱装置のブロック構成図である。
【図２】本発明の第２実施例における誘導加熱装置のブロック構成図である。
【図３】本発明の第３実施例における誘導加熱装置の回路図である。
【図４】同上、従来例（改善前）と第３実施例（改善後）における各部の波形図を示している。
【図５】本発明の第４実施例における誘導加熱装置の回路図である。
【図６】本発明の第５実施例における誘導加熱装置のブロック構成図である。
【図７】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８】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９】従来のスイッチング素子であるＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧と、誘導コイルからスイッチング素子のコレクタに流れる電流との関係を示す波形図である。
【図１０】従来のスイッチング素子であるＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧と、誘導コイルからスイッチング素子のコレクタに流れる電流との関係を示す別な波形図である。
【図１１】従来の誘導加熱装置の電気的構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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、同図において、１は加熱対象となる定着ローラ２を負荷とした誘導加熱装置で、後述する誘導加熱装置２の各部は、電源Ｅからの交流電力を受けて動作するようになっている。また３は、前記定着ローラ２を電磁誘導加熱する誘導コイルで、この誘導コイル３と発振回路４とによる直列回路が、前記電源Ｅの両端間に接続される。前記定着ローラ２は、誘導コイル３に近接して設けられ、当該誘導コイル３からの交番磁界を受けて発熱する磁性部材で構成される。また、発振回路４の内部には図示しないスイッチング素子が設けられ、後述するマイクロコンピュータ５からの制御信号であるＰＷＭ信号を受けて、このスイッチング素子がスイッチング動作することにより、誘導コイル３に高周波電流が供給され、当該誘導コイル３から定着ローラ２に交番磁界が発生するようになっている。
【００２６】
６は、例えば図示しない複写機本体に取付けられた定着ローラ２の温度を検知し、電気的な温度信号に変換して出力する温度検知手段である。また７は、誘導コイル３から定着ローラ２への加熱出力を設定して、その設定信号を出力する出力設定手段であり、これは例えば一乃至複数のスイッチなどで構成される。
【００２７】
マイクロコンピュータ５は、誘導加熱装置１の各部を制御する制御手段として設けられ、ここでは温度検知手段６からの温度信号と、出力設定手段７からの設定信号とに基づいて、発振回路４にＰＷＭ（パルス幅制御）信号を供給し、誘導コイル３の発熱量を含めた動作全般を制御するようになっている。
【００２８】
次に、上記構成についてその作用を説明すると、出力設定手段７により誘導コイル３から定着ローラ２への加熱出力を設定し、その設定した加熱出力に見合う設定信号が出力設定手段７からマイクロコンピュータ５に出力されると、この設定信号に基づく一定周期のパルス幅導通幅のＰＷＭ信号が発振回路４に出力され、誘導コイル３に高周波電流が供給される。これにより、誘導コイル３と定着ローラ２との間に磁束が発生し、その磁束線が定着ローラ２を通るときに、当該定着ローラ２に渦電流が発生する。この渦電流は、定着ローラ２の電気抵抗によって熱に変わり、定着ローラ２が設定した加熱出力で加熱される。
【００２９】
このとき、温度検知手段６は定着ローラ２の表面温度を検知し、その温度信号をマイクロコンピュータ５にフードバック出力する。マイクロコンピュータ５は、温度検知手段６からの温度信号を受けて、定着ローラ２の表面温度上昇の傾きを算出する異常温度監視を行ない、一定時間における温度上昇が所定値以上であったら、異常温度状態であると判断して、発振回路４へのＰＷＭ信号の送出を停止する。これにより、例えばユーザが出力設定手段７で最高加熱出力を設定する最高出力ボタンと、最低加熱出力を設定する最低出力ボタンとを間違って操作したり、外来ノイズで最高出力ボタンが不意に押された場合など、出力設定手段７が誤って操作された場合であっても、マイクロコンピュータ５が温度検知手段６からの温度信号により、異常温度状態の発生時に発振回路４の緊急停止を行なわせるため、定着ローラ２が急激に温度上昇することに伴い、定着ローラ２や誘導加熱装置１に悪影響を及ぼす懸念を一掃することができる。
【００３０】
以上のように、この第１実施例では、定着体である定着ローラ２が急激に温度上昇した場合に、当該定着ローラ２や誘導加熱装置１に悪影響を及ぼさないようにするために、誘導コイル３で電磁誘導加熱される定着ローラ２の温度変化量を算出して、当該定着ローラ２における異常温度の監視を行ない、異常温度状態の時に定着ローラ２への加熱を停止させる制御手段としてのマイクロコンピュータ５を、誘導加熱装置１に備えている。
【００３１】
この場合、定着ローラ２が温度変化を起こし、定着ローラ２の温度変化量が一定値以上になって、温度変化状態が異常になると、これを異常温度状態であるとマイクロコンピュータ５が判断して、定着ローラ２への加熱を緊急に停止させる。こうしたマイクロコンピュータ５の温度制御によって、定着ローラ２が温度変化して急激に温度上昇した場合でも、定着ローラ２や誘導加熱装置１に悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００３２】
なお、第１実施例では定着ローラ２や出力設定手段７を備えた複写機に対し、誘導加熱装置１を組み込む構成となっているが、誘導加熱装置１が定着ローラ２や出力設定手段７を備えたユニット構成であってもよく、この誘導加熱装置１が複写機に組み込まれる構成であっても構わない。また、温度検知手段６は定着ローラ２の温度が検知できるものならば、どのような形態のものであっても構わない。
【００３３】
図２は、本発明の第２実施例における誘導加熱装置１１の電気的構成を示している。同図において、ここでの誘導加熱装置１１は、加熱対象となる定着ローラ２を負荷として、電源Ｅからの交流電力を全波整流するために、４個のダイオード１２Ａ〜１２Ｄをブリッジ接続してなる整流回路１３と、この整流回路１３からの脈動電流を平滑するために、チョークコイル１４と平滑コンデンサ１５とにより構成される平滑回路１６と、前記誘導コイル３と共振コンデンサ１７との並列回路により構成される共振回路１８と、ここでは図示しないマイクロコンピュータ５からのＰＷＭ信号を受けてスイッチング動作され、前記平滑回路１６で平滑した直流電圧を共振回路１８に断続的に印加する発振回路４のスイッチング素子１９と、電源Ｅから整流回路１３への電力の供給を可能または不可能に切替える切替手段としてのリレー２０と、を備えて構成される。このリレー２０は、電源Ｅと整流回路１３との間の電力供給ラインに挿入接続される開閉スイッチ２１と、この開閉スイッチ２１と対をなすコイル２２とにより構成され、コイル２２に供給する電流の通断電に応じて、開閉スイッチ２１がオンまたはオフするようになっている。
【００３４】
２３は、定着ローラ２を可動すなわち回転させる駆動源としてのモータである。このモータ２３には、誘導コイル３に高周波電流が供給され、定着ローラ２が発熱している時に、当該定着ローラ２を回転させる駆動信号が、図示しない複写機のモータ制御手段から与えられる。また２４は、モータ２３の動作状態すなわちモータ２３が回転している否かを検知する検知手段であり、これはモータ２３が回転しているときに前記コイル２２に電流を供給するもので、この電流供給を受けてリレー２０の開閉スイッチ２１がオン（閉）状態となり、電源Ｅから誘導加熱装置１１に電力供給が可能になるように構成している。
【００３５】
次に、上記構成について、その作用を説明する。定着ローラ２を加熱する場合には、マイクロコンピュータ５からのＰＷＭ信号がスイッチング素子１９に与えられると共に、図示しないモータ制御手段から、定着ローラ２を回転させるための駆動信号がモータ２３に与えられる。これにより、モータ２３が回転し、それに連動する定着ローラ２も回転すると、検知手段２４はリレー２０のコイル２２に電流を供給し、開閉スイッチ２１がオンして、電源Ｅと整流回路１３が電気的に接続する。そのため、電源Ｅからの交流電力が整流回路１３および平滑回路１６によって整流平滑され、この平滑回路１６からの電流が、スイッチング素子１９のスイッチング動作に伴い、共振回路１８に断続的に供給されることで、誘導コイル３から交番磁界が発生して定着ローラ２が電磁誘導加熱される。
【００３６】
一方、モータ２３が停止し、定着ローラ２も停止している時には、モータ２３の回転を検知する検知手段２４が、リレー２０のコイル２２に電流を供給せず、開閉スイッチ２１はオフ（開）状態となって、電源Ｅと整流回路１３との間が切り離される。そのため、電源Ｅから誘導加熱装置１１への交流電力の供給が遮断され、誘導コイル３から定着ローラ２への電磁誘導加熱が不可能になる。このように、モータ２３ひいては定着ローラ２の回転を監視して、モータ２３が動作していないときには定着ローラ２を加熱させない構成とすることで、定着ローラ２が局部的に加熱され、当該定着ローラ２に悪影響を及ぼす懸念を一掃できる。
【００３７】
以上のように、この第２実施例では、定着ローラ２を可動させる駆動源としてのモータ２３と、モータ２３の動作状態を検知する検知手段２４とを備え、モータ２３が動作していない時に、定着ローラ２を加熱させない構成としている。
【００３８】
この場合、モータ２３が動作していなければ、それに連動する定着ローラ２も停止していると判断して、定着ローラ２への加熱を行なわないようにする。こうした定着ローラ２の可動監視によって、定着ローラ２が可動していない場合に局部的に加熱されるのを未然に防止して、当該定着ローラ２に悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００３９】
なお、この例では、モータ２３が回転していない時に、リレー２０を用いて電源Ｅからの電力供給を遮断する構成を採用したが、例えば検知手段２４の検知出力をマイクロコンピュータ５が受けて、モータ２３が回転していない場合には、スイッチング素子１９へのＰＷＭ信号を出力しないように構成しても、同様の作用効果を得ることができる。
【００４０】
図３は、本発明の第３実施例における誘導加熱装置２１の電気的構成を示している。同図において、ここでの誘導加熱装置２１は、電源Ｅからの交流電力を全波整流するために、４個のダイオード１２Ａ〜１２Ｄをブリッジ接続してなる整流回路１３と、この整流回路１３からの脈動電流を平滑するために、チョークコイル１４と平滑コンデンサ１５とにより構成される平滑回路１６とを備えた点は、第２実施例と共通しているが、加熱対象となる定着ローラ２に対して、第１の加熱手段である加熱回路３２と第２の加熱手段である加熱回路３３とを、平滑回路１６の出力側に並列に接続した点で、第２実施例と異なる。
【００４１】
第１の加熱回路３２は、誘導コイル３Ａと共振コンデンサ１７Ａとの並列回路により構成される共振回路１８Ａと、マイクロコンピュータ（図示せず）５からのＰＷＭ信号を受けてスイッチング動作され、前記平滑回路１６で平滑した直流電圧を共振回路１８Ａに断続的に印加する第１の発振回路４Ａのスイッチング素子１９Ａと、により構成される。また、第１の加熱回路３２と同様に第２の加熱回路３３も、誘導コイル３Ｂと共振コンデンサ１７Ｂとの並列回路により構成される共振回路１８Ｂと、マイクロコンピュータ（図示せず）５からのＰＷＭ信号を受けてスイッチング動作され、前記平滑回路１６で平滑した直流電圧を共振回路１８Ｂに断続的に印加する第２の発振回路４Ｂのスイッチング素子１９Ｂと、により構成される。つまり、この第３実施例では、共振回路１８と発振回路１９との直列回路が複数設けられており、第１の加熱回路３２を構成する誘導コイル３Ａが円筒状の定着ローラ２の中央部に対向配置され、第２の加熱回路３３を構成する誘導コイル３Ｂが円筒状の定着ローラ２の両側部に対向配置される。なお、ここでは第１の加熱回路３２と第３の加熱回路３３の２つについて開示したが、それ以上の数の加熱回路が存在しても構わない。
【００４２】
３５は、マイクロコンピュータ５からのＰＷＭ信号を、スイッチング素子１９Ａ，１９Ｂのいずれか一方に切替えて供給するための制御信号切替手段たるスイッチで、このスイッチ３５は、マイクロコンピュータ５から適切なタイミングで与えられる切替信号に基づき動作するようになっている。また３６は、共振回路１８Ａの誘導コイル３Ａまたは共振回路１８Ｂの誘導コイル３Ｂの何れかを選択的に短絡する短絡切替手段たるスイッチで、このスイッチ３６も前記マイクロコンピュータ５からの切替信号により動作するようになっており、具体的には、スイッチング素子１９ＡにＰＷＭ信号が供給されるように、スイッチ３５に切替信号が与えられ、それにより一方の誘導コイル３Ａが通電し、他方の誘導コイル３Ｂが通電していないときには、当該通電していない誘導コイル３Ｂの両端間が、同じ切替信号によって動作するスイッチ３６によって短絡され、逆にスイッチング素子１９ＢにＰＷＭ信号が供給されるように、スイッチ３５に切替信号が与えられ、それにより一方の誘導コイル３Ｂが通電し、他方の誘導コイル３Ａが通電していないときには、当該通電していない誘導コイル３Ａの両端間がスイッチ３６によって短絡される。
【００４３】
３７Ａ，３７Ｂは、ＩＧＢＴ素子からなる各スイッチング素子１９Ａ，１９Ｂのコレクタ・エミッタ間に逆並列接続されるダイオードで、スイッチング素子１９Ａとダイオード３７Ａとの並列回路により第１の発振回路４Ａを構成し、スイッチング素子１９Ｂとダイオード３７Ｂとの並列回路により第２の発振回路４Ｂを構成している。なお、ここでも定着ローラ２は、図示しないモータ２３からの駆動力により回転するようになっている。
【００４４】
次に、上記構成についてその作用を説明すると、電源２からの交流電力が整流回路１３および平滑回路１６によって整流平滑され、この平滑回路１６によって得られた直流電圧が、第１の加熱回路３２と第２の加熱回路３３にそれぞれ印加される。ここでマイクロコンピュータ５は、設定した出力電力に応じたパルス導通幅のＰＷＭ信号を出力すると共に、スイッチ３５を適切なタイミングで繰り返し切替えるような切替信号を、当該スイッチ３５に供給する。そのため、第１の加熱回路３２を構成するスイッチング素子１９ＡにＰＷＭ信号が供給されるように、スイッチ３５が切替えられている間は、平滑回路１６からの電流が共振回路１８Ａに断続的に供給される一方、別な共振回路１８Ｂには平滑回路１６からの電流が供給されず、誘導コイル３Ａから交番磁界が発生して、定着ローラ２の主に中央部が加熱される。また、第２の加熱回路３２を構成するスイッチング素子１９ＢにＰＷＭ信号が供給されるように、スイッチ３５が切替えられている間は、平滑回路１６からの電流が共振回路１８Ｂに断続的に供給される一方、別な共振回路１８Ａには平滑回路１６からの電流が供給されず、誘導コイル３Ｂから交番磁界が発生して、定着ローラ２の主に端部が加熱される。そして、このようなスイッチ３５の切替動作を繰り返すことにより、回転する定着ローラ２の中央部と端部が交互に加熱される。
【００４５】
また、ここではスイッチ３５と同期して別なスイッチ３６も切替動作を繰り返し、マイクロコンピュータ５からスイッチング素子１９ＡへのＰＷＭ信号により、一方の誘導コイル３Ａが通電している間は、他方の通電していない誘導コイル３Ｂがスイッチ３６により短絡され、マイクロコンピュータ５からスイッチング素子１９ＢへのＰＷＭ信号により、一方の誘導コイル３Ｂが通電している間は、他方の通電していない誘導コイル３Ａがスイッチ３６により短絡される。
【００４６】
ここで、例えば誘導コイル３Ｂが通電状態にあるとすると、当該誘導コイル３Ｂによる磁束が、磁性体である定着ローラ２を通過することにより、誘導コイル３Ａと定着ローラ２があたかもトランスのように作用して、通電していない誘導コイル３Ａに起電力を発生させる。このとき、スイッチ３６により誘導コイル３Ａの両端間を短絡すると、誘導コイル３Ａに電流が流れることとなり、誘導コイル３Ｂにとっての磁気的な負荷が増大して、誘導コイル３Ｂの電気振動の振幅が小さくなる。その結果、従来のような回生電流は発生しない。これは、誘導コイル３Ａが通電状態のときに、通電していない誘導コイル３Ｂを短絡した場合にも同じ効果が得られ、結果的に、スイッチング素子１９Ａ，１９Ｂによる損失や雑音の発生を低減できる。
【００４７】
図４は、前記従来例（改善前）と第３実施例（改善後）における各部の波形を比較して示している。改善前の波形図は前記図９と同じものであり、また改善後の波形図は、例えばスイッチング素子１９Ａのコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥと、誘導コイル３Ａからスイッチング素子１９Ａのコレクタに流れる電流ＩＣとの関係を示している。この波形図からも明らかなように、回生電流Ｉｒは電流Ｉ’の分だけ抑制されていることがわかる。
【００４８】
以上のように、この第３実施例では、複数の加熱手段である誘導コイル３Ａ，３Ｂを交互に通電する誘導加熱装置２１において、一方の加熱手段である例えば誘導コイル３Ａを通電中に、他方の加熱手段である非通電の誘導コイル３Ｂを例えばスイッチ３６で短絡する構成となっている。
【００４９】
この場合、通電する一方の誘導コイル３Ａと定着ローラ２との磁気的結合により、非通電の他方の誘導コイル３Ｂに起電力が発生するが、ここで他方の誘導コイル３Ｂを短絡すれば、この他方の誘導コイル３Ｂに電流が流れることにより、一方の誘導コイル３Ａに対する磁気的な負荷が増大して、回生電流が抑制される。そしてこれは、一方の誘導コイル３Ｂが通電し、他方の誘電コイル３Ａが通電していない時にも、同じことがいえる。そのため、少ないスペースで非通電の誘導コイル３Ａまたは誘導コイル３Ｂの何れかを短絡するだけで、回生電流を抑制でき、スイッチング素子１９Ａ，１９Ｂの損失や雑音の発生を低減できる。
【００５０】
図５は、本発明の第４実施例における誘導加熱装置４１の電気的構成を示している。同図において、誘導加熱装置４１は、第３実施例で説明したような第１の共振回路１８Ａと第２の共振回路１８Ｂを備え、分割した誘導コイル３Ａ，３Ｂにて、加熱対象である定着ローラ（図示せず）を加熱する構成となっている。またここでは、一方の共振回路１８Ａに関連して、電源Ｅからの交流電力を半波整流する１個のダイオード４２Ａからなる整流回路１３Ａと、この整流回路１３Ａからの脈動電流を平滑するために、チョークコイル１４Ａと平滑コンデンサ１５Ａとからなる平滑回路１６Ａとを備え、平滑回路１６Ａの出力側両端間に、前記共振回路１８Ａとスイッチング素子１９Ａとの直列回路が接続されると共に、他方の共振回路１８Ｂに関連して、電源Ｅからの交流電力を半波整流する１個のダイオード４２Ｂからなる整流回路１３Ｂと、この整流回路１３Ｂからの脈動電流を平滑するために、チョークコイル１４Ｂと平滑コンデンサ１５Ｂとからなる平滑回路１６Ｂとを備え、平滑回路１６Ｂの出力側両端間に、前記共振回路１８Ｂとスイッチング素子１９Ｂとの直列回路が接続される。このように、第４実施例では、第１の誘導コイル３Ａと第二の誘導コイル３Ｂのそれぞれに、半波整流用の整流回路１３Ａ，１３Ｂをそれぞれ備えている点が注目される。その他の構成は、上述した第３実施例と共通している。
【００５１】
本実施例では、電源Ｅの一側（図では電源Ｅの上側）から正の入力電力が発生する期間において、整流回路１３Ａを構成するダイオード４２Ａは導通する一方、別な整流回路１３Ｂを構成するダイオード４２Ｂは非導通となり、単独のダイオード４２Ａを通して、平滑回路１６Ａに電力が供給される（図５の電流経路Ｉを参照）。また、電源Ｅの他側（図では電源Ｅの下側）から正の入力電力が発生する期間になると、ダイオード４２Ｂは導通する一方、別なダイオード４２Ａは非導通となり、単独のダイオード４２Ｂを通して、平滑回路１６Ｂに電力が供給される。そのため、各々誘導コイル３Ａ，３Ｂについて、電流が通過するダイオード４２Ａ，４２Ｂは１個で済み、ダイオード１個分の損失を低減することが可能になる。なお、その他の共振回路１８Ａ，１８Ｂの動作に関しては、第３実施例と共通であるので、ここでの説明は省略する。
【００５２】
以上のように、この第４実施例では、複数の加熱手段であって、第１の加熱手段である誘導コイル３Ａおよび第２の加熱手段である誘導コイル３Ｂをそれぞれ通電する誘導加熱装置４１において、電源Ｅから供給される入力すなわち交流入力電力の正負のそれぞれを半波整流して、誘導コイル３Ａ，３Ｂに各々電流を供給する何れも単独の第１の整流手段たる第１のダイオード４２Ａと、第２の整流手段たる第２のダイオード４２Ｂを備えている。
【００５３】
こうすると、正の入力電力が発生すると、一方のダイオード４２Ａを通して、それに繋がる誘導コイル３Ａに電流が供給され、負の入力電力が発生すると、他方のダイオード４２Ｂを通して、それに繋がる誘導コイル３Ｂに電流が供給される。このように、電源Ｅから発生する入力電力が正負何れの場合であっても、１個のダイオード４２Ａ，４２Ｂを通して、複数の誘導コイル３Ａ，３Ｂの電流が供給されることになり、少ない損失で誘導コイル３Ａ，３Ｂにそれぞれ電流を供給できる。
【００５４】
図６は、本発明の第５実施例における誘導加熱装置５１の電気的構成を示している。同図において、誘導加熱装置５１は、図示しない定着ローラ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５２と、何れもＩＧＢＴなどからなる２個のスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂにより構成されるハーフブリッジ方式のインバータ５４と、ここでは前記誘導コイル３と共振コンデンサ１７との直列回路からなる共振回路５５と、をそれぞれ備えている。また、各スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂのコレクタ・エミッタ間には、ダイオード５６Ａ，５６Ｂが逆並列接続される。直流整流回路５２は、例えば第２実施例で示した整流回路１３や平滑回路１６によって構成される。なお、インバータ５４と共振回路５５の回路構成については、これに限定されるものではない。
【００５５】
６１は、共振回路５５への入力電圧を検知する入力電圧検知手段であり、また６２は、共振回路５５への入力電流を検知する入力電圧検知手段である。また６３は、入力電力検知手段６４とスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂの駆動手段６５とを内蔵した制御手段としての誘導加熱制御回路で、これは前述のマイクロコンピュータ５を含んでいる。入力電力検知手段６４は、入力電圧検知手段６１と入力電圧検知手段６２からの各検知出力を受けて、共振回路５５への入力電力を算出するものである。６６は、前記出力設定手段７に相当する信号入力手段であり、これは誘導加熱制御回路６３を任意の電力で動作させるために、目標となる入力電力の設定値を誘導加熱制御回路６３に送出するものである。
【００５６】
前記駆動手段６５は、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを交互にオン，オフする制御信号を、それぞれのスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂに供給するが、ここでは入力電力検知手段６４で算出検知された入力電力が、信号入力手段６６からの設定値に近づくように、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂに供給する制御信号の周波数を変化させて、誘導コイル３に流す電流を制御するようになっている。
【００５７】
図７は、共振回路５５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５５に供給する電流の周波数、すなわちスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂ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５５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５５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５５は容量性となる。
【００５８】
図８は、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂのスイッチングに伴うインバータ５４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５３Ａ，５３Ｂは、誘導加熱制御回路６３から供給されるパルス状の各制御信号によって、双方がオフになるデッドタイム期間を有しながら、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５４から共振回路５５に、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂのスイッチング周波数に同期した正弦波状のインバータ電流Ｉinvが供給される。
【００５９】
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５２にて直流に整流平滑され、インバータ５４に印加される。ここで誘導加熱制御回路６３は、信号入力手段６６から入力された情報によって、当該信号入力手段６６から目標となる入力電力（目標電力）が指示されると共に、入力電圧検知手段６１と入力電流検知手段６２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６４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、実際の入力電力を得る。そして誘導加熱制御回路６３に含まれる駆動手段６５は、入力電力検知手段６４で算出した入力電力が目標電力となるように、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂ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。
【００６０】
ここで図７に示すように、共振回路５５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５５は容量性となり、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂ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５３Ａ，５３Ｂ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５４が動作し始める加熱開始時には、インバータ５４や共振回路５５への突入電流を低くする必要があることから、駆動手段５５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５３Ａ，５３Ｂひいてはインバータ５４を動作させ始める。このとき、共振回路５５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５３Ａ，５３Ｂのスイッチング周波数を変化させるが、好ましくは、加熱開始時において、入力電力が誘導加熱装置５１の定格状態での最大電力の８０％以下となるスイッチング周波数で、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させる。これにより、共振回路５５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５３Ａ，５３Ｂをスイッチング動作させることができる。
【００６１】
ところで、図７に示す共振回路５５のインピーダンスと周波数との関係は、共振回路５５を構成する回路素子、具体的には誘導コイル３と共振コンデンサ１７の組み合わせで変化するが、通常の製造バラツキの範囲では、誘導コイル３のリアクタンスと共振コンデンサ１７の静電容量との組み合わせにより、図７に示すインピーダンス−周波数の関係を相似に保ちながら、共振周波数ｆｏが製品毎に異なるようになる。ここで、定着ローラ２に対する加熱電力とスイッチング周波数との関係は、共振回路５５のインピーダンスとスイッチング周波数との関係とほぼ等しくなる。
【００６２】
つまり、加熱電力と周波数の関係は、個々の共振回路５５で使用される誘導コイル３のリアクタンスと共振コンデンサ１７の静電容量により一定の関係になることから、駆動手段６５は、共振回路５５の各回路素子の電気的特性によるバラツキ範囲の組み合わせで最大となる共振周波数を予め記憶し、インバータ５４に制御信号を供給し始める加熱開始時に、前記記憶した最大となる共振周波数よりも高いスイッチング周波数でスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させ、その周波数での入力電力を入力電力検知手段６４で検知することにより、個々の製品毎に共振周波数ｆｏを予測できる。この予測した共振周波数ｆｏは駆動手段６５に記憶され、以後、駆動手段６５は、予測した共振周波数ｆｏ以下にならないようにインバータ５４の動作周波数の下限設定値を設定し、この下限設定値を最低のスイッチング周波数として、それ以上のスイッチング周波数でスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させ、定着ローラ２に対する加熱制御を続行する。これにより、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂにとって安全な周波数領域で、目標となる入力電力に対して出力可能な最大の電力で制御を行なうことが可能になる。
【００６３】
以上のように、この第５実施例では、誘導加熱を行なう加熱手段たる誘導コイル３を含む共振手段としての共振回路５５と、共振回路５５に電流を断続的に供給するスイッチング手段たるスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを含むインバータ５４と、共振回路５５への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６４と、入力電力検知手段６４からの検知出力に基づき、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂのスイッチング周波数を変化させて誘導コイル３に流す電流を制御する制御手段しての誘導加熱制御回路６３とを備えた誘導加熱装置において、誘導加熱制御回路６３は、加熱開始時に前記入力電力が、好ましくは定格状態での最大電力の８０％の所定値以下となるスイッチング周波数でスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させたときに、入力電力検知手段６４からの検知出力によりやや低めで、好ましくは所定すなわち最低のスイッチング周波数を設定するように構成している。
【００６４】
この場合、誘導コイル３が加熱を行なう電力とスイッチング周波数との関係は、個々の共振回路５５毎に一定の関係になることから、誘導コイル３への通電を行なう通電開始時に、共振回路５５への入力電力が所定値以下となるスイッチング周波数でスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させたときに、実際の入力電力がどの程度であるのかを検知すれば、複雑な構成を採用することなく、個々の共振回路５５における共振周波数ｆｏを正しく予測できる。そして、この予測した共振周波数ｆｏ以下にならないように、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させる最低のスイッチング周波数を設定することで、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂにとって安全な周波数領域で、目標電力に対して出力可能な最大な電力で制御を行なうことができる。
【００６５】
またここでは、加熱開始時に、共振回路５５の各素子のバラツキを考慮した最大の共振周波数以上のスイッチング周波数で、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させるように、誘導加熱制御回路６３を構成している。つまり、加熱開始時においても、共振回路５５のバラツキを考慮した最大共振周波数以上のスイッチング周波数でスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させるので、加熱開始時にスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを安全な周波数領域で動作させることができる。
【００６６】
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。
【符号の説明】
【００６７】
３Ａ，３Ｂ 誘導コイル（加熱手段）
４２Ａ 第１のダイオード（第１の整流手段）
４２Ｂ 第２のダイオード（第２の整流手段）
５３Ａ，５３Ｂ スイッチング素子（スイッチング手段）
５５ 共振回路（共振手段）
６３ 誘導加熱制御回路（制御手段）
６４ 入力電力検知手段（検知手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置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、加熱手段に電流を流すことで、定着体を加熱する構成となっており、定着体の温度変化が得られるようになっている。しかし、定着体が温度変化すると、定着体や誘導加熱装置に悪影響を及ぼす懸念を生じる。
【０００３】
また、駆動源により定着体を可動させることで、定着体の所定部を加熱することができるが、定着体を可動させずに誘導加熱を行なうと、加熱手段で定着体を局部的にしか過熱できず、この場合も定着体に悪影響を及ぼす懸念を生じる。
【０００４】
一方、複数の加熱手段を切替えて定着体を加熱させるものが、例えば特許文献２などに開示される。このような構成の誘導加熱装置において、図９は、従来の加熱手段からスイッチング手段に流れる電流ＩＣとの波形図を示しているが、所定状態で、そのスイッチング手段をオンすると、図９に示すようなスイッチング手段の回生電流Ｉｒが発生する。
【０００５】
この回生電流Ｉｒは、ある程度は抑制することが可能であるが、今度は図１０に示すように、スイッチング手段に短絡電流Ｉｓが発生し、これがスイッチング手段の損失となる。
【０００６】
以上の観点から、何らかの方法で、回生電流Ｉｒおよび短絡電流Ｉｓの何れも抑制することが可能であるが、その場合は大きなスペースを占有することになる。
【０００７】
また、定着体に対して複数の加熱手段を配置した誘導加熱装置では、図１１に示すように、入力を整流するために、多数の整流手段１０１Ａ〜１０１Ｄを備え、手段１０５Ａの動作により、加熱手段１０６Ａを含む共振回路１０８Ａに、電流が供給されるようになっている。
【０００８】
そして、従来は例えば入力が発生すると、整流回路１０２を構成する複数の整流手段１０１Ａ，１０１Ｃを通して電流が供給される（図１１の電流経路Ｉを参照）。しかし、複数の整流手段１０１Ａ，１０１Ｃまたは整流手段１０１Ｂ，１０１Ｄを電流が通過することになり、その分損失が増加するという問題があった。
【０００９】
一方、この種の誘導加熱装置は、誘導加熱を行なう加熱手段を含む共振手段への入力を検知して、その検知結果に基づき、制御手段がスイッチング手段の周波数を変化させて、入力の制御を行なうようになっている。この共振手段への電流は、周波数が所定周波数以下になると、スイッチング手段に短絡電流が流れる不具合を生じる。これを防止するには共振手段の電流を検知して、周波数が所定周波数以下にならないような制御を行なう必要があるが、回路構成が複雑になる懸念を生じていた。
【００１０】
また別な方法として、共振手段から予め周波数を求め、制御手段によりスイッチング手段の周波数が所定周波数以下にならないように、当該周波数の可変範囲に制限を設けることが考えられる。しかし、共振手段にはバラツキがあり、その周波数が変動するため、周波数の可変範囲は、バラツキに合せて設計されなければならない。そのため、周波数でスイッチング手段を動作させざるを得なくなる問題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１４５８８７号公報
【特許文献２】特開２００４−２１４０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑み、少ないスペースで回生電流を効果的に抑制でき、損失を低減できる誘導加熱装置を提供することにある。
【００１３】
また本発明の別な目的は、少ない損失で複数の加熱手段にそれぞれ電流を供給できる誘導加熱装置を提供することにある。
【００１４】
また本発明の別な目的は、複雑な構成とすることなく、共振手段の周波数を正しく予測することが可能な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】
【００１５】
本発明の請求項１に係る誘導加熱装置は、複数の加熱手段を各々通電する誘導加熱装置において、一方の前記加熱手段を通電中に、他方の非通電の前記加熱手段を短絡する構成としたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２に係る誘導加熱装置は、複数の加熱手段をそれぞれ通電する誘導加熱装置において、入力を整流して、第１の加熱手段と第２の加熱手段に各々電流を供給する第１の整流手段と第２の整流手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項３に係る誘導加熱装置は、誘導加熱を行なう加熱手段を含む共振手段と、前記共振手段に電流を供給するスイッチング手段と、前記共振手段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に流す電流を制御する制御手段とを備えた誘導加熱装置において、前記制御手段は、加熱手段への通電を行なう時に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た場合に、前記検知手段からの検知出力により所定の前記周波数を設定するものであることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項４に係る誘導加熱装置は、前記請求項３において、前記加熱手段への通電を行なう時には、前記共振手段の所定周波数以上の周波数で前記スイッチング手段を動作させる構成としたものである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、他方の加熱手段を短絡すれば、当該他方の加熱手段に電流が流れることにより、回生電流が抑制される。そのため、少ないスペースで非通電の加熱手段を短絡するだけで回生電流を抑制でき、損失を低減できる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、入力が発生すると、第１の整流手段を通して第１の加熱手段に電流が供給され、第２の整流手段を通して第２の加熱手段に電流が供給される。このように、１個の整流手段を通して複数の加熱手段の電流が供給されることになり、少ない損失で複数の加熱手段にそれぞれ電流を供給できる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、加熱手段への通電を行なう時に、共振手段への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た場合に、実際の入力がどの程度であるのかを検知すれば、複雑な構成を採用することなく、共振手段における周波数を正しく予測できる。そして、この予測した周波数以下にならないように、スイッチング手段を動作させる所定の周波数を設定することで、スイッチング手段にとって安全な周波数領域で、出力可能な制御を行なうことができる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、加熱手段への通電を行なう時においても、共振手段のバラツキを考慮した所定周波数以上の周波数でスイッチング手段を動作させるので、加熱手段への通電を行なう時にスイッチング手段を安全な周波数領域で動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施例における誘導加熱装置のブロック構成図である。
【図２】本発明の第２実施例における誘導加熱装置のブロック構成図である。
【図３】本発明の第３実施例における誘導加熱装置の回路図である。
【図４】同上、従来例（改善前）と第３実施例（改善後）における各部の波形図を示している。
【図５】本発明の第４実施例における誘導加熱装置の回路図である。
【図６】本発明の第５実施例における誘導加熱装置のブロック構成図である。
【図７】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８】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９】従来のスイッチング素子であるＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧と、誘導コイルからスイッチング素子のコレクタに流れる電流との関係を示す波形図である。
【図１０】従来のスイッチング素子であるＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧と、誘導コイルからスイッチング素子のコレクタに流れる電流との関係を示す別な波形図である。
【図１１】従来の誘導加熱装置の電気的構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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、同図において、１は加熱対象となる定着ローラ２を負荷とした誘導加熱装置で、後述する誘導加熱装置２の各部は、電源Ｅからの交流電力を受けて動作するようになっている。また３は、前記定着ローラ２を電磁誘導加熱する誘導コイルで、この誘導コイル３と発振回路４とによる直列回路が、前記電源Ｅの両端間に接続される。前記定着ローラ２は、誘導コイル３に近接して設けられ、当該誘導コイル３からの交番磁界を受けて発熱する磁性部材で構成される。また、発振回路４の内部には図示しないスイッチング素子が設けられ、後述するマイクロコンピュータ５からの制御信号であるＰＷＭ信号を受けて、このスイッチング素子がスイッチング動作することにより、誘導コイル３に高周波電流が供給され、当該誘導コイル３から定着ローラ２に交番磁界が発生するようになっている。
【００２６】
６は、例えば図示しない複写機本体に取付けられた定着ローラ２の温度を検知し、電気的な温度信号に変換して出力する温度検知手段である。また７は、誘導コイル３から定着ローラ２への加熱出力を設定して、その設定信号を出力する出力設定手段であり、これは例えば一乃至複数のスイッチなどで構成される。
【００２７】
マイクロコンピュータ５は、誘導加熱装置１の各部を制御する制御手段として設けられ、ここでは温度検知手段６からの温度信号と、出力設定手段７からの設定信号とに基づいて、発振回路４にＰＷＭ（パルス幅制御）信号を供給し、誘導コイル３の発熱量を含めた動作全般を制御するようになっている。
【００２８】
次に、上記構成についてその作用を説明すると、出力設定手段７により誘導コイル３から定着ローラ２への加熱出力を設定し、その設定した加熱出力に見合う設定信号が出力設定手段７からマイクロコンピュータ５に出力されると、この設定信号に基づく一定周期のパルス幅導通幅のＰＷＭ信号が発振回路４に出力され、誘導コイル３に高周波電流が供給される。これにより、誘導コイル３と定着ローラ２との間に磁束が発生し、その磁束線が定着ローラ２を通るときに、当該定着ローラ２に渦電流が発生する。この渦電流は、定着ローラ２の電気抵抗によって熱に変わり、定着ローラ２が設定した加熱出力で加熱される。
【００２９】
このとき、温度検知手段６は定着ローラ２の表面温度を検知し、その温度信号をマイクロコンピュータ５にフードバック出力する。マイクロコンピュータ５は、温度検知手段６からの温度信号を受けて、定着ローラ２の表面温度上昇の傾きを算出する異常温度監視を行ない、一定時間における温度上昇が所定値以上であったら、異常温度状態であると判断して、発振回路４へのＰＷＭ信号の送出を停止する。これにより、例えばユーザが出力設定手段７で最高加熱出力を設定する最高出力ボタンと、最低加熱出力を設定する最低出力ボタンとを間違って操作したり、外来ノイズで最高出力ボタンが不意に押された場合など、出力設定手段７が誤って操作された場合であっても、マイクロコンピュータ５が温度検知手段６からの温度信号により、異常温度状態の発生時に発振回路４の緊急停止を行なわせるため、定着ローラ２が急激に温度上昇することに伴い、定着ローラ２や誘導加熱装置１に悪影響を及ぼす懸念を一掃することができる。
【００３０】
以上のように、この第１実施例では、定着体である定着ローラ２が急激に温度上昇した場合に、当該定着ローラ２や誘導加熱装置１に悪影響を及ぼさないようにするために、誘導コイル３で電磁誘導加熱される定着ローラ２の温度変化量を算出して、当該定着ローラ２における異常温度の監視を行ない、異常温度状態の時に定着ローラ２への加熱を停止させる制御手段としてのマイクロコンピュータ５を、誘導加熱装置１に備えている。
【００３１】
この場合、定着ローラ２が温度変化を起こし、定着ローラ２の温度変化量が一定値以上になって、温度変化状態が異常になると、これを異常温度状態であるとマイクロコンピュータ５が判断して、定着ローラ２への加熱を緊急に停止させる。こうしたマイクロコンピュータ５の温度制御によって、定着ローラ２が温度変化して急激に温度上昇した場合でも、定着ローラ２や誘導加熱装置１に悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００３２】
なお、第１実施例では定着ローラ２や出力設定手段７を備えた複写機に対し、誘導加熱装置１を組み込む構成となっているが、誘導加熱装置１が定着ローラ２や出力設定手段７を備えたユニット構成であってもよく、この誘導加熱装置１が複写機に組み込まれる構成であっても構わない。また、温度検知手段６は定着ローラ２の温度が検知できるものならば、どのような形態のものであっても構わない。
【００３３】
図２は、本発明の第２実施例における誘導加熱装置１１の電気的構成を示している。同図において、ここでの誘導加熱装置１１は、加熱対象となる定着ローラ２を負荷として、電源Ｅからの交流電力を全波整流するために、４個のダイオード１２Ａ〜１２Ｄをブリッジ接続してなる整流回路１３と、この整流回路１３からの脈動電流を平滑するために、チョークコイル１４と平滑コンデンサ１５とにより構成される平滑回路１６と、前記誘導コイル３と共振コンデンサ１７との並列回路により構成される共振回路１８と、ここでは図示しないマイクロコンピュータ５からのＰＷＭ信号を受けてスイッチング動作され、前記平滑回路１６で平滑した直流電圧を共振回路１８に断続的に印加する発振回路４のスイッチング素子１９と、電源Ｅから整流回路１３への電力の供給を可能または不可能に切替える切替手段としてのリレー２０と、を備えて構成される。このリレー２０は、電源Ｅと整流回路１３との間の電力供給ラインに挿入接続される開閉スイッチ２１と、この開閉スイッチ２１と対をなすコイル２２とにより構成され、コイル２２に供給する電流の通断電に応じて、開閉スイッチ２１がオンまたはオフするようになっている。
【００３４】
２３は、定着ローラ２を可動すなわち回転させる駆動源としてのモータである。このモータ２３には、誘導コイル３に高周波電流が供給され、定着ローラ２が発熱している時に、当該定着ローラ２を回転させる駆動信号が、図示しない複写機のモータ制御手段から与えられる。また２４は、モータ２３の動作状態すなわちモータ２３が回転している否かを検知する検知手段であり、これはモータ２３が回転しているときに前記コイル２２に電流を供給するもので、この電流供給を受けてリレー２０の開閉スイッチ２１がオン（閉）状態となり、電源Ｅから誘導加熱装置１１に電力供給が可能になるように構成している。
【００３５】
次に、上記構成について、その作用を説明する。定着ローラ２を加熱する場合には、マイクロコンピュータ５からのＰＷＭ信号がスイッチング素子１９に与えられると共に、図示しないモータ制御手段から、定着ローラ２を回転させるための駆動信号がモータ２３に与えられる。これにより、モータ２３が回転し、それに連動する定着ローラ２も回転すると、検知手段２４はリレー２０のコイル２２に電流を供給し、開閉スイッチ２１がオンして、電源Ｅと整流回路１３が電気的に接続する。そのため、電源Ｅからの交流電力が整流回路１３および平滑回路１６によって整流平滑され、この平滑回路１６からの電流が、スイッチング素子１９のスイッチング動作に伴い、共振回路１８に断続的に供給されることで、誘導コイル３から交番磁界が発生して定着ローラ２が電磁誘導加熱される。
【００３６】
一方、モータ２３が停止し、定着ローラ２も停止している時には、モータ２３の回転を検知する検知手段２４が、リレー２０のコイル２２に電流を供給せず、開閉スイッチ２１はオフ（開）状態となって、電源Ｅと整流回路１３との間が切り離される。そのため、電源Ｅから誘導加熱装置１１への交流電力の供給が遮断され、誘導コイル３から定着ローラ２への電磁誘導加熱が不可能になる。このように、モータ２３ひいては定着ローラ２の回転を監視して、モータ２３が動作していないときには定着ローラ２を加熱させない構成とすることで、定着ローラ２が局部的に加熱され、当該定着ローラ２に悪影響を及ぼす懸念を一掃できる。
【００３７】
以上のように、この第２実施例では、定着ローラ２を可動させる駆動源としてのモータ２３と、モータ２３の動作状態を検知する検知手段２４とを備え、モータ２３が動作していない時に、定着ローラ２を加熱させない構成としている。
【００３８】
この場合、モータ２３が動作していなければ、それに連動する定着ローラ２も停止していると判断して、定着ローラ２への加熱を行なわないようにする。こうした定着ローラ２の可動監視によって、定着ローラ２が可動していない場合に局部的に加熱されるのを未然に防止して、当該定着ローラ２に悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００３９】
なお、この例では、モータ２３が回転していない時に、リレー２０を用いて電源Ｅからの電力供給を遮断する構成を採用したが、例えば検知手段２４の検知出力をマイクロコンピュータ５が受けて、モータ２３が回転していない場合には、スイッチング素子１９へのＰＷＭ信号を出力しないように構成しても、同様の作用効果を得ることができる。
【００４０】
図３は、本発明の第３実施例における誘導加熱装置２１の電気的構成を示している。同図において、ここでの誘導加熱装置２１は、電源Ｅからの交流電力を全波整流するために、４個のダイオード１２Ａ〜１２Ｄをブリッジ接続してなる整流回路１３と、この整流回路１３からの脈動電流を平滑するために、チョークコイル１４と平滑コンデンサ１５とにより構成される平滑回路１６とを備えた点は、第２実施例と共通しているが、加熱対象となる定着ローラ２に対して、第１の加熱手段である加熱回路３２と第２の加熱手段である加熱回路３３とを、平滑回路１６の出力側に並列に接続した点で、第２実施例と異なる。
【００４１】
第１の加熱回路３２は、誘導コイル３Ａと共振コンデンサ１７Ａとの並列回路により構成される共振回路１８Ａと、マイクロコンピュータ（図示せず）５からのＰＷＭ信号を受けてスイッチング動作され、前記平滑回路１６で平滑した直流電圧を共振回路１８Ａに断続的に印加する第１の発振回路４Ａのスイッチング素子１９Ａと、により構成される。また、第１の加熱回路３２と同様に第２の加熱回路３３も、誘導コイル３Ｂと共振コンデンサ１７Ｂとの並列回路により構成される共振回路１８Ｂと、マイクロコンピュータ（図示せず）５からのＰＷＭ信号を受けてスイッチング動作され、前記平滑回路１６で平滑した直流電圧を共振回路１８Ｂに断続的に印加する第２の発振回路４Ｂのスイッチング素子１９Ｂと、により構成される。つまり、この第３実施例では、共振回路１８と発振回路１９との直列回路が複数設けられており、第１の加熱回路３２を構成する誘導コイル３Ａが円筒状の定着ローラ２の中央部に対向配置され、第２の加熱回路３３を構成する誘導コイル３Ｂが円筒状の定着ローラ２の両側部に対向配置される。なお、ここでは第１の加熱回路３２と第３の加熱回路３３の２つについて開示したが、それ以上の数の加熱回路が存在しても構わない。
【００４２】
３５は、マイクロコンピュータ５からのＰＷＭ信号を、スイッチング素子１９Ａ，１９Ｂのいずれか一方に切替えて供給するための制御信号切替手段たるスイッチで、このスイッチ３５は、マイクロコンピュータ５から適切なタイミングで与えられる切替信号に基づき動作するようになっている。また３６は、共振回路１８Ａの誘導コイル３Ａまたは共振回路１８Ｂの誘導コイル３Ｂの何れかを選択的に短絡する短絡切替手段たるスイッチで、このスイッチ３６も前記マイクロコンピュータ５からの切替信号により動作するようになっており、具体的には、スイッチング素子１９ＡにＰＷＭ信号が供給されるように、スイッチ３５に切替信号が与えられ、それにより一方の誘導コイル３Ａが通電し、他方の誘導コイル３Ｂが通電していないときには、当該通電していない誘導コイル３Ｂの両端間が、同じ切替信号によって動作するスイッチ３６によって短絡され、逆にスイッチング素子１９ＢにＰＷＭ信号が供給されるように、スイッチ３５に切替信号が与えられ、それにより一方の誘導コイル３Ｂが通電し、他方の誘導コイル３Ａが通電していないときには、当該通電していない誘導コイル３Ａの両端間がスイッチ３６によって短絡される。
【００４３】
３７Ａ，３７Ｂは、ＩＧＢＴ素子からなる各スイッチング素子１９Ａ，１９Ｂのコレクタ・エミッタ間に逆並列接続されるダイオードで、スイッチング素子１９Ａとダイオード３７Ａとの並列回路により第１の発振回路４Ａを構成し、スイッチング素子１９Ｂとダイオード３７Ｂとの並列回路により第２の発振回路４Ｂを構成している。なお、ここでも定着ローラ２は、図示しないモータ２３からの駆動力により回転するようになっている。
【００４４】
次に、上記構成についてその作用を説明すると、電源２からの交流電力が整流回路１３および平滑回路１６によって整流平滑され、この平滑回路１６によって得られた直流電圧が、第１の加熱回路３２と第２の加熱回路３３にそれぞれ印加される。ここでマイクロコンピュータ５は、設定した出力電力に応じたパルス導通幅のＰＷＭ信号を出力すると共に、スイッチ３５を適切なタイミングで繰り返し切替えるような切替信号を、当該スイッチ３５に供給する。そのため、第１の加熱回路３２を構成するスイッチング素子１９ＡにＰＷＭ信号が供給されるように、スイッチ３５が切替えられている間は、平滑回路１６からの電流が共振回路１８Ａに断続的に供給される一方、別な共振回路１８Ｂには平滑回路１６からの電流が供給されず、誘導コイル３Ａから交番磁界が発生して、定着ローラ２の主に中央部が加熱される。また、第２の加熱回路３２を構成するスイッチング素子１９ＢにＰＷＭ信号が供給されるように、スイッチ３５が切替えられている間は、平滑回路１６からの電流が共振回路１８Ｂに断続的に供給される一方、別な共振回路１８Ａには平滑回路１６からの電流が供給されず、誘導コイル３Ｂから交番磁界が発生して、定着ローラ２の主に端部が加熱される。そして、このようなスイッチ３５の切替動作を繰り返すことにより、回転する定着ローラ２の中央部と端部が交互に加熱される。
【００４５】
また、ここではスイッチ３５と同期して別なスイッチ３６も切替動作を繰り返し、マイクロコンピュータ５からスイッチング素子１９ＡへのＰＷＭ信号により、一方の誘導コイル３Ａが通電している間は、他方の通電していない誘導コイル３Ｂがスイッチ３６により短絡され、マイクロコンピュータ５からスイッチング素子１９ＢへのＰＷＭ信号により、一方の誘導コイル３Ｂが通電している間は、他方の通電していない誘導コイル３Ａがスイッチ３６により短絡される。
【００４６】
ここで、例えば誘導コイル３Ｂが通電状態にあるとすると、当該誘導コイル３Ｂによる磁束が、磁性体である定着ローラ２を通過することにより、誘導コイル３Ａと定着ローラ２があたかもトランスのように作用して、通電していない誘導コイル３Ａに起電力を発生させる。このとき、スイッチ３６により誘導コイル３Ａの両端間を短絡すると、誘導コイル３Ａに電流が流れることとなり、誘導コイル３Ｂにとっての磁気的な負荷が増大して、誘導コイル３Ｂの電気振動の振幅が小さくなる。その結果、従来のような回生電流は発生しない。これは、誘導コイル３Ａが通電状態のときに、通電していない誘導コイル３Ｂを短絡した場合にも同じ効果が得られ、結果的に、スイッチング素子１９Ａ，１９Ｂによる損失や雑音の発生を低減できる。
【００４７】
図４は、前記従来例（改善前）と第３実施例（改善後）における各部の波形を比較して示している。改善前の波形図は前記図９と同じものであり、また改善後の波形図は、例えばスイッチング素子１９Ａのコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥと、誘導コイル３Ａからスイッチング素子１９Ａのコレクタに流れる電流ＩＣとの関係を示している。この波形図からも明らかなように、回生電流Ｉｒは電流Ｉ’の分だけ抑制されていることがわかる。
【００４８】
以上のように、この第３実施例では、複数の加熱手段である誘導コイル３Ａ，３Ｂを交互に通電する誘導加熱装置２１において、一方の加熱手段である例えば誘導コイル３Ａを通電中に、他方の加熱手段である非通電の誘導コイル３Ｂを例えばスイッチ３６で短絡する構成となっている。
【００４９】
この場合、通電する一方の誘導コイル３Ａと定着ローラ２との磁気的結合により、非通電の他方の誘導コイル３Ｂに起電力が発生するが、ここで他方の誘導コイル３Ｂを短絡すれば、この他方の誘導コイル３Ｂに電流が流れることにより、一方の誘導コイル３Ａに対する磁気的な負荷が増大して、回生電流が抑制される。そしてこれは、一方の誘導コイル３Ｂが通電し、他方の誘電コイル３Ａが通電していない時にも、同じことがいえる。そのため、少ないスペースで非通電の誘導コイル３Ａまたは誘導コイル３Ｂの何れかを短絡するだけで、回生電流を抑制でき、スイッチング素子１９Ａ，１９Ｂの損失や雑音の発生を低減できる。
【００５０】
図５は、本発明の第４実施例における誘導加熱装置４１の電気的構成を示している。同図において、誘導加熱装置４１は、第３実施例で説明したような第１の共振回路１８Ａと第２の共振回路１８Ｂを備え、分割した誘導コイル３Ａ，３Ｂにて、加熱対象である定着ローラ（図示せず）を加熱する構成となっている。またここでは、一方の共振回路１８Ａに関連して、電源Ｅからの交流電力を半波整流する１個のダイオード４２Ａからなる整流回路１３Ａと、この整流回路１３Ａからの脈動電流を平滑するために、チョークコイル１４Ａと平滑コンデンサ１５Ａとからなる平滑回路１６Ａとを備え、平滑回路１６Ａの出力側両端間に、前記共振回路１８Ａとスイッチング素子１９Ａとの直列回路が接続されると共に、他方の共振回路１８Ｂに関連して、電源Ｅからの交流電力を半波整流する１個のダイオード４２Ｂからなる整流回路１３Ｂと、この整流回路１３Ｂからの脈動電流を平滑するために、チョークコイル１４Ｂと平滑コンデンサ１５Ｂとからなる平滑回路１６Ｂとを備え、平滑回路１６Ｂの出力側両端間に、前記共振回路１８Ｂとスイッチング素子１９Ｂとの直列回路が接続される。このように、第４実施例では、第１の誘導コイル３Ａと第二の誘導コイル３Ｂのそれぞれに、半波整流用の整流回路１３Ａ，１３Ｂをそれぞれ備えている点が注目される。その他の構成は、上述した第３実施例と共通している。
【００５１】
本実施例では、電源Ｅの一側（図では電源Ｅの上側）から正の入力電力が発生する期間において、整流回路１３Ａを構成するダイオード４２Ａは導通する一方、別な整流回路１３Ｂを構成するダイオード４２Ｂは非導通となり、単独のダイオード４２Ａを通して、平滑回路１６Ａに電力が供給される（図５の電流経路Ｉを参照）。また、電源Ｅの他側（図では電源Ｅの下側）から正の入力電力が発生する期間になると、ダイオード４２Ｂは導通する一方、別なダイオード４２Ａは非導通となり、単独のダイオード４２Ｂを通して、平滑回路１６Ｂに電力が供給される。そのため、各々誘導コイル３Ａ，３Ｂについて、電流が通過するダイオード４２Ａ，４２Ｂは１個で済み、ダイオード１個分の損失を低減することが可能になる。なお、その他の共振回路１８Ａ，１８Ｂの動作に関しては、第３実施例と共通であるので、ここでの説明は省略する。
【００５２】
以上のように、この第４実施例では、複数の加熱手段であって、第１の加熱手段である誘導コイル３Ａおよび第２の加熱手段である誘導コイル３Ｂをそれぞれ通電する誘導加熱装置４１において、電源Ｅから供給される入力すなわち交流入力電力の正負のそれぞれを半波整流して、誘導コイル３Ａ，３Ｂに各々電流を供給する何れも単独の第１の整流手段たる第１のダイオード４２Ａと、第２の整流手段たる第２のダイオード４２Ｂを備えている。
【００５３】
こうすると、正の入力電力が発生すると、一方のダイオード４２Ａを通して、それに繋がる誘導コイル３Ａに電流が供給され、負の入力電力が発生すると、他方のダイオード４２Ｂを通して、それに繋がる誘導コイル３Ｂに電流が供給される。このように、電源Ｅから発生する入力電力が正負何れの場合であっても、１個のダイオード４２Ａ，４２Ｂを通して、複数の誘導コイル３Ａ，３Ｂの電流が供給されることになり、少ない損失で誘導コイル３Ａ，３Ｂにそれぞれ電流を供給できる。
【００５４】
図６は、本発明の第５実施例における誘導加熱装置５１の電気的構成を示している。同図において、誘導加熱装置５１は、図示しない定着ローラ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５２と、何れもＩＧＢＴなどからなる２個のスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂにより構成されるハーフブリッジ方式のインバータ５４と、ここでは前記誘導コイル３と共振コンデンサ１７との直列回路からなる共振回路５５と、をそれぞれ備えている。また、各スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂのコレクタ・エミッタ間には、ダイオード５６Ａ，５６Ｂが逆並列接続される。直流整流回路５２は、例えば第２実施例で示した整流回路１３や平滑回路１６によって構成される。なお、インバータ５４と共振回路５５の回路構成については、これに限定されるものではない。
【００５５】
６１は、共振回路５５への入力電圧を検知する入力電圧検知手段であり、また６２は、共振回路５５への入力電流を検知する入力電圧検知手段である。また６３は、入力電力検知手段６４とスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂの駆動手段６５とを内蔵した制御手段としての誘導加熱制御回路で、これは前述のマイクロコンピュータ５を含んでいる。入力電力検知手段６４は、入力電圧検知手段６１と入力電圧検知手段６２からの各検知出力を受けて、共振回路５５への入力電力を算出するものである。６６は、前記出力設定手段７に相当する信号入力手段であり、これは誘導加熱制御回路６３を任意の電力で動作させるために、目標となる入力電力の設定値を誘導加熱制御回路６３に送出するものである。
【００５６】
前記駆動手段６５は、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを交互にオン，オフする制御信号を、それぞれのスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂに供給するが、ここでは入力電力検知手段６４で算出検知された入力電力が、信号入力手段６６からの設定値に近づくように、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂに供給する制御信号の周波数を変化させて、誘導コイル３に流す電流を制御するようになっている。
【００５７】
図７は、共振回路５５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５５に供給する電流の周波数、すなわちスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂ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５５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５５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５５は容量性となる。
【００５８】
図８は、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂのスイッチングに伴うインバータ５４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５３Ａ，５３Ｂは、誘導加熱制御回路６３から供給されるパルス状の各制御信号によって、双方がオフになるデッドタイム期間を有しながら、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５４から共振回路５５に、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂのスイッチング周波数に同期した正弦波状のインバータ電流Ｉinvが供給される。
【００５９】
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５２にて直流に整流平滑され、インバータ５４に印加される。ここで誘導加熱制御回路６３は、信号入力手段６６から入力された情報によって、当該信号入力手段６６から目標となる入力電力（目標電力）が指示されると共に、入力電圧検知手段６１と入力電流検知手段６２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６４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、実際の入力電力を得る。そして誘導加熱制御回路６３に含まれる駆動手段６５は、入力電力検知手段６４で算出した入力電力が目標電力となるように、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂ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。
【００６０】
ここで図７に示すように、共振回路５５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５５は容量性となり、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂ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５３Ａ，５３Ｂ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５４が動作し始める加熱開始時には、インバータ５４や共振回路５５への突入電流を低くする必要があることから、駆動手段５５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５３Ａ，５３Ｂひいてはインバータ５４を動作させ始める。このとき、共振回路５５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５３Ａ，５３Ｂのスイッチング周波数を変化させるが、好ましくは、加熱開始時において、入力電力が誘導加熱装置５１の定格状態での最大電力の８０％以下となるスイッチング周波数で、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させる。これにより、共振回路５５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５３Ａ，５３Ｂをスイッチング動作させることができる。
【００６１】
ところで、図７に示す共振回路５５のインピーダンスと周波数との関係は、共振回路５５を構成する回路素子、具体的には誘導コイル３と共振コンデンサ１７の組み合わせで変化するが、通常の製造バラツキの範囲では、誘導コイル３のリアクタンスと共振コンデンサ１７の静電容量との組み合わせにより、図７に示すインピーダンス−周波数の関係を相似に保ちながら、共振周波数ｆｏが製品毎に異なるようになる。ここで、定着ローラ２に対する加熱電力とスイッチング周波数との関係は、共振回路５５のインピーダンスとスイッチング周波数との関係とほぼ等しくなる。
【００６２】
つまり、加熱電力と周波数の関係は、個々の共振回路５５で使用される誘導コイル３のリアクタンスと共振コンデンサ１７の静電容量により一定の関係になることから、駆動手段６５は、共振回路５５の各回路素子の電気的特性によるバラツキ範囲の組み合わせで最大となる共振周波数を予め記憶し、インバータ５４に制御信号を供給し始める加熱開始時に、前記記憶した最大となる共振周波数よりも高いスイッチング周波数でスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させ、その周波数での入力電力を入力電力検知手段６４で検知することにより、個々の製品毎に共振周波数ｆｏを予測できる。この予測した共振周波数ｆｏは駆動手段６５に記憶され、以後、駆動手段６５は、予測した共振周波数ｆｏ以下にならないようにインバータ５４の動作周波数の下限設定値を設定し、この下限設定値を最低のスイッチング周波数として、それ以上のスイッチング周波数でスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させ、定着ローラ２に対する加熱制御を続行する。これにより、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂにとって安全な周波数領域で、目標となる入力電力に対して出力可能な最大の電力で制御を行なうことが可能になる。
【００６３】
以上のように、この第５実施例では、誘導加熱を行なう加熱手段たる誘導コイル３を含む共振手段としての共振回路５５と、共振回路５５に電流を断続的に供給するスイッチング手段たるスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを含むインバータ５４と、共振回路５５への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６４と、入力電力検知手段６４からの検知出力に基づき、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂのスイッチング周波数を変化させて誘導コイル３に流す電流を制御する制御手段しての誘導加熱制御回路６３とを備えた誘導加熱装置において、誘導加熱制御回路６３は、加熱開始時に前記入力電力が、好ましくは定格状態での最大電力の８０％の所定値以下となるスイッチング周波数でスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させたときに、入力電力検知手段６４からの検知出力によりやや低めで、好ましくは所定すなわち最低のスイッチング周波数を設定するように構成している。
【００６４】
この場合、誘導コイル３が加熱を行なう電力とスイッチング周波数との関係は、個々の共振回路５５毎に一定の関係になることから、誘導コイル３への通電を行なう通電開始時に、共振回路５５への入力電力が所定値以下となるスイッチング周波数でスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させたときに、実際の入力電力がどの程度であるのかを検知すれば、複雑な構成を採用することなく、個々の共振回路５５における共振周波数ｆｏを正しく予測できる。そして、この予測した共振周波数ｆｏ以下にならないように、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させる最低のスイッチング周波数を設定することで、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂにとって安全な周波数領域で、目標電力に対して出力可能な最大な電力で制御を行なうことができる。
【００６５】
またここでは、加熱開始時に、共振回路５５の各素子のバラツキを考慮した最大の共振周波数以上のスイッチング周波数で、スイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させるように、誘導加熱制御回路６３を構成している。つまり、加熱開始時においても、共振回路５５のバラツキを考慮した最大共振周波数以上のスイッチング周波数でスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを動作させるので、加熱開始時にスイッチング素子５３Ａ，５３Ｂを安全な周波数領域で動作させることができる。
【００６６】
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。
【符号の説明】
【００６７】
３Ａ，３Ｂ 誘導コイル（加熱手段）
４２Ａ 第１のダイオード（第１の整流手段）
４２Ｂ 第２のダイオード（第２の整流手段）
５３Ａ，５３Ｂ スイッチング素子（スイッチング手段）
５５ 共振回路（共振手段）
６３ 誘導加熱制御回路（制御手段）
６４ 入力電力検知手段（検知手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の加熱手段を各々通電する誘導加熱装置において、
一方の前記加熱手段を通電中に、他方の非通電の前記加熱手段を短絡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】
複数の加熱手段をそれぞれ通電する誘導加熱装置において、
入力を整流して、第１の加熱手段と第２の加熱手段に各々電流を供給する第１の整流手段と第２の整流手段を備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項３】
誘導加熱を行なう加熱手段を含む共振手段と、
前記共振手段に電流を供給するスイッチング手段と、
前記共振手段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に流す電流を制御する制御手段とを備えた誘導加熱装置において、
前記制御手段は、加熱手段への通電を行なう時に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た場合に、前記検知手段からの検知出力によりやや低めの前記周波数を設定するものであることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項４】
前記加熱手段への通電を行なう時には、前記共振手段の所定周波数以上の周波数で前記スイッチング手段を動作させる構成としたことを特徴とする請求項３記載の誘導加熱装置。
【請求項１】
複数の加熱手段を各々通電する誘導加熱装置において、
一方の前記加熱手段を通電中に、他方の非通電の前記加熱手段を短絡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】
複数の加熱手段をそれぞれ通電する誘導加熱装置において、
入力を整流して、第１の加熱手段と第２の加熱手段に各々電流を供給する第１の整流手段と第２の整流手段を備えたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項３】
誘導加熱を行なう加熱手段を含む共振手段と、
前記共振手段に電流を供給するスイッチング手段と、
前記共振手段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に流す電流を制御する制御手段とを備えた誘導加熱装置において、
前記制御手段は、加熱手段への通電を行なう時に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た場合に、前記検知手段からの検知出力によりやや低めの前記周波数を設定するものであることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項４】
前記加熱手段への通電を行なう時には、前記共振手段の所定周波数以上の周波数で前記スイッチング手段を動作させる構成としたことを特徴とする請求項３記載の誘導加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１６０４７８（Ｐ２０１２−１６０４７８Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１０６８０７（Ｐ２０１２−１０６８０７）
【出願日】平成２４年５月８日（２０１２．５．８）
【分割の表示】特願２０１１−１９３１８３（Ｐ２０１１−１９３１８３）の分割
【原出願日】平成１９年１０月５日（２００７．１０．５）
【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２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月８日（２０１２．５．８）
【分割の表示】特願２０１１−１９３１８３（Ｐ２０１１−１９３１８３）の分割
【原出願日】平成１９年１０月５日（２００７．１０．５）
【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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