專利名稱：升壓電路、電源單元以及使用其的成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開通常涉及一種用于對(duì)輸入到用來(lái)加熱物體的感應(yīng)加熱單元的電壓進(jìn)行升壓的升壓電路，并且更具體地，涉及一種包括升壓電路的電源單元和包括具有升壓電路的電源單元的成像裝置。
背景技術(shù)：
通常，可以通過(guò)諸如交流電(AC)的商用電源來(lái)驅(qū)動(dòng)感應(yīng)加熱單元(IH單元)。
這樣的IH單元可能具有保護(hù)功能，可以保護(hù)IH單元不受諸如雷電引起的電壓浪涌、瞬間電源故障、突然的電壓降低和突然的電壓增加的反常因素的影響。
此后，當(dāng)需要時(shí)，為了描述簡(jiǎn)單可以將感應(yīng)加熱單元術(shù)語(yǔ)化為“IH單元”。
IH單元可以具有電壓諧振電路，該電壓諧振電路可以生成具有通過(guò)將輸入電壓乘以“Q因子”而獲得的值的電壓。這樣的“Q因子”意指“品質(zhì)因子”(此后，當(dāng)需要時(shí)稱為“Q因子”)。
這樣的“Q因子”可以用作指示電壓諧振電路的性能級(jí)別的指示器。
可以用具有以下設(shè)置的下列等式(1)和(2)計(jì)算這樣的“Q因子”電壓諧振電路的頻率為“ω0”；線圈電感為“L”；電容器的電容為“C”；并且電路的等效電阻值為“R”。
(1)Q＝ω0L/R(2)Q＝(1/R)×(1/ω0C)例如，在串聯(lián)諧振電路的情況下，線圈或電容器的電壓可以變成下述電壓值，即可以通過(guò)將電源提供的輸入電壓乘以“Q因子”而得到的電壓值。
電路可以具有電子開關(guān)，其可以被用于對(duì)相對(duì)較大的功率(或電流)進(jìn)行開關(guān)操作。
例如，這樣的電子開關(guān)可以包括“絕緣柵雙極晶體管(IGBT)”。此后，為了表達(dá)簡(jiǎn)單，可以將“絕緣柵雙極晶體管”術(shù)語(yǔ)化為“IGBT”。
圖1示出了IGBT的示例電路，而圖2示出了當(dāng)向用于感應(yīng)加熱的IGBT輸入1,200W(瓦)的電功率時(shí)，IGBT的每個(gè)端子的示例輸出波形。
IGBT可以是雙極型晶體管，在該IGBT的柵極部分可以放置MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)110，并且該IGBT具有如圖1所示的柵極端G和發(fā)射極端E。
可以通過(guò)在柵極端G和發(fā)射極端E之間施加電壓而驅(qū)動(dòng)這樣的IGBT，并且可以起到電弧抑制的作用，其中可以通過(guò)輸入信號(hào)來(lái)感應(yīng)(conduct)ON/OFF的開關(guān)動(dòng)作。這樣的IGBT可以是能夠?qū)^大功率(或電流)進(jìn)行開關(guān)的固態(tài)器件。
如圖2中所示，當(dāng)輸入電壓111被輸入到IGBT時(shí)，在柵極端G的柵極電壓112和集電極端C的集電極電壓113可以改變。
與FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)相比，這樣的IGBT可以對(duì)相對(duì)較大的功率(或電流)進(jìn)行開關(guān)，但是IGBT的開關(guān)速度可能比FET的開關(guān)速度相對(duì)慢。
成像裝置可以使用感應(yīng)加熱單元(IH單元)，用于將圖像定影在介質(zhì)片(sheet)上，其中，可以在較大的功率(例如，1,000V的電介質(zhì)強(qiáng)度和60A的電流)下進(jìn)行開關(guān)操作。
這樣的在較大功率下的開關(guān)動(dòng)作不能用FET來(lái)進(jìn)行，該FET可以用于正常電平的電源開關(guān)操作。因此，IGBT可以用于以較大功率(或電流)進(jìn)行這樣的開關(guān)操作。
通常，IH單元可以通過(guò)增加感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(或電流)來(lái)降低感應(yīng)加熱時(shí)間。
增加諧振電壓可以增加這樣的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
可以通過(guò)改變IH單元的電感分量或電容分量而增加諧振電壓的峰值(稱為“諧振峰值”)。通常，可以通過(guò)降低諧振時(shí)間而增加這樣的“諧振峰值”。
然而，用作感應(yīng)加熱的電子開關(guān)的IGBT可能具有開關(guān)速度的上限，因而從增加開關(guān)速度的觀點(diǎn)考慮，具有IGBT的傳統(tǒng)電路不是優(yōu)選的。
此外，如果在這樣的傳統(tǒng)電路中可以強(qiáng)制增加開關(guān)速度，則IGBT的開關(guān)損失可能不適宜地變得較大。
此外，如果增加諧振峰值(或Q因子)，則波形的峰值可能變得較大。在這樣的情況下，即使頻率以更小的級(jí)別發(fā)生變化，Q因子也可能波動(dòng)，這對(duì)于控制IGBT來(lái)說(shuō)可能是不受歡迎的。
圖3A至3C示出了用于感應(yīng)加熱操作的IGBT的每個(gè)端子的輸出波形。
圖3A示出了諧振周期更長(zhǎng)但沒有實(shí)現(xiàn)諧振的情況，其中在重疊部分中可能產(chǎn)生噪聲，并發(fā)生較大的損耗。
圖3B示出了實(shí)現(xiàn)諧振的情況，其中可以有效地驅(qū)動(dòng)IGBT。
圖3C示出了可以實(shí)現(xiàn)諧振但是諧振周期可能較短并且波形峰值可能變得較高的情況，其中對(duì)IGBT的控制可能變得比較困難。此外，可以向線圈施加較大的電壓，由該電壓可以產(chǎn)生較大的熱，其中這樣的熱產(chǎn)生可能導(dǎo)致較大的損耗。于是，電流可能流到IGBT的體二極管，并且可以看到電路發(fā)生較大的損耗。
這樣，在傳統(tǒng)的IH單元中，可以增加Q因子以增加電動(dòng)勢(shì)，從而可以增加加熱速率。在這樣的情況下，諧振波形的峰值可能變得較高，使得對(duì)IGBT的控制可能變得比較困難。
圖4示出了用于解釋感應(yīng)加熱單元90的功能結(jié)構(gòu)的示例框圖。
例如，感應(yīng)加熱單元90可以包括IH蒸煮(cooking)加熱器。此后，為了表達(dá)簡(jiǎn)單，可能將感應(yīng)加熱單元90術(shù)語(yǔ)化為“IH單元90”。
IH單元90可以包括頂盤(未示出)和放置在該頂盤下的加熱線圈94。
加熱線圈94可以加熱作為要被IH單元90加熱的對(duì)象的蒸煮鍋95。蒸煮鍋95可以由諸如鐵、鋁、不銹鋼等的金屬制成。
這樣的IH單元90可以用感應(yīng)加熱方法加熱可以容納諸如水的原料的蒸煮鍋95。通過(guò)這樣加熱蒸煮鍋95，蒸煮鍋95中的水可以變暖或被加熱。
此外，例如，IH單元90可以包括商用電源91、整流器92和逆變器(inverter)93。
當(dāng)將IH單元90的電源設(shè)置為ON狀態(tài)時(shí)，交流電(AC)可以流到加熱線圈94上，該加熱線圈可以放置在頂盤的下面。
這樣的交流電(AC)可以是具有給定頻率(例如，20Hz)的準(zhǔn)高頻波(quasi-high frequency wave)?？梢匀缦掠赡孀兤?3從直流電中產(chǎn)生這樣的交流電(AC)的準(zhǔn)高頻波。
例如，商用電源91可以向整流器92提供具有給定頻率和電壓(例如，60Hz或50Hz以及AC 100V)的交流電(AC)。整流器92可以將這樣的交流電(AC)整流成直流電(DC)，并且向逆變器93提供該直流電(DC)。
逆變器93可以將這樣的直流電(DC)逆變成具有較高頻率波的交流電(AC)，并且可以使這樣的交流電(AC)流到加熱線圈94。
當(dāng)這樣的交流電(AC)可以流到加熱線圈94中時(shí)，在加熱線圈94周圍可以產(chǎn)生磁場(chǎng)。
這樣的磁場(chǎng)可以在被放在加熱線圈94上的蒸煮鍋95上感應(yīng)出稱為“渦電流”的電流。
如果直流電(DC)可以流到加熱線圈94中，則當(dāng)將DC電源設(shè)置為ON時(shí)，可以在蒸煮鍋95中產(chǎn)生片刻這樣的渦電流。
渦電流可導(dǎo)致以焦耳熱測(cè)量的熱能，這可能是能量損耗。可能發(fā)生諸如磁滯損耗的能量損耗，但是這樣的能量損耗在實(shí)際中可以忽略。
這樣的渦電流可具有與在加熱線圈94中流動(dòng)的電流的流動(dòng)方向相反的流動(dòng)方向。
渦電流可以在物體(例如，蒸煮鍋95的底部)產(chǎn)生熱能，以利用這樣的熱能加熱蒸煮鍋95。因此，可以用感應(yīng)加熱方法直接加熱物體(例如，蒸煮鍋95的底部)。
這樣的感應(yīng)加熱的加熱值“W”可以計(jì)算如下。
W＝I2×R其中，I表示渦電流，“R”表示蒸煮鍋95的底部的電阻率。
如果蒸煮鍋95中有水，則被這樣的熱能加熱的蒸煮鍋95可以將該熱能傳導(dǎo)給蒸煮鍋95中的水，這樣，蒸煮鍋95中的水可以變暖或被加熱成熱水。
此外，近年來(lái)，這樣的感應(yīng)加熱單元可以用于辦公自動(dòng)化(OA)裝置。
傳統(tǒng)的成像裝置(例如，復(fù)印機(jī))可以使用鹵素加熱器，以進(jìn)行調(diào)色劑定影處理。
然而，最近上市的成像裝置可能已使用上面說(shuō)明的感應(yīng)加熱單元，通過(guò)該感應(yīng)加熱單元，可以更準(zhǔn)確地進(jìn)行用于調(diào)色劑定影處理的溫度控制并且可以縮短準(zhǔn)備時(shí)間，因而，這樣的感應(yīng)加熱單元對(duì)于降低成像裝置的能量消耗來(lái)說(shuō)是有效的。
圖5示出了具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的IH單元1A的框圖。
當(dāng)對(duì)感應(yīng)加熱操作進(jìn)行操作時(shí)，可以如下操作IH單元1A。
(1)商用電源4可向整流電路2施加AC 100V(如商用電壓)，整流電路2直接將AC 100V整流成DC 141V。
(2)具有感應(yīng)加熱(IH)控制器6(如微型計(jì)算機(jī))和驅(qū)動(dòng)電路7的逆變器電路3A可以將DC 141V逆變?yōu)榫哂?00V0-p、50A0-p和20Hz至40Hz的準(zhǔn)高頻波。
(3)逆變器電路3A可以包括作為開關(guān)器件(或元件)的IGBT 5，IGBT5可以進(jìn)行較大功率(或電流)的開關(guān)操作。
(4)IH控制器6可以利用驅(qū)動(dòng)電路7控制IGBT 5的ON/OFF操作。
(5)在(4)中的上述操作可以是電壓諧振操作。
(6)逆變器電路3A可以包括作為IGBT 5的體二極管的二極管D1。
(7)IH控制器6可以控制感應(yīng)加熱操作，也可以控制諧振點(diǎn)跟蹤、電流保護(hù)和電壓保護(hù)。
此后，將參考圖6解釋感應(yīng)加熱的物理現(xiàn)象，圖6示出了感應(yīng)加熱的基本原理。
(1)當(dāng)電源101向線圈100提供交流電(AC)時(shí)，電流可以流到線圈100中，并且這樣的電流可以在線圈100周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)MF。
(2)這樣的磁場(chǎng)MF也可以存在于被用作電導(dǎo)體的金屬圓筒102周圍，該金屬圓筒102是被放置在線圈100內(nèi)部的物體。
(3)于是，被稱為“渦電流EC”的電流可以在金屬圓筒102中以給定方向流動(dòng)，以抵消磁場(chǎng)MF的效應(yīng)。該渦電流EC可以在金屬圓筒102內(nèi)具有深度δ的子表面部分中流動(dòng)。
通常，越靠近電導(dǎo)體(例如，金屬圓筒102)的表面，電流密度變得越大，而越遠(yuǎn)離電導(dǎo)體的表面，電流密度變得越小，這樣的現(xiàn)象可以被稱為“趨膚效應(yīng)”。
電流的頻率越高，則表面的電流密度越高，而較高的電流密度可以增加電導(dǎo)體的阻抗。
(4)渦電流EC和金屬圓筒102的電阻可以在金屬圓筒102中產(chǎn)生焦耳熱。因?yàn)榻饘賵A筒102可能在其表面部分具有較大的電流，所以可能以較大的電平加熱金屬圓筒102的表面。
(5)通過(guò)這樣的過(guò)程，可以增加金屬圓筒102的表面溫度，而且可能同時(shí)發(fā)生從金屬圓筒102的熱量耗散。
(6)可能發(fā)生從金屬圓筒102的表面到其中心的熱傳導(dǎo)，這使得在加熱金屬圓筒102的表面后，可以加熱金屬圓筒102的中心部分。
發(fā)明內(nèi)容
本公開涉及一種用在用于加熱物體的感應(yīng)加熱單元中的升壓電路，該升壓電路包括開關(guān)元件、第一線圈、第二線圈和電容器。所述開關(guān)元件從直流電壓中產(chǎn)生具有第一頻率的第一交流電壓。所述第一線圈隨著具有第一頻率的交流電壓在第一線圈中的流動(dòng)而在第一線圈周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)用于在物體中感生渦電流，以感應(yīng)地加熱所述物體。第二線圈被累積地(cumulative)連接到所述第一線圈上。所述電容器以并聯(lián)方式連接到第一線圈和第二線圈上。
本公開也涉及一種用在用于加熱物體的感應(yīng)加熱單元中的電源單元，該電源單元包括電源、和升壓電路。所述電源產(chǎn)生直流電壓。所述升壓電路接收由所述電源產(chǎn)生的直流電壓。
本公開也涉及一種用在用于加熱物體的感應(yīng)加熱單元中的電源單元，該電源單元包括整流電路和升壓電路。所述整流電流將交流電壓整流成直流電壓。所述升壓電路接收由該整流電路整流的直流電壓。
本公開也涉及一種包括定影部件和電源單元的成像裝置。所述定影部件將圖像顯影劑形成的未定影圖像定影在記錄介質(zhì)上。所述電源單元包括累積連接的第一和第二線圈，和以并聯(lián)方式連接到所述第一線圈和第二線圈上的電容器，以感應(yīng)地加熱所述定影部件。
參考附圖，根據(jù)下面的描述可以容易地獲得和理解本公開的更全面的價(jià)值及其許多隨加的優(yōu)點(diǎn)與特征，其中圖1示出了IGBT的示例電路；圖2示出了當(dāng)向IGBT輸入用于感應(yīng)加熱操作的電源時(shí)，IGBT的每個(gè)端子的示例輸出波形；圖3A至3C示出了在給定條件下用于感應(yīng)加熱操作的IGBT的每個(gè)端子的輸出波形；圖4示出了用于解釋感應(yīng)加熱單元的功能結(jié)構(gòu)的示例框圖；圖5示出了具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的感應(yīng)加熱單元的框圖；圖6示出了感應(yīng)加熱方法的基本原理；圖7示出了根據(jù)示例實(shí)施例的成像裝置100的示范性截面圖；圖8示出了根據(jù)示例實(shí)施例的感應(yīng)加熱單元的示例電路圖；
圖9A示出了具有多個(gè)累積連接的線圈的示例電路圖；圖9B示出了具有加熱線圈的傳統(tǒng)電路圖；圖10A和10B示出了LC諧振電路的示例波形圖，其中圖10A示出了線圈相對(duì)于頻率的阻抗變化，圖10B示出了品質(zhì)因子相對(duì)于頻率的變化；圖11、12和13示出了具有用于加熱的加熱線圈、IGBT和諧振電容器的示例電路；圖14示出了加熱線圈的電路圖，該加熱線圈配置有多個(gè)彼此累積連接的線圈；以及圖15和16示出了用于使用圖14中所示的加熱線圈的感應(yīng)加熱單元的電路圖。
附圖意欲描述示例實(shí)施例，不應(yīng)被解釋為限制其范圍。除非明顯指出，否則附圖不被認(rèn)為是按比例繪制的。
具體實(shí)施例方式
應(yīng)該理解的是，如果元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“靠著”、“連接到”或“耦合到”另一元件或?qū)?，則其可以直接地在其它元件或?qū)由?、靠著連接到或耦合到其它元件或?qū)由?，或者可能存在中間插入的元件或?qū)?。相比而言，如果元件被稱為“直接地在...上”、“直接連接到”或“直接耦合到”另一元件或?qū)?，則不存在中間插入元件或?qū)印?br>
全文中，類似的標(biāo)號(hào)指代類似的元件。如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)所列出的相關(guān)項(xiàng)的任意和所有組合。
為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，這里可以使用與空間相關(guān)的術(shù)語(yǔ)，諸如“在...下”、“下面”、“較低”、“在...上”、“上面”等，以描述附圖中所說(shuō)明的一個(gè)元件或特征相對(duì)于另一元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，與空間相關(guān)的術(shù)語(yǔ)意欲包含除了附圖中所描述的方向外的設(shè)備使用或操作的不同方向。例如，如果將附圖中的設(shè)備進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其它元件或特征“之下”或“下面”的元件則可能被定向?yàn)樵谄渌蛱卣鳌爸稀?。因此，諸如“之下”的術(shù)語(yǔ)可以包括上和下兩個(gè)方向。因此，該設(shè)備可以是其它方向(旋轉(zhuǎn)90度或其它方向)而且相應(yīng)地解釋這里所使用的空間相關(guān)描述語(yǔ)。
盡管這里可以使用術(shù)語(yǔ)第一、第二等來(lái)描述各種元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但應(yīng)該理解的是，這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)被這些術(shù)語(yǔ)所限制。這些術(shù)語(yǔ)只用于將一個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一區(qū)域、層或部分進(jìn)行區(qū)別。因而，在不背離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，可以將下面所討論的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分術(shù)語(yǔ)化為第二元件、組件、區(qū)域、層或部分。
這里所使用的術(shù)語(yǔ)只用于描述特定實(shí)施例的目的，不意欲限制本發(fā)明。如這里所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“所述”也意欲包括復(fù)數(shù)形式，除非文中清楚表示不包括。還應(yīng)該理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”表示所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但是不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組的存在或附加。
在下文中，使用術(shù)語(yǔ)“準(zhǔn)高頻”來(lái)描述從DC電流產(chǎn)生的AC電流的頻率(第一頻率)，第一頻率高于從其中產(chǎn)生所述DC電流的AC電流的頻率(第二頻率)。
同時(shí)，第二AC電流通常是正弦波形，第一AC電流具有不同的形狀(特別是矩形)，即具有除了正弦基本波之外，還具有高次諧波。具體地，第一AC電流的基本波(basic sign wave)的頻率比第二AC電流的基本波的頻率高。在說(shuō)明附圖中所示的示例實(shí)施例中，使用特定的技術(shù)術(shù)語(yǔ)是為了清楚的原因。然而，本公開不意欲被限制為所選擇的具體的技術(shù)術(shù)語(yǔ)，并且應(yīng)該理解的是，每個(gè)具體的元件包括以類似方式操作的所有技術(shù)等價(jià)物。
現(xiàn)在將參考附圖，其中在所有幾個(gè)附圖中，相似的參考數(shù)字指代相同或相應(yīng)的部分，具體參考圖7及其它附圖描述根據(jù)示例實(shí)施例的用于感應(yīng)加熱的單元或方法。
下面，解釋根據(jù)示例實(shí)施例的成像裝置。
圖7示出了根據(jù)示例實(shí)施例的成像裝置100的示范性截面圖。例如，成像裝置100可以使用電子攝像術(shù)，用于將圖像形成在記錄介質(zhì)上。
成像裝置100可以使用具有根據(jù)示例實(shí)施例的升壓?jiǎn)卧碗娫磫卧母袘?yīng)加熱定影單元。
例如，如圖7中所示，成像裝置100可以包括掃描單元11、成像單元12、自動(dòng)文件送入器(ADF)13、文件送出盤、介質(zhì)片送出盤20。
掃描單元11可以掃描由自動(dòng)文件送入器(ADF)13送入的文件。文件送出盤14可以接收和堆疊由ADF 13送入的文件。
介質(zhì)片送入部分19可以包括紙盒15至18。介質(zhì)片送出盤20可以堆疊從成像單元12中送出的記錄介質(zhì)(例如，紙)。
用戶可以將文件D放置在ADF 13的文件接收器21上。
用戶可以按下操作鍵單元(未示出)上的打印鍵，以沿著箭頭B1所示的方向送入文件D，從而可以將文件D送入到掃描單元11的接觸玻璃24上。
具體地，拾取輥22和文件傳送帶23可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以將文件D送入到掃描單元11的接觸玻璃24上。
在接觸玻璃24下面提供的掃描器25可以掃描被放置在接觸玻璃24上的文件D的圖像。
例如，如圖7中所示，掃描器25可以包括光源26、光學(xué)設(shè)備27和光電變換器28。
光源26可以對(duì)放在接觸玻璃24上的文件D進(jìn)行照射。光學(xué)設(shè)備27可以將文件圖像聚焦在光電變換器28上。例如，光電變換器28可以包括電荷耦合器件(CCD)，所述文件圖像可以聚焦在該電荷耦合器件上。
在用掃描器25掃描完圖像后，可以利用文件傳送帶23的旋轉(zhuǎn)，以箭頭B2所示方向傳送文件D，并可以送出到文件送出盤14。
這樣，可以逐張地向接觸玻璃24送入文件D，并且掃描單元11可以逐張地掃描文件圖像。
例如，成像單元12可以包括作為圖像載體的光電導(dǎo)體30和寫入單元32。
光電導(dǎo)體30可以以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，并可以通過(guò)充電單元31將光電導(dǎo)體30的表面充電到給定電壓。
寫入單元32可以向光電導(dǎo)體30的充電表面照射調(diào)制光束L以在光電導(dǎo)體30的表面上形成靜電潛像，所述光束L是基于掃描器25掃描的圖像信息而生成的。
通過(guò)顯影單元33可以將該靜電潛像顯影為可見圖像(例如，調(diào)色劑圖像)。
然后，可以利用轉(zhuǎn)印單元34的影響從光電導(dǎo)體30向記錄介質(zhì)P轉(zhuǎn)印該可見圖像。
在向記錄介質(zhì)P轉(zhuǎn)印完該可見圖像后，清潔單元35可以清潔光電導(dǎo)體30的表面。
成像單元12可以包括位于成像單元12的較低部分中的多個(gè)紙盒15-18。紙盒15-18的每一個(gè)可以容納記錄介質(zhì)P(例如，紙張)。
可以以箭頭B3所示的方向從紙盒15-18中任何一個(gè)送入記錄介質(zhì)P。然后，可以如上面所解釋的，從光電導(dǎo)體30向記錄介質(zhì)P轉(zhuǎn)印可見圖像。
還可以以箭頭B4所示的方向向定影單元36傳送記錄介質(zhì)P，所述定影單元36可以包括定影輥40和壓力輥41。
定影輥40(作為加熱輥)和壓力輥41可以向記錄介質(zhì)P施加熱和壓力，以將可見圖像定影在記錄介質(zhì)P的表面。
在將可見圖像定影在記錄介質(zhì)P上之后，送出輥37可以以箭頭B5所示的方向傳送記錄介質(zhì)P，以將記錄介質(zhì)P送出和堆疊在介質(zhì)片送出盤20上。
被構(gòu)造為具有定影輥40和壓力輥41的定影單元36可以包括IH單元(感應(yīng)加熱單元)1B，其可以用感應(yīng)加熱方法來(lái)加熱定影輥40。
定影輥40可以包括金屬核和覆蓋在該金屬核上的表層。
例如，金屬核可以由諸如鐵、鈷、鎳或類似這樣的金屬合金的磁性金屬材料制成，并且可以被塑形成中空?qǐng)A筒形狀。
優(yōu)選地是，定影輥40的金屬核由具有較低熱容(即，可以在較短時(shí)間段內(nèi)增加金屬的溫度)的磁性金屬材料制成。
定影輥40的表層可以由諸如硅樹脂橡膠的具有給定熱阻的橡膠材料制成。例如，這樣的橡膠材料可以是固體類型或泡沫類型。
壓力輥41可以包括金屬核和覆蓋在該金屬核上的彈性元件。
例如，金屬核可以由諸如銅和鋁的具有較高熱傳導(dǎo)性的金屬材料制成，并且可以被塑形成圓筒形狀。例如優(yōu)先的是，金屬核可以由包括不銹鋼的金屬制成。
彈性元件可以由具有給定熱阻和較高調(diào)色劑分離性能的材料制成。
定影輥40和壓力輥41可以在其間限定一個(gè)小部分(nip)，在該小部分上，定影輥40和壓力輥41向其上具有未定影調(diào)色劑圖像的記錄介質(zhì)P施加熱和壓力。
圖8示出了圖7中所示的IH單元1B的示例電路圖。例如，IH單元1B可以包括整流電路2和逆變器電路3B。
如圖7和8中所示，可以在定影單元36中提供IH單元1B，且在IH單元1B和定影輥40之間設(shè)置有給定縫隙，其中定影輥40可以是要被IH單元1B加熱的對(duì)象。
例如，如圖7中所示，整流電路2可以包括商用電源4、平滑濾波線圈L2、噪聲濾波電容器C、電容器C2和電流互感器CT。
平滑濾波線圈L2和電容器C2可以構(gòu)成諸如低通濾波器的LC濾波器。
商用電源4可以向整流電路2施加給定值的交流電(AC)。
這樣的商用交流電(AC)可以依賴地區(qū)或區(qū)域的不同而具有不同的值。例如，可以在一個(gè)地區(qū)中使用具有100V電壓和50Hz/60Hz頻率的交流電(AC)。
整流電路2可以將這樣的交流電(AC)轉(zhuǎn)換成具有給定值(例如141V)的直流電，并且將這樣的直流電提供給逆變器電路3B。
電流互感器CT可以檢測(cè)商用電源4(例如，AC 100V)的電流。如果電流互感器CT可以檢測(cè)到商用電源4的電流的錯(cuò)誤(或異常)狀況，則可以激活保護(hù)電路。
例如，如圖8中所示，逆變器電路3B可以包括耦合線圈ML、諧振電容器C1、IGBT5、體二極管D1、感應(yīng)加熱控制器(IH控制器)6和驅(qū)動(dòng)電路7。
耦合線圈ML可以被配置為具有彼此累積連接的加熱線圈和諧振線圈。
耦合線圈ML和諧振電容器C1可以以并聯(lián)方式連接。
IGBT5可以被用作開關(guān)器件(或元件)，并且可以具有體二極管D1。
例如，IH控制器6可以包括具有CPU(中央處理單元)、ROM(只讀存儲(chǔ)器)和RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)的微型計(jì)算機(jī)。
如圖8中所示，耦合線圈ML可以包括彼此累積連接的第一線圈La和第二線圈Lb。
第一線圈La和第二線圈Lb中的至少一個(gè)可以用于加熱物體(例如，定影輥40)，并且第一線圈La和第二線圈Lb可以共同用作諧振線圈。
當(dāng)IGBT5執(zhí)行開關(guān)操作時(shí)，諧振電容器C1可以具有諧振能量，其中可以如下計(jì)算該諧振能量。
(1/2)Li2＝(1/2)CV2其中，“L”表示線圈的電感，“i”表示電流，“C”表示電容器的電容，而“V”表示電壓。
IGBT5可以被用作開關(guān)器件(或元件)，其可以將直流電轉(zhuǎn)換成具有準(zhǔn)高頻波的交流電。
IH控制器6可以具有校正耦合線圈ML的電感變化的功能。
IH控制器6和驅(qū)動(dòng)電路7可以具有控制IGBT5的準(zhǔn)高頻波的值的功能，從而使得耦合線圈ML可以處于諧振條件中。
盡管未示出，但是IH控制器6還可以包括例如振蕩電路(或定時(shí)器電路)以及保護(hù)電路。利用這樣的電路，IH控制器6可以向驅(qū)動(dòng)電路7發(fā)送給定命令，以指令I(lǐng)GBT 5的開關(guān)定時(shí)。
例如，驅(qū)動(dòng)電路7可以包括圖騰柱電路。驅(qū)動(dòng)電路7可以基于從IH控制器6發(fā)送的給定命令而控制IGBT的ON/OFF開關(guān)動(dòng)作。
逆變器電路3可以從整流電流2接收直流電，然后通過(guò)使用IGBT5將該直流電轉(zhuǎn)換成具有準(zhǔn)高頻波(例如，20KHz至60KHz)的交流電。
IH控制器6和驅(qū)動(dòng)電路7可以控制IGBT 5的ON/OFF開關(guān)動(dòng)作。
可以向耦合線圈ML和諧振電容器C1提供這樣的準(zhǔn)高頻波，從而使得可以通過(guò)耦合線圈ML產(chǎn)生磁場(chǎng)，并可以通過(guò)諧振電容器C1產(chǎn)生諧振。利用這樣的耦合線圈ML，可以感應(yīng)地加熱定影輥40。
圖8中所示的具有耦合線圈ML、諧振電容器C1和IGBT5(作為開關(guān)器件或元件)的諧振電路結(jié)構(gòu)可以有效地加熱定影輥40。
在IH單元1B中，可以用給定的頻率范圍進(jìn)行IGBT的開關(guān)操作，給定的頻率范圍可以是根據(jù)下面等式1定義的諧振頻率“f”的給定范圍。
f=1/2π(LC)]]>(等式1)利用這樣的諧振頻率“f”，可以進(jìn)行具有優(yōu)選的Q因子的諧振操作，通過(guò)該操作可以有效地進(jìn)行IGBT5的開關(guān)操作。
當(dāng)IGBT5被設(shè)置為ON狀態(tài)時(shí)，電流可以流到耦合線圈中，而當(dāng)IGBT5被設(shè)置為OFF狀態(tài)時(shí)，可以向諧振電容器C1施加諧振電壓。
當(dāng)電流流到耦合線圈ML中時(shí)，可以在耦合線圈ML周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，而這樣的磁場(chǎng)可以導(dǎo)致在定影輥40中流動(dòng)渦電流。
通過(guò)定影輥40的渦電流和電阻的組合效應(yīng)，可以產(chǎn)生由(i2)×(R)計(jì)算的功率，其中“R”表示電阻，而“i”表示電流，這樣，可以向定影輥40產(chǎn)生焦耳熱能量。因此，可以通過(guò)IH單元1B加熱定影輥40。
IH單元1B可以包括上述的耦合線圈ML。
如上面所解釋的，這樣的耦合線圈ML可以包括用于電壓諧振的諧振線圈和用于加熱物體(例如，定影輥40)的加熱線圈。
因此，耦合線圈ML可以具有加熱和諧振的功能，其可以不同于在可以整流交流電(例如，AC 100V)的整流電路中提供的平滑濾波線圈L2。
可以用給定電源(例如，AC 100V，并且60Hz或50Hz)進(jìn)行感應(yīng)加熱處理。然而，可以使用具有更高電壓和更高頻率的電源以增加感應(yīng)加熱的加熱速率。
例如，可以通過(guò)逆變器電路3B將具有AC 100V和60Hz或50Hz的輸入電源增加為具有600-1000V0-p和20KHz至40KHz的輸出電源。
逆變器電路3B可以包括電壓-諧振電路(或稱為“LC諧振電路”)，其被配置為具有耦合線圈ML(具有諧振線圈和加熱線圈)和諧振電容器C1。
利用這樣的電壓-諧振電路(或LC諧振電路)，逆變器3B可以產(chǎn)生具有通過(guò)將從整流電路2發(fā)送的直流電壓乘以Q因子而獲得的電壓值的諧振波形。
根據(jù)示例實(shí)施例的IH單元1B可以包括線圈結(jié)構(gòu)，該線圈結(jié)構(gòu)可以是累積連接的線圈，通過(guò)該線圈結(jié)構(gòu)，可以以降低的成本來(lái)制造升壓?jiǎn)卧?，而不影響諧振頻率和Q因子。
因?yàn)轳詈暇€圈ML可以具有加熱和諧振的功能，因此可以不用較大程度地改變耦合線圈ML的電感值。
根據(jù)示例實(shí)施例的升壓電路可以增加用于感應(yīng)加熱的電壓，而不改變耦合線圈ML的電感值，并且可以增加在定影輥40中流動(dòng)的渦電流的量。
因此，可以降低IGBT5的開關(guān)損耗，并且可以增加諧振電壓的峰值(或“諧振峰值”)。
利用這樣的結(jié)構(gòu)，可以降低IH單元1B加熱物體(例如，定影輥40)所需的加熱時(shí)間。
具有上述線圈結(jié)構(gòu)的IH單元1B可以有效地用較短時(shí)間變熱或加熱物體(例如，定影輥40)，而不改變諧振頻率。
下面，將參考圖9解釋用于加熱和諧振的、具有累積連接的線圈的線圈結(jié)構(gòu)。
圖9示出了具有加熱線圈的示例電路圖。
圖9A示出了具有累積連接的多個(gè)線圈的示例電路圖，其中線圈可以用于加熱物體和用于諧振。
圖9B示出了具有加熱線圈的傳統(tǒng)電路圖。
通常，可以根據(jù)每圈線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)確定線圈產(chǎn)生的熱能。
對(duì)于圖9B中所示的傳統(tǒng)加熱線圈，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)“e”、繞線圈數(shù)“N”、電感“L”、磁通量“”以及電流“I”可以具有以下關(guān)系e＝-N(Δ/Δt)e＝-L(ΔI/Δt)L＝N(Δ/ΔI)因此，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)“e”可以相對(duì)于繞線圈數(shù)“N”和電感“L”而成比例地增加。
因此，在這樣的傳統(tǒng)加熱線圈中，可以通過(guò)增加感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)“e”而增加加熱線圈產(chǎn)生的熱能，其中可以如上所述通過(guò)增加繞線圈數(shù)而增加感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)“e”。
然而，如果線圈的繞線圈數(shù)可以改變，則線圈的電感也可以改變。
傳統(tǒng)的IH單元可以包括圖9B所示的諧振電路，該諧振電路可以包括加熱線圈和電容器。如果在這樣的電路中線圈的電感可以改變，則根據(jù)上述等式1，電路的頻率也將改變。
如果電路的頻率根據(jù)諧振頻率而明顯地偏移，則不能有效地驅(qū)動(dòng)諧振電路，并且可能明顯地降低諧振電路的效率。
圖9A示出了根據(jù)示例實(shí)施例的磁耦合線圈，其中磁耦合線圈可以具有互感M以及耦合系數(shù)k。這樣的磁耦合線圈可以具有由下面等式表示的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)“e2”。
e2＝-M(ΔI/Δt)可以通過(guò)下面等式2確定互感M，其中第一線圈La和第二線圈Lb的電感可以分別與電感L1和L2對(duì)應(yīng)。
M=K(L1)×(L2)]]>(等式2)因此，可以確定圖9A中所示的磁耦合線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)“e2”，而不受線圈的繞線圈數(shù)影響。
因而，可以容易地控制圖9A中所示的磁耦合線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)“e2”，而不影響諧振電路的效率。
此外，優(yōu)選的是，圖9A中所示的這樣的線圈結(jié)構(gòu)可以基于線圈La和Lb的電感的比率而對(duì)電壓值進(jìn)行升壓，而不改變每個(gè)線圈的電感值。
因此，可以增加諧振電路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而不改變每個(gè)線圈的電感值。
此外，與絕緣類型的互感器相比，因?yàn)閳D9A中所示的這樣的線圈結(jié)構(gòu)可以具有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，所以可以利用降低的成本來(lái)制造具有圖9A中所示的線圈結(jié)構(gòu)的諧振電路。
通過(guò)為Q因子設(shè)置給定值，這樣的IH單元1B可以在較短時(shí)間段內(nèi)將定影輥40加熱到給定溫度，其中可以通過(guò)改變電路的條件選擇地設(shè)置該Q因子。
例如，當(dāng)通過(guò)一個(gè)電子元件驅(qū)動(dòng)諧振電路時(shí)，可以設(shè)置“5至7”的“Q因子”。
當(dāng)在諧振頻率f0的給定范圍驅(qū)動(dòng)LC諧振電路時(shí)，可以以較高的效率來(lái)驅(qū)動(dòng)LC諧振電路，其中諧振頻率f0可以被表示為f0=(1/2π)LC.]]>圖10示出了LC諧振電路的示例波形圖。圖10A示出加熱線圈相對(duì)于頻率的阻抗變化，而圖10B示出了Q因子相對(duì)于頻率的變化。
當(dāng)將LC諧振電路的LC常數(shù)設(shè)置為給定值時(shí)，可以用上述等式1來(lái)確定LC諧振電路的諧振頻率。因此，可以確定LC諧振電路的驅(qū)動(dòng)頻率。
此外，可以通過(guò)在物體周圍產(chǎn)生的磁通量來(lái)確定在諸如金屬物體的物體中產(chǎn)生的熱能?？梢酝ㄟ^(guò)在物體中流動(dòng)的電流量來(lái)確定這樣的磁通量，并可以用IGBT的Vce0-p和要被加熱的物體的電阻值來(lái)確定這樣的電流。
下面，參考圖11至13解釋另一加熱線圈。
圖11示出了用于加熱物體(例如，定影輥40a)的具有加熱線圈50、IGBT51和52以及諧振電容器53的電路。
圖12示出了用于加熱物體(例如，定影輥40a)的具有加熱線圈60、IGBT61至63、二極管D2至D5以及諧振電容器64的另一電路。
圖13示出了用于加熱物體(例如，定影輥40a)的具有加熱線圈70、IGBT71、諧振電容器72、二極管D6的另一電路。
在圖11至13中所示的每個(gè)電路中，如果可以將加熱線圈的電感L設(shè)置為較大值，或如果可以將電容器的電容C設(shè)置為較小值，則可以用用于加熱線圈的金屬圓筒周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)和渦電流來(lái)增加Q因子，所述渦電流可以以抵消磁場(chǎng)效應(yīng)的方向流動(dòng)。
在圖11至圖13中所示的結(jié)構(gòu)中，可以通過(guò)在加熱線圈中流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)改變諧振頻率f0。
如果在這樣的條件下，IGBT的開關(guān)速度超過(guò)上限速度，則開關(guān)操作的功率損耗可能變得較大。
此外，Q因子的增加可能意味著增加諧振波形的銳度，這可能更難以控制。例如，如果在具有更尖銳的諧振波形條件下頻率可改變，則升壓率可能改變得較大。
此外，由于空間的限制，增加加熱線圈的電感L可能是比較困難的。
在圖11至13所示的這樣的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)將DC偏壓偏置為諧振電壓，可以增加諧振電壓Vce0-p，而不改變Q因子。例如，可以使用雙層電容器。
然而，除了用于IH單元的電源之外，這樣的方法可能還需要用于對(duì)電容器的充電/放電的電源，考慮到降低制造成本，這樣的方法不是優(yōu)選的。
圖14示出了加熱線圈的電路圖，該加熱線圈被構(gòu)造為具有彼此累積連接的多個(gè)線圈，其中加熱線圈Lc和平滑濾波線圈Ld可以彼此累積連接。
圖15和16示出了使用圖14中所示的加熱線圈的感應(yīng)加熱單元的電路圖。
圖15示出了使用如圖14中所示的彼此累積連接的加熱線圈Lc和平滑濾波線圈Ld以及IGBT 80的電路。
圖16示出了使用如圖14中所示的彼此累積連接的加熱線圈Lc和平滑濾波線圈Ld、IGBT 80和諧振電容器81的電路。
圖15和16示出了可以具有下列關(guān)系的電路。
L0＝Lc＋Ld＋2Mn=(Ld)/(Lc)]]>(等式3)M=(Lc)×(Ld)]]>(等式4)如果將Ld的電感設(shè)置為“1”，則根據(jù)等式3，Lc的電感可以變成“(1/n)2”。在這樣的情況下，根據(jù)等式4，耦合系數(shù)M可以變成“1/n”。
因而，如果將Ld的電感設(shè)置為“1”，則等式“Lc+Ld+2M＝L0”可以變成“(1/n)2+12+2×(1/n)＝(1+1/n)2”。
因而，當(dāng)將Ld的電感設(shè)置為“1”時(shí)，L0可以變成“(1+1/n)2”。在這樣的條件下，Lc和Ld可以被表示如下。
Ld＝L0×1/(1+1/n)2Lc＝L0×1/(1+1/n)2×(1/n)2優(yōu)選的是，這樣的線圈結(jié)構(gòu)可以基于電感比率Lc∶Ld而對(duì)電壓進(jìn)行升壓，而不改變線圈的電感。
例如，當(dāng)如上所述將Ld的電感設(shè)置為“1”并將Lc的電感設(shè)置為“(1/n)2”時(shí)，可以將電壓升壓為將輸入電壓乘以如等式3中“n=(Ld)/(Lc)]]>”所示的值“n”(例如，n=(Ld)/(Lc)=1/{(1/n)2}=n]]>)而得到的值。
上面所解釋的根據(jù)示例實(shí)施例的升壓電路和電源單元可以被應(yīng)用于加熱物體的加熱單元。
例如，如上面解釋的，根據(jù)示例實(shí)施例的上述升壓電路和電源單元可以被應(yīng)用于成像裝置。此外，根據(jù)示例實(shí)施例的上述升壓電路和電源單元可以被應(yīng)用于不限制應(yīng)用的加熱單元。
在上述的教導(dǎo)的啟示之下，可以做出各種額外的修改和變形。因而應(yīng)當(dāng)理解的是，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可以用除這里所具體描述的其它方式來(lái)實(shí)現(xiàn)本公開。
對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求于2006年3月20日向日本專利局提交的日本專利申請(qǐng)No.2006-076730和于2006年9月22日向日本專利局提交的No.2006-257588的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用而被合并于此。
權(quán)利要求
1.一種在用于加熱物體的感應(yīng)加熱單元中使用的升壓電路，該升壓電路包括開關(guān)元件，從直流電壓中產(chǎn)生具有第一頻率的第一交流電壓；第一線圈，隨著所述具有第一頻率的交流電壓在所述第一線圈中的流動(dòng)而在第一線圈周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)用于在物體中感生渦電流，以感應(yīng)地加熱所述物體；第二線圈，被累積地連接到所述第一線圈上；以及電容器，以并聯(lián)方式連接到所述第一線圈和第二線圈上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓電路，其中，所述開關(guān)元件包括絕緣柵雙極晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓電路，還包括控制器，被構(gòu)造為校正所述第一線圈和第二線圈的電感的變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓電路，還包括轉(zhuǎn)換元件，被構(gòu)造為在所述第一線圈、第二線圈和電容器的諧振頻率的給定頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換開關(guān)元件的操作。
5.一種在用于加熱物體的感應(yīng)加熱單元中使用的電源單元，包括電源，產(chǎn)生直流電壓；以及根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的升壓電路，被構(gòu)造為接收由所述電源產(chǎn)生的直流電壓。
6.一種在用于加熱物體的感應(yīng)加熱單元中使用的電源單元，包括整流電路，被構(gòu)造為將第二交流電壓整流成直流電壓；以及根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的升壓電路，被構(gòu)造為接收該整流電路整流的直流電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電源單元，其中第一頻率比第二交流電壓的第二頻率高。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7之一所述的電源單元，其中第一電流電壓的波形不同于第二電流電壓的波形，特別地，第二電流電壓具有正弦波形而第一電流電壓具有矩形波形。
9.一種成像裝置，包括定影部件，被構(gòu)造為將圖像顯影劑形成的未定影圖像定影在記錄介質(zhì)上；以及根據(jù)權(quán)利要求5至8任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電源單元，該電源單元包括累積連接的第一和第二線圈，和以并聯(lián)方式連接到所述第一線圈和第二線圈上的電容器，以感應(yīng)地加熱所述定影部件。
全文摘要
一種在用于加熱物體的感應(yīng)加熱單元中使用的升壓電路，該升壓電路包括開關(guān)元件、第一線圈、第二線圈和電容器。所述開關(guān)元件從直流電壓中產(chǎn)生具有第一頻率的第一交流電壓。所述第一線圈隨著具有第一頻率的交流電壓在第一線圈中的流動(dòng)而在第一線圈周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)用于在物體中感生渦電流，以感應(yīng)地加熱所述物體。第二線圈被累積地連接到所述第一線圈上。所述電容器以并聯(lián)方式連接到第一線圈和第二線圈上。
文檔編號(hào)B41J2/315GK101043768SQ200710088710
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
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