JP2004193039A - 電磁誘導加熱用制御装置、電磁誘導加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同導電型の一対のトランジスタからなる駆動回路では、出力信号の負極性では負側のトランジスタが高インピーダンスを示し、還流電流を利用できないため効率が悪い。
【解決手段】電磁誘導コイルＬ１１の巻数や形状を設計する上で並列共振回路方式よりも有利な直列共振回路方式を採る一方、相補対称接続のＦＥＴＱ１１，Ｑ１２によって直列共振回路１１の主駆動回路１２を構成する。そして、主駆動回路１２のＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の各ゲート電極間に、主駆動回路１２の不感帯電圧以上の一定電圧を両端間に発生する定電圧回路１３、例えばツェナーダイオードＺＤを接続することで、負側のＦＥＴＱ１２のゲート電位に対して、正側のＦＥＴＱ１１のゲート電位を常に主駆動回路１２の不感帯電圧以上に保ちつつ、前置駆動回路１４によってＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の各ゲート電極を駆動する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導加熱用制御装置、電磁誘導加熱装置および画像形成装置に関し、特に直列共振回路方式の電磁誘導加熱用制御装置、当該制御装置を用いた電磁誘導加熱装置および当該加熱装置を具備する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機、プリンタなどに代表される電子写真方式の画像形成装置には、未定着トナー像を記録媒体に定着させるための定着装置が搭載されている。この定着装置としては、例えばハロゲンランプを用いた熱ローラー方式の加熱定着装置が主流である。
【０００３】
この熱ローラー方式の加熱定着装置は、ハロゲンランプ等の熱源により加熱され、所定の温度に温度調節されたヒートロールと、これに圧接したプレッシャーロールとの回転ロール対を基本構成とするものである。そして、両ロールの圧接ニップ部に記録媒体を導入して挟持搬送させることで、ヒートロールの熱によって未定着トナー像を記録媒体に加熱定着させるものである。
【０００４】
加熱定着装置としては、上述した熱ローラー方式の加熱定着装置の他に、加熱手段として帯状のヒータをエンドレスのフィルムの内面に接触させて定着を行うＳＵＲＦ方式の加熱定着装置が知られている。このＳＵＲＦ方式の加熱定着装置は、帯状のヒータをエンドレスフィルムの内面に接触させ、その熱によって未定着トナー像を記録媒体に加熱定着させるものである。
【０００５】
一方、画像形成装置として、中間転写体から記録媒体にトナー像を転写する際に、トナー像を加熱して転写と定着とを同時に行う構成のものがある。この種の画像形成装置では、離型性を有する中間転写体に像担持体上のトナー像を一次転写し、この中間転写体上のトナー像を加熱・加圧手段によって記録媒体上に溶融して二次転写と同時に定着させている。
【０００６】
この画像形成装置に用いられる加圧・加熱手段としては、例えば中間転写体を介して圧接される加熱ロールおよび加圧ロールが知られている。かかる加圧・加熱手段は、両者の圧接部で加熱ロールによる加熱によって中間転写体上のトナーを溶融するとともに記録媒体に浸透させ、この記録媒体を中間転写体の離型効果を利用して当該中間転写体から剥離するというものである。
【０００７】
しかしながら、上記のような従来の加熱定着装置には、以下に示すような問題点がある。すなわち、加熱手段としてハロゲンランプを用いる熱ローラー方式の加熱定着装置の場合は放射加熱方式であることから、未定着トナー像等の被加熱体までの熱伝達の効率が低いため熱損失が大きい。また、被加熱体を直接加熱するものではないため、被加熱体に所定の熱量を付与するまでに時間がかかるという問題を有している。この時間（ウォームアップ時間）を短縮するために、通常は、加熱ロールの温度をある設定温度に維持し待機させておくようにしている。しかし、この場合には、待機中の消費電力が大きくなるため、省エネルギーの点で大きな問題となる。
【０００８】
また、加熱手段として帯状ヒータ等を用いるＳＵＲＦ方式の加熱定着装置の場合は上記問題点については改善できるものの、被加熱体に加圧接触させてヒータ自体を発熱させ、この熱を被加熱体に熱伝導させるので駆動トルクが大きく、小型機にしか適用できないという欠点を有する。一方、転写と定着とを同時に行う中間転写方式の加熱定着装置の場合は、加熱ロールに熱を与えて被加熱体である中間転写体に熱伝導する方式をとっていることから、中間転写体全体を加熱するため、熱的な損失が大きいという問題点がある。
【０００９】
これら従来方式の問題点を解決する加熱手段として、近年、電磁誘導加熱方式の加熱装置が提案されている。この加熱装置は、導電性材料からなる発熱層を形成した加熱部材の上に被加熱体を載置して、この被加熱体に対してその表面と非接触に電磁誘導コイルを配置して交番磁界を作用させる。そして、この交番磁界によって発熱層に渦電流を発生させ、電磁誘導による発熱層の自己発熱により被加熱体を加熱するものである。
【００１０】
仮に、被加熱物を半径ａ［ｃｍ］、軸長ｌ［ｃｍ］の円柱状の物体であるとした場合に、当該被加熱物の単位面積［ｃｍ² ］で消費される電力密度Ｐｅ［Ｗ／ｃｍ² ］は、
【００１１】
【数１】

【００１２】
で表わされる。ここで、Ａ²は電磁誘導コイルの結合係数、Ｎは電磁誘導コイルの巻数、Ｉは電磁誘導コイルに流れる電流、μは透磁率、ｆは駆動周波数、Ｆは関数、ｓは表皮深度である。式（１）から明らかなように、発生する熱量は、電磁誘導コイルに流れる電流Ｉの２乗と巻数Ｎの２乗とに比例する。
【００１３】
このような電磁誘導加熱方式の加熱装置は、非接触の加熱手段を用いているために、熱効率を損なう介在物を少なくし、被加熱体に対して熱を直接的に付与できるという利点がある。また、被加熱体の必要な部位だけを加熱できるため、必要以上の加熱を行う必要がなく、熱効率が高いという利点もある。
【００１４】
ところで、電磁誘導加熱方式の加熱装置では、被加熱体を加熱するための電磁誘導コイルを駆動制御するのに、電磁誘導コイルに対してコンデンサを並列に接続して並列共振回路を形成したり、あるいは電磁誘導コイルに対してコンデンサを直列に接続して直列共振回路を形成して用いるのが一般的である。
【００１５】
ここで、並列共振回路方式の制御装置について説明する。当該方式の制御装置としては、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。並列共振回路の場合、電磁誘導コイル端での電圧をＶ、駆動周波数をｆ、電磁誘導コイルのインダクタンスをＬ、電磁誘導コイルの巻線抵抗をＲｃとすると、電磁誘導コイルに流れる電流Ｉは、次式（２）で表される。
Ｉ＝Ｖ／（２πｆＬ＋Ｒｃ） ［Ａ］ ……（２）
通常は、２πｆＬ≧Ｒｃである。
【００１６】
ここで、並列共振回路において高熱を得ようとする場合、電源電圧を高くするか、駆動周波数ｆを上げるか、あるいは電磁誘導コイルのインダクタンスＬを大きくするかのいずれかを採らなければならない。しかし、実際には、駆動周波数ｆについては、２０．０５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲内という法規制上の制限があるため、駆動周波数ｆを極端に上げることはできない。
【００１７】
電磁誘導コイルのインダクタンスＬを大きくするには、電磁誘導コイルの巻数を多くすれば良いが、巻数を多くすると電流が流れにくくなるため、電源電圧を高くせざるを得ない。しかし、電源電圧を高くすると、並列共振回路を駆動するスイッチング素子として、高耐電圧、高電流容量のものが必要となるため、コストアップの要因となる。したがって、電源電圧をあまり高く設定できなく、その結果、電磁誘導コイルの巻数が制限されるため、コイルの巻数や形状を自由に設計できないことになる。
【００１８】
一方、直列共振回路方式では、電磁誘導コイルに対してコンデンサが直列に接続されているため、電源電圧を高く設定できる。したがって、電磁誘導コイルの巻数が制限されることがないため、並列共振回路方式に比べて、コイルの巻数や形状を自由に設計できるというメリットがある。この直列共振回路方式の制御装置としては、例えば特許文献２に開示されたものが知られている。
【００１９】
この特許文献２に開示の制御装置では、図１８に示すように、カスコード接続された同導電型の一対のトランジスタＱ１０１，Ｑ１０２からなる駆動回路を有し、電磁誘導コイルＬと一対のコンデンサＣ１０１，Ｃ１０２とからなる直列共振回路を、一対のトランジスタＱ１０１，Ｑ１０２に対してパルス信号を印加してこれら一対のトランジスタＱ１０１，Ｑ１０２をスイッチング駆動し、コンプリメンタリ動作させることによって駆動する構成となっている。
【００２０】
上記構成の駆動回路を実現するためには、同導電型の一対のトランジスタＱ１０１，Ｑ１０２として、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor;絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、ＰチャネルのバイポーラトランジスタもしくはＭＯＳ−ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、またはＮチャネルのバイポーラトランジスタもしくはＭＯＳ−ＦＥＴを用いる必要がある。
【００２１】
例えば、Ｐチャネルのバイポーラトランジスタを用いた回路構成を採った場合は、図１８において、上段のトランジスタＱ１０１がスイッチングトランジスタとして働き、下段のトランジスタＱ１０２がフォロワトランジスタとして動作する。なお、ＩＧＢＴはＰチャネルのバイポーラトランジスタの一種として考えることができる。
【００２２】
【特許文献１】
特開平１１−１９４６３２号公報
【特許文献２】
特開２０００−２２３２５２号公報
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例に係る直列共振回路方式の制御装置において、同導電型の一対のトランジスタ（例えば、Ｐチャネルのバイポーラトランジスタ）Ｑ１０１，Ｑ１０２をスイッチング駆動で用いる場合は、共振周波数と駆動周波数とが完全に一致したところでは、電磁誘導コイルに流れる電流Ｉは、
Ｉ＝Ｖｉｎ／（Ｒｃ＋Ｚｏｕｔ） ［Ａ］ ……（３）
となる。ここで、Ｖｉｎは直列共振回路への投入電圧、Ｒｃは電磁誘導コイルの巻線抵抗、Ｚｏｕｔは駆動回路の出力インピーダンスである。
【００２４】
式（３）において、発熱に必要な駆動を実現するには、（Ｒｃ＋Ｚｏｕｔ）≒０という条件を満足する必要がある。したがって、スイッチング素子として高電流容量の素子が必要となるため、その分だけコストが高くなるとともに、消費電力が大きくなるという課題があった。また、スイッチングで駆動する構成を採っているため、電磁誘導コイルのインダクタンスが小さい場合には高調波ノイズが発生しやすいという課題もあった。
【００２５】
また、上記構成の直列共振回路方式の制御装置において、例えば１０００Ｗ出力では、共振用のコンデンサＣ１０１，Ｃ１０２には３０Ａ前後の交流電流が流れることになる。したがって、共振用のコンデンサＣ１０１，Ｃ１０２として比較的に形状が大きい専用のコンデンサを使用せざるを得なく、しかも当該コンデンサを２個使用することになるため実装密度上問題がある。
【００２６】
さらに、同導電型の一対のトランジスタＱ１０１，Ｑ１０２からなる駆動回路では、出力信号の正極性では正側のトランジスタが低インピーダンスを示し、当該トランジスタに共振電流が流れるが、出力信号の負極性では負側のトランジスタが高インピーダンスを示すことから、上記式（３）において、（Ｒｃ＋Ｚｏｕｔ）≒０という条件を満足することができず、直列共振回路からの還流電流を利用できないため効率が悪いという課題もあった。因みに、低インピーダンスを実現するための素子は入力容量が大きく、これ自体を駆動するのが難しいため、従来技術では実用化が困難であった。
【００２７】
また、一対のトランジスタＱ１０１，Ｑ１０２を同時駆動したときに貫通電流が流れるが、この貫通電流が流れる時間が長い場合には、トランジスタの許容最大熱損失Ｐｄを越えてトランジスタの破壊につながる。このため、特許文献２に開示の従来装置では、貫通電流を検知して駆動タイミングを制御するため検知用トランジスタを用いている。したがって、このトランジスタを用いて貫通電流を検知する構成を採る分だけ回路構成が複雑になるとともに、コストアップにつながる。
【００２８】
貫通電流の発生を防ぐためには、一般的には、カスコード接続の一対のトランジスタＱ１０１，Ｑ１０２のオン／オフのタイミングを制御して両トランジスタＱ１０１，Ｑ１０２が同時にオン状態になることが無いようにする駆動方法が採られる。トランジスタＱ１０１，Ｑ１０２が同時にオンにならないようにするためには、素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間からその大きい方の時間以上の同時オフ時間を設けることになるため、直列共振回路の駆動において５０％デューティが保証されなくなり、その分だけ効率が低下する。
【００２９】
上述した課題を回避するためには、逆導電型の一対のトランジスタを相補対称接続（コンプリメンタリ接続）してなる所謂プッシュプル回路の構成の駆動回路を用いるのが望ましい。このプッシュプル回路構成の駆動回路において、１００Ｗ以上の高出力を得るために、逆導電型の一対のトランジスタとしてバイポーラトランジスタやパワーＭＯＳ−ＦＥＴを使用した場合には、これらトランジスタが扱う電流が例えば３０〜４０Ａ程度と非常に大きくなる。
【００３０】
しかしながら、非常に大きな電流を扱うプッシュプル回路では、逆導電型の一対のトランジスタの不感帯と感帯の境目で、オフ状態からオン状態に移行する瞬間に突然大電流が流れるため、グリッチ（ｇｌｉｔｃｈ）やスパイク(以下、これらを総称してグリッチと記す)が発生する。このグリッチは、負帰還することによって目的以外の寄生発振（寄生振動）をトランジスタのリード線や基板との間に引き起こす。したがって、安定な動作を実現するのが難しく、また目的の出力が得られない。
【００３１】
特に、一対のトランジスタとしてパワーＭＯＳ−ＦＥＴを使用した場合には、トランジスタの飽和電圧ＶｄｓがＩＧＢＴと比較して高く、発熱し易い。したがって、発熱による損失が発生するため効率が悪い。また、低飽和形のバイポーラトランジスタを使用したとしても、高出力の駆動回路では電流×飽和電圧積が効率を悪化させる大きな要因となってしまう。
【００３２】
また、特許文献２に開示の従来装置では、ＡＣ１００Ｖを整流して得られるＤＣ１２０Ｖ〜１４０Ｖの電圧をそのまま駆動回路に印加する構成を採っているため、使用する素子が限定される。このため、使用するＡＣ電源電圧がＡＣ２２０Ｖなどに変わる場合は、使用する素子の変更、もしくは、電源電圧変更のための回路が必要とされる。
【００３３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特に電磁誘導コイルの巻数や形状を設計する上で並列共振回路方式よりも有利な直列共振回路方式を採るとともに、駆動回路をプッシュプル回路で実現する場合において、特にグリッチに起因する寄生振動の発生を抑え、効率の向上を図るとともに、低電圧高出力の回路の実現を可能とした電磁誘導加熱用制御装置、当該制御装置を用いた電磁誘導加熱装置および当該加熱装置を具備する画像形成装置を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電磁誘導加熱用制御装置は、電磁誘導コイルおよび共振コンデンサを有する直列共振回路と、相補対称接続された逆導電型の一対のトランジスタを有し、前記直列共振回路を駆動する主駆動回路と、この主駆動回路の一対のトランジスタの各制御電極間に接続された定電圧回路と、この定電圧回路に対してその両端にそれぞれ直列に接続され、制御電極が共通に接続された逆導電型の一対のトランジスタを有する前置駆動回路とを備える構成となっている。
【００３５】
上記構成の電磁誘導加熱用制御装置において、主駆動回路が直列共振回路をスイッチング動作ではなく、逆導電型の一対のトランジスタからなるプッシュプル回路によって電流増幅動作で駆動を行うことで、一対のトランジスタが共に低インピーダンスを示す。したがって、共振コンデンサが１個の直列共振回路でも、直列共振回路からの還流電流を利用できるため効率の良い駆動を実現できる。
【００３６】
また、主駆動回路がプッシュプル回路構成であることで、その入力信号が正極性でも負極性でも、即ち入力信号の極性に関係なく常に低インピーダンスで直列共振回路を駆動することができる。したがって、直列共振回路において、形成されるＱファクタを積極的に活用し、低電源電圧で大電流を発生させると同時に、直列共振のフライホイール効果も利用して電磁誘導コイルを駆動できる。
【００３７】
さらに、主駆動回路の相補対称接続接続された一対のトランジスタの制御電極間に定電圧回路を接続し、前置駆動回路によって一対のトランジスタの各制御電極を駆動することで、定電圧回路の作用によって負側のトランジスタの制御電極電位に対して、正側のトランジスタの制御電極電位が常に一定電圧以上に保たれる。これにより、主駆動回路の不感帯と感帯の境目でのグリッチの発生が抑制され、寄生発振が起こりにくくなる。
【００３８】
請求項２記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項１記載の電磁誘導加熱用制御装置において、前記定電圧回路が主駆動回路の不感帯電圧以上の障壁電圧を持つツェナーダイオードからなる構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、定電圧回路としてツェナーダイオードを用いることで、単一の素子で所期の目的を達成できるため、回路構成の簡略化が図れる。しかも、ツェナーダイオードが主駆動回路の不感帯電圧以上の障壁電圧を持つことで、負側のトランジスタの制御電極電位に対して、正側のトランジスタの制御電極電位を常に主駆動回路の不感帯電圧以上に保つことができる。したがって、主駆動回路の不感帯と感帯の境目でのグリッチの発生を確実に抑制できる。
【００３９】
請求項３記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項１記載の電磁誘導加熱用制御装置において、前記前置駆動回路の電源電圧の電圧値が、前記主駆動回路の電源電圧の電圧値よりも大きく設定された構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、主駆動回路の電源電圧よりも電圧値が大きい電源電圧で前置駆動回路を駆動し、主駆動回路の電源電圧をオーバーした電圧波形の前置駆動回路の出力信号で主駆動回路を駆動することで、主駆動回路の相補接続された逆導電型の一対のトランジスタの飽和電圧が下がる。これにより、当該一対のトランジスタの発熱が抑制され、発熱による損失が抑えられる。
【００４０】
請求項４記載の電磁誘導加熱用制御装置は、電磁誘導コイルおよび共振コンデンサを有する直列共振回路と、互いに直列に接続された一対のトランジスタを有し、前記直列共振回路を駆動する主駆動回路と、前記主駆動回路を駆動する前置駆動回路とを備え、前記前置駆動回路の電源電圧の電圧値が、前記主駆動回路の電源電圧の電圧値よりも大きく設定された構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、主駆動回路の電源電圧よりも電圧値が大きい電源電圧で前置駆動回路を駆動し、主駆動回路の電源電圧をオーバーした電圧波形の前置駆動回路の出力信号で主駆動回路を駆動（オーバードライブ）することで、主駆動回路の一対のトランジスタの飽和電圧が下がる。これにより、当該一対のトランジスタの発熱が抑制され、発熱による損失が抑えられる。
【００４１】
請求項５記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項４記載の電磁誘導加熱用制御装置において、前記一対のトランジスタが逆導電型のトランジスタであり、相補対称接続されてなるプッシュプル回路によって主駆動回路が構成されている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、主駆動回路がプッシュプル回路構成であることで、その入力信号が正極性でも負極性でも、即ち入力信号の極性に関係なく常に低インピーダンスで直列共振回路を駆動することができる。したがって、直列共振回路において、形成されるＱファクタを積極的に活用し、低電源電圧で大電流を発生させると同時に、直列共振のフライホイール効果も利用して電磁誘導コイルを駆動できる。
【００４２】
請求項６記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項４記載の電磁誘導加熱用制御装置において、前記一対のトランジスタが同導電型のトランジスタであり、カスコード接続されてなるトーテムホール回路によって主駆動回路が構成されている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、主駆動回路がトーテムホール回路構成の場合にも、オーバードライブを行うことで、主駆動回路の一対のトランジスタの飽和電圧が下がる。これにより、当該一対のトランジスタの発熱が抑制され、発熱による損失が抑えられる。
【００４３】
請求項７記載の電磁誘導加熱用制御装置は、電磁誘導コイルおよび共振コンデンサを有する直列共振回路と、出力段が互いに直列接続された一対のトランジスタからなり、前記直列共振回路をその両端から逆相の信号に応じてそれぞれ駆動する２つの駆動回路とを備えた構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、直列共振回路をその両端から２つの駆動回路によって逆相の信号に応じて駆動することで、低電圧高出力の回路を容易に実現できる。したがって、同じ駆動出力を得る場合、両端駆動の方が一端駆動よりも電源電圧を低く抑えることができる。
【００４４】
請求項８記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項７記載の電磁誘導加熱用制御装置において、前記一対のトランジスタは逆導電型のトランジスタであり、相補対称接続されてなるプッシュプル回路によって２つの駆動回路の各出力段が構成されている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、２つの駆動回路の各出力段がプッシュプル回路構成であることで、その入力信号が正極性でも負極性でも、即ち入力信号の極性に関係なく常に低インピーダンスで直列共振回路を駆動することができる。したがって、直列共振回路において、形成されるＱファクタを積極的に活用し、低電源電圧で大電流を発生させると同時に、直列共振のフライホイール効果も利用して電磁誘導コイルを駆動できる。
【００４５】
請求項９記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項７記載の電磁誘導加熱用制御装置において、前記２つの駆動回路が各々、相補対称接続された逆導電型の一対のトランジスタを有する主駆動回路と、前記主駆動回路の一対のトランジスタの各制御電極間に接続された定電圧回路と、前記定電圧回路に対してその両端にそれぞれ直列に接続され、制御電極が共通に接続された逆導電型の一対のトランジスタを有する前置駆動回路とを有し、前記２つの駆動回路の一方の前記主駆動回路の出力端が前記直列共振回路の一端に接続され、他方の前記主駆動回路の出力端が前記直列共振回路の他端に接続された構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、主駆動回路の相補対称接続接続された一対のトランジスタの制御電極間に定電圧回路を接続し、前置駆動回路によって一対のトランジスタの各制御電極を駆動することで、定電圧回路の作用によって負側のトランジスタの制御電極電位に対して、正側のトランジスタの制御電極電位が常に一定電圧以上に保たれる。これにより、主駆動回路の不感帯と感帯の境目でのグリッチの発生が抑制され、寄生発振が起こりにくくなる。
【００４６】
請求項１０記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項７記載の電磁誘導加熱用制御装置において、前記直列共振回路が複数設けられており、これら複数の直列共振回路の各一端が前記２つの駆動回路の一方の出力端に、各他端が前記２つの駆動回路の他方の出力端にそれぞれ接続された構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、直列共振回路をその両端から駆動することにより、２つの駆動回路の電源電圧を抑えることができ、２つの駆動回路の各出力段のパワートランジスタとして大電流低電圧タイプのトランジスタを使用することができる。その結果、複数の電磁誘導コイルの同時駆動が可能になる。
【００４７】
以上の請求項１〜請求項３、請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の電磁誘導加熱用制御装置は、被加熱体を加熱する発熱部材と、電磁誘導によって当該発熱部材を発熱させる制御装置とを具備する電磁誘導加熱装置において、その制御装置として用いられる。また、この電磁誘導加熱装置は、複写機やプリンタなどに代表される画像形成装置に搭載され、定着ローラ、定着ベルトあるいは固体インクの支持部材を発熱部材としてそれらを発熱させて被加熱体を加熱する。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４９】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示す回路図である。図１において、本実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置は、電磁誘導コイルＬ１１に対して単一の共振コイルＣ１１が直列に接続されてなる直列共振回路１１と、これを駆動する２入力の主駆動回路１２と、この主駆動回路１２の２つの入力端間に接続された定電圧回路１３と、前置駆動回路１４とを有する構成となっている。
【００５０】
主駆動回路１２は、低電源電圧での駆動を可能にするために、逆導電型の（互いに導電型が異なる）一対のトランジスタ、例えばＮチャネルのパワーＭＯＳ−ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１１およびＰチャネルＦＥＴＱ１２を有し、これらＭＯＳ−ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２のソース電極同士が共通に接続された、即ちシングルエンドの相補対称接続（コンプリメンタリ接続）されたプッシュプル回路構成となっている。この主駆動回路１２は、インピーダンス変換機能を持っている。
【００５１】
主駆動回路１２は、正側電源電圧Ｖｄｄおよび負側電源電圧Ｖｃｃを動作電源としている。すなわち、ＦＥＴＱ１１のドレイン電極には正側電源電圧Ｖｄｄが印加され、ＦＥＴＱ１２のドレイン電極には負側電源電圧Ｖｃｃが印加されている。主駆動回路１２の出力端、即ちＦＥＴＱ１１，Ｑ１２のソース共通接続ノードＮ１１には、直列共振回路１１の入力端、本例では電磁誘導コイルＬ１１に対して直列に接続された共振コイルＣ１１の一端が接続されている。
【００５２】
主駆動回路１２の２つの入力端間には、主駆動回路１２の不感帯電圧以上の一定電圧を両端間に発生する定電圧回路１３が接続されている。この定電圧回路１３としては、例えば、ツェナーダイオード（定電圧ダイオード）ＺＤが用いられる。このツェナーダイオードＺＤは、主駆動回路１２の不感帯電圧以上、即ちＦＥＴＱ１１，Ｑ１２のスレッシュホールド電圧以上の障壁電圧を持ち、カソード電極が主駆動回路１２の一方の入力端、即ちＦＥＴＱ１１のゲート電極（制御電極）に接続され、アノード電極が他方の入力端、即ちＦＥＴＱ１２のゲート電極に接続されている。
【００５３】
前置駆動回路１４は、コンプリメンタリ−プッシュプル回路１４１およびバッファ１４２を有する構成となっている。コンプリメンタリ−プッシュプル回路１４１は、逆導電型の一対のトランジスタ、例えばＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱ１３およびＰＮＰ型バイポーラトランジスタＱ１４を有し、これらトランジスタＱ１３，Ｑ１４のベース電極（制御電極）同士が共通接続されるとともに、エミッタ電極同士がツェナーダイオードＺＤを介して接続された構成となっている。
【００５４】
前置駆動回路１４は、正側電源電圧Ｖｄｐおよび負側電源電圧Ｖｃｐを動作電源としている。ここで、正側電源電圧Ｖｄｐおよび負側電源電圧Ｖｃｐとして、正側電源電圧Ｖｄｄおよび負側電源電圧Ｖｃｃをそれぞれ共用することも可能であるが、本実施形態では、別々のものを用いるものとし、正側電源電圧Ｖｄｐおよび負側電源電圧Ｖｃｐの各電圧値は、正側電源電圧Ｖｄｄおよび負側電源電圧Ｖｃｃの各電圧値よりも大きく設定されている。具体的には、正側電源電圧Ｖｄｐおよび負側電源電圧Ｖｃｐの各電圧値は、パワーＭＯＳ−ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の飽和電圧をＶｄｓとしたとき、Ｖｄｐ＞Ｖｄｄ＋Ｖｄｓ、Ｖｃｐ＞Ｖｃｃ＋Ｖｄｓなる条件を満足するように設定されている。
【００５５】
この前置駆動回路１４において、トランジスタＱ１３のコレクタ電極には正側電源電圧Ｖｄｐが印加され、トランジスタＱ１４のコレクタ電極には負側電源電圧Ｖｃｐが印加される。トランジスタＱ１３のエミッタ電極には、ツェナーダイオードＺＤのカソード電極およびＦＥＴＱ１１のゲート電極がそれぞれ接続されている。トランジスタＱ１４のエミッタ電極には、ツェナーダイオードＺＤのアノード電極およびＦＥＴＱ１２のゲート電極がそれぞれ接続されている。トランジスタＱ１３，Ｑ１４のベース共通接続ノードＮ１２には、バッファ１４２を介して例えばデューティ５０％の矩形波の信号Ｓｉｇが与えられる。
【００５６】
次に、上記構成の第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置の回路動作について説明する。
【００５７】
直列共振回路１１を用いた電磁誘導加熱用制御装置において、電磁誘導コイルＬ１１の駆動周波数をｆ、インダクタンスをＬ、巻線抵抗をＲｃ、駆動回路１２の出力インピーダンスをＺｏｕｔとすると、形成されるＱ（ｑｕａｌｉｔｙ）ファクタは、
Ｑ＝２πｆＬ／（Ｒｃ＋Ｚｏｕｔ） ……（４）
で表される。Ｑファクタは振動系の鋭さを表す量である。
【００５８】
直列共振回路１１への投入電圧をＶｉｎとすると、電磁誘導コイルＬ１１にはＶ＝ＱＶｉｎなる電圧Ｖが印加され、また式（３）で表される電流Ｉが流れる。ここで、主駆動回路１２の出力インピーダンスＺｏｕｔは、
Ｑ＝２πｆＬ／（Ｒｃ＋Ｚｏｕｔ）≫１ ……（５）
なる条件を満足するように設定される。このため、出力インピーダンスＺｏｕｔはほぼ０オームである。
【００５９】
ところで、主駆動回路１２はプッシュプル回路であり、高圧、大電流のプッシュプル回路においては、前述したように、逆導電型トランジスタであるＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の不感帯と感帯の境目で突然大電流が流れることによってグリッチ（もしくは、スパイク）が発生する。この感帯と不感帯の間の電圧は、ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２のスレッシュホールド電圧に比例する。
【００６０】
ここで、ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の各ゲート電極間に接続されたツェナーダイオードＺＤは、主駆動回路１２の不感帯電圧以上、即ちＦＥＴＱ１１，Ｑ１２のスレッシュホールド電圧以上の障壁電圧を持っている。したがって、ツェナーダイオードＺＤは、負側（本例では、グランド側）のＰチャネルＦＥＴＱ１２のゲート電位に対して、正側のＮチャネルＦＥＴＱ１１のゲート電位を常に不感帯電圧以上に保つ働きをする。これにより、等価的に、主駆動回路１２に不感帯が存在しないものとみなすことができる。その結果、ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２がオフ状態からオン状態に移行する際に突然大電流が流れるようなことがないため、グリッチの発生が抑制され、グリッチに起因する寄生発振が起こりにくくなる。
【００６１】
なお、本実施形態では、定電圧回路１３としてツェナーダイオードＺＤを用いた場合を例に挙げて説明したが、ツェナーダイオードＺＤに限られるものではなく、両端間に一定電圧を発生する他の定電圧回路であっても良い。要は、負側のＰチャネルＦＥＴＱ１２のゲート電位に対して、正側のＮチャネルＦＥＴＱ１１のゲート電位を常に一定電圧以上、具体的には主駆動回路１２の不感帯電圧以上に保つ作用をなし得るものであれば良い。ただし、ツェナーダイオードＺＤを用いだ場合には、単一の素子で所期の目的を達成できるため、回路構成の簡略化が図れるという利点がある。
【００６２】
また、本実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置においては、主駆動回路１２の電源電圧Ｖｄｄ，Ｖｃｃよりも電圧値が大きい電源電圧Ｖｄｐ，Ｖｃｐで前置駆動回路１４を駆動し、電源電圧Ｖｄｄ，Ｖｃｃをオーバーした電圧波形の前置駆動回路１４の出力信号で主駆動回路１２を駆動する所謂オーバードライブ方式を採っている。このオーバードライブ方式を採ることにより、パワーＭＯＳ−ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２をドレイン電圧よりも大きいゲート電圧で駆動することになるため、これらＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の飽和電圧Ｖｄｓが下がり、例えばＩＧＢＴの飽和電圧よりも低くなる。これにより、ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の発熱が抑制され、発熱による損失を抑えることができるため駆動効率が向上する。
【００６３】
図２の波形図において、主駆動回路１２の出力振幅（Ｖｄｄ−Ｖｃｃ）に対する前置駆動回路１４の出力振幅（Ｖｄｐ−Ｖｃｐ）の差電圧がオーバードライブ電圧となる。効率の向上を図る上では、ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の飽和電圧Ｖｄｓができるだけ低い方が有利である。したがって、飽和電圧Ｖｄｓが極小となるようにオーバードライブ電圧を設定するのが好ましい。因みに、オーバードライブ電圧を７Ｖ以上に設定することで、発熱抑制による効率向上に関して十分な効果が得られることが本願発明者によって確認されている。一例として、Ｖｄｄ＝３０ＶのときＶｄｐ＝４０Ｖ、Ｖｃｃ＝０ＶのときＶｃｐ＝−７Ｖ、という具合に前置駆動回路１４の電源電圧Ｖｄｐ，Ｖｃｐを設定することで、７Ｖ以上のオーバードライブ電圧を確保することができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、逆導電型のＦＥＴＱ１１，１２をコンプリメンタリ接続して主駆動回路１２を構成する場合を例に採って説明したが、回路素子としては電界効果トランジスタに限られるものではなく、ベース同士およびエミッタ同士がそれぞれ共通に接続されたＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱ１３およびＰＮＰ型トランジスタＱ１４をコンプリメンタリ接続して主駆動回路１２を構成しても良いことは勿論である。
【００６５】
上述したように、第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置においては、電磁誘導コイルＬ１１の巻数や形状を設計する上で並列共振回路方式よりも有利な直列共振回路方式を採る一方、この直列共振回路１１を駆動する主駆動回路１２を、逆導電型の一対のＦＥＴＱ１１，Ｑ１２をコンプリメンタリ接続してなるプッシュプル回路構成としたことにより、当該駆動回路１２が直列共振回路１１をスイッチング動作ではなく、電流増幅動作で駆動を行うことができる。また、一対のＦＥＴＱ１１，Ｑ１２が共に低インピーダンスを示すことから、共振コンデンサが１個の直列共振回路でも、当該直列共振回路からの還流電流を利用できるため効率の良い駆動を実現でき、しかも共振コンデンサが１個で済むため実装密度上の問題も解決できることになる。
【００６６】
また、主駆動回路１２がコンプリメンタリ−プッシュプル回路構成であることにより、その入力信号が正極性でも負極性でも、即ち入力信号の極性に関係なく常に低インピーダンスで直列共振回路１１を駆動することができるため、直列共振回路１１において、形成されるＱファクタ（式（４）を参照）を積極的に活用し、低電源電圧で大電流を発生させると同時に、直列共振のフライホイール効果も利用して電磁誘導コイルＬ１１を駆動することができる。その結果、コストと消費電力を大幅に低減できる。
【００６７】
コンプリメンタリ−プッシュプル回路ではさらに、同導電型のトランジスタをカスコード接続した場合のような貫通電流が流れることがないため、当該貫通電流を検知するトランスなどの検知素子を設ける必要もない。しかも、カスコード接続の場合のように、貫通電流の発生防止を目的として、素子の立ち上がり時間と立ち下がり時間からその大きい方の時間以上の同時オフ時間を設ける必要がないため、直列共振回路１１の駆動において５０％デューティを保証できることになる。
【００６８】
さらに、主駆動回路１２のコンプリメンタリ接続されたＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の各ゲート電極間に、主駆動回路１２の不感帯電圧以上の一定電圧を両端間に発生する定電圧回路１３、例えばツェナーダイオードＺＤを接続し、コンプリメンタリ−プッシュプル回路構成の前置駆動回路１４によってＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の各ゲート電極を駆動することで、ツェナーダイオードＺＤの作用によって負側のＦＥＴＱ１２のゲート電位に対して、正側のＦＥＴＱ１１のゲート電位が常に主駆動回路１２の不感帯電圧以上に保たれるため、グリッチの発生が抑制され、寄生発振が起こりにくくなる。
【００６９】
さらにまた、前置駆動回路１４の電源電圧Ｖｄｐ，Ｖｃｐの電圧値を、主駆動回路１２の電源電圧Ｖｄｄ，Ｖｃｃの電圧値よりも大きく設定し、電源電圧Ｖｄｄ，Ｖｃｃをオーバーした電圧波形の前置駆動回路１４の出力信号で主駆動回路１２を駆動するオーバードライブ方式を採ることにより、パワーＭＯＳ−ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の飽和電圧Ｖｄｓを低くし、これらＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の発熱を抑えることができるため駆動効率を向上できる。
【００７０】
なお、オーバードライブ方式については、上記実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置における主駆動回路、即ち逆導電型の一対のパワーＭＯＳ−ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２がコンプリメンタリ接続されてなる主駆動回路１２への適用に限られるものではなく、例えばＮチャネルの一対のパワーＭＯＳ−ＦＥＴがカスコード接続されてなる主駆動回路や、Ｐチャネルの一対のパワーＭＯＳ−ＦＥＴがカスコード接続されてなる主駆動回路にも同様に適用可能である。Ｎチャネルの一対のパワーＭＯＳ−ＦＥＴがカスコード接続されてなる主駆動回路に適用する場合を、第１実施形態の変形例として以下に説明する。
【００７１】
（変形例）
図３は、第１実施形態の変形例に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示す回路図である。図３において、本変形例に係る電磁誘導加熱用制御装置は、電磁誘導コイルＬ２１に対して単一の共振コイルＣ２１が直列に接続されてなる直列共振回路２１と、これを駆動する主駆動回路２２およびその前置駆動回路２３を有する構成となっている。
【００７２】
主駆動回路２２は、同導電型の一対のトランジスタ、例えばＮチャネルのパワーＭＯＳ−ＦＥＴＱ２１，Ｑ２２を有し、これらＭＯＳ−ＦＥＴＱ２１，Ｑ２２のソース電極とドレイン電極とが共通に接続された、即ちカスコード接続されたトーテムポール（Ｔｏｔｅｍ Ｐｏｌｅ）回路構成となっている。ここに、トーテムポール回路とは、パワーＭＯＳ−ＦＥＴのゲート容量を急速に充放電できるような大きなピーク電流を供給できる駆動回路のことを言う。
【００７３】
主駆動回路２２は、正側電源電圧Ｖｄｄおよび負側電源電圧Ｖｃｃを動作電源としている。すなわち、ＦＥＴＱ２１のドレイン電極には正側電源電圧Ｖｄｄが印加され、ＦＥＴＱ２２のソース電極には負側電源電圧Ｖｃｃが印加される。主駆動回路２２の出力端、即ちＦＥＴＱ１１，Ｑ１２のソース−ドレイン共通接続ノードＮ２１には、直列共振回路２１の入力端、本例では電磁誘導コイルＬ２１に対して直列に接続された共振コイルＣ２１の一端が接続されている。
【００７４】
前置駆動回路２３は、主駆動回路２２のＦＥＴＱ１１，Ｑ１２にそれぞれ対応して設けられた２つのコンプリメンタリ−プッシュプル回路２３１Ａ，２３１Ｂおよび２つのバッファ２３２Ａ，２３２Ｂを有する構成となっている。プッシュプル回路２３１Ａは、逆導電型の一対のトランジスタ、例えばＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱ２３ＡとＰＮＰ型バイポーラトランジスタＱ２４Ａとを有し、これらトランジスタＱ２３Ａ，Ｑ２４Ａのベース電極同士およびエミッタ電極同士がそれぞれ共通に接続された構成となっている。プッシュプル回路２３１Ｂも同様に、ベース電極同士およびエミッタ電極同士がそれぞれ共通に接続されたＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱ２３ＢおよびＰＮＰ型バイポーラトランジスタＱ２４Ｂを有する構成となっている。
【００７５】
前置駆動回路２３は、正側電源電圧Ｖｄｐおよび負側電源電圧Ｖｃｐを動作電源としている。すなわち、トランジスタＱ２３Ａ，Ｑ２３Ｂの各コレクタ電極には正側電源電圧Ｖｄｐが印加され、トランジスタＱ２４Ａ，Ｑ２４Ｂの各コレクタ電極には負側電源電圧Ｖｃｐが印加されている。そして、プッシュプル回路２３１Ａ，２３１Ｂの各入力端、即ちトランジスタＱ２３Ａ，Ｑ２４Ａのベース共通接続ノードＮ２２ＡおよびトランジスタＱ２３Ｂ，Ｑ２４Ｂのベース共通接続ノードＮ２２Ｂには、バッファ２３２Ａ，２３２Ｂを介して例えばデューティ５０％の矩形波で、互いに位相が１８０度異なる信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢがそれぞれ与えられる。
【００７６】
上記構成の本変形例に係る電磁誘導加熱用制御装置において、主駆動回路２２の上段のＦＥＴＱ２１がフォロアトランジスタとして働き、下段のＦＥＴＱ２２がスイッチング動作を行う。
【００７７】
ここで、前置駆動回路２３の正側電源電圧Ｖｄｐおよび負側電源電圧Ｖｃｐの各電圧値は、主駆動回路２２の正側電源電圧Ｖｄｄおよび負側電源電圧Ｖｃｃの各電圧値よりも大きく設定されている。具体的には、正側電源電圧Ｖｄｐおよび負側電源電圧Ｖｃｐの各電圧値は、パワーＭＯＳ−ＦＥＴＱ２１，Ｑ２２の飽和電圧をＶｄｓとしたとき、Ｖｄｐ＞Ｖｄｄ＋Ｖｄｓ、Ｖｃｐ＞Ｖｃｃ＋Ｖｄｓなる条件を満足するように設定されている。
【００７８】
上記の条件での電源電圧の設定により、先述したオーバードライブが実現される。すなわち、電源電圧Ｖｄｄ，Ｖｃｃをオーバーした電圧波形の前置駆動回路２３の出力信号、即ちプッシュプル回路２３１Ａ，２３１Ｂの各出力信号によって主駆動回路２２の駆動が行われる。このオーバードライブ方式を採ることにより、パワーＭＯＳ−ＦＥＴＱ２１，Ｑ２２の飽和電圧Ｖｄｓを低くできるため、これらＦＥＴＱ２１，Ｑ２２の発熱を抑えることができ、よって効率を向上できる。
【００７９】
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示す回路図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示している。
【００８０】
本実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置は、例えば互いに同じ回路構成の２つの駆動回路３１Ａ，３１Ｂを有し、これら駆動回路３１Ａ，３１Ｂによって直列共振回路１１をその両端から駆動する構成となっている。２つの駆動回路３１Ａ，３１Ｂは、例えば、第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置と同じ回路構成を採っている。
【００８１】
具体的には、２つの駆動回路３１Ａ，３１Ｂは共に、コンプリメンタリ接続されたＦＥＴ（Ｑ１１Ａ，Ｑ１２Ａ），（Ｑ１１Ｂ，Ｑ１２Ｂ）の各ゲート電極間に、主駆動回路１２Ａ，１２Ｂの不感帯電圧以上の一定電圧を両端間に発生する定電圧回路１３Ａ，１３を接続し、コンプリメンタリ−プッシュプル回路構成の前置駆動回路１４Ａ，１４ＢによってＦＥＴ（Ｑ１１Ａ，Ｑ１２Ａ），（Ｑ１１Ｂ，Ｑ１２Ｂ）の各ゲート電極を駆動する構成となっている。
【００８２】
さらに、２つの駆動回路３１Ａ，３１Ｂは共に、前置駆動回路１４Ａ，１４Ｂの電源電圧Ｖｄｐ，Ｖｃｐの電圧値を、主駆動回路１２Ａ，１２Ｂの電源電圧Ｖｄｄ，Ｖｃｃの電圧値よりも大きく設定して、電源電圧Ｖｄｄ，Ｖｃｃをオーバーした電圧波形の前置駆動回路１４Ａ，１４Ｂの出力信号で主駆動回路１２Ａ，１２Ｂを駆動するオーバードライブ方式を採っている。
【００８３】
２つの駆動回路３１Ａ，３１Ｂのうち、一方の駆動回路３１Ａの出力端、即ちパワーＭＯＳ−ＦＥＴＱ１１Ａ，Ｑ１２Ａのソース共通接続ノードＮ１１Ａが直列共振回路１１の一端、即ち共振コンデンサＣ１１の一端に接続され、他方の駆動回路３１Ｂの出力端、即ちパワーＭＯＳ−ＦＥＴＱ１１Ｂ，Ｑ１２Ｂのソース共通接続ノードＮ１１Ｂが直列共振回路１１の他端、即ち電磁誘導コイルＬ１１の一端に接続されている。
【００８４】
そして、２つの駆動回路３１Ａ，３１Ｂには、図５の波形図に示すように、互いに位相が１８０度異なる、即ち逆相の２つの信号ＳｉｇＡ，ＳｉｎＢが入力される。これらの信号ＳｉｇＡ，ＳｉｎＢは、バッファ１４２Ａ，１４２Ｂを介して前置駆動回路１４Ａ，１４Ｂの各入力端、即ちトランジスタ（Ｑ１３Ａ，Ｑ１４Ａ），（Ｑ１３Ｂ，Ｑ１４Ｂ）の各ベース共通接続ノードＮ１２Ａ，Ｎ１２Ｂに与えられる。これにより、駆動回路３１Ａ，３１Ｂによって直列共振回路１１がその両端から交互に駆動されることになる。
【００８５】
上述したように、第２実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置においては、電磁誘導コイルＬ１１および共振コンデンサＣ１１からなる直列共振回路１１を、その両端から２つの駆動回路３１Ａ，３１Ｂによって逆相の信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢに応じて駆動することにより、低電圧高出力の回路を容易に実現できる。したがって、同じ駆動出力を得る場合、両端駆動の方が一端駆動よりも電源電圧を低く抑えることができ、ＤＣ５０Ｖ以下の低電源電圧での動作が可能になる。
【００８６】
このように、電源電圧を低く抑えることができることにより、高価なＩＧＢＴを用いなくても、ＩＧＢＴよりも安価なパワーＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ１１Ａ，Ｑ１２Ａ），（Ｑ１１Ｂ，Ｑ１２Ｂ）によって主駆動回路１２Ａ，１２Ｂが実現し易くなるため、本電磁誘導加熱用制御装置の低コスト化を図ることができる。この両端駆動の構成は直列共振回路１１であるが故に実現可能であり、並列共振回路では実現が不可能である。
【００８７】
また、電源電圧を抑えることができることにより、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ１１Ａ，Ｑ１２Ａ），（Ｑ１１Ｂ，Ｑ１２Ｂ）に要求される耐圧が低くて済むため、当該パワーＭＯＳ−ＦＥＴとして大電流低電圧タイプのトランジスタを使用することができる。その結果、電磁誘導コイルを複数同時に駆動することが可能となる。この複数の電磁誘導コイルの同時駆動の場合を、第２実施形態の変形例として以下に説明する。
【００８８】
（変形例）
図６は、第２実施形態の変形例に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示す回路図であり、図中、図４と同等部分には同一符号を付して示している。本変形例に係る電磁誘導加熱用制御装置では、例えば３個の電磁誘導コイルＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３を同時駆動する場合を例に採って示している。
【００８９】
図６において、３個の電磁誘導コイルＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３は、共振コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３と共に直列共振回路１１−１，１１−２，１１−３を構成している。そして、直列共振回路１１−１，１１−２，１１−３は、２つの駆動回路３１Ａ，３１Ｂの各出力端、即ちノードＮ１１Ａ，Ｎ１１Ｂに対して互いに並列に接続されている。
【００９０】
このように、直列共振回路に対してその両端から駆動する駆動方式を採り、駆動回路３１Ａ，３１Ｂの電源電圧を抑えることにより、主駆動回路１２Ａ，１２ＢのパワーＭＯＳ−ＦＥＴとして大電流低電圧タイプのトランジスタを使用することができるため、電磁誘導コイルを複数（本例では、３個）同時に駆動することができる。
【００９１】
また、複数の電磁誘導コイルの同時駆動が可能であることにより、板状またはシート状の被加熱体をその両面から例えば２個の電磁誘導コイルによって同時に加熱することができる。これにより、磁束を損失することがなく、また被加熱体からの不要輻射が少なくなるため、系としての加熱効率を向上させることができる。
【００９２】
このように、例えば２個の電磁誘導コイルによって同時加熱する場合の被加熱体としては、例えば図７に示す複写機において、用紙を転写部へ搬送する用紙搬送部３２の搬送ベルト３３が挙げられる。具体的には、この搬送ベルト３３に対して、当該ベルト３３を挟むようにその上部および下部に加熱コイル（電磁誘導コイル）３４Ａ，３４Ｂを配し、これら加熱コイル３４Ａ，３４Ｂをそれぞれ含む２つの直列共振回路をその両端から同時駆動し、搬送ベルト３３をその両面から同時加熱することによって加熱効率を向上できる。
【００９３】
なお、本実施形態およびその変形例では、２つの駆動回路３１Ａ，３１Ｂとして、第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置と同じ回路構成のものを用いるとしたが、これに限られるものではなく、少なくとも出力段が逆導電型の一対のトランジスタがコンプリメンタリ接続された回路または同導電型の一対のトランジスタがカスコード接続された回路からなるものであれば良い。ただし、従来技術の課題からして、出力段が逆導電型の一対のトランジスタがコンプリメンタリ接続された回路構成の方が好ましいことは明らかである。
【００９４】
特に、第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置と同じ回路構成のものを用いることにより、先述したように、グリッチの発生を抑制し、寄生発振を起こりにくくすることができるとともに、オーバードライブによってパワーＭＯＳ−ＦＥＴの発熱を抑えることができるため駆動効率を向上できる、という特有の作用効果を得ることができる。
【００９５】
図８は、先述した第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置を用いた電磁誘導加熱装置の構成の一例を示すブロック図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示している。
【００９６】
図８において、共振コンデンサＣ１１と共に直列共振回路１１を構成する電磁誘導コイルＬ１１は、鉄、銅などの金属からなる発熱部材４１に磁界をかけ、この交番する磁界によって発生する渦電流によって発熱部材４１を発熱させる。この発熱部材４１は、近接して配置された被加熱体４２をその発熱によって加熱する。直列共振回路１１は、主駆動回路１２によって駆動される。この主駆動回路１２に対して、定電圧回路１３および前置駆動回路１４が設けられている。
【００９７】
主駆動回路１２としては、第１実施形態に係る回路構成のもの、即ち逆導電型の一対のトランジスタが相補対称接続（コンプリメンタリ接続）されてなるプッシュプル回路構成のものが用いられる。定電圧回路１３としては、第１実施形態と同様に、主駆動回路１２の不感帯電圧以上の障壁電圧を持つツェナーダイオードＺＤが用いられる。前置駆動回路１４としても、第１実施形態に係る回路構成のもの、即ち逆導電型の一対のトランジスタがコンプリメンタリ接続されてなるプッシュプル回路構成のものが用いられる。
【００９８】
主駆動回路１２および前置駆動回路１４に対して、電源部４３から電源電圧Ｖｄｄ，Ｖｃｃおよび電源電圧Ｖｄｐ，Ｖｃｐが供給される。この電源部４３としては、商用１００Ｖ交流電圧を整流した電源であっても良いが、第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置は消費電力が低いことから、直流電源を用いるのが可能であるため、商用１００Ｖ交流電圧を整流した電源よりも直流電源を用いる方が好ましい。
【００９９】
なお、ここでは、第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置を用いた電磁誘導加熱装置を例に採って説明したが、第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置を用いる場合は、図８において、直列共振回路１１のグランド側の端部にも、主駆動回路１２、定電圧回路１３および前置駆動回路１４からなる駆動系を配置するだけで良い。
【０１００】
この電磁誘導加熱装置は、複写機、プリンタなどに代表される電子写真方式の画像形成装置に、未定着トナー像を記録媒体に定着させるための加熱定着装置として搭載される。また、電子写真方式の画像形成装置以外にも、トナージェット方式の画像形成装置や、インク溶融型インクジェット方式の画像形成装置にも搭載可能である。
【０１０１】
トナージェット方式の画像形成装置は、未定着トナー像を形成する工程が電子写真方式とは異なるが、記録媒体上の未定着トナー像を定着する工程、または中間転写体から未定着トナー像を記録媒体に転写すると同時に定着する工程は同様に必要である。インク溶融型インクジェット方式の画像形成装置は、ＷＡＸを主成分とする室温では固体のインクを加熱溶融し、インクジェットヘッドでドロップ状に噴射することで画像を形成するものである。
【０１０２】
印字方法としては、記録媒体に直接インクを噴射する方式と、中間転写体上に噴射し画像を形成した後記録媒体に転写定着する方式が知られている。直接噴射方式は、インクを記録媒体に着弾させた時点で印字を完了させても良いが、定着性を向上させ、半球状のドットを扁平化して画質を改善するために、熱と圧力を印加する定着工程を設けるのが好ましい。
【０１０３】
定着工程には、電子写真方式の定着装置と同様の加熱・加圧装置が適用可能である。中間転写体方式は、加熱・加圧下で記録媒体にインクを転写・定着することにより上記定着工程と同様の目的を果たすものである。すなわち、インク溶融型インクジェット方式の画像形成装置においても加熱装置が必要であり、加熱手段としてハロゲンランプ、帯状ヒータ、電磁誘導加熱方式等の従来技術が適用可能である。
【０１０４】
［適用例１］
図９は、本発明の適用例１に係る画像形成装置を示す概略構成図である。本適用例１では、ベルト状の中間転写体を採用した電子写真方式の画像形成装置に適用した場合を例に採っている。本適用例１に係る画像形成装置は、表面に静電電位の差による潜像が形成される感光ドラム５１を備えており、この感光ドラム５１にはレーザースキャナ５２およびミラー５３等からなる露光部により、感光ドラム５１に各色信号に応じたレーザー光を照射することによって潜像が形成される。
【０１０５】
感光ドラム５１の周囲には、帯電装置５４、回転式の現像装置５５、無端ベルト状の中間転写体５６、一次転写ローラ５７、クリーニング装置５８および露光ランプ５９などが配置されている。帯電装置５４は、感光ドラム５１の表面をほぼ一様に帯電する。現像装置５５は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーをそれぞれ収容し、感光ドラム５１上の潜像を各色トナーによって可視化する。
【０１０６】
中間転写体５６は、一定の方向に循環移動が可能に支持されている。一次転写ローラ５７は、中間転写体５６を挟んで感光ドラム５１と対向するように配置され、トナー像を中間転写体５６に転写する。クリーニング装置５８は、転写後の感光ドラム表面を清掃する。露光ランプ５９は、感光ドラム５１の表面を除電する。
【０１０７】
本装置内にはさらに、テンションローラ６０、駆動ローラ６１、加圧ローラ６２、給紙ユニット６３、給紙ローラ６４、レジストローラ６５、記録媒体ガイド６６および電磁誘導加熱装置６７が設けられている。テンションローラ６０は、一次転写ローラ５７とともに中間転写体５６を張架するように配置されている。加圧ローラ６２は、中間転写体５６を挟むようにテンションローラ６０と対向して配置されている。
【０１０８】
給紙ローラ６４およびレジストローラ６５は、給紙ユニット６３内に収容される記録媒体を１枚ずつ搬送する。記録媒体ガイド６６は、テンションローラ６０に巻回された中間転写体５６と加圧ローラ６２との間に記録媒体を供給する。電磁誘導加熱装置６７は、中間転写体５６の周回方向における加圧ローラ６２との対向位置の上流側に配置されており、中間転写体５６の背面側からトナー像を加熱する。この電磁誘導加熱装置６７として、先述した第１、第２実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置を用いた電磁誘導加熱装置が搭載される。
【０１０９】
上記の構成において、感光ドラム５１は、円筒状の導電性基材の表面にＯＰＣ又はａ−Ｓｉ等からなる感光体層を備えている。この感光ドラム５１の導電性基材は電気的に接地されている。現像装置５５は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのトナーをそれぞれ収容する４台の現像器５５Ｃ，５５Ｍ，５５Ｙ，５５Ｋを備えており、各現像器が感光ドラム５１と対向するように回転可能に支持されている。
【０１１０】
現像装置５５の各現像器５５Ｃ，５５Ｍ，５５Ｙ，５５Ｋ内には、表面にトナー層を形成して感光ドラム５１との対向位置に搬送する現像ロールが設けられている。この現像ロールには、ｐ−ｐ値が２ｋＶ、周波数が２ｋＨｚの矩形波電圧に４００Ｖの直流電圧を重畳した電圧が印加され、電界の作用によりトナーが感光ドラム５１上の潜像に転移されるようになっている。また、各現像器５５Ｃ，５５Ｍ，５５Ｙ，５５Ｋ内には、トナーホッパー６８からそれぞれトナーが補給される。
【０１１１】
図１０は、発熱部材となる定着ベルトである中間転写体５６の構造を示す概略断面図である。この中間転写体５６は、耐熱性の高いシート状部材からなる基層５６Ａと、その上に積層された導電層（電磁誘導発熱層）５６Ｂと、最も上層となる表面離型層５６Ｃとの３層構造で構成されている。
【０１１２】
基層５６Ａは、厚さ１０μｍ〜１００μｍの半導電性の部材であることが好ましく、例えばポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリサルファン、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド等に代表される耐熱性の高い樹脂に、カーボンブラック等の導電材を分散したものが好適に用いられる。基層５６Ａに導電材を分散するのは、一次転写時に電界をかけてトナー像を転写する静電転写性を考慮したものであるが、基層の構成はこれに限られるものではない。
【０１１３】
導電層５６Ｂは、例えば鉄やコバルトの層、またはメッキ処理によってニッケル・銅・クロム等の金属層を、厚さ１μｍ〜５０μｍで形成したものである。なお、導電層５６Ｂの詳細については後述する。
【０１１４】
表面離型層５６Ｃは、厚さ０．１μｍ〜３０μｍの離型性の高いシート又はコート層であることが好ましく、例えばテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン−シリコーン共重合体などが用いられる。この表面離型層５６Ｃにはトナーが当接されるため、その材料は画質に大きな影響を与える。表面離型層の材料が弾性部材の場合は、トナーを包み込むような状態で密着するため、画像の劣化が少なく画像光沢も均一である。
【０１１５】
しかし、離型材料が樹脂等のように弾性がない部材である場合には、中間転写体５６との圧接部でトナーが記録媒体に完全には密着しにくいため、転写定着不良や画像光沢むらが生じやすい。特に、表面粗さの大きい記録媒体の場合は顕著である。したがって、表面離型層５６Ｃの材料は弾性体であることが望ましい。なお、表面離型層の材料に樹脂を用いる場合には、表面離型層５６Ｃと導電層５６Ｂとの間に弾性層を有していることが望ましい。そして、トナーを包み込む効果を発揮するには、いずれの場合も弾性体の厚さを１０μｍ、望ましくは２０μｍ以上とするのが好適である。
【０１１６】
中間転写体５６は、駆動ローラ６１により駆動されて周回移動するので、中間転写体５６における加圧ローラ６２との圧接部分は駆動ローラ６１の回転にともない記録媒体と同じ速度で移動する。このとき、記録媒体が加圧ローラ６２と中間転写体５６とのニップ中に存在している時間が１０ｍｓ〜５０ｍｓとなるように、ニップ幅および記録媒体の移動速度が設定されている。
【０１１７】
このニップ中に存在している時間、つまり溶融したトナーが記録媒体に押し付けられた時から、記録媒体が中間転写体から剥離されるまでの時間が、上記のように５０ｍｓ以上となっていることによって、トナーが記録媒体に付着するのに充分な温度まで加熱されていても、ニップの出口では、オフセットが生じない程度までトナーの温度が低下されるものである。
【０１１８】
図１１は、電磁誘導加熱装置６７による中間転写体５６の加熱原理を示す説明図である。図１１に示すように、電磁誘導加熱装置６７は、断面が下向きのＥ型形状を有する鉄心７１と、この鉄心７１に巻き回された電磁誘導コイル（励磁コイル）７２と、この電磁誘導コイル７２に交流電流を供給する制御装置（励磁装置）７３とで主要部が構成されている。そして、制御装置７３として、先述した第１、第２実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置が用いられる。
【０１１９】
この電磁誘導加熱装置６７において、電磁誘導コイル７２に交流電流が供給されると、電磁誘導コイル７２の周囲に矢印Ｈで示される磁束が発生／消滅を繰り返す。この磁束Ｈが中間転写体５６の導電層５６Ｂを横切るように当該加熱装置６７が配置されている。変動する磁界が導電層５６Ｂ中を横切るとき、その磁界の変化を妨げる磁界を生じるように、導電層５６Ｂ中には矢印Ｂで示される渦電流が発生する。この渦電流は表皮効果のためにほとんど導電層５６Ｂの電磁誘導コイル７２側の面に集中して流れ、導電層５６Ｂの表皮抵抗ＲＳに比例した電力で発熱を生じる。
【０１２０】
ここで、角周波数をω、透磁率をμ、固有抵抗をρとすると、表皮深さδは次式で示される。
δ＝√（２ρ／ωμ）
さらに、表皮抵抗ＲＳは次式で示される。
ＲＳ＝ρ／δ＝√（ωμρ／２）
【０１２１】
中間転写体５６の導電層５６Ｂに発生する電力Ｐは、中間転写体中を流れる電流をＩｆとすると、次式で表せる。
Ｐ＝ＲＳ∫｜Ｉｆ｜２ｄＳ
したがって、表皮抵抗ＲＳを大きくするか、あるいは中間転写体中を流れる電流Ｉｆを大きくすれば、電力Ｐを増すことができ、発熱量を増すことが可能となる。表皮抵抗ＲＳを大きくするには、角周波数ωを高くするか、透磁率μの高い材料又は固有抵抗ρの高いものを用いれば良い。
【０１２２】
上述した加熱原理からすると、非磁性金属を導電層５６Ｂに用いると、加熱しづらいことが憶測されるが、導電層５６Ｂの厚さｔが表皮深さδより薄い場合には、次式のようになるので、加熱が可能となる。
ＲＳ≒ρ／ｔ
【０１２３】
また、電磁誘導コイル７２に流す交流電流の周波数は１０〜５００ｋＨｚが好ましい。１０ｋＨｚ以上となると、導電層５６Ｂへの吸収効率が良くなり、５００ｋＨｚまでは安価な素子を用いて制御装置７３を構成することができる。さらに、２０ｋＨｚ以上であれば可聴域を越えるため、通電時に騒音がすることがなく、また２００ｋＨｚ以下では制御装置７３で生じるロスも少なく、周辺への放射ノイズも小さい。
【０１２４】
また、１０〜５００ｋＨｚの交流電流を導電層５６Ｂに流した場合には、表皮深さδは数μｍから数百μｍ程度である。実際に導電層５６Ｂの厚さｔを１μｍより小さくすると、ほとんどの電磁エネルギーが導電層５６Ｂで吸収し切れないため、エネルギー効率が悪くなる。また、漏れた磁界が他の金属部を加熱するという問題も生じる。
【０１２５】
一方、導電層５６Ｂの厚さが５０μｍを超えると、中間転写体の熱容量が大きくなりすぎるとともに、導電層５６Ｂ中の熱伝導によって熱が伝わり、離型層５６Ｃが暖まりにくくなるという問題が生じる。したがって、導電層５６Ｂの厚さｔは１μｍ〜５０μｍが好ましい。また、導電層５６Ｂの発熱を増すためには、中間転写体中を流れる電流Ｉｆを大きくすれば良く、そのためには電磁誘導コイル７２によって生成される磁束を強くするか、あるいは磁束の変化を大きくすれば良い。
【０１２６】
この方法としては、電磁誘導コイル７２の巻線数を増すか、あるいは電磁誘導コイル７２の鉄心７１をフェライトやパーマロイといった高透磁率で残留磁束密度の低いもので構成すると良い。また、導電層５６Ｂの抵抗値が小さすぎると、渦電流が発生したときの発熱効率が悪化するため、導電層５６Ｂの固有体積抵抗率は２０℃の環境で１．５×１０^-8Ωｍ以上が好ましい。
【０１２７】
なお、本適用例１では、導電層５６Ｂをメッキ処理等で形成したが、真空蒸着スパッタリング等で形成しても良い。これにより、メッキ処理できないアルミニウムや金属酸化物合金を導電層５６Ｂに用いることができる。ただし、メッキ処理では、所望の膜厚、即ち１〜５０μｍの層厚を得やすいため、メッキ処理が好ましい。
【０１２８】
また、導電層５６Ｂの材料として、例えば高透磁率の鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性体を用いると、電磁誘導コイル７２によって生成される電磁エネルギーを吸収し易くなり、効率良く加熱することができる。さらに、機外へ漏れる磁気も少なくなり、周辺装置への影響も低減できるため、これらのもので高抵抗率のものを選ぶのが最も好ましい。
【０１２９】
さらに、導電層５６Ｂは金属に限定されるものではなく、低熱導電性の基層５６Ａと表面離型層５６Ｃとを接着するための接着剤中に、導電性で高透磁率の粒子、ウィスカーを分散させて導電層５ｂとしても良い。例えば、マンガン、チタン、クロム、鉄、銅、コバルト、ニッケル等の粒子や、これらの合金であるフェライトや酸化物の粒子やウィスカーといったもの、あるいはカーボンブラック等の導電性粒子を接着剤中に混合し、分散させて導電層とすることもできる。
【０１３０】
次に、上記構成の本適用例１に係る画像形成装置の動作について説明する。感光ドラム５１は図９中に示す矢印の向きに回転し、帯電装置５４によってほぼ一様に帯電された後、レーザースキャナ５２から原稿のイエロー画像信号に従ってパルス幅変調されたレーザー光が照射される。これにより、感光ドラム５１上にイエロー画像に相当する静電潜像が形成される。このイエロー画像用の静電潜像は、回転式現像装置５５により予め現像位置に定置されたイエロー用現像器５５Ｙによって現像され、感光ドラム５１上にイエロートナー像が形成される。
【０１３１】
このイエロートナー像は、感光ドラム５１と中間転写体５６との当接部である一次転写部Ｘにおいて、一次転写ローラ５７の作用により中間転写体５６上に静電的に転写される。この中間転写体５６は、感光ドラム５１と同期して周回移動しており、表面にイエロートナー像を保持したまま周回移動を継続し、次の色のマゼンタ像の転写に備える。
【０１３２】
一方、感光ドラム５１は、クリーニング装置５８によって表面を清掃された後、再び帯電装置５４によりほぼ一様に帯電され、次のマゼンタの画像信号に従ってレーザースキャナ５２からレーザー光が照射される。回転式現像装置５５は、感光ドラム５１上にマゼンタ用の静電潜像が形成される間に回転し、マゼンタ用現像器５５Ｍを現像位置に定置してマゼンタトナーによる現像を行う。このようにして形成されたマゼンタトナー像は一次転写部Ｘで中間転写体５６上に静電的に転写される。
【０１３３】
以降引き続き、上述のプロセスがそれぞれシアンおよびブラックに対して行われ、中間転写体５６上へ４色分の転写が終了したとき、もしくは最終色のブラックの転写途中において、給紙ユニット６３内に収容される記録媒体（用紙）が給紙ローラ６４により給紙され、レジストローラ６５および記録媒体ガイド６６を経由して中間転写体５６の二次転写部Ｙに搬送される。
【０１３４】
一方、中間転写体５６上に転写された４色分のトナー像は、二次転写部Ｙの上流側で、電磁誘導加熱装置６７と対向する加熱領域Ａを通過する。加熱領域Ａでは、図１１において、制御装置７３から電磁誘導コイル７２に交流電流が供給されており、中間転写体５６の導電層５６Ｂが電磁誘導加熱によって発熱する。これにより、導電層５６Ｂは急激に加熱され、この熱は時間経過とともに表層に伝達され、二次転写部Ｙに到達するときには中間転写体５６上のトナーが溶融した状態となる。
【０１３５】
中間転写体５６上で溶融したトナー像は、二次転写部Ｙで記録媒体の搬送に合わせて圧接される加圧ローラ６２の圧力により、記録媒体と密着される。加熱領域Ａでは中間転写体５６は局所的に表面近傍だけが加熱されており、溶融したトナーは室温の記録媒体と接触して急激に冷却される。つまり、溶融したトナーは一次転写部Ｙのニップを通過するときに、トナーが持っている熱エネルギーと圧接力とで瞬時に記録媒体に浸透して転写定着される。
【０１３６】
そして、転写定着された記録媒体は、トナーおよび表面近傍だけ加熱された中間転写体５６の熱を奪いながらニップ出口に向かって搬送される。このとき、ニップ幅および記録媒体の移動速度が適切に設定されていることにより、ニップ出口でのトナーの温度は軟化点温度よりも低くなる。このため、トナーの凝集力が大きくなり、トナー像はオフセットを生じることなく、そのままほぼ完全に記録媒体上に転写定着される。その後、トナー像が転写定着された記録媒体は、排出ローラ６９を通って排出用トレイ７０上に排紙され、フルカラーの画像形成が終了する。
【０１３７】
本適用例１に係る画像形成装置では、電磁誘導加熱装置６７と対向する加熱領域Ａにおいて、電磁波を吸収する中間転写体５６の導電層５６Ｂ（図１０参照）の近傍だけが加熱され、転写定着領域Ｂにおいては、加熱領域Ａで加熱溶融したトナーが室温の記録媒体と加圧接触することによって転写と同時に定着される。中間転写体５６はごく表面が加熱されているだけなので、中間転写体５６の温度は転写定着直後に急激に低下する。このため、装置内での熱の蓄積は極めて少なくなる。
【０１３８】
以上のことから、本適用例１に係る画像形成装置では、具体的に次に示すような利点がある。電磁誘導加熱装置６７により中間転写体５６の表面近傍を直接加熱するので、中間転写体５６の基層５６Ａの熱伝導率、熱容量に左右されずに、急速に加熱することができる。また、中間転写体５６の厚さに依存しないので、高速化のために中間転写体５６の剛性を上げる必要がある場合、中間転写体５６の基層（基材）５６Ａを厚くしてもトナーを迅速に定着温度にまで加熱できる。
【０１３９】
中間転写体５６の基層５６Ａは低熱伝導性の樹脂のため断熱性が良く、連続プリントを行っても熱のロスが少ない。また、画像の存在しない領域、例えば連続して送られる記録媒体の間の非画像部が加熱領域Ａを通過する場合などは、制御装置７３を制御することにより、無駄な加熱を停止することも可能であり、これらのことと相俟ってエネルギー効率が非常に高くなる。そして、熱効率が向上した分、装置内の昇温も抑えられて、感光ドラム５１の特性変化やクリーニング装置５８へのトナーの固着等も防止できる。
【０１４０】
なお、本適用例１に係る画像形成装置では、４色のトナー像がすべて中間転写体５６上に転写された後に電磁誘導加熱装置６７によりトナー像を加熱溶融する構成の場合を例に採って示したが、各トナー像が一色ずつ一次転写された後に加熱溶融し、中間転写体５６上にトナーの仮定着を行っても良い。このような方式により、一次転写後に、４色の重ね合わされたトナー像が乱れるのを防止できるとともに、画像のレジストや倍率を精度良く合わせることができるといった利点がある。
【０１４１】
また、本適用例１に係る画像形成装置では、一次転写部Ｘにおける転写方法として、絶縁性の誘電層を有するバイアス印加ローラを用い、トナー像を静電的に中間転写体５６上に転写する静電転写方法を用いたが、弾性を有する耐熱性の中間転写体を用い、当該中間転写体の内側から一次転写ローラ５７を感光ドラム５１に押圧し、トナー像を中間転写体上に転写する粘着転写等を用いても良い。その際に、転写後の感光ドラム５１上に若干トナーが残留するので、除電装置およびクリーニング装置により残留トナーを除電、クリーニングする必要がある。
【０１４２】
［適用例２］
図１２は、本発明の適用例２に係る画像形成装置を示す概略構成図である。本適用例２では、ドラム状の中間転写体を採用した電子写真方式の画像形成装置に適用した場合を例に採っている。本適用例２に係る画像形成装置は、適用例１に係る画像形成装置と同様に、感光ドラム８１、帯電装置８２、レーザースキャナ８３、回転式現像装置８４、クリーニング装置８５、露光ランプ８６、加圧ローラ８７、給紙ユニット８８、給紙ローラ８９、レジストローラ９０、記録媒体ガイド９１等を有しているが、図９に示すベルト状の中間転写体５６に代えて、ロール状の中間転写体９２を備えた構成となっている。
【０１４３】
発熱部材となる定着ローラである中間転写体９２は、図１３に示すように、多孔質セラミックスからなる断熱性の基材ロール９２Ａの上に、厚さ５μｍのニッケルメッキ層を積層した導電層９２Ｂと、さらにその上に厚さ３０μｍのシリコーンゴムを被覆した離型層９２Ｃと、最も上層となる厚さ２０μｍのポリイミド製の耐熱性樹脂層９２Ｄとからなる４層で構成されている。
【０１４４】
本装置内にはさらに、中間転写体９２のトナー像搬送方向における二次転写部Ｙの上流側に、中間転写体９２の外周面と近接対向するように電磁誘導加熱装置９３が設けられている。電磁誘導加熱装置９３は、図１１の原理説明図の場合と同様に、電磁誘導コイルに制御装置から交流電流を流すことで、中間転写体９２の導電層９２Ｂを電磁誘導加熱により発熱させるものである。この電磁誘導加熱装置９３として、先述した第１、第２実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置を用いた電磁誘導加熱装置が搭載される。
【０１４５】
なお、上述した構成以外の構成および動作については、基本的に、図９に示す適用例１に係る画像形成装置と同じである。
【０１４６】
［適用例３］
図１４は、本発明の適用例３に係る画像形成装置の要部を示す概略構成図である。本適用例３では、ドラム状の中間転写体を採用したインク溶融型インクジェット方式の画像形成装置に適用した場合を例に採っている。
【０１４７】
本適用例３に係る画像形成装置は、少なくともインクジェットヘッド１０１、ドラム状の中間転写体１０２、加圧ローラ１０３、離型剤供給部材１０４および電磁誘導加熱装置１０５を具備する構成となっている。電磁誘導加熱装置１０５は、中間転写体１０２のインク像搬送方向における加圧ローラ１０３との対向位置の上流側に、中間転写体１０２の内周面と近接対向するように設けられ、中間転写体１０２上のインク像を加熱する。
【０１４８】
ここで、離型剤供給部材１０４は必ずしも必須の部材ではなく、中間転写体１０２の表面離型層が十分な離型性を発揮する場合は不要である。ただし、中間転写体１０２に離型剤を供給することにより、中間転写体自身には特に離型層を設ける必要がなくなるという効果を奏することから、離型剤供給部材１０４を設けた方が好ましい。
【０１４９】
次に、上記構成のインク溶融型インクジェット方式の画像形成装置における画像形成の工程について説明する。
【０１５０】
図１４は、インクジェットヘッド１０１によるインク噴射に先立って、中間転写体１０２の表面に離型剤供給部材１０４が接触して離型剤を供給する工程を示している。離型剤の供給終了後、離型剤供給部材１０４は中間転写体１０２から離間する。
【０１５１】
図１５は、インクジェットヘッド１０１によって中間転写体１０２上にインク像を形成する工程を示している。インクの融点よりも十分に高い温度に保たれたインクジェットヘッド内でインクは５〜２０ｍＰａ・ｓ程度の粘度を有する液体インクになっている。
【０１５２】
図１６は、記録媒体の搬送と同期して加圧ローラ１０３が中間転写体１０２に押圧接触し、中間転写体１０２上のインク像を記録媒体に転写定着する工程を示している。この転写定着工程で電磁誘導加熱装置１０５が稼動し、中間転写体１０２の発熱部に渦電流を発生させて中間転写体１０２上のインク像を所定の温度に昇温する。
【０１５３】
インク溶融型インクジェット方式に用いられるインクは、融点が８０〜１００度程度であり転写定着の際は、融点よりも低い温度に設定される。これは、ＷＡＸを主体とするインクが融点を過ぎると急激に低粘度化するという挙動に起因する。粘度が下がりすぎると、インク−中間転写体間の付着力およびインク−記録媒体間の付着力よりもインクの内部凝集力が小さくなり、中間転写体１０２から記録媒体ヘインクを１００％転写するのが困難になる。
【０１５４】
融点以下のインクを良好に記録媒体に転写するためには、加圧ローラ１０３により印加される応力が重要であり、所定の応力下においてはインクが所望の粘弾性を示し、記録媒体への鮮明な転写定着が可能である。現状では、Ａ４サイズの記録媒体に対し、総荷重で８０〜４００ｋｇｆ程度印加しており、電子写真方式の画像形成装置に適用される転写定着装置や定着装置よりも高荷重である。
【０１５５】
［適用例４］
図１７は、本発明の適用例４に係る画像形成装置の要部を示す概略構成図である。本適用例４では、ベルト状の中間転写体を採用したインク溶融型インクジェット方式の画像形成装置に適用した場合を例に採っている。
【０１５６】
本適用例４に係る画像形成装置は、少なくともインクジェットヘッド１１１、ベルト状の中間転写体１１２、加圧ローラ１１３、プラテンローラ１１４、テンションローラ１１５、離型剤供給部材１１６および電磁誘導加熱装置１１７を具備する構成となっている。電磁誘導加熱装置１１７は、中間転写体１１２の周回方向における加圧ローラ１１３との対向位置の上流側に設けられ、中間転写体１１２の背面側からインク像を加熱する。
【０１５７】
上記構成のインク溶融型インクジェット方式の画像形成装置において、インクジェットヘッド１１１でのインクの噴射は、通常、圧電素子を用いた加圧によって行われるが、静電気力や磁気力を利用した加圧方法も適用可能である。また、インクジェットヘッド１１１に電極を設けて中間転写体１１２との間の電界強度を制御することにより、インクに静電吸引力を作用させて噴射することも可能である。画像情報に応じて圧電素子等の噴射手段を制御するいわゆるオンデマンド方式でも良いし、連続的にインクを加圧する手段と飛翔制御手段を組み合わせたいわゆる連続流方式でも良い。
【０１５８】
中間転写体１１２については、先述した電子写真方式の画像形成装置で説明したものと同じものを好適に使用できる。さらに、後述する離型剤との組み合わせにより、電子写真方式の実施の形態で説明したもの以外の材料、構成も適用可能である。すなわち、インクの離型機能を離型剤に負わせる場合は、中間転写体１１２には離型層は必ずしも必要ではない。
【０１５９】
前述したように、インク溶融型インクジェット方式での転写定着には、電子写真方式よりも高荷重を印加するケースが一般的なので、中間転写体に機械的強度や硬度を付与する構成として表面層を金属層やセラミック層にすることが可能である。特に、離型剤との親和性を確保しやすい材料として、陽極酸化アルミニウムやニッケルが好適である。さらに、中間転写体の構成が簡易になり低価格化、高信頼化が可能になるという長所を有する。
【０１６０】
加圧ローラ１１３についても、電子写真方式と同じ材料、構成のものが好適ある。図１７において、加圧ローラ１１３が転写定着工程以外のときに中間転写体１１２と離間しているのは、中間転写体１１２上に画像を形成するのに中間転写体１１２を複数回回転させる場合には必須の構成となる。形成する画像に対してインクジェットヘッド１１１が備えるインク噴射素子が少ない場合や、カラー印字を行う際に各色の形成を順番に行う場合などに相当する。
【０１６１】
最後に、離型剤供給部材１１６については、適用例３の場合と同様に、本適用例４に係る画像形成装置として必須の構成ではないが、離型機能を中間転写体１１２から分離することにより前述の効果を発揮することになる。通常は、中間転写体１１２に対して離間配置され、画像形成時にインクジェットヘッド１１１のインク噴射に先立って中間転写体１１２に接触して離型剤を供給する。
【０１６２】
離型剤供給部材１１６の形状については、ローラ形状で中間転写体１１２と従動させても良いし、中間転写体１１２とは独立に回転させても良い。パッド形状あるいはウィック形状で中間転写体１１２が摺動する構成でも良い。製法については、延伸、圧延、発泡などで作製した樹脂製の多孔体が望ましい。具体例としては、延伸、圧延で作製したフッ素樹脂多孔体やポリオレフィン樹脂多孔体、発泡により連続気泡を有するように作製したポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリスチレンフォームなどのいわゆるフォーム類や発泡ゴム類が挙げられる。
【０１６３】
離型剤としては、下記有機溶媒やオイル類が好適に使用できる。オクタン、ノナン、テトラデカン、ドデカン、オレイン酸リノール酸、ｎ−デカノール、ジメチルブタノール、フタル酸ジブチル、マレイン酸ジブチル、植物油、鉱物油、シリコーンオイル、フッ素オイルなどである。これらは単独で用いても、あるいは均一に混合し得るものであれば、複数種を混合して用いても良い。また、複数の材料を混合して粘度や表面張力を好ましい範囲に調整して使用しても良い。中でも、上記各項目の特性に優れるシリコーンオイルを主成分とする離型剤が好ましい。
【０１６４】
中間転写体１１２の表面に薄く液膜を形成するために表面張力が小さいことが望ましく、具体的には３０ｍＮ／ｍ以下であることが望ましい。中間転写体１１２に過剰供給するのを防止するために、離型剤供給部材１１６よりも下流側で中間転写体１１２に接触させて、過剰な離型剤を回収する規制部材を設けるようにしても良い。
【０１６５】
なお、上述した適用例１〜適用例２では、いずれも画像形成装置に適用した場合を例に採ったが、画像形成装置への適用に限らず、電子炊飯器や電磁調理器など、電磁誘導加熱装置を搭載する装置全般に適用可能である。
【０１６６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、直列共振回路を駆動する主駆動回路を、逆導電型の一対のトランジスタからなるプッシュプル回路構成としたことにより、当該主駆動回路が直列共振回路をスイッチング動作ではなく、電流増幅動作で直列共振回路の駆動を行うことになり、一対のトランジスタが共に低インピーダンスを示し、直列共振回路からの還流電流を利用できるため、効率の良い駆動を実現できる。
【０１６７】
また、主駆動回路がプッシュプル回路構成であることにより、その入力信号が正極性でも負極性でも、即ち入力信号の極性に関係なく常に低インピーダンスで直列共振回路を駆動することができるため、低電源電圧で大電流を発生させると同時に、直列共振のフライホイール効果も利用して電磁誘導コイルを駆動することができる。さらに、主駆動回路の相補対称接続接続された一対のトランジスタの制御電極間に定電圧回路を接続し、前置駆動回路によって一対のトランジスタの各制御電極を駆動することにより、定電圧回路の作用によって主駆動回路の不感帯と感帯の境目でのグリッチの発生を抑制できるため、寄生発振が起こりにくくなる。
【０１６８】
請求項２に係る発明によれば、定電圧回路として主駆動回路の不感帯電圧以上の障壁電圧を持つツェナーダイオードを用いたことにより、単一の素子で所期の目的を達成できるため回路構成の簡略化が図れるとともに、ツェナーダイオードが主駆動回路の不感帯電圧以上の障壁電圧を持つことで、負側のトランジスタの制御電極電位に対して、正側のトランジスタの制御電極電位を常に主駆動回路の不感帯電圧以上に保つことができるため、主駆動回路の不感帯と感帯の境目でのグリッチの発生を確実に抑制できる。
【０１６９】
請求項３に係る発明によれば、前置駆動回路の電源電圧の電圧値を、プッシュプル回路構成の主駆動回路の電源電圧の電圧値よりも大きく設定し、主駆動回路の電源電圧をオーバーした電圧波形の前置駆動回路の出力信号で主駆動回路を駆動（オーバードライブ）することにより、主駆動回路の相補接続された逆導電型の一対のトランジスタの飽和電圧が下がり、当該一対のトランジスタの発熱が抑制されるため、発熱による損失を抑えることができる。
【０１７０】
請求項４に係る発明によれば、前置駆動回路の電源電圧の電圧値を、プッシュプル回路構成に限らない主駆動回路の電源電圧の電圧値よりも大きく設定し、主駆動回路の電源電圧をオーバーした電圧波形の前置駆動回路の出力信号で主駆動回路をオーバードライブすることにより、主駆動回路の一対のトランジスタの飽和電圧が下がり、当該一対のトランジスタの発熱が抑制されるため、発熱による損失を抑えることができる。
【０１７１】
請求項５に係る発明によれば、主駆動回路をプッシュプル回路構成としたことにより、その入力信号が正極性でも負極性でも、即ち入力信号の極性に関係なく常に低インピーダンスで直列共振回路を駆動することができるため、低電源電圧で大電流を発生させると同時に、直列共振のフライホイール効果も利用して電磁誘導コイルを駆動できる。
【０１７２】
請求項６に係る発明によれば、主駆動回路がトーテムホール回路構成の場合ににおいても、オーバードライブを行うことで、主駆動回路の一対のトランジスタの飽和電圧が下がるため、当該一対のトランジスタの発熱が抑制され、発熱による損失を抑えることができる。
【０１７３】
請求項７に係る発明によれば、直列共振回路をその両端から２つの駆動回路によって逆相の信号に応じて駆動することにより、低電圧高出力の回路を容易に実現できるため、同じ駆動出力を得る場合、両端駆動の方が一端駆動よりも電源電圧を低く抑えることができる。
【０１７４】
請求項８に係る発明によれば、２つの駆動回路の各出力段をプッシュプル回路構成としたことにより、その入力信号が正極性でも負極性でも、即ち入力信号の極性に関係なく常に低インピーダンスで直列共振回路を駆動することができるため、低電源電圧で大電流を発生させると同時に、直列共振のフライホイール効果も利用して電磁誘導コイルを駆動できる。
【０１７５】
請求項９に係る発明によれば、主駆動回路の相補対称接続接続された一対のトランジスタの制御電極間に定電圧回路を接続し、前置駆動回路によって一対のトランジスタの各制御電極を駆動することにより、定電圧回路の作用によって主駆動回路の不感帯と感帯の境目でのグリッチの発生を抑制できるため、寄生発振が起こりにくくなる。
【０１７６】
請求項１０に係る発明によれば、直列共振回路の両端駆動によって２つの駆動回路の電源電圧を抑えることができ、２つの駆動回路の各出力段のパワートランジスタとして大電流低電圧タイプのトランジスタを使用することができるため、２つの駆動回路の各出力端間に複数の電磁誘導コイルを並列に接続することで複数の電磁誘導コイルの同時駆動が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示す回路図である。
【図２】オーバードライブ方式の動作説明に供する波形図である。
【図３】第１実施形態の変形例に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示す回路図である。
【図５】２つの信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＢの位相関係を示す波形図である。
【図６】第２実施形態の変形例に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示す回路図である。
【図７】第２実施形態の変形例の適用例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置を用いた電磁誘導加熱装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】本発明の適用例１に係る電子写真方式の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図１０】適用例１に係る画像形成装置における中間転写体の構造を示す概略断面図である。
【図１１】電磁誘導加熱装置による中間転写体の加熱原理を示す説明図である。
【図１２】本発明の適用例２に係る電子写真方式の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図１３】適用例２に係る画像形成装置における中間転写体の構造を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の適用例３に係るインク溶融型インクジェット方式の画像形成装置の要部を示す概略構成図である。
【図１５】適用例３に係る画像形成装置における画像形成工程を示す図である。
【図１６】適用例３に係る画像形成装置における転写定着工程を示す図である。
【図１７】本発明の適用例４に係るインク溶融型インクジェット方式の画像形成装置の要部を示す概略構成図である。
【図１８】従来技術の課題を説明するための回路図である。
【符号の説明】
１１，１１−１，１１−２，１１−３，２１…直列共振回路、１２，１２Ａ，１２Ｂ，２２…主駆動回路、１３，１３Ａ，１３Ｂ…定電圧回路、１４，１４Ａ，１４Ｂ，２３…前置駆動回路、３１Ａ，３１Ｂ…駆動回路、３２…用紙搬送部、３３…搬送ベルト、３４Ａ，３４Ｂ…加熱コイル（電磁誘導コイル）、４１…被加熱体、５６，９２，１０２，１１２…中間転写体、６７，９３，１０５，１１７…電磁誘導加熱装置、７２，Ｌ１１…電磁誘導コイル（励磁コイル）、Ｃ１１…共振コイル、ＺＤ…ツェナーダイオード

Claims (15)

1. 電磁誘導コイルおよび共振コンデンサを有する直列共振回路と、
   相補対称接続された逆導電型の一対のトランジスタを有し、前記直列共振回路を駆動する主駆動回路と、
   前記主駆動回路の一対のトランジスタの各制御電極間に接続された定電圧回路と、
   前記定電圧回路に対してその両端にそれぞれ直列に接続され、制御電極が共通に接続された逆導電型の一対のトランジスタを有する前置駆動回路と
   を備えることを特徴とする電磁誘導加熱用制御装置。
2. 前記定電圧回路は、前記主駆動回路の不感帯電圧以上の障壁電圧を持つツェナーダイオードからなる
   ことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱用制御装置。
3. 前記前置駆動回路の電源電圧の電圧値が、前記主駆動回路の電源電圧の電圧値よりも大である
   ことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱用制御装置。
4. 電磁誘導コイルおよび共振コンデンサを有する直列共振回路と、
   互いに直列に接続された一対のトランジスタを有し、前記直列共振回路を駆動する主駆動回路と、
   前記主駆動回路を駆動する前置駆動回路とを備え、
   前記前置駆動回路の電源電圧の電圧値が、前記主駆動回路の電源電圧の電圧値よりも大である
   ことを特徴とする電磁誘導加熱用制御装置。
5. 前記一対のトランジスタは逆導電型のトランジスタであり、相補対称接続されてプッシュプル回路を構成している
   ことを特徴とする請求項４記載の電磁誘導加熱用制御装置。
6. 前記一対のトランジスタは同導電型のトランジスタであり、カスコード接続されてトーテムホール回路を構成している
   ことを特徴とする請求項４記載の電磁誘導加熱用制御装置。
7. 電磁誘導コイルおよび共振コンデンサを有する直列共振回路と、
   出力段が互いに直列に接続された一対のトランジスタからなり、前記直列共振回路をその両端から逆相の信号に応じてそれぞれ駆動する２つの駆動回路と
   を備えたことを特徴とする電磁誘導加熱用制御装置。
8. 前記一対のトランジスタは逆導電型のトランジスタであり、相補対称接続されてプッシュプル回路を構成している
   ことを特徴とする請求項７記載の電磁誘導加熱用制御装置。
9. 前記２つの駆動回路は各々、相補対称接続された逆導電型の一対のトランジスタを有する主駆動回路と、前記主駆動回路の一対のトランジスタの各制御電極間に接続された定電圧回路と、前記定電圧回路に対してその両端にそれぞれ直列に接続され、制御電極が共通に接続された逆導電型の一対のトランジスタを有する前置駆動回路とを有し、
   前記２つの駆動回路の一方の前記主駆動回路の出力端が前記直列共振回路の一端に接続され、他方の前記主駆動回路の出力端が前記直列共振回路の他端に接続されている
   ことを特徴とする請求項７記載の電磁誘導加熱用制御装置。
10. 前記直列共振回路が複数設けられており、これら複数の直列共振回路の各一端が前記２つの駆動回路の一方の出力端に、各他端が前記２つの駆動回路の他方の出力端にそれぞれ接続されている
    ことを特徴とする請求項７記載の電磁誘導加熱用制御装置。
11. 発熱することによって被加熱体を加熱する発熱部材と、
    電磁誘導によって前記発熱部材を発熱させる請求項１〜請求項３、請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の電磁誘導加熱用制御装置と
    を具備することを特徴とする電磁誘導加熱装置。
12. 請求項１１記載の電磁誘導加熱装置を搭載した
    ことを特徴とする画像形成装置。
13. 前記電磁誘導加熱装置の発熱部材は定着ローラである
    ことを特徴とする請求項１２記載の画像形成装置。
14. 前記電磁誘導加熱装置の発熱部材は定着ベルトである
    ことを特徴とする請求項１２記載の画像形成装置。
15. 前記電磁誘導加熱装置の発熱部材は固体インクの支持部材である
    ことを特徴とする請求項１２記載の画像形成装置。

Images