JP2008185859A - 電磁誘導加熱インバータ装置並びにこれを備えた定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁誘導加熱インバータ装置において、許容電圧または許容電流が比較的低い低価なスイッチング素子を用いた低コストかつ簡易な回路構成により、電磁誘導加熱の高出力化を実現する。
【解決手段】励磁コイル３１及びこれに接続された共振コンデンサＣ１を有する共振回路５１と、商用電源５２から供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路５３と、共振回路５１に接続される複数のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を有するインバータ回路５４と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作を制御するＩＨ制御部５５とを備え、ＩＨ制御部５５が全てのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を略同時にオン／オフ駆動することで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に掛かる電気的負荷を各スイッチング素子に分担させて軽減する構成とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、電磁誘導加熱インバータ装置並びにこれを備えた定着装置及び画像形成装置に関する。

従来、電子写真プロセスにより記録紙に画像を形成する画像形成装置（プリンタ、ファクシミリ、複写機及び複合機など）においては、感光体から記録紙上に転写された未定着のトナーを、加熱溶融するとともに記録紙に圧着させる定着装置が設けられている。この種の定着装置では、加熱効率や熱応答性の向上等を目的として、加熱ベルトや加熱ローラ等の被加熱体を電磁誘導作用によるジュール熱で加熱する電磁誘導加熱方式が広く用いられている。

この電磁誘導加熱方式では、励磁コイルと共振コンデンサとにより共振回路を構成し、インバータ回路によって励磁コイルに高周波電力を供給することで、被加熱体の近傍に高周波磁界を発生させて加熱を行う技術が存在する。これにより、記録紙への熱伝達や周囲への放熱により被加熱体（定着部）の温度が適正範囲を外れる下限値付近まで低下すると、励磁コイルに電力供給を開始（または増大）させるように制御して温度を上昇させる一方、被加熱体の温度が上限値付近まで上昇すると励磁コイルへの電力供給を停止（または低減）させるように制御して温度を低下させることができ、定着温度を適正範囲内に保持することが可能となる。

そのような電磁誘導加熱に用いられるインバータ回路としては、商用電源からの交流電力を整流した直流電力を、スイッチング素子のオン／オフ駆動により高周波電力に変換する構成が一般的となっており、例えば、励磁コイル及びこれに並列接続した共振用コンデンサにより電圧共振回路を構成し、インバータ回路に設けた１石のトランジスタを制御装置から出力される駆動信号によりオン／オフ駆動することで、励磁コイルに高周波電力を供給するインバータ回路が知られている（特許文献１参照）。

また、例えば、励磁コイル及びこれに直列接続された共振コンデンサにより電流共振回路を構成し、互いに直列接続された２石のトランジスタを一定の周波数で交互に駆動することで、励磁コイルに高周波電力を供給するインバータ回路が知られている（特許文献２参照）。

また、例えば、励磁コイル及びこれに直列接続された共振コンデンサにより電流共振回路を構成し、ブリッジ回路に設けられた４石のトランジスタを制御装置から出力される駆動信号によりオン／オフ駆動することで、励磁コイルに高周波電力を供給するインバータ回路が知られている（特許文献３参照）。
特開２００５−１９０７６５号公報 特開平５−２１１５０号公報 特開２００５−３１８６９８号公報

ところで、上記画像形成装置では、近年、ユーザの利便性の向上等を目的としてウォームアップ時間の短縮が望まれており、これにともない定着装置における電磁誘導加熱の高出力化が重要な課題となっている。

ここで、励磁コイルに流れる電流をＩ、励磁コイルのインダクタンスをＬとすると、励磁コイルに蓄積されるエネルギＷは、Ｗ＝（１／２）ＬＩ^２と表すことができる。この電流Ｉは、商用電源の交流電圧を整流した直流電圧をＥ、インバータ回路のスイッチング素子のターンオン時間をＴｏｎとすると、Ｉ＝（Ｅ／Ｌ）Ｔｏｎと表すことができる。従って、電磁誘導加熱の高出力化のためには、電流Ｉの増大、即ち、電圧Ｅの増大、インダクタンスＬの低減、またはターンオン時間Ｔｏｎの増大が必要となる。

しかしながら、上記特許文献２に記載の従来技術では、そのような電磁誘導加熱の高出力化は実際上困難であった。即ち、まず、電圧Ｅの増大については、商用電源の交流電圧が画像形成装置の使用地（例えば、日本国内１００Ｖ、北米１００〜１２０Ｖ、欧州２２０〜２４０Ｖ等）により制限され、また、力率改善を考慮すると整流電圧を高く設定することにも限界があった。また、励磁コイルのインダクタンスＬの低減については、コイルの巻数を減らすことで可能となるが、コイルの巻数を減らすとコイル１巻きに対する磁界の重みが大きくなる（即ち、わずかな巻数の増減でも磁界が大きく変動する）ので、磁界分布を適切に維持することが難しくなり、結果として温度ムラ等が生じて定着温度を適切に制御できなくなるという問題があった。さらに、ターンオン時間Ｔｏｎの増大については、電力効率を考慮すると２石のトランジスタは双方のオン時間を等しく駆動させることが望ましいため、それらの駆動周波数を下げる必要があるが、電波法による規制（２０．０５〜１００ｋＨｚの範囲内）から、２０．０５ｋＨｚ以下では駆動できないという制限があった。

また、上記特許文献４に記載の従来技術は、電流共振回路を用いて電磁誘導加熱の高出力化を達成するのに比較的適した構成とも考えられるが、使用するトランジスタの数が多くなりコストが嵩むという問題があった。

また、上記特許文献１に記載の従来技術では、電圧Ｅの増大及びインダクタンスＬの低減については、上述の場合と同様であるが、１石のトランジスタでターンオン時間Ｔｏｎを比較的長く確保することが可能となる。しかし、このような１石型の電圧共振回路では、スイッチング素子の劣化や破壊を防止するための許容電圧及び許容電流による制約の問題があった。即ち、例えば、商用電源の交流電圧が比較的大きい場合（例えば、２００Ｖ）、トランジスタは１５００〜１７００Ｖ程度の耐圧が要求されるが、そのような高耐圧のトランジスタは高価であり、比較的安価な汎用のトランジスタを使用するには電力投入を１２００Ｗ程度に抑える必要があった。一方、商用電源の交流電圧が比較的小さい場合（例えば、１００Ｖ）、電磁誘導加熱の高出力化のためには上記電流Ｉをより大きくする必要があるが、トランジスタの許容電流の制約による電力投入の限界があった。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、許容電圧または許容電流が比較的低い低価なスイッチング素子を用いた低コストかつ簡易な回路構成により、電磁誘導加熱の高出力化を実現可能とした電磁誘導加熱インバータ装置並びにこれを備えた定着装置及び画像形成装置を提供することを主目的とする。

本発明の電磁誘導加熱インバータ装置は、励磁コイル及びこれに接続された共振コンデンサを有する共振回路と、商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路から出力される直流電力を高周波電力に変換して前記励磁コイルに供給すべく前記共振回路に接続される複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、前記複数のスイッチング素子の動作を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、前記複数のスイッチング素子の全てを略同時にオン／オフ駆動することを特徴とする。

このように本発明によれば、スイッチング素子に掛かる電気的負荷を、簡易な構成により複数のスイッチング素子に分担させて軽減することができるので、許容電圧または許容電流が比較的低い低価なスイッチング素子を用いた低コストかつ簡易な回路構成により、電磁誘導加熱の高出力化を実現することが可能になるという優れた効果を奏する。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、励磁コイル及びこれに接続された共振コンデンサを有する共振回路と、商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路から出力される直流電力を高周波電力に変換して前記励磁コイルに供給すべく前記共振回路に接続される複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、前記複数のスイッチング素子の動作を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、前記複数のスイッチング素子の全てを略同時にオン／オフ駆動する構成とする。

これによると、スイッチング素子に掛かる電気的負荷を簡易な構成により複数のスイッチング素子に分担させて軽減することができる。従って、許容電圧または許容電流が比較的低い低価なスイッチング素子を用いた低コストかつ簡易な回路構成により、電磁誘導加熱の高出力化を実現することが可能となる。

上記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記複数のスイッチング素子は、それらが互いに並列接続されたスイッチング素子群を構成し、前記励磁コイルは、前記整流回路の出力端子と前記スイッチ素子群との間に接続された構成とすることができる。

これによると、スイッチング素子に印加される電流を簡易な構成により複数のスイッチング素子に分担させて軽減することができる。従って、許容電流が比較的低い低価なスイッチング素子を用いた低コストかつ簡易な回路構成により、電磁誘導加熱の高出力化を実現することが可能となる。

上記課題を解決するためになされた第３の発明は、前記複数のスイッチング素子は、それらが互いに直列接続されたスイッチング素子群を構成する構成とすることができる。

これによると、スイッチング素子に印加される電圧を簡易な構成により複数のスイッチング素子に分担させて軽減することができる。従って、許容電圧が比較的低い低価なスイッチング素子を用いた低コストかつ簡易な回路構成により、電磁誘導加熱の高出力化を実現することが可能となる。

上記課題を解決するためになされた第４の発明は、前記インバータ回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に並列接続された略同一の静電容量を有する複数のコンデンサを有する構成とすることができる。これによると、スイッチング素子に印加される電圧を、より確実に各スイッチング素子に均等に分担させることができる。

上記課題を解決するためになされた第５の発明は、前記スイッチ素子群は、前記励磁コイルを挟み込むようにして接続した２つのスイッチング素子からなり、前記共振回路は、互いに直列接続された略同一の静電容量を有する２つの共振コンデンサを有し、当該２つの共振コンデンサの接続点が、前記一方のスイッチング素子のエミッタ端子とともに前記整流回路の負極側端子に接続された構成とすることができる。

これによると、より簡易な構成により、スイッチング素子に印加される電圧を軽減することができるとともに、スイッチング素子に印加される電圧を確実に均等分担させることができる。

上記課題を解決するためになされた第６の発明は、第１乃至第５の発明のいずれかに係る電磁誘導加熱インバータ装置を備えた定着装置または画像形成装置である。これによると、許容電圧または許容電流が比較的低い低価なスイッチング素子を用いた低コストかつ簡易な回路構成により、電磁誘導加熱の高出力化を実現して装置のウォームアップ時間を短縮することができる。

上記課題を解決するためになされた第７の発明は、第６の発明に係る定着装置を備えた画像形成装置であって、前記励磁コイルが発生する交番磁束によって加熱される被加熱体と、この被加熱体の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した温度に基づき前記定着装置の処理温度を制御すべく、前記駆動制御手段に対する制御指令を送出する定着制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、画像形成装置の起動時に前記制御指令によらずに制御を実行し、前記被加熱体の温度が目標温度まで到達した後に、前記制御信号に基づく制御を開始する構成とすることができる。

これによると、許容電圧または許容電流が比較的低い低価なスイッチング素子を用いた低コストかつ簡易な回路構成により、電磁誘導加熱の高出力化を実現して装置のウォームアップ時間を短縮することができる。さらに、画像形成装置の起動時に駆動制御手段は定着制御手段からの制御指令によらずに駆動制御を実行するので、簡易な制御で処理時間も短縮でき、ウォームアップ時間をより一層短縮することができるという利点がある。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の主要部の構成を示す模式図である。この画像形成装置１は、トナー像が形成される作像面を有する感光体ドラム２と、その感光体ドラム２の作像面を所定の電位に均一に帯電させる帯電器３と、その均一に帯電させた作像面に対してレーザー光を走査して静電潜像を形成するＬＳＵ(Laser Scanning Unit)４と、その静電潜像をトナーで現像する現像器５と、感光体ドラム２に対向して配置され、転写バイアスの印加によって感光体ドラム２のトナー像を記録材Ｓ（記録紙等）に転写するための転写ローラ６と、転写後の感光体ドラム２の作像面に残留するトナー等を除去するクリーニング装置７と、記録材Ｓに転写された未定着のトナーを記録材に定着させるための定着装置８と、記録材Ｓを格納する給紙部９とを主として備える。

画像形成装置１において画像形成処理が開始されると、給紙部９の記録材Ｓは、給紙経路１１に沿って設けられたガイド部材１２上を所定のタイミングで搬送され、矢印方向に回転する感光体ドラム２と転写ローラ６とのニップ部にてトナー像が転写された後、定着装置８においてトナー像の定着処理が実施され、装置外部に設けられた排紙トレイ１３に載置される。

図２は、図１の画像形成装置における定着装置の詳細構成を示す模式図である。この定着装置８は、加熱ローラ２１及び当該加熱ローラ２１から所定の距離をおいて平行に配置された定着ローラ２２と、加熱ローラ２１及び定着ローラ２２に架け渡されて定着ローラ２２の回転にともない回転する一方、加熱ローラ２１に対向配置された誘導加熱部２３による電磁誘導加熱の被加熱体として加熱ローラ２１とともに誘導加熱される加熱ベルト２４と、加熱ベルト２４を介して定着ローラ２２に圧接されることにより、定着ローラ２２に対する加熱ベルト２４の巻き掛け部分との間に、定着処理される記録紙を挟み込むための定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ２５と、加熱ベルト２４の内周面側に配置され、加熱ベルト２４における定着ニップ部Ｎ近傍の温度を検出するサーミスタ（温度検出手段）２６とを備えており、未定着トナー像Ｔが形成された記録材Ｓは、定着ニップ部Ｎにおいて矢印方向に回転する加熱ベルト２４及び加圧ローラ２５により押圧及び加熱されることにより、トナー像Ｔを溶融させて記録材Ｓに定着させるための処理が行われる。

ここで、例えば、加熱ローラ２１は、鉄、ニッケル、銅またはその合金類からなる中空円筒状の強磁性金属部材を有し、定着ローラ２２は、ＳＵＳ等の金属製の芯金及び表層を構成するシリコンスポンジ等からなる弾性層を有し、加圧ローラ２５は、ステンレス鋼またはアルミニウム等の金属部材からなる芯金及び表層を構成するシリコーンゴム等からなる弾性層を有し、また、加熱ベルト２４は、ポリイミド樹脂またはフッ素樹脂等からなる耐熱性のフィルム基材上に、シリコーンゴム等からなる弾性層及びＰＴＦＥ(polytetrafluoroethylene)等からなる表面離型層などの各部材を重ねた無端状ベルトである。

誘導加熱部２３は、高周波磁界を発生することにより加熱ローラ２１及び加熱ベルト２４を電磁誘導によって発熱させる励磁コイル３１と、この励磁コイル３１の内面３１ａの形状に適合する半円柱状をなす載置部３２ａを有し、加熱ローラ２１及び加熱ベルト２４の一部を取り囲むように配置されたコイルガイド３２と、励磁コイル３１の外面３１ｂを覆うように配置されたアーチコア３３と、励磁コイル３１の中央部に挿入されるように配置されたセンターコア３４と、アーチコア３３の両側に配置されたサイドコア３５とを備え、回転する加熱ローラ２１及び加熱ベルト２４を電磁誘導加熱によって加熱する。

コイルガイド３２は、加熱ローラ２１及び加熱ベルト２４から励磁コイル３１への熱伝達を抑制する断熱部材としても機能する。また、アーチコア３３、センターコア３４及びサイドコア３５は、ともに磁路を構成し、励磁コイル３１によって生成された磁束を通すことで外部への漏洩を防ぎ、効率的な電磁誘導加熱を可能とする。これらのコア３３−３５は、例えば、フェライトやパーマロイ等の強磁性体から形成することができる。

図３は、図２に示した励磁コイルの斜視図である。励磁コイル３１は、個別に絶縁被覆された複数（例えば、１０本）の銅線（直径０．０５〜０．２ｍｍ程度）が束ねられたリッツ線を巻回して積層した構成を有する。リッツ線は、上方の一端に取り付けられた端子４１から巻回中心に位置する開口部４２を徐々に拡大しつつ上述のコイルガイド３２の載置部３２ａの形状と同様の半円柱状をなすように下方に向けて巻回されており、その他端には端子４３が取り付けられている。

図４は、本発明の第１実施形態に係る電磁誘導加熱インバータ装置の概略を示す構成図である。この電磁誘導加熱インバータ装置５０は、図２に示した定着装置８に組み込まれて電磁誘導加熱を行うためのものであり、励磁コイル３１及びこれに並列接続された共振コンデンサＣ１を有する共振回路５１と、商用電源５２から供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路５３と、整流回路５３から出力される直流電力を高周波電力に変換して励磁コイル３１に供給すべく、共振回路５１に接続される２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を有するインバータ回路５４と、それらスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作を制御するＩＨ制御部（駆動制御手段）５５とを主として備える。

インバータ回路５４において、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、それらが互いに並列接続されたスイッチング素子群を構成し、共振回路５１は、整流回路５３の正極側出力端子とそのスイッチング素子群との間に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２には、ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ並列接続されている。ここでは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としてＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いるが、これに限らず同様のスイッチング動作が可能なパワーＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等を用いることができる。

ＩＨ制御部５５は、電流検出部６１及び電圧検出部６２からのアナログ出力（回路に入力される電流値及び電圧値）をデジタル量に変換するＡ／Ｄ変換部６３と、所定の処理プログラム及びデータを用いて電磁誘導加熱インバータ装置５０の動作を統括的に制御するＣＰＵ(Central Processing Unit)６４と、ＣＰＵ６４が実行する処理プログラム等を記憶するＲＯＭ(Read Only Memory)６５と、ＣＰＵ６４の制御のためのワークエリアとして機能するＲＡＭ(Random Access Memory)６６を主として有し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作を制御するための制御信号を駆動回路６７に対して送出する。ここで、図１に示した画像形成装置１は、その装置全体の動作を制御する図示しないシステム制御部を備えており、ＣＰＵ６４は、そのシステム制御部のＣＰＵ７０（定着制御手段）からの電力投入指示信号（制御指令）に応じて制御信号を送出する。

駆動回路６７は、ＣＰＵ６４からの制御信号に基づき、所定レベルの駆動電圧をパルス信号としてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の制御端子（ゲート）に対してそれぞれ出力し、それらのスイッチング動作を制御する。これにより、整流回路５３によって整流された直流電力が高周波電力に変換されて励磁コイル３１に供給される。

上記構成の電磁誘導加熱インバータ装置５０において、ＣＰＵ７０は、サーミスタ２６が検出した温度に基づき、定着ニップ部Ｎにおける定着温度（定着装置の処理温度）を適正に保持するために加熱ローラ２１及び加熱ベルト２４の加熱を制御する。即ち、ＣＰＵ７０は、サーミスタ２６の検出温度を取得すると、予め設定された目標温度との比較により加熱ベルト２４及び加熱ローラ２１の加熱に必要な電力値を演算し、励磁コイル３１へ供給する電力の目標値（以下、「目標電力値」という。）として設定する。続いて、ＣＰＵ７０は、その目標電力値の情報をサーミスタ２６の検出温度情報とともに電力投入指示信号としてＣＰＵ６４に出力する。

そこで、ＣＰＵ６４は、その電力投入指示信号に従って、駆動回路６７に出力する制御信号のオンデューティ（即ち、スイッチング素子をオン状態にする時間の割合に相当）を変化させて、励磁コイル３１に供給される電力（ここでは、回路構成上、電流検出部６１で検出される電流値及び電圧検出部６２で検出される電圧値からの演算値）を目標電力値に近づけるようにデューティ制御する。このとき、駆動回路６７から出力されるパルス信号は、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の制御端子（ゲート）に出力され、それらを略同時にオン／オフ駆動させる。

これにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に印加される電流を、簡易な構成により各々に分担させて軽減することができ、許容電流（最大定格電流等）が比較的低い低価なスイッチング素子を用いてインバータ回路５４を構成することが可能となる。この場合、最初にスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をターンオンする場合（即ち、オン／オフ駆動の開始時）や、電力投入量を比較的小さくしてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両端電圧が零になりきらずにターンオンする場合に、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に印加され得る突入電流も分担されてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の破損を防止できるという利点もある。

ここで、ウォームアップ時間が経過して画像形成装置１が動作可能な状態にある場合、上述のようにＣＰＵ６４の制御は、電力投入指示信号（制御指令）に応じて実行される。一方、ＣＰＵ６４は、画像形成装置１のウォームアップ時（起動時）には、電力投入指示信号（即ち、サーミスタ２６の検出温度及び目標電力値）によらずに、電流検出部６１及び電圧検出部６２の検出値に基づき励磁コイル３１に対して一定電力を供給するように制御を実行し、サーミスタ２６の検出温度が予め設定した目標温度まで到達した後に、上述のような電力投入指示信号に基づく制御を開始する。これにより、定着装置８のウォームアップ時には、システム制御部の制御指令によらずに制御を実行するので、簡易な制御で処理時間も短縮でき、ウォームアップ時間をより一層短縮することができる。

なお、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフ動作は、同時に実行されることが望ましいが、本発明の範囲は、必ずしもスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフ動作が同時である場合に厳密に限定されるものではなく、印加される電流を各々に分担させて軽減することができる限りにおいて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフ動作のタイミングをずらした構成も可能である。また、本実施形態では、コスト的に有利な構成として２つのスイッチング素子を用いた例を示したが、並列接続するスイッチング素子の数をさらに増加させた構成も可能である。その場合、装置コストは増大するが、スイッチング素子の数に応じて各スイッチング素子が分担する電流の大きさが小さくなるという利点がある。

図５は、図４に示したインバータ回路の主要部における電流及び電圧の変化の様子を示す波形図である。駆動回路６７からスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートに対してオン信号が出力されると（図５（ａ））、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が略同時にオン状態となり、整流回路５３の出力電圧が励磁コイル３１に印加される。これにより、励磁コイル３１に電流が流れ、その電流値はインダクタンスによって徐々に増加する（図５（ｄ））。このとき、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２には、コイル電流ＩＬの略１／２の大きさのコレクタ電流Ｉｃ１，Ｉｃ２が流れ（図５（ｂ），（ｃ））、電流が２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に分担させて軽減されることになる。

その後、駆動回路６７からスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートに対してオフ信号が出力されると（図５（ａ））、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が略同時にオフ状態となる。これにより、励磁コイル３１の電流は徐々に低下し、共振コンデンサＣ１に共振電流として流れ込み、共振コンデンサＣ１が充電される。このとき、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ側の電圧及びコイルの電圧は、徐々に上昇してその後低下する。ここで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の電圧Ｖｑ１，Ｖｑ２及びコイルの電圧Ｖｃ１は等しくなる（図５（ｅ），（ｆ），（ｇ））。その後は、同様の動作周期が繰り返し実行される。

図６は、本発明の第２実施形態に係る電磁誘導加熱インバータ装置の概略を示す構成図である。この電磁誘導加熱インバータ装置１５０は、図４に示した電磁誘導加熱インバータ装置５０と概ね同様の構成を有するが、インバータ回路１５４におけるスイッチング素子の配置が図４の場合とは異なる。図６において、図４に示した電磁誘導加熱インバータ装置５０と同様の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

インバータ回路１５４において、２つのスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２は、それらが互いに直列接続されたスイッチング素子群を構成し、共振回路５１は、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２の間に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２には、ダイオードＤ１０１，Ｄ１０２がそれぞれ並列接続されている。ここで、ＣＰＵ６４は、図４の場合と同様に、ＣＰＵ７０からの電力投入指示信号に従って、励磁コイル３１に供給される電力を目標電力値に近づけるように制御する。このとき、駆動回路６７から出力されるパルス信号は、絶縁トランス７１を介したスイッチング素子Ｑ１０１の制御端子と、スイッチング素子Ｑ１０２の制御端子とにそれぞれ出力され、それらを略同時にオン／オフ駆動させる。

これにより、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２に印加される電圧を、簡易な構成によりそれぞれに分担させて軽減することができ、許容電圧（最大定格電圧等）が比較的低い低価なスイッチング素子を用いてインバータ回路５４を構成することが可能となる。また、励磁コイル３１をスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２の間に接続したことで、定着不良等の発生の防止を目的として接地されている加熱ローラ２１等との電位差をより小さくすることができ、加熱ローラ２１等との間の放電によるトラブルの発生を抑制することができるという利点がある。

この場合、図７に示すように、略同一の静電容量を有するコンデンサＣ１０１，Ｃ１０２をスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２と並列接続（コレクタ及びエミッタ端子間に接続）する構成も可能である。このコンデンサＣ１０１，Ｃ１０２によって、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２に印加される電圧を、各々に確実に均等分担させることが可能となる。

なお、図４に示した第１実施形態の場合と同様に、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２のオン／オフ動作は、必ずしも同時である場合に厳密に限定されるものではなく、また、スイッチング素子の数を増加させた構成も可能である。さらに、第２実施形態に係る電磁誘導加熱インバータ装置１５０が適用される定着装置及び画像形成装置の構成及び動作については、上述の第１実施形態の場合と同様である。

図８は、図７に示したインバータ回路の主要部における電流及び電圧の変化の様子を示す波形図である。駆動回路６７からスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２のゲートに対してオン信号が出力されると（図８（ａ））、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２が略同時にオン状態となり、整流回路５３の出力電圧が励磁コイル３１に印加される。これにより、励磁コイル３１に電流が流れ、その電流値はインダクタンスによって徐々に増加する（図８（ｄ））。このとき、コイル電流ＩＬは、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２のコレクタ電流Ｉｃ１０１，Ｉｃ１０２と等しくなる（ＩＬ＝Ｉｃ１０１＝Ｉｃ１０２）。

その後、駆動回路６７からスイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２のゲートに対してオフ信号が出力されると（図８（ａ））、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２が略同時にオフ状態となる。これにより、励磁コイル３１の電流は徐々に低下し、共振コンデンサＣ１に共振電流として流れ込み、共振コンデンサＣ１が充電される。このとき、スイッチング素子Ｑ１０１のエミッタ側の電圧は、徐々に低下してその後上昇する（図８（ｅ））。また、スイッチング素子Ｑ１０２のコレクタ側の電圧は、徐々に上昇してその後低下する（図８（ｆ））。このとき、コイル電圧ＶＬは、スイッチング素子Ｑ１０１，Ｑ１０２の電圧の和と等しくなる。

図９は、図７に示した電磁誘導加熱インバータ装置の変更例を示す構成図である。この電磁誘導加熱インバータ装置２５０は、図７に示した電磁誘導加熱インバータ装置１５０と略同様の構成を有するが、スイッチング素子に印加される電圧を各々に確実に均等分担させるための構成が図７の場合とは異なる。図９において、図７（または図６）に示した電磁誘導加熱インバータ装置１５０と同様の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

インバータ回路２５４において、２つのスイッチング素子Ｑ２０１，Ｑ２０２は、それらが互いに直列接続されたスイッチング素子群し、共振回路２５１は、スイッチング素子Ｑ２０１，Ｑ２０２の間に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ２０１，Ｑ２０２には、ダイオードＤ２０１，Ｄ２０２がそれぞれ並列接続されている。共振回路２５１は、互いに直列接続された略同一の静電容量を有する２つの共振コンデンサＣ２０１，Ｃ２０２を有ており、これらの接続点は、一方のスイッチング素子Ｑ２０２のエミッタ端子とともに整流回路５３の負極側端子に接続されている。このような簡易な構成により、スイッチング素子Ｑ２０１，Ｑ２０２に印加される電圧を、各々に確実に均等分担させることが可能となる。

本発明を特定の実施形態に基づいて詳細に説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、本発明に係る電磁誘導加熱インバータ装置は、定着装置及び画像形成装置が実施形態で示した以外の構成を有する場合も、その適用が妨げされるものではない。

本発明に係る電磁誘導加熱インバータ装置並びにこれを備えた定着装置及び画像形成装置は、スイッチング素子に掛かる電気的負荷を、簡易な構成により複数のスイッチング素子に分担させて軽減することができるので、許容電圧または許容電流が比較的低い低価なスイッチング素子を用いた低コストかつ簡易な回路構成により、電磁誘導加熱の高出力化を実現することを可能とし、電磁誘導加熱インバータ装置並びにこれを備えた定着装置及び画像形成装置として有用である。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の模式図 本発明の第１実施形態に係る定着装置の模式図 定着装置の励磁コイルの斜視図 本発明の第１実施形態に係る電磁誘導加熱インバータ装置の構成図 図４のインバータ回路における電流及び電圧の波形図 本発明の第２実施形態に係る電磁誘導加熱インバータ装置の構成図 本発明の第２実施形態に係る電磁誘導加熱インバータ装置の構成図 図７のインバータ回路における電流及び電圧の波形図 図７の電磁誘導加熱インバータ装置の変更例を示す構成図

符号の説明

１ 画像形成装置
８ 定着装置
２１ 加熱ローラ
２４ 加熱ベルト
２６ サーミスタ（温度検出手段）
３１ 励磁コイル
５０，１５０，２５０ インバータ回路
５１，２５１ 共振回路
５２ 商用電源
５３ 整流回路
５５ ＩＨ制御部（駆動制御手段）
７０ ＣＰＵ（定着制御手段）
Ｃ１，Ｃ２０１，Ｃ２０２ 共振コンデンサ
Ｃ１０１，Ｃ１０２ コンデンサ
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１０１，Ｑ１０２，Ｑ２０１，Ｑ２０２ スイッチング素子

Claims (7)

1. 励磁コイル及びこれに接続された共振コンデンサを有する共振回路と、
   商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
   前記整流回路から出力される直流電力を高周波電力に変換して前記励磁コイルに供給すべく前記共振回路に接続される複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、
   前記複数のスイッチング素子の動作を制御する駆動制御手段と
   を備え、
   前記駆動制御手段は、前記複数のスイッチング素子の全てを略同時にオン／オフ駆動することを特徴とする電磁誘導加熱インバータ装置。
2. 前記複数のスイッチング素子は、それらが互いに並列接続されたスイッチング素子群を構成し、前記励磁コイルは、前記整流回路の出力端子と前記スイッチ素子群との間に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導加熱インバータ装置。
3. 前記複数のスイッチング素子は、それらが互いに直列接続されたスイッチング素子群を構成することを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導加熱インバータ装置。
4. 前記インバータ回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に並列接続された略同一の静電容量を有する複数のコンデンサを有することを特徴とする請求項３に記載の電磁誘導加熱インバータ装置。
5. 前記スイッチ素子群は、前記励磁コイルを挟み込むようにして接続した２つのスイッチング素子からなり、前記共振回路は、互いに直列接続された略同一の静電容量を有する２つの共振コンデンサを有し、当該２つの共振コンデンサの接続点が、前記一方のスイッチング素子のエミッタ端子とともに前記整流回路の負極側端子に接続されたことを特徴とする請求項３に記載の電磁誘導加熱インバータ装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電磁誘導加熱インバータ装置を備えた定着装置または画像形成装置。
7. 請求項６に記載の定着装置を備えた画像形成装置であって、
   前記励磁コイルが発生する交番磁束によって加熱される被加熱体と、
   この被加熱体の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段が検出した温度に基づき前記定着装置の処理温度を制御すべく、前記駆動制御手段に対する制御指令を送出する定着制御手段と
   を備え、
   前記駆動制御手段は、画像形成装置の起動時に前記制御指令によらずに制御を実行し、前記被加熱体の温度が目標温度まで到達した後に、前記制御信号に基づく制御を開始することを特徴とする画像形成装置。

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