JP2020004625A - 電磁誘導装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子がオンする瞬間のゲートオン信号の時間を調整することで、突入電流を効果的に低減する。【解決手段】本発明の電磁誘導装置１００は、加熱コイル２を含む共振回路に高周波電流を供給するためのスイッチング素子２７と、スイッチング素子２７をオンするためのゲートオン信号の時間を制御するソフトスタート制御部２８と、ソフトスタート制御部２８からのゲートオン信号を受けて、スイッチング素子２７を駆動させるスイッチング素子駆動回路１８と、を備える。ソフトスタート制御部２８は、スイッチング素子２７がオンする際に、スイッチング素子２７を不飽和領域で動作させる時間からゲートオン信号の送出を開始し、その後はゲートオン信号の時間をステップ状に増加させて送出するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング素子がオン・オフ動作することにより、インダクタに交流電流を供給して電磁誘導加熱（ＩＨ）などの電磁誘導作用を生じさせる電磁誘導装置に関する。

炊飯器や定着装置などの電気機器に組み込まれる電磁誘導装置として、構成が簡単で部品点数の少ないシングルエンド方式のインバータを組み込んだ誘導加熱コントローラが広く知られている。これは、例えば特許文献１，２に開示されるように、商用電源からの交流電源電圧を整流平滑する整流器及び平滑コンデンサと、平滑コンデンサの両端間に生じる直流電圧を入力として、加熱コイルに高周波電流を供給するために、加熱コイルと共振回路を形成する共振コンデンサや、共振回路に直流電圧を断続的に印加させる単独のスイッチング素子を含むインバータと、スイッチング素子をオン・オフ動作させるための制御信号を送出する制御手段と、制御手段からの制御信号を受けてスイッチング素子にパルス駆動信号を供給する駆動手段と、を主な構成要素とする。

特開２００８−１３５３２１号公報 特開平１１−１９５４７７号公報

上述した引用文献１，２の誘導加熱コントローラは、電源電圧の投入時に発生する突入電流を低減するための工夫が施されているが、それとは別にスイッチング素子となるＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）をオンする際に、平滑コンデンサに蓄積されていた電荷により、ＩＧＢＴに大きな突入電流が流れてしまい、そのままでは損失が大きくなったり、誘導加熱コントローラの保護用に組み込んだ電流ヒューズが溶断したりするなどの悪影響が生じてしまう。そこで従来は、ＩＧＢＴのオン時の突入電流を少しでも減らすために、ＩＧＢＴの動作が飽和領域に達するぎりぎりのゲート電圧が、ＩＧＢＴにパルス駆動信号として供給されるように、制御手段から制御信号となるゲートオン信号を駆動手段に送出していた。

しかし、これは少なからずＩＧＢＴが完全にオンする電圧レベル以上に、ＩＧＢＴのゲート電圧が達するような時間幅のゲートオン信号が、最初から駆動手段に送出されていることを意味し、短い時間のオンであっても、ＩＧＢＴのオン開始時には、最悪で定常電流の９倍以上にも達する大きな突入電流が生じていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、スイッチング素子がオンする瞬間のゲートオン信号の時間を調整することで、突入電流を効果的に低減できる電磁誘導装置を提供することを目的とする。

本発明は、インダクタを含む共振回路に高周波電流を供給するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子をオンするためのゲートオン信号の時間を制御する制御手段と、前記制御手段からのゲートオン信号を受けて、前記スイッチング素子を駆動させる駆動手段と、を備えた電磁誘導装置において、前記スイッチング素子がオンする際に、前記スイッチング素子を不飽和領域で動作させる時間から前記ゲートオン信号の送出を開始し、その後は前記ゲートオン信号の時間をステップ状に増加させて送出するように、前記制御手段を構成としたことを特徴とするものである。

本発明によれば、初回のゲートオン信号では、駆動手段がスイッチング素子を完全なオン状態ではない不飽和領域で動作させて、初期の突入電流を抑制し、その後のゲートオン信号はその時間を緩やかに増加させることで、不飽和領域から飽和領域に切替わる際の突入電流を抑制できる。したがって、スイッチング素子がオンする瞬間のゲートオン信号の時間を調整することで、突入電流を効果的に低減できる。

本発明の第一実施形態における電磁誘導装置の電気的構成を示すブロック回路図である。 従来のマイコンからＩＧＢＴに至る各部の電圧波形を示す説明図である。 第一実施形態におけるマイコンからＩＧＢＴに至る各部の電圧波形を示す説明図である。 本発明の第二実施形態における電磁誘導装置の電気的構成を示すブロック回路図である。 同上、故障検知と冷却不足検知の確認手順を示す説明図である。 従来の電磁誘導装置で使用される一般的な励磁コイルの形状を示す平面図（ａ）およびＡ−Ａ線断面図（ｂ）である。 同上、別の一般的な励磁コイルの形状を示す平面図（ａ）およびＢ−Ｂ線断面図（ｂ）である。 同上、一般的なフェライトコアの配置を示すＩＨコイルユニットの平面図（ａ）、Ｃ−Ｃ線断面図（ｂ）および正面図（ｃ）である。 同上、図８のＩＨコイルユニットと、従来の構成により得られる加熱領域を示す定着ローラの平面図（ｄ）である。 本発明の第三実施形態におけるＩＨコイルユニットの平面図（ａ）、Ｃ−Ｃ線断面図（ｂ）および正面図（ｃ）と、今回の構成により得られる加熱領域を示す定着ローラの平面図（ｄ）である。 同上、端部フェライトコアの形状を示す断面図である。 同上、別な端部フェライトコアの形状を示す断面図である。 同上、別な端部フェライトコアの形状を示す断面図である。 同上、別な端部フェライトコアの形状を示す断面図である。 従来の電磁誘導装置で使用される一般的なボビンの形状を示す平面図（ａ）およびＤ−Ｄ線断面図（ｂ）である。 同上、励磁コイルがボビンに保持された状態を示す平面図（ａ）およびＥ−Ｅ線断面図（ｂ）である。 同上、ＩＨコイルユニットの平面図（ａ）およびＦ−Ｆ線断面図（ｂ）である。 同上、励磁コイルと発熱層との空間距離を示すために、図１７におけるＩＨコイルユニットのＦ−Ｆ線断面図を拡大した図である。 本発明の第四実施形態におけるボビンに励磁コイルを取付けた状態を示す平面図（ａ）およびＧ−Ｇ線断面図（ｂ）である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明における電磁誘導装置の好ましい幾つかの実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す各実施形態で、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は重複を避けるため極力省略する。

図１は、本実施形態における電磁誘導装置１００の回路構成を示したものである。本実施形態の電磁誘導装置１００は、定着ローラ１を通過して搬送されるシート（図示せず）を加熱して、そのシートに画像を定着させる定着装置に適用されるもので、定着ローラ１を電磁誘導加熱するインダクタとしての加熱コイル２と、商用交流電源３からの電源電圧が印加される誘導加熱コントローラ４と、を含んで構成される。誘導加熱コントローラ４は、整流平滑回路１１と、加熱コイル２を制御対象とするインバータ１２と、電流変換回路１３と、電圧変換回路１４と、入力電力アナログ電圧変換回路（以下、電力変換回路という）１５と、電力比較回路１６と、マイコン（マイクロコンピュータ）１７と、スイッチング素子駆動回路１８と、を主な構成要素とする。

整流平滑回路１１は、電源電圧を全波整流する整流器としてのダイオードスタック２１と、ダイオードスタック２１で整流された電圧を平滑するチョークコイル２２および平滑コンデンサ２３とにより構成される。交流電源３から供給される電源電圧は、整流平滑回路１１により整流平滑されるため、整流平滑回路１１を交流電圧から直流電圧に変換する電源回路とみなすことができる。

インバータ１２は、整流平滑回路１１からの直流電圧が入力電圧として印加され、加熱コイル２と並列に接続する共振コンデンサ２５と、フライホイールダイオード２６を内蔵した単独のＩＧＢＴからなるスイッチング素子２７と、により構成されるシングルエンド形式の電圧形共振インバータである。スイッチング素子２７は、加熱コイル２と共振コンデンサ２５とによる共振回路と直列に接続され、スイッチング素子駆動回路１８からスイッチング素子２７のゲートにパルス駆動信号が与えられると、スイッチング素子２７のエミッタ・コレクタ間がオン・オフ動作を繰り返して、整流平滑回路１１からの直流入力電圧が共振回路に断続的に印加され、加熱コイル２に高周波電流が供給される構成となっている。このときスイッチング素子２７の駆動周波数や、一周期に対するオン時間の比率（オン時比率）を変化させることで、インバータ１２への入力電力ひいては加熱コイル２から定着ローラ１への加熱量を増減させることができる。

電流変換回路１３は、インバータ１２に流れる入力電流を電圧に変換して、インバータ１２の入力電流に比例した検知電圧の信号を送出するものである。また電圧変換回路１４は、インバータ１２に印加される入力電圧を分圧して、その入力電圧に比例した検知電圧の信号を送出するものである。電力変換回路１５は、電流変換回路１３と電圧変換回路１４で得られたそれぞれの検知電圧を、オペアンプを用いたアナログ乗算回路などで乗算することで、インバータ１２の入力電力に比例したアナログの判定電圧を求めて、これを送出するものである。

電力比較回路１６は、電力変換回路１５で得られた判定電圧が、予め決められたアナログの異常レベルの設定電圧を超えていないか否かを、コンパレータを用いたアナログ比較回路などで比較し、判定電圧が設定電圧を超えていたら異常状態と判断して、インバータ１２の異常出力を制限するための出力制限信号を、スイッチング素子駆動回路１８に送出するものである。また電力比較回路１６は、電力変換回路１５からの判定電圧を含めて、その判定電圧と設定電圧とを比較した判定結果を、マイコン１７に送出する機能を有する。

制御手段となるマイコン１７は、図示しないがＣＰＵ（中央演算処理装置）や、記憶手段や、入出力インターフェースなどのハードウェア構成を有する。またマイコン１７は、記憶手段に記憶したプログラムをＣＰＵが実行することで機能するソフトウェア構成として、電圧比較回路１６から取込んだ判定電圧を含む判定結果が、判定電圧が設定電圧を超える異常状態から、判定電圧が設定電圧以下となる正常状態に切替わったら、スイッチング素子駆動回路１８への出力制限信号の送出が停止して、スイッチング素子駆動回路１８の動作が復帰再開したと判断して、判定電圧から得られるインバータ１２の実際の入力電力を、予め設定された最小値から徐々に増加させて、目標となる定常電力値となるように、スイッチング素子駆動回路１８に制御信号となるパルス状のゲートオン信号を繰り返し送出して、スイッチング素子２７のオン・オフ動作を緩やかに開始させるソフトスタート制御部２８を備えている。

特に本実施形態のソフトスタート制御部２８は、前述のスイッチング素子駆動回路１８の復帰時のみならず、通常の動作でスイッチング素子駆動回路１８へのゲートパルスの送出を開始して、スイッチング素子２７をオン・オフ動作させる場合にも、最初はスイッチング素子２７を不飽和領域で動作させる時間からゲートオン信号の送出を開始し、その後はスイッチング素子２７が飽和領域で動作するまでゲートオン信号の時間をステップ状に増加させて、最終的にはインバータ１２の実際の入力電力が目標となる定常電力値となるまで、ゲートオン信号の時間を徐々に増加させる突入電流抑制機能を有している。

スイッチング素子駆動回路１８は、電力比較回路１６から出力制限信号が送出されていなければ、マイコン１７からの制御信号となるゲートオン信号を受けて、スイッチング素子２７をオン・オフ動作させるに十分なパルス駆動信号を、スイッチング素子２７のゲートに送出するものである。またスイッチング素子駆動回路１８は、マイコン１７からの制御信号に優先して、電力比較回路１６から出力制限信号が送出されれば、直ちに動作を停止してスイッチング素子２７にパルス駆動信号が送出されないように機能する。

次に、上記構成の電磁誘導装置１００について、その作用を図２および図３の説明図を参照しながら説明する。

交流電源３からの正弦波状の電源電圧が、誘導加熱コントローラ４の整流平滑回路１１に印加されると、整流平滑回路１１はその電源電圧を整流平滑して、インバータ１２への直流電圧に変換出力する。また、図示しない電源回路が、誘導加熱コントローラ４のマイコン１７を含む各部に、整流平滑回路１１からの直流電圧で得られた動作電圧を供給する。

この状態で、定着ローラ１を加熱させるために、マイコン１７のソフトスタート制御部２８から、制御信号となるゲートオン信号が繰り返しスイッチング素子駆動回路１８に送出されると、スイッチング素子駆動回路１８は、スイッチング素子２７をオン・オフ動作させるに十分なパルス駆動信号を、スイッチング素子２７のゲートに送出する。スイッチング素子２７がオン・オフ動作すると、インバータ１２から加熱コイル２と共振コンデンサ２５からなる並列回路に、整流平滑回路１１からの直流電圧が断続的に印加され、インバータ１２が発振して、加熱コイル２にピーク値が正弦波状に変化する高周波電流が流れる。それにより、加熱コイル２から交番磁界が発生して、負荷である定着ローラ１に渦電流が発生し、定着ローラ１が電磁誘導加熱される。

インバータ１２の発振動作中は、インバータ１２の入力電流と比例関係にある電流変換回路１３からのアナログ検知電圧と、インバータ１２の入力電圧と比例関係にある電圧変換回路１４からのアナログ検知電圧が、それぞれ電力変換回路１５に取り込まれる。これを受けて電力変換回路１５は、インバータ１２の実際の入力電圧と比例関係にある判定電圧を算出し、電力比較回路１６に送出する。電力比較回路１６は、ハードウェアのみの処理で判定電圧と設定電圧とを比較し、判定電圧が設定電圧を超えていたら、異常状態と判断してスイッチング素子駆動回路１８に出力制限信号を送出し、スイッチング素子駆動回路１８の動作を直ちに停止させる。

ここで、ハードウェアのみで構成されるアナログの電力比較回路１６は、マイコン１７とは独立して、出力制限信号をスイッチング素子駆動回路１８に直接送出しているのが注目される。従来は、負荷異常や誘導加熱コントローラ４の部品故障などに起因して、インバータ１２がスイッチング素子２７に悪影響を与える異常な電力になる前に、マイコン１７内のソフトウェア処理で異常状態を判断して、定着ローラ１への加熱を強制的に停止させていたが、ソフトウェアで制御させるには、一定の時間内における電流変換回路１３からのアナログ検知電圧と、電圧変換回路１４からのアナログ検知電圧を、それぞれディジタル変換して、そこからインバータ１２の入力電力を計算する必要があり、異常状態を判断するまでに時間が掛っていた。

しかし本実施形態では、電流変換回路１３からのアナログ検知電圧と、電圧変換回路１４からのアナログ検知電圧とに基づき、アナログの電力変換回路１５がインバータ１２の入力電力に比例関係の判定電圧を求め、その判定電圧が設定電圧を超えていれば、電力比較回路１６からの出力制限信号により、マイコン１７を介在することなく瞬時にスイッチング素子駆動回路１８を停止させ、インバータ１２の異常出力を制限することができる。また、何らかの原因でマイコン１７が暴走した時にも、電力比較回路１６からスイッチング素子駆動回路１８に出力制限信号を直接送出することで、確実にインバータ１２の動作を停止させることができる。また、ソフトウェア処理を介在せずに、よりスピーディーな検知を行なえるので、スイッチング素子２７などの部品をより安全に維持できる。

また本実施形態の電力比較回路１６は、異常状態を判断したか否かに拘らず、電力変換回路１５からの判定電圧を含めて、その判定電圧と設定電圧とを比較した判定結果を、マイコン１７に送出する。この判定結果は、電力変換回路１５からの判定電圧そのものであってもよく、その場合にマイコン１７は、判定電圧のレベルから電力比較回路１６が出力制限信号を送出したか否かを、ソフトウェア処理により判断できる。

マイコン１７のソフトスタート制御部２８は、電圧比較回路１６からの判定結果を受けて、電力比較回路１６がスイッチング素子駆動回路１８に出力制限信号を送出したと判断したら、スイッチング素子駆動回路１８へのパルスオン信号の送出を直ちに停止させる。その一方で、スイッチング素子駆動回路１８への出力制限信号の送出が停止して、スイッチング素子駆動回路１８の動作が復帰再開したと判断したら、電力比較回路１６から取り込んだ判定電圧から得られるインバータ１２の実際の入力電力が、予め設定された最小値から徐々に増加して、最終的には目標値である定常電力値に達するように、スイッチング素子２７のオン・オフ動作を緩やかに開始させることで、異常状態が解消した復帰時に、スイッチング素子２７への悪影響を極力避けることができる。

次に、本実施形態のソフトスタート制御部２８における突入電流の防止機能について、詳しく説明する。先ず比較として、従来のＩＧＢＴをオンする際の各部の電圧波形を図２に示す。図中、１８は図１に示すスイッチング素子駆動回路に相当するドライバＩＣであり、２７はスイッチング素子に相当するＩＧＢＴである。また、Ｓ１はマイコン１７からドライバＩＣ１８に送出される矩形パルス状のゲートオン信号であり、Ｓ２はドライバＩＣ１８からＩＧＢＴ２７に送出されるアナログ状のパルス駆動信号である。

従来は、ＩＧＢＴ２７のオン時の突入電流を極力減らすために、ＩＧＢＴ２７の動作が飽和領域に達する最低限のゲート電圧が、ＩＧＢＴ２７にパルス駆動信号Ｓ２として供給されるように、マイコン１７からドライバＩＣ１８にゲートオン信号Ｓ１が送出されていた。つまり、ＩＧＢＴ２７の動作が完全にオンする飽和領域と、ＩＧＢＴ２７の動作がオンとオフの中間にある不飽和領域との間の境界となるゲート電圧のレベルをＬとすると、従来はマイコン１７から送出されるゲートオン信号Ｓ１が、初回からドライバＩＣ１８がＩＧＢＴ２７を飽和領域で動作させるだけの時間幅を有しており、対応するパルス駆動信号Ｓ２は少なからずＩＧＢＴ２７のゲート電圧レベルＬを超えていた。そのため、パルス駆動信号Ｓ２がゲート電圧レベルＬを超える時間が僅かであっても、その間に飽和領域で動作するＩＧＢＴ２７のドレインからソースに、平滑コンデンサ２３に蓄積した電荷による大きな突入電流が流れていた。

これに対して、本実施形態のＩＧＢＴ２７をオンする際の各部の電圧波形を図３に示す。本実施形態では、マイコン１７に改善した突入電流抑制機能を有するソフトスタート制御部２８が組み込まれている点が、従来とは異なる。ソフトスタート制御部２８から送出されるゲートオン信号Ｓ１は、初回にドライバＩＣ１８がＩＧＢＴ２７をゲート電圧レベルＬの届かない不飽和領域で動作させるような短い時間を有し、対応するパルス駆動信号Ｓ２は、ＩＧＢＴ２７のゲート電圧レベルＬを超えないように調整される。これにより、ＩＧＢＴ２７をオンにするタイミングで、平滑コンデンサ２３に多くの電荷が残っていても、ＩＧＢＴ２７は完全にオンしていない不飽和領域で動作し始めるので、ドレインからソースに流れる電流は、飽和領域で動作する場合よりも少なくなって、突入電流を低減できる。

また、その後のソフトスタート制御部２８からのゲートオン信号Ｓ１の時間は、前述したインバータ１２の実際の入力電力が、目標となる定常電力値になるまで徐々に増加させるが、その際に、対応するパルス駆動信号Ｓ２がＩＧＢＴ２７のゲート電圧レベルＬを超えるようになって、ＩＧＢＴ２７の動作が不飽和領域から飽和領域に移行するまでの一時期には、ゲートオン信号Ｓ１の時間の増加幅を制限し、増加幅を目標値に向けて一気にではなく暫くは緩やかに増やしていくことで、ＩＧＢＴ２７の動作が不飽和領域から飽和領域に切替わる際の突入電流も、効果的に抑えることができる。

これは具体的には、１つのゲート信号Ｓ１を送出する毎に、ゲート信号Ｓ１の時間を増加させるのではなく、複数のゲートオン信号Ｓ１を送出するまではその時間を一定に維持し、複数のゲートオン信号Ｓ１を送出したら、次のゲートオン信号Ｓ１の時間をステップ状に増加させて、同様にゲートオン信号Ｓ１を繰り返し送出するように、マイコン１７のソフトスタート部２８を構成することで実現する。ＩＧＢＴ２７の動作が飽和領域に移行したら、ソフトスタート部２８はゲートオン信号Ｓ１の時間をそれまでよりも高い増加幅で増加させて、インバータ１２の実際の入力電力を目標となる定常電力値に極力短時間で近付ける。

以上のように、本実施形態ではインダクタとなる加熱コイル２と共振コンデンサ２５とを含む共振回路に高周波電流を供給するためのオン・オフ動作するスイッチング素子２７と、スイッチング素子２７をオンするためのゲートオン信号の時間を制御する制御手段としてのマイコン１７のソフトスタート制御部２８と、ソフトスタート制御部２８からのゲートオン信号を受けて、スイッチング素子２７を駆動させる駆動手段としてのスイッチング素子駆動回路１８と、を備えた電磁誘導装置１００において、スイッチング素子２７がオンする際に、スイッチング素子２７を不飽和領域で動作させる時間からゲートオン信号の送出を開始し、その後はゲートオン信号の時間をステップ状に増加させて送出するように、ソフトスタート制御部２８を構成している。

そのため、初回のソフトスタート制御部２８から送出されるゲートオン信号では、スイッチング素子駆動回路１８がスイッチング素子２７を完全なオン状態ではない不飽和領域で動作させて、初期の突入電流を抑制し、その後のソフトスタート制御部２８から送出されるゲートオン信号は、その時間を緩やかに増加させることで、不飽和領域から飽和領域に切替わる際の突入電流を抑制できる。したがって、スイッチング素子２７がオンする瞬間のゲートオン信号の時間を調整することで、突入電流を効果的に低減できる。

また本実施形態では、インダクタとなる加熱コイル２と共振コンデンサ２５とからなる共振回路と、その共振回路に高周波電流を供給するためのスイッチング素子２７と、スイッチング素子２７を駆動させる駆動回路としてのスイッチング素子駆動回路１８と、共振回路とスイッチング素子２７とによるインバータ１２の入力電圧と入力電流を検知し、これらを比例関係にある検知電圧にそれぞれ変換する検知回路に相当する電流変換回路１３および電圧変換回路１４と、電流変換回路１３および電圧変換回路１４で得られた各検知電圧から、インバータ１２の実際の入力電力と比例関係にある判定電圧を求める変換回路としての電力変換回路１５と、電力変換回路１５で得られた判定電圧と、予め決められた異常レベルの設定電圧とを比較する比較回路としての電力比較回路１６と、スイッチング素子２７のオン・オフ動作を制御する制御手段としてのマイコン１７と、を備えた電磁誘導装置１００において、電力比較回路１６は判定電圧と設定電圧との比較により、判定電圧が設定電圧を超えていたら、異常状態と判断してスイッチング素子駆動回路１８を停止させ、判定結果となる信号を制御手段１７に出力して、スイッチング素子駆動回路１８の復帰時にインバータ１２の入力電力を予め設定された最小値から徐々に増加させて定常電力値となるようにソフトスタート制御する構成を、マイコン１７のソフトスタート制御部２８として備えている。

これにより、異常発生時にマイコン１７による制御手段を介さず、電力比較回路１６によるハードウェアのみでインバータ１２の異常出力を制限するので、マイコン１７の暴走時にも確実にインバータ１２の動作を停止させることができる。また、よりスピーディーな検知を行なえるので、スイッチング素子２７などの部品をより安全に維持できる。

図４は、本発明の第二実施形態における電磁誘導装置１００’の回路構成を示したものである。本実施形態の電磁誘導装置１００’も、定着ローラ１を通過して搬送されるシート（図示せず）を加熱して、そのシートに画像を定着させる定着装置に適用されるもので、定着ローラ１を電磁誘導加熱するインダクタとしての加熱コイル２と、商用交流電源３からの電源電圧が印加される誘導加熱コントローラ４と、を含んで構成される。ここでの誘導加熱コントローラ４は、整流平滑回路１１と、加熱コイル２を制御対象とするインバータ１２と、マイコン１７と、前述のスイッチング素子駆動回路に相当するドライブ回路１８とに加えて、スイッチング素子２７の温度を検知して、その検知結果を温度データとして出力する温度検知回路３１と、スイッチング素子２７を冷却するための冷却ファン３２と、を主な構成要素とするが、第一実施形態で図示した電流変換回路１３や、電圧変換回路１４や、電力変換回路１５や、電力比較回路１６を含んだ構成としてもよい。

スイッチング素子２７は、前述のように共振用コイルとなる加熱コイル２と共振コンデンサ２５とによる共振回路に対して高周波電流を供給するために、ドライブ回路１８からのパルス駆動信号を受けてオン・オフ動作するもので、このスイッチング素子２７を保護するために、サーミスタなどを含む温度検知回路３１が設けられる。また、制御手段となるマイコン１７は、インバータ１２を構成するスイッチング素子２７のオン・オフ動作を制御するために、前述のソフトスタート制御部２８と同等の機能を有するインバータ制御部３４が、ドライブ回路１８に制御信号となるゲートオン信号を繰り返し送出する構成となっている。

マイコン１７は、インバータ制御部３４の他に、温度検知機能となる温度検知回路３１からの温度データを受けて、現在のスイッチング素子２７の温度を監視し、その監視結果に応じて電磁誘導装置１００’の回路故障と冷却不足の検知確認を行ない、スイッチング素子２７ひいては電磁誘導装置１００’の動作と、冷却ファン３２の動作をそれぞれ制御する温度監視制御部３５を、記憶手段に記憶したプログラムをＣＰＵが実行することで機能するソフトウェア構成として有する。特に本実施形態の温度監視制御部３５は、スイッチング素子２７の温度を監視するに際し、予め設定された単位時間毎に温度検知回路３１からの温度データを処理し、複数の単位時間分の温度データの平均値を、現在の温度Tとして算出する現在温度演算機能と、現在温度演算機能で現在の温度Ｔが算出される毎に、現在の温度Ｔと直前の現在の温度Ｔ_−１のとの差から、現在の温度Ｔの変化量ΔＴをさらに算出して、この変化量ΔＴが第１閾値TH１以上になった時に、スイッチング素子２７への冷却が不足していると判断し、ドライブ回路１８へのゲートオン信号の送出を止めて電磁誘導装置１００’の動作を停止させる一方で、現在の温度Ｔの変化量ΔＴが第１閾値TH１よりも小さな第２閾値TH２以下になった時に、温度検知回路３１の故障、若しくはドライブ回路１８やスイッチング素子２７に何らかの故障が発生したと判断し、ドライブ回路１８へのゲートオン信号の送出を止めて電磁誘導装置１００’の動作を停止させる第１異常判定機能と、現在温度演算機能で算出した現在の温度Ｔについて、第３閾値TH３と第４閾値TH４をそれぞれ設け、現在の温度Ｔが第３閾値TH３未満の場合には、冷却ファン３２の寿命を延ばすためにその駆動率を下げ、第３閾値TH３以上になった時に、冷却ファン３２の駆動率を上げて、スイッチング素子２７の出力（すなわちオン・オフ動作の頻度）を一定レベルにまで下げ、現在の温度Ｔの低下によりスイッチング素子２７の冷却が確認されたら、設定したインバータ１２の入力電力に見合う通常のスイッチング素子２７の出力に戻す一方で、スイッチング素子２７の出力を一定レベルに低下させても、現在の温度Ｔが上昇して第４閾値TH４を超えた場合は、スイッチング素子２７への冷却が不足していると判断し、ドライブ回路１８へのゲートオン信号の送出を止めて電磁誘導装置１００’の動作を停止させる第２異常判定機能を、それぞれ備えている。

次に、図５を参照しながら、上記構成の電磁誘導装置１００’について、特に温度監視制御部３５に関する動作を詳しく説明する。なお、インバータ制御部３５に関する電磁誘導装置１００’の動作は、第一実施形態で説明した通りなので、ここでは重複を避けて省略する。

温度監視制御部３５は、インバータ制御部３４がドライブ回路１８にゲートオン信号を繰り返し送出して、スイッチング素子２７のオン・オフ動作を制御しているときに、スイッチング素子２７の温度を監視するために、単位時間ｔ０となる１ｍｓ毎に温度検知回路３１からの温度データを取り込んで処理し、複数の単位時間となる４ｍｓ分の温度データの平均値を、現在の温度Tとして算出する。この算出は、温度監視制御部３５の現在温度演算機能により、単位時間となる１ｍｓ毎に行われる。

次に、温度監視制御部３５の第１異常判定機能は、現在の温度Ｔが算出される毎に、現在の温度Ｔと直前の現在の温度Ｔ_−１のとの差から、現在の温度Ｔの変化量ΔＴをさらに算出し、この変化量ΔＴが第１閾値TH１以上になったか否か、また変化量ΔＴが第１閾値TH１よりも低い第２閾値TH２以下になったか否かを判定する。通常の使用では、一定時間におけるスイッチング素子２７の温度傾きに相当する現在の温度Ｔの変化量ΔＴが、上限値となる第１閾値TH１と、下限値となる第２閾値TH２との間になるように、インバータ制御部３４でスイッチング素子２７のオン・オフ動作を適切に制御し、且つ温度監視制御部３５で冷却ファン３２の動作を適切に制御しているが、その変化量ΔＴが極端に上昇して、第１閾値TH１以上になった場合には、こうしたスイッチング素子２７や冷却ファン３２への制御にも拘らず、温度監視制御部３５はスイッチング素子２７への冷却が不足していると判断し、ドライブ回路１８へのゲートオン信号の送出を止めて電磁誘導装置１００’の動作を停止させる。また、現在の温度Ｔの変化量ΔＴが極端に低下して、第２閾値TH１以下になった場合も、温度監視制御部３５は温度検知回路３１の故障、若しくはドライブ回路１８やスイッチング素子２７に何らかの回路故障が発生したと判断し、ドライブ回路１８へのゲートオン信号の送出を止めて電磁誘導装置１００’の動作を停止させる。これにより、スイッチング素子２７への冷却不足や、スイッチング素子２７の劣化に起因する発熱を検知して、電磁誘導装置１００’を安全に停止させることが可能になる。

また、温度監視制御部３５の第２異常判定機能は、現在の温度Ｔが第３閾値TH３未満の場合には、冷却ファン３２の寿命を延ばすためにその駆動率を下げる一方で、現在の温度Ｔが上昇して第３閾値TH３以上になったら、第一段階として温度検知回路３１などの回路故障の確認のために、冷却ファン３２の駆動率を上げて、スイッチング素子２７の出力を一定レベルにまで下げ、スイッチング素子２７の出力を下げる前と比べて現在の温度Ｔが低下したか否かを判断する。

この判断で、温度Ｔが低下してスイッチング素子２７の冷却が確認されたら、設定したインバータ１２の入力電力に見合う通常のスイッチング素子２７の出力に戻す。但し、前述した温度Ｔの変化量ΔＴについて、この変化量ΔＴが極端に低下して第２閾値TH１以下になった場合、温度検知回路３１などの回路故障が発生したと判断し、ドライブ回路１８へのゲートオン信号の送出を止めて電磁誘導装置１００’の動作を停止させる。

それに対して、スイッチング素子２７の出力を一定レベルに低下させても、現在の温度Ｔが低下せずに上昇して、第４閾値TH４（図５を参照）を超えた場合は、スイッチング素子２７への冷却が不足していると判断し、ドライブ回路１８へのゲートオン信号の送出を止めて電磁誘導装置１００’の動作を停止させる。このように本実施形態では、１ｍｓ毎に算出される現在の温度Ｔとその変化量ΔＴの両方について、マイコン１７に組み込んだ温度監視制御部３５、回路故障と冷却不足の確認を適確に判断できる。

このように本実施形態では、インダクタとなる加熱コイル２と共振コンデンサ２５とからなる共振回路と、その共振回路に高周波電流を供給するためのスイッチング素子２７と、スイッチング素子２７を駆動させる駆動回路としてのドライブ回路１８と、スイッチング素子２７の温度を検知する温度検知回路３１と、温度検知回路３１からの検知信号を受けて、スイッチング素子２７のオン・オフ動作を制御する制御手段となるマイコン１７と、を備えた電磁誘導装置１００’において、スイッチング素子２７はマイコン１７から出力される制御信号により、ドライブ回路１８から出力される駆動信号を受けてオン・オフ動作し、共振回路に高周波電流を供給する構成とし、マイコン１７は、温度検知回路３１から入力される温度データにより、スイッチング素子２７の温度を監視するように処理し、この温度は単位時間となる１ｍｓ毎に処理され、複数の単位時間である４ｍｓ分の温度データの平均値が、現在の温度Ｔとして算出され、現在の温度Ｔの変化量ΔＴが第１閾値TH１以上となった時に、スイッチング素子２７への冷却が不足していると判断して、電磁誘導装置１００’を停止させ、現在の温度Ｔの変化量ΔＴが第２閾値TH２以下となった時に、温度検知回路３１の故障、若しくはドライブ回路１８やスイッチング素子２７の故障と判断して、電磁誘導装置１００’を停止させる構成を、温度監視制御部３５として備えている。

この点について、従来の電磁誘導装置に使用されるスイッチング素子は、電磁誘導装置の使用時に発熱するため、サーミスタなどの温度検知機能により温度管理されている。しかし、スイッチング素子への冷却不足や、スイッチング素子が劣化した場合の異常発熱に対応するシステム構築が求められていた。

そこで本実施形態では、上記構成を採用することにより、温度検知回路３１の出力から、マイコン１７内部の温度監視制御部３５でスイッチング素子２７の現在の温度Tを換算して把握し、特にマイコン１７に入力される温度検知回路３１からの温度データを１ｍｓ毎に確認することで、短時間でのスイッチング素子２７の温度検知が可能となる。

また温度監視制御部３５は、温度検知回路３１からの温度データを確認する毎に、４ｍｓ分の温度データの平均値を現在の温度Ｔとして算出し、現在の温度Ｔの変化量ΔＴが第１閾値TH１以上となった時に、スイッチング素子２７への冷却が不足していると判断する一方で、現在の温度Ｔの変化量ΔＴが第１閾値TH１よりも低い第２閾値TH２以下となった時に、温度検知回路３１の故障、若しくはドライブ回路１８やスイッチング素子２７の故障と判断して、何れも電磁誘導装置１００’を停止させている。これにより、スイッチング素子２７への冷却不足や、スイッチング素子２７の劣化に起因する発熱を検知し、安全に停止する電磁誘導装置１００’を提供できる。

さらに本実施形態では、安全に停止する電磁誘導装置１００’を提供する他に、使用する冷却ファン３２の寿命延長を図るために、前述の構成に加えて、現在温度演算機能で算出した現在の温度Ｔについて、第３閾値TH３と第４閾値TH４をそれぞれ設け、現在の温度Ｔが第３閾値TH３未満の場合には、冷却ファン３２の駆動率をそれまでよりも下げ、現在の温度Ｔが第３閾値TH３以上になった時に、冷却ファン３２の駆動率をそれまでよりも上げて、スイッチング素子２７の出力を一定レベルにまで下げ、現在の温度Ｔの低下によりスイッチング素子２７の冷却が確認されたら、設定したインバータ１２の入力電力に見合う通常のスイッチング素子２７の出力に戻す一方で、スイッチング素子２７の出力を一定レベルに低下させても、現在の温度Ｔが上昇して第４閾値TH４を超えた場合は、スイッチング素子２７への冷却が不足していると判断し、ドライブ回路１８へのゲートオン信号の送出を直ちに止めて電磁誘導装置１００’の動作を停止させるように、温度監視制御部３５を構成している。

これにより温度監視制御部３５は、温度検知回路３１からの温度データを１ｍｓ毎に確認しながら、そこから算出される現在の温度Ｔが第３閾値TH３未満の場合には、冷却ファン３２を必要以上に動作させないように、冷却ファン３２の駆動率を絞ることで、冷却ファン３２の寿命延長を図ることができる。

また温度監視制御部３５は、現在の温度Ｔが第３閾値TH３以上になった時に、冷却ファン３２の駆動率をそれまでよりも上げ、スイッチング素子２７の出力を一定レベルにまで下げることで、スイッチング素子２７が正しく冷却されるか否かを確認し、現在の温度Ｔが低下せずに上昇して第４閾値TH４を超えた場合には、スイッチング素子２７への冷却が不足していると判断して、電磁誘導装置１００’の動作を瞬時停止させるので、１ｍｓ毎に算出される現在の温度Ｔとその変化量ΔＴの両方について、回路故障と冷却不足の確認を適確に判断できる。

次に、本発明の第三実施形態に係る電磁誘導装置について、添付図面を参照して詳しく説明する。本実施形態は、前述した定着ローラ１や、励磁コイルとなる加熱コイル２を含む電磁誘導装置に関し、より詳しくは、搬送されるシートを加熱してそのシートに画像を定着させる電磁誘導装置に関する。このような電磁誘導装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの電子写真式の画像形成装置に用いられ、第一実施形態の電磁誘導装置１００や第二実施形態の電磁誘導装置１１０’にも、そのまま適用できる。

先ず、本実施形態の背景技術について説明すると、一般的な画像形成装置は、加熱源としてハロゲンランプや抵抗発熱体などを備え、それらのハロゲンランプや抵抗発熱体は、定着ローラ（熱ローラ、加圧ローラ）を通過する種々の用紙サイズに応じた長さのものが複数設置されていた。最近の画像形成装置としては、発熱体を有する定着ローラを電磁誘導で加熱する励磁コイルを備え、定着ローラの加熱スピードを速めることで、省電力と使用者の利便性を高めた電磁誘導加熱方式のものが普及している。このような電磁誘導加熱方式の電磁誘導装置では、導線を複数巻回した励磁コイルの巻線に磁束を発生させる構成上、種々の用紙サイズに応じて励磁コイルを複数設けることは難しい。そのため、定着ローラを通過する用紙サイズの中で、最も大きい用紙サイズに応じた長さの励磁コイルを１つ設置することになる。

誘導加熱の特性として、励磁コイルの巻線に高周波電流を流すことで、導線の向きと直角方向に発生した磁束を発熱体に通過させ、発熱体に渦電流を発生させることで自己発熱する原理を用いているため、励磁コイルから発生した磁束を効率良く定着ローラに導いて発熱させるには、励磁コイルの導線の向きと直角方向にフェライトコアを配置して、励磁コイルと定着ユニットとの間に磁気経路を形成させることが一般的である。

ここで、一般的な電磁誘導装置に用いる励磁コイル（加熱コイル）の形状を図６と図７にそれぞれ示すと、図６に示す励磁コイル２は、平面視で巻線４１が長円形をなし、図７に示す励磁コイル２は、平面視で巻線４１が長方形をなす。何れの場合も、励磁コイル２の巻線４１は導線４２を複数巻回したもので、長手方向に沿って直線状に形成される一対の長手部４１ａと、それぞれの長手部４１ａの端部どうしを連結する一対の両端部４１ｂとにより形成され、中央には中空の空洞４３を有する。また、巻線４１の両端から引き出された導線４２は、前述のインバータ１２と電気的に接続される。

図８は、図７に示す長方形状の巻線４１を有する励磁コイル２に、フェライトコア４５を配置した状態を示したものである。一般的にフェライトコア４５は、励磁コイル２の巻線４１の長手方向直線状に延びる長手部４１ａと直角方向に、それぞれが間隔を置いて複数配置される。フェライトコア４５は何れも同一形状で、断面がＬ形状に形成される。励磁コイル２とフェライトコア４５は、一側を開口した箱状のコイルケース４６に保持され、これらの部材の組み合わせにより、後述の発熱体５２を電磁誘導加熱するＩＨコイルユニット４７が構成される。

図９は、図８のＩＨコイルユニット４７と、それにより得られる定着ローラ１の加熱領域Ｈを示したものである。同図において、定着ローラ１は、支軸５１を中心に回動可能に支持され、励磁コイル２からの交番磁界の作用により電磁誘導加熱される発熱体５２を、その表面部に内包する。上述したフェライトコア４５の配置構成では、誘導加熱の作用により発熱体５２が発熱する加熱領域Ｈは、主としてフェライトコア４５が配置された範囲までとなり、励磁コイル２の実質的な外形をなす巻線４１の長手部４１ａの長さとほぼ同等となる。

そのため、定着ローラ１を通過する用紙サイズの中で、最も大きい用紙サイズに応じた加熱領域Ｈを得たい場合には、励磁コイル２における巻線４１の長手部４１ａの長さを、最も大きい用紙サイズと同等かそれ以上の長さで構成していたが、その様な構成では、巻線４１の長手部４１ａ以外の端部領域、つまり巻線４１の両端部４１ｂは、発熱体５２の加熱には作用しないため、定着ローラ１の誘導加熱としては寄与しないだけでなく、潜在的な需要である電磁誘導装置の小型化や、構成材料の使用量削減による材料費低減に対しては、むしろ阻害要因になっていた。

また、加熱領域Ｈを広くする手段として、従来は励磁コイル２における巻線４１の長手部４１ａの長さを、加熱領域Ｈと同等以上に長くしていたが、長手部４１ａの長さが長くなるほど、励磁コイル２の取付けスペースも大きく必要となり、電磁誘導装置の大型化に繋がっていたため、図７で示したように、巻線４１の長手部４１ａと両端部４１ｂとの連結部分（隅部）の曲げ半径を小さくして、より角形状に近づけることにより、長手部４１ａの長さを極力長く延ばして、励磁コイル２の取付けスペースを小型化する方法も採られていた。

しかし、このような方法で、巻線４１の長手部４１ａを長くすればするほど加熱領域Ｈは広がるものの、巻線４１の長手部４１ａの長さ以上の加熱領域Ｈを得ることはできない。巻線４１の長手部４１ａの長さ以上の加熱領域Ｈを得るには、得ようとする加熱領域Ｈと同じ長さか、それ以上に巻線４１の長手部４１ａの長さを長くする必要があり、やはり電磁誘導装置の小型化を阻害する要因になっていた。

そこで本実施形態では、簡単な構成で小型化に寄与できる電磁誘導装置を提供することを目的とする。

図１０は、本実施形態におけるＩＨコイルユニット５５と、それにより得られる定着ローラ１の加熱領域Ｈを示したものである。本実施形態の電磁誘導装置は、定着ローラ１とＩＨコイルユニット５５とにより構成される。本実施形態のＩＨコイルユニット５５は、巻線４１の長手部４１ａに配置される主部フェライトコア４５とは別に、巻線４１の両端部４１ｂにも端部フェライトコア５６を配置した点が、従来のＩＨコイルユニット４７とは異なる。それ以外の電磁誘導装置としての構成は、従来のものと共通する。

つまり本実施形態では、いままで発熱体５２の加熱に作用していなかった巻線４１の両端部４１ｂを加熱に作用させるために、その両端部４１ｂの導線４２の向きと直角方向にフェライトコア５６を配置し、両端部４１ｂの導線４２と直角方向に発生する磁束を定着ローラ１に導くことで、新たな磁気経路を形成し、発熱体５２の加熱に作用させる構成としている。

更に、効率良く発熱体５２を加熱するために、ここでは巻線４１の両端部４１ｂの少なくとも３方向を囲うように、巻線４１を跨ぐ構成で端部フェライトコア５６を配置する。これにより、端部フェライトコア５６の両端部を定着ローラ１の位置する方向に向けることで、励磁コイル２から発生する磁束が分散することなく効率的に定着ローラ１に向かう効果と、励磁コイル２と端部フェライトコア５６との間の空間距離を極力短くして、周囲方向に漏れる磁束を少なくする効果で、励磁コイル２からの磁束をより効率的に定着ローラ１の発熱体５２へ導く構成としている。

これらの構成を用いることで、励磁コイル２の巻線４１の長手部４１ａだけでなく、両端部４１ｂから発生する磁束を、発熱体５２の加熱に作用させることが可能となり、従来は巻線４１の長手部４１ａの長さと同等であった加熱領域Ｈを、巻線４１の両端部４１ｂまで含んだ励磁コイル２の長さ一杯にまで広げることが可能となる（図１０を参照)。この作用により、同じ加熱領域Ｈを得ようとする場合にも、従来よりも励磁コイル２の長さを短くすることができ、電磁誘導装置の小型化に寄与するだけでなく、導線４２の使用量を削減できるため、材料費の低減にも効果があり、潜在的な需要である装置の小型化と価格低減の両面に寄与できる。

なお、端部フェライトコア５６を、巻線４１の両端部４１ｂのそれぞれにではなく、何れか一方にだけ配置してもよい。何れの場合も、その配置した両端部４１ｂを跨ぐように、端部フェライトコア５６が設けられる。

図１１〜図１５は、端部フェライトコア５６の好ましい形状を示したものである。励磁コイル２の端部となる巻線４１の両端部４１ｂに設置する端部フェライトコア５６の形状は、前述の理由から、両端部４１ｂの少なくとも３方向を囲うように跨いだ形状とするのが好ましく、且つ、励磁コイル２の導線４２との空間距離については、必要な絶縁距離を確保しつつ、極力短い距離で端部フェライトコア５６を配置するのが好ましい。また、フェライトコアは酸化鉄を主成分とした磁性材料を成形型に押し入れた後、これを焼成して成形する製造方法が一般的であり、その製造方法からすると、極端な異形形状は製造するのが難しく、巻線４１の両端部４１ｂに設置する端部フェライトコア５６の形状は、製造が容易な単純形状である方が良い。これは、主部フェライトコア４５でも同じことが言える。

以上の理由から、端部フェライトコア５６の形状は、コ形状（図１１を参照）、もしくはＵ形状（図１２を参照）、もしくはＶ形状（図１３を参照）、もしくは半円アーチ形状（図１４を参照)のいずれかとするのが好ましい。

また、フェライトコア４５，５６のサイズ（幅、長さ、高さ、厚み）などを変えることで、定着ローラ１との磁気的結合の度合いに変化が現れるため、これらのフェライトコア４５，５６のサイズを任意に設定することで、得ようとする発熱体５２の加熱温度や加熱領域Ｈを調整することも可能である。

以上のように、本実施形態の電磁誘導装置は、導線４２を複数巻回されて交番磁界を生成する励磁コイル２と、その交番磁界の作用により電磁誘導加熱される発熱体５２と、導線４２の外側に配置され、平面視で励磁コイル２の巻線４１の長手直線部４１ａと直交する向きに配置され、強磁性体からなる主部フェライトコア４５と、平面視で励磁コイル２の巻線４１の短手部となる両端部４１ｂに配置され、強磁性体からなる端部フェライトコア５６と、励磁コイル２を保持する保持部材としてのコイルケース５６と、を備え、端部フェライトコア５６は平面視で巻線４１の片側もしくは両側の両端部４１ｂと直交する向きで、この両端部４１ｂを跨ぐように配設されている。

この場合、励磁コイル２からの交番磁界の作用により電磁誘導加熱される発熱体５２は、励磁コイル２の長手部分となる巻線４１の長手部４１ａの長さ以上の加熱領域Ｈを得ることができるようになる。そのため、簡単な構成で小型化に寄与できる電磁誘導装置が提供可能となる。

また、本実施形態の電磁誘導装置は、上記構成に加えて、端部フェライトコア５６の形状が、コ形状、Ｕ形状、Ｖ形状もしくは半円アーチ形状のいずれかであることを特徴とする。

この場合、好ましい端部フェライトコア５６の形状を採用することで、簡単な構成で、且つ電磁誘導装置を小型化することが可能となる。

次に、本発明の第四実施形態に係る電磁誘導装置について、添付図面を参照して詳しく説明する。本実施形態も、第三実施形態と同じ画像形成装置に用いられる電磁誘導装置に関するもので、第一実施形態の電磁誘導装置１００や第二実施形態の電磁誘導装置１１０’にも、そのまま適用できる。

本実施形態の背景技術について説明すると、この種の電磁誘導加熱方式の電磁誘導装置では、誘導加熱の特性として、励磁コイルの巻線に高周波電流を流すことで、導線の向きと直角方向に発生した磁束を発熱体に通過させ、発熱体に渦電流を発生させることで自己発熱する原理を用いているため、発熱体の発熱温度を定着ローラの軸方向に対して比較的均一にできる利点がある。しかし、印刷トナーの定着にムラが少なくなるようにするためには、励磁コイルから発生した磁束を均一に定着ローラへ導くことが必要であり、励磁コイルと発熱体との空間距離を極力均一にすることが望ましい。

励磁コイルと発熱体の空間距離を均一に保つ手段として、励磁コイルを保持するボビンの材料には、液晶ポリマー（略号：LCP）を使うのが一般的である。液晶ポリマーは、熱可塑性樹脂の中でも剛性や耐熱性、弾性、荷重たわみ温度が高く、射出成形後の流動性に優れ、難燃性であり、成形収縮率や線膨張係数が低いなどの特徴を備えており、ＩＨ式複写機などに搭載されるＩＨコイルユニットの誘導加熱性能を安定して得る目的で、励磁コイルの保持部材（射出成形部品）となるボビンの材料に使用される。

図１５は、従来の電磁誘導装置で使用される一般的なボビン６１の形状を示している。ボビン６１は一側を開口した箱形状に形成され、他側には後述する定着ローラ１の表面形状に沿ったＲ状の彎曲部６２を有する。このボビン６１の彎曲部６２内面に励磁コイル２を固定した状態を、図１６に示す。励磁コイル２は、第三実施形態で説明したように、導線４２を複数巻回した巻線４１により構成され、巻線４１は長手方向に沿って直線状に形成される一対の長手部４１ａと、それぞれの長手部４１ａの端部どうしを連結する一対の両端部４１ｂとにより形成され、中央には中空の空洞４３を有する。ボビン６１の励磁コイル２を固定した状態から、前述のフェライトコア４５を巻線４１の長手部４１ａと直角方向に間隔を置いて複数配置すると、図１７に示すＩＨコイルユニット６４が得られる。

図１８は、図１７のＩＨコイルユニット６４を複写機などの画像成形装置に装着した状態を示したものである。図中、１は画像成形装置に組み込まれる定着ローラ１であり、ここでも定着ローラ１は、支軸５１を中心に回動可能に支持され、励磁コイル２からの交番磁界の作用により電磁誘導加熱される発熱体５２を、その表面部に内包する。また、励磁コイル２と発熱体５２との間には、所定の空間距離Ｄが形成される。励磁コイル２を保持するボビン６１の材料を液晶ポリマーとする理由は、励磁コイル２と発熱体５２との空間距離Ｄが不均一になることで、発熱体５２の発熱温度分布が不均一もしくは不安定になるのを防止するためである。

この様な従来の電磁誘導装置の構成では、ボビン６１の材料として使用される液晶ポリマーの特徴により、ボビン６１の反りやひねりが比較的少ないことから、励磁コイル２と発熱体５２との空間距離Ｄを均一に形成し易く、したがって定着ローラ１に内包されている発熱体５２の発熱温度が、定着ローラ１の回転軸方向に対して比較的均一になり易い。しかし、熱可塑性樹脂の一種に属する液晶ポリマーは、他の一般的な熱可塑性樹脂と比べて材料価格が比較的高価であることから、ＩＨコイルユニット６４自体の価格が高価となってしまう。このことが、ハロゲンランプ加熱方式などに比べて省電力で利便性が高いＩＨ加熱方式ではあるが、複写機などへの普及を阻害する要因となっていた。

また、ＩＨコイルユニット６４の価格を低減するのに、ボビン６１をポリエチレンテレフタレート（略号：PET）で構成する方法も採用されている。しかし、液晶ポリマーと比べて剛性や耐熱性、弾性、荷重たわみ温度が低く、射出成形後の流動性も劣り、成形収縮率や線膨張係数が高いことから、ボビン６１の射出成形後の反りやひねりが液晶ポリマーよりも大きく、励磁コイル２と発熱体５２の空間距離Ｄが、全体的もしくは局所的に不均一になり易い。その結果、定着ローラ１の軸方向に対する発熱体５２の発熱温度が、不均一もしくは不安定になり易い問題があった。

そこで本実施形態では、簡単な構成で発熱体の発熱温度の均一性にすぐれ、 且つ安価なＩＨコイルユニットを提供できる電磁誘導装置を得ること目的とする。

図１９は、本実施形態におけるボビン６１に励磁コイル２を取付けた状態を示している。同図において、ボビン６１や励磁コイル２の外形形状は、図１５〜図１８で示したものと同一であり、図１９に示す状態から前述のフェライトコア４５を取付けると、複写機などの画像形成装置に組み込まれるＩＨコイルユニット６４となる。

本実施形態の本質は、励磁コイル２を保持する保持部材（射出成形部品）として、ボビン６１を２つの構成部品６１であるコイルボビン６１ａとボビンホルダー６１ｂに分けたことにより、励磁コイル２と直接接触して励磁コイル２を保持する直接保持部品のコイルボビン６１ａにのみ液晶ポリマーを使用し、この直接保持部品を更に保持する間接保持部品のボビンホルダー６１ｂには、一般的な熱可塑性樹脂（例えばポリエチレンテレフタレート）を使用することにある。つまりここでは、液晶ポリマーの特徴を活かして定着ローラ１の発熱温度の均一化を維持しつつ、液晶ポリマーよりも材料価格の安いポリエチレンテレフタレートを使用して比較的安価なＩＨコイルユニット６４を提供するために、ボビン６１を２つの部品で構成し、励磁コイル２を直接保持するコイルボビン６１ａには液晶ポリマーを使い、コイルボビン６１ａを保持する部品にはポリエチレンテレフタレートを使う構成としている。

これにより電磁誘導装置として、定着ローラ１の軸方向に対する発熱温度の均一化を維持して、ＩＨコイルユニット６４の加熱性能を安定して得る目的を達成しつつ、ＩＨコイルユニット６４を安価に製造し提供することが可能になる。

以上のように、本実施形態の電磁誘導装置は、導線４２を複数巻回されて交番磁界を生成する励磁コイル２と、その交番磁界の作用により電磁誘導加熱される発熱体５２と、励磁コイル２を保持する熱可塑性樹脂からなるボビン６１と、励磁コイル２から生成される交番磁界を発熱体５２へ導くための強磁性体からなるフェライトコア４５と、を備え、ボビン６１を励磁コイル２が直接保持する部分のコイルボビン６１ａと、コイルボビン６１ａが保持されるボビンホルダー６１ｂの２部品で構成し、この２つの部品６１ａ，６１ｂをそれぞれ別々の熱可塑性樹脂で構成している。

そのため、励磁コイル２と発熱体５２との空間距離Ｄに影響を及ぼしやすいコイルボビン６１ａと、さほど影響を及ぼさないボビンホルダー６１ｂとの間で、別々な熱可塑性樹脂の材料を選択でき、ボビン６１を２つの熱可塑性樹脂で簡単に構成することが可能となる。

また本実施形態では、前記コイルボビン６１ａを液晶ポリマーで構成している。これにより、励磁コイル２と発熱体５２との空間距離Ｄは、コイルボビン６１ａの材料を液晶ポリマーとすることで、励磁コイル２と発熱体５２との空間距離Ｄを均一に形成して、定着ローラ１の発熱温度を均一に維持できる。したがって、簡単な構成で、且つ電磁誘導装置の加熱性能を安定して得る目的を達成することが可能となる。

また本実施形態では、前記ボビンホルダー６１ｂをポリエチレンテレフタレートで構成している。

そのため、励磁コイル２と発熱体５２との空間距離Ｄにさほど影響しないボビンホルダー６１ｂについては、その材料を液晶ポリマーよりも安価なポリエチレンテレフタレートとすることで、簡単な構成で、且つ電磁誘導装置の加熱性能を安定して得る目的を達成しつつ、ＩＨコイルユニット６４を安価に提供することが可能となる。

本発明は上記実施形態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種々の変更可能である。例えば、各実施形態の特徴部分を組み合わせた電磁誘導装置としてもよい。またスイッチング素子２７は、制御端子（ゲート）付きであればＩＧＢＴ以外の各種素子を利用してもよく、ハーフブリッジ形やフルブリッジ形のインバータ１２のような、複数のスイッチング素子２７を使用してもよい。

その他、電磁誘導装置１００を定着装置以外の各種電気機器に組み込んでもよい。例えば、炊飯器に電磁誘導装置１００を組み込む場合には、米や水などの被炊飯物を入れる有底状の鍋を加熱コイル２に近接させ、加熱コイル２からの交番磁界により鍋を電磁誘導加熱する構成としてもよい。また、電磁誘導装置１００をオーブンレンジに組み込む場合には、加熱コイル２に代わるインダクタとして、昇圧トランスの一次巻線を用い、この昇圧トランスの一次巻線と二次巻線との間の電磁誘導作用により、二次巻線に誘起された高電圧をマグネトロンに印加することで、オーブンレンジの調理庫内に入れた被調理物を高周波加熱することができる。つまり、本発明の電磁誘導装置１００は、インダクタに交流電流を供給して電磁誘導作用を生じさせるあらゆる電気機器に適用できる。

２ インダクタ（加熱コイル、共振回路）
１８ スイッチング素子駆動回路（駆動手段）
２５ 共振コンデンサ（共振回路）
２７ スイッチング素子
２８ ソフトスタート制御部
１００ 電磁誘導装置

Claims (1)

1. インダクタを含む共振回路に高周波電流を供給するためのスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子をオンするためのゲートオン信号の時間を制御する制御手段と、
   前記制御手段からのゲートオン信号を受けて、前記スイッチング素子を駆動させる駆動手段と、を備えた電磁誘導装置において、
   前記スイッチング素子がオンする際に、前記スイッチング素子を不飽和領域で動作させる時間から前記ゲートオン信号の送出を開始し、その後は前記ゲートオン信号の時間をステップ状に増加させて送出するように、前記制御手段を構成したことを特徴とする電磁誘導装置。

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