JP4332098B2 - シールド方法及びシールド装置 - Google Patents

Description

本発明は、交番磁束を発生する磁気回路から漏洩した漏れ磁束をシールドするシールド方法及びシールド装置に関する。

加熱方式の１つに、磁場発生回路の励磁コイルに高周波電流を流して発生させた高周波磁界により被加熱体を誘導加熱するＩＨ（induction heating）方式がある。従来、このＩＨ方式の誘導加熱装置を、画像形成装置におけるトナー定着部の加熱手段として用いる定着装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１記載の定着装置は、例えば、定着ベルト又は定着ローラの近傍に磁場発生回路の励磁コイルを配設し、この励磁コイルに高周波電流を流して前記定着ベルト又は定着ローラの表面を誘導加熱するように構成されている。このＩＨ方式の誘導加熱装置を加熱ユニットとして用いる定着装置は、ハロゲンランプで加熱ユニットを構成するものに比べて熱効率が良くエネルギー損失も少なく低消費電力で急速加熱が可能であるという利点を有している。

ところで、このＩＨ方式の誘導加熱装置を加熱手段として用いる装置においては、一般的に、その交番磁束を発生する磁気回路から漏洩する漏れ磁束をシールドすることが求められている。この漏れ磁束のシールド方法として、従来、漏れ磁束の発生源となる励磁コイルの周囲にアルミ等の導電材料からなるドーナツ状のシールドリングを配設する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２記載のシールド方法では、次のような原理で漏れ磁束を低減するようにしている。すなわち、誘導加熱装置の磁場発生回路に備えた励磁コイルが通電されると、この通電により磁界が形成されて前記シールドリングに誘導電流が発生する。そして、レンツの法則により、前記シールドリングを通過する鎖交磁束が変化すると、磁束変化を妨げる方向に起電力が生じてシールドリングに誘導電流が流れる。この誘導電流により前記シールドリングから発生する磁界は、前記励磁コイルから発生する磁界の逆向きの磁界となる。これにより、前記シールドリングから発生する磁界と前記励磁コイルから発生する磁界とが互いに打ち消し合って、前記漏れ磁束の発生が低減されるようになる。
特開２００１−５３１５号公報 特公昭５８−３７６７６号公報

ところで、前記シールドリングに流れる電流は、このシールドリングの抵抗値が低いほど多くなり、前記漏れ磁束の低減効果も大きくなる。しかしながら、このシールドリングの抵抗値を「ゼロ」にすることは事実上困難である。このため、このようなシールドリングを用いた従来のシールド方法では、前記漏れ磁束を完全にシールドすることができなかった。

また、高周波電流は、表皮効果により前記シールドリングの導体内部深くまで電流が浸透して流れずに導体表面に多く流れる性質を有している。このため、前記従来のシールド方法では、この表皮効果現象により、前記シールドリングの厚みをある一定以上増やしても前記シールドリングに流れる誘導電流があまり増えず、前記漏れ磁束の低減効果が向上しないという問題点があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、交番磁束を発生する磁気回路から漏洩する漏れ磁束を確実にシールドすることができるシールド方法及びシールド装置を提供することを目的とする。

本発明は、交番磁束を発生する磁気回路からの漏れ磁束を打ち消すための磁束を生成するキャンセル励磁コイルに通電する電流を、交番磁束に対応するキャンセル電流として、前記キャンセル電流と前記キャンセル励磁コイルの直流抵抗成分との積が前記キャンセル励磁コイルの両端に生じる交流電圧と等しくなるように通電して、漏れ磁束を打ち消すためのキャンセル磁束を生成する。

この構成によれば、前記交番磁束に対応するキャンセル電流が通電されることにより、前記キャンセル磁場発生回路により前記漏れ磁束を打ち消すためのキャンセル磁束が生成される。したがって、このシールド装置においては、前記交番磁束を発生する磁気回路から漏洩する漏れ磁束を前記キャンセル磁束により打ち消して確実にシールドすることができる。

前記磁気回路は、励磁電流が通電され前記交番磁束を生じさせる励磁コイルを有する磁場発生回路を具備し、前記キャンセル電流は、前記励磁電流の位相と逆位相の交番電流であることが望ましい。

この構成によれば、前記励磁コイルに流れる電流の位相と逆位相のキャンセル電流が前記キャンセル励磁コイルに通電されることにより、前記漏れ磁束を打ち消すためのキャンセル磁束が生成される。したがって、このシールド装置においては、前記交番磁束を発生する磁気回路から漏洩する漏れ磁束を前記キャンセル磁束により打ち消して確実にシールドすることができる。

前記磁場発生回路と前記キャンセル磁場発生回路とが閉回路をなすことが望ましい。

この構成によれば、前記磁場発生回路に流れる電流と同じ電流がキャンセル電流として前記キャンセル磁場発生回路に流れるようになる。したがって、このシールド装置においては、前記交番磁束を発生する磁気回路から漏洩する漏れ磁束と前記キャンセル磁束とが所定の比例関係を持つようになり、前記漏れ磁束に応じた大きさのキャンセル磁束を容易に生成させることが可能になる。

前記キャンセル励磁コイルに流すキャンセル電流を加工して、前記漏れ磁束と前記キャンセル磁束とが等しくなるようにすることが好ましい。

前記キャンセル励磁コイルは、前記キャンセル磁束が前記漏れ磁束に対して重なり合う部位に電気絶縁体を介して配設されていることが望ましい。

この構成によれば、前記キャンセル磁束が前記漏れ磁束に対して重なり合うので、前記交番磁束を発生する磁気回路から漏洩する漏れ磁束を前記キャンセル磁束によってより確実に打ち消すことができる。また、この構成においては、前記キャンセル励磁コイルが誘導電流の流れない前記絶縁体を介して配設されるので、前記キャンセル磁束が乱されず、前記交番磁束を発生する磁気回路から漏洩する漏れ磁束を前記キャンセル磁束によってより確実に打ち消すことができる。

本発明によれば、交番磁束を発生する磁気回路から漏洩する漏れ磁束を確実にシールドすることができるシールド方法及びシールド装置を提供できる。

（実施の形態１）
図１は、本発明のシールド装置が適用される一例としての画像形成装置の全体構成図である。この画像形成装置は、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｂｋ（ブラック）の４色の画像を組み合わせてフルカラー画像を形成できるように構成されている。そこで、図１に示す各部材のうち、特定の色の画像形成にのみ関与する部材には、それぞれの符号に付したＹ，ＭＣ，Ｂｋの文字により、それらが関与する画像色を表すこととする。

図１に示すように、画像形成装置１０は、露光装置１１、感光体１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｂｋ、現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｂｋ、中間転写ベルト１５、二次転写ローラ１６、給紙ユニット１９及び定着装置２０を具備している。

図１において、露光装置１１は、画像信号に応じた４本のレーザ光１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｂｋを出力する。これにより、感光体１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｂｋの表面にレーザ光１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｂｋによる潜像が形成される。現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｂｋは、感光体１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｂｋの表面に形成された潜像を、この潜像にトナーを付着させることにより顕像化する。現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｂｋには、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｂｋ（ブラック）の４色のトナーが個別に収容されている。

感光体１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｂｋ上に形成された４色のトナー像は、複数の支持ローラに懸架されて図中矢印の方向に回転移動される中間転写ベルト１５の表面に順次重ね合わされて一次転写される。この一次転写は、中間転写ベルト１５を挟んで各感光体１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｂｋに対向する位置に設けられた一次転写ローラ（図示せず）により、中間転写ベルト１５の背面に一次転写バイアスを印加することにより行われる。この一次転写によって中間転写ベルト１５上に転写された４色のトナー像１８は、駆動側の支持ローラと二次転写ローラ１６とが対向する二次転写部において、給紙ユニット１９から給紙された記録紙１７上に二次転写される。

二次転写ローラ１６は、中間転写ベルト１５に対して離接自在に配設されている。記録紙１７へのトナー像１８の二次転写は、トナー像１８と記録紙１７とが中間転写ベルト１５と二次転写ローラ１６とにより挟まれた状態で、二次転写ローラ１６により記録紙１７の背面に二次転写バイアスを印可することにより行われる。給紙ユニット１９は、この二次転写のタイミングに合わせて記録紙１７を給紙する。

トナー像１８が転写された記録紙１７は、定着装置２０に送られる。定着装置２０は、例えば１７０°Ｃの定着温度でトナー像１８が転写された記録紙１７を加熱加圧することにより、記録紙１７上にトナー像１８を定着させる。トナー像１８が定着された記録紙１７は、画像形成装置１０の上面に形成された排紙トレイ上に排出される。

定着装置２０は、誘導加熱装置を加熱ユニットとして用いている。図２は、この定着装置２０の主要部の構成を示す断面図である。この定着装置２０は、加熱ローラ２１、加圧ローラ２２及び励磁ユニット２３を具備している。

加熱ローラ２１は、アルミ等からなる芯金に、断熱性及び弾性の高い断熱保持層２１ａと、発熱体層２１ｂとを積層して構成されている。加圧ローラ２２は、アルミ等からなる芯金に、シリコンゴム層２２ａを設けて構成されている。また、加熱ローラ２１は、図示しない回転軸により回転自在に軸支されている。

加圧ローラ２２は、そのシリコンゴム層２２ａが加熱ローラ２１の表面に圧接するように、図示しない回転軸により回転自在に軸支されている。この加熱ローラ２１への加圧ローラ２２の圧接により、それらの圧接部位に定着ニップが形成されている。また、加圧ローラ２２は、加熱ローラ２１が図示しない駆動機構により図２において時計方向に駆動回転されることにより従動回転するように構成されている。

励磁ユニット２３は、アーチコア２４、センターコア２５、一対のサイドコア２６及び励磁コイル２７などで構成されている。アーチコア２４は、加熱ローラ２１の半周面を覆うように、全体として断面が半円弧状に形成されており、図３に示すように、加熱ローラ２１の軸方向に所定の間隔で複数個配設されている。センターコア２５は、各アーチコア２４の内周面側の中央部を支持するように、加熱ローラ２１の軸方向に沿って配設されている。一対のサイドコア２６は、各アーチコア２４の両端部を支持するように、加熱ローラ２１の軸方向に沿ってそれぞれ配設されている。アーチコア２４、センターコア２５及びサイドコア２６の材料としては、フェライト又はパーマロイ等の透磁率及び抵抗率の高い材料が望ましい。

励磁コイル２７は、表面が絶縁された導線からなる線材を所定数束ねて構成されている。この励磁コイル２７は、アーチコア２４の内周面側のセンターコア２５とサイドコア２６との間に、図３に示すように、加熱ローラ２１の軸方向に延伸して周回するように配設されている。また、励磁コイル２７は、加熱ローラ２１の外周面に対して所定の間隙（図示の例では約３ｍｍ）を形成するように配設され、図４に示すように、励磁コイル２７、アーチコア２４、センターコア２５、サイドコア２６及び加熱ローラ２１の発熱体層２１ｂを磁束通路とする磁気回路２９が形成される。

図２において、定着装置２０の加熱ローラ２１は、図示しない駆動機構により時計方向に駆動回転される。加圧ローラ２２は、加熱ローラ２１の回転により反時計方向に従動回転される。そして、図示しない励磁回路から励磁コイル２７に高周波電流が通電されると、励磁コイル２７に近接して対向する加熱ローラ２１の発熱体層２１ｂが誘導磁界により誘導加熱される。この状態で、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２との転写ニップに記録紙１７が送り込まれると、記録紙１７上に転写されたトナー像１８が、加熱ローラ２１により加熱されるとともに、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とにより加圧されて記録紙１７上に定着される。この定着装置２０におけるトナー像１８の定着温度は、加熱ローラ２１の表面温度を検出する温度センサ２８の検出値に基づいて適温に維持されるようにコントロールされている。

ところで、図４に示すように、励磁コイル２７に高周波電流が通電されると、磁気回路２９に主磁束Ｍが生成される。そして、この主磁束Ｍの周辺には、その磁束通路から外れて漏洩した漏れ磁束Ｍｆが発生する。このような漏れ磁束Ｍｆは、本来不要なものであるので悪影響を及ぼさないようにシールドすることが好ましい。

そこで、本発明者は、これまでに知られている種々のシールド方法により漏れ磁束Ｍｆをシールドする実験を行った。しかしながら、従来のシールド方法は、概ね導体からなるシールドリングあるいは磁性体からなるシールド板により漏れ磁束Ｍｆの磁束通路を形成してシールドする方法であるため、漏れ磁束Ｍｆを完全にシールドすることができなかった。

本発明のシールド方法及び装置は、前記シールドリングやシールド板等を用いることなく漏れ磁束Ｍｆを完全にシールドすることができるようにしたものである。まず、図２乃至図６を参照して、以下に説明する本発明の各実施の形態に係るシールド装置に共通する構成について説明する。

図２乃至図６に示すように、本発明の各実施の形態に係るシールド装置は、キャンセル励磁コイル３０を備える。このキャンセル励磁コイル３０は、励磁コイル２７と同様に表面が絶縁された導線からなる線材を所定数束ねて構成されており、アーチコア２４に取り付けられた電気絶縁体からなるコイル保持部材３１に保持されている。

このキャンセル励磁コイル３０には、後述するキャンセル磁場発生回路により、図３に示すように、励磁コイル２７の磁場発生回路に流れる主電流Ｉの位相と概ね逆位相のキャンセル電流Ｉｃが通電される。キャンセル励磁コイル３０にキャンセル電流Ｉｃが通電されると、漏れ磁束Ｍｆを打ち消すためのキャンセル磁束Ｍｃが生成される。このキャンセル磁束Ｍｃの向きは、図５に示すように、励磁コイル２７の磁場発生回路により生成される主磁束Ｍから漏洩する漏れ磁束Ｍｆの向きに対し逆向きになっている。

また、キャンセル磁束Ｍｃの大きさは、主電流Ｉに対するキャンセル電流Ｉｃの大きさ、位相、または、キャンセル励磁コイル３０の周回ターン数ｎとコイル内側面積および巻き線分布を変えることで、キャンセル励磁コイル３０の外へ漏洩する漏れ磁束Ｍｆと等しくなるように調節できる。キャンセル励磁コイル３０の外へ漏洩する漏れ磁束Ｍｆがキャンセル磁束Ｍｃによって完全に打ち消されると、キャンセル励磁コイル３０を通過する総磁束が０になる。

すると、励磁コイル２７とキャンセル励磁コイル３０との相互誘導によって生じる相互誘導起電圧Ｖｆとキャンセル電流Ｉｃによって生じる自己誘導起電圧ＶＬが打ち消し合うので、キャンセル励磁コイル３０の端子間に生じる誘導起電圧Ｖｉが０になる。そこで、キャンセル磁束Ｍｃの大きさの調整は、具体的には、キャンセル励磁コイル３０にキャンセル電流Ｉｃを通電した場合のキャンセル励磁コイル３０の端子間電圧が、最小になるように、主電流Ｉに対するキャンセル電流Ｉｃの大きさ、位相、または、キャンセル励磁コイル３０の周回ターン数ｎとコイル内側面積および巻き線分布を調節する。調節の目安としては、一般に、１０ｋＨｚから１０ＭＨｚの電磁波では、機器から３０ｍはなれた地点での電界強度が１ｍＶ／ｍよりも小さければ他の電子機器に影響は小さい事が知られている。

この電界強度を一般に行われるように特性インピーダンス３７６．７Ωで除して磁界強度に換算すれば、２．６５μＮ／Ａｍになる。この磁界強度がコイルによって発生する場合、コイルの近傍ではコイル軸線上が最も磁界強度が強く、その強さＨは、コイル中心からの距離ｒとコイルの磁気双極子モーメントｍと空気の透磁率μを用いて、
Ｈ＝ｍ／（２×π×μ×ｒ^３）
と表される。

ここで、キャンセル励磁コイル３０と等価な遠方磁場を与える円形ループコイルの半径を、等価円形ループ半径ｒ２と定義し、半径ｒ２のコイルの中心に強さｍの磁気双極子モーメントを同軸に置いたとすると、コイルの外側に発生する総磁束Φと磁気双極子モーメントｍの関係として、ｒ２の外側の磁束をすべて積分することで、
Φ=ｍ／（２×ｒ２）
を得る。

一方、キャンセル励磁コイル３０に発生する誘導起電圧Ｖｉは、周波数ｆとキャンセル励磁コイルのターン数ｎ及び虚数単位ｊを用いて、
Ｖｉ＝２×π×ｆ×Φ×ｊ
となるので、ｒ＝３０ｍ、で磁界強度を２．６５μＮ／Ａｍよりも小さくするには、
μ＝４×π×１０^−７Ｎ／Ａ^２ を代入すると、Ｖｉは、
｜Ｖｉ｜＜０．０００００１７７４７９９×ｆ×ｎ／ｒ２（Ｖ）とすればよい。
好ましくは、
｜Ｖｉ｜＜９．８７０４１４×１０^−１３×ｆ×ｎ／ｒ２（Ｖ）
とすれば、ｒ＝０．２ｍの地点での磁界強度を４．９７４μＮ／Ａｍよりも小さくできる。

最適値としては、Ｖｉ＝０ならばキャンセル励磁コイル３０を通過する総磁束は０になる。ただし、実際にキャンセル励磁コイル３０両端に生じる交流電圧Ｖａは、キャンセル励磁コイル３０の直流抵抗成分とキャンセル電流Ｉｃの積であるＶｒとＶｉの複素ベクトルの和となるので、Ｖｉが０となってもＩｃが０ではないのでＶｒが発生して０にはならない。したがって、Ｖｒが、Ｖｉの基準値に対して無視できない場合には、Ｖｉは、あらかじめキャンセル励磁コイル３０の直流抵抗成分を直流抵抗計などで計測し、キャンセル電流Ｉｃを流したときのキャンセル励磁コイル３０両端に生じる交流電圧ＶａとＶｒのベクトルの差をとって求める。

尚、等価円形ループ半径ｒ２は、原点に置かれた強さｍの磁気双極子モーメントがキャンセル励磁コイル３０の外側領域Ｓに作る総磁束とｍ／（２×ｒ２）が等しいとして、キャンセル励磁コイル３０の形状から次式で求める。

具体的に、キャンセル励磁コイル３０が、１辺２ａの正方形の場合には、

となり、２a、２ｂの矩形形状のコイルに対しては、

となる。

ここで、キャンセル励磁コイル３０を通過する総磁束を０にするのではなく、遠方に発生する磁場のみをキャンセルする場合には、キャンセル磁束Ｍｃの大きさは、磁界強さがシールド装置からの距離の３乗に反比例する遠方磁場成分が、漏れ磁束Ｍｆの大きさと等しくなるようにする。具体的には、キャンセル磁束Ｍｃに対するキャンセル磁束Ｍｃの遠方磁場成分の比を遠方磁場係数ηとして、キャンセル励磁コイル３０に漏れ磁束Ｍｆによって発生する相互誘導起電力Ｖｆと、キャンセル電流Ｉｃによって発生する自己誘導起電力ＶＬとηの積との和が、所定の値よりも小さくなるようにする。すなわち、好適には、
｜Ｖｆ＋ηＶＬ｜=｜ηＶｉ＋（１−η）Ｖｆ｜＜０．０００００１７７４７９９×ｆ×ｎ／ｒ２（Ｖ）
好ましくは、
｜Ｖｆ＋ηＶＬ｜=｜ηＶｉ＋（１−η）Ｖｆ｜＜９．８７０４１４×１０^−１３×ｆ×ｎ／ｒ２（Ｖ）
最適値は、Ｖｆ＋ηＶＬ=ηＶｉ＋（１−η）Ｖｆ＝０
となればよい。

尚、遠方磁場係数ηは、等価円形ループ半径ｒ２で巻き数ｎのキャンセル励磁コイル３０単体に強さＩ２の電流を流したときと等価な磁気双極モーメント強さｍ２が、ｍ２ = μ×π×ｒ２^２×ｎ×Ｉ２であらわされ、キャンセル励磁コイル３０単体の自己インダクタンスＬ０の、シールド装置に装着した場合の自己インダクタンスＬ１へのインダクタンス増加分は、すべて遠方磁場成分として増加すると仮定すると、次式で求めることが出来る。

さらに、キャンセル励磁コイル３０は、図６に示すように、キャンセル磁束Ｍｃが漏れ磁束Ｍｆに対して重なり合う部位に、コイル保持部材３１を介して配設されている。したがって、このシールド装置によれば、互いに向きが異なり大きさの等しいキャンセル磁束Ｍｃと漏れ磁束Ｍｆとが重なり合うので、キャンセル磁束Ｍｃにより漏れ磁束Ｍｆが打ち消されて漏れ磁束Ｍｆを確実にシールドできるようになる。

図７は、本発明の実施の形態１に係るシールド装置を示す概略平面図である。この実施の形態１に係るシールド装置７０は、励磁コイル２７を励磁する磁場発生回路とキャンセル励磁コイル３０を励磁するキャンセル磁場発生回路とが閉回路をなしている。ここで、電流の周回方向は励磁コイル２７とキャンセル励磁コイル３０で逆方向になるように接続されている。すなわち、図７において実線矢印で示される主電流Ｉ及びキャンセル電流Ｉｃの定義方向に対して、実際には励磁回路７１より供給される共通の電流が、図７において破線矢印のように励磁コイル２７とキャンセル励磁コイル３０で逆方向に流れる。つまり、図７に示すように、このシールド装置７０は、励磁コイル２７とキャンセル励磁コイル３０とが、１つの励磁回路７１によりコイル中心部分での磁束の方向が逆になるよう励磁されるように構成されている。

この実施の形態１に係るシールド装置７０によれば、励磁回路７１により励磁コイル２７の磁場発生回路に流れる主電流Ｉと同じ大きさで逆位相のキャンセル電流Ｉｃがキャンセル励磁コイル３０のキャンセル磁場発生回路に流れるようになり、キャンセル磁束Ｍｃが発生する。主磁束Ｍから漏洩する漏れ磁束Ｍｆとキャンセル磁束Ｍｃとは所定の比例関係を持つので、キャンセル磁束Ｍｃの大きさを、キャンセル励磁コイル３０の周回ターン数ｎとコイル内側面積および巻き線分布を変えることで調整することにより、漏れ磁束Ｍｆに応じた大きさのキャンセル磁束Ｍｃを容易に生成させることが可能になる。具体的には、キャンセル励磁コイル３０の自己インダクタンスＬ１が、励磁コイル２７とキャンセル励磁コイル３０の間の結合係数ｋ１と励磁コイル２７の自己インダクタンスＬＬを用いて、Ｌ１＝ｋ１×ｋ１×ＬＬとなるように、キャンセル励磁コイル３０の周回ターン数ｎとコイル内側面積および巻き線分布を調整すると、発熱体層２１ｂとキャンセル励磁コイルとの間の相互誘導が無視できる場合には、キャンセル励磁コイル３０の自己誘導起電圧ＶＬと相互誘導起電圧Ｖｆが等しくなるので、キャンセル励磁コイル３０を通過する総磁束を０又は最小に出来る。また、キャンセル励磁コイル３０の遠方磁場係数ηを用いて、Ｌ１＝ｋ１×ｋ１×ＬＬ／（η×η）となるように、キャンセル励磁コイル３０の周回ターン数ｎとコイル内側面積および巻き線分布を調整すると、発熱体層２１ｂとキャンセル励磁コイルとの間の相互誘導が無視できる場合には、キャンセル励磁コイル３０を通過する遠方磁場成分を０又は最小に出来る。

（実施の形態２）
ところで、主磁束Ｍから漏洩する漏れ磁束Ｍｆは、例えば、図８に示すように、主磁束Ｍを生成する励磁コイル２７の主電流Ｉの位相よりも若干遅れたタイミングで発生する。特に、漏れ磁束Ｍｆの磁気回路を構成する材料の磁気ヒステリシスが無視できない場合や、発熱体層２１ｂとキャンセル励磁コイル３０との間の相互誘導が無視できない場合には、漏れ磁束Ｍｆの位相の遅れは大きくなる。したがって、漏れ磁束Ｍｆを確実に打ち消すことができるキャンセル磁束Ｍｃを生成するには、この漏れ磁束Ｍｆの遅れに合うように、キャンセル励磁コイル３０のキャンセル電流Ｉｃの位相を主電流Ｉの位相の逆位相よりもさらにずらすことが望ましい。

図９は、本発明の実施の形態２に係るシールド装置の構成を示す概略平面図である。図９に示すように、このシールド装置９０は、励磁コイル２７に流れる主電流Ｉの位相に対して、キャンセル励磁コイル３０に流れるキャンセル電流Ｉｃの位相を調整する位相補正回路としてのキャパシタ９１と抵抗９２とを具備し、励磁コイル２７と、キャンセル励磁コイル３０とキャパシタ９１と抵抗９２の直列回路からなるキャンセル磁場発生回路９３と、励磁コイル２７とが、共通の励磁回路７１に並列に接続されている。コイルの周回方向を図９における左巻きを正と定義すると、励磁コイル２７の周回終了端と、キャンセル励磁コイル３０の周回開始端が、励磁回路７１の同じ端子に接続されている。

本実施の形態２に係るシールド装置９０によれば、励磁コイル２７とキャンセル磁場発生回路９３には、共通の励磁回路７１から同じ交番電圧が与えられるが、電流はそれぞれのインピーダンスに応じて流れる。キャンセル磁場発生回路９３のインピーダンスは、実部を抵抗９２の大きさ、虚部をキャンセル励磁コイル３０の周回ターン数ｎとコイル内側面積および巻き線分布及びキャパシタ９１の容量を変えることで調節できる。

そこで、キャンセル磁場発生回路９３のインピーダンスの位相角が、励磁コイル２７のインピーダンスの位相角に、主電流Ｉと漏れ磁束Ｍｆとの間の位相遅れを加えた角度と同じになり、漏れ磁束Ｍｆとキャンセル磁束Ｍｃがバランスするように、キャンセル磁場発生回路９３のインピーダンスの実部及び虚部をそれぞれ調節する。これによって、キャンセル励磁コイル３０に流れるキャンセル電流Ｉｃの位相が、励磁コイル２７に流れる主電流Ｉの位相の逆位相よりも遅れるように補正される。

これにより、図８に示すように、主磁束Ｍから漏洩する漏れ磁束Ｍｆとキャンセル磁束Ｍｃとの位相を一致させることが可能になり、漏れ磁束Ｍｆをキャンセル磁束Ｍｃまたはキャンセル磁束Ｍｃの遠方磁場成分によってより確実に打ち消すことができるようになる。なお、キャンセル磁場発生回路９３の最適なインピーダンスの虚部の値が、キャンセル励磁コイル３０の周回ターン数ｎとコイル内側面積および巻き線分布の調整で実現できる場合には、キャパシタ９１は無くてもよい。

（実施の形態３）
ところで、励磁コイル２７とキャンセル励磁コイル３０とは、電気回路特性的に同じものではない。特に、周波数が変化したときのインピーダンス特性は、その変化のしかたが大きく異なる。このため、前述した実施の形態１に係るシールド装置７０の励磁コイル２７とキャンセル励磁コイル３０とに共通の電流を流す方法、あるいは実施の形態２に係るシールド装置９０の励磁コイル２７とキャンセル励磁コイル３０を含むキャンセル磁場発生回路９３とに共通の電圧をかける方法は、特定駆動周波数の正弦波の主電流Ｉに対しては漏れ磁束Ｍｆを確実にシールドできるが、主電流Ｉの駆動周波数が変化する場合及び任意の電流波形の主電流Ｉを励磁コイル２７に流す場合には、漏れ磁束Ｍｆを確実にシールドすることが難しくなる。以下の各実施の形態に係るシールド装置は、このような課題を解決するものである。

図１０は、本発明の実施の形態３に係るシールド装置の構成を示す概略平面図である。図１０に示すように、このシールド装置１００は、励磁回路７１により励磁コイル２７に通電される主電流Ｉを検出する励磁コイル電流検出部としてのカレントトランス１０１を備える。

また、このシールド装置１００は、カレントトランス１０１により検出した電流に応じてキャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃを加工する電流加工回路を備える。

このシールド装置１００の電流加工回路は、位相制御回路１０２と、振幅制御回路１０３と、増幅回路としてのキャンセル励磁コイル駆動アンプ１０４とで構成されている。位相制御回路１０２は、キャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃの位相を制御する。具体的には、カレントトランス１０１により検出した電流波形の周波数によって、キャンセル励磁コイル駆動アンプ１０４の入力信号波形の位相が所定の値になるように制御する。振幅制御回路１０３は、キャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃの振幅を制御する。

具体的には、カレントトランス１０１により検出した電流波形の周波数によって、キャンセル励磁コイル駆動アンプ１０４の入力信号波形の振幅を、主電流Ｉとキャンセル電流Ｉｃとの振幅倍率が所定の値になるように制御する。また、キャンセル励磁コイル駆動アンプ１０４は、電力増幅回路１４８と絶縁及びインピーダンスマッチングのためのマッチングトランス１４７と保護抵抗１４６とを備え、キャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃを流すための電力を供給する。なお、図１０においては、接地点は主要なもののみを図示し、励磁回路７１と、位相制御回路１０２と、振幅制御回路１０３と、電力増幅回路１４８と、の内部にある接地点等については省略している。

この実施の形態３に係るシールド装置１００によれば、カレントトランス１０１により検出した電流に応じて、キャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃを、前記電流加工回路により漏れ磁束Ｍｆとキャンセル磁束Ｍｃまたはキャンセル磁束Ｍｃの遠方磁場成分とが等しくなるように加工することができる。また、このシールド装置１００においては、任意の電流波形の主電流Ｉが励磁コイル２７に流れる場合には、主電流Ｉの各周波数成分毎に主電流Ｉとキャンセル電流Ｉｃとの位相差と振幅比を所定の値に設定することができる。これにより、主磁束Ｍから漏洩する漏れ磁束Ｍｆをキャンセル磁束Ｍｃまたはキャンセル磁束Ｍｃの遠方磁場成分によってより確実に打ち消すことができる。

なお、このシールド装置１００においては、キャンセル励磁コイル３０の動作により、漏れ磁束Ｍｆがキャンセル磁束Ｍｃによって打ち消されている状態では、キャンセル励磁コイル３０の端子間電圧はほとんど０になり、見かけのインピーダンスが小さくなる。この状態でも、電力増幅回路１４８が所定のキャンセル電流Ｉｃを供給できればマッチングトランス１４７と保護抵抗１４６は、それぞれなくてもよい。また、電力増幅回路１４８が供給する電流と電圧の位相差が大きい場合には、保護抵抗１４６と直列の位置に力率改善のためのキャパシタを挿入してもよい。

（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４に係るシールド装置の構成を示す概略平面図である。図１１に示すように、このシールド装置１１０は、励磁回路７１により励磁コイル２７に与えられる電圧を検出する励磁コイル電圧検出回路としての励磁コイル電圧検出抵抗１１１を備える。

また、このシールド装置１１０は、励磁コイル電圧検出抵抗１１１により検出した電圧に応じてキャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃを加工する電流加工回路を備える。このシールド装置１１０の電流加工回路は、本発明の実施の形態３に係るシールド装置１００の電流加工回路と同様、位相制御回路１０２と、振幅制御回路１０３とキャンセル励磁コイル駆動アンプ１０４とを備える。また、キャンセル励磁コイル駆動アンプ１０４は、電力増幅回路１４８と、マッチングトランス１４７と、保護抵抗１４６と、を備える。なお、図１１においては、接地点は主要なもののみを図示し、励磁回路７１、位相制御回路１０２、振幅制御回路１０３及び電力増幅回路１４８の内部にある接地点等については省略している。

この実施の形態４に係るシールド装置１１０によれば、励磁コイル電圧検出抵抗１１１により検出した電圧に応じて、キャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃを、前記電流加工回路により漏れ磁束Ｍｆとキャンセル磁束Ｍｃまたはキャンセル磁束Ｍｃの遠方磁場成分とが等しくなるように加工することができる。これにより、主磁束Ｍから漏洩する漏れ磁束Ｍｆをキャンセル磁束Ｍｃまたはキャンセル磁束Ｍｃの遠方磁場成分によってより確実に打ち消すことができる。

（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５に係るシールド装置の構成を示す概略平面図である。図１３は、本発明の実施の形態５に係るシールド装置の構成を示す概略断面図である。図１２及び図１３に示すように、本発明の実施の形態５に係るシールド装置１２０は、励磁回路７１と励磁コイル２７とで構成される磁場発生回路に発生する交番磁束を検出する磁束検出手段としての磁束検出コイル１２１を備える。この磁束検出コイル１２１は、図１２及び図１３に示すように、アーチコア２４とセンターコア２５との交差部位に周回させて配設されている。

また、このシールド装置１２０は、磁束検出コイル１２１により検出した磁束に応じてキャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃを加工する電流加工回路を備える。このシールド装置１２０の電流加工回路は、本発明の実施の形態３に係るシールド装置１００の電流加工回路と同様、位相制御回路１０２と、振幅制御回路１０３と、キャンセル励磁コイル駆動アンプ１０４と、を備える。また、キャンセル励磁コイル駆動アンプ１０４は、電力増幅回路１４８と、マッチングトランス１４７と、保護抵抗１４６と、を備える。なお、図１２においては、接地点は主要なもののみを図示し、励磁回路７１と、位相制御回路１０２と、振幅制御回路１０３と、電力増幅回路１４８と、の内部にある接地点等については省略している。

この実施の形態５に係るシールド装置１２０によれば、磁束検出コイル１２１により検出した磁束に応じて、キャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃを、前記電流加工回路により漏れ磁束Ｍｆとキャンセル磁束Ｍｃまたはキャンセル磁束Ｍｃの遠方磁場成分とが等しくなるように加工することができる。これにより、主磁束Ｍから漏洩する漏れ磁束Ｍｆをキャンセル磁束Ｍｃまたはキャンセル磁束Ｍｃの遠方磁場成分によってより確実に打ち消すことができる。

（実施の形態６）
図１４は、本発明の実施の形態６に係るシールド装置の構成を示す概略平面図である。図１４に示すように、本発明の実施の形態６に係るシールド装置１４０は、キャンセル励磁コイル３０自身に誘起する相互誘導起電圧を検出する相互誘導起電圧検出回路を備える。相互誘導起電圧検出回路は、キャンセル励磁コイル３０を含むブリッジ回路１４１に相互誘導起電圧検出抵抗１４２を配置して構成されている。

このブリッジ回路１４１は、キャンセル励磁コイル３０に隣接してインピーダンスがＺ１である抵抗器１４５、キャンセル励磁コイル３０の反対側にインピーダンスがＺ２であるインダクタ１４４、キャンセル励磁コイル３０の対抗位置にインピーダンスがＺ３である抵抗器１４３が配置され、インピーダンスの大きさ関係が、キャンセル励磁コイル３０のインピーダンスをＬ１として、Ｌ１×Ｚ３＝Ｚ１×Ｚ２となるように抵抗器１４５と抵抗器１４３の抵抗値を調節してある。また、抵抗器１４３と抵抗器１４５とは、キャンセル励磁コイル３０を迂回する電流を減らすため、インピーダンスがＺ３＞Ｚ１となっている。相互誘導起電圧検出抵抗１４２は、キャンセル励磁コイル３０と抵抗器１４５との接続点とインダクタ１４４と抵抗器１４３の接続点との間の電位差を検知する。

このシールド装置１４０の電流加工回路は、本発明の実施の形態３に係るシールド装置１００の電流加工回路と同様、位相制御回路１０２と、振幅制御回路１０３と、キャンセル励磁コイル駆動アンプ１０４と、を備える。また、キャンセル励磁コイル駆動アンプ１０４は、電力増幅回路１４８と、マッチングトランス１４７と、保護抵抗１４６と、を備える。なお、図１４においては、接地点は主要なもののみを図示し、励磁回路７１と、位相制御回路１０２と、振幅制御回路１０３と、電力増幅回路１４８と、の内部にある接地点等については省略している。

前記相互誘導起電圧検出回路は、次のように動作する。図１４において、ブリッジ回路１４１のキャンセル励磁コイル３０と抵抗器１４５の側には、キャンセル励磁コイル駆動アンプ１０４よりキャンセル電流Ｉｃが供給されるので、キャンセル励磁コイル３０には、キャンセル励磁コイル３０を通過する漏れ磁束Ｍｆとの相互誘導作用によって発生する相互誘導起電圧Ｖｆに、キャンセル電流Ｉｃの自己誘導作用により発生する自己誘導起電圧ＶＬが加わった電圧が発生する。

一方、ブリッジ回路１４１の抵抗器１４３とインダクタ１４４の側には、ブリッジ回路１４１のインピーダンス関係から、キャンセル電流Ｉｃと比例関係にある電流が流れるので、抵抗器１４３とインダクタ１４４の接続点には、キャンセル電流Ｉｃの自己誘導作用によりキャンセル励磁コイル３０に発生する自己誘導起電圧ＶＬと同じ電圧が発生する。したがって、相互誘導起電圧検出抵抗１４２を用いて、キャンセル励磁コイル３０と抵抗器１４５の接続点と、インダクタ１４４と抵抗器１４３の接続点との間の電位差を検出することで、キャンセル電流Ｉｃの影響を受けずにキャンセル励磁コイル３０自身に誘起する相互誘導起電圧Ｖｆのみを取り出すことができる。

なお、ブリッジ回路１４１の抵抗器１４３と抵抗器１４５としては、インピーダンス調整を更に容易にするため、可変抵抗器を用いてもよい。また、このブリッジ回路１４１は、抵抗器１４３と抵抗器１４５の代わりにインダクタあるいはキャパシタを用いると、その発熱を小さくできる。また、ここで、キャパシタを用いた場合には、ブリッジ回路１４１での力率改善の効果も期待できる。

この実施の形態６に係るシールド装置１４０によれば、ブリッジ回路１４１の相互誘導起電圧検出抵抗１４２により取り出したキャンセル励磁コイル３０自身に誘起する相互誘導起電圧Ｖｆに応じて、キャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃを、前記電流加工回路により漏れ磁束Ｍｆとキャンセル磁束Ｍｃまたはキャンセル磁束Ｍｃの遠方磁場成分とが等しくなるように加工することができる。これにより、主磁束Ｍから漏洩する漏れ磁束Ｍｆをキャンセル磁束Ｍｃまたはキャンセル磁束Ｍｃの遠方磁場成分によってより確実に打ち消すことができる。

（実施の形態７）
図１５は、本発明の実施の形態７に係るシールド装置の構成を示す概略平面図である。図１５に示すように、本発明の実施の形態７に係るシールド装置１５０は、励磁回路１５３と励磁コイル２７とで構成される磁場発生回路を流れる主電流Ｉが同期する同期信号１５５を発生する同期信号発生回路１５１と、同期信号１５５と同期した主電流Ｉを発生させる励磁回路１５３と、同期信号１５５に基づいてキャンセル励磁コイル３０を駆動する駆動信号を発生するキャンセル励磁コイル駆動信号発生回路１５２と、を備える。同期信号発生回路１５１と励磁回路１５３とは同期信号伝達回路１５４ｂで、同期信号発生回路１５１とキャンセル励磁コイル駆動信号発生回路１５２とは同期信号伝達回路１５４ａで、それぞれ電気的に接続されている。

また、このシールド装置１５０は、キャンセル励磁コイル駆動信号発生回路１５２が出力する駆動信号に応じてキャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃを加工する電流加工回路を備える。このシールド装置１５０の電流加工回路は、本発明の実施の形態３に係るシールド装置１００の電流加工回路と同様、位相制御回路１０２と、振幅制御回路１０３と、キャンセル励磁コイル駆動アンプ１０４と、を備える。また、キャンセル励磁コイル駆動アンプ１０４は、電力増幅回路１４８と、マッチングトランス１４７と保護抵抗１４６と、を備える。なお、図１５においては、接地点は主要なもののみを図示し、励磁回路１５３と、同期信号発生回路１５１と、キャンセル励磁コイル駆動信号発生回路１５２と、位相制御回路１０２と、振幅制御回路１０３と、電力増幅回路１４８と、の内部にある接地点等については省略している。また、同期信号伝達回路１５４には、例えば、光ケーブル又はフォトカプラなどの光伝送による方法や、トランスなどの磁気的手段等の電気的手段以外のものを用いてもよい。

この実施の形態７に係るシールド装置１５０によれば、キャンセル励磁コイル駆動信号発生回路１５２が出力する駆動信号に応じて、キャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃを、前記電流加工回路により漏れ磁束Ｍｆとキャンセル磁束Ｍｃまたはキャンセル磁束Ｍｃの遠方磁場成分とが等しくなるように加工することができる。これにより、主磁束Ｍから漏洩する漏れ磁束Ｍｆをキャンセル磁束Ｍｃまたはキャンセル磁束Ｍｃの遠方磁場成分によってより確実に打ち消すことができる。

（実施の形態８）
ところで、前記磁気回路の状態や前記磁場発生回路及び前記キャンセル磁場発生回路の回路定数は、温度変化及び経年変化などによって、時間の経過とともに変化することが考えられる。すると、主磁束Ｍから漏洩する漏れ磁束Ｍｆがキャンセル磁束Ｍｃによってより確実に打ち消された状態が維持できなくなる場合も考えられる。したがって、恒に漏れ磁束Ｍｆを確実に打ち消すことができるキャンセル磁束Ｍｃを生成できるように、キャンセル励磁コイル３０のキャンセル電流Ｉｃの位相並びに振幅は、常時制御して調整することが望ましい。

図１６は、本発明の実施の形態８に係るシールド装置の構成を示す概略平面図である。本実施の形態８に係るシールド装置は、実施の形態６に係るシールド装置１４０と電流加工回路の構成において相違する。図１６に示すように、このシールド装置１６０は、キャンセル励磁コイル電圧検出回路１６１と、制御信号演算装置１６６と、を具備している。

キャンセル励磁コイル電圧検出回路１６１は、キャンセル励磁コイル３０の両端の電圧を漏れ磁束制御電圧として直流電圧に変換して検出する。制御信号演算装置１６６は、前記漏れ磁束制御電圧に基づいてキャンセル電流Ｉｃの位相と振幅を制御するための位相制御信号と振幅制御信号とを発生させ、それぞれ位相制御信号伝達回路１６４と振幅制御信号伝達回路１６５とに出力する。位相制御回路１６２は、キャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃの位相を位相制御信号伝達回路１６４より伝達された位相制御信号に基づいて制御する。振幅制御回路１６３は、キャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃの振幅を振幅制御信号伝達回路１６５より伝達された振幅制御信号に基づいて制御する。なお、その他の構成は、実施の形態６に係るシールド装置１４０の構成と同様であるので、同様な構成の詳細な説明は省略し、シールド装置１４０の構成と相違する点のみ説明する。

キャンセル励磁コイル電圧検出回路１６１は、オペアンプ１７２と、オペアンプ１７２の入力抵抗になるキャンセル励磁コイル電圧検出抵抗１７０と、オペアンプ１７２の交流増幅率を規定する帰還抵抗１７３と、交流電圧を直流脈流に変換する整流子１６７と、前記直流脈流を平滑化する平滑コンデンサ１６８と、感度調整のための分圧抵抗１６９ａ、１６９ｂとを備える。

キャンセル励磁コイル電圧検出抵抗１７０の抵抗値Ｒは、ブリッジ回路１４１のバランスに影響を与えないように、キャンセル励磁コイル３０のインピーダンスに比べて十分に大きな抵抗値とする。さらに、インダクタ１４４と並列にバランス抵抗１７１を挿入し、ブリッジ回路１４１のインピーダンスバランスは、インダクタ１４４とバランス抵抗１７１の並列回路のインピーダンスをＺ２２とし、キャンセル励磁コイル３０とキャンセル励磁コイル電圧検出抵抗１７０の並列回路のインピーダンスをＺ１１として、Ｌ１１×Ｚ３＝Ｚ１×Ｚ２２となるように抵抗器１４５と抵抗器１４３とキャンセル励磁コイル電圧検出抵抗１７０とバランス抵抗１７１との抵抗値を調節してある。

前記漏れ磁束制御電圧は、キャンセル励磁コイル電圧検出抵抗１７０によって検出されるキャンセル励磁コイル３０両端の交流電圧を、オペアンプ１７２で増幅し、整流子１６７と平滑コンデンサ１６８とを用いて直流電圧に変換し、分圧抵抗１６９ａ，１６９ｂで所定の電圧に分圧して発生させる。

制御信号演算装置１６６は、前記漏れ磁束制御電圧が入力され、位相制御信号と振幅制御信号を出力する。制御信号演算装置１６６の内部では、図示しない記憶装置に格納された制御テーブルと入力の漏れ磁束制御電圧値とを、図示しない記憶装置に格納された制御アルゴリズムに基づいて比較演算し、前記漏れ磁束制御電圧が０に近づくように位相制御信号と振幅制御信号とを、常時変化させている。

この時の制御アルゴリズムとしては、例えば、まず、キャンセル電流Ｉｃの位相値あるいは振幅値をある微小範囲で強制的に増加減少させ、その時の漏れ磁束制御電圧の変化量を増加時と減少時とで比較し、前記漏れ磁束制御電圧が０に近づく方向にキャンセル電流Ｉｃの位相値あるいは振幅値の中心値を移動させる方法、などを用いることができる。

なお、制御の目標値は、キャンセル励磁コイル３０の中心からの距離が３０ｍで磁界強度を２．６５μＮ／Ａｍよりも小さくするには、キャンセル励磁コイル３０両端の交流電圧Ｖａからキャンセル励磁コイル３０の直流抵抗成分による電圧Ｖｒを複素ベクトル演算で取り除いた成分の交流電圧をＶｉとし、前記キャンセル電流の交番周波数をｆとし、前記キャンセル励磁コイル３０のターン数をｎ、キャンセル励磁コイル３０の等価円形ループ半径ｒ２として、
｜Ｖｉ｜＜０．０００００１７７４７９９×ｆ×ｎ／ｒ２とすればよい。

なお、好ましくは、
｜Ｖｉ｜＜９．８７０４１４×１０^−１３×ｆ×ｎ／ｒ２（Ｖ）
とすれば、キャンセル励磁コイル３０の中心からの距離が０．２ｍの地点での磁界強度を４．９７４μＮ／Ａｍよりも小さくできる。尚、キャンセル励磁コイル３０の直流抵抗成分による電圧Ｖｒが、前記Ｖｉの基準値に対して十分小さければ、Ｖｉ＝Ｖａとしてもよい。最適値としては、Ｖｉ＝０ならばキャンセル励磁コイルを通過する総磁束は０になる。

尚、遠方に発生する磁場のみをキャンセルする場合には、シールド装置１６０に、さらにキャンセル励磁コイル電圧検出回路１６１と同等の誘導起電圧検出回路を設けて、インダクタ１４４と抵抗器１４３の接続点の電位を相互誘導起電力Ｖｆとして検出し、制御信号演算装置１６６に送る。制御信号演算装置１６６は、位相制御信号と振幅制御信号を、キャンセル励磁コイル３０の遠方磁場係数ηとして、相互誘導起電力Ｖｆと、キャンセル電流Ｉｃによって発生する自己誘導起電力ＶＬとηの積との和が、所定の値よりも小さくなるようにする。すなわち、好適には、
｜Ｖｆ＋ηＶＬ｜=｜ηＶｉ＋（１−η）Ｖｆ｜＜０．０００００１７７４７９９×ｆ×ｎ／ｒ２（Ｖ）
好ましくは、
｜Ｖｆ＋ηＶＬ｜=｜ηＶｉ＋（１−η）Ｖｆ｜＜９．８７０４１４×１０^−１３×ｆ×ｎ／ｒ２（Ｖ）
最適値は、Ｖｆ＋ηＶＬ=ηＶｉ＋（１−η）Ｖｆ＝０
となればよい。好適な状態では、ＶｉとＶｆはほぼ逆位相の電圧であるので、制御信号演算装置１６６は、ＶｉとＶｆの関係が、それぞれの絶対値を用いて、好適には、
η｜Ｖｉ｜−（１−η）｜Ｖｆ｜＜０．０００００１７７４７９９×ｆ×ｎ／ｒ２（Ｖ）
好ましくは、
η｜Ｖｉ｜−（１−η）｜Ｖｆ｜＜９．８７０４１４×１０^−１３×ｆ×ｎ／ｒ２（Ｖ）
最適値は、η｜Ｖｉ｜−（１−η）｜Ｖｆ｜＝０
となるように制御する。

この実施の形態８に係るシールド装置１６０によれば、キャンセル励磁コイル電圧検出回路１６１により検出した漏れ磁束制御電圧が０あるいは最小になるように、キャンセル励磁コイル３０に流すキャンセル電流Ｉｃを、前記電流加工回路により加工することができる。これにより、キャンセル励磁コイル３０を通過する漏れ磁束Ｍｆとキャンセル磁束Ｍｃまたはキャンセル磁束Ｍｃの遠方磁場成分とが等しくなるので、主磁束Ｍから漏洩する漏れ磁束Ｍｆをキャンセル磁束Ｍｃまたはキャンセル磁束Ｍｃの遠方磁場成分によってより確実に打ち消すことができる。

なお、前記制御アルゴリズムは、本実施の形態８に係るシールド装置１６０に記載した方法に限定されるのではなく、古典制御理論、現代制御理論、ファジイ制御、ニューロ制御、学習制御及びロバスト制御等の制御理論に基づくアルゴリズムを用いてもよい。また、制御信号演算装置１６６は、アナログ演算、デジタル演算、又はアナログ演算とデジタル演算の両方の、いずれの演算方法を用いてもよい。

また、本実施の形態８に係るシールド装置１６０では、キャンセル電流Ｉｃを、ブリッジ回路１４１を用いて、キャンセル励磁コイル３０自身に誘起する相互誘導起電圧に基づいて発生させるシールド装置において、キャンセル励磁コイル電圧検出回路１６１により検出した漏れ磁束制御電圧が最小（零を含む）になるように、キャンセル電流Ｉｃを加工する例を示したが、このようなキャンセル電流Ｉｃの加工方法は、このシールド装置１６０に限定されるものではない。

例えば、このようなキャンセル電流Ｉｃの加工方法は、実施の形態３に係るシールド装置１００に示した励磁コイル電流検出回路により検出した電流に応じてキャンセル電流Ｉｃを発生させるシールド装置、実施の形態４に係るシールド装置１１０に示した励磁コイル電圧検出回路により検出した電圧に応じてキャンセル電流Ｉｃを発生させるシールド装置、実施の形態５に係るシールド装置１２０に示した磁束検出回路により検出した磁束に応じてキャンセル電流Ｉｃを発生させるシールド装置、及び実施の形態７に係るシールド装置１５０に示した主電流Ｉに同期する同期信号に応じてキャンセル電流Ｉｃを発生させるシールド装置、のいずれのシールド装置に対しても有効である。なお、これらのシールド装置にはブリッジ回路１４１がないので、これらに上述のようなキャンセル電流Ｉｃの加工方法を適用する場合には、バランス抵抗１７１は不要となる。

また、図１６においては、接地点は主要なもののみを図示し、制御信号演算装置１６６と、位相制御回路１６２と、振幅制御回路１６３と、電力増幅回路１４８と、の内部にある接地点等については省略している。また、オペアンプ１７２及びその他の能動素子に対する電源供給回路についても省略している。さらに、位相制御信号伝達回路１６４と振幅制御信号伝達回路１６５とには、例えば、光ケーブル及びフォトカプラなどの光伝送による方法や、トランスなどの電気的手段以外の磁気的手段等を用いてもよい。

また、本発明のシールド装置は、上記構成に限定されるものではなく、磁気回路２９が永久磁石又は直流電流が通電されるコイルを含む構成で、前記永久磁石又は直流電流が通電されるコイルの回転又は振動により交番磁束が発生する場合にも適応できる。

さらに、本発明の誘導加熱装置は、上記構成に限定されるものではなく、励磁コイル２７が発熱体層２１ｂの内部に有る場合にも適応できる。

さらに、本発明の誘導加熱装置は、上記構成に限定されるものではなく、励磁コイル２７が円筒形状で円筒内部に発熱体層２１ｂを有する場合、および励磁コイル２７が平板渦巻き形状で対抗面に発熱体層２１ｂを有する場合にも適応できる。

本発明のシールド方法及びシールド装置は、交番磁束を発生する磁気回路から漏洩する漏れ磁束を確実にシールドすることができ、画像形成装置、定着装置に適用できる。

本発明のシールド装置が適用される一例としての画像形成装置の全体構成を示す概略構成図 本発明のシールド装置が適用される一例としての定着装置の構成を示す断面図 図２の定着装置に適用されるシールド装置の概略斜視図 図２の定着装置に適用されるシールド装置の主磁束及び漏れ磁束の流れを説明するための概略説明図 図２の定着装置に適用されるシールド装置のキャンセル磁束の流れを説明するための概略説明図 図２の定着装置に適用されるシールド装置の主磁束及び漏れ磁束とキャンセル磁束との関係を説明するための概略説明図 実施の形態１に係るシールド装置の概略平面図 実施の形態１及び実施の形態２に係るシールド装置の励磁コイルに流れる主電流とキャンセル励磁コイルに流れるキャンセル電流との関係、及び漏れ磁束とキャンセル磁束との関係を示す図 実施の形態２に係るシールド装置の概略平面図 実施の形態３に係るシールド装置の概略平面図 実施の形態４に係るシールド装置の概略平面図 実施の形態５に係るシールド装置の概略平面図 実施の形態５に係るシールド装置の概略断面図 実施の形態６に係るシールド装置の概略平面図 実施の形態７に係るシールド装置の概略平面図 実施の形態８に係るシールド装置の概略平面図

符号の説明

１０ 画像形成装置
１１ 露光装置
１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｂｋ 感光体
１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｂｋ 現像器
１５ 中間転写ベルト
１６ 二次転写ローラ
１９ 給紙ユニット
２０ 定着装置
２１ 加熱ローラ
２２ 加圧ローラ
２３ 励磁ユニット
２４ アーチコア
２５ センターコア
２６ サイドコア
２７ 励磁コイル
２８ 温度センサ
２９ 磁気回路
３０ キャンセル励磁コイル
３１ コイル保持部材
７０、９０、１００、１１０、１２０、１４０、１５０、１６０ シールド装置
７１、１５３ 励磁回路
９１ キャパシタ
９２ 抵抗
９３ キャンセル磁場発生回路
１０１ カレントトランス
１０２、１６２ 位相制御回路
１０３、１６３ 振幅制御回路
１０４ キャンセル励磁コイル駆動アンプ
１１１ 励磁コイル電圧検出抵抗
１２１ 磁束検出コイル
１４１ ブリッジ回路
１４２ 相互誘導起電圧検出抵抗
１４３、１４５ 抵抗器
１４４ インダクタ
１４６ 保護抵抗
１４７ マッチングトランス
１４８ 電力増幅回路
１５１ 同期信号発生回路
１５２ キャンセル励磁コイル駆動信号発生回路
１５４ａ，１５４ｂ 同期信号伝達回路
１５５ 同期信号
１６１ キャンセル励磁コイル電圧検出回路
１６４ 位相制御信号伝達回路
１６５ 振幅制御信号伝達回路
１６６ 制御信号演算装置
１６７ 整流子
１６８ 平滑コンデンサ
１６９ａ，１６９ｂ 分圧抵抗
１７０ キャンセル励磁コイル電圧検出抵抗
１７１ バランス抵抗
１７２ オペアンプ
１７３ 帰還抵抗
Ｉ 主電流
Ｉｃ キャンセル電流
Ｍ 主磁束
Ｍｆ 漏れ磁束
Ｍｃ キャンセル磁束

Claims (25)

1. 交番磁束を発生する磁気回路から漏洩する漏れ磁束をシールドするシールド装置であって、
   前記交番磁束に対応するキャンセル電流が通電されることにより前記漏れ磁束を打ち消すキャンセル磁束を生成するキャンセル励磁コイルを有するキャンセル磁場発生回路を具備し、
   前記キャンセル磁場発生回路は、前記キャンセル励磁コイルに通電するキャンセル電流と前記キャンセル励磁コイルの直流抵抗成分との積が前記キャンセル励磁コイルの両端に生じる交流電圧と等しくなるようなキャンセル電流を、前記キャンセル励磁コイルに通電する、
   シールド装置。
2. 前記キャンセル励磁コイル自身に誘起する相互誘導起電圧を検出する相互誘導起電圧検出回路と、
   前記相互誘導起電圧検出回路により検出した相互誘導起電圧に応じて前記キャンセル励磁コイルに流すキャンセル電流を加工する電流加工回路と、
   を具備する請求項１記載のシールド装置。
3. 前記キャンセル励磁コイルを含むブリッジ回路と、
   前記ブリッジ回路の電圧を検知する電圧検知回路と、を具備し、
   前記ブリッジ回路は、前記キャンセル励磁コイルのインピーダンスをＬ１としたとき、インピーダンスＬ１と隣接してインピーダンスＺ１が、インピーダンスＬ１の反対側にインピーダンスＺ２が、インピーダンスＬ１の対抗位置にインピーダンスＺ３がそれぞれ位置し、各インピーダンスの大きさ関係はＬ１×Ｚ３＝Ｚ１×Ｚ２であり、
   前記電圧検知回路は、前記相互誘導起電圧として、インピーダンスＬ１とインピーダンスＺ１の接続点と、インピーダンスＺ２とインピーダンスＺ３の接続点との間の電位差を検知し、
   前記電流加工回路は、前記ブリッジ回路における、インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ３との接続点と、インピーダンスＬ１とインピーダンスＺ２との接続点との間に接続されて、前記キャンセル電流を前記キャンセル励磁コイルに通電する、
   請求項２記載のシールド装置。
4. 前記ブリッジ回路は、インピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３のすべてが、インダクタとキャパシタのいずれか一方又は両方からなる、請求項３記載のシールド装置。
5. 前記ブリッジ回路は、インピーダンスＺ３と、インピーダンスＺ１又はインピーダンスＺ２のいずれか一方とが、抵抗からなる、請求項３記載のシールド装置。
6. 前記磁気回路は、励磁コイルを有する磁場発生回路に励磁電流が通電されて前記交番磁束を発生するものであり、
   前記キャンセル磁場発生回路は、前記磁場発生回路と閉回路をなしている、
   請求項１記載のシールド装置。
7. 交番磁束を発生する磁気回路から漏洩する漏れ磁束をシールドするシールド装置であって、
   前記交番磁束に対応するキャンセル電流が通電されることにより前記漏れ磁束を打ち消すキャンセル磁束を生成するキャンセル励磁コイルを有するキャンセル磁場発生回路を具備し、
   前記磁気回路は、励磁コイルを有する磁場発生回路に励磁電流が通電されて前記交番磁束を発生するものであり、
   前記キャンセル磁場発生回路は、前記磁場発生回路と閉回路をなしており、
   前記磁場発生回路と前記キャンセル磁場発生回路との磁気結合係数をｋ１、前記磁場発生回路の自己インダクタンスをＬＬ、前記キャンセル励磁コイルの自己インダクタンスをＬ１、前記キャンセル励磁コイルが生成する総磁束に対する遠方磁場成分の比を遠方磁場係数ηとした場合、Ｌ１＝ｋ１×ｋ１×ＬＬ／（η×η）である、
   シールド装置。
8. 前記励磁コイルに流れる励磁電流の位相に対して前記キャンセル励磁コイルに流れるキャンセル電流の位相をずらす位相補正回路、
   を具備する請求項１記載のシールド装置。
9. 前記励磁コイルに通電される励磁電流を検出する励磁コイル電流検出回路と、
   前記励磁コイル電流検出回路により検出した励磁電流に応じて前記キャンセル励磁コイルに流すキャンセル電流を加工する電流加工回路と、
   を具備する請求項１記載のシールド装置。
10. 前記励磁コイルに与えられる電圧を検出する励磁コイル電圧検出回路と、
    前記励磁コイル電圧検出回路により検出した電圧に応じて前記キャンセル励磁コイルに流すキャンセル電流を加工する電流加工回路と、
    を具備する請求項１記載のシールド装置。
11. 前記磁気回路に発生する前記交番磁束を検出する磁束検出回路と、
    前記磁束検出回路により検出した磁束に応じて前記キャンセル励磁コイルに流すキャンセル電流を加工する電流加工回路と、
    を具備する請求項１記載のシールド装置。
12. 前記磁気回路は、励磁コイルを有する磁場発生回路に励磁電流が通電されて前記交番磁束を発生するものであり、
    前記磁場発生回路を流れる電流が同期する同期信号を発生する同期信号発生回路と、
    前記同期信号発生回路が出力する同期信号に基づいて前記キャンセル励磁コイルを駆動する駆動信号を発生するキャンセル励磁コイル駆動信号発生回路と、
    前記キャンセル励磁コイル駆動信号発生回路が出力する駆動信号に応じて前記キャンセル励磁コイルに流すキャンセル電流を加工する電流加工回路と、
    を具備する請求項１記載のシールド装置。
13. 前記電流加工回路は、位相を制御する位相制御回路、振幅を制御する振幅制御回路及び増幅回路の少なくとも１つを具備する、請求項９記載のシールド装置。
14. 前記電流加工回路は、前記キャンセル励磁コイルに生じる電圧を検出するキャンセル励磁コイル電圧検出回路を備え、前記キャンセル励磁コイル電圧検出回路により検出した電圧が最小になるように前記キャンセル励磁コイルに流すキャンセル電流を加工する、請求項１３記載のシールド装置。
15. 前記キャンセル電流が通電される前記キャンセル励磁コイルの両端に生じる交流電圧の、前記キャンセル励磁コイルの直流抵抗によって生じる電圧を除いた成分をＶｉとし、前記キャンセル電流の交番周波数をｆとし、前記キャンセル励磁コイルの周回回数をｎとし、前記キャンセル励磁コイルの等価円形ループ半径をｒ２としたとき、
    ｜Ｖｉ｜＜０．０００００１７７４７９９×ｆ×ｎ／ｒ２
    である、請求項１記載のシールド装置。
16. 前記磁気回路は、励磁コイルを有する磁場発生回路に励磁電流が通電されて前記交番磁束を発生するものであり、
    前記キャンセル磁場発生回路は、前記磁場発生回路と閉回路をなしており、
    前記磁場発生回路と前記キャンセル磁場発生回路との磁気結合係数をｋ１、前記磁場発生回路の自己インダクタンスをＬＬ、前記キャンセル励磁コイルの自己インダクタンスをＬ１とした場合、Ｌ１＝ｋ１×ｋ１×ＬＬである、請求項１５記載のシールド装置。
17. 交番磁束を発生する磁気回路から漏洩する漏れ磁束をシールドするシールド装置であって、
    前記交番磁束に対応するキャンセル電流が通電されることにより前記漏れ磁束を打ち消すキャンセル磁束を生成するキャンセル励磁コイルを有するキャンセル磁場発生回路を具備し、
    前記キャンセル磁場発生回路は、前記キャンセル電流が通電される前記キャンセル励磁コイルの両端に生じる交流電圧の、前記キャンセル励磁コイルの直流抵抗成分によって生じる分を除いた電圧をＶｉとし、前記キャンセル励磁コイルに前記漏れ磁束によって発生する相互誘導起電力をＶｆとし、前記キャンセル電流の交番周波数をｆとし、前記キャンセル励磁コイルの周回回数をｎとし、前記キャンセル励磁コイルの等価円形ループ半径をｒ２とし、前記キャンセル励磁コイルが発生する総磁束に対する遠方磁場成分の比を遠方磁場係数ηとしたとき、
    ｜ηＶｉ＋（１−η）Ｖｆ｜＜０．０００００１７７４７９９×ｆ×ｎ／ｒ２
    であるようなキャンセル電流を、前記キャンセル励磁コイルに通電する、
    シールド装置。
18. 前記キャンセル励磁コイルは、前記キャンセル磁束が前記漏れ磁束に対して重なり合う部位に電気絶縁体を介して配設されている、請求項１記載のシールド装置。
19. 交番磁束を発生する磁気回路から漏洩する漏れ磁束をシールドするシールド方法であって、
    前記漏れ磁束を打ち消すための磁束を生成するキャンセル励磁コイルに通電する電流を、前記交番磁束に対応するキャンセル電流として、前記キャンセル電流と前記キャンセル励磁コイルの直流抵抗成分との積が前記キャンセル励磁コイルの両端に生じる交流電圧と等しくなるように通電する、
    シールド方法。
20. 前記キャンセル励磁コイルに発生する相互誘導起電圧に基づいて前記キャンセル電流を生成する、請求項１９記載のシールド方法。
21. 前記キャンセル励磁コイルに発生する電圧が最小となるように前記キャンセル電流を生成する、請求項１９記載のシールド方法。
22. 交番磁束を発生する磁気回路から漏洩する漏れ磁束をシールドするシールド方法であって、
    前記漏れ磁束を打ち消すための磁束を生成するキャンセル励磁コイルに通電する電流を、前記交番磁束に対応するキャンセル電流として、前記キャンセル励磁コイルに発生する電圧の絶対値と、前記キャンセル励磁コイルが発生する総磁束に対する遠方磁場成分の比を遠方磁場係数ηとしたときの前記キャンセル励磁コイルに発生する相互誘導起電圧の（１−η）／η倍の電圧の絶対値との差が最小となるように、前記キャンセル電流を生成する、
    シールド方法。
23. 被加熱部材を誘導加熱する加熱ユニットを備えた誘導加熱装置であって、請求項１から請求項１８のいずれかに記載のシールド装置を、前記加熱ユニットに具備する、誘導加熱装置。
24. 記録紙上にトナーを定着する定着部を備えた定着装置であって、請求項２３記載の誘導加熱装置を、前記定着部に具備する、定着装置。
25. 像担持体上に形成したトナー像を記録紙上に定着させて画像を形成する画像形成装置であって、請求項２４記載の定着装置を用いて、前記トナー像を前記記録紙上に定着させる、画像形成装置。

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