誘導加熱装置、定着装置、及び画像形成装置
【課題】電流共振回路を用いた誘導加熱装置において、スイッチング素子が劣化するおそれを低減する。
【解決手段】スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路の両端間に、電源電圧Ｖｉｎを印加する電源部Ｅ１と、励磁コイル５３１とキャパシターＣ１との直列回路であって、かつスイッチング素子Ｑ１と並列に接続された第２直列回路と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と並列に接続されたダイオードＤ１，Ｄ２と、共振周期の１／２より短いオン時間とデッドタイムとを加えた時間であるスイッチング周期毎に、オン時間の間スイッチング素子Ｑ２をオンさせる第１処理と、オン時間の間スイッチング素子Ｑ１をオンさせる第２処理とを交互に実行することによって、電流共振を生じさせる制御部４１と、スイッチング素子Ｑ１の両端間の電圧Ｖｓが設定電圧Ｖ１を超えているとき、強制的にスイッチング素子Ｑ１をオフさせる強制オフ部４２とを備えた。
【解決手段】スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路の両端間に、電源電圧Ｖｉｎを印加する電源部Ｅ１と、励磁コイル５３１とキャパシターＣ１との直列回路であって、かつスイッチング素子Ｑ１と並列に接続された第２直列回路と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と並列に接続されたダイオードＤ１，Ｄ２と、共振周期の１／２より短いオン時間とデッドタイムとを加えた時間であるスイッチング周期毎に、オン時間の間スイッチング素子Ｑ２をオンさせる第１処理と、オン時間の間スイッチング素子Ｑ１をオンさせる第２処理とを交互に実行することによって、電流共振を生じさせる制御部４１と、スイッチング素子Ｑ１の両端間の電圧Ｖｓが設定電圧Ｖ１を超えているとき、強制的にスイッチング素子Ｑ１をオフさせる強制オフ部４２とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置、その誘導加熱装置を用いた定着装置、及びその定着装置を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電圧共振回路を用いた誘導加熱装置において、励磁コイルを含む共振回路で発生するフライバック電圧を検知し、その検知電圧により被加熱体の高温状態の判断を行い、異常加熱と判定した場合は共振回路のスイッチングを停止するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、電圧共振回路を用いた誘導加熱装置において、励磁コイルと直列接続されたスイッチング素子に印加される電圧が安全動作電圧範囲を超えたことを検知し、その検知信号に応じて励磁コイルへの電力供給を制御するものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
また、電圧共振回路を用いた誘導加熱装置において、励磁コイルに流れる高周波電流の検出結果から、励磁コイルの実際のインダクタンス値を算出し、このインダクタンス値と商用電源の入力電圧とから、スイッチングの周波数やスイッチングのデューティの補正を行うことで、スイッチング素子を安全な動作領域で動作させるものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２４３４８３号公報
【特許文献２】特開２００４−２６６８８０号公報
【特許文献３】特開２００４−２１１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電圧共振回路の場合は、励磁コイルで生じたフライバック電圧が共振に伴って変動するので、特許文献１に記載されているように、このフライバック電圧を検知することによって異常の発生を検知することが可能である。
【０００７】
また、電圧共振回路の場合は、励磁コイルとスイッチング素子とが直列接続されているので、励磁コイルで生じたフライバック電圧がスイッチング素子に印加される。そのため、特許文献２に記載されているように、スイッチング素子に印加される電圧に基づきフライバック電圧の異常を検知し、その検知結果から異常の発生を検知することが可能である。
【０００８】
しかしながら、電流共振回路の場合は、一定の電源電圧が共振回路に印加された状態で、共振により電流値が変動する。そのため、電流共振回路では、特許文献１，２に記載の技術のように、フライバック電圧から異常を検知することが困難であるという、不都合があった。
【０００９】
また、特許文献３に記載の技術では、励磁コイルに流れる高周波電流の検出結果から、励磁コイルの実際のインダクタンス値を算出する処理が必要となるため、スイッチング素子を安全な動作領域で動作させるための保護回路が複雑になるという、不都合があった。
【００１０】
本発明の目的は、電流共振回路を用いた誘導加熱装置において、簡素な構成で電流共振に用いられるスイッチング素子が劣化又は破損するおそれを低減することができる誘導加熱装置、その誘導加熱装置を用いた定着装置、及びその定着装置を用いた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る誘導加熱装置は、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列に接続された第１直列回路と、前記第１直列回路の両端間に、予め設定された電源電圧を印加する電源部と、被加熱体を電磁誘導により加熱する励磁コイルと第１キャパシターとの直列回路であって、かつ前記第１スイッチング素子と並列に接続された第２直列回路と、前記第１スイッチング素子と並列に、前記電源電圧に対して逆方向となる向きに接続された第１ダイオードと、前記第２スイッチング素子と並列に、前記電源電圧に対して逆方向となる向きに接続された第２ダイオードと、前記第２直列回路によって生じる共振の共振周期の１／２より短いオン時間と前記第１及び第２スイッチング素子を共にオフさせるべき時間として予め設定されたデッドタイムとを加えた時間であるスイッチング周期毎に、前記オン時間の間前記第１スイッチング素子をオフさせ前記第２スイッチング素子をオンさせる第１処理と、前記オン時間の間前記第１スイッチング素子をオンさせ前記第２スイッチング素子をオフさせる第２処理とを交互に実行することによって、電流共振を生じさせる制御部と、前記第１スイッチング素子の両端間の電圧が、予め設定された設定電圧を超えているとき、前記制御部の処理に関わらず強制的に前記第１スイッチング素子をオフさせる強制オフ部とを備える。
【００１２】
この構成によれば、電源部が、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列に接続された第１直列回路の両端間に、電源電圧を印加する。また、第１スイッチング素子と並列に、励磁コイルと第１キャパシターとの直列回路が接続されている。そして、制御部が、スイッチング周期毎に、オン時間の間第１スイッチング素子をオフさせ第２スイッチング素子をオンさせる第１処理と、オン時間の間第１スイッチング素子をオンさせ第２スイッチング素子をオフさせる第２処理とを交互に実行することによって、電流共振を生じさせる。すなわちこの誘導加熱回路は、電流共振回路として動作する。そして、強制オフ部は、第１スイッチング素子の両端間の電圧が設定電圧を超えているとき、制御部の処理に関わらず強制的に第１スイッチング素子をオフさせるから、第１スイッチング素子の両端間の電圧が設定電圧を超える高電圧になっているときは、第１スイッチング素子がオンされることがなく、従ってハードスイッチングが生じるおそれが低減される。これにより、簡素な構成で電流共振に用いられるスイッチング素子が劣化するおそれを低減することができる。
【００１３】
また、前記第２スイッチング素子は、前記第１直列回路において、前記第１スイッチング素子よりも高電位側に配置されており、前記第２スイッチング素子のオン、オフを制御するための制御端子を備え、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続点と前記制御端子との間に、所定の制御電圧以上の電圧が印加されたときにオンするスイッチング素子であり、前記制御部は、起動用キャパシターと第３ダイオードと抵抗とが直列接続されたブートストラップ回路と、前記制御電圧以上の出力電圧を出力端子から出力する制御電源とを備え、前記起動用キャパシターの一端が前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続点に接続され、前記起動用キャパシターの他端が前記第３ダイオードのカソードに接続され、前記第３ダイオードのアノードが前記抵抗を介して前記出力端子に接続され、前記制御部は、前記起動用キャパシターに充電された充電電圧を前記制御端子に印加することによって、前記第２スイッチング素子をオンさせることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、第１スイッチング素子がオンすると、起動用キャパシターが制御電源の出力電圧で充電される。そして、制御部は、起動用キャパシターに充電された充電電圧を制御端子に印加することによって、第２スイッチング素子をオンさせる。一方、第１スイッチング素子の両端間の電圧が設定電圧を超えて、強制オフ部が第１スイッチング素子をオフさせると、起動用キャパシターが充電されない。そうすると、制御部は、起動用キャパシターに充電された充電電圧を制御端子に印加しても、制御端子に制御電圧以上の電圧を印加することができないから、第２スイッチング素子をオンさせることができず、従って、第２スイッチング素子がオフする。これにより、強制オフ部が第１スイッチング素子をオフさせるだけで、第２スイッチング素子もオフさせることができるから、第２スイッチング素子をオフさせるための回路を別途備える必要がなく、回路を簡素化することが容易である。
【００１５】
また、前記第２スイッチング素子と前記励磁コイルとの直列回路と並列に接続された第２キャパシターをさらに備えることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、第１キャパシターと第２キャパシターとによって、電源電圧が分圧される。そしてその分圧された電圧が、励磁コイルに印加されることで、誘導加熱装置の共振動作が安定する。
【００１７】
また、前記第１スイッチング素子と並列に接続された第３キャパシターと、前記第２スイッチング素子と並列に接続された第４キャパシターとをさらに備えることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、第３及び第４キャパシターによって、誘導加熱装置の共振動作が安定する。
【００１９】
また、本発明に係る定着装置は、上述の誘導加熱装置と、トナー像が形成された用紙を加熱することにより、前記トナー像を前記用紙に定着させる前記被加熱体としての加熱部材とを備える。
【００２０】
この構成によれば、上述の誘導加熱装置を定着装置として用いることができる。
【００２１】
また、本発明に係る画像形成装置は、上述の定着装置と、前記用紙にトナー像を形成する画像形成部とを備え、前記加熱部材は、前記画像形成部によって前記トナー像が形成された用紙を加熱することにより、前記トナー像を前記用紙に定着させる。
【００２２】
この構成によれば、画像形成装置においてトナー像を用紙に定着させる定着装置として、上述の誘導加熱装置を用いることができる。
【発明の効果】
【００２３】
このような構成の誘導加熱装置、その誘導加熱装置を用いた定着装置、及びその定着装置を用いた画像形成装置は、電流共振回路を用いた誘導加熱装置において、簡素な構成で電流共振に用いられるスイッチング素子が劣化又は破損するおそれを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の内部構成を概略的に示した側面図である。
【図２】図１に示す定着装置の概略的な断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る誘導加熱装置の構成の一例を示す回路図である。
【図４】図２に示す誘導加熱装置の正常動作時における動作を説明するための信号波形図である。
【図５】図２に示す誘導加熱装置の共振動作を説明するための説明図である。
【図６】図２に示す誘導加熱装置の共振動作を説明するための説明図である。
【図７】図２に示す誘導加熱装置の共振動作を説明するための説明図である。
【図８】図２に示す誘導加熱装置の共振動作を説明するための説明図である。
【図９】オン時間Ｔｏｎが共振周期Ｔｃｙｃの１／２より長くなった場合の課題を説明するための説明図である。
【図１０】スイッチング周波数と、励磁コイルへ供給される電力との関係の一例を示すグラフである。
【図１１】図２に示す誘導加熱装置の動作を説明するための信号波形図である。
【図１２】図２に示す誘導加熱装置の変形例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の内部構成を概略的に示した側面図である。尚、画像形成装置１は、複写機、プリンタ及びファクシミリ機等であり、用紙に乗せられたトナー像を加圧、加熱によって定着させるプロセスを持つ画像形成装置であればよい。画像形成装置１は、本体部２、本体部２の左方に配設されたスタックトレイ３、本体部２の上部に配設された原稿読取部４、原稿読取部４の上方に配設された原稿給送部５を備えている。
【００２６】
また、画像形成装置１のフロント部には、入力操作部６が設けられている。この入力操作部６には、電源キーやユーザが印刷実行指示を入力するためのスタートキー、印刷部数等を入力するためのテンキー、各種複写動作の操作ガイド情報等を表示し、これら各種設定入力用にタッチパネル機能を有する液晶ディスプレイ等からなる表示部９等を有する。
【００２７】
原稿読取部４は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサ及び露光ランプ等からなるスキャナ部１３、ガラス等の透明部材により構成された原稿台１４及び原稿読取スリット１５を備える。スキャナ部１３は、図略の駆動部によって移動可能に構成され、原稿台１４に載置された原稿を読み取るときは、原稿台１４に対向する位置で原稿面に沿って移動され、原稿画像を走査しつつ取得した画像データを画像メモリ（不図示）へ出力する。また、原稿給送部５により給送された原稿を読み取るときは、原稿読取スリット１５と対向する位置に移動され、原稿読取スリット１５を介して原稿給送部５による原稿の搬送動作と同期して原稿の画像を取得し、その画像データを画像メモリへ出力する。
【００２８】
原稿給送部５は、原稿を載置するための原稿載置部１６と、画像読み取り済みの原稿を排出するための原稿排出部１７、原稿載置部１６に載置された原稿を１枚ずつ繰り出して原稿読取スリット１５に対向する位置へ搬送し、原稿排出部１７へ排出するための給紙ローラや搬送ローラ（不図示）等からなる原稿搬送機構１８を備える。
【００２９】
また、原稿給送部５は、その前面側が上方に移動可能となるように本体部２に対して回動自在に設けられている。原稿給送部５の前面側を上方に移動させて原稿台１４上面を開放することにより、原稿台１４の上面に読み取り原稿、例えば見開き状態にされた書籍等をユーザが載置できるようになっている。
【００３０】
本体部２は、複数の給紙カセット１９と、給紙カセット１９から用紙を１枚ずつ繰り出して画像形成部２１へ搬送する給紙ローラ２０と、給紙カセット１９から搬送されてきた用紙に画像を形成する画像形成部２１とを備える。
【００３１】
画像形成部２１は、スキャナ部１３で取得された画像データに基づきレーザ光等を出力して感光体ドラム２２を露光し、感光体ドラム２２の表面に静電潜像を形成する光学ユニット２３と、静電潜像が形成された感光体ドラム２２の表面にトナーを付着することによりトナー像を形成する現像部２４と、感光体ドラム２２上のトナー像を用紙に転写する転写部２５とを備える。
【００３２】
定着装置２８は、トナー像が転写された用紙を加熱してトナー像を用紙に融解定着させるベルトユニット２６及び加圧ローラ２７を備える。
【００３３】
画像形成部２１内の用紙搬送路中には、用紙をスタックトレイ３又は排出トレイ２９まで搬送する搬送ローラ対３０及び３１等が備えられている。
【００３４】
また、用紙の両面に画像を形成する場合は、画像形成部２１で用紙の一方の面に画像を形成した後、この用紙を排出トレイ２９側の搬送ローラ対３０，３１にニップされた状態とする。この状態で搬送ローラ対３０，３１を反転させて用紙をスイッチバックさせ、搬送ローラ対３８及び３９が用紙を用紙搬送路３２に送って画像形成部２１の上流域に再度搬送し、画像形成部２１により他方の面に画像を形成した後、用紙をスタックトレイ３又は排出トレイ２９に排出する。
【００３５】
図２は、図１に示す定着装置２８の概略的な断面図である。定着装置２８は、上述のベルトユニット２６及び加圧ローラ２７に加えて、ベルト２６３及び第２ローラ２６２を加熱するＩＨコイルユニット５３０を含む。ＩＨコイルユニット５３０は、誘導加熱装置の一例である。
【００３６】
ベルトユニット２６は、加圧ローラ２７と対向配置される第１ローラ２６１と、第２ローラ２６２と、第１ローラ２６１と第２ローラ２６２とに架け渡されるように巻き回されるベルト２６３とを備える。加圧ローラ２７は、第１ローラ２６１と協働して、ベルト２６３を挟む。加圧ローラ２７とベルト２６３との間には、フラットニップが形成される。
【００３７】
ベルト２６３は、例えば、厚さ寸法約３０μｍ以上約５０μｍ以下のニッケル電鋳基材と、ニッケル電鋳基材上に積層されるシリコンゴム層と、シリコンゴム層上に形成される離型層（例えば、ＰＦＡ層）を含む。ベルト２６３は、加熱部材の一例に相当している。
【００３８】
第２ローラ２６２は、例えば、外径３０ｍｍの円筒状に形成される。第２ローラ２６２は、円筒形状の鉄基材と、鉄基材外周面に形成される肉厚寸法０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の離型層（例えば、ＰＦＡ層）を含む。
【００３９】
第１ローラ２６１は、例えば、円柱状に形成される。第１ローラ２６１は、ステンレス鋼からなる外径４５ｍｍの芯金ローラと、芯金ローラの外周面を被覆する厚さ５ｍｍ以上１０ｍｍ以下のシリコンゴムからなるスポンジ層を含む。
【００４０】
加圧ローラ２７は、例えば、外径５０ｍｍの円柱状に形成される。加圧ローラ２７は、ステンレス鋼からなる芯金ローラ、芯金ローラ外周面を被覆する厚さ２ｍｍ以上５ｍｍ以下のシリコンゴムからなるスポンジ層及び離型層（例えば、ＰＦＡ層）を含む。加圧ローラ２７の金属製の芯材は、例えば、ＦｅやＡｌを用いて形成されてもよい。この芯材上にＳｉゴム層が形成されてもよい。さらにＳｉゴム層の表層にフッ素樹脂層が形成されてもよい。
【００４１】
ＩＨコイルユニット５３０は、ベルト２６３及び第２ローラ２６２を誘導加熱する励磁コイル５３１と、励磁コイル５３１を支持するプラットフォーム２００とを備える。ＩＨコイルユニット５３０は、励磁コイル５３１によって発生する磁界中の磁力線の経路を規定する一対のサイドコア５３３、一対のアーチコア５３４及びセンタコア５３５を備える。
【００４２】
一対のアーチコア５３４及びセンタコア５３５は、それぞれ、第１ローラ２６１の回転中心軸Ｃ１、第２ローラ２６２の回転中心軸Ｃ２及び加圧ローラ２７の回転中心軸Ｃ３を結ぶ直線Ｌ１に対して対称に配設されている。そして、一対のアーチコア５３４の間にセンタコア５３５が配設されている。一対のサイドコア５３３、一対のアーチコア５３４及びセンタコア５３５は、プラットフォーム２００によって支持される。
【００４３】
一対のサイドコア５３３、及び一対のアーチコア５３４は、例えばフェライトを用いて構成されている。また、センタコア５３５は、例えば円柱状の導電性シャフト５３８と、導電性シャフト５３８を被覆する円筒形状の磁性筒５３９とを用いて構成されている。
【００４４】
プラットフォーム２００は、第２ローラ２６２の周面に沿う湾曲面を含むコイル支持部２０１を備える。コイル支持部２０１は、ベルト２６３及び第２ローラ２６２を誘導加熱するための磁界を生じさせる励磁コイル５３１を支持する。
【００４５】
励磁コイル５３１は、コイル支持部２０１、サイドコア５３３及びアーチコア５３４で囲まれる空間内でループ状のコイル面を形成する。
【００４６】
上述の如く、コイル支持部２０１は、第２ローラ２６２上のベルト２６３の円弧状の外面に沿うように形成される。励磁コイル５３１は、コイル支持部２０１を取り巻くように配置される。この結果、励磁コイル５３１は、湾曲したコイル支持部２０１に沿って連設され、略円弧状の断面を有するループ状のコイル面を形成する。そして、第２ローラ２６２の略半分は、励磁コイル５３１に取り囲まれている。
【００４７】
そして、励磁コイル５３１に高周波電流が流れると、ベルト２６３及び第２ローラ２６２が誘導加熱される。さらに、図略の駆動機構が第１ローラ２６１を図２における時計回りに駆動回転することによって、第２ローラ２６２が従動回転すると共に、加熱されたベルト２６３が加圧ローラ２７と第１ローラ２６１とのニップ部へ向かう。その結果、加圧ローラ２７とベルト２６３とでニップされた用紙Ｐが加熱されて、用紙Ｐにトナー像が定着される。
【００４８】
なお、定着装置２８は、ベルトユニット２６の代わりにベルトを用いない加熱ローラを備えていてもよい。
【００４９】
図３は、本発明の一実施形態に係る誘導加熱装置４０の構成の一例を示す回路図である。図３に示す誘導加熱装置４０は、電源部Ｅ１、スイッチング素子Ｑ１（第１スイッチング素子）、スイッチング素子Ｑ２（第２スイッチング素子）、ダイオードＤ１（第１ダイオード）、ダイオードＤ２（第２ダイオード）、励磁コイル５３１、キャパシターＣ１（第１キャパシター）、制御部４１、及び強制オフ部４２を備えて構成されている。
【００５０】
電源部Ｅ１は、例えば商用交流電源電圧から直流１４１Ｖの電源電圧Ｖｉｎを生成する直流電源回路である。
【００５１】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。なお、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、バイポーラトランジスタ等、種々のスイッチング素子を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、直列接続されて、第１直列回路を構成している。
【００５２】
そして、スイッチング素子Ｑ２のコレクタが電源部Ｅ１の正極側出力端子に接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタがスイッチング素子Ｑ１のコレクタに接続され、スイッチング素子Ｑ１のエミッタが電源部Ｅ１の負極側出力端子に接続されている。電源部Ｅ１の負極側出力端子は回路グラウンドにされている。
【００５３】
また、スイッチング素子Ｑ１のコレクタにダイオードＤ１のカソードが接続され、スイッチング素子Ｑ１のエミッタにダイオードＤ１のアノードが接続されて、スイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１とが並列接続されている。スイッチング素子Ｑ２のコレクタにダイオードＤ２のカソードが接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタにダイオードＤ２のアノードが接続されて、スイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ２とが並列接続されている。
【００５４】
スイッチング素子Ｑ１のコレクタには励磁コイル５３１の一端が接続され、励磁コイル５３１の他端がキャパシターＣ１を介してスイッチング素子Ｑ１のエミッタに接続されている。すなわち、励磁コイル５３１とキャパシターＣ１との直列回路である第２直列回路が、スイッチング素子Ｑ１と並列に接続されている。
【００５５】
励磁コイル５３１のインダクタンスをＬ、キャパシターＣ１の静電容量をＣとすると、励磁コイル５３１とキャパシターＣ１とを用いて構成される電流共振回路の共振周波数ｆｒは、下記の式（１）で表される。
【００５６】
ｆｒ＝１／｛２×π×（Ｌ×Ｃ）１／２｝・・・（１）
ここで、励磁コイル５３１のインダクタンスＬには、励磁コイル５３１自身の自己インダクタンスと、励磁コイル５３１の周囲に存在する第２ローラ２６２、ベルト２６３、サイドコア５３３、アーチコア５３４、及びセンタコア５３５と励磁コイル５３１との間の磁気結合により生じる相互インダクタンスとが含まれている。
【００５７】
制御部４１は、マイクロコントローラー４１１と、ゲートドライバー４１２と、ブートストラップ回路４１３と、制御電源Ｅ２とを備えて構成されている。制御電源Ｅ２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンさせるための制御電圧、例えば１５Ｖを出力する電源回路である。
【００５８】
ブートストラップ回路４１３は、抵抗ＲｂとダイオードＤ３（第３ダイオード）とキャパシターＣｂ（起動用キャパシター）とがこの順に直列接続されて構成されている。キャパシターＣｂの一端はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点Ｐ１に接続され、キャパシターＣｂの他端はダイオードＤ３のカソードに接続されている。ダイオードＤ３のアノードは抵抗Ｒｂの一端に接続され、抵抗Ｒｂの他端が制御電源Ｅ２に接続されている。また、キャパシターＣｂとダイオードＤ３との接続点Ｐ２は、ゲートドライバー４１２に接続されている。
【００５９】
ゲートドライバー４１２は、マイクロコントローラー４１１からの制御信号に応じて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン、オフさせる駆動回路である。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のようなＩＧＢＴをオンさせるためには、ゲート（制御端子）とエミッタ（ＭＯＳＦＥＴの場合はソース）との間に所定の制御電圧（例えば１５Ｖ）以上の電圧を印加する必要がある。
【００６０】
しかしながら、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は直列接続されているので、高電位側のスイッチング素子Ｑ２をオンさせるためには、スイッチング素子Ｑ１がオンしているときはスイッチング素子Ｑ２のゲートに１５Ｖの電圧を印加すればよいが、スイッチング素子Ｑ１がオフしているときは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点Ｐ１の電圧Ｖｓに、１５Ｖを加算した電圧をスイッチング素子Ｑ２のゲートに印加する必要がある。
【００６１】
そこで、ゲートドライバー４１２は、ブートストラップ回路４１３と協働することで、マイクロコントローラー４１１からの制御信号に応じて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン、オフさせるためのゲート信号Ｇ１，Ｇ２を生成し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートへ出力する。
【００６２】
ゲートドライバー４１２としては、例えば東芝（株）製ドライバ素子、Ｍ８１７０９を用いることができる。
【００６３】
マイクロコントローラー４１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、タイマー回路、及び任意の信号波形を生成可能なパターンジェネレータ等が１チップに集積された制御回路である。マイクロコントローラー４１１は、例えば予め内蔵のＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、スイッチング素子Ｑ１のオン、オフを制御する制御信号Ｓ１をアンドゲート４２１を介してゲートドライバー４１２へ出力し、スイッチング素子Ｑ２のオン、オフを制御する制御信号Ｓ２をゲートドライバー４１２へ出力する。
【００６４】
図３においては、ゲートドライバー４１２の内部構成を概念的に示している。図３に示すゲートドライバー４１２は、バッファＢ１，Ｂ２と、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２とを備えている。スイッチング素子ＳＷ１は、制御電源Ｅ２とスイッチング素子Ｑ１のゲートとの間に接続され、スイッチング素子ＳＷ２は、接続点Ｐ２とスイッチング素子Ｑ２のゲートとの間に接続されている。
【００６５】
なお、ゲートドライバー４１２には、アンドゲート４２１から出力された制御信号Ｓ１ａが入力されるのであるが、説明を簡単にするため、マイクロコントローラー４１１から出力された制御信号Ｓ１がそのままゲートドライバー４１２に入力されるものとして説明する。
【００６６】
低電位側のスイッチング素子Ｑ１は、エミッタがグラウンドに接続されているから、制御信号Ｓ１がハイレベルのとき、バッファＢ１はスイッチング素子ＳＷ１をオンし、制御信号Ｓ１がローレベルのとき、バッファＢ１はスイッチング素子ＳＷ１をオフすることで、制御信号Ｓ１に応じてスイッチング素子Ｑ１のオン、オフを制御することができる。
【００６７】
一方、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、制御電源Ｅ２から抵抗Ｒｂ、ダイオードＤ３、キャパシターＣｂ、及びスイッチング素子Ｑ１を介してグラウンドへ電流が流れ、キャパシターＣｂが制御電源Ｅ２の制御電圧１５Ｖに充電される。そうすると、接続点Ｐ２の電圧は、接続点Ｐ１の電圧すなわちスイッチング素子Ｑ２のエミッタ電圧にキャパシターＣｂの端子電圧（充電電圧）を加算した電圧になる。
【００６８】
このようにキャパシターＣｂが制御電圧１５Ｖに充電されると、スイッチング素子Ｑ１のオン、オフに関わらず、制御信号Ｓ２がハイレベルのとき、バッファＢ２はスイッチング素子ＳＷ２をオンすることで、制御電圧１５Ｖをスイッチング素子Ｑ２のエミッタ、ベース間に印加することができる。その結果、スイッチング素子Ｑ１のオン、オフに関わらず、スイッチング素子Ｑ２をオンさせることが可能とされている。
【００６９】
強制オフ部４２は、アンドゲート４２１、コンパレーター４２２、基準電圧源Ｅ３、及び抵抗Ｒ１，Ｒ２を備えて構成されている。接続点Ｐ１は、抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路を介してグラウンドへ接続されている。これにより、接続点Ｐ１の電圧すなわちスイッチング素子Ｑ１の両端子間の電圧Ｖｓが、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧され、コンパレーター４２２の入力電圧範囲にレベル変換されて、コンパレーター４２２のマイナス（−）端子に入力される。
【００７０】
また、コンパレーター４２２のプラス（＋）端子には、基準電圧源Ｅ３が接続されている。基準電圧源Ｅ３は、スイッチング素子Ｑ１をオフさせるべき電圧Ｖｓとして予め設定された設定電圧Ｖ１に、抵抗Ｒ１，Ｒ２の分圧比を乗じた電圧を基準電圧として出力する。これにより、コンパレーター４２２は、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧された電圧と、基準電圧源Ｅ３から出力された基準電圧とを比較することで、間接的に電圧Ｖｓと設定電圧Ｖ１とを比較する。
【００７１】
そして、コンパレーター４２２は、電圧Ｖｓが設定電圧Ｖ１を超えたときローレベルの信号Ｓ３をアンドゲート４２１へ出力し、電圧Ｖｓが設定電圧Ｖ１に満たないときハイレベルの信号Ｓ３をアンドゲート４２１へ出力する。
【００７２】
基準電圧源Ｅ３は、例えば制御電源Ｅ２の出力電圧を抵抗分圧することで基準電圧を生成してもよく、基準電圧を生成する定電圧回路であってもよい。設定電圧Ｖ１は、電源電圧Ｖｉｎが１４１Ｖのとき、例えば５０Ｖに設定されている。
【００７３】
アンドゲート４２１は、制御信号Ｓ１と信号Ｓ３とを論理積した制御信号Ｓ１ａを、ゲートドライバー４１２へ出力する。これにより、電圧Ｖｓが設定電圧Ｖ１を超えたとき、コンパレーター４２２からローレベルの信号Ｓ３がアンドゲート４２１へ出力され、強制的に制御信号Ｓ１ａがローレベルにされる。その結果、ゲートドライバー４１２によって、スイッチング素子Ｑ１が強制的にオフされる。
【００７４】
次に、このように構成された誘導加熱装置４０の動作について説明する。図４は、図２に示す誘導加熱装置４０の正常動作時における、ゲート信号Ｇ１，Ｇ２、電圧Ｖｓ、及び励磁コイル５３１に流れるコイル電流ＩＬを示す信号波形図である。横軸は時間経過を示している。
【００７５】
図４において、ゲート信号Ｇ１がハイレベル（Ｈ）のときスイッチング素子Ｑ１がオンし、ゲート信号Ｇ１がローレベル（Ｌ）のときスイッチング素子Ｑ１がオフすることを示している。また、ゲート信号Ｇ２がハイレベル（Ｈ）のときスイッチング素子Ｑ２がオンし、ゲート信号Ｇ２がローレベル（Ｌ）のときスイッチング素子Ｑ２がオフすることを示している。
【００７６】
以下、説明を簡単にするため、マイクロコントローラー４１１、ゲートドライバー４１２、及びブートストラップ回路４１３の個別の動作説明を省略し、制御部４１がゲート信号Ｇ１，Ｇ２を出力することによって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン、オフを制御するものとして説明する。
【００７７】
制御部４１は、共振周波数ｆｒの逆数として得られる共振周期Ｔｃｙｃの１／２より短いオン時間Ｔｏｎと、デッドタイムＴｄとを加えた時間であるスイッチング周期Ｔｓｗ毎に、オン時間Ｔｏｎの間、スイッチング素子Ｑ１をオンさせスイッチング素子Ｑ２をオフさせる第２処理（タイミングｔ１〜ｔ２）と、オン時間Ｔｏｎの間、スイッチング素子Ｑ１をオフさせスイッチング素子Ｑ２をオンさせる第１処理（タイミングｔ３〜ｔ４）とを交互に実行する。
【００７８】
制御部４１は、第１処理と第２処理との間に、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を両方ともオフさせるデッドタイムＴｄを設けることによって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が同時にオンして短絡電流が流れることを防止している。また、制御部４１は、オン時間Ｔｏｎを増減することによって、励磁コイル５３１に供給される電力量を調整する。
【００７９】
次に、誘導加熱装置４０の共振動作について説明する。まず、制御部４１は、タイミングｔ３において、ゲート信号Ｇ１をローレベル、ゲート信号Ｇ２をハイレベルにしてスイッチング素子Ｑ１をオフ、スイッチング素子Ｑ２をオンさせる。そうすると、図５において電流Ｉ１で示すように、電源部Ｅ１からスイッチング素子Ｑ２、励磁コイル５３１、及びキャパシターＣ１へ電流が流れ、電流共振が開始される。
【００８０】
次に、タイミングｔ３からオン時間Ｔｏｎが経過したタイミングｔ４において、制御部４１は、スイッチング素子Ｑ２をオフする。そうすると、図６において電流Ｉ２で示すように、励磁コイル５３１の逆起電力によって、ダイオードＤ１の順方向に電流Ｉ２が流れる。このとき、電圧Ｖｓは、ダイオードＤ１の順方向電圧に等しいから、ほぼゼロに近い０．７Ｖ程度となっている。
【００８１】
次に、タイミングｔ４からデッドタイムＴｄが経過したタイミングｔ５において、制御部４１は、ゲート信号Ｇ１をハイレベル、ゲート信号Ｇ２をローレベルにしてスイッチング素子Ｑ２をオフにしたまま、スイッチング素子Ｑ１をオンさせる。そうすると、スイッチング素子Ｑ１は、電圧Ｖｓがほぼゼロの状態でオンされるソフトスイッチングとなる結果、スイッチング素子Ｑ１での電力損失が低減され、かつスイッチング素子Ｑ１が劣化したり損傷したりするおそれが低減される。
【００８２】
このように、ダイオードＤ１に順方向電流が流れて電圧Ｖｓがほぼゼロになっているときに、スイッチング素子Ｑ１をオンさせるように、スイッチング周期Ｔｓｗ、オン時間Ｔｏｎ、及びデッドタイムＴｄが予め設定されている。オン時間Ｔｏｎは、共振周期Ｔｃｙｃの１／２より短い時間となっている。
【００８３】
また、タイミングｔ５においては、電圧Ｖｓは設定電圧Ｖ１に満たないから、コンパレーター４２２は、ハイレベルの信号Ｓ３をアンドゲート４２１へ出力する。その結果、アンドゲート４２１からは制御信号Ｓ１と同じ信号が制御信号Ｓ１ａとしてゲートドライバー４１２へ出力されるので、スイッチング素子Ｑ１が強制オフ部４２によって強制的にオフされることはない。
【００８４】
タイミングｔ５とタイミングｔ１とは同じ動作なので、以下、タイミングｔ５以降の動作はタイミングｔ１〜ｔ３の信号波形を参照しつつ、説明する。タイミングｔ１（ｔ５）以降、励磁コイル５３１とキャパシターＣ１との共振による電流Ｉ２が流れ、所定時間が経過すると、二次共振によって流れる電流の方向が反転する。このとき、既にスイッチング素子Ｑ１がオンしているので、図７に示す電流Ｉ３が、スイッチング素子Ｑ１を流れる。
【００８５】
そして、タイミングｔ１からオン時間Ｔｏｎが経過したタイミングｔ２において、制御部４１は、ゲート信号Ｇ１をローレベルにしてスイッチング素子Ｑ１をオフさせる。そうすると、共振電流はスイッチング素子Ｑ１を流れることができず、図８に電流Ｉ４として示すように、共振電流がダイオードＤ２を流れる。このとき、スイッチング素子Ｑ２の両端子間の電圧は、ダイオードＤ２の順方向電圧に等しいから、ほぼゼロに近い０．７Ｖ程度となっている。
【００８６】
次に、タイミングｔ２からデッドタイムＴｄが経過したタイミングｔ３において、制御部４１は、ゲート信号Ｇ２をハイレベルにしてスイッチング素子Ｑ１をオフにしたまま、スイッチング素子Ｑ２をオンさせる。そうすると、スイッチング素子Ｑ２は、端子間電圧がほぼゼロの状態でオンされるソフトスイッチングとなる結果、スイッチング素子Ｑ２での電力損失が低減され、かつスイッチング素子Ｑ２が劣化したり損傷したりするおそれが低減される。
【００８７】
このように、スイッチング素子Ｑ２に対しても、ダイオードＤ２に順方向電流が流れてスイッチング素子Ｑ２の両端子間の電圧がほぼゼロになっているときに、スイッチング素子Ｑ２をオンさせるように、スイッチング周期Ｔｓｗ、オン時間Ｔｏｎ、及びデッドタイムＴｄが予め設定されている。
【００８８】
以後、上述したタイミングｔ３以降の動作が繰り返される。図４において、タイミングｔ３〜ｔ４の処理が、第１処理の一例に相当し、タイミングｔ１〜ｔ２の処理が、第２処理の一例に相当している。
【００８９】
図９は、共振周波数ｆｒの変動等のため、オン時間Ｔｏｎが共振周期Ｔｃｙｃの１／２より長くなった場合の課題を説明するための説明図である。図９においては、誘導加熱装置４０が強制オフ部４２を備えていない場合についての動作を説明している。
【００９０】
まず、図４のタイミングｔ３と同様、図９のタイミングｔ１３において、制御部４１は、ゲート信号Ｇ１をローレベル、ゲート信号Ｇ２をハイレベルにしてスイッチング素子Ｑ１をオフ、スイッチング素子Ｑ２をオンさせる。そうすると、図５において電流Ｉ１で示すように、電源部Ｅ１からスイッチング素子Ｑ２、励磁コイル５３１、及びキャパシターＣ１へ電流が流れ、電流共振が開始される。
【００９１】
ここで、タイミングｔ１３から共振周期Ｔｃｙｃの１／２が経過（タイミングｔ１６）し、その後にタイミングｔ１３からオン時間Ｔｏｎが経過したタイミングｔ１４において、制御部４１は、スイッチング素子Ｑ２をオフする。
【００９２】
そうすると、図６において電流Ｉ２で示すように、励磁コイル５３１の逆起電力によって、ダイオードＤ１の順方向に電流Ｉ２が流れるのであるが、共振周期の開始に相当するタイミングｔ１３から既に共振周期Ｔｃｙｃの１／２が経過しているため、デッドタイムＴｄが経過する前に、共振電流の向きが反転し、図８に示す電流Ｉ４がダイオードＤ２を流れ始める。そうすると、電圧Ｖｓは、電源部Ｅ１の電源電圧Ｖｉｎ（＝１４１Ｖ）に向かって上昇し、高電圧となる。
【００９３】
この状態でデッドタイムＴｄが経過し、タイミングｔ１５になると、制御部４１は、ゲート信号Ｇ１をハイレベルにしてスイッチング素子Ｑ１をオンさせる。そうするとスイッチング素子Ｑ１は、高電圧が両端子間に印加された状態でオンするいわゆるハードスイッチングとなる。そのため、スイッチング素子Ｑ１が損傷するおそれがある。
【００９４】
同様に、タイミングｔ１１〜ｔ１２におけるオン時間Ｔｏｎが共振周期Ｔｃｙｃの１／２より長くなると、タイミングｔ１３において、スイッチング素子Ｑ２がハードスイッチングされて、損傷するおそれがある。
【００９５】
図１０は、スイッチング周期Ｔｓｗの２倍の逆数であるスイッチング周波数ｆｓ（＝１／（２×Ｔｓｗ））と、励磁コイル５３１へ供給される電力すなわち定着装置２８の発熱量との関係の一例を示すグラフである。
【００９６】
図１０の横軸はスイッチング周波数ｆｓを示し、縦軸は励磁コイル５３１へ供給される電力を示している。また、励磁コイル５３１のインダクタンスを３０μＨ、キャパシターＣ１の静電容量を０．６８μＦとしている。そうすると、共振周波数ｆｒは、約３５ｋＨｚとなる。
【００９７】
図１０に示すように、スイッチング周波数ｆｓと、励磁コイル５３１へ供給される電力との関係は、電源電圧Ｖｉｎによって変化する他、ベルト２６３の温度によっても変化する。また、共振周波数ｆｒも、励磁コイル５３１及びキャパシターＣ１の部品特性のばらつき、組み立てばらつき、及びベルト２６３の温度の影響を受けて変化する。
【００９８】
スイッチング周波数ｆｓが共振周波数ｆｒよりも低くなると、オン時間Ｔｏｎが共振周期Ｔｃｙｃの１／２より長くなって、ハードスイッチングを生じるおそれがある。従って、スイッチング周波数ｆｓが、共振周波数ｆｒのばらつき範囲、例えば３４ｋＨｚ〜３６ｋＨｚの範囲と重ならない範囲にスイッチング周波数ｆｓを設定する必要がある。
【００９９】
上述のような特性ばらつき等を含めてスイッチング周波数ｆｓが、共振周波数ｆｒ以下にならないようにするには、共振周波数ｆｒよりもスイッチング周波数ｆｓが充分大きくなるように、充分大きなマージンをとればよい。
【０１００】
しかしながら、図１０に示すように、スイッチング周波数ｆｓが小さく、共振周波数ｆｒに近い方が、励磁コイル５３１へ供給される電力が大きくなる。したがって、共振周波数ｆｒよりもスイッチング周波数ｆｓが大きくなるように大きなマージンをとると、誘導加熱装置４０が定着装置２８を加熱する性能が低下することになる。
【０１０１】
そこで、誘導加熱装置４０は、強制オフ部４２を備えることで、スイッチング周波数ｆｓを、共振周波数ｆｒに近いぎりぎりの周波数に設定することが容易にされている。これにより、定着装置２８の発熱量を増大することが容易となる。
【０１０２】
図１１は、図２に示す誘導加熱装置４０の動作を説明するための信号波形図である。横軸は時間の経過を示している。タイミングｔ１〜ｔ３の動作は、図４に示したタイミングｔ１〜ｔ３と同様であるのでその説明を省略する。
【０１０３】
そして、部品の特性ばらつきや温度の影響などによって、共振周期Ｔｃｙｃの１／２がオン時間Ｔｏｎより短くなると、タイミングｔ３から共振周期Ｔｃｙｃの１／２が経過し、その後にタイミングｔ３からオン時間Ｔｏｎが経過したタイミングｔ４において、マイクロコントローラー４１１は、制御信号Ｓ２をローレベルにしてスイッチング素子Ｑ２をオフする。
【０１０４】
そうすると、図６において電流Ｉ２で示すように、励磁コイル５３１の逆起電力によって、ダイオードＤ１の順方向に電流Ｉ２が流れるのであるが、共振周期の開始に相当するタイミングｔ３から既に共振周期Ｔｃｙｃの１／２が経過しているため、デッドタイムＴｄが経過する前に、共振電流の向きが反転し、図８に示す電流Ｉ４がダイオードＤ２を流れ始める。そうすると、電圧Ｖｓは、電源部Ｅ１の電源電圧Ｖｉｎ（＝１４１Ｖ）に向かって上昇し、高電圧となる。
【０１０５】
この状態でデッドタイムＴｄが経過し、タイミングｔ５になると、マイクロコントローラー４１１は、制御信号Ｓ１をハイレベルにしてスイッチング素子Ｑ１をオンしようとする。しかしながら、タイミングｔ５においては、電圧Ｖｓは設定電圧Ｖ１（＝５０Ｖ）を超えているから、コンパレーター４２２は、ローレベルの信号Ｓ３をアンドゲート４２１へ出力する。その結果、アンドゲート４２１から出力される制御信号Ｓ１ａはローレベルにされてゲートドライバー４１２へ出力される。
【０１０６】
その結果、マイクロコントローラー４１１の動作にかかわらず、スイッチング素子Ｑ１は強制的にオフ状態に維持される。これにより、スイッチング素子Ｑ１がハードスイッチングすることが防止されるので、スイッチング素子Ｑ１が損傷するおそれが低減される。
【０１０７】
さらに、上述したように、スイッチング素子Ｑ１がオンしたときに、キャパシターＣｂが制御電圧１５Ｖに充電される。そして、ゲートドライバー４１２は、ブートストラップ回路４１３の接続点Ｐ２の電圧をスイッチング素子Ｑ２に印加することにより、制御電圧１５Ｖをスイッチング素子Ｑ２のエミッタ、ベース間に印加してスイッチング素子Ｑ２をオンさせるようになっている。
【０１０８】
そのため、強制オフ部４２によってスイッチング素子Ｑ１がオフ状態に維持されると、キャパシターＣｂが充電されないまま、キャパシターＣｂが例えば抵抗Ｒ１，Ｒ２等から放電することで、キャパシターＣｂの両端子間の電圧がスイッチング素子Ｑ２をオンさせるために必要な電圧を下回る。その結果、ゲートドライバー４１２は、スイッチング素子Ｑ２をオンさせることができなくなり、スイッチング素子Ｑ２がオフする。
【０１０９】
このように、強制オフ部４２がスイッチング素子Ｑ１を強制的にオフさせることによって、スイッチング素子Ｑ２もまたオフする結果、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２でハードスイッチングが生じるおそれを低減できる。
【０１１０】
なお、強制オフ部４２を低電圧側のスイッチング素子Ｑ１に対してのみ設ける例を示したが、強制オフ部４２を高電圧側のスイッチング素子Ｑ２に対しても設けてもよい。そして、スイッチング素子Ｑ２の両端子間電圧が設定電圧Ｖ１を超えたとき、強制的にスイッチング素子Ｑ２をオフさせるようにしてもよい。
【０１１１】
なお、図１２に示す誘導加熱装置４０ａのように、スイッチング素子Ｑ２と励磁コイル５３１との直列回路と並列に、キャパシターＣ２を設けてもよい。キャパシターＣ２はキャパシターＣ１と略同一の静電容量にされている。これにより、電源電圧ＶｉｎがキャパシターＣ１，Ｃ２で分圧されて、その分圧された電圧が励磁コイル５３１の一端に印加されることで、共振の安定性が向上する。
【０１１２】
また、スイッチング素子Ｑ１と並列に接続されたキャパシターＣ３と、スイッチング素子Ｑ２と並列に接続されたキャパシターＣ４とをさらに備えてもよい。これにより、共振の安定性が向上する。
【０１１３】
なお、図１２に示す誘導加熱装置４０ａにおいて、キャパシターＣ２を備えない構成としてもよく、キャパシターＣ３，Ｃ４を備えない構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１ 画像形成装置
２ 本体部
３ スタックトレイ
１８ 原稿搬送機構
２１ 画像形成部
２２ 感光体ドラム
２３ 光学ユニット
２４ 現像部
２５ 転写部
２６ ベルトユニット
２７ 加圧ローラ
２８ 定着装置
２９ 排出トレイ
３０，３１ 搬送ローラ対
３２ 用紙搬送路
３８ 搬送ローラ対
４０，４０ａ 誘導加熱装置
４１ 制御部
４２ 強制オフ部
２００ プラットフォーム
２０１ コイル支持部
２６１，２６２ ローラ
２６３ ベルト
４１１ マイクロコントローラー
４１２ ゲートドライバー
４１３ ブートストラップ回路
４２１ アンドゲート
４２２ コンパレーター
５３０ コイルユニット
５３１ 励磁コイル
５３３ サイドコア
５３４ アーチコア
５３５ センタコア
５３８ 導電性シャフト
５３９ 磁性筒
Ｂ１，Ｂ２ バッファ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃｂ キャパシター
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ ダイオード
Ｅ１ 電源部
Ｅ２ 制御電源
Ｅ３ 基準電圧源
ｆｒ 共振周波数
ｆｓ スイッチング周波数
Ｇ１，Ｇ２ ゲート信号
ＩＬ コイル電流
Ｐ 用紙
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
Ｒ１，Ｒ２，Ｒｂ 抵抗
Ｓ１，Ｓ１ａ，Ｓ２ 制御信号
Ｓ３ 信号
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチング素子
Ｔｃｙｃ 共振周期
Ｔｄ デッドタイム
Ｔｏｎ オン時間
Ｔｓｗ スイッチング周期
Ｖ１ 設定電圧
Ｖｉｎ 電源電圧
Ｖｓ 電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱装置、その誘導加熱装置を用いた定着装置、及びその定着装置を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電圧共振回路を用いた誘導加熱装置において、励磁コイルを含む共振回路で発生するフライバック電圧を検知し、その検知電圧により被加熱体の高温状態の判断を行い、異常加熱と判定した場合は共振回路のスイッチングを停止するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、電圧共振回路を用いた誘導加熱装置において、励磁コイルと直列接続されたスイッチング素子に印加される電圧が安全動作電圧範囲を超えたことを検知し、その検知信号に応じて励磁コイルへの電力供給を制御するものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
また、電圧共振回路を用いた誘導加熱装置において、励磁コイルに流れる高周波電流の検出結果から、励磁コイルの実際のインダクタンス値を算出し、このインダクタンス値と商用電源の入力電圧とから、スイッチングの周波数やスイッチングのデューティの補正を行うことで、スイッチング素子を安全な動作領域で動作させるものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２４３４８３号公報
【特許文献２】特開２００４−２６６８８０号公報
【特許文献３】特開２００４−２１１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電圧共振回路の場合は、励磁コイルで生じたフライバック電圧が共振に伴って変動するので、特許文献１に記載されているように、このフライバック電圧を検知することによって異常の発生を検知することが可能である。
【０００７】
また、電圧共振回路の場合は、励磁コイルとスイッチング素子とが直列接続されているので、励磁コイルで生じたフライバック電圧がスイッチング素子に印加される。そのため、特許文献２に記載されているように、スイッチング素子に印加される電圧に基づきフライバック電圧の異常を検知し、その検知結果から異常の発生を検知することが可能である。
【０００８】
しかしながら、電流共振回路の場合は、一定の電源電圧が共振回路に印加された状態で、共振により電流値が変動する。そのため、電流共振回路では、特許文献１，２に記載の技術のように、フライバック電圧から異常を検知することが困難であるという、不都合があった。
【０００９】
また、特許文献３に記載の技術では、励磁コイルに流れる高周波電流の検出結果から、励磁コイルの実際のインダクタンス値を算出する処理が必要となるため、スイッチング素子を安全な動作領域で動作させるための保護回路が複雑になるという、不都合があった。
【００１０】
本発明の目的は、電流共振回路を用いた誘導加熱装置において、簡素な構成で電流共振に用いられるスイッチング素子が劣化又は破損するおそれを低減することができる誘導加熱装置、その誘導加熱装置を用いた定着装置、及びその定着装置を用いた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る誘導加熱装置は、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列に接続された第１直列回路と、前記第１直列回路の両端間に、予め設定された電源電圧を印加する電源部と、被加熱体を電磁誘導により加熱する励磁コイルと第１キャパシターとの直列回路であって、かつ前記第１スイッチング素子と並列に接続された第２直列回路と、前記第１スイッチング素子と並列に、前記電源電圧に対して逆方向となる向きに接続された第１ダイオードと、前記第２スイッチング素子と並列に、前記電源電圧に対して逆方向となる向きに接続された第２ダイオードと、前記第２直列回路によって生じる共振の共振周期の１／２より短いオン時間と前記第１及び第２スイッチング素子を共にオフさせるべき時間として予め設定されたデッドタイムとを加えた時間であるスイッチング周期毎に、前記オン時間の間前記第１スイッチング素子をオフさせ前記第２スイッチング素子をオンさせる第１処理と、前記オン時間の間前記第１スイッチング素子をオンさせ前記第２スイッチング素子をオフさせる第２処理とを交互に実行することによって、電流共振を生じさせる制御部と、前記第１スイッチング素子の両端間の電圧が、予め設定された設定電圧を超えているとき、前記制御部の処理に関わらず強制的に前記第１スイッチング素子をオフさせる強制オフ部とを備える。
【００１２】
この構成によれば、電源部が、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列に接続された第１直列回路の両端間に、電源電圧を印加する。また、第１スイッチング素子と並列に、励磁コイルと第１キャパシターとの直列回路が接続されている。そして、制御部が、スイッチング周期毎に、オン時間の間第１スイッチング素子をオフさせ第２スイッチング素子をオンさせる第１処理と、オン時間の間第１スイッチング素子をオンさせ第２スイッチング素子をオフさせる第２処理とを交互に実行することによって、電流共振を生じさせる。すなわちこの誘導加熱回路は、電流共振回路として動作する。そして、強制オフ部は、第１スイッチング素子の両端間の電圧が設定電圧を超えているとき、制御部の処理に関わらず強制的に第１スイッチング素子をオフさせるから、第１スイッチング素子の両端間の電圧が設定電圧を超える高電圧になっているときは、第１スイッチング素子がオンされることがなく、従ってハードスイッチングが生じるおそれが低減される。これにより、簡素な構成で電流共振に用いられるスイッチング素子が劣化するおそれを低減することができる。
【００１３】
また、前記第２スイッチング素子は、前記第１直列回路において、前記第１スイッチング素子よりも高電位側に配置されており、前記第２スイッチング素子のオン、オフを制御するための制御端子を備え、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続点と前記制御端子との間に、所定の制御電圧以上の電圧が印加されたときにオンするスイッチング素子であり、前記制御部は、起動用キャパシターと第３ダイオードと抵抗とが直列接続されたブートストラップ回路と、前記制御電圧以上の出力電圧を出力端子から出力する制御電源とを備え、前記起動用キャパシターの一端が前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続点に接続され、前記起動用キャパシターの他端が前記第３ダイオードのカソードに接続され、前記第３ダイオードのアノードが前記抵抗を介して前記出力端子に接続され、前記制御部は、前記起動用キャパシターに充電された充電電圧を前記制御端子に印加することによって、前記第２スイッチング素子をオンさせることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、第１スイッチング素子がオンすると、起動用キャパシターが制御電源の出力電圧で充電される。そして、制御部は、起動用キャパシターに充電された充電電圧を制御端子に印加することによって、第２スイッチング素子をオンさせる。一方、第１スイッチング素子の両端間の電圧が設定電圧を超えて、強制オフ部が第１スイッチング素子をオフさせると、起動用キャパシターが充電されない。そうすると、制御部は、起動用キャパシターに充電された充電電圧を制御端子に印加しても、制御端子に制御電圧以上の電圧を印加することができないから、第２スイッチング素子をオンさせることができず、従って、第２スイッチング素子がオフする。これにより、強制オフ部が第１スイッチング素子をオフさせるだけで、第２スイッチング素子もオフさせることができるから、第２スイッチング素子をオフさせるための回路を別途備える必要がなく、回路を簡素化することが容易である。
【００１５】
また、前記第２スイッチング素子と前記励磁コイルとの直列回路と並列に接続された第２キャパシターをさらに備えることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、第１キャパシターと第２キャパシターとによって、電源電圧が分圧される。そしてその分圧された電圧が、励磁コイルに印加されることで、誘導加熱装置の共振動作が安定する。
【００１７】
また、前記第１スイッチング素子と並列に接続された第３キャパシターと、前記第２スイッチング素子と並列に接続された第４キャパシターとをさらに備えることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、第３及び第４キャパシターによって、誘導加熱装置の共振動作が安定する。
【００１９】
また、本発明に係る定着装置は、上述の誘導加熱装置と、トナー像が形成された用紙を加熱することにより、前記トナー像を前記用紙に定着させる前記被加熱体としての加熱部材とを備える。
【００２０】
この構成によれば、上述の誘導加熱装置を定着装置として用いることができる。
【００２１】
また、本発明に係る画像形成装置は、上述の定着装置と、前記用紙にトナー像を形成する画像形成部とを備え、前記加熱部材は、前記画像形成部によって前記トナー像が形成された用紙を加熱することにより、前記トナー像を前記用紙に定着させる。
【００２２】
この構成によれば、画像形成装置においてトナー像を用紙に定着させる定着装置として、上述の誘導加熱装置を用いることができる。
【発明の効果】
【００２３】
このような構成の誘導加熱装置、その誘導加熱装置を用いた定着装置、及びその定着装置を用いた画像形成装置は、電流共振回路を用いた誘導加熱装置において、簡素な構成で電流共振に用いられるスイッチング素子が劣化又は破損するおそれを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の内部構成を概略的に示した側面図である。
【図２】図１に示す定着装置の概略的な断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る誘導加熱装置の構成の一例を示す回路図である。
【図４】図２に示す誘導加熱装置の正常動作時における動作を説明するための信号波形図である。
【図５】図２に示す誘導加熱装置の共振動作を説明するための説明図である。
【図６】図２に示す誘導加熱装置の共振動作を説明するための説明図である。
【図７】図２に示す誘導加熱装置の共振動作を説明するための説明図である。
【図８】図２に示す誘導加熱装置の共振動作を説明するための説明図である。
【図９】オン時間Ｔｏｎが共振周期Ｔｃｙｃの１／２より長くなった場合の課題を説明するための説明図である。
【図１０】スイッチング周波数と、励磁コイルへ供給される電力との関係の一例を示すグラフである。
【図１１】図２に示す誘導加熱装置の動作を説明するための信号波形図である。
【図１２】図２に示す誘導加熱装置の変形例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の内部構成を概略的に示した側面図である。尚、画像形成装置１は、複写機、プリンタ及びファクシミリ機等であり、用紙に乗せられたトナー像を加圧、加熱によって定着させるプロセスを持つ画像形成装置であればよい。画像形成装置１は、本体部２、本体部２の左方に配設されたスタックトレイ３、本体部２の上部に配設された原稿読取部４、原稿読取部４の上方に配設された原稿給送部５を備えている。
【００２６】
また、画像形成装置１のフロント部には、入力操作部６が設けられている。この入力操作部６には、電源キーやユーザが印刷実行指示を入力するためのスタートキー、印刷部数等を入力するためのテンキー、各種複写動作の操作ガイド情報等を表示し、これら各種設定入力用にタッチパネル機能を有する液晶ディスプレイ等からなる表示部９等を有する。
【００２７】
原稿読取部４は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサ及び露光ランプ等からなるスキャナ部１３、ガラス等の透明部材により構成された原稿台１４及び原稿読取スリット１５を備える。スキャナ部１３は、図略の駆動部によって移動可能に構成され、原稿台１４に載置された原稿を読み取るときは、原稿台１４に対向する位置で原稿面に沿って移動され、原稿画像を走査しつつ取得した画像データを画像メモリ（不図示）へ出力する。また、原稿給送部５により給送された原稿を読み取るときは、原稿読取スリット１５と対向する位置に移動され、原稿読取スリット１５を介して原稿給送部５による原稿の搬送動作と同期して原稿の画像を取得し、その画像データを画像メモリへ出力する。
【００２８】
原稿給送部５は、原稿を載置するための原稿載置部１６と、画像読み取り済みの原稿を排出するための原稿排出部１７、原稿載置部１６に載置された原稿を１枚ずつ繰り出して原稿読取スリット１５に対向する位置へ搬送し、原稿排出部１７へ排出するための給紙ローラや搬送ローラ（不図示）等からなる原稿搬送機構１８を備える。
【００２９】
また、原稿給送部５は、その前面側が上方に移動可能となるように本体部２に対して回動自在に設けられている。原稿給送部５の前面側を上方に移動させて原稿台１４上面を開放することにより、原稿台１４の上面に読み取り原稿、例えば見開き状態にされた書籍等をユーザが載置できるようになっている。
【００３０】
本体部２は、複数の給紙カセット１９と、給紙カセット１９から用紙を１枚ずつ繰り出して画像形成部２１へ搬送する給紙ローラ２０と、給紙カセット１９から搬送されてきた用紙に画像を形成する画像形成部２１とを備える。
【００３１】
画像形成部２１は、スキャナ部１３で取得された画像データに基づきレーザ光等を出力して感光体ドラム２２を露光し、感光体ドラム２２の表面に静電潜像を形成する光学ユニット２３と、静電潜像が形成された感光体ドラム２２の表面にトナーを付着することによりトナー像を形成する現像部２４と、感光体ドラム２２上のトナー像を用紙に転写する転写部２５とを備える。
【００３２】
定着装置２８は、トナー像が転写された用紙を加熱してトナー像を用紙に融解定着させるベルトユニット２６及び加圧ローラ２７を備える。
【００３３】
画像形成部２１内の用紙搬送路中には、用紙をスタックトレイ３又は排出トレイ２９まで搬送する搬送ローラ対３０及び３１等が備えられている。
【００３４】
また、用紙の両面に画像を形成する場合は、画像形成部２１で用紙の一方の面に画像を形成した後、この用紙を排出トレイ２９側の搬送ローラ対３０，３１にニップされた状態とする。この状態で搬送ローラ対３０，３１を反転させて用紙をスイッチバックさせ、搬送ローラ対３８及び３９が用紙を用紙搬送路３２に送って画像形成部２１の上流域に再度搬送し、画像形成部２１により他方の面に画像を形成した後、用紙をスタックトレイ３又は排出トレイ２９に排出する。
【００３５】
図２は、図１に示す定着装置２８の概略的な断面図である。定着装置２８は、上述のベルトユニット２６及び加圧ローラ２７に加えて、ベルト２６３及び第２ローラ２６２を加熱するＩＨコイルユニット５３０を含む。ＩＨコイルユニット５３０は、誘導加熱装置の一例である。
【００３６】
ベルトユニット２６は、加圧ローラ２７と対向配置される第１ローラ２６１と、第２ローラ２６２と、第１ローラ２６１と第２ローラ２６２とに架け渡されるように巻き回されるベルト２６３とを備える。加圧ローラ２７は、第１ローラ２６１と協働して、ベルト２６３を挟む。加圧ローラ２７とベルト２６３との間には、フラットニップが形成される。
【００３７】
ベルト２６３は、例えば、厚さ寸法約３０μｍ以上約５０μｍ以下のニッケル電鋳基材と、ニッケル電鋳基材上に積層されるシリコンゴム層と、シリコンゴム層上に形成される離型層（例えば、ＰＦＡ層）を含む。ベルト２６３は、加熱部材の一例に相当している。
【００３８】
第２ローラ２６２は、例えば、外径３０ｍｍの円筒状に形成される。第２ローラ２６２は、円筒形状の鉄基材と、鉄基材外周面に形成される肉厚寸法０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の離型層（例えば、ＰＦＡ層）を含む。
【００３９】
第１ローラ２６１は、例えば、円柱状に形成される。第１ローラ２６１は、ステンレス鋼からなる外径４５ｍｍの芯金ローラと、芯金ローラの外周面を被覆する厚さ５ｍｍ以上１０ｍｍ以下のシリコンゴムからなるスポンジ層を含む。
【００４０】
加圧ローラ２７は、例えば、外径５０ｍｍの円柱状に形成される。加圧ローラ２７は、ステンレス鋼からなる芯金ローラ、芯金ローラ外周面を被覆する厚さ２ｍｍ以上５ｍｍ以下のシリコンゴムからなるスポンジ層及び離型層（例えば、ＰＦＡ層）を含む。加圧ローラ２７の金属製の芯材は、例えば、ＦｅやＡｌを用いて形成されてもよい。この芯材上にＳｉゴム層が形成されてもよい。さらにＳｉゴム層の表層にフッ素樹脂層が形成されてもよい。
【００４１】
ＩＨコイルユニット５３０は、ベルト２６３及び第２ローラ２６２を誘導加熱する励磁コイル５３１と、励磁コイル５３１を支持するプラットフォーム２００とを備える。ＩＨコイルユニット５３０は、励磁コイル５３１によって発生する磁界中の磁力線の経路を規定する一対のサイドコア５３３、一対のアーチコア５３４及びセンタコア５３５を備える。
【００４２】
一対のアーチコア５３４及びセンタコア５３５は、それぞれ、第１ローラ２６１の回転中心軸Ｃ１、第２ローラ２６２の回転中心軸Ｃ２及び加圧ローラ２７の回転中心軸Ｃ３を結ぶ直線Ｌ１に対して対称に配設されている。そして、一対のアーチコア５３４の間にセンタコア５３５が配設されている。一対のサイドコア５３３、一対のアーチコア５３４及びセンタコア５３５は、プラットフォーム２００によって支持される。
【００４３】
一対のサイドコア５３３、及び一対のアーチコア５３４は、例えばフェライトを用いて構成されている。また、センタコア５３５は、例えば円柱状の導電性シャフト５３８と、導電性シャフト５３８を被覆する円筒形状の磁性筒５３９とを用いて構成されている。
【００４４】
プラットフォーム２００は、第２ローラ２６２の周面に沿う湾曲面を含むコイル支持部２０１を備える。コイル支持部２０１は、ベルト２６３及び第２ローラ２６２を誘導加熱するための磁界を生じさせる励磁コイル５３１を支持する。
【００４５】
励磁コイル５３１は、コイル支持部２０１、サイドコア５３３及びアーチコア５３４で囲まれる空間内でループ状のコイル面を形成する。
【００４６】
上述の如く、コイル支持部２０１は、第２ローラ２６２上のベルト２６３の円弧状の外面に沿うように形成される。励磁コイル５３１は、コイル支持部２０１を取り巻くように配置される。この結果、励磁コイル５３１は、湾曲したコイル支持部２０１に沿って連設され、略円弧状の断面を有するループ状のコイル面を形成する。そして、第２ローラ２６２の略半分は、励磁コイル５３１に取り囲まれている。
【００４７】
そして、励磁コイル５３１に高周波電流が流れると、ベルト２６３及び第２ローラ２６２が誘導加熱される。さらに、図略の駆動機構が第１ローラ２６１を図２における時計回りに駆動回転することによって、第２ローラ２６２が従動回転すると共に、加熱されたベルト２６３が加圧ローラ２７と第１ローラ２６１とのニップ部へ向かう。その結果、加圧ローラ２７とベルト２６３とでニップされた用紙Ｐが加熱されて、用紙Ｐにトナー像が定着される。
【００４８】
なお、定着装置２８は、ベルトユニット２６の代わりにベルトを用いない加熱ローラを備えていてもよい。
【００４９】
図３は、本発明の一実施形態に係る誘導加熱装置４０の構成の一例を示す回路図である。図３に示す誘導加熱装置４０は、電源部Ｅ１、スイッチング素子Ｑ１（第１スイッチング素子）、スイッチング素子Ｑ２（第２スイッチング素子）、ダイオードＤ１（第１ダイオード）、ダイオードＤ２（第２ダイオード）、励磁コイル５３１、キャパシターＣ１（第１キャパシター）、制御部４１、及び強制オフ部４２を備えて構成されている。
【００５０】
電源部Ｅ１は、例えば商用交流電源電圧から直流１４１Ｖの電源電圧Ｖｉｎを生成する直流電源回路である。
【００５１】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。なお、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、バイポーラトランジスタ等、種々のスイッチング素子を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、直列接続されて、第１直列回路を構成している。
【００５２】
そして、スイッチング素子Ｑ２のコレクタが電源部Ｅ１の正極側出力端子に接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタがスイッチング素子Ｑ１のコレクタに接続され、スイッチング素子Ｑ１のエミッタが電源部Ｅ１の負極側出力端子に接続されている。電源部Ｅ１の負極側出力端子は回路グラウンドにされている。
【００５３】
また、スイッチング素子Ｑ１のコレクタにダイオードＤ１のカソードが接続され、スイッチング素子Ｑ１のエミッタにダイオードＤ１のアノードが接続されて、スイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１とが並列接続されている。スイッチング素子Ｑ２のコレクタにダイオードＤ２のカソードが接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタにダイオードＤ２のアノードが接続されて、スイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ２とが並列接続されている。
【００５４】
スイッチング素子Ｑ１のコレクタには励磁コイル５３１の一端が接続され、励磁コイル５３１の他端がキャパシターＣ１を介してスイッチング素子Ｑ１のエミッタに接続されている。すなわち、励磁コイル５３１とキャパシターＣ１との直列回路である第２直列回路が、スイッチング素子Ｑ１と並列に接続されている。
【００５５】
励磁コイル５３１のインダクタンスをＬ、キャパシターＣ１の静電容量をＣとすると、励磁コイル５３１とキャパシターＣ１とを用いて構成される電流共振回路の共振周波数ｆｒは、下記の式（１）で表される。
【００５６】
ｆｒ＝１／｛２×π×（Ｌ×Ｃ）１／２｝・・・（１）
ここで、励磁コイル５３１のインダクタンスＬには、励磁コイル５３１自身の自己インダクタンスと、励磁コイル５３１の周囲に存在する第２ローラ２６２、ベルト２６３、サイドコア５３３、アーチコア５３４、及びセンタコア５３５と励磁コイル５３１との間の磁気結合により生じる相互インダクタンスとが含まれている。
【００５７】
制御部４１は、マイクロコントローラー４１１と、ゲートドライバー４１２と、ブートストラップ回路４１３と、制御電源Ｅ２とを備えて構成されている。制御電源Ｅ２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンさせるための制御電圧、例えば１５Ｖを出力する電源回路である。
【００５８】
ブートストラップ回路４１３は、抵抗ＲｂとダイオードＤ３（第３ダイオード）とキャパシターＣｂ（起動用キャパシター）とがこの順に直列接続されて構成されている。キャパシターＣｂの一端はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点Ｐ１に接続され、キャパシターＣｂの他端はダイオードＤ３のカソードに接続されている。ダイオードＤ３のアノードは抵抗Ｒｂの一端に接続され、抵抗Ｒｂの他端が制御電源Ｅ２に接続されている。また、キャパシターＣｂとダイオードＤ３との接続点Ｐ２は、ゲートドライバー４１２に接続されている。
【００５９】
ゲートドライバー４１２は、マイクロコントローラー４１１からの制御信号に応じて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン、オフさせる駆動回路である。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のようなＩＧＢＴをオンさせるためには、ゲート（制御端子）とエミッタ（ＭＯＳＦＥＴの場合はソース）との間に所定の制御電圧（例えば１５Ｖ）以上の電圧を印加する必要がある。
【００６０】
しかしながら、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は直列接続されているので、高電位側のスイッチング素子Ｑ２をオンさせるためには、スイッチング素子Ｑ１がオンしているときはスイッチング素子Ｑ２のゲートに１５Ｖの電圧を印加すればよいが、スイッチング素子Ｑ１がオフしているときは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点Ｐ１の電圧Ｖｓに、１５Ｖを加算した電圧をスイッチング素子Ｑ２のゲートに印加する必要がある。
【００６１】
そこで、ゲートドライバー４１２は、ブートストラップ回路４１３と協働することで、マイクロコントローラー４１１からの制御信号に応じて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン、オフさせるためのゲート信号Ｇ１，Ｇ２を生成し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートへ出力する。
【００６２】
ゲートドライバー４１２としては、例えば東芝（株）製ドライバ素子、Ｍ８１７０９を用いることができる。
【００６３】
マイクロコントローラー４１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、タイマー回路、及び任意の信号波形を生成可能なパターンジェネレータ等が１チップに集積された制御回路である。マイクロコントローラー４１１は、例えば予め内蔵のＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、スイッチング素子Ｑ１のオン、オフを制御する制御信号Ｓ１をアンドゲート４２１を介してゲートドライバー４１２へ出力し、スイッチング素子Ｑ２のオン、オフを制御する制御信号Ｓ２をゲートドライバー４１２へ出力する。
【００６４】
図３においては、ゲートドライバー４１２の内部構成を概念的に示している。図３に示すゲートドライバー４１２は、バッファＢ１，Ｂ２と、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２とを備えている。スイッチング素子ＳＷ１は、制御電源Ｅ２とスイッチング素子Ｑ１のゲートとの間に接続され、スイッチング素子ＳＷ２は、接続点Ｐ２とスイッチング素子Ｑ２のゲートとの間に接続されている。
【００６５】
なお、ゲートドライバー４１２には、アンドゲート４２１から出力された制御信号Ｓ１ａが入力されるのであるが、説明を簡単にするため、マイクロコントローラー４１１から出力された制御信号Ｓ１がそのままゲートドライバー４１２に入力されるものとして説明する。
【００６６】
低電位側のスイッチング素子Ｑ１は、エミッタがグラウンドに接続されているから、制御信号Ｓ１がハイレベルのとき、バッファＢ１はスイッチング素子ＳＷ１をオンし、制御信号Ｓ１がローレベルのとき、バッファＢ１はスイッチング素子ＳＷ１をオフすることで、制御信号Ｓ１に応じてスイッチング素子Ｑ１のオン、オフを制御することができる。
【００６７】
一方、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、制御電源Ｅ２から抵抗Ｒｂ、ダイオードＤ３、キャパシターＣｂ、及びスイッチング素子Ｑ１を介してグラウンドへ電流が流れ、キャパシターＣｂが制御電源Ｅ２の制御電圧１５Ｖに充電される。そうすると、接続点Ｐ２の電圧は、接続点Ｐ１の電圧すなわちスイッチング素子Ｑ２のエミッタ電圧にキャパシターＣｂの端子電圧（充電電圧）を加算した電圧になる。
【００６８】
このようにキャパシターＣｂが制御電圧１５Ｖに充電されると、スイッチング素子Ｑ１のオン、オフに関わらず、制御信号Ｓ２がハイレベルのとき、バッファＢ２はスイッチング素子ＳＷ２をオンすることで、制御電圧１５Ｖをスイッチング素子Ｑ２のエミッタ、ベース間に印加することができる。その結果、スイッチング素子Ｑ１のオン、オフに関わらず、スイッチング素子Ｑ２をオンさせることが可能とされている。
【００６９】
強制オフ部４２は、アンドゲート４２１、コンパレーター４２２、基準電圧源Ｅ３、及び抵抗Ｒ１，Ｒ２を備えて構成されている。接続点Ｐ１は、抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路を介してグラウンドへ接続されている。これにより、接続点Ｐ１の電圧すなわちスイッチング素子Ｑ１の両端子間の電圧Ｖｓが、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧され、コンパレーター４２２の入力電圧範囲にレベル変換されて、コンパレーター４２２のマイナス（−）端子に入力される。
【００７０】
また、コンパレーター４２２のプラス（＋）端子には、基準電圧源Ｅ３が接続されている。基準電圧源Ｅ３は、スイッチング素子Ｑ１をオフさせるべき電圧Ｖｓとして予め設定された設定電圧Ｖ１に、抵抗Ｒ１，Ｒ２の分圧比を乗じた電圧を基準電圧として出力する。これにより、コンパレーター４２２は、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧された電圧と、基準電圧源Ｅ３から出力された基準電圧とを比較することで、間接的に電圧Ｖｓと設定電圧Ｖ１とを比較する。
【００７１】
そして、コンパレーター４２２は、電圧Ｖｓが設定電圧Ｖ１を超えたときローレベルの信号Ｓ３をアンドゲート４２１へ出力し、電圧Ｖｓが設定電圧Ｖ１に満たないときハイレベルの信号Ｓ３をアンドゲート４２１へ出力する。
【００７２】
基準電圧源Ｅ３は、例えば制御電源Ｅ２の出力電圧を抵抗分圧することで基準電圧を生成してもよく、基準電圧を生成する定電圧回路であってもよい。設定電圧Ｖ１は、電源電圧Ｖｉｎが１４１Ｖのとき、例えば５０Ｖに設定されている。
【００７３】
アンドゲート４２１は、制御信号Ｓ１と信号Ｓ３とを論理積した制御信号Ｓ１ａを、ゲートドライバー４１２へ出力する。これにより、電圧Ｖｓが設定電圧Ｖ１を超えたとき、コンパレーター４２２からローレベルの信号Ｓ３がアンドゲート４２１へ出力され、強制的に制御信号Ｓ１ａがローレベルにされる。その結果、ゲートドライバー４１２によって、スイッチング素子Ｑ１が強制的にオフされる。
【００７４】
次に、このように構成された誘導加熱装置４０の動作について説明する。図４は、図２に示す誘導加熱装置４０の正常動作時における、ゲート信号Ｇ１，Ｇ２、電圧Ｖｓ、及び励磁コイル５３１に流れるコイル電流ＩＬを示す信号波形図である。横軸は時間経過を示している。
【００７５】
図４において、ゲート信号Ｇ１がハイレベル（Ｈ）のときスイッチング素子Ｑ１がオンし、ゲート信号Ｇ１がローレベル（Ｌ）のときスイッチング素子Ｑ１がオフすることを示している。また、ゲート信号Ｇ２がハイレベル（Ｈ）のときスイッチング素子Ｑ２がオンし、ゲート信号Ｇ２がローレベル（Ｌ）のときスイッチング素子Ｑ２がオフすることを示している。
【００７６】
以下、説明を簡単にするため、マイクロコントローラー４１１、ゲートドライバー４１２、及びブートストラップ回路４１３の個別の動作説明を省略し、制御部４１がゲート信号Ｇ１，Ｇ２を出力することによって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン、オフを制御するものとして説明する。
【００７７】
制御部４１は、共振周波数ｆｒの逆数として得られる共振周期Ｔｃｙｃの１／２より短いオン時間Ｔｏｎと、デッドタイムＴｄとを加えた時間であるスイッチング周期Ｔｓｗ毎に、オン時間Ｔｏｎの間、スイッチング素子Ｑ１をオンさせスイッチング素子Ｑ２をオフさせる第２処理（タイミングｔ１〜ｔ２）と、オン時間Ｔｏｎの間、スイッチング素子Ｑ１をオフさせスイッチング素子Ｑ２をオンさせる第１処理（タイミングｔ３〜ｔ４）とを交互に実行する。
【００７８】
制御部４１は、第１処理と第２処理との間に、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を両方ともオフさせるデッドタイムＴｄを設けることによって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が同時にオンして短絡電流が流れることを防止している。また、制御部４１は、オン時間Ｔｏｎを増減することによって、励磁コイル５３１に供給される電力量を調整する。
【００７９】
次に、誘導加熱装置４０の共振動作について説明する。まず、制御部４１は、タイミングｔ３において、ゲート信号Ｇ１をローレベル、ゲート信号Ｇ２をハイレベルにしてスイッチング素子Ｑ１をオフ、スイッチング素子Ｑ２をオンさせる。そうすると、図５において電流Ｉ１で示すように、電源部Ｅ１からスイッチング素子Ｑ２、励磁コイル５３１、及びキャパシターＣ１へ電流が流れ、電流共振が開始される。
【００８０】
次に、タイミングｔ３からオン時間Ｔｏｎが経過したタイミングｔ４において、制御部４１は、スイッチング素子Ｑ２をオフする。そうすると、図６において電流Ｉ２で示すように、励磁コイル５３１の逆起電力によって、ダイオードＤ１の順方向に電流Ｉ２が流れる。このとき、電圧Ｖｓは、ダイオードＤ１の順方向電圧に等しいから、ほぼゼロに近い０．７Ｖ程度となっている。
【００８１】
次に、タイミングｔ４からデッドタイムＴｄが経過したタイミングｔ５において、制御部４１は、ゲート信号Ｇ１をハイレベル、ゲート信号Ｇ２をローレベルにしてスイッチング素子Ｑ２をオフにしたまま、スイッチング素子Ｑ１をオンさせる。そうすると、スイッチング素子Ｑ１は、電圧Ｖｓがほぼゼロの状態でオンされるソフトスイッチングとなる結果、スイッチング素子Ｑ１での電力損失が低減され、かつスイッチング素子Ｑ１が劣化したり損傷したりするおそれが低減される。
【００８２】
このように、ダイオードＤ１に順方向電流が流れて電圧Ｖｓがほぼゼロになっているときに、スイッチング素子Ｑ１をオンさせるように、スイッチング周期Ｔｓｗ、オン時間Ｔｏｎ、及びデッドタイムＴｄが予め設定されている。オン時間Ｔｏｎは、共振周期Ｔｃｙｃの１／２より短い時間となっている。
【００８３】
また、タイミングｔ５においては、電圧Ｖｓは設定電圧Ｖ１に満たないから、コンパレーター４２２は、ハイレベルの信号Ｓ３をアンドゲート４２１へ出力する。その結果、アンドゲート４２１からは制御信号Ｓ１と同じ信号が制御信号Ｓ１ａとしてゲートドライバー４１２へ出力されるので、スイッチング素子Ｑ１が強制オフ部４２によって強制的にオフされることはない。
【００８４】
タイミングｔ５とタイミングｔ１とは同じ動作なので、以下、タイミングｔ５以降の動作はタイミングｔ１〜ｔ３の信号波形を参照しつつ、説明する。タイミングｔ１（ｔ５）以降、励磁コイル５３１とキャパシターＣ１との共振による電流Ｉ２が流れ、所定時間が経過すると、二次共振によって流れる電流の方向が反転する。このとき、既にスイッチング素子Ｑ１がオンしているので、図７に示す電流Ｉ３が、スイッチング素子Ｑ１を流れる。
【００８５】
そして、タイミングｔ１からオン時間Ｔｏｎが経過したタイミングｔ２において、制御部４１は、ゲート信号Ｇ１をローレベルにしてスイッチング素子Ｑ１をオフさせる。そうすると、共振電流はスイッチング素子Ｑ１を流れることができず、図８に電流Ｉ４として示すように、共振電流がダイオードＤ２を流れる。このとき、スイッチング素子Ｑ２の両端子間の電圧は、ダイオードＤ２の順方向電圧に等しいから、ほぼゼロに近い０．７Ｖ程度となっている。
【００８６】
次に、タイミングｔ２からデッドタイムＴｄが経過したタイミングｔ３において、制御部４１は、ゲート信号Ｇ２をハイレベルにしてスイッチング素子Ｑ１をオフにしたまま、スイッチング素子Ｑ２をオンさせる。そうすると、スイッチング素子Ｑ２は、端子間電圧がほぼゼロの状態でオンされるソフトスイッチングとなる結果、スイッチング素子Ｑ２での電力損失が低減され、かつスイッチング素子Ｑ２が劣化したり損傷したりするおそれが低減される。
【００８７】
このように、スイッチング素子Ｑ２に対しても、ダイオードＤ２に順方向電流が流れてスイッチング素子Ｑ２の両端子間の電圧がほぼゼロになっているときに、スイッチング素子Ｑ２をオンさせるように、スイッチング周期Ｔｓｗ、オン時間Ｔｏｎ、及びデッドタイムＴｄが予め設定されている。
【００８８】
以後、上述したタイミングｔ３以降の動作が繰り返される。図４において、タイミングｔ３〜ｔ４の処理が、第１処理の一例に相当し、タイミングｔ１〜ｔ２の処理が、第２処理の一例に相当している。
【００８９】
図９は、共振周波数ｆｒの変動等のため、オン時間Ｔｏｎが共振周期Ｔｃｙｃの１／２より長くなった場合の課題を説明するための説明図である。図９においては、誘導加熱装置４０が強制オフ部４２を備えていない場合についての動作を説明している。
【００９０】
まず、図４のタイミングｔ３と同様、図９のタイミングｔ１３において、制御部４１は、ゲート信号Ｇ１をローレベル、ゲート信号Ｇ２をハイレベルにしてスイッチング素子Ｑ１をオフ、スイッチング素子Ｑ２をオンさせる。そうすると、図５において電流Ｉ１で示すように、電源部Ｅ１からスイッチング素子Ｑ２、励磁コイル５３１、及びキャパシターＣ１へ電流が流れ、電流共振が開始される。
【００９１】
ここで、タイミングｔ１３から共振周期Ｔｃｙｃの１／２が経過（タイミングｔ１６）し、その後にタイミングｔ１３からオン時間Ｔｏｎが経過したタイミングｔ１４において、制御部４１は、スイッチング素子Ｑ２をオフする。
【００９２】
そうすると、図６において電流Ｉ２で示すように、励磁コイル５３１の逆起電力によって、ダイオードＤ１の順方向に電流Ｉ２が流れるのであるが、共振周期の開始に相当するタイミングｔ１３から既に共振周期Ｔｃｙｃの１／２が経過しているため、デッドタイムＴｄが経過する前に、共振電流の向きが反転し、図８に示す電流Ｉ４がダイオードＤ２を流れ始める。そうすると、電圧Ｖｓは、電源部Ｅ１の電源電圧Ｖｉｎ（＝１４１Ｖ）に向かって上昇し、高電圧となる。
【００９３】
この状態でデッドタイムＴｄが経過し、タイミングｔ１５になると、制御部４１は、ゲート信号Ｇ１をハイレベルにしてスイッチング素子Ｑ１をオンさせる。そうするとスイッチング素子Ｑ１は、高電圧が両端子間に印加された状態でオンするいわゆるハードスイッチングとなる。そのため、スイッチング素子Ｑ１が損傷するおそれがある。
【００９４】
同様に、タイミングｔ１１〜ｔ１２におけるオン時間Ｔｏｎが共振周期Ｔｃｙｃの１／２より長くなると、タイミングｔ１３において、スイッチング素子Ｑ２がハードスイッチングされて、損傷するおそれがある。
【００９５】
図１０は、スイッチング周期Ｔｓｗの２倍の逆数であるスイッチング周波数ｆｓ（＝１／（２×Ｔｓｗ））と、励磁コイル５３１へ供給される電力すなわち定着装置２８の発熱量との関係の一例を示すグラフである。
【００９６】
図１０の横軸はスイッチング周波数ｆｓを示し、縦軸は励磁コイル５３１へ供給される電力を示している。また、励磁コイル５３１のインダクタンスを３０μＨ、キャパシターＣ１の静電容量を０．６８μＦとしている。そうすると、共振周波数ｆｒは、約３５ｋＨｚとなる。
【００９７】
図１０に示すように、スイッチング周波数ｆｓと、励磁コイル５３１へ供給される電力との関係は、電源電圧Ｖｉｎによって変化する他、ベルト２６３の温度によっても変化する。また、共振周波数ｆｒも、励磁コイル５３１及びキャパシターＣ１の部品特性のばらつき、組み立てばらつき、及びベルト２６３の温度の影響を受けて変化する。
【００９８】
スイッチング周波数ｆｓが共振周波数ｆｒよりも低くなると、オン時間Ｔｏｎが共振周期Ｔｃｙｃの１／２より長くなって、ハードスイッチングを生じるおそれがある。従って、スイッチング周波数ｆｓが、共振周波数ｆｒのばらつき範囲、例えば３４ｋＨｚ〜３６ｋＨｚの範囲と重ならない範囲にスイッチング周波数ｆｓを設定する必要がある。
【００９９】
上述のような特性ばらつき等を含めてスイッチング周波数ｆｓが、共振周波数ｆｒ以下にならないようにするには、共振周波数ｆｒよりもスイッチング周波数ｆｓが充分大きくなるように、充分大きなマージンをとればよい。
【０１００】
しかしながら、図１０に示すように、スイッチング周波数ｆｓが小さく、共振周波数ｆｒに近い方が、励磁コイル５３１へ供給される電力が大きくなる。したがって、共振周波数ｆｒよりもスイッチング周波数ｆｓが大きくなるように大きなマージンをとると、誘導加熱装置４０が定着装置２８を加熱する性能が低下することになる。
【０１０１】
そこで、誘導加熱装置４０は、強制オフ部４２を備えることで、スイッチング周波数ｆｓを、共振周波数ｆｒに近いぎりぎりの周波数に設定することが容易にされている。これにより、定着装置２８の発熱量を増大することが容易となる。
【０１０２】
図１１は、図２に示す誘導加熱装置４０の動作を説明するための信号波形図である。横軸は時間の経過を示している。タイミングｔ１〜ｔ３の動作は、図４に示したタイミングｔ１〜ｔ３と同様であるのでその説明を省略する。
【０１０３】
そして、部品の特性ばらつきや温度の影響などによって、共振周期Ｔｃｙｃの１／２がオン時間Ｔｏｎより短くなると、タイミングｔ３から共振周期Ｔｃｙｃの１／２が経過し、その後にタイミングｔ３からオン時間Ｔｏｎが経過したタイミングｔ４において、マイクロコントローラー４１１は、制御信号Ｓ２をローレベルにしてスイッチング素子Ｑ２をオフする。
【０１０４】
そうすると、図６において電流Ｉ２で示すように、励磁コイル５３１の逆起電力によって、ダイオードＤ１の順方向に電流Ｉ２が流れるのであるが、共振周期の開始に相当するタイミングｔ３から既に共振周期Ｔｃｙｃの１／２が経過しているため、デッドタイムＴｄが経過する前に、共振電流の向きが反転し、図８に示す電流Ｉ４がダイオードＤ２を流れ始める。そうすると、電圧Ｖｓは、電源部Ｅ１の電源電圧Ｖｉｎ（＝１４１Ｖ）に向かって上昇し、高電圧となる。
【０１０５】
この状態でデッドタイムＴｄが経過し、タイミングｔ５になると、マイクロコントローラー４１１は、制御信号Ｓ１をハイレベルにしてスイッチング素子Ｑ１をオンしようとする。しかしながら、タイミングｔ５においては、電圧Ｖｓは設定電圧Ｖ１（＝５０Ｖ）を超えているから、コンパレーター４２２は、ローレベルの信号Ｓ３をアンドゲート４２１へ出力する。その結果、アンドゲート４２１から出力される制御信号Ｓ１ａはローレベルにされてゲートドライバー４１２へ出力される。
【０１０６】
その結果、マイクロコントローラー４１１の動作にかかわらず、スイッチング素子Ｑ１は強制的にオフ状態に維持される。これにより、スイッチング素子Ｑ１がハードスイッチングすることが防止されるので、スイッチング素子Ｑ１が損傷するおそれが低減される。
【０１０７】
さらに、上述したように、スイッチング素子Ｑ１がオンしたときに、キャパシターＣｂが制御電圧１５Ｖに充電される。そして、ゲートドライバー４１２は、ブートストラップ回路４１３の接続点Ｐ２の電圧をスイッチング素子Ｑ２に印加することにより、制御電圧１５Ｖをスイッチング素子Ｑ２のエミッタ、ベース間に印加してスイッチング素子Ｑ２をオンさせるようになっている。
【０１０８】
そのため、強制オフ部４２によってスイッチング素子Ｑ１がオフ状態に維持されると、キャパシターＣｂが充電されないまま、キャパシターＣｂが例えば抵抗Ｒ１，Ｒ２等から放電することで、キャパシターＣｂの両端子間の電圧がスイッチング素子Ｑ２をオンさせるために必要な電圧を下回る。その結果、ゲートドライバー４１２は、スイッチング素子Ｑ２をオンさせることができなくなり、スイッチング素子Ｑ２がオフする。
【０１０９】
このように、強制オフ部４２がスイッチング素子Ｑ１を強制的にオフさせることによって、スイッチング素子Ｑ２もまたオフする結果、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２でハードスイッチングが生じるおそれを低減できる。
【０１１０】
なお、強制オフ部４２を低電圧側のスイッチング素子Ｑ１に対してのみ設ける例を示したが、強制オフ部４２を高電圧側のスイッチング素子Ｑ２に対しても設けてもよい。そして、スイッチング素子Ｑ２の両端子間電圧が設定電圧Ｖ１を超えたとき、強制的にスイッチング素子Ｑ２をオフさせるようにしてもよい。
【０１１１】
なお、図１２に示す誘導加熱装置４０ａのように、スイッチング素子Ｑ２と励磁コイル５３１との直列回路と並列に、キャパシターＣ２を設けてもよい。キャパシターＣ２はキャパシターＣ１と略同一の静電容量にされている。これにより、電源電圧ＶｉｎがキャパシターＣ１，Ｃ２で分圧されて、その分圧された電圧が励磁コイル５３１の一端に印加されることで、共振の安定性が向上する。
【０１１２】
また、スイッチング素子Ｑ１と並列に接続されたキャパシターＣ３と、スイッチング素子Ｑ２と並列に接続されたキャパシターＣ４とをさらに備えてもよい。これにより、共振の安定性が向上する。
【０１１３】
なお、図１２に示す誘導加熱装置４０ａにおいて、キャパシターＣ２を備えない構成としてもよく、キャパシターＣ３，Ｃ４を備えない構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１ 画像形成装置
２ 本体部
３ スタックトレイ
１８ 原稿搬送機構
２１ 画像形成部
２２ 感光体ドラム
２３ 光学ユニット
２４ 現像部
２５ 転写部
２６ ベルトユニット
２７ 加圧ローラ
２８ 定着装置
２９ 排出トレイ
３０，３１ 搬送ローラ対
３２ 用紙搬送路
３８ 搬送ローラ対
４０，４０ａ 誘導加熱装置
４１ 制御部
４２ 強制オフ部
２００ プラットフォーム
２０１ コイル支持部
２６１，２６２ ローラ
２６３ ベルト
４１１ マイクロコントローラー
４１２ ゲートドライバー
４１３ ブートストラップ回路
４２１ アンドゲート
４２２ コンパレーター
５３０ コイルユニット
５３１ 励磁コイル
５３３ サイドコア
５３４ アーチコア
５３５ センタコア
５３８ 導電性シャフト
５３９ 磁性筒
Ｂ１，Ｂ２ バッファ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃｂ キャパシター
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ ダイオード
Ｅ１ 電源部
Ｅ２ 制御電源
Ｅ３ 基準電圧源
ｆｒ 共振周波数
ｆｓ スイッチング周波数
Ｇ１，Ｇ２ ゲート信号
ＩＬ コイル電流
Ｐ 用紙
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
Ｒ１，Ｒ２，Ｒｂ 抵抗
Ｓ１，Ｓ１ａ，Ｓ２ 制御信号
Ｓ３ 信号
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチング素子
Ｔｃｙｃ 共振周期
Ｔｄ デッドタイム
Ｔｏｎ オン時間
Ｔｓｗ スイッチング周期
Ｖ１ 設定電圧
Ｖｉｎ 電源電圧
Ｖｓ 電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列に接続された第１直列回路と、
前記第１直列回路の両端間に、予め設定された電源電圧を印加する電源部と、
被加熱体を電磁誘導により加熱する励磁コイルと第１キャパシターとの直列回路であって、かつ前記第１スイッチング素子と並列に接続された第２直列回路と、
前記第１スイッチング素子と並列に、前記電源電圧に対して逆方向となる向きに接続された第１ダイオードと、
前記第２スイッチング素子と並列に、前記電源電圧に対して逆方向となる向きに接続された第２ダイオードと、
前記第２直列回路によって生じる共振の共振周期の１／２より短いオン時間と前記第１及び第２スイッチング素子を共にオフさせるべき時間として予め設定されたデッドタイムとを加えた時間であるスイッチング周期毎に、前記オン時間の間前記第１スイッチング素子をオフさせ前記第２スイッチング素子をオンさせる第１処理と、前記オン時間の間前記第１スイッチング素子をオンさせ前記第２スイッチング素子をオフさせる第２処理とを交互に実行することによって、電流共振を生じさせる制御部と、
前記第１スイッチング素子の両端間の電圧が、予め設定された設定電圧を超えているとき、前記制御部の処理に関わらず強制的に前記第１スイッチング素子をオフさせる強制オフ部とを備える誘導加熱装置。
【請求項２】
前記第２スイッチング素子は、
前記第１直列回路において、前記第１スイッチング素子よりも高電位側に配置されており、前記第２スイッチング素子のオン、オフを制御するための制御端子を備え、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続点と前記制御端子との間に、所定の制御電圧以上の電圧が印加されたときにオンするスイッチング素子であり、
前記制御部は、
起動用キャパシターと第３ダイオードと抵抗とが直列接続されたブートストラップ回路と、
前記制御電圧以上の出力電圧を出力端子から出力する制御電源とを備え、
前記起動用キャパシターの一端が前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続点に接続され、前記起動用キャパシターの他端が前記第３ダイオードのカソードに接続され、前記第３ダイオードのアノードが前記抵抗を介して前記出力端子に接続され、
前記制御部は、
前記起動用キャパシターに充電された充電電圧を前記制御端子に印加することによって、前記第２スイッチング素子をオンさせる請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記第２スイッチング素子と前記励磁コイルとの直列回路と並列に接続された第２キャパシターをさらに備える請求項１又は２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記第１スイッチング素子と並列に接続された第３キャパシターと、
前記第２スイッチング素子と並列に接続された第４キャパシターとをさらに備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置と、
トナー像が形成された用紙を加熱することにより、前記トナー像を前記用紙に定着させる前記被加熱体としての加熱部材とを備える定着装置。
【請求項６】
請求項５記載の定着装置と、
前記用紙にトナー像を形成する画像形成部とを備え、
前記加熱部材は、
前記画像形成部によって前記トナー像が形成された用紙を加熱することにより、前記トナー像を前記用紙に定着させる画像形成装置。
【請求項１】
第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列に接続された第１直列回路と、
前記第１直列回路の両端間に、予め設定された電源電圧を印加する電源部と、
被加熱体を電磁誘導により加熱する励磁コイルと第１キャパシターとの直列回路であって、かつ前記第１スイッチング素子と並列に接続された第２直列回路と、
前記第１スイッチング素子と並列に、前記電源電圧に対して逆方向となる向きに接続された第１ダイオードと、
前記第２スイッチング素子と並列に、前記電源電圧に対して逆方向となる向きに接続された第２ダイオードと、
前記第２直列回路によって生じる共振の共振周期の１／２より短いオン時間と前記第１及び第２スイッチング素子を共にオフさせるべき時間として予め設定されたデッドタイムとを加えた時間であるスイッチング周期毎に、前記オン時間の間前記第１スイッチング素子をオフさせ前記第２スイッチング素子をオンさせる第１処理と、前記オン時間の間前記第１スイッチング素子をオンさせ前記第２スイッチング素子をオフさせる第２処理とを交互に実行することによって、電流共振を生じさせる制御部と、
前記第１スイッチング素子の両端間の電圧が、予め設定された設定電圧を超えているとき、前記制御部の処理に関わらず強制的に前記第１スイッチング素子をオフさせる強制オフ部とを備える誘導加熱装置。
【請求項２】
前記第２スイッチング素子は、
前記第１直列回路において、前記第１スイッチング素子よりも高電位側に配置されており、前記第２スイッチング素子のオン、オフを制御するための制御端子を備え、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続点と前記制御端子との間に、所定の制御電圧以上の電圧が印加されたときにオンするスイッチング素子であり、
前記制御部は、
起動用キャパシターと第３ダイオードと抵抗とが直列接続されたブートストラップ回路と、
前記制御電圧以上の出力電圧を出力端子から出力する制御電源とを備え、
前記起動用キャパシターの一端が前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続点に接続され、前記起動用キャパシターの他端が前記第３ダイオードのカソードに接続され、前記第３ダイオードのアノードが前記抵抗を介して前記出力端子に接続され、
前記制御部は、
前記起動用キャパシターに充電された充電電圧を前記制御端子に印加することによって、前記第２スイッチング素子をオンさせる請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記第２スイッチング素子と前記励磁コイルとの直列回路と並列に接続された第２キャパシターをさらに備える請求項１又は２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記第１スイッチング素子と並列に接続された第３キャパシターと、
前記第２スイッチング素子と並列に接続された第４キャパシターとをさらに備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置と、
トナー像が形成された用紙を加熱することにより、前記トナー像を前記用紙に定着させる前記被加熱体としての加熱部材とを備える定着装置。
【請求項６】
請求項５記載の定着装置と、
前記用紙にトナー像を形成する画像形成部とを備え、
前記加熱部材は、
前記画像形成部によって前記トナー像が形成された用紙を加熱することにより、前記トナー像を前記用紙に定着させる画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２０９０５５（Ｐ２０１２−２０９０５５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７２４９４（Ｐ２０１１−７２４９４）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００６１５０）京セラドキュメントソリューションズ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００６１５０）京セラドキュメントソリューションズ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
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