(57)【要約】      （修正有）【課題】誘導加熱コイルを駆動するための高効率の高周波駆動電源の提供。【解決手段】商用交流電源の正の半周期区間で制御可能となる第１のスイッチ手段１と、商用交流電源の負の半周期区間に制御可能となる第２のスイッチ手段２と、商用交流電源の負の半周期に前記第１のスイッチ手段をバイパスする第３のスイッチ手段３と、商用交流電源の正の半周期に前記第２のスイッチ手段をバイパスする第４のスイッチ手段４と、駆動回路１５と、を有する。駆動回路は、駆動制御信号発生部からの高周波駆動制御信号により、第４のスイッチ手段を介して商用交流電流の正の半周期区間で第１のスイッチ手段を制御すると共に、第３のスイッチ手段を介して商用交流電流の負の半周期区間で前記第２のスイッチ手段を制御する。第１のスイッチ手段と第２のスイッチ手段は、高周波駆動制御信号が入らないときには、商用交流電源の正／負各々の半周期の区間でオン状態を維持する。【選択図】  図１
2006072619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱コイルを駆動するための高周波駆動電源であって、
商用交流電源の正の半周期区間で制御可能となる第１のスイッチ手段と、
前記商用交流電源の負の半周期区間に制御可能となる第２のスイッチ手段と、
前記商用交流電源の負の半周期に前記第１のスイッチ手段をバイパスする第３のスイッチ手段と、
前記商用交流電源の正の半周期に前記第２のスイッチ手段をバイパスする第４のスイッチ手段と、
前記第１のスイッチ手段と前記第２のスイッチ手段の間に直列に接続された誘導加熱コイルの駆動に必要な電力を供給する高周波駆動制御信号を発生する駆動制御信号発生部からの高周波駆動制御信号により、前記第４のスイッチ手段を介して前記商用交流電流の正の半周期区間で前記第１のスイッチ手段を制御すると共に、前記第３のスイッチ手段を介して前記商用交流電流の負の半周期区間で前記第２のスイッチ手段を制御する駆動回路と、
を備え、
前記第１のスイッチ手段と前記第２のスイッチ手段は、前記高周波駆動制御信号が入らないときには、前記商用交流電源の正／負各々の半周期の区間でオン状態を維持することを特徴とする高周波駆動電源。
【請求項２】
前記商用交流電源の負の半周期に前記第１のスイッチ手段をバイパスする前記第３のスイッチ手段と並列に、前記第３のスイッチ手段よりもオン時の電圧降下の小さい第５のスイッチ手段と、
前記商用交流電源の正の半周期に前記第２のスイッチ手段をバイパスする前記第４のスイッチ手段と並列に、前記第４のスイッチ手段よりもオン時の電圧降下の小さい第６のスイッチ手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の高周波駆動電源。
【請求項３】
商用交流電源の入力ラインに高周波駆動制御信号が入らないときに前記コイルへの電力の供給を遮断する保護手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波駆動電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱コイルを駆動するための高周波駆動電源に関し、特に、複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載される電磁誘導加熱方式の画像加熱定着装置に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスを用いた複写機やプリンタ等の画像形成装置の画像加熱定着装置としては、記録媒体上に担持させた未定着トナー像を加熱定着させる定着部材の加熱効率を少しでも高めて無駄なエネルギーをなくす目的で、定着部材を直接加熱できるメリットから、従来広く用いられてきた間接加熱のハロゲンヒーターを用いる替わりに、特許文献１に示されるように電磁誘導加熱方式による装置が提案されている。
【０００３】
またこの電磁誘導加熱方式を用いて定着部材を加熱し温度を調整する制御装置については、特許文献２の「ＡＣ制御装置」に技術の開示がなされている。
【０００４】
図９は、特許文献２にあるＡＣ制御装置の実施例である。
未定着トナー像を加熱定着するための定着部材を加熱する手段は、同図において、ヒータと呼ばれ、商用交流電源を整流するダイオードブリッジで、いったん直流（脈流）に変換され、「インバータ回路」と呼ばれる直流を交流に変換する回路で加熱する。
【０００５】
また、特許文献１では、これらをまとめて、高周波コンバータと呼んでいる。
【特許文献１】特開平７−２３４５９９号公報
【特許文献２】特開平９−２１８７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１・２の何れにおいても、高周波駆動電源には、図１１に示されるように、ブリッジ整流回路を用いて、一旦直流（脈流）にする。すなわち、商用交流の「＋」の区間では、ダイオードＤ１とダイオードＤ３が、順バイアスされ「ＯＮ」状態になる。ダイオードＤ２とダイオードＤ４は、電位関係が、逆バイアスの状態となるため「ＯＦＦ」状態となり、図中の矢印で示されるような向きに電流が流れる。また商用交流の「−」の区間では、先ほどと逆に、ダイオードＤ１とダイオードＤ３が、逆バイアスされ「ＯＦＦ」状態になり、今度は、ダイオードＤ２とダイオードＤ４は、順バイアスの状態となるため「ＯＮ」状態となり、図中の矢印で示されるような向きに電流が流れる。
【０００７】
このようにして、必ず整流ダイオードを２回通過して、電流は一方向化され、図１０のＶｃ３で示されるような直流（脈流）へ変換される。そしてこのときの主なる損失は、ＯＮ状態の時の損失で
ＰＬｏｓｓ＝  ２×Ｖｆ（ダイオード順方向電流）×ＩＬ（負荷電流）
となる。
【０００８】
仮に１０００Ｗ（ＩＬ＝１０Ａ）の負荷の場合で試算をすると、通常整流用途のダイオード順方向電圧はＶｆ＝０．９〜１．１Ｖぐらいなので、１８〜２０Ｗもの損失が発生する。これは高周波駆動電源効率が９０％の場合、全損失１００Ｗの約２０％に相当し、電子回路用の半田ごて１本分ぐらいに相当する。
【０００９】
本発明の目的は、誘導加熱コイルを駆動するための高効率の高周波駆動電源を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る高周波駆動電源の代表的な構成は、誘導加熱コイルを駆動するための高周波駆動電源であって、商用交流電源の正の半周期区間で制御可能となる第１のスイッチ手段と、前記商用交流電源の負の半周期区間に制御可能となる第２のスイッチ手段と、前記商用交流電源の負の半周期に前記第１のスイッチ手段をバイパスする第３のスイッチ手段と、前記商用交流電源の正の半周期に前記第２のスイッチ手段をバイパスする第４のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段と前記第２のスイッチ手段の間に直列に接続された誘導加熱コイルの駆動に必要な電力を供給する高周波駆動制御信号を発生する駆動制御信号発生部からの高周波駆動制御信号により、前記第４のスイッチ手段を介して前記商用交流電流の正の半周期区間で前記第１のスイッチ手段を制御すると共に、前記第３のスイッチ手段を介して前記商用交流電流の負の半周期区間で前記第２のスイッチ手段を制御する駆動回路と、を備え、前記第１のスイッチ手段と前記第２のスイッチ手段は、前記高周波駆動制御信号が入らないときには、前記商用交流電源の正／負各々の半周期の区間でオン状態を維持することを特徴とする高周波駆動電源、である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ブリッジダイオードを用いて一旦交流を整流する必要がないので整流ダイオード１個分の電圧降下による電力損失を低減することが可能となり、高効率の高周波電源を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１３】
（１）画像形成装置例
図６は本発明に従う高周波駆動電源を具備させた電磁誘導加熱方式の加熱定着装置を備える画像形成装置の一例の概略構成模型図である。本例の画像形成装置１００は転写式電子写真プロセス利用、レーザー走査露光方式の画像形成装置（複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機能機等）である。
【００１４】
以下は画像出力機構部（作像機構部）の説明である。１０１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。感光ドラム１０１はその回転過程で、帯電装置１０２により所定の極性・電位の一様な帯電処理を受け、その一様帯電面に対して画像書き込み装置１０３による像露光Ｌを受けることで一様帯電面の露光明部の電位が減衰して感光ドラム１０１面に露光パターンに対応した静電潜像が形成される。画像書き込み装置１０３は本例の場合はレーザースキャナーであり、画像データに従って変調されたレーザー光Ｌを出力し、回転する感光ドラム１０１の一様帯電面を走査露光して原稿画像情報に対応した静電潜像を形成する。
【００１５】
次いで、その静電潜像が現像装置１０４によりトナー画像として現像される。そのトナー画像が転写帯電装置１０５の位置において、給紙機構部側から感光ドラム１０１と転写帯電装置１０５との対向部である転写部に所定の制御タイミングにて給送された記録媒体（以下、転写材と記す）Ｐに感光ドラム１０１面側から静電転写される。
【００１６】
給紙機構部は、転写材を積載収容したカセット給紙部１０６から１枚分離給紙された転写材Ｐを転写部に所定のタイミングにて搬送する転写材搬送路１０７を有している。
【００１７】
転写部で感光ドラム１０１面側からトナー画像の転写を受けた転写材Ｐは、感光ドラム１０１面から分離され、加熱定着装置（以下、定着装置と記す）１０９へ搬送されて未定着トナー画像の定着処理を受け、画像形成装置外部の排紙トレイ１１０上に排紙される。
【００１８】
一方、転写材分離後の感光ドラム１０１面はクリーニング装置１０８により転写残りトナー等の付着汚染物の除去を受けて清掃されて繰り返して作像に供される。
【００１９】
（２）定着装置１０９
図７は定着装置１０９の要部の拡大横断面模型図、図３は要部の正面模型図である。
【００２０】
この定着装置１０９は、加熱ローラ型で、電磁誘導加熱方式の定着装置であり、互いに所定の押圧力で圧接させて所定のニップ長（ニップ幅）の定着ニップ部Ｎを形成させた一対の定着部材と加圧部材としての、上下並行２本の定着ローラ１２０と加圧ローラ１３０を主体とする。
【００２１】
定着ローラ１２０は、中空（円筒状）の金属層（導電層、芯金）を有するローラであり、その外周面には、フッ素樹脂等をコーティングして耐熱性の離型層（伝熱材）１２１ａが形成されている。
【００２２】
定着ローラ１２０を構成する誘導発熱体である金属層は、例えば鉄、ニッケル、ＳＵＳ４３０、鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−クロム合金、ニッケル−コバルト合金等の磁性金属（導電体、磁性体）である。定着ローラ１の金属層の厚さは、０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍである。
【００２３】
この定着ローラ１２０はその両端部側をそれぞれ定着装置の手前側と奥側の側板（定着ユニットフレーム）１４１・１４２間に軸受１４３を介して回転可能に支持させて配設してある。また内空部には、上記の定着ローラ１２０に誘導電流（渦電流）を誘起させてジュール発熱させるための高周波磁界を生じる、磁束発生手段としてのコイル・アセンブリ１４を挿入して配設してある。
【００２４】
加圧ローラ１３０は、軸芯１３１と、当該軸芯の外回り同心一体にローラ状に形成具備させた表面離型性耐熱ゴム層であるシリコンゴム層（弾性体層）等１３２とからなる弾性ローラである。この加圧ローラ１３０は上記定着ローラ１２０の下側に並行に配列して、軸芯１３１の両端部側をそれぞれ定着装置の手前側と奥側の側板１４１・１４２間に軸受１４６を介して回転自在に保持させて、かつ定着ローラ１２０の下面に対して不図示の付勢手段により弾性体層１３２の弾性に抗して所定の押圧力にて圧接させて加熱部としての所定のニップ長の定着ニップ部Ｋｎを形成させている。
【００２５】
コイル・アセンブリ１４は、ボビン１４Ａ、磁性材からなるコア（芯材）１４Ｂ、誘導加熱コイル（励磁コイル、誘導発熱源）１４Ｃ、絶縁部材製のステー１４Ｄ等の組み立て体である。コア１４Ｂはボビン１４Ａに形成した通孔に挿入させてあり、誘導加熱コイル１４Ｃはこのボビン１４Ａの周囲に銅線を巻回して形成されている。このボビン１４Ａ、コア１４Ｂ、誘導加熱コイル１４Ｃのユニットをステー１４Ｄに固定支持させてある。そして、コイル・アセンブリ１４は、ボビン１４Ａとは別体に形成された前記ステー１４Ｄに固定され、定着ローラ外部に露呈しないように収納されている。
【００２６】
コア１４Ｂとしては、透磁率が大きく自己損失の小さい材料がよく、例えばフェライト、パーマロイ、センダスト等が適している。ボビン１４Ａは、コア１４Ｂと誘導加熱コイル１４Ｃとを絶縁する絶縁部としても機能している。
【００２７】
誘導加熱コイル１４Ｃは加熱の十分な交番磁束を発生するものでなければならないが、そのためには抵抗成分が低く、インダクタンス成分を高くとる必要がある。誘導加熱コイル１４Ｃの芯線としてφ０．１〜０．３の細線を所定本数束ねたリッツ線を用いている。細線には絶縁被覆電線を用いている。
【００２８】
また図８に示すように、磁性コア１４Ｂを周回するようにボビン１４Ａの形状に合わせて横長舟型に複数回巻回して誘導加熱コイルとしてある。誘導加熱コイル１４Ｃは定着ローラ１２０の長手方向に巻かれている。１４Ｃ−１・１４Ｃ−２は上記誘導加熱コイル１４Ｃの２本の外方引出しリード線(コイル供給線)であり、ステー１４Ｄの手前側の丸軸形状部１４Ｄ−１を中空軸にしてその中空部から外部に引き出して誘導加熱コイル１４Ｃに高周波電流を供給する高周波駆動電源１４０に接続してある。
【００２９】
Ｇは定着ローラ１２０の手前側の端部に固着させた定着ローラドライブギアである。このドライブギアＧに駆動源Ｍから伝達系を介して回転力が伝達されることで、定着ローラ１２０が図７において矢印Ｒａの時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。加圧ローラ１３０はこの定着ローラ１２０の回転駆動に従動して矢印Ｒｂの反時計方向に回転する。
【００３０】
本実施例では、転写材Ｐのニップ部Ｋｎへの導入は中央基準で行われる。Ｃはその中央基準である。すなわち、いかなる転写材サイズでも、転写材の中央部が定着ローラ１２０軸方向中央部を通過することになる。本実施例においては、通紙できる転写材の最大サイズはＡ４横である。Ｐ１はその大サイズ紙の通紙領域（搬送領域）幅である。
【００３１】
定着装置１１４は駆動源Ｍの起動により定着ローラ１２０の回転が開始される。この定着ローラ１２０の回転に従動して加圧ローラ１３０も回転する。
【００３２】
１５０は駆動制御信号発生部としての温度制御部であり、定着ローラ１２０の温度を検知する温度センサ（図示せず）より受けた温度の情報を元に、設定した定着温度（例えば１８０℃）に成るように高周波駆動電源１４０にパルス状に変調されたオン−オフ信号を送出する。
【００３３】
高周波駆動電源１４０は、温度制御部１５０のパルス状に変調された温度制御信号に応じて、誘導加熱コイル１４Ｃに所定の固定電流値の高周波電流を流す。
これによって誘導加熱コイル１４Ｃの周囲に高周波交番磁束が発生し、定着ローラ１２０が電磁誘導発熱して転写材Ｐに対してトナー画像ｔが定着可能な最適な温度まで昇温する。
【００３４】
（３）高周波駆動電源１４０
図１は高周波駆動電源１４０の構成を示す回路図である。なお同図は、本発明の説明に必要な部分を除いて簡略化されている（一部電源ラインフィルタやフューズ、またパルストランス１３の駆動回路部などは煩雑になって見づらくなるため省略している）。
【００３５】
図１において、１と２は、夫々第１および第２のスイッチ手段である絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下：ＩＧＢＴと表す）であり、３、４は夫々第３および第４のスイッチ手段であるダイオードである。
【００３６】
５と６は、第１および第２のスイッチ手段のスイッチ動作をする際に、低損失で低ノイズの共振スイッチ動作をするための共振コンデンサである。
【００３７】
以上の１から４までのスイッチ手段で、誘導加熱コイル１４Ｃに流れる電流の向きを制御する。
【００３８】
１５は、前記複数のスイッチ手段を制御するためのドライバー回路（駆動回路）であり、以下の部品により、複数スイッチ手段と該スイッチ手段と並列接続する一方向化された電流バイパス手段により、商用交流電源を高周波変換し誘導加熱コイルを駆動する手段を構成する。
【００３９】
すなわち、７と８は、前記第１と第２のスイッチ手段であるＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ２を商用交流電源の周期でＯＮ−ＯＦＦするためのバイアス電圧を発生するツェナーダイオードであり、２０はそのツェナーダイオードに電流を流すための抵抗である。９と１０は、夫々ＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ２の高周波スイッチ動作を制御するトランジスタであり、１１と１２は、該高周波スイッチ動作を制御するトランジスタのバイアス抵抗であり、１３は、トランジスタ１１と１２を駆動するパルストランスである。
【００４０】
このパルストランス１３の入力端子には、温度制御部１５０から、定着ローラ１２０の温度が所定の温度（たとえば１８０℃）になるように、ＯＮ−ＯＦＦ制御するパルス信号が入力される。この温度制御部の回路の基準電位Ｅｍは、コンデンサ１６とコンデンサ１７により入力電圧を分圧することにより生成され、いわゆる（商用交流電源から絶縁された）２次側電気回路の基準となる。
【００４１】
ここにパルストランス１３を用いて駆動する理由は、スイッチ手段１〜４、共振コンデンサ５・６、ツェナーダイオード７・８、トランジスタ９・１０、抵抗１１・１２・２０で構成される電気回路が、１次側の回路であるため、絶縁駆動するためのものである。従って制御パルス信号が伝達できれば、フォトカプラなどの光学的な絶縁手段を用いてもよい。
【００４２】
１８は、ラインバイパスコンデンサでありノイズフィルタの役割を持つ。
【００４３】
実際の回路では、さらにノイズ規格をクリアするためにチョークコイルなどを追加するが本発明の説明には直接関係しないので図示していない。
【００４４】
１９は、商用交流電源の接地点すなわちアースを示している。図におけるＬは、Ｌｉｖｅ（活電部側）を表し、Ｎは、Ｎｅｕｔｒａｌ（柱上トランスの接地点）を表している。
【００４５】
２１は保護手段としてのフューズであり、商用交流電流のＬ端子とドライバー回路１５の間に設けられている。保護手段としてのフューズ２１は、例えば、部品の初期不良や上市してから実使用時の経年変化、或いは、雷サージなどの不慮の原因により、この装置を構成する回路部品の動作が、ショート故障したとき（誘導加熱コイルの絶縁破壊や、スイッチ手段の耐圧オーバーや過電流破壊などが考えられる。）に過電流により自ら溶断して、商用電源ラインより、本装置を切り離し動作を停止するという商用交流電源の入力ラインに通常挿入する保護手段としての機能を有し、またフューズ２１は高周波駆動制御信号が入らないときに前記コイルへの電力の供給を遮断する保護手段としての機能も有する。
【００４６】
以上のような構成における本発明の第１の実施例における動作・作用について、図２と図３を用いて説明する。
【００４７】
図２は、本実施例の高周波駆動電源の動作を説明する波形図であり、図３は、その各スイッチ動作を説明する回路図である。
【００４８】
始めに、本例の高周波駆動電源における商用交流電源周期での動作について説明する。
【００４９】
図３（ａ）の回路図は、商用交流電源のＬ端子側が、＋の区間における回路の状態を表しており、図中で回路部品が動作状態のものを実線で、破線は、非動作状態のものを表している。
【００５０】
Ｌ端子電圧が、図２の０Ｖから序々に立ち上がると、図３（ａ）のバイアス抵抗２０には矢印の向き（上から下）に電流が流れて、ツェナーダイオード７は、逆方向に、（ここでは、ツェナー電圧が出る方向を逆方向とする。）ツェナーダイオード８は、順方向にバイアスされる。
【００５１】
図２のｔ１の時に、Ｌ端子の電圧ＶＬが
ＶＬ  ＞  Ｖｚ+Ｖｆ  
となると、ツェナー電圧が立ち上がり、Ａ点の電圧は、Ｎを基準として＋Ｖｚ、Ｂ点の電圧は、Ｌを基準として−Ｖｆとなる。
【００５２】
バイアス抵抗２０を流れる電流は増えていくが、ツェナーダイオードの端子電圧は、ツェナーダイオードの性質により順方向：Ｖｆ（約０．８Ｖ）、逆方向：Ｖｚともにほぼ一定の電圧に保たれる。このとき、あらかじめＶｚがＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇより
Ｖｚ＞Ｖｇ  
となるように設定しておけば、ＩＧＢＴ１は、＋区間でＯＮ状態となる。
【００５３】
またこの時、ＩＧＢＴ２のゲート電圧はＶｇ＝−Ｖｆであるから、ＯＦＦ状態を維持しているが、ＩＧＢＴ２と並列接続する一方向化された電流バイパス手段であるダイオード４により、図中で示すように、誘導加熱コイル１４Ｃに電流を流す電流経路が生成される。
【００５４】
Ｌ端子電圧が、図２の＋の区間におけるピーク電圧から序々に下がって、ｔ２の時に
ＶＬ  ＜  Ｖｚ+Ｖｆ  
となると、ツェナーダイオード７と８がわずかしか電流を流さなくなり、Ａ点の電圧とＢ点の電圧は、ほぼ等しくなり、やがて０となる。
【００５５】
ここで、ＩＧＢＴ１は、ＯＦＦの状態になり、誘導加熱コイル１４に電流は流れなくなる。
【００５６】
今度は、Ｌ端子が、図２の−の区間における回路の状態を説明する。
【００５７】
図３（ｂ）の回路図がその状態を表しており、先ほどと同様に、図中で回路部品が動作状態のものを実線で、破線は、非動作状態のものを表している。
【００５８】
Ｌ端子電圧が、図２の０Ｖから序々に立ち下がると、バイアス抵抗２０には矢印の向き（下から上）に電流が流れて、今度はツェナーダイオード８が、逆方向に、（ここでは、ツェナー電圧が出る方向を逆方向とする。）ツェナーダイオード７は、順方向にバイアスされる。ｔ３の時に、Ｌ端子の電圧ＶＬが
｜−ＶＬ｜  ＞  Ｖｚ+Ｖｆ  
となると、ツェナー電圧が立ち上がり、Ａ点の電圧は、Ｎを基準として−Ｖｆ、Ｂ点の電圧は、Ｌを基準として＋Ｖｚとなる。
【００５９】
先ほどと同様にバイアス抵抗２０を流れる電流は増えていくが、ツェナーダイオードの端子電圧は、ツェナーダイオードの性質により順方向：Ｖｆ（約０．８Ｖ）、逆方向：Ｖｚともにほぼ一定の電圧に保たれる。
Ｖｚ＞Ｖｇ  となったｔ３の時点で、ＩＧＢＴ２は、−区間でＯＮ状態となる。
【００６０】
またこの時、ＩＧＢＴ１のゲート電圧はＶｇ＝−Ｖｆであるから、ＯＦＦ状態を維持しているが、今度はＩＧＢＴ１と並列接続する一方向化された電流バイパス手段であるダイオード３により、図中で示すように、誘導加熱コイル１４に電流を流す電流経路が生成される。
【００６１】
Ｌ端子電圧が、−の区間におけるピーク電圧から序々に上がって、ｔ４の時に
｜−ＶＬ  ｜＜  Ｖｚ+Ｖｆ  
となると、ツェナーダイオード７と８がわずかしか電流を流さなくなり、Ａ点の電圧とＢ点の電圧は、ほぼ等しくなり、やがて０となる。
【００６２】
ここで、ＩＧＢＴ２は、ＯＦＦの状態になり、誘導加熱コイル１４に電流は流れなくなる。
【００６３】
以上で商用交流電源の周期での動作を説明してきたが、誘導加熱コイルで定着器を加熱するには、高周波駆動しなくてはならない。
【００６４】
次に、図１を用いて高周波駆動の説明を行う。
【００６５】
パルストランス１３により誘導加熱に必要な高周波駆動のための制御パルス信号（高周波駆動制御信号）が供給される。前述したように、このパルストランス１３の入力端子には、温度制御部１５０（図８）から、定着ローラ１２０の温度が所定の温度（たとえば１８０℃）になるように、ＯＮ−ＯＦＦ制御するパルス信号が入力される。
【００６６】
この制御パルス信号（以下、温度制御パルス信号と記す）により、ＩＧＢＴ１およびＩＧＢＴ２のゲートに接続されたトランジスタ９とトランジスタ１０が、ＯＮ−ＯＦＦ動作をする。
【００６７】
たとえば、今、パルストランス１３は、トランジスタ９と１０を、同相で駆動している場合で説明する。
【００６８】
商用交流電源の＋の区間（図２のｔ１〜ｔ２の間）では、ＩＧＢＴ１がＯＮ状態になる。このときトランジスタ９が、温度制御パルス信号でＯＮすると、ツェナーダイオード７に流れる電流を分流する。このときは、ＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇは、強制的にトランジスタ９の飽和電圧であるＶＣＥ（sat）となり（図４のＡ点）、ゲートオン電圧を維持できずに、ＩＧＢＴ１がＯＦＦする。
【００６９】
トランジスタ９が、温度制御パルス信号でＯＦＦすると、再びＩＧＢＴ１のゲート電圧Ｖｇは、Ｖｚとなり、ＩＧＢＴ１はＯＮとなる。
【００７０】
同様に、商用交流電源の−の区間（図２のｔ３〜ｔ４の間）では、ＩＧＢＴ２がＯＮ状態になる。このときトランジスタ１０が、温度制御パルス信号でＯＮすると、ツェナーダイオード８に流れる電流を分流する。このときは、ＩＧＢＴ２のゲート電圧Ｖｇは、強制的にトランジスタ８の飽和電圧であるＶＣＥ（sat）となり（図４のＢ点）、ゲートオン電圧を維持できずに、ＩＧＢＴ２がＯＦＦする。
【００７１】
トランジスタ１０が、温度制御パルス信号でＯＦＦすると、再びＩＧＢＴ２のゲート電圧Ｖｇは、Ｖｚとなり、ＩＧＢＴ２はＯＮとなる。
【００７２】
これら一連の動作をまとめると図４に示すような波形となる。すなわち、Ｌ−Ｎ間の商用交流電源を高周波変換し、誘導加熱コイル１４Ｃを駆動する。そして誘導加熱コイル１４Ｃにより駆動された定着ローラ１２０が発熱することになる。
【００７３】
ここで、温度制御パルス信号が入らない場合は、すでに説明してきたように商用電源周期の交流動作を行うが、誘導加熱コイル１４Ｃは、通常高周波（２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度）で駆動するような小さなインダクタンス値(数十μＨ程度)であるため、このまま、商用周波数の５０Ｈｚないし６０Ｈｚが印加されると、大きな電流（短絡電流）が流れる。
このとき、２１のフューズが溶断されて、高周波駆動電源は動作を停止する。
【００７４】
（効果）
以上述べたような動作により、誘導加熱コイル１４Ｃを駆動するまでのスイッチ手段による電圧降下は、
Ｌ端子側が正の時：ダイオード４の電圧降下分とＩＧＢＴ１の電圧降下分  であり
Ｌ端子側が負の時：ダイオード３の電圧降下分とＩＧＢＴ２の電圧降下分  となる。
【００７５】
従来のダイオードブリッジを用いた整流回路の場合は、図１１に示すように、ダイオードブリッジで一旦直流に整流するため、ヒータに電流を供給する如何なる場合（正負の極性区間）でも、ダイオード２個分（Ｄ１とＤ３、またはＤ２とＤ４）の電圧降下分が必要となる。
【００７６】
そしてさらに、ヒータをオンオフするタイミングで、ＩＧＢＴ（従来図９参照）の電圧降下分（図９においては、ヒータが、本発明の誘導加熱コイルに相当する。）が必要となる。
【００７７】
従って原理的にダイオードの順方向電圧Ｖｆによる電圧降下分が、１回分少なくできるため、仮に１０００Ｗ（ＩＬ＝１０Ａ）の負荷の場合で試算をすると、Ｖｆ＝１Ｖとしても１０Ｗもの損失を低減でき、高効率の高周波駆動電源１４０を実現できる。
【００７８】
この無駄な電力ロスがないため、複写機やプリンタの内部の機内熱による悪影響、たとえば現像器内やストッカーにある未現像トナーの温度劣化のリスクを低減することが可能となる。
【００７９】
また、本来のトナーを融解する定着ローラにまわす電力を増やすことができるので、複写機やプリンタのスループットを向上することができるなどのメリットがある。
【００８０】
また、第１のスイッチ手段であるＩＧＢＴ１と第２のスイッチ手段であるＩＧＢＴ２において、高周波駆動制御信号が入らないときには、商用交流電源の正／負各々の半周期の区間でオン状態を維持するので、何らの異常で、高周波駆動信号が入力されなくなった場合は、自分でフューズ２１を溶断して、加熱動作を停止する高効率の高周波駆動電源を実現できる。
【実施例２】
【００８１】
図５は、本発明の第二の実施例を表す高周波駆動電源２００の回路図である。
【００８２】
本実施例では、フューズの代りにブレーカ２２１を使用している。本例の高周波駆動電源２００は、第１の実施例に示す高周波駆動電源１４０と比較して異なる点は、商用交流電源の負の半周期に第１のスイッチ手段であるＩＧＢＴ１をバイパスする第３のスイッチ手段であるダイオード２０３と並列に、第３のスイッチ手段よりもオン時の電圧降下の小さい第５のスイッチ手段であるパワートランジスタ２０５を備え、また正の半周期に第２のスイッチ手段であるＩＧＢＴ２をバイパスする第４のスイッチ手段であるダイオード２０４と並列に、第４のスイッチ手段よりもオン時の電圧降下の小さい第６のスイッチ手段であるパワートランジスタ２０６を備えたことである。
【００８３】
図中、２１５はドライバー回路であり、実施例１に示すドライバー回路１５と同じ構成である。２０１は本実施例において新たに追加した回路部である。
【００８４】
本例に示す高周波駆動電源２００において、商用交流電源の＋の区間（図２のｔ１〜ｔ２の間）では、ＩＧＢＴ１がＯＮ状態になる。このときツェナーダイオード２０７と２０８は、ＩＧＢＴのゲートバイアスを与えるが、図１のツェナーダイオード７と８の向きと逆に配置されているため、ツェナーダイオード２０８の両端がＶｚとなり、ツェナーダイオード２０７の両端の電圧はＶｆとなる。するとパワートランジスタ２０６のベース−エミッター間は、順バイアスされ、Ｄ点の電圧は、ＶＢＥでクランプされる。
【００８５】
このときパワートランジスタ２０６は、飽和状態になるので飽和電圧ＶＣＥ（sat）は、ダイオード２０４のＶｆより低くなる。
【００８６】
一方、ツェナーダイオード２０７の両端の電圧はＶｆとなっているので、Ｃ点の電圧はＶｆである。パワートランジスタ２０５のベース−エミッター間は、逆バイアスされるため、ＯＦＦ状態となりＩＧＢＴ１の温度制御パルス信号によるＯＮ−ＯＦＦ動作を妨げない。
【００８７】
商用交流電源の−の区間（図２のｔ３１〜ｔ４の間）では、回路の対象性から、こんどはツェナーダイオード２０８の両端がＶｆとなり、ツェナーダイオード２０７の両端の電圧はＶｚとなる。するとパワートランジスタ２０７のベース−エミッター間が、順バイアスされ、Ｃ点の電圧は、ＶＢＥでクランプされる。
【００８８】
このときパワートランジスタ２０７は、飽和状態になるので飽和電圧ＶＣＥ（sat）は、ダイオード２０３のＶｆより低くなる。
【００８９】
一方、ツェナーダイオード２０８の両端の電圧はＶｚとなっているので、Ｄ点の電圧はＶｆである。パワートランジスタ２０６のベース−エミッター間が、逆バイアスされるため、ＯＦＦ状態となりＩＧＢＴ２の温度制御パルス信号によるＯＮ−ＯＦＦ動作を妨げない。
【００９０】
このようにして基本的な動作は、実施例１と同様に図４で示されるような波形となり、Ｌ−Ｎ間の商用交流電源を高周波変換し、誘導加熱コイルを駆動することができる。
【００９１】
（効果）
こうして、バイパス動作しているスイッチが、ダイオードの順方向電圧Ｖｆより小さいパワートランジスタの飽和電圧ＶＣＥ（sat）の領域をバイパスさせるため、実施例１に比べ更に、ＯＮ時の損失を小さくすることが可能となり、高効率の高周波駆動電源２００を実現できる。
【００９２】
なお、バイパス用のパワートランジスタは、バイポーラのＰＮＰトランジスタで説明したが、ＭＯＳ型のトランジスタを用いてもよい。
【００９３】
またノイズに対する影響も実施例１と同様に、プラグの向きにかかわらずノイズの影響が変わらない構成をとることが可能となる。
【００９４】
また、第１のスイッチ手段であるＩＧＢＴ１と第２のスイッチ手段であるＩＧＢＴ２において、高周波駆動制御信号が入らないときには、商用交流電源の正／負各々の半周期の区間でオン状態を維持するので、何らの異常で、高周波駆動信号が入力されなくなった場合は、ブレーカ２２１が、入力交流電源を遮断して、加熱動作を停止し、復帰が容易な高効率の高周波駆動電源を実現できる。
【００９５】
実施例１の図１と実施例２の図５に示した回路を見ると、Ｌ−Ｎ間で対称性のある回路構成となっているため、温度制御部１５０の回路の基準電位Ｅｍを、コンデンサ１６とコンデンサ１７により入力電圧を分圧することにより生成し、商用交流入力電圧の中点にとって、（商用交流電源から絶縁された）２次側電気回路の基準としたことにより、Ｌ端子とＮ端子を逆に接続しても、回路の電位の加わり方の対称性が維持できるため、ノイズに対する影響を等価的に同じようにすることが可能となる。すなわち、インレットに差し込むプラグの向きにかかわらずノイズの影響が変わらない構成をとることが可能となる。
【００９６】
以上述べてきたように実施例１および実施例２の高周波駆動電源によれば、誘導加熱コイルを駆動する電磁誘導を用いた定着装置において、高効率な高周波駆動電源が構成できるため、オフィス機器での消費電力の多い事務機である複写機やプリンタなどの機器の、特に消費電力が大きい定着装置において省エネルギーとなる手段を提供することが可能となる。
【００９７】
[その他]
１）定着部材は定着ローラに限られず、誘導発熱性金属層を含むエンドレスの耐熱性樹脂フィルムにすることもできる。
【００９８】
２）また定着部材は誘導発熱性金属層を含むロール巻きにした長尺の有端ウエブ状部材にしてこれを誘導加熱コイルを経由させて繰り出し走行移動させるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の第１の実施例における高周波駆動電源の回路図
【図２】本発明の第１の実施例における高周波駆動電源動作を説明する波形図
【図３】各スイッチ動作を説明する回路図
【図４】高周波駆動電源の動作を示す波形図
【図５】本発明の第２の実施例における高周波駆動電源の回路図
【図６】画像形成装置の一例の概略構成模型図
【図７】定着装置の要部の拡大横断面模型図
【図８】定着装置の要部の正面模型図
【図９】従来例のＡＣ制御装置の構成図
【図１０】従来例のＡＣ制御装置の動作波形図
【図１１】ブリッジ整流回路の動作を説明する図
【符号の説明】
【０１００】
１・・・第１のスイッチ手段
２・・・第２のスイッチ手段
３・・・第３のスイッチ手段
４・・・第４のスイッチ手段
５、６・・・共振コンデンサ
７、８、２０７、２０８・・・ツェナーダイオード
９、１０・・・制御トランジスタ
１１、１２・・・バイアス抵抗
１３・・・パルストランス
１４・・・誘導加熱コイル
１５・・・ドライバー回路
１６、１７・・・バイアスコンデンサ
１８・・・ノイズ対策用コンデンサ
１９・・・接地点
２０・・・交流バイアス抵抗
１５０・・・温度制御部
２０５、２０６・・・パワートランジスタ
２２１・・・ブレーカ
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１】
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