(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導コイルおよび共振コンデンサからなる直列共振回路と、
互いに導電型が異なる一対のトランジスタを接続し、該一対のトランジスタの入力を共通とした相補対称型のトランジスタ電流増幅回路を含み、前記直列共振回路を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路の入力の容量と共に並列共振回路を形成し、前記駆動回路を駆動する前置駆動回路と
を備えることを特徴とする電磁誘導加熱用制御装置。
【請求項２】
前記駆動回路は、正もしくは負の単電源で動作を行う
ことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱用制御装置。
【請求項３】
前記前置駆動回路は、前記駆動回路を正弦波の信号で駆動する
ことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱用制御装置。
【請求項４】
前記前置駆動回路は、互いに並列に接続された抵抗、コイルおよびコンデンサからなる並列共振回路を有し、前記抵抗の抵抗値の選定によって広帯域化を図る
ことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱用制御装置。
【請求項５】
前記前置駆動回路は、前記駆動回路に対して正弦波の信号を間歇的に供給する手段を有する
ことを特徴とする請求項３記載の電磁誘導加熱用制御装置。
【請求項６】
前記前置駆動回路は、前記駆動回路に供給する正弦波の信号の振幅を制御する手段を有する
ことを特徴とする請求項３記載の電磁誘導加熱用制御装置。
【請求項７】
任意の周波数の信号を発生して前記前置駆動回路に供給する周波数信号供給手段を有する
ことを特徴とする請求項３記載の電磁誘導加熱用制御装置。
【請求項８】
前記周波数信号供給手段は、前記前置駆動回路に発振周波数の信号を供給する電圧制御発振器と、三角波の信号を発生して前記電圧制御発振器にその制御電圧として与える三角波発生回路と、前記三角波発生回路の繰り返し周波数を制御する制御回路とを有する
ことを特徴とする請求項７記載の電磁誘導加熱用制御装置。
【請求項９】
電源からの駆動電流波形を時間的に平均化して前記駆動回路に供給する電流平均化回路を有する
ことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱用制御装置。
【請求項１０】
電磁誘導コイルおよび共振コンデンサからなる直列共振回路と、
互いに導電型が異なる一対のトランジスタを接続し、該一対のトランジスタの入力を共通とした相補対称型のトランジスタ電流増幅回路を含み、前記直列共振回路を駆動する駆動回路と、
電源からの駆動電流波形を時間的に平均化して前記駆動回路に供給する電流平均化回路と
を備えることを特徴とする電磁誘導加熱用制御装置。
【請求項１１】
前記電流平均化回路は、電源からの駆動電流波形を時間的に平均化する複数の充放電回路と、これら複数の充放電回路の各出力電圧に基づいていずれか一つの出力電圧を選択して前記駆動回路に供給する切り替え手段とを有する
ことを特徴とする請求項９または１０記載の電磁誘導加熱用制御装置。
【請求項１２】
発熱することによって被加熱体を加熱する発熱部材と、
電磁誘導によって前記発熱部材を発熱させる請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電磁誘導加熱用制御装置と
を具備することを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の電磁誘導加熱装置を搭載した
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
前記電磁誘導加熱装置の発熱部材は定着ローラである
ことを特徴とする請求項１３記載の画像形成装置。
【請求項１５】
前記電磁誘導加熱装置の発熱部材は定着ベルトである
ことを特徴とする請求項１３記載の画像形成装置。
【請求項１６】
前記電磁誘導加熱装置の発熱部材は固体インクの支持部材である
ことを特徴とする請求項１３記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導加熱用制御装置、電磁誘導加熱装置および画像形成装置に関し、特に直列共振回路方式の電磁誘導加熱用制御装置、当該制御装置を用いた電磁誘導加熱装置および当該加熱装置を具備する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機、プリンタなどに代表される電子写真方式の画像形成装置には、未定着トナー像を記録媒体に定着させるための加熱定着装置が搭載されている。加熱定着装置としては、例えばハロゲンランプを用いた熱ローラー方式の加熱装置が主流である。
【０００３】
この熱ローラー方式の加熱装置は、ハロゲンランプ等の熱源により加熱され、所定の温度に温度調節されたヒートロールと、これに圧接したプレッシャーロールとの回転ロール対を基本構成とするものである。そして、両ロールの圧接ニップ部に記録媒体を導入して挟持搬送させることで、ヒートロールの熱により記録媒体の未定着トナー像を加熱定着させるものである。
【０００４】
加熱定着装置としては、上述した熱ローラー方式の加熱装置の他に、加熱手段として帯状のヒータをエンドレスフィルムの内面に接触させて定着を行うＳＵＲＦ方式の加熱装置が知られている。このＳＵＲＦ方式の加熱装置は、帯状のヒータをエンドレスフィルムの内面に接触させ、その熱によってトナー像を記録媒体に加熱定着させるものである。
【０００５】
一方、画像形成装置として、中間転写体から記録媒体にトナー像を転写する際に、トナー像を加熱して転写と定着とを同時に行う構成のものがある。この種の画像形成装置では、離型性を有する中間転写体に像担持体上のトナー像を一次転写し、この中間転写体上のトナー像を加熱・加圧手段により記録媒体上に溶融して二次転写と同時に定着させている。
【０００６】
この画像形成装置に用いられる加圧・加熱手段としては、例えば中間転写体を介して圧接される加熱ロールおよび加圧ロールが知られている。かかる加圧・加熱手段は、両者の圧接部で加熱ロールによる加熱によって中間転写体上のトナーを溶融するとともに記録媒体に浸透させ、この記録媒体を中間転写体の離型効果を利用して当該中間転写体から剥離するというものである。
【０００７】
このように転写と定着とを同時に行う構成の画像形成装置は、例えば、特開平２−１０６７７４号公報、特公昭６４−１０２７号公報、特開昭５７−１６３２６４号公報、特開昭５０−１０７９３６号公報、特開昭４９−７８５５９号公報等に記載されている。
【０００８】
しかしながら、上記のような従来の加熱装置では、以下に示すような問題点がある。すなわち、加熱手段としてハロゲンランプを用いる熱ローラー方式の加熱装置の場合は放射加熱方式であり、未定着トナー像等の被加熱体までの熱伝達の効率が低いため熱損失が大きい。また、被加熱体を直接加熱するものではないので、被加熱体に所定の熱量を付与するまでに時間がかかるといった問題を有している。この時間（ウォームアップ時間）を短縮するために、通常は、加熱ロールの温度をある設定温度に維持し待機させておくようにしている。しかし、この場合には、待機中の消費電力が大きく、省エネルギーの点で大きな問題となる。
【０００９】
また、加熱手段として帯状ヒータ等を用いるＳＵＲＦ方式の加熱装置の場合は上記問題点については改善できるが、被加熱体に加圧接触させてヒータ自体を発熱させ、この熱を被加熱体に熱伝導させるので駆動トルクが大きく、小型機にしか適用できないという欠点を有する。一方、転写と定着とを同時に行う中間転写方式の加熱装置の場合は、加熱ロールに熱を与えて被加熱体である中間転写体に熱伝導する方式をとっており、中間転写体全体を加熱するために熱的な損失が大きいという問題点がある。
【００１０】
これら従来方式の問題点を解決する加熱手段として、近年、電磁誘導加熱方式の加熱装置が提案されている。この加熱装置は、導電性材料からなる発熱層を形成した加熱部材の上に被加熱体を載置して、この被加熱体に対してその表面と非接触に電磁誘導コイルを配置して交番磁界を作用させる。そして、この交番磁界によって発熱層に渦電流を発生させ、電磁誘導による発熱層の自己発熱により被加熱体を加熱するものである。
【００１１】
仮に、被加熱物を半径ａ［ｃｍ］、軸長ｌ［ｃｍ］の円柱状の物体であるとした場合に、当該被加熱物の単位面積［ｃｍ2 ］で消費される電力密度Ｐｅ［Ｗ／ｃｍ2 ］は、
【００１２】
【数１】
0003932830.tif 000002
【００１３】
で表わされる。ここで、Ａ2は電磁誘導コイルの結合係数、Ｎは電磁誘導コイルの巻数、Ｉは電磁誘導コイルに流れる電流、μは透磁率、ｆは駆動周波数、Ｆは関数、ｓは表皮深度である。式（１）から明らかなように、発生する熱量は、電磁誘導コイルに流れる電流Ｉの２乗と巻数Ｎの２乗とに比例する。
【００１４】
このような電磁誘導加熱方式を用いた加熱装置は、非接触の加熱手段を用いているために、熱効率を損なう介在物を少なくし、被加熱体に対して熱を直接的に付与できるという利点がある。また、被加熱体の必要な部位だけを加熱できるので、必要以上の加熱を行う必要がなく、熱効率が高いという利点もある。
【００１５】
ところで、電磁誘導加熱方式の加熱装置では、被加熱体を加熱するための電磁誘導コイルを駆動制御するのに、電磁誘導コイルに対してコンデンサを並列に接続して並列共振回路を形成したり、あるいは電磁誘導コイルに対してコンデンサを直列に接続して直列共振回路を形成して用いるのが一般的である。
【００１６】
ここで、並列共振回路方式の制御装置について説明する。当該方式の制御装置としては、例えば、特開平８−４４２２６号公報、特開平１１−１９４６３２号公報等に開示されたものが知られている。並列共振回路の場合、電磁誘導コイル端での電圧をＶ、駆動周波数をｆ、電磁誘導コイルのインダクタンスをＬ、電磁誘導コイルの巻線抵抗をＲｃとすると、電磁誘導コイルに流れる電流Ｉは、次式（２）で表される。
Ｉ＝Ｖ／（２πｆＬ＋Ｒｃ）  ［Ａ］    ……（２）
通常は、２πｆＬ≧Ｒｃである。
【００１７】
ここで、並列共振回路において高熱を得ようとする場合、電源電圧を高くするか、駆動周波数ｆを上げるか、あるいは電磁誘導コイルのインダクタンスＬを大きくするかのいずれかを採らなければならない。しかし、実際には、駆動周波数ｆについては、２０．０５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲内という規制上の制限があるため、駆動周波数ｆを極端に上げることはできない。
【００１８】
電磁誘導コイルのインダクタンスＬを大きくするには、電磁誘導コイルの巻数を多くすれば良いが、巻数を多くすると電流が流れにくくなるため、電源電圧を高くせざるを得ない。しかし、電源電圧を高くすると、並列共振回路を駆動するスイッチング素子として、高耐電圧、高電流容量のものが必要となるため、コストアップの要因となる。したがって、電源電圧をあまり高く設定できなく、その結果、電磁誘導コイルの巻数が制限されるため、コイルの巻数や形状を自由に設計できないことになる。
【００１９】
一方、直列共振回路方式では、電磁誘導コイルに対してコンデンサが直列に接続されているため、電源電圧を高く設定できる。したがって、電磁誘導コイルの巻数が制限されることがないため、並列共振回路方式に比べて、コイルの巻数や形状を自由に設計できるというメリットがある。この直列共振回路方式の制御装置としては、例えば、特開２０００−５８２４７号公報，特開２０００−２２３２５２号公報、特開２０００−２２３２５３号公報等に開示されたものが知られている。
【００２０】
例えば、特開２０００−２２３２５２号公報、特開２０００−２２３２５３号公報に開示の制御装置では、同公報図１２に示されるように、同導電型の一対のトランジスタからなる駆動回路を有し、電磁誘導コイルおよび一対のコンデンサからなる直列共振回路をこの駆動回路の一対のトランジスタに対して、同公報図１２のタイミングチャートから明らかなように、パルス信号を印加することによってこれら一対のトランジスタをスイッチング駆動し、コンプリメンタリ動作をさせる構成となっている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、直列共振回路方式の従来例に係る制御装置において、スイッチングで用いる場合は、共振周波数と駆動周波数とが完全に一致したところでは、電磁誘導コイルに流れる電流Ｉは、
Ｉ＝Ｖｉｎ／（Ｒｃ＋Ｚｏｕｔ）  ［Ａ］    ……（３）
となる。ここで、Ｖｉｎは直列共振回路への投入電圧、Ｒｃは電磁誘導コイルの巻線抵抗、Ｚｏｕｔは駆動回路の出力インピーダンスである。
【００２２】
式（３）において、発熱に必要な駆動を実現するには、（Ｒｃ＋Ｚｏｕｔ）≒０という条件を満足する必要がある。したがって、スイッチング素子として高電流容量の素子が必要となるため、その分だけコストが高くなるとともに、消費電力が大きくなるという課題があった。また、スイッチングで駆動する構成を採っているため、電磁誘導コイルのインダクタンスが小さい場合には高調波ノイズが発生しやすいという課題もあった。しかも、共振コンデンサを２つ用いる必要があるから、その分だけ構成が複雑になるという課題もある。
【００２３】
また、特開２０００−２２３２５２号公報、特開２０００−２２３２５３号公報には、直列共振回路の共振コンデンサが１つの構成も示されているが（同公報図１７を参照）、この場合には、駆動回路が同導電型の一対のトランジスタによって構成されていることから、出力信号の片側の極性でしか駆動できないことになる。
【００２４】
さらに、同導電型の一対のトランジスタからなる駆動回路では、出力信号の正極性では正側のトランジスタが低インピーダンスを示し、共振電流が流れるが、出力信号の負極性では負側のトランジスタが高インピーダンスを示すことから、上記式（３）において、（Ｒｃ＋Ｚｏｕｔ）≒０という条件を満足することができず、直列共振回路からの還流電流を利用できないため、効率が悪いという課題もあった。因みに、低インピーダンスを実現するための素子は入力容量が大きく、これ自体を駆動するのが難しいため、従来技術では実用化が困難であった。
【００２５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特に電磁誘導コイルの巻数や形状を設計する上で並列共振回路方式よりも有利な直列共振回路方式を採る場合において、低コスト化および低消費電力化が可能であるとともに、高調波ノイズの発生が極めて少ない電磁誘導加熱用制御装置、当該制御装置を用いた電磁誘導加熱装置および当該加熱装置を具備する画像形成装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の電磁誘導加熱用制御装置は、電磁誘導コイルおよび共振コンデンサからなる直列共振回路と、互いに導電型が異なる一対のトランジスタを接続し、該一対のトランジスタの入力を共通とした相補対称型のトランジスタ電流増幅回路を含み、前記直列共振回路を駆動する駆動回路と、前記駆動回路の入力の容量と共に並列共振回路を形成し、前記駆動回路を駆動する前置駆動回路とを備える構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、駆動回路が直列共振回路をスイッチング動作ではなく、相補対称型のトランジスタ電流増幅回路によって電流増幅動作で駆動を行うことで、一対のトランジスタが共に低インピーダンスを示すことから、共振コンデンサが１個の直列共振回路でも、直列共振回路からの還流電流を利用できるため、効率の良い駆動を実現できる。また、前置駆動回路が駆動回路の入力の容量と共に並列共振回路を形成することで、当該入力容量が大きくてもその駆動が可能となる。したがって、駆動回路はその入力信号の極性に関係なく常に直列共振回路を低インピーダンスで駆動可能となる。
【００２８】
請求項２記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項１記載の電磁誘導加熱用制御装置において、駆動回路が正もしくは負の単電源で動作を行う構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、駆動回路が単電源で動作することで、入力された正弦波の入力波形が駆動回路内で半波整流されて半波の波形となる。この片側だけの極性の信号であっても、直列共振回路の正側、負側共に低インピーダンスであれば、直列共振のフライホイール効果により、両側極性の電流が流れる。
【００２９】
請求項３記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項１記載の電磁誘導加熱用制御装置において、前置駆動回路が駆動回路を正弦波の信号で駆動する構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、駆動回路を正弦波の信号で駆動することで、駆動回路では、スイッチング動作ではなく、電流増幅動作が行われる。
【００３０】
請求項４記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項１記載の電磁誘導加熱用制御装置において、前置駆動回路が互いに並列に接続された抵抗、コイルおよびコンデンサからなる並列共振回路を有し、当該抵抗の抵抗値の選定によって広帯域化を図る構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、駆動系の帯域が広帯域であると、駆動周波数を変更してもそれに追随可能となる。このことにより、直列共振回路の共振周波数が変化したとしても、その変化した共振周波数に対して駆動周波数を広い範囲で合わせることが可能となる。
【００３１】
請求項５記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項３記載の電磁誘導加熱用制御装置において、前置駆動回路が駆動回路に対して正弦波の信号を間歇的に供給する手段を有する構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、直列共振回路の残留電流振動を利用できるため、正弦波の信号を間歇的に駆動回路に供給しても、直列共振回路に対して正弦波の信号を連続的に供給した場合とほぼ同様の駆動を実現できる。
【００３２】
請求項６記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項３記載の電磁誘導加熱用制御装置において、前置駆動回路が駆動回路に供給する正弦波の信号の振幅を制御する手段を有する構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、駆動回路に供給する正弦波の信号の振幅を変えることで、駆動回路の出力電力、ひいては発熱量を制御できる。
【００３３】
請求項７記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項３記載の電磁誘導加熱用制御装置においてさらに、任意の周波数の信号を発生して前置駆動回路に供給する周波数信号供給手段を有する構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、前置駆動回路に供給する信号の周波数を任意に設定できることで、直列共振回路の共振周波数が変化しても駆動周波数をそれに合わせることができる。
【００３４】
請求項８記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項７記載の電磁誘導加熱用制御装置において、周波数信号供給手段が、前置駆動回路に発振周波数の信号を供給する電圧制御発振器と、三角波の信号を発生して電圧制御発振器にその制御電圧として与える三角波発生回路と、この三角波発生回路の繰り返し周波数を制御する制御回路とを有する構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、電圧制御発振器に対してその制御電圧として三角波信号を与え、電圧制御発振器の発振周波数、即ち駆動回路の駆動周波数を、直列共振回路の共振周波数に対して数パーセント低い周波数から高い周波数へ、またはその逆に直線的に周波数変調し、これを繰り返す操作を行うことで、電磁誘導コイルから発生する電波のスペクトルが広がり、電波のピークレベルが下がる。
【００３５】
請求項９記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項１記載の電磁誘導加熱用制御装置においてさらに、電源からの駆動電流波形を時間的に平均化して駆動回路に供給する電流平均化回路を有する構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、電流平均化回路が電源からの駆動電流波形を時間的に平均化することで、供給電源の低電圧性を緩和できるため、供給電源として高価な電源を用いなくて済む。
【００３６】
請求項１０記載の電磁誘導加熱用制御装置は、互いに導電型が異なる一対のトランジスタを接続し、該一対のトランジスタの入力を共通とした相補対称型のトランジスタ電流増幅回路を含み、電磁誘導コイルおよび共振コンデンサからなる直列共振回路を駆動する駆動回路と、電源からの駆動電流波形を時間的に平均化して駆動回路に供給する電流平均化回路とを備える構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、電流平均化回路が電源からの駆動電流波形を時間的に平均化することで、供給電源の定電圧性を緩和できるため、供給電源として高価な電源を用いなくて済む。
【００３７】
請求項１１記載の電磁誘導加熱用制御装置は、請求項９または１０記載の電磁誘導加熱用制御装置において、電流平均化回路が、電源からの駆動電流波形を時間的に平均化する複数の充放電回路と、これら複数の充放電回路の各出力電圧に基づいていずれか一つの出力電圧を選択して駆動回路に供給する切り替え手段とを有する構成となっている。かかる構成の電磁誘導加熱用制御装置において、電流平均化回路を構成する充電回路を複数化し、それらの出力電圧に基づいていずれか一つの出力電圧を選択する操作を繰り返すことで、電源から駆動回路に供給する平均化電流を抑制できる。
【００３８】
以上の請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電磁誘導加熱用制御装置は、被加熱体を加熱する発熱部材と、電磁誘導によって当該発熱部材を発熱させる制御装置とを具備する電磁誘導加熱装置において、その制御装置として用いられる。また、この電磁誘導加熱装置は、複写機やプリンタなどに代表される画像形成装置に搭載され、定着ローラ、定着ベルトあるいは固体インクの支持部材を発熱部材としてそれらを発熱させて被加熱体を加熱する。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、本実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置は、電磁誘導コイルＬ１１に対して共振コイルＣ１１が直列に接続されてなる直列共振回路１１に対して、これを駆動する駆動回路１２およびその前置駆動回路１３を有する構成となっている。
【００４１】
図２に、駆動回路１２および前置駆動回路１３の具体的な回路構成の一例を示す。図２において、駆動回路１２は、低電源電圧での駆動を可能にするために、例えば図２に示すように、ゲート同士およびソース同士がそれぞれ共通に接続された、即ちシングルエンドの相補対称接続（コンプリメンタリ接続）の互いに導電型が異なる一対のトランジスタ、例えばＮチャネルＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１１およびＰチャネルＦＥＴＱ１２からなるインピーダンス変換回路構成となっている。
【００４２】
ＦＥＴＱ１１のドレインには正側電源電圧ＶＣＣが印加され、ＦＥＴＱ１２のドレインには負側電源電圧ＶＥＥが印加される。ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２のゲート共通接続ノードＮ１１には、前置駆動回路１３から駆動信号が与えられる。ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２のソース共通接続ノードＮ１２には、直列共振回路１１の入力端、本例では電磁誘導コイルＬ１１に対して直列に接続された共振コイルＣ１１の一端が接続されている。
【００４３】
このように、直列共振回路１１を用いた電磁誘導加熱用制御装置において、電磁誘導コイルＬ１１の駆動周波数をｆ、インダクタンスをＬ、巻線抵抗をＲｃ、駆動回路１２の出力インピーダンスをＺｏｕｔとすると、形成されるＱ（ｑｕａｌｉｔｙ）ファクタは、
Ｑ＝２πｆＬ／（Ｒｃ＋Ｚｏｕｔ）        ……（４）
で表される。Ｑファクタは振動系の鋭さを表す量である。
【００４４】
直列共振回路１１への投入電圧をＶｉｎとすると、電磁誘導コイルＬ１１にはＶ＝ＱＶｉｎなる電圧Ｖが印加され、また式（３）で表される電流Ｉが流れる。ここで、駆動回路１２の出力インピーダンスＺｏｕｔは、
Ｑ＝２πｆＬ／（Ｒｃ＋Ｚｏｕｔ）≫１    ……（５）
なる条件を満足するように設定される。このため、出力インピーダンスＺｏｕｔはほぼ０オームである。
【００４５】
前置駆動回路１３は、信号ライン１４とグランドとの間に互いに並列に接続された抵抗Ｒ１１、コイルＬ１２およびコンデンサＣ１２によって構成され、その出力端がコンデンサＣ１３を介して駆動回路１２の入力端（ノードＮ１１）に接続されている。この前置駆動回路１３は、駆動回路１２のＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の入力容量と共振する並列共振回路を形成し、動作時の入力信号（駆動信号）におけるインピーダンスを大きくすることにより、ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の入力容量が大きくても、これらＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の駆動を容易に実現できるようにしている。
【００４６】
前置駆動回路１３において、コイルＬ１２のインダクタンスＬｐの値は、
Ｌｐ＝１／（２πｆ）2 Ｃｏ              ……（６）
に設定される。ここで、駆動回路１２のＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の入力容量をそれぞれＣｉｓｓ１，Ｃｉｓｓ２、コンデンサＣ１２の容量をＣｐとすると、Ｃｏ＝Ｃｉｓｓ１＋Ｃｉｓｓ２＋Ｃｐである。
【００４７】
抵抗Ｒ１１の抵抗値Ｒｐは、上記並列共振回路のＱファクタを設定している。このＱファクタをＱ＜５、したがって
Ｒｐ≦Ｑ／２πｆＣｏ                    ……（７）
なる条件を満足する抵抗値Ｒｐを設定することにより、駆動回路１２および前置駆動回路１３からなる駆動系の広帯域化を図ることができる。
【００４８】
このように、駆動系の帯域が広帯域であることにより、駆動周波数を変更してもそれに追随可能となる。このことにより、電磁誘導コイルＬ１１および共振コンデンサＣ１１によって構成される直列共振回路１１の共振周波数が変化したとしても、その変化した共振周波数に対して駆動周波数を広い範囲で合わせることが可能となる。したがって、常に、最大効率の値に対して共振コンデンサＣ１１の容量値を調整することなく利用できるようにすることが可能となる。
【００４９】
上述したように、第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置では、電磁誘導コイルＬ１１の巻数や形状を設計する上で並列共振回路方式よりも有利な直列共振回路方式を採る一方、この直列共振回路１１を駆動する駆動回路１２として、互いに導電型が異なる一対のＦＥＴＱ１１，Ｑ１２を相補対称接続（コンプリメンタリ接続）してなるトランジスタ電流増幅回路を用いて構成したことで、当該駆動回路１２が直列共振回路１１をスイッチング動作ではなく、電流増幅動作で駆動を行うことができ、一対のＦＥＴＱ１１，Ｑ１２が共に低インピーダンスを示すことから、共振コンデンサが１個の直列共振回路でも、直列共振回路からの還流電流を利用できるため、効率の良い駆動を実現できることになる。
【００５０】
したがって、第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置においては、前置駆動回路１３を設けることを前提として説明したが、相補対称型のトランジスタ電流増幅回路を含む駆動回路１２を設けるだけでも、上述した如き作用効果を得ることができる。これに加えて、直列共振回路１１を駆動する駆動回路１２に対して、これらＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の入力容量と共に並列共振回路を形成する前置駆動回路１３を設けることにより、ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の入力容量が大きくても、ＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の駆動が可能となるという作用効果を奏する。
【００５１】
これにより、駆動回路１２はその入力信号が正極性でも負極性でも、即ち入力信号の極性に関係なく常に低インピーダンスで駆動することができるため、直列共振回路１１において、形成されるＱファクタ（式（４）を参照）を積極的に活用し、低電源電圧で大電流を発生させると同時に、直列共振のフライホイール効果も利用して電磁誘導コイルＬ１１を駆動することができる。その結果、コストと消費電力を大幅に低減できる。
【００５２】
また、前置駆動回路１３には、発振部（図示せず）から所定周波数のパルス信号が入力されることになるが、このパルス信号は前置駆動回路１３を通ることで図３に示すような正弦波の信号となって、駆動回路１２に駆動信号として入力される。これにより、駆動回路１２では、スイッチング動作ではなく、電流増幅動作が行われることになるため、高調波ノイズが発生しにくくなるというメリットもある。
【００５３】
なお、本実施形態では、双方向のソースフォロアのＦＥＴＱ１１，１２によって相補対称接続の駆動回路１２を構成する場合を例に採って説明したが、回路素子としては電界効果トランジスタに限られるものではなく、図４に示すように、ベース同士およびエミッタ同士がそれぞれ共通に接続された双方向のエミッタフォロアのＮＰＮバイポーラトランジスタＱ１３およびＰＮＰトランジスタＱ１４によって相補対称接続の駆動回路１２を構成しても良いことは勿論である。
【００５４】
また、本実施形態では、ＦＥＴＱ１１，１２の各ドレインに対して正側電源電圧ＶＣＣおよび負側電源電圧ＶＥＥをそれぞれ与える構成としたが、低消費電力を実現するために、ＦＥＴＱ１１，１２のどちらかのドレインを接地した構成を採ることも可能である。すなわち、図５（Ａ）に示すように、ＦＥＴＱ１２のドレインを接地し、ＦＥＴＱ１１のドレインに正側電源電圧ＶＣＣを与えるか、図５（Ｂ）に示すように、ＦＥＴＱ１１のドレインを接地し、ＦＥＴＱ１２のドレインに負側電源電圧ＶＥＥを与える構成である。この片側接地の回路構成については、回路素子としてバイポーラトランジスタを用いた駆動回路に対しても同様のことが言える。
【００５５】
このように、駆動回路１２の片側の電源をグランドとし、単電源化した構成を採った場合には、入力された正弦波の入力波形（全波）は、図６に太い実線Ａで示すように、駆動回路１２内で半波整流された波形となる。この片側だけの極性（半波）の入力信号であっても、直列共振回路１１の正側、負側共に低インピーダンスであれば、直列共振のフライホイール効果により、図６に細い実線Ｂで示すように、両側極性の電流が流れる。したがって、両側極性の入力信号を正負の電源で駆動する場合の１／２の投入電力で、電磁誘導コイルＬ１１の電磁誘導に起因して発生する渦電流による発熱量を同じにすることができる。
【００５６】
＜前置駆動回路の変形例１＞
図７は、変形例１に係る前置駆動回路１３Ａの構成を示す回路図である。図７から明らかなように、本変形例に係る前置駆動回路１３Ａは、並列に接続された抵抗Ｒ１１、コイルＬ１２およびコンデンサＣ１２からなり、駆動回路１２のＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の入力容量と共振する並列共振回路部１５に加えて、この並列共振回路部１５に対してパルス信号を間歇的に供給する発振制御部１６を有する構成となっている。
【００５７】
発振制御部１６は、制御入力端子１７とグランドとの間に接続された抵抗Ｒ１２と、制御入力端子１７に一端が接続されたコンデンサＣ１３と、このコンデンサＣ１３の他端とグランドとの間に接続された抵抗Ｒ１３と、コンデンサＣ１３の他端に一端が接続された抵抗Ｒ１４と、この抵抗Ｒ１４の他端とグランドとの間に接続されたコンデンサＣ１４と、コンデンサＣ１３の他端にゲートが接続され、抵抗Ｒ１４の他端にソースが接続されたＮチャネルＦＥＴＱ１５とから構成されている。ただし、この回路構成は一例に過ぎず、これに限定されるものではない。
【００５８】
この発振制御部１６には、その発振状態を制御する制御信号が制御入力端子１７を介して外部から入力される。この制御信号として例えば高レベルの信号が入力されているときには、発振制御部１６はフリーラン周波数にて発振動作を継続する。これにより、ある一定の周波数のパルス信号が発振制御部１６から並列共振回路部１５に供給される。一方、制御信号が低レベルになる、発振制御部１６は発振動作を停止する。
【００５９】
したがって、制御信号を間歇的に高レベルから低レベルに遷移させることにより、発振制御部１６から並列共振回路部１５に対して間歇的にパルス信号が与えられることになる。その結果、並列共振回路部１５を通して駆動回路１１には、図８に示すように、正弦波の信号が間歇的に入力されることになる。また、駆動回路１１を単電源化した場合には、図９に太い実線で示すように、駆動回路１２内で半波整流されて直列共振回路１１に間歇的に供給されることになる。
【００６０】
このように、前置駆動回路１３Ａ内に並列共振回路部１５に加えて、この並列共振回路部１５に対してパルス信号を間歇的に供給する発振制御部１６を設け、その制御によって直列共振回路１１への電流供給を間歇的に行い、残留電流振動を利用することにより、直列共振回路１１の駆動が停止する分だけ駆動回路１２で消費する電力を削減できるため、消費電力のさらなる低減が可能となる。
【００６１】
＜前置駆動回路の変形例２＞
図１０は、変形例２に係る前置駆動回路１３Ｂの構成を示す回路図である。図１０から明らかなように、本変形例に係る前置駆動回路１３Ｂは、並列共振回路部１５および発振制御部１６に加えて、駆動回路１２に与える駆動信号の振幅を制御する電圧振幅制御部１８を有する構成となっている。
【００６２】
電圧振幅制御部１８は、電源端子１９とグランドとの間に接続された可変抵抗ＶＲと、この可変抵抗ＶＲの可動端子にゲートが接続され、ドレインが接地されたＮチャネルＦＥＴＱ１６と、このＦＥＴＱ１６のソースと電源端子１９との間に接続された抵抗Ｒ１５と、電源端子１９とグランドとの間に接続されたコンデンサＣ１５とからなり、電源端子１９には負側電源電圧ＶＥＥが与えられる構成となっている。ただし、この回路構成は一例に過ぎず、これに限定されるものではない。
【００６３】
上記構成の電圧振幅制御部１８において、ＦＥＴＱ１６のソースは発振制御部１６におけるＦＥＴＱ１５のソースに接続されている。したがって、可変抵抗ＶＲの可動端子の位置によってＦＥＴＱ１６のゲートバイアス電圧を変化させることにより、発振制御部１６から並列共振回路部１５に入力するクロック信号の振幅、ひいては駆動回路１２に入力する駆動信号の振幅を制御することが可能となる。
【００６４】
このように、前置駆動回路１３Ｂに電圧振幅制御部１８を設け、この電圧振幅制御部１８によって駆動回路１２に入力する駆動信号の振幅を制御することで、電磁誘導コイルＬ１１の電磁誘導に起因して発生する渦電流による発熱量を制御することができる。これにより、可変抵抗ＶＲの抵抗値を調整することにより、発熱量を任意に設定することが可能となる。
【００６５】
また、被加熱体の近傍にサーミスタや赤外線センサなどの温度感知センサを配置し、この感度感知センサによって被加熱体の温度を検知し、その検知信号に基づいて可変抵抗ＶＲの抵抗値を調整可能な構成を採ることにより、例えば電磁誘導コイルＬ１１の特性が変化した場合でも発熱量が一定になるように自動的に制御することが可能となる。
【００６６】
なお、本変形例に係る前置駆動回路１３Ｂでは、並列共振回路１５に与えるパルス信号を発生する発振部として、パルス信号を間歇的に発生する発振制御部１６を用いた場合を例に採ったが、これに限られるものではなく、所定周波数のパルス信号を連続的に発生する発振部を用いた場合にも同様に適用可能である。
【００６７】
［第２実施形態］
図１１は、本発明の第２実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示すブロック図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示している。図１１において、本実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置は、電磁誘導コイルＬ１１に対して共振コイルＣ１１が直列に接続されてなる直列共振回路１１に対して、これを駆動する駆動回路１２および電流平均化回路２１を有する構成となっている。
【００６８】
駆動回路１２としては、第１実施形態の場合と同様の回路構成のもの、即ち双方向のソースフォロアまたはエミッタフォロワのトランジスタからなる相補対称接続のトランジスタ回路構成のものが用いられる。また、第１実施形態の場合と同様に、駆動回路１２には、駆動信号として正弦波の信号が入力される。
【００６９】
電流平均化回路２１は、駆動回路１２に供給する駆動電流波形を時間的に平均化して供給電源（ＶＣＣ，ＶＥＥ）の定電圧性を緩和するために設けられたものである。図１２に、電流平均化回路２１の具体的な回路構成の一例を示す。同図に示すように、本例に係る電流平均化回路２１は、正側の充電回路２２と負側の充電回路２３とを有する構成となっている。
【００７０】
正側の充電回路２２は、一端が正側電源端子２４に、他端が駆動回路１２の正側電源供給端にそれぞれ接続された充電抵抗Ｒ２１と、この充電抵抗Ｒ２１の他端とグランドとの間に接続された充電コンデンサＣ２１とから構成されている。負側の充電回路２３は、一端が負側電源端子２５に、他端が駆動回路１２の負側電源供給端にそれぞれ接続された充電抵抗Ｒ２２と、この充電抵抗Ｒ２２の他端とグランドとの間に接続された充電コンデンサＣ２２とから構成されている。
【００７１】
ここで、駆動回路１２での低インピーダンスによる正弦波の駆動においては、駆動信号周波数と直列共振回路１１の共振周波数とが一致したときには、電磁誘導コイルＬ１１には先述した式（３）で示す電流Ｉが流れる。この電流Ｉは駆動回路１２から供給される。したがって、充分な発熱を得るために、例えば駆動周波数ｆが２０〜１００ｋＨｚで２０Ａピークの電流Ｉを電磁誘導コイルＬ１１に流すには、駆動回路１２に電力を供給する電源として、２０Ａピークを保証できる定電圧性に優れたものでなくてはならない。しかし、このような電源は、一般的には、高価なものとなってしまう。
【００７２】
これに対して、本実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置では、例えばＣＲの充電回路からなる電流平均化回路２１を設け、駆動回路１２に供給する駆動電流波形を時間的に平均化して供給電源の定電圧性を緩和するようにしたことで、駆動回路１２に電力を供給する電源として高価な電源を用いなくて済むため、その分だけ低コスト化を図ることができる。
【００７３】
図１３に、単電源化した場合における平均化電流のシミュレーション結果を示す。同図において、振幅の小さな電流波形Ａは駆動回路１２に供給される平均化された駆動電流を、振幅の大きな電流波形Ｂは駆動回路１２の出力電流、即ち電磁誘導コイルＬ１１に流れる電流をそれぞれ示している。
【００７４】
このシミュレーション結果から明らかなように、駆動回路１２を単電源化した場合でも、直列共振回路１１の正側、負側共に低インピーダンスであれば、直列共振のフライホイール効果により、両側極性の電流が流れる。
【００７５】
図１２において、Ｉｐは平均化前の電流をＩａは平均化電流をそれぞれ示している。また、電流平均化回路２１において、充電電流は必要電流が２０Ａ以上のことが多いため、充電抵抗Ｒ２１，Ｒ２２としては低抵抗値のものを用いる。この抵抗値は電流を検知するのに充分な低抵抗値であるため、駆動電流を検知するための素子として利用することができる。そして、その電流検知信号を用いることで、例えば駆動電流をその電流値が常に一定値になるように制御する構成を採ることが可能となる。
【００７６】
なお、本実施形態では、ＶＣＣ側、ＶＥＥ側共に１個ずつの充電回路によって電流平均化回路２１を構成する場合を例に採って説明したが、ＶＣＣ側、ＶＥＥ側それぞれについて充電回路を複数化してそれらを適宜切り替えて使用する構成を採ることも可能である。その具体的な構成の一例を図１４に示す。ここでは、ＶＣＣ側のみの回路構成を示し、また充電回路を２個設ける場合を例に採って説明するものとする。
【００７７】
図１４において、電流平均化回路２１を構成する充電回路として、充電抵抗Ｒ２１Ａおよび充電コンデンサＣ２１Ａからなる第１の充電回路２２Ａと、充電抵抗Ｒ２１Ｂおよび充電コンデンサＣ２１Ｂからなる第２の充電回路２２Ｂとが設けられている。充電抵抗Ｒ２１Ａ，Ｒ２１Ｂの各一端は正側電源端子２４に共通に接続され、各他端は電源切り替えスイッチＳＷＡ，ＳＷＢを介して駆動回路１２の正側電源供給端にそれぞれ接続されている。
【００７８】
これら充電回路２２Ａ，２２Ｂの各出力電圧は、スイッチＳＷＡ，ＳＷＢを介して駆動回路１２に供給されるとともに、電圧低下検知回路２６によって監視される。電圧低下検知回路２６は、充電回路２２Ａの出力電圧が所定の電圧以下になったとき検知信号Ａを、充電回路２２Ｂの出力電圧が所定の電圧以下になったとき検知信号Ｂをそれぞれ出力する。これら検知信号Ａ，Ｂは、スイッチ制御回路２７に供給される。
【００７９】
スイッチ制御回路２７は例えばＲＳフリップフロップによって構成され、検知信号Ａをセット入力、検知信号Ｂをリセット入力としている。そして、検知信号Ａが与えられたとき、即ち充電回路２２Ａの出力電圧が所定の電圧以下になったときに、スイッチＳＷＡをオフ（開）し、スイッチＳＷＢをオン（閉）する。逆に、検知信号Ｂが与えられたとき、即ち充電回路２２Ｂの出力電圧が所定の電圧以下になったときに、スイッチＳＷＡをオンし、スイッチＳＷＢをオフする。
【００８０】
このように、電流平均化回路２１を構成する充電回路を複数化し（本例では、２個）、一方の充電回路の充電コンデンサＣ２１Ａ／Ｃ２１Ｂの充電電荷に基づいて駆動回路１２を動作させている状態において、その充電電荷が不足して駆動電流が減少し、出力電圧が所定の電圧値以下に低下したときにスイッチＳＷＡ／ＳＷＢによって充電回路２２Ａ／２２Ｂを切り替え、この操作を繰り返すことにより、電源（ＶＣＣ，ＶＥＥ）から駆動回路１２に供給する平均化電流を抑制することができるため、消費電力のさらなる低減が可能となる。
【００８１】
［第３実施形態］
図１５は、本発明の第３実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示すブロック図であり、図中、図１および図１１と同等部分には同一符号を付して示している。図１５から明らかなように、本実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置は、第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置と第２実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置とを組み合わせた構成となっている。
【００８２】
すなわち、電磁誘導コイルＬ１１に対して共振コイルＣ１１が直列に接続されてなる直列共振回路１１に対して、これを駆動する駆動回路１２と、この駆動回路１２のＦＥＴＱ１１，Ｑ１２の入力容量と共振する並列共振回路を形成する前置駆動回路１３と、駆動回路１２に供給する駆動電流波形を時間的に平均化して供給電源（ＶＣＣ，ＶＥＥ）の定電圧性を緩和する電流平均化回路２１とを有する構成となっている。
【００８３】
このように、駆動回路１２を構成するトランジスタの入力容量と共に並列共振回路を形成する前置駆動回路１３を設けたことにより、トランジスタの入力容量が大きくてもその駆動が可能となるため、駆動回路１２の入力信号の極性に関係なく、常に低インピーダンスで駆動することができる。したがって、直列共振回路１１において、形成されるＱファクタを積極的に活用し、低電源電圧で大電流を発生させると同時に、直列共振のフライホイール効果も利用して電磁誘導コイルＬ１１を駆動できるため、コストと消費電力を大幅に低減できる。
【００８４】
また、電流平均化回路２１を設け、駆動回路１２に供給する駆動電流波形を時間的に平均化して供給電源の定電圧性を緩和するようにしたことで、駆動回路１２に電力を供給する電源として高価な電源を用いなくて済むため、その分だけさらなる低コスト化を図ることができる
【００８５】
なお、前置駆動回路１３に代えて、先述した変形例１，２に係る前置駆動回路１３Ａ，１３Ｂを用いたり、あるいは電流平均化回路２１として、先述した充電回路を複数化した構成のものを用いたりしても良いことは勿論である。
【００８６】
［第４実施形態］
図１６は、本発明の第４実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示すブロック図であり、図中、図１５と同等部分には同一符号を付して示している。図１６から明らかなように、本実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置は、駆動回路１２、前置駆動回路１３および電流平均化回路２１に加えて、発振周波数が可変な可変周波数発振器３１と、この可変周波数発振器３１の発振周波数を制御する周波数制御部３２を備えた構成となっている。
【００８７】
ここで、第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置の場合において述べたように、前置駆動回路１３が広帯域であることにより、駆動周波数を変更してもそれに追随可能である。したがって、周波数制御部３２での調整によって可変周波数発振器３１の発振周波数、即ち駆動回路１２の駆動周波数を制御することにより、当該駆動周波数を直列共振回路１１の共振周波数に合わせることが可能となる。また、直列共振回路１１の共振周波数が経年変化や素子のばらつき等によって変化しても、その変化した共振周波数に対して駆動周波数を簡単に合わせることができるため、常に最大効率での駆動を実現できることになる。
【００８８】
なお、ここでは、電流平均化回路２１を備えた場合を前提として説明したが、本実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置は、可変周波数発振器３１および周波数制御部３２を備えたことを特徴とするものであることから、電流平均化回路２１は必須の構成要件ではなく、電流平均化回路２１が存在しなくても、上述した作用効果を得ることができる。
【００８９】
発振周波数が可変な可変周波数発振器３１としては、図１７に示すように、周知の電圧制御発振器（ＶＣＯ）３３を用いることができる。この場合には、周波数制御部３２として、電圧制御発振器３３の発振周波数を決める制御電圧を任意に設定可能な制御電圧発生部３４を用いれば良い。
【００９０】
また、制御電圧発生部３４として、図１８に示すように、三角波信号（のこぎり波信号）を発生する三角波発生回路３５と、三角波信号の繰り返し周波数を制御する繰り返し周波数制御回路３６とからなる構成のものを用いることも可能である。この構成の場合には、電圧制御発振器３３に対してその制御電圧として三角波信号が与えることになるため、電圧制御発振器３３の発振周波数、即ち駆動回路１２の駆動周波数を、直列共振回路１１の共振周波数を中心に数パーセント上下方向に変化させることになる。
【００９１】
このように、駆動回路１２の駆動周波数を、直列共振回路１１の共振周波数に対して数パーセント低い周波数から高い周波数へ、またはその逆に直線的に周波数変調し、これを繰り返す操作を積極的に行うことにより、電磁誘導コイルＬ１１から発生する電波のスペクトルが広がり、電波のピークレベルが下がるため、高調波ノイズの発生を抑えることができる。
【００９２】
図１９は、上述した第１〜第４実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置を用いた電磁誘導加熱装置の構成の一例を示すブロック図であり、図中、図１０および図１８と同等部分には同一符号を付して示している。
【００９３】
図１９において、共振コンデンサＣ１１と共に直列共振回路１１を構成する電磁誘導コイルＬ１１は、鉄、銅などの金属からなる発熱部材４１に磁界をかけ、この交番する磁界によって発生する渦電流によって発熱部材４１を発熱させる。この発熱部材４１は、近接して配置された被加熱体４２をその発熱によって加熱する。直列共振回路１１は、駆動回路１２によって駆動される。この駆動回路１２に対して、前置駆動回路１３および電流平均化回路２１が設けられている。
【００９４】
駆動回路１２としては、第１実施形態に係る回路構成のもの、即ち双方向のソースフォロアまたはエミッタフォロワのトランジスタからなる相補対称接続のトランジスタ回路構成のものが用いられる。前置駆動回路１３としては、第１実施形態に係る回路構成のもの、あるいは変形例１，２に係る回路構成のものが用いられる。電流平均化回路２１としては、第２実施形態に係る回路構成のもの、あるいはその変形例に係る回路構成のものが用いられる。
【００９５】
ここで、電流平均化回路２１の電源電圧を供給する電源部４３としては、商用１００Ｖ交流電圧を整流した電源であっても良いが、先述した各実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置は消費電力が低いことから、直流電源を用いるのが可能であるため、商用１００Ｖ交流電圧を整流した電源よりも直流電源を用いる方が好ましい。
【００９６】
前置駆動回路１３に供給するクロック信号を発生する発振部としては、ここでは、第４実施形態の変形例に係る構成のもの、即ち電圧制御発振器３３、三角波発生回路３５および繰り返し周波数制御回路３６からなる構成のものを用いている。電圧振幅制御部１８は、前記駆動回路１３から駆動回路１２に供給する駆動信号の振幅を制御することで、電磁誘導コイルＬ１１の電磁誘導に起因して発生する渦電流による発熱量を制御する。この電圧振幅制御部１８としては、図１０に示す回路構成のものが用いられる。
【００９７】
なお、上述した電磁誘導加熱装置に用いる電磁誘導加熱用制御装置の構成要素の組み合わせは図１９の組み合わせに限られるものではなく、先述した第１〜第４実施形態あるいはそれらの変形例に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成の範囲内で自由に組み合わせることが可能である。
【００９８】
この電磁誘導加熱装置は、複写機、プリンタなどに代表される電子写真方式の画像形成装置に、未定着トナー像を記録媒体に定着させるための加熱定着装置として搭載される。また、電子写真方式の画像形成装置以外にも、トナージェット方式の画像形成装置や、インク溶融型インクジェット方式の画像形成装置にも搭載可能である。
【００９９】
トナージェット方式の画像形成装置は、未定着トナー像を形成する工程が電子写真方式とは異なるが、記録媒体上の未定着トナー像を定着する工程、または中間転写体から未定着トナー像を記録媒体に転写すると同時に定着する工程は同様に必要である。インク溶融型インクジェット方式の画像形成装置は、ＷＡＸを主成分とする室温では固体のインクを加熱溶融し、インクジェットヘッドでドロップ状に噴射することで画像を形成するものである。
【０１００】
印字方法としては、記録媒体に直接インクを噴射する方式と、中間転写体上に噴射し画像を形成した後記録媒体に転写定着する方式が知られている。直接噴射方式は、インクを記録媒体に着弾させた時点で印字を完了させても良いが、定着性を向上させ、半球状のドットを扁平化して画質を改善するために、熱と圧力を印加する定着工程を設けるのが好ましい。
【０１０１】
定着工程には、電子写真方式の定着装置と同様の加熱・加圧装置が適用可能である。中間転写体方式は、加熱・加圧下で記録媒体にインクを転写・定着することにより上記定着工程と同様の目的を果たすものである。すなわち、インク溶融型インクジェット方式の画像形成装置においても加熱装置が必要であり、加熱手段としてハロゲンランプ、帯状ヒータ、電磁誘導加熱方式等の従来技術が適用可能である。
【０１０２】
［適用例１］
図２０は、本発明の適用例１に係る画像形成装置を示す概略構成図である。本適用例１では、ベルト状の中間転写体を採用した電子写真方式の画像形成装置に適用した場合を例に採っている。本適用例１に係る画像形成装置は、表面に静電電位の差による潜像が形成される感光ドラム５１を備えており、この感光ドラム５１にはレーザースキャナ５２およびミラー５３等からなる露光部により、感光ドラム５１に各色信号に応じたレーザー光を照射することによって潜像が形成される。
【０１０３】
感光ドラム５１の周囲には、帯電装置５４、回転式の現像装置５５、無端ベルト状の中間転写体５６、一次転写ローラ５７、クリーニング装置５８および露光ランプ５９などが配置されている。帯電装置５４は、感光ドラム５１の表面をほぼ一様に帯電する。現像装置５５は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーをそれぞれ収容し、感光ドラム５１上の潜像を各色トナーによって可視化する。
【０１０４】
中間転写体５６は、一定の方向に循環移動が可能に支持されている。一次転写ローラ５７は、中間転写体５６を挟んで感光ドラム５１と対向するように配置され、トナー像を中間転写体５６に転写する。クリーニング装置５８は、転写後の感光ドラム表面を清掃する。露光ランプ５９は、感光ドラム５１の表面を除電する。
【０１０５】
本装置内にはさらに、テンションローラ６０、駆動ローラ６１、加圧ローラ６２、給紙ユニット６３、給紙ローラ６４、レジストローラ６５、記録媒体ガイド６６および電磁誘導加熱装置６７が設けられている。テンションローラ６０は、一次転写ローラ５７とともに中間転写体５６を張架するように配置されている。加圧ローラ６２は、中間転写体５６を挟むようにテンションローラ６０と対向して配置されている。
【０１０６】
給紙ローラ６４およびレジストローラ６５は、給紙ユニット６３内に収容される記録媒体を１枚ずつ搬送する。記録媒体ガイド６６は、テンションローラ６０に巻回された中間転写体５６と加圧ローラ６２との間に記録媒体を供給する。電磁誘導加熱装置６７は、中間転写体５６の周回方向における加圧ローラ６２との対向位置の上流側に配置されており、中間転写体５６の背面側からトナー像を加熱する。この電磁誘導加熱装置６７として、先述した第１〜第４実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置を用いた電磁誘導加熱装置が搭載される。
【０１０７】
上記の構成において、感光ドラム５１は、円筒状の導電性基材の表面にＯＰＣ又はａ−Ｓｉ等からなる感光体層を備えている。この感光ドラム５１の導電性基材は電気的に接地されている。現像装置５５は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのトナーをそれぞれ収容する４台の現像器５５Ｃ，５５Ｍ，５５Ｙ，５５Ｋを備えており、各現像器が感光ドラム５１と対向するように回転可能に支持されている。
【０１０８】
現像装置５５の各現像器５５Ｃ，５５Ｍ，５５Ｙ，５５Ｋ内には、表面にトナー層を形成して感光ドラム５１との対向位置に搬送する現像ロールが設けられている。この現像ロールには、ｐ−ｐ値が２ｋＶ、周波数が２ｋＨｚの矩形波電圧に４００Ｖの直流電圧を重畳した電圧が印加され、電界の作用によりトナーが感光ドラム５１上の潜像に転移されるようになっている。また、各現像器５５Ｃ，５５Ｍ，５５Ｙ，５５Ｋ内には、トナーホッパー６８からそれぞれトナーが補給される。
【０１０９】
図２１は、発熱部材となる定着ベルトである中間転写体５６の構造を示す概略断面図である。この中間転写体５６は、耐熱性の高いシート状部材からなる基層５６Ａと、その上に積層された導電層（電磁誘導発熱層）５６Ｂと、最も上層となる表面離型層５６Ｃとの３層構造で構成されている。
【０１１０】
基層５６Ａは、厚さ１０μｍ〜１００μｍの半導電性の部材であることが好ましく、例えばポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリサルファン、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド等に代表される耐熱性の高い樹脂に、カーボンブラック等の導電材を分散したものが好適に用いられる。基層５６Ａに導電材を分散するのは、一次転写時に電界をかけてトナー像を転写する静電転写性を考慮したものであるが、基層の構成はこれに限られるものではない。
【０１１１】
導電層５６Ｂは、例えば鉄やコバルトの層、またはメッキ処理によってニッケル・銅・クロム等の金属層を、厚さ１μｍ〜５０μｍで形成したものである。なお、導電層５６Ｂの詳細については後述する。
【０１１２】
表面離型層５６Ｃは、厚さ０．１μｍ〜３０μｍの離型性の高いシート又はコート層であることが好ましく、例えばテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン−シリコーン共重合体などが用いられる。この表面離型層５６Ｃにはトナーが当接されるため、その材料は画質に大きな影響を与える。表面離型層の材料が弾性部材の場合は、トナーを包み込むような状態で密着するため、画像の劣化が少なく画像光沢も均一である。
【０１１３】
しかし、離型材料が樹脂等のように弾性がない部材である場合には、中間転写体５６との圧接部でトナーが記録媒体に完全には密着しにくいため、転写定着不良や画像光沢むらが生じやすい。特に、表面粗さの大きい記録媒体の場合は顕著である。したがって、表面離型層５６Ｃの材料は弾性体であることが望ましい。なお、表面離型層の材料に樹脂を用いる場合には、表面離型層５６Ｃと導電層５６Ｂとの間に弾性層を有していることが望ましい。そして、トナーを包み込む効果を発揮するには、いずれの場合も弾性体の厚さを１０μｍ、望ましくは２０μｍ以上とするのが好適である。
【０１１４】
中間転写体５６は、駆動ローラ６１により駆動されて周回移動するので、中間転写体５６における加圧ローラ６２との圧接部分は駆動ローラ６１の回転にともない記録媒体と同じ速度で移動する。このとき、記録媒体が加圧ローラ６２と中間転写体５６とのニップ中に存在している時間が１０ｍｓ〜５０ｍｓとなるように、ニップ幅および記録媒体の移動速度が設定されている。
【０１１５】
このニップ中に存在している時間、つまり溶融したトナーが記録媒体に押し付けられた時から、記録媒体が中間転写体から剥離されるまでの時間が、上記のように５０ｍｓ以上となっていることによって、トナーが記録媒体に付着するのに充分な温度まで加熱されていても、ニップの出口では、オフセットが生じない程度までトナーの温度が低下されるものである。
【０１１６】
図２２は、電磁誘導加熱装置６７による中間転写体５６の加熱原理を示す説明図である。図２２に示すように、電磁誘導加熱装置６７は、断面が下向きのＥ型形状を有する鉄心７１と、この鉄心７１に巻き回された電磁誘導コイル（励磁コイル）７２と、この電磁誘導コイル７２に交流電流を供給する制御装置（励磁装置）７３とで主要部が構成されている。そして、制御装置７３として、先述した第１〜第４実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置が用いられる。
【０１１７】
この電磁誘導加熱装置６７において、電磁誘導コイル７２に交流電流が供給されると、電磁誘導コイル７２の周囲に矢印Ｈで示される磁束が発生／消滅を繰り返す。この磁束Ｈが中間転写体５６の導電層５６Ｂを横切るように当該加熱装置６７が配置されている。変動する磁界が導電層５６Ｂ中を横切るとき、その磁界の変化を妨げる磁界を生じるように、導電層５６Ｂ中には矢印Ｂで示される渦電流が発生する。この渦電流は表皮効果のためにほとんど導電層５６Ｂの電磁誘導コイル７２側の面に集中して流れ、導電層５６Ｂの表皮抵抗ＲＳに比例した電力で発熱を生じる。
【０１１８】
ここで、角周波数をω、透磁率をμ、固有抵抗をρとすると、表皮深さδは次式で示される。
δ＝√（２ρ／ωμ）
さらに、表皮抵抗ＲＳは次式で示される。
ＲＳ＝ρ／δ＝√（ωμρ／２）
【０１１９】
中間転写体５６の導電層５６Ｂに発生する電力Ｐは、中間転写体中を流れる電流をＩｆとすると、次式で表せる。
Ｐ＝ＲＳ∫｜Ｉｆ｜２ｄＳ
したがって、表皮抵抗ＲＳを大きくするか、あるいは中間転写体中を流れる電流Ｉｆを大きくすれば、電力Ｐを増すことができ、発熱量を増すことが可能となる。表皮抵抗ＲＳを大きくするには、角周波数ωを高くするか、透磁率μの高い材料又は固有抵抗ρの高いものを用いれば良い。
【０１２０】
上述した加熱原理からすると、非磁性金属を導電層５６Ｂに用いると、加熱しづらいことが憶測されるが、導電層５６Ｂの厚さｔが表皮深さδより薄い場合には、次式のようになるので、加熱が可能となる。
ＲＳ≒ρ／ｔ
【０１２１】
また、電磁誘導コイル７２に流す交流電流の周波数は１０〜５００ｋＨｚが好ましい。１０ｋＨｚ以上となると、導電層５６Ｂへの吸収効率が良くなり、５００ｋＨｚまでは安価な素子を用いて制御装置７３を構成することができる。さらに、２０ｋＨｚ以上であれば可聴域を越えるため、通電時に騒音がすることがなく、また２００ｋＨｚ以下では制御装置７３で生じるロスも少なく、周辺への放射ノイズも小さい。
【０１２２】
また、１０〜５００ｋＨｚの交流電流を導電層５６Ｂに流した場合には、表皮深さδは数μｍから数百μｍ程度である。実際に導電層５６Ｂの厚さｔを１μｍより小さくすると、ほとんどの電磁エネルギーが導電層５６Ｂで吸収し切れないため、エネルギー効率が悪くなる。また、漏れた磁界が他の金属部を加熱するという問題も生じる。
【０１２３】
一方、導電層５６Ｂの厚さが５０μｍを超えると、中間転写体の熱容量が大きくなりすぎるとともに、導電層５６Ｂ中の熱伝導によって熱が伝わり、離型層５６Ｃが暖まりにくくなるという問題が生じる。したがって、導電層５６Ｂの厚さｔは１μｍ〜５０μｍが好ましい。また、導電層５６Ｂの発熱を増すためには、中間転写体中を流れる電流Ｉｆを大きくすれば良く、そのためには電磁誘導コイル７２によって生成される磁束を強くするか、あるいは磁束の変化を大きくすれば良い。
【０１２４】
この方法としては、電磁誘導コイル７２の巻線数を増すか、あるいは電磁誘導コイル７２の鉄心７１をフェライトやパーマロイといった高透磁率で残留磁束密度の低いもので構成すると良い。また、導電層５６Ｂの抵抗値が小さすぎると、渦電流が発生したときの発熱効率が悪化するため、導電層５６Ｂの固有体積抵抗率は２０℃の環境で１．５×１０-8ルｍ以上が好ましい。
【０１２５】
なお、本適用例１では、導電層５６Ｂをメッキ処理等で形成したが、真空蒸着スパッタリング等で形成しても良い。これにより、メッキ処理できないアルミニウムや金属酸化物合金を導電層５６Ｂに用いることができる。ただし、メッキ処理では、所望の膜厚、即ち１〜５０μｍの層厚を得やすいため、メッキ処理が好ましい。
【０１２６】
また、導電層５６Ｂの材料として、例えば高透磁率の鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性体を用いると、電磁誘導コイル７２によって生成される電磁エネルギーを吸収し易くなり、効率良く加熱することができる。さらに、機外へ漏れる磁気も少なくなり、周辺装置への影響も低減できるため、これらのもので高抵抗率のものを選ぶのが最も好ましい。
【０１２７】
さらに、導電層５６Ｂは金属に限定されるものではなく、低熱導電性の基層５６Ａと表面離型層５６Ｃとを接着するための接着剤中に、導電性で高透磁率の粒子、ウィスカーを分散させて導電層５ｂとしても良い。例えば、マンガン、チタン、クロム、鉄、銅、コバルト、ニッケル等の粒子や、これらの合金であるフェライトや酸化物の粒子やウィスカーといったもの、あるいはカーボンブラック等の導電性粒子を接着剤中に混合し、分散させて導電層とすることもできる。
【０１２８】
次に、上記構成の本適用例１に係る画像形成装置の動作について説明する。感光ドラム５１は図２０中に示す矢印の向きに回転し、帯電装置５４によってほぼ一様に帯電された後、レーザースキャナ５２から原稿のイエロー画像信号に従ってパルス幅変調されたレーザー光が照射される。これにより、感光ドラム５１上にイエロー画像に相当する静電潜像が形成される。このイエロー画像用の静電潜像は、回転式現像装置５５により予め現像位置に定置されたイエロー用現像器５５Ｙによって現像され、感光ドラム５１上にイエロートナー像が形成される。
【０１２９】
このイエロートナー像は、感光ドラム５１と中間転写体５６との当接部である一次転写部Ｘにおいて、一次転写ローラ５７の作用により中間転写体５６上に静電的に転写される。この中間転写体５６は、感光ドラム５１と同期して周回移動しており、表面にイエロートナー像を保持したまま周回移動を継続し、次の色のマゼンタ像の転写に備える。
【０１３０】
一方、感光ドラム５１は、クリーニング装置５８によって表面を清掃された後、再び帯電装置５４によりほぼ一様に帯電され、次のマゼンタの画像信号に従ってレーザースキャナ５２からレーザー光が照射される。回転式現像装置５５は、感光ドラム５１上にマゼンタ用の静電潜像が形成される間に回転し、マゼンタ用現像器５５Ｍを現像位置に定置してマゼンタトナーによる現像を行う。このようにして形成されたマゼンタトナー像は一次転写部Ｘで中間転写体５６上に静電的に転写される。
【０１３１】
以降引き続き、上述のプロセスがそれぞれシアンおよびブラックに対して行われ、中間転写体５６上へ４色分の転写が終了したとき、もしくは最終色のブラックの転写途中において、給紙ユニット６３内に収容される記録媒体（用紙）が給紙ローラ６４により給紙され、レジストローラ６５および記録媒体ガイド６６を経由して中間転写体５６の二次転写部Ｙに搬送される。
【０１３２】
一方、中間転写体５６上に転写された４色分のトナー像は、二次転写部Ｙの上流側で、電磁誘導加熱装置６７と対向する加熱領域Ａを通過する。加熱領域Ａでは、図２２において、制御装置７３から電磁誘導コイル７２に交流電流が供給されており、中間転写体５６の導電層５６Ｂが電磁誘導加熱によって発熱する。これにより、導電層５６Ｂは急激に加熱され、この熱は時間経過とともに表層に伝達され、二次転写部Ｙに到達するときには中間転写体５６上のトナーが溶融した状態となる。
【０１３３】
中間転写体５６上で溶融したトナー像は、二次転写部Ｙで記録媒体の搬送に合わせて圧接される加圧ローラ６２の圧力により、記録媒体と密着される。加熱領域Ａでは中間転写体５６は局所的に表面近傍だけが加熱されており、溶融したトナーは室温の記録媒体と接触して急激に冷却される。つまり、溶融したトナーは一次転写部Ｙのニップを通過するときに、トナーが持っている熱エネルギーと圧接力とで瞬時に記録媒体に浸透して転写定着される。
【０１３４】
そして、転写定着された記録媒体は、トナーおよび表面近傍だけ加熱された中間転写体５６の熱を奪いながらニップ出口に向かって搬送される。このとき、ニップ幅および記録媒体の移動速度が適切に設定されていることにより、ニップ出口でのトナーの温度は軟化点温度よりも低くなる。このため、トナーの凝集力が大きくなり、トナー像はオフセットを生じることなく、そのままほぼ完全に記録媒体上に転写定着される。その後、トナー像が転写定着された記録媒体は、排出ローラ６９を通って排出用トレイ７０上に排紙され、フルカラーの画像形成が終了する。
【０１３５】
本適用例１に係る画像形成装置では、電磁誘導加熱装置６７と対向する加熱領域Ａにおいて、電磁波を吸収する中間転写体５６の導電層５６Ｂ（図２１参照）の近傍だけが加熱され、転写定着領域Ｂにおいては、加熱領域Ａで加熱溶融したトナーが室温の記録媒体と加圧接触することによって転写と同時に定着される。中間転写体５６はごく表面が加熱されているだけなので、中間転写体５６の温度は転写定着直後に急激に低下する。このため、装置内での熱の蓄積は極めて少なくなる。
【０１３６】
以上のことから、本適用例１に係る画像形成装置では、具体的に次に示すような利点がある。電磁誘導加熱装置６７により中間転写体５６の表面近傍を直接加熱するので、中間転写体５６の基層５６Ａの熱伝導率、熱容量に左右されずに、急速に加熱することができる。また、中間転写体５６の厚さに依存しないので、高速化のために中間転写体５６の剛性を上げる必要がある場合、中間転写体５６の基層（基材）５６Ａを厚くしてもトナーを迅速に定着温度にまで加熱できる。
【０１３７】
中間転写体５６の基層５６Ａは低熱伝導性の樹脂のため断熱性が良く、連続プリントを行っても熱のロスが少ない。また、画像の存在しない領域、例えば連続して送られる記録媒体の間の非画像部が加熱領域Ａを通過する場合などは、制御装置７３を制御することにより、無駄な加熱を停止することも可能であり、これらのことと相俟ってエネルギー効率が非常に高くなる。そして、熱効率が向上した分、装置内の昇温も抑えられて、感光ドラム５１の特性変化やクリーニング装置５８へのトナーの固着等も防止できる。
【０１３８】
なお、本適用例１に係る画像形成装置では、４色のトナー像がすべて中間転写体５６上に転写された後に電磁誘導加熱装置６７によりトナー像を加熱溶融する構成の場合を例に採って示したが、各トナー像が一色ずつ一次転写された後に加熱溶融し、中間転写体５６上にトナーの仮定着を行っても良い。このような方式により、一次転写後に、４色の重ね合わされたトナー像が乱れるのを防止できるとともに、画像のレジストや倍率を精度良く合わせることができるといった利点がある。
【０１３９】
また、本適用例１に係る画像形成装置では、一次転写部Ｘにおける転写方法として、絶縁性の誘電層を有するバイアス印加ローラを用い、トナー像を静電的に中間転写体５６上に転写する静電転写方法を用いたが、弾性を有する耐熱性の中間転写体を用い、当該中間転写体の内側から一次転写ローラ５７を感光ドラム５１に押圧し、トナー像を中間転写体上に転写する粘着転写等を用いても良い。その際に、転写後の感光ドラム５１上に若干トナーが残留するので、除電装置およびクリーニング装置により残留トナーを除電、クリーニングする必要がある。
【０１４０】
［適用例２］
図２３は、本発明の適用例２に係る画像形成装置を示す概略構成図である。本適用例２では、ドラム状の中間転写体を採用した電子写真方式の画像形成装置に適用した場合を例に採っている。本適用例２に係る画像形成装置は、適用例１に係る画像形成装置と同様に、感光ドラム８１、帯電装置８２、レーザースキャナ８３、回転式現像装置８４、クリーニング装置８５、露光ランプ８６、加圧ローラ８７、給紙ユニット８８、給紙ローラ８９、レジストローラ９０、記録媒体ガイド９１等を有しているが、図２０に示すベルト状の中間転写体５６に代えて、ロール状の中間転写体９２を備えた構成となっている。
【０１４１】
発熱部材となる定着ローラである中間転写体９２は、図２４に示すように、多孔質セラミックスからなる断熱性の基材ロール９２Ａの上に、厚さ５μｍのニッケルメッキ層を積層した導電層９２Ｂと、さらにその上に厚さ３０μｍのシリコーンゴムを被覆した離型層９２Ｃと、最も上層となる厚さ２０μｍのポリイミド製の耐熱性樹脂層９２Ｄとからなる４層で構成されている。
【０１４２】
本装置内にはさらに、中間転写体９２のトナー像搬送方向における二次転写部Ｙの上流側に、中間転写体９２の外周面と近接対向するように電磁誘導加熱装置９３が設けられている。電磁誘導加熱装置９３は、図２２の原理説明図の場合と同様に、電磁誘導コイルに制御装置から交流電流を流すことで、中間転写体９２の導電層９２Ｂを電磁誘導加熱により発熱させるものである。この電磁誘導加熱装置９３として、先述した第１〜第４実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置を用いた電磁誘導加熱装置が搭載される。
【０１４３】
なお、上述した構成以外の構成および動作については、基本的に、図２０に示す適用例１に係る画像形成装置と同じである。
【０１４４】
［適用例３］
図２５は、本発明の適用例３に係る画像形成装置の要部を示す概略構成図である。本適用例３では、ドラム状の中間転写体を採用したインク溶融型インクジェット方式の画像形成装置に適用した場合を例に採っている。
【０１４５】
本適用例３に係る画像形成装置は、少なくともインクジェットヘッド１０１、ドラム状の中間転写体１０２、加圧ローラ１０３、離型剤供給部材１０４および電磁誘導加熱装置１０５を具備する構成となっている。電磁誘導加熱装置１０５は、中間転写体１０２のインク像搬送方向における加圧ローラ１０３との対向位置の上流側に、中間転写体１０２の内周面と近接対向するように設けられ、中間転写体１０２上のインク像を加熱する。
【０１４６】
ここで、離型剤供給部材１０４は必ずしも必須の部材ではなく、中間転写体１０２の表面離型層が十分な離型性を発揮する場合は不要である。ただし、中間転写体１０２に離型剤を供給することにより、中間転写体自身には特に離型層を設ける必要がなくなるという効果を奏することから、離型剤供給部材１０４を設けた方が好ましい。
【０１４７】
次に、上記構成のインク溶融型インクジェット方式の画像形成装置における画像形成の工程について説明する。
【０１４８】
図２５は、インクジェットヘッド１０１によるインク噴射に先立って、中間転写体１０２の表面に離型剤供給部材１０４が接触して離型剤を供給する工程を示している。離型剤の供給終了後、離型剤供給部材１０４は中間転写体１０２から離間する。
【０１４９】
図２６は、インクジェットヘッド１０１によって中間転写体１０２上にインク像を形成する工程を示している。インクの融点よりも十分に高い温度に保たれたインクジェットヘッド内でインクは５〜２０ｍＰａ・ｓ程度の粘度を有する液体インクになっている。
【０１５０】
図２７は、記録媒体の搬送と同期して加圧ローラ１０３が中間転写体１０２に押圧接触し、中間転写体１０２上のインク像を記録媒体に転写定着する工程を示している。この転写定着工程で電磁誘導加熱装置１０５が稼動し、中間転写体１０２の発熱部に渦電流を発生させて中間転写体１０２上のインク像を所定の温度に昇温する。
【０１５１】
インク溶融型インクジェット方式に用いられるインクは、融点が８０〜１００度程度であり転写定着の際は、融点よりも低い温度に設定される。これは、ＷＡＸを主体とするインクが融点を過ぎると急激に低粘度化するという挙動に起因する。粘度が下がりすぎると、インク−中間転写体間の付着力およびインク−記録媒体間の付着力よりもインクの内部凝集力が小さくなり、中間転写体１０２から記録媒体ヘインクを１００％転写するのが困難になる。
【０１５２】
融点以下のインクを良好に記録媒体に転写するためには、加圧ローラ１０３により印加される応力が重要であり、所定の応力下においてはインクが所望の粘弾性を示し、記録媒体への鮮明な転写定着が可能である。現状では、Ａ４サイズの記録媒体に対し、総荷重で８０〜４００ｋｇｆ程度印加しており、電子写真方式の画像形成装置に適用される転写定着装置や定着装置よりも高荷重である。
【０１５３】
［適用例４］
図２８は、本発明の適用例４に係る画像形成装置の要部を示す概略構成図である。本適用例４では、ベルト状の中間転写体を採用したインク溶融型インクジェット方式の画像形成装置に適用した場合を例に採っている。
【０１５４】
本適用例４に係る画像形成装置は、少なくともインクジェットヘッド１１１、ベルト状の中間転写体１１２、加圧ローラ１１３、プラテンローラ１１４、テンションローラ１１５、離型剤供給部材１１６および電磁誘導加熱装置１１７を具備する構成となっている。電磁誘導加熱装置１１７は、中間転写体１１２の周回方向における加圧ローラ１１３との対向位置の上流側に設けられ、中間転写体１１２の背面側からインク像を加熱する。
【０１５５】
上記構成のインク溶融型インクジェット方式の画像形成装置において、インクジェットヘッド１１１でのインクの噴射は、通常、圧電素子を用いた加圧によって行われるが、静電気力や磁気力を利用した加圧方法も適用可能である。また、インクジェットヘッド１１１に電極を設けて中間転写体１１２との間の電界強度を制御することにより、インクに静電吸引力を作用させて噴射することも可能である。画像情報に応じて圧電素子等の噴射手段を制御するいわゆるオンデマンド方式でも良いし、連続的にインクを加圧する手段と飛翔制御手段を組み合わせたいわゆる連続流方式でも良い。
【０１５６】
中間転写体１１２については、先述した電子写真方式の画像形成装置で説明したものと同じものを好適に使用できる。さらに、後述する離型剤との組み合わせにより、電子写真方式の実施の形態で説明したもの以外の材料、構成も適用可能である。すなわち、インクの離型機能を離型剤に負わせる場合は、中間転写体１１２には離型層は必ずしも必要ではない。
【０１５７】
前述したように、インク溶融型インクジェット方式での転写定着には、電子写真方式よりも高荷重を印加するケースが一般的なので、中間転写体に機械的強度や硬度を付与する構成として表面層を金属層やセラミック層にすることが可能である。特に、離型剤との親和性を確保しやすい材料として、陽極酸化アルミニウムやニッケルが好適である。さらに、中間転写体の構成が簡易になり低価格化、高信頼化が可能になるという長所を有する。
【０１５８】
加圧ローラ１１３についても、電子写真方式と同じ材料、構成のものが好適ある。図２８において、加圧ローラ１１３が転写定着工程以外のときに中間転写体１１２と離間しているのは、中間転写体１１２上に画像を形成するのに中間転写体１１２を複数回回転させる場合には必須の構成となる。形成する画像に対してインクジェットヘッド１１１が備えるインク噴射素子が少ない場合や、カラー印字を行う際に各色の形成を順番に行う場合などに相当する。
【０１５９】
最後に、離型剤供給部材１１６については、適用例３の場合と同様に、本適用例４に係る画像形成装置として必須の構成ではないが、離型機能を中間転写体１１２から分離することにより前述の効果を発揮することになる。通常は、中間転写体１１２に対して離間配置され、画像形成時にインクジェットヘッド１１１のインク噴射に先立って中間転写体１１２に接触して離型剤を供給する。
【０１６０】
離型剤供給部材１１６の形状については、ローラ形状で中間転写体１１２と従動させても良いし、中間転写体１１２とは独立に回転させても良い。パッド形状あるいはウィック形状で中間転写体１１２が摺動する構成でも良い。製法については、延伸、圧延、発泡などで作製した樹脂製の多孔体が望ましい。具体例としては、延伸、圧延で作製したフッ素樹脂多孔体やポリオレフィン樹脂多孔体、発泡により連続気泡を有するように作製したポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリスチレンフォームなどのいわゆるフォーム類や発泡ゴム類が挙げられる。
【０１６１】
離型剤としては、下記有機溶媒やオイル類が好適に使用できる。オクタン、ノナン、テトラデカン、ドデカン、オレイン酸リノール酸、ｎ−デカノール、ジメチルブタノール、フタル酸ジブチル、マレイン酸ジブチル、植物油、鉱物油、シリコーンオイル、フッ素オイルなどである。これらは単独で用いても、あるいは均一に混合し得るものであれば、複数種を混合して用いても良い。また、複数の材料を混合して粘度や表面張力を好ましい範囲に調整して使用しても良い。中でも、上記各項目の特性に優れるシリコーンオイルを主成分とする離型剤が好ましい。
【０１６２】
中間転写体１１２の表面に薄く液膜を形成するために表面張力が小さいことが望ましく、具体的には３０ｍＮ／ｍ以下であることが望ましい。中間転写体１１２に過剰供給するのを防止するために、離型剤供給部材１１６よりも下流側で中間転写体１１２に接触させて、過剰な離型剤を回収する規制部材を設けるようにしても良い。
【０１６３】
なお、上述した適用例１〜適用例２では、いずれも画像形成装置に適用した場合を例に採ったが、画像形成装置への適用に限らず、電子炊飯器や電磁調理器など、電磁誘導加熱装置を搭載する装置全般に適用可能である。
【０１６４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、直列共振回路を駆動する駆動回路として、互いに導電型が異なる一対のトランジスタを接続し、該一対のトランジスタの入力を共通とした相補対称型のトランジスタ電流増幅回路を含む回路を用いたことにより、当該駆動回路が直列共振回路をスイッチング動作ではなく、電流増幅動作で直列共振回路の駆動を行うことになり、一対のトランジスタが共に低インピーダンスを示し、直列共振回路からの還流電流を利用できるため、効率の良い駆動を実現できる。さらに、駆動回路の入力容量と共に並列共振回路を形成する前置駆動回路を設けたことにより、駆動回路の入力の容量が大きくてもその駆動が可能となり、駆動回路がその入力信号の極性に関係なく常に直列共振回路を低インピーダンスで駆動することによって高効率での駆動を実現できるため、コストおよび消費電力を大幅に低減できる。しかも、直列共振回路方式を採っているため、電磁誘導コイルの巻数や形状を自由に設計できるメリットもある。
【０１６６】
請求項２に係る発明によれば、駆動回路を正もしくは負の単電源で動作させるようにしたことにより、入力された正弦波の入力波形が駆動回路内で半波整流されて半波の波形となり、この片側だけの極性の信号であっても、直列共振回路の正側、負側共に低インピーダンスであれば、直列共振のフライホイール効果により、両側極性の電流が流れるため、両側極性の入力信号を正負の電源で駆動する場合の１／２の投入電力で発熱量を同じにすることができる。したがって、さらなる低消費電力化が可能となる。
【０１６７】
請求項３に係る発明によれば、駆動回路を正弦波の信号で駆動するようにしたことにより、駆動回路ではスイッチング動作ではなく、電流増幅動作が行われるため、高調波ノイズの発生を抑えることができる。
【０１６８】
請求項４に係る発明によれば、前置駆動回路によって駆動系の帯域の広帯域化を図るようにしたことにより、駆動周波数を変更してもそれに追随可能となり、直列共振回路の共振周波数が変化したとしても、その変化した共振周波数に対して駆動周波数を広い範囲で合わせることが可能となるため、常に、最大効率の値に対して共振コンデンサの容量値を調整することなく利用できるようにすることが可能となる。
【０１６９】
請求項７に係る発明によれば、駆動回路に対して正弦波の信号を間歇的に供給するようにしたことにより、直列共振回路の残留電流振動を利用できるため、直列共振回路に対して正弦波の信号を連続的に供給した場合とほぼ同様の駆動を実現できるとともに、駆動回路が間歇的に動作を停止する分だけ消費電力のさらなる低減が可能となる。
【０１７０】
請求項６に係る発明によれば、駆動回路に供給する正弦波の信号の振幅を制御するようにしたことにより、駆動回路の出力電力、ひいては発熱量を制御できるため、発熱量を任意に設定することが可能になる。
【０１７１】
請求項７に係る発明によれば、前置駆動回路に供給する信号の周波数を任意に設定可能な構成としたことにより、直列共振回路の共振周波数が経年変化や素子のばらつき等によって変化しても、その変化した共振周波数に対して駆動周波数を簡単に合わせることができるため、常に最大効率での駆動を実現できる。
【０１７２】
請求項８に係る発明によれば、電圧制御発振器に対してその制御電圧として三角波信号を与え、電圧制御発振器の発振周波数、即ち駆動回路の駆動周波数を、直列共振回路の共振周波数に対して数パーセント低い周波数から高い周波数へ、またはその逆に直線的に周波数変調し、これを繰り返す操作を行うようにしたことにより、電磁誘導コイルから発生する電波のスペクトルが広がり、電波のピークレベルが下がるため、高調波ノイズの発生を抑えることができる。
【０１７３】
請求項９に係る発明によれば、電源からの駆動電流波形を時間的に平均化して駆動回路に供給する電流平均化回路をさらに備える構成としたことにより、供給電源の低電圧性を緩和できることから、供給電源として高価な電源を用いなくて済むため、装置のさらなる低コスト化が可能となる。
【０１７４】
請求項１０に係る発明によれば、直列共振回路を駆動する駆動回路として、相補対称型のトランジスタ電流増幅回路を含む回路を用いるとともに、電源からの駆動電流波形を時間的に平均化して駆動回路に供給する電流平均化回路を設けたことにより、高効率での駆動を実現できるため、コストおよび消費電力を大幅に低減できるとともに、供給電源として高価な電源を用いなくて済むため、装置のさらなる低コスト化が可能となる。
【０１７５】
請求項１１に係る発明によれば、電流平均化回路を構成する充電回路を複数化し、それらの出力電圧に基づいていずれか一つの出力電圧を選択する操作を繰り返すようにしたことにより、電源から駆動回路に供給する平均化電流を抑制できるため、装置のさらなる低消費電力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  駆動回路および前置駆動回路の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。
【図３】  駆動回路に入力される正弦波の信号を示す波形図である。
【図４】  バイポーラトランジスタを用いた場合の駆動回路の構成を示す回路図である。
【図５】  単電源の場合の駆動回路の構成を示す回路図である。
【図６】  単電源の場合の駆動回路の出力波形（半波）Ａと直列共振回路に流れる信号波形Ｂを示す波形図である。
【図７】  変形例１に係る前置駆動回路の構成を示す回路図である。
【図８】  間歇的に入力する全波波形を示す波形図である。
【図９】  間歇的に入力する半波波形を示す波形図である。
【図１０】  変形例２に係る前置駆動回路の構成を示す回路図である。
【図１１】  本発明の第２実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】  電流平均化回路の具体的な構成の一例を示す回路図である。
【図１３】  単電源化した場合における平均化電流のシミュレーション結果を示す波形図である。
【図１４】  充電回路を複数化した場合の電流平均化回路の構成の一例を示す回路図である。
【図１５】  本発明の第３実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】  本発明の第４実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】  可変周波数発振器として電圧制御発振器を用いた場合の構成を示すブロック図である。
【図１８】  制御電圧発生部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１９】  本発明の第１〜第４実施形態に係る電磁誘導加熱用制御装置を用いた電磁誘導加熱装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２０】  本発明の適用例１に係る電子写真方式の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２１】  適用例１に係る画像形成装置における中間転写体の構造を示す概略断面図である。
【図２２】  電磁誘導加熱装置による中間転写体の加熱原理を示す説明図である。
【図２３】  本発明の適用例２に係る電子写真方式の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２４】  適用例２に係る画像形成装置における中間転写体の構造を示す概略断面図である。
【図２５】  本発明の適用例３に係るインク溶融型インクジェット方式の画像形成装置の要部を示す概略構成図である。
【図２６】  適用例３に係る画像形成装置における画像形成工程を示す図である。
【図２７】  適用例３に係る画像形成装置における転写定着工程を示す図である。
【図２８】  本発明の適用例４に係るインク溶融型インクジェット方式の画像形成装置の要部を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１１…直列共振回路、１２…駆動回路、１３，１３Ａ，１３Ｂ…前置駆動回路、１５…並列共振回路、１６…発振制御部、１８…電圧振幅制御部、２１…電流平均化回路、２２，２２Ａ，２２Ｂ，２３…充電回路、３１…可変周波数発振器、３２…周波数制御部、３３…電圧制御発振器、３４…制御電圧発生部、３５…三角波発生回路、３６…繰り返し周波数制御回路、４１…被加熱体、５６，９２，１０２，１１２…中間転写体、６７，９３，１０５，１１７…電磁誘導加熱装置、７２，Ｌ１１…電磁誘導コイル（励磁コイル）
【図１】
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【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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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