(57)【要約】      （修正有）【課題】励磁手段としての励磁コイルに巻きムラがあっても画像加熱における温度ムラによる画像ムラを抑制できる誘導加熱ユニットおよびこれを用いた画像加熱装置を提供する。【解決手段】筒状で長手方向に長い加熱回転体１と、前記加熱回転体１の中空部で前記長手方向に交番磁界を発生させる、少なくとも励磁コイルを備えた励磁手段と、を有する誘導加熱ユニットであって、前記加熱回転体１は、前記励磁手段により起電力を発生し、前記長手方向に直交する断面内で周回方向の位相が異なる複数の導電性螺旋部と、前記導電性螺旋部１ｄの少なくとも一つに対し、前記加熱回転体１の長手方向の両端部のみを短絡する導電性短絡部１ｂと、を有する。【選択図】図５
2020024311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状で長手方向に長い加熱回転体と、
前記加熱回転体の中空部で前記長手方向に交番磁界を発生させる、少なくとも励磁コイルを備えた励磁手段と、
を有する誘導加熱ユニットであって、
前記加熱回転体は、
前記励磁手段により起電力を発生し、前記長手方向に直交する断面内で周回方向の位相が異なる複数の導電性螺旋部と、
前記導電性螺旋部の少なくとも一つに対し、前記加熱回転体の長手方向の両端部のみを短絡する導電性短絡部と、
を有することを特徴とする誘導加熱ユニット。
【請求項２】
前記導電性短絡部は、前記長手方向に伸びた直線形状部として設けられることを特徴する請求項１に記載の誘導加熱ユニット。
【請求項３】
前記導電性短絡部は、前記長手方向に巻かれた螺旋形状部として設けられることを特徴する請求項１に記載の誘導加熱ユニット。
【請求項４】
前記導電性短絡部は、前記長手方向に伸びた円筒形状部として設けられることを特徴する請求項１に記載の誘導加熱ユニット。
【請求項５】
前記励磁手段は、前記励磁コイルに交番電圧を印加する高周波インバータと、前記高周波インバータを制御する制御回路を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の誘導加熱ユニット。
【請求項６】
前記励磁手段は、前記励磁コイルの内部に励磁コアを備えることを特徴とする請求項５に記載の誘導加熱ユニット。
【請求項７】
前記高周波インバータが電流共振回路を有することを特徴とする請求項５または６に記載の誘導加熱ユニット。
【請求項８】
前記高周波インバータが電圧共振回路を有することを特徴とする請求項５または６に記載の誘導加熱ユニット。
【請求項９】
前記加熱回転体はフィルムで構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の誘導加熱ユニット。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の誘導加熱ユニットと、
前記加熱回転体に対向し、前記加熱回転体と共にトナー画像を担持した記録材を挟持搬送するニップ部を形成する対向体と、
を有することを特徴とする画像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導加熱方式の誘導加熱ユニット及びこれを用いた画像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電磁誘導加熱方式の画像加熱装置として、筒状の加熱回転体の内部に励磁コイルと磁性コアを配置し、加熱回転体の回転軸方向に交番磁界を発生させ、加熱回転体の周回方向に発生する電流によって加熱回転体を発熱させるものがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２６２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１においては、励磁コイルの巻きムラに起因して隙間が生じると、加熱回転体の回転軸方向に磁束密度ムラができる。これにより、加熱回転体に温度ムラが生じ、その結果、画像ムラを引き起こす場合が考えられ、これへの対処が期待されていた。
【０００５】
本発明の目的は、励磁手段としての励磁コイルに巻きムラがあっても画像加熱における温度ムラによる画像ムラを抑制できる誘導加熱ユニットおよびこれを用いた画像加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る誘導加熱ユニットは、筒状で長手方向に長い加熱回転体と、前記加熱回転体の中空部で前記長手方向に交番磁界を発生させる、少なくとも励磁コイルを備えた励磁手段と、を有する誘導加熱ユニットであって、前記加熱回転体は、前記励磁手段により起電力を発生し、前記長手方向に直交する断面内で周回方向の位相が異なる複数の導電性螺旋部と、前記導電性螺旋部の少なくとも一つに対し、前記加熱回転体の長手方向の両端部のみを短絡する導電性短絡部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る画像加熱装置は、上記誘導加熱ユニットを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、励磁手段としての励磁コイルに巻きムラがあっても画像加熱における温度ムラによる画像ムラを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る画像加熱装置としての定着装置を搭載した画像形成装置の概略構成図
【図２】第１の実施形態の定着装置の要部の横断側面模型図
【図３】第１の実施形態の定着装置の要部の正面模型図
【図４】第１の実施形態の定着装置の加熱部の斜視図
【図５】第１の実施形態の定着フィルム１の断面図および斜視図
【図６】第１の実施形態の定着フィルム１の斜視図（第１の導電層が複数の直線形状部）
【図７】第１の実施形態の定着フィルム１の斜視図（第１の導電層が複数の螺旋形状部）
【図８】第１の実施形態の定着フィルム１の発熱原理を説明する図
【図９】第１の実施形態の励磁コイル３に巻きムラがある（隙間が生じる）場合の定着フィルム１の発熱原理を説明する図
【図１０】第１の実施形態の加熱部の磁性コア２と励磁コイル３の斜視図
【図１１】第１の実施形態の高周波インバータの概略構成回路図
【図１２】第２の実施形態の定着フィルム１の断面図および斜視図
【図１３】第３の実施形態の定着フィルム１の断面図および斜視図
【図１４】第４の実施形態の定着装置の加熱部の斜視図
【図１５】第４の実施形態の定着フィルム１の発熱原理を説明する図
【図１６】第４の実施形態の高周波インバータの概略構成回路図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１１】
《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図１は、本発明の実施形態に係る画像加熱装置としての定着装置を搭載した画像形成装置の概略構成図である。画像形成装置１００は、記録材である記録紙Ｐを収納する給紙部である給紙カセット１０１を備えており、記録紙Pの有無を検知する紙有無検知センサ１０２と、記録紙Pの大きさを検知する紙サイズ検知センサ１０３を有する。給紙カセット１０１に積載された記録紙Ｐを繰り出す為に、ピックアップローラ１０４が備えられる。
【００１２】
更に、ピックアップローラ１０４によって繰り出された記録紙Ｐを搬送する給紙ローラ１０５と、給紙ローラ１０５に対向して配置され、記録紙Ｐを１枚だけ給紙できるようにリタードローラ１０６が設けられている。
【００１３】
その後、記録紙Ｐは、レジストローラ１０７によって所定のタイミングでプロセスカートリッジ１０８へ搬送される。プロセスカートリッジ１０８は、帯電手段１０９、現像手段としての現像ローラ１１０、クリーニング手段であるクリーナ１１１、および電子写真感光体である感光体ドラム１１２で一体的に構成されている。そして、レーザ素子１１４、ポリゴンモータ１１５、折り返しミラー１１６等から構成されるスキャナユニット１１３と共に画像形成部を構成し、公知である電子写真プロセスの一連の処理によって未定着トナー像が記録紙P上に形成される。
【００１４】
トナー像が転写された記録紙Ｐは、誘導加熱方式の画像加熱装置としての定着装置１１８に搬送されると記録紙Ｐは加熱加圧処理され、記録紙P上の未定着トナー像が記録紙Ｐに定着される。記録紙Ｐは、更に排紙部である中間排紙ローラ１１９、排紙ローラ１２０によって画像形成装置１００の外に排出され、一連のプリント動作を終える。
【００１５】
（誘導加熱ユニットおよび画像加熱装置）
本実施形態における画像加熱装置としての定着装置１１８（図１）は、電磁誘導加熱方式の装置であり、定着フィルムを備えた誘導加熱ユニットと、加圧部材としての加圧ローラを備える。図２は定着装置１１８の要部の横断側面模型図、図３は要部の正面模型図、図４は加熱部の斜視図である。ここで、定着装置１１８を構成する定着部材に関し、長手方向とは、記録材の搬送方向および記録材の厚さ方向に直交する方向である。
【００１６】
長手方向に直交する断面として、図２において、筒状の加熱回転体としての定着フィルム１と、これに対向し定着フィルム１と共にトナー画像を担持した記録材Ｐを挟持搬送する定着ニップ部（以下、ニップ部）Ｎを形成する対向体としての加圧回転体を備える。
【００１７】
加圧回転体としての加圧ローラ８は、芯金８ａと、芯金８ａの外側で同心一体のローラ状に成形被覆させた弾性材層８ｂと、その外側の表層としての離型層８ｃを設けてある。弾性層８ｂは、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性がよく、熱伝導率がよい材質が好ましい。離型層８ｃはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択することができる。
【００１８】
芯金８ａの長手方向の両端部は、定着装置の不図示のシャーシ側の板金間に、軸受けを介して回転自由に保持させて配設してある。そして、図３において、加圧用の剛性ステイ（以下、ステイ）５の長手方向の両端部と、装置シャーシ側のバネ受け部材１８ａ、１８ｂとの間に、それぞれ加圧バネ１７ａ、１７ｂを縮設する。これにより、ステイ５に、押し下げ力を作用させている。なお、本実施形態の定着装置１１８では、総圧約１００Ｎ〜２５０Ｎ（約１０ｋｇｆ〜約２５ｋｇｆ）の押圧力を与えている。
【００１９】
これにより、図２において、耐熱性を有するＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等で構成されたフィルムガイド部材６の下面と、加圧ローラ８の上面とが、加熱回転体である定着フィルム１を挟んで圧接し、所定幅のニップ部Ｎが形成されている。
【００２０】
加圧ローラ８は駆動手段Ｍにより矢示の反時計方向に回転駆動し、定着フィルム１の外面との摩擦力で定着フィルム１に回転力が作用される。そして、定着フィルム１の内面がニップ部Ｎにおいて、摺動部材７の下面に密着し、摺動しながら矢印の時計方向に回動（従動）する。具体的には、加圧ローラ８の回転周速度にほぼ対応した周速度をもって、フィルムガイド６および定着フィルムフランジ１２ａ、１２ｂ（図３）の軌跡にそって回転状態となる。
【００２１】
この場合、ニップ部Ｎにおける摺動部材７の下面と定着フィルム１の内面との相互摺動摩擦力を低減化させるために、ニップ部Ｎの摺動部材７の下面と定着フィルム１の内面との間に耐熱性グリスなどの潤滑剤を介在させることができる。
【００２２】
フランジ部材１２ａ・１２ｂは、フィルムガイド６の長手方向における左右両端部に外嵌し、規制部材１３ａ・１３ｂで固定しつつ回転自在に取り付けられる。そして、定着フィルム１の回転時に、定着フィルム１の長手方向の端部を受けることで、定着フィルム１の長手方向に沿う寄り移動を規制する役目をする。
【００２３】
加熱部の構成に関し、図４に示すように、定着フィルム１の内部（中空部）で、定着フィルム１の回転軸線方向（長手方向）に磁性コア２が挿通されている。そして、その磁性コア２の周囲に励磁コイル３が巻き回されている。また、定着フィルム１の表面温度を検知するために、温度検知素子９が設けられている。温度検知素子９の信号は、制御回路１０入力される。制御回路１０は、温度検知素子９によって検知した温度を基に、高周波インバータ１１（図４）を制御する。高周波インバータ１１は、制御回路１０の制御信号に基づいた周波数・振幅の高周波電流を給電接点３ａ、３ｂを介して励磁コイル３に給電する。
【００２４】
これにより、定着フィルム１は、電磁誘導加熱されて表面の温度が所定の目標温度（約１５０℃〜２００℃）に維持・調整される。ここで、磁性コア２の材質は、約１５０℃〜２００℃付近の飽和磁束密度が高く、ヒステリシス損が小さく、比透磁率の高い材料で形成されることが望ましい。例えば焼成フェライト、フェライト樹脂、非晶質合金（アモルファス合金）、やパーマロイ等の高透磁率の酸化物や合金材質で構成される強磁性体である。
【００２５】
（定着フィルムの構成）
図５（ａ）乃至（ｅ）は、定着フィルム１の断面図および斜視図である。定着フィルム１は、絶縁性部材でできた基層１ａ（図５（ｂ））と、長手方向に伸びた複数本の直線形状部（図５（ｄ））としての第１の導電層１ｂ（基層１ａの外面に形成）を備える。更に、第１の導電層１ｂの外面に積層した絶縁層１ｃと、その外面に螺旋状に形成された第２の導電層１ｄを備える。更に、第２の導電層１ｄの外面に積層した弾性層１ｅと、その外面に積層した離型層１ｆを備える。
【００２６】
ここで、第２の導電層１ｄは、図５（ｃ）に示すように、励磁コイル３および磁性コア２により誘導起電力を発生し、長手方向に直交する断面内で周回方向の位相が異なる複数の導電性螺旋部として設けられている。
【００２７】
また、第１の導電層１ｂの少なくとも一つは、定着フィルム１の長手方向の両端部で、第２の導電層１ｄと接続部１ｇで電気的に接続（短絡）する導電性短絡部として機能する。図５（ｄ）で、第１の導電層１ｂは絶縁層１ｃよりも長手方向の両端部側に伸びていて、第１の導電層１ｂと第２の導電層１ｄは絶縁層１ｃを介さずに電気的に接続（短絡）する。
【００２８】
以下に、この定着フィルム１のより詳細な構成と製造方法を説明する。先ず、基層１ａは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ等の絶縁性耐熱樹脂から作成され、厚さ３０μｍ〜１００μｍの筒形状に成型する。本実施形態では、ポリイミド樹脂で内径３０ｍｍ、長手方向の長さ２４０ｍｍ、厚み６０μｍの円筒状に成型することにより、基層１ａを製造した。
【００２９】
次に、図５（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）に示した第１の導電層１ｂと第２の導電層１ｄの斜視図を用いて説明する。図５（ｅ）は、第１の導電層１ｂと長手方向の両端部の接続部１ｇで電気的に接続する第２の導電層１ｄの１つを太線で示した図である。図５（ｄ）に示す第１の導電層１ｂは、鉄、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、タングステン、およびこれらを含むリン青銅、ＳＵＳ３０４、ニクロム等の合金から成る導電箔帯を基層１ａに平行に等間隔で複数配置することによって作成される。
【００３０】
さらに、絶縁層１ｃは、基層１ａと同様の絶縁性耐熱樹脂のフィルムを第１の導電層１ｂの長手方向の両端部を残して他の部分を覆うように配置することによって形成される。
【００３１】
定着フィルム１において、螺旋状に形成された第２の導電層１ｄのうちの１本（図５（ｅ）の太い実線）は、長手方向に直交する断面内で、長手方向における両端部における第１の導電層１ｂのうちの１本に一致するように設けられる（図５（ｅ））。同様に、第１の導電層１ｂの他の導電層も、それぞれの長手方向における両端部の位置が、他の第１の導電層１ｂに一致するように、設けられる。これにより、第２の導電層１ｄのうちの少なくとも１本に対し、定着フィルム１の長手方向の両端部のみを短絡することができる。
【００３２】
図５（ｃ）（ｅ）に示す接続部１ｇは、位置が一致する第１の導電層１ｂと第２の導電層１ｄの両端部を溶接等で電気的に接続するように形成する。導電層の抵抗率が同程度であれば、耐熱性接着剤で接続することもできる。また、第１の導電層１ｂおよび第２の導電層１ｄは、銀等がフィラーとして含まれる導電ペーストを基層１ａに塗布して作成することもできる。この場合は、導電ペーストで作成した第１の導電層１ｂ上に導電ペーストで作成した第２の導電層１ｄを作成することで、接続部１ｇを形成することができる。
【００３３】
また、導電部材の直径（層厚み）と螺旋ピッチ間隔は、次のような理由による制約もある。導電部材の直径（層厚み）が大き過ぎると、その凹凸形状が弾性層１ｅに吸収されきれず定着フィルム１の硬度ムラとなり、その硬度ムラによる圧ムラが画像ムラとして現れることがある。よって、導電部材の層厚みとしては２００μｍ以下が好ましい。
【００３４】
一方、螺旋ピッチ間隔が大き過ぎると、第１の導電層１ｂが真下にある場合の定着フィルム１の表面温度と、第１の導電層１ｂが真下にない場合の表面温度との違いで熱ムラとなり、この場合も画像ムラとして現れることがある。よって、螺旋ピッチ間隔としては５００μｍ以下が好ましい。
【００３５】
さらに、第１の導電層１ｂが真下にある部分とない部分の段差が画質に影響する場合は、図６に示すように第１の導電層幅を広くする（円筒形状部とする）ことで、その影響を低減することができる。さらに、図５においては第１の導電層を複数の並行配線（複数の直線形状部）として説明を行ったが、図７に示すように、複数の螺旋形状部としてもよい。
【００３６】
（磁束ムラがない場合の定着フィルムの発熱原理）
図８は、磁束ムラがない場合の定着フィルム１の発熱原理を説明する図である。図８（ａ）は、励磁コイル３に高周波インバータ１１から交番電圧Ｖ１を印加した際に、発生する磁束の様子を示す図である。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）中の定着フィルム１を不図示にした図である。図８（ｃ）は、図８（ａ）中の定着フィルム１以外を不図示にした図である。
【００３７】
図８（ｂ）に示すように、高周波インバータ１１により、交番電圧Ｖ１が励磁コイル３に印加されると、磁励コイル３内の磁性コア２に第１の磁束Φ１が励磁される。図８（ｃ）に示すように、第１の磁束Φ１が発生した際に、磁励コイル３および磁性コア２を包み込む構成の定着フィルム１内には第２の磁束Φ２が発生する。交番電圧Ｖ１は時間変化するため、それに伴い第１の磁束Φ１および第２の磁束Φ２も時間変化する。
【００３８】
ここで、励磁コイル３の巻き数をＮ１。定着フィルム１の螺旋状の第２の導電層１ｄの巻き数をＮ２。定着フィルム１の螺旋状の第２の導電層１ｄの本数をＭ。磁束Φ１と磁束Φ２との結合係数をｋとすると、以下の関係式が成り立つ。
【００３９】
【数１】
2020024311.tif 000003
【００４０】
（ΔΦ１／Δｔ、ΔΦ２／Δｔ：微小時間Δｔでの磁束Φ１もしくは磁束Φ２の変化）
上式（１）乃至（３）より、以下の式（４）が導き出される。
【００４１】
【数２】
2020024311.tif 000004
【００４２】
更に、第２の導電層１ｄと第１の導電層１ｂとは、接続部１ｇで電気的に接続して閉回路を構成しており、定着フィルム１の第１の導電層１ｂの抵抗値をｒ１、第２の導電層１ｄの抵抗値をｒ２とするとき、合成抵抗はｒ１＋ｒ２となる。
【００４３】
そして、交番電圧Ｖ１の実行値をＶ１ｒｍｓ、定着フィルム１のそれぞれの螺旋状の第２の導電層１ｄに誘導起電力Ｖ２の実行値をＶ２ｒｍｓとする。このとき、第２の導電層１ｄは、第１の導電層１ｂと両端の接続部１ｇで電気的に接続して閉回路を構成しているので、定着フィルム１の１本毎の第１の導電層１ｂと第２の導電層１ｄでは以下の電力Ｐ１が消費される。
【００４４】
【数３】
2020024311.tif 000005
【００４５】
そして、定着フィルム１には前述したように、第１の導電層１ｂおよび第２の導電層１ｄはそれぞれ複数本（Ｍ本）あるため、定着フィルム１全体では以下の電力Ｐａｌlが消費される。
【００４６】
【数４】
2020024311.tif 000006
【００４７】
この電力Ｐａｌｌが、ジュール熱として定着フィルム１を発熱させる。
【００４８】
（磁束ムラがある場合の定着フィルムの発熱原理）
次に、励磁コイル３に巻きムラがある場合の、定着フィルム１の発熱原理を図９で説明する。図９（ａ）は、励磁コイル３に高周波インバータ１１から交番電圧Ｖ１を印加した際に、発生する磁束の様子を示す図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）中の定着フィルム１を不図示にした図である。図９（ｃ）は、図９（ａ）中の定着フィルム１以外を不図示にした図である。
【００４９】
図９（ｂ）に示すように、励磁コイル３の巻きムラに起因して隙間が生じるとき、高周波インバータ１１により、交番電圧Ｖ１が励磁コイル３に印加されると、磁励コイル３内の磁性コア２の左側領域に第３の磁束Φ３が励磁される。そして、上記隙間を挟んだ右側領域に第４の磁束Φ４が励磁される。そして、第３の磁束Φ３および第４の磁束Φ４が発生した際に、図９（ｃ）に示すように、磁励コイル３および磁性コア２を包み込む構成の定着フィルム１内には、第３の磁束Φ３および第４の磁束Φ４に対応した第５の磁束Φ５および第６の磁束Φ６が発生する。
【００５０】
交番電圧Ｖ１は時間変化するため、それに伴い第５の磁束Φ５および第６の磁束Φ６も時間変化する。第５の磁束Φ５が時間変化すると、ファラデーの法則により、定着フィルム１のそれぞれの螺旋状の第２の導電層１ｄの左側領域（図９（Ｃ）の領域Ａ）に誘導起電力Ｖ３が発生する。そして、定着フィルム１のそれぞれの螺旋状の第２の導電層１ｄの右側領域に第６の磁束Φ６の時間変化に伴う誘導起電力Ｖ４が発生する。
【００５１】
ここで、励磁コイル３の巻き数をＮ１，定着フィルム１の螺旋状の第２の導電層１ｄの巻き数をＮ２、領域Ａ（図９（Ｃ））の巻き数をＮ２ａとする。また、定着フィルム１の螺旋状の第２の導電層１ｄの本数をＭ、磁束Φ１と磁束Φ５との比をｋ１５、磁束Φ１と磁束Φ６との比をｋ１６とする。すると、以下の関係式が成り立つ。
【００５２】
【数５】
2020024311.tif 000007
【００５３】
（ΔΦ５／Δｔ、ΔΦ６／Δｔ：微小時間Δｔでの磁束Φ５もしくは磁束Φ６の変化）
上式（７）乃至（１１）より、以下の式（１２）、式（１３）が求まる。
【００５４】
【数６】
2020024311.tif 000008
【００５５】
そして、定着フィルム１のそれぞれの螺旋状の第２の導電層１ｄ全体の誘導起電力Ｖ２ａ’としては、以下の式（１４）のようになる。
【００５６】
【数７】
2020024311.tif 000009
【００５７】
更に、定着フィルム１の第１の導電層１ｂの抵抗値をｒ１、第２の導電層１ｄの抵抗値をｒ２、交番電圧Ｖ１の実行値をＶ１ｒｍｓ、定着フィルム１のそれぞれの螺旋状の第２の導電層１ｄに誘導起電力Ｖ２’の実行値をＶ２’ｒｍｓとする。第２の導電層１ｄは、第１の導電層１ｂと両端で接続部１ｇで電気的に接続して閉回路を構成しているので、定着フィルム１の１本毎の第１の導電層１ｂと第２の導電層１ｄでは、以下の電力Ｐ１’が消費される。
【００５８】
【数８】
2020024311.tif 000010
【００５９】
定着フィルム１には前述したように、第１の導電層１ｂおよび第２の導電層１ｄはＭ本あるため、定着フィルム１全体では以下の電力Ｐａｌｌ’が消費される。
【００６０】
【数９】
2020024311.tif 000011
【００６１】
この電力Ｐａｌｌ’は、ジュール熱として定着フィルム１を発熱する。このことは、励磁コイル３に巻きムラがある場合において、第２の導電層１ｄが第１の導電層１ｂと両端の接続部１ｇで電気的に接続した閉回路で、消費する電力は磁束ムラの影響を受ける。しかし、式（１４）に示すように、Ｖ２’はＶ１と比例関係にあることから、本実施形態の温度検知素子１０により、高周波インバータ１１が制御される系では、Ｖ１の値を調整することで励磁コイル３に巻きムラがないときの電力に容易に調整することができる。
【００６２】
また、式（６）と式（１６）より、電圧以外のパラメータが同一であることから、磁束ムラがある場合の定着フィルム１の長手方向の発熱分布は、磁束ムラがない場合と同じとなる。
【００６３】
以上説明したように、励磁コイル３に巻きムラがある場合でも、本実施形態では、励磁コイル３に巻きムラがない場合と同じ発熱分布および消費電力とすることができる。このことは、励磁コア２にギャップがある場合や破損が生じ、励磁コイル３の長手方向（軸方向）に磁束ムラが生じている場合にも、励磁コア２にギャップや破損がない場合と同じ発熱分布および消費電力とすることができることを示している。
【００６４】
更に、この磁束ムラに発熱分布が影響を受けないことは、図１０に示すような磁性コア２が分割されていたり、磁性コア２の部分の磁性コイル３の巻きを密にしたものでも発熱分布に影響なく使用することができる。
【００６５】
（高周波インバータ（交番電圧発生装置）の概要）
図１１（ａ）は、本実施形態の高周波インバータ１１の構成を説明する図である。図１１（ｂ）は、定着フィルム１、磁性コア２および磁励コイル３を等価回路に置き換えた回路図である。このような図１１により、高周波インバータ１１の構成を説明する。
【００６６】
２１は商用交流電源、２２は整流手段の一つであるダイオードブリッジ、２３、２７、３０、３１はコンデンサ、２６、３５はインダクタンス、２４、２８、２９はスイッチング素子、３５は抵抗である。１９はステップダウンコンバータ回路、２０はハーフブリッジインバータ回路であり、電流共振回路でもある。３２は、ステップダウンコンバータ回路１９の出力電圧を制御する第１の駆動回路である。３３は、ハーフブリッジインバータ回路２０の動作周波数を制御する第２の駆動回路である。
【００６７】
商用交流電源２１から入力された交流電圧は、ダイオードブリッジ２２で整流され、ステップダウンコンバータ回路１９に入力される。また、ステップダウンコンバータ回路１９には、定着フィルム１の温度を検知する温度検知素子９が制御回路１０に入力され、検知温度に応じたデューティのＰＷＭ信号３６が制御回路１０から入力されている。このデューティ制御されたＰＷＭ信号３６に応じて、電圧振幅が制御された電圧がハーフブリッジインバータ回路２０に入力される。
【００６８】
また、ハーフブリッジインバータ回路２０には、スイッチング素子２８とスイッチング素子２９の開閉を交互に切り替える切替信号３７が制御回路１０から入力されている。切替信号３７の切替の駆動信号の周波数は、コンデンサ３１とインダクタンス３５で構成される直列共振回路の共振周波数とほぼ一致した周波数で駆動することで、励磁コイル３の給電接点３ａ、３ｂに所定の周波数の交番電圧Ｖ１を入力する。ここで、商用交流電源２１の実行電圧をＶａｃ＿ｒｍｓ（Ｖ）、交番電圧Ｖ１の実行電圧をＶ１＿ｒｍｓ（Ｖ）、ＰＷＭ信号３６のデューティをＤｐｗm（％）とすると、以下の関係がある。
【００６９】
【数１０】
2020024311.tif 000012
【００７０】
ただし、この回路に限定されるものではなく、他の方式でも構わない。
【００７１】
以上、本実施形態によれば、定着フィルム１に第１の導電層と第２の導電層を設けることで、励磁コイルの巻きムラや磁性コア破損等による回転軸方向の磁束ムラが生じても、加熱回転体に温度ムラを生じ難い定着装置を提供することができる。
【００７２】
《第２の実施形態》
第２の実施形態は、接続部１ｇの接続抵抗を低減して第１の導電層と第２の導電層の接続部に生じうる温度ムラの影響を低減するように、定着フィルムの構成を第１の実施形態と異なるようにしたものである。
【００７３】
（定着フィルムの構成）
図１２（ａ）および（ｂ）は、定着フィルム１の断面図および斜視図である。定着フィルム１は、絶縁性部材でできた基層１ａと、その外面の基層軸方向に平行に形成された第１の導電層１ｂと、第１の導電層１ｂの外面に積層した絶縁層１ｃと、その外面に螺旋状に形成された第２の導電層１ｄを備える。そして、その外面に積層した弾性層１ｅと、その外面に積層した離型層１ｆと、定着フィルム１端部で第１の導電層１ｂと第２の導電層１ｄを電気的に接続する接続部１ｇを備える。定着フィルム１は、このような複合構造の筒形回転体である。
【００７４】
以下に、この定着フィルム１の詳細な構成と製造方法を述べる。先ず、基層１ａは、第１の実施形態と同じ構成である。次に、図１２（ｃ）に示した第１の導電層１ｂと第２の導電層１ｄの斜視図と、図１２（ｄ）に示した第１の導電層１ｂの斜視図を用いて説明する。本実施形態では、基層１ａ上に第１の実施形態で説明した第１の導電層１ｂに加え、長手方向の端部に端部導電層１ｈを形成している。
【００７５】
第１の導電層１ｂおよび端部導電層１ｈは、第１の実施形態と同じ金属もしくは合金から成る導電箔帯を梯子形状に加工したものを基層１ａに巻きつけるように配置することによって作成される。絶縁層１ｃは、基層１ａと同様の絶縁性耐熱樹脂のフィルムを端部導電層１ｈを残して他の部分を覆うように配置することによって形成される。
【００７６】
第２の導電層１ｄは、図１２（ｃ）に示すように第１の導電層１ｂの１本の導電層の両端部の位置が略一致するように、第１の導電層１ｂと同様の導電箔帯を螺旋状に配置する。同様に、第１の導電層１ｂとして他の導電層もそれぞれの長手方向の両端部の位置が一致するように、導電箔帯を複数螺旋状に配置することにより第２の導電層１ｄは形成される。
【００７７】
接続部１ｇは、端部導電層１ｈと第２の導電層１ｄの両端部を溶接等で電気的に接続するように形成する。導電層の抵抗率が同程度であれば、耐熱性接着剤で接続することもできる。端部導電層１ｈと第２の導電層１ｄを接触させて接続することによって、接続部１ｇの接続抵抗を低減することができる。これにより、接続部１ｇの導電層部に比べて若干の抵抗上昇による温度ムラを低減することができる。
【００７８】
また、第１の導電層１ｂ、端部導電層１ｈおよび第２の導電層１ｄは、銀等がフィラーとして含まれる導電ペーストを基層１ｂに塗布して作成することもできる。この場合は、導電ペーストで作成した端部導電層１ｈ上に導電ペーストで作成した第２の導電層１ｄを作成することで接続部１ｇを形成することができる。
【００７９】
以上、本実施形態によれば、定着フィルム１に第１の導電層と第２の導電層を設けることで、励磁コイルの巻きムラや磁性コア破損等による回転軸方向の磁束ムラが生じても、加熱回転体に温度ムラを生じ難い定着装置を提供することができる。さらに、第１の導電層と第２の導電層の接続部に生じうる温度ムラの影響を低減することができる。
【００８０】
《第３の実施形態》
第３の実施形態は、接続部１ｇの接続抵抗を低減して第１の導電層と第２の導電層の接続部に生じうる温度ムラの影響を低減するように、第１の導電層として基層１ａを用いるものである。
【００８１】
（定着フィルムの構成）
図１３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は定着フィルム１の断面図および斜視図である。定着フィルム１は、導電性部材でできた第１の導電層である基層１ａと、その外面の端部以外に積層した絶縁層１ｃと、その外面に螺旋状に形成された第２の導電層１ｄと、その外面に積層した弾性層１ｅを備える。更に、定着フィルム１は弾性層１ｅの外面に積層した離型層１ｆを備え、定着フィルム１端部で第１の導電層である基層１ａと第２の導電層１ｄを電気的に接続する接続部１ｇを備えた複合構造の筒形回転体である。
【００８２】
以下に、この定着フィルム１の詳細な構成と製造方法を述べる。まず、第１の導電層である基層１ａは、鉄、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、タングステン等の純金属、およびこれらを含むリン青銅、ＳＵＳ３０４、ニクロム等の合金により成形されている。絶縁層１ｃは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ等の絶縁性耐熱樹脂から作成される。
【００８３】
第２の導電層１ｄは、図１３（ｂ）に示すように、第１の導電層１ａと同様の部材の導電箔帯を複数螺旋状に任意の位置に配置する。接続部１ｇは、第１の導電層である基層１ａと第２の導電層１ｄの両端部を溶接等で電気的に接続するように形成する。導電層の抵抗率が同程度であれば耐熱性接着剤で接続することもできる。第１の導電層である基層１ａと、第２の導電層１ｄを接触させて接続することによって、接続部１ｇの接続抵抗を低減することができる。
【００８４】
これにより、接続部１ｇの導電層部に比べて若干の抵抗上昇による温度ムラを低減することができる。また、第２の導電層１ｄは、銀等がフィラーとして含まれる導電ペーストを基層１ａに塗布して作成することもできる。この場合は、第１の導電層である基層１ａ上に導電ペーストで作成した第２の導電層１ｄを作成することで接続部１ｇを形成することができる。
【００８５】
以上、本実施形態によれば、定着フィルム１に第１の導電層と第２の導電層を設けることで、励磁コイルの巻きムラや磁性コア破損等による回転軸方向の磁束ムラが生じても、加熱回転体に温度ムラを生じ難い定着装置を提供することができる。さらに、第１の導電層と第２の導電層の接続部に生じうる温度ムラの影響を低減することができる。
【００８６】
《第４の実施形態》
第４の実施形態は、第１の実施形態の加熱部が異なり、磁性コアがない構成である。
【００８７】
（加熱の構成）
図１４は、本実施形態における定着装置の加熱部の斜視図である。加熱部は、定着フィルム１内にて、この回転軸線方向（長手方向）に励磁コイル３が挿通されている。その励磁コイル３は、定着フィルム１の周回方向に巻き回されている。
【００８８】
定着フィルム１の表面温度を検知するために、温度検知素子９が設けられている。温度検知素子９の信号は、制御回路１０入力される。制御回路１０は、温度検知素子９によって検知した温度を基に高周波インバータ１１を制御する。高周波インバータ１１は、制御回路１０の制御信号に基づいた周波数・振幅の高周波電流を給電接点３ａ、３ｂを介して励磁コイル３に給電する。これにより、定着スリーブ１は電磁誘導加熱されて表面の温度が所定の目標温度（約１５０℃〜２００℃）に維持・調整される。
【００８９】
（磁束ムラがある場合定着フィルムの発熱原理）
図１５は、定着フィルム１の発熱原理を説明する図である。図１５（ａ）は、励磁コイル３に高周波インバータ１１から交番電圧Ｖ１を印加した際に、発生する磁束の様子を示す図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）中の定着フィルム１を不図示にした図である。図中のΦ７は、磁励コイル３内の磁束を示している。図１５（ｃ）は、図１５（ａ）中の定着フィルム１以外を不図示にした図である。図中のΦ８は、定着フィルム１内の磁束を示している。図１５（ｄ）はコイル軸の各位置での磁束Φ７、磁束Φ８の大きさを示した図である。
【００９０】
図１５（ｂ）に示すように、高周波インバータ１１により、交番電圧Ｖ１が励磁コイル３に印加されると、磁励コイル３内に第１の磁束Φ７が励磁される。図１５（ｃ）に示すように、第１の磁束Φ１が発生した際に、磁励コイル３を包み込む構成の定着フィルム１内には、第２の磁束Φ８が発生する。交番電圧Ｖ１は時間変化するため、それに伴い第１の磁束Φ７および第２の磁束Φ８も時間変化する。第２の磁束Φ８が時間変化すると、ファラデーの法則により、定着フィルム１のそれぞれの螺旋状の第２の導電層に誘導起電力Ｖ２が発生する。
【００９１】
第１の実施形態のように磁性コア２がある場合は、磁励コイル３内には略均一な磁束が発生しているが、本実施形態のように磁性コアがない場合には、励磁コイル３内には端部に向かって磁束Φ７が減少している。それに伴い、定着フィルム１内の磁束Φ８も端部に向かって減少している。
【００９２】
ここで、励磁コイル３全域での磁束Φ７の平均を￣Φ７、定着フィルム１全域での磁束Φ８の平均を￣Φ８、励磁コイル３の巻き数をＮ１、定着フィルム１の螺旋状の第２の導電層の巻き数をＮ２とする。また、定着フィルム１の螺旋状の第２の導電層の本数をＭ、磁束￣Φ７と磁束￣Φ８との結合係数をｋとすると、以下の関係が成り立つ。
【００９３】
【数１１】
2020024311.tif 000013
【００９４】
（Δ￣Φ７／Δｔ、Δ￣Φ８／Δｔ：微小時間Δｔでの磁束￣Φ７もしくは磁束￣Φ８の変化）
上式より、第１の実施形態と同じ式（４）が得られる。
【００９５】
更に、定着フィルム１の第１の導電層１ｂの抵抗値をｒ１、第２の導電層１ｄの抵抗値をｒ２、交番電圧Ｖ１の実行値をＶ１ｒｍｓ、定着フィルム１のそれぞれの螺旋状の第２の導電層１ｄに誘導起電力Ｖ２の実行値をＶ２ｒｍｓとする。第２の導電層１ｄは、第１の導電層１ｂと両端の接続部１ｇで電気的に接続して閉回路を構成しているので、定着フィルム１の１本毎の第１の導電層１ｂと第２の導電層１ｄでは以下の電力Ｐ１（第１の実施形態と同じ式（５））が消費される。
【００９６】
定着フィルム１には、前述したように第１の導電層１ｂおよび第２の導電層１ｄはＭ本あるため、定着フィルム１全体では以下の電力Ｐａｌl（（第１の実施形態と同じ式（６）））が消費される。
【００９７】
この電力Ｐａｌｌは、ジュール熱として定着フィルム１を発熱する。以上、第１の実施形態１と同じ式を導出できるが、磁性コアがある場合と磁性コアがない場合の結合係数ｋは、以下の関係となる。
【００９８】
【数１２】
2020024311.tif 000014
【００９９】
そのため、第１の実施形態と同じ電力を入れるためには、他のパラメータを調整する必要がある。１次２次巻き数比を大きくする、定着フィルム１の螺旋状の第２の導電層の本数をＭを大きくする、第１の導電層１ｂ、第２の導電層１ｄの抵抗を小さくする、励磁コイル３に印加する電圧を大きくする、ことが考えられる。巻き数比や導電層の本数、導電層の抵抗値を変えたとしても、定着フィルム１上に形成している第１の導電層１ｂおよび第２の導電層１ｄの励磁コイル３軸上の微小部での各パラメータの値は一定であるため、ジュール熱による発熱も一定となる。
【０１００】
（高周波インバータ（交番電圧発生装置）の概要）
図１６は、本実施形態の高周波インバータ１１の構成を説明する図である。図１６（ｂ）は、定着フィルム１、磁励コイル３を等価回路に置き換えた回路図である。このような図１６により、高周波インバータ１１の構成を説明する。
【０１０１】
２１は商用交流電源、２２は整流手段の一つであるダイオードブリッジ、３９、４０はコンデンサ、４５はインダクタンス、４１はスイッチング素子、３５は抵抗である。３８は電圧共振回路である。４２は電圧共振回路３８の出力電圧を制御する駆動回路である。
【０１０２】
商用交流電源２１から入力された交流電圧は、ダイオードブリッジ２２で整流され、電圧共振回路３８に入力される。また、電圧共振回路３８には、定着フィルム１の温度を検知する温度検知素子９が制御回路１０に入力され、検知温度に応じたデューティのＰＷＭ信号３６が制御回路１０から入力されている。このデューティ制御されたＰＷＭ信号３６に応じて電圧振幅が制御され、励磁コイル３の給電接点３ａ、３ｂに所定の周波数の交番電圧Ｖ１を入力する。
【０１０３】
第１の実施形態で説明した高周波インバータに比べて、交番電圧Ｖ１の値を大きくすることができるので、本実施形態にはより適している。ただし、この回路に限定されるものではなく、他の方式でも構わない。
【０１０４】
以上、本実施形態によれば、定着フィルム１に第１の導電層と第２の導電層を設けることで、磁性コアをなくして回転軸方向の磁束ムラが生じていても、加熱回転体に温度ムラを生じ難い定着装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１・・定着フィルム、１ｂ・・第１の導電層、１ｄ・・第２の導電層、３・・励磁コイル
【図１】
2020024311.tif 000015
【図２】
2020024311.tif 000016
【図３】
2020024311.tif 000017
【図４】
2020024311.tif 000018
【図５】
2020024311.tif 000019
【図６】
2020024311.tif 000020
【図７】
2020024311.tif 000021
【図８】
2020024311.tif 000022
【図９】
2020024311.tif 000023
【図１０】
2020024311.tif 000024
【図１１】
2020024311.tif 000025
【図１２】
2020024311.tif 000026
【図１３】
2020024311.tif 000027
【図１４】
2020024311.tif 000028
【図１５】
2020024311.tif 000029
【図１６】
2020024311.tif 000030