(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束により発熱し記録材の画像を加熱する回転可能な画像加熱部材と、
前記画像加熱部材に対面して配置されており前記画像加熱部材の長手方向に沿って延ばされて巻き回わされている磁束を生ずるコイルと、
前記コイルの前記画像加熱部材に対向する側とは反対側の面を覆うように配置されており、かつ、前記コイルの巻き中心部に嵌入して前記画像加熱部材に対向する前記巻き中心部に沿って長い凸形状部位を有する磁性体のコアと、を備え、
前記凸形状部位は横断面において前記画像加熱部材に対向する先端部に前記画像加熱部材の周方向において間隔をあけて分岐している複数の突起部を有することを特徴とする画像加熱装置。
【請求項２】
前記間隔は、それぞれの突起部の先端から発した磁束が前記画像加熱部材において互いの磁束を干渉しない間隔とされていることを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
【請求項３】
前記コアは横断面において両端部が先細りのテーパ形状とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像加熱装置。
【請求項４】
前記コアは第一コアであり、前記画像加熱部材を介して前記第一コアと対向する位置に配置され複数の突起部を有する第二コアを備え、前記第一コアと前記第二コアのそれぞれの有する前記突起部が互いに対向していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘導加熱方式の画像加熱装置に関する。画像加熱装置としては、記録材上に形成した未定着画像を固着画像として加熱定着する定着装置や、記録材に定着された画像を再加熱することで画像の光沢度を増大させる光沢度増大装置（画像改質装置）などを挙げることができる。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式、静電記録方式などの複写機、プリンタ、ファックス、それらの複合機能機に代表される画像形成装置においては、シート状の記録材にトナー画像を形成し、これを定着装置により加熱、加圧して定着させることにより画像を形成している。このような定着装置として、内部にヒータを有する定着ローラに加圧ローラを圧接して定着ニップを形成し、定着を行うローラ定着方式が従来採用されている。
【０００３】
近年の省エネルギ化に応える手段として、加熱源として高周波誘導を利用した誘導加熱方式の定着装置が提案されている（特許文献１乃至４）。この誘導加熱装置は、金属導体（誘導発熱体）からなる中空の定着ローラの内部又は外部に励磁コイル及び磁性体コアとを有する磁束発生手段が配置されている。そして、励磁コイルに高周波電流を流して生じた高周波磁界により定着ローラに誘導渦電流を発生させ、定着ローラ自体の表皮抵抗によって定着ローラそのものをジュール発熱させるようになっている。
【０００４】
この誘導加熱方式の定着装置によれば、電気−熱変換効率がきわめて向上するため、ウォームアップタイムの短縮化が可能となる。
【０００５】
また、省エネルギ推進の観点から、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりが速いオンデマンド方式として、熱容量の小さい定着ベルトを介して加熱するベルト加熱方式の誘導加熱装置も採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−０８４５８７号公報
【特許文献２】特開２００４−１９８８６６号公報
【特許文献３】特開平０９−３０６６５１号公報
【特許文献４】特公平５−９０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような誘導加熱定着において、コイルから生ずる磁束がコアから漏洩することを低減するため、コアの厚みを所定量の厚さにする必要がある。しかし、コアの厚みが大きいと、誘導発熱体の回転方向においてコアの端部の厚みを中央部の厚みと同じ厚みとすると、その端部における磁束は拡散しやすくなる。そのため、発熱効率を高めるには、コアの端部からの磁束密度を高めるような構成が望ましい。
【０００８】
そこで、本発明は簡単な構成でコアと発熱部材間の漏洩磁束を小さくし、磁束密度を大きくすることで発熱効率を向上させ、省エネルギに対応した誘導加熱方式の画像加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明に係る画像加熱装置の代表的な構成は、磁束により発熱し記録材の画像を加熱する回転可能な画像加熱部材と、前記画像加熱部材に対面して配置されており前記画像加熱部材の長手方向に沿って延ばされて巻き回わされている磁束を生ずるコイルと、前記コイルの前記画像加熱部材に対向する側とは反対側の面を覆うように配置されており、かつ、前記コイルの巻き中心部に嵌入して前記画像加熱部材に対向する前記巻き中心部に沿って長い凸形状部位を有する磁性体のコアと、を備え、前記凸形状部位は横断面において前記画像加熱部材に対向する先端部に前記画像加熱部材の周方向において間隔をあけて分岐している複数の突起部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、漏洩磁場を抑制し、発熱効率を向上させた誘導加熱方式の画像加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１における画像形成装置の概略構成模式図である。
【図２】定着装置の要部の横断模式図である。
【図３】磁束発生手段の励磁コイルとメインコア（第１のコア）の斜視図である。
【図４】図２の部分的拡大図である。
【図５】実施の形態１の原理を説明するための磁束密度分布の図である。
【図６】凸形状部位の磁気回路の模式図である。
【図７】定着ローラ上の磁束密度分布の図である。
【図８】発熱効率を確認する方法を示した図である。
【図９】図８に示した励磁ユニットの電気回路を示したものである。
【図１０】図８に示した発熱効率確認実験の結果のグラフである。
【図１１】凸形状部位の先端部に３つの突起部を具備させた例の模式図である。
【図１２】メインコア（第１のコア）の変形例の模式図である。
【図１３】参考例のメインコアの凸形状部位部分の拡大横断面図である。
【図１４】参考例の定着ローラ上の磁束密度分布の図である。
【図１５】実施の形態２における定着装置の要部の横断面模式図である。
【図１６】図１５の部分的拡大図である。
【図１７】実施の形態２の定着ベルト上の磁束密度分布の図である。
【図１８】実施の形態３における定着装置の要部の横断面模式図である。
【図１９】実施の形態３における他の定着装置の要部の横断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１３】
［実施の形態１］
（１）画像形成装置例
図１は本発明に従う誘導加熱方式の画像加熱装置を定着装置Ｆとして備えた画像形成装置の一例の概略構成模式図である。この画像形成装置は電子写真プロセスを用いたレーザー走査露光方式のデジタル画像形成装置（複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機能機等）である。
【００１４】
１は像担持体としての回転ドラム型の感光体（以下、ドラムと記す）であり、矢印Ｒ１の時計方向に所定の周速度をもって回転駆動される。２は一次帯電器であり、回転するドラム１の周面をマイナスの所定の暗電位Ｖｄに一様に帯電する。３は像露光手段としてのレーザービームスキャナである。このスキャナ３は、画像読取装置・コンピュータ等のホスト装置Ａから制御回路部Ｂに入力されるデジタル画像信号に対応して変調されたレーザービーム３ａを出力してドラム１の一様帯電処理面を走査露光する。
【００１５】
この走査露光により、ドラム１の露光部分は電位絶対値が小さくなって明電位Ｖｌとなり、ドラム１の面に画像信号に対応した静電潜像が形成される。静電潜像は現像器４により、ドラム面の露光明電位Ｖｌ部にマイナスに帯電したトナーが付着することで、トナー画像ｔとして顕像化される。
【００１６】
一方、不図示の給紙部から給紙されたシート状の記録紙（記録材）Ｐは、転写バイアスが印加された転写部材としての転写ローラ５とドラム１とが圧接している転写部へ適切なタイミングをもって搬送される。そして、記録紙Ｐの面にドラム１面のトナー画像ｔが順次に転写される。
【００１７】
トナー画像ｔが形成された記録紙Ｐはドラム１面から分離されて記録紙材上の未定着画像を加熱して定着させる定着手段としての定着装置（ＩＨ定着装置）Ｆに導入される。そして、定着ニップ部Ｎで挟持搬送される過程において熱と圧によってトナー画像ｔが記録紙Ｐ上に固着画像として定着され、画像形成物として機外に排出される。記録紙Ｐを分離した後のドラム１はクリーニング装置６でドラム面に残った転写残トナーがクリーニングされ、繰り返して作像に供される。
【００１８】
（２）定着装置Ｆの全体的な説明
図２は定着装置Ｆの要部の横断面模式図である。この定着装置Ｆは、少なくとも誘導発熱体で構成され、画像ｔを担持した記録紙Ｐに接する回転可能な画像加熱部材としての定着ローラ１５の外部に磁束（磁界）発生手段としての加熱アセンブリ１０を配設した外部加熱型の誘導加熱方式の画像加熱装置である。
【００１９】
ここで、定着装置Ｆに関して、正面とは装置Ｆを記録紙入口側から見た面、背面とはその反対側の面（記録紙出口側）、左右とは装置Ｆを正面から見て左または右である。上下とは重力方向において上または下である。上流側とは記録紙搬送方向ａに関して上流側と下流側である。定着装置Ｆまたはその構成部材の長手方向とは、回転体の軸線方向（スラスト方向）、または記録紙搬送路面内において記録紙搬送方向ａに直交する方向またはその方向に並行な方向である。短手方向とは記録紙搬送方向ａに並行な方向である。
【００２０】
本例において、定着ローラ１５は、誘導発熱体（発熱部材）である鉄等の強磁性体（透磁率の高い金属：磁性部材）製の円筒状（パイプ状）の剛性部材を基体（金属基体）１５ａとしている。そして、その外周面をトナーとの離型性向上のためにフッ素樹脂等の耐熱性の離型層１５ｂで被覆している。必要に応じて、金属基体１５ａと離型層１５ｂとの間に弾性層など他の機能層を介在させた構成にすることもできる。
【００２１】
定着ローラ１５の誘導発熱体である基体１５ａに強磁性の金属を使うことで、加熱アセンブリ１０から発生する磁束を金属内部により多く拘束させることができる。即ち、磁束密度を高くすることができることにより、金属表面に渦電流を発生し、効率的に定着ローラ１５を発熱させることができる。
【００２２】
定着ローラ１５は、左右の両端部が、それぞれ、定着装置の筐体Ｆａ（図１）の左右の側板（不図示）間に軸受部材を介して回転可能に支持されて配設されている。定着ローラ１５は制御回路部Ｂで制御される駆動源である定着モータＭにより矢印Ｒ１５の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。
【００２３】
定着ローラ１５の下側には定着ローラ１５に並行に回転可能な画像加圧部材としての加圧ローラ１６が配設されている。加圧ローラ１６は芯金１６ａの外周面に耐熱性の弾性層１６ｂと離型層１６ｃを順に積層した弾性ローラである。加圧ローラ１６は、左右の両端部が、それぞれ、筐体Ｆａの左右の側板間に軸受部材を介して回転可能に支持されて配設されている。左右の軸受部材はそれぞれ側板に対して上下方向にスライド移動可能に配設されており、加圧手段（不図示）により上方に移動付勢されている。
【００２４】
これにより、加圧ローラ１６は定着ローラ１５に対して弾性層１６ｂの弾性に抗して所定の押圧力で圧接する。この圧接により定着ローラ１５と加圧ローラ１６との間にローラ周方向（記録紙搬送方向ａ）において所定幅のニップ部（定着ニップ部）Ｎが形成される。加圧ローラ１６は定着ローラ１５に圧接している状態において、定着ローラ１５の回転駆動に従動して矢印Ｒ１６の反時計方向に回転する。加圧ローラ１６を回転駆動し定着ローラ１５を従動回転させる、或いは定着ローラ１５と加圧ローラ１６との両方を回転駆動する装置構成にすることもできる。
【００２５】
磁束発生手段としての加熱アセンブリ１０は定着ローラ１５を誘導加熱する加熱源（誘導加熱手段）であり、定着ローラ１５の上側において、筐体Ｆａの左右の側板間に位置決め固定されて配設されている。アセンブリ１０は定着ローラ１５の長手に沿って長いホルダーとしてのハウジング（ケーシング）１７を有する。そして、このハウジング１７の内部に、励磁コイル１１（以下、コイルと記す）、磁性材料からなる第１〜第３の磁性体コア（以下、コアと記す）１２・１３・１４等が組み込まれている。
【００２６】
ハウジング１７は左右方向を長手とする横長箱型の耐熱性樹脂成形品であり、底板１７ａ側が定着ローラ１５に対する対向面である。底板１７ａは横断面において定着ローラ１５の外周面の略半周面に沿うようにハウジング内側に湾曲している。ハウジング１７は底板１７ａ側を定着ローラ１５の上面側に対して所定の隙間を存して対向させて、左右側をそれぞれ筐体Ｆａの左右の側板に対して固着手段で固定して配設されている。
【００２７】
コイル１１は、図３の斜視図のように、左右方向に長い略楕円形状（横長船形）をしており、定着ローラ１５の略上半部側の外周面に沿うように、ハウジング内側に湾曲しているハウジング底板１７ａの内面にあてがわれてハウシング内部に納められている。即ち、コイル１１は、定着ローラ１５の長手に沿って長く定着ローラ１５の表面における記録紙Ｐの最大通紙幅領域に対向して配置されている。コイル１１は芯線として、φ０．１〜０．３ｍｍの細線を略８０〜１６０本程度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。このリッツ線を８〜１２回巻回してコイル１１を構成している。
【００２８】
コア１２・１３・１４は磁気回路の効率を上げるためと磁気遮蔽のために用いている。即ち、コア１２・１３・１４は、コイル１１の定着ローラ対向面側とは反対側のコイル外側を覆って、コイル１１より発生した交流磁束を効率よく定着ローラ１５の誘導発熱体である金属基体１５ａ以外に実質漏れないように基体１５ａに導く役目をしている。コア１２・１３・１４は材質としてフェライト等の高透磁率残留磁束密度の低いものを用いるとよい。
【００２９】
第１のコア１２はコイル１１の外面に沿って定着ローラ１５の周方向および長手方向に対向するメインコアであり、コイル１１の長さ寸法と略同じ長さ寸法で横断面略半円弧状の部材である。このコア１２は、画像加熱部材である定着ローラ１５の回転方向に定着ローラ１５に沿って配置されたコアであり、左右方向に長い横長船形のコイル１１の外面側を覆うことができる。
【００３０】
また、このコア１２の内面側の短手方向中央部にはコア長手に沿って、定着ローラ１５に向けて凸形状の部位１２ａが設けられている。この凸形状部位１２ａはコイル１１の巻き中心部（横長スリット状孔部）１１ａに嵌入して定着ローラ１５に対向する。即ち、コイル１１はこの凸形状部位１２ａを基軸として捲線された形態となっており、コア１２はコイル１１の巻き中心部１１ａとコイル１１の外側周囲を囲むように構成されている。
【００３１】
第２のコア１３はコイル１１及び第１のコア１２の前側縁部の近傍に縁部長手に沿って配設されているサブコアであり、第１のコア１２の長さ寸法と略同じ長さ寸法で横断面略長四角形状の部材である。第３のコア１４はコイル１１及び第１のコア１２の後側縁部の近傍に縁部長手に沿って配設されているサブコアであり、第１のコア１２の長さ寸法と略同じ長さ寸法で横断面略長四角形状の部材である。
【００３２】
コイル１１は制御回路部Ｂで制御される励磁回路（電磁誘導加熱駆動回路、高周波コンバータ）Ｃに電気的に接続されている。また定着ローラ１５の長手方向の略中央部には定着ローラ１５の表面温度を検知する接触式または非接触式のサーミスタ（温度検知手段）ＴＨが定着ローラ１５の外面に対向して配設されている。このサーミスタＴＨで検知される温度に関する電気的信号が制御回路部Ｂに入力される。
【００３３】
本例において定着装置Ｆに対する大小各種幅サイズの記録紙Ｐの導入は記録紙幅の中央を基線とする中央基準搬送でなされる。そこで定着ローラ１５の表面温度を検知するサーミスタＴＨは定着ローラ１５の少なくとも装置Ｆに通紙可能な最小幅サイズ記録紙の通紙幅領域内に配置される。
【００３４】
制御回路部Ｂは、画像形成スタート信号の入力に基づく所定の制御タイミングにおいて、定着モータＭを駆動させる。これにより定着ローラ１５が駆動され、加圧ローラ１６が従動回転する。また、制御回路部Ｂは励磁回路Ｃをオンする。これによりコイル１１に高周波電流が流される。そして、コイル１１によって発生した交番磁束により定着ローラ１５の誘導発熱体である金属基体１５ａが誘導発熱して定着ローラ１５が昇温する。
【００３５】
即ち、コイル１１は励磁回路Ｃから供給される交流電流によって交番磁束を発生する。交番磁束はコア１２〜１４に導かれて定着ローラ１５に作用して金属基体１５ａに渦電流を発生させる。この渦電流は誘導発熱体である金属基体１５ａの固有抵抗によってジュール熱を発生させる。このように、コイル１１に対して交流電流を供給することで発生磁束の作用により定着ローラ１５が電磁誘導発熱する。
【００３６】
そして、定着ローラ１５の表面温度がサーミスタＴＨで検知される。サーミスタＴＨから出力される検知温度に関する電気的な情報がＡ／Ｄコンバータ（不図示）を介して制御回路部Ｂへ入力する。制御回路部Ｂは、サーミスタＴＨからの温度検知情報に基づいて定着ローラ１５が目標温度（定着温度）に昇温して維持されるように励磁回路Ｃを制御する。即ち励磁回路Ｃからコイル１１に対する供給電力を制御する。
【００３７】
上記のようにして、定着ローラ１５と加圧ローラ１６が回転され、定着ローラ１５が所定の定着温度に立ち上がって温調された状態において、ニップ部Ｎに、未定着トナー画像ｔを担持した記録紙Ｐが画像面側を定着ローラ１５側にして導入される。記録紙Ｐはニップ部Ｎにおいて定着ローラ１５の外面に密着して定着ローラ１５と一緒にニップ部Ｎを挟持搬送されていく。これにより、記録紙Ｐに定着ローラ１５の熱が付与され、またニップ圧を受けて未定着トナー画像ｔが記録紙Ｐの表面に固着画像として熱圧定着される。ニップ部Ｎを出た記録紙Ｐは定着ローラ１５の表面から順次に分離されて排出搬送される。
【００３８】
（３）コア１２の凸形状の部位１２ａについて
図４は図２・図３のコア１２において、コイル１１の巻き中心部１１ａに嵌入して定着ローラ１５に対向している凸形状部位１２ａの部分の拡大横断面図である。ここで、凸形状部位１２ａにおいて、コア１２の側である基部側を根元部１２ｂとし、定着ローラ１５に対向する側である自由端部側を先端部１２ｃとする。また、幅とは定着ローラ１５の周方向における寸法である。図５は図４において凸形状部位１２ａの先端部１２ｃから発振され定着ローラ１５の誘導発熱体１５ａ上に作るある瞬間の磁束密度を示したグラフである。
【００３９】
凸形状部位１２ａは先端側（先端部１２ｃ）に根元部１２ｂの幅より小さい幅の突起部１２ｄを有することを特徴とする。後述するように、凸形状部位１２ａの先端部１２ｃの定着ローラ１５と対向している面積は、根元部１２ｂの断面積よりも小さくなっているとよい。本例においては、凸形状部位１２ａの先端部１２ｃは定着ローラ１５の周方向に関して２つに分岐して２つの突起部１２ｄを具備している。
【００４０】
各突起部１２ｄの定着ローラ１５と対向している面積をそれぞれＳｆとし、根元部１２ｂの断面積をＳｒとすると、面積Ｓｆは断面積Ｓｒと以下の関係式になっている。下記式（１）、式（２）を満たすような範囲で先端部１２ｃのサイズを決めると良い。
【００４１】
Ｂｆ＝Ｓｒ・Ｂｒ／ｎＳｆ・・・式（１）
ｎＳｆ＜Ｓｒ
Ｂｆ＜Ｂｍａｘ＜Ｂｓｔ・・・式（２）
Ｂｒ：凸形状部位１２ａの根元部１２ｂの磁束密度
Ｂｆ：凸形状部位１２ａの先端部１２ｃにおける磁束密度
Ｂｍａｘ：最大磁束密度
Ｂｓｔ：飽和磁束密度
ｎ：先端部１２ｃの分岐の数（本例では２個）
先端部１２ｃと対向している定着ローラ１５の誘導発熱体１５ａとの距離ｈは設計上可能な限り小さくすると良い。距離ｈが小さいほど誘導発熱体１５ａが凸形状部位１２ａの先端部１２ｃから受け取る磁束の漏れは小さくなり、磁束密度が大きくなる。後で説明する発熱のメカニズムに示した式（６）および（７）からもわかるように磁束密度が大きいと定着動作時における誘導発熱体１５ａの磁束の時間変化は大きくなるため発熱効率が向上する。
【００４２】
凸形状部位１２ａの先端部１２ｃが定着ローラ１５の周方向に関して複数に分岐して複数の突起部１２ｄを有している場合において、それらの突起部１２ｄは次のように配置されていることが望ましい。即ち、それぞれの突起部１２ｄの先端から発した磁束が誘導発熱体１５ａにおいて互いの磁束を干渉しない間隔を保って配置されていることが望ましい。
【００４３】
つまり、図４において各突起部１２ｄを含んで形成されるコア先端部同士の幅ｗは図５のグラフにおける磁束密度の山と山の間の磁束が丁度ゼロになるような距離にするのが望ましい。このとき、定着ローラ１５の誘導発熱体１５ａにおける磁束は互いに干渉することなく、最大になるため、発熱効率を向上させることができる。図５のグラフは電磁界シミュレーションおよび、実験等で得ることができる。
【００４４】
突起部１２ｄの高さＬは後記の磁束分岐のメカニズムで式（３）および（５）を用いて説明するように、先端部１２ｃの空気層を通る磁束が突起部１２ｄの中を通る磁束に比べて無視できるほど小さくなるような長さとするとよい。
【００４５】
実質的には、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置で使用される定着装置Ｆとして、式（１）および（２）を満たすように凸形状部位１２ａの先端部１２ｃの構造を決めた場合、Ｌを数ｍｍの長さで設定すればよい。即ち、そのような設定で、空気層の磁気抵抗は突起部１２ｄの内部の磁気抵抗と比べて非常に大きく、空気層を通る磁束は無視できるほど小さくなる。
【００４６】
（磁束分岐のメカニズム）
図６を用いて、凸形状部位１２ａの根元部１２ｂ内を通る磁束が突起部１２ｄを有する先端部１２ｃで分岐、集中する原理を説明する。磁束は、磁気抵抗Ｒ、起磁力Ｖ、磁束Φの間に、
Ｖ＝φＲ
という関係があり、これは電気回路のオームの法則に対応する。従って、電気回路と同等の磁気回路を考えることができる。図６の（ａ）と（ｂ）は凸形状部位１２ａの磁気回路の模式図と等価回路である。凸形状部位１２ａの先端部１２ｃに起磁力Ｖｍが加えられたとき、先端部１２ｃの起磁力をＶG、磁気抵抗をＲG、磁気抵抗Ｒｍ３を流れる磁束をφ3、磁気抵抗Ｒｍ３を流れる磁束をφ4とすると、各磁気抵抗、起磁力、磁束の関係は
Ｖｍ＝φ（Ｒｍ１＋Ｒｍ２＋ＲG）
ＲG＝Ｒｍ３・Ｒｍ４／（Ｒｍ３＋２Ｒｍ４）
ＶG＝φＲG
φ3＝ＶG／Ｒｍ３＝φＲｍ４／（Ｒｍ３＋２Ｒｍ４）
φ4＝ＶG／Ｒｍ４＝φＲｍ３／（Ｒｍ３＋２Ｒｍ４）
となる。
【００４７】
磁気抵抗Ｒｍ３の経路は２つ経路があるので、凸形状部位１２ａの根元部１２ｂの磁束φとの関係は
２φ3+φ4=φ
であるから、磁気抵抗Ｒｍ３の経路と磁気抵抗Ｒｍ４の経路を通る磁束の比は
φ4／２φ3＝Ｒｍ３／２Ｒｍ４・・・式（３）
となる。このとき磁気抵抗Ｒｍ３、Ｒｍ４と先端部１２ｃの形状との関係は以下のようになる。
【００４８】
Ｒｍ３＝Ｌ／Ｓｆ・μｍ・・・式（４）
Ｒｍ４＝Ｌ／（Ｓｒ−２Ｓｆ）μ０・・・式（５）
μ０：空気（真空）の透磁率
μｍ：コアの透磁率
例えば、Ｓｆ＝１０［ｍｍ2］、Ｓｍ＝５０［ｍｍ2］、μ０＝４π×１０-7、μｍ＝１０００、とすると、先端部１２ｃを通る磁束２φ3と空気層を通る磁束φ4の比は以下のようになる。
【００４９】
φ4／２φ3＝（Ｓｒ−２Ｓｆ）／２Ｓｆ・μ０・μｍ＝１．９×１０-9
従って、空気層を通る部分は無視できる。ただし、先端部１２ｃの形状は式（１）、（２）を満たし、最大磁束密度が飽和磁束密度を超えない範囲使用しなければならない。
【００５０】
（発熱のメカニズム）
コイル１１は励磁回路Ｃから供給される交流電流によって交番磁束を発生し、交番磁束はコア１２・１３・１４に導かれて定着ローラ１５の誘導発熱体である基体１５ａに渦電流を発生させる。その渦電流は誘導発熱体の固有抵抗によってジュール熱を発生させる。即ち、コイル１１に交流電流を供給することで定着ローラ１５が電磁誘導発熱状態になる。
電磁誘導における発熱とは渦電流のジュール損失である。渦電流損失Ｐは次の式（６）で表される。
【００５１】
Ｐ＝ｋ（ｔ・ｆ・Ｂｍａｘ）2／ρ・・・式（６）
Ｐ：渦電流ジュール損失
ｋ：比例定数
ｔ：誘導発熱体の厚み
ｆ：周波数
Ｂｍａｘ：最大磁束密度
ρ：誘導発熱体の抵抗率
また、渦電流を発生させる起電力Ｅは以下の式（７）に従う。
【００５２】
Ｅ＝−∂Φ／∂ｔ＝−Ｓ∂Ｂ／∂ｔ∝ｉ・・・式（７）
Ｅ：渦電流の起電力
Φ：渦電流を発生させている領域の磁束
Ｂ：磁束密度
ｔ：時間
ｉ：渦電流
上記の式（７）に従えば、誘導発熱体１５ａの発熱部に与える最大磁束密度を大きくすることで発熱量を大きくすることができる。
【００５３】
以上が基本構成と原理である。次に具体的な装置に対して前述のコア構造（コア１２の凸形状部位１２ａの構造）を用いた例を示す。周波数２０ｋＨｚ以上で動作し総電力１４００Ｗを使用する従来のＩＨ定着装置では総電力１４００Ｗの９０％がコイルに投入され、コイルに投入される電力のうち９０％から９５％が発熱に利用されることが分かっている。従って、総電力の８１％から８５．５％が発熱に利用されている。
【００５４】
従来の定着装置に以下のような条件で上記のコア構造を採用することを考える。飽和磁束密度５００ｍＴ以上のコア１２を使用し、磁界の発振周波数が２０ｋＨｚ以上であり、φ３０の定着ローラ１５を３１０ｒｐｍで駆動させる定着装置である。この定着装置において、凸形状部位１２ａの先端部１２ｃと定着ローラ１５の距離ｈを４ｍｍとする。また、先端部１２ｃの総面積Ｓｆを従来の半分（Ｓｆ／Ｓｒ＝１／２）とする。また、コア先端部同士の距離（突起部間距離）ｗを７．５ｍｍとする。
【００５５】
このような装置において、凸形状部位１２ａの先端部直下の定着ローラ表面上のある瞬間の磁束密度は図７のグラフのようになる。
【００５６】
磁界の発振周波数は２０ｋＨｚであり、定着ローラ１５の表面の移動速度は５００ｍｍ／ｓであるから、定着ローラ１５の表面の移動速度の時間間隔に対して１周期が非常に短く、定着ローラ１５の移動速度に対してはほぼ定常的に磁束が存在しているとみなせる。そのため、定着ローラ１５のある一点に注目すると図７の磁界の勾配と定着ローラ移動速度に比例した渦電流が発生する。式（８）はこの関係を示している。
【００５７】
ｄＢ／ｄｔ≒ΔＢ・ｖ／Δｘ・・・式（８）
定着ローラ１５は図７のグラフのｘ方向に動いていき、磁束密度の山が２つあるため、渦電流の発生量は
２（ΔＢ１／Δｘ＋ΔＢ２／Δｘ）ｖ・・・式（９）
式（９）と図７のグラフから前記構成のコアを従来の定着装置に適用すると６．４％の発熱効率改善が見込まれる。
【００５８】
また、発熱効率の改善は図８および図９に示した、発熱効率の確認実験によって確認することができる。図８の（ａ）は定着ローラ１５を外した状態のコイル１１とコア１２〜１４だけの状態を示している。（ｂ）はコイル１１、コア１２〜１４、定着ローラ１５によって磁気回路を形成している状態を示している。図８の（ａ）を表す電気回路が図９の（ａ）であり、図８の（ｂ）を表す電気回路が図９の（ｂ）である。図９の（ｃ）は（ｂ）の等価回路となっている。
【００５９】
図８の（ａ）に示した構成でコイル１１に一定電圧Ｖｃを印加し、流れる電流Ｉｃから抵抗Ｒｃを求めることがきる。次に、図８の（ｂ）に示した構成で定着ローラ１５を速度ｖ＝５００ｍｍ／ｓで回転させた状態でコイル１１に一定電圧Ｖｚを印加し、流れる電流Ｉｚから抵抗を求める。これにより、コイル１１の抵抗Ｒｃと先端部１２ｃと定着ローラ１５を含んだ抵抗Ｒｚの和で表される合成抵抗（Ｒｃ＋Ｒｚ）を求めることができる。このとき、定着ローラ１５の発熱効率は
（１−Ｒｃ／（Ｒｃ＋Ｒｚ））×１００・・・式（１０）
と求めることができる。
【００６０】
以上のようにして求めた発熱効率を従来装置と実施の形態１で比較したグラフが図１０である。このグラフからは１．８％の改善になっている。従って、定着装置全体の総電力に対する発熱効率は実施の形態１のコア構成を従来機に用いると、８１％〜８５．５％であったものが、８２．６％〜８７．１％まで改善することができる。
【００６１】
なお、本実施例では、コア１２の周方向における端部の厚みを中央部の厚みよりも小さくしている。即ち、図２の１２ｅの部分である。このように、端部の先端の厚みを小さくすることで、先端部における磁束密度を高めることでき、磁束の発散を低減することができる。
【００６２】
上記例においては、凸形状部位１２ａの先端部１２ｃを定着ローラ１５の周方向に関して２つに分岐して２つの突起部１２ｄを具備させているが、これに限られない。先端部１２ｃを定着ローラ１５の周方向に関して２つ以上の複数に分岐して２つ以上の複数の突起部１２ｄを具備させた構成にすることもできる。図１１は３つの突起部１２ｄを具備させて例を示すものである。
【００６３】
コア１２は、コイル１１の外側周囲を囲む部分とコイル１１の巻き中心部１１ａに嵌入する凸形状部位１２ａの部分とが一体に形成されていなくてもよい。図１２のように、コイル１１の外側周囲を囲む部分とコイル１１の巻き中心部１１ａに嵌入する凸形状部位１２ａの部分とが分割されて構成されていてもよい。
【００６４】
サブコアであるコア１３・１４についても、コア１２の凸形状部位１２ａと同様の構造にすることができる。サブコアであるコア１３・１４は省略した装置構成にすることもできる。
【００６５】
［参考例］
図１３・図１４を用いて参考例について説明する。この参考例ではコア１２の構成以外の構成、原理は実施の形態１と同様である。
【００６６】
（磁性体コア）
図１３はコア１２において凸形状部位１２ａの部分の拡大横断面図である。本参考例においては、コア１２の凸形状部位１２ａの先端部１２ｃを横断面において定着ローラ１５に向って山形（テーパ状）に絞り込んだ形状にしている。これにより、凸形状部位１２ａの先端側に、凸形状部位１２ａの根元部１２ｂの定着ローラ周方向の幅より小さい幅の１つの突起部１２ｄを具備させている。突起部１２ｄの定着ローラ１５と対向している面積Ｓｆと凸形状部位１２ａの根元部１２ｂの断面積Ｓｒは実施の形態１と同様に式（１）および（２）を満たすように決めるとよい。
【００６７】
先端部１２ｃ（突起部１２ｄ）と定着ローラ１５との距離ｈは設計上可能な限り小さくすると良い。距離ｈが小さいほど定着ローラ１５の発熱部が先端部１２ｃから受け取る磁束の漏れは小さくなり、磁束密度が大きくなる。実施の形態１で示した式（６）および（７）からもわかるように磁束密度が大きいと定着動作時における発熱部の磁束の時間変化は大きくなるため発熱効率が向上する。
【００６８】
先端部１２ｃが分岐せずに先端部の面積が小さい場合でも凸形状部位１２ａの根元の磁束が先端部１２ｃに集中するため発熱効率を向上させる効果を得られる。また、実施の形態１と異なり、先端部１２ｃが２つに分岐していないため凸形状部位１２ａを小型化することができる。
【００６９】
ただし、実施の形態１と比べて、発熱体上の渦電流発生量が小さくなるため発熱効率は実施の形態１よりも落ちる。そのため、実施の形態１を適用できず、定着ローラ１５を小型化する場合に向いている。
【００７０】
以下に周波数２０ｋＨｚ以上で動作し総電力１４００Ｗがであり、総電力の８１％から８５．５％が発熱に利用されている従来定着装置に実施の形態２のコア１２を適用した例を以下に示す。
【００７１】
飽和磁束密度５００ｍＴ以上のコア１２を使用し、磁界の発振周波数が２０ｋＨｚ以上であり、φ３０の定着ローラ１５を３１０ｒｐｍで駆動させる定着装置とする。そして、凸形状部位１２ａの先端部１２ｃと定着ローラ１５の距離ｈを４ｍｍとし、先端部１２ｃの総面積Ｓｆを従来の半分（Ｓｆ／Ｓｒ＝１／２）とする。このような装置において、先端部１２ｃの直下の定着ローラ表面上のある瞬間の磁束密度は図１４のグラフのようになる。
【００７２】
磁界の発振周波数は２０ｋＨｚであり、定着ローラ１５の表面の移動速度は５００ｍｍ／ｓであるから、定着ローラ１５の表面の移動速度の時間間隔に対して１周期が非常に短く、定着ローラ１５の移動速度に対してはほぼ定常的に磁束が存在しているとみなせる。そのため定着ローラ１５のある一点に注目すると図１１の磁界の勾配と定着ローラ移動速度に比例した渦電流が発生する。このとき渦電流は実施の形態１と同様に式（８）に従う。
【００７３】
本参考例では凸形状部位１２ａの先端部１２ｃは分岐していないため、図１４のように磁束密度の山は１つだけである。従って、定着ローラ１５がこの磁束の山を通過する間に発生させる渦電流量は次式に比例する。
【００７４】
２ΔＢ・ｖ／Δｘ・・・式（１１）
式（１１）と図１１のグラフから本参考例のコア１２を従来の定着装置に適用すると１．６％の発熱効率改善が見込まれる。また、発熱効率は図７、図８の凸形状部位１２ａの先端部１２ｃの形状を図１０の形状に変更した装置で実施の形態１と同様の方法で求めることができる。
【００７５】
［実施の形態２］
図１５乃至図１７を用いて実施の形態２について説明する。図１５は本実施の形態２のＩＨ−ＯＤＦ定着装置Ｆの要部の横断右側面の拡大模式図である。ＩＨ−ＯＤＦ定着装置では回転可能な画像加熱部材として、実施の形態１や参考例における定着ローラ１５ではなく、可撓性を有する肉薄の定着ベルト１５Ａを用いて発熱部材の熱容量を小さくし、温度上昇の立ち上がり性能を向上させている。
【００７６】
図１５において、２０は定着ベルトユニットである。このユニット２０の下側と上側に加圧ローラ１６と磁束発生手段としての加熱アセンブリ１０が配設されている。加圧ローラ１６と加熱アセンブリ１０は実施の形態１の定着装置のものと同様である。
【００７７】
ユニット２０は、電磁誘導発熱する磁性部材（金属層、導電部材）で構成される回転可能な画像加熱部材としての円筒状の定着ベルト１５Ａを有する。また、このベルト１５Ａの内部に挿入した金属製のステー２１を有する。ステー２１の下面にはステー長手に沿って圧力付与部材としての加圧パッド２２が取り付けられている。また、ステー２１の上面側には磁性体コア（以下、内部コアと記す）２３がステー２１の長手にわたって配設されている。
【００７８】
ステー２１はニップ部Ｎに圧力を加えるために剛性が必要であるため、本実施例では鉄製である。パッド２２は、ベルト１５Ａと加圧ローラ１６との間に押圧力を作用させて定着ニップ部Ｎを形成する部材であり、耐熱性樹脂製である。ベルト１５Ａは上記のステー２１・パッド２２・内部コア２３のアセンブリに対してルーズに外嵌されている。パッド２２の長手中央部にはベルト１５Ａの温度検知手段としてのサーミスタＴＨが弾性支持部材２４を介して配設されている。サーミスタＴＨはベルト１５Ａの内面に対して部材２４の弾性により弾性的に当接している。
【００７９】
ベルト１５Ａは誘導発熱体である強磁性体製の肉薄の円筒状の金属層を基体とし、全体的に低熱容量で可撓性（弾性）を有し、自由状態においては円筒形状を保持している。鉄、ニッケル、鉄合金や銅、銀などの金属を適宜選択可能である。この金属層に更に離型層や弾性層などの他の適宜の機能層を付加した構成にすることもできる。
【００８０】
ユニット２０のパッド２２と加圧ローラ１６とはベルト１５Ａを挟んで所定の押圧力で圧接していて、ベルト１５Ａと加圧ローラ１６との間に記録紙搬送方向ａにおいて所定幅のニップ部（定着ニップ部）Ｎが形成されている。
【００８１】
この装置においては、加圧ローラ１６が矢印Ｒ１６の反時計方向に回転駆動される。これにより、ニップ部Ｎにおける加圧ローラ１６の表面とベルト１５Ａの表面との摩擦力でベルト１５Ａに回転力が作用する。ベルト１５Ａはその内面がパッド２２の下面に密着して摺動しながらステー２１・パッド２２・内部コア２３の外周りを矢印Ｒ１５Ａの時計方向に加圧ローラ１６の回転速度と同じ速度で従動回転する。
【００８２】
加熱アセンブリ１０のコイル１１は交番電流の供給により交番磁束を発生する。その交番磁束が回転しているベルト１５Ａの上面側においてベルト１５Ａの金属層に導かれる。そうすると、金属層に渦電流が発生して、その渦電流によるジュール熱によりベルト１５Ａが昇温していく。ベルト１５Ａの温度がサーミスタＴＨにより検知されて制御回路部Ｂにフィードバックされる。制御回路部ＢはサーミスタＴＨから入力する検知温度が所定の目標温度（定着温度）に維持されるように励磁回路Ｃからコイル１１に対する供給電力を制御している。
【００８３】
この状態において、ニップ部Ｎに対して未定着トナー画像ｔを担持した記録紙Ｐが導入される。記録紙Ｐはニップ部Ｎにおいてベルト１５Ａの外周面に密着し、ベルト１５Ａと一緒にニップ部Ｎを挟持搬送されていく。これにより、未定着トナー画像ｔが記録紙Ｐの表面に熱圧定着される。ニップ部Ｎを通った記録紙Ｐはベルト４１の外周面からベルト１５Ａの表面がニップ部Ｎの出口部分の変形によって自己分離（曲率分離）して定着装置外へ搬送される。
【００８４】
加熱アセンブリ１０において、第１のコア１２（第一コア：以下、外部コアと記す）の凸形状部位１２ａは実施の形態１と同様に、図１６のように、先端部１２ｃに定着ローラ１５の周方向に関して２つに分岐して２つの突起部１２ｄを具備している。
【００８５】
内部コア２３（第二コア）は、左右方向を長手とする横断面略半円弧状の部材であり、ベルト１５Ａの内側に配設されてステー２１をホルダーとして支持されている。内部コア２３はベルト１５Ａの略上半部を中にして外部配設の加熱アセンブリ１０に対向しており、ベルト１５Ａの略上半部の周方向および長手方向に対向している。
【００８６】
内部コア２３は加熱アセンブリ１０側である外部コア１２の凸形状部位１２ａに対向する位置においてベルト１５Ａに向けて凸形状の部位２３ａを有する。ここで、内部コア２３の凸形状部位２３ａにおいて、コア２３の側である基部側を根元部２３ｂとし、ベルト１５Ａに対向する側である自由端部側を先端部２３ｃとする。また、幅とはベルト１５の周方向における寸法である。
【００８７】
内部コア２３の凸形状部位２３ａも外部コア１２の凸形状部位１２ａと同様に、先端側（先端部２３ｃ）に根元部２３ｂの幅より小さい幅の突起部２３ｄを有することを特徴とする。本例においては、凸形状部位２３ａの先端部２３ｃはベルト１５Ａの周方向に関して２つに分岐して２つの突起部２３ｄを具備している。外部コア１２と内部コア２３のそれぞれの突起部１２ｄと２３ｄは同軸で対向していることが望ましい。
【００８８】
内部コア２３の先端部２３ｃと対向しているベルト１５Ａとの距離ｈ’は設計上可能な限り小さくすると良い。距離ｈ’が小さいほどベルト１５Ａの発熱部が内部コア２３の先端部２３ｃから受け取る磁束の漏れは小さくなり、磁束密度が大きくなる。
【００８９】
実施の形態１で説明した発熱のメカニズムに示した式（６）および（７）からもわかるように磁束密度が大きいと定着動作時における発熱部の磁束の時間変化は大きくなるため発熱効率が向上する。
【００９０】
内部コア２３の凸形状部位２３ａの根元部２３ｂの断面積Ｓｒ’と内部コア２３の突起部２３ｄのベルト１５Ａに対向した面の面積Ｓｆ’の関係は実施の形態１の式（１）および（２）と同様の関係にするとよい。すなわち次式（８）、（９）を満たすような設計にすることよい。
【００９１】
Ｂｆ’＝Ｓｒ’Ｂｒ’／ｎＳｆ’・・・式（８）
ｎＳｆ’＜Ｓｒ’
ｎＳｆ＜Ｓｒ
Ｂｆ’＜Ｂｍａｘ＜Ｂｓｔ・・・式（９）
Ｂｒ’：内部コア２３の凸形状部位２３ａの根元部２３ｂの磁束密度
Ｂｆ’：内部コア２３の凸形状部位２３ａの先端部２３ｃにおける磁束密度
Ｂｍａｘ：最大磁束密度
Ｂｓｔ：飽和磁束密度
ｎ：先端部２３ｃの分岐の数（本例では２個）
内部コア２３の突起部２３ｄの高さＬ’は実施の形態１で磁束分岐のメカニズムついて説明した式（３）および（５）を用いて示されているようにするとよい。即ち、先端部２３ｃの空気層を通る磁束が突起部２３ｄの中を通る磁束に比べて無視できるほど小さくなるような長さとするとよい。
【００９２】
実質的にはプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置で使用される加熱方式の定着装置として、式（８）および（９）を満たすように内部コア２３の先端部２３ｃの構造を決めた場合つぎのようになる。Ｌ’を数ｍｍの長さで設定すれば先端部２３ｃの空気層の磁気抵抗は突起部２３ｄの内部の磁気抵抗と比べて非常に大きく、空気層を通る磁束は無視できるほど小さくなる。また、上記の理由から内部コア２３の突起部２３ｄ・２３ｄの間の空気層を非磁性体で満たしてもよい。
【００９３】
上記の構成を採用することでＩＨ−ＯＤＦ定着装置Ｆにおいても磁束の集中による発熱効率の向上が見込まれる。以下に周波数２０ｋＨｚ以上で動作し総電力１４００Ｗがであり、総電力の８１％から８５．５％が発熱に利用されている従来定着装置に実施の形態３を適用した例を以下に示す。
【００９４】
飽和磁束密度５００ｍＴ以上のコアを図１５の装置の外部コア１２、内部コア２３に使用する。磁界の発振周波数が２０ｋＨｚ以上であり、φ３０の定着ベルト１５Ａを３１０ｒｐｍで駆動させる定着装置である。外部コア１２と定着ベルト１５Ａの距離ｈを４ｍｍとし、先端部１２ｃの総面積Ｓｆを従来の半分（Ｓｆ／Ｓｒ＝１／２）とする。そして、外部コア１２の凸形状部位１２ａと内部コア２３の凸形状部位２３ａの先端部同士の距離を７．５ｍｍとしたとき、先端部直下の定着ベルト表面上のある瞬間の磁束密度は図１７のグラフのようになる。
【００９５】
磁界の発振周波数は２０ｋＨｚであり、定着ベルト１５Ａの表面の移動速度は５００ｍｍ／ｓである。したがって、定着ベルト１５Ａの表面の移動速度の時間間隔に対して１周期が非常に短く、定着ベルト１５Ａの移動速度に対してはほぼ定常的に磁束が存在しているとみなせる。そのため定着ベルト１５Ａのある一点に注目すると図１７の磁界の勾配と定着ベルト移動速度に比例した渦電流が発生する。発生する渦電流は実施の形態１と同様に式（８）に従う。
【００９６】
定着ベルト１５Ａは図１７のグラフのｘ方向に動いていき、磁束密度の山が２つあり、それぞれの山は外部コア１２側の突起部１２ｄに対応した位置に内部コア２３側の突起部２３ｄがあるため実施の形態１よりも磁束が集中しやすく、磁束密度の勾配が大きくなる。図１７のグラフを見ると実施の形態１と比べて磁束の山は裾が狭く、独立して存在するため、渦電流の発生量は
４ΔＢ・ｖ／Δｘ・・・式（１４）
となる。
【００９７】
式（１４）と図１７のグラフから前記構成のコア１２・２３を従来の定着装置に適用すると５．４％の発熱効率改善が見込まれる。また、発熱効率は図８の定着ローラ１５を定着ベルト１５Ａに置き換えて実施の形態１と同様の方法で求めることができる。
【００９８】
［実施の形態３］
実施の形態１や参考例の定着装置Ｆにおいて、磁束発生手段としての加熱アセンブリ１０を図１８のように画像加熱部材である定着ローラ１５の内部に配設した内部加熱型の誘導加熱方式の画像加熱装置にすることもできる。
【００９９】
また、実施の形態２のＩＨ−ＯＤＦ定着装置Ｆにおいても、磁束発生手段としての加熱アセンブリ１０を図１９のように画像加熱部材である定着ベルト１５Ａの内部に配設した内部加熱型の誘導加熱方式の画像加熱装置にすることもできる。この場合、加熱アセンブリ１０側のコア１２は内部コアであり、ベルト１５Ａを中にして加熱アセンブリ１０に対向してベルト１５Ａの外部に配設されるコア２３が外部コアである。
【０１００】
［その他の装置構成］
１）回転可能な画像加熱部材は、複数のベルト支持部材に懸回張設されて循環移動するエンドレスベルト状の形態にすることもできる。
【０１０１】
２）画像加圧部材も加熱手段で加熱する構成にすることもできる。また画像加圧部材は表面を滑性化した加圧パッド等の非回転部材の形態にすることもできる。
【０１０２】
３）本発明に係る画像加熱装置は、実施形態の定着装置Ｆとしての使用に限られない。記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢を増大させる光沢増大装置（画像改質装置）としても有効に使用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
Ｆ・・画像加熱装置、１５、１５Ａ・・画像加熱部材、１０・・磁束発生手段、１１・・励磁コイル、１２・・コア、１２ａ・・凸形状の部位、１２ｂ・・根元部、１２ｃ・・突起部、Ｐ・・記録材、ｔ・・画像
【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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