(57)【要約】【課題】発熱ローラの外部からの誘導加熱であっても大型化しない誘導加熱装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の誘導加熱装置は、電磁誘導発熱する円筒形状の発熱ローラ１０と、発熱ローラ１０の軸方向に平行に延びる平行部とこの平行部の両端の２つの折り返し部とから構成される第１励磁コイル２０と、第１励磁コイル２０の平行部に沿って軸方向に複数配置された磁性材から構成される複数の第２磁性部材３２を備え、複数の第２磁性部材３２は、発熱ローラ１０の軸方向両端に該発熱ローラ１０に向かって延出する脚状部を有し、第２磁性部材３２にはそれぞれ発熱ローラを発熱させる第２励磁コイル４０ａ，４０ｂを巻回したことを特徴とする。【選択図】図２
2011081225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導発熱する円筒形状の発熱ローラと、
前記発熱ローラの軸方向に平行に延びる平行部と、該平行部の両端の２つの折り返し部とから構成され、該平行部が該発熱ローラと対向して設けられた前記発熱ローラを発熱させる第１の励磁コイルと、
前記発熱ローラの軸方向に長く形成され前記第１の励磁コイルの平行部に沿って前記発熱ローラの軸方向に複数配置された磁性材から構成される複数の磁性部材を備え、
複数の前記磁性部材は、前記発熱ローラの軸方向両端に該発熱ローラに向かって延出する脚状部を有し、
前記複数の磁性部材にはそれぞれ前記発熱ローラを発熱させる第２の励磁コイルを巻回したことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項２】
前記第２の励磁コイルは、該第２励磁コイルにより発生する磁束の方向が隣同士で逆方向となるよう設けられていることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
前記複数の前記磁性部材が前記第１の励磁コイルの平行部のそれぞれ設けられ、前記第１の励磁コイルの平行部の一方に設けられた前記複数の磁性部材の脚状部と前記励磁コイルの平行部の他方に設けられた前記複数の磁性部材の脚状部とが、前記発熱ローラの軸方向とは垂直な方向において重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
前記発熱ローラの軸に関して対称な位置の前記第１の励磁コイルの平行部において、
その一方の位置に前記第２の励磁コイルが巻回された磁性部材が設けられ、かつ他方の位置に前記第２の励磁コイルが巻回された磁性部材が設けられないときには、前記第２の励磁コイルが巻回されていない磁性部材がこの他方の位置に配置されることを特徴とする請求項３記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
前記第２の励磁コイルは前記磁性部材の脚状部以外の部分に巻回されていることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録紙上に形成されたトナー像を記録紙に加熱定着する画像形成装置の定着装置等に用いられ、特に加熱方式として電磁誘導方式（ＩＨ方式）を用いる誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ・複写機・ファクシミリ等の画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化・高速化についての市場要求が強くなってきている。これらの要求性能を達成するためには、画像形成装置に用いられる定着装置の熱効率の改善が重要である。
【０００３】
電磁誘導加熱方式の定着装置として、（特許文献１）などに開示されているように、交番磁界により磁性金属部材に発生した渦電流でジュール熱を生じさせ、金属部材を含む加熱体を電磁誘導発熱させる定着装置が提案されている。
【０００４】
また、このとき交番磁界を形成する発振制御を容易にし、発熱ローラの温度分布を均一化するために、複数の励磁コイルと磁性体コアを設けた電磁誘導加熱方式の定着装置も提案されている（特許文献２）。これは誘導加熱ユニットが発熱ローラの内部に収容される構造を有しており、軸方向に直列に並んで設けられた複数の励磁コイルと、この複数の励磁コイルの各々に設けられた複数の磁性体コアとを備えているものである。そして、この複数の磁性体コアが軸方向に隣り合う磁性体コアと配置角度をずらして順次設けられたものである。これにより、発振制御を容易にすると共に発熱ローラの温度分布を均一化し、発熱効率を向上させ、立ち上がり特性を改善することができる。（特許文献２）ではほぼコの字の磁性体コアであって、脚状部でない部分にコイルを巻く。合わせて、この磁性体コアを千鳥配列することも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２３０６３号公報
【特許文献２】特開２００７−０４１１９８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、画像形成装置は近年益々スピード化が要求され、定着装置のウォームアップ時間の短縮が求められている。
【０００７】
しかし、（特許文献２）の定着装置のように、発熱ローラ内部に励磁コイルと磁性体コアからなる誘導加熱ユニットを設けた誘導加熱装置は、定着装置などのメンテナンス時に同時に励磁コイルの交換も行わなければならないという問題があった。すなわち、発熱ローラ内部に設けた励磁コイルの保全作業を外部から行うのは困難で、通常は発熱ローラごと交換するしか方法がなかった。だからと言って、発熱ローラの外部に誘導加熱装置を設けると、定着装置が大型化してしまうが、発熱ローラの外部から誘導加熱した場合でも大型化しない誘導加熱装置が望まれている。
【０００８】
そこで、本発明は、発熱ローラの外部からの誘導加熱であっても大型化しない誘導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】
本発明の誘導加熱装置は上記課題を解決するために、電磁誘導発熱する円筒形状の発熱ローラと、発熱ローラの軸方向に平行に延びる平行部と、該平行部の両端の２つの折り返し部とから構成され、該平行部が該発熱ローラと対向して設けられた発熱ローラを発熱させる第１の励磁コイルと、発熱ローラの軸方向に長く形成され第１の励磁コイルの平行部に沿って発熱ローラの軸方向に複数配置された磁性材から構成される複数の磁性部材を備え、複数の磁性部材は、発熱ローラの軸方向両端に該発熱ローラに向かって延出する延出部を有し、複数の磁性部材にはそれぞれ発熱ローラを発熱させる第２の励磁コイルを巻回したことを主な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の誘導加熱装置によれば、発熱ローラの外部からの誘導加熱であっても大型化しない誘導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】本発明の誘導加熱装置が定着装置として適用される複写機の構成図
【図２】本発明の誘導加熱装置が適用された図１に示した定着装置の断面図
【図３】本発明の実施例１に係る誘導加熱装置の要部の側面図
【図４】本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの正面図
【図５】本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの全体の配置と作用を説明する説明図
【図６】本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの要部の磁束の流れを説明する説明図
【図７】本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの基本回路構成図
【図８】本発明の実施例２に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットを補助電源も商用電源として駆動する回路構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の請求項１の発明は、電磁誘導発熱する円筒形状の発熱ローラと、発熱ローラの軸方向に平行に延びる平行部と、該平行部の両端の２つの折り返し部とから構成され、該平行部が該発熱ローラと対向して設けられた発熱ローラを発熱させる第１の励磁コイルと、発熱ローラの軸方向に長く形成され第１の励磁コイルの平行部に沿って発熱ローラの軸方向に複数配置された磁性材から構成される複数の磁性部材を備え、複数の磁性部材は、発熱ローラの軸方向両端に該発熱ローラに向かって延出する脚状部を有し、複数の磁性部材にはそれぞれ発熱ローラを発熱させる第２の励磁コイルを巻回したことを特徴とする誘導加熱装置である。
【００１３】
この構成によって、発熱ローラの外部からの誘導加熱であっても大型化しない誘導加熱装置を提供することができる。
【００１４】
本発明の請求項２の発明は、請求項１の発明に従属する発明であって、第２の励磁コイルは、該第２励磁コイルにより発生する磁束の方向が隣同士で逆方向となるよう設けられていることを特徴とする誘導加熱装置である。
【００１５】
この構成によって、第２の励磁コイルの本体部分を貫通する磁束は交互に向きが反転し、全体的には打ち消され、電磁相互誘導によって互いに起電力を起すことがなく、大部分の磁束が漏れることなく磁気回路を構成することができ、発熱ローラの外部からの誘導加熱であっても大型化しない誘導加熱装置を提供することができる。
【００１６】
本発明の請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に従属する発明であって、複数の磁性部材が第１の励磁コイルの平行部のそれぞれ設けられ、第１の励磁コイルの平行部の一方に設けられた複数の磁性部材の脚状部と励磁コイルの平行部の他方に設けられた複数の磁性部材の脚状部とが、発熱ローラの軸方向とは垂直な方向において重ならない位置に配置されていることを特徴とする誘導加熱装置である。
【００１７】
この構成によって、隣同士の漏れ磁束を互いに捕捉することにより、２つの平行部で同時に温度上昇を起すことなく、発熱ローラの温度を均等な分布にすることができる。
【００１８】
本発明の請求項４の発明は、請求項３の発明に従属する発明であって、発熱ローラの軸に関して対称な位置の第１の励磁コイルの平行部において、その一方の位置に第２の励磁コイルが巻回された磁性部材が設けられ、かつ他方の位置に第２の励磁コイルが巻回された磁性部材が設けられないときには、第２の励磁コイルが巻回されていない磁性部材がこの他方の位置に配置されることを特徴とする誘導加熱装置である。
【００１９】
この構成によって、磁性部材から磁束を外部に漏らさないため、高磁束密度の磁気回路を形成することができる。
【００２０】
本発明の請求項５の発明は、請求項１、請求項２、請求項３または請求項４の発明に従属する発明であって、第２の励磁コイルは磁性部材の脚状部以外の部分に巻回されていることを特徴とする誘導加熱装置である。
【００２１】
この構成によって、磁性部材の脚状部を隣同士で近接して配置することができ、磁性部材から磁束を外部に漏らさないため、磁束を集中して高磁束密度の磁気回路を形成することができる。
【００２２】
以下、本発明に係る実施例１を、図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の誘導加熱装置が定着装置として適用される複写機の構成図である。図１に示す複写機（画像形成装置）はタンデム型のカラーの画像形成装置であり、原稿の画像を読み取る原稿読取部１と、読み取った原稿の画像を感光体ドラム７上に像形成し、トナーによってトナー像を形成して更にこれを記録紙（一般的には画像形成媒体）上に転写する画像形成部２と、この記録紙上のトナー像を定着させる定着装置３とを備えている。画像形成部２には給紙部４から記録紙が供給され、定着装置３において定着処理が終わった記録紙が排紙部５に排出される。
【００２４】
画像形成部２では、帯電器６により一様に帯電された感光体ドラム７に対してＬＳＵ（Ｌａｓｅｒ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）８からレーザ光が照射されて感光体ドラム７の感光体の層の面上に静電潜像が形成された後、現像ユニット９内のトナーが現像ローラ１１を介して感光体ドラム７に供給されて、像形成された静電潜像が現像される。中間転写ベルト１２に沿ってイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の感光体ドラム７が配置され、それぞれの静電潜像が各色の現像ローラ１１から供給されたトナーでそれぞれトナー像を形成し、これが順に中間転写ベルト１２に一次転写され、この各色トナーが中間転写ベルト１２上に積み重なって形成されたトナー像を転写装置１３の転写ローラ１４により記録紙に二次転写する。
【００２５】
図２は、本発明の誘導加熱装置が適用された図１に示した定着装置の断面図、図３は、本発明の実施例１に係る誘導加熱装置の要部の側面図である。図４は、本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの正面図であり、これは図２で説明した誘導加熱装置のＡで矢視した方向からの正面の図面を示すものである。図２は図３のＢ−Ｂ断面であり、図３は図４のＣで矢視した方向からの側方の図面を示すものである。図２に示すように、定着装置３は、電磁誘導発熱により記録紙（画像形成媒体）上のトナー像を溶融させる円筒形の発熱ローラ１０と、発熱ローラ１０に圧接するように付勢された加圧ローラ１５とから構成される。発熱ローラ１０と加圧ローラ１５のニップ部に二次転写された記録紙が搬送されてくると、ニップ部での熱と圧力で記録紙上のトナーが溶融し、記録紙のトナーが熱定着される。
【００２６】
なお、以上の実施例１の説明では、発熱ローラ１０に加圧ローラ１５を直接圧接させる構成を説明したが、ローラより熱容量が小さくなる加熱ベルトを用いる構成でも基本的に同様である。この場合、無端帯状の加熱ベルトを発熱ローラと定着ローラとに巻き掛け、定着ローラに対峙して配置された加圧ローラと搬送される加熱ベルトとの間に記録紙を通すことで、記録紙上のトナーが熱と圧力の作用で記録紙に定着される。
【００２７】
発熱ローラ１０には、図２のように、ステンレスなどの磁性体の金属材料からなる発熱ローラ本体１０ａが設けられ、その表面にフッ素樹脂などからなる離型層１０ｂがコーティングされている。また、発熱ローラ本体１０ａの内部には芯金１０ｃが配置され、芯金１０ｃと発熱ローラ本体１０ａの間にはシリコンゴムなどを使って弾性層１０ｄが形成される。
【００２８】
この発熱ローラ１０の発熱の仕組みを説明すると、発熱ローラ１０の周囲には励磁コイルとコンデンサからなるＬＣ共振回路（図示しない。図７参照）を備えた誘導加熱装置１６が装備されており、このＬＣ共振回路により高周波の交番磁界を発生する。このＬＣ共振回路の構成と作用については後で詳述する。発生した磁界に沿って生じる磁束が発熱ローラ１０の発熱ローラ本体１０ａと鎖交すると、発熱ローラ本体１０ａに渦電流が生じるため、渦電流と発熱ローラ本体１０ａ自身の抵抗によりジュール熱で発熱ローラ本体１０ａが発熱し、記録紙上のトナー像を熱定着させることが可能になる。
【００２９】
これに対して、加圧ローラ１５は、アルミニウム合金などからなる芯金１５ａと、この芯金１５ａの周りにシリコンゴムなどの弾性層１５ｂが形成されている。
【００３０】
図２、図３、図４において、１８は誘導加熱装置１６の部材を設置する樹脂製のフランジ付き半円筒状の保持部材である。保持部材１８の凹面内にこれと対向して僅少間隙を介して発熱ローラ１０の円筒面が配置される。保持部材１８の半円筒状の凹面の平行な２本の端線からは各々フランジ部１８ｒ，１８ｍが半径方向に一定幅で延び出して設けられている。
【００３１】
また、２０は第１励磁コイルであり、この第１励磁コイル２０は、保持部材１８の発熱ローラ１０と反対側に膨出した凸面（円筒面形状）上において、発熱ローラ１０の軸方向と周方向にそれぞれ平行に複数回巻回され、正面からみるとほぼ矩形状に形成されて、図示しない直流の電源に接続される（図７参照）。従って、第１励磁コイル２０の周方向に巻回される折り返し部分は、図３に示すように保持部材１８の両端で凸面に沿ってサドル型に持ち上がった輪郭になる。このように第１励磁コイル２０は、周方向に凸面上を巻かれる２つの折り返し部分２０ａと、軸方向に沿って巻かれる２つの平行部２０ｂとから構成される。
【００３２】
３０は周りに第１励磁コイル２０が巻回される第１磁性部材であり、フェライト等の磁性材料からつくられて、発熱ローラ１０の軸方向に沿うように設けられる。長尺でほぼ四角柱の形状とされる。この第１磁性部材３０は保持部材１８の発熱ローラ１０と反対側に膨出した凸面上に取り付けられ、このまわりに上記した第１励磁コイル２０がサドル型に巻き付けられる。
【００３３】
図２、図３、図４に示すように、３２は保持部材１８の半円筒面の両脇から半径方向に延び出したフランジ部１８ｒ，１８ｍ上にそれぞれ一列に並んで設置される複数個の第２磁性部材である。第２磁性部材３２も磁性材料からつくられ、全体形状がほぼコの字状あるいは弧状、多角形状に湾曲しており、脚のように開いた両端を持つ湾曲コアである。第２磁性部材３２はその周りに巻回される励磁コイル（後述する第２励磁コイル４０ａ，４０ｂ）が正巻き、逆巻きに巻かれる。その半数が正巻き、残りの半数が逆巻きに巻かれる。第２磁性部材３２はフランジ部１８ｒ，１８ｍ上で湾曲コアの２つの脚状部Ｓ（湾曲コアの本体部分Ｈから延出する延出部）を発熱ローラ１０に向けて配置される。
【００３４】
また、図２、図３に示す３４は、第１励磁コイル２０の平行部と第１磁性部材３０を跨いで複数個所に設置される第３磁性部材である。第３磁性部材３４も全体がほぼコの字状あるいは弧状、多角形状に湾曲した湾曲コアであり、その両端を脚のように開いた状態で、第１励磁コイル２０の平行部２０ｂと第１磁性部材３０を跨ぎ、両端が第２磁性部材３２の側面にまで接近される。この第３磁性部材３４は磁気回路の漏れ磁束を減らすために設けられる。
【００３５】
図４、図５において、４０ａ，４０ｂは第２磁性部材３２の脚状部Ｓを除いた本体部分Ｈに巻回され、補助電源に接続される第２励磁コイルである。すなわち、第２励磁コイル４０ａ，４０ｂは第２磁性部材３２の発熱ローラ１０の軸方向にほぼ沿った本体部分Ｈにそれぞれ正巻き、逆巻きに巻かれる。第２励磁コイル４０ａは第２磁性部材３２の本体部分Ｈに正巻きで巻かれたコイルであり、第２励磁コイル４０ｂは第２磁性部材３２の本体部分Ｈに逆向きで巻かれたコイルである。ここで正巻きとは電流をコイルに順方向に流したとき、第２励磁コイル４０ａの一方を例えばＮ極、他方をＳ極にするような磁界を発生させる巻き方向であり、逆巻きはこのとき電流の向きを逆向きとし、第２励磁コイル４０ｂの前記一方が逆にＳ極、他方をＮ極になるような磁界を発生させる巻き方向である。第１励磁コイル２０、第２励磁コイル４０ａ，４０ｂ共に導線が巻回されたもので、導線には絶縁した銅線材を複数本束ねたリッツ線が用いられる。
【００３６】
保持部材１８の一方側のフランジ部１８ｒでは、第２励磁コイル４０ａと第２励磁コイル４０ｂを巻いた第２磁性部材３２が各々の脚状部Ｓを保持部材１８の半円筒面に向け（脚状部Ｓを発熱ローラ１０に向かって延出させ）、長手方向に交互に並べられて配置される。同様に、他方側のフランジ部１８ｍでも、第２励磁コイル４０ａと第２励磁コイル４０ｂを巻いた第２磁性部材３２が各々の脚状部Ｓを保持部材１８の半円筒面に向け（脚状部Ｓを発熱ローラ１０に向かって延出させ）、長手方向に交互に並んで配置される。従って、フランジ部１８ｒ上のすべての第２磁性部材３２と、フランジ部１８ｍ上のすべての第２磁性部材３２とは、互いに自分の脚状部Ｓが相手の脚状部Ｓの方を向くように対向して並べられる。
【００３７】
また、フランジ部１８ｒ上のすべての第２励磁コイル４０ａと第２励磁コイル４０ｂは直列に結線され、補助電源に接続される（図５参照）。同様に、フランジ部１８ｍ上のすべての第２励磁コイル４０ａと第２励磁コイル４０ｂも直列に結線され、補助電源に接続される（図５参照）。なお、図５にはそのとき形成される磁界の磁束の向きも記載されている。
【００３８】
しかし、フランジ部１８ｒ上の第２磁性部材３２の配置（第２励磁コイル４０ａ，４０ｂの配置）と、フランジ部１８ｍ上の第２磁性部材３２の配置（第２励磁コイル４０ａ，４０ｂの配置）は、発熱ローラ１０の軸方向において、互いに同一の位置と配列ピッチで配列するのではなく、一定間隔でずれた位置、千鳥配列にするのがよい。すなわち、複数の第２磁性部材３２を第１励磁コイル２０の２つの平行部２０ｂにそれぞれ脚状部Ｓを向けて各一列に設けると共に、一方の平行部２０ｂに設けられた第２磁性部材３２の脚状部Ｓと他方の平行部２０ｂに設けられた脚状部Ｓとが、発熱ローラ１０の軸方向と垂直な方向において重ならない位置に配置される。好適にはフランジ部１８ｒ側とフランジ部１８ｍの第２磁性部材３２を互いに半ピッチずらして配置するのがよい。このように半ピッチずらすのが発熱ローラ１０の軸方向の発熱状態をより均等にできるからである。
【００３９】
フランジ部１８ｒ側とフランジ部１８ｍの第２磁性部材３２の配列ピッチをずらしたとき、一番端に形成される余剰のスペースにはそれぞれ励磁コイルが巻回されていない空きスペース用磁性部材３６を配設する。磁束を外部に漏らさず高磁束密度の磁気回路を形成するために配置される。この空きスペース用磁性部材３６は、発熱ローラ１０の軸に関してほぼ対称な位置の第１励磁コイル２０の２つの平行部２０ｂにおいて、その一方の位置に第２励磁コイル４０ａ，４０ｂが巻回された第２磁性部材３２が設けられ、かつ他方の位置に第２磁性部材３２が設けられないときに、配置されるコアである。上記余剰のスペースにこの空きスペース用磁性部材３６を配置することで、配列ピッチをずらしたときの局所的な温度の落ち込みを防ぐことができる。
【００４０】
続いて、実施例１に係る誘導加熱装置の第２励磁コイル４０ａ，４０ｂと第２磁性部材３２の作用について説明する。図５は、本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの全体の配置と作用を説明する説明図、図６は、本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの要部の磁束の流れを説明する説明図である。図５、図６に示すように、正巻きと逆巻きされた第２磁性部材３２はそれぞれの脚状部Ｓを互いに対向して設置される。従って、第２磁性部材３２の各脚状部Ｓは発熱ローラ１０と直交している。なお、正巻きと逆巻きの励磁コイルを採用しなくても、第２磁性部材３２内の磁束の方向を各励磁コイルで交互に反転できるのであれば第２励磁コイル４０ａ，４０ｂに他の手段を講じるのでもよい。
【００４１】
第２励磁コイル４０ａ，４０ｂが交互に巻回される第２磁性部材３２は、隣同士が互いに接近して並んで配置される。このため第２励磁コイル４０ａ，４０ｂ内で発生した磁束は互いの第２磁性部材３２から外部に漏れず、高磁束密度の磁気回路を形成することができる。磁束は透磁率の低い空気中はあまり通過しないので第２磁性部材３２の内部を流れ、集中する。従って、第２励磁コイル４０ａ，４０ｂで発生した大部分の磁束は、第２磁性部材３２の脚状部Ｓを通過し、発熱ローラ１０に向かい、磁性材料からなる加熱ローラ本体１０ａと鎖交する。この磁束によって発熱ローラ本体１０ａ内に渦電流が発生し、発熱する。第２磁性部材３２の本体部分Ｈは発熱ローラ１０の軸方向に沿って全体的にほぼ一線上に点在するように配置されることになる。
【００４２】
交番電流の通電によって、ある時点に第２励磁コイル４０ａ，４０ｂによって形成された磁束の一部を図６に示すと、図６のように第２磁性部材３２を通過して矢線の向きに導かれる。すなわち、第２励磁コイル４０ａ，４０ｂによって発生した磁界の磁束は第２磁性部材３２内をそれぞれ導かれ、更に磁束の一部は第３磁性部材３４を導かれて、発熱ローラ本体１０ａと鎖交し、磁気回路を構成している。第２磁性部材３２の脚状部Ｓでは隣同士の漏れ磁束を互いの脚状部Ｓで捕捉し、第３磁性部材３４ではその位置における漏れ磁束を捕捉して、磁束を集中し高磁束密度の磁界にすることができる。
【００４３】
次に、図７は、本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの基本回路構成図である。コイルユニットを電磁誘導加熱する駆動回路を関係づけて説明する。図７に示すように、第１励磁コイル２０と第２励磁コイル４０ａ，４０ｂはそれぞれ独立した駆動回路に接続され、それぞれの駆動回路はスイッチング素子４８，４９に接続される。このスイッチング素子４８，４９により発熱量をコントロールするデューティ比の制御（以下、デューティ制御）が行われる。第１励磁コイル２０には商用電源から電流を供給し、第２励磁コイル４０ａ，４０ｂには補助電源より電流を供給する。なお、図７においては、直列に接続された第２励磁コイル４０ａ，４０ｂが１組（例えばフランジ部１８ｒの側）だけしか図示されていないが、この１組と別に、これと並列に半ピッチだけ長手方向の配置がずらされたもう１組の第２励磁コイル４０ａ，４０ｂ（例えばフランジ部１８ｍの側）が補助電源に接続されている。
【００４４】
第１励磁コイル２０に直流の電流が供給されると、第１励磁コイル２０がコンデンサ４６とＬＣ共振回路を構成していることによって第１励磁コイル２０の周囲に交番磁界が発生し、制御回路５４からのデューティ制御により電流量に応じた磁束が発生する。
【００４５】
実施例１の第２磁性部材３２は、第１励磁コイル２０の水平部２０ｂの両脇において、その脚状部Ｓの延出方向が水平部と直交あるいは交差するように構成されている。従って、第２磁性部材３２の脚状部Ｓの磁束は発熱ローラ１０の軸とも直交あるいは９０度に近い所定角度で交差する方向に流出する。なお、第２励磁コイル４０ａ，４０ｂによる本体部分Ｈを貫通する磁束は交互に向きが反転するため、漏れ磁束があったとしても全体としてみれば打ち消された状態になる。以上のことから、第１励磁コイル２０と第２励磁コイル４０ａ，４０ｂとが電磁相互誘導作用により互いに他方に起電力を生じさせることはない。両者の制御は独立して行える。しかし、磁界は重畳されるので、発熱量を増加させることができる。
【００４６】
商用電源を整流回路５２とチョークコイルと平滑コンデンサからなるフィルター回路５３で整流し、これを第１励磁コイル２０とコンデンサ４６から構成されるＬＣ共振回路の駆動電源とする。第１励磁コイル２０とコンデンサ４６のインダクタンスＬ、キャパシタンスＣによって高周波電源の周波数が定まる。
【００４７】
この高周波電源の電流は、制御回路５４からの信号に従って第１励磁コイル駆動回路５０によってスイッチング素子４８がＯＮ−ＯＦＦされることにより、デューティ制御される。スイッチング素子４８をＯＮにすると第１励磁コイル２０に鋸歯状波電流が流れ、第１励磁コイル２０にエネルギーが蓄積される。スイッチング素子４８がＯＦＦになると第１励磁コイル２０に蓄積されたエネルギーが並列接続されたコンデンサ４６に放電され、そのエネルギーはコンデンサに蓄積される。第１励磁コイル２０の蓄積エネルギーがなくなると、今度は逆方向にコンデンサ４６から放電が始まり共振動作を行うことになる。コンデンサ４６が放電したエネルギーがなくなると、再度蓄積された第１励磁コイル２０のエネルギーによる電流が、コンデンサ５３、スイッチング素子４８の内蔵ダイオードを経由して、電源に回生される。ここで、次にスイッチング素子４８をＯＮにすると再び第１励磁コイル２０に電流が流れ上記サイクルが繰り返される。
【００４８】
なお、商用電源はフィルター回路５５で電流から高周波成分を除去され、整流回路５２で整流されて第１励磁コイル２０に供給される。第１励磁コイル駆動回路５０は、カレントトランスからなる電流検出部５７で電流検出、電圧変換トランスからなる電圧検出部５８で電圧検出されて制御回路５４によって駆動される。制御回路５４は外部とのインターフェイス５９を介して制御の指令を受ける。
【００４９】
これに対し、実施例１のもう一方の電源である補助電源は電池（望ましくは充電池）、コンデンサ、ＤＣ電源等である。補助電源の電流は制御回路５４からの信号で第２励磁コイル駆動回路５１によってデューティ制御される。第２励磁コイル４０ａと第２励磁コイル４０ｂはそれぞれ正巻きと逆巻きにされ、両者が直列に接続されて、複数組直列に接続される。また、フランジ部１８ｒ，１８ｍでそれぞれ設置される位置が異なる場合もあるが、電気的にはこれと同じ構成の第２励磁コイル４０ａと第２励磁コイル４０ｂがこれと並列に接続されている（図示しない）。
【００５０】
この回路動作を説明すると、第２励磁コイル駆動回路５１がスイッチング素子４９をＯＮにすると第２励磁コイル４０ａ、４０ｂに鋸歯状波電流が流れ、これらのコイルにエネルギーが蓄積される。スイッチング素子４９がＯＦＦになると第２励磁コイル４０ａ，４０ｂに蓄積されたエネルギーが並列接続されたコンデンサ４７に放電され、そのエネルギーはコンデンサ４７に蓄積される。第２励磁コイル４０ａ，４０ｂの蓄積エネルギーがなくなると、今度は逆方向にコンデンサ４７から放電が始まり共振動作を行うこととなる。コンデンサ４７が放電したエネルギーがなくなると、再度蓄積された第２励磁コイル４０ａ，４０ｂのエネルギーによる電流が、コンデンサ４７、スイッチング素子４９の内蔵ダイオードを経由して、電源に回生される。ここで、次にスイッチング素子４９をＯＮにすると再び第２励磁コイル４０ａ，４０ｂに電流が流れ上記サイクルが繰り返される。
【００５１】
第１励磁コイル２０とコンデンサ４６、更に第２励磁コイル４０ａ，４０ｂとコンデンサ４７からなる各ＬＣ共振回路で発生する高周波電流は、インダクタンスＬ、キャパシタンスＣのＬＣによって決定され、スイッチング素子４８、４９のＯＮの時間が大きくなると供給電力量も増大する。ここでスイッチング素子４８、４９のデューティ（ＯＮ時間）が異なってもよいし、２つのＬＣ共振回路の動作周波数が異なってもよい。なお、第２励磁コイル４０ａ，４０ｂに電流を流さないときはスイッチング素子４９をＯＦＦにする。
【００５２】
ここで、上記した補助電源としては様々なものがあるが、充電池の１つとして電気二重層キャパシタを利用することができる。電気二重層キャパシタは、両イオンを含む電解液に炭素電極（陰極、陽極）を浸しておき、充電するときは別の電源につないで充電し、誘導加熱装置１６を使用するときにはこれを補助電源として負荷（ＬＣ共振回路）につないで放電するものである。充電時には、炭素電極の正孔に陰イオン、電子には陽イオンを引き寄せて電気二重層を形成し充電を行い、逆に放電時には、これらを電源として負荷に供給する。電気二重層キャパシタは小型の構成で大電力を充電できる電源であり、補助電源として好適なものである。
【００５３】
本発明の実施例１は以上のように構成することにより、商用電源のみで電力供給しようとしても、国内では１５Ａ規制のために制限を受け、１５００Ｗ以上の電力供給は不可能であるが、第１励磁コイル２０に加えて第２励磁コイル４０ａ，４０ｂを設け、第２励磁コイル４０ａ，４０ｂには補助電源を用いて電力供給することにより、急速加熱が必要なときには補助電源と合わせて１５００Ｗを超える電力を供給することができ、急速に発熱コイル１０を加熱することができる。
【００５４】
本発明の実施例１に係る誘導加熱装置では、定着動作開始時や起動時等、急速な発熱ローラ１０の昇温が必要な場合、商用電源から第１励磁コイル２０に電力供給すると共に、補助電源から第２励磁コイル４０ａ，４０ｂに電力供給することにより、１５００Ｗを超える大電力で急速に発熱ローラ１０を昇温することができる。必要温度に達した後は、商用電源から第１励磁コイル２０にだけ電力供給し、補助電源からの電力供給は停止して定着温度を維持させることができる。
【００５５】
そして、実施例１に係る誘導加熱装置は、小さな第２磁性部材３２を第１励磁コイル２０の脇に多数配置するだけであるから、補助電源による急速加熱のために割くスペースは小さい領域で済み、従来技術では外部から誘導加熱するとき大型化していた誘導加熱装置を小型化することができる。メンテナンス時に励磁コイルの交換も行わなければならないということもない。
【実施例２】
【００５６】
本発明の実施例２に係る誘導加熱装置は、補助電源も整流回路を利用した商用電源を利用する誘導加熱装置である。実施例１の誘導加熱装置においては、補助電源として電池、コンデンサ、ＤＣ電源等を利用したが、補助電源として商用電源を利用するものである。
【００５７】
図８は、本発明の実施例２に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットを補助電源も商用電源として駆動する回路構成図である。なお、実施例２も実施例１の構成と基本的構成において一致するので、実施例２においても図１〜図７を参照する。実施例２の構成は基本的に実施例１の構成に対して百番台の付番を行っている。例えば、実施例１の第１励磁コイル２０に対して実施例２では第１励磁コイル１２０のように付番している。
【００５８】
実施例２においては、第１励磁コイル１２０が第１磁性部材（図示しない）に巻回され、第２励磁コイル１４０ａ，１４０ｂが第２磁性部材（図示しない）に巻回される。第２励磁コイル１４０ａが第２磁性部材の本体部分に正巻きで巻かれるコイルであり、第２励磁コイル１４０ｂは第２磁性部材の本体部分に逆向きで巻かれるコイルである。第２励磁コイル１４０ａ，１４０ｂは直列に接続される。実施例２の第１磁性部材、第２磁性部材、第３磁性部材、空きスペース用磁性部材は実施例１と同様の構成を有する。詳細は実施例１に譲る。なお、図８においては、直列に接続された第２励磁コイル１４０ａ，１４０ｂが１組だけしか図示されていないが、この１組と並列に半ピッチだけ長手方向の配置がずらされた別の１組の第２励磁コイル１４０ａ，１４０ｂが共通の商用電源に接続されている。
【００５９】
第１の商用電源を整流回路１５２とフィルター回路１５３で整流し、第１励磁コイル１２０とコンデンサ１４６から構成されるＬＣ共振回路の駆動電源とする。この駆動電源の高周波電流は、制御回路１５４からの信号に従って第１励磁コイル駆動回路１５０とスイッチング素子１４８によってＯＮ−ＯＦＦされ、デューティ制御される。第１の商用電源はフィルター回路１５５で高周波成分を除去され、整流回路１５２とフィルター回路１５３で整流されて第１励磁コイル１２０に供給される。第１励磁コイル駆動回路１５０は、電流検出部１５７で電流検出、電圧検出部１５８で電圧検出されて、制御回路１５４により駆動される。制御回路１５４は外部とのインターフェイス１５９を介して制御の指令を受ける。これらは上述した実施例１の場合と同様である。
【００６０】
ところで、実施例２の場合は、実施例１と異なって、補助電源も商用電源を利用する。第２の商用電源をフィルター回路１５６を介して整流回路１６２とフィルター回路１６３に接続して整流し、これを第２励磁コイル１４０ａ，１４０ｂとコンデンサ１４７から構成されるＬＣ共振回路の駆動電源とする。第２励磁コイル駆動回路１５１は、電流検出部１６０で電流検出、電圧検出部１６１で電圧検出されて制御回路１５４によって駆動される。高周波電流は第２励磁コイル駆動回路１５１によってスイッチング素子１４９がＯＮ−ＯＦＦされ、デューティ制御される。この制御回路１５４は外部とのインターフェイス１５９を介して制御の指令を受ける。
【００６１】
本発明の実施例２に係る誘導加熱装置はこのように構成することにより、商用電源のみを使って急速に発熱ローラを加熱することができる。また、第２の商用電源を利用するとき、一旦整流回路からの出力を充電池に充電し、この充電された電源を改めて補助電源として利用することにより、１５Ａ規制の制限を受けることなく、急速加熱が必要なときには補助電源と合わせて１５００Ｗを超える電力を供給することができ、急速に発熱ローラを加熱することができる。
【００６２】
実施例２に係る誘導加熱装置も、小さな第２磁性部材を第１励磁コイルの脇に多数配置するだけであり、補助電源による急速加熱のために割くスペースは小さい領域で済み、従来技術では外部から誘導加熱するとき大型化していた誘導加熱装置を小型化することができる。メンテナンス時に励磁コイルの交換も行わなければならないということもない。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係る誘導加熱装置は、トナー画像を形成した記録紙を定着する定着装置、定着装置を備えた画像形成装置、その他これらの機能を含んだ事務機器等に利用が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１    原稿読取部
２    画像形成部
３    定着装置
４    給紙部
５    排紙部
６    帯電器
７    感光体ドラム
８    ＬＳＵ（Ｌａｓｅｒ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）
９    現像ユニット
１０    発熱ローラ
１０ａ    発熱ローラ本体
１０ｂ    離型層
１１    現像ローラ
１２    中間転写ベルト
１３    転写装置
１４    転写ローラ
１５    加圧ローラ
１５ａ    芯金
１５ｂ    弾性層
１６    誘導加熱装置
１８    保持部材
１８ｒ，１８ｍ    フランジ部
２０    第１励磁コイル
３０    第１磁性部材
３２    第２磁性部材
３４    第３磁性部材
３６    空きスペース用磁性部材
４０ａ，４０ｂ    第２励磁コイル
４６，４７    コンデンサ
４８，４９    スイッチング素子
５４    制御回路
５０    第１励磁コイル駆動回路
５１    第２励磁コイル駆動回路
５２    整流回路
５３，５５    フィルター回路
５７    電流検出部
５８    電圧検出部
５９    インターフェイス
１２０    第１励磁コイル
１４０ａ，１４０ｂ    第２励磁コイル
１４６，１４７    コンデンサ
１４８，１４９    スイッチング素子
１５４    制御回路
１５０    第１励磁コイル駆動回路
１５１    第２励磁コイル駆動回路
１５２，１６２    整流回路
１５３，１５５，１５６，１６３    フィルター回路
１５７    電流検出部
１５８    電圧検出部
１５９    インターフェイス
１６０    電流検出部
１６１    電圧検出部
Ｓ    脚状部
Ｈ    本体部分
Ｌ    インダクタンス
Ｃ    キャパシタンス
【図１】
2011081225.tif 000003
【図２】
2011081225.tif 000004
【図３】
2011081225.tif 000005
【図４】
2011081225.tif 000006
【図５】
2011081225.tif 000007
【図６】
2011081225.tif 000008
【図７】
2011081225.tif 000009
【図８】
2011081225.tif 000010