(57)【要約】【課題】  印刷開始までの時間のより一層の短縮を図れる定着装置の提供。【解決手段】加熱部材と加圧部材とを有する加熱加圧手段を備え、該加熱部材は、導電層を有する筒状の回転体、該回転体の内部に配置され、螺旋軸が該回転体の母線方向と略平行である螺旋形状部を有し、該導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイル及び該螺旋形状部の中に配置され、該交番磁界の磁力線を誘導するためのコアを備え、  該母線方向に関し、記録材上の画像の最大通過領域の一端から他端までの区間において、該コアの磁気抵抗は、該導電層の磁気抵抗と、該導電層と該コアとの間の領域の磁気抵抗との合成磁気抵抗の３０％以下であり、  該回転体は、該導電層、該導電層上に形成された弾性層及び該弾性層上に形成された離型層を有し、該導電層、該弾性層及び該離型層が、各々特定の厚み及び特定の体積熱容量を有する定着装置。【選択図】  図１
2015118255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーによって形成された記録材上のトナー像を加熱加圧手段を用いて記録材に定着させるための定着装置であって、
該加熱加圧手段は、加熱部材と加圧部材とを有し、
該加熱部材は、
導電層を有する筒状の回転体と、
該回転体の内部に配置され、螺旋軸が該回転体の母線方向と略平行である螺旋形状部を有し、該導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルと、
該螺旋形状部の中に配置され、該交番磁界の磁力線を誘導するためのコアと、を備え、
該母線方向に関し、記録材上の画像の最大通過領域の一端から他端までの区間において、該コアの磁気抵抗は、該導電層の磁気抵抗と、該導電層と該コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下であって、
該回転体は、該導電層と、該導電層の外周面上に形成された弾性層と、該弾性層の上に形成された離型層とを有し、
該導電層は、
厚みが０．０２ｍｍ以上、０．０５ｍｍ以下であり、体積熱容量が２．３０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以上、４．８０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以下であり、
該弾性層は、
厚みが０．０５ｍｍ以上、０．３０ｍｍ以下であり、体積熱容量が１．００×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以上、２．５０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以下であり、
該離型層は、
厚みが０．００５ｍｍ以上、０．０４ｍｍ以下であり、体積熱容量が２．００×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以上、２．３０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以下、であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記導電層が金属で形成されてなる請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記金属がステンレスである請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記弾性層が、硬化シリコーンゴムを含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記弾性層が、フィラーとして金属ケイ素、アルミナ及び炭化珪素からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記離型層が、フッ素樹脂を含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記離型層が、ＰＦＡまたはＦＥＰを含む請求項６に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置は、加熱回転体と、それに接触する加圧ローラと、で形成されたニップ部で未定着トナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着するものが一般的である。
【０００３】
定着装置に用いられる加熱回転体は、円筒状の基体上に、耐熱性のある弾性材料からなる弾性層と、耐熱性がありトナーとの離型性の高い離型層とを積層して構成されるのが一般的である。
【０００４】
電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、印刷開始までの時間ＦＰＯＴ（Ｆｉｒｓｔ  Ｐｒｉｎｔ  Ｏｕｔ  Ｔｉｍｅ）の短縮と印刷速度向上のために、定着装置の加熱回転体を効率よく高速に加熱でき、かつ定着に必要な熱量を高速に供給できる定着装置が求められている。
【０００５】
定着装置の立ち上げを速くしようとすると、加熱回転体の熱容量を小さくする必要がある。具体的には、導電基層上に弾性層や離型層が積層されている回転加熱体においては、導電基層や弾性層、離型層の厚みを薄く形成したり、より熱容量の低い材料を用いるなどして熱容量が低く構成されている方が有利である。
【０００６】
また、加熱円筒体を薄く形成すると可撓性が発現し、例えばニップ部で加熱回転体に屈曲変形を加える構成が可能となる。その際、導電基層が薄い方が導電基層内部の最大曲げ応力が低くなることから、繰り返し屈曲による疲労破壊が生じ難く、繰り返し屈曲に対する耐久性の面で有利である。
【０００７】
更には、加熱回転体における導電基層の発熱面積が大きい方が熱供給能力の面で有利である。より好ましくは導電基層全体が同時に発熱することで、加熱回転体に常に熱供給されることから、高速印刷時の定着性能の面で有利である。
【０００８】
近年、加熱回転体の導電基層を直接発熱させることができる電磁誘導加熱方式の定着装置が開発され、それは立ち上げが速いという利点がある。
【０００９】
特許文献１乃至３には、磁界発生手段から発生した磁界によって、加熱回転体の導電基層に発生する渦電流損によるジュール熱で導電基層を発熱させる方式に係る定着装置が開示されている。このような定着装置では、加熱回転体の導電基層として、磁束を通しやすくするために、厚みが０．２ｍｍ（２００μｍ）〜１ｍｍ程度の鉄、ニッケルなどの磁性金属またはこれらが主体の合金からなる導電基層が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−８１８０６号公報
【特許文献２】特開２００４−３４１１６４号公報
【特許文献３】特開平９−１０２３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、上述したような、電磁誘導発熱回転体の軸方向に交番磁界を発生させ、電磁誘導発熱回転体に対して渦電流によるジュール熱を発生させる方式は、以下のような課題があった。すなわち、導電基層を、下記（１）〜（３）のようなものとした場合、発熱効率が低下する。そのため、導電基層としては、非磁性金属や、厚みの薄いものを用いることが困難であった。
（１）比透磁率の低い材質で構成した場合、
（２）厚みを更に薄くした場合、
（３）電気抵抗率の高い場合。
【００１２】
すなわち、渦電流の発生方法は２種類に大別される。
【００１３】
図１４に示す電磁誘導発熱回転体２００の材料内部２００ａにおける磁界Ｂ／／の向きが回転体の軸Ｘと平行になる場合であり、矢印Ｂ／／方向の磁束が増加中に、その増加を打ち消す方向に渦電流が発生する。この渦電流をＥ／／と呼ぶ。
【００１４】
一方、図１５に示す電磁誘導発熱回転体２００の材料内部２００ａにおける磁界Ｂ⊥の向きが回転体の軸Ｘと垂直になる場合は、矢印Ｂ⊥方向の磁束が増加中に、その増加を打ち消す方向に渦電流が発生する。この渦電流をＥ⊥と呼ぶ。
【００１５】
このうち、上記従来例の、電磁誘導発熱回転体の軸方向に交番磁界を発生させ電磁誘導発熱回転体に対して渦電流によるジュール熱を発生させる方式は、渦電流Ｅ／／の成分が多い。この渦電流Ｅ／／による発熱は、一般的に「鉄損」と呼ばれ、渦電流によって生じる発熱量Ｐｅは下記式（１）で表される。
【００１６】
【数１】
2015118255.tif 000003
【００１７】
（式（１）中、Ｐｅ：渦電流損によって生じる発熱量、ｔ：定着ローラ厚み、ｆ：周波数、Ｂｍ：最大磁束密度、ρ：抵抗率、ｋｅ：比例定数を示す）
式（１）に示すように、「Ｐｅ」は、「Ｂｍ」の２乗に比例するため、導電基層の材質としては鉄、コバルト、ニッケルとそれらの合金等の強磁性体を選択することが好ましい。
【００１８】
また、「Ｐｅ」は、「ｔ」の２乗にも比例するため、厚みを２００μｍ以下に薄くすると発熱効率が大幅に低下する。さらに、「ρ」の高い材料も、発熱量の観点からは不利である。
【００１９】
よって、特許文献１乃至３に開示されている定着装置においては、加熱回転体の厚みを薄くすると、発熱効率が低下してしまう。
【００２０】
また、特許文献１乃至３に開示されている定着装置においては、いずれも加熱回転体が部分的に発熱する構成しか取りえない。そのため、加熱回転体には、加熱領域において部分的に加熱された後に加熱回転体内に熱を蓄えてニップ部まで移送する必要が生じる。
【００２１】
このように、特許文献１乃至３に開示されている定着装置においては、発熱効率を向上しようとすると導電基層を薄くすることが困難であり、また、十分な熱容量を確保する必要がある。そのため、ＦＰＯＴの短縮化には限界があった。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、印刷開始までに要する時間のより一層の短縮化を図ることのできる定着装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明によれば、トナーによって形成された記録材上のトナー像を加熱加圧手段を用いて記録材に定着させるための定着装置であって、
該加熱加圧手段は、加熱部材と加圧部材とを有し、
該加熱部材は、
導電層を有する筒状の回転体と、
該回転体の内部に配置され、螺旋軸が該回転体の母線方向と略平行である螺旋形状部を有し、該導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルと、
該螺旋形状部の中に配置され、該交番磁界の磁力線を誘導するためのコアと、を備え、
該母線方向に関し、記録材上の画像の最大通過領域の一端から他端までの区間において、該コアの磁気抵抗は、該導電層の磁気抵抗と、該導電層と該コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下であって、
該回転体は、該導電層上に弾性層及び離型層がこの順に積層されており、
該導電層は、
厚みが０．０２ｍｍ以上、０．０５ｍｍ以下であり、体積熱容量が２．３０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以上、４．８０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以下であり、
該弾性層は、
厚みが０．０５ｍｍ以上、０．３０ｍｍ以下であり、体積熱容量が１．００×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以上、２．５０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以下であり、
該離型層は、
厚みが０．００５ｍｍ以上、０．０４ｍｍ以下であり、体積熱容量が２．００×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以上、２．３０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以下、である定着装置が提供される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、加熱回転体内側に配置された電磁誘導加熱コイルに交番電流を印加することで、加熱回転体を、コイルとの距離によらず全体で均一に効率よく発熱させることができる。そのため、加熱部材として、厚みが薄く、かつ、熱容量の小さい加熱部材を用いることができる。その結果、印刷開始までに要する時間のより一層の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】定着スリーブと磁性コアとコイルの斜視図
【図２】定着装置１の画像形成装置の概略構成図
【図３】定着装置１の定着装置の断面模式図
【図４】駆動周波数と出力電力との関係図
【図５】ソレノイドコイルと磁性コア周辺の磁界の模式図
【図６】ソレノイドコイルの磁性コアの端部近傍の模式図
【図７】回路を貫く磁束が安定する領域の模式図
【図８】円筒形回転体と磁束が安定する領域の模式図
【図９】定着装置１の目的に沿わない磁力線形状の例
【図１０】有限長ソレノイドを配置した構造体の模式図
【図１１】単位長さ当たりのコア・コイル・円筒体を含む空間の磁気等価回路図
【図１２】磁性コアとギャップの模式図
【図１３】円筒形回転体内部の電流と磁場の断面模式図
【図１４】渦電流Ｅ／／の説明図
【図１５】渦電流Ｅ⊥の説明図
【図１６】定着装置１の構成において電力の変換効率を測定した結果
【図１７】定着装置２としての誘導加熱方式の定着装置構成
【図１８】定着装置２の発熱の模式図
【図１９】定着装置５の定着装置の模式図
【図２０】コイルとスリーブの等価回路
【図２１】回路の効率に関する説明図
【図２２】電力の変換効率の測定実験に用いる実験装置の図
【図２３】円筒形回転体外部磁束の比率と変換効率の関係の図
【図２４】本発明に係る定着装置を用いた画像形成装置の概略構成図
【図２５】本発明に係る電子写真用部材を作成するためのリングコート塗布機の模式図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下本発明に関して、詳細を説明する。
【００２７】
定着装置は、導電層を有する筒状の回転体と、前記回転体の内部に配置され、螺旋軸が前記回転体の母線方向と略平行である螺旋形状部とを有する。更に、前記定着装置は、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルと、前記螺旋形状部の中に配置され、前記交番磁界の磁力線を誘導するためのコアと、を備える。前記定着装置において、前記母線方向に関し記録材上の画像の最大通過領域の一端から他端までの区間において、前記コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下である。
【００２８】
以下、図面に基づき本発明について説明する。
【００２９】
（１）画像形成装置
図２は本実施例に係る画像形成装置１００の概略構成図である。本実施例の画像形成装置１００は、電子写真プロセス利用したレーザービームプリンタである。１０１は像担持体としての回転ドラム型の電写真感光体（以下、感光体ドラムと記す）であり、所定の周速度にて回転駆動される。
【００３０】
感光体ドラム１０１は回転する過程において帯電ローラ１０２により所定の極性、所定の位、に一様に帯電処理される。１０３は露光手段としてのレーザービームスキャナである。スキャナ１０３は、不図示のイメージスキャナやコンピュータ等の外部機器から入力される画像情報に応じて変調したレーザー光Ｌを出力して、感光体ドラム１０１の帯電処理した面を走査露光する。この走査露光により感光体ドラム１０１表面の電荷が除電され感光体ドラム１０１の表面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。１０４は現像装置であり、現像ローラ１０４ａから感光体ドラム１０１表面にトナーが供給されて静電潜がトナー像として現像される。１０５は、記録材Ｐが積載して収納される給紙カセットである。給紙開始信号に基づいて給紙ローラ１０６が駆動されて給紙カセット１０５内の記録材Ｐが一枚ずつ分離して給紙される。その記録材Ｐは、レジストレーションローラ１７を介して、感光体ドラム１０１と転写ローラ１０８とで形成された転写部位１０８Ｔ所定のタイミングで導入される。すなわち、感光体ドラム１０１上のトナー像の先端部が転写部位１０８Ｔに到達するタイミングで、記録材Ｐの先端部が転写部位１０８Ｔに到達するようにレジストレーションローラ１０７で記録材Ｐの搬送が制御される。転写部位１０８Ｔに導入された記録材Ｐは、この転写部位１０８Ｔで搬送され、その間、転写ローラ１０８は不図示の転写バイアス印加電源によって転写バイアス電圧が印加される。転写ローラ１０８はトナーと逆極性の転写バイアス電圧が印加されることで転写部位１０８Ｔにおいて感光体ドラム１０１の表面側のトナー像が記録材Ｐの表面に転写される。転写部位１０８Ｔにおいてトナー像が転写された記録材Ｐは感光体ドラム１０１の表面から分離されて搬送ガイド１０９を経由し定着装置Ａで定着処理される。定着装置Ａについては後述する。一方、記録材が感光体ドラム１０１から分離した後の感光体ドラム１０１の表面はクリーニング装置１１０でクリーニングされ、繰り返し画像形成動作に供される。定着装置Ａを通った記録材Ｐは、排紙口１１１から排紙トレイ１１２上に排出される。
【００３１】
（２）定着装置
（２−１）概略構成
図３は定着装置１の概略断面図である。定着装置１は、加熱部材と加圧部材とを有する加熱加圧手段により、記録材上のトナーによって形成された画像を加熱加圧定着する定着装置である。具体的構成としては、筒状の加熱回転体としての定着スリーブ１（加熱部材）と、定着スリーブ１の内面と接触するニップ部形成部材としてのフィルムガイド９（ベルトガイド）と、対向部材としての加圧ローラ７（加圧部材）と、を有する。加圧ローラ７は、定着スリーブ１を介してニップ部形成部材と共にニップ部Ｎを形成する。トナー像Ｔを担持した記録材Ｐをニップ部Ｎを通過させることによって、トナー像Ｔを加熱し、記録材Ｐに定着する。
【００３２】
ニップ部形成部材９は、不図示の軸受け手段及び付勢手段により総圧約５０〜１００Ｎ（約５ｋｇｆ〜約１０ｋｇｆ）の押圧力で加圧ローラ７に対して定着スリーブ１を挟んで押圧されている。そして、加圧ローラ７は、不図示の駆動源によって矢印方向に回転駆動され、ニップ部Ｎにおける摩擦力で定着スリーブ１に回転力が作用し、定着スリーブ１は加圧ローラ７に従動して回転する。ニップ部形成部材９は、定着スリーブ１の内面をガイドするフィルムガイドとしての機能もあり、耐熱性樹脂であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等で構成されている。
【００３３】
定着スリーブ１（定着ベルト）は、直径（外径）が１０〜１００ｍｍの金属製の導電層１ａ（基層）と、導電層１ａの外側に形成した弾性層１ｂと、弾性層１ｂの外側に形成した離型層１ｃ（表層）と、を有する。以後、導電層１ａを「円筒形回転体」又は「円筒体」と記す。定着スリーブ１は、可撓性を有する。
【００３４】
実施例１に用いた定着装置１においては、円筒形回転体１ａは、比透磁率が１．０で、厚さが２０μｍのアルミニウムを用いる。円筒形回転体１ａの材質としては、非磁性材料であるアルミニウム、銅（Ｃｕ）、Ａｇ（銀）及び、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ）のうち、少なくとも一つで形成されていることが好ましい。
【００３５】
本定着装置の特徴の一つとして、円筒形回転体１ａに使用できる材質の選択肢が広いこと挙げられる。これにより、加工性に優れた材質やコストの安い材質を使うことが出来るというメリットがある。
【００３６】
円筒形回転体１ａの厚みは７５μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下が良い。なぜなら、円筒形回転体１ａに適度な可撓性を持たせ且つ熱容量を小さくしたいためである。直径が小さい方が、熱容量を小さくするのに有利である。
以上の理由により、熱容量の極小化を実現するためには、導電層１ａの厚みを５０μｍ以下で使いこなすことが重要である。本発明の定着装置は、後述するが、電磁誘導加熱方式の定着装置においても、導電層１ａの厚みを５０μｍ以下に出来るというメリットがある。
【００３７】
弾性層１ｂは、硬度が２０度（ＪＩＳ−Ａ、１ｋｇ加重）のシリコーンゴムで形成され、厚みが０．１〜０．３ｍｍである。そして、弾性層１ｂ上に離型層１ｃ（表層）として厚みが１０〜５０μｍのフッ素樹脂チューブを被覆している。磁性コア２は、定着スリーブ１の中空部に、定着スリーブ１の母線方向に挿通されている。その磁性コア２の外周に励磁コイル３が巻かれている。
【００３８】
（２−２）磁性コア
図１は円筒形回転体１ａ（導電層）と、磁性コア２と、励磁コイル３の斜視図である。
【００３９】
磁性コア２は、円柱形状をしており、不図示の固定手段で定着スリーブ１のほぼ中央に配置させている。磁性コア２は、励磁コイル３にて生成された交番磁界の磁力線（磁束）を円筒形回転体１ａの内部（円筒形回転体１ａと磁性コア２の間の領域）に誘導し、磁力線の通路（磁路）を形成する役割がある。この磁性コア２の材質は、ヒステリシス損が小さく比透磁率の高い材料、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が好ましい。特に２１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ帯の高周波交流を励磁コイルに流す場合、高周波電流において損失の小さな焼成フェライトが好ましい。磁性コア２は、円筒形回転体１ａの中空部に収納可能な範囲で、断面積をできるだけ大きくすることが好ましい。本実施例では磁性コアの直径は５〜４０ｍｍとし、長手方向の長さ２３０〜３００ｍｍとする。尚、磁性コア２の形状は円柱形状に限定されず、角柱形状などでも良い。また、磁性コアを長手方向に複数分割し、各コア間にギャップ（空隙）を設けても良いが、その際は後述する理由により分割した磁性コア同士のギャップを極力小さく構成することが好ましい。
【００４０】
（２−３）励磁コイル
励磁コイル３は、耐熱性のポリアミドイミドで被覆した直径１〜２ｍｍの銅線材（単一導線）を、磁性コア２に約１０巻〜１００巻で螺旋状に巻いて形成する。本実施例では励磁コイル３の巻き数は１８回とする。励磁コイル３は、磁性コア２に定着スリーブ１の母線方向に交差する方向に巻回されているため、この励磁コイルに高周波電流を流すと、定着スリーブ１の母線方向に平行な方向に交番磁界を発生させることができる。
【００４１】
尚、励磁コイル３は、必ず磁性コア２に巻きつけられている必要はない。励磁コイル３は螺旋形状部を有し、その螺旋形状部の螺旋軸が円筒形回転体の母線方向と平行になるように螺旋形状部が円筒形回転体の内部に配置され、磁性コアが螺旋形状部の中に配置されていれば良い。例えば、円筒形回転体の内部に励磁コイル３が螺旋状に巻かれたボビンを有し、磁性コア２がそのボビンの内部に配置されている構成でも良い。
【００４２】
また、発熱原理的に螺旋軸と円筒形回転体の母線方向が平行である時に、発熱効率は最も高くなる。しかしながら、螺旋軸の円筒形回転体の母線方向に対する平行度がずれた場合、「回路を平行に貫く磁束の量」がわずかに減少し、その分発熱効率が減少するものの、数度程度傾くだけであれば、実用上全く問題はない。
【００４３】
（２−４）温度制御手段
図１における温度検知部材４は、定着スリーブ１中央部の表面温度を検知するために設けられる。本実施例では、温度検知部材４として非当接型サーミスタを用いている。高周波コンバータ５は、励磁コイル３に、給電接点部３ａ，３ｂを介して高周波電流を供給する。なお、日本国内では電波法施行規則により電磁誘導加熱の利用周波数は２０．０５ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲に定められている。また、電源の部品コスト上、周波数は低いことが好ましいため、利用周波数帯の下限付近２１ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの領域において周波数変調制御を行う。以下周波数変調制御について説明する。共振回路を用いて誘導発熱を行う電磁誘導方式においては図４のグラフのように、駆動周波数により出力電力が変化する。これは、駆動周波数が共振周波数と一致するときに電力は最大となり、駆動周波数が共振周波数から遠ざかると電力が下がるという性質を利用したものである。すなわち、目標温度と温度検知部材４の温度差に応じて、駆動周波数を２１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚまで変化させることにより、出力電力を調整するという方法である。制御回路６は、温度検知部材４によって検出された温度を基に高周波コンバータ５を制御する。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℃）になるように電力が制御される。
【００４４】
（３）発熱原理
（３−１）磁力線の形状と誘導起電力
まず、図５（ａ）は、同形状のソレノイドコイル３の中心に磁性コア２を挿通して磁路を形成した場合の、コイル形状と磁界の対応図である。本磁力線の向きは、矢印Ｉの向きに電流が増加している瞬間である。磁性コア２は、ソレノイドコイル３にて生成された磁力線を内部に誘導し、磁路を形成する部材として機能する。定着装置１の磁性コア２は、環状になっているものではなく、長手方向にそれぞれ端部を有するものである。そのため、磁力線は、大多数がソレノイドコイル中央の磁路に集中して通って、磁性コア２の長手方向の端部において拡散する形状の開磁路となる。そのため、コイルの隙間Δｄにおける磁力線の漏えいも少なく、両極から出た磁力線は、外周の遥か遠くで繋がる形状の開磁路となる（図の表記上は端部で途切れている）。図５（ｂ）は、ソレノイド中心軸Ｘにおける磁束密度の分布を示す。磁束密度は、グラフ上の曲線Ｂ２に示すように、Ｂ１と比較してソレノイドコイル３の端部での磁束密度の減衰が少なくなっており、台形に近い形状となる。
【００４５】
（３−２）誘導起電力
発熱原理はファラデーの法則に従う。ファラデーの法則とは、「回路の中の磁界を変化させると、その回路の中に電流を流そうとする誘導起電力が生じ、誘導起電力は回路を垂直に貫く磁束の時間変化に比例する」というものである。図６（ａ）に示すソレノイドコイル３の磁性コア２の端部近傍に、コイルと磁性コアより直径の大きな回路Ｓを置き、コイル３には高周波交流を流す場合を考える。高周波交流を流した場合、ソレノイドコイル周辺には交番磁界（時間と共に大きさと方向が変化を繰り返す磁界）が形成される。その時、回路Ｓに発生する誘導起電力は、以下の式に従い、ファラデーの法則より回路Ｓの中を垂直に貫く磁束の時間変化に比例する。
Ｖ＝−Ｎ（Δφ）／Δｔ
Ｖ：誘導起電力
Ｎ：コイル巻き数
ΔΦ／Δｔ：微小時間Δｔでの回路を垂直に貫く磁束の変化
すなわち、励磁コイルに直流電流を流して静磁界を形成した状態において、回路Ｓの中を磁力線の垂直成分がより多く通過していると、高周波の交流電流を流して交番磁界を発生させた時の際の磁力線の垂直成分の時間変化も大きくなる。その結果、発生する誘導起電力も大きくなり、その磁束の変化を打ち消す方向に電流が流れる。すなわち、交番磁界を発生させた結果、電流が流れると、磁束の変化は打消されて静磁界を形成した際とは異なる磁力線形状となる。また、この誘導起電力Ｖは、交流電流の周波数が高い（すなわちΔｔが小さい）ほど大きくなる傾向がある。したがって、５０〜６０Ｈｚの低周波数の交流電流を励磁コイルに流した場合と、２１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波数の交流電流を励磁コイルに流した場合では、所定の磁束の量で発生させることのできる起電力は大きく異なる。交流電流の周波数を高周波数にすると、少ない磁束でも高い起電力を発生させることが出来るのである。従って、交流電流の周波数を高周波数することは、断面積の小さな磁性コアで大きい熱量を発生させることができるため、小さな定着装置に大きな熱量を発生させたい場合に非常に有効である。これは、交流電流の周波数を大きくすることによって、トランスを小型化できる事と似ている。例えば、低周波数帯（５０〜６０Ｈｚ）で用いられるトランスは、Δｔが大きい分だけ磁束Φを大きくする必要があり、磁性コアの断面積を大きくする必要がある。これに対して高周波数帯（ｋＨｚ）で用いられるトランスは、Δｔが小さい分だけ磁束Φを小さくすることが可能であり、磁性コアの断面積を小さく設計することができる。
【００４６】
以上述べたことから、交流電流の周波数を２１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波数帯で用いることで、磁性コアの断面積を小さくして画像形成装置の小型化を実現することができる。
【００４７】
交番磁界によって高効率で回路Ｓに誘導起電力を発生させるためには、回路Ｓの中を磁力線の垂直成分がより多く通過している状態を設計する必要がある。しかし、交番磁界においては、コイルに誘導起電力が発生した際の反磁界の影響等も考慮する必要があり、現象が複雑となってしまう。本発明の定着装置については後述するが、本発明の定着装置を設計するためには、誘導起電力の発生していない静磁界の状態の磁力線の形によって議論を進めることによって、より簡単な物理モデルで設計を進めることが出来る。すなわち静磁界における磁力線形状を最適化することによって、交番磁界において高効率に誘導起電力を発生させる定着装置が設計できる。
【００４８】
図６（ｂ）は、ソレノイド中心軸Ｘにおける磁束密度の分布を示す。コイルに直流電流を流して静磁界（時間的に変動しない磁界）を形成した場合を考えると、回路Ｓを位置Ｘ１に置いたときの磁束に対して、位置Ｘ２に置いたときに、回路Ｓを垂直に貫く磁束はＢ２に示すように増加する。そして位置Ｘ２において、磁性コア２に束縛された磁力線がほぼ全て回路Ｓの中に納まり、位置Ｘ２よりもＸ軸正方向の安定領域Ｍにおいては、回路を垂直に貫く磁束は飽和し、常に最大となる。同様のことは反対側端部にも言え、図７（ｂ）の磁束密度の分布に示すように位置Ｘ２から、反対側端部のＸ３までの安定領域Ｍは、回路Ｓの中を垂直に貫く磁束密度は飽和し、安定している。図７（ａ）に示すように、この安定領域Ｍは、磁性コア２のある領域内に存在する。
【００４９】
図８（ａ）に示すように、本発明における磁力線構成としては、静磁界を形成した場合において円筒形回転体１ａを、Ｘ２からＸ３の領域で覆せる。そして磁性コア２の一端（磁極ＮＰ）から他端（磁極ＳＰ）まで、円筒形回転体の外部を磁束が通る磁力線の形状を設計する。そして、安定領域Ｍを用いて記録材の画像を加熱する。従って、定着装置１においては、少なくとも磁路を形成するための磁性コア２の長手方向の長さは、記録材Ｐの最大の画像加熱領域ＺＬよりも長い構成とする必要がある。更に好ましい構成としては、磁性コア２と励磁コイル３の両方の長手方向の長さを最大の画像加熱領域ＺＬよりも長い構成とすると良い。そうすることによって、記録材Ｐ上のトナー像を端部まで均一に加熱する事が可能となるからである。また、円筒形回転体１ａの長手方向の長さは、最大の画像加熱領域ＺＬより長く構成することが必要である。本定着装置において、図８（ａ）に示すソレノイド磁場を形成した際に、２つの磁極ＮＰとＳＰが最大の画像加熱領域ＺＬよりも外側に出ていることが重要である。そうすることによって、ＺＬの範囲に均一な熱を発生させることができる。
【００５０】
尚、最大の画像加熱領域の代わりに記録材の最大搬送領域を用いても良い。
【００５１】
本定着装置では、磁性コア２の長手方向の両端部がそれぞれ、定着スリーブ１の母線方向の端面から外側に突出している。これによって、定着スリーブ１の母線方向全域の発熱量を安定させることができる。
【００５２】
従来の電磁誘導加熱方式の定着装置は、円筒形回転体の材料内部に磁力線を注入するという技術思想で設計されている。これに対して、本定着装置の電磁誘導加熱方式は回路Ｓを垂直に貫く磁束が最大となる状態で、円筒形回転体の全域を発熱させる、つまり、円筒形回転体の外部を磁束が通るようにするという技術思想で設計されていることが特徴である。よって、円筒形回転体の全域を発熱させるという設計が従来の電磁誘導加熱方式の定着装置とは異なり、記録材が通過しても、温度低下の非常に小さい定着装置構成となっているのである。
【００５３】
以下に、本発明の目的に沿わない磁力線形状の例を３つ示す。図９（ａ）は、磁力線が円筒形回転体の内側（円筒形回転体と磁性コアの間の領域）を通っている例を示す。この場合、円筒形回転体の内側を通る磁束は、図中で左方向に向かう磁束と右方向に向かう磁束とが混在するため、両者は打ち消し合ってファラデーの法則上、Φの積分値は減少してしまい、発熱効率が減少するため好ましくない。このような磁力線形状は、磁性コアの断面積が小さい場合、磁性コアの比透磁率が小さい場合、磁性コアが長手方向に分割して大きなギャップを形成している場合、円筒形回転体の直径が大きい場合に生じる。
【００５４】
図９（ｂ）は、磁力線が円筒形回転体の材料内部を通っている例を示す。このような状態は、円筒形回転体の材質がニッケルや鉄などの比透磁率の高い材質である場合に生じやすい。
【００５５】
以上述べたことから、本発明の目的に沿わない磁力線形状は、下記の（Ｉ）〜（Ｖ）の場合に形成され、これは円筒形回転体の材料内部に発生する渦電流損によるジュール熱で発熱する従来の定着装置である。
（Ｉ）円筒形回転体の材質の比透磁率が大きい
（ＩＩ）円筒形回転体の断面積が大きい
（ＩＩＩ）磁性コアの断面積が小さい
（ＩＶ）磁性コアの比透磁率が小さい
（Ｖ）磁性コアが長手方向に分割して大きなギャップを形成している
図９（ｃ）は、磁性コアが長手方向に複数に分割されていて磁性コアの両端部ＮＰ、ＳＰ部分以外の箇所ＭＰにおいても磁極ができている場合である。本発明の目的を達成するためには、ＮＰとＳＰの２つのみを磁極とするよう磁路を形成するのが好ましく、磁性コアを長手方向で複数に分割して磁極ＭＰを作ることは好ましくない。３−３にて後述する理由により、磁性コア全体の磁気抵抗を上昇させてしまい、磁路を形成しにくくなること、磁極ＭＰ部分の付近において発熱量が減少して、均一な画像加熱しにくい場合がある。
【００５６】
分割する場合は、磁性コアが十分磁路として働くよう、磁気抵抗を小さく、パーミアンスを大きく保てる範囲に限られる。
【００５７】
（３−３）磁気回路とパーミアンス
次に、上記（３−２）で説明した発熱原理を達成するための、具体的な設計指針について説明する。そのためには、定着装置の各構成部品の円筒形回転体の母線方向への磁気の通りやすさを、形状係数によって表現する必要がある。その形状係数は、「静磁界における磁気回路モデル」の「パーミアンス」を用いる。まず、一般的な磁気回路の考え方について説明する。磁束が主として通る磁路の閉回路を、電気回路に対して磁気回路という。磁気回路において磁束を計算する際、電気回路の電流の計算に準じて行うことが出来るものである。磁気回路の基礎計算式は、電気回路に関するオームの法則と同一であり、全磁束をΦ、起磁力をＶ、磁気抵抗をＲとすると、この３つの要素は
全磁束Φ＝起磁力Ｖ／磁気抵抗Ｒ・・・・・（２）
の関係にある（従って、電気回路における電流は磁気回路における全磁束Φと対応し、電気回路における起電力は磁気回路における起磁力Ｖと対応し、電気回路における電気抵抗は磁気回路における磁気抵抗と対応する）。しかし、ここでは原理をより理解しやすく説明するために磁気抵抗Ｒの逆数であるパーミアンスＰを用いて説明する。従って上記（２）は
全磁束Φ＝起磁力Ｖ×パーミアンスＰ・・・・・（３）
で置き換えられる。このパーミアンスＰは、磁路の長さをＢ、磁路の断面積をＳ、磁路の透磁率をμとしたとき、
パーミアンスＰ＝透磁率μ×磁路断面積Ｓ／磁路長Ｂ・・・・・（４）
で表される。パーミアンスＰは、磁路長Ｂが短く、磁路断面積Ｓ及び透磁率μが大きい程大きくなることを示し、パーミアンスＰが大きい部分に磁束Φがより多く形成される。
【００５８】
図８（ａ）に示すように、静磁界において磁性コアの長手方向の一端から出る磁力線の大部分が円筒形回転体の外部を通って磁性コアの他端まで戻るように設計する。その設計の際は、定着装置を磁気回路に見立て、「磁性コア２のパーミアンスは十分大きく、かつ円筒形回転体と円筒形回転体の内側のパーミアンスが十分小さい状態」にすれば良い。
【００５９】
図１０において、円筒形回転体（導電層）を円筒体と記す。図１０（ａ）は、円筒体１ａ内部に、半径：ａ１［ｍ］、長さ：Ｂ［ｍ］、比透磁率：μ１の磁性コア２に、巻き数：Ｎ［回］の励磁コイル３を巻いた有限長ソレノイドを配置した構造体である。ここで、円筒体は、長さ：Ｂ［ｍ］、円筒内側半径：ａ２［ｍ］、円筒外側半径：ａ３［ｍ］、比透磁率：μ２の導体である。円筒体内側および外側の真空の透磁率：μ０［Ｈ／ｍ］とする。ソレノイドコイルに電流：Ｉ［Ａ］を流したときに、磁性コアの任意の位置の単位長さ当たりに発生する磁束８をφｃ（ｘ）とした。
【００６０】
図１０（ｂ）は、磁性コア２の長手方向に垂直な断面を拡大した図である。図中の矢印は、ソレノイドコイルに電流：Ｉを流したときに、磁性コアの内部、円筒体内外の空気、及び、円筒内を通る磁性コアの長手方向に平行な磁束を表している。磁性コア中を通る磁束をφｃ（＝φｃ（ｘ））、円筒体の内側の空気中を通る磁束をφａ＿ｉｎ、円筒体内を通る磁束をφｃｙ、円筒体外側の空気中を通る磁束をφａ＿ｏｕｔとしている。
【００６１】
図１１（ａ）に、図１０（ｂ）に示した単位長さ当たりのコア・コイル・円筒体を含む空間の磁気等価回路を示す。磁性コアを通る磁束φｃにより生じる起磁力をＶｍ、磁性コアのパーミアンスをＰｃ、円筒体の内側の空気中のパーミアンスをＰａ＿ｉｎ、円筒体内のパーミアンスをＰｃｙ、円筒体外側の空気のパーミアンスをＰａ＿ｏｕｔとしている。
【００６２】
円筒体内部または円筒体のパーミアンスＰａ＿ｉｎ、Ｐｃｙに比べて磁性コアのパーミアンスＰｃが十分大きい時、以下の関係が成り立つ。
φｃ＝φａ＿ｉｎ＋φｃｙ＋φａ＿ｏｕｔ        ・・・・・（５）
すなわち、磁性コアの内部を通過した磁束は、φａ＿ｉｎ、φｃｙ、φａ＿ｏｕｔの何れかを必ず通過して磁性コアに戻ってくることを意味する。
φｃ＝Ｐｃ・Ｖｍ                        ・・・・・（６）
φａ＿ｉｎ＝Ｐａ＿ｉｎ・Ｖｍ            ・・・・・（７）
φｃｙ＝Ｐｃｙ・Ｖｍ                    ・・・・・（８）
φａ＿ｏｕｔ＝Ｐａ＿ｏｕｔ・Ｖｍ        ・・・・・（９）
よって、（５）に（６）〜（９）を代入すると下記のようになる。
Ｐｃ・Ｖｍ＝Ｐａ＿ｉｎ・Ｖｍ＋Ｐｃｙ・Ｖｍ＋Ｐａ＿ｏｕｔ・Ｖｍ
＝（Ｐａ＿ｉｎ＋Ｐｃｙ＋Ｐａ＿ｏｕｔ）・Ｖｍ
∴Ｐｃ−Ｐａ＿ｉｎ−Ｐｃｙ−Ｐａ＿ｏｕｔ＝０      ・・・・・（１０）
図１０（ｂ）より、磁気コイルの断面積：Ｓｃ、円筒体内側空気の断面積：Ｓａ＿ｉｎ、円筒体の断面積：Ｓｃｙとすると、各領域の単位長さ当たりのパーミアンスは以下のように、「透磁率×断面積」で表すことができ、単位は［Ｈ・ｍ］である。
Ｐｃ＝μ１・Ｓｃ＝μ１・π（ａ１）２                      ・・・・・（１１）
Ｐａ＿ｉｎ＝μ０・Ｓａ＿ｉｎ＝μ０・π・（（ａ２）２−（ａ１）２）  ・・・（１２）
Ｐｃｙ＝μ２・Ｓｃｙ＝μ２・π・（（ａ３）２−（ａ２）２）  ・・・・（１３）
更に、Ｐｃ−Ｐａ＿ｉｎ−Ｐｃｙ−Ｐａ＿ｏｕｔ＝０であるから、円筒体外側空気中のパーミアンスは次のように表すことができる。
Ｐａ＿ｏｕｔ＝Ｐｃ−Ｐａ＿ｉｎ−Ｐｃｙ
＝μ１・Ｓｃ−μ０・Ｓａ＿ｉｎ−μ２・Ｓｃｙ
＝π・μ１・（ａ１）２
−π・μ０・（（ａ２）２−（ａ１）２）
−π・μ２・（（ａ３）２−（ａ２）２）          ・・・・・（１４）
各領域を通る磁束は、式（５）〜式（１０）に示すように、各領域のパーミアンスに比例する。式（５）〜（１０）を用いれば、後述する表１のように各領域を通る磁束の比率を算出することができる。尚、円筒体の中空部に、空気以外の材質が存在していた場合も、その断面積と透磁率から、円筒体内の空気と同じ方法でパーミアンスを求めることができる。この場合のパーミアンスの計算の仕方は後述する。
【００６３】
本発明においては、「円筒形回転体長軸方向への磁気の通りやすさを表現する形状係数」として、上記した「単位長さ当たりのパーミアンス」を利用する。まず、式（５）〜（１０）を用いて磁性コア、フィルムガイド（ニップ部形成部材）、円筒体内空気、円筒体に対して、断面積と透磁率から単位長さ当たりのパーミアンスを計算する。そして、式（１４）を用いて円筒体外空気のパーミアンスを計算する。本計算は、「円筒体に内包し、磁路になり得る部材」は全て考慮する。そして磁性コアのパーミアンスの値を１００％として、各部分のパーミアンスの割合が何％になるかを示している。これによれば、どの部分において最も磁路が形成されやすいか、磁束がどの部分を通過するかについて磁気回路を用いて数値化することができる。
【００６４】
パーミアンスの代わりに磁気抵抗Ｒ（パーミアンスＰの逆数）を用いても良い。なお、磁気抵抗を用いて議論する場合、磁気抵抗は単純にパーミアンスの逆数であるので、単位長さ当たりの磁気抵抗Ｒは「１／（透磁率×断面積）」で表すことが出来、単位は「１／（Ｈ・ｍ）」である。
【００６５】
次に、「磁束の比率」について、磁気等価回路を図１１（ｂ）を用いて説明する。
【００６６】
本発明において、静磁界における磁気回路モデル上で、磁性コア内部を通って磁性コアの一端から出た磁束１００％が通る経路は次のような内訳である。磁性コアを通過して磁性コアの一端を出た磁束１００％のうち０．０％がフィルムガイドを、０．１％が円筒体内の空気を、０．０％が円筒体を、９９．９％が円筒体外の空気を通る。以後この状態を、「円筒体外部磁束の比率：９９．９％」と表現する。なお、理由は後述するが本発明の目的を達成するためには「静磁界における磁気回路モデル上、円筒体外部を通る磁束の比率」の値が１００％に近い程良い。
【００６７】
「円筒体外部を通る磁束の比率」は、励磁コイルに直流電流を流し静磁界を形成した際に磁性コアの内部をフィルムの母線方向に通過して磁性コアの長手方向の一端から出た磁束のうち円筒形回転体の外側を通って磁性コアの他端に戻る磁束の割合である。
【００６８】
式（５）〜（１０）に記載したパラメータで表すと、「円筒体外部を通る磁束の比率」は、Ｐｃに対するＰａ＿ｏｕｔの比率（＝Ｐａ＿ｏｕｔ／Ｐｃ）である。
【００６９】
そして、「円筒体外部磁束の比率」の高い構成を作るためには、具体的には下記のような設計手段が望ましい。
手段１）磁性コアのパーミアンスを大きくする。（磁性コア断面積大、材質の比透磁率大）
手段２）円筒体内のパーミアンスを小さくする。（空気部分の断面積小）
手段３）円筒体内に鉄等のパーミアンスの大きい部材を配置しない。
手段４）円筒体のパーミアンスを小さくする。（円筒体の断面積小、円筒体に用いる材質の比透磁率小）
手段４より、円筒体は比透磁率μの低い材質が好ましい。円筒体として比透磁率μの高い材質を用いる際は、円筒体の断面積をより小さくする必要がある。これは、円筒体の断面積が大きい程、円筒体を貫く磁束が多くなり発熱効率が高くなる従来の定着装置とは反対である。また、円筒体内にはパーミアンスの大きい部材を配置しないことが望ましいものの、やむを得ず鉄等を配置しなければならない場合は、断面積を小さくする等によって、「円筒体外部を通る磁束の比率」をコントロールする必要がある。
【００７０】
尚、磁性コアを長手方向で複数に分割し、分割した各磁性コア同士の間に空隙（ギャップ）を設ける場合もある。その場合、この空隙が空気又は比透磁率が１．０とみなせるもの等の磁性コアの比透磁率よりも小さいもので満たされている場合、磁性コア全体の磁気抵抗は大きくなり磁路形成能力を減少させることになる。よって、本発明の定着装置を達成するためには、磁性コアのギャップを厳しく管理する必要がある。磁性コアのパーミアンスの計算方法は複雑になる。以下に、磁性コアを複数分割し、空隙またはシート状非磁性体を挟んで等間隔に並べた場合の磁性コア全体のパーミアンスの計算方法について説明する。この場合長手全体の磁気抵抗を導出し、それを全体長さで割って単位長さ当たりの磁気抵抗を求め、その逆数を取って単位長さ当たりのパーミアンスを求める必要がある。
【００７１】
まず、磁性コアの長手構成図を図１２に示す。磁性コアｃ１〜ｃ１０は、断面積：Ｓｃ、透磁率：μｃ、分割された磁性コア１個当たりの長手寸法：Ｌｃとなっており、ギャップｇ１〜ｇ９は、断面積：Ｓｇ、透磁率：μｇ、１ギャップ当たりの長手寸法：Ｌｇとなっている。その時長手全体の磁気抵抗Ｒｍ＿ａｌｌは、以下の式で与えられる。
Ｒｍ＿ａｌｌ＝（Ｒｍ＿ｃ１＋Ｒｍ＿ｃ２＋・・・・・＋Ｒｍ＿ｃ１０）＋
（Ｒｍ＿ｇ１＋Ｒｍ＿ｇ２＋・・・・・＋Ｒｍ＿ｇ９）・・・（１５）
本構成の場合は、磁性コアの形状と材質、ギャップ幅は一様であるので、Ｒｍ＿ｃの足し合わせた合計をΣＲｍ＿ｃ、Ｒｍ＿ｇの足し合わせた合計をΣＲｍ＿ｇとすると、次のようになる。
Ｒｍ＿ａｌｌ＝（ΣＲｍ＿ｃ）＋（ΣＲｍ＿ｇ）・・・・・（１６）
磁性コアの長手：Ｌｃ、透磁率：μｃ、断面積：Ｓｃ、ギャップの長手：Ｌｇ、透磁率：
μｇ、断面積：Ｓｇとすると、
Ｒｍ＿ｃ＝Ｌｃ／（μｃ・Ｓｃ）・・・・・（１７）
Ｒｍ＿ｇ＝Ｌｇ／（μｇ・Ｓｇ）・・・・・（１８）
（１６）式に代入して、長手全体の磁気抵抗Ｒｍ＿ａｌｌは
Ｒｍ＿ａｌｌ＝（ΣＲｍ＿ｃ）＋（ΣＲｍ＿ｇ）
＝（Ｌｇ／（μｃ・Ｓｃ））×１０＋（Ｌｇ／（μｇ・Ｓｇ））×９・・（１９）
となる。単位長さ当たりの磁気抵抗Ｒｍは、Ｌｃの足し合わせた合計をΣＬｃ、Ｌｇの足し合わせた合計をΣＬｇとすると、
Ｒｍ＝Ｒｍ＿ａｌｌ／（ΣＬｃ＋ΣＬｇ）
＝Ｒｍ＿ａｌｌ／（Ｌ×１０＋Ｌｇ×９）・・・・・（２０）
となり、単位長さあたりのパーミアンスＰｍは、以下のように求められる。
Ｐｍ＝１／Ｒｍ＝（ΣＬｃ＋ΣＬｇ）／Ｒｍ＿ａｌｌ＝（ΣＬｃ＋ΣＬｇ）／［｛ΣＬｃ／（μｃ＋Ｓｃ）｝＋｛ΣＬｇ／（μｇ＋Ｓｇ）｝］・・（２１）
ΣＬｃ：分割された磁性コアの長さの合計
μｃ：磁性コアの透磁率
Ｓｃ：磁性コアの断面積
ΣＬｇ：ギャップの長さの合計
μｇ：ギャップの透磁率
Ｓｇ：ギャップの断面積
式（２１）より、ギャップＬｇを大きくすることは、磁性コアの磁気抵抗の増加（パーミアンスの低下）につながる。本定着装置を構成する上で、発熱原理上、磁性コアの磁気抵抗が小さく（パーミアンスが大きく）なるように設計することが望ましいため、ギャップを設けることはあまり望ましくない。しかし、磁性コアを割れにくくするために磁性コアを複数に分割してギャップを設ける場合がある。この場合ギャップＬｇは極力小さく（好ましくは５０μｍ以下程度）構成し、後述するパーミアンス又は磁気抵抗の設計条件から外れないように設計することで、本発明の目的を達成することができる。
【００７２】
（３−４）円筒形回転体内部の周回電流
図８（ａ）において、中心から磁性コア２、励磁コイル３、円筒形回転体（導電層１ａ）が同心円状に配置されており、励磁コイル３の中に矢印Ｉ方向に電流が増加している時は、概念図においては８本の磁力線が磁性コア２の中を通過している。
【００７３】
図１３（ａ）は、図８（ａ）の位置Ｏにおける断面構成の概念図を示したものである。
【００７４】
磁路の中を通過する磁力線Ｂｉｎを、図中奥行き方向に向かう矢印（×印８個）で示す。そして図中手前方向に向かう矢印Ｂｏｕｔ（●印８個）は、静磁界を形成した時に磁路の外から戻ってくる磁力線を表している。これによると、円筒形回転体１ａの中を紙面奥方向に向かう磁力線Ｂｉｎは８本であり、円筒形回転体１ａの外を紙面手前方向に戻ってくる磁力線Ｂｏｕｔも８本である。励磁コイル３の中に電流が矢印Ｉの向きに電流が増加している瞬間は、磁路の中に図中奥行き方向に向かう矢印（○の中に×印）のように磁力線が形成される。実際に交番磁界を形成した時には、このように形成されようとする磁力線を打ち消すように、円筒形回転体１ａの周方向全域に誘導起電力がかかり、電流は矢印Ｊの方向に流れる。この、円筒形回転体１ａに電流が流れると、円筒形回転体１ａは金属なので電気抵抗によりジュール発熱する。
【００７５】
この電流Ｊが円筒形回転体１ａを周回方向に流れることは、本発明の重要な特徴である。本発明の構成は、静磁界において磁性コアの内部を通過する磁力線Ｂｉｎが円筒形回転体１ａの中空部を通過し、磁路コアの一端から出て磁性コアの他端に戻ってくる磁力線Ｂｏｕｔが円筒形回転体１ａの外部を通過する。これは、交番磁界において、円筒形回転体１ａ内部において周回電流が支配的となり、図１４で示すような磁束が導電層の材料内部を貫いて発生する渦電流Ｅ／／は発生しにくい。尚、以後、一般に誘導加熱の説明で使用される「渦電流」と区別するため本実施例の構成で円筒形回転体を矢印Ｊの方向（またはその逆方向）に一様に流れる電流を「周回電流」と呼ぶ。
【００７６】
ファラデーの法則に従う誘導起電力は、円筒形回転体１ａの周回方向に生じているので、この周回電流Ｊは円筒形回転体１ａ内部を一様に流れる。そして磁力線は、高周波電流により生成消滅と方向反転を繰り返すため、周回電流Ｊは高周波電流と同期して生成消滅と方向反転を繰り返し、円筒形回転体の材料の厚み方向全域の抵抗値によってジュール発熱する。図１３（ｂ）は、磁性コアの磁路の中を通過する磁力線Ｂｉｎと、磁路の外から戻ってくる磁力線Ｂｏｕｔと、円筒形回転体１ａ内部を流れる周回電流Ｊの方向を示す長手斜視図である。
【００７７】
周回電流による発熱は、定着装置として以下１）、２）のメリットを有する。
【００７８】
１）円筒形回転体の熱を奪い、大きく温度低下したとしても、図３のＡ→Ｂに至る回転中に発熱し、失われた熱を補給する時間が十分にある。従って、Ｂ点における温度低下は小さい。
【００７９】
２）また、（１）式によって誘起される誘導電流は、円筒形回転体の周回方向に、全周にわたって均一な熱を発生させる。従って、円筒形回転体の温度差が起き難い。
【００８０】
このように、本発明の定着装置は、周回電流によって、円筒形回転体全体を発熱させるために、定着温度が非常に安定する構成となっている。
【００８１】
（３−５）電力の変換効率
定着スリーブの円筒形回転体（導電層）を発熱させる際は、励磁コイルに高周波交流電流を流し、交番磁界を形成する。その交番磁界は円筒形回転体に電流を誘導する。物理モデルとしては、トランスの磁気結合と良く似ている。そのため、電力の変換効率を考える際には、トランスの磁気結合の等価回路を用いることが出来る。その交番磁界によって励磁コイルと円筒形回転体が磁気結合して、励磁コイルに投入した電力が円筒形回転体に伝達される。ここで述べる「電力の変換効率」は、磁界発生手段である励磁コイルに投入する電力と、円筒形回転体により消費される電力の比率である。本実施例の場合、図１に示す励磁コイル３に対して高周波コンバータ５に投入した電力と、円筒形回転体１ａで発生した熱として消費される電力の比率である。この電力の変換効率は以下の式で表すことができる。
電力の変換効率＝円筒回転体で熱として消費される電力／励磁コイルに投入した電力
励磁コイルに投入して円筒回転体以外で消費される電力は、励磁コイルの抵抗による損失、磁性コア材料の磁気特性による損失などがある。
【００８２】
図２０に回路の効率に関する説明図を示す。図２０（ａ）において１ａは円筒形回転体、２は磁性コア、３は励磁コイルであり、円筒形回転体１ａに周回電流Ｊが流れる。図２０（ｂ）は、図２０（ａ）に示した定着装置の等価回路である。
【００８３】
Ｒ１は励磁コイルおよび磁性コアの損失分、Ｌ１は磁性コアに周回した励磁コイルのインダクタンス、Ｍは巻き線と円筒形回転体との相互インダクタンス、Ｌ２は円筒形回転体のインダクタンス、Ｒ２は円筒回転体の抵抗である。円筒回転体を取り外した時の等価回路を図２１のうち（ａ）に示す。インピーダンスアナライザやＬＣＲメータといった装置により、励磁コイル両端からの直列等価抵抗はＲ１、等価インダクタンスＬ１を測定すると、励磁コイル両端から見たインピーダンスＺＡは
ＺＡ＝Ｒ１＋ｊωＬ１          ・・・・・（２２）
とあらわされる。この回路に流れる電流は、Ｒ１により損失する。即ちＲ１はコイル及び磁性コアによる損失を表している。
【００８４】
円筒回転体を装荷したときの等価回路を図２１のうち（ｂ）に示す。この時の直列等価抵抗Ｒｘ及びＬｘを測定しておけば、図２１のうち（ｃ）のように等価変換することで以下のような関係式を得ることが出来る。
【００８５】
【数２】
2015118255.tif 000004
【００８６】
【数３】
2015118255.tif 000005
・・・・・（２３）
【００８７】
【数４】
2015118255.tif 000006
・・・・（２４）
Ｍは励磁コイルと円筒形回転体の相互インダクタンスを表す。
【００８８】
図２１のうち（ｃ）に示すように、Ｒ１に流れる電流をＩ１、Ｒ２に流れる電流をＩ２とおくと
【００８９】
【数５】
2015118255.tif 000007
・・・・（２５）
が成り立つため、
【００９０】
【数６】
2015118255.tif 000008
・・・・・（２６）
となる。
【００９１】
効率は抵抗Ｒ２の消費電力／（抵抗Ｒ１の消費電力＋抵抗Ｒ２の消費電力）で表される為、
【００９２】
【数７】
2015118255.tif 000009
・・・・・（２７）
となり、円筒形回転体を装荷する前の直列等価抵抗Ｒ１と、円筒形回転体を装荷した後の直列等価抵抗Ｒｘを測定すると、励磁コイルに投入した電力のうち、どれだけの電力が円筒回転体で発生する熱として消費されるかを示す電力の変換効率を求めることができる。なお、実施例１の構成においては、電力の変換効率の測定には、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製のインピーダンスアナライザ４２９４Ａを用いた。まず、円筒形回転体の無い状態において巻線両端からの直列等価抵抗Ｒ１を測定し、次に円筒形回転体に磁性コアを挿入した状態において巻線両端からの直列等価抵抗Ｒｘを測定した。Ｒ１＝１０３ｍΩ、Ｒｘ＝２．２Ωとなり、この時電力の変換効率は式（２７）により、９５．３％と求めることが出来る。以後この電力の変換効率を用いて、電磁誘導加熱方式の定着装置の性能を評価する。
【００９３】
（３−６）「円筒体外部磁束の比率」に求められる条件
本実施例の定着装置においては、静磁界において円筒体外部を通る磁束の比率と、交番磁界において励磁コイルに投入した電力が円筒回転体に伝達される電力の変換効率（電力の変換効率）とは、相関がある。円筒体外部を通る磁束の比率が増加するほど電力の変換効率は高くなる。その理由は、トランスの場合に、漏れ磁束が十分少なく、トランスの１次巻線と２次巻線の中を通過する磁束の数が等しいと電力の変換効率は高くなることと同じ原理である。つまり、磁性コアの内部を通過する磁束と、円筒形回転体の外部を通過する磁束の数が近い程、周回電流への電力の変換効率は高くなる。これは、磁性コアの長手方向の一端から出て他端に戻る磁束（磁性コアの内部を通過する磁束と向きが反対の磁束）が、円筒形回転体の中空部を通過し磁性コアの内部を通過する磁束をキャンセルする割合が少ないということである。つまり、図１１（ｂ）の磁気等価回路に示すように、磁性コアの長手方向の一端から出て他端に戻る磁束が円筒形回転体の外（円筒体外空気）を通過するということある。故に本実施例の骨子は、円筒体外部磁束の比率を高くすることによって、励磁コイルに流した高周波電流を円筒形回転体内部の周回電流として効率よく誘導することである。具体的にはフィルムガイド、円筒体内空気、円筒体を通る磁束を減らすことである。
【００９４】
図２２は、電力の変換効率の測定実験に用いる実験装置の図である。金属シート１Ｓは、面積２３０ｍｍ×６００ｍｍ、厚み２０μｍのアルミニウムシートであり、磁性コア２と励磁コイル３を囲むように円筒上に丸め、太線１ＳＴ部分において導通することによって円筒形回転体と同じ導電経路を形成している。磁性コア２は、比透磁率が１８００、飽和磁束密度が５００ｍＴのフェライトであり、断面積２６ｍｍ２、長さＢ＝２３０ｍｍの円柱形状をしている。磁性コア２は不図示の固定手段でアルミニウムシート１Ｓの円筒のほぼ中央に配置させており、長さＢ＝２３０ｍｍの円筒の中空部を貫通して、円筒の内部に磁路を形成する。励磁コイル３は円筒の中空部において、磁性コア２に巻数２５回で螺旋状に巻き回して形成される。
【００９５】
ここで、金属シート１Ｓの端部を矢印１ＳＺ方向に引くと、円筒の直径１ＳＤを小さく出来る。この実験装置を用いて、円筒の直径１ＳＤを１９１ｍｍから１８ｍｍまで変化させながら、電力の変換効率を測定した。なお、１ＳＤ＝１９１ｍｍの時の円筒体外部磁束の比率の計算結果を下記の表１に示し、１ＳＤ＝１８ｍｍの時の円筒体外部磁束の比率の計算結果を下記の表２に示す。
【００９６】
【表１】
2015118255.tif 000010
【００９７】
【表２】
2015118255.tif 000011
【００９８】
電力の変換効率の測定は、まず、円筒形回転体の無い状態において巻線両端からの直列等価抵抗Ｒ１を測定する。その次に、円筒形回転体の中空部に磁性コアを挿入した状態において巻線両端からの直列等価抵抗Ｒｘを測定し、式（２７）に従って電力の変換効率を測定する。図２３は、円筒の直径に対応する円筒体外部磁束の比率［％］を横軸にとり、２１ｋＨｚの周波数における電力の変換効率を縦軸にとったものである。プロットは、グラフ中のＰ１以降に電力の変換効率が急上昇して７０％を超え、矢印で示す領域Ｒ１の範囲で電力の変換効率７０％以上を維持している。Ｐ３付近において電力の変換効率は再度急上昇し、領域Ｒ２において８０％以上となっている。Ｐ４以降の領域Ｒ３においては電力の変換効率が９４％以上と高い値を維持している。この、電力の変換効率が急上昇し始めたことは、円筒体の内部に効率的に周回電流が流れ始めるようになったことに起因する。
【００９９】
電磁誘導加熱方式の定着装置を設計する上で、この電力の変換効率は極めて重要なパラメータである。例えば電力の変換効率８０％であった場合、残り２０％の電力は、円筒形回転体以外の箇所に熱エネルギーとして発生する。発生する箇所は、主に励磁コイル、磁性コア、円筒形回転体内部に磁性体等の部材を配置した場合はその部材に発生する。つまり電力の変換効率が低ければ、励磁コイルや磁性コアに発生する熱のための対策を講じなければならない。そしてその対策の程度は、発明者らの検討によると、電力の変換効率７０％、８０％を境界として大きく変化する。従って領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の構成において、定着装置としての構成が大きく異なる。設計条件Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の３種類と、いずれにも属さない定着装置の構成について説明する。以下に定着装置を設計する上で、必要な電力の変換効率について詳細を説明する。
【０１００】
下記の表３は、図２３のＰ１〜Ｐ４に該当する構成を、実際に定着装置として設計し、評価した結果である。
【０１０１】
【表３】
2015118255.tif 000012
【０１０２】
（定着装置Ｐ１）
本構成は、磁性コアの断面積が５．７５ｍｍ×４．５ｍｍであり、円筒体（導電層）の直径が１４３．２ｍｍの場合である。この時インピーダンスアナライザによって求められる電力の変換効率は５４．４％であった。電力の変換効率は定着装置に投入した電力のうち、円筒（導電層）の発熱に寄与した分を示すパラメータである。従って最大１０００Ｗ出力可能な定着装置として設計しても約４５０Ｗが損失となってしまい、その損失はコイル及び磁性コアの発熱となる。本構成の場合、立ち上げ時数秒間１０００Ｗを投入しただけでもコイル温度は２００℃を超える場合がある。コイルの絶縁体の耐熱温度が２００℃後半であること、フェライトの磁性コアのキュリー点は通常２００℃〜２５０℃程度であることを考えると、損失４５％では励磁コイル等の部材を耐熱温度以下に保つことは難しくなる。また、磁性コアの温度がキュリー点を超えるとコイルのインダクタンスが急激に低下し、負荷変動となる。
【０１０３】
定着装置に供給した電力の約４５％が無駄になるので、円筒体に９００Ｗ（１０００Ｗの９０％を想定）の電力を供給するためには約１６３６Ｗの電力供給する必要がある。これは１００Ｖ入力時、１６．３６Ａを消費する電源という事になる。商用交流のアタッチメントプラグから投入できる許容電流は１５Ａという制限がある場合、許容電流をオーバーする可能性がある。よって、円筒体外部磁束の比率６４％、電力の変換効率５４．４％の定着装置Ｐ１は、定着装置に供給する電力が不足する可能性がある。
【０１０４】
（定着装置Ｐ２）
本構成は、磁性コアの断面積が５．７５ｍｍ×４．５ｍｍであり、円筒体の直径が１２７．３ｍｍの場合である。この時インピーダンスアナライザによって求められる電力の変換効率は７０．８％であった。この時、定着装置の印字動作によっては、励磁コイル等に定常的に大きな熱量が発生し、励磁コイルユニット、特に磁性コアの昇温が課題となる場合がある。本構成の定着装置を６０枚／分の印字動作ができる高スペックな装置にすると、円筒形回転体の回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃとなる。よって、円筒形回転体の表面温度を１８０℃に維持するケースがある。そうすると、磁性コアの温度は２０秒間で２４０℃を超え、円筒体（導電層）の温度より高くなる場合が考えられる。磁性コアとして用いるフェライトのキュリー温度は通常２００℃〜２５０℃程度であり、フェライトがキュリー温度を超えた場合、透磁率は急激に減少する。透磁率が急激に減少すると、磁性コアの中に磁路を形成することができない。磁路を形成することができなくなると、本実施例においては、周回電流を誘導して発熱することが難しくなる場合がある。
【０１０５】
従って、設計条件Ｒ１の定着装置を、前述した高スペックの装置にすると、フェライトコアの温度を下げるために冷却手段を設けることが望ましい。冷却手段としては、空冷ファン、水冷、放熱板、放熱フィン、ヒートパイプ、または、ベルチェ素子などを用いることができる。もちろん、本構成においてそこまでの高スペックを要求しない場合は、冷却手段は不要である。
【０１０６】
（定着装置Ｐ３）
本構成は、磁性コアの断面積が５．７５ｍｍ×４．５ｍｍであり、円筒体の直径が６３．７ｍｍの場合である。この時インピーダンスアナライザによって求められる電力の変換効率は８３．９％であった。この時、励磁コイル等には定常的に熱量が発生したものの、熱伝達と自然冷却で放熱出来る熱量を大きく上回ることはなかった。本構成の定着装置を６０枚／分の印字動作ができる高スペックな装置にすると、円筒体の回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃとなる。従って、円筒体の表面温度を１８０℃に維持するケースであっても、フェライトの磁性コアの温度は２２０℃以上に上昇することはなかった。そのため本構成においては、定着装置を前述した高スペックする場合、キュリー温度２２０℃以上のフェライトを用いることが望ましい。設計条件Ｒ２の構成の定着装置を高スペックな定着装置として使用する場合は、フェライト等の耐熱設計を最適化することが望ましい。本構成に、前述した高スペックを要求しない場合は、そこまでの耐熱設計は不要である。
【０１０７】
（定着装置Ｐ４）
本構成は、磁性コアの断面積が５．７５ｍｍ×４．５ｍｍであり、円筒体の直径が４７．７ｍｍの場合である。この時インピーダンスアナライザによって求められる電力の変換効率は９４．７％であった。本構成の定着装置を６０枚／分の印字動作ができる高スペックな装置にすると、円筒体の回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃとなり、円筒体の表面温度を１８０℃に維持するケースにおいて励磁コイル等は、１８０℃以上に上昇することはなかった。これは、励磁コイルがほとんど発熱しないことを示す。円筒体外部磁束の比率９４．７％、電力の変換効率９４．７％（設計条件Ｒ３）は、電力の変換効率が十分高いため、更なる高スペックの定着装置として用いても、冷却手段は必要ない。
【０１０８】
また、電力の変換効率が高い値で安定しているこの領域においては、円筒形回転体と磁性コアの位置関係が変動しても、電力の変換効率が変動しない。電力の変換効率が変動しない場合、円筒形回転体から常に安定した熱量を供給することができる。よって、可撓性を有する定着スリーブを用いる定着装置において、この電力の変換効率が変動しない領域Ｒ３を用いることは、大きなメリットがある。
【０１０９】
以上、円筒形回転体に対してその軸方向に磁界を発生させ、円筒形回転体を電磁誘導発熱させる定着装置において、円筒体外部磁束の比率に求められる設計条件は、図２３中矢印Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に領域分けすることができる。
Ｒ１：円筒体外部磁束の比率７０％以上９０％未満
Ｒ２：円筒体外部磁束の比率９０％以上９４％未満
Ｒ３：円筒体外部磁束の比率９４％以上
（３−７）「周回電流」による発熱の特徴
上記（３−４）で説明した「周回電流」は、図６の回路Ｓ内に生じる誘導起電力によって生じるものである。そのため、回路Ｓに内包する磁束と、回路Ｓの抵抗値に依存する。後述する「渦電流Ｅ／／」とは異なり、材料内部の磁束密度とは関係しない。そのため、磁路とならない薄い磁性金属製の円筒形回転体でも、非磁性金属製の円筒回転体でも高い効率で発熱することが可能である。また、抵抗値が大きく変わらない範囲においては、材料の厚みにも依存しない。図１６（ａ）は、厚さ２０μｍのアルミニウムの円筒形回転体における電力の変換効率の周波数依存性である。２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数帯域において、電力の変換効率は９０％以上を維持している。特に、２１〜４０ｋＨｚの周波数帯域を発熱に利用する場合において、高い電力の変換効率を持っている。次に図１６（ｂ）は、同形状の円筒形回転体における、周波数２１ｋＨｚでの電力の変換効率の厚み依存性である。黒丸―実線はニッケル、白丸―点線はアルミニウムの実験結果を示している。両者は厚み２０μｍ〜３００μｍの領域において、電力の変換効率は９０％以上を維持しており、両者とも厚みに寄らず、定着装置用発熱材料として使用可能である。
【０１１０】
よって、「周回電流による発熱」は、従来の渦電流損による発熱より、円筒形回転体の材質や厚み、そして、交流電流の周波数に対する設計自由度を広げることができる。
【０１１１】
尚、磁性コアの長手方向の一端を出た磁束のうち円筒形回転体の外部を通って磁性コアの他端に戻る割合が７０％以上であることが本定着装置の特徴である。磁性コアの長手方向の一端を出た磁束のうち円筒形回転体の外部を通って磁性コアの他端に戻る割合が７０％以上であることは、円筒体のパーミアンスと円筒体内部（円筒体と磁性コアの間の領域）のパーミアンスとの和が磁性コアのパーミアンスの３０％以下であることと等価である。従って、本発明の特徴的な構成の一つは、磁性コアのパーミアンスをＰｃ、円筒体内部のパーミアンスをＰａ、円筒体のパーミアンスＰｓとした時に、０．３０×Ｐｃ≧Ｐｓ＋Ｐａの関係を満足する構成である。
【０１１２】
また、パーミアンスの関係式を磁気抵抗に置き換えて表現すると下記のようになる。
【０１１３】
【数８】
2015118255.tif 000013
・・・・・（２８）
ただし、ＲｓとＲａの合成磁気抵抗Ｒｓａは以下のように計算する。
【０１１４】
【数９】
2015118255.tif 000014
【０１１５】
Ｒｃ：磁性コアの磁気抵抗
Ｒｓ：導電層の磁気抵抗
Ｒａ：導電層と磁性コアとの間の領域の磁気抵抗
Ｒｓａ：ＲｓとＲａの合成磁気抵抗
上記の関係式を、定着装置の記録材の最大搬送領域全域で、円筒形回転体の母線方向に直交する方向の断面において満足するのが好ましい。
【０１１６】
この合成磁気抵抗の値が低い程、（１）式によって誘起される誘導電流による発熱の割合は高くなり、合成磁気抵抗が０％の構成では、ほぼ１００％、（１）式の周回電流による発熱が起きていることになる。よって、合成磁気抵抗の値が低ければ低い程、先述したメリット１）、２）を出すことができる。
【０１１７】
このように、上述したような定着装置構成とし、さらに、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下にすることで、前述したメリット１）、２）を出すことができる。具体的には、温度低下が非常に少なく、均一加熱できる定着装置構成が得られる。
【０１１８】
（４）加熱部材
本発明に係る定着装置を構成する加熱部材の一例としての定着スリーブについて図３を用いて説明する。
【０１１９】
図３に示した定着装置は、加熱部材定着スリーブ１と、該定着スリーブに対向して配置されている加圧部材７とを有する。
【０１２０】
定着スリーブ１において、１ａは、金属または耐熱性樹脂、特に好ましくは、ステンレス等の金属で形成された、発熱層として機能する導電層である。
【０１２１】
定着スリーブ１は、熱容量を小さくしてＦＰＯＴ性能を向上させるために、総膜厚が薄いほど良く、導電層１ａの厚みも薄いほど、定着装置Ａのクイックスタートに有利となる。しかし、薄すぎると強度が不十分となることから、導電層１ａの厚みとしては、２０〜５０μｍ、すなわち、０．０２ｍｍ以上、０．０５ｍｍ以下とする。
【０１２２】
また、導電層１ａの外周面には、弾性層１ｂが形成されている。弾性層１ｂは、記録材Ｐや未定着トナー画像Ｔの凹凸に追従して包み込むようにして、導電層１ａからの熱を記録材Ｐや未定着トナー画像Ｔへ伝える役割を有する。弾性層１ｂの材料としては高熱伝導性フィラーを混ぜた耐熱性のゴムを用いることができる。ここで、高熱伝導性フィラーとは、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上のフィラーを指し、好ましくは２０Ｗ／ｍＫ以上のフィラーを用いることができる。熱伝導率は、例えば、ホットディスク法により測定可能であり、熱伝導率が高く、更には弾性層１ｂの膜厚が薄いほど定着装置Ａのクイックスタートに有利となる。しかし、熱伝導フィラーはシリコーンゴムより比重が大きいため、添加量が増えると熱伝導率と併せて熱容量も大きくなる。よって、ＦＰＯＴ性能能を考慮する上では、より低比重のフィラーを選定することが好ましい。また、弾性層が薄すぎると記録材Ｐやトナーを包み込む効果がうすれるため、弾性層１ｂの層厚としては、５０μｍ以上、３００μｍ以下の範囲内、すなわち、０．０５ｍｍ以上、０．３０ｍｍ以下とする。
【０１２３】
定着スリーブ１の最も外側の、未定着トナー像と接する表面を構成するのが、弾性層１ｂ上に形成されている離型層１ｃである。離型層１ｃは、記録材Ｐ上のトナーＴがオフセットしないように良好な離型性を有する材料、例えば、フッ素樹脂で形成されている。
【０１２４】
また、弾性層１ｂと離型層１ｃの間には、好適には、中間層（不図示）とプライマー層（不図示）が設けてあり、中間層とプライマー層と離型層を含めた総膜厚を、５μｍ以上、４０μｍ以下、すなわち、０．０００５ｍｍ以上、０．０４ｍｍ以下とする。
【０１２５】
総膜厚が４０μｍを超えると定着スリーブの熱容量が大きくなりＦＰＯＴ性能の観点から不利になる。特に好ましくい厚みの上限としては、２０μｍ以下である。
【０１２６】
一方、総膜厚が５μｍを下回ると離型層が記録材Ｐにより摩耗し、最悪の場合摩滅に至り定着スリーブが破壊される懸念がある。また、近年の印刷速度の高速化に対応するために、定着ニップ部Ｎにかかる加圧力が増加傾向にある。これに伴い、離型層の記録材Ｐによる摩耗の加速化が懸念され、離型層が薄すぎると定着スリーブの破壊への懸念が高まる。さらには高画質化への対応として記録材Ｐやトナーを包み込む効果を向上させるために離型層を薄層化し定着スリーブを柔軟化することが有効である。これらを鑑み、より好適には中間層とプライマー層と離型層を含めた総膜厚を１０μｍ〜２０μｍにすることが耐久性及び高画質化の観点から望ましい。
【０１２７】
（４−１）導電層１ａ
導電層１ａとしては、ＦＰＯＴ性能の観点より体積熱容量を４．８０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以下とする。
【０１２８】
一方、導電層１ａの体積熱容量が小さすぎる場合、導電層１ａを誘導加熱した際の温度制御が困難となる場合がある。これは熱容量が小さい導電層１ａを用いた場合、制御出力に対して応答性が速く、僅かな外乱に対して温度変動の影響を受けやすくなることが考えられる。従って温度変動の観点より、体積熱容量は２．３０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以上とする。これらの範囲を満たす導電層１ａの材料としては、ステンレス、アルミニウム、銅、銀などの金属フィルムを選択することが可能である。
【０１２９】
（４−２）弾性層１ｂ
弾性層１ｂとしては、その厚みを、５０μｍ以上、３００μｍ以下、すなわち、０．０５ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下とし、また、体積熱容量を、１．００×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以上、２．５０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以下とする。
【０１３０】
弾性層１ｂの厚みを５０μｍ未満とした場合、加熱部材の表面の柔軟性が不十分となり、ニップ部Ｎにおいて加圧部材によって未定着トナーが過度に押しつぶされ、電子写真画像に光沢ムラ等を生じさせる原因となる。一方、厚みを３００μｍ超とした場合、加熱部材の熱容量を増加させ、ＦＰＯＴのより一層の短縮化の阻害要因となる。また、弾性層の体積熱容量についても、上記の数値範囲内とすることで、ＦＰＯＴのより一層の短縮化を図ることができる。
【０１３１】
このような弾性層１ｂの形成には、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴムを用いることができる。特には、加工の容易性から、付加硬化型シリコーンゴムを用いることが好ましい。
【０１３２】
（４−２−１）シリコーンゴム
一般に、付加硬化型シリコーンゴムは、不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサン、ケイ素に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサン、及び架橋触媒として白金化合物を含む。
【０１３３】
上記の不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサンの例は以下のものを含む。
（ａ）分子両末端が（Ｒ１）２（Ｒ２）ＳｉＯ１／２で表され、中間単位が（Ｒ１）２ＳｉＯ及び（Ｒ１）（Ｒ２）ＳｉＯいずれか一方または両方で表される直鎖状オルガノポリシロキサン。
（ｂ）中間単位にＲ１ＳｉＯ３／２及びＳｉＯ４／２のいずれか一方または両方が含まれる分岐状ポリオルガノシロキサン。
【０１３４】
ここで、Ｒ１はケイ素原子に結合した、脂肪族不飽和基を含まない１価の非置換又は置換炭化水素基を表す。具体例は、以下のものを含む。
（ｃ）アルキル基（例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル等）。
（ｄ）アリール基（フェニル基等）。
（ｅ）置換炭化水素基（例えば、クロロメチル、３−クロロプロピル、３，３，３−トリフルオロプロピル、３−シアノプロピル、３−メトキシプロピル等）。
【０１３５】
特に、合成や取扱いが容易で、優れた耐熱性が得られることから、Ｒ１の５０％以上がメチル基であることが好ましく、すべてのＲ１がメチル基であることが特に好ましい。また、Ｒ２はケイ素原子に結合した不飽和脂肪族基を表しており、ビニル、アリル、３−ブテニル、４−ペンテニル、５−ヘキセニルが例示され、合成や取扱いが容易で、架橋反応も容易に行われることから、ビニルが好ましい。
【０１３６】
また、上述したケイ素に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサンは白金化合物の触媒作用により、上記の不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサン成分のアルケニル基との反応によって架橋構造を形成させる架橋剤である。ケイ素原子に結合した水素原子の数は、１分子中に平均３個を越える数である。ケイ素原子に結合した有機基としては、上記の不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサン成分のＲ１と同じ範囲である非置換又は置換の１価の炭化水素基が例示される。特に、合成及び取扱いが容易なことから、メチル基が好ましい。ケイ素に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサンの分子量は特に限定されない。また、当該オルガノポリシロキサンの２５℃における粘度は、好ましくは１０ｍｍ２／ｓ以上１００，０００ｍｍ２／ｓ以下、さらに好ましくは１５ｍｍ２／ｓ以上１，０００ｍｍ２／ｓ以下の範囲である。保存中に揮発して所望の架橋度や成形品の物性が得られないということがなく、また合成や取扱いが容易で、系に容易に均一に分散させることができるからである。
【０１３７】
シロキサン骨格は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでも差支えなく、これらの混合物を用いてもよい。特に合成の容易性の観点から、直鎖状のものが好ましい。Ｓｉ−Ｈ結合は、分子中のどのシロキサン単位に存在してもよいが、少なくともその一部が、（Ｒ１）２ＨＳｉＯ１／２単位のような分子末端のシロキサン単位に存在することが好ましい。
【０１３８】
付加硬化型シリコーンゴムとしては、不飽和脂肪族基の量が、ケイ素原子１モルに対して０．１モル％以上２．０モル％以下であるものが好ましい。特には、０．２モル％以上１．０モル％以下である。
【０１３９】
また、不飽和脂肪族基に対する活性水素の数の割合が、０．３以上０．８以下となるような割合で配合されていることが好ましい。不飽和脂肪族基に対する活性水素の数の割合は水素核磁気共鳴分析（例えば、１Ｈ−ＮＭＲ（商品名：ＡＬ４００型ＦＴ−ＮＭＲ；日本電子株式会社製））を用いた測定により定量・算出することができる。不飽和脂肪族基に対する活性水素の数の割合が上記数値範囲内とすることで、硬化後のシリコーンゴム層の硬度を安定なものとすることができ、また、硬度の過度の上昇を抑えられる。
【０１４０】
このように、本発明においては弾性層１ｂの材料としては付加硬化型シリコーンゴムが好適に使用できる。
【０１４１】
（４−２−２）弾性層１ｂ中の高熱伝導フィラー
弾性層１ｂの体積熱容量を、１．００×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以上、２．５０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以下に調整するために、弾性層１ｂを構成するゴム中には、フィラーを含有させることが好ましい。
【０１４２】
フィラーとしては、例えば、アルミナ、酸化亜鉛、炭化ケイ素、金属ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭素材料が挙げられる。これらは単独で、又は、２種以上を混合して用いることができる。
【０１４３】
特に、弾性層の体積熱容量を上記数値範囲内に調整するためには、相対的に熱容量の低いフィラー、例えば、金属珪素、アルミナ及び炭化珪素からなる群から選択される少なくとも１種を好適に用いることができる。
【０１４４】
これらのフィラーのシリコーンゴム中への充填量については、０体積％〜５５体積％の範囲で充填されることが望ましい。５５体積％を超えるとシリコーンゴム特有の弾性が失われる可能性がある。より好適には、適度な熱通過特性及び、弾性層の柔軟性の観点から充填率は３５体積％〜５０体積％であることが望ましい。
【０１４５】
（４−３）中間層
弾性層１ｂと離型層１ｃとの間には、離型層１ｃを接着させるための中間層（不図示）を設けることが好適である。中間層の材料は、フッ素樹脂と芳香族ポリイミド樹脂の混合物を用いることができる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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（ＰＦＡ）及びテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）であることが望ましい。芳香族ポリイミド樹脂材料の具体例としては、例えば、ポリピロメリット酸イミド系のポリイミド樹脂材料、ポリビフェニルテトラカルボン酸イミド系樹脂材料などの熱硬化性樹脂、ポリベンゾフェノンテトラカルボン酸イミド系樹脂材料、ポリエーテルイミド樹脂などの熱可塑性ポリイミド樹脂を挙げることができる。
【０１４６】
（４−４）離型層１ｃ
表層としての離型層１ｃは、ＦＰＯＴのより一層の改善を図る観点から、厚みを４０μｍ、すなわち、０．０４ｍｍ以下とし、かつ、体積熱容量を２．００×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以上、２．３０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以下とする。
【０１４７】
また、離型層の耐久性を維持するために、離型層１ｃの厚みを５μｍ以上、すなわち、０．００５ｍｍ以上とする。
【０１４８】
このような物性を満たす離型層１ｃの材料としては、フッ素樹脂、特には、結晶性フッ素樹脂を含むフッ素樹脂混合物を用いることができる。具体的には、例えば、ＰＦＡ（テトラフロロエチレン−パーフロロ（アルキルビニルエーテル）共重合体）、ＦＥＰ（テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共重合体）が挙げられる。中でも、ＰＦＡは、融点が２８０℃〜３２０℃であり、良好な耐熱性を有し、また、加工性にも優れることから、離型層１ｃの材料として、特に好ましい。
【０１４９】
結晶性フッ素樹脂は高耐熱かつ高耐久性を有し、一般に融点は２００℃以上であるが、本発明の定着部材に用いる場合には、連続使用で２００℃以上に耐えられることが好ましい。通例、高分子では融点以下の温度でも部分的な溶融がおきており、融点を中心にして上下に樹脂の溶融する温度域が幅をもって存在しているため、連続的な使用に耐える狙いとしては、融点が２５０℃以上であることが好ましい。
【０１５０】
フッ素樹脂は溶剤に不溶である。そのため、フッ素樹脂としてはフッ素樹脂の微小粉体を水などの溶媒に分散させた分散液（塗工液）にして使用する。この際、定着スリーブのオフセット性能を向上させる目的で、導電材料を微量分散液に分散させ、定着スリーブの表面を微導電化させることが可能である。上記体積熱容量の範囲を満たす材料としては、カーボンブラックなどに代表される導電性フィラーを適宜０．１重量％〜２０重量％混合し、使用することができる。
【０１５１】
以上、本発明では導電基層全体が電磁誘導加熱方式によって同時に加熱される定着装置を用いた場合において、定着スリーブの構成として、導電層１ａの層厚、体積熱容量としてそれぞれ２０〜５０μｍ、２．３０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以上４．８０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以下であり、弾性層１ｂの層厚、体積熱容量としてそれぞれ５０μｍ〜３００μｍ、１．００×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以上２．５０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以下、離型層１ｃの層厚、体積熱容量としてそれぞれ５μｍ〜４０μｍ、２．００×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以上、２．３０×１０６Ｊ／ｍ３Ｋ以下の構成を組み合わせることで、可撓性を有した定着スリーブの全体発熱が可能となり、その結果ＦＰＯＴの短縮と高速印刷の両立が可能となる。これら各層の材質の組み合わせとしては、例えば、定着スリーブに柔軟性を求める場合であれば上記範囲内で弾性層を厚めに設定し、弾性層を柔軟化する方法が挙げられる。この場合、層としての熱容量が大きくなることからＦＰＯＴ性能に不利に働く場合がある。この場合、弾性層の高熱伝導フィラーの充填率を少なめに設定することを組み合わせることで弾性層を低熱容量化し、ＦＰＯＴ性能と柔軟性を両立することが可能となる。また、発熱特性との兼ね合いで熱容量の大きい導電層を選択せざるを得ない場合は、弾性層または離型層で低熱容量材料を選択するか、薄層化した弾性層や離型層を組み合わせることで、定着スリーブのＦＰＯＴ性能を向上させることが可能となる。
【０１５２】
（５）加熱部材の製造方法
（５−１）弾性層１ｂの形成
予めプライマー処理された導電層１ａの上に弾性層１ｂを形成する。弾性層１ｂを形成する方法としては、リングコート法を用いることができる。
【０１５３】
リングコート法を実施するために使用する塗布機の概略を図４２に示す。リングコート法は導電層１ａ上に弾性層１ｂとなるシリコーンゴム層を形成する工程の一例である。図２５を参照しつつ、所謂リングコート法を説明する。断面が真円であり、その円の長さが導電層１ａの内周長とほぼ等しくした円筒状の中子５１８を用意し、これに、無端状のベルト部材である導電層１ａを被せ、導電層１ａがルーズにならないように中子５１８に装着する。次に、導電層１ａを装着した中子５１８をチャッキングアタッチメント５３５により、移動ステージ５３４に固定する。付加硬化型シリコーンゴムと高熱伝導性フィラーとが配合された高熱伝導付加硬化型シリコーンゴム組成物をシリンジポンプ５３２に充填する。そして、その組成物を圧送モータＭ１で圧送することで、組成物を塗布液供給ノズル５３３から導電層１ａの周面に塗布する。このとき塗布と同時に、導電層１ａと中子５１８を固定した移動ステージ５３４ごと、駆動モータＭ２により図面右方向（矢印で示す）に一定速度で移動させる。これにより、弾性層１ｂとなる付加硬化型シリコーンゴム組成物Ｇの塗膜を導電層１ａの外周面全域に形成することができる。
【０１５４】
弾性層１ｂとなる該塗膜の厚みは、塗布液供給ノズル５３３と導電層１ａ表面とのクリアランス、シリコーンゴム組成物の供給速度、導電層１ａ（ステージ５３４）の移動速度などによって制御することができる。
【０１５５】
弾性層１ｂを形成する方法としては、上記のリングコート法に限定されない。例えば、液状のシリコーンゴム等の材料をブレードコート法などの手段によって導電層上に均一な厚みでコートする方法も用いることもできる。
【０１５６】
（５−２）架橋工程
電気炉や赤外線ヒータなどの従来公知である加熱手段によって一定時間加熱して、架橋反応を進行させることにより、硬化シリコーンゴムを含む弾性層１ｂを形成する。
【０１５７】
（５−３）弾性層への表面処理（１）
弾性層１ｂ表面に対しては、中間層の形成を行う前に表面処理（コーティング前処理）をすることが望ましい。例えばＵＶ処理（紫外線照射処理）などにより親水化処理することが望ましい。これによりシリコーンゴム表面が親水化され、後述するアミノ変性されたシランカップリング剤（以下、「アミノシランカップリング剤」ともいう）を介して離型層を形成した場合における離型層と弾性層との接着性のより一層の向上を図ることができる。
【０１５８】
（５−４）弾性層への表面処理（２）
コーティング前処理を行った弾性層１ｂ表面にアミノシランカップリング剤による表面処理を行う。すなわち弾性層１ｂ表面にスプレーなどによりアミノシランカップリング剤を均一に塗布し、常温常湿環境下で乾燥させる。これにより弾性層表面にアミノ基を含むポリシロキサンの層を得ることができる。
【０１５９】
アミノ基を含有するシランカップリング剤としては、公知のものを用いることができる。具体的には、例えば、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルメチルビス（トリメチルシロキシ）シラン、３−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、４−アミノブチルトリエトキシシラン等が挙げられる。
【０１６０】
（５−５）中間層の形成
アミノ基含有ポリシロキサンを塗布し、乾燥又は軽く湿潤状態のうちにポリアミック酸含有のフッ素樹脂プライマーの水系分散液（塗工液）をスプレーで塗布し、乾燥させる。乾燥後のプライマー層の厚みとしては約１μｍ程度になるようにする。ポリアミック酸樹脂含有のフッ素樹脂プライマーとしては、公知のものを用いることができる。フッ素樹脂については、テトラフロロエチレン−パーフロロ（アルキルビニルエーテル）共重合体（以下、「ＰＦＡ」ともいう）、テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共重合体（以下、「ＦＥＰ」ともいう）を適用することが可能である。
【０１６１】
（５−６）離型層１ｃの分散液（塗工液）の塗布
前述したとおり、離型層１ｃ用のフッ素樹脂は、結晶性フッ素樹脂を含むフッ素樹脂混合物からなるため溶剤に不溶である。そのため、フッ素樹脂としてはフッ素樹脂の微小粉体を水などの溶媒に分散させた分散液（塗工液）にして使用する。
【０１６２】
またさらに、その表面に離型層用のフッ素樹脂の分散液（塗工液）を塗布し、乾燥させる。離型層１ｃ用フッ素樹脂の分散液の塗布方法としては、分散液がローラ表面でレベリングされて凹凸の少ない平滑な未焼成フッ素樹脂層が形成されれば良い。塗布方法としては、スプレーコーティングが扱いやすいため好ましいが、ディッピング法なども用いることができる。
【０１６３】
（５−７）焼成
離型層１ｃとなる未焼成フッ素樹脂層の焼成手段としては、少なくともフッ素樹脂の融点以上、より望ましくは融点から２０度から５０度程度高温の温度まで加熱できるものであれば良い。熱風を循環させる電気オーブンや、放射により加熱する赤外線ヒータ、筒状ないしコイル状の発熱体などにより高温の空気を局所的に作り出し、局所的に熱い空気の中を通すことで焼成させるやり方などが例示できる。しかし離型層１ｃの下の弾性層１ｂは通例フッ素樹脂ほどの耐熱性を有していないため、焼成手段とその焼成条件は、離型層の成膜性とともに弾性層の劣化が極力生じない、両立したやり方で行う必要がある。
【０１６４】
以上説明したように、本発明に係る定着装置は、加熱部材の発熱層の厚みを０．０２〜０．０５ｍｍと薄くした場合であっても、当該発熱層に十分な発熱を生じさせることができる。また、加熱部材の全周方向に亘って発熱させることができるため、特許文献１乃至３に開示されている定着装置における加熱部材に求められるような熱容量を担持させる必要がない。そのため、加熱部材の合計の厚さを、大幅に薄くすることができる。その結果、加熱部材を、未定着トナーの熱定着に必要な温度にまで昇温させるために要する時間（ＦＰＯＴ）の大幅な短縮化を図ることができる。
【０１６５】
さらに、加熱部材の全厚さを薄くできることから、ニップにおいて加熱部材を屈曲変形させても割れ等を生じ難くすることができるといった効果をも奏する。
【実施例】
【０１６６】
上述した発明の構成に基づき、以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【０１６７】
＜定着装置１＞
図３は本発明の定着装置の概略断面図である。
【０１６８】
加圧ローラ７は、直径１４ｍｍのアルミニウム製の芯金の外周面にシリコーンゴムを含む厚み３ｍｍの弾性層及びテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルエーテル共重合体（ＰＦＡ）からなる厚み３０μｍの離型層をこの順に積層している。そして、不図示の軸受け手段・付勢手段により総圧約２００〜約１００Ｎ（約２０ｋｇｆ〜約１０ｋｇｆ）の押圧力をもってフィルムガイド９との間に定着スリーブを挟ませて圧接させてある。
【０１６９】
不図示の定着器回転制御手段は、加圧ローラ７を矢印方向に回転駆動し、５〜１０ｍｍ程度の幅のニップ部Ｎにおける摩擦力で定着スリーブ１に回転力が作用し、従動回転状態になる。フィルムガイド９は、ポリフェニレンスルフィド等の耐熱性樹脂で構成されている。
【０１７０】
定着スリーブ１は、以下のようにして作製した。
【０１７１】
（定着スリーブの弾性層の形成工程）
導電層として、長さ２４０ｍｍ、厚み２０μｍ、外径２４ｍｍのアルミニウム製のエンドレス形状のベルトを用意した。この導電性基層の熱容量は、２．４２×１０６［Ｊ／ｍ３Ｋ］である。
【０１７２】
次いで、導電層の外周面上の、幅方向の両端５ｍｍを除く幅２３０ｍｍの領域に、ゴム系プライマー（商品名：Ｘ−３３−１７４Ａ／Ｂ、信越シリコーン社製）を塗布してプライマー層を薄く均一に塗布した。そして、これを電気オーブンに入れ、２００℃にて３０分間乾燥させた。
【０１７３】
次いで、側鎖がメチルタイプの付加硬化型液状シリコーンゴムに、熱伝導性のフィラーを混合した弾性層形成用材料を調製した。フィラーとしては、金属珪素（商品名：Ｍ−Ｓｉ＃６００、キンセイマテック社製；平均粒径が約６．０μｍ、破砕形状）を用い、このフィラーを付加硬化型液状シリコーンゴムに対して４０体積％となるように混入した。
【０１７４】
この弾性層形成用材料を、図２５に示したリングコート装置を用いて、厚み１５０μｍ、長さ２３０ｍｍとなるように導電層のプライマー塗布領域に塗布し、その後、加熱して該液状シリコーンゴムを架橋させて弾性層を形成した。
【０１７５】
また、フィラーに用いた上記金属珪素の熱伝導率測定を以下のようにして行った。すなわち、予め粉末成形金型を用いて、直径３０ｍｍ×高さ１０ｍｍの、金属珪素からなるテストピースを作製した。次に、このテストピースを、ホットディスク法熱物性測定装置（商品名：ＴＰＡ−５０１、京都電子工業社製）を用いて熱伝導率を測定した。
【０１７６】
（定着スリーブの弾性層の表面処理工程及び中間層の形成工程）
次いで、弾性層の表面に、ＵＶ光照射装置を用いて約１００秒間ＵＶ光を照射した。この後、シランカップリング剤として３−アミノプロピルトリエトキシシラン（商品名：ＫＢＥ−９０３、信越シリコーン社製）をエタノールで重量比５倍に希釈した液の塗膜を、乾燥膜厚が、０．５μｍとなるように、弾性層１ｂの表面にスプレー法にて形成した。その後、常温常湿（温度２３℃／相対湿度４５％）環境下に置いて自然乾燥させて中間層を形成した。
【０１７７】
（接着用プライマー液の調製プライマー層の形成工程）
水とＮ−メチルピロリドンとフルフリルアルコールをそれぞれ６：１：１の質量比で混合した溶媒を準備した。溶媒１００質量部に対し、芳香族ポリイミドの前駆体として下記式に示すポリアミック酸を３．７５質量部、フッ素樹脂として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（ＰＦＡ）を１５質量部、無機充填剤として酸化鉄（ベンガラ、粒径０．１μｍ）を５質量部、界面活性剤としてトリメチルナノナール１．２５質量部をそれぞれ加えた後、均一に混合・分散させて、接着用プライマー液を調製した。これを乾燥後のプライマー層の膜厚が１．０μｍになるようにスプレーにて塗布し、自然乾燥させ、プライマー層を形成した。
【０１７８】
【化１】
2015118255.tif 000015
【０１７９】
（離型層の形成工程）
次に、以上の方法で形成したプライマー層の上に離型層となるＰＦＡ（テトラフロロエチレンとパーフロロ（アルキルビニルエーテル）との共重合体樹脂）のディスパージョン（三井デュポンフロロケミカル社製ＥＭ−５００）をスプレーコートした。この場合、塗出量と往復回数を調整し、表面をウェットに塗布し、常温常湿（２３℃／４５％）環境下で乾燥するまでの間に充分にレベリングするようにした。
【０１８０】
これら焼成前かつ乾燥後の中間層とプライマー層そして離型層も含めた総膜厚は１０μｍになるようにコーティングした。
【０１８１】
（定着スリーブの離型層の焼成工程）
上記の離型層コーティングを終えた定着スリーブを、３５０℃の電気オーブンに入れて、５分間焼成した後、風冷した。これにより、実施例１に係る定着スリーブ（離型層厚み１０μｍ）を得た。
【０１８２】
定着スリーブ１の内部にて、この回転軸線方向に磁性コア２が挿通されている。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。
【０１８３】
磁性コア２は、分割されていない一体部品で円柱形状をしている。磁性コア２は、不図示の固定手段で定着スリーブ１内に配置させており、励磁コイル３にて生成された交流磁界による磁力線（磁束）を定着スリーブ１内部に誘導し、磁力線の通路（磁路）を形成する部材として機能する。この磁性コア２は、比透磁率が１８００のフェライトであり、直径１４ｍｍ、断面積１．５×１０−４ｍ２、長さＢ＝２３０ｍｍである。
【０１８４】
フィルムガイド９は、比透磁率１のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）であり、断面積１．０×１０−４［ｍ２］である。詳細は下記表４に記載する。
【０１８５】
定着スリーブの弾性層１ｂ及び離型層１ｃは、発熱層である導電層１ａより外側にあり、かつ発熱には寄与しない。従って、パーミアンス（または磁気抵抗）を計算する必要はなく、本磁気回路モデルにおいては「円筒体外空気」に含めて扱うことができる。
【０１８６】
上記寸法と比透磁率から計算した定着装置１の各構成物の「単位長さ当たりのパーミアンスと磁気抵抗」を下記の表４にまとめる。
【０１８７】
【表４】
2015118255.tif 000016
【０１８８】
「単位長さ当たりのパーミアンス」に関して、図１１（ａ）の磁気等価回路図と実機上の数値の対応関係について説明する。磁性コアの単位長さ当たりのパーミアンスＰｃは、次のように表される。
Ｐｃ＝３．５×１０−７［Ｈ・ｍ］
導電層と磁性コアとの間の領域の単位長さ当たりのパーミアンスＰａ＿ｉｎは、フィルムガイドの単位長あたりのパーミアンスと円筒体内の空気の単位長さ当たりのパーミアンスとの合成であるから次のように表される。
Ｐａ＿ｉｎ＝１．３×１０−１０＋２．５×１０−１０［Ｈ・ｍ］
導電層の単位長さ当たりのパーミアンスＰｃｙは、表４に記載の円筒体であり、次のように表される。
Ｐｃｙ＝１．９×１０−１２［Ｈ・ｍ］
Ｐａ＿ｏｕｔは、表４に記載された円筒体外空気であり、次のように表せる。
Ｐａ＿ｏｕｔ＝Ｐｃ−Ｐａ＿ｉｎ−Ｐｃｙ＝３．５×１０−７［Ｈ・ｍ］
よって、定着装置１は下記のパーミアンスの関係式を満たしている。
Ｐｃｙ＋Ｐａ＿ｉｎ≦０．３０×Ｐｃ
次に、パーミアンスの逆数である、磁気抵抗を用いた場合について説明する。
【０１８９】
磁性コアの単位長さ当たりの磁気抵抗は次のようになる。
Ｒｃ＝２．９×１０６［１／（Ｈ・ｍ）］
導電層と磁性コアとの間の領域の磁気抵抗は、フィルムガイドの抵抗Ｒｆと円筒体内空気の抵抗Ｒａの合成抵抗となるから、下記の式を用いて計算すると、Ｒａ＝２．７×１０９［１／（Ｈ・ｍ）］となる。
１／Ｒａｉｎ＝（１／Ｒｆ）＋（１／Ｒａ）
Ｒａｉｎ＝（Ｒａ×Ｒｆ）／（Ｒａ＋Ｒｆ）
Ｒｃｙに該当するのは、表４に記載の円筒体であり、Ｒｃｙ＝Ｒｓ＝５．３×１０１１［１／（Ｈ・ｍ）］となっているから、ＲｓとＲａとの合成磁気抵抗Ｒｓａは以下の式で計算できて、Ｒｓａ＝２．７×１０９［１／（Ｈ・ｍ）］となる。
１／Ｒｓａ＝（１／Ｒｓ）＋（１／Ｒａ）
Ｒｓａ＝（Ｒａ×Ｒｓ）／（Ｒａ＋Ｒｓ）
なお、円筒体と磁性コアの間の領域のうち空気の断面積は、直径２４［ｍｍ］の円筒体の中空部の断面積から磁性コアの断面積とフィルムガイドの断面積を差し引いて計算した。
【０１９０】
従って、定着装置１は下記の磁気抵抗の式を満たしており、前記コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下である。また、磁性コアの長手方向の一端を出た磁束のうち９９．９％が円筒形回転体の外部を通って磁性コアの他端に戻っていることがわかる。
０．３０×Ｒｓａ≧Ｒｃ
＜定着装置２＞
本定着装置２は先に説明をした定着装置１に関する他の例であり、導電層として、厚みが３０μｍのオーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０４）を用いた点が定着装置１と異なる。なお、ＳＵＳ３０４の熱容量は、４．６８×１０６［Ｊ／ｍ３Ｋ］、比透磁率は、１．０である。
【０１９１】
下記表５には、参考として各種金属における抵抗率と比透磁率について纏め、式２２に従い２１ｋＨｚ，４０ｋＨｚ，１００ｋＨｚにおける浸透深さδを計算した結果を示した。
【０１９２】
【表５】
2015118255.tif 000017
【０１９３】
表５によると、ＳＵＳ３０４は抵抗値が高く、比透磁率が低いため、浸透深さδが大きい。すなわち電磁波は透過しやすいため誘導加熱の発熱体として好適に用いられることは少ない。よって従来の電磁誘導加熱方式の定着装置においては、高い電力の変換効率を実現することが困難であった。しかし、本定着装置においては、高い電力の変換効率を実現することが可能であることを示す。
【０１９４】
なお、定着装置２の構成は、上記したように、定着スリーブの導電層の材質及び厚みを変更した以外は定着装置１の構成と同じである。定着装置の横断面形状も定着装置１と同様である。本定着装置の各構成物のパーミアンスと磁気抵抗を下記の表６に示す。
【０１９５】
【表６】
2015118255.tif 000018
【０１９６】
表６から本定着装置の各構成物のパーミアンスは下記のようになる。
コアのパーミアンスＰｃ＝３．５×１０−７［Ｈ・ｍ］
円筒体内部のパーミアンスＰａ＝１．３×１０−１０＋２．５×１０−１０［Ｈ・ｍ］
円筒体のパーミアンスＰｓ＝２．８×１０−１２［Ｈ・ｍ］
よって、定着装置３は下記のパーミアンスの関係式を満たしている。
Ｐｓ＋Ｐａ≦０．３０×Ｐｃ
これを磁気抵抗に置き換えると、
磁性コアの磁気抵抗Ｒｃ＝２．９×１０６［１／（Ｈ・ｍ）］
円筒体内部の磁気抵抗はフィルムガイドＲｆと円筒体内空気Ｒａｉｒの磁気抵抗の合成抵抗であるから、下記の式を用いて計算すると、Ｒａ＝２．７×１０９［１／（Ｈ・ｍ）］となる。
１／Ｒａ＝（１／Ｒｆ）＋（１／Ｒａｉｒ）
Ｒａ＝（Ｒａｉｒ×Ｒｆ）／（Ｒａｉｒ＋Ｒｆ）
円筒体の磁気抵抗Ｒｓは、Ｒｓ＝３．５×１０１１［１／（Ｈ・ｍ）］となっているから、ＲｓとＲａとの合成磁気抵抗Ｒｓａは以下の式で計算できて、Ｒｓａ＝２．７×１０９［１／（Ｈ・ｍ）］となる。
１／Ｒｓａ＝（１／Ｒｓ）＋（１／Ｒａ）
Ｒｓａ＝（Ｒａ×Ｒｓ）／（Ｒａ＋Ｒｓ）
以上から本定着装置は、下記の磁気抵抗の式を満たしており、前記コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下である。また、磁性コアの長手方向の一端を出た磁束のうち９９．９％が円筒形回転体の外部を通って磁性コアの他端に戻っていることがわかる。
０．３０×Ｒｓａ≧Ｒｃ
＜定着装置３＞
定着装置２の定着スリーブにおいて、弾性層中のフィラーとして、金属珪素に代えてアルミナ（商品名：アルミナビーズＣＢ−Ｐ１５、昭和電工社製）をシリコーンゴムに対して５５体積％となるように混入し、得られた混合物を厚み１００μｍで成膜し、さらに離型層の形成工程において、離型層の総膜厚を５μｍになるようにコーティングした。また、ＰＦＡの厚みを、０．００５ｍｍとした。これらの点以外は、定着装置２に係る定着スリーブと同様にして本定着装置に係る定着スリーブを作製した。
【０１９７】
この定着スリーブを装着した以外は、定着装置２と同一の構成を有する定着装置３を作製した。
【０１９８】
＜定着装置４＞
定着装置２の定着スリーブにおいて、弾性層中のフィラーとして、金属珪素に代えて炭化珪素粉末（商品名：黒色炭化ケイ素ＲＣ微粉１００Ｆ、太平洋ランダム社製））をシリコーンゴムに対して５０体積％となるように混入した。この点以外は、定着装置２に係る定着スリーブと同様にして定着装置４に係る定着スリーブを作製した。この定着スリーブを装着した以外は、定着装置２と同一の構成を有する定着装置４を作製した。
【０１９９】
＜定着装置５＞
定着装置２の定着スリーブにおいて、導電層の層厚を０．０４ｍｍに変更した。この点以外は、定着装置２に係る定着スリーブと同様にして定着装置５に係る定着スリーブを作製した。この定着スリーブを装着した以外は、定着装置２と同一の構成を有する定着装置５を作製した。
【０２００】
（定着装置１〜５のＦＰＯＴ評価）
得られた定着装置１〜５は、定着スリーブが各々異なっている以外は、共通の構成を有している。そのため、定着装置１〜５において、ＦＰＯＴに差異が生じた場合には、当該差異は、定着スリーブに起因するものである。そこで、定着装置１〜５の各々を図２４に示した構成を有するカラーレーザープリンターの定着部に装着した。そして、通電開始から、定着スリーブの表面温度が、未定着トナーを溶融し得る温度に到達するまでに要する時間を測定した。
【０２０１】
定着装置１〜５のＦＰＯＴ評価の結果を表７に示す。なお、ＦＰＯＴの評価は、定着装置２のＦＰＯＴの値を１００％とした時の相対値で示した。
【０２０２】
また、表７には、定着装置１〜５に係る定着スリーブの、導電層、弾性層及び離型層（表層）の各々の材料、厚み及び熱容量を併せて示した。
【０２０３】
【表７】
2015118255.tif 000019
【符号の説明】
【０２０４】
１  定着スリーブ
１ａ  導電層
１ｂ  弾性層
１ｃ  離型層
２  磁性コア
３  励磁コイル
３ａ・３ｂ  励磁コイルの給電接点部
４  検温素子としての非当接型サーミスタ
５  高周波コンバータ
６  制御回路
７  加圧ローラ
７ａ  芯金
７ｂ  弾性層
９  定着スリーブガイド
Ａ  定着装置
Ｐ  記録材
Ｔ  未定着トナー像
Ｐ  被記録材
Ｂ  磁性コアの長手寸法
Ｎ  加熱ニップ
Δｄ  コイル隙間
Ｉ  励磁コイル内の電流の向き
Ｌ１  磁力線の漏えい
Ｌ２  コイル近傍周回磁場
１０  誘導起電力を起こす回路
Ｍ  誘導起電力安定領域
Ｊ  円筒形回転体内部の周回電流の向き
Ｂｉｎ  円筒形回転体としてのローラ１の中を奥行き方向に向かう磁力線
Ｂｏｕｔ  円筒形回転体としてのローラ１の外を手前方向に帰ってくる磁力線
１Ｓ  金属シート
１ＳＴ  金属シートの導通部分
１ＳＤ  直径
１ＳＺ  金属シート引っ張り方向
Ｂ／／  軸Ｘと平行方向に発生する磁場
Ｅ／／  Ｂ／／によって発生する渦電流
Ｂ⊥  軸Ｘと⊥方向に発生する磁場
Ｅ⊥  Ｂ⊥によって発生する渦電流
１００  画像形成装置
１０１  感光体ドラム
１０２  帯電ローラ
１０３  レーザービームスキャナ
Ｌ  レーザー光
１０４  現像装置
１０４ａ  現像ローラ
１０５  給紙カセット
１０６  給紙ローラ
１０７  レジストローラ対
１０８  転写ローラ
１０８Ｔ  当接ニップ部である転写部位
１０９  搬送ガイド
１１０  クリーニング装置
１１１  排紙口
１１２  排紙トレイ
３０３  ステー
３０５ａ・３０５ｂ  フランジ部材
５１８  中子
５３２  シリンジポンプ
５３３  塗布液供給ノズル
５３４  移動ステージ
５３５  チャッキングアタッチメント
【図１】
2015118255.tif 000020
【図２】
2015118255.tif 000021
【図３】
2015118255.tif 000022
【図４】
2015118255.tif 000023
【図５】
2015118255.tif 000024
【図６】
2015118255.tif 000025
【図７】
2015118255.tif 000026
【図８】
2015118255.tif 000027
【図９】
2015118255.tif 000028
【図１０】
2015118255.tif 000029
【図１１】
2015118255.tif 000030
【図１２】
2015118255.tif 000031
【図１３】
2015118255.tif 000032
【図１４】
2015118255.tif 000033
【図１５】
2015118255.tif 000034
【図１６】
2015118255.tif 000035
【図１７】
2015118255.tif 000036
【図１８】
2015118255.tif 000037
【図１９】
2015118255.tif 000038
【図２０】
2015118255.tif 000039
【図２１】
2015118255.tif 000040
【図２２】
2015118255.tif 000041
【図２３】
2015118255.tif 000042
【図２４】
2015118255.tif 000043
【図２５】
2015118255.tif 000044