(57)【要約】【課題】高周波電源に過大な負荷を与えることなく投入電力を十分に下げて適切な温度制御を実現することができ、且つ加熱効率の低下を避けることができるようにする。【解決手段】電磁誘導作用により加熱ローラ２１を発熱させる誘導加熱ユニット２４が、加熱ローラの内部に収容された定着装置において、誘導加熱ユニットが、軸方向に直列に並んで設けられた複数の励磁コイル３２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４１とを有し、この磁性体コアが、磁力線に沿う方向に離間した２つのコア分割体４３・４４からなるものとする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導作用により加熱ローラを発熱させる誘導加熱ユニットが、前記加熱ローラの内部に収容された定着装置であって、
前記誘導加熱ユニットが、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有し、この磁性体コアが、磁力線に沿う方向に離間した複数のコア分割体からなることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
複数の前記磁性体コアが、軸方向に隣り合う前記磁性体コアと周方向の配置角度をずらして順次設けられたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記磁性体コアが、前記励磁コイルの内側に延在する基部から前記励磁コイルの外側に突出されて、先端が前記加熱ローラの内周面に近接する一対の突出部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記磁性体コアが、これを２つに等分割した形態をなす同一形状の２つのコア分割体からなることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記加熱ローラの軸方向に延在する芯材と、複数の前記コア分割体を一体的に保持して前記芯材に固定されるコアホルダとを有し、
このコアホルダが、複数の前記コア分割体が当接して相互の離間距離を規定する仕切板部と、前記芯材に形成された取付部に弾発的に係合する弾発係止片とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導作用により加熱ローラを発熱させる誘導加熱ユニットが、加熱ローラの内部に収容された定着装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスにより記録紙に画像を形成する画像形成装置（プリンタ、ファクシミリ装置、複写機、及び複合機など）では、感光体から記録紙上に転写された未定着のトナーを熱と圧力により記録紙に定着させる定着装置が設けられている。この定着装置では、近年、加熱ローラなどの加熱媒体を電磁誘導作用で生じる渦電流によるジュール熱で加熱する電磁誘導加熱方式によるものが省エネルギーの観点から注目されている。
【０００３】
このような電磁誘導加熱型の定着装置では、励磁コイル、磁性体コア及びこれらの保持部材からなる誘導加熱ユニットを加熱ローラの外周側に対向配置する構成の他、誘導加熱ユニットを加熱ローラの内部に収容した構成の定着装置が知られている（特許文献１・２参照）。このように誘導加熱ユニットを加熱ローラの内部に収容した構成は、省スペース化を図る上で都合が良い。
【特許文献１】特開２００１−２４２７２７号公報
【特許文献２】特開２００２−２２９３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、定着装置では、ウォームアップにより加熱ローラの温度が所定の定着温度に到達すると、安定した定着処理が行われるように、加熱ローラを定着温度に一定に維持する温度制御が行われ、特に電磁誘導加熱型の定着装置では、インバータにより投入電力を増減して加熱量を調整する制御が行われ、このとき、周囲の温度上昇に伴う放熱量の低下に応じて、定着温度に維持するために必要な加熱量が低下するため、投入電力も徐々に下げる必要がある。
【０００５】
ところが、前記のように誘導加熱ユニットを加熱ローラの内部に収容した構成では、磁性金属からなる加熱ローラが励磁コイルの外周を環状に取り囲む形態となるため、励磁コイルと加熱ローラとの磁気的結合が強くなり、投入電力の大半が発熱に消費される結果、励磁コイルの共振エネルギーが不足することで電圧共振が適切に行われず、ゼロクロスが不十分となることがあり、この現象は、特に投入電力を下げるのに応じて高周波電源の駆動周波数が上昇した場合に顕著になる。
【０００６】
この電圧共振の不具合は、主スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）に異常電流を発生させて、ＩＧＢＴに大きな負荷を与えることから、避けることが望ましく、加熱ローラの温度制御では、ＩＧＢＴに大きな負荷を与えることがないように駆動周波数を低く制限する必要があり、この駆動周波数の制限により温度制御時の投入電力を十分に下げることができないため、電力過剰により加熱ローラが定着温度を超えて徐々に上昇する不都合が生じる。
【０００７】
このような投入電力が制限される不都合を避けるには、加熱ローラと励磁コイルとの磁気的結合を弱めれば良く、具体的には、励磁コイルが発生する磁界を加熱ローラに導く磁性体コアと加熱ローラとの間隔を大きく設定する構成が考えられる。
【０００８】
このようにすると、適切な電圧共振に要する共振エネルギーを確保して、ゼロクロスが実現され易くなり、これによりＩＧＢＴに過大な負荷を与えることなく、投入電力を十分に下げることができるため、適切な温度制御が可能になる。また加熱ローラと励磁コイルとの磁気的結合が弱くなることから、ＩＧＢＴでの損失が減少し、このＩＧＢＴでの損失減少は、投入電力に対する仕事率を向上させる効果を奏する。
【０００９】
ところが、磁性体コアと加熱ローラとの間隔を大きく設定すると、磁性体コアと加熱ローラとの間での漏れ磁束が増加するため、加熱ローラの磁束密度が低下して、投入電力に対する仕事率を低下させ、この加熱ローラの磁束密度低下による仕事率低下の影響が、ＩＧＢＴでの損失低下による仕事率の向上効果を上回るため、結果的に加熱効率が低下して、温度制御に余分な電力が必要となるという不都合が生じる。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、高周波電源に過大な負荷を与えることなく投入電力を十分に下げて適切な温度制御を実現することができ、且つ加熱効率の低下を招くことがないように構成された定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、電磁誘導作用により加熱ローラを発熱させる誘導加熱ユニットが、前記加熱ローラの内部に収容された定着装置において、前記誘導加熱ユニットが、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有し、この磁性体コアが、磁力線に沿う方向に離間した複数のコア分割体からなる構成とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁性体コアを複数に分割してそのコア分割体を離間させることで、加熱ローラと励磁コイルとの磁気的結合が弱くなるため、高周波電源に過大な負荷を与えることなく投入電力を十分に下げて適切な温度制御を実現することができ、その上、高周波電源のスイッチング素子での損失減少と鉄損（コア損失）の減少とによる仕事率の向上効果が、加熱ローラの磁束密度低下による仕事率の低下を相殺するため、結果的に加熱効率の低下を避けることができ、効率の良い温度制御が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、電磁誘導作用により加熱ローラを発熱させる誘導加熱ユニットが、前記加熱ローラの内部に収容された定着装置において、前記誘導加熱ユニットが、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有し、この磁性体コアが、磁力線に沿う方向に離間した複数のコア分割体からなる構成とする。
【００１４】
これによると、磁性体コアを複数に分割してそのコア分割体を離間させることで、加熱ローラと励磁コイルとの磁気的結合が弱くなるため、適切な電圧共振に要する共振エネルギーを確保してゼロクロスが実現され易くなる。このため、投入電力を下げることで高周波電源の駆動周波数が上昇しても、ゼロクロスが実現されて高周波電源に過大な負荷を与えることを避けることができるため、投入電力を十分に下げて適切な温度制御を実現することが可能になる。
【００１５】
また、磁性体コアを複数に分割してそのコア分割体を離間させることで、コア分割体の間で漏れ磁束が発生するため、加熱ローラの磁束密度が低下し、この加熱ローラの磁束密度の低下が、投入電力に対する仕事率を低下させるように影響するが、加熱ローラと励磁コイルとの磁気的結合が弱くなることから、高周波電源のスイッチング素子での損失が減少するため、投入電力に対する仕事率を向上させる効果が得られ、さらに磁性体コアの磁束密度が低下するため、ヒステリシスが小さくなり、鉄損（コア損失）が減少することから、投入電力に対する仕事率を向上させる効果が得られ、これらの仕事率の向上効果が、加熱ローラの磁束密度低下による仕事率の低下を相殺するため、結果的に加熱効率の低下を避けることができ、効率の良い温度制御が可能になる。
【００１６】
前記課題を解決するためになされた第２の発明は、複数の前記磁性体コアが、軸方向に隣り合う前記磁性体コアと周方向の配置角度をずらして順次設けられた構成とする。
【００１７】
これによると、磁性体コアの軸方向中心位置を中心に形成される発熱エリアを、軸方向に隙間なく形成することができるため、軸方向の温度分布を均一化することができる。
【００１８】
前記課題を解決するためになされた第３の発明は、前記磁性体コアが、前記励磁コイルの内側に延在する基部から前記励磁コイルの外側に突出されて、先端が前記加熱ローラの内周面に近接する一対の突出部を備えた構成とする。
【００１９】
これによると、磁性体コアにおいて磁極となる突出部の先端が加熱ローラの内周面に近接することから、磁束が透磁率の低い空気中を通過する距離が短くなるため、加熱ローラでの磁束密度が高くなり、加熱効率が向上する。
【００２０】
この場合、磁性体コアは、これを構成する複数のコア分割体を組み合わせた全体的な形態として、コ字形状、Ｕ字形状、Ｃ字形状など、多様な断面形状が可能であるが、磁束が無用な方向に広がることを避けるため、基部から突出部に至る部分を円弧状をなす形状に形成すると良い。
【００２１】
前記課題を解決するためになされた第４の発明は、前記磁性体コアが、これを２つに等分割した形態をなす同一形状の２つのコア分割体からなる構成とする。
【００２２】
これによると、励磁コイルを構成する２つのコア分割体が同一形状であるため、製作するコア分割体が単一種類で済み、コア分割体の製作に要する金型面数を削減することができ、また単一種類の組み合わせのために組立性も向上する。
【００２３】
この場合、コア分割体は、励磁コイルの内側に延在する基部と加熱ローラの内周面に近接する突出部とを備えた略へ字形状の断面形状となり、基部側の端面を互いに対向させた状態で配置される。
【００２４】
前記課題を解決するためになされた第５の発明は、前記加熱ローラの軸方向に延在する芯材と、複数の前記コア分割体を一体的に保持して前記芯材に固定されるコアホルダとを有し、このコアホルダが、複数の前記コア分割体が当接して相互の離間距離を規定する仕切板部と、前記芯材に形成された取付部に弾発的に係合する弾発係止片とを備えた構成とする。
【００２５】
これによると、複数のコア分割体相互の離間距離を精度良く設定することができるため、製品間で特性上のばらつきが発生することを避けることができる。しかも、芯材に対するコアホルダの取付が容易になり、製造工数を削減することができる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は、本発明が適用される複写機の概略構成を示す模式的な断面図である。この複写機（画像形成装置）は、原稿の画像を読み取る原稿読取部１と、ここで読み取った原稿の画像をトナーで記録紙（記録媒体）上に形成する画像形成部２と、ここで記録紙上に形成されたトナー像を定着させる定着部（定着装置）３とを有し、画像形成部２には給紙部４から記録紙が供給され、定着部３で定着処理が終わった記録紙が排紙部５に排出される。
【００２８】
画像形成部２では、帯電ローラ１１により一様に帯電された感光体ドラム１２に対してレーザ走査ユニット１３からレーザ光が照射されて感光体ドラム１２の像形成面上に静電潜像が形成された後、現像ユニット１４内のトナーが現像ローラ１５を介して感光体ドラム１２に供給されることでその像形成面上の静電潜像が現像され、これにより形成されたトナー像が転写ローラ１６により記録紙に転写される。
【００２９】
図２は、図１に示した定着部３の要部を示す断面図である。定着部３は、記録紙（記録媒体）Ｓ上のトナー像を熱溶融させる加熱ローラ２１と、図示しないばねにより加熱ローラ２１に圧接する向きに付勢された加圧ローラ２２とを有しており、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とによるニップ部に記録紙Ｓが送り込まれ、熱及び圧力の作用で記録紙Ｓ上のトナーが記録紙Ｓに定着される。
【００３０】
加熱ローラ２１は、鉄ニッケル合金などの整磁合金からなる中空円筒状のローラ本体２３を有し、このローラ本体２３の内部には電磁誘導加熱ユニット２４が収容されている。この電磁誘導加熱ユニット２４は高周波電源２５により駆動され、励磁コイル３２が発生する高周波磁界によりローラ本体２３が発熱する。電磁誘導加熱ユニット２４は周囲を絶縁パイプ２６で覆われている。ローラ本体２３の表面には、フッ素樹脂などからなる離型層（図示せず）が形成されている。
【００３１】
加圧ローラ２２は、アルミニウム合金材からなる芯金２８と、この芯金２８の周囲に形成された発泡シリコーンゴムなどのスポンジ材からなる弾性層２９とを有している。
【００３２】
図３は、図２に示した加熱ローラ２１の軸方向の断面図である。加熱ローラ２１の内部に収容される電磁誘導加熱ユニット２４は、軸方向に直列に並んで設けられた複数の励磁コイル３２と、この複数の励磁コイル３２に個別に設けられた磁性体コアアセンブリ３３と、励磁コイル３２及び磁性体コアアセンブリ３３を保持するために軸方向に延在する芯材（コイル保持体）３４とからなっている。
【００３３】
励磁コイル３２は、加熱ローラ２１の中心線周りに巻回された導線（リッツ線）３５により、加熱ローラ２１と同軸的に形成されている。この励磁コイル３２の各々には、同一の軸方向位置で且つ加熱ローラ２１の中心線を中心にした対称位置に磁性体コアアセンブリ３３が２つ設けられており、この２つ１組の磁性体コアアセンブリ３３の周囲に導線３５を巻回して１つの励磁コイル３２が形成される。
【００３４】
また、１つの励磁コイル３２に対応する２つ１組の磁性体コアアセンブリ３３は、軸方向に隣り合う励磁コイル３２に対応する磁性体コアアセンブリ３３に対して、加熱ローラ２１の中心線を中心にして周方向に９０度ずらした配置角度で設けられている。
【００３５】
芯材３４は、磁性体コアアセンブリ３３の配置形態に適合するように、正方形状の断面をなすパイプ状に形成されている。この芯材３４は、電磁誘導作用により芯材３４自身が発熱することを避けるために、非磁性で且つ非電導性となる非金属材料、例えばＰＰＳ（poly phenylene sulfide）などの合成樹脂材料で形成されている。
【００３６】
図４は、図３に示した加熱ローラ２１の要部を詳細に示す断面図である。図５は、図４に示した磁性体コアアセンブリ３３を分解して示す斜視図である。磁性体コアアセンブリ３３は、磁性体コア４１と、この磁性体コア４１を保持して芯材３４に固定されるコアホルダ４２とを有している。
【００３７】
磁性体コア４１は、これを２つに等分割した形態をなす同一形状の２つのコア分割体４３・４４からなり、このコア分割体４３・４４は、フェライトなどの強磁性を有する材料にて形成され、励磁コイル３２の内側に延在する基部４３ａ・４４ａから励磁コイル３２の外側に突出されて、先端が加熱ローラ２１の内周面に近接する突出部４３ｂ・４４ｂを備え、全体として略へ字形の断面形状をなし、基部４３ａ・４４ａ側の端面を互いに対向させた状態で配置される。
【００３８】
コア分割体４３・４４の基部４３ａ・４４ａ側の端面は、互いに正対するように、軸方向に対して略直交するように形成されている。突出部４３ｂ・４４ｂ側の端面は、加熱ローラ２１のローラ本体２３の内周面に正対するように、径方向に対して略直交するように形成されている。基部４３ａ・４４ａから突出部４３ｂ・４４ｂに至る部分は、磁束が無用な方向に進むことを避けるため、円弧状をなす断面形状に形成されている。
【００３９】
コアホルダ４２は、合成樹脂材料にて一体的に成形されたものであり、芯材３４に対する取付面側が開放された有底箱状をなし、２つのコア分割体４３・４４を一体的に保持するべく、２つのコア収容部４５・４６が設けられ（図５参照）、両側にコア分割体４３・４４の突出部４３ｂ・４４ｂが収容される部分が高く形成されて、全体として略Ｍ字形の断面形状に形成されている。コア分割体４３・４４は接着剤にてコアホルダ４２に固定すれば良い。
【００４０】
コアホルダ４２の中心部には、コア分割体４３・４４を位置決めする仕切り板部４７が設けられており、これにより２つのコア分割体４３・４４の離間距離が規定される。コアホルダ４２の両端には、芯材３４の周壁に形成された取付孔（取付部）５１に弾発的に係合する弾発係止片５２が設けられており、取付孔５１に弾発係止片５２を整合させた状態でコアホルダ４２を押し込むことでコアホルダ４２が芯材３４に固定される。
【００４１】
加熱ローラ２１では、磁性体コア４１の軸方向中心位置を中心にした発熱エリアが形成され、静止した電磁誘導加熱ユニット２４の周囲を加熱ローラ２１が回転することで、加熱ローラ２１上の発熱エリアが移動して、加熱ローラ２１が周方向に均一に加熱される。特に磁性体コア４１が、同一の軸方向位置において周方向に等間隔をおいて複数配置されているため、加熱ローラ２１の回転を開始させてから周方向の温度分布が均一化した状態に移行するまでの時間を短縮することができ、さらに磁性体コア４１が、異なる配置角度で軸方向に隣り合う磁性体コア４１と、軸方向に一部重なり合うように配置されていることから、磁性体コア４１に対応して形成される発熱エリアが、軸方向に隙間なく形成されるため、軸方向の温度分布を均一化することができる。
【００４２】
また、芯材３４の周壁には、図示しないファンによる冷却空気を励磁コイル３２に当てるための通風孔５５が開設されており、ファンにより一方の端部側から芯材３４の内部に導入された冷却空気が、芯材３４の内部を流通して、他方の端部側から排出されると共に、複数の通風孔５５から排出されて、その通風孔５５の外側を覆うように設けられた励磁コイル３２に冷却空気が当たることで励磁コイル３２が冷却される。
【００４３】
磁性体コアアセンブリ３３が設けられる芯材３４の周壁部分には、磁性体コア４１が入り込む貫通孔５６が開設されており、芯材３４の内部を流通する冷却空気が磁性体コア４１に直接当たるようになっており、これにより、通風孔５５から排出される冷却空気で励磁コイル３２が冷却されると同時に、芯材３４の内部を流通する冷却空気により芯材３４を介することなく磁性体コア４１が冷却される。
【００４４】
図６は、図４に示した磁性体コア４１による磁束の発生状況を示す断面図である。励磁コイル３２により発生した磁束は、磁性体コア４１の２つのコア分割体４３・４４により誘導されて突出部４３ｂ・４４ｂ側の端面から加熱ローラ２１に進入し、このとき、磁性体コア４１において磁極となる突出部４３ｂ・４４ｂの先端が加熱ローラ２１の内周面に近接することから、漏れ磁束が少なく、加熱ローラ２１の磁束密度が高くなるため、高い加熱効率を得ることができる。
【００４５】
また、２つのコア分割体４３・４４が磁力線に沿う方向に離間しているため、その隙間の部分で漏れ磁束が発生して、加熱ローラ２１に進入する磁束が減少し、これにより加熱ローラ２１と励磁コイル３２との磁気的結合が弱くなるため、適切な電圧共振に要する共振エネルギーの不足が解消されて、ゼロクロスが実現され易くなる。
【００４６】
ここで、２つのコア分割体４３・４４の離間距離Ｌ１は例えば約２mmとすると良い。また、突出部４３ｂ・４４ｂの先端面と加熱ローラ２１の内周面との間の離間距離Ｌ２は例えば約３mmとすると良い。
【００４７】
図７は、図２に示した高周波電源２５の概略構成を示す回路図である。高周波電源２５は、交流電源部７１の交流を整流する整流器７２と、励磁コイル３２に並列接続された共振用のコンデンサ７３と、励磁コイル３２への供給電力をオン／オフするＩＧＢＴ７４及びダイオード７５からなるスイッチング部７６と、ＩＧＢＴ７４のスイッチング動作を制御するドライブ回路７７と、励磁コイル３２の電圧を検出してドライブ回路７７を制御するＩＨ制御回路７８とを有している。
【００４８】
図８は、従来の技術に基づく比較例及び本発明に基づく実施例を示す模式図である。図９は、図８に示した比較例及び実施例の特性を示す一覧表である。図１０は、図７に示したＩＧＢＴ７４のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅ及びコレクタ電流Ｉｃの変化状況を示すグラフである。
【００４９】
図１１は、加熱ローラ２１の温度及び投入電力の変化状況を示している。ここでは、電源がオンされると、最大電力（１３００Ｗ）が投入されて加熱ローラ２１を急速に昇温させるウォームアップが行われ、定着温度（２００℃）の近傍に到達すると、加熱ローラ２１を定着温度に維持する温度制御が開始される。
【００５０】
図８（Ａ）に示す比較例１では、磁性体コア１０１が、分割されておらず、励磁コイル３２の内側に延在する基部１０１ａの両側に、励磁コイル３２の外側に突出されて先端が加熱ローラ２１の内周面に近接する一対の突出部１０１ｂを備えている。
【００５１】
この比較例１では、磁性体コア１０１において磁極となる突出部１０１ｂの先端が加熱ローラ２１の内周面に近接することから、漏れ磁束が少なく、加熱ローラ２１の磁束密度が高くなるため、高い加熱効率を得ることができる。
【００５２】
ところが、励磁コイル３２と加熱ローラ２１との磁気的結合が強くなるため、投入電力の大半が発熱に消費される結果、励磁コイルの共振エネルギーが不足気味となる。このため、投入電力を下げることで駆動周波数が上昇すると、共振用のコンデンサの放電が完了しないうちに次の動作に移行する現象が発生し、このとき、図１０（Ａ）に示すように、ゼロクロスすべきタイミングで電圧Ｖｃｅが瞬間的に０に下がり、ＩＧＢＴ７４に異常電流が発生して、ＩＧＢＴ７４に過大な負荷を与える。
【００５３】
このため、ＩＧＢＴ７４を保護するために投入可能な電力の下限値、すなわち最小電力が、加熱ローラ２１を定着温度に維持するのに要する電力より大きくなり、図１１に示すように、投入電力が最小電力に制限されて、投入電力を十分に下げることができないため、電力過剰により加熱ローラ２１が定着温度を超えて徐々に上昇する。
【００５４】
図８（Ｂ）に示す比較例２では、磁性体コア１０２が、比較例１と同様に分割されておらず、基部１０２ａの両側に一対の突出部１０２ｂを備えたものとなっているが、ここでは、突出部１０２ｂの先端面と加熱ローラ２１の内周面との間の離間距離Ｌ２が、比較例１と比較して大きく設定されている。
【００５５】
この比較例２では、磁性体コア１０２と加熱ローラ２１との間隔が大きいため、加熱ローラ２１と励磁コイル３２との磁気的結合が弱くなり、適切な電圧共振に要する共振エネルギーを十分に確保することができることから、ゼロクロスが実現され易くなる。
【００５６】
このため、高周波電源２５の駆動周波数が上昇しても、図１０（Ｂ）に示すように、電圧Ｖｃｅが０となるゼロクロス点で電流Ｉｃが理想的に立ち上がり、高周波電源２５の共振回路を正常に駆動させることができ、ゼロクロスが実現される。これにより、高周波電源２５の駆動周波数に制限されることなく投入電力を十分に下げることができ、図１１に示すように、加熱ローラ２１を所定の定着温度に維持することができ、適切な温度制御が可能になる。
【００５７】
また、加熱ローラ２１と励磁コイル３２との磁気的結合が弱くなることで、ＩＧＢＴ７４での損失が減少し、このＩＧＢＴ７４での損失減少は、投入電力に対する仕事率を向上させる効果を奏する。一方、磁性体コア１０２と加熱ローラ２１との間隔が大きいため、磁性体コア１０２と加熱ローラ２１との間での漏れ磁束が増加して、加熱ローラ２１の磁束密度が低下し、この加熱ローラ２１の磁束密度の低下は、投入電力に対する仕事率を低下させるように影響する。
【００５８】
そして、前記の加熱ローラ２１の磁束密度低下による仕事率低下の影響が、ＩＧＢＴ７４での損失低下による仕事率の向上効果を上回るため、結果的に加熱効率が低下する。このため、図１１に示すように、定着温度に維持する温度制御に余分な電力が必要となる。
【００５９】
これに対し、図８（Ｃ）に示す実施例では、磁性体コア４１が複数に分割されてそのコア分割体４３・４４が互いに離間しているため、加熱ローラ２１と励磁コイル３２との磁気的結合が弱くなり、比較例２と同様に、ゼロクロスが実現され易くなる。このため、高周波電源２５の駆動周波数が上昇しても、図１０（Ｂ）に示すように、ゼロクロスが実現され、高周波電源２５の駆動周波数に制限されることなく投入電力を十分に下げることができるため、図１１に示すように、加熱ローラ２１を所定の定着温度に維持することができ、適切な温度制御が可能になる。
【００６０】
また、加熱ローラ２１と励磁コイル３２との磁気的結合が弱くなることから、ＩＧＢＴ７４での損失が減少し、このＩＧＢＴ７４での損失減少は、投入電力に対する仕事率を向上させる効果を奏する。一方、磁性体コア４１のコア分割体４３・４４を離間させることで、コア分割体４３・４４の間で漏れ磁束が発生するため、加熱ローラ２１の磁束密度が低下し、この加熱ローラ２１の磁束密度の低下は、投入電力に対する仕事率を低下させるように影響する。
【００６１】
このＩＧＢＴ７４での損失低下による仕事率向上、及び加熱ローラ２１の磁束密度低下による仕事率低下は、比較例２と同様であるが、特にここでは、比較例２とは異なり、磁性体コア４１のコア分割体４３・４４を離間させることで、磁性体コア４１の磁束密度が低下することから、ヒステリシスが小さくなるため、鉄損（コア損失）が減少し、この鉄損の減少は、投入電力に対する仕事率を向上させる効果を奏する。
【００６２】
そして、この鉄損減少による仕事率の向上効果が、加熱ローラ２１の磁束密度低下による仕事率の低下を相殺するため、結果的に加熱効率の低下を避けることができ、これにより効率の良い温度制御が可能になり、図１１に示すように、比較例２に比較して小さな電力で温度制御を行うことができる。
【００６３】
図１２は、定着温度と最小電力との相関関係を示している。ＩＧＢＴを保護するために投入可能な電力の下限値、すなわち最小電力は、定着温度が高くなり、加熱ローラ２１を構成する整磁金属のキュリー点に近づくのにしたがって上昇し、この最小電力の上昇傾向は、入力電圧が高くなるのに応じて顕著になる。
【００６４】
これは、入力電圧の上昇に伴って高周波電源２５の駆動周波数が上昇してゼロクロスが難しくなることによるものであり、入力電圧が高い使用条件では、駆動周波数の制限により最小電力が高くなることから、温度制御時の投入電力を十分に下げることができないため、電力過剰により加熱ローラ２１が定着温度を超えて徐々に上昇する不都合が発生する。
【００６５】
これに対して、本発明の定着装置では、前記のように、高周波電源２５の駆動周波数が上昇しても、ゼロクロスを実現することができるため、入力電圧が高いために駆動周波数が高くなる場合でも、適切な温度制御を行うことができ、国に応じた商用電源の供給電圧の違いに関係なく、同一構成の装置で対応することが可能になる。
【００６６】
図１３は、本発明による磁性体コアアセンブリの別の例を示す断面図である。この磁性体コアアセンブリ１４１では、磁性体コア１４２が、第１〜第３の３つのコア分割体１４３〜１４５に分割されており、この３つのコア分割体１４３〜１４５がコアホルダ１４６に一体的に保持されて芯材３４に固定されるようになっている。
【００６７】
中心部の第２のコア分割体１４４は、芯材３４の軸方向に真直な方形状の断面をなし、励磁コイル３２の内側に延在する。両端の第１・第３のコア分割体１４３・１４５は、へ字形状に屈曲した断面をなし、励磁コイル３２の内側に延在する内端部１４３ａ・１４５ａから励磁コイル３２の外側に突出されて、先端が加熱ローラ２１の内周面に近接する突出部１４３ｂ・１４５ｂを備えている。
【００６８】
この構成では、第２のコア分割体１４４の軸方向の長さを変更することで、第１〜第３のコア分割体１４３〜１４５相互の離間距離Ｌ３を増減して、加熱ローラ２１と励磁コイル３２との磁気的結合の強弱を簡単に調整することができる。
【００６９】
なお、前記の例では、１つの励磁コイルに対して２つ１組の磁性体コアアセンブリを設け、この磁性体コアアセンブリの配置形態に適合するように、芯材を４角形状の断面に形成したが、１つの励磁コイルに対して３つ以上の磁性体コアアセンブリを設ける構成も可能である。
【００７０】
この場合、芯材の周囲に、複数の磁性体コアアセンブリが同一の軸方向位置において周方向に等間隔をおいて配置され、軸方向に隣り合う磁性体コアアセンブリと取付角度が周方向に所定角度、例えば３つの場合は６０度、４つの場合は４５度ずらして設けられ、芯材は、磁性体コアアセンブリの配置形態に適合するように、６角形、８角形といった偶数の辺を有する多角形状の断面に形成される。
【００７１】
このように、同一の軸方向位置において周方向に配列される磁性体コアの配置数を多くすると、周方向の温度分布を均一化する上で都合が良く、加熱ローラ２１の回転を開始させてから周方向の温度分布が均一化した状態に移行するまでの時間をより一層短縮することができる。
【００７２】
また、前記の例では、誘導加熱ユニットが収容された加熱ローラに加圧ローラを圧接させて両者間に形成されるニップ部に記録紙を通す構成について説明したが、この他に、温度の立ち上がり特性を改善するために、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同様に適用可能である。この場合、無端帯状の加熱ベルトを、誘導加熱ユニットが収容された加熱ローラと定着ローラとに巻き掛け、定着ローラに対向配置された加圧ローラと、定着ローラに対する加熱ベルトの巻き掛け部分との間に記録紙を通すことで、記録紙上のトナーが熱及び圧力の作用で記録紙に定着される。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明にかかる定着装置及びこれを備えた画像形成装置は、高周波電源に過大な負荷を与えることなく投入電力を十分に下げて適切な温度制御を実現すると共に、加熱効率の低下を避けることができる効果を有し、電磁誘導作用により加熱ローラを発熱させる誘導加熱ユニットが、加熱ローラの内部に収容された定着装置及びこれを備えた画像形成装置、例えばプリンタ、ファクシミリ装置、複写機、及び複合機などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明が適用される複写機の概略構成を示す模式的な断面図
【図２】図１に示した定着部の要部を示す断面図
【図３】図２に示した加熱ローラの軸方向の断面図
【図４】図３に示した加熱ローラの要部を詳細に示す断面図
【図５】図４に示した磁性体コアアセンブリを分解して示す斜視図
【図６】図４に示した磁性体コアによる磁束の発生状況を示す断面図
【図７】図２に示した高周波電源の概略構成を示す回路図
【図８】従来の技術に基づく比較例及び本発明に基づく実施例を示す図
【図９】図８に示した比較例及び実施例の特性を示す図
【図１０】図７に示したＩＧＢＴの電圧及び電流の変化状況を示す図
【図１１】加熱ローラの温度及び投入電力の変化状況を示す図
【図１２】定着温度と最小電力との相関関係を示す図
【図１３】本発明による磁性体コアアセンブリの別の例を示す断面図
【符号の説明】
【００７５】
３  定着部（定着装置）
２１  加熱ローラ
２３  ローラ本体
２４  電磁誘導加熱ユニット
２５  高周波電源
３２  励磁コイル
３３・１４１  磁性体コアアセンブリ
３４  芯材
４１・１４２  磁性体コア
４２・１４６  コアホルダ
４３・４４・１４３〜１４５  コア分割体
４３ａ  基部、４３ｂ  突出部
４７  仕切板部
５１  取付孔（取付部）
５２  弾発係止片
７４  ＩＧＢＴ
【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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