(57)【要約】      （修正有）【課題】加熱ローラと誘導コイルとの間の距離を所望の程度まで短くできる誘導コイルと給電線との接続構造を備えた誘導加熱ローラ装置およびこれを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】誘導加熱ローラ装置は、誘導電流により発熱する加熱ローラと、基本形が断面円形のコイル支持部ＣＨおよびコイル支持部ＣＨに隣接した位置において円形断面の輪郭より内側へ後退した後退非円形断面部ＮＢを備えたコイルボビンＣＢと、コイルボビンＣＢのコイル支持部ＣＨに支持され、かつ、端部が後退非円形断面部ＮＢに配置されるとともに、加熱ローラの内部に配設される誘導コイルＩＣと、誘導コイルＩＣの端部に接続してその接続端子がコイルボビンの後退非円形断面部ＮＢ内に配置された状態で誘導コイルＩＣに給電する給電線ＦＣ１、ＦＣ２と、高周波電源とを具備している。【選択図】図３
2004265613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
後記誘導コイルに磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラと；
基本形が断面円形のコイル支持部およびコイル支持部に隣接した位置において円形断面の輪郭より内側へ後退した後退非円形断面部を備えたコイルボビンと；
ほぼ円形に巻回されてコイルボビンのコイル支持部に支持され、かつ、端部が後退非円形断面部に配置されるとともに、加熱ローラの内部に配設される誘導コイルと；
コイルボビンの内部においてその軸方向に延在し、かつ、誘導コイルの端部に接続してその接続部がコイルボビンの後退非円形断面部内に配置された状態で誘導コイルに給電するように配設された給電線と；
給電線を経由して複数の誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源と；
を具備していることを特徴とする誘導加熱ローラ装置。
【請求項２】
コイルボビンは、その軸周りに複数の後退非円形断面部が分散して配設されていることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱ローラ装置。
【請求項３】
後記誘導コイルに磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラと；
基本形が断面円形のコイル支持部と、コイル支持部およびコイル支持部の隣接領域を通じて形成されて円形断面の輪郭より内側へ後退し、かつ、軸方向に延在した後退非円形断面部とを備えたコイルボビンと；
それぞれほぼ円形に巻回されてコイルボビンのコイル支持部に支持されて加熱ローラの内部にその軸方向に分散して配設され、かつ、端部が後退非円形断面部内に配置されるとともに、加熱ローラの内部に配設される誘導コイルと；
コイルボビンの内部においてその軸方向に延在し、かつ、誘導コイルの端部に接続してその接続部がコイルボビンの後退非円形断面部に配置されて誘導コイルに給電する給電線と；
給電線を経由して複数の誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源と；
を具備していることを特徴とする誘導加熱ローラ装置。
【請求項４】
後記誘導コイルに磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラと；
基本形が断面円形のコイル支持部と、コイル支持部およびコイル支持部を含む領域を通じて形成されて円形断面の輪郭より内側へ後退し、かつ、軸方向に延在した後退非円形断面部とを備えたコイルボビンと；
それぞれほぼ円形に巻回されてコイルボビンのコイル支持部に支持されて加熱ローラの内部にその軸方向に分散して配設され、かつ、それぞれの端部がコイルボビンの後退非円形断面部にほぼ直線状に配置されるとともに、加熱ローラの内部に配設される複数の誘導コイルと；
コイルボビンの内部においてその軸方向に延在し、かつ、誘導コイルの端部に接続してその接続部がコイルボビンの後退非円形断面部に分散して配置されて誘導コイルに給電する給電線と；
給電線を経由して複数の誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源と；
を具備していることを特徴とする誘導加熱ローラ装置。
【請求項５】
後記誘導コイルに磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラと；
コイルボビンと；
コイルボビンに支持されるとともに、加熱ローラの内部に配設される誘導コイルと；
コイルボビンの内部においてその軸方向に延在して配設された給電線と；
コイルボビンに出没可能に配設されるとともに給電線に接続され、コイルボビンから突出した状態で誘導コイルの端部を給電線に接続した後にコイルボビン内に没入される接続端子と；
給電線を経由して複数の誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源と；
を具備していることを特徴とする誘導加熱ローラ装置。
【請求項６】
記録媒体にトナー画像を形成する画像形成手段を備えた画像形成装置本体と；
加圧ローラを備えた定着装置本体および定着装置本体の加圧ローラに加熱ローラを圧接関係に対設して両ローラ間にトナー画像が形成された記録媒体を挟んで搬送しながらトナー画像を定着するように配設された請求項１ないし５のいずれか一記載の誘導加熱ローラ装置を備えた定着装置と；
を具備していることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱ローラ装置およびこれを備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トナー画像を熱定着するために、従来からハロゲン電球を熱源として用いた加熱ローラが用いられているが、効率が悪く、大電力を必要とする不具合がある。そこで、誘導加熱方式を導入してこの問題を解決しようと開発が行われている。
【０００３】
本発明者らは、先に誘導コイルに空芯トランス結合する回転可能に支持される中空構造からなる加熱ローラの２次側抵抗値を２次リアクタンスにほぼ等しい閉回路に形成することにより、誘導コイルから加熱ローラへの電力伝達効率が高くなり、加熱ローラを効率よく加熱できる著しい効果が得られるトランス結合形の発明をなした。この発明は、本件出願人により出願されている（特許文献１参照。）。この発明により加熱ローラの誘導加熱の省電力を図るとともに、熱定着を高速化することが容易になった。また、加熱ローラの軸方向に分散した複数の誘導コイルを並列的に配設することも特許文献１の中で開示されている。これにより、加熱ローラをその軸方向に均一に加熱できるとともに、所要の高周波電力を投入して迅速な加熱を行うことができる。
【０００４】
ところで、各誘導コイルに高周波電力を供給するには、加熱ローラの内部においてその軸方向に沿って延在して誘導コイルに接続する給電線を介して行うのが実際的である。また、誘導コイルを支持するのにコイルボビンを用いるのが一般的であり、この場合、給電線をコイルボビンの内部に延在させるのがよい。そして、給電線と誘導コイルとの間を所要に溶接などにより接続する。
【０００５】
一方、複写機、プリンタなどの画像形成手段においては、画像を形成する用紙のサイズを複数選択可能にしているものが多い。このような機能に対応させるには、加熱ローラの軸方向に沿って複数の誘導コイルを配設して、用紙サイズに応じて励磁する誘導コイルを切り換えることにより、加熱ローラの発熱領域を変更するように構成する。
【０００６】
前述したトランス結合方式においては、加熱ローラに対する誘導コイルの好適な構成として、複数の誘導コイルを加熱ローラの軸方向に分散して配置し、かつ、誘導コイルを選択的に駆動することにより、加熱ローラの加熱領域を軸方向に可変にすることができ、このような構成は特許文献１に記載されている。これによって上記の要求に応えるとともに、必要な領域のみを加熱して電力の無駄な消費を回避することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２２２６８９号
【発明が解決しようとする課題】
ところで、加熱ローラをトランス結合方式の誘導加熱により実現しようとする場合、加熱ローラと誘導コイルとの間の磁気結合を高めるには、両者間の距離をなるべく短くすることが望ましい。しかしながら、誘導コイルと給電線との接続のための溶接部位が誘導コイルより外側に突出すると、加熱ローラと誘導コイルとの間の距離を所望の程度まで短くできない。
【０００８】
本発明は、加熱ローラと誘導コイルとの間の距離を所望の程度まで短くできる誘導コイルと給電線との接続構造を備えた誘導加熱ローラ装置およびこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、加えて誘導コイルの支持を良好に行うようにした誘導加熱ローラ装置およびこれを備えた画像形成装置を提供することを他の目的とする。
【００１０】
また、本発明は、加えて加熱ローラの加熱領域を切り換え可能にした誘導加熱ローラ装置およびこれを備えた画像形成装置を提供することを他の目的とする。
【００１１】
【課題を達成するための手段】請求項１の発明の誘導加熱ローラ装置は、後記誘導コイルに磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラと；基本形が断面円形のコイル支持部およびコイル支持部に隣接した位置において円形断面の輪郭より内側へ後退した後退非円形断面部を備えたコイルボビンと；円形に巻回されてコイルボビンのコイル支持部に支持され、かつ、端部が後退非円形断面部に配置されるとともに、加熱ローラの内部に配設される誘導コイルと；コイルボビンの内部においてその軸方向に延在し、かつ、誘導コイルの端部に接続してその接続部がコイルボビンの後退非円形断面部内に配置された状態で誘導コイルに給電するように配設された給電線と；給電線を経由して複数の誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源と；を具備していることを特徴としている。
【００１２】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１３】
＜加熱ローラについて＞    加熱ローラは、後記誘導コイルに磁気結合して誘導電流により発熱する。そのために、加熱ローラは、周回方向に閉回路を形成した２次コイルを備えていて、この２次コイルが誘導コイルと磁気結合、例えば空芯トランス結合する。後者の場合、閉回路の２次側抵抗値は、２次コイルの２次リアクタンスとほぼ等しい値を有している。なお、２次側抵抗値と２次リアクタンスとが「ほぼ等しい」とは、２次側抵抗値をＲａとし、２次リアクタンスをＸａとし、かつ、α＝Ｒａ／Ｘａとしたとき、数式１を満足する範囲とする。なお、数式条件を規定する理由については本発明者によりなされた特許文献１に開示されている。また、２次側抵抗値は、測定により求めることが可能である。２次リアクタンスは、計算により求めることが可能である。さらに、αは、好適には０．２５〜４倍の範囲、最適には０．５〜２倍の範囲である。
【００１４】
【数１】
０．１＜α＜１０
また、加熱ローラは、２次コイルを単一または複数配設することができる。複数の２次コイルを配設する場合、それらを加熱ローラの軸方向に分散して配設することが望ましい。２次コイルを支持するために、絶縁性物質からなるローラ基体を用いることができる。そして、ローラ基体の外面、内面またはローラ基体の内部に２次コイルを配設することができる。
【００１５】
さらに、本発明によれば、所望により、加熱ローラを被加熱体のサイズに応じて複数の長さの加熱領域が形成されるように構成することができる。すなわち、加熱ローラをトナー画像の定着などのために利用する場合、用紙サイズに応じて加熱領域を変化させるように構成される。加熱領域の変化は、後述する誘導コイルとの協働によるものである。トナー画像定着の場合を例として加熱領域を説明する。たとえばＡ４サイズ用紙のトナー画像を定着する場合、用紙を縦置きにして定着させるのと、横置きにするのとでは、必要な加熱領域の長さが異なる。また、たとえばＡ４サイズ用紙を定着する場合と、Ｂ４サイズ用紙とでも加熱領域幅が異なる。一方、定着に必要な加熱領域以外の領域まで発熱させるのは電力の無駄であり、回避しなければならない。他方、必要な加熱領域内においては、均一な発熱が必要になる。また、２つの異なる加熱領域であっても、いずれの領域に対して共通に寄与する共通加熱部位と、それぞれの加熱領域に対してのみ寄与する単独加熱部位とがある。さらに、共通加熱部位と単独加熱部位との配置の態様は、共通加熱部位を左右いずれか一方に片寄せして、単独加熱部位をいずれか他方に寄せて配置する態様と、共通加熱部位を中央に配置して、その左右に単独加熱部位を配置する態様とがあり、本発明においては、そのいずれであってもよい。
【００１６】
さらにまた、加熱ローラの２次コイルを導体層、導電線および導電板などの導体を持って形成することができる。導体層は、所望の２次側抵抗値を得るために、以下の材料および製造方法を採用することができる。厚膜形成法（塗布＋焼成）により形成する場合には、Ａｇ、Ａｇ＋Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｕＯ２およびＣからなるグループから選択した材料を用いるのがよい。塗布方法としては、スクリーン印刷法、ロールコーター法およびスプレー法などを用いることができる。これに対して、めっき、蒸着またはスパッタリング法により形成する場合には、Ａｕ、Ａｇ、ＮｉおよびＣｕ＋（Ａｕ、Ａｇ）のグループから選択した材料を用いるのがよい。導電線および導電板は、Ｃｕ、Ａｌなどを用いることができる。なお、Ｃｕ、ＡＬの場合は、酸化を防止するために、防錆被膜を表面に形成するのが好ましい。また、ローラ基体をＦｅやＳＵＳ（ステンレス鋼）で構成する場合、ローラ基体の表面層が高周波の表皮効果によって２次コイルとして作用する。したがって、上記のような格別の２次コイルを配設しなくてもよい。しかし、この場合であっても、要すればローラ基体とは別に２次コイルを配設することができる。なお、ＦｅやＳＵＳからなるローラ基体においても、表面に亜鉛被膜などの防錆皮膜を形成することができる。
【００１７】
次に、より一層実際的な加熱ローラを得るために、必要に応じて以下の構成を付加することが許容される。
【００１８】
１  ローラ基体について
２次コイルを支持するために、絶縁性物質からなるローラ基体を用いることができる。この場合、２次コイルは、ローラ基体の外面、内面または内部に配設することができる。絶縁性のローラ基体は、セラミックスまたはガラスを用いて形成することができる。そして、ローラ基体の耐熱性、強い衝撃性および機械的強度などを考慮して、たとえば以下の材料を用いることができる。セラミックスとしては、たとえばアルミナ、ムライト、窒化アルミニウムおよび窒化ケイ素などである。ガラスとしては、たとえば結晶化ガラス、石英ガラスおよびパイレックス（登録商標）などである。
【００１９】
２  熱拡散層について
熱拡散層は、加熱ローラの軸方向における温度の均整度を向上するための手段として、必要に応じて導体層の上側に配設することができる。このために、熱拡散層は、加熱ローラの軸方向への熱伝導が良好な物質を用いるのがよい。熱伝導率の高い物質は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、ＡｇおよびＰｔなど導電率の高い金属に多く見られる。しかし、熱拡散層は、導体層の材料に対して同等以上の熱伝導率を有していればよい。したがって、熱拡散層は、導体層と同一材料であってもよい。
【００２０】
また、熱拡散層が導電性物質からなる場合、導体層と導電的に接触していてもよいが、絶縁膜を介して配設することにより、放射ノイズの輻射を遮断する作用をも奏する。なお、高周波磁界は、熱拡散層まで作用しないので、熱拡散層には発熱に寄与するほどの２次電流は誘起されない。
【００２１】
３  保護層について
保護層は、加熱ローラの機械的保護および電気絶縁、あるいは弾性接触性またはトナー離れ性向上のために、必要に応じて配設することができる。前者のための保護層の構成材料としては、ガラスを、また後者のための保護層の構成材料としては合成樹脂を、それぞれ用いることができる。ガラスとしては、ホウケイ酸亜鉛系ガラス、ホウケイ酸鉛系ガラス、ホウケイ酸系ガラスおよびアルミノシリケート系ガラスからなるグループの中から選択して用いることができる。また、後者としては、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂＋フッ素樹脂およびポリアミド＋フッ素樹脂からなるグループの中から選択して用いることができる。なお、ポリイミド樹脂＋フッ素樹脂およびポリアミド＋フッ素樹脂の場合、フッ素樹脂が外側に配設される。
【００２２】
４  加熱ローラの形状について
所望により加熱ローラにクラウンを形成することができる。クラウンとしては、鼓形および樽形のいずれであってもよい。
【００２３】
５  加熱ローラの回転機構について
加熱ローラを回転するための機構は、既知の構成を適宜選択して採用することができる。なお、トナー画像を熱定着する場合には、加熱ローラと正対して加圧ローラを配設して、両ローラの間をトナー画像が形成された記録媒体が通過する際に加熱されてトナーが記録媒体に融着するように構成することができる。
【００２４】
＜コイルボビンについて＞    コイルボビンは、後述する誘導コイルおよび給電線を所定の位置に支持する手段である。本発明において、コイルボビンは、基本形が断面円形のコイル支持部およびコイル支持部に隣接した位置において円形断面の輪郭より内側へ後退した後退非円形断面部を備えている。
【００２５】
コイル支持部は、誘導コイルを支持する手段であり、その断面形状の基本形が断面円形である。なお、「基本形」とは、誘導コイルを支持するのに寄与している部分の形状をいい、本発明においてはそれが断面円形であるが、完全な円形であってもよいし、円形の一部が欠落していてもよい。例えば、断面円形の一部が欠落して後述する後退非円形断面部になっていてもよい。
後退非円形断面部は、その表面が円形断面の輪郭より内側へ後退した位置にあり、円形断面の一部を直線的に除去したり、凹陥させたりするなどにより、これを形成することができる。そして、この後退非円形断面部と円形断面の仮想の輪郭線との間に空間が形成されるので、その空間内に誘導コイルと給電線との接続部を配置することが可能になる。
【００２６】
また、コイルボビンは、絶縁性、耐熱性および耐久性に優れた材料、例えばガラス、セラミックスまたは耐熱性合成樹脂などを用いて構成されているのが望ましい。そして、全体が一体成形されていたり、複数のボビン構成片を組み合わせて構成されていたりすることができる。例えば、コイルボビンを軸方向に二分割されたボビン構成片により構成し、接着または機械的な嵌合により組み合わせてコイルボビンを得ることができる。
【００２７】
給電線をコイルボビンの内部に収納するために、ボビン構成片に給電線収納溝を形成することができる。また、誘導コイルと給電線との間を接続する導電部材からなる接続部を収容するために、給電線収納溝とコイルボビンの外面との間を連通する連通孔をコイルボビンに形成することができる。給電線収容溝は、一つのボビン構成片に一つまたは複数形成することができる。さらに、複数のコイル構成片を一体化させてコイルボビンを形成したときに、その内部に収納される複数の給電線の間に所要の絶縁距離が確保されるようにコイルボビンを構成する。以上のように構成すれば、ボビン構成片の間に給電線やその接続端子を挟持することができ、それらの支持が容易になる。
【００２８】
さらに、コイルボビンの所望により付加が許容されるその他の構成について説明する。
【００２９】
（１）巻溝    コイルボビンの外面に誘導コイルを支持する場合、整列巻の状態で誘導コイルを支持するために、コイルボビンの外面に巻溝を形成することができる。
【００３０】
（２）絶縁鍔    コイルボビンの外面に誘導コイルを支持する場合、複数の誘導コイルを接近して配置するとともに、所要の絶縁距離を確保するために、隣接する一対の誘導コイル間に絶縁鍔を形成することができる。
【００３１】
＜誘導コイルについて＞    本発明において、「誘導コイル」は、そこから発生する磁界を加熱ローラに鎖交させて加熱ローラに２次電流を誘起させ、かつ、抵抗発熱を発生させることで加熱ローラを所要に加熱するための手段であり、その適当数が加熱ローラの内部において、かつ、その軸方向に沿って延在するようにコイルボビンに支持されて配設されている。さらに、誘導コイルが複数の場合には、軸方向に分散して配設される。そして、後述する給電線を経由して直接または整合回路などを介して高周波電源から駆動、換言すれば付勢すなわち励磁されるとともに、加熱ローラに磁気結合、例えば空芯トランス結合する。誘導コイルは、回転する加熱ローラに対して静止していてもよいし、加熱ローラと一緒に、または別に回転してもよい。なお、回転する場合には、高周波電源と誘導コイルとの間に回転集電機構を介在すればよい。また、「空芯トランス結合」とは、完全な空芯のトランス結合だけでなく、実質的に空芯とみなせるトランス結合の場合を含む意味である。しかし、要すれば、渦電流損加熱方式の電磁結合であってもよい。
【００３２】
誘導コイルの端部は、後述するようにコイルボビンの後退非円形断面部の内部において給電線に接続するために、コイルの環の内部に向かうように折り曲げるのがよい。しかし、要すれば、コイルの環とほぼ同じ位置に止まるように形成することができる。ただし、この場合には、給電線との接続部が後退非円形断面部の内部に配置されてコイルの環の外側へ実質的に突出しないような配慮を要する。
【００３３】
また、複数の誘導コイルを用いる場合、各誘導コイルは、個々にまたはグループ分けして個別の高周波電源に接続することができる。グループ分けする場合、複数の誘導コイルを並列接続して一つのグループにすることができる。
【００３４】
さらに、複数の誘導コイルは、その軸方向の長さすなわち巻数が一定であってもよいし、相違してもよい。誘導コイルに供給される高周波電力は、高周波電源を共通にしている場合、高周波電圧の印加時間に概ね比例的になる。これに対して、加熱ローラの温度上昇は、誘導コイルに投入される高周波電力の誘導コイル単位長当たりの大きさに左右される。したがって、高周波電圧の印加時間が同じ場合、相対的に長い誘導コイルは、相対的に短い誘導コイルに比較して温度上昇が遅くなる。そこで、長短複数の誘導コイルを切り替えながらそれぞれが対向する加熱ローラの領域を同じ温度で、しかも、迅速に加熱する場合には、高周波電圧の印加時間を誘導コイルの長さにほぼ比例的に変化させればよい。これらの制御は、後述する誘導コイル選択手段によって行なうように構成することができる。
【００３５】
＜給電線について＞    給電線は、加熱ローラの内部に配設された誘導コイルに高周波電力を供給するための導電路であって、コイルボビンの内部においてその軸方向に延在するとともに、端部が加熱ローラから外部へ延在して直接または間接的に高周波電源に接続する。単一または複数の誘導コイルが直接並列接続する場合には、一対の給電線が用いられる。これに対して、複数の誘導コイルが加熱ローラの外部に配置された誘導コイル選択手段を介して並列接続する場合または複数の高周波出力端に接続して選択的に付勢される場合、誘導コイルは、少なくとも一端側を切り換え単位ごとに異なる給電線に接続する必要がある。したがって、この場合、誘導コイルは、３つ以上の給電線が必要になる。
【００３６】
本発明において、給電線と誘導コイルの端部との接続は、溶接、蝋付け、加締め付けなど既知の種々の接続手段を選択的に用いて行うことができるが、その接続部がコイルボビンの後退非円形断面部の内部に配置されるように行われる。
【００３７】
また、給電線は、コイルボビンの内側において、その軸方向に沿って延在すれば、軸との間の離間距離の大小は問わないが、好適にはなるべく軸から離間した、したがって誘導コイルに接近した位置において延在するのがよい。給電線を誘導コイルの内部に通線する場合、給電線が誘導コイルの中心軸に近いと、給電線と鎖交する磁束が多くなるために、内部に渦流損が生じて電力伝達効率が低下するので、好ましくない。これに対して、上記のように構成することにより、鎖交磁束が少なくなるので、電力伝達効率の低下が低減する。
【００３８】
さらに、給電線は、誘導コイルに接続するための接続端子を分岐させることができる。また、加熱ローラから外部に露出する部分に高周波電源側へ接続する電源端子を備えていることが許容される。
【００３９】
＜高周波電源について＞    高周波電源は、誘導コイルを付勢するために、高周波電力を発生して、誘導コイルに供給する。また、高周波電源は、その出力周波数（またはその範囲）が基本的に限定されるものではないが、空芯トランス結合方式の場合は１ＭＨｚ以上の高周波を出力するように構成されていると効果的である。なぜなら、１ＭＨｚ以上の高周波にすることにより、導誘コイルのＱを大きくして電力伝達効率をより一層高くすることが可能になるからである。電力伝達効率が高くなると、加熱の総合効率が高くなり、省電力を図ることができる。しかし、実際には１５ＭＨｚ以下の周波数にすることにより、放射ノイズの問題をなるべく回避しやすくすることができる。なお、適合する能動素子（たとえば、後述するようにＭＯＳＦＥＴを用いることができる。）の経済性および高周波ノイズ抑制の容易性などの観点からは、好適には１〜４ＭＨｚである。さらに、本発明は、渦電流結合方式（渦電流加熱方式）であってもよいが、その場合には、２０〜１００ｋＨｚの範囲の周波数が好適である。
【００４０】
また、高周波を発生させるには、直流または低周波交流を直接または間接的に半導体スイッチ素子などの能動素子を用いて高周波に変換するのが実際的である。低周波交流から高周波電力を得るには、整流手段を用いていったん低周波交流を直流に変換するのがよい。直流は、平滑回路を用いて形成した平滑化直流でもよいし、非平滑直流であってもよい。直流を高周波に変換するには、増幅器およびインバータなどの回路要素を用いることができる。増幅器としては、たとえば電力変換効率の高いＤ級増幅器やＥ級増幅器などを用いることができる。また、ハーフブリッジ形インバータなどを用いることもできる。さらに、能動素子としては、高周波特性に優れているＭＯＳＦＥＴが好適である。複数の高周波電源回路を並列的に接続して、各高周波電源回路の高周波出力を合成してから誘導コイルに印加するように構成することができる。これにより、所望の電力でありながら各高周波電源回路の出力を小さくてよいから、能動素子にＭＯＳＦＥＴを用いて、廉価に効率よく高周波を発生することができる。
【００４１】
さらに、高周波電源は、複数の誘導コイルに対して共通に高周波電力を供給するように配設することができる。しかし、要すれば、誘導コイルに対してそれぞれ個別に、またはグループ化して複数の高周波電源を配設することも許容される。
【００４２】
さらにまた、高周波電源の出力周波数は、一定であってもよいし、可変であってもよい。
【００４３】
＜その他の構成について＞    本発明の必須構成要件ではないが、所望により以下の構成を選択的に実施することにより、さらに効果的な誘導加熱ローラ装置を得ることができる。
【００４４】
１  誘導コイル選択手段    誘導コイル選択手段は、高周波電源および誘導コイルの間に介在して高周波電源の高周波出力を所望の誘導コイルに対して選択的に供給するように制御する手段であり、加熱ローラの加熱領域を切り換えるときに効果的である。誘導コイル選択手段は、たとえばフィルタ手段、共振回路またはスイッチ手段などによって構成することができる。複数の誘導コイルのうち常時高周波電力を供給しておきたい誘導コイルが一つまたは複数あれば、当該誘導コイルと高周波電源との間には、誘導コイル選択手段を介在させなくてもよい。しかし、残余の誘導コイルは介在する誘導コイル選択手段により高周波電力の供給が制御されるように構成されているものとする。
【００４５】
また、誘導コイル選択手段を用いることにより、誘導コイルに対する高周波電圧の印加時間を変化させることができる。これにより、第１および第２の誘導コイルの単位長さ当たりに供給される高周波電力を同一にしたり、同じく単位長さ当たりの投入電力を変化させたりすることが可能になる。高周波電圧の印加時間を制御するには、たとえば周波数の変化に加えてＰＷＭ制御を行なうことができる。これにより、見かけ上同一印加時間であっても、高周波電力が実際に投入される実印加時間を相違させることができる。また、ＰＷＭ制御は、高周波の各半サイクルごとに行なうようにしてもよいし、相対的に低周波たとえば１〜１００Ｈｚ程度で行なってもよい。
【００４６】
以下、誘導コイル選択手段の各構成例について説明する。
【００４７】
（１）フィルタ手段による構成    フィルタ手段は、周波数可変形の高周波電源と誘導コイルとの間に介在させる。そして、フィルタ手段に印加される高周波の周波数を変化させることによって、複数の誘導コイルのうち、主として所望の一つまたは複数の誘導コイルに対して高周波電力を選択的に供給することができる。
【００４８】
（２）共振回路による構成    共振回路は、誘導コイルを共振回路要素として構成されている。誘導コイルは、主としてインダクタンスを含んでいるので、一般的にはコンデンサを追加することにより共振回路を構成することができる。共振回路は、周波数可変形の高周波電源に対して直列共振回路および並列共振回路のいずれであってもよい。前者は、周波数可変形の高周波電源に対して誘導コイルおよびコンデンサの直列接続回路を接続する。後者は、周波数可変形の高周波電源に対して誘導コイルおよびコンデンサの並列回路を接続する。しかし、要すれば、誘導コイルの他にインダクタンスを付加することができる。そして、第１および第２の誘導コイルを共振回路構成部品として含む複数の共振回路を構成する場合は、それらの共振周波数を少なくとも２種類以上に相違させる。
【００４９】
さらに、要すれば複数の共振回路の間において、選択度であるＱの大きさを共振周波数とともに、少なくとも２つの異なった値を有するように構成することができる。
【００５０】
（３）スイッチ手段による構成    スイッチ手段は、有接点形および無接点形のいずれであってもよい。誘導コイルに対するスイッチ手段の接続は、直列的に行なうのが一般的であるが、要すれば並列的に接続して、誘導コイルを短絡することにより、誘導コイルに対する高周波電力の供給を遮断するように構成してもよい。なお、後者の接続態様においては、複数の誘導コイルを高周波電源に対して直列接続することを許容する。
【００５１】
２  ウオームアップ制御について    起動すなわち給電開始後のウオームアップ期間中、加熱ローラが通常運転時におけるより低い回転数で回転するように制御することができる。
【００５２】
３  加熱ローラの温度制御について    加熱ローラの温度を所定範囲内で一定たとえば２００℃に維持にするために、加熱ローラの表面に感熱素子を導熱的に接触させることができる。そして、感熱素子を温度制御回路に接続する。感熱素子としては、負温度特性を有するサーミスタや正温度特性を有する非直線抵抗素子を用いることができる。
【００５３】
４  搬送シートについて    加熱ローラを用いて被加熱体を加熱する際に、加熱ローラが直接被加熱体に当接するように構成することができるが、要すれば両者の間に搬送シートが介在するように構成することができる。この場合、搬送シートは、無端状またはロール状の形態をとることが許容される。搬送シートを用いることにより、被加熱体の加熱と搬送をスムースに行うことが可能になる。
【００５４】
＜本発明の作用について＞    本発明においては、以上説明したように構成されていることにより、誘導コイルと給電線との接続部が後退非円形断面部内に配置されているので、誘導コイルと加熱ローラとを接近させてそれらの間の磁気結合を強めることができるため、誘導コイルから加熱ローラへの電力伝達効率を高くすることができる。
【００５５】
請求項２の発明の誘導加熱ローラ装置は、請求項１記載の誘導加熱ローラ装置において、コイルボビンは、その軸周りに複数の後退非円形断面部が分散して配設されていることを特徴としている。
【００５６】
本発明は、コイルボビンに複数の誘導コイルを軸方向に沿って分散して配置するとともに、３つ以上の数の給電線を配設する場合に好適な構成を規定している。
【００５７】
本発明において、複数の後退非円形断面部は、互いにコイルボビンの軸方向に離間して配設されていて、それぞれをコイルボビンの軸方向から見たときに、その軸周りに分散している。したがって、複数の後退非円形断面部の間に複数のコイル支持部を形成することができる。
誘導コイルは、その複数を複数のコイル支持部に分散して支持させることができる。そして、各誘導コイルの端部をそれぞれ異なる後退非円形断面部に配置することができる。
【００５８】
給電線は、その複数を、複数の後退非円形断面部に合わせて配設することができるから、複数の給電線が分散して配置されやすくなる。複数の誘導コイルを複数の給電線に接続する場合、複数の給電線のうち１本を共通にすることができる。この場合、複数の誘導コイルの一端は、共通の給電線に接続される。そして、残余の給電線を複数の誘導コイルの他端に個別に接続する。なお、共通の給電線を接地するなどにより安定電位とすることができる。しかし、複数の給電線の全てを複数の誘導コイルに個別に、したがって絶縁的に接続することもできる。
【００５９】
そうして、本発明においては、上記の構成により、３本以上の給電線を配設する際に給電線間に所要の絶縁距離を確保して配置するのが容易になる。
【００６０】
請求項３の発明の誘導加熱ローラ装置は、後記誘導コイルに磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラと；基本形が断面円形のコイル支持部と、コイル支持部およびコイル支持部の隣接領域を通じて形成されて円形断面の輪郭より内側へ後退し、かつ、軸方向に延在した後退非円形断面部とを備えたコイルボビンと；それぞれほぼ円形に巻回されてコイルボビンのコイル支持部に支持されて加熱ローラの内部にその軸方向に分散して配設され、かつ、端部が後退非円形断面部内に配置されるとともに、加熱ローラの内部に配設される誘導コイルと；コイルボビンの内部においてその軸方向に延在し、かつ、誘導コイルの端部に接続してその接続部がコイルボビンの後退非円形断面部に配置されて誘導コイルに給電する給電線と；給電線を経由して複数の誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源と；を具備していることを特徴としている。
【００６１】
本発明は、コイルボビンの好適な構成を規定している。
【００６２】
すなわち、コイルボビンは、その後退非円形断面部がコイル支持部およびその隣接領域を通じて軸方向に連続して形成されている。後退非円形断面部の好ましい数は、１個または２個である。３つ以上になると、コイル支持部の基本形が円形断面といいにくくなるとともに、誘導コイルの支持が不十分になる。後退非円形断面部の数が１個の場合、誘導コイルの両端は、ともに１個の後退非円形断面部において２本の給電線に接続される。後退非円形断面部が２個の場合、コイルボビンの軸を挟む対称位置に配設するのがコイルボビンの成形上好ましい。しかし、要すれば、非対称位置に配設することができる。
【００６３】
誘導コイルは、単一または複数を軸方向に分散して配設することができる。
【００６４】
そうして、本発明においては、上記の構成により、誘導コイルと給電線との接続部が後退非円形断面部内に配置されているので、誘導コイルと加熱ローラとを接近させてそれらの間の磁気結合を強めることができるため、誘導コイルから加熱ローラへの電力伝達効率を高くすることができるとともに、コイルボビンの成形が容易になる。
【００６５】
また、後退非円形断面部がコイルボビンのコイル支持部を含めてコイルボビンの軸方向に沿って形成されているので、コイルボビンの構造が簡単化され、コイルボビンの製造が容易になる。
【００６６】
請求項４の発明の誘導加熱ローラ装置は、後記誘導コイルに磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラと；基本形が断面円形のコイル支持部と、コイル支持部およびコイル支持部を含む領域を通じて形成されて円形断面の輪郭より内側へ後退し、かつ、軸方向に延在した後退非円形断面部とを備えたコイルボビンと；それぞれほぼ円形に巻回されてコイルボビンのコイル支持部に支持されて加熱ローラの内部にその軸方向に分散して配設され、かつ、それぞれの端部がコイルボビンの後退非円形断面部にほぼ直線状に配置されるとともに、加熱ローラの内部に配設される複数の誘導コイルと；コイルボビンの内部においてその軸方向に延在し、かつ、誘導コイルの端部に接続してその接続部がコイルボビンの後退非円形断面部に分散して配置されて誘導コイルに給電する給電線と；給電線を経由して複数の誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源と；を具備していることを特徴としている。
【００６７】
本発明は、コイルボビンに複数の誘導コイルを軸方向に沿って分散して配置するとともに、コイルボビンの形成を簡単にした構成を規定している。
【００６８】
本発明において、コイルボビンの後退非円形断面部は、これを１つまたは２つ配設するのが好適である。理由は、請求項３において説明したのと同じである。
【００６９】
複数の誘導コイルの端部がコイルボビンの後退非円形断面部にほぼ直線状に配置される構成により、コイルボビンの後退非円形断面部が１つまたは２つであっても、複数の誘導コイルをコイルボビンの軸方向に分散して配設することができる。複数の誘導コイルを配設する場合、それらを固定的に並列接続するだけでなく、各誘導コイルを個別に、または複数を並列接続することによりグループ化して、異なる高周波出力端に接続することで、切り換え可能に構成することができる。
【００７０】
そうして、本発明においては、上記の構成により、誘導コイルと加熱ローラとを接近させてそれらの間の磁気結合を強めて誘導コイルから加熱ローラへの電力伝達効率を高くするとともに、簡単な構造のコイルボビンでありながら複数の誘導コイルを分散して配設することができる。
【００７１】
請求項５の発明の誘導加熱ローラ装置は、後記誘導コイルに磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラと；コイルボビンと；コイルボビンに支持されるとともに、加熱ローラの内部に配設される誘導コイルと；コイルボビンの内部においてその軸方向に延在して配設された給電線と；コイルボビンに出没可能に配設されるとともに給電線に接続され、コイルボビンから突出した状態で誘導コイルの端部を給電線に接続した後にコイルボビン内に没入される接続端子と；給電線を経由して複数の誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源と；を具備していることを特徴としている。
【００７２】
本発明は、誘導コイルと給電線との接続が容易で、しかも、誘導コイルと加熱ローラとの磁気結合を強めるのに好適な構成を規定している。
【００７３】
すなわち、誘導コイルと給電線との間を接続するために用いる接続端子をコイルボビンに出没可能に構成している。この構成により、誘導コイルの端部を接続端子に接続する際には、接続端子をコイルボビンから突出させる。接続が終了したら、接続端子をコイルボビンの内部へ没入させる。
【００７４】
接続端子をコイルボビンに出没可能にするための構造は、特段限定されない。例えば、節動して出没する構成、ばねにより常時押し上げられた構成および補助部材により押し上げられ、補助部材を取り除いたときに没入可能なる構成などを選択的に採用することができる。
【００７５】
節動して出没する構成としては、例えば以下の構造を採用することができる。すなわち、接続端子が出入する凹部を備えたコイルボビンと接続端子とのいずれか一方には、出入方向の少なくとも２つの位置に形成した節動用の凹部を形成する。そして、他方には凹部に出入する弾性バイアス片を備える。そして、第１の位置の凹部に弾性バイアス片が係合することにより、接続端子がコイルボビンから突出した状態となる。接続端子を押し下げることにより、弾性バイアス片が第１の位置の凹部から離脱し、さらに押し下げられて弾性バイアス片が次に第２の位置の凹部に係合する。この位置で接続端子は、コイルボビン内に没入する。弾性バイアス片は、板ばねとその一端に形成した球面上の係合片とで形成することができる。また、弾性バイアス片の別の構成としては、ボールとこのボールを押出すコイルばねとで形成することができる。
【００７６】
ばねにより常時押し上げられた構成としては、接続端子が出入する凹部を備えたコイルボビンと、この凹部内に基端が嵌合する接続端子との間にコイルばねを介在させる。接続端子は、コイルばねによって常時コイルボビンから突出する。そして、接続端子に誘導コイルの端部を接続すると、例えば誘導コイルの保形性のために接続端子が押し下げられてコイルボビンの表面とほぼ同じになる。また、誘導コイルの保形性に代えて接続端子をコイルボビン内に没入した状態で接着や加締め付けなどの固着手段を用いて固定してもよい。
【００７７】
補助部材により押し上げられ補助部材を取り除いたときに没入可能なる構成としては、接続端子が出入する凹部を備えたコイルボビンと、この凹部内に基端が嵌合する接続端子との間に予め補助部材を介在させておくことにより、接続端子がコイルボビンの凹部からコイルボビンの外部へ突出する。この状態で誘導コイルの端部を接続端子に接続する。誘導コイルを接続した後、補助部材を除去すれば、誘導コイルの保形性のために接続端子が押し下げられてコイルボビンの表面とほぼ同じになる。誘導コイルの保形性に代えて接着や加締め付けなどの固着手段により接続端子を没入状態に固定することもできる。補助部材としては、例えば棒状の台材を凹部に連通して形成したキー溝状の部位に挿通しておく。誘導コイルを接続した後に棒状の台材を引き抜く。
【００７８】
給電線は、接続端子がコイルボビンに対して出入しても常時接続しているように構成するのがよい。そのために、給電線が接続端子の移動に追従するように多少可動にすればよい。また、接続端子と給電線との間に可動性の導電部材を介在させてもよい。
【００７９】
そうして、本発明においては、上記の構成により、接続端子がコイルボビンに対して出入可能になっていて、誘導コイルを接続した後はコイルボビンの内部に没入するので、誘導コイルの外径を加熱ローラの内径に接近させて磁気結合を強めて、電力伝達効率を高くすることができる。
【００８０】
請求項６の発明の画像形成装置は、記録媒体にトナー画像を形成する画像形成手段を備えた画像形成装置本体と；加圧ローラを備えた定着装置本体および定着装置本体の加圧ローラに加熱ローラを圧接関係に対設して両ローラ間にトナー画像が形成された記録媒体を挟んで搬送しながらトナー画像を定着するように配設された請求項１ないし５のいずれか一記載の誘導加熱ローラ装置を備えた定着装置と；を具備していることを特徴としている。
【００８１】
本発明において、「画像形成装置本体」とは、画像形成装置から定着装置を除いた残余の部分をいう。また、画像形成手段は、記録媒体に間接方式または直接方式により画像情報を形成する画像を形成する手段である。なお、「間接方式」とは、転写によって画像を形成する方式をいう。画像形成装置としては、たとえば電子写真複写機、プリンタ、ファクシミリなどが該当する。
【００８２】
記録媒体としては、たとえば転写材シート、印刷紙、エレクトロファックスシート、静電記録シートなどが該当する。
【００８３】
定着装置は、加圧ローラを備えた定着装置本体と、定着装置本体の加圧ローラに加熱ローラを圧接関係に対設して、両ローラ間にトナー画像が形成された記録媒体を挟んで搬送しながらトナー画像を定着するように配設された請求項１記載の誘導加熱ローラ装置とを具備している。なお、「定着装置本体」とは、定着装置から誘導加熱ローラ装置を除いた残余の部分をいう。加圧ローラと加熱ローラとは、直接圧接してもよいが、要すれば搬送シートなどを介して間接的に圧接してもよい。なお、搬送シートは、無端またはロール状であってもよい。トナー画像が形成された記録媒体を加熱ローラと加圧ローラとの間に挟んで搬送しながらトナー画像を高速で定着する。
【００８４】
そうして、本発明においては、高速タイプに好適な画像形成装置にすることができる。
【００８５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００８６】
図１ないし図６は、本発明の誘導加熱ローラ装置における第１の実施の形態を示し、図１は装置全体の概要を示す回路ブロック図、図２は加熱ローラの横断面図、図３は誘導コイル、コイルボビンおよび給電線の横断面図、図４は給電線およびコイルボビンを示す横断面図、図５はコイルボビンおよび接続端子の縮小一部切欠正面図、図６は高周波電源の回路図である。
【００８７】
本実施形態の誘導加熱ローラ装置は、加熱ローラＨＲ、４つの誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ４、一対の給電線ＦＣ１、ＦＣ２、コイルボビンＣＢおよび高周波電源ＨＦＳを備えて構成されている。
【００８８】
＜加熱ローラＨＲ＞    加熱ローラＨＲは、図２に示すように、ローラ基体１、２次コイルｗｓおよび保護層２を備えて構成されているとともに、図示しない回転機構により回転駆動される。
【００８９】
ローラ基体１は、図２に示すように、アルミナセラミックス製の円筒体からなり、たとえば長さ３００ｍｍ、厚み３ｍｍである。２次コイルｗｓは、Ｃｕの蒸着膜からなるフィルム状をなした円筒状の１ターンコイルからなり、ローラ基体１の外面において、軸方向の有効長のほぼ全体にわたって配設されている。そして、２次コイルｗｓの厚みは、加熱ローラＨＲの周回方向における２次側抵抗Ｒの値が２次リアクタンスとほぼ同じ値の１Ωになるように設定されている。保護層２は、フッ素樹脂からなり、２次コイルｗｓの外面を被覆して形成されている。
【００９０】
＜４つの誘導コイルＩＣ＞    ４つの誘導コイルＩＣは、図１、および図３に示すように、互いに小間隔で隣接して後述するコイルボビンＣＢの外面に支持されている。また、４つの誘導コイルＩＣは、加熱ローラＨＲの加熱領域に対向する位置に配設されて、２次コイルｗｓに磁気結合している。
【００９１】
また、４つの誘導コイルＩＣは、図３に示すように、それぞれの両端に形成される一対の端部ｅがコイルの環の中側へ折り曲げられている。
【００９２】
＜一対の給電線ＦＣ１、ＦＣ２について＞    給電線Ｆ１、ＦＣ２は、図４に示すように、それぞれ導電線条ＲＣおよび接続端子ＪＣからなる櫛状をなしていて、その一対が後述するコイルボビンＣＢの軸からなるべく離れた位置において、かつ、互いに離間するとともに、接続端子ＪＣを介して後述するコイルボビンＣＢに支持された４つの誘導コイルＩＣの両端に接続して、それらを並列接続している。導電線条ＲＣは、直線状をなしている。接続部ＪＣは、その複数が導電線条ＲＣに対して櫛刃状に接続している。
【００９３】
＜コイルボビンＣＢ＞    コイルボビンＣＢは、図３および図４に示されているように、軸方向に沿って分割されたセラミックス製の２つのボビン構成片ＣＢ１、ＣＢ２により構成され、これらのボビン構成片ＣＢ１、ＣＢ２を抱き合わせて接着や締め付けリングなどの固着手段により一体化されて円柱状に形成されている。また、コイルボビンＣＢは、図５に示すように、その外面の軸方向に沿って複数、例えば４つのコイル支持部ＣＨおよび表裏両面に複数組、例えば４組の後退非円形断面部ＢＮを交互に備えている。さらに、一対のボビン構成片ＣＢ１、ＣＢ２の合わせ目に、一対の給電線収容溝Ｇ１、Ｇ２および連通孔Ｈを備えている。すなわち、一方のボビン構成片ＣＢ１に一対の給電線収容溝Ｇ１、Ｇ２を形成し、他方のボビン構成片ＣＢ２に連通孔Ｈを形成している。
４つのコイル支持部ＣＨは、断面円形をなしていて、その外面に誘導コイルＩＣを巻装して支持する。なお、誘導コイルＩＣの両端に形成されている端部ｅは、コイル支持部ＣＨに隣接する一対の後退非円形断面部ＢＮ内に入り込むように構成されている。
【００９４】
表裏両面のそれぞれ４つの後退非円形断面部ＢＮは、コイルボビンＣＢの断面円形部分の一部を直線的にカットして形成されている。そして、上記連通孔Ｈは、後退非円形断面部ＢＮ内に開口している。また、給電線ＦＣ１、ＦＣ２の接続端子ＪＣの先端部が連通孔Ｈから露出して後退非円形断面部ＢＮ内に位置する。
【００９５】
そうして、図３に示すように、誘導コイルＩＣの端部ｅと給電線ＦＣ１、ＦＣ２の接続端子ＪＣとが後退非円形断面部ＢＮ内において溶接されている。その結果、４つの誘導コイルＩＣは、一対の給電線ＦＣ１、ＦＣ２の間に並列接続される。
【００９６】
＜高周波電源ＨＦＳ＞    高周波電源ＨＦＳは、図６に示すように、低周波電源ＡＳ、直流電源ＲＤＣ、高周波発生部ＨＦＩおよび整合回路ＭＣから構成されている。
【００９７】
低周波交流電源ＡＳは、たとえば１００Ｖ商用交流電源からなる。
【００９８】
直流電源ＲＤＣは、整流回路からなり、入力端が低周波交流電源ＡＳに接続し、低周波交流電圧を非平滑直流電圧に変換して、その直流出力端から出力する。
【００９９】
高周波発生部ＨＦＩは、高周波フィルタＨＦＦ、周波数可変形の高周波発振器ＯＳＣ、駆動回路ＤＣ、ハーフブリッジ形インバータ主回路ＨＢＩおよび負荷回路ＬＣにより構成されている。高周波フィルタＨＦＦは、両線路にそれぞれ直列の一対のインダクタＬ１、Ｌ２および一対のインダクタＬ１、Ｌ２の前後で両線路間に接続された一対のコンデンサＣ１、Ｃ２からなり、直流電源ＲＤＣおよび後述するハーフブリッジ形インバータ主回路ＨＢＩの間に介在して、高周波が低周波交流電源ＡＳ側へ流出するのを阻止する。高周波発振器ＯＳＣは、発振周波数可変形であり、後述する外部信号源ＯＳＳにより制御されて可変周波数の高周波励振信号を発生して、駆動回路ＤＣに入力する。駆動回路ＤＣは、プリアンプからなり、高周波発振器ＯＳＣから送出された高周波信号を増幅して駆動信号を出力する。ハーフブリッジ形インバータ主回路ＨＢＩは、直流電源ＲＤＣ出力端間に直列接続され、駆動回路ＤＣの駆動信号により励振されて交互にスイッチングする一対のＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２および一対のＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２に並列接続されたコンデンサＣ３、Ｃ４からなり、直流電源ＲＤＣの直流出力をほぼ矩形波の高周波に変換する。コンデンサＣ３、Ｃ４は、インバータ動作中に高周波バイパス作用を行なう。負荷回路ＬＣは、直流カットコンデンサＣ５、インダクタＬ３および後述する整合回路ＭＣにより構成されている。直流カットコンデンサＣ５は、一対のＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２を介して直流電源ＤＣ側から直流成分が負荷回路ＬＣに流入するのを阻止する。インダクタＬ３および整合回路ＭＣは、直列共振回路を形成して、誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ４に印加される高周波電圧を正弦波に波形整形する。波形整形された高周波電圧によって各誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ４は付勢される。
【０１００】
整合回路ＭＣは、高周波出力線路に直列のコンデンサＣ６および並列のコンデンサＣ５からなるインピーダンス変換回路であり、高周波発生部ＨＦＩと整合回路ＭＣから見た負荷のインピーダンスを整合させて電力伝達効率を高める作用を行なう。
【０１０１】
＜誘導加熱ローラ装置の動作＞    高周波発生装置ＨＦＳは、高周波出力を一対の給電線ＦＣ１、ＦＣ２を経由して４つの誘導コイルＩＣに並列的に供給する。各誘導コイルＩＣは、励磁されて高周波磁界を発生する。そして、発生した磁束は、コイルボビンＣＢを通過して加熱ローラＨＲの２次コイルｗｓに鎖交する。そのため、２次コイルｗｓは、誘導電流が加熱ローラＨＲの周回方向に流れて抵抗発熱する。その結果、加熱ローラＨＲは、発熱して均一に、しかも、急激に温度上昇する。
【０１０２】
また、誘導コイルＩＣは、その両端の端部ｅがコイルボビンＣＢの後退非円形断面部ＢＮ内において接続端子ＪＣに接続しているので、誘導コイルＩＣの外周面から外側へ突出する部分がないので、誘導コイルＩＣを加熱ローラＨＲの内面に接近させて配置することができる。このため、加熱ローラＨＲと誘導コイルＩＣとの磁気結合を強めることができる。
【０１０３】
以下、図７ないし図１７を参照して、本発明の誘導加熱ローラ装置における他の実施の形態を説明する。なお、各図において、図１ないし図５と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１０４】
図７は、本発明の誘導加熱ローラ装置における第２の実施の形態の給電線およびコイルボビンを示す横断面図である。本実施の形態は、コイルボビンＣＢの後退非円形断面部ＢＮの構造が異なっている。すなわち、後退非円形断面部ＢＮは、断面円形の部分の一部を凹陥させることによって形成されされている。
【０１０５】
図８および図９は、本発明の誘導加熱ローラ装置における第３の実施の形態を示し、図８は給電線およびコイルボビンを示す横断面図、図９はコイルボビンおよび接続端子を示す縮小一部切欠正面図である。本実施の形態は、コイルボビンＣＢのコイル支持部ＣＨおよび後退非円形断面部ＢＮの構造が異なっている。
【０１０６】
すなわち、  コイル支持部ＣＨは、円形断面の一部が図の上下において平行にカットされて太鼓の胴のような形状をなしているが、円形断面の部分で誘導コイルを支持しているので、基本形は円形断面になっている。
【０１０７】
後退非円形断面部ＢＮは、コイルボビンＣＢの軸方向の全長にわたって断面円形の部分の一部を直線的にカットさせることによって形成されている。なお、図中の点線は、後退非円形断面部ＢＮの部分をカットにより形成する前の円形の部分を示している。
図１０は、本発明の誘導加熱ローラ装置における第４の実施の形態のコイルボビンおよび接続端子の位置を示す概念的側面図である。本実施の形態は、コイルボビンＣＢに形成された６つの後退非円形断面部ＢＮの位置が異なっている。すなわち、６つの後退非円形断面部ＢＮがコイルボビンＣＢの軸周りに等角度で分散されて配置されている。なお、図示を省略しているが、各接続端子ＪＣに対応して６つの給電線がコイルボビンＣＢ内の中心軸から外面側へ接近した位置において配設されている。
【０１０８】
本実施の形態によれば、３つの誘導コイルを互いに電気的に絶縁して配設することができる。また、複数の誘導コイルの一端を単一の給電線に共通接続する場合、５つの誘導コイルを切り換え可能に配設することができる。この場合、共通の給電線に対応する後退非円形断面部を図８
図１１および図１２は、本発明の誘導加熱ローラ装置における第４の実施の形態を示し、図１１は軸方向に縮尺したコイルボビンおよび給電線を示し、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は底面図、図１１（ｃ）は横断面図、図１２はコイルボビンおよび給電線の回路図である。本実施の形態においては、コイルボビンＣＢは、図８および図９に示す実施の形態におけるのと類似しているが、給電線の構成が異なっている。
【０１０９】
すなわち、後退非円形断面部ＢＮは、図８および図９に示す第３の実施の形態と同様に、コイルボビンＣＢの軸方向の全長にわたって図１１（ｃ）において、円形部分の左右の一部を直線的にカットすることによって２列形成されされている。
【０１１０】
給電線は、その４本ＦＣ１〜ＦＣ４が配設されている。そのうち３本の給電線ＦＣ１〜ＦＣ３が図において上部の後退非円形断面部ＢＮ側に配設されている。そして、各給電線ＦＣ１〜ＦＣ３には、軸方向に離間して２つ宛合計６つの接続端子ＪＣ１１〜ＪＣ３２が直線状に配列されている。残余の給電線ＦＣ４は、下部の後退非円形断面部ＢＮ側に配設されている。そして、３つの接続端子ＪＣ４１〜ＪＣ４３が直線状に配列されている。
【０１１１】
誘導コイルは、その６つＩＣ１〜ＩＣ６が給電線ＦＣ４と給電線ＦＣ１〜ＦＣ３との間に接続するように、対応する接続端子ＪＣ１１〜ＪＣ４３間に接続している。そして、６つの誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ６がコイルボビンＣＢの軸方向に分散して配設されている。また、誘導コイルＩＣ１、ＩＣ３、ＩＣ５とＩＣ２、ＩＣ４、ＩＣ６とは互いに逆方向に巻回されているので、磁束は同一方向に発生する。
【０１１２】
図１３および図１４は、本発明の誘導加熱ローラ装置における第５の実施の形態を示し、図１３は軸方向に縮尺したコイルボビンおよび給電線を示し、図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は横断面図、図１４はコイルボビンおよび給電線の回路図である。本実施の形態においては、コイルボビンＣＢの後退非円形断面部ＢＮは、図１３（ｂ）に示すように、図の右側の一部のみを全長にわたってカットすることにより形成されていて、一対の給電線ＦＣ１、ＦＣ２がともに単一の後退非円形断面部ＢＮに対応して配設されている。
【０１１３】
給電線ＦＣ１は、接続端子ＪＣ１１、ＪＣ１２、ＪＣ１３を備えている。また、給電線ＦＣ２は、接続端子ＪＣ２１、ＪＣ２２、ＪＣ２３を備えている。そして、接続端子ＪＣ１１、ＪＣ１２、ＪＣ１３と接続端子ＪＣ２１、ＪＣ２２、ＪＣ２３とは交互に、かつ、直線状に配列されている。
【０１１４】
誘導コイルは、その３つＩＣ１〜ＩＣ３が用いられている。そして、接続端子ＪＣ１１と接続端子ＪＣ２１の間に誘導コイルＩＣ１が接続している。同様に接続端子ＪＣ１２と接続端子ＪＣ２２の間に誘導コイルＩＣ２が接続し、接続端子ＪＣ１３と接続端子ＪＣ２３の間に誘導コイルＩＣ３が接続している。
【０１１５】
そうして、本実施の形態においては、一対の給電線ＦＣ１、ＦＣ２間に３つの誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ３が並列接続される。
【０１１６】
図１５は、本発明の誘導加熱ローラ装置における第６の実施の形態を示し、図１５（ａ）は誘導コイル接続前の状態を示す概念図、図１５（ｂ）は誘導コイル接続後の状態を示す概念図である。本実施の形態においては、接続端子ＪＣがコイルボビンＣＢに対して出没可能になっている。
【０１１７】
すなわち、コイルボビンＣＢは、接続端子ＪＣの収容凹部ｒおよび一対の係止凹部ｓｔ１、ｓｔ２を備えている。
【０１１８】
接続端子ＪＣは、その基部に係止ばねｓｐを備えている。係止ばねｓｐの先端は、半円状ないし半球状に形成されて係止凹部ｓｔ１、ｓｔ２に対する係脱が容易に行えるように構成されている。
【０１１９】
そうして、誘導コイルを接続する前の段階において、接続端子ＪＣは、図１５（ａ）に示すように、コイルボビンＣＢの外方へ突出しているので、誘導コイルの端部を接続しやすい。この状態においては、係止ばねｓｐが係止凹部ｓｔ１に係合している。
【０１２０】
誘導コイルを接続した後に接続端子ＪＣを押し下げると、係止ばねｓｐと係止凹部ｓｔ１との係合が解除され、さらに押し下げられて今度は係止ばねｓｐは、係止凹部ｓｔ２に係合する。この状態において、接続端子ＪＣは、コイルボビンＣＢの内部に没入する。
【０１２１】
図１６は、本発明の誘導加熱ローラ装置における第７の実施の形態を示す概念図である。本実施の形態においては、接続端子ＪＣがコイルばねｃｓにより付勢されてコイルボビンＣＢに対して出没可能になっている。
【０１２２】
すなわち、コイルボビンＣＢは、接続端子ＪＣの収容凹部ｒを備えている。
【０１２３】
接続端子ＪＣは、収容凹部ｒ内にコイルばねｃｓを介して出没可能に配設されている。
【０１２４】
そうして、接続端子ＪＣは、コイルばねｃｓにより常時コイルボビンＣＢから突出している。誘導コイルを接続端子ＪＣに接続すると、誘導コイルの保形性により押し下げられてコイルボビンＣＢの凹部ｒ内に没入する。
【０１２５】
図１７は、本発明の誘導加熱ローラ装置における第８の実施の形態を示す概念図である。本実施の形態においては、接続端子ＪＣが台部材ｓｍにより押し上げられている。
【０１２６】
すなわち、コイルボビンＣＢは、接続端子ＪＣの収容凹部ｒを備えている。
【０１２７】
接続端子ＪＣは、収容凹部ｒ内に台部材ｓｍを介して押し上げられている。
【０１２８】
そうして、接続端子ＪＣは、台部材ｓｍにより常時コイルボビンＣＢから突出している。誘導コイルを接続端子ＪＣに接続した後、台部材ｓｍを引き抜くと、接続端子ＪＣは、誘導コイルの保形性により押し下げられてコイルボビンＣＢの凹部ｒ内に没入する。
【０１２９】
図１８および図１９は、本発明の画像形成装置の一実施形態としての複写機を示し、図１８は全体の概念的断面、図１９は定着装置の断面図である。各図において、３１は読取装置、３２は画像形成手段、３３は定着装置、３４は画像形成装置ケースである。
【０１３０】
読取装置３１は、原紙を光学的に読み取って画像信号を形成する。
【０１３１】
画像形成手段３２は、画像信号に基づいて感光ドラム３２ａ上に静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを付着させて反転画像を形成し、これを紙などの記録媒体に転写して画像を形成する。
【０１３２】
定着装置３３は、図１９に示すように、誘導加熱ローラ装置２１、加圧ローラ２２および架台２５備えて構成されている。誘導加熱ローラ装置２１は、図１ないし図５に示す誘導加熱ローラ装置の第１の実施形態を用いている。しかし、図６ないし図１７に示す各誘導加熱ローラ装置を用いることができる。加圧ローラ２２は、誘導加熱ローラ装置２１の加熱ローラＨＲと圧接関係を有して配設されており、両者の間に記録媒体２３を狭圧しながら搬送する。なお、記録媒体２３は、その表面にトナー２４が付着することにより、画像が形成される。架台２５は、以上の各構成要素（記録媒体２３を除く。）を所定の位置関係に装架している。
【０１３３】
そうして、定着装置は、トナー２４が付着して画像を形成している記録媒体２３が誘導加熱ローラ装置２１の加熱ローラＨＲと加圧ローラ２２との間に挿入されて搬送されるとともに、加熱ローラＨＲの熱を受けてトナー２４が加熱されて溶融し、熱定着が行われる。
【０１３４】
画像形成装置ケース３４は、以上の各装置および手段３１ないし３３を収納するとともに、搬送装置、電源装置および制御装置などを備えている。
【０１３５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、加熱ローラと、基本形が断面円形のコイル支持部およびコイル支持部に隣接した位置において円形断面の輪郭より内側へ後退した後退非円形断面部を備えたコイルボビンと、コイルボビンのコイル支持部に支持され、かつ、端部が後退非円形断面部に配置されるとともに、加熱ローラの内部に配設される誘導コイルと、誘導コイルの端部との接続部がコイルボビンの後退非円形断面部内に配置された状態で誘導コイルに給電する給電線と、高周波電源とを具備していることにより、加熱ローラと誘導コイルとの間の距離を短くして磁気結合を強めて電力伝達効率を高くした誘導加熱ローラ装置を提供することができる。
【０１３６】
請求項２の発明によれば、コイルボビンは、その軸周りに複数の後退非円形断面部が分散して配設されていることにより、３本以上の給電線を所要の絶縁距離を確保して配設する場合に好適な誘導加熱ローラ装置を提供することができる。
【０１３７】
請求項３の発明によれば、加熱ローラと、基本形が断面円形のコイル支持部と、コイル支持部およびコイル支持部の隣接領域を通じて形成されて円形断面の輪郭より内側へ後退し、かつ、軸方向に延在した後退非円形断面部とを備えたコイルボビンと、コイルボビンのコイル支持部に支持されて加熱ローラの内部にその軸方向に分散して配設され、かつ、端部が後退非円形断面部内に配置されるとともに、加熱ローラの内部に配設される誘導コイルと、誘導コイルの端部に接続してその接続部がコイルボビンの後退非円形断面部に配置されて誘導コイルに給電する給電線と、高周波電源とを具備していることにより、誘導コイルと加熱ローラとを接近させてそれらの間の磁気結合を強めて誘導コイルから加熱ローラへの電力伝達効率を高くできるとともに、コイルボビンの成形が容易な誘導加熱ローラ装置を提供することができる。
【０１３８】
請求項４の発明によれば、後記誘導コイルに磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラと、基本形が断面円形のコイル支持部と、コイル支持部およびコイル支持部を含む領域を通じて形成されて円形断面の輪郭より内側へ後退し、かつ、軸方向に延在した後退非円形断面部とを備えたコイルボビンと、それぞれほぼ円形に巻回されてコイルボビンのコイル支持部に支持されて加熱ローラの内部にその軸方向に分散して配設され、かつ、それぞれの端部がコイルボビンの後退非円形断面部にほぼ直線状に配置されるとともに、加熱ローラの内部に配設される複数の誘導コイルと、コイルボビンの内部においてその軸方向に延在し、かつ、誘導コイルの端部に接続してその接続部がコイルボビンの後退非円形断面部に分散して配置されて誘導コイルに給電する給電線と、給電線を経由して複数の誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源とを具備していることにより、誘導コイルと加熱ローラとを接近させてそれらの間の磁気結合を強めて誘導コイルから加熱ローラへの電力伝達効率を高くするとともに、簡単な構造のコイルボビンでありながら複数の誘導コイルを分散して配設した誘導加熱ローラ装置を提供することができる。
【０１３９】
請求項５の発明によれば、後記誘導コイルに磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラと、コイルボビンと、コイルボビンに支持されるとともに、加熱ローラの内部に配設される誘導コイルと、コイルボビンの内部においてその軸方向に延在して配設された給電線と、コイルボビンに出没可能に配設されるとともに給電線に接続され、コイルボビンから突出した状態で誘導コイルの端部を給電線に接続した後にコイルボビン内に没入される接続端子と、給電線を経由して複数の誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源とを具備していることにより、誘導コイルと加熱ローラとを接近させてそれらの間の磁気結合を強めて誘導コイルから加熱ローラへの電力伝達効率を高くした誘導加熱ローラ装置を提供することができる。
【０１４０】
請求項６の発明によれば、画像形成装置本体と、請求項１ないし５のいずれか一記載の誘導加熱ローラ装置を備えた定着装置とを具備していることにより、請求項１ないし５の効果を有する画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘導加熱ローラ装置における第１の実施の形態を示す装置全体の概要を示す回路ブロック図
【図２】同じく加熱ローラの横断面図
【図３】同じく誘導コイル、コイルボビンおよび給電線の横断面図
【図４】同じく給電線およびコイルボビンを示す横断面図
【図５】同じくコイルボビンおよび接続端子の縮小一部切欠正面図
【図６】同じく高周波電源の回路図
【図７】本発明の誘導加熱ローラ装置における第２の実施の形態の給電線およびコイルボビンを示す横断面図
【図８】本発明の誘導加熱ローラ装置における第３の実施の形態を示す給電線およびコイルボビンを示す横断面図
【図９】同じくコイルボビンおよび接続端子を示す縮小一部切欠正面図
【図１０】本発明の誘導加熱ローラ装置における第４の実施の形態のコイルボビンおよび接続端子の位置を示す概念的側面図
【図１１】本発明の誘導加熱ローラ装置における第４の実施の形態の軸方向に縮尺したコイルボビンおよび給電線を示し、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は底面図、図１１（ｃ）は横断面図
【図１２】同じくコイルボビンおよび給電線の回路図
【図１３】本発明の誘導加熱ローラ装置における第５の実施の形態を示し、図１３は軸方向に縮尺したコイルボビンおよび給電線を示し、図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は横断面図
【図１４】同じくコイルボビンおよび給電線の回路図
【図１５】本発明の誘導加熱ローラ装置における第６の実施の形態を示し、図１５（ａ）は誘導コイル接続前の状態を示す概念図、図１５（ｂ）は誘導コイル接続後の状態を示す概念図
【図１６】本発明の誘導加熱ローラ装置における第７の実施の形態を示す概念図
【図１７】本発明の誘導加熱ローラ装置における第８の実施の形態を示す概念図
【図１８】本発明の画像形成装置の一実施形態としての複写機の概念的断面図
【図１９】同じく定着装置の縦断面図
【符号の説明】
ＣＢ…コイルボビン、ＣＢ１…ボビン構成片、ＣＢ２…ボビン構成片、ＣＨ…コイル支持部、ｅ…端部、Ｇ１…給電線収容溝、Ｇ２…給電線収容溝、Ｈ…連通孔、ＩＣ…誘導コイル、ＪＣ…接続端子、ＮＢ…後退非円形断面部、ＲＣ…導電線条
【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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