(57)【要約】    【課題】  加熱ローラ、加圧ローとにより形成されるニップ部における加熱を強くして加熱性能を高め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、誘導コイルＩＣａ、ならびに外周が円形部１１および円形部の円形輪郭より内側へ後退した非円形部１２を含み誘導コイルＩＣａの内部に挿入されて主として円形部１１において誘導コイルＩＣａを支持するコイルボビンＣＢを備え、静止状態で作動する誘導コイル装置ＩＣと；円筒状をなして内部に誘導コイル装置ＩＣが挿入された状態で誘導コイル装置ＩＣと磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラＨＲと；誘導コイル装置ＩＣのコイルボビンＣＢの円形部１１に対向する位置で加熱ローラＨＲに圧接するように配設された加圧ローラＰＲと；誘導コイル装置ＩＣに高周波電力を供給する高周波電源ＨＦＳと；を具備している。【選択図】    図２
2005292264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導コイル、ならびに外周が円形部および円形部の円形輪郭より内側へ後退した非円形部を含み誘導コイルの内部に挿入されて主として円形部において誘導コイルを支持するコイルボビンを備え、静止状態で作動する誘導コイル装置と；
円筒状をなして内部に誘導コイル装置が挿入された状態で誘導コイル装置と磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラと；
誘導コイル装置のコイルボビンの円形部に対向する位置で加熱ローラに圧接するようにに配設された加圧ローラと；
誘導コイル装置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】
記録媒体に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；
定着装置本体ならびに定着装置本体に配設されて加圧ローラおよび加熱ローラ間に画像が形成された記録媒体を挟んで搬送しながら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】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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きたが、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。この種の目的のための誘導加熱方式としては、渦電流損方式（例えば、特許文献１参照。）とトランス方式（例えば、特許文献２参照。）とがある。
【０００３】
渦電流損方式は、ＩＨジャーなどにおいて実用化されているのと同様な動作原理である。なお、渦電流損方式において用いられている高周波の周波数は、２０〜１００ｋＨｚ程度である。これに対して、トランス方式は、渦電流損方式より磁気的結合が強いために定常効率が高いとともに、加熱ローラ全体を加熱できるので、渦電流損方式に比較して定着装置の構造が簡単になるという利点がある。また、加えて動作周波数を１００ｋＨｚ以上、好適には１ＭＨｚ以上の高周波にすることによって、誘導コイルのＱを大きくして電力伝達効率を高くすることができる。このため、加熱の総合効率が高くなり、省電力を図ることができる。また、渦電流損方式に比較して定着装置の構造が簡単になるという利点もある。したがって、熱定着の高速化に甚だ好適である。
【０００４】
さらに、トランス方式の改良形として、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という著しい効果が得られる空芯トランス結合方式が本発明者によりなされ、本件出願人により特許出願されている（特許文献３参照。）。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、空芯トランス結合方式のため、渦電流損方式の加熱ローラより熱容量をかなり小さくすることができる。
【０００５】
上述した誘導加熱による定着用加熱ローラ装置は、それがトランス方式の場合、誘導コイルが加熱ローラの内部に同心的に配置されていて、さらにその巻線をコイルボビンに巻装することによって支持するのが一般的である。
【０００６】
ところで、トランス方式の誘導加熱により加熱ローラを加熱する場合、誘導コイルと加熱ローラとの間の磁気結合を高めるためには、両者間の距離をなるべく小さくすることが望ましい。しかしながら、現実には、高周波電源から供給される高周波電力を誘導コイルに投入するために、給電リード線をコイルボビンに通線して、誘導コイルと給電リード線とを接続する必要がある。こ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小さくすることができない。
【０００７】
そこで、本発明者は、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たコイルボビンに、ほぼ円形に巻回された誘導コイルをコイルボビンのコイル支持部に支持させるとともに、その端部を後退非円形断面部に配置することにより、給電リード線と誘導コイルとの接続部が誘導コイルより外側へ突出しないようにした構成を発明し、これにより上記の問題を解決することができた。なお、当該発明は、特願２００３−０２５１１９（先行発明）として本件出願人により特許出願されている。
【特許文献１】特開２０００−２１５９７４号公報
【特許文献２】特開昭５９−３３７８７号公報
【特許文献３】特開２００２−２２２６８８号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者は、先行発明のコイルボビンを用いて誘導コイルを支持させた場合において、加熱ローラと誘導コイルとの間の磁気結合の程度を誘導コイルの周回方向について調査した結果、断面円形のコイル支持部に対向する位置の磁気結合が後退非円形断面部に対向する位置におけるそれより大きくなることを発見した。したがって、たとえ誘導コイルが円形で、しかも加熱ローラと同心関係であったとしても、誘導コイルの周回方向に均一な磁気結合が得られるのではなくて、部分的に結合の大きくなる部位ができ、この部位に対向する位置で加熱ローラは強く加熱されることが分かった。本発明は、この発見に基づいてなされたものである。
【０００９】
本発明は、加熱ローラと加圧ローラとにより形成されるニップ部における加熱を強くして加熱性能を高め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。
【００１０】
また、本発明は、加熱ローラの温度検知の感度を高め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。
を目的とする。
【００１１】
さらに、本発明は、断面円形のコイル支持部および後退非円形断面部を有するコイルボビンを備えていて、ニップ部における加熱を強く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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明の誘導加熱ローラ装置は、誘導コイル、ならびに外周が円形部および円形部の円形輪郭より内側へ後退した非円形部を含み誘導コイルの内部に挿入されて主として円形部において誘導コイルを支持するコイルボビンを備え、静止状態で作動する誘導コイル装置と；円筒状をなして内部に誘導コイル装置が挿入された状態で誘導コイル装置と磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラと；誘導コイル装置のコイルボビンの円形部に対向する位置で加熱ローラに圧接するように配設された加圧ローラと；誘導コイル装置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。
【００１３】
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。
【００１４】
＜誘導コイル装置について＞    誘導コイル装置は、誘導コイルおよびコイルボビンを含んでいる。また、誘導コイルは、後述する高周波電源により励磁されたときに、そこに発生する磁束を加熱ローラの発熱層に鎖交させて加熱ローラに２次電流を誘起させ、２次電流が発熱層内を加熱ローラの周回方向に流れる過程で自ら有する抵抗がジュール熱を発生する、換言すれば抵抗発熱する。したがって、誘導コイル装置は、加熱ローラを所要に加熱するための高周波電力伝達手段として機能する。さらに、誘導コイル装置は、後述する高周波電源から直接または整合回路およびまたは誘導コイル選択手段を経由して付勢すなわち励磁されるとともに、加熱ローラにトランス結合するが、回転する加熱コイルに対して静止していている。
【００１５】
〔コイルボビンについて〕    本発明において、コイルボビンは、外周が円形部および円形部の円形輪郭より内側へ後退した非円形部を含み、誘導コイルを支持するために、その内部に挿入されている。円形部は、誘導コイルを主として支持する。非円形部は、これを誘導コイルと給電リード線との接続を行うために利用することができる。しかし、本発明においては、非円形部が存在すればよく、したがって上記のような態様の利用が行われなくてもよい。また、非円形部は、横断面において直線的にカットされたような形状や非直線的にカットされたような形状であることを許容する。なお、コイルボビンの円形部および非円形部は、軸方向に直線的に連続して形成されているのが好ましい。しかし、軸方向に円形部が直線状に連続する部分が確保されるならば、円形部の周回方向の位置が軸方向に沿ってずれていてもよいし、また周回方向の幅が軸方向に変化していてもよい。
【００１６】
また、コイルボビンは、非円形部を周回方向に一つまたは複数形成することができる。一対の非円形部をコイルボビンの軸対称位置に配設する場合、誘導コイルと加熱ローラとの磁気結合の高い部分が２箇所形成されるので、そのうちの一方をニップ部とし、他方を温度検知に利用することができる。すなわち、他方に対向する加熱ローラの外面に接近して温度センサを配設して、温度センサの検知出力を温度制御に用いることができる。また、コイルボビンに複数の非円形部を形成してこれを誘導コイルの端部を給電リード線との接続部を配置する場合、非円形部に複数組の給電リード線を配設するのが容易になる。このため、加熱ローラに複数の加熱領域を設定して、これらを担当する複数組の誘導コイルを誘導コイル切換装置を用いて切り換えることもできる。
【００１７】
さらに、コイルボビンは、その内部が中空および充実のいずれであってもよい。コイルボビンの構成材料としては、誘電体損失が小さくて、かつ、耐熱性の絶縁物質、例えばセラミックス、ガラスまたはプラスチックスなどから形成されている。さらに、コイルボビンは、以下の構成の一部または全部を備えることができる。これにより、より実際的で、効果的なコイルボビンが得られる。
【００１８】
１．（分割成形）    コイルボビンを一体成形するだけでなく、所望により分割成形することができる。これにより、例えば複雑な表面形状を有するコイルボビンの成形が容易になる。分割成形の構成として、コイルボビンを軸方向に沿って縦割りして、複数、例えば２つに分割して成形することができる。また、軸方向と交差する方向に横割して、複数に分割して成形することもできる。後者の構成によれば、、コイルボビンを形成する分割片の数を増減することによって、所望の軸長を有するコイルボビンを得ることができる。なお、複数の分割片を組み立ててコイルボビンを形成する際には、嵌合や接着などの既知の固着手段を適宜採用することができる。
【００１９】
２．（分割巻用フランジ）    コイルボビンをその軸方向に複数の区画に分割して誘導コイルの配設位置を決めるために、コイルボビンの外周面に分割巻用フランジを１個または複数個コイルボビンの軸方向に分散して形成することができる。軸方向に離間する一対の分割巻きフランジ間に分割巻きされた単位誘導コイルの複数を所要に接続することによって、単一の誘導コイルを構成することができる。なお、この分割巻用フランジは、誘導コイルの外表面より放射方向に殆ど突出しないか、全く突出しないように形成するのがよい。
【００２０】
３．（給電リード線収納溝）    コイルボビンの外周面に誘導コイルへの給電リード線を収納する溝を軸方向に延在するように形成することができる。上記の溝は、誘導コイルの内面側との間に所要の絶縁距離を形成しながら延在できる程度で、かつ、なるべく浅く形成するのがよい。そうすれば、給電リード線による渦電流損を低減することができる。
【００２１】
〔誘導コイルについて〕    誘導コイルは、１個または複数個からなり、コイルボビンの外周に支持されて、加熱ローラの軸方向に分散している。また、誘導コイルが１個からなる場合、加熱ローラには一つの加熱領域が形成される。これに対して、誘導コイルが複数からなる場合には、加熱ローラの軸方向に沿って複数の加熱領域を区画することができる。すなわち、複数の誘導コイルを選択的に付勢することにより、所望の加熱領域を加熱することが可能になる。
【００２２】
また、上述したように１個の誘導コイルを複数の単位誘導コイルで構成することができるが、この場合、複数の単位誘導コイルは、これを並列接続または直列接続して高周波電源に給電リード線を経由して接続することによって、１個の誘導コイルが構成される。なお、単位誘導コイルは、そのターン数を所定に設定することにより、所定の高周波電圧を印加したときに所定の高周波電力が一単位として投入されるようになる。
【００２３】
さらに、誘導コイルは、個々にまたはグループ分けされた態様で後述の高周波電源に接続することができる。上記いずれの態様であっても、誘導コイルに対して高周波電源から高周波電力を給電するための給電リード線は、誘導コイルの内面または外面に接近した位置に配置するのがよい。給電リード線を誘導コイルの内部に通線する場合、給電リード線が誘導コイルの中心軸に近いと、給電リード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、給電リード線と鎖交する磁束が少なくなるので、電力伝達効率の低下が相対的に抑制される。
【００２４】
さらにまた、複数の誘導コイルを配設する場合において、それぞれの誘導コイルを並列接続された複数の単位誘導コイルによって構成するとともに、加熱領域に対向する単位誘導コイルの数を変化させたり、単位誘導コイルのターン数を加熱領域に応じて異ならせたりすることができる。このように構成によれば、加熱ローラの各加熱領域に対向する誘導コイルのインダクタンスを加熱領域ごとに所望に変化させて、それぞれの加熱領域に投入する高周波電力を所望に制御しやすくなる。
【００２５】
上記のように単位誘導コイルが配設される加熱ローラの加熱領域に応じて、単位誘導コイルのコイルターン数が異なることにより、加熱領域の昇温特性を所要の方向へ補うことができる。例えば、両端部で回転可能に支持される構成の加熱ローラにおいて、その両端部の加熱領域に配設される誘導コイルの場合、加熱ローラの両端部が軸受に熱が奪われる関係で、当該加熱領域の温度低下がその他の加熱領域におけるより激しくなる。このため、両端部の加熱領域に対する加熱効率を高くする必要がある。このような場合に対処するためには、両端部の加熱領域に配設される誘導コイルの単位誘導コイルのコイルターン数をその他の加熱領域における単位誘導コイルのコイルターン数より多くすることにより適切に対応させることができる。これにより、加熱ローラの両端部の加熱領域に投入される高周波電力を増加させて加熱効率を高くすることができる。
【００２６】
また、被加熱体を加熱するのに加熱ローラの中央部を常時使用するような構成になっている場合、被加熱体の加熱に伴って中央部の加熱領域の温度低下が激しくなる。このため、中央部の加熱領域に対する高周波電力の投入量を多くして加熱効率を高くする必要がある。このような場合に対処するためには、中央部に配設される誘導コイルのコイルターン数をその他の加熱領域における単位誘導コイルのコイルターン数より多く設定することにより適切に対応させることができる。これにより、加熱ローラの中間部の加熱領域に投入される高周波電力を増加させて加熱効率を高くすることができる。
【００２７】
特定の加熱領域に配設する単位誘導コイルのコイルターン数をその他の加熱領域のそれより多くする程度は、それぞれの加熱領域における必要性に応じて決定すればよい。しかし、一般的には５〜２５％程度の範囲内において決定することができる。また、好ましくは１０〜２０％の範囲内で選定することができる。なお、単位誘導コイルのコイル径は、変更する必要がない。しかし、例えば単層整列巻きにするなどによりコイルターン間の間隔を一定にする場合、コイル長は、コイルターン数に比例して変化する。
【００２８】
また、以上の単位誘導コイルのターン数または単位誘導コイルの数を加熱領域に応じて変化させる構成は、出力周波数可変形の高周波電源と誘導コイルとの間に共振回路を主体とする誘導コイル選択手段を介在させて、出力周波数を変化させて所望の加熱領域を加熱できるように構成する場合に特に好適である。なぜなら、単位誘導コイルのターン数や単位誘導コイルの数を加熱領域に応じて変化させることで、加熱領域に対向するそれぞれの誘導コイルのインダクタンスに差を付与することができ、限られた周波数範囲の中で加熱領域に応じた加熱配分を容易にするからである。
【００２９】
一方、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、誘導コイルに対する高周波電圧の印加時間に概ね比例的になる。したがって、例えば所望によってＰＷＭ制御などにより複数の加熱領域に対向する複数の誘導コイルに対する高周波電圧の印加時間を制御すれば、高周波電力の値を個別に制御することが可能になる。
【００３０】
＜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。誘導コイルによる発熱は、本発明においてはトランス方式である。すなわち、前述の誘導コイルがトランスの１次コイルで、加熱ローラが２次コイルとなる。そして、１次コイルおよび２次コイルは、ほぼ同心的に配置される。なお、「ほぼ同心的」とは、許容される範囲内で偏心させることができることを含む概念であり、偏心により１次コイルが２次コイルに接近した部位の２次コイルを集中的に強く加熱することも可能になる。いずれにしても、上記のような磁気結合関係を形成するために、加熱ローラは、２次コイルとして作用する発熱層を備えている。発熱層は、適当な抵抗値を有する導体が加熱ローラの周面に周回状、例えば円筒状に配設されることによって形成されている。したがって、発熱層は、加熱ローラの周回方向に閉回路を形成した２次コイルを形成していて、この２次コイルが誘導コイルと空芯トランス結合を行う。空芯トランス結合の場合、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のがよい。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特許文献３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。
【００３１】
〔数１〕
０．１＜α＜１０
また、加熱ローラは、２次コイルすなわち発熱層を単一または複数配設することができる。複数の発熱層を配設する場合、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、絶縁性物質または適度の導電性を有する金属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次コイルすなわち発熱層を配設することができる。
【００３２】
さらに、加熱ローラは、その利用上被加熱体のサイズに応じて軸方向に沿って複数の加熱領域に区分されるように構成されていることを許容する。すなわち、トナー画像を形成した記録媒体の定着など被加熱体を加熱する目的で加熱ローラを使用する場合、被加熱体の幅サイズに応じて適切な加熱領域を選択できるように構成される。これらの加熱領域は、見かけ上識別できなくてもよいが、後述する誘導コイルとの協働によって加熱領域が区分される。トナー画像定着の場合を例として加熱領域を説明する。例えば、トナー画像が形成されたＡ４サイズの記録媒体からなる被定着体を定着する場合、被定着体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、例えばＡ４サイズの記録媒体を定着する場合と、Ｂ４サイズの被定着体を定着する場合とでも必要な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一様に発熱させるのでは電力の無駄であるとともに、前述したように加熱ローラの軸方向の温度分布が不均一になるので、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、なるべく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も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り得る。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るが、本発明においては、以上のいずれか一または全部に対応可能になっていることを許容する。
【００３３】
さらにまた、加熱ローラは、その２次コイルすなわち発熱層を導体層、導電線または導電板などの導体により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（導電体ペーストの塗布＋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次コイルすなわち発熱層として作用する。したがって、上記のような格別の発熱層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発熱層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。また、発熱層は、これをどのような方法によって製造するにしても、好ましくはその肉厚が表皮深さ以下である。これを数値で表現すれば、０．１〜１００μｍの範囲である。
【００３４】
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。
【００３５】
１．（ローラ基体について）    発熱層を支持するために、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、発熱層は、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、例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、例えばアルミナ、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、例えば結晶化ガラス、石英ガラスおよびパイレックス（登録商標）などである。
【００３６】
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、必要に応じて発熱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、発熱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、発熱層と同一材料であってもよい。
【００３７】
また、熱拡散層が導電性物質からなる場合、発熱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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
＜加圧ローラについて＞    加圧ローラは、誘導コイル装置のコイルボビンの円形部に対向する位置で加熱ローラに圧接するように配設されている。なお、上記圧接は、両者が直接圧接する態様と、間接的に圧接する態様とのいずれをも含む概念である。間接的な圧接としては、例えば加圧ローラと加熱ローラとの間に後述する例えば搬送シートなどを介在させることができる。そして、上記圧接により、加熱ローラと加圧ローラとの間にいわゆるニップ部が形成される。加圧ローラの加熱ローラに対する圧接位置は、コイルボビンの円形部に対向する位置であれば、円形部の中間部、例えばほぼ中央でもよいし、非円形部に隣接する円形部の一端部でもよい。後者の配置において、コイルボビンの円形部の中央部が加熱ローラの回転に対して手前側９０°以内に位置するように構成することができる。これにより、加熱ローラがニップ部の手前で強く加熱されて温度上昇したところで非加熱体へ熱伝導を行い、これを加熱することになるので、非加熱体を効率よく加熱することができる。
【００４２】
また、加圧ローラとしては、既知の構成を備えたものを用いることができる。
【００４３】
＜高周波電源について＞    高周波電源は、誘導コイルを経由して加熱ローラに高周波電力を供給して加熱ローラを所要に加熱するための高周波電力発生手段である。この目的のために、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。しかしながら、本発明におけるように、トランス方式の場合には、一般的には２０ｋＨｚ以上の高周波を出力するように構成される。しかし、好適には１ＭＨｚ以上である。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、好ましくは４ＭＨｚ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（例えば、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。
【００４４】
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。例えば、誘導加熱ローラ装置が複数の誘導コイルおよび誘導コイルを選択する誘導コイル選択手段を具備する場合であって、誘導コイル選択手段がフィルタ手段または共振回路からなる場合には、高周波電源の出力周波数を可変にする必要がある。高周波電源の出力周波数を可変にするには、例えば励振回路の発振周波数を可変にするなど既知の周波数可変手段を用いることができる。なお、要すれば、例えば起動時の投入電力を通常運転時のそれより大きくして、急速加熱を行うように構成することができる。
【００４５】
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、増幅器または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、例えば電力変換効率の高い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。
【００４６】
また、高周波電源は、複数の誘導コイルに対して共通に配設するようにこれを構成することができる。しかし、要すれば、高周波電源を複数の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。
【００４７】
さらに、高周波電源は、商用交流電源などの交流電圧を整流する整流化直流電源を備えて高周波電圧に変換するための直流電圧を得ることができる。また、高周波電圧に変換するための直流電圧が所望値に対して過不足がある場合には、整流化直流電源と高周波発生回路との間に昇圧チョッパまたは降圧チョッパなどの直流スイッチングレギュレータを介在させることができる。
【００４８】
さらにまた、高周波電源は、その高周波発生回路から出力される高周波を負荷回路を介して取り出すことができる。負荷回路は、高周波電圧に直列共振する共振回路を含むことができる。また、高周波電源は、整合回路を含むことができる。整合回路は、高周波電源と誘導コイルとの間の高周波電力の反射を抑制して、高周波電力を誘導コイルに効率よく伝達するための手段である。さらに、高周波電源は、出力回路を含むことができる。出力回路とは、異なる出力周波数のそれぞれにおいて、高周波電源ＨＦＳを効率が高い状態で作動させるために、高周波電源ＨＦＳに対する負荷として異なる周波数においてインピーダンス変換を行うことにより、ほぼ等しいインピーダンスおよび位相差を呈するように作用して、高周波電力を効率よく出力するための手段である。
【００４９】
＜本発明の作用について＞    本発明においては、コイルボビンの円形部で誘導コイルが支持されるため、円形部に対向する部位において誘導コイルと加熱ローラとの磁気結合が強くなる。そのため、加熱ローラにおける発熱は、円形部に対向する部位において特に強くなる。そして、円形部に対向する位置において加圧ローラが加熱ローラに圧接しているので、加熱ローラとこれに圧接する加圧ローラとの間に形成されるニップ部またはおよびニップ部の手前側において加熱ローラの温度が高くなり、その結果非加熱体の加熱が高効率で行われる。
【００５０】
また、コイルボビンは、非円形部が形成されていることにより、コイルボビンの質量が小さくなる。これに伴って、コイルボビンの熱容量が小さくなり、加熱ローラの加熱効率が高くなる。
【００５１】
さらに、それぞれ複数、例えば２つの円形部および非円形部をコイルボビンの軸周りに交互に配設する場合には、一つの円形部をニップ部に対向させ、他の円形部に対向して温度検知センサを配設することにより、上記の作用に加えて温度検知の感度が高くなるという作用を奏する。
【００５２】
＜その他の構成について＞
本発明の必須構成要素ではないが、所望により以下の構成を選択的に付加することにより、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。
【００５３】
１．（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。
【００５４】
２．（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、例えば２００℃に維持にするために、コイルボビンの円形部に対向する加熱ローラの部位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。
【００５５】
３．（搬送シートについて）    加熱ローラを用いてシート状の被加熱体体を加熱する際に、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。
【００５６】
４．（電気回路実装について）    高周波電源のパワー系回路（例えば整流化直流電源、直流−高周波変換回路（Ｅ級増幅器、インバータなど）および整合回路など）、誘導コイル選択回路ならびに誘導コイルを１次側とし、直流−高周波変換回路などの能動素子の駆動回路および制御回路を２次側として、１次側と２次側との間を絶縁配置することにより、ノイズによる誤動作防止、回路構成の信頼性向上および小形化を図ることができる。
【００５７】
請求項２の発明の画像形成装置は、記録媒体に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、両ローラ間に画像が形成された記録媒体を挟んで搬送しながら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を備え、画像形成装置本体に配設されて記録媒体の画像を定着する定着装置と；を具備していることを特徴としている。
【００５８】
画像形成装置本体は、画像形成装置から定着装置を除いた残余の部分であり、画像形成手段を備えている。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、例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。記録媒体としては、例えば転写材シート、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。
【００５９】
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、両ローラ間に画像、例えば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備えている。ここで、「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。本発明において、記録媒体は、請求項１の発明における被加熱体に相当する。
【００６０】
そうして、本発明においては、画像形成装置が請求項１におけるの同様な作用を奏する。
【発明の効果】
【００６１】
請求項１によれば、誘導コイル装置のコイルボビンの外周が円形部および円形部の円形輪郭より内側へ後退した非円形部を含み誘導コイルの内部に挿入されて主として円形部において誘導コイルを支持するように構成されているとともに、加圧ローラが誘導コイル装置のコイルボビンの円形部に対向する位置で加熱ローラに圧接するように配設されていることにより、ニップ部における加熱を強くして加熱性能を高めた誘導加熱ローラ装置を提供することができる。
【００６２】
請求項２によれば、請求項１におけるのと同様な効果を奏するとともに、誘導加熱によりウオームアップが早くなって高速タイプに好適な画像形成装置にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００６４】
図１ないし図５は、本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第１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は誘導コイル装置、加熱ローラおよび加圧ローラの位置関係ならびに被加熱体の加熱を説明する横断面図、図３は誘導コイル装置におけるコイルボビンの概要を示す斜視図、図４は加熱ローラの横断面図、図５は高周波電源の回路図である。本形態において、誘導加熱ローラ装置は、誘導コイル装置ＩＣ、加熱ローラＨＲ、加圧ローラＰＲおよび高周波電源ＨＦＳを備えている。以下、上記の構成要素ごとにその構成を詳細に説明する。
【００６５】
＜誘導コイル装置ＩＣ＞    誘導コイル装置ＩＣは、図２および図３に示すように、誘導コイルＩＣａおよびコイルボビンＣＢからなり、加熱ローラＨＲの内部に加熱ローラＨＲの内面との間にわずかな隙間を残して同軸関係に、かつ、静止状態で配設されている。そして、後述する加熱ローラＨＲの発熱層ｗｓに空芯トランス結合している。
【００６６】
誘導コイルＩＣａは、それぞれ円形に巻回された複数の単位誘導コイルからなり、後述するコイルボビンＣＢの円形部１１に巻装されることによって支持されて、加熱ローラＨＲの軸方向に分散して配置されている。また、誘導コイルＩＣａは、接続端子ｔに接続することによって図５に示す高周波電源ＨＦＳの給電リード線ｌ１、ｌ２間に接続される。なお、接続端子ｔは、コイルボビンＣＢの内部に通線する給電リード線から延在して、非円形部１２から外部へ突出している。また、符号ＳＰは、紙などの被加熱体であり、加熱ローラＨＲと加圧ローラＰＲとの間に挟まれて矢印方向へ進む間にニップ部Ｎで加熱される。
【００６７】
コイルボビンＣＢは、図２および図３に示すように、例えばフッ素樹脂製で、横断面形状において２つの円形部１１および２つの非円形部１２が交互に配設された小判状をなしている。２つの非円形部１２は、円形部の円形輪郭より内側へ後退し、横断面において直線状にカットされて平行に対向している。また、図３に示すように、接続端子ｔは、図示しない誘導コイルＩＣａにおける複数の単位誘導コイルのそれぞれの端部に接続する。なお、図３において、円弧状の矢印は、誘導コイルが支持される態様を示している。
【００６８】
＜加熱ローラＨＲ＞    加熱ローラＨＲは、図４に具体的に示すように、ローラ基体１、発熱層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。ローラ基体１は、アルミナセラミックス製の円筒体からなり、例えば長さ３００ｍｍ、厚み３ｍｍである。発熱層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、軸方向に設定される加熱領域の全体にわたって配設されている。そして、発熱層ｗｓの厚みは、表皮深さ以下、例えば０．１〜１００μｍの範囲内にあり、加熱ローラＨＲの周回方向の２次側抵抗Ｒの値が２次リアクタンスとほぼ同じ値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、発熱層ｗｓの外面を被覆して形成されている。
【００６９】
＜加圧ローラＰＲ＞    加圧ローラＰＲは、回転軸の周囲にゴム質の弾性物質を被覆した既知の構成である。そして、図２に示すように、誘導コイル装置ＩＣにおけるコイルボビンＣＢの円形部１１のほぼ中央部に対向する位置において、加熱ローラＨＲに圧接するように配設されている。
【００７０】
＜高周波電源ＨＦＳ＞    高周波電源ＨＦＳは、図１に全体の概要を示し、図５に詳細に示すように、整流化直流電源ＲＤＣおよび高周波発生回路ＨＦＩ、負荷回路ＬＣおよび整合回路ＭＣから構成され、入力端が低周波電源ＡＳに接続している。低周波交流電源ＡＳは、例えば１００Ｖ商用交流電源からなる。
【００７１】
整流化直流電源ＲＤＣは、全波整流回路からなる。そして、その交流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整流化直流電圧を出力する。
【００７２】
高周波発生回路ＨＦＩは、高周波フィルタＨＦＦ、ハーフブリッジ形インバータ主回路ＨＢＩおよび駆動回路ＤＣからなる。高周波フィルタＨＦＦは、整流化直流電源ＲＤＣの出力端に接続する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。
【００７３】
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う。
【００７４】
駆動回路ＤＣは、駆動信号発生回路ＤＳＧおよび駆動トランスＤＴからなる。駆動信号発生回路ＤＳＧは、一対のMOSFETＱ１、Ｑ２のゲートドライブ信号を発生する。なお、所望によりゲートドライブ信号の発振周波数を変化させることができる。駆動トランスＤＴは、一対のMOSFETＱ１、Ｑ２に印加するゲートドライブ信号を逆位相関係にする。
【００７５】
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の直列回路からなり、高周波発生回路ＨＦＩの高周波出力端すなわちハーフブリッジ形インバータ主回路ＨＢＩのMOSFETＱ２に並列接続されている。そして、高周波電圧に共振して正弦波に波形整形する。
【００７６】
整合回路ＭＣは、一対のコンデンサＣ６、Ｃ７からなる。コンデンサＣ６は、負荷回路ＬＣと給電リード線ｌ１との間に直列接続している。また、コンデンサＣ７は、負荷回路ＬＣに直列接続している。
【００７７】
なお、給電リードｌ１、ｌ２は、高周波電力を誘導コイルに供給する伝送路を構成する。また、給電リードｌ２の基端は、MOSFETＱ２のソースとコンデンサＣ７の接続に接続している。
【００７８】
そうして、高周波電源ＨＦＳにおいて発生した高周波出力は、負荷回路ＬＣおよび整合回路ＭＣを介して誘導コイルＩＣに供給される。
【００７９】
＜加熱動作＞    高周波電力が高周波電源ＨＦＳから誘導コイル装置ＩＣを経由して加熱ローラＨＲの発熱層ｗｓに供給されて、発熱層ｗｓに空芯トランス結合により２次電流が誘導されて発熱するが、コイルボビンＣＢの円形部１１に対向する図２の点線で囲んだニップ部近傍において誘導コイルＩＣａと発熱層ｗｓとの磁気結合が強くなるため、ニップ部近傍において特に強く発熱する。
【００８０】
以下、図６ないし図１６を参照して本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第２ないし第８の形態について説明する。なお、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省略する。
【００８１】
図６は、本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第２の形態を示し、誘導コイル装置、加熱ローラおよび加圧ローラの位置関係ならびに被加熱体の加熱を説明する横断面図である。本形態は、加圧ローラＰＲが誘導コイル装置ＩＣにおけるコイルボビンＣＢの円形部１１の端部に対向する位置において、加熱ローラＨＲに圧接するように配設されている。そして、コイルボビンＣＢのほぼ中央部が約４５°回転方向の手前側に位置している。そうして、本形態においては、図中点線で囲んだ位置における発熱が強くなる。
【００８２】
図７は、本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第３の形態を示し、誘導コイル装置、加熱ローラおよび加圧ローラの位置関係ならびに被加熱体の加熱および温度検知を説明する横断面図である。本形態は、図２に示す第１の形態の構成に加えて、コイルボビンＣＢにおける２つの円形部１１のうち、加圧ローラＰＲが圧接していない方に対向する位置に温度センサＴＳを配設している。温度センサＴＳは、図において加熱ローラＨＲの外側に配置しているが、コイルボビンＣＢの内部に配置してもよい。そうして、本形態においては、上記の構成を具備していることにより、磁気結合が強くなり、したがって強く発熱する位置の温度を検知することができる。
【００８３】
図８は、本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第４の形態を示し、誘導コイル装置、加熱ローラおよび加圧ローラの位置関係ならびに被加熱体の加熱および温度検知を説明する横断面図である。本形態は、図６に示す第２の形態の構成に加えて、コイルボビンＣＢにおける２つの円形部１１のうち、加圧ローラＰＲが圧接していない方に対向する位置に温度センサＴＳを配設している。そうして、本形態は、図７に示す第３の形態におけるのと同様の作用を奏する。
【００８４】
図９ないし図１１は、本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第５の形態を示し、図９は誘導コイル選択手段および誘導コイルの関係を示す回路図、図１０は誘導コイル選択手段の周波数特性を示すグラフ、図１１は誘導コイル装置の正面図である。本形態は、図９に示すように、一対の誘導コイルＩＣＡ、ＩＣＢ、加熱ローラＨＲ、誘導コイル選択手段ＩＣＳおよび高周波電源ＨＦＳからなる。
【００８５】
一対の誘導コイルＩＣＡ、ＩＣＢは、図１１に示すように、コイルボビンＣＢの軸方向に分散して支持され、かつ、並列接続されるそれぞれ複数、例えば３つの単位誘導コイルＵＩＣａ、ＵＩＣｂからなる。そして、誘導コイルＩＣＡは、コイルボビンＣＢの中央領域に配置され、誘導コイルＩＣＢは、コイルボビンＣＢの両端領域に２分して配置されている。また、誘導コイルＩＣＡは、その単位誘導コイルＵＩＣａのターン数が相対的に少なく構成されている。したがって、誘導コイルＩＣＡのインダクタンスは、相対的に小さい。これに対して、誘導コイルＩＣＢは、その単位誘導コイルＵＩＣｂのターン数が相対的に多く構成されている。したがって、誘導コイルＩＣＢのインダクタンスは、相対的に大きい。
【００８６】
加熱ローラＨＲは、その軸方向に沿って３つの加熱領域Ａ、Ｂ１、Ｂ２に区分されている。したがって、中央の加熱領域Ａと誘導コイルＩＣａとが対向する。また、両端の２つの加熱領域Ｂ１、Ｂ２と２つに分かれた誘導コイルＩＣｂとが対向する。
【００８７】
誘導コイル選択手段ＩＣＳは、一対の誘導コイルＩＣＡ、ＩＣＢのインダクタンスを共振要素として含む第１および第２の共振回路ＲＣＡ、ＲＣＢからなる。第１の共振回路ＲＣＡは、誘導コイルＩＣＡと並列に接続するコンデンサＣ１、同じく直列に接続するコンデンサＣ２を含んでいる。第２の共振回路ＲＣＢは、誘導コイルＩＣＢと並列に接続するコンデンサＣ３、同じく直列に接続するコンデンサＣ４を含んでいる。
【００８８】
高周波電源ＨＦＳは、その高周波出力の周波数を可変に構成されている。
【００８９】
そうして、誘導コイル選択手段ＩＣＳは、図１０に示すような周波数特性を有している。すなわち、図１０において、横軸は周波数を、縦軸はインピーダンスを、それぞれ示している。図中の曲線は、右側の山状をなした部分が第１の共振回路ＲＣ１の共振特性を示し、また左側の山状をなした部分が第２の共振回路ＲＣ２の共振特性を示している。
【００９０】
したがって、高周波電源ＨＦＳの周波数をｆ１にすれば、誘導コイルＩＣＡが主として選択されて付勢され、誘導コイルＩＣＢは選択されないので実質的には付勢されない。その結果、加熱ローラＨＲの加熱領域Ａのみが実質的に加熱される。同様に周波数をｆ２にすれば、誘導コイルＩＣＢが主として選択され、加熱領域Ｂ１、Ｂ２のみが加熱される。
【００９１】
図１２は、本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第６の形態における誘導コイル装置の正面図である。本形態は、図１１に示す第５の形態と反対に中央の誘導コイルＩＣＡのターン数が少なくて、両端の誘導コイルＩＣＢのターン数が多くなっている。
【００９２】
以上の説明から理解できるように、単位誘導コイルＵＩＣのターン数を加熱領域に応じて変化させることにより、所望の周波数特性を有する誘導コイル選択手段を容易に設計することができる。したがって、複数の加熱領域に対して所望の加熱配分を実現することができる。
【００９３】
図１３は、本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第７の形態における全体を示す回路ブロック図である。本形態において、誘導加熱ローラ装置は、入力端が低周波交流電源ＡＣに接続する整流化直流電源ＲＤＣ、整流化直流電源ＲＤＣの直流出力を高周波に変換する直流−高周波変換回路ＨＦＩ、直流−高周波変換回路ＨＦＩの駆動回路ＧＤＣおよび制御回路ＣＣを含む高周波電源ＨＦＳと；高周波電源ＨＦＳの高周波出力が印加される誘導コイルＩＣａと；誘導コイル装置ＩＣに磁気結合して誘導電流により加熱される加熱ローラＨＲと；を具備し、前記整流化直流電源ＲＤＣ、前記直流−高周波変換回路ＨＦＳおよび前記誘導コイル装置ＩＣを１次側回路ＰＣとし、前記駆動回路ＧＤＣおよび制御回路ＣＣを２次側回路ＳＣとして、１次側回路ＰＣと２次側回路ＳＣとの間を絶縁構造としている。
【００９４】
なお、上記絶縁構造としては、既知の回路手段、例えば絶縁トランス、フォトカプラなどを用いることができる。また、制御回路ＣＣとしては、例えばマイコンを主体とする構成を採用することができる。さらに、高周波電源ＨＦＳ、誘導コイル装置ＩＣおよび加熱ローラＨＲについては、既述の第１ないし第６の形態を選択的に採用することができる。しかし、所望によりこれらの形態によらなくてもよい。
【００９５】
図１４および図１５は、本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第７の形態を示し、図１４は全体を示す回路ブロック図、図１５は低周波交流電源電圧に応じた制御を行うための回路図である。本形態において、誘導加熱ローラ装置は、第７の形態の構成に加えて、１次側回路が低周波交流電源ＡＣから流入する電流および印加される電圧を検出する電流・電圧検出回路ＳＤＣならびに電流・電圧検出回路ＳＤＣから出力されるアナログ形式の検出信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変喚器Ａ／Ｄを含み、２次側回路がアナログ／ディジタル変喚器Ａ／Ｄから送出されるディジタル信号をアナログ形式の検出信号に変換するディジタル／アナログ変喚器Ｄ／Ａを具備している。
【００９６】
電流・電圧検出回路ＳＤＣ、アナログ／ディジタル変喚器Ａ／Ｄおよびディジタル／アナログ変喚器Ｄ／Ａは、図１５に示すような回路構成を採用している。すなわち、電流・電圧検出回路ＳＤＣのうち電圧検出回路は、全波整流回路ＦＢＲおよび電圧分割器ＶＤからなる。電圧分割器ＶＤは、抵抗器Ｒ１、Ｒ２およびコンデンサＣを図のように接続して構成され、全波整流回路ＦＢＲからの直流出力電圧を分圧して、コンデンサＣの両端間に平滑化された直流電圧として検出された電源電圧信号を出力する。
【００９７】
アナログ／ディジタル変喚器Ａ／Ｄは、差動増幅器ＯＡからなる。すなわち、差動増幅器ＯＡは、上記電源電圧信号を三角波と比較してデューティ信号に変換する。なお、本形態において、デューティ信号はディジタル信号に含まれるものとする。
【００９８】
１次側回路で形成された上記デューティ信号を２次側回路ＳＣに絶縁して伝送するために、絶縁構造としてフォトカプラＰＣＣが用いられている。すなわち、上記デューティ信号は、フォトカプラＰＣＣの発光ダイオードＬＤにより光に変換され、フォトトランジスタＰＴにより受光され、抵抗器Ｒ３の両端に電圧降下を生じる。そして、例えば積分回路からなるディジタル／アナログ変喚器Ｄ／Ａによりアナログ信号に戻されて制御回路ＣＣに制御入力する。
【００９９】
図１６は、本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第７の形態における変形例を示す回路図である。本変形例においては、アナログ信号をアナログ／ディジタル変喚器Ａ／Ｄにおいて、ディジタル信号としての周波数に変換し、またディジタル信号としての周波数をディジタル／アナログ変喚器Ｄ／Ａにおいてアナログ信号に戻すように構成されている。その他の構成は、図１５と同じである。
【０１００】
なお、図１５および図１６に示す形態およびその変形例において、電流の検出を行うには、電流変成器などの電流検出手段を用いて、その出力を全波整流回路ＦＢＲの入力端に接続すればよい。
【０１０１】
図１７および図１８は、本発明の画像形成装置を実施するための一形態としての複写機を示し、図１７は概念的断面図、図１８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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
定着装置３３は、図１８に示すように、記録媒体に付着したトナーを加熱溶融して熱定着する。また、定着装置３３は、誘導加熱ローラ装置２１、加圧ローラ２２および架台２５を備えている。なお、図中符号２３は記録媒体、２４はトナーである。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。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。なお、記録媒体２３は、トナー画像が形成されていて、被加熱体に相当している。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。
【０１０５】
そうして、定着装置３３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。
【０１０６】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第１の形態における装置全体の概要を示す回路ブロック図
【図２】同じく加熱ローラおよび加圧ローラの位置関係ならびに被加熱体の加熱を説明する横断面図
【図３】同じく誘導コイル装置におけるコイルボビンの概要を示す斜視図
【図４】同じく加熱ローラの横断面図
【図５】同じく高周波電源の回路図
【図６】本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第２の形態を示し、誘導コイル装置、加熱ローラおよび加圧ローラの位置関係ならびに被加熱体の加熱を説明する横断面図
【図７】本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第３の形態を示し、誘導コイル装置、加熱ローラおよび加圧ローラの位置関係ならびに被加熱体の加熱および温度検知を説明する横断面図
【図８】本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第４の形態を示し、誘導コイル装置、加熱ローラおよび加圧ローラの位置関係ならびに被加熱体の加熱および温度検知を説明する横断面図
【図９】本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第５の形態における誘導コイル選択手段および誘導コイルの関係を示す回路図
【図１０】同じく誘導コイル選択手段の周波数特性を示すグラフ
【図１１】同じく誘導コイル装置の正面図
【図１２】本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第６の形態における誘導コイル装置の正面図
【図１３】本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第７の形態における全体を示す回路ブロック図
【図１４】本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第７の形態における全体を示す回路ブロック図
【図１５】同じく低周波交流電源電圧に応じた制御を行うための回路図
【図１６】本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第７の形態における変形例を示す回路図
【図１７】本発明の画像形成装置を実施するための一形態としての複写機を示す概念的断面図
【図１８】同じく定着装置の断面図
【符号の説明】
【０１０８】
１１…分割巻用フランジ、１２…巻線区画、ＣＢ…コイルボビン、ＩＣ…誘導コイル装置、ＩＣａ…誘導コイル、ＵＩＣ…単位誘導コイル
【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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