(57)【要約】    【課題】  加熱ローラの軸方向に複数の加熱領域を選択的に設定可能であるとともに、加熱ローラの所望の加熱領域における加熱特性を良好にした誘導加熱ローラ装置、これを備えた定着装置および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、被加熱体のサイズに応じて複数の加熱領域に切り換えられる加熱ローラＨＲと、その各加熱領域にそれぞれ対向して配設された複数の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２を含み、各誘導コイルは並列接続された複数の単位誘導コイルＩＣＵ１、ＩＣＵ２を備えているとともに、単位誘導コイルのコイルターン数が加熱領域に応じて異なっている誘導コイル装置ＩＣ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、誘導コイル装置の各誘導コイルに供給する高周波電力を制御して加熱ローラの加熱領域を切り換える誘導コイル選択手段ＰＡＭとを具備している。【選択図】    図４
2005093352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
後記誘導コイル装置に磁気結合して誘導電流により発熱するとともに、被加熱体のサイズに応じて複数の加熱領域に切り換えられる加熱ローラと；
加熱ローラの軸方向に分散し、かつ、加熱ローラの各加熱領域にそれぞれ対向して配設された複数の誘導コイルを含み、各誘導コイルは並列接続された複数の単位誘導コイルを備えているとともに、単位誘導コイルのコイルターン数が加熱領域に応じて異なっている誘導コイル装置と；
誘導コイル装置に高周波電力を供給する高周波電源と；
誘導コイル装置の各誘導コイルに供給する高周波電力を制御して加熱ローラの加熱領域を切り換える誘導コイル選択手段と；
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】
後記誘導コイル装置に磁気結合して誘導電流により発熱するとともに、中間部に位置する第１の加熱領域および両端部に位置する第２の加熱領域を有する加熱ローラと；
加熱ローラの第１の加熱領域に対向して配設された第１の誘導コイルおよび第２の加熱領域に対向して配設された第２の誘導コイルを含み、各誘導コイルは並列接続された複数の単位誘導コイルを備えているとともに、第２の誘導コイルにおける単位誘導コイルのコイルターン数が第１の誘導コイルにおける単位誘導コイルのコイルターン数より多くなっている誘導コイル装置と；
誘導コイル装置に高周波電力を供給する高周波電源と；
誘導コイル装置の各誘導コイルに供給する高周波電力を制御して加熱ローラの加熱領域を切り換える誘導コイル選択手段と；
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３】
後記誘導コイル装置に磁気結合して誘導電流により発熱するとともに、中間部に位置する第１の加熱領域および両端部に位置する第２の加熱領域を有する加熱ローラと；
加熱ローラの第１の加熱領域に対向して配設された第１の誘導コイルおよび第２の加熱領域に対向して配設された第２の誘導コイルを含み、各誘導コイルは並列接続された複数の単位誘導コイルを備えているとともに、第１の誘導コイルにおける単位誘導コイルのコイルターン数が第２の誘導コイルにおける単位誘導コイルのコイルターン数より多くなっている誘導コイル装置と；
誘導コイル装置に高周波電力を供給する高周波電源と；
誘導コイル装置の各誘導コイルに供給する高周波電力を制御して加熱ローラの加熱領域を切り換える誘導コイル選択手段と；
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】
後記誘導コイル装置に磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラと；
加熱ローラ内の軸方向に沿い、かつ、加熱ローラの軸に対してオフセンターに配設されることによって加熱ローラの内面との間に最接近部が形成される誘導コイル装置と；
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】
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ないし４のいずれか一記載の誘導加熱ローラ装置と；
を具備していることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
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るとともに、加熱ローラと誘導コイルとの最接近部の熱を利用して被加熱体を加熱するように配設されている請求項４記載の誘導加熱ローラ装置と；
を具備していることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
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るとともに、加熱ローラと誘導コイルとの最接近部が加熱ローラと加圧ローラとの接触部より加熱ローラの回転方向の前方に位置している請求項４記載の誘導加熱ローラ装置と；
を具備していることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
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；
画像形成装置本体に配設されて記録媒体のトナー画像を定着する請求項５ないし７のいずれか一記載の定着装置と；
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、これを備えた定着装置および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。この種の目的のための誘導加熱方式には渦電流損方式（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。）とが知られている。
【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。さらに、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。したがって、トランス方式は、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著しい効果が得られる空芯トランス結合方式が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。
【０００５】
さらにまた、トナー画像が形成された被定着用紙のサイズに応じて誘導ローラの所望の加熱領域のみを加熱できるようにするために、誘導加熱ローラの軸方向に沿って複数に分割された複数の誘導コイルを配設し、かつ、特定領域に対応する誘導コイルに対して選択的に高周波電力を投入可能にすること技術が本発明者らにより開発されていて、例えば特願２００２−１２０３６５号として特許出願されている。
【０００６】
上述した複数の誘導コイルを配設して加熱ローラの加熱領域を切り換え可能にする構成においては、加熱ローラの軸方向の温度分布を均一にするために、各誘導コイル内におけるコイルターン間隔と隣接する一対の誘導コイル間の間隔とを等しくなるように構成していた。
【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】
【０００７】
加熱ローラに複数の加熱領域を選択可能に設定する場合、所定のコイルターン数、コイル径および軸長を有する単位誘導コイルを用意して、加熱領域の軸長に応じてその単位誘導コイルの所要数を高周波電源に対して誘導コイル選択手段を介して並列接続することにより、いずれの加熱領域に対してもその単位軸長当たりの発熱量を一定にすることができる。
【０００８】
ところが、単位軸長当たりの発熱量を一定にしても、加熱ローラの熱移動の態様や被加熱体を加熱するための使用の態様など、種々の事情によって熱消費のパターンが相違するため、加熱ローラの温度は必ずしも一定にならない。例えば、加熱ローラをその両端部で支持する場合、両端部に軸受け機構が配設されるので、加熱ローラの熱は、両端部の軸受け機構に逃げやすくなり、したがって加熱ローラの両端部の温度が低下しやすい。また、加熱ローラに複数の加熱領域を設定する場合、一般に加熱ローラの中央部に位置する加熱領域を使用する割合が最も多くなるように設計する。したがって、このような場合には、加熱ローラの中央部における熱消費が最も多くなるので、この部分における昇温効率に優れているように設計するのが好ましい。
【０００９】
一方、誘導加熱ローラ装置を組み込んでトナー画像を形成した記録媒体からなる被加熱体を加熱する定着装置を構成する場合、加熱効率が高くて、しかも定着性能が良好であることが望まれる。
【００１０】
本発明は、加熱ローラの軸方向に複数の加熱領域を選択的に設定可能であるとともに、加熱ローラの所望の加熱領域における加熱特性を良好にした誘導加熱ローラ装置、これを備えた定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、加熱効率が高くて、しかも定着性能が良好な定着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、後記誘導コイル装置に磁気結合して誘導電流により発熱するとともに、被加熱体のサイズに応じて複数の加熱領域に切り換えられる加熱ローラと；加熱ローラの軸方向に分散しているとともに、加熱ローラの各加熱領域にそれぞれ対向して配設された複数の誘導コイルを含み、各誘導コイルは並列接続された複数の単位誘導コイルを備えているとともに、単位誘導コイルのコイルターン数が加熱領域に応じて異なっている誘導コイル装置と；誘導コイル装置に高周波電力を供給する高周波電源と；誘導コイル装置の各誘導コイルに供給する高周波電力を制御して加熱ローラの加熱領域を切り換える誘導コイル選択手段と；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】
＜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とともに、後述するように複数の加熱領域に切り換えられるように構成されている。そして、加熱ローラは、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。
【００１５】
（数式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。
【００１６】
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。すなわち、トナー画像を形成した定着用紙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ている。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サイズの定着用紙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サイズの被定着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。
【００１７】
さらにまた、２次コイルを導体層、導電線および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（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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
＜誘導コイル装置について＞    本発明において、「誘導コイル」は、その発生磁束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、その複数が加熱ローラの軸方向に分散して配設されている。そして、上記複数の誘導コイルをまとめて誘導コイル装置という。
【００２６】
また、複数の誘導コイルは、加熱ローラの軸方向に分散しているとともに、加熱ローラの各加熱領域にそれぞれ対向して配設されている。そして、各誘導コイルは、並列接続された複数の単位誘導コイルを備えているとともに、単位誘導コイルのコイルターン数が加熱領域に応じて異なっている。
【００２７】
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高周波伝送路を経由して付勢すなわち励磁されるとともに、加熱ローラに磁気結合、例えば空芯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、周波数可変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。なお、「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。
【００２８】
また、誘導コイル装置は、その誘導コイルを支持するために後述するコイルボビンを備えていることができる。コイルボビンには、整列巻の状態で誘導コイルを支持するための巻溝を形成することができる。コイルボビンを中空にして内部に誘導コイルに接続する高周波伝送路を通線するように構成することができる。しかし、コイルボビンに代えて合成樹脂やガラス質材により誘導コイルを直接成形ないし接着することによって、複数の誘導コイルを所定形状に維持するように構成することもできる。
【００２９】
さらに、誘導コイル装置の複数の誘導コイルは、共通の高周波電源に対して並列接続することができる。しかし、要すれば、複数の誘導コイルを直列接続するようにしてもよい。また、誘導コイルは、個々にまたはグループ分けされて個別の高周波電源に接続してもよい。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。
【００３０】
さらにまた、複数の誘導コイルは、それぞれ並列接続された複数の単位誘導コイルを備えているとともに、単位誘導コイルのコイルターン数が加熱領域に応じて異なっている。この構成によれば、加熱ローラの各加熱領域に対して投入する高周波電力を所望に制御しやすくなる。なお、本発明において「単位誘導コイル」とは、加熱ローラの所定の軸長、ターン数およびコイル径を備えていて、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構成されている。したがって、一単位誘導コイルに投入される高周波電力に単位誘導コイルの数を乗じた値の高周波電力を対向する加熱領域に投入することができる。
【００３１】
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のは、加熱領域の昇温特性を所要の方向へ補うためである。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。本発明によれば、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。
【００３２】
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。本発明によれば、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。
【００３３】
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、コイルターン間の間隔を一定にする場合、コイル軸長は、コイルターン数に比例して変化する。
【００３４】
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。
【００３５】
＜高周波電源について＞    高周波電源は、加熱ローラの複数の加熱領域を所要に加熱するために、複数の加熱領域に対向するそれぞれの誘導コイルを付勢するために、高周波電力を発生して、所定の誘導コイルにこれを供給する。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、トランス方式の場合は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。
【００３６】
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、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。
【００３７】
さらに、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。
【００３８】
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。後述する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、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。
【００３９】
＜誘導コイル選択手段について＞    誘導コイル選択手段は、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、例えばフィルタ手段、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。
【００４０】
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、例えば周波数の変化に加えてＰＷＭ制御を行うことができる。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程度で行ってもよい。
【００４１】
以下、誘導コイル選択手段の各構成例について説明する。
【００４２】
（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。
【００４３】
（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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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。
【００４６】
ところで、本発明によれば、誘導コイルを単位誘導コイルにより構成するとともに、所定の加熱領域に対向する誘導コイルにおいて、単位誘導コイルのコイルターン数を他の加熱領域に対向する誘導コイルの単位誘導コイルのそれと異なるように構成しているので、回路側調整することなしに加熱領域に応じた加熱効率で加熱ローラを加熱することができるのであるが、さらに誘導コイル選択手段を利用して誘導コイルごとに投入する高周波電力を調整することが許容される。これにより、所望の加熱領域を一層円滑に所要に加熱することができるようになる。例えば、誘導コイル選択手段は、加熱ローラの一部の加熱領域を使用して被加熱体を加熱する場合に、当該加熱領域に対向する誘導コイルのみを選択するだけでなく、所望により残余の誘導コイルに対しても所定の割合で高周波電力を振り分けて投入するように構成することができる。これによって、使用されない加熱領域を使用する加熱領域とほぼ同一の温度で保温しておくことができる。なお、ここで「所定割合」とは、加熱ローラの一の加熱領域と残余の加熱領域との間におけるそれぞれ単位誘導コイルに対する割合として表現されているものであると同時に、複数の加熱領域の一部が被加熱体の加熱のために使用されている場合において、加熱ローラの軸方向に実用上ほぼ均一な温度分布が得られる限界値およびそれ以上の範囲として表現されている。例えば、加熱ローラに中間部および両端部からなる３つの加熱領域を設定する場合には、中間部の加熱領域を使用して加熱するときに、対向する誘導コイルに０．７以上の割合で高周波電力を投入し、残余の加熱領域に０．３未満の割合で高周波電力を振り分けるのがよい。また、全部の加熱領域を使用して被加熱体を加熱するときには、両端部の加熱領域に０．５以上の割合で高周波電力を振り分けるのがよい。しかし、被加熱体を加熱する一の加熱領域の全高周波電力に対する割合は、０．９５を上限とするのが実際的である。なお、このとき残余の加熱領域の同様割合は０．０５以下になる。また、所定割合が一定であっても、加熱領域の軸長に応じて当該加熱領域に投入される高周波電力の総量が変化することになる。
【００４７】
（１）（ＰＷＭ制御方式の場合）    ＰＷＭ制御方式は、加熱ローラの各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ＰＷＭ制御により変化させることにより、各誘導コイルに供給される高周波電力を所望の割合で変化させる方式である。なお、ＰＷＭ制御は、高周波の各半サイクルごとに行うようにしてもよいし、高周波電源の高周波出力を相対的に低周波、例えば１〜１００Ｈｚ程度で変調してもよい。
【００４８】
（２）（フィルタ方式の場合）    フィルタ手段のフィルタ特性が帯域通過形である場合、可変高周波電源が当該通過帯域の周波数を出力するように可変高周波電源を制御すれば、フィルタ手段に接続する誘導コイルは、フィルタ手段を通過した高周波電力によって付勢されるので、当該誘導コイルが対向する加熱ローラの領域を選択的にまたは所定比率で加熱することができる。したがって、例えば２つの誘導コイルの付勢割合を周波数により選択的に変更するには、通過帯域の互いに異なる２つのフィルタ手段を用意して、その一方を一方の誘導コイルに接続し、他方を他方の誘導コイルに接続して、周波数可変高周波電源の出力周波数をそれぞれの通過帯域内になるように切り換えるとともに、それぞれの通過帯域が所定の割合で一部オーバーラップするように設定すればよい。
【００４９】
（３）（共振回路の場合）    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とともに、共振特性曲線が一部オーバーラップするように設定する。そして、それぞれの誘導コイルを共振要素とする複数の共振回路に対して、ともに適度に共振するような周波数の高周波電力を出力するように高周波電源の周波数を設定すればよい。
【００５０】
＜本発明の作用について＞    本発明においては、加熱ローラの複数の加熱領域に対向して配設された複数の誘導コイルを１つまたは複数を選択して付勢することにより、特定の１つまたは複数の加熱領域を加熱しておき、当該加熱領域に被加熱体を通過させれば、所要の程度に加熱できる。なお、ここで複数の誘導コイルを選択するとは、誘導コイル装置全体の一部または全部の誘導コイルを含む意味である。
【００５１】
また、複数の誘導コイルをそれぞれ複数の単位誘導コイルにより構成しており、しかも単位誘導コイルのコイルターン数が加熱領域に応じて異なっているので、高周波電源などの回路側で調整することなしに特定の加熱領域を所要に加熱することができる。すなわち、単位誘導コイルのコイルターン数に応じて高周波電力の投入量が変化するので、例えば特定の誘導コイルにおいて、そのコイルターン数を増加すると、当該誘導コイルに対する高周波電力の投入量が増加する。その結果、当該誘導コイルに対向する加熱領域の加熱効率すなわち１秒当たりの加熱ローラの温度上昇の程度が向上するので、所望の加熱特性を得ることができる。
【００５２】
本発明において、複数の加熱領域のうち、単位誘導コイルのコイルターン数がその他の加熱領域における単位誘導コイルのそれと異なっている誘導コイルが対向する特定の加熱領域は、当該加熱領域のみが加熱される場合および複数の加熱領域と同時に加熱される場合のいずれであっても、所期の作用、効果を奏する。
【００５３】
＜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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、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。
【００５６】
３．（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。
【００５７】
請求項２の発明の誘導加熱ローラ装置は、後記誘導コイル装置に磁気結合して誘導電流により発熱するとともに、中間部に位置する第１の加熱領域および両端部に位置する第２の加熱領域を有する加熱ローラと；加熱ローラの第１の加熱領域に対向して配設された第１の誘導コイルおよび第２の加熱領域に対向して配設された第２の誘導コイルを含み、各誘導コイルは並列接続された複数の単位誘導コイルを備えているとともに、第２の誘導コイルにおける単位誘導コイルのコイルターン数が第１の誘導コイルにおける単位誘導コイルのコイルターン数より多くなっている誘導コイル装置と；誘導コイル装置に高周波電力を供給する高周波電源と；誘導コイル装置の各誘導コイルに供給する高周波電力を制御して加熱ローラの加熱領域を切り換える誘導コイル選択手段と；を具備していることを特徴としている。
【００５８】
本発明は、両端支持構造の加熱ローラにおいて、加熱ローラの軸方向に沿って均一な温度に維持する場合に好適な誘導加熱ローラ装置の構成を規定している。
【００５９】
加熱ローラの中間部の加熱領域は、単一または複数の加熱領域からなることを許容する。複数の加熱領域からなる場合、誘導コイル選択手段によって個別に、またはグループ化ないし共通に加熱できるように構成することができる。
【００６０】
そうして、本発明によれば、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、これにより加熱ローラの軸方向に沿う温度分布を均一に保持することができる。
【００６１】
請求項３の発明の誘導加熱ローラ装置は、後記誘導コイル装置に磁気結合して誘導電流により発熱するとともに、中間部に位置する第１の加熱領域および両端部に位置する第２の加熱領域を有する加熱ローラと；加熱ローラの第１の加熱領域に対向して配設された第１の誘導コイルおよび第２の加熱領域に対向して配設された第２の誘導コイルを含み、各誘導コイルは並列接続された複数の単位誘導コイルを備えているとともに、第１の誘導コイルにおける単位誘導コイルのコイルターン数が第２の誘導コイルにおける単位誘導コイルのコイルターン数より多くなっている誘導コイル装置と；誘導コイル装置に高周波電力を供給する高周波電源と；誘導コイル装置の各誘導コイルに供給する高周波電力を制御して加熱ローラの加熱領域を切り換える誘導コイル選択手段と；を具備していることを特徴としている。
【００６２】
本発明は、加熱ローラの中間部の加熱領域を常時使用する場合に好適な誘導加熱ローラ装置の構成を規定している。
【００６３】
そうして、本発明によれば、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、これにより中間部の加熱領域を常時使用する場合に加熱ローラの軸方向に沿う温度分布を均一に保持することができる。
【００６４】
請求項４の発明の誘導加熱ローラ装置は、後記誘導コイル装置に磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラと；加熱ローラ内の軸方向に沿い、かつ、加熱ローラの軸に対してオフセンターに配設されることによって加熱ローラの内面との間に最接近部が形成される誘導コイル装置と；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。
【００６５】
加熱ローラおよび高周波電源については請求項１における説明を準用する。なお、加熱ローラは、単一の加熱領域を備えているのであってもよい。また、加熱ローラが複数の加熱領域を備える場合、請求項１における誘導コイル選択手段を用いることができる。
【００６６】
誘導コイル装置は、単一または複数の誘導コイルを備えて構成されている。誘導コイル装置が複数の誘導コイルを備えている場合、それぞれの誘導コイルが加熱ローラの複数の加熱領域に１対１で対応するように構成されていることを許容する。また、１つの加熱領域に対向して配設される誘導コイルを並列接続された複数の単位誘導コイルをもって構成することができる。なお、単位誘導コイルについては請求項１における説明を準用する。この場合、複数の加熱領域のそれぞれに対向するた誘導コイルは、全ての誘導コイルが共通仕様の単位誘導コイルを用いるのであってもよい。
【００６７】
また、誘導コイル装置は、加熱ローラの内部にオフセンターになる関係に配設されていて、加熱ローラと磁気結合する。そのため、加熱ローラの内面と誘導コイル装置との間の距離に最接近部が形成される。
【００６８】
そうして、本発明においては、上記の構成を具備しているので、加熱ローラは、その内面と誘導コイル装置との間の最接近部における誘導コイル装置と加熱ローラとの間の磁気結合が強くなる。このため、上記最接近部において発熱が集中する。したがって、この発熱の集中部近傍を利用して被加熱体の加熱を行うように構成することができる。これにより、加熱効率が向上するので、省エネルギーを図ることができる。また、最接近部における高い温度上昇を利用して被加熱体を加熱することにより、加熱性能が向上する。
【００６９】
これに対して、従来のこの種の誘導加熱ローラ装置においては、加熱ローラの軸を中心として誘導コイルを配設するように構成するものとされていた。この場合、加熱ローラの発熱は、その軸周りに均一になる。そのため、加熱ローラの発熱の全体を被加熱体の加熱のために集中させることが困難である。
【００７０】
請求項５の発明の定着装置は、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ないし４のいずれか一記載の誘導加熱ローラ装置と；を具備していることを特徴としている。
【００７１】
本発明において、「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。
【００７２】
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。
【００７３】
本発明において、記録媒体は、請求項１ないし４の各発明における被加熱体に相当する。
【００７４】
そうして、本発明においては、請求項１ないし４の誘導加熱ローラ装置における作用を利用してトナー画像が形成された記録媒体の定着を効果的に行うことができる。
【００７５】
請求項６の発明の定着装置は、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るとともに、加熱ローラと誘導コイルとの最接近部の熱を利用して被加熱体を加熱するように配設されている請求項４記載の誘導加熱ローラ装置と；を具備していることを特徴としている。
【００７６】
本発明において、誘導コイルと加熱ローラの内面との間の最接近部を加圧ローラに正対させるか、加熱ローラの回転方向のやや前方に正対させれば、最接近部に発生する高熱を利用して被加熱体を効果的に加熱することができる。
【００７７】
そうして、本発明によれば、少ない高周波電力であるにもかかわらず、被加熱体を効果的に加熱することができる。
【００７８】
請求項７の発明の定着装置は、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るとともに、加熱ローラと誘導コイルとの最接近部が加熱ローラと加圧ローラとの接触部より加熱ローラの回転方向の前方に位置している請求項４記載の誘導加熱ローラ装置と；を具備していることを特徴としている。
【００７９】
本発明は、請求項４に規定する発明の誘導加熱ローラ装置を用いて定着装置を構成する場合に定着性能を高めるのに好適な構成を規定している。すなわち、上記の構成であると、被加熱体の加熱時に加熱ローラの接触予定部を高い温度に加熱しておくことができる。なお、「加熱ローラと誘導コイルとの最接近部が加熱ローラと加圧ローラとの接触部より加熱ローラの回転方向の前方に位置している」とは、加熱ローラの加圧ローラとが正対する部位から加熱ローラの回転方向に対して前方の位置までずれていることを意味する。なお、上記の前方の位置とは、高い温度が得られる効果的な範囲であり、具体的には加熱ローラの周面における回転速度などの設計条件にもよるが、一般的には０°超〜９０°の範囲内であればよい。しかし、好適には５〜６０°の範囲内である。
【００８０】
そうして、本発明によれば、加熱効率が向上するとともに、高温により加熱できるので、定着性能が向上する。
【００８１】
請求項７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；画像形成装置本体に配設されて記録媒体のトナー画像を定着する請求項６または７記載の定着装置と；を具備していることを特徴としている。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【発明の効果】
【００８５】
請求項１によれば、加熱ローラの軸方向に複数の加熱領域を選択的に設定可能であるとともに、回路側で調整することなしに加熱領域の温度を所望の値に調整して、加熱ローラの所望の加熱領域における加熱特性を良好にした誘導加熱ローラ装置を提供することができる。
【００８６】
請求項２によれば、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して、加熱ローラの軸方向に沿う温度分布を均一に保持する誘導加熱ローラ装置を提供することができる。
【００８７】
請求項３によれば、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して、中間部の加熱領域を常時使用する場合に加熱ローラの軸方向に沿う温度分布を均一に保持する誘導加熱ローラ装置を提供することができる。
【００８８】
請求項４によれば、加熱ローラは、誘導コイル装置が接近している部位において発熱が集中するため、この発熱の集中部近傍を利用して被加熱体の加熱を行うことによって、加熱効率が向上して、省エネルギーになる誘導加熱ローラ装置を提供することができる。
【００８９】
請求項５によれば、請求項４の効果を有するとともに、定着性能が良好でトナー画像を高速で定着する定着装置を提供することができる。
【００９０】
請求項６および７によれば、請求項４の効果を有するとともに、より一層定着性能が良好でトナー画像を高速で定着する定着装置を提供することができる。
【００９１】
請求項８によれば、請求項１ないし５の効果を有するとともに、加熱ローラのウオームアップが誘導加熱により早くなるので、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】
【００９２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００９３】
図１ないし図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は誘導コイル装置および加熱ローラの一部切欠中央断面正面図、図３は誘導コイル装置および加熱ローラの横断面図、図４は加熱ローラおよび誘導コイル装置の位置、ならびに加熱ローラの温度分布の関係を説明する概念図、図５は誘導コイル装置の接続態様を示す回路図、図６は高周波電源の電源主回路部および周波数制御部を示す回路図、図７は出力回路および誘導コイル選択手段の回路図、図８は第１および第２の誘導コイルに投入される高周波電力と出力周波数の関係を示す周波数−高周波電力特性を概念的に示すグラフである。本実施の形態は、請求項１および２に準拠している。そして、誘導加熱ローラ装置は、加熱ローラＨＲ、誘導コイル装置ＩＣ、高周波電源ＨＦＳ、および誘導コイル選択手段ＰＡＭを備えて構成されている。また、加熱ローラＨＲは、図２に示すように、回転機構ＲＭを備え、これにより駆動されて回転する。以下、上記の構成要素ごとにその構成を詳細に説明する。
【００９４】
＜加熱ローラＨＲ＞    加熱ローラＨＲは、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、回転機構ＲＭ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。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の周回方向の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。
【００９５】
回転機構ＲＭは、加熱ローラＨＲを回転させるための機構であって、以下のように構成されている。すなわち、図２に示すように、第１の端部部材３Ａ、第２の端部部材３Ｂ、一対の軸受４、４、ベベルギア５、スプラインギア６およびモータ７を備えて構成されている。第１の端部部材３Ａは、キャップ部３ａ、駆動軸３ｂおよび尖端部３ｃからなる。キャップ部３ａは、加熱ローラＨＲの図２において左端に外側から嵌合するとともに、図示を省略している押しねじを用いて加熱ローラＨＲに固定することによって、加熱ローラＨＲの左端を支持している。駆動軸３ｂは、キャップ部３ａの外面の中央部から外方へ突出している。尖端部３ｃは、キャップ部３ａの内面の中央部からキャップ部３ａの内方へ突出している。第２の端部部材３Ｂは、リング部３ｄからなる。リング部３ｄは、加熱ローラＨＲの図２において右端に外側から嵌合するとともに、図示を省略している押しねじを用いて加熱ローラＨＲに固定することによって、加熱ローラＨＲの右端を支持している。一対の軸受４、４の一方は、第１の端部部材３Ａにおけるキャップ部３ａの外面を回転自在に支持する。また、他方は、第２の端部部材３Ｂの外面を回転自在に支持する。したがって、加熱ローラＨＲは、その両端に固定した第１および第２の端部部材３Ａ、３Ｂと、一対の軸受４、４とにより回転自在に支持されている。ベベルギア５は、第１の端板３Ａの駆動軸３ｂに装着されている。スプラインギア６は、ベベルギア５に噛合している。モータ７は、そのロータ軸がスプラインギア５に直結している。
【００９６】
＜誘導コイル装置ＩＣ＞    誘導コイル装置ＩＣは、第１および第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２からなり、加熱ローラＨＲの内部に同軸関係に配設されている。第１の誘導コイルＩＣ１は、図４および図５に示すように、加熱ローラＨＲの中間部の加熱領域Ａに対向して配設されている。これに対して、第２の誘導コイルＩＣ２は、図１では集合されているように示しているが、実際には図４および図５に示すように、第１の誘導コイルＩＣ１の両端に若干の絶縁距離を存して隣接するとともに、加熱ローラＨＲの両端部に分散した加熱領域Ｂに対向して配設されている。したがって、第２の誘導コイルＩＣ２は、加熱ローラＨＲの両端部に分散して配設されている。
【００９７】
また、第１および第２の誘導コイルＩＣ１およびＩＣ２は、図４および図５に示すように、それぞれ複数の単位誘導コイルＩＣＵ１、ＩＣＵ２を並列接続して構成され、加熱ローラＨＲの２次コイルｗｓにそれぞれ磁気結合している。そして、図５に示すように、第１および第２の誘導コイルＩＣ１およびＩＣ２、ならびに各単位誘導コイルＩＣＵ１、ＩＣＵ２のそれぞれにおいて、隣接するもの同士の巻き方向が互いに逆で、かつ、発生磁束が同一極性になるような関係に設定されている。なお、図５においては、単位誘導コイルＩＣＵ１、ＩＣＵ２のコイルターン数が便宜上同じに示されているが、実際は図４に示すように異なっている。また、第１の誘導コイルＩＣ１は、図４に示すように、並列接続された６つの単位誘導コイルＩＣＵ１からなる。各単位誘導コイルＩＣＵ１は、そのコイルターン数が２５〜３０の範囲にあり、例えば２５ターンに設定されている。なお、単位誘導コイルＩＣＵ１のコイルターン間および隣接する単位誘導コイルＩＣＵ１の間隔は、ともに例えば１ｍｍに設定されている。
【００９８】
これに対して、第２の誘導コイルＩＣ２、ＩＣ２は、それぞれ並列接続された３つの単位誘導コイルＩＣＵ２からなる。各単位誘導コイルＩＣＵ２は、そのコイルターン数が２９〜３５の範囲にあり、例えば２９ターンに設定されている。なお、各単位誘導コイルＩＣＵ２のコイルターン間および隣接する単位誘導コイル間の間隔は、ともに第１の誘導コイルＩＣ１におけるのと同様に例えば１ｍｍに設定されている。また、第１の誘導コイルＩＣ１と第２の誘導コイルＩＣ２との間の間隔ｓは、第１および第２の単位誘導コイルＩＣＵ１、ＩＣＵ２のコイルターン間の間隔より広い例えば４ｍｍに設定されている。
【００９９】
さらに、第１および第２の誘導コイルＩＣ１およびＩＣ２は、図２および図３に示すように、コイルボビン８に巻装されて、加熱ローラＨＲの軸方向に分散して配置されている。また、第１の誘導コイルＩＣ１は、給電リード線９ａ、９ｄ間に接続され、第２の誘導コイルＩＣ２は、２分割されていて、その一方が給電線９ｂ、９ｄ間に、他方が９ｃ、９ｄ間に、それぞれ接続している。４本の給電リード線９ａ〜９ｄは、誘導コイル選択手段ＰＡＭを経由して後述する高周波電源ＨＦＳの出力端に接続する。
【０１００】
コイルボビン８は、例えばフッ素樹脂製の円柱体からなり、凹部８ａ、支持部８ｂおよび通線溝８ｃを有している。凹部８ａは、コイルボビン８の先端中央に形成されていて、回転機構ＲＭに相対的に回転自在に係止している。支持部８ｂは、コイルボビン８の基端に形成されていて、図示しない固定部に固定される。通線溝８ｃは、コイルボビン８の外面の一部に軸方向に沿って樋状に形成されていて、内部に給電リード線９ａ〜９ｄを収納する。なお、給電リード線９ａ〜９ｄは、図３に示すように、通線溝１ｃ内に収納されて、コイルボビン８の基端側から外部へ導出されている。
【０１０１】
そうして、第１および第２の誘導コイルＩＣ１およびＩＣ２は、静止状態で使用され、給電リード線９ａ〜９ｄは通線溝１ｃ内に収納されて各誘導コイルＩＣ１ＩＣ２に接近しているので、磁束の鎖交が殆どないため、給電リード線９内には殆ど渦電流損が発生しない。
【０１０２】
一方、第１および第２の誘導コイルＩＣ１およびＩＣ２は、第２の端部部材３Ｂのリング部３ｄから加熱ローラＨＲの内部に挿入されていて、コイルボビン１の先端に形成された凹部１ａが第１の端板３Ａの尖端部３ｃに係合し、かつ、前述したように基端に形成した支持部１ｂが固定部に固定されることによって、加熱ローラＨＲと同軸関係に支持されるとともに、加熱ローラＨＲが回転しても静止状態を維持する。
【０１０３】
＜高周波電源ＨＦＳ＞    高周波電源ＨＦＳは、図１および図６に示すように、電源主回路部ＭＣ、出力回路ＯＣおよび周波数制御部ＦＣからなる。
【０１０４】
（電源主回路部ＭＣ）    電源主回路部ＭＣは、図６に示すように、低周波電源ＡＳ、直流電源ＲＤＣおよび高周波発生部ＨＦＩから構成されている。低周波交流電源ＡＳは、例えば１００Ｖ商用交流電源からなる。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。高周波発生部ＨＦＩは、高周波フィルタＨＦＦおよびハーフブリッジ形インバータ主回路ＨＢＩからなる。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。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。
【０１０５】
（出力回路ＯＣ）    出力回路ＯＣ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。そして、図５に示すように、線路に直列に挿入されたコンデンサＣｓｓおよびインダクタＬｓｓの直列回路と、この直列回路の後段において線路に並列接続されたインダクタＬｐｐおよびコンデンサＣｐｐの並列回路とからなる。
【０１０６】
また、出力回路ＯＣは、高周波電源ＨＦＳがスイッチング手段としてMOSFETを用いた直列共振方式のハーフブリッジ形インバータ主回路ＨＢＩ含んで構成されているので、MOSFETの出力容量Ｃｏｓｓの充放電電圧が０Ｖになるスイッチング手段のデッドタイムｄｔ中に出力電流Iを転流する負荷条件を異なる周波数で実現する定数をそれぞれの回路部品に設定して構成されている。
【０１０７】
さらに、出力回路は、その周波数−インピーダンス特性が周波数ｆ１、ｆ２のところに現れている２つの並列共振点と、それらの中間においてインピーダンスが極大になっている直列共振点とを有している。要するに、第１および第２の出力周波数ｆ１、ｆ２のときに出力回路ＯＣは、並列共振状態となる。
【０１０８】
さらにまた、出力回路ＯＣは、その周波数−位相特性が位相0°の通過点が３つある。周波数f１、ｆ２のところが所定位相角になっている２つの並列共振点と、それらの中間においてインピーダンスが極大になっている直列共振点とを有している。
【０１０９】
（周波数制御部ＦＣ）    周波数制御部ＦＣは、図４に示すように、発振器ＯＳＣおよび駆動信号発生回路ＤＣからなる。高周波発振器ＯＳＣは、発振周波数可変形であり、図示しない外部信号源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。
【０１１０】
＜誘導コイル選択手段ＰＡＭ＞    誘導コイル選択手段ＰＡＭは、図７に示すように、第１および第２の周波数弁別フィルタ手段Ｆ１、Ｆ２からなる。第１および第２の周波数弁別フィルタ手段Ｆ１、Ｆ２は、それぞれ接続する第１の誘導コイルＩＣ１に対して予め設定された周波数の高周波電力を選択的に通過させるためのフィルタ手段である。第１および第２の周波数弁別フィルタ手段Ｆ１、Ｆ２は、線路に直列接続したコンデンサＣＣ１、ＣＣ２と、線路に並列接続したコンデンサＣｐｐ１、Ｃｐｐ２と、第１および第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２から見た誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２および加熱ローラＨＲの等価インダクタンスＬｃ１、Ｌｃ２との直並列共振回路からなる。なお、誘導コイル側から見た誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２および加熱ローラＨＲの等価回路は、図７に示すように、インダクタンスＬｃ１、Ｌｃ２と、抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２との並列回路からなる。実際には、さらに分布容量が並列接続しているが、この分布容量は小さいので、コンデンサＣｐｐ１、Ｃｐｐ２の静電容量を分布容量より１桁以上大きい値にすれば、実際上無視して差し支えない。
【０１１１】
そうして、誘導コイル選択手段ＰＡＭの周波数−高周波電圧特性は、例えば図８に示すようになる。図において、曲線Ｆ１は第１の周波数弁別フィルタ手段Ｆ１の特性を示し、曲線Ｆ２は第２の周波数弁別フィルタ手段Ｆ２の特性を示している。したがって、周波数ｆ１のときには、第１の周波数弁別フィルタ手段Ｆ１は、Ｖａ１の高周波電圧を出力し、第２の周波数弁別フィルタ手段Ｆ２は、Ｖｂ１の高周波電圧を出力する。また、周波数ｆ２のときには、第１の周波数弁別フィルタ手段Ｆ１は、Ｖａ２の高周波電圧を出力し、第２の周波数弁別フィルタ手段Ｆ２は、Ｖｂ２の高周波電圧を出力する。
【０１１２】
＜誘導加熱ローラ装置の動作＞    低周波交流電源ＡＳの低周波交流電圧は、高周波電源ＨＦＳの電源主回路部ＭＣ内において、直流電源部ＲＤＣにより直流電圧に変換され、さらに高周波発生部ＨＦＩで高周波電圧に変換されて高周波電圧として出力される。この高周波出力電圧は、さらに出力回路ＯＣと、誘導コイル選択手段ＰＡＭとを経由して、静止状態の第１および第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２に印加される。
【０１１３】
加熱ローラＨＲの第１および第２の加熱領域Ａ、Ｂを同時に使用するために、第１および第２の加熱領域Ａ、Ｂを同一温度に加熱する場合、図示しない外部信号源が操作されて高周波電源ＨＦＳの高周波出力の出力周波数は、第１の周波数ｆ１に設定され、高周波電源ＨＦＳが作動する。このとき、図８に示すように、第１および第２の周波数弁別フィルタ手段Ｆ１、Ｆ２は、ともにそれらの周波数−高周波電圧特性が第１の周波数ｆ１の高周波出力電圧が等しい値、換言すれば０．５の割合で出力するように予め設定されているので、第１および第２の周波数弁別フィルタ手段Ｆ１、Ｆ２から出力される高周波出力電圧Ｖａ１およびＶａ２はともに等しい値になる。
【０１１４】
これに対して、第２の誘導コイルＩＣ２は、既述のようにその単位誘導コイルＩＣＵ２のコイルターン数が第１の誘導コイルＩＣ１における単位誘導コイルＩＣＵ１のそれより多く設定されているので、第２の誘導コイルＩＣ２に対して高周波電源ＨＦＳから投入される高周波電力Ｗｂ１は、第１の誘導コイルＩＣ１における高周波電力Ｗａ１より大きくなる。そのため、加熱ローラＨＲの軸方向に沿った熱消費量が均一であるとすれば、図４の点線で示すように第２の加熱領域Ｂの温度は、第１の加熱領域Ａの温度より高くなる。ところが、加熱ローラＨＲは、図２に示すように、その両端が軸受４、４により回転可能に支持されているので、第２の加熱領域Ｂに投入された熱が軸受４、４に奪われて、図４の実線に示すように、第１の加熱領域Ａの温度とほぼ同一になる。その結果、加熱ローラＨＲは、その軸方向に均一温度に加熱されるので、加熱領域Ａ、Ｂの長方にわたるサイズの被加熱体を均質に加熱することができる。
【０１１５】
次に、加熱ローラＨＲの中央部に位置する第１の加熱領域Ａのみを使用してサイズの小さい被加熱体を加熱する場合においても、加熱領域Ｂを保温しておくことにより、再び加熱領域Ｂを使用して被加熱体を加熱する際に、格別のウオーミングアップ時間を要することなく速やかに加熱処理を行うことができる。このようなときに加熱領域Ｂを保温するには、高周波電源ＨＦＳの出力周波数をｆ２に設定する。これにより、図８に示すように、誘導コイル選択手段ＰＡＭの第１の周波数弁別フィルタ手段Ｆ１は、相対的に高いＶａ２の高周波出力電圧を生じ、第２の周波数弁別フィルタ手段Ｆ２は、相対的に低いＶｂ２の高周波出力電圧を生じる。その結果、第１および第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２に投入される高周波電力は、約０．７：０．３の割合になり、第２の加熱領域Ｂは、被加熱体の加熱に使用される加熱領域Ａの温度と同程度に保温される。
【０１１６】
図９は、本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第２の形態を示す加熱ローラおよび誘導コイル装置の位置、ならびに加熱ローラの温度分布の関係を説明する概念図である。本形態は、請求項１および３に準拠している。なお、図４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。本形態は、中間部の加熱領域Ａを常時使用のために両端部より高い温度に加熱するように構成したものである。すなわち、加熱領域Ａに対向する誘導コイルＩＣ１は、その単位誘導コイルＩＣＵのコイルターン数が３０で、加熱領域Ｂに対向する誘導コイルＩＣ２の単位誘導コイルＩＣＵのコイルターン数２６より多くなっている。そして、高周波電源から各誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２に対してほぼ等しい高周波電圧を印加すると、その結果、加熱領域Ａの温度は、図９に示すように、加熱領域Ｂのそれより高くなる。本形態においては、加熱領域Ａのみを使用するような比較的サイズの小さな被加熱体と、加熱領域ＡおよびＢをともに使用する比較的サイズの大きな被加熱体とを混合して加熱するような使用の対応の場合に好適である。
【０１１７】
図１０は、本発明の定着装置を実施するための第１の形態を示す縦断面図である。図において、２１は誘導加熱ローラ装置、２２は加圧ローラ、２３は記録媒体、２４はトナー、２５は架台、ＩＣは誘導コイルである。本形態は、請求項５に準拠している。なお、誘導加熱ローラ装置２１は、図１ないし図９に示す各形態の誘導加熱ローラ装置を用いることができる。なお、誘導コイル装置ＩＣと加熱ローラＨＲとは、同軸関係に設定されている。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
図１１は、本発明の誘導コイル装置を実施するための第３の形態および本発明の定着装置を実施するための第２の形態を示す概念的要部断面図である。本形態は、請求項４ないし６に準拠している。図において、図１０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。本形態は、誘導コイル装置ＩＣが加熱ローラＨＲの軸に対してオフセンターになっている。そのため、誘導コイル装置ＩＣと加熱ローラＨＲとの間には最接近部ｓＡが形成される。そして、本形態において、当該最接近部ｓＡは、加圧ローラ２２に正対する位置に配置されている。なお、加熱ローラＨＲは、反時計方向へ回転しながら記録媒体２３の定着が行われる。
【０１２３】
そうして、最接近部ｓＡは、誘導コイル装置ＩＣが加熱ローラＨＲの内面に接近するため、両者の磁気結合が強くなり、その近傍に２次誘導電流が多く流れるので、点線により囲んだ加熱ローラＨＲの領域に高い温度上昇が得られる。その結果、より少ない高周波電力の投入でありながら、定着性能が向上する。
【０１２４】
図１２は、本発明の定着装置を実施するための第３の形態を示す概念的要部断面図である。図において、図１１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。本形態は、最接近部ｓＡが加熱ローラＨＲの回転方向の前方約４５°に位置している。
【０１２５】
そうして、最接近部ｓＡが加熱ローラＨＲの回転方向の前方に位置しているので、最接近部ｓＡで強く加熱された部位が直ぐ記録媒体２３の位置に来るので、記録媒体２３の加熱が効果的に行われる。
【０１２６】
図１３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の概念的断面図である。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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
定着装置３３は、図１０ないし１２のいずれかに示した構造を有し、記録媒体に付着したトナーを加熱溶融して熱定着する。
【０１３０】
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】
【０１３１】
【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】同じく誘導コイル装置および加熱ローラの一部切欠中央断面正面図
【図３】同じく誘導コイル装置および加熱ローラの横断面図
【図４】同じく加熱ローラおよび誘導コイル装置の位置、ならびに加熱ローラの温度分布の関係を説明する概念図
【図５】同じく誘導コイル装置の接続態様を示す回路図
【図６】同じく高周波電源の電源主回路部および周波数制御部を示す回路図
【図７】同じく出力回路および誘導コイル選択手段の回路図
【図８】同じく第１および第２の誘導コイルに投入される高周波電力と出力周波数の関係を示す周波数−高周波電力特性を概念的に示すグラフ
【図９】本発明の誘導加熱ローラ装置を実施するための第２の形態を示す加熱ローラおよび誘導コイル装置の位置、ならびに加熱ローラの温度分布の関係を説明する概念図
【図１０】本発明の定着装置を実施するための第１の形態を示す縦断面図
【図１１】本発明の誘導コイル装置を実施するための第３の形態および本発明の定着装置を実施するための第２の形態を示す概念的要部断面図
【図１２】本発明の定着装置を実施するための第３の形態を示す概念的要部断面図
【図１３】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の概念的断面図
【符号の説明】
【０１３２】
Ａ、Ｂ…加熱領域、ＨＲ…加熱ローラ、ＩＣ…誘導コイル装置、ＩＣ１…第１の誘導コイル、ＩＣ２…第２の誘導コイル、ＩＣＵ１、ＩＣＵ２…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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