(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置において記録部材を狭持搬送しながら加熱部材を用いて前記記録部材に画像を加熱定着する定着装置において、
前記加熱部材に沿うように配置され交番磁束を生成して前記加熱部材を電磁誘導加熱する励磁コイルと、
該励磁コイルにより生成した交番磁束の一部を周回し交番磁束を発生させる消磁コイルと、
該消磁コイルに接続され、かつ異なる静電容量を有する複数のコンデンサのいずれかに切り替える静電容量切替手段とを有し、
前記静電容量切替手段によって、前記コンデンサの静電容量Ｃが、
【数１】
0005311180.tif 000022
（但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数、Ｌは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。）を満たす前記コンデンサに切り替えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記静電容量切替手段によって、前記コンデンサの容量Ｃが、
【数２】
0005311180.tif 000023
（但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数、Ｌは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。）を満たす前記コンデンサに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記静電容量切替手段によって、前記コンデンサの容量Ｃが、
【数３】
0005311180.tif 000024
（但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数、Ｌは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。）を満たす前記コンデンサに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記静電容量切替手段によって、前記コンデンサの容量Ｃが、
【数４】
0005311180.tif 000025
（但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数、Ｌは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。）を満たす前記コンデンサに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
前記記録部材の材質、前記記録部材の横幅又は前記記録部材上の画像領域幅に応じて、前記静電容量切替手段によって前記コンデンサのいずれかに切り替えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
画像形成装置において記録部材を狭持搬送しながら加熱部材を用いて前記記録部材に画像を加熱定着する定着装置において、
前記加熱部材に沿うように配置され交番磁束を生成して前記加熱部材を電磁誘導加熱する励磁コイルと、
該励磁コイルにより生成した交番磁束の一部を周回し交番磁束を発生させる消磁コイルと、
該消磁コイルに接続された可変コンデンサの静電容量を可変する静電容量可変手段とを有し、
前記静電容量可変手段によって、前記可変コンデンサの静電容量Ｃを、
【数５】
0005311180.tif 000026
（但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数、Ｌは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。）を満たすように可変することを特徴とする定着装置。
【請求項７】
前記静電容量可変手段によって、前記可変コンデンサの容量Ｃを、
【数６】
0005311180.tif 000027
（但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数、Ｌは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。）を満たすように可変することを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】
前記静電容量可変手段によって、前記可変コンデンサの容量Ｃを、
【数７】
0005311180.tif 000028
（但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数、Ｌは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。）を満たすように可変することを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項９】
前記静電容量可変手段によって、前記可変コンデンサの容量Ｃを、
【数８】
0005311180.tif 000029
（但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数、Ｌは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。）を満たすように可変することを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記記録部材の材質、前記記録部材の横幅又は前記記録部材上の画像領域幅に応じて、前記静電容量可変手段によって前記可変コンデンサの静電容量を可変することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の定着装置を備え、記録部材に画像形成す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】
本発明は定着装置及び画像形成装置に関し、詳細には電磁誘導加熱方式で定着ローラを加熱し、その定着ローラの発熱で記録媒体に画像を定着させる定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ＦＡＸ等は、普通紙やＯＨＰ等の記録部材上に画像を形成する工程を有する。記録部材上に画像を形成する工程としては、様々な画像記録方式が実現されているが、その中でも高速性、画像品質、コストなどから、上記の機器に広く採用されているのが電子写真方式である。電子写真方式の複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置の現像、転写部に於いては、電子情報や光情報である画像情報から潜像を形成し、顔料を含む熱可塑性の樹脂等よりなるトナー（顕画剤）を用いて現像し、記録部材上に直接方式又は間接（転写）方式で転写してトナー画像とする。定着装置は、この記録部材上に転写されたトナー画像を記録部材上に永久固着画像として加熱定着処理をする装置である。このような定着装置の定着方式としては、高速性、安全性等の面からヒートローラ方式が現在最も多く採用されている。
【０００３】
ヒートローラ方式とは、熱源により加熱される加熱ローラ（以下定着ローラと称す）と、これに対向配置される加圧ローラを圧接してニップ部と呼ばれる相互圧接部を形成し、両ローラ間にシート状の記録部材を通過させて、記録部材上のトナーを加熱定着する方式である。熱源にはハロゲンランプを使用し、ハロゲンランプを定着ローラに内蔵させ定着ローラを内部から加熱して、定着ローラ表面の温度を定着に適当な温度に加熱するものが一般的であった。しかしながら、ハロゲンランプを使用するヒートローラ方式は、定着ローラの小熱容量化（薄肉化）に限界があることと、ハロゲンヒータ自体の立ち上がりの遅さから立上時間が遅いという課題があった。
【０００４】
そこで、近年では定着ローラを加熱する手段として、電磁誘導加熱方式の利用が検討されている。これは導電層を有する定着ローラに磁界発生手段によって発生させた交番磁界により渦電流を発生させて電磁誘導加熱を行うものである。この電磁誘導加熱方式は、加熱対象である定着ローラ表面層を直接加熱することができるため、ハロゲンヒータに比べて加熱の立ち上がりが速く、運転開始時の待ち時間が短くて済む。また、熱供給速度が速いので画像形成装置の高速運転にも追随できる。
【０００５】
例えば、特許文献１によれば、電磁誘導加熱方式による定着ローラを内側から外側に順に、支持層（芯金）、スポンジ層（発泡体層）、電磁誘導発熱性層、弾性層、離型層の５層から構成しており、これにより、発熱層で発生した熱量をスポンジ層により断熱して、定着ローラ表層側の弾性層及び離型層を迅速に加熱することができる。この構成により定着ローラ表面が定着に必要な温度に迅速に到達するとともに、紙等の記録媒体に熱が奪われても、熱の供給が迅速に行われるため、ハロゲンランプを使用するよりも高速運転が可能である。
【０００６】
電磁誘導加熱方式には、発熱部材である電磁誘導発熱性層が薄いため、ベルト加熱方式同様、定着ローラの長手方向の温度分布を制御することが難しいという課題がある。定着装置には、小サイズの記録媒体を連続的に定着する場合に、定着ローラの一部又は全部に過昇温が生じることがあった。一般的な画像形成装置は、幅方向のサイズが異なる数種類の記録媒体に対して、画像形成ができるように構成されている。ここで、幅方向サイズの異なる記録媒体とは、ＪＩＳ寸法のＡ列やＢ列における種々の定形サイズの記録媒体の他に、不定形サイズの記録媒体も含まれる。また、同一サイズ（例えば、Ａ４サイズ）の記録媒体であっても、長手方向を搬送方向にした場合と、短手方向（長手方向に直交する方向）を搬送方向にした場合とでは、幅方向サイズの異なる記録媒体を扱っていることになる。このような幅方向サイズの異なる記録媒体を定着装置で定着する場合には、記録媒体の幅方向サイズに応じて、定着部材の幅方向の熱分布が変動して、温度ムラが生じてしまう場合があった。例えば、幅方向サイズの小さな記録媒体を通紙して定着する場合には、その記録媒体の幅方向サイズに対応する定着ローラの位置（通紙領域）では熱が多く奪われて、その他の位置（非通紙領域）に比べて定着温度が低くなる。このような現象は、幅方向サイズの小さな記録媒体を連続的に通紙するような場合に、特に顕著になる。
【０００７】
そこで、常に通紙領域となる定着ローラの幅方向中央部の定着温度を基準として定着ローラの幅方向全域の定着温度を制御しようとすると、定着ローラの幅方向中央部の定着温度は所望の温度に制御できるものの、幅方向両端部の定着温度が上昇（過昇温）してしまうことになる。このように、定着ローラの幅方向両端部の定着温度が上昇した状態で、幅方向サイズの大きな記録媒体を定着すると、温度上昇位置に対応した記録媒体上にホットオフセットが発生してしまう。さらに、幅方向両端部の定着温度が定着ローラの耐熱温度を超えた場合には、定着ローラに熱的破損が生じることも考えられる。これに対して、定着ローラの幅方向両端部の定着温度を基準として定着部材の幅方向全域の定着温度を制御しようとすると、定着ローラの幅方向両端部の定着温度は所望の温度に制御できるものの、幅方向中央部の定着温度が下降してしまうことになる。このように、定着部材の幅方向中央部の定着温度が下降した状態で記録媒体を定着すると、温度下降位置に対応した記録媒体上にコールドオフセットが発生してしまう。
【０００８】
この課題に対して、従来のハロゲンヒータを加熱源としている定着装置では、配光分布を中央部と端部に分けた複数本のヒータを使用してそれぞれに制御することにより、定着ローラの温度制御を行ってきた。しかし、コイルから発生する磁束により対象を加熱する電磁誘導加熱方式では、ハロゲンヒータのように中央部を加熱するコイルと端部を加熱するコイルを別々に配置する方法では、装置のコスト高やコイル同士の干渉等多くの問題があり現実的には困難であった。
【０００９】
そこで、消磁用二次コイルを利用する方法が特許文献２〜４に提案されている。これは、電磁誘導加熱を行う励磁コイルのほかに「消磁用二次コイル」を非通紙領域に対応した位置に設置し、励磁コイルが発生する磁束変化によって発生する消磁用二次コイルの誘導起電力と誘導電流によって非通紙領域の磁束を低減することで過昇温を防止する方法である。発熱を抑制する時は、リレー及びＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング回路によって消磁用二次コイル部を閉回路として電流を発生させる。発熱を抑制しない時には、スイッチング回路によって消磁コイル部を開として、コイルとして機能させないため消磁用磁束を発生させない。このスイッチの開閉によって発熱を制御する。
【００１０】
詳細に説明すると、加熱ローラの内部に、シートの幅方向に延在し３分割された磁性コアと、この磁性コアの周りで加熱ローラの内側に沿うように層状に巻回された励磁コイルを設けるとともに、励磁コイルの層に対して垂直な方向に延在する磁性コアの両端の周りをそれぞれ巻回する消磁コイル（キャンセルコイル）を設置する。最大幅のシート（記録部材）を定着するときは、スイッチング回路によって消磁コイルが開にされて機能しない。よって、最大幅のシートの全域について定着を良好に行うことができる。最大幅のシートよりも小さい幅のシートを定着するときは、スイッチング回路によって消磁コイルが閉じられる。その結果、シートの幅方向に関して加熱ローラの端部では、励磁コイルによる磁束変化が加熱ローラでの誘導電流（渦電流）だけでなく消磁コイルでの逆起電力（それに伴う電流）をも生じさせる。したがって、加熱ローラの端部の温度上昇が抑えられる。
【特許文献１】特開２０００−２１４７０２号公報
【特許文献２】特開２００１−６０４９０号公報
【特許文献３】特開２００１−１３５４７０号公報
【特許文献４】特許第３，９３３，１１６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献２〜４のような、消磁コイルを利用したヒートローラ方式の誘導加熱定着によれば、励磁コイルと消磁コイルの磁束経路には空間があるため漏洩磁束は避けられないため十分な消磁効果を得ることができない。また、消磁効果を大きくするためには、消磁コイルの巻き数を増やしたり、消磁コイル自体を大きくしたりという方法があるが加熱装置が大きくなってしまう。更に、励磁コイルと消磁コイルの磁束路にコアを設置して磁気的な結合を高める方法があるが加熱装置の構造が複雑になってしまう。
【００１２】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を制御可能な電磁誘導加熱方式の定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記問題点を解決するために、画像形成装置において記録部材を狭持搬送しながら加熱部材を用いて前記記録部材に画像を加熱定着する、本発明の定着装置は、加熱部材に沿うように配置され交番磁束を生成して加熱部材を電磁誘導加熱する励磁コイルと、該励磁コイルにより生成した交番磁束の一部を周回し交番磁束を発生させる消磁コイルと、該消磁コイルに接続され、かつ異なる静電容量を有する複数のコンデンサのいずれかに切り替える静電容量切替手段とを有し、静電容量切替手段によって、コンデンサの静電容量Ｃが、
【数１】
0005311180.tif 000002
（但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数、Ｌは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。）を満たす前記コンデンサに切り替えることに特徴がある。よって、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を制御可能な電磁誘導加熱方式の定着装置を提供することができる。
【００１７】
更に、静電容量切替手段によって、コンデンサの静電容量Ｃが、
【数２】
0005311180.tif 000003
（但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数、Ｌは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。）を満たすコンデンサに切り替える。よって、副誘導コイルに、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を持たせることで、非通紙部昇温を確実に防止できる。
【００２０】
また、静電容量切替手段によって、コンデンサの静電容量Ｃが、
【数３】
0005311180.tif 000004
（但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数、Ｌは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。）を満たすコンデンサに切り替える。よって、副誘導コイルに、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を持たせることで、非通紙部昇温を確実に防止できる。
【００２２】
また、記録部材の材質、記録部材の横幅又は記録部材上の画像領域幅に応じて、静電容量切替手段によってコンデンサのいずれかに切り替える。
【００２３】
本発明の定着装置は、画像形成装置において記録部材を狭持搬送しながら加熱部材を用いて前記記録部材に画像を加熱定着する定着装置において、加熱部材に沿うように配置され交番磁束を生成して加熱部材を電磁誘導加熱する励磁コイルと、該励磁コイルにより生成した交番磁束の一部を周回し交番磁束を発生させる消磁コイルと、該消磁コイルに接続された可変コンデンサの静電容量を可変する静電容量可変手段とを有し、静電容量可変手段によって、可変コンデンサの静電容量Ｃを、
【数４】
0005311180.tif 000005
（但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数、Ｌは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。）を満たすように可変することに特徴がある。よって、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を制御可能な電磁誘導加熱方式の定着装置を提供することができる。
【００２６】
また、静電容量可変手段によって、可変コンデンサの容量Ｃを、
【数５】
0005311180.tif 000006
（但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数、Ｌは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。）を満たすように可変する。よって、副誘導コイルに、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を持たせることで、非通紙部昇温を確実に防止できる。
【００２９】
更に、静電容量可変手段によって、可変コンデンサの容量Ｃを、
【数６】
0005311180.tif 000007
（但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数、Ｌは消磁コイルのインダクタンス、πは円周率である。）を満たすように可変する。よって、副誘導コイルに、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を持たせることで、非通紙部昇温を確実に防止できる。
【００３２】
また、記録部材の材質、記録部材の横幅又は記録部材上の画像領域幅に応じて、静電容量可変手段によって可変コンデンサの静電容量を可変する。よって、異なる横幅の記録部材が不連続に通紙されても、又は記録部材上の画像領域幅の画像が異なる記録部材が通紙されても、端部の過昇温を確実に防止でき、かつ記録部材の横幅又は記録部材上の画像領域幅に応じた定着温度分布を適切に制御できる。
【００３５】
更に、別の発明としての画像形成装置は、上記定着装置を備え、記録部材に画像形成することに特徴がある。よって、定着効率を向上でき、高画質な画像形成が可能となる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の定着装置によれば、消磁コイルに接続されるコンデンサの静電容量を設定し、励磁コイル、消磁コイル及びコンデンサで構成する副誘導回路のインピーダンスが低くして消磁コイルに大きな電流を流すことにより、励磁コイルによる加熱部材の電磁誘導加熱を抑制する効果を制御可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
図１は本発明の定着装置の構成を示す断面図である。図２は本発明の定着装置のコイルの配置を示す図である。なお、図１は本発明の定着装置の定着ローラの軸に垂直な断面を示しており、図２における定着ローラ２の端部に近い磁性コア５ｂの存在している部分の断面図である。また、図２では、説明の都合上、磁性コア５のうち、磁性コア５ａ，５ｃは省略して、コイルの巻き線の無い位置に配置されている磁性コア５ｂ，５ｄのみを図示してある。また、定着ローラ２は、コイルの真下にあり、コイルと重ねて示すべきであるが見難いので、下方にずらして示している。
【００３８】
図１に示すように、本発明の定着装置１０は、後述する励磁コイル３により発生した磁束の周回路上に配置された消磁コイルに相当する副誘導コイル１と、加熱部材である定着ローラ２と、磁界発生手段である励磁コイル３と、定着ローラ２とニップ領域を形成する加圧ローラ４と、励磁コイル３に交番電流を印加することにより発生した磁界を外部に漏らさないようにする磁性コア５とを含んで構成されている。
【００３９】
本発明の定着装置１０においては、図２に示すように、定着ローラ２は外径４０ｍｍで、長さが３２０ｍｍとし、最大でＡ３サイズ（幅：２９７ｍｍ）の用紙を加熱定着できる。励磁コイル３により発生した磁界が定着ローラ２の表面層である発熱層２１を誘導加熱する。記録部材６は定着ローラ２と加圧ローラ４とで構成するニップ領域を通過することにより加圧されながら、定着ローラ２から熱を与えられ記録部材６上のトナーが記録部材６に加熱定着される。Ａ４サイズ（幅：２１０ｍｍ）の用紙など定着ローラ２の幅より狭い幅の用紙を加熱定着するときは、図２に示すように、Ａ４サイズの用紙の中央部を定着ローラ２の中央部に合わせて使用するようになっている。
【００４０】
また、励磁コイル３は、表面を絶縁した外径０．１５ｍｍの銅製の線材を９０本束ねた線束からなっており、図２に示すように、定着ローラ２の回転軸方向に延伸、定着ローラ２に沿うように１０回周回している。この励磁コイル３は、図示していないが、磁界発生のための交番電流を供給する電源に接続されている。励磁コイル３には、図２からもわかるように、線束が定着ローラ２の回転軸方向と平行かつ直線になっている直線部と、定着ローラ２の端部に臨む付近で半円状に曲がっている湾曲部が存在する。直線部と湾曲部では発生する磁界の強さが異なるため、励磁コイル３の直線方向の長さは、直線部が定着ローラ２の長さと略一致するか少し長めとして湾曲部の影響を小さくしている。これは定着ローラ２の回転軸方向の発熱を均一にするためである。
【００４１】
更に、副誘導コイル１は、励磁コイル３に使用している線束と同一の線束を使用し、図１，２に示すように、定着ローラ２の両端部付近に臨むように配置されている。本発明では、定着ローラ２の中心から軸方向に沿っておよそ１０５ｍｍより端部側を囲むように励磁コイル３に沿って磁性コア５ｂを囲むように配置されている。これは、追って詳しく説明するが、Ａ４サイズの用紙を定着する際に、副誘導コイル１が効率的に定着ローラ２の端部の非通紙領域を消磁するためである。副誘導コイル１は、それぞれ定着ローラ２表面に沿うように励磁コイル３より少ない６回周回している。副誘導コイル１は、励磁コイル３同様、発熱層２１を臨む位置に配置されており、励磁コイル３の周回部内側、かつ定着ローラ２側に設置して加熱装置全体の大きさを小さくしてある。なお、副誘導コイル１は、図１に示す構成の一例の他に、図３の（ａ）に示すように励磁コイル３と発熱層２１との間に、もしくは図３の（ｂ）に示すように励磁コイル３と磁性コア５ａとの間に積層させるように形成しても良いが、副誘導コイル、励磁コイルの形状、配置によってのみから鑑み、副誘導コイルの消磁性能は、図３の（ａ）に示す構成や配置、図３の（ｂ）に示す構成や配置、図１に示す構成や配置、の順に高くが、本実施の形態では後述する副誘導コイルに接続するコンデンサにより消磁性能を向上させることが可能となるため、副誘導コイルが励磁コイルにより生成した交番磁束の一部を周回する位置にあれば、どのような構成であっても良い。
【００４２】
また、磁性コア５は、図１及び図２に示すように、定着ローラ２の発熱層２１のおよそ半周面に対向するように励磁コイル３の背後に配置される第１の磁性コア５ａと、第１の磁性コア５ａから副誘導コイル１の中央部に伸びている第２の磁性コア５ｂと、励磁コイル３のみの中央部に伸びている第３の磁性コア５ｄと、第１の磁性コア５ａの端部で励磁コイル３を囲むように配置されている第４の磁性コア５ｃとからなっている。これらの磁性コア５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、磁束を効率よく定着ローラ２の発熱層２１に到達させるためのものであり、強磁性体で電気抵抗率の高い素材からなるものが望ましく、具体的な素材としてはフェライトやパーマロイ等が挙げられる。なお、図１では明確に示していないが、磁性コア５ａは、湾曲した板状対でもよく、湾曲した棒状体が複数本簀の子状に配置された形状でもよい。
【００４３】
図４は本発明の定着装置における副誘導回路を示す回路図である。同図に示す本発明の定着装置における誘導用回路は、副誘導コイル１、スイッチ１１及び副誘導コイル１の交番磁束の発生方向を切り替える静電容量切替手段１２を含んで構成されている。本発明の定着装置では、スイッチ１１としてメカニカルリレーを用いているが、この他、トライアック、ＦＥＴ及びＩＧＢＴなどを利用することもでき、外部磁界の変動に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子を設置し、任意のタイミングでの磁気印加もしくは励磁コイルの発生磁界により副誘導コイルの電流を変化させる構成など、副誘導回路の開閉を切り替えることができればどのようなものでもよい。静電容量切替手段１２は、副誘導コイル１の交番磁束の発生方向を切り替えるために、後述するように異なる静電容量の複数のコンデンサのいずれかに切り替えたり、可変コンデンサの静電容量を可変して、励磁コイル３によって発生する起電力による誘導電流の大きさや、交番電流の位相の波形や、副誘導回路における励磁コイル３の交番電流との共振挙動を調整するものである。本発明の定着装置における静電容量切替手段１２の一例としては、図５に示すように、異なる所定の静電容量を有する２つのコンデンサ１２−１，１２−２と、いずれかのコンデンサ１２−１，１２−２を切り替えるスイッチ１２−３とを具備している。また、静電容量切替手段１２の他の例としては、図６に示すように、可変コンデンサ１２−４で構成され、当該可変コンデンサ１２−４の静電容量を可変する。
【００４４】
また、本実施の形態の定着装置１０における加熱部材である定着ローラ２は、図１及び図２に示すように、回転軸方向の長さが３２０ｍｍ、外径４０ｍｍで、発熱部材の表面に形成された離型層、発熱部材本体である導電性の発熱層２１、弾性層２２、芯金層２３から構成されている。各層の位置関係は図１に示すように、離型層、発熱層２１、弾性層２２、芯金層２３の順になっており、ハロゲンランプのヒートローラとは異なっている。なお、図１では離型層は発熱層２１と一体のものとして示している。
【００４５】
そして、発熱層２１は、交番磁界により渦電流が発生しやすく電磁誘導加熱に適した良電導性、良伝熱性の金属部材で構成される。電磁誘導加熱に適した金属としては一般的には高抵抗のものが知られているが、低抵抗であっても良伝熱性の金属部材を薄層化することにより、発熱層２１の実質的な抵抗値を任意に設定することができ発熱量を調整することができる。本実施の形態では発熱層２１には、１０μｍの厚さの銅を５０μｍの厚さの非磁性ステンレス層にメッキ処理した構成を使用した。発熱層２１は良電導性、良伝熱性であれば良いので、銀，アルミニウム，マグネシウム等、もしくは磁性体であるニッケルや磁性ステンレス等の他の金属層を用いても良い。
【００４６】
また、定着ローラ２の最外層である発熱層２１表面には、図１には明示していないが、記録部材上のトナーが付着しないように離型層が形成されている。離型層はＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂、これらの樹脂の混合物、又は、これらの樹脂を耐熱性樹脂に分散させたものを用いればよい。離型層の層厚は、５〜５０μｍ（好ましくは、１０〜３０μｍ）に形成される。これにより、定着ローラ２上を通過する記録部材やトナー離型性が向上する。
【００４７】
更に、弾性層２２にはフッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム等の弾性体を使用する。弾性層２２により、ニップ領域の幅を増やし、その硬度の調整で排紙方向を制御し、記録部材の分離性能を向上できる。弾性層２２はスポンジゴムにすることで定着ローラ２の内側への伝熱を抑止して発熱層２１の熱を断熱保持し、定着ローラ２の表層を迅速に加熱して定着に必要な温度まで迅速に到達させ、記録部材６に熱が奪われても熱供給をスムーズに行う。本実施の形態では弾性層２２には厚さ７ｍｍの発泡シリコンゴムを使用した。
【００４８】
また、芯金層２３は、定着ローラ２全体の支持体であり、ニップ領域を形成するための荷重に対する剛性を確保するため、鉄やアルミなどの金属を使用する。また、非磁性ステンレスやセラミック等の非磁性、又は絶縁性の材料で芯金層を構成し、誘導加熱に影響を与えない構成とすることも可能で好ましい。本実施の形態では外径２２ｍｍで厚さ２．０ｍｍの非磁性ステンレスであるＳＵＳ３０４を使用し、誘導加熱のエネルギーを損失無く発熱層に集中させられる。
【００４９】
次に、このような構成を有する本実施の形態の定着装置の動作について以下に説明する。励磁コイル３に１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度の高周波交番電流を流すことで、励磁コイル３のループ内に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。これにより発熱層２１に生じる渦電流でジュール熱が発生し、発熱層２１の表面が加熱される。定着ローラ２は、図１中の矢印方向に駆動され回転する。同時に加圧ローラ４もニップ部において定着ローラ２と圧接しながら回転する。このニップ部にトナー像が未定着のまま付着している記録部材６が搬送されてきて、ニップ部で圧接されながら定着ローラ２の反対側に搬送されていく。この際、定着ローラ２の発熱層２１の表面の熱により、搬送される記録部材６上のトナーを加熱圧着して、トナー像を記録部材６上に定着する。
【００５０】
そして、定着ローラ２の表層部の発熱層２１で発生した熱は弾性層２２により断熱保持されるため、薄層である表層部の温度は迅速に昇温して、定着装置の立上特性が非常に良好となる。立上特性は定着ローラ２がトナーを定着するのに必要な温度までの昇温時間の短さを言い、昇温時間が短いほどユーザにとって使いやすい画像形成装置となる。本実施の形態では立上に必要な定着設定温度は、１７０℃であり、１２００Ｗの加熱電力を投入した際の立上時間は１０秒であった。
【００５１】
次に、副誘導コイルにより定着ローラ非通紙部の過昇温を抑制するメカニズムについて説明する。図７は図１の誘導加熱に関する部分を抜き出した加熱調節原理を説明する図である。図７の（ａ）は、副誘導コイル１を含む副誘導回路がオープン状態、すなわちスイッチ１１が開である場合の磁束Ａの様子を矢印で表す。励磁コイル３により発生する磁束Ａは、磁性コア５を経路として発熱層２１を通り、再び磁性コア５に戻る。この時、磁束Ａは発熱層２１を通過する磁気回路を形成する。そのため発熱層２１に誘導電流が流れて発熱層２１はジュール熱により発熱する。このとき副誘導コイル１を含む副誘導回路は電気的にオープンであるため、起電力は発生するがこれによる電流が流れず、励磁コイル３の磁束を打ち消すことがないため、副誘導コイル１がない領域と同じ加熱を行っていることになる。
【００５２】
図７の（ｂ）は副誘導コイルがショートの状態、すなわちスイッチ１１が閉である場合の磁束の様子を表す。励磁コイル３により発生する磁束Ａは、副誘導コイル１から発生する逆向きの磁束Ｂにより打ち消されて、その分弱い磁束となる。励磁コイル３から発生した磁束は大部分が副誘導コイル１を貫くため、誘導用二次コイル部には逆起電力が発生するとともにスイッチ１１が閉のため電流が流れて、励磁コイル３の磁束Ａを打ち消す方向に発生した磁束Ｂにより、発熱層２１を誘導加熱する磁束は非常に弱いものとなる。このため、発熱層２１の副誘導コイル１を臨む位置には、磁束に見合った弱い誘導電流が流れて、発熱層２１のジュール熱による発熱は小さいものとなる。この場合、詳しくは後述するが、励磁コイル３を含む励磁回路に配置されている誘導電流調整装置であるコンデンサ１２により発熱層２１のジュール熱による発熱は調整できる。
【００５３】
定着装置に導入する記録部材の幅がＡ３サイズの場合は、図７の（ａ）のように副誘導コイル１を作動させないで、定着ローラ２の端部まで十分発熱させ、Ａ３サイズの記録部材による吸熱に対応させ、Ａ４サイズの場合は図７の（ｂ）に示すように副誘導回路を閉として副誘導コイル１を作動さて、定着ローラ２の端部は発熱を抑えるようにすればよい。
【００５４】
更に、図８を用いて詳細に説明する。図８の（ａ）は、副誘導コイル１のない加熱ローラ中央部分の断面における磁束を示しており、励磁コイル３が常に作動している。図８の（ａ）では励磁コイル３により７本の磁束Ａ（実線の磁束）が発生し、発熱層２１に渦電流を誘導しジュール熱を生じている。一方、図８の（ｂ）〜（ｄ）においては、副誘導コイル１が作動して、励磁コイル３により発生した７本の磁束Ａのうち３本の磁束が、副誘導コイル１により発生した３本の磁束（点線の磁束）で消去されている。このため、この領域の発熱層２１は、４本の磁束Ａに相当する渦電流を誘導しジュール熱を生じているだけである。
【００５５】
次に、図５の副誘導コイルに接続するコンデンサの静電容量について説明する。図５の副誘導コイル１に接続するコンデンサの静電容量により、副誘導コイル１の発熱抑制効果は大きく変化する。ここで、図９に、以下に示す発熱抑制効果ηを求める算出式に基づく誘導加熱シミュレーションにより計算したコンデンサの容量が発熱抑制効果に与える影響を示す。図９の（ａ），（ｂ）は同じ結果を示しているが縦軸、横軸のスケールが異なる。横軸はコンデンサの静電容量であり、縦軸は、発熱抑制効果η（＝｛（コンデンサを接続した際の発熱抑制率）／（コンデンサを接続しなかった際の発熱抑制率）｝×１００［％］）を表わしている。すなわち、発熱抑制効果ηとは、コンデンサを接続しなかった場合の副誘導コイル１の発熱抑制率を１００とし、各静電容量を持つコンデンサを接続した場合の発熱抑制率の大きさを表したものである。また、発熱抑制率とは、以下の式で表される値で、副誘導コイル１が開(ｏｆｆ)の状態から閉(ｏｎ)の状態になることにより、低下する発熱量の割合を示す値である。Ｑｏｆｆは副誘導コイル１が開の状態の発熱量、Ｑｏｎは副誘導コイル１が閉の状態の発熱量である。
【００５６】
【数７】
0005311180.tif 000008
【００５７】
図９からわかるように、縦軸の値が１００％以上である、すなわち副誘導コイル１の発熱抑制効果が向上するコンデンサの静電容量と、縦軸の値が１００％未満である、すなわち副誘導コイル１の発熱抑制効果が減少するコンデンサの静電容量と、縦軸の値が負の値である、すなわち副誘導コイル１が加熱部材の発熱を促進させるコンデンサの静電容量が存在する。
【００５８】
また、図９の（ａ）を見ると、コンデンサの静電容量が１μＦよりも小さい範囲では、発熱抑制効果ηがほぼ０％であり、コンデンサ１２を接続することで、副誘導コイル１が本来有していた発熱抑制効果が失われていることがわかる。更に、コンデンサの静電容量が１μＦより大きく可変されると徐々に発熱抑制効果ηが負の値になり、副誘導コイル１が加熱部材の発熱を促進していることがわかる。そして、副誘導コイル１による加熱部材の発熱の促進は４．８μＦでピークとなり、徐々に低下していくが、コンデンサの静電容量が６．６μＦまで可変されると、発熱が促進される。また、副誘導コイル１の発熱抑制効果ηが１００％以上になるコンデンサの静電容量は、図９の（ｂ）よりコンデンサの静電容量が８．０μＦ以上である場合である。発熱抑制効果は８．０μＦの時に１１０％、コンデンサの静電容量が１０．０μＦで約１３０％とピークとなり、そこからコンデンサの静電容量が大きく可変されると徐々に発熱抑制効果は１００％に近づいていく。
【００５９】
この結果により、副誘導コイル１に接続するコンデンサを適切な静電容量を有するコンデンサに切り換えることにより、あるいは副誘導コイル１に接続する可変コンデンサの静電容量を可変設定することにより、副誘導コイル１の発熱抑制効果は大きく変化し、副誘導コイル１により加熱部材の発熱を抑制するためには適切な静電容量を設定しなければならないことがわかる。このように、副誘導コイル１が発熱を抑制するコンデンサの静電容量は、副誘導コイル１のインダクタンスと関係がある。また、副誘導コイル１にコンデンサを接続すると発熱抑制効果が向上する原因の一つは、副誘導回路のインピーダンスが小さくなることにある。
【００６０】
図４〜図６に示す副誘導回路の等価回路より、副誘導回路のインピーダンスは、次の式で表される。
【００６１】
【数８】
0005311180.tif 000009
【００６２】
但し、Ｒは直流抵抗成分（副誘導コイルの導線の抵抗）、Ｌは副誘導コイル１のインダクタンス、Ｃはコンデンサの静電容量、ｆは交番電流の周波数、ＸＬは誘導リアクタンス、ＸＣは容量リアクタンスである。
【００６３】
従って、｜ＸＬ−ＸＣ｜＜ＸＬとなるコンデンサを接続することにより、副誘導回路のインピーダンスが低くなり、副誘導コイル１に大きな電流を流すことができる。すなわち、コンデンサの静電容量Ｃは少なくとも
【００６４】
【数９】
0005311180.tif 000010
【００６５】
になるように設定しなければならない。本実施の形態の副誘導コイル１のインダクタンスは、定着装置に組み付け、励磁コイル３を電気的にオープンにした状態で測定したところ、８．５μＨであることから、コンデンサの静電容量を少なくとも２．３８μＦ以上に設定することで副誘導コイルに流れる電流を大きくすることができる。
【００６６】
従って、図７の（ａ）において、コンデンサの静電容量Ｃが、
【００６７】
【数１０】
0005311180.tif 000011
【００６８】
により算出され、２．３８μＦよりも小さい範囲では、副誘導回路のインピーダンスがコンデンサを接続していない時よりも大きいので、発熱抑制効果ηが向上しない。
【００６９】
しかしながら、図９の（ａ）よりわかるように、Ｃ＞２．３８μＦであっても、発熱抑制効果が向上せず、加熱部材の発熱を促進するコンデンサの静電容量の領域が存在する。これは、励磁コイルの電流と副誘導コイルの電流の位相差が原因であると考えられる。
【００７０】
図１０は励磁コイル及び副誘導コイルにおける交番電流・交番電圧のベクトル図である。図１０の（ａ）は副誘導コイルにコンデンサが接続していない場合の励磁コイル及び副誘導コイルにおける交番電流・交番電圧のベクトル図であり、図１０の（ｂ）は副誘導コイルにコンデンサを接続した場合の励磁コイル及び副誘導コイルにおける交番電流・交番電圧のベクトル図である。
【００７１】
先ず、励磁コイルに流れる電流Imainは励磁コイルに印加される電圧、すなわち高周波電源の電圧Vmainに対して位相が約９０°遅れている。実際には、コイル自身や加熱部材の抵抗成分により９０°よりも、少し小さい位相の遅れとなる。そして、副誘導コイルに発生する逆起電力は、励磁コイルの磁束を打ち消す方向に発生するので、副誘導コイルに発生する電圧VsubはVmainから１８０°位相が遅れ、副誘導コイルに流れる電流IsubはVsubより９０°、Imainからは１８０°それぞれ位相が遅れることになる。コンデンサの静電容量Ｃが、
【００７２】
【数１１】
0005311180.tif 000012
【００７３】
を満たすように、副誘導コイル１に接続するコンデンサを適切な静電容量を有するコンデンサに切り換えることにより、あるいは副誘導コイル１に接続する可変コンデンサの静電容量を可変設定することにより、副誘導コイルに流れる電流は、コンデンサを接続していない場合より大きくなる。一方でコンデンサは電流の位相を起電圧の位相に対して進める効果も有している。
【００７４】
従って、図１０の（ｂ）に示すように、副誘導コイルに接続するコンデンサの静電容量により、副誘導コイルの電流はIsubA、IsubBのように、コンデンサを接続していない状態の副誘導コイルの電流Isubよりも位相が進むことになる。
【００７５】
副誘導コイルの電流にIsubAのような電流が流れた場合、たとえコンデンサを接続していない状態の副誘導コイルの電流Isubよりも大きい電流が流れたとしても、電流の向きがImainを打ち消す方向を向いていないため、発熱は抑制されない。Isubよりも大きい電流が流れ、なおかつ励磁コイルの電流Imainを打ち消す方向である、例えばIsubBのような電流が流れることにより、初めて発熱抑制効果が向上する。
【００７６】
図９の（ａ）において１μＦ〜６．６μＦまで加熱部材の発熱が促進しているのは、前述した位相差の現象により、副誘導コイルに流れる電流の向きが励磁コイルに流れる電流を打ち消す方向を向いていないためである。
【００７７】
また、副誘導コイル１による加熱部材の発熱の促進が４．８μＦでピークとなっているのは、副誘導コイル１のインダクタンスＬとコンデンサの静電容量Ｃにより算出される共振数波数ｆ０が、励磁コイルの交番磁界の周波数ｆである２５ｋＨｚとなっていることが原因である。
【００７８】
共振周波数ｆ０は次の式で表される。
【００７９】
【数１２】
0005311180.tif 000013
【００８０】
従って、励磁コイルの交番磁界の周波数ｆ＝共振数波数ｆ０となるコンデンサの静電容量Ｃは、
【００８１】
【数１３】
0005311180.tif 000014
【００８２】
となり、副誘導コイルのインダクタンスＬ＝８．５μＨ、励磁コイルの交番磁界の周波数ｆ＝２５ｋＨｚを代入すると４．７７μＦとなる。
【００８３】
本実施の形態の副誘導回路の静電容量切替手段で静電容量が４．７７μＦであるコンデンサに切り換え、あるいは静電容量を４．７７μＦに可変コンデンサの静電容量を可変設定すると、副誘導回路のインピーダンスＺは、
【００８４】
【数１４】
0005311180.tif 000015
【００８５】
が最も小さくなり、副誘導コイルに流れる電流は最大となる。しかしながら、前述した位相差の現象により、副誘導コイルに流れる電流の向きが励磁コイルに流れる電流を打ち消す方向を向いていないため、加熱が促進されていることが図９からわかる。
【００８６】
従って、副誘導コイルの発熱抑制効果を向上させるためには、少なくとも、副誘導コイルに接続するコンデンサの静電容量は、コンデンサの静電容量と副誘導コイルのインダクタンスＬにより算出される共振周波数ｆ0が励磁コイルの交番磁界の周波数ｆよりも低くなる、下記の式（１）を満たすコンデンサの静電容量に設定する必要がある。
【００８７】
【数１５】
0005311180.tif 000016
【００８８】
但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数（Ｈｚ）、Ｌは副誘導コイルのインダクタンス（Ｈ）、πは円周率である。
【００８９】
また、より好ましくは
【００９０】
【数１６】
0005311180.tif 000017
【００９１】
を満たすコンデンサの静電容量に設定することである。
【００９２】
また、コンデンサの静電容量の上限であるが容量リアクタンスの式
【００９３】
【数１７】
0005311180.tif 000018
【００９４】
からもわかるようにコンデンサの静電容量が大きくなると誘導回路に与える影響が小さくなり、コンデンサを副誘導コイルに接続する意味が無くなる。
【００９５】
そこで、本実施の形態では、図９の（ｂ）に示すように、コンデンサの容量が１００μＦを越えたところで、コンデンサを接続している効果が失われ、発熱抑制効果は１００％となる。
【００９６】
従って、コンデンサの静電容量Ｃは、
【００９７】
【数１８】
0005311180.tif 000019
【００９８】
を満たすコンデンサの静電容量に設定することがより好ましい
【００９９】
これにより、副誘導コイルの形状、巻数等の幾何学形状を変更することなく消磁性能を向上させることができる。本実施の形態では上記式（２）に従いコンデンサの静電容量を１０μＦとした。
【０１００】
次に、本発明の定着装置における副誘導コイルの制御について説明する。図１及び図２で説明したように、本実施の形態では、Ａ４サイズ紙を通紙した場合の非通紙領域に対応する加熱ローラの両端の位置に１組の副誘導コイルを配置している。本実施の形態で処理できる記録用紙の最大幅はＡ３サイズであるため、Ａ３サイズの記録用紙を通紙する際には、Ａ３サイズの記録用紙通紙を示す信号を受けた制御部（図示せず）からの制御信号に基づいて副誘導コイル１を開状態とし、定着ローラ２の全領域を加熱する。Ａ４サイズの記録用紙を通紙する際には、Ａ４サイズの記録用紙通紙を示す信号を受けた制御部（図示せず）からの制御信号に基づいて、Ａ４サイズ両端に相当する位置から定着ローラ２の端部にかけて配置されている副誘導コイル１を閉状態として、定着ローラ２の非通紙領域の発熱量を低減させる。このように小サイズ紙を通紙した際の定着ローラ２の両端部の非通紙領域に対向する位置に、副誘導コイル１の組を配置して、副誘導回路の開閉動作を行うことにより、異なるサイズの記録用紙を通紙したときでも、定着ローラ２の回転軸方向の温度分布を適切に制御することができる。なお、記録用紙上の画像領域幅が異なる画像が形成された記録用紙についても適用できる。
【０１０１】
定着装置は定着ローラ２の表面の温度検出手段（図示せず）を備え、検出温度に従って励磁コイル３への電力投入及び副誘導コイル１の開閉や電流量を制御することができる。温度検出手段にはサーミスタでもよいが誘導加熱の影響を受けないようにサーモパイルや赤外線温度センサなど非接触のものを用いることが望ましい。また、温度検出手段は、定着ローラ２の回転軸方向に沿って複数点の測定ができることが好ましい。特に、想定される記録部材の種類により、通紙領域と非通紙領域となる位置の温度を測定できるようにしておくことが好ましい。副誘導電流を段階的又は連続的に調整できる副誘導電流調整装置を備えていれば、検出温度に対応して副誘導コイル１の電流値を調整でき、さらに精密な温度調節が可能となる。
【０１０２】
図１１は第１の実施の形態の定着装置における定着ローラの発熱量分布を示す図である。同図に示すように、大サイズ（例えばＡ３サイズ）の記録用紙を通紙する際の発熱量は、定着ローラ２の回転軸方向に対して端から端までほぼ同じである。一方、小サイズ（例えばＡ４サイズ）の記録用紙を通紙する際は、定着ローラ２のＡ４用紙の通紙領域はＡ３用紙の通紙時とほぼ同じ発熱量であるが、定着ローラ２の両端部の非通紙領域は発熱量が落ちている。
【０１０３】
図１２は本実施の形態の定着装置における定着ローラの発熱量分布を示す図である。同図に示す発熱量分布は、本実施の形態の定着装置において小サイズ（例えばＡ４サイズ）の用紙を通紙した際の、本実施の形態の定着装置における定着ローラの発熱量分布と、コンデンサを接続していない副誘導コイルを備えた定着装置における定着ローラの発熱量分布とを比較したものである。コンデンサを接続していない副誘導コイルを備えた定着装置としては、本実施の形態の副誘導コイルと同じ線束の周回数３回の副誘導コイルを備えた定着装置と、周回数６回の副誘導コイルを備えた定着装置を使用した。同図からわかるように、コンデンサを接続していない周回数３回の副誘導コイルを備えた定着装置の定着ローラの発熱量分布は、本実施の形態と比較して、両端部の非通紙領域の発熱量が高い。これは副誘導コイルの発熱抑制効果が本実施の形態より低いことを表している。コンデンサを接続していない周回数６回の副誘導コイルを備えた定着装置の定着ローラの発熱量分布は、本実施の形態より少し多く両端部の非通紙領域の発熱を抑制しているが、線束の周回数を倍にしているため、副誘導コイルのサイズが本実施の形態よりも大きくなってしまう。
【０１０４】
図１３は本実施の形態の定着装置においてＡ４サイズの用紙を連続通紙した際の定着ローラの表面の温度変化を示す図である。なお、同図には比較のためコンデンサを接続していない周回数３回の副誘導コイルを備えた定着装置の定着ローラの表面の温度変化も示している。また、本実施の形態では定着ローラの非通紙領域の温度が第１の設定温度以上になった時に、副誘導コイルを閉状態にし、第２の設定温度以下になった時に副誘導コイルを開状態にする制御を行っている。本実施の形態では第２の設定温度を定着設定温度である１７０℃とし、第１の設定温度を定着設定温度よりも２０℃高い１９０℃とした。破線は、通紙領域である定着ローラのほぼ中央部の温度である。通紙開始前も、通紙開始後も定着設定温度である１７０℃を維持するように制御されている。ここで、点線の「副誘導コイル無し」は、副誘導コイルを開にしたままで副誘導コイルがない状態を想定した、非通紙領域である加熱ローラの端部の温度である。吸熱する用紙が搬送されてこないため、時間と共に定着ローラの表面温度が上がり、この場合、通紙開始１００秒後にはほぼ２２０℃になってしまった。また、一点鎖線の「副誘導コイル３巻・コンデンサ無し」は、通紙開始後、定着ローラの端部の温度が１９０℃を超えたところで、コンデンサを接続していない副誘導コイルを閉状態にして定着ローラの端部の発熱量を抑制した場合である。この場合は、定着ローラの端部の表面温度は、「副誘導コイル無し」と比較すると緩やかに上昇していく。これは副誘導コイルの周回数が３回と少ないため発熱抑制効果が十分でないことが原因である。時間と共に定着ローラの表面温度が上がり、図示していないが通紙開始１２００秒後にはほぼ２００℃を超えてしまった。更に、「本実施の形態」として示した実線は、通紙開始後、定着ローラの端部の温度が１９０℃を超えたところで、本実施の形態の副誘導コイルを閉状態にして定着ローラの端部の発熱量を抑制させた場合である。この場合は、定着ローラの端部の表面温度は、副誘導コイルが閉状態になると直ちに下がりだし、２０秒後にはほぼ定常値になって安定した。
【０１０５】
このように、従来の副誘導コイルが作動しない定着装置、またコンデンサを接続していない周回数３回の副誘導コイルでは記録用紙に熱が奪われない非通領域の温度が昇温しつづけて部材が破損してしまうおそれがある。本発明の定着装置では、端部温度が第２の設定温度である１９０℃に達した時点で、副誘導コイルを閉状態にして発熱を十分に抑制するため、定着ローラの温度が均一に保たれることがわかる。なお、実際の画像形成装置においては、非通紙領域の温度が下がりすぎて１７０℃を下回れば、副誘導コイルを開としたりして１７０℃以上に保っておくことが好ましい。このようにしておけば、通紙領域への影響がほとんどない。また、いつでもＡ３サイズの用紙に切り替えて通紙できる。このように、副誘導コイルに、上記式（１）より好ましくは、上記式（２）を満たす静電容量を有するコンデンサに切り換え、あるいは静電容量を上記式（２）を満たす静電容量に可変コンデンサの静電容量を可変設定することにより、励磁コイルと副誘導コイルの磁束路に磁性コアを設置して結合を高めたり、副誘導コイルの周回数を増やして形状を大きくしたりすること無く副誘導コイルの発熱抑制効果を向上させることができ、コンパクトでサイズの異なる記録部材をそれぞれ連続的に通紙しても良好な定着操作が可能である定着装置を提供することができる。
【０１０６】
図１４は本発明の第２の実施の形態に係る定着装置のコイルの配置を示す断面図である。なお、同図における定着ローラ２の端部に近い磁性コア５ｂの存在している部分の断面図である。同図において図２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態と、定着ローラの回転軸方向における副誘導コイルの配置構成と、副誘導コイルに接続するコンデンサの容量が異なるだけで、その他の構成は第１の実施の形態と定着装置と同一である。従って、本発明の定着装置の定着ローラの軸に垂直な断面での断面図は図１と同じである。同図に示すように、副誘導コイル１は、定着ローラ２の中央部付近に臨むように配置されている。本実施の形態では、定着ローラ２の中心から軸方向に沿って両側に１０５ｍｍの範囲を囲むように励磁コイル３に沿って磁性コア５ｄを囲むように配置されている。これは、詳しくは後述するが、Ａ４サイズの用紙を定着する際に、副誘導コイル１が効率的に定着ローラ２の通紙領域の加熱を促進するためである。また、副誘導コイル１に接続するコンデンサの静電容量は、副誘導コイル１を閉状態にすることにより、定着ローラ２の副誘導コイル１が対向する範囲の加熱が促進される静電容量に設定している。具体的には、図９の（ａ）で説明したように本実施の形態においては副誘導コイルのインダクタンスＬとコンデンサの静電容量Ｃにより算出される共振数波数ｆ０が、励磁コイルの交番磁界の周波数ｆである２５ｋＨｚとなる時に副誘導コイル１による加熱部材の発熱の促進がピークとなるので、コンデンサの静電容量Ｃは、
【０１０７】
【数１９】
0005311180.tif 000020
【０１０８】
の近傍の静電容量が好ましい。よって、本実施の形態の副誘導コイルのインダクタンスＬ＝１０μＨ、励磁コイルの交番磁界の周波数ｆ＝２５ｋＨｚを代入すると、４．０５μＦの近傍の静電容量が好ましい。近傍の静電容量とは図９の（ａ）より以下の式（３）を満たすように設定されるコンデンサの静電容量を示している。
【０１０９】
【数２０】
0005311180.tif 000021
【０１１０】
但し、ｆは励磁コイルの交番磁界の周波数（Ｈｚ）、Ｌは副誘導コイルのインダクタンス（Ｈ）、πは円周率である。本実施の形態ではコンデンサの静電容量を３μＦとした。
【０１１１】
次に、副誘導コイルにより定着ローラの通紙部の昇温を促進するメカニズムについて説明する。
図１５は第２の実施の形態の定着装置における加熱促進原理の説明図である。同図において図１及び図４と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図１５の（ａ）は、副誘導コイル１を含む副誘導回路がオープン状態、すなわちスイッチ１１が開である場合の磁束Ａの様子を矢印で表す。励磁コイル３により発生する磁束Ａは、磁性コア５を経路として発熱層２１を通り、再び磁性コア５に戻る。この時、磁束Ａは発熱層２１を通過する磁気回路を形成する。そのため発熱層２１に誘導電流が流れて発熱層２１はジュール熱により発熱する。このとき副誘導コイル１を含む副誘導回路は電気的にオープンであるため、起電力は発生するがこれによる電流が流れず、励磁コイル３の磁束に影響を与えないため、副誘導コイル１がない領域と同じ加熱を行っていることになる。
【０１１２】
図１５の（ｂ）は副誘導コイルがショートの状態、すなわちスイッチ１１が閉である場合の磁束の様子を表す。励磁コイル３により発生する磁束Ａは、副誘導コイル１から発生する同じ向きの磁束Ｂと重なり合って、より強い磁束となる。励磁コイル３から発生した磁束は大部分が副誘導コイルを貫くため、副誘導コイルには逆起電力が発生するとともにスイッチ１１が閉のため電流が流れる。その際、副誘導コイル１に接続されているコンデンサの影響により、本来磁束Ａを打ち消す方向に発生する磁束Ｂが、励磁コイル３の磁束Ａと同じ方向に発生するため、発熱層２１を誘導加熱する磁束は非常に強いものとなる。このため、発熱層２１の副誘導コイル１を臨む位置には、磁束に見合った強い誘導電流が流れて、発熱層２１のジュール熱による発熱は大きいものとなる。
【０１１３】
次に、本発明の加熱装置における副誘導コイルの制御について説明する。図１４で説明したように、本実施の形態では、Ａ４サイズの用紙を通紙した場合の通紙領域に対応する定着ローラの位置に１組の副誘導コイルを配置している。本実施の形態で処理できる記録用紙の最大幅はＡ３サイズであるため、Ａ３サイズの記録用紙を通紙する際には、Ａ３サイズの記録用紙通紙を示す信号を受けた制御部（図示せず）からの制御信号に基づいて副誘導コイルを開状態とし、定着ローラ２の全領域を加熱する。一方、Ａ４サイズの記録用紙を通紙する際には、Ａ４サイズの記録用紙通紙を示す信号を受けた制御部（図示せず）からの制御信号に基づいて、Ａ４サイズの用紙に相当する位置に配置されている副誘導コイル１を閉状態として、定着ローラ２のＡ４通紙領域の発熱量を増加させる。
【０１１４】
このように定着ローラ２の小サイズ紙の通紙領域に臨む位置に、副誘導コイル１を配置して、副誘導回路の開閉動作を行うことにより、異なるサイズの記録用紙を通紙したときでも、定着ローラの回転軸方向の温度分布を適切に制御することができる。なお、記録用紙上の画像領域幅が異なる画像が形成された記録用紙についても適用できる。
【０１１５】
図１６は本実施の形態の定着装置における定着ローラの発熱量分布を示す図である。同図からわかるように、大サイズ（例えばＡ３サイズ）の記録用紙を通紙する際の発熱量は、定着ローラの回転軸方向に対して端から端までほぼ同じである。一方、小サイズ（例えばＡ４サイズ）の記録用紙を通紙する際は、定着ローラのＡ４サイズの用紙の通紙領域はＡ３サイズの用紙の通紙時とほぼ同じ発熱量であるが、定着ローラの両端部は発熱量が落ちている。これは、副誘導コイルによる発熱促進効果によるものである。
【０１１６】
詳しく説明すると、大サイズ（例えばＡ３サイズ）の記録用紙を通紙する際の発熱量、すなわち副誘導コイルが開状態のときの発熱量は、定着ローラの回転軸方向に対して端から端まで均一になるように設計されている。副誘導コイルを閉状態すると、副誘導コイルが配置されている位置の定着ローラは発熱量が増大する。従って、小サイズ（例えばＡ４サイズ）の記録用紙を通紙する領域の発熱量を、大サイズ（例えばＡ３サイズ）の記録用紙を通紙する際の発熱量と等しくなるよう制御することにより、必然的に、副誘導コイルが配置されていない位置の定着ローラの発熱量は、大サイズ（例えばＡ３サイズ）の記録用紙を通紙する際の発熱量より減少することになる。
【０１１７】
図１７は本実施の形態の定着装置における定着ローラの発熱量分布を示す図である。同図に示す発熱量分布は、本実施の形態の定着装置にＡ４サイズ用紙を連続通紙した際の加熱ローラ表面の温度変化を示している。本実施の形態では定着ローラの非通紙領域の温度が第１の設定温度以上になった時に、副誘導コイルを閉状態にし、第２の設定温度以下になった時に副誘導コイルを開状態にする制御を行っている。本実施の形態では第２の設定温度を定着設定温度である１７０℃とし、第１の設定温度を定着設定温度よりも２０℃高い１９０℃とした。破線は、通紙領域である定着ローラのほぼ中央部の温度である。通紙開始前も、通紙開始後も定着設定温度である１７０℃を維持するように制御されている。ここで、点線の「副誘導コイル無し」は、副誘導コイルを開にしたままで副誘導コイルがない状態を想定した、非通紙領域である定着ローラの端部の温度である。吸熱する用紙が搬送されてこないため、時間と共に定着ローラの表面の温度が上がり、この場合、通紙開始１００秒後にはほぼ２２０℃になってしまった。また、「本実施の形態」として示した実線は、通紙開始後、定着ローラの端部の温度が１９０℃を超えたところで、本実施の形態の副誘導コイルを閉状態にして定着ローラの通紙領域の発熱量を増大させた場合である。この場合は、非通紙領域と比較して通紙領域の発熱量が増大するため、副誘導コイルが開の状態の時よりも少ない投入電力で、通紙領域を定着設定温度である１７０℃に維持することができる。従って、定着ローラの端部の表面温度は、副誘導コイルが閉状態になると直ちに下がりだし、２０秒後にはほぼ定常値になって安定した。本発明の定着装置では、端部温度が第２の設定温度である１９０℃に達した時点で、副誘導コイルを閉状態にすることにより定着ローラの温度が均一に保たれることがわかる。
【０１１８】
図１８は本発明の第３の実施の形態に係る定着装置のコイルの配置を示す断面図である。なお、同図における定着ローラ２の端部に近い磁性コア５ｂの存在している部分の断面図である。同図において図２及び図１４と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、副誘導コイル１−１は定着ローラ２の中央部付近に、また副誘導コイル１−２，１−３は励磁コイル３により発生した磁束の周回路上に、それぞれ配置されている。本実施の形態では、定着ローラ２の中心から軸方向に沿って両側に１０５ｍｍの範囲を囲むように励磁コイル３に沿って磁性コア５ｄを囲むように配置されている。Ａ４サイズの用紙を定着する際、副誘導コイル１−１は、効率的に定着ローラ２の通紙領域の加熱を促進するための加熱促進用副誘導コイルである。ここで、副誘導コイル１−１に接続するコンデンサの静電容量は、副誘導コイル１−１を閉状態にすることにより、定着ローラ２の副誘導コイル１が対向する範囲の加熱が促進される静電容量に設定されている。更に、副誘導コイル１−２，１−３は、定着ローラ２の副誘導コイル１−２，１−３が対向する範囲の加熱を促進し、あるいは抑制するための加熱促進・抑制兼用副誘導コイルである。ここで、副誘導コイル１−２，１−３に接続するコンデンサの静電容量は、副誘導コイル１−２，１−３をそれぞれ閉状態にすることにより、定着ローラ２の副誘導コイル１−２，１−３が対向する範囲の加熱が促進される静電容量、あるいは抑制される静電容量に可変されている。従って、小サイズ（例えばＡ４サイズ）の記録用紙を定着する際は、加熱促進用である副誘導コイル１−１を閉状態にし、かつ定着ローラ２の副誘導コイル１−２，１−３が対向する範囲の加熱が抑制される静電容量に可変された加熱促進・抑制兼用の副誘導コイル１−２，１−３を閉状態にする。また、大サイズ（例えばＡ３サイズ）の記録用紙を定着する際は、加熱促進用である副誘導コイル１−１を閉状態にし、かつ定着ローラ２の副誘導コイル１−２，１−３が対向する範囲の加熱が促進される静電容量に可変された加熱促進・抑制兼用の副誘導コイル１−２，１−３を閉状態にする。このように、加熱促進用の副誘導コイルと、そして加熱促進・抑制兼用副誘導コイルを加熱促進用又は加熱抑制用のいずれかとして用いることにより、記録部材の横幅に応じた適切な定着温度の制御を行うことができる。なお、記録部材の材質や記録部材上の画像形成領域幅に応じても適用可能である。
【０１１９】
図１９は別の発明の画像形成装置の構成を示す断面図である。同図において、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。本発明の画像形成装置は、その全体が上部と下部とから構成されている。上部には図示しない原稿読み取り装置を有し、その下方に作像ユニットを有し、更に下部には、記録部材６が載置された用紙給紙部４０を有している。作像ユニットは、像担持体の一例であるドラム状の感光体４１を有している。この感光体４１の周りには、矢印方向の順に、帯電装置４２、露光手段のミラー４３、現像装置４４、転写部において記録部材６としての転写紙に顕像画像を転写する転写装置４５、感光体４１の周面に摺接するブレード４６ａを有したクリーニング装置４６などが配置されている。感光体４１上には帯電装置４２と現像装置４４との間にミラー４３を介して露光Ｌｂが走査されるようになっている。転写装置４５の搬送経路上流側にはレジストローラ４７が設けられている。このレジストローラ４７に向けて、搬送ガイドに案内されて用紙給紙部４０の給紙トレイに収納された記録部材６が送り出される。転写装置４５の下流には、本発明の定着装置１０が配置されている。定着装置１０でトナー像が定着された記録部材６は、排紙トレイに排出される。
【０１２０】
この画像形成装置において、画像形成は次のようにして行われる。感光体４１が回転を始め、この回転中に感光体４１が暗中において帯電装置４２により均一に帯電され、露光Ｌｂが露光部に照射、走査されて作成すべき画像に対応した潜像が形成される。この潜像は感光体４１の回転により現像装置４４に移動してきて、ここでトナーにより顕像化されてトナー像が形成される。一方、給紙トレイ上の記録部材６が、破線で示す搬送経路を経てレジストローラ４７の位置に給紙され、ここで一旦停止し、感光体４１上のトナー像と転写部で画像位置が合致するように送り出しのタイミングを待つ。その後、記録部材６は、感光体４１の動きに同期してレジストローラ４７から送り出され、転写部に向けて搬送される。感光体４１上のトナー像は、転写部で転写装置４５による電界により記録部材６上に転写される。トナー像を転写された記録部材６は、定着装置１０に向けて送り出され、トナー像が定着装置１０を通過する間にトナー像が定着されて排紙部に排紙される。また、この画像形成装置は自動両面装置４８へ排紙された記録部材６は自動両面装置４８でスイッチバック反転され、レジストローラ４７の手前の搬送経路に搬送されることで、記録部材６の両面に画像形成をすることができる。一方、転写部で転写されずに感光体４１上に残った残留トナーは感光体４１の回転と共にクリーニング装置４６に至り、クリーニング装置４６を通過する間に清掃されて次の画像形成に備えられる。
【０１２１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態の定着装置のコイルの配置を示す図である。
【図３】第１の実施の形態の定着装置における副誘導コイルの別の配置例を示す断面図である。
【図４】副誘導コイルを開閉する誘導用回路を示す回路図である。
【図５】図４の静電容量切替手段の構成の一例を示す回路図である。
【図６】図４の静電容量切替手段の構成の他の例を示す回路図である。
【図７】図１の誘導加熱に関する部分を抜き出した加熱調節原理を説明する図である。
【図８】第１の実施の形態の各コイルの加熱ローラ中央部分における磁束を示す断面図である。
【図９】誘導加熱シミュレーションにより計算したコンデンサの容量と発熱抑制効果の関係を示す特性図である。
【図１０】励磁コイル及び副誘導コイルにおける交番電流・交番電圧のベクトル図である。
【図１１】第１の実施の形態の定着装置における定着ローラの発熱量分布を示す図である。
【図１２】第１の実施の形態の定着装置における定着ローラの発熱量分布を示す図である。
【図１３】第１の実施の形態の定着装置においてＡ４用紙を連続通紙した際の定着ローラの表面の温度変化を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る定着装置のコイルの配置を示す断面図である。
【図１５】図１４の加熱促進に関する部分を抜き出した加熱調節原理を説明する図である。
【図１６】第２の実施の形態の定着装置における定着ローラの発熱量分布を示す図である。
【図１７】第２の実施の形態の定着装置における定着ローラの発熱量分布を示す図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る定着装置のコイルの配置を示す断面図である。
【図１９】別の発明の画像形成装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１，１−１，１−２，１−３；副誘導コイル、２；定着ローラ、
３；励磁コイル、４；加圧ローラ、５；磁性コア、
６；記録部材、１０；定着装置、１１，１２−３；スイッチ、
１２；静電容量切替手段、１２−１，１２−２；コンデンサ、
１２−４；可変コンデンサ、２１；発熱層、２２；弾性層、
２３；芯金層。
【図１】
0005311180.tif 000030
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005311180.tif 000034
【図６】
0005311180.tif 000035
【図７】
0005311180.tif 000036
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005311180.tif 000039
【図１１】
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【図１２】
0005311180.tif 000041
【図１３】
0005311180.tif 000042
【図１４】
0005311180.tif 000043
【図１５】
0005311180.tif 000044
【図１６】
0005311180.tif 000045
【図１７】
0005311180.tif 000046
【図１８】
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【図１９】
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