JP2002299032A - 誘導加熱装置、誘導加熱ローラ装置、誘導加熱ローラ装置における加熱ローラ、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い電力伝達効率が得られるとともに、ロー
ラ表面の温度むら、表面凹凸、輻射ノイズが解消され、
機械的強度の向上した誘導加熱装置、誘導加熱ローラ装
置、誘導加熱ローラ装置における加熱ローラ、これらを
用いた定着装置および画像形成装置を提供する。 【解決手段】 コイル軸の直交面に対して傾斜して形成
された１次コイルを備えた誘導コイル装置と；誘導コイ
ル装置の１次コイルの外側に同軸的に、かつ１次コイル
と平行に又はほぼ平行に配置され、１次コイルの形成磁
界と空芯トランス結合して誘導電流により自己発熱する
２次コイルとを具備している。２次コイル１ｗｓの２次
側抵抗値Ｒａを２次リアクタンスＸａにほぼ等しくする
ことが望ましい。誘導コイル装置ＩＣの１次コイルｗｐ
を複数にして、配線対ＷＰに並列接続することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導加熱装置、誘
導加熱ローラ装置、誘導加熱ローラ装置における加熱ロ
ーラ、これらを用いた定着装置および画像形成装置に関
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、ウォームアップ時間が長かったり、熱容量
が不足したりするという問題がある。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】特開２０００−２１５９７４公報には、被
加熱体に近接して配設され、被加熱体に誘導電流を生じ
させる励磁コイルであって、コイル線材を平面的に巻い
たものを被加熱体の曲面に沿わせて変形してあり、励磁
コイルの長手方向両端部の被加熱体とは反対側に励磁コ
イルの曲面に沿うように磁性体コアが配設された励磁コ
イルが記載されている。（従来技術１） また、特開２０００−２１５９７１公報には、電磁誘導
発熱性の加熱回転体と、加熱回転体の内側に配置された
磁束発生手段を有し、磁束発生手段から発生させた高周
波誘導磁束により加熱回転体を電磁誘導発熱させて被加
熱体を加熱する誘導加熱装置であって、磁束発生手段
は、磁性体からなるコアと、コアに巻線した電磁変換コ
イルを有し、磁性体コアは、電磁変換コイルを巻線した
コア部分と、コア部分より加熱回転体の一部分に磁束を
集中させるための、先端部間に磁気空間ギャップを存し
て対向させた磁束誘導コア部分を有する構造が記載され
ている。（従来技術２） 従来技術１および２は、いずれも渦電流損を利用する加
熱方式であり、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。この種の加熱方式におい
て用いられている高周波の周波数は、２０〜１００ｋＨ
ｚ程度である。これに対して、特開昭５９−３３７８７
号公報には、導電部材で構成した円筒状ローラ本体と、
ローラ本体内に同心状に配置した円筒状ボビンと、ボビ
ンの外周に螺旋状に巻装して通電によりローラ本体内に
誘導電流を誘起させて加熱する誘導コイルとを備えた高
周波誘導加熱ローラが記載されている。（従来技術３） 従来技術３においては、円筒状ローラ本体が閉回路の２
次コイルとなり、誘導コイルが１次コイルとなって、両
者の間にトランス結合が生じて、円筒状ローラ本体の２
次コイルに２次電圧が誘起される。そして、この２次電
圧に基づいて２次コイルの閉回路内を２次電流が流れる
ことにより、円筒状ローラ本体が発熱する２次側抵抗加
熱方式である。この方式は、渦電流損を利用する加熱方
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、従来技術１およ
び２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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術３
は、その開示の範囲においては、ウォームアップ時間が
期待されるようには短縮されにくいという問題がある。
本発明者の調査、検討の結果、この問題は、加熱ローラ
側に形成される２次コイルの抵抗値や電力伝達効率が管
理されていないことに起因していることが分かった。

【０００５】また、従来技術３においては、誘導加熱式
の炊飯器やコンロといった調理器具の分野で用いられて
いるＩＧＢＴインバータで用いられている２０〜１００
ｋＨｚ程度の周波数では、高い電力伝達効率を得ること
ができない。

【０００６】かかる従来技術の問題を解決すべく、本発
明者は、さきに高い電力伝達効率が得られる誘導加熱ロ
ーラ装置、誘導加熱ローラ装置における加熱ローラ、こ
れらを用いた定着装置および画像形成装置を発明して特
許出願した（特願２００１−０１６３３５（先願発
明））。

【０００７】この発明は、２次コイルの抵抗値を管理す
ることにより、電力伝達効率の改善を図ったものである
が、高周波電流使用に伴う輻射ノイズや加熱ローラの表
面温度むらの解消については十分な検討がなされていな
い。

【０００８】すなわち、先願発明の一実施形態において
は、周波数が１ＭＨｚ以上の高周波インバータを主体と
する電源装置が用いられるが、高周波インバータのスイ
ッチングにより、特に、漏れ磁束の発生する１次コイル
の両端部から高周波ノイズが放射されるという問題があ
った。

【０００９】また、先願発明の他の実施形態では、１次
コイルが複数のコイル単位に分割されてローラ軸上に分
散配置され、このローラ軸が１次コイルのコイル単位に
対応させて１ターンずつの２次コイルを形成した大径の
ローラ軸内に同軸的に挿入されて加熱ローラが構成され
るが、このような実施形態では２次コイルが１ターンず
つ複数独立的に形成されるため、２次コイルのある部分
とない部分との間で温度むらが生じるという問題があっ
た。

【００１０】このような問題を解消する一つの方法は、
２次コイルを多数設けて表面温度分布を均一化する方法
であるが、軸方向に長いローラ軸の全長にわたって多数
の２次コイルを形成すると加工費が高くなるうえに、加
工工程も増して歩留まりが低くなるという問題があっ
た。

【００１１】また、この問題解消の他の方法として、２
次コイルをコイル軸の直交面に対して傾斜して形成し２
次コイル１ターンがローラ軸方向に存在する長さを長く
してローラ軸方向に見た場合、２次コイルの存在しない
部分がないようにしてローラ軸方向の温度分布を均一化
することが考えられるが、この方法では１次コイルと２
次コイルのコイル面が非平行となって結合係数が低くな
るため、１次コイルから２次コイルへの電力伝達係数が
低下して電力伝達効率が低下してしまうという問題があ
った。

【００１２】本発明は、かかる点に着目してなされたも
ので、輻射ノイズや表面温度むらの改善された誘導加熱
装置、誘導加熱ローラ装置、誘導加熱ローラ装置におけ
る加熱ローラ、これらを用い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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の誘導加
熱装置は、コイル軸の直交面に対して傾斜して形成され
た１次コイルを備えた誘導コイル装置と；前記誘導コイ
ル装置の１次コイルの外側に同軸的に、かつ前記１次コ
イルと平行に又はほぼ平行に配置され、前記１次コイル
の形成磁界と空芯トランス結合して誘導電流により自己
発熱するた２次コイルと；を具備していることを特徴と
している。

【００１４】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。

【００１５】＜誘導コイル装置について＞誘導コイル装
置は、交流電源、好適には高周波電源から付勢すなわち
励磁されるとともに、例えば、後述する２次コイルが同
軸的に形成された中空の加熱ローラの内部に挿入され
て、１次コイルが加熱ローラの２次コイルと空芯トラン
ス結合を行うが、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、交流電源と誘導コ
イル装置との間に回転集電機構を介在すればよい。「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。

【００１６】誘導コイル装置は、その１次コイルが単一
または複数であることを許容する。単一の場合には、加
熱ローラのほぼ中央位置に位置するように配設すること
ができる。複数の１次コイルを用いる場合には、それら
を加熱コイルの軸方向に分散して配設することができ
る。そして、各１次コイルを交流電源に対して並列接続
することができる。

【００１７】なお、１次コイルをコイル軸方向に分散配
置して複数の単位コイルにして使用する実施形態につい
ては後述する。

【００１８】本明細書において、誘導コイル装置の「コ
イル軸」は、１次コイルの中心を通る仮想軸であり、
「コイル軸の直交面」とはこの仮想軸が垂直に交わる仮
想平面である。

【００１９】なお、１次コイルは、コイル軸の直交面に
沿って均等に密巻きした場合でも、ほぼ線半径／コイル
径だけコイル軸の直交面に対して傾斜するが、本発明に
おける「傾斜」とはこのような１次コイルの線径に由来
して必然的に生ずる傾斜を含むものではなく、このよう
な必然的に生ずる傾斜をさらに１次コイルのコイル軸の
一方の側に傾けたときの傾斜を意味する。

【００２０】コイル軸の直交面に沿って巻回された１次
コイルのコイル面はほぼ真円状であるが、コイル軸の直
交面に対して傾斜させて巻回されたコイル面はコイル径
を短径とする楕円形となる。

【００２１】なお、「コイル面」は密巻きコイルの場合
は、コイル１ターンを輪郭とするその内側の面を意味す
るが、開螺旋状のコイルの場合にはコイル１ターンの端
末は開いた状態となるので、この場合のコイル面は、コ
イル軸に沿って１ターンのコイルの両端の中央にその１
ターンのコイルの両端が存在すると仮定したときの仮想
コイル１ターンを輪郭とするその内側の面を意味する。

【００２２】本発明における１次コイルの傾斜は、上述
した楕円形の長径：短径の比が、例えば１：１〜２．５
の範囲、好ましくは１：５〜２．３の範囲である。

【００２３】コイル軸の直交面に対して傾斜して形成さ
れた１次コイルはコイル面が楕円形をなす密巻き状態で
あっても、コイル面が楕円形をなす傾斜して密巻きされ
たコイルをコイル軸方向に均等に引き伸ばした開螺旋状
のものであってもよい。

【００２４】１次コイルは、加熱ローラの内部に挿入さ
れるので、自己損失が加熱ローラ内に籠もりやすく、１
次コイルの表面温度が高温になって過熱されやすい。１
次コイルが高温になると、誘導コイル装置への通電、停
止に伴う熱サイクルが１次コイルに加わる。１次コイル
は、一般に電流容量が大きくなるので、太い素線を機械
的に成形して形成するため、熱サイクルに曝されると、
コイル成形時の歪が開放される結果、変形して所定の電
気特性が得られなくなる。

【００２５】このような場合、誘導コイル装置および電
源装置の間に平衡化回路を介在させて、誘導コイル装置
の１次コイルの中点を接地することができる。このよう
に中点を接地することによって、中点接地経路を経由し
て１次コイルの熱を逃がすことができる。これにより、
１次コイルの温度上昇を抑制するとともに、１次コイル
の温度分布の均整度を向上することが可能になる。

【００２６】また誘導加熱装置は、１次コイルの中点接
地経路による伝熱経路を一端側にのみ設けることができ
る。

【００２７】１次コイルの中点接地経路による伝熱経路
を一端側にのみ制限した場合には、両端側に伝熱経路が
形成される場合に比較して熱伝導が少なくなるが、漏洩
電流を少なくしながら１次コイルの温度低下を図ること
ができる。なお、両端側に伝熱経路を形成すると、二つ
の接地箇所を有するため、漏洩電流が大きくなるという
新たな問題を生じる。

【００２８】誘導コイル装置には、その１次コイルから
導出された配線対と、１次コイルの近傍において配線対
間に接続されたコンデンサとを具備させることができ
る。

【００２９】誘導コイルを負荷とする回路は、負荷の力
率が悪い。また、電源装置は、負荷に対する供給電力の
増加に伴って容積が大きくなる。電源装置の容積が小さ
ければ、加熱ローラの内部空間に電源装置を配置するこ
とができるが、供給電力と適当な軸長で実用的な内径の
加熱ローラとの関係から、電源装置は、これを加熱ロー
ラの外部に配置するのが一般的である。そこで、誘導コ
イル装置と電源装置との間を接続する配線対が必要にな
る。そして、負荷の力率が悪いために、配線対を流れる
電流が比較的大きくなってしまい、配線の発熱や電力伝
送効率の低下、さらにそれに伴う絶縁劣化といった不具
合が生じる。また、配線対を流れる電流が大きくなる
と、配線対から輻射されるノイズが増大し、周辺機器に
悪影響を及ぼす危険率が増大する。

【００３０】上記のように１次コイルの近傍において配
線対間に接続されたコンデンサを具備させることによ
り、配線対を流れる電流の力率が改善されて配線電流が
低減して上記の不具合が軽減される。

【００３１】１次コイルの複数が配線対の間に分散して
接続している場合、個々の１次コイルの近傍に複数のコ
ンデンサを１次コイルの近傍において配線対の間に接続
してもよいし、一括して最も電源装置に接近した１次コ
イルの電源装置側の位置、すなわち加熱ローラの端部付
近において配線対の間に接続してもよい。この構成にお
いては、コンデンサの環境を比較的温度の低い状態にす
ることができる。

【００３２】また誘導コイル装置は、その１次コイルを
２次コイルの軸方向に分散させて、一対の配線対の間に
複数の単位コイルを接続するとともに、各単位コイルの
近傍の配線対間にコンデンサを接続することもできる。

【００３３】このように、誘導コイル装置の一次コイル
を複数用い、個々の１次コイルの近傍にそれぞれ対応す
るコンデンサを分散して配設した場合には、それぞれの
１次コイル近傍の配線対において流れる電流の力率を高
めて電流を低減することができる。

【００３４】＜２次コイルについて＞本発明の誘導加熱
装置は、閉回路を形成する、１次コイルの形成磁界と空
芯トランス結合して誘導電流により自己発熱する２次コ
イルを備えており、この２次コイルは１次コイルの外側
に同軸的に、かつ１次コイルと平行に又はほぼ平行に配
置されて１次コイルと空芯トランス結合する。

【００３５】ここで、「１次コイルと平行」とは、２次
コイルにおける前述した楕円形のコイル面の長径：短径
の比が１次コイルとほぼ同一で、かつ楕円の面が１次コ
イルの楕円の面と平行している状態であり、「１次コイ
ルとほぼ平行」とは上述した楕円形のコイル面の長径：
短径の比が１．１：１〜２．５程度であって、１次コイ
ルにおける楕円形のコイル面の長径：短径の比と１０％
以内の範囲で一致し、かつ楕円形のコイル面が１次コイ
ルの楕円形のコイル面とほぼ平行している状態である。

【００３６】２次コイルは、中空のローラ基体上に形成
することができる。ローラ基体は、非導電性物質たとえ
ばセラミックス、ガラス、耐熱性合成樹脂などの非導電
性の材料でも導電性の材料であってもよく、内部は中空
である。中空は、その内部に誘導コイル装置の挿入を許
容する程度であればよい。また、ローラ基体は、加熱ロ
ーラとして所要の機械的強度を主として担当することに
なるので、構成材料の強度を考慮して適当な厚みを備え
ているように構成するのがよい。

【００３７】非導電物質からなるローラ基体は、鉄など
の金属に比較して一般に熱容量が小さいので、加熱所要
時間が短くなる。なお、熱源が一定の場合、加熱所要時
間は熱抵抗と熱容量との積で決まるので、熱容量が小さ
ければ加熱所要時間が短くなる。たとえば、従来一般の
この種加熱ローラは鉄からなるため、基体が鉄であると
いえるので、これを１００とすると、ソーダガラスの熱
容量は５８、アルミナセラミックスは８７であり、いず
れも相対的に熱容量が小さいので、これらの非導電性物
質からなる基体を備えていることにより、加熱所要時間
を短縮することができる。

【００３８】２次コイルは、ローラ基体の内面および外
面のいずれか一方または両方に配設されていてもよい。

【００３９】２次コイルは複数相互に絶縁しながら配置
したり、金属箔からなるコイルを貼着したりするなど所
望の方法でローラ基体に配設することができる。

【００４０】本発明に用いられる２次コイルは、コイル
面が楕円形をなす１ターン又は複数ターンで形成され
る。複数ターンの場合には、密巻き状態のコイルをコイ
ル軸方向に引き伸ばした開螺旋状であってもよい。

【００４１】２次コイルが１ターンであると、ローラ基
体の周囲に適当な抵抗値を有する導体をコイル面が楕円
形のリング状に形成するだけで、所定の２次側抵抗値を
有する２次コイルの閉回路を構成することができる。２
次コイルは、ローラ軸方向に沿った温度分布がなるべく
均一になるとともに、所望の２次側抵抗値を有するよう
に適当なコイル数、幅、配設ピッチおよび傾斜角を設定
することができる。

【００４２】円筒状のローラ部材を導電体とした場合に
は、複数の２次コイル間の導電体が接続している箇所の
電位差をなくすことができる。したがって、２次コイル
の基準電位を揃えることができるため、２次コイルと接
地間の分布容量を特定しやすくなる。

【００４３】２次コイルは、公知の方法により導電膜に
よって形成することもできる。

【００４４】導電膜は、導電性物質の蒸着、化学的被
着、導電性金属箔の貼着、導電性物質の厚膜構造などに
よって形成することができる。

【００４５】２次コイルの周方向抵抗値Ｒａは、２次コ
イルの周方向リアクタンスＸａとほぼ等しい値を有する
ことが望ましい。２次コイルの周方向抵抗値Ｒａと周方
向リアクタンスＸａとが「ほぼ等しい」とは、α＝Ｒａ
／Ｘａとしたとき、数式１を満足する範囲である。な
お、数式条件を規定する理由については後述する。ま
た、周方向抵抗値Ｒａは、測定により求めることが可能
である。周方向リアクタンスＸａは、計算により求める
ことが可能である。

【００４６】

【数１】 本発明の加熱誘導装置は、２次コイルを単一または複数
配設することができる。２次コイルを複数配設する場合
には、それらをコイル軸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。

【００４７】＜本発明の作用について＞本発明において
は、上述したように、誘導コイル装置の１次コイルを、
コイル軸の直交面に対して傾斜して形成するとともに、
この１次コイルの外側に同軸的に、かつ１次コイルと平
行に又はほぼ平行に２次コイルを配置して構成したの
で、誘導コイル装置から２次コイルへの電力伝達効率が
高くなるとともに、傾斜配置された２次コイルによりコ
イル軸方向の表面温度が均一化されて温度むらが解消さ
れる。

【００４８】２次コイルは、その周方向抵抗値Ｒａを２
次コイルの周方向リアクタンスＸａとほぼ等しい値とす
ることが電力伝達効率がよくなるので望ましい。

【００４９】以下に、２次コイルの周方向抵抗値Ｒａを
２次コイルの周方向リアクタンスＸａとほぼ等しい値と
することにより、電力伝達効率が向上する理由を説明す
る。

【００５０】まず、図１を参照して、誘導加熱装置の等
価回路を考える。

【００５１】図１は、本発明の誘導加熱装置における等
価回路を示す回路図である。図において、Ｚｃａは１次
コイルｗｐ側から見た入力インピーダンス、Ｘｃは１次
コイルｗｐのリアクタンス、Ｘａは２次コイルｗｓのリ
アクタンス、Ｒａは２次側抵抗値、ｋは１次コイルｗｐ
および２次コイルｗｓの結合係数である。

【００５２】１次コイルｗｐから見た入力インピーダン
スＺｃａは、数式２に示すとおりである。

【数２】 数式２の実部と虚部との比、すなわちＱｃａは、数式３
に示すとおりである。

【数３】

【００５３】ここで、変数整理のために、Ｒａ／Ｘａ；
αを数式３に代入して整理すると、数式４が得られる。

【００５４】

【数４】

【００５５】数式４を用いて結合係数ｋごとにαを変化
させて１次コイルから見たＱｃａの変化を調べてみる
と、図２が得られる。

【００５６】図２は、本発明の誘導加熱装置の動作原理
を説明する結合係数ｋごとのαとＱｃａの関係を示すグ
ラフである。

【００５７】図において、横軸はαを、縦軸はＱｃａ
を、それぞれ示す。

【００５８】図によれば、結合係数ｋが大きいほど１次
コイルから見たＱｃａが小さくなることが分かる。ま
た、それぞれの結合係数ごとに１次コイルから見たＱｃ
ａが最小になるαが一つ存在する。したがって、２次コ
イルの構造が決定していることによりインダクタンスが
一定の場合には、αの最適化が２次コイルの抵抗値の最
適化と同義であることが理解できる。

【００５９】次に、１次コイルから見たＱｃａを用いて
電力伝達効率を計算する。なお、計算を簡単にして、電
力伝達効率のみを問題とするために、輻射、対流による
熱伝達量を省略して、磁気的結合で２次コイルに直接伝
送できないエネルギーは全て消失すると仮定する。

【００６０】１次コイルから見たＱｃａを、２次側に加
熱ローラがあるとき、すなわち負荷時のＱＬと、１次コ
イル単独で測定できるとき、すなわち無負荷時のＱＶと
に分けて考えることにする。加熱ローラ内に誘導コイル
装置を挿入する前後、すなわち負荷未装着時および負荷
装着時の１次コイルの力率は、負荷の影響によって、そ
れぞれ数式５および数式６に示すとおりとなる。

【００６１】

【数５】

【数６】

【００６２】ある電力Ｐｃを１次コイルに供給するとき
に、１次コイルで扱う皮相電力Ｐｒは、数式７に示すと
おりとなる。

【００６３】

【数７】

【００６４】ここで、結合係数ｋが小さければ、負荷装
着前後の力率の変化が小さいため、皮相電力Ｐｒを扱う
際の１次コイルにおける損失Ｐｌｏｓｓは、数式８によ
り近似することができる。

【００６５】

【数８】

【００６６】電力伝達効率ηｃを、数式８を用いて表す
と、数式９のとおりとなる。

【００６７】

【数９】

【００６８】数式９は、無負荷時すなわち負荷朱装着時
の１次コイルの力率ｃｏｓ｛ｔａｎ ^-1（ＱＵ）｝が一定
の場合、負荷時すなわち負荷装着時の力率ｃｏｓ｛ｔａ
ｎ^-1（ＱＬ）｝が小さいときほど１次コイルの電力伝達
効率ηｃが小さくなることを示している。

【００６９】なお、負荷装着時の力率が小さいとは、Ｑ
Ｌが大きいことである。

【００７０】次に、負荷装着時のＱＬの大きさについて
図３を参照して説明する。図３は、本発明の誘導加熱装
置の作用原理を確認する予備的実験の測定系を示す概念
図である。

【００７１】図において、ＩＣは誘導コイル装置、ＴＬ
はトランス結合式負荷、ＥＬは渦流損式負荷である。

【００７２】誘導コイル装置ＩＣは、ボビンＣＢおよび
１次コイルｗｐからなる。ボビンＣＢは、外径１７．７
ｍｍ、長さ１２０ｍｍのベークライトの円筒体からな
る。１次コイルｗｐは、直径１．５ｍｍの絶縁皮膜付軟
銅線をボビンＣＢに２０ターン密巻きしてなり、コイル
径２０．７ｍｍ、コイル長３０ｍｍ、配線長１４０ｍｍ
である。なお、１次コイルｗｐの先端はボビンＣＢの先
端から３ｍｍ後退している。また、「配線長」とは、配
線対ＷＰの端部からボビンＣＢの先端までの距離をい
う。

【００７３】トランス式負荷ＴＬは、ハロゲン電球式ヒ
ータ用として実際に用いられている加熱ローラであり、
外径３０ｍｍ、内径２５ｍｍの鉄製円筒体の外面に厚さ
４ｍｍの合成樹脂層を形成したものである。したがっ
て、鉄製円筒体が２次コイルを構成する。

【００７４】渦流損式負荷ＥＬは、比較用として準備し
たものであり、厚さ２ｍｍ、縦３００ｍｍ、横４００ｍ
ｍのステンレス鋼板からなる。

【００７５】そうして、まず、負荷朱装着時の誘導コイ
ル装置ＩＣの１次コイルｗｐのインダクタンスを測定し
た。その結果を図４に示す。

【００７６】図４は、本発明の誘導加熱ローラ装置の作
用原理を確認するための予備実験における負荷未装着時
の１次コイルの測定周波数に対するインダクタンスおよ
び結合係数の変化を示すグラフである。

【００７７】図において、横軸は測定周波数（ＭＨｚ）
を、縦軸は左側がインダクタンス（μＨ）、右側が結合
係数を、それぞれ示す。曲線Ａはインダクタンス、曲線
Ｂは結合係数、をそれぞれ示す。

【００７８】図から理解できるように、インダクタンス
は、測定周波数範囲内においてほぼ一定の約４．３μＨ
であった。したがって、この１次コイルは、分布容量の
影響が小さくて誘導結合用に用いてよいことが分かる。
また、トランス式負荷ＴＬに対する１次コイルｗｐの装
着前後のインダクタンスから結合係数を計算によって求
めたところ、図に示すように測定周波数範囲内において
ほぼ一定の約０．５であることが確認された。よって、
２次側インピーダンスー定の条件下では、１次換算した
終端インピーダンスが実質的に動作周波数に依存して設
計できることが分かる。さらに、負荷未装着時のＱを求
めた結果、図５のとおりであった。

【００７９】図５は、本発明の誘導加熱装置の作用原理
を確認するための予備実験における負荷末装着時の１次
コイルの測定周波数に対するＱＵの変化を示すグラフで
ある。

【００８０】図において、横軸は測定周波数（ＭＨｚ）
を、縦軸はＱＵを、それぞれ示す。図から理解できるよ
うに、１次コイルｗｐは、周波数約３ＭＨｚにおいてＱ
Ｕが最大となる。よって、１次コイルｗｐにおける損失
が最小となる周波数は３ＭＨｚである。

【００８１】ところで、周波数３ＭＨｚのときのＱＵは
図から６２である。一方、図２において、結合係数を
０．５としたとき、最小のＱｃａすなわちＱＬは７で、
α １のときである。したがって、数式９を用いて本実
験に用いた１次コイルにおいて最小ＱＬのときの電力伝
達効率ηｃを計算すると、８８．６％になる。これに対
して、結合係数０．５における最大のＱＬは約５３であ
るので、この場合の電力伝達効率ηｃを同様に計算する
と、１４．７％になる。

【００８２】以上の結果からも、２次コイルの周方向抵
抗値Ｒａを最適化、すなわち周方向抵抗値Ｒａを周方向
リアクタンスＸａとほぼ等しくすることにより、電力伝
達効率を高くすることが可能である。

【００８３】また、同じ理由で、２次コイル上に、後述
する均熱化のための導電性の円筒状のローラ部材を被嵌
する場合には、ローラ部材の周方向抵抗値Ｒａを周方向
リアクタンスＸａと大きく異ならせることにとにより、
ローラ部材に対する電力伝達効率を低くすることが可能
であることが分かる。なお、本発明において「ＲａがＸ
ａにほぼ等しい」とは、前述した数式１からＸａの０．
２５未満、４倍の範囲であることを意味するが、この許
容範囲は、２次コイルの抵抗温度係数およびその製品ば
らつき、ならびに加熱ローラの温度上昇などを考慮した
ときの概ね高い電力伝達効率が得られる範囲である。な
お、さらに好適には０．５倍より大きく、２倍より小さ
い範囲である。

【００８４】また、「ＲａがＸａと大きく異なる」と
は、前述した数式１からＸａの０．２５倍以下である
か、４倍以上であることを意味するが、この許容範囲
は、円筒状のローラ部材の抵抗温度係数およびその製品
ばらつき、ならびに加熱ローラの温度上昇などを考慮し
たときの概ね低い電力伝達効率しか得られない範囲であ
る。さらに好適には０．２倍以下か、６倍以上の範囲で
ある。

【００８５】この範囲でローラ部材は、それ自体はさほ
ど発熱に寄与することなく、２次コイルで発生した熱を
受けて昇温し、かつ低抵抗材料は一般に熱伝導率が良好
であるため、もっぱらコイル軸方向に熱を拡散して表面
温度を均一化する作用をすることがわかる。

【００８６】次に、比較例である渦流損式負荷ＥＬの場
合について説明する。渦流損式負荷ＥＬに対して、誘導
コイル装置ＩＣの１次コイルｗｐを遠く離間させたり、
３ｍｍまで接近させたりして、１次コイルｐｗのＱＵ、
ＱＬを測定した。その結果、結合係数は、０．３０３で
あり、トランス式負荷より明らかに小さかった。また、
ＱＵ＝７．４、ＱＬ＝５．４であった。そこで、数式９
を用いて電力伝達効率を算出した結果、２６．０％とな
った。なお、測定周波数は、実用周波数に近い４０ｋＨ
ｚとした。実際の負荷は、加熱ローラであるから、平板
形状ではないが、たとえローラ形状にしたとしても、磁
路のインダクタンスを大きく変化させることがないの
で、大きな差を生じることがない。また、測定周波数を
１ＭＨｚにして測定しても、電力伝達効率は５５％にす
ぎなかった。

【００８７】さらに、図６に示す実験により空芯トラン
ス結合における２次コイルの温度上昇時間を測定した。

【００８８】図６は、本発明の誘導加熱装置における２
次コイルの温度上昇の測定系を示す概念図である。

【００８９】図において、ＨＦＧは高周波電源装置、Ｍ
Ｃは整合回路、ｗｐは１次コイル、ｗｓは２次コイルで
ある。

【００９０】高周波電源装置ＨＦＧは、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波を出力する。

【００９１】１次コイルｗｐは、２ターンのアルミニウ
ム線からなり、１次インダクタンスは１７０ｎＨであ
る。２次コイルｗｓは、幅１０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、
直径２０ｍｍのリング状をなす１ターンのコイルであ
る。なお、２次コイルの抵抗値は最適化していない。

【００９２】そうして、２次コイルｗｓの表面温度が１
５０゜に到達するまでの時間を測定した結果を図７に示
す。

【００９３】図７は、本発明の誘導加熱装置における２
次コイルの温度上昇の測定結果を示すグラフである。図
において、横軸は入力電力（Ｗ）を、縦軸は加熱所要時
間（秒）を、それぞれ示す。

【００９４】図から明なように、入力電力にほぼ比例し
て加熱時間が短縮するとともに、全体としてかなり短時
間で温度上昇する。前述したように、２次コイルの抵抗
値を最適化すれば、電力伝達効率が向上するので、一層
加熱所要時間が短縮することができ、ローラ部材の抵抗
値を大きくすれば、電力伝達効率が低下するので、もっ
ぱら熱拡散の機能を発揮させることができる。

【００９５】以上を要約すると、本発明においては、加
熱ローラの２次コイルを誘導コイル装置の１次コイルと
空芯トランス結合させるとともに、２次側抵抗値を２次
リアクタンスにほぼ等しくして、誘導コイル装置から２
次コイルに対する電力伝達効率を高くし、２次コイルで
発生した熱をその外側に配置された２次コイルによって
コイル軸方向に拡散し表面温度の均一化を図ることがで
きる。

【００９６】電源装置は、周波数がＩＭＨｚ以上の高周
波を出力し、この高周波により誘導コイル装置の１次コ
イルを付勢する。高周波は、高周波インバータにより発
生する。高周波インバータは、その回路方式を限定され
るものではないが、たとえばハーフブリッジ形インバー
タ、好適には２石直列共振形インバータを採用すること
ができる。

【００９７】また要すれば、電源装置は、高周波インバ
ータに加えてその直流入力側にスイッチングレギュレー
タなどのアクティブフィルタを付設することができる。
この場合、スイッチングレギュレータをＰＷＭ制御し
て、高周波直流インバータの入力電圧を制御すること
で、高周波出力電圧を制御することができる。このた
め、加熱ローラの温度制御を可変にしたり、一定に保持
したりするといった制御を容易に行えるようになる。な
お、加熱ローラの温度を一定に保持するには、加熱ロー
ラの温度を監視する温度センサを加熱ローラまたは誘導
コイル装置に配設して、スイッチングレギュレータまた
は高周波インバータを帰還制御するように構成すればよ
い。しかし、要すれば、高周波インバータの直流入力側
に脈動直流電圧を出力する整流回路手段を直結すること
もできる。

【００９８】さらに、高周波インバータは、スイッチン
グ手段がＭＯＳＦＥＴによって構成されている。ＭＯＳ
ＦＥＴは、本発明の周波数範囲において９０％以上のド
レイン効率でスイッチング動作を行うことができる。

【００９９】２次コイルは、誘導コイル装置の１次コイ
ルと空芯トランス結合する構成であってもよいし、コア
を介して結合する有芯トランス結合であってもよい。ま
た、空芯トランス結合の場合、２次コイルはその２次リ
アクタンスにほぼ等しい２次側抵抗値を有し、ローラ部
材はその２次リアクタンスと大きく異なる２次側抵抗値
を有しているように構成することができる。

【０１００】以上説明したように、ＭＯＳＦＥＴを用い
た高周波インバータで１ＭＨｚ以上の高周波を変換効率
高く発生させて、１次コイルを高周波で付勢することに
より、空芯コイルのＱを大きくすることができる。

【０１０１】このため、１次コイルの損失が少なくな
り、したがって加熱ローラ対する電力伝達効率が向上す
る。しかし、周波数が１ＭＨｚ未満になると、十分大き
なＱを得にくくなるので、不可である。高周波の周波数
の好ましい範囲は、１〜４ＭＨである。この範囲であれ
ば、図５に示す例においても効果的であり、またＭＯＳ
ＦＥＴのスイッチング損失が少なくて、高い変換効率を
得ることができる。

【０１０２】請求項２記載の発明の誘導加熱装置は、前
記１次コイルがコイル軸方向に分散配置された複数の単
位コイルによって形成され、前記２次コイルが前記各単
位コイルの配置された位置に対応させて形成されている
ことを特徴としている。

【０１０３】本発明においては、１次コイルが、前述し
たように、コイル軸方向に分散配置された複数の単位コ
イルによって構成されたときに、２次コイルを１次コイ
ルの単位コイルに対応させて配置することにより、１次
コイルから２次コイルへの電力伝達効率を最大に向上さ
せることができる。

【０１０４】請求項３記載の発明の誘導加熱装置は、前
記１次コイルがコイル軸方向に分散配置された複数の単
位コイルによって形成され、前記２次コイルが前記各単
位コイルの間に対応させて配置されていることを特徴と
している。

【０１０５】本発明においては、１次コイルをコイル軸
方向に分散配置された複数の単位コイルによって形成す
る場合に、各単位コイル間の間隔が狭くなると単位コイ
ルどうしで電力交換して電力損失を生ずるようになる
が、２次コイルを１次コイルの各単位コイルの間に対応
させて配置することにより、１次コイルから２次コイル
への電力伝達効率が向上させることができる。

【０１０６】請求項４の発明の誘導加熱ローラ装置は、
請求項１ないし３のいずれか一記載の誘導加熱装置誘導
において、コイル装置の１次コイルが、磁性材料からな
る胴部および前記胴部の少なくとも一端において形成さ
れた鍔部を有するコアおよびコアの胴部の周囲に巻装さ
れていることを特徴としている。

【０１０７】コアは、コイル軸の方向に沿って単一また
は複数に形成することができる。１次コイルが単−の場
合であっても、複数のコアに分割巻きしてもよいし、複
数の１次コイルを複数のコアに１対１の割合で巻装して
もよい。コアを加熱ローラの軸方向に複数に分割するこ
とにより、コアを安価にするとともに、内側の１次コイ
ルのコアからの磁路外への漏洩を少なくすることができ
る。

【０１０８】また、コアは、胴部が棒状および筒状のい
ずれであってもよい。鍔部は、加熱ローラの内面に接触
してもよいし、わずかな隙間を形成することにより、非
接触にしてもよい。

【０１０９】誘導加熱装置で加熱ローラを構成する場
合、ローラ部材の内面に導電性の磁性材料を配置させ
て、誘導コイル装置のコアの鍔部が接触して加熱ローラ
が回転するように構成すれば、磁気抵抗が一層小さくな
り、加熱ローラ内に配置した２次コイルの効率が一層向
上する。これに対して、非接触であれば、加熱ローラの
回転を妨げないので、加熱ローラを回転駆動するモータ
の負担およびコアや加熱ローラの磨耗を少なくして、誘
導加熱ローラ装置全体のコストダウンおよび信頼性向上
に効果的である。

【０１１０】加熱ローラの軸方向において、コアの鍔部
より端部側に加熱ローラの軸受機構および駆動機構など
を配設することができる。これにより、軸受機構などが
磁路の外部に位置するので、磁路が軸受機構などに影響
を受けないで、最適な磁路を形成することができる。

【０１１１】さらに、誘導コイル装置のコアを軸方向の
長さが加熱ローラの軸方向の長さより小さくなるように
構成するとともに、加熱ローラの端部に加熱ローラの軸
受機構などを配設することができる。これにより、加熱
ローラの有効長さを最大にすることができる。

【０１１２】請求項５記載の発明の誘導加熱ローラ装置
は、１次コイルを備えた誘導コイル装置と前記誘導コイ
ル装置の１次コイルの外側に同軸的に、かつその両端部
が軸方向に前記１次コイルの両端部を越えて配置された
前記１次コイルの形成磁界と空芯トランス結合して誘導
電流により自己発熱する２次コイルと；を具備している
ことを特徴としている。

【０１１３】本発明によれば、誘導コイル装置の１次コ
イルの外側に同軸的に、かつ軸方向に前記１次コイルを
越えて配置されているので、１次コイルからのノイズを
解消することができる。

【０１１４】請求項６記載の発明の誘導加熱装置は、１
次コイルを備えた誘導コイル装置と前記誘導コイル装置
の１次コイルの外側に同軸的に配置され、かつその両端
部の抵抗率がそれより内側の抵抗率よりも低くされた前
記１次コイルの形成磁界と空芯トランス結合して誘導電
流により自己発熱する２次コイルと；を具備しているこ
とを特徴としている。

【０１１５】本発明によれば、誘導コイル装置の１次コ
イルの外側に、２次コイルを、同軸的に、かつ両端部の
抵抗率がその内側の抵抗率よりも低くなるように配置し
たので、１次コイルからのノイズを解消することができ
る。

【０１１６】請求項７の発明の誘導加熱ローラ装置は、
請求項１乃至６のいずれか一記載の誘導加熱装置におけ
る２次コイルの外側に円筒状のローラ部材が配置されて
いることを特徴としている。

【０１１７】請求項２および３記載の発明においては、
２次コイルが複数の単位コイルから構成されるので、こ
れを加熱ローラの熱源として用いる場合には、ローラ軸
方向に温度分布が不均一になる。この問題を解決するた
めには、２次コイル上に熱伝導性の良好な金属からなる
円筒体を同軸状に被嵌することが望ましい。

【０１１８】この円筒体も１次コイルの形成磁界と空芯
トランス結合するが、式１のαの値をα≦０．２５、α
≧４の範囲の値とすることにより、自己発熱を抑えても
っぱら２次コイルで発生した熱を拡散させる機能を持た
せることができる。

【０１１９】ローラ部材は、２次コイルの外側に配設さ
れる。ローラ部材は、２次コイルによる加熱で生じる温
度むらや表面凹凸をなくする効果を奏する。２次コイル
は、ローラ部材の内面に形成することもできる。

【０１２０】本発明においては、上記の構成により複数
の２次コイル間にまたがって配設されている円筒状のロ
ーラ部材を通じて複数の２次コイル間の温度勾配にした
がって熱移動が行われる。その結果、複数の２次コイル
間の温度むらが低減する。

【０１２１】請求項８の発明の誘導加熱ローラ装置は、
請求項７記載の誘導加熱ローラ装置において前記加熱ロ
ーラが最外周面に被着された合成樹脂層を具備している
ことを特徴としている。

【０１２２】合成樹脂層は、加熱ローラの表面温度をな
るべく均一化するために寄与する。また、合成樹脂層
は、加熱ローラの表面を平滑化するためにも寄与する。
したがって、合成樹脂層は、上記の作用を実質的に呈す
る程度の層厚に構成される。しかし、合成樹脂層の層厚
が大きすぎると、層表面の温度上昇が遅くなったり、熱
膨張係数の違いによるクラックを生じやすくなったりす
るので、適当な層厚、好ましくは０．５〜５ｍｍの範囲
内にすべきである。

【０１２３】また、合成樹脂層は、多層膜構成であるこ
とを許容する。たとえば、異種の合成樹脂層を積層した
構造にすることができる。

【０１２４】さらに、合成樹脂層は、加熱ローラの温度
上昇に耐える材質、たとえばフッ素樹脂、シリコーン樹
脂およびエポキシ樹脂などを用いるのがよい。

【０１２５】本発明においては、上記の構成を備えてい
るので、加熱ローラの表面温度がなるべく均一になり、
被加熱体を均一に加熱しやすくなる。また、加熱ローラ
の表面が平滑化されるので、被加熱体との接触が均一化
するため、被加熱体を均一に加熱しやすくなる。

【０１２６】なお、２次コイルの加熱劣化を防ぐため、
２次コイル上に合成樹脂層を被覆したり、外気と２次コ
イルとの連通部を封止することが望ましい。

【０１２７】請求項９記載の加熱ローラは、請求項７ま
たは８記載の誘導加熱ローラ装置における加熱ローラで
ある。

【０１２８】この加熱ローラは、請求項７および８で説
明したとおりの構成を有し、作用効果を発揮する。

【０１２９】請求項１０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；定着装置本体の加圧ローラに圧接関係に対設
して、前記加圧ローラとの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
うに配設された加熱ローラを有する請求項７または８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。

【０１３０】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装置または誘導加熱ローラ装置に
おける加熱ローラを除去した残余の部分をいう。

【０１３１】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。

【０１３２】また本発明において、「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。

【０１３３】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。

【０１３４】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
ートなとが該当する。

【０１３５】そうして、本発明においては、請求項１２
の誘導加熱ローラ装置における加熱ローラを備えて、ウ
ォームアップ時間の短い画像形成装置にすることができ
る。

【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。

【０１３６】図８は、本発明の誘導加熱ローラ装置の第
１の実施形態の構成を概略的に示す分解図である。

【０１３７】本実施形態は、誘導コイル装置ＩＣの１次
コイルｗｐがコイル軸の直交面に対して傾斜させてアル
ミナセラミックス製の筒状基体ＣＢ上に密巻きされ、一
方２次コイルｗｓが基体ＣＢより大径のアルミナセラミ
ックス製のロール基体ＢＢにほぼ同一傾斜で複数ターン
厚膜状銅導体により形成され、基体ＣＢをロール基体Ｂ
Ｂ内に同心的に、かつ１次コイル、２次コイルのコイル
面の長径が一致するように矢印方向から挿入して構成さ
れている。

【０１３８】３ＭＨｚの高周波が１次コイルｗｐに印加
される場合に、２次コイルｗｓのインダクタンスが６０
ｎＨで、２次側抵抗値Ｒａが１．２Ωである。これによ
り、α＝Ｒａ／Ｘａが約１になるように設定されてい
る。

【０１３９】２次コイルを形成した厚膜状銅導体は、銅
を主成分とするペースト状導電材糾を基体ＢＢの表面に
スクリーン印刷し、乾燥後焼成して形成されている。

【０１４０】図９は、本発明の他の実施形態を模式的に
示したもので、誘導コイル装置ＩＣの１次コイルｗｐが
コイル軸の直交面に対して傾斜させてアルミナセラミッ
クス製の筒状基体ＣＢ上に密巻きされ、一方２次コイル
ｗｓが基体ＣＢより大径のアルミナセラミックス製のロ
ール基体ＢＢにほぼ同一傾斜で複数ターン厚膜状銅導体
により形成されているが、この実施形態では、１次コイ
ルの同一ターン数ごとに１ターンの２次コイルが配置さ
れている。

【０１４１】このように、１次コイルの同一ターン数ご
とに１ターンの２次コイルを配置することにより、各２
次コイルに均等の電力伝達をすることができる。

【０１４２】図１０は、本発明の他の実施形態を模式的
に示したもので、誘導コイル装置ＩＣの１次コイルｗｐ
がコイル軸の直交面に対して傾斜させてアルミナセラミ
ックス製の筒状基体ＣＢ上に密巻きされ、一方２次コイ
ルｗｓが基体ＣＢより大径のアルミナセラミックス製の
ロール基体ＢＢにほぼ同一傾斜で複数ターン厚膜状銅導
体により形成されているが、この実施形態では、１次コ
イルの同一ターン数ごとに１ターンの２次コイルが配置
され、さらに１次コイルの両端を越える位置にそれぞれ
３ターンの２次コイルｗｓが配置されている。

【０１４３】このように、１次コイルｗｐの同一ターン
数ごとに３ターンの２次コイルを配置することにより、
各２次コイルに均等の電力伝達をすることができ、かつ
基体ＣＢをロール基体ＢＢ内に同心的に、かつ１次コイ
ルの両端を越える位置にそれぞれ１ターンの２次コイル
を配置したので輻射ノイズの発生を抑制することができ
る。 図１１は、本発明のさらに他の実施形態を模式的
に示したもので、誘導コイル装置ＩＣの１次コイルｗｐ
がコイル軸の直交面に平行にアルミナセラミックス製の
筒状基体ＣＢ上に密巻きされ、一方２次コイルｗｓは基
体ＣＢより大径のアルミナセラミックス製のロール基体
ＢＢにコイル軸の直交面に平行に３ターンずつ間隔をお
いて厚膜状銅導体により形成されているが、この実施形
態では、１次コイルの両端を越える位置にそれぞれ３タ
ーンの２次コイルが配置されている。

【０１４４】このように、１次コイルの両端を越える位
置にそれぞれ３ターンずつの２次コイルｗｓを配置した
ので輻射ノイズの発生を抑制することができる。

【０１４５】図１２は本発明のさらに他の実施形態の断
面図、図１３はこの実施例の円筒体Ｒの縦断面図を示す
もので、加熱ローラＴＲが、鉄からなる円筒体Ｒと、こ
の円筒体Ｒの内面の軸方向の直交面と傾斜させて間隔を
おいて被着形成された導電膜より構成された２次コイル
ｗｓと、円筒体Ｒの２次コイルｗｓ内にセラミックスか
らなる筒体ＢＢの上に２次コイルｗｓと同一傾斜角で巻
回され対応する位置となるよう挿入された一次コイルｗ
ｐと、円筒体Ｒ上および２次コイルｗｓ上に被着された
合成樹脂層ＰＬとから構成されている。なお、導電膜
は、透明質のＩＴＯ膜からなる。

【０１４６】図１４は、本発明に用いる定着装置の一実
施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は架台である。

【０１４７】誘導加熱ローラ装置２１は上述したいずれ
の実施形態も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ＴＲ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。

【０１４８】記録媒体２３は、その表面にトナ−２４が
付着することにより、画像が形成される。

【０１４９】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。

【０１５０】そうして、定着装置は、トナ−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ＴＲ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ＴＲの熱を受
けてトナ−２４が加熱されて溶融し、熱定着が行われ
る。

【０１５１】図１５は、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である。

【０１５２】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。

【０１５３】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。

【０１５４】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。

【０１５５】定着装置３３は、図２３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。

【０１５６】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。

【０１５７】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、誘導コイル装
置の１次コイルを、コイル軸の直交面に対して傾斜して
形成するとともに、この１次コイルの外側に同軸的に、
かつ１次コイルと平行に又はほぼ平行に２次コイルを配
置して構成したので、誘導コイル装置から２次コイルへ
の電力伝達効率が高くなるとともに、傾斜配置された２
次コイルによりコイル軸方向の表面温度が均一化されて
温度むらが解消される。

【０１５８】請求項２の発明の誘導コイル装置によれ
ば、１次コイルがコイル軸方向に分散配置された複数の
単位コイルによって形成されているので、コイル単位毎
に発熱量の調整が可能となり、１次コイルから２次コイ
ルへの電力伝達効率を最大に向上させることができる。

【０１５９】請求項３の発明の誘導コイル装置によれ
ば、１次コイルがコイル軸方向に分散配置された複数の
単位コイルによって形成され、２次コイルが各単位コイ
ルの間に対応させて配置されているので、２次コイルの
各単位コイルを近接配置する必要のある場合に、ようい
に電力伝達効率を高めることができる。

【０１６０】請求項４の発明の誘導加熱装置によれば、
誘導コイル装置の１次コイルの外側に同軸的に、かつ軸
方向に前記１次コイルを越えて配置されているので、１
次コイルからのノイズを解消することができる。

【０１６１】請求項５の発明の誘導加熱ローラ装置によ
れば、誘導コイル装置の１次コイルの外側に、２次コイ
ルを、同軸的に、かつ両端部の抵抗率がその内側の抵抗
率よりも低くなるように配置したので、１次コイルから
のノイズを解消することができる。

【０１６２】請求項６の発明の誘導加熱ローラ装置によ
れば、誘導コイル装置の１次コイルを、磁性材料からな
る胴部および前記胴部の少なくとも一端において形成さ
れた鍔部を有するコアおよびコアの胴部の周囲に巻装し
たので、コアおよび加熱コイルの２次コイルにより形成
される磁路の磁気抵抗が小さくなり、１次コイルのイン
ダクタンスを大きくして相対的に少ない電流で所望の磁
界を形成する誘導加熱ローラ装置を提供することができ
る。

【０１６３】請求項７の発明の誘導加熱ローラ装置によ
れば、請求項１乃至６のいずれか一記載の誘導加熱装置
における２次コイルの外側に円筒状のローラ部材を配置
したので、表面の温度むらが改善される。

【０１６４】請求項８の発明の誘導加熱ローラ装置によ
れば、ローラ部材の最外周面に合成樹脂層を被着したの
で、加熱ローラの表面温度がなるべく均一になるととも
に、表面が平滑な誘導加熱ローラ装置を提供することが
できる。

【０１６５】請求項９の発明の誘導加熱ローラ装置によ
れば、請求項１ないし８に記載の誘導加熱ローラ装置と
同様の効果を得ることができる。

【０１６６】請求項１０の発明の画像形成装置によれ
ば、定着装置本体の加圧ローラに圧接関係に対設して、
加圧ローラとの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９記載の誘導加熱ローラ装置における加熱ロ
ーラを具備したので、請求項１ないし９に記載の効果を
得ることができる。

【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等価回
路を示す回路

【図２】 本発明の誘導加熱ローラ装置の動作原理を説
明する結合係数ｋごとのαとＱｃａの関係を示すグラフ

【図３】 本発明の誘導加熱装置の作用原理を確認する
予備的実験の測定系を示す概念図

【図４】 本発明の誘導加熱ローラ装置の作用原理を確
認するための予備実験における負荷未装着時の１次コイ
ルの測定周波数に対するインダクタンスおよび結合係数
の関係を示すグラフ

【図５】 本発明の誘導加熱ローラ装置の作用原理を確
認するための予備実験における負荷未装着時の１次コイ
ルの測定周波数に対するＱＵの変化を示すグラフ

【図６】 本発明の誘導加熱装置における２次コイルの
温度上昇の測定系を示す概念図

【図７】 本発明の誘導加熱装置における２次コイルの
温度上昇の測定結果を示すグラフ

【図８】 本発明の誘導加熱ローラ装置の第１の実施形
態を概略的に示す側面図

【図９】 本発明の誘導加熱ローラ装置の第２の実施形
態を概略的に示す側面図

【図１０】 本発明の誘導加熱ローラ装置の第３の実施
形態を概略的に示す側面図

【図１１】 本発明の誘導加熱ローラ装置の第４の実施
形態を概略的に示す側面図

【図１２】 本発明の誘導加熱ローラ装置の第５の実施
形態を概略的に示す断面図

【図１３】 図１２に示した実施形態の要部縦断面図

【図１４】 本発明に使用する定着装置を示す縦断面図

【図１５】 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

【符号の説明】

ＢＢ…基体 ＣＢ…ボビン ＩＣ…誘導コイル装置 ＰＬ…合成樹脂層 ＴＲ…加熱ローラ ＷＰ…配線対 ｗｐ…１次コイル ｗｓ…２次コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H033 AA03 AA41 BA25 BB05 BB06 BB18 BE06 3K059 AA08 AB19 AD05 AD23 CD52 CD77

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイル軸の直交面に対して傾斜して形成
   された１次コイルを備えた誘導コイル装置と；前記誘導
   コイル装置の１次コイルの外側に同軸的に、かつ前記１
   次コイルと平行に又はほぼ平行に配置され、前記１次コ
   イルの形成磁界と空芯トランス結合して誘導電流により
   自己発熱する２次コイルと；を具備していることを特徴
   とする誘導加熱装置。
2. 【請求項２】 前記１次コイルがコイル軸方向に分散配
   置された複数の単位コイルによって形成され、前記２次
   コイルが前記各単位コイルの配置された位置に対応させ
   て形成されていることを特徴とする請求項１記載の誘導
   加熱装置。
3. 【請求項３】 前記１次コイルがコイル軸方向に分散配
   置された複数の単位コイルによって形成され、前記２次
   コイルが前記各単位コイルの間に対応させて配置されて
   いることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱装置。
4. 【請求項４】 誘導コイル装置の１次コイルが、磁性材
   料からなる胴部および前記胴部の少なくとも一端におい
   て形成された鍔部を有するコアおよびコアの胴部の周囲
   に巻装されていることを特徴とする請求項１ないし３の
   いずれか一記載の誘導加熱装置。
5. 【請求項５】 １次コイルを備えた誘導コイル装置と；
   前記誘導コイル装置の１次コイルの外側に同軸的に配置
   され、かつその両端部の抵抗率がそれより内側の抵抗率
   よりも低くされた前記１次コイルの形成磁界と空芯トラ
   ンス結合して誘導電流により自己発熱する２次コイル
   と；を具備していることを特徴とする誘導加熱装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし６のいずれか一記載の誘
   導加熱装置における２次コイルの外側に円筒状のローラ
   部材が配置されていることを特徴とする誘導加熱ローラ
   装置。
7. 【請求項７】 前記ローラ部材の最外周面に被着された
   合成樹脂層を具備していることを特徴とする請求項７記
   載の誘導加熱ローラ装置。
8. 【請求項８】 請求項７また８のいずれか一記載の誘導
   加熱ローラ装置における加熱ローラ。
9. 【請求項９】 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；定着装置本体の加
   圧ローラに圧接関係に対設して、前記加圧ローラとの間
   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加熱ローラを
   有する請求項７または８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。