JP2002334773A

JP2002334773A - 誘導加熱ローラ装置、定着装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2002334773A
Application number: JP2001137812A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Yokozeki; 一郎横関
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2002-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】電流定格の小さな能動素子を用いて所望電力の
高周波出力を発生するのに好適な高周波電源により加熱
ローラを誘導加熱誘導する加熱ローラ装置、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】複数の高周波電源回路ＨＦＵおよび複数の
高周波電源回路ＨＦＵの高周波出力を合成する合成回路
ＧＡＴを備えた高周波電源ＨＦＳと、高周波電源ＨＦＳ
の合成された高周波出力により付勢される誘導コイルＩ
Ｃと、誘導コイルＩＣに磁気結合して発生した誘導電流
によって発熱する加熱ローラＨＲとを具備している。分
配回路ＤＩＳを介して共通の駆動回路ＤＣによって複数
の高周波電源回路ＨＦＵを一括して駆動することができ
る。誘導加熱は、渦電流損方式およびトランス方式のい
ずれであってもよい。

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。

【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、ウオームアップ時間が長くなったり、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】加熱ローラを誘導加熱する方式には、鉄な
どの金属に高周波磁界を作用させた際に、金属中に生じ
る渦電流損により発熱する渦電流損方式と、２次回路の
抵抗中を２次電流が流れることにより発熱するトランス
方式とがある。

【０００４】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。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、２
０〜１００ｋＨｚ程度である。この方式の場合、たとえ
ば特開平１０−９１０１８号公報においては、ＳＣＲの
スイッチングを用いて高周波を発生している。また、特
開２００１−４３９６４号公報においては、IGBTを用い
てスイッチングを行なわせている。さらに、特開平８−
４４２２７号公報、特開平９８−３０８２６０号公報の
場合には、MOSFETを用いてスイッチングを行なわせてい
る。

【０００５】一方、トランス方式は、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、かなり高い定
常効率を得ることができるという特徴があり、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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】１００ｋＨｚ以上の周
波数帯の高周波を発生するには、高周波電源の能動素子
に高周波特性に優れたMOSFETを用いると好都合である。

【０００７】ところが、MOSFETは、電流定格の大きなも
のがないため、熱定着温度まで加熱するのに要する高周
波電力を得ることができないという問題がある。このた
め、特開平９−３０８２６０号公報においては、２石の
MOSFETを並列接続している。しかし、この接続では、MO
SFETの特性のばらつきによる影響を受けるため、実用化
は困難である。

【０００８】本発明は、電流定格の小さな能動素子を用
いて所望電力の高周波出力を発生するのに好適な高周波
電源により加熱ローラを誘導加熱する誘導加熱ローラ装
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。

【０００９】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明の誘導加
熱ローラ装置は、複数の高周波電源回路および複数の高
周波電源回路の高周波出力を合成する合成回路を備えた
高周波電源と；高周波電源の合成された高周波出力によ
り付勢される誘導コイルと；誘導コイルに磁気結合して
発生した誘導電流により発熱する加熱ローラと；を具備
していることを特徴としている。

【００１０】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。

【００１１】＜高周波電源について＞高周波電源は、少
なくとも複数の高周波電源回路および合成回路を備えて
構成されている。

【００１２】（高周波電源回路について）高周波電源回
路は、所望周波数の高周波電力を負荷に対して供給する
電源回路である。なお、「所望周波数の高周波」とは、１
０ｋＨｚ以上をいい、渦電流損方式の加熱を行なう場合
には、２０〜１００ｋＨｚ程度が好適であり、またトラ
ンス方式の場合には、１００ｋＨｚ以上、好適には１〜
４ＭＨｚである。また、高周波電源回路は、直流または
低周波交流を直接または間接的に能動素子を用いて高周
波に変換するのが実際的である。

【００１３】低周波交流から高周波電力を得るには、い
ったん低周波交流を整流手段を用いて直流に変換するの
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。

【００１４】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、たと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、インバータとして
は、ハーフブリッジ形インバータなどを用いることがで
きる。さらに、能動素子としては、バイポーラトランジ
スタ、MOSFET、IGBT、ＳＣＲなどを用いることができ
る。しかし、１００ｋＨｚ以上の高周波の場合には、MO
SFETが好適である。

【００１５】高周波電源回路の数は、複数であればよ
く、単一の高周波電源回路の供給可能な電力と所望電力
との相関において決定すればよい。

【００１６】さらに、高周波電源を可制御に構成するこ
とにより、加熱ローラに伝達される電力を制御すること
が可能になる。このため、たと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、急速加熱を行なうこ
とができる。

【００１７】（合成回路について）合成回路は、複数の
高周波電源回路の高周波出力を合成する回路手段である
が、本発明においてはその具体的な回路構成は限定され
るものではなく、既知の合成回路を用いることができ
る。また、合成回路は、少なくとも複数の入力ポートと
単一の出力ポートとを備え、複数の入力ポートにそれぞ
れ高周波電源回路の出力端を接続し、単一の出力ポート
に誘導コイルを接続するが、それぞれの高周波電源回路
の高周波出力が他の入力ポートを経由して他の高周波電
源回路へ回り込む干渉が生じにくいように構成される。
そのために、複数の入力ポート間にわたって互いに磁気
結合した平衡トランスを配設するのが一般的である。ま
た、一部の高周波電源回路の高周波出力が異常になった
際にも出力ポートに出力が現れるように、平衡抵抗器を
複数の入力端間にわたって接続することができる。

【００１８】しかし、一般に使用されている合成回路
は、複数の電源出力を得る構成であるために、一つの電
源回路が故障したり、異常出力を生じたりしても、残余
の負荷にその影響が波及しないように設計する。そのた
め、合成回路の消費電力に対する配慮が重視されていな
かった。

【００１９】これに対して、本発明においては、負荷が
共通の誘導コイルであり、一つの高周波電源回路が出力
停止した状態では、加熱ローラを所要温度まで加熱でき
なくても差し支えないものとするが、複数の高周波電源
回路間で実用的な範囲でのばらつきがあったとしても、
これを許容するとともに、一つ以上の高周波電源回路が
出力停止した場合には、高周波電源の動作を停止して、
保護動作を行なうように構成するのがよい。これによっ
て、小さな電気定格の部品を用いて合成回路を製作する
ことができる。

【００２０】図１は、入力ポート間のアイソレーション
に対する平衡トランスにおける各巻線に必要なインダク
タンス値をシミュレーションにより求めた結果を示すグ
ラフである。図において、横軸はインダクタンス（μ
Ｈ）を、縦軸はアイソレーション（ｄＢ）を、それぞれ
示す。

【００２１】図２は、周波数に対する入力ポート間のア
イソレーションの関係をシミュレーションにより求めた
結果を示すグラフである。図において、横軸は周波数
（ＭＨｚ）を、縦軸はアイソレーション（ｄＢ）を、そ
れぞれ示す。

【００２２】図３は、入力ポート間に電力差を生じた際
の平衡抵抗器における消費電力の関係をシミュレーショ
ンにより求めた結果を示すグラフである。図において、
横軸は入力電力差（Ｗ）を、縦軸は消費電力（Ｗ）を、
それぞれ示す。

【００２３】また、合成回路は、リング状のコアに同軸
ケーブルを１ターンまたは２ターン程度巻装することに
よって製作することができる。

【００２４】＜誘導コイルについて＞誘導コイルは、高
周波電源によって付勢すなわち励磁されるとともに、後
述する加熱ローラに高周波磁界を作用させる手段であ
る。

【００２５】誘導加熱が渦電流損方式による場合、誘導
コイルは、たとえば特開２０００−２１５９７４号公報
に記載されているように、被加熱体すなわち加熱ローラ
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る構成を採用す
ることができる。なお、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
性体コアを配設する。また、特開２０００−２１５９７
１号公報に記載されているように、電磁誘導発熱性の加
熱ローラの内側に誘導コイルを配置し、さらに磁性体か
らなるギャップ付のコアを付設して、コアのギャップに
生じた集中磁界を加熱ローラに作用させるように構成す
ることもできる。

【００２６】次に、トランス方式の場合、誘導コイルを
中空の加熱ローラの内部に挿入して、トランスの１次コ
イルとして機能させて、加熱ローラの２次コイルとの間
で空芯トランス結合を行うように構成することができ
る。なお、誘導コイルは、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
と誘導コイルとの間に回転集電機構を介在すればよい。
また、「空芯トランス結合」とは、完全な空芯のトラン
ス結合だけでなく、実質的に空芯とみなせるトランス結
合の場合を含む意味である。

【００２７】また、誘導コイルは、これを所定の形状に
維持するために、誘電体損失のなるべく少ない材料を用
いて製作した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、整列巻のための巻溝や給電リード線
を収納する軸方向の溝を形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、所
定形状に維持するように構成することもできる。さらに
また、誘導コイルは、それ自身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給電リード線を介して並列接
続することができる。

【００２８】さらに、誘導コイルに対して高周波電源か
ら高周波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。

【００２９】＜加熱ローラについて＞加熱ローラは、渦
電流損方式の場合、鉄などの渦流損を生じやすい磁性体
製の加熱ローラを用いることができる。これに対して、
トランス方式の場合、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１次コイルと空芯トランス
結合する。そして、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
好ましい。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ことができる。なお、
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。

【００３０】

【数１】０．２５＜α＜４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。

【００３１】さらに、加熱ローラを回転する機構は、既
知の種々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、トナー画像を形成した
記録媒体が両ローラの間を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。

【００３２】＜本発明の作用について＞本発明において
は、単一の高周波電源回路が誘導コイルに必要な電力を
供給できるほどの大きな容量がなくても、複数の高周波
電源回路の出力を合成回路で合成して誘導コイルに供給
するので、小容量の高周波電源回路を用いることができ
る。このため、所望の周波数を出力するのに最適な能動
素子を用いて所望電力の高周波出力で加熱ローラを迅速
に加熱することができる。たとえば、MOSFETを用いるこ
とにより、１００ｋＨｚ以上、好適には１〜４ＭＨｚの
高周波出力を得る高周波特性の優れた高周波電源回路を
構成することができるようになる。したがって、たとえ
ば９０％以上の高い効率を有するトランス方式による誘
導加熱ローラ装置を得ることが可能になる。

【００３３】また、高周波電源回路の数を負荷の要求す
る高周波電力に応じて増減することにより、所要の高周
波電力を供給する高周波電源が得られるので、多様な電
力容量の仕様に対して部品の標準化を行なって、部品在
庫を低減することなどができる。しかも、複数の高周波
電源回路の実用的な特性のばらつきを許容するととも
に、複数の高周波電源回路のうち一つ以上が出力停止し
たようなときに高周波電力の供給を停止して保護するよ
うに合成回路を設計することができるので、マージンを
少なくして、電気定格の小さい電気部品を用いて合成回
路を製作することが可能になる。したがって、本発明に
よれば、合成回路のコストダウンおよび小形化をも可能
にする。

【００３４】さらに、本発明によれば、複数の高周波電
源回路を用いて所要の電力容量を得るので、加熱ローラ
を電源投入後短時間で所要温度まで加熱する必要のある
高速化に対応させることができる。

【００３５】請求項２の発明の誘導加熱ローラ装置は、
請求項１記載の誘導加熱ローラ装置において、高周波電
源は、複数の高周波電源回路を同期して一括駆動する駆
動回路を具備していることを特徴としている。

【００３６】本発明は、複数の高周波電源回路を損失少
なく合成するのに好適な構成を規定している。

【００３７】＜分配回路について＞共通の駆動回路を用
いて複数の高周波電源回路を駆動するために、駆動回路
と高周波電源回路との間に分配回路を介在させることが
できる。分配回路は、これを合成回路と同様な回路構成
にすることができる。ただし、合成回路においては、複
数の入力ポートに対して単一の出力ポートが設けられる
が、分配回路の場合にはこれらが逆の関係になる。すな
わち、入力ポートが単一で、出力ポートが複数である。

【００３８】＜直流重畳回路について＞所望により、駆
動回路と分配回路の入力端との間に直流重畳回路を介在
させることにより、高周波出力を制御することができ
る。すなわち、駆動信号に直流重畳することで、高周波
電源回路の駆動信号のデューティが変化するので、その
結果デューティ制御が行なわれて高周波出力が変化す
る。しかも、直流重畳回路は、分配器の入力ポートに接
続するので、複数の高周波電源回路を一括して制御でき
る。

【００３９】そうして、直流重畳回路を用いて行なう高
周波出力の制御は、複数の高周波電源回路の高周波出力
を一括して制御するので、複数の高周波電源回路を個々
に制御するより均一な制御ができ、しかも制御が容易に
なる。このため、駆動回路や制御回路のばらつきを見込
んだ設計のマージンを小さくすることが可能になり、し
たがって高周波電源の小形化およびコストダウンを図る
ことができる。

【００４０】＜本発明の作用について＞本発明において
は、複数の高周波電源回路を同期して一括駆動すること
により、駆動信号の位相が等しくなるので、合成する際
の損失が低減する。

【００４１】また、単一の駆動回路を共通に利用するの
で、回路構成要素を少なくして、コストダウンを図るこ
とができる。

【００４２】請求項３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または２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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】そうして、本発明においては、トナー画像
が形成された記録媒体を加熱ローラと加圧ローラとの間
に挟んで搬送しながらトナー画像を高速で定着すること
ができる。

【００４６】請求項４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３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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】記録媒体としては、たとえば転写材シー
ト、印刷紙、エレクトロファックスシート、静電記録シ
ートなどが該当する。

【００５０】そうして、本発明においては、高速タイプ
に好適な画像形成装置にすることができる。

【００５１】

【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。

【００５２】図４は、本発明の誘導加熱ローラ装置の第
１の実施形態を示す回路ブロック図である。

【００５３】図５は、同じく高周波電源を示す回路図で
ある。

【００５４】図６は、同じく分配回路および合成回路の
回路構成を示す回路図である。

【００５５】図７は、同じく高周波電源回路の回路構成
を示す回路図である。

【００５６】各図において、誘導加熱ローラ装置は、直
流電源ＤＣ、高周波電源ＨＦＳ、誘導コイルＩＣおよび
加熱ローラＨＲからなる。なお、ＡＳは低周波交流電源
である。以下、構成要素ごとに構成を説明する。

【００５７】＜直流電源ＤＣについて＞直流電源ＤＣ
は、整流回路からなり、入力端が低周波交流電源ＡＳに
接続して、低周波交流電圧を非平滑直流電圧に変換して
出力する。

【００５８】＜高周波電源ＨＦＳについて＞高周波電源
ＨＦＳは、図５に示すように、発振器ＯＳＣ、駆動回路
ＤＣ、分配回路ＤＩＳ、高周波電源回路ＨＦＵ、合成回
路ＧＡＴおよびインピーダンス変換回路ＺＣからなる。

【００５９】発振器ＯＳＣは、高周波発振器からなり、
所定周波数の高周波信号を発生して、駆動回路ＤＣを励
振する。

【００６０】駆動回路ＤＣは、プリアンプからなり、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。

【００６１】分配回路ＤＩＳは、後述する合成回路ＧＡ
Ｔと電流容量は異なるものの同一の回路構成であって、
図６に示すように、単一の入力（出力）ポートＰ0、４
個の出力（入力）ポートＰ1〜Ｐ4を備え、４個の平衡ト
ランスＴ１〜Ｔ４および４個の平衡抵抗器Ｒ１〜Ｒ４を
所定に接続して備えている。さらに詳述すると、単一の
入力（出力）ポートＰ0は、４個の平衡トランスＴ１〜
Ｔ４における一方の巻線ｗ１１、ｗ２１、ｗ３１、ｗ４
１の一端に接続している。これに対して、各出力（入
力）ポートＰ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4は、各平衡トランスＴ
１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の他方の巻線ｗ１２、ｗ２２、ｗ
３２、ｗ４２の一端に接続している。そして、平衡トラ
ンスＴ１における一方の巻線ｗ１１の他端は、平衡トラ
ンスＴ４における他方の巻線ｗ４２の他端に接続してい
る。同様に平衡トランスＴ２における一方の巻線ｗ１１
の他端は、平衡トランスＴ１における他方の巻線ｗ１２
の他端に接続している。また、平衡トランスＴ３におけ
る一方の巻線ｗ３１の他端は、平衡トランスＴ２におけ
る他方の巻線ｗ２２の他端に接続している。さらに、平
衡トランスＴ４における一方の巻線ｗ４１の他端は、平
衡トランスＴ３における他方の巻線ｗ３２の他端に接続
している。要するに、各平衡トランスＴ１〜Ｔ４の各巻
線は、リング状に接続している。一方、平衡抵抗器Ｒ１
〜Ｒ４は、以下のように接続している。すなわち、平衡
抵抗器Ｒ１の一端は、巻線ｗ２１およびｗ１２の接続点
に接続している。また、平衡抵抗器Ｒ２の一端は、巻線
ｗ３１およびｗ２２の接続点に接続している。さらに、
平衡抵抗器Ｒ３の一端は、巻線ｗ４１およびｗ３２の接
続点に接続している。さらにまた、平衡抵抗器Ｒ４の一
端は、巻線ｗ１１およびｗ４２の接続点に接続してい
る。そして、各平衡抵抗器Ｒ１〜Ｒ４の他端は、互いに
接続している。要するに、各抵抗器Ｒ１〜Ｒ４は、各平
衡トランスＴ１〜Ｔ４に対してスター状に接続してい
る。

【００６２】そうして、分配器ＤＩＳは、その入力ポー
トＰ0に駆動回路ＤＣからの駆動信号が同軸ケーブルを
経由して入力する。また、出力ポートＰ1〜Ｐ4は、後述
する複数の高周波電源回路ＨＦＵの駆動信号入力端にそ
れぞれ同軸ケーブルを介して接続する。そして、各出力
ポートＰ1〜Ｐ4の出力電圧は、平衡トランスＴ１〜Ｔ４
の平衡作用によって等しくなり、したがって各出力ポー
トＰ1〜Ｐ4に対して駆動信号が出力されている状態にお
いては、回路が平衡状態となり、各平衡抵抗器Ｒ１〜Ｒ
４に電位差が生じないので、電力損失は生じない。よっ
て、駆動信号は、等しく分配される。

【００６３】高周波電源回路ＨＦＵは、図７に示すよう
に、Ｅ級増幅器からなり、その４個が合成回路ＧＡＴに
対して並列接続している。すなわち、高周波電源回路Ｈ
ＦＵは、インダクタＬ１およびMOSFETＱ１の直列回路を
直流電源ＤＣに接続するとともに、共振回路ＲＣを介し
てMOSFETＱ１のゲートを分配回路ＤＩＳに接続してな
り、MOSFETＱ１の両端間に直流カットコンデンサＣ１、
インダクタL２およびコンデンサＣ２の直列共振回路を
接続し、コンデンサＣ２の両端から高周波出力が得られ
る。

【００６４】合成回路ＧＡＴは、４個の高周波電源回路
ＨＦＵの高周波出力を合成する手段であり、図６に示す
分配回路ＤＩＳと同一回路構成であるが、４個のポート
Ｐ1〜Ｐ4が入力ポートとなり、単一のポートＰ0が出力
ポートとなる。したがって、４個の高周波電源回路ＨＦ
Ｕの高周波出力が合成されて単一の出力ポートＰ0から
出力する。

【００６５】インピーダンス変換回路ＺＣは、たとえば
線路に対して直列のインダクタと、インダクタの後段に
おいて線路に対して並列のコンデンサからなり、コンデ
ンサの両端にインピーダンス変換された高周波出力が得
られる。

【００６６】そうして、合成回路ＧＡＴの出力ポートＰ
0から出力される高周波出力のインピーダンスが５０Ω
であるとすると、４個の高周波電源回路ＨＦＵの高周波
出力を合成した際にインピーダンスが１２．５Ωに低下
するので、インピーダンス変換回路ＺＣを介挿すること
により、これを元に戻すことができる。

【００６７】＜誘導コイルＩＣについて＞誘導コイルＩ
Ｃは、円柱形状のフッ素樹脂からなるコイルボビンの外
周に４個のコイルを給電リード線を介して並列接続して
なり、給電リード線を高周波電源ＨＦＳの出力端に同軸
ケーブルを介して接続する。

【００６８】そうして、誘導コイルは、静止状態で使用
される。

【００６９】＜加熱ローラＨＲについて＞加熱ローラＨ
Ｒは、セラミックスからなる円柱状のローラ基体の外表
面に銅膜を蒸着により被着して円筒状の薄膜導体を形成
してなる。薄膜導体は、加熱ローラＨＲの周回方向に所
定の抵抗値を有している。そして、図示しない回転機構
により図１の矢印方向に所定の速度で回転する。

【００７０】そうして、薄膜導体が２次コイルとして作
用し、誘導コイルと空芯トランス結合する。

【００７１】＜誘導加熱ローラ装置の動作について＞低
周波交流電源ＡＳの１００Ｖまたは２００Ｖの低周波交
流電圧は、直流電源ＤＣにより直流電圧に変換され、さ
らに高周波電源ＨＦＳでたとえば２．６±０．４ＭＨｚ
の高周波電圧に変換されて静止状態の誘導コイルＩＣに
印加される。これにより、誘導コイルＩＣは、高周波磁
界を発生する。高周波磁界は、加熱ローラＨＲの薄膜導
体に鎖交するので、空芯トランス結合によって薄膜導体
に２次電流が加熱ローラＨＲの周回方向に流れる。

【００７２】加熱ローラＨＲの薄膜導体に２次電流が流
れると、薄膜導体は所定の抵抗値を有しているので、ジ
ュール発熱をして加熱ローラＨＲは温度上昇する。

【００７３】次に、実施例としての一例を示せば、たと
えば誘導加熱ローラ装置を画像形成装置の定着装置とし
て使用する場合、最大出力１５０Ｗの高周波電源回路Ｈ
ＦＵを４つ並列運転して合成して出力するように構成す
ることによって、起動時に６００Ｗを出力し、連続運転
時に３００Ｗを出力させることにより、加熱ローラＨＲ
の表面温度を２００℃に加熱でき、３５枚／分以上の高
速定着が可能になる。そして、連続運転時の総合効率を
９０％、１５秒で表面温度２００℃まで加熱することが
できる。また、温度加熱ローラの温度均一性は、±５ｄ
ｅｇ／ｃｍである。さらに、高周波電源ＨＦＳの容積
は、幅１００ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×高さ５００ｍｍに
でき、小形化を図ることができる。

【００７４】図８は、本発明の誘導加熱ローラ装置の第
２の実施形態における高周波電源回路の回路構成を示す
回路図である。図において、図７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。

【００７５】本実施形態は、ハーフブリッジ形インバー
タにより高周波電源回路ＨＦＵが構成されている。すな
わち、高周波電源回路ＨＦＵは、一対のMOSFETＱ１、Ｑ
２、ゲートドライブ信号発生回路ＧＤＣ、直流カットコ
ンデンサＣ１、インダクタＬ２、コンデンサＣ２および
共振回路ＲＣからなる。一対のMOSFETＱ１、Ｑ２は、直
流電源ＤＣに直列接続する。ゲートドライブ信号発生回
路ＧＤＣは、MOSFETＱ１、Ｑ２のゲートに交互にゲート
ドライブ信号を供給して、MOSFETＱ１、Ｑ２を交互にス
イッチングさせる。直流カットコンデンサＣ１、インダ
クタＬ２およびコンデンサＣ２の直列共振回路は、MOSF
ETＱ２の両端間に接続している。共振回路ＲＣは、ゲー
トドライブ信号発生回路ＧＤＣおよび駆動回路ＤＣの間
に介在する。

【００７６】図９は、本発明の誘導加熱ローラ装置の第
３の実施形態における高周波電源の一部を示す回路ブロ
ック図である。

【００７７】図１０は、同じく分配回路の回路構成を示
す回路図である。

【００７８】各図において、図５および図６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。なお、合
成回路およびインピーダンス変換回路は図示を省略して
いる。

【００７９】本実施形態は、高周波電源回路が２つから
なる点で異なる。したがって、分配回路ＤＩＳは、平衡
トランスおよび平衡抵抗器がそれぞれＴ１、Ｔ２および
Ｒ１、Ｒ２の２組で構成されている。

【００８０】図１１は、本発明の誘導加熱ローラ装置の
第４の実施形態における分配回路の回路構成を示す回路
図である。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。

【００８１】本実施形態は、平衡トランスおよび平衡抵
抗器が、それぞれＴおよびＲの１組で構成されている。
すなわち、入力ポートＰ0は、平衡トランスＴにおける
一方の巻線ｗ１の一端および他方の巻線ｗ２の他端にそ
れぞれ接続している。また、出力ポートＰ1は、他方の
巻線ｗ２の一端に接続している。また、出力ポートＰ2
は、一方の巻線ｗ１の他端に接続している。平衡抵抗器
Ｒは、出力ポートＰ1およびＰ2の間に接続している。

【００８２】図１２は、本発明の誘導加熱ローラ装置の
第５の実施形態における高周波電源の一部を示す回路ブ
ロック図である。図において、図９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。

【００８３】本実施形態は、直流重畳回路ＤＣＳを備え
ている点で異なる。すなわち、直流重畳回路ＤＣＳは、
ダイオードＤ、抵抗器Ｒ５、Ｒ６およびコンデンサＣ３
からなる。ダイオードＤおよび抵抗器Ｒ５、Ｒ６は、直
列回路を形成して駆動回路ＤＣの出力端間に接続してい
る。コンデンサＣ３は、駆動回路ＤＣおよび分配回路Ｄ
ＩＳの間に直列に挿入している。また、コンデンサＣ３
は、抵抗器Ｒ６に並列接続している。

【００８４】図１３は、本発明の誘導加熱ローラ装置の
第５の実施形態におけるデューティ制御を説明する波形
図である。

【００８５】そうして、直流重畳回路ＤＣＳのダイオー
ドＤは、駆動回路ＯＳＣの高周波交流電圧を半波整流す
る。これにより、抵抗器Ｒ６の両端には、半波整流電圧
を抵抗器Ｒ５とＲ６とで按分した電圧が現れる。抵抗器
Ｒ６に並列接続しているコンデンサＣ３は、抵抗器Ｒ６
の端子電圧のほぼピーク値に充電される。

【００８６】したがって、分配器ＤＩＳの入力ポートの
基準電圧は、図１４に示すように、コンデンサＣ３の端
子電圧Ｅだけプラス側へシフトする。その結果、基準電
圧に対してプラスの電圧の時間ｔ１により高周波電圧の
オン時間が、マイナスの電圧の時間ｔ２によりオフ時間
が、それぞれ決まるように高周波電源回路を構成すれ
ば、直流重畳回路ＤＣＳによりオンデューティ（ｔ１／
（ｔ１＋ｔ２））が５０％以下になる。

【００８７】図１４は、本発明の誘導加熱ローラ装置の
第６の実施形態における高周波電源の一部を示す回路ブ
ロック図である。図において、図１２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。

【００８８】本実施形態は、直流重畳回路ＤＣＳの抵抗
器Ｒ６を可変抵抗器で構成している点で異なる。これに
より、オンデューティを可変にすることができる。

【００８９】図１５は、本発明の定着装置の一実施形態
を示す縦断面図である。

【００９０】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、２
５は架台である。なお、図４と同一部分については同一
符号を付してある。

【００９１】誘導加熱ローラ装置２１は、図４に示す実
施形態を用いている。

【００９２】加圧ローラ２２は、誘導加熱ローラ装置２
１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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】図１６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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】定着装置３３は、図１６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。

【０１０１】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。

【０１０２】

【発明の効果】請求項１および２の発明によれば、複数
の高周波電源回路および複数の高周波電源回路の高周波
出力を合成する合成回路を備えた高周波電源の合成され
た高周波出力により誘導コイルを付勢し、誘導コイルに
加熱ローラを磁気結合して発生した誘導電流によって加
熱ローラを加熱することにより、電流定格の小さな能動
素子を用いて所望電力の高周波出力で加熱ローラを迅速
に加熱でき、また多様な容量の高周波電源に対して部品
の標準化を行なって部品在庫を低減する誘導加熱ローラ
装置を提供することができる。

【０１０３】請求項２の発明によれば、高周波電源が複
数の高周波電源回路を同期して一括駆動する駆動回路を
備えていることにより、合成する際の損失が低減すると
ともに、単一の駆動回路を共通に利用するので、回路構
成要素を少なくして、コストダウンを図った誘導加熱ロ
ーラ装置を提供することができる。

【０１０４】請求項３の発明によれば、加圧ローラを備
えた定着装置本体と、請求項１または２記載の誘導加熱
ローラ装置とを具備していることにより、請求項１およ
び２の効果を有する定着装置を提供することができる。

【０１０５】請求項４の発明によれば、画像形成装置本
体と、請求項３記載の定着装置とを具備していることに
より、請求項１および２の効果を有する画像形成装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】入力ポート間のアイソレーションに対する平衡
トランスにおける各巻線に必要なインダクタンス値をシ
ミュレーションにより求めた結果を示すグラフ

【図２】周波数に対する入力ポート間のアイソレーショ
ンの関係をシミュレーションにより求めた結果を示すグ
ラフ

【図３】入力ポート間に電力差を生じた際の平衡抵抗器
における消費電力の関係をシミュレーションにより求め
た結果を示すグラフ

【図４】本発明の誘導加熱ローラ装置の第１の実施形態
を示す回路ブロック図

【図５】同じく高周波電源を示す回路図

【図６】同じく分配回路および合成回路の回路構成を示
す回路図

【図７】同じく高周波電源回路の回路構成を示す回路図

【図８】本発明の誘導加熱ローラ装置の第２の実施形態
における高周波電源回路の回路構成を示す回路図

【図９】本発明の誘導加熱ローラ装置の第３の実施形態
における高周波電源の一部を示す回路ブロック図

【図１０】同じく分配回路の回路構成を示す回路図

【図１１】本発明の誘導加熱ローラ装置の第４の実施形
態における分配回路の回路構成を示す回路図

【図１２】本発明の誘導加熱ローラ装置の第５の実施形
態における高周波電源の一部を示す回路ブロック図

【図１３】本発明の誘導加熱ローラ装置の第５の実施形
態におけるデューティ制御を説明する波形図

【図１４】本発明の誘導加熱ローラ装置の第６の実施形
態における高周波電源の一部を示す回路ブロック図

【図１５】本発明の定着装置の一実施形態を示す縦断面
図

【図１６】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】

ＤＣ…駆動回路ＤＩＳ…分配回路ＧＡＴ…合成回路ＨＦＳ…高周波電源ＨＦＵ…高周波電源回路ＯＳＣ…発振器ＺＣ…インピーダンス変換回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の高周波電源回路および複数の高周波
電源回路の高周波出力を合成する合成回路を備えた高周
波電源と；高周波電源の合成された高周波出力により付
勢される誘導コイルと；誘導コイルに磁気結合して発生
した誘導電流により発熱する加熱ローラと；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】高周波電源は、複数の高周波電源回路を同
期して一括駆動する駆動回路を備えていることを特徴と
する請求項１記載の誘導加熱ローラ装置。
【請求項３】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または２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４】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３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。