JP2003317923A - 誘導加熱ローラ装置、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】加熱ローラの軸方向の温度分布を可変にした誘
導加熱ローラ装置、これを備えた定着装置および画像形
成装置誘導加熱ローラ装置を提供する。 【解決手段】第１および第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ
２に磁気結合して誘導電流により発熱する加熱ローラＨ
Ｒと、加熱ローラＨＲの軸方向に分散して配設された上
記第１および第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２と、この
誘導コイルに高周波電力を供給する周波数可変高周波電
源ＨＦＳと、周波数可変高周波電源ＨＦＳおよび第１お
よび第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２の間に介在すると
ともに、周波数に選択的に応動して通過する高周波電力
を制御する第１および第２のフィルタ手段Ｆ１、Ｆ２と
を具備している。周波数可変高周波電源ＨＦＳの出力周
波数を変化させて、第１または第２のフィルタ手段Ｆ１
またはＦ２の通過帯域にすることで、誘導コイルＩＣ１
またはＩＣ２を所望に選択する。

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、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。

【０００３】特開２０００−２１５９７４号公報には、
被加熱体に近接して配設され、被加熱体であるところの
磁性体製の加熱ローラ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ている励磁コイルが記載
されている。（従来技術１） また、特開２０００−２１５９７１号公報には、電磁誘
導発熱性の加熱回転体すなわち加熱ローラと、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（以下、「渦電流損方式」という。）であり、Ｉ
Ｈ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。

【０００４】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すなわ
ち加熱ローラと、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次側抵抗の
発熱による加熱方式（以下、「トランス方式」という。）
である。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、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。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。

【０００５】本発明者らは、先に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トランス結合形の発
明をなした。この発明は、特願２００１−０１６３３５
号として本件出願人により出願されている。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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、複写機、プリン
ターなどの画像形成手段においては、画像を形成する用
紙のサイズを複数選択可能にしているものが多い。この
ような機能に対応させるには、用紙サイズに応じて加熱
ローラの発熱領域を変更することが要求される。

【０００７】本発明は、加熱ローラの軸方向の温度分布
を可変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。

【０００８】

【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、後記誘導コイルに磁気結合して誘導電
流により発熱する加熱ローラと；加熱ローラの軸方向に
分散して配設された複数の誘導コイルと；複数の誘導コ
イルに高周波電力を供給する共通の周波数可変高周波電
源と；周波数可変高周波電源および誘導コイルの間に介
在するとともに、周波数に選択的に応動して通過する高
周波電力を制御するフィルタ手段と；を具備しているこ
とを特徴としている。

【０００９】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。

【００１０】＜加熱ローラについて＞ 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、たとえば空芯トラン
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
理由については本発明者によりなされた特願２００１−
０１６３３５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、
好適にはαが０．５〜２倍の範囲である。

【００１１】

【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。

【００１２】さらに、２次コイルを導体層、導電線およ
び導電板などの導体を持って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、ＲｕＯ_２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、銅およびアルミニウムなどを用いることが
できる。

【００１３】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。

【００１４】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、たと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、たとえばアルミナ、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、たとえば結晶化ガラス、石英ガラスおよびパイレ
ックス（登録商標）などである。

【００１５】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、Ａ
ｇ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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】＜複数の誘導コイルについて＞ 複数の
誘導コイルは、加熱ローラの軸方向に分散して配設され
ている。そして、後述する周波数可変高周波電源から直
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
合たと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。

【００２１】また、誘導コイルは、これを支持するため
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。

【００２２】さらに、各誘導コイルは、共通の周波数可
変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。いずれにしても、複数の誘導コイルに対し
て周波数可変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。

【００２３】さらにまた、複数の誘導コイルは、長さが
一定であってもよいし、相違してもよい。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、高周波電圧の印加時間に概ね比例的になる。これ
に対して、加熱ローラの温度上昇は、誘導コイルに投入
される高周波電力の誘導コイル単位長当たりの大きさに
左右される。したがって、高周波電圧の印加時間が同じ
場合、相対的に長い誘導コイルは、相対的に短い誘導コ
イルに比較して温度上昇が遅くなる。そこで、長短複数
の誘導コイルを切り替えながらそれぞれが対向する加熱
ローラの領域を同じ温度出、しかも、迅速に加熱する場
合には、高周波電圧の印加時間を誘導コイルの長さにほ
ぼ比例的に変化させればよい。

【００２４】＜周波数可変高周波電源について＞ 周
波数可変高周波電源は、その出力の周波数範囲が基本的
に限定されるものではないが、トランス方式の場合は１
ＭＨｚ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。ま
た、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。

【００２５】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、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、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。

【００２６】さらに、周波数可変高周波電源は、その出
力の周波数が可変に構成されている高周波電源であっ
て、各誘導コイルに印加される高周波電圧の周波数を変
化させることにより、複数の誘導コイルに投入される高
周波電力を後述する理由で選択的に制御することが可能
になる。出力周波数を可変にするには、たとえば励振回
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。また、要すれば、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
加熱を行なうように構成することができる。

【００２７】さらにまた、周波数可変高周波電源は、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、周波数可変の高周波電源を各誘導コ
イルに対して個別に、または各誘導コイルをグループ化
してグループごとに配設することもできる。

【００２８】さらにまた、各誘導コイルに対する高周波
電圧の印加時間を制御するには、たとえば周波数の変化
に加えてＰＷＭ制御を行なうことにより、実現すること
ができる。また、ＰＷＭ制御は、高周波の各半サイクル
ごとに行なうようにしてもよいし、相対的に低周波で行
なってもよい。

【００２９】＜フィルタ手段について＞ フィルタ手
段は、周波数可変高周波電源と誘導コイルとの間に介在
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応動して、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ための手段である。フ
ィルタ手段の備えているべきフィルタ特性としては、帯
域通過形、帯域阻止形、低域通過形および広域通過形の
いずれであってもよい。また、フィルタ手段の構成とし
ては、アナログ形、アクティブ形およびディジタル形の
いずれであってもよい。さらに、フィルタ手段は、誘導
コイルに対して直列または並列に接続することができ
る。

【００３０】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、
当該誘導コイルと周波数可変高周波電源との間にはフィ
ルタ手段を介在させなくてもよい。しかし、残余の誘導
コイルは介在するフィルタ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。

【００３１】＜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。

【００３２】２ 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。

【００３３】３ 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たとえば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。

【００３４】４ 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。

【００３５】＜本発明の作用について＞ 複数の誘導
コイルに高周波電圧を印加すると、誘導コイルから高周
波磁界が発生して加熱ローラの２次コイルと鎖交する。
すなわち、誘導コイルが１次コイルとなって、誘導コイ
ルと２次コイルとの間に磁気結合たとえばトランス結合
が行なわれる。その結果、２次コイルは閉回路を形成し
ているので、その内部に加熱ローラの周回方向に２次電
流が流れる。２次コイルは、適当な２次側抵抗値を有し
ているので、２次電流によりジュール熱が発生し、加熱
ローラは温度上昇する。また、１ＭＨｚ以上の高周波に
よるトランス結合であれば、空芯トランス結合により電
力伝達効率が高くなり、たとえば９５％以上になるの
で、省電力になる。

【００３６】また、本発明においては、複数の誘導コイ
ルと周波数可変高周波電源との間にフィルタ手段が介在
していて、そのフィルタ手段が周波数に選択的に応動し
て当該フィルタ手段を通過する高周波電力を制御する。
したがって、電源周波数を変化することにより、所望の
誘導コイルを選択的に付勢することができる。このた
め、加熱ローラの加熱領域の長さを所望に応じて切り換
えることが可能になる。

【００３７】したがって、誘導コイル装置を画像形成装
置のトナー画像定着に用いる場合、加熱ローラの温度上
昇を用紙サイズに適合する領域のみを優先的に加熱する
ことができる。しかし、複数の誘導コイルに高周波電力
が同時に供給されるようにフィルタ手段を構成するとと
もに、複数のフィルタ手段がそれぞれ通過帯域になるよ
うに周波数を選択すれば、各誘導コイルをほぼ等しい温
度になるように加熱することができる。このため、大き
な用紙サイズに適合するように加熱することもできる。

【００３８】次に、フィルタ手段のフィルタ特性と誘導
コイルの選択的付勢との関係について説明する。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
的に加熱することができる。したがって、たとえば２つ
の誘導コイルの付勢を周波数により選択的に切り換える
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
えればよい。フィルタ手段のフィルタ特性が帯域阻止形
である場合、誘導コイルを付勢するには、周波数可変高
周波電源から阻止帯域以外の周波数帯の周波数を出力さ
せればよい。また、誘導コイルを選択的に付勢しないと
きには、阻止帯域内の周波数を出力させればよい。低域
通過形および広域通過形である場合、いずれも通過帯域
の周波数を出力させれば、誘導コイルを付勢することが
できる。付勢しないときには、通過帯域周波数を出力さ
せればよい。

【００３９】さらに、各誘導コイルと周波数可変高周波
電源との間に介在して誘導コイルに供給される高周波電
力を制御する部分がフィルタ手段により構成されている
ので、誘導コイルの構成の如何に影響を受けないので、
安定した制御を行なうことができる。

【００４０】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；加熱ローラの軸方向に分散して配設され
た複数の誘導コイルと；複数の誘導コイルに高周波電力
を供給する高周波電源と；高周波電源および誘導コイル
の間に介在するとともに、誘導コイルを選択的に切り換
えるスイッチ手段と；誘導コイルを切り換える際に高周
波電源の高周波出力を一時的に停止する制御手段と；を
具備していることを特徴としている。

【００４１】本発明は、複数の誘導コイルをスイッチ手
段により切り換えることにより、複数の誘導コイルを選
択的に付勢するようにした構成を規定している。

【００４２】＜高周波電源について＞ 高周波電源
は、各誘導コイルに対して共通になるように配設するこ
とができる。しかし、複数の高周波電源を各誘導コイル
に１対１の関係になるように個々に配設することもでき
る。また、グループ化された複数の誘導コイルを担当す
る複数の高周波電源を配設するように構成してもよい。
さらに、高周波電源の出力周波数は、固定的および可変
のいずれであってもよい。

【００４３】＜スイッチ手段について＞ 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
に行な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。

【００４４】また、複数の誘導コイルの全てに対してス
イッチ手段を配設するだけでなく、必要に応じて一部の
誘導コイルにはスイッチ手段を配設しないで、常時高周
波電力が誘導コイルに供給されるように構成してもよ
い。このような誘導コイルは、加熱ローラの加熱領域を
切り換える場合、どのような長さの加熱領域であって
も、常に加熱される共通加熱領域に対向する。しかし、
残余の誘導コイルは、スイッチ手段を介して高周波電源
に接続するように構成されているものとする。

【００４５】＜制御手段について＞ 制御手段は、ス
イッチ手段により誘導コイルを切り換える際に高周波電
源の高周波出力を一時的に停止する。制御手段は、スイ
ッチ手段に機械的または電気的に連動してもよいし、連
動しなくてもよい。いずれにしても、スイッチ手段によ
って誘導コイルを切り換える際に、スイッチ手段におけ
る高周波出力が一時的に停止するように制御されれば、
その具体的な構成は問わない。高周波出力の停止時間
は、加熱ローラに熱慣性があるので、１秒以内、好適に
は０．５秒以内であれば、加熱ローラの温度が不所望に
低下することを回避できるとともに、スイッチ手段によ
り信頼性の高い誘導コイルの切り換えを確実に行なうこ
とができる。

【００４６】＜その他の構成について＞ 本発明の必須
構成要件ではないが、以下の構成を付加することによ
り、より一層安価に構成することができる。

【００４７】すなわち、スイッチ手段より誘導コイル側
に力率改善手段を接続する。これにとり、スイッチ手段
を通過する高周波のＶＡが小さくなるので、スイッチ手
段の電流定格を小さくすることができる。このため、誘
導加熱ローラ装置を安価にすることができる。

【００４８】また、請求項１において説明したその他の
構成を所望により選択的に付加することができる。

【００４９】＜本発明の作用について＞ 本発明にお
いては、誘導コイルの高周波電源に対する接続をスイッ
チ手段により切り換えるので、所望の誘導コイルに対す
る高周波電力の供給を確実に切り換えることが容易にな
り、誘導コイル切り換えの信頼性が高くなる。しかも、
比較的安価に構成することができる。

【００５０】また、スイッチ手段を操作して誘導コイル
を切り換える際に、制御手段の作用により高周波電圧が
スイッチ手段に印加されないので、スイッチ手段の切り
換え容量を小さくすることができるとともに、スイッチ
手段の寿命が長くなる。

【００５１】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；加熱ローラの軸方向に分散して配設され
た複数の誘導コイルと；誘導コイルを共振回路要素とし
て含み、共振周波数およびＱの大きさが異なるように構
成された複数の共振回路と；複数の誘導コイルに高周波
電力を供給する周波数可変高周波電源と；を具備してい
ることを特徴としている。

【００５２】本発明は、共振回路を用いて複数の誘導コ
イルを切り換えるようにした構成の改良に関する。

【００５３】＜誘導コイルについて＞ 誘導コイル
は、請求項１におけると同様に構成することができる。
しかし、加えて後述する共振回路のＱの大きさを小さく
するために、要すれば抵抗値の相対的に大きな導体を用
いて誘導コイルを形成することが許容される。また、誘
導コイルに外付けの抵抗器を接続してもよい。

【００５４】＜共振回路について＞ 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。

【００５５】また、複数の誘導コイルを含む複数の共振
回路は、それらの共振周波数およびＱの大きさがそれぞ
れ少なくとも２つに異なった値を有する。すなわち、一
方の共振周波数と他方の共振周波数とは互いに相違して
いる。また、Ｑ値の大きさは、一方が相対的に大きい
が、他方は相対的に小さい。たとえば、誘導コイルが３
つ以上、したがってこれらに付属する共振回路が３つ以
上ある場合、各共振回路の共振周波数およびＱ値の大き
さが２種類または３種類になるように相違している。た
とえば、複数の誘導コイルのうち、加熱ローラの比較的
共通的に加熱される領域に対向する第１の誘導コイル
と、切り換えられたときにのみ選択的に加熱される加熱
ローラの領域に対向する第２の誘導コイルとがある場
合、第１の誘導コイルに付属する共振回路のＱは、大き
く設定しておく。Ｑが大きいと、共振特性が急峻にな
り、選択性が強くなる。これに対して、第２の誘導コイ
ルに付属する共振回路のＱは、小さく設定しておく。Ｑ
が小さいと、共振特性が緩やかになり、選択性が弱くな
る。しかし、要すれば、上記と反対に構成することもで
きる。

【００５６】さらに、要すれば複数の誘導コイルの全て
に共振回路を付設しないで、特定の誘導コイルたとえば
加熱ローラの常時共通に加熱される領域に対向する誘導
コイルには、共振回路を付設しないように構成すること
が許容される。

【００５７】＜周波数可変高周波電源について＞ 周
波数可変高周波電源は、請求項１におけるのと同様に構
成することができる。

【００５８】＜その他の構成について＞ 請求項１に
おいて説明したその他の構成を所望により選択的に付加
することができる。

【００５９】＜本発明の作用について＞ 本発明にお
いては、複数の誘導コイルを用いることによって、加熱
ローラの軸方向の特定部分を所望により選択的に加熱し
たい場合に効果的である。すなわち、周波数可変高周波
電源の出力周波数を変化させて、加熱ローラの選択的に
加熱したい領域に対向する一方の誘導コイルを共振回路
要素とする共振回路の共振周波数に合わせて同調させれ
ば、当該誘導コイルに対して選択的に高周波電力を供給
することが可能になる。これに対して、同調していない
共振回路を構成する他方の誘導コイルに対する高周波電
力の供給は、非常に少なくなるか、実質的に行なわれな
い。しかし、本発明においては、他方の誘導コイルの共
振回路のＱが小さいので、共振が緩やかになっている。
そのため、周波数可変高周波電源の出力周波数が一方の
誘導コイルの共振周波数になっていても、ある程度の共
振が行なわれ、他方の誘導コイルも適度に付勢される。
その結果、一方の誘導コイルに対向する加熱ローラの一
方の領域が加熱状態のときに、他方の誘導コイルに対向
する加熱ローラの他方の領域が予熱状態に維持されるよ
うに構成することが可能になる。このため、他方の領域
の温度上昇を早くすることができる。

【００６０】これに対して、周波数可変高周波電源の出
力周波数が他方の誘導コイルの共振周波数になっている
ときには、一方の誘導コイルの共振回路は同調しないの
で、一方の領域は加熱されない。しかし、周波数可変高
周波電源の出力周波数がある程度一方の誘導コイルの共
振回路の共振領域に入るような周波数であると、他方の
誘導コイルの共振特性が緩やかなため、他方の誘導コイ
ルを充分に加熱しながら、しかも、一方の誘導コイルの
共振回路も適度に共振するため、一方の誘導コイルに対
向する加熱ローラの一方の領域を予熱状態に維持するよ
うに構成することができる。

【００６１】以上説明したように、本発明においては、
複数の共振回路の共振周波数およびＱの大きさが異なっ
ているため、加熱ローラの選択的な領域を多様に加熱す
ることができる。

【００６２】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ローラ装
置において、複数の誘導コイルは、巻き方向が相違した
状態で隣接していることを特徴としている。

【００６３】本発明は、複数の誘導コイルが加熱ローラ
の軸方向に分散して配設されるとともに、切り換え可能
に構成される場合に、所望の切り換えが適切に行なわれ
ているか確認しやすい構成を規定している。

【００６４】すなわち、複数の誘導コイルの隣接するも
の同士の巻き方向が互いに相違していることにより、隣
接する一対の誘導コイルが同時に付勢されているときに
は、誘導コイルの隣接部位において、磁界が相殺される
ために、当該部位の磁界強度が低減する。その結果、加
熱ローラの当該隣接部位に対向する領域に生じる誘導電
流が小さくなり、そのため温度上昇が低下して、当該領
域の温度分布が低下する。そこで、加熱ローラの当該隣
接部位の温度を検出することにより、加熱領域の切り換
え不全または切り換え未了を検出することが可能にな
る。

【００６５】本発明において、加熱ローラの誘導コイル
の隣接部位に対向する部位における温度を検出する手段
は、格別限定されない。たとえば、加熱ローラの当該部
位にサーミスタなどの温度検出手段を配設すれば、当該
領域の温度検出が可能になる。なお、温度検出手段を安
全回路に接続して、加熱領域の切り換え不全または切り
換え未了を検出した際に、安全回路が自動的に作動する
ように構成することができる。しかし、これに代える
か、付加して、表示装置や警報装置が作動するように構
成することができる。

【００６６】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３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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】請求項６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５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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】

【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。

【００７６】図１ないし図５は、本発明の誘導加熱ロー
ラ装置の第１の実施形態を示し、図１は装置全体の概要
を示す回路ブロック図、図２は誘導コイルおよび加熱ロ
ーラの一部切欠中央断面正面、図３は誘導コイルおよび
加熱ローラの横断面図、図４は回路図、図５は第１およ
び第２のフィルタ手段のフィルタ特性を示すグラフであ
る。本実施形態において、誘導加熱ローラ装置は、加熱
ローラＨＲ、第１および第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ
２、周波数可変高周波電源ＨＦＳおよび第１および第２
のフィルタ手段Ｆ１、Ｆ２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Ｒ
Ｍ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。

【００７７】＜加熱ローラＨＲについて＞加熱ローラＨ
Ｒ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、たとえば長さ３００ｍｍ、厚み３
ｍｍ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。

【００７８】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３
Ａ、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。

【００７９】＜第１および第２の誘導コイルＩＣ１、Ｉ
Ｃ２について＞ 第１および第２の誘導コイルＩＣ
１、ＩＣ２は、図４に示すように、加熱ローラＨＲの２
次コイルｗｓに磁気結合している。そして、図１に示す
ように、加熱ローラＨＲの軸方向に分散して配置されて
いる。したがって、第１の誘導コイルＩＣ１は、加熱ロ
ーラＨＲの領域Ａを加熱し、第２の誘導コイルＩＣ２
は、同じく領域Ｂを加熱するように関係付けられてい
る。また、誘導コイルＩＣ１、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、一
対の給電リード線９の間に直列接続し、両端は給電リー
ド線９を介して後述する高周波電源ＨＦＳの出力端に接
続する。

【００８０】コイルボビン８は、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８
ｃ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９を収納す
る。なお、給電リード線９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、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。

【００８１】そうして、第１および第２の誘導コイルＩ
Ｃ１、ＩＣ２は、静止状態で使用され、給電リード線９
は通線溝１ｃ内に収納されて各誘導コイルＩＣ１、ＩＣ
２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。一方、
第１および第２の誘導コイルＩＣ１、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。

【００８２】＜高周波電源ＨＦＳについて＞ 高周波
電源ＨＦＳは、図４に示すように、低周波電源ＡＳ、直
流電源ＲＤＣ、高周波発生部ＨＦＩおよび整合回路ＭＣ
から構成されている。なお、図１において、符号ＨＦ
は、上記のうち直流電源ＲＤＣ、高周波発生部ＨＦＩお
よび整合回路ＭＣの集合体を示す。

【００８３】低周波交流電源ＡＳは、たとえば１００Ｖ
商用交流電源からなる。

【００８４】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。

【００８５】高周波発生部ＨＦＩは、高周波フィルタＨ
ＦＦ、周波数可変形の高周波発振器ＯＳＣ、駆動回路Ｄ
Ｃ、ハーフブリッジ形インバータ主回路ＨＢＩ、負荷回
路ＬＣおよび外部信号源ＯＳＳ（図１に示す。）により
構成されている。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。高周波発振器ＯＳＣは、発振周波数
可変形であり、後述する外部信号源ＯＳＳ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。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、Ｃ
４からなり、直流電源ＲＤＣの直流出力をほぼ矩形波の
高周波に変換する。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なう。負荷回路ＬＣ
は、直流カットコンデンサＣ５、インダクタＬ３および
後述する整合回路ＭＣにより構成されている。直流カッ
トコンデンサＣ５は、一対のMOSFETＱ１、Ｑ２を介して
直流電源ＤＣ側から直流成分が負荷回路ＬＣに流入する
のを阻止する。インダクタＬ３および整合回路ＭＣは、
直列共振回路を形成して、第１および第２の誘導コイル
ＩＣ１、ＩＣ２の両端に印加される高周波電圧を正弦波
に波形整形する。波形整形された高周波電圧によって第
１および第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２は付勢され
る。外部信号源ＯＳＳは、高周波電源ＨＦＳの出力周波
数を変化させるためのもので、発振器ＯＳＣを制御し
て、その発振周波数を変化させるように機能する。

【００８６】整合回路ＭＣは、図４に示すように、高周
波出力線路に直列のコンデンサＣ６および並列のコンデ
ンサＣ７からなるインピーダンス変換回路であり、高周
波発生部ＨＦＩに接近して配置されている。そして、高
周波発生部ＨＦＩと整合回路ＭＣから見た負荷のインピ
ーダンスを整合させて電力伝達効率を高める作用を行な
う。

【００８７】＜第１および第２のフィルタ手段Ｆ１、Ｆ
２について＞ 第１および第２のフィルタ手段Ｆ１、
Ｆ２は、帯域通過形のフィルタからなり、その通過帯域
が互いに相違している。図５に示すように、それぞれの
通過帯域は、たとえば第１のフィルタ手段Ｆ１が１ＭＨ
ｚであり、第２のフィルタ手段Ｆ２が２ＭＨｚである。

【００８８】＜誘導加熱ローラ装置の動作について＞低
周波交流電源ＡＳの低周波交流電圧は、直流電源ＲＤＣ
により直流電圧に変換され、さらに周波数可変高周波電
源ＨＦＳで高周波電圧に変換され、さらに第１および第
２のフィルタ手段Ｆ１、Ｆ２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。

【００８９】外部信号源ＯＳＳを操作して、高周波電源
ＨＦＳの高周波出力の周波数を１ＭＨｚにすると、第１
のフィルタ手段Ｆ１は、１ＭＨｚを通過させるので、第
１の誘導コイルＩＣ１は付勢される。そのため、第１の
誘導コイルＩＣ１に対向する加熱ローラＨＲの領域Ａに
おいて、空芯トランス結合によって２次コイルｗｓに２
次電流が加熱ローラＨＲの周回方向に誘導される。その
結果、２次コイルｗｓの抵抗Ｒがジュール発熱するの
で、領域Ａが加熱される。

【００９０】これに対して、第２のフィルタ手段Ｆ２
は、その通過帯域が２ＭＨｚであるので、高周波出力を
阻止する。その結果、第２の誘導コイルＩＣ２は付勢さ
れない。

【００９１】したがって、周波数可変高周波電源ＨＦＳ
の高周波出力が１ＭＨｚであると、加熱ローラＨＲの領
域Ａのみが選択的に加熱される。しかし、高周波出力が
２ＭＨｚに変化すると、今度は領域Ｂのみが選択的に加
熱される。

【００９２】図６は、本発明の誘導加熱ローラ装置の第
１の実施形態における第１のフィルタ手段の構成例を示
す回路図である。第１のフィルタ手段Ｆ１は、そのフィ
ルタ特性がいずれも帯域通過形であるが、なお、図中、
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。図において、（ａ）は直列のコンデンサからな
る。同じく（ｂ）は、電源側に直列された第１のコンデ
ンサと負荷側に並列された第２のコンデンサからなる。
同じく（ｃ）は、負荷側に直列された第１のコンデンサ
と電源側に並列された第２のコンデンサからなる。な
お、第２のフィルタ手段Ｆ２二ついても上記と同様な回
路構成を採用することができる。

【００９３】図７ないし図９は、本発明の誘導加熱ロー
ラ装置の第２の実施形態を示し、図７は要部の回路図、
図８は誘導コイルの斜視図、図９は２つの共振回路の共
振特性を示すグラフである。図において、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。本実施
形態において、誘導加熱ローラ装置は、加熱ローラ、第
１ないし第３の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３、周
波数可変高周波電源および第１ないし第３の共振回路Ｒ
Ｃ１、ＲＣ２、ＲＣ３を備えて構成されている。また、
加熱ローラおよび周波数可変高周波電源については、図
１ないし図４に示す第１の実施形態における構成を採用
している。さらに、第１ないし第３の誘導コイルＩＣ
１、ＩＣ２、ＩＣ３については、数が相違する以外は、
図１ないし図４に示す第１の実施形態における構成を採
用している。

【００９４】＜第１ないし第３の誘導コイルＩＣ１、Ｉ
Ｃ２、ＩＣ３について＞ 第１ないし第３の誘導コイ
ルＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３は、加熱ローラＨＲの軸方向
に分散して配設されている。すなわち、第２の誘導コイ
ルＩＣ２が加熱ローラの中央領域に位置し、第１および
第３の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２が加熱ローラＨＲの両
端領域に位置している。

【００９５】＜第１ないし第３の共振回路ＲＣ１、ＲＣ
２、ＲＣ３について＞ 第１ないし第３の共振回路Ｒ
Ｃ１、ＲＣ２、ＲＣ３は、各誘導コイルＩＣ１、ＩＣ
２、ＩＣ３のインダクタンスおよび抵抗と、各誘導コイ
ルＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３に並列接続されたコンデンサ
Ｃ８、Ｃ９、Ｃ１０により形成されている。したがっ
て、共振回路ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３は、並列共振回路
を構成している。

【００９６】また、第１ないし第３の共振回路ＲＣ１、
ＲＣ２、ＲＣ３は、その共振周波数およびＱが異なって
いる。図９に示すように、第１の共振回路ＲＣ１は、共
振周はすがたとえば１ＭＨｚであり、Ｑが小さく設定さ
れている。第２の共振回路ＲＣ２は、共振周波数が２Ｍ
Ｈｚで、Ｑが大きく設定されている。第３の共振回路Ｒ
Ｃ３は、図４に示していないが、共振周波数が３ＭＨｚ
で、Ｑが小さく設定されている。

【００９７】さらに、各共振回路ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ
３のそれぞれのコンデンサＣ８、Ｃ９、Ｃ１０は、図８
に示すように、コイルボビン８の外部に集合して配設さ
れている。

【００９８】＜回路動作について＞ 本実施形態にお
いては、周波数可変高周波電源の出力周波数を２ＭＨｚ
にすると、第２の共振回路ＲＣ２が共振して、そのイン
ピーダンスが極大になるので、誘導コイルＩＣ２の端子
電圧が最大になり、周波数可変高周波電源から供給され
る高周波電力が第２の誘導コイルＩＣ２に集中的に投入
される。その結果、加熱ローラにおいては、第２の誘導
コイルＩＣ２に対向する中央領域が空芯トランス結合に
よる２次電流が集中的に誘起されるため、当該領域が加
熱される。

【００９９】これに対して、加熱ローラＨＲの両端領域
に位置する第１および第３の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ３
は、それらの共振回路のＱが小さくて、選択性が弱いの
で、上記の出力周波数に対しても多少の選択性を示し、
そのため低いながらも高周波電圧が第１および第３の誘
導コイルＩＣ１、ＩＣ３に印加される。その結果、第１
および第３の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ３に対向する加熱
ローラＨＴの両端領域は、いくらか加熱されて予熱状態
に維持される。

【０１００】図１０および図１１は、本発明の誘導加熱
ローラ装置の第３の実施形態を示し、図１０は全体を概
念的に示す回路ブロック図、図１１は誘導コイルの切り
換え制御信号波形図である。なお、図中図１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。本実施形
態において、誘導加熱ローラ装置は、加熱ローラＨＲ、
第１および第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２、高周波電
源ＨＦＳ、第１および第２のスイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ
２ならびに制御手段ＣＣを備えて構成されている。ま
た、加熱ローラＨＲならびに第１および第２の誘導コイ
ルＩＣ１、ＩＣ２については、図１ないし図４に示す第
１の実施形態における構成を採用している。

【０１０１】＜高周波電源ＨＦＳについて＞ 高周波
電源ＨＦＳは、出力周波数が一定である以外は、図１お
よび図４に示す第１の実施形態における周波数可変高周
波電源と同様の構成を採用することができる。

【０１０２】＜第１および第２のスイッチ手段ＳＷ１、
ＳＷ２について＞ 第１および第２のスイッチ手段Ｓ
Ｗ１、ＳＷ２は、いずれも双極形の電磁リレーからな
り、それらの接点は、高周波電源ＨＦＳと誘導コイルＩ
Ｃ１、ＩＣ２の間に直列に挿入されている。

【０１０３】＜制御手段ＣＣについて＞ 制御手段Ｃ
Ｃは、第１および第２のスイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２の
駆動コイルと高周波電源ＨＦＳのオン、オフを所定にタ
イミングで制御するように構成されている。

【０１０４】＜回路動作について＞ 本実施形態にお
いては、制御手段ＣＣは、スイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２
および高周波電源ＨＦＳを図１１に示すタイミングで制
御する。なお、図１１において、（ａ）はＳＷ１の駆動
制御信号、（ｂ）はＳＷ２の駆動制御信号、（ｃ）は高
周波電源ＨＦＳのオン、オフ制御信号、をそれぞれ示し
ている。

【０１０５】すなわち、（ａ）の駆動制御信号がハイレ
ベルのときにはスイッチ手段ＳＷ１がオンしているが、
ローレベルになると、第１のスイッチ手段ＳＷ１はオフ
する。これと同時に（ｂ）の駆動制御信号がローレベル
からハイレベルに変化するので、第２のスイッチ手段Ｓ
Ｗ２がオンする。第１および第２のスイッチ手段ＳＷ
１、ＳＷ２の以上の制御に先立って、制御手段ＣＣから
高周波電源ＨＦＳに対するオン、オフ制御信号がハイレ
ベルからローレベルに変化する。これに応動して、高周
波電源ＨＦは、その高周波出力の送出をオフする。

【０１０６】したがって、第１および第２のスイッチ手
段ＳＷ１、ＳＷ２の切り換え動作時には高周波出力が存
在しない。

【０１０７】図１２は、本発明の誘導加熱ローラ装置の
第４の実施形態の要部を概念的に示す回路ブロック図で
ある。なお、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。本実施形態は、第１
および第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２のそれぞれに力
率改善手段ＰＦＩを接続している点で、図１０に示す第
３の実施形態と異なる。力率改善手段ＰＦＩは、第１お
よび第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２に対して並列また
は直列に接続することができる。

【０１０８】そうして、力率改善手段ＰＦＩが第１およ
び第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２のそれぞれに接続し
ていることにより、高周波電流の力率が改善されるの
で、第１および第２のスイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２を通
過する高周波のＶＡが小さくなる。そのため、第１およ
び第２のスイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２の接点定格を小さ
くすることができる。

【０１０９】図１３は、本発明の誘導加熱ローラ装置の
第５の実施形態を示す要部説明図である。なお、図にお
いて、図１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。本実施形態は、異なる長さの第１および第
２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２を同一温度に加熱するの
に好適な構成である。誘導加熱装置のその他の構成は、
図１ないし図４に示す第１の実施形態と同様な構成であ
る。しかし、図７および図８に示す第２の実施形態、第
１０図または図１２に示す第３または第４の実施形態と
同様な構成であってもよい。

【０１１０】すなわち、第１の誘導コイルＩＣ１は軸方
向の長さがＬ１で、第２の誘導コイルＩＣ２の同様な長
さがＬ２である。そして、Ｌ１＞Ｌ２の関係になってい
る。第１および第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２に対す
る高周波電力の供給は、高周波電源から第１および第２
のフィルタ手段により交互に切り換えながら行なわれ
る。その際に、第１の誘導コイルＩＣ１に対する高周波
電力の供給時間をＴ１とし、第２の誘導コイルＩＣ２に
対する供給時間をＴ２とすると、Ｔ１＞Ｔ２で、その比
率は、Ｌ１：Ｌ２のほぼ比例している。これにより、加
熱ローラＨＲの軸方向のほぼ全長領域Ｃが均一な温度に
加熱される。第１および第２の誘導コイルＩＣ１、ＩＣ
２に対する高周波電力の交互に切り換えながらの供給
は、たとえば低周波のＰＷＭ制御により行なう。

【０１１１】次に、第１の誘導コイルＩＣ１のみに高周
波電力を供給すれば、加熱ローラＨＲの領域Ａのみを局
部的に加熱することができる。

【０１１２】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要部を分解的に示すとともに、
加熱ローラの軸方向の温度分布を示す概念図である。図
において、図１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。

【０１１３】本実施形態において、誘導コイル加熱装置
は、４つの誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３、ＩＣ４
を加熱ローラＨＲの軸方向に分散して配設している。そ
して、隣接する誘導コイルは、その巻き方向が互いに逆
になっている。なお、図示を省略しているが、各誘導コ
イルＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３、ＩＣ４は、フィルタ手段
により周波数可変高周波電源の出力周波数を変化させて
切り換えるように構成されている。

【０１１４】また、加熱ローラＨＲの隣接関係にある一
対の誘導コイルの間に対向する部位には、複数のサーミ
スタＳ１、Ｓ２、Ｓ３が加熱ローラＨＲの周面に対して
摺接関係に配設されている。そして、各サーミスタＳ
１、Ｓ２、Ｓ３は、加熱ローラＨＲの摺接部位の温度を
図示しない保護回路に制御入力するように構成されてい
る。

【０１１５】次に、回路動作を説明すると、隣接する一
対の誘導コイルたとえばＩＣ１とＩＣ２とに高周波電力
が供給されていると、各誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２によ
ってそれぞれ発生する磁界の向きが互いに逆になる。そ
の結果、各誘導コイルＩＣ１、ＩＣ２の間における磁界
強度が相殺されて加熱ローラ小さくなる。このため、加
熱ローラＨＲのサーミスタＳ１を配設した位置の温度が
低くなり、サーミスタＳ１がその温度を検出する。サー
ミスタＳ１の検出温度は、図示しない保護回路に制御入
力するので、加熱領域切り換え未了または切り換え異常
に対する保護動作を行なうことができる。

【０１１６】図１５は、本発明の第６の実施形態に対す
る比較例における要部を分解的に示すとともに、加熱ロ
ーラの軸方向の温度分布を示す概念図である。図におい
て、図１６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。この比較例は、各誘導コイルＩＣ１、ＩＣ
２、ＩＣ３、ＩＣ４の巻き方向が同一方向になってい
る。そして、たとえば誘導コイルＩＣ１、ＩＣ３を周波
数ｆ２で付勢し、ＩＣ２、ＩＣ４を周波数ｆ１で付勢す
る場合に、各誘導コイルが個別に加熱される正常時に
は、加熱ローラの温度はグラフの上部に示すような分布
になるが、加熱領域切り換え未了または切り換え異常の
場合には、温度がほぼ一定になってしまい、検出が困難
になる。

【０１１７】図１６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。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。

【０１１８】誘導加熱ローラ装置２１は、図１ないし図
５に示す誘導加熱ローラ装置の第１の実施形態を用いて
いる。

【０１１９】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。

【０１２０】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。

【０１２１】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。

【０１２２】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。

【０１２３】図１７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。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。

【０１２４】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。

【０１２５】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。

【０１２６】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。

【０１２７】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。

【０１２８】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、誘導コイルに
磁気結合する加熱ローラと、加熱ローラの軸方向に分散
して配設された複数の誘導コイルと、複数の誘導コイル
に高周波電力を供給する周波数可変高周波電源と、周波
数に選択的に応動して誘導コイルへ供給する高周波電力
を制御するフィルタ手段とを具備していることにより、
加熱ローラの軸方向の温度分布を可変にするとともに、
高周波電力を制御する部分がフィルタ手段により構成さ
れているので、負荷側の構成に影響を受けないで安定し
た制御を行なう誘導加熱ローラ装置を提供することがで
きる。

【０１２９】請求項２の発明によれば、誘導コイルに磁
気結合する加熱ローラと、加熱ローラの軸方向に分散し
て配設された複数の誘導コイルと、複数の誘導コイルに
高周波電力を供給する高周波電源と、誘導コイルを選択
的に切り換えるスイッチ手段と、誘導コイルを切り換え
る際に高周波電源の高周波出力を一時的に停止する制御
手段とを具備していることにより、加熱ローラの軸方向
の温度分布を可変にするとともに、誘導コイル切り換え
の信頼性が高く、しかも、比較的安価に構成でき、か
つ、スイッチ手段を操作して誘導コイルを切り換える際
に、制御手段の作用により高周波電圧がスイッチ手段に
印加されないので、スイッチ手段の切り換え容量を小さ
くすることができて、スイッチ手段の寿命が長くなる誘
導加熱ローラ装置を提供することができる。

【０１３０】請求項３の発明によれば、誘導コイルに磁
気結合する加熱ローラと、加熱ローラの軸方向に分散し
て配設された複数の誘導コイル、誘導コイルを共振回路
要素として含み、共振周波数およびＱの大きさが異なる
ように構成された複数の共振回路と、複数の誘導コイル
に高周波電力を供給する周波数可変高周波電源とを具備
していることにより、加熱ローラの軸方向の温度分布を
可変にするとともに、複数の共振回路の共振周波数およ
びＱの大きさが異なっているため、加熱ローラの選択的
な領域を多様に加熱する誘導加熱装置を提供することが
できる。

【０１３１】請求項４の発明によれば、複数の誘導コイ
ルは、巻き方向が相違した状態で隣接していることによ
り、所望の切り換えが適切に行なわれているか確認しや
すい誘導加熱装置を提供することができる。

【０１３２】請求項５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により、
請求項１ないし４の効果を有する定着装置を提供するこ
とができる。

【０１３３】請求項６の発明によれば、画像形成装置本
体と、請求項５記載の定着装置とを具備していることに
より、請求項１ないし４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】本発明の誘導加熱ローラ装置の第１の実施形態
を示す装置全体の概要を示す回路ブロック図

【図２】同じく誘導コイルおよび加熱ローラの一部切欠
中央断面正面

【図３】同じく誘導コイルおよび加熱ローラの横断面図

【図４】同じく回路図

【図５】同じく第１および第２のフィルタ手段のフィル
タ特性を示すグラフ

【図６】本発明の誘導加熱ローラ装置の第１の実施形態
における第１のフィルタ手段の構成例を示す回路図

【図７】本発明の誘導加熱ローラ装置の第２の実施形態
を示す要部の回路図

【図８】同じく誘導コイルの斜視図

【図９】同じく２つの共振回路の共振特性を示すグラフ

【図１０】本発明の誘導加熱ローラ装置の第３の実施形
態における全体を概念的に示す回路ブロック図

【図１１】同じく誘導コイルの切り換え制御信号波形図

【図１２】本発明の誘導加熱ローラ装置の第４の実施形
態の要部を概念的に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
態を示す要部説明図

【図１４】本発明の誘導加熱ローラ装置の第６の実施形
態における要部を分解的に示すとともに、加熱ローラの
軸方向の温度分布を示す概念図

【図１５】本発明の第６の実施形態に対する比較例にお
ける要部を分解的に示すとともに、加熱ローラの軸方向
の温度分布を示す概念図

【図１６】本発明の定着装置の一実施形態を示す縦断面
図

【図１７】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】

ＡＳ…低周波電源、Ｆ１…第１のフィルタ手段、Ｆ２…
第２のフィルタ手段、ＨＦＳ…周波数可変高周波電源、
ＨＲ…加熱ローラ、ＩＣ１…第１の誘導コイル、ＩＣ２
…第２の誘導コイル、ＯＳＳ…外部信号源、ＲＤＣ…直
流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 貴章 愛媛県今治市旭町５丁目２番地の１ハリソ ン東芝ライティング株式会社内 (72)発明者 鈴木 俊也 愛媛県今治市旭町５丁目２番地の１ハリソ ン東芝ライティング株式会社内 Ｆターム(参考） 2H033 AA20 AA32 BA25 BA27 BA32 BB03 BB05 BB13 BB14 BB21 BE06 CA02 CA07 3K059 AA08 AB19 AD05 AD14 AD17 AD30 AD35 CD75 CD79

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】後記誘導コイルに磁気結合して誘導電流に
   より発熱する加熱ローラと；加熱ローラの軸方向に分散
   して配設された複数の誘導コイルと；複数の誘導コイル
   に高周波電力を供給する周波数可変高周波電源と；周波
   数可変高周波電源および誘導コイルの間に介在するとと
   もに、周波数に選択的に応動して通過する高周波電力を
   制御するフィルタ手段と；を具備していることを特徴と
   する誘導加熱ローラ装置。
2. 【請求項２】後記誘導コイルに磁気結合して誘導電流に
   より発熱する加熱ローラと；加熱ローラの軸方向に分散
   して配設された複数の誘導コイルと；複数の誘導コイル
   に高周波電力を供給する高周波電源と；高周波電源およ
   び誘導コイルの間に介在するとともに、誘導コイルを選
   択的に切り換えるスイッチ手段と；誘導コイルを切り換
   える際に高周波電源の高周波出力を一時的に停止する制
   御手段と；を具備していることを特徴とする誘導加熱ロ
   ーラ装置。
3. 【請求項３】後記誘導コイルに磁気結合して誘導電流に
   より発熱する加熱ローラと；加熱ローラの軸方向に分散
   して配設された複数の誘導コイルと；誘導コイルを共振
   回路要素として含み、共振周波数およびＱの大きさが異
   なるように構成された複数の共振回路と；複数の誘導コ
   イルに高周波電力を供給する周波数可変高周波電源と；
   を具備していることを特徴とする誘導加熱ローラ装置。
4. 【請求項４】複数の誘導コイルは、巻き方向が相違した
   状態で隣接していることを特徴とする請求項１ないし３
   記載の誘導加熱ローラ装置。
5. 【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。
6. 【請求項６】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。