JP2003317926A - 誘導加熱ローラ装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘導加熱方式においては、誘導加熱ローラの
温度ムラが発生しているが、この温度ムラを改善し、温
度分布の均一性を向上させた誘導加熱ローラ装置、及び
この誘導加熱ローラ装置を有する定着装置、並びにこの
定着装置を内蔵する画像形成装置を提供する。 【解決手段】 誘導加熱ローラＨＲ内に複数の並列接続
された誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ３を配置し、この誘導コ
イルＩＣ１〜ＩＣ３に高周波電源ＨＦＳからの設定電力
及びこの設定電力よりも減衰させた減衰電力とを交互に
供給して付勢する。

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、及びこの誘導加熱ローラ装置を備えた定着装置、並
びにこの定着装置を装備した画像形成装置に係り、特に
誘導加熱ローラ装置を構成する複数の誘導コイルに供給
する高周波電力を制御することにより、誘導加熱ローラ
の温度分布を早期に所定の温度に一定化することを可能
にした誘導加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、トナーを使用した複写機等の画
像形成装置においては、トナー画像を熱定着するために
加熱ローラが使用されているが、この加熱ローラにはハ
ロゲンランプを熱源として使用した加熱ローラが通常用
いられている。しかしながら、このハロゲンランプを熱
源として使用した場合には、発熱効率が悪く、また大電
力を必要とする不具合があった。そこで、ハロゲンラン
プを使用しない誘導加熱方式を導入して、この問題を解
決しようとする開発が行われている。

【０００３】例えば、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磁気結合して誘導電流
（渦電流）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、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、即ち加熱ローラと、加熱回転体
の内側に配置されて加熱ローラと磁気結合する磁束発生
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が記載されており、この磁束発生手
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成となされて
いる。（従来技術２） これら従来技術１及び２は、いずれも渦電流損を利用す
る加熱方式（以下、渦電流損加熱方式という。）であ
り、ＩＨジャー等において実用化されているのと同様な
動作原理である。

【０００４】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。

【０００５】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、即ち
誘導加熱ローラと、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） この従来技術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のような磁気結合が生じて、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（誘導電流）が流れることにより、円筒状ロ
ーラ本体が発熱するという２次側抵抗の発熱による加熱
方式（以下、トランス結合加熱方式という。）である。

【０００６】トランス結合加熱方式は、渦電流損加熱方
式よりも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及
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。

【０００７】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。このために、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、渦電流損加熱方
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。更に、渦電流損加熱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。従って、トランス結
合加熱方式は、熱定着の高速化には好適である。

【０００８】本発明者等は、先に誘導コイルに空芯トラ
ンス形の磁気結合をする回転可能に支持された中空構造
からなる誘導加熱ローラの２次側抵抗値を２次リアクタ
ンスに略等しい閉回路として形成することにより、誘導
コイルから誘導加熱ローラへの電力伝達効率が高くな
り、誘導加熱ローラを効率良く加熱できるという著しい
効果が得られるトランス結合方式を改良した発明をなし
た。この発明は、特願２００１−０１６３３５として本
件出願人により出願されている。この発明により誘導加
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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな誘導加熱ローラを使用した定着装置においては、ト
ナーを均一で確実に記録紙に融着させるためには、誘導
加熱ローラの温度ムラを±１５℃以下に管理する必要が
ある。

【００１０】そこで、図１１（ａ）に示すように、誘導
加熱ローラ１０１の内部に複数の誘導コイル１０２を離
間させて軸方向に配置し、この誘導コイル１０２を高周
波源（図示せず）によって付勢すると、誘導加熱ローラ
１０１の２次コイルの閉回路内を誘導電流が流れて誘導
加熱ローラ１０１が発熱するが、このときの誘導加熱ロ
ーラ１０１の温度分布は、図１１（ｂ）に示すような温
度分布特性として得られる。この特性図からも判るよう
に、所定の温度に設定した設定温度の範囲内に短時間に
到達させるために、誘導コイル１０２に大きな値の設定
電力を急速に、しかも連続して供給すると、誘導コイル
１０２の配置されている図中符号ａで示す箇所は高い温
度を示しているが、誘導コイル１０２間に相当する図中
符号ｂで示す箇所においては、この高い温度よりも低い
温度となって誘導コイル１０２間で温度差が発生し、誘
導加熱ローラ１０１上に温度ムラが発生してしまう。

【００１１】この誘導加熱ローラ１０１の温度ムラを解
消するために、誘導コイル１０２を接近して配置するこ
とが考えられるが、このように接近させて誘導コイル１
０２を配置すると、一般に各誘導コイル１０２の形成磁
束の大部分が隣接する誘導コイル１０２と鎖交するため
に、誘導コイル１０２の形成磁束の一部しか誘導加熱ロ
ーラ１０１と鎖交せず、効率良く電力伝達がなされない
との考えから、誘導コイル１０２相互は、あまり接近さ
せずに配置しているのが現状である。

【００１２】このような温度分布を有する誘導加熱コイ
ル装置であっても、従来の誘導加熱コイル装置に比較す
れば、遥かに優れた温度分布特性を示すものであるが、
依然として加熱ローラ１０１には温度分布にムラが発生
しており、この温度ムラの一層の改善を図り、短時間の
うちに均一化された温度分布を呈する誘導加熱ローラ装
置が要望されている。

【００１３】本発明は、このような課題に対処してなさ
れたものであり、誘導コイルに供給する高周波電力を制
御することによって、加熱ローラの温度分布の均一性を
短時間の間に改善することが可能な誘導加熱ローラ装
置、及びこの誘導加熱ローラ装置を有する定着装置、並
びにこの定着装置を内蔵した画像形成装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、磁性部材を有
し円筒状に形成された誘導加熱ローラと、この誘導加熱
ローラに磁気結合するように誘導加熱ローラ内に配置さ
れ並列接続された複数の誘導コイルと、この誘導コイル
に高周波電力を印加して誘導コイルを付勢するための高
周波電源と、この高周波電力を所定値に設定された設定
電力とこの設定電力よりも小さな値の減衰電力とに切換
えて誘導コイルに供給するように制御する制御装置とを
備え、誘導コイルを設定電力と減衰電力とで交互に付勢
して誘導加熱ローラに誘導電流を誘起させて発熱させる
ようにした誘導加熱ローラ装置、及びこの誘導加熱ロー
ラ装置を有する定着装置、並びにこの定着装置を内蔵し
た画像形成装置である。

【００１５】このように、並列接続された複数の誘導コ
イルに供給する高周波電力を設定電力及び減衰電力とし
て制御装置によって制御することにより、誘導加熱ロー
ラ全体を高効率に早期に加熱することができるととも
に、誘導加熱ローラの温度分布のバラツキを抑制した誘
導加熱ローラ装置を得ることができる。そしてこの誘導
加熱ローラ装置を使用した定着装置では、確実にトナー
の均一性を保持しつつ定着させることが可能となる。更
にこの定着装置を内蔵した画像形成装置では、形成され
る画像の品位を向上させることが可能となり、商品価値
の向上を図ることができる。

【００１６】また、制御装置において、誘導コイルに供
給する設定電力を所定の周期毎に、この設定電力以下と
なる減衰電力とするように調整することで、より短時間
の間に誘導加熱ローラ全体を均一に加熱し得る効果も発
生させることが可能となる。

【００１７】更に、この制御装置において、所定の周期
毎に誘導コイルに供給する設定電力以下の減衰電力を、
時間の経過に応じて順次高めていくことにより、誘導加
熱ローラへの拡散加熱効率を更に向上させることも可能
となり、電力使用の効率化に寄与するばかりでなく、よ
り一層の温度ムラの改善が期待される。

【００１８】また、設定電力以下の減衰電力に調整する
に際し、その電力を設定電力の５０％以下の電力となる
ように設定することで、余分な電力を加えることなく効
率良く熱拡散を図り、発熱効率の安定化を図ることが可
能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る誘導加熱ロー
ラ装置、及びこの誘導加熱ローラ装置を有する定着装置
並びに画像形成装置について、図面を参照して詳細に説
明をする。

【００２０】即ち、複写機、プリンタ、ファクシミリ等
の画像形成装置は、図１（ａ）に示すように、画像形成
装置ケース３４内に原紙を光学的に読み取って画像信号
を形成する読取り装置３１が配置され、この読取り装置
３１から送られる画像信号に基づき画像を形成する画像
形成手段３２が設けられている。この画像形成手段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、これを紙等の記録媒体に転写して画像を形成
している。この画像形成手段３２から搬出された記録媒
体は、定着装置３３に送られ、この定着装置３３によっ
て記録媒体に付着したトナーを加熱溶融することにより
熱定着させる。この定着された記録媒体はケース３４外
に排出される。このケース３４内には、その他に搬送装
置、電源装置及び制御装置等も収納されている。

【００２１】この定着装置３３は、図１（ｂ）に示すよ
うに、画像形成手段３２から搬送されたトナー２４が付
着された転写材シートや印刷紙、エレクトロファックス
シート、及び静電記録シート等の記録媒体２３を圧接関
係を有して配設されている誘導加熱ローラ装置２１の誘
導コイルＩＣと磁気的に結合している誘導加熱ローラ装
置２１の誘導加熱ローラＨＲと加圧ローラ２２間に供給
し、両ローラＨＲ，２２で記録媒体２３を挟圧しながら
搬送する。従って、記録媒体２３表面上に付着している
トナー２４は、両ローラＨＲ，２２間を通過する過程
で、記録媒体２３に加熱溶融して定着される。これら記
録媒体２３を除く各構成要素は、架台２５によって所定
の位置関係に装架されている。

【００２２】この誘導加熱ローラ装置２１は、図１
（ｃ）に示すように、誘導加熱ローラＨＲ及びこの誘導
加熱ローラＨＲ内に、その長手（軸）方向に沿って相互
に近接配置された複数の並列接続された誘導コイルＩＣ
１〜ＩＣ３を有し、これら誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ３
は、高周波電力を供給する高周波電源ＨＦＳに制御装置
ＣＣを介して接続されている。

【００２３】この誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ３には、予め
設定された所定の初期加熱設定電力が制御装置ＣＣを介
して高周波電源ＨＦＳから供給されるとともに、この設
定電力は高周波電源ＨＦＳと誘導加熱ローラＨＲ間に介
在された制御装置ＣＣによって、所定の周期で設定電力
以下の値となる減衰電力を生じさせ、この減衰電力も供
給されるように制御されている。換言すれば、誘導コイ
ルＩＣ１〜ＩＣ３には、高周波電源ＨＦＳから所定の設
定電力と、この設定電力よりも小さい設定電力×０〜５
０％の減衰電力とが、所定の周期をもって供給され、こ
れら設定電力と減衰電力とによって誘導コイルＩＣ１〜
ＩＣ３を付勢し、誘導加熱ローラＨＲを加熱温度分布が
早期に均等になるように制御装置ＣＣによって供給され
る電力が制御されている。

【００２４】この誘導加熱ローラＨＲは、図２に示すよ
うに、例えば長さ３００ｍｍ、厚さ３ｍｍのＦｅ鋳造製
の中空円筒体からなるローラ基体１を有している。この
ローラ基体１の外表面には、電気メッキにより形成した
Ｃｕ膜からなるフィルム状の第１の金属被膜ｗｓが被着
されている。この第１の金属被膜ｗｓは、ローラ基体１
の軸方向有効長の略全体に亘って配設されて、円筒状の
１ターンコイルを形成し、誘導加熱ローラＨＲの周回方
向の２次側抵抗値が２次リアクタンスと略同じ値の１Ω
になるように設定されている。また、この第１の金属被
膜ｗｓの表面全体は、電気メッキにより形成したＺｎ膜
からなる第２の金属被膜ｎｓによって被覆されている。

【００２５】なお、ローラ基体１及び第２の金属被膜ｎ
ｓの２次側抵抗値は、２次リアクタンスに比較して大き
くずれた値になるように設定されている。更に、この第
２の金属被膜ｎｓの外面は、フッ素樹脂からなる保護層
２によって被覆されている。

【００２６】このような構成を有する誘導加熱ローラＨ
Ｒは、図３に示すように、回転機構ＲＭによって回転駆
動させられる。この回転機構ＲＭは、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及びモータ７から構成されてい
る。

【００２７】即ち、第１の端部部材３Ａは、キャップ部
３ａ、駆動軸３ｂ及び尖端部３ｃから構成され、このキ
ャップ部３ａは、誘導加熱ローラＨＲの図中右側部分に
外側から嵌合され、更に押しネジ（図示せず）を用いて
誘導加熱ローラＨＲの一端に固定され、誘導加熱ローラ
ＨＲの右端を支持している。また、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おり、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の内方へと突出して設けられている。

【００２８】この第１の端部部材３Ａと対向する誘導加
熱ローラＨＲの他端には、第２の端部部材３Ｂが配設さ
れる。この第２の端部部材３Ｂは、リング部３ｄを有
し、このリング部３ｄは、誘導加熱ローラＨＲの図中左
端に外側から嵌合され、更に押しネジ（図示せず）を用
いて誘導加熱ローラＨＲの他端に固定され、誘導加熱ロ
ーラＨＲの左端を支持している。

【００２９】この第１の端部部材３Ａにおけるキャップ
部３ａの外面には、一対の軸受４，４の一方が回転自在
に嵌合されており、また他方の軸受４は、第２の端面部
材３Ｂの外面に回転自在に嵌合されている。従って誘導
加熱ローラＨＲは、その両端に固定した第１及び第２の
端部部材３Ａ，３Ｂと、一対の軸受４，４とによって回
転自在に支持されている。この第１の端面部材３Ａの駆
動軸３ｂには、ベベルギア５が装着されており、このベ
ベルギア５にはスプラインギア６が噛合している。この
スプラインギア６は、モータ７のロータ軸に直結してい
る。

【００３０】一方、複数の誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ３
は、例えば３つの空芯形の誘導コイルＩＣ１，ＩＣ２，
ＩＣ３として形成され、一対の給電リード線９の間に夫
々インピーダンスＺを介して並列接続されるとともに、
巻枠８に誘導加熱ローラＨＲの周回方向に巻回されるよ
うに巻装され、誘導加熱ローラＨＲの軸方向に分散して
配置されており、誘導加熱ローラＨＲの２次コイルｗｓ
に磁気結合している。

【００３１】この巻枠８は、フッ素樹脂製の円柱体から
なり、凹部８ａ、支持部８ｂ及び通線溝８ｃを有してい
る。この凹部８ａは、巻枠８の先端中央に形成されてい
て、第１の端部部材Ａの尖端部３ｃを受入れることによ
り、回転機構ＲＭに相対的に回転自在に係止している。
また、支持部８ｂは、巻枠８の基端に形成され固定部
（図示せず）に固定される。

【００３２】また、通線溝８ｃは、巻枠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を収納している。なお、給電リード線９は、通
線溝８ｃ内に収納され、巻枠８の基端側から外部へ導出
されており、高周波電源ＨＦＳの出力端に同軸ケーブル
を介して接続されている。

【００３３】一方、３つの誘導コイルＩＣ１，ＩＣ２，
ＩＣ３は、第２の端部部材３Ｂのリング部３ｄ方向から
誘導加熱ローラＨＲの内部に挿入されていて、巻枠８の
先端に形成された凹部８ａが第１の端部部材３Ａの尖端
部３ｃに係合し、かつ基端に形成した支持部８ｂが固定
部に固定されることによって、誘導加熱ローラＨＲと同
軸関係に支持されるとともに、誘導加熱ローラＨＲが回
転しても静止状態を維持する。このために、給電リード
線９は、通線溝８ｃ内に収納されて静止状態で使用され
る誘導コイルＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３とも接近して配置
されているので、磁束の鎖交が殆どなく、給電リード線
９内には殆ど渦電流損が発生しない。

【００３４】このように構成された誘導加熱ローラ装置
は、図４に示すように、並列に接続された複数の誘導コ
イルＩＣ１〜ＩＣ３と電気的に接続された高周波電源Ｈ
ＦＳによって制御装置ＣＣを介して付勢されている。即
ち、誘導加熱ローラＨＲ内に配設された複数の誘導コイ
ルＩＣ１〜ＩＣ３は、夫々コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３
と並列に接続されて並列共振回路ＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ
３を構成し、この共振回路ＲＣ１、ＲＣ２，ＲＣ３は、
夫々並列に制御装置ＣＣを介して高周波電源ＨＦＳと接
続されている。この高周波電源ＨＦＳは、低周波交流電
源ＡＳからの交流電圧を整流する直流電源ＤＣ、並びに
外部信号源ＯＳＳと夫々接続されている。この制御装置
ＣＣは、切換装置ＳＷと設定装置ＣＯから構成され、設
定装置ＣＯは誘導加熱ローラＨＲの各誘導コイルＩＣ１
〜ＩＣ３相互間の空間部分に対応する位置に配置された
少なくとも１つのセンサーＳＮと接続されている。

【００３５】従って、設定装置ＣＯは、高周波電源ＨＦ
Ｓからの設定電力をそのまま供給する期間と、設定電力
以下の減衰電力を供給する期間とを所定の周期をもって
切換装置ＳＷを制御することにより、誘導コイルＩＣ１
〜ＩＣ３を付勢している。この誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ
３による誘導加熱ローラＨＲの加熱状態は、センサーＳ
Ｎによって検出され、このセンサーＳＮの出力は設定装
置ＣＯに供給されて、誘導加熱ローラＨＲが所定の温度
範囲内に入るように制御装置ＣＣが動作し、また誘導加
熱ローラＨＲが所定の温度に到達した初期設定動作後に
は、切換装置ＳＷの切換えを停止し、常時高周波電源Ｈ
ＦＳから設定電力を誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ３に供給す
るように構成されている。また、必要に応じて制御装置
ＣＣによる上述の動作を継続させることも可能である。

【００３６】これら各回路の詳細構成は、図５（ａ）に
示すように、１００Ｖ商用交流電源等の低周波交流電源
ＡＳに全波整流回路にて直流電圧を得る直流電源ＤＣが
接続され、この直流電圧出力を、高周波フィルタＨＦＦ
を介して高周波電源ＨＦＳを構成しているハーフブリッ
ジ型インバータ主回路ＨＢＩを構成する一対のＭＯＳＦ
ＥＴＱ１及びＱ２の直流電源として供給される。この高
周波電源ＨＦＳには、外部信号源ＯＳＳが設けられ、こ
の外部信号源ＯＳＳにて発振周波数可変型の発振器ＯＳ
Ｃの発振周波数を可変させている。この発振器ＯＳＣで
は、１００ｋＨｚ以上の高周波で、望ましくはノイズ対
策等の観点から２〜３ＭＨｚの高周波で発振するように
構成されている。更に１００ｋＨｚ以上の高周波を使用
することによって、誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ３のＱを大
きくすることが可能となり、伝送効率を高めることがで
きるので、省電力化にも好適である。

【００３７】更に、この例では誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ
３を空芯形に形成して、これを１００ｋＨｚ以上の高周
波で動作させるように構成しているために、誘導コイル
ＩＣ１〜ＩＣ３をハイインピーダンスにすることが可能
となる。よって誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ３に線径の細い
線材を使用することが可能となるので、誘導加熱ローラ
ＨＲに近接して配置することができ、誘導加熱ローラＨ
Ｒとの結合を十分にとることができ、伝送効率の低下を
起こすおそれが少ない。

【００３８】また、この発振器ＯＳＣの両端にゲート駆
動回路ＧＤＣを構成する２つのトランスの１次巻線を接
続している。この各トランスの２次巻線には、プリアン
プを構成する上記各ＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２のゲート電
極が接続され、このＭＯＳＦＥＴＱ１のソース−ドレイ
ン通路は、他方のＭＯＳＦＥＴＱ２のソース−ドレイン
通路と直列に接続され、このＭＯＳＦＥＴＱ１のソース
−ドレイン通路の一端は高周波フィルタＨＦＦの一端
に、またＭＯＳＦＥＴＱ２のソース−ドレイン通路の一
端はアースされている。このＭＯＳＦＥＴＱ１、Ｑ２の
夫々のソース−ドレイン通路と並列に、高周波成分をバ
イパスするコンデンサＣ４，Ｃ５が接続され、この各ソ
ース−ドレイン通路の接続中点は、制御装置ＣＣを構成
する切換装置ＳＷに接続される。この切換装置ＳＷは、
複数の固定端子Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２…Ｓｎを有し、この固
定端子Ｓ０〜Ｓｎの内の偶数端子Ｓ２，Ｓ４…Ｓｎは固
定端子Ｓ０と接続され、この固定端子Ｓ０〜Ｓｎの内の
奇数端子Ｓ１，Ｓ３…Ｓｎ−１は、夫々各端子Ｓ１，Ｓ
２…間に所定の抵抗値を有する抵抗Ｒ１，Ｒ２…Ｒｎを
介して直列に接続されている。また、この各固定端子Ｓ
０〜Ｓｎに対応して可動接点ＳＣが配置され、この可動
接点ＳＣは設定装置ＣＯの出力によって順次固定端子Ｓ
０からＳｎへと固定端子Ｓ０〜Ｓｎ上を切換え接続する
ように制御されている。よって、固定端子Ｓ０が上述の
ソース−ドレイン通路の接続中点と接続され、また可動
接点ＳＣは直流阻止用コンデンサＣ６及びインダクタＬ
１を通して負荷回路ＬＣと接続されている。この直流阻
止用コンデンサＣ６のために負荷回路ＬＣには交流成分
のみが供給されている。この負荷回路ＬＣは、前述の誘
導コイルＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３とコンデンサＣ１，Ｃ
２，Ｃ３からなる並列回路ＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３とイ
ンピーダンスＺとの直列回路を介して接地されている。

【００３９】従って、外部信号源ＯＳＳからの信号によ
って周波数が変化される発振器ＯＳＣの出力は、トラン
スの１次巻線もしくは２次巻線の巻回方向を反転する等
して夫々極性反転された信号が、各ＭＯＳＦＥＴＱ１，
Ｑ２のゲート電極に印加されるので、ＭＯＳＦＥＴＱ
１，Ｑ２は交互にスイッチング駆動されることになり、
このため直流電源ＤＣからの直流電圧は略矩形のパルス
状の高周波信号に変換され、更にインダクタＬ１及びコ
ンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の直列共振回路にてパルス信
号を正弦波状の交流電圧に変換して、誘導コイルＩＣ
１，ＩＣ２，ＩＣ３に供給している。この誘導コイルＩ
Ｃ１，ＩＣ２，ＩＣ３に供給された交流電圧によって誘
導コイルＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３には交流磁束が発生
し、この磁束が第１の金属被膜ｗｓを通過するために、
誘導コイルＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３と第１の金属被膜ｗ
ｓとが電磁結合して、第１の金属被膜ｗｓに周回方向に
流れる２次電流を発生させて発熱し、誘導加熱ローラＨ
Ｒを加熱させる。

【００４０】なお、高周波フィルタＨＦＦは、高周波電
源ＨＦＳからの高周波成分が直流電源ＤＣ側に流入する
のを阻止するためのものであり、またＲｗｓは、第１の
金属被膜ｗｓが形成する閉回路の等価抵抗を示してい
る。

【００４１】このように構成することにより、加熱ロー
ラ装置の電源投入時には、切換装置ＳＷでは、最初に切
換接点ＳＣが固定端子Ｓ０と接続された状態になるよう
に設定されているために、高周波電源ＨＦＳからの初期
設定電力がそのまま切換装置ＳＷを介して誘導コイルＩ
Ｃ１〜ＩＣ３に供給される。その後に所定の周期で設定
装置ＣＯによって切換接点ＳＣを固定端子Ｓ１側に切換
えることによって、伝送回路中にＲ１＋Ｒ２…Ｒｎの直
列接続された抵抗Ｒが介在されることになる。このため
高周波電源ＨＦＳから供給される設定電力は、この抵抗
Ｒによって最大限に減衰させられて負荷回路ＬＣに供給
されることになる。次いで設定装置ＣＯによって切換接
点ＳＣが次の固定端子Ｓ２に切換えられることにより、
再び設定電力が減衰されることなく負荷回路ＬＣに供給
される。その後に切換接点ＳＣは固定端子Ｓ３に切換え
られて、伝送回路中にＲ２＋Ｒ３…Ｒｎの直列抵抗Ｒを
介在させ、上述の減衰電力よりも大きな値の減衰電力を
負荷回路ＬＣに供給し、次いで切換接点ＳＣは固定端子
Ｓ４に切換えられて、再度設定電力が負荷回路ＬＣに供
給される。このように設定装置ＣＯによって切換装置Ｓ
Ｗの可動接点ＳＣを所定の期間毎に順次固定端子Ｓ０〜
Ｓｎ上を切換えていくことにより、設定電力、減衰電
力、設定電力、減衰電力…のように交互に設定電力と減
衰電力とを負荷回路ＬＣに供給するように動作する。勿
論、この切換装置ＳＷは、半導体等の回路素子によって
電気的に切換えるように構成することが可能で、設定装
置ＣＯを含めて集積回路（ＩＣ）化することができる。

【００４２】この切換装置ＳＷにて切換え供給される設
定電力と減衰電力とは、図６（ａ）に示すように、所定
の期間毎に交互に供給されており、この減衰電力は所定
期間毎に順次、例えば設定電力の０％、１０％、２０％
…５０％となるように、順次大きな電力が供給されるよ
うに設定されている。この減衰電力は、設定電力に比較
してあまり相違がない場合には、拡散加熱が速やかに行
うことができず、設定電力の場合と同様に温度ムラが発
生してしまうために、設定電力の５０％以下となるよう
に設定すると好適である。この減衰電力は、例えば切換
装置ＳＷを、図５（ｂ）に示すように、抵抗Ｒを短絡さ
せる固定端子Ｓと可動接点ＳＣからなるスイッチによっ
て構成し、このスイッチで抵抗Ｒを伝送回路中に挿脱さ
せることによって、設定電力と一定値の減衰電力とを所
定の期間毎に交互に切換えるように構成することも可能
である。

【００４３】この場合、伝送される電力は、図６（ｂ）
に示すように、設定電力とこの設定電力から所定の値だ
け減衰された、例えば設定電力の５０％以下になされた
減衰電力とが交互に供給されるようになる。即ち、まず
切換装置ＳＷの抵抗Ｒをスイッチにて短絡することによ
り、図７（ａ）に示すような各誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ
３には、設定された設定電力がそのまま供給されて、各
誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ３により加熱されて、図７
（ｂ）に示すように、誘導加熱ローラＨＲ上に誘導コイ
ルＩＣ１〜ＩＣ３に対応する温度分布を得ることができ
る。

【００４４】次いで、所定の期間の経過後に切換装置Ｓ
Ｗの切換えによって設定電力よりも小さな減衰電力が所
定の期間供給される。この設定電力よりも小さな減衰電
力を供給することによって、この減衰電力は主として誘
導加熱ローラＨＲを加熱する熱を誘導加熱ローラＨＲの
軸方向に拡散させて加熱する役目を担うことになり、こ
れによって、図７（ｃ）に示すように、誘導加熱ローラ
ＨＲ全体が均一となるような温度分布を得ることができ
る。

【００４５】この減衰電力を所定期間供給した後に、再
度切換装置ＳＷの切換えによって設定電力を供給する
と、図７（ｄ）に示すように、予め減衰電力によって拡
散加熱された誘導加熱ローラＨＲを、更に誘導コイルＩ
Ｃ１〜ＩＣ３によって設定電力により加熱することで、
減衰電力によって全体的に加熱された平坦な温度分布の
ままの状態で誘導加熱ローラＨＲを加熱することにな
る。

【００４６】次いで、切換装置ＳＷによって減衰電力を
誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ３に供給することにより、図７
（ｅ）に示すように、再度誘導加熱ローラＨＲを拡散し
ながら平坦な温度分布の状態を押し上げるように加熱
し、更に、図７（ｆ）に示すように、上昇された平坦な
温度分布上に設定電力を供給して加熱していく。

【００４７】そして、図７（ｇ）に示すように、誘導加
熱ローラＨＲの温度が設定した温度の上限及び下限の範
囲内に納まるように、設定装置ＣＯで切換装置ＳＷを制
御している。この設定された温度の範囲内に温度を安定
化させるには、例えば、センサーＳＮによって誘導加熱
ローラＨＲの温度を検出し、温度が低下するようであれ
ば、センサーＳＮの検出出力に基づいて設定装置ＣＯを
介して切換装置ＳＷを制御して十分な加熱が得られるよ
うにし、温度が上昇し過ぎるようであれば、同様にして
設定電力及び減衰電力の供給を抑えて、誘導加熱ローラ
ＨＲ全体の温度が低下するように制御している。このセ
ンサーＳＮは誘導加熱ローラＨＲの軸方向で、誘導コイ
ルＩＣ１〜ＩＣ３相互間の対応部分に１つだけ設置する
ことで検温が可能であるが、図４あるいは図５（ａ）中
に破線にて示すように、複数個設けることも可能で、こ
のように複数個設けることによって更に細かな温度管理
が可能となる。

【００４８】なお、これらセンサーＳＮは、誘導加熱ロ
ーラＨＲの両端、即ち、誘導コイルＩＣ１とＩＣ３の外
側にも配置しても良いが、この両側部分は、通常加熱ロ
ーラ装置として利用される範囲外となるために設置しな
くとも差支えないが、敢えて設置することを妨げるもの
ではない。

【００４９】また、切換装置ＳＷにおいては、抵抗Ｒと
スイッチによって設定電力と減衰電力とを所定期間毎に
交互に切換えて伝送するように構成しているが、この抵
抗Ｒを省略して単なるスイッチとして構成し、設定電力
と減衰電力が実質的にゼロの状態、即ち、設定電力と減
衰電力として設定電力×０％の状態を、図６（ｃ）に示
すように、所定の周期で交互に切換えて誘導コイルＩＣ
１〜ＩＣ３側に供給することも可能である。勿論、これ
らスイッチは、半導体等を使用した電気的なスイッチと
して構成することができる。

【００５０】このように、制御装置ＣＣによって高周波
電源ＨＦＳからの電力を、設定電力と減衰電力とを所定
期間毎に切換えるように構成すると、この減衰電力供給
期間には交流電力の印加が一時的に減衰されるが、減衰
電力供給後の再設定電力供給後には、図８に示すよう
に、加熱効率が復活して高くなることにより、誘導加熱
ローラＨＲの加熱速度をより向上させることが可能であ
る。

【００５１】なお、本発明は、これら実施の形態に限定
されることなく、例えば、高周波電源ＨＦＳの出力側に
制御装置ＣＣを接続する代わりに、図９に示すように、
高周波電源ＨＦＳに接続されている外部信号源ＯＳＳと
高周波電源ＨＦＳとの間に介挿することにより、高周波
電源ＨＦＳの入力側を制御することで、設定電力と減衰
電力とを交互に供給するように構成することも可能であ
る。

【００５２】更に、このような高周波電源ＨＦＳの入力
もしくは出力を制御する代わりに、図１０に示すよう
に、高周波電源ＨＦＳの直流電源ＤＣと高周波電源ＨＦ
Ｓ間に制御装置ＣＣを挿入して、高周波電源ＨＦＳに供
給される電源電圧を制御装置ＣＣによって制御すること
でも、設定電力と減衰電力との供給を交互に切換えて、
同様な動作を行わせることも可能である。なお、上述の
実施の形態で説明したと同じ部分については同じ符号を
付して、その詳細な説明は省略する。

【００５３】また、設定装置ＣＯでは、一定周期毎に切
換装置ＳＷを切換えて、設定電力と減衰電力とを交互に
誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ３に供給して、誘導加熱ローラ
ＨＲを加熱するように付勢することで説明しているが、
誘導加熱ローラＨＲの温度上昇に伴って、これら設定電
力と減衰電力との供給期間を、例えば電源投入初期と中
間段階及び定常動作状態に応じて順次変更するように構
成することも可能であり、また、加熱ローラＨＲが所定
の設定温度範囲内に到達した以降は、必ずしも定期的に
設定電力と減衰電力とを所定期間毎に切換える必要はな
く、設定電力をそのまま供給し続けることも可能であ
り、設定電力と減衰電力とを交互に切換え供給するの
は、少なくとも設定温度範囲に到達するまでの期間内で
有効である。更に、設定温度上限を超えるような温度を
検出するには、上述のセンサーＳＮとは別に設置したセ
ンサーによって一元的に管理させるように構成しても差
支えない。

【００５４】また、この制御装置ＣＣの挿入される個所
については、図示及び説明した個所に特定されることは
なく、誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ３に設定電力と減衰電力
とが切換え供給し得る箇所であれば、いずれでも差支え
なく、また、誘導コイルＩＣ１〜ＩＣ３の数量等も限定
されることはなく、更に、設定電力を減衰させるための
手段として抵抗を利用しているが、インダクタンスやそ
の他の手段によって減衰させても良い。

【００５５】更に、誘導加熱ローラ側の磁気結合する２
次コイルとして１ターン構成について説明しているが、
１ターン以上であれば差支えなく、更にこの２次コイル
を複数個に分割配置することも可能である。

【００５６】また、ローラ基体はＦｅから構成した場合
について説明しているが、ＦｅとＣｕとの合金でも差支
えなく、第１の金属被膜もＣｕ，Ｎｉ，Ａｇ等の２次側
抵抗値が得られる材料であればよく、第２の金属被膜も
Ｚｎ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｔｉ等の使用が可能である。

【００５７】本発明は、その他にも種々の応用や変形が
可能であって、これらも本発明の範疇に含まれることは
言うまでもない。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、誘導加熱ローラ装置の
加熱温度分布を、装置の立上げ時から短期間の間に早期
にローラ全体に亘って加熱することが可能となり、この
ために温度差の少ない均一性に優れたものとして構成す
ることが可能であり、従って温度分布ムラも一因となっ
ている記録媒体の定着ムラ等を改善することが可能であ
り、商品価値の高い高品位な定着装置あるいは画像形成
装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像形成装置、定着装置及び誘導
加熱ローラ装置を示す説明図。

【図２】本発明に係る誘導加熱ローラ装置を構成する加
熱ローラの一部を示す断面図。

【図３】同じく誘導加熱ローラ装置の全体構成を示す断
面図。

【図４】同じく誘導加熱ローラ装置並びにその加熱回路
を示す回路構成図。

【図５】同じくその回路構成を詳細に示す回路図。

【図６】同じく誘導コイルに供給される設定電力と減衰
電力とを示す説明図。

【図７】同じく誘導コイルによる温度分布を示す説明
図。

【図８】同じく加熱効率を示す説明図。

【図９】同じく加熱回路の他の構成を示す回路構成図。

【図１０】同じく加熱回路の更に他の構成を示す回路構
成図。

【図１１】同じく誘導加熱ローラと誘導コイルとの相対
的な配置関係及びその温度分布を説明するための説明
図。

【符号の説明】

２１：加圧ローラ ２３：記録媒体 ３２：画像形成手段 ３３：定着装置 ＨＦＳ：高周波電源 ＨＲ：誘導加熱ローラ ＣＣ：制御装置 ＣＯ：設定装置 ＳＷ：切換装置 ＳＮ：センサー ＩＣ１〜ＩＣ３：誘導コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 BA25 BA27 BA30 BA32 BB03 BB04 BB13 BB18 BB28 BE06 CA03 CA04 CA07 CA28 CA30 CA46 CA48 3K059 AA08 AA15 AB00 AC33 AD02 AD05 5H007 BB04 CB09 CB17 DA05 DC08

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性部材を有し円筒状に形成された誘導
   加熱ローラと、この誘導加熱ローラに磁気結合するよう
   に前記誘導加熱ローラ内に配置され並列接続された複数
   の誘導コイルと、 この誘導コイルに高周波電力を印加して前記誘導コイル
   を付勢するための高周波電源と、 この高周波電力を所定値に設定された設定電力とこの設
   定電力よりも小さな値の減衰電力とに切換えて前記誘導
   コイルに供給するように制御する制御装置とを具備し、 前記誘導コイルを設定電力と減衰電力とで交互に付勢す
   ることにより前記誘導加熱ローラに誘導電流を誘起させ
   て発熱させることを特徴とする誘導加熱ローラ装置。
2. 【請求項２】 前記制御装置は、前記減衰電力を実質ゼ
   ロとなるように制御す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。
3. 【請求項３】 前記制御装置は、前記減衰電力が徐々に
   高くなるように制御す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。
4. 【請求項４】 前記減衰電力は、設定電力の５０％以下
   に設定され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。
5. 【請求項５】 前記設定電力と減衰電力とを所定の周期
   で交互に供給するようにしたことを特徴とする請求項１
   記載の誘導加熱ローラ装置。
6. 【請求項６】 前記複数の誘導コイル間の対応箇所に少
   なくとも１つのセンサーを配置し、このセンサーによっ
   て前記制御装置を制御す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。
7. 【請求項７】 加圧ローラを備えた定着装置本体と、 この定着装置本体の加圧ローラに誘導加熱ローラを圧接
   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乃至６のいずれか１つに記載の誘
   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。
8. 【請求項８】 記録媒体にトナー画像を形成する画像形
   成手段を備えた画像形成装置本体と、 この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７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。