JP2015114365A - 誘導加熱定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度分布を均一に保ちながら加熱効率の低下を抑制できる誘導加熱定着装置、及びこの誘導加熱定着装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着ユニット４０は、発熱層４６を有し、回転可能な加熱ローラ４２と、加熱ローラ４２の外周面に対向して、加熱ローラ４２の幅方向に沿って配置されるメインコイル６２と、幅方向におけるメインコイル６２の端部においてメインコイル６２に重なるように配置されるサブコイル６４と、メインコイル６２及びサブコイル６４に電力を供給するインバータ７２と、メインコイル６２とサブコイル６４とを同方向及び逆方向のいずれかに切換可能に直列接続するスイッチ７４と、を備え、サブコイル６４の巻き数は、メインコイル６２の巻き数より少ない。
【選択図】図２

Description

本発明は、誘導加熱定着装置及び画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、例えば印刷用紙等の像担持体上にトナーを静電転写させた後、トナーを定着装置によって、像担持体に熱定着させることにより、印刷が行われる。

定着装置は、像担持体を加熱する加熱体と、加熱体に平行に配置されて加熱体を押圧する加圧ローラと、を備えている。加熱体は、例えば加熱ローラ又は加熱ベルトである。加圧ローラは、加熱体の周面を押圧することにより、加圧ローラの周面と加熱体の周面との間にニップ部を形成する。像担持体は、ニップ部において加圧ローラ及び加熱体から圧力を受けるとともに、加熱体により加熱される。

定着装置の一例として、例えば特許文献１に記載される誘導加熱定着装置が知られている。特許文献１に記載の誘導加熱定着装置は、上記の定着装置の構成において、加熱体としての加熱ローラに対向して配置されるメインコイルと、加熱ローラの幅方向におけるメインコイルの端部においてメインコイルに重なるように配置されたサブコイルと、をさらに備えている。メインコイルは、加熱ローラの幅方向における加熱ローラの略全長に延びている。メインコイルに交流電流が供給されると、メインコイルは交流磁界を発生させる。加熱ローラの外周面に設けられた発熱体に交流磁界が印加されると、発熱体には渦電流が流れ、ジュール熱が発生する。

サブコイルに供給される電流の向きは、印刷用紙の幅に応じて切り替えられる。幅狭の印刷用紙に印刷を行う場合には、メインコイルと逆向きの電流がサブコイルに供給される。これにより、サブコイルは、メインコイルにより発生する磁界と逆向きの磁界を発生させ、メインコイルにより発生する磁界を打ち消す。したがって、印刷用紙が通過しない部分における発熱体の発熱が抑制される。また、誘導加熱定着装置は、メインコイル及びサブコイルの近傍に配置されるコアを備える。コアは、メインコイル及びサブコイルにより発生した磁界を加熱ローラの発熱体に集中させる。

米国特許出願公開第２０１３／００７８０１９号明細書

上述したような誘導加熱定着装置では、幅広の印刷用紙に印刷を行う場合には、メインコイルとサブコイルに同方向の電流が供給される。したがって、メインコイルが発生する磁界とサブコイルが発生する磁界とは同じ向きとなり、互いに強め合う。このため、印刷用紙の幅方向における加熱ローラの端部での磁束密度が高くなり、発熱体による発熱量が増加し、当該端部での温度が過度に上昇してしまう。そこで、加熱ローラの幅方向における温度分布を均一にするため、コアの配置を加熱ローラの幅方向における中央部に集中させて端部におけるコアの配置密度を小さくする、又は加熱ローラの端部にはコアを配置しない構成が考えられる。この構成によれば、加熱ローラの端部における磁束密度を小さくなるため、加熱ローラの端部における温度の過度の上昇が抑制され、印刷用紙の幅方向における温度分布が均一となる。

しかしながら、この場合には、加熱ローラの端部におけるコアの配置密度が小さいことから、加熱ローラの端部においては磁界が発熱体に集中しにくくなり、加熱効率が低下してしまう。

本発明は、温度分布を均一に保ちながら加熱効率の低下を抑制できる誘導加熱定着装置、及びこの誘導加熱定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る誘導加熱定着装置は、回転加熱体と、メインコイルと、サブコイルと、電力供給部と、スイッチと、を備える。回転加熱体は、発熱体を有し、回転可能である。メインコイルは、回転加熱体の外周面に対向して、回転加熱体の幅方向に沿って配置される。サブコイルは、幅方向におけるメインコイルの端部においてメインコイルに重なるように配置される。電力供給部は、メインコイル及びサブコイルに電力を供給する。スイッチは、メインコイルとサブコイルとを同方向及び逆方向のいずれかに切換可能に直列接続する。サブコイルの巻き数は、メインコイルの巻き数より少ない。

この誘導加熱定着装置では、サブコイルの巻き数が、メインコイルの巻き数よりも少ない。したがって、サブコイルにより形成される磁界の磁束密度が低下するため、回転加熱体の幅方向における端部においてコアを十分な密度で配置しても、回転加熱体の端部における過度の温度上昇を抑制することができる。このため、幅方向における回転加熱体の温度分布を均一に保つことができる。また、十分な密度のコアによって、回転加熱体の端部において磁界を回転加熱体の加熱体に集中させることができるため、低消費電力で加熱を行うことができ、加熱効率の低下を抑制することができる。また、メインコイルとサブコイルとが逆方向に直列接続された場合に、メインコイルに供給される電流とサブコイルに供給される電流が等しいため、サブコイルの巻き数が少なくてもメインコイルにより形成される磁界を好適に打ち消すことができる。

誘導加熱定着装置では、サブコイルの巻き数は、メインコイルの巻き数の１０％〜５０％であってもよい。この場合、サブコイルの巻き数がメインコイルの巻き数の１０％以上であることにより、幅狭の印刷用紙への印刷時における回転加熱体の端部における過度の温度上昇を抑制することができる。同時に、サブコイルの巻き数がメインコイルの巻き数の５０％以下であることにより、消費電力の上昇を抑制することができる。

誘導加熱定着装置では、回転加熱体の回転方向におけるサブコイルの内径は、回転方向におけるメインコイルの内径より小さくてもよい。この場合、幅広の印刷用紙への印刷時において、回転加熱体の端部を効率よく加熱することができる。同時に、幅狭の印刷用紙への印刷時において、回転加熱体の端部の温度上昇を好適に抑制することもできる。

誘導加熱定着装置は、メインコイル及びサブコイルにより発生する磁束を回転加熱体の外周面上に集中させるコアをさらに備え、コアは、幅方向において少なくともサブコイルと重なる位置に配置されていてもよい。この場合、サブコイルと重なる位置にコアが配置されているため、幅広用紙への印刷時において回転加熱体の端部でメインコイル及びサブコイルにより発生する磁界が回転加熱体の発熱体に集中する。したがって、効率良く回転加熱体を加熱することができる。

本発明に係る画像形成装置は、上記の誘導加熱定着装置を備えている。この画像形成装置においても、上記の誘導加熱定着装置と同様の作用効果を得ることができる。

本発明によれば、加熱効率の低下を抑制できる誘導加熱定着装置、及びこの誘導加熱定着装置を備えた画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す模式図である。 誘導加熱定着装置の概略構成を示す模式断面図である。 図２のIII−III線に沿った断面図である。 メインコイル、サブコイル及びコアの平面図である。 メインコイル及びサブコイルの電気的な接続関係を示す図である。 メインコイル及びサブコイルの巻き数の比率と、消費電力及び加熱ローラの温度と、の関係を示すグラフである。 サブコイルの外径を変化させた場合のメインコイルとサブコイルの位置関係を示す図である。 幅広の用紙への印刷時の温度分布を示す図である。 幅狭の用紙への印刷時の温度分布を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には、同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（画像形成装置の全体構成）
図１に示すように、画像形成装置１は、記録媒体搬送ユニット１０、転写ユニット２０、感光体ドラム３０、４つの現像ユニット１００、及び、定着ユニット４０（誘導加熱定着装置）を含んで構成される。

記録媒体搬送ユニット１０は、最終的に画像が形成される記録媒体としての用紙Ｐ（像担持体）を収容すると共に、用紙Ｐを記録媒体搬送路上に搬送する。用紙Ｐは、カセットに積層して収容される。記録媒体搬送ユニット１０は、用紙Ｐに転写されるトナー像が二次転写領域Ｒに到達するタイミングで、用紙Ｐを二次転写領域Ｒに到達させる。

転写ユニット２０は、４つの現像ユニット１００により形成されたトナー像を、用紙Ｐに二次転写する二次転写領域Ｒに搬送する。転写ユニット２０は、転写ベルト２１と、転写ベルト２１を懸架する懸架ローラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ及び２１ｄと、感光体ドラム３０と共に転写ベルト２１を挟持する一次転写ローラ２２と、懸架ローラ２１ｄと共に転写ベルト２１を挟持する二次転写ローラ２４とを含んで構成される。

転写ベルト２１は、懸架ローラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ及び２１ｄにより循環移動される無端状のベルトである。一次転写ローラ２２は、転写ベルト２１の内周側から感光体ドラム３０を押圧するように設けられる。一方、二次転写ローラ２４は、転写ベルト２１の外周側から懸架ローラ２１ｄを押圧するように設けられる。また、転写ユニット２０は、転写ベルト２１に付着したトナーを除去するベルトクリーニング装置等を更に備えていてもよい。

感光体ドラム３０は、周面に画像が形成される静電潜像担持体であり、例えばＯＰＣ（Organic PhotoConductor）からなる。本実施形態に係る画像形成装置１は、カラー画像を形成可能な装置であり、例えばマゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの各色に対応して、４つの感光体ドラム３０が転写ベルト２１の移動方向に沿って設けられている。各感光体ドラム３０の周上には、図１に示すように、帯電ローラ３２、露光ユニット３４、現像ユニット１００、及び、クリーニングユニット３８がそれぞれ設けられている。

帯電ローラ３２は、感光体ドラム３０の表面を所定の電位に均一に帯電させる。露光ユニット３４は、帯電ローラ３２により帯電した感光体ドラム３０の表面を、用紙Ｐに形成する画像に応じて露光する。これにより、感光体ドラム３０の表面のうち露光ユニット３４により露光された部分の電位が変化し、静電潜像が形成される。４つの現像ユニット１００は、各現像ユニット１００に対応して設けられたトナータンク３６から供給されたトナーによって感光体ドラム３０に形成された静電潜像を現像し、トナー像を生成する。４つのトナータンク３６内には、それぞれ、マゼンタ、イエロー、シアン、及び、ブラックのトナーが充填されている。

クリーニングユニット３８は、感光体ドラム３０上に形成されたトナー像が転写ベルト２１に一次転写された後に感光体ドラム３０上に残存するトナーを回収する。クリーニングユニット３８は、例えばクリーニングブレードを設け、感光体ドラム３０の周面にクリーニングブレードを当接させることにより感光体ドラム３０上の残トナーをそぎ落とす構成を用いることができる。なお、感光体ドラム３０の周上には、感光体ドラム３０の回転方向においてクリーニングユニット３８と帯電ローラ３２との間に、感光体ドラム３０の電位をリセットする除電ランプを配置することもできる。

定着ユニット４０は、転写ベルト２１から用紙Ｐへ二次転写されたトナー像を用紙Ｐに付着させ、定着させる。定着ユニット４０は、例えば、加熱体としての加熱ローラ４２（回転加熱体）と、加圧ローラ４４とを含んで構成される。加熱ローラ４２は、回転軸周りに回転可能な円筒状の部材である。加熱ローラ４２の外周面には、例えばシリコーンゴム等の耐熱弾性層が設けられる。この耐熱弾性層の内周側には、発熱体としての金属層が設けられる。この金属層に対して後述のように交流磁界が印加されて渦電流が発生することにより、金属層は発熱体として機能する。なお、加熱体としては、加熱ローラ４２に代えて、無端状のベルトも用いられ得る。以下の説明では、加熱体は加熱ローラ４２であるとする。

加圧ローラ４４は、回転軸周りに回転可能な円筒状の部材であり、加熱ローラ４２を押圧するように設けられる。加熱ローラ４２及び加圧ローラ４４の外周面には、例えばシリコーンゴム等の耐熱弾性層が設けられる。加熱ローラ４２と加圧ローラ４４との接触領域である定着ニップＮに用紙Ｐを通過させることにより、トナー像を用紙Ｐに溶融定着させる。

また、画像形成装置１には、定着ユニット４０によりトナー像が定着された用紙Ｐを装置外部へ排出するための排出ローラ５２及び５４が設けられている。

次に、画像形成装置１の動作について説明する。画像形成装置１に被記録画像の画像信号が入力されると、画像形成装置１の制御部は、受信した画像信号に基づいて、帯電ローラ３２により感光体ドラム３０の表面を所定の電位に均一に帯電させた後、露光ユニット３４により感光体ドラム３０の表面にレーザ光を照射して静電潜像を形成する。

一方、現像ユニット１００では、トナーとキャリアを所望の混合比になるように調整し、さらに混合攪拌してトナーを均一に分散させ最適な帯電量を付与した現像剤が調製される。この現像剤を現像ローラ１１０に担持させる。そして、現像ローラ１１０の回転により現像剤が感光体ドラム３０と対向する領域まで搬送されると、現像ローラ１１０に担持された現像剤のうちのトナーが感光体ドラム３０の周面上に形成された静電潜像に移動し、静電潜像が現像される。こうして形成されたトナー像は、感光体ドラム３０と転写ベルト２１とが対向する領域において、感光体ドラム３０から転写ベルト２１へ一次転写される。転写ベルト２１には、４つの感光体ドラム３０上に形成されたトナー像が順次積層されて、１つの積層トナー像が形成される。そして、積層トナー像は、懸架ローラ２１ｄと二次転写ローラ２４とが対向する二次転写領域Ｒにおいて、記録媒体搬送ユニット１０から搬送された用紙Ｐに二次転写される。

積層トナー像が二次転写された用紙Ｐは、定着ユニット４０へ搬送される。用紙Ｐを加熱ローラ４２と加圧ローラ４４との間で熱及び圧力を加えながら通過させることにより、積層トナー像を用紙Ｐに溶融定着させる。その後、用紙Ｐは、排出ローラ５２及び５４により画像形成装置１の外部へ排出される。一方、転写ベルト２１は、ベルトクリーニング装置を備える場合、積層トナー像が用紙Ｐへ二次転写された後、転写ベルト２１に残存するトナーをベルトクリーニング装置により除去してもよい。

（誘導加熱定着装置）
次に、図２〜５を参照して、誘導加熱定着装置としての定着ユニット４０について、より詳細に説明する。図２は、定着ユニットの概略構成を示す模式断面図である。図３は、図２のIII−III線における断面図である。図４は、定着ユニットが備えるメインコイル、サブコイル及びコアを示す平面図である。図５は、メインコイル及びサブコイルの電気的な接続関係を示す図である。

定着ユニット４０は、加熱ローラ４２と、メインコイル６２と、サブコイル６４と、インバータ７２（電力供給部）（図５参照）と、スイッチ７４（図５参照）と、を備える。以下、それぞれの要素について詳細に説明する。

図２に示されるように、加熱ローラ４２の外周面には、発熱体としての発熱層４６が設けられている。発熱層４６は、金属からなり、具体的には、例えば鉄、ニッケル、ステンレス等の磁性金属や、非磁性ステンレスやアルミニウム等の非磁性金属等が用いられ得る。発熱層４６の外側には、加圧部材としての耐熱弾性層４７が設けられている。耐熱弾性層４７は、例えばシリコーンゴム等の材料からなる。耐熱弾性層４７の外側には、コート層４８が設けられている。コート層４８は、例えばフッ素樹脂により耐熱弾性層４７の外周面がコーティングされることにより形成される。コート層４８は、トナーに対して離型性を示す。これらの発熱層４６、耐熱弾性層４７及びコート層４８は、加熱ローラ４２の外周面において無端状のベルトを形成する。

発熱層４６の内周面側には、ニップ形成ローラ４９が配置されている。ニップ形成ローラ４９は、回転軸周りに回転可能な円筒状の部材である。ニップ形成ローラ４９の回転軸は、加熱ローラ４２の回転軸と平行である。ニップ形成ローラ４９は、発熱層４６の内周面側から発熱層４６、耐熱弾性層４７、及びコート層４８を加圧ローラ４４側に押圧する。これにより、加熱ローラ４２の外周面（すなわちコート層４８の外周面）とニップ形成ローラ４９の外周面との間にニップ部が形成される。

加熱ローラ４２は、図２の矢印Ａ１の方向（すなわち反時計回り）に回転する。加圧ローラ４４は、図２の矢印Ａ２の方向（すなわち時計回り）に回転する。このような加熱ローラ４２及び加圧ローラ４４の回転により、トナーＴが転写された用紙Ｐは、ニップ部を通って、矢印Ａ３の方向に搬送される。

加熱ローラ４２、加圧ローラ４４、及びニップ形成ローラ４９の径は適宜設定され得る。一例として、加熱ローラ４２、加圧ローラ４４、及びニップ形成ローラ４９の直径は、それぞれ３５ｍｍ、２８ｍｍ、３２ｍｍであってもよい。

メインコイル６２は、加熱ローラ４２の外周面に対向して、加熱ローラ４２の幅方向に沿って配置される。図４に示されるように、メインコイル６２は、加熱ローラ４２とメインコイル６２との対向方向から見た場合に、加熱ローラ４２の幅方向に延びる長円状、又は略長方形状を有する巻線である。

図３及び図４に示されるように、一組のサブコイル６４，６４は、メインコイル６２の幅方向における両端部において、加熱ローラ４２とメインコイル６２との対向方向から見た場合にメインコイル６２に重なるように配置される。サブコイル６４は、加熱ローラ４２とメインコイル６２との対向方向から見た場合に、長円状、又は略長方形状を有する巻線である。サブコイル６４は、加熱ローラ４２の幅方向において、幅広の用紙Ｐ（例えばＡ３サイズの用紙）が通過し、かつ幅狭の用紙Ｐ（例えばＢ５サイズの用紙）が通過しない領域に配置される。図４において、幅Ｗ１は、幅広の用紙Ｐ（例えばＡ３サイズの用紙）の幅を示し、幅Ｗ２は、幅狭の用紙Ｐ（例えばＢ５サイズの用紙）の幅を示す。

サブコイル６４の巻き数は、メインコイル６２の巻き数より少ない。好ましくは、サブコイル６４の巻き数は、メインコイル６２の巻き数の１０％〜５０％である。一例として、メインコイル６２の巻き数及びサブコイル６４の巻き数は、それぞれ１４、４であってもよい。

コア６６は、コア６６と加熱ローラ４２との間にメインコイル６２及びサブコイル６４を収容するように配置される。コア６６は、例えば、加熱ローラ４２の外周面に沿って屈曲した棒状の部材が、加熱ローラ４２の幅方向に多数配列された構成を有する。コア６６は、幅方向において少なくともサブコイル６４と重なる位置に配置されていることが好ましい。コア６６を構成する材料としては、例えばフェライトが用いられ得る。コア６６は、メインコイル６２及びサブコイル６４により発生する磁束を加熱ローラ４２の外周面上に集中させる。

ここで、印刷動作時におけるメインコイル６２及びサブコイル６４への電力の供給について、図５を参照して説明する。図５の（Ａ）は、用紙Ｐが幅広の用紙である場合のメインコイル６２及びサブコイル６４の電気的な接続関係を示す図である。図５の（Ｂ）は、用紙Ｐが幅狭の用紙である場合のメインコイル６２及びサブコイル６４の電気的な接続関係を示す図である。なお、図５においても、図４と同様に、幅Ｗ１は、幅広の用紙Ｐの幅を示し、幅Ｗ２は、幅狭の用紙Ｐの幅を示す。

図５の（Ａ）及び（Ｂ）のいずれにおいても、インバータ７２がスイッチ７４を介してメインコイル６２及び一組のサブコイル６４，６４に高周波の交流電流を供給する。

インバータ７２は、例えば電圧が１１０Ｖ±１０％、又は２２０Ｖ±１０％の交流電力を入力として受け付け、これを高周波の交流電力に変換して出力する。スイッチ７４は、メインコイル６２とサブコイル６４とを、同方向及び逆方向のいずれかに切換可能に直列接続する。言い換えれば、スイッチ７４は、サブコイル６４に流れる電流の向きを切り替える。これにより、スイッチ７４は、メインコイル６２の電圧の位相とサブコイル６４の電圧の位相を同方向及び逆方向のいずれかに切り替える。図５の（Ａ）では、メインコイル６２とサブコイル６４とが同方向に直列接続されている。図５の（Ｂ）では、メインコイル６２とサブコイル６４とが逆方向に直列接続されている。

図５の（Ａ）の場合、矢印により示されるようにメインコイル６２に流れる電流の向きとサブコイル６４に流れる電流の向きとは同方向であるため、メインコイル６２が発生させる磁界とサブコイル６４が発生させる磁界とは、同じ向きである。したがって、これらの２つの磁界は互いに強め合う。このように強められた磁界により、加熱ローラ４２の端部において発熱層４６には渦電流が流れ、この渦電流によるジュール熱が発生する。このため、幅広の用紙Ｐに印刷を行う場合に、加熱ローラ４２の幅方向における用紙Ｐの両端に相当する位置まで加熱ローラ４２が十分に加熱される。

一方、図５の（Ｂ）の場合、矢印により示されるようにメインコイル６２に流れる電流の向きとサブコイル６４に流れる電流の向きとは逆方向であるため、メインコイル６２が発生させる磁界とサブコイル６４が発生させる磁界とは、逆の向きである。したがって、これらの２つの磁界は互いに打ち消し合う。このように磁界が打ち消されているため、加熱ローラ４２の端部において発熱層４６には渦電流が流れず、ジュール熱の発生が抑制される。このため、幅狭の用紙Ｐに印刷を行う場合に、加熱ローラ４２の幅方向において用紙Ｐが通過しない位置では加熱ローラ４２の発熱が抑制され、加熱ローラ４２の端部における温度の過度な上昇が抑制される。

図６を参照して、上述した構成を有する定着ユニット４０においてメインコイル６２及びサブコイル６４の巻き数を変化させた場合の特性の変化について説明する。図６は、メインコイル６２及びサブコイル６４の巻き数の比率に対する、消費電力及び加熱ローラ４２の端部の温度の変化を示すグラフである。図６の横軸は、メインコイル６２の巻き数に対するサブコイル６４の巻き数の比率（単位：％）を表す。図６の左側の縦軸は、加熱ローラ４２の外周面の温度を１６０℃に維持するために必要な電力の比率を、メインコイル６２の巻き数とサブコイル６４の巻き数とが等しい場合を１００％として表す。図６の右側の縦軸は、幅狭の用紙Ｐに印刷する場合における加熱ローラ４２の端部の温度（単位：℃）を表す。

図６の曲線Ｃ１は、加熱ローラ４２の外周面の温度を１６０℃に維持するために必要な電力の比率を示す。曲線Ｃ１を参照すると、この電力は、サブコイル６４の巻き数の比率がメインコイル６２の巻き数の５０％を超えると、サブコイル６４の巻き数の比率の増加に対して急激に増加している。このことから、サブコイル６４の巻き数は、メインコイル６２の巻き数の５０％以下であることが好ましいことが分かる。

図６の曲線Ｃ２は、幅狭の用紙Ｐに印刷する場合における加熱ローラ４２の端部の温度である。ここで、加熱ローラ４２の端部の温度の許容範囲は、概ね２２０℃以下である。曲線Ｃ２を参照すると、サブコイル６４の巻き数をメインコイル６２の巻き数の１０％以下とすると、加熱ローラ４２の端部の温度が２２０℃を超え、許容範囲外となってしまう。このことから、サブコイル６４の巻き数は、メインコイル６２の巻き数の１０％以上であることが好ましいことが分かる。

次に、図７〜９を参照して、加熱ローラ４２の回転方向におけるサブコイル６４の内径及び外径を変化させた場合の加熱効率について説明する。以下の説明では、特に断らない限り、内径及び外径という語を、加熱ローラ４２の回転方向における内径及び外径を意味するものとする。

図７において、Ｄ１はメインコイル６２の内径であり、Ｄ２はサブコイル６４の内径であり、Ｄ３はサブコイル６４の外径であり、Ｄ４はメインコイル６２の外径である。図７の（Ａ）は、サブコイル６４の内径Ｄ２がメインコイル６２の内径Ｄ１に等しい場合である。図７の（Ｂ）は、サブコイル６４の内径Ｄ２がメインコイル６２の内径Ｄ１より大きく、サブコイル６４の外径Ｄ３がメインコイル６２の外径Ｄ４より小さい場合を示す。図７の（Ｃ）は、サブコイル６４の外径Ｄ３がメインコイル６２の外径Ｄ４とほぼ等しい場合を示す。

なお、図７においては、メインコイル６２としては、最内周の巻線６２Ａと最外周の巻線６２Ｂのみを示しており、その他の巻線を省略して示している。同様に、サブコイル６４としては、最内周の巻線６４Ａと最外周の巻線６４Ｂのみを示している。Ｅ１は、Ｂ５サイズの用紙の端部を示しており、加熱ローラ４２の幅方向における中央部から９１ｍｍの位置を示す。Ｅ２は、Ａ４サイズの用紙の端部を示しており、加熱ローラ４２の幅方向における中央部から１０５ｍｍの位置を示す。Ｅ３は、Ａ３サイズの用紙の端部を示しており、加熱ローラ４２の幅方向における中央部から１４９ｍｍの位置を示す。

図７の（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）に示したメインコイル６２及びサブコイル６４の外径での、加熱ローラ４２の端部における温度分布を図８及び図９に示す。図８は、幅広の用紙Ｐに印刷を行った場合の温度分布であり、図９は、幅狭の用紙Ｐに印刷を行った場合の温度分布である。図８及び図９の（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、それぞれ図７の（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）に対応する。図７では、加熱ローラ４２の端部が図の上方に位置しているのに対し、図８及び図９では、加熱ローラ４２の端部が図の下方に位置している。図８及び図９の（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）のそれぞれにおいて、左側の図は、加熱ローラ４２の外周面に直交する方向から見た図であり、右側の図は、加熱ローラ４２の外周面に平行であり且つ加熱ローラ４２の軸方向に垂直な方向から見た図である。図８及び図９においては、色が薄いほど高温であり、色が濃いほど低温であることを示す。

図８に示されるように、幅広の用紙に印刷を行った場合においては、（Ｂ）の場合に加熱ローラ４２の端部における温度が最も高くなった。（Ａ）の場合の加熱ローラ４２の端部における温度は、（Ｂ）の場合と比べて低かった。（Ｃ）の場合の加熱ローラ４２の端部における温度は（Ａ）の場合と比べてさらに低かった。したがって、図８から、幅広の用紙Ｐに印刷を行う場合には、サブコイル６４の内径Ｄ２がメインコイル６２の内径Ｄ１より大きく、サブコイル６４の外径Ｄ３がメインコイル６２の外径Ｄ４よりも小さい場合に、加熱ローラ４２の端部を最も効率良く加熱することができることが分かる。

図９に示されるように、幅狭の用紙に印刷を行った場合においては、（Ｂ）の場合に加熱ローラ４２の端部における温度が最も低くなった（Ａ）及び（Ｃ）の場合の加熱ローラ４２の端部における温度は、（Ｂ）の場合と比べて高かった。したがって、図９から、幅狭の用紙Ｐに印刷を行う場合には、サブコイル６４の内径Ｄ２がメインコイル６２の内径Ｄ１より大きく、サブコイル６４の外径Ｄ３がメインコイル６２の外径Ｄ４よりも小さい場合に、加熱ローラ４２の端部の温度上昇を最もよく抑制できることが分かる。

以上説明した定着ユニット４０では、サブコイル６４の巻き数が、メインコイル６２の巻き数よりも少ない。したがって、サブコイル６４により形成される磁界の磁束密度が低下するため、加熱ローラ４２の幅方向における端部においてコア６６を十分な密度で配置しても、加熱ローラ４２の端部における過度の温度上昇を抑制することができる。このため、幅方向における加熱ローラ４２の温度分布を均一に保つことができる。また、十分な密度のコア６６によって、加熱ローラ４２の端部において磁界を加熱ローラの発熱層４６に集中させることができるため、低消費電力で加熱を行うことができ、加熱効率の低下を抑制することができる。また、幅狭の用紙Ｐへの印刷時においてメインコイル６２とサブコイル６４とが逆方向に直列接続された場合に、メインコイル６２に供給される電流とサブコイル６４に供給される電流が等しいため、サブコイル６４の巻き数が少なくてもメインコイル６２により形成される磁界を好適に打ち消すことができる。

定着ユニット４０では、サブコイル６４の巻き数は、メインコイル６２の巻き数の１０％〜５０％である。このため、サブコイル６４の巻き数がメインコイル６２の巻き数の１０％以上であることにより、幅狭の用紙Ｐへの印刷時における加熱ローラ４２の端部における過度の温度上昇を抑制することができる。同時に、サブコイル６４の巻き数がメインコイル６２の巻き数の５０％以下であることにより、消費電力の上昇を抑制することができる。

定着ユニット４０では、加熱ローラ４２の回転方向におけるサブコイル６４の内径は、回転方向におけるメインコイル６２の内径より大きい。このため、幅広の用紙Ｐへの印刷時において、加熱ローラ４２の端部を効率よく加熱することができる。同時に、幅狭の用紙Ｐへの印刷時において、加熱ローラ４２の端部の温度上昇を好適に抑制することもできる。

定着ユニット４０は、メインコイル６２及びサブコイル６４により発生する磁束を加熱ローラの外周面上に集中させるコア６６を備え、コア６６は、加熱ローラ４２の幅方向において少なくともサブコイル６４と重なる位置に配置されている。このため、サブコイル６４と重なる位置にコア６６が配置されているため、幅広の用紙Ｐへの印刷時において加熱ローラの端部でメインコイル６２及びサブコイル６４により発生する磁界が加熱ローラ４２の発熱層４６に集中する。したがって、効率良く加熱ローラ４２を加熱することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、発熱層４６、耐熱弾性層４７、及びコート層４８を一の加熱ローラ４２の外周面に設ける構成に代えて、発熱層４６、耐熱弾性層４７、及びコート層４８が無端状のベルトであって、複数の懸架ローラの周りに巻回される構成としてもよい。

１…画像形成装置、４０…定着ユニット（誘導加熱定着装置）、４２…加熱ローラ（回転加熱体）、４６…発熱層（発熱体）、６２…メインコイル、６４…サブコイル、６６…コア、７２…インバータ（電力供給部）、７４…スイッチ、Ｄ１…メインコイル６２の内径、Ｄ２…サブコイル６４の内径、Ｄ３…サブコイル６４の外径、Ｄ４…メインコイル６２の外径。

Claims (5)

1. 発熱体を有し、回転可能な回転加熱体と、
   前記回転加熱体の外周面に対向して、前記回転加熱体の幅方向に沿って配置されるメインコイルと、
   前記幅方向における前記メインコイルの端部において前記メインコイルに重なるように配置されるサブコイルと、
   前記メインコイル及び前記サブコイルに電力を供給する電力供給部と、
   前記メインコイルと前記サブコイルとを同方向及び逆方向のいずれかに切換可能に直列接続するスイッチと、を備え、
   前記サブコイルの巻き数は、前記メインコイルの巻き数より少ない、誘導加熱定着装置。
2. 前記サブコイルの巻き数は、前記メインコイルの巻き数の１０％〜５０％である、請求項１に記載の誘導加熱定着装置。
3. 前記回転加熱体の回転方向における前記サブコイルの内径は、前記回転方向における前記メインコイルの内径より大きく、前記回転方向における前記サブコイルの外径は、前記回転方向における前記メインコイルの外径より小さい、請求項１又は２に記載の誘導加熱定着装置。
4. 前記メインコイル及び前記サブコイルにより発生する磁束を前記回転加熱体の外周面上に集中させるコアをさらに備え、
   前記コアは、前記幅方向において少なくとも前記サブコイルと重なる位置に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘導加熱定着装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の誘導加熱定着装置を備える、画像形成装置。