JP2017049525A - 定着装置、及びその定着装置を有する画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導電層を有する筒状の回転体の記録材が通過しない非通過領域の発熱分布を制御可能な定着装置を提供すること。【解決手段】導電層１ａを有する筒状の回転体１の母線方向に関し記録材Ｒｐ上の画像Ｔの最大通過領域の一端から他端までの区間において、コア２の磁気抵抗は、前記回転体１の導電層１ａの磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下であり、前記画像が形成された記録材Ｒｐをニップ部Ｎで搬送しながら加熱し前記画像を記録材に定着する定着装置において、前記回転体の内周面側に、前記コアを取り囲むように閉ループを形成した形状の導電性の電流周回部材３０ａ，３０ｂが配置されていることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載する電磁誘導加熱方式の定着装置、及びその定着装置を有する画像形成装置に関する。

電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載する定着装置として、加圧ローラと共にニップ部を形成する筒状の加熱回転体の導電層を直接発熱させることができる電磁誘導加熱方式の定着装置が知られている。未定着トナー画像を担持する記録材はニップ部で搬送されつつ加熱され、これによってトナー画像は記録材上に定着される。このタイプの定着装置はウォーミングアップ時間が短く、消費電力も低いという利点を持つ。

特許文献１には、交番磁束が通る磁気回路内に導電体にて形成した筒体を備え、筒体に誘起された起電流と筒体の電気抵抗とにより筒体が電磁誘導発熱する定着装置が開示されている。このタイプの定着装置は、筒体そのものがヒータとして作用するため、簡単な構成で熱効率が高い等のメリットがある。

ところで、複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載する定着装置は、加熱回転体の母線方向について、プリント可能な最大サイズの記録材幅に対応した加熱領域をニップ部に有する。このため、その加熱領域より小さいサイズの記録材を連続プリントすると、加熱回転体の記録材が通過しない領域（非通過領域）が過度に昇温（非通過部昇温）することが知られている。加熱回転体の非通過領域が過昇温すると、加熱回転体、加熱回転体を保持するホルダ、加圧ローラ等の部材が熱により損傷する可能性がある。

特許文献２には、加熱回転体と励磁コイルとの間に配置した磁気遮蔽板を加熱回転体の母線方向へ移動させることにより、加熱回転体の厚み方向へ貫く磁束を磁気遮蔽板で遮蔽して加熱回転体の非通過領域の昇温を抑制する方法が提案されている。

特開昭５１−１２０４５１号公報 特開平１０−７４００９号公報

しかしながら、特許文献１の方式の定着装置においては、特許文献２に記載の磁気遮蔽板を励磁コイルと筒体との間に配置しても、筒体の母線方向に沿って流れる磁気回路内の磁束を遮蔽することができない。そのため、筒体の非通過領域の発熱分布を制御できないという課題がある。

本発明の目的は、導電層を有する筒状の回転体の記録材が通過しない非通過領域の発熱分布を制御可能な定着装置、及びその定着装置を有する画像形成装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、
導電層を有する筒状の回転体と、
前記回転体と共にニップ部を形成する加圧部材と、
前記回転体の内部に配置され、螺旋軸が前記回転体の母線方向と平行である螺旋形状部を有し、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルと、
前記螺旋形状部の中に配置され、前記交番磁界の磁力線を誘導するためのコアと、を備え、
前記母線方向に関し記録材上の画像の最大通過領域の一端から他端までの区間において、前記コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下であり、前記画像が形成された記録材を前記ニップ部で搬送しながら加熱し前記画像を記録材に定着する定着装置において、
前記回転体の内周面側、又は、外周面側に、前記コアを取り囲むように閉ループを形成した形状の導電性の電流周回部材が配置されていることを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置は、
記録材上にトナー画像を形成する画像形成部と、前記記録材上のトナー画像を記録材に定着する画像定着部と、を有する画像形成装置において、
前記画像定着部が上記の定着装置であることを特徴とする。

本発明によれば、導電層を有する筒状の回転体の記録材が通過しない非通過領域の発熱分布を制御可能な定着装置、及びその定着装置を有する画像形成装置の提供を実現できる。

画像形成装置の概略構成を示す断面図 定着装置の概略構成を示す断面図 図２に示す定着装置を記録材の搬送方向の上流側から見たときの正面図 磁性コアと励磁コイルによる定着スリーブの電磁誘導加熱を説明するための図 電流周回部材駆動部を説明するための図 定着装置の他の概略構成を示す断面図 図６に示す定着装置を記録材の搬送方向の上流側から見たときの正面図 開磁路、閉磁路における磁界の模式図 有限長ソレノイドを配置した構造体の模式図 単位長さ当たりの磁性コア・励磁コイル・導電層を含む空間の磁気等価回路図 磁性コアとギャップの模式図 電力の変換効率の測定実験に用いる実験装置を示す図 導電層の外側を通過する磁束の比率と変換効率の関係を示す図 母線方向で不均一な断面構成を有する定着スリーブの概略構成を示す図 図１４に示す定着スリーブの領域１と３、及び領域２の断面構造を示す断面図 電流周回部材の通常配置における等価回路を示す図 電流周回部材の昇温抑制配置における等価回路を示す図 定着スリーブ内周面側における電流周回部材の有無と定着スリーブの表面温度の関係を示す図 定着スリーブ外周面側における電流周回部材の有無と定着スリーブの表面温度の関係を示す図 定着スリーブ内周面側における電流周回部材の形状と定着スリーブの表面温度の関係を示す図 定着スリーブ外周面側における電流周回部材の形状と定着スリーブの表面温度の関係を示す図 閉ループの絶縁又は通電を切り替える電流周回部材の構成と動作を説明するための図 電流周回部材のスリーブ母線方向の位置と定着スリーブの表面温度の関係を示す図 電流周回部材の単位長さ当たりの周回抵抗と定着スリーブの昇温抑制率の関係を示す図 電流周回部材の周回抵抗と定着スリーブの昇温抑制率の関係を示す図 電流周回部材の侵入量と定着スリーブの表面温度の関係を示す図 プリント枚数と定着スリーブの非通過領域温度の関係を示す図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明の好適な実施形態は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は以下の実施例により限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において他の構成に置き換えることは可能である。

［実施例１］
（１）画像形成装置１００
図１を参照して、本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置を説明する。図１は電子写真記録技術を用いた画像形成装置（本実施例ではモノクロプリンタ）１００の一例の概略構成を示す断面図である。

画像形成装置１００において、記録材Ｒｐにトナー画像を形成する画像形成部ＩＦは、像担持体としての感光ドラム１０１と、帯電部材１０２と、レーザスキャナ１０３と、を有する。更に画像形成部ＩＦは、現像器１０４と、感光ドラム１０１の外周面（表面）をクリーニングするクリーナ１１０と、転写部材１０８と、を有する。以上の画像形成部ＩＦの動作は周知であるので詳細な説明は割愛する。

画像形成装置本体１００Ａ内のカセット１０５に収納された記録材Ｒｐは、ローラ１０６の回転によって１枚ずつ繰り出された後に、ローラ１０７の回転によって感光ドラム１０１と転写部材１０８とで形成された転写部に搬送される。転写部でトナー画像が転写された記録材Ｒｐは画像定着部としての定着装置Ｆに送られ、トナー画像は定着装置Ｆで記録材に加熱定着される。定着装置Ｆを出た記録材Ｒｐはローラ１１１の回転によってトレイ１１２に排出される。

（２）定着装置Ｆ
本実施例に示す定着装置Ｆは電磁誘導加熱方式の装置である。図２は定着スリーブ１の内周面側に電流周回部材３０ａ，３０ｂを配置した定着装置Ｆの概略構成を示す断面図である。図３は図２に示す定着装置Ｆを記録材Ｒｐの搬送方向ａの上流側から見たときの正面図である。図４は磁性コア２と励磁コイル３による定着スリーブ１の電磁誘導加熱を説明するための図である。

加圧部材としての加圧ローラ８は、芯金８ａと、芯金８ａの外周面上にローラ状に設けられた耐熱性の弾性層８ｂと、弾性層８ｂの外周面上に設けられた離型層８ｃと、を有する。弾性層８ｂの材質は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性がよいものが好ましい。

記録材Ｒｐの搬送方向ａに直交するＸ軸方向（図３参照）について、加圧ローラ８の芯金８ａの両端部は定着装置Ｆの左右のフレーム（不図示）に軸受けを介して回転自由に保持されている。また、ステイ５の両端部と、左右のフレーム側のバネ受け部材１８ａ，１８ｂとの間に、それぞれ、加圧バネ１７ａ，１７ｂを縮設することでステイ５に押し下げ力を作用させている。本実施例の定着装置Ｆでは、図２に示すように、耐熱性樹脂ＰＰＳ等で構成されたニップ形成部材６の加圧ローラ８とは反対側の座面６ａに保持させたステイ５に総圧約１００Ｎ〜２５０Ｎ（約１０ｋｇｆ〜約２５ｋｇｆ）の押圧力を与えている。

ステイ５を保持したニップ形成部材６の外周には、導電層を有する筒状の回転体としての定着スリーブ（以下、スリーブと称する）１がルーズに外嵌させてある。ステイ５に押圧力を与えると、ニップ形成部材６の加圧ローラ８側の平坦面６ｂがスリーブ１の外周面を加圧ローラ８の外周面に圧接する。これにより、スリーブ１を介してニップ形成部材６の平坦面６ｂと加圧ローラ８の外周面とで所定幅のニップ部Ｎ（図２参照）が形成される。

加圧ローラ８はモータ（不図示）により矢印方向に回転駆動し、この加圧ローラ８の回転に追従してスリーブ１はスリーブ１の内周面がニップ形成部材６の平坦面６ｂに摺動しながら矢印方向に回転する。

記録材Ｒｐの搬送方向ａに直交するＸ軸方向について、ステイ５の両端部にはフランジ部材１２ａ，１２ｂが外嵌されている。フランジ部材１２ａ，１２ｂは、それぞれ、規制部材１３ａ，１３ｂによりフレームに固定されている。各フランジ部材１２ａ，１２ｂは、スリーブ１の回転時にスリーブ１の端部を受けて、スリーブの母線方向に沿う寄り移動を規制する役目をする。フランジ部材１２ａ，１２ｂの材質としては、ＬＣＰ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ：液晶ポリマー）樹脂等の耐熱性の良いものが好ましい。

電流周回部材３０ａ，３０ｂは、スリーブ１の左右両端部近傍におけるスリーブ１とはオーバーラップしない位置（図３参照）に、不図示の支持部材によって配置されている。この配置を電流周回部材３０ａ，３０ｂの通常配置とする。また、電流周回部材３０ａ，３０ｂは、図５に示す電流周回部材駆動部４８によって、図３の矢印で示す方向に移動される。この移動により、電流周回部材３０ａおよび３０ｂは通常配置からスリーブ１と磁性コア２との間の空間領域に配置される（図３参照）。この配置を電流周回部材３０ａ，３０ｂの昇温抑制配置とする。

以下の説明において、特に説明が無い限りは、電流周回部材３０ａ，３０ｂは通常配置に配置されているものとする。

電流周回部材３０ａ，３０ｂの位置をスリーブ１の母線方向で変化させる手段としての電流周回部材駆動部４８の構成について説明する。図５は電流周回部材駆動部４８の概略構成と動作を説明するための図である。図５では、電流周回部材３０ａ，３０ｂを通常配置から昇温抑制配置の方向へ移動させる場合を考える。

不図示のモータによってモータギア３１を反時計回方向に回転させると、モータギア３１と接合している第１のストレートギア３２は左方向に移動する。第１のストレートギア３２と電流周回部材３２ｂは支持部材３３ｂで固定されているため、電流周回部材３２ｂは第１のストレートギア３２ｂと同じ方向に移動することができる。

一方、第１のストレートギア３２より短い第２のストレートギア３５はアイドルギア３４を介して第１のストレートギア３２と接合されているため、第２のストレートギア３５は第１のストレートギア３２とは逆の右方向に移動する。第２のストレートギア３５と電流周回部材３２ａは支持部材３３ａで固定されているため、電流周回部材３２ａは第１のストレートギア３５と同じ右方向に移動することができる。

以上の構成により、電流周回部材３０ａ，３０ｂを通常配置から昇温抑制配置の方向へ移動させることができる。

昇温抑制配置から通常配置の方向へ電流周回部材３０ａ，３０ｂを移動させる場合は、モータギア３１の回転方向を時計回り方向にすればよい。

スリーブ１は、直径１０〜５０ｍｍの基層となる導電性部材でできた筒状の導電層１ａと、その導電層１ａの外周面に積層した弾性層１ｂと、その弾性層１ｂの外周面に積層した離型層１ｃと、からなる複合構造の可撓性を有する筒形回転体である。導電層１ａとして、膜厚１０〜５０μｍの金属フィルムを用いている。弾性層１ｂとして、硬度が２０度（ＪＩＳ−Ａ、１ｋｇ加重）のシリコーンゴムを０．３ｍｍ〜０．１ｍｍの厚さに成形したものを用いている。そして、弾性層１ｂの外周面上に離型層（表層）１ｃとして、５０μｍ〜１０μｍの厚さのフッ素樹脂チューブを被覆している。

記録材Ｒｐの搬送方向ａに直交するＸ軸方向について、導電層１ａの長さは２４０ｍｍである。この導電層１ａに対し、交番磁束を作用させ、誘導電流を発生させて発熱する。この熱が弾性層１ｂ、離型層１ｃに伝達されて、スリーブ１全体が加熱され、ニップ部Ｎに導入される記録材Ｒｐを加熱して画像としての未定着トナー画像Ｔの定着がなされる。

導電層１ａに対し、交番磁束を作用させ、誘導電流を発生させる原理と構成について詳述する。図４は磁性コア２と励磁コイル３によるスリーブ１の電磁誘導加熱を説明するための図である。

磁性芯材としての磁性コア２は、不図示の固定手段でスリーブ１の中空部を貫通して配置させ、磁極ＮＰ，ＳＰを持つ直線状の開磁路を形成している。つまり、磁性コア２は、後述する励磁コイル３の螺旋形状部３ｃの中にスリーブ１の母線方向に沿って配置されている。磁性コア３の材質は、ヒステリシス損が小さく比透磁率の高い材料、例えば、焼成フェライト、フェライト樹脂、非晶質合金（アモルファス合金）や、パーマロイ等の高透磁率の酸化物や合金材質で構成される強磁性体が好ましい。

本実施例では、磁性コア２として比透磁率１８００の焼成フェライトを用いる。形状は直径５〜３０ｍｍの円柱形状をしている。記録材Ｒｐの搬送方向ａに直交するＸ軸方向について、磁性コア２の長さは２４０ｍｍである。

磁界発生手段としての励磁コイル３は、通常の単一導線をスリーブ１の中空部において、磁性コア２に螺旋状に巻き回してスリーブ１の母線方向と平行な螺旋形状部３ｃを形成している。その際、記録材Ｒｐの搬送方向ａに直交するＸ軸方向に関し、磁性コア２の左右両側の開磁路端部（以下、端部と称する）において巻間隔が密になるように巻き、これらの端部間の中央部において巻間隔が疎となるように巻く。本実施例においては、長さ２４０mmの磁性コア２に対し、励磁コイル３は１８回巻きつけてある。その巻間隔は端部において１０ｍｍ、中央部において２０ｍｍ、その端部と中央部の中間において１５ｍｍとなっている。

このように磁性コア２に対しスリーブ１の回転軸線Ｘａと交差する方向に単一導線を巻き回して励磁コイル３を形成している。この励磁コイル３に給電接点部３ａ，３ｂを介して高周波コンバータ１６から高周波交流電流を供給し、磁性コア２の記録材Ｒｐの搬送方向ａに直交するＸ軸方向に交番磁束（交番磁界）を発生させる。この交番磁束により導電層１ａの周回方向に誘導電流が流れ、導電層１ａ自身の電気抵抗によってジュール熱を発生させることで、導電層１ａを発熱させる。このとき導電層１ａは導電層１ａの外周全域で発熱する。

つまり、励磁コイル３は、スリーブ１の内部に配置され、螺旋軸３ｃｘがスリーブ１の母線方向と略平行である螺旋形状部３ｃを有し、スリーブ１の導電層１ｃを電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するための部材である。そして、磁性コア２は、励磁コイル３の螺旋形状部３ｃの中に配置され、上記交番磁界の磁力線を誘導するための部材である。ここで、螺旋軸３ｃｘは螺旋形状部３ｃの中心線である。

電流周回部材３０ａ，３０ｂを用いることで、スリーブ１の導電層１ａの非通過領域（図３参照）における昇温が抑制される理由について述べる。電流周回部材３０ａ，３０ｂは、直径１０〜１３０ｍｍ、厚み１０μｍ〜１０ｍｍの閉ループを有する金属である。ここで閉ループとは、中空部分を有する円筒形状や多角形形状のことである。記録材Ｒｐの搬送方向ａに直交する方向について、電流周回部材３０ａ，３０ｂの長さは３０ｍｍである。電流周回部材３０ａ，３０ｂは不図示のポリイミドテープ等の絶縁部材により、スリーブ１、励磁コイル３等の他の部材と電気的に絶縁されている。

電流周回部材３０ａ，３０ｂを通常配置から昇温抑制配置へ移動させると、交番磁界より導電層１ａと電流周回部材３０ａ，３０ｂの両者に誘導電流が発生し、両者とも発熱する。発熱による消費電力の総和が通常配置と昇温抑制配置で同じ場合、電流周回部材３０ａ，３０ｂが発熱する消費電力の割合分、導電層１ａの非通過領域における昇温を抑制することができる。

電流周回部材３０ａ，３０ｂはスリーブ１の内周面側に配置されているが、図６、図７に示すように電流周回部材３６ａ，３６ｂをスリーブ１の外周面側に配置してもよい。図６は、スリーブ１の外周面側に電流周回部材３６ａ，３６ｂを配置した定着装置Ｆの概略構成を示す断面図である。図７は、図６に示す定着装置Ｆを記録材Ｒｐの搬送方向ａの上流側から見たときの正面図である。

スリーブ１の外周面側に電流周回部材３６ａ，３６ｂを配置する場合においても、スリーブ１の内周面側に電流周回部材３０ａ，３０ｂを配置した場合と同様、導電層１ａの昇温抑制効果を得ることができる。この電流周回部材３６ａ，３６ｂは、図５に示す電流周回部材駆動部４８によって通常配置から昇温抑制配置の方向へ移動される。つまり、スリーブ１の内周面側、又は外周面側に、磁性コア２を取り囲むように閉ループを形成した形状の導電性の電流周回部材が配置される。

（３）プリンタ制御
図２、図３に示すように、非接触型サーミスタによって構成される検温素子としての温度検知素子９，１０，１１は、記録材Ｒｐの搬送方向ａに関し、ニップ部Ｎの上流側でスリーブ１に対向させて配設してある。

記録材Ｒｐの搬送方向ａに直交するＸ軸方向に関し、スリーブ１の中央に配設された温度検知素子９は、大サイズ記録材と小サイズ記録材が必ず通過するスリーブ中央部（通過領域）の温度を検知する。この温度検知素子９の検出温度に基づきスリーブ１は表面の温度が所定の定着温度（目標温度）に維持・調整される。スリーブ１の両端部に配設された温度検知素子１０，１１では、大サイズ記録材が通過し小サイズ記録材が通過しないスリーブ端部（非通過領域）の昇温具合を検知することができる。

図４に、プリンタ制御部４０のブロック図を示す。プリンタ制御部４０において、プリンタコントローラ４１は後述するホストコンピュータ４２との間で通信と画像データの受信、及び受け取った画像データをプリンタが印字可能な情報に展開する。更にプリンタコントローラ４１はエンジン制御部４３との間で信号のやり取り及びシリアル通信を行う。エンジン制御部４３はプリンタコントローラ４１との間で信号のやり取りを行い、更にシリアル通信を介して定着温度制御部４４、周波数制御部４５、電力制御部４６の制御を行う。

定着温度制御部４４は温度検知素子９，１０，１１によって検出された温度を基に定着装置Ｆの温度制御を行うと共に、定着装置Ｆの異常温度の検出等を行う。駆動周波数設定手段としての周波数制御部４５は高周波コンバータ１６の駆動周波数の制御を行い、電力制御手段としての電力制御部４６は励磁コイル３に印加する電圧を調整して高周波コンバータ１６の電力の制御を行う。電流周回部材３０ａ，３０ｂの配置設定手段としての電流周回部材制御部４７は、電流周回部材駆動部４８を介して電流周回部材３０ａ，３０ｂ、及び３６ａ，３６ｂの配置の制御を行う。

このようなプリンタ制御部４０を有するプリンタシステムにおいて、ホストコンピュータ４２はプリンタコントローラ４１に画像データを転送したり、ユーザからの要求に応じてプリンタコントローラ４１に記録材サイズ等、様々なプリント条件を設定する。

（４）電流周回部材３０ａ，３０ｂの通常配置における発熱原理
本実施例の発熱原理について、電流周回部材３０ａ，３０ｂが通常配置に配置されており、スリーブ１の発熱分布に影響しない場合を例に説明する。

４−１）磁力線の形状と誘導起電力
図８（ａ）を用いて本実施例の定着装置Ｆの発熱メカニズムについて説明する。励磁コイル３に交流電流を流して生じた磁力線は、筒状の導電層１ａの内側の磁性コア２の内部を導電層１ａの母線方向（ＳからＮに向かう方向）に通過し、磁性コア２の一端Ｎから導電層の外側に出て磁性コア２の他端Ｓに戻る（閉磁路）。つまり、磁性コア２は、励磁コイル３の螺旋形状部３ｃの中に配置され、導電層１ａを電磁誘導発熱させる交番磁束の磁力線を導電層１ａの母線方向に誘導するための部材である。

その結果、導電層１ａの内側を導電層１ａの母線方向に貫く磁束の増減を妨げる方向の磁力線を発生させる誘導起電力が導電層１ａに生じて導電層１ａの周方向に電流が誘導される。この誘導電流によるジュール熱で導電層１ａが発熱する。

この導電層１ａに生じる誘導起電力Ｖの大きさは、下記の式（１）から導電層１ａの内部を通過する単位時間当たりの磁束の変化量（Δφ／Δｔ）及びコイルの巻き数Ｎに比例する。

４−２）導電層１ａの外側を通る磁束の割合と電力の変換効率との関係
ところで、図８（ａ）に示す磁性コア２はループを形成しておらず端部を有する形状である。図８（ｂ）のような磁性コア２が導電層１ａの外でループを形成している定着装置における磁力線は、磁性コア２に誘導されて導電層１ａの内側から外側に出て内側に戻る（開磁路）。

しかしながら、本実施例のように磁性コア２が端部を有する構成の場合、磁性コア２の端部から出た磁力線を誘導するものはない。そのため、磁性コア２の一端を出た磁力線が磁性コア２の他端に戻る経路（ＮからＳ）は、導電層１ａの外側を通る外側ルートと、導電層１ａの内側を通る内側ルートと、のいずれも通る可能性がある。以後、導電層１ａの外側を通って磁性コア２のＮからＳに向かうルートを外側ルート、導電層１ａの内側を通って磁性コア２のＮからＳに向かうルートを内側ルートと呼ぶ。

この磁性コア２の一端から出た磁力線のうち外側ルートを通る磁力線の割合は、励磁コイル３に投入した電力のうち導電層１ａの発熱で消費される電力（電力の変換効率）と相関があり、重要なパラメータである。外側ルートを通る磁力線の割合が増加する程、励磁コイル３に投入した電力のうち導電層１ａの発熱で消費される電力の割合（電力の変換効率）は高くなる。この理由は、トランスにおいて漏れ磁束が十分少なく、トランスの１次巻線と２次巻線の中を通過する磁束の数が等しいと電力の変換効率は高くなることと原理は同じである。つまり、本実施例においては、磁性コア２の内部を通過する磁束と、外側ルートに通過する磁束の数が近い程、電力の変換効率は高くなり、励磁コイル３に流した高周波交流電流を導電層１ａの周回電流として効率よく電磁誘導できることになる。

これは、図８（ａ）における磁性コア２の内部をＳからＮに向かう磁力線と、内側ルートを通る磁力線は向きが反対であるから、磁性コア２を含めた導電層１ａの内側全体で見ると、これらの磁力線は打ち消しあうことになる。その結果、導電層１ａの内側全体をＳからＮに向かって通過する磁力線の数（磁束）が減り単位時間当たりの磁束の変化量が小さくなる。単位時間当たりの磁束の変化量が減少すると、導電層１ａに生じる誘導起電力が小さくなり、導電層１ａの発熱量が小さくなる。

以上述べたことから、本実施例の定着装置Ｆは必要な電力の変換効率を得るために外側ルートを通る磁力線の割合を管理することが重要になる。

４−３）導電層１ａの外側を通る磁束の割合を示す指標
そこで、定着装置Ｆにおける外側ルートを通る磁力線の割合を磁力線の通り易さをパーミアンスという指標を用いて表す。まず、一般的な磁気回路の考え方について説明する。磁力線が通る磁路の回路を電気回路に対して磁気回路という。磁気回路において磁束を計算する際、電気回路の電流の計算に準じて行うことができる。磁気回路は、電気回路に関するオームの法則が適用可能である。電気回路の電流に対応する磁束をΦ、起電力に対応する起磁力をＶ、電気抵抗に対応する磁気抵抗をＲとすると、次の式（２）を満たす。

Φ＝Ｖ／Ｒ・・・（２）
しかし、ここでは原理をより理解しやすく説明するために磁気抵抗Ｒの逆数であるパーミアンスＰを用いて説明する。パーミアンスＰを用いると、上式（２）は次の式（３）ように表せる。

Φ＝Ｖ×Ｐ・・・（３）
更に、このパーミアンスＰは、磁路の長さをＢ、磁路の断面積をＳ、磁路の透磁率をμとすると、下記の式（４）のように表せる。

Ｐ＝μ×Ｓ／Ｂ・・・（４）
で表される。

パーミアンスＰは、断面積Ｓ及び透磁率μに比例し、磁路の長さＢに反比例する。

図９（ａ）は、導電層１ａの内側に、半径ａ１［ｍ］、長さＢ［ｍ］、比透磁率μ１の磁性コア２に、励磁コイル３を螺旋軸が導電層１ａの母線方向と略平行になるようにＮ［回］巻いたものを表した図である。ここで、導電層１ａは、長さＢ［ｍ］、内径ａ２［ｍ］、外径ａ３［ｍ］、比透磁率μ２の導体である。導電層１ａの内側及び外側の真空の透磁率をμ_０［Ｈ／ｍ］とする。励磁コイル３に電流Ｉ［Ａ］を流したときに、磁性コア２の単位長さ当たりに発生する磁束８をφｃ（ｘ）とする。

図９（ｂ）は、磁性コア２の長手方向に垂直な方向の断面図である。ここで、磁性コア２に関し長手方向とはスリーブ１の母線方向と平行な方向をいう。図中の矢印は、励磁コイル３に電流Ｉを流したときに、磁性コア２の内部、導電層１ａの内側、導電層１ａの外側を通る磁性コア２の長手方向に平行な磁束を表している。磁性コア２の内部を通る磁束をφｃ（＝φｃ（ｘ））、導電層１ａの内側（導電層１ａと磁性コア２の間の領域）を通る磁束をφａ＿ｉｎ、導電層１ａそのものを通る磁束をφｓ、導電層１ａの外側を通る磁束をφａ＿ｏｕｔとする。

図１０（ａ）に、図８（ａ）に示した単位長さ当たりの磁性コア２、励磁コイル３、導電層１ａを含む空間の磁気等価回路を示す。磁性コア２を通る磁束φｃにより生じる起磁力をＶｍ、磁性コア２のパーミアンスをＰｃ、導電層１ａの内側のパーミアンスをＰａ＿ｉｎ、スリーブ１の導電層１ａそのものの内部のパーミアンスをＰｓ、導電層１ａの外側のパーミアンスをＰａ＿ｏｕｔとする。

ここで、ＰｃがＰａ＿ｉｎ及びＰｓに比べて十分に大きい時、磁性コア２の内部を通過して磁性コア２の一端から出た磁束は、φａ＿ｉｎ、φｓ、φａ＿ｏｕｔの何れかを通過して磁性コア２の他端に戻ると考えられる。よって、以下の関係式（５）が成り立つ。

φｃ＝φａ＿ｉｎ＋φｓ＋φａ＿ｏｕｔ・・・（５）
また、φｃ、φａ＿ｉｎ、φｓ、φａ＿ｏｕｔはそれぞれ以下の式（６）〜（９）で表される。

φｃ＝Ｐｃ×Ｖｍ ・・・（６）
φｓ＝Ｐｓ×Ｖｍ ・・・（７）
φａ＿ｉｎ＝Ｐａ＿ｉｎ×Ｖｍ ・・・（８）
φａ＿ｏｕｔ＝Ｐａ＿ｏｕｔ・Ｖｍ ・・・（９）
よって、式（５）に（６）〜（９）を代入すると、Ｐａ＿ｏｕｔは次の式（１０）示すように表される。

Ｐｃ×Ｖｍ＝Ｐａ＿ｉｎ×Ｖｍ＋Ｐｓ×Ｖｍ＋Ｐａ＿ｏｕｔ×Ｖｍ
＝（Ｐａ＿ｉｎ＋Ｐｓ＋Ｐａ＿ｏｕｔ）×Ｖｍ
∴Ｐａ＿ｏｕｔ＝Ｐｃ−Ｐａ＿ｉｎ−Ｐｓ ・・・（１０）
磁性コア２の断面積をＳｃ、導電層１ａの内側の断面積をＳａ＿ｉｎ、導電層１ａ自身の断面積をＳｓとすると、パーミアンスＰは以下のように表すことができる。単位は［Ｈ・ｍ］である。

Ｐｃ＝μ１・Ｓｃ＝μ１・π（ａ１）^２ ・・・（１１）
Ｐａ＿ｉｎ＝μ０・Ｓａ＿ｉｎ＝μ０・π・（（ａ２）^２−（ａ１）^２） ・・・（１２）
Ｐｓ＝μ２・Ｓｓ＝μ２・π・（（ａ３）^２−（ａ２）^２） ・・・（１３）
これらの（１１）〜（１３）を式（１０）に代入すると、Ｐａ＿ｏｕｔは
式（１４）で表せる。

Ｐａ＿ｏｕｔ＝Ｐｃ−Ｐａ＿ｉｎ−Ｐｓ
＝μ１・Ｓｃ−μ０・Ｓａ＿ｉｎ−μ２・Ｓｓ
＝π・μ１・（ａ１）^２
−π・μ０・（（ａ２）^２−（ａ１）^２）
−π・μ２・（（ａ３）^２−（ａ２）^２） ・・・（１４）
上記の式（１４）を使用することによって導電層１ａの外側を通る磁力線の割合であるＰａ＿ｏｕｔ／Ｐｃを計算することができる。

尚、パーミアンスＰの代わりに磁気抵抗Ｒを用いても良い。磁気抵抗Ｒを用いて議論する場合、磁気抵抗Ｒは単純にパーミアンスＰの逆数であるので、単位長さ当たりの磁気抵抗Ｒは「１／（透磁率×断面積）」で表すことができて、単位は「１／（Ｈ・ｍ）」である。

以下、実施例の装置のパラメータを使用して具体的な計算した結果を表１に示す。

磁性コア２は、フェライト（比透磁率１８００）で形成され、直径１４［ｍｍ］であって、断面積は１．５×１０^−４［ｍ^２］である。ニップ形成部材６は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）（比透磁率１．０）で形成され、断面積は１．０×１０^−４［ｍ^２］である。導電層１ａは、アルミニウム（比透磁率１．０）で形成され、直径２４［ｍｍ］、厚み２０［μｍ］で断面積１．５×１０^−６［ｍ^２］である。

尚、導電層１ａと磁性コア２の間の領域の断面積は、直径２４［ｍｍ］の導電層１ａの内側の中空部の断面積から磁性コア２の断面積とニップ形成部材６の断面積を差し引いて計算している。弾性層１ｂ及び離型層１ｃは、導電層１ａより外側に設けられており、発熱に寄与しない。従って、パーミアンスを計算する磁気回路モデルにおいては導電層１ａの外側の空気層であるとみなすことができるので計算に入れる必要はない。

表１からＰｃ、Ｐａ＿ｉｎ、Ｐｓは、次のような値になる。

Ｐｃ＝３．５×１０^−７［Ｈ・ｍ］
Ｐａ＿ｉｎ＝１．３×１０^−１０＋２．５×１０^−１０［Ｈ・ｍ］
Ｐｓ＝１．９×１０^−１２［Ｈ・ｍ］
これらの値を用いて、次の式（１５）からＰａ＿ｏｕｔ／Ｐｃ計算することができる。

Ｐａ＿ｏｕｔ／Ｐｃ＝（Ｐｃ−Ｐａ＿ｉｎ−Ｐｓ）／Ｐｃ＝０．９９９（９９．９％）
・・・（１５）
尚、磁性コア２を長手方向で複数に分割し、分割した各磁性コア同士の間に空隙（ギャップ）を設ける場合もある。この場合、この空隙が空気又は比透磁率が１．０とみなせるものや磁性コア２の比透磁率よりもずっと小さいもので満たされている場合、磁性コア２全体の磁気抵抗Ｒは大きくなり磁力線を誘導する機能が劣化することになる。

このような分割された磁性コア２のパーミアンスの計算方法は複雑になる。以下に、磁性コア２を複数分割し、空隙またはシート状非磁性体を挟んで等間隔に並べた場合の磁性コア全体のパーミアンスの計算方法について説明する。この場合、磁性コア２の長手方向全体の磁気抵抗を導出し、それを全体長さで割って単位長さ当たりの磁気抵抗を求め、その逆数を取って単位長さ当たりのパーミアンスを求める必要がある。

まず、磁性コア２の長手方向の構成図を図１１に示す。磁性コアｃ１〜ｃ１０は、断面積Ｓｃ、透磁率μｃ、分割された磁性コア１個当たりの幅Ｌｃとし、ギャップｇ１〜ｇ９は、断面積Ｓｇ、透磁率μｇ、１ギャップ当たりの幅Ｌｇとする。この磁性コア２の長手方向における全体の磁気抵抗Ｒｍ＿ａｌｌは、以下の式（１６）で与えられる。

Ｒｍ＿ａｌｌ＝（Ｒｍ＿ｃ１＋Ｒｍ＿ｃ２＋・・・・・＋Ｒｍ＿ｃ１０）＋
（Ｒｍ＿ｇ１＋Ｒｍ＿ｇ２＋・・・・・＋Ｒｍ＿ｇ９）・・・（１６）
本構成の場合は、磁性コア２の形状と材質、ギャップ幅は一様であるので、Ｒｍ＿ｃの足し合わせた合計をΣＲｍ＿ｃ、Ｒｍ＿ｇの足し合わせた合計をΣＲｍ＿ｇとすると、次の式（１７）〜（１９）のように表せる。

Ｒｍ＿ａｌｌ＝（ΣＲｍ＿ｃ）＋（ΣＲｍ＿ｇ）・・・（１７）
Ｒｍ＿ｃ＝Ｌｃ／（μｃ・Ｓｃ）・・・（１８）
Ｒｍ＿ｇ＝Ｌｇ／（μｇ・Ｓｇ）・・・（１９）
式（１７）に式（１８）及び式（１９）を代入して、長手全体の磁気抵抗Ｒｍ＿ａｌｌは次の式（２０）のように表せる。

Ｒｍ＿ａｌｌ＝（ΣＲｍ＿ｃ）＋（ΣＲｍ＿ｇ）
＝（Ｌｃ／（μｃ・Ｓｃ））×１０＋（Ｌｇ／（μｇ・Ｓｇ））×９・・・（２０）
ここで、単位長さ当たりの磁気抵抗Ｒｍは、Ｌｃの足し合わせた合計をΣＬｃ、Ｌｇの足し合わせた合計をΣＬｇとすると次の式（２１）となる。

Ｒｍ＝Ｒｍ＿ａｌｌ／（ΣＬｃ＋ΣＬｇ）
＝Ｒｍ＿ａｌｌ／（Ｌ×１０＋Ｌｇ×９）・・・（２１）
以上から、単位長さあたりのパーミアンスＰｍは、以下の式（２２）ように求められる。

Ｐｍ＝１／Ｒｍ＝（ΣＬｃ＋ΣＬｇ）／Ｒｍ＿ａｌｌ
＝（ΣＬｃ＋ΣＬｇ）／［｛ΣＬｃ／（μｃ＋Ｓｃ）｝＋｛ΣＬｇ／（μｇ＋Ｓｇ）｝］
・・・（２２）
ギャップＬｇを大きくすることは、磁性コア２の磁気抵抗の増加（パーミアンスの低下）につながる。

本実施例の定着装置Ｆを構成する上で、発熱原理上、磁性コア２の磁気抵抗が小さく（パーミアンスが大きく）なるように設計することが望ましいため、ギャップを設けることはあまり望ましくない。しかし、磁性コア２の破損防止のために磁性コア２を複数に分割してギャップを設ける場合がある。

以上述べたことから、外側ルートを通る磁力線の割合をパーミアンスもしくは磁気抵抗を使って表すことができることを示した。

４−４）定着装置Ｆに必要な電力の変換効率
次に、本実施例の定着装置Ｆで必要な電力の変換効率について述べる。例えば、電力の変換効率が８０％である場合、残り２０％の電力は導電層１ａ以外の励磁コイル３や磁性コア２等で熱エネルギーに変換されて消費される。電力の変換効率が低い場合は、磁性コア２や励磁コイル３等の発熱すべきでないものが発熱し、それらを冷却するための対策を講じる必要性がある場合がある。

そこで、導電層１ａの外側ルートを通る磁束の割合を振って電力の変換効率を評価する。図１２は、電力の変換効率の測定実験に用いる実験装置を表した図である。金属シート１Ｓは、幅２３０ｍｍ、長さ６００ｍｍ、厚み２０μｍのアルミニウム製のシートである。この金属シート１Ｓを磁性コア２と励磁コイル３とを囲むように円筒状に丸めて、太線１ＳＴ部分において導通することによって導電層とする。磁性コア２は、比透磁率が１８００、飽和磁束密度が５００ｍＴのフェライトであり、断面積２６ｍｍ^２、長さ２３０ｍｍの円柱形状をしている。磁性コア２を不図示の固定手段でアルミニウムシート１Ｓの円筒のほぼ中央に配置する。磁性コア２には励磁コイル３が巻数２５回で螺旋状に巻かれている。金属シート１Ｓの端部を矢印１ＳＺ方向に引くと、導電層の直径１ＳＤを１８〜１９１ｍｍの範囲で調整することができる。

図１３は、導電層の外側ルートを通過する磁束の比率［％］を横軸にとり、２１ｋＨｚの周波数における電力の変換効率を縦軸にとったグラフである。

図１３のグラフ中のプロットＰ１以降に電力の変換効率が急上昇して７０％を超えており、矢印で示す領域Ｒ１では電力の変換効率が７０％以上を維持している。Ｐ３付近において電力の変換効率は再度急上昇し、領域Ｒ２において８０％以上となっている。Ｐ４以降の領域Ｒ３においては電力の変換効率が９４％以上と高い値で安定している。この、電力の変換効率が急上昇し始めたことは導電層に効率的に周回電流が流れ始めたためである。

下記の表２は、図１３のＰ１〜Ｐ４に該当する構成を、実際に定着装置として設計し、評価した結果である。

（定着装置Ｐ１）
定着装置Ｐ１の構成は、磁性コア２の断面積が２６．５ｍｍ^２（５．７５ｍｍ×４．５ｍｍ）で、導電層１ａの直径が１４３．２ｍｍであり、外側ルートを通る磁束の割合は６４％である。この定着装置Ｐ１のインピーダンスアナライザによって求めた電力の変換効率は５４．４％であった。電力の変換効率は定着装置Ｐ１に投入した電力のうち、導電層１ａの発熱に寄与した分を示すパラメータである。それ以外は損失となり、その損失は励磁コイル３及び磁性コア２の発熱となる。

本構成の場合、定着装置Ｐ１の立ち上げ時、数秒間、導電層１ａに９００Ｗを投入しただけでも励磁コイル３の温度は２００℃を超える場合がある。励磁コイル３の絶縁体の耐熱温度が２００℃後半であること、フェライトの磁性コア２のキュリー点は通常２００℃〜２５０℃程度であることを考えると、損失４５％では励磁コイル３等の部材を耐熱温度以下に保つことは難しくなる。また、磁性コア２の温度がキュリー点を超えると励磁コイル３のインダクタンスが急激に低下し、負荷変動となる。

定着装置Ｐ１に供給した電力の約４５％が導電層１ａの発熱に使用されないので、導電層１ａに９００Ｗの電力を供給するためには約１６３６Ｗの電力を供給する必要がある。これは１００Ｖ入力時、１６．３６Ａを消費する電源という事になる。商用交流のアタッチメントプラグから投入できる許容電流をオーバーする可能性がある。よって、電力の変換効率５４．４％の定着装置Ｐ１は、定着装置に供給する電力が不足する可能性がある。

（定着装置Ｐ２）
定着装置Ｐ２の構成は、磁性コア２の断面積は定着装置Ｐ１と同じで、導電層１ａの直径が１２７．３ｍｍであり、外側ルートを通る磁束の割合は７１．２％である。この定着装置Ｐ２のインピーダンスアナライザによって求めた電力の変換効率は７０．８％である。定着装置Ｐ２のスペックによっては、励磁コイル３及び磁性コア２の昇温が課題になる場合がある。

本構成の定着装置Ｐ２を６０枚／分の印字動作ができる高スペックな画像形成装置に搭載して使用すると、導電層１ａの回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃとなり、導電層１ａの温度を１８０℃に維持する必要がある。導電層１ａの温度を１８０℃に維持しようとすると、磁性コア２の温度は２０秒間で２４０℃を超える場合がある。

磁性コア２として用いるフェライトのキュリー温度は通常２００℃〜２５０℃程度であるから、フェライトがキュリー温度を超えて磁性コア２の透磁率は急激に減少し、磁性コア２で磁力線を適切に誘導することができなくなる場合がある。その結果、導電層１ａに周回電流を誘導して導電層１ａを発熱させることが難しくなる場合がある。

従って、外側ルートを通過する磁束の割合が７１．２％以上である本構成の定着装置Ｐ２を前述した高スペックの画像形成装置に搭載して使用すると、フェライトコアの温度を下げるために冷却手段を設けることが望ましい。冷却手段としては、空冷ファン、水冷、放熱板、放熱フィン、ヒートパイプ、または、ベルチェ素子などを用いることができる。もちろん、本構成の定着装置Ｐ２を前述した高スペックの画像形成装置に搭載しない場合は、冷却手段は不要である。

（定着装置Ｐ３）
定着装置Ｐ３の構成は、磁性コア２の断面積は定着装置Ｐ１と同じであり、導電層１ａの直径が６３．７ｍｍの場合である。この定着装置Ｐ３のインピーダンスアナライザによって求められる電力の変換効率は８３．９％である。磁性コア２及び励磁コイル３等に定常的に熱量が発生するものの、冷却手段が必要なレベルではない。

本構成の定着装置Ｐ３を６０枚／分の印字動作ができる高スペックな画像形成装置に搭載して使用すると、導電層１ａの回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃとなり、導電層１ａの表面温度を１８０℃に維持する場合がある。しかしながら、磁性コア（フェライト）２の温度は２２０℃以上に上昇することはない。従って、本構成の定着装置Ｐ３を前述した高スペックの画像形成装置に搭載して使用する場合は、磁性コア２の材料としてキュリー温度が２２０℃以上のフェライトを用いることが望ましい。

以上述べたことから、外側ルートを通る磁束の割合が９１．７％以上である本構成の定着装置Ｐ３は、前述した高スペックの画像形成装置に搭載して使用する場合は、フェライトコア等の耐熱設計を最適化することが望ましい。一方、本構成の定着装置Ｐ３を前述した高スペックの画像形成装置に搭載しない場合は、このような耐熱設計は不要である。

（定着装置Ｐ４）
定着装置Ｐ４の構成は、磁性コア２の断面積が定着装置Ｐ１と同じであり、導電層１ａの直径が４７．７ｍｍの場合である。この定着装置Ｐ４のインピーダンスアナライザによって求められる電力の変換効率は９４．７％である。

本構成の定着装置Ｐ４を６０枚／分の印字動作ができる高スペックな画像形成装置（導電層１ａの回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃ）に搭載し導電層の表面温度を１８０℃に維持する場合であっても、励磁コイル３や磁性コア２等は１８０℃以上に達することはない。従って、磁性コア２や励磁コイル３等を冷却する冷却手段及び特別な耐熱設計は不要である。

以上述べたことから、外側ルートを通過する磁束の割合が９４．７％以上である本構成の定着装置Ｐ４は、電力の変換効率が９４．７％以上となり電力の変換効率が十分高い。よって、更なる高スペックの画像形成装置に搭載し使用しても、冷却手段は不要である。

また、電力の変換効率が高い値で安定している本構成の定着装置Ｐ４においては、導電層１ａと磁性コア２の位置関係の変動によって導電層１ａの内側を通過する単位時間当たりの磁束の量が若干変動してもその変動量は小さく、導電層１ａの発熱量が安定する。可撓性を有するスリーブ１のように導電層１ａと磁性コア２との距離が変動しやすい定着装置において、この電力の変換効率が高い値で安定している本構成の定着装置Ｐ４を用いることは大きなメリットがある。

以上述べたことから、本構成の定着装置Ｐ４は少なくとも必要な電力の変換効率を満たすために外側ルートを通過する磁束の割合が７０％以上である必要があることがわかる。

４−５）定着装置Ｆが満たすべきパーミアンス又は磁気抵抗の関係式
導電層１ａの外側ルートを通過する磁束の割合が７０％以上であることは、導電層１ａのパーミアンスと導電層１ａの内側（導電層１ａと磁性コア２の間の領域）のパーミアンスとの和が磁性コア２のパーミアンスの３０％以下であることと等価である。つまり、磁性コア２の磁気抵抗は、スリーブ１の母線方向に関し記録材上の画像の最大通過領域の一端から他端までの区間において、導電層１ａの磁気抵抗と、導電層１ａと磁性コア２との間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下である。

従って、本実施例の定着装置Ｆの特徴的な構成の一つは、磁性コア２のパーミアンスをＰｃ、導電層１ａの内側のパーミアンスをＰａ、導電層１ａのパーミアンスをＰｓとしたときに、次の式（２３）を満足することである。

０．３０×Ｐｃ≧Ｐｓ＋Ｐａ・・・（２３）
また、パーミアンスの関係式を磁気抵抗に置き換えて表現すると下記の式（２４）になる。

ただし、ＲｓとＲａの合成磁気抵抗Ｒｓａは以下の式（２５）ように計算する。

Ｒｃ：磁性コアの磁気抵抗
Ｒｓ：導電層の磁気抵抗
Ｒａ：導電層と磁性コアとの間の領域の磁気抵抗
Ｒｓａ：ＲｓとＲａの合成磁気抵抗
上記のパーミアンスもしくは磁気抵抗の関係式を、定着装置Ｆの記録材Ｒｐの最大搬送領域全域で、スリーブ１の母線方向に直交する方向の断面において満足することが望ましい。
同様に、本実施例の領域Ｒ２の定着装置Ｐ３は導電層１ａの外側ルートを通過する磁束の割合が９０％以上であるから、パーミアンスの関係式は以下の式（２６）になる。

０．１０×Ｐｃ≧Ｐｓ＋Ｐａ ・・・（２６）
上記のパーミアンスの関係式を磁気抵抗の関係式に変換すると以下の式（２７）ようになる。

更に、本実施例の領域Ｒ３の定着装置Ｐ４は導電層１ａの外側ルートを通過する磁束の割合が９４％以上であるから、パーミアンスの関係式は以下の（２８）ようになる。

０．０６×Ｐｃ≧Ｐｓ＋Ｐａ・・・（２８）
上記のパーミアンスの関係式（２８）を磁気抵抗の関係式に変換すると以下の式（２９）になる。

以上、定着装置の最大の画像領域内の磁性コア２等の部材がスリーブ１の母線方向で均一な断面構成を有している定着装置についてパーミアンス及び磁気抵抗の関係式を示した。

次に、スリーブ１の母線方向で定着装置を構成する部材が不均一な断面構成を有する定着装置について説明する。図１４は、母線方向で不均一な断面構成を有するスリーブ１の概略構成を示す図である。スリーブ１の導電層１ａの内側（磁性コア２と導電層１ａの間の領域）に温度検知部材２４０を有している。その他の構成はこれまでの説明と同様で、定着装置は導電層１ａを有するスリーブ１と、磁性コア２と、ニップ形成部材６と、を備える。

磁性コア２の長手方向をＸ軸方向とすると、最大画像形成領域はＸ軸上の０〜Ｌｐの範囲である。例えば、記録材Ｒｐの最大搬送領域をＬＴＲサイズ２１５．９ｍｍとする画像形成装置の場合、Ｌｐ＝２１５．９ｍｍとすれば良い。温度検知部材２４０は、比透磁率１の非磁性体によって構成されており、Ｘ軸に垂直方向の断面積は５ｍｍ×５ｍｍであり、Ｘ軸に平行な方向の長さは１０ｍｍである。この温度検知部材２４０は、Ｘ軸上のＬ１（１０２．９５ｍｍ）からＬ２（１１２．９５ｍｍ）の位置に配置されている。ここで、Ｘ座標上０〜Ｌ１を領域１、温度検知部材２４０が存在するＬ１〜Ｌ２を領域２、Ｌ２〜ＬＰを領域３と、呼ぶ。

領域１における断面構造を図１５（Ａ）に示し、領域２における断面構造を図１５（Ｂ）に示す。図１５（Ｂ）に示すように、温度検知部材２４０はスリーブ１に内包されているため、磁気抵抗計算の対象となる。厳密に磁気抵抗計算を行うためには、領域１と、領域２と、領域３と、に対し、別々に「単位長さ当たりの磁気抵抗」を求め、各領域の長さに応じて積分計算を行い、それらを足し合わせて合成磁気抵抗を求める。まず、領域１または３における各部品の単位長さ当たりの磁気抵抗を下記の表３に示す。

領域１における磁性コア２の単位長さ当たりの磁気抵抗ｒ_ｃ１は下記のようになる。

ｒ_ｃ１＝２．９×１０^６［１／（Ｈ・ｍ）］
ここで、導電層１ａと磁性コア２との間の領域の単位長さ当たりの磁気抵抗ｒ_ａは、ニップ形成部材６の単位長さ当たりの磁気抵抗ｒ_ｆと、導電層１ａの内側の磁気抵抗ｒ_ａｉｒの単位長さ当たりの磁気抵抗と、の合成磁気抵抗である。従って、下記の式（３０）を用いて計算できる。

計算の結果、領域１における磁気抵抗ｒ_ａ１、及び、領域１における磁気抵抗ｒ_ｓ１は下記のようになる。

ｒ_ａ１＝２．７×１０^９［１／（Ｈ・ｍ）］
ｒ_ｓ１＝５．３×１０^１１［１／（Ｈ・ｍ）］
また、領域３は領域１と同じであるから下記のようになる。

ｒ_ｃ３＝２．９×１０^６［１／（Ｈ・ｍ）］
ｒ_ａ３＝２．７×１０^９［１／（Ｈ・ｍ）］
ｒ_ｓ３＝５．３×１０^１１［１／（Ｈ・ｍ）］
次に、領域２における各部品の単位長さ当たりの磁気抵抗を下記の表４に示す。

領域２の磁性コア２の単位長さ当たりの磁気抵抗ｒ_ｃ２は下記のようになる。

ｒ_ｃ２＝２．９×１０^６［１／（Ｈ・ｍ）］
導電層１ａと磁性コア２の間の領域の単位長さ当たりの磁気抵抗ｒ_ａは、下記の各部材の合成磁気抵抗である。つまり、ニップ形成部材６の単位長さ当たりの磁気抵抗ｒ_ｆと、温度検知素子（サーミスタ）２４０の単位長さ当たりの磁気抵抗ｒ_ｔと、導電層１ａの内側の空気の単位長さ当たりの磁気抵抗ｒ_ａｉｒと、の合成磁気抵抗である。従って下記の式（３１）で計算できる。

計算の結果、領域２のおける単位長さ当たりの磁気抵抗ｒ_ａ２及び単位長さ当たりの磁気抵抗ｒ_ｃ２は下記のようになる。

ｒ_ａ２＝２．７×１０^９［１／（Ｈ・ｍ）］
ｒ_ｓ２＝５．３×１０^１１［１／（Ｈ・ｍ）］
領域３の計算方法は領域１と同じであるので省略する。

尚、導電層１ａと磁性コア２の間の領域の単位長さ当たりの磁気抵抗ｒ_ａにおいて、ｒ_ａ１＝ｒ_ａ２＝ｒ_ａ３となっている理由について説明する。領域２における磁気抵抗計算は、温度検知素子（サーミスタ）２４０の断面積が増加し、導電層１ａの内側の空気の断面積が減少している。しかし両方とも比透磁率は１であるため、結局、温度検知素子２４０の有無によらず磁気抵抗は同一となる。すなわち、導電層１ａと磁性コア２の間の領域に非磁性体のみが配置されている場合には、磁気抵抗の計算は空気と同じ扱いをしても、計算上の精度としては十分である。なぜなら、非磁性体の場合、比透磁率は殆ど１に近い値になるからである。これとは逆に、磁性体（ニッケル、鉄、珪素鋼等）の場合は、磁性体のある領域をその他の領域と分けて計算した方が良い。

導電層１ａの母線方向の合成磁気抵抗としての磁気抵抗Ｒ［Ａ／Ｗｂ（１／Ｈ）］の積分は、各領域の磁気抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３［１／（Ｈ・ｍ）］に対して下記の式（３２）ように計算できる。

従って、記録材Ｒｐの最大搬送領域の一端から他端までの区間における磁性コア２の磁気抵抗Ｒｃ［Ｈ］は下記の式（３３）ように計算できる。

また、記録材Ｒｐの最大搬送領域の一端から他端までの区間における導電層１ａと磁性コア２との間の領域の合成磁気抵抗Ｒａ［Ｈ］は、下記の式（３４）ように計算できる。

記録材Ｒｐの最大搬送領域の一端から他端までの区間における導電層１ａの合成磁気抵抗Ｒｓ［Ｈ］は次の式（３５）のようになる。

上記の計算を、それぞれの領域において行ったものを下記の表５に示す。

上記表５から、Ｒｃ、Ｒａ，Ｒｓは下記のようになる。

Ｒｃ＝６．２×１０^８［１／Ｈ］
Ｒａ＝５．８×１０^１１［１／Ｈ］
Ｒｓ＝１．１×１０^１４［１／Ｈ］
ＲｓとＲａの合成磁気抵抗Ｒｓａは以下の式（３６）で計算できる。

以上の計算から、Ｒｓａ＝５．８×１０^１１［１／Ｈ］となるので、下記の式（３７）を満たしている。

このように、導電層１ａの母線方向で不均一な横断面形状を有している定着装置の場合は、導電層１ａの母線方向で複数の領域に分けて、その領域毎に磁気抵抗を計算し、最後にそれらを合成したパーミアンス又は磁気抵抗を計算すればよい。ただし、対象となる部材が非磁性体である場合は、透磁率がほぼ空気の透磁率と等しいため、空気とみなして計算して良い。

次に、上記計算に計上すべき部材について説明する。導電層１ａと磁性コア２との間の領域にあり、少なくとも一部が記録材Ｒｐの最大搬送領域（０〜Ｌｐ）に入っている部材に関しては、パーミアンス又は磁気抵抗を計算することが望ましい。逆に、導電層１ａの外側に配置された部材は、パーミアンス又は磁気抵抗を計算する必要はない。なぜなら、前述したようにファラデーの法則において誘導起電力は回路を垂直に貫く磁束の時間変化に比例するものであり、導電層１ａの外側の磁束とは無関係だからである。また、導電層１ａの母線方向における記録材Ｒｐの最大搬送領域外に配置した部材は、導電層１ａの発熱には影響しないため、計算する必要はない。

（５）昇温抑制配置における発熱原理
本実施例の定着装置Ｆの発熱原理について、電流周回部材３０ａ，３０ｂが昇温抑制配置に配置されており、スリーブ１の発熱が抑制される場合を説明する。

５−１）スリーブ１の昇温が抑制されるメカニズム
図３を用いて、本実施例の定着装置Ｆの昇温抑制メカニズムについて説明する。まず、電流周回部材３０ａ，３０ｂが通常配置に配置されている場合を考える。スリーブ１の導電層１ａを発熱させる際は、励磁コイル３に高周波交流電流を流し、交番磁界を形成する。その交番磁界はスリーブ１の導電層１ａに電流を誘導する。物理モデルとしては、トランスの磁気結合と良く似ている。そのため、投入電力に対する導電層１ａで熱として消費される電力を考える際には、トランスの磁気結合の等価回路を用いることが出来る。その交番磁界によって励磁コイル３と導電層１ａが磁気結合して、励磁コイル３に投入した電力が導電層１ａに伝達される。励磁コイル３に投入して導電層１ａ以外で消費される電力は、励磁コイル３の抵抗による損失、磁性コア２材料の磁気特性による損失などがある。故に、通常配置における導電層１ａの消費電力は以下の式で表すことができる。

Ｐ_２ａ＝Ｐ_０−Ｐ_１・・・（３８）
Ｐ_２ａは通常配置時の導電層１ａの消費電力、Ｐ_０は励磁コイル３に投入した電力、Ｐ_１は励磁コイル３および磁性コア２の損失電力である。

図１６（ａ）は、電流周回部材３０ａ，３０ｂが通常配置に配置されている場合における等価回路である。Ｒ_１は励磁コイル３および磁性コア２の損失抵抗、Ｌ_１は磁性コア２に周回した励磁コイル３のインダクタンス、Ｍ_１は励磁コイル３の巻き線と導電層１ａとの相互インダクタンス、Ｌ_２は導電層１ａのインダクタンス、Ｒ_２は導電層１ａの抵抗である。図１６（ａ）に示す回路は図１６（ｂ）に等価変換することが出来る。より単純化したモデルを考えるために、励磁コイル３および磁性コア２による損失が無く（Ｒ_１≒０）、相互インダクタンスＭ_１が十分大きい（Ｌ_１≒Ｌ_２≒Ｍ_１）とする。その場合（Ｌ_１−Ｍ_１）と（Ｌ_２−Ｍ_１）は十分小さくなるため、回路は図１６（ｂ）から図１６（ｃ）のように近似することが出来る。図１６（ｃ）の場合、式（３８）は
Ｐ_２ａ≒Ｐ_０・・・（３９）
と表され、投入電力のほぼ１００％がスリーブ１の導電層１ａの発熱に変換される。

次に、電流周回部材３０ａが昇温抑制配置に配置されている場合を考える。通常配置の場合の等価回路を図１６（ｃ）として考えると、昇温抑制配置における等価回路は図１７（ａ）と示される。Ｒ_３は電流周回部材３０ａの抵抗、Ｌ_３は電流周回部材３０ａのインダクタンス、Ｍ_２は励磁コイル３の巻き線と電流周回部材３０ａの相互インダクタンスである。図１７（ａ）に示す回路は図１７（ｂ）に等価変換することが出来る。今回もより単純化したモデルを考えるために、相互インダクタンスＭ_２が十分大きい（Ｌ_１≒Ｌ_３≒Ｍ_２）とする。その場合（Ｌ_１−Ｍ_２）と（Ｌ_３−Ｍ_２）は十分小さくなるため、回路は図１７（ｂ）から図１７（ｃ）のように近似することが出来る。図１７（ｃ）から、昇温抑制配置におけるスリーブ１の導電層１ａの消費電力は以下の式で表すことができる。

Ｐ_２ｂ＝Ｐ_０−Ｐ_３・・・（４０）
Ｐ_２ｂは昇温抑制配置における導電層１ａの消費電力、Ｐ_３は電流周回部材３０ａの消費電力である。励磁コイル３に投入する電力を通常配置と一定とする場合、式（４０）に式（３９）を代入すると、
Ｐ_２ａ−Ｐ_２ｂ＝Ｐ_３・・・（４１）
が成り立つ。したがって式（４１）から、電流周回部材３０ａが昇温抑制配置に配置される場合、導電層１ａの発熱は電流周回部材３０ａの消費電力分抑制されることが分かる。もう片方の電流周回部材３０ｂ、図７に示すスリーブ１の外周面側に配置する電流周回部材３６ａ，３６ｂを用いた場合に関しても、同じ昇温抑制メカニズムが働く。

（効果の実証）
本実施例に示す定着装置Ｆの効果を実証するため、電流周回部材３０ａ，３０ｂが通常配置または昇温抑制配置に配置されている場合のスリーブ１の表面温度を測定した。図１８は、図２乃至図４で示したスリーブ１の内周面側に配置された電流周回部材３０ａ，３０ｂが移動する定着装置Ｆについて、スリーブ１の表面温度を測定した結果である。

測定に用いたスリーブ１の導電層１ａは、直径３０ｍｍ、厚み３５μｍ、長さ２４０ｍｍのＳＵＳ３０４である。磁性コア２の直径は１４ｍｍである。電流周回部材３０ａ，３０ｂは、直径２４ｍｍ、厚み０．７ｍｍ、長さ３０ｍｍのアルミ製の円筒形部材である。電流周回部材３０ａ，３０ｂの内周面、及び外周面にはポリイミドテープを貼っている。これにより電流周回部材３０ａ，３０ｂを他の部材と電気的に絶縁している。上記以外の構成は前述の説明の通りである。

スリーブ１の表面温度の測定は、スリーブ１の母線方向全域を日本アビオニクス（株）製の赤外線サーモグラフィーＲ３００ＳＲを用いて撮影した。励磁コイル３への投入電力は１００Ｗで、電力投入から３０秒後の温度分布を測定した。

また、電流周回部材３０ａとスリーブ１がオーバーラップする領域を電流周回部材３０ａの侵入量Ｄとして定義している。同様に、電流周回部材３０ｂとスリーブ１がオーバーラップする領域を電流周回部材３０ｂの侵入量Ｄとして定義している。

図１８に示しているとおり、電流周回部材３０ａの侵入量Ｄは、スリーブ１の左側の端部１Ｌｅから電流周回部材３０ａの侵入側端部３０ａｅまでの距離のことである。電流周回部材３０ｂの侵入量Ｄは、スリーブ１の右側の端部１Ｒｅから電流周回部材３０ｂの侵入側端部３０ｂｅまでの距離のことである。図１８に示される電流周回部材３０ａ，３０ｂの昇温抑制配置では、侵入量Ｄを２０ｍｍに設定した。本実施例の定着装置Ｆでは、スリーブ１の左右の端部で侵入量Ｄを同じ量になるように設定しているが、左右の端部で異なる量に設定してもよい。

図１８の測定結果を見ると、電流周回部材３０ａ，３０ｂの通常配置におけるスリーブ１の表面温度はスリーブ１の母線方向に対して均一に発熱している。これに対して、電流周回部材３０ａ，３０ｂの昇温抑制配置におけるスリーブ１の表面温度は電流周回部材３０ａ，３０ｂが配置されている領域で急激な温度の低下が確認できる。ここで、昇温抑制率を
昇温抑制率＝（通常配置の昇温温度−昇温抑制配置の昇温温度）／通常配置の昇温温度
・・・（４２）
と定義する。この定着装置Ｆの昇温抑制率の最大値は９５．８％であった。

図１９は、図６、及び図７で示したスリーブ１の外周面側に電流周回部材３６ａ，３６ｂが移動する定着装置Ｆについて、スリーブ１の表面温度を測定した結果である。

測定に用いた電流周回部材３６ａ，３６ｂは、直径６６ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、長さ３０ｍｍのアルミ製の円筒形部材である。電流周回部材３６ａ，３６ｂ以外の装置構成と撮影機材、測定条件は図１８の実験と同じである。

スリーブ１に関し、電流周回部材３６ａ，３６ｂに覆われている部分の表面温度は、斜めの角度から撮影した測定結果を用いている。また、左側の電流周回部材３６ａとスリーブ１がオーバーラップする領域を電流周回部材３６ａの侵入量Ｄとして定義している。同様に、右側の電流周回部材３６ｂとスリーブ１がオーバーラップする領域を電流周回部材３６ｂの侵入量Ｄとして定義している。

図１９に示しているとおり、電流周回部材３６ａの侵入量Ｄは、スリーブ１の左側の端部１Ｌｅから電流周回部材３６ａの侵入側端部３６ａｅまでの距離のことである。電流周回部材３６ｂの侵入量Ｄは、スリーブ１の右側の端部１Ｒｅから電流周回部材３６ｂの侵入側端部３６ｂｅまでの距離のことである。

図１９の測定結果を見ると、通常配置におけるスリーブ１の表面温度は母線方向に対して均一に発熱しているのに対して、昇温抑制配置（Ｄ＝２０ｍｍ）では電流周回部材３６ａ，３６ｂが配置されている領域で急激な温度の低下が確認できる。この定着装置Ｆの昇温抑制率の最大値は９６．６％であった。

なお、電流周回部材３０ａ，３０ｂ、及び電流周回部材３６ａ，３６ｂに周回電流を流すためには、スリーブ１の導電層１ａを電流周回部材３０ａ，３０ｂ、及び電流周回部材３６ａ，３６ｂと置き換えた場合における式（３７）が成り立つことが望ましい。

すなわち、スリーブ１の母線方向に関し電流周回部材３０ａ，３０ｂが存在する区間において、磁性コア２の磁気抵抗は、下記の合成磁気抵抗の３０％以下であることが、本実施例においてより好ましい構成となる。ここで、合成磁気抵抗とは、電流周回部材３０ａ，３０ｂの磁気抵抗と、電流周回部材３０ａ，３０ｂと磁性コア２との間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗のことである。

同様に、スリーブ１の母線方向に関し電流周回部材３６ａ，３６ｂが存在する区間において、磁性コア２の磁気抵抗は、下記の合成磁気抵抗の３０％以下であることが、本実施例においてより好ましい構成となる。ここで、合成磁気抵抗とは、電流周回部材３６ａ，３６ｂの磁気抵抗と、電流周回部材３６ａ，３６ｂと磁性コア２との間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗のことである。

（比較例）
図１７に示す等価回路が成り立つためには、電流周回部材３０ａ，３０ｂに周回電流が流れることが必要となる。電流周回部材３０ａ，３０ｂに周回電流を流すためには、電流周回部材３０ａ，３０ｂが磁性コア２を取り囲むように閉ループを形成した形状を有していれば良い。本実施例の定着装置Ｆの効果を実証するため、閉ループ形状の電流周回部材３０ａ，３０ｂと、比較例である開ループ形状の電流周回部材５０ａ，５０ｂの昇温抑制効果の比較を行った。

まず、スリーブ１の内周面側に電流周回部材３０ａ，３０ｂを配置した構成の定着装置の場合について述べる。図２０（ａ）に、図１８の実験で使用した閉ループ形状を有する電流周回部材３０ａ，３０ｂの斜視図を示す。この電流周回部材３０ａ，３０ｂの一部を母線方向に切り取り、図２０（ｂ）に示す開ループ形状の電流周回部材５０ａ，５０ｂを作製した。図２０（ｃ）は、開ループ形状の電流周回部材５０ａ，５０ｂをスリーブ１の内周面側に配置し（Ｄ＝２０ｍｍ）、スリーブ１の表面温度を測定した結果である。他の装置構成と撮影機材、測定条件は図１８の実験と同じである。

図２０（ｃ）を見ると、開ループ形状の電流周回部材５０ａ，５０ｂの場合においても僅かに発熱は抑制されている。しかし、閉ループ形状の電流周回部材３０ａ，３０ｂの場合と比べると圧倒的に効果は少ないことが分かる。

僅かではあるが開ループ形状の電流周回部材５０ａ，５０ｂで発熱が抑制されている理由は、磁性コア２の端部で測定を行ったことが理由と考えられる。磁性コア２の端部では、スリーブ１に対して外部磁束が平行になっていないため、スリーブ１を厚み方向に貫く垂直方向の磁束も存在する。この場合、開ループ形状の電流周回部材５０ａ，５０ｂが前述の磁気遮蔽板と同様の効果を発現し、この垂直方向の磁束を遮蔽する可能性がある。この磁束の遮蔽効果により、開ループ形状の電流周回部材５０ａ，５０ｂにおいても僅かに発熱が抑制されたと考えられる。

しかしながら、閉ループ形状の電流周回部材３０ａ，３０ｂを用いた本実施例の定着装置Ｆと比べて昇温抑制効果が低いのは明らかである。

次に、スリーブ１の外周面側に電流周回部材３６ａ，３６ｂを配置した構成の定着装置の場合について述べる。図２１（ａ）に、図１９の実験で使用した閉ループ形状を有する電流周回部材３６ａ，３６ｂの斜視図を示す。この電流周回部材３６ａ，３６ｂの一部を母線方向に切り取り、図２１（ｂ）に示す開ループ形状の電流周回部材５１ａ，５１ｂを作製した。図２１（ｃ）は、開ループ形状の電流周回部材５１ａ，５１ｂをスリーブ１の外周面側に配置し（Ｄ＝２０ｍｍ）、スリーブ１の表面温度を測定した結果である。他の装置構成と撮影機材、測定条件は図１９の実験と同じである。

図２１（ｃ）を見ると、スリーブ１の外周面側に開ループ形状の電流周回部材５１ａ，５１ｂを配置した場合のスリーブ１の温度分布は、通常配置の温度分布とほぼ一致している。したがって、開ループ形状の電流周回部材５１ａ，５１ｂは昇温抑制効果を有していないことが分かる。

上記の閉ループ形状の電流周回部材を有する本実施例の定着装置Ｆと、開ループ形状の電流周回部材を有する比較例の定着装置について、昇温抑制率の最大値を式（４２）から求めた。その結果を下記の表６に示す。

表６から、電流周回部材３０ａ，３０ｂ、及び電流周回部材３６ａ，３６ｂが閉ループ形状を有していることが、昇温抑制率を飛躍的に向上させていることが分かる。

本比較例の結果から、電流周回部材３０ａ，３０ｂ、及び電流周回部材３６ａ，３６ｂの位置を所定のタイミングで電流周回部材駆動部４８により昇温抑制配置に配置させることによってスリーブ１の昇温抑制効果が得られることが分かる。

電流周回部材の構成は、電流周回部材３０ａ，３０ｂ、及び電流周回部材３６ａ，３６ｂに限られない。図２２に、電流周回部材の他の構成を示す。

図２２に示す電流周回部材６０は、磁性コア２を取り囲むように形成した閉ループの通電又は絶縁を切り替えるための切り替え部６０ａを周回方向の一端に有する。そして、この切り替え部６０ａが周回方向の他端６０ｂに当接されることにより電流周回部材６０は閉ループ形状となり、切り替え部６０ａが他端６０ｂから離間されることにより電流周回部材６０は開ループ形状となる。この電流周回部材６０は、図３又は図７に示す昇温抑制配置に最初から配置されているものとする。

図２２（ａ）に通常時の電流周回部材６０の状態を示す。図２２（ａ）の状態では電流周回部材６０は開ループ形状を有しているため、電流周回部材６０の周回方向は電気的に絶縁されている。本比較例の実験結果により、図２２（ａ）の状態ではスリーブ１の昇温抑制にはほとんど寄与しない。

スリーブ１の昇温を抑制する場合はカム６１を回転させ、図２２（ｂ）の状態にする。電流周回部材６０の閉ループの通電又は絶縁を切り替える手段としてのカム６１は不図示のモータに接続されており、回転を制御することができる。図２２（ｂ）の状態では電流周回部材６０は閉ループ形状を有しているため、電流周回部材６０の周回方向は通電されている。この場合はスリーブ１の昇温を抑制することができる。

このような電流周回部材６０においても、所定のタイミングで閉ループの通電又は絶縁を切り替えることによってスリーブ１の昇温抑制効果が得られることが分かる。

５−２）昇温抑制率と周回抵抗の関係
式（４１）より、電流周回部材３０ａ，３０ｂ、及び電流周回部材３６ａ，３６ｂを用いた場合のスリーブ１の導電層１ａの昇温抑制割合は、電流周回部材３０ａ，３０ｂ、及び電流周回部材３６ａ，３６ｂの消費電力によって決まる。この電流周回部材３０ａ，３０ｂ、及び電流周回部材３６ａ，３６ｂの消費電力は、スリーブ１の導電層１ａの抵抗と、電流周回部材３０ａ，３０ｂ、及び電流周回部材３６ａ，３６ｂの抵抗の大小関係によっておおよそ決まる。

図１８の実験において、電流周回部材３０ａ，３０ｂの材料、厚み、幅を振ることによって、電流周回部材３０ａ，３０ｂの周回抵抗を変えたサンプルを複数個作製した。

ここで、スリーブ１の導電層１ａ、及び作製した複数個の電流周回部材について、これらの各部材の単位長さ当たりの周回抵抗ｔを
ｔ［Ω・ｍ］＝（部材の体積電気抵抗率［Ω・ｍ］×部材の周長［ｍ］）／部材の厚み［ｍ］
・・・（４３）
と定義する。

また、スリーブ１の導電層１ａ、及び作製した複数個の電流周回部材について、これらの各部材の周回抵抗Ｔを
Ｔ［Ω］＝（部材の体積電気抵抗率［Ω・ｍ］×部材の周長［ｍ］）／
（部材の厚み［ｍ］×部材の幅［ｍ］）・・・（４４）
と定義する。

スリーブ１の導電層１ａの単位長さ当たりの周回抵抗ｔａと周回抵抗Ｔａ、及び電流周回部材３０ａ，３０ｂの単位長さ当たりの周回抵抗ｔｂと周回抵抗Ｔｂを、下記の表７にまとめた。表７において、番号の「０」番は導電層１ａに対応し、「１」番〜「２４」番は電流周回部材３０ａ，３０ｂの作製した複数個のサンプルに対応している。

表７の電流周回部材３０ａ，３０ｂを用いた図３の定着装置Ｆにおいて、電流周回部材３０ａ，３０ｂが昇温抑制配置に配置されている場合の、スリーブ１の温度分布を測定した。昇温抑制配置における電流周回部材３０ａ，３０ｂの侵入量Ｄは、各電流周回部材３０ａ，３０ｂの幅＋５ｍｍと設定した。つまり、幅が１ｍｍの場合は侵入量Ｄ＝６ｍｍ、幅が１０ｍｍの場合は侵入量Ｄ＝１５ｍｍ、幅が３０ｍｍの場合は侵入量Ｄ＝３５ｍｍである。他の装置構成と撮影機材、測定条件は図１８の実験と同じである。

図２３は、表７の番号の「７」番と「１９」番の電流周回部材３０ａ，３０ｂが昇温抑制位置に配置されている場合のスリーブ１の温度分布を比較した結果を示す図である。Ａｌの体積電気抵抗率は３．９６×１０^−８［Ω・ｍ］であり、ＳＵＳ３０４の体積電気抵抗率は７．１９×１０−７［Ω・ｍ］である。電流周回部材３０ａ，３０ｂの形状は同じものを用いているため、体積電気抵抗率が低いＡｌの方が、周回電流がより多く流れる。これによって、スリーブ１の導電層１ａの非通過領域の昇温がより効果的に抑制されている。

図２４は、表７の部材を用いて、昇温抑制率の最大値と電流周回部材３０ａ，３０ｂの単位長さ当たりの周回抵抗ｔｂをプロットした結果を示す図である。その周回抵抗ｔｂが、破線で示されるスリーブ１の導電層１ａの単位長さ当たりの周回抵抗ｔａよりも小さくなる領域で、昇温抑制率が高くなっていることが分かる。

また、図２５は、昇温抑制率の最大値と電流周回部材３０ａ，３０ｂの周回抵抗Ｔｂをプロットした結果を示す図である。その周回抵抗Ｔｂが、破線で示されるスリーブ１の導電層１ａの周回抵抗Ｔａよりも小さくなる領域で、９０％以上の非常に効果的な昇温抑制率が達成されていることが分かる。

５−３）小サイズ記録材の通過時の非通過部昇温の抑制方法
本実施例の定着装置Ｆを用いた、小サイズ記録材の通過時の過昇温を抑制する方法について説明する。図２６は、電流周回部材３０ａ，３０ｂの侵入量Ｄとスリーブ１の温度分布の関係を測定した結果を示す図である。侵入量Ｄ以外の装置構成と撮影機材、測定条件は図１８の実験と同じである。

図２６を見ると、侵入量Ｄの増加に伴い、スリーブ１の導電層１ａの発熱領域が狭まっていることが分かる。この様に、本実施例の電流周回部材３０ａ，３０ｂはスリーブ１とオーバーラップしている領域が多いほど、導電層１ａの発熱を抑制する領域が広がるという特徴がある。

本実施例では、この特徴を利用して、スリーブ１の母線方向に関し記録材Ｒｐの幅が小さくなるにしたがって電流周回部材３０ａ，３０ｂの侵入量を増やすように制御し、スリーブ１の導電層１ａの非通過部昇温を抑制している。図２６の実験により得られた、サイズの異なる記録材の幅と電流周回部材３０ａ，３０ｂの侵入量Ｄの関係を下記の表８に示す。

この表８に従って、スリーブ１が記録材の幅に対応した温度分布になるように、電流周回部材３０ａ，３０ｂの侵入量Ｄの配置制御を行っている。

スリーブ１の導電層１ａの非通過部昇温を抑制する制御方法について、図４を用いて説明する。まず、ホストコンピュータ４２を介して、ユーザが画像形成装置１００の動作情報としての記録材Ｒｐのサイズ情報を指定する。記録材Ｒｐのサイズ情報は、プリンタコントローラ４１からエンジン制御部４３を介して、電流周回部材制御部４７へ伝えられる。電流周回部材制御部４７は表８に従って電流周回部材３０ａ，３０ｂの侵入量Ｄを決定し、電流周回部材駆動部４８を駆動させる。電流周回部材駆動部４８は所定の侵入量の位置まで電流周回部材３０ａ，３０ｂを移動させる。

本実施例では、ユーザがホストコンピュータ４２を介して指定した記録材Ｒｐのサイズ情報に基づいて電流周回部材３０ａ，３０ｂの侵入量Ｄを決定したがこれに限定するものではない。例えば、給紙カセット１０５、又は搬送経路内に記録材Ｒｐのサイズ情報を検知する手段を設け、その手段からの検知結果に基づいて電流周回部材３０ａ，３０ｂの侵入量Ｄを決定してもよい。

また、画像形成装置１００の動作情報としての記録材Ｒｐの通過情報に応じて電流周回部材３０ａ，３０ｂの侵入のタイミングを決定してもよい。ここで、記録材Ｒｐの通過情報とは、記録材Ｒｐが定着装置Ｆのニップ部Ｎを通過した枚数である。本実施例では、図１８の実験で用いた定着装置Ｆのニップ部ＮにＡ４サイズの記録材Ｒｐを連続して通過させた場合を例に挙げる。

この定着装置Ｆは、６０枚／分の印字動作を行う画像形成装置１００に搭載されている。スリーブ１の回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃである。温度検知素子９により測定されるスリーブ１の長手中央の表面温度は２００℃になるように制御されている。この定着装置Ｆのニップ部ＮにＡ４サイズの記録材Ｒｐを通過させる場合は、２６枚目以降から電流周回部材３０ａ，３０ｂを通常配置から侵入量Ｄ＝５ｍｍの昇温抑制配置へと移動させる制御を行う。

上記定着装置Ｆの効果を確認するため、電流周回部材３０ａ，３０ｂを通常配置で固定した場合と、昇温抑制配置に移動させた場合において、それぞれ連続２５０枚のプリントを行い比較した。画像としてモノクロの文字画像を記録材Ｒｐの左右の端部から３ｍｍ、記録材Ｒｐの搬送方向ａの先端および後端から５ｍｍを余白として残し、それ以外の全面にプリントした。スリーブ１の温度を日本アビオニクス（株）製の赤外線サーモグラフィーＲ３００ＳＲを用いて撮影し、非通過領域の最高温度をモニタした。

図２７に、プリント枚数とスリーブ１の導電層１ａの非通過領域温度の関係の実験結果を示す。電流周回部材３０ａ，３０ｂを通常配置で固定した場合の比較例では、８０枚で非通過領域の最高温度が、スリーブ１が損傷しうる２３０℃に達した。一方、電流周回部材３０ａ，３０ｂを昇温抑制配置に移動させた場合の実施例では、２５０枚以上プリントしても２３０℃に達することはなかった。

以上のように、記録材の通過枚数が増加するにしたがって、電流周回部材３０ａ，３０ｂの位置を制御することにより、スリーブ１の導電層１ａの非通過部昇温を抑制することができる。

本実施例では、記録材Ｒｐの通過枚数に応じて電流周回部材３０ａ，３０ｂの位置を変化させたがこれに限定するものではない。例えば、記録材Ｒｐの通過情報として、記録材Ｒｐがニップ部Ｎを通過した時間、或いは記録材Ｒｐがニップ部Ｎを通過した距離、等を用いて電流周回部材３０ａ，３０ｂの位置を制御しても良い。

記録材Ｒｐがニップ部Ｎを通過した時間の例として、ニップ部を記録材が通過した積算時間、記録材がニップ部を通過した積算時間から加圧ローラ８でスリーブ１を空回転させた時間を引いた時間、等を用いて電流周回部材３０ａ，３０ｂの位置を制御しても良い。

記録材Ｒｐがニップ部Ｎを通過した距離の例として、ニップ部を記録材が通過した積算距離、記録材がニップ部を通過した積算距離から加圧ローラ８でスリーブ１を空回転させた距離を引いた距離、等を用いて電流周回部材３０ａ，３０ｂの位置を制御しても良い。

以上のように、上記の画像形成装置１００の動作情報に応じて、図５に示した電流周回部材３０ａ，３０ｂをスリーブ１の母線方向に移動させることにより導電層１ａの非通過部昇温を抑制することができる。

また、上記の画像形成装置１００の動作情報に応じて、図２２に示した電流周回部材６０を周回方向において閉ループの通電又は絶縁を切り替えることにより導電層１ａの非通過部昇温を抑制することができる。電流周回部材６０を用いる場合、記録材Ｒｐの幅毎に、スリーブ１の導電層１ａの非通過部昇温を抑制するための電流周回部材６０を用意する、或いは幅の狭いリング形状の電流周回部材６０をスリーブ１の母線方向に沿って複数個並べる、などが挙げられる。

他にも、スリーブ１の非通過領域に配置した温度検知素子１０，１１の温度検知結果に基づいて、電流周回部材３０ａ，３０ｂの侵入量Ｄを変更することにより、記録材Ｒｐの連続通過時におけるスリーブ１の導電層１ａの非通過部昇温を抑制することも可能である。或いは、温度検知素子１０，１１の温度検知結果に基づいて、電流周回部材６０を周回方向において閉ループの通電又は絶縁を切り替えることにより導電層１ａの非通過部昇温を抑制することも可能である。

１ 定着スリーブ、１ａ 導電層、３ｃｘ 螺旋軸、３ｃ 螺旋形状部、
３ 励磁コイル、２ 磁性コア、８ 加圧ローラ、１０，１１ 温度検知素子、
３０ａ，３０ｂ 電流周回部材、３６ａ，３６ｂ 電流周回部材、
４８ 電流周回部材駆動部、６０ 電流周回部材、６１ カム、Ｆ 定着装置、
ＩＦ 画像形成部、Ｎ ニップ部、Ｒｐ 記録材、Ｔ 未定着トナー画像

Claims (15)

1. 導電層を有する筒状の回転体と、
   前記回転体と共にニップ部を形成する加圧部材と、
   前記回転体の内部に配置され、螺旋軸が前記回転体の母線方向と平行である螺旋形状部を有し、前記導電層を電磁誘導発熱させる交番磁界を形成するためのコイルと、
   前記螺旋形状部の中に配置され、前記交番磁界の磁力線を誘導するためのコアと、を備え、
   前記母線方向に関し記録材上の画像の最大通過領域の一端から他端までの区間において、前記コアの磁気抵抗は、前記導電層の磁気抵抗と、前記導電層と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下であり、前記画像が形成された記録材を前記ニップ部で搬送しながら加熱し前記画像を記録材に定着する定着装置において、
   前記回転体の内周面側、又は、外周面側に、前記コアを取り囲むように閉ループを形成した形状の導電性の電流周回部材が配置されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記導電層と前記電流周回部材について、各部材の単位長さ当たりの周回抵抗ｔが
   ｔ［Ω・ｍ］＝（部材の体積電気抵抗率［Ω・ｍ］×部材の周長［ｍ］）／部材の厚み［ｍ］
   で表されるとき、
   前記電流周回部材の単位長さ当たりの周回抵抗ｔｂは、前記回転体の導電層の単位長さ当たりの周回抵抗ｔａよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記導電層と前記電流周回部材について、各部材の周回抵抗Ｔが
   Ｔ［Ω］＝（部材の体積電気抵抗率［Ω・ｍ］×部材の周長［ｍ］）／（部材の厚み［ｍ］×部材の幅［ｍ］）
   で表されるとき、
   前記電流周回部材の周回抵抗Ｔｂは、前記回転体の導電層の周回抵抗Ｔａよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記母線方向に関し前記電流周回部材が存在する区間において、前記コアの磁気抵抗は、前記電流周回部材の磁気抵抗と、前記電流周回部材と前記コアとの間の領域の磁気抵抗と、の合成磁気抵抗の３０％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の定着装置。
5. 前記電流周回部材の位置を前記母線方向で変化させる手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の定着装置。
6. 前記電流周回部材の前記閉ループの通電又は絶縁を切り替える手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の定着装置。
7. 記録材上にトナー画像を形成する画像形成部と、前記記録材上のトナー画像を記録材に定着する画像定着部と、を有する画像形成装置において、
   前記画像定着部が請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
8. 前記画像形成装置の動作情報に応じて、前記定着装置の前記電流周回部材の位置を変化させることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記画像形成装置の動作情報に応じて、前記定着装置の前記電流周回部材の前記閉ループの通電又は絶縁を切り替えることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
10. 前記動作情報は、前記記録材のサイズ情報であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記動作情報は、前記ニップ部を通過した前記記録材の通過情報であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の画像形成装置。
12. 前記記録材の通過情報は、前記記録材が前記ニップ部を通過した枚数であることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
13. 前記記録材の通過情報は、前記記録材が前記ニップ部を通過した時間であることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
14. 前記記録材の通過情報は、前記記録材が前記ニップを通過した距離であることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
15. 前記動作情報は、前記回転体の前記母線方向に関し大サイズ記録材が通過し小サイズ記録材が通過しない非通過領域に配置した検温素子による温度検知結果であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の画像形成装置。