JP6381336B2 - 像加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導加熱方式の像加熱装置、及び、この像加熱装置を具備した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される像加熱装置としての定着装置は次のようなものが一般的である。即ち、加熱回転体とそれに圧接する加圧ローラとで形成されたニップ部で未定着トナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着する。

近年、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提案されており、これら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、加熱回転体内部に励磁コイルと複数の磁性コアを配置し、加熱回転体軸方向に交番磁界を発生させ、加熱回転体の周方向に発生するジュール熱で発熱する方式の定着装置が開示されている。

特開２００４−６１９９８号公報

特許文献１に記載の定着装置において、磁性コアの飽和磁束密度よりも、大きい磁束を形成させ磁性コアを磁気飽和をさせた状態にすると、励磁コイルのインダクタンスが急激に減少する。そのため、励磁コイルを駆動している電源に大電流が流れ、回路が破損する恐れがあるという課題がある。また、磁性コアの温度が高くなると、より飽和磁束密度が低下するため、さらに磁気飽和が起きやすくなる。

特に、装置に使用（導入：以下、通紙と記す）可能な最大幅サイズの記録材よりも幅が小さい小サイズ記録材を通紙した後の非通紙部に相当する磁性コアの温度は高くなる傾向がある（非通紙部昇温（非通過部昇温））。

それを防止するためには、一般的には、磁性コアの断面積をある程度大きく確保し、温度が上昇しても飽和磁束密度を超えないような設定にする必要があった。

本発明は、この様な状況を鑑み、小サイズ記録材を通紙した後においても、飽和磁束密度を低下させることなく、装置の小型化を達成するための構成を提案することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、導電層を有する筒状の回転体と、前記回転体の中空部に挿通され前記回転体の母線方向に長い磁性コアと、前記中空部において前記磁性コアの外周面に前記磁性コアに直接もしくは他物を介して前記磁性コアの長手方向に沿ってコイル線材を螺旋状に巻き回して形成されている励磁コイルと、を有し、前記励磁コイルに交番電流を流すことで前記導電層が電磁誘導により発熱し、この熱を利用して記録材に担持されているトナー像を加熱する像加熱装置において、前記磁性コアよりも熱伝導率が高い高熱伝導部材であって、前記回転体と前記磁性コアの間において前記磁性コアの長手方向に沿って前記磁性コアを覆うように配設されており、周方向の一部に不連続部を有する高熱伝導部材が設けられており、前記高熱伝導部材はグラファイトを用いた可撓性のあるシート状の部材であり、シート面方向の熱伝導率が前記磁性コアの熱伝導率より高いことを特徴とする。

本発明によれば、非通過部昇温による磁性コアの温度上昇を防止することができ、電源回路の破損に至る磁気飽和現象の原因となる飽和磁束密度の低下を防止する事とができる。そして、磁性コアの大径化を回避することができ、装置の小型化を達成することが可能となる。

実施例１の画像形成装置の概略構成図 実施例１の加熱装置の横断側面図 実施例１の加熱装置の正面図 実施例１の加熱装置の斜視図 実施例１で使用した磁性コアの飽和磁束密度の温度相関図 比較例１の正面図 実施例１と比較例１の定着スリーブの発熱分布 実施例１の構成で磁気飽和する温度とコア径の関係を表す図 実施例２の加熱装置の斜視図 実施例２の加熱装置の横断側面図 実施例２の加熱装置の正面図 発熱メカニズムを説明する図 比較例２の正面図 実施例２と比較例２の定着スリーブの発熱分布 発熱メカニズムを説明する図 磁束を表わす図 磁気等価回路図 磁性コアの長手方向の構成図 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 電力の変換効率を示す図 加熱装置の断面構造を示す図 加熱装置の断面構造を示す図

［実施例１］
１．定着装置を備えた画像形成装置の概略説明
図１は本実施例１に係る像加熱装置を定着装置（定着器）として搭載している画像形成装置１００の概略構成図である。この画像形成装置１００は、電子写真方式のレーザービームプリンタである。

ここで、以下の説明においては、記録材Ｐの扱いに関して、給紙、通紙、通紙部、非通紙部、非通紙域、排紙、紙粉等の紙にまつわる用語を用いるが、記録材Ｐは紙に限られるものではない。

１０１は像担持体としての感光体ドラムであり、矢示の時計方向に所定のプロセススピード（周速度）にて回転駆動する。感光体ドラム１０１はその回転過程で帯電ローラ１０２により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。

１０３は画像露光手段としてのレーザービームスキャナである。スキャナ１０３は、不図示のコンピュータ等の外部機器から入力され、画像処理手段によって生成されたデジタル画像信号に対応してオン／オフ変調されたレーザー光Ｌを出力して、感光体ドラム１０１の帯電処理面を走査露光する。この走査露光により感光体ドラム１０１表面の露光明部の電荷が除電されて感光体ドラム１０１表面に画像信号に対応した静電潜像が形成される。

１０４は現像装置であり、現像ローラ１０４ａから感光体ドラム１０１表面に現像剤（トナー）が供給されて、感光体ドラム１０１表面の静電潜像は、可転写像であるトナー像として順次に現像される。

１０５は給紙カセットであり、記録材Ｐを積載収納させてある。給紙スタート信号に基づいて給紙ローラ１０６が駆動されて、給紙カセット１０５内の記録材Ｐは、一枚ずつ分離給紙される。そして、レジストローラ対１０７を介して、感光体ドラム１０１と接触して従動回転する転写ローラ１０８との当接ニップ部である転写部位１０８Ｔに、所定のタイミングで導入される。すなわち、感光体ドラム１０１上のトナー像の先端部と記録材Ｐの先端部とが、同時に転写部位１０８Ｔに到達するように、レジストローラ１０７で記録材Ｐの搬送が制御される。

その後、記録材Ｐは転写部位１０８Ｔを挟持搬送され、その間、転写ローラ１０８には不図示の転写バイアス印加電源から所定に制御された転写電圧（転写バイアス）が印加される。転写ローラ１０８にはトナーと逆極性の転写バイアスが印加され、転写部位１０８Ｔにおいて感光体ドラム１０１表面側のトナー像が記録材Ｐの表面に静電的に転写される。転写後の記録材Ｐは、感光体ドラム１０１表面から分離されて搬送ガイド１０９を通り定着装置Ａに導入される。

記録材Ｐは定着装置Ａにおいて、トナー画像の熱定着処理を受ける。一方、記録材Ｐに対するトナー像転写後の感光体ドラム１０１表面はクリーニング装置１１０で転写残トナーや紙粉等の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。定着装置Ａを通った記録材Ｐは、排紙口１１１から排紙トレイ１１２上に排出される。

２. 定着装置の概略説明
本実施例１において、定着装置Ａは電磁誘導加熱方式の装置である。図２は定着装置Ａの要部の横断側面模型図、図３は要部の正面模型図、図４は要部の斜視図である。

加圧部材（ニップ形成部材）としての加圧ローラ８は、芯金８ａと、前記芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた耐熱性・弾性材層８ｂとで構成されており、表層に離型層８ｃを設けてある。弾性層８ｂ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材質が好ましい。芯金８ａの両端部は装置の不図示のシャーシ側板金間に導電性軸受けを介して回転自由に保持させて配設してある。

また、図３中加圧用ステー５の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材１８ａ、１８ｂとの間にそれぞれ加圧バネ１７ａ、１７ｂを縮設することで加圧用ステー５に押し下げ力を作用させている。なお、本実施例の定着装置Ａでは、総圧約１００Ｎ〜２５０Ｎ（約１０ｋｇｆ〜約２５ｋｇｆ）の押圧力を与えている。

これにより、耐熱性樹脂ＰＰＳ等で構成されたスリーブガイド部材６の下面と加圧ローラ８の上面とが、導電層を有する筒状の回転体（加熱回転体）である定着スリーブ１を挟んで圧接して記録材搬送方向Ｙにおいて所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

加圧ローラ８は不図示の駆動手段により矢示の反時計方向に回転駆動され、定着ニップ部Ｎにおける定着スリーブ１の外面との摩擦力で定着スリーブ１に回転力が作用する。これにより、定着スリーブ１が、その内面が定着ニップＮにおいてスリーブガイド部材６の面に密着して摺動しながら矢示の時計方向に従動回転する。記録材Ｐは定着ニップ部Ｎに導入されて挟持搬送される。

フランジ部材１２ａ・１２ｂはスリーブガイド６の左右両端部（一端側と他端側）に外嵌され、左右位置を規制部材１３ａ・１３ｂで固定しつつ回転自在に取り付けられている。そして、定着スリーブ１の回転時に定着スリーブ１の端部を受けて定着スリーブのスリーブガイド部材長手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材料が好ましい。

ここで、定着装置Ａに関して、正面側とは記録材Ｐを導入する側である。左右とは定着装置Ａを正面側から見て左または右である。

導電層を有する回転可能な円筒形回転体としての定着スリーブ１は、直径１０〜５０ｍｍの基層となる導電性部材でできた発熱層（導電層）１ａと、その外面に積層した弾性層１ｂと、その外面に積層した離型層１ｃの複合構造の筒状の回転体である。

発熱層１ａは、膜厚１０〜５０μｍの金属フィルムとし、弾性層１ｂは、硬度が２０度（ＪＩＳ−Ａ、１ｋｇ加重）のシリコーンゴムを０．３ｍｍ〜０．１ｍｍ成形し、長手長さは２６０ｍｍである。そして、弾性層１ｂ上に表層１ｃ（離型層）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。

この発熱層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、定着スリーブ１全体が加熱され、定着ニップＮに通紙される記録材Ｐを加熱してトナー像Ｔの定着がなされる。

発熱層１ａに対し、交番磁束を作用させ、誘導電流を発生させる機構について説明する。図４は定着装置構成の斜視図である。本実施例では、磁性芯材としての磁性コア２は、不図示の固定手段で定着スリーブ１の中空部を貫通(挿通)して配置され、磁極ＮＰ，ＳＰを持つ直線状の開磁路(磁路の一部が断絶した開磁路）を形成している。即ち、定着スリーブ１の中空部には母線方向に長い磁性コア２が挿通されている。磁性コア２は発熱層１ａにの外側でループを形成せず、磁路の一部が断絶した開磁路を形成している。

励磁コイル３は、通常の単一導線を定着スリーブ１の中空部において、磁性コア２の長手方向に交差する方向で磁性コア２に螺旋状に巻回されて形成される。即ち、励磁コイル３は、中空部において磁性コア２に直接もしくはボビンなどの他物を介して巻かれている。励磁コイル３の給電接点部３ａ，３ｂを介して高周波コンバータ１６などで高周波電流（交番電流、交流電流）を流す磁性コア２の内部に磁束を発生させる。即ち定着スリーブ１の母線方向に平行の磁束を発生させることができる。

４０は制御回路部（制御部）である。温度検知素子９、１０、１１は非接触型サーミスタなどによって構成され、定着スリーブ１の温度を検知する。温度検知素子９、１０、１１の信号は定着温度制御部４４においてあらかじめ設定された目標温度と比較され、その比較結果から高周波コンバータ１６に投入する電力が決定される。電力制御部４６は上記設定された電力を高周波コンバータ１６に投入する。

本実施例では、以下のように電力調整を実施する。定着スリーブ１が所望の長手発熱分布となるように、図４に示す周波数制御部４５において、駆動周波数を設定する。次にエンジン制御部４３は、温度検知素子９における検知温度、プリンタコントローラ４１から得られる記録材情報、画像情報、及びプリント枚数情報等を基に定着スリーブ１の目標温度を設定する。

その後、定着温度制御部４４において目標温度と温度検知素子９の検知温度を比較して出力電圧を決定する。上記決定された電圧値に従い、電圧波形の振幅を電力制御部４６で調整する。出力された電圧は高周波コンバータ１６により所定の駆動周波数に変換され、励磁コイル３に印加される。

プリンタコントローラ４１は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と共に、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、さらに、シリアル通信を介してプリンタエンジンの電力制御部４６、定着温度制御部４４の制御を行う。定着温度制御部４４は検温素子９によって検出された温度を基に定着装置Ａの温度制御を行う。電力調整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。

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は画像データを転送したり、ユーザからの要求に応じて記録材サイズ等、様々なプリント条件を設定したりする。

３、定着装置の発熱メカニズム
図１５の（ａ）を用いて本実施例の定着装置Ａ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が筒状の導電層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。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（５００）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）及び励磁コイルの巻き数（Ｎ）に比例する。

Ｖ: 誘導起電力
Ｎ: 励磁コイル巻き数
ΔΦ/Δt: 微小時間Δtでの回路を垂直に貫く磁束の変化
４、導電層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１５の（ａ）の磁性コア２はループを形成しておらず端部を有する形状である（開磁路）。図１５の（ｂ）のような磁性コア２が導電層１ａの外でループ（閉磁路）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。

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（開磁路）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、外側ルートを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１５の（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Ａ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。

５、導電層の外側を通る磁束の割合を示す指標
そこで、定着装置Ａ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と、起電力に対応する起磁力をＶと、電気抵抗に対応する磁気抵抗をＲと、すると、次の式（５０１）を満たす。

Φ＝Ｖ／Ｒ・・・（５０１）
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（５０１）は次の式（５０２）ように表せる。

Φ＝Ｖ×Ｐ・・・（５０２）
更に、このパーミアンスＰは、磁路の長さをＢと、磁路の断面積をＳと、磁路の透磁率をμと、すると下記の式（５０３）のように表せる。

Ｐ＝μ×Ｓ／Ｂ・・・（５０３）
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１６の（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。導電層の内側及び外側の真空の透磁率をμ₀［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をφｃ（ｘ）とする。

図１６の（ｂ）は、磁性コア２の長手方向に垂直な断面図である。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、導電層そのものを通る磁束をφｓ、導電層の外側を通る磁束をφａ＿ｏｕｔとする。

図１７の（ａ）に、図１５の（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、フィルムの導電層１ａそのものの内部のパーミアンスをＰｓ、導電層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（５０４）が成り立つ。

φｃ＝φａ＿ｉｎ＋φｓ＋φａ＿ｏｕｔ・・・（５０４）
また、φｃ、φａ＿ｉｎ、φｓ、φａ＿ｏｕｔはそれぞれ以下の式（５０５）〜（５０８）で表される。

φｃ＝Ｐｃ×Ｖｍ ・・・（５０５）
φｓ＝Ｐｓ×Ｖｍ ・・・（５０６）
φａ＿ｉｎ＝Ｐａ＿ｉｎ×Ｖｍ ・・・（５０７）
φａ＿ｏｕｔ＝Ｐａ＿ｏｕｔ・Ｖｍ ・・・（５０８）
よって、式（５０４）に（５０５）〜（５０８）を代入するとＰａ＿ｏｕｔは次の式（５０９）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 ・・・（５０９）
図１６の（ｂ）より、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、は以下のように、「透磁率×断面積」で表すことができ、単位は［Ｈ・ｍ］である。

Ｐｃ＝μ１・Ｓｃ＝μ１・π（ａ１）² ・・・（５１０）
Ｐａ＿ｉｎ＝μ０・Ｓａ＿ｉｎ＝μ０・π・（（ａ２）²−（ａ１）²）
・・・（５１１）
Ｐｓ＝μ２・Ｓｓ＝μ２・π・（（ａ３）²−（ａ２）²） ・・・（５１２）
これらの（５１０）〜（５１２）を式（５０９）に代入すると、Ｐａ＿ｏｕｔは式（５１３）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） ・・・（５１３）
上記の式（５１３）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［ｍ²］である。スリーブガイド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［ｍ²］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［ｍ²］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］の導電層の内側の中空部の断面積から磁性コアの断面積とスリーブガイド６の断面積を差し引いて計算している。弾性層１ｂ及び表層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（５１４）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％） ・・・（５１４）
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。この場合長手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、磁性コアの長手方向の構成図を図１８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。この磁性コアの長手方向における全体の磁気抵抗Ｒｍ＿ａｌｌは、以下の式（５１５）で与えられる。

Ｒｍ＿ａｌｌ＝（Ｒｍ＿ｃ１＋Ｒｍ＿ｃ２＋・・・・・＋Ｒｍ＿ｃ１０）＋
（Ｒｍ＿ｇ１＋Ｒｍ＿ｇ２＋・・・・・＋Ｒｍ＿ｇ９）
・・・（５１５）
本構成の場合は、磁性コアの形状と材質、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（５１６）〜（５１８）のように表せる。

Ｒｍ＿ａｌｌ＝（ΣＲｍ＿ｃ）＋（ΣＲｍ＿ｇ）・・・（５１６）
Ｒｍ＿ｃ＝Ｌｃ／（μｃ・Ｓｃ）・・・（５１７）
Ｒｍ＿ｇ＝Ｌｇ／（μｇ・Ｓｇ）・・・（５１８）
式（５１６）に式（５１７）及び式（５１８）を代入して、長手全体の磁気抵抗Ｒｍ＿ａｌｌは次の式（５１９）のように表せる。

Ｒｍ＿ａｌｌ＝（ΣＲｍ＿ｃ）＋（ΣＲｍ＿ｇ）
＝（Ｌｃ／（μｃ・Ｓｃ））×１０＋（Ｌｇ／（μｇ・Ｓｇ））×９
・・・（５１９）
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（５２０）となる。

Ｒｍ＝Ｒｍ＿ａｌｌ／（ΣＬｃ＋ΣＬｇ）
＝Ｒｍ＿ａｌｌ／（Ｌ×１０＋Ｌｇ×９） ・・・（５２０）
以上から、単位長さあたりのパーミアンスＰｍは、以下の式（５２１）ように求められる。

Ｐｍ＝１／Ｒｍ＝（ΣＬｃ＋ΣＬｇ）／Ｒｍ＿ａｌｌ
＝（ΣＬｃ＋ΣＬｇ）／［｛ΣＬｃ／（μｃ＋Ｓｃ）｝＋｛ΣＬｇ／（μｇ＋Ｓｇ）｝］
・・・（５２１）
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。本実施例の加熱装置を構成する上で、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。

６、装置に必要な電力の変換効率
次に、本実施例の定着装置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％の電力は導電層以外の励磁コイルや磁性コア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、磁性コアや励磁コイル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１９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２６ｍｍ²、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２０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２０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、矢印で示すレンジ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、レンジＲ２において８０％以上となっている。Ｐ４以降のレンジ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２０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）
本構成は、磁性コアの断面積が２６.５ｍｍ²（５．７５ｍｍ×４．５ｍｍ）で、導電層の直径が１４３．２ｍｍであり、外側ルートを通る磁束の割合は６４％である。この装置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。電力の変換効率は装置に投入した電力のうち、導電層の発熱に寄与した分を示すパラメータである。従って、最大１０００Ｗ出力可能な装置として設計しても約４５０Ｗが損失となり、その損失は励磁コイル及び磁性コアの発熱となる。

本構成の場合、立ち上げ時、数秒間１０００Ｗを投入しただけでも励磁コイル温度は２００℃を超える場合がある。励磁コイル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、磁性コアの温度がキュリー点を超えると励磁コイルのインダクタンスが急激に低下し、負荷変動となる。

定着装置に供給した電力の約４５％が導電層の発熱に使用されないので、導電層に９００Ｗ（１０００Ｗの９０％を想定）の電力を供給するためには約１６３６Ｗの電力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）
本構成は、磁性コアの断面積はＰ１と同じで、導電層の直径が１２７．３ｍｍであり、外側ルートを通る磁束の割合は７１．２％である。この装置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。定着装置のスペックによっては、励磁コイル及び磁性コアの昇温が課題になる場合がある。本構成の定着装置を６０枚／分の印字動作ができる高スペックな装置にすると、導電層の回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃとなり、導電層の温度を１８０℃に維持する必要がある。導電層の温度を１８０℃に維持しようとすると、磁性コアの温度は２０秒間で２４０℃を超える場合がある。

磁性コア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の透磁率は急激に減少し、磁性コア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、周回電流を誘導して導電層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レンジＲ１の定着装置を、前述した高スペックの装置にすると、磁性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、本構成においてそこまでの高スペックを要求しない場合は、冷却手段は不要である。

（加熱装置Ｐ３）
本構成は、磁性コアの断面積はＰ１と同じであり、導電層の直径が６３．７ｍｍの場合である。この装置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。磁性コア及び励磁コイル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。

本構成の定着装置を６０枚／分の印字動作ができる高スペックな装置にすると導電層の回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃとなり導電層の表面温度を１８０℃に維持する場合があるものの、磁性コア（フェライト）の温度は２２０℃以上に上昇することはない。従って、本構成において、定着装置を前述した高スペックにする場合は、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レンジＲ２の構成の装置は、高スペックで使用する場合は、フェライト等の耐熱設計を最適化することが望ましい。一方、装置として高スペックを要求しない場合は、このような耐熱設計は不要である。

（加熱装置Ｐ４）
本構成は、磁性コアの断面積がＰ１と同じであり、円筒体の直径が４７．７ｍｍの場合である。この装置で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。本構成の定着装置を６０枚／分の印字動作ができる高スペックな装置（導電層の回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃ）で導電層の表面温度を１８０℃に維持する場合であっても、磁性コアや励磁コイル等は、１８０℃以上に達することはない。従って、磁性コアや励磁コイル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％以上であるレンジＲ３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定着装置として用いても、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レンジＲ３においては、導電層と磁性コアの位置関係の変動によって導電層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、電力の変換効率が変動量は小さく導電層の発熱量が安定する。可撓性を有するフィルムのように、導電層と磁性コア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領域Ｒ３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、本実施例の定着装置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７２％以上である必要があることがわかる。表２の数値は７１．２％以上であるが測定誤差等を考慮して７２％とした。

７、装置が満たすべきパーミアンス又は磁気抵抗の関係式
導電層の外側ルートを通過する磁束の割合が７２％以上であることは、導電層のパーミアンスと導電層の内側（導電層と磁性コアの間の領域）のパーミアンスとの和が磁性コアのパーミアンスの２８％以下であることと等価である。従って、本実施例の特徴的な構成の一つは、磁性コアのパーミアンスをＰｃ、導電層の内側のパーミアンスをＰａ、導電層のパーミアンスＰｓとした時に、次の式（５２２）を満足することである。

０．２８×Ｐｃ≧Ｐｓ＋Ｐａ・・・（５２２）
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（５２３）になる。ただし、ＲｓとＲａの合成磁気抵抗Ｒｓａは以下の式（５２４）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、加熱装置の記録材の最大搬送領域全域で、円筒形回転体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、本実施例のレンジＲ２の加熱装置は導電層の外側ルートを通過する磁束の割合が９２％以上であるから、パーミアンスの関係式は以下の式（５２５）になる。

０．０８×Ｐｃ≧Ｐｓ＋Ｐａ ・・・（５２５）
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（５２６）ようになる。

更に、本実施例のレンジＲ３の加熱装置は導電層の外側ルートを通過する磁束の割合が９５％以上である。表２から正確には９４．７％以上であるが測定誤差等を考慮して９５％とする。導電層のパーミアンスと導電層の内側（導電層とじせい磁性コアの間の領域）のパーミアンスとの和が磁性コアのパーミアンスの５％以下と等価である。パーミアンスの関係式は以下の（５２７）ようになる。

０．０５×Ｐｃ≧Ｐｓ＋Ｐａ ・・・（５２７）
上記のパーミアンスの関係式（５２７）を磁気抵抗の関係式に変換すると以下の式（５２８）になる。

ところで、定着装置の最大の画像領域内の部材等が長手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。ここでは、長手方向で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２１は、導電層の内側（磁性コアと導電層の間の領域）に温度検知部材９を有している。定着装置は導電層１ａを有するフィルム１と、磁性コア２と、ニップ部形成部材（フィルムガイド）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９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軸に平行方向の長さは１０ｍｍである。Ｘ軸上のＬ１（１０２．９５ｍｍ）からＬ２（１１２．９５ｍｍ）の位置にて配置されている。

ここで、Ｘ座標上０〜Ｌ１を領域１、温度検知部材９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２２のＡ）に、領域２における断面構造を図２２のＢ）に示す。図２２のＢ）に示すように、温度検知部材９はフィルム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＝２．９×１０⁶［１／（Ｈ・ｍ）］
ここで、導電層と磁性コアとの間の領域の単位長さ当たりの磁気抵抗ｒ_aは、フィルムガイドｒ_fの単位長さ当たりの磁気抵抗と導電層の内側の磁気抵抗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（５２９）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＝２．７×１０⁹［１／（Ｈ・ｍ）］
ｒ_s１＝５．３×１０¹¹［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＝２．９×１０⁶［１／（Ｈ・ｍ）］
ｒ_a３＝２．７×１０⁹［１／（Ｈ・ｍ）］
ｒ_s３＝５．３×１０¹¹［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＝２．９×１０⁶［１／（Ｈ・ｍ）］
導電層と磁性コアの間の領域の単位長さ当たりの磁気抵抗ｒ_aは、フィルムガイドｒ_fの単位長さ当たりの磁気抵抗と、サーミスタｒ_tの単位長さ当たりの磁気抵抗と、導電層の内側の空気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（５３０）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＝２．７×１０⁹［１／（Ｈ・ｍ）］
ｒ_s２＝５．３×１０¹¹［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、導電層と磁性コア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、サーミスタ９の断面積が増加し、導電層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、結局検温素子９の有無によらず磁気抵抗は同一となる。

すなわち、導電層と磁性コア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（５３１）ように計算できる。

従って、記録材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の磁気抵抗Ｒｃ［Ｈ］は下記の式（５３２）ように計算できる。

また、記録材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と磁性コアとの間の領域の合成磁気抵抗Ｒａ［Ｈ］は、下記の式（５３３）ように計算できる。

記録材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の合成磁気抵抗Ｒｓ［Ｈ］は次の式（５３４）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以下表５に示す。

上記表５から、Ｒｃ、Ｒａ，Ｒｓは下記のようになる。

Ｒｃ＝６．２×１０⁸［１／Ｈ］
Ｒａ＝５．８×１０¹¹［１／Ｈ］
Ｒｓ＝１．１×１０¹⁴［１／Ｈ］
ＲｓとＲａの合成磁気抵抗Ｒｓａは以下の式（５３５）で計算できる。

以上の計算から、Ｒｓａ＝５．８×１０¹¹［１／Ｈ］となるので、下記の式（５３６）を満たしている。

このように、導電層の母線方向で不均一な横断面形状を有している加熱装置の場合は、導電層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品について説明する。導電層と磁性コアとの間の領域にあり、少なくとも一部が記録材の最大搬送領域（０〜Ｌｐ）のに入っている部品に関しては、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、導電層の外側の磁束とは無関係だからである。また、導電層の母線方向における記録材の最大搬送領域外に配置した部材は、導電層の発熱には影響しないため、計算する必要はない。

８.プリンタ制御
図２に示すように定着装置Ａの検温素子９、１０、１１は、記録材Ｐが定着装置Ａに搬送されてくる上流側に配置する。長手方向は、図３に示すように中央および両端部の定着スリーブ対向位置に配設する。検温素子９、１０、１１は非接触型サーミスタなどによって構成される。これにより、定着スリーブ１は表面の温度が所定の目標温度に維持・調整される。

また、定着スリーブ１の端部付近に配設された検温素子１０、１１では、小サイズ記録材を連続プリントした時に記録材が通過しない、いわゆる非通紙域の昇温具合を検知することができる。

図４はプリンタ制御部４０のブロック図である。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と共に、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、さらに、シリアル通信を介してプリンタエンジンの各ユニット４４〜４６の制御を行う。定着温度制御部４４は検温素子９、１０、１１によって検出された温度を基に定着装置Ａの温度制御を行うと共に、定着装置Ａの異常検出等を行う。

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、電力調整手段としての電力制御部４６は励磁コイル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。

このようなプリンタ制御部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。

９．小サイズ通紙時の非通紙部領域における磁性コアの温度上昇（比較例１）
本項目では、後述する実施例１との比較をするために、比較例１として磁性コア２の周囲に、グラファイトシート４を設置しなかった場合の説明を行う。

磁性コア２の温度上昇に影響を及ぼす要因として、小サイズ記録材の通紙時の非通紙部昇温による影響が挙げられる。一般的に、定着装置の温度制御は、定着性を安定的に確保するために、通紙部に配置された検温素子９により制御される。しかしながら、その結果、通紙していない部分の熱量は記録材に奪わず蓄熱され温度が上昇し、伝熱や放熱により磁性コア２の温度を上昇させてしまう。

また、図５に示すように、磁性コア２の温度が上昇することにより、飽和磁束密度は低下し、その結果、磁気飽和しやすくなる傾向がある。磁気飽和すると、励磁コイル３のインダクタンスが急激に減少するため、回路に大電流が流れ、回路の破損を引き起こす。そのため、磁気飽和に至らないような飽和磁束密度を一定以下に保つ必要がある。飽和磁束密度を一定以下に保つためには、磁性コアの断面積を確保すればよい。

図６は、比較例１における、定着スリーブ１、磁性コア２、励磁コイル３の断面図である。また、上記Ｐ３構成において、定着装置を６０枚／分の印字動作できるように導電層の回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃで駆動する。そして、記録材上のトナーを定着させるために導電層の表面温度を１８０℃にキープする条件で、Ａ５サイズ記録材を縦長で１０００枚通紙した場合の、磁性コア２の長手の温度分布を図７に示す。

磁性芯材としての磁性コア２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。ここでは、比透磁率１８００の焼成フェライトを用いる。形状は円柱形状をしており、長手長さは２８０ｍｍである。また、励磁コイル３は、隣り合う励磁コイル同士が２６ｍｍの一定間隔で、磁性コア２の周りに１１ｔｕｒｎ巻かれている。励磁コイル３には、３０ｋＨｚの高周波交流を印加している。

図７をみると、１０００枚通紙した後の非通紙部での温度は、１９０℃に到達していることが分かる。この際、１０００Ｗ出力する際に、発生する磁束を磁気飽和のない磁束密度にするためには、断面積を１．５×１０^-4［ｍ²］以上、つまり直径約１４［ｍｍ］以上にする必要があることが分かった。

１０．小サイズ記録材通紙時の非通紙部領域における磁性コアの温度上昇（実施例１）
本項目では、実施例１の構成について説明する。図２は、実施例１における、定着スリーブ１、磁性コア２、励磁コイル３、熱伝導部材４の断面図である。図２に示す比較例１と同じ作用をするものには同一の番号を付している。また、図７に、実施例１における定着スリーブ１の長手方向の発熱分布を示している。

実施例１が比較例１（図６）と異なるのは、高熱伝導部材４が磁性コア２及び励磁コイル３の周囲に配置されていることであり、その他の構成要素の材料や寸法は比較例１と同じである。

高熱伝導部材は磁性コア２よりも熱伝導率が高い特性を有する部材である。アルミ、金、銀、銅等の熱伝導金属や、グラファイトシート等で構成される高熱伝導部材が好ましい。本実施例１では、励磁コイル３を巻き回した状態の磁性コア２の周囲に励磁コイル３の長手方向に沿って上記に高熱伝導部材４を配設している。即ち、高熱伝導部材４を磁性コア２と励磁コイル３を覆うように形成している。

本実施例１では高熱伝導部材４として、面方向の熱伝導率１０００Ｗ／ｍＫのグラファイトシート（パナソニック製、ＰＧＳグラファイトシート、７０μｍ品）を用いた。この材料は異方性材料で、シート面方向の熱伝導率に対し、厚み方向の熱伝導率が１００分の１程度であるため、厚み方向に熱が浸透する際に、面方向に緩和しやすいという特徴を持つ。

一方、これらの熱伝導材料は、本実施例で使用している定着スリーブ材料（ＳＵＳ）と同程度で比抵抗１０＾‐６Ωｍ程度である。そのため、磁性コア２の周囲に、高熱伝導部材としてのグラファイトシート４を十分に周回させないようにしないと、グラファイトシート自体に周回電流が流れ、発熱してしまう上に、定着スリーブ１の発熱を阻害してしまうという問題が発生してしまう。

そこで、磁性コア２と励磁コイル３を覆うように配設した高熱伝導部材４には、周方向の一部に不連続部（断絶部、切欠き部）４ａを形成してある。本実施例１においては、図２に示すように、グラファイトシート４の巻き付き始点Ａと巻き付き終点Ｂを不連続部４ａとして離間させて一定の距離を設けることで、グラファイトシート４に周回電流を発生させないようにしている。本実施例１では、始点Ａと終点Ｂの離間距離（不連続部）を３ｍｍ程度確保することで、周回電流を発せないような構成にしている。

実施例１では比較例１と同様に励磁コイル３が隣り合う励磁コイル同士がピッチ２６ｍｍの一定間隔で、磁性コア２の周りに長手に沿って１１ｔｕｒｎ巻かれている。

上記Ｐ３構成において、定着装置を６０枚／分の印字動作できるように導電層の回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃで駆動する。そして、記録材上のトナーを定着させるために導電層の表面温度を１８０℃にキープする条件で、Ａ５サイズ紙を縦長で１０００枚通紙した後の磁性コア２の長手温度分布を図７に示す。

図７をみると、Ａ５サイズ紙を１０００枚通紙した後の非通紙部での最も高い温度は、１６０℃に抑えられていることが分かる。これはグラファイトシート４の高熱伝導特性により磁性コア２の長手方向の均熱効果が図られたためである。

図８には、本構成において磁気飽和が発生する、磁性コア２の外径と温度の関係をプロットした。この図をみると分かるように、前記比較例１で磁性コア径をφ１４にする必要があったものが、本実施例の構成によりφ１２．７に小径化することができることが分かった。この結果、定着スリーブの内蔵物の断面積を縮小できるため、定着スリーブ自体の外径をさらに小さく形成させても内蔵物を納めることが可能となる。

なお、本実施例は、高熱伝導部材４を磁性コア２と励磁コイル３を覆うように形成したが、これに限らない。定着スリーブ１に蓄積された熱は、定着スリーブ内面からの放熱や伝熱により磁性コアに伝達され昇温する。従って、定着スリーブ内面と磁性コア２の間に高熱伝導部材４が形成されていればよい。例えば、磁性コア２と励磁コイル３の間に高熱伝導部材を形成させても同様な効果が得られる。

［実施例２］
本実施例は、定着スリーブ１内の中空部に閉磁路を形成する磁性コア２の一部を挿通している構成を開示するものである。定着装置Ａ以外の画像形成装置構成は実施例１における図１の電子写真方式のレーザービームプリンタと同様であるから再度の説明は省略する。

１．定着装置置の概略説明
図９は本実施例２の定着装置Ａの要部の斜視図、図１０は図９に示すＢ−Ｂにおける断面図を示す。図１１は定着装置Ａの正面図及びプリンタ制御部４０のブロック図である。

本実施例２の定着装置Ａも実施例１の定着装置Ａと同様に電磁誘導加熱方式の装置であり、定着スリーブ１内の中空部に閉磁路を形成する磁性コア２の一部を挿通している構成である点で実施例１の定着装置Ａと相違している。実施例１の定着装置Ａと共通する装置構成部材には同じ符号を付して再度の説明を省略する。横断面略コの字形状のステー５は加圧力を図９においてＨ方向に受けて図１０に示すスリーブガイド部材（摺動部材）６を加圧ローラ２側へ押圧し、定着スリーブ１と加圧ローラ８との間に定着ニップＮを形成する。

２．スリーブ内部に発生する誘導電流
図１２は、励磁コイル３に矢印Ｉ１の向きに電流が増加している瞬間の磁界と誘導電流を示す図である。磁性コア２は、励磁コイル３にて生成された磁力線を内部に誘導し、磁路を形成する部材として機能する。そのため磁力線は、磁路に集中して通って、閉磁路を形成する。ここでこの磁路を垂直に囲むように、定着スリーブ１の発熱層１ａを設置させた。磁性コア２の内部には交番磁界（時間と共に大きさと方向が変化を繰り返す磁界）が形成される。

この発熱層１ａの周回方向には、ファラデーの法則に従って誘導起電力が発生する。ファラデーの法則とは、「発熱層１ａに生じる誘導起電力Ｅの大きさは、その発熱層１ａを垂直に貫く磁界Φの変化の割合に比例する」というものであり、誘導起電力は、
以下の式（４−１）で表される。

E: 誘導起電力
Ｎ: 励磁コイル巻き数
ΔΦ/Δt: 微小時間Δtでの回路を垂直に貫く磁束の変化
励磁コイル３にＩ１を流すと、磁性コア２内部には交番磁界が形成され、発熱層１ａには長手全体に周回方向の誘導起電力がかかり、長手全域に周回電流Ｉ２が流れる。発熱層１ａは電気抵抗を有するので、この周回電流Ｉ２が流れることによりジュール発熱する。この電流Ｉ２を誘導する動作原理は、同心軸トランスの磁気結合と等価である。

３．小サイズ記録材通紙時の非通紙部領域における磁性コアの温度上昇（比較例２）
本項目では、後述する実施例２との比較をするために、比較例２として磁性コア２の周囲に、グラファイトシート４を設置しなかった場合の説明を行う。図１３は、比較例２における、定着スリーブ１、磁性コア２、励磁コイル３の断面図であり、グラファイトシート４は設置されていない。磁性コア２の温度上昇に影響を及ぼす要因は実施例１の９．項に記載したとおりである。

また、上記Ｐ３構成において、定着装置を６０枚／分の印字動作できるように導電層の回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃで駆動する。そして、記録材上のトナーを定着させるために導電層の表面温度を１８０℃にキープする条件で、Ａ５サイズ記録材を縦長で１０００枚通紙した場合の、磁性コア２の長手の温度分布を図１４に示す。

磁性コア２の断面形状は円柱形状をしており、定着スリーブ１内での長手長さは２８０ｍｍである。また、励磁コイル３は、隣り合う励磁コイル同士がピッチ２６ｍｍの一定間隔で、磁性コア２の周りに１１ｔｕｒｎ巻かれている。励磁コイル３には、３０ｋＨｚの高周波交流を印加している。

図１４をみると、１０００枚通紙した後の非通紙部での温度は、１８０℃に到達していることが分かる。この際、１０００Ｗ出力する際に、発生する磁束を磁気飽和のない磁束密度にするためには、断面積を１．４×１０^-4［ｍ²］以上、つまり直径約１３．５［ｍｍ］以上にする必要があることが分かった。

３．小サイズ記録材通紙時の非通紙部領域における磁性コアの温度上昇（実施例２）
本項目では、後述する実施例２の構成について説明する。図１０は、実施例２における、定着スリーブ１、磁性コア２、励磁コイル３、高熱伝導部材４の断面図である。図１３に示す比較例２と同じ作用をするものには同一の番号を付している。また、図１４に、実施例２における定着スリーブ１の長手方向の発熱分布を示している。

実施例２が比較例２と異なるのは、高熱伝導部材４が磁性コア２及び励磁コイル３の周囲に配置されていることであり、その他の構成要素の材料や寸法は比較例２と同じである。図１０に示すように、実施例１の場合と同様に、グラファイトシート４の巻き付き始点Ａと巻き付き終点Ｂを不連続部４ａとして離間させて一定の距離を設けることで、グラファイトシート４に周回電流を発生させないようにしている。本実施例２でも、始点Ａと終点Ｂの離間距離（不連続部）を３ｍｍ程度確保することで、周回電流を発せないような構成にしている。

実施例２では比較例２と同様に励磁コイル３が隣り合う励磁コイル同士がピッチ２６ｍｍの一定間隔で、磁性コア２の周りに１１ｔｕｒｎ巻かれている。

上記Ｐ３構成において、定着装置を６０枚／分の印字動作できるように導電層の回転速度は３３０ｍｍ／ｓｅｃで駆動する。そして、記録材上のトナーを定着させるために導電層の表面温度を１８０℃にキープする条件で、Ａ５サイズ紙を縦長で１０００枚通紙した後の磁性コア２の長手温度分布を図１４に示す。

図１４をみると、Ａ５サイズ紙を１０００枚通紙した後の非通紙部での最も高い温度は、１５０℃に抑えられていることが分かる。これはグラファイトシート４の高熱伝導特性により磁性コア２の長手方向の均熱効果が図られたためである。図８には、飽和磁束密度以内に保つための、磁性コア２の外径と温度の関係をプロットした。この図をみると分かるように、前記比較例２で磁性コア径をφ１３．５にする必要があったものが、本実施例２の構成によりφ１２．３に小径化することができることが分かった。この結果、定着スリーブ１の内蔵物の断面積を縮小できるため、定着スリーブ自体の外径をさらに小さく形成させても内蔵物を納めることが可能となる。

なお、本実施例２においても、高熱伝導部材４を磁性コア２と励磁コイル３を覆うように形成したが、これに限らない。定着スリーブ１に蓄積された熱は、スリーブ内面からの放熱や伝熱により磁性コアに伝達され昇温する。従って、スリーブ内面と磁性コア２の間に高熱伝導部材４が形成されていればよい。例えば、磁性コア２と励磁コイル３の間に高熱伝導部材を形成させても同様な効果が得られる。

［その他の事項］
（１）像加熱装置には、未定着トナー画像を固着像として定着する以外にも、記録材に仮定着されたトナー画像あるいは一度加熱定着されたトナー像を再度加熱加圧して光沢度を向上させる装置も包含される。

（２）導電層１ａを有する筒状の回転体１は、複数の張架部材間に懸回張設されて回転駆動される可撓性を有するエンドレスベルト形態のものにすることもできる。また、導電層１ａを有する筒状の回転体１は、硬質の中空ローラあるいはパイプの形態のものにすることもできる。

（３）加熱回転体としての導電層１ａを有する筒状の回転体１と定着ニップＮを形成するニップ形成部材８は、回転体１が回転駆動されるものである場合には、回転体１の回転に従動してく回転する回転体にすることもできる。

また、回転体１が回転駆動されるものである場合には、ニップ形成部材８は回転体１および記録材Ｐよりも表面の摩擦係数が小さい、横長のパッド状部材などの非回転部材にすることもできる。定着ニップＮに導入された記録材Ｐは裏面側（非画像形成面側）が非回転部材の形態のニップ形成部材の摩擦係数が小さい表面に対して摺動しながら、回転体１の回転搬送力で定着ニップＮを挟持搬送されていく。

（４）画像形成装置において、記録材にトナー像を形成する画像形成部は実施例の転写方式の電子写真画像形成部に限られない。例えば、記録材として感光紙を用いてこれにトナー像を直接方式で形成する電子写真画像形成部であってもよい。また、像担持体として静電記録誘電体や磁気記録磁性体を用いる転写方式の静電記録画像形成部や磁気記録画像形成部であってもよい。また、記録材として静電記録紙や磁気記録紙を用いてこれにトナー像を直接方式で形成する静電記録画像形成部や磁気記録画像形成部であってもよい。

Ａ・・像加熱装置、１・・像加熱装置、１ａ・・導電層、２・・磁性芯材、３・・励磁コイル、４・・高熱伝導部材、４ａ・・不連続部、Ｐ・・記録材、Ｔ・・画像

Claims (6)

1. 導電層を有する筒状の回転体と、前記回転体の中空部に挿通され前記回転体の母線方向に長い磁性コアと、前記中空部において前記磁性コアの外周面に前記磁性コアに直接もしくは他物を介して前記磁性コアの長手方向に沿ってコイル線材を螺旋状に巻き回して形成されている励磁コイルと、を有し、前記励磁コイルに交番電流を流すことで前記導電層が電磁誘導により発熱し、この熱を利用して記録材に担持されているトナー像を加熱する像加熱装置において、
   前記磁性コアよりも熱伝導率が高い高熱伝導部材であって、前記回転体と前記磁性コアの間において前記磁性コアの長手方向に沿って前記磁性コアを覆うように配設されており、周方向の一部に不連続部を有する高熱伝導部材が設けられており、
   前記高熱伝導部材はグラファイトを用いた可撓性のあるシート状の部材であり、シート面方向の熱伝導率が前記磁性コアの熱伝導率より高いことを特徴とする像加熱装置。
2. 前記高熱伝導部材が前記回転体と前記励磁コイルとの間に配置されていることを特徴とする請求項１に像加熱装置。
3. 前記磁性コアは磁路の一部が断絶した開磁路を形成していることを特徴とする請求項１または２に記載の像加熱装置。
4. 前記磁性コアは閉磁路の一部を形成していることを特徴とする請求項１または２に記載の像加熱装置。
5. 前記回転体に当接して前記記録材を挟持搬送するニップ部を形成するニップ形成部材を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の像加熱装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の像加熱装置を搭載していることを特徴とする画像形成装置。