JPWO2002029498A1 - 像加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

回転する導電性の発熱ローラ（１）に対向して、励磁コイル（３）を配置し、その背面側に磁性材からなるコア（４）を配置する。コア（４）は、発熱ローラ（１）の回転軸方向に連続する中心コア（５）と、該方向に離間して配置された複数のＵ字コア（６）とからなる。励磁コイル（３）に高周波電流を付与して、電磁誘導により発熱ローラ（１）を発熱させる。Ｕ字コア（６）の周囲に付加コイル（７）が巻回される。付加コイル（７）の両端は断続手段に接続される。断続手段を接続状態にすると、付加コイル（７）内に発生する誘導電流により、励磁コイル（３）の磁束を打ち消す方向の磁束が発生し、発熱ローラ（１）の発熱を抑制することができる。通過する用紙幅や発熱ローラ（１）の回転軸方向の温度分布に応じて断続手段を切り換えることにより、発熱ローラ（１）の回転軸方向の温度分布を均一に維持することができる。

Description

技術分野
本発明は電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置に用いられ、未定着画像を熱定着させるための発熱源に電磁誘導加熱方式を用いた像加熱装置と、これを用いた画像形成装置に関する。
背景技術
電磁誘導を用いた像加熱装置が特開平２０００−１８１２５８号公報および特開平２０００−２０６８１３号公報に開示されている。
図２７は、特開平２０００−１８１２５８号公報に開示されている像加熱装置の断面図であり、図２８は該像加熱装置に用いられる定着装置の移動機構を示す正面図である。図２７において、１０１は誘導加熱によって発熱すると共に回転する加熱ローラ、１０２は加熱ローラ１０１に圧接する加圧ローラである。両ローラ１０１，１０２の間の圧接部を記録材（紙）１０５が通過することにより記録材１０５上の未定着像が定着される。１０３は加熱ローラ１０１の外周に配置され、高周波磁界を発生する励磁コイル、１０４は発熱量を調整する磁場遮蔽材である。
未定着のトナー像を担持する記録材１０５は、加熱ローラ１０１と加圧ローラとからなるニップ部へ搬送される。そして、加熱ローラ１０１の熱と、加圧ローラ１０２の圧力とにより記録材１０５上のトナー像が定着される。
磁場遮蔽材１０４は、図２８に示すように記録材１０５の幅方向に複数の部分に分割されている。分割された磁場遮蔽材１０４は、ＪＩＳ規格のＡ４用紙が縦方向に通過する際の通過範囲Ｐ_Ａ４Ｌに対応して配置された中央部のケース１０４ａと、その両外側に配置されたケース１０４ｂ、１０４ｃとの３つのケースに分けて収納されている。ケース１０４ｂ、１０４ｃの各外側端の間隔はＪＩＳ規格のＡ４用紙が横方向に通過する際の通過範囲Ｐ_Ａ４Ｔ（Ｐ_Ａ４Ｔ＞Ｐ_Ａ４Ｌ）に対応している。両外側のケース１０４ｂ，１０４ｃは、外周にネジ溝が形成された軸１０６と、該ネジ溝に螺合する雌ねじを備えたスライド部分１０７とからなるケース移動機構１０８により上下に移動可能になっている。Ａ４用紙が縦方向に連続して通過するときは、両外側のケース１０５ｂ，１０５ｃを上方に待避させ、これらに収納された磁場遮蔽材１０４を励磁コイル１０３から遠ざける。これにより、ケース１０５ｂ，１０５ｃに対向する部分において加熱ローラ１０１へ到達する磁束が弱まり、該部分での加熱ローラ１０１の温度上昇を抑えることができる。一方、Ａ４用紙が横方向に通過するときは、両外側のケース１０５ｂ，１０５ｃを下降させることにより、加熱ローラ１０１の発熱量を全幅にわたってほぼ均一にすることができる。
図２９は、特開平２０００−２０６８３１号公報に開示された画像形成装置の像加熱装置の誘導加熱回路の構成図である。磁性体コア２０１と誘導加熱コイル２０２とからなる３組の誘導加熱部が定着ローラ２０３に対向させて配置されている。中央の誘導加熱部には中央部誘導加熱電源２０５から電力が供給され、両端の誘導加熱部には端部誘導加熱電源２０７から電力が供給される。中央部と端部とにそれぞれ温度検出部ＴＨ１，ＴＨ２が設けられ、検出した温度に応じて各誘導加熱部への電力供給が制御される。これにより、定着ローラ２０３の中央部に比べて両端部での放熱が激しい時は、端部に対向する誘導加熱コイルにより多くの電力を投入し、幅の狭い用紙を通過させた時のように定着ローラ２０３の中央部で熱がより多く奪われる時は、端部に対向する誘導加熱コイルへの電力供給を少なくする。このようにして、定着ローラ２０３の軸方向の温度を均一に保つように構成されている。
しかしながら、特開２０００−１８１２５８号公報に開示されている像加熱装置（図２７，図２８）には、以下のような課題がある。
まず、この構成では、励磁コイル１０３の内周部に磁性材よりなるコアが存在しないため、加熱ローラ１０１との磁気的結合が悪く、加熱ローラ１０１を所望する温度に誘導加熱するには大きな電流が必要であり、そのための励磁回路が高価となる。また、通過する用紙の幅に応じて磁場遮蔽材１０４を移動する構成のため、通過する用紙の種類が多いときは移動する磁場遮蔽材と移動しない磁場遮蔽材との組み合わせが多数になり、移動機構が複数個必要となり、複雑で高価な構成となる。更に磁場遮蔽材１０４を移動するための空間や、移動機構のための空間が必要となり、定着装置が大きくなり、ひいては画像形成装置全体が大きくなるといった課題を有している。
特開２０００−２０６８１３号公報に開示されている像加熱装置（図２９）には、以下のような課題がある。
まず、磁性体コア２０１と誘導加熱コイル２０２とからなる誘導加熱部及び誘導加熱電源をそれぞれ複数個必要とするため、高価になってしまう。しかも、通過する用紙のサイズに応じて誘導加熱部及び誘導加熱電源を設置する構成のため、用紙の種類が多い場合はコスト上昇は顕著になる。例えば、通過する用紙の最大サイズがＪＩＳ規格のＡ３サイズ、最小サイズが葉書サイズで、更にＡ４サイズ用紙やＢ５サイズ用紙については縦送りと横送りとを実現しようとすると、誘導加熱部は５から７個必要になり、一層高価になる。また、複数の誘導加熱電源を収納する空間が必要で装置が大型化するといった課題を有している。
発明の開示
本発明はこれら従来の像加熱装置の課題を解決し、発熱ローラを、通過する用紙の幅方向に均一に加熱することができる像加熱装置を提供することを目的とする。また、本発明は、簡単かつ低コストに、通過する用紙の幅に応じて発熱ローラの発熱量を制御することができる、小型かつ軽量の像加熱装置を提供することを目的とする。更に、本発明は、このような像加熱装置を熱定着装置として備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記の目的を達成するために以下の構成とする。
本発明の第１の像加熱装置は、導電性の発熱部材と、前記発熱部材の近傍に配置され、環状の磁束を発生して電磁誘導により前記発熱部材を発熱させる励磁手段と、前記励磁手段が発生した磁束を抑制することにより、前記発熱部材の発熱を抑制する発熱抑制手段とを備えたことを特徴とする。
かかる構成により、用紙の幅や発熱部材の温度に対応して幅方向の発熱量を任意の分布に調整することができる。従って、発熱部材を用紙の幅方向に均一に加熱することができる。
上記の第１の像加熱装置において、前記発熱抑制手段は、前記励磁手段が発生する環状の磁束の経路の途中に配置された導電体を備え、前記導電体は前記磁束によって前記磁束と鎖交するループ状の電流を誘導することが好ましい。これにより、簡単かつ低コストに発熱抑制手段を構成することができる。
ここで、前記励磁手段が発生した共通する環状の磁束に対して、複数の前記導電体が設けられていることが好ましい。これにより、発熱抑制手段の作用の調整範囲を拡大することができ、発熱部材の細かい温度調整が可能になる。
前記励磁手段は、前記発熱部材に対向して配置された励磁コイルと、磁性材からなるコアとを備えることが好ましい。これにより、発熱部材を効率よく発熱させることができる。
前記発熱抑制手段は、前記コアに巻回された付加コイルを備えることが好ましい。これにより、励磁手段と発熱抑制手段との磁気的結合が向上し、発熱抑制手段の作用を向上させることができる。また、小型で、簡単かつ低コストに発熱抑制手段を構成することができる。更に、コイルの線材や巻き方を変更することにより、発熱抑制効果を所望するように変更することが容易である。
次に、本発明の第２の像加熱装置は、導電性の発熱部材と、励磁手段と、発熱抑制手段とを備える。発熱部材は、回転する円筒面を有する。励磁手段は、前記発熱部材に対向して配置された励磁コイル、及び磁性材からなるコアを有し、環状の磁束を発生して電磁誘導により前記発熱部材を発熱させる。発熱抑制手段は、前記励磁手段が発生した磁束を抑制することにより、前記発熱部材の発熱を抑制する。そして、前記励磁コイルは、線材を、前記発熱部材の前記円筒面の回転軸方向の端部ではその外周面に沿って、それ以外の部分では前記円筒面の母線方向に沿って、周回して形成されている。前記コアは、前記円筒面の回転方向において前記励磁コイルを覆うように、前記励磁コイルに対して前記発熱部材とは反対側に配置されている。前記コアは、前記励磁コイルを介して前記発熱部材と対向する透磁部と、前記励磁コイルを介することなく前記発熱部材と対向する対向部とを備える。前記発熱抑制手段は、前記コアに巻回された付加コイルを備える。
かかる構成により、コアを通過する励磁コイルによる環状の磁束が抑制され、発熱部材の回転軸方向の温度が均一になる。また付加コイルの仕様を変更することにより、励磁手段が発生する磁束を抑制する程度を容易に任意に設定できる。
上記の像加熱装置において、前記付加コイルの両端が短絡されていることが好ましい。これにより、励磁手段が発生する環状の磁束が変化することにより、付加コイル内に誘導電流が発生し、これにより、該環状の磁束を抑制する磁束が生じる。その結果、付加コイルが設けられた部分に対応する発熱部材の部分の発熱を抑制することができる。
また、上記の像加熱装置において、前記発熱抑制手段は、さらに前記付加コイルに直列接続された断続手段を備えることが好ましい。これにより、用紙の幅や発熱部材の温度に対応して発熱部材の回転軸方向の発熱量を任意の時期に調整することができる。
前記付加コイルは前記透磁部に巻回されていることが好ましい。これにより、励磁手段と発熱抑制手段との磁気的結合が向上し、発熱抑制手段の作用を向上させることができる。また、小型で、簡単かつ低コストに発熱抑制手段を構成することができる。更に、コイルの線材や巻き方を変更することにより、発熱抑制効果を所望するように変更することが容易である。
前記コアは複数の前記透磁部を有し、複数の前記透磁部のうちの少なくとも一つに前記付加コイルが巻回されていることが好ましい。これにより、発熱部材の温度を全幅にわたって均一にすることができる。
前記コアの共通する前記透磁部に、複数の前記付加コイルが巻回されていることが好ましい。これにより、より調整範囲の広い、細かい温度調整が可能となる。
前記コアに一対の前記付加コイルが巻回されており、前記一対の付加コイルは相互に反対方向に巻回されていることが好ましい。これにより、コアの両側に設けた付加コイルがそれぞれ磁束を抑制するので、片側のみで抑制する場合に比べて発熱抑制効果が大きい。
前記コアに一対の前記付加コイルが巻回されており、前記一対の付加コイルと断続手段とが直列に接続されていることが好ましい。これにより、一つの開閉手段でコアに設けた一対の付加コイルの作用を切り換えることができる。
前記付加コイルは、表面を絶縁した線材を束ねた線束からなることが好ましい。これにより、付加コイルに高周波の交流電流が誘導された場合の電気抵抗が減少し、同一巻数でより大きな電流が得られて、より大きな磁束の抑制効果が得られる。
前記励磁コイルは、表面を絶縁した前記線材を束ねた線束からなることが好ましい。これにより、励磁コイルの電気抵抗が減少し、供給電力を効率よく発熱部材の発熱に変換させることができる。
前記励磁手段が発生した共通する環状の磁束に対して、複数の前記付加コイルが設けられていることが好ましい。これにより、発熱抑制手段の作用の調整範囲を拡大することができ、発熱部材の細かい温度調整が可能になる。
前記付加コイルが、最小の用紙通過範囲よりも外側に配置されていることが好ましい。これにより、小サイズの用紙を連続通紙した場合に、発熱部材の用紙通過範囲外の温度が上がりすぎることを防止できる。
前記付加コイルが、最小の用紙通過範囲よりも外側に複数配置されており、通過する用紙の幅に応じて前記断続手段を切り換えることが好ましい。これにより、通過させる用紙の幅に対応して発熱抑制手段を作用させることが可能になり、異なるサイズの用紙が通過しても、常に発熱部材の回転軸方向の温度を均一に保つことが可能となる。
さらに、温度検出装置を有し、前記温度検出装置が検出する温度に応じて、前記断続手段を切り換えることが好ましい。これにより、通過する用紙の幅を検知しなくても、常に発熱部材の回転軸方向の温度を均一に維持できる。
用紙が通過しないとき前記断続手段を非接続状態とし、用紙の通過が開始後に前記断続手段を接続状態に切り換えることが好ましい。これにより、発熱部材を回転軸方向に均一に加熱後、用紙幅あるいは温度に応じて断続手段を切り換えることにより、発熱部材の端部の過昇温を防止することができ、また、定着ムラを防止できる。
設定温度以下のとき前記断続手段を非接続状態とし、設定温度に到達後に前記断続手段を接続状態に切り換えることが好ましい。これにより、発熱部材を回転軸方向に均一に加熱後、用紙幅あるいは温度に応じて断続手段を切り換えることにより、発熱部材の端部の過昇温を防止することができ、また、定着ムラを防止できる。
設定温度以下のとき、通過する用紙の幅に応じて前記断続手段を切り換えることが好ましい。これにより、用紙幅に対応した部分をのみを加熱して、電力の削減と昇温時間の短縮とが図れる。
上記の第２の像加熱装置において、前記コアは略Ｕ字形状の複数のＵ字コアを備え、前記複数のＵ字コアは、前記発熱部材の円筒面を回転方向において覆うように、かつ、前記発熱部材の回転軸方向に相互に離間して、配置されていることが好ましい。これにより、コアの隙間から励磁コイルの放熱が可能であると同時に、コア自身の表面積が大きくなるのでコアからの放熱を促進することができ、コアやコイルの温度上昇を防止できる。
前記コアは、更に、前記複数のＵ字コアを、磁気的に接続する第２コア部を備え、前記第２コア部は、前記励磁コイルを介することなく前記発熱部材と対向する対向部を有することが好ましい。これにより、励磁手段が発生する磁束を発熱部材の回転軸方向に分散させることができ、発熱部材の回転軸方向の発熱量を均一化することができる。
前記付加コイルは、前記複数のＵ字コアのうちの一部のＵ字コアにのみ巻回されていることが好ましい。これにより、発熱部材の温度を回転軸方向に均一にすることができる。
前記Ｕ字コアの略中央部が前記第２コア部に接続されていることが好ましい。これにより、各Ｕ字コアに２つの環状の磁束を発生させることができ、発熱部材を効率よく発熱させることができる。
前記Ｕ字コアが、前記発熱部材の回転軸方向に対して傾斜して配置されていることが好ましい。これにより、前記対向部の発熱部材の回転軸方向の位置を分散させ、また、前記対向部の該方向の間隔を狭くすることができるので、発熱部材の回転軸方向の温度ムラを低減できる。
あるいは、上記の第２の像加熱装置において、前記コアは略Ｌ字形状の複数のＬ字コアを備え、前記複数のＬ字コアは、前記発熱部材の円筒面を回転方向において覆うように、かつ、前記発熱部材の回転軸方向に相互に離間して、配置されていても良い。これにより、コアの隙間から励磁コイルの放熱が可能であると同時に、コア自身の表面積が大きくなるのでコアからの放熱を促進することができ、コアやコイルの温度上昇を防止できる。また、コア材料の削減により、小型化、軽量化、コスト削減が可能になる。また、放熱特性が向上するので、Ｌ字コアの、発熱部材の回転軸方向の配置間隔を狭くすることができ、その結果、該方向の温度ムラを低減できる。
前記コアは、更に、前記複数のＬ字コアを、磁気的に接続する第２コア部を備え、前記第２コア部は、前記励磁コイルを介することなく前記発熱部材と対向する対向部を有することが好ましい。これにより、励磁手段が発生する磁束を発熱部材の回転軸方向に分散させることができ、発熱部材の回転軸方向の発熱量を均一化することができる。
前記付加コイルは、前記複数のＬ字コアのうちの一部のＬ字コアにのみ巻回されていることが好ましい。これにより、発熱部材の温度を回転軸方向に均一にすることができる。
前記Ｌ字コアの一方の端部が前記第２コア部に接続されていることが好ましい。これにより、各Ｌ字コアに一つの環状の磁束を発生させることができる。従って、Ｌ字コアに対向する部分とそれ以外の部分とで、発熱部材の発熱量の差を低減することができ、回転軸方向の温度ムラを低減できる。
前記Ｌ字コアは前記第２コア部に対して千鳥状に配置されていることが好ましい。これにより、放熱特性が向上するので、Ｌ字コアの、発熱部材の回転軸方向の配置間隔を狭くすることができ、その結果、該方向の温度ムラを低減できる。
前記コアの前記対向部に、前記発熱部材側に突出した凸部が設けられていることが好ましい。これにより、励磁手段と発熱部材との磁気的結合が向上し、発熱部材を効率よく発熱させることができる。
前記第２コア部の前記対向部に、前記発熱部材側に突出した凸部を有し、前記凸部が前記励磁コイルの巻回中心の中空部内に挿入されていることが好ましい。これにより、励磁手段と発熱部材との磁気的結合が向上し、発熱部材を効率よく発熱させることができる。
次に、本発明の第３の像加熱装置は、導電性の発熱部材と、時間的に変化する電流を発生させる励磁電源と、前記発熱部材の近傍に配置され、前記励磁電源より電流を供給されて環状の磁束を発生し、電磁誘導により前記発熱部材を発熱させる励磁手段と、前記励磁手段が発生する環状の磁束の経路の途中に配置され、前記磁束によって前記磁束と鎖交するループ状の電流を誘導する導電体、及び前記電流を断続する断続手段を有する発熱抑制手段とを備える。そして、前記導電体内に発生する誘導電流が０近傍の時に前記断続手段を切り換える。
これにより、励磁手段への高周波電流により導電体内に誘起される同波形の電流がほぼ０の瞬間に断続手段を断続することができる。このため、断続手段で過大な電圧が発生したり、スパークや絶縁破壊が発生したりするのを防止することができる。同時に、断続手段の断続による導電体での電流や電圧の急激な変化を防止することにより、不要な電磁波ノイズの発生も防止することができる。
本発明の第４の像加熱装置は、導電性の発熱部材と、時間的に変化する電流を発生させる励磁電源と、前記発熱部材の近傍に配置され、前記励磁電源より電流を供給されて環状の磁束を発生し、電磁誘導により前記発熱部材を発熱させる励磁手段と、前記励磁手段が発生する環状の磁束の経路の途中に配置され、前記磁束によって前記磁束と鎖交するループ状の電流を誘導する導電体、及び前記電流を断続する断続手段を有する発熱抑制手段とを備える。そして、前記導電体内に発生する誘導電圧が０近傍の時に前記断続手段を切り換えることを特徴とする。
これにより、励磁手段への高周波電流により導電体内に誘起される同波形の電圧がほぼ０の瞬間に断続手段を断続することができる。このため、断続手段で過大な電圧が発生したり、スパークや絶縁破壊が発生したりするのを防止することができる。同時に、断続手段の断続による導電体での電流や電圧の急激な変化を防止することにより、不要な電磁波ノイズの発生も防止することができる。
上記において、前記断続手段の切り換え時には前記励磁手段に電流を印加しないことが好ましい。これにより、励磁手段への高周波電流により導電体内に誘起される同波形の電流または電圧が０の状態で断続手段を断続することができる。このため、断続手段で過大な電圧が発生したり、スパークや絶縁破壊が発生したりするのを防止することができる。同時に、断続手段の断続による導電体での電流や電圧の急激な変化を防止することにより、不要な電磁波ノイズの発生も防止することができる。
本発明の第５の像加熱装置は、導電性の発熱部材と、時間的に変化する電流及び電圧を発生させる励磁電源と、前記発熱部材の近傍に配置され、前記励磁電源より電流及び電圧を供給されて環状の磁束を発生し、電磁誘導により前記発熱部材を発熱させる励磁手段と、前記励磁手段が発生する環状の磁束の経路の途中に配置され、前記磁束によって前記磁束と鎖交するループ状の電流を誘導する導電体、及び前記電流を断続する断続手段を有する発熱抑制手段とを備える。そして、前記励磁手段に供給される電流又は電圧の変化に同期して前記断続手段を切り換える。
これにより、励磁手段への高周波電流により導電体内に誘起される同波形の電流または電圧がほぼ０の瞬間に断続手段を断続することができる。このため、断続手段部で過大な電圧が発生したり、スパークや絶縁破壊が発生したりするのを防止することができる。同時に、断続手段の断続による導電体での電流や電圧の急激な変化を防止することにより、不要な電磁波ノイズの発生も防止することができる。
本発明の第６の像加熱装置は、導電性の発熱部材と、時間的に変化する電流を発生させる励磁電源と、前記発熱部材の近傍に配置され、前記励磁電源より電流を供給されて環状の磁束を発生し、電磁誘導により前記発熱部材を発熱させる励磁手段と、前記励磁手段が発生する環状の磁束の経路の途中に配置され、前記磁束によって前記磁束と鎖交するループ状の電流を誘導する導電体、及び前記電流を断続する断続手段を有する発熱抑制手段とを備える。そして、前記導電体が１回転を超えて周回された線材からなる。
これにより、磁束の抑制作用が大きくなり、温度分布の制御効果を大きくすることができる。導電体の周回数を増加させれば励磁手段による磁束を抑制する作用はさらに強められる。また、温度の不均一さに対応して周回数を変えることで、発熱部材の回転軸方向の温度均一性を調整することが可能である。
上記において、前記線材が２回転以上周回されており、その周回経路の少なくとも一部が互いに異なることが好ましい。これにより、単一の断続手段で複数の位置の磁束を制御することができる。これにより、より少ない断続手段でより細かい制御ができ、均一な温度分布を実現することができる。
前記線材が相互に離間して周回されていることが好ましい。これにより、少ない線材で導電体の設置範囲を大きくすることができ、この導電体の発熱抑制効果を増大させることができる。
本発明の第７の像加熱装置は、導電性の発熱部材と、時間的に変化する電流を発生させる励磁電源と、前記発熱部材の近傍に配置され、前記励磁電源より電流を供給されて環状の磁束を発生し、電磁誘導により前記発熱部材を発熱させる励磁手段と、前記励磁手段が発生する環状の磁束の経路の途中に配置され、前記磁束によって前記磁束と鎖交するループ状の電流を誘導する導電体、及び前記電流を断続する断続手段を有する発熱抑制手段とを備える。そして、前記環状の磁束に沿った方向における前記導電体の長さが、前記環状の磁束に沿った方向に垂直な面内での前記導電体の厚さより大きい。
これにより、導電体の発熱抑制作用を十分に確保しながら、導電体を小型にして材料の使用量を低減することができる。
前記発熱抑制手段は、前記励磁手段が発生した磁束とは反対向きの磁束を発生することにより、前記励磁手段が発生した磁束を抑制することが好ましい。
より具体的には、前記発熱抑制手段は、前記励磁手段が発生した磁束により誘導起電力を生じさせ、電流を誘起させることにより、前記励磁手段が発生した磁束を打ち消す方向の磁束を生じさせることが好ましい。
これにより、簡単な方法で発熱部材の発熱を抑制することができ、用紙の幅や発熱部材の回転軸方向の温度分布に応じて、発熱部材の回転軸方向の発熱量を任意に制御できる。
前記導電体は、前記磁束が通過する中空部を備えることが好ましい。これにより、導電体の使用量を低減した小型の発熱抑制手段で、発熱分布の調整能力を確保することができる。
前記導電体が、巻回された線材からなることが好ましい。これにより、簡単かつ低コストに発熱抑制手段を構成することができる。また、線材や巻き方を変更することにより、発熱抑制効果を所望するように変更することが容易である。
あるいは、前記導電体が、巻回された帯状物であっても良い。これにより、発熱抑制手段の作成と取り付けが容易になる。
前記導電体の電気伝導率は１×１０^７［Ｓ／ｍ］以上であることが好ましい。これにより、導電体内に誘起される電流により導電体が発熱するのを防止できる。また、誘起される電流値が大きくなるので、大きな発熱抑制効果を得ることができる。
前記導電体の内側又は近傍に磁性材が設けられていることが好ましい。これにより、励磁手段と導電体との磁気的結合が強くなり、導電体内に誘起される電流による発熱抑制効果を向上させることができる。
前記磁性材の端部と前記導電体との間の前記環状の磁束に沿った距離が、前記導電体の前記環状の磁束に沿った長さより大きいことが好ましい。これにより、導電体の発熱抑制作用を大きくすることができる。
前記導電体が、これを貫通する前記環状の磁束に対して傾斜していることが好ましい。これにより、環状の磁束と直交する方向における、導電体による発熱抑制作用を連続的に変化させることができる。従って、さらに細かい発熱量制御が可能になり、所望する温度分布を実現することができる。
本発明の像加熱装置は、さらに、薄肉の定着ベルトと、前記発熱部材との間で前記定着ベルトを懸架する定着ローラとを備えていても良い。これにより、発熱部材及び定着ベルトのそれぞれの材質・厚さ等を独立して設定することができ、加熱・昇温・定着等のために最適な材料・厚さを設定することが可能になる。
次に、本発明の画像形成装置は、被記録材に未定着画像を形成し担持させる画像形成手段と、前記未定着画像を前記被記録材に熱定着させる熱定着装置とを有する画像形成装置であって、前記熱定着装置が上記の本発明の像加熱装置であることを特徴とする。これにより、簡単な構成で、多様なサイズの被記録材に対応することができる、低コスト、小型、軽量の画像形成装置を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態の像加熱装置の断面図、図２は図１の矢印Ｅ方向からみた発熱部の構成図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線（発熱ローラ１の回転中心軸と、励磁コイル３の巻回中心軸とを含む面）での発熱部の矢視断面図である。
１は発熱部材としての発熱ローラであり、図示しない軸受で図示しない支持側板に回転可能に支持されている。発熱ローラ１は、図示しない装置本体の駆動機構によって回転駆動される。発熱ローラ１は厚さ０．５ｍｍの鉄・ニッケル・クロムの合金からなる磁性材料で構成され、そのキュリー点が３００℃以上になるように調整されて製造されている。
発熱ローラ１の表面には離型性を付与するため、フッ素樹脂の厚さ２０μｍの離型層を設けている。離型層はＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）、ＰＦＡ（四フッ化エチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体）、シリコンゴム、フッ素ゴム等の離型性の良好な樹脂やゴムを単独であるいは混合して被覆してもよい。モノクロ画像の定着用として用いる場合は離型性のみを確保すればよいが、カラー画像の定着用として用いる場合には弾性を付与するのが望ましく、その場合にはさらに厚いゴム層を形成することが好ましい。
２は加圧手段としての加圧ローラであり、硬度がＪＩＳ　Ａ６５度のシリコンゴムで構成され、所定の押圧力（例えば２００Ｎ）で発熱ローラ１に圧接してニップ部を形成している。その状態で加圧ローラ２は発熱ローラ１の回転により従動回転する。加圧ローラ２の材質は発熱ローラ１と同じ又は別のフッ素樹脂、フッ素ゴム等の耐熱性樹脂やゴムで構成しても良い。また加圧ローラ２の表面には耐摩耗性や離型性を高めるために、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の樹脂あるいはゴムを単独であるいは混合して被覆してもよい。また、熱の放散を防ぐため、加圧ローラ２は熱伝導性の小さい材料で構成されることが望ましい。
３は発熱ローラ１の外周の円筒面に対向して配置された、励磁手段を構成する励磁コイルであり、表面を絶縁した外径０．１５ｍｍの銅線からなる線材を６０本束ねた線束を９回周回して形成されている。線束の断面積は素線の絶縁被覆を含めて約７ｍｍ^２である。
励磁コイル３の線束は、発熱ローラ１の円筒面の回転軸（図示せず）方向の端部ではその外周面に沿って円弧状に配置され、それ以外の部分では該円筒面の母線方向に沿って配置されている。発熱ローラ１の回転中心軸と直交する断面図である図１に示すように、励磁コイル３の線束は、発熱ローラ１の円筒面を覆うように、発熱ローラ１の回転中心軸を中心軸とする仮想の円筒面上に、重ねることなく（但し、発熱ローラ１の端部を除く）密着して配置されている。また、発熱ローラ１の回転中心軸を含む断面図である図３に示すように、発熱ローラ１の端部に対向する部分では、励磁コイル３の線束を２列に並べて積み重ねて盛り上がっている。従って、励磁コイル３は、全体として鞍の様な形状に形成されている。ここで、励磁コイル３の巻回中心軸３ａは、発熱ローラ１の回転中心軸と略直交し、発熱ローラ１の回転軸方向の略中心点を通る直線であり、励磁コイル３は該巻回中心軸３ａに対してほぼ対称に形成されている。線束は表面の接着剤により互いに接着され、図示した形状を保っている。励磁コイル３は発熱ローラ１の外周面から約２ｍｍの間隔を設けて対向している。図１の断面図において、励磁コイル３が発熱ローラ１の外周面と対向する角度範囲は、発熱ローラ１の回転中心軸に対して約１８０度と広い範囲である。
４は背面コアであり、励磁コイル３に対して発熱ローラ１とは反対側に、励磁コイル３と離間して配置される。図１に示すように、背面コア４は、発熱ローラ１の回転軸と励磁コイル３の巻回中心軸３ａとを含む面に対して略対称な、Ｕ字状である。このような背面コア（Ｕ字コア）４は、図２，図３に示すように、発熱ローラ１の回転軸方向に離間して複数個配置されている。本例では、背面コア４の、発熱ローラ１の回転軸方向の幅は１０ｍｍで、このような背面コア４が２６ｍｍ間隔で合計７個配置されている。背面コア４は、励磁コイル３からの外部に漏れる磁束を捕捉する。
図１に示すように、各背面コア４のＵ字状の両先端部および中央部には、励磁コイル３を介さずに発熱ローラ１と対向する対向部Ｆが形成されている。一方、対向部Ｆとは異なり、背面コア４の、励磁コイル３を介して発熱ローラ１と対向する部分を透磁部Ｔと呼ぶ。本例では、１つの背面コア４は、３つの対向部Ｆと２つの透磁部Ｔとを、中央に対して対称に備えている。なお、３つの対向部Ｆのうち、中央部の対向部をＦｃ、両端部の対向部をＦｅと呼び、区別する。
背面コア４の材料として、例えばフェライトを用いることができる。背面コア４の材料としては、フェライトやパーマロイ等の高透磁率で抵抗率の高い材料が望ましいが、透磁率が多少低くても磁性材であれば用いることができる。
７は付加コイルであり、表面を絶縁した外径０．１ｍｍの銅線からなる線材を２０本束ねた線束を、図１に示すように、背面コア４の両側の透磁部Ｔにそれぞれ２回巻き付けてある。図２に示すように、背面コア４に設けられた一対の付加コイル７の線材の巻回方向は相互に逆向きである。また、付加コイル７は、両外側から３番目に位置する２つの背面コア４ａのみに設けられる。該背面コア４ａは発熱ローラ１の回転軸方向の中央部に対して略対称の位置に配置される。各付加コイル７は、その両端を短絡されて、発熱抑制手段８を構成している。なお、以下の説明において、背面コア４のうち、付加コイル７を設けた背面コアを、これを設けていない背面コアと特に区別する必要があるときは、符号「４ａ」を用いる。
９は厚さが１ｍｍで、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの耐熱温度の高い樹脂からなる断熱部材である。
励磁コイル３には電圧共振形インバータである励磁回路１０から３０ｋＨｚの交流電流が印加される。励磁コイル３に印加される交流電流は、発熱ローラ１の表面に接触させて保持された温度センサ１１により得られる温度信号に基づいて、発熱ローラ１の表面が所定の定着設定温度である摂氏１７０度になるように制御される。
本実施の形態では、最大用紙幅として、ＪＩＳ規格のＡ４用紙を縦向きに通過させる場合を想定している。従って、該Ａ４用紙の短辺幅（２１０ｍｍ）を考慮して、発熱ローラ１の長さは２６０ｍｍ、最も外側に配置された２つの背面コア４の最外端の間隔は２２６ｍｍ、励磁コイル３の両最外端間の幅は２４５ｍｍ、断熱部材９の幅は２５０ｍｍである。
以上のように構成された熱定着装置を有する画像形成装置においては、図示しない画像形成手段により、記録紙（被記録材、以下「用紙」という場合もある）１２の表面に未定着のトナー像を形成した後、図１に示すように、該記録紙１２を矢印Ａの方向から突入させ、記録紙１２上のトナー１３を定着させることにより、記録画像が得られる。
本実施の形態では、上記の励磁コイル３が電磁誘導により、発熱ローラ１を発熱させる。以下にその作用を図４を用いて説明する。
励磁回路１０からの交流電流により励磁コイル３により生じた磁束Ｍは背面コア４の先端部の対向部Ｆｅから発熱ローラ１へ入り、発熱ローラ１の磁性のため、図の破線Ｍに示すように発熱ローラ１内を円周方向に通過する。そして、発熱ローラ１との対向部Ｆｃから背面コア４に入り、透磁部Ｔを経て先端部の対向部Ｆｅに至る。各背面コア４ごとにこのような環状の磁束Ｍが対称に一対形成される。一対の磁束Ｍの向きは互いに逆向きである。該磁束Ｍは、励磁回路１０の交流電流により生成消滅を繰り返す。この磁束Ｍの変化により発生する誘導電流は、表皮効果によってほとんど発熱ローラ１の表面にのみ流れ、ジュール熱を発生させる。
本実施の形態では、図２に示すように幅の狭い背面コア４を均等な間隔を設けて発熱ローラ１の回転軸方向に複数個配列している。背面コア４を設けるのみでは、励磁コイル３の背面側（励磁コイル３に対して発熱ローラ１とは反対側）で円周方向に流れる磁束は背面コア４に集中し、隣り合う背面コア４の間の空気中にはほとんど流れない。このため、発熱ローラ１に入る磁束は背面コア４と対向する部分に集中しやすい。従って、発熱ローラ１の発熱量は、背面コア４との対向部で大きくなる傾向がある。
次に、付加コイル７の作用について図５を用いて説明する。励磁コイル３に通電されたある瞬間を捉えると、励磁コイル３による矢印方向の一対の磁束Ｍが発生している。この磁束Ｍが背面コア４ａ内を通過すると、磁束Ｍの経路の途中の背面コア４ａの外周に巻回された付加コイル７には、磁束Ｍの変化により誘導起電力が発生する。付加コイル７の両端は短絡されているから、その誘導起電力により付加コイル７には磁束Ｍと鎖交するループ状の誘導電流が発生する。該電流により背面コア４ａ内に磁束Ｍの向きとは反対向き（即ち、磁束Ｍを打ち消す向き）の磁束Ｐが生じる。
背面コア４ａに巻回された一対の付加コイル７は、既述のように相互に逆方向に巻回されている。従って、一対の付加コイル７によって発生された各磁束Ｐは、対応する一対の磁束Ｍの向きに対していずれも反対向きである。その結果、図５において、背面コア４ａの左右にそれぞれ発生した磁束Ｍは、左右の付加コイル７に生じた誘導起電力による磁束Ｐによりそれぞれ抑制される。従って、付加コイル７を設けた背面コア４ａ内の磁束Ｍは、付加コイル７を設けていない背面コア４内の磁束Ｍよりも小さくなる。よって、発熱ローラ１の回転軸方向において、付加コイル７を設けた背面コア４ａに対向する部分の発熱量は、付加コイル７を設けていない背面コア４に対向する部分の発熱量よりも小さくなる。
発熱ローラ１の両端部の温度は、図示しない軸受部等による伝熱によって熱を奪われるため低くなりがちである。本実施の形態では、回転軸方向に配置された７つの背面コアのうち、中央部に近い２つの背面コア４ａに付加コイル７を設けている（図２）。これにより、発熱ローラ１の中央部の発熱量が抑えられる。その結果、発熱ローラ１の全幅にわたって均一な温度が得られる。
付加コイル７として素線を２０本束ねた線束を使用しており、付加コイル７の高周波の交流に対する電気抵抗が小さいため、大きな誘導電流が得られて、大きな磁束の抑制作用が得られる。
一般に、付加コイル７に使用する線束としては外径φ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの素線を、１本から５０本を束ねたものを使用することができる。素線の外径が０．１ｍｍ未満では、機械的な負荷により断線するおそれがある。逆に素線の外径が０．５ｍｍを超えると、高周波の交流に対する電気抵抗が大きくなり、付加コイル７の発熱が過大になるおそれがある。線束を構成する素線の本数が多い場合には、線束が太くなり任意の形状に付加コイル７を巻くことが困難で、かつ所定の空間内で所定の効果を得ることが困難になる。おおむね、線束の外径を２ｍｍ以下とすることにより、これらの条件を満たすことができる。
本実施の形態では、付加コイル７を背面コア４に２回周回させているが、２巻目は短絡させるため引き出しており、磁気回路的に有効な巻数は１から１．５巻である。この巻数を増加させれば励磁コイル３による磁束Ｍを抑制する作用をさらに強めることができる。従って、発熱ローラ１の回転軸方向の温度の不均一さの程度に応じて、巻数を変えて発熱ローラ１の回転軸方向の温度均一性を調整することが可能である。
本実施の形態では、付加コイル７として、外径０．１ｍｍの線材を２０本束ねた線束を使用したが、線束を構成する素線の本数を増減しても付加コイル７による磁束Ｍの抑制作用を増減することが可能である。さらに、素線を束ねた線束を使用したが、単線（例えば、表面を絶縁した外径０．５ｍｍの銅線）を使用し、巻数を多くしても同様の作用が得られる。
本実施の形態によれば、励磁コイル３の線束を互いに密着させて周回させているので、磁束が線束の間を通過しない。さらに、発熱ローラ１の円周方向に約１８０度に渡って励磁コイル３が対向しているので、発熱ローラ１の広い範囲を磁束Ｍが円周方向に貫通することになる。これにより、発熱ローラ１の広い範囲が発熱するので、コイル電流が小さく、発生する磁束が少なくても、所定の電力を投入することができる。
更に、発熱ローラ１内を通過せずに線束の間を通過する磁束がないので、励磁コイル３に与えた電磁エネルギーが漏れなく発熱ローラ１へ伝達される。このため、少ない電流で発熱ローラ１に所定の電力を効率よく投入することができる。さらに、線束を密着させることにより、励磁コイル３を小型化することができる。
また、励磁コイル３の全ての線束が発熱ローラ１の近傍に位置するため、コイル電流が発生させる磁束Ｍが発熱ローラ１へ効率よく伝達される。この磁束により発熱ローラ１に生じる渦電流は、コイル電流による磁界Ｍの変化をうち消すように流れる。コイル電流と発熱ローラ１に生じる渦電流とが近接しているので、打ち消し合う効果が大きく、全体の電流によって周辺空間に生じる磁界が抑制される。
励磁コイル３に使用する線束としては外径φ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの素線を、５０本から２００本を束ねたものでも同様に構成することができる。素線の外径が０．０１ｍｍ未満では、機械的な負荷により断線するおそれがある。逆に素線の外径が０．３ｍｍを超えると、高周波の交流に対する電気抵抗が大きくなり、励磁コイル３の発熱が過大になるおそれがある。線束を構成する素線の本数が５０本未満では断面積が小さいために電気抵抗が大きくなり、励磁コイル３の発熱が過大になる。逆に２００本を超えると、線束が太くなり任意の形状に励磁コイル３を巻くことが困難で、かつ所定の空間内で所定の周回数を得ることが困難になる。おおむね、線束の外径を５ｍｍ以下とすることにより、これらの条件を満たすことができ、狭い空間内で励磁コイル３の巻数を多くすることができる。このため、小型の励磁コイル３を用いて必要な電力を発熱ローラ１へ投入することができる。
背面コア４を配設しているため、磁束が透磁率の低い空気中を通過するのは、発熱ローラ１と背面コア４の間隙部分（対向部Ｆ）だけである。このため、励磁コイル３のインダクタンスが増加するとともに、励磁コイル３によって発生する磁束Ｍがより多く発熱ローラ１へ導かれるので、発熱ローラ１と励磁コイル３との磁気的結合がよくなる。これにより、同じ電流でもより多くの電力を発熱ローラ１へ投入することができる。
また、励磁コイル３の背面側の磁束がほぼすべて背面コア４の内部を通過するので、磁束が更に後ろ側へ漏れることを防止できる。これにより、周辺の導電性部材の電磁誘導による発熱を防止できると同時に、不要な電磁波の放射を防止することができる。
また、励磁コイル３の背面の磁束がすべて背面コア４の内部を通過するので、背面コア４の透磁部Ｔに付加コイル７を設けることで、周方向に発熱ローラ１内を通過する磁束Ｍを抑制することができる。これにより、非常に小型の付加コイル７で発熱ローラ１の発熱分布の制御が可能である。
背面コア４の透磁部Ｔの磁束Ｍの方向に垂直な面での断面積は、励磁コイル３によって発生する磁束Ｍの密度が、背面コア４の材料の飽和磁束密度を越えないように設定している。より具体的には、磁束Ｍが最大時における磁束密度が、背面コア４の材料であるフェライトの飽和磁束密度の約８０％となるようにしている。磁束Ｍが最大時での磁束密度の飽和磁束密度に対する割合は１００％以下であれば良いが、実用的には５０％から８５％の範囲に設定することが望ましい。この割合が高すぎると、環境や部材のバラツキで磁束Ｍの密度が飽和磁束密度を越えてしまうことがある。この場合には磁束Ｍが背面コア４よりも後ろ側に流れ、周囲の部材を加熱してしまう。逆にこの割合が低すぎる場合には、高価なフェライトを必要以上に使用していることになるので、装置が高価なものになってしまう。
また、発熱ローラ１の回転軸方向において、同一サイズの複数の背面コア４が大きな均一距離を隔てて配置されているので、背面コア４、励磁コイル３、及び付加コイル７に熱が蓄積することがない。さらに背面コア４、励磁コイル３、及び付加コイル７の各外表面からの放熱を妨げるものが無い。このため、蓄熱による温度上昇により背面コア４の材料であるフェライトの飽和磁束密度が低下して、全体としての透磁率が急激に減少することを防止できる。また、励磁コイル３及び付加コイル７を構成する素線の絶縁被覆が熔解して素線同士が短絡することを防止できる。これらにより、安定して長時間発熱ローラ１を所定の温度に保つことができる。
また、励磁コイル３は、発熱ローラ１の回転軸方向の両端部において線束を重ねて形成されているので、該回転軸方向の制限された寸法の中で、より広い範囲に励磁コイル３を該回転軸方向に均一に配置することができる。これにより発熱ローラ１の回転軸方向における発熱分布を均一化できる。換言すれば、発熱ローラ１を回転軸方向に均一に発熱させることができる範囲を確保しながら、励磁コイル３の該方向の寸法を小さくできるので、装置全体を小型に構成することができる。
さらに本実施の形態では、発熱ローラ１の回転軸方向における寸法が小さいものから大きいものへ順に列記すると、最大用紙幅、最も外側の両背面コア４の最外端間隔、励磁コイル３の最外端間距離、断熱部材９の幅、発熱ローラ１の長さ、である。断熱部材９の幅が、励磁コイル３の幅や最も外側の両背面コア４の最外端間隔よりも大きい。このため、背面コア４は断熱部材９を介して発熱ローラ１と対向することになるので、背面コア４を発熱ローラ１に近接させても背面コア４の温度上昇を防止することができる。
また、励磁コイル３の幅が発熱ローラ１の長さよりも大きい場合には、図示しない側板などの発熱ローラ１の端部に配置された導電性部材中を磁束が通過する。このため、周囲の構成部材が発熱するとともに、発熱ローラ１へのエネルギーの伝達割合が減少してしまう。本実施の形態では、発熱ローラ１の長さが励磁コイル３の幅よりも大きいので、励磁コイル３から生じた磁束がほぼ全て発熱ローラ１へ到達する。これにより、励磁コイル３に与えた電磁エネルギーを効率よく発熱ローラ１へ伝達することができる。また、励磁コイル３の幅が発熱ローラ１よりも長いと、発熱ローラ１の端面から軸方向に磁束が通過し、発熱ローラ１の端面の渦電流密度が高くなる。この結果、端面の発熱が大きくなり過ぎるという問題も生じる。発熱ローラ１の長さを励磁コイル３の幅よりも大きくすることにより、このような問題の発生も防止できる。
背面コア４としては、上記のような略Ｕ字形の均一厚さのフェライトを複数個配列した構成に限定されない。例えば、発熱ローラ１の回転軸方向に連続した一体の背面コアに複数の孔を設けた構成としてもよい。また、複数のフェライトのブロックを、励磁コイル３の背面側にそれぞれ孤立して分布するように設置してもよい。
上記の説明では、発熱抑制手段を付加コイル７を用いて構成する例を説明したが、本発明の発明抑制手段は、励磁コイル３が発生する環状の磁束Ｍの経路の途中に配置された導電体であって、磁束Ｍによって磁束Ｍと鎖交するループ状の電流を誘導することができれば、付加コイル７に限定されない。
例えば、図６に示すように、付加コイル７の線材の外径と同等の厚さで、付加コイル７の設置範囲と同等の幅の薄肉の板金をループ状に形成した付加リング１４を背面コア４の透磁部Ｔに配置してもよい。このような付加リング１４を背面コア４に設けることにより、上述の付加コイル７と同様に、該背面コア４に対向する発熱ローラ１の部分の発熱量を抑制して温度分布を均一にする効果が得られる。更に、この構成では、コイルを複数回巻回する必要がないので、製造工程を簡略にできる。
さらに、発熱抑制手段の別の実施形態として、図７に示すように磁束Ｍが空気中を通過する空間（対向部Ｆｅ）に、非磁性の導電性材料からなる薄肉の板金１５を断熱部材９に接着しても良く、この場合も上述と同様の発熱量を調整する効果が得られる。この構成では、上述した付加コイル７や付加リング１４のように磁束Ｍが通過する中空部を板金１５の内部に設ける必要はない。図７の矢印Ａ方向から板金１５と背面コア４を見た部分拡大図を図８に示す。この導電体である板金１５を貫通する磁束Ｍの変化は、磁束Ｍの周囲にループ状の電流Ｉを誘起し、この電流Ｉによる磁束が励磁コイル３から生じる磁束Ｍをうち消すように作用する。従って、磁束Ｍと鎖交するループ状の電流Ｉの発生を妨げることがないように、板金１５の外周端は外側に凸形状のループを構成することが望ましい。この例のように発熱抑制手段がコイル形状やリング形状でない構成では、コイルやリングを形成する必要がないので製造工程を更に簡略にできる。
（実施の形態２）
図９は本発明の実施の形態２の像加熱装置を熱定着装置として用いた画像形成装置の断面図である。図１０は本発明の第２の実施の形態の像加熱装置の断面図、図１１は図１０において矢印Ｇ方向から見た発熱部の構成図、図１２は図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線（発熱ローラ１の回転中心軸と、励磁コイル３の巻回中心軸３ａとを含む面）での発熱部の矢視断面図である。第１の実施の形態と同一の作用を持つ部材には同一の符号を与え、それらについての重複する説明を省略し、以下にこの装置の構成と動作を説明する。
図９において、１５は電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という）である。感光ドラム１５は矢印の方向に所定の周速度で回転駆動されながら、その表面が帯電器１６によりマイナスの暗電位Ｖ０に一様に帯電される。１７はレーザビームスキャナであり、画像情報の信号に対応したレーザビーム１８を出力する。帯電された感光ドラム１５の表面を、このレーザビーム１８が走査し露光する。これにより、感光ドラム１５の露光部分は電位絶対値が低下して明電位ＶＬとなり、静電潜像が形成される。この潜像は現像器１９の負帯電のトナーにより現像されて顕像化される。
現像器１９は回転駆動される現像ローラ２０を有する。現像ローラ２０は、その外周面にトナーの薄層が形成され、感光ドラム１５と対向している。現像ローラ２０にはその絶対値が感光ドラム１５の暗電位Ｖ０より小さく、明電位ＶＬより大きな現像バイアス電圧が印加されている。
一方、給紙部２１からは記録紙１２が一枚ずつ給送され、一対のレジストローラ２２の間を通過し、感光ドラム１５と転写ローラ２３とからなるニップ部へ、感光ドラム１５の回転と同期した適切なタイミングで送られる。転写バイアス電圧の印加された転写ローラ２３によって、感光ドラム１５上のトナー像は記録紙１２に順次転写される。記録紙１２と分離後の感光ドラム１５の外周面は、クリーニング装置２４で転写残りトナー等の残留物を除去され、繰り返し次の作像に供される。
２５は定着ガイドであり、転写後の記録紙１２を熱定着装置２６へ案内する。記録紙１２は感光ドラム１５から分離され、熱定着装置２６へ搬送され、転写トナー像の定着が行われる。２７は排紙ガイドであり、熱定着装置２６を通過した記録紙１２を装置外部へ案内する。記録紙を案内する定着ガイド２５及び排紙ガイド２７はＡＢＳなどの樹脂またはアルミニウムなどの非磁性の金属材料で構成されている。定着されて像が固定された記録紙１２は排紙トレイ２８へ排出される。
２９は装置本体の底板であり、３０は装置本体の天板、３１は本体シャーシであり、これらは一体として装置本体の強度を担うものである。これらの強度部材は、磁性材料である鋼を基材として亜鉛メッキを施した材料で構成されいている。
３２は冷却ファンであり、装置内に気流を発生させる。３３はアルミなどの非磁性の材料からなるコイルカバーであり、熱定着装置２６を構成する励磁コイル３の背面コア４を覆うように構成されている。
次に、上記熱定着装置２６として使用される本実施の形態２の像加熱装置を詳細に説明する。
図１０において、薄肉の定着ベルト３６はエンドレスのベルトで、直径５０ｍｍ、厚さ８０μｍである。定着ベルト３６の基材はポリイミド樹脂からなり、この上に厚さ２００μｍのシリコンゴム層が設けられ、更にこの上に、表面に離型性を付与するため、厚さ２０μｍのフッ素樹脂からなる離型層が被覆してある。基材の材質としては耐熱性のあるポリイミドやフッ素樹脂等の他、電鋳で製作したニッケル等のごく薄い金属を用いることもできる。また、表面の離型層はＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、シリコンゴム、フッ素ゴム等の離型性の良好な樹脂やゴムを単独であるいは混合して被覆してもよい。モノクロ画像の定着用として用いる場合は離型性のみを確保すればよいが、カラー画像の定着用として用いる場合には弾性を付与するのが望ましく、その場合には上記のようにシリコンゴム層を形成することが好ましい。
発熱ローラ１は、図１２に示すように、両端に嵌入されたベークライト等の熱伝導性の小さな耐熱樹脂で構成されたフランジ３８とその中心を貫通する中心軸３９とで支持され、図示しない軸受により図示しない支持側板に回転可能に支持されている。フランジ３８には、定着ベルト３６の蛇行を防止するために、発熱ローラ１の外径より大きな径を有するリブ３８ａが設けられている。発熱ローラ１は直径が２０ｍｍで、厚さ０．３ｍｍの鉄・ニッケル・クロムの合金からなる磁性材料で構成され、そのキュリー点が３００℃以上になるように調整されて製造されている。
励磁手段を構成する励磁コイル３は、実施の形態１で説明したのと同様に、表面を絶縁した外径０．１５ｍｍの銅線からなる線材を６０本束ねた線束を９回周回して形成されている。線束の断面積は素線の絶縁被覆を含めて約７ｍｍ^２である。
励磁コイル３の線束は、発熱ローラ１の円筒面の回転軸方向の端部ではその外周面に沿って円弧状に配置され、それ以外の部分では該円筒面の母線方向に沿って配置されている。発熱ローラ１の回転中心軸と直交する断面図である図１０に示すように、励磁コイル３の線束は、発熱ローラ１の外周面に巻き付いた定着ベルト３６を覆うように、発熱ローラ１の回転中心軸を中心軸とする仮想の円筒面上に、重ねることなく（但し、発熱ローラ１の端部を除く）密着して配置されている。また、発熱ローラ１の回転中心軸を含む断面図である図１２に示すように、発熱ローラ１の端部に対向する部分では、励磁コイル３の線束を２列に並べて積み重ねて盛り上がっている。従って、励磁コイル３は、全体として鞍の様な形状に形成されている。ここで、励磁コイル３の巻回中心軸３ａは、発熱ローラ１の回転中心軸と略直交し、発熱ローラ１の回転軸方向の略中心点を通る直線であり、励磁コイル３は該巻回中心軸３ａに対してほぼ対称に形成されている。
４は背面コアであり、励磁コイル３の巻回中心軸３ａを通り、発熱ローラ１の回転中心軸と平行に配置された棒状の中心コア（第２コア部）５と、励磁コイル３に対して発熱ローラ１とは反対側に、励磁コイル３と離間して配置された略Ｕ字状のＵ字コア６とからなる。中心コア５とＵ字コア６とは磁気的に接続されている。図１０に示すように、Ｕ字コア６は、発熱ローラ１の回転中心軸と励磁コイル３の巻回中心軸３ａとを含む面に対して略対称な、Ｕ字状である。このようなＵ字コア６は、図１１，図１２に示すように、発熱ローラ１の回転軸方向に離間して複数個配置されている。本例では、Ｕ字コア６の、発熱ローラ１の回転軸方向の幅は１０ｍｍで、このようなＵ字コア６が２９ｍｍ間隔で合計９個配置されている。Ｕ字コア６は、励磁コイル３からの外部に漏れる磁束を捕捉する。
図１０に示すように、各Ｕ字コア６の両先端は、励磁コイル３と対向しない範囲にまで延長され、励磁コイル３を介さずに発熱ローラ１と対向する対向部Ｆが形成されている。一方、対向部Ｆとは異なり、Ｕ字コア６の、励磁コイル３を介して発熱ローラ１と対向する部分を透磁部Ｔと呼ぶ。また、中心コア５は、励磁コイル３を介さずに発熱ローラ１と対向し、かつ、Ｕ字コア６よりも発熱ローラ１側に突出して対向部Ｎを形成している。突出した中心コア５の対向部Ｎは、励磁コイル３の巻回中心の中空部内に挿入されている。中心コア５の断面形状は４ｍｍ×１０ｍｍである。背面コア４の材料は、実施の形態１と同様である。
９は厚さが１ｍｍで、ＰＥＥＫやＰＰＳなどの耐熱温度の高い樹脂からなる断熱部材である。
８は発熱抑制手段であり、Ｕ字コア６に配設してある付加コイル７と、その両端に接続された、例えば電気的なＯＮ／ＯＦＦ接続を行うスイッチ又はリレーなどの断続手段４０より構成されている。付加コイル７は表面を絶縁した外径０．１ｍｍの銅線からなる線材を２０本束ねた線束を、図１０に示すように、Ｕ字コア６の両側の透磁部Ｔにそれぞれ２回巻き付けてある。Ｕ字コア６に設けられた一対の付加コイル７の線材の巻回方向は、図１１に示すように相互に逆向きである。各付加コイル７の両端は断続手段４０にそれぞれ接続されている。発熱抑制手段８は、図１１に示すように、両外側の各３つのＵ字コア６ａ、６ｂ、６ｃのみに設けられ、該Ｕ字コア６ａ、６ｂ、６ｃは発熱ローラ１の回転軸方向の中央部に対して略対称の位置に配置される。なお、以下の説明において、Ｕ字コア６のうち、付加コイル７を設けたＵ字コアを、これを設けていないＵ字コアと特に区別する必要があるときは、添字「ａ」，「ｂ」，「ｃ」を付す。
励磁コイル３への交流電流の供給は上記の実施の形態１と同様である。励磁コイル３に印加される交流電流は、定着ベルト３６の表面に接触させて保持された温度センサ１１により得られる温度信号に基づいて、定着ベルト３６の表面が所定の定着設定温度である摂氏１９０度になるように制御される。
図１３に励磁回路１０に用いられる１石式共振型インバータの基本回路を示す。商用電源２４からの交流を整流回路２３で整流し、インバータへ印加する。インバータではＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子２０のスイッチングと共振用コンデンサ２２とにより、高周波電流が励磁コイル３へ印加される。２１はダイオードである。
図１０に示すように、定着ベルト３６は、表面が低硬度（ＪＩＳ　Ａ３０度）の弾力性ある発泡体のシリコンゴムで構成された直径２０ｍｍの低熱伝導性の定着ローラ３７と、発熱ローラ１との間に所定の張力をもって懸架され、矢印方向に回転移動可能となっている。
加圧手段としての加圧ローラ２は、定着ベルト３６を介して定着ローラ３７に対して所定の押圧力（例えば４００Ｎ）で圧接してニップ部を形成している。
本実施の形態では、最大用紙幅として、ＪＩＳ規格のＡ３用紙を縦向きに通過させる場合を想定している。従って、該Ａ３用紙の短辺幅（２９７ｍｍ）を考慮して、定着ベルト３６の幅は３５０ｍｍ、発熱ローラ１の長さは３６０ｍｍ、最も外側に配置された２つのＵ字コア６（Ｕ字コア６ｃ）の最外端の間隔は３２２ｍｍ、励磁コイル３の両最外端間の幅は３４２ｍｍ、断熱部材９の幅は３５５ｍｍである。
以上のように構成された熱定着装置に、表面に未定着のトナー像を担持する記録紙１２を、図１０に示したように矢印Ｂの方向から突入させ、記録紙１２上のトナー１３を定着させる。
上記の励磁コイル３、背面コア４及び発熱ローラ１の構成によって、励磁コイル３が電磁誘導により発熱ローラ１を発熱させる。以下にその作用を発熱部の断面図を示した図１４を用いて説明する。
励磁回路１０からの交流電流により励磁コイル３に生じた磁束ＭはＵ字コア６の先端部の対向部Ｆから発熱ローラ１へ入り、発熱ローラ１の磁性のため、図の破線Ｍに示すように発熱ローラ１内を円周方向に通過する。そして、発熱ローラ１と対向した対向部Ｎを通り中心コア５に入り、Ｕ字コア６の透磁部Ｔを経て先端部の対向部Ｆに至る。各Ｕ字コア６においてこのような環状の磁束Ｍが対称に一対形成される。一対の磁束Ｍの向きは互いに逆向きである。該磁束Ｍは、励磁回路１０の交流電流により生成消滅を繰り返す。この磁束Ｍの変化により発生する誘導電流は、表皮効果によってほとんど発熱ローラ１の表面にのみ流れ、ジュール熱を発生させる。
本実施の形態では、図１１に示すように幅の狭いＵ字コア６を均等な間隔を設けて発熱ローラ１の回転軸方向に複数個配列している。Ｕ字コア６を設けるのみでは、励磁コイル３の背面側（励磁コイル３に対して発熱ローラ１とは反対側）で円周方向に流れる磁束はＵ字コア６に集中し、隣り合うＵ字コア６の間の空気中にはほとんど流れない。このため、発熱ローラ１に入る磁束はＵ字コア６と対向する部分に集中しやすい。従って、発熱ローラ１の発熱量は、Ｕ字コア６との対向部で大きくなる傾向がある。
しかしながら、本実施の形態では、対向部Ｎを形成する中心コア５は、各Ｕ字コア６と磁気的に接続され、かつ、発熱ローラ１の回転軸方向と平行に連続して配置されている。従って、Ｕ字コア６の対向部Ｆから発熱ローラ１に入った磁束Ｍは発熱ローラ１内ではその回転軸方向にも流れる。よって、発熱ローラ１内を通過する磁束Ｍの回転軸方向の分布が均一化される。このため、発熱ローラ１の発熱量の回転軸方向の不均一さが緩和される。
次に、本実施の形態における発熱抑制手段８の作用について説明する。
まず最大幅の用紙を通過させる場合、即ち、ＪＩＳ規格のＡ３用紙を縦方向に通過させる場合を説明する。この場合は、断続手段４０を全て非接続状態（開状態）に設定する。この状態で励磁コイル３に通電すると、付加コイル７には励磁コイル３による磁束Ｍの変化により誘導起電力が発生するが、付加コイル７の両端が非接続状態のため誘導電流は流れない。従って、付加コイル７は、誘導起電力による磁束を発生させず、発熱ローラ１の発熱部のほぼ全域が回転軸方向に均一に加熱される。図１１に示すように、Ａ３用紙の通過範囲Ｐ_Ａ３Ｌに対して、最も両外側のＵ字コア６ｃ，６ｃはその外側に、両外側から２番目のＵ字コア６ｂ，６ｂはその内側に配置されている。通過するＡ３用紙がほぼ全幅にわたって熱を奪うため、励磁コイル３による磁束Ｍにより定着ベルト３６の温度は幅方向に均一には保たれる。
次に、葉書（幅１０５ｍｍ）のような幅の狭い用紙を通過させる場合を説明する。図１１に示すように、両外側の３対のＵ字コア６ａ，６ｂ，６ｃは葉書の通過範囲Ｐ_ＰＣよりも外側に配置されている。この場合、両側のＵ字コア６ａ，６ｂ、６ｃに配設した断続手段４０を全て接続状態（閉状態）に切り換える。図１４において、この状態で励磁コイル３に通電されたある瞬間を捉えると、Ｕ字コア６内には、励磁コイル３による矢印方向の一対の磁束Ｍが発生している。磁束Ｍの経路の途中のＵ字コア６の外周に巻回された付加コイル７には、磁束Ｍの変化により誘導起電力が発生する。付加コイル７の両端は接続されているから、その誘導起電力により付加コイル７には磁束Ｍと鎖交するループ状の誘導電流が発生する。該電流によりＵ字コア６内に磁束Ｍの向きとは反対向き（即ち、磁束Ｍを打ち消す向き）の磁束Ｐが生じる。この結果、付加コイル７を配設してあるＵ字コア６ａ，６ｂ，６ｃを通過する磁束Ｍを減少させ、発熱ローラ１のこれらに対向する部分近傍の発熱量を抑制させる。本実施の形態では葉書の通過範囲Ｐ_ＰＣより外側のＵ字コア６ａ，６ｂ，６ｃに付加コイル７を配設してある。従って、葉書に熱を奪われない、発熱ローラ１の両端部の発熱量を抑えることにより、該両端部の温度を中央部の温度とほとんど同じ温度に保つことができる。
図１５は葉書を連続通過させた場合の、定着ベルト３６の移動方向に垂直な方向（発熱ローラ１の回転軸方向と平行な方向）の温度分布を示し、縦軸は温度、横軸は定着ベルト３６上の幅方向の位置（中央部を原点とする）を示す。実線は全ての断続手段を接続状態として、発熱抑制手段８を作動させた場合、破線は全ての断続手段を非接続状態として、発熱抑制手段８を作動させない場合を示す。発熱抑制手段８を作動させた場合（実線）、葉書の通過範囲Ｐ_ＰＣより外側の温度は該通過範囲Ｐ_ＰＣ内の温度より僅かに低い温度になっている。発熱抑制手段８を作動させない場合（破線）、葉書の通過範囲Ｐ_ＰＣより外側の温度は該通過範囲Ｐ_ＰＣ内の温度より遙かに高い温度になっており、定着ベルト３６や軸受等の耐熱温度を超えて破損や劣化を生ずる。
ＪＩＳ規格のＡ４用紙（短辺長さ２１０ｍｍ）を縦方向に通過させる場合を説明する。図１１に示すように、Ａ４用紙の通過範囲Ｐ_Ａ４Ｌに対して、両外側から２番目のＵ字コア６ｂ，６ｂはその外側に、両外側から３番目のＵ字コア６ａ，６ａはその内側に配置されている。従って、この場合は、両端の２対のＵ字コア６ｂ，６ｃに配設した断続手段４０を接続状態に切り換え、両外側から３番目のＵ字コア６ａに配設した断続手段４０を非接続状態に設定する。この状態で励磁コイル３に通電すると、発熱ローラ１のＵ字コア６ｂ，６ｃに対向する部分近傍の発熱量が上記と同様に抑制される。用紙が通過せず、そのために用紙によって熱を奪われない部分の発熱ローラ１の発熱量を抑えることにより、最大用紙の通過範囲Ｐ_Ａ３Ｌにわたって定着ベルト３６の温度を均一に保つことができる。
これにより、用紙に熱を奪われない両端部の温度が上がりすぎることによる、定着ベルト３６や軸受などの部材が耐熱温度を超えて破損、劣化することを防止できる。さらに、小サイズ用紙を連続して通過させた直後に、最大サイズ用紙を通過させても、定着ベルト３６は常に最大用紙通過範囲Ｐ_Ａ３Ｌにわたって温度が均一に維持されているので、ホットオフセットが生じることを防止できる。
本実施の形態では、断続手段４０の切り換えは用紙の通過開始後に行なう。つまり、励磁コイル３への通電開始時や待機時には、断続手段４０は全て非接続状態となっている。この構成により、通電開始時や待機時には、定着ベルト３６は全幅にわたって均一に加熱される。そして通紙開始後に断続手段４０を用紙幅に対応して切り換えて、端部の温度上昇を抑制し、通紙時も全幅にわたって均一な温度を得ている。
あるいは、励磁コイル３への通電開始時や待機時には、断続手段４０は全て非接続状態とし、定着ベルト３６が設定温度に昇温後に断続手段４０を切り換える構成としても、同様に定着ベルト３６の均一な温度が得られる。
さらに本実施の形態では、発熱ローラ１の回転軸方向における寸法が小さいものから大きいものへ順に列記すると、最大用紙幅、最も外側の両Ｕ字コア６（Ｕ字コア６ｃ）の最外端間隔、励磁コイル３の最外端間距離、定着ベルト３６の幅、断熱部材９の幅、発熱ローラ１の長さ、である。断熱部材９の幅が、励磁コイル３の幅や最も外側の両Ｕ字コア６の最外端間隔よりも大きい。このため、背面コア４は断熱部材９を介して発熱ローラ１及び定着ベルト３６と対向することになるので、背面コア４を発熱ローラ１に近接させても背面コア４の温度上昇を防止することができる。また、冷却気流が定着ベルト３６に接触して、定着ベルト３６が冷却されることを防止できる。
また、図９に示すように、コイルカバー３３を設けることにより、背面コア４の後ろ側にわずかに漏れる磁束や励磁コイル３から発生する高周波の電磁波が装置内外に伝搬することを防止できる。これにより、装置内外の電気回路が電磁ノイズにより誤動作することを防止できる。
さらに、このコイルカバー３３と断熱部材９とに囲まれた空間を通風路として、冷却ファン３２による空気流が流れる。このため、空気流が発熱ローラ１及び定着ベルト３６を冷却することなく、励磁コイル３と背面コア４を冷却することができる。
また、装置本体の底板２９、天板３０、本体シャーシ３１を構成する磁性部材は、励磁コイル３との間隔を最も近いものでも２０ｍｍとしている。これにより、背面コア４の内部を通過している磁束が対向部Ｆ及び対向部Ｎ以外の箇所から外側へ放射されて、シャーシ３１などの磁性部材へ入射することを防止できる。これにより、装置の構成部材を無駄に加熱することなく、励磁コイル３に与えた電磁エネルギーを効率よく発熱ローラ１へ投入することができる。なお、励磁コイル３と装置本体を構成するシャーシ３１などの磁性部材からなる強度部材との間隔は２０ｍｍとしたが、背面コア４とこれらの強度部材との間隔は、対向部Ｆ及び対向部Ｎにおける背面コア４と発熱ローラ１との間隔以上、望ましくはその間隔の１．５倍以上であれば、背面コア４の外側への磁束の漏れを防止できる。本実施の形態では、熱定着装置２６に最も接近せざるを得ない定着ガイド２５及び排紙ガイド２７を樹脂で構成しているので、背面コア４と他の磁性部材との間隔を大きく確保することが容易である。
また、発熱ローラ１が定着ベルト３６の内側にあり、一方、励磁コイル３、背面コア４、付加コイル７は定着ベルト３６の外側に設置されている。従って、外側の励磁コイル３等が発熱部から熱を受けて昇温しにくい。よって、発熱ローラ１の発熱量を安定に保つことができるとともに、背面コア４等の過昇温による発熱量の変化を防止することができる。
また、発熱ローラ１の断面積よりも大きな断面積の励磁コイル３を用いることができるので、熱容量の小さい発熱ローラ１に対して、巻き数が多い励磁コイル３と適当な量のフェライトからなる背面コア４とを組み合わせて用いることができる。このため、熱定着装置の熱容量を抑制しながら、所定の電流で大電力を投入することができる。これにより、励磁回路１０のコストが安価で、昇温の早い熱定着装置を実現することができる。本実施の形態では、励磁回路１０からの交流電流が実効値電圧１４０Ｖ（電圧振幅５００Ｖ）、実効値電流２２Ａ（ピーク電流５５Ａ）で８５０Ｗの電力を得ることができる。
また、外側の励磁コイル３は発熱ローラ１の表面を発熱させるので、その表面に接触する定着ベルト３６は発熱ローラ１の最も発熱量の大きい部分に接触することとなる。従って、最大発熱部が定着ベルト３６への熱伝達部となり、発生した熱を発熱ローラ１内への伝導を少なくして定着ベルト３６へ伝達することができる。熱伝達距離が小さいので、定着ベルト３６の温度変動に対して応答の早い制御が可能である。
また、定着ベルト３６の発熱ローラ１との接触部を通り過ぎた位置の近傍に温度センサ１１を設けている。この部分の温度を一定に制御することによって、ニップ部に突入する定着ベルト３６の温度を常に一定にすることができる。これにより、連続して通過する用紙の枚数に関わらず安定した定着が可能となる。
さらに、励磁コイル３及び背面コア４が発熱ローラ１の円筒面のほぼ半分を覆っているので、定着ベルト３６と発熱ローラ１との接触部のほぼ全域が発熱する。このため、励磁コイル３から発熱ローラ１へ電磁誘導により伝達される加熱エネルギーをより多く定着ベルト３６へ伝達することができる。
また、本実施の形態の構成では、発熱ローラ１と定着ベルト３６の材質及び厚さ等は各々独立して設定できる。このため、発熱ローラ１の材質及び厚さは、励磁コイル３の電磁誘導による加熱を行うために最適な材料及び厚さを選ぶことができる。また、定着ベルト３６の材質及び厚さは定着を行うために最適に設定できる。
本実施の形態では、ウォームアップ時間を短縮するという目的を達成するために、定着ベルト３６の熱容量を極力小さく設定するとともに、発熱ローラ１の厚さと外径を小さくしてその熱容量を小さく設定している。このため、断続手段４０が全て非接続状態のとき、投入電力８５０Ｗで、定着のための昇温の開始から約１８秒で定着設定温度である摂氏１９０度にすることができる。また、断続手段４０を全て接続状態のときは、励磁回路１０の設定を上記と同一にした状態で、投入電力８２０Ｗで、昇温の開始から約１５秒で定着設定温度である摂氏１９０度にすることができる。付加コイル７と断続手段４０よりなる発熱抑制手段８を設け、用紙の幅に対応して、断続手段４０を切り換えることにより、昇温対象範囲を狭くし、その範囲に集中して電力を投入することにより、上記のように、省電力とウォームアップ時間の短縮をはかれる。このように、励磁コイル３への通電開始時に、通過用紙幅に対応して断続手段４０を切り換えることにより、昇温時間の短縮と電力の低減とが可能である。
また、本実施の形態では定着ベルト３６の基材を樹脂で構成したが、これに代えてニッケルなどの導電性の強磁性金属を用いると、電磁誘導による発熱の一部はこの定着ベルト３６内で発生する。この場合には定着ベルト３６そのものも加熱できるので、加熱エネルギーを定着ベルト３６へより有効に伝えることができる。
また、装置本体の底板２９、天板３０、シャーシ３１は磁性材料で構成したが、樹脂材料で構成することもできる。この場合には、装置の強度を担う部材が磁力線に影響を与えないので、背面コア４の近傍にこれらの部材を配置することができる。このため、装置全体を小型化できる。
本実施の形態においては、図１４に示すように、付加コイル７は、付加コイル７の設置範囲（長さＬ２）において励磁コイル３が発生する環状の磁束Ｍを抑制する。従って、磁束Ｍの経路に沿った方向における付加コイル７の設置範囲長さＬ２が大きい方が、断続手段４０が接続状態のときの発熱抑制効果が大きくなる。本実施の形態では、付加コイル７がＵ字コア６を１．５回周回している。このため、付加コイル（導電体）７と鎖交する磁束Ｍに沿った方向における付加コイル７の設置範囲の長さＬ２が、該磁束Ｍに沿った方向に垂直な面内での付加コイル７の厚さ（これはコイル線材の太さに等しい）よりも大きい。これにより、付加コイル７を小型で材料の使用量も低減しながら、付加コイル７の発熱抑制効果を十分に確保することができる。
図１６に示すように、付加コイル７の周回数を同じにしながら、付加コイル７を構成する線束を互いに離間して巻回しても良い。このようにすることにより、線束を密着させて巻回する場合に比べて、少ない線材で付加コイル７の設置範囲長さＬ２を大きくすることができる。これにより、付加コイル７の発熱制御効果を十分に大きくすることができる。
本実施の形態では、付加コイル７がＵ字コア６の周囲に巻回されている。このため、付加コイル７の中央の空間の透磁率が高くなる。これにより、励磁コイル３から付加コイル７への磁気的結合が強くなり、付加コイル７に誘起される電流による発熱抑制効果を十分に大きくすることができる。
本実施の形態では、付加コイル７の材料として銅線を用いたが、一般に付加コイル７の材料の電気抵抗値は低いことが望ましい。具体的には、電気伝導率が１×１０^７［Ｓ／ｍ］以上であれば、誘起される電流による発熱を防止できると同時に、誘起電流も大きくなるので、発熱制御効果を十分に得ることができる。
付加コイル７は、図１４の長さＬ２の範囲においてＵ字コア６内を磁束Ｍが通過することを抑制する。より詳細には、断続手段４０が接続状態のとき、磁束Ｍは、付加コイル７の直前でＵ字コア６から発熱ローラ１側へ漏れようとする。この漏れ出た磁束は、対向部Ｆや対向部Ｎ以外のＵ字コア６と発熱ローラ１との空間距離が長い部分を通過するので、Ｕ字コア６と発熱ローラ１との磁気的結合が弱められる。また、発熱ローラ１中を磁束Ｍが通過する範囲が狭くなる。これらにより、発熱ローラ１の発熱が抑制される。このため、付加コイル７をＵ字コア６の端部に設けると、磁束ＭはＵ字コア６の端部近傍まで通過できるので、付加コイル７による発熱抑制効果は低減する。逆に、付加コイル７がＵ字コア６の端部から離れているほど、断続手段４０の接続状態時と非接続状態時との間で、磁束ＭがＵ字コア６内を通過する距離の差が大きくなり、付加コイル７による発熱抑制効果が顕著となる。本実施の形態では、Ｕ字コア６の端部から付加コイル７のＵ字コア６の該端部側の端までの磁束Ｍに沿った方向における距離Ｌ１が、付加コイル７の設置範囲長さＬ２よりも大きい。これにより、付加コイル７に接続された断続手段４０の断続による磁気回路の変化がより大きくなり、付加コイル７による発熱抑制効果を大きくすることができる。
付加コイル７に接続された断続手段４０の切り換えを励磁コイル３に高周波電流を印加中に行なうと、不要な電磁ノイズが発生したり、断続手段４０の動作が不良になったりすることがある。これは、励磁コイル３に印加された高周波電流による磁束Ｍの変化が誘起する付加コイル７の電流及び電圧が大きい状態のときに断続操作を行なうことが原因である。
詳細に述べると、断続手段４０が接続状態のとき、励磁コイル３に印加した高周波電流により付加コイル７にはほぼ同じ波形の高周波電流が発生する。付加コイル７に誘起された電流が大きいときに断続手段４０を切断した場合、付加コイル７の電流が急激に０になるという急峻な変化が生じる。このために、付加コイル７を切断する断続手段４０に過大な電圧が発生して、スパークが発生したり、絶縁破壊が引き起こされたりする。
一方、断続手段４０が非接続状態のときにも、励磁コイル３に印加された高周波電流による磁束Ｍの変化が誘起する電圧が付加コイル７の両端に発生する。この誘起される電圧波形は、励磁コイル３に印加される高周波の電圧の波形とほぼ同じである。この誘起された電圧が大きいときに断続手段４０を接続すると、その接続の瞬間にスパークが発生したり、絶縁破壊が引き起こされたり、大きな電流が流れたりする。
上記の課題を解決するために、本実施の形態では断続手段４０の断続操作を行なう時に、励磁コイル３への高周波電流の印加を停止している。これにより、付加コイル７を断続する断続手段４０で過大な電圧が発生したり、スパークや絶縁破壊が発生したりするのを防止することができる。同時に、断続手段４０の断続による付加コイル７での電流や電圧の急激な変化を防止することにより、不要な電磁波ノイズの発生も防止することができる。
本実施の形態では、付加コイル７として素線を２０本束ねた線束を使用しており、付加コイル７に発生する高周波の交流に対する電気抵抗が小さいため、大きな誘導電流が得られて、磁束Ｍに対して大きな抑制作用が得られる。
また、本実施の形態では、付加コイル７をＵ字コア６に２回周回させているが、２巻目は断続手段４０に接続するため引き出しており、磁気回路的に有効な巻数は１から１．５巻である。この巻数を増加させれば励磁コイル３による磁束Ｍを抑制する作用をさらに強めることができる。従って、発熱ローラ１の回転軸方向の温度の不均一さの程度に応じて、巻数を変えて発熱ローラ１の回転軸方向の温度均一性を調整することが可能である。
本実施の形態では、付加コイル７として、外径０．１ｍｍの線材を２０本束ねた線束を使用したが、線束を構成する素線の本数を増減しても付加コイル７による磁束Ｍの抑制作用を増減することが可能である。さらに、素線を束ねた線束を使用したが、単線（例えば、表面を絶縁した外径０．５ｍｍの銅線）を使用し、巻数を多くしても同様の作用が得られる。
なお、背面コア４のＵ字コア６を発熱ローラ１の回転軸に対して斜めに設置してもよい。この場合にはＵ字コア６の両端の対向部Ｆの該回転軸方向の位置が互いに異なることになる。このため、磁束が集中する箇所が回転軸方向に分散されるので、発熱ローラ１の回転軸方向の発熱ムラを抑制することができる。
（実施の形態３）
図１７は本発明の第３の実施の形態の像加熱装置の発熱部の構成図である。第２の実施の形態と同一の作用を持つ部材には同一の符号を与え、それらについての重複する説明を省略する。
本実施の形態においては第２の実施の形態と異なり、同一のＵ字コア６に配設された１対の付加コイル７を直列に接続し、さらにこれに断続手段４０を直列に接続している。また、２つの温度センサー１１ａ，１１ｂを配設してあり、一方の温度センサー１１ａは最小サイズ用紙の通過範囲Ｐｍｉｎ内に、他方の温度センサー１１ｂは最小サイズ用紙の通過範囲Ｐｍｉｎ外にそれぞれ配設し、それぞれが定着ベルト３６の温度を検知する構成となっている。用紙通過時の両温度センサー１１ａ、１１ｂの温度信号により、断続手段４０を切り換えて磁束Ｍを調整し、発熱量を調整する。上記以外の構成は実施の形態２と同様である。
第２の実施の形態では、同一のＵ字コア６内に発生する２つの磁束Ｍに対して２個の付加コイル７が設けられ、それぞれに対応して２個の断続手段４０が接続されて、２個の閉回路が形成された。そして、各閉回路内に発生する２つのループ状の誘導電流による磁束Ｐで、励磁コイル３による２つの磁束Ｍを別々に抑制していた。
これに対して、本実施の形態では、同一のＵ字コア６に設けられた２個の付加コイル７と１個の断続手段４０とで１個の閉回路が形成される。そして、１つの閉回路内に発生する１つのループ状の誘導電流による磁束Ｐで、励磁コイル３による２つの磁束Ｍを抑制する。本実施の形態では、実施の形態２に対して、付加コイル７内に発生する誘導電流に僅かの差は生じるが、付加コイル７を構成する線束の本数や巻数を変更することにより、実施の形態２と同等の発熱抑制作用が得られる。
本実施の形態の構成により、第２の実施の形態では一つのＵ字コア６に対して２個必要であった断続手段が１個で足りる。このため装置が簡素になり、コストダウンが可能になる。
このように、本実施の形態では、励磁コイル３によって発生した複数の環状の磁束Ｍに対してそれぞれ設けた付加コイル７を、一つの断続手段に直列接続したので、単一の断続手段４０で異なる位置に発生した複数の磁束Ｍを制御することができる。これにより、少ない断続手段４０でより細かい制御ができ、均一な温度分布を実現することができる。
加えて、定着ベルト３６の温度を、最小サイズ用紙の通過範囲内と範囲外とにそれぞれ設けた複数の温度センサー１１ａ，１１ｂにて検出し、その温度信号により断続手段４０を切り換えるので、より一層定着ベルト３６の発熱ローラ１の回転軸方向の温度均一性が向上する。
温度センサーの数量は上記のように２個に限らず、３個以上に増やすことができる。例えば、通過させる用紙サイズに対応させて、発熱抑制手段８と温度センサーとを設けても良い。これにより、より一層温度ムラの少ない、均一な温度が得られる。
一方、通過させる用紙サイズの種類が少ない場合には、隣り合うＵ字コア６に配設された付加コイル７を更に直列に接続し、これらに１個の断続手段４０を直列に接続しても良い。これにより、１個の断続手段４０の切り換えで、２個（又は３個以上）のＵ字コア６に対応する範囲の発熱量を制御することが可能となり、一層装置が簡素となり、コストの低減も可能となる。
本実施の形態では、断続手段４０を断続操作するタイミングを、励磁回路１０の電圧共振型インバータから励磁コイル３へ供給される高周波電流（又は高周波電圧）の変動に同期させている。これは、励磁コイル３に供給される高周波電流（又は高周波電圧）による磁束Ｍの変化が誘起する付加コイル７の電流（又は電圧）が大きい状態のときに断続手段４０の断続操作を行なうと、不要な電磁ノイズが発生したり、断続手段４０の動作が不良になったりするという問題が発生するためである。
詳細に述べると、断続手段４０が接続状態のとき、励磁コイル３に印加した高周波電流により付加コイル７にはほぼ同じ波形の高周波電流が発生する。付加コイル７に誘起された電流が大きいときに断続手段４０を切断した場合、付加コイル７の電流が急激に０になるという急峻な変化が生じる。このために、付加コイル７を切断する断続手段４０に過大な電圧が発生して、スパークが発生したり、絶縁破壊が引き起こされたりする。
一方、断続手段４０が非接続状態のときにも、励磁コイル３に印加された高周波電流による磁束Ｍの変化が誘起する電圧が付加コイル７の両端に発生する。この誘起される電圧波形は、励磁コイル３に印加される高周波の電圧の波形とほぼ同じである。この誘起された電圧が大きいときに断続手段４０を接続すると、その接続の瞬間にスパークが発生したり、絶縁破壊が引き起こされたり、大きな電流が流れたりする。
上記の課題を解決するために、本実施の形態では断続手段４０の断続操作を行なうタイミングを、励磁回路１０の電圧共振型インバータから励磁コイル３へ供給される高周波電流の変動に同期させている。これにより、励磁コイル３へ供給される高周波電流により付加コイル７に誘起される同波形の電流または電圧がほぼ０の瞬間に、断続手段４０の断続操作を行なうことができる。このため、付加コイル７を断続する断続手段４０で過大な電圧が発生したり、スパークや絶縁破壊が発生したりするのを防止することができる。同時に、断続手段４０の断続による付加コイル７での電流や電圧の急激な変化を防止することにより、不要な電磁波ノイズの発生も防止することができる。
断続手段４０の断続タイミングを励磁コイル３へ供給される高周波電流の変動に同期させることは、励磁回路１０のインバータのスイッチング素子のスイッチングタイミングと断続手段４０の断続タイミングとを合わせることにより実現できる。この場合、断続手段４０の断続とスイッチングとを完全に同時とする必要はなく、所定の時間ずらしてもよい。
なお、断続手段４０の断続は１回の記録動作中に１回と限るものではない。記録動作中の温度の変化に合わせて複数回の断続動作を行うことも可能である。さらに、断続動作を一秒間に１０回〜数千回行うことも可能である。断続動作を数多く行う場合には、不要な電磁波のノイズが発生し易いため、断続手段４０の断続タイミングを励磁コイル３へ供給される高周波電流の変動に同期させることは特に重要である。断続手段４０の断続動作としては記録動作１回あたり１回から、該高周波電流の周波数に対応する回数頻度まで行うことができる。
（実施の形態４）
図１８は本発明の第４の実施の形態の像加熱装置の発熱部の断面図、図１９は図１８において矢印Ｈ方向からみた発熱部の構成図である。第３の実施の形態と同一の作用を持つ部材には同一の符号を与え、それらについての重複する説明を省略する。
本実施の形態においては第３の実施の形態と異なり、Ｕ字コア６ａに二対の発熱抑制手段８を配設してある。
付加コイル７ａは表面を絶縁した外径０．１ｍｍの銅線からなる線材を２５本束ねた線束を、Ｕ字コア６ａの両側の透磁部Ｔにそれぞれ２回巻き付けてある。一対の付加コイル７ａの線材の巻回方向は、相互に逆向きである。一対の付加コイル７ａは直列に接続され、さらに断続手段４０ａと直列に接続されている。
付加コイル７ｂは第３の実施の形態の付加コイル７と同じである。一対の付加コイル７ｂは直列に接続され、さらに断続手段４０ｂと直列に接続されている。　Ｕ字コア６ｂ、６ｃに配設された発熱抑制手段８は第３の実施の形態と同じである。
この構成により、Ｕ字コア６ａを通る磁束について、４種類の状態に切り換えることができる。
第１の状態では、付加コイル７ａに接続された断続手段４０ａを接続状態とし、付加コイル７ｂに接続された断続手段４０ｂも接続状態とする。図１８において、付加コイル７ａに生じる誘導電流によって磁束Ｐａ（磁束の向きは磁束Ｍの向きと逆）が発生し、付加コイル７ｂに生じる誘導電流によって磁束Ｐｂ（磁束の向きは磁束Ｍの向きと逆）が発生し、両磁束が加算されて励磁コイル３による磁束Ｍを大きく抑制する。
第２の状態では、付加コイル７ａに接続された断続手段４０ａを接続状態とし、付加コイル７ｂに接続された断続手段４０ｂを非接続状態とする。この場合、付加コイル７ａに生じる誘導電流によって磁束Ｐａが発生するが、付加コイル７ｂには誘導電流が生じないため磁束Ｐｂも発生しない。この結果、付加コイル７ａによる磁束Ｐａのみによって励磁コイル３による磁束Ｍが抑制される。従って、断続手段４０ａ，４０ｂの両方が接続状態である上記第１の状態と比較して、励磁コイル３による磁束Ｍを抑制する作用は小さい。
第３の状態では、付加コイル７ａに接続された断続手段４０ａを非接続状態とし、付加コイル７ｂに接続された断続手段４０ｂを接続状態とする。この場合、付加コイル７ｂに生じる誘導電流によって磁束Ｐｂが発生するが、付加コイル７ａには誘導電流が生じないため磁束Ｐａも発生しない。この結果、付加コイル７ｂによる磁束Ｐｂのみによって励磁コイル３による磁束Ｍが抑制される。付加コイル７ａの方が付加コイル７ｂより、素線の本数が多く、その分発生する誘導電圧が大きい。従って、上記第２の状態で発生する磁束Ｐａの方が、本第３の状態で発生する磁束Ｐｂより大きい。よって、励磁コイル３による磁束Ｍに対する抑制作用は、上記第２の状態の場合に比べて、本第３の状態の場合の方が小さい。
第４の状態では、付加コイル７ａに接続された断続手段４０ａを非接続状態とし、付加コイル７ｂに接続された断続手段４０ｂも非接続状態とする。この場合、両付加コイル７ａ、７ｂは磁束Ｐａ、Ｐｂを発生せず、励磁コイル３による磁束Ｍがそのまま発熱に作用する。
以上のように、付加コイル７ａ，７ｂによる磁束Ｐａ，Ｐｂによって励磁コイル３による磁束Ｍが抑制される場合（第１の状態）と、付加コイル７ａ，７ｂによる磁束Ｐａ，Ｐｂのうちのいずれか一方によって励磁コイル３による磁束Ｍが抑制される場合（第２の状態、第３の状態）と、付加コイル７ａ，７ｂによる磁束Ｐａ，Ｐｂによって励磁コイル３による磁束Ｍが抑制されない場合（第４の状態）との、４種類の状態に切り換えることができる。
この構成により、より一層きめの細かい温度調整が可能となり、一層定着ベルト３６の発熱ローラ１の回転軸方向の温度均一性が向上する。
なお、上記の例では、Ｕ字コア６ａに構成が異なる２種類の発熱抑制手段を設けたが、３種類以上の発熱抑制手段を設けても良い。また、同一構成の発熱抑制手段を一つのＵ字コアに設けても良い。また、Ｕ字コア６ａに代えて、またはこれに加えて、他のＵ字コア６ｂ，６ｃに対して同様の発熱抑制手段を設けても良い。
（実施の形態５）
図２０は本発明の第５の実施の形態の像加熱装置の発熱部の断面図、図２１は図２０において矢印Ｉ方向からみた発熱部の構成図である。図２０は、図２１のＸＸ−ＸＸ線での矢視断面図である。第２の実施の形態と同様の構成で同じ機能を有する部材には同一の符号を与え、それらについての重複する説明を省略する。
本実施の形態においては、第２の実施の形態のＵ字コア６に代えて、略Ｌ状のＬ字コア４１を用いている。Ｌ字コア４１は発熱ローラ１の外周面に対向させて配置される。図２０の断面図において、Ｌ字コア４１が発熱ローラ１の外周面と対向する角度範囲は、発熱ローラ１の回転中心軸に対して約９０度である。
発熱ローラ１の外周面に対向して、発熱ローラ１の回転中心軸と平行に棒状の中心コア（第２コア部）５が配置されるのは実施の形態２と同様である。
Ｌ字コア４１の一方の端部は中心コア５に磁気的に接続される。励磁コア３の巻回中心軸３ａと平行な方向から見た図２１に示すように、発熱ローラ１の回転中心軸方向に離間して配列された１１個のＬ字コア４１は、中心コア５に対して設置方向を交互に逆にして、即ち千鳥状に、配置されている。
本実施の形態が想定している最大記録幅は実施の形態２と同様であり、発熱ローラ１の長さは同一である。同一サイズの発熱ローラ１に対して、実施の形態２では９個のＵ字コア６を発熱ローラ１の回転中心軸方向に等間隔に配置していた。これに対して、本実施の形態では１１個のＬ字コア４１を該方向に等間隔に配置している。従って、本実施の形態における隣り合うＬ字コア４１の間隔は、実施の形態２における隣り合うＵ字コア６の間隔より狭い。
Ｌ字コア４１の、中心コア５と接続されない側の先端は、励磁コイル３と対向しない範囲にまで延長され、励磁コイル３を介さずに発熱ローラ１と対向する対向部Ｆが形成されている。本実施の形態では、対向部Ｆを形成するＬ字コア４１の先端部分を発熱ローラ１側に突出させて、磁気的結合を向上させている。また、実施の形態２と同様に、中心コア５は、励磁コイル３を介さずに発熱ローラ１と対向し、かつ、Ｌ字コア４１よりも発熱ローラ１側に突出して対向部Ｎを形成している。突出した中心コア５の対向部Ｎは、励磁コイル３の巻回中心の中空部内に挿入されている。
本実施の形態では、上述の通り、複数のＬ字コア４１の設置方向を中心コア５に対して交互に逆向きにした。従って、図２１に示すように、励磁コア３の巻回中心軸３ａと平行な方向から対向部Ｎの配置を見ると、実施の形態２と異なり、中心コア５に対して対向部Ｎが非対称に（即ち、千鳥状に）配置されている。
１１個のＬ字コア４１のうち、両外側から４番目までのＬ字コア４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄには付加コイル７と断続手段４０とからなる発熱抑制手段８が配設されている。
第２の実施の形態では、各Ｕ字コア６の両端の２つの対向部Ｆの、発熱ローラ１の回転軸方向の位置は一致している。従って、ある一つのＵ字コア６の両端の２つの対向部Ｆが、回転する発熱ローラ１の外表面上にそれぞれ描く軌跡は一致する。該軌跡が形成される発熱ローラ１の表面部分は２つの対向部Ｆと対向し、それと回転軸方向位置が異なる表面部分は対向部Ｆと対向することなく回転する。従って、両位置間で発熱量の差が生じ、回転軸方向の温度分布にムラが生じやすい。
これに対して、本実施の形態では、中心コア５に対して対向部Ｎが千鳥状に配置されているために、発熱ローラ１の表面上のある部分は１つの対向部Ｆと対向して回転する。従って、第２の実施の形態に比べて、発熱ローラ１の外表面のうち、対向部Ｎと対向する部分と対向しない部分との間で発熱量の差が生じにくく、回転軸方向の温度分布のムラが生じにくい。
また、Ｌ字コア４１は中心コア５に対して千鳥状に配置されるので、放熱特性が向上する。従って、Ｌ字コア４１の発熱ローラ１の回転軸方向の配置間隔を狭く設計することが容易である。この場合には、対向部Ｎの発熱ローラ１の回転軸方向の配置間隔も狭くなるので、より一層温度分布ムラを抑えることができる。　更に、Ｌ字コア４１の体積は、Ｕ字コア６の体積に比べて半分近くに小さい。従って、コストや重量を低減することができる。
加えて、発熱抑制手段８の作用により、各種サイズの用紙を通過させた時も、発熱ローラ１及び定着ベルト３６を温度ムラがない均一な温度に維持することができる。
また、対向部Ｆにおいて、Ｌ字コア４１に発熱ローラ１側に突出した凸部を設けたので、Ｌ字コア４１と発熱ローラ１との間隔がより一層小さくなり、励磁コイル３からの磁束が完全に発熱ローラ１へ導かれ、発熱ローラ１と励磁コイル３との磁気的結合がよくなる。なお、励磁コイル３と背面コア４は接触させても、１ｍｍ程度の隙間を設けても実施可能である。隙間を設けた場合は励磁コイル３と背面コア４との相互に対向する部分の温度上昇を防止することができる。
また、発熱ローラ１を回転方向に約９０度の角度範囲で覆うＬ字コア４１を用いることにより、重量の低減と、表面積の増加による放熱の促進が達成される。このため、内部に局所的に熱が蓄積しない。これにより装置の小型化・軽量化と同時にコストの低減を実現することができる。
また、断熱部材９と励磁コイル３との間を気流が通過するように構成すれば、励磁コイル３の放熱をさらに促進することができる。
さらに、上記の例では、全てのＬ字コア４１は、発熱ローラ１の回転軸方向の幅が均一で同一形状とし、該回転軸方向に等間隔で配設したが、幅を変えたり、間隔を変えたり、あるいは、発熱ローラ１との対向部Ｆを回転軸方向に連続した形状にしても良く、いずれの場合もより一層温度ムラのない、均一な温度を得られる。
（実施の形態６）
図２２は本発明の第６の実施の形態の像加熱装置の断面図、図２３は図２２において矢印Ｊ方向からみたコアの側面図である。第２の実施の形態と同様の材料で同じ役割を有する部分には同一の符号を与え、その詳細な説明を省略する。
本実施の形態においては、第２の実施の形態と異なり、略直方体形のコア５０の外周に励磁コイル３を周回し、これを導電性材料からなる円筒状の発熱ローラ１の内部に設置している。図２２に示すように、コア５０の高さは、発熱ローラ１の内径よりわずかに小さい。また、図２３におけるコア５０の横方向の寸法（長手方向長さ）は発熱ローラ１の長さに略一致する。本実施の形態では、異なるサイズの用紙を通過させるとき、常に図２３の左端が基準となる。従って、小幅紙を通過させるときは、図２３の右側のみが非通紙領域となる。
この非通紙領域に対応して、図２３に示すコア５０の右端には付加コイル７と断続手段４０とからなる発熱抑制手段８が配設されている。小サイズ用紙の通過領域の端部にほぼ対応する位置に上方より切り込み５２を入れ、切り込み５２とコア５０の右側端面との間に付加コイル７を周回させている。付加コイル７は右側端面からコア５０に密着して周回し、完全に１回転周回した後も略１周し、その両端を右側端部へ引き出している。そして、引き出した端部を断続手段４０に接続している。
ここで付加コイル７の作用について図２２を用いて説明する。
付加コイル７を断続する断続手段４０が非接続状態のとき、励磁コイル３により、コア５０を上下方向に貫通し、上下の端面から発熱ローラ１内に入り、発熱ローラ１内を円周方向に通過する、環状の磁束Ｓ１が形成される。このような磁束Ｓ１は、コア５０の長手方向の全幅にわたって形成される。磁束Ｓ１は、励磁回路１０の交流電流により生成消滅を繰り返す。この結果、発熱ローラ１は回転軸方向の全幅にわたって発熱する。
一方、付加コイル７を断続する断続手段４０が接続状態のとき、磁束Ｓ１の経路の途中に巻回された付加コイル７には、磁束Ｓ１の変化により誘導起電力が発生する。その誘導起電力により付加コイル７には磁束Ｓ１と鎖交するループ状の誘導電流が発生し、コア５０内に磁束Ｓ１の向きとは反対向きの磁束（図示せず）が生じる。この反対向きの磁束は、付加コイル７の内部を磁束Ｓ１が通過することを抑制するので、破線Ｓ２で示すように、コア５０の付加コイル７の直前から空気中を経て、発熱ローラ１へ入る磁束の経路が形成される。空気中は透磁率が低いために、励磁コイル３と発熱ローラ１との磁気的結合が弱くなる。さらに、発熱ローラ１中を磁束が通過する範囲が狭くなることも加わって、付加コイル７を設置した領域の発熱量が抑制される。
断続手段４０が接続状態のとき、励磁コイル３に印加した高周波電流により付加コイル７にはほぼ同じ波形の高周波電流が発生する。付加コイル７に誘起された電流が大きいときに断続手段４０を切断した場合、付加コイル７の電流が急激に０になるという急峻な変化が生じる。このために、付加コイル７を切断する断続手段４０に過大な電圧が発生して、スパークが発生したり、絶縁破壊が引き起こされたりする。
一方、断続手段４０が非接続状態のときにも、励磁コイル３に印加された高周波電流による磁束Ｓ１の変化が誘起する電圧が付加コイル７の両端に発生する。この誘起される電圧波形は、励磁コイル３に印加される高周波の電圧の波形とほほ同じである。この誘起された電圧が大きいときに断続手段４０を接続すると、その接続の瞬間にスパークが発生したり、絶縁破壊が引き起こされたり、大きな電流が流れたりする。
上記の課題を解決するために、本実施の形態では、付加コイル７に誘起される電流が０の時に断続手段４０の非接続状態への切り換えを行なっている。さらに、付加コイル７に誘起される電圧が０の時に断続手段４０の接続状態への切り換えを行なっている。これにより、付加コイル７を断続する断続手段４０で過大な電圧が発生したり、スパークや絶縁破壊が発生したりするのを防止することができる。同時に、断続手段４０の断続による付加コイル７での電流や電圧の急激な変化を防止することにより、不要な電磁波ノイズの発生も防止することができる。
なお、断続手段４０の断続は１回の記録動作中に１回と限るものではない。記録動作中の温度の変化に合わせて複数回の断続動作を行うことも可能である。さらに、断続動作を一秒間に１０回〜数千回行うことも可能である。断続動作を数多く行う場合には、不要な電磁波のノイズが発生し易いため、断続手段４０の断続タイミングを励磁コイル３へ供給される高周波電流の変動に同期させることは特に重要である。断続手段４０の断続動作としては記録動作１回あたり１回から、該高周波電流の周波数に対応する回数頻度まで行うことができる。
また本実施の形態では、付加コイル７を略２周して構成しているので、１周のみの場合に比べて大きな効果が得られる。
付加コイル７は、図２３の長さＬ２の範囲においてコア５０内を磁束Ｓ１が通過することを抑制する。このため、付加コイル７をコア５０の上端部に設けると、磁束Ｓ２はコア５０の上端部付近まで通過できるので、磁束Ｓ２が空気中を通過する距離が短くなって、付加コイル７による発熱抑制効果が低減する。逆に、付加コイル７が上端部から離れているほど、断続手段４０の接続状態時と非接続状態時との間で、磁束Ｓ２がコア５０内を通過する距離の差が大きくなり、付加コイル７による発熱抑制効果が顕著となる。本実施の形態では、コア５０の上端から付加コイル７のコア５０の該上端側の端までの磁束Ｓ１に沿った方向における距離Ｌ１が、付加コイル７の磁束Ｓ１に沿った方向における設置範囲長さＬ２よりも大きい。これにより、付加コイル７に接続された断続手段４０の断続による磁気回路の変化がより大きくなり、付加コイル７による発熱抑制効果を大きくすることができる。
本実施の形態においては、図２３に示すように、付加コイル７は、付加コイル７の設置範囲（長さＬ２）において励磁コイル３が発生する環状の磁束Ｓ１を抑制する。従って、磁束Ｓ１の経路に沿った方向における付加コイル７の設置範囲長さＬ２が大きい方が、断続手段４０が接続状態のときの発熱抑制効果が大きくなる。本実施の形態では、付加コイル７がコア５０を略２回周回している。このため、付加コイル（導電体）７と鎖交する磁束Ｓ１に沿った方向における付加コイル７の設置範囲の長さＬ２が、該磁束Ｓ１に沿った方向に垂直な面内での付加コイル７の厚さ（これはコイル線材の太さに等しい）よりも大きい。これにより、付加コイル７を小型で材料の使用量も低減しながら、付加コイル７の発熱抑制効果を十分に確保することができる。
なお、付加コイル７の線材の外径と同等の厚さで、付加コイル７の設置範囲長さＬ２と同等の幅の薄肉の板金をループ状にしてコア５０に巻き付けても、設置部分に対応する発熱ローラ１の領域の発熱量を抑制して温度分布を均一にする効果が得られる。
なお、上記の例では、略２回周回させた付加コイル７の周回の経路がほぼ完全に一致していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図２４に示すごとく、コア５０に上端から２つの切り欠き５２ａ，５２ｂを形成し、付加コイル７を切り欠き５２ａと切り欠き５２ｂとの間の領域５４ａで一回周回させた後、コア５０の右側端部に引き出しても良い。この構成では、切り欠き５２ａと切り欠き５２ｂとの間の、付加コイルが２回周回された領域５４ａの方が、これより右側端部寄りの付加コイルが１回周回された領域５４ｂよりも、断続手段４０が接続状態の場合の付加コイル７による磁束Ｓ１の抑制効果が大きい。このため、領域５４ａの方が、発熱抑制効果は大きい。本構成の効果は以下の通りである。小サイズの用紙を通過させる場合、領域５４ａ、５４ｂに対応する非通紙領域での発熱ローラ１の発熱量を抑える必要がある。一方、発熱ローラ１の回転軸方向の端部では放熱が大きく温度が低下しやすい。上記の構成では、端側である領域５４ｂの発熱抑制効果が内側の領域５４ａの発熱抑制効果より弱いので、端部での放熱による温度の低下を抑えながら、用紙が通過しない領域の発熱を抑制することができ、この結果、発熱ローラ１の回転軸方向での温度分布を均一に維持することができる。
また、上記の例では、付加コイル７をコア５０の長手方向と平行に設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図２５に示すごとく、付加コイル７の周回数を１周とし、励磁コイル３との距離が、切り欠き５２側で近く、コア５０の右側端部側で遠くなるように、付加コイル７を傾斜させても良い。本例では、付加コイル７からコア５０の上端までの距離は、コア５０の右側端部で５ｍｍ、切り欠き５２の位置で１０ｍｍとしている。本構成の効果は以下の通りである。断続手段４０が接続状態の場合、コア５０の付加コイル７より上端側の部分には、励磁コイル３によって発生した磁束は通過しない。付加コイル７を上記のように該磁束の経路に対して斜めに配置したことにより、該磁束がコア５０内を通過する距離は切り欠き５２から右側端部にいくにしたがって次第に長くなる。従って、付加コイル７の発熱抑制効果は、切り欠き５２から右側端部にいくにしたがって次第に弱くなる。このため、放熱が大きい端部の温度の低下を抑えながら、用紙が通過しない領域の発熱を抑制することができ、この結果、発熱ローラ１の回転軸方向での温度分布を均一に維持することができる。なお、付加コイル７の周回数を上記のような１回ではなく、これより多く周回させても同様に温度ムラを抑制する効果が得られることはもちろんである。
また、上記の例では、付加コイル７を周回させるとき、線束を互いに密着させたが、図２６に示すように、隣り合う線束を離間させて周回しても良い。この構成では、少ない線材で付加コイル７の設置範囲長さＬ２を大きくすることができる。これにより、付加コイル７に誘起される電流による発熱分布の制御効果を十分に大きくすることができる。なお、図２６は、図２４において付加コイル７を離間させて周回させる例を示したが、図２３の構成でも同様に離間して周回させることができ、同様の効果を得ることができる。
また、発熱ローラ１を、厚さを薄くした、いわゆるチューブ形態として、強度を付与する保持部材を設けても実現可能である。
また、本実施の形態では、サイズが異なる用紙を通過させる場合には、発熱ローラ１の回転軸方向の一方の端部を基準とする構成を示したが、実施の形態２のように、中央部を基準とすることも可能である。この場合には、コア５０の両端部に付加コイル７を有する発熱抑制手段４０を設ければよい。
以上の実施の形態１〜６より明らかなように、本発明によれば、発熱抑制手段により、発熱ローラ１の回転軸方向の発熱量を自在に調整することが可能であり、発熱ローラ１の回転軸方向の温度を均一に維持することができる。従って、幅の狭い用紙が通過しても、端部の温度が高くなり構成部材が破損したり劣化したりすることがない。
また、小サイズ用紙を連続して通過させた直後に最大幅の用紙を通過させてもホットオフセットを生ずることがない。
更に、用紙幅に対応した範囲を重点的に加熱することも可能で、この場合には電力の削減と昇温時間の短縮が図れる。
本発明の発熱抑制手段は、その構成部材に可動部分がなく構成が簡素なため装置の小型化・軽量化が可能で、コストの低減も可能である。
以上に説明した実施の形態は、いずれもあくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものであって、本発明はこのような具体例にのみ限定して解釈されるものではなく、その発明の精神と請求の範囲に記載する範囲内でいろいろと変更して実施することができ、本発明を広義に解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施の形態の像加熱装置の断面図である。
図２は、図１の矢印Ｅ方向からみた発熱部の構成図である。
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線での発熱部の矢視断面図である。
図４は、本発明の第１の実施の形態の像加熱装置において、励磁コイルが電磁誘導により発熱ローラを発熱させるしくみを説明するための断面図である。
図５は、本発明の第１の実施の形態の像加熱装置において、発熱抑制手段の作用を説明するための断面図である。
図６は、本発明の第１の実施の形態の像加熱装置において、発熱抑制手段の別の構成例を示した断面図である。
図７は、本発明の第１の実施の形態の像加熱装置において、発熱抑制手段の更に別の構成例を示した断面図である。
図８は、図７の矢印Ａ方向から発熱抑制手段を見た部分拡大図である。
図９は、本発明の第２の実施の形態の像加熱装置を熱定着装置として用いた画像形成装置の断面図である。
図１０は、本発明の第２の実施の形態の像加熱装置の断面図である。
図１１は、図１０の矢印Ｇ方向から見た発熱部の構成図である。
図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線での発熱部の矢視断面図である。
図１３は、本発明の像加熱装置に用いられる励磁回路の基本構成の一例を示した回路図である。
図１４は、本発明の第２の実施の形態の像加熱装置において、発熱ローラが発熱するしくみと、発熱抑制手段の作用とを説明するための断面図である。
図１５は、本発明の第２の実施の形態の像加熱装置において、発熱抑制手段の効果を説明するための温度分布図である。
図１６は、本発明の第２の実施の形態の像加熱装置において、発熱抑制手段を構成する付加コイルの別の構成例を示した概略図である。
図１７は、本発明の第３の実施の形態の像加熱装置の発熱部の構成図である。
図１８は、本発明の第４の実施の形態の像加熱装置の発熱部の断面図である。
図１９は、図１８において矢印Ｈ方向からみた発熱部の構成図である。
図２０は、本発明の第５の実施の形態の像加熱装置の発熱部の断面図である。
図２１は、図２０において矢印Ｉ方向からみた発熱部の構成図である。
図２２は、本発明の第６の実施の形態の像加熱装置の断面図である。
図２３は、図２２において矢印Ｊ方向からみたコアの側面図である。
図２４は、本発明の第６の実施の形態の像加熱装置において、発熱抑制手段を構成する付加コイルの別の構成例を示した側面図である。
図２５は、本発明の第６の実施の形態の像加熱装置において、発熱抑制手段を構成する付加コイルの更に別の構成例を示した側面図である。
図２６は、本発明の第６の実施の形態の像加熱装置において、発熱抑制手段を構成する付加コイルの更に別の構成例を示した側面図である。
図２７は、従来の像加熱装置の断面図である。
図２８、図２７に示した像加熱装置に用いられる定着装置の移動機構を示す正面図である。
図２９は、従来の画像形成装置の像加熱装置の誘導加熱回路の構成図である。

Claims (53)

1. 導電性の発熱部材と、
   前記発熱部材の近傍に配置され、環状の磁束を発生して電磁誘導により前記発熱部材を発熱させる励磁手段と、
   前記励磁手段が発生した磁束を抑制することにより、前記発熱部材の発熱を抑制する発熱抑制手段と
   を備えたことを特徴とする像加熱装置。
2. 前記発熱抑制手段は、前記励磁手段が発生する環状の磁束の経路の途中に配置された導電体を備え、前記導電体は前記磁束によって前記磁束と鎖交するループ状の電流を誘導する請求項１に記載の像加熱装置。
3. 前記励磁手段が発生した共通する環状の磁束に対して、複数の前記導電体が設けられている請求項２に記載の像加熱装置。
4. 前記励磁手段は、前記発熱部材に対向して配置された励磁コイルと、磁性材からなるコアとを備える請求項１に記載の像加熱装置。
5. 前記発熱抑制手段は、前記コアに巻回された付加コイルを備える請求項４に記載の像加熱装置。
6. 回転する円筒面を有する導電性の発熱部材と、
   前記発熱部材に対向して配置された励磁コイル、及び磁性材からなるコアを有し、環状の磁束を発生して電磁誘導により前記発熱部材を発熱させる励磁手段と、
   前記励磁手段が発生した磁束を抑制することにより、前記発熱部材の発熱を抑制する発熱抑制手段とを備え、
   前記励磁コイルは、線材を、前記発熱部材の前記円筒面の回転軸方向の端部ではその外周面に沿って、それ以外の部分では前記円筒面の母線方向に沿って、周回して形成されており、
   前記コアは、前記円筒面の回転方向において前記励磁コイルを覆うように、前記励磁コイルに対して前記発熱部材とは反対側に配置されており、
   前記コアは、前記励磁コイルを介して前記発熱部材と対向する透磁部と、前記励磁コイルを介することなく前記発熱部材と対向する対向部とを備え、
   前記発熱抑制手段は、前記コアに巻回された付加コイルを備えることを特徴とする像加熱装置。
7. 前記付加コイルの両端が短絡されている請求項５又は６に記載の像加熱装置。
8. 前記発熱抑制手段は、さらに前記付加コイルに直列接続された断続手段を備える請求項５又は６に記載の像加熱装置。
9. 前記付加コイルは前記透磁部に巻回されている請求項６に記載の像加熱装置。
10. 前記コアは複数の前記透磁部を有し、複数の前記透磁部のうちの少なくとも一つに前記付加コイルが巻回されている請求項６に記載の像加熱装置。
11. 前記コアの共通する前記透磁部に、複数の前記付加コイルが巻回されている請求項６に記載の像加熱装置。
12. 前記コアに一対の前記付加コイルが巻回されており、前記一対の付加コイルは相互に反対方向に巻回されている請求項５又は６に記載の像加熱装置。
13. 前記コアに一対の前記付加コイルが巻回されており、前記一対の付加コイルと断続手段とが直列に接続されている請求項５又は６に記載の像加熱装置。
14. 前記付加コイルは、表面を絶縁した線材を束ねた線束からなる請求項５又は６に記載の像加熱装置。
15. 前記励磁コイルは、表面を絶縁した前記線材を束ねた線束からなる請求項６に記載の像加熱装置。
16. 前記励磁手段が発生した共通する環状の磁束に対して、複数の前記付加コイルが設けられている請求項５又は６に記載の像加熱装置。
17. 前記付加コイルが、最小の用紙通過範囲よりも外側に配置されている請求項５又は６に記載の像加熱装置。
18. 前記付加コイルが、最小の用紙通過範囲よりも外側に複数配置されており、通過する用紙の幅に応じて前記断続手段を切り換える請求項８に記載の像加熱装置。
19. さらに、温度検出装置を有し、
    前記温度検出装置が検出する温度に応じて、前記断続手段を切り換える請求項８に記載の像加熱装置。
20. 用紙が通過しないとき前記断続手段を非接続状態とし、用紙の通過が開始後に前記断続手段を接続状態に切り換える請求項８に記載の像加熱装置。
21. 設定温度以下のとき前記断続手段を非接続状態とし、設定温度に到達後に前記断続手段を接続状態に切り換える請求項８に記載の像加熱装置。
22. 設定温度以下のとき、通過する用紙の幅に応じて前記断続手段を切り換える請求項８に記載の像加熱装置。
23. 前記コアは略Ｕ字形状の複数のＵ字コアを備え、
    前記複数のＵ字コアは、前記発熱部材の円筒面を回転方向において覆うように、かつ、前記発熱部材の回転軸方向に相互に離間して、配置されている請求項６に記載の像加熱装置。
24. 前記コアは、更に、前記複数のＵ字コアを、磁気的に接続する第２コア部を備え、前記第２コア部は、前記励磁コイルを介することなく前記発熱部材と対向する対向部を有する請求項２３に記載の像加熱装置。
25. 前記付加コイルは、前記複数のＵ字コアのうちの一部のＵ字コアにのみ巻回されている請求項２３に記載の像加熱装置。
26. 前記Ｕ字コアの略中央部が前記第２コア部に接続されている請求項２４に記載の像加熱装置。
27. 前記Ｕ字コアが、前記発熱部材の回転軸方向に対して傾斜して配置されている請求項２３に記載の像加熱装置。
28. 前記コアは略Ｌ字形状の複数のＬ字コアを備え、
    前記複数のＬ字コアは、前記発熱部材の円筒面を回転方向において覆うように、かつ、前記発熱部材の回転軸方向に相互に離間して、配置されている請求項６に記載の像加熱装置。
29. 前記コアは、更に、前記複数のＬ字コアを、磁気的に接続する第２コア部を備え、前記第２コア部は、前記励磁コイルを介することなく前記発熱部材と対向する対向部を有する請求項２８に記載の像加熱装置。
30. 前記付加コイルは、前記複数のＬ字コアのうちの一部のＬ字コアにのみ巻回されている請求項２８に記載の像加熱装置。
31. 前記Ｌ字コアの一方の端部が前記第２コア部に接続されている請求項２９に記載の像加熱装置。
32. 前記Ｌ字コアは前記第２コア部に対して千鳥状に配置されている請求項３１に記載の像加熱装置。
33. 前記コアの前記対向部に、前記発熱部材側に突出した凸部が設けられている請求項６に記載の像加熱装置。
34. 前記第２コア部の前記対向部に、前記発熱部材側に突出した凸部を有し、前記凸部が前記励磁コイルの巻回中心の中空部内に挿入されている請求項２４又は２９に記載の像加熱装置。
35. 導電性の発熱部材と、
    時間的に変化する電流を発生させる励磁電源と、
    前記発熱部材の近傍に配置され、前記励磁電源より電流を供給されて環状の磁束を発生し、電磁誘導により前記発熱部材を発熱させる励磁手段と、
    前記励磁手段が発生する環状の磁束の経路の途中に配置され、前記磁束によって前記磁束と鎖交するループ状の電流を誘導する導電体、及び前記電流を断続する断続手段を有する発熱抑制手段と
    を備え、
    前記導電体内に発生する誘導電流が０近傍の時に前記断続手段を切り換えることを特徴とする像加熱装置。
36. 導電性の発熱部材と、
    時間的に変化する電流を発生させる励磁電源と、
    前記発熱部材の近傍に配置され、前記励磁電源より電流を供給されて環状の磁束を発生し、電磁誘導により前記発熱部材を発熱させる励磁手段と、
    前記励磁手段が発生する環状の磁束の経路の途中に配置され、前記磁束によって前記磁束と鎖交するループ状の電流を誘導する導電体、及び前記電流を断続する断続手段を有する発熱抑制手段と
    を備え、
    前記導電体内に発生する誘導電圧が０近傍の時に前記断続手段を切り換えることを特徴とする像加熱装置。
37. 前記断続手段の切り換え時には前記励磁手段に電流を印加しない請求項３５又は３６に記載の像加熱装置。
38. 導電性の発熱部材と、
    時間的に変化する電流及び電圧を発生させる励磁電源と、
    前記発熱部材の近傍に配置され、前記励磁電源より電流及び電圧を供給されて環状の磁束を発生し、電磁誘導により前記発熱部材を発熱させる励磁手段と、
    前記励磁手段が発生する環状の磁束の経路の途中に配置され、前記磁束によって前記磁束と鎖交するループ状の電流を誘導する導電体、及び前記電流を断続する断続手段を有する発熱抑制手段と
    を備え、
    前記励磁手段に供給される電流又は電圧の変化に同期して前記断続手段を切り換えることを特徴とする像加熱装置。
39. 導電性の発熱部材と、
    時間的に変化する電流を発生させる励磁電源と、
    前記発熱部材の近傍に配置され、前記励磁電源より電流を供給されて環状の磁束を発生し、電磁誘導により前記発熱部材を発熱させる励磁手段と、
    前記励磁手段が発生する環状の磁束の経路の途中に配置され、前記磁束によって前記磁束と鎖交するループ状の電流を誘導する導電体、及び前記電流を断続する断続手段を有する発熱抑制手段と
    を備え、
    前記導電体が１回転を超えて周回された線材からなることを特徴とする像加熱装置。
40. 前記線材が２回転以上周回されており、その周回経路の少なくとも一部が互いに異なる請求項３９に記載の像加熱装置。
41. 前記線材が相互に離間して周回されている請求項３９に記載の像加熱装置。
42. 導電性の発熱部材と、
    時間的に変化する電流を発生させる励磁電源と、
    前記発熱部材の近傍に配置され、前記励磁電源より電流を供給されて環状の磁束を発生し、電磁誘導により前記発熱部材を発熱させる励磁手段と、
    前記励磁手段が発生する環状の磁束の経路の途中に配置され、前記磁束によって前記磁束と鎖交するループ状の電流を誘導する導電体、及び前記電流を断続する断続手段を有する発熱抑制手段と
    を備え、
    前記環状の磁束に沿った方向における前記導電体の長さが、前記環状の磁束に沿った方向に垂直な面内での前記導電体の厚さより大きいことを特徴とする像加熱装置。
43. 前記発熱抑制手段は、前記励磁手段が発生した磁束とは反対向きの磁束を発生することにより、前記励磁手段が発生した磁束を抑制する請求項１、６、３５、３６、３８、３９、又は４２に記載の像加熱装置。
44. 前記発熱抑制手段は、前記励磁手段が発生した磁束により誘導起電力を生じさせ、電流を誘起させることにより、前記励磁手段が発生した磁束を打ち消す方向の磁束を生じさせる請求項１、６、３５、３６、３８、３９、又は４２に記載の像加熱装置。
45. 前記導電体は、前記磁束が通過する中空部を備える請求項２、３５、３６、３８、３９、又は４２に記載の像加熱装置。
46. 前記導電体が、巻回された線材からなる請求項２、３５、３６、３８、又は４２に記載の像加熱装置。
47. 前記導電体が、巻回された帯状物からなる請求項２、３５、３６、３８、又は４２に記載の像加熱装置。
48. 前記導電体の電気伝導率が１×１０^７［Ｓ／ｍ］以上である請求項２、３５、３６、３８、３９、又は４２に記載の像加熱装置。
49. 前記導電体の内側又は近傍に磁性材が設けられている請求項２、３５、３６、３８、３９、又は４２に記載の像加熱装置。
50. 前記磁性材の端部と前記導電体との間の前記環状の磁束に沿った距離が、前記導電体の前記環状の磁束に沿った長さより大きい請求項４９に記載の像加熱装置。
51. 前記導電体が、これを貫通する前記環状の磁束に対して傾斜している請求項２、３５、３６、３８、３９、又は４２に記載の像加熱装置。
52. さらに、薄肉の定着ベルトと、前記発熱部材との間で前記定着ベルトを懸架する定着ローラとを備える請求項１、６、３５、３６、３８、３９、又は４２に記載の像加熱装置。
53. 被記録材に未定着画像を形成し担持させる画像形成手段と、前記未定着画像を前記被記録材に熱定着させる熱定着装置とを有する画像形成装置であって、前記熱定着装置が請求項１、６、３５、３６、３８、３９、又は４２に記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。

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