JP2011070062A - 誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、通紙領域に応じた加熱幅制御が行え、発熱ローラの非通紙部分の温度上昇抑制能力を向上させ、かつ小サイズの記録紙が通紙する時に省電力化できる誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【解決手段】電磁誘導発熱する発熱ローラと、発熱ローラを発熱させる第１励磁コイル２０と、第１励磁コイル２０の磁界を減少させる第１消磁コイル４０Ａ，４０Ｂと、磁束を導いて発熱ローラとの間に磁気回路を形成する第１軸方向コア３１を備え、第１励磁コイル２０が発熱ローラの軸方向に平行に延びる平行部とその両端の２つの折り返し部を備え、また第１消磁コイル４０Ａ，４０Ｂが発熱ローラの軸方向に平行に延びる平行部とその両端の２つの折り返し部を備え、各コイルの２つの折り返し部の一方と平行部が互いにそれぞれ重ね合わされ、第１軸方向コア３１が第１消磁コイル４０Ａ，４０Ｂの２つの折り返し部の他方側に配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、記録紙上に形成されたトナー像を記録紙に加熱定着する画像形成装置の定着装置等に用いられ、特に加熱方式として電磁誘導方式（ＩＨ方式）を用いる誘導加熱装置に関する。

プリンタ・複写機・ファクシミリ等の画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化・高速化についての市場要求が強くなってきている。これらの要求性能を達成するためには、画像形成装置に用いられる定着装置の熱効率の改善が重要である。

電磁誘導加熱方式の定着装置として、交番磁界により磁性金属部材に発生した渦電流でジュール熱を生じさせ、金属部材を含む加熱体を電磁誘導発熱させる技術が提案されている（特許文献１等）。しかし、画像形成装置では記録紙の大きさが一定ではなく複数の記録紙幅に対応しなければならないという問題があった。

この問題に対応するため、励磁コイルと副誘導コイルから構成された電磁誘導加熱方式の定着装置が提案されている（特許文献２）。この励磁コイルとこのコイルの内側に置かれた副誘導コイルは同一面内に形成される。（特許文献２）の副誘導コイルは、スイッチで回路がスイッチ閉とされてショートさせられると、静電容量切替手段を介して励磁コイルと電磁結合される。逆にスイッチを開として回路をオープンにすると、副誘導コイルと励磁コイルは電磁的に非結合とされるものである。

同様に、様々な記録紙幅に対応するために、励磁コイル上に消磁コイルを段状に積み重ねて磁束を打ち消す方式の電磁誘導加熱方式の定着装置も提案されている（特許文献３）。（特許文献３）においては、定着装置には励磁コイルが定着ローラ１に沿って巻回され、励磁コイル上に第１消磁コイルが置かれ、さらにその第１消磁コイル上に第２消磁コイルがそれぞれ積み重ねられた状態で配置されている。励磁コイルと消磁コイルの幅は同じ幅にされている。

ところで、電磁誘導加熱方式の励磁コイルの折り返し部においては発熱ローラの発熱分布で温度低下が起こり易い。このため折り返し部に磁束集中部材を設けることで、折り返し部の温度落込みを抑制する定着装置も提案されている（特許文献４）。発熱ローラの長手方向に平行に延びる平行領域部とその両端に折り返し部を有する環状の励磁コイルを用い、折り返し部において発生する磁界の向きが一方向に揃っている領域に磁束集中部材を設けることで折り返し部の内側部分の温度落込みを抑制するものである。これにより、加熱部材の長手方向における温度均一性を改善する。

特開２００３−２２３０６３号公報 特開２００９−１２８５５１号公報 特開２００８−１３９４７５号公報 特開２００５−２３５６３７号公報

現在主流となっている紙幅制御方式では、励磁コイル上に様々な記録紙幅に適用できる消磁コイルを設け、記録紙サイズに合わせて消磁コイルをショートして励磁コイルの磁束を打ち消し合わせ、非通紙部分の温度上昇を抑制している。一方、近年画像形成装置は益々スピード化が要求されており、ウォームアップタイム短縮のための定着装置の熱容量は年々削減されている。熱容量の低下は発熱ローラがきわめて加熱し易い構成になったことを意味する。このため利用されていない非通紙部分の温度上昇を抑える抑制能力（温度上昇抑制能力）の向上が求められている。

しかし、（特許文献２）の電磁誘導加熱方式の定着装置の場合、副誘導コイルが静電容量切替手段を介して励磁コイルに結合される構成を有しており、副誘導コイルは磁束抑制のため同一平面の励磁コイルの内側に配置される。このため副誘導コイルと励磁コイルの間には隙間ができ易く、静電容量切替手段による切替をしても磁束の打ち消しが十分でなく磁束が一部残ってしまう問題があった。すなわち、この方式では非通紙部分の温度上昇の抑制を十分には行えなかった。また通紙部分の両端部付近では逆に必要な熱量が不足する問題もあった。つまり、通紙部分の温度だけが均一になる好ましい温度分布にならずに、通紙部分の両端に近づくと次第に温度が低下し、またこれから非通紙部分になるに従って更に温度低下するような緩慢な温度分布となる。

また、（特許文献３）の電磁誘導加熱方式の定着装置は、励磁コイル上に消磁コイルを積み重ねて様々な記録紙幅の記録紙を定着する。しかし、この方式も励磁コイル上に消磁コイルを段重ねする必要があり、励磁コイルと消磁コイルの間に隙間ができ易く、消磁コイルによる磁束の打ち消しが不十分で磁束が一部残ってしまう。この方式でも非通紙部分の温度上昇の抑制は十分には行えず、通紙部分の両端部では熱量が不足しがちであった。すなわち温度分布が通紙部分で均一にならず、両端で落ち込む分布となっていた。

そこで、本発明は、通紙領域に応じた加熱幅制御が行え、発熱ローラの非通紙部分の温度上昇抑制能力を向上させ、かつ小サイズの記録紙が通紙する時に省電力化できる誘導加熱装置を提供することを目的とする。

本発明の誘導加熱装置は上記課題を解決するために、電磁誘導発熱する円筒形状の発熱ローラと、発熱ローラを発熱させる励磁コイルと、発熱ローラの軸方向の長さが励磁コイルより短く形成され励磁コイルの磁界を減少させる消磁コイルと、磁性材料から構成され励磁コイル及び／又は消磁コイルの磁束を導いて発熱ローラとの間に磁気回路を形成する磁性部材とを備えた誘導加熱装置であって、励磁コイルが発熱ローラの軸方向に平行に延びる平行部と該平行部の両端の２つの折り返し部を備えると共に、消磁コイルが発熱ローラの軸方向に平行に延びる平行部と該平行部の両端の２つの折り返し部を備え、励磁コイルと消磁コイルの２つの折り返し部の一方と平行部が互いにそれぞれ重ね合わせ可能な共通の構成を有し、かつ、磁性部材が消磁コイルの２つの折り返し部の他方側に配置されることを主な特徴とする。

本発明の誘導加熱装置によれば、通紙領域に応じた加熱幅制御が行え、発熱ローラの非通紙部分の温度上昇抑制能力を向上させ、かつ小サイズの記録紙が通紙する時に省電力化できる。

本発明の誘導加熱装置が定着装置として適用される複写機の構成図 本発明の誘導加熱装置が適用された図１に示した定着装置の断面図 本発明の実施例１に係る誘導加熱装置の概観図 （ａ）本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの配置の上面図、（ｂ）本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの配置の図４（ａ）に示した線Ａ−Ａ断面図 （ａ）本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成する第１消磁コイルの説明図、（ｂ）本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成する第２消磁コイルの説明図 本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの要部を拡大した説明図 本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの基本回路構成図 本発明の実施例１に係る誘導加熱装置による発熱ローラの温度分布を示すグラフ （ａ）本発明の実施例２に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの配置の上面図、（ｂ）本発明の実施例２に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの配置の図９（ａ）に示した線Ａ−Ａ断面図 （ａ）本発明の実施例３に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの配置の上面図、（ｂ）本発明の実施例３に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの配置の図１０（ａ）に示した線Ａ−Ａ断面図 本発明の実施例３に係る誘導加熱装置を配置する発熱ローラの図１０（ｂ）に示した線Ｂ−Ｂの位置の断面図

本発明の請求項１の発明は、電磁誘導発熱する円筒形状の発熱ローラと、発熱ローラを発熱させる励磁コイルと、発熱ローラの軸方向の長さが励磁コイルより短く形成され励磁コイルの磁界を減少させる消磁コイルと、磁性材料から構成され励磁コイル及び／又は消磁コイルの磁束を導いて発熱ローラとの間に磁気回路を形成する磁性部材とを備えた誘導加熱装置であって、励磁コイルが発熱ローラの軸方向に平行に延びる平行部と該平行部の両端の２つの折り返し部を備えると共に、消磁コイルが発熱ローラの軸方向に平行に延びる平行部と該平行部の両端の２つの折り返し部を備え、励磁コイルと消磁コイルの２つの折り返し部の一方と平行部が互いにそれぞれ重ね合わせ可能な共通の構成を有し、かつ、磁性部材が消磁コイルの２つの折り返し部の他方側に配置されることを特徴とする誘導加熱装置である。

この構成によって、通紙領域に応じた加熱幅制御が行え、発熱ローラの非通紙部分の温度上昇抑制能力を向上させ、かつ小サイズの記録紙が通紙する時に省電力化できる。

本発明の請求項２の発明は、請求項１の発明に従属する発明であって、磁性部材が略コの字形状を有しており、該磁性部材の両端部が発熱ローラに近接して設けられることを特徴とする誘導加熱装置である。

この構成によって、折り返し部では磁界の向きが一方向に揃っていないが、略コの字形状でその両端部が近接位置の方が磁束密度をより高めることができる。

本発明の請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に従属する発明であって、磁性材料から構成された磁性部材が励磁コイルの平行部の内側にこの平行部に沿って互いに磁気結合できる間隙を置いて連続して配置されたことを特徴とする誘導加熱装置である。

この構成によって、大部分の磁束を磁性部材内に留めて、磁気回路の磁束密度を高めることができる。

以下、本発明に係る実施例１を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の誘導加熱装置が定着装置として適用される複写機の構成図である。図１に示す複写機（画像形成装置）はタンデム型のカラーの画像形成装置であり、原稿の画像を読み取る原稿読取部１と、読み取った原稿の画像を感光体ドラム７上に像形成し、トナーによってトナー像を形成して更にこれを記録紙（一般的には画像形成媒体）上に転写する画像形成部２と、この記録紙上のトナー像を定着させる定着装置３とを備えている。画像形成部２には給紙部４から記録紙が供給され、定着装置３において定着処理が終わった記録紙が排紙部５に排出される。

画像形成部２では、帯電器６により一様に帯電された感光体ドラム７に対してＬＳＵ（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）８からレーザ光が照射されて感光体ドラム７の感光体の層の面上に静電潜像が形成された後、現像ユニット９内のトナーが現像ローラ１１を介して感光体ドラム７に供給されて、像形成された静電潜像が現像される。中間転写ベルトに沿ってイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の感光体ドラム７が配置され、それぞれの静電潜像が各色の現像ローラ１１から供給されたトナーでそれぞれトナー像を形成し、これが順に中間転写ベルト１２に一次転写され、この各色トナーが中間転写ベルト１２上に積み重なって形成されたトナー像を転写装置１３の転写ローラ１４により記録紙に二次転写する。

図２は、本発明の誘導加熱装置が適用された図１に示した複写機の定着装置の断面図である。図２に示すように、定着装置３は、電磁誘導発熱により記録紙（画像形成媒体）上のトナー像を溶融させる円筒形の発熱ローラ１０と、発熱ローラ１０に圧接するように付勢された加圧ローラ１５とから構成される。発熱ローラ１０と加圧ローラ１５のニップ部に二次転写された記録紙が搬送されてくると、ニップ部での熱と圧力で記録紙上のトナーが溶融し、記録紙のトナーが熱定着される。

なお、以上の実施例１の説明では、発熱ローラ１０に加圧ローラ１５を直接圧接させる構成を説明したが、ローラより熱容量が小さくなる加熱ベルトを用いる構成でも基本的に同様である。この場合、無端帯状の加熱ベルトを発熱ローラと定着ローラとに巻き掛け、定着ローラに対峙して配置された加圧ローラと搬送される加熱ベルトとの間に記録紙を通すことで、記録紙上のトナーが熱と圧力の作用で記録紙に定着される。

発熱ローラ１０には、図２のように、ステンレスなどの磁性体の金属材料からなる発熱ローラ本体１０ａが設けられ、その表面にフッ素樹脂などからなる離型層１０ｂがコーティングされている。また、発熱ローラ本体１０ａの内部には芯金１０ｃが配置され、芯金１０ｃと発熱ローラ本体１０ａの間にはシリコンゴムなどを使って弾性層１０ｄが形成される。

これに対し、加圧ローラ１５は、アルミニウム合金などからなる芯金１５ａと、この芯金１５ａの周りにシリコンゴムなどの弾性層１５ｂが形成されている。発熱ローラ１０と加圧ローラ１５のニップ部に記録紙が搬送され、トナーの定着が行われる。

発熱ローラ１０の外周には、発熱ローラ本体１０ａを発熱させるための誘導加熱装置１６が発熱ローラ１０に接近した位置に装備される。この誘導加熱装置１６は励磁コイルと共振コンデンサからなるＬＣ共振回路を備えており（図２には図示しない。なお図７参照）、このＬＣ共振回路により高周波の交番磁界を発生する。この発生した交番磁界に沿って形成される磁束が発熱ローラ本体１０ａと鎖交すると、発熱ローラ本体１０ａに渦電流が流れる。この渦電流と発熱ローラ本体１０ａ自身の抵抗により発熱ローラ１０がジュール熱で発熱し、記録紙上のトナー像を熱定着させるものである。

さて、図３は、本発明の実施例１に係る誘導加熱装置の概観図であり、これは図２で説明した発熱ローラ１０の外周側に装備された誘導加熱装置１６の背面から視た時の概観を示すものである。また、図２は図３の線Ａ’−Ａ’断面を一部含んでいる。図４（ａ）は、本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの配置の上面図、図４（ｂ）は、本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの配置の図４（ａ）に示した線Ａ−Ａ断面図、図５（ａ）は、本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成する第１消磁コイルの説明図、図５（ｂ）は、本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成する第２消磁コイルの説明図である。ここで、実施例１の誘導加熱装置１６は発熱ローラ１０の外周側から磁気回路を形成して発熱を行う方式であり、同時に、各種サイズの記録紙に対して両側の端線を基準にして発熱ローラ１０の発熱を行う両側基準の誘導加熱装置である。

図２、図３、図４（ａ），（ｂ）において、２０は誘導加熱装置１６の第１励磁コイルであり、発熱ローラ１０の軸と直交する半径方向の軸を中心として発熱ローラ１０の長手方向と短手方向にそれぞれ平行に略矩形をなすような形態で巻回され、直流の電源に接続される。２１は、この第１励磁コイル２０の内周側に囲まれるようにこれよりひとまわり小さい大きさで、かつ４辺がこのコイルと平行になるように巻回された第２励磁コイルであり、第２励磁コイル２１も直流の電源に接続される。第１励磁コイル２０は一番大きな記録紙幅、例えばＡ３サイズの記録紙に対応して加熱を行うもので、このサイズとほぼ同じ軸方向幅を有し、第２励磁コイル２１は三番目に大きな記録紙幅、例えばＡ４サイズの記録紙に対応するもので、三番目のサイズの記録紙とほぼ同じ幅の軸方向幅を有する。

第１励磁コイル２０、第２励磁コイル２１に電源から直流の電流が供給されると、この両コイルが各々ＬＣ共振回路を構成しているために、第１励磁コイル２０、第２励磁コイル２１には交番磁界が発生する。そして制御回路（図７参照）がこの時の電流波形のデューティ比を制御する。これにより電流量に応じた磁束を発生させることができる。なお、第１励磁コイル２０、第２励磁コイル２１などコイルには何れも絶縁した銅線材を複数本束ねたリッツ線を用いるのがよい。

ところで、図３、図４（ａ），（ｂ）に示すように、この第１励磁コイル２０の長手方向の両端には第１励磁コイル２０に対応した２つの消磁コイル（第１消磁コイル４０ａ，４０ｂ）がそれぞれ２段に重ねて配置される。また、第１励磁コイル２０が囲んだ第２励磁コイル２１の両端には第２励磁コイル２１に対応した２つの消磁コイル（第２消磁コイル４１ａ，４１ｂ）がそれぞれ重ねて配置される。ここで添え字“ａ”はコイル長手方向において一端側（図４（ａ），（ｂ）においてはコイルの左側）を表すもので、“ｂ”は他端側（図４（ａ），（ｂ）においてはコイルの右側）を表すものである。この４つの消磁コイルは各コイルの磁束により第１励磁コイル２０と第２励磁コイル２１の磁束を一部キャンセルするためのコイルである。なお、対応させる記録紙幅の数を増そうと思えば、励磁コイルと消磁コイルの数を増せばよい。

実施例１の第１消磁コイル４０ａ，４０ｂは、第１励磁コイル２０による誘導加熱を磁束の打ち消しで抑え、二番目のサイズの記録紙を加熱する時に利用するコイルである。例えば実施例１においては第１励磁コイル２０を使ってＡ３サイズの記録紙を定着させるが、Ｂ４サイズの記録紙を定着させるためには第１励磁コイル２０のほかに第１消磁コイル４０ａ，４０ｂを短絡する。同様に、第２消磁コイル４１ａ，４１ｂは第２励磁コイル２１による誘導加熱を抑制して四番目のサイズの記録紙の加熱を行う。Ａ５サイズの記録紙を定着させる時に短絡するものである。ここで第１消磁コイル４０ａ，４０ｂと第２消磁コイル４１ａ，４１ｂもリッツ線を用いるのがよい。なお、以下、実施例においては励磁コイルと消磁コイルを使って磁束を打ち消すと説明するが、これは励磁コイルと消磁コイルを使って重なった領域の磁束を十分に減少させることである。発熱ローラの温度上昇を抑制できる磁束密度の範囲に磁束を減少することを意味する。

次に、磁気回路を形成するために用いる４種類の磁性部材について説明する。図２、図３、図４（ａ），（ｂ）において、３０は磁性材料から構成される二脚部分を備えた概ね略コの字の板状の搬送方向コアであり、発熱ローラ１０の軸と直交する周方向（記録紙の搬送方向）に第１励磁コイル２０の長手方向を跨いで複数設置される。これに対し、３１は発熱ローラ１０の軸方向（第１励磁コイル２０の長手方向）を向いて搬送方向コア３０と直交するような向きに配置され、発熱ローラ１０の一端側（左側）では第１消磁コイル４０ａの短手方向の部分だけを跨ぐように設置される略コの字の板状の第１軸方向コアであり、３２も発熱ローラ１０の軸方向を向いて搬送方向コア３０と直交するような向きに配置され、第１励磁コイル２０と第１消磁コイル４０ａの２つのコイルの短手方向の部分を同時に跨ぐように設置される略コの字の板状の第２軸方向コアである。また、この一端側（左端側）の配置と軸対称に、発熱ローラ１０の他端側（右端側）においても、第１軸方向コア３１が第１消磁コイル４０ｂの短手方向の部分だけを跨ぐように設置され、第２軸方向コア３２が第１励磁コイル２０と第１消磁コイル４０ｂの短手方向の部分を同時に跨ぐように設置される。なお、上記略コというのはコの字の形状にあるいは脚の開き具合に様々な態様があるため略コと称する。搬送方向コア３０は第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２と二次元的には直交関係にあり、これらは互いに直交する方向の磁束を導く。三次元的には搬送方向コア３０は第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２、及び以下説明する第３軸方向コア３３の上を跨って交差する。なお、第１軸方向コア３１と第２軸方向コア３２は、第２励磁コイル２１、第２消磁コイル４１ａ，４１ｂに対しても、上記第１励磁コイル２０、第１消磁コイル４０ａ，４０ｂと同様に設置される。

図２、図３、図４（ａ），（ｂ）において、３３は第１励磁コイル２０、第２励磁コイル２１の長手方向（発熱ローラ１０の軸方向）に沿って設けられた板状の第３軸方向コアである。これは第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２が設置された空隙を埋めるように挿入される磁性材であり、第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２の磁束を有効に導き、発熱ローラ１０との間で強い磁気回路を形成するためのものである。

搬送方向コア３０、第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２、第３軸方向コア３３は何れもフェライトなどの磁性材料からつくられ、各励磁コイル、消磁コイルで発生した磁界の磁束を磁性部材から漏らさないように内部に留める。そして高磁束密度の磁束の流れを形成する。磁束は透磁率の低い空気中はあまり通過しないので磁性部材の部分に集中する。コイルで発生した大部分の磁束は、第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２、第３軸方向コア３３内を導かれて、発熱ローラ１０の方に向かい、磁性体である発熱ローラ本体１０ａと鎖交する。この磁束によって発熱ローラ本体１０ａ内に渦電流が発生し、コイルの内側領域が発熱する。

この３種類の磁性部材（第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２、第３軸方向コア３３）は、磁気回路を貫通する磁束の流れをよくし発熱ローラ１０で発生する渦電流を均等に発生させるためのものであり、励磁コイルの内側で発熱ローラ軸心に沿って一列に点在するように配置される。これらは励磁コイルの平行部と平行な向きに板の向きを揃えて置かれ、互いに磁気結合可能な所定間隙を措いて複数個連続して配置される。３種類の磁性部材（第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２、第３軸方向コア３３）は各コイルの短手方向に跨るか、非交差とされるかのどちらかとなるが、３種類のどれを配置するかは各コイルの交差の状況で決定される。第１軸方向コア３１は１つのコイルだけを跨ぐ時のコアであり、第２軸方向コア３２は２つのコイルを同時に跨ぐ時のコアとなる。また、第３軸方向コア３３はコイルと非交差の場合に配置される。

図２、図３、図４（ａ），（ｂ）において、３６は誘導加熱装置１６のコイル保持部材である。コイル保持部材３６は非磁性材料からなり、発熱ローラ１０の円筒状面と対向してこの凸面を受け容れる凹面を備えている。この円筒状の凹面が磁気回路を形成するため発熱ローラ１０の凸面から所定間隙離して配置される。コイル保持部材３１には凹面の背面側に樋状の長尺の空間が設けられ、この空間内に第１励磁コイル２０、第２励磁コイル２１、第１消磁コイル４０ａ，４０ｂ、第２消磁コイル４１ａ，４１ｂ、搬送方向コア３０、第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２、第３軸方向コア３３が取り付けられる。

ここで、実施例１の誘導加熱装置のコイルユニットが備える励磁コイルと消磁コイル、磁性部材の構造と設置方法について図５（ａ），（ｂ）に基づいてより具体的に説明する。まず、励磁コイルと消磁コイルについて説明する。

第１励磁コイル２０、第２励磁コイル２１は、図５（ａ）のように発熱ローラ１０の軸Ｍに沿う２つの平行部と、この平行部の両端部を架け渡す２つの折り返し部とから構成される。同様に、第１消磁コイル４０ａ，４０ｂ、第２消磁コイル４１ａ，４１ｂも図５（ｂ）に示すように平行部と折り返し部を有している。従って第１励磁コイル２０、第２励磁コイル２１は略矩形形状のコイルになる。

ここでコイルの水平部をＨと表し、折り返し部をＳと表すことにすると、第１励磁コイル２０、第２励磁コイル２１（図５（ａ）においては第２励磁コイル２１を図示しない）の平行部は２０−Ｈ，２１−Ｈであり、折り返し部は２０−Ｓ，２１−Ｓと表せる。また、第１消磁コイル４０ａ，４０ｂの平行部は４０ａ−Ｈ，４０ｂ−Ｈと表され、第１消磁コイル４０ａ，４０ｂの折り返し部は４０ａ−Ｓ，４０ｂ−Ｓと表される（図５（ｂ）においては第１消磁コイル４０ｂを図示しない）。同じく、第２消磁コイル４１ａ，４１ｂの平行部は４１ａ−Ｈ，４１ｂ−Ｈと表され、第２消磁コイル４１ａ，４１ｂの折り返し部は４１ａ−Ｓ，４１ｂ−Ｓと表せる（図５（ｂ）においては第２消磁コイル４１ａ，４１ｂを図示しない）。

図２、図３、図４（ａ），（ｂ）に示すように、第１励磁コイル２０は長手方向が発熱ローラ１０の軸に沿うような形態でコイル保持部材３６に取り付けられる。また、実施例１の誘導加熱装置１６は両側基準の加熱方式であるから、発熱ローラ１０の両端付近で第１消磁コイル４０ａ，４０ｂと第１励磁コイル２０が各端のコの字の一辺と上下の位置をそれぞれ揃えることにより、第１励磁コイル２０の上に第１消磁コイル４０ａ，４０ｂの三辺を一致させた状態で２段に積み重ねる。

すなわち、一端側の第１消磁コイル４０ａと第１励磁コイル２０とは、平行な２本の平行部Ｈ（４０ａ−Ｈと２０−Ｈのそれぞれの２本）と一端側の折り返し部Ｓ（一方側（左側）の４０ａ−Ｓと２０−Ｓの各１本のみ）が位置を揃えられ、２段に重ね合わされて配置される。これに対して他端側の第１消磁コイル４０ｂと第１励磁コイル２０とは、平行な２本の平行部Ｈ（４０ｂ−Ｈと２０−Ｈのそれぞれの２本）と他端側の折り返し部Ｓ（他方側（右側）の４０ｂ−Ｓと２０ａ−Ｓの各１本のみ）が位置を揃えられ、２段に重ね合わされて配置される。

さらに、第２励磁コイル２１が第１励磁コイル２０の内部でこれに取り囲まれるように設けられる。第２励磁コイル２１の平行部Ｈ、折り返し部Ｓは第１励磁コイル２０の平行部Ｈ、折り返し部Ｓから等距離のところにそれぞれ配置される。ただし、等距離である必要はない。そして第２消磁コイル４１ａ，４１ｂのそれぞれの端部の一方が、第１消磁コイル４０ａ，４０ｂと同様に第２励磁コイル２１の両端部と三辺を重ねて配置される。すなわち、一端側の第２消磁コイル４１ａは第２励磁コイル２１と平行な２本の平行部Ｈ（４１ａ−Ｈと２１−Ｈのそれぞれの２本）と一端側の折り返し部Ｓ（一方の４１ａ−Ｓと２１−Ｓの各１本のみ）を一致させた状態で２段に積み重ねられる。これに対して他端側の第２消磁コイル４１ｂは第２励磁コイル２１と２本の平行部Ｈ（４１ｂ−Ｈと２１−Ｈのそれぞれの２本）と他端側の折り返し部Ｓ（他方の４１ｂ−Ｓと２１−Ｓの各１本のみ）を一致させた状態で２段に積み重ねられる。

第１励磁コイル２０と第１消磁コイル４０ａ，４０ｂの２つの折り返し部Ｓの一方と平行部Ｈは互いにそれぞれ重ね合わせて積層できるように電磁的若しくは物理的に共通の構成を備えている。同様に、第２励磁コイル２１と第２消磁コイル４１ａ，４１ｂの２つの折り返し部Ｓの一方と平行部Ｈも互いにそれぞれ重ね合わせて積層できるように電磁的若しくは物理的に共通の構成を備えている。すなわち、第１励磁コイル２０と第１消磁コイル４０ａ，４０ｂは同一巻線数の導線を巻回したコイルであり、共通な断面のコイル同士が三辺を重ね合わせて２段に積層される。また、第２励磁コイル２１と第２消磁コイル４１ａ，４１ｂも同一巻線数の導線を巻回したコイルであって、共通な断面のコイル同士が三辺を揃えて２段に積層される。従って、第１励磁コイル２０と第１消磁コイル４０ａ，４０ｂに対して、また、第２励磁コイル２１と第２消磁コイル４１ａ，４１ｂとにそれぞれ反対方向の向きの等しい電流値の電流を流すと、励磁コイルと消磁コイルでコイルが重なった部分を通過する磁束が打ち消し合う。従って、２種類の励磁コイル（第１励磁コイル２０、第２励磁コイル２１）と、４種類の消磁コイル（第１消磁コイル４０ａ，４０ｂ、第２消磁コイル４１ａ，４１ｂ）を組み合わすと、様々な記録紙幅で発熱ローラ１０を発熱させることができ、紙幅に対する発熱幅の制御を行うことが可能になる。なお、励磁コイルと消磁コイルを使って磁束を打ち消すと説明したが、上述したとおりこれは励磁コイルと消磁コイルを使って磁束を十分に減少させることである。

ところで、磁束を打ち消すには磁性部材の作用が重要になる。図６は、本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの要部を拡大した説明図である。図６に示すように第１軸方向コア３１は発熱ローラ１０の左端の右側部分において第１消磁コイル４０ａの一辺（短手方向）の折り返し部４０ａ−Ｓの部分だけを跨ぐように設置されている。これに対し、第２軸方向コア３２は第１励磁コイル２０と第１消磁コイル４０ａの２つのコイルの各一辺（折り返し部２０−Ｓ，４０ａ−Ｓ）を跨いで設置される。第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２の形状は二脚を備えた略コの字形状を備えており、略コ字の二脚の両端部が発熱ローラ１０の円筒面の方を向き、これに接近して設けられる。さらに、第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２の間に、隙間を補うように第３軸方向コア３３を設けると、大部分の磁束を磁性部材内に留めることができ、磁気回路を貫く磁束密度を高めることができる。

交番電流の通電によって、ある時点に第１励磁コイル２０で形成された磁束の一部を図６に示すと、図６のように磁性体である第２軸方向コア３２と第３軸方向コア３３、第１軸方向コア３１を通過してほとんど漏れなく実線の向きに導かれる。すなわち、第１励磁コイル２０が生成した磁束は（図４、図６参照）、第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２、第３軸方向コア３３をそれぞれ導かれ、発熱ローラ本体１０ａと鎖交して磁気回路を構成し、渦電流によって発熱ローラ本体１０ａを発熱させる。これにより第１励磁コイル２０により、第１励磁コイル２０の軸方向長さを有する記録紙を定着することができる。

更に、第１励磁コイル２０と共に第１消磁コイル４０ａに交番電流を通電すると、第１消磁コイル４０ａによって形成される磁束は、第２軸方向コア３２と第３軸方向コア３３、第１軸方向コア３１を通過して図６の破線の向きに導かれる。図６には図示しないが、他端側の第１消磁コイル４０ｂにおいても同様の現象が起きる。この時第１消磁コイル４０ａ，４０ｂの磁束は第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２、第３軸方向コア３３を導かれ（図４（ａ），（ｂ）、図６参照）、発熱ローラ本体１０ａと鎖交する。そして、第２軸方向コア３２、第３軸方向コア３３の内部では、図６に示すように、第１励磁コイル２０によって生成された磁束と、第１消磁コイル４０ａによって生成された磁束とが互いに逆方向となり、キャンセルされる。

しかし、第１励磁コイル２０に第１消磁コイル４０ａが２段に積み重ねられていない第１消磁コイル４０ａの折り返し部４０ａ−Ｓ（図６の折り返し部）が存在し、ここでは磁束は打ち消されない。打ち消されなかった磁束は第１軸方向コア３１内を導かれ、発熱ローラ本体１０ａと鎖交し、渦電流によって発熱ローラ本体１０ａを加熱する。なお、これは第１消磁コイル４０ｂの折り返し部４０ｂ−Ｓ（図示しない）においてもまったく同様である。

つまり、第１励磁コイル２０と第１消磁コイル４０ａ，４０ｂを同時に短絡した場合、第１消磁コイル４０ａ，４０ｂの励磁コイルの中心側の折り返し部４０ａ−Ｓ，４０ｂ−Ｓの２つが第１励磁コイル２０の両端の折り返し部２０−Ｓの２つに代わって加熱を行う。第１消磁コイル４０ａ，４０ｂの囲む領域の磁束はキャンセルされることになる。従って、第１消磁コイル４０ａ，４０ｂを用い、第１励磁コイル２０の両端に２段に重ねて配置することによって消磁作用だけでなく、第１消磁コイル４０ａ，４０ｂに第１励磁コイル２０の発熱作用の代替機能（発熱作用）を持たせることができ、第１励磁コイル２０の長さより第１消磁コイル４０ａ，４０ｂの分だけ短い幅の記録紙を定着することができる。

ただ、このように第１消磁コイル４０ａ，４０ｂによって消磁する時に、第１消磁コイル４０ａ，４０ｂだけを使ったのでは発熱ローラ１０の温度分布が均一になりにくく、第１励磁コイル２０の両端で落ち込む温度分布となり易い。すなわち第１消磁コイル４０ａ，４０ｂの折り返し部４０ａ−Ｓ，４０ｂ−Ｓの間で、発熱ローラ１０の温度が均一にならずに、しかも折り返し部４０ａ−Ｓ，４１ａ−Ｓ付近で鋭敏な温度降下を示さない。これでは非通紙部分で温度が高くなることを意味する。

従って、第１消磁コイル４０ａ，４０ｂの第１励磁コイル２０と重なっていない側の折り返し部４０ａ−Ｓ，４０ｂ−Ｓの磁束密度を高め、磁束の大部分を磁性部材内に留めて発熱ローラ本体１０ａに導き、鎖交させることが重要である。このため、実施例１においては折り返し部４０ａ−Ｓ，４０ｂ−Ｓに第１軸方向コア３１を設置している。これにより第１消磁コイル４０ａ，４０ｂによって消磁する時の折り返し部４０ａ−Ｓ，４０ｂ−Ｓでの磁束密度が格段に高まり、温度上昇抑制能力を向上させるため非通紙部分で温度が大幅に下がり、小サイズの記録紙が通紙する時に省電力化することができる。更に、第１軸方向コア３１だけでなく、第２軸方向コア３２、第３軸方向コア３３、また更に合わせて搬送方向コア３０を励磁コイル周りに設けるのが温度分布をより均一化し、省電力化するのに奉仕する。

ここで、電磁誘導加熱を実行する駆動回路について説明する。図７は、本発明の実施例１に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの基本回路構成図である。

図７に示すように実施例１においては、第１励磁コイル２０と共振コンデンサ５０、第２励磁コイル２１と共振コンデンサ５１は何れも並列に接続され、それぞれがＬＣ共振回路を構成し、駆動回路８０，８１によってスイッチング素子７０，７１を制御してそれぞれＯＮ−ＯＦＦされる。そして、第１励磁コイル２０と共振コンデンサ５０の間にはリレー接点（ＲＬ１）６０が設けられており、リレー接点６０を閉にするとＬＣ共振回路を共振させることができ、開にするとは開回路となって第１励磁コイル２０は励磁されない。同様に、第２励磁コイル２１と共振コンデンサ５１の間にはリレー接点（ＲＬ２）６１が設けられており、リレー接点６１を閉にした時のみＬＣ共振回路を共振させることができ、開にすると開回路となって第２励磁コイル２１は励磁されない。

これに対して第１消磁コイル４０ａ，４０ｂは条件に応じて変成器のように第１励磁コイル２０と電磁気的に結合される回路である。すなわち、第１消磁コイル４０ａ，４０ｂにはそれぞれリレー接点６２ａ，６２ｂが設けられており、リレー接点６２ａ，６２ｂが閉にされると結合される回路が短絡されて第１消磁コイル４０ａ，４０ｂと第１励磁コイル２０は電磁結合され、リレー接点６２ａ，６２ｂが開にされると開回路となって第１励磁コイル２０から電磁気的に切り離される。同様に、第２消磁コイル４１ａ，４１ｂも条件により第２励磁コイル２１と電磁気的に結合される。すなわち、第２消磁コイル４１ａ，４１ｂにはそれぞれリレー接点６３ａ，６３ｂと設けられ、リレー接点６３ａ，６３ｂが閉にされると結合される回路が短絡されて変成器のように電磁気的に結合され、リレー接点６３ａ，６３ｂが開にされると開回路となって第１励磁コイル２０から切り離される。

リレー接点６０，６１は、記録紙のサイズの指定が行われると、制御回路９４が通電制御するリレーコイル（図示しない）の励磁によって開閉される。制御回路９４は、図示しないリレー回路によって、リレー接点６０（以下記号で略しＡという）、リレー接点６１（以下Ｂという）、リレー接点６２ａ，６２ｂ（以下Ｃという）、リレー接点６３ａ，６３ｂ（以下Ｄという）の開閉を組み合わせて次の４つの励磁組み合わせ（１），（２），（３），（４）を実現する。

この中で（１）はＡ閉、Ｂ開、Ｃ開、Ｄ開として形成される回路による励磁形態であり、（２）の励磁組み合わせはＡ閉、Ｂ開、Ｃ閉、Ｄ開とした時の励磁形態となる。また、（３）の励磁組み合わせはＡ開、Ｂ閉、Ｃ開、Ｄ開として形成される回路による励磁形態であり、（４）の励磁組み合わせはＡ開、Ｂ閉、Ｃ開、Ｄ閉として実現される励磁形態である。このようにＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開閉をそれぞれ独立して各別に制御するのは、各コイル間の電磁誘導作用に配慮したためである。

すなわち、例えばＡ（リレー接点６０）閉の状態のままで、Ｂ（リレー接点６１）開からＢ閉に切り替えると、共振コンデンサ５０が接続されていることによりスイッチング素子７０がＯＦＦになったとしても、第２励磁コイル２１に電流が流れた時、電磁誘導で第１励磁コイル２０と共振コンデンサ５０に消磁電流が流れてしまうからである。この時共振コンデンサ５０による位相ずれが発生し、第１励磁コイル２０によって発熱することも起きる。従って、紙幅制御に当たってはＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにより上記励磁組み合わせ（１），（２），（３），（４）を確実に切り替えることが重要である。

Ａ３サイズの記録紙を加熱する時には、リレー回路の制御によってリレー接点６０を閉にし、リレー接点６１、リレー接点６２ａ，６２ｂ、リレー接点６３ａ，６３ｂをすべて開とする。Ｂ４の記録紙を加熱する時には、リレー接点６０を閉とすると共にリレー接点６２ａ，６２ｂも閉として第１消磁コイル４０ａ，４０ｂを短絡させる。この時リレー接点６１、リレー接点６３ａ，６３ｂは開とする。次に、Ａ４の記録紙を加熱する時には、リレー接点６１を閉とし、リレー接点６０、リレー接点６２ａ，６２ｂ、リレー接点６３ａ，６３ｂを開とする。Ａ５の記録紙を加熱する時には、リレー接点６１を閉とすると共にリレー接点６３ａ，６３ｂも閉として第２消磁コイル４１ａ，４１ｂを短絡し、リレー接点６０、リレー接点６２ａ，６２ｂは開とする。

さて、以上説明したコイルユニットにおいて、電磁誘導加熱を実行するための駆動回路の回路動作について説明をする。電源は商用電源（ＡＣ）であり、これが整流回路９０で整流され、フィルター回路９１を経て、各ＬＣ共振回路に電力供給される。各コイルのインダクタンスＬ、共振コンデンサのキャパシタンスＣによって高周波電源の周波数が定まる。

整流回路９０の出力はカレントトランスからなるＡＣ電流検出部９３で電流検出、さらに電圧変換トランスからなるＡＣ電圧検出部９２で電圧検出される。各検出信号は制御回路９４に入力される。制御回路９４はコンピュータなどであって、ハードウェアとしてのＣＰＵが制御プログラムを実行することで各機能の処理を行う。制御回路９４は外部とのインターフェイス９５を介して外部（画像形成装置）から制御の指令を受け、記録紙のサイズの指定があった時はインターフェイス９５からの指令信号により、リレーコイルを動作させて各励磁コイル、消磁コイルを切り替えると共に、スイッチング素子７０，７１をそれぞれＯＮ−ＯＦＦする。

例えばＡ３サイズの記録紙の定着の場合、リレー回路によってリレー接点６０を閉にすると共にリレー接点６１、リレー接点６２ａ，６２ｂ、リレー接点６３ａ，６３ｂを開とする。この状態でスイッチング素子７０をＯＮにすると第１励磁コイル２０に鋸歯状波電流が流れ、第１励磁コイル２０にエネルギーが蓄積される。スイッチング素子７０がＯＦＦになると第１励磁コイル２０に蓄積されたエネルギーが並列接続された共振コンデンサ５０に放電され、そのエネルギーは共振コンデンサ５０に蓄積される。第１励磁コイル２０の蓄積エネルギーがなくなると、今度は逆方向に共振コンデンサ５０から放電が始まり共振動作を行うこととなる。共振コンデンサ５０が放電したエネルギーがなくなると、再度蓄積された第１励磁コイル２０のエネルギーによる電流が、共振コンデンサ５０、スイッチング素子７０の内蔵ダイオードを経由して、電源に回生される。ここで、次にスイッチング素子７０をＯＮにすると再び第１励磁コイル２０に電流が流れ上記サイクルが繰り返される。

また、Ｂ４サイズの記録紙の定着の場合、リレー回路によりリレー接点６０を閉、リレー接点６２ａ，６２ｂも閉とする。リレー接点６１、リレー接点６３ａ，６３ｂは開とする。この状態でスイッチング素子７０をＯＮにすると、第１励磁コイル２０に電流が流れ、短絡された第１消磁コイル４０ａ，４０ｂが第１励磁コイル２０と電磁気的に結合され、第１消磁コイル４０ａ，４０ｂに消磁電流が流れる。これにより第１励磁コイル２０によって形成される磁束が第１消磁コイル４０ａ，４０ｂの作用で一部打ち消される。

同様に、Ａ４の記録紙の定着の場合、リレー接点６１を閉としてリレー接点６０、リレー接点６２ａ，６２ｂ、リレー接点６３ａ，６３ｂを開とする。この状態でスイッチング素子７１をＯＮ、ＯＦＦする。また、Ａ５の記録紙を加熱する時には、リレー接点６１を閉とすると共にリレー接点６３ａ，６３ｂも閉とし、リレー接点６０、リレー接点６２ａ，６２ｂを開とする。この状態でスイッチング素子７１をＯＮ、ＯＦＦする。これにより短絡された第２消磁コイル４１ａ，４１ｂが第２励磁コイル２１と電磁気的に結合され、第２消磁コイル４１ａ，４１ｂに消磁電流が流れ、第２励磁コイル２１によって形成される磁束が第２消磁コイル４１ａ，４１ｂの作用で一部打ち消される。

以上説明したように本発明の実施例１においては、消磁コイルと励磁コイルを共通の構成とし、三辺を一致させて２段に重ね合わせると共に、消磁コイルの残りの一辺の折り返し部に磁性部材を設けている。これにより通紙領域に応じた加熱幅制御が可能になり、消磁コイルで消磁する時の温度上昇抑制能力を向上させることができる。また、励磁コイルを１個とするのではなく、第１励磁コイルと第２励磁コイルに分け、それぞれにおいて消磁コイルを２段に重ねてこの第２励磁コイルによってひとまわり小さいサイズの記録紙を定着するという構成を採用したため、１個の励磁コイルに対して複数種類の消磁コイルで消磁するような構成よりも、小さいサイズの記録紙が通紙する時に省電力化できる。図８は、本発明の実施例１に係る誘導加熱装置による発熱ローラの温度分布を示すグラフである。図８において、（Ｉ），（ＩＩ），（ＩＩＩ），（ＩＶ）は図４（ａ），（ｂ）のような第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２、第３軸方向コア３３を設けた誘導加熱装置の温度分布である。これに対し、（Ｖ），（ＶＩ）はこれらが設けられていない誘導加熱装置の温度分布である。なお、図８では搬送方向コア３０を設けていない。

図８の（Ｉ）と（Ｖ）の曲線は第１励磁コイル２０のみに通電し、Ａ３の記録紙を縦に加熱した時の温度分布である。これによれば、（Ｖ）の場合には記録紙の両端部で温度降下の勾配は緩慢であるが、（Ｉ）の場合は両端部で急速、シャープに温度降下している。これは第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２、第３軸方向コア３３が第１励磁コイル２０の内部に設置されていることにより、温度上昇抑制能力が向上したことを示すものである。

図８の（ＩＩ）の曲線は第１励磁コイル２０と第１消磁コイル４０ａ，４０ｂに通電し、Ｂ４の記録紙を縦に加熱した時の温度分布である。

次に、（ＩＩＩ）と（ＶＩ）の曲線は第２励磁コイル２１に通電し、Ａ４の記録紙を縦に加熱した時の温度分布である。これによれば、（ＶＩ）の場合には記録紙の両端部で温度降下が著しく、しかも周辺の勾配と温度降下作用は緩慢である。これに対し、（ＩＩＩ）はＡ４のサイズの両端部で急速、鋭敏に温度降下している。この違いは第２軸方向コア３２が第２励磁コイル２１に取り付けられているためである。（ＶＩ）ではＡ４ではなくＡ５に近い温度分布になってしまっている。また、第２励磁コイル２１と合わせて第２消磁コイル４１ａ，４１ｂに通電すると、（ＩＶ）のようにＡ５のサイズの両端部において急速に温度降下する。各記録紙のサイズに応じて折り返し部の間の温度分布をほぼ均一にすることができ、この折り返し部からは鋭角的に温度降下させることができる。温度上昇抑制効果はきわめて鋭敏である。

このように第１軸方向コア３１を第１消磁コイル４０ａ，４０ｂ、あるいは第２消磁コイル４１ａ，４１ｂに設け、第２軸方向コア３２を第１励磁コイル２０あるいは第２励磁コイル２１に設けることにより、誘導加熱装置１６の非通紙部分の温度上昇抑制能力を向上させることができ、小さいサイズの記録紙が通紙する時周囲に伝熱される熱のために費消されていた電力を削減できる。

本発明の実施例２に係る誘導加熱装置は、実施例１と同様に発熱ローラ１０の外周側から磁気回路を形成して発熱を行う方式である。しかし、実施例２に係る誘導加熱装置は実施例１と異なり、記録紙の片側の端線のみを基準にして発熱ローラ１０の発熱を行う片側基準の誘導加熱装置である。なお、実施例２も実施例１の構成と基本的構成において一致するので、実施例２においても図１〜図８を参照する。実施例２の構成は基本的に実施例１の構成に対して百番台の付番を行っている。例えば、実施例１の第１励磁コイル２０に対して実施例２では第１励磁コイル１２０のように付番している。

図９（ａ）は、本発明の実施例２に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの配置の上面図、図９（ｂ）は、本発明の実施例２に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの配置の図９（ａ）に示した線Ａ−Ａ断面図である。図９において、１２０は実施例２の第１励磁コイルである。第１励磁コイル１２０は実施例１と同様に発熱ローラ１０の長手方向と短手方向にそれぞれ平行に略矩形をなすように巻回され、直流の電源に接続される（図７参照）。次に１２１は、この第１励磁コイル１２０の内周側に位置して一辺が重ねられ、４辺がこのコイルと平行になるように巻回された第１励磁コイル１２０よりもひとまわり小さい大きさの第２励磁コイルであり、この第２励磁コイル１２１も上記電源に接続される。第１励磁コイル１２０、第２励磁コイル１２１も実施例１と同様にリッツ線である。第１励磁コイル１２０、第２励磁コイル１２１が実施例１の第１励磁コイル２０、第２励磁コイル２１にそれぞれ対応する。

実施例２の第２励磁コイル１２１は定着に際して片側を基準にする片側基準の加熱方式である。このため、図９（ａ），（ｂ）のように第１励磁コイル１２０の折り返し部１２０−Ｓと第２励磁コイル１２１の折り返し部１２１−Ｓが一方に偏って置かれ（図９では右端側）、端部で２段に重ねて配置される。第１励磁コイル１２０は一番大きな記録紙幅、ここではＡ３サイズの記録紙に対応して加熱を行うもので、このＡ３サイズの軸方向幅を有しており、また、第２励磁コイル１２１は三番目に大きな記録紙幅、ここではＡ４サイズの記録紙に対応するもので、三番目の大きさの記録紙幅と同じ軸方向幅を有する。

第１励磁コイル１２０、第２励磁コイル１２１に電源から直流の電流が供給されると、実施例１と同様、両コイルが共振コンデンサと共に各々ＬＣ共振回路を構成し、第１励磁コイル１２０、第２励磁コイル１２１の周りに交番磁界を発生する。この時制御回路（図示しない）がデューティ比の制御を行う。これにより電流量に応じた磁束を発生する。なお、使用時には第１励磁コイル１２０と第２励磁コイル１２１はどちらかが選ばれて通電される。

第１励磁コイル１２０の一端側（図９では左端側）の折り返し部１２０−Ｓに第１消磁コイル１４０の１４０−Ｓ（左端側）が２段に積み重ねられ、第２励磁コイル１２１の一端側（同じく左端側）の折り返し部１２１−Ｓにも第２消磁コイル１４１の折り返し部１４１−Ｓ（左端側）が２段に積み重ねられる。第１消磁コイル１４０、第２消磁コイル１４１は、第１励磁コイル１２０と第２励磁コイル１２１が発生する磁束を一部キャンセルし、所定幅の磁束を発熱ローラ本体１０ａ（実施例１と同様であり図２参照）と鎖交させるためのものである。第１消磁コイル１４０、第２消磁コイル１４１が実施例１の第１消磁コイル４０ａ、第２消磁コイル４１ａにそれぞれ対応する。

第１消磁コイル１４０は第１励磁コイル１２０の長さより小さい二番目のサイズの記録紙の加熱を行うために磁束を打ち消し合わせる消磁コイルである。例えばＡ３サイズの記録紙を定着する時には第１励磁コイル１２０を使って定着する。しかし、Ｂ４サイズの記録紙を定着する時には第１励磁コイル１２０と第１消磁コイル１４０に通電し、後者の磁束で前者の磁束を一部打ち消して定着する。同様に、Ａ４の記録紙を定着する時には第２励磁コイル１２１で定着し、Ａ５サイズの記録紙を定着させる時には第２励磁コイル１２１と第２消磁コイル１４１とに通電し、後者の磁束で前者の磁束を一部打ち消してＡ５の大きさで定着する。

図９（ａ），（ｂ）において第２軸方向コア１３２は３箇所の２つのコイルを跨ぐコアである。すなわち（１）第１励磁コイル１２０の折り返し部１２０−Ｓと第１消磁コイル１４０の折り返し部１４０−Ｓの重なった部分、（２）第２励磁コイル１２１の折り返し部１２１−Ｓと第２消磁コイル１４１の折り返し部１４１−Ｓの重なった部分、（３）第１励磁コイル１２０の折り返し部１２０−Ｓと第２励磁コイル１２１の折り返し部１２１−Ｓの重なった部分、の（１），（２），（３）の３箇所において、それぞれ２つの折り返し部を跨ぐように設置される。

また、第１軸方向コア１３１は、２箇所で１つのコイルを跨ぐコアである。すなわち（１）第１消磁コイル１４０の折り返し部１４０−Ｓ、（２）第２消磁コイル１４１の折り返し部１４１−Ｓ、の（１），（２）において、それぞれ１つの折り返し部を跨ぐように設けられる。そして第３軸方向コア１３３は第１軸方向コア１３１、第２軸方向コア１３２の間を互いに磁気結合できる所定間隙を措いて一列をなすように点在して配置される。搬送方向コア（図示しない）は実施例１と同様にこれらに直交して配置される。第１軸方向コア１３１、第２軸方向コア１３２、第３軸方向コア１３３が、実施例１の第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２、第３軸方向コア３３にそれぞれ対応する。これらの作用は実施例１と同様である。

第１励磁コイル１２０に通電すると、第１励磁コイル１２０によって生成された磁束が第１軸方向コア１３１、第２軸方向コア１３２、第３軸方向コア１３３内をそれぞれ導かれ、発熱ローラ本体１０ａと鎖交して磁気回路を構成し、渦電流によって発熱ローラ本体１０ａを発熱させる。これによりＡ３の記録紙を定着することができる。

この状態で第１励磁コイル１２０と共に更に第１消磁コイル１４０に交番電流を通電すると、その磁束は第１軸方向コア１３１、第２軸方向コア１３２、第３軸方向コア１３３を導かれ、発熱ローラ本体１０ａと鎖交し、図６のように磁気回路を構成する。第２軸方向コア１３２、第３軸方向コア１３３の内部では、第１励磁コイル１２０の磁束と第１消磁コイル１４０の磁束とが互いに打ち消し合う。しかし、第１消磁コイル１４０の折り返し部１４０−Ｓ（右側の折り返し部）によって発生する磁束は打ち消されることなく残存し、第１軸方向コア１３１内を導かれ、に発熱ローラ本体１０ａと鎖交して、発熱ローラ本体１０ａを加熱する。

つまり、第１消磁コイル１４０の折り返し部１４０−Ｓの一方が発熱ローラ１０の発熱に寄与する。このように第１消磁コイル１４０を使うことによって、消磁作用だけでなく発熱作用も行わせ、第１励磁コイル１２０より第１消磁コイル１４０の分だけ短いＢ４の軸方向幅を有する記録紙を定着することができる。

なお、実施例２の誘導加熱装置のコイルユニットを駆動する制御回路は実施例１と同様であり、実施例１の説明に譲ってここでは詳細な説明を省略する。すなわち、図７において第１励磁コイル２０に変えて第１励磁コイル１２０を配し、また、第２励磁コイル２１に変えて第２励磁コイル１２１を配し、更に第１消磁コイル４０ａ，４０ｂに変えて１個の第１消磁コイル１４０を配し、第２消磁コイル４１ａ，４１ｂに変えて第２消磁コイル１４１を配する。言い換えれば、図７における実施例１の第１消磁コイル４０ｂと第２消磁コイル４１ｂの部分を除いて、第１消磁コイル４０ａを第１消磁コイル１４０に変え、かつ、第２消磁コイル４１ａを第２消磁コイル１４１に変えた構成となる。従って、図７のリレー接点６２ａ，６２ｂ、リレー接点６３ａ，６３ｂに変えて、第１消磁コイル４０ａと第２消磁コイル４１ａのそれぞれに１個のリレー接点（第１消磁コイル４０ａのリレー接点、第２消磁コイル４１ａのリレー接点）が設けられることになる。制御回路９４に相当する制御回路が、このリレー回路を制御することにより、駆動回路８０，８１に相当する駆動回路を駆動し、スイッチング素子７０，７１に相当するスイッチング素子のＯＮ時間をコントロールすることでデューティ制御する。これらの動作の詳細は、第１及び第２消磁コイルと、これらを短絡するリレー接点がそれぞれ１個になったという違いだけで、実施例１と同様である。

次に、第２励磁コイル１２１を使った、小さいサイズの記録紙の定着をする時の説明をする。第２励磁コイル１２１に通電すると、発生した磁束が第１軸方向コア１３１、第２軸方向コア１３２、第３軸方向コア１３３内を導かれ、発熱ローラ本体１０ａと鎖交し、渦電流を発生する。これにより第２励磁コイル１２１の軸方向長さを有するＡ４の記録紙を定着することができる。

続いて、更に第２消磁コイル１４１に交番電流を通電すると、第２消磁コイル１４１の磁束は第１軸方向コア１３１、第２軸方向コア１３２、第３軸方向コア１３３を導かれ、発熱ローラ本体１０ａと鎖交する。磁性部材の内部では、第２励磁コイル１２１の磁束と第２消磁コイル１４１の磁束とが打ち消し合う（図６参照）。しかし、第２消磁コイル１４１の折り返し部１４１−Ｓ（右側の折り返し部）によって発生する磁束はキャンセルされることはなく、第１軸方向コア１３１内を導かれ、発熱ローラ本体１０ａと鎖交して発熱ローラ本体１０ａを加熱する。これにより第２励磁コイル１２１の軸方向長さより第２消磁コイル１４１の軸方向長さ分だけ短いＡ５の記録紙を定着することができる。

このように本発明の実施例２の誘導加熱装置においては、２つの励磁コイルと２つの消磁コイルを設け、２つの励磁コイルの一辺を重ねて置き、２つの励磁コイルの三辺ではこの三辺にそれぞれ消磁コイルの三辺を２段に重ねて設置し、２段に重なっていない残りの一辺に磁性部材を設けている。これにより片側基準で加熱幅制御が可能になり、消磁コイルを使用した時の温度上昇抑制能力を向上させ、小さいサイズの記録紙を通紙する時に省電力化することができる。励磁コイルを１個でなく第１励磁コイル１２０と第２励磁コイル１２１に分け、それぞれに第１消磁コイル１４０、第２消磁コイル１４１を重ねることにより、小さいサイズの加熱を行うという構成を採用したため、１個の励磁コイルに対して複数種類の消磁を行う構成より、小さいサイズの記録紙を通紙する時に省電力化できる。

実施例２の誘導加熱装置は、消磁コイル１個に減らして定着することができ、また片側基準であるため、加熱ローラの軸方向長さも短くなり、小型で安価な誘導加熱装置にすることができる。

本発明の実施例３に係る誘導加熱装置も実施例１と同様に中央基準で発熱ローラ１０の発熱を行う。しかし、発熱ローラ１０の外部に誘導加熱装置を設けるのではなく、内部に磁気回路を形成して発熱を行う方式である。なお、実施例３も実施例１の構成と基本的構成において一致するので、実施例３においても図１〜図８を参照する。実施例３の構成は基本的に実施例１の構成に対して二百番台の付番を行っている。例えば、実施例１の第１励磁コイル２０に対して実施例３では第１励磁コイル２２０のように付番している。

図１０（ａ）は、本発明の実施例３に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの配置の上面図、図１０（ｂ）は、本発明の実施例３に係る誘導加熱装置を構成するコイルユニットの配置の図１０（ａ）に示した線Ａ−Ａ断面図、図１１は、本発明の実施例３に係る誘導加熱装置を配置する発熱ローラの図１０（ｂ）に示した線Ｂ−Ｂの位置の断面図である。図１０（ａ），（ｂ）において、２２０は発熱ローラ１０の長手方向と短手方向にそれぞれ平行に略矩形をなすように巻回される実施例３の第１励磁コイルであり、２２１はこの第１励磁コイル２２０の内側に囲まれるようにかつ４辺がこのコイルと平行になるように巻回された第２励磁コイルである。第１励磁コイル２２０、第２励磁コイル２２１が実施例１の第１励磁コイル２０、第２励磁コイル２１にそれぞれ対応する。

この第１励磁コイル２２０の長手方向の両端には２つの消磁コイル（第１消磁コイル２４０ａ，２４０ｂ）がそれぞれ２段に重ねて配置され、第１励磁コイル２２０に囲まれて置かれる第２励磁コイル２２１の両端には２つの消磁コイル（第２消磁コイル２４１ａ，２４１ｂ）がそれぞれ２段に重ねて配置される。この４つの消磁コイルは第１励磁コイル２２０と第２励磁コイル２２１の磁束を一部キャンセルするためのコイルである。第１消磁コイル２４０ａ，２４０ｂ、第２消磁コイル２４１ａ，２４１ｂが実施例１の第１消磁コイル４０ａ、４０ｂ、第２消磁コイル４１ａ，４１ｂにそれぞれ対応する。作用も変わらない。

次に、図１０（ａ），（ｂ）、図１１において、２３１は発熱ローラ１０の軸方向に向いて第１消磁コイル２４０ａ，２４０ｂの一方を跨いで設置される第１軸方向コアであり、２３２は発熱ローラ１０の軸方向に向いて第１励磁コイル２２０と第１消磁コイル２４０ａ，２４０ｂの各組み合わせの２つのコイルを跨いで設置される第２軸方向コアである。また、２３３は実施例３の第３軸方向コアである。第１軸方向コア２３１、第２軸方向コア２３２は第１励磁コイル２２０、第２励磁コイル２２１の磁束を導き、発熱ローラ本体２１０ａ（図１１参照）との間で強い磁気回路を形成するためのものである。第１軸方向コア２３１、第２軸方向コア２３２、第３軸方向コア２３３が、実施例１の第１軸方向コア３１、第２軸方向コア３２、第３軸方向コア３３にそれぞれ対応する。

実施例３の搬送方向コア（図示しない）、第１軸方向コア２３１、第２軸方向コア２３２、第３軸方向コア２３３も、実施例１と同様の作用を有すものであり、磁性材料からつくられ、各コイルで発生した磁束を磁性部材から外部に漏らさず内部に留めるようにし、高い磁束密度の磁束の流れをつくる。コイルで発生した大部分の磁束が磁性部材内を導かれて、発熱ローラ本体２１０ａと鎖交する。この磁束により発熱ローラ本体２１０ａ内に渦電流が発生し、発熱ローラ１０を発熱させる。

図１０（ｂ）、図１１において、２１０ｃは発熱ローラ１０の芯金である。芯金２１０ｃは発熱ローラ本体２１０ａと同心の円筒面を備えており、この芯金２１０ｃと発熱ローラ本体２１０ａの間の空間に第１励磁コイル２２０、第１消磁コイル２４０ａ，２４０ｂ、第２励磁コイル２２１、第２消磁コイル２４１ａ，２４１ｂが配置される。シリコンゴムなどを使った弾性層２１０ｄが芯金２１０ｃと発熱ローラ本体２１０ａの間の空間に充填される。発熱ローラ１０の軸方向の構成は実施例１のコイルユニットとまったく同様である。また、駆動回路も同様である。従って、これらは実施例１の説明と共通するので、その詳細な説明は実施例１に譲って省略する。

このように実施例３の誘導加熱装置によれば、実施例１では利用されていない発熱ローラ１０の内部空間を利用し、実施例１と同様に２つの励磁コイルと４つの消磁コイルを設け、各励磁コイルに対して２つの消磁コイルを三辺において２段に重ね、２段に重なっていない残りの一辺に跨って磁性部材を設けている。これにより、誘導加熱装置１６の非通紙部分の温度上昇抑制能力を向上させることができ、小さいサイズの記録紙が通紙する時周囲に伝熱される熱のために費消されていた電力を削減できる。

発熱ローラ１０の外部ではなく、発熱ローラ１０の内部に誘導加熱装置を設けて発熱を行うため、誘導加熱装置、定着装置がコンパクトになる。画像形成装置を小型化することができる。

本発明に係る誘導加熱装置は、トナー画像を形成した記録紙を定着する定着装置、定着装置を備えた画像形成装置そのほかこれらの機能を含んだ事務機器等に利用が可能である。

１ 原稿読取部
２ 画像形成部
３ 定着装置
４ 給紙部
５ 排紙部
６ 帯電器
７ 感光体ドラム
８ ＬＳＵ（Ｌａｓｅｒ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）
９ 現像ユニット
１０ 発熱ローラ
１０ａ 発熱ローラ本体
１０ｂ 離型層
１０ｃ 芯金
１０ｄ 弾性層
１１ 現像ローラ
１２ 中間転写ベルト
１３ 転写装置
１４ 転写ローラ
１５ 加圧ローラ
１５ａ 芯金
１５ｂ 弾性層
１６ 誘導加熱装置
２０ 第１励磁コイル
２０−Ｈ，２１−Ｈ，４０ａ−Ｈ，４０ｂ−Ｈ，４１ａ−Ｈ，４１ｂ−Ｈ 平行部
２０−Ｓ，２１−Ｓ，４０ａ−Ｓ，４０ｂ−Ｓ，４１ａ−Ｓ，４１ｂ−Ｓ 折り返し部
２１ 第２励磁コイル
３０ 搬送方向コア
３１ 第１軸方向コア
３２ 第２軸方向コア
３３ 第３軸方向コア
４０ａ，４０ｂ 第１消磁コイル
４１ａ，４１ｂ 第２消磁コイル
５０，５１ 共振コンデンサ
６０，６１，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ リレー接点
７０，７１ スイッチング素子
８０，８１ 駆動回路
９１ フィルター回路
９０ 整流回路
９３ ＡＣ電流検出部
９２ ＡＣ電圧検出部
９５ インターフェイス
９４ 制御回路
１２０ 第１励磁コイル
１２０−Ｈ，１２１−Ｈ，１４０−Ｈ，１４１−Ｈ 平行部
１２０−Ｓ，１２１−Ｓ，１４０−Ｓ，１４１−Ｓ 折り返し部
１２１ 第２励磁コイル
１３１ 第１軸方向コア
１３２ 第２軸方向コア
１３３ 第３軸方向コア
１４０ 第１消磁コイル
１４１ 第２消磁コイル
２２０ 第１励磁コイル
２２１ 第２励磁コイル
２４０ａ，２４０ｂ 第１消磁コイル
２４１ａ，２４１ｂ 第２消磁コイル
２３０ 搬送方向コア
２３１ 第１軸方向コア
２３２ 第２軸方向コア
２３３ 第３軸方向コア
Ｃ キャパシタンス
Ｌ インダクタンス

Claims (3)

1. 電磁誘導発熱する円筒形状の発熱ローラと、前記発熱ローラを発熱させる励磁コイルと、前記発熱ローラの軸方向の長さが前記励磁コイルより短く形成され前記励磁コイルの磁界を減少させる消磁コイルと、磁性材料から構成され前記励磁コイル及び／又は前記消磁コイルの磁束を導いて前記発熱ローラとの間に磁気回路を形成する磁性部材とを備えた誘導加熱装置であって、
   前記励磁コイルが前記発熱ローラの軸方向に平行に延びる平行部と該平行部の両端の２つの折り返し部を備えると共に、前記消磁コイルが前記発熱ローラの軸方向に平行に延びる平行部と該平行部の両端の２つの折り返し部を備え、
   前記励磁コイルと前記消磁コイルの２つの折り返し部の一方と平行部が互いにそれぞれ重ね合わせ可能な共通の構成を有し、かつ、前記磁性部材が前記消磁コイルの２つの折り返し部の他方側に配置されることを特徴とする誘導加熱装置。
2. 前記磁性部材が略コの字形状を有しており、該磁性部材の両端部が前記発熱ローラに近接して設けられることを特徴とする請求項１記載の誘導過熱装置。
3. 磁性材料から構成された磁性部材が前記励磁コイルの平行部の内側にこの平行部に沿って互いに磁気結合できる間隙を置いて連続して配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の誘導過熱装置。

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