JP2006293079A - 像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非通紙部領域における温度上昇を抑制し得るとともに、熱分布を効率よく制御でき、発熱効率のよい電力供給が可能な誘導加熱方式の像加熱装置を提供する。
【解決手段】励磁コイルを有する磁場発生手段３と、前記磁場発生手段の発生磁場により磁気誘導発熱する加熱部材１と、を有し、前記加熱部材の発熱により記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、前記励磁コイルに流す交番電流の周波数を切り替える周波数制御手段５４を有し、前記加熱部材は、記録材搬送方向に直交する長手方向において、前記周波数制御手段による前記周波数の切り替えにより発熱密度に異なりを生じる複数の発熱部材部分が配置されて構成されていることを特徴とする像加熱装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式等の複写機、プリンタおよびファクシミリなどの画像形成装置において定着装置として用いて好適な誘導加熱方式の像加熱装置に関する。

従来の誘導加熱方式の定着装置は、磁気（電磁）誘導発熱する加熱部材としての金属スリーブと、これに交番磁場を作用させる励磁コイルとの間に、励磁コイルから金属スリーブへ届く磁束の一部を遮蔽する磁束遮蔽手段を配置し、該磁束遮蔽手段の位置を金属スリーブにおける通紙範囲に応じて変位手段により変化させることにより、長手方向で任意の幅で磁束遮蔽を行なうことで通紙する転写材のサイズに依らず昇温される金属スリーブの熱分布をコントロール可能にしている（特許文献１）。

また、互いに平行の、第一コア、２つの第二コア、とに分割してあり、このように分割されたコアとを用いて磁束の通路（磁気回路）を形成し、それぞれのコアの間を磁束遮蔽部材の移動が可能なように配置し、磁気誘導発熱する加熱部材としての定着ローラの熱分布をコントロール可能としている（特許文献２）。

また、誘導加熱発熱体とスラスト熱伝導向上のための芯体とからなる二層構造の定着ローラを用いることで、記録材のサイズが小さい場合の非通紙部の昇温を芯体部のスラスト熱伝導よって馴らすことにより、定着ローラの熱分布を均一にしている（特許文献３）。

また、導電性を有する材料からなる筒状の導電層を備える加熱ローラであって、導電層の軸線方向両端部付近の層厚ｔ１が、導電層のそれ以外に部分の層厚ｔ２よりも薄くなるよう形成された過熱ローラと、導電層に交番磁界を印加して発熱させる磁界発生手段を有しており、大サイズの被加熱材を加熱するとき、交番磁界の周波数を高く設定し、層厚ｔ１の表皮深さとなる条件で発熱させることによって、導電層の軸方向全集にわたる昇温速度及び温度分布を均一化させており、小サイズの被加熱材を加熱するとき、交番磁界の周波数を低く設定し、層厚ｔ２に形成される部分を主に発熱させ、層厚ｔ１に形成される部分の発熱を抑制している（特許文献４）。

ローラの長手方向に抵抗率の異なる部材を配置し、発熱を長手方向で異ならせることで端部の温度低下を防止するものもある（特許文献５）。
特開平１０−７４００９号公報 特開平２００３−１２３９５７号公報 特開２００１−２３００６４号公報 特開２００２−２６０８３６号公報 特開２００３−３４７０３０号公報

上記従来技術は、当時としては望まれる性能を満たすものであったが、近年は、更なる装置性能の向上が求められるようになった。

特許文献４では厚みを変更することで定着ローラの長手方向に関する発熱特性を変更しているが、厚みのみで発熱特性を変更するためにはローラの厚みの差を長手方向で大きくしなければならない。しかしながら、ローラの厚みはローラの強度、屈曲性からそれほど大きな差をつけることはできないといった問題がある。

また、特許文献５では長手方向で抵抗率を変更することで長手方向の発熱量を変えているが、長手方向において発熱量の分布を変更することができないため、逆に非通紙部昇温に対しては不利になってしまう。

本発明は上記従来技術を更に発展させたものである。

本発明の目的は、発熱部材の形状を大きく変更せずに発熱部材の発熱分布特性を変更可能にすることで、発熱部材の温度を均一化することができる誘導加熱方式の像加熱装置を提供することにある。

上記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特徴は、励磁コイルを有する磁場発生手段と、前記磁場発生手段の発生磁場により発熱する発熱部材と、を有し、前記発熱部材の熱により記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、前記励磁コイルに印加する電流の周波数を変更する変更手段を有し、前記発熱部材は長手方向の異なる領域に第一の領域と第二の領域を有し、前記第一の領域に対する前記第二の領域の単位体積当りの発熱量比が周波数を変更することで異なる発熱特性を有することを特徴とする。

上記構成において、周波数制御手段により、励磁コイルに流す電流の周波数を変えることにより、相対的に非通紙部領域の発熱密度を減らすことができる。

したがって、磁場発生手段と磁気誘導発熱する加熱部材の間に形成される磁束の通路（磁気回路）を、磁束遮蔽手段を入れる空間を必要とせず、更に省エネルギー性を損なうことなく、記録材の大サイズ・小サイズの通紙モードによらず、発熱効率のよい最適な電力供給ができ、加熱部材の非通紙部領域における温度上昇を抑制することができる。

以下に、実施の形態を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施の形態は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施の形態により限定されるものではない。

（１）画像形成装置例
図１は本発明に従う誘導加熱方式の像加熱装置を画像加熱定着装置１１０として備えた画像形成装置の一例の概略構成模型図である。本例の画像形成装置１００は転写式電子写真プロセス利用、レーザ走査露光方式のプリンタである。

１０１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢印の反時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。感光ドラム１０１は、その回転過程で、帯電装置１０２により所定の極性・電位の一様な帯電処理を受け、その一様帯電面に対して画像書き込み装置１０３による像露光Ｌを受けることで一様帯電面の露光明部の電位が減衰して感光ドラム１０１面に露光パターンに対応した静電潜像が形成される。画像書き込み装置１０３は本例の場合はレーザスキャナーであり、画像データに従って変調されたレーザ光を出力し、回転する感光ドラム１０１の一様帯電面を走査露光して原稿画像情報に対応した静電潜像を形成する。

次いで、その静電潜像が現像装置１０４によりトナー画像として現像される。そのトナー画像が転写帯電装置１０５の位置において、給紙機構部側から感光ドラム１０１と転写帯電装置１０５との対向部である転写部Ｔに所定の制御タイミングにて給送された記録媒体としての記録材（転写材）Ｐに感光ドラム１０１面側から静電転写される。

給紙機構部は、本例の画像形成装置の場合は、大型サイズ記録材Ｐ１を積載収容した第１のカセット給紙部１０６と、小型サイズ記録材Ｐ２を積載収容した第２のカセット給紙部１０７と、第１または第２のカセット給紙部１０６または１０７から選択的に１枚分離給紙された記録材Ｐ１またはＰ２を転写部Ｔに所定のタイミングにて搬送する記録材搬送路１０８を有している。

転写部Ｔで感光ドラム１０１面からトナー画像の転写を受けた記録材Ｐ１またはＰ２は、感光ドラム１０１面から分離され、定着装置１１０へ搬送されて未定着トナー画像の定着処理を受け、画像形成装置外部の排紙トレー１１１上に排紙される。

一方、記録材分離後の感光ドラム１０１面はクリーニング装置１０９により転写残りトナー等の付着汚染物の除去を受けて清掃されて繰り返して作像に供される。

（２）定着装置１１０
図２は定着装置１１０の要部の正面模型図、図３は要部の縦断正面模型図、図４は図２の（４）−（４）線に沿う横断面模型図である。この定着装置１１０は、ヒートローラタイプで、誘導加熱方式の像加熱装置である。

１は磁気誘導発熱する発熱部材としての定着ローラ（加熱用回転体）、２は加圧部材としての加圧ローラである。

この定着ローラ１は、金属層の円筒状ローラであり、その両端部側をそれぞれ装置シャーシの手前側と奥側の側板間２１・２２間に軸受部材２３を介して回転可能に支持させて配設してある。

定着ローラの表面には、弾性層、離型層としてのゴム、フッ素樹脂等を設けても良い。

加圧ローラ２は、芯金２ａと、この芯金回りに同心一体にローラ状に成形被覆させた、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層２ｂ等で構成されている。この加圧ローラ２は、上記の定着ローラ１の下側に、芯金２ａの両端部側をそれぞれ装置シャーシの手前側と奥側の側板間２１・２２間に軸受部材２４を介して回転可能に支持させて配設してある。また、不図示の付勢手段により定着ローラ１の下面に対して所定の押圧力Ｆで圧接させて配設されており、加圧ローラ２の耐熱性・弾性材層２ｂが定着ローラ１との圧接部で弾性に抗して変形することによって定着ローラ１との間に記録材材加熱部としての所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。定着ローラ１の剛性が小さく、押圧力がたりない場合は、定着ローラ１の内面から加圧ステーを用いて、定着ローラ１の下面に対して所定の押圧力を得ることができる。

３は磁場発生手段としての励磁コイルアセンブリであり、中空の定着ローラ１内に挿入して配設してある。この励磁コイルアセンブリ３は、励磁コイル（誘導コイル）４、横断面Ｔ字型の磁性コア（励磁鉄心）５、絶縁性ホルダ６等からなる横長の組み立て部材である。この励磁コイルアセンブリ３を定着ローラ１内に挿入して所定の角度姿勢にして、且つ定着ローラ１の内面と励磁コイル４との間に所定の隙間αを存して定着ローラ内面に非接触に保持させた状態にして、定着ローラ１の両端部からそれぞれ外方に突出させたホルダ延長部６ａ・６ａをそれぞれ装置手前側と奥側の固定部材２５・２６間に非回転に固定支持させて配設してある。

励磁コイル４は、芯線としてφ０．１〜０．３程度の細線を８０〜１６０本程度束ねたリッツ線（銅線）を用いている。細線には絶縁被覆電線を用いている。このリッツ線を磁性コア５を一方向に周回するように定着ローラ１の内面形状にあわせて横長舟形に複数回巻回して励磁コイル４としてある。磁性コア５は磁性材からなり、例えば、フェライトコアまたは積層コアからなる。磁性コア５は励磁コイル４のリッツ線と直交するように配置され磁路を形成する。

Ｇは定着ローラ１の奥側の端部側に固定させた定着ローラドライブギアである。このドライブギアＧに駆動源Ｍから動力伝達系（不図示）を介して回転力が伝達されることで、定着ローラ１が図４において矢印ａの反時計方向に所定の速度にて回転駆動される。加圧ローラ２はこの定着ローラ１の回転駆動に従動して矢印ｂの時計方向に回転する。加圧ローラ２も駆動ローラにすることができる。

４ａ・４ｂは上記の励磁コイル４の２本のリード線であり、励磁コイル４に高周波電流を流す励磁回路（コイル駆動電源）５１に接続してある。

ＴＨ１とＴＨ２は定着ローラ１の温度を検知するサーミスタ等の第１（メイン）と第２（サブ）の温度検知素子であり、それぞれ、定着ローラ１に接触または非接触に配置してある。第１の温度検知素子ＴＨ１は後述する小型サイズ記録材Ｐ２の通紙領域Ｂに対応する定着ローラ部分に位置させて配設してある。第２の温度検知素子ＴＨ２は後述する小型サイズ記録材Ｐ２の非通紙領域Ｃに対応する定着ローラ部分に位置させて配設してある。

５０は本体制御回路部（ＣＰＵ）であり、画像形成装置の全体的な画像形成動作シーケンスを司る。上記温度検知素子ＴＨ１及びＴＨ２の定着ローラ検知温度情報はこの本体制御回路部５０に入力する。また、この本体制御回路部５０は、前記駆動源Ｍのオン／オフ制御、前記励磁回路５１のオン／オフ制御、該励磁回路５１が励磁コイル４に流す高周波電流の周波数を切り替える周波数制御部（周波数制御手段）５４を制御する。

５５は装置に通紙使用する記録材Ｐのサイズ選択指定手段であり、該手段５５から本体制御回路部５０に対して装置に通紙使用する記録材サイズ情報が入力する。

本体制御回路部５０は、装置のメイン電源スイッチのオン、あるいはプリント開始信号の入力に基づいて、所定の画像形成シーケンス制御を開始する。定着装置１１は駆動源Ｍのオンにより定着ローラ１の回転が開始される。また励磁回路５１から励磁コイル４に所定周波数の高周波電流がながされる。これにより励磁コイル４の周囲に交番磁場（高周波交番磁束）が発生し、定着ローラ１の誘導発熱部材に高周波誘導電流（渦電流）が誘起されて定着ローラ１が磁気誘導発熱で加熱される。この定着ローラ１の温度が第１と第２の温度検知素子ＴＨ１・ＴＨ２で検知されて、その温度情報がＡ／Ｄコンバータを介して本体制御回路部５０に入力する。本体制御回路部５０は第１の温度検知素子ＴＨ１から入力する定着ローラ温度が所定の最適温度（定着温度）に維持されるように、励磁回路５１から励磁コイル４への供給電力を制御して、定着ローラ１を温調制御する。

供給電力の制御の一例として、ＴＨ１の温度が最適温度に対して低いときは励磁回路のＯＮ／ＯＦＦデューティを上げて励磁回路５１から励磁コイル４への供給電力を上げ、ＴＨ１の温度が最適温度に対して高いときは励磁回路のＯＮ／ＯＦＦデューティを下げて励磁回路５１から励磁コイル４への供給電力を下げることにより、定着ローラ１を最適温度に温調制御する。

そして、定着ローラ１の温度が立ち上って所定温度に温調された状態において、定着ニップ部Ｎに対して作像部側から未定着トナー画像ｔを担持した記録材Ｐが導入されて定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていくことで、定着ローラ１の熱と定着ニップ部Ｎの加圧力で、未定着トナー画像ｔが記録材面に加熱定着される。

図５は励磁コイル４の両端、すなわち励磁コイル４からみた誘導加熱定着装置の等価回路を示す。この等価回路において、Ｒｃは励磁コイル４自身の抵抗、Ｒｈは励磁コイル４と定着ローラ１との電磁結合することによる抵抗、Ｌｈは励磁コイル４と定着ローラ１との電磁結合することによるインダクタンスである。

この等価回路において、Ｒｈ＋Ｒｃ、Ｌｈは、ＬＣＲメータやインピーダンスアナライザーにより、インピーダンス特性（ＬＲ直列等価回路）の抵抗成分、インダクタンス成分として得られる。

すなわち、Ｒｈ＋Ｒｃは誘導加熱定着装置の励磁コイル４からみたインピーダンス特性（ＬＲ直列等価回路）の抵抗成分として得られる。

また、Ｒｃは誘導加熱定着装置から定着ローラ１を外した状態での励磁コイル４からみたインピーダンス特性（ＬＲ直列等価回路）の抵抗成分として得られる。

Ｒｈは、Ｒｈ＋Ｒｃの測定結果とＲｃの測定結果の差分として得られる。

この回路に電流が流れると、電流の２乗と抵抗値との積が実効電力として消費され、熱が発生する。Ｒｃで消費される電力によって励磁コイル４が発熱し、Ｒｈで消費される電力によって定着ローラ１が発熱する。

（３）非通紙部昇温対策
本実施例の装置では記録材Ｐの通紙（装置内搬送）は記録材幅中心の中央基準で行なわれる。図２・図３において、Ｓはその中央基準線である。ここで、記録材に関して、サイズ幅とは、記録材の平面において記録材搬送方向と直交する方向の記録材幅寸法である。図２・図３において、Ａは装置に通紙使用可能な最大サイズ幅の記録材Ｐ１の通紙領域である。この通紙領域Ａに対応するサイズ幅の記録材を以下「大型サイズ記録材」と記す。Ｂは大型サイズ記録材Ｐ１よりもサイズ幅の小さい記録材Ｐ２の通紙領域である。この通紙領域Ｂに対応するサイズ幅の記録材を以下「小型サイズ記録材」と記す。Ｃは小型サイズ記録材Ｐ２を通紙した場合の、大型サイズ記録材Ｐ１の通紙領域Ａと小型サイズ記録材Ｐ２の通紙領域Ｂとの差領領域である非通紙部領域である。本実施例では記録材Ｐ１・Ｐ２の通紙が中央基準であるから小型サイズ記録材Ｐ２の通紙域Ｂの両脇部にそれぞれ非通紙部領域Ｃが生じる。

前記したように、第１の温度検知素子ＴＨ１は小型サイズ記録材Ｐ２の通紙領域Ｂに対応する定着ローラ部分の温度を検知するように配置されていて、定着ローラ１の温調がなされる。そのために、小型サイズ記録材Ｐ２の連続通紙がなされると、該小型サイズ記録材Ｐ２の通紙領域Ｂに対応する定着ローラ部分の温度は所定の定着温度に温調維持されるけれども、非通紙部領域Ｃに対応する定着ローラ部分の温度はこの定着ローラ部分の熱が記録材やトナー画像の加熱に消費されないので蓄熱して所定の定着温度を超えて昇温（非通紙部昇温）していく。

本実施例は、このような非通紙部昇温現象を抑制すると共に、熱分布を効率よく制御でき、発熱効率のよい電力供給を可能にするために、励磁回路５１から励磁コイル４に流す交番電流の周波数を切り替える周波数制御手段としての周波数制御部５４を具備させる。そして、この周波数制御部５４を本体制御回路部５０により、該本体制御回路部に記録材サイズ選択指定手段５５から入力する、装置に通紙使用される記録材サイズ情報に応じて制御して、励磁回路５１から励磁コイル４に流す交番電流の周波数切り替えを行なわせる。また、磁気誘導発熱する加熱部材としての定着ローラ１（金属層の円筒状ローラ）を、記録材搬送方向に直交する長手方向において、上記周波数制御部５４による周波数の切り替えにより発熱密度に異なりを生じる複数の発熱部材部分を配置して構成する。この具体例を下記する。

１）具体例１
図６において、定着ローラ１の長手方向（記録材搬送方向と直交する方向）に関して、１ｂは小型サイズ記録材Ｐ２の通紙領域Ｂに対応する定着ローラ部分、１ｃは小型サイズ記録材Ｐ２を通紙した場合の、大型サイズ記録材Ｐ１の通紙領域Ａと小型サイズ記録材Ｐ２の通紙領域Ｂとの差領領域である非通紙部領域Ｃに対応する定着ローラ部分、１ｄは定着ローラ部分１ｃよりも外側の定着ローラ延長部分である。

定着ローラ１の内部に配設した磁場発生手段としての励磁コイルアセンブリ３で生じる交番磁場は定着ローラ部分１ｂ＋１ｃの範囲に対して作用し、定着ローラ１のこの部分範囲が磁気誘導発熱で実質的に加熱される範囲である。定着ローラ延長部分１ｄは、励磁コイルアセンブリ３の交番磁場が実質的に作用せず、非加熱範囲部分である。

２）具体例２
本例においては、図７の（ａ）の模型図のように、定着ローラ１の定着ローラ部分１ｂはニッケル５０μｍの金属層で構成し、定着ローラ部分１ｃと１ｄはアルミ５０μｍの金属層で構成した。すなわち、定着ローラ部分１ｂ・１ｃ・１ｄは金属層の厚みは同じであるが、定着ローラ部分１ｂと定着ローラ部分１ｃ・１ｄとでは導電率の異なる金属材料にしてある。

図７の（ｂ）は、上記のように同じ厚みで、特に、導電率の異なる金属材料での磁気誘導発熱部材（ニッケルとアルミ）に係る抵抗Ｒｈの測定結果を示している。

本体制御回路部５０は、記録材サイズ選択指定手段５５から入力された通紙使用記録材サイズ情報が大型サイズ記録材Ｐ１である時は、周波数制御部５４を制御して、励磁回路５１から励磁コイル４に流す交番電流の周波数を約２０ＫＨｚにする。これにより、定着ローラ１の定着ローラ部分１ｂと１ｃに係る抵抗Ｒｈがほぼ同じで、磁気誘導で発熱する定着ローラ部分１ｂの発熱密度と定着ローラ部分１ｃの発熱密度はほぼ同じになり、大型サイズ記録材Ｐ１へ熱供給を長手方向同じにできる。すなわち、大型サイズ記録材Ｐ１の通紙領域Ａに対応する定着ローラ部分１ｂ＋１ｃの全域の熱分布を同じにできる。

本体制御回路部５０は、記録材サイズ選択指定手段５５から入力された通紙使用記録材サイズ情報が小型サイズ記録材Ｐ２である時は、周波数制御部５４を制御して、励磁回路５１から励磁コイル４に流す交番電流の周波数を約２０ＫＨｚより高くしていく。即ち、最大サイズ搬送領域と小型サイズ記録材Ｐ２の搬送領域との差領域に対応する領域に配置された定着ローラ部分１ｃに係る抵抗Ｒｈは、定着ローラ部分１ｂに係る抵抗Ｒｈより低くなり、（１ｂに対する１ｃの抵抗Ｒｈの比が小さくなり）磁気誘導で発熱する定着ローラ部分１ｃの長手方向単位長さあたりの発熱量は定着ローラ部分１ｂの長手方向単位長さあたりの発熱量より小さくなり、非通紙部での温度上昇を抑制できる。

また、定着ローラは端部での放熱量が中央部に比べて大きい為、端部が中央部より温度低下してしまう問題がある。この場合、端部の発熱量が大きくなるような周波数を設定する（１ｂに対する１ｃの抵抗Ｒｈの比が大きくなる周波数に設定する）ことでローラの温度を均一化、および温度復帰を早くすることもできる。

３）具体例３
本例においては、図８の（ａ）の模型図のように、定着ローラ１の定着ローラ部分１ｂはＳＵＳ３０４−３００μｍの金属層で構成し、定着ローラ部分１ｃと１ｄはＳＵＳ４３０−３００μｍアルミ５０μｍの金属層で構成した。すなわち、定着ローラ部分１ｂ・１ｃ・１ｄは金属層の厚みは同じであるが、定着ローラ部分１ｂと定着ローラ部分１ｃ・１ｄとでは透磁率の異なる金属材料金属材料にしてある。

図８の（ｂ）は、同じ厚みで、特に、透磁率の異なる金属材料での磁気誘導発熱部材（ＳＵＳ３０４とＳＵＳ４３０）に係る抵抗Ｒｈの測定結果を示している。

本体制御回路部５０は、記録材サイズ選択指定手段５５から入力された通紙使用記録材サイズ情報が大型サイズ記録材Ｐ１である時は、周波数制御部５４を制御して、励磁回路５１から励磁コイル４に流す交番電流の周波数を約８ＫＨｚにする。これにより、定着ローラ１の定着ローラ部分１ｂと１ｃに係る抵抗Ｒｈがほぼ同じで、磁気誘導で発熱する定着ローラ部分１ｂの発熱密度と定着ローラ部分１ｃの発熱密度はほぼ同じになり、大型サイズ記録材Ｐ１へ熱供給を長手方向同じにできる。すなわち、大型サイズ記録材Ｐ１の通紙領域Ａに対応する定着ローラ部分１ｂ＋１ｃの全域の熱分布を同じにできる。

本体制御回路部５０は、記録材サイズ選択指定手段５５から入力された通紙使用記録材サイズ情報が小型サイズ記録材Ｐ２である時は、周波数制御部５４を制御して、励磁回路５１から励磁コイル４に流す交番電流の周波数を約８ＫＨｚより高くしていく。これにより、定着ローラ１の定着ローラ部分１ｃに係る抵抗Ｒｈは、定着ローラ部分１ｂに係る抵抗Ｒｈより低くなり、磁気誘導で発熱する定着ローラ部分１ｃの発熱密度は定着ローラ部分１ｂの発熱密度より小さくなり、非通紙部領域に対応している定着ローラ部分１ｃでの発熱密度を小さくでき、非通紙部での温度上昇を抑制できる。

すなわち、磁気誘導発熱する加熱部材としての定着ローラ１の長手方向において、厚みまたは、導電率または、透磁率の異なる複数の定着ローラ部分が配置し、周波数制御手段により、励磁コイルに流す電流の周波数を変えることにより、相対的に、定着ローラ１の非通紙部領域の発熱密度を減らすことができ、磁場発生手段である励磁コイルアセンブリ３と磁気誘導発熱する加熱部材としての定着ローラ１の間に形成される磁束の通路（磁気回路）を、磁束遮蔽手段を入れる空間を必要とせず、更に省エネルギー性を損なうことなく、大型サイズ記録材、小型サイズ記録材の通紙モードによらず、発熱効率のよい最適な電力供給ができ、定着ローラ１の非通紙部領域における温度上昇を抑制することができる。

上記の具体例２（図７）や具体例３（図８）、また実施例２（図９）のような定着ローラ１において、異なる金属のローラ部分１ｂと１ｃとは溶接で接合されている。

ここで、長手方向単位長さあたりの発熱量の測定方法（本発明の検証方法）について説明を行なうが、その前に、コイルからみた、みかけの抵抗Ｒｈの周波数特性について簡単に説明をする。

Ｒｈの周波数特性は、ローラの厚みが表皮深さより薄く、Ｒｈの周波数特性（発熱部材の発熱特性）が表皮効果の影響を受けない場合、図７の例のように低周波領域で周波数ｆの２乗に関係し、周波数を高くしていくと一定値に近づく。一方、表皮深さがローラの厚みよりも小さく、Ｒｈの周波数特性が表皮効果の影響を受ける場合、Ｒｈの周波数特性は、図８のＳＵＳ４３０の例のように周波数を高くしていくと周波数ｆの平方根に関係していく。すなわち、Ｒｈの周波数特性はｆの２乗から一定値又は√ｆに、一定値から√ｆに変化する３種類の変化点をもちえる。

また、異なる材料を長手方向に配置したものにまたがってコイルを対向させてＲｈを測定すると、それぞれ異なる材料を単独で測定した場合のＲｈの周波数特性グラフを足し合わせたものとして測定される。

以上を踏まえて長手方向単位長さあたりの発熱量の測定方法（本発明の検証方法）について説明する。まず、発熱量は抵抗Ｒｈに比例するので、Ｒｈを測定することで間接的に発熱量を測定する。そこで、周波数を切り替えることでそれぞれ異なる材料の抵抗Ｒｈの比が変化していればよい。

但し、Ｒｈは測定する材料が同じであっても、測定条件（例えば、測定する材料と測定するコイルの位置やコイルの形状、巻き数等）が変わってしまうと変化してしまう。

そこで、装置に組み込まれた状態で抵抗Ｒｈを測定する測定条件と、ローラの長手方向で異なる材料を取り出して単独で抵抗Ｒｈを測定する場合での測定条件が実質的に一致するように適正化させ、その状態で周波数を切り替えることでそれぞれ異なる材料の抵抗Ｒｈの比が変化しているかどうか確認すれば本発明を実施しているか確認できる。

ここで測定条件を実質的に一致させるとは、単独で測定された抵抗Ｒｈの周波数特性の足し合わせが装置に組み込まれた状態で測定された抵抗Ｒｈの周波数特性と特性が一致することをいう。

測定条件の適正化は以下のように行なう。実際に装置としての組み込まれたときの装置のコイルからみた発熱部材の抵抗Ｒｈの周波数特性を測定し、変化点を測定する。次に異なる材料各々の抵抗Ｒｈの周波数特性を任意の測定用コイルで測定し、各周波数特性の変化点が実際に装置としての組み込まれたときの装置のコイルからみた発熱部材の抵抗Ｒｈの周波数特性の変化点と一致するように測定用コイルと発熱部材の位置、測定用コイルの形状等を調整を行なえばよい。

本実施例においては、加熱部材としての定着ローラについて、記録材搬送方向に直交する長手方向において、周波数制御手段による周波数の切り替えにより、発熱密度を反転させる複数の発熱部材部分が配置されて構成されている。

具体的には、図９の（ａ）の模型図のように、定着ローラ１の定着ローラ部分１ｂはニッケル３０μｍの金属層で構成し、定着ローラ部分１ｃと１ｄは銅３５μｍの金属層で構成した。すなわち、定着ローラ部分１ｂと定着ローラ部分１ｃ・１ｄとでは導電率と厚みの異なる金属材料にしてある。

図９の（ａ）、上記のように導電率と厚みの異なる金属材料での磁気誘導発熱部材（ニッケルと銅）に係る抵抗Ｒｈの測定結果を示している。

本体制御回路部５０は、記録材サイズ選択指定手段５５から入力された通紙使用記録材サイズ情報が大型サイズ記録材Ｐ１である時は、周波数制御部５４を制御して、励磁回路５１から励磁コイル４に流す交番電流の周波数を約２０ＫＨｚにする。これにより、定着ローラ１の定着ローラ部分１ｂと１ｃに係る抵抗Ｒｈがほぼ同じで、磁気誘導で発熱する定着ローラ部分１ｂの発熱密度と定着ローラ部分１ｃの発熱密度はほぼ同じになり、大型サイズ記録材Ｐ１へ熱供給を長手方向同じにできる。すなわち、大型サイズ記録材Ｐ１の通紙領域Ａに対応する定着ローラ部分１ｂ＋１ｃの全域の熱分布を同じにできる。

本体制御回路部５０は、記録材サイズ選択指定手段５５から入力された通紙使用記録材サイズ情報が小型サイズ記録材Ｐ２である時は、周波数制御部５４を制御して、励磁回路５１から励磁コイル４に流す交番電流の周波数を約２０ＫＨｚより高くしていく。これにより、定着ローラ１の定着ローラ部分１ｃに係る抵抗Ｒｈは、定着ローラ部分１ｂに係る抵抗Ｒｈより低くなり、磁気誘導で発熱する定着ローラ部分１ｃの発熱密度は定着ローラ部分１ｂの発熱密度より小さくなり、非通紙部領域に対応している定着ローラ部分１ｃでの発熱密度を小さくでき、非通紙部での温度上昇を抑制できる。

また、定着ローラ端部（定着ローラ１の有効発熱全長領域（大型サイズ記録材Ｐ１の通紙領域Ａに対応）の端部）で温度が低下したときは、励磁回路５１から励磁コイル４に流す電流の周波数を約２０ＫＨｚより低くしていくことにより、定着ローラ部分１ｃに係る抵抗Ｒｈは定着ローラ部分１ｂに係る抵抗Ｒｈより高くなり、磁気誘導で発熱する定着ローラ部分１ｃの発熱密度は定着ローラ部分１ｂの発熱密度より大きくなり、端部領域に配置された定着ローラ部分１ｃでの発熱密度を大きくでき、定着ローラ端部での温度の低下を抑制できる。

すなわち、定着ローラ１の有効発熱全長領域の中央部と端部とで長手方向単位長さあたりの発熱量を反転ならしめる定着ローラ部分を配置し、周波数制御手段により、励磁コイル４に流す電流の周波数を変えることにより、相対的に定着ローラ端部の長手方向単位長さあたりの発熱量を増減させることができ、定着ローラ端部の温度を制御することができ、端部の温度だれによる画像劣化を防ぐことができ、より発熱効率のよい最適な電力供給ができ、定着ローラの非通紙部領域における温度上昇を抑制することができる。

長手方向単位長さあたりの発熱量の反転とは、電流の周波数を切り替えることにより、中央部の長手方向単位長さあたりの発熱量に対して、端部の長手方向単位長さあたりの発熱量を相対的に増減を切り替える（反転）ことである。これより、中央部の温度制御値に対して、端部の温度下げたり、上げたりすることができる。

図１０において、定着ローラ１の長手方向に関して、１ｂは小型サイズ記録材Ｐ３の通紙領域に対応する定着ローラ部分、１ｅは中型サイズ記録材Ｐ２を通紙した場合の、中型サイズ記録材Ｐ２の通紙領域と小型サイズ記録材Ｐ３の通紙領域との差領領域に対応する定着ローラ部分、１ｆは大型サイズ記録材Ｐ１を通紙した場合の、大型サイズ記録材Ｐ１の通紙領域と中型サイズ記録材Ｐ２の通紙領域との差領領域に対応する定着ローラ部分（＝中型サイズ記録材Ｐ２の通紙の場合の非通紙部領域）、１ｄは定着ローラ部分１ｆよりも外側の定着ローラ延長部分である。１ｅ＋１ｆの定着ローラ部分が小型サイズ記録材Ｐ３を通紙した場合の、大型サイズ記録材Ｐ１の通紙領域と小型サイズ記録材Ｐ３の通紙領域との差領領域に対応する定着ローラ部分（＝小型サイズ記録材Ｐ３の通紙の場合の非通紙部領域）である。

定着ローラ１の内部に配設した磁場発生手段としての励磁コイルアセンブリ３で生じる交番磁場は定着ローラ部分１ｂ・１ｅ・１ｆの部分範囲に対して作用して定着ローラ１のこの部分範囲が磁気誘導発熱で実質的に加熱される範囲である。定着ローラ延長部分１ｄは、励磁コイルアセンブリ３の交番磁場が実質的に作用せず、非加熱範囲部分である。

ＴＨ１〜ＴＨ３は定着ローラ１の温度を検知するサーミスタ等の第１〜第３の温度検知素子である。第１の温度検知素子ＴＨ１は定着ローラ部分１ｂに、第２の温度検知素子ＴＨ２は定着ローラ部分１ｅに、第３の温度検知素子ＴＨ３は定着ローラ部分１ｆに、それぞれ対応位置させて定着ローラ１に接触または非接触に配置してある。これらの温度検知素子ＴＨ１〜ＴＨ３の定着ローラ温度情報が本体制御回路部５０に入力する。本体制御回路部５０は第１の温度検知素子ＴＨ１から入力する定着ローラ温度が所定の最適温度（定着温度）に維持されるように、励磁回路５１から励磁コイル４への供給電力を制御して、定着ローラ１を温調制御する。

本例においては、定着ローラ１をＳＵＳ３０４層の円筒状ローラにし、そのＳＵＳ３０４層の厚さについて、定着ローラ部分１ｂと、定着ローラ部分１ｅと、定着ローラ部分１ｆ＋１ｄとで厚みを異ならせた。すなわち、図１１の模型図のように、定着ローラ部分１ｂの厚みは１００μｍにし、定着ローラ部分１ｅの厚みは２００μｍにし、定着ローラ部分１ｆ＋１ｄは３００μｍにした。

本体制御回路部５０は、記録材サイズ選択指定手段５５から入力された通紙使用記録材サイズ情報が大型サイズ記録材Ｐ１である時は、周波数制御部５４を制御して、励磁回路５１から励磁コイル４に流す交番電流の周波数を約２０ＫＨｚにする。これにより、定着ローラ１の定着ローラ部分１ｂと１ｅと１ｆに係る抵抗Ｒｈがほぼ同じで、磁気誘導で発熱する定着ローラ部分１ｂの発熱密度と定着ローラ部分１ｅの発熱密度と定着ローラ部分１ｆの発熱密度とはほぼ同じになり、大型サイズ記録材Ｐ１へ熱供給を長手方向同じにできる。すなわち、大型サイズ記録材Ｐ１の通紙領域に対応する定着ローラ部分１ｂ＋１ｅ＋１ｆの全域の熱分布を同じにできる。

本体制御回路部５０は、記録材サイズ選択指定手段５５から入力された通紙使用記録材サイズ情報が中型サイズ記録材Ｐ２である時は、周波数制御部５４を制御して、励磁回路５１から励磁コイル４に流す交番電流の周波数を約３０ＫＨｚにする。これにより、定着ローラ１の定着ローラ部分１ｂと定着ローラ部分１ｅとに係る抵抗Ｒｈがほぼ同じで、定着ローラ部分１ｆに係る抵抗Ｒｈは定着ローラ部分１ｂに係る抵抗より低く、磁気誘導で発熱する定着ローラ部分１ｆの発熱密度は定着ローラ部分１ｂの発熱密度より小さくなり、非通紙部領域に対応している定着ローラ部分１ｆでの発熱密度を小さくでき、中型サイズ記録材Ｐ２を通紙した時の非通紙部での温度上昇を抑制できる。

本体制御回路部５０は、記録材サイズ選択指定手段５５から入力された通紙使用記録材サイズ情報が小型サイズ記録材Ｐ３である時は、周波数制御部５４を制御して、励磁回路５１から励磁コイル４に流す交番電流の周波数を約３０ＫＨｚより高くしていく。これにより、定着ローラ１の定着ローラ部分１ｅに係る抵抗Ｒｈは定着ローラ部分１ｂに係る抵抗Ｒｈより低くなり、定着ローラ部分１ｆに係る抵抗Ｒｈは定着ローラ部分１ｂに係る抵抗Ｒｈよりさらに低くなり、磁気誘導で発熱する定着ローラ部分１ｆの発熱密度と定着ローラ部分１ｅの発熱密度とは定着ローラ部分１ｂの発熱密度より小さくなり、小型サイズ記録材Ｐ３を通紙した時の非通紙部領域に対応している定着ローラ部分１ｅ＋１ｆでの発熱密度を小さくでき、非通紙部での温度上昇を抑制できる。

すなわち、通紙する記録材サイズ幅情報に応じて、複数の前記定着ローラ部分を配置し、周波数制御手段により、励磁コイルに流す電流の周波数を変えることにより、相対的に通紙される記録材サイズに応じた定着ローラ部分領域の発熱密度を制御することができ、複数の通紙モードに応じて、端部温度を最適にし、より発熱効率のよい最適な電力供給ができ、定着ローラの非通紙部領域における温度上昇を抑制できる誘導加熱定着装置を提供することができる。

実施例１〜３では、記録材サイズ幅情報に応じて励磁コイル４に流す電流の周波数を変更させて定着ローラの長手方向発熱分布を変更させていたが、第１と第２の温度検知素子ＴＨ１・ＴＨ２、あるいは第１〜第３の温度検知素子ＴＨ１〜ＴＨ３により、定着ローラ中央部温度と定着ローラ端部温度との温度差所定温度より大きくなった場合に交番磁場の周波数を変更することで、定着ローラ長手方向の均一加熱をさせても勿論良い。

図１３は本実施例における定着装置１１０の要部の横断面模型図である。図１４は要部の斜視模型図である。

本実施例の定着装置１１０も、前述した実施例の定着装置と同様に、ヒートローラタイプで、誘導加熱方式の像加熱装置である。ただし、本実施例における定着装置の場合は、磁場発生手段としての励磁コイルアセンブリ３を、磁気誘導発熱する加熱部材としての定着ローラ１の外側に配設してある。前述した実施例の定着装置と共通の構成部材部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。また、画像形成装置の構成や制御系の構成も前述の実施例と同様である。

本実施例は、加熱部材である定着ローラは厚み方向に対して複数層構成であり、且つ、磁場発生手段の非対向面側の層は記録材搬送方向に直交する長手方向において、発熱効率の異なる発熱部材で構成されており、周波数制御手段による周波数を切り替えることにより加熱部材長手方向に関する温度分布を調整する構成である。

具体的に、本実施例における定着ローラ１は、磁気誘導発熱する加熱部材としての芯金（金属層、金属部）１１と、芯金回りに同心一体にローラ状に成形被覆された表層（離型層・弾性層）１０が設けられている。弾性層としては、熱容量を小さくしてウォーミングアップタイムを短縮し、かつカラー画像を定着するときに好適な定着画像を得ることを考慮して、本実施例ではシリコーンゴム層を３００μｍの厚みで設けている。表面離型層としては、フッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられる。なお、定着ローラ１の芯金構成については後で詳細に述べる。

加圧ローラ２は、芯金２ａと、この芯金回りに同心一体にローラ状に成形被覆されたシリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層２ｂとで構成されている。シリコーンゴム層は、ニップ部距離を所定長さにするために本実施例では２ｍｍの厚みで設けられている。表面離型層としては、フッ素樹脂層（例えばＰＦＡやＰＴＦＥ）が３０μｍの厚みで設けられる。

また不図示の付勢手段により、定着ローラ１の下面に対して所定の押圧力で圧接させて配設されており、加圧ローラ２の弾性層２ｂが定着ローラ１と圧接部で弾性変形することによって、定着ローラ１との間に記録材加熱部としての所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。定着ローラ１は不図示の駆動系により矢印ａの反時計方向に所定の周速度にて回転駆動され、加圧ローラ５は定着ローラ１の回転駆動に従動して矢印ｂの時計方向に回転している。

磁場発生手段としての励磁コイルアセンブリ３において、励磁コイル４は、励磁コイル４によって発生した磁界が定着ローラ１の芯金１１以外に漏れないように磁性体コア５で覆われており、更に不図示の電気絶縁性の樹脂によって、励磁コイル４と磁性体コア５は一体でモールドされており、定着ローラ１と励磁コイル４との間隔は１．５ｍｍで一定にしている。励磁コイル４は、記録材Ｐの通紙幅方向（記録材Ｐの搬送方向に直交する方向）に沿っての長さが、画像形成に供される最大通紙幅の記録材Ｐのその通紙幅と同じか、もしくは若干長めになるように形成している。上述の励磁コイル４に励磁回路５１（図２・図３）から高周波電流が印加されることで発生する交番磁場により、定着ローラ１の芯金１１に高周波誘導電流（渦電流）が誘起されて前記芯金１１がジュール発熱して定着ローラ１が加熱され、所定温度に立ち上がる。第１の温度検知素子ＴＨ１の検知温度に応じて電力スイッチング素子を用いた通電制御手段をＯＮ／ＯＦＦすることにより、励磁回路から励磁コイル２への通電もしくは遮断されて温度制御されている。

なお、励磁コイル４が、高温になる定着ローラ１の外部に配置されることで、励磁コイル４の温度が高温になりにくいので、安価な耐熱グレードのコイル材を使用できるといったメリットがある。また、励磁コイル４が高温にならないので、電気抵抗も上昇せず高周波電流を流してもジュール発熱による損失を軽減するメリットもある。もちろん励磁コイル４を外部に配置したことで定着ローラ１の小径化（低熱容量化）に寄与している。

さて本実施例では、図１５に示すとおり、定着ローラ１の芯金１１は厚み方向において２層構成になっている。１０は上述したとおり定着ローラ芯金１１に同心円状に設けた表層部である。１１Ａは定着ローラ芯金１１のＳＵＳ４０３形成部分、１１Ｂはアルミ形成部分である。励磁コイル４側の芯金表層部から厚み方向で２００μｍまでを発熱層Ａ、２００μｍから４００μｍまでを発熱層Ｂと呼ぶことにする。発熱層Ａについては、長手方向一様に電気抵抗率５５μΩ・ｃｍ、比透磁率１００のステンレス鋼ＳＵＳ４０３により形成されている。発熱層Ｂについては、両端部７０ｍｍは電気抵抗率３．６μΩ・ｃｍ、比透磁率１のアルミで形成されており、中央部（幅２１０ｍｍ）はＳＵＳ４０３により形成している。なお、両端部のアルミ層１１Ｂは、メッキ、蒸着、スパッタリングあるいはコーティングなどの公知の膜付け法によりＳＵＳ４０３上に形成している。

次に、本発明の特徴とするところの、周波数制御手段５４（図２・図３）により励磁回路５１から励磁コイル４に流す電流の周波数すなわち交番磁場の周波数を変更して、定着ローラ１のスラスト発熱分布を変更する実施形態について説明する。

まず高周波誘導加熱での表皮深さについて簡単に説明する。高周波誘導加熱では、渦電流は表皮効果のために磁気誘導発熱部材の励磁コイル２側のごく表面側（表皮深さ）で流れるため、渦電流によるジュール発熱は発熱部材の表皮深さまでしかほぼ寄与しない。表皮深さは以下の式（１）によって与えられる。この式（１）では、表皮深さδは交番磁場の周波数ｆが大きくなれば短くなり、交番磁場の周波数ｆが小さくなれば長くなることを示している。

δ＝√（２ρ／ωμ）・・・（１）
δ：表皮深さ ρ：電気抵抗 ω：角周波数（２πｆ）μ：透磁率
本実施例では、上述の交番磁場の周波数を変更して表皮深さ、すなわち定着ローラ芯金部１１の励磁コイル４側の表面からの発熱に寄与する距離を変更して、長手方向の発熱分布を変更させている。以下に具体的に説明する。

１）周波数ｆ＝３５ｋＨｚの場合
上記で説明した通り、本実施例では定着ローラ１の芯金１１として、発熱層Ａ（励磁コイル４に対抗面から厚み２００μｍまで）は長手方向全てＳＵＳ４０３で形成しており、謂うまでもなく長手方向で電気抵抗率及び透磁率は同じになっている。

図１６は、ＳＵＳ４０３の交番磁場の周波数ｆと表皮深さδの関係を示している。図１６から交番磁場の周波数ｆを３５ｋＨｚにしたとき表皮深さは、δ＝２００μｍになる。この場合、発熱に寄与する表皮深さと発熱層Ａの厚みが同じ２００μｍであって、発熱層Ａは全てＳＵＳ４０３で形成されているため、図１７に示すように交番磁場により誘起される高周波誘導電流によって長手方向で均一に加熱する。なお、本実施例で用いた周波数ｆ＝３５ｋＨｚは、発熱層Ａの厚みとＳＵＳ４０３の表皮深さが同じ値になるように決定しているが、異なる金属を用いる場合は上記数値に限定されるものではない。発熱層Ａの厚みと表皮深さが同じになればよい。

２）周波数ｆ＝１０ｋＨｚの場合
次に、励磁コイル４に流される電流の周波数、すなわち磁界発生手段３によって発生させる交番磁場の周波数＝１０ｋＨｚにしたときについて説明する。発熱層Ｂは長手方向中央部と両端部でそれぞれＳＵＳ４０３とアルミにて形成されているために、長手方向で電気抵抗率と比透磁率が異なっている。すなわち、中央部分はＳＵＳ４０３で形成されているため、表皮深さは図１６からδ＝４００μｍ（励磁コイル側表層からの距離）となる。つまり中央部のＳＵＳ４０３部分の厚みと表皮深さが同じであるために交番磁場によって効率的に加熱される。一方両端部のアルミ部については、ＳＵＳ４０３に比較して電気抵抗率及び比透磁率が小さいために、両端部のジュール発熱量は中央部に対して相対的に下がることになる。なおジュール熱は表皮抵抗（Ｒｓ＝ρ／表皮深さδ）に比例するため、ジュール熱∝√（ρμｆ）の関係になっている。この結果、図１８に示すように定着ローラ１は中央高傾向の発熱分布で加熱される。

上記周波数依存を用いて、大型サイズ記録材を通紙するときは周波数制御手段からコイルに流す電流を周波数３５ｋＨｚにすることにより、大型サイズ記録材へ長手方向の熱供給を均一にできる。

小型サイズ記録材を通紙するときは、励磁コイル４に流す電流を周波数１０ｋＨｚにすることにより小型サイズ記録材通紙部の熱供給を均一にするとともに長手方向両端部の発熱効率が上述のとおり下がるために、小型サイズ記録材の非通紙部の温度上昇を抑制できる。

以上説明したとおり、磁気誘導発熱する加熱部材は厚み方向に対して二層構成になっており、且つ、加熱部材の磁場発生手段の対向面側は単一の発熱材料から形成され、磁場発生手段の非対向面側は長手方向両端部が中央部に比べて電気抵抗率、透磁率が低い発熱部材で構成されており、周波数制御手段により励磁コイルに流す電流の周波数を変えることにより、相対的に非通紙部領域の発熱を減らすことができ、大サイズ、小サイズの通紙モードによらずに発熱効率のよい最適な電力供給ができ、磁気誘導発熱する加熱部材である定着ローラの非通紙部領域における温度上昇を抑制することができる。更には、本実施例を用いると磁場発生手段と磁気誘導発熱する加熱部材である定着ローラの間に形成される磁気回路に磁束遮蔽手段を入れる空間を必要としない。また更には、本実施例を用いると、スラスト熱伝導を促す熱容量の大きい部材を必要としないために、省エネ性も損なわれることもない。

上記の実施例４では、磁気誘導発熱する加熱部材である定着ローラ１について、励磁コイル非対向面側の両端部の発熱部材を中央部と比較して電気抵抗率、透磁率が低い材料で形成することで、端部の発熱効率を下げて小サイズ紙記録材紙時の非通紙部昇温を防止した。

本実施例は、加熱部材である定着ローラは磁場発生手段の非対向面側の層は記録材搬送方向に直交する長手方向において異なる平均表面粗さの発熱部材で構成されており、周波数制御手段による周波数を切り替えることにより加熱部材長手方向に関する温度分布を調整する構成である。

具体的に、本実施例では、定着ローラ１の芯金１１は単一の金属材料例えばＳＵＳ４０３で形成しており、図１９に示すとおり、励磁コイル非対向面側の中央部の平均表面粗さを両端部と比較して大きい形状に成形している。中央部の平均表面粗さを２００μｍ、両端部の平均表面粗さを好ましくは０μｍであるが、芯金製造時の公差を考慮して５μｍとした。

上記定着ローラ構成を用いて、本実施例では交番磁場の周波数を変更して表皮深さ、すなわち定着ローラ芯金部の励磁コイル４側表面からの発熱に寄与する距離を変更して、長手方向の発熱分布を変更させている。以下に具体的に説明する。

１）周波数ｆ＝３５ｋＨｚの場合
実施例４と同様に、本実施例では定着ローラ１の芯金１１として、励磁コイル対抗面から厚み２００μｍまでは長手方向全てＳＵＳ４０３で形成しており、謂うまでもなく長手方向で電気抵抗率及び透磁率は同じになっている。図１６から交番磁場の周波数ｆを３５ｋＨｚにしたとき表皮深さは、δ＝２００μｍになる。この場合、発熱に寄与する表皮深さと発熱層Ａの厚みが同じ２００μｍであり、発熱層Ａは全てＳＵＳ４０３層で形成されているため、交番磁場により誘起される高周波誘導電流によってのジュール発熱量は長手方向で均一である。この結果、図２０に示すように定着ローラは長手方向で均一な発熱分布で加熱される。

２）周波数ｆ＝１０ｋＨｚの場合
次に、励磁コイル４に流される電流の周波数、すなわち磁界発生手段によって発生させる交番磁場の周波数＝１０ｋＨｚにしたときについて説明する。定着ローラ１の芯金１１はＳＵＳ４０３にて形成されているために、表皮深さは図１６からδ＝４００μｍとなる。この場合、図１９で示すとおり中央部と両端部の平均表面粗さの違いによって実効抵抗が異なるため、ジュール発熱量が長手方向中央部と両端部で異なる。

詳細な検討結果、平均表面粗さ／表皮深さ（芯金厚み）＝１／２の場合の発熱量が、平均表面粗さをゼロとした場合の発熱量の１１０％相当になることがわかった。すなわち本実施例においては、中央部の平均表面粗さ２００μｍ／表皮深さ４００μｍ＝１／２であって両端部の平均表面粗さはゼロ相当であるので、この結果、図２１に示すように定着ローラは中央高約１１０％の発熱分布で加熱される。

また平均表面粗さの差による実効抵抗差によって長手の発熱分布を変更しているため、中央部の平均表面粗さは端部の平均表面粗さの少なくとも１０倍以上の差を設けることが好ましい。

上記周波数依存を用いて、大型サイズ記録材を通紙するときは励磁コイル４に流す電流を周波数３５ｋＨｚにすることにより、大型サイズ記録材へ長手方向の熱供給を均一にできる。

小型サイズ記録材を通紙するときは、励磁コイル４に流す電流を周波数１０ｋＨｚにすることにより、長手方向両端部の発熱効率が中央部に対して相対的に下がるために、小型サイズ記録材通紙部を均一に加熱しつつ非通紙部の温度上昇を抑制できる。

以上説明したとおり、磁気誘導発熱する加熱部材は、磁場発生手段の非対向面側は長手方向中央部の平均表面粗さが両端部の平均表面粗さに比べて大きいために、周波数制御手段により励磁コイル４に流す電流の周波数を変えることにより、中央部に対して相対的に非通紙部領域の発熱を減らすことができ、大サイズ、小サイズの通紙モードによらずに発熱効率のよい最適な電力供給ができ、磁気誘導発熱する加熱部材である定着ローラの非通紙部領域における温度上昇を抑制することができる。更には、本実施例を用いると磁場発生手段３と磁気誘導発熱する加熱部材である定着ローラの間に形成される磁気回路に磁束遮蔽手段を入れる空間を必要としない。また更には、本実施例を用いると、スラスト熱伝導を促す熱容量の大きい芯材が必要ないために、省エネ性も損なわれることもない。

実施例４、５では、記録材サイズ幅情報に応じて励磁コイル４に流す電流の周波数を変更させて表皮深さを変更させることにより長手方向発熱分布を変更させていたが、前述の実施例１〜３のように、第１と第２の温度検知素子ＴＨ１・ＴＨ２、あるいは第１〜第３の温度検知素子ＴＨ１〜ＴＨ３により、定着ローラ中央部温度と定着ローラ端部温度との温度差所定温度より大きくなった場合に交番磁場の周波数を変更することで、定着ローラ長手方向の均一加熱をさせても勿論良い。

なお、以上の各実施例では、磁気誘導発熱する加熱部材として定着ローラ１を用いて説明したが、勿論加熱部材の形態はローラ体に限られず、たとえば図２２のように、定着ベルト１Ａ等の可撓性の回動ベルト体の形態にすることもできる。

また、以上の各実施例では、記録材の通紙基準が中央基準の装置を用いて説明したが、勿論記録材の通紙基準が片側基準の装置に対しても本発明を有効に適用することができる。

本発明の像加熱装置は、実施例の画像加熱定着装置としての使用に限られず、未定着画像を記録材に仮定着させる仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等としても使用できる。

実施例１における画像形成装置の概略構成図 定着装置の要部の正面模型図 定着装置の要部の縦断正面模型図 図２の（４）−（４）線に沿う横断面模型図 励磁コイルからみた誘導加熱定着装置の等価回路図 定着ローラの通紙部と非通紙部対応部分の説明図 定着ローラの構成例（その１）の説明図 定着ローラの構成例（その２）の説明図 実施例２における定着ローラの構成説明図 実施例３における定着ローラの構成説明図 実施例３における定着ローラの構成説明図 実施例３における定着ローラに係る抵抗Ｒｈの周波数特性図 実施例４における誘導加熱定着装置の横断面模型図 実施例４における定着ローラの構成説明図 実施例４における定着ローラの構成説明図 実施例４における定着ローラを構成しているＳＵＳ４０３の表皮深さの周波数依存性をしめすグラフ 実施例４における定着装置のｆ＝３５ｋＨｚ時の定着ローラの発熱分布図 実施例４における定着装置の定着装置のｆ＝１０ｋＨｚ時の定着ローラの発熱分布図 実施例５における定着ローラの芯金部の断面図 実施例５における定着装置のｆ＝３５ｋＨｚ時の定着ローラの発熱分布図 実施例５における定着装置のｆ＝１０ｋＨｚ時の定着ローラの発熱分布図 加熱部材を回動ベルト形態（定着ベルト）にした像加熱装置（定着装置）例の概略構成図

符号の説明

１…定着ローラ（加熱部材）、２…加圧ローラ、２ａ…加圧ローラの芯金、２ｂ…加圧ローラの弾性材層、３…励磁コイルアセンブリ（磁場発生手段）、４…励磁コイル、５…磁性コア、ＴＨ…温度検知素子、５０…本体制御回路部、５１…励磁回路、５４…周波数制御手段

Claims (10)

1. 励磁コイルを有する磁場発生手段と、前記磁場発生手段の発生磁場により発熱する発熱部材と、を有し、前記発熱部材の熱により記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、
   前記励磁コイルに印加する電流の周波数を変更する変更手段を有し、前記発熱部材は長手方向の異なる領域に第一の領域と第二の領域を有し、
   前記第一の領域に対する前記第二の領域の単位体積当りの発熱量比が周波数を変更することで異なる発熱特性を有することを特徴とする像加熱装置。
2. 前記第一の領域は、記録材の搬送領域うち最大サイズの記録材と前記最大サイズより小サイズの所定サイズの記録材との差領域に相当し、前記第二の領域は前記所定サイズの搬送領域に相当することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 搬送する記録材のサイズ幅情報に応じて、前記周波数を切り替えることで前記発熱部材の長手方向の発熱分布を変更す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. 前記所定サイズが搬送された場合、前記第二の領域に対する前記第一の領域の発熱量の比を低減するように前記周波数を切り替えることを特徴とする請求項３に記載の像加熱装置。
5. 前記第一及び第二の領域の温度をそれぞれ検知する温度検知手段によって得られた温度情報に応じて、前記周波数を切り替えることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の像加熱装置。
6. 前記第一の領域の温度が前記第二の領域の温度よりも高いとき、前記第二の領域の発熱量に対する前記第一の領域の発熱量の比を小さくするように周波数を変更することを特徴とする請求項５に記載の像加熱装置。
7. 前記第一の領域の温度が前記第二の領域の温度よりも低いとき、前記第二の領域の発熱量に対する前記第一の領域の発熱量の比を大きくするように周波数を変更することを特徴とする請求項５に記載の像加熱装置。
8. 前記第一及び第二の領域は、異なる導電率の金属材料部分で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の像加熱装置。
9. 前記第一及び第二の領域は、異なる透磁率の金属材料部分で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の像加熱装置。
10. 前記発熱部材の表層は離型性のゴムが設けられていることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の像加熱装置。