JP2024044658A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】励磁コイルの通電時の発熱を低減する。【解決手段】定着装置は、導電層を有する筒状の回転体と、回転体の内部空間に挿通された磁性コアと、磁性コアの外周側を回転体の周方向に周回しながら回転体の母線方向に延びる螺旋状に形成された励磁コイルであって、交流電流を流すことで導電層に電流を誘導するための交番磁界を発生させる励磁コイルと、を備え、電流によって加熱された回転体を用いて画像を記録材に定着させる定着装置であって、励磁コイルの母線方向に隣り合う導体間の距離をＬ１（ｍｍ）とし、励磁コイルの導体と磁性コアとの間の距離をＬ２（ｍｍ）とするとき、Ｌ１＞０．１、且つ、０．１＜Ｌ２＜２．０である。【選択図】図８

Description

本発明は、画像を記録材に定着させる定着装置、及び記録材に画像を形成する画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、記録材に転写された現像剤像（トナー像）を加熱して記録材に定着させる定着装置（像加熱装置）が用いられる。定着装置の加熱方式としては、励磁コイルが発生する交番磁界により、導体層（発熱層）を有する回転体を直接発熱させる誘導加熱方式が知られている。特許文献１には、磁性コアの周囲にＰＰＳ樹脂層を形成し、樹脂層に食い込ませながら励磁コイルを巻き回す構成が記載されている。

特開２０２０－３８３５１号公報

しかしながら、上記文献に記載の励磁コイルは、励磁コイルの導体間の距離や励磁コイルの導体と磁性コアとの間の距離については考慮されていなかった。そのため、近接効果によって励磁コイルの抵抗が増加し、励磁コイルの通電時の発熱量が増大する可能性があった。励磁コイルが通電によって自己発熱すると、磁性コアが昇温して磁気飽和が生じやすくなる等の影響が生じる可能性がある。

そこで、本発明は、励磁コイルの通電時の発熱を低減可能な定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、導電層を有する筒状の回転体と、前記回転体の内部空間に挿通された磁性コアと、前記磁性コアの外周側を前記回転体の周方向に周回しながら前記回転体の母線方向に延びる螺旋状に形成された励磁コイルであって、交流電流を流すことで前記導電層に電流を誘導するための交番磁界を発生させる励磁コイルと、を備え、前記電流によって加熱された前記回転体を用いて画像を記録材に定着させる定着装置であって、前記励磁コイルの前記母線方向に隣り合う導体間の距離をＬ１（ｍｍ）とし、前記励磁コイルの導体と前記磁性コアとの間の距離をＬ２（ｍｍ）とするとき、Ｌ１＞０．１、且つ、０．１＜Ｌ２＜２．０である、ことを特徴とする定着装置である。

本発明によれば、励磁コイルの通電時の発熱を低減可能な定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することができる。

実施例１に係る画像形成装置の概略図。 実施例１に係る定着装置の断面図。 実施例１に係る定着装置の側面図。 実施例１に係る定着装置の回路図。 実施例１に係る磁界発生ユニットの説明図（ａ、ｂ）。 磁性コアの温度と磁束密度との関係を示すグラフ。 連続プリント時間と磁性コアの温度との関係を示すグラフ。 励磁コイルの導体同士の近接効果を説明するための模式図（ａ）及びグラフ（ｂ）。 励磁コイルと磁性コアとの近接効果を説明するための模式図（ａ）及びグラフ（ｂ）。 実施例２に係る磁界発生ユニットの説明図（ａ、ｂ）。 実施例３に係る磁界発生ユニットの説明図（ａ、ｂ）。 実施例４に係る磁界発生ユニットの説明図。 距離Ｌ１，Ｌ２の説明図（ａ、ｂ）。

以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。

《実施例１》
図１は実施例１に係る画像形成装置１００の概略図である。画像形成装置１００は、外部から受信した画像情報に基づいて記録材Ｐに画像を形成するレーザービームプリンタである。記録材Ｐとしては、普通紙及び厚紙等の紙、プラスチックフィルム、布、コート紙のような表面処理が施されたシート材、封筒やインデックス紙等の特殊形状のシート材等、サイズ及び材質の異なる多様なシート材を使用可能である。

画像形成装置１００は、給送部１０２、画像形成部１０３、定着装置２００、制御回路１０を備える。画像形成部１０３は、例えば直接転写型の電子写真ユニットである。この電子写真ユニットは、像担持体としての感光ドラムと、像担持体に作用するプロセス手段と、を含む。プロセス手段の例は、帯電装置、露光装置、現像装置、クリーニング装置、露光装置である。

画像形成動作において、給送部１０２は記録材収容部に積載され収容された記録材Ｐを１枚ずつ給送する。画像形成部１０３では、帯電装置が感光ドラムの表面を帯電させ、露光装置が画像情報に基づいてレーザ光を照射することで感光ドラムの表面に静電潜像を形成する。現像装置は、トナー（現像剤）を用いて静電潜像をトナー像（現像剤像）に現像する。転写装置は、感光ドラム上に形成されたトナー像を、給送部１０２から給送されてきた記録材Ｐに転写する。これにより、記録材Ｐに未定着トナー像としての画像が形成される。

画像形成部１０３を通過した記録材Ｐは、定着装置２００に搬送される。定着装置２００は、記録材Ｐを搬送しながら記録材上の画像を加熱することで、画像を記録材Ｐに定着させる。定着装置２００の詳細は後述する。定着装置２００を通過した記録材Ｐは、成果物として装置外部に排出される。

以上の一連の画像形成動作は、制御手段としての制御回路１０によって制御される。制御回路１０は、プログラムを実行するプロセッサ（ＣＰＵ）と、該プログラムを格納した非一過性記憶媒体としてのメモリと、を有する。

なお、上記の画像形成部１０３は一例であり、例えば中間転写型の電子写真ユニットを用いてもよい。この場合、像担持体に形成されたトナー像は、中間転写ベルト等の中間転写体に一次転写された後、中間転写体から記録材Ｐに二次転写される。また、画像形成部１０３は、複数色のトナーを用いてカラー画像を形成するものであってもよい。

（定着装置）
次に、本実施例に係る誘導加熱方式の定着装置２００について、図２、図３を用いて説明する。

図２は、定着装置２００の断面図である。定着装置２００は、定着フィルム１と、ガイド部材６と、ステイ５と、磁界発生ユニット４と、加圧ローラ８と、を有する。

以下の説明において、定着フィルム１の母線方向（定着フィルム１及び加圧ローラ８の回転軸線方向）を、定着装置２００の長手方向Ｘ又は単に長手方向Ｘと呼ぶ。長手方向Ｘは、定着ニップＮにおける記録材搬送方向と直交する方向である。

定着フィルム１は、筒状の定着部材（加熱回転体）である。定着フィルム１は、耐熱性及び可撓性を有するフィルム材からなる無端状のフィルム部材である。定着フィルム１は、発熱層として電気伝導性を有する導電層を有する。

磁界発生ユニット４は、定着フィルム１の発熱層を発熱させるための交番を発生させる磁界発生手段である。磁界発生ユニット４は、磁性コア２と励磁コイル３とを有し、定着フィルム１の内部空間に挿通される。磁界発生ユニット４の詳細は後述する。

ガイド部材６は、定着フィルム１の内部空間に配置され、定着フィルム１を挟んで加圧ローラ８と当接するように配置される。ガイド部材６は、定着フィルム１の回転軌道を案内する。ガイド部材６は、耐熱性を有する樹脂材料からなり、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂で形成される。ガイド部材６の定着フィルム１との摺動面（図中下面）には、定着ニップＮの形状を決めるニップ形成部材７（摺動部材、ニップ加圧板）が設けられる。

ステイ５は、ガイド部材６を支持し、定着フィルム１、ガイド部材６及び磁界発生ユニット４を含む加熱ユニット（フィルムアセンブリ）に剛性を持たせる構造部材である。ステイ５が付勢部材（後述の加圧バネ１７ａ，１７ｂ）によって付勢されることで、ガイド部材６は定着フィルム１を挟んで加圧ローラ８に圧接される。これにより、ニップ形成部材７と加圧ローラ８との間に所定幅の定着ニップＮが形成される。

加圧ローラ８は、加圧部材の例である。加圧ローラ８は、画像形成装置１００が備える駆動源Ｍによって、図中反時計周りに回転駆動される。

図３は、定着装置２００の側面図である。ステイ５の長手方向両端部は定着フィルム１の外方に突出する。加圧バネ１７ａ，１７ｂは、定着装置２００の枠体に固定されたバネ受部１８ａ，１８ｂとステイ５の両端部とにそれぞれ接続され、ステイ５を加圧ローラ８の側に付勢する。これにより、ニップ形成部材７が定着フィルム１を介して加圧ローラ８に押し付けられ、定着ニップＮに加圧力が発生する。

また、定着装置２００の長手方向両端部には、フランジ１２ａ，１２ｂが配置される。フランジ１２ａ，１２ｂは、定着フィルム１の長手端の内面を支持する支持面と、定着フィルム１の長手端と対向するフランジ部と、を有し、定着フィルム１の回転軌跡及び長手方向位置を規制する。

更に、定着装置２００は、定着フィルム１の表面温度を検知する温度検知手段としてサーミスタ等の温度検知素子９を有する。温度検知素子９は、定着フィルム１の表面温度に応じた信号を出力する。温度検知素子９の信号は、制御回路１０に入力される。制御回路１０は、温度検知素子９からの信号に基づいて、磁界発生ユニット４を駆動するための高周波インバータ１１を制御する。制御回路１０は、定着フィルム１の表面温度を画像の定着に適した所定の目標温度で維持するように、高周波インバータ１１を制御する。

高周波インバータ１１は、制御回路１０の制御信号に基づいた周波数・振幅のスイッチング電流を不図示の給電接点を介して磁界発生ユニット４のコイルに給電する。そして、磁界発生ユニット４が発生する交番磁界に応じて、定着フィルム１の発熱層（導電層）に誘導電流（定着フィルム１を回転方向に周回する周回電流）が流れることで、定着フィルム１が発熱する。

画像の定着時（画像形成動作時）には、駆動源Ｍによって加圧ローラ８が回転駆動される。定着フィルム１は、定着ニップＮにおいて加圧ローラ８から受ける摩擦力により、加圧ローラ８に追従して回転する。未定着トナー像Ｔ（図２）を担持する記録材Ｐが定着装置２００に搬送されてくると、定着装置２００は定着ニップＮにおいて定着フィルム１と加圧ローラ８の間に記録材Ｐを挟持して搬送する。これと同時に、定着装置２００は、誘導加熱によって加熱された定着フィルム１により記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔを加熱する。これにより未定着トナー像Ｔが溶融し、記録材Ｐに定着した画像が得られる。

なお、磁界発生ユニット４の磁性コア２の材質は、約１５０℃～２００℃付近の飽和磁束密度が高く、ヒステリシス損が小さく、比透磁率の高い材料で形成されることが望ましい。磁性コア２は、例えば焼成フェライト、フェライト樹脂、非晶質合金（アモルファス合金）、やパーマロイ等の高透磁率の酸化物や合金材質で構成される強磁性体である。

（高周波インバータ）
図４は、励磁コイル３に交流電流を流すコイル駆動回路としての高周波インバータ１１の回路構成図である。なお、図４において定着フィルム１及び磁界発生ユニット４は、等価回路としての抵抗３４及びインダクタンス３５に置き換えた。

高周波インバータ１１は、商用交流電源２１から清流手段としてのダイオードブリッジ２２を介して電力を供給される。高周波インバータ１１は、ステップダウンコンバータ回路１９と、ハーフブリッジインバータ回路２０（電融共振回路）と、を備える。

ステップダウンコンバータ回路１９は、コンデンサ２３と、スイッチ素子２４と、駆動回路３２（第１の駆動回路）と、ダイオード２５と、インダクタンス２６と、を有する。制御回路１０は、スイッチ素子２４のオンオフ制御を行う駆動回路３２により、ステップダウンコンバータ回路１９の出力電圧（ハーフブリッジインバータ回路２０への入力電圧）を制御することができる。

ハーフブリッジインバータ回路２０は、コンデンサ２７，３０，３１と、スイッチ素子２８，２９と、駆動回路３３（第２の駆動回路）と、抵抗３４と、インダクタンス３５と、を有する。制御回路１０は、スイッチ素子２８，２９のオンオフ制御を行う駆動回路３３により、ハーフブリッジインバータ回路２０の動作周波数を制御することができる。

商用交流電源２１から入力された交流電圧は、ダイオードブリッジ２２で整流され、ステップダウンコンバータ回路１９に入力される。温度検知素子９の信号（温度検知信号）が制御回路１０に入力され、制御回路１０は温度検知信号に応じたデューティのＰＷＭ信号３６をステップダウンコンバータ回路１９に出力する。ステップダウンコンバータ回路１９は、このデューティ制御されたＰＷＭ信号３６に応じて電圧振幅を制御し、制御された電圧がハーフブリッジインバータ回路２０に入力する。ハーフブリッジインバータ回路２０は、スイッチ素子２８，２９の開閉を交互に切り替えるための切換信号３７を制御回路１０から入力される。切換信号３７は、コンデンサ３１とインダクタンス３５で構成される直列共振回路の共振周波数と略一致した周波数で駆動される。この切換信号３７によって、励磁コイル３の不図示の給電接点に所定周波数の交番電圧Ｖ１が入力される。

ここで、商用交流電源２１の実効電圧をＶａｃ＿ｒｍｓ（Ｖ）、交番電圧Ｖ１の実効電圧をＶ１＿ｒｍｓ（Ｖ）、ＰＷＭ信号３６のデューティをＤｐｗｍとすると、以下の関係となる。

ただし、以上で説明した高周波インバータ１１の回路構成は例示であり、磁界発生ユニット４を駆動するための交番電圧を生成する回路構成及びその制御方式は、既知の回路構成に置き換えてもよい。

（磁界発生ユニット及び加熱原理）
本実施例における磁界発生手段としての磁界発生ユニット４の構成と加熱原理について、図５（ａ、ｂ）を用いて説明する。図５（ａ）は、磁界発生ユニット４の概略図である。磁性コア２は、例えば、長手方向Ｘに延伸する１本の棒状（円柱状）のフェライトコアである。図で示すとおり、磁性コア２の長手方向Ｘの一方の端部からもう一方の端部に向かって、励磁コイル３が磁性コア２の周囲に螺旋状に巻き回される。つまり、励磁コイル３は、磁性コア２の外周側を定着フィルム１の周方向に周回しながら定着フィルム１の母線方向に延びる螺旋状に形成される。

励磁コイル３は、複数本の巻線を並走するように配置する場合がある。本実施例では２本の巻線（３ａ，３ｂ）を並走させる。つまり、一方の巻線を第１巻線３ａとし、他方の巻線を第２巻線３ｂとすると、第２巻線３ｂは第１巻線３ａに沿って巻き回される。第１巻線３ａ及び第２巻線３ｂは、それぞれが螺旋状に形成され、且つ、互いに略平行である。また、第１巻線３ａ及び第２巻線３ｂは、高周波インバータ１１と並列に接続され、それぞれが前述の交番電圧Ｖ１を印加される。

このように、励磁コイル３を複数本の巻線３ａ，３ｂが並走する構成とすることは次のような利点がある。即ち、誘導加熱方式の定着装置では、発熱量を確保するために励磁コイルに比較的大きな電流を流すことになる。そのため、励磁コイルを１本の巻線で構成すると、定格電流（許容電流）との関係で芯線が太い巻線を使用することになる。これに対し、複数本の巻線を並走させた励磁コイルを用いることで、個々の巻線に流れる電流を小さくすることができるので、芯線がより細い巻線を使用することができる。これにより、磁界発生ユニット４をよりコンパクトな構成とすることができ、定着フィルム１の周長を短くすることができ、定着装置の短手断面の小サイズかが可能となるといった利点がある。

なお、励磁コイル３を構成する巻線の本数に特に限定はなく、実施例４（図１２）を用いて後述するように１本の巻線で励磁コイル３を構成してもよい。複数本の巻線で励磁コイル３を構成する場合、巻線のピッチを考えると並走する巻線の数は２～４本程度が好ましい。また、高周波インバータとの接続構成の大型化（特に、コネクタのピン数又はコネクタの大きさ）を避ける観点では、巻線の本数を２本とすると好適である。

また、本実施例では第１巻線３ａと第２巻線３ｂが実質的に長手方向Ｘの同じ範囲に亘って巻き回されるが、第１巻線３ａと第２巻線３ｂとで範囲が異なる構成としてもよい。また、第１巻線３ａと第２巻線３ｂに印加する交番電圧を互いに独立に制御可能な構成とすることもできる。

励磁コイル３には、高周波インバータ１１で生成された交番電圧Ｖ１に応じたスイッチング電流が流れる。図５（ａ）は、ある特定の時点（長手方向Ｘの一方側から他方側に向かう電流（矢印Ｉ１）が増大している瞬間）の様子を示す。この場合、励磁コイル３を流れる電流の増大に応じて、励磁コイル３の内側の磁性コア２を長手方向Ｘの一方側から他方側に向かい、励磁コイル３の外側を長手方向Ｘの反対側に向かって戻るような磁界Ｂが発生する。この磁界Ｂは、定着フィルム１の内側の空間を定着フィルム１の回転軸方向（長手方向Ｘ）の第１方向に向かい、主に定着フィルム１の外側の空間を第１方向とは反対の第２方向に戻る磁力線で表すことができる。

図５（ａ）において、定着フィルム１の一部分を環状の回路Ｓとして模式的に示す。定着フィルム１の発熱原理は、ファラデーの法則に従う。ファラデーの法則とは、「回路Ｓの中の磁界を変化させると、その回路の中に電流を流そうとする誘導起電力が生じ、誘導起電力は回路を垂直に貫く磁束の時間変化に比例する」というものである。

図５（ａ）に示す磁性コア２の長手方向Ｘにおける中央部に回路Ｓを置き、励磁コイル３にスイッチング電流を流す場合を考える。スイッチング電流を流すことで、磁力線が磁性コア２の内部を通るような交番磁界が形成される。その時、回路Ｓに発生する誘導起電力は以下の式に従い、垂直に貫く磁束Φの時間変化に比例する。

ただし、Ｖ：誘導起電力、Ｎ：コイル巻き数、ΔΦ／Δｔ：微小時間Δｔでの回路を垂直に貫く磁束の変化である。

この誘導起電力Ｖにより、定着フィルム１に磁界Ｂを打ち消す向きの周回電流（誘導電流）Ｉ２が流れる結果、定着フィルム１はジュール熱により発熱する。なお、スイッチング電流の向きが反転する度に磁界Ｂの向きも反転し、定着フィルム１に流れる誘導電流の向きも反転する。

このように、磁界発生ユニット４は、励磁コイル３にスイッチング電流を流すことで、定着フィルム１の誘導電流を誘起して発熱させるための交番磁界を発生させる磁界発生手段として機能する。また、磁性コア２は、励磁コイル３によって発生する磁界の磁束（磁力線）を誘導し、磁路を形成する部材（磁路形成部材）として機能する。

図５（ｂ）は、図５（ａ）において点線で示す領域Ａ１の断面図である。励磁コイル３を構成する第１巻線３ａ及び第２巻線３ｂは、銅線等の導体１４と、導体１４の周囲を覆う絶縁被覆１３と、を有する。絶縁被覆１３は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂を好適に用いることができる。本実施例では、絶縁性の樹脂層としての絶縁被覆１３により、励磁コイル３の導体間の距離及び励磁コイル３の導体と磁性コア２との間の距離を確保することにより、後述するように、近接効果の影響を緩和する。

なお、本実施例のような絶縁被覆１３は弾性があるため、励磁コイル３を磁性コア２に巻き回す際、絶縁被覆１３が緩衝材となって磁性コア２への圧力負荷を軽減できるという利点もある。

本実施例の導体１４は例えば銅線（単線）であるが、銅以外の材料であってもよく、また、撚り線であってもよい。例えば、ニッケルめっき軟銅線で構成された撚り線でもよい。

（磁性コアの温度と磁気飽和の関係）
図６は、磁性コア２の温度（コア温度）と磁束密度との関係を示すグラフである。図中の飽和磁束領域は、磁性コア２が磁気飽和するときの磁束密度とコア温度との関係を示す。磁性コア２が磁気飽和すると、磁性コア２の透磁率が非常に小さい値となってしまうため、励磁コイル３に大電流が流れてしまい、回路故障の原因となる可能性がある。そのため、飽和磁束領域以外の領域で磁性コア２を使用することが望ましい。本実施例は磁性コア２の磁束密度を２０５ｍＴと想定しており、この場合、磁気飽和しない最大コア温度は２２０℃となる。つまり、本実施例の定着装置は、磁性コア２の温度が予め設定された温度としての２２０℃を超えない条件で使用することが望ましい。

図７は、画像形成装置１００が複数枚の記録材に対して連続的に画像形成動作（連続プリント）を実行したときの経過時間（連続プリント時間）と、コア温度との関係を示す。コア昇温温度Ｄ１，Ｄ２は、いずれも十分な連続プリント時間Ｔ１が経過したことで熱飽和したときのコア温度を示す。

連続プリント中は、コア温度が徐々に上昇し、外部の熱源から磁性コア２に供給される熱量と磁性コア２から流出する熱量とが釣り合う（熱飽和する）とコア温度は略一定となる。熱源には、誘導電流によって発熱する定着フィルム１だけでなく、交流電流の通電時のジュール熱によって自己発熱（自己昇温）した励磁コイル３が含まれる。

ここで、コア昇温温度Ｄ１は、励磁コイル３の自己昇温が大きい場合であり、磁性コア２が熱飽和する温度（Ｄ１）は２２２℃であった。そのため、連続プリント中に磁性コア２の温度が２２０℃を超える可能性があることになる。そこで、連続プリントの実行時にはコア温度が２２０℃を超える前にプリント速度（スループット）を低下させる等して回路故障を回避することが考えられるが、画像形成装置の生産性が低下してしまう。

一方、コア昇温温度Ｄ２は、励磁コイル３の自己昇温が小さい場合である。この場合、磁性コア２が熱飽和する温度（Ｄ２）は２１８℃であった。そのため、この場合は連続プリントを継続しても磁性コア２の温度が２２０℃を超えることはなく、画像形成装置の生産性が維持される。

このように、画像形成装置の生産性低下につながる磁性コア２の時期飽和を抑制するには、磁性コア２の昇温を低減することが望ましく、磁性コア２の昇温の要因の１つである励磁コイル３の自己発熱を低減することが望ましい。

また、励磁コイル３の自己発熱が大きい場合、励磁コイル３を構成する巻線の耐熱温度を高くするために巻線の材料が制限されたり、巻線の電気抵抗が増大することで定着装置のエネルギー消費が増大したりする懸念もある。このような点でも、励磁コイル３の自己発熱を低減することが望ましい。

（近接効果）
次に、励磁コイル３の隣り合う導体間の距離と、励磁コイル３と磁性コア２との間の距離について説明する。

まず、励磁コイル３の隣り合う導体間の距離と近接効果について説明する。図８（ａ）は、並走する２本の導体１４ａ，１４ｂを近接させたときの近接効果を説明するための模式図である。この図は、導体１４ａ，１４ｂのそれぞれを、手前から奥側に向かう向きの電流１５ａ，１５ｂが流れている瞬間を示す。また、説明のため、導体１４ａが発生する磁界の磁束５１のみを表記し、導体１４ｂの磁束は不図示とする。導体１４ａ，１４ｂの間の距離Ｌ１（ｍｍ）は、非常に小さいものとする。

導体１４ａ，１４ｂにスイッチング電流が流れると、各導体１４ａ，１４ｂの周囲に磁界が発生する。導体１４ｂは、近接する導体１４ａが発生させる磁界の影響を受けるため、磁束５１を打ち消すように磁場を発生させる。その結果、近接効果が発生し、ほとんどの電流は導体１４ｂのうち近接する導体１４ａから遠い側のエリア１６ｂしか流れなくなる。導体１４ａについても、導体１４ｂが発生させる磁界の影響を受け、ほとんどの電流は導体１４ａのうち近接する導体１４ｂから遠い側のエリア１６ａしか流れなくなる。その結果、励磁コイル３の抵抗値が大きくなり、電力損失（銅損）が増え、励磁コイル３の自己昇温が増大する。

図８（ｂ）は、図８（ａ）で説明した導体間の距離Ｌ１に対する抵抗値変化率Ｒａｃ１／Ｒ０の関係を示したものである。Ｒ０は、スイッチング電流を導体に流した際、近接効果の影響がない状態で、表皮効果を含めた導体１４ａ，１４ｂの抵抗値である。また、Ｒａｃ１は、近接効果を含む導体１４ａ，１４ｂの抵抗値を示す。図８（ｂ）は、下記の文献に記載の計算式を元に、導体１４ａ，１４ｂの径を１．０ｍｍ、スイッチング電流の周波数を１００ｋＨｚ、磁性コア２の半径を５ｍｍとして算出した結果である。
（参考文献）H.B.Dwight,- Proximity Effect in Wires and Thin Tubes Tras. A.I.E.E., 1923, p850-859

図８（ｂ）に示すとおり、励磁コイル３の導体間の距離Ｌ１（ｍｍ）について、Ｌ１＝０．０２の場合には、抵抗値変化率Ｒａｃ１／Ｒ０は約１．５となった。つまり、隣り合う導体間の間隔が０．０２ｍｍのときは、近接効果によって励磁コイル３の抵抗値が大幅に増加する。一方、距離Ｌ１が長くなる程、抵抗値変化率Ｒａｃ１／Ｒ０は漸減し、１に近付いていく。

次に励磁コイル３と磁性コア２との間の距離と近接効果について説明する。図９（ａ）は、磁性コア２と励磁コイル３を近接させたときの近接効果を表す模式図である。この図は、導体１４を、手前から奥側に向かう向きの電流１５が流れている瞬間を示す。導体１４と磁性コア２との間の距離Ｌ２（ｍｍ）は、非常に小さいものとする。

導体１４にスイッチング電流が流れると、磁性コア２の矢印の方向に磁束が発生する。導体１４は、磁性コア２の磁界の影響を大きく受け、その磁束を打ち消す方向に磁束５０を発生させる。その結果、近接効果が発生して、ほとんどの電流は導体１４のうち磁性コア２から遠い側のエリア１６しか流れなくなる。励磁コイル３の抵抗値が大きくなり、電力損失（銅損）が増え、励磁コイル３の自己昇温が増大する。

図９（ｂ）は、図９（ａ）で説明した励磁コイル３と磁性コア２との間の距離Ｌ２に対する抵抗値変化率Ｒａｃ２／Ｒ０の関係を示す。導体１４の径、スイッチング電流の周波数、磁性コア２の半径は、図８（ｂ）で計算した条件と同じである。

図９（ｂ）に示すとおり、励磁コイル３の導体１４と磁性コア２との間の距離Ｌ２（ｍｍ）について、Ｌ２＝０．０２の場合には、抵抗値変化率Ｒａｃ２／Ｒ０が約１．５倍となった。つまり、励磁コイル３と磁性コア２との間隔が０．０２ｍｍのときは、近接効果によって励磁コイル３の抵抗値が大幅に増加する。

ここで、Ｌ２＜０．７の範囲では、距離Ｌ２が長くなるほど抵抗値変化率Ｒａｃ２／Ｒ０は減少する。しかし、Ｌ２＞０．７の範囲では、距離Ｌ２が長くなるほど抵抗値変化率Ｒａｃ２／Ｒ０は増大する。これは、励磁コイル３は磁性コア２の外周面から距離Ｌ２だけ離れて巻き回されるため、Ｌ２の値が大きいほど巻線の周回長が長くなり、巻線の全長に応じて抵抗値（Ｒａｃ２）が増大するためである。つまり、Ｌ２＜０．７の範囲では、近接効果の低減の影響が巻線の周回長の増大の影響を上回って抵抗値変化率Ｒａｃ２／Ｒ０は減少する一方、Ｌ２＞０．７の範囲では、後者が前者を上回って抵抗値変化率Ｒａｃ２／Ｒ０は増大する。

以上説明したように、励磁コイル３の抵抗値は、距離Ｌ１，Ｌ２に応じて変化する。そこで、本実施例の定着装置では、Ｌ１＞０．１、且つ、０．１＜Ｌ２＜２．０を満たすように励磁コイル３を構成する。

励磁コイル３の導体間の距離Ｌ１が０．１ｍｍより大きいとき、図８（ｂ）の抵抗値変化率Ｒａｃ１／Ｒ０は１．４未満であった。そのため、Ｌ１＞０．１とすることで、隣り合う導体同士の近接効果による励磁コイル３の抵抗値の増大を抑制し、抵抗値と比例関係にある励磁コイル３の通電時の発熱を低減することができる。

また、励磁コイル３の導体１４と磁性コア２との間の距離Ｌ２が０．１１ｍｍ（≒０．１ｍｍ）から１．９８ｍｍ（≒２．０ｍｍ）の範囲のとき、図９（ｂ）の抵抗値変化率Ｒａｃ２／Ｒ０は１．４１未満であった。そのため、０．１＜Ｌ２＜２．０とすることで、励磁コイル３と磁性コア２との間での近接効果による励磁コイル３の抵抗値の増大を抑制し、抵抗値と比例関係にある励磁コイル３の通電時の発熱を低減することができる。

ここで、抵抗値変化率Ｒａｃ１／Ｒ０＝１．５又はＲａｃ２／Ｒ０＝１．５のとき、連続プリント時の磁性コア２の熱飽和温度は図７のコア昇温温度Ｄ１（＞２２０℃）となる。このとき、励磁コイル３の自己昇温は５０℃とする。上記のようにＬ１，Ｌ２を設定することで励磁コイル３の抵抗値の増大が低減されるので、励磁コイル３の通電時の発熱が低減される結果、磁性コア２の熱飽和温度は図７のコア昇温温度Ｄ２（＜２２０℃）となる。

このように、本実施例によれば、励磁コイルの通電時の発熱を低減可能な定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することができる。

また、図８（ｂ）の結果によれば、Ｌ１≧０．２０のとき、抵抗値変化率Ｒａｃ１／Ｒ０は１．３以下となり、更にＬ１≧０．３８のとき、抵抗値変化率Ｒａｃ１／Ｒ０は１．２以下となった。従って、好ましくはＬ１≧０．２０、より好ましくはＬ１≧０．３８を満たすように励磁コイル３を構成することで、導体同士の近接効果による励磁コイル３の抵抗値の増大を更に低減し、励磁コイル３の通電時の発熱を更に低減することができる。

また、図９（ｂ）の結果によれば、０．１５≦Ｌ２≦１．７８のとき抵抗値変化率Ｒａｃ２／Ｒ０は１．３８以下となった。また、０．１９≦Ｌ２≦１．５９のとき、抵抗値変化率Ｒａｃ２／Ｒ０は１．３５以下となった。更に０．３１≦Ｌ２≦１．２１のとき抵抗値変化率Ｒａｃ２／Ｒ０は１．３０以下となった。従って、好ましくは０．１５≦Ｌ２≦１．７８、より好ましくは０．１９≦Ｌ２≦１．５９を満たすように励磁コイル３を構成する。これにより、磁性コア２との近接効果による励磁コイル３の抵抗値の増大を更に低減し、励磁コイル３の通電時の発熱を更に低減することができる。

一例として、励磁コイル３を構成する巻線の絶縁被覆１３の厚みで前述の距離Ｌ１、Ｌ２を確保することができる。この場合、巻線として絶縁被覆１３の厚さが０．１ｍｍより大きく２．０ｍｍ未満のものを用いる。また、第１巻線３ａ及び第２巻線３ｂは互いに接触した状態（図１３（ａ）においてｘ＝０）で磁性コア２に巻き回す。これにより、前述のＬ１＞０．１、且つ、０．１＜Ｌ２＜２．０の関係を満足することができ、励磁コイルの自己昇温を抑制することができる。なお、第１巻線３ａと第２巻線３ｂとの間に隙間を設けて距離Ｌ１を確保してもよい。また、磁性コア２の外周に樹脂層を介して励磁コイル３を巻き回すことで距離Ｌ２を確保してもよい。

ところで、上の説明では距離Ｌ１には上限を設けていないものの、距離Ｌ１が非常に大きいと定着フィルム１の発熱量が長手方向Ｘで不均一となる可能性がある。長手方向Ｘの両端部付近では、長手中央部に比べて定着フィルム１の発熱層に作用する磁界が相対的に弱くなることで発熱量が不足する場合がある。その対策として、励磁コイル３の長手方向両端部付近での巻線ピッチを長手中央部の巻線ピッチよりも短くすることが考えられるが、距離Ｌ１が大き過ぎると、定着フィルム端部の発熱量の不足を補えない場合がある。そのため、距離Ｌ１は、定着フィルム１の熱伝導性等の具体的構成に応じて、定着フィルム１の温度ムラによる画像不良等の弊害が生じないように設定すればよい。

（Ｌ１，Ｌ２についての補足）
距離Ｌ１，Ｌ２について、定義及びその測定方法を補足する。励磁コイル３の導体間の距離Ｌ１は、励磁コイル３が磁性コア２の周りで巻き回されている範囲において、長手方向Ｘ（定着フィルム１の母線方向）に隣り合う導体間の平均距離を表す。

本実施例では、励磁コイル３が並走する第１巻線３ａ及び第２巻線３ｂによって構成されるため、距離Ｌ１は第１巻線３ａの導体１４と第２巻線３ｂの導体１４との間の平均距離に相当する。ただし、後述する実施例４のように、「長手方向Ｘに隣り合う導体」は１本の同じ巻線の導体であってもよい。

図１３（ａ）を用いて距離Ｌ１の測定方法を説明する（実施例４の場合は後述する）。第１巻線３ａの最外周面と第２巻線３ｂの最外周面との間の距離をｘとし、第１巻線３ａの絶縁被覆１３の厚さをｙ１とし、第２巻線３ｂの絶縁被覆１３の厚さをｙ２とする。導体１４間の距離Ｌ１は、ｘとｙ１とｙ２の和である。平均化のため、長手方向Ｘの複数位置で距離ｘを測定し、ｘとｙ１とｙ２の和の平均値を距離Ｌ１とすることが望ましい。なお、シース処理をしたリッツ線のように複数層の絶縁被覆を有する場合、ｙ１，ｙ２は、導体の最外周部から巻線の最外周面までの距離（各絶縁層の厚さの合計）とする。

励磁コイル３の導体と磁性コア２との間の距離Ｌ２は、励磁コイル３が磁性コア２の周りで巻き回されている範囲における、磁性コア２の外周面から励磁コイル３の導体までの平均距離である。

図１３（ｂ）を用いて距離Ｌ２の測定方法を説明する。励磁コイル３の巻線の最外周面と磁性コア２の外周面２ａとの間の距離をｚとし、巻線の絶縁被覆１３の厚さをｙとする。励磁コイル３の導体と磁性コア２との間の距離Ｌ２は、ｚとｙの和である。

本実施例では、励磁コイル３が直接、磁性コア２の外周面に巻き回されている。そのため、距離Ｌ２は、励磁コイル３を構成する巻線の絶縁被覆１３の厚さｙに等しい。磁性コア２との接触による絶縁被覆１３の弾性変形は小さいため、距離Ｌ２の計算では無視する。

（変形例）
実施例１では、絶縁被覆１３としてＰＴＦＥを用いる例を説明したが、絶縁被覆１３として他の材料を用いてもよく、例えばＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）などの耐熱性に優れたフッ素樹脂を用いてもよい。

《実施例２》
実施例２に係る構成を説明する。以下、実施例１と共通の参照符号を付した要素は、実施例１で説明したものと実質的に同じ構成及び作用を有するものとし、実施例１と異なる部分を主に説明する。

図１０（ａ）は、実施例２に係る磁界発生手段としての磁界発生ユニット４を示す概略図であり、図１０（ｂ）はその断面図である。本実施例では、絶縁性を有する樹脂製の筒４０に磁性コア２が挿通され、励磁コイル３は筒４０の外周に巻き回される。筒４０は、例えばＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド）で形成される。励磁コイル３は、実施例１と同様のＰＴＦＥ線を巻線として用いることができる。また、励磁コイル３は、第１巻線３ａと第２巻線３ｂとが長手方向Ｘに隣り合って並走する構成とすることができる。

第１巻線３ａ及び第２巻線３ｂの絶縁被覆の厚みｗ１は、例えば０．２ｍｍとする。また、筒４０の厚さｗ２は、例えば０．５ｍｍとする。この場合、第１巻線３ａ及び第２巻線３ｂを互いに接触させて磁性コア２に巻き回すと、励磁コイル３の導体間の距離Ｌ１は０．４ｍｍ（図１３（ａ）においてｘ＝０、ｙ１＝ｙ２＝０．２）となる。また、励磁コイル３の導体と磁性コア２との間の距離Ｌ２は、巻線の外周面と磁性コア２の外周面との間に筒４０が介在するため、０．７ｍｍ（図１３（ｂ）においてｚ＝０．５、ｙ＝０．２）となる。これにより、Ｌ１＞０．１、且つ、０．１＜Ｌ２＜２．０を満足することができる。

したがって、本実施例の構成によっても、近接効果の影響を低減することができ、励磁コイルの通電時の発熱を低減可能な定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供する。

なお、本実施例のように磁性コア２に外嵌する筒４０を介して励磁コイル３を巻き回す場合、励磁コイル３の絶縁被覆１３及び筒４０は、それぞれが距離Ｌ１，Ｌ２を確保するための絶縁性の樹脂層として機能する。

《実施例３》
実施例３に係る構成を説明する。以下、実施例１と共通の参照符号を付した要素は、実施例１で説明したものと実質的に同じ構成及び作用を有するものとし、実施例１と異なる部分を主に説明する。

図１１（ａ）は、実施例３に係る磁界発生手段としての磁界発生ユニット４を示す概略図であり、図１１（ｂ）はその断面図である。本実施例では、実施例１のＰＴＦＥ線の代わりにエナメル線４１を巻線として使用し、実施例２と同様の筒４０の外周に励磁コイル３を巻き回す。筒４０は、例えばＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド）で形成される。また、励磁コイル３は、２本のエナメル線４１が長手方向Ｘに隣り合って並走する構成とすることができる。

筒４０の厚さｗ２は、例えば０．５ｍｍとする。また、並走する２本のエナメル線４１間の距離ｘは、専用のコイル巻き工具を用いて、例えば０．５ｍｍに設定する。この場合、エナメル線４１の絶縁被膜の厚さは小さいので、励磁コイル３の導体間の距離Ｌ１は０．５ｍｍ（図１３（ａ）においてｘ＝０．５、ｙ１＝ｙ２≒０）となる。また、励磁コイル３の導体と磁性コア２との間の距離Ｌ２は、筒４０の厚さである０．５ｍｍ（図１３（ｂ）においてｚ＝０．５、ｙ≒０）となる。これにより、Ｌ１＞０．１、且つ、０．１＜Ｌ２＜２．０を満足することができる。

したがって、本実施例の構成によっても、近接効果の影響を低減することができ、励磁コイルの通電時の発熱を低減可能な定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供する。

《実施例４》
実施例４に係る構成を説明する。以下、実施例１と共通の参照符号を付した要素は、実施例１で説明したものと実質的に同じ構成及び作用を有するものとし、実施例１と異なる部分を主に説明する。

図１２は、実施例４に係る磁界発生手段としての磁界発生ユニット４を示す概略図である。本実施例の励磁コイル３は、１本の巻線で構成される。この場合、励磁コイル３の導体間の距離Ｌ１は、同一の巻線の長手方向Ｘに隣り合う部分同士の導体間の距離ｘに基づいて算出する。距離ｘは、励磁コイル３の巻線の一部である第１部分３－１の外周面と、第１部分３－１から磁性コア２の周りを１周巻き回されて長手方向Ｘにおいて第１部分３－１に隣り合う励磁コイル３の第２部分３－２の外周面と、の間の距離である。また、巻線が絶縁被覆を有する場合は、第１部分３－１及び第２部分３－２の絶縁被覆の厚さを図１３（ａ）のｙ１，ｙ２として距離ｘに加算した値が距離Ｌ１となる。

なお、図１２に示すように励磁コイル３の巻線ピッチが長手方向Ｘで一定でない場合、巻線ピッチが最も短い領域を基準にして算出した距離Ｌ１がＬ１＞０．１を満たすようにすることで、近接効果の影響をより確実に低減することができる。

本実施例の構成によっても、Ｌ１＞０．１、且つ、０．１＜Ｌ２＜２．０を満足するように構成することで、近接効果の影響を低減することができ、励磁コイルの通電時の発熱を低減可能な定着装置及びこれを備えた画像形成装置を提供する。

（その他の実施形態）
定着装置（像加熱装置）は、熱定着の原理を利用して画像に光沢を付与し、又は溶融させたトナーを介してシート同士を接着（圧着）する装置を含む。

《本開示のまとめ》
本開示には、少なくとも以下の各構成が含まれる。

（構成１）
導電層を有する筒状の回転体と、
前記回転体の内部空間に挿通された磁性コアと、
前記磁性コアの外周側を前記回転体の周方向に周回しながら前記回転体の母線方向に延びる螺旋状に形成された励磁コイルであって、交流電流を流すことで前記導電層に電流を誘導するための交番磁界を発生させる励磁コイルと、
を備え、前記電流によって加熱された前記回転体を用いて画像を記録材に定着させる定着装置であって、
前記励磁コイルの前記母線方向に隣り合う導体間の距離をＬ１（ｍｍ）とし、前記励磁コイルの導体と前記磁性コアとの間の距離をＬ２（ｍｍ）とするとき、
Ｌ１＞０．１、且つ、０．１＜Ｌ２＜２．０である、
ことを特徴とする定着装置。

（構成２）
前記励磁コイルは、第１巻線と、前記第１巻線に沿って巻き回された第２巻線と、を含み、
前記距離Ｌ１は、前記第１巻線及び前記第２巻線の導体間の距離である、
ことを特徴とする構成１に記載の定着装置。

（構成３）
前記励磁コイルは、１本の巻線で構成され、
前記距離Ｌ１は、前記巻線の前記母線方向に隣り合う部分同士の導体間の距離である、
ことを特徴とする構成１に記載の定着装置。

（構成４）
前記励磁コイルの導体同士の間、及び、前記励磁コイルの導体と前記磁性コアの外周面との間に設けられた絶縁性の樹脂層を更に備える、
ことを特徴とする構成１乃至３のいずれかに記載の定着装置。

（構成５）
前記樹脂層は、前記励磁コイルの導体を覆う絶縁被覆を含む、
ことを特徴とする構成４に記載の定着装置。

（構成６）
前記励磁コイルは、前記磁性コアの外周面に巻き回されており、
前記絶縁被覆の厚さは、０．１ｍｍより大きく２．０ｍｍ未満である、
ことを特徴とする構成５に記載の定着装置。

（構成７）
前記樹脂層は、フッ素樹脂である、
ことを特徴とする構成４乃至６のいずれかに記載の定着装置。

（構成８）
前記樹脂層は、前記励磁コイルを内側に挿通された樹脂製の筒を含み、
前記励磁コイルは、前記筒の外周面に巻き回されている、
ことを特徴とする構成４又は５に記載の定着装置。

（構成９）
Ｌ１≧０．２０である、
ことを特徴とする構成１乃至８のいずれかに記載の定着装置。

（構成１０）
Ｌ１≧０．３８である、
ことを特徴とする構成１乃至９のいずれかに記載の定着装置。

（構成１１）
０．１５≦Ｌ２≦１．７８である、
ことを特徴とする構成１乃至９のいずれかに記載の定着装置。

（構成１２）
０．１９≦Ｌ２≦１．５９である、
ことを特徴とする構成１乃至１０のいずれかに記載の定着装置。

（構成１３）
記録材に画像を形成する画像形成手段と、
前記画像を前記記録材に定着させる構成１乃至１２のいずれかに記載の定着装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。

１…回転体（定着フィルム）／２…磁性コア／３…励磁コイル／１３…樹脂層（絶縁被覆）／１４…導体／４０…樹脂層（筒）／Ｘ…回転体の母線方向

Claims (13)

1. 導電層を有する筒状の回転体と、
   前記回転体の内部空間に挿通された磁性コアと、
   前記磁性コアの外周側を前記回転体の周方向に周回しながら前記回転体の母線方向に延びる螺旋状に形成された励磁コイルであって、交流電流を流すことで前記導電層に電流を誘導するための交番磁界を発生させる励磁コイルと、
   を備え、前記電流によって加熱された前記回転体を用いて画像を記録材に定着させる定着装置であって、
   前記励磁コイルの前記母線方向に隣り合う導体間の距離をＬ１（ｍｍ）とし、前記励磁コイルの導体と前記磁性コアとの間の距離をＬ２（ｍｍ）とするとき、
   Ｌ１＞０．１、且つ、０．１＜Ｌ２＜２．０である、
   ことを特徴とする定着装置。
2. 前記励磁コイルは、第１巻線と、前記第１巻線に沿って巻き回された第２巻線と、を含み、
   前記距離Ｌ１は、前記第１巻線及び前記第２巻線の導体間の距離である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記励磁コイルは、１本の巻線で構成され、
   前記距離Ｌ１は、前記巻線の前記母線方向に隣り合う部分同士の導体間の距離である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記励磁コイルの導体同士の間、及び、前記励磁コイルの導体と前記磁性コアの外周面との間に設けられた絶縁性の樹脂層を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
5. 前記樹脂層は、前記励磁コイルの導体を覆う絶縁被覆を含む、
   ことを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記励磁コイルは、前記磁性コアの外周面に巻き回されており、
   前記絶縁被覆の厚さは、０．１ｍｍより大きく２．０ｍｍ未満である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. 前記樹脂層は、フッ素樹脂である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
8. 前記樹脂層は、前記励磁コイルを内側に挿通された樹脂製の筒を含み、
   前記励磁コイルは、前記筒の外周面に巻き回されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
9. Ｌ１≧０．２０である、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の定着装置。
10. Ｌ１≧０．３８である、
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の定着装置。
11. ０．１５≦Ｌ２≦１．７８である、
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の定着装置。
12. ０．１９≦Ｌ２≦１．５９である、
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の定着装置。
13. 記録材に画像を形成する画像形成手段と、
    前記画像を前記記録材に定着させる請求項１乃至８のいずれか１項に記載の定着装置と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。

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