JP2016018181A - 加熱装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱装置において、記録媒体が通過しない非通過範囲のベルト部材の温度が目標温度を超えた温度に維持されるのを防止する。【解決手段】循環する定着ベルト７８（ベルト部材の一例）と、定着ベルト７８の幅方向Ｗに沿って複数配置され、発熱により定着ベルト７８を加熱する抵抗発熱体７２と、抵抗発熱体７２のそれぞれに直列に接続された、複数のＰＴＣ素子７３（正の温度係数を有する抵抗素子の一例）とを備え、ＰＴＣ素子７３は、温度上昇による抵抗値の増大により、抵抗発熱体７２による定着ベルト７８に対する加熱を低減させる。【選択図】図３

Description

本発明は、加熱装置、定着装置及び画像形成装置に関する。

画像形成装置に備えられている定着装置の加熱装置として、正の抵抗温度特性（正の温度係数）を有する抵抗発熱体を加熱体に用いたものがある。
この加熱装置は、加熱体として、通電により発熱する第１の抵抗発熱体であって自己温度制御型の正の抵抗温度特性を有する第１の抵抗発熱体と、通電により発熱する第２の抵抗発熱体であって記録材搬送方向に対して垂直な方向で第１の抵抗発熱体に積層された第２の抵抗発熱体とを有する。そして、第１の抵抗発熱体の抵抗値Ｒ１と、第２の抵抗発熱体の抵抗値Ｒ２の関係が、トナー像を加熱するための目標温度よりも高い温度であって第１の抵抗発熱体の自己温度制御を行う温度Ｔ１以下ではＲ１＜Ｒ２であり、温度Ｔ１を超えてＲ１＞Ｒ２となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１１６４９号公報

通電により発熱する自己温度制御型の正の抵抗温度特性を有する第１の抵抗発熱体に第２の抵抗発熱体を積層した構成の加熱装置では、第１の抵抗発熱体が自己温度制御型の加熱体として構成されている。このため、この加熱装置は、第１の抵抗発熱体が自己温度制御を行う温度を超えた後も、この加熱装置で加熱される定着フィルム（ベルト部材）が、トナー像を加熱するための目標温度を超えた温度で維持される。
本発明は、記録媒体が通過しない非通過範囲のベルト部材の温度が目標温度を超えた温度で維持されるのを防止する。

請求項１に係る発明は、循環するベルト部材と、前記ベルト部材の幅方向に沿って複数配置され、発熱により当該ベルト部材を加熱する発熱体と、前記発熱体のそれぞれに直列に接続された、正の温度係数を有する複数の抵抗素子とを備え、前記抵抗素子は、温度上昇による抵抗値の増大により、前記ベルト部材の温度を低下させることを特徴とする加熱装置である。
請求項２に係る発明は、前記抵抗素子の配置領域が、前記発熱体の配置領域よりも小さい請求項１に記載の加熱装置である。
請求項３に係る発明は、前記抵抗素子と前記発熱体との間に、熱伝導を抑制する熱伝導抑制部を有する請求項１または２に記載の加熱装置である。
請求項４に係る発明は、循環するベルト部材、当該ベルト部材の幅方向に沿って複数配置され、発熱により当該ベルト部材を加熱する発熱体及び当該発熱体のそれぞれに直列に接続された、正の温度係数を有する複数の抵抗素子を有する加熱装置と、前記発熱体により加熱された前記ベルト部材に接して、前記幅方向に沿ったサイズが異なる複数種類の記録媒体を挟むニップ部を形成する加圧部材とを備え、前記抵抗素子は、温度上昇による抵抗値の増大により、前記ベルト部材の温度を低下させ、複数の前記発熱体の一部及び複数の前記抵抗素子の一部は、前記ニップ部で挟む前記記録媒体のうちサイズの最も小さい記録媒体が通過しない非通過範囲に対応する前記加熱装置の長手方向の位置に配置されていることを特徴とする定着装置である。
請求項５に係る発明は、循環するベルト部材、当該ベルト部材の幅方向に沿って複数配置され、発熱により当該ベルト部材を加熱する発熱体及び当該発熱体のそれぞれに直列に接続された、正の温度係数を有する複数の抵抗素子を有する定着装置と、前記幅方向に沿ったサイズが異なる複数種類の記録媒体を前記定着装置に向けて搬送する搬送部とを備え、前記抵抗素子は、温度上昇による抵抗値の増大により、前記ベルト部材の温度を低下させ、複数の前記発熱体の一部及び複数の前記抵抗素子の一部は、前記搬送部が搬送する前記記録媒体のうちサイズの最も小さい記録媒体が通過しない非通過範囲に対応する前記定着装置の長手方向の位置に配置されていることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１、４及び５に係る発明によれば、記録媒体が通過しない非通過範囲のベルト部材の温度が目標温度を超えた温度で維持されるのを防止する。
請求項２に係る発明によれば、発熱体に代わって抵抗素子の温度が上昇しても、ベルト部材の温度を上昇させない。
請求項３に係る発明によれば、発熱体の熱が抵抗素子の温度を上昇させるのを抑制する。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置を示す概略断面図である。 画像形成装置における定着ユニットの詳細を示す断面図である。 図２に示したソリッドヒータの矢視IIIによる図である。 図３のIV−IV線に沿った断面を示す断面図である。 ソリッドヒータの電気回路を示す図である。 ＰＴＣ素子の温度と抵抗率との対応関係を示す特性図である。 Ａ４サイズの用紙が定着ユニットに通紙を開始されてからの経過時間と、非通紙範囲に対応するガラスコートの部分に封入されているＰＴＣ素子の温度との対応関係を示す図である。 抵抗発熱体とＰＴＣ素子との間に、熱伝導を抑制する熱伝導抑制部を設けた構成の、図４相当の断面図である。 ＰＴＣ素子を抵抗発熱体よりも定着ベルトの進行方向となる矢印Ｅ方向の下流側に配置した構成のソリッドヒータを示す、図４相当の断面図である。 定着ベルトの進行方向となる矢印Ｅ方向に関して、相対的に上流側の抵抗発熱体と相対的に下流側の抵抗発熱体との間に、ＰＴＣ素子を配置した構成のソリッドヒータを示す、図４相当の断面図である。 ＰＴＣ素子の厚さが厚い場合の基材の形状のバリエーションを示す図４相当の断面図であり、基材に段差を形成した形状を示す。 ＰＴＣ素子の厚さが厚い場合の基材の形状のバリエーションを示す図４相当の断面図であり、基材に凹みを形成した形状を示す。 支持部材の形状のバリエーションを示す図４相当の断面図であり、支持部材が平板状に形成されたものを示す。 支持部材の形状のバリエーションを示す図４相当の断面図であり、図１３に示した平板状の支持部材の、定着ベルトの進行方向となる矢印Ｅ方向の上流側及び下流側の各端部にＲ形状が形成されたものを示す。 図４に示した断面図に、図５に示した電気回路を表した模式図である。 図１５に示したＰＴＣ素子を、導電性の基材に接続し、この基材と第２電極とを電源に接続した構成を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
＜画像形成装置の説明＞
図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置１を示す概略断面図である。図示の画像形成装置１は、画像データに基づいて画像を印刷する電子写真式のカラーレーザプリンタであり、本発明の画像形成装置の一例である。

この画像形成装置１は、図１に示すように、本体ケース９０の内部に、用紙Ｐ（記録媒体の一例）が収容された用紙収容部４０と、用紙Ｐに画像を形成する画像形成部１０と、用紙収容部４０から画像形成部１０を通って本体ケース９０の用紙排出口９６まで用紙Ｐを搬送する搬送部５０とを備えている。また、画像形成装置１は、画像形成装置１全体の動作を制御する制御部３１、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３や画像読取装置（スキャナ）４等との通信を行って画像データを受信する通信部３２と、通信部３２にて受信された画像データに対して画像処理を施す画像処理部３３とを備えている。

用紙収容部４０は、サイズの異なる２種類の用紙（記録媒体の一例）をそれぞれ収容する、第１用紙収容部４１と第２用紙収容部４２とを備えている。第１用紙収容部４１は例えばＡ４サイズの用紙Ｐ１を収容し、第２用紙収容部４２は例えばＢ４サイズの用紙Ｐ２を収容する。なお、以下、用紙Ｐ１，Ｐ２を「用紙Ｐ」と総称する場合もある。
搬送部５０は、第１用紙収容部４１及び第２用紙収容部４２から、画像形成部１０を通って用紙排出口９６まで延びた用紙Ｐの搬送路５１と、用紙Ｐを搬送路５１に沿って搬送する搬送ローラ５２とを備えている。なお、搬送部５０が搬送する用紙Ｐ１，Ｐ２は、搬送路５１に沿って矢印Ｃ方向に搬送されるとき、用紙Ｐ１，Ｐ２の長手方向が進行方向である矢印Ｃ方向に沿う姿勢となっている。

画像形成部１０は、予め定められた間隔で配置された４つの画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋを備えている。なお、以下、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋを「画像形成ユニット１１」と総称する場合もある。各画像形成ユニット１１はそれぞれ、静電潜像を形成してトナー像を保持する感光体ドラム１２、感光体ドラム１２の表面を予め定めた電位で帯電する帯電器１３、帯電器１３によって帯電された感光体ドラム１２を各色の画像データに基づき露光するＬＥＤ（Light Emitting Diode）プリントヘッド１４、感光体ドラム１２の表面に形成された静電潜像を現像する現像器１５、転写後の感光体ドラム１２の表面を清掃するドラムクリーナ１６を備えている。

４つの画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋは、現像器１５に収納されるトナーを除いて同様に構成されていて、イエロー（Ｙ）のトナーを収容した現像器１５を備えた画像形成ユニット１１Ｙはイエローのトナー像を形成する。同様に、マゼンタ（Ｍ）のトナーを収容した現像器１５を備えた画像形成ユニット１１Ｍはマゼンタのトナー像を形成し、シアン（Ｃ）のトナーを収容した現像器１５を備えた画像形成ユニット１１Ｃはシアンのトナー像を形成し、黒（Ｋ）のトナーを収容した現像器１５を備えた画像形成ユニット１１Ｋは黒のトナー像を形成する。

また、画像形成部１０は、各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２に形成された各色のトナー像が重ねられることで多重転写される中間転写ベルト２０と、各画像形成ユニット１１にて形成された各色のトナー像を中間転写ベルト２０に順次静電転写（一次転写）する一次転写ロール２１とを備えている。さらに、画像形成部１０は、中間転写ベルト２０の表面に各色のトナー像が重畳して転写された重畳トナー像を用紙Ｐに一括して静電転写（二次転写）する二次転写部Ｔの二次転写ロール２２と、用紙Ｐに二次転写された重畳トナー像を定着させる定着ユニット６０（定着装置の一例）とを備えている。

画像形成装置１は、制御部３１による動作の制御の下で、次のプロセスによる画像形成処理を行う。すなわち、ＰＣ３やスキャナ４から送出された画像データは、通信部３２にて受信され、画像処理部３３により予め定めた画像処理が施された後、各色毎の画像データとなって、対応する色の各画像形成ユニット１１に送られる。そして、例えば黒のトナー像を形成する画像形成ユニット１１Ｋでは、感光体ドラム１２が矢印Ａ方向に回転しながら帯電器１３により予め定めた電位で帯電される。
その後、画像処理部３３から送信された黒の画像データに基づきプリントヘッド１４が感光体ドラム１２を走査露光する。これにより、感光体ドラム１２の表面には黒の画像データに対応した黒の静電潜像が形成される。感光体ドラム１２上に形成された黒の静電潜像は現像器１５により現像され、感光体ドラム１２上に黒のトナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアンの各トナー像を形成する。

各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２に形成された各色のトナー像は、一次転写ロール２１により矢印Ｂ方向に移動する中間転写ベルト２０上に順次静電転写され、中間転写ベルト２０上に、各色のトナー像が重畳された重畳トナー像が形成される。
中間転写ベルト２０が矢印Ｂ方向へ移動することにより、中間転写ベルト２０上の重畳トナー像は二次転写部Ｔに送られる。重畳トナー像が二次転写部Ｔに送られると、そのタイミングに合わせて、用紙収容部４０の用紙Ｐが、搬送部５０の搬送ローラ５２により、搬送路５１に沿って矢印Ｃ方向に搬送される。そして、中間転写ベルト２０上に形成された重畳トナー像は、二次転写部Ｔにて二次転写ロール２２が形成する転写電界により、搬送路５１に沿って搬送されてきた用紙Ｐ上に一括して静電転写される。

その後、重畳トナー像が静電転写された用紙Ｐは、搬送路５１に沿って定着ユニット６０まで搬送される。定着ユニット６０に搬送された用紙Ｐ上の重畳トナー像は、定着ユニット６０によって熱および圧力を受け、用紙Ｐ上に定着される。そして、定着された重畳トナー像が形成された用紙Ｐは、搬送路５１に沿って本体ケース９０の用紙排出口９６から排出され、用紙を載せる用紙積載部９５に積載される。
一方、一次転写後に感光体ドラム１２に残存しているトナー及び二次転写後に中間転写ベルト２０に残存しているトナーは、それぞれドラムクリーナ１６、およびベルトクリーナ２５によって除去される。
画像形成装置１による、用紙Ｐに画像を印刷する処理が、印刷の枚数に対応したサイクルだけ繰り返し実行される。

＜定着ユニットの説明＞
図２は画像形成装置１における定着ユニット６０の詳細を示す断面図である。図２に示した定着ユニット６０は、ヒータユニット７０（加熱装置の一例）と加圧ロール８０（加圧部材の一例）とを備えている。これらヒータユニット７０及び加圧ロール８０は、いずれも図２に紙面奥行き方向に軸が延びた円柱状に形成されている。

ヒータユニット７０は、図２に示すように、循環する定着ベルト７８（ベルト部材の一例）と、断面が円弧状に形成されていて、発熱するソリッドヒータ７１と、定着ベルト７８を介して加圧ロール８０から押圧される押圧パッド７９とを備えている。
定着ベルト７８は、原形が無端の円筒形状で、その内周面がソリッドヒータ７１の外周面及び押圧パッド７９に接して配置されている。定着ベルト７８は、ソリッドヒータ７１に接することにより加熱される。
加圧ロール８０は、定着ベルト７８の外周面に押圧して接することにより、定着ベルト７８との間に未定着の重畳トナー像を保持した用紙Ｐが通過するためのニップ部Ｎを形成している。加圧ロール８０は、図示を略した駆動装置により矢印Ｄ方向に回転する。

搬送部５０（図１参照）によりニップ部Ｎに搬送されてきた用紙Ｐは、ニップ部Ｎにおいて、定着ベルト７８により加熱されるとともに、定着ベルト７８を介した押圧パッド７９と加圧ロール８０とにより加圧され、用紙Ｐに保持された未定着の重畳トナー像が用紙Ｐに定着される。
ニップ部Ｎにおいて、加圧ロール８０に接する用紙Ｐは、加圧ロール８０の矢印Ｄ方向への回転によって矢印Ｃ方向に送られ、この用紙Ｐの移動により、用紙Ｐに接する定着ベルト７８が従動し、定着ベルト７８は矢印Ｅ方向（進行方向）に回転する。

＜ソリッドヒータの説明＞
図３は図２に示したソリッドヒータ７１の矢視IIIによる図、図４は図３のIV−IV線に沿った断面を示す断面図、図５はソリッドヒータ７１の電気回路を示す図である。ソリッドヒータ７１は、図３に示すように、抵抗発熱体７２（発熱体の一例）と、例えばチタン酸バリウムなどの材料によって形成されたＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)素子７３（正の温度係数を有する抵抗素子の一例）と、これら抵抗発熱体７２及びＰＴＣ素子７３を支持する支持部材７５とを備えている。
支持部材７５は、定着ベルト７８の幅方向Ｗに沿って延び、断面は図４に示すように円弧状に形成されている。支持部材７５は、半径方向の内側の基材７５ａと、基材７５ａの半径方向外側に積層して形成されたガラスコート７５ｂとによって構成されている。基材７５ａは、例えば、ステンレス又はステンレスと銅とを厚さ方向に接合したクラッド材で形成されている。
定着ベルト７８は、ガラスコート７５ｂの外周面に巻き掛けられて、ガラスコート７５ｂに接しながら矢印Ｅ方向に進行する。

図３に示すように、抵抗発熱体７２及びＰＴＣ素子７３は、ソリッドヒータ７１の延びた方向（以下、長手方向Ｌという。定着ユニット６０の長手方向及びヒータユニット７０の長手方向も、ソリッドヒータ７０の長手方向Ｌに同じ。長手方向Ｌは、定着ベルト７８の幅方向Ｗと同じ。）に沿ってそれぞれ複数配置されている。
複数の抵抗発熱体７２のそれぞれは、通電によって発熱する。複数のＰＴＣ素子７３のそれぞれは、図５に示すように、抵抗発熱体７２に直列に接続されている。各ＰＴＣ素子７３は、図３に示すように、抵抗発熱体７２よりも定着ベルト７８の進行方向となる矢印Ｅ方向の上流側に配置されている。
また、直列に接続された抵抗発熱体７２とＰＴＣ素子７３とからなる素子の組は、ソリッドヒータ７１の長手方向Ｌに沿って並び、これら素子の組み同士は、図５に示すように、電源７４に対して並列に接続されている。

図６は、ＰＴＣ素子７３の温度と抵抗率との対応関係を示す特性図である。ＰＴＣ素子７３は、図６に示すように、キュリー温度Ｔ０［度］を超えると通常の金属などで形成された抵抗に比べて、低効率が急激に増大する正の温度係数を有する特性を示す。
キュリー温度Ｔ０［度］（図６参照）未満の、いわゆる通常の環境温度における各ＰＴＣ素子７３の抵抗値Ｒ２（図５参照）は、各抵抗発熱体７２の抵抗値Ｒ１の１００分の１程度に設定されている。一方、ＰＴＣ素子７３がキュリー温度Ｔ０［度］を超えた温度Ｔ１［度］から温度Ｔ２［度］に達するまでの間に、ＰＴＣ素子７３の抵抗値は急激に増大した後の抵抗値Ｒ２は、各抵抗発熱体７２の抵抗値Ｒ１の２０〜１００［倍］程度になるように設定されている。

なお、抵抗発熱体７２及びＰＴＣ素子７３は、基材７５ａ上に積層されたガラスコート７５ｂに封入されていて、ガラスコート７５ｂは、抵抗発熱体７２及びＰＴＣ素子７３を定着ベルト７８から絶縁している。このソリッドヒータ７１においては、ガラスコート７５ｂに代えて、他の絶縁材料を適用する構成もある。

ソリッドヒータ７１の抵抗発熱体７２は、定着ベルト７８が接するガラスコート７５ｂの外周面において、ソリッドヒータ７１の長手方向Ｌに沿って複数配置されているが、図３に示すように、各抵抗発熱体７２は、互いに隣り合う抵抗発熱体７２同士が近接する程度に、長手方向Ｌに沿った幅が設定されている。
一方、ＰＴＣ素子７３は非常に小さく形成されていて、例えば縦２［ｍｍ］×横２［ｍｍ］×厚さ０．１［ｍｍ］程度の大きさのチップとなっている。このため、互いに隣り合うＰＴＣ素子７３同士は、抵抗発熱体７２間の距離に比べて大きく離れている。
したがって、図３に示すように、定着ベルト７８が接するガラスコート７５ｂの外周面における、ＰＴＣ素子７３が配置された占める領域Ｓ２（配置領域）は、抵抗発熱体７２が配置されて占める領域Ｓ１（配置領域）に比べて小さい。

ここで、ソリッドヒータ７１の抵抗発熱体７２の配置と、ソリッドヒータ７１によって加熱される定着ベルト７８と、定着ユニット６０（図２参照）により重畳トナー像が定着される用紙Ｐ１，Ｐ２の各幅Ｗ１，Ｗ２との関係について説明する。定着ベルト７８は、ソリッドヒータ７１の長手方向Ｌに沿った全長よりもわずかに短い。したがって、定着ベルト７８は、ソリッドヒータ７１が備える複数の抵抗発熱体７２によって、幅方向Ｗの全幅Ｗ０に亘って、概略均一な温度に加熱される。
定着ユニット６０のニップ部Ｎにおいて定着される用紙Ｐのうちサイズの大きいＢ４サイズの用紙Ｐ２の幅Ｗ２（幅方向Ｗに沿った長さ）は、図３に示すように、定着ベルト７８の全幅Ｗ０よりもわずかに短い程度であり、ソリッドヒータ７１の全ての抵抗発熱体７２を覆う長さに対応している。

一方、定着ユニット６０のニップ部Ｎにおいて定着される用紙Ｐのうちサイズの小さいＡ４サイズの用紙Ｐ１の幅Ｗ１（幅方向Ｗに沿った長さ）は、図３に示すように、定着ベルト７８の全幅Ｗ０に比べて短く、ソリッドヒータ７１の長手方向Ｌに沿って配置された抵抗発熱体７２のうち、両端の各１つずつの抵抗発熱体７２が覆われない長さに対応している。
つまり、図３に示した長手方向Ｌに沿って配置された抵抗発熱体７２のうち両端の各１つずつの抵抗発熱体７２は、Ａ４サイズの用紙Ｐ１を定着するときは、用紙Ｐ１が通過しない非通紙範囲（非通過範囲）に対応している。

＜ヒータユニットの作用の説明＞
次に、本実施の形態のヒータユニット７０の作用について説明する。
ソリッドヒータ７１は、図５に示すように、電源７４から供給された電流により発熱するが、このとき通常の環境温度下では、ＰＴＣ素子７３がキュリー温度Ｔ０［度］以下となる。このため、ＰＴＣ素子７３に直列に接続された抵抗発熱体７２の抵抗値Ｒ１は、ＰＴＣ素子７３の抵抗値Ｒ２の１００［倍］程度大きい。したがって、ＰＴＣ素子７３は抵抗発熱体７２に比べて電力をほとんど消費することがなく発熱しない。これに対して、抵抗発熱体７２は発熱する。

定着ベルト７８は、図３に示すように矢印Ｅ方向に進行しながら、ソリッドヒータ７１に巻き掛けられた部分において、ガラスコート７５ｂ（図４参照）を介して抵抗発熱体７２により、幅方向Ｗの全域が加熱される。これにより、定着ベルト７８は、重畳トナー像を定着させるのに必要とされる目標温度に達する。定着ベルト７８の加熱された部分がニップ部Ｎ（図２参照）にまで回転すると、定着ベルト７８の加熱された部分が用紙Ｐに接する。このとき、ニップ部Ｎにおいて、用紙Ｐに保持された未定着の重畳トナー像は、定着ベルト７８により加熱されるとともに、押圧パッド７９と加圧ロール８０とにより加圧されて、用紙Ｐに保持された未定着の重畳トナー像は用紙Ｐに定着される。

ここで、ニップ部Ｎに搬送されてきた用紙ＰがＢ４サイズの用紙Ｐ２の場合、用紙Ｐ２の幅Ｗ２は定着ベルト７８の全幅Ｗ０よりもわずかに短い程度であるため、定着ベルト７８の幅方向Ｗの全域が用紙Ｐ２に接する。このため、定着ベルト７８は、幅方向Ｗの全域に亘って温度が低下する。そして、定着ベルト７８が矢印Ｅ方向に進行して、温度が低下した部分が、図２に示すようにソリッドヒータ７１に戻ると、ガラスコート７５ｂを介して抵抗発熱体７２により再度、目標温度まで加熱される。

このとき、ガラスコート７５ｂは定着ベルト７８との熱交換によって冷やされるため、ガラスコート７５ｂに封入されているＰＴＣ素子７３は、キュリー温度Ｔ０［度］（図６参照）を超えることがない。したがって、このヒータユニット７０は、上述した動作（ガラスコート７５ｂと定着ベルト７８との熱交換（定着ベルト７８の加熱、ガラスコート７５ｂの温度低下）、定着ベルト７８と用紙Ｐ２との熱交換（定着ベルト７８の温度低下）、定着ベルト７８とガラスコート７５ｂとの熱交換を繰り返す。
なお、ソリッドヒータ７１においてＰＴＣ素子７３を、抵抗発熱体７２よりも、定着ベルト７８が進行する方向（矢印Ｅ方向）の上流側に配置すると、抵抗発熱体７２で加熱される前の段階の、温度が低下した定着ベルト７８の部分に、ガラスコート７５ｂを介して接するため、ＰＴＣ素子７３も定着ベルト７８との熱交換により冷やされ、キュリー温度Ｔ０［度］に達しにくくする。

一方、ニップ部Ｎ（図２参照）に搬送されてきた用紙ＰがＡ４サイズの用紙Ｐ１の場合は、用紙Ｐ１の幅Ｗ１（図３参照）が定着ベルト７８の全幅Ｗ０よりも短いため、定着ベルト７８には、幅方向Ｗの両端（用紙Ｐ１の幅Ｗ１よりも外側）に非通紙範囲が形成される。定着ベルト７８のうち非通紙範囲は、ニップ部Ｎにおいて用紙Ｐ２との接触による熱交換が行われないため、用紙Ｐ１が通過する通紙範囲に比べて、温度の低下の程度が少ない。
そして、通紙範囲よりも温度が高い状態の非通紙範囲の定着ベルト７８の部分は、ソリッドヒータ７１に戻ってガラスコート７５ｂを介した抵抗発熱体７２による再度の加熱が行われる。この動作が繰り返されると、定着ベルト７８の、非通紙範囲の部分は目標温度を超えた状態が続き、この非通紙範囲に対応するガラスコート７５ｂの部分の温度を低下させなくなり、非通紙範囲に対応するガラスコート７５ｂの部分の温度は上昇する。
この結果、非通紙範囲に対応するガラスコート７５ｂの部分からの熱伝導により、この部分に封入されているＰＴＣ素子７３の温度が上昇し、やがてキュリー温度Ｔ０［度］（図６参照）を超える。

図７は、Ａ４サイズの用紙Ｐ１が定着ユニット６０に通紙を開始されてからの経過時間と、非通紙範囲に対応するガラスコート７５ｂの部分に封入されているＰＴＣ素子７３の温度との対応関係を示す図である。
非通紙範囲の部分のＰＴＣ素子７３がキュリー温度Ｔ０［度］を超えると、図６に示すように、ＰＴＣ素子７３の抵抗率は急激に大きくなり始め、抵抗値Ｒ２（図５参照）も大きくなる。そして、ＰＴＣ素子７３の温度が、キュリー温度Ｔ０［度］を超えた温度Ｔ１［度］に達したとき、ＰＴＣ素子７３は、その大きくなった抵抗値Ｒ２の影響により、自己発熱を開始する。この結果、図７に示すように、ＰＴＣ素子７３の温度はさらに急激に上昇し、一層高い温度Ｔ２［度］に瞬時に達する。

温度がＴ２［度］に達したＰＴＣ素子７３の抵抗率は、図６の特性に示すように、通常の環境温度のときの抵抗率に比べて数千倍以上に大きくなり、ＰＴＣ素子７３の抵抗値Ｒ２は抵抗発熱体７２の抵抗値Ｒ１に比べて２０〜１００［倍］になる。この結果、非通紙範囲の部分のＰＴＣ素子７３及びこのＰＴＣ素子７３が直列に接続された回路の部分には、電流がほとんど流れなくなり、定着ベルト７８の加熱に関与していた抵抗発熱体７２は発熱しなくなる。
これにより、非通紙範囲に対応したガラスコート７５ｂの温度が低下し始め、非通紙範囲に対応した定着ベルト７８の部分も、図７に示すように温度が低下し始め、目標温度よりも低い状態となる。
このように、本実施の形態のヒータユニット７０、定着ユニット６０及び画像形成装置１によれば、通過する用紙Ｐのサイズ違いによって、用紙Ｐが通過しない非通紙範囲の定着ベルト７８の温度が目標温度を超える温度に維持されるのを防止する。この結果、ヒータユニット７０や定着ユニット６０などのうち、非通紙範囲に対応した部分（例えば、定着ベルト７８（図２参照）、支持部材７５など）の熱負荷を、非通紙範囲を通紙範囲と同じように加熱し続けるものに比べて低減させる。そして、熱負荷の低減により、熱負荷を原因とするヒータユニット７０や定着ユニット６０などのうち、非通紙範囲に対応した部分の寿命の短縮を抑制する。

なお、ＰＴＣ素子７３の抵抗値Ｒ２が急激に大きくなることで、このＰＴＣ素子７３にはほとんど電流は流れなくなるが、わずかな電流は流れるため、ＰＴＣ素子７３は、図７に示すように、温度Ｔ２［度］で維持された状態となる。
この温度Ｔ２［度］は、通紙範囲の部分の抵抗発熱体７２の発熱温度よりも高いが、ＰＴＣ素子７３の配置されている領域Ｓ２（図３参照）は、抵抗発熱体７２の配置されている領域Ｓ１に比べて極めて小さい。このため、非通紙範囲の部分でＰＴＣ素子７３が高い温度Ｔ２［度］で発熱しても、ガラスコート７５ｂを介して定着ベルト７８の非通紙範囲の部分を加熱するだけの出力とはならない。
このように、本実施形態のヒータユニット７０におけるＰＴＣ素子７３は、定着ベルト７８を加熱する機能を有していない。

なお、ＰＴＣ素子７３は、図４に示すように、抵抗発熱体７２よりも基材７５ａに近い位置に配置されているため、ガラスコート７５ｂの外周面に接する定着ベルト７８からの深さ方向への距離も、抵抗発熱体７２に比べてＰＴＣ素子７３の方が長くなっている。したがって、この観点からも、ＰＴＣ素子７３が定着ベルト７８に与える熱的影響は、抵抗発熱体７２に比べて小さい。
上述した説明において、Ａ４サイズの用紙Ｐ１が通過する通紙範囲の部分では、ＰＴＣ素子７３がキュリー温度Ｔ０［度］を超えないため、通紙範囲の部分における抵抗発熱体７２及びＰＴＣ素子７３の動作は、Ｂ４サイズの用紙Ｐ２が通過したときの動作と同じである。

＜他の実施の形態＞
（熱伝導抑制部）
図８は、抵抗発熱体７２とＰＴＣ素子７３との間に、熱伝導を抑制する熱伝導抑制部７７を設けた構成の、図４相当の断面図である。
上述した実施の形態のヒータユニット７０は、図４に示すように、各抵抗発熱体７２と、各抵抗発熱体７２に直列に接続されたＰＴＣ素子７３とを、ガラスコート７５ｂで一体に封入した構成であるが、図８に示すように、抵抗発熱体７２とＰＴＣ素子７３との間に、熱伝導を抑制する熱伝導抑制部７７を設けてもよい。
熱伝導抑制部７７としては、ガラスコート７５ｂよりも熱伝導率の低い材料を配置した部分などを適用する構成がある。例えば、図８に示すようにガラスコート７５ｂにスリットを形成することで空気層ができ、この空気層を熱伝導抑制部７７としたり、このスリットに、樹脂やセラミック等、ガラスコート７５ｂよりも熱伝導率の低い材料を充填して熱伝導抑制部７７としたりする構成がある。

このように、抵抗発熱体７２とＰＴＣ素子７３との間に熱伝導抑制部７７を設けた構成のヒータユニット７０によれば、抵抗発熱体７２の発する熱がガラスコート７５ｂに熱伝導しても、熱伝導抑制部７７が、そのガラスコート７５ｂの熱をＰＴＣ素子７３に熱伝導するのを抑制する。
この結果、抵抗発熱体７２が目標となる温度（用紙Ｐの未定着の重畳トナー像を定着するのに必要とされる定着ベルト７８の温度まで、定着ベルト７８を加熱するための温度）に達する以前の段階で、ＰＴＣ素子７３が、抵抗発熱体７２の発熱の影響を受けて、抵抗値Ｒ２が急激に大きくなるのを抑制し、目標となる温度に達する以前に抵抗発熱体７２の発熱が停止しないようにする。

（ＰＴＣ素子の配置）
図９は、ＰＴＣ素子７３を抵抗発熱体７２よりも定着ベルト７８の進行方向となる矢印Ｅ方向の下流側に配置した構成のソリッドヒータ７１を示す、図４相当の断面図である。
図示のソリッドヒータ７１は、ＰＴＣ素子７３が抵抗発熱体７２よりも定着ベルト７８の進行方向となる矢印Ｅ方向の下流側に配置されている。この図９に示したソリッドヒータ７１によっても、図４に示したソリッドヒータ７１のように、通過する用紙Ｐのサイズの違いによって、用紙Ｐが通過しない非通紙範囲の定着ベルト７８の温度が目標温度を超える温度に維持されるのを防止する。
この結果、ヒータユニット７０（図２参照）や定着ユニット６０などのうち、非通紙範囲に対応した部分の熱負荷を、非通紙範囲を通紙範囲と同じように加熱し続けるものに比べて低減させる。そして、熱負荷の低減により、熱負荷を原因とするヒータユニット７０や定着ユニット６０などのうち、非通紙範囲に対応した部分の寿命の短縮を抑制する。

図１０は、定着ベルト７８の進行方向となる矢印Ｅ方向に関して、相対的に上流側の抵抗発熱体７２ａ（抵抗発熱体７２のうち相対的に上流側に配置されたもの）と相対的に下流側の抵抗発熱体７２ｂ（抵抗発熱体７２のうち相対的に下流側に配置されたもの）との間に、ＰＴＣ素子７３を配置した構成のソリッドヒータ７１を示す、図４相当の断面図である。
図示のソリッドヒータ７１は、ＰＴＣ素子７３が相対的に上流側の抵抗発熱体７２ａよりも定着ベルト７８の進行方向となる矢印Ｅ方向の下流側に配置され、相対的に下流側の抵抗発熱体７２ｂよりも定着ベルト７８の進行方向となる矢印Ｅ方向の上流側に配置されている。

この図１０に示したソリッドヒータ７１によっても、図４に示したソリッドヒータ７１のように、通過する用紙Ｐのサイズ違いによって、用紙Ｐが通過しない非通紙範囲の定着ベルト７８の温度が目標温度を超える温度に維持されるのを防止する。この結果、ヒータユニット７０（図２参照）や定着ユニット６０などのうち、非通紙範囲に対応した部分の熱負荷を、非通紙範囲を通紙範囲と同じように加熱し続けるものに比べて低減させる。そして、熱負荷の低減により、熱負荷を原因とするヒータユニット７０や定着ユニット６０などのうち、非通紙範囲に対応した部分の寿命の短縮を抑制する。
なお、ＰＴＣ素子７３は、抵抗発熱体７２が配置された支持部材７５上に配置されていることで一体化した構成となるが、必ずしも支持部材７５上に配置されていなくてもよい。

（基材の形状）
図１１，１２は、ＰＴＣ素子７３の厚さが図４などに示したＰＴＣ素子７３の厚さよりも厚い場合の基材７５ａの形状のバリエーションを示す図４相当の断面図であり、図１１は基材７５ａに段差７５ｃを形成した形状、図１２は基材７５ａに凹み７５ｄを形成した形状をそれぞれ示す。
図１１に示したソリッドヒータ７１は、ＰＴＣ素子７３が配置される部分における基材７５ａが段差７５ｃによって低くなり（半径方向の半径が小さくなり）、その低くなった分だけガラスコート７５ｂの厚さが厚くなり、ＰＴＣ素子７３の厚さが図４などに示したＰＴＣ素子７３の厚さよりも厚い場合であっても、ＰＴＣ素子７３はガラスコート７５ｂの内部に配置される。
図１２に示したソリッドヒータ７１は、ＰＴＣ素子７３が配置される部分における基材７５ａが凹み７５ｄによって低くなり、その低くなった分だけガラスコート７５ｂの厚さが厚くなり、ＰＴＣ素子７３の厚さが図４などに示したＰＴＣ素子７３の厚さよりも厚い場合であっても、ＰＴＣ素子７３はガラスコート７５ｂの内部に配置される。

（支持部材の形状）
図１３，１４は、支持部材７５の形状のバリエーションを示す図４相当の断面図であり、図１３は支持部材７５が平板状に形成されたもの、図１４は図１３に示した平板状の支持部材７５の、定着ベルト７８の進行方向となる矢印Ｅ方向の上流側及び下流側の各端部７５ＥにＲ形状が形成されたものをそれぞれ示す。
このように、図１３又は図１４に示した支持部材７５を有するソリッドヒータ７１によっても、ガラスコート７５ｂの表面に接して矢印Ｅ方向に進行する定着ベルト７８（図４参照）への熱伝導を行い得る。

（電気回路の電極部）
図１５は、図４に示した断面図に、図５に示した電気回路を表した模式図である。図４に示したソリッドヒータ７１は、実際には図１５に示すように、ＰＴＣ素子７３に接続された第１電極７６ａと、抵抗発熱体７２に接続された第２電極７６ｂとが支持部材７５に設けられている。そして、第１電極７６ａと第２電極７６ｂとが電源７４に接続されて、図５に示した電気回路が構成されている。
図１６は、図１５に示したＰＴＣ素子７３を、導電性の基材７５ａに接続し、この基材７５ａと第２電極７６ｂとを電源７４に接続した構成を示す模式図である。図１６に示したソリッドヒータ７１は、基材７５ａを図１５における第１電極７６ａとして機能させているため、第１電極７６ａを形成したものよりも構成が簡略化される。
なお、図１６に示したソリッドヒータ７１では、基材７５ａの表面のうち、電源７４に接続される部分以外の範囲については、絶縁層で覆うなど、周囲部材との絶縁を確保することが好ましい。

７０…ヒータユニット、７１…ソリッドヒータ、７２…抵抗発熱体（発熱体の一例）、７３…ＰＴＣ素子（正の温度係数を有する抵抗素子の一例）、７８…定着ベルト（ベルト部材の一例）

Claims (5)

1. 循環するベルト部材と、
   前記ベルト部材の幅方向に沿って複数配置され、発熱により当該ベルト部材を加熱する発熱体と、
   前記発熱体のそれぞれに直列に接続された、正の温度係数を有する複数の抵抗素子とを備え、
   前記抵抗素子は、温度上昇による抵抗値の増大により、前記ベルト部材の温度を低下させることを特徴とする加熱装置。
2. 前記抵抗素子の配置領域が、前記発熱体の配置領域よりも小さい請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記抵抗素子と前記発熱体との間に、熱伝導を抑制する熱伝導抑制部を有する請求項１または２に記載の加熱装置。
4. 循環するベルト部材、当該ベルト部材の幅方向に沿って複数配置され、発熱により当該ベルト部材を加熱する発熱体及び当該発熱体のそれぞれに直列に接続された、正の温度係数を有する複数の抵抗素子を有する加熱装置と、
   前記発熱体により加熱された前記ベルト部材に接して、前記幅方向に沿ったサイズが異なる複数種類の記録媒体を挟むニップ部を形成する加圧部材とを備え、
   前記抵抗素子は、温度上昇による抵抗値の増大により、前記ベルト部材の温度を低下させ、
   複数の前記発熱体の一部及び複数の前記抵抗素子の一部は、前記ニップ部で挟む前記記録媒体のうちサイズの最も小さい記録媒体が通過しない非通過範囲に対応する前記加熱装置の長手方向の位置に配置されていることを特徴とする定着装置。
5. 循環するベルト部材、当該ベルト部材の幅方向に沿って複数配置され、発熱により当該ベルト部材を加熱する発熱体及び当該発熱体のそれぞれに直列に接続された、正の温度係数を有する複数の抵抗素子を有する定着装置と、
   前記幅方向に沿ったサイズが異なる複数種類の記録媒体を前記定着装置に向けて搬送する搬送部とを備え、
   前記抵抗素子は、温度上昇による抵抗値の増大により、前記ベルト部材の温度を低下させ、
   複数の前記発熱体の一部及び複数の前記抵抗素子の一部は、前記搬送部が搬送する前記記録媒体のうちサイズの最も小さい記録媒体が通過しない非通過範囲に対応する前記定着装置の長手方向の位置に配置されていることを特徴とする画像形成装置。

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