JP2016153859A - 加熱装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転部材の再加熱に要する待ち時間が短縮できる加熱装置などを提供する。【解決手段】ヒータユニットは、回転する定着ベルト７８と、定着ベルト７８を加熱する抵抗発熱体７２と、抵抗発熱体７２に直列に接続された正の温度係数のＰＴＣ素子７３と、ＰＴＣ素子７３に並列に接続された抵抗体７４と、をそれぞれが有し、定着ベルト７８の幅方向に配置された複数の単位回路Ｕと、を備え、複数の単位回路Ｕを構成する各々の単位回路Ｕは、ＰＴＣ素子７３の温度上昇によってＰＴＣ素子７３の抵抗値が増大した際、抵抗体７４を経由して電流が流れるように構成されている。【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。

特許文献１には、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、を有し、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となる加熱装置が記載されている。

特開２０１３−１１６４９号公報

小サイズの記録媒体を定着する際、定着ベルト（回転部材）の記録媒体が通過しない部分（非通過範囲）が過剰に加熱されることを抑制するため、非通過範囲が加熱されないようにすることが行われる。この場合、次に大サイズの記録媒体を定着する際、定着ベルトは、予め定められた定着温度に再加熱される。この際、非通過範囲の温度が低下していると、再加熱に要する時間（待ち時間）が長くなってしまう。
本発明は、回転部材の再加熱に要する待ち時間が短縮できる加熱装置などを提供する。

請求項１に記載の発明は、回転する回転部材と、前記回転部材を加熱する発熱体と、当該発熱体に直列に接続された正の温度係数の抵抗素子と、当該抵抗素子に並列に接続された並列回路と、をそれぞれが有し、前記回転部材の幅方向に配置された複数の単位回路と、を備え、前記複数の単位回路を構成する各々の単位回路は、前記抵抗素子の温度上昇によって当該抵抗素子の抵抗値が増大した際、前記並列回路を経由して電流が流れることを特徴とする加熱装置である。
請求項２に記載の発明は、前記単位回路における前記並列回路は、抵抗値が、前記抵抗素子の温度上昇によって増大する前の抵抗値より大きく、当該抵抗素子の温度上昇により増大した抵抗値より小さいことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置である。
請求項３に記載の発明は、前記単位回路において、前記抵抗素子の温度上昇によって、前記並列回路を経由して電流が流れることにより、前記回転部材が予め定められた温度に加熱されることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置である。
請求項４に記載の発明は、回転する回転部材と、当該回転部材を加熱する発熱体と、当該発熱体に直列に接続された正の温度係数の抵抗素子と、当該抵抗素子に並列に接続された並列回路と、をそれぞれが有し、前記回転部材の幅方向に配置された複数の単位回路と、を備える加熱装置と、前記発熱体により加熱された前記回転部材に接して、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んでニップ部を形成する加圧部材と、を備え、前記加熱装置の前記単位回路は、前記抵抗素子の温度上昇によって当該抵抗素子の抵抗値が増大した際、前記並列回路を経由して電流が流れ、前記単位回路の少なくとも一つは、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に記載の発明は、回転する回転部材と、当該回転部材を加熱する発熱体と、当該発熱体に直列に接続された正の温度係数の抵抗素子と、当該抵抗素子に並列に接続された並列回路と、をそれぞれが有し、当該回転部材の幅方向に沿って配置された複数の単位回路と、を備える加熱装置と、当該発熱体により加熱された当該回転部材に接して、当該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んでニップ部を形成する加圧部材と、を備え、トナー像を当該記録媒体に定着する定着装置と、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、前記定着装置の前記加熱装置の前記単位回路は、前記抵抗素子の温度上昇によって当該抵抗素子の抵抗値が増大した際、前記並列回路を経由して電流が流れ、前記単位回路の少なくとも一つは、前記搬送部から搬送され、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、回転部材の再加熱に要する待ち時間が短縮できる。
請求項２に係る発明によれば、並列回路への電流の経路の変更が容易にできる。
請求項３に係る発明によれば、並列回路を用いない場合に比べ、非通過範囲における回転部材の温度の低下が抑制できる。

画像形成装置の概略断面図である。 画像形成装置における定着ユニットの断面図である。 図２における矢印ＩＩＩの方向から見た、第１の実施の形態に係るソリッドヒータの図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿ったソリッドヒータの断面図である。 ソリッドヒータの等価回路である。 ＰＴＣ素子の温度と抵抗率ρ［Ω・ｃｍ］との関係を示す図である。 ＰＴＣ素子の温度の時間変化を説明する図である。 非通過範囲における抵抗発熱体、ＰＴＣ素子、抵抗体、単位回路の発熱量の時間変化及び非通過範囲の定着ベルトの温度と単位回路の発熱量との関係を示す図である。（ａ）は、非通過範囲における抵抗発熱体、ＰＴＣ素子、抵抗体、単位回路の発熱量［％］の時間変化、（ｂ）は、非通過範囲の定着ベルトの温度［℃］と単位回路Ｕの発熱量［％］との関係である。 単位回路Ｕにおいて、抵抗体を備えない場合の非通過範囲における抵抗発熱体、ＰＴＣ素子、単位回路の発熱量の時間変化を示す図である。 定着ベルトにおける幅方向の温度分布を示す図である。（ａ）は、小サイズの用紙を連続定着している場合、（ｂ）は、電源からの電流供給を停止した場合、（ｃ）は、電源から電流供給を再開して再加熱した場合である。 図２における矢印ＩＩＩの方向から見た、第２の実施の形態に係るソリッドヒータの図である。

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。
［第１の実施の形態］
＜画像形成装置１＞
図１は、画像形成装置１の概略断面図である。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プリンタである。

画像形成装置１は、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と、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Ｐ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、用紙Ｐ１を小サイズの用紙Ｐ１、用紙Ｐ２を大サイズの用紙Ｐ２と表記することがある。そして、用紙Ｐ１、Ｐ２をそれぞれ区別しないときは「用紙Ｐ」と表記する。
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、用紙Ｐ１、Ｐ２の長手方向が進行方向である矢印Ｃ方向に沿うようになっている。

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」と表記する。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、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畳されるように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６０＞
図２は、画像形成装置１における定着ユニット６０の断面図である。
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。ヒータユニット７０及び加圧ロール８０は、いずれも図２の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、回転する定着ベルト７８（回転部材の一例）と、断面が円弧状に形成され、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、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が通過するニップ部Ｎを形成する。加圧ロール８０は、不図示の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７１＞
図３は、図２における矢印ＩＩＩの方向から見た、第１の実施の形態に係るソリッドヒータ７１の図である。
ソリッドヒータ７１は、抵抗発熱体７２（発熱体の一例）、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子７３（正の温度係数を有する抵抗素子の一例）、抵抗体７４でそれぞれが構成される複数の単位（ユニット）回路Ｕと、複数の単位回路Ｕを支持する支持部材７５とを備えている。
抵抗発熱体７２は、例えば、ＡｇＰｄで構成されている。
ＰＴＣ素子７３は、例えば、チタン酸バリウムなどの材料によって構成されている。ＰＴＣ素子７３は、小さなチップであって、例えば縦２ｍｍ×横２ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ程度の大きさである。
抵抗体７４は、例えば、メタルグレーズ抵抗器である。

支持部材７５は、定着ベルト７８の幅方向Ｗ（定着ベルト７８の回転軸の方向）に延びている。
各単位回路Ｕにおいて、抵抗発熱体７２にＰＴＣ素子７３が直列接続され、ＰＴＣ素子７３に抵抗体７４が並列接続されている。すなわち、抵抗体７４はＰＴＣ素子７３に対して並列回路を構成する。
なお、ＰＴＣ素子７３は、定着ベルト７８の進行方向Ｅの上流側に、抵抗発熱体７２は、定着ベルト７８の進行方向Ｅの下流側に設けられている。そして、抵抗体７４は、ＰＴＣ素子７３に並ぶように、定着ベルト７８の進行方向Ｅの上流側に設けられている。
ソリッドヒータ７１の支持部材７５上において、各単位回路Ｕが、定着ベルト７８の幅方向Ｗに配置されている。

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、幅方向Ｗの幅が設定されている。これにより、定着ベルト７８の温度分布に差が生じるのを抑制している。
ＰＴＣ素子７３は、前述したように小さなチップである。
そして、抵抗体７４は、ＰＴＣ素子７３に対して並列回路を構成するように、ＰＴＣ素子に隣接して設けられている。
したがって、支持部材７５上の単位回路Ｕにおいて、抵抗発熱体７２が占める領域（面積）Ｓ１に比べ、ＰＴＣ素子７３が占める領域（面積）Ｓ２及び抵抗体７４が占める領域（面積）Ｓ３は小さい。これにより、定着ベルト７８が、抵抗発熱体７２により、効率よく加熱されるようにしている。

ここで、定着ユニット６０により重畳トナー像が定着される用紙Ｐ１、Ｐ２の各幅Ｗ１、Ｗ２と定着ベルト７８の幅Ｗ０との関係について説明する。
定着ベルト７８の幅Ｗ０は、ソリッドヒータ７１の定着ベルト７８の幅方向Ｗに沿った全長よりもわずかに短い。よって、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Ｗ０に亘って加熱される。
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、例えばＢ４サイズの大サイズの用紙Ｐ２の幅Ｗ２は、定着ベルト７８の幅Ｗ０よりもわずかに短い程度であって、ソリッドヒータ７１の全ての単位回路Ｕを覆う長さに対応する。

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、例えばＡ４サイズの小サイズの用紙Ｐ１の幅Ｗ１は、定着ベルト７８の全幅Ｗ０に比べて短く、支持部材７５上に配列された複数の単位回路Ｕにおける、両端の一部の単位回路Ｕが覆われない長さに対応する。なお、図３では、両端のそれぞれ１個の単位回路Ｕが覆われないように表記している。
つまり、幅方向Ｗにおいて、大サイズの用紙Ｐ２の幅Ｗ２のうち、小サイズの用紙Ｐ１の幅Ｗ１との差の部分（幅Ｗ３の部分）は、小サイズの用紙Ｐ１を定着する場合に、用紙Ｐ１が通過しない非通過範囲（非通紙範囲）である。なお、小サイズの用紙Ｐ１の幅Ｗ１は、用紙Ｐ１が通過する通過範囲（通紙範囲）である。

ここでは、幅Ｗ２で表記する大サイズの用紙Ｐ２の通過範囲のすべてにおいて、抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３、抵抗体７４を備える単位回路Ｕを配列した。しかし、幅Ｗ３で表記する小サイズの用紙Ｐ１の非通過範囲において、抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３、抵抗体７４を備えた単位回路Ｕを設け、幅Ｗ１で表記する小サイズの用紙Ｐ１の通過範囲においては、抵抗発熱体７２のみを設けてもよい。

図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿ったソリッドヒータ７１の断面図である。
支持部材７５の断面は、円弧状である。支持部材７５は、半径方向の内側の基材７５ａと、基材７５ａの半径方向の外側に積層して形成されたガラスコート７５ｂとを備えている。
基材７５ａは、例えば、ステンレス、ステンレスと銅とを厚さ方向に接合したクラッド材などで形成されている。
そして、抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３、抵抗体７４は、基材７５ａ上に積層されたガラスコート７５ｂに封入されている。ガラスコート７５ｂは、抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３、抵抗体７４を定着ベルト７８から絶縁する。なお、ガラスコート７５ｂに代えて、樹脂などの他の絶縁材料を適用してもよい。

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。

ソリッドヒータ７１は、一例として、次のようにして製造される。
まず、基材７５ａ上に、スクリーン印刷により絶縁層として働くガラス層が形成され、焼成される。その後、ガラス層上に、抵抗発熱体７２がスクリーン印刷される。さらに、抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３、抵抗体７４を接続する配線がスクリーン印刷される。そして、ＰＴＣ素子７３と抵抗体７４とが、予め定められた位置に配置される。次に、配線、抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３、抵抗体７４の上に、絶縁層として働くガラス層が形成され、焼成される。焼成により、ガラス層が粘性流動して、ガラスコート７５ｂの外周面が平滑化される。
このようにして、配線、抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３、抵抗体７４が封入されたガラスコート７５ｂが製造される。
なお、他の方法により、ソリッドヒータ７１が形成されてもよい。

図５は、ソリッドヒータ７１の等価回路である。
単位回路Ｕは、抵抗発熱体７２に直列にＰＴＣ素子７３が接続され、ＰＴＣ素子７３に並列に抵抗体７４が接続されている。
抵抗発熱体７２の抵抗値を抵抗値Ｒ１、ＰＴＣ素子７３の抵抗値を抵抗値Ｒ２、抵抗体７４の抵抗値を抵抗値Ｒ３とする。
そして、複数の単位回路Ｕは、並列に電源７６に接続されている。
なお、電源７６は、例えば、交流（ＡＣ）の１００Ｖである。

＜ＰＴＣ素子７３＞
図６は、ＰＴＣ素子７３の温度と抵抗率ρ［Ω・ｃｍ］との関係を示す図である。
ＰＴＣ素子７３は、キュリー温度Ｔ０を超えると、通常の金属などで形成された抵抗に比べて、抵抗率が急激に増大する（キュリー点）。すなわち、ＰＴＣ素子７３は、正の温度係数を有している。
そして、ＰＴＣ素子７３は、温度Ｔ１を超えると、自らの抵抗により発熱（自己発熱）を開始し、ＰＴＣ素子７３の温度が上昇する（自己発熱開始点）。これにより、ＰＴＣ素子７３の抵抗値Ｒ２がさらに増大する。
そして、ＰＴＣ素子７３の発熱量と放熱量とが釣り合った温度Ｔ２において安定する（安定点）。
なお、ＰＴＣ素子７３のキュリー温度Ｔ０は、用紙Ｐに重畳トナー像を定着させるのに必要とされる目標温度（定着温度Ｔｆ）より上に設定されている。
以上説明したように、ＰＴＣ素子７３は、正の温度係数を有して、温度によって抵抗値Ｒ２が変化する。このため、図５では、ＰＴＣ素子７３を、可変抵抗の記号で表記している。

キュリー温度Ｔ０未満のＰＴＣ素子７３の抵抗値Ｒ２は、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。例えば、抵抗発熱体７２の抵抗値Ｒ１が１００Ωであるとすると、ＰＴＣ素子７３の通常の環境温度における抵抗値Ｒ２は、１Ωである。
一方、ＰＴＣ素子７３の温度Ｔ２における抵抗値Ｒ２は、抵抗発熱体７２の抵抗値Ｒ１の１００倍程度になるように設定されている。例えば、抵抗発熱体７２の抵抗値Ｒ１が１００Ωであるとすると、ＰＴＣ素子７３の安定点（温度Ｔ２）における抵抗値Ｒ２は、１０^４Ωである。
また、抵抗体７４の抵抗値Ｒ３は、抵抗発熱体７２の抵抗値Ｒ１の数倍に設定されている。例えば、抵抗発熱体７２の抵抗値Ｒ１が１００Ωであるとすると、抵抗体７４の抵抗値Ｒ３は、６００Ωである。
すなわち、抵抗体７４の抵抗値Ｒ３は、ＰＴＣ素子７３のキュリー温度Ｔ０未満における抵抗値Ｒ２より大きく、ＰＴＣ素子７３の温度Ｔ２における抵抗値Ｒ２より小さく設定されている。

ＰＴＣ素子７３がキュリー温度Ｔ０より低い状態にある場合、ＰＴＣ素子７３の抵抗値Ｒ２は、抵抗体７４の抵抗値Ｒ３より小さい。よって、図５に示す単位回路Ｕにおいて、電流は、主に抵抗発熱体７２とＰＴＣ素子７３とを経由する経路αにて流れる。
一方、ＰＴＣ素子７３が温度Ｔ２の状態にある場合、ＰＴＣ素子７３の抵抗値Ｒ２は、抵抗体７４の抵抗値Ｒ３より大きい。よって、図５に示す単位回路Ｕにおいて、電流は、主に抵抗発熱体７２と抵抗体７４とを経由する経路βにて流れる。
よって、ＰＴＣ素子７３の温度によって、抵抗発熱体７２及び抵抗体７４を流れる経路が切り替えられ、流れる電流が制御される。すなわち、単位回路Ｕ（抵抗発熱体７２及び抵抗体７４）による発熱量が制御される。

図７は、ＰＴＣ素子７３の温度の時間変化を説明する図である。図７において、縦軸はＰＴＣ素子７３の温度、横軸は時間である。なお、横軸の時間は、説明のためであって、実際の温度の時間変化と異なる場合がある。
ここでは、小サイズの用紙Ｐ１が通紙されるとする。この場合、ＰＴＣ素子７３の温度は、小サイズの用紙Ｐ１が通過する通過範囲（図３における幅Ｗ１の範囲）と、通過しない非通過範囲（図３における幅Ｗ３の範囲）とで異なる。以下説明する。

時間ｔ０において、ソリッドヒータ７１に電源７６（図５参照）から電流が供給されると、定着ベルト７８の加熱が開始される。時間ｔ０では、定着ベルト７８の温度は、ＰＴＣ素子７３のキュリー温度Ｔ０より低いので、電流は、図５に示す抵抗発熱体７２とＰＴＣ素子７３とを経由する経路αで流れる。
このとき、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。すなわち、抵抗発熱体７２の発熱によって、定着ベルト７８が加熱される。
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。

定着ベルト７８の温度上昇にともなって、ＰＴＣ素子７３の温度も上昇する。そして、定着ベルト７８（ＰＴＣ素子７３）の温度が定着温度Ｔｆに達した時間ｔ１において、小サイズの用紙Ｐ１の通紙が開始される。

まず、小サイズの用紙Ｐ１が通過する通過範囲のＰＴＣ素子７３について説明する。
加熱された定着ベルト７８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Ｐ１に接する。このとき、ニップ部Ｎにおいて、用紙Ｐ１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Ｐ１に保持された未定着の重畳トナー像が用紙Ｐ１に定着される。
そして、定着ベルト７８の用紙Ｐ１に接した部分は、温度が低下する。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、定着温度Ｔｆまで加熱される。
このとき、ガラスコート７５ｂは温度の低下した定着ベルト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（図６参照）を超えることがない。
すなわち、小サイズの用紙Ｐ１が通過する通過範囲において、ＰＴＣ素子７３は、定着温度Ｔｆに維持される。

一方、小サイズの用紙Ｐ１が通過しない非通過範囲のＰＴＣ素子７３について説明する。
ソリッドヒータ７１の非通過範囲では、用紙Ｐ１と接触しないため、抵抗発熱体７２により定着ベルト７８が加熱され続ける。このため、非通過範囲におけるＰＴＣ素子７３の温度も、上昇し続ける。
すると、時間ｔ２において、ＰＴＣ素子７３は、キュリー温度Ｔ０に達し、さらに加熱される。
そして、時間ｔ３において、ＰＴＣ素子７３は、温度Ｔ１に達し、自己加熱が始まり、さらに加熱される。
ついには、時間ｔ４において、ＰＴＣ素子７３は、温度Ｔ２の安定点に達する。そして、ＰＴＣ素子７３は、温度Ｔ２に維持される。

＜発熱量＞
次に、小サイズの用紙Ｐ１が通過しない非通過範囲における抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３、抵抗体７４の発熱量について説明する。
図８は、非通過範囲における抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３、抵抗体７４、単位回路Ｕの発熱量の時間変化及び非通過範囲の定着ベルト７８の温度と単位回路Ｕの発熱量との関係を示す図である。図８（ａ）は、非通過範囲における抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３、抵抗体７４、単位回路Ｕの発熱量［％］の時間変化、図８（ｂ）は、非通過範囲の定着ベルト７８の温度［℃］と単位回路Ｕの発熱量［％］との関係である。図８（ａ）において、縦軸は発熱量［％］、横軸は時間である。なお、単位回路Ｕの発熱量とは、抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３、抵抗体７４のそれぞれの発熱量の合計（和）である。図８（ｂ）において、縦軸は定着ベルト７８における非通過範囲の温度［℃］、横軸は単位回路Ｕの発熱量［％］である。
なお、単位回路Ｕの発熱量［％］は、ＰＴＣ素子７３がキュリー温度Ｔ０未満である場合を１００％として示している。

図８（ａ）により、非通過範囲における抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３、抵抗体７４、単位回路Ｕの発熱量の時間変化を説明する。
時間ｔ０で、ソリッドヒータ７１に電流を流し始めるとする。この時、ソリッドヒータ７１の温度は、ＰＴＣ素子７３のキュリー温度Ｔ０以下であるので、前述したように、電流は、抵抗発熱体７２とＰＴＣ素子７３とを経由する経路αで流れる（図５参照）。
よって、全体の発熱量は、抵抗発熱体７２とＰＴＣ素子７３とのそれぞれの発熱量の合計となる。なお、抵抗発熱体７２による発熱量が大部分を占める。
時間ｔ１で、定着ベルト７８の温度が定着温度Ｔｆに達する。そして、小サイズの用紙Ｐ１の通紙が開始される。非通過範囲では、用紙Ｐ１との接触がないため、放熱されず、ＰＴＣ素子７３の温度は、上昇を続ける。
時間ｔ２において、ＰＴＣ素子７３がキュリー温度Ｔ０に達する。すると、ＰＴＣ素子７３の抵抗値Ｒ２が増加し始める。

そして、時間ｔ３において、ＰＴＣ素子７３が温度Ｔ１に達すると、ＰＴＣ素子７３にかかる電圧が大きくなり、発熱量が増加し始める。そして、ソリッドヒータ７１の基材７５ａや定着ベルト７８への放熱量より、ＰＴＣ素子７３の発熱量が大きくなると、ＰＴＣ素子７３の温度が急激に上昇する。すなわち、自己発熱を開始する。ＰＴＣ素子７３は、自己発熱によって急激に抵抗値Ｒ２が増加すると、抵抗値Ｒ２の増加によって、電流が減少し、発熱量が減少し始める。また、ＰＴＣ素子７３の抵抗値Ｒ２が抵抗体７４の抵抗値Ｒ３を超えるようになると、電流は、経路αに加えて、抵抗発熱体７２と抵抗体７４とを経由する経路βにおいても流れるようになる（図５参照）。
そして、時間ｔ４において、ＰＴＣ素子７３の発熱量と、放熱量とが再び交わる点において、ＰＴＣ素子７３は、温度Ｔ２で安定する。

時間ｔ４以降において、ＰＴＣ素子７３の抵抗値Ｒ２が大きく、電流が小さいので、ＰＴＣ素子７３の発熱量は、単位回路Ｕの発熱量に寄与しない。すなわち、単位回路Ｕの発熱量は、抵抗発熱体７２と抵抗体７４とのそれぞれの発熱量の合計となる。なお、前述したように、抵抗発熱体７２の抵抗値Ｒ２より抵抗体７４の抵抗値Ｒ３が大きい場合には、抵抗体７４による発熱量が大部分を占める。
例えば、抵抗発熱体７２の抵抗値Ｒ１を１００Ω、抵抗体７４の抵抗値Ｒ３を６００Ωとすると、経路β（図５参照）を経由して電流が流れる場合の発熱量は、経路α（図５参照）を経由して電流が流れる場合の発熱量の１５％に相当する。
そして、電源７６からの電流の供給を停止して、ＰＴＣ素子７３の温度をキュリー温度Ｔ０以下にしない限り、この状態が継続する。

次に、図８（ｂ）により、非通過範囲の定着ベルト７８の温度と単位回路Ｕの発熱量［％］との関係を説明する。
単位回路Ｕの発熱量は、非通過範囲の定着ベルト７８の温度を勘案して設定すればよい。上記の例では、単位回路Ｕの発熱量を１５％に設定すると、非通過範囲の定着ベルト７８の温度が、定着温度Ｔｆの１７０℃に維持される。
なお、この発熱量「％」は、抵抗発熱体７２の抵抗値Ｒ１と抵抗体７４の抵抗値Ｒ３とで設定される。

ここで、比較のために、ソリッドヒータ７１の単位回路Ｕおいて、抵抗体７４を備えない場合を説明する。
図９は、単位回路Ｕにおいて、抵抗体７４を備えない場合の非通過範囲における抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３、単位回路Ｕの発熱量の時間変化を示す図である。図９において、縦軸は発熱量［％］、横軸は時間である。なお、単位回路Ｕの発熱量は、抵抗発熱体７２とＰＴＣ素子７３とのそれぞれの発熱量の合計である。
単位回路Ｕが抵抗体７４を備えない場合、図３から分かるように、電流は、抵抗発熱体７２とＰＴＣ素子７３とを経由する経路αで流れる。

時間ｔ０から時間ｔ４までの、発熱量［％］の変化は、図８（ａ）で説明したと同様であるので説明を省略する。
なお、時間ｔ０における単位回路Ｕの発熱量が、１００％である。ここでは、抵抗発熱体７２による発熱量が大部分を占める。

そして、図９に示すように、単位回路Ｕが抵抗体７４を備えない場合、時間ｔ４以降におけるソリッドヒータ７１の非通過範囲の発熱量は、ＰＴＣ素子７３の発熱量が支配的となる。しかし、ＰＴＣ素子７３の抵抗値Ｐ２が大きく、流れる電流が小さいため、ＰＴＣ素子７３の発熱量は、定着ベルト７８を加熱しづらい。

すなわち、抵抗体７４を備えることで、例え、ＰＴＣ素子７３が温度Ｔ２の抵抗値Ｒ２が増加した状態に移行しても、抵抗発熱体７２と抵抗体７４とを経由する経路β（図５参照）により電流が流れるので、定着ベルト７８の非通過範囲の温度が低下することが抑制される。

＜定着ベルト７８の温度分布＞
図１０は、定着ベルト７８における幅方向Ｗの温度分布を示す図である。図１０（ａ）は、小サイズの用紙Ｐ１を連続定着している場合、図１０（ｂ）は、電源７６からの電流供給を停止した場合、図１０（ｃ）は、電源７６から電流供給を再開して再加熱した場合である。横軸は、定着ベルト７８の幅方向の位置であって、図３にしめす定着ベルト７８の中央から端（幅Ｗ０の端）までを示している。図３に示したように、中央の部分が小サイズの用紙Ｐ１の通過範囲であり、端の部分が小サイズの用紙Ｐ１の非通過範囲である。

ここで、ケースＩは、単位回路Ｕが、抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３及び抵抗体７４を備えた場合、ケースＩＩは、抵抗発熱体７２及びＰＴＣ素子７３を備え、抵抗体７４を備えない場合、ケースＩＩＩは、抵抗発熱体７２を備え、ＰＴＣ素子７３及び抵抗体７４を備えない場合として説明する。

図１０（ａ）の、小サイズの用紙Ｐ１を連続定着している場合、ケースＩ、ＩＩ、ＩＩＩのいずれにおいても、小サイズ用紙Ｐ１の通過範囲は、用紙Ｐ１との接触により放熱される。これにより、定着温度Ｔｆに維持される。
しかし、小サイズ用紙Ｐ１の非通過範囲は、定着ベルト７８が用紙Ｐ１と接触しないため、用紙Ｐ１への放熱が生じない。

ここで、ケースＩＩＩの、単位回路Ｕが抵抗発熱体７２を備え、ＰＴＣ素子７３及び抵抗体７４を備えない場合、抵抗発熱体７２には電流が供給され続けるため、非通過範囲の温度が上昇し続ける。非通過範囲は、図１０（ａ）に一点鎖線で示すように、定着ベルト７８は、通過範囲と非通過範囲との境界から端に行くほど高くなる温度分布になる。すなわち、端の部分が過熱状態になりうる。

次に、ケースＩＩの、単位回路Ｕが抵抗発熱体７２及びＰＴＣ素子７３を備え、抵抗体７４を備えない場合、ＰＴＣ素子７３がキュリー温度Ｔ０を超えて、抵抗値Ｒ２が増加すると、図９の時間ｔ４以降に示すように、発熱量が低下する。すなわち、非通過範囲は、図１０（ａ）に破線で示すように、通過範囲と非通過範囲との境界から端にいくにしたがって低くなる温度分布になる。

なお、ケースＩＩの非通過範囲において、通過範囲と非通過範囲との境界近傍の非通過範囲に定着ベルト７８の温度の上昇がみられる。これは、通過範囲と非通過範囲との境界が、抵抗発熱体７２とＰＴＣ素子７３とで構成される単位回路Ｕ上に重なった場合を示している。例えば、ＰＴＣ素子７３の部分が、通過範囲に重なっている場合、ＰＴＣ素子７３は、温度がキュリー温度Ｔ０を超えない。よって、抵抗発熱体７２に電流が流れ、通過範囲と非通過範囲との境界近傍の非通過範囲において、温度が上昇する。
これは、ケースＩ、ＩＩＩにおいても同様に発生しうるが、ケースＩ、ＩＩＩでは記載していない。

一方、ケースＩの、単位回路Ｕが抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３及び抵抗体７４を備えた場合、非通過範囲において、ＰＴＣ素子７３がキュリー温度Ｔ０を超えて、抵抗値Ｒ２が増加した状態になっても、抵抗発熱体７２と抵抗体７４とを経由する経路β（図５）により、電流が流れるため、非通過範囲の温度が予め定められた温度（以下では、定着温度Ｔｆとして説明する。）に維持される。すなわち、ケースＩでは、ケースＩＩに比べ、通過範囲と非通過範囲との温度差が小さく抑えられる。

次に、図１０（ｂ）に示すように、ＰＴＣ素子７３の抵抗値Ｒ２が増加した状態を解除するために、電源７６からの電流供給を停止する。これ以降において、ケースＩＩＩの記載を省略する。
すると、定着ベルト７８は、通過範囲及び非通過範囲とも、電源７６からの電流供給を停止する前の温度分布（図１０（ａ）の温度分布）を反映した温度分布になる。
すなわち、ケースＩＩでは、非通過範囲は、通過範囲と非通過範囲との境界から、端に移行するにつれて低下する温度分布が残ってしまう。
これに対して、ケースＩでは、通過範囲と非通過範囲との温度差が小さく抑えられているので、通過範囲及び非通過範囲とも、一様に低下した温度分布となる。
なお、ＰＴＣ素子７３は、熱容量が小さいため、電源７６からの電流の供給を停止すると、急激に温度が低下して、例えば１秒以下で、キュリー温度Ｔ０未満に移行する。

そして、図１０（ｃ）に示すように、電源７６から電流を再び供給すると、ソリッドヒータ７１により定着ベルト７８が再加熱される。この場合も、定着ベルト７８の温度は、再加熱の前の温度分布を反映した温度分布になる。
ケースＩＩでは、通過範囲と非通過範囲との境界から端に移行するにつれて低下する温度分布が残ってしまう。特に、定着ベルト７８の端に近い部分（端部）では、温度が低いために、定着温度Ｔｆまで上昇しづらい。
このため、通過範囲が定着温度Ｔｆに到達した時点など、定着ベルト７８の端の部分が定着温度Ｔｆ以下である状態で、大サイズの用紙Ｐ２を通紙すると、定着温度Ｔｆ以下である端の部分において、定着不良を生じてしまう。
そこで、定着ベルト７８の端の温度が定着温度Ｔｆに達するまで待つと、待ち時間（待機時間）が長くなってしまう。

一方、ケースＩでは、再加熱の前において、通過範囲と非通過範囲とで温度差が小さいため、再加熱によっても、通過範囲と非通過範囲とで温度差が小さい。よって、定着ベルト７８の通過範囲及び非通過範囲とで、定着温度Ｔｆになる時間の差が小さい。すなわち、定着温度Ｔｆになるまでの待ち時間（待機時間）が、抵抗体７４を備えない場合に比べて、短くなるとともに、定着不良が抑制される。

なお、図１０（ａ）のケースＩＩに示した通過範囲と非通過範囲との境界近傍の非通過範囲における温度の高い範囲がケースＩにおいて発生しても、この範囲は、定着温度Ｔｆより高くなるので、定着不良を生じない。
この温度の高い範囲は、ソリッドヒータ７１の定着ベルト７８の幅方向Ｗに並べる単位回路Ｕのピッチを小さくすることで、小さく抑えられる。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、ソリッドヒータ７１の単位回路に設けた抵抗体７４は、例えば、メタルグレーズ抵抗器などのチップ抵抗器として説明した。
第２の実施の形態では、抵抗体７４は、抵抗発熱体７２と同様の抵抗部材で構成した。第２の実施の形態では、第１の実施の形態とソリッドヒータ７１の構成が異なり、他の構成は同様である。以下では、異なる部分を説明し、同様の部分の説明を省略する。

＜ソリッドヒータ７１＞
図１１は、図２における矢印ＩＩＩの方向から見た、第２の実施の形態に係るソリッドヒータ７１の図である。
ソリッドヒータ７１は、抵抗発熱体７２、ＰＴＣ素子７３、抵抗体７４でそれぞれが構成される複数の単位（ユニット）回路Ｕと、複数の単位回路Ｕを支持する支持部材７５とを備えている。
ここでは、抵抗体７４は、抵抗発熱体７２が延長されて構成されている。すなわち、抵抗体７４は、例えば、ＡｇＰｄで構成されている。なお、抵抗発熱体７２に対し、抵抗体７４は、異なる材料で構成されていてもよい。
各単位回路Ｕにおいて、抵抗発熱体７２にＰＴＣ素子７３が直列接続され、ＰＴＣ素子７３に抵抗体７４が並列接続されている。すなわち、抵抗体７４はＰＴＣ素子７３に対して並列回路を構成する。

第２の実施の形態のソリッドヒータ７１では、抵抗体７４は抵抗発熱体７２と同時に形成できるとともに、メタルグレーズ抵抗器などのチップ抵抗器を要しない。
すなわち、第２の実施の形態のソリッドヒータ７１は、第１の実施の形態に比べて、製造がより容易になる。

第２の実施の形態におけるソリッドヒータ７１の動作は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

１…画像形成装置、１０…画像形成部、１１、１１Ｋ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙ…画像形成ユニット、５０…搬送部、６０…定着ユニット、７０…ヒータユニット、７１…ソリッドヒータ、７２…抵抗発熱体、７３…ＰＴＣ素子、７４…抵抗体、７５…支持部材、７６…電源、７８…定着ベルト、７９…押圧パッド、８０…加圧ロール

Claims (5)

1. 回転する回転部材と、
   前記回転部材を加熱する発熱体と、当該発熱体に直列に接続された正の温度係数の抵抗素子と、当該抵抗素子に並列に接続された並列回路と、をそれぞれが有し、前記回転部材の幅方向に配置された複数の単位回路と、を備え、
   前記複数の単位回路を構成する各々の単位回路は、前記抵抗素子の温度上昇によって当該抵抗素子の抵抗値が増大した際、前記並列回路を経由して電流が流れることを特徴とする加熱装置。
2. 前記単位回路における前記並列回路は、抵抗値が、前記抵抗素子の温度上昇によって増大する前の抵抗値より大きく、当該抵抗素子の温度上昇により増大した抵抗値より小さいことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記単位回路において、前記抵抗素子の温度上昇によって、前記並列回路を経由して電流が流れることにより、前記回転部材が予め定められた温度に加熱されることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
4. 回転する回転部材と、当該回転部材を加熱する発熱体と、当該発熱体に直列に接続された正の温度係数の抵抗素子と、当該抵抗素子に並列に接続された並列回路と、をそれぞれが有し、前記回転部材の幅方向に配置された複数の単位回路と、を備える加熱装置と、
   前記発熱体により加熱された前記回転部材に接して、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んでニップ部を形成する加圧部材と、を備え、
   前記加熱装置の前記単位回路は、前記抵抗素子の温度上昇によって当該抵抗素子の抵抗値が増大した際、前記並列回路を経由して電流が流れ、
   前記単位回路の少なくとも一つは、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位置に配置されていることを特徴とする定着装置。
5. 回転する回転部材と、当該回転部材を加熱する発熱体と、当該発熱体に直列に接続された正の温度係数の抵抗素子と、当該抵抗素子に並列に接続された並列回路と、をそれぞれが有し、当該回転部材の幅方向に沿って配置された複数の単位回路と、を備える加熱装置と、当該発熱体により加熱された当該回転部材に接して、当該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んでニップ部を形成する加圧部材と、を備え、トナー像を当該記録媒体に定着する定着装置と、
   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、
   前記定着装置の前記加熱装置の前記単位回路は、前記抵抗素子の温度上昇によって当該抵抗素子の抵抗値が増大した際、前記並列回路を経由して電流が流れ、
   前記単位回路の少なくとも一つは、前記搬送部から搬送され、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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