JP2016212132A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像定着時に発熱体の非通紙領域や端部の温度上昇を抑制しつつ、発熱体の通電開始時に大電流が流れることを防止し、消費電力を抑制する定着装置を提供する。
【解決手段】通電することで発熱する発熱部を有する加熱部１２と、加熱部１２にシートＳを押圧する加圧部１３を有し、加熱部１２と加圧部１３とでシートを加熱し加圧することでトナー像をシートＳに定着させる定着装置１１において、前記発熱部は、ＰＴＣ特性を有しない抵抗ヒータ３００と、ＰＴＣ特性を有するＰＴＣヒータ４００を有し、抵抗ヒータ３００とＰＴＣヒータ４００とを電気的に直列に接続し、かつ、シート搬送方向において並べて配置する。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像を記録媒体に定着させる定着装置に関する。また、この定着装置を備えるプリンタなどの画像形成装置に関する。

シート上のトナー画像を加熱定着方式を用いて定着する定着装置においては、記録媒体であるシートのサイズが小さい（小サイズシート）場合、シートが定着装置を通過する際に、シート搬送方向に直交する方向において、シートが通紙されない領域（以下、非通紙領域という）が生まれる。この場合、通紙領域においては、定着装置が備える熱源としての発熱体の熱がシートに奪われるのに対し、非通紙領域においては発熱体の熱がシートに奪われない。従って、定着性を確保するために発熱体を通紙領域の温度を基準として温調制御すると、非通紙領域の温度が上昇し過ぎてしまう。そして、小サイズシートの通紙後にサイズが大きいシート（大サイズシート）を続けて定着すると、トナーが溶け過ぎて定着後の画像に光沢ムラを生じさせるおそれがあった。また、シート搬送方向に直交する方向の発熱体の端部（以下、単に発熱体の端部という）の温度が上昇し、その周囲に配置された部材に高熱による影響を及ぼすおそれがあった。

これに対して、例えば小サイズシートの画像形成の生産性を落とすことや、発熱体の端部付近（非通紙領域付近）に冷却ファンを設置することで、非通紙領域の温度や端部の温度の上昇を防止することも可能ではある。しかし、生産性を落とすことは効率的ではないし、冷却ファンを設けることはファンやダクト等のためにスペースが必要となり装置の大型化を招く。

ここで、特許文献１では、定着装置に用いる発熱体としてＰＴＣ特性（正温度係数特性）を有する素子を使用することで、発熱体の端部の温度上昇を抑制している。ＰＴＣ特性とは、常温付近の温度範囲においてはほぼ一定の抵抗値を示し、ある温度（キュリー温度）を境に急激に電気抵抗値（以下、単に抵抗値という）が上昇する特性をいう。

このＰＴＣ特性を有する発熱体を用いて小サイズシートを通紙する場合、まずシートに熱が奪われる通紙領域において発熱体の温度が低下する。そうすると、通紙領域で定着性を確保できる温度を保つために電力制御部がより高い電圧を印加し、図１６（ａ）に示す様に、通紙領域の温度は再び上昇し、一方でシートに熱が奪われない非通紙領域においてはさらに温度が上昇する。このため、図１６（ｂ）に示す様に、ＰＴＣ特性によって温度が高い非通紙領域の抵抗値が、通紙領域の抵抗値よりも高くなる。そうすると、電流は抵抗値が低い通紙領域部分に選択的に流れ、非通紙領域に流れる電流量が減る。従って、図１６（ｃ）に示す様に、非通紙領域の温度が低下する。

特許４９２８２９３号

しかし、特許文献１に記載の定着装置においては、画像定着時に発熱体が画像の定着性を確保できる温度になるように抵抗値やキュリー温度が定められるため、通電開始前の低温時の発熱体の温度はキュリー温度未満であって抵抗値が低い状態にある。このため、発熱体への通電開始時に高圧の定着バイアスを印加すると、発熱体の抵抗値が低いために大電流が流れ、消費電力が非常に大きくなる。なお、発熱体の温度が上昇してキュリー温度を超えた後は、発熱体の抵抗値が急激に高くなるため、電流量が減少して消費電力も抑えられる。

そこで、本発明の目的は、画像定着時に発熱体の非通紙領域や端部の温度上昇を抑制しつつ、発熱体の通電開始時に大電流が流れることを防止し、消費電力を抑制する定着装置を提供することである。

この目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、通電することで発熱する発熱部を有する加熱部材と、前記加熱部材にシートを押圧する加圧部材を有し、前記加熱部材と前記加圧部材とでシートを加熱し加圧することでトナー像をシートに定着させる定着装置において、前記発熱部は、ＰＴＣ特性を有しない第１の発熱部と、ＰＴＣ特性を有する第２の発熱部を有し、前記第１の発熱部と前記第２の発熱部とを電気的に直列に接続し、かつ、シート搬送方向において並べて配置すること、を特徴とする。

本発明によれば、第１の発熱部はＰＴＣ特性を有しないため、昇温させても抵抗値が急激に上昇することがなく、通電開始前の低温時において高い抵抗値に設定することが可能である。従って、この第１の発熱部とＰＴＣ特性を有する第２の発熱部を電気的に直列に接続することで、発熱部全体として通電開始時の抵抗値を高くすることができる。よって、発熱部の通電開始時に大電流が流れることを防止でき、消費電力を抑制することができる。

また、小サイズシートにトナーを定着する場合において、第２の発熱部はＰＴＣ特性を有するため、非通紙領域の温度が上昇してキュリー温度を超えると抵抗値が急激に上昇し、これによって非通紙領域の温度が下がる。従って、第１の発熱部の非通紙領域の温度が上昇しても、第１の発熱部と第２の発熱部が並べて配置されるため、発熱部全体として非通紙領域のトータルの温度を低く抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の断面概略図である。 本発明の第１実施形態に係る画像形成装置のシステム構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る定着装置の断面概略図である。 本発明の第１実施形態に係る発熱体の断面説明図である 本発明の第１実施形態に係る定着装置の断面説明図である。 本発明の第１実施形態に係る定着装置の断面説明図である。 本発明の第１実施形態に係る発熱体の昇温時の消費電力の推移を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る発熱体の断面説明図である。 本発明の第２実施形態に係る発熱体の斜視説明図である。 本発明の第２実施形態に係る定着ベルトと発熱体の間のトルクの推移を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る定着ベルトの削れた量の推移を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る温度センサの位置を説明する図である。 本発明の第３実施形態に係る定着装置の画像定着時の制御を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る発熱体の温度の推移を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る定着装置の定着試験の結果を示すグラフである。 従来技術を説明するための図である。

（第１実施形態）
＜画像形成装置＞
以下、まず本発明の第１実施形態に係る画像形成装置Ａの全体構成を画像形成時の動作とともに図面を参照しながら説明する。

図１に示す様に、画像形成装置ＡはシートＳにトナー像を転写する画像形成部と、画像形成部へシートＳを供給するシート給送部と、シートＳにトナー像を定着する定着部と、を備える。

画像形成部は、感光体ドラム１、帯電ローラ２、レーザスキャナユニット３、現像装置４、転写ローラ５などを備える。

画像形成に際しては、図２に示すプリント制御部５７がプリント信号を発すると、給送ローラ９及び搬送ローラ８によってシート積載部１０に積載収納されたシートＳが画像形成部に送り出される。

一方、画像形成部においては、帯電ローラ２に帯電バイアスが印加されることにより、帯電ローラ２と接触する感光体ドラム１の表面が帯電させられる。そして、レーザスキャナユニット３が、内部に備える光源（不図示）からレーザ光を出射し、レーザ光を感光体ドラム１に照射する。これにより、感光体ドラム１の電位が部分的に低下して画像情報に応じた静電潜像が感光体ドラム１の表面上に形成される。

その後、現像装置４が備える現像スリーブ６に現像バイアスが印加されることにより、現像スリーブ６から感光体ドラム１表面に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像が形成される。感光体ドラム１表面に形成されたトナー像は、感光体ドラム１と転写ローラ５との間に形成された転写ニップ部に送り込まれる。トナー像が転写ニップ部に到着すると、転写ローラ５にトナーと逆極性の転写バイアスが印加されてトナー像がシートＳに転写される。

その後、トナー像が転写されたシートＳは定着装置１１に送られ、定着装置１１の加熱部１２と加圧部１３との間に形成された定着ニップ部において加熱・加圧され、トナー像がシートＳに定着される。その後、シートＳは排出ローラ１４によって搬送されて排出部１５に排出される。

＜制御部＞
次に、本実施形態に係る画像形成装置Ａの制御部の構成について説明する。

制御部においては、図２に示す様に、ＣＰＵ５０、ＲＯＭ５１、ＳＲＡＭ５２、操作パネル５３がシステムバス５４を通じてそれぞれ接続されており、かつ、これらは統合チップセット５５と接続されている。

ＲＯＭ５１には各種のプログラムや定着温度情報などが記憶されている。また、ＣＰＵ５０はＲＯＭ５１に記憶されたプログラムに基づいて各種の演算処理を行う。また、ＳＲＡＭ５２は、ＣＰＵ５０の演算処理における作業領域として利用される。また、操作パネル５３は、ユーザがシートＳのサイズ情報などを入力するために利用される。

また、ＣＰＵ５０にはプリント制御部５７やスキャナ５６、画像メモリ５９が統合チップセット５５を介して接続されている。このプリント制御部５７は、電力制御部１００や温度センサ６００などと接続されており、温度センサ６００で検知した電圧値から定着装置１１の備える発熱体２０３の温度を検知する。また、電力制御部１００は、発熱体２０３の温度を定着に必要な温度に温調制御するため、電源（不図示）から入力された定着バイアスを制御して適宜出力を行う。

その他、プリント制御部５７にはフォトインタラプタ５８が接続されており、定着装置１１付近にシートＳが到着したか否かを検知することができる。また、ＣＰＵ５０には、統合チップセット５５を介してＳＤＲＡＭなどからなる画像メモリ５９が接続されており、スキャナ５６で読み取った画像データや外部から受信した画像データを一時的に記憶することができる。

＜定着装置＞
次に、本実施形態に係る定着装置１１の全体の構成を、定着動作とともに説明する。

定着装置１１は、図３に示す様に、シートＳに担持されたトナーを加熱し、トナーを溶融させてシートＳに画像を定着させる加熱部１２（加熱部材）を有する。また、回転しながら加熱部１２を付勢し、加熱部１２が有する定着ベルト２０６に回転力を付与して加熱部とともにシートＳを挟持し搬送する加圧部１３（加圧部材）を有する。

まず、加圧部１３は加圧ローラ２０１を備える。加圧ローラ２０１は、中心に軸としての芯金２０２を有する。芯金２０２は両端が回転可能な状態で駆動源（不図示）と接続されており、駆動源から回転力を受けて芯金２０２が回転し、これによって加圧ローラ２０１が回転する。

一方、加熱部１２は、発熱体２０３（発熱部）、発熱体支持部材２０４、板金ステー２０５、定着ベルト２０６などを備える。

発熱体支持部材２０４は、発熱体２０３を支持し、また定着ベルト２０６の内面のガイド部材としての役割を果たす。なお、発熱体支持部材２０４はポリイミド樹脂、フッ素樹脂やこれらの混合樹脂などからなり、耐熱性・断熱性を有する。

板金ステー２０５は、発熱体支持部材２０４の内周側に嵌め込まれ、加圧ローラ２０１から発熱体支持部材２０４が受ける付勢力や発熱体２０３の発熱によって発熱体支持部材２０４が撓むことを防止する。

発熱体２０３は加熱源として、定着ベルト２０６を介してシートＳに熱を付与する。この発熱体２０３は発熱体支持部材２０４の下面中央部であって加圧ローラ２０１側に形成された溝部に嵌入され、耐熱性接着剤で固定支持されている。なお、材料としては安価で加工性が高く、強度に優れた金属、例えば鉄やアルミニウムなどが使用される。

定着ベルト２０６は発熱体支持部材２０４の外周に沿って外嵌された耐熱性を有するエンドレス状のベルトであって、加圧ローラ２０１から回転力を受けて回転してシートＳを搬送する。また、定着ベルト２０６の内面は発熱体２０３と接触しており、発熱体２０３の熱は定着ベルト２０６を介してシートＳに付与される。この定着ベルト２０６は周長の少なくとも一部がテンションレス状態になってルーズに発熱体支持部材２０４に外嵌されている。このため、定着ベルト２０６が回転する際に定着ベルト２０６にテンションが作用する部分は、定着ベルト２０６の定着ニップ部の部分及び定着ニップ部より定着ベルト２０６の回転方向上流側の発熱体支持部材２０４と接触する部分のみとなり、残りの大部分にはテンションが作用しない。従って、定着ベルト２０６の駆動トルクを抑制できる。また、定着ベルト２０６の幅方向の寄りの移動力を小さくすることができるため、定着ベルト２０６の幅方向の端部が定着装置１１のサイド部分に押し当たる状態になったとしても、定着ベルト２０６の剛性（コシの強さ）が幅方向の寄り移動力に十分に打ち勝ってベルト端部のダメージを抑えることができる。

この定着装置１１は、定着に際しては、プリントスタート信号に基づいて、或いは、フォトインタラプタ５８によるシート検知信号に基づいて、加圧ローラ２０１の回転駆動が開始する。また、加圧ローラ２０１から回転力を受け、定着ベルト２０６が回転を開始する。また、これと同時に発熱体２０３に定着バイアスが印加され、発熱体２０３が昇温を開始する。

その後、定着ベルト２０６の回転周速度が定常化し、発熱体２０３の温度がシートＳ上のトナー画像を定着可能な所定の温度まで上昇した状態になると、トナー画像を担持したシートＳが、トナー画像の担持面側を定着ベルト２０６向きにして定着ニップ部に搬送される。そして、発熱体２０３が定着ベルト２０６を介してシートＳに熱を付与し、この熱を受けたシートＳ上のトナー画像が溶融してシートＳに定着される。

その後、シートＳは定着ニップ部を通過し、排出ローラ１４によって排出部１５に搬送される。

＜発熱体＞
次に、本実施形態に係る発熱体２０３の構成を説明する。発熱体２０３は、図４に示す通り、パラジウムをベースとしたＰＴＣ特性を有しない抵抗ヒータ３００（第１の発熱部）と、酸化ルテニウムをベースとしたＰＴＣ特性を有するＰＴＣヒータ４００（第２の発熱部）を有する。これらは、図５に示す様に、シートの搬送方向を短手として配置した基板７０上に、シート搬送方向において並べて設けられる。

また、抵抗ヒータ３００及びＰＴＣヒータ４００に通電する通電手段として、これらを挟み込むような形で基板７０の短手方向の両端に電極７１、７２を設け、この電極７１、７２を給電部７３、７４、及び電源（不図示）とそれぞれ接続する。そして、これらの抵抗ヒータ３００、ＰＴＣヒータ４００、電極７１、７２、給電部７３、７４、電源、電力制御部１００で１つの回路を形成し、この回路において抵抗ヒータ３００とＰＴＣヒータ４００とを電気的に直列に接続する。また、電力制御部１００の制御に基づいて、電源から交流の定着バイアスが抵抗ヒータ３００及びＰＴＣヒータ４００に印加される。

また本実施形態において、ＰＴＣヒータ４００の抵抗値が、昇温開始前の室温と同温（１５℃前後）のときは１Ω、画像定着時（２００℃前後）は４Ωのものを用いる。また、抵抗ヒータ３００の抵抗値が画像定着時（２００℃前後）に１４Ωのものを用いる。なお、抵抗ヒータ３００は上記通りＰＴＣ特性を有しないため、昇温開始前の抵抗値もおおよそ１４Ωとなる。また、抵抗温度係数については、抵抗ヒータ３００は５００（×１０^−６／Ｋ）、ＰＴＣヒータ４００は２０００（×１０^−６／Ｋ）以上であることが望ましい。

また、電極７１、７２、抵抗ヒータ３００、ＰＴＣヒータ４００はそれぞれ絶縁ガラスからなるガラスコート層によって個別に被膜されている。このガラスコート層により、これらの部材と他の部材との間で絶縁性を確保することができる。また、これらの部材が酸化して抵抗値が変化することを防止でき、また機械的な損傷を防止することができる。

上記の構成によれば、昇温前のＰＴＣヒータ４００の抵抗値は１Ωであるものの、抵抗ヒータ３００の抵抗値は１４Ωである。そして、これらは同一回路内において電気的に直列に接続されている。従って、通電開始前の発熱体２０３を含む回路全体の抵抗値は１５Ωとなる。このため、発熱体２０３への通電開始時に高圧の定着バイアスを印加したとき、大電流が流れることを防止でき、消費電力を抑制できる。

また、発熱体２０３への通電開始時に大電流が流れることを抑制できるため、発熱体２０３の温度が急激に上昇することを防止でき、熱衝撃の発生を抑制することができる。

また、画像形成に用いるシートＳのサイズが小さい場合、ＰＴＣヒータ４００の通紙領域では熱がシートＳに奪われて温度が下がり、これによってＰＴＣヒータ４００の通紙領域の抵抗値は低くなる。一方、非通紙部領域では熱がシートＳに奪われないため、抵抗値が低くならない。このため、ＰＴＣヒータ４００内部においては、電流が通紙領域に選択的に流れる。従って、通紙領域の温度を上昇させて定着性を確保しつつ、非通紙領域や端部の温度の上昇を抑えることができる。

また、上記通りＰＴＣヒータ４００の非通紙領域の温度は上昇しにくいため、抵抗ヒータ３００の非通紙領域の温度が上昇しても、発熱体２０３全体としては非通紙領域のトータルの温度を低く抑えることができる。従って、高温によって発熱体２０３の端部付近の部材に悪影響を及ぼすことを防止できる。

また、抵抗ヒータ３００とＰＴＣヒータ４００とは、シートＳの搬送方向において並べて配置されている。このため、画像形成に用いるシートＳが小さい場合、抵抗ヒータ３００の非通紙領域の温度が上昇しても、これと並べて設けられたＰＴＣヒータ４００の非通紙領域の温度が低いため、ＰＴＣヒータ４００が抵抗ヒータ３００の非通紙領域から熱を奪う。従って、発熱体２０３全体として非通紙領域の温度を低く保ち易い。

また、上記通りＰＴＣヒータ４００内では、電流は通紙領域に選択的に流れる。このため、電流方向の下流側に抵抗ヒータ３００を設けると、抵抗ヒータ３００の内部でも、通紙領域に電流が選択的に流れ易くなる。従って、図６に示す様に、ＰＴＣヒータ４００を複数有し、ＰＴＣヒータ４００を発熱体２０３のシート搬送方向における両端に配置することで、定着バイアスの交流、直流問わず常にＰＴＣヒータ４００を電流方向の上流側にすることができる。このため、両発熱体の非通紙領域や端部の温度上昇を抑制する効果がより高まる。

図７は、従来のＰＴＣ特性を有するヒータのみを有する定着装置を備える画像形成装置と、本実施形態に係る抵抗ヒータ３００及びＰＴＣヒータ４００有する定着装置１１を備える画像形成装置Ａにおける、発熱体への通電開始時の消費電力の推移を示すグラフである。従来の構成では通電開始時における発熱体の抵抗値が低いため、図７の線Ａに示す様に大電流が流れて消費電力は１５００Ｗを超えてしまう。一方、本実施形態に係る画像形成装置Ａでは通電開始時における発熱体２０３の抵抗値を高くできるため、図７の線Ｂに示す様に消費電力を１０００Ｗ程度にまで抑制することができた。

なお、本実施形態においては、ＰＴＣヒータ４００の抵抗値を抵抗ヒータ３００の抵抗値よりも小さい値とした。しかしこれに限定されず、発熱体２０３への通電開始時における合成抵抗値が大電流が流れることを防止できる値以上であって、尚且つ、画像定着時に発熱体が定着性を確保できる温度に昇温するように抵抗ヒータ３００及びＰＴＣヒータ４００の抵抗値を設定すれば、上記と同様の効果を得ることができる。また、抵抗ヒータ３００及びＰＴＣヒータ４００の数も上記のものに限られず、それぞれを２つ以上設ける構成としてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る画像形成装置Ａの第２実施形態について図を用いて説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

定着装置１１においては、低温時に連続通紙するときや、厚紙に対して画像を定着させるとき、定着性を確保するために通常よりも高圧の定着バイアスを印加する必要がある。この場合には、シートＳに熱を奪われない発熱体２０３の非通紙領域の温度は上昇する。

なお、発熱体２０３としてＰＴＣ特性を有しない抵抗ヒータ３００とＰＴＣ特性を有するＰＴＣヒータ４００の双方を設けることで、上記通り発熱体２０３の非通紙領域の温度上昇をある程度抑制できる。しかし、このような構成であっても、非通紙領域の温度は通紙領域よりは高くなる。

ここで、定着ベルト２０６と発熱体２０３との間には、定着ベルト２０６が回転する際の抵抗（トルク）を減らすためにグリスなどの潤滑剤を塗布するのが一般的である。しかし、通常よりも高圧の定着バイアスを印加する場合、発熱体２０３の非通紙領域の温度がグリスの蒸発温度を越え、グリスが蒸発してしまうおそれがある。

このように、非通紙領域でグリスが蒸発すると、定着ベルト２０６と発熱体２０３との間のトルクが上昇する。このトルクが上昇すると、定着ベルト２０６が摺動不良を引き起こすおそれがある。また、定着ベルト２０６と発熱体２０３との摺動摩擦により定着ベルト２０６が削られ、定着ベルト２０６や定着装置１１の寿命が短くなってしまう。

そこで、本実施形態に係る定着装置１１は、ＰＴＣヒータ４００の表面であって、ＰＴＣヒータ４００と定着ベルト２０６とが摺動する側の表面に凹部５００を設ける。これにより、非通紙領域の温度が上がりにくいＰＴＣヒータ４００の凹部５００にグリスを積極的に保持させることができ、グリスの蒸発を抑制し易くなる。以下、この構成について説明する。

まず、本実施形態に係る発熱体２０３は、第１実施形態に係る発熱体と同様に、ＰＴＣヒータ４００の抵抗値が、昇温開始前の室温と同温（１５℃前後）のときは１Ω、画像定着時（２００℃前後）は４Ωのものを用いる。また、抵抗ヒータ３００の抵抗値が画像定着時（２００℃前後）に１４Ωのものを用いる。なお、抵抗ヒータ３００はＰＴＣ特性を有しないため、昇温開始前の抵抗値もおおよそ１４Ωとなる。

次に、図８に示す様に、ＰＴＣヒータ４００に対し、ＰＴＣヒータ４００と定着ベルト２０６とが摺動する側の表面に凹部５００を設ける。この凹部５００は複数設けられ、例えば図９（ａ）に示すメッシュ状のものや、図９（ｂ）に示すスリット状のもの、図９（ｃ）に示すドット状のものなどが考えられる。

なお、発熱体２０３がガラスコード層によって被膜されているとき、ＰＴＣヒータ４００の表面とは、発熱体２０３を被膜するガラスコード層の表面を意味する。

このような構成により、非通紙領域の温度が上がりにくいＰＴＣヒータ４００の凹部５００にグリスを積極的に保持させることができる。従って、グリスの蒸発を抑制できる。

なお、この凹部５００は重力方向に５０μｍ以上の深さがあると、グリスを積極的に保持し易くより好ましい。

また、ＰＴＣヒータ４００を抵抗ヒータ３００よりもシート搬送方向の上流側に設けるとより好ましい。これにより、定着ベルト２０６の回転に伴って、ＰＴＣヒータ４００に積極保持されたグリスが回転方向の上流側から下流側へと運ばれて、発熱体２０３と定着ベルト２０６との摺動部全体にグリスが行き届き易くなる。

また、ＰＴＣヒータ４００の画像定着時の温度を、グリスの蒸発温度未満とすることで、グリスの蒸発をより抑制することが可能となる。なお、これを実現する方法としては、蒸発温度が高いグリスを使用する方法や発熱体２０３の抵抗値やキュリー温度を調整して発熱体２０３の温度をグリスの蒸発温度以下に保つ方法などが考えられる。

図１０は、定着ベルト２０６と発熱体２０３の間のトルクの推移を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸には定着装置１１の駆動時間を、縦軸にはトルクの値を示す。また、線ＡはＰＴＣヒータ４００に凹部５００を設けない構成の定着装置１１を示し、線ＢはＰＴＣヒータ４００に凹部５００を設ける構成の定着装置１１を示す。図１０の線Ａに示す様に、ＰＴＣヒータ４００に凹部５００を設けない構成では、定着装置１１の駆動時間が１００時間の時点でトルクは４８．５Ｎ・ｃｍとなった。一方、線Ｂに示す様に、ＰＴＣヒータ４００に凹部５００を設ける構成では定着装置１１の駆動時間が１００時間の時点でトルクは２９．０Ｎ・ｃｍにまで減少した。

また、ＰＴＣヒータ４００に凹部５００を設けない構成の定着装置１１の場合、図１１の線Ａに示す様に、定着枚数が３０万枚に達した時点で定着ベルト２０６は１２μｍ削れて寿命に達した。一方、ＰＴＣヒータ４００に凹部５００を設ける構成の定着装置１１では、図１１の線Ｂに示す様に、定着枚数が３０万枚の時点では定着ベルト２０６は７μｍしか削れておらず、最終的には定着枚数が４０万枚に達した時点で１２μｍ削れて寿命に達した。

さらに、ＰＴＣヒータ４００に凹部５００を設け、尚且つ、定着装置１１が画像を定着する際のＰＴＣヒータ４００の温度をグリスの蒸発温度未満とする構成では、図１１の線Ｃに示す様に、最終的に定着枚数が４５万枚に達した時点で１２μｍ削れて寿命に達した。

従って、以上の構成により、発熱体２０３と定着ベルト２０６との摺動部に塗布された潤滑材の蒸発を抑制することができ、定着ベルト２０６の摺動不良を防止し、定着ベルト２０６や定着装置１１の寿命を延ばすことができることがわかった。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る画像形成装置Ａの第３実施形態について図を用いて説明する。上記第１実施形態又は第２実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

定着装置１１においては、低温時に連続通紙するときや、厚紙に対して画像を定着させるとき、発熱体２０３の温度がシートＳに奪われやすいため、定着性を確保するために発熱体２０３を温調制御して昇温させる必要がある。

しかし、抵抗ヒータ３００とＰＴＣヒータ４００のいずれか一方のみについて温調制御を行う場合、温調制御を行わない方の発熱体の温度が下がり過ぎてしまうことがある。この場合、温調制御を行わない方の発熱体では定着を行えず、定着装置１１の定着性が悪化する。

そこで、本実施形態に係る定着装置１１は、抵抗ヒータ３００の温度を検知する第１温度センサと、ＰＴＣヒータ４００の温度を検知する第２温度センサを備え、抵抗ヒータ３００とＰＴＣヒータ４００のいずれかの温度が閾値以下になったとき、その閾値以下になった方の発熱体を基準に温調制御を行う。

これにより、一方の発熱体の温度が定着性を確保できない温度にまで低下したときは、その発熱体を温調制御することで、双方の発熱体で定着を行うことができる。従って、定着装置１１は安定した定着性を確保することができる。以下、この構成と制御について説明する。

本実施形態に係る定着装置１１は、図１２に示す様に、抵抗ヒータ３００の温度を検知する第１温度センサ７００（第１温度検知手段）、及びＰＴＣヒータ４００の温度を検知する第２温度センサ８００（第２温度検知手段）を有する。

この第１温度センサ７００及び第２温度センサ８００は、各ヒータ上に設けられたセンサ支持体（不図示）の上面中央部に、空洞部を有するクッション材片（不図示）設け、このクッション材片上に空洞部よりやや大きい径を有する熱伝導体薄膜（不図示）を空洞部内に押し込むような形で取り付ける。さらにこの熱伝導体薄膜上に、金属酸化物の混合焼結体からなる温度検知素子（不図示）を接着して固定させる形で取り付ける。また、これらを耐熱性シート（不図示）によって絶縁する。なお、センサ支持体の材質としてはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂などを使用し、熱伝導体薄膜の材質としては、アルミニウムなどの金属箔や、ポリイミドフィルム、シリコンなどを使用することができる。

また、第１温度センサ７００及び第２温度センサ８００はそれぞれＣＰＵ５０と接続され、検知した温度をＣＰＵ５０に出力する。また、ＣＰＵ５０と接続されたＲＯＭ５１には温調制御プログラムや供給電力制御プログラムが記憶されており、このプログラムに基づいてＣＰＵ５０は各温度センサが検知した温度に応じて抵抗ヒータ３００を温調制御するか、或いはＰＴＣヒータ４００を温調制御するかを決定する。

ここで、第１温度センサ７００及び第２温度センサ８００は、定着装置１１が搬送するシートＳのうちの最小サイズのシートＳの搬送経路上のいずれかの位置の発熱体２０３の温度を検知する。例えば、図１２（ａ）に示す様に、画像形成装置Ａが対応できる最小サイズのシートＳの通紙領域に、第１温度センサ７００及び第２温度センサ８００を設ける。これにより、シートＳが発熱体２０３の熱を奪った時の発熱体２０３の温度を正確に検知することができる。

また第１温度センサ７００は、図１２（ｂ）に示す様に、抵抗ヒータ３００のシート搬送方向における端部のうち、前記ＰＴＣヒータ４００が配置される側と反対側の端部の温度を検知する構成とするのが好ましい。これにより、温度検知時にＰＴＣヒータ４００の温度の影響を受けにくく、より正確に抵抗ヒータ３００の温度を検知することができる。

また、第２温度センサ８００も同様に、ＰＴＣヒータ４００のシート搬送方向における端部のうち、抵抗ヒータ３００が配置される側と反対側の端部の温度を検知する構成とするのが好ましい。これにより、温度検知時に抵抗ヒータ３００の温度の影響を受けにくく、より正確にＰＴＣヒータ４００の温度を検知することができる。さらに、本実施形態においては、画像定着時のＰＴＣヒータ４００の抵抗値は、抵抗ヒータ３００の抵抗値よりも低い。従って、定着時においてＰＴＣヒータ４００の温度は抵抗ヒータ３００よりも低くなる。従って、温度検知時に抵抗ヒータ３００の温度に影響を受けにくくすることで、発熱体２０３全体の中の最低温度を検知できる。このため、この最低温度を基準として温調制御することで、定着装置１１の定着性をより確保し易くなる。

また、定着装置１１が画像を定着する際に抵抗値が高い方の発熱体を、画像を定着する際に抵抗値が低い方の発熱体よりもシート搬送方向の上流側に配置するとより好ましい。本実施形態に係る発熱体２０３は、第１実施形態及び第２実施形態に係る発熱体２０３と同様に、ＰＴＣヒータ４００の抵抗値を、昇温開始前の室温と同温（１５℃前後）のときは１Ω、画像定着時（２００℃前後）は４Ωとする。また、抵抗ヒータ３００の抵抗値を画像定着時（２００℃前後）は１４Ωとする。従って、本実施形態においては、抵抗ヒータ３００をＰＴＣヒータ４００よりもシート搬送方向の上流側に配置するとより好ましい。これにより、シート搬送方向の上流側にある温度が高い抵抗ヒータ３００がシートＳに熱を付与し、下流側にある温度が低いＰＴＣヒータ４００からシートＳが奪う熱量を減少させ、温度が低いＰＴＣヒータ４００で定着性を確保し易くなる。

以下、本実施形態に係る画像形成装置Ａの温調制御について、図１３に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、プリントスタート信号に基づいて、画像形成装置Ａが画像形成動作を開始する（Ｓ１）。

次に、画像形成動作が開始されると、第１温度センサ７００が抵抗ヒータ３００の温度を検知し、この検知結果を基に抵抗ヒータ３００を基準に温調制御を開始する（Ｓ２）。

次に、定着装置１１よりもシート搬送方向下流側にあるシート排出センサ（不図示）がシートＳの通紙を検知すると（Ｓ３）、第２温度センサ８００がＰＴＣヒータ４００の温度を検知する（Ｓ４）。これは、発熱体２０３の熱はシートＳによって奪われるため、通紙が行われた後にＰＴＣヒータ４００の温度を検知することでシートＳに熱が奪われた後のＰＴＣヒータ４００の温度を検知するためである。

次に、ＣＰＵ５０はＰＴＣヒータ４００の温度が閾値以下か否かの判断を行う（Ｓ５）。この閾値とは定着装置１１が安定した定着性を確保することができる発熱体２０３の温度のうちの最低温度である。本実施形態においては、この閾値をシートＳに担持されたトナーの融点の温度とする。このようにトナーの融点以下か否かを検知することで、発熱体２０３が定着を行うことができる温度のうちの最低温度以下か否かを検知することができる。なお、本実施形態においてトナーの融点を１８０℃とする。

ここで、ＰＴＣヒータ４００の温度が閾値である１８０℃より高いとき、ＣＰＵ５０は温調制御を切り替えず、引き続き抵抗ヒータ３００を基準に温調制御しながら画像形成動作を継続する（Ｓ７）。

これは、抵抗ヒータ３００とＰＴＣヒータ４００のうち、定着装置１１が画像を定着する際に抵抗値が高い方の発熱体、すなわち本実施形態では抵抗ヒータ３００をメインに温調制御することで、抵抗ヒータ３００の温度が上がり過ぎることを防止するためである。

一方、ＰＴＣヒータ４００が閾値である１８０℃以下のとき、ＣＰＵ５０は抵抗ヒータ３００からＰＴＣヒータ４００へ温調制御の基準を切り替える（Ｓ６）。

その後、所定時間経過後（例えば１０ｍｍｓｅｃ後）に再度ＰＴＣヒータ４００の温度を検知し、ＰＴＣヒータ４００の温度が１８０℃より高くなるまでＰＴＣヒータ４００の温調制御を行う（Ｓ７）。そして、ＰＴＣヒータ４００の温度が閾値である１８０℃より高くになったとき、ＣＰＵ５０はＰＴＣヒータ４００から抵抗ヒータ３００へ温調制御の基準を切り替え（Ｓ８）、その後再び画像定着処理を行う（Ｓ９）。

このように、抵抗ヒータ３００と比べて抵抗値が低く、温度が低いＰＴＣヒータ４００の温度を第２温度センサ８００が監視し、ＰＴＣヒータ４００が定着性を確保できない温度にまで下がったときに温調制御をすることで、ＰＴＣヒータ４００でも定着を行うことができるようになる。従って、各発熱体それぞれで常に定着を行うことができ、定着装置１１は安定した定着性を確保できる。

図１４は、抵抗ヒータ３００とＰＴＣヒータ４００の温度の推移を示すグラフである。図１４に示す様に、上記制御により、時間が経過しても抵抗ヒータ３００（線Ａ）とＰＴＣヒータ４００（線Ｂ）の温度はともに２００℃付近に保たれる。

また、図１５は定着性試験の結果を示すグラフである。この定着性試験は、シートＳに定着された画像の一部を摺擦し、摺擦部と非摺擦部のそれぞれに光を照射し、その反射濃度の差からトナーの定着性を試験するものである。この反射濃度の差が大きいほど、トナーの定着性が悪いことを意味する。なお、本実施形態においては、反射濃度の差が３０％以上になると定着不良と判断する。

抵抗ヒータ３００のみを基準に温調制御する制御の場合、図１５の線Ａに示す様に、定着枚数が増加するにつれて定着性が悪化し、最終的には反射濃度の差が３０％を上回って定着不良を起こす。一方、抵抗ヒータ３００とＰＴＣヒータ４００の双方を基準に温調制御すると、図１５の線Ｂに示す様に、双方の発熱体常に定着を行えるため、定着枚数が増加しても反射濃度の差が３０％を上回らず、定着不良を起こさない。

以上より、上記の制御を行うことで、常に抵抗ヒータ３００とＰＴＣヒータ４００の双方で定着を行うことができ、定着装置１１は安定した定着性を確保することができる。

１…感光体ドラム
２…帯電ローラ
３…レーザスキャナユニット
４…現像装置
５…転写ローラ
６…現像スリーブ
７…クリーニングブレード
８…搬送ローラ
９…給送ローラ
１０…シート積載部
１１…定着装置
１２…加熱部
１３…加圧部
１４…排出ローラ
１５…排出部
５０…ＣＰＵ
５１…ＲＯＭ
５２…ＳＲＡＭ
５３…操作パネル
５４…システムバス
５５…統合チップセット
５６…スキャナ
５７…プリント制御部
５８…フォトインタラプタ
５９…画像メモリ
７１、７２…電極
７３、７４…給電部
１００…電力制御部
２０１…加圧ローラ
２０２…芯金
２０３…発熱体
２０４…発熱体支持部材
２０５…板金ステー
２０６…定着ベルト
３００…抵抗ヒータ
４００…ＰＴＣヒータ
５００…凹部
６００…温度センサ
７００…第１温度センサ
８００…第２温度センサ
Ａ…画像形成装置
Ｓ…シート

Claims (8)

1. 通電することで発熱する発熱部を有する加熱部材と、前記加熱部材にシートを押圧する加圧部材を有し、前記加熱部材と前記加圧部材とでシートを加熱し加圧することでトナー像をシートに定着させる定着装置において、
   前記発熱部は、ＰＴＣ特性を有しない第１の発熱部と、ＰＴＣ特性を有する第２の発熱部を有し、
   前記第１の発熱部と前記第２の発熱部とを電気的に直列に接続し、かつ、シート搬送方向において並べて配置すること、を特徴とする定着装置。
2. 前記第２の発熱部の表面に凹部を有すること、を特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記第２発熱部を、前記第１発熱部よりもシート搬送方向の上流側に配置すること、を特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記第１発熱部の温度を検知する第１温度検知手段と、
   前記第２発熱部の温度を検知する第２温度検知手段と、
   前記第１発熱部及び前記第２発熱部の温度を制御する温調制御手段と、
   を有し、
   前記温調制御手段は、
   前記第１発熱部又は前記第２発熱部のいずれかの温度が閾値以下になったときは、前記閾値以下になった発熱部を基準に温調制御すること、を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記第１温度検知手段は、前記定着装置が搬送するシートのうちの最小サイズのシートの搬送経路上のいずれかの位置の第１発熱部の温度を検知し、
   前記第２温度検知手段は、前記定着装置が搬送するシートのうちの最小サイズのシートの搬送経路上のいずれかの位置の第２発熱部の温度を検知すること、を特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記第１温度検知手段は、前記第１発熱部のシート搬送方向における端部のうち、前記第２発熱部が配置される側と反対側の端部の温度を検知し、
   前記第２温度検知手段は、前記第２発熱部のシート搬送方向における端部のうち、前記第１発熱部が配置される側と反対側の端部の温度を検知すること、を特徴とする請求項４又は請求項５に記載の定着装置。
7. 前記発熱体は前記第２発熱部を複数有し、前記第２発熱部を前記発熱部のシート搬送方向における両端に配置すること、を特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の定着装置を備え、像担持体に形成されるトナー像を転写して画像を形成する画像形成装置。