JP2017227872A

JP2017227872A - ヒータ及び加熱装置

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Publication number: JP2017227872A
Application number: JP2017096894A
Authority: JP
Inventors: 高木　修; Osamu Takagi; 修高木
Original assignee: Toshiba TEC Corp; Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp; Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2037-05-16
Also published as: JP6945342B2

Abstract

【課題】複数の分割領域を有する発熱部を用いて、回転体を加熱するとともに、温度センサへの給電を省スペースで行うことができるヒータを提供する。【解決手段】実施形態のヒータは、絶縁基材と、絶縁基材に形成された、長手方向に複数の分割領域を有する発熱部と、絶縁基材の発熱部を形成した層とは異なる層に形成された、発熱部の温度を検出する温度センサ、及び温度センサへの給電用の配線パターンと、を備え、発熱部、温度センサ及び配線パターンが積層されたことを特徴とする。【選択図】図１０

Description

本実施形態は、ヒータ及び加熱装置に関する。

従来の、定着装置ではヒータにより用紙を加熱するが、用紙が通過しない部分のヒータの温度が極端に上昇するため、ヒータの反り、定着ベルトの劣化、搬送ローラの膨張による速度ムラなどの問題が発生する場合があった。また、用紙が通過しない部分を加熱することは、省エネルギー化の観点からも好ましくない。したがって、用紙が通過する部分のみを集中的に加熱することは、環境対応の観点からも重要な技術課題となっている。

更に、加熱ローラの発熱状況を把握して、温度制御を行なうために温度センサを設ける必要がある。しかしながら、正確な温度制御行なうには、ヒータへの給電用の回路と温度センサとを完全に絶縁した形で配線を行う必要がある。

特許第２６２９９８０号公報特開２０１５−０２８５３１号公報

本発明が解決しようとする課題は、分割された複数の発熱部材を用いるとともに、温度センサへの給電を行うことができるヒータ、及び加熱装置を提供することにある。

本実施形態のヒータは、絶縁基材と、前記絶縁基材に形成された、長手方向に複数の分割領域を有する発熱部と、前記絶縁基材の前記発熱部を形成した層とは異なる層に形成された、前記発熱部の温度を検出する温度センサ、及び前記温度センサへの給電用の配線パターンと、を備え、前記発熱部、前記温度センサ及び前記配線パターンが積層されたことを特徴とする。

第１の実施形態に係る定着装置を含む画像形成装置を示す構成図。第１の実施形態における画像形成部の一部を拡大して示す構成図。第１の実施形態に係る定着装置の一例を示す構成図。第１の実施形態におけるＭＦＰの制御系を示すブロック図。第１の実施形態における加熱部材の基本構成を示す平面図。図５の加熱部材の発熱部材群と駆動回路の接続状態を示す説明図。図６の発熱部材群と用紙の印字領域との位置関係を示す説明図。第１の実施形態における発熱部材群の配置例を示す図。第１の実施形態における加熱部材の要部の構成を示す斜視図及び断面図。第１の実施形態における加熱部材の構成を分解して示す斜視図。第１の実施形態における発熱部材と駆動回路、及び温度センサとセンシング回路の接続状態を示す説明図。第１の実施形態に係る定着装置の変形例を示す構成図。実施形態におけるＭＦＰの制御動作を示すフローチャート。

（第1の実施形態）
図１は、第1の実施形態に係るヒータおよび定着装置（加熱装置）を含む画像形成装置を示す構成図である。図１において、画像形成装置１０は、例えば複合機であるＭＦＰ（Multi-Function Peripherals）や、プリンタ、複写機等である。以下の説明ではＭＦＰを例に説明する。

ＭＦＰ１０の本体１１の上部には透明ガラスの原稿台１２があり、原稿台１２上には自動原稿搬送部（ＡＤＦ）１３が開閉自在に設けられている。また、本体１１の上部には操作部１４が設けられている。操作部１４は、各種のキーを有するオペレーションパネルとタッチパネル式の表示器を有している。

本体１１内のＡＤＦ１３の下部には、読取装置であるスキャナ部１５が設けられている。スキャナ部１５は、ＡＤＦ１３によって送られる原稿または原稿台上に置かれた原稿を読み取って画像データを生成するもので、密着型イメージセンサ１６（以下、単にイメージセンサと呼ぶ）を備えている。イメージセンサ１６は、主走査方向に配置されている。

イメージセンサ１６は、原稿台１２に載置された原稿の画像を読み取る場合は原稿台１２に沿って移動しながら、原稿画像を１ライン分ずつ読み取る。これを原稿サイズ全体にわたって実行し、１ページ分の原稿の読み取りを行う。また、ＡＤＦ１３によって送られる原稿の画像を読み取る場合、イメージセンサ１６は、固定位置（図示の位置）にある。尚、主走査方向は、イメージセンサ１６が原稿台１２に沿って移動するときの移動方向と直交する方向（図１では奥行方向）である。

更に、本体１１内の中央部にはプリンタ部１７を有している。プリンタ部１７は、スキャナ部１５で読み取った画像データや、パーソナルコンピュータなどで作成された画像データを処理して、記録媒体（例えば用紙）に画像を形成する。また本体１１の下部には、各種サイズの用紙を収容する複数の給紙カセット１８を備えている。尚、画像を形成する記録媒体としては、用紙のほかにＯＨＰシート等があるが、以下の説明では、用紙に画像を形成する例を説明する。

プリンタ部１７は、感光体ドラムと、露光器としてＬＥＤを含む走査ヘッド１９を有し、走査ヘッド１９からの光線によって感光体を走査して画像を生成する。プリンタ部１７は、例えパターンデム方式によるカラーレーザプリンタであり、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋを含む。

画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、中間転写ベルト２１の下側に、上流から下流側に沿って並列に配置されている。また、走査ヘッド１９も画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋに対応した複数の走査ヘッド１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋを有している。

図２は、画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋのうち、画像形成部２０Ｋを拡大して示す構成図である。尚、以下の説明において各画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは同じ構成であるため、画像形成部２０Ｋを例に説明する。

画像形成部２０Ｋは、像担持体である感光体ドラム２２Ｋを有する。感光体ドラム２２Ｋの周囲には、回転方向ｔに沿って帯電チャージャ（帯電器）２３Ｋ、現像器２４Ｋ、一次転写ローラ（転写器）２５Ｋ、クリーナ２６Ｋ、ブレード２７Ｋ等を配置している。感光体ドラム２２Ｋの露光位置には、走査ヘッド１９Ｋから光を照射し、感光体ドラム２２Ｋ上に静電潜像を形成する。

画像形成部２０Ｋの帯電チャージャ２３Ｋは、感光体ドラム２２Ｋの表面を一様に帯電する。現像器２４Ｋは、現像バイアスが印加される現像ローラ２４ａによりブラックのトナーを感光体ドラム２２Ｋに供給し、静電潜像の現像を行う。クリーナ２６Ｋは、ブレード２７Ｋを用いて感光体ドラム２２Ｋ表面の残留トナーを除去する。

また、図１に示すように、画像形成部２０Ｙ〜２０Ｋの上部には、現像器２４Ｙ〜２４Ｋにトナーを供給するトナーカートリッジ２８を設けている。トナーカートリッジ２８は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーカートリッジ２８Ｙ，２８Ｍ，２８Ｃ，２８Ｋを含む。

中間転写ベルト２１は、駆動ローラ３１及び従動ローラ３２に張架され、循環的に移動する。また中間転写ベルト２１は感光体ドラム２２Ｙ〜２２Ｋに対向して接触している。中間転写ベルト２１の感光体ドラム２２Ｋに対向する位置には、一次転写ローラ２５Ｋにより一次転写電圧が印加され、感光体ドラム２２Ｋ上のトナー像を中間転写ベルト２１に一次転写する。

中間転写ベルト２１を張架する駆動ローラ３１には、二次転写ローラ３３を対向して配置している。駆動ローラ３１と二次転写ローラ３３間を用紙Ｐが通過する際に、二次転写ローラ３３により二次転写電圧が用紙Ｐに印加される。そして中間転写ベルト２１上のトナー像を用紙Ｐに二次転写する。中間転写ベルト２１の従動ローラ３２付近には、ベルトクリーナ３４を設けている。

また、図１で示すように、給紙カセット１８から二次転写ローラ３３に至る間には、給紙カセット１８内から取り出した用紙Ｐを搬送する給紙ローラ３５を設けている。更に、二次転写ローラ３３の下流には加熱装置である定着装置３６を設けている。また、定着装置３６の下流には搬送ローラ３７を設けている。搬送ローラ３７は用紙Ｐを排紙部３８に排出する。更に、定着装置３６の下流には、反転搬送路３９を設けている。反転搬送路３９は、用紙Ｐを反転させて二次転写ローラ３３の方向に導くもので、両面印刷を行う際に使用される。

図１、図２は実施形態の一例を示すものであり、定着装置３６以外の画像形成装置部分の構造は、図１、図２の例に限定するものではなく、公知の電子写真方式画像形成装置の構造を用いることができる。

図３は、加熱装置である定着装置３６の一例を示す構成図である。定着装置３６は、無端状の回転体である定着ベルト（無端ベルト）４１、加圧体であるプレスローラ４２、ベルト搬送ローラ４３，４４、テンションローラ４５を有している。定着ベルト４１は、弾性層が形成された無端ベルトであり、ベルト搬送ローラ４３，４４及びテンションローラ４５に回転可能に張架されている。テンションローラ４５は、定着ベルト４１に所定の張力を加える。

また定着ベルト４１の内側にあって、ベルト搬送ローラ４３と４４の間に板状の加熱部材（ヒータ）４６を設けている。加熱部材４６は、定着ベルト４１の内側に接触し、定着ベルト４１を介してプレスローラ４２と対向配置している。加熱部材４６は、プレスローラ４２の方向に押圧され、定着ベルト４１とプレスローラ４２との間に所定幅の定着ニップを形成する。

用紙Ｐが定着ニップを通過する際に、熱と圧力で用紙Ｐ上のトナー像を用紙Ｐに定着する。プレスローラ４２は、モータによって駆動力が伝達され回転する（回転方向を図３の矢印ｔで示す）。定着ベルト４１、ベルト搬送ローラ４３，４４及びテンションローラ４５は、プレスローラ４２が回転することで従動する（その回転方向を図３の矢印ｓで示す）する。

回転体である定着ベルト４１は、例えば厚さ５０μｍ（マイクロメートル）のＳＵＳやニッケル基材或いは７０μｍの耐熱樹脂であるポリイミド上の外側に厚さ２００μｍのシリコンゴム層（弾性層）が形成され、最外周はＰＦＡ等の表面保護層で被覆されている。加圧体であるプレスローラ４２は、例えばφ１０ｍｍの鉄棒表面に厚さ５ｍｍのシリコンスポンジ層が形成され、最外周はＰＦＡ等の表面保護層で被覆されている。加熱部材４６の詳細な構成については、後述する。

図４は、第１の実施形態におけるＭＦＰ１０の制御系の構成例を示すブロック図である。制御系は、例えば、ＭＦＰ１０全体を制御するＣＰＵ１００、バスライン１１０、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）１２０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１２１、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１２２、スキャナ部１５、入出力制御回路１２３、給紙・搬送制御回路１３０、画像形成制御回路１４０、定着制御回路１５０を備えており、ＣＰＵ１００と各回路はバスライン１１０を介して接続されている。

ＣＰＵ１００は、ＭＦＰ１０全体を制御するもので、ＲＯＭ１２０或いはＲＡＭ１２１に記憶されたプログラムを実行することにより画像形成のための処理機能を実現する。ＲＯＭ１２０は、画像形成処理の基本的な動作を司る制御プログラム及び制御データなどを記憶する。ＲＡＭ１２１は、ワーキングメモリである。

ＲＯＭ１２０（或いはＲＡＭ１２１）は、例えば、画像形成部２０や定着装置３６等の制御プログラムと、制御プログラムが使用する各種の制御データを記憶する。本実施形態における制御データの具体例としては、用紙の印字領域の大きさ（主走査方向での幅）と通電させる発熱部材との対応関係などが挙げられる。

定着装置３６の定着温度制御プログラムは、トナー像が形成された用紙における画像形成領域の大きさを判定する判定ロジックと、用紙が定着装置３６の内部に搬送される前に画像形成領域が通過する位置に対応する発熱部材のスイッチング素子を選択して通電し、加熱部材４６における加熱を制御する加熱制御ロジックとを含んでいる。

Ｉ／Ｆ１２２は、ユーザ端末やファクシミリ等の各種装置との通信を行う。入出力制御回路１２３は、オペレーションパネル１４ａと表示器１４ｂを制御する。オペレーションパネル１４ａを操作者が操作することで、例えば用紙サイズや、原稿のコピー部数、等を指定することができる。

給紙・搬送制御回路１３０は、給紙ローラ３５或いは搬送路の搬送ローラ３７等を駆動するモータ群１３１等を制御する。給紙・搬送制御回路１３０は、ＣＰＵ１００からの制御信号に基づいて、給紙カセット１８近傍或いは搬送路上の各種センサ１３２の検知結果に応じてモータ群１３１等を制御する。

画像形成制御回路１４０は、ＣＰＵ１００からの制御信号に基づいて感光体ドラム２２、帯電器２３、露光器１９、現像器２４、転写器２５をそれぞれ制御する。

定着制御回路１５０は、ＣＰＵ１００からの制御信号に基づいて定着装置３６のプレスローラ４２を回転する駆動モータ１５１を制御する。また加熱部材４６の発熱部材（後述）への通電を制御する。また定着制御回路１５０は、温度センサ５７で検出した加熱部材４６の温度情報を入力し、加熱部材４６の温度を制御する。尚、本実施形態では定着装置３６の制御プログラム及び制御データをＭＦＰ１０の記憶装置内に記憶してＣＰＵ１００で実行する構成としているが、定着装置３６専用に演算処理装置と記憶装置を別途設ける構成にしてもよい。

図５は、第１の実施形態における加熱部材４６の基本構成を示す平面図である。加熱部材４６は発熱部材群で構成される。図５に示すように、加熱部材４６は、耐熱性の絶縁基材、例えばセラミック基板５０の上に長手方向（図示左右方向）に所定の幅の発熱部材５１を複数本並べて配列している。発熱部材群は、複数の分割領域を有する発熱部を構成する。

発熱部材５１は、例えばセラミック基板５０の一方の面上に発熱抵抗層、或いはグレーズ層及び発熱抵抗層を積層して形成される。グレーズ層はなくても良い。発熱抵抗層は、上述したように発熱部材５１を構成するもので、例えばＴａＳｉＯ_２などの既知の素材で形成され、加熱部材４６の長手方向において所定の長さと所定の個数に分割されている。発熱部材５１の配置の詳細については、後述する。また、加熱部材４６の短手方向、つまり、発熱部材５１の用紙搬送方向（図示上下方向）の両端部には電極５２ａ，５２ｂを形成している。

尚、用紙搬送方向（加熱部材４６の短手方向）は、以下の説明ではＹ方向として説明する。また加熱部材４６の長手方向は、用紙搬送方向と直交する方向であり、用紙に画像を形成するときの主走査方向、つまり用紙幅方向に対応し、以下の説明ではＸ方向として説明する。

図６は、図５の加熱部材４６の、発熱部材群、つまり複数の分割領域を有する発熱部と、その駆動回路の接続状態を示す説明図である。図６において、複数の発熱部材５１は、それぞれ複数の駆動ＩＣ（集積回路）５３１，５３２，５３３，５３４によって個別に通電が制御される。即ち、発熱部材５１の各電極５２ａは、駆動ＩＣ５３１，５３２，５３３，５３４を介して駆動源５４の一端に接続され、各電極５２ｂは、駆動源５４の他端に接続されている。

駆動ＩＣ５３１〜５３４の具体例としては、ＦＥＴで成るスイッチング素子、トライアックス、スイッチングＩＣなどを用いることができる。駆動ＩＣ５３１〜５３４の各スイッチがオンすることで、駆動源５４から発熱部材５１に通電される。したがって、駆動ＩＣ５３１〜５３４は、発熱部材５１の切替部を構成する。駆動源５４は、例えば、交流電源（ＡＣ）や、直流電源（ＤＣ）を使用することができる。尚、以下の説明では、駆動ＩＣ５３１〜５３４を総称して駆動ＩＣ５３と呼ぶ場合がある。

また、駆動源５４に直列に温度調節素子５５を接続してもよい。温度調節素子５５は、例えばサーモスタットでなる。サーモスタット５５は、発熱部材５１の温度によってオン・オフし、発熱部材５１が予め設定した温度（危険温度）になったときにオフして、駆動源５４と発熱部材５１との接続を絶ち、発熱部材５１が異常に加熱されるのを防ぐ。

図７は、図６の発熱部材群と用紙の印字領域との位置関係を説明する図である。ここでは、用紙Ｐが矢印Ｙ方向に搬送されるものとする。図７においては、用紙の印字領域（画像形成領域の幅Ｗ）に対応する位置にある発熱部材５１に接続された駆動ＩＣ５３のスイッチが選択的にオンして通電され、加熱される状態を示している。即ち、用紙Ｐの印字領域のみが集中的に加熱される。

また、定着装置３６内に用紙Ｐが搬送される前に、用紙Ｐの印字領域の大きさが判定される。用紙Ｐの印字領域を判定する方法としては、スキャナ部１５で読み取った画像データや、パーソナルコンピュータなどで作成された画像データの解析結果を利用する方法がある。また、用紙Ｐに対する余白設定などの印刷フォーマット情報に基づいて印字領域を判定する方法や、光学センサの検出結果に基づいて印字領域を判定する方法などが挙げられる。

図８は、第１の実施形態における発熱部材群、つまり複数の分割領域を有する発熱部の配置例を示す図である。定着装置３６に搬送される用紙Ｐのサイズは様々である。例えば、Ａ５サイズ（１４８ｍｍ）、Ａ４サイズ（２１０ｍｍ）、Ｂ４サイズ（２５７ｍｍ）、Ａ４横のサイズ（２９７ｍｍ）が比較的多く用いられる。

そこで、図８では、用紙サイズ（ここでは上述の４種類のサイズ）に対応して、複数のブロックに分割し、複数種の幅の発熱部材５１をＸ方向に分割して配列している。発熱部材群は、搬送される用紙の搬送精度やスキューの発生、或いは非加熱部分への熱の逃げを考慮して、加熱領域に５％程度の余裕を持つように通電される。

例えば、上記の４種類のサイズの中で、最小サイズであるＡ５サイズの幅（１４８ｍｍ）に対応して、Ｘ方向の中央部に第１ブロックの発熱部材５１１を設けている。また、次に大きいＡ４サイズの幅（２１０ｍｍ）に対応して、発熱部材５１１のＸ方向の外側に、第２ブロックの発熱部材５１２，５１３を設けている。同様に、次に大きいＢ４サイズの幅（２５７ｍｍ）に対応して、発熱部材５１２，５１３の外側に第３ブロックの発熱部材５１４，５１５を設けている。また、更に大きいＡ４横サイズの幅（２９７ｍｍ）に対応して、発熱部材５１４，５１５の外側に第４ブロックの発熱部材５１６，５１７を設けている。

そして、各発熱部材（５１１〜５１７）の電極５２ａは、駆動ＩＣ５３１〜５３７を介して駆動源５４の一端に接続され、各電極５２ｂは、駆動源５４の他端に接続されている。尚、図８に示す発熱部材（５１１〜５１７）の分割ブロックの数とそれぞれの幅は一例として挙げたもので、これに限定されるものではない。

こうして、図８では、最小サイズ（Ａ５）の用紙Ｐが搬送された場合には、中央部の第１ブロックの発熱部材５１１に接続された駆動ＩＣ５３１のみがスイッチオンとなる。また用紙Ｐのサイズが大きくなるにつれて、第２〜第４ブロックの発熱部材（５１２〜５１７）に接続された駆動ＩＣ（５３２〜５３７）がそれぞれ順次にスイッチオンとなる。

また、本実施形態では、通紙領域にラインセンサ４０（図１参照）を配置し、通過する用紙のサイズと位置をリアルタイムで判定できるようにしている。或いは、印刷動作の開始時に画像データ或いはＭＦＰ１０内の用紙の貯蔵されている給紙カセット１８の情報から用紙サイズを判定するようにしてもよい。

ところで、加熱部材４６では、定着ベルト４１の温度を管理するため、発熱部材（５１１〜５１７）の温度を、温度センサを用いて把握し、発熱温度を適正に制御する必要がある。しかし、正確な温度制御行なうには、ヒータへの給電用の回路と温度センサとを完全に絶縁した形で配線を行う必要がある。かつ耐熱性の配線が必要であるため、従来では非常に複雑な構成となっていた。

そこで、一実施形態に係るヒータおよび定着装置は、加熱部材の絶縁基材を多層構造とし、絶縁基材に、温度センサと、給電用の配線パターンを積層したものである。また分割した発熱部材のブロック毎に温度センサを設置したものである。

図９は、一実施形態に係る加熱部材４６（ヒータ）の要部の構成を示す図であり、図９（ａ）は、斜視図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の矢印Ａ方向から見た加熱部材４６の断面図であり、図９（ｃ）は、加熱部材４６をＹ方向から見た概略断面図である。

図９の加熱部材４６は、図８の例に対応する。図９では、発熱部材５１１、５１２，５１４，５１６のみを示している。発熱部材５１３，５１５，５１７は、発熱部材５１１を中心にして、発熱部材５１２，５１４，５１６の配置に対して左右対称的に構成であるため、図示は省略する。尚、以下の説明では、発熱部材５１１、５１２，５１４，５１６を総称して発熱部材５１と呼ぶこともある。

図９（ａ）に示すように、耐熱性の絶縁基材であるセラミック基板５０は、多層構造とし、表面の層（図の上部）は、保護層６１となっている。また保護層６１の下に発熱部材の層６２を配置し、その下層に配線パターンの層６３とセンサの層６４を配置している。

図９（ｂ），（ｃ）で示すように、保護層６１は、セラミック基板５０とは異なる材質であり、例えばＳｉ_３Ｎ_４などによって発熱部材５１を覆うように形成されている。発熱部材の層６２は、セラミック基板５０１上に直接、発熱抵抗層が積層されている（或いはセラミック基板５０１上にグレーズ層及び発熱抵抗層が積層されている）。

発熱抵抗層は、発熱部材５１１、５１２，５１４，５１６を構成し、例えばＴａＳｉＯ_２などの既知の素材で形成される。またセラミック基板５０１上の各発熱部材５１は、所定のギャップ５６（図９（ｃ）参照）を置いて、セラミック基板５０１の長手方向（Ｘ方向）に配列している。

配線パターンの層６３は、複数層（図では３層）のセラミック基板５０２，５０３，５０４で構成し、それぞれの層上にスクリーン印刷等によって配線パターン７１を形成している。図９では、配線パターン７１を３つの層のセラミック基板５０２，５０３，５０４に形成しているが、３層以下或いは３層以上の少なくとも１層のセラミック基板に形成してもよい。

セラミック基板５０２，５０３には、例えば、発熱部材５１１，５１２，５１４，５１６へ給電するための個別電極の配線パターンが形成される。またセラミック基板５０４には、発熱部材５１に給電するための共通電極の配線パターンが形成され、セラミック基板５０１，５０２，５０３間は、図９（ｂ）に示すように、スルーホール７２で接続される。スルーホール７２は、例えば基板をスルーした穴に銀ペーストを充填して成る。

また、絶縁基材の、発熱部（複数の発熱部材５１）を形成した層とは異なる層に、発熱部の温度を検出する温度センサ、及び温度センサへの給電用の配線パターンを形成している。即ち、センサの層６４は、絶縁基材の他の層、例えば第５のセラミック基板５０５上に、例えば熱電対で構成された複数の温度センサ５７１，５７２，５７４，５７６を設置している。また、第５のセラミック基板５０５には、各温度センサ５７１，５７２，５７４，５７６に給電するための配線パターン７３を形成している。尚、以下の説明では、温度センサ５７１，５７２，５７４，５７６を総称して温度センサ５７と呼ぶことがある。

複数の温度センサ５７は、発熱部材５１の分割ブロックに対応して設置されている。つまり、用紙サイズに対応して、発熱部材を複数のブロックに分割したとき、第１〜第４ブロックの発熱部材５１１，５１２，５１４，５１６に対応してそれぞれ温度センサ５７１，５７２，５７４，５７６を設けている。またセラミック基板５０４からセラミック基板５０１にかけてスルーホール７２（後述）が形成されている。各層の配線パターン７１，７３の具体例は後述する。

セラミック基板５０１への発熱部材５１（発熱抵抗層）の形成方法は、既知の方法（例えばサーマルヘッドの作成方法）と同様であり、発熱抵抗層の上にアルミニウムや金、銀等で電極層を形成する。隣接する発熱部材間は絶縁される。また、発熱部材５１が露出するようなパターンで、セラミック基板５０１のＹ方向にアルミニウム層や金、銀等で電極５２ａ，５２ｂを形成する。

各発熱部材５１の両端のアルミニウム層（電極５２ａ，５２ｂ）には配線用の導電体５８が接続され、導電体５８は、セラミック基板５０２，５０３，５０４にスクリーン印刷等で形成された配線パターン７１にスルーホール７２で接続され、配線パターン７１に、それぞれ駆動ＩＣ５３のスイッチング素子に繋ぐようにしている。したがって、各発熱部材５１への給電は、駆動源５４から配線パターン７１と導電体５８、及び駆動ＩＣ５３のスイッチング素子を介して行われる。

更に、セラミック基板５０１の発熱部材５１、アルミニウム層（電極５２ａ，５２ｂ）、導電体５８等の全てを覆うように、最上部に上述した保護層６１を形成する。

このような発熱部材群に対して駆動源５４からＡＣやＤＣを供給する場合は、駆動ＩＣのスイッチング素子（トライアック、ＦＥＴ）をゼロクロス回路によってスイッチングし、フリッカにも配慮するとよい。

図１０は、第１の実施形態における加熱部材４６の構成を分解して示す斜視図である。

図１０に示すように、加熱部材４６は、保護層６１の下に耐熱性の多層構造の絶縁基材（第１〜第５のセラミック基板５０１〜５０５）を有する。保護層６１は、例えばＳｉ_３Ｎ_４などによって形成されている。また、第１〜第５のセラミック基板５０１〜５０５間には、複数のスルーホール７２，７４が形成されている。スルーホール７２，７４は、例えば基板をスルーした穴に銀ペーストを充填して成る。

第１のセラミック基板５０１上には、直接、発熱抵抗層が積層されるか、又はセラミック基板５０１上にグレーズ層及び発熱抵抗層が積層される。発熱抵抗層は、発熱部材５１１、５１２，５１４，５１６を構成し、例えばＴａＳｉＯ_２などの既知の素材で形成される。各発熱部材５１は、所定のギャップを置いて、セラミック基板５０１の長手方向（Ｘ方向）に配列している。また第１のセラミック基板５０１上の端部には、ソケット用電極を構成する配線パターン７５，７６を形成している。以下、配線パターン７５，７６をソケットパターンと呼ぶ。

第２のセラミック基板５０２には、スクリーン印刷等によって配線パターン７１２、７１４、７１６を形成している。配線パターン７１２、７１４、７１６は、発熱部材５１２，５１４，５１６へ給電するための個別電極の配線パターンである。

第３のセラミック基板５０３には、スクリーン印刷等によって配線パターン７１１を形成している。配線パターン７１１は、発熱部材５１１へ給電するための個別電極の配線パターンである。また第４のセラミック基板５０４には、発熱部材５１１、５１２，５１４，５１６に給電するための共通電極の配線パターン７１０を形成している。

第５のセラミック基板５０５上には、発熱部材５１１、５１２，５１４，５１６の位置に対応して、例えば熱電対で構成された温度検出用の複数の温度センサ５７１，５７２，５７４，５７６を設置している。また第５のセラミック基板５０５上には、温度センサ５７１，５７２，５７４，５７６へ給電するための個別電極の配線パターン７３１と、共通電極の配線パターン７３２を形成している。

セラミック基板５０１，５０２，５０３，５０４間に設けたスルーホール７２は、発熱部材５１１、５１２，５１４，５１６への給電用であり、一部のスルーホール７２は、ソケットパターン７５に接続されている。また、スルーホール７４は、温度センサ５７１，５７２，５７４，５７６への給電用であり、ソケットパターン７６に接続されている。

また、サーモスタット５５を接続するための配線パターンをセラミック基板５０に配置することもできる。サーモスタット５５用の配線パターンは、例えば、センサの層６４、即ち、第５のセラミック基板５０５に配置する。またソケットパターン７５にサーモスタット５５を接続する配線パターンを設けるとよい。

尚、温度センサを、セラミック基板５０５の裏側表層（裏面）に実装することもできる。この場合は、温度センサの配線として、例えば、絶縁基材の多層構造内の電極形成の手法を用い、スルーホールで裏面に配置した温度センサと結線すればよい。

また、温度センサ５７へ給電するための個別電極の配線パターン７３１と、共通電極の配線パターン７３２を、第５のセラミック基板５０５の裏面に配置してもよい。同様にサーモスタット５５用の配線パターンを、第５のセラミック基板５０５の裏面に配置することもできる。

第５のセラミック基板５０５の裏面に温度センサを実装したり、配線パターンを配置する場合は、第５のセラミック基板５０５の裏面に、保護層６１と同様の保護層を設けるとよい。

このように、サーモスタット５５用の配線パターンも、多層構造のセラミック基板５０のいずれかの層に形成することで、加熱部材４６を構成する回路パターンを１つのセラミック基板５０の層内に全て配置することができ、耐熱性、絶縁性を向上することができる。また外部の回路素子との接続は、ソケットパターン７５，７６を介して行うことができ、配線が簡単になる。

次に発熱部材５１に対する給電について説明する。例えば、発熱部材５１１に対する給電は、図１０の点線で示すように行われる。即ち、ソケットパターン７５の配線パターン７５１を給電開始点とすると、スルーホール７２１、第３のセラミック基板５０３の配線パターン７１１及びスルーホール７２２を介して第１のセラミック基板５０１の発熱部材５１１の電極５２ａに給電される。また発熱部材５１１の電極５２ｂから、スルーホール７２３、第４のセラミック基板５０４の配線パターン７１０及びスルーホール７２４を介して、第１のセラミック基板５０１の配線パターン７５０へと給電される。

そのほかの発熱部材５１２，５１４，５１６への給電も同様に、ソケットパターン７５から、スルーホール７２及び第２のセラミック基板５０２の配線パターン７１２，７１４，７１６を介して発熱部材５１２，５１４，５１６の電極５２ａに給電される。また発熱部材５１２，５１４，５１６の電極５２ｂから、スルーホール７２、第４のセラミック基板５０４の配線パターン７１０及びスルーホール７２を介してソケットパターン７５へと給電される。

また温度センサ５７に対する給電は、ソケットパターン７６から、スルーホール７４及び第５のセラミック基板５０５の配線パターン７３１を介して、温度センサ５７の一端に給電される。また温度センサ５７の他端から、共通の配線パターン７３２及びスルーホール７４を介してソケットパターン７６に給電される。

図１１（ａ）は、第１の実施形態における発熱部材と駆動ＩＣの接続状態を示す説明図であり、（ｂ）は、温度センサとセンシング回路との接続状態を示す説明図である。

図１１（ａ）に示すように、発熱部材５１に対する給電は、ソケットパターン７５から、スルーホール７２、配線パターン７１１、７１２，７１４，７１６を介して発熱部材５１の電極５２ａに給電される。また発熱部材５１の電極５２ｂから、スルーホール７２、配線パターン７１０を介してソケットパターン７５へと給電される。ソケットパターン７５の配線パターン７５０には、駆動源５４が接続され、他のソケットパターン７５には駆動ＩＣ５３が接続される。尚、発熱部材５１３，５１５，５１７用の配線パターン７１は、セラミック基板５０１の他方の端部（図の右）に形成したソケットパターン（図示せず）に接続される。

また図１１（ｂ）に示すように、温度センサ５７に対する給電は、ソケットパターン７６から、スルーホール７４、配線パターン７３１を介して温度センサ５７の一端に給電される。また温度センサ５７の他端から、配線パターン７３２、スルーホール７４を介してソケットパターン７６へと給電される。ソケットパターン７６には、センシング回路７７２，７７４，７７６が接続される。尚、温度センサ５７１用の配線パターン７３１は、セラミック基板の５０５の他方の端部（図の右）に形成したソケットパターン（図示せず）に接続される。

以上述べたように、一実施形態に係るヒータおよび定着装置によれば、発熱部材を形成する絶縁基材（セラミック基板）の内部に、温度センサと、温度センサへの給電用の配線パターンを埋め込むようにしている。したがって、加熱部材４６を全体的に小型化することができる。また温度センサは、発熱部材の分割ブロック毎に設置しているため、発熱している部分の温度を感知して、温度を適正に制御することができる。

さらに、温度センサに対する給電用の配線パターンを、絶縁基材の温度センサが形成された層に形成することにより、発熱部への給電用の配線パターンに対して、温度センサへの給電用の配線パターンを個別に配線設計することができ、基板設計が容易になる。

尚、温度センサ５７は、基本的に発熱部材５１の分割ブロックに対応して設置するが、加熱部材４６の長手方向の両端部に配置した温度センサ５７は、外気の影響を受けて実際の温度よりも低くなる可能性がある。したがって、加熱部材４６の両端部に設置する温度センサは、分割ブロックの中心位置よりも加熱部材４６の内側にシフトした位置に設置すると良い。

また、本実施形態では画像サイズに相当する部分の発熱に関して述べたが、発熱部材を細分化して、画像のあるところのみ加熱させるか、或いは何らかの事情で、部分的に温度差があるところを補正しながら加熱することもできる。

図１２は、第１の実施形態に係る加熱部材４６（ヒータ）および定着装置３６の変形例を示す構成図である。

図１２の定着装置３６は、図３の定着ベルト４１を、円筒状の定着ベルト（無端ベルト）４１１に置換したものである。定着装置３６は、定着ベルト４１１、プレスローラ４２を有している。

プレスローラ４２は、モータによって駆動力が伝達されて回転する（回転方向を図１０の矢印ｔで示す）。プレスローラ４２が回転することで定着ベルト４１１は従動して回転する（その回転方向を図１０の矢印ｓで示す）。また定着ベルト４１１の内側にあって、プレスローラ４２と対向するように板状の加熱部材４６を設けている。

また定着ベルト４１の内側には、円弧状のガイド４７を設け、定着ベルト４１１は、ガイド４７の外周に沿って取り付けられている。また加熱部材４６は、ガイド４７に取り付けた支持部材４８に支持され、加熱部材４６は、定着ベルト４１１の内側に接触し、かつプレスローラ４２の方向に押圧される。したがって、定着ベルト４１１とプレスローラ４２との間に所定幅の定着ニップを形成し、用紙Ｐが定着ニップを通過する際に、熱と圧力で用紙Ｐ上のトナー像を用紙Ｐに定着する。

つまり、定着ベルト４１１は、ガイド４７に支持されながら、加熱部材４６の周りを周回する。また加熱部材４６は、図６又は図８に示す基本構成を有し、図１０に示すように、多層構造のセラミック基板５０に形成される。

次に、上記のように構成されたＭＦＰ１０の印刷時の動作を、図１３のフローチャートを用いて説明する。図１３は、第１の実施形態におけるＭＦＰ１０の制御の具体例を示すフローチャートである。

先ず、Ａｃｔ１（動作１）において、スキャナ部１５が画像データを読込むと、ＣＰＵ１００は、画像形成部２０における画像形成制御プログラムと定着装置３６における定着温度制御プログラムを並列して実行する。

画像形成処理が開始されると、Ａｃｔ２では、読込んだ画像データを処理し、Ａｃｔ３で、感光体ドラム２２の表面に静電潜像が書込まれる。またＡｃｔ４で、現像器２４は、静電潜像を現像する。

他方、定着温度制御処理が開始されると、例えば、ラインセンサ４０の検出信号や、オペレーションパネル１４ａによる用紙選択情報、或いは画像データの解析結果等に基づいて、ＣＰＵ１００は、Ａｃｔ５で、用紙サイズと画像データの印字範囲の大きさをそれぞれ判定する。またＡｃｔ６で、定着制御回路１５０は、用紙Ｐの印字範囲に対応する位置に配置された発熱部材群を発熱対象として選択する。例えば、図８に示した例で、印字領域の幅に対応して中央に配置されている発熱部材５１１が選択される。

次に、ＡＣｔ７で、選択された発熱部材５１への温度制御開始信号をＯＮにすると、選択された発熱部材群への通電が行われ、温度が上昇する。

次に、Ａｃｔ８で、加熱部材４６の内側に配置された温度センサ５７の検出結果をもとに、発熱部材群の温度を検出する。更にＡｃｔ９で、ＣＰＵ１００は、発熱部材群の温度が所定の温度範囲内か否かを判定する。ここで、発熱部材群の温度が所定の温度範囲内であると判定した場合（Ａｃｔ９：Ｙｅｓ）は、Ａｃｔ１０へ進む。一方、発熱部材群の温度が所定の温度範囲内でないと判定した場合（Ａｃｔ９：Ｎｏ）は、Ａｃｔ１１へ進む。

Ａｃｔ１１で、ＣＰＵ１００は、発熱部材群の温度が所定の温度上限値を超えているか否かを判定する。ここで、発熱部材群の検出温度が所定の温度上限値を超えていると判定した場合（Ａｃｔ１１：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１００は、Ａｃｔ１２で、先のＡｃｔ６において選択された発熱部材群への通電をＯＦＦにし、Ａｃｔ８へ戻る。

また、発熱部材群の温度が所定の温度上限値を超えていないと判定した場合（Ａｃｔ１１：Ｎｏ）は、Ａｃｔ９の判定結果より温度が所定の温度下限値に満たない状態であるため、ＣＰＵ１００は、Ａｃｔ１３で、発熱部材群への通電をＯＮ状態に維持、或いは、再度ＯＮにし、Ａｃｔ８へ戻る。

次に、ＣＰＵ１００は、Ａｃｔ１０で、発熱部材群の温度が所定の温度範囲内の状態で、用紙Ｐを転写部に搬送する。また、Ａｃｔ１４で、用紙Ｐにトナー像を転写する。そして用紙Ｐにトナー像を転写した後、用紙Ｐを定着装置３６内に搬送する。

次に、Ａｃｔ１５で、定着装置３６は用紙Ｐにトナー像を定着させる。またＡｃｔ１６で、ＣＰＵ１００は、画像データの印字処理を終了するか否かを判定する。ここで、印字処理を終了すると判定した場合（Ａｃｔ１６：Ｙｅｓ）は、Ａｃｔ１７で、全ての発熱部材群への通電をＯＦＦにし、処理を終了する。一方、画像データの印字処理を未だ終了しないと判定した場合（Ａｃｔ１６：Ｎｏ）、すなわち、印刷対象の画像データが残っている場合には、Ａｃｔ１へ戻り、終了するまで同様の処理を繰り返す。

以上述べたように、本実施形態に係る加熱部材４６（ヒータ）および定着装置３６は、加熱部材４６の発熱部材群が用紙搬送方向Ｙと直交する加熱部材４６の長手方向（Ｘ方向）に分割して配置され、定着ベルト４１の内側に接触して配置される。また画像データの印字範囲（画像形成領域）に対応して発熱部材群のいずれかを選択的に通電する。したがって、加熱部材４６の用紙の非通紙部分の異常発熱を防止でき、非通紙部分の無駄な加熱を抑制できるため、熱エネルギーを大幅に削減することができる。

また絶縁基材に、発熱部材と、温度センサ及び温度センサへの給電用の配線パターンを積層して形成することで、ヒータへの給電用の回路と温度センサとを完全に絶縁した形で配線を行うことができる。かつ、加熱部材４６を全体的に小型化することができる。また、絶縁基材として耐熱性のものを使用することで、耐熱性の配線を行うことができる。

尚、セラミック基板５０への発熱抵抗層の形成や、配線パターンの形成、温度センサの設置につていては、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired ceramics）多層基板で構成することもできる。ＬＴＣＣ多層基板は、配線導体とセラミックス基材を例えば９００℃以下の低温で同時焼成して作る低温焼成積層セラミックス基板として知られている。

また、以上の説明では、図８のように発熱部材を複数のブロックに分割して配置し、温度センサも分割ブロックに対応して設置する例を述べた。しかし、図５に示すように、多数の発熱部材を連続して配列した構成であっても、セラミック基板の層の数を増やし、配線パターンの数を増やせば、１つの絶縁基材の中に発熱部材と、温度センサを配置することができる。この場合、温度センサは、複数の用紙サイズに対応して、加熱部材４６の中央部と周辺部に分散して配置するとよい。

また、絶縁基材は、セラミック以外の耐熱で絶縁性のガラス系材料でも良い。さらに実施形態で述べた金属材料以外で電極を形成することもできる。

尚、本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…画像形成装置
３６…定着装置（加熱装置）
４１…定着ベルト
４２…プレスローラ（加圧体）
４６…加熱部材（ヒータ）
５０…セラミック基板（絶縁基材）
５１…発熱部材
５３１〜５３７…駆動ＩＣ
５５…サーモスタット（温度調節素子）
５７…温度センサ

Claims

絶縁基材と、
前記絶縁基材に形成された、長手方向に複数の分割領域を有する発熱部と、
前記絶縁基材の前記発熱部を形成した層とは異なる層に形成された、前記発熱部の温度を検出する温度センサ、及び前記温度センサへの給電用の配線パターンと、を備え、
前記発熱部、前記温度センサ及び前記配線パターンが積層されたヒータ。
前記発熱部は、複数の発熱部材を複数のブロックに分割して配列し、前記温度センサは、前記複数のブロックに対応して設置されたことを特徴とする請求項１記載のヒータ。
前記温度センサに対する給電用の配線パターンを、前記絶縁基材の前記温度センサが形成された層に形成した請求項１記載のヒータ。
前記発熱部を発熱する駆動源に接続され、前記発熱部が異常に発熱するのを防ぐ温度調節素子に対する配線パターンを、前記絶縁基材の前記温度センサが形成された層に形成した請求項１記載のヒータ。
加熱装置であって、
無端ベルトと、
搬送されるシートに前記無端ベルトを介して対向するヒータと、
前記無端ベルトを挟んで前記ヒータと対向する位置に設置される加圧体と、を有し、
前記ヒータは、
絶縁基材と、前記絶縁基材に形成された、長手方向に複数の分割領域を有する発熱部と、前記絶縁基材の前記発熱部を形成した層とは異なる層に形成された、前記発熱部の温度を検出する温度センサ、及び前記温度センサへの給電用の配線パターンと、を備え、前記発熱部、前記温度センサ及び前記配線パターンが積層されたことを特徴とする加熱装置。