JP2018128618A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ヒータが破損した場合に記録材の加熱が可能範囲を判定する画像形成装置を提供することを目的としている。【解決手段】 記録材８を発熱体３２により加熱するヒータ３と、該ヒータ３の抵抗値の状態を判定する第１の判定手段（ＣＰＵ７０１）と、該第１の判定手段（ＣＰＵ７０１）の判定結果に基づいてヒータ３による加熱を許容する記録材８の加熱可能範囲を判定する第２の判定手段（ＣＰＵ７０１）と、を有することを特徴とする。【選択図】 図６

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に関するものである。

記録材上のトナー像を加熱及び加圧して定着させる定着装置では、電力の利用効率を高めるために定着装置の加熱部材の熱容量を小さくする。これにより加熱部材を定着動作可能温度まで上昇させるまでの電力を小さくすることができる。

大サイズの記録材に対して小サイズの記録材を定着ニップ部に搬送した場合は以下の問題がある。記録材が定着ニップ部を通過する領域の温度よりも記録材が定着ニップ部を通過しない領域の温度が高くなる。

記録材が定着ニップ部を通過しない領域の昇温を抑えるために、小サイズの記録材が定着ニップ部を通過するときは、先行する記録材と、その直後に後続する記録材との間の記録材間隔を広げる。記録材間隔を広げると、大サイズの記録材の生産性に対して、小サイズの記録材の生産性が低下する。

特許文献１では、記録材が定着ニップ部を通過しない領域の過昇温を抑制するために、正の抵抗温度係数（ＰＴＣ：positive temperature coefficient）特性（以下、「ＰＴＣ特性」という）が大きな発熱体が使用される。ここで、ＰＴＣ特性とは、温度が上昇することに伴い、電気抵抗値が上昇する特性である。つまり、温度が上がると電流が流れ難くなり、温度が下がると電流が流れ易くなる特性である。

図３（ａ）〜（ｃ）及び図１４を用いて、ＰＴＣ特性を有する発熱体３２を有するヒータ３の比較例について説明する。図３（ａ）は、ヒータ３の平面説明図である。図３（ｂ）は、ヒータ３の裏面説明図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。図３（ａ）に示すヒータ３は、絶縁体からなる細長い基板３３の長手方向と直行する短手方向（幅方向）の両端部に導電部３４，３５を設けている。導電部３４，３５の間には、ＰＴＣ特性を有する発熱体３２が長手方向に沿って設けられる。交流電源３９から給電部３６，３７に交流電圧が印加されると、給電部３６，３７から導電部３４，３５を介して発熱体３２に交流電流が通電される。これにより発熱体３２が発熱する。

ＰＴＣ特性が小さな発熱体３２で小サイズの記録材が定着ニップ部を通過した場合は、記録材が通過する領域の発熱体３２は、記録材の通過により熱が奪われる。これに対して、記録材が通過しない領域の発熱体３２は、記録材の通過により熱が奪われないため温度が上昇する。

図３（ａ）に示す発熱体３２の場合は、発熱体３２の温度上昇に伴いＰＴＣ特性により発熱体３２自身の電気抵抗が上昇し、発熱体３２に電流が流れ難くなり、発熱が抑えられる。その結果、記録材が通過しない領域の昇温が抑えられる。

このようなヒータ３は、異常昇温時の熱応力や機械的応力により基板３３の短手方向においてヒータ３に割れが生じる場合がある。ヒータ３の構成上、短手方向にヒータ３の割れが発生した場合に、給電部３６，３７や導電部３４，３５や発熱体３２が残って通電経路が確保される。

特開２００９−１０３８８１号公報

しかしながら、通電経路が確保されない部分ではヒータ３が発熱しないため、記録材にトナー像を定着できない領域が生じる。

本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、ヒータが破損した場合に記録材の加熱が可能範囲を判定する画像形成装置を提供するものである。

前記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、記録材を発熱体により加熱する加熱手段と、前記加熱手段の抵抗値の状態を判定する第１の判定手段と、前記第１の判定手段の判定結果に基づいて前記加熱手段による加熱を許容する記録材の加熱可能範囲を判定する第２の判定手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ヒータが破損した場合に記録材の加熱が可能範囲を判定することができる。

本発明に係る画像形成装置の構成を示す断面説明図である。 定着ユニットの構成を示す断面説明図である。 （ａ）は、ヒータの構成を示す平面説明図である。（ｂ）は、ヒータの構成を示す裏面説明図である。（ｃ）は、ヒータと制御系の構成を示す（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 本発明に係る画像形成装置の制御系の構成を示すブロック図である。 ヒータ割れが生じていない箇所を通過可能なサイズの記録材に印刷を行う様子を示すフローチャートである。 ヒータの割れ位置を判定する様子を示すフローチャートである。 大サイズの記録材が正常なヒータを通過したときの時間経過に対する発熱体の電気抵抗値の変化を示す図である。 大サイズの記録材が長手方向の中央部が破損したヒータを通過したときの時間経過に対する発熱体の電気抵抗値の変化を示す図である。 大サイズの記録材が長手方向端部が破損したヒータを通過したときの時間経過に対する発熱体の電気抵抗値の変化を示す図である。 ヒータが破損したときの発熱体の抵抗変化率とヒータの割れ位置との関係を示す図である。 発熱体の抵抗変化率より算出したヒータの割れ位置と、通電状態にある発熱体の長手方向において通過可能な記録材の最大サイズ幅との関係を示す図である。 記録材サイズの長さと幅の一例を示す図である。 本実施形態の効果を説明する図である。 比較例において、ヒータが破損したときの電気抵抗値の変化と異常判定を示す図である。

図により本発明に係る画像形成装置の一実施形態を具体的に説明する。尚、以下に示す数値や構成条件は、参考数値や参考構成であって、これらにより本発明が限定されるものではない。

＜画像形成装置＞
先ず、図１を用いて本発明に係る画像形成装置１５の構成について説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置１５の構成を示す断面説明図である。図１において、２０は、図１の時計回り方向に回転する像担持体となる感光ドラムである。帯電バイアス電源１８から帯電手段となる帯電ローラ１９に帯電バイアスが印加される。これにより感光ドラム２０の表面は、所定の一定電位に帯電される。一様に帯電された感光ドラム２０の表面上には、像露光手段となる露光装置２１により画像情報に応じた光２１ａが照射されて露光される。これにより感光ドラム２０の表面上の露光されたポイントが所定の電位に低下する。これにより感光ドラム２０の表面上に画像情報に応じた静電潜像が形成される。

感光ドラム２０の表面上に形成された静電潜像に対して、現像手段となる現像装置２２から現像剤が供給されてトナー像として現像される。現像装置２２内に収容されたトナー９は、現像剤担持体となる現像スリーブ２３の表面上に一様に担持される。現像スリーブ２３には、図示しない現像バイアス電源から現像バイアスが印加される。露光により低下させた感光ドラム２０の表面上の電位と、現像スリーブ２３に印加する電位との差、つまり電界の作用を利用して現像スリーブ２３の表面上で帯電されているトナー９を感光ドラム２０の表面上に付着させる。

一方、図示しない給送部により給送された記録材８は、図１に示す幅センサ３０により記録材８の搬送方向に対して直交する方向の幅が検知される。その後、記録材８は、転写前ガイド２４によりガイドされて感光ドラム２０の表面と転写手段となる転写ローラ２５とにより形成される転写ニップ部Ｎに搬送される。転写ローラ２５には、転写バイアス電源１２から転写バイアスが印加される。これにより感光ドラム２０の表面上に形成されたトナー像が記録材８に転写される。

転写後に感光ドラム２０の表面上に残留した残トナーは、クリーニング手段となるクリーニングブレード２８により掻き取られて廃トナー容器２９内に収容されて回収される。トナー像が転写された記録材８は、感光ドラム２０と転写ローラ２５とにより挟持搬送されて定着ニップ部１１の入り口ガイド２６にガイドされる。そして、定着手段となる定着ユニット２７の加熱ユニット１と加圧ローラ２とにより形成される定着ニップ部１１に搬送される。

未定着トナー像が担持された記録材８は定着ニップ部１１に搬送される。そして、加熱ユニット１に設けられた定着フィルム４の外周面と、加圧ローラ２とにより挟持搬送される過程においてヒータ３の発熱により加熱及び加圧されてトナー像が熱溶融する。ヒータ３は、記録材８を発熱体３２により加熱する加熱手段を構成する。そして、記録材８にトナー像が熱定着された後、図示しない排出部により機外に排出される。

＜定着ユニット＞
次に、図２を用いて定着ユニット２７の構成について説明する。図２は、定着ユニット２７の構成を示す断面説明図である。図２に示す定着ユニット２７は、外径が３０ｍｍの定着フィルム４を有する加熱ユニット１と、外径が３０ｍｍの加圧ローラ２とを有して構成されている。定着フィルム４の外周面と、加圧ローラ２とによりトナー像を熱定着する定着ニップ部１１が形成される。

＜加熱ユニット＞
加熱ユニット１は、定着ニップ部１１を発熱させる図３（ａ）に示す長尺状の発熱体３２が設けられたヒータ３を有する。更に、定着フィルム４と、ガイド５と、ステー６と、図３（ｂ）に示すヒータ３の温度を検出する温度検出手段となるサーミスタ３８とを有して構成されている。サーミスタ３８（温度検出手段）は、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）に示すヒータ３の発熱面の裏側で発熱体３２の長手方向（図３（ｂ）の左右方向）の略中央部（長手方向の中央部）に設けられる。即ち、ＣＰＵ７０１は、第１の判定手段として、少なくとも発熱体３２の長手方向（図３（ｂ）の左右方向）における中央部の温度をサーミスタ３８の検出結果により判定する温度判定手段を兼ねる。

本実施形態のヒータ３は、セラミックヒータを採用している。ヒータ３は、図３（ａ），（ｃ）に示すように、電気絶縁体からなる長尺状のセラミック製の基板３３の表面上に発熱ペーストを印刷した発熱体３２が設けられる。本実施形態の定着フィルム４は、ポリイミド製で厚さが約７０μｍの円筒形で構成される。これにより図２の時計回り方向に回転する定着フィルム４の内周面が摺動するヒータ３からの熱を該定着フィルム４の外周面に挟持されて搬送される記録材８上のトナー９に効率良く伝えることができる。

ガイド５は、長手方向（図２の奥から手前方向）に沿って複数のリブが設けられている。これによりガイド５の外周面に摺動しつつ回転可能に設けられた定着フィルム４の内周面との摺動抵抗を抑えながら定着フィルム４の回転を補助する。ステー６は、鋼板製で構成される。これによりガイド５を介して加圧ローラ２により押圧されるヒータ３にかかる加圧力を均一にすることができる。

図３（ｂ）に示すように、基板３３の裏面に設けられた温度検知部材となるサーミスタ３８は、ヒータ３の温度変化を検知する。サーミスタ３８の検知結果に基づいてヒータ３の目標温度を決定し、図４に示す制御手段となるＣＰＵ７０１によりヒータ３への電力制御を行ってヒータ３の温度を目標温度（定着温度）に保つ。

＜加圧ローラ＞
加圧ローラ２は、外径が２０ｍｍのアルミニウム製の芯金１０の外周に１×１０^５Ω・ｃｍ程度の体積低効率を有する導電性シリコンゴム１３を被覆し、その上に約６０μｍの絶縁チューブ１４を被覆して形成されている。加圧ローラ２は、図示しない付勢手段となるバネにより定着フィルム４を挟んでヒータ３に対して所定の圧力（ニップ圧）で圧接されている。これにより定着ユニット２７の定着フィルム４の外周面と加圧ローラ２との表面とにより記録材８の搬送方向（図２の左右方向に）５ｍｍ〜８ｍｍの幅の定着ニップ部１１が形成される。

加圧ローラ２は、図４に示す加圧ローラ駆動部３００により図２の反時計回り方向に回転駆動される。定着フィルム４は、加圧ローラ２に従動して図２の時計回り方向に回転する。これにより定着ニップ部１１に搬送された記録材８は、定着フィルム４の外周面と加圧ローラ２の表面とにより挟持されて定着フィルム４の外周面と密着させた状態で搬送される。このように記録材８が定着ニップ部１１に搬送されることで、記録材８上に形成担持された未定着のトナー像がヒータ３の熱と定着ニップ圧とにより定着処理される。

＜ヒータ＞
次に、図３（ａ）〜（ｃ）を用いてヒータの構成について説明する。図３（ａ）は、ヒータの構成を示す平面説明図である。図３（ｂ）は、ヒータの構成を示す裏面説明図である。図３（ｃ）は、ヒータと制御系の構成を示す図３（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。図３（ａ），（ｃ）に示すように、ヒータ３は、絶縁体からなる長尺状の基板３３と、該基板３３の表面上に、該基板３３の長手方向に沿って設けられる長尺状の発熱体３２とを有する。更に、該発熱体３２の長手方向に沿って両側に電気的に接続された長尺状の導電部３４，３５と、各導電部３４，３５の長手方向の一端部にそれぞれ電気的に接続された給電部３６，３７とを有して構成される。

更に、基板３３の表面全体を覆うように図示しない絶縁体からなる絶縁層（絶縁保護層）としてのガラスコーティング層等の絶縁コート層が設けられている。給電部３６，３７には、交流電源３９から交流電流が印加される。これにより給電部３６，３７と、導電部３４，３５とを介して発熱体３２に交流電流が流れてジュール熱が発生し、ヒータ３が発熱する。発熱体３２に印加される交流電流は、制御部７００により制御される。

＜基板＞
本実施形態の基板３３は、アルミナまたは窒化アルミニウム等の材料で厚みが約１．５ｍｍである。基板３３の長手方向（図３（ａ）〜（ｃ）の左右方向）の長さは約３００ｍｍである。また、基板３３の短手方向（図３（ａ），（ｂ）の上下方向）の幅は約１５ｍｍである。

＜導電部＞
電極となる導電部３４，３５は、銀系等の材料を主体とし、それぞれ２ｍｍの幅で形成されている。導電部３４，３５は、基板３３の長手方向（図３（ａ）の左右方向）に沿って互いに並行して設けられている。

＜発熱体＞
発熱体３２の材料は、電気抵抗値Ｒの高い酸化ルテニウム材等を使用して構成される。発熱体３２は、基板３３の長手方向に沿って導電部３４，３５の間に発熱抵抗体ペーストを約７ｍｍの幅でスクリーン印刷した後、高温で焼成する。これにより所定の電気抵抗値Ｒを有する発熱体３２が基板３３上に形成される。発熱体３２の電気抵抗値Ｒは、２０Ω程度に設定される。定着ニップ部１１の長手方向の略全長に亘って発熱体３２が配置される。

＜給電部＞
導電部３４，３５には、銀系等の材料を主体とした給電部３６，３７がそれぞれ電気的に接続されている。給電部３６，３７は、２ｍｍ幅で発熱体３２が電気的に接続された導電部３４，３５の上流側に設けられる。

＜絶縁層＞
基板３３の表面全体を覆う図示しない絶縁層は、ガラス等の材料で構成され、発熱体３２と導電部３４，３５とを覆うように厚さが約１００μｍを有して設けられる。

＜温度検知センサ＞
次に、図３（ｂ），（ｃ）を用いて温度検知センサの構成について説明する。図３（ｂ），（ｃ）に示すように、基板３３の裏面側には、ヒータ３の温度を検知する温度検知センサとなるサーミスタ３８が接触当接して設けられている。サーミスタ３８は、基板３３の表面上に設けられた発熱体３２とは反対側の該基板３３の裏面側に設けられる。尚、発熱体３２が設けられた基板３３の表面上に温度検知センサとなるサーミスタ３８を設けることでも良い。

図３（ｂ），（ｃ）に示す温度ヒューズ３１は、ヒータ３の温度を検知するために設けられたものである。サーミスタ３８は、図示しない支持体上に断熱層を設け、その断熱層の上にチップサーミスタの素子を固定し、その素子を基板３３の裏面に所定の加圧力により加圧して支持体を基板３３の裏面に当接させて構成される。

＜ヒータ３の通電制御＞
図３（ｃ）は、ヒータ３の通電制御回路を示す。制御手段となる制御部７００が印刷動作の信号を受けると、交流電源３９からヒータ３への通電が開始される。制御部７００は、通電制御手段としてのトライアック（TRIAC；半導体スイッチング素子）４１をオンにする。尚、トライアック４１は３端子をもつ半導体スイッチング素子の一種で、双方向に電流を流せることから交流スイッチとして用いられる。これにより交流電源３９から温度検知型安全装置を介してヒータ３の給電部３６，３７に通電される。

ヒータ３は、給電部３６，３７を通じて導電部３４，３５に通電されることで発熱体３２の全域がジュール熱により発熱して昇温する。その昇温に応じて加熱される基板３３の温度をサーミスタ３８が検知する。そして、ヒータ３の温度が目標温度に到達するまで通電を続ける。その間、制御部７００は、サーミスタ３８の出力（検知温度）をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換して取り込む。ヒータ３の温度が目標温度に到達すると、制御部７００は、サーミスタ３８からの出力信号に基づいてトライアック４１によりヒータ３に通電する電力を位相制御、或いは、波数制御等により制御して、ヒータ３の温度制御を行う。

即ち、制御部７００は、サーミスタ３８の検知温度が所定の設定温度よりも低い場合にはヒータ３を昇温させる。一方、サーミスタ３８の検知温度が所定の設定温度よりも高い場合にはヒータ３を降温させるようにトライアック４１を制御する。これによりヒータ３を設定温度に保っている。

図７は、大サイズの記録材８が正常なヒータ３を通過したときの時間経過に対する発熱体３２の電気抵抗値Ｒの変化を示す図である。ここで、ヒータ３の抵抗温度係数（ＴＣＲ；Temperature Coefficient of Resistance）は、８０００ｐｐｍ／℃とした。図７の左側から順に立ち上げ時間Ｔ１、設定温度保持時間Ｔ２、ヒータ３をＯＦＦした冷却時間Ｔ３における発熱体３２の電気抵抗値Ｒの変化を示す。本実施形態では、１０ｍｓｅｃ毎に発熱体３２の電気抵抗値Ｒを検知し、単位時間あたりの発熱体３２の抵抗変化率αを算出する。

図７に示す立ち上げ時間Ｔ１では、発熱体３２の電気抵抗値Ｒは、５秒間で２．７３Ω（３０℃）から６．４７Ω（２００℃）に変化する。このため図７に示す立ち上げ時間Ｔ１における発熱体３２の単位時間あたりの発熱体３２の抵抗変化率αは、０．７４８Ω／ｓｅｃとなる。

一方、図７に示す設定温度保持時間Ｔ２では、発熱体３２の電気抵抗値Ｒを６．４７Ω（２００℃）に一定に保つ。このときの発熱体３２の単位時間あたりの発熱体３２の抵抗変化率αは、該発熱体３２の電気抵抗値Ｒの変化がないため０Ω／ｓｅｃである。また、図７に示す冷却時間Ｔ３では、ヒータ３をＯＦＦすることにより自然冷却する。すると、発熱体３２の電気抵抗値Ｒは、図７に示す設定温度保持時間Ｔ２における６．４７Ω（２００℃）から所定の冷却時間Ｔ３を経て初期状態の２．７３Ω（３０℃）に戻る。

図８は、大サイズの記録材８が長手方向の中央部が破損したヒータ３を通過したときの時間経過に対する発熱体３２の電気抵抗値Ｒの変化を示す図である。図８に示すように、大サイズの記録材８が長手方向の中央部が破損したヒータ３を通過したとき設定温度保持時間Ｔ２における発熱体３２の電気抵抗値Ｒの変化によりヒータ３の異常を検出することができる。

図３（ａ）に示す基板３３の長手方向の右端部（図３（ａ）の右端部）の基準位置ａからヒータ３の長手方向（図３（ａ）の左右方向）に沿ったヒータ３の破損部Ｚまでの距離Ｌ１は、１５０ｍｍであった。図８の左側から順に立ち上げ時間Ｔ１、設定温度保持時間Ｔ２、ヒータ３をＯＦＦした冷却時間Ｔ３における発熱体３２の電気抵抗値Ｒを示す。

図８に示す立ち上げ時間Ｔ１において、発熱体３２の電気抵抗値Ｒは、５秒間で、２．７３Ω（３０℃）から６．４７Ω（２００℃）に変化する。このため発熱体３２の単位時間あたりの発熱体３２の抵抗変化率αは、０．７４８Ω／ｓｅｃとなる。

一方、図８に示す設定温度保持時間Ｔ２において、ヒータ３の破損前は、発熱体３２の電気抵抗値Ｒは、６．４７Ω（２００℃）に一定に保たれる。このときの発熱体３２の抵抗変化率αは、該発熱体３２の電気抵抗値Ｒの変化がないため０Ω／ｓｅｃである。図８に示す設定温度保持時間Ｔ２において、ヒータ３が図３（ａ）の破損部Ｚで破損する。すると、発熱体３２の電気抵抗値Ｒは、６．４７Ω（２００℃）から０．５ｓｅｃ間で１６．１７Ωに変化する。このときの発熱体３２の抵抗変化率αは、１９．４Ω／ｓｅｃである。

正常なヒータ３による通常動作時の発熱体３２の単位時間あたりの抵抗変化率αのうちで、一番大きい値は、図８の立ち上げ時間Ｔ１における発熱体３２の抵抗変化率αが０．７４８Ω／ｓｅｃである。本実施形態では、この数値を閾値Ａとする。そして、発熱体３２の抵抗変化率αが閾値Ａ（０．７４８Ω／ｓｅｃ）より大きな値になったときヒータ３が破損して発熱体３２が破断したと判定する。

図９は、大サイズの記録材８が長手方向端部が破損したヒータ３を通過したときの時間経過に対する発熱体３２の電気抵抗値Ｒの変化を示す図である。図３（ａ）に示すように、ヒータ３が長手方向端部の破損部Ｙで破損した場合に図９に示す発熱体３２の電気抵抗値Ｒの変化により発熱体３２の異常を検出する。

図３（ａ）に示す基準位置ａから破損部Ｙまでのヒータ３の長手方向（図３（ａ）の左右方向）に沿った距離Ｌ２は２０ｍｍであった。図９の左側から順に立ち上げ時間Ｔ１、設定温度保持時間Ｔ２、ヒータ３をＯＦＦした冷却時間Ｔ３の発熱体３２の電気抵抗値Ｒを示す。図９の立ち上げ時間Ｔ１において、発熱体３２の電気抵抗値Ｒは、２．７３Ω（３０℃）から５秒間で６．４７Ω（２００℃）に変化する。このため図９の立ち上げ時間Ｔ１における発熱体３２の単位時間あたりの抵抗変化率αは、０．７４８Ω／ｓｅｃとなる。

一方、図９の設定温度保持時間Ｔ２において、ヒータ３の破損前は、発熱体３２の電気抵抗値Ｒは、６．４７Ω（２００℃）を保つ。このときの発熱体３２の抵抗変化率αは、該発熱体３２の電気抵抗値Ｒの変化がないため０Ω／ｓｅｃである。図９の設定温度保持時間Ｔ２においてヒータ３が図３（ａ）の破損部Ｙで破損すると、発熱体３２の電気抵抗値Ｒは、６．４７Ω（２００℃）から０．５ｓｅｃ間で７．１７Ωに変化する。このときの発熱体３２の抵抗変化率αは、１．４Ω／ｓｅｃである。

正常なヒータ３による通常動作時の発熱体３２の単位時間あたりの抵抗変化率αのうちで、一番大きい値は、図９の立ち上げ時間Ｔ１における発熱体３２の抵抗変化率αが０．７４８Ω／ｓｅｃである。本実施形態では、この数値を閾値Ａとする。そして、発熱体３２の抵抗変化率αが閾値Ａ（０．７４８Ω／ｓｅｃ）より大きな値になったときヒータ３が破損して発熱体３２が破断したと判定する。

図１０は、ヒータ３が破損したときの発熱体３２の抵抗変化率αとヒータ３の割れ位置との関係を示す図である。図１０の縦軸上で示すヒータ３の割れ位置は、図３（ａ）に示す基準位置ａを始点としてヒータ３の長手方向（図３（ａ）の左方向）に沿った離間距離である。ヒータ３の割れ位置（基準位置ａからの離間距離）が大きいほど、発熱体３２の抵抗変化率αは大きくなる。これはヒータ３が割れて発熱体３２が破断したことにより通電状態にある発熱体３２の全体の電気抵抗値Ｒが上がったことによる。

図１１は、発熱体３２の抵抗変化率αより算出したヒータ３の割れ位置と、通電状態にある発熱体３２の長手方向（図３（ａ）の左右方向）において通過可能な記録材８の最大サイズ幅との関係を示す図である。図３（ａ）に示すように、ヒータ３の長手方向の中央部の破損部Ｚで該ヒータ３が破損して発熱体３２が破断する。その場合は、ヒータ３の長手方向右端部に設けられた基準位置ａから図３（ａ）の左方向に向かって１５０ｍｍの領域には発熱体３２に電力が供給されない。このため基準位置ａから図３（ａ）の左方向に向かって１５０ｍｍの領域において記録材８が搬送されてもトナー９を十分に熱定着することができない。

一方、図３（ａ）に示すように、ヒータ３の長手方向端部の破損部Ｙで該ヒータ３が破損して発熱体３２が破断する。その場合は、ヒータ３の長手方向右端部に設けられた基準位置ａから図３（ａ）の左方向に向かって２０ｍｍの領域には発熱体３２に電力が供給されない。しかし、記録材８の搬送方向と直交する方向のサイズ幅が２６０ｍｍ以下の領域には、発熱体３２に電力供給がある。このためトナー９を熱定着することが可能であった。

このようにヒータ３が破損した位置を発熱体３２の抵抗変化率αにより算出し、発熱体３２に電力供給がある領域を通過可能な記録材８の搬送方向と直交する方向のサイズ幅を判定する。即ち、ＣＰＵ７０１（第２の判定手段）は、トナー像を定着可能な記録材８のサイズを判定する。更に、ＣＰＵ７０１（第２の判定手段）は、記録材８に定着可能なトナー像の位置とサイズを判定する。これにより異常昇温時の熱応力や機械的応力により図３（ａ）に示すように、基板３３の短手方向（図３（ａ）の上下方向）に沿ってヒータ３に割れが生じて発熱体３２が破断したと判定する。その場合であっても部品を交換するまでの間は印刷動作を実行することができる。

図４は、本実施形態の画像形成装置１５の制御系の構成を示すブロック図である。図４に示すように、画像形成装置１５は、定着ユニット２７、電流・電圧供給部４００、加圧ローラ駆動部３００、画像プロセス部２００、操作部１００、光学部６００、制御手段となる制御部７００を有している。制御部７００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算装置）７０１を有する。更に、Ｉ／Ｆ（インターフェース）部７０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）７０３とを有する。更に、ＲＯＭ（Read Only Memory）７０４とを有している。

操作部１００は、外部からの操作指示を制御部７００のＣＰＵ７０１に出力する。画像プロセス部２００は、ＣＰＵ７０１による制御に従って、露光装置２１から出力される画像データに基づいて感光ドラム２０の表面にトナー像を形成し、形成したトナー像を図示しない給送部から給送される記録材８上に転写する。加圧ローラ駆動部３００は、ＣＰＵ７０１による制御に従って、加圧ローラ２を回転駆動する。

操作部１００及び図示しないホストコンピュータから入手した印刷情報からＣＰＵ７０１により発熱体３２に通電する交流電流の通電パターンを制御し、ヒータ３を発熱させる。個別に通電を制御する通電パターンは、９半波を１ブロックの通電パターンとし、周波数が５０Ｈｚの場合の１半波は１０ｍｓｅｃとなる。このため１０ｍｓｅｃ毎にトライアック４１のスイッチングにより電極を切り換える方法等がある。尚、個別に発熱体３２への通電を制御する方法は、これらに限定するものではない。

図３（ｃ）に示すように、給電部３６と給電部３７との間には、交流電源３９と、発熱体３２の電気抵抗値（以下、単に「抵抗値」という）Ｒを検出する抵抗値検出手段を構成する電流検出部５００が設けられている。更に、トライアック４１と、スイッチ４２と、温度ヒューズ３１とが直列に接続されている。

ＣＰＵ７０１は、電流検出部５００により１０ｍｓｅｃ毎に測定した電流値に基づいて発熱体３２の電気抵抗値Ｒを算出し、記憶手段となるＲＡＭ７０３に随時、記憶して保存する。図７〜図９に示す立ち上げ時間Ｔ１、設定温度保持時間Ｔ２、冷却時間Ｔ３における任意の時刻ｔ１での発熱体３２の電気抵抗値をＲ１とする。同じく任意の時刻ｔ２（＞ｔ１）での発熱体３２の電気抵抗値をＲ２とする。

ＣＰＵ７０１は、以下の数１式を用いて単位時間あたりの発熱体３２の抵抗変化率αを計算する。即ち、ＣＰＵ７０１は、電流検出部５００（抵抗値検出手段）により検出された発熱体３２の電気抵抗値Ｒの変化率を算出する変化率算出手段を兼ねる。本実施形態では、電流検出部５００（抵抗値検出手段）と、ＣＰＵ７０１（変化率算出手段）とにより定着ニップ部１１の長手方向（図３（ａ）の左右方向）の発熱分布を検出する発熱分布検出手段を構成する。即ち、ＣＰＵ７０１は、ヒータ３（加熱手段）の抵抗値の状態を判定する第１の判定手段を兼ねる。

［数１］
α＝（Ｒ２−Ｒ１）／（ｔ２−ｔ１）

図７〜図９に示す立ち上げ時間Ｔ１における抵抗変化率αは、本実施形態では、０．７４８である。ＣＰＵ７０１により前記数１式を用いて計算された発熱体３２の抵抗変化率αが所定の値（０．７４８）よりも大きい場合がある。その場合には、図８及び図９に示すように、設定温度保持時間Ｔ２においてヒータ３の割れにより発熱体３２の破断が発生したと判定する。

Ｉ／Ｆ部７０２は、ＣＰＵ７０１と、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを接続するためのデバイスであり、具体的には、ＬＡＮカードやＬＡＮボード等により構成される。Ｉ／Ｆ部７０２は、外部から送信される画像形成の実行指示を受信してＣＰＵ７０１に出力する。

ＲＯＭ７０４は、画像形成装置１５を制御するためのＣＰＵ７０１が実行するプログラムを保持している。具体的には、加圧ローラ２を回転制御するプログラム７０４ａ、温度制御プログラム７０４ｂが記憶されている。更に、供給電力制御プログラム７０４ｃ、前記数１式で示す単位時間あたりの発熱体３２の抵抗変化率αを計算する抵抗変化率算出プログラム７０４ｄが記憶されている。更に、ヒータ３が破損した位置を発熱体３２の抵抗変化率αにより算出し、発熱体３２に電力供給がある領域を通過可能な記録材８の搬送方向と直交する方向のサイズ幅を算出するプログラム７０４ｅ等が記憶されている。

ＣＰＵ７０１は、ＲＯＭ７０４に記憶されたプログラム７０４ｅを実行する。これにより電流検出部５００と該ＣＰＵ７０１からなる発熱分布検出手段により定着ニップ部１１の長手方向（図３（ａ）の左右方向）の発熱分布が検出される。ＣＰＵ７０１は、その検出結果（変化率算出手段により算出された算出結果）に応じて該定着ニップ部１１を通過可能な記録材８のサイズを判定する判定手段を兼ねる。

次に、図５を用いてヒータ３に割れが生じていない箇所を通過可能なサイズの記録材８に印刷を行う動作について説明する。図５は、ヒータ３に割れが生じていない箇所を通過可能なサイズの記録材８に印刷を行う様子を示すフローチャートである。図５のステップＳ１において、画像形成装置１５に設けられた制御手段となるＣＰＵ７０１は、操作部１００及び図示しないホストコンピュータから送られる印刷情報を入手し、印刷動作を開始する。

次に、ステップＳ２において、ＣＰＵ７０１は、ヒータ３への通電を開始する。次に、ステップＳ３において、ＣＰＵ７０１は、ヒータ３に通電が開始されると同時に発熱体３２に通電されている電流量を図３に示す電流検出部５００により検知して発熱体３２の電気抵抗値Ｒに換算する。図３に示す交流電源３９から発熱体３２に印加される交流電圧値と電流検出部５００により検知した交流電流値とを用いてオームの法則により発熱体３２の電気抵抗値Ｒに換算することができる。

一方、図４に示すように、ＣＰＵ７０１には、タイマ７が接続されており、該タイマ７は、発熱体３２に電流が印加された開始時刻ｔ０からの経過時間を計測する。ＣＰＵ７０１は、電流検出部５００により検知した交流電流値に基づいて換算した発熱体３２の電気抵抗値Ｒと、電流検出部５００により検知した時刻ｔとを関連付けて随時、ＲＡＭ７０３に記憶して保存する。

次に、ステップＳ４において、ＣＰＵ７０１は、ＲＡＭ７０３に記憶された時刻ｔ１での発熱体３２の電気抵抗値Ｒ１を考慮する。更に、時刻ｔ１から１０ｍｓｅｃが経過した時刻ｔ２での発熱体３２の電気抵抗値Ｒ２を考慮する。これらを用いて前記数１式から単位時間あたりの発熱体３２の抵抗変化率αを計算する。

本実施形態では、ヒータ３に最初に通電した際にサーミスタ３８が検出した温度が所定の温度から定着可能な温度に上昇するまでの単位時間あたりの発熱体３２の抵抗変化率αを閾値Ａと規定し、ＲＡＭ７０３に記憶して保存する。

次に、ステップＳ５において、ＣＰＵ７０１は、任意の時刻ｔの発熱体３２の抵抗変化率αがＲＡＭ７０３に記憶された閾値Ａ以下か否かを判定する。前記ステップＳ５において、任意の時刻ｔの発熱体３２の抵抗変化率αが閾値Ａ以下の場合は、図７に示すように、発熱体３２に破断が生じていないと判定し、ステップＳ６に進んで、通常の印刷動作を開始する。

次に、ステップＳ７において、ＣＰＵ７０１は、印刷動作が終了したか否かを判定し、印刷動作が終了していれば、ステップＳ８に進んで終了する。前記ステップＳ７において、印刷動作が終了していなければ、前記ステップＳ３に戻る。

前記ステップＳ５において、任意の時刻ｔの発熱体３２の抵抗変化率αが閾値Ａよりも大きいと判定した場合は、ステップＳ９に進んで、ＣＰＵ７０１は、図８及び図９に示すように、発熱体３２に破断が生じたと判定し、ヒータ３への通電をＯＦＦする。

その後、ステップＳ１０に進んで、ＣＰＵ７０１は、図６のステップＳ２１〜Ｓ２７に示すヒータ３の割れ位置判定のシーケンスへと移行する。図６のステップＳ２１において、ＣＰＵ７０１は、図５のステップＳ４で算出した発熱体３２の抵抗変化率αがＲＯＭ７０４に記憶された所定の閾値Ｂ以下か否かを判定する。尚、閾値Ｂは、図５のステップＳ５における「閾値Ａ（０．７４８Ω／ｓｅｃ）」よりも大きく、図１３に示されたヒータ３の割れ位置に対応して発熱体３２の抵抗変化率αが「１．４」、「４．６」、「６．５」から適宜選択された閾値である。

前記ステップＳ２１において、図５のステップＳ４で算出した発熱体３２の抵抗変化率αが閾値Ｂ以下であると判定した場合は、ステップＳ２２に進んで、ＣＰＵ７０１は、操作部１００に設けられた操作パネル上にアラーム表示を出す。

次に、ステップＳ２３に進んで、ＣＰＵ７０１は、図５のステップＳ４で算出した発熱体３２の抵抗変化率αから図１０に示すヒータ３が破損したときの発熱体３２の抵抗変化率αとヒータ３の割れ位置との関係を用いてヒータ３の割れ位置を算出する。

次に、ステップＳ２４に進んで、前記ステップＳ２３で算出されたヒータ３の割れ位置に応じて、図１１に示す発熱体３２の抵抗変化率αより算出したヒータ３の割れ位置を考慮する。更に、通電状態にある発熱体３２の長手方向において通過可能な記録材８の最大サイズ幅を考慮する。これらの関係を用いて通過可能な記録材８の搬送方向と直交する方向の最大サイズ幅が算出される。

次に、ステップＳ２５において、ＣＰＵ７０１は、前記ステップＳ２４で算出された通過可能な最大サイズ幅よりも小さいサイズの記録材８を図１２に示す記録材８のサイズデータを用いて通過可能なサイズとしてＲＡＭ７０３に記憶して保存する。その後、ステップＳ２６に進んで、シーケンスを終了する。

前記ステップＳ２１において、図５のステップＳ４で算出した発熱体３２の抵抗変化率αが閾値Ｂよりも大きい場合は、ステップＳ２７に進んで、ＣＰＵ７０１は、操作部１００に設けられた操作パネル上にエラー表示を出す。その後、前記ステップＳ２６に進んで、シーケンスを終了する。

次に、図５のステップＳ１１に進んで、ＣＰＵ７０１は、図６に示すステップＳ２１〜Ｓ２７に示すヒータ３の割れ位置判定シーケンスにより判定された通過可能な記録材８のサイズがあるか否かを判定する。前記ステップＳ１１において、通過可能な記録材８のサイズがある場合には、前記ステップＳ２に戻り、ヒータ３の通電を開始する。前記ステップＳ１１において、通過可能な記録材８のサイズが無い場合には、前記ステップＳ８に進んで、シーケンスを終了する。

図１３は、本実施形態の効果を説明する図である。図１３に示すように、発熱体３２の抵抗変化率αが「０≦α≦０．７４８（＝閾値Ａ）」の場合は、ヒータ３に異常はないと判定し、通常の印刷動作が行われる。発熱体３２の抵抗変化率αが「０．７４８＜α≦１．４」の場合は、ヒータ３の割れ位置は、図３（ａ）に示す基準位置ａから図３（ａ）の左方向に向かって２０ｍｍ以下であると判定される。

図１４に示す比較例では、発熱体３２の抵抗変化率αが閾値Ａを超えているため操作部１００に設けられた操作パネル上にエラー表示され、印刷動作は出来なくなる。しかし、本実施形態では、前記ステップＳ２１において発熱体３２の抵抗変化率αが閾値Ｂ以下であれば、前記ステップＳ２２に進む。前記ステップＳ２２において、アラーム表示され、Ｂ４サイズの幅（２５７ｍｍ）以下のサイズの記録材８までが通電状態にある発熱体３２の領域に対応する定着ニップ部１１の範囲内を通過可能となる。

図１２は、記録材サイズの長さと幅の一例を示す図である。図１２に示すように、Ｂ４サイズの幅（２５７ｍｍ）以下のサイズとは、Ｂ４サイズ、Ｂ５サイズ、Ａ４Ｒサイズ、Ｂ５Ｒサイズが対象となる。これらのサイズの記録材８は、通電状態にある発熱体３２の領域に対応する定着ニップ部１１の範囲内を通過可能となった。尚、Ａ４Ｒサイズ、Ｂ５Ｒサイズは、記録材８の長手方向を搬送方向と平行にして搬送する場合である。Ｂ４サイズ、Ｂ５サイズは、記録材８の短手方向を搬送方向と平行にして搬送する場合である。

発熱体３２の抵抗変化率αが「１．４＜α≦４．６」の場合は、ヒータ３の割れ位置は、図３（ａ）に示す基準位置ａから図３（ａ）の左方向に向かって４３ｍｍ以下であると判定される。図１４に示す比較例では、操作部１００に設けられた操作パネル上にエラー表示され、印刷動作は出来なくなる。しかし、本実施形態では、前記ステップＳ２１において発熱体３２の抵抗変化率αが閾値Ｂ以下であれば、前記ステップＳ２２に進む。前記ステップＳ２２において、アラーム表示され、Ａ４Ｒサイズ幅（２１０ｍｍ）以下のサイズの記録材８までが通電状態にある発熱体３２の領域に対応する定着ニップ部１１の範囲内を通過可能となる。

図１２に示すように、Ａ４Ｒサイズ幅（２１０ｍｍ）以下のサイズとは、Ａ４Ｒサイズ、Ｂ５Ｒサイズが対象となり、これらのサイズの記録材８は、通電状態にある発熱体３２の領域に対応する定着ニップ部１１の範囲内を通過可能となった。

発熱体３２の抵抗変化率αが「４．６＜α≦６．５」の場合は、ヒータ３の割れ位置は、図３（ａ）に示す基準位置ａから図３（ａ）の左方向に向かって５７ｍｍ以下であると判定される。図１４に示す比較例では、操作部１００に設けられた操作パネル上にエラー表示され、印刷動作は出来なくなる。しかし、本実施形態では、前記ステップＳ２１において発熱体３２の抵抗変化率αが閾値Ｂ以下であれば、前記ステップＳ２２に進む。前記ステップＳ２２において、アラーム表示され、Ｂ５Ｒサイズ幅（１８２ｍｍ）以下のサイズの記録材８までが通電状態にある発熱体３２の領域に対応する定着ニップ部１１の範囲内を通過可能となる。

発熱体３２の抵抗変化率αが「α＞４．６」の場合は、ヒータ３の割れ位置は、図３（ａ）に示す基準位置ａから図３（ａ）の左方向に向かって５７ｍｍよりも大きいと判定される。図１４に示す比較例におけるヒータ３の破損検知は、発熱体３２の抵抗変化率αが所定の値を超えた場合にエラー表示を行い、印刷動作はできなかった。本実施形態ではヒータ３が破損した位置を発熱体３２の抵抗変化率αにより算出する。そして、通電状態にある発熱体３２の領域に対応する定着ニップ部１１の範囲内を通過可能な記録材８の搬送方向と直交する方向のサイズ幅を判定する。

これにより異常昇温時の熱応力や機械的応力により基板３３の短手方向に沿ってヒータ３に割れが生じて発熱体３２に破断が発生したと判定する。その場合であっても部品を交換するまでの間は、残りの通電状態にある発熱体３２の領域に対応する定着ニップ部１１の範囲内を通過可能な記録材８のみを搬送して印刷動作を行うことができる。

本実施形態では、ヒータ３が破損した場合でも通電状態が確保された領域内を通過可能な記録材８のサイズを判定することができる。これにより異常昇温時の熱応力や機械的応力により図３（ａ）に示す基板３３の短手方向（図３（ａ）の上下方向）において、ヒータ３に割れが生じて発熱体３２が破断したと判定する。その場合であってもヒータ３に割れが生じていない箇所を通過可能なサイズの記録材８の場合は、部品交換を待たずに印刷動作をすることが可能となる。

尚、本実施形態では記録材８のサイズを判定したが、記録材８上のトナー像がヒータ３の通電状態が確保された領域内を通過するのであれば、画像の記録を行うことが可能である。従って、記録材８のサイズによらず、記録する画像の位置やサイズに応じて印刷動作を許可するようにしても良い。

本実施形態では、ヒータ３が破損した位置を発熱体３２の抵抗変化率αにより算出した。他に、発熱体３２の抵抗の状態を判定するものとして、定着ニップ部１１の長手方向における発熱分布を検出する検出手段を用いても良い。例えば、発熱体３２の電気抵抗値Ｒが記録材８のサイズ毎に設けた所定の値よりも大きくなることでヒータ３が破損した位置を算出しても良い。また、ヒータ３の長手方向に沿ってサーミスタを複数個設けて該サーミスタの検知結果によりヒータ３が破損した位置を算出しても良い。また、それらを組み合わせてヒータ３が破損した位置を算出しても良い。

例えば、ヒータ３の長手方向に沿って複数のサーミスタを１０ｍｍピッチで並べる。そして、該サーミスタの検知結果によりヒータ３の発熱分布を検出する。そして、通常時との温度差が所定の値よりも大きくなった検知結果のサーミスタの位置をヒータ３が破損した位置として算出しても良い。即ち、ＣＰＵ７０１は、ヒータ３（加熱手段）の加熱温度が所定温度以上に上昇不可となる領域を判定する第１の判定手段を兼ねる。

ヒータ３の破損時に通過可能な最大サイズ幅よりも小さいサイズの記録材８が通過した際に残りの通電状態にある発熱体３２の領域に対応する定着ニップ部１１の範囲内の記録材８が通過しない領域でヒータ３が発熱する。即ち、ＣＰＵ７０１は、ヒータ３（加熱手段）の抵抗値の状態を判定した判定結果に基づいて、該ヒータ３による加熱を許容する記録材８の加熱可能範囲を判定する第２の判定手段を兼ねる。また、ＣＰＵ７０１は、ヒータ３（加熱手段）の加熱温度が所定温度以上に上昇不可となる領域を判定した判定結果に基づいて、該ヒータ３による加熱を許容する記録材８の加熱可能範囲を判定する第２の判定手段を兼ねる。

これを防ぐために、制御手段となるＣＰＵ７０１は、電流検出部５００及びＣＰＵ７０１（発熱分布検出手段）により検出された検出結果に応じてヒータ３の発熱体３２に供給する電力を変更（減少）する。

即ち、ＣＰＵ７０１（第１の判定手段）の判定結果に基づいて、発熱体３２に供給する電力を変更（減少）する制御手段をＣＰＵ７０１が兼ねる。或いは、ＣＰＵ７０１（第１の判定手段）の判定結果に基づいて、発熱体３２の温調温度を変更（減少）する制御手段をＣＰＵ７０１が兼ねる。

或いは、ＣＰＵ７０１（第１の判定手段）の判定結果に基づいて、記録材８がヒータ３（加熱手段）を通過する間隔を変更（大きく）する制御手段をＣＰＵ７０１が兼ねる。記録材８がヒータ３（加熱手段）を通過する間隔とは、先行する記録材８と、その直後に後続する記録材８との間の通過間隔である。

ＣＰＵ７０１は、定着ニップ部１１の長手方向における発熱分布や発熱体３２の抵抗変化率αに応じて発熱体３２に供給する電力や温調温度を減少させても良い。また、記録材８間の通過間隔を大きくしても良い。

３…ヒータ（加熱手段）
８…記録材
３２…発熱体
７０１…ＣＰＵ（制御手段；第１、第２の判定手段；温度判定手段）

Claims (8)

1. 記録材を発熱体により加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段の抵抗値の状態を判定する第１の判定手段と、
   前記第１の判定手段の判定結果に基づいて前記加熱手段による加熱を許容する記録材の加熱可能範囲を判定する第２の判定手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 記録材を発熱体により加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段の加熱温度が所定温度以上に上昇不可となる領域を判定する第１の判定手段と、
   前記第１の判定手段の判定結果に基づいて前記加熱手段による加熱を許容する記録材の加熱可能範囲を判定する第２の判定手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記第２の判定手段は、トナー像を定着可能な記録材のサイズを判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記第２の判定手段は、記録材に定着可能なトナー像の位置とサイズを判定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項に記載の画像形成装置。
5. 前記第１の判定手段の判定結果に基づいて前記発熱体に供給する電力を変更する制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記第１の判定手段の判定結果に基づいて前記発熱体の温調温度を変更する制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記第１の判定手段の判定結果に基づいて記録材が前記加熱手段を通過する間隔を変更する制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記第１の判定手段として少なくとも前記発熱体の長手方向における中央部の温度を判定する温度判定手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像形成装置。

Images