JP2019164343A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗発熱体の抵抗値のバラツキに関わらず当該抵抗発熱体の電力を適正に制御する。【解決手段】抵抗発熱体である発熱部材３６０と、この発熱部材３６０の電力を制御する電力制御手段である電力制御部４００と、発熱部材３６０が着脱・交換されたか否かを検知する検知手段４６０を備えた加熱装置である。検知手段４６０が発熱部材３６０の着脱・交換を検知したとき、電力制御部４００が発熱部材３６０の使用前に、発熱部材３６０に所定の調整用電力デューティで電力を供給し、当該調整用電力デューティによる電力供給期間に発熱部材３６０の電力を検知し、当該検知した電力に基いて発熱部材３６０の使用時の電力デューティを調整する。【選択図】図６Ｂ

Description

本発明は画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置で使用される定着装置は種々の型式が知られている。その１つに、低熱容量の薄肉定着ベルトを、基材と抵抗発熱体で構成された加熱装置で加熱する型式がある。この加熱装置は、定着ベルトの幅方向に配置された基材上に抵抗発熱体を配設したものである（例えば特許文献１、２参照）。

抵抗発熱体は、一般的に抵抗発熱材料の発熱パターンをスクリーン印刷によってセラミック基板などの基材表面に印刷することで形成する。抵抗発熱材料はそれ自体に抵抗のバラツキがあるうえ、スクリーン印刷による発熱パターンの線幅・厚みのバラツキによっても抵抗のバラツキが生じる。このため、抵抗発熱体は総抵抗値のバラツキが大きいという特徴がある。

特に、発熱パターンの線幅が細いほど、また厚みが薄いほど、総抵抗値のバラツキは大きくなるため、抵抗発熱体の電力を適正制御するのが困難になる場合がある。抵抗発熱体を使用した定着装置で電力の適正制御ができないと、薄肉定着ベルトの温度変化が大きくなり、紙上の印字トナーの定着不良や画像剥がれが発生する。

そこで特許文献３や特許文献４に記載の発明は、抵抗発熱体の温度−時間特性に基いて電力デューティを補正することで適正な電力（ヒータ出力）を得るようにしている。しかし、特許文献３、４に記載の発明では、抵抗発熱体の抵抗値自体のバラツキによる電力（ヒータ出力）のバラツキは考慮されていない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、抵抗発熱体の抵抗値のバラツキに関わらず、当該抵抗発熱体の電力を適正に制御することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、抵抗発熱体と、当該抵抗発熱体の電力を制御する電力制御手段とを備え、前記電力制御手段が前記抵抗発熱体に所定の調整用電力デューティで電力を供給し、前記抵抗発熱体の使用時の電力デューティを調整することを特徴とする。

本発明によれば、抵抗発熱体の抵抗値のバラツキに関わらず、当該抵抗発熱体の電力を適正に制御することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の原理図である。 定着装置３００の着脱方法を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る第１定着装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る第２定着装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る第３の定着装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る第４の定着装置の断面図である。 片端に電極を設けた抵抗発熱体の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 抵抗素子を並列配置し両端に電極を設けた抵抗発熱体の平面図である。 抵抗素子を並列配置し片端に電極を設けた抵抗発熱体の平面図である。 両端に電極を設けた蛇行状パターンの各抵抗発熱体の配列状態を示す平面図である。 片端に電極を設けた蛇行状パターンの各抵抗発熱体の配列状態を示す平面図である。 加熱装置、電力供給回路及び電力制御部を示す図である。 （ａ）は抵抗発熱体の温度と電流の変化を示す図、（ｂ）はデューティ制御による電圧波形の変化を示す図、（ｃ）は抵抗発熱体の電圧−電流の相関関係を示す図である。 電流検出手段による加熱装置の基本制御動作を示すフローチャートである。 電流検出手段による加熱装置の詳細制御動作を示すフローチャートである。 温度センサによる加熱装置の制御動作を示すフローチャートである。 定着ユニットの着脱を検知した後の電力制御部の動作を示すフローチャートである。 電力デューティの測定方法を説明する図である。

以下、本発明の実施形態に係る加熱装置と、当該加熱装置を使用した定着装置及び画像形成装置（レーザプリンタ）について図面を参照して説明する。レーザプリンタは画像形成装置の一例であり、当該画像形成装置はレーザプリンタに限定されないことは勿論である。すなわち、画像形成装置は複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機、及びインクジェット記録装置のいずれか一つ、またはこれらの少なくとも２つ以上を組み合わせた複合機として構成することも可能である。

なお、各図中の同一または相当する部分には同一の符号を付し、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。また各構成部品の説明にある寸法、材質、形状、その相対配置などは例示であって、特に特定的な記載がない限りこの発明の範囲をそれらに限定する趣旨ではない。

以下の実施形態では「記録媒体」を「用紙」として説明するが、「記録媒体」は紙（用紙）に限定されない。「記録媒体」は紙（用紙）だけでなくＯＨＰシートや布帛、金属シート、プラスチックフィルム、或いは炭素繊維にあらかじめ樹脂を含浸させたプリプレグシートなども含む。

現像剤やインクを付着させることができる媒体、記録紙、記録シートと称されるものも、すべて「記録媒体」に含まれる。また「用紙」には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ等も含まれる。

また、以下の説明で使用する「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することも意味する。

（レーザプリンタの構成）
図１Ａは、本発明の加熱装置ないし定着装置３００を備えた画像形成装置１００の一実施形態としてのカラーレーザプリンタの構成を概略的に示す構成図である。また図１Ｂは当該カラーレーザプリンタの原理を単純化して図示する。

画像形成装置１００は、画像形成手段としての４つのプロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃを備える。これらプロセスユニットは、カラー画像の色分解成分に対応するブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色の現像剤によって画像を形成する。

各プロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃは、互いに異なる色の未使用トナーを収容したトナーボトル６Ｋ、６Ｙ、６Ｍ、６Ｃを有する以外は、同様の構成となっている。このため、１つのプロセスユニット１Ｋの構成を以下に説明し、他のプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの説明を省略する。

プロセスユニット１Ｋは、像担持体２Ｋ（例えば感光体ドラム）と、ドラムクリーニング装置３Ｋと、除電装置を有している。プロセスユニット１Ｋはさらに、像担持体の表面を一様帯電する帯電手段としての帯電装置４Ｋと、像担持体上に形成された静電潜像の可視像処理を行う現像手段としての現像装置５Ｋ等を有している。そして、プロセスユニット１Ｋは、画像形成装置１００の本体に対して着脱自在に装着され、消耗部品を同時に交換可能となっている。

露光器７は、この画像形成装置１００に設置された各プロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの上方に配設されている。そして、この露光器７は、画像情報に応じた書き込み走査、すなわち、画像データに基づいてレーザダイオードからレーザ光Ｌをミラー７ａで反射して像担持体２Ｋに照射するように構成されている。

転写装置１５は、この実施形態では各プロセスユニット１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの下方に配設されている。この転写装置１５は図１Ｂの転写手段ＴＭに対応する。一次転写ローラ１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃは、各像担持体２Ｋ、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃに対向して中間転写ベルト１６に当接して配置されている。

中間転写ベルト１６は、各一次転写ローラ１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、駆動ローラ１８、従動ローラ１７に掛け渡された状態で循環走行するようになっている。二次転写ローラ２０は、駆動ローラ１８に対向し中間転写ベルト１６に当接して配置されている。なお、像担持体２Ｋ、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃが各色の第１の像担持体とすれば、中間転写ベルト１６はそれらの像を合成した第２の像担持体である。

ベルトクリーニング装置２１は、中間転写ベルト１６の走行方向において、二次転写ローラ２０より下流側に設置されている。また、クリーニングバックアップローラが中間転写ベルト１６に対してベルトクリーニング装置２１と反対側に設置されている。

用紙Ｐを積載するトレイを有する用紙給送装置２００は、画像形成装置１００の下方に設置されている。この用紙給送装置２００は記録媒体供給部を構成するもので、記録媒体としての多数枚の用紙Ｐを束状で収容可能であり、用紙Ｐの搬送手段としての給紙ローラ６０やローラ対２１０と共にユニット化されている。

用紙給送装置２００は用紙の補給等のために、画像形成装置１００の本体に対して挿脱可能とされている。給紙ローラ６０とローラ対２１０は用紙給送装置２００の上方に配置され、用紙給送装置２００の最上位の用紙Ｐを給紙路３２に向けて搬送するようになっている。

分離搬送手段としてのレジストローラ対２５０は、二次転写ローラ２０の搬送方向直近上流側に配置され、用紙給送装置２００から給紙された用紙Ｐを一旦停止させることができる。この一旦停止により用紙Ｐの先端側に弛みが形成されて用紙Ｐの斜行（スキュー）が修正される。

レジストローラ対２５０の搬送方向直近上流側にはレジストセンサ３１が配設され、このレジストセンサ３１によって用紙先端部分の通過が検知されるようになっている。レジストセンサ３１が用紙先端部分の通過を検知した後、所定時間が経過すると、当該用紙はレジストローラ対２５０に突き当てられて一旦停止する。

用紙給送装置２００の下流端には、ローラ対２１０から右側に搬送された用紙を上方に向けて搬送するための搬送ローラ２４０が配設されている。図１Ａに示すように、搬送ローラ２４０は用紙を上方のレジストローラ対２５０へ向けて搬送する。

ローラ対２１０は上下一対のローラで構成されている。当該ローラ対２１０はＦＲＲ分離方式またはＦＲ分離方式とすることができる。ＦＲＲ分離方式は、駆動軸によりトルクリミッタを介して反給紙方向に一定量のトルクを印加された分離ローラ（戻しローラ）を給送ローラに圧接させてローラ間のニップで用紙を分離する。ＦＲ分離方式は、トルクリミッタを介して固定軸に支持された分離ローラ（摩擦ローラ）を給送ローラに圧接させてローラ間のニップで用紙を分離する。

この実施形態ではローラ対２１０をＦＲＲ分離方式で構成している。すなわち、ローラ対２１０は、用紙をマシン内部に搬送する上側の給送ローラ２２０と、この給送ローラ２２０と逆方向にトルクリミッタを介して駆動軸により駆動力を与えられる下側の分離ローラ２３０で構成されている。

分離ローラ２３０は給送ローラ２２０に向けてバネ等の付勢手段で付勢されている。なお、前記給紙ローラ６０は、給送ローラ２２０の駆動力をクラッチ手段を介して伝達することで図１Ａで左回転するようになっている。

レジストローラ対２５０に突き当てられて先端部に弛みが形成された用紙Ｐは、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー像が好適に転写されるタイミングに合わせ、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８との二次転写ニップ（図１Ｂでは転写ニップＮ）に送り出される。そして、送り出された用紙Ｐは、二次転写ニップにおいて印加されたバイアスによって、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー像が所望の転写位置に高精度に静電的に転写されるようになっている。

転写後搬送路３３は、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８の二次転写ニップの上方に配設されている。定着装置３００は、転写後搬送路３３の上端近傍に設置されている。定着装置３００は、加熱装置を内包する定着ベルト３１０と、この定着ベルト３１０に対して所定の圧力で当接しながら回転する加圧部材としての加圧ローラ３２０を備えている。なお、定着装置３００としては後述する図２Ｂ〜図２Ｄのように他の構成も可能である。

定着後搬送路３５は、定着装置３００の上方に配設され、定着後搬送路３５の上端で、排紙路３６と反転搬送路４１に分岐している。この分岐部に切り替え部材４２が配置され、切り替え部材４２はその揺動軸４２ａを軸として揺動するようになっている。また排紙路３６の開口端近傍には排紙ローラ対３７が配設されている。

反転搬送路４１は、分岐部と反対側の他端で給紙路３２に合流している。そして、反転搬送路４１の途中には、反転搬送ローラ対４３が配設されている。排紙トレイ４４は、画像形成装置１００の上部に、画像形成装置１００の内側方向に凹形状を形成して、設置されている。

粉体収容器１０（例えばトナー収容器）は、転写装置１５と用紙給送装置２００の間に配置されている。そして、粉体収容器１０は、画像形成装置１００の本体に対して着脱自在に装着されている。

本実施形態の画像形成装置１００は、転写紙搬送の関係により、給紙ローラ６０から二次転写ローラ２０までの所定の距離が必要である。そして、この距離に生じたデッドスペースに粉体収容器１０を設置し、レーザプリンタ全体の小型化を図っている。

転写カバー８は、用紙給送装置２００の上部で、用紙給送装置２００の引出方向正面に設置されている。そして、この転写カバー８を開くことで、画像形成装置１００の内部を点検可能にしている。転写カバー８には、手差し給紙用の手差し給紙ローラ４５、及び手差し給紙用の手差しトレイ４６が設置されている。

（側面カバー）
図１Ｃは前記定着装置３００の着脱方法を示す平面図である。画像形成装置１００の定着装置３００は、その寿命到来や故障その他のエラーなどによって交換される場合がある。

画像形成装置１００の本体側面には、メンテナンス等のため、図1Ｃに示すように開閉可能な外装部材としての側面カバー１０１が設けられている。定着装置３００を着脱する場合、この側面カバー１０１を開閉軸１０２を中心として外側に回動して開いた状態にして定着装置３００を矢印方向（外側）にスライド移動する。

ユーザー自身で定着装置３００を購入し交換する画像形成装置１００の場合、一般的に定着装置３００には新品検知機構が含まれる。この新品検知機構は、ユーザー自身で定着装置３００を交換した際に、画像形成装置１００側が定着装置３００の新品状態を検知することで寿命カウンタをリセットし、自動的に画像形成装置１００を継続して使用可能とする。

画像形成装置１００の新品検知には、一般的に電流ヒューズや温度ヒューズが使用される。すなわち、交換部品が新品に交換された場合に、当該交換部品が新品であることを画像形成装置１００側で検知するため、交換部品の内部に電流ヒューズまたは温度ヒューズを搭載する。

そして画像形成装置１００の本体側で電流ヒューズまたは温度ヒューズの接続（未溶断）を検知すると、新品と認識して印字枚数のカウンタ（ＰＭカウンタ）をリセットする。すなわち新品検知におけるＰＭカウンタ処理を実行する。

このＰＭカウンタ処理に続いて、電流ヒューズまたは温度ヒューズを通電・加熱にて溶断する。以後は交換部品のヒューズが溶断済で導通しないため画像形成装置１００が当該交換部品を旧品として認識する。電流ヒューズや温度ヒューズを定着装置３００に搭載することで、当該定着装置３００が新品に交換されると、当該新品交換が画像形成装置１００の本体側の新品検知作動で検知され、その後、後述の図６ＤのステップＳ１５で調整用デューティの供給が自動的に開始される。

本実施形態では図1Ｃの側面カバー１０１の開閉軸１０２に隣接して検知手段４６０が配設されている。検知手段４６０はプランジャ４６０ａで作動するリミットスイッチを有し、側面カバー１０１を閉じた状態で開閉軸１０２に連結された押圧片１０１ａでプランジャ４６０ａがバネに抗して押し込まれるとＯＦＦ作動する。また図１Ｃのように側面カバー１０１を開いてプランジャ４６０ａが押圧片１０１ａから開放されるとＯＮ作動する。

定着装置３００が画像形成装置１００の本体に装着されたり本体から取り外されたりするときは、必ず側面カバー１０１が開閉される。そこで、前述した電流ヒューズまたは温度ヒューズを使用した新品検知作動の開始トリガー信号として当該検知手段４６０の作動（ＯＮ・ＯＦＦ）を使用する。なお、後述するトライアック４２０のトリガー信号の与え方は、後述する定着装置ＡとＢで同一条件にする。

定着装置３００の発熱部材３６０が断線した場合、前述のように定着装置３００ごと新品に交換するほか、発熱部材３６０のみを新品の発熱部材３６０に交換することも行われている。この場合の発熱部材３６０の交換は、ユーザーによる交換でなく通常はサービスマンによる交換となる。

このサービスマン交換の場合も、発熱部材３６０が着脱・交換されたか否かを検知する検知手段を設けることで、定着装置３００の新品交換の場合と同様に、調整用デューティの供給を自動的に開始することができる。当該検知手段は、例えば図２Ａにおいてフォルダ３４０と発熱部材３６０との間に新品検知接点を配設することで構成することができる。

すなわち、フォルダ３４０から断線した旧品発熱部材３６０を取り外し、続いて新品発熱部材３６０を装着することで新品検知接点が開閉される。新品検知接点の当該開閉作動を画像形成装置１００の本体側で検知することで、発熱部材３６０が新品に交換されたと認識される。

（レーザプリンタの作動）
次に、本実施形態に係るレーザプリンタの基本的動作について図１Ａを参照して以下に説明する。最初に、片面印刷を行う場合について説明する。

給紙ローラ６０は、図１Ａに示すように、画像形成装置１００の制御部からの給紙信号によって回転する。そして、給紙ローラ６０は、用紙給送装置２００に積載された束状用紙Ｐの最上位の用紙のみを分離し、給紙路３２へ送り出す。

給紙ローラ６０およびローラ対２１０によって送り出された用紙Ｐは、その先端がレジストローラ対２５０のニップに到達すると、弛みを形成し、その状態で待機する。そして、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー画像をこの用紙Ｐに転写する最適なタイミング（同期）を図ると共に、用紙Ｐの先端スキューを補正する。

手差しによる給紙の場合は、手差しトレイ４６に積載された束状用紙が、最上位の用紙から一枚ずつ手差し給紙ローラ４５によって反転搬送路４１の一部を通り、レジストローラ対２５０のニップまで搬送される。以後の動作は用紙給送装置２００からの給紙と同一である。

ここで、作像動作については、１つのプロセスユニット１Ｋを説明し、他のプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃについてのその説明を省略する。まず、帯電装置４Ｋは、像担持体２Ｋの表面を高電位に均一に帯電する。そして、露光器７は、画像データに基づいたレーザ光Ｌを像担持体２Ｋの表面に照射する。

レーザ光Ｌが照射された像担持体２Ｋの表面は、照射された部分の電位が低下して、静電潜像を形成する。現像装置５Ｋは、トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体を有し、トナーボトル６Ｋから供給された未使用のブラックトナーを、現像剤担持体を介して、静電潜像が形成された像担持体２Ｋの表面部分に転移させる。

トナーが転移した像担持体２Ｋは、その表面にブラックトナー画像を形成（現像）する。そして、像担持体２Ｋ上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト１６に転写する。

ドラムクリーニング装置３Ｋは、中間転写行程を経た後の像担持体２Ｋの表面に付着している残留トナーを除去する。除去された残留トナーは、廃トナー搬送手段によって、プロセスユニット１Ｋ内にある廃トナー収容部へ送られ回収される。また、除電装置は、クリーニング装置３Ｋによって残留トナーが除去された像担持体２Ｋの残留電荷を除電する。

各色のプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃにおいても、同様にして像担持体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ上にトナー画像を形成し、各色トナー画像が重なり合うように中間転写ベルト１６に転写する。

各色トナー画像が重なり合うように転写された中間転写ベルト１６は、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８の二次転写ニップまで走行する。一方、レジストローラ対２５０は、それに突き当てられた用紙を所定のタイミングで挟み込んで回転し、中間転写ベルト１６上に重畳転写して形成されたトナー像が好適に転写されるタイミングに合わせて、二次転写ローラ２０の二次転写ニップまで搬送する。このようにして、中間転写ベルト１６上のトナー画像をレジストローラ対２５０によって送り出された用紙Ｐに転写する。

トナー画像が転写された用紙Ｐは、転写後搬送路３３を通って定着装置３００へと搬送される。そして、定着装置３００に搬送された用紙Ｐは、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０によって挟まれ、加熱・加圧することで未定着トナー画像が用紙Ｐに定着される。トナー画像が定着された用紙Ｐは、定着装置３００から定着後搬送路３５へ送り出される。

切り替え部材４２は、定着装置３００から用紙Ｐが送り出されたタイミングでは、図１Ａの実線で示すように定着後搬送路３５の上端近傍を開放している位置にある。そして、定着装置３００から送り出された用紙Ｐは、定着後搬送路３５を経由して排紙路３６へ送り出される。排紙ローラ対３７は、排紙路３６へ送り出された用紙Ｐを挟み込み、回転駆動することで排紙トレイ４４に排出することで片面印刷を終了する。

次に、両面印刷を行う場合について説明する。片面印刷の場合と同様に、定着装置３００は用紙Ｐを排紙路３６へ送り出す。そして、両面印刷を行う場合、排紙ローラ対３７は、回転駆動によって用紙Ｐの一部を画像形成装置１００外に搬送する。

そして、用紙Ｐの後端が、排紙路３６を通過すると、切り替え部材４２は、図１Ａの点線で示すように揺動軸４２ａを軸として揺動し、定着後搬送路３５の上端を閉鎖する。この定着後搬送路３５の上端の閉鎖とほぼ同時に、排紙ローラ対３７は、用紙Ｐを画像形成装置１００外へ搬送する方向と逆の方向に回転し、反転搬送路４１へ用紙Ｐを送り出す。

反転搬送路４１へ送り出された用紙Ｐは、反転搬送ローラ対４３を経て、レジストローラ対２５０に至る。そして、レジストローラ対２５０は、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー画像を用紙Ｐのトナー画像未転写面に転写する最適なタイミング（同期）を図り、用紙Ｐを二次転写ニップへ送り出す。

そして、二次転写ローラ２０と駆動ローラ１８は、用紙Ｐが二次転写ニップを通過する際に用紙Ｐのトナー画像未転写面（裏面）にトナー画像を転写する。そして、トナー画像が転写された用紙Ｐは、転写後搬送路３３を通って定着装置３００へと搬送される。

定着装置３００は、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０によって、搬送された用紙Ｐを挟み、加熱・加圧することで未定着トナー画像を用紙Ｐの裏面に定着する。このようにして、表裏両面にトナー画像が定着された用紙Ｐは、定着装置３００から定着後搬送路３５へ送り出される。

切り替え部材４２は、定着装置３００から用紙Ｐが送り出されたタイミングでは、図１Ａの実線で示すように定着後搬送路３５の上端近傍を開放している位置にある。そして、定着装置３００から送り出された用紙Ｐは、定着搬送路を経由して排紙路３６へ送り出される。排紙ローラ対３７は、排紙路３６へ送り出された用紙Ｐを挟み、回転駆動し排紙トレイ４４に排出することで両面印刷を終了する。

中間転写ベルト１６上のトナー画像を用紙Ｐに転写した後、中間転写ベルト１６上には残留トナーが付着している。ベルトクリーニング装置２１は、この残留トナーを中間転写ベルト１６から除去する。また、中間転写ベルト１６から除去されたトナーは、廃トナー搬送手段によって、粉体収容器１０へと搬送され、粉体収容器１０内に回収される。

（定着装置）
次に、本発明の実施形態に係る加熱装置と第１〜第４の定着装置３００について、以下さらに説明する。本実施形態の加熱装置は、定着装置３００の定着ベルト３１０を加熱するためのものである。

第１定着装置は図２Ａに示すように、低熱容量の薄肉の定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０で構成されている。定着ベルト３１０は、例えば外径が２５ｍｍで厚みが４０〜１２０μｍのポリイミド（ＰＩ）製の筒状基体を有している。

定着ベルト３１０の最表層には、耐久性を高めて離型性を確保するために、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂による厚みが５〜５０μｍの離型層が形成される。基体と離型層の間に厚さ５０〜５００μｍのゴム等からなる弾性層を設けてもよい。

また、定着ベルト３１０の基体はポリイミドに限らず、ＰＥＥＫなどの耐熱性樹脂やニッケル（Ｎｉ）、ＳＵＳなどの金属基体であってもよい。定着ベルト３１０の内周面に摺動層としてポリイミドやＰＴＦＥなどをコートしてもよい。

加圧ローラ３２０は、例えば外径が２５ｍｍであり、中実の鉄製芯金３２１と、この芯金３２１の表面に形成された弾性層３２２と、弾性層３２２の外側に形成された離型層３２３とで構成されている。弾性層３２２はシリコーンゴムで形成されており、厚みは例えば３．５ｍｍである。弾性層３２２の表面は離型性を高めるために、厚みが例えば４０μｍ程度のフッ素樹脂層による離型層３２３を形成するのが望ましい。定着ベルト３１０に対して加圧ローラ３２０が付勢手段により圧接している。

定着ベルト３１０の内側に、ステー３３０及びフォルダ３４０が軸線方向に配設されている。ステー３３０は金属製のチャンネル材で構成され、その両端部分が加熱装置の両側板に支持されている。ステー３３０は加圧ローラ３２０の押圧力を確実に受けとめて定着ニップＳＮを安定的に形成する。

フォルダ３４０は加熱装置の基材３５０を保持するためのもので、ステー３３０によって支持されている。フォルダ３４０は好ましくはＬＣＰなどの低熱伝導性の耐熱性樹脂で形成することができ、これによりフォルダ３４０への熱伝達が減って効率的に定着ベルト３１０を加熱することができる。

フォルダ３４０の形状は、基材３５０の高温部との接触を回避するために、基材３５０の短手方向両端部付近の各２箇所のみを支持する形状にしている。これにより、フォルダ３４０へ流れる熱量をさらに低減して効率的に定着ベルト３１０を加熱することができる。

（加熱装置）
加熱装置は抵抗発熱体で構成された発熱部材３６０を有する。この発熱部材３６０は図３Ａに示すように、細長の金属製薄板部材を絶縁材料で被覆した基材３５０の上に形成されている。

基材３５０の材料としては低コストなアルミやステンレスなどが好ましい。基材３５０は金属製に限定されたものではなく、アルミナや窒化アルミなどのセラミックや、ガラス、マイカなどの耐熱性と絶縁性に優れた非金属材料で構成することも可能である。

加熱装置の均熱性を向上し画像品位を高めるため、基材３５０を銅、グラファイト、グラフェンなどの高熱伝導率の材料で構成してもよい。本実施形態では、短手幅８ｍｍ、長手幅２７０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのアルミナ基材を使用している。

図３Ａの発熱部材３６０は、詳しくは基材３５０の長手方向に平行二列で直列線状に形成されている。二列の発熱部材３６０の一端部は、基材３５０の一端側で長手方向に形成された小抵抗値の給電線３６９ａ、３６９ｃを介して、給電用の電極３６０ｃ、３６０ｄにそれぞれ接続されている。この電極３６０ｃ、３６０ｄは、図４のように交流電源４１０を含む電力供給手段に接続される。

発熱部材３６０の他端部は、基材３５０の他端側で短手方向に形成された小抵抗値の給電線３６９ｂを介して、基材３５０の長手方向反対側に向けて折り返す形で接続されている。発熱部材３６０、電極３６０ｃ、３６０ｄおよび給電線３６９ａ〜３６９ｃは、スクリーン印刷によって所定の線幅・厚みで形成されている。

発熱部材３６０の材料は、銀（Ａｇ）もしくは銀パラジウム（ＡｇＰｄ）やガラス粉末などを調合したペーストをスクリーン印刷等により塗工し、その後の焼成によって形成することができる。発熱部材３６０の抵抗値は例えば常温で１０Ωとすることができる。発熱部材３６０の抵抗材料はこの他に、銀合金（ＡｇＰｔ）や酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）などを使用することもできる。

発熱部材３６０と給電線３６９ａ〜３６９ｃの表面は、薄いオーバーコート層ないし絶縁層３７０で覆われている。当該絶縁層３７０によって、定着ベルト３１０の摺動性が確保されると共に、定着ベルト３１０と発熱部材３６０、給電線３６９ａ〜３６９ｃとの間の絶縁性が確保される。

この絶縁層３７０の材料は、例えば厚さ７５μｍの耐熱性ガラスを用いることができる。発熱部材３６０は絶縁層３７０側に接触する定着ベルト３１０を伝熱により加熱してその温度を上昇させ、定着ニップＳＮに搬送される用紙Ｐの未定着画像を加熱して定着する。

（ＰＴＣ素子を使用した発熱部材）
前記発熱部材３６０は図３Ｂ、図３Ｃのように、ＰＴＣ素子３６１〜３６８を電気的に並列接続したもので構成することもできる。この場合、発熱部材３６０の総抵抗値を１０Ωとすると、各ＰＴＣ素子３６１〜３６８の抵抗値は８０Ωと大きくなる。

ＰＴＣ素子は、正の温度抵抗係数を有する材料で構成され、温度Ｔが上昇すると抵抗値が上昇する特徴がある（電流Ｉが低下してヒータ出力が低下）。温度抵抗係数（TCR＝Temperature Coefficient of Resistance）は、例えば１５００ＰＰＭ（parts per million）とすることができる。当該温度抵抗係数は、後述の電力制御部４００のメモリに格納することができる。

図３Ｂ、図３ＣのＰＴＣ素子３６１〜３６８は、基材３５０の長手方向で直線状かつ等間隔に配置されている。各ＰＴＣ素子３６１〜３６８の短手方向両側には小抵抗値の給電線３６０ａ、３６０ｂが直線状に互いに平行に配設され、この給電線３６０ａ、３６０ｂに各ＰＴＣ素子３６１〜３６８の両端が接続されている。そして給電線３６０ａ、３６０ｂの各一端部に形成された電極３６０ｃ、３６０ｄに、図４のように交流電源４１０を含む電力供給手段が接続される。

ＰＴＣ素子３６１〜３６８と給電線３６０ａ、３６０ｂも、前述した直列の発熱部材３６０（図３Ａ）と同様に薄い絶縁層３７０で覆われている。この絶縁層３７０は例えば厚さ７５μｍの耐熱性ガラスで構成することができる。絶縁層３７０によってＰＴＣ素子３６１〜３６８と給電線３６０ａ、３６０ｂを絶縁・保護すると共に、定着ベルト３１０との摺動性を維持する。

ＰＴＣ素子３６１〜３６８は、例えば、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）やガラス粉末などを調合したペーストをスクリーン印刷等により基材３５０に塗工し、その後、当該基材３５０を焼成することによって形成することができる。本実施形態では各ＰＴＣ素子３６１〜３６８の抵抗値を常温で８０Ωとした（総抵抗値は１０Ω）。

ＰＴＣ素子３６１〜３６８の材料は、前述したもの以外に、銀合金（ＡｇＰｔ）や酸化ルテニウム（ＲｕＯ₂）の抵抗材料を用いてもよい。給電線３６０ａ、３６０ｂや電極３６０ｃ、３６０ｄの材料は、銀（Ａｇ）もしくは銀パラジウム（ＡｇＰｄ）をスクリーン印刷等で形成することができる。

ＰＴＣ素子３６１〜３６８の絶縁層３７０側が定着ベルト３１０と接触して加熱し、伝熱により定着ベルト３１０の温度を上昇させ、定着ニップＳＮに搬送される未定着画像を加熱して定着する。

ＰＴＣ素子３６１〜３６８を使用することで、小サイズ通紙などで非通紙領域のＰＴＣ素子の温度が上昇した際に、図５（ａ）に示すような抵抗発熱体の温度抵抗依存性により、当該ＰＴＣ素子の発熱量が低下し、温度上昇を抑制することができる。この特徴により、例えばＰＴＣ素子３６１〜３６８の全幅よりも狭い紙（例えばＰＴＣ素子３６３〜３６６の幅内）を印刷した場合、紙幅より外側のＰＴＣ素子３６１、３６２、３６７、３６８は紙に熱を奪われないため温度が上昇する。するとそれらＰＴＣ素子３６１、３６２、３６７、３６８の抵抗値が上昇する。

ＰＴＣ素子３６１〜３６８にかかる電圧は一定なので、用紙幅より外側のＰＴＣ素子３６１、３６２、３６７、３６８の出力が相対的に低下し、端部温度上昇が抑制される。ＰＴＣ素子３６１〜３６８を電気的に直列に接続した場合、連続印刷において紙幅よりも外側の抵抗発熱体の温度上昇を抑制するには、印刷スピードを低下させる以外に方法がない。ＰＴＣ素子３６１〜３６８を電気的に並列接続することで、印刷スピードを維持したまま非通紙部温度上昇を抑制することができる。

ＰＴＣ素子３６１〜３６８の配置は図３Ｂ（ａ）の状態に限られない。図３Ｂ（ａ）ではＰＴＣ素子３６１〜３６８の相互間に短手方向に続く隙間があるので、当該隙間部分で発熱量低下が発生し、それによって定着ムラが発生しやすい。そこで、図３Ｂ（ｂ）と（ｃ）ではＰＴＣ素子３６１〜３６８の端部同士を長手方向で互いにオーバーラップさせている。

図３Ｂ（ｂ）はＰＴＣ素子３６１〜３６８の端部にＬ字状の切り欠きによる段部を形成し、当該段部を隣接する抵抗発熱体の端部の段部とオーバーラップさせている。図３Ｂ（ｃ）はＰＴＣ素子３６１〜３６８の端部に斜めの切り欠きによる傾斜部を形成し、当該傾斜部を隣接する抵抗発熱体の端部の傾斜部とオーバーラップさせている。このようにＰＴＣ素子３６１〜３６８の端部同士を互いにオーバーラップさせることで、抵抗発熱体間の隙間での発熱量低下の影響を抑制することができる。

また電極３６０ｃ、３６０ｄはＰＴＣ素子３６１〜３６８の両端に配置する他、図３Ｃ（ａ）〜（ｃ）のようにＰＴＣ素子３６１〜３６８の片側に配置することも可能である。このように電極３６０ｃ、３６０ｄを片側配置にすることで長手方向の省スペース化を図ることができる。

図３Ｂ、図３Ｃの各抵抗発熱体３６１〜３６８は短冊状の面状発熱体で構成されているが、所望の出力（抵抗値）を得るために、図３Ｄ、図３Ｅのように線幅を細くして蛇行状に形成した複数（図示例では８個）のＰＴＣ素子３６１〜３６８を電気的に並列接続したもので構成することもできる。図３Ｄ、図３Ｅでは細幅線を２回折り返した１往復半の曲折パターンで抵抗発熱体３６１〜３６８を構成している。

大きな抵抗値を稼ぐためには、ＰＴＣ素子３６１〜３６８の線幅をできるだけ細くかつ薄厚にして蛇行回数を増やす必要がある。そうするとＰＴＣ素子３６１〜３６８の線幅・厚みのバラツキが大きくなり、発熱部材３６０の抵抗値が大きくバラつくという問題がある。本発明の実施形態は、このような発熱部材３６０の抵抗値の大きなバラツキに対して特に有効である。

基材３５０と抵抗発熱体３６１〜３６８は、それぞれの材料及び熱伝導率を調節することによって、定着ニップＳＮを抵抗発熱体３６１〜３６８だけでなく基材３５０を介して加熱することができる。このため、基材３５０の材料としては窒化アルミニウムのような熱伝導率の高い材料が望ましい。

抵抗発熱体３６１〜３６８の相互間には絶縁を確保するため隙間が形成されている。当該隙間は大きすぎると隙間部分の発熱量低下による定着ムラが発生する。反対に隙間が小さすぎると抵抗発熱体３６１〜３６８間でショートが発生する。

そこで隙間の大きさは０．３ｍｍ〜１ｍｍが好ましく、０．４ｍｍ〜０．７ｍｍがさらに好ましい。なお、前述したように基材３５０を介して定着ニップＳＮを加熱することで抵抗発熱体３６１〜３６８間の隙間による定着ムラを抑制することができる。

（温度センサ）
本実施形態の加熱装置は、抵抗発熱体の温度を検知する温度検知手段として、第１温度センサＴＨ１と第２温度センサＴＨ２を有する。温度センサＴＨ１、ＴＨ２は例えばサーミスタで構成することができる。

第１温度センサＴＨ１と第２温度センサＴＨ２は、図４のように、基材３５０の裏側に対してバネにより圧着する形で配設されている。第１温度センサＴＨ１は温度制御用で、第２温度センサＴＨ２が安全補償用である。２つの温度センサＴＨ１、ＴＨ２は、ともに熱時定数が１秒未満の接触式のサーミスタで構成することができる。

温度制御用の第１温度センサＴＨ１は、最小通紙幅内である長手方向中央領域の第１抵抗発熱体としてのＰＴＣ素子３６４（左端から４番目）の加熱領域に配置されている。安全補償用の第２温度センサＴＨ２は、長手方向最端部である第２抵抗発熱体としてのＰＴＣ素子３６８（左端から８番目）（またはＰＴＣ素子３６１（左端から１番目））の加熱領域に配置されている。

２つの温度センサＴＨ１、ＴＨ２は、共に、発熱量低下が発生する抵抗発熱体間の隙間を回避したＰＴＣ素子３６４、３６８の領域内に配置されている。これにより温度制御性が良くなり、また一部の抵抗発熱体で断線が生じた場合の断線検知もしやすくなる。

なお、第１温度センサＴＨ１はＰＴＣ素子３６３、３６５、３６６のいずれかの加熱領域に配置してもよい。また第２温度センサＴＨ２は、長手方向端部領域であれば、左端から２番目のＰＴＣ素子３６２または７番目のＰＴＣ素子３６７の加熱領域に配置することも可能であり、必ずしも長手方向最端部に配置する必要はない。

（電力供給回路）
図４は、加熱装置に電力を供給する電力供給回路を示している。加熱装置の発熱部材３６０は、ここでは図３Ｂや図３ＣのＰＴＣ素子３６１〜３６８を使用している。加熱装置の下方に、発熱部材３６０ないしＰＴＣ素子３６１〜３６８に電力を供給する電力供給回路を示している。

電力制御手段としての電力供給回路５４０は、の電力制御部４００、交流電源４１０、トライアック４２０、電流検出手段４３０、ヒータリレー４４０、電圧検出手段４５０で構成されている。交流電源４１０と、電流検出手段４３０のカレントトランスＣＴと、トライアック４２０と、ヒータリレー４４０が、電極３６０ｃ、３６０ｄの間に直列に配置されている。また、交流電源４１０と並列で電圧検出手段４５０が配置されている。ここで、電力供給手段は電力制御部４００とトライアック４２０とである。

図４の電力供給回路は、通常は画像形成装置１００の本体側に配設される。

第１温度センサＴＨ１と第２温度センサＴＨ２で検知された温度Ｔ₄、Ｔ₈は、電力制御部４００に入力される。電力制御部４００は、第１温度センサＴＨ１から得られた温度Ｔ₄に基いて、各ＰＴＣ素子３６１〜３６８が所定目標温度になるように、トライアック４２０により電極３６０ｃ、３６０ｄに対する供給電流をデューティ制御する。

具体的には、第１温度センサＴＨ１の現在温度Ｔ₄と目標温度の温度差に応じたデューティ比で、トライアック４２０が発熱部材３６０に流れる電流をデューティ制御する。デューティ比０％で電流がゼロになり、デューティ比１００％で電流が最大になる。

図５（ｂ）に１００％デューティと７５％デューティのときの供給電流の電圧変換値Ｖiacを例示する。７５％デューティ制御では、電圧変換値Ｖiacが所定周期で大きく変動するのが分かる。ここで「デューティ」とは制御周期当たりの発熱部材３６０への通電時間の割合のことである。

電力制御部４００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータで構成することができる。定着ニップＳＮに通紙すると、通紙による抜熱分（用紙への熱移動分）が発生するので、第１温度センサＴＨ１から得られた温度Ｔ₄だけでなく、当該抜熱分も考慮して供給電流を制御することで、定着ベルト３１０の温度を所望の温度に制御することができる。

電流検出手段４３０は、発熱部材３６０に流れる電流値の総和を検知する。すなわち、カレントトランスＣＴの二次側抵抗に発生する電圧を介して電極３６０ｃ、３６０ｄ間に流れる電流の大きさを電力制御部４００で読み取る。また、電圧検出手段４５０は発熱部材３６０の電極３６０ｃ、３６０ｄ間の電圧値Ｅを検知し、当該電圧Ｅを電力制御部４００で読み取る。そして電力制御部４００において電流値Ｉと電圧値Ｅから発熱部材３６０の抵抗値Ｒ（＝Ｅ／Ｉ）を算出する。

ここで、いずれか１つのＰＴＣ素子３６１〜３６８が故障または断線すると、電力制御部４００で読み取る電流値が減少する。特に、第１温度センサＴＨ１が温度検出するＰＴＣ素子３６４が故障または断線すると、電力制御部４００による温度制御機能が喪失する。そうすると他のＰＴＣ素子３６１〜３６３、３６５〜３６８の温度に関わりなく、トライアック４２０により電極３６０ｃ、３６０ｄに対してデューティ比１００％で電力が供給され続ける事態が発生する。

そこで本実施形態では、電流検出手段４３０で得られた電流が、所定の閾値電流未満となったとき、ヒータリレー４４０をＯＦＦ作動させて電極３６０ｃ、３６０ｄに流れる電流を遮断することにした。具体的には、ＰＴＣ素子３６１〜３６８に流れる電流量が、カレントトランスＣＴにより電圧変換された電圧変換値Ｖiacで電流検出手段４３０により検
出される。

当該電圧変換値Ｖiacは、電力制御部４００に予め格納された所定閾値電圧Ｖithと比較される。その結果、Ｖiac＜Ｖithになったとき、すなわちＰＴＣ素子３６１〜３６８への電流量が所定閾値電流を下回ったとき、ヒータリレー４４０をＯＦＦ作動することで、ＰＴＣ素子３６１〜３６８への給電を停止する。

トライアック４２０によってデューティ比を０％にすることでも、同様に給電を停止することができるが、電流を確実に遮断するためにヒータリレー４４０をＯＦＦ作動する。なお、第２温度センサＴＨ２で検知された温度Ｔ₈が所定閾値を高温側に越えたときに、ヒータリレー４４０をＯＦＦ作動して電極３６０ｃ、３６０ｄに流れる電流を実質的に遮断することも可能である。

（定着動作）
図２Ａにおいて、定着ニップＳＮに向けて矢印方向から用紙Ｐを通紙すると、定着ベルト３１０と加圧ローラ３２０との間で用紙Ｐが加熱されてトナー像が用紙Ｐに定着される。この際、定着ベルト３１０は発熱部材３６０の絶縁層３７０と摺動しつつ発熱部材３６０からの熱で加熱される。

定着ベルト３１０を所定温度にする発熱部材３６０の温度制御において、第１温度センサＴＨ１のみ配置した場合、第１温度センサＴＨ１を配置しているＰＴＣ素子３６４のみが部分的に断線して給電が遮断すると、当該ＰＴＣ素子３６４の温度が上昇しない。このため、当該ＰＴＣ素子３６４を温度制御により一定温度にしようとして、他の正常なＰＴＣ素子３６１〜３６３、３６５〜３６８に必要以上の電流供給が続いて異常高温が発生する。

そこで本実施形態では、端部のＰＴＣ素子３６８の加熱領域に第２温度センサＴＨ２を配置している。この第２温度センサＴＨ２は、ＰＴＣ素子３６８の温度Ｔ₈を検知し、その温度Ｔ₈が前述した異常高温になると、電極３６０ｃ、３６０ｄに対する供給電流を遮断するように電力制御部４００がトライアック４２０を制御する。また、第２温度センサＴＨ２自体が断線により所定温度Ｔ_N以下（Ｔ₈＜Ｔ_N）になった場合も、電極３６０ｃ、３６０ｄに対する供給電流を遮断するように電力制御部４００がトライアック４２０を制御する。

（定着装置の他の実施形態）
定着装置３００は図２Ａの第１定着装置に限定されない。以下、図２Ｂ〜図２Ｄを参照して第２〜第４の定着装置について説明する。第２定着装置は、図２Ｂに示すように、加圧ローラ３２０と反対側に押圧ローラ３９０を有し、当該押圧ローラ３９０と加熱装置との間で定着ベルト３１０を挟んで加熱する。

定着ベルト３１０の内側に前述した加熱装置が配設されてる。ステー３３０の片側に補助ステー３３１が取り付けられ、反対側にニップ形成部材３３２が取り付けられている。加熱装置はこの補助ステー３３１に保持されている。ニップ形成部材３３２は定着ベルト３１０を介して加圧ローラ３２０と当接して定着ニップＳＮを形成している。

第３の定着装置は、図２Ｃに示すように、定着ベルト３１０の内側に加熱装置が配設されてる。この加熱装置は、前述した押圧ローラ３９０を省略する代わりに、定着ベルト３１０との周方向接触長さを長くするため、定着ベルト３１０の曲率に合わせて基材３５０と絶縁層３７０の横断面を円弧状に形成している。発熱部材３６０は円弧状の基材３５０の中央に配置されている。その他は図２Ｂの第２定着装置と同じである。

第４の定着装置は、図２Ｄに示すように、加熱ニップＨＮと定着ニップＳＮに分けて構成している。すなわち、加圧ローラ３２０の定着ベルト３１０とは反対側に、ニップ形成部材３３２と、金属製のチャンネル材で構成されたステー３３３を配置し、これらニップ形成部材３３２とステー３３３を内包するように加圧ベルト３３４を周回可能に配設している。そして当該加圧ベルト３３４と加圧ローラ３２０との間の定着ニップＳＮに用紙Ｐを通紙して加熱・定着する。その他は図２Ａの第１定着装置と同じである。

また、安全補償用の第２温度センサＴＨ２は、図２Ａの破線にて示すように、温度制御用の第１温度センサＴＨ１が検知するＰＴＣ素子３６６とは異なるＰＴＣ素子３６８で加熱される定着ベルト３１０の内周面（ＰＴＣ素子３６８の下流側内周面）に、付勢手段により圧着するように配置してもよい。抵抗発熱体の数を増加すると温度センサの配設スペースを確保しにくくなるが、第２温度センサＴＨ２を前記のように配設することでスペース確保の困難性を緩和することができる。また安全補償用の第２温度センサＴＨ２は、ＰＴＣ素子３６８だけでなく、定着ベルト３１０の内周面を含む、他のＰＴＣ素子３６１〜３６３、３６５〜３６７の加熱域毎に配置してもよい。

（異常検知）
ここで、電力制御部４００による異常検知の作動を図６Ａ〜図６Ｃのフローチャートで説明する。図６Ａは加熱装置の基本制御動作のフローチャートである。加熱装置ないし定着装置３００の立上げ開始信号によってステップＳ１でヒータリレー４４０がＯＮ作動が確認される。電流検出手段４３０のカレントトランスＣＴによって電圧変換された電圧変換値Ｖiacは、電力制御部４００に読み込まれる。この読み込みのタイミングは、定着装置３００の立上げ開始直後である。

この立上げ開始直後は、詳しくはステップＳ２のように、ヒータリレー４４０のＯＮ作動から所定時間Ｔ［ｍｓ］を経過した後が望ましい。すなわち、電流検出手段４３０の回路の特性上、カレントトランスＣＴにより電流値を電圧値に変換して安定した電流検出ができるまでには所定時間を要するからである。

そこで、所定時間Ｔ［ｍｓ］を経過した後に、ステップＳ３の電流検出許可ＯＫ（Ｙｅｓ）を受けて、ステップＳ４で電流検出すなわち電圧変換値Ｖiacが電力制御部４００に読み込まれる。この読み込みの際、電流検出時に拾うノイズの影響も考慮して、電流検出のサンプリング回数を所定期間に複数回とし、検知した複数電流値のうち最大と最小の極端値を除外するなどの集計処理を行うのが望ましい。ステップＳ３で電流検出許可Ｎｏの場合はフローを終了する。

立上げ時の所定期間に電流値を複数回サンプリング検出する場合、図５（ｂ）に示すように、デューティ比が１００％の時に検出するのが最も電流検出精度が良い。デューティ比が例えば７５％では一定間隔で電流値が小さくなり、この関係で電流検出期間をあまり長く取ることができず、その分だけノイズによる影響を受けやすくなる。一方、立上げ時のデューティ比１００％で検知することは、通紙開始前に異常の有無を判断することにも繋がり、定着不良（プリント不良）の発生を未然に防止することができる効果がある。

但し、デューティ比が１００％未満でも、電流検出期間中に一定のデューティ比が所定期間継続する場合は、デューティ制御による前述の電流値の落ち込み量も事前に予測可能である。このため、立上げ時以降であって、ＰＴＣ素子３６１〜３６８の温度がある程度上がった状態でも、電流検出を行うことが可能である。

ここで、ＰＴＣ素子３６１〜３６８の電流−電圧の目標とする相関関係を図５（ｃ）の実線に示す。当該実線の上下にある破線が抵抗下限と抵抗上限における電流−電圧の相関関係である。

前述のようにＰＴＣ素子３６１〜３６８の温度がある程度上がった状態では温度が安定化するので、図５（ｃ）のように電流−電圧の相関関係が直線状に安定化する。このため、ＰＴＣ素子３６１〜３６８に流れる電流Ｉacを安定状態で検出しやすくなる。この場合も、通紙開始前にＰＴＣ素子３６１〜３６８に流れる電流値Ｉacを検出し、異常の有無を判断するのが望ましい。

図６Ｂは、図６ＡのステップＳ４（電流検出実施）を、ステップＳ８〜ステップＳ１１のようにさらに具体化したものである。なお、ステップＳ７で故障検知実施Ｎｏの場合はフローを終了する。

ステップＳ７で故障検知実施ＯＫ（Ｙｅｓ）の場合、ステップＳ８で、ＰＴＣ素子３６１〜３６８の電極３６０ｃ、３６０ｄ間に流れる電流値Ｉacを電圧変換したＶiacを電流検出手段４３０により検出し、当該Ｖiacを電力制御部４００に読み込む。そしてステップＳ９で電極３６０ｃ、３６０ｄ間の電圧値Ｖacを電圧検出手段４５０により検出し、当該電圧値Ｖacを電力制御部４００に読み込む。

その後、ステップＳ１０で故障閾値電流Ｉth（故障閾値電圧Ｖith）を算出し、ステップＳ１１で前記電圧変換値Ｖｉａｃを当該故障閾値電圧Ｖithと比較する。電圧変換値Ｖiacが故障閾値Ｖith以上の場合（Ｖiac≧Ｖith）はフローを終了する。

一方、検出した電圧変換値Ｖiacが故障閾値Ｖithよりも小さい場合（Ｖiac＜Ｖith）、ＰＴＣ素子３６１〜３６８のいずれかで「故障」すなわち「断線あり」として、ステップＳ１２でヒータリレー４４０をＯＦＦ作動すると共に、ステップＳ１３でプリンタ１００の操作パネル上でのエラー表示でエラー報知する。

なお、通紙中に給電を遮断すると同時に給紙ローラ６０等の回転動作も停止する場合は用紙ジャムとなり、他方、給紙ローラ６０等の回転動作を継続する場合は定着不良の発生が増加する。このため、ＰＴＣ素子３６１〜３６８の部分断線による影響が、安全性及びＦＡＸ受信による印刷など、特に大きい場合を除いて、エラー報知のみで動作を継続する方が望ましい。

ここで、電極３６０ｃ、３６０ｄ間の電圧値Ｖacを別途検出するのは、図５（ｂ）に示すように、電極３６０ｃ、３６０ｄ間に印加される電圧値Ｖacにより、電極３６０ｃ、３６０ｄ間に流れる電流値Ｉacが大きく影響を受けるためである。このため、検出された電圧値Ｖacの大きさによっては、故障閾値電流Ｉth（Ｖith）を補正する必要がある。

また、図５（ｃ）の破線（抵抗下限、抵抗上限）に示すように、ＰＴＣ素子３６１〜３６８の電極３６０ｃ、３６０ｄ間の総抵抗値も、ＰＴＣ素子３６１〜３６８の製造バラツキによって±５〜１０％程度の範囲で変動する。これらバラツキに対応するためにも、電圧値Ｖacによる故障閾値電流のＩth（Ｖith）の補正が必要な場合がある。

本実施形態では、故障閾値電流Ｉth（Ｖith）の補正をしない電圧値Ｖacの許容変動閾値を、例えば±５％の範囲内とし、±５％を越えた場合に故障閾値電流Ｉth（Ｖith）の補正をすることができる。この補正は、具体的には前記ステップＳ１１で電圧変換値Ｖiacを故障閾値電圧Ｖithと比較する際、当該故障閾値電圧Ｖithを電圧値Ｖacの変動率（％）に対応して増減する。

図６Ｃは、第１温度センサＴＨ１と第２温度センサＴＨ２による加熱装置の前述の制御動作を示すフローチャートである。図６ＤのステップＳ２１において、プリンタ１００に対して印刷ジョブの実行が指示される。

すると、ステップＳ２２において、電力制御部４００により交流電源４１０から発熱部材３６０の各ＰＴＣ素子３６１〜３６８への給電が開始される。そしてステップＳ２３において、第１温度センサＴＨ１により発熱部材３６０の中央領域に位置するＰＴＣ素子３６４の温度Ｔ₄が検知される。

次に、ステップＳ２４でトライアック４２０による発熱部材３６０の温調制御が開始される。またステップＳ２５で第２温度センサＴＨ２によってＰＴＣ素子３６８の温度Ｔ₈が検知される。

そしてステップＳ２６で温度Ｔ₈≧Ｔ_N（Ｔ_N：所定温度）か否かが判定され、Ｔ₈＜Ｔ_Nであれば異常低温発生（断線発生）として、ステップＳ２７で発熱部材３６０への給電が実質的に遮断されるように、電力制御部４００によりトライアック４２０が制御される。そしてステップＳ２８で、プリンタ１００の操作パネルにエラー表示が示される。なお、第２温度センサＴＨ２の温度Ｔ₈が異常高温になった場合にも、同様に発熱部材３６０への給電が遮断（ＯＦＦ）されるようにトライアック４２０を制御してもよい。

また、Ｔ₈≧Ｔ_Nであれば異常低温発生なしとして、ステップＳ２９で印字動作が開始される。このように、前述した電流検出手段４３０による図６Ａ、図６Ｂのフローチャートに加えて、第２温度センサＴＨ２による図６Ｃのフローチャートで電力制御部４００を作動することで、加熱装置ないし定着装置３００の安全性がより高まる。

（調整用電力デューティ）
図６Ｄは、定着装置３００の着脱を検知した後の電力制御手段としての電力制御部４００の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１４で検知手段４６０が定着ユニット１の着脱を検知すると、ステップＳ１５で発熱部材３６０に調整用電力デューティで電力が供給される。このときの調整用電力デューティは、電力デューティ１００％とし、当該電力デューティを所定期間継続する。これは後述するステップＳ１７において発熱部材３６０の電流・電圧を検出する際、電流・電圧を安定して検知可能となるまでに凡そ３００〜１０００ｍｓｅｃ程度かかるためであり、検知誤差を少なくするためである。
所定の調整用電力デューティとは、一定の電力デューティの場合でもよいし、パターン化された電力デューティでもよい。パターン化された電力デューティとは、例えば、電力デューティが100％の場合と、50％の場合と、75％の場合の組み合わせによる繰り返しでもよい。
ここで、一定の電力デューティの割合が１００％であることが好ましい。

調整用電力デューティによる電力供給開始から所定期間Ｔが経過したとステップＳ１６で判定されると、ステップＳ１７で発熱部材３６０の電流と電圧が検出される。所定期間Ｔは、特に、電力デューティを１００％ではなく例えば２０〜５０％のように小さい比率にする場合、電力デューティ１００％の通常の立ち上げ動作よりも長い時間をかける。電力デューティが小さいと発熱部材３６０の温度上昇が緩やかなため、電流・電圧を安定して検知可能となるまでに電力デューティ１００％と比べて時間を要するためである。

その後、ステップＳ１８で検出した電流値Ｉと電圧値Ｅから、発熱部材３６０の抵抗値Ｒ（＝Ｅ／Ｉ）が算出される。算出された抵抗値Ｒは、ステップＳ１９で電力制御部４００内の不揮発性メモリに格納される。これで発熱部材３６０の抵抗値情報を画像形成装置に紐付けすることができる。

次のステップＳ２０で、抵抗値Ｒに基いて発熱部材３６０の使用時の電力デューティが調整される。すなわち、算出された抵抗値Ｒが発熱部材３６０の設計抵抗値よりも小さい場合は、予定した電力デューティで電力供給しても設計電力（単位時間当りの発熱量）が得られないので、予定した電力デューティよりもデューティを増大する。

この反対に、算出された抵抗値Ｒが発熱部材３６０の設計抵抗値よりも大きい場合は、予定した電力デューティで電力供給すると設計電力（単位時間当りの発熱量）よりも過大な電力になるので、予定した電力デューティよりもデューティを減少する。このように電力デューティが調整された後、ステップＳ２１で印刷動作すなわち発熱部材３６０に対する調整済み電力デューティで電力供給が開始される。印刷動作を終了した後、再度印刷動作を開始するときは、定着装置３００の着脱がない限り、前回の調整用デューティにより検出し不揮発性メモリに格納した抵抗値Ｒを読み出し、当該抵抗値Ｒに基いて発熱部材３６０の使用時の電力デューティを調整する。

調整用デューティを使って抵抗発熱体の抵抗値を算出する方法に代えて、定着装置にチップを設け、当該チップに抵抗発熱体の情報をあらかじめ記憶させておき、それを画像形成装置が読みだして、情報に基づいて、抵抗発熱体の使用時の電力デューティを調整してもよい。

このように、発熱部材３６０の実際の抵抗値Ｒを算出して所期の電力（発熱量）が得られるように電力デューティを調整したうえで発熱部材３６０に対する当該電力デューティによる電力供給が行われるので、発熱部材３６０の製造上の総抵抗値のバラツキに関わりなく、発熱部材３６０の電力を適正に制御することができる。

（電力デューティの測定と判定）
ここで、請求項１１〜１４に係る発明において、電力デューティの大きさの測定と大小関係の判定方法について図７を参照して説明する。

(抵抗発熱体の抵抗値の測定)
（１） 定着装置３００の抵抗発熱体（図７の発熱部材３６０）の抵抗を測定する。
（２） 定着装置Ａについて抵抗発熱体の電極部に接続しているコネクタ端子にディジタルマルチメータ（横川計測社製７５３７０２）を当てて、抵抗値を測定する。定着装置Ｂについても同様に抵抗値を測定する。

（測定回路の設定）
（３）ＡＣ電流波形を読み取るオシロスコープ（テクトロニクス社製ＤＰＯ４０００シリーズ）５３０に、コネクタ端子５１０と電力供給回路５４０とを接続している線に電流プローブ５２０を接続する。
（４）安定化電源（菊水電子工業社製ＰＣＲ４０００Ｗ）５５０に、プリンタ１００の電源ケーブルを接続する。
（５）安定化電源５５０に電力計（横川計測社製ＷＴ３３２Ｅ）５６０を接続する。
（６）電力計に付属の専用ソフトで積算電力量を求める。

（測定方法）
（７）定着装置Ａをプリンタ１００に装着した状態で、標準温度２３℃、湿度５４％の環境下で立ち上げ動作を２秒間行いながら、オシロスコープ５３０の２秒当たりの通電時間の割合を観察する。
（８）立ち上げ動作以外でも、オシロスコープ５３０による数秒間の電流波形計測を繰り返し５回実施して各計測波形の中に２秒間同じ電流波形が出てくる条件があれば、その条件で電流・電圧が安定していると考えられるから、当該２秒当たりの通電時間の割合を観察してもよい。（例えば、スリープ復帰時の１枚印刷の電力パターンであるとき）
（９）また、その時の積算電力量を求める。（定着装置Ａをプリンタ１００に装着した時の積算電力量）
（１０）定着装置Ａをプリンタ１００から取り出し、定着装置Ａの代わりに定着装置Ｂをプリンタ１００に装着し、定着装置Ｂに対して、前述と同様の測定回路の設定を行う。
（１１）定着装置Ｂをプリンタ１００に装着した状態で、標準温度２３℃、湿度５４％の環境下で立ち上げ動作を２秒間行いながら、オシロスコープ５３０の２秒当たりの通電時間の割合を観察する。
（１２） （１１）で測定した定着装置Ｂをプリンタ１００に装着した時の２秒当たりの通電時間の割合と、（７）で測定した定着装置Ａをプリンタ１００に装着した時の２秒当たりの通電時間の割合を比較する。
（１３） また、その時の積算電力量を求める。（定着装置Ｂを装着した時の積算電力量）

（判断手法）
（１４） （１２）での比較の結果、２秒当たりの通電時間の割合を比較してＡとＢとで異なれば、電力デューティが異なっていると判断する。
（１５） なお、（９）で測定した定着装置Ａをプリンタ１００に装着した時の積算電力量と、（１３）で測定した定着装置Ｂをプリンタ１００に装着した時の積算電力量とを比較して、同じ積算電力量であるか否かを確認する。ここで、同じ積算電力量であるとは、定着装置ＡとＢでの積算電力量の差がプラスマイナス１％以内であることをいう。同じ積算電力量である場合、定着装置Ａの抵抗値と、定着装置Ｂの抵抗値は異なり、定着装置Ａの積算電力量と定着装置Ｂの積算電力量が同一であるので、定着装置ＡとＢの電力デューティを抵抗値に対応して異ならせていると判断する。
（１６）抵抗値が高いほうの定着装置の２秒当たりの通電時間の割合が大きければ、抵抗値が高いほうの定着装置の電力デューティが大きいと判断する。

なお、このように電力デューティが異なることにより、定着装置ＡとＢで電力の差がプラスマイナス１％以内であれば、定着装置ＡとＢの抵抗発熱体の抵抗値自体のバラツキによる電力（ヒータ出力）のバラツキが出ないように、本発明による抵抗発熱体の電力デューティ制御をしているものと判断することができる。

以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば本発明の加熱装置は乾燥装置など定着装置以外の用途に使用することも可能である。また抵抗発熱体はＰＴＣ素子のほかセラミックヒータなど他の抵抗発熱体も使用可能である。また図３Ａ（ｂ）（ｃ）や図３Ｂ（ｂ）（ｃ）のＰＴＣ素子のオーバーラップ形態は、凹凸形状や櫛歯形状の相互嵌合なども可能であることは勿論である。またＰＴＣ素子の数は８個未満または９個以上としてもよい。さらにＰＴＣ素子を基材３５０の短手方向に複数列で配置することも可能である。

ＳＮ：定着ニップ ＨＮ：加熱ニップ
Ｌ：レーザ光 Ｐ：用紙
ＴＭ：転写手段 ＴＨ１：第１温度センサ
ＴＨ２：第２温度センサ ３６１−３６８：抵抗発熱体
1K,1Y,1M,1C：プロセスユニット 2K,2Y,2M,2C：像担持体
3K,3Y,3M,3C：ドラムクリーニング装置 4K,4Y,4M,4C：帯電装置
5K,5Y,5M,5C：現像装置（作像部） 6K,6Y,6M,6C：トナーボトル
７：露光器 ７ａ：ミラー
８：転写カバー １０：粉体収容器
１５：転写装置 １６：中間転写ベルト
１７：従動ローラ １８：駆動ローラ
19K,19Y,19M,19C：一次転写ローラ ２０：二次転写ローラ
２１：ベルトクリーニング装置 ３１：レジストセンサ
３２：給紙路 ３３：転写後搬送路
３５：定着後搬送路 ３６：排紙路
３７：排紙ローラ対 ４１：反転搬送路
４２：部材 ４２ａ：揺動軸
４３：反転搬送ローラ対 ４４：排紙トレイ
４５、６０：給紙ローラ ４６：トレイ
１００：プリンタ １０１：側面カバー
２００：用紙給送装置（記録媒体供給部） ２１０：ローラ対
２２０：給送ローラ ２３０：分離ローラ
２４０：搬送ローラ ２５０：レジストローラ対
３００：定着装置 ３１０：定着ベルト
３２０：加圧ローラ ３２１：鉄製芯金
３２１：芯金 ３２２：弾性層
３２３：離型層 ３３０、３３３：ステー
３３１：補助ステー ３３２：ニップ形成部材
３３４：加圧ベルト ３４０：フォルダ
３５０：基材 ３６０：発熱部材
３６０ａ、３６０ｂ：給電線 ３６０ｃ、３６０ｄ：電極
３６１〜３６８：ＰＴＣ素子 ３７０：絶縁層
３９０：押圧ローラ ４００：電力制御部
４１０：交流電源 ４２０：トライアック
４３０：電流検出手段 ４４０：ヒータリレー
４５０：電圧検出手段 ４６０：検知手段

特開２０１５−１９４７１３号公報 特開２０１６−１８１２７号公報 特開２００４−２４６０４５号公報 特開２００４−２２６４６１号公報

Claims (11)

1. 抵抗発熱体と、当該抵抗発熱体の電力を制御する電力制御手段とを備え、前記電力制御手段が前記抵抗発熱体に所定の調整用電力デューティで電力を供給し、前記抵抗発熱体の使用時の電力デューティを調整することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記調整用電力デューティが一定の電力デューティで、電力供給を所定時間継続することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
3. 前記一定の電力デューティが１００％であることを特徴とする請求項２の画像形成装置。
4. 前記調整用電力デューティによる電力を供給することによって、前記抵抗発熱体の抵抗値を認識し、当該認識した抵抗値に基づいて前記抵抗発熱体の使用時の電力デューティを調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項の画像形成装置。
5. 前記抵抗発熱体に電流検出手段と電圧検出手段が接続され、前記調整用電力デューティによる電力に基づいて、当該電流検出手段と電圧検出手段によって、前記抵抗発熱体の抵抗値を認識することを特徴とする請求項４の画像形成装置。
6. 検出された前記抵抗発熱体の抵抗値の情報を不揮発性メモリに格納し、当該格納された抵抗値の情報と当該電圧検出手段の検知結果に基づいて、前記抵抗発熱体の使用時の電力デューティを調整することを特徴とする請求項５の画像形成装置。
7. 前記抵抗発熱体が、電気的に並列接続された複数の抵抗素子またはＰＴＣ素子を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項の画像形成装置。
8. 第１の抵抗発熱体を有する第１の定着装置と、第２の抵抗発熱体を有する第２の定着装置とを交換可能であって、前記第１の定着装置と前記第２の定着装置のうち、画像形成装置に装着されている定着装置に電力を供給する電力供給手段を有する画像形成装置において、
   前記第１の抵抗発熱体の抵抗値は、前記第２の抵抗発熱体の抵抗値よりも高く、前記第１の定着装置を画像形成装置に装着しているときに前記電力供給手段から供給される電力の電力デューティが、前記第２の定着装置を画像形成装置に装着しているときに前記電力供給手段から供給される電力の電力デューティよりも大きいことを特徴とする画像形成装置。
9. 前記第１の定着装置を画像形成装置に装着しているときに前記第１の抵抗発熱体に供給される電力と、前記第２の定着装置を画像形成装置に装着しているときに前記第２の抵抗発熱体に供給される電力の差がプラスマイナス１％以内であることを特徴とする請求項８の画像形成装置。
10. 前記第１の定着装置を画像形成装置に装着しているときの立ち上げ時に前記第１の抵抗発熱体に供給される電力と、前記第２の定着装置を画像形成装置に装着しているときの立ち上げ時に前記第２の抵抗発熱体に供給される電力の差がプラスマイナス１％以内であることを特徴とする請求項８の画像形成装置。
11. 前記第１、第２の抵抗発熱体は電気的に並列接続されたＰＴＣ素子を有することを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項の画像形成装置。

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