JP2023076691A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】面状加熱体の複数の抵抗発熱体をできるだけ少数の温度検知手段（温度検知センサ）で温度制御し、異常温度上昇を防止する。【解決手段】本発明の加熱装置は、基材３５０の長手方向に複数配設され互いに電気的に並列接続された抵抗発熱体３６１～３６８と、抵抗発熱体に電力を供給する電力制御手段（交流電源４１０とトライアック４２０）と、第１抵抗発熱体３６４の温度を検知する第１温度検知センサＴＨ１と、第２抵抗発熱体３６８の温度を検知する第２温度検知センサＴＨ２と、第１温度検知センサＴＨ１の検知結果に基いて抵抗発熱体の温度が所定温度になるように電力制御手段を制御すると共に、第２温度検知センサＴＨ２が異常温度を検知したとき電力の供給を遮断する制御手段（制御部４００）を有する。【選択図】図４
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面状加熱体で加熱する型式がある。この面状加熱体は、定着ベルトの幅方向に配置された基材上に複数の抵抗発熱体を配設し、これら抵抗発熱体を電気的に並列接続したものである。これにより、小サイズ紙を通紙したときの非通紙部昇温の抑制を図るようにしている（特許文献１、２）。当該抵抗発熱体に正温度係数を有するＰＴＣヒータを使用することで、非通紙部昇温をさらに抑制して省エネを図ることができる。
前述のように複数の抵抗発熱体を並列接続した場合、いずれか１つの抵抗発熱体が断線しても他の抵抗発熱体には電流が流れ続ける。各抵抗発熱体の加熱領域にサーミスタ等の温度検知センサが配設されていれば、抵抗発熱体の温度を個別に制御できるので、抵抗発熱体の異常温度上昇が発生することはない。
しかし、それらすべてに温度検知センサを取り付けるとコストがかかる。そこで、例えば長手方向中央の１つの抵抗発熱体にのみ温度検知センサを取り付けると、当該抵抗発熱体が断線した場合、他の抵抗発熱体の電流が増加し続けて温度制御不能になるおそれがある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、面状加熱体の複数の抵抗発熱体をできるだけ少数の温度検知センサで温度制御し、異常温度上昇を防止可能な画像形成装置を提供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、基材と、前記基材の長手方向に配設され、互いに電気的に並列に接続された複数の抵抗発熱体と、前記複数の抵抗発熱体に電力を供給するように構成された電力制御手段と、互いに電気的に並列に接続された複数の抵抗発熱体のうち、第１抵抗発熱体と対向する第１温度検知手段と第２抵抗発熱体と対向する第２温度検知手段の２つの温度検知手段のみが前記複数の抵抗発熱体に対向して配置されている、前記第１温度検知手段及び前記第２温度検知手段を含む複数の電気的温度検知手段と、前記第１温度検知手段で検知された温度が第１の所定温度に近づくように前記電力制御手段からの電力を前記複数の抵抗発熱体の全てに供給し、かつ、前記第２温度検知手段で検知された温度が第２の所定の温度に到達したことに対応して前記電力制御手段から前記複数の抵抗発熱体の全てに供給される電力を遮断するように構成された制御部と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、第１抵抗発熱体が断線して第１温度検知手段による複数の抵抗発熱体の温度制御が不能になっても、第２温度検知手段による第２の所定温度の検知により各抵抗発熱体への電力の供給が遮断されるので、各抵抗発熱体の異常温度上昇を防止することができる。
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。なお、各図中、同一又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の一実施形態としてのカラーレーザプリンタ１００の構成を概略的に示す構成図である。また図１Ｂは当該レーザプリンタ１００の原理を単純化して図示する。
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の一実施形態としてのカラーレーザプリンタ１００の構成を概略的に示す構成図である。また図１Ｂは当該レーザプリンタ１００の原理を単純化して図示する。
カラーレーザプリンタ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を備えている。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、レーザプリンタ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、このレーザプリンタ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Ｌｂ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、レーザプリンタ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、レーザプリンタ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分離方式又は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、レーザプリンタ１００の上部に、レーザプリンタ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、レーザプリンタ１００の本体に対して着脱自在に装着されている。
本実施形態のレーザプリンタ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、レーザプリンタ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。
なお、本実施形態の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。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、又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。
（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、レーザプリンタ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。
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、レーザプリンタ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Ｌｂを像担持体２Ｋの表面に照射する。
レーザ光Ｌｂ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の一部をレーザプリンタ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をレーザプリンタ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。加熱装置は面状加熱体で構成され、図３Ａ（ａ）と図４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と、この基材３５０上に配設された発熱部材３６０を有する。
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。加熱装置は面状加熱体で構成され、図３Ａ（ａ）と図４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と、この基材３５０上に配設された発熱部材３６０を有する。
発熱部材３６０は、基材３５０の長手方向で直線状かつ等間隔に配置された複数の抵抗発熱体３６１～３６８で構成されている。各抵抗発熱体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に各抵抗発熱体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のように電力制御手段が接続される。
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温度検知センサ（第１温度検知手段）ＴＨ１と第２温度検知センサ（第２温度検知手段）ＴＨ２を有する。これら温度検知センサＴＨ１、ＴＨ２は例えばサーミスタで構成することができる。
第１温度検知センサＴＨ１と第２温度検知センサ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温度検知センサＴＨ１は温度制御用で、第２温度検知センサＴＨ２が安全補償用である。２つの温度検知センサ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温度検知センサ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抵抗発熱体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温度検知センサＴＨ２は、長手方向最端部である第２抵抗発熱体としての抵抗発熱体３６８（左端から８番目）（又は抵抗発熱体３６１（左端から１番目））の加熱領域に配置されている。
２つの温度検知センサ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抵抗発熱体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温度検知センサＴＨ１は抵抗発熱体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温度検知センサＴＨ２は、長手方向端部領域であれば、左端から２番目の抵抗発熱体３６２又は７番目の抵抗発熱体３６７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。
図４の加熱装置の下方に、抵抗発熱体３６１～３６８に給電（電力供給）するための電力制御手段としての電力制御回路を示している。この電力制御回路は、交流電源４１０とトライアック４２０で構成されている。交流電源４１０とトライアック４２０は、電極３６０ｃ、３６０ｄの間を直列に接続している。
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、制御手段としての制御部４００に入力される。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、各抵抗発熱体３６１～３６８が所定温度になるように、トライアック
４２０により電極３６０ｃ、３６０ｄに対する供給電力量を制御する。
４２０により電極３６０ｃ、３６０ｄに対する供給電力量を制御する。
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力量を制御することで、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。
けでなく、当該抜熱分も考慮して供給電力量を制御することで、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。
第１の定着装置は図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。
抵抗発熱体３６１～３６８と給電線３６０ａ、３６０ｂは薄い絶縁層３７０によって覆われている。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によって抵抗発熱体３６１～３６８と給電線３６０ａ、３６０ｂを絶縁・保護すると共に、後述するように定着ベルト３１０との摺動性を維持する。
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。
抵抗発熱体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。本実施形態では抵抗発熱体３６１～３６８の抵抗値を常温で８０Ωとした。
抵抗発熱体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。
抵抗発熱体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。
図３Ａ（ａ）のように、抵抗発熱体３６１～３６８は長手方向に８分割され、それぞれ電気的に並列接続されている。各抵抗発熱体３６１～３６８は所望の出力（抵抗値）を得るために、折り返し蛇行状の焼成パターンで構成することができる。図示例では細幅線を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。
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絶縁できずに抵抗発熱体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。
また、抵抗発熱体３６１～３６８は図５（ａ）のように、ＰＴＣ（正の温度抵抗係数）特性を有する材料で構成することもできる。このＰＴＣ特性を有する材料は、温度Ｔが上昇すると抵抗値が上昇（電流Ｉが低下してヒータ出力が低下）する特徴がある。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、制御部４００のメモリに格納することができる。
この特徴により、例えば抵抗発熱体３６１～３６８の全幅よりも狭い紙（例えば抵抗発熱体３６３～３６６の幅内）を印刷した場合、紙幅より外側の抵抗発熱体３６１、３６２、３６７、３６８は紙に熱を奪われないため温度が上昇する。するとそれら抵抗発熱体３６１、３６２、３６７、３６８の抵抗値が上昇する。
抵抗発熱体３６１～３６８にかかる電圧は一定なので、用紙幅より外側の抵抗発熱体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。抵抗発熱体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。抵抗発熱体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。
抵抗発熱体３６１～３６８の配置は図３Ａ（ａ）の状態に限られない。図３Ａ（ａ）では抵抗発熱体３６１～３６８の相互間に短手方向に続く隙間がある。また、図３Ａ（ｂ）と（ｃ）では抵抗発熱体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３Ａ（ｂ）は抵抗発熱体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３（ｃ）は抵抗発熱体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。このように抵抗発熱体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は抵抗発熱体３６１～３６８の両端に配置する他、図３Ｂ（ａ）～（ｃ）のように抵抗発熱体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。
（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。
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温度検知センサＴＨ１のみ配置した場合、第１温度検知センサＴＨ１を配置している抵抗発熱体３６４のみが部分的に断線して電力供給が遮断すると、当該抵抗発熱体３６４の温度が上昇しない。第１温度検知センサＴＨ１と第２温度検知センサＴＨ２を同じ抵抗発熱体の加熱領域内に配置した場合も同様である。このため、当該抵抗発熱体３６４を温度制御により一定温度（第１の所定温度）にしようとして、他の正常な抵抗発熱体３６１～３６３、３６５～３６８に必要以上の電力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、第１温度検知センサＴＨ１と第２温度検知センサＴＨ２を、異なる抵抗発熱体３６４、３６８の加熱領域に配置している。これにより、第１温度検知センサＴＨ１を配置している抵抗発熱体３６４のみが部分的に断線して電力供給が遮断された場合でも、第２温度検知センサＴＨ２で、他の正常な抵抗発熱体３６８の異常高温を第１の所定温度よりも高いあらかじめ定められている温度を第２の所定温度として検知するすることで、安全に電力供給を遮断することができる。例えば、第２の所定温度とは、あらかじめ実験などで求められた温度であり、これ以上、上がると支障をきたす温度である。
特に抵抗発熱体３６８は基材３５０の長手方向最端部に配置されているので、端部温度上昇の影響により第２の所定温度を早期に検知しやすい。したがって、第２温度検知センサＴＨ２を長手方向最端部以外の抵抗発熱体に配置した場合より、より安全に電力供給を遮断することができる。なお、第２温度検知センサＴＨ２は抵抗発熱体３６８の第１の所定温度よりも低いあらかじめ定めれている温度（断線）を検知して電力供給を遮断することも可能である。例えば、この場合の検知する温度は、あらかじめ実験などで求められた温度であり、これ以上、下がると支障をきたす温度である。
（定着装置の他の実施形態）
定着装置３００は図２Ａの第１の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の定着装置は、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。
定着装置３００は図２Ａの第１の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の定着装置は、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の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の定着装置と同じである。
また、安全補償用の第２温度検知センサＴＨ２は、図２Ａの破線にて示すように、温度制御用の第１温度検知センサＴＨ１が検知する抵抗発熱体３６６とは異なる抵抗発熱体３６８で加熱される定着ベルト３１０の内周面（抵抗発熱体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検知センサの配設スペースを確保しにくくなるが、第２温度検知センサ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温度検知センサＴＨ２は、抵抗発熱体３６８だけでなく、定着ベルト３１０の内周面を含む、他の抵抗発熱体３６１～３６３、３６５～３６７の領域毎に配置してもよい。
（フローチャート）
図５は前述した制御部４００によって実行される加熱装置の制御動作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、カラーレーザプリンタ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Ｓ２において、制御部４００により交流電源４１０から発熱部材３６０の各抵抗発熱体３６１～３６８への給電が開始される。そしてステップＳ３において、第１温度検知センサＴＨ１により発熱部材３６０の中央領域に位置する抵抗発熱体３６４の温度Ｔ4が検知される。
図５は前述した制御部４００によって実行される加熱装置の制御動作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、カラーレーザプリンタ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Ｓ２において、制御部４００により交流電源４１０から発熱部材３６０の各抵抗発熱体３６１～３６８への給電が開始される。そしてステップＳ３において、第１温度検知センサＴＨ１により発熱部材３６０の中央領域に位置する抵抗発熱体３６４の温度Ｔ4が検知される。
次に、ステップＳ４で発熱部材３６０の温調制御が開始される。またステップＳ５で第２温度検知センサによって抵抗発熱体３６８の温度Ｔ8が検知される。そしてステップＳ６で温度Ｔ8≦Ｔs（Ｔs：安全上限温度）か否かが判定され、Ｔs＜Ｔ8であれば異常温度発生として発熱部材３６０への電力供給が遮断（ＯＦＦ）され、カラーレーザプリンタ１００の操作パネルにエラー表示が示される。Ｔ8≦Ｔsであれば異常温度発生なしとしてステップＳ９で印字動作が開始される。
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。また抵抗発熱体のオーバーラップの形態は、凹凸形状や櫛歯形状の相互嵌合など、図３Ａ（ｂ）（ｃ）や図３Ｂ（ｂ）（ｃ）以外も可能であることは勿論である。また、抵抗発熱体の数は８個未満又は９個以上としてもよい。さらに抵抗発熱体を基材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
Ｌｂ：レーザ光 Ｐ：用紙
ＴＭ：転写手段 ＴＨ１：第１温度検知センサ
ＴＨ２：第２温度検知センサ 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：カラーレーザプリンタ 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：抵抗発熱体
３７０：絶縁層 ３９０：押圧ローラ
４００：制御部 ４１０：交流電源
４２０：トライアック
Ｌｂ：レーザ光 Ｐ：用紙
ＴＭ：転写手段 ＴＨ１：第１温度検知センサ
ＴＨ２：第２温度検知センサ 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：カラーレーザプリンタ 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：抵抗発熱体
３７０：絶縁層 ３９０：押圧ローラ
４００：制御部 ４１０：交流電源
４２０：トライアック
Claims (10)
- 基材と、
前記基材の長手方向に配設され、互いに電気的に並列に接続された複数の抵抗発熱体と、
前記複数の抵抗発熱体に電力を供給するように構成された電力制御手段と、
互いに電気的に並列に接続された複数の抵抗発熱体のうち、第１抵抗発熱体と対向する第１温度検知手段と第２抵抗発熱体と対向する第２温度検知手段の２つの温度検知手段のみが前記複数の抵抗発熱体に対向して配置されている、前記第１温度検知手段及び前記第２温度検知手段を含む複数の電気的温度検知手段と、
前記第１温度検知手段で検知された温度が第１の所定温度に近づくように前記電力制御手段からの電力を前記複数の抵抗発熱体の全てに供給し、かつ、前記第２温度検知手段で検知された温度が第２の所定の温度に到達したことに対応して前記電力制御手段から前記複数の抵抗発熱体の全てに供給される電力を遮断するように構成された制御部と、
を有することを特徴とする画像形成装置。 - 基材と、
前記基材の長手方向に配設され、互いに電気的に並列に接続された複数の抵抗発熱体と、
前記複数の抵抗発熱体に電力を供給するように構成された電力制御手段と、
互いに電気的に並列に接続された複数の抵抗発熱体のうち、第１抵抗発熱体と対向する第１温度検知手段と第２抵抗発熱体と対向する第２温度検知手段の２つの温度検知手段のみが前記複数の抵抗発熱体に対向して配置されている、前記第１温度検知手段及び前記第２温度検知手段を含む複数の電気的温度検知手段と、
前記第１温度検知手段を前記基材に付勢する力を発生する第１弾性部材と、を有し、
前記第１温度検知手段で検知された温度が第１の所定温度に近づくように前記複数の抵抗発熱体の全てに電力を供給し、かつ、前記第２温度検知手段で検知された温度が第２の所定の温度に到達したことに対応して前記複数の抵抗発熱体の全てに供給される電力が遮断される、
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１又は２の画像形成装置において、定着装置をさらに有し、当該定着装置は、
加圧回転体と、
前記加圧回転体との間に定着ニップを形成し、当該定着ニップを通過した記録媒体上に現像剤を定着させるニップ形成部材と、
筒状のベルト部材と、
を有する画像形成装置。 - 請求項１又は２の画像形成装置において、前記複数の抵抗発熱体は８つの部分に分かれていることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１又は２の画像形成装置において、前記複数の抵抗発熱体は、折り返し蛇行状の発熱パターンで形成されていることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１又は２の画像形成装置において、前記基材は窒化アルミニウム製であることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項２の画像形成装置において、さらに、前記基材に前記第２温度検知手段を押し付けるように配設された第２の弾性部材を有することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１又は２の画像形成装置において、前記第１温度検知手段と前記第２温度検知手段のみが、前記基材の前記複数の抵抗発熱体に対向し、前記複数の電気的温度検知手段のうち他のものは、前記基材の前記複数の抵抗発熱体のどんなものとも対向しないことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１又は２の画像形成装置において、前記第２温度検知手段は、前記第２抵抗発熱体にのみ対向していることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１又は２の画像形成装置において、前記第２温度検知手段は、前記第１温度検知手段と同種の温度検知手段であることを特徴とする画像形成装置。
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