JP5609717B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関し、特に、抵抗発熱体層を有する加熱回転体を用いた定着装置において、抵抗発熱体層の局所的な異常発熱を検出する技術に関する。

近年、プリンタ、複写機等の画像形成装置の定着装置として、ジュール発熱する抵抗発熱体層を有するベルトを用いた定着装置が利用されている（例えば、特許文献１）。
このような方式の定着装置は、記録シートに接触する定着ベルト自体に熱源を持たせているので、熱効率が高く、低消費電力化やウォームアップ時間の短縮化を図ることができる。

図１０（ａ）は、かかる定着ベルトを用いた定着装置８００の構成例を示す概略斜視図であり、図１０（ｂ）は、その定着ベルト部分の拡大図である。
同図に示すように、定着装置８００は、定着ベルト８５４、押圧ローラ８５０、加圧ローラ８６０および交流電源に接続された一対の給電ローラ８７０などを備えている。
定着ベルト８５４は、抵抗発熱体層８５４ｂを含む円筒状の弾性変形可能なベルトであって、幅方向（Ｙ軸方向）の両端部の外周において、抵抗発熱体層８５４ｂ上に電極８５４ｅが形成されたものである。

押圧ローラ８５０は、芯金８５１の表面が弾性層８５２で覆われており、定着ベルト８５４の内側に遊挿されている。
加圧ローラ８６０は、定着ベルト８５４の外側に配され、定着ベルト８５４を介して押圧ローラ８５０を押圧し、定着ニップ８３０を形成する。
また、加圧ローラ８６０は、駆動モータ（不図示）からの駆動力を受けて矢印Ｐ方向に回転する。この駆動力が定着ベルト８５４を介して押圧ローラ８５０に伝わることにより、定着ベルト８５４と押圧ローラ８５０とが同図の矢印Ｑ方向に従動回転する。

一対の給電ローラ８７０は、定着ベルト８５４の外側から当該定着ベルト８５４の電極８５４ｅに接触して、同図１０（ａ）の下方に押し付けるように構成されており、これにより、定着ベルト８５４の抵抗発熱体層８５４ｂに給電される。
以上の構成において、定着ベルト８５４が周回駆動されつつ、給電ローラ８７０を介して抵抗発熱体層８５４ｂの両端部に設けられた電極８５４ｅにそれぞれ電力が供給されると、電気抵抗としては、電極８５４ｅの方が抵抗発熱体層８５４ｂよりも遥かに小さいため、各一対の電極８５４ｅの全周の電位が、それぞれに接触している給電部材の電位とほぼ等しくなり、図１０（ａ）に示すように、抵抗発熱体層８５４ｂ全体にＹ軸方向の電流Ｉが流れ、抵抗発熱体層８５４ｂが発熱する（電流Ｉの向きは周期的に逆転するため、同図１０（ａ）における電流Ｉの向きは、ある一瞬における状態を例示している。）。

このとき、定着ベルト８５４は、定着ニップ８３０と給電ローラ８７０に押し付けられている部分以外で、他の部材との接触が生じていないため、熱が周囲に逃げにくく、ジュール発熱により定着ニップ８３０の領域が効率的に昇温され、記録シート（不図示）上に形成されたトナー像が定着ニップ８３０を通過する際に、加熱、加圧されて当該記録シートに熱定着される。

上述のように抵抗発熱体層を用いた定着装置８００は熱効率に優れているが、その一方で、不適切なジャム処理や、ステープルなどの異物の混入により、図１０（ｂ）の部分拡大図に示すように、抵抗発熱体層８５４ｂに傷８５４ｓが生じる場合がある。
そうすると、Ｙ軸方向に流れていた電流が当該傷８５４ｓを迂回して流れざるを得なくなり、電流が迂回して流れる部分８９１では、電流密度が局部的に増加し、温度が急上昇するいわゆる異常発熱部が発生してしまう。

この異常発熱部を放置しておくと、異常発熱部分が、ベルトの回転に伴ってローラに繰り返し接するために、ローラの表面を損傷するおそれがあるため、即時に電力供給を停止することが望まれる。
このような異常発熱部の発生を検出するためには、定着ベルト８５４の表面温度を部分的に検出するだけでは足りず、複数の温度検出素子を押圧ローラ８５０の軸方向に沿って配列して、定着ベルト８５４を回転させながらその発熱領域の全域の温度を監視する必要がある。

ところが、定着ベルト８５４の発熱領域の幅は、Ａ４サイズ（横通し）に対応するため３００ｍｍを超えており、その幅全域の温度を網羅して検出するためには、非常に多くの温度検出素子が必要となり、そのためのコストアップが避けられない。
そこで、本願発明者らは、検出視野角の広い赤外線温度センサを、定着ベルト８５４の表面から所定距離だけ離して設置することを考案した。これにより１個の赤外線温度センサの検出幅が広がり、定着ベルト８５４の幅方向全域を検出するために必要な個数を大幅に少なくすることができ、コストダウンを図ることができる。

特開２００９−１０９９９７号公報

しかしながら、赤外線温度センサは、その検出領域全体から放出される赤外線エネルギーを受光して検出信号を出力するため、結局は、当該検出領域における平均温度が得られるに過ぎず、上述のように検出視野角の広い赤外線温度センサを用いた場合、その検出領域に局所的な異常発熱部が発生していても、検出温度としてはそれほど大きく変化しない。

一方、定着ベルトの温度制御は、抵抗発熱体層への電力供給をＯＮ・ＯＦＦ制御するため、制御目標となる温度（目標温度）を中心にして、温度が小刻みに上下に変動しながら推移するいわゆる温度リップル（温調リップル）が発生する。
上述のように異常発熱部の検出温度の変化が小さい上に、上記の温度リップルが生じると、当該温度リップルがいわばノイズとなって、上記異常発熱部の検出を精度よく行えないという問題がある。

本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであって、検出視野角の広い温度検出素子を用いてコストダウンを図りつつ、異常発熱部の検出を比較的精度よく行うことができる定着装置および、当該定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る一つの態様は、抵抗発熱体層を有する加熱回転体の周面に加圧部材を押圧させてニップ部を形成し、当該ニップ部に、未定着画像が形成された記録シートを通紙して熱定着させる定着装置であって、前記加熱回転体の抵抗発熱体層に電力を供給する電源手段と、前記加熱回転体の表面温度が定着可能な目標温度になるように前記電源手段による電力の供給を制御する第１の温度制御と、前記第１の温度制御の実行時よりも温度リップルが小さくなるように前記電源手段による電力の供給を制御する第２の温度制御と、を選択的に実行する温度制御手段と、所定角度以上の検出視野角を有する温度検出素子を、その検出領域が前記加熱回転体の発熱領域を、記録シートの通紙方向と直交する方向において網羅するように、１または複数個配設してなる温度検出手段と、前記温度検出手段からの出力結果に基づき、加熱回転体の周面に異常発熱部が発生しているか否かを判定する異常発熱判定手段とを備え、前記温度制御手段は、前記第２の温度制御において、当該第２の温度制御時に生じる温度リップルを温度検出手段の検出したときの温度変化量が、前記異常発熱部を温度検出手段で検出したときにおける温度変化量よりも小さくなるように前記電源手段による電力の供給を制御すると共に、前記異常発熱判定手段は、前記第２の温度制御が実行されている間において前記温度検出手段により検出された温度検出結果に基づき、異常発生部の発生の有無を判定することを特徴としている。

上記構成によれば、温度検出手段は、所定角度以上の検出視野角を有する温度検出素子を１または複数個備えて、その検出領域が前記加熱回転体の発熱領域を記録シートの通紙方向と直交する方向において網羅するようにしているため、従来の構成に比べて異常発熱部の検出に必要な温度検出素子の個数を大幅に少なくすることができ、コストダウンを図れる。

また、温度制御手段は、前記加熱回転体の表面温度が定着可能な所定の目標温度になるように前記電源手段による電力の供給を制御する第１の温度制御のほかに、第１の温度制御の実行時よりも温度リップルが小さくなるように電力の供給を制御する第２の温度制御を選択的に実行し、判定手段が当該第２の温度制御が実行されている間において温度検出手段により検出された温度検出結果に基づき異常発生部の発生の有無を判定するようにしているので、１個の温度検出素子の検出領域が広くなったために異常発熱部検出時における出力変化が小さくなったとしても、第２の温度制御では温度リップルも小さくなってノイズ量が減少しているので、比較的精度よく異常発熱部の発生を判定することができる。

ここで、前記第２の温度制御時において、前記電源手段により供給される電力の大きさは、単位時間において加熱回転体から失われる熱量と電力供給による抵抗発熱体層による発熱量が等しくなって温度飽和状態を生じさせるような値に設定されていることとしてもよい。

また、前記温度飽和状態でおいて維持される定着ベルトの表面温度は、前記定着可能な目標温度よりも低いこととすることができる。
また、ウォームアップ開始のタイミングであるか否かを判定するウォームアップ判定手段を備え、前記温度制御手段は、前記ウォームアップ判定手段によりウォームアップ開始のタイミングであると判定された場合に、まず、第２の温度制御を実行して、異常発熱判定手段により加熱回転体の周面に異常発熱部が発生しているか否かの判定をさせ、その後、加熱回転体の表面温度を第１の温度制御における目標温度まで立ち上げる第３の温度制御を実行することとしてもよい。

前記温度検出素子は、赤外線温度センサであるとしてもよい。
また、本発明の他の態様は、上記構成の定着装置を備えた画像形成装置であってもよく、これにより上記定着装置と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態に係るプリンタの構成を示す概略図である。 上記プリンタにおける定着部の主要部の構成を示す斜視図である。 図２の定着部の横断面図である。 定着ベルトの積層構造を説明するための部分断面図である。 各赤外線センサの検出領域を説明するための平面図である。 制御部の構成を示すブロック図である。 （ａ）は通常の定着ベルトの温度制御における時間と、一の赤外線センサより検出された定着ベルトの表面温度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、（ａ）において定着ベルトに異常発熱部が発生したときの検出温度の変化を示すグラフである。 （ａ）は、本実施の形態におけるリップル低減温度制御により、定着ベルトの表面温度が１００℃付近で温度飽和が生じる様子を示すグラフであり、（ｂ）は、当該温度飽和が発生しているときに、異常発熱部が検出されたときの温度変化を示すグラフである。 制御部によって実行される異常発熱部検出処理の制御内容を示すフローチャートである。 （ａ）は、従来の定着装置の斜視図であり、（ｂ）は、その要部拡大図である。

＜実施の形態＞
以下、本発明に係る画像形成装置の実施の形態について、タンデム型フルカラープリンタ（以下、単に「プリンタ」という）を例にして図面に基づき説明する。
（１）プリンタの全体構成
図１は、プリンタの構成を示す概略図である。

同図に示すように、プリンタ１は、画像プロセス部３、給紙部４、定着部５および制御部６０などを備えている。
このプリンタ１は、ネットワーク（例えばＬＡＮ）に接続されていて、外部の端末装置（不図示）からのプリントジョブの実行指示を受付けると、その指示に基づいてイエロー、マゼンダ、シアンおよびブラックの各色のトナー像を形成し、これらを多重転写してフルカラーの画像を形成した後、記録シートへ二次転写する構成を有している。

以下、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各再現色をＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋと表し、各再現色に関連する構成部分の番号にこのＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋを添字として付加する。
画像プロセス部３は、Ｙ〜Ｋ色のそれぞれに対応する作像部３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ、露光走査部１０、中間転写ベルト１１などを備えている。
作像部３Ｙは、感光体ドラム３１Ｙ、その周囲に配設された帯電器３２Ｙ、現像器３３Ｙ、一次転写ローラ３４Ｙ、感光体ドラム３１Ｙを清掃するためのクリーナ３５Ｙなどを備えており、感光体ドラム３１Ｙ上にＹ色のトナー像を作像する。他の作像部３Ｍ〜３Ｋも、作像部３Ｙと同様の構成になっており、同図では簡略化のため符号の表記を省略している。

中間転写ベルト１１は、無端状のベルトであり、駆動ローラ１２と従動ローラ１３に張架されて矢印Ａ方向に循環走行される。
露光走査部１０は、レーザダイオードなどの発光素子を備え、制御部６０からの駆動信号に基づき、Ｙ〜Ｋ色の画像形成のためのレーザ光Ｌを発し、各感光体ドラム３１Ｙ〜３１Ｋを露光走査する。

この露光走査により、帯電器３２Ｙ〜３２Ｋにより帯電された感光体ドラム３１Ｙ〜３１Ｋ上に静電潜像が形成される。
各静電潜像は現像器３３Ｙ〜３３Ｋにより現像されて、感光体ドラム３１Ｙ〜３１Ｋ上にＹ〜Ｋ色のトナー像が作像される。
作像された各トナー像は、一次転写ローラ３４Ｙ〜３４Ｋに印加された電圧による静電力により中間転写ベルト１１上に一次転写される。この際、各色のトナー像が、走行する中間転写ベルト１１の同じ位置に重ね合わせて多重転写されるように、作像部３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋにおける作像動作は、中間転写ベルト１１の走行方向上流側から下流側に向けて、タイミングをずらして実行される。

給紙部４は、記録シートＳを収容する給紙カセット４１と給紙カセット４１内の記録シートＳを搬送路４３上に一枚ずつ繰り出す繰り出しローラ４２と、繰り出された記録シートＳを二次転写位置４６に送り出すタイミングをとるためのタイミングローラ対４４などを備えている。
記録シートＳは、中間転写ベルト１１上に形成されたトナー像の移動とタイミングに合わせて給紙部４から二次転写位置４６に搬送され、二次転写ローラ４５に印加された電圧による静電力により、中間転写ベルト１１上のトナー像が、給紙部４より搬送されてきた記録シートＳ上に一括して二次転写される。

トナー像（未定着画像）が転写された記録シートＳは、さらに定着部５に搬送される。当該定着部５において、当該トナー像が加熱・加圧されて熱定着される。その後、記録シートＳは、排出ローラ対７１を介して排出トレイ７２上に排出される。
制御部６０は、これら画像プロセス部３、給紙部４および定着部５の動作を制御するものであり、詳細については後述する。

（２）定着部の構成
図２は、定着部５の主要部の構成を示す斜視図であり、図３は、図２における押圧ローラ５２の回転軸に直交する仮想面αにおける断面をＹ’方向から見たときの概略図である
図２に示すように定着部５は、抵抗発熱体層を有する無端状の定着ベルト５１と、定着ベルト５１の内側に遊嵌された押圧ローラ５２と、定着ベルト５１の外側に配された加圧ローラ５３と、定着ベルト５１に電力を供給する給電部材５４ａ，５４ｂと、温度センサ群５７などを備えている。

この定着部５において、加圧ローラ５３が、定着ベルト５１を介して押圧ローラ５２に押圧され、定着ベルト５１と加圧ローラ５３との間に定着ニップ部Ｎ（図３参照）が形成されている。
また、加圧ローラ５３は、不図示のモータを動力源とし、歯車ギアやベルトなどの動力伝達機構を介して矢印Ｊ２方向に回転駆動される。押圧ローラ５２および定着ベルト５１は、加圧ローラ５３の回転に従動して矢印Ｊ１方向に回転駆動される。もっとも、押圧ローラ５２の方を回転駆動し、加圧ローラ５３が押圧ローラ５２に従動回転する構成や、押圧ローラ５２および加圧ローラ５３がそれぞれモータにより回転駆動される構成としてもよい。

以下、定着部５における各構成要素について詳しく説明する。
（定着ベルト）
定着ベルト５１の外周面には、その幅方向（押圧ローラ５２の回転軸方向と平行な方向）における両端部に、給電部材５４ａ，５４ｂと接触して電力供給を受ける電極５１５ａ，５１５ｂが設けられている。

図４は、定着ベルト５１の積層構造を説明するための、電極５１５ｂ側の端部を含む部分における断面図である。
同図に示すように、定着ベルト５１の電極が設けられていない領域では、絶縁層５１１、抵抗発熱体層５１２、弾性層５１３および離型層５１４がこの順で積層された積層構造をしている。一方、電極の領域では、絶縁層５１１、抵抗発熱体層５１２および電極５１５ｂがこの順で積層されている。なお、定着ベルト５１の電極５１５ａ側の端部でも同様の構成である。

絶縁層５１１は、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の耐熱性絶縁樹脂からなる。
抵抗発熱体層５１２は、樹脂材料に導電性フィラーを分散して構成されてなり、電力供給を受けてジュール熱を発生するものである。当該樹脂材料としては、ＰＩ，ＰＰＳ，ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂を用いることができる。導電性フィラーとしては銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属や、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、カーボンマイクロコイル等のカーボン系材料、およびこれらのうち２種類以上混合して分散させたものを用いることができる。

この導電性フィラーの形状は、同一含有量でフィラー同士の接触する確率を高くするため、繊維状が望ましい。抵抗発熱体層５１２の電気抵抗率は、１．０×１０^−５〜５．０×１０^−３［Ω・ｍ］となるように導電性フィラーの分散量が調整される。
弾性層５１３は、耐熱性、弾性および絶縁性を有するゴム材や樹脂材、例えばシリコーンゴムからなる。この弾性層５１３を設けることにより、トナー像が押しつぶされたり、トナー像が不均一に溶融されたりするのを防止し、画像ノイズの発生を防止している。

離型層５１４は、定着後の記録シートＳとの離型性を高めるための絶縁性の層であり、耐熱性を有し、離型性に優れた樹脂材料からなる。当該樹脂材料として、例えば、ＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体）等のフッ素樹脂を使用することができる。
各層の厚さは、絶縁層５１１が５〜１００［μｍ］、抵抗発熱体層５１２が５〜１００［μｍ］、弾性層５１３が１０〜８００［μｍ］、離型層５１４が５〜１００［μｍ］である。

電極５１５ａ，５１５ｂは、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、真鍮、リン青銅等の金属材料で構成されている。電極５１５ａ，５１５ｂは、それぞれ抵抗発熱体層５１２の外周面に沿って、上記金属材料を、例えばメッキすることによって環状に形成されている。
本実施の形態では、定着ベルト５１の幅（押圧ローラ５２の軸方向における長さ）は、記録シートＳの最大通紙幅（Ａ３縦通し）よりも大きい長さ、例えば３６０［ｍｍ］程度に設定されている。
（押圧ローラ）
図２に戻って、押圧ローラ５２は、長尺で円柱状の芯金５２１の周囲に弾性層５２２が形成されてなり、その両端部の軸部５２３で不図示のフレームに軸受けされる。

芯金５２１は、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等からなり、弾性層５２２は、耐熱性および断熱性の高い、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の発砲弾性体などの材料からなる。弾性層５２２の厚みは１〜２０［ｍｍ］が望ましい。
ここでは、芯金５２１の外径が約２０［ｍｍ］、弾性層５２２の厚みが約１０［ｍｍ］である。また、押圧ローラ５２の軸部５２３を除いた長さは、定着ベルト５１の幅寸法と等しい。
（加圧ローラ）
加圧ローラ５３は、長尺で円柱状の芯金５３１の周囲に、弾性層５３２と離型層５３３とがこの順に積層され、その両端部の軸部５３４で不図示のフレームに軸受けされる。

芯金５３１は、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等からなる。弾性層５３２は、例えば、シリコーンゴムからなり、離型層５３３は、例えば、ＰＦＡ等のフッ素系樹脂からなる。弾性層５３２の厚みは１〜２０［ｍｍ］、離型層５３３の厚みは１０〜５０［μｍ］が望ましい。
本実施の形態では、芯金５３１（軸部５３１ａ，５３１ｂを除く）の外径が約３０［ｍｍ］、弾性層５３２の厚みが約３［ｍｍ］である。また、加圧ローラ５３の軸部５３４を除いた長さは、記録シートＳの最大通紙幅よりも大きく、かつ電極５１５ａ，５１５ｂと接触しない大きさ３３０［ｍｍ］に設定されている。
（給電部材）
給電部材５４ａ，５４ｂは、直方体状のカーボンブラシであり、摺動性および電導性を有する銅黒鉛質や炭素黒鉛質等の材料からなる。給電部材５４ａ，５４ｂは、それぞれリード線５５を介して電力供給部６に接続されている。

電力供給部６は、制御部６０（図６参照）からの指示に基づいて、当該給電部材５４ａ，５４ｂを介して抵抗発熱層５１２へ所定の電力を供給する。
（温度センサ群）
温度センサ群５７は、サーモパイルを検出素子とする赤外線温度センサ（以下、単に「赤外線センサ」という。）５７１〜５７５を、定着ベルト５１の外周面から一定の距離をおいて、押圧ローラ５２の回転軸に平行な方向に等間隔で列状に配設してなる。

赤外線センサ５７５は、図３に示すように、１個のサーモパイルを内蔵する赤外線検知部５７５ａを基板５７５ｂに実装してなり、基板５７５ｂが不図示のフレームにより保持されている。
各赤外線検知部５７５ａの受光面には、凸レンズ（不図示）が配設されて検出視野角が広くなっている。本実施の形態では、図５の定着ベルト５１部分の平面図に示すようにその検出視野角が、受光面に直交する方向に対して、外側に角度β（本実施の形態ではおよそ１５°）の広がりを有するものが使用されており、その検出領域γが大きく取られている。温度センサ５７１〜５７４も同様の構成である。

そして、各赤外線センサ５７１〜５７５は、定着ベルト５１の電極５１５ａ、５１５ｂを除く発熱領域の軸方向における範囲を５分割して、それぞれが分割された領域における温度を検出するようになっている。もっとも、各赤外線センサ５７１〜５７５の隣接する検出領域は多少重なってもよい。
これにより、定着ベルト５１の発熱領域における軸方向の全ての位置における表面温度の検出がなされ、定着ベルト５１を回動させながら検出することにより、当該発熱領域の全周分の表面温度を監視することができる。

なお、各赤外線センサ５７１〜５７５は、必ずしも押圧ローラ５２の回転軸と並行に列設される必要はなく、定着ベルト５１の周方向において異なる位置であっても、定着ベルト５１の回動によりそれらの検出領域が、定着ベルト５１の発熱領域の回転軸方向の全域をカバーするように軸方向に一定の間隔で配設されておればよい。
（３）制御部
図６は、制御部６０の構成と、制御部６０による制御対象となる主構成要素との関係を示すブロック図である。

同図に示されるように、制御部６０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)６１、通信インターフェース（Ｉ・Ｆ）部６２、画像処理部６３、画像メモリ６４、レーザダイオード駆動部６５、ＲＯＭ(Read Only Memory)６６、ＲＡＭ（Random access Memory)６７、画像ＥＥＰＲＯＭ６８などを備えている。
通信Ｉ・Ｆ部６２は、外部の端末とＬＡＮを接続するためのＬＡＮカードやＬＡＮボードであり、ＬＡＮを介して外部端末から受け付けたプリントジョブにおける画像データを受信してＣＰＵ６１へ送る。

画像処理部６３は、外部端末から受信した画像データに対して、画像形成に適したフォーマットに変換する処理（ビットマップ展開）のほか、ＢＧＲの画像データを現像色のＣＭＹＫの画像データに変換する色変換など公知の画像処理を施し、画像メモリ６４内にページ毎に保存する。
レーザダイオード駆動部６５は、ＣＰＵ６１の指示に基づき、画像メモリ６４から各現像色の画像データを読み出して露光走査部１０におけるレーザダイオードを駆動して、各作像部３Ｙ〜３Ｋの感光体ドラムを露光走査し、上述の手順により記録シート上に画像を形成する。

また、ＲＯＭ６６には、プリンタ１における各部の動作を制御するためのプログラムや各プログラムの実行の際に使用される閾値などが格納されている。
ＲＡＭ６７は、揮発性メモリであって、ＣＰＵ６１におけるプログラム実行時のワークエリアとなる。
ＥＥＰＲＯＭ６８は、記録可能な不揮発性メモリであって、プリント枚数の累積値などを記憶する。

電力供給部６は、定着部５における定着ベルト５１の抵抗発熱体層５１２に給電部材５４ａ、５４ｂを介して必要な電力を供給するものである。
ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６６から必要なプログラムを読み出して、プリンタ１の各部を制御して円滑に画像を形成させる。
また、ＣＰＵ６１は、温度センサ群５７のうち例えば、中央の赤外線センサ５７３の出力信号に基づき、電力供給部６から抵抗発熱体層５１２に供給する電力を制御して定着可能な温度に維持させる（以下、「温調制御」という。）と共に、温度センサ群５７の５７１〜５７５の出力に基づき定着ベルト５１における異常発熱部の発生の有無を判定する。

また、操作パネル部７０は、プリンタ１の上部の操作しやすい位置に配設され、液晶ディスプレイ、液晶ディスプレイに積層されたタッチパネルや各種指示を入力するための操作ボタン等から構成され、タッチパネルや操作ボタン等の操作を介してユーザから各種指示持の入力を受付ける。液晶ディスプレイには、印刷設定画面等の操作画面や、各種のメッセージが表示される。

（４）定着ベルト５１の異常発熱部検出処理
次に、本実施の形態に係る異常発熱部検出処理について説明する。
（４−１）概要
図７（ａ）は、定着ベルト５１に異常発熱部が発生していないときに、温度センサ群５７のうち、例えば、赤外線センサ５７３で検出される定着部５の定着ベルト５１の表面温度の変化の例を示すものである。

図７（ａ）において、横軸は、ウォームアップ開始後の経過時間を示し、縦軸は定着ベルト５１の表面温度を示す。
装置に電源が投入されると、制御部６０は、短時間で定着可能な温度に到達できるように大きな電力（例えば、１０００Ｗ）を、抵抗発熱体層５１２に連続して供給するように電力供給部６を制御する（ウォームアップ制御）。なお、この電力の制御は、例えば、公知のＰＷＭ制御によるが、これに限定されるものではない。

そして、定着ベルト５１の表面温度が上昇して、トナーの定着が可能な所定の目標温度（この温度は、使用するトナーの種類や機種ごとに決定される。本例では「１８０℃」としている。）に達すると（時刻ｔｗ）、抵抗発熱体層５１２への電力の供給を断続的にＯＮ・ＯＦＦして当該目標温度に維持されるように制御する（温調制御）。
具体的に、定着ベルト５１の表面温度が上昇して目標温度１８０℃に達すると電力供給をＯＦＦにし、その後表面温度が下降して１８０℃になると電力供給をＯＮにする制御を行う。この際、電力供給のＯＮ・ＯＦＦ制御と、実際の定着ベルト５１の表面温度の変化との間に遅延が生じ、図７（ａ）に示すように温度１８０℃を中心にして定着ベルト５１の表面温度が変動するため、温度リップルの発生が避けられないが、この温度リップルの変動量ΔＴ１はおよそ１０℃程度なので、定着動作自体には影響を及ぼさない。

ところが、図５に示すように定着ベルト５１の表面に傷５１ａが発生した場合には、赤外線センサ５７３の検出結果には、図７（ｂ）に示すように周期的（定着ベルト５１の回転周期）に、逆Ｗ形状に温度が変化する箇所Ｐａが生じる。
図１０（ｂ）で説明したように傷のある箇所には電流が流れないので、その部分は温度が下がり、当該傷の周囲で電流密度が上がって温度が上昇するため、このような逆Ｗ形状の温度変化が生じるのである。

異常発熱部における温度変化のpeak to peakの値ΔＴ２は、上述のように広範囲の検出領域の温度が平均化されるため、仮に異常発熱部の実温度か傷５１ａの周囲の定着ベルト５１の温度より５０℃程度高くなったとしても、検出された温度の変動量ΔＴ２は、５℃程度に過ぎない。そのため、上記温度リップルによる変動量ΔＴ１よりも大幅に小さくなり、異常発熱部の検出が困難となる。

すなわち、微小な変動量ΔＴ２を検出するため、その閾値を小さくすると、温度リップルにおける変動量ΔＴ１まで、異常発熱部と検出してしまうおそれがあり、反対に閾値を大きくすると異常発熱部の検出が困難になってしまうからである。
このような誤検出のおそれは、定着温度の温調制御時における温度リップル発生時のみならず、ウォームアップ制御時等において温度が比較的急勾配で変化している場合にも生じる。

そこで、本実施の形態では、温度リップルが生じない温度制御（以下、「リップル低減温度制御」という。）の区間を強制的に創出して、当該区間において異常発熱部の検出処理を実行することにより検出精度を向上するようにしている。
そのために、まず、ウォームアップ開始に先立って、ウォームアップの制御時よりも小さな電力を抵抗発熱体層５１２に供給する（例えば、２００Ｗ程度）。

すると、定着ベルト５１の温度は、図８（ａ）に示すように緩やかな勾配で上昇し、やがて定着温度の１８０℃に到るまでの所定の温度（本例では１００℃付近）で、単位時間において、抵抗発熱体層５１２のジュール発熱により発生する熱量と、定着ベルト５１から周囲に放熱される熱量とが等しくなって均衡状態（温度飽和）を保ち、定着ベルト５１の表面温度が上昇も下降もせずに一定となる区間（以下「温度飽和区間」という。）Ｄｓが発生する。

この温度飽和区間Ｄｓでは電力供給部６から連続して小電力を供給しており、温調制御時のようにＯＮ・ＯＦＦ制御を行っていないので、温度リップルが発生しない。
このとき定着ベルト５１に異常発熱部５１ａが発生すると、図８（ｂ）のように微小な温度変化ΔＴ２が周期的に発生するが、上述のように温度飽和区間Ｄｓでは、温度リップルがなくノイズが発生していないので、閾値を小さくして精度よく異常発熱部による温度変動量ΔＴ２を検出することができる。

（４−２）フローチャート
図９は、制御部６０により実行される異常発熱部検出処理の制御内容を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１１において、ウォームアップ開始のタイミングであるか否かを判断する。このタイミングとしては、まず、（ａ）装置に電源が投入された場合が該当するが、その他、（ｂ）所定時間画像形成動作を実行していない場合に、自動的に定着ベルト５１における温調制御の目標温度を十分低くして（例えば、６０℃程度）節電する節電モードが設けられている場合には、当該節電モードが操作パネル部７０の操作やプリントジョブの受信により解除されたときに、ウォームアップのタイミングであると判断される。

さらには、（ｃ）プリンタ１のメンテナンス用の扉（不図示）が閉じられたことが、公知の開閉検出スイッチなどにより検出されたときであってもよい。通常、メンテナンス用の扉が開閉されるのは、ジャム処理やユニットの交換などの場合がほとんどであり、扉が開放されると安全のため定着部５への電源が遮断され、定着ベルト５１の温度が低下するので、扉を閉めた後にすぐにウォームアップして、中断したプリントを継続して実行させる必要があるからである。

ウォームアップ開始のタイミングであると判断された場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、すぐにリップル低減温度制御を開始する（ステップＳ１２）。
上述のように、この制御は、ウォームアップ制御時よりも十分小さな電力を連続供給することによりなされる。定着ベルト５１の温度が徐々に上昇し所定時間ｔｓが経過すると、温度飽和となって温度勾配が「０」になり、温度リップルも生じない。

この温度飽和に到るまでの時間ｔｓは、装置の置かれている環境温度によって異なるので、通常装置の使用が予定されている温度範囲において、温度飽和までに必要な時間を予め求めておき、その最大値をｔｓとすればよい。
もっとも、リップル低減制御開始時の定着ベルト５１の表面温度と時間ｔｓの関係を予め実験などで求めてテーブル化してＲＯＭ６６内に格納しておき、リップル低減制御開始時に定着ベルト５１の表面温度を温度センサ群５７のいずれかのセンサで検出して、当該テーブルを参照して時間ｔｓを決定するようにしても構わない。

リップル低減温度制御開始後、時間ｔｓが経過すると（ステップＳ１３でＹＥＳ）、温度飽和状態となっているので、異常発熱部の監視をスタートさせる。この監視動作は、温度センサ群５７の個々の赤外線センサ５７１〜５７５の検出値について行われるが、以下では、代表として赤外線センサ５７３の検出値による監視について説明する。
異常発熱部監視処理において、赤外線センサ５７３の検出値は、制御部６０により所定のサンプリング間隔でサンプリングされる。このサンプリング間隔が大きいと、周方向において表面温度が検出されない箇所が生じるおそれがあるので、定着ベルト５１の回転速度との関係でその１周分で発熱領域の全域を漏れなく検出できるように十分小さく設定されている。もっとも、定着ベルト５１を複数回転させてその全周の温度を検出するようにしてもよく、それに応じてサンプリング間隔も適宜設定され得る。

以下では、このサンプリングされた検出温度をそのサンプリング順にＴ１，Ｔ２，Ｔ３、・・・・Ｔｎとする。
異常発熱部監視処理の開始に当たり、最高温度Ｔｍａｘ＝Ｔ１、最低温度Ｔｍｉｎ＝Ｔ２に仮設定すると共にｎ＝３としてＴ３以降について次のステップＳ１５〜Ｓ１９までの比較処理を実行する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１５では、検出温度ＴｎがＴｍａｘよりも大きいか否かを判定し、大きければ（ステップＳ１５でＹＥＳ）、当該Ｔｎを新たなＴｍａｘとして設定する（ステップＳ１８）。
ステップＳ１５において、検出温度ＴｎがＴｍａｘよりも大きくなければ（ステップＳ１５でＮＯ）、Ｔｍａｘは更新せず、次にステップＳ１６に移り、検出温度ＴｎがＴｍｉｎよりも小さいか否かを判定し、小さければ（ステップＳ１６でＹＥＳ）、当該Ｔｎを新たなＴｍｉｎとして更新する（ステップＳ１７）。検出温度ＴｎがＴｍｉｎよりも小さくなければ（ステップＳ１６でＮＯ）、Ｔｍｉｎも更新されない。

そして、ＴｍａｘとＴｍｉｎの差分すなわち温度変動量が、所定の閾値ΔＴｓよりも大きいか否かを判定する。ここで、閾値ΔＴｓは、誤検出を避けるため一定以上の大きさであると共に、異常発熱部が発生しておれば、その変動値が温度飽和区間において必ず当該閾値以上となるような値に予め設定されるものであって、本実施の形態のように発熱領域を５等分して検出するような場合には、例えば、５℃程度に設定される。

もし、「Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ＞ΔＴｓ」であれば（ステップＳ１９でＹＥＳ）、異常発熱部が発生していると判断し（ステップＳ２３）、定着ベルト５１への電力供給部６による電力供給を停止させ（ステップＳ２４）、操作パネル部７０の液晶表示部などに異常発熱部が発生した旨を表示させて（ステップＳ２５）、メインフローチャートにリターンする。

もし、ステップＳ１９において、「Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ＞ΔＴｓ」ではないと判定されれば（ステップＳ１９でＮＯ）、定着ベルト５１の全周分の温度検出が終了したか否かを判定し（ステップＳ２０）、まだ、全周分の温度検出が終了していなければ（ステップＳ２０でＮＯ）、ｎを「１」だけインクリメントして（ステップＳ２６）、次の検出温度Ｔｎについて上記ステップＳ１５〜ステップＳ１９までの比較処理を繰り返す。

そして、定着ベルト５１の全周分の検出が終了しても、異常発熱部の発生が確認できなかった場合には（ステップＳ２０でＹＥＳ）、リップル低減温度制御を終了して（ステップＳ２１）、ウォームアップ制御を開始する（ステップＳ２２）。
以上で異常発熱部検出処理を終了し、不図示のメインフローチャートにリターンする。
このように本実施の形態では、ウォームアップの開始に先立ち、リップル低減温度制御を実行して、温度飽和状態の区間を創出し、当該区間において異常発熱部の検出処理を実行するので、その区間の温度変化がほぼ異常発熱部による温度変化のみとなり、異常発熱部の検出精度が非常に向上する。

＜変形例＞
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１）リップル低減温度制御において供給する電力について
上記実施の形態では、ウォームアップ開始に先立ち、リップル低減温度制御を実行する際に供給する電力（以下、「リップル低減時電力」という。）として２００Ｗの電力を連続して定着ベルト５１に供給して温度飽和区間Ｄｓを得るようにした（図８（ａ））。これは、電源が投入されて最初にウォームアップが開始される場合など、定着ベルト５１の温度が室温とほぼ同じか、温度飽和時における１００℃よりも十分低いことを前提として例示したものである。

このリップル低減時電力は、定着時の目標温度未満の温度で温度飽和が生じる電力であればよい。温度飽和時の温度を定着時の目標温度を以上としても、無駄に電力を消費するだけであり、また、高温になれば定着ベルト５１を含め周囲の部材にダメージを与えるおそれもあるからである。そのため、上記のように定着ベルト５１の温度が、まだ目標温度まで到達しないウォームアップの際にリップル低減温度制御を行って異常発熱部の検出処理を行うことは、節電の観点から見て大変合理的である。

なお、リップル低減時電力として、ウォームアップ制御時と同じ電力（上記実施の形態では１０００Ｗ）を供給しては、定着ベルト５１の温度は上昇する一方なので、当該電力よりも低い電力である必要があり、具体的に、２０Ｗ〜２２０Ｗ程度とすれば、定着時の目標温度に到達するまでの適当な温度で温度飽和の状態に到らせることができる。
（２）リップル低減温度制御の実行時期について
（２−１）上記実施の形態では、ウォームアップ開始直前に先立ち、リップル低減温度制御を実行して異常発熱部の検出処理を行ったが、ウォームアップ制御の途中に、リップル低減温度制御を行って、異常発熱部検出処理を行うことも可能である。この場合には、当該リップル低減温度制御開始時の定着ベルト５１の表面温度より高く、定着温度よりも低い温度で温度飽和が実現できるように定着ベルト５１に供給する電力が決定される。

そのため、ウォームアップ制御により予め決定した温度まで上昇したときに、リップル低減温度制御に切り換えるようにし、そのときに上記条件を満たす電力を予め求めておいて、ＲＯＭ６６内に格納しておけばよい。
（２−２）さらには、ウォームアップの機会以外でも異常発熱部検出処理を行うようにすることも可能である。

定着ベルト５１に傷が付くのは、主にステープルが付いたままの記録シートを使用した場合や、ジャム処理の際ユーザが不適切な処理を行った場合がほとんどである。前者の場合にもステープル止めされた２枚以上の記録シートが搬送されるため結局はジャムが発生する。
通常のプリンタにおいては、安全のため、ユーザがプリンタ１のメンテナンス用の前扉（不図示）などを開放すると定着ベルト５１への電力供給が停止し、ジャム処理終了後に前扉を閉めると電力供給が再開してウォームアップを開始するように構成されているので、上記のようにウォームアップ開始に際して異常発熱部検出処理するようにすれば十分であるといえる。

しかし、念のため、一定の時間経過ごとに、もしくはプリント枚数が所定枚数を超えるごとに、一旦定着ベルト５１に供給する電源をオフにして、その表面温度が所定の温度まで低下したときに、リップル低減温度制御して異常発熱部の検出処理を実行しても構わない。
（３）上記実施の形態においては、リップル低減温度制御において定着ベルト５１の温度が温度飽和になるような電力を供給して、温度が一定になるように制御したが、完全に一定である必要はなく、多少温度リップルが生じても、その赤外線センサによる検出値の変動量が、異常発熱部が発生しているとみなされるときの赤外線センサの検出温度の変動量ΔＴ２（上記実施の形態では５℃）よりも小さければ、検出精度の維持は可能である。

さらには、定着可能温度において温調制御している際に生じる温度リップルの変動量Δｔ１よりも、リップル低減温度制御時における温度リップルの変動量が小さければ、少なくとも従来よりは、異常発熱部の検出が容易になると言える。
（４）上記実施の形態では、温度センサ群５７としてサーモパイルを使用した赤外線センサを５個使用したが、使用する赤外線センサの検出視野角の大きさや、定着ベルト５１の発熱領域の幅によってその個数が決定される。

コストダウンの実質的な効果を得るためには、この検出視野角β（図５参照）が、少なくとも７°以上であることが望ましく、また、検出視野角が広過ぎると温度の検出精度が劣化するので、２０°以下であることが望ましい。特に、赤外線センサの押圧ローラ５２と直交する方向における検出領域が定着ベルト５１の表面からはみ出さないようにすることが望ましい。定着ベルト５１以外の物体からの赤外線が入射して誤検出するおそれがあるからである。この点、一つの方向（定着ベルト５１の幅方向）のみに検出視野角が広がるような平凸レンズが受光部に付された赤外線センサを用いるのが望ましい。

なお、温度センサ群５７における各赤外線センサは、１個のセンサ内に複数のサーモパイル素子からなるサーモパイルアレイを内蔵すると共に、受光面に複数の凸レンズを形成して各サーモパイル素子の検出領域を異ならせるように構成にしたものを利用してもよい。
このようなサーモパイルアレイを利用した赤外線センサは、単体のサーモパイルを内蔵した赤外線センサに対して価格が高いが、検出視野角がさらに広がるため、使用する個数をなお一層減少でき、場合によっては１個でも全領域を検出できるので、全体としてはコストダウンを図れる。

さらには、赤外線センサ内部の赤外線検出素子として、サーモパイル以外の素子であってもよく、例えばフォトダイオードなどであってもよい。
（５）上記実施の形態では、定着ベルト５１の温調制御用の温度センサとして赤外線センサ５７３を兼用したが、赤外線センサ５７３とは別に、温調制御専用の温度センサを設けてもよい。この場合の温度センサは、広視野角の赤外線センサである必要はなく、例えば、安価な接触型サーミスタであっても構わない。

（６）上記実施の形態では、加熱回転体として、抵抗発熱体層を有する定着ベルト５１を用いた構成を示したが、加熱回転体に抵抗発熱体層を有するローラを用いた構成としてもよい。
また、定着ベルト５１が、絶縁層、抵抗発熱体層、弾性層および離型層がこの順で積層された積層構造を有する構成を示したが、これに限定するものではなく、定着装置の仕様に応じて、定着ベルトの構成を適宜選択することができる。

（７）上記実施の形態では、画像形成装置として、タンデム型フルカラープリンタを用いて説明したが、本発明の適用範囲は、これに限らず、抵抗発熱体を用いた定着装置を有する複写機、ファクシミリ装置、プリンタなどに適用することができる。
また、上記実施の形態及び変形例の内容は、可能な限り組み合わせても構わない。

本発明は、抵抗発熱体層を有する定着ベルトを用いた定着装置において、定着ベルトの異常発熱部の発生を検出する技術として好適である。

１ プリンタ
３ 画像プロセス部
３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ 作像部
４ 給紙部
５ 定着部
６ 電源供給部
１０ 露光走査部
１１ 中間転写ベルト
３１Ｙ 感光体ドラム
３２Ｙ 帯電器
３３Ｙ 現像器
３４Ｙ 一次転写ローラ
４１ 給紙カセット
４５ 二次転写ローラ
５１ 定着ベルト
５２ 押圧ローラ
５３ 加圧ローラ
５４ａ，５４ｂ 給電部材
５７ 温度センサ群
５１５ａ，５１５ｂ 電極
５７１〜５７５ 赤外線温度センサ
６０ 制御部

Claims (6)

1. 抵抗発熱体層を有する加熱回転体の周面に加圧部材を押圧させてニップ部を形成し、当該ニップ部に、未定着画像が形成された記録シートを通紙して熱定着させる定着装置であって、
   前記加熱回転体の抵抗発熱体層に電力を供給する電源手段と、
   前記加熱回転体の表面温度が定着可能な目標温度になるように前記電源手段による電力の供給を制御する第１の温度制御と、前記第１の温度制御の実行時よりも温度リップルが小さくなるように前記電源手段による電力の供給を制御する第２の温度制御と、を選択的に実行する温度制御手段と、
   所定角度以上の検出視野角を有する温度検出素子を、その検出領域が前記加熱回転体の発熱領域を、記録シートの通紙方向と直交する方向において網羅するように、１または複数個配設してなる温度検出手段と、
   前記温度検出手段からの出力結果に基づき、加熱回転体の周面に異常発熱部が発生しているか否かを判定する異常発熱判定手段と、
   を備え、
   前記温度制御手段は、前記第２の温度制御において、当該第２の温度制御時に生じる温度リップルを温度検出手段の検出したときの温度変化量が、前記異常発熱部を温度検出手段で検出したときにおける温度変化量よりも小さくなるように前記電源手段による電力の供給を制御すると共に、
   前記異常発熱判定手段は、前記第２の温度制御が実行されている間において前記温度検出手段により検出された温度検出結果に基づき、異常発生部の発生の有無を判定する
   ことを特徴とする定着装置。
2. 前記第２の温度制御時において、前記電源手段により供給される電力の大きさは、単位時間において加熱回転体から失われる熱量と電力供給による抵抗発熱体層による発熱量が等しくなって温度飽和状態を生じさせるような値に設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記温度飽和状態でおいて維持される定着ベルトの表面温度は、前記定着可能な目標温度よりも低い
   ことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. ウォームアップ開始のタイミングであるか否かを判定するウォームアップ判定手段を備え、
   前記温度制御手段は、前記ウォームアップ判定手段によりウォームアップ開始のタイミングであると判定された場合に、まず、第２の温度制御を実行して、異常発熱判定手段により加熱回転体の周面に異常発熱部が発生しているか否かの判定をさせ、その後、加熱回転体の表面温度を第１の温度制御における目標温度まで立ち上げる第３の温度制御を実行する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記温度検出素子は、赤外線温度センサである
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の定着装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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