JP5821308B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に、抵抗発熱体方式の画像形成装置において、定着回転体の破損による発煙、発火を回避しつつ、装置の可用性を確保する技術に関する。

画像形成装置が記録シートにトナー像を定着する定着方式のひとつに抵抗発熱体方式がある。抵抗発熱体方式は、定着ローラーや定着ベルトといった定着回転に抵抗発熱体層を設け、通電によりこれをジュール発熱させることを特徴としている。特に、定着ベルトは熱容量が小さいので、定着装置のウォームアップ時間を短縮できることから、抵抗発熱体方式に適している。

しかしながら、定着ベルトの熱容量をより小さくするためには、定着ベルトを薄くせざるを得ず、あまり強度を高めることができない。このため、定着ベルトは外力により破損し易いという問題がある。特に、抵抗発熱体層にまで破損が及ぶと、抵抗発熱体層における電流密度に偏りが生じる。上述のように、抵抗発熱体方式は昇温性能が高いので、電流密度が高い箇所では速やかに過昇温が生じて、発煙や発火を招くおそれがある。また、定着ベルトが破損して、露出した抵抗発熱体層が板金等、装置周辺の導体に接触して地絡すると、定着ベルトの温度制御ができなくなる。これによっても、発煙や発火が生じることがある。

このような問題に対して、例えば、抵抗発熱体に供給される電流量を監視して、電流量が通常駆動時よりも少なくなると、抵抗発熱体への給電を停止する技術が開示されている（特許文献１を参照）。このような技術を適用すれば、発煙や発火といった問題を解消することができると期待される。

特開平０６−２０２５１２号公報

しかしながら、抵抗発熱体に供給する電流量は少しでも破損が生じると減少するので、通常量よりも少なくなった時点で給電を停止すると、使用上問題が生じない程度の些少な破損が生じただけでも給電が停止され、画像形成装置が使えなくなってしまう、という問題がある。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、定着ベルトの破損による発煙、発火を回避しながら、可用性の高い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、本発明に係る画像形成装置は、給電により発熱する抵抗発熱体層を有する定着ベルトによりトナーを溶融して記録シートに定着する画像形成装置であって、抵抗発熱体層の破損の大きさを検出する検出手段と、破損が所定の大きさを超える場合には、抵抗発熱体層への給電量を少なくする給電制御手段と、抵抗発熱体層の温度を計測する測温手段と、を備え、前記検出手段は、経時変化する計測温度の、低温域を挟む２つの高温ピーク間の距離から破損の大きさを検出することを特徴とする。

このようにすれば、発煙や発火を生じるおそれがある大きさよりも抵抗発熱体層の破損が小さい場合には抵抗発熱体層への給電量が維持されるので画像形成装置の可用性を高めることができる。
また、給電による発熱する抵抗発熱体層を有する定着ベルトによりトナーを溶融して記録シートに定着する画像形成装置であって、抵抗発熱体層の破損の大きさを検出する検出手段と、破損が所定の大きさを超える場合には、定着ベルトの回転速度を大きくする速度制御手段と、を備えても、抵抗発熱体層の放熱を促進することにより発煙や発火を回避することによって、画像形成装置の可用性を高めることができる。

この場合において、抵抗発熱体層の温度を計測する測温手段を備え、前記検出手段は、経時変化する計測温度の、低温域を挟む２つの高温ピーク間の距離から破損の大きさを検出しても良いし、抵抗発熱体層に給電される電流量を計測する計測手段を備え、前記検出手段は、前記電流量から破損の大きさを検出しても良い。また、定着ベルトの外周面を撮影する撮影手段を備え、前記検出手段は、撮影された画像データから破損の大きさを検出としても良く、何れによっても破損の大きさを検出して、画像形成装置の可用性を高めることができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。 定着装置１１５の主要な構成を示す一部切り欠き斜視図である。 定着ベルト２０１の構成を示す断面斜視図である。 監視制御系の主要な構成を示す図である。 制御部１１２の動作を表すフローチャートである。 定着ベルト２０１の周方向に延びた破損の大きさと温度上昇との関係を示すグラフである。 本発明の変形例に係る監視制御系の構成を示す図である。 本発明の変形例に係る制御部１１２の動作を示すフローチャートである。 定着ベルト２０１が破損していない場合の電流量を１００として、破損の大きさ毎に電流量を計測したグラフである。 本発明の変形例に係る監視制御系の構成を示す図である。 本発明の変形例に係る制御部１１２の動作を示すフローチャートである。 定着ベルト２０１に破損が生じた場合におけるサーミスター２４０の検出温度の時間変化を示すグラフである。 本発明の変形例に係る制御部１１２の動作を示すフローチャートである。 抵抗発熱体層３０２への給電量と発煙が発生する破損の大きさとの関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］ 画像形成装置の構成
まず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。図１に示されるように、画像形成装置１は、所謂タンデム型のカラー複合機（MFP: Multi Function Peripheral）であって、原稿読取部１００、画像形成部１１０及び給紙部１３０を備えている。原稿読取部１００は、原稿台トレイに載置された原稿を自動原稿搬送装置（ADF: Automatic Document Feeder）にて原稿を光学的に読み取って画像データを生成する。画像データは後述の制御部１１２に記憶される。

画像形成部１１０は作像部１１１Ｙ〜１１１Ｋ、制御部１１２、中間転写ベルト１１３、２次転写ローラー対１１４、定着装置１１５、排紙ローラー対１１６、排紙トレイ１１７、クリーナー１１８及びタイミングローラー対１１９を備えている。また、画像形成部１１０にはＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）各色のトナーを供給するトナーカートリッジ１２０Ｙ〜１２０Ｋが装着されている。

作像部１１１Ｙ〜１１１Ｋは、それぞれトナーカートリッジ１２０Ｙ〜１２０Ｋからトナーの供給を受けて、制御部１１２の制御の下、ＹＭＣＫ各色のトナー像を形成する。例えば、作像部１１１Ｙは、感光体ドラム１２１、帯電装置１２２、露光装置１２３、現像装置１２４及び清掃装置１２５を備えている。制御部１１２の制御の下、帯電装置１２２は感光体ドラム１２１の外周面を一様に帯電させる。露光装置１２３は画像データに応じて感光体ドラムの外周面を画像露光して、静電潜像を形成する。

現像装置１２３は、感光体ドラム１２１の外周面にトナーを供給して、静電潜像を現像（顕像化）する。１次転写ローラー１２６には、転写電圧が印加されており、静電吸着により、感光体ドラム１２１の外周面上のトナー像を中間転写ベルト１１３に静電転写（１次転写）する。その後、清掃装置１２５は、除電ランプにて感光体ドラム１２１の外周面を除電した後、クリーニングブレードにて残留トナーを掻き取る。

同様にして、作像部１１１Ｍ〜１１１Ｋもまた各色のトナー像を形成し、これらのトナー像は互いに重なり合うように中間転写ベルト１１３に１次転写される。中間転写ベルト１１３は無端状の回転体であって、矢印Ａ方向に回転走行し、１次転写されたトナー像を２次転写ローラー対１１４まで搬送する。
給紙部１３０は、それぞれ記録紙Ｐを紙サイズ毎に格納する給紙カセット１３１を備え、画像形成部１１０に記録紙Ｐを供給する。供給された記録紙Ｐは、中間転写ベルト１１３がトナー像を搬送するのに並行して、１枚ずつ搬出され、タイミングローラー対１１９を経由して、２次転写ローラー対１１４まで搬送される。タイミングローラー対１１９は１対のローラーからなっており、記録紙Ｐが２次転写ローラー対１１４に到達するタイミングを調整する。

２次転写ローラー対１１４は電位差を有する１対のローラーからなっており、このローラー対は互いに圧接して転写ニップ部を形成している。この転写ニップ部において中間転写ベルト１１３上のトナー像が記録紙Ｐ上に静電転写（２次転写）される。トナー像を転写された記録紙Ｐは定着装置１１５へ搬送される。また、２次転写後、中間転写ベルト１１３上に残った残留トナーは、更に矢印Ａ方向に搬送された後、クリーナー１１８によって掻き取られ、廃棄される。

定着装置１１５は抵抗発熱体方式の定着装置であって、トナー像を加熱、溶融して、記録紙Ｐに圧着する。トナー像を融着された記録紙Ｐは排紙ローラー対１１６によって排紙トレイ１１７上に排出される。なお、制御部１１２は、上記を含む画像形成装置１の動作を制御する。また、制御部１１２は、パソコン（PC: Personal Computer）など、他の装置との間で画像データを送受信したり、プリントジョブを受け付けたりもする。

なお、トナー像を転写するに当たっては、転写ローラーに代えて転写チャージャーや転写ベルトを用いても良い。また、中間転写ベルト１１３上の残留トナーを除去する際に、クリーナー１１８（クリーニングブレード）に代えて、クリーニングブラシやクリーニングローラー等を用いても良い。
［２］ 定着装置１１５の構成
次に、定着装置１１５の構成について説明する。

図２は、定着装置１１５の主要な構成を示す一部切り欠き斜視図である。図２に示されるように、定着装置１１５は、弾性変形可能な無端状の定着ベルト２０１と、定着ベルト２０１が遊嵌された定着ローラー２１０と、定着ベルト２０１を介して定着ローラー２１０に圧接された加圧ローラー２２０と、定着ベルト２０１に発熱のための電力を供給する給電部材２３０と、定着ベルト２０１の外周面の温度を検出するサーミスター２４０とを有する。なお、定着装置１１５は、定着ベルトの蛇行を規制する蛇行規制板も備えているが、図２においては、装置構成を見易くするために、蛇行規制板の図示が省かれている。

定着ベルト２０１は、組立て前には円筒形状となっている一方、半径方向にある程度の外力を加えると弾性変形し、変形状態から外力の付与を停止すると自身の弾性復元力により元の状態に戻る自己形状保持可能なものが用いられている。定着ベルト２０１の径方向の寸法は、例えば内径が３０［ｍｍ］である。定着ベルト２０１の構成については後に詳述する。

定着ローラー２１０は、長尺状の芯金２１２の外周面上に弾性層２１３が積層されて成り、定着ベルト２０１の周回経路（定着ベルト２０１が周回走行するときの走行路。以下、「ベルト周回経路」という。）の内側に配される。軸部としての芯金２１２は、例えば、軸径が１８［ｍｍ］のアルミニウム（Al）やステンレス（SUS: Steel Use Stainless）等から成る。弾性層２１３は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム、もしくはその発泡材から成り（これらを積層させる場合もある）、厚さは、例えば５［ｍｍ］である。

定着ローラー２１０の外径は、定着ベルト２０１の内径よりも小さく（例えば、２８［ｍｍ］）、定着ローラー２１０と定着ベルト２０１は、定着ニップＮで接して、定着ニップＮ以外の部分においては両者間に隙間（空間）が設けられるようになっている。
このような構成をとると、定着ベルト２０１が定着ローラー２１０に密着する構成よりも、定着ベルト２０１から定着ローラー２１０への熱の伝達箇所の面積が小さくなり、定着ベルト２０１から発せられる熱の一部が定着ローラー２１０の芯金２１２を介して芯金２１２両端の軸部２１１を回転自在に支持する定着装置１１５の筐体に伝わって逃げるといった伝熱ロスを低減して高い熱効率の実現を図ることができる。

加圧ローラー２２０は、長尺状の芯金２２２の周囲に弾性層２２３を介して離型層２２４が積層されて成り、ベルト周回経路の外側に配置されている。また加圧ローラー２２０は、不図示の付勢機構により付勢されて定着ベルト２０１の外側から定着ベルト２０１を介して定着ローラー２１０を押圧し、定着ベルト２０１表面との間に定着ニップＮを確保する。加圧ローラー２２０の外径は２０〜１００［ｍｍ］の範囲内が望ましく、本実施の形態では３５［ｍｍ］である。

芯金２２２は、例えばアルミニウムや鉄（Fe）等から成る中空のパイプ形状で、外径は、例えば、３０［ｍｍ］である。また、厚さは０．１〜１０［ｍｍ］の範囲内が望ましく、本実施の形態においては２［ｍｍ］である。なお、中実の円柱状のものや、断面形状が三ツ矢形状等のものを用いてもよい。
弾性層２２３は、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性を有するゴムや、これらの発泡材等から成り、厚さは１〜２０［ｍｍ］の範囲内が望ましく、本実施の形態においては２．５［ｍｍ］とした。

離型層２２４は、ＰＦＡ（Per Fluoro Alkoxy）やＰＦＴＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene）等のフッ素樹脂チューブやフッ素樹脂コーティング等から成り、帯電によるトナーのオフセットを防止するために導電性が付与されたものを用いてもよい。離型層２２４の厚さは５〜１００［μｍ］の範囲内が望ましく、本実施の形態においては２０［μｍ］である。

定着ローラー２１０は、芯金２１２の軸方向両端の軸部２１１が定着装置１１５の筐体に軸受部材（不図示）を介して回転自在に支持されている。同様に加圧ローラー２２０も、芯金２２２の軸方向両端の軸部２２１が筐体に不図示の軸受部材を介して回転自在に支持されている。
加圧ローラー２２０は、駆動モータ（不図示）からの駆動力の伝達により矢印Ａ方向に回転駆動される。加圧ローラー２２０の回転に従動して、定着ベルト２０１が矢印Ｂ方向に沿って周回走行されると共に、定着ローラー２１０が同方向に回転駆動される。なお、定着ローラー２１０を駆動側、定着ベルト２０１と加圧ローラー２２０を従動側としても良い。

定着ベルト２０１の外周面上の定着ローラー２１０の軸方向（以下、「ローラー軸方向」という。）における通紙領域を挟む両端部の外周面には全周に亘って電極２０２が設けられており、一対の給電部材２３０が定着ベルト２０１の外側から内側へと向かう方向の付勢力を受けて、それぞれ電極２０２に圧接されている。詳しくは後述する。
給電部材２３０は、大きさが例えば、縦１０［ｍｍ］、横５［ｍｍ］、高さ７［ｍｍ］の直方体状のブロックであって、摺動性および導電性を有する銅黒鉛質や炭素黒鉛質等の材料から成るいわゆるカーボンブラシであり、それぞれ導電線（ハーネス）２３１を介して電源２３２に電気的に接続されている。給電部材２３０は回転体であっても良い。また、トランスを用いて非接触で給電しても良く、この場合には、電源２３２にインバーターを用いると効率が良い。

なお、定着ローラー２１０の回転軸方向両端部においては、蛇行規制板が軸部２１１に取着されている。蛇行規制板は定着ローラー２１０と共に回転して、定着ベルト２０１の蛇行を規制する。
［３］ 定着ベルト２０１の構成
次に、定着ベルト２０１の構成について説明する。

図３は、定着ベルト２０１の構成を示す断面斜視図である。図３中、一点鎖線は軸部２１１の中心線を示しており、中心線から下は図示を省略した。また、図３は定着ベルト２０１の回転軸方向の一方の端部に着目した図であるが、他方の端部においても定着ベルト２０１は同様の構成を備えている。なお、図を見易くするために、各部材の寸法は本実施の形態において例示する寸法とは異なっている。

図３に示されるように、定着ベルトは絶縁層３０１上に抵抗発熱体層３０２、弾性層３０３及び離型層３０４を順次積層してなっている。また、定着ローラー２１０の回転軸方向、弾性層３０３の外側には電極２０２が抵抗発熱体層３０２上に取着されている。
抵抗発熱体層３０２は電極２０２から給電を受けて、ジュール熱を発生させる。抵抗発熱体層３０２は、樹脂に導電性フィラーを分散させることにより所定の電気抵抗率に調整されている。樹脂材料としてはＰＩ（Poly imide）、ＰＰＳ（Poly phenylene sulfide）、ＰＥＥＫ（Poly ether ether ketone）等の耐熱樹脂を用いるのが望ましく、これらの中ではＰＩが最も高い耐熱性を有している。

また、導電性フィラーとしては銀（Ag）、銅（Cu）、アルミニウム、マグネシウム（Mg）、ニッケル（Ni）等の金属粉末や、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンマイクロコイル等の炭素系化合物粉末、ヨウ化銀（AgI）、ヨウ化銅（CuI）等の高イオン導電体粉末を用いればよく、これらのうち２種類以上混合して分散させても良い。導電性フィラーの形状としては同一含有量でフィラーどうしの接触する確率を高くし、パーコレーションし易くするため、繊維状が望ましい。

炭素化合物や高イオン導電体は温度が上ると体積抵抗率が低下する負の抵抗変化率（NTC: Negative Temperature Coefficient）を有しており、抵抗発熱体層３０２にＮＴＣ特性を付与するために用いることができる。また、高イオン導電体は抵抗発熱体層３０２の機械的強度を低下させないので有効である。しかしながら、炭素化合物や高イオン導電体のみでは、抵抗発熱体層３０２の電気抵抗率を商用電源で５００〜１５００Ｗ程度の定着装置に適した発熱量に調整することが困難なため、金属粉末を併用して、抵抗発熱体操３０２の電気抵抗率を調整することが望ましい。

金属粉末としては、針状やフレーク状の銀やニッケルが好ましく、粒径は０．０１〜１０［μｍ］が良い。このようにすれば、炭素化合物や高イオン導電体と線状に絡み合うので、均一な体積抵抗率を有する抵抗発熱体層３０２を成形することができる。耐熱樹脂中に分散させる導電フィラーは耐熱樹脂重量に対して金属粉末が５０〜３００［重量％］、炭素化合物及び高イオン導電体が５〜１００［重量％］であることが好ましい。金属粉末が多過ぎると、抵抗発熱体層３０２の電気抵抗率が下がり過ぎて使用し辛い。逆に、少な過ぎると、抵抗発熱体層３０２の電気抵抗率が大きくなり過ぎて使用し辛い。

抵抗発熱体層３０２の厚さは、５〜１００［μｍ］程度が望ましい。電気抵抗率は、印加する電圧、電力、及び抵抗発熱体層３０２の厚さ、定着ベルト２０１の径や長さ等に応じて決定されるべきであるのは言うまでもないが、例えば、１．０×１０^−６〜１．０×１０^−２［Ω・ｍ］の範囲内とすれば良く、１．０×１０^−５〜１．０×１０^−３［Ω・ｍ］の範囲内とすれば更に好適である。尚、抵抗発熱体層３０２の電気抵抗率を調整するために、金属合金や金属化合物などの導電性粒子を加えても良い。また、機械的強度を向上させるために、ガラスファイバーやウィスカー、酸化チタン、チタン酸カリウム等を加えても良い。さらに、熱伝導率の向上のために窒化アルミ、アルミナ等を加えても構わない。

抵抗発熱体層３０２は芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとを有機溶媒中で重合して得られるポリイミドワニスに導電フィラーを均一分散させてから金型に塗布しイミド転化させて製造する。抵抗発熱体層３０２の製造安定性を考慮すれば、イミド化剤、カップリング剤、界面活性剤、消泡剤を加えると有効である。
離型層３０４は、定着ベルト２０１の最外周に排泄されており、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ（Ethylene tetra fluoro ethylene）等のフッ素系チューブ及びフッ素系コーティング等の離型性を付与した構成が望ましく、導電性の材料を用いても良い。フッ素系チューブとしては、例えば、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製のＰＦＡ３５０−Ｊ、４５１ＨＰ−Ｊ、９５１ＨＰ Ｐｌｕｓ等の製品を利用することができる。離型層３０４と水との接触角は９０°以上とすれば良く、１１０°以上とすれば更に好適である。

離型層３０４の表面粗さは、中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．０１〜５０［μｍ］の範囲内とするのが望ましい。離型層３０４の厚さは、例えば、５〜１００［μｍ］の範囲内とするのが望ましい。また、離型層３０４は、シリコーンゴムやフッ素ゴムの弾性層にＰＩやＰＰＳ等の樹脂を積層することによって補強、絶縁した３層以上の構成としてもよい。
電極２０２は定着ベルト２０１の回転軸方向両端部において、定着ベルト２０１の全周に亘って積層されている。このような形状を採用すれば、電極２０２に通電した際に、抵抗発熱体層３０２全体に均一な電流分布を実現することができるので、均一な発熱を得ることができる。

電極２０２の材料としては電気抵抗率が低い金属が望ましく、銅、アルミニウム、黄銅、リン青銅などを用いれば良い。電極２０２を抵抗発熱体層３０２に積層するに当たっては、化学メッキや電気メッキ等の方法を用いたりするのが望ましい。抵抗発熱体層３０２に直接電極を形成する場合は化学メッキを施した後、電気メッキを施すと良い。中でもＣｕやＮｉが望ましく、Ｃｕの化学メッキ、電気メッキの上にＮｉメッキを施すと更に良い。またＣｕやＮｉ箔を導電性接着剤で接着しても良いし、導電性インクやペーストを塗布しても良い。

このようにすれば、抵抗発熱体層３０２に均一な電流を流すことができるので、発熱分布を均一にすることができる。また、抵抗発熱体層３０２を定着ベルト２０１の内周側に配設する場合でも、電極２０２を外周側に露出するように配置するので、複雑な構成を用いることなく、抵抗発熱体層３０２に給電することができる。従って、定着装置１１５の耐久性を高めることができる。

定着ベルト２０１の両端部の外側には、蛇行規制部材３０１が配設されており、定着ベルト２０１が蛇行するのを防止することができる。
絶縁層３０１は、ＰＩ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性絶縁樹脂からなっており、厚さは５〜１００［μｍ］の範囲内であるのが望ましい。絶縁層３０１の外周面はすべて抵抗発熱体層３０２にて覆われている。

定着ベルト２０１と加圧ローラー２２０がなす定着ニップＮに記録シートが通紙されると、定着ベルト２０１の通紙された部分の温度は低下する。サーミスター２０４が温度低下を検出すると定着ベルト２０１が加熱されるので、定着ベルト２０１の通紙領域は定着温度に維持されるが、非通紙通紙領域は記録シートに熱を奪われていないので過昇温してしまう。

これに対して、抵抗発熱体層３０２の材料として炭素化合物や高イオン導電体を用いれば、そのＮＴＣ特性により、過昇温が生じた領域では電気抵抗値が低下して、発熱量が低下するので過昇温が抑制される。特に、高イオン導電体としてＡｇＩやＣｕＩを用いた場合、相転移温度を超えると急激に電気抵抗値が低下するので、過昇温の防止効果がより顕著である。相転移温度は、ＡｇＩであれば通常１４７℃である一方、ＡｇＩまたはＣｕＩではその粒径に依存して異なり、粒径が小さいほど低温になる。したがって、粒子径を調整することによって定着温度に合った相転移温度を得ることができる。

特に、粒径を小さくしたい場合には、硝酸銀（ＡｇＮＯ_３）水溶液、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）水溶液及び銀イオン伝導性の誘起ポリマーであるＰＶＰ（poly-N-vinyl-2-pyrrolidone）の水溶液を、常温状圧下で混合し、ろ過、乾燥するといった簡便な方法で粒子を合成すれば良い。また、溶液の濃度や混合手順を変えることで１０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で異なるサイズのナノ粒子を作ることができる。

また、定着ベルト２０１と加圧ローラー２２０との回転駆動については、何れを従動回転させても良いし、また双方をモーター等の駆動源にて回転させても良い。
［４］ 監視制御系の構成
次に、定着ベルト２０１を監視し、抵抗発熱体層３０２の損傷の大きさに応じて、抵抗発熱体層３０２への給電量を制御するための仕組みについて説明する。

図４は、監視制御系の主要な構成を示す図である。図４に示される監視制御系４は、制御部１１２、定着装置１１５及び低圧電源装置４００からなっている。制御部１１２はＣＰＵ（Central Processing Unit）４１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）４１２及びＲＡＭ（Random Access Memory）４１３を備えている。ＣＰＵ４１１は、電源投入時に自動的にリセットされた後、ＲＯＭ４１２からプログラムを読み出すと、ＲＡＭ４１３を作業用記憶領域として、当該プログラムに従って動作する。

低圧電源装置４００は、交流電源４０１とトライアック４０２とを備えている。交流電源４０１は抵抗発熱体層３０２に交流電力を供給する。トライアック４０２は、交流電源４０１から抵抗発熱体層３０２への給電をオンオフする。ＣＰＵ４１１は、サーミスター２４０が検出する定着ベルト２０１の外周面の温度を定期的に参照して、抵抗発熱体層３０２の破損の程度を判定し、トライアック４０２を制御する。

なお、サーミスター２４０は、検出温度をデジタル出力しても良いし、サーミスター２４０が検出温度をアナログ出力する場合には、Ａ／Ｄ（Analogue to Digital）変換器を経由してＣＰＵ４１１に入力しても良い。ＣＰＵ４１１からトライアック４０２への指示出力についても、トライアック４０２の仕様によって、デジタル入力しても良いし、Ｄ／Ａ（Digital to Analogue）変換器を経由しても良い。

また、サーミスター２４０には、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）材料を用いても、或いは、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）材料を用いても良いが、本実施の形態においてはＰＴＣ材料、すなわち、温度が高いほど電気抵抗値が高くなる材料を用いている。したがって、サーミスター２４０の電気抵抗値が大きいほど高温であると判断される。一方、ＮＴＣ材料を用いる場合には、サーミスター２４０の電気抵抗値が小さいほど高温であると判断すれば良い。

［５］ 制御部１１２の動作
次に、制御部１１２の動作について説明する。
図５は、制御部１１２の動作を表すフローチャートである。図５に示されるように、制御部１１２は、サーミスター２４０の検出温度を参照して（Ｓ５０１）、検出された温度が、予めＲＯＭ４１２に記憶されている閾値よりも高い場合には（Ｓ５０２：ＹＥＳ）、トライアック４０２を制御して、抵抗発熱体層３０２への給電を停止する（Ｓ５０３）。給電を停止する場合には、その旨を操作パネルに表示したり、ブザー等の警報音を発生させたりすることによって、ユーザに報知しても良い。また、検出された温度が、予めＲＯＭ４１２に記憶されている閾値よりも低い場合には（Ｓ５０２：ＮＯ）、抵抗発熱体層３０２への給電を継続する（Ｓ５０４）。ステップＳ５０３、Ｓ５０４の処理の後、制御部１１２はステップＳ５０１へ進んで、上記の処理を繰り返す。

図６は、定着ベルト２０１の周方向に延びた破損の大きさと温度上昇との関係を示すグラフである。この関係を求めるための実験には、ポリイミド（ＰＩ）１００に対してニッケル２００、炭素２５を配合した外径３０ｍｍ、長さ３４０ｍｍの定着ベルト２０１を用いた。図６に示されるように、実験に用いた定着ベルト２０１の周方向における破損の大きさは、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ及び５０ｍｍで、カッターで切り込みを入れることによって破損させた。

また、抵抗発熱体層３０２に安定化電源で５０Ｖを印加し、サーモトレーサーで最大温度を測定した。このような実験を行った結果、定着ベルト２０１の周方向における破損の大きさが大きいほど、定着ベルト２０１の最大温度が上昇することが確認された。また、破損が大きいほど加速度的に最大温度が大きくなることから、破損部分の近傍に電流が集中していると考えられる。

定着ベルト２０１は、一般的には、５００℃を超えると発火すると言われている。また、４００℃を超えると発煙し易い。上述のように、破損の大きさと最大温度とは相関関係にあるので、破損の大きさは危険度合いとも相関関係にあると言える。図６によれば、破損の大きさが２０ｍｍ程度であれば最大温度が３００℃未満になるので、安全上何ら問題は発生しない。したがって、定着ベルト２０１の温度を監視すれば、定着ベルトの破損の大きさを推定して、発煙や発火を未然に防ぐことができる。

例えば、破損の大きさが２０ｍｍ以上である場合に給電を停止して発煙や発火を防止することにすれば、発生確率の高い２０ｍｍ未満の小さな破損が検出されるたびに給電を停止して、ユーザの利便性を損なうといった問題も解消することができる。
［６］ 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） 上記実施の形態においては、サーミスター２４０を用いて定着ベルト２０１の温度を監視することにより破損の大きさを検出する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
すなわち、抵抗発熱体層３０２に給電される電流量を監視することによって、破損の大きさを検出しても良い。図７は、本変形例に係る監視制御系の構成を示す図である。本変形例に係る監視制御系は、上記実施の形態に係る監視制御系（図４参照）と概ね同様の構成を備える一方、カレントトランス７０１にて抵抗発熱体層３０２に供給する電流量を検出する点において相違する。すなわち、ＣＰＵ４１１は、カレントトランス７０１が検出した電流量の大小に応じてトライアック４０２を制御して、抵抗発熱体層３０２への給電を調整する。また、本変形例に係るサーミスター２４０は、専ら定着ベルト２０１を所定の定着温度に維持するための制御に用いられる。

図８は、本変形例に係る制御部１１２の動作を示すフローチャートである。図８に示されるように、制御部１１２は、カレントトランス７０１が検出した電流量を参照して（Ｓ８０１）、検出された電流量が、予めＲＯＭ４１２に記憶されている閾値よりも少ない場合には（Ｓ８０２：ＹＥＳ）、トライアック４０２を制御して、抵抗発熱体層３０２への給電を停止する（Ｓ８０３）。また、さもなければ（Ｓ８０２：ＮＯ）、抵抗発熱体層３０２への給電を継続する（Ｓ８０４）。ステップＳ８０３、Ｓ８０４の処理の後、制御部１１２はステップＳ８０１へ進んで、上記の処理を繰り返す。

図９は、定着ベルト２０１が破損していない場合の電流量を１００として、破損の大きさ毎に電流量を計測したグラフである。定着ベルト２０１の周方向における破損の大きさが大きいほど、抵抗発熱体層３０２が全体として電流が流れ難くなる（高抵抗になる）ので、流れる電流量は加速度的に減少する。すなわち、定着ベルト２０１の破損の大きさと電流量とには相関関係があるので、電流量を監視すれば、破損の大きさを検出して、抵抗発熱体層への給電を制御することにより、発煙や発火を防止することができる。

また、定着ベルト２０１に破損が生じてから温度が上昇するまでにはある程度時間がかかるのに対して、電流量は破損発生時に直ちに変動するので、定着ベルト２０１の温度上昇を待たずに給電を停止することができる。したがって、より確実に発煙、発火を防止することができる。
（２） 上記実施の形態においては、定着ベルト２０１の温度から破損の大きさを検出する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。すなわち、ＣＣＤイメージセンサー（Charge Coupled Device Image Sensor）を用いて、定着ベルト２０１の外周面を撮影することによって、破損の大きさを検出しても良い。このようにしても、破損の大きさに応じて、抵抗発熱体層３０２への給電量を制御して、発煙や発火を防止することができる。

（３） 上記実施の形態においては、トライアック４０２を用いて給電制御することにより定着ベルト２０１の発煙、発火を防止する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
定着ベルト２０１の回転速度を制御することによって、発煙、発火を防止しても良い。図１０は、本変形例に係る監視制御系の構成を示す図である。本変形例に係る監視制御系は、上記変形例（１）に係る監視制御系（図７参照）と概ね同様の構成を備える一方、ＣＰＵ４１１が駆動源１００１を制御して定着ベルト２０１の回転速度を調整する点において相違する。すなわち、ＣＰＵ４１１は、カレントトランス７０１が検出した電流量の大小に応じて駆動源１００１を制御して、抵抗発熱体層３０２への給電を調整する。また、本変形例に係るサーミスター２４０は、専ら定着ベルト２０１を所定の定着温度に維持するための制御に用いられる。

図１１は、本変形例に係る制御部１１２の動作を示すフローチャートである。図１１に示されるように、制御部１１２は、カレントトランス７０１が検出した電流量を参照して（Ｓ１１０１）、検出された電流量が、予めＲＯＭ４１２に記憶されている閾値よりも少ない場合には（Ｓ１１０２：ＹＥＳ）、駆動源１００１を制御して、定着ベルト２０１の回転速度を速める（Ｓ１１０３）。また、さもなければ（Ｓ１１０２：ＮＯ）、定着ベルト２０１の回転速度をそのまま維持する（Ｓ１１０４）。ステップＳ１１０３、Ｓ１１０４の処理の後、制御部１１２はステップＳ８０１へ進んで、上記の処理を繰り返す。

定着ベルト２０１の回転速度を速めると、定着ベルト２０１の熱が加圧ローラー２２０を逃がして、定着ベルト２０１の温度上昇を抑制することができるので、定着ベルト２０１の発煙、発火を防止することができる。これにより、例えば、抵抗発熱体層３０２への給電を停止する破損の大きさを２０ｍｍから３０ｍｍに変更すれば、装置を停止しなければならない事態になり難いので、ユーザの利便性に資することができる。

なお、上では電流量を監視する場合について説明したが、これに代えて、定着ベルト２０１の温度を監視して定着ベルト２０１の回転速度を制御しても良い。また、電流量に併せて定着ベルト２０１の温度も監視しておき、定着ベルト２０１の回転速度を速めた後、定着ベルト２０１の温度が所定温度に達したら給電を停止しても良い。
（４） 上記実施の形態においては、定着ベルト２０１の温度の高さそのものや、抵抗発熱体層３０２に供給される電流量そのものから破損の大きさを推定する場合について説明したが、本発明がこれらに限定されないのは言うまでもなく、これらに代えて次のようにしても良い。

図１２は、定着ベルト２０１に破損が生じた場合におけるサーミスター２４０の検出温度の時間変化を示すグラフである。図１２に示されるように、サーミスター２４０の検出温度は、正常部では定着温度に一致する一方、破損部に近づくにつれて急速に上昇した後、定着温度よりも低くなる。これは、破損部には電流が流れないので、ジュール発熱が抑えられるためである。その後、サーミスター２４０が破損部を通過すると、電流密度の高い部分では温度が急上昇し、また定着温度に戻る。

定着ベルト２０１は回転体になっているので、定着ベルト２０１の回転とともに上記のような検出温度の変化が繰り返される。したがって、破損部温度の継続時間と定着ベルト２０１の回転速度とから破損部の大きさを算出することができる。また、定着ベルト２０１の回転速度が一定ならば、破損部温度の継続時間だけから破損部の大きさを推定することができる。

図１３は、本変形例に係る制御部１１２の動作を示すフローチャートである。図１３に示されるように、制御部１１２は、サーミスター２４０が検出した温度Ｔを参照して（Ｓ１３０１）、検出温度Ｔが、破損部温度である場合には（Ｓ１３０２：ＹＥＳ）、破損部の始点であると考えられるので、タイマーを始動して、計時を開始する（Ｓ１３０３）。その後、繰り返し検出温度Ｔを参照して（Ｓ１３０４）、検出温度Ｔが破損部温度よりも高くなったら（Ｓ１３０５：ＹＥＳ）、破損部の終点であると考えられるので、タイマーを参照して、経過時間、すなわち、破損部の大きさを特定する（Ｓ１３０６）。

ＲＯＭに記憶されている閾値よりも経過時間が大きい場合には（Ｓ１３０７：ＹＥＳ）、抵抗発熱体層３０２への給電を停止する（Ｓ１３０８）。さもなければ（Ｓ１３０７：ＮＯ）、抵抗発熱体層３０２への給電を継続する（Ｓ１３０９）。ステップＳ１３０８、Ｓ１３０９の処理の後、制御部１１２はステップＳ１３０１へ進んで、上記の処理を繰り返す。このようにしても、破損の大きさがあまり大きくなければ、画像形成装置１の動作を継続することができるので、ユーザの利便性を向上させることができる。

（５） 上記実施の形態においては、定着ベルト２０１の破損が一定以上大きい場合には、抵抗発熱体層３０２への給電を停止する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
図１４は、抵抗発熱体層３０２への給電量と発煙が発生する破損の大きさとの関係を示すグラフである。図１４に示されるように、抵抗発熱体層３０２への給電量と発煙が発生する破損の大きさとの間には相関関係があり、給電電力が多いほど、小さい破損で発煙が発生する。例えば、給電電力が１２００Ｗ時である場合には破損の大きさが３０ｍｍを超えると発煙が確認されたが、８００Ｗ時まで給電電力を下げれば４０ｍｍの大きさの破損まで発煙を回避することができる。すなわち、給電電力を制御すれば、発煙や発火を回避するための装置を停止させる可能性を低くすることができるので、ユーザの利便性を向上させることができる。

（６） 上記実施の形態においては、サーミスター２４０を用いて定着ベルト２０１の温度を検出する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、サーミスター２４０に代えて他の温度センサを用いても、本発明の効果は同じである。また、上述の構成及び材料は、あくまで一例に過ぎず、他の構成や材料を用いても良い。

（７） 上記実施の形態においては、本発明をタンデム型のカラー複合機に適用する場合を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、タンデム型以外のカラー複合機や、カラー複合機に代えてモノクロ複合機に適用しても良い。また、プリンタ装置や複写装置、ファクシミリ装置などの単機能機に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。

本発明に係る画像形成装置は、抵抗発熱体層を備えた定着回転体の破損による発煙、発火を回避しつつ、装置の可用性を確保する装置として有用である。

１…画像形成装置
１１２…制御部
１１５…定着装置
２０１…定着ベルト
２２０…加圧ローラー
２４０…サーミスター
３０２…抵抗発熱体層
４００…低圧電源装置
４０１…交流電源
４０２…トライアック
７０１…カレントトランス
１００１…駆動源

Claims (5)

1. 給電により発熱する抵抗発熱体層を有する定着ベルトによりトナーを溶融して記録シートに定着する画像形成装置であって、
   抵抗発熱体層の破損の大きさを検出する検出手段と、
   破損が所定の大きさを超える場合には、抵抗発熱体層への給電量を少なくする給電制御手段と、
   抵抗発熱体層の温度を計測する測温手段と、を備え、
   前記検出手段は、経時変化する計測温度の、低温域を挟む２つの高温ピーク間の距離から破損の大きさを検出する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 給電により発熱する抵抗発熱体層を有する定着ベルトによりトナーを溶融して記録シートに定着する画像形成装置であって、
   抵抗発熱体層の破損の大きさを検出する検出手段と、
   破損が所定の大きさを超える場合には、定着ベルトの回転速度を大きくする速度制御手段と、を備える
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 抵抗発熱体層の温度を計測する測温手段を備え、
   前記検出手段は、経時変化する計測温度の、低温域を挟む２つの高温ピーク間の距離から破損の大きさを検出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 抵抗発熱体層に給電される電流量を計測する計測手段を備え、
   前記検出手段は、前記電流量から破損の大きさを検出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
5. 定着ベルトの外周面を撮影する撮影手段を備え、
   前記検出手段は、撮影された画像データから破損の大きさを検出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。

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