JP6052447B1 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】予め定めた長さ以上の温度ヒューズを用いる場合に、温度ヒューズの溶断温度をヒータの許容温度に近づける。【解決手段】定着装置２４は、トナー画像を用紙Ｐに定着させる定着ベルト２４９を加熱するヒータ２４５と、ヒータ２４５に接触し、少なくとも一方の端部が弾性部材２０によって支持された、用紙Ｐへのトナー画像の形成幅以上の長さを有する温度ヒューズ２４６とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

特許文献１には、蓋体、感温遮断装置、温度ヒューズおよび台体を備え、前記蓋体は、導電体であり、第１の端子が接続され、前記感温遮断装置は、弾性接触板および導電接続部を備え、前記弾性接触板は弾性を有する金属板体であり、円弧形を呈し、板体の両側面方向に湾曲することができ、前記弾性接触板は受熱したとき、他側に湾曲し、前記弾性接触板の一端は前記蓋体の内側に固定接合され、前記弾性接触板の自由端には第１の導電点が設けられ、前記導電接続部は板体であり、その上面には第２の導電点が設置され、前記第２の導電点は前記第１の導電点に対応し、前記温度ヒューズ装置は、導電体、弾性部材および可溶合金を備え、前記導電体の一側は可溶合金によって前記導電接続部に接続固定され、前記導電体の他端は可溶合金によって第２の端子に接続され、前記弾性部材は導電体に支持され、前記弾性部材は圧縮されて弾性回復力を生成し、前記台体には、収容槽が設けられ、前記導電接続部、前記導電体および前記弾性部材は前記収容槽内に嵌設され、通常状態では、前記感温遮断装置の弾性接触板の第１の導電点と第２の導電点は接触が保持されて通電（ＯＮ）状態が形成され、過電流時、回路過熱時または使用環境温度が高すぎるとき、前記感温遮断装置の弾性接触板は受熱して変形し、反対方向に湾曲し、前記第１の導電点と第２の導電点が分離し、回路が遮断（ＯＦＦ）状態となり、前記弾性接触板は冷却後、再び湾曲し、前記第１の導電点と第２の導電点が接触し、回路は再び通電（ＯＮ）状態となり、過電流時、回路過熱時または環境温度が高すぎるとき、前記感温遮断装置が即座に遮断（ＯＦＦ）しない場合または遮断（ＯＦＦ）できない場合は、前記温度ヒューズ装置の可溶合金が受熱によって継続的に昇温し、設定温度に到達したとき、可溶合金は溶断し、前記導電体が前記弾性部材の弾性力に押圧されて前記第２の端子と分離し、回路を完全に遮断（ＯＦＦ）状態にすることを特徴とする二重の感温遮断を行なう回路保護構造が開示されている。

特許文献２には、酸化亜鉛形バリスタと、このバリスタの電極に低溶融金属合金で接合され、前記バリスタの異常発熱による前記低溶融金属合金の溶融時に前記電極から切り離されるばね力を有する切り離し導体と、前記バリスタと前記切り離し導体を位置決め保持して収納する収納ケースを備えたＳＰＤであって、前記切り離し導体は、前記バリスタの電極に接合される接続部と、この接続部から延在する屈曲したばね部と、このばね部から延在して前記収納ケース内に位置決め保持される固定部を有し、前記収納ケースは、前記切り離し導体を接続した前記バリスタを収納するときに前記切り離し導体のばね部を変位させてばね性を付与した状態でバリスタを位置決め保持する位置決め手段を有することを特徴とする切り離し機構付ＳＰＤが開示されている。

特許文献３には、絶縁性支持部材に一対の導出端子、可動接点およびばね部材を含む開閉部品と共に感温材を、開放または半開放状態で大気中に暴露して装着し、前記開閉部品の可動接点を通電回路外に配置された前記感温材により保持し、異常時に前記ばね部材により感温材を変形させて開閉部品を開離させる温度ヒューズであって、前記感温材はＢｉ系あるいはＺｎ系の無鉛耐酸化性金属材料からなる低融点金属感温材で、その一部もしくは全部を外気に曝される状態にあり、２５０℃以上の動作温度を有することを特徴とする温度ヒューズが開示されている。

特許文献４には、第１の接触面と、所定の比率および融点を有する、錫（Ｓｎ）および亜鉛（Ｚｎ）の混合物を含むセンサであって、該センサは、上面と、中央領域と、底面とを規定し、該上面が前記第１の接触面に接続され、前記センサの温度が前記融点より低い場合、前記センサの前記上面と前記底面との間の距離が、前記センサの前記中央領域における、Ｚｎに対するＳｎの前記比率を実質的に維持する大きさにされる、センサと、前記センサの前記底面に接続された第２の接触面と、を含み、前記センサの温度が前記融点より低い場合、前記センサの前記中央領域が、前記第１の接触面と前記第２の接触面とが分離するのを防ぎ、前記センサの前記中央領域が前記融点より高い場合、前記センサが弾性を失い、前記第１の接触面と前記第２の接触面とが、前記センサが弾性を失った場合に分離するように構成される、温度ヒューズが開示されている。

特開２０１０−０８６６７５号公報 特開２００８−０２８０８９号公報 特開２０１１−２０４５１６号公報 特表２０１３−５０３４４１号公報

発熱体に電流を流して温度を上昇させるヒータでは、例えばヒータの故障等によりヒータの温度が許容温度を超えないよう、温度ヒューズが設けられる場合がある。ヒータの温度が許容温度を超える場合には温度ヒューズが溶断し、これによってヒータへの通電が停止し、ヒータの温度が許容温度を超えないようになっている。

しかしながら、画像形成装置の定着装置のように面状の発熱領域を有するヒータの場合、発熱領域が広いため、発熱領域内の特定箇所に温度ヒューズを設置しても、当該特定箇所以外の地点でヒータの温度が許容温度を超える場合が考えられる。

従って、面状の発熱領域を有するヒータの場合、例えば規定長さの範囲における温度を検知する直線状の温度ヒューズが用いられることがある。しかし、温度ヒューズの長さが長くなるにつれて、例えば熱の影響等によって温度ヒューズのヒューズエレメントがたるみやすくなる。この場合、ヒータの温度が許容温度を超えても温度ヒューズが溶断しない状況や、温度ヒューズが溶断しようとしても、ヒューズエレメントの熱膨張によってヒューズエレメントを封入している空間が狭くなり、温度ヒューズが溶断しにくくなる状況が発生することがある。

本発明は、予め定めた長さ以上の温度ヒューズを用いる場合に、温度ヒューズの溶断温度をヒータの許容温度に近づけることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の定着装置は、トナー画像を記録媒体に定着させる無端ベルトを加熱する面状の発熱体と、前記発熱体に接触し、前記記録媒体への前記トナー画像の画像形成幅以上の長さを有する温度ヒューズと、を備え、前記温度ヒューズの少なくとも一方の端部が弾性部材によって前記温度ヒューズの長手方向に張架される。
請求項２記載の定着装置は、トナー画像を記録媒体に定着させる無端ベルトを加熱する面状の発熱体と、前記発熱体に接触し、少なくとも一方の端部が弾性部材によって前記記録媒体の幅方向に張架された、前記記録媒体への前記トナー画像の形成幅以上の長さを有する温度ヒューズと、を備える。

請求項３記載の発明は、前記温度ヒューズの溶断温度の変化が許容範囲内となる張力で前記温度ヒューズを張架する。

請求項４記載の発明は、前記温度ヒューズが、中空の被覆材に溶断温度以上で溶断する可溶体を挿入した構造を有する。

請求項５記載の発明の画像形成装置は、記録媒体にトナー画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段によって前記記録媒体に形成された前記トナー画像を前記記録媒体に定着させる、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の定着装置と、を備える。

請求項１、請求項２、及び請求項５記載の発明によれば、予め定めた長さ以上の温度ヒューズを用いる場合に、温度ヒューズの溶断温度をヒータの許容温度に近づけることができる。

請求項３記載の発明によれば、溶断温度が変化する引っ張り強さで温度ヒューズを張架する場合と比較して、温度ヒューズの溶断温度をヒータの許容温度に更に近づけることができる。

請求項４記載の発明によれば、可溶体を被覆材で被覆しない場合と比較して、溶断時における可溶体の飛散を抑制することができる。

画像形成装置の構成例を示す図である。 回転軸に沿って定着装置を眺めた場合の定着装置の構成例を示す図である。 定着ベルトの断面構成の一例を示す図である。 ヒータの断面構成の一例を示す図である。 用紙の搬送方向に沿って眺めた場合の温度ヒューズの構造例を示す模式図である。 定着ベルトの幅方向に沿って眺めた場合のヒューズエレメントの断面の一例を示す模式図である。 ヒューズエレメントの張力と溶断温度との関係を示すグラフの一例である。 温度ヒューズの評価回路の一例である。 評価回路での定着装置各部の温度変化の一例を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態例を詳細に説明する。

なお、以下では、黄色をＹ、マゼンタ色をＭ、シアン色をＣ、黒色をＫで表すと共に、各構成部品及びトナー画像（画像）を色毎に区別する必要がある場合には、符号の末尾に各色に対応する色の符号（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）を付して説明する。また、以下では、各構成部品及びトナー画像を色毎に区別せずに総称する場合には、符号の末尾の色の符号を省略して説明する。

（全体構成）
図１に示すように、画像形成装置１０の装置本体１０Ａの内部には、入力される画像データをＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の階調データに変換する画像処理を行う画像処理部１２が設けられている。

また、装置本体１０Ａの中央側には、各色のトナー画像を形成する画像形成ユニット１６が、水平方向に対して傾斜する方向に間隔をおいて配置されている。また、各色の画像形成ユニット１６の鉛直方向の上方には、各色の画像形成ユニット１６で形成されたトナー画像が多重に転写される一次転写ユニット１８が設けられている。

さらに、一次転写ユニット１８の側方（図１の左側）には、後述する供給搬送ユニット３０によって搬送経路６０に沿って搬送された記録媒体の一例としての用紙Ｐに、一次転写ユニット１８に多重に転写されたトナー画像を転写する二次転写ロール２２が設けられている。

二次転写ロール２２に対して用紙Ｐの搬送方向（以下、「用紙搬送方向」という。）の下流側には、定着装置２４が設けられている。定着装置２４は、用紙Ｐに転写されたトナー画像を熱及び圧力によって用紙Ｐに定着させる。

また、定着装置２４に対して用紙搬送方向の下流側には、トナー画像が定着された用紙Ｐを画像形成装置１０の装置本体１０Ａの上部に設けられた排出部２６に排出する排出ロール２８が設けられている。

一方、画像形成ユニット１６の鉛直方向の下方及び側方には、用紙Ｐを供給し搬送する供給搬送ユニット３０が設けられている。また、一次転写ユニット１８の鉛直方向の上方には、装置本体１０Ａの正面から装置本体１０Ａに対して着脱可能とされ、現像器３８に補給されるトナーが充填されるトナーカートリッジ１４が色別に４個（１４Ｋ〜１４Ｙ）装置幅方向に並んで配置されている。各色のトナーカートリッジ１４は、装置奥行方向に延びる円柱状とされ、各色の現像器３８と図示しない補給管を介して接続されている。

（画像形成ユニット）
図１に示すように、各色の画像形成ユニット１６は、すべて同様に構成されている。そして、画像形成ユニット１６は、回転する円柱状の像保持体３４と、像保持体３４の表面を帯電させる帯電器３６と、を備えている。

また、画像形成ユニット１６は、帯電した像保持体３４の表面に露光光を照射するＬＥＤ（Light Emitting Diode）ヘッド３２を備えている。また、画像形成ユニット１６は、ＬＥＤヘッド３２による露光光の照射によって形成された静電潜像を現像剤（本実施の形態では、負極に帯電したトナー）で現像してトナー画像として可視化する現像器３８を備えている。また、画像形成ユニット１６は、像保持体３４の表面を清掃する図示しない清掃ブレードを備えている。

現像器３８には、像保持体３４と対向して現像ロール３９が配置されており、現像器３８は、現像ロール３９を用いて像保持体３４に形成された静電潜像を現像剤で現像してトナー画像として可視化する。

そして、帯電器３６、ＬＥＤヘッド３２、現像ロール３９、及び清掃ブレードは、像保持体３４の表面と対向して、像保持体３４の回転方向の上流側から下流側へ向けてこの順番で配置されている。

（転写部（一次転写ユニット・二次転写ロール））
一次転写ユニット１８は、無端状の中間転写ベルト４２と、中間転写ベルト４２が巻き掛けられ、図示しないモータにより回転駆動して中間転写ベルト４２を矢印Ａ方向に周回させる駆動ロール４６と、を備えている。また、一次転写ユニット１８は、中間転写ベルト４２が巻き掛けられ、中間転写ベルト４２に張力を付与する張力付与ロール４８と、張力付与ロール４８の鉛直方向上方に配置されて中間転写ベルト４２と従動回転する補助ロール５０と、を備えている。また、一次転写ユニット１８は、中間転写ベルト４２を挟んで各色の像保持体３４の反対側に各々配置される一次転写ロール５２を備えている。

以上の構成により、各色の画像形成ユニット１６の像保持体３４上に順次形成されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー画像が、各色の一次転写ロール５２によって、中間転写ベルト４２上に多重に転写される。

さらに、中間転写ベルト４２の表面に接して中間転写ベルト４２の表面を清掃する清掃ブレード５６が、中間転写ベルト４２を挟んで駆動ロール４６の反対側に配置されている。

また、中間転写ベルト４２を挟んで補助ロール５０の反対側には、中間転写ベルト４２上に転写されたトナー画像を、搬送される用紙Ｐに転写する二次転写ロール２２が設けられている。そして、二次転写ロール２２は接地されており、補助ロール５０は二次転写ロール２２の対向電極を形成しており、補助ロール５０には、二次転写電圧が印加されることにより、用紙Ｐにトナー画像が転写される。

（供給搬送ユニット）
供給搬送ユニット３０は、装置本体１０Ａ内において、画像形成ユニット１６に対して鉛直方向の下方に配置され、複数の用紙Ｐが積載される給紙部材６２を備えている。

さらに、供給搬送ユニット３０は、給紙部材６２に積載された用紙Ｐを搬送経路６０へ送り出す給紙ロール６４と、給紙ロール６４によって送り出された用紙Ｐを１枚ずつ分離する分離ロール６６と、用紙Ｐの搬送タイミングを合わせる位置合わせロール６８と、を備えている。そして、各ロールが、用紙搬送方向の上流側から下流側に向けてこの順番で配置されている。

以上の構成により、給紙部材６２から供給された用紙Ｐは、回転する位置合わせロール６８によって中間転写ベルト４２と二次転写ロール２２との接触部（二次転写位置）へ定められたタイミングで送り出される。

（画像形成工程）
まず、画像処理部１２から各色のＬＥＤヘッド３２に各色の階調データが順次出力される。そして、ＬＥＤヘッド３２から階調データに応じて出射された露光光は、帯電器３６によって帯電した像保持体３４の表面に照射される。これにより、像保持体３４の表面には静電潜像が形成される。像保持体３４上に形成された静電潜像は、各色の現像器３８によって現像され、各々Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー画像として可視化される。

さらに、一次転写ユニット１８の一次転写ロール５２によって、像保持体３４上に形成された各色のトナー画像が、周回する中間転写ベルト４２上に多重に転写される。

中間転写ベルト４２上に多重に転写された各色のトナー画像は、給紙部材６２から給紙ロール６４、分離ロール６６、位置合わせロール６８によって搬送経路６０に沿って搬送されてきた用紙Ｐに二次転写ロール２２によって二次転写位置で二次転写される。

更に、トナー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置２４へと搬送され、トナー画像が定着装置２４によって用紙Ｐに定着される。そして、トナー画像が定着された用紙Ｐは、排出ロール２８によって排出部２６に排出される。

一方、用紙Ｐの両面に画像を形成させる場合は、定着装置２４によって一方の面（表面）にトナー画像が定着された用紙Ｐは、排出ロール２８によって排出部２６にそのまま排出されない。排出ロール２８が逆回転されることで、用紙Ｐの用紙搬送方向が切り替えられる。そして、この用紙Ｐは、搬送ロール７４、７６により両面搬送経路７２に沿って搬送される。

両面搬送経路７２に沿って搬送された用紙Ｐは、表裏が反転されて再度位置合わせロール６８へと搬送される。そして、用紙Ｐの他方の面（裏面）にトナー画像が転写及び定着された後、用紙Ｐは、排出ロール２８によって排出部２６に排出される。

（定着装置）
次に、画像形成装置１０の定着装置２４について詳細に説明する。

図２に示すように、本実施の形態に係る定着装置２４は、図示しないモータ等の駆動装置によって矢印４１の方向に回転する加圧ロール２４１と、加圧ロール２４１と接触することで、加圧ロール２４１の回転に追従して矢印４３の方向に回転する無端ベルトの一例である定着ベルト２４９を含む。なお、後述するように、定着ベルト２４９は内部に設けられたヒータ２４５によって、予め設定した温度に加熱されている。なお、定着ベルト２４９の温度は、例えば用紙Ｐの搬送速度に応じて設定される。

定着装置２４の加圧ロール２４１及び定着ベルト２４９は共に回転しながら、加圧ロール２４１及び定着ベルト２４９によって形成されるニップ部４４に矢印４０の方向に向かって搬送される用紙Ｐを挟み込む。そして、定着装置２４は、用紙Ｐに転写されたトナー画像を定着ベルト２４９で加熱しながら、ニップ部４４に用紙Ｐを挟み込む際の加圧ロール２４１と定着ベルト２４９とによる押圧力によってトナー画像を用紙Ｐに押し付けることにより、トナー画像を用紙Ｐに定着させる。

定着ベルト２４９は、内部に定着パッド２４３、内部構造体２４４、ヒータ２４５、及び温度ヒューズ２４６を含む円柱体の形状を有する無端ベルトであり、円柱体の高さ方向が矢印４０の方向で表される用紙Ｐの搬送方向と直交する方向、すなわち用紙Ｐの幅方向に沿うように配置されている。なお、以降では、用紙Ｐの幅方向に沿って配置された定着ベルト２４９の方向を、「定着ベルト２４９の幅方向」という。

また、定着ベルト２４９には、予め定めた長さに亘って定着ベルト２４９と接触するように、一方の端部を定着パッド２４３と内部構造体２４４とに挟んで固定し、他方の端部は固定せずに自由端として定着ベルト２４９に接触させる面状のヒータ２４５が取り付けられる。

ヒータ２４５は、例えばヒータ２４５に供給される電流の大きさに応じて発熱し、ヒータ２４５に接触する定着ベルト２４９を加熱する。面状のヒータ２４５は、定着ベルト２４９に接触するよう丸められて略円柱状に成形されるが、この際、丸めたヒータ２４５の直径が定着ベルト２４９の直径より大きくなるように成形される。このように成形したヒータ２４５を定着ベルト２４９の内部に取り付けることで、ヒータ２４５が元の形状に戻ろうとする復元力が定着ベルト２４９に働き、ヒータ２４５が定着ベルト２４９に自ら密着するように作用する。

なお、ヒータ２４５のように、例えば被加熱部材（本実施の形態では定着ベルト２４９）の形状に合わせて変形可能な性質を有する発熱体を、「フレキシブルヒータ」という場合がある。

定着パッド２４３は、液晶ポリマー等を含んで形成される押圧部材の一例であって、加圧ロール２４１と対向する位置に設置され、加圧ロール２４１と定着パッド２４３とによってニップ部４４を形成する。定着パッド２４３のニップ部４４と向き合う面は、回転する定着ベルト２４９に接触しながら、加圧ロール２４１と共に用紙Ｐを押し付け、用紙Ｐに転写されたトナー画像を用紙Ｐに定着させる。

内部構造体２４４は、ヒータ２４５の一方の端部を定着パッド２４３と共に挟み込むようにして定着パッド２４３の上部に設置される。そして、内部構造体２４４は、ヒータ２４５に電流を供給するための回路（以降、「電流回路」という）等を含む。

また、ヒータ２４５の定着ベルト２４９と接触する面と反対の面（以降、「ヒータ２４５の内面」という）には、直線状の温度ヒューズ２４６が定着ベルト２４９の幅方向に沿ってヒータ２４５と接触するように設置されている。具体的には、温度ヒューズ２４６は、ヒューズエレメント２４７及びヒューズエレメントを取り付ける支持体２４８を含み、ヒューズエレメント２４７がヒータ２４５の内面に接触するように定着ベルト２４９に設置されている。

一方、加圧ロール２４１は、図示しないモータの駆動力によって矢印４１の方向に回転する円柱体である金属製の回転軸２５０の側面に、厚さ約５ｍｍのシリコーンゴム層２５１を巻きつけ、更にシリコーンゴム層２５１の外表面をＰＦＡ（テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体）チューブ２５２で被覆した駆動ロールである。加圧ロール２４１は、回転軸の側面にシリコーンゴム等の弾性体が巻きつけられているため、ニップ部４４で用紙Ｐを押圧する際、用紙Ｐの押圧力による抗力によって変形しながら用紙Ｐを押圧する。

本実施の形態に係る定着装置２４では、一例として、加圧ロール２４１、定着ベルト２４９、及びヒータ２４５の用紙Ｐの幅方向に沿った長さはそれぞれ約３２０ｍｍであり、加圧ロール２４１の直径は約２８ｍｍである。

また、定着パッド２４３と内部構造体２４４で固定されたヒータ２４５の一端から自由端までのヒータ２４５の長さは約７５ｍｍであり、そのうち約４５ｍｍの範囲（図２のＲ１で示される範囲）が定着ベルト２４９の円周方向に沿って、定着ベルト２４９に接触している。定着ベルト２４９とヒータ２４５が接触している範囲では、ヒータ２４５の復元力によって定着ベルト２４９がヒータ２４５に約２ｋｇの力で押し付けられ、定着ベルト２４９とヒータ２４５が密着している。

なお、本実施の形態に係るヒータ２４５に１００Ｖの交流電圧を印加した際の定格電力は約９００Ｗであり、例えば、用紙Ｐの搬送速度が約２５２ｍｍ／ｓで定着ベルト２４９の温度が約１６０℃となるように、ヒータ２４５の温度が調整される。具体的には、定着ベルトはヒータ２４５によって間接的に加熱されるため、ヒータ２４５の温度は、定着ベルト２４９の目標温度である約１６０℃より高い温度、具体的には約１９０℃に調整される。

また、本実施の形態に係る定着装置２４の用紙Ｐの搬送方向に沿ったニップ部４４の長さは約８ｍｍであり、ニップ部４４における用紙Ｐの押圧力は約３０ｋｇに調整されている。

なお、上記に示した定着装置２４に関する具体的な数値は一例であり、これに限定されないことは言うまでもない。

次に、定着ベルト２４９の詳細について説明する。図３は、定着ベルト２４９の断面構成の一例を示す図である。図３に示すように、定着ベルト２４９は、用紙Ｐと接触する面からヒータ２４５と接触する面に向かって、順に表面離型層１００、弾性層１０２、及び基材層１０４の３つの層を含む。

表面離型層１００には、例えばＰＦＡ（テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、シリコーン共重合体又はこれらの複合材等が用いられ、厚さが１０μｍ以上５０μｍ未満程度の層として構成される。

弾性層１０２には、例えば硬度が１０°以上６０°未満程度であるシリコーンゴム等の弾性体材料が用いられ、厚さが１００μｍ以上４００μｍ未満程度の層として構成される。

また、基材層１０４には、例えば厚さが５０〜１００μｍ程度のポリイミド等の樹脂材料が用いられる。

なお、本実施の形態に係る定着ベルト２４９には、直径が約３０ｍｍの無端ベルトが用いられるが、定着ベルト２４９の直径についてもこれに限定されるものではない。

次に、ヒータ２４５の詳細について説明する。図４は、ヒータ２４５の断面構成の一例を示す図である。

図４に示すように、ヒータ２４５は、破線Ｂの位置において定着ベルト２４９と接触する面からヒータ２４５の内面に向かって、順に熱伝導層１１０、絶縁層１１２、発熱層１１６、絶縁層１１２、及び支持層１１４の５つの層を含む５層構造を有し、厚さが約１４０μｍのフレキシブルヒータとして構成される。

熱伝導層１１０には、例えば厚さが約３０μｍのステンレス鋼が用いられ、熱伝導層１１０は、定着ベルト２４９に接触することで発熱層１１６の熱を定着ベルト２４９に伝導し、定着ベルト２４９を加熱する。

絶縁層１１２には、例えば厚さが約２５μｍのポリイミド等の樹脂材料が用いられ、２つの絶縁層１１２が発熱層１１６を挟み込み、発熱層１１６を電気的に絶縁する。

発熱層１１６には熱伝導層と同様に、例えば厚さが約３０μｍのステンレス鋼が用いられる。発熱層１１６は、例えば内部構造体２４４に設けられた電流回路と接続され、電流回路から電流が供給されると、供給される電流の大きさに応じてステンレス鋼が発熱する構造を有する。

支持層１１４にも熱伝導層１１０及び発熱層１１６と同様に、例えば厚さが約３０μｍのステンレス鋼が用いられ、絶縁層１１２を被覆すると共にヒータ２４５の構造強度を補強し、熱伝導層１１０、絶縁層１１２、及び発熱層１１６を支持する。なお、支持層１１４にヒューズエレメント２４７が接触するように、温度ヒューズ２４６が設置される。

次に、温度ヒューズ２４６の詳細について説明する。図５は、用紙Ｐの搬送方向に沿って眺めた温度ヒューズ２４６の構造を示す模式図である。

図５に示すように、温度ヒューズ２４６はヒータ２４５の支持層１１４に接触して、ヒータ２４５の温度が許容温度以上となる場合に溶断するヒューズエレメント２４７と、ヒューズエレメント２４７を支持する支持体２４８を含む。

ヒューズエレメント２４７の定着ベルト２４９の幅方向に沿った両端には、例えば金属バネのような導電性の弾性部材２０の一端が取り付けられ、弾性部材２０の他方の端部が支持体２４８に取り付けられる。したがって、ヒューズエレメント２４７は、弾性部材２０によって両端から引っ張るような形態で支持体２４８に取り付けられている。なお、ヒューズエレメント２４７を弾性部材２０で引っ張るようにして支持体２４８に取り付けることを、「ヒューズエレメント２４７を張架する」という。本実施形態の場合、ヒューズエレメント２４７は、弾性部材２０によって、約０．５Ｎの張力で張架されている。

支持体２４８に取り付けられた各々の弾性部材２０の他端は、図示しない接続線と接続され、更に接続線は、例えば内部構造体２４４の内部に設置された図示しないリレーのコイルと図示しない直流電源に接続される。すなわち、ヒューズエレメント２４７、弾性部材２０、図示しない接続線、図示しないリレーのコイル、及び図示しない直流電源が直列に接続され、閉回路を形成する。

したがって、ヒータ２４５の温度が許容温度付近に達してヒューズエレメント２４７が溶断すれば、ヒューズエレメント２４７を含んで形成される閉回路を流れる電流が遮断され、図示しないリレーのコイルによって駆動される接点がオフに切り替わるため、定着装置２４でヒータ２４５の温度が許容温度付近に達した状況を検知することができる。

なお、図５では、ヒューズエレメント２４７の両端に弾性部材２０を取り付けて、ヒューズエレメント２４７を張架しているが、ヒューズエレメント２４７の張架の形態はこれに限られない。例えばヒューズエレメント２４７の一端を弾性部材２０で支持体２４８に取り付け、ヒューズエレメント２４７の他端は弾性部材２０を介さずに導電性のワイヤ等によって支持体２４８に取り付けるようにしてもよい。

また、ヒューズエレメント２４７に弾性部材２０を直接取り付けにくい場合は、ヒューズエレメントに取り付けやすい組成を有する導電性のワイヤ等を介して、ヒューズエレメント２４７と弾性部材２０とを接続するようにしてもよい。

上記の場合においても、ヒューズエレメント２４７は弾性部材２０によって支持体２４８に張架されることになる。また、図示しないリレーと図示しない直流電源の設置場所についても、内部構造体２４４の内部に限定されない。

図６は、ヒューズエレメント２４７を、図５の矢印５５の指す方向、すなわち定着ベルト２４９の幅方向に沿って眺めた場合におけるヒューズエレメント２４７の断面の一例を示す模式図である。

図５及び図６に示すように、ヒューズエレメント２４７は、直径が約０．４ｍｍで、且つ、定着ベルト２４９の幅方向に沿った長さが約３２０ｍｍの円柱状の可溶体２４７Ａを、例えばポリイミド等の樹脂材料で構成された内径約０．５ｍｍ及び外径約０．５４ｍｍ程度の中空状の耐熱絶縁チューブ２４７Ｂで被覆することによって構成される。

なお、耐熱絶縁チューブ２４７Ｂと可溶体２４７Ａによって形成される空間には、フラックスを注入するようにしてもよい。フラックスは、可溶体２４７Ａが空気に直接触れて酸化が進む度合いを抑制すると共に、ヒータ２４５の熱によって可溶体２４７Ａが再酸化することを抑制する。

可溶体２４７Ａは、例えばスズ、銀、及び銅を含む合金であり、各々の元素の組成比率を調整することにより可溶体２４７Ａの融点、すなわち可溶体２４７Ａの溶断温度が設定される。本実施の形態に係る可溶体２４７Ａの溶断温度は、例えば約２２０℃に設定されるが、溶断温度はこれに限定されないことは言うまでもない。可溶体２４７Ａの溶断温度は、ヒータ２４５の許容温度に応じて設定される。具体的には、可溶体２４７Ａの溶断温度は、ヒータ２４５の許容温度に一致するように設定される。

なお、可溶体２４７Ａは、定着ベルト２４９の幅方向に沿って約３２０ｍｍの長さを有しているため、可溶体２４７Ａが溶断する際、液化した可溶体２４７Ａが周囲に飛び散って、定着装置２４に付着してしまう場合がある。しかし、可溶体２４７Ａは、耐熱絶縁チューブ２４７Ｂに被覆されているため、可溶体２４７Ａが溶断する際、液化した可溶体２４７Ａが周囲に飛び散って定着装置２４に付着することを防ぐことができる。

また、ヒータ２４５の幅全体に亘ってヒータ２４５の温度を検知できるように、ヒューズエレメント２４７の定着ベルト２４９の幅方向に沿った長さは、例えばヒータ２４５の幅に合わせて約３２０ｍｍとする。しかし、これは一例であり、ヒータ２４５の幅を超える長さのヒューズエレメント２４７を用いてもよい。

なお、ここで、「ヒータ２４５の幅」とは、定着ベルト２４９の幅方向に沿ったヒータ２４５の長さをいう。したがって、ヒータ２４５の幅方向と定着ベルト２４９の幅方向とは一致する。また、ヒューズエレメント２４７の定着ベルト２４９の幅方向に沿った長さを、「ヒューズエレメント２４７の長さ」といい、ヒューズエレメント２４７の長さを、「温度ヒューズ２４６の長さ」という。

次に、ヒューズエレメント２４７の張架の作用について説明する。

ヒューズエレメント２４７の長さが数ｍｍから数ｃｍ程度の一般的な温度ヒューズの場合、ヒューズエレメント２４７の可溶体２４７Ａの温度が溶断温度以上になると、可溶体２４７Ａの溶断部分の先端が表面張力によって球形化しながら分離することで、ヒューズエレメント２４７が溶断される。

しかし、ヒューズエレメント２４７の長さが長くなり、本実施の形態に係る温度ヒューズ２４６のように数１０ｃｍ以上になると、ヒータ２４５による熱の影響によってヒューズエレメント２４７の可溶体２４７Ａが膨張してたるみ始める。この場合、耐熱絶縁チューブ２４７Ｂと可溶体２４７Ａとの間隔が狭くなるため、可溶体２４７Ａの温度が溶断温度以上になって可溶体２４７Ａが溶断し始めても、一般的な温度ヒューズ２４６に比べて、可溶体２４７Ａの溶断部分の先端が球形化し難くなることがある。すなわち、ヒューズエレメント２４７の長さが長くなるにつれて、予め設定されたヒューズエレメント２４７の溶断温度で溶断し難くなる場合がある。

したがって、本実施の形態に係る温度ヒューズ２４６では、図５に示したように、ヒューズエレメント２４７の両端、より具体的には、ヒューズエレメント２４７を構成する可溶体２４７Ａの両端を弾性部材２０で引っ張ることで、ヒューズエレメント２４７を張架している。この場合、ヒータ２４５による熱の影響によってヒューズエレメント２４７の可溶体２４７Ａが膨張してたるんだとしても、可溶体２４７Ａの両端に可溶体２４７Ａをそれぞれ逆方向に引っ張る張力が作用する。

したがって、可溶体２４７Ａの温度が溶断温度以上になって可溶体２４７Ａが溶断し始めると、可溶体２４７Ａの両端に作用する張力によって、溶断部分の先端が互いに離れる方向に移動しようとするため、ヒューズエレメント２４７を張架せずに支持体２４８に取り付ける場合に比べて、可溶体２４７Ａが溶断しやすくなる。

一方、図７は、ヒューズエレメント２４７を張架する張力に対するヒューズエレメント２４７の溶断温度の変化例を示すグラフであり、横軸がヒューズエレメント２４７を張架する張力を表し、縦軸がヒューズエレメント２４７の溶断温度を表している。

図７に示すように、ヒューズエレメント２４７の溶断温度は、ヒューズエレメント２４７を張架する張力が特定の閾値以下の範囲では、溶断温度の変化が、溶断温度が変化していないとみなすことができる許容範囲内に収まり、ヒューズエレメント２４７を張架する張力が当該閾値を超えると、張力が強くなるにつれて溶断温度が直線的に低下する傾向を示すことがわかった。図７に示すグラフの場合、約０．５Ｎが閾値であり、ヒューズエレメント２４７を張架する張力がおおよそ０Ｎ以上０．５Ｎ以下の範囲では、ヒューズエレメント２４７の溶断温度は約２２０℃を示しており、約０．５Ｎを超える範囲では、ヒューズエレメント２４７の溶断温度が低下している。

したがって、本実施の形態に係る温度ヒューズ２４６は、ヒューズエレメント２４７の溶断温度の変化が許容範囲内に収まる範囲の張力で、ヒューズエレメント２４７を支持体２４８に張架して使用する。換言すれば、本実施の形態に係る温度ヒューズ２４６は、温度ヒューズ２４６の溶断温度が変化しない範囲の張力で支持体２４８に張架され、ヒータ２４５の温度を検知する。

（温度ヒューズの動作確認）
図８に示す評価回路を用いて、本実施の形態に係る温度ヒューズ２４６の動作の確認を行った。図８に示すように、定着装置２４の温度ヒューズ２４６には、リレー９４のコイル９４Ａを介して直流電源９５が直列に接続される。また、定着装置２４のヒータ２４５には、ソリッドステートリレー９３及びリレー９４の接点９４Ｂを介して、商用の交流電源９６が直列に接続される。そして、定着ベルト２４９の周囲には温度センサ９２が配置され、温度センサ９２で計測した温度は、制御回路９０内のＣＰＵ９１に通知される。ＣＰＵ９１は、温度センサ９２で計測した温度情報を用いて、ソリッドステートリレー９３の接点制御を行い、ヒータ２４５への通電時間を制御することでヒータ２４５の温度を制御する。

なお、図８においてＶ_Dは温度センサ９２及びソリッドステートリレー９３の駆動電圧を示す。また、温度センサ９２は、定着ベルト２４９の温度、ヒータ２４５の温度、及び温度ヒューズ２４６の温度をそれぞれ計測するものとする。

制御回路９０が故障したと想定して、制御回路９０でヒータ２４５の温度を制御することなく、ヒータ２４５を定格電力で動作させた場合（以降、「制御系故障評価」という）の定着ベルト２４９、ヒータ２４５、及び温度ヒューズ２４６の各々の温度変化を示したグラフが図９である。図９において、グラフ９７はヒータ２４５の温度を示し、グラフ９８は定着ベルト２４９の温度を示し、グラフ９９は温度ヒューズ２４６の温度を示す。また、図９の横軸はヒータ２４５の通電時間を示し、縦軸は温度を示す。

制御系故障評価では、定着ベルト２４９が目標温度である約１６０℃まで上昇するのに要する時間は５秒であり、この際のヒータ２４５の温度は約１９０℃であった。更にヒータ２４５に通電を行い、温度ヒューズ２４６の温度が約２２０℃まで上昇すると、温度ヒューズ２４６が溶断した。なお、温度ヒューズ２４６が溶断した時間は、ヒータ２４５に通電を始めてから１１秒後であり、温度ヒューズ２４６が溶断した際の定着ベルト２４９の温度は約２６５℃、ヒータ２４５の温度は約３２５℃であった。

また、温度ヒューズ２４６が溶断してから約１分には、定着ベルト２４９の温度は自然冷却によって目標温度である約１６０℃まで低下した。

制御系故障評価の実験後に、ヒータ２４５の熱の影響による定着装置２４の不具合状況を確認したところ、定着装置２４の機能に関わる不具合は認められず、温度ヒューズ２４６のヒューズエレメント２４７を交換すれば、再度、定着装置２４が正常に動作することを確認した。

次に、図８の評価回路において、ヒータ２４５の中央部を幅１０ｍｍに亘って定着ベルト２４９から０．５ｍｍ浮かして、当該箇所でヒータ２４５が定着ベルト２４９に接触しないようにした状態でヒータ２４５に通電を行う、局所加熱評価を行った。

局所加熱評価の場合、ヒータ２４５に通電を行ってから約４秒後に温度ヒューズ２４６が溶断した。なお、温度ヒューズ２４６が溶断した際の、定着ベルト２４９が接触していない部分のヒータ２４５の温度は約４２０℃であった。

局所加熱評価の実験後にも、ヒータ２４５の熱の影響による定着装置２４の不具合状況を確認したところ、定着装置２４の機能に関わる不具合は認められず、温度ヒューズ２４６のヒューズエレメント２４７を交換すれば、再度、定着装置２４が正常に動作することを確認した。

次に、図８の評価回路において、温度ヒューズ２４６の代わりにサーモスタットを用いて、前述した制御系故障評価と局所加熱評価を行った。なお、サーモスタットの接点がオフする温度を、温度ヒューズ２４６の溶断温度と同じく約２２０℃に設定し、ヒータ２４５を定着ベルト２４９から浮かした箇所からヒータ２４５の幅方向に約２０ｍｍずれた位置に、サーモスタットを設置した。

サーモスタットを用いた場合の制御系故障評価では、ヒータ２４５に通電を行ってから約１５秒後にサーモスタットが動作してヒータ２４５への通電が停止した。サーモスタットがヒータ２４５への通電を停止した際の定着ベルト２４９の温度は約３２０℃であり、ヒータ２４５の温度は３９０℃であった。この場合、温度ヒューズ２４６を用いた制御系故障評価におけるヒータ２４５の通電停止までの時間より長くかかっていることがわかる。

サーモスタットを用いた制御系故障評価の実験後に、ヒータ２４５の熱の影響による定着装置２４の不具合状況を確認したところ、定着装置２４の機能に関わる不具合は認められず、動作したサーモスタットを交換すれば、再度、定着装置２４が正常に動作することを確認した。

一方、サーモスタットを用いた局所加熱評価では、ヒータ２４５の温度がヒータ２４５の限界温度である約４５０℃に達しても、サーモスタットが動作してヒータ２４５への通電を停止することはなかった。これは、サーモスタットは、サーモスタットが設置された地点の周辺温度を検知するにとどまり、その温度検知範囲が温度ヒューズ２４６に比べて局所的であるため、サーモスタットの設置地点からヒータ２４５の幅方向に約２０ｍｍずれた地点の温度変化を検知できなかったためと考えられる。

すなわち、ヒータ２４５の温度検知手段としてサーモスタットを用いた場合、複数のサーモスタットを設置しなければヒータ２４５の幅方向全域に亘ってヒータ２４５の温度を検知することができないが、温度ヒューズ２４６は、ヒータ２４５の幅方向における一方の端部から他方の端部までヒータ２４５に接触しているため、ヒータ２４５の幅方向全域に亘ってヒータ２４５の温度を検知することができる。

このように、本実施の形態に係る定着装置２４によれば、弾性部材２０で張架された、ヒータ２４５の幅以上の長さを有する温度ヒューズ２４６を用いて、ヒータ２４５の幅方向に沿った温度を検知する。

したがって、例えばサーモスタット、或いはヒューズエレメント２４７の長さが数ｍｍから数ｃｍ程度の一般的な温度ヒューズ等の温度センサを用いてヒータ２４５の温度を検知する場合に比べて、広い範囲の温度を検知できるため、局所的に発生するヒータ２４５の温度の上昇を検知し、ヒータ２４５への通電を停止させることができる。

また、本実施形態に係る温度ヒューズ２４６は、弾性部材２０で張架されているため、熱の影響による可溶体２４７Ａのたるみを抑制し、予め設定した温度ヒューズ２４６の溶断温度で温度ヒューズ２４６が溶断しやすくなる。

また、本実施形態に係る温度ヒューズ２４６のヒューズエレメント２４７は、耐熱絶縁チューブ２４７Ｂに可溶体２４７Ａを挿入させた、いわゆる開放型の構造を有するため、例えばヒューズエレメント２４７の長さが数ｍｍから数ｃｍ程度の一般的な温度ヒューズのように、可溶体をフラックスで被覆した上で、気密性を保つため絶縁ケースに密閉封入する場合に比べて温度ヒューズの熱容量が小さくなり、温度追従性が向上する。

なお、本実施の形態では、温度ヒューズ２４６のヒューズエレメント２４７の長さがヒータ２４５の幅以上であるものとして説明した。しかし、ヒューズエレメント２４７の長さはこれに限定されない。

定着ベルト２４９の幅は画像形成装置１０で用いられる最大サイズの用紙Ｐの幅より長いものが用いられるが、用紙Ｐを加圧及び加熱して、用紙Ｐに転写されたトナー画像を用紙Ｐに定着させるという定着装置２４の機能に着目すれば、温度ヒューズ２４６で、画像形成装置１０で用いられる最大サイズの用紙Ｐの幅に対応するヒータ２４５の領域の温度が許容温度を超えるか否かを検知できれば、用紙Ｐにトナー画像を定着させるという定着装置２４の機能を果たすことができる。したがって、ヒューズエレメント２４７の長さ、すなわち温度ヒューズ２４６の長さは、画像形成装置１０で用いられる最大サイズの用紙Ｐの幅以上であればよい。

更に言えば、用紙Ｐにおいてトナー画像が形成される画像形成領域の大きさは、使用する用紙Ｐの大きさに応じて予め定められており、例えば縁等を考慮して使用する用紙Ｐの大きさ以下に設定される。したがって、ヒューズエレメント２４７の長さ、すなわち温度ヒューズ２４６の長さは、画像形成装置１０で用いられる最大サイズの用紙Ｐに対応した最大画像形成領域の幅以上であればよい。

以上、実施の形態を用いて本発明について説明したが、本発明は実施の形態に記載の範囲には限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で実施の形態に多様な変更又は改良を加えることができ、当該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

１０・・・画像形成装置、２０・・・弾性部材、２４・・・定着装置、４２・・・中間転写ベルト、４４・・・ニップ部、２４１・・・加圧ロール、２４３・・・定着パッド、２４４・・・内部構造体、２４５・・・ヒータ、２４６・・・温度ヒューズ、２４７・・・ヒューズエレメント、２４７Ａ・・・可溶体、２４７Ｂ・・・耐熱絶縁チューブ、２４８・・・支持体、２４９・・・定着ベルト、Ｐ・・・用紙

Claims (5)

1. トナー画像を記録媒体に定着させる無端ベルトを加熱する面状の発熱体と、
   前記発熱体に接触し、前記記録媒体への前記トナー画像の画像形成幅以上の長さを有する温度ヒューズと、
   を備え、
   前記温度ヒューズの少なくとも一方の端部が弾性部材によって前記温度ヒューズの長手方向に張架された
   定着装置。
2. トナー画像を記録媒体に定着させる無端ベルトを加熱する面状の発熱体と、
   前記発熱体に接触し、少なくとも一方の端部が弾性部材によって前記記録媒体の幅方向に張架された、前記記録媒体への前記トナー画像の画像形成幅以上の長さを有する温度ヒューズと、
   を備えた定着装置。
3. 前記弾性部材は、前記温度ヒューズの溶断温度の変化が許容範囲内となる張力で前記温度ヒューズを張架する
   請求項１又は請求項２記載の定着装置。
4. 前記温度ヒューズが、中空の被覆材に溶断温度以上で溶断する可溶体を挿入した構造を有する
   請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の定着装置。
5. 記録媒体にトナー画像を形成する画像形成手段と、
   前記画像形成手段によって前記記録媒体に形成された前記トナー画像を前記記録媒体に定着させる、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の定着装置と、
   を備えた画像形成装置。

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