JP6336026B2

JP6336026B2 - ヒータ及びこのヒータを搭載する像加熱装置

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Description

本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタなどの画像形成装置に搭載される像加熱装置に利用すれば好適なヒータ、及びこのヒータを搭載する像加熱装置に関する。

複写機やプリンタに搭載する像加熱装置として、エンドレスベルトと、エンドレスベルトの内面に接触するセラミックヒータと、エンドレスベルトを介してセラミックヒータと定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有する装置がある。この像加熱装置を搭載する画像形成装置で小サイズ紙を連続プリントすると、定着ニップ部長手方向において紙が通過しない領域の温度が徐々に上昇するという現象（非通紙部昇温）が発生する。非通紙部の温度が高くなり過ぎると、装置内の各パーツへダメージを与えたり、非通紙部昇温が生じている状態で大サイズ紙にプリントすると、小サイズ紙の非通紙部に相当する領域でトナーが高温オフセットすることもある。

この非通紙部昇温を抑制する手法の一つとして、セラミック基板上の発熱抵抗体を正の抵抗温度特性を有する材質で形成し、発熱抵抗体に対してヒータの短手方向（記録紙の搬送方向）に電流が流れるように（以後、搬送方向給電と称する）、二本の導電体を基板の短手方向の両端に配置することが考えられている（特許文献１）。非通紙部が昇温すると非通紙部の発熱抵抗体の抵抗値が昇温し、非通紙部の発熱抵抗体に流れる電流が抑制されることにより非通紙部の発熱を抑制するという発想である。正の抵抗温度特性は、温度が上がると抵抗が上がる特性であり、以後ＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）と称する。

特開２０１１−１５１００３

しかしながら、このようなヒータでも、非通紙部に位置する発熱抵抗体にも電流が流れ発熱する。

本発明は非通紙部の昇温をより抑えられるヒータを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための本発明は、基板と、前記基板に設けられている第１の発熱ブロックと、前記基板の長手方向において前記第１の発熱ブロックが設けられた位置とは異なる位置に設けられている第２の発熱ブロックと、を有するヒータと、前記第１の発熱ブロックへの通電／遮断を切換える第１のトライアックと、前記第１のトライアックとは独立して駆動するトライアックであって、前記第２の発熱ブロックへの通電／遮断を切換える第２のトライアックと、を有し、前記第１の発熱ブロックが前記長手方向における記録材の搬送基準に位置するように前記ヒータが配置されており、前記長手方向に対して直交する方向に搬送される記録材に形成された画像を前記ヒータの熱で加熱する像加熱装置において、前記第１の発熱ブロックの温度を検知する第１の温度検知素子と、前記第２の発熱ブロックの温度を検知する第２の温度検知素子と、前記長手方向における前記第１の発熱ブロックの端部の温度を検知する第３の温度検知素子と、を有することを特徴とする。
また、本発明は、基板と、前記基板に設けられている第１の発熱ブロックと、前記基板の長手方向において前記第１の発熱ブロックが設けられた位置とは異なる位置に設けられている第２の発熱ブロックと、を有するヒータと、前記第１の発熱ブロックへの通電／遮断及び前記第２の発熱ブロックへの通電／遮断を切換えるトライアックと、前記第１の発熱ブロックと前記第２の発熱ブロックへ共に通電できる状態と、前記第１の発熱ブロックのみへ通電できる状態と、を切換えるリレーと、を有し、前記第１の発熱ブロックが前記長手方向における記録材の搬送基準に位置するように前記ヒータが配置されており、前記長手方向に対して直交する方向に搬送される記録材に形成された画像を前記ヒータの熱で加熱する像加熱装置において、前記第１の発熱ブロックの温度を検知する第１の温度検知素子と、前記第２の発熱ブロックの温度を検知する第２の温度検知素子と、前記長手方向における前記第１の発熱ブロックの端部の温度を検知する第３の温度検知素子と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、装置が対応する最大サイズよりも小さなサイズの記録材を加熱処理する場合の非通紙部昇温を抑制することができる。

画像形成装置の断面図。実施例１の像加熱装置の断面図。実施例１のヒータ構成図。実施例１のヒータ制御回路図。実施例１のヒータ制御フローチャート。実施例２の像加熱装置の断面図。実施例２のヒータ構成図。実施例２のヒータ制御回路図。実施例２のヒータ制御フローチャート。ヒータの変形例を示した図。

（実施例１）
図１は電子写真記録技術を用いたレーザプリンタ（画像形成装置）１００の断面図である。プリント信号が発生すると、画像情報に応じて変調されたレーザ光をスキャナユニット２１が出射し、帯電ローラ１６によって所定の極性に帯電された感光体１９を走査する。これにより感光体１９には静電潜像が形成される。この静電潜像に対して現像器１７からトナーが供給され、感光体１９上に画像情報に応じたトナー画像が形成される。一方、給紙カセット１１に積載された記録材（記録紙）Ｐはピックアップローラ１２によって一枚ずつ給紙され、ローラ１３によってレジストローラ１４に向けて搬送される。さらに記録材Ｐは、感光体１９上のトナー画像が感光体１９と転写ローラ２０で形成される転写位置に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ１４から転写位置へ搬送される。記録材Ｐが転写位置を通過する過程で感光体１９上のトナー画像は記録材Ｐに転写される。その後、記録材Ｐは像加熱装置２００で加熱されてトナー画像が記録材Ｐに加熱定着される。定着済みのトナー画像を担持する記録材Ｐは、ローラ２６、２７によってプリンタ上部のトレイに排出される。なお、１８は感光体１９を清掃するクリーナ、２８は記録材Ｐのサイズに応じて幅調整可能な一対の記録材規制板を有する給紙トレイ（手差しトレイ）である。給紙トレイ２８は定型サイズ以外のサイズの記録材Ｐにも対応するために設けられている。２９は給紙トレイ２８から記録材Ｐを給紙するピックアップローラ、３０は像加熱装置２００等を駆動するモータである。上述した、感光体１９、帯電ローラ１６、スキャナユニット２１、現像器１７、転写ローラ２０が、記録材Ｐに未定着画像を形成する画像形成部を構成している。

本例のプリンタ１００は複数の用紙サイズに対応しており、給紙カセット１１にセットされた、Ｌｅｔｔｅｒ紙（約２１６ｍｍ×２７９ｍｍ）、Ｌｅｇａｌ紙（約２１６ｍｍ×３５６ｍｍ）、Ａ４紙（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）、Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ紙（約１８４ｍｍ×２６７ｍｍ）、ＪＩＳＢ５紙（１８２ｍｍ×２５７ｍｍ）、Ａ５紙（１４８ｍｍ×２１０ｍｍ）をプリントできる。

また、給紙トレイ２８から、ＤＬ封筒（１１０ｍｍ×２２０ｍｍ）、ＣＯＭ１０封筒（約１０５ｍｍ×２４１ｍｍ）を含む、不定型紙をプリントできる。基本的に紙を縦送りする（長辺が搬送方向と平行になるように搬送する）プリンタであり、装置が対応している定型の記録材サイズ（カタログ上の対応用紙サイズ）のうち最も大きな（幅が大きな）サイズはＬｅｔｔｅｒ紙及び、Ｌｅｇａｌ紙の約２１６ｍｍ幅である。このように、装置が対応する最大サイズよりも小さな紙幅の用紙を、本提案では小サイズ紙と定義する。

図２は像加熱装置２００の断面図である。像加熱装置２００は、筒状のフィルム（エンドレスベルト）２０２と、フィルム２０２の内面に接触するヒータ３００と、フィルム２０２を介してヒータ３００と共に定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ（ニップ部形成部材）２０８と、を有する。フィルム２０２のベース層の材質は、ポリイミド等の耐熱樹脂、またはステンレス等の金属である。加圧ローラ２０８は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金２０９と、シリコーンゴム等の材質の弾性層２１０を有する。ヒータ３００は耐熱樹脂製の保持部材２０１に保持されている。保持部材２０１はフィルム２０２の回転を案内するガイド機能も有している。加圧ローラ２０８はモータ３０から動力を受けて矢印方向に回転する。加圧ローラ２０８が回転することによって、フィルム２０２が従動して回転する。未定着トナー画像を担持する記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎで挟持搬送されつつ加熱されて定着処理される。

ヒータ３００は、セラミック製のヒータ基板３０５と、基板３０５上に基板の長手方向に沿って設けられている第１導電体３０１と、基板上に第１導電体３０１とは基板の短手方向で異なる位置で基板長手方向に沿って設けられている第２導電体３０３と、を有する。更に、ヒータ３００は、第１導電体３０１と第２導電体３０３の間に設けられており第１導電体３０１と第２導電体３０３を介して供給する電力により発熱する正の抵抗温度特性を有する発熱抵抗体３０２を有する。更に、ヒータ３００は、発熱抵抗体３０２及び導電体３０１及び導電体３０３を覆う絶縁性（本実施例ではガラス）の表面保護層３０７を有する。ヒータ基板３０５の裏面側であって、レーザプリンタ１００の通紙領域には温度検知素子として、サーミスタＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３、ＴＨ４が当接している。ヒータ基板３０５の裏面側には、ヒータの異常発熱により作動してヒータに供給する電力を遮断するサーモスイッチや温度ヒューズ等の安全素子２１２も当接している。番号２０４は保持部材２０１に不図示のバネの圧力を加えるための金属製のステーである。

図３は実施例１のヒータ構成図を示している。図３を元にして、ヒータの構成と非通紙部昇温を抑える効果について説明する。

ヒータ３００には、第１導電体と第２導電体と発熱抵抗体の組からなる発熱ブロックが基板長手方向で複数設けられている。本実施例のヒータは、基板長手方向の中央部と両端部に、合計３つの発熱ブロック（発熱ブロック３０２−１、発熱ブロック３０２−２、発熱ブロック３０２−３）を有する。このため、基板長手方向に沿って設けられている第１導電体３０１は、導電体３０１−１、３０１−２、３０１−３の３本に分割されている。同様に、基板長手方向に沿って設けられている第２導電体３０３は、導電体３０３−１、３０３−２、３０３−３の３本に分割されている。Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４は、像加熱装置本体側に設けられた電力供給用のコネクタが接続される電極である。

発熱ブロック３０２−１（ヒータの一方の端部の発熱ブロック）は、第１導電体３０１−１と第２導電体３０３−１の間に複数本（本例では３本）の発熱抵抗体を電気的に並列に繋いだ構成である。発熱ブロック３０２−１の３本の発熱抵抗体は、電極Ｅ１及び電極Ｅ４から第１導電体３０１−１及び第２導電体３０３−１を介して電力供給される。

発熱ブロック３０２−２（ヒータ中央部の発熱ブロック）は、第１導電体３０１−２と第２導電体３０３−２の間に複数本（本例では１５本）の発熱抵抗体を電気的に並列に繋いだ構成である。発熱ブロック３０２−２の１５本の発熱抵抗体は、電極Ｅ２及び電極Ｅ４から第１導電体３０１−２及び第２導電体３０３−２を介して電力供給される。

発熱ブロック３０２−３（ヒータの他方の端部の発熱ブロック）は、第１導電体３０１−３と第２導電体３０３−３の間に複数本（本例では３本）の発熱抵抗体を電気的に並列に繋いだ構成である。発熱ブロック３０２−３の３本の発熱抵抗体は、電極Ｅ３及び電極Ｅ４から第１導電体３０１−３及び第２導電体３０３−３を介して電力供給される。なお、合計２１本の発熱抵抗体は、いずれも正の抵抗温度特性（ＰＴＣ）を有する。

このように、ヒータ３００には、第１導電体と第２導電体と発熱抵抗体の組からなる発熱ブロックが基板長手方向で複数設けられており、複数の発熱ブロックのうちの少なくとも一つは他の前記発熱ブロックとは独立した電力制御が可能な構成となっている。

本例では、導電体と、電極から延びる電力供給ラインとの接続位置を工夫することによって、ヒータ３００の基板長手方向の発熱分布を均一化している。具体的には、３つの発熱ブロック夫々に対して、発熱ブロックの対角側から電力を供給する構成（以降はこの給電方法を対角給電と称する）になっている。発熱ブロック３０２−２を例にして、対角給電について説明する。発熱ブロック３０２−２では、導電体３０１−２の図３における右下、導電体３０３−２の図３における左上と、発熱ブロックの対角方向から給電を行っている。即ち、発熱ブロック３０２−２の第１導電体３０１−２と第２導電体３０３−２は、電極Ｅ２及び電極Ｅ４から延びる電力供給ラインとの接続位置が基板長手方向で逆になっている。本例では、図３に示すように、３つの発熱ブロック全てが対角給電構成となっている。しかしながら、複数の発熱ブロックのうちの少なくとも一つの発熱ブロックが対角給電構成であれば、発熱分布の斑を抑える効果を得られる。

対角給電を行わずに、発熱ブロック３０２−２の導電体３０１−２の図３における右下、導電体３０３−２の図３における右上から給電を行う場合、導電体の抵抗値の影響を受け、発熱ブロック３０２−２の図３における左側で電圧降下が生じる。このため、発熱ブロック３０２−２の左側の発熱量が低下してしまう。

また、本例では、並列接続した複数の発熱抵抗体は、基板長手方向及び短手方向に対して傾けて配置されており、各発熱抵抗体は長手方向でオーバーラップしている。これにより、複数の発熱抵抗体の間隙部の影響を低減し、ヒータ長手方向の発熱分布の均一性を改善できる。また、本例のヒータ３００では、分割された複数の発熱ブロック間の間隙部についても、隣り合う発熱ブロックの最も端部の発熱抵抗体同士が長手方向でオーバーラップしているので、発熱分布をより均一できる。

ヒータ３００の裏面には、前述した、サーミスタ（温度検知素子）ＴＨ１〜ＴＨ４、及び安全素子２１２が当接している。ヒータ３００への電力制御は、通紙部の中央付近（後述する搬送基準位置Ｘ付近）に設けられたサーミスタＴＨ１の出力に基づいて行われている。サーミスタＴＨ４は発熱ブロック３０２−２の発熱領域（図３（Ｂ）の状態）の端部温度を検出している。また、サーミスタＴＨ２は発熱ブロック３０２−１の発熱領域（図３（Ａ）の状態）の端部温度を検出しており、サーミスタＴＨ３は発熱ブロック３０２−３の発熱領域（図３（Ａ）の状態）の端部温度を検出している。

本例の装置には、故障等によって、単独の発熱ブロックのみに電力供給される状態を検知できるように、３つの発熱ブロックにそれぞれ１以上のサーミスタを設けてあり、装置の安全性を高めている。

安全素子２１２は、図３（Ｂ）に示すヒータ中央部の発熱ブロック３０２−２のみに電力供給される状態と、故障等によって、ヒータ両端部の発熱ブロック３０２−１、３０２−３のみに電力供給される状態の両方に対処できるように配置されている。すなわち、中央部の発熱ブロックと、いずれか一方の端部の発熱ブロックと、に跨る位置に、ヒータの異常発熱により作動してヒータに供給する電力を遮断する安全素子が配置されている。

図３（Ａ）は、３つの発熱ブロック全てに電力供給を行う場合の非通紙部昇温を説明する図である。発熱領域の中央部を基準にＢ５紙を縦方向搬送する場合を例として示している。用紙を搬送する際の基準位置を記録材（用紙）搬送基準位置Ｘとして定義する。

給紙カセット１１は用紙の位置を規制する位置規制板を有しており、積載された記録材Ｐのサイズごとに所定の位置から記録材Ｐを給紙し、像加熱装置２００の所定の位置を記録材Ｐが通過するように搬送している。同様に給紙トレイ２８は用紙の位置を規制する位置規制板を有しており、像加熱装置２００の所定の位置を記録材Ｐが通過するように搬送している。

ヒータ３００は、Ｌｅｔｔｅｒ紙を縦方向搬送する場合に対応するため、紙幅約２１６ｍｍに対して、２２０ｍｍの発熱領域の長さを有している。２２０ｍｍの発熱領域の長さを有するヒータ３００に、紙幅１８２ｍｍのＢ５紙を縦方向搬送する場合、発熱領域の両端部に１９ｍｍの非通紙領域が生じる。ヒータ３００への電力制御は通紙部の中央付近に設けられたサーミスタＴＨ１の検知温度が目標温度を維持するように行われるが、非通紙部では紙に熱を奪われないため、非通紙部の温度が通紙部に比べて上昇する。図３（Ａ）に示すように、Ｂ５サイズ紙の場合、記録材の端部は両端部の発熱ブロック３０２−１及び３０２−３の一部領域を通過し、両端部夫々１９ｍｍの非通紙部が生じる。しかしながら、発熱抵抗体がＰＴＣであるため、非通紙部にある発熱抵抗体の抵抗値は通紙部にある発熱抵抗体よりも高くなり電流が流れにくくなる。この原理により非通紙部の昇温を抑えることができる。

図３（Ｂ）はヒータ中央部の発熱ブロック３０２−２のみに電力供給を行う場合の非通紙部昇温を説明する図である。発熱領域の中央部を基準に、幅１１０ｍｍのＤＬサイズ封筒を縦方向搬送する場合を例として示している。ヒータ３００の発熱ブロック３０２−２は、Ａ５紙を縦方向搬送する場合に対応するため、紙幅１４８ｍｍに対して、１５７ｍｍの発熱領域の長さを有している。中央の発熱ブロック３０２−２が１５７ｍｍの長さを有するヒータ３００に、幅１１０ｍｍのＤＬサイズの封筒を縦方向搬送する場合、中央の発熱ブロック３０２−２内の両端部に２３．５ｍｍの非通紙領域が生じる。ヒータ３００の制御は通紙部の中央付近に設けられたサーミスタＴＨ１の出力に基づいて行われており、非通紙部では紙に熱を奪われないため、非通紙部の温度が通紙部に比べて上昇する。図３（Ｂ）の状態では、まず、発熱ブロック３０２−２のみに電力供給を行うことによって、非通紙領域の長さを低減することができる。一般的に非通紙部領域が長いほど、非通紙部昇温が悪化するため、ＰＴＣの発熱抵抗体に搬送方向給電する効果だけでは、非通紙部昇温を十分に抑制できなくなる場合がある。そこで、図３（Ｂ）で示すように、非通紙領域の長さを低減する方法が有効である。また、中央の発熱ブロック３０２−２内の両端部２３．５ｍｍの非通紙領域は、図３（Ａ）と同様の原理で昇温を抑えることができる。

図４は実施例１のヒータ制御回路図を示す。４０１はレーザプリンタ１００に接続される商用の交流電源である。ヒータ３００の電力制御は、トライアック４１６及び、トライアック４２６の通電／遮断により行われる。ヒータ３００への電力供給は電極Ｅ１〜Ｅ４を介して行われており、本例では、発熱ブロック３０２−１の抵抗値を７０Ω、発熱ブロック３０２−２の抵抗値を１４Ω、発熱ブロック３０２−３の抵抗値を７０Ωとして説明する。

ゼロクロス検知部４３０は交流電源４０１のゼロクロスを検知する回路であり、ＣＰＵ４２０にＺＥＲＯＸ信号を出力している。ＺＥＲＯＸ信号は、ヒータ制御に用いている。リレー４４０は、故障などによりヒータ３００が過昇温した場合、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ４からの出力により作動する（ヒータ３００への電力供給を遮断する）。

次に、トライアック４１６の動作について説明する。抵抗４１３、４１７はトライアック４１６のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ４１５は一次、二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。そして、フォトトライアックカプラ４１５の発光ダイオードに通電することによりトライアック４１６をオンさせる。抵抗４１８は、フォトトライアックカプラ４１５の発光ダイオードの電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ４１９によりフォトトライアックカプラ４１５をオン／オフする。トランジスタ４１９は、ＣＰＵ４２０からのＦＵＳＥＲ１信号に従って動作する。

トライアック４１６が通電状態になると、発熱ブロック３０２−２に電力が供給され、１４Ωの抵抗に電力が供給される。トライアック４１６及びトライアック４２６による電力制御を、通電比率１：０で制御することで、発熱ブロック３０２−２のみに電力が供給されると、図３（Ｂ）で説明した状態となる。

トライアック４２６の回路動作はトライアック４１６と同じため説明を省略する。トライアック４２６は、ＣＰＵ４２０からのＦＵＳＥＲ２信号に従って動作する。トライアック４２６が通電状態になると、発熱ブロック３０２−１（７０Ω）、発熱ブロック３０２−３（７０Ω）に電力が供給される。この二つの発熱ブロックは並列接続されているため、３５Ωの抵抗に電力が供給される。

図３（Ａ）の状態では、トライアック４１６及びトライアック４２６を用いて電力供給が行われる。即ち、トライアック４１６及びトライアック４２６が通電状態になると、発熱ブロック３０２−１（７０Ω）、発熱ブロック３０２−２（１４Ω）、発熱ブロック３０２−３（７０Ω）に電力が供給される。この三つの発熱ブロックは並列接続されているため、１０Ωの抵抗に電力が供給される。トライアック４１６及びトライアック４２６による電力制御を通電比率１：１で制御することで、図３（Ａ）で説明した状態となる。

ところで、対応する最大用紙幅（本例ではＬｅｔｔｅｒ紙及びＬｅｇａｌ紙）で必要な電力に対応できるように、ヒータ３００の総抵抗値を設計する場合が多い。本例の構成では、図３（Ｂ）の状態の総抵抗値が１４Ωと、図３（Ａ）の状態の総抵抗値が１０Ωに比べて高くなるため、高調波規格、フリッカ、ヒータの安全保護（一般的に抵抗値が低い程、悪化する。）に対して有利である。例えば、３つの発熱ブロックが直列に接続されているヒータでは、ヒータ中央部の発熱ブロックのみに電力供給する場合、ヒータの総抵抗値が低下してしまうので、ヒータ設計が困難になる。

サ−ミスタＴＨ１によって検知される温度は、不図示の抵抗との分圧がＴＨ１信号としてＣＰＵ４２０で検知されている（サーミスタＴＨ２〜サーミスタＴＨ４も、同様の方法で、ＣＰＵ４２０で検知されている）。ＣＰＵ（制御部）４２０の内部処理では、サーミスタＴＨ１の検知温度とヒータ３００の設定温度に基づき、例えばＰＩ制御により、供給するべき電力を算出する。更に供給する電力に対応した位相角（位相制御）、波数（波数制御）の制御レベルに換算し、その制御条件によりトライアック４１６及びトライアック４２６を制御している。

図５はＣＰＵ４２０による、像加熱装置２００の制御シーケンスを説明するフローチャートである。Ｓ５０２でプリント要求が発生すると、Ｓ５０３では、用紙幅が１５７ｍｍ以上かを判断する。本例のプリンタでは、Ｌｅｔｔｅｒ紙、Ｌｅｇａｌ紙、Ａ４紙、Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ紙、Ｂ５紙、及び給紙トレイ２８から給紙される１５７ｍｍ以上の幅の不定型紙の場合にＳ５０４に移行し、トライアック４１６とトライアック４２６の通電比率を１：１に設定する（図３（Ａ）の状態）。

用紙幅が１５７ｍｍより狭い場合（本例では、Ａ５紙、ＤＬ封筒、ＣＯＭ１０封筒、及び１５７ｍｍより幅の狭い不定型紙）の場合には、Ｓ５０５に移行し、トライアック４１６とトライアック４２６の通電比率を１：０に設定する（図３（Ｂ）の状態）。

Ｓ５０６では設定した通電比率を用いて、画像形成プロセススピードを全速に設定し、サーミスタＴＨ１の目標設定温度２００℃で定着処理を行う。

Ｓ５０７では、ＣＰＵ４２０に設定されている、サーミスタＴＨ２の最大温度ＴＨ２Ｍａｘ、サーミスタＴＨ３の最大温度ＴＨ３Ｍａｘ、サーミスタＴＨ４の最大温度ＴＨ４Ｍａｘを、それぞれ超えていないか判断する。サーミスタ信号ＴＨ２〜ＴＨ４に基づき、非通紙部昇温が悪化して発熱領域端部の温度が、所定の上限値を超えたことを検知すると、Ｓ５０９に移行し、画像形成プロセススピードを半速に設定し、サーミスタＴＨ１の目標設定温度１７０℃で定着処理を行う。画像形成プロセススピードを半速にすると、全速に比べて低い温度でも定着性が得られるため、定着目標温度を低減することができ、非通紙部の温度も抑制できる。

以上の処理を繰り返し行い、Ｓ５０８及びＳ５１０でプリントＪＯＢの終了を検知すると、Ｓ５１１で画像形成の制御シーケンスを終了する。

以上説明したように、本実施例１のヒータ３００及び像加熱装置を用いることにより、装置が対応する最大サイズよりも小さなサイズをプリントする場合の非通紙部昇温を抑えることができる。また、複数の発熱ブロック間の間隙部における温度ムラや、発熱ブロックのヒータ長手方向における温度ムラを抑制できる。更に、像加熱装置の故障状態における安全性を高めることができる。

（実施例２）
次にレーザプリンタ１００の像加熱装置に搭載するヒータを変更した実施例２を説明する。実施例１と同様の構成については説明を省略する。実施例２のヒータは、一つの発熱ブロック内の発熱抵抗体が複数に分割されていない構成である。

図６の像加熱装置６００には後述するヒータ７００が搭載されている。ヒータ７００の発熱面はヒータ裏面側（定着フィルムとの摺動面に対して反対側）に設けられている。ヒータ７００は、セラミック製のヒータ基板７０５と、基板７０５上に基板長手方向に沿って設けられている第１導電体７０１と、第１導電体とは基板短手方向で異なる位置に長手方向に沿って設けられている第２導電体７０３と、第１導電体７０１と第２導電体７０３間に設けられている正の抵抗温度係数を有する発熱抵抗体７０２と、を有している。更に、ヒータ７００は、発熱抵抗体７０２、導電体７０１、及び導電体７０３を覆う絶縁性（本実施例ではガラス）の表面保護層７０７と、ヒータ７００の摺動面の摺動性を改善するための摺動層７０６を設けてある。

図７は実施例２のヒータ７００の構成図を示している。ヒータ７００の発熱抵抗体は、３個の発熱ブロック７０２−１、発熱ブロック７０２−２、発熱ブロック７０２−３に分割されており、各発熱ブロック内の発熱抵抗体が一つである点以外は実施例１と同様なので、その他の差異について説明する。

ヒータ７００の裏面には前述した、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ４及び安全素子２１２が当接している。実施例２において、安全素子２１２は、非通紙部昇温の影響が少ない、レーザプリンタ１００で設定されている利用可能な最小サイズ紙の通紙領域のヒータ部分に当接している。

図７（Ａ）は、３つの発熱ブロックに電力供給を行う場合の非通紙部昇温を説明する図である。発熱領域の中央部を基準にＡ４紙を縦方向搬送する場合を例として示している。ヒータ７００は、Ｌｅｔｔｅｒ紙を縦方向搬送する場合に対応するため、紙幅約２１６ｍｍに対して、２２０ｍｍの発熱領域の長さを有している。２２０ｍｍの発熱領域の長さを有するヒータ７００に、紙幅２１０ｍｍのＡ４紙を縦方向搬送する場合、発熱領域の両端部に５ｍｍの非通紙領域が生じる。ヒータ７００への電力制御は通紙部の中央付近に設けられたサーミスタＴＨ１の検知温度が目標温度を維持するように行われるが、非通紙部では紙に熱を奪われないため、非通紙部の温度が通紙部に比べて上昇する。図７（Ａ）に示すように、Ａ４サイズ紙の場合、記録材の端部は両端部の発熱ブロック７０２−１及び７０２−３の一部領域を通過し、両端部夫々５ｍｍの非通紙部が生じる。しかしながら、発熱抵抗体がＰＴＣであるため、非通紙部にある発熱抵抗体の抵抗値は通紙部にある発熱抵抗体よりも高くなり電流が流れにくくなる。実施例１の図３（Ａ）と同じ原理により非通紙部の昇温を抑えることができる。

図７（Ｂ）はヒータ中央部の発熱ブロック７０２−２のみに電力供給を行う場合の非通紙部昇温を説明する図である。発熱領域の中央部を規準にＡ５サイズ紙を縦方向搬送する場合を例として示している。ヒータ７００の発熱ブロック７０２−２は、紙幅約１８４ｍｍのＥｘｅｃｕｔｉｖｅ紙を縦方向搬送する場合に対応するため、１８５ｍｍの発熱領域の長さを有している。１８５ｍｍの発熱領域の長さを有するヒータ７００に、幅１４８ｍｍのＡ５紙を縦方向搬送する場合、発熱領域の両端部に１８．５ｍｍの非通紙領域が生じる。この非通紙領域の昇温も実施例１の図３（Ｂ）と同じ原理により抑えることができる。

図８は実施例２のヒータ制御回路図を示す。ヒータ７００の電力制御は、トライアック８１６及の通電／遮断により行われる。実施例１の図４では二つのトライアックを用いて制御を行う方法について説明したが、実施例２では、一つのトライアックとリレー８００を用いる方法について説明する。リレー８００はＣＰＵ８２０からのＲＬＯＮ８００信号に従って動作する。

リレー８００が遮断している状態で、トライアック８１６が通電状態になると、発熱ブロック７０２−２に電力が供給され、図７（Ｂ）で説明した状態となる。

リレー８００が通電している状態で、トライアック８１６が通電状態になると、発熱ブロック７０２−１、発熱ブロック７０２−２、発熱ブロック７０２−３に電力が供給され、図７（Ａ）で説明した状態となる。

実施例２で説明した構成では、リレー８００の動作状態（ショート故障及びオープン故障状態を想定する）によらず、ヒータ７００の両端部の発熱ブロック７０２−１、７０２−３のみに電力供給される状態を防止できる。ヒータ７００の両端部の発熱ブロック７０２−１、７０２−３に電力供給される場合には、リレー８００の動作状態によらずに、ヒータ７００の中央部の発熱ブロック７０２−２に対しても電力供給されることを特徴としており、そのため、本例では、安全素子２１２は、非通紙部昇温の影響が少ない、レーザプリンタ１００で設定されている利用可能な最小サイズ紙の通紙領域に当接させている。これによって、通常動作時における、安全素子２１２の温度が低下するため、安全素子２１２の動作温度を低く設定することができ、像加熱装置６００の安全性を高めることができる。

図９はＣＰＵ８２０による、像加熱装置６００の制御シーケンスを説明するフローチャートである。Ｓ９０２でプリント供給要求が発生すると、Ｓ９０３では、用紙幅が１８５ｍｍ以上かを判断する。本例のプリンタでは、Ｌｅｔｔｅｒ紙、Ｌｅｇａｌ紙、Ａ４紙及び、給紙トレイ２８から給紙される１８５ｍｍ以上の幅の不定型紙の場合に、Ｓ９０４に移行し、リレー８００をＯＮ状態で保持する（図７（Ａ）の状態）。

用紙幅が１８５ｍｍより狭い場合（本例では、Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ紙、Ｂ５紙、Ａ５紙、ＤＬ封筒、ＣＯＭ１０封筒、及び１５７ｍｍより幅狭の不定型紙）の場合には、Ｓ９０５に移行し、リレー８００をＯＦＦ状態で保持する（図７（Ｂ）の状態）。

Ｓ９０６では設定したリレー８００の状態を保持したまま、画像形成プロセススピードを全速に設定し、サーミスタＴＨ１の目標設定温度２００℃で画像形成を行う。

Ｓ９０７ではＣＰＵ８２０に設定されている、サーミスタＴＨ２の最大温度ＴＨ２Ｍａｘ、サーミスタＴＨ３の最大温度ＴＨ３Ｍａｘ、サーミスタＴＨ４の最大温度ＴＨ４Ｍａｘを、それぞれ超えていないか判断する。サーミスタ信号ＴＨ２〜ＴＨ４に基づき、非通紙部昇温が悪化して発熱領域端部の温度が、所定の上限値を超えたことを検知すると、Ｓ９０９では、画像形成プロセススピードを半速に設定し、サーミスタＴＨ１の目標設定温度１７０℃で画像形成を行う。

以上の処理を繰り返し行い、Ｓ９０８及びＳ９１０でプリントＪＯＢの終了を検知すると、Ｓ９１１で画像形成の制御シーケンスを終了する。

（実施例３）
図１０（Ａ）〜（Ｃ）はヒータのその他の構成を説明するための図である。図１０（Ａ）に示すヒータ１１０は、発熱ブロック内の構成に特徴を有している。中央の発熱ブロック１１２−２は１５本の発熱抵抗体１１２−２−１〜１１２−２−１５を有している。導電体による電圧降下の影響をより抑えるために、並列接続した複数の発熱抵抗体は、長手方向の中央に配置されている発熱抵抗体（１１２−２−８）よりも端部に配置されている発熱抵抗体１１２−２−１、１１２−２−１５）のほうが短手方向の抵抗値が高くなっている。または、並列接続した複数の発熱抵抗体は、長手方向の端部に位置するほど配置間隔が広くなっている。抵抗値の違い及び発熱抵抗体の配置間隔両方を調整してあってもよい。

ヒータ１１０の一方の端部の発熱ブロック１１２−１に対しても、発熱ブロックの中央部に配置されている発熱抵抗体（１１２−１−２）の抵抗値に比べて、発熱ブロックの端部に配置されている発熱抵抗体（１１２−１−１、１１２−１−３）の抵抗値を高く設定してある。

同じく、ヒータ１１０の他方の端部の発熱ブロック１１２−３に対しても、発熱ブロックの中央部に配置されている発熱抵抗体（１１２−３−２）の抵抗値に比べて、発熱ブロックの端部に配置されている発熱抵抗体（１１２−３−１、１１２−３−３）の抵抗値を高く設定してある。本例のヒータ１１０を用いることで、発熱ブロックのヒータ長手方向の発熱分布をより均一にすることができる。端部の発熱ブロック１１２−１及び１１２−３に関しても、中央の発熱ブロックと同じように発熱抵抗体の配置間隔を調整してあってもよい。

図１０（Ｂ）に示すヒータ１２０は、ヒータ中央部の発熱ブロックに対する給電方法に特徴を有している。ヒータ１２０は、ヒータ中央部の発熱ブロック１２２−２に対して、導電体１２１−２及び導電体１２３−２の発熱ブロックの中央部付近から給電することで（以降、中央給電と称する）、図３（Ｂ）の状態における、非通紙部昇温を抑える効果を高めることができる。すなわち、長手方向の中央に設けられた発熱ブロックは、第１導電体及び第２導電体と、電極から延びる電力供給ラインとの接続位置が第１導電体及び第２導電体各々の中央になっている。

ヒータ１２０の中央部の発熱ブロック１２２−２について説明する。発熱ブロック１２２−２は導電体１２１−２と、導電体１２３−２の間に、等間隔に分割された１５本の発熱抵抗体１２２−２−１〜１２２−２−１５で構成されている。発熱ブロックの１５本の発熱抵抗体及び導電体１２１−２と導電体１２３−２がＰＴＣである。

図３（Ｂ）の状態で非通紙部昇温が生じると、発熱ブロック１２２−２の非通紙部にある発熱抵抗体と同時に、導電体１２１−２と、導電体１２３−２の非通紙部の温度も上昇する。非通紙部の導電体の温度が上昇すると、導電体がＰＴＣ特性を有しているため、非通紙部の導電体の抵抗値が上昇し、電流が流れ難くなる効果を得られる。非通紙部の導電体に流れる電流が低減すると、非通紙部の発熱抵抗体に流れる電流も低減し、発熱抵抗体のみのＰＴＣの効果を用いる場合に比べて、非通紙部昇温を抑制する効果を高めることができる。

また、導電体による電圧降下の影響を補正するために、中央の発熱ブロックの並列接続した複数の発熱抵抗体は、長手方向の中央に配置されている発熱抵抗体（１２２−２−８）よりも端部に配置されている発熱抵抗体（１２２−２−１、１２２−２−１５）のほうが短手方向の抵抗値が低い。または、中央の発熱ブロックの並列接続した複数の発熱抵抗体は、長手方向の端部に位置するほど配置間隔が狭くなっている。発熱ブロック１２２−１及び発熱ブロック１２２−３については、ヒータ１１０と同様のため、説明を省略する。

図１０（Ｃ）に示すヒータ１３０は、ヒータ１２０と同様に、ヒータ１３０の中央部の発熱ブロック１３２−２に対して、中央給電を行うことで、図７（Ｂ）の状態における、非通紙部昇温を抑える効果を高めることができる。発熱ブロック１３２−１及び、発熱ブロック１３２−３については、ヒータ７００と同様のため、説明を省略する。

３００ヒータ
３０１第１の導電体
３０２発熱抵抗体
３０２−１ヒータ端部の発熱ブロック
３０２−２ヒータ中央部の発熱ブロック
３０２−３ヒータ端部の発熱ブロック
３０３第２の導電体

Claims

基板と、前記基板に設けられている第１の発熱ブロックと、前記基板の長手方向において前記第１の発熱ブロックが設けられた位置とは異なる位置に設けられている第２の発熱ブロックと、を有するヒータと、
前記第１の発熱ブロックへの通電／遮断を切換える第１のトライアックと、
前記第１のトライアックとは独立して駆動するトライアックであって、前記第２の発熱ブロックへの通電／遮断を切換える第２のトライアックと、
を有し、前記第１の発熱ブロックが前記長手方向における記録材の搬送基準に位置するように前記ヒータが配置されており、前記長手方向に対して直交する方向に搬送される記録材に形成された画像を前記ヒータの熱で加熱する像加熱装置において、
前記第１の発熱ブロックの温度を検知する第１の温度検知素子と、前記第２の発熱ブロックの温度を検知する第２の温度検知素子と、前記長手方向における前記第１の発熱ブロックの端部の温度を検知する第３の温度検知素子と、を有することを特徴とする像加熱装置。
前記装置は更に、前記第１の温度検知素子の検知温度が目標温度を維持するように前記第１のトライアックと前記第２のトライアックを制御する制御部を有し、
記録材を搬送しつつ画像を加熱している時、前記第２の温度検知素子の検知温度と前記第３の温度検知素子の検知温度の少なくとも一方が所定の上限温度を超えると、前記制御部は記録材の搬送速度を落とすことを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
基板と、前記基板に設けられている第１の発熱ブロックと、前記基板の長手方向において前記第１の発熱ブロックが設けられた位置とは異なる位置に設けられている第２の発熱ブロックと、を有するヒータと、
前記第１の発熱ブロックへの通電／遮断及び前記第２の発熱ブロックへの通電／遮断を切換えるトライアックと、
前記第１の発熱ブロックと前記第２の発熱ブロックへ共に通電できる状態と、前記第１の発熱ブロックのみへ通電できる状態と、を切換えるリレーと、
を有し、前記第１の発熱ブロックが前記長手方向における記録材の搬送基準に位置するように前記ヒータが配置されており、前記長手方向に対して直交する方向に搬送される記録材に形成された画像を前記ヒータの熱で加熱する像加熱装置において、
前記第１の発熱ブロックの温度を検知する第１の温度検知素子と、前記第２の発熱ブロックの温度を検知する第２の温度検知素子と、前記長手方向における前記第１の発熱ブロックの端部の温度を検知する第３の温度検知素子と、を有することを特徴とする像加熱装置。
前記装置は更に、前記第１の温度検知素子の検知温度が目標温度を維持するように前記トライアックを制御する制御部を有し、
記録材を搬送しつつ画像を加熱している時、前記第２の温度検知素子の検知温度と前記第３の温度検知素子の検知温度の少なくとも一方が所定の上限温度を超えると、前記制御部は記録材の搬送速度を落とすことを特徴とする請求項３に記載の像加熱装置。
前記第１及び第２の発熱ブロックは、前記基板上に前記長手方向に沿って設けられている第１導電体と、前記基板上に前記第１導電体とは前記基板の短手方向で異なる位置で前記長手方向に沿って設けられている第２導電体と、前記第１導電体と前記第２導電体の間に設けられており前記第１導電体と前記第２導電体を介して供給される電力により発熱する発熱抵抗体と、を有することを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の像加熱装置。
前記装置は更に、前記ヒータが内面に接触するエンドレスベルトと、前記エンドレスベルトを介して前記ヒータと共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成するニップ部形成部材と、を有することを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の像加熱装置。