JP7119280B2 - 加熱装置、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は電気ヒータを使用した加熱装置、定着装置および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電気ヒータで加熱する型式がある。この電気ヒータは、定着ベルトの幅方向に配置された基材上に抵抗発熱体を配設したものが使用される（例えば特許文献１、２参照）。

定着ベルトは省エネ、低コスト化及び高速化のためますます薄肉化の傾向にあるが、薄肉化するとベルト端部で亀裂や丸まりなどの破損が発生しやすくなる。ベルトが破損すると当該破損側にベルトが寄り移動し、この寄り移動とは反対側で電気ヒータの端部が露出し、電気ヒータの端部温度が急増する。

電気ヒータの基材裏面には温度センサが配設され、この温度センサからの信号に基づいて、電気ヒータに供給される電流が電力制御部によって制御されるようになっている。前述のような電気ヒータの端部温度急増が生じると、この電力制御部によって電気ヒータへの通電が遮断され、安全性が担保される。

しかし、温度センサや電力制御部が万一故障すると、電気ヒータへの通電を遮断できない。本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、電気ヒータの端部温度急増が生じたときに、当該端部温度急増部分で電気ヒータ自体が自己破壊する加熱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、本発明の加熱装置は、回転するベルトの幅方向で接触して当該ベルトを加熱する電気ヒータを有する加熱装置であって、前記電気ヒータの長手方向端部に、所定の温度上昇により通電が遮断する遮断部を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、電気ヒータの端部温度急増が生じたときに、当該端部温度急増部分で電気ヒータを自己破壊により断線させることができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の原理図である。 本発明の実施形態に係る第１の定着装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る第２の定着装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る第３の定着装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る第４の定着装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る第５の定着装置の断面図である。 両端に幅狭部を設けた抵抗発熱体の（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。 両端に薄厚部を設けた抵抗発熱体の（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。 両端に幅狭部を設けた抵抗発熱体の（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。 両端に薄厚部を設けた抵抗発熱体の（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。 両端に幅狭部を設けた抵抗発熱体の平面図である。 両端に薄厚部を設けた抵抗発熱体の（ａ）平面図、（ｂ）Ｆ－Ｆ’線断面図、（ｃ）Ｇ－Ｇ’線断面図である。 両端に幅狭部を設けた抵抗発熱体の（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。 両端に薄厚部を設けた抵抗発熱体の（ａ）平面図、（ｂ）Ｆ－Ｆ’線断面図、（ｃ）Ｇ－Ｇ’線断面図である。 遮断部を傾斜させた抵抗発熱体の（ａ）平面図、（ｂ）同図のＦ－Ｆ’線断面図、（ｃ）傾斜遮断部の電流が流れる領域を示す図である。 遮断部を傾斜させた抵抗発熱体の平面図である。 個別に給電される２つの抵抗発熱体の（ａ）平面図と（ｂ）同図のＦ－Ｆ’線断面図である。 抵抗発熱体と定着ベルトの表面温度を示す（ａ）定常走行時の図と（ｂ）寄り移動時の図である。 抵抗発熱体の温度を測定する方法を示す図である。 温度センサ１個付き抵抗発熱体の断面図である。 温度センサ３個付き抵抗発熱体の断面図である。 温度センサ３個付き抵抗発熱体の断面図である。 温度センサ３個付き抵抗発熱体の断面図である。 加熱装置、電力供給回路及び電力制御部を示す図である。 温度センサによる加熱装置の制御動作を示すフローチャートである。

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。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ことは勿論である。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、また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。

なお、各図中の同一また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１００の一実施形態としてのカラーレーザプリンタの構成を概略的に示す構成図である。また図１Ｂは当該カラーレーザプリンタの原理を単純化して図示する。

画像形成装置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、画像形成装置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、この画像形成装置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Ｌ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、画像形成装置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、画像形成装置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分離方式または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、画像形成装置１００の上部に、画像形成装置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、画像形成装置１００の本体に対して着脱自在に装着されている。

本実施形態の画像形成装置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、画像形成装置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。

（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、画像形成装置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Ｌを像担持体２Ｋの表面に照射する。

レーザ光Ｌ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の一部を画像形成装置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を画像形成装置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。

定着装置３００は各種の定着装置を使用可能である。ここでは図２Ａ～図２Ｅに示す５種類の定着装置３００のみを示すが、これら定着装置に限定されないことは勿論である。

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）製の筒状基体を有する。

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。ただし、加熱装置の、定着ベルト３１０の摺動面とは逆の面の温度上昇を抑制したい場合には、敢えて基材３５０をフォルダ３４０に接触させることでフォルダ３４０へ流れる熱量を増やしてもよい。

（他の定着装置）
次に、図２Ｂ～図２Ｅを参照して第２～第５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、基材３５０の長手方向に形成した溝部３５０ａ内に抵抗発熱体３６０を収容したものである。その他の構成は、図２Ａの第１の定着装置と同様である。抵抗発熱体３６０を溝部３５０ａに収容することで、抵抗発熱体３６０の損傷を防止すると共に、基材３５０の裏面側に配設した温度センサＴＨ１の検知精度を高めることができる。

第３の定着装置は、図２Ｃ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４の定着装置は、図２Ｄ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いる。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と保護層３７０の横断面を円弧状に形成している。抵抗発熱体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２Ｃの第３の定着装置と同じである。

第５の定着装置は、図２Ｅ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温度センサＴＨ２は、図２Ａの破線にて示すように配置してもよい。すなわち、温度制御用の第１温度センサＴＨ１が検知する発熱パターン３６４とは異なる発熱パターン３６６で加熱される定着ベルト３１０の内周面（発熱パターン３６６の下流側内周面）に、第２温度センサＴＨ２を付勢手段により圧着するように配置する。

発熱パターンの数を増加すると温度センサの配設スペースを確保しにくくなるが、第２温度センサ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温度センサＴＨ２は、発熱パターン３６６だけでなく、定着ベルト３１０の内周面を含む、他の発熱パターン３６１～３６３、３６５の加熱域毎に配置してもよい。

（加熱装置）

次に、加熱装置の詳細について図３Ａ～図４Ｄを参照して説明する。図３Ａと図３Ｂは基材の長手方向に延びる抵抗発熱体３６０を平行二列で形成したものである。図３Ｃと図３Ｄも同じよう抵抗発熱体３６０を平行二列で形成したものであるが、基材３５１に金属材料を使用してその強度を高めている。

また図４Ａと図４Ｂは、抵抗発熱体３６０としての複数の発熱パターン３６１～３６６を基材３５０上に配置してこれらを並列接続したものである。図４Ｃと図４Ｄは同じように複数の発熱パターン３６１～３６６を並列接続したものであるが、基材３５１に金属材料を使用してその強度を高めている。

（直列型の抵抗発熱体）
図３Ａの抵抗発熱体３６０は直列形式で細長の基材３５０上に形成されている。基材３５０の材料としては一般的なセラミック以外では、低コストなアルミやステンレスなどが好ましい。銅やグラファイトやグラフェンなど高熱伝導率の材料は、熱伝導の作用によりヒータ全体の温度を均一化することで画像品位を高められるので、より好ましい。

本実施形態ではアルミナ基材を使用する。基材３５０の外形は、例えば短手幅８ｍｍ、長手幅２７０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍとすることができる。厚みは１．０ｍｍよりも０．２～０．５ｍｍが軽量化のためより好ましい。

図３Ａの抵抗発熱体３６０は、詳しくは基材３５０の長手方向に平行二列で直列線状に形成された抵抗線で構成されている。二列の抵抗線ないし抵抗発熱体３６０の一端部は、基材３５０の一端側で長手方向に形成された小抵抗値の給電線３６９ａ、３６９ｃを介して、給電用の電極３６０ｃ、３６０ｄにそれぞれ接続されている。この電極３６０ｃ、３６０ｄは、図８で後述するように、交流電源４１０を含む電力供給手段に接続される。

抵抗発熱体３６０の一方の列の抵抗線の他端部は、基材３５０の他端側で短手方向に形成された折返し部３６０ｌを介して、基材３５０の長手方向反対側に向けて折り返す形で、他方の列の抵抗線の他端部に接続されている。この折返し部３６０ｌは、抵抗発熱体３６０と同じ材料で、抵抗発熱体３６０と同じ厚さで、電極３６０ｃ、３６０ｄおよび給電線３６９ａ～３６９ｃと共に、スクリーン印刷によって形成されている。

折返し部３６０ｌには、抵抗発熱体３６０の線幅ｗ１の略半分程度の幅狭部ｗ２が形成されている。この幅狭部ｗ２は、異常時の過熱により確実に通電が遮断する遮断部を形成するものである。

幅狭部ｗ２は、電流が流れる方向に対して垂直方向に狭まって形成されている。幅狭部ｗ２は、例えば６０μｍ以下の線幅にすることができる。折返し部３６０ｌが異常昇温したとき、６０μｍ以下の線幅であると断線しやすく、７０μｍ以上であると断線しにくい。

抵抗発熱体３６０の線幅ｗ１の部分の線厚と、幅狭部ｗ２の線厚は、同じ厚さで形成されている。幅狭部ｗ２は、折返し部３６０ｌの領域内であれば、どの部分に形成してもよい。

また、給電線３６９ｃに接続する抵抗発熱体３６０の端部にも、同様の幅狭部ｗ２が形成されている。この幅狭部ｗ２は、給電線３６９ａに接続する抵抗発熱体３６０の端部に形成してもよい。

抵抗発熱体３６０の材料は、銀（Ａｇ）もしくは銀パラジウム（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塗工し、その後の焼成によって形成することができる。抵抗発熱体３６０の抵抗値は例えば常温で１０Ωとすることができる。

抵抗発熱体３６０の抵抗材料はこの他に、銀合金（ＡｇＰｔ）や酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）などを使用することもできる。抵抗発熱体３６０は一回のスクリーン印刷によって形成することができるので、焼成回数の増加やマスキングによる製造工程の複雑化、異材料による膜厚の均一化などの対応が必要なく、低コストで構成することができる。

抵抗発熱体３６０と給電線３６９ａ～３６９ｃの表面は、絶縁性の薄いオーバーコート層ないし保護層３７０で覆われている。本実施形態では厚さ７５μｍの耐熱性ガラスで保護層３７０が形成されている。当該保護層３７０によって、定着ベルト３１０の摺動性が確保されると共に、定着ベルト３１０と抵抗発熱体３６０、給電線３６９ａ～３６９ｃとの間の絶縁性が確保される。

この保護層３７０の材料は、例えば厚さ７５μｍの耐熱性ガラスを用いることができる。抵抗発熱体３６０は保護層３７０側に接触する定着ベルト３１０を伝熱により加熱してその温度を上昇させ、定着ニップＳＮに搬送される用紙Ｐの未定着画像を加熱して定着する。

前記幅狭部ｗ２によって局所的に抵抗発熱体３６０の通電幅が絞られるので、定着ベルト３１０の定常走行時でも当該幅狭部ｗ２での発熱密度が上昇する。そして何らかの異常で定着ベルト３１０端部に破損が生じ、定着ベルト３１０が幅方向片側に寄り移動する寄り移動時に、当該移動と反対側で抵抗発熱体３６０の長手方向端部が剥き出しとなる。

抵抗発熱体３６０の長手方向端部が剥き出しになると、その部分だけが異常昇温する結果、幅狭部ｗ２ないし遮断部の抵抗値上昇が加速される。そして幅狭部ｗ２を覆う保護層３７０の温度がその融点を超えた時に当該保護層３７０が溶融し、幅狭部ｗ２を中心とする領域の抵抗発熱体３６０の材料成分と、保護層３７０のガラス成分とが混ざって絶縁状態となり、通電が遮断される。

すなわち、幅狭部ｗ２によって、異常時の過熱により確実に断線する遮断部が構成される。これによって、何らかの異常による定着ベルト３１０の破損時でも加熱装置の安全性が担保される。なお、保護層３７０が溶融する前に、幅狭部ｗ２ないし遮断部における局所的な温度上昇によって基材３５０の内部応力が大きくなり、基材３５０の応力集中による破損で断線して通電が遮断される可能性もある。また保護層３７０の溶融・絶縁と同時に、基材３５０の応力集中による破損・断線が生じる可能性もある。

ここで前記定着ベルト３１０の「定常走行時」とは、定着ベルト３１０が幅方向にまったく寄り移動しない場合と、殆ど寄り移動しない場合の両方を含む。「殆ど寄り移動しない」とは、定着ベルト３１０の移動により抵抗発熱体３６０の端部過熱が生じず、後述する定着動作に実質的な問題が生じないことをいう。また定着ベルト３１０の「寄り移動時」とは、定着ベルト３１０が幅方向片側に寄り移動して抵抗発熱体３６０の端部過熱が生じたり、後述する定着動作に何らかの支障が生じる場合をいう。

図３Ｂの抵抗発熱体３６０は、折返し部３６０ｌと、抵抗発熱体３６０の給電線接続端部に、図３Ａの幅狭部ｗ２に代えて薄厚部ｄ２を形成したものである。当該薄厚部ｄ２は、抵抗発熱体３６０の本体部の厚みｄ１の、例えば略半分程度の厚さで形成することができる。その他の構成は図３Ａと同様である。

図３Ｃの抵抗発熱体３６０は、基材３５１に金属材料を使用したものである。基材３５１の表裏には絶縁層３５２を配設し、底面と表面を保護層３５３、３７０で覆っている。この抵抗発熱体３６０は、図３Ａと同様に、抵抗発熱体３６０の折返し部３６０ｌと、抵抗発熱体３６０の給電線接続端部に幅狭部ｗ２を形成したものである。その他の構成は図３Ａと同様である。

図３Ｄの抵抗発熱体３６０も、基材３５１に金属材料を使用したものである。基材３５１の表裏に絶縁層３５２を配設し、底面と表面を保護層３５３、３７０で覆っている。そして抵抗発熱体３６０の折返し部３６０ｌと、抵抗発熱体３６０の給電線３６９ｃへの接続端部に、薄厚部ｄ２が形成されている。当該薄厚部ｄ２は、図３Ｂで説明したものと同様であり、抵抗発熱体３６０の本体部の厚みｄ１の、例えば略半分程度で形成することができる。その他の構成は図３Ａと同様である。

図３Ｃと図３Ｄのように基材３５１に金属材料を用いた抵抗発熱体３６０は、セラミック基材を使用したものと比較して、局所的な温度上昇による熱衝撃に強い。しかし、抵抗発熱体３６０の端部異常昇温時に当該端部の絶縁層３５２が溶融すると、抵抗発熱体３６０が短絡する可能性がある。

そこで、保護層３７０のガラスを絶縁層３５２のガラスよりも低融点の材料で構成することにした。これにより、何らかの異常により定着ベルト３１０が破損し、抵抗発熱体３６０の端部で局所的な温度上昇が生じた時に、絶縁層３５２よりも先に保護層３７０が溶融する。

当該溶融により、保護層３７０のガラス成分と、幅狭部ｗ２ないし薄厚部ｄ２の抵抗発熱体３６０の材料成分とが混ざることで、幅狭部ｗ２ないし薄厚部ｄ２の遮断部が絶縁状態となり通電が遮断される。これとは反対に、仮に絶縁層３５２の方の融点を保護層３７０の融点と同じか低く構成した場合、前述した局所的な温度上昇時に絶縁層３５２の溶融により抵抗発熱体３６０と基材３５１との間で絶縁性を確保することができない。

（並列型の抵抗発熱体）
図４Ａの抵抗発熱体３６０は並列形式で、複数（６個）の発熱パターン３６１～３６６を基材３５０の長手方向に並べて形成したものである。各発熱パターン３６１～３６６は給電線３６０ａ、３６０ｂによって並列接続されている。給電線３６０ａ、３６０ｂの端部は、基材３５０の両端部に配設された電極３６０ｃ、３６０ｄに接続されている。

電極３６０ｃ、３６０ｄは発熱パターン３６１～３６６の両端に配置する他、発熱パターン３６１～３６６の片側に配置することも可能である。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。

各発熱パターン３６１～３６６の抵抗線は、線幅を細くして基材３５０の短手方向に蛇行状に形成されている。両端に形成された発熱パターン３６１、３６６の抵抗線は、部分拡大図に示すように、蛇行状の折返し部３６１ａ、３６６ａにおいて、発熱パターン３６１、３６６の線幅ｗ１の略半分程度の幅狭部ｗ２を有する。この幅狭部ｗ２は、折返し部３６１ａ、３６６ａの領域内であれば、どの部分に形成してもよい。

発熱パターン３６１～３６６と給電線３６０ａ、３６０ｂも、前述した直列の抵抗発熱体３６０（図３Ａ～図３Ｄ）と同様に、薄い保護層３７０で覆われている。この保護層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。保護層３７０によって発熱パターン３６１～３６６と給電線３６０ａ、３６０ｂを絶縁・保護すると共に、定着ベルト３１０との摺動性を維持する。

図４Ｂの抵抗発熱体３６０も、図４Ａと同様に並列接続の発熱パターン３６１～３６６を有する。発熱パターン３６１、３６６の蛇行状の折返し部３６１ａ、３６６ａに、図４Ａの幅狭部ｗ２に代えて薄厚部ｄ２が形成されている。当該薄厚部ｄ２は、発熱パターン３６１、３６６の抵抗線の厚みｄ１の、例えば略半分程度の厚みで形成することができる。その他の構成は図４Ａと同様である。

図４Ｃの抵抗発熱体３６０は、基材３５１に金属材料を使用したものである。基材３５１の表裏に絶縁層３５２を配設し、底面と表面を保護層３５３、３７０で覆っている。その他の構成は図４Ａと同様である。すなわち、図４Ａと同様に、両端の発熱パターンの３６１、３６６の蛇行状の折返し部３６１ａ、３６６ａに、発熱パターン３６１、３６６の線幅の略半分程度の幅狭部ｗ２が形成されている。

図４Ｄの抵抗発熱体３６０も基材３５１に金属材料を使用したもので、基材３５１の表裏に絶縁層３５２を配設し、底面と表面を保護層３５３、３７０で覆っている。その他の構成は図４Ｂと同様である。すなわち、図４Ｂと同様に、発熱パターン３６１、３６６の蛇行状の折返し部３６１ａ、３６６ａに薄厚部ｄ２が形成されている。

図４Ｃと図４Ｄの実施形態も基材３５１に金属材料を使用しているので、前述した理由により保護層３７０のガラスを絶縁層３５２のガラスより低融点の材料で構成している。これにより、何らかの異常により定着ベルト３１０が破損し、抵抗発熱体３６０の端部で局所的な温度上昇が生じた時に、絶縁層３５２よりも先に保護層３７０が溶融し、幅狭部ｗ２ないし薄厚部ｄ２の抵抗発熱体３６０の材料と混ざることで幅狭部ｗ２ないし薄厚部ｄ２の遮断部が絶縁状態となり通電が遮断される。すなわち、薄厚部ｄ２によって、異常時の過熱により確実に断線する遮断部が構成される。

（ＰＴＣ素子による発熱パターン）
各発熱パターン３６１～３６６はＰＴＣ素子で構成することができる。ＰＴＣ素子は、正の抵抗温度係数（ＴＣＲ＝Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を有する材料で構成され、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。

抵抗温度係数は、例えば３００ＰＰＭ（parts per million）とすることができる。当該抵抗温度係数は、マシン出荷時に後述の電力制御部４００のメモリ（不揮発性メモリ）に格納することができる。

ここで、抵抗発熱体３６０の総抵抗値を例えば１０Ωとすると、各発熱パターン３６１～３６６の抵抗値は６０Ωと大きくなる。したがって、発熱パターン３６１～３６６の配線を密にしたり線幅を極細にしたりする必要があり、精密なスクリーン印刷が必要でなる。

発熱パターン３６１～３６６を使用することで、小サイズ通紙などで非通紙領域のＰＴＣ素子の温度が上昇した際に、当該ＰＴＣ素子の発熱量が低下し、温度上昇を抑制することができる。この特徴により、例えば発熱パターン３６１～３６６の全幅よりも狭い紙（例えば発熱パターン３６２～３６５の幅内）を印刷した場合、紙幅より外側の発熱パターン３６１、３６６は紙に熱を奪われないため温度が上昇する。するとそれら発熱パターン３６１、３６６の抵抗値が上昇する。

発熱パターン３６１～３６６にかかる電圧は一定なので、用紙幅より外側の発熱パターン３６１、３６６の出力が相対的に低下し、端部温度上昇が抑制される。発熱パターン３６１～３６６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。発熱パターン３６１～３６６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。

（鋭角の折返し部による遮断部の形成）
次に、図５Ａ、図５Ｂにより、抵抗発熱体３６０の折返し部３６０ｌ、３６６ａに鋭角に曲がった部分を形成した実施形態を説明する。図５Ａ、図５Ｂでは、最大通紙幅Ｌ３の抵抗線の線幅ｗ１と、折返し部３６０ｌの抵抗線の線幅ｗ４が等しくなるように形成されている（ｗ１＝ｗ４）。

また、最大通紙幅Ｌ３の抵抗発熱体３６０の線厚をｄ１とし、抵抗発熱体３６０の長手方向に対して傾斜した部分の線厚をｄ２とすると、ｄ１＝ｄ２となるように構成されている。つまり、抵抗発熱体３６０は電流が流れる方向で断面積が一定で変わらない。

折返し部３６０ｌ、３６６ａの抵抗線の線幅ｗ４部分は、最大通紙幅Ｌ３に直角な方向（ベルト走行方向ないし通紙方向）に対して傾斜状に形成されている。当該傾斜角度はこの実施形態では図５Ａ、図５Ｂで約３０°であるが、隣接する二列の抵抗発熱体３６０、３６６の間隔によって傾斜角度を変えてもよい。

ここで、折返し部３６０ｌ、３６６ａを傾斜させないで図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂのように他の部分よりも幅狭又は薄厚に形成すると、当該折返し部において単位面積当たりの定着ベルト３１０に対する入熱量が増大する。そうすると定着ベルト３１０が過熱損傷する可能性が高まる。そこで、折返し部３６０ｌを前述のように傾斜させることで、定着ベルト３１０に対する熱移動量をベルト幅方向で分散させ、定着ベルト３１０の過熱損傷を防止するのが望ましい。

一方、このように鋭角に曲がった折返し部３６０ｌを有する抵抗発熱体３６０の電極３６０ｃ、３６０ｄにＡＣ電圧を印加して電流を流した場合、以下の現象が生じることが知られている。すなわち、図５Ａ（ｃ）に示すように鋭角部分の領域Ａ（外側を回る部分）の抵抗部分は、内側を回る部分に比べて相対的に抵抗が高くなる。

つまり、領域Ａには殆ど電流が流れないのである。このため、図５Ａ（ｃ）に図示するように、鋭角部分で実質的に電流が流れる抵抗発熱体３６０の幅ｗ３は、ｗ１、ｗ４よりも小さくなる（ｗ３＜ｗ１、ｗ４）。図５Ｂの発熱パターン３６１、３６６でも同様のことがいえる。

このように、鋭角部分では抵抗発熱体３６０の形成上は同じ断面積であっても、電流を流した場合には実質的な断面積の縮小により発熱密度が上昇する。この現象を利用して、最端部の鋭角部分に異常時の過熱により確実に断線する遮断部を形成することができる。

（分割型の抵抗発熱体）
抵抗発熱体３６０は、前述した直列型や並列型の他に分割型で構成することもできる。図６の抵抗発熱体３６０は、複数の発熱体（図示例では２つ）、すなわち抵抗発熱体３６７と抵抗発熱体３６８を基材３５１の短手方向に並べて形成したものである。

一方（図の上側）の抵抗発熱体３６７は、長手方向端部から中央部にかけて線幅が狭くなるように形成されている。線厚は長手方向で一定である。したがって、通電方向と直角方向の抵抗発熱体３６７の断面積の大小関係により、長手方向端部に対して長手方向中央部の発熱密度が相対的に高くなる。

他方（図の下側）の抵抗発熱体３６８は、逆に長手方向端部から長手方向中央部にかけて線幅が広くなるように形成されている。厚みは長手方向で一定である。

したがって、通電方向と直角方向の抵抗発熱体３６７の断面積の大小関係により、長手方向端部に対して長手方向中央部の発熱密度が相対的に低くなる。そして両方の抵抗発熱体３６７、３６８の通紙方向の発熱量は、互いに合計すると長手方向において一定になるように構成されている。これにより、後述する図７Ａの（ａ）のようなフラットなベルト表面温度が得られる。

抵抗発熱体３６７と抵抗発熱体３６８は、電極３６０ｉ（コモン電極）、３６０ｊ、３６０ｋから、それぞれ独立的に給電制御可能に構成されている。このように複数の抵抗発熱体３６７、３６８への電力量を独立に制御することで、多様なサイズの用紙が通紙されても非通紙部の温度上昇を抑制し、高い生産性を確保することができる。

このような複数の抵抗発熱体３６７、３６８の最端部に、前述した遮断部が形成されている。すなわち、一方の抵抗発熱体３６７の両端部に、電流が流れる方向に対して垂直方向の幅（通紙方向幅）が局所的に狭くなる幅狭部ｗ２が、最大通紙幅Ｌ３の長手方向外側に形成されている。最大通紙幅Ｌ３の最端部の線幅をｗ１とすると、両端部の幅狭部ｗ２は線幅ｗ１よりも小さい（ｗ２＜ｗ１）。

これにより、局所的に抵抗発熱体３６７の幅が狭い遮断部ないし幅狭部ｗ２では、断面積が小さくなることで発熱密度が上昇する。さらに、この幅狭部ｗ２は他方の抵抗発熱体３６８の両端部よりもやや外側位置に配置されている。これにより、何らかの異常で定着ベルト３１０端部に破損が生じ、定着ベルト３１０の寄り移動で抵抗発熱体３６７の長手方向端部のみが剥き出しになると、幅狭部ｗ２が異常昇温する。

この結果、幅狭部ｗ２の抵抗値上昇が加速され、異常昇温が幅狭部ｗ２を覆う保護層３７０のガラスの融点を超えた時、前述したように抵抗発熱体３６７の両端が絶縁状態となり通電が遮断される。この時、抵抗発熱体３６７の断線（絶縁）を検知することで、他方の抵抗発熱体３６８への通電も遮断される。従って、何らかの異常による定着ベルト３１０の破損時でも抵抗発熱体３６０の安全性を確保することができる。

（金属基材対応）
図６の抵抗発熱体３６０の基材３５１に金属材料を用いる場合は、基材３５１上に絶縁層３５２を設け、その上に抵抗発熱体３６７、３６８、給電線３６０ｅ～３６０ｈ、電極３６０ｉ～３６０ｋを形成する。これにより金属基材３５１との絶縁性を確保する。また、抵抗発熱体３６７、３６８と給電線３６０ｅ～３６０ｈの上に絶縁性の保護層３７０を設け、定着ベルト３１０との摺動性および絶縁性を確保する。

金属基材３５１を用いた抵抗発熱体３６０の場合、セラミック基材と比較して局所的な温度上昇による熱衝撃に強い。このため、図３Ｃ、図３Ｄ、図４Ｃ、図４Ｄで前述したように、保護層３７０のガラスを絶縁層３５２のガラスより低融点の材料で構成することで通電を遮断する。これにより、何らかの異常により定着ベルト３１０が破損し、抵抗発熱体３６７の端部で局所的な温度上昇が生じた時に、絶縁層３５２よりも先に保護層３７０が溶融する。

当該溶融により、保護層３７０のガラス成分と、幅狭部ｗ２の抵抗発熱体３６７の材料成分とが混ざることで、幅狭部ｗ２による遮断部が絶縁状態となり通電が遮断される。これとは反対に、仮に絶縁層３５２の方の融点を保護層３７０の融点と同じか低く構成した場合、前述した局所的な温度上昇時に絶縁層３５２の溶融により抵抗発熱体３６０と基材３５１との間で絶縁性を確保することができない。

（抵抗発熱体と定着ベルトの表面温度分布）
定着ベルト３１０の表面温度分布は、図７Ａ（ａ）に示すように、最大通紙幅Ｌ３の全幅にわたって一定になるように設定されている。抵抗発熱体３６０の長手方向幅Ｌ２は、最大通紙幅Ｌ３と等しいかそれよりも大きく、定着ベルトの幅Ｌ１はＬ２よりもさらに大きい（Ｌ３≦Ｌ２＜Ｌ１）。

これにより、抵抗発熱体３６０長手方向幅Ｌ２全面で、保護層３７０を介して定着ベルト３１０の温度を上昇させ、定着ニップＳＮに搬送される最大通紙幅の用紙Ｐ上の未定着画像を加熱して定着することができる。

定着ベルト３１０の両端には、長手方向の移動を規制するため一般にフランジが配設されている。そして定着ベルト３１０と当該フランジとの間に、定着ベルト３１０の摩擦低減のために僅かなクリアランスが設けられている。

したがって、定着ベルト幅Ｌ１と発熱体幅Ｌ２を同じにすると、定着ベルト３１０がどちらか一方のフランジ端部に突き当たった時、反対側では抵抗発熱体３６０が定着ベルト３１０と接触せずに剥き出しになる。そうすると抵抗発熱体３６０が端部過熱するから、これを防ぐように、前記クリアランス分を考慮して、定着ベルト幅Ｌ１＞発熱体幅Ｌ２の寸法関係に設定している。

また、通紙される用紙Ｐは定着装置１２に搬送される過程において、スキュー（斜行）により狙いの位置に対して長手方向に移動する場合がある。また、抵抗発熱体３６０の長手方向端部は、図７Ａのように最端部で外側に熱が逃げ易く、定着ベルト３１０の表面温度が低下する傾向がある。

これらの現象による長手方向端部の画像不良を対策するため、発熱体幅Ｌ２≧最大通紙幅Ｌ３の関係で構成している。本実施形態では、それぞれＬ１（２３６ｍｍ）＞Ｌ２（２２２ｍｍ）＞Ｌ３（２１６ｍｍ）とした。

このような長手方向の関係で構成した場合、通常使用時には抵抗発熱体３６０が定着ベルト３１０と接触せずに剥き出しになることは無い。しかしながら、何らかの異常で定着ベルト３１０端部に亀裂や丸まりなどの破損が発生した場合、想定以上に定着ベルト３１０が長手方向に移動することで抵抗発熱体３６０の長手方向端部が定着ベルト３１０と接触せずに剥き出しになることがある。

図７Ａ（ｂ）は定着ベルト３１０の幅Ｌ１が右側に寄り移動したときの定着ベルト３１０と抵抗発熱体３６０の温度分布を示している。この寄り移動の時、低熱容量の抵抗発熱体３６０は対向する加圧ローラ３２０とも安定して接触できず、抵抗発熱体３６０は剥き出しの部分（図７Ａ（ｂ）の左端部分）で異常昇温ΔＴし、ヒータフォルダ５３や加圧ローラ３２０表層の溶融／発煙につながる。

そこで本実施形態では、前述のように抵抗発熱体３６０の両端部に遮断部を形成した。抵抗発熱体３６０の表面温度は、長手方向両端の遮断部における発熱量が前述したように局部的に大きくされているため、定着ベルト３１０の定常走行時でも、長手方向中央部に比べて両端部が高温になっている。

この高温の両端部は、定着ベルト３１０の定常走行時は定着ベルト３１０に常に接触しているので、図７Ａ（ａ）の安定端部温度Ｔ_ｓが維持される。この状態では保護層３７０のガラスが溶融せず、遮断部の通電状態も維持される。

しかし、定着ベルト３１０の端部の亀裂や丸まりなどの破損で定着ベルト３１０が幅方向に寄り移動すると、図７Ａ（ｂ）のように、抵抗発熱体３６０の露出した側（図７Ａ（ｂ）の左端部分）の遮断部の温度が急増する（異常昇温ΔＴ）。この結果、保護層３７０のガラス成分が溶融して遮断部の材料成分と反応して遮断部が絶縁体となる。

保護層３７０のガラスが溶融して絶縁体になるように、当該保護層３７０のガラスは、Ｐｂ系及び／又はＢｉ系の非晶質ガラスとするのがよい。Ｐｂ系のガラスとしてはＰｂＯ－Ｂ_２Ｏ_３系ガラス等を使用可能であり、またＢｉ系のガラスとしてはＢｉ_２Ｏ_３－ＺｎＯ－Ｂ_２Ｏ_３系ガラスを使用可能である。

このほか、Ａｇ系の非晶質ガラス（例えばＡｇＯ－Ｐ_２Ｏ_５系）、Ｐ_２Ｏ_５－ＳｎＯ_２－ＺｎＯ系ガラス、ＺｎＯ－Ｂ_２Ｏ_３系ガラス等も使用可能である。ガラスは結晶化ガラスでも非晶質ガラスでもよい。

電気ヒータの発熱パターン自体が高温部分で自己破壊する技術は、例えば特許文献３～５の発明のように複数知られている。したがって、これら公知技術を適宜使用して遮断部を構成してもよい。

（抵抗発熱体の表面温度の測定方法）
図７Ａに示す抵抗発熱体３６０の表面温度の測定は、例えば図７Ｂに示す方法で行うことができる。すなわち、支持梁５００に対して加熱装置の両端を吊り部材６００を介して支持し、抵抗発熱体３６０の正面にサーモビューワ（例えばフリアーシステムズ社のＦＬＩＲ Ｔ６２０）を配置する。そして電極３６０ｃ、３６０ｄに交流電源又は直流電源を接続して抵抗発熱体３６０を通電・加熱する。

ＡＣ１００Ｖで１０００Ｗの発熱量を有するヒータの場合、直流電源としてはＤＣ３０Ｖを使用することができる。図７Ａの上側の曲線がサーモビューワで測定した抵抗発熱体３６０の温度である。一方、図７Ａの下側に示す定着ベルト３１０の温度曲線は、後述する図８Ａ～図８Ｄに示す温度センサによって測定することができる。

（発熱密度の大小の測定方法）
抵抗発熱体３６０の発熱密度［Ｗ／ｍｍ^２］と温度［℃］の関係は、次式（１）で表現することができる。
温度＝（発熱密度／熱伝達率）＋部品周囲の空気温度・・・・（１）
したがって、抵抗発熱体３６０の熱伝達率及びヒータ周囲の空気温度は、ほぼ一定で測定することが可能である。発熱密度［Ｗ／ｍｍ^２］の大小は、通電時のヒータ温度［℃］の大小で測定することができる。

ＤＣ３０Ｖの通電をした時のヒータ表面の温度分布をサーモビューワ（例えばフリアーシステムズ社のＦＬＩＲ Ｔ６２０）で測定し、通電後一定時間経過時（例えば１０ｓｅｃ後）の抵抗発熱体３６０の最端部の温度と、最大通紙幅の最端部の温度を比較することで、発熱密度［Ｗ／ｍｍ^２］の大小を間接的に計測することができる。

（電力供給回路）
図９は、加熱装置に電力を供給するための電力供給回路を示している。加熱装置の抵抗発熱体３６０は、ここでは図４Ａ～図４ＤのＰＴＣ素子による発熱パターン３６１～３６６を使用している。加熱装置の下方に、抵抗発熱体３６０ないし発熱パターン３６１～３６６に電力を供給するための電力供給回路を示している。

この電力供給回路は、電力制御手段としての電力制御部４００、ＡＣ電圧１００Ｖの交流電源４１０、トライアック４２０、電流検出手段４３０、ヒータリレー４４０、電圧検知手段４５０、コントローラ部４７０で構成されている。交流電源４１０と、電流検出手段４３０のカレントトランスＣＴと、トライアック４２０と、ヒータリレー４４０が、電極３６０ｃ、３６０ｄの間に直列に配置されている。

（温度センサ）
本実施形態の加熱装置は、抵抗発熱体３６０の温度を検知する温度検知手段として、図９のように第１温度センサＴＨ１と第２温度センサＴＨ２を有する。温度センサＴＨ１、ＴＨ２は例えばサーミスタで構成することができる。

第１温度センサＴＨ１と第２温度センサＴＨ２は、図２Ａのように、基材３５０の裏側に対してバネ３８０により圧着する形で配設されている。第１温度センサＴＨ１は温度制御用で、第２温度センサＴＨ２が安全補償用である。２つの温度センサ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温度センサＴＨ１は図９に示すように、最小通紙幅内である長手方向中央領域の左端から４番目の発熱パターン３６４の加熱領域に配置されている。安全補償用の第２温度センサＴＨ２は、長手方向最端部である発熱パターン３６６（左端から６番目）（または発熱パターン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発熱パターン３６４、３６６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温度センサＴＨ１は発熱パターン３６２～３６５のいずれかの加熱領域に配置してもよい。また第２温度センサＴＨ２は、長手方向端部領域であれば、左端から２番目の発熱パターン３６２または５番目の発熱パターン３６５の加熱領域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。

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Ｔ_４、Ｔ_６は、電力制御部４００に入力される。電力制御部４００は、第１温度センサＴＨ１から得られた温度Ｔ_４に基いて、各発熱パターン３６１～３６６が所定目標温度になるように、トライアック４２０により電極３６０ｃ、３６０ｄに対する供給電流をデューティ制御する。

具体的には、第１温度センサＴＨ１の現在温度Ｔ_４と目標温度の温度差に応じたデューティ比で、トライアック４２０が抵抗発熱体３６０に流れる電流をデューティ制御する。デューティ比０％で電流がゼロになり、デューティ比１００％で電流が最大になる。

（定着動作）
図２Ａ～図２Ｅの定着装置の代表としての図２Ａを参照して定着動作を説明する。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は抵抗発熱体３６０の保護層３７０と摺動しつつ抵抗発熱体３６０からの熱で加熱される。

定着ベルト３１０を所定温度にする抵抗発熱体３６０の温度制御において、図８Ａのように第１温度センサＴＨ１のみ配置した場合、第１温度センサＴＨ１を配置している発熱パターン３６４のみが部分的に断線して給電が遮断すると、当該発熱パターン３６４の温度が上昇しない。このため、当該発熱パターン３６４を温度制御により一定温度にしようとして、他の正常な発熱パターン３６１～３６３、３６５～３６６に必要以上の電流供給が続いて異常高温が発生する。

図８Ｂ～図８Ｄは、異常高温を防止するために考えられる温度センサの配設パターンを示している。図８Ａのように発熱パターン３６４に対応する位置にのみ温度センサＴＨ１を配設すると前述した不都合があるので、図８Ｂ～図８Ｄのように両端部にも温度センサＴＨ２を配設する。

図８Ｂは基材の３５０の裏面の中央部と両端部に温度センサＴＨ１、ＴＨ２を配設したものである。図８Ｃは基材の３５０の裏面の中央部に温度センサＴＨ１を配設し、定着ベルト３１０の両端内周面に温度センサＴＨ２を接触させている。

図８Ｄは両端の温度センサＴＨ２を加圧ローラ３２０の両端部外周面に接触させている。このように、定着ベルト３１０や加圧ローラ３２０を介して間接的に発熱パターン３６１、３６４の温度を検知することが可能である。しかしながら、図８Ｂ～図８Ｄのように３つの温度センサＴＨ１、ＴＨ２を配設するとコストアップになる。

そこで、一端部の発熱パターン３６６の加熱領域にのみ第２温度センサＴＨ２を配置し、この第２温度センサＴＨ２で発熱パターン３６６の温度Ｔ_６を検知する。そして温度Ｔ_６が前述した異常高温になると、電極３６０ｃ、３６０ｄに対する供給電流を遮断するように電力制御部４００がトライアック４２０を制御する。また、第２温度センサＴＨ２自体が断線により所定温度Ｔ_Ｎ以下（Ｔ_６＜Ｔ_Ｎ）になった場合も、電極３６０ｃ、３６０ｄに対する供給電流を遮断するように電力制御部４００でトライアック４２０を制御する。

（加熱装置の制御フローチャート）
図１０は、第１温度センサＴＨ１と第２温度センサＴＨ２による加熱装置の前述の制御動作を示すフローチャートである。図１０のステップＳ２１において、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Ｓ２２において、電力制御部４００により交流電源４１０から抵抗発熱体３６０の各発熱パターン３６１～３６６への給電が開始される。そしてステップＳ２３において、第１温度センサＴＨ１により抵抗発熱体３６０の中央領域に位置する発熱パターン３６４の温度Ｔ_４が検知される。

次に、ステップＳ２４でトライアック４２０による抵抗発熱体３６０の温調制御が開始される。またステップＳ２５で第２温度センサＴＨ２によって発熱パターン３６６の温度Ｔ_６が検知される。

そしてステップＳ２６で温度Ｔ_６≧Ｔ_Ｎ（Ｔ_Ｎ：所定温度）か否かが判定され、Ｔ_６＜Ｔ_Ｎであれば異常低温発生（断線発生）として、ステップＳ２７で抵抗発熱体３６０への給電が実質的に遮断されるように、電力制御部４００によりトライアック４２０が制御される。そしてステップＳ２８で、プリンタ１００の操作パネルにエラー表示が示される。なお、第２温度センサＴＨ２の温度Ｔ_６が異常高温になった場合にも、同様に抵抗発熱体３６０への給電が遮断（ＯＦＦ）されるようにトライアック４２０を制御してもよい。

また、Ｔ_６≧Ｔ_Ｎであれば異常低温発生なしとして、ステップＳ２９で印字動作が開始される。このように、第２温度センサＴＨ２を使用した図１０のフローチャートで電力制御部４００を作動することで、前述した加熱装置の遮断部と相まって、定着装置３００の安全性がより高まる。

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。例えば前記遮断部は、比抵抗の値がヒータの他の部分よりも大きい材料を使用することで構成してもよい。

遮断部の比抵抗を大きくすると、断面積を小さくしたのと同様に発熱量が増大するから、定着ベルト３１０の寄り移動時にヒータの端部温度が速やかに上昇して断線する。すなわち、比抵抗を大きくすることで、異常時の過熱により確実に断線する遮断部を形成することができる。

また前記遮断部は、電気ヒータの長手方向一端部にのみ形成しても、最低限の安全性は担保可能である。また本発明に係る加熱装置は、画像形成装置の定着装置に使用する他、ベルトを使用した乾燥装置などにも使用可能である。

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：切り替え部材 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：手差しトレイ
５３：ヒータフォルダ １００：画像形成装置
２００：用紙給送装置 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：芯金
３２２：弾性層 ３２３：離型層
３３０：ステー ３３１：補助ステー
３３２：ニップ形成部材 ３３３：ステー
３３４：加圧ベルト ３４０：フォルダ
３５０：基材 ３５０ａ：溝部
３５１：基材 ３５２：絶縁層
３５３：保護層 ３６０：抵抗発熱体
３６０ａ、３６０ｂ：給電線 ３６０ｃ、３６０ｄ：電極
360i、360j、360k：電極 360l、361a、366a：折返し部
３６０ｅ～３６０ｈ：給電線 ３６０ｉ～３６０ｋ：電極
３６１～３６６：発熱パターン ３６７、３６８：抵抗発熱体
３６９ａ、３６９ｃ：給電線 ３７０：保護層
３８０：バネ ３９０：押圧ローラ
４００：電力制御部 ４１０：交流電源
４２０：トライアック ４３０：電流検出手段
４４０：ヒータリレー ４５０：電圧検知手段
４７０：コントローラ部 ５００：支持梁
６００：吊り部材 ｄ１：線厚
ｄ２：薄厚部 ｗ１：線幅
ｗ２：幅狭部 ＣＴ：カレントトランス
ＨＮ：加熱ニップ ＳＮ：定着ニップ
Ｌ：レーザ光 Ｌ１：定着ベルト幅
Ｌ２：発熱体幅 Ｌ３：最大通紙幅
Ｎ：転写ニップ Ｌ：レーザ光
Ｐ：用紙 ＴＭ：転写手段
ＴＨ１：第１温度センサ ＴＨ２：第２温度センサ

特開２０１５－１９４７１３号公報 特開２０１６－１８１２７号公報 特開平０６－１７６８５０公報 特開平５－２０５８５１公報 特許第４４８０９１８号公報

Claims (12)

1. 回転するベルトの幅方向で接触して当該ベルトを加熱する電気ヒータを有する加熱装置であって、前記電気ヒータが、基材と、当該基材上に形成された抵抗発熱体を有し、前記抵抗発熱体が、前記基材の長手方向に直線状に形成された抵抗線又は前記基材の短手方向に蛇行状に形成された抵抗線を有し、前記電気ヒータの長手方向端部に、前記抵抗線の一部が鋭角に屈曲した屈曲部を形成し、当該屈曲部によって所定の温度上昇により通電が遮断する遮断部を形成したことを特徴とする加熱装置。
2. 前記遮断部が、前記ベルトの定常走行時に前記ベルトに接触し、かつ、前記ベルトがその幅方向片側に寄り移動する寄り移動時に前記ベルトに接触しない位置に形成されていることを特徴とする請求項１の加熱装置。
3. 前記遮断部は、電流が流れる方向を横断する方向の断面積が、前記電気ヒータの他の部分よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２の加熱装置。
4. 前記遮断部は、比抵抗が、前記電気ヒータの他の部分の比抵抗よりも、大きいことを特徴とする請求項１又は２の加熱装置。
5. 前記遮断部が、前記ベルトの走行方向に対して傾斜状に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項の加熱装置。
6. 前記電気ヒータが、前記基材と、当該基材上に形成された前記抵抗発熱体と、当該抵抗発熱体を覆う保護層を有し、前記遮断部において前記抵抗発熱体の線幅が他の部分よりも幅狭に形成されていることを特徴とする請求項３又は５の加熱装置。
7. 前記電気ヒータが、前記基材と、当該基材上に形成された前記抵抗発熱体と、当該抵抗発熱体を覆う保護層を有し、前記遮断部において前記抵抗発熱体の線厚が他の部分よりも薄厚に形成されていることを特徴とする請求項３又は５の加熱装置。
8. 前記蛇行状に形成された前記抵抗線による発熱パターンが、前記基材の長手方向で複数形成されると共に、当該複数の発熱パターンが並列接続された請求項１の加熱装置。
9. 前記複数の発熱部のうち、前記基材の長手方向の中間のいずれか１つの発熱部に対応する位置に第１温度センサを配設すると共に、前記基材の長手方向端部の発熱部に対応する位置に第２温度センサを配置し、当該第１温度センサと第２温度センサの検知結果に基づいて、前記ヒータの供給電流を制御するようにしたことを特徴とする請求項８の加熱装置。
10. 前記電気ヒータの前記抵抗発熱体が、個別に給電可能な複数の抵抗発熱体で構成されていることを特徴とする請求項１の加熱装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１の加熱装置と、当該加熱装置で加熱する定着ベルトと、当該定着ベルトを間に挟んで前記加熱装置と対向配置された加圧部材とを有することを特徴とする定着装置。
12. 請求項１１の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

Images