JP7263022B2 - 加熱装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱装置、定着装置及び画像形成装置に関し、電子写真プロセスで形成されるトナー像を記録材上に定着させる加熱装置の過昇温防止に関する。

電子写真方式が用いられた複写機、プリンタ等の画像形成装置においては、記録材上に転写されたトナーを加熱して、トナー像を記録材に定着させる定着装置が広く用いられている。定着装置は、熱源である加熱手段と、加熱手段に電力を供給する電源と、加熱手段近傍の温度を検知する温度検知手段と、加熱手段に供給される電力を制御する制御手段で構成される場合が多い。

定着装置を構成する加熱手段、温度検知手段、制御手段のうちの、いずれか一つでも正常に機能しない場合には、定着装置は正常に制御できず、その結果、加熱手段である発熱体の過昇温を招き、定着装置の破損等を引き起こすおそれがある。そのため、一般的には、異常検知部と電力供給を遮断する手段を有する過昇温防止手段を設け、定着装置が過昇温に至る異常を検知した際には、加熱手段への電力供給を遮断する動作が実行される。

ところで、過昇温防止手段を備えた定着装置の信頼性を高める方法として、加熱手段が過昇温したときの温度上昇を緩やかにし、過昇温防止手段が動作するまでの時間を確保する構成が提案されている。例えば特許文献１では、加熱手段であるヒータの異常な昇温を検知すると、定着装置内の定着ニップを必ず当接状態にして、ヒータを放熱部材である加圧ローラに当接させることで、ヒータの温度上昇を緩やかにする構成が提案されている。

特許第５５２８１９４号公報

しかしながら、上述した従来技術の手法では、定着ニップ部の当接・離間動作を行うモータ等を含む当接・離間機構が必要となるが、このような機構を有していない定着装置も多い。そのため、定着装置にこのような当接・離間機構を新たに設けることにより、定着装置のコスト増加や、当接・離間機構を設置する空間が必要となり、装置の大型化といった課題が生じる。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、コストアップや装置の大型化を抑制しつつ、定着装置の異常時にヒータの急激な温度上昇を抑制することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明では、以下の構成を備える。

（１）第１の定格電力である第１の発熱体と、前記第１の定格電力より低い第２の定格電力である第２の発熱体とを含む、少なくとも２つ以上の複数の発熱体と、前記複数の発熱体が配置される基板と、を含むヒータと、前記第１の発熱体又は前記第２の発熱体と、電源との接続を切り替える切替え部と、前記ヒータの温度に応じて、前記電源と前記ヒータとの間の電力供給経路を切断し、電力供給を遮断する遮断手段と、前記ヒータの温度を検知する検知手段と、を備え、前記切替え部は、前記検知手段により検知された温度が前記所定の温度以上となった場合、前記遮断手段により前記ヒータへの電力供給が遮断される前に、前記電源と前記第２の発熱体とを接続するように切り替えることを特徴とする加熱装置。
（２）発熱時にヒータに対する熱応力が第１の熱応力となる第１の発熱体と、発熱時にヒータに対する熱応力が前記第１の熱応力よりも小さい第２の熱応力となる第２の発熱体とを含む、少なくとも２つ以上の複数の発熱体と、前記複数の発熱体が配置される基板と、を含むヒータと、前記第１の発熱体又は前記第２の発熱体と、電源との接続を切り替える切替え部と、前記ヒータの温度に応じて、前記電源と前記ヒータとの間の電力供給経路を切断し、電力供給を遮断する遮断手段と、前記ヒータの温度を検知する検知手段と、を備え、前記切替え部は、前記検知手段により検知された温度が前記所定の温度以上となった場合、前記遮断手段により前記ヒータへの電力供給が遮断される前に、前記電源と前記第２の発熱体とを接続するように切り替えることを特徴とする加熱装置。
（３）記録材に担持された未定着のトナー像を定着する定着装置であって、前記（１）又は前記（２）に記載の加熱装置と、前記加熱装置により加熱される第１の回転体と、前記第１の回転体とともにニップ部を形成する第２の回転体と、を備え、前記第１の回転体はフィルムであることを特徴とする定着装置。
（４）記録材に画像を形成する画像形成手段と、前記（３）に記載の定着装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、コストアップや装置の大型化を抑制しつつ、定着装置の異常時にヒータの急激な温度上昇を抑制することができる。

実施例１～３の画像形成装置の全体構成図 実施例１～３の画像形成装置の制御ブロック図 実施例１～３の定着装置の長手方向の中央部付近の断面模式図 実施例１の定着装置の回路構成を示す全体概略図、ヒータの断面図 実施例１の定着装置の異常時の温度プロフィールを示す図 実施例２の定着装置の回路構成を示す全体概略図 実施例２の定着装置の異常時の温度プロフィールを示す図 実施例３の定着装置の回路構成を示す全体概略図 実施例３の定着装置の異常時の温度プロフィール、熱応力の特性を示す図 実施例３の定着装置の回路構成を示す全体概略図 実施例４の定着装置の回路構成を示す全体概略図 実施例４の定着装置の異常時の温度プロフィールを示す図

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。

［全体構成］
図１は実施例１の定着装置を搭載した一例の画像形成装置である、インライン方式のカラー画像形成装置を示す構成図である。図１を用いて電子写真方式のカラー画像形成装置の動作を説明する。なお、第１ステーションをイエロー（Ｙ）色のトナー画像形成用のステーション、第２ステーションをマゼンタ（Ｍ）色のトナー画像形成用のステーションとしている。また、第３ステーションをシアン（Ｃ）色のトナー画像形成用のステーション、第４ステーションをブラック（Ｋ）色のトナー画像形成用のステーションとしている。

第１ステーションで、像担持体である感光ドラム１ａは、ＯＰＣ感光ドラムである。感光ドラム１ａは金属円筒上に感光して電荷を生成するキャリア生成層、発生した電荷を輸送する電荷輸送層等からなる機能性有機材料が複数層積層されたものであり、最外層は電気的導電性が低く略絶縁である。帯電手段である帯電ローラ２ａが感光ドラム１ａに当接され、感光ドラム１ａの回転に伴い、従動回転しなから感光ドラム１ａ表面を均一に帯電する。帯電ローラ２ａには直流電圧又は交流電圧を重畳した電圧が印加され、帯電ローラ２ａと感光ドラム１ａ表面とのニップ部から、回転方向の上流側及び下流側の微小な空気ギャップにおいて放電が発生することにより感光ドラム１ａが帯電される。クリーニングユニット３ａは、後述する転写後に感光ドラム１ａ上に残ったトナーをクリーニングするユニットである。現像手段である現像ユニット８ａは、現像ローラ４ａ、非磁性一成分トナー５ａ、現像剤塗布ブレード７ａからなる。感光ドラム１ａ、帯電ローラ２ａ、クリーニングユニット３ａ、現像ユニット８ａは、画像形成装置に対して着脱自在な一体型のプロセスカートリッジ９ａとなっている。

露光手段である露光装置１１ａは、レーザー光を多面鏡によって走査させるスキャナユニット又はＬＥＤ（発光ダイオード）アレイから構成され、画像信号に基づいて変調された走査ビーム１２ａを感光ドラム１ａ上に照射する。また、帯電ローラ２ａは、帯電ローラ２ａへの電圧供給手段である帯電高電圧電源２０ａに接続されている。現像ローラ４ａは、現像ローラ４ａへの電圧供給手段である現像高電圧電源２１ａに接続されている。１次転写ローラ１０ａは、１次転写ローラ１０ａへの電圧供給手段である１次転写高電圧電源２２ａに接続されている。以上が第１ステーションの構成であり、第２、第３、第４ステーションも同様の構成をしている。他のステーションについて、第１ステーションと同一の機能を有する部品は同一の符号を付し、符号の添え字にステーションごとにｂ、ｃ、ｄを付している。なお、以下の説明において、特定のステーションについて説明する場合を除き、添え字ａ、ｂ、ｃ、ｄを省略する。

中間転写ベルト１３は、その張架部材として２次転写対向ローラ１５、テンションローラ１４、補助ローラ１９の３本のローラにより支持されている。テンションローラ１４のみバネ（不図示）で中間転写ベルト１３を張る方向の力が加えられており、中間転写ベルト１３に適当なテンション力が維持されるようになっている。２次転写対向ローラ１５はメインモータ（不図示）からの回転駆動を受けて回転し、外周に巻かれた中間転写ベルト１３が回動する。中間転写ベルト１３は感光ドラム１ａ～１ｄ（例えば、図１では反時計回り方向に回転）に対して順方向（例えば、図１では時計回り方向）に略同速度で移動する。また、中間転写ベルト１３は、矢印方向（時計回り方向）に回転し、１次転写ローラ１０は中間転写ベルト１３を挟んで感光ドラム１と反対側に配置されて、中間転写ベルト１３の移動に伴い従動回転する。中間転写ベルト１３を挟んで感光ドラム１と１次転写ローラ１０とが当接している位置を１次転写位置という。補助ローラ１９、テンションローラ１４及び２次転写対向ローラ１５は電気的に接地されている。なお、第２～第４ステーションも１次転写ローラ１０ｂ～１０ｄは第１ステーションの１次転写ローラ１０ａと同様の構成としているので説明を省略する。

次に実施例１の画像形成装置の画像形成動作を説明する。画像形成装置は待機状態時に印刷指令を受信すると、画像形成動作をスタートする。感光ドラム１や中間転写ベルト１３等はメインモータ（不図示）によって所定のプロセススピードで矢印方向に回転を始める。感光ドラム１ａは、帯電高電圧電源２０ａにより電圧が印加された帯電ローラ２ａによって一様に帯電され、続いて露光装置１１ａから照射された走査ビーム１２ａによって画像情報に従った静電潜像が形成される。現像ユニット８ａ内のトナー５ａは、現像剤塗布ブレード７ａによって負極性に帯電されて現像ローラ４ａに塗布される。そして、現像ローラ４ａには、現像高電圧電源２１ａより所定の現像電圧が供給される。感光ドラム１ａが回転して感光ドラム１ａ上に形成された静電潜像が現像ローラ４ａに到達すると、静電潜像は負極性のトナーが付着することによって可視化され、感光ドラム１ａ上には第１色目（例えば、Ｙ（イエロー））のトナー像が形成される。他の色Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各ステーション（プロセスカートリッジ９ｂ～９ｄ）も同様に動作する。各色の１次転写位置間の距離に応じて、一定のタイミングでコントローラ（不図示）からの書き出し信号を遅らせながら、露光による静電潜像が各感光ドラム１ａ～１ｄ上に形成される。それぞれの１次転写ローラ１０ａ～１０ｄにはトナーと逆極性の直流高電圧が印加される。以上の工程により、順に中間転写ベルト１３にトナー像が転写されて（以下、１次転写という）、中間転写ベルト１３上に多重トナー像が形成される。

その後、トナー像の作像に合わせて、カセット１６に積載されている記録材である用紙Ｐは、給紙ソレノイド（不図示）によって回転駆動される給紙ローラ１７により給送（ピックアップ）される。給送された用紙Ｐは搬送ローラによりレジストレーションローラ（以下、レジストローラという）１８に搬送される。用紙Ｐは、中間転写ベルト１３上のトナー像に同期して、レジストローラ１８によって中間転写ベルト１３と２次転写ローラ２５との当接部である転写ニップ部へ搬送される。２次転写ローラ２５には２次転写高電圧電源２６により、トナーと逆極性の電圧が印加され、中間転写ベルト１３上に担持された４色の多重トナー像が一括して用紙Ｐ上（記録材上）に転写される（以下、２次転写という）。用紙Ｐ上に未定着のトナー像が形成されるまでに寄与した部材（例えば、感光ドラム１等）は画像形成手段として機能する。一方、２次転写を終えた後、中間転写ベルト１３上に残留したトナーは、クリーニングユニット２７によって清掃される。２次転写が終了した後の用紙Ｐは、定着手段である定着装置５０へと搬送され、トナー像の定着を受けて画像形成物（プリント、コピー）として排出トレー３０へと排出される。定着装置５０のフィルム５１、ニップ形成部材５２、加圧ローラ５３、ヒータ５４については後述する。

［画像形成装置のブロック図］
図２は画像形成装置の動作を説明するブロック図であり、この図を参照しながら画像形成装置の印刷動作について説明する。ホストコンピュータであるＰＣ１１０は、画像形成装置の内部にあるビデオコントローラ９１に対して印刷指令を出力し、印刷画像の画像データをビデオコントローラ９１に転送する役割を担う。

ビデオコントローラ９１はＰＣ１１０からの画像データを露光データに変換し、エンジンコントローラ９２内にある露光制御装置９３に転送する。露光制御装置９３はＣＰＵ９４から制御され、露光データに応じてレーザー光のオンオフを行う露光装置１１の制御を行う。制御手段であるＣＰＵ９４は印刷指令を受信すると画像形成シーケンスをスタートさせる。

エンジンコントローラ９２にはＣＰＵ９４、メモリ９５等が搭載されており、予めプログラムされた動作を行う。高電圧電源９６は上述の帯電高電圧電源２０、現像高電圧電源２１、１次転写高電圧電源２２、２次転写高電圧電源２６から構成される。また、電力制御部９７は双方向サイリスタ（以下、トライアックという）５６、電力を供給する発熱体を排他的に選択する切替え部としての発熱体切替え器５７等から構成される。電力制御部９７は、定着装置５０において発熱する発熱体を選択し、供給する電力量を決定する。また、駆動装置９８はメインモータ９９、定着モータ１００等から構成される。またセンサ１０１は定着装置５０の温度を検知する定着温度センサ５９、フラグを有し用紙Ｐの有無を検知する紙有無センサ１０２等からなり、センサ１０１の検知結果はＣＰＵ９４に送信される。ＣＰＵ９４は画像形成装置内のセンサ１０１の検知結果を取得し、露光装置１１、高電圧電源９６、電力制御部９７、駆動装置９８を制御する。これにより、ＣＰＵ９４は、静電潜像の形成、現像されたトナー像の転写、用紙Ｐへのトナー像の定着等を行い、露光データがトナー像として用紙Ｐ上に印刷される画像形成工程の制御を行う。なお、本発明が適用される画像形成装置は、図１で説明した構成の画像形成装置に限定されるものではなく、異なる幅の用紙Ｐを印刷することが可能で、後述するヒータ５４を有する定着装置５０を備える画像形成装置であればよい。

［定着装置の構成］
次に、発熱体により用紙Ｐ上のトナー像を加熱する加熱装置を制御する、実施例１における定着装置５０の構成について図３を用いて説明する。ここで、長手方向とは、後述する用紙Ｐの搬送方向と略直交する加圧ローラ５３の回転軸方向のことである。また、搬送方向に略直交する方向（長手方向）の用紙Ｐの長さを幅という。図３は、定着装置５０の断面模式図である。図３左側から未定着のトナー像Ｔｎを保持した用紙Ｐが、定着ニップ部Ｎにおいて図中左から右に向けて搬送されながら加熱されることにより、トナー像Ｔｎが用紙Ｐに定着される。実施例１における定着装置５０は、円筒状のフィルム５１と、フィルム５１を保持するニップ形成部材５２と、フィルム５１とともに定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ５３と、用紙Ｐを加熱するためのヒータ５４とにより構成されている。

フィルム５１（第１の回転体）は加熱回転体としての定着フィルムである。実施例１では、基層として、例えばポリイミドを用いている。基層の上に、シリコーンゴムからなる弾性層、ＰＦＡからなる離型層を用いている。フィルム５１の回転によるニップ形成部材５２及びヒータ５４とフィルム５１との間に生じる摩擦力を低減するために、フィルム５１の内面には、グリスが塗布されている。

ニップ形成部材５２はフィルム５１を内側からガイドするとともに、フィルム５１を介して加圧ローラ５３との間で定着ニップ部Ｎを形成する役割を果たす。ニップ形成部材５２は剛性・耐熱性・断熱性を有する部材であり、液晶ポリマー等により形成されている。フィルム５１はこのニップ形成部材５２に対して外嵌されている。加圧ローラ５３（第２の回転体）は加圧回転体としてのローラである。加圧ローラ５３は、芯金５３ａ、弾性層５３ｂ、離型層５３ｃからなる。加圧ローラ５３は、両端を回転可能に保持されており、定着モータ１００（図２参照）によって回転駆動される。また、加圧ローラ５３の回転により、フィルム５１は従動回転する。加熱部材であるヒータ５４は、ニップ形成部材５２に保持され、フィルム５１の内面と接している。ヒータ５４及び定着温度センサ５９については後述する。

［定着装置の回路構成］
図４は、本実施例の定着装置５０の全体概略図を示す図である。図４（ａ）は定着装置５０の回路構成を示す全体概略図である。加熱手段であるヒータ５４は、交流電源５５からの電力供給を受け、発熱する。ヒータ部であるヒータ５４は、主として基板５４ａの上に形成された発熱体５４ｂ１、５４ｂ２、接点５４ｄ１、５４ｄ３、５４ｄ４、保護ガラス層５４ｅを有している。発熱体５４ｂ１、５４ｂ２は、交流電源５５からの電力供給により発熱する抵抗体である。保護ガラス層５４ｅは、交流電源５５と略同電位の発熱体５４ｂ１、５４ｂ２から、ユーザを絶縁するために設けられている。第１の発熱体である発熱体５４ｂ１は、定着装置５０に通紙可能な最大紙幅の用紙Ｐにトナーを定着する際に、主として用いられる発熱体である。そのため、発熱体５４ｂ１の長手方向の長さは、ＬＴＲ（レター）サイズの用紙幅２１５．９ｍｍより数ｍｍ程度、長く設定されている。また、第２の発熱体である発熱体５４ｂ２は、主として発熱体５４ｂ１より幅の狭い用紙Ｐを加熱することを目的としたヒータであり、発熱体５４ｂ２の長手方向の長さは、Ａ４サイズの用紙幅２１０ｍｍより数ｍｍ程度、長く設定されている。定着装置５０は、起動時には定着装置５０を冷めた状態から所定の温度まで立ち上げるために、主に発熱体５４ｂ１を発熱させる。そして、定着装置５０は、所定の温度まで立ち上がった定常状態になると、使用する用紙Ｐの紙幅に応じて、使用する発熱体を、発熱体５４ｂ１、又は発熱体５４ｂ２に切り換える。なお、発熱体５４ｂ１の定格電力は、発熱体５４ｂ２の定格電力より大きくなるように設定されているものとする。

発熱体５４ｂ１は、長手方向（図４（ａ）において上下方向）の長さが略同じ長さの一対の発熱体である。一方、発熱体５４ｂ２も、長手方向の長さが略同じ長さの一対の発熱体であるが、長手方向の長さは、発熱体５４ｂ１の方が、発熱体５４ｂ２よりも長い。また、基板５４ａの短手方向（図４（ａ）において左側から右側方向）に、発熱体５４ｂ１、発熱体５４ｂ２、発熱体５４ｂ２、発熱体５４ｂ１の順に配置されている。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＰ－Ｐ’線で、定着装置５０のヒータ５４を切断した断面を示す断面図である。基板５４ａの発熱体５４ｂ１、５４ｂ２が設置された面とは反対側の面には、通紙可能な最小用紙幅の用紙Ｐが通過する範囲に、過昇温検知部である温度ヒューズ１０７が設置されている。一方、図４（ｃ）は、図４（ａ）に示すＱ－Ｑ’線で、定着装置５０のヒータ５４を切断した断面を示す断面図である。基板５４ａの発熱体５４ｂ１、５４ｂ２が設置された面とは反対側の面には、通紙可能な最小用紙幅の用紙Ｐが通過する範囲に、温度検知手段である定着温度センサ５９が設置されている。なお、本実施例では、定着温度センサ５９は、サーミスタを用いている。図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、温度ヒューズ１０７及び定着温度センサ５９は、基板５４ａに接触して設置され、基板５４ａを介して発熱体５４ｂ１、５４ｂ２の温度を検知する。温度ヒューズ１０７は、交流電源５５とヒータ５４とを電気的に接続する。温度ヒューズ１０７は、所定の温度を超えると、温度ヒューズ１０７内部の接点が開放状態となる。これにより、交流電源５５からヒータ５４への電力供給路を切断して電力供給を遮断することで、定着装置５０の安全が確保される。定着温度センサ５９は、一端を３．３Ｖの直流電圧Ｖｃｃ１に接続され、他端を抵抗２０２に接続されている。そして、直流電圧Ｖｃｃ１を、定着温度センサ５９と抵抗２０２によって分圧された電圧Ｖ＿ＴＨがＣＰＵ９４に入力される。

発熱体５４ｂ１、５４ｂ２が接続される接点５４ｄ１、発熱体５４ｂ２が接続される接点５４ｄ３、発熱体５４ｂ１が接続される接点５４ｄ４は、図４（ａ）に示す定着装置５０を制御する回路に接続されている。接点５４ｄ３は、ｃ接点構造のリレー５７ａの接点５７ａ３に接続され、接点５４ｄ４は接点５７ａ４に接続されている。発熱体切替え器５７であるリレー５７ａは、Ｃ接点構造のリレーであり、コイル部５７ａ２、及び接点５７ａ１、５７ａ３、５７ａ４を有している。コイル部５７ａ２は、一方の端子が２４Ｖの直流電圧Ｖｃｃ２に接続され、もう一方の端子はトランジスタ２０４のコレクタ端子に接続されている。ＣＰＵ９４がハイ（Ｈｉｇｈ）レベルのＤｒｉｖｅ２信号を出力した場合には、ダイオード２０６が導通状態となり、抵抗２０５を介してトランジスタ２０４のベース端子にベース電流が流れる。これにより、トランジスタ２０４のコレクタ端子－エミッタ端子間電圧が０．２～０．３Ｖ程度の飽和電圧となって、トランジスタ２０４がオンする。トランジスタ２０４がオンするとコレクタ電流が流れることにより、コイル部５７ａ２両端に電位差が生じ、コイル部５７ａ２に電流が流れ、コイル部５７ａ２に発生する磁力により、接点５７ａ１は接点５７ａ３と接続される。以下、この状態をリレー５７ａのオン状態という。

一方、ＣＰＵ９４がロー（Ｌｏｗ）レベルのＤｒｉｖｅ２信号を出力した場合には、ダイオード２０６が非導通状態で、トランジスタ２０４のベース端子にはベース電流が流れない。そのため、トランジスタ２０４はオンせず、コイル部５７ａ２の両端に電位差は生じない。その結果、コイル部５７ａ２に電流が流れず磁力が発生しないため、接点５７ａ１は接点５７ａ４と接続される。以下、この状態をリレー５７ａのオフ状態という。すなわち、ｃ接点構造のリレー５７ａの動作により、リレー５７ａがオン状態では接点５７ａ１が接点５７ａ３と接続されて、交流電源５５から接点５４ｄ３と接点５４ｄ１を介して、発熱体５４ｂ２に電力供給が行われる。一方、リレー５７ａがオフ状態では接点５７ａ１が接点５７ａ４と接続されて、交流電源５５が接点５４ｄ４と接点５４ｄ１を介して、発熱体５４ｂ１に電力供給が行われる。

ＣＰＵ９４は、入力された定着温度センサ５９の電圧Ｖ＿ＴＨによる温度情報に基づいて、定着温度センサ５９が予め定められた目標温度になるように、供給制御部であるトライアック５６ａを制御する。具体的には、ＣＰＵ９４がハイレベルのＤｒｉｖｅ１信号を出力すると、電流制限抵抗２２６を介して、トランジスタ２２５のベース端子にベース電流が流れ、これによりトランジスタ２２５がオンし、コレクタ電流が流れる。トランジスタ２２５のコレクタ電流が流れると、フォトトライアックカプラ２２１の発光ダイオードが導通状態となり、抵抗２２４を介して電流が流れて発光ダイオードが発光し、フォトトライアックカプラ２２１の受光部が導通状態となる。フォトトライアックカプラ２２１の受光側が導通状態になると、電流制限抵抗２２２を介してトライアック５６ａのＴ１端子－Ｇ端子間にゲートトリガ電流が流れ、トライアック５６ａのＴ１端子－Ｔ２端子間が導通状態となる。

一方、ＣＰＵ９４がローレベルのＤｒｉｖｅ１信号を出力すると、トランジスタ２２５のベース端子にベース電流が流れず、トランジスタ２２５はオンしない。その結果、フォトトライアックカプラ２２１の発光ダイオードは発光せず、フォトトライアックカプラ２２１の受光部が非導通状態となる。そして、トライアック５６ａのゲートトリガ電流は流れず、トライアック５６ａのＴ１端子－Ｔ２端子間が非導通状態となる。ＣＰＵ９４は、用紙Ｐの紙幅情報に基づいて、リレー５７ａを制御して、電力供給される発熱体を切り換える。そして、ＣＰＵ９４は、定着温度センサ５９が検知した温度情報に基づいてトライアック５６ａを制御し、定着装置５０の温度制御を行う。

［温度ヒューズ］
しかしながら、例えばトライアック５６ａのＴ１端子－Ｔ２端子間のショート等の故障が生じた場合には、交流電源５５からヒータ５４への電力供給を制御できなくなる。これにより、ヒータ５４の温度は目標温度に制御することができなくなり、熱暴走状態に陥ることになる。このような場合にも、定着装置５０が著しく破損等したりしないよう、定着装置５０には、過昇温検知部が備えられており、本実施例では、温度ヒューズ１０７が過昇温検知部となる。遮断手段でもある温度ヒューズ１０７は、例えば２０５℃程度より高い温度になると内部のペレットが溶融し、所定量のペレットが溶融すると温度ヒューズ１０７内部の接点が短絡状態から開放状態になる。これにより、交流電源５５からヒータ５４への電力供給が遮断され、上述した熱暴走状態が解消される。

［異常検知部と経路切替え部］
ところで、基板５４ａから温度ヒューズ１０７に熱が伝わる過程において、温度ヒューズ１０７の熱容量により、温度ヒューズ１０７内のペレットに温度が伝わるまでには、相応の時間を要する。加えて、ペレットが溶融を開始してから所定量が溶融するまでにも、相応の時間を要する。すなわち、熱暴走によりヒータ５４が過昇温しても、直ぐに温度ヒューズ１０７が動作し、接点が開放状態となるわけではない。このようなタイムラグがあっても、確実に定着装置５０の安全が確保されるように、本実施例の定着装置５０は、異常検知手段である（異常検知部でもある）オペアンプ２０７、及び経路切替え部であるリレー５７ａを備えている。オペアンプ２０７は、非反転入力端子（＋）には定着温度センサ５９の検知温度を示す電圧Ｖ＿ＴＨが入力され、反転入力端子（－）には基準電圧生成部２０８で生成された基準電圧が入力される。定着温度センサ５９は、温度が高いほど抵抗値が低くなるＮＴＣ特性を有しているため、定着温度センサ５９が検知する温度が高いほど、非反転入力端子（＋）に入力される電圧Ｖ＿ＴＨは高くなる。本実施例では、定着温度センサ５９の検知温度が１８０℃の場合に電圧Ｖ＿ＴＨが２．５Ｖになるよう、抵抗２０２の抵抗値が選定されている。また、基準電圧生成部２０８は、基準電圧として直流電圧２．５Ｖを生成している。オペアンプ２０７の直流電圧Ｖｃｃ２の電圧は、直流ｈＶである。定着温度センサ５９の温度が１８０℃より低い場合、すなわち電圧Ｖ＿ＴＨが２．５Ｖより低い場合には、オペアンプ２０７の出力はＧＮＤ電位と略等しい０Ｖとなる。この場合、ダイオード２０９は非導通状態であり、したがって、トランジスタ２０４はＤｒｉｖｅ２信号のみによって制御されることになる。一方、定着温度センサ５９の温度が１８０℃以上の場合、すなわち電圧Ｖ＿ＴＨが２．５Ｖ以上の場合には、オペアンプ２０７の出力は直流電圧Ｖｃｃ２と略等しい２４Ｖとなる。この場合、ダイオード２０９は導通状態となり、抵抗２１０を介してトランジスタ２０４のベース端子にベース電流が流れ、リレー５７ａはオン状態となる。なお、ダイオード２０６により、オペアンプ２０７の出力が略２４Ｖを出力している際には、Ｄｒｉｖｅ２信号がハイレベル、又はローレベルに関係なく、トランジスタ２０４のベース端子にはベース電流が供給され続ける。そのため、定着温度センサ５９の検知温度が１８０℃以上（所定の温度以上）という定着装置５０にとって異常な温度になった場合には、経路切り換え部であるリレー５７ａの接点５７ａ１は接点５４ａ３側に接続される。

［定着装置の異常時の温度プロファイル］
図５は、定着装置５０が熱暴走状態となり、異常検知部や過昇温検知部により交流電源５５からヒータ５４への電力供給が遮断されるまでの、時間経過に伴う定着温度センサ５９の温度特性（温度プロファイル）を示す図である。

図５（ａ）は、上述した異常検知部と経路切替え部を備える本実施例の定着装置５０の定着温度センサ５９の温度プロファイルを示した図である。図５（ａ）において、横軸は時間（単位：ｓｅｃ（秒））を示し、縦軸は定着温度センサ５９の検知温度（単位：℃）を示す。また、ｔ０～ｔ４は、時間（タイミング）を示す。

図５（ａ）において、時間０～時間ｔ０までは、定着装置５０の冷却状態のヒータ５４に交流電源５５から電力供給が行われ、室温の３０℃から目標温度である１６０℃まで、定着温度センサ５９の検知温度が上昇する様子を示している。次に、時間ｔ０～時間ｔ１間は、発熱体５４ｂ１への電力供給制御を行いながら、定着温度センサ５９の温度が１６０℃に制御されている様子を示している。時間ｔ１は、トライアック５６ａのＴ１端子－Ｔ２端子間のショート等の故障が生じ、ヒータ５４の熱暴走が始まったタイミングである。ヒータ５４の熱暴走が始まると、定着温度センサ５９の温度が急激に上昇する。時間ｔ２に、定着温度センサ５９の検知温度が１８０℃に達すると、前述したように、異常検知部であるオペアンプ２０７が定着温度センサ５９の検知温度の異常を検知すると、リレー５７ａがオン状態となる。そして、交流電源５５からの電力供給先が、発熱体５４ｂ１から発熱体５４ｂ２に切り替わる。前述したように、発熱体５４ｂ２は、発熱体５４ｂ１に比べて定格電力が低いので、熱暴走時の温度上昇が緩やかになる。時間ｔ３は、温度ヒューズ１０７のペレットが溶融を開始したタイミングである。時間ｔ３から期間ｔｄ＿１が経過した後（所定の時間以上続いた後）の時間ｔ４になると、温度ヒューズ１０７内部の接点が開放状態となり、交流電源５５からヒータ５４への電力供給が遮断される。その結果、ヒータ５４の温度は緩やかに低下し、定着装置５０の安全が確保される。

図５（ｂ）は、図５（ａ）との比較のために、本実施例の異常検知部と経路切替え部を備えていない定着装置の、定着温度センサ５９の温度プロファイルを示した図である。図５（ｂ）において、横軸は時間（単位：ｓｅｃ（秒））を示し、縦軸は定着温度センサ５９の検知温度（単位：℃）を示す。また、ｔ０～ｔ２、ｔ５、ｔ６は、時間（タイミング）を示す。

図５（ｂ）において、時間０～時間ｔ２までは、定着温度センサ５９の温度プロファイルは、図５（ａ）と同様の変化をする。定着温度センサ５９の検知温度が１８０℃に達する時間ｔ２において、定着装置が異常検知部と経路切替え部を備えていないため、温度上昇の傾きは緩やかにならない。そのため、図５（ａ）の時間ｔ３よりも早い時間ｔ５で、定着温度センサ５９は２０５℃に到達し、温度ヒューズ１０７のペレットが溶融し始める。そして、時間ｔ５から期間ｔｄ＿２秒が経過した時間ｔ６になると、温度ヒューズ１０７内部の接点が開放状態となり、交流電源５５からヒータ５４への電力供給が遮断される。なお、温度ヒューズ１０７の熱容量は、時間ｔ３から時間ｔ４までの温度変化（図５（ａ）の場合）、時間ｔ５から時間ｔ６までの温度変化（図５（ｂ）の場合）に対して十分大きいため、期間ｔｄ＿１と期間ｔｄ＿２は、略同じ時間幅である。時間ｔ６に、温度ヒューズ１０７内部の接点が開放状態となり、ヒータ５４への電力供給が遮断された後は、ヒータ５４の温度は緩やかに低下し、定着装置５０の安全が確保される。図５（ｂ）の場合、時間ｔ６では、定着温度センサ５９の温度は２６０℃に達している。一方、図５（ａ）の場合、時間ｔ４では定着温度センサ５９の温度は２２０℃である。すなわち、異常検知部と経路切替え部を備える本実施例の定着装置５０の方が、異常検知部と経路切替え部を備えていない場合に比べて、ヒータ５４の温度上昇を４０℃（＝２６０℃－２２０℃）低く抑えられ、定着装置５０へのダメージを低減することができる。

以上説明したように、異常検知や経路切替えを行うために、定着温度センサ５９やリレー５７ａを用いることにより、コスト増加や装置の大型化を最小限に抑えることができる。更に、異常検知した際に、定格電力が低い発熱体に電力供給先を切り換えることで、ヒータの温度上昇を緩やかにし、過昇温時の定着装置５０へのダメージを最小限にすることができる。なお、異常検知部にラッチ機能やヒステリシス機能を設け、一度、異常検知温度を上回った後に、再度、定着温度センサ５９の温度が１８０℃未満を検知しても異常検知が解除されないようにしてもよい。また、温度ヒューズ１０７の代わりにサーモスイッチを用いたり、定着温度センサ５９に用いたサーミスタの代わりにサーモパイルを用いたりするなど、本実施例の構成部品と同等の機能を有する部品を用いても本実施例の効果が変わるわけではない。

以上説明したように、本実施例によれば、コストアップや装置の大型化を抑制しつつ、定着装置の異常時にヒータの急激な温度上昇を抑制することができる。

実施例１では、一対の発熱体を２種類有するヒータの実施例について説明した。実施例２では、３種類の発熱体を有するヒータの実施例について説明する。

［定着装置の回路構成］
図６は、定着装置５０の回路構成を示す全体概略図である。ヒータ５４は、発熱体５４ｂ１と発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４を備えている。第１の発熱体である発熱体５４ｂ１は、実施例１で用いた発熱体と同様の一対のメイン発熱体であり、ここでの説明を省略する。発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４はともにサブ発熱体で、メイン発熱体５４ｂ１の機能を補助する発熱体である。第２の発熱体である発熱体５４ｂ３は、Ｂ５程度の用紙幅の用紙Ｐを定着するために適した発熱体である。一方、第３の発熱体である発熱体５４ｂ４は、Ａ５程度の用紙幅の用紙Ｐを定着するために適した発熱体であり、主としてＡ５より紙幅の狭い用紙Ｐを加熱する際に使用される。実施例１と同様に、定着装置５０は、起動時には定着装置５０を冷めた状態から所定の温度まで立ち上げるために、主に発熱体５４ｂ１を発熱させる。そして、所定の温度まで立ち上がった定常状態になると、使用する用紙Ｐの紙幅に応じて、使用する発熱体を、発熱体５４ｂ１、発熱体５４ｂ３、又は発熱体５４ｂ４に切り換える。なお、発熱体５４ｂ１の定格電力は、発熱体５４ｂ３、５４ｂ４の定格電力より大きくなるように設定されているものとする。

発熱体５４ｂ１は、長手方向（図６において上下方向）の長さが略同じ長さの一対の発熱体である。発熱体５４ｂ１、５４ｂ３、５４ｂ４の長手方向の長さは、発熱体５４ｂ１が最も長く、次に発熱体５４ｂ３が長く、発熱体５４ｂ４が最も短い。また、基板５４ａの短手方向（図６において左側から右側方向）に、発熱体５４ｂ１、発熱体５４ｂ４、発熱体５４ｂ３、発熱体５４ｂ１の順に配置されている。

発熱体５４ｂ１、５４ｂ３が接続される接点５４ｄ１、発熱体５４ｂ４が接続される接点５４ｄ２、発熱体５４ｂ３が接続される接点５４ｄ３、発熱体５４ｂ１、５４ｂ４が接続される接点５４ｄ４は、図６に示す定着装置５０を制御する回路に接続されている。第１の接点である接点５４ｄ１は、ｃ接点構造のリレー５７ｂの接点５７ｂ３に接続され、第２の接点である接点５４ｄ２は、リレー５７ｂの接点５７ｂ４に接続されている。一方、第３の接点である接点５４ｄ３は、ｃ接点構造のリレー５７ａの接点５７ａ３に接続され、第４の接点である接点５４ｄ４は、リレー５７ａの接点５７ａ４に接続されている。

ＣＰＵ９４から出力されるＤｒｉｖｅ２信号により制御される、第１のリレーであるリレー５７ａの動作は、実施例１と同様であり、ここでの説明を省略する。第２のリレーであるリレー５７ｂは、リレー５７ａと同様のｃ接点構造のリレーであり、コイル部５７ｂ２と接点５７ｂ１、５７ｂ３、５７ｂ４を有している。なお、リレー５７ａ、５７ｂは、発熱体切り替え器５７である。コイル部５７ｂ２は、一方の端子が２４Ｖの直流電圧Ｖｃｃ２に接続され、もう一方の端子はトランジスタ３０１のコレクタ端子に接続されている。ＣＰＵ９４から出力されるＤｒｉｖｅ３信号がローレベルのときには、ダイオード３０３が非導通状態となり、トランジスタ３０１のベース端子に電流は流れず、トランジスタ３０１はオフ状態となる。そのため、コイル部５７ｂ２には電流が流れないため、リレー５７ｂの接点５７ｂ１は接点５７ｂ３と接続される。以下、この状態をリレー５７ｂのオフ状態という。一方、ＣＰＵ９４から出力されるＤｒｉｖｅ３信号がハイレベルのときには、ダイオード３０３が導通状態となり、電流制限抵抗３０２を介してトランジスタ３０１のベース端子にベース電流が流れる。これによりトランジスタ３０１のコレクタ－エミッタ間電圧が０．２～０．３Ｖ程度の飽和電圧となり、トランジスタ３０１がオンする。トランジスタ３０１がオンすると、コレクタ電流が流れ、コイル部５７ｂ２両端に電位差が生じ、コイル部５７ｂ２に電流が流れる。コイル部５７ｂ２に電流が流れると、コイル部５７ｂ２に発生する磁力により、接点５７ｂ１は接点５７ｂ４と接続される。以下、この状態をリレー５７ｂのオン状態という。定着装置５０の初期設定では、ＣＰＵ９４から出力されるＤｒｉｖｅ２信号、Ｄｒｉｖｅ３信号はともにローレベル設定となり、交流電源５５から発熱体５４ｂ１への電力供給経路が選択された状態となる。

このように、ＣＰＵ９４は、用紙Ｐの紙幅情報に基づいて用紙幅に応じて適切な発熱体を選択し、選択された発熱体に交流電源５５からの電力供給が行われるように、リレー５７ａ、リレー５７ｂを制御し、接続する接点を切り替える。なお、定着温度センサ５９、及び定着温度センサ５９の温度情報に基づいて行われるＣＰＵ９４のトライアック５６ａの制御は、実施例１と同様であり、ここでの説明は省略する。

［電力検知部］
電力検知部４００は、電圧検知部４０１、電流検知部４０２、及び電力実効値演算部４０３を有している。電圧検知部４０１は、交流電源５５からヒータ５４に入力される交流電圧値を検知する。電流検知部４０２は、交流電源５５からヒータ５４へ供給される電流値を検知する。電圧検知部４０１で検知された電圧値と、電流検知部４０２で検知された電流値は、電力実効値演算部４０３に出力される。電力値演算部である電力実効値演算部４０３は、電圧検知部４０１及び電流検知部４０２で検知された電圧値と電流値から電力実効値を算出し、算出した電力実効値をｒｍｓ信号として、ＣＰＵ９４に送信する。ＣＰＵ９４は、定着装置５０を起動する場合には、定着温度センサ５９の温度情報ではなく、ｒｍｓ信号に基づいて、ヒータ５４への供給電力が一定値になるように、トライアック５６ａを制御する。交流電源５５の出力電圧が、装置の設置環境等により様々な場合（例えば、１００Ｖ～２４０Ｖ等）においても、このような電力制御を行うことで、オーバーシュートやアンダーシュートの少ない、良好な定着装置５０の起動特性を実現することができる。

［サーモスイッチ］
定着装置５０において、例えばＣＰＵ９４が故障し、トライアック５６ａが制御されない状況になった場合には、ヒータ５４は所定の温度に制御することができなくなる。特にＣＰＵ９４が、ヒータ５４の温度を実際よりも低く検知するように故障した場合には、ヒータ５４は過昇温状態になる。このような場合にも、定着装置５０が著しく破損等したりしないよう、定着装置５０には過昇温検知部が備えられており、本実施例ではサーモスイッチ２２７が過昇温検知部となる。遮断手段でもあるサーモスイッチ２２７は、２７０℃以上で動作する。サーモスイッチ２２７は、２７０℃未満の温度ではショート状態となり、電流検知部４０２とリレー５７ｂの接点５７ｂ１とを接続し、交流電源５５からヒータ５４への電力供給路を形成する。一方、サーモスイッチ２２７は、２７０℃以上の温度でオープン状態となり、電流検知部４０２とリレー５７ｂの接点５７ｂ１との接続が切断され、交流電源５５からヒータ５４への電力供給が遮断される。

［異常検知部と経路切替え部］
本実施例の定着装置５０は、過昇温検知部であるサーモスイッチ２２７に加えて、異常検知部であるオペアンプ２０７と経路切替え部であるリレー５７ａ、リレー５７ｂを備えている。オペアンプ２０７の非反転入力端子（＋）には、実施例１では定着温度センサ５９の検知温度を示す電圧Ｖ＿ＴＨが入力されていたが、本実施例では、電力検知部４００の電力実効値演算部４０３の出力であるｒｍｓ信号が入力される点が異なる。オペアンプ２０７のその他の構成については、実施例１と同様であり、ここでの説明を省略する。定着装置５０に供給される電力が想定より大きい場合には、オペアンプ２０７の非反転入力端子（＋）に入力されるｒｍｓ信号の電圧が基準電圧生成部２０８の基準電圧より高くなる。その結果、オペアンプ２０７は、ハイレベルの異常検知信号を出力する。

オペアンプ２０７が、ハイレベルの異常検知信号を出力すると、ダイオード２０９が導通状態となり、抵抗２１０を介して、トランジスタ２０４のベース端子にベース電流が流れる。その結果、トランジスタ２０４がオンし、コイル部５７ａ２に電流が流れ、リレー５７ａがオン状態となる。更に、オペアンプ２０７が、ハイレベルの異常検知信号を出力すると、ダイオード３０５が導通状態となり、抵抗３０４を介して、トランジスタ３０１のベース端子にベース電流が流れる。その結果、トランジスタ３０１がオンし、コイル部５７ｂ２に電流が流れ、リレー５７ｂがオン状態となる。その結果、リレー５７ａの接点５７ａ１は接点５７ａ３と接続され、リレー５７ｂの接点５７ｂ１は接点５７ｂ４と接続される。その結果、交流電源５５は、発熱体５４ｂ４、発熱体５４ｂ１、発熱体５４ｂ３の３つの発熱体を直列に接続した抵抗体に接続され、電力供給を行うことになる。

［定着装置の異常時の温度プロファイル］
図７は、前述したようにＣＰＵ９４が故障した場合の、異常検知部や過昇温検知部により交流電源５５からヒータ５４への電力供給が遮断されるまでの、時間経過に伴う定着温度センサ５９の温度特性（温度プロファイル）を示す図である。図７（ａ）は、上述した異常検知部と経路切替え部を備える本実施例の定着装置５０の定着温度センサ５９の温度プロファイルを示した図である。図７（ａ）において、横軸は時間（単位：ｓｅｃ（秒））を示し、縦軸は定着温度センサ５９の検知温度（単位：℃）を示す。また、ｔ７～ｔ１０は、時間（タイミング）を示す。

図７（ａ）の時間ｔ７は、定着装置５０の冷却状態のヒータ５４に交流電源５５から電力供給が開始されたタイミングである。図７では、時間ｔ７の時点で、既にＣＰＵ９４には、ヒータ５４の温度を実際より低く検知してしまう故障が生じており、定着装置５０は電力供給開始と同時に熱暴走状態になっているものとする。時間ｔ７と時間ｔ８との期間時間ｔｄ＿３の間に、電力検知部４００の電力実効値演算部４０３が出力するｒｍｓ信号に基づいて、異常検知部であるオペアンプ２０７は異常な電力を検知する。例えば、定着装置５０の定格電力が１０００Ｗあれば、異常と判断する電力は１２００Ｗと設定されているものとする。オペアンプ２０７がｒｍｓ信号に基づいて１２００Ｗ以上（所定の電力値以上）の電力が供給されていることを検知すると、オペアンプ２０７は、ハイレベルの異常検知信号を出力する。その結果、上述した経路切替え部であるリレー５７ａ、５７ｂの動作により、時間ｔ８で、リレー５７ａ、リレー５７ｂがオン状態に設定される。これにより、時間ｔ８以降は、交流電源５５からの電力は、発熱体５４ｂ１、５４ｂ３、５４ｂ４の３つの発熱体が直列に接続されて形成された抵抗体へ供給されるように接点が切り替わり、直列接続された抵抗体の熱暴走状態が継続する。時間ｔ９は、過昇温検知部であるサーモスイッチ２２７が反応し始めたタイミングである。直列接続された抵抗体で形成されたヒータ５４の温度がサーモスイッチ２２７の動作温度である２７０℃に到達すると、サーモスイッチ２２７が反応し始める。時間ｔ９から期間ｔｄ＿４秒が経過した後に、サーモスイッチ２２７の感熱部に十分に熱が加わり、サーモスイッチ２２７内部の接点が開放状態となり、交流電源５５からヒータ５４への電力供給が遮断される。

図７（ｂ）は、図７（ａ）との比較のために、本実施例の異常検知部と経路切替え部を備えていない定着装置の、定着温度センサ５９の温度プロファイルを示した図である。図７（ｂ）において、横軸は時間（単位：ｓｅｃ（秒））を示し、縦軸は定着温度センサ５９の検知温度（単位：℃）を示す。また、ｔ７、ｔ８、ｔ１１、ｔ１２は、時間（タイミング）を示す。

図７（ｂ）において、時間ｔ７～時間ｔ８までは、定着温度センサ５９の温度プロファイルは、図７（ａ）と同様の変化をする。定着温度センサ５９の検知温度が１５０℃に達する時間ｔ８において、定着装置が異常検知部と経路切替え部を備えていないため、温度上昇の傾きは緩やかにならない。そのため、図７（ａ）の時間ｔ９よりも早い時間ｔ１１で、定着温度センサ５９は２７０℃に到達し、サーモスイッチ２２７が動作し始める。そして、時間ｔ１１から期間ｔｄ＿５秒が経過した後の時間ｔ１２に、サーモスイッチ２２７内部の接点が開放状態となり、交流電源５５からヒータ５４への電力供給が遮断される。なお、時間ｔ１２での定着温度センサ５９の検知温度は３７０℃である。サーモスイッチ２２７の感熱部の熱容量は、時間ｔ９から時間ｔ１０の温度変化（図７（ａ）の場合）、又は時間ｔ１１から時間ｔ１２の温度変化（図７（ｂ）の場合）に対して十分大きいため、期間ｔｄ＿４と期間ｔｄ＿５は、略同じ時間幅である。時間ｔ１２に、サーモスイッチ２２７内部の接点が開放状態となった後は、ヒータ５４への電力供給が遮断されるため、ヒータ５４の温度は緩やかに低下し、定着装置５０の安全が確保される。

図７（ｂ）の場合、時間ｔ１２で、定着温度センサ５９の温度は３７０℃に達している。一方、図７（ａ）の場合、時間ｔ１０で定着温度センサ５９の温度は２８０℃である。すなわち、異常検知部と経路切替え部を備える本実施例の定着装置５０の方が、異常検知部と経路切替え部を備えていない場合に比べて、ヒータ５４の温度上昇を９０℃（＝３７０℃－２８０℃）低く抑えられ、定着装置５０へのダメージを低減することができる。

以上説明したように、本実施例では、異常検知や経路切替えを行うため、オペアンプ２０７、電力検知部４００、リレー５７ａ、５７ｂを用いている。そして、定着装置５０に供給される電力が想定より大きい場合には、電力を供給する発熱体の接続を切り替えることにより、ヒータ５４の過昇温の温度上昇を緩やかにしている。また、定着温度センサ５９の温度とは別のパラメータである電力の異常を検知する異常検知部を備えることにより、定着温度センサ５９の目標温度より低い温度で経路切替え部を動作させる。これにより、コスト増加や装置の大型化を抑制しつつ、過昇温時の定着装置５０へのダメージを最小限に抑制することができる。サーモスイッチ２２７の代わりに温度ヒューズ１０７を用いたり、定着温度センサ５９に用いたサーミスタの代わりにサーモパイルを用いたりするなど、本実施例の構成部品と同等の機能を有する部品を用いても本実施例の効果が変わるわけではない。

以上説明したように、本実施例によれば、コストアップや装置の大型化を抑制しつつ、定着装置の異常時にヒータの急激な温度上昇を抑制することができる。

実施例３では、ヒータの熱暴走状態においてヒータを有する基板の破損を防ぐため、異常検知部や経路切替え部を用いて、熱暴走時に電力を供給する発熱体を切り替える構成について説明する。

［定着装置の回路構成］
図８は、定着装置５０の回路構成を示す全体概略図である。ヒータ５４は、第１の発熱体である発熱体５４ｂ５と、第２の発熱体である発熱体５４ｂ６を有する。発熱体５４ｂ５、５４ｂ６の発熱時にヒータ５４の基板５４ａに加わる熱応力が高くなると、セラミック製の基板５４ａは破損することがある。基板５４ａが破損すると、定着装置５０も著しく破損してしまうことになる。ヒータ５４の基板５４ａに加わる熱応力は、発熱体５４ｂ５と発熱体５４ｂ６と発熱体がない部分との温度差によって生じる。本実施例のヒータ５４は、発熱体５４ｂ５が発熱する場合の方が、発熱体５４ｂ６が発熱する場合に比べて、図中Ｘ軸方向（ヒータ５４の短手方向）の温度分布の均一性が高い。そのため、ヒータ５４の基板５４ａに加わる熱応力が小さくなり、基板５４ａは破損しにくくなる。そこで、本実施例では、発熱体５４ｂ６が熱暴走状態となった場合には、交流電源５５からヒータ５４への電力供給経路を切り替えて、発熱体５４ｂ５にも電力供給を行う。これにより、Ｘ軸方向の温度分布の均一性を高めて、基板５４ａに加わる熱応力を下げることで、過昇温時にヒータ５４の基板５４ａが破損しにくくなる制御を行う。

発熱体５４ｂ５は、ヒータ５４の長手方向において、中央部の抵抗値が高く、端部に行くほど徐々に抵抗値が低くなる特性を有する、テーパー形状の発熱体である。一方、発熱体５４ｂ６は、ヒータ５４の長手方向において、中央部の抵抗値が低く、端部に行くほど徐々に抵抗値が高くなる特性を有する、テーパー形状の発熱体である。また、発熱体５４ｂ５及び発熱体５４ｂ６は、温度によって抵抗値が変化せず、抵抗値が一定となる特性を有する発熱体である。そのため、ヒータ５４は、発熱体５４ｂ５と発熱体５４ｂ６を交互に発熱させたり、同時に発熱させたりすることにより、図中Ｙ軸方向（ヒータ５４の長手方向）の発熱が均等になるように設計されたヒータである。

図８に示すように、図中Ｘ軸方向（ヒータ５４の短手方向）において、一対の発熱体５４ｂ５は、発熱体５４ｂ６を挟むように配置されている。一対の発熱体５４ｂ５は、図中Ｙ軸方向の長さが略同じ長さであり、発熱体５４ｂ６の図中Ｙ軸方向の長さも略同じ長さである。一対の発熱体５４ｂ５の一端及び発熱体５４ｂ６の一端が接続される接点５４ｄ２、発熱体５４ｂ６の他端が接続される接点５４ｄ３、一対の発熱体５４ｂ５の他端が接続される接点５４ｄ４は、図８に示す定着装置５０を制御する回路に接続されている。接点５４ｄ２は、過昇温検知部であるサーモスイッチ２２７を介して電流検知部４０２に接続されている。電流検知部４０２は、交流電源５５に接続されている。

接点５４ｄ３は、トライアック５６ｂに接続されている。第２のスイッチであるトライアック５６ｂは、ＣＰＵ９４から出力されるＤｒｉｖｅ２信号により導通、非導通が制御される。具体的には、ＣＰＵ９４がハイレベルのＤｒｉｖｅ２信号を出力すると、ダイオード２４１が導通状態となり、抵抗２３６を介して、トランジスタ２３５のベース端子にベース電流が流れ、これによりトランジスタ２３５がオンする。トランジスタ２３５がオンすると、フォトトライアックカプラ２３１の発光ダイオードが導通状態となって、抵抗２３４を介して電流が流れ、発光ダイオードが発光し、フォトトライアックカプラ２３１の受光部が導通状態となる。フォトトライアックカプラ２３１の受光側が導通状態になると、電流制限抵抗２３２を介してトライアック５６ｂのＴ１端子－Ｇ端子間にゲートトリガ電流が流れ、トライアック５６ｂのＴ１端子－Ｔ２端子間が導通状態となる。一方、ＣＰＵ９４がローレベルのＤｒｉｖｅ２信号を出力すると、ダイオード２４１が非導通状態となり、トランジスタ２３５のベース端子にベース電流が流れず、トランジスタ２３５はオンしない。その結果、フォトトライアックカプラ２３１の発光ダイオードは発光せず、フォトトライアックカプラ２３１の受光部も非導通状態となる。そして、トライアック５６ｂのゲートトリガ電流は流れず、トライアック５６ｂのＴ１端子－Ｔ２端子間が非導通となる。

接点５４ｄ４は、第１のスイッチであるトライアック５６ａに接続され、トライアック５６ａはＣＰＵ９４から出力されるＤｒｉｖｅ１信号によりトライアック５６ａの導通、非導通が制御される。トライアック５６ａを駆動する回路構成は、抵抗２２６とＣＰＵ９４との間にダイオード２４２が追加されている点を除けば、実施例１、２と同様の回路構成であり、ここでの説明を省略する。このように、ＣＰＵ９４は、定着温度センサ５９の検知温度が目標温度になるように、トライアック５６ａ、５６ｂを制御する。

［電力検知部］
図８に示すように、電力検知部４００は、電流検知部４０２、記憶部４０４、電力実効値演算部４０３から構成される。記憶部４０４は、ＥＥＰＲＯＭであり、予め所定の室温（約３０℃）で測定された発熱体５４ｂ６の抵抗値、及び発熱体５４ｂ５の抵抗値が格納されている。電流検知部４０２は、実施例２と同様であり、ここでの説明は省略する。なお、本実施例の電流検知部４０２は、検知した電流値をＣＰＵ９４に出力する。電力実効値演算部４０３は、記憶部に格納された抵抗値と、電流検知部４０２で検知した電流値と、に基づいて、電力実効値を演算し、演算した電力実効値をｒｍｓ信号として、ＣＰＵ９４内の積算電力演算部５０１に出力する。ＣＰＵ９４内部に設けられた積算電力演算部５０１は、電力実効値演算部４０３からｒｍｓ信号で出力された電力実効値と、ヒータ５４への電力供給時間と、から、ヒータ５４へ供給された積算電力値Ｗ＿ｉｎｔｅｇを算出する。なお、ＣＰＵ９４は、ヒータ５４への電力供給時間を計測するために、タイマを有しているものとする。ＣＰＵ９４は、電流検知部４０２が検知した電流値に基づいて、検知した電流値が予め定められた電流値である１５Ａ以上の場合には、次のような制御を行う。すなわち、ＣＰＵ９４は、Ｄｒｉｖｅ１信号、Ｄｒｉｖｅ２信号によりトライアック５６ａ、５６ｂを制御して、交流電源５５からヒータ５４への電力供給を遮断する。このように、ＣＰＵ９４は、交流電源５５からヒータ５４に流れる電流値が１５Ａ未満となるように、トライアック５６ａ、５６ｂを制御する。本実施例では、過昇温検知部は、実施例２と同様にサーモスイッチ２２７を用いている。サーモスイッチ２２７の動作は実施例２と同様であり、ここでの説明は省略する。

［異常検知部と経路切替え部］
本実施例の定着装置５０は、過昇温検知部であるサーモスイッチ２２７に加えて、異常検知部であるオペアンプ２３７と、発熱体への電力供給経路を切り替える切替え部であるトライアック５６ａ、５６ｂを備えている。オペアンプ２３７の非反転入力端子（＋）には、積算電力演算部５０１からヒータ５４へ供給された積算電力値Ｗ＿ｉｎｔｅｇが入力される。一方、オペアンプ２３７の反転入力端子（－）には基準電圧生成部２３８で生成された基準電圧が入力される。基準電圧生成部２３８は、基準電圧として直流電圧２．５Ｖを生成している。オペアンプ２３７の直流電圧Ｖｃｃ２の電圧は、直流電圧２４Ｖである。積算電力値Ｗ＿ｉｎｔｅｇの電圧値が基準電圧生成部２３８の基準電圧より高い場合には、オペアンプ２３７はハイレベルの信号を出力する。オペアンプ２３７がハイレベルの信号を出力することにより、ダイオード２３９が導通状態となり、抵抗２４０を介してトランジスタ２２５のベース端子にベース電流が流れる。その結果、Ｄｒｉｖｅ１信号がハイレベル、ローレベルの状態に関係なく、トライアック５６ａのＴ１端子－Ｔ２端子間を導通状態に設定することができる。例えば、定着装置５０の定格電力を１０００Ｗとすると、８００Ｗは異常な電力ではない。しかしながら、８００Ｗが７秒間連続してヒータ５４に供給されることは正常な動作としては有り得ない場合には、８００Ｗ×７秒以上の状態は異常な状態と定義することができる。すなわち、基準電圧生成部２３８が生成する基準電圧を「８００Ｗ×７秒」に相当する積算電力値Ｗ＿ｉｎｔｅｇに対応する電圧値に設定する。これにより、「８００Ｗ×７秒」以上の異常な積算電力がヒータ５４に供給された場合には、積算電力値Ｗ＿ｉｎｔｅｇに対応する電圧値が基準電圧生成部２３８の基準電圧よりも高くなり、オペアンプ２３７はハイレベルの信号を出力する。そして、オペアンプ２３７がハイレベルの信号を出力することにより、上述したように、トライアック５６ａのＴ１端子－Ｔ２端子間が導通状態となり、発熱体５４ｂ５に電力供給が行われる。

［定着装置の異常時の温度プロファイル］
ここで、例えばトライアック５６ｂが故障し、トライアック５６ｂが常時導通状態となる故障によりヒータ５４が過昇温するような状況を想定する。図９は、トライアック５６ｂが故障してヒータ５４が過昇温状態となった場合の、異常検知部や過昇温検知部により交流電源５５からヒータ５４への電力供給が遮断されるまでの、定着温度センサ５９の温度特性、熱応力の特性を示す図である。

図９（ａ）は、上述した異常検知部と経路切替え部を備える本実施例の定着装置５０の定着温度センサ５９の温度プロファイルを示した図である。図９（ａ）において、横軸は時間（単位：ｓｅｃ（秒））を示し、縦軸は定着温度センサ５９の検知温度（単位：℃）を示す。また、ｔ１４～ｔ１８は、時間（タイミング）を示す。

図９（ａ）において、時間０～時間ｔ１４までは、定着装置５０の冷却状態のヒータ５４に交流電源５５から電力供給が行われ、室温の３０℃から目標温度である２００℃まで、定着温度センサ５９の検知温度が上昇する様子を示している。次に、時間ｔ１４～時間ｔ１５の間は、発熱体５４ｂ５、発熱体５４ｂ６への電力供給が正常に制御され、定着温度センサ５９の温度が２００℃に制御されている様子を示している。時間ｔ１５は、トライアック５６ｂが故障し、トライアック５６ｂが常時導通状態となるタイミングである。時間ｔ１５～時間ｔ１６の間は、交流電源５５から発熱体５４ｂ６に常時、電力が供給され、発熱体５４ｂ６が熱暴走した状態となっている。時間ｔ１５から時間ｔ１６の間で、ＣＰＵ９４の積算電力演算部５０１は、時間ｔ１５から時間ｔ１６の間の期間ｔｄ＿６において発熱体５４ｂ６へ供給された電力を含む、ヒータ５４へ供給された積算電力値Ｗ＿ｉｎｔｅｇを出力する。異常検知部であるオペアンプ２３７は、積算電力演算部５０１から出力された積算電力値Ｗ＿ｉｎｔｅｇに基づいて、異常な積算電力がヒータ５４に電力供給されたと判断すると、ハイレベルの信号を出力する。これにより、時間ｔ１６の時点で、トライアック５６ａのＴ１端子－Ｔ２端子間を常時導通状態に設定される。その結果、時間ｔ１６～時間ｔ１７の期間では、発熱体５４ｂ５と発熱体５４ｂ６がともに交流電源５５から電力を供給され、発熱状態となる。そのため、時間ｔ１７で、定着温度センサ５９により検知されたヒータ５４の温度が２７０℃に達すると、過昇温防止手段であるサーモスイッチ２２７が動作し始める。そして、時間ｔ１８で、サーモスイッチ２２７の接点が開放状態となり、交流電源５５からヒータ５４への電力供給が遮断される。

図９（ｂ）は、上述した異常検知部と経路切替え部を備える本実施例の定着装置５０の基板５４ａに加わる熱応力のプロファイルを示した図である。図９（ｂ）において、横軸は時間［単位：ｓｅｃ（秒）］を示し、縦軸は基板５４ａの長手辺における熱応力の最大値［単位：ＭＰａ］を示している。図９（ａ）では、時間ｔ１６～時間ｔ１７の期間における定着温度センサ５９の検知温度は、時間ｔ１５～時間ｔ１６の期間の検知温度に比べて、検知温度の温度上昇は大きくなっている。一方、図９（ｂ）では、時間ｔ１６～時間ｔ１８の期間の熱応力は、時間ｔ１５～時間ｔ１６の期間の熱応力に比べて、熱応力の上昇が緩やかになっている。これは、本実施例の図８に示す基板５４ａ上の発熱体５４ｂ５、５４ｂ６の配置位置に依るものである。すなわち、ヒータ５４（ヒータ５４の基板５４ａ）が破損しにくいように熱応力を低減させるために、本実施例では発熱体５４ｂ５にも強制的に電力供給を行い、ヒータ５４の温度上昇が大きくなったとしても、発熱体５４ｂ６だけが発熱する状態を回避している。このように、発熱体５４ｂ５、５４ｂ６に同時に電力供給を行い発熱させることで、Ｘ方向（図８参照）の温度分布むらを低減させ、ヒータ５４に加わる熱応力を低減しヒータ５４が破損しにくい状態に設定することで、定着装置５０へのダメージを抑制している。

以上説明したように、本実施例では、異常を検知するために、電力検知部４００や積算電力演算部５０１を用いることで、コスト増加や装置の大型化に抑えつつ、過昇温時の定着装置５０へのダメージを最小限に抑制することができる。

［その他の実施例］
図１０は、図８で説明した定着装置５０の一部の構成を変更した定着装置の回路構成を示す全体概略図である。図１０では、電力検知部４００が、電圧検知部４０１、発熱体５４ｂ５、５４ｂ６の抵抗値を記憶した記憶部４０４、電力実効値演算部４０３を有している点が、図８に示す定着装置５０の回路構成とは異なる点である。その他の構成については、図８に示す回路構成と同様であり、ここでの説明を省略する。前述した図８の定着装置５０では、電力実効値演算部４０３は、電流検知部４０２で検知した電流値と記憶部４０４に格納された発熱体の抵抗値とから、電力実効値を演算している。一方、図１０に示す定着装置では、電力実効値演算部４０３は、電圧検知部４０１で検知された電圧値と記憶部４０４に格納された発熱体の抵抗値とから、電力実効値を演算する構成としているが、このような構成により電力実効値を演算してもよい。なお、上述した実施例２の電力検知部４００のように、電力実効値演算部４０３は電圧値と電流値に基づいて、電力実効値を算出してもよい。また、実施例２の電力検知部４００の構成を、実施例３の電力検知部４００と同様の構成にしてもよい。サーモスイッチ２２７の代わりに温度ヒューズを用いたり、定着温度センサ５９に用いたサーミスタの代わりにサーモパイルを用いたりするなど、本実施例の構成部品と同等の機能を有する部品を用いても本実施例の効果が変わるわけではない。

以上説明したように、本実施例によれば、コストアップや装置の大型化を抑制しつつ、定着装置の異常時にヒータの急激な温度上昇を抑制することができる。

実施例４では、実施例２と同様に３種類発熱体を有するヒータを駆動するが、実施例２とは回路構成の異なる定着装置について説明する。

［定着装置の回路構成］
図１１は、本実施例の定着装置５０の全体概略図を示す図である。ヒータ５４は、交流電源５５からの電力供給を受け、発熱する。ヒータ５４は、基板５４ａの上に形成された発熱体５４ｂ１、５４ｂ２、５４ｂ３、接点５４ｄ１、５４ｄ２、５４ｄ３、５４ｄ４を有している。発熱体５４ｂ２は、接点５４ｄ２、５４ｄ３に接続される点が、実施例２とは異なる。また、発熱体５４ｂ２は、発熱体５４ｂ３に比べて定格電力が低い。ヒータ５４のその他の構成は、実施例２と同様であり、ここでの説明を省略する。

スイッチ部であるリレー５８ａは、Ａ接点構造のリレーであり、コイル部５８ａ３、及び接点５８ａ１、５８ａ２を有している。コイル部５８ａ３は、一方の端子が２４Ｖの直流電圧Ｖｃｃ４に接続され、もう一方の端子はトランジスタ２４５のコレクタ端子に接続されている。定着装置５０の初期設定では、ＣＰＵ９４から出力されるＤｒｉｖｅ４信号はローレベル設定となり、これによりトランジスタ２４５はオフし、リレー５８ａはオフ状態となり、交流電源５５から発熱体５４への電力供給が遮断された状態となる。一方、ＣＰＵ９４がハイレベルのＤｒｉｖｅ４信号を出力した場合には、抵抗２４６を介してトランジスタ２４５のベース端子にベース電流が流れる。これにより、トランジスタ２４５のコレクタ端子－エミッタ端子間電圧が０．２～０．３Ｖ程度の飽和電圧となって、トランジスタ２４５がオンする。トランジスタ２４５がオンすると、トランジスタ２４５にコレクタ電流が流れることにより、コイル部５８ａ３両端に電位差が生じ、コイル部５８ａ３に電流が流れ、コイル部５８ａ３に発生する磁力により、接点５８ａ１は接点５８ａ２と接続される。以下、この状態をリレー５８ａのオン状態という。

温度ヒューズ１０７は、一端を外部から供給される２４Ｖである直流電圧Ｖｃｃ３に接続され、他端を直流電圧Ｖｃｃ４に接続される。温度ヒューズ１０７は、所定の温度を超えると、温度ヒューズ１０７内部の接点が開放状態となる。温度ヒューズ１０７内部の接点が開放状態となると、外部より供給される２４Ｖである直流電圧Ｖｃｃ３と、直流電圧Ｖｃｃ４への接続が切れ、直流電圧Ｖｃｃ４が０Ｖとなる。これにより、リレー５８ａのコイル部５８ａ３に直流電圧Ｖｃｃ４が供給されず、リレー５８ａはオフ状態となり、交流電源５５からヒータ５４への電力供給路が切断されて電力供給を遮断することで、定着装置５０の安全が確保される。定着温度センサ５９は、実施例１と同様の構成であり、ここでの説明は省略する。

発熱体５４ｂ１の一端、及び発熱体５４ｂ３の一端が接続される接点５４ｄ１、及び発熱体５４ｂ２の一端が接続される接点５４ｄ２は、図１１に示す定着装置５０を制御する回路に接続されている。同様に、発熱体５４ｂ２の他端、及び発熱体５４ｂ３の他端が接続される接点５４ｄ３、及び発熱体５４ｂ１の他端が接続される接点５４ｄ４も、図１１に示す定着装置５０を制御する回路に接続されている。第１の接点である接点５４ｄ１は、ａ接点構造のリレー５８ａの接点５８ａ２に接続され、第２の接点である接点５４ｄ２は、ｃ接点構造のリレー５７ａの接点５７ａ４、抵抗２３２、トライアック５６ｂに接続されている。一方、第３の接点である接点５４ｄ３は、ｃ接点構造のリレー５７ａの接点５７ａ１に接続され、第４の接点である接点５４ｄ４は、トライアック５６ａ、抵抗２２２に接続されている。

ＣＰＵ９４から出力されるＤｒｉｖｅ３信号により制御されるリレー５７ａの動作は、実施例１の図４のリレー５７ａと同様であり、ここでの説明を省略する。定着装置５０の初期設定では、ＣＰＵ９４から出力されるＤｒｉｖｅ３信号はローレベル設定となり、これによりリレー５７ａの接点５７ａ１と接点５７ａ４が接続された状態となり、交流電源５５から発熱体５４ｂ３への電力供給経路が選択された状態となる。

Ｄｒｉｖｅ１信号により制御されるトライアック５６ａ、及びＤｒｉｖｅ２信号により制御されるトライアック５６ｂの動作は、実施例１の図４及び実施例２の図６のトライアック５６ａと同様であり、ここでの説明は省略する。リレー５８ａがオン状態の時、トライアック５６ａを制御することにより発熱体５４ｂ１へ交流電源５５より電力が供給されて、ヒータ５４が加熱される。同じく、リレー５８ａがオン状態で、かつ、ｃ接点リレー５７ａがオン状態の時、トライアック５６ｂを制御することにより、発熱体５４ｂ２へ交流電源５５より電力が供給されヒータ５４が加熱される。リレー５８ａがオン状態で、かつ、ｃ接点リレー５７ａがオフ状態の時、発熱体５４ｂ３へ、交流電源５５より電力が供給され、ヒータ５４が加熱される。ヒータ幅と用紙の関係は実施例１と同様であり、ここでは説明を省略する。

このように、ＣＰＵ９４は、用紙Ｐの紙幅情報に基づいて用紙幅に応じて適切な発熱体を選択し、選択された発熱体に交流電源５５からの電力供給が行われるように、リレー５７ａを制御し、接続する接点を切り替える。また、ＣＰＵ９４は、トライアック５６ａ、５６ｂを制御する。なお、定着温度センサ５９、及び定着温度センサ５９の温度情報に基づいて行われるＣＰＵ９４のトライアック５６ａの制御は、実施例１と同様であり、ここでの説明は省略する。

［温度ヒューズ］
しかしながら、例えばトライアック５６ｂのＴ１端子－Ｔ２端子間のショート、かつ、トランジスタ２４５のコレクタエミッタ間ショート等の故障が生じた場合には、交流電源５５からヒータ５４への電力供給を制御できなくなる。これにより、ヒータ５４の温度は目標温度に制御することができなくなり、熱暴走状態に陥ることになる。このような場合にも、定着装置５０が著しく破損等したりしないよう、定着装置５０には、過昇温検知部が備えられており、本実施例では、温度ヒューズ１０７が過昇温検知部となる。遮断手段でもある温度ヒューズ１０７は、例えば２０５℃程度より高い温度になると内部のペレットが溶融し、所定量のペレットが溶融すると温度ヒューズ１０７内部の接点が短絡状態から開放状態になる。これにより、リレー５８ａがオフ状態となり、交流電源５５からヒータ５４への電力供給が遮断され、上述した熱暴走状態が解消される。

［異常検知部と経路切替え部］
ところで、基板５４ａから温度ヒューズ１０７に熱が伝わる過程において、温度ヒューズ１０７の熱容量により、温度ヒューズ１０７内のペレットに温度が伝わるまでには、相応の時間を要する。加えて、ペレットが溶融を開始してから所定量が溶融するまでにも、相応の時間を要する。すなわち、熱暴走によりヒータ５４が過昇温しても、直ぐに温度ヒューズ１０７が動作し、接点が開放状態となるわけではない。このようなタイムラグがあっても、確実に定着装置５０の安全が確保されるように、本実施例の定着装置５０は、異常検知手段である（異常検知部でもある）オペアンプ２０７、及び経路切替え部であるリレー５７ａを備えている。オペアンプ２０７、及びリレー５７ａの動作は、実施例１と同様であり、ここでの説明は省略する。

［定着装置の異常時の温度プロファイル］
図１２（ａ）は、上述した異常検知部と経路切替え部を備える本実施例の定着装置５０の定着温度センサ５９の温度プロファイルを示した図である。図１２（ａ）において、横軸は時間（単位：ｓｅｃ（秒））を示し、縦軸は定着温度センサ５９の検知温度（単位：℃）を示す。また、ｔ１９～ｔ２３は、時間（タイミング）を示す。

図１２（ａ）において、時間０～時間ｔ１９までは、定着装置５０の冷却状態のヒータ５４に交流電源５５から発熱体５４ｂ３に電力供給が行われ、室温の３０℃から目標温度である１６０℃まで、定着温度センサ５９の検知温度が上昇する様子を示している。このとき、リレー５８ａはオン状態、リレー５７ａはオフ状態、すなわち接点５７ａ１と接点５７ａ４とが接続された状態に設定されている。また、トライアック５６ａはオフ状態（Ｔ１端子とＴ２端子間が開放状態）、トライアック５６ｂはオン状態（Ｔ１端子とＴ２端子間が接続状態）に設定されている。

次に、時間ｔ１９～時間ｔ２０間は、発熱体５４ｂ３への電力供給制御を行いながら、定着温度センサ５９の温度が１６０℃に制御されている様子を示している。時間ｔ２０は、トライアック５６ｂのＴ１端子－Ｔ２端子間のショート、トランジスタ２４５のコレクタ－エミッタ間のショート等の故障が生じ、ヒータ５４の熱暴走が始まったタイミングである。ヒータ５４の熱暴走が始まると、定着温度センサ５９の温度が急激に上昇する。時間ｔ２１に、定着温度センサ５９の検知温度が１８０℃に達すると、前述したように、異常検知部であるオペアンプ２０７が定着温度センサ５９の検知温度の異常を検知する。そして、定着温度センサ５９の検知温度の異常を検知したオペアンプ２０７がハイレベルを出力することによりトランジスタ２０４がオンし、リレー５７ａがオン状態となる。そして、交流電源５５からの電力供給先が、発熱体５４ｂ３から発熱体５４ｂ２に切り替わる。前述したように、発熱体５４ｂ２は、発熱体５４ｂ３に比べて定格電力が低いので、熱暴走時の温度上昇が緩やかになる。時間ｔ２２は、温度ヒューズ１０７のペレットが溶融を開始したタイミングである。時間ｔ２２から期間ｔｄ＿７が経過した後の時間ｔ２３になると、温度ヒューズ１０７内部の接点が開放状態となり、交流電源５５からヒータ５４への電力供給が遮断される。その結果、ヒータ５４の温度は緩やかに低下し、定着装置５０の安全が確保される。

図１２（ｂ）は、図１２（ａ）との比較のために、本実施例の異常検知部と経路切替え部を備えていない定着装置の、定着温度センサ５９の温度プロファイルを示した図である。図１２（ｂ）において、横軸は時間（単位：ｓｅｃ（秒））を示し、縦軸は定着温度センサ５９の検知温度（単位：℃）を示す。また、ｔ１９～ｔ２１、ｔ２４、ｔ２５は、時間（タイミング）を示す。

図１２（ｂ）において、時間ｔ１９～時間ｔ２１までは、定着温度センサ５９の温度プロファイルは、図１２（ａ）と同様の変化をする。定着温度センサ５９の検知温度が１８０℃に達する時間ｔ２１において、定着装置が異常検知部と経路切替え部を備えていないため、温度上昇の傾きは緩やかにならない。そのため、図１２（ａ）の時間ｔ２２よりも早い時間ｔ２４で、定着温度センサ５９は２０５℃に到達し、温度ヒューズ１０７のペレットが溶融し始める。そして、時間ｔ２４から期間ｔｄ＿８秒が経過した時間ｔ２５になると、温度ヒューズ１０７内部の接点が開放状態となり、交流電源５５からヒータ５４への電力供給が遮断される。なお、温度ヒューズ１０７の熱容量は、時間ｔ２２から時間ｔ２３までの温度変化（図１２（ａ）の場合）、時間ｔ２４から時間ｔ２５までの温度変化（図１２（ｂ）の場合）に対して十分大きいため、期間ｔｄ＿７と期間ｔｄ＿８は、略同じ時間幅である。時間ｔ２５に、温度ヒューズ１０７内部の接点が開放状態となり、ヒータ５４への電力供給が遮断された後は、ヒータ５４の温度は緩やかに低下し、定着装置５０の安全が確保される。図１２（ｂ）の場合、時間ｔ２５では、定着温度センサ５９の温度は２６０℃に達している。一方、図１２（ａ）の場合、時間ｔ２３では定着温度センサ５９の温度は２２０℃である。すなわち、異常検知部と経路切替え部を備える本実施例の定着装置５０の方が、異常検知部と経路切替え部を備えていない場合に比べて、ヒータ５４の温度上昇を４０℃（＝２６０℃－２２０℃）低く抑えられ、定着装置５０へのダメージを低減することができる。

以上、発熱体５４ｂ３に電源５５から電力供給されているときに、オペアンプ２０７が定着温度センサ５９の検知温度の異常を検知した場合の動作について説明した。なお、発熱体５４ｂ２に電源５５から電力供給されているときに、オペアンプ２０７が定着温度センサ５９の検知温度の異常を検知した場合には、そのまま電源５５から発熱体５４ｂ２への電力供給が継続される。また、発熱体５４ｂ１に電源５５から電力供給されているときには、ＣＰＵ９４は、リレー５８ａをオン状態、トライアック５６ａをオン状態、トライアック５６ｂをオフ状態に設定している。このとき、オペアンプ２０７が定着温度センサ５９の検知温度の異常を検知した場合には、リレー５７ａはオン状態に設定される。また、ＣＰＵ９４にも定着温度センサ５９の検知温度が入力されている。ＣＰＵ９４は定着温度センサ５９により検知された温度が異常であると判断した場合には、トライアック５６ａのオン・オフ状態を制御するＤｒｉｖｅ信号１の出力をハイレベルからローレベルに切り替え、トライアック５６ａをオフ状態に設定する。これにより、電源５５からヒータ５４への電力供給が遮断される。ここでは、定着温度センサ５９の検知温度の異常を検知した場合には、ＣＰＵ９４がトライアック５６ａをオフ状態に設定しているが、例えば、オペアンプ２０７の出力をトライアック５６ａを制御するトランジスタ２２５に出力するようにしてもよい。これにより、温度異常時には、ＣＰＵ９４が介在することなく、トライアック５６ａのオン状態からオフ状態への切替を行うことができる。

以上説明したように、異常検知や経路切替えを行うために、定着温度センサ５９やリレー５７ａを用いることにより、コスト増加や装置の大型化を最小限に抑えることができる。更に、異常検知した際に、定格電力が低い発熱体に電力供給先を切り換えることで、ヒータの温度上昇を緩やかにし、過昇温時の定着装置５０へのダメージを最小限にすることができる。なお、異常検知部にラッチ機能やヒステリシス機能を設け、一度、異常検知温度を上回った後に、再度、定着温度センサ５９の温度が１８０℃未満を検知しても異常検知が解除されないようにしてもよい。また、温度ヒューズ１０７の代わりにサーモスイッチを用いたり、定着温度センサ５９に用いたサーミスタの代わりにサーモパイルを用いたりするなど、本実施例の構成部品と同等の機能を有する部品を用いても本実施例の効果が変わるわけではない。

以上説明したように、本実施例によれば、コストアップや装置の大型化を抑制しつつ、定着装置の異常時にヒータの急激な温度上昇を抑制することができる。

５４ ヒータ
５４ｂ１、５４ｂ２ 発熱体
５５ 交流電源
５７ａ リレー
１０７ 温度ヒューズ
２０７ オペアンプ

Claims (28)

1. 第１の定格電力である第１の発熱体と、前記第１の定格電力より低い第２の定格電力である第２の発熱体とを含む、少なくとも２つ以上の複数の発熱体と、前記複数の発熱体が配置される基板と、を含むヒータと、
   前記第１の発熱体又は前記第２の発熱体と、電源との接続を切り替える切替え部と、
   前記ヒータの温度に応じて、前記電源と前記ヒータとの間の電力供給経路を切断し、電力供給を遮断する遮断手段と、
   前記ヒータの温度を検知する検知手段と、
   を備え、
   前記切替え部は、前記検知手段により検知された温度が所定の温度以上となった場合、前記遮断手段により前記ヒータへの電力供給が遮断される前に、前記電源と前記第２の発熱体とを接続するように切り替えることを特徴とする加熱装置。
2. 前記遮断手段は、前記電源と前記第２の発熱体とが接続するように切り替えられた後に、前記電源と前記ヒータの間の電力供給路を切断することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記第１の発熱体は、長手方向の長さが略同じ長さの一対の発熱体であり、
   前記第２の発熱体は、長手方向の長さが前記第１の発熱体よりも短い、略同じ長さの一対の発熱体であり、
   前記基板の短手方向において、前記第１の発熱体、前記第２の発熱体、前記第２の発熱体、前記第１の発熱体の順に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加熱装置。
4. 前記第１の発熱体の一端及び前記第２の発熱体の一端が電気的に接続される第１の接点と、
   前記第２の発熱体の他端が電気的に接続される第２の接点と、
   前記第１の発熱体の他端が電気的に接続される第３の接点と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の加熱装置。
5. 前記切替え部は、リレーを有し、
   前記リレーは、前記電源と前記第２の接点との接続、又は前記電源と前記第３の接点との接続を切替え可能であり、
   前記遮断手段は、前記電源と前記第１の接点とに接続されていることを特徴とする請求項４に記載の加熱装置。
6. 前記検知手段は、前記ヒータの温度が前記所定の温度以上になった場合、検知信号を出力し、
   前記リレーは、前記検知信号が入力されると、前記電源と前記第２の接点とを接続し、
   前記電源は、前記第２の発熱体と接続されることを特徴とする請求項５に記載の加熱装置。
7. 前記電源と前記リレーとの間の電力供給経路に設けられ、前記電力供給経路の接続、又は切断を行うことにより前記ヒータへの電力供給を制御する供給制御部を備えることを特徴とする請求項６に記載の加熱装置。
8. 前記ヒータは、更に前記第１の定格電力より低い第３の定格電力である第３の発熱体を有し、
   前記第１の発熱体は、長手方向の長さが略同じ長さの一対の発熱体であり、
   前記第２の発熱体は、前記長手方向の長さが前記第１の発熱体よりも短い発熱体であり、
   前記第３の発熱体は、前記長手方向の長さが前記第２の発熱体よりも短い発熱体であり、
   前記基板の短手方向において、前記第１の発熱体、前記第３の発熱体、前記第２の発熱体、前記第１の発熱体の順に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加熱装置。
9. 前記第１の発熱体の一端と前記第２の発熱体の一端とが電気的に接続される第１の接点と、
   前記第３の発熱体の一端が電気的に接続される第２の接点と、
   前記第２の発熱体の他端が電気的に接続される第３の接点と、
   前記第１の発熱体の他端と前記第３の発熱体の他端とが電気的に接続される第４の接点と、を備えることを特徴とする請求項８に記載の加熱装置。
10. 前記切替え部は、第１のリレー及び第２のリレーを有し、
    前記第１のリレーは、前記電源と前記第１の接点との接続、又は前記電源と前記第２の接点との接続を切替え可能であり、
    前記第２のリレーは、前記電源と前記第３の接点との接続、又は前記電源と前記第４の接点との接続を切替え可能であり、
    前記遮断手段は、前記電源と前記第１のリレーとの間の前記電力供給経路に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の加熱装置。
11. 前記電源から前記ヒータに供給される電力値を求める電力取得手段を備え、
    前記検知手段は、前記電力取得手段により求められた前記電力値が所定の電力値以上になった場合、検知信号を出力することを特徴とする請求項１０に記載の加熱装置。
12. 前記第１のリレーは、前記検知信号が入力されると、前記電源と前記第２の接点とを接続し、
    前記第２のリレーは、前記検知信号が入力されると、前記電源と前記第３の接点とを接続し、
    前記電源は、直列に接続された前記第３の発熱体、前記第１の発熱体、及び前記第２の発熱体と接続されることを特徴とする請求項１１に記載の加熱装置。
13. 前記電源と前記第２のリレーとの間の電力供給経路に設けられ、前記電力供給経路の接続、又は切断を行うことにより前記ヒータへの電力供給を制御する供給制御部を備えることを特徴とする請求項１２に記載の加熱装置。
14. 前記第１の発熱体の一端及び前記第２の発熱体の一端が電気的に接続される第１の接点と、
    前記第３の発熱体の一端が電気的に接続される第２の接点と、
    前記第２の発熱体の他端と、前記第３の発熱体の他端とが電気的に接続される第３の接点と、
    前記第１の発熱体の他端が電気的に接続される第４の接点と、を備えることを特徴とする請求項８に記載の加熱装置。
15. 前記電源と前記第１の接点との間の前記電力供給経路に設けられ、前記電力供給経路の接続、又は切断を行うスイッチ部を備え、
    前記スイッチ部は、前記遮断手段を介して前記スイッチ部を駆動する電圧を供給されていることを特徴とする請求項１４に記載の加熱装置。
16. 前記切替え部は、リレーを有し、
    前記リレーは、前記スイッチ部と前記第３の接点との接続、又は前記電源と前記第３の接点との接続を切替え可能であり、
    前記第２の接点及び前記第４の接点は、前記電源と接続されていることを特徴とする請求項１５に記載の加熱装置。
17. 前記検知手段は、前記ヒータの温度が前記所定の温度以上になった場合、検知信号を出力し、
    前記リレーは、前記電源と前記第３の接点とを接続し、前記電源から前記第２の発熱体へ電力供給が行われているときに、前記検知信号が入力されると、前記スイッチ部と前記第３の接点との接続に切り替え、
    前記電源は、前記第３の発熱体と接続されることを特徴とする請求項１６に記載の加熱装置。
18. 前記電源と前記リレー及び前記第２の接点との間の電力供給経路と、前記電源と前記第４の接点との間の電力供給経路と、に設けられ、前記電力供給経路の接続、又は切断を行うことにより前記ヒータへの電力供給を制御する供給制御部を備えることを特徴とする請求項１７に記載の加熱装置。
19. 発熱時にヒータに対する熱応力が第１の熱応力となる第１の発熱体と、発熱時にヒータに対する熱応力が前記第１の熱応力よりも小さい第２の熱応力となる第２の発熱体とを含む、少なくとも２つ以上の複数の発熱体と、前記複数の発熱体が配置される基板と、を含むヒータと、
    前記第１の発熱体又は前記第２の発熱体と、電源との接続を切り替える切替え部と、
    前記ヒータの温度に応じて、前記電源と前記ヒータとの間の電力供給経路を切断し、電力供給を遮断する遮断手段と、
    前記ヒータの温度を検知する検知手段と、
    を備え、
    前記切替え部は、前記検知手段により検知された温度が所定の温度以上となった場合、前記遮断手段により前記ヒータへの電力供給が遮断される前に、前記電源と前記第２の発熱体とを接続するように切り替えることを特徴とする加熱装置。
20. 前記切替え部は、前記検知手段により検知された温度が前記所定の温度以上となった場合、前記遮断手段により前記ヒータへの電力供給が遮断される前に、前記電源と前記第１の発熱体とを接続するように切り替えることを特徴とする請求項１９に記載の加熱装置。
21. 前記第１の発熱体は、長手方向の長さが略同じ長さの一対の発熱体で、前記ヒータの前記長手方向において、中央部から端部に向かうほど抵抗値が低くなる特性を有し、
    前記第２の発熱体は、前記長手方向の長さが前記第１の発熱体と略同じ長さの発熱体で、前記ヒータの前記長手方向において、中央部から端部に向かうほど抵抗値が高くなる特性を有し、
    前記基板の短手方向において、前記第１の発熱体、前記第２の発熱体、前記第１の発熱体の順に配置され、
    前記第１の発熱体の一端及び前記第２の発熱体の一端が電気的に接続される第１の接点と、
    前記第２の発熱体の他端が電気的に接続される第２の接点と、
    前記第１の発熱体の他端が電気的に接続される第３の接点と、を備えることを特徴とする請求項２０に記載の加熱装置。
22. 前記切替え部は、前記電源と前記第３の接点との間の電力供給路に設けられ、前記電源と前記第１の発熱体とを接続、又は切断する第１のスイッチと、前記電源と前記第２の接点との間の電力供給路に設けられ、前記電源と前記第２の発熱体とを接続、又は切断する第２のスイッチと、を有し、
    前記遮断手段は、前記電源と前記第１の接点との間の前記電力供給経路に設けられていることを特徴とする請求項２１に記載の加熱装置。
23. 前記電源から前記ヒータに供給される積算電力値を求める電力取得手段を備え、
    前記検知手段は、前記電力取得手段により求められた前記積算電力値が所定の電力値以上になった場合、検知信号を出力することを特徴とする請求項２２に記載の加熱装置。
24. 前記第１のスイッチは、前記検知信号が入力されると、前記電源と前記第３の接点との間を接続し、前記電源から前記第１の発熱体へ電力を供給するように設定されることを特徴とする請求項２３に記載の加熱装置。
25. 前記遮断手段は、前記所定の温度以上の状態が所定の時間以上続くと接点が開放状態となる温度ヒューズ又はサーモスイッチであることを特徴とする請求項１から請求項２４のいずれか１項に記載の加熱装置。
26. 記録材に担持された未定着のトナー像を定着する定着装置であって、
    請求項１から請求項２５のいずれか１項に記載の加熱装置と、
    前記加熱装置により加熱される第１の回転体と、
    前記第１の回転体とともにニップ部を形成する第２の回転体と、
    を備え、
    前記第１の回転体はフィルムであることを特徴とする定着装置。
27. 前記ヒータは、前記フィルムの内部空間に配置されており、前記ヒータと前記第２の回転体により前記フィルムを挟持しており、記録材上の画像は前記フィルムと前記第２の回転体の間に形成されたニップ部で前記フィルムを介して加熱されることを特徴とする請求項２６に記載の定着装置。
28. 記録材に画像を形成する画像形成手段と、
    請求項２６又は請求項２７に記載の定着装置と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。

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