JP7500824B2 - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱装置及び画像形成装置に関し、画像形成装置に用いる定着ヒータと、その定着ヒータを制御する制御回路に関する。

発熱源にセラミックヒータを用いた加熱装置において、発熱体の長さよりも短い幅を有する記録紙（以下、小サイズ紙という）を搬送した際、次のような現象が発生することが知られている。すなわち、発熱体の発熱領域かつ非通紙領域において、通紙領域に比べて温度が高くなってしまう現象（以下、非通紙部昇温という）が発生することが知られている。発熱領域とは発熱体が発熱する領域をいう。非通紙領域とは、発熱領域のうち小サイズ紙と接しない領域をいう。通紙領域とは、発熱領域のうち小サイズ紙と接する領域をいう。非通紙部昇温は、端部昇温ともいわれる。非通紙部昇温による温度上昇が大きくなりすぎると、セラミックヒータを支持する部材等、周囲の部材にダメージを与えてしまうおそれがある。そこで、異なる長さの発熱体を複数備え、記録紙の幅に応じた長さの発熱体を選択的に用いて非通紙部昇温を軽減することを可能にした加熱装置及び画像形成装置の提案が数多くなされている。例えば、特許文献１では、絶縁基板上に設けられ、独立して駆動することが可能な複数の発熱体の少なくとも一部の電極を共通化することによって、基板の有効利用を図ることが開示されている。また、基板両端部に設けられる電極の数を同じにして、端部に接続されるコネクタの共通化やセラミックヒータの長手方向における熱分布の均一化を図る提案がなされている。

特開２００１－１００５５８号公報

従来例では、有接点スイッチ（ｃ接点構成の電磁リレー）によって給電する発熱体の切り替えを行う構成が記載されている。従来例の構成においてｃ接点構成の電磁リレーを動作させると、リレーの接点間でアーク放電が生じる。通常電磁リレーを動作させる際は、発熱体への給電を停止して（トライアックを非導通状態にして）行われる。従来例の構成では、この状態で電磁リレーの接点間に電位差があるため、トライアック両端の容量成分（配線パターンの浮遊容量やトライアック両端に配置するノイズ対策部品など）など介してアーク電流が流れるからである。電磁リレーの接点間でアーク放電が生じると、電磁ノイズを放射してＥＭＩの課題を引き起こす、電磁リレー周辺回路を誤動作させる、などの恐れがある。また、電磁リレーの接点間でアーク放電が生じると、接点摩耗が生じ、電磁リレーの寿命ひいては装置の寿命が短くなってしまう。

本発明はこのような状況のもとでなされたもので、有接点スイッチを用いて給電する発熱体を切り替える場合であっても、有接点スイッチ動作時にアーク放電による電磁ノイズが放射されず、接点摩耗による寿命低下が生じない装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。

（１）細長い基板と、第１の発熱体と、前記基板の長手方向の長さが前記第１の発熱体より短い第２の発熱体と、前記長手方向の長さが前記第２の発熱体よりも短い第３の発熱体と、を含むヒータと、第１の電力供給経路を介して、前記ヒータに電力の供給をオン／オフするための第１のトライアックと、第２の電力供給経路、又は第３の電力供給経路を介して、前記ヒータに電力の供給をオン／オフするための第２のトライアックと、前記第２の電力供給経路を形成するか、前記第３の電力供給経路を形成するか、を切り替えるための有接点スイッチであって、前記第２の発熱体及び前記第３の発熱体の一端側に接続された接点と、前記第２の発熱体の他端側に接続された接点と、前記第３の発熱体の他端側に接続された接点と、を有する有接点スイッチと、を備えることを特徴とする加熱装置。
（２）記録材に画像を形成する画像形成手段と、記録材上に形成された画像を加熱する前記（１）に記載の加熱装置と、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、有接点スイッチを用いて給電する発熱体を切り替える場合であっても、有接点スイッチ動作時にアーク放電による電磁ノイズが放射されず、接点摩耗による寿命低下が生じない装置を提供することができる。

実施例１～４の画像形成装置の全体構成図 実施例１～４の画像形成装置の制御ブロック図 実施例１～４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に記載のヒータ及びヒータ制御回路を示す図 実施例１に記載のヒータ及びヒータ制御回路の電流経路を示す図 実施例２に記載のヒータ及びヒータ制御回路を示す図 実施例２に記載のヒータ及びヒータ制御回路の電流経路を示す図 実施例３に記載のヒータ及びヒータ制御回路を示す図 実施例３に記載のヒータ及びヒータ制御回路の電流経路を示す図 実施例４に記載のヒータ及びヒータ制御回路を示す図 実施例４に記載のヒータ及びヒータ制御回路の電流経路を示す図

本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。

以下の実施例では、３系統の発熱体を有し３通りの電力供給経路を切り替える際、１通りの電力供給経路の切替えにおいて、有接点スイッチを用いる。有接点スイッチを用いて電力給電経路の切替えを行う場合でも有接点スイッチ動作時にアーク放電による電磁ノイズが放射されず、接点摩耗による寿命低下が生じない構成を説明する。
また、３系統以上の発熱体を有する加熱装置において、基板の両端部に設けられる電極（以下の、第１の接点～第４の接点）の数を同じにする。これにより、基板の両端部に接続されるコネクタの共通化やセラミックヒータの長手方向での熱分布の均一化を図る。

［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ほぼ絶縁である。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をはさんで感光ドラム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をはさんで感光ドラム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いき（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は本発明の加熱装置に相当する。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、露光データのオンオフ、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切り替える発熱体切り替え器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］
次に、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と共に定着ニップ部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。

第１の回転体であるフィルム５１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。第２の回転体である加圧ローラ５３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。定着温度センサ５９はヒータ５４の温度を検知する。ヒータ５４については後述する。

［ヒータ及びヒータ制御回路］
実施例１の加熱装置に用いられるヒータ及びヒータ制御回路である電力制御部９７を図４に示す。図４（ａ）に実施例１で用いられるヒータ５４及び電力制御部９７を示し、図４（ｂ）にヒータ５４のｐ－ｐ’断面を示す。ヒータ５４は主としてセラミック等で形成された基板５４ａの上（基板上）に実装された発熱体５４ｂ１～５４ｂ３、接点５４ｄ１～５４ｄ４、絶縁ガラス等の保護ガラス層５４ｅで構成される。発熱体５４ｂ１～５４ｂ３は、商用交流電源等の交流電源５５からの電力供給により発熱する抵抗体である。接点５４ｄ１及び接点５４ｄ２は、基板５４ａの長手方向における一方の端部に設けられ、接点５４ｄ３及び接点５４ｄ４は、基板５４ａの長手方向における他方の端部に設けられる。このように、基板５４ａの両端部に設けられる接点（電極）の数を、例えば２ずつと同じにする。保護ガラス層５４ｅは、交流電源５５にほぼ同電位である発熱体５４ｂ１～５４ｂ３からユーザーを絶縁するために設けられる。

第１の発熱体である発熱体５４ｂ１は、加熱装置において搬送することが可能な用紙Ｐのうち最大の幅を有する用紙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。ここで、幅とは、用紙Ｐの搬送方向に略直交する方向であり、ヒータ５４の長手方向でもある。そのため、発熱体５４ｂ１の長手方向の長さ（寸法）はレターサイズの幅２１５．９ｍｍより数ｍｍ程度長く設定される。発熱体５４ｂ１は、図４に示すように用紙Ｐの搬送方向（図４（ａ）の上下方向）の上流側及び下流側に、発熱体５４ｂ２、５４ｂ３を挟むように基板５４ａの両側に２本配置されている。基板５４ａの長手方向において、発熱体５４ｂ１の領域内に発熱体５４ｂ２及び発熱体５４ｂ３が配置されている。また発熱体５４ｂ１は、加熱装置が起動されるとき（すなわち、加熱装置が冷めた状態（室温と略同じ温度である状態）から所定の温度まで温度を立ち上げるとき）においても主として用いられる発熱体である。このため、発熱体５４ｂ１は、加熱装置の起動時に必要な電力が供給できるように設計される。発熱体５４ｂ１は、第１の接点である接点５４ｄ１と第４の接点である接点５４ｄ４に接続される。

第２の発熱体である発熱体５４ｂ２はＢ５サイズの幅に対応した発熱体であり、発熱体５４ｂ２の長手方向の長さはＢ５サイズの幅１８２ｍｍより数ｍｍ程度長く設定される。発熱体５４ｂ２は、第２の接点である接点５４ｄ２と接点５４ｄ４に接続される。第３の発熱体である発熱体５４ｂ３はＡ５サイズの幅に対応した発熱体であり、発熱体５４ｂ３の長手方向の長さはＡ５サイズの幅１４８ｍｍより数ｍｍ程度長く設定される。発熱体５４ｂ３は、接点５４ｄ２と第３の接点である接点５４ｄ３に接続される。

発熱体５４ｂ２と発熱体５４ｂ３は加熱装置がある程度温まった状態で使用されることを想定しており、発熱体５４ｂ２と発熱体５４ｂ３の定格電力は発熱体５４ｂ１の定格電力より低く設定される。つまり、発熱体５４ｂ１がメインヒータ、発熱体５４ｂ２、５４ｂ３がサブヒータという位置付けになる。したがって、起動時や負荷変動時を中心に、メインヒータ（発熱体５４ｂ１）とサブヒータ（発熱体５４ｂ２、５４ｂ３）とが切り替えられながら使用される。また、ヒータ５４は用紙Ｐの幅方向に長さの異なる３系統の発熱体５４ｂ１～５４ｂ３を備えている。これにより、非通紙部昇温を抑制し、レターサイズやＡ４サイズ未満の幅の用紙Ｐ（以下、小サイズ紙という）が印刷される場合においても高い生産性を出すことを目的としている。したがって、この観点でもメインヒータ（発熱体５４ｂ１）とサブヒータ（発熱体５４ｂ２、５４ｂ３）が頻繁に切り替えられることでヒータ５４の性能が発揮される。

接点５４ｄ１は、第１のスイッチ手段である双方向サイリスタ（以下、トライアックという）５６ａを介して交流電源５５の第１の極に接続される。接点５４ｄ２は、第２のスイッチ手段であるトライアック５６ｂを介して交流電源５５の第１の極に接続される。接点５４ｄ３は、第３のスイッチ手段であるトライアック５６ｃを介して交流電源５５の第１の極に接続される。接点５４ｄ４はトライアック等を介することなく交流電源５５の第２の極に接続される。接点５４ｄ２と接点５４ｄ４とは、第１の切替手段であるａ接点構成の電磁リレー５７ａを介して接続される。電磁リレー５７ａは、接点５４ｄ２と接点５４ｄ４との電気的な経路（電力供給経路）を接続状態（以下、短絡状態ともいう）又は開放状態にする。電磁リレー５７ａは、ａ接点構成の電磁リレーに限らず、ｂ接点構成の電磁リレー、ｃ接点構成の電磁リレー等、有接点スイッチを用いても構わない。更に、電磁リレー５７ａは、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ）、フォトモスリレー、トライアック等の無接点スイッチを用いても構わない。

［電力供給経路］
図５に、実施例１のヒータ５４と電力制御部９７を用いる場合の、発熱体５４ｂ１～５４ｂ３への３通りの電流経路（電気的な経路であり電力供給経路でもある）を示す。

（発熱体５４ｂ１への電力供給）
交流電源５５から発熱体５４ｂ１に電力供給する場合の電流は、図５（ａ）の太線で示すルートで流れる。ヒータ５４の温度をサーミスタ等の温度検知素子（不図示）で検知し、その温度情報に基づいてマイクロコンピュータ（不図示）からの指示に基づきトライアック５６ａが動作することで発熱体５４ｂ１が所定温度になるように制御される。発熱体５４ｂ１への電力供給はトライアック５６ｂ、５６ｃ及びａ接点構成の電磁リレー５７ａに依らない。すなわち、発熱体５４ｂ１に電力供給する場合には、電磁リレー５７ａは開放状態であっても短絡状態であってもよい。なお、図５（ａ）では、一例として電磁リレー５７ａは開放状態となっている。

（発熱体５４ｂ２への電力供給）
交流電源５５から発熱体５４ｂ２に電力供給する場合の電流は、図５（ｂ）の太線で示すルートで流れる。発熱体５４ｂ２に電力供給を行う場合には、ａ接点構成の電磁リレー５７ａの接点を開放状態に設定する。開放状態のａ接点構成の電磁リレー５７ａの接点インピーダンスは発熱体５４ｂ２より十分に大きいため、ａ接点構成の電磁リレー５７ａにはほぼ電流が流れず発熱体５４ｂ２のみを発熱させることができる。発熱体５４ｂ２に供給される電力はトライアック５６ｂにより制御される。

（発熱体５４ｂ３への電力供給）
交流電源５５から発熱体５４ｂ３に電力供給する場合の電流は、図５（ｃ）の太線で示すルートで流れる。発熱体５４ｂ３に電力供給を行う場合には、ａ接点構成の電磁リレー５７ａの接点を短絡状態に設定することで、電流はほぼ全て発熱体５４ｂ３に流れる。短絡状態のａ接点構成の電磁リレー５７ａの接点インピーダンスは発熱体５４ｂ２より十分に小さいため、発熱体５４ｂ２に電流がほぼ流れず発熱体５４ｂ３のみを発熱させることができる。発熱体５４ｂ３に供給される電力はトライアック５６ｃにより制御される。

［電力供給経路の切り替え］
発熱体５４ｂ１への電力供給経路（図５（ａ））と発熱体５４ｂ２への電力供給経路（図５（ｂ））との切り替えは、予めａ接点構成の電磁リレー５７ａの接点を開放状態にしておく。電力供給経路（図５（ａ））と発熱体５４ｂ２への電力供給経路（図５（ｂ））との切り替えは、トライアック５６ａとトライアック５６ｂの無接点スイッチのみによって独立して制御することができる。無接点スイッチ（＝トライアック）の動作だけで状態遷移できるため、電力供給経路（図５（ａ））と電力供給経路（図５（ｂ））との間を高頻度で遷移したり、電力供給経路（図５（ａ））と電力供給経路（図５（ｂ））を併用することができる。

発熱体５４ｂ１への電力供給経路（図５（ａ））と発熱体５４ｂ３への電力供給経路（図５（ｃ））も同様である。予めａ接点構成の電磁リレー５７ａの接点を短絡状態にし、トライアック５６ａとトライアック５６ｂの制御によって経路を切り替える。無接点スイッチ（＝トライアック）の動作だけで状態遷移できるため、電力供給経路（図５（ａ））と電力供給経路（図５（ｃ））との間を高頻度で遷移したり、電力供給経路（図５（ａ））と電力供給経路（図５（ｃ））を併用することができる。

一方、発熱体５４ｂ２の電力供給経路（図５（ｂ））と発熱体５４ｂ３の電力供給経路（図５（ｃ））を切り替える際にはａ接点構成の電磁リレー５７ａの状態を切り替える必要がある。ここで、ａ接点構成の電磁リレー５７ａの両端は発熱体５４ｂ２の両端に接続されている。これによりトライアック５６ｂが非導通の時、ａ接点構成の電磁リレー５７ａが開放状態か短絡状態かに関わらずａ接点構成の電磁リレー５７ａの両端は同電位になる。その為、ａ接点構成の電磁リレー５７ａ動作時（電磁リレー５７ａはトライアック５６ｂが非導通の時に動作させる）にａ接点構成の電磁リレー５７ａの接点間でアーク放電が発生しない。したがって電磁ノイズが放射されず、アーク放電起因の接点摩耗（＝寿命低下）も生じない。これにより、電力供給経路（図５（ｂ））と電力供給経路（図５（ｃ））は排他的であるものの、自由度高く切り替えることができる。

なお、実施例１のヒータ５４及び電力制御部９７を用いることで、電磁リレー動作時の電磁ノイズ放射や接点摩耗の解消のみならず、次のような効果も得ることができる。第一に、基板５４ａの両端部に設けられる電極（接点）の数を同じにできるので、基板５４ａの両端部に接続されるコネクタの共通化やセラミックヒータの長手方向での熱分布の均一化を図ることができる。第二に、３通りの状態遷移のうち２通りを無接点スイッチのみの制御で行うことができる。このため、有接点スイッチの動作待ち（リレーの接点バウンスによる接点安定待ち）の影響を受ける状態遷移を最小化し、ヒータ５４の性能を最大化できるため、小サイズ紙の生産性を高めることができる。
なお、説明の便宜上、ノイズフィルタや省エネルギーのためにノイズフィルタ等を交流電源５５から遮断する省エネルギー機能等は図示していないが、これら実機能上必要な回路を付与しても本発明の効果が変わるものではない。

このように、有接点スイッチを用いて電力供給経路を切り替える構成において、有接点スイッチからの電磁ノイズ放射や接点摩耗による寿命低下を解消することができる。以上、実施例１によれば、有接点スイッチを用いて給電する発熱体を切り替える場合であっても、有接点スイッチ動作時にアーク放電による電磁ノイズが放射されず、接点摩耗による寿命低下が生じない装置を提供することができる。

［ヒータ及び電力制御部］
実施例２の加熱装置に用いるヒータ５４及び電力制御部９７を図６に示す。実施例２に用いるヒータ５４は実施例１のものと共通であるので説明を省略する。実施例２の電力制御部９７は、図４のトライアック５６ｂとトライアック５６ｃを兼用して１つのトライアック５６ｂを用い、代わりに第２の切替手段であるｃ接点構成の電磁リレー５７ｂを付与した構成になっている。本実施例は、トライアック５６ｂをどの発熱体に接続するかを選択する役割と、図４のａ接点構成の電磁リレー５７ｂの役割を、ｃ接点構成の電磁リレー５７ｂが兼ねていることが特徴である。

具体的には、第２の切替手段であるｃ接点構成の電磁リレー５７ｃは、接点５４ｄ２に接続された接点５７ｃ１、トライアック５６ｂ及び接点５４ｄ３に接続された接点５７ｃ２、交流電源５５及び接点５４ｄ４に接続された接点５７ｃ３を有する。電磁リレー５７ｃは、接点５７ｃ１と接点５７ｃ２とが接続された状態であるとき、発熱体５４ｂ２に電力が供給される状態となっている。電磁リレー５７ｃは、接点５７ｃ１と接点５７ｃ３とが接続された状態であるとき、発熱体５４ｂ３に電力が供給される状態となっている。電磁リレー５７ｃにおいて、接点５７ｃ１と接点５７ｃ３とが接続された状態であるとき、接点５４ｄ２と接点５４ｄ４とが接続された状態となる。このため、電磁リレー５７ｃは、第１の切替手段としても機能する。

［電流供給経路］
図７に、実施例２のヒータ５４と電力制御部９７を用いる場合の、発熱体５４ｂ１～５４ｂ３への３通りの電流供給経路を示す。交流電源５５から発熱体５４ｂ１に電力供給する場合の電流は、図７（ａ）の太線で示すルートで流れる。交流電源５５から発熱体５４ｂ１への電力供給はトライアック５６ａにより制御される。発熱体５４ｂ１への電力供給時、電磁リレー５７ｃは接点５７ｃ１と接点５７ｃ２とが接続された状態であっても接点５７ｃ１と接点５７ｃ３とが接続された状態であってもよい。

交流電源５５から発熱体５４ｂ２に電力供給する場合の電流は、図７（ｂ）の太線で示すルートで流れる。このとき、ｃ接点構成の電磁リレー５７ｃは接点５７ｃ１と接点５７ｃ２とが接続されてトライアック５６ｂ及び接点５４ｄ４側に接続され、トライアック５６ｂにより交流電源５５から発熱体５４ｂ２への電力供給が制御される。ｃ接点構成の電磁リレー５７ｃの接点インピーダンスは発熱体５４ｂ３より十分に小さいため、発熱体５４ｂ３にはほぼ電流が流れず発熱体５４ｂ２のみを発熱させることができる。

交流電源５５から発熱体５４ｂ３に電力供給する場合の電流は、図７（ｃ）の太線で示すルートで流れる。このとき、ｃ接点構成の電磁リレー５７ｃは接点５７ｃ１と接点５７ｃ３とが接続されて接点５４ｄ３側に接続され、トライアック５６ｂにより交流電源５５から発熱体５４ｂ３への電力供給が制御される。ｃ接点構成の電磁リレー５７ｃの接点インピーダンスは発熱体５４ｂ２より十分に小さいため、発熱体５４ｂ２にはほぼ電流が流れず発熱体５４ｂ３のみを発熱させることができる。

ｃ接点構成の電磁リレー５７ｃは、接点５４ｄ２と接点５４ｄ４との短絡（図７（ｂ））及び開放（図７（ｃ））により、発熱体５４ｂ２を短絡（図７（ｂ））及び開放（図７（ｃ））を行う第１の機能を有している。また、ｃ接点構成の電磁リレー５７ｃは、発熱体５４ｂ３を短絡（図７（ｃ））及び開放（図７（ｂ））する第２の機能を有している。すなわち、ｃ接点構成の電磁リレー５７ｃは、第１の機能と第２の機能とを兼ねている点が特徴である。

ここで、ｃ接点構成の電磁リレー５７ｃの接点５７ｃ１と接点５７ｃ２は発熱体５４ｂ３の両端に接続されている。これによりトライアック５６ｂが非導通の時、接点５７ｃ１と接点５７ｃ２は、開放状態か短絡状態かに関わらず同電位になる。さらに、ｃ接点構成の電磁リレー５７ｃの接点５７ｃ１と５７ｃ３は発熱体５４ｂ２の両端に接続されている。これによりトライアック５６ｂが非導通の時、接点５７ｃ１と接点５７ｃ３は、開放状態か短絡状態かに関わらず同電位になる。即ち、トライアック５６ｂが非導通の時、接点５７ｃ１、５７ｃ２、５７ｃ３は全て同電位となる。これにより、ｃ接点構成の電磁リレー５７ｃ動作時（電磁リレー５７ｃはトライアック５６ｂが非導通の時に動作させる）にｃ接点構成の電磁リレー５７ｃの何れの接点間でもアーク放電が発生しない。したがってｃ接点構成の電磁リレー５７ｃ動作時に電磁ノイズが放射されず、アーク放電起因の接点摩耗（寿命低下）も生じない。

実施例２の構成は、実施例１の図４に示すａ接点構成の電磁リレー５７ａとトライアック５６ｃの機能を、ｃ接点構成の電磁リレー５７ｃだけで担っていることと同義である。したがって、実施例２の構成を選択することで、回路部品の点数を更に抑えつつ、実施例１と同様の機能を確保できる。

なお、実施例１の構成ではトライアック５６ｂが導通状態、かつａ接点構成の電磁リレー５７ａの接点が短絡状態という、正常でない状態になると交流電源５５の出力端が短絡状態になる。この場合、電流ヒューズ（不図示）の溶断を招くおそれがないとは言えず、装置の破壊を招くおそれもある。それに対し、実施例２の構成では交流電源５５の出力端が短絡されることはなく、より信頼性の高い構成であると言える。

このように、有接点スイッチを用いて電力供給経路を切り替える構成において、有接点スイッチからの電磁ノイズ放射や接点摩耗による寿命低下を解消することができる。加えて、実施例１よりも安価かつ省スペースで信頼性の高い装置を提供できる。以上、実施例２によれば、有接点スイッチを用いて給電する発熱体を切り替える場合であっても、有接点スイッチ動作時にアーク放電による電磁ノイズが放射されず、接点摩耗による寿命低下が生じない装置を提供することができる。

［ヒータ及び電力制御部］
実施例３の加熱装置に用いるヒータ５４及び電力制御部９７を図８に示す。ヒータ５４の発熱体５４ｂ１、５４ｂ３は実施例１～３と同じである。第２の発熱体である発熱体５４ｂ４の長手方向の長さは、実施例１～３のヒータ５４の発熱体５４ｂ２と発熱体５４ｂ３との差分の長さである。発熱体５４ｂ４は、長手方向に直交する方向において発熱体５４ｂ３の両側に２本配置されている。すなわち、発熱体５４ｂ４の長手方向の長さと発熱体５４ｂ３の長手方向の長さの合計がヒータ５４の発熱体５４ｂ２の長手方向の長さと同じになるように設定されている。後述するが、発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４とを１つの発熱体とみなして使用する場合がある。このため、発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４の長手方向の単位長さ辺りの抵抗値は等しく設定されている必要がある。

［電流供給経路］
図９に、実施例３のヒータ５４と電力制御部９７を用いる場合の、発熱体への３通りの電流経路を示す。交流電源５５から発熱体５４ｂ１に電力供給する場合の電流は、図９（ａ）の太線で示すルートで流れる。交流電源５５から発熱体５４ｂ１への電力供給はトライアック５６ａにより制御される。発熱体５４ｂ１に電力供給する場合には、電磁リレー５７ａは開放状態であっても短絡状態であってもよい。

交流電源５５から発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４とに電力供給する場合の電流は、図９（ｂ）の太線で示すルートで流れる。このとき、ａ接点構成の電磁リレー５７ａの接点は開放状態に設定され、電流は発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４とを直列に流れる。以下、直列に接続された発熱体５４ｂ３、５４ｂ４を直列発熱体ということもある。これにより発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４とは共に発熱し、ヒータ５４の長手方向では実施例１～３の発熱体５４ｂ２と同様の範囲に熱を与えることができ、例えばＢ５サイズの用紙幅に対応した１つの発熱体とみなすことができる。交流電源５５から発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４との直列発熱体への電力供給は、トライアック５６ｂにより制御される。開放状態のａ接点構成の電磁リレー５７ａの接点インピーダンスは発熱体５４ｂ４より十分に大きいため、ほぼａ接点構成の電磁リレー５７ａには電流が流れず発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４のみを発熱させることができる。

交流電源５５から発熱体５４ｂ３に電力供給する場合の電流は図９（ｃ）の太線で示すルートで流れる。このとき、ａ接点構成の電磁リレー５７ａの接点は短絡状態に設定され、トライアック５６ｂにより交流電源５５から発熱体５４ｂ３への電力供給が制御される。短絡状態のａ接点構成の電磁リレー５７ａの接点インピーダンスは発熱体５４ｂ４より十分に小さいため、発熱体５４ｂ４にはほぼ電流が流れず発熱体５４ｂ３のみを発熱させることができる。ここで、ａ接点構成の電磁リレー５７ａの両端は発熱体５４ｂ４の両端に接続されている。その為、実施例１と同じくａ接点構成の電磁リレー５７ａ動作時に電磁ノイズが放射されず、アーク放電起因の接点摩耗（＝寿命低下）も生じない。
実施例３の構成は、電磁リレー５７ａとして、実施例２で用いたｃ接点構成の電磁リレー５７ｃよりも安価で小型なａ接点構成の電磁リレーを用いることができるので、電力制御部９７を安価かつ小型にできるメリットがある。

実施例３のヒータ５４は、長手方向における発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４との２ヶ所の境界部で熱の分布に段差（熱の分布の不連続性）が生じないように設計する必要がある。実際には、２ヶ所の境界部において各発熱体５４ｂ３、５４ｂ４を例えばテーパー形状にする等の工夫を施すのが望ましい。

また、発熱体５４ｂ３と発熱体５４ｂ４の抵抗値に関して制約が生じる点にも留意しなければならない。発熱体５４ｂ３の抵抗値をＲ１０３、発熱体５４ｂ４の抵抗値をＲ１１４とする。Ｒ１０３とＲ１１４の直列抵抗体の抵抗値Ｒｓは、Ｒｓ＝Ｒ１０３＋Ｒ１１４という関係を有するため、必ずＲｓ＞Ｒ１０３である必要がある。しかし、発熱体５４ｂ３よりも広い幅の用紙Ｐを加熱する直列発熱体（抵抗値Ｒｓ）の方が発熱体５４ｂ３よりも必要とされる電力が大きく、抵抗値としてはＲ１０３よりＲｓの方が低い抵抗値であることを求められる。したがって、初めに直列発熱体の抵抗値Ｒｓが決定され、次に発熱体５４ｂ３の抵抗値Ｒ１０３は抵抗値Ｒｓより低い値が設定される。つまり、発熱体５４ｂ３の抵抗値Ｒ１０３は必要とされる電力から算出される抵抗値より低い抵抗値に設定することが求められ、発熱体５４ｂ３はスペックオーバーな設定とならざるを得ない。実施例３の構成を用いる場合にはこの点を考慮し、発熱体５４ｂ３に対して十分な保護システム等を確立する等が必要になる。

このように、有接点スイッチを用いて電力供給経路を切り替える構成において、有接点スイッチからの電磁ノイズ放射や接点摩耗による寿命低下を解消することができる。加えて、実施例２よりも電力制御部９７を安価かつ小型にできる。以上、実施例３によれば、有接点スイッチを用いて給電する発熱体を切り替える場合であっても、有接点スイッチ動作時にアーク放電による電磁ノイズが放射されず、接点摩耗による寿命低下が生じない装置を提供することができる。

［ヒータ及び電力供給部］
実施例４の加熱装置に用いるヒータ５４及び電力供給部を図１０に示す。ヒータ５４上に形成される、第２の発熱体である発熱体５４ｂ５の長手方向の長さは、実施例１～４で用いたヒータ５４の発熱体５４ｂ３と同じである。しかし、発熱体５４ｂ５が接続される接点が、接点５４ｄ２と接点５４ｄ４である点が異なる。また、第３の発熱体である発熱体５４ｂ６の長手方向の長さや形状（２つに分離されている形状）も実施例３で用いたヒータ５４の発熱体５４ｂ４と同じであるが、接続される接点が、接点５４ｄ２及び接点５４ｄ３である点が異なる。また、第３の切替手段である電磁リレー５７ｄは、ａ接点構成の電磁リレーであり、一端が接点５４ｄ３に接続され、他端が交流電源５５の第２の極及び接点５４ｄ４に接続されている。

［電流供給経路］
図１１に、実施例４のヒータ５４と電力制御部９７を用いる場合の、発熱体への３通りの電流経路を示す。交流電源５５から発熱体５４ｂ１に電力供給する場合の電流は、図１１（ａ）の太線で示すルートで流れる。交流電源５５から発熱体５４ｂ１への電力供給はトライアック５６ａにより制御される。発熱体５４ｂ１に電力供給する場合には、電磁リレー５７ｄは開放状態であっても短絡状態であってもよい。

交流電源５５から発熱体５４ｂ５と発熱体５４ｂ６に電力供給する場合の電流は、図１１（ｂ）の太線で示すルートで流れる。このとき、ａ接点構成の電磁リレー５７ｄの接点は短絡状態に設定され、電流は発熱体５４ｂ５と発熱体５４ｂ６とを並列に流れる。以下、並列に接続された発熱体５４ｂ５、５４ｂ６を並列発熱体ということもある。これにより発熱体５４ｂ５と発熱体５４ｂ６とは共に発熱し、ヒータ５４の長手方向では例えばＢ５サイズの用紙幅に対応した１つの発熱体とみなすことができる。交流電源５５から発熱体５４ｂ５と発熱体５４ｂ６の並列発熱体への電力供給は、トライアック５６ｂにより制御される。

交流電源５５から発熱体５４ｂ５に電力供給する場合の電流は、図１１（ｃ）の太線で示すルートで流れる。このとき、ａ接点構成の電磁リレー５７ｄの接点は開放状態に設定され、トライアック５６ｂにより交流電源５５から発熱体５４ｂ５への電力供給が制御される。開放状態のａ接点構成の電磁リレー５７ｄの接点インピーダンスは発熱体５４ｂ５より十分に大きいため、発熱体５４ｂ６にはほぼ電流が流れず発熱体５４ｂ５のみを発熱させることができる。ここで、ａ接点構成の電磁リレー５７ｄの両端は発熱体５４ｂ５と発熱体５４ｂ６の直列接続発熱体の両端に接続されている。その為、実施例１と同じくａ接点構成の電磁リレー５７ａ動作時に電磁ノイズが放射されず、アーク放電起因の接点摩耗（＝寿命低下）も生じない。

実施例４の構成も実施例３と同様に、発熱体５４ｂ５と発熱体５４ｂ６の抵抗値に関して制約が生じる。発熱体５４ｂ５の抵抗値をＲ１１６、発熱体５４ｂ６の抵抗値をＲ１１７とする。発熱体５４ｂ５、５４ｂ６の並列発熱体の抵抗値Ｒｐは、１／Ｒｐ＝（１／Ｒ１１６）＋（１／Ｒ１１７）という関係になる。仮に発熱体５４ｂ５の抵抗値Ｒ１１６を１１０Ω、並列発熱体の抵抗値Ｒｐを９０Ωに設定する場合、発熱体５４ｂ６の抵抗値Ｒ１１７を４９５Ωにする必要がある。発熱体５４ｂ６には発熱体５４ｂ５よりも抵抗率の高い（具体的には２倍程度）の抵抗材をする必要がある。このように、実施例３及び実施例４で用いたヒータ５４にはそれぞれ発熱体の抵抗値の設定に課せられる制約が異なる。このため、設計条件に合致した手段を選択することが望ましい。

このように、有接点スイッチを用いて電力供給経路を切り替える構成において、有接点スイッチからの電磁ノイズ放射や接点摩耗による寿命低下を解消することができる。以上、実施例４によれば、有接点スイッチを用いて給電する発熱体を切り替える場合であっても、有接点スイッチ動作時にアーク放電による電磁ノイズが放射されず、接点摩耗による寿命低下が生じない装置を提供することができる。

５４ｂ１～５４ｂ３ 発熱体
５４ｄ１～５４ｄ４ 接点
５６ａ～５６ｃ 双方向サイリスタ
５７ａ 電磁リレー

Claims (12)

1. 細長い基板と、第１の発熱体と、前記基板の長手方向の長さが前記第１の発熱体より短い第２の発熱体と、前記長手方向の長さが前記第２の発熱体よりも短い第３の発熱体と、を含むヒータと、
   第１の電力供給経路を介して、前記ヒータに電力の供給をオン／オフするための第１のトライアックと、
   第２の電力供給経路、又は第３の電力供給経路を介して、前記ヒータに電力の供給をオン／オフするための第２のトライアックと、
   前記第２の電力供給経路を形成するか、前記第３の電力供給経路を形成するか、を切り替えるための有接点スイッチであって、前記第２の発熱体及び前記第３の発熱体の一端側に接続された接点と、前記第２の発熱体の他端側に接続された接点と、前記第３の発熱体の他端側に接続された接点と、を有する有接点スイッチと、
   を備えることを特徴とする加熱装置。
2. 前記第１のトライアックがオンである場合、前記第１の電力供給経路を介して、前記第１の発熱体に電力が供給され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２のトライアックがオンであり、且つ前記有接点スイッチにより前記第２の電力供給経路が形成されている場合、前記第２の電力供給経路を介して、前記第２の発熱体に電力が供給されることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
4. 前記第２のトライアックがオンであり、且つ前記有接点スイッチにより前記第３の電力供給経路が形成されている場合、前記第３の電力供給経路を介して、前記第３の発熱体に電力が供給されることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
5. 前記第１の発熱体の一端は、前記第１のトライアックを介して交流電源に接続され、
   前記第１の発熱体の他端は、前記交流電源に接続されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の加熱装置。
6. 前記第１の発熱体は、前記長手方向に直交する短手方向において前記基板の両側に２本配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の加熱装置。
7. 前記長手方向において、前記第１の発熱体の領域内に前記第２の発熱体及び前記第３の発熱体が配置されていることを特徴とする請求項６に記載の加熱装置。
8. 前記短手方向において、前記第１の発熱体、前記第２の発熱体、前記第３の発熱体、前記第１の発熱体の順で配置されていることを特徴とする請求項６に記載の加熱装置。
9. 前記ヒータが内部空間に配置される第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、
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項に記載の加熱装置。
10. 前記第１の回転体は、筒状のフィルムであることを特徴とする請求項９に記載の加熱装置。
11. 前記ヒータと前記第２の回転体で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の回転体との間に形成された前記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１０に記載の加熱装置。
12. 記録材に画像を形成する画像形成手段と、
    記録材上に形成された画像を加熱する請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の加熱装置と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。

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