JP6635731B2 - 像加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の電子写真記録方式の画像形成装置に搭載する定着器、或いは記録材上の定着済みトナー画像を再度加熱することによりトナー画像の光沢度を向上させる光沢付与装置、等の像加熱装置に関する。

像加熱装置として、筒状のフィルムと、フィルムの内面に接触するヒータと、フィルムを介してヒータと共にニップ部を形成するローラと、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、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フィルムに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、ヒータ上の発熱抵抗体をヒータ長手方向において複数のグループ（発熱ブロック）に分割し、記録材のサイズに応じてヒータの発熱分布を切換える装置が提案されている（特許文献１）。

特開２０１４−５９５０８号公報

発熱抵抗体を複数の発熱ブロックに分割する場合、ヒータの異常発熱を監視するには発熱ブロック毎に温度検知素子を配置するのが好ましい。

しかしながら、発熱ブロックの数が多くなると、温度をモニタするための温度検知素子の数も多くなる。

上述の課題を解決するための本発明は、基板と、前記基板に形成されており電力の供給により発熱する第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の発熱ブロックが配置された位置とは異なる位置であって前記第１の発熱ブロックよりも記録材の搬送基準位置から離れた位置に配置されており前記第１の発熱ブロックとは独立して制御される第２の発熱ブロックと、を有するヒータと、前記第１の発熱ブロックと前記第２の発熱ブロックを制御する中央演算処理装置と、を有し、前記中央演算処理装置が前記第１の発熱ブロックに供給する電力と前記第２の発熱ブロックに供給する電力を制御することによって前記ヒータの発熱分布を切換えられることができ、前記ヒータの熱を利用して記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、前記第１の発熱ブロックと前記第２の発熱ブロックの両方に跨る様に配置されている温度検知素子を有し、前記温度検知素子からの信号は前記中央演算処理装置に入力していることを特徴とする。

本発明によれば、温度検知素子の数を削減することができる。

プリンタ１０１の構成を示す図 加熱定着器１０３の構成を示す図 実施例１に係るヒータの構成を示す図 実施例１に係るヒータの制御回路を示す図 実施例１に係るヒータの温度分布を示す図 実施例１に係るヒータの制御フローを示す図 実施例１に係るその他のヒータの構成を示す図 実施例２に係るヒータの構成を示す図 実施例２に係るヒータの制御回路を示す図 実施例２に係るヒータの制御フローを示す図 実施例２に係るヒータの温度分布を示す図 実施例２に係るヒータの温度分布を示す図

（実施例１）
図１は電子写真プロセスを用いた画像形成装置の概略構成を示す断面図である。図１に示すプリンタ１０１は、記録材Ｓを収納する給紙カセット１０４を有する。また、プリンタ１０１は、給紙カセット１０４から記録材Ｓを繰り出す給紙ローラ１４１、搬送ローラ対１４２、記録材Ｓの先端を検知するトップセンサ１４３、記録材Ｓを同期搬送するレジストローラ対１４４を有する。１０５は、レーザースキャナー１０６からのレーザー光に基づいて記録材Ｓ上にトナー像を形成するカートリッジユニット１０５である。カートリッジユニット１０５は、公知の電子写真プロセスに必要な、感光ドラム１４８、一次帯電ローラ１４７、現像ローラ１４６等を有し、転写ローラ１４５と共に記録材Ｓ上にトナー像を形成する。１０３は、記録材Ｓ上に形成されたトナー像を記録材Ｓに定着する為の像加熱装置の一例である加熱定着器である。加熱定着器１０３は、定着フィルム１４９、加圧ローラ１５０、定着フィルム１４９の内部に配置されるヒータ１０２を有する。更に、加熱定着器１０３は、定着フィルム１４９の内部に配置されておりヒータ１０２の温度を検知する温度検知素子であるサーミスタＴＨを有する。１５１は、定着処理後の記録材Ｓを搬送する排紙ローラ対である。

１２３は制御部（以後ＣＰＵ１２３と称する）であり、不図示のモータやクラッチ等の駆動ユニットをコントロールする事により各ローラを動作させて記録材Ｓの搬送を制御する。ＣＰＵ１２３は更に、レーザースキャナー１０６、カートリッジユニット１０５、加熱定着器１０３等の制御を行う。１３１はビデオコントローラであり、ＣＰＵ１２３とビデオインターフェース１３３で接続させると共に、パーソナルコンピュータ等の外部装置１３２と汎用のインターフェース１３４（ＵＳＢ等）を介して画像信号を取り込む。

プリンタ１０１は、複数の記録材サイズに対応している。給紙カセット１０４には、Ｌｅｔｔｅｒ紙（約２１６ｍｍ×２７９ｍｍ）、Ｌｅｇａｌ紙（約２１６ｍｍ×３５６ｍｍ）、Ａ４紙（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）、Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ紙（約１８４ｍｍ×２６７ｍｍ）等をセット出来る。更に、ＪＩＳ Ｂ５紙（１８２ｍｍ×２５７ｍｍ）、Ａ５紙（１４８ｍｍ×２１０ｍｍ）等もセット可能である。また、給紙トレイ１６１から、ＤＬ封筒（１１０ｍｍ×２２０ｍｍ）、ＣＯＭ１０封筒（約１０５ｍｍ×２４１ｍｍ）を含む、不定型紙を給紙し、プリント出来る。１６２は給紙トレイ１６１から記録材Ｓをピックアップするローラである。

なお、プリンタ１０１は、基本的に紙を縦送りする（長辺が搬送方向と平行になる様に搬送する）。そして、本例のプリンタ１０１が対応している定型の記録材Ｓの内、最も大きな幅を有する記録材Ｓは、Ｌｅｔｔｅｒ紙及びＬｅｇａｌ紙であり、これらの幅は約２１６ｍｍである。プリンタ１０１が対応する最大サイズよりも小さな幅の記録材Ｓを、本実施例では小サイズ紙と定義する。

図２は加熱定着器１０３の断面図である。加熱定着器１０３は、筒状の定着フィルム１４９の内面に接触するヒータ１０２が、定着フィルム１４９を介して加圧ローラ１５０と共に定着ニップ部Ｎを形成している。定着フィルム１４９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１５０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１０２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は定着フィルム１４９の回転を案内するガイド機能も有している。加圧ローラ１５０は不図示のモータから動力を受けて矢印方向に回転する。加圧ローラ１５０が回転する事によって定着フィルム１４９が従動して回転する。

ヒータ１０２は、セラミック製のヒータ基板２０５の裏面（保持部材２０１側）上に設けられた発熱抵抗体と、発熱抵抗体を覆う絶縁性の表面保護層２０７（本実施例ではガラス）を有する。ヒータ基板２０５の表面（定着フィルム１４９側）上には摺動性のあるガラスやポリイミドをコーティングした表面保護層２０８（本実施例では摺動性ガラス）を有する。ヒータ１０２の裏面側には、ヒータ１０２の温度を検知するサーミスタＴＨ１、サーミスタＴＨ２が当接している。更にヒータ１０２の裏面側には、ヒータ１０２が異常昇温した時に作動してヒータ１０２への電力供給を遮断するサーモスイッチや温度ヒューズ等の保護素子２１２も当接している。その当接位置は、最小幅の記録材Ｓの通紙領域内にある。２０４は、保持部材２０１に不図示のバネの圧力を加える為の金属製のステーである。

図３に実施例１のヒータ１０２の構成図を示す。図３（Ａ）には、ヒータ１０２の短手方向の断面図を示している。ヒータ基板２０５上の裏面層１には、ヒータ１０２の長手方向に沿って、導電体３０１（導電体３０１ａと導電体３０１ｂに分離されている）、導電体３０３が設けられている。導電体３０１ａは、記録材Ｓの搬送方向（ヒータ１０２の短手方向）の上流側に配置されており、導電体３０１ｂは下流側に配置されている。導電体３０３はヒータ１０２の短手方向中央に配置されている。そして、導電体３０１ａと導電体３０３の間に発熱抵抗体３０２ａを、導電体３０１ｂと導電体３０３の間に発熱抵抗体３０２ｂを有している。発熱抵抗体３０２ａには導電体３０１ａと導電体３０３を介して、発熱抵抗体３０２ｂには導電体３０１ｂと導電体３０３を介して電力が供給される。

ヒータ１０２の短手方向の発熱分布が非対称になると、ヒータ１０２が発熱した際にヒータ基板２０５に生じる応力が大きくなる。ヒータ基板２０５に生じる応力が大きくなると、ヒータ基板２０５に割れが生じる場合がある。その為、発熱抵抗体３０２ａを搬送方向の上流側に、発熱抵抗体３０２ｂを下流側に配置し、発熱抵抗体３０２ａと発熱抵抗体３０２ｂを同時に発熱させる事でヒータ１０２の短手方向の発熱分布が対称となる様にしている。

図３（Ｂ）にはヒータ１０２の各層の平面図を示してある。発熱抵抗体３０２はヒータ１０２の長手方向で複数に分離されている。ヒータ１０２は、ヒータ１０２の長手方向の中央部に記録材のサイズに拘らず発熱させる中央発熱ブロックである発熱ブロック３０２−３を有する。また、一方の端部に発熱ブロック３０２−１と発熱ブロック３０２−２、他方の端部に第１の発熱ブロックである発熱ブロック３０２−４と第２の発熱ブロックである発熱ブロック３０２−５を有する。このように、ヒータ１０２は合計５つの発熱ブロックを有する。また、発熱ブロック３０２−１は、ヒータ１０２の短手方向に対称に形成された発熱抵抗体３０２ａ−１及び発熱抵抗体３０２ｂ−１で構成されている。同様に、発熱ブロック３０２−２〜３０２−５も発熱抵抗体３０２ａ−２〜３０２ａ−５及び発熱抵抗体３０２ｂ−２〜３０２ｂ−５で構成されている。また、導電体３０３も発熱抵抗体同様、図３（Ｂ）の様にヒータ１０２の長手方向に沿って導電体３０３−１〜３０３−５に５分割され、発熱抵抗体３０２ａ−１〜３０２ａ−５と発熱抵抗体３０２ｂ−１〜３０２ｂ−５が其々接続されている。各発熱ブロック中の発熱抵抗体に基板の短手方向に電流が流れるように、各発熱ブロックが構成されている。

発熱ブロックの分割位置は、搬送される記録材Ｓの通過領域に合わせて決められている。本実施例では、基準位置Ｘを記録材の搬送基準として、記録材Ｓがヒータ１０２の短手方向に搬送される。その為、発熱ブロックの分割位置は、搬送基準位置Ｘを中心軸として、記録材Ｓのサイズに応じた位置で対称に分割されている。本実施例では、ＤＬ封筒、ＣＯＭ１０封筒用の発熱ブロックとして発熱ブロック３０２−３を、Ａ５紙用の発熱ブロックとして、発熱ブロック３０２−３に発熱ブロック３０２−２及び発熱ブロック３０２−４を加えた３ブロックを使って定着する。Ｌｅｔｔｅｒ紙、Ｌｅｇａｌ紙、Ａ４紙用の発熱ブロックとして、発熱ブロック３０２−１及び発熱ブロック３０２−５を加えた全ての発熱ブロック（５ブロック）を使って定着を行う。尚、分割数や分割位置等、本実施例の構成に限定されるものではない。

電極Ｅ１〜Ｅ５、電極Ｅ８−１及び電極Ｅ８−２には、後述するヒータ１０２の制御回路４００から各発熱ブロックに電力を供給する為の電気接点が接続される。電極Ｅ１は導電体３０３−１を介して発熱ブロック３０２−１に給電する為の電極である。同様に、電極Ｅ２〜Ｅ５は導電体３０３−２〜３０３−５を介して発熱ブロック３０２−２〜３０２−５に各々給電する為の電極である。電極Ｅ８−１及び電極Ｅ８−２は、導電体３０１ａ及び導電体３０１ｂを介して５つの発熱ブロック３０２−１〜３０２−５に電力を給電する為の共通の電極である。

ところで、各導電体の抵抗値はゼロではない為、ヒータ１０２の長手方向の発熱分布に影響を与える。そこで、導電体３０１ａ及び導電体３０１ｂ、導電体３０３−１〜３０３−５の電気抵抗の影響を受けても、ヒータ１０２の長手方向に対称な発熱分布が得られる様に、電極Ｅ８−１及び電極Ｅ８−２をヒータ１０２の長手方向の両端に設けてある。

表面保護層２０７は、電極Ｅ１〜Ｅ５、電極Ｅ８−１及び電極Ｅ８−２の箇所を除いて形成されており、ヒータ１０２の裏面側から各電極に電気接続可能な構成となっている。

図３（Ｃ）に示す様に、ヒータ１０２の保持部材２０１には、温度制御用の温度検知素子であるサーミスタＴＨ１と、異常検知用の温度検知素子であるサーミスタＴＨ２を挿入する穴が設けられている。保持部材２０１には更に、保護素子２１２、電極Ｅ１〜Ｅ５、電極Ｅ８−１及び電極Ｅ８−２、の為の穴が設けられている。ステー２０４と保持部材２０１の間には、前述したサーミスタＴＨ１及びＴＨ２と、保護素子２１２と、電極Ｅ１〜Ｅ５、電極Ｅ８−１及び電極Ｅ８−２に接触する電気接点と、が設けられている。そしてこれらの素子及び電気接点は、ヒータ１０２の裏面に対向して配置されている。また、サーミスタＴＨ１は、発熱ブロック３０２−３の温度を検知する位置に有り、サーミスタＴＨ２は、発熱ブロック３０２−４と発熱ブロック３０２−５の間で、両発熱ブロックの温度を検知する位置に配置されている。電極Ｅ１〜Ｅ５、電極Ｅ８−１及び電極Ｅ８−２に接触する電気接点は、バネによる付勢や溶接等の手法によって、其々ヒータの電極部と電気的に接続されている。各電気接点は、ステー２０４と保持部材２０１の間に設けられたケーブルや薄い金属板等の導電材料を介して、後述するヒータ１０２の制御回路４００と接続している。

以上のように、ヒータ１０２は、基板２０５と、基板２０５に形成されており電力の供給により発熱する第１の発熱ブロック３０２−４を有する。また、基板の長手方向において第１の発熱ブロックが配置された位置とは異なる位置に配置されており第１の発熱ブロックとは独立して制御される第２の発熱ブロック３０２−５を有する。そして、第１の発熱ブロックに供給する電力と第２の発熱ブロックに供給する電力の比率を制御することによってヒータの発熱分布を切換えることができる。また、加熱定着器１０３は、第１の発熱ブロックと第２の発熱ブロックの両方に跨る様に配置されている温度検知素子ＴＨ２を有する。

図４に、ヒータ１０２を電力制御する制御回路４００の回路図を示す。４０１はプリンタ１０１に接続される商用の交流電源である。交流電源４０１はリレー４５０と保護素子２１２を介して、ヒータ１０２の電極Ｅ８−１及び電極Ｅ８−２に接続される。電極Ｅ１〜Ｅ５は、トライアック４１６、トライアック４２６、及びトライアック４３６に接続される。トライアック４１６、４２６、４３６を制御する事により、発熱ブロック３０２−３と、発熱ブロック３０２−２及び発熱ブロック３０２−４と、発熱ブロック３０２−１及び発熱ブロック３０２−５と、を各々独立制御可能となっている。

次にトライアック４１６の動作について説明する。抵抗４１３、抵抗４１７はトライアック４１６の為のバイアス抵抗で、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為のデバイスである。そして、フォトトライアックカプラ４１５の発光ダイオードへ通電する事により、トライアック４１６をＯＮさせる。抵抗４１８は、電源電圧Ｖｃｃからフォトトライアックカプラ４１５の発光ダイオードに流れる電流を制限する為の抵抗であり、トランジスタ４１９によりフォトトライアックカプラ４１５をＯＮ／ＯＦＦする。トランジスタ４１９は、ＣＰＵ１２３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、発熱抵抗体３０２ａ−３及び発熱抵抗体３０２ｂ−３に電力が供給される。

トライアック４２６及びトライアック４３６の回路動作は、トライアック４１６と同じ為、説明を省略する。トライアック４２６は、ＣＰＵ１２３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、発熱抵抗体３０２ａ−２及び発熱抵抗体３０２ｂ−２、発熱抵抗体３０２ａ−４及び発熱抵抗体３０２ｂ−４に電力が供給される。トライアック４３６は、ＣＰＵ１２３からのＦＵＳＥＲ３信号に従って動作する。トライアック４３６が通電状態になると、発熱抵抗体３０２ａ−１及び発熱抵抗体３０２ｂ−１、発熱抵抗体３０２ａ−５及び発熱抵抗体３０２ｂ−５に電力が供給される。

リレー４５０は、故障等によりヒータ１０２が過昇温した場合、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ２からの出力によりヒータ１０２への電力供給を遮断する電力遮断手段として用いている。ＲＬＯＮ４４０信号がＨｉｇｈ状態になると、トランジスタ４４３がＯＮ状態になり、電源電圧Ｖｃｃ２からリレー４５０の２次側コイルに通電され、リレー４５０の１次側接点はＯＮ状態になる。ＲＬＯＮ４４０信号がＬｏｗ状態になると、トランジスタ４４３がＯＦＦ状態になり、電源電圧Ｖｃｃ２からリレー４５０の２次側コイルに流れる電流は遮断され、リレー４５０の１次側接点はＯＦＦ状態になる。

次にリレー４５０を用いた、安全回路の動作について説明する。サーミスタＴＨ１〜ＴＨ２による検知温度の何れか１つが、其々設定された所定温度を超えた場合、比較部４４１はラッチ部４４２を動作させ、ラッチ部４４２はＲＬＯＦＦ信号をＬｏｗ状態でラッチする。ＲＬＯＦＦ信号がＬｏｗ状態になると、ＣＰＵ１２３がＲＬＯＮ４４０信号をＨｉｇｈ状態にしても、トランジスタ４４３がＯＦＦ状態で保たれる為、リレー４５０はＯＦＦ状態（安全な状態）を保つ事が出来る。また、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ２による検知温度が、其々設定された所定値を超えていない場合、ラッチ部４４２のＲＬＯＦＦ信号はオープン状態となる。この為、ＣＰＵ１２３がＲＬＯＮ４４０信号をＨｉｇｈ状態にすると、リレー４５０をＯＮ状態にする事が出来、ヒータ１０２に電力供給可能な状態となる。

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、ＣＰＵ１２３にＺＥＲＯＸ信号を出力している。ＺＥＲＯＸ信号は、ヒータ１０２の制御に用いている。

次にヒータ１０２の温度制御方法について説明する。サ−ミスタＴＨ１〜ＴＨ２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、ＴＨ２信号としてＣＰＵ１２３で検知されている。ＣＰＵ１２３は、サーミスタＴＨ１の検知温度とヒータ１０２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）や波数（波数制御）といった制御レベルに換算し、その制御レベルに応じてトライアック４１６、４２６、４３６を制御している。

サーミスタＴＨ１は発熱ブロック３０２−３の領域に有り、発熱ブロック３０２−３の温度を検知している。サーミスタＴＨ２は、発熱ブロック３０２−４と発熱ブロック３０２−５の間で、両発熱ブロックに跨る様に配置され、両発熱ブロックの温度を検知している。サーミスタＴＨ２は、温度検知素子と集熱板が一体になっており、集熱板によって効率良く両発熱ブロックの温度を集熱し、温度検知素子に熱伝達する様に構成されている。ここで、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ２は発熱抵抗体３０２ａや発熱抵抗体３０２ｂの上では無く、導電体３０３の上に配置されている。しかしながら、熱伝導の良いヒータ基板２０５及び熱伝導の良い導電体３０３により、発熱抵抗体３０２ａや発熱抵抗体３０２ｂ上部にある場合と略同じ温度を検知出来る様になっている。そしてヒータ１０２への電力制御は、サーミスタＴＨ１の検知温度に基づいて行われている。各発熱抵抗体、すなわち各発熱ブロックは、ヒータ１０２の長手方向に発熱分布が均一になる様に抵抗値が調整されており、各発熱ブロックへの印加電圧、通電比率を等しくすれば、各発熱ブロックの温度は略均一になる。よって、ＣＰＵ１２３は、サーミスタＴＨ１からの温度情報に基づいてトライアック４１６を制御し、発熱ブロック３０２−３の温度が所望の設定温度となる様に発熱ブロック３０２−３への投入電力を制御する。Ｌｅｔｔｅｒ紙やＬｅｇａｌ紙等の幅広い記録材Ｓを通紙する時は、発熱ブロック３０２−２と３０２−４、発熱ブロック３０２−１と３０２−５に投入する電力を、発熱ブロック３０２−３へ投入する電力と同じにする。即ち、トライアック４２６とトライアック４３６への通電比率をトライアック４１６への通電比率と合わせる事で、発熱ブロック３０２−１〜３０２−５の温度を略均一に制御する事が出来る。Ａ５紙等の幅の狭い記録材Ｓを通紙する時も同様、発熱ブロック３０２−２と３０２−４に投入する通電比率を、発熱ブロック３０２−３へ投入する通電比率と同じにする。

図５は、記録材Ｓの幅（記録材のサイズ）と、トライアック４１６、４２６、４３６の制御状態の関係を示す。通紙する記録材Ｓの幅を、ＤＬ封筒、ＣＯＭ１０封筒のサイズと検知した場合は、ＣＰＵ１２３はトライアック４１６を駆動する。従って、状態Ｉの様に記録材Ｓが通過する発熱ブロック３０２−３だけを発熱させる。この時、発熱ブロック３０２−２、３０２−４、３０２−１、３０２−５は発熱していない為、状態Ｉの様に、サーミスタＴＨ２の検知する温度はサーミスタＴＨ１に対して非常に低い温度が検知される。もしここで、サーミスタＴＨ２の検知する温度が想定される温度よりも高い場合、すなわち図５の状態ＩのＴＨ２異常高温閾値１を超えた場合、ＣＰＵ１２３は異常と判断し、ヒータ１０２への電力投入を停止する。ここで、ＴＨ２異常高温閾値１は、正常な制御状態、即ち発熱ブロック３０２−４と発熱ブロック３０２−５がＯＦＦ状態では達しない温度に設定されている。

次に、記録材Ｓの幅をＡ５サイズと検知した場合は、ＣＰＵ１２３はトライアック４１６及び４２６を駆動する。従って、状態ＩＩの様に記録材Ｓが通過する発熱ブロック３０２−３、３０２−２、及び３０２−４を発熱させる。この時、発熱ブロック３０２−１及び発熱ブロック３０２−５は発熱していない為、サーミスタＴＨ２は、発熱している発熱ブロック３０２−４と発熱していない発熱ブロック３０２−５によって、サーミスタＴＨ１に対してやや低い温度を検知する。もしここで、サーミスタＴＨ２の検知温度が想定される温度よりも高い場合、即ち、状態ＩＩのＴＨ２異常高温閾値２を超えた場合、又は低い場合、即ち、ＴＨ２異常低温閾値１を下回った場合、ＣＰＵ１２３は異常と判断する。そして、ヒータ１０２への電力投入を停止する。ここで、ＴＨ２異常高温閾値２は、発熱ブロック３０２−１及び３０２−５がＯＦＦ状態では達しない温度に設定されている。また、ＴＨ２異常低温閾値１は、発熱ブロック３０２−２及び３０２−４が、発熱ブロック３０２−３と同じ通電比率で制御されている時には下回る事の無い低い温度に設定されている。

次に、記録材Ｓの幅をＬｅｔｔｅｒ、Ｌｅｇａｌ、Ａ４サイズと検知した場合は、状態ＩＩＩの様に、発熱ブロック３０２−１〜３０２−５の全てを発熱させる必要がある為、トライアック４１６、４２６、４３６の全てを駆動する。この時、サーミスタＴＨ２の検知する温度はサーミスタＴＨ１と略同じ温度が検知される。もしここで、サーミスタＴＨ２の検知温度が想定される温度よりも低い場合、即ち、状態ＩＩＩのＴＨ２異常低温閾値２を下回った場合、ＣＰＵ１２３は異常と判断し、ヒータ１０２への電力投入を停止する。ここで、ＴＨ２異常低温閾値２は、発熱ブロック３０２−２、３０２−４、３０２−１、３０２−５が、発熱ブロック３０２−３と同じ通電比率で制御されている時には下回る事の無い低い温度に設定されている。

このように、加熱定着器１０３は、温度検知素子ＴＨ２の検知温度が、第１の発熱ブロック３０２−４に供給する電力と第２の発熱ブロック３０２−５に供給する電力の比率に応じて設定されている閾値に達した場合、異常と判断する。そして、異常と判断した場合、発熱ブロックへの給電を停止する。

図４に示したように、ＴＨ１信号とＴＨ２信号は比較部４４１にも入力している。そして、サーミスタＴＨ１、ＴＨ２による検知温度の何れか１つでも、比較部４４１で其々設定された所定値を超えた場合、比較部４４１はラッチ部４４２を動作させ、リレー４５０をＯＦＦして安全にヒータ１０２への電力を遮断出来る。例えばトライアック４２６の故障等によって発熱ブロック３０２−２及び発熱ブロック３０２−４の温度が上昇した場合、サーミスタＴＨ２はサーミスタＴＨ１よりも高い温度を検知する事になる。そして比較部４４１で設定されている所定温度を超えるとラッチ部４４２がＲＬＯＦＦ信号をＬｏｗにラッチし、リレー４５０をＯＦＦする事によってヒータ１０２への電力を遮断する。トライアック４３６の故障の場合も同様にサーミスタＴＨ２の検知温度が上昇し、リレー４５０をＯＦＦする事によってヒータ１０２への電力を遮断する事が出来る。

図５に示す様に、隣り合う発熱ブロックがＯＮとＯＦＦだった場合、例えば発熱ブロック３０２−４が温調制御され、隣の発熱ブロック３０２−５がＯＦＦの場合、ヒータ１０２の長手方向の温度分布は発熱ブロックの境界を境に急峻に変化する。この時、サーミスタＴＨ２の検知する温度は、発熱ブロック３０２−４と発熱ブロック３０２−５の温度の略中間の値になる。よって両発熱ブロックが温調制御されている時、またはＯＦＦされている時には発熱ブロック３０２−４と発熱ブロック３０２−５の温度が略同じ温度となり、サーミスタＴＨ２で検知する温度も両発熱ブロックと略同じ温度となる。従って、発熱ブロックの制御の状態とサーミスタＴＨ２で検知される温度を検知すればヒータ１０２の温調制御が正しく行われているか、或いは異常があるかを判断する事が出来る。

図６はＣＰＵ１２３による、加熱定着器１０３の制御シーケンスを説明するフローチャートである。Ｓ６０１でプリント要求が発生すると、Ｓ６０２でリレー４５０をＯＮ状態にする。続いてＳ６０３では記録材Ｓの幅が１１５ｍｍより広いかを判断する。そしてＬｅｔｔｅｒ紙、Ｌｅｇａｌ紙、Ａ４紙、Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ紙、Ｂ５紙、Ａ５紙及び給紙トレイ１６１から給紙される１１５ｍｍより広い幅の不定型紙等の場合にＳ６０４へ移行する。もし記録材Ｓの幅が１１５ｍｍ以下の場合（ＤＬ封筒、ＣＯＭ１０封筒及び１１５ｍｍ以下の幅の不定型紙等）、Ｓ６０５に移行してトライアック４１６、４２６、４３６の通電比率を１：０：０に設定する（状態Ｉ）。

Ｓ６０４では記録材Ｓの幅が１５７ｍｍより広いかを判断する。記録材Ｓの幅が１５７ｍｍ以下の場合（Ａ５紙及び１５７ｍｍ以下の幅の不定型紙）には、Ｓ６０６に移行する。そして、トライアック４１６、４２６、４３６の通電比率を１：１：０に設定する（状態ＩＩ）。もし記録材Ｓの幅が１５７ｍｍより広い場合（Ｌｅｔｔｅｒ紙、Ｌｅｇａｌ紙、Ａ４紙、Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ紙、Ｂ５紙及び１５７ｍｍより広い幅の不定型紙）、Ｓ６０７に移行する。そしてトライアック４１６、４２６、４３６の通電比率を１：１：１に設定する（状態ＩＩＩ）。

尚、Ｓ６０３、Ｓ６０４の記録材Ｓの幅の判断方法としては、給紙カセット１０４や給紙トレイ１６１に設けた紙幅センサを用いる方法、記録材Ｓ搬送経路上に設けたセンサを用いる方法等、どの様な方法でも構わない。また他の方法として、ユーザが設定した記録材Ｓの幅情報に基づく方法、記録材Ｓに画像形成を行う画像情報に基づく方法等がある。

Ｓ６０８では設定した通電比率を用いて、各発熱ブロックへの通電制御を行い、サーミスタＴＨ１の目標設定温度２００℃で定着処理を行う。

Ｓ６０９では、ＣＰＵ１２３に設定されている、サーミスタＴＨ１及びサーミスタＴＨ２の温度が其々所定温度を上回ったり下回ったりしていないかを判断する。即ち、状態ＩにおいてはＴＨ２異常高温閾値１を超えていないか、状態ＩＩにおいてはＴＨ２異常高温閾値２を超えたりＴＨ２異常低温閾値１を下回ったりしていないか、状態ＩＩＩにおいてはＴＨ２異常低温閾値２を下回っていないかを判断する。サーミスタ信号ＴＨ１〜ＴＨ２で検知される温度が、所定の温度を超えたり下回ったりした事を検知すると、Ｓ６１３に移行する。そしてリレー４５０をＯＦＦし、緊急停止して（Ｓ６１４）、異常を報知（Ｓ６１５）後終了する（Ｓ６１６）。サーミスタＴＨ１及びサーミスタＴＨ２の温度が正常動作範囲であればＳ６１０に移行する。そしてプリントＪＯＢを継続する場合はＳ６０８に戻り、定着処理を継続する。終了する場合は、Ｓ６１１でリレー４５０をＯＦＦし、画像形成の制御シーケンスを終了する（Ｓ６１２）。

なお、上記実施例では、２つの発熱ブロックに跨るサーミスタＴＨ２が１つの場合を示しているが、当然の事ながら、２つ以上設けても差し支えない。また、発熱ブロックの数がより多い構成においても本実施例を適用可能である。更に、上記通電比率は上記の比率に限定されるものではない。

図７は、２つの発熱ブロックに跨る様配置されたサーミスタＴＨの配置部分を拡大して示した図である。２つの発熱ブロックに跨るサーミスタＴＨの配置方法は、色々な発熱抵抗体パターンに対して適用出来る。その一例を、図７（Ａ）〜（Ｆ）に示した。いずれの場合も発熱抵抗体が独立制御可能な複数の発熱ブロックに分割されており、分割された２つの発熱ブロックの導電体または発熱抵抗体に跨る様にサーミスタＴＨが配置されている。

図７（Ａ）は発熱抵抗体がヒータ基板全面に均一に形成されており、ヒータ基板短手方向両端に設置された導電体間に電圧が印加され、ヒータ基板短手方向に電流が流れる。そして図の様に中央で二つの発熱ブロックに分割されており、サーミスタＴＨが左右にある２つの発熱抵抗体を跨ぐ様に配置されている。

図７（Ｂ）は図７（Ａ）と同じく発熱抵抗体がヒータ基板全面に形成されている。違いは左右の発熱ブロックの分割部が斜めになっており、両発熱ブロックを加熱した場合、分割部でのヒータ基板長手方向の温度分布が図７（Ａ）よりも均一になる様考慮されている。

図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）の発熱抵抗体を梯子状に形成したもので、複数の発熱抵抗体が斜めに、そしてヒータ基板長手方向に均等に配置されている。電流は、ヒータ基板長手方向に対し斜めに流れる。この場合、分割部でも梯子状発熱抵抗体の並び、すなわちヒータ基板長手方向の配列が均一になり、両発熱ブロックを加熱した場合、分割部でのヒータ基板長手方向の温度分布をより均一に形成出来る。

図７（Ｄ）は上記で説明した本実施例の構成となっており、発熱抵抗体がヒータ基板上均一で、かつヒータ基板短手方向上流側、下流側に分れて配置されている。

図７（Ｅ）は、図７（Ｄ）に対して左右発熱ブロックの分割部が斜めになっており、ヒータ基板長手方向の発熱ブロック分割部での温度分布が均一になる様考慮されている。

図７（Ｆ）は、図７（Ｅ）の発熱抵抗体を梯子状に形成したもので、複数の発熱抵抗体が斜めに配置されている。そしてヒータ基板短手方向、上流側と下流側の二つに分かれ、ヒータ基板短手方向及び長手方向の発熱分布が均一になる様考慮されている。

なお、図７に示した例はほんの一例であり、この他にもあらゆるパターンに応用可能である。

以上述べた通り、本実施例に依れば、サーミスタＴＨ２を発熱ブロック３０２−４と発熱ブロック３０２−５に跨る様に置く事で、発熱ブロックの数に対してサーミスタの数を減らす事が出来、装置の大型化を抑える事が可能である。

（実施例２）
実施例２は、各発熱ブロックを其々独立に温度制御する方法について説明する。ヒータは実施例１と同じヒータ１０２で、サーミスタの数と位置を変更している。なお、実施例１と同様の構成については同一の記号を用いて説明を省略する。

図８には、ヒータ１０２の保持部材８０１の平面図を示す。ヒータ１０２の構成については図３と同様である。図８に示す様に、ヒータ１０２の保持部材８０１には、サーミスタＴＨ２〜ＴＨ５、保護素子２１２、電極Ｅ１〜Ｅ５、電極Ｅ８−１及び電極Ｅ８−２、の為に穴が設けられている。本実施例では、サーミスタＴＨ２は実施例１同様、発熱ブロック３０２−４と発熱ブロック３０２−５に跨る位置であり、両発熱ブロックの温度を検知する位置に配置されている。同様に、サーミスタＴＨ３は発熱ブロック３０２−３と発熱ブロック３０２−４に跨る位置に配置されている。サーミスタＴＨ４は発熱ブロック３０２−１と発熱ブロック３０２−２に跨る位置に配置されている。サーミスタＴＨ５は発熱ブロック３０２−２と発熱ブロック３０２−３に跨る位置に配置されている。また、各電極に接続される電気接点は、ステー２０４と保持部材２０１の間に設けられたケーブルや薄い金属板等の導電材料を介して、後述するヒータ１０２の制御回路９００と接続している。

図９に、ヒータ１０２を電力制御する制御回路９００の回路図を示す。実施例１の図４では３つのトライアックを用いて左右対称の位置にある各発熱ブロックを電力制御する方法について説明した。本実施例では５つのトライアックを用いて各発熱ブロックを各々独立に電力制御する方法について説明する。

トライアック９１６、トライアック９２６の回路動作は、トライアック４１６等と同様の為、説明を省略する。トライアック４１６は、ＣＰＵ１２３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、発熱抵抗体３０２ａ−３及び発熱抵抗体３０２ｂ−３に電力が供給される。トライアック４２６は、ＣＰＵ１２３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、発熱抵抗体３０２ａ−４及び発熱抵抗体３０２ｂ−４に電力が供給される。トライアック４３６は、ＣＰＵ１２３からのＦＵＳＥＲ３信号に従って動作する。トライアック４３６が通電状態になると、発熱抵抗体３０２ａ−５及び発熱抵抗体３０２ｂ−５に電力が供給される。トライアック９１６は、ＣＰＵ１２３からのＦＵＳＥＲ４信号に従って動作する。トライアック９１６が通電状態になると、発熱抵抗体３０２ａ−１及び発熱抵抗体３０２ｂ−１に電力が供給される。トライアック９２６は、ＣＰＵ１２３からのＦＵＳＥＲ５信号に従って動作する。トライアック９２６が通電状態になると、発熱抵抗体３０２ａ−２及び発熱抵抗体３０２ｂ−２に電力が供給される。

そしてヒータ１０２への電力制御は、サーミスタＴＨ３及びサーミスタＴＨ５の検知温度に基づいて行われている。各発熱ブロックは、ヒータ１０２の長手方向に発熱分布が均一になる様に抵抗値が調整されており、各発熱ブロックへの印加電圧、通電比率を等しくすれば、各発熱ブロックの温度は略均一になる。例えば、Ｌｅｔｔｅｒ紙やＬｅｇａｌ紙等の幅広い記録材Ｓを通紙する時、ＣＰＵ１２３は、サーミスタＴＨ３とＴＨ５からの温度情報に基づいてトライアック４１６、４２６、４３６、９１６、９２６を制御する。具体的には、サーミスタＴＨ３とＴＨ５から検知される温度が所望の温度となる様に各発熱ブロックへの通電比率を制御する。しかしながら、各発熱抵抗体の温度が、その僅かな抵抗値不均一等の原因によって、基板長手方向で温度にバラツキが発生する場合がある。その温度のバラツキを、サーミスタＴＨ２〜ＴＨ５で検知し、その検知温度を基に各発熱ブロックへの通電比率を補正する事で、基板長手方向の温度バラツキを小さくする事が出来る。図１１に補正した例を示す。ヒータ１０２の各発熱ブロックへ同じ通電比率で温度制御した場合、（補正前）の様に発熱ブロック３０２−１側が高め、発熱ブロック３０２−５側が低めの温度になる。そこで各発熱ブロックへの通電比率を補正し、（補正後）の様にその温度バラツキを小さくする事が出来る。すなわち各発熱ブロック内の温度バラツキは補正出来ないものの、発熱ブロック間の温度バラツキは、補正前と比較して小さくなっている。

図１０は本実施例における、ＣＰＵ１２３による加熱定着器１０３の制御シーケンスを説明するフローチャートである。ここでは代表して、Ｌｅｔｔｅｒ紙やＬｅｇａｌ紙等の幅広い記録材Ｓを通紙する時の制御方法について説明する。

ＣＰＵ１２３は、プリント要求を受け（Ｓ６０１）、リレー４５０をＯＮする（Ｓ６０２）。そして発熱ブロック３０２−１〜３０２−５の各発熱ブロックへの通電を開始する為、トライアック４１６、４２６、４３６、９１６、９２６への通電比率を全て同じ１：１：１：１：１に設定し（Ｓ１００１）、制御を開始する（Ｓ１００２）。この時ＣＰＵ１２３は、サーミスタＴＨ３とＨ５の温度を平均し、この平均温度が目標温度となる様に制御する（Ｓ１００５）。そしてＣＰＵ１２３は同時にサーミスタＴＨ３とＴＨ５の温度差を検知しており（Ｓ１００３）、その温度差が１０℃以上になった場合は異常と判断して（Ｓ１００３）、リレー４５０をＯＦＦする（Ｓ１００４〜Ｓ１０１７〜Ｓ６１３）。そして、緊急停止して（Ｓ６１４）異常を報知（Ｓ６１５）後、終了する（Ｓ６１６）。

サーミスタＴＨ３とサーミスタＴＨ５の平均温度が目標温度に到達すると、ＣＰＵ１２３はまずサーミスタＴＨ３と目標温度、サーミスタＴＨ５と目標温度を比較する（Ｓ１００６）。そしてサーミスタＴＨ３の温度が目標温度より高い場合は発熱ブロック３０２−４の温度を下げる為、トライアック４２６の通電比率を下げる。逆にサーミスタＴＨ３の温度が目標温度より低い場合は発熱ブロック３０２−４の温度を上げる為、トライアック４２６の通電比率を上げる（Ｓ１００９）。同様にしてサーミスタＴＨ５の温度と目標温度を比較し、発熱ブロック３０２−２の温度を調整する為、トライアック９２６の通電比率を調整する（Ｓ１００９）。そしてこの時、ＣＰＵ１２３はＳ１００６〜Ｓ１００９ルーチンの繰り返し回数を検知している（Ｓ１００７）。所定の回数を繰り返してもサーミスタＴＨ３とＴＨ５が目標温度にならない場合（目標温度との温度差が所定の値以下にならない場合、としても良い。）は異常と判断し（Ｓ１００８）、停止処理（Ｓ１０１７〜Ｓ６１３〜Ｓ６１６）を行う。

次にＳ１０１０では、サーミスタＴＨ２と目標温度、サーミスタＴＨ４と目標温度を比較する（Ｓ１０１０）。そしてサーミスタＴＨ２の温度が目標温度より高い場合は発熱ブロック３０２−５の温度を下げる為、トライアック４３６の通電比率を下げる。逆にサーミスタＴＨ２の温度が目標温度より低い場合は発熱ブロック３０２−５の温度を上げる為、トライアック４３６の通電比率を上げる（Ｓ１０１３）。同様にしてサーミスタＴＨ４の温度と目標温度を比較し、発熱ブロック３０２−１の温度を調整する為、トライアック９１６の通電比率を調整する（Ｓ１０１３）。そしてこの時、ＣＰＵ１２３はＳ１０１０〜Ｓ１０１３ルーチンの繰り返し回数を検知している（Ｓ１０１１）。所定の回数を繰り返してもサーミスタＴＨ２及びサーミスタＴＨ４が目標温度にならない場合（目標温度との温度差が所定の値以下にならない場合、としても良い。）は異常と判断し（Ｓ１０１２）、停止処理（Ｓ１０１７〜Ｓ６１３〜Ｓ６１６）を行う。

サーミスタＴＨ２及びサーミスタＴＨ４が目標温度になった場合、その調整した各トライアックへの通電比率を保ったままヒータ１０２の温度制御を継続する（Ｓ１０１４）。そしてＳ１０１５でサーミスタＴＨ２〜ＴＨ５が正常温度範囲内にあるかを判断し（Ｓ１０１５）、プリントＪＯＢの継続判断（Ｓ６１０）し、継続する場合はＳ１００３に戻る。

上記で示した発熱ブロック３０２−１〜３０２−５の温度バラツキを補正する方法は一例であり、サーミスタＴＨ２〜ＴＨ５での検知温度に基いて、他の方法でバラツキ補正を行っても差し支えない。

上記説明は最大サイズのＬｅｔｔｅｒ紙やＬｅｇａｌ紙等の幅広い記録材Ｓを通紙する際の制御方法について述べた。Ａ５紙等、１５７ｍｍ幅までの小サイズ紙の場合も基本的な制御方法を上記方法と同様に行えば、通電する各発熱ブロックの温度を均一に制御する事が可能である。また、記録材Ｓの幅が最小の場合、すなわち１１５ｍｍ幅までの小サイズ紙では、発熱ブロック３０２−３のみを制御し、発熱ブロック３０２−１〜３０２−２及び発熱ブロック３０２−４〜３０２−５は通電されないの。このため、サーミスタＴＨ３とＴＨ５で検知される温度は目標温度に対して低い温度が検知される（図１２）。また、ＣＰＵ１２３は、発熱ブロック３０２−３のみを設定温度で制御した場合のサーミスタＴＨ３とＴＨ５の検知温度、温度推移を予め記憶している。ＣＰＵ１２３は、発熱ブロック３０２−３が目標温度で制御される様にサーミスタＴＨ３及びサーミスタＴＨ５の検知温度をモニタし、図１２の目標温度になる様に制御する。

上記の例では、サーミスタＴＨ２〜ＴＨ５を設けて発熱ブロックの温度不均一を補正しているが、当然の事ながら、サーミスタの数を更に増やしても差し支えない。また、サーミスタの数を増やす場合、各発熱ブロックの中央付近に配置しても差し支えない。更に、制御方法として、予め工場等で、サーミスタＴＨ２〜ＴＨ５によって検知される温度と、補正した各発熱ブロックへの電力投入比率を測定してメモリ等に記憶しておく。そして、実際の制御の際にそれらのメモリの情報を用いて各発熱ブロックの電力投入比率を補正する様にしても良い。

以上述べた通り、本実施例に依れば、サーミスタＴＨ２〜ＴＨ５を発熱ブロック３０２−１〜３０２−５の其々の間に両発熱ブロックに跨る様に配置する事で、発熱ブロックの数に対してサーミスタの数を減らす事が出来、加熱定着器の構成を簡素化出来る。

１０２ ヒータ
２０５ ヒータ基板
３０２−１〜３０２−５ 発熱ブロック
４１６、４２６、４３６、９１６、９２６ トライアック
ＴＨ１〜ＴＨ５ サーミスタ

Claims (7)

1. 基板と、前記基板に形成されており電力の供給により発熱する第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の発熱ブロックが配置された位置とは異なる位置であって前記第１の発熱ブロックよりも記録材の搬送基準位置から離れた位置に配置されており前記第１の発熱ブロックとは独立して制御される第２の発熱ブロックと、を有するヒータと、
   前記第１の発熱ブロックと前記第２の発熱ブロックを制御する中央演算処理装置と、
   を有し、前記中央演算処理装置が前記第１の発熱ブロックに供給する電力と前記第２の発熱ブロックに供給する電力を制御することによって前記ヒータの発熱分布を切換えられることができ、前記ヒータの熱を利用して記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、
   前記第１の発熱ブロックと前記第２の発熱ブロックの両方に跨る様に配置されている温度検知素子を有し、前記温度検知素子からの信号は前記中央演算処理装置に入力していることを特徴とする像加熱装置。
2. 前記第１の発熱ブロックを発熱させ前記第２の発熱ブロックを発熱させないように前記中央演算処理装置が前記第１の発熱ブロックと前記第２の発熱ブロックを制御している場合で、前記温度検知素子の検知温度が異常高温閾値よりも高くなった時又は前記第１の発熱ブロックが発熱している時には下回ることがなく前記異常高温閾値よりも低い異常低温閾値を下回った時、前記像加熱装置は、前記ヒータへの電力供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 前記第１の発熱ブロックに供給する電力と前記第２の発熱ブロックに供給する電力の比率は記録材のサイズに応じて設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の像加熱装置。
4. 前記像加熱装置は、前記温度検知素子の検知温度に基づいて前記第１の発熱ブロックと前記第２の発熱ブロックへ供給する電力を制御することを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
5. 各発熱ブロック中の発熱抵抗体に前記基板の短手方向に電流が流れるように、各発熱ブロックが構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の像加熱装置。
6. 前記像加熱装置は更に、内面が前記ヒータに接触しつつ回転する筒状のフィルムを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の像加熱装置。
7. 前記像加熱装置は更に、前記フィルム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ローラを有することを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。

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