JP5489939B2 - 定着ヒータ、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式により用紙に形成されたトナー像を加熱定着する定着ヒータ、定着装置及び画像形成装置に関する。

電子写真法に基づいて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置は、良好な画質品位を有する画像を容易に形成できることから、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、複合機などに広く利用される。

電子写真方式の画像形成装置の定着工程を行う手段として、たとえば熱ローラ定着方式の定着装置を用いる。熱ローラ定着方式は、定着ローラと、加圧ローラとを含む。定着ローラ及び加圧ローラは、互いに圧接するローラ対である。フルカラー印刷の可能な画像形成装置に備えられる定着装置では、例えばシリコーンゴムなどからなる弾性層を表面に設けた定着ローラを用いる。この弾性層を設けたローラによって、定着工程における剥離爪を用いることなく、記録媒体と定着ローラを剥離することが可能となる。しかしながら、高速化に対応するためにニップ部を広く取るため弾性層を大きくした場合、弾性層の熱容量が大きくなり、ウォームアップ時間の遅延や消費電力の増大という課題が発生する。

そこで、ベルト方式の定着方式が考案されている。ベルト方式の定着方式では、熱容量が小さく弾性層を設けた定着ベルトと、定着ベルトの裏面（用紙が当接する表面に対して裏側の面）にヒータを直接当接する。この構成によってヒータを定着ローラに内蔵する必要が無いため、定着ローラをスポンジゴムなどからなる低硬度の弾性層を厚く設けることができるので、広い定着ニップを確保することができ、また、ウォームアップの短縮と省エネを可能としている。

また、定着工程において、定着装置の最大通紙幅に対して小さいサイズの記録媒体（以下小サイズ紙という）を連続で通紙すると、定着ニップ部において、小サイズ紙が通紙する通紙部は、熱が奪われた分だけ加熱手段によって加熱されて温度が回復するのに対して、小サイズ紙の外側の非通紙部では熱が奪われないにも拘らずヒータによって加熱されるため、非通紙部の温度が異常に上昇する現象が起こる。この現象が起こると、その直後に普通サイズ紙を通紙した場合、異常な昇温部分による高温オフセットの発生や紙しわなどの原因となる。そのため、用紙サイズに対応した部分だけを加熱する構成をしたヒータが提案されている。

特許文献１には、スルーホールを複写用紙の複数種類の紙幅に対応する箇所にて抵抗発熱体上にそれぞれ形成し、これらの各スルーホールの基板裏面側端部に電極をそれぞれ設け、これら電極を選択的に通電することにより、抵抗発熱体の発熱部の長さを適宜調整することができる定着ヒータが開示されている。

また特許文献２には、複数の分岐した抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体の分岐端部における通電切り換えを行う通電切り換え手段とを備え、検知された用紙サイズに応じて前記分岐端部の通電切り換えを、前記抵抗発熱体への非通電時に行うことが開示されている。

特開平８−１５２７９５号公報 特開平６−３４８１７２号公報

しかしながら、特許文献１のような構成にした場合、小サイズ紙に対応した発熱部分と普通サイズ紙に対応した発熱部分とでは電極間抵抗値が異なるため、同じ電圧をかけた場合、消費電力が異なる。一般に、普通サイズ紙と小サイズ紙の定着工程に要する電力は、小サイズ紙のほうが小さい。よって小サイズ紙に対応する箇所の抵抗を、普通サイズ紙に比べて大きくなる、又は同じになるように形成しなければならず、ヒータ自身の構成が複雑になることと、コストアップに繋がってしまう。

また、特許文献２のような構成にした場合、通電部分の抵抗値が用紙サイズに連動して大きく変化してしまい、ヒータ全体で所定の電力を確保できる抵抗値に設定すると、小サイズ紙対応部分の抵抗値が小さくなりすぎるため、過剰電流などの弊害が生じる。

本発明の目的は、複雑な構造や制御を必要とすることなく、用紙サイズに対応した消費電力の調整を簡易な構成で可能となる定着ヒータ、定着装置及び画像形成装置を提供することである。

第１の発明は、搬送される用紙を加熱してトナーを定着させるための定着ヒータにおいて、
用紙搬送直角方向を長手方向とする長尺板状の基板と、前記基板上に形成された抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体上に、搬送可能な各用紙サイズにおける用紙搬送直角方向の用紙幅に相当する距離で、前記基板の長手方向に対をなして設けた通電用の電極と、を備え、
用紙幅に相当する電極間距離の前記電極対は、該電極間距離より大きい用紙幅に相当する電極間距離の電極対に対してその間に配置され、搬送される用紙の定着を行う場合、搬送用紙の用紙幅に相当する電極間距離を有する前記電極対に通電し、用紙搬送方向の長さである電極幅は、各用紙サイズの用紙幅に応じて変えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明の定着ヒータにおいて、前記抵抗発熱体により定着ベルトを加熱して用紙まで用紙搬送方向に移動し定着する場合、前記電極の用紙搬送方向の各中心は、前記基板の用紙搬送方向の中心より前記定着ベルトの進行方向側にずれることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明の定着ヒータにおいて、前記抵抗発熱体により定着ベルトを加熱して用紙まで用紙搬送方向に移動し定着する場合、前記定着ベルトを回転させるための駆動部材が取り付けられている側の前記電極対の一方の電極の電極幅は、対をなす他方の電極の電極幅よりも大きいことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１、２又は３の発明の定着ヒータにおいて、前記電極の電極幅（Ｗｉ）及び、該電極を含む前記電極対の電極間距離（Ｌｉ）と、該電極間距離（Ｌｉ）よりも大きいが電極対の電極の電極幅（Ｗｏ）及び、電極間距離（Ｌｏ）の関係において、
Ｌｉ／Ｗｉ≧Ｌｏ／Ｗｏ
の関係式を満たすことを特徴とする。

また、第５の発明は、搬送される用紙を加熱してトナーを定着させるための定着ヒータにおいて、用紙搬送直角方向を長手方向とする長尺板状の基板と、前記基板上に形成された抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体上に、搬送可能な各用紙サイズにおける用紙搬送直角方向の用紙幅に相当する距離で、前記基板の長手方向に対をなして設けた通電用の電極と、を備え、用紙幅に相当する電極間距離の前記電極対は、該電極間距離より大きい用紙幅に相当する電極間距離の電極対に対してその間に配置され、搬送される用紙の定着を行う場合、搬送用紙の用紙幅に相当する電極間距離を有する前記電極対に通電し、各電極の電極幅が同一であり、前記電極と、それに隣接する電極とがそれぞれ別の前記電極対に含まれる場合、前記電極とその隣接電極の間に有る前記抵抗発熱体の単位長さあたりの抵抗が、それら電極が属する電極対のうち電極間距離が小さい方の内側にある抵抗発熱体の単位長さあたりの抵抗に比べて小さいことを特徴とする。

また、第６の発明は、搬送される用紙を加熱してトナーを定着させる定着装置において、
第１から４の発明のいずれかの定着ヒータと、前記定着ヒータの前記電極対同士の接続を切り替える切り替え手段と、前記切り替え手段を制御して前記電極対を接続し通電する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、搬送用紙幅に相当する電極間距離を有する前記電極対同士を前記切り替え手段により接続することを特徴とする。

また、第７の発明は、搬送される用紙を加熱してトナーを定着させる定着装置において、第５の発明の定着ヒータと、前記定着ヒータの前記電極対同士の接続を切り替える切り替え手段と、前記切り替え手段を制御して前記電極対を接続し通電する制御手段と、を備え、前記制御手段は、搬送用紙幅以下に相当する電極間距離を有する前記電極局対同士をすべて前記切り替え手段により接続することを特徴とする。

また、第８の発明は、第６の発明の定着装置において、前記制御手段は、搬送用紙幅に相当する前記抵抗発熱体を均一加熱するように、電極により区切られた抵抗発熱体をデューティ通電制御することを特徴とする。

また、第９の発明は、第８の発明の定着装置において、前記制御手段は、搬送用紙幅に相当する前記抵抗発熱体のうち、両端部に該当する抵抗発熱体をデューティ通電制御することを特徴とする。

また、第１０の発明は、未定着トナー像を記録媒体に定着させる定着ベルトと、前記定着ベルトを加熱する加熱部材と、前記定着ベルトを加圧して定着を補助する加圧部材と、を備え、前記加熱部材は、第１から５の発明のいずれかの定着ヒータを含み、前記定着ベルトは、無端状に形成され、少なくとも前記定着ヒータに懸架されることで加熱され、前記定着ヒータは、前記定着ベルトの幅方向全体に当接していることを特徴とする。

また、第１１の発明は、搬送された用紙にトナー像を形成する画像形成手段と、形成されたトナー像を用紙に加熱定着させる第６から１０の発明のいずれかの定着装置と、を備える画像形成装置である。

本発明は、用紙サイズの応じて加熱領域を切り替えることにより、端部昇温度対策及び省エネを実現する。

また、電極の幅を変えるという単純な構成で発熱する領域の抵抗値（電力）を調整することができる。さらに駆動側は放熱が多くなるため、他方より短手方向に対して発熱領域を大きくすることで端部温度落ちを防ぐ。

また、Ｌｉ／Ｗｉ≧Ｌｏ／Ｗｏの等号は、抵抗値が等しくなる、即ち供給電力がどの領域でも等しくなることを意味し、不等号は同じ厚みおよび材料構成であれば、記録媒体自身の大きさが小さければ熱容量はより小さいことを意味する。即ち内側で加熱する場合の電力は外側より小さくてすむため、内側の抵抗を大きく構成しておけばよい。以上により、簡易な方法でサイズに応じた熱量を得られるヒータを実現できる。

また、ある領域の抵抗発熱体の幅Ｌ、その領域の抵抗発熱体の単位長さあたりの抵抗ρとすると、
（数式）ρ＝α×１／Ｌ＾２
を満たすように（αは定数）ヒータを構成すれば、すべての領域で単位長さあたりの消費電力が等しくなり、長手方向に一様に加熱できる。

また、搬送用紙幅以下に相当する電極間距離を有する前記電極局対同士をすべて前記切り替え手段により接続することで、電極間の抵抗を並列接続することにより、シンプルな制御系でセンター基準に対応できる。

また、デューティー制御をすることで、すべての領域で単位長さあたりの消費電力が等しくなり、長手方向に一様に加熱できる。

本発明に係る乾式電子写真方式のカラー画像形成装置の内部構造を示す概略図である。 第１の実施形態に係る定着装置を示す断面図である。 第１の実施形態に係る定着ヒータを示す図である。 第１の実施形態に係る他の定着ヒータを示す図である。 第１の実施形態に係る更に他の定着ヒータを示す図である。 画像形成装置を示す制御ブロック図である。 第２の実施形態に係る定着装置を示す断面図である。 第２の実施形態に係る定着ヒータを示す図である。 第２の実施形態に係る定着ヒータの等化回路を示す図である。 第３の実施形態に係る定着ヒータを示す図である。 多数の電極を備えた定着ヒータを示す図である。 図１２の定着ヒータの等化回路を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る乾式電子写真方式のカラー画像形成装置の内部構造を示しており、光学系ユニットＥ、４組の可視像形成ユニットｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄ、中間転写ベルト１１、二次転写ユニット１４、定着装置１５、内部給紙ユニット１６及び手差し給紙ユニット１７とを備えている。

可視画像形成ユニットｐａは、トナー像担持体となる感光体１０１ａの周囲に、帯電ユニット１０３ａ、現像ユニット１０２ａ、クリーニングユニット１０４ａが配置している。一次転写ユニット１３ａは中間転写ベルト１１を介して配置している。他の３組の可視像形成ユニットｐｂ，ｐｃ，ｐｄは可視画像形成ユニットｐａと同様の構成であり、各ユニットの現像ユニットにはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色トナーが収容されている。

光学系ユニットＥは光源４からのデータを４組の感光体１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄに届くように配置されている。中間転写ベルト１１はテンションローラ１１ａ，１１ｂによりたわむことなく配置され、テンションローラ１１ｂ側に廃トナーＢＯＸ１２、テンションローラ１１ａ側に二次転写ユニット１４が当接して配置されている。定着ユニット１５は二次転写ユニット１４の下流に配置されている。

画像形成の工程は以下のようになる。
感光体ドラム１０１ａ表面を帯電ユニット１０３ａで一様に帯電した後、光学系ユニットＥにより感光体ドラム１０１ａ表面を画像情報に応じてレーザー露光し静電潜像を形成する。帯電ユニット１０３ａとしては、感光体ドラム１０１ａ表面を一様に、またオゾンを極力発生させることなく帯電するために、帯電ローラ方式を採用している。その後現像ユニット１０２ａにより感光体ドラム１０１ａ上の静電潜像に対しトナー像を現像し、この顕像化されたトナー画像をトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された一時転写ユニット１３ａにより中間転写ベルト１１上に転写する。他の３組の可視像形成ユニットｐｂ，ｐｃ，ｐｄも同様に動作し順次中間転写ベルト１１上に転写するようになっている。中間転写ベルト１１上のトナー画像は二次転写ユニット１４まで搬送され、別途、内部給紙ユニット１６の給紙ローラ１６ａまたは手差し給紙ユニット１７の給紙ローラ１７ａから給紙された記録紙に、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加されて転写される。記録紙上のトナー画像は定着装置１５に搬送され、発熱定着ベルトにより加熱されて記録紙上に融着し、外部へ排出される。

＜第１の実施形態＞
次に第１の実施形態に係る定着装置について図２を用いて説明する。なお、図２は用紙の横から見た断面図である。

本実施形態における定着装置１５は、無端状の定着ベルト２１、定着ローラ２２、ヒータ２３、定着ベルト２１の温度を検知するためのサーミスタ２４、加圧ローラ２５を備えている。定着ベルト２１は定着ローラ２２とヒータ２３によって架け巻きされている。ヒータ２３について詳しくは後述するが、図示しない保持部材により保持されている。

定着ベルト２１は、基材層、弾性層、離型層からなる。本実施形態においては装着しない状態で、外形５０φ、幅３２０ｍｍの無端形状のベルトである。

基材層は、ポリイミドなどの絶縁性のある耐熱樹脂を用いて中空円筒状に形成され、厚みは５０μｍ程度が望ましい。

弾性層は、絶縁基材層の上に、耐熱性を有するフッ素ゴム又はシリコーンゴムから形成され、本実施形態においては１５０μｍの厚みである。
さらに、弾性層の上にフッ素系の合成樹脂からなる離型層が形成されており、本実施形態においては厚み３０μｍのＰＦＡのチューブが用いられている。

ヒータ２３は、定着ベルト２１の裏面側（用紙と接触しない面側）に配置されており、通電することにより発熱して定着ベルト２１を熱する。定着ローラ２２により定着ベルト２１の熱せられた部分が移動し、定着ローラ２２と加圧ローラ２５に挟持された用紙を加熱定着する。ヒータ２３の詳しい構造については後述する。

サーミスタ２４は、接触型あるいは非接触型を用いて定着ベルト２１の表面（用紙と接触する側の面）の温度を検知し、それに基づいて温調制御を行う。接触サーミスタの場合、定着ベルト２１との摩擦により定着ベルト表面を削ってしまい、定着画像への影響および定着ベルト２１自身の機能低下が生じるため、赤外線吸収タイプなどの非接触サーミスタを搭載するのが望ましい。また、定着ベルト２１の幅方向に対して複数のサーミスタ２４を搭載することで、さらに精度よく温度制御を行う。なお、図２においては定着ベルト２１表面の温度検知しているが、定着ベルト２１の内部にサーミスタ２４を搭載することで、ベルト内部から定着ベルト２１の温度検知をする、あるいはヒータ２３を直接温度検知してもよい。

定着ローラ２２は略円筒形の形状とされ、略円筒形の中心から外周に向かって芯金及び弾性層が形成される２層構造である。芯金には、鉄、ステンレス鋼、アルミニウムまたは銅などの金属、あるいはそれらの合金などが用いられる。弾性層には、シリコンゴムまたはフッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適している。本実施形態において、定着ローラ２２の直径は３０ｍｍである。芯金には、直径２０ｍｍのステンレス鋼が用いられ、弾性層には、厚さ５ｍｍのシリコンスポンジゴムが用いられる。定着ローラ２２の両側の支持軸は、図示しないメインフレームにベアリングを介して回転自在に支持されている。

加圧ローラ２５は、略円筒形の形状とされ、略円筒形の中心から外周に向かって芯金、弾性層および離型層が形成される３層構造である。芯金には、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム銅などの金属、あるいはそれらの合金などが用いられる。弾性層には、シリコンゴムまたはフッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適している。離型層には、ＰＦＡ（テトラフルオロチレンアルキルビニルエーテルとの共重合体）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂が適している。本実施形態において、加圧ローラ２５の外径は３０．１ｍｍで、芯金には内径２６ｍｍ、肉厚１ｍｍの鉄（ＳＴＫＭ）が用いられる。弾性層には、厚さ１ｍｍのシリコンソリッドゴムが用いられる。離型層には、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブが用いられる。加圧ローラ２５は、定着ローラ２２に定着ベルト２１を介して定着ローラ２２に対向するように配置され、図示しないモータにより回転駆動される。図示しない加圧ローラ２５の両側の支持軸は、図示しない支持フレームにベアリングを介して回転自在に支持される。一方の支持軸は、ギアを介してモータのモータ軸に接続される。図示しない制御装置によりモータを回転制御すると加圧ローラ２５が回転する。また、支持フレームには所定の圧力（たとえば４００Ｎ）をかけることによって、加圧ローラ２５と定着ベルト２１がニップ部２６を形成する。本実施形態においては、ニップ部２６の幅は７ｍｍである。

以上の構成により、加圧ローラ２５が図２のＲ２方向に回転駆動されると、圧接された定着ベルト２１がＲ２方向とは逆方向であるＲ１方向に定着ベルト２１が従動回転し、各色の未定着トナー２７が転写された用紙２８をＰの方向に送ることによって定着工程が行われる。従って、定着ベルト２１の移動方向（Ｒ１方向）と、用紙の搬送方向（Ｐ方向）は、定着を行うニップ部２６では同一方向となる。

次に、図３から図５を用いて本実施形態のヒータの構成の詳細を説明する。図３（ａ）に示すように、ヒータの基板３１は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックスや、石英ガラスなどからなる耐熱性と電気絶縁性もった材料からなり、細長の板状（長尺板状）である。定着ベルト２１との摺動性を向上させるために、図３（ｂ）のように、基板３１が短手方向（長手方向に直角な方向）に円弧状に形成されている。なお、円弧状にせず、まっすぐな板状のものでもよい。
ここで、基板３１は、その長手方向が定着対象である用紙の搬送直角方向と同じ方向に、基板の短手方向が用紙搬送方向と同じ方向に配置される。従って、搬送される用紙の用紙幅は、用紙搬送直角方向の長さとなる。

前記基板３１の上に、通電により発熱する抵抗発熱体層３２を一様に形成する。抵抗発熱体層３２は、銀・パラジウム合金粉末を焼成したものや、カーボンからなる抵抗発熱体塗料を塗布したものなどから成る。

さらに、抵抗発熱体層３２に通電するための電極対３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは、用紙サイズに合わせてその用紙幅に相当する電極間距離を有する電極対として配置される。そして用紙幅に相当する電極間距離の前記電極対は、該電極間距離より大きい用紙幅に相当する電極間距離の電極対に対してその間に配置される。従って、電極対３３ａの間に電極対３３ｂがあり、電極対３３ｂの間に電極対３３ｃがある。こうして、搬送用紙の用紙幅に相当する電極対に通電することにより、その用紙幅に相当する抵抗発熱体層３２の部分だけが発熱するような構成とする。この場合は、図示していないが、各電極対ごとに通電接続するスイッチ（切り換え手段）が配置されており、これをオン・オフすることで用紙幅に合せて切り換える。すなわち、電極間距離をＡ４サイズ紙の横幅ならば２９７ｍｍ、Ｂ５サイズ紙の縦幅ならば１８２ｍｍなどにする。この構成により、必要な箇所だけを加熱することが可能となり、端部の異常昇温の防止や、消費電力の削減を実現する。

しかしながら、基板３１の短手方向（用紙搬送方向あるいは定着ベルト搬送方向）に対して電極幅を同じにした場合、
Ｒ＝ρｓ×Ｌ÷Ｗ［Ω］ （１）
の関係式から、電極対の電極間距離が小さくなるほど、抵抗発熱体３２の抵抗値が小さくなり、同じ電圧を入電した場合、加熱する場所によって消費電力が異なってしまう（ここで、Ｒは電極間抵抗値、ρｓは抵抗発熱層のシート抵抗、Ｌは電極間距離、Ｗは電極の基板短手方向の幅である）。

そこで、本実施形態においては電極の基板短手方向（用紙搬送方向あるいは定着ベルト搬送方向）の幅を、電極を配置する箇所によって変えることで前記の問題を解決する。

本実施形態ではカーボンを主成分として０．６８Ω／□のシート抵抗をもつ材料を用いて抵抗発熱体層３２を形成する。いま、図３（ａ）においてＬＡ［ｍｍ］がＡ４サイズ紙横幅、即ち２９７ｍｍとし、電極３３ａのヒータ基板短手方向長さＷＡを２０ｍｍとした場合、電極３３ａ間抵抗値は１０Ωとなり、１００Ｖの電圧印加によって１０００Ｗの電力を得ることができる。続いて電極３３ａ間に設けられた電極３３ｂ間距離ＬＢをＢ５サイズ紙の縦幅である１８２ｍｍとした場合、（１）式の関係からもわかるように、電極３３ｂの幅ＷＢを１２．２ｍｍとすれば電極３３ｂ間抵抗値は１０Ωとなる。よって同じ電圧１００Ｖを印加すれば１０００Ｗの消費電力が得られる。同様にしてＬＣがＡ５サイズ紙の縦幅１４８ｍｍであれば、ＷＣを１０ｍｍにすることで前記と同じ結果が得られる。
こうして、各電極対のヒータ基板短手方向長さが異なっても抵抗値を共通になるように電極幅を設定することにより、電極対間の加熱が一定の消費電力となり、通電加熱制御をし易くなる。

さらに、図４のように各々の電極の基板短手方向（用紙搬送方向あるいは定着ベルト搬送方向）の中心を基板３１の短手方向の中心からずらしてもよい。すなわち、電極３４ａ，３４ｂ，３４ｃの中心を図２のニップ部２６へ近づける方向（定着ベルト搬送先方向）へずらす。これによって、加熱領域がニップ部２６へとより近づき、回転中の放熱のロスを少なくし、さらなる定着性の向上と省エネを実現することができる。

また、一般に、機内の対流や定着ベルト２１表面からの放熱により定着ベルト２１の幅方向に対して温度バランスが崩れることがある。特に、駆動ギアが取り付けられている駆動側は、放熱量が他方よりも大きく、ウォームアップ直後等においては顕著に温度差がつき、コールドオフセットの原因となる。その対策として、図５のように駆動側の電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃの幅ＷＡを他方の電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃの幅ＷＡ’より大きくする、すなわちＷＡ＞ＷＡ’とする。電極幅が広いほうが発熱領域が大きくなり、放熱量が大きくなっても、釣り合いをとることができ、ベルト全体の温度バランスをとることが可能となる。

図示しないが、本実施形態のヒータ２３において、定着ベルト２１と接触する面をフッ素コーティング（ＰＴＦＥコートなど）を施すことによって、定着ベルト２１との摺動性を良くしてもよい。さらに、本実施形態においては、定着ベルト２１と接触する側と反対の基板３１の面の上に抵抗発熱体３２を形成しているが、定着ベルト２１と接触する側の基板３１面上に形成しても良い。

次に、本実施形態の動作を図６のブロック図を用いて説明する。

画像形成装置１は、たとえばスキャナ４１やプリンタ４２と周辺機器４３を備えた複合機であり、原稿画像を読み取る読取部５１、読み取った原稿画像を適正な電気信号に変換して画像データを生成する画像処理部５２、生成された画像データを印刷出力する画像形成部５３、電極対の接続切り替え（すなわち、ヒータの加熱箇所の切り替え）や定着部１５の駆動を制御する定着制御部５４、後処理装置であるフィニッシャーやソーターなどの周辺機器４３を制御する周辺機器制御部５５、画像形成装置１の操作部である入力部５６、表示部５７、データを格納する記憶部５８、装置全体を制御する制御部５９を備えている。

電源を入れた直後、若しくはスリープモードから復帰した直後は、定着制御部５４は加圧ローラ２５の駆動回転が開始すると同時に、ヒータ２３全体が発熱する電極を選択し、通電によってヒータ２３全体を発熱させ、定着ベルト２１を加熱する。

定着制御部５４は、搭載されたサーミスタ２４によって温度検知を行いながら抵抗発熱体３２の全体に連続通電し、予め記憶部５８に記録されている設定温度に達すると、所定の温度に温調する待機状態に移行する。すなわち、最大の用紙幅に相当する電子対に通電して抵抗発熱体３２を所定温度まで加熱する。

ここでプリント信号があった場合、定着制御部５４は、用紙サイズに応じて用紙幅に相当する電極対同士をスイッチにより接続し、その電極対間にある抵抗発熱体３２を定着設定温度になるようにサーミスタ２４の検出温度に応じて通電加熱して、定着工程を開始する。この定着設定温度も記憶部５８に記憶されており、サーミスタ２４の検出温度に応じての定着設定温度になるよう制御する通電値についても記憶部５８に記憶されている。こうして、簡単な構成で定着に必要な部分のみ加熱でき、また加熱する領域全体で均一の加熱が可能となる。

小サイズ紙を連続通紙する場合、小サイズ紙の通過しない部分の温度が所定の定着温度を下回った場合（本実施形態においては１０℃）、ヒータ２３を全体加熱に切り替えて、定着ベルト２１の端部の温度の下降を修正する。これによって、小サイズ紙のあとすぐに普通サイズのプリント信号があった場合でも定着ベルト２１の温度上昇を待つことなく、直ちに定着工程を行うことが可能となる。

＜第２の実施形態＞
図７は、本実施形態の定着装置を示す断面図である。
基本的な構造は図２の定着装置と同じであり、同一部分には共通の符号を付し説明は省力する。図７の定着装置が図２の定着装置と異なるのは、ヒータ６０である。

次に、図８を用いて本実施形態のヒータの構成の詳細を説明する。ヒータ６０の基板６１は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックスや、石英ガラスなどからなる耐熱性と電気絶縁性もった材料からなり、細長の板状（長尺板状）である。第１の実施形態と異なり、本実施形態は直線上の板状であるが、ベルトとの摺動性を向上させるために、第１の実施形態と同様に円弧状にしてもよい。

前記基板６１の上の通電により発熱する抵抗発熱体層６２を一様に形成する。抵抗発熱体層６２は、銀・パラジウム合金粉末を焼成したものや、カーボンからなる抵抗発熱体塗料を塗布したものなどから成る。

さらに、抵抗発熱体層６２に通電するための電極対６３ａ，６３ｂは、用紙サイズに合わせてその用紙幅に相当する部分だけが発熱するような構成する。第１の実施形態と同様に、用紙幅に相当する電極間距離の前記電極対は、該電極間距離より大きい用紙幅に相当する電極間距離の電極対に対してその間に配置される。即ち、両端の電極対６３ｂに加えて、抵抗発熱体６２の中間部分に電極対６３ａを設けていることで、加熱領域１と加熱領域２に分けることができる。また、このように中間部に電極を設けて電極対同士を接続することで各領域の抵抗発熱体６２は、図９の等価回路のように電気的に並列関係となっている。

本実施形態において、ヒータ基板６１は全長３３０ｍｍで、用紙搬送方向長さ（短手方向長さ）は２０ｍｍである。抵抗発熱体６２は基板６１上に定着ベルト２１と同じ長さの３２０ｍｍで形成され、短手方向長さが１０ｍｍである。電極６３ａ，６３ｂは５ｍｍ×１０ｍｍで、Ｌ２が３２０ｍｍ、Ｌ１が２００ｍｍとなるように抵抗発熱体６２上に配置される。抵抗発熱体６２のシート抵抗は１Ω／□であり、加熱領域６４の抵抗値Ｒ１は２０Ωとなる。１００Ｖの交流電源７６により５００Ｗの消費電力で加熱され、長手方向の単位長さ当りの消費電力は２．５Ｗ／ｍｍとなる。

一方、加熱領域６５の抵抗値Ｒ２は１２Ωとなり、同じ１００Ｖの交流電圧にすると８３３．３Ｗの消費電力となり、長手方向単位長さあたりの消費電力は６．９Ｗ／ｍｍと加熱領域にくらべて大きくなり、定着ベルト２１が均一に加熱することが難しくなる。

そこで加熱領域６５への通電量はデューティ制御で調整する。デューティ制御とは、通電をＯＮにする通電時間とＯＦＦにする非通電時間との比による電力制御であり、スイッチ７８によって行う。本実施形態においては、インターバル周期（点灯周期）の３６％に相当する時間だけスイッチ６８をＯＮにし、残りの６４％相当の時間はＯＦＦにする。これによって加熱領域の平均消費電力３００Ｗとなり、長手方向単位長さあたりの平均消費電力は２．５Ｗ／ｍｍとなってヒータ全体の単位長さあたりの平均消費電力が等しくなる。よって、定着ベルト２１を均一に加熱することができ、未定着画像も均一に加熱することが可能である。

また、Ｂ５サイズの縦通し（幅は１８２ｍｍ）のような小サイズ紙上の未定着画像を定着させる場合、通紙中はスイッチ６７だけをＯＮにし、スイッチ６８を常にＯＦＦにしておけばよい。

これらの接続や通電制御は、図６のブロック図における定着制御部５４が行っている。電源を入れてから設定温度に達するまでの制御は、第１の実施形態と同じである。プリント信号があった場合、定着制御部５４は、搬送用紙幅以下に相当する電極間距離を有する前記電極局対同士をすべて前記切り替え手段により接続し、隣接する電極間の抵抗発熱体の抵抗値を並列接続とする。こうして搬送用紙幅における前記並列接続された抵抗値の長手方向単位長さあたりの消費電力を一定にするようにデューティ通電制御を行う。定着設定温度と、サーミスタ２４の検知温度に応じて定着設定温度にする通電値とについては、記憶部５８に記憶されているので、定着制御部５４は記憶部５８のこれら値に応じて温度制御を行う。こうして、簡単な構成で定着に必要な部分のみ加熱でき、また加熱する領域全体で均一の加熱が可能となる。

＜第３の実施形態＞
次に第３の実施形態を示す。画像形成装置及び、定着装置の構成は第２の実施形態と同じであるため省略し、図１０を用いて本実施形態のヒータの構成の詳細を説明する。ヒータの基板８１は、実施形態１と同様、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックスや、石英ガラスなどからなる耐熱性と電気絶縁性もった材料からなり、細長の板状（長尺板状）である。

前記基板７１の上の通電により発熱する抵抗発熱体層７２，７３を一様に形成する。抵抗発熱体層７２，７３は、銀・パラジウム合金粉末を焼成したものや、カーボンからなる抵抗発熱体塗料を塗布したものなどから成る。

さらに、抵抗発熱体層７２，７３に通電するための電極７４ａ，７４ｂは、用紙サイズに合わせてその用紙幅に相当する部分だけが発熱するような構成する。第１の実施形態と同様に、用紙幅に相当する電極間距離の前記電極対は、該電極間距離より大きい用紙幅に相当する電極間距離の電極対に対してその間に配置される。即ち、両端の電極７４ｂに加えて、抵抗発熱体の中間部分に電極７４ａを設けていることで、加熱領域７５と加熱領域７６に分けることができる。また、このように中間部に電極を設けて電極対同士を接続することで各領域の抵抗発熱体７２，７３は、図９の等価回路のように電気的に並列関係となっている。

本実施形態においてヒータ基板７１は全長３３０ｍｍで、用紙搬送方向長さ（短手方向長さ）は２０ｍｍである。抵抗発熱体７２，７３は基板７１上に定着ベルト２１と同じ長さの３２０ｍｍで形成され、短手方向長さが１０ｍｍである。電極７４ａ，７４ｂは５ｍｍ×１０ｍｍで、Ｌ２が３２０ｍｍ、Ｌ１が２００ｍｍとなるように抵抗発熱体７２，７３上に配置される。加熱領域７５における抵抗発熱体７２のシート抵抗は１Ω／□であり、加熱領域７５の抵抗値Ｒ１は２０Ωとなる。１００Ｖの交流電源により５００Ｗの消費電力で加熱され、長手方向の単位長さ当りの消費電力は２．５Ｗ／ｍｍとなる。

加熱領域７６の抵抗発熱体７３のシート抵抗は、加熱領域７５の単位長さあたりの消費電力と等しくなるように調整する。加熱領域７６のシート抵抗を２．８Ω／□にすれば、加熱領域７６の抵抗発熱体７３の抵抗値は３３．３Ωとなる。よって、単位長さあたりの消費電力が２．５Ｗ／ｍｍとなり、複雑な制御を必要とせずにヒータ全体を均一に加熱することができる。

これらの接続や通電制御は、図６のブロック図における定着制御部５４が行っている。電源を入れてから設定温度に達するまでの制御は、第１の実施形態と同じである。プリント信号があった場合、定着制御部５４は、搬送用紙幅以下に相当する電極間距離を有する前記電極局対同士をすべて前記切り替え手段により接続し、隣接する電極間の抵抗発熱体の抵抗値を並列接続とする。定着制御部５４は、電極に通電を行う。搬送用紙幅における前記並列接続された抵抗値の長手方向単位長さあたりの消費電力を一定にするようにシート抵抗が調整されているので、通電を行うことにより、各抵抗値では一定の消費電力となる。定着設定温度と、サーミスタ２４の検知温度に応じて定着設定温度にする通電値とについては、記憶部５８に記憶されているので、定着制御部５４は記憶部５８のこれら値に応じて温度制御を行う。こうして、簡単な構成で定着に必要な部分のみ加熱でき、また加熱する領域全体で均一の加熱が可能となる。

また図１１（ａ）、（ｂ）のように、３つ以上の電極８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄによって、抵抗発熱体８２を各加熱領域に分けても良い。図１１（ａ）の抵抗発熱体８２は、シート抵抗が一定で形成されているので、第２の実施形態のようにデューティ制御を行い、消費電力を一定とする。図１１（ｂ）は、隣接する電極間の抵抗発熱体８２のシート抵抗を調整して、消費電力を一定にすればよい。図１２は、電極により抵抗発熱体をｉ個の加熱領域に分けた場合の等価回路を示している。電源９１、スイッチ９２ａ〜９２ｉ、抵抗Ｒ１〜Ｒｉから構成されている。

図１１、図１２に示すように、多数の電極により抵抗発熱体が区切られた場合にあっても、図６に示す定着制御部の接続と通電の制御は、第２及び第３の実施形態で述べたように行うことができる。

１５ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 定着ローラ
２３ ヒータ
２４ サーミスタ
２５ 加圧ローラ
２６ ニップ部
２７ 未定着トナー
２８ 用紙
３１ 基板
３２ 抵抗発熱体層
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ 電極対
５４ 定着制御部
５８ 記憶部
６０ ヒータ
６１ 基板
６２ 抵抗発熱体層
６３ａ 電極対
６３ａ，６３ｂ 電極対
６４，６５ 加熱領域
６７ スイッチ
６８ スイッチ
７１ 基板
７２，７３ 抵抗発熱体層
７４ａ，７４ｂ 電極
７５，７６ 加熱領域
７８ スイッチ
８１ 基板
８２ 抵抗発熱体
８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ 電極
９１ 電源

Claims (11)

1. 搬送される用紙を加熱してトナーを定着させるための定着ヒータにおいて、
   用紙搬送直角方向を長手方向とする長尺板状の基板と、
   前記基板上に形成された抵抗発熱体と、
   前記抵抗発熱体上に、搬送可能な各用紙サイズにおける用紙搬送直角方向の用紙幅に相当する距離で、前記基板の長手方向に対をなして設けた通電用の電極と、
   を備え、
   用紙幅に相当する電極間距離の前記電極対は、該電極間距離より大きい用紙幅に相当する電極間距離の電極対に対してその間に配置され、
   搬送される用紙の定着を行う場合、搬送用紙の用紙幅に相当する電極間距離を有する前記電極対に通電し、
   用紙搬送方向の長さである電極幅は、各用紙サイズの用紙幅に応じて変えることを特徴とする定着ヒータ。
2. 前記抵抗発熱体により定着ベルトを加熱して用紙まで用紙搬送方向に移動し定着する場合、前記電極の用紙搬送方向の各中心は、前記基板の用紙搬送方向の中心より前記定着ベルトの進行方向側にずれることを特徴とする請求項１に記載の定着ヒータ。
3. 前記抵抗発熱体により定着ベルトを加熱して用紙まで用紙搬送方向に移動し定着する場合、前記定着ベルトを回転させるための駆動部材が取り付けられている側の前記電極対の一方の電極の電極幅は、対をなす他方の電極の電極幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着ヒータ。
4. 前記電極の電極幅（Ｗｉ）及び、該電極を含む前記電極対の電極間距離（Ｌｉ）と、該電極間距離（Ｌｉ）よりも大きいが電極対の電極の電極幅（Ｗｏ）及び、電極間距離（Ｌｏ）の関係において、
   Ｌｉ／Ｗｉ≧Ｌｏ／Ｗｏ
   の関係式を満たすことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の定着ヒータ。
5. 搬送される用紙を加熱してトナーを定着させるための定着ヒータにおいて、
   用紙搬送直角方向を長手方向とする長尺板状の基板と、
   前記基板上に形成された抵抗発熱体と、
   前記抵抗発熱体上に、搬送可能な各用紙サイズにおける用紙搬送直角方向の用紙幅に相当する距離で、前記基板の長手方向に対をなして設けた通電用の電極と、
   を備え、
   用紙幅に相当する電極間距離の前記電極対は、該電極間距離より大きい用紙幅に相当する電極間距離の電極対に対してその間に配置され、
   搬送される用紙の定着を行う場合、搬送用紙の用紙幅に相当する電極間距離を有する前記電極対に通電し、
   各電極の電極幅が同一であり、
   前記電極と、それに隣接する電極とがそれぞれ別の前記電極対に含まれる場合、前記電極とその隣接電極の間に有る前記抵抗発熱体の単位長さあたりの抵抗が、それら電極が属する電極対のうち電極間距離が小さい方の内側にある抵抗発熱体の単位長さあたりの抵抗に比べて小さいことを特徴とする定着ヒータ。
6. 搬送される用紙を加熱してトナーを定着させる定着装置において、
   請求項１から４のいずれかに記載の定着ヒータと、
   前記定着ヒータの前記電極対同士の接続を切り替える切り替え手段と、
   前記切り替え手段を制御して前記電極対を接続し通電する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、搬送用紙幅に相当する電極間距離を有する前記電極対同士を前記切り替え手段により接続することを特徴とする定着装置。
7. 搬送される用紙を加熱してトナーを定着させる定着装置において、
   請求項５に記載の定着ヒータと、
   前記定着ヒータの前記電極対同士の接続を切り替える切り替え手段と、
   前記切り替え手段を制御して前記電極対を接続し通電する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、搬送用紙幅以下に相当する電極間距離を有する前記電極局対同士をすべて前記切り替え手段により接続することを特徴とする定着装置。
8. 前記制御手段は、搬送用紙幅に相当する前記抵抗発熱体を均一加熱するように、電極により区切られた抵抗発熱体をデューティ通電制御することを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
9. 前記制御手段は、搬送用紙幅に相当する前記抵抗発熱体のうち、両端部に該当する抵抗発熱体をデューティ通電制御することを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
10. 未定着トナー像を記録媒体に定着させる定着ベルトと、
    前記定着ベルトを加熱する加熱部材と、
    前記定着ベルトを加圧して定着を補助する加圧部材と、
    を備え、
    前記加熱部材は、請求項１から５のいずれかに記載の定着ヒータを含み、
    前記定着ベルトは、無端状に形成され、少なくとも前記定着ヒータに懸架されることで加熱され、
    前記定着ヒータは、前記定着ベルトの幅方向全体に当接していることを特徴とする定着装置。
11. 搬送された用紙にトナー像を形成する画像形成手段と、
    形成されたトナー像を用紙に加熱定着させる請求項６から１０のいずれかに記載の定着装置と、
    を備える画像形成装置。