(57)【要約】【課題】  正温度係数特性を有して発熱する発熱体を含んで構成される加熱手段によって被定着材上に担持されるトナー像を定着温度に加熱して定着させる定着装置であって、発熱体における温度変動が生じるウォームアップ時にウォームアップ時間が長くなるのが防止されるとともに、安定した定着性能が確保可能な定着装置を提供する。【解決手段】  定着装置１５は、通電によって正温度係数特性を有して発熱するセラミック発熱体２１１からなる熱源を有する加熱手段２０を含んで構成される。そして、加熱手段２０において、セラミック発熱体２１１に対する電圧可変電源２２による印加電圧値は、制御手段２３によってセラミック発熱体２１１における投入電力値が略一定となるように可変制御される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被定着材上に担持されるトナー像を加熱する加熱手段を有し、該トナー像を所定の定着温度で加熱して定着させる定着装置であって、
前記加熱手段は、
通電によって発熱し、正温度係数特性を有するセラミック発熱体と前記セラミック発熱体から発生する熱が伝達される加熱基材とを含む加熱部材と、
前記セラミック発熱体に電圧を印加する電源であって、印加電圧値が可変制御可能な電圧可変電源と、
前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を、前記セラミック発熱体における投入電力値が略一定となるように可変制御する制御手段と、を含むことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記セラミック発熱体の電流値または電気抵抗値を検出する検出部と、
前記検出部が検出した電流値または電気抵抗値に基づいて、前記セラミック発熱体に対する投入電力値が略一定となる印加電圧値を算出する算出部と、
前記算出部が算出した印加電圧値に対応した電圧を、前記電圧可変電源に印加させる制御部と、を含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
被定着材のトナー像が担持されるトナー像担持面に、外周面において接触して、回転可能に設けられる無端状のベルト部材である定着ベルトを備え、
前記加熱手段は、前記加熱基材が前記定着ベルトの内周面に接触するように設けられて、前記定着ベルトを介してトナー像を加熱するように構成されることを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
【請求項４】
前記定着ベルトの内周面に接触して設けられる定着部材と、前記定着ベルトを介して前記定着部材に圧接する加圧部材とを備え、
前記加熱手段は、前記定着ベルトと前記加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、前記定着ベルトを介して加熱するように構成されることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項５】
前記定着ベルトの内周面に接触するように設けられる前記加熱基材に対して前記定着ベルトを介して圧接する加圧部材を備え、
前記加熱手段は、前記定着ベルトと前記加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、前記定着ベルトを介して加熱するように構成されることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項６】
被定着材のトナー像が担持されるトナー像担持面に接触する定着部材と、前記定着部材に圧接する加圧部材と、内周面が前記加熱基材と接触し、かつ外周面が前記定着部材と接触して回転可能に設けられる無端状のベルト部材である加熱ベルトとを備え、
前記加熱手段は、前記定着部材と前記加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、前記加熱ベルトおよび前記定着部材を介して加熱するように構成されることを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を、前記セラミック発熱体における電流値の変化の方向とは反対の方向に可変制御するように構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を、前記セラミック発熱体における抵抗値の変化の方向と同じ方向に可変制御するように構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項９】
前記加熱手段は、被定着材上に担持されるトナー像を所定の定着温度で加熱する加熱動作が行われる加熱動作モードと、加熱動作の前の状態であり前記セラミック発熱体の温度が常温から所定の定着温度に上昇するまでのモードであるウォームアップモードとを有し、
前記制御手段は、前記セラミック発熱体における投入電力値が、ウォームアップモード時の方が加熱動作モード時よりも高い値で略一定となるように、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を可変制御するように構成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記検出部が前記セラミック発熱体の使用温度範囲における最低電気抵抗値Ｒｍｉｎ（Ω）を検出したとき、前記算出部が下記式（ｉ）を満たす範囲内において印加電圧値Ｖｍｉｎ（Ｖ）を算出するように構成されることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
Ｖｍｉｎ≧Ｖｃ                                                …（ｉ）
［式中、Ｖｃは定格電圧値を示す。］
【請求項１１】
前記セラミック発熱体は、最大投入電力値をＰｍａｘ（Ｗ）としたとき、使用温度範囲における最低電気抵抗値Ｒｍｉｎ（Ω）が下記式（ｉｉ）を満たすように設定された部材であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の定着装置。
Ｒｍｉｎ≧Ｖｃ２／Ｐｍａｘ                                      …（ｉｉ）
［式中、Ｖｃは定格電圧値を示す。］
【請求項１２】
前記加熱手段は、前記セラミック発熱体とは異なる第２の発熱体を含み、
前記第２の発熱体は、前記電圧可変電源とは異なる第２の電源から電圧が印加されることによって発熱するように構成されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項１３】
前記第２の発熱体がハロゲンヒータであることを特徴とする請求項１２記載の定着装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記第２の発熱体が前記第２の電源により電圧が印加されて発熱しているか否かに応じて、前記第２の発熱体が発熱していないときの方が、前記第２の発熱体が発熱しているときよりも、前記セラミック発熱体における投入電力値が高い値で略一定となるように、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を可変制御するように構成されることを特徴とする請求項１２または１３記載の定着装置。
【請求項１５】
前記第２の発熱体は、前記加圧部材を加熱するための熱源であることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１つに記載の定着装置。
【請求項１６】
被定着材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像形成手段によって被定着材上に形成されるトナー像を、所定の定着温度に加熱して定着させる定着手段とを含む画像形成装置であって、
前記定着手段が請求項１〜１５のいずれか１つに記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１つに記載の定着装置を実現するための制御プログラムであって、コンピュータを前記制御手段として機能させるための制御プログラム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１９】
通電によって正温度係数特性を有して発熱するセラミック発熱体からなる熱源によって、被定着材上に担持されるトナー像を所定の定着温度で加熱して定着させる定着装置の制御方法であって、
前記セラミック発熱体の電流値または電気抵抗値を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出される電流値または電気抵抗値に基づいて、前記セラミック発熱体に対する投入電力値が略一定となる印加電圧値を算出する算出工程と、
前記算出工程で算出される印加電圧値に対応した電圧を、前記セラミック発熱体に印加する電圧印加工程と、を含んで構成されることを特徴とする定着装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置、画像形成装置、該定着装置を実現するための制御プログラム、および該制御プログラムを記録した記録媒体、ならびに定着装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
電子写真方式の画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」という）は、たとえば感光体と、帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段と、定着手段とを含む。画像形成装置は、感光体およびこれらの手段を用いて帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程および定着工程を行い、被定着材に画像を形成する装置である。
【０００４】
定着工程を行う定着手段として、たとえば熱ローラ定着方式の定着装置を用いる。熱ローラ定着方式の定着装置は、定着ローラと、加圧ローラとを含む。定着ローラおよび加圧ローラは、互いに圧接するローラ対である。定着ローラおよび加圧ローラの少なくともいずれか一方の内部には、加熱手段としてハロゲンヒータなどの熱源が配置されている。
【０００５】
定着工程において、熱源が定着に必要な所定の温度（以下、「定着温度」という）までローラ対を加熱した後、未定着トナー像が形成された被定着材が定着ローラと加圧ローラとの圧接部である定着ニップ部に供給される。定着ニップ部を通過する未定着トナー像は、定着ローラおよび加圧ローラの少なくともいずれか一方から伝わる熱と、定着ローラおよび加圧ローラの圧力とによって、紙などの被定着材に定着される。定着ニップ部において、被定着材が通過した部分（以下、「通紙部」という）は温度が低下するが、加熱源によって定着温度まで加熱される。
【０００６】
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、たと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（以下、「弾性ローラ」という）が用いられる。弾性ローラを用いると、定着ニップ部において弾性ローラ表面の弾性層が未定着トナー像の凹凸に対応して弾性変形し、未定着トナー像を覆い包むようにして弾性ローラと未定着トナー像とが接触するので、単色画像に比べてトナー量の多いカラーの未定着トナー像に対して、定着性を良好にすることができる。また、弾性ローラ表面の弾性層の歪み解放効果によって、単色画像に比べてオフセットしやすいカラートナーの離型性を向上させることができる。具体的には、定着ニップ部で圧縮され、歪の生じた弾性層は、定着ニップ部の出口で、その歪が解放されるので、定着ニップ部の出口では、弾性層とトナー像との間にずれが生じ、その結果、弾性層のトナー像に対する付着力が低減され、離型性が向上する。また、定着ニップ部における定着ローラおよび加圧ローラの形状であるニップ形状が、定着ローラ側に凸（逆ニップ形状）となるので、定着ローラと被定着材との剥離性能を向上させることができる。したがって、定着ローラと被定着材とを剥離する剥離手段としてたとえば剥離爪を用いることなく、被定着材と定着ローラとの剥離が可能なセルフストリッピングを実現することができるので、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。
【０００７】
しかしながら、このような熱ローラ定着方式の定着装置では、定着ローラの熱容量が大きい上に定着ローラの弾性層における熱伝導性が非常に悪く、また、定着ローラを内部に配置される熱源によって間接的に加熱するため、ウォームアップ時間が非常に長くなるといった問題がある。
【０００８】
そこで、上記問題を解決するために、特許文献１には、定着ローラの代わりに熱容量が小さく且つ薄い弾性層を有する定着ベルトを用い、この定着ベルトに面状の発熱体を含んで構成される加熱部材を直接当接させて加熱を行うベルト定着方式の定着装置が開示されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示される定着装置では、定着ベルトに直接当接させる加熱部材が有する面状発熱体は、熱容量が非常に小さい上に電力密度が非常に大きいので、面状発熱体に対する通電を制御する制御手段が故障して面状発熱体への通電が停止されない状態になった場合、面状発熱体が瞬時に異常昇温してしまい、充分な安全性を確保できないといった問題がある。
【００１０】
これに対して、特許文献２には、定着ベルトに直接当接させる加熱部材が有する面状発熱体が、正温度係数特性を有して発熱する発熱体であることを特徴とするベルト定着方式の定着装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−３３３７８８号公報
【特許文献２】特開平５−２１６３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献２に開示される定着装置では、通電によって発熱する面状発熱体が、正温度係数特性を有して発熱する発熱体であるので、発熱体の自己温度制御機能により、発熱体温度がキュリー点（たとえば２２５℃）を超えると電気抵抗値が急激に上昇して自動的に発熱が抑制される。そのため、面状発熱体に対する通電を制御する制御手段が故障して面状発熱体への通電が停止されない状態になった場合であっても、所定の温度（キュリー点）で面状発熱体の昇温が停止され、充分な安全性を確保することができる。
【００１３】
しかしながら、正温度係数特性を有して発熱する発熱体は、発熱体温度がキュリー点以下の温度領域であっても、若干の温度依存性を有して電気抵抗値が変動する。そのため、正温度係数特性を有して発熱する面状発熱体に、定電圧の電源（たとえば、日本国内では１００Ｖ）を用いて電圧を印加した場合、若干の温度依存性を有して電気抵抗値が変動するのに応じて、面状発熱体における投入電力値も変動し、常に必要な一定の電力値を得ることができない。
【００１４】
たとえば、定着装置において、発熱体温度が常温（２０℃）からキュリー点以下の定着温度（２００℃）まで上昇するウォームアップ時では、発熱体温度の変動に応じて面状発熱体の電気抵抗値は、最大電気抵抗値が最小電気抵抗値に対して約４．２倍となる範囲内で変動する。このように、面状発熱体における電気抵抗値が変動する場合、ウォームアップ中の面状発熱体における投入電力値は、最大電力値が最小電力値に対して約４．２倍となる範囲内で変動することになり、ウォームアップ時間が長くなってしまう。
【００１５】
また、定着装置において、被定着材の材質、定着装置が設置される環境温度に応じて定着温度の設定値を変更する場合、面状発熱体における投入電力値も変動してしまい、安定した定着性能を確保することができない。
【００１６】
したがって本発明の目的は、正温度係数特性を有して発熱する発熱体を含んで構成される加熱手段によって被定着材上に担持されるトナー像を定着温度に加熱して定着させる定着装置であって、発熱体における温度変動が生じるウォームアップ時にウォームアップ時間が長くなるのが防止されるとともに、安定した定着性能が確保可能な定着装置を提供することであり、該定着装置を備えた画像形成装置を提供することである。また、本発明の目的は、該定着装置を実現するための制御プログラム、および該制御プログラムを記録した記録媒体、ならびに定着装置の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の定着装置は、被定着材上に担持されるトナー像を加熱する加熱手段を有し、該トナー像を所定の定着温度で加熱して定着させる定着装置であって、
前記加熱手段は、
通電によって発熱し、正温度係数特性を有するセラミック発熱体と前記セラミック発熱体から発生する熱が伝達される加熱基材とを含む加熱部材と、
前記セラミック発熱体に電圧を印加する電源であって、印加電圧値が可変制御可能な電圧可変電源と、
前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を、前記セラミック発熱体における投入電力値が略一定となるように可変制御する制御手段と、を含むことを特徴とする定着装置である。
【００１８】
また本発明の定着装置が備える前記制御手段は、
前記セラミック発熱体の電流値または電気抵抗値を検出する検出部と、
前記検出部が検出した電流値または電気抵抗値に基づいて、前記セラミック発熱体に対する投入電力値が略一定となる印加電圧値を算出する算出部と、
前記算出部が算出した印加電圧値に対応した電圧を、前記電圧可変電源に印加させる制御部と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１９】
また本発明の定着装置は、被定着材のトナー像が担持されるトナー像担持面に、外周面において接触して、回転可能に設けられる無端状のベルト部材である定着ベルトを備え、
前記加熱手段は、前記加熱基材が前記定着ベルトの内周面に接触するように設けられて、前記定着ベルトを介してトナー像を加熱するように構成されることを特徴とする。
【００２０】
また本発明の定着装置は、前記定着ベルトの内周面に接触して設けられる定着部材と、前記定着ベルトを介して前記定着部材に圧接する加圧部材とを備え、
前記加熱手段は、前記定着ベルトと前記加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、前記定着ベルトを介して加熱するように構成されることを特徴とする。
【００２１】
また本発明の定着装置は、前記定着ベルトの内周面に接触するように設けられる前記加熱基材に対して前記定着ベルトを介して圧接する加圧部材を備え、
前記加熱手段は、前記定着ベルトと前記加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、前記定着ベルトを介して加熱するように構成されることを特徴とする。
【００２２】
また本発明の定着装置は、被定着材のトナー像が担持されるトナー像担持面に接触する定着部材と、前記定着部材に圧接する加圧部材と、内周面が前記加熱基材と接触し、かつ外周面が前記定着部材と接触して回転可能に設けられる無端状のベルト部材である加熱ベルトとを備え、
前記加熱手段は、前記定着部材と前記加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、前記加熱ベルトおよび前記定着部材を介して加熱するように構成されることを特徴とする。
【００２３】
また本発明の定着装置が備える前記制御手段は、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を、前記セラミック発熱体における電流値の変化の方向とは反対の方向に可変制御するように構成されることを特徴とする。
【００２４】
また本発明の定着装置が備える前記制御手段は、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を、前記セラミック発熱体における抵抗値の変化の方向と同じ方向に可変制御するように構成されることを特徴とする。
【００２５】
また本発明の定着装置が備える前記加熱手段は、被定着材上に担持されるトナー像を所定の定着温度で加熱する加熱動作が行われる加熱動作モードと、加熱動作の前の状態であり前記セラミック発熱体の温度が常温から所定の定着温度に上昇するまでのモードであるウォームアップモードとを有し、
前記制御手段は、前記セラミック発熱体における投入電力値が、ウォームアップモード時の方が加熱動作モード時よりも高い値で略一定となるように、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を可変制御するように構成されることを特徴とする。
【００２６】
また本発明の定着装置が備える前記制御手段は、前記検出部が前記セラミック発熱体の使用温度範囲における最低電気抵抗値Ｒｍｉｎ（Ω）を検出したとき、前記算出部が下記式（ｉ）を満たす範囲内において印加電圧値Ｖｍｉｎ（Ｖ）を算出するように構成されることを特徴とする。
Ｖｍｉｎ≧Ｖｃ                                                …（ｉ）
［式中、Ｖｃは定格電圧値を示す。］
【００２７】
また本発明の定着装置が備える前記セラミック発熱体は、最大投入電力値をＰｍａｘ（Ｗ）としたとき、使用温度範囲における最低電気抵抗値Ｒｍｉｎ（Ω）が下記式（ｉｉ）を満たすように設定された部材であることを特徴とする。
Ｒｍｉｎ≧Ｖｃ２／Ｐｍａｘ                                    …（ｉｉ）
［式中、Ｖｃは定格電圧値を示す。］
【００２８】
また本発明の定着装置が備える前記加熱手段は、前記セラミック発熱体とは異なる第２の発熱体を含み、
前記第２の発熱体は、前記電圧可変電源とは異なる第２の電源から電圧が印加されることによって発熱するように構成されることを特徴とする。
【００２９】
また本発明の定着装置は、前記第２の発熱体がハロゲンヒータであることを特徴とする。
また本発明の定着装置が備える前記制御手段は、前記第２の発熱体が前記第２の電源により電圧が印加されて発熱しているか否かに応じて、前記第２の発熱体が発熱していないときの方が、前記第２の発熱体が発熱しているときよりも、前記セラミック発熱体における投入電力値が高い値で略一定となるように、前記セラミック発熱体に対する前記電圧可変電源による印加電圧値を可変制御するように構成されることを特徴とする。
【００３０】
また本発明の定着装置が備える前記第２の発熱体は、前記加圧部材を加熱するための熱源であることを特徴とする。
【００３１】
また本発明の画像形成装置は、被定着材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像形成手段によって被定着材上に形成されるトナー像を、所定の定着温度に加熱して定着させる定着手段とを含む画像形成装置であって、
前記定着手段が前記定着装置であることを特徴とする画像形成装置である。
【００３２】
また本発明の制御プログラムは、前記定着装置を実現するための制御プログラムであって、コンピュータを前記制御手段として機能させるための制御プログラムである。
【００３３】
また本発明の記録媒体は、前記制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００３４】
また本発明の制御方法は、通電によって正温度係数特性を有して発熱するセラミック発熱体からなる熱源によって、被定着材上に担持されるトナー像を所定の定着温度で加熱して定着させる定着装置の制御方法であって、
前記セラミック発熱体の電流値または電気抵抗値を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出される電流値または電気抵抗値に基づいて、前記セラミック発熱体に対する投入電力値が略一定となる印加電圧値を算出する算出工程と、
前記算出工程で算出される印加電圧値に対応した電圧を、前記セラミック発熱体に印加する電圧印加工程と、を含んで構成されることを特徴とする定着装置の制御方法である。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、定着装置は、通電によって正温度係数（ＰＴＣ：Positive 
Temperature Coefficient）特性を有して発熱するセラミック発熱体からなる熱源を有する加熱手段によって、被定着材上に担持されるトナー像を所定の定着温度で加熱して定着させる装置である。そして、加熱手段において、セラミック発熱体に対する電圧可変電源による印加電圧値は、制御手段によってセラミック発熱体における投入電力値が略一定となるように可変制御される。
【００３６】
ＰＴＣ特性を有して発熱するセラミック発熱体は、所定の温度（キュリー点）を超えると急激な電気抵抗値の上昇を示し、温度が上昇しようとしても電気抵抗値上昇により電流が抑制されて温度の過上昇が抑制される発熱体であるが、キュリー点以下の温度領域でも電気抵抗値の変動が生じる。
【００３７】
本発明の定着装置においては、制御手段がセラミック発熱体に対する電圧可変電源による印加電圧値を可変制御することで、セラミック発熱体の温度が常温（たとえば２０℃）から所定の温度（たとえば２００℃）まで上昇するウォームアップ時であっても、セラミック発熱体における投入電力値を、電気抵抗値の変動に応じて略一定とすることができる。このように、セラミック発熱体の温度変化に応じて電気抵抗値が変動するウォームアップ時に、セラミック発熱体における投入電力値が略一定であるので、ウォームアップ時間が長くなるのが防止される。また、本発明の定着装置は、被定着材の材質、定着装置が設置される環境温度に応じて、所定の定着温度の設定値を変更する場合であっても、セラミック発熱体における投入電力値が略一定であるので、安定した定着性能が確保できる。さらに本発明の定着装置では、セラミック発熱体の温度変動に伴う電気抵抗値の変動に応じてセラミック発熱体における投入電力値が略一定であるので、定格電力値を超過することなく、セラミック発熱体の発熱能力を最大限に発揮させることができる。
【００３８】
また本発明によれば、制御手段は、検出部と算出部と制御部とを含んで構成される。制御手段において、検出部で検出されたセラミック発熱体の電流値または電気抵抗値に基づいて、算出部がセラミック発熱体に対する投入電力値が略一定となる印加電圧値を算出し、制御部は算出部が算出した印加電圧値に対応した電圧を電圧可変電源に印加させる。このようにして、セラミック発熱体における投入電力値が電気抵抗値の変動に応じて略一定となるように、電圧可変電源による印加電圧値を可変制御する制御手段が実現される。
【００３９】
また本発明によれば、定着装置は、定着ベルトをさらに備え、加熱手段が定着ベルトを介して被定着材上のトナー像を加熱するように構成される。そして、加熱手段は、加熱基材が定着ベルトの内周面に接触するように設けられている。定着ベルトは、熱容量が小さくなるように設計可能な部材である。加熱手段は、前述のような定着ベルトに直接接触して加熱するので、熱容量が大きいローラ状の定着ローラを内部に配置される熱源によって間接的に加熱する場合に比べて、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【００４０】
また本発明によれば、定着装置は、定着ベルトの内周面に接触して設けられる定着部材と、定着ベルトを介して定着部材に圧接する加圧部材とをさらに備える。そして、加熱手段は、定着ベルトと加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、定着ベルトを介して加熱するように構成される。このような構成の定着装置では、被定着材上のトナー像は、定着ベルトを介して互いに圧接する定着部材と加圧部材との間を通過するときに定着される。そのため、被定着材上のトナー像は、定着ベルトを介して加熱手段によって加熱されるとともに、定着部材と加圧部材との間に発生する圧接力によって加圧されるので、より安定した定着性能を確保することができる。
【００４１】
また本発明によれば、定着装置は、定着ベルトの内周面に接触するように設けられる加熱手段の加熱基材に対して定着ベルトを介して圧接する加圧部材を備える。そして、加熱手段は、定着ベルトと加圧部材との間を通過する被定着材上に担持されるトナー像を、定着ベルトを介して加熱するように構成される。このような構成の定着装置では、被定着材上のトナー像は、定着ベルトを介して互いに圧接する加熱手段の加熱基材と加圧部材との間を通過するときに定着される。そのため、被定着材上のトナー像は、定着ベルトを介して加熱手段によって加熱されるとともに、加熱手段の加熱基材と加圧部材との間に発生する圧接力によって加圧されるので、より安定した定着性能を確保することができる。また、加熱手段の加熱基材と加圧部材とが定着ベルトを介して互いに圧接するように構成することによって、加圧部材と圧接する定着部材などの他の部材を設けなくても、被定着材上のトナー像に圧接力を付与することができ、定着装置の構成を簡略化することができる。
【００４２】
また本発明によれば、定着装置は、被定着材のトナー像担持面に接触する定着部材と、定着部材に圧接する加圧部材と、内周面が加熱手段の加熱基材と接触し、かつ外周面が定着部材と接触して回転可能に設けられる加熱ベルトとを備える。そして、加熱手段は、定着部材と加圧部材との間を通過する被定着材上のトナー像を、加熱ベルトおよび定着部材を介して加熱するように構成される。このような構成の定着装置では、被定着材上のトナー像は、互いに圧接する定着部材と加圧部材との間を通過するときに定着される。このとき、被定着材上のトナー像は、加熱手段の加熱基材と接触し、かつ定着部材と接触する加熱ベルトを介して定着部材から加熱を受けるとともに、定着部材と加圧部材との間に発生する圧接力によって加圧されるので、より安定した定着性能を確保することができる。
【００４３】
また本発明によれば、制御手段は、セラミック発熱体に対する電圧可変電源による印加電圧値を、セラミック発熱体における電流値の変化の方向とは反対の方向に可変制御するように構成される。これによって、セラミック発熱体における投入電力値を略一定とすることができるので、ウォームアップ時間が長くなるのが防止される。
【００４４】
また本発明によれば、制御手段は、セラミック発熱体に対する電圧可変電源による印加電圧値を、セラミック発熱体における抵抗値の変化の方向と同じ方向に可変制御するように構成される。これによって、セラミック発熱体における投入電力値を略一定とすることができるので、ウォームアップ時間が長くなるのが防止される。
【００４５】
また本発明によれば、加熱手段は、加熱動作モードとウォームアップモードとを有する。加熱動作モードは、被定着材上のトナー像を所定の定着温度で加熱する加熱動作が行われるモードであり、ウォームアップモードは、加熱動作の前の状態でありセラミック発熱体の温度が常温から所定の定着温度に上昇するまでのモードである。そして、制御手段は、セラミック発熱体における投入電力値が、ウォームアップモード時の方が加熱動作モード時よりも高い値で略一定となるように、セラミック発熱体に対する電圧可変電源による印加電圧値を可変制御する。制御手段は、セラミック発熱体の温度が常温から所定の定着温度まで上昇する必要があるウォームアップモード時に、セラミック発熱体における投入電力値が加熱動作モード時よりも高い値で略一定となるように、セラミック発熱体に対する印加電圧を可変制御するので、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【００４６】
また本発明によれば、制御手段では、検出部がセラミック発熱体の使用温度範囲における最低電気抵抗値Ｒｍｉｎ（Ω）を検出したとき、算出部がＶｍｉｎ≧Ｖｃ（ただし、Ｖｃは定格電圧値）を満たす範囲内において印加電圧値Ｖｍｉｎ（Ｖ）を算出する。これによって、セラミック発熱体に過電流が流れるのを防止することができ、安全性を確保することができる。
【００４７】
また本発明によれば、セラミック発熱体は、最大投入電力値をＰｍａｘ（Ｗ）としたとき、使用温度範囲における最低電気抵抗値Ｒｍｉｎ（Ω）が、Ｒｍｉｎ≧Ｖｃ２／Ｐｍａｘを満たすように設定された部材である。このようなセラミック発熱体は、過電流が流れることが防止された発熱体となり、安全性を確保することができる。
【００４８】
また本発明によれば、加熱手段は、セラミック発熱体とは異なる第２の発熱体を含む。そして、第２の発熱体は、電圧可変電源とは異なる第２の電源から電圧が印加されることによって発熱する。加熱手段が有するセラミック発熱体と第２の発熱体とは、異なる電源から電圧が印加されることによって区別された状態で発熱するので、加熱手段は、被定着材の材質、定着装置が設置される環境温度、モードに応じて被定着材上のトナー像に対する加熱条件の制御幅を広げることが可能なものとなる。
【００４９】
また本発明によれば、加熱手段が有する第２の発熱体は、ハロゲンヒータによって実現される。
【００５０】
また本発明によれば、制御手段は、第２の発熱体に電圧が印加されて発熱しているか否かに応じて、セラミック発熱体に対する電圧可変電源による印加電圧値を可変制御する。つまり、制御手段は、第２の発熱体が発熱していないときの方が、第２の発熱体が発熱しているときよりも、セラミック発熱体における投入電力値が高い値で略一定となるようにする。これによって、加熱手段において無駄な電力が消費されるのを防止するとともに、被定着材の材質、定着装置が設置される環境温度、モードに応じて、安定した定着性能を確保することができる。
【００５１】
また本発明によれば、第２の発熱体は、被定着材上のトナー像に加圧力を付与する加圧部材を加熱するための熱源である。これによって、被定着材上にトナー像を定着させるとき、トナー像に対して、加圧部材が加圧力を付与するとともに、加熱手段が被定着材の厚み方向両面から加熱することができるので、定着性能を向上することができる。
【００５２】
また本発明によれば、画像形成装置は、被定着材上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像形成手段によって被定着材上に形成されるトナー像を、所定の定着温度に加熱して定着させる定着手段とを含む。そして、画像形成装置は、トナー像を定着させる定着手段として、前記定着装置を備えることによって実現される。
【００５３】
また本発明によれば、制御プログラムは、コンピュータを前記制御手段として機能させるためのプログラムである。このような制御プログラムは、コンピュータによって前記定着装置を実現することができる。
【００５４】
また本発明によれば、記録媒体は、前記制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な媒体として実現される。パーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータに、記録媒体に記録される前記制御プログラムを読み込ませることによって、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体の温度が常温から所定の定着温度まで上昇するウォームアップ時であっても、セラミック発熱体における投入電力値を、電気抵抗値の変動に応じて略一定とすることができ、ウォームアップ時間が長くなるのを防止することができる。また、コンピュータに、記録媒体に記録される前記制御プログラムを読み込ませることによって、被定着材の材質、定着装置が設置される環境温度に応じて、所定の定着温度の設定値を変更する場合であっても、セラミック発熱体における投入電力値を略一定とすることができ、安定した定着性能を確保することができる。
【００５５】
また本発明によれば、制御方法は、通電によってＰＴＣ特性を有して発熱するセラミック発熱体からなる熱源によって、被定着材上に担持されるトナー像を所定の定着温度で加熱して定着させる定着装置の制御方法である。定着装置の制御方法は、検出工程と、算出工程と、電圧印加工程とを含んで構成される。検出工程では、セラミック発熱体の電流値または電気抵抗値を検出する。次に算出工程では、検出工程における検出結果に基づいて、セラミック発熱体に対する投入電力値が略一定となる印加電圧値を算出する。そして、電圧印加工程では、算出工程で算出される印加電圧値に対応した電圧を、セラミック発熱体に印加する。電圧印加工程では、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体の温度が常温から所定の定着温度まで上昇するウォームアップ時であっても、投入電力値が略一定となる印加電圧値に対応した電圧をセラミック発熱体に印加するので、ウォームアップ時間が長くなるのが防止される。また、電圧印加工程では、被定着材の材質、定着装置が設置される環境温度に応じて所定の定着温度の設定値が変更される場合であっても、投入電力値が略一定となる印加電圧値に対応した電圧をセラミック発熱体に印加するので、安定した定着性能が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施形態である定着装置１５の構成を示す図である。
【図２】加熱手段２０の構成を示す図である。
【図３】加熱部材２１の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態である定着装置４０の構成を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態である定着装置５０の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の一形態である画像形成装置１００の構成を示す図である。
【図７】実施例１の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流および電気抵抗値との関係を示すグラフである。
【図８】実施例２の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流および電気抵抗値との関係を示すグラフである。
【図９】比較例１の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流および電気抵抗値との関係を示すグラフである。
【図１０】比較例２の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流および電気抵抗値との関係を示すグラフである。
【図１１】従来技術の定着装置６０の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
（定着装置）
図１は、本発明の第１実施形態である定着装置１５の構成を示す図である。定着装置１５は、定着部材である定着ローラ１５ａと、加圧部材である加圧ローラ１５ｂと、無端状のベルト部材である定着ベルト３０と、加熱手段２０とを含んで構成される。定着装置１５においては、定着ベルト３０が定着ローラ１５ａと加熱手段２０の加熱部材２１が有する加熱基材２１２との間に張架され、加圧ローラ１５ｂが定着ベルト３０を介して定着ローラ１５ａに対向するように配置されている。そして、定着ローラ１５ａと加熱部材２１の加熱基材２１２とは、定着ローラ１５ａの軸線方向において略平行となるように配置されている。つまり、定着ローラ１５ａの軸線と、加熱部材２１の加熱基材２１２の軸線とは、略平行である。
【００５８】
定着装置１５は、加熱部材２１の加熱基材２１２が定着ベルト３０の内周面と接触して定着ベルト３０を加熱し、定着ベルト３０を介して互いに圧接する定着ローラ１５ａと加圧ローラ１５ｂとの間に形成される定着ニップ部１５ｃを、所定の定着速度および複写速度で被定着材である記録紙７０が通過したとき、記録紙７０上に担持されている未定着のトナー像７１を記録紙７０上に加熱加圧して定着する装置である。なお、未定着のトナー像７１は、たとえば、非磁性一成分現像剤（非磁性トナー）、非磁性二成分現像剤（非磁性トナーおよびキャリア）、磁性現像剤（磁性トナー）などの現像剤（トナー）によって形成される。また、定着速度とは所謂プロセス速度であり、複写速度とは１分あたりのコピー枚数のことである。定着速度および複写速度は特に限定されるものではなく、本実施形態では定着速度が１７３ｍｍ／ｓｅｃである。また、記録紙７０が定着ニップ部１５ｃを通過するときには、定着ベルト３０は記録紙７０のトナー像担持面に当接し、加圧ローラ１５ｂはトナー像担持面とは反対側の面に当接するようになっており、定着ニップ部１５ｃの記録紙搬送方向Ｃの幅（以下、「定着ニップ幅」という）は７ｍｍである。
【００５９】
［定着ローラ］
定着ローラ１５ａは、定着ベルト３０を介して加圧ローラ１５ｂに圧接することで定着ニップ部１５ｃを形成するとともに、駆動モータ（駆動手段）により回転軸線まわりに回転方向Ａ方向に回転駆動することによって、定着ベルト３０を搬送する。定着ローラ１５ａは、直径が３０ｍｍで、その内側から順に芯金、弾性層が形成された２層構造からなり、芯金には、たとえば、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。また、弾性層にはシリコンゴム、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。なお、本実施形態では、定着ローラ１５ａは、芯金が直径１５ｍｍのステンレス鋼からなり、弾性層が厚さ７．５ｍｍのシリコンスポンジゴムからなる。また本実施形態では、定着ローラ１５ａが定着ベルト３０を介して加圧ローラ１５ｂに圧接するときの力は、２１６Ｎ程度である。
【００６０】
［加圧ローラ］
加圧ローラ１５ｂは、定着ベルト３０を介して定着ローラ１５ａに対向しかつ定着ローラ１５ａを圧接し、回転軸線まわりに回転自在に設けられている。加圧ローラ１５ｂは、駆動モータ（駆動手段）により回転軸線まわりに定着ローラ１５ａの回転とは逆方向の回転方向Ｂ方向に回転する。加圧ローラ１５ｂは、その内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなっている。芯金には、たとえば、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。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴムなどの耐熱性を有するゴム材料が適しており、離型層にはＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）や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。加圧ローラ１５ｂは、たとえば、ローラ直径が３０ｍｍで、芯金に直径２８ｍｍ（肉厚１ｍｍ）の鉄（ＳＴＫＭ）パイプ、弾性層に厚みが１ｍｍのシリコンソリッドゴム、離型層に厚みが３０μｍのＰＦＡチューブからなるローラを用いることができる。
【００６１】
［定着ベルト］
定着ベルト３０は、加熱手段２０によって所定の温度に加熱され、定着ニップ部１５ｃを通過する未定着のトナー像７１が形成された記録紙７０を加熱する。定着ベルト３０は、無端状のベルト部材で、加熱手段２０の加熱部材２１が有する加熱基材２１２と定着ローラ１５ａによって懸架され、定着ローラ１５ａに所定の角度θ１（本実施形態では、θ１＝１８５°である。）で巻きかかっている。定着ベルト３０は、定着ローラ１５ａの回転時には、定着ローラ１５ａに従動して回転方向Ａ方向に回転するようになっている。定着ベルト２５は、ポリイミドなどの耐熱性樹脂あるいはステンレスやニッケルなどの金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に、弾性層として耐熱性および弾性に優れたエラストマー材料（たとえばシリコンゴム）が形成され、さらにその表面に離型層として耐熱性および離型性に優れた合成樹脂材料（たとえばＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素樹脂）が形成された３層構造となっている。また、基材のポリイミドにフッ素樹脂を内添してもよい。これによって、加熱部材２１の加熱基材２１２との摺動負荷を低減することができる。本実施形態では、定着ベルト３０は、基材が厚さ７０μｍのポリイミド、弾性層が厚さ１５０μｍのシリコンゴム、離型層が厚さ３０μｍのＰＦＡチューブからなる、直径４５ｍｍの無端状ベルトである。
【００６２】
また、定着装置１５においては、温度検知手段として、加熱手段２０の加熱部材２１が有する加熱基材２１２に接触する定着ベルト３０の周面近傍には発熱体側サーミスタ３２、加圧ローラ１５ｂの周面近傍には加圧ローラ側サーミスタ３３が配設されており、それぞれの表面温度を検出するようになっている。本実施形態における発熱体側サーミスタ３２は、非接触式の温度検知手段であり、赤外線検知型の温度センサである。接触式の温度検知手段を定着ベルト３０に接触して配置する構成では、定着ベルト３０と接触する界面において、接触式温度検知手段が、定着ベルト３０の表面離型層を摩耗させる場合がある。このようにして定着ベルト３０の表面離型層が損傷、劣化した場合には、定着性能に影響を及ぼし、記録紙７０上に劣悪な定着画像が形成されてしまう。また、加圧ローラ側サーミスタ３３は、接触式の温度検知手段である。
【００６３】
［加熱手段］
定着装置１５に備えられる加熱手段２０は、定着ベルト３０を介して記録紙７０上のトナー像７１を加熱する。そして、加熱手段２０は、記録紙７０上のトナー像７１を所定の定着温度で加熱する加熱動作が行われる加熱動作モードと、加熱動作の前の状態であり後述するセラミック発熱体２１１の温度が常温（２０℃）から所定の温度（２００℃）に上昇するまでのモードであるウォームアップモードとを有する。
【００６４】
図２は、加熱手段２０の構成を示す図である。また図３は、加熱部材２１の構成を示す平面図である。以下、図２および図３を用いて、加熱手段２０の構成について詳細に説明する。加熱手段２０は、加熱部材２１、電圧可変電源２２および制御手段２３を含む。
【００６５】
さらに加熱手段２０は、後述する加熱部材２１のセラミック発熱体２１１とは異なる第２の発熱体を含む。本実施形態では、第２の発熱体は、加圧ローラ１５ｂの内部に配置されるハロゲンヒータからなるヒータランプ３１（たとえば、定格電力４００Ｗ）である。後述する制御手段２３が電源回路からヒータランプ３１に電力を供給（通電）させることによって、ヒータランプ３１が発光し、ヒータランプ３１から赤外線が放射される。これによって、加圧ローラ１５ｂの内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ１５ｂ全体が加熱される。
【００６６】
本実施形態では、加熱手段２０が有するセラミック発熱体２１１とヒータランプ３１とは、異なる電源から電圧が印加されることによって区別された状態で発熱するようになっている。そのため、加熱手段２０は、記録紙７０の材質、定着装置１５が配置される環境温度、モードに応じて記録紙７０上のトナー像７１に対する加熱条件の制御幅を広げることが可能なものとなる。
【００６７】
また、加熱手段２０は、記録紙７０のトナー像担持面に当接する定着ベルト３０をセラミック発熱体２１１からの熱によって加熱し、トナー像担持面とは反対側の面に当接する加圧ローラ１５ｂをヒータランプ３１からの熱によって加熱するように構成されている。これによって、加熱動作モード時に定着ベルト３０表面に対して加圧ローラ１５ｂ表面の温度が低くなり過ぎるのを防止することができる。そのため、記録紙７０の上方向（定着ベルト３０側への方向）へのカールが大きくなるのを防止することができ、加圧ローラ１５ｂにトナー像７１が付着しても記録紙７０の裏面への再転写が促進されて加圧ローラ１５ｂにトナー汚れが堆積するのを防止することができる。また、加熱手段２０は、記録紙７０の厚み方向両面から加熱することができるので、定着性能を向上することができる。
【００６８】
＜加熱部材＞
加熱部材２１は、通電によって正温度係数（ＰＴＣ：Positive Temperature 
Coefficient）特性を有して所定の熱エネルギーで発熱するセラミック発熱体２１１と、加熱基材２１２と、給電電極２１３とを含んで構成される。本実施形態における加熱部材２１では、加熱基材２１２は軸線方向から見た断面形状が略半円弧状となるように板状部材が湾曲したものであり、セラミック発熱体２１１は加熱基材２１２の内周面の周方向中央部にシリコン系グリースを介して接触配置され、セラミック発熱体２１１において加熱基材２１２と接触する面と反対側の面にはアルミニウムからなる給電電極２１３がシリコン系グリースを介して押圧されて設けられている。そして、加熱部材２１では、給電電極２１３を介して電圧可変電源２２から電圧が印加されてセラミック発熱体２１１で発生した熱が、加熱基材２１２に伝導し、加熱基材２１２の外周面に接触する定着ベルト３０を加熱する。
【００６９】
ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体２１１は、チタン酸バリウムからなるセラミック製の発熱体であり、素子温度が所定の温度（キュリー点）より上昇すると急激に電気抵抗値が変化する特性（自己温度制御特性）を有するものである。本実施形態では、セラミック発熱体２１１は、キュリー点２２０℃以上で電気抵抗値が急激に上昇する仕様のものである。
【００７０】
また、本実施形態における加熱部材２１では、１つのセラミック発熱体２１１は、加熱基材２１２の周方向に対応する幅寸法Ｗが１２．３ｍｍ、軸線方向に対応する寸法Ｌが３０ｍｍ、厚みＨが２．１ｍｍの素子サイズを有するものである。そして、加熱部材２１においては、前記素子サイズのセラミック発熱体２１１が、加熱基材２１２の内周面の周方向中央部に、加熱基材２１２の軸線方向両端部間にわたって複数（１０個）並んでシリコン系グリースを介して固定されている。このように、前記寸法Ｌが適度に小さいセラミック発熱体２１１が、加熱基材２１２の軸線方向両端部間にわたって複数配置されて構成される加熱部材２１は、寸法Ｌが大きい１つのセラミック発熱体で構成される場合よりも、容易に作製することができ、作製コストを低減することができる。
【００７１】
また、１つのセラミック発熱体２１１の電気抵抗値は常温（２０℃）環境下で３５０Ωであり、１０個のセラミック発熱体２１１のトータル電気抵抗値は３５Ωである。そして、各セラミック発熱体２１１は、給電電極２１３を介して電圧可変電源２２から電圧が印加されることによって２１０〜２２０℃まで昇温し、これによって加熱基材２１２の外周面に接触する定着ベルト３０の表面温度が所定の定着温度（たとえば、１８０℃）となるようになっている。
【００７２】
普通サイズ（ここではＡ４サイズ）の記録紙７０が定着ニップ部１５ｃを連続して通過する場合、セラミック発熱体２１１で発生した熱は、記録紙７０の表面に均一に伝達される。これによって、定着ベルト３０は、その幅方向に関して、ほぼ定着温度前後で均一な温度分布となる。小サイズ（ここではＡ５サイズ）の記録紙７０が定着ニップ部１５ｃを連続して通過する場合、セラミック発熱体２１１で発生した熱は、定着ベルト３０の幅方向両端部の非通紙部において記録紙７０に伝達されず、所定の定着温度以上の温度に上昇する。定着ベルト３０の非通紙部の熱によって温度がキュリー点である２２０℃を超えたセラミック発熱体２１１は、電気抵抗値が上昇し、その結果、セラミック発熱体２１１に流れる電流が抑制されてセラミック発熱体２１１自身の発熱が停止する。これによって、定着ベルト３０の非通紙部の温度上昇が抑制される。
【００７３】
加熱部材２１が有する加熱基材２１２は、軸線方向から見た断面形状が略半円弧状となるように板状部材が湾曲したものであり、その外周面が定着ベルト３０の幅方向全体に当接するようにされている。本実施形態では、加熱基材２１２は、周方向に関する直径が２８ｍｍであり、厚みが１ｍｍに設定されている。また、加熱基材２１２の周方向に関して、定着ベルト３０と接触する幅（加熱ニップ幅）寸法は、４４ｍｍである。
【００７４】
そして、加熱基材２１２では、周方向中央部において接触するセラミック発熱体２１１で発生した熱が、周方向両端部側に向かって（方向Ｄおよび方向Ｅに向かって）伝導および拡散し、これによって加熱基材２１２に接触する定着ベルト３０を加熱する。このように、加熱部材２１では、板状部材が湾曲した加熱基材２１２を介して定着ベルト３０を加熱するように構成されているので、加熱基材２１２を介さないで定着ベルト３０を加熱する構成よりも加熱ニップ幅を大きくすることができ、定着ベルト３０を効率よく加熱することができる。
【００７５】
加熱基材２１２を構成する材料は、熱伝導性および熱拡散性に優れるものであれば特に制限されないが、アルミニウム、銅、ヒートレーン（登録商標）などの自励振動式ヒートパイプなどを挙げることができる。
【００７６】
加熱基材２１２を構成する材料がアルミニウムまたは銅である場合、アルミニウムおよび銅は、金属の中でも熱伝導性に優れ、また加工性および経済性にも優れるので、加熱基材２１２がアルミニウム製または銅製であることによって、加工性および経済性に優れ、定着ベルト３０における加熱範囲をより広くすることができ、定着ベルト３０の熱供給量をより増加させることができる加熱基材２１２を実現することができる。したがって、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体２１１の加熱性能を一層向上させることができるので、より一層高速の定着装置１５とすることができる。
【００７７】
また、加熱基材２１２を構成する材料がヒートレーン（登録商標）などの自励振動式ヒートパイプである場合、自励振動式ヒートパイプは、金属の中でも熱伝導性に優れるアルミニウムおよび銅よりさらに熱抵抗が低く、熱拡散性に優れるので、加熱基材２１２を自励振動式ヒートパイプで構成することによって、加熱基材２１２の定着ベルト３０における加熱範囲をより一層広くすることができ、定着ベルト３０の熱供給量をより一層増加させることができる加熱基材２１２を実現することができる。したがって、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体２１１の加熱性能をより一層向上させることができるので、より一層高速の定着装置１５とすることができる。
【００７８】
また、加熱基材２１２には、定着ベルト３０と接触する外周面に絶縁性のコート層２１２ａが形成されている。コート層２１２ａは、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂からなる層であり、本実施形態ではその厚さが２０μｍである。このように、加熱基材２１２の定着ベルト３０と接触する外周面にコート層２１２ａを形成することによって、加熱基材２１２と定着ベルト３０との摺動負荷を低減することができ、定着ベルト３０のスムーズな摺動が可能となる。
【００７９】
＜電圧可変電源＞
電圧可変電源２２は、給電電極２１３を介してセラミック発熱体２１１に接続されて、セラミック発熱体２１１に電圧を印加する電源であり、印加電圧値が可変制御可能なものである。電圧可変電源２２における印加電圧可変範囲は、８０〜２３０Ｖである。
【００８０】
＜制御手段＞
制御手段２３は、発熱体側サーミスタ３２および加圧ローラ側サーミスタ３３によって検出された温度データに基づいて、定着ベルト３０および加圧ローラ１５ｂの表面温度が所定の定着温度となるように、セラミック発熱体２１１およびヒータランプ３１への通電を制御する。このとき、制御手段２３は、セラミック発熱体２１１に対する電圧可変電源２２による印加電圧値を、セラミック発熱体２１１における投入電力値が略一定となるように可変制御するように構成されている。ここで、「投入電力値が略一定」とは、目標投入電力値に対して±１５％の範囲の電力値のことである。そして、制御手段２３は、図２に示すように、検出部２３１と、算出部２３２と、制御部２３３とを含む。
【００８１】
検出部２３１は、セラミック発熱体２１１における温度に応じて変動する電流値または電気抵抗値を検出して、検出工程を実現する。本実施形態では、検出部２３１は、セラミック発熱体２１１のバイアスライン上に接続される電流計２３ａにより計測されるセラミック発熱体２１１の電流値を、０．２秒周期で検出する。
【００８２】
算出部２３２は、検出部２３１による検出結果および発熱体側サーミスタ３２により検出された温度データに基づいて、セラミック発熱体２１１に対する投入電力値が略一定となる印加電圧値を算出して、算出工程を実現する。本実施形態では、算出部２３２は、検出部２３１が０．２秒周期で検出する電流値に応じて、０．２秒周期で印加電圧値を算出する。
【００８３】
制御部２３３は、算出部２３２が０．２秒周期で算出する印加電圧値に対応した電圧を、電圧可変電源２２によりセラミック発熱体２１１に印加させて、電圧印加工程を実現する。また、制御部２３３は、加圧ローラ側サーミスタ３３により検出された温度データに基づいて、加圧ローラ１５ｂの表面温度が所定の定着温度となるように、電圧可変電源２２とは異なる電源によりヒータランプ３１に電圧を印加させる。
【００８４】
以上のような検出部２３１、算出部２３２および制御部２３３を含んで構成される制御手段２３は、電流計２３ａにより計測されるセラミック発熱体２１１の電流値を０．２秒周期で電圧可変電源２２にフィードバックし、電圧可変電源２２による印加電圧値を、電流値の変化の方向とは反対の方向に可変制御して、セラミック発熱体２１１における投入電力値が略一定となるようにしている。
【００８５】
なお、検出部２３１がセラミック発熱体２１１の電気抵抗値を検出するように構成される場合には、制御手段２３は、電圧可変電源２２による印加電圧値を、電気抵抗値の変化の方向と同じ方向に可変制御して、セラミック発熱体２１１における投入電力値が略一定となるようにすればよい。
【００８６】
ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体２１１は、発熱体温度がキュリー点以下の温度領域であっても、若干の温度依存性を有して電気抵抗値が変動する。そのため、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体２１１に、定電圧（たとえば１００Ｖ）の電源を用いて電圧を印加した場合、温度依存性を有して電気抵抗値が変動するのに応じて、発熱体における投入電力値も変動し、常に必要な一定の電力値を得ることができない。セラミック発熱体２１１の温度が常温（２０℃）から所定の温度（２００℃）まで上昇するウォームアップ時では、セラミック発熱体２１１の電気抵抗値は、最大電気抵抗値が最小電気抵抗値に対して約２．５倍となる範囲内で変動する。このように、セラミック発熱体２１１における電気抵抗値が変動する場合において定電圧が印加されると、ウォームアップ中のセラミック発熱体２１１における投入電力値は、最大電力値が最小電力値に対して約２．５倍となる範囲内で変動することになり、定格電力値（商用定格値：１５００Ｗ）を超えてしまうおそれがある。また、セラミック発熱体２１１に定電圧を印加する場合、ウォームアップ中のセラミック発熱体２１１における投入電力値が定格電力値を超えないようにすると、平均電力値が低下し、ウォームアップ時間が長くなってしまう。
【００８７】
これに対して本実施形態の定着装置１５においては、制御手段２３がセラミック発熱体２１１に対する電圧可変電源２２による印加電圧値を可変制御することで、セラミック発熱体２１１の温度が常温（２０℃）から所定の温度（２００℃）まで上昇するウォームアップ時であっても、セラミック発熱体２１１における投入電力値を、電気抵抗値の変動に応じて略一定とすることができる。このように、セラミック発熱体２１１の温度変化に応じて電気抵抗値が変動するウォームアップ時に、セラミック発熱体２１１における投入電力値が略一定であるので、ウォームアップ時間が長くなるのが防止される。また、本実施形態の定着装置１５は、記録紙７０の材質、定着装置１５が設置される環境温度に応じて、所定の定着温度の設定値を変更する場合であっても、セラミック発熱体２１１における投入電力値が略一定であるので、安定した定着性能が確保できる。さらに本実施形態の定着装置１５では、セラミック発熱体２１１の温度変動に伴う電気抵抗値の変動に応じてセラミック発熱体２１１における投入電力値が略一定であるので、定格電力値（１５００Ｗ）を超過することなく、セラミック発熱体２１１の発熱能力を最大限に発揮させることができる。
【００８８】
また、後述する画像形成装置１００では、画像形成動作時には、加熱手段２０が加熱動作モードで動作して定着装置１５が稼動するとともに、定着装置１５以外のトナー像形成手段に対応する各ユニットが動作し、ウォームアップ時には、定着装置１５以外の各ユニットは動作しない。そのため、加熱手段２０のセラミック発熱体２１１に対して、加熱動作モード時よりもウォームアップモード時の方が高い電力を供給可能である（たとえば、加熱動作モード時：９００Ｗ、ウォームアップモード時：１２００Ｗ）。
【００８９】
記録紙７０上のトナー像７１を加熱する熱源としてハロゲンヒータを用いた場合、加熱動作モード時に位相制御によって投入電力値を９００Ｗに制御しようとすると効率が低下し、実行電力としては７００Ｗ程度しか得られず電力が不足する。このように、熱源に対する投入電力が不足すると、温度追従性が悪化する。
【００９０】
これに対して、本実施形態の定着装置１５において、制御手段２３は、セラミック発熱体２１１における投入電力値が、ウォームアップモード時の方が加熱動作モード時よりも高い値で略一定となるように、セラミック発熱体２１１に対する電圧可変電源２２による印加電圧値を可変制御するように構成されるのが好ましい。セラミック発熱体２１１は投入電力値によって効率が変化することがなく、さらに制御手段２３が、セラミック発熱体２１１に対する投入電力値をウォームアップモード時の方が加熱動作モード時よりも高い値で略一定となるように可変制御することによって、ウォームアップ時間の短縮と加熱動作モード時における温度追従性との両立を達成することができる。
【００９１】
また、制御手段２３は、ヒータランプ３１に電圧が印加されて発熱しているか否かに応じて、ヒータランプ３１が発熱していないときの方が発熱しているときよりも、セラミック発熱体２１１における投入電力値が高い値で略一定となるように、セラミック発熱体２１１に対する電圧可変電源２２による印加電圧値を可変制御するように構成されるのが好ましい。これによって、加熱手段２０において無駄な電力が消費されるのを防止するとともに、記録紙７０の材質、定着装置１５が設置される環境温度、モードに応じて安定した定着性能を確保することができる。
【００９２】
次に、セラミック発熱体２１１に過電流が流れないようにするための構成について説明する。セラミック発熱体２１１に流れる最大電流値をＩｍａｘ（Ａ）、最大投入電力値をＰｍａｘ（Ｗ）、定格電圧値をＶｃ（Ｖ）としたとき、Ｉｍａｘが過電流とはならない条件は下記式（１）で示される。
Ｉｍａｘ≦Ｐｍａｘ／Ｖｃ                                        …（１）
【００９３】
また、セラミック発熱体２１１に流れる電流値が最大電流値Ｉｍａｘとなるのは、セラミック発熱体２１１の電気抵抗値およびセラミック発熱体２１１への印加電圧値が最小となるときである。このときの電気抵抗値をＲｍｉｎ（Ω）、印加電圧値をＶｍｉｎ（Ｖ）とすると、下記式（２），（３）が成り立つ。
Ｖｍｉｎ＝Ｉｍａｘ×Ｒｍｉｎ                                    …（２）
Ｐｍａｘ＝Ｉｍａｘ×Ｖｍｉｎ                                    …（３）
【００９４】
さらに、上記式（２）から下記式（４）が導かれる。
Ｖｍｉｎ／Ｒｍｉｎ＝Ｉｍａｘ                                    …（４）
【００９５】
そして、上記式（１）および式（４）から、下記式（５）が導かれる。
Ｖｍｉｎ／Ｒｍｉｎ≦Ｐｍａｘ／Ｖｃ                              …（５）
【００９６】
上記式（３）および式（５）から下記式（６）が導かれ、式（６）を変形して下記式（７）が導かれる。
Ｖｍｉｎ／Ｒｍｉｎ≦Ｉｍａｘ×Ｖｍｉｎ／Ｖｃ                    …（６）
１／（Ｉｍａｘ×Ｒｍｉｎ）≦１／Ｖｃ                            …（７）
【００９７】
このようにして導かれる式（７）を変形すると、下記式（ｉ）が導かれる。
Ｖｍｉｎ≧Ｖｃ                                                  …（ｉ）
【００９８】
つまり、制御手段２３における算出部２３２が、式（ｉ）を満たす範囲内において印加電圧値Ｖｍｉｎ（Ｖ）を算出するように構成されることによって、セラミック発熱体２１１に定格電流（１５Ａ）を超える過電流が流れるのを防止することができ、安全性を確保することができる。
【００９９】
また、上記式（２）および式（３）から下記式（８）が導かれ、式（８）を変形して下記式（９）が導かれる。
Ｖｍｉｎ／Ｒｍｉｎ＝Ｐｍａｘ／Ｖｍｉｎ                          …（８）
（Ｖｍｉｎ）2＝Ｐｍａｘ×Ｒｍｉｎ                                …（９）
【０１００】
そして、式（ｉ）および式（９）から下記式（１０）が導かれ、式（１０）を変形して下記式（ｉｉ）が導かれる。
Ｐｍａｘ×Ｒｍｉｎ≧Ｖｃ２                                       …（10）
Ｒｍｉｎ≧Ｖｃ２／Ｐｍａｘ                                       …（ii）
【０１０１】
つまり、セラミック発熱体２１１を、Ｒｍｉｎ（Ω）が式（ｉｉ）を満たすように設定された部材とすることによって、セラミック発熱体２１１に定格電流を超える過電流が流れるのを防止することができ、安全性を確保することができる。
【０１０２】
図４は、本発明の第２実施形態である定着装置４０の構成を示す図である。定着装置４０は、前述した定着装置１５に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１０３】
定着装置４０は、加圧ローラ１５ｂと、フィルム状の無端ベルト部材である定着ベルト４３と、加熱手段４１とを含んで構成される。定着装置４０においては、定着ベルト４３が２つの懸架ローラ４４と加熱手段４１の加熱部材４２が有する加熱基材４２２との間に張架され、加圧ローラ１５ｂが定着ベルト４３を介して加熱基材４２２に対向するように配置されている。そして、定着装置４０は、加熱基材４２２が定着ベルト４３の内周面に接触して定着ベルト４３を加熱し、定着ベルト４３を介して互いに圧接する加熱基材４２２と加圧ローラ１５ｂとの間に形成される定着ニップ部４２２ａを記録紙７０が通過したとき、トナー像７１を加熱加圧して記録紙７０上に定着する装置である。また、記録紙７０が定着ニップ部４２２ａを通過するときには、定着ベルト４３は記録紙７０のトナー像担持面に当接し、加圧ローラ１５ｂはトナー像担持面とは反対側の面に当接するようになっている。
【０１０４】
定着ベルト４３は、前述した定着装置１５が備える定着ベルト３０と同様に、基材の表面に弾性層と離型層とが形成された３層構造となっている。そして、定着ベルト４３は、加圧ローラ１５ｂのＦ方向への回転に従動して回転するようになっている。
【０１０５】
加熱手段４１において、加熱部材４２が有する加熱基材４２２は、加圧ローラ１５ｂの外周面に沿って湾曲した形状にされており、その外周面が定着ベルト４３の幅方向全体に当接するようにされている。そして、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体４２１が、加熱基材４２２の内周面の周方向中央部に接触して配置されている。そして、加熱手段４１においては、前述した定着装置１５が備える加熱手段２０と同様に、電圧可変電源２２が給電電極を介してセラミック発熱体４２１に接続され、制御手段２３がセラミック発熱体４２１に対する電圧可変電源２２による印加電圧値を、セラミック発熱体４２１における投入電力値が略一定となるように可変制御する。
【０１０６】
以上のような構成の定着装置４０では、記録紙７０上のトナー像７１は、定着ベルト４３を介して加熱手段４１によって加熱されるとともに、加熱基材４２２と加圧ローラ１５ｂとの間に発生する圧接力によって加圧されるので、安定した定着性能を確保することができる。また、定着装置４０は、加熱基材４２２と加圧ローラ１５ｂとが定着ベルト４３を介して互いに圧接するように構成されているので、加圧ローラ１５ｂと圧接する他の部材を設けなくても、記録紙７０上のトナー像７１に圧接力を付与することができ、装置構成を簡略化することができる。
【０１０７】
図５は、本発明の第３実施形態である定着装置５０の構成を示す図である。定着装置５０は、前述した定着装置１５に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。定着装置５０は、加熱手段５１と、回転可能な加熱ベルト５３と、定着ローラ５４と、加圧ローラ５５とを含んで構成される。
【０１０８】
定着装置５０においては、定着ローラ５４と加圧ローラ５５とが対向するように配置され、加熱手段５１の加熱部材５２が有する加熱基材５２２が加熱ベルト５３を介して定着ローラ５４に対向するように配置されている。定着装置５０では、加熱基材５２２が加熱ベルト５３の内周面に接触して加熱ベルト５３を加熱する。そして、加熱ベルト５３に保持される熱は、定着ローラ５４が加熱ベルト５３の外周面に接触して形成される加熱ニップ部５１ａにおいて、定着ローラ５４に伝達される。そして、定着装置５０は、互いに圧接する定着ローラ５４と加圧ローラ５５との間に形成される定着ニップ部５４ｂを記録紙７０が通過したとき、トナー像７１を加熱加圧して記録紙７０上に定着する装置である。また、記録紙７０が定着ニップ部５４ｂを通過するときには、定着ローラ５４は記録紙７０のトナー像担持面に当接し、加圧ローラ５５はトナー像担持面とは反対側の面に当接するようになっている。
【０１０９】
定着ローラ５４は、駆動手段により回転軸線まわりに回転方向Ｇ方向に回転駆動することによって、加熱ベルト５３を搬送する。定着ローラ５４は、その内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなっている。そして、定着ローラ５４の内部には、ハロゲンヒータからなるヒータランプ５４ａが配置されている。また、定着ローラ５４の周面近傍には、温度検知手段としての定着ローラ側サーミスタ５７が配置されており、定着ローラ５４の表面温度を検出するようになっている。
【０１１０】
加圧ローラ５５は、定着ローラ５４に対向しかつ定着ローラ５４を圧接し、回転軸線まわりに回転自在に設けられ、定着ローラ５４の回転に従動して回転する。加圧ローラ５５は、その内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された３層構造からなっている。そして、加圧ローラ５５の内部には、ハロゲンヒータからなるヒータランプ５５ａが配置されている。また、加圧ローラ５５の周面近傍には、温度検知手段としての加圧ローラ側サーミスタ５８が配置されており、加圧ローラ５５の表面温度を検出するようになっている。
【０１１１】
加熱手段５１において、加熱部材５２が有する加熱基材５２２は、定着ローラ５４の外周面に沿って湾曲した形状にされており、その外周面が加熱ベルト５３の幅方向全体に当接するようにされている。そして、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体５２１が、加熱基材５２２の内周面の周方向中央部に接触して配置されている。加熱手段５１においては、前述した定着装置１５が備える加熱手段２０と同様に、電圧可変電源２２が給電電極を介してセラミック発熱体５２１に接続され、制御手段２３がセラミック発熱体５２１に対する電圧可変電源２２による印加電圧値を、セラミック発熱体５２１における投入電力値が略一定となるように可変制御する。
【０１１２】
加熱ベルト５３は、湾曲して形成される加熱基材５２２の外周面に沿うように設けられる無端状のベルト部材であり、前述した定着装置１５が備える定着ベルト３０と同様に、基材の表面に弾性層と離型層とが形成された３層構造となっている。そして、加熱ベルト５３は、定着ローラ５４のＧ方向への回転に従動して回転するようになっている。また、加熱ベルト５３の周面近傍には発熱体側サーミスタ５６が配置されており、加熱ベルト５３の表面温度を検出するようになっている。
【０１１３】
以上のような構成の定着装置５０では、記録紙７０上のトナー像７１は、加熱ベルト５３および定着ローラ５４を介して加熱手段５１によって加熱されるとともに、定着ローラ５４と加圧ローラ５５との間に発生する圧接力によって加圧されるので、安定した定着性能を確保することができる。
【０１１４】
（画像形成装置）
図６は、本発明の実施の一形態である画像形成装置１００の構成を示す図である。画像形成装置１００は、読み取った原稿の画像データやネットワーク等を介して送信された画像データに基づいて記録紙７０に対して多色および単色の画像を形成する装置である。本実施形態では、画像形成装置１００は、多色画像を形成するカラー複合機である。そして、画像形成装置１００は、前述した本実施形態の定着装置１５，４０，５０のいずれかの定着装置を備える。画像形成装置１００が定着装置１５を備えた場合について、以下に説明する。
【０１１５】
画像形成装置１００は、光学系ユニット１０、第１〜第４可視像形成ユニットＰａ〜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、手差し給紙ユニット１７および排紙ユニット１８を備える。第１〜第４可視像形成ユニットＰａ〜Ｐｄ、中間転写ベルト１１および二次転写ユニット１４は、トナー像形成手段を構成する。そして、画像形成装置１００は、ブラック（Ｋ）およびカラー画像を色分解して得られる減法混色の３原色であるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色の各色相に対応した画像データを用いて、第１〜第４可視像形成ユニットＰａ〜Ｐｄにおいて、各色相に対応したトナー像を形成し、該トナー像を中間転写ベルト１１に転写する。
【０１１６】
第１〜第４可視像形成ユニットＰａ〜Ｐｄは、それぞれ同様の構成であり、たとえば、ブラック（Ｋ）の第１可視像形成ユニットＰａは、感光体１０１ａ、帯電ユニット１０３ａ、現像ユニット１０２ａ、一次転写ユニット１３ａおよびクリーニングユニット１０４ａ等から構成される。この第１〜第４可視像形成ユニットＰａ〜Ｐｄは、中間転写ベルト１１の移動方向（副走査方向）に一列に配列されている。
【０１１７】
帯電ユニット１０３ａ〜１０３ｄは、感光体１０１ａ〜１０１ｄの表面を所定の電位に均一に帯電させるユニットであり、たとえば接触方式のローラ状の帯電器である。ローラ状の帯電器に代えて、帯電ブラシを用いた接触方式の帯電器、または、帯電ワイヤを用いた非接触方式の帯電器を用いることもできる。
【０１１８】
光学系ユニット１０は、光源４や反射ミラー８等を備えており、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の各色相の画像データによって変調されたレーザビーム等の光ビームのそれぞれを感光体１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに照射する。各感光体１０１ａ〜１０１ｄは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の各色相の画像データによる静電潜像を形成する。
【０１１９】
現像ユニット１０２ａ〜１０２ｄは、静電潜像が形成された感光体１０１ａ〜１０１ｄの表面に現像剤であるトナーを供給し、静電潜像をトナー像に現像する。現像ユニット１０２ａ〜１０２ｄのそれぞれは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の各色相のトナーを収納しており、感光体１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに形成された各色相の静電潜像を、各色相のトナー像に顕像化する。クリーニングユニット１０４ａ〜１０４ｄは、現像・画像転写後における感光体１０１ａ〜１０１ｄ上の表面に残留したトナーを除去・回収する。
【０１２０】
中間転写ベルト１１は、各感光体１０１ａ〜１０１ｄの上方に配置されており、２つのテンションローラ１１ａ，１１ｂの間にたわむことなく張架されてループ状の移動経路を形成している。中間転写ベルト１１の外周面は、感光体１０１ｄ、感光体１０１ｃ、感光体１０１ｂおよび感光体１０１ａにこの順に対向する。この中間転写ベルト１１を挟んで各感光体１０１ａ〜１０１ｄに対向する位置に、一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄが配置されている。中間転写ベルト１１が感光体１０１ａ〜１０１ｄに対向する位置のそれぞれが一次転写位置である。
【０１２１】
一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄには、感光体１０１ａ〜１０１ｄの表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト１１上に転写するために、トナーの帯電極性と逆極性の一次転写バイアスが定電圧制御によって印加される。これによって、感光体１０１ａ〜１０１ｄに形成された各色相のトナー像は、中間転写ベルト１１の外周面に順次重ねて転写され、中間転写ベルト１１の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。
【０１２２】
ただし、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の色相の一部のみの画像データが入力された場合には、４つの感光体１０１ａ〜１０１ｄのうち、入力された画像データの色相に対応する一部の感光体のみにおいて静電潜像およびトナー像の形成が行われる。たとえば、モノクロ画像形成時には、ブラックの色相に対応した感光体１０１ａのみにおいて静電潜像の形成およびトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト１１の外周面にはブラックのトナー像のみが転写される。
【０１２３】
各一次転写位置において中間転写ベルト１１の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト１１の回転によって、二次転写ユニット１４との対向位置である二次転写位置に搬送される。二次転写ユニット１４は、画像形成時において、内周面がテンションローラ１１ａの周面に接触する中間転写ベルト１１の外周面に所定のニップ圧で圧接されている。内部給紙ユニット１６または手差し給紙ユニット１７から給紙された記録紙７０が、二次転写ユニット１４と中間転写ベルト１１との間を通過する際に、二次転写ユニット１４にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が印加される。これによって、中間転写ベルト１１の外周面から記録紙７０の表面にトナー像が転写される。
【０１２４】
なお、感光体１０１ａ〜１０１ｄから中間転写ベルト１１に付着したトナーのうち、記録紙７０上に転写されずに中間転写ベルト１１上に残存したトナーは、次工程での混色を防止するために、転写クリーニングユニット１２によって回収される。
【０１２５】
トナー像が転写された記録紙７０は、前述した本発明の定着装置１５に導かれ、定着ニップ部を通過して加熱および加圧を受ける。これによって、トナー像が、記録紙７０の表面に堅牢に定着する。トナー像が定着した記録紙７０は、排紙ローラ１８ａによって排紙ユニット１８上に排出される。
【０１２６】
また、画像形成装置１００には、内部給紙ユニット１６に収納されている記録紙７０を、二次転写ユニット１４と中間転写ベルト１１との間および定着装置１５を経由して、排紙ユニット１８に送るための略垂直方向に延びる用紙搬送路Ｐ１が設けられている。用紙搬送路Ｐ１には、内部給紙ユニット１６内の記録紙７０を一枚ずつ用紙搬送路Ｐ１内に繰り出すピックアップローラ１６ａ、繰り出された記録紙７０を上方に向けて搬送する搬送ローラ１６ｂ、搬送されてきた記録紙７０を所定のタイミングで二次転写ユニット１４と中間転写ベルト１１との間に導くレジストローラ１９、記録紙７０を排紙ユニット１８に排出する排紙ローラ１８ａが配置されている。
【０１２７】
また、画像形成装置１００の内部には、手差し給紙ユニット１７からレジストローラ１９に至る間に、ピックアップローラ１６ａおよび搬送ローラ１６ｂを配置した用紙搬送路Ｐ２が形成されている。さらに、排紙ローラ１８ａから用紙搬送路Ｐ１におけるレジストローラ１９の上流側に至る間には、用紙搬送路Ｐ３が形成されている。
【０１２８】
排紙ローラ１８ａは、正逆両方向に回転自在にされており、記録紙７０の片面に画像を形成する片面画像形成時、および、記録紙７０の両面に画像を形成する両面画像形成における第２面画像形成時に正転方向に駆動されて記録紙７０を排紙ユニット１８に排出する。一方、両面画像形成における第１面画像形成時には、排紙ローラ１８ａは、用紙の後端が定着装置１５を通過するまで正転方向に駆動された後、記録紙７０の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて記録紙７０を用紙搬送路Ｐ３内に導く。これによって、両面画像形成時に片面のみに画像が形成された記録紙７０は、表裏面および前後端を反転した状態で用紙搬送路Ｐ１に導かれる。
【０１２９】
レジストローラ１９は、内部給紙ユニット１６または手差し給紙ユニット１７から給紙され、または、用紙搬送路Ｐ３を経由して搬送された記録紙７０を、中間転写ベルト１１の回転に同期したタイミングで二次転写ユニット１４と中間転写ベルト１１との間に導く。このため、レジストローラ１９は、感光体１０１ａ〜１０１ｄや中間転写ベルト１１の動作開始時には回転を停止しており、中間転写ベルト１１の回転に先立って給紙または搬送された記録紙７０は、前端をレジストローラ１９に当接させた状態で用紙搬送路Ｐ１内における移動を停止する。この後、レジストローラ１９は、二次転写ユニット１４と中間転写ベルト１１とが圧接する位置で、記録紙７０の前端部と中間転写ベルト１１上に形成されたトナー像の前端部とが対向するタイミングで回転を開始する。
【０１３０】
なお、第１〜第４可視像形成ユニットＰａ〜Ｐｄの全てにおいて画像形成が行われるフルカラー画像形成時には、一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄが中間転写ベルト１１を感光体１０１ａ〜１０１ｄの全てに圧接させる。一方、第１可視像形成ユニットＰａのみにおいて画像形成が行われるモノクロ画像形成時には、一次転写ローラ１３ａのみが中間転写ベルト１１を感光体１０１ａに圧接させる。
【０１３１】
以上のように構成される画像形成装置１００は、ウォームアップ時間が長くなるのが防止され、所定の定着温度の設定値を変更する場合であっても安定した定着性能を確保可能な定着装置１５を備えているので、高速下で高品位な画像を記録紙７０上に形成することができる。
【０１３２】
なお、本実施形態の画像形成装置１００は、１つの定着装置１５を備える構成としたが、定着装置１５，４０，５０から選ばれる少なくとも１つの定着装置を備えるように構成すればよく、複数の定着装置を備える構成としてもよい。
【０１３３】
（制御プログラム、記録媒体）
また本発明のさらに他の実施形態として、前述した定着装置１５，４０，５０の制御手段２３としてコンピュータを機能させるための制御プログラム、および該制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラムおよびソースプログラム）を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することも可能である。本実施形態によれば、画像形成装置１００に備えられるコンピュータ（またはＣＰＵ（
Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit））が、記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出して制御プログラムの命令を実行する。このように、コンピュータが制御プログラムの命令を実行することによって、ウォームアップ時間が長くなるのを防止し、安定した定着性能を確保するという定着装置１５，４０，５０の動作を実現し、高速下で高品位な画像を形成することができる。
【０１３４】
制御プログラムのプログラムコードを記録する記録媒体としては、たとえば、磁気テープ、カセットテープなどのテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなどの磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc−Read Only Memory）、ＭＯ（
Magneto Optical disc）、ＭＤ（Mini Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ−Ｒ（Compact Disc-Recordable）、Ｂｌｕ−ｒａｙなどの光ディスクのディスク系、ＩＣ（Integrated Circuit）カード（メモリカードを含む）、光カードなどのカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、フラッシュＲＯＭなどによる半導体メモリ系などを用いることができる。
【０１３５】
また、画像形成装置１００を通信ネットワークと接続可能に構成し、制御プログラムのプログラムコードを、通信ネットワークを介してコンピュータに供給するようにしてもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、たとえば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＩＳＤＮ（Integrated 
Service Digital Network）、ＶＡＮ（Value-added Network）、ＣＡＴＶ（Community 
Antenna Television）通信網、仮想専用網（Virtual Private Network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網などが利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、たとえば、ＩＥＥＥ１３９４（Institute of 
Electrical and Electronic Engineers 1394）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line）回線などの有線でも、ＩｒＤＡ（Infrared Data Association）やリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ（High Data Rate）、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網などの無線でも利用可能である。なお、本発明は、制御プログラムのプログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【０１３６】
（実施例）
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０１３７】
＜評価１＞
以下に示す実施例１，２および比較例１，２の定着装置を用いて常温（２０℃）状態からのウォームアップ動作を行い、ウォームアップ中のセラミック発熱体における投入電力値、印加電圧値、電流値、電気抵抗値および温度を測定し、セラミック発熱体の温度が２００℃に到達するまでのウォームアップ時間を評価した。なお、セラミック発熱体の温度が２００℃まで到達するとウォームアップを完了するのが本来の制御であるが、セラミック発熱体のＰＴＣ特性を確認するために、２００℃を超えた温度領域においてもセラミック発熱体に対する通電を継続した。
【０１３８】
（実施例１）
実施例１において使用した定着装置は、前述した本実施形態の定着装置１５である。実施例１の定着装置では、定着ベルトを加熱する加熱源として、常温（２０℃）環境下におけるトータル電気抵抗値が２３Ωである１０個のセラミック発熱体を用いた。そして、セラミック発熱体に電圧可変電源を接続し、投入電力値が１２００Ｗで一定となるように、セラミック発熱体に対する印加電圧を可変制御した。
【０１３９】
（実施例２）
定着ベルトを加熱する加熱源として、常温（２０℃）環境下におけるトータル電気抵抗値が３５Ωである１０個のセラミック発熱体を用いたこと以外は、実施例１と同様にした。
【０１４０】
（比較例１）
セラミック発熱体に定電圧電源を接続し、セラミック発熱体に印加する電圧を１００Ｖで一定としたこと以外は、実施例１と同様にした。
【０１４１】
（比較例２）
セラミック発熱体に定電圧電源を接続し、セラミック発熱体に印加する電圧を１００Ｖで一定としたこと以外は、実施例２と同様にした。
【０１４２】
評価結果を図７〜図１０および表１に示す。図７は、実施例１の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流値および電気抵抗値との関係を示すグラフである。図８は、実施例２の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流および電気抵抗値との関係を示すグラフである。図９は、比較例１の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流および電気抵抗値との関係を示すグラフである。そして、図１０は、比較例２の定着装置におけるウォームアップモード時のセラミック発熱体に関する温度と、投入電力値、印加電圧値、電流および電気抵抗値との関係を示すグラフである。
【０１４３】
【表１】
2010191217.tif 000003
【０１４４】
図７〜図１０に示されるように、ＰＴＣ特性を有するセラミック発熱体は、キュリー点２２０℃以上で電気抵抗値が急激に上昇するが、キュリー点以下の温度領域であっても、若干の温度依存性を有して電気抵抗値が変動した。具体的には、キュリー点以下の温度領域においてセラミック発熱体の電気抵抗値は、最大電気抵抗値が最小電気抵抗値に対して約４．２倍（実施例１および比較例１の場合、最大電気抵抗値：２３Ω、最小電気抵抗値：５．４Ω、実施例２および比較例２の場合、最大電気抵抗値：３５Ω、最小電気抵抗値：８．３Ω）となる範囲内で変動していることがわかる。
【０１４５】
このような特性を有するセラミック発熱体に対して定電圧を印加するように構成される比較例１，２の定着装置では、セラミック発熱体における投入電力値が変動してしまう（図９，１０参照）。このとき、電気抵抗値の低いセラミック発熱体を用いた比較例１の定着装置では、セラミック発熱体における最大投入電力値が１８４０Ｗとなり、商用定格電力値の１５００Ｗを超えてしまう（図９、表１参照）。また、電気抵抗値の高いセラミック発熱体を用いた比較例２の定着装置では、最大投入電力値が商用定格電力値を超えることはないものの、平均電力値が低下し、ウォームアップ時間が長くなった（図１０、表１参照）。
【０１４６】
これに対して、セラミック発熱体に対する投入電力値が１２００Ｗで一定である実施例１，２の定着装置では、商用定格電力値を超えることなく、ウォームアップ時間が長くなるのが防止される結果となった（表１参照）。また、電気抵抗値の高いセラミック発熱体を用いた実施例２の定着装置では、実施例１の定着装置に比べて、発熱体に流れる最大電流値を低く抑えることができる結果となった（図７，８、表１参照）。
【０１４７】
＜評価２＞
以下に示す実施例３および比較例３，４の定着装置を用いて常温（２０℃）状態からのウォームアップ動作を行い、ウォームアップ完了後、直ちにＡ４サイズの記録紙（普通紙：坪量６４ｇ／ｍ2）を毎分５０枚の速度で定着ニップ部を１００枚連続通過させ（横送り）、ウォームアップ時間および加熱動作中の温度追従性について評価した。なお、加圧ローラの内部に配置されるヒータランプは、待機中に加圧ローラを予熱する熱源として使用し、ウォームアップ中および加熱動作中はランプ点灯しないようにした。
【０１４８】
また、温度追従性の評価基準は、１００枚の記録紙の連続通紙中において、目標温度１９０℃に対して定着ベルトの表面温度の降下量が１０ｄｅｇ以内であり、定着不良が発生しなかった場合を「○」、目標温度１９０℃に対して定着ベルトの表面温度の降下量が１０ｄｅｇを超え、定着不良が発生した場合を「×」とした。
【０１４９】
（実施例３）
実施例３において使用した定着装置は、実施例２と同様である。そして、実施例３では、セラミック発熱体における投入電力値が、ウォームアップ時に１２００Ｗ、加熱動作時に９００Ｗとなるように制御した。
【０１５０】
（比較例３）
比較例３において使用した定着装置について、図１１を用いて説明する。図１１は、従来技術の定着装置６０の構成を示す図である。従来技術の定着装置６０は、加熱ローラ６１と、定着ローラ６２と、加圧ローラ６３と、定着ベルト６４とを含んで構成される。定着装置６０においては、定着ベルト６４が加熱ローラ６１と定着ローラ６２との間に張架され、加圧ローラ６３が定着ベルト６４を介して定着ローラ６２に対向するように配置されている。そして、加熱ローラ６１の内部にはハロゲンヒータからなるベルト側ヒータランプ６１ａが配置され、定着ベルト６４を加熱するようになっている。また、加圧ローラ６３の内部にもハロゲンヒータからなる加圧側ヒータランプ６３ａが配置されている。そして、定着装置６０は、加熱ローラ６１が定着ベルト６４を加熱し、定着ベルト６４を介して互いに圧接する定着ローラ６２と加圧ローラ６３との間に形成される定着ニップ部６２ａを記録紙が通過したとき、トナー像を加熱加圧して記録紙上に定着する。なお、ヒータランプ６１ａ，６３ａは、位相制御によって投入電力値が可変可能に構成されている。
【０１５１】
以上のような定着装置６０を使用した比較例３では、ベルト側ヒータランプ６１ａにおける投入電力値が、ウォームアップ時に１２００Ｗ、加熱動作時に９００Ｗとなるように位相制御した。
【０１５２】
（比較例４）
比較例４において使用した定着装置は、比較例３と同様、定着装置６０である。そして、比較例４では、ベルト側ヒータランプにおける投入電力値が、ウォームアップ時に９００Ｗ、加熱動作時に９００Ｗとなるように位相制御した。
評価結果を表２に示す。
【０１５３】
【表２】
2010191217.tif 000004
【０１５４】
表２に示されるように、実施例３の定着装置では、ウォームアップ時間が２１秒と短く、加熱動作中における温度追従性も良好であった。
【０１５５】
これに対して、比較例３の定着装置では、ウォームアップ時間が２１秒と短いものの、加熱動作中における温度追従性に問題があり、定着ベルトの表面温度が目標温度１９０℃に対して２０ｄｅｇ降下し、定着不良が発生した。加熱動作中に温度追従性が悪化した原因は、位相制御によってベルト側ヒータランプに対する投入電力値を９００Ｗに制御しようとすると、効率が低下し、実行電力としては７００Ｗ程度しか得られず、電力が不足したためである。また、比較例４の定着装置では、加熱動作中における温度追従性は良好であったが、ウォームアップ時のベルト側ヒータランプに対する投入電力値が９００Ｗと低いため、ウォームアップ時間が長くなった。
【０１５６】
＜評価３＞
以下に示す実施例４および比較例５，６の定着装置を用いて常温（２０℃）状態からのウォームアップ動作を行い、ウォームアップ完了後、直ちにＡ４サイズの記録紙（普通紙：坪量６４ｇ／ｍ2）を毎分５０枚の速度で定着ニップ部を１００枚連続通過させ（横送り）、加熱動作中の温度追従性について評価した。なお、加圧ローラの内部に配置されるヒータランプは、待機中に加圧ローラを予熱する熱源として使用するだけでなく、加熱動作中もランプ点灯するようにした。
【０１５７】
（実施例４）
実施例４において使用した定着装置は、実施例２と同様である。実施例４では、加熱動作中において加圧ローラの表面温度が目標温度（１３０℃）に未到達の場合にヒータランプに対する電力供給を優先させ、ヒータランプが未点灯の場合のみにセラミック発熱体に対して定格電力に相当する電力を供給するように制御した。具体的には、実施例４では、加熱動作中において、定着ベルトの表面温度が目標温度（１７０℃）に未到達の場合のセラミック発熱体（定格電力９００Ｗ）に対する投入電力値が、加圧ローラの表面温度が目標温度（１３０℃）に到達している場合に９００Ｗ、未到達の場合に４００Ｗ（ヒータランプへの投入電力値：定格電力に相当する５００Ｗ）となるように制御した。
【０１５８】
（比較例５）
比較例５において使用した定着装置は、比較例３と同様、定着装置６０である。比較例５では、加熱動作中において加圧ローラの表面温度が目標温度（１３０℃）に未到達の場合に加圧側ヒータランプに対する電力供給を優先させ、加圧側ヒータランプが未点灯の場合のみにベルト側ヒータランプに対して定格電力に相当する電力を供給するように制御した。具体的には、比較例５では、加熱動作中において、定着ベルトの表面温度が目標温度（１７０℃）に未到達の場合のベルト側ヒータランプ（定格電力９００Ｗ）に対する投入電力値が、加圧ローラの表面温度が目標温度（１３０℃）に到達している場合に９００Ｗ、未到達の場合に４００Ｗ（加圧側ヒータランプへの投入電力値：定格電力に相当する５００Ｗ）となるように制御した。
【０１５９】
（比較例６）
比較例６において使用した定着装置は、比較例３と同様、定着装置６０である。比較例６では、加熱動作中において定着ベルトの表面温度が目標温度（１７０℃）に未到達の場合にベルト側ヒータランプに対する電力供給を優先させ、ベルト側ヒータランプが未点灯の場合のみに加圧側ヒータランプに対して定格電力に相当する電力を供給するように制御した。具体的には、比較例６では、加熱動作中において、定着ベルトの表面温度が目標温度（１７０℃）に未到達の場合のベルト側ヒータランプ（定格電力９００Ｗ）に対する投入電力値が、加圧ローラの表面温度が目標温度（１３０℃）に到達しているか否かにかかわらず、９００Ｗ（加圧側ヒータランプへの投入電力値：０Ｗ）となるように制御した。
評価結果を表３に示す。
【０１６０】
【表３】
2010191217.tif 000005
【０１６１】
表３に示されるように、比較例５の定着装置では、定着ベルトでの温度追従性が悪く、定着不良が発生した。また、比較例６の定着装置では、加圧ローラでの温度追従性が悪く、定着不良が発生した。
【０１６２】
これに対して、実施例４の定着装置では、加熱動作中において、定着ベルトおよび加圧ローラでの温度追従性が良好で、定着不良が発生しなかった。これは、セラミック発熱体が投入電力値によって効率が変化することがない熱源だからである。
【符号の説明】
【０１６３】
１５，４０，５０  定着装置
１５ａ，５４  定着ローラ
１５ｂ，５５  加圧ローラ
２０，４１，５１  加熱手段
２１，４２，５２  加熱部材
２２  電圧可変電源
２３  制御手段
３０，４３  定着ベルト
３１，５４ａ，５５ａ  ヒータランプ
５３  加熱ベルト
１００  画像形成装置
２１１，４２１，５２１  セラミック発熱体
２１２，４２２，５２２  加熱基材
２３１  検出部
２３２  算出部
２３３  制御部
【図１】
2010191217.tif 000006
【図２】
2010191217.tif 000007
【図３】
2010191217.tif 000008
【図４】
2010191217.tif 000009
【図５】
2010191217.tif 000010
【図６】
2010191217.tif 000011
【図７】
2010191217.tif 000012
【図８】
2010191217.tif 000013
【図９】
2010191217.tif 000014
【図１０】
2010191217.tif 000015
【図１１】
2010191217.tif 000016