(57)【要約】【課題】シャッター等の機構を要さずにジャム時の発火を防止し、且つ装置の小型化・高速化を実現する、輻射板の熱で用紙を加熱する定着装置と該定着装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】シャッター等の機構を要さずにジャム時の発火を防止し、且つ装置の小型化・高速化を実現する、輻射板からの輻射熱で用紙を加熱する定着装置と該定着装置を用いた画像形成装置を提供できる。【選択図】図２
2010072410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
用紙に形成されたトナー画像を加熱定着する定着装置であって、
加熱領域内の用紙に輻射熱を放射する輻射板と、
前記輻射板を加熱する加熱源と、
前記輻射板の温度を所定温度Ｔｍになるよう前記加熱源を制御する制御手段と、を有し、
前記輻射板の単位面積あたりの熱容量をＣｍ、前記用紙の単位面積あたりの熱容量をＣｐ、及び前記用紙の発火温度をＴｐｆ、前記加熱領域内での用紙の最高温度をＴｐｈとするとき、前記Ｔｍ及び前記Ｔｐｈとの間に次の関係式が成立つことを特徴とする定着装置。
Ｃｐ（Ｔｐｆ−Ｔｐｈ）＞Ｃｍ（Ｔｍ−Ｔｆ）
【請求項２】
前記加熱領域において用紙を搬送する搬送手段を有し、
前記制御手段は、所定速度Ｖｎで用紙を搬送するよう、前記搬送手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記輻射板の温度を検知する温度検知手段を有し、
前記制御手段は前記温度検知手段で検出された温度に基づき前記加熱源を点灯することを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記制御手段は、用紙ジャムの信号に応じて前記加熱源の点灯を中断することを特徴とする請求項１乃至３の何れかの１項に記載の定着装置。
【請求項５】
前記制御手段は、用紙の斤量情報に基づき、前記Ｔｍ又は前記Ｖｎを変更して、前記加熱源又は前記搬送手段を制御することを特徴とする請求項１乃至４の何れかの１項に記載の定着装置。
【請求項６】
用紙にトナー画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成された用紙上のトナー画像を加熱定着する請求項１乃至５のいずれかの１項に記載の定着装置と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
トナー画像を加熱定着して用紙に定着させる定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナー像を用紙に定着させる定着手段として、所定温度に加熱された輻射板から放出される輻射熱で用紙を加熱して、用紙に形成されたトナー画像を加熱して用紙に定着させる非接触の定着装置がある。（特許文献１及び特許文献２）
特許文献１は、ハロゲンヒーターからの熱線で輻射板を所定の温度に加熱して、更に輻射板に対向して移動する用紙を輻射板から放射される輻射熱で加熱して用紙上のトナー像を用紙に加熱・定着する定着装置である。
【０００３】
加熱源から放出される熱線により直接的に用紙を加熱する方式と異なり、熱線の吸収により加熱された輻射板の表面より輻射熱が移動する用紙に均一に輻射される。そのために、用紙及びトナーは均一に加熱され定着むらが防止される。また、加熱源の幅方向における放射分布の不均一に対しても、輻射板から放射される輻射熱の分布を均一化するために、幅方向における定着むらの発生も防止できる。
【０００４】
また、ハロゲンヒーターは、熱放出の応答性の高い加熱源であるという利点はあるが、波長域が可視光まで含む波長特性を有するために、ハロゲンヒーターで直接的に用紙を加熱する方式では、イエロートナーを定着可能な温度までに加熱すると黒トナーが過熱するという問題が生じる。特許文献１では、ハロゲンヒーターからの熱線（可視波長を含む）が用紙に直接的に放射されることがなく、黒トナーの過熱という問題は解消される。
【０００５】
輻射板からの輻射熱で用紙を加熱する場合、単位面積あたりの輻射板から放射される放射エネルギーは、輻射板の温度と輻射板表面の定数である放射率とで定まり、輻射板の絶対温度の４乗に比例する。例えば、３３０℃での放射エネルギーは、７００℃での放射エネルギーの１／７にすぎない。言い換えると、所定速度で搬送される用紙を定着可能な温度に加熱する定着装置では、輻射板を３３０℃に加熱した場合は、用紙の搬送方向における輻射板の長さは、輻射板を７００℃に加熱した場合に比して７倍程度の長さを必要とする。従って、定着装置を小型にするには、輻射板の温度を適度に高くすることが必要である。
【０００６】
一方、輻射板の温度を用紙の発火点温度（４５０℃程度）より高くすると、ジャム発生時に加熱源への給電を直ちに遮断しても、輻射板と対面する用紙は、輻射板から放射される輻射熱を吸収して、定着可能な温度を超え、用紙が発火する発火温度Ｔｐｆを超えるような事態になる。例えば、７００℃に加熱された輻射板に３００ｇ／ｍ２斤量の用紙を対面されると、５秒程度で発火点に達する。
【０００７】
また、シャッターなどを加熱源と紙の間に挿入して、加熱源からの熱を遮蔽し、紙の昇温を抑制することも提案されているが、機構が複雑になり、更にシャッターそのものの冷却も必要になる。
【０００８】
特許文献２に記載の技術は、０．０２５〜０．１ｍｍの金属抵抗発熱体を加熱板として用い、該加熱板を３３０℃程度（用紙の発火点以下）に加熱し、且つ加熱板の表面に厚さ０．０２〜０．１ｍｍのセラミック放射層を表面に溶射することにより、ジャム時に用紙が発火するのを防止している。特許文献２は、特許文献１の説明で示すように、輻射板を用紙発火点温度以上に加熱させる場合と比較して、輻射板の位置に対応する加熱領域内における用紙の通過時間を大きくする必要がある。従って、小型化及び高速化に問題のある定着技術である。
【特許文献１】特開平１０−１４９０４１号公報
【特許文献２】特開２００１−３４０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本願発明は、上記問題に鑑み、シャッター等の機構を要さずにジャム時の発火を防止し、且つ装置の小型化・高速化を実現する、輻射板の熱で用紙を加熱する定着装置と該定着装置を用いた画像形成装置を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１．用紙に形成されたトナー画像を加熱定着する定着装置であって、加熱領域内の用紙に輻射熱を放射する輻射板と、前記輻射板を加熱する加熱源と、前記輻射板の温度を所定温度Ｔｍになるよう前記加熱源を制御する制御手段と、を有し、
前記輻射板の単位面積あたりの熱容量をＣｍ、前記用紙の単位面積あたりの熱容量をＣｐ、及び前記用紙の発火温度をＴｐｆ、前記加熱領域内での用紙の最高温度をＴｐｈとするとき、前記Ｔｍ及び前記Ｔｐｈとの間に次の関係式が成立つことを特徴とする定着装置。
Ｃｐ（Ｔｐｆ−Ｔｐｈ）＞Ｃｍ（Ｔｍ−Ｔｆ）
２．前記加熱領域において用紙を搬送する搬送手段を有し、前記制御手段は、所定速度Ｖｎで用紙を搬送するよう、前記搬送手段を制御すること特徴とする１に記載の定着装置。
３．前記輻射板の温度を検知する温度検知手段を有し、前記制御手段は前記温度検知手段で検出された温度に基づき前記加熱源を点灯することを特徴とする１又は２に記載の定着装置。
４．前記制御手段は、用紙ジャムの信号に応じて前記加熱源の点灯を中断することを特徴とする１乃至３の何れかの１に記載の定着装置。
５．前記制御手段は、用紙の斤量情報に基づき、前記Ｔｍ又は前記Ｖｎを変更して、前記加熱源又は前記搬送手段を制御することを特徴とする１乃至４の何れかの１に記載の定着装置。
６．用紙にトナー画像を形成する画像形成部と、前記画像形成部で形成された用紙上のトナー画像を加熱定着する１乃至５のいずれかの１に記載の定着装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明によれば、シャッター等の機構を要さずにジャム時の発火を防止し、且つ装置の小型化・高速化を実現する、輻射板からの輻射熱で用紙を加熱する定着装置と該定着装置を用いた画像形成装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００１３】
［画像形成装置］
図１に基づいて第１の実施形態に係る画像形成装置について説明する。図１は、画像形成装置の要部を示す図である。
【００１４】
画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、露光部３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋと、ベルト状の中間転写ベルト６と定着装置８等から構成されている。
【００１５】
なお本願明細書においては構成要素を総称する場合にはアルファベットの添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成要素を指す場合にはＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の添え字を付した参照符号で示す。
【００１６】
イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙ、マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍ、シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃ、及びブラック（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、それぞれ像担持体としてのドラム状の感光体１の周囲に配置された帯電極２、露光部３、現像装置４及びクリーニング部５を有する（Ｍ、Ｃ、Ｋについては参照符号を省略）。
【００１７】
感光体１は、例えば、有機光導電体を含有させた樹脂よりなる感光層がドラム状の金属基体の外周面に形成されてなる有機感光体よりなり、搬送される用紙Ｐの幅方向に伸びる状態で配設されている。感光層を構成する樹脂としては、例えばポリカーボネイト等を例示することができる。なお図１に示した実施形態においては、ドラム状感光体１を用いた構成例について説明したがこれに限られず、ベルト状感光体を用いてもよい。
【００１８】
現像装置４は現像手段として機能し、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の異なる色の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。
【００１９】
ベルト状の中間転写ベルト６は、複数のローラにより、回転可能に支持されている。中間転写ベルト６は、体積抵抗率１０６〜１０１２Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．０４〜０．１０ｍｍの半導電性シームレスベルトである。
【００２０】
画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋより感光体１上に形成された各色のトナー画像は、回転する中間転写ベルト６上にそれぞれの一次転写ローラ７により逐次転写されて（一次転写）、合成されたカラー画像が形成される。一方、画像転写後の感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは各色のクリーニング部５により残留トナーが除去される。
【００２１】
給紙装置（不図示）には多数の用紙Ｐを積載可能であり、当該給紙装置からから給紙された用紙Ｐは、複数の給紙ローラ（不図示）及、レジストローラ２６等を経て、二次転写ローラ９に搬送され、用紙Ｐ上にカラー画像が転写される（二次転写）。
【００２２】
カラー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置８において用紙Ｐに熱を加えることにより用紙Ｐ上のカラートナー画像（あるいはトナー画像）が定着されて用紙Ｐ上に固定された後、機外に排出される。定着装置８の詳細に関しては後述する。
【００２３】
一方、二次転写ローラ９により用紙Ｐにカラー画像を転写した後、用紙Ｐを曲率分離した中間転写ベルト６は、クリーニング部６１により残留トナーが除去される。
【００２４】
［定着装置８］
図２は、定着装置８の拡大図であり、図２に基づいて定着装置８について説明する。図２に示すように、定着装置８は、筐体８００、ハロゲンヒーター８０１、反射板８０２、輻射板８０３、搬送ベルト８０５等から構成される。
【００２５】
ハロゲンヒーター８０１は、可視波長域から赤外線に至る広い波長域の電磁波を放射する、輻射板８０３を加熱するための加熱源である。加熱源として５つのハロゲンヒーターが使用されているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、他の赤外線ヒーターであってもよい。ハロゲンヒーターは熱容量の最も小さいタイプであり、発熱応答性に優れ、輻射板を素早く加熱することできる。
【００２６】
反射板８０２は鏡面加工されたステンレス板であり、ハロゲンヒーターから放射される熱線（矢印ｂ）を輻射板８０３に向けて反射する。
【００２７】
輻射板８０３は、鉄あるいはステンレス等の薄板であり、ハロゲンヒーター８１及び反射板８２からの電磁波を吸収して素早く加熱する。更に素早く加熱させるため、あるいは熱吸収効率を高める観点から、輻射板８０３は、熱線（電磁波）をよく吸収する、放射率の高い物質を内面に溶射被覆している。例えば、厚さ２０〜１００μｍのジルコニア系セラミック、あるいは酸化物系セラミックが溶射されている。
【００２８】
図示の破線Ａは輻射板の加熱領域である。この加熱領域の輻射板８０３が可能な限り均等な温度に加熱させるために、ハロゲンヒーターの軸方向の発光分布、反射板８０２の形状、あるいはハロゲンヒーターの間隔を調整して加熱領域Ａの輻射板８０３に対して熱線が平坦な分布で照射されている。
【００２９】
輻射板８０３の一部にはアルメル・クロメルの熱電対である温度検知手段８０４が溶着されている。温度検知手段８０４のリード線は、輻射板の温度を制御する輻射板温度制御手段８０９の入力端子に接続している。輻射板温度制御手段８０９は、温度検知手段８０４の信号に基づき輻射板８０３の温度を検出し、輻射板８０３の温度Ｔｍを基準温度Ｔｍｒ付近に維持するように、加熱源のハロゲンヒーター（ヒーター）の点灯を制御する。
【００３０】
輻射板８０３は、矢印ｃに示すように遠赤外線からなる輻射熱を放射して用紙を加熱する。放射する輻射熱は、輻射板の温度Ｔｍに４乗に比例する。従って、定着装置の小型化にする、すなわち、加熱領域Ａを短くするところの本発明の実施の形態では、輻射板８０３の加熱温度Ｔｍを一般の用紙の発火点（約４５０℃）を超える温度に加熱する。例えば、６００℃、あるいは７００℃である。また、輻射板８０３の外表面には、内面と同様に放射率の高い物質が溶射被覆され、用紙に対する輻射熱の放射効率が図られている。
【００３１】
画像形成部より搬出された用紙Ｐは、定着装置８内の搬送手段８２０によって耐熱性材料からなる搬送ベルト８０５に支持されながら加熱領域Ａを矢印ａの方向に搬送され、定着装置８から排出する。
【００３２】
用紙は、この加熱領域Ａを通過する間に、図の矢印ｃに示すように輻射熱を受けて徐々に加熱され、トナーが流動化する温度に到達し、更に加熱領域Ａの最下流点（定着装置８の出口付近）で最高温度Ｔｐｈに達する。
【００３３】
用紙上のトナー像は、用紙とほぼ同一の温度で加熱され、溶融温度に至る。溶融温度に至ると、近接するトナー粒子はお互い融合し用紙の表面によく融着する。その後に加熱領域Ａを過ぎると、トナー像は、熱放出により用紙と共に冷却して固化し、しっかりと用紙に定着される。
【００３４】
搬送手段８２０は、搬送ベルト８０５、駆動ローラ８０７、従動ローラ８０６、及び用紙搬送駆動部８０８を有している。
【００３５】
搬送ベルト８０５には、ポリイミド等の耐熱樹脂でなるエンドレスベルト、あるいは電鋳法で製造されたニッケル製のエンドレスベルトが用いられる。搬送ベルト８０５は、駆動ローラ８０７と従動ローラ８０６で張架され、用紙搬送駆動部８０８と連係する駆動ローラ８０７の回転により所定の搬送速度Ｖｎで回動する。
【００３６】
搬送ベルト８０５は輻射板８０３から適度に離間した位置を移動し、設計上の観点から５ｍｍから５０ｍｍ程度の範囲から適宜設定される。
【００３７】
定着装置８の用紙進入部と用紙排出部には、用紙の先端及び後端の通過を検出するための用紙センサー８１１、８１０がある。
【００３８】
制御部１０１は、定着装置の各部の状態及び定着処理の実行に係わる定着全般の制御を行っている。用紙搬送駆動部８０８を制御して用紙搬送速度Ｖｎで搬送ベルト８０５を回動する。輻射板温度制御手段８０９に対して輻射板の加熱温度を定める基準温度Ｔｍｒを指示する。また、バス１１０を介して接続する操作部１０２で入力された情報に基づきこれから定着処理される用紙の斤量に関する情報を取得する。この取得情報はバス１１０を介してメモリ手段１０３に記憶する。
【００３９】
制御部１０１の入力部には用紙センサー８１１、８１０が接続する。制御部１０１は、用紙センサー８１１、８１０の信号から用紙Ｐの先端及び後端の通過タイミングを取得する。そして通過タイミングの異常により定着装置内で発生する用紙のジャムを検知する。所謂、定着ジャム検知を行っている。
【００４０】
制御部１０１は、定着ジャム検知の結果、あるいは画像形成装置のジャム情報に基づき、輻射板温度制御手段８０９に対してハロゲンヒーター８０１の点灯を強制停止する指示を転送する。ジャムの発生状況によっては、用紙搬送駆動８０８を制御して搬送ベルト８０５の回動を強制停止する。
【００４１】
図２の制御ブロックで、バス１１に接続するメモリ手段１０３には、用紙Ｐの種別と斤量（単位面積あたりの熱容量）に関する情報、又は輻射板の温度を制御するための基準温度Ｔｍｒ、用紙搬送速度Ｖｎ等々の定着制御パラメータが記憶されている。制御部１０１は、メモリ手段１０３の定着制御パラメータを参照して定着制御を遂行し、必要に応じてメモリ手段１０３の定着制御パラメータを書換えている。
【００４２】
つぎに、上記の実施の形態の定着装置８において、定着ジャムが発生して用紙Ｐの一部が輻射板８０３に接触しても用紙を発火させない、本発明に係わる発火防止の技術について以下に説明する。
【００４３】
本発明に係わる定着装置８は、下記の２つの条件を満たすことが必要である。
【００４４】
条件（１）；、所謂、定着条件であり、加熱領域Ａを通過する間に用紙上のトナー像をトナーの融解温度以上に到達させることである。トナーの融点は、トナーの処方によって異なるが、１００℃から１３０℃程度である。
【００４５】
輻射板８０３の温度Ｔｍ、用紙Ｐの移動方向における輻射板８０３の長さに対応する加熱領域Ａ、及び用紙の搬送速度Ｖｎを一定にすると、用紙Ｐ及び用紙上のトナー像の上昇温度は、用紙の単位面積あたりの熱容量（用紙の斤量）に反比例する。従って、定着可能な温度（トナー融解温度）以上に加熱される用紙の斤量には上限があり、それ以上の斤量の用紙では、トナー像が十分に用紙に定着されない。言い換えると、定着能力仕様において用紙の最大斤量とその用紙の処理速度（枚／分）が設定されると、加熱領域Ａの長さと用紙搬送速度Ｖｎｒが決まる。次に、最大斤量の用紙をトナーの融点以上まで昇温できるような、輻射板の温度Ｔｍが決まる。
【００４６】
例えば、輻射板の長さが６００ｍｍで、用紙搬送速度Ｖｎｒが５００ｍｍ／ｓｅｃである定着装置では、用紙Ｐは１．２秒の間加熱領域Ａに晒されることになる。最大斤量が３００ｇ・ｍ−２である用紙Ｐを２０℃の室温から１００℃程度昇温して定着可能な温度（１２０℃）に加熱しようとすると、輻射板の温度Ｔｍは７００℃程度に維持することが必要である。（実験的に求める）。
【００４７】
そして、最大斤量以外の用紙Ｐに対して用紙の斤量に応じて搬送速度Ｖｎ（≧Ｖｎｒ）を変化させ、用紙の過剰加熱を防止して各用紙における定着度を一定する。
【００４８】
条件（２）；所謂、発火防止条件である。
【００４９】
具体的には、ジャム発生時に、特に定着ジャムが発生した際に、加熱源であるハロゲンヒーターを即断する。
【００５０】
条件（２）を考えるとき、斤量の小さい用紙ほど加熱され易いために、最も小さい斤量の用紙Ｐｍｉｎが輻射板８０３に曝されても、用紙Ｐｍｉｎは用紙の発火温度Ｔｐｆに至らないようにする。次式は、発火防止条件が成立する関係式（１）である。
【００５１】
Ｃｐ（Ｔｐｆ−Ｔｐｈ）＞Ｃｍ（Ｔｍ−Ｔｐｆ）・・・（１）
Ｃｐは用紙Ｐの単位面積あたりの熱容量（単位；Ｊ・ｍ−２・Ｋ−１）である。Ｃｍは輻射板８０３の単位面積あたりの熱容量（単位；Ｊ・ｍ−２・Ｋ−１）である。
【００５２】
右辺は、ジャム時に定着可能な温度以上に加熱された用紙Ｐｍｉｎが輻射板８０３に曝されて用紙の発火温度Ｔｐｆに達するのに要する輻射板８０３から熱移動量である。
【００５３】
左辺は、ジャム時に輻射板８０３が用紙Ｐｍｉｎに熱を奪われて用紙の発火温度Ｔｐｆにまで低下するのに要した熱量である。
【００５４】
右辺が左辺より大きい場合には、用紙と輻射板の間で完全な熱交換が為され両者が等しい温度に至ったとしても、用紙ＰｍｉｎはＴｐｆに到達しないこと意味する。
【００５５】
上記の関係について、図５に示す模式図を使って以下に説明する。
【００５６】
縦軸は用紙の温度Ｔｐと輻射板８０３の温度Ｔｍであり、横軸は時間を示す。Ａ点はジャムの発生した時点を表す。用紙の温度Ｔｐｈは輻射板からの熱移動により昇温し、逆に輻射板の温度Ｔｍは用紙Ｐへの熱移動により降下し、両者の温度は次第に漸近し等しく温度Ｔｓに至る。
【００５７】
このＴｓが用紙の発火温度Ｔｐｆより低くなるような条件の時に用紙Ｐは発火しない。つまり、次の関係式（２）が成立する。
【００５８】
Ｔｓ＝Ｔｐｆ＋Ｔａ・・・（２）
このとき、Ｔａ＞０である。
【００５９】
そして、用紙ＰがＴｐｈからＴｓへ上昇するのに吸収した熱量は、輻射板８０３がＴｍからＴｓに降下するのに放出した熱量に等しく、下記の関係式（３）が成立する。
【００６０】
Ｃｐ（Ｔｐｓ−Ｔｐｈ）＝Ｃｍ（Ｔｍ−Ｔｓ）・・・（３）
（２）式を（３）式に代入すると、つぎの（４）式が得られる。
【００６１】
Ｃｐ（Ｔｐｆ−Ｔｐｈ）＝Ｃｍ（Ｔｍ−Ｔｐｆ）＋Ｔａ（Ｃｍ＋Ｃｐ）・・・（４）
このとき、Ｔａ（Ｃｍ＋Ｃｐ）＞０であることから、関係式（１）が導出される。
【００６２】
実際には、用紙及び輻射板の両方から周囲へ漏洩する熱放散があるので、上記Ｔｓは更に低下する。従って、関係式（１）は実際の発火防止条件より安全側になっているものと言える。
【００６３】
＜定着装置８の実施の形態＞
用紙の斤量の仕様は１００ｇ／ｍ２以上から３００ｇ／ｍ２以上である。用紙の比熱を１２００Ｊ・Ｋｇ−１・Ｋ−１であり、１００ｇ／ｍ２、２００ｇ／ｍ２、３００ｇ／ｍ２の用紙の単位面積あたりの熱容量はつぎの表１のようになる。
【００６４】
【表１】
2010072410.tif 000003
【００６５】
輻射板の材質は鉄であり、輻射板の厚みは０．０２５ｍｍであり、両面の各々に酸化ジルコニアが８μｍの厚みで溶射コーティングされている。表２に鉄及び酸化ジルコニアの体積比熱を示す。
【００６６】
【表２】
2010072410.tif 000004
【００６７】
表２に基づき、輻射板の鉄材の単位面積あたりの熱容量と、両面に溶射された酸化ジルコニア層の単位面積あたりの熱容量とを求める。更にそれらを和して得られた輻射板の単位面積あたりの熱容量は、１４１Ｊ・Ｋ−１・ｍ−２である。
【００６８】
輻射板８０３の用紙搬送方向の長さ（加熱領域Ａ）は３００ｍｍである。３００ｇ／ｍ２の用紙Ｐを室温２０℃から１２０℃までに加熱するために、用紙Ｐを加熱領域Ａに約１．２０秒間晒すことが必要であることが実験的に求められている。一般のトナーは１２０℃程度まで用紙を昇温すると、用紙上に十分に定着できる。
【００６９】
従って、加熱領域Ａ＝３００ｍｍでは、２５０ｍｍ／ｓｅｃ相当以下の用紙搬送速度Ｖｎが、１．２０秒程度の晒し時間に相当する。２００ｇ／ｍ２の用紙Ｐを室温２０℃から１２０℃までに加熱するためには、加熱領域に晒される時間は、０．８１秒程度となり、用紙搬送速度Ｖｎは３７０ｍｍ／ｓｅｃ程度以下になる。１００ｇ／ｍ２の用紙Ｐを室温２０℃から１２０℃までに加熱するためには、加熱領域に晒される時間は０．４０秒程度となり、用紙搬送速度Ｖｎは７５０ｍｍ／ｓｅｃになる。そして、１５０ｇ／ｍ２の用紙Ｐの場合には、用紙搬送速度Ｖｎは５００ｍｍ／ｓｅｃになる。
【００７０】
以上のように定着度は用紙Ｐの昇温に強く依存する。従って、定着度を安定化する、あるいは、過度の昇温を防止するために、用紙の搬送速度Ｖｎを適宜調整することは有効である。
【００７１】
次に最小斤量の用紙、ここでは１００ｇ／ｍ２の用紙でも発火防止条件、つまり、関係式（１）を満足している点を以下に確認する。
【００７２】
Ｔｍ＝７００℃、Ｔｐｈ＝１２０℃、Ｔｐｆ＝４５０℃、Ｃｐ＝１２０Ｊ・Ｋ−１・ｍ−２を関係式（１）に代入すると、
Ｃｍ＜１４４Ｊ・Ｋ−１・ｍ−２・・・（１）が得られる。
【００７３】
従って、上記構成の輻射板は１４１Ｊ・Ｋ−１・ｍ−２であり、関係式（１）が満たされることから、１００ｇ／ｍ２の用紙はジャムしても発火することはない。
【００７４】
仮に２００ｇ／ｍ２の斤量が用紙の斤量仕様における下限である場合には、関係式（１）は、Ｃｐ＝１２０Ｊ・Ｋ−１・ｍ−２に代わってＣｐ＝２４０Ｊ・Ｋ−１・ｍ−２を代入すると、次のようになる。
【００７５】
Ｃｍ＜２８８Ｊ・Ｋ−１・ｍ−２・・・（１）
上記の条件を満たす輻射板の構成は、例えば、鉄の厚さが０．０５ｍであり、酸化ジルコニアの厚みが１５μｍの構成が該当する。この構成のＣｍは２７６Ｊ・Ｋ−１・ｍ−２であり、関係式（１）を満たす。
【００７６】
つまり、２００ｇ／ｍ２の用紙が最小斤量の用紙である場合には、輻射板は０．０８ｍは程度まで厚くでき、０．０４ｍに比較して輻射板の厚さ方向に直交する幅方向の熱移動が容易になり、輻射板の温度分布が均等になり、定着性能の安定化が向上する。
【００７７】
図３は本発明に係わる輻射板温度制御手段８０９が実行する制御フローの実施形態である。そして、図４は本発明に係わる定着装置８を統括的に制御する制御部１０１が実行する制御フローの実施形態である。図３及び図４に沿って以下説明する。
【００７８】
図３のＳ２０１ステップは、輻射板温度制御手段８０９が制御部１０１の起動指令を待機している行程である。「起動指令の有」の指令を入力されると、Ｓ２０２ステップに移行する。
【００７９】
Ｓ２０２ステップは、「ハロゲンヒーターの消灯」の指令が制御部１０１から入力されている否かを判定する行程であり、「Ｙｅｓ」の場合にはＳ２０５ステップに移行し、「Ｎｏ」の場合にはＳ２０３ステップへ移行する。
【００８０】
Ｓ２０３ステップは、輻射板の温度Ｔｍが基準値Ｔｍｒ以上である否かを判定する行程であり、「Ｎｏ」の場合にはＳ２０４ステップに移行する。「Ｙｅｓ」の場合にはＳ２０５ステップへ移行する。
【００８１】
Ｓ２０４ステップは、ハロゲンヒーター８０１（加熱源）を点灯する行程であり、ハロゲンヒーター８０１を点灯する、あるいはハロゲンヒーター８０１の点灯を継続する。そして、ステップＳ２０２へ戻る。
【００８２】
Ｓ２０５ステップは、ハロゲンヒーターを消灯する行程であり、ハロゲンヒーターを消灯するとＳ２０６ステップへ移行する。
【００８３】
Ｓ２０６は、輻射板の温度Ｔｍが基準値Ｔｍｒより所定値Ａより低下した否かを判定する行程である。「Ｎｏ」の場合にはＳ２０５ステップに移行し、ハロゲンヒーター８０１の消灯を継続する。「Ｙｅｓ」の場合にはＳ２０７ステップへ移行する。
【００８４】
Ｓ２０７は、「定着温度維持の終了」、あるいは「定着動作の終了」の指令が制御部１０１から入力されている否かを判定する行程である。「Ｎｏ」の場合にはＳ２１０ステップに移行し、ハロゲンヒーター８０１を点灯させる。「Ｙｅｓ」の場合には輻射板温度制御手段８０９は「ハロゲンヒーター８０１の消灯状態」で終了する。
【００８５】
上記のように輻射板温度制御手段８０９は、制御部１０１から「ハロゲンヒーターの消灯」、「定着温度維持の終了」、あるいは「定着動作の終了」の指令が出力されない限り、輻射板の温度Ｔｍを基準温度Ｔｍｒの付近に維持するよう、加熱源であるハロゲンヒーター８０１の点灯を制御する。そして、ジャム等の事態の発生で制御部１０１から上記指令が出力されると、ただちにハロゲンヒーター８０１の点灯を中断させる。
【００８６】
図４に沿って定着装置８の統括的に制御する制御部１０１の実施形態について以下に説明する。
【００８７】
Ｓ１０１ステップは、これから定着処理される用紙の斤量を取得する行程である。用紙の斤量の情報を取得すると、Ｓ１０２ステップへ移行する。
【００８８】
Ｓ１０２ステップは、用紙の斤量が所定斤量１を以下であるか否かを判定する行程である。所定斤量１はジャム発生時に発火防止できる用紙の斤量のうちで最小斤量である。定着装置が保証する用紙斤量の下限値に該当する。
【００８９】
Ｓ１０２ステップにおいて「Ｙｅｓ」の場合にはＳ１０４に移行し「Ｎｏ」の場合にはＳ１０３ステップに移行する。
【００９０】
Ｓ１０４ステップは、“用紙の変更を指示する”旨のメッセージを操作部１０３に表示する。
【００９１】
Ｓ１０３ステップは、Ｓ１０１ステップで取得した用紙の斤量が斤量２により小さいか否かを判定する行程である。つまり、斤量１と斤量２の間の斤量の用紙であるか判定する。
【００９２】
「Ｎｏ」の該当する用紙は、ジャム発生時に温度Ｔｍ（＝Ｔｍｒ付近）に維持される輻射板に曝されても発火しない用紙、つまり、関係式（１）を満たす斤量の用紙である。そして、「Ｎｏ」の場合にはＳ１０５へ移行する。
【００９３】
「Ｙｅｓ」に該当する用紙は、ジャム発生時に温度Ｔｍ（＝Ｔｍｒ付近）に維持される輻射板に曝されると発火する用紙、つまり、関係式（１）を満たさない斤量の用紙である。但し、この用紙の斤量は斤量１より大きく、輻射板の維持温度Ｔｍを適度に下げることによって関係式（１）を満たすこと容易に可能な用紙である。このような場合には、Ｓ１０６ステップに移行する。
【００９４】
Ｓ１０５は、定着性能を安定化するために用紙を過度に昇温させないように、用紙の斤量に応じて用紙搬送速度Ｖｎを変更する行程である。メモリ手段１０２に記憶されているテーブル（斤量と用紙搬送速度Ｖｎの対応関係する）を参照して用紙搬送速度Ｖｎを決定する。この決定されたＶｎに基づき後述の定着処理が実行される。
【００９５】
Ｓ１０６は、記憶手段１０３に記憶されているテーブル（斤量に対する基準温度及び用紙搬送速度の関係を示す）を参照し、新たな基準温度Ｔｍｒ２（Ｔｍｒ２＜Ｔｍｒ）及び用紙搬送速度Ｖｎ２を取得する。そして、輻射板温度制御手段８０９に基準温度ＴｍｒをＴｍｒ２へ変更する指令を出力する。しかる後に、Ｓ１０７ステップへ移行する。
【００９６】
Ｓ１０７ステップは、輻射板の温度ＴｍがＴｍｒ２にまで切り替わるための準備が完了したか否かを判定する行程です。輻射板温度制御手段８０９から「準備完了」の信号が入力されると「Ｙｅｓ」と判定し、Ｓ１０９へ移行する。
【００９７】
そして、「Ｎｏ」の場合には、Ｓ１０８ステップへ移行し、操作部１０３に「暫くお待ちください」等のメッセージを表示する。
【００９８】
Ｓ１０９は、上記の各行程で決定された用紙搬送速度Ｖｎで用紙Ｐの定着処理を実行する行程である。図２の定着入口の用紙センサー８１１が用紙Ｐの先端を検知すると決定された用紙搬送速度Ｖｎに切替え、定着出口の用紙センサー８１０が用紙の後端を検知すると通常の用紙搬送速度に切替えるように、制御している。また、定着入口の用紙センサー８１１と、定着出口の用紙センサー８１０のタイミング信号に基づき用紙ジャムの発生を検知する。そして、ジャム発生時には、輻射板温度制御手段８０９に「ハロゲンヒーターの消灯」の指令を出力している。
【００９９】
上記の実施構成では、制御部１０１と輻射板温度制御手段８０９が別ブロックで構成されているが、制御部１０１が輻射板温度制御手段８０９を兼ねるような構成でも本発明の範囲内である。
【０１００】
本実施例においては、定着装置内で用紙が停止し、輻射板からの放射に曝された場合について説明したが、定着装置内で用紙が停止したときに、用紙が変形して輻射板と接触したような場合でも、輻射板及び用紙の熱容量の関係は変わらないため、有効である。
【０１０１】
上記の実施の形態に記載するように、本発明では、輻射板の輻射熱により用紙を加熱して用紙上のトナーを用紙に定着する定着装置において、用紙の単位面積あたりの熱容量Ｃｐ、輻射板の単位面積あたり熱容量Ｃｍ、輻射板の温度Ｔｍ、用紙の定着可能な温度Ｔｐｈで定まる関係式（１）が成立させることにより、シャッター等の機構を要さずにジャム時の発火を防止し、且つ装置の小型化・高速化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に係わる定着装置を備える画像形成装置の断面図である。
【図２】定着装置８の周辺拡大図である。
【図３】定着装置８の輻射板の温度を制御する輻射板温度制御手段の制御フロー図である。
【図４】定着装置全体の動作を制御する制御部１０１の制御フロー図である。
【図５】ジャム時に用紙Ｐが輻射板８０３に接触した際の用紙Ｐと輻射板８０３の温度変化の推移を表す模式図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ  画像形成部
８  定着装置
８０１  ハロゲンヒーター（加熱源）
８０３  輻射板
８０４  温度検知手段
８０９  輻射板温度制御手段
８２０  搬送手段
１０１  制御部
Ｐ  用紙
Ｃｍ  輻射板の単位面積あたりの熱容量
Ｃｐ  用紙の単位面積あたりの熱容量
Ｔｍ  輻射板の温度
Ｔｐｆ  用紙の発火温度
Ｔｐｈ  加熱領域内での用紙の最高温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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