JP2003014558A - 温度検出装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 雰囲気温度の急激な変化によっても回転体の
温度を非接触で正確に検知することができる温度検出装
置、定着装置及び画像形成装置を提供する。 【解決手段】 ケーシング３０４よりも低い熱伝導率の
定着装置枠体９０１にケーシング３０４を取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、互いに圧接回転す
る一対の回転体の少なくとも一方の表面温度を検出する
温度検出装置、定着装置及び画像形成装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式を用いた画像形成装置は、
通常、樹脂、磁性体、着色料等からなるトナーを静電的
に担持する記録材を、互いに圧接回転している一対の回
転体たる定着ローラ及び加圧ローラの圧接によって形成
されるニップ領域で狭持搬送しながら熱及び圧力を加え
ること等で、上記トナーを上記記録材に溶融定着せしめ
る定着装置を備えている。

【０００３】かかる定着装置においては、定着ローラ又
は加圧ローラの表面温度を検出する温度検出装置が定着
ローラ又は加圧ローラに接触していると、定着枚数が増
えるにしたがって定着ローラ又は加圧ローラの表面に摺
擦傷が発生して画像品位が悪くなるという問題があり、
その対策として温度検出装置を定着ローラ又は加圧ロー
ラに対して非接触にする構成の非接触温度センサが有効
である。

【０００４】この非接触温度センサとしては、例えば、
回転体である定着ローラ又は加圧ローラからの赤外線を
透過させる透過窓を有するケーシングと、該ケーシング
に内装され該透過窓を透過した赤外線を吸収させる赤外
線吸収部材と、該赤外線吸収部材に密着するように配設
した赤外線吸収部材の温度検出用サーミスタ素子と、上
記ケーシングの温度を検出する温度補償用サーミスタ素
子とを備え、温度検出用サーミスタ素子を含む回路から
の出力電圧と、温度補償用サーミスタ素子を含む回路か
らの出力電圧とを演算処理手段で処理し、その値をデー
タテーブルで温度に変換して回転体の温度を推定して検
出するものが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の非接触温度センサにあっては、画像形成装
置の電源オン直後等の非接触温度センサ周りの雰囲気温
度が急激に変化する場合、温度補償用サーミスタ素子の
温度変化が雰囲気温度の変化に追いつかずに定着ローラ
の温度を正しく検出できないので、出力画像の光沢が不
安定になってしまうといった欠点があった。

【０００６】そこで、本発明は、雰囲気温度の急激な変
化によっても回転体の温度を非接触で正確に検知するこ
とができる温度検出装置、定着装置及び画像形成装置の
提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本出願によれば、上記目
的は、互いに圧接回転する一対の回転体の少なくとも一
方の回転体の表面温度を検出する温度検出装置であっ
て、上記回転体の表面に非接触で対向配設され上記回転
体との対向部に上記回転体からの赤外線を透過可能な透
過窓を有するケーシングと、該ケーシングに内蔵され該
透過窓を透過した赤外線を吸収する赤外線吸収部材と、
該赤外線吸収部材に接触して配設され該赤外線吸収部材
の温度を検出するための温度検出用サーミスタ素子と、
上記ケーシングの温度を検出するための温度補償用サー
ミスタ素子とを備え、上記温度検出用サーミスタ素子の
検出温度値と上記温度補償用サーミスタ素子の検出温度
値との組み合わせ対応して予め設定されたデータテーブ
ルに基づき回転体の表面温度を推定して検出するよう構
成されている温度検出装置において、ケーシングが、該
ケーシングよりも低い熱伝導率の部材に取り付けられて
いるという第一の発明によって達成される。

【０００８】又、本出願によれば、上記目的は、互いに
圧接回転する一対の回転体を備え、未定着像を担持する
記録材を上記回転体によって挟持搬送しながら加熱及び
加圧することにより、上記未定着像を上記記録材に定着
させる定着装置であって、第一の発明の温度検出装置を
備えるという第二の発明によっても達成される。

【０００９】更に、本出願によれば、上記目的は、一連
の画像形成プロセスによって形成された画像を記録材に
記録する画像形成装置であって、第二の発明の定着装置
を備えるという第三の発明によっても達成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に関し
て、添付寸面に基づき説明する。

【００１１】先ず、本発明の実施形態にかかる画像形成
装置の全体構成について説明する。

【００１２】図１は、本実施形態の画像形成装置を好適
に示す一例たる電子写真レーザビームプリンタ１０１
（以下、プリンタ１０１と略称する。）の概略構成を示
す模式的断面図である。

【００１３】プリンタ１０１は、プリンタ１０１の本体
の外部に設けられたホストコンピュータ等の画像情報提
供装置（図示せず）から提供された画像情報に応じた画
像をシート状の記録材Ｐに形成し記録するという一連の
画像形成プロセスを公知の電子写真方式に沿って行う形
態の画像形成装置である。

【００１４】プリンタ１０１は、図１に示すように、潜
像担持体たるドラム状の回転自在な感光体１０２と、現
像装置１０３と、画像情報提供装置からの画像情報に応
じた露光処理工程により感光体１０２の外周面に上記画
像情報に応じた静電潜像を形成するためのレーザスキャ
ナユニット１０５（以下、スキャナ１０５と略称す
る。）と、記録材Ｐに転写処理工程を施すためのロール
状の回転自在な転写体１０６と、転写処理済みの記録材
Ｐに加熱及び加圧により定着処理を施すようになってい
る定着装置１０７とを備えている。

【００１５】次に、プリンタ１０１における一連の画像
形成プロセスに関して説明する。

【００１６】先ず、プリンタ１０１への一連の画像形成
プロセスの開始指示のためにプリンタ１０１の本体に設
けられたスタートボタン等（図示せず）が押されるなど
により、感光体１０２が矢印Ｋ１方向に規定周速度にて
回転駆動を開始されると共に、規定バイアスが印加され
ている帯電ローラ１０８と感光体１０２とが互いに摺接
し合うことにより感光体１０２の外周面が規定電位分布
に帯電せしめられる。

【００１７】次に、画像情報提供装置からの画像情報に
応じて感光体１０２の外周面の帯電処理済みの部位がス
キャナ１０５により走査及び露光されることにより上記
画像情報に応じた静電潜像が上記部位に形成されたの
ち、現像装置１０３の現像剤により上記静電潜像が顕像
に可視像化され、所定枚数の記録材Ｐを収容可能である
と共にプリンタ１０１の本体にて取り外し自在に支持さ
れたカセット１１１から回転自在な給紙ローラ１１２等
により感光体１０２と転写体１０６との間に形成された
空間へと所定のタイミング等にて搬送されてきた記録材
Ｐに転写体１０６により上記顕像が転写される。

【００１８】そして、転写処理済みの記録材Ｐは、定着
装置１０７により定着処理が施されたのちプリンタ１０
１の本体にて回転自在に支持された排紙ローラ１１３に
より機外へと排紙され上記本体の一側面に取り付けられ
たトレイ１１４上に積層されることにより、一連の画像
形成プロセスが終了することとなる。

【００１９】図２は、本発明の特徴を最もよく表す、本
発明による定着装置１０７の概略構成を示す模式的断面
図である。

【００２０】加熱ヒータ２０３は、加熱ローラ４１ａを
加熱するようになっている。

【００２１】メインサーミスタ２０４は、加熱ローラ４
１ａの通紙部分の温度を計測するための非接触型のサー
ミスタである。

【００２２】サブサーミスタ２０５は、加熱ローラ４１
ａの非通紙部分の温度を計測するための接触型のサーミ
スタである。又、サブサーミスタ２０５は、メインサー
ミスタ２０４が温度検出異常を起こした時に、加熱ロー
ラ４１ａが異常昇温することを防止するためのエラー検
知を行うようになっている。

【００２３】マイコン２０６は、メインサーミスタ２０
４によって検出された温度を元に、加熱ローラ４１ａを
所定の設定温度に保つように加熱ヒータ２０３の点灯状
態を制御するようになっている。

【００２４】保護回路２０７は、サブサーミスタ２０５
の出力が設定値以上になると加熱ヒータ２０３を強制消
灯させるようになっている。このとき、リレー２０８を
オフすることにより、万一マイコン２０６の制御が暴走
した時でも加熱ローラ４１ａの異常昇温を防止すること
ができる。

【００２５】又、マイコン２０６も同様にメインサーミ
スタ２０４の検出する温度を監視しており、メインサー
ミスタ２０４の出力値から演算した検出温度が設定値を
超えるとリレー２０８をオフし、制御プログラムがエラ
ー処理を実行する。

【００２６】図３は、非接触型のメインサーミスタ２０
４の内部構造を表す図である。

【００２７】メインサーミスタ２０４は、図３に示すよ
うに、温度検出用サーミスタ素子たるサーミスタ３０１
と、温度補償用サーミスタ素子たるサーミスタ３０２
と、赤外線吸収部材たる赤外線フィルム３０３と、ケー
シング３０４とを有している。

【００２８】加熱ヒータ２０３が加熱ローラ４１ａを加
熱することにより発する赤外線を赤外線フィルム３０３
は吸収し、サーミスタ３０１を暖める。同時に、サーミ
スタ３０１はケーシング３０４の温度による影響も受け
ている。

【００２９】一方、サーミスタ３０２は加熱ローラ４１
ａが発する赤外線の影響を受けないケーシング３０４内
の領域に配置され、ケーシング３０４の温度による影響
のみの出力を行う。本実施形態で用いたサーミスタ３０
１，３０２は、高温になると出力値が小さくなる特性の
ものである。これら二つのサーミスタ３０１，３０２の
出力を元に加熱ローラ４１ａの赤外線出力値のみを求め
ることにより、加熱ローラ４１ａの温度を演算すること
ができる。

【００３０】回路３０５，３０６は、それぞれサーミス
タ３０１，３０２の出力をそれぞれ０〜５Ｖの範囲に増
幅し、回路３０７は二つのサーミスタ３０１，３０２の
出力の差分を得、出力を０〜５Ｖの範囲に増幅する。こ
のようにして得られたサーミスタ３０１，３０２の差分
出力値、サーミスタ３０２の出力値（補償出力値）は、
マイコン２０６のＡＤ変換入力端子３０８，３０９にそ
れぞれ入力されることにより、ソフトウエア内部で加熱
ローラ４１ａの温度へと演算することができる。

【００３１】図４は、マイコン２０６の内部構成を示
す。

【００３２】マイコン２０６は、図４に示すように、Ｃ
ＰＵ４０１と、ＲＯＭ４０２と、ＲＡＭ４０３と、ＡＤ
変換器４０４，４０５，４０６と、インターフェース４
０８とを有している。

【００３３】ＡＤ変換器４０４，４０５，４０６は、そ
れぞれ、入力端子３０８からのアナログ入力、入力端子
３０９からのアナログ入力、端子４０７よりサブサーミ
スタ２０５の出力値を８ビットのディジタルデータに変
換する機能をもつ。

【００３４】ＣＰＵ４０１は、ＡＤ変換器４０４，４０
５にＡＤ変換スタート命令を発行することにより、ＡＤ
変換が行われ、ＡＤ変換器４０４，４０５内部のレジス
ターに格納されたディジタルデータを読み込むことによ
り、任意のタイミングで両端子の入力値を得ることがで
きる。

【００３５】インターフェース４０８は、ＣＰＵ４０１
が他のＣＰＵと通信する時のためのインタフェースであ
る。

【００３６】図５は、ＲＯＭ４０２及びＲＡＭ４０３の
アドレスマップを示す。

【００３７】ＲＯＭ４０２は、図５に示すように、プロ
グラムが格納されるエリア５０１と、メインサーミスタ
２０４の差分出力値と補償出力値のパラメータから加熱
ローラ４１ａの温度を求めるための変換テーブルが格納
されるエリア５０２と、サブサーミスタ２０５の出力値
を温度に変換する変換テーブルや加熱ローラ４１ａの温
度制御パラメータ等が格納されているデータエリア５０
３とから構成される。

【００３８】ＲＡＭ４０３は、図５に示すように、プロ
グラムスタック５０４、プログラム変数格納領域５０
５、プログラムにより演算された値等を記憶するデータ
領域５０６より構成される。

【００３９】図６に、加熱ローラ４１ａの温度制御ルー
チンについて述べる。

【００４０】先ず、端子３０８（差分出力値）、端子３
０９（補償出力値）、端子４０７（サブサーミスタ出力
値）からの入力値がＡＤ変換され読み込まれる（６０
２）。

【００４１】次に、エリア５０２に格納された温度変換
テーブルに従って、上記２つの入力値からメインサーミ
スタ２０４の温度を演算する（６０３）。同様に、サブ
サーミスタ２０５の温度をエリア５０３内のサブサーミ
スタ温度変換テーブルより求める（６０４）。

【００４２】次に、メインサーミスタ２０４の温度がエ
リア５０３内部に格納されたメインサーミスタ上限温度
ＴＬ１を超えているかどうかを判断し（６０５）、超え
ているならばリレー２０８をオフし、エラー状態へと遷
移する（６０８、６０９）。

【００４３】メインサーミスタ２０４の検出温度がＴＬ
１を超えていない時、同様にしてサブサーミスタ２０５
の検出温度が上限温度ＴＬ２を超えているかどうか判断
する（６０６）。超えているときは、同様にエラー状態
に遷移する。メインサーミスタ２０４、サブサーミスタ
２０５共に上限温度を超えていない時、加熱ローラ４１
ａの目標温度ＴＴ１をエリア５０３より読み込む（６０
７）。

【００４４】目標温度ＴＴ１は、通紙中やウォームアッ
プ中等、本定着装置を装着した画像形成装置の状態によ
って異なる。メインサーミスタ２０４の温度が目標温度
ＴＴ１を超えていなければ加熱ヒータ２０３を点灯し
（６１１）、目標温度ＴＴ１を超えているならば加熱ヒ
ータ２０３を消灯する（６１２）。本サブルーチンは、
タイマー処理によって、一定時間毎にコールされること
により、加熱ローラ４１ａの温度を目標温度に保つよう
に制御することが可能になる。

【００４５】図７に、エリア５０２に格納されているメ
インサーミスタ温度変換テーブルを示す。

【００４６】このテーブル内のパラメータは、図３に示
すサーミスタ３０１，３０２の出力特性からあらかじめ
演算されている、２次元の配列であり、補償出力ＡＤ値
と差分出力ＡＤ値の２つのパラメータから温度変換テー
ブル上の温度パラメータを求めることができる。

【００４７】又、図３に示すサーミスタ３０１，３０２
の構成上、図７の表の列方向の上から下にかけて、差分
出力ＡＤ値の増加に対して検出される温度も常に増加す
るという特性をもつ。

【００４８】図８に画像形成装置起動からスタンバイ状
態の加熱ローラ４１ａの温度とサーミスタ３０１，３０
２の出力をモニターした結果を示す。尚、この結果は定
着装置１０７を制御するマイコン２０６を外部電源によ
り駆動したものである。

【００４９】図８に示すように、画像形成装置オン時
は、常にサーミスタ３０２の出力値がサーミスタ３０１
の出力値よりも大きいので、二つのサーミスタ出力の差
分を増幅するための回路３０７は問題なく作動する。

【００５０】本実施形態の場合、図９に示すように、定
着装置１０７は、アルミ製の非接触温度センサのケーシ
ング３０４が樹脂製の定着装置枠体９０１に取り付けら
れている。

【００５１】この樹脂製の定着装置枠体９０１の熱伝導
率は、約１Ｗ／ｍＫと低く、アルミ製のケーシング３０
４の熱伝導率は、２００Ｗ／ｍＫ以上と高くなってい
る。

【００５２】これにより、ケーシング３０４の温度を検
出するサーミスタ３０２の出力値は、図８に示すように
加熱ローラ４１ａの温度が上昇するのに良く追従するの
で、加熱ローラ４１ａの温度を正確に検知可能になって
いる。これは、上昇する雰囲気温度によってケーシング
３０４の温度も上昇するが、定着装置枠体９０１に熱が
逃げ難いためである。

【００５３】従って、加熱ローラ４１ａの温度は、常に
目標温度一定で制御可能なので、加熱ローラ４１ａの温
度に依存する出力画像の光沢も一定にすることができ
る。

【００５４】本実施形態との比較のため、従来例の非接
触温度センサを金属製枠体（例えば鉄製、熱伝導率３０
Ｗ／ｍＫ以上）に直に取り付けた定着装置における画像
形成装置起動からスタンバイ状態の加熱ローラ４１ａの
温度とサーミスタ３０１，３０２の出力をモニターした
結果を図１０に、その定着装置の断面図を図１１に示
す。

【００５５】図１１に示すような定着装置にあっては、
図１０に示すように、加熱ローラ４１ａの温度上昇に伴
ってケーシング３０４の温度を検出するサーミスタ３０
２の出力値も変化する。しかし、ケーシング３０４の熱
が定着装置枠体９０１に逃げてしまうので、加熱ローラ
４１ａの温度を正確に検知できない。その結果、スタン
バイ状態に移行した直後は、加熱ローラ４１ａの温度は
目標温度よりも低温で温度制御されてしまう。したがっ
て、一般に加熱ローラ４１ａの温度が低いと出力画像の
光沢も低くなる関係なので、スタンバイ状態に移行した
直後に出力すると光沢が低く、時間が経過してサーミス
タ３０２の出力が安定してくるにつれて光沢が上昇し、
出力画像の光沢が不安定になってしまう。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本出願にかかる第
一の発明によれば、ケーシングが、該ケーシングよりも
低い熱伝導率の部材に取り付けられているので、上記ケ
ーシングから該部材への熱の伝導が抑制されて上記ケー
シングの温度が雰囲気温度の変化に効率的に追従し、雰
囲気温度の急激な変化によっても回転体の温度を非接触
で正確に検知することができる。

【００５７】又、本出願にかかる第二の発明によれば、
ケーシングが、該ケーシングよりも低い熱伝導率の部材
に取り付けられているので、上記ケーシングから該部材
への熱の伝導が抑制されて上記ケーシングの温度が雰囲
気温度の変化に効率的に追従し、雰囲気温度の急激な変
化によっても回転体の温度を非接触で正確に検知するこ
とができ、又、回転体の温度を一定に保ち、出力画像の
光沢の均一化を図ることができる。

【００５８】更に、本出願にかかる第三の発明によれ
ば、ケーシングが、該ケーシングよりも低い熱伝導率の
部材に取り付けられているので、上記ケーシングから該
部材への熱の伝導が抑制されて上記ケーシングの温度が
雰囲気温度の変化に効率的に追従し、雰囲気温度の急激
な変化によっても回転体の温度を非接触で正確に検知す
ることができ、又、回転体の温度を一定に保ち、出力画
像の光沢の均一化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる画像形成装置の概
略構成を示す断面図である。

【図２】図１の画像形成装置に備えられた定着装置の概
略構成を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態における温度検出装置の概
略構成を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態における判断手段の概略構
成を示すブロック図である。

【図５】図４の判断手段内に設けられたＲＡＭ及びＲＯ
Ｍを説明するための図である。

【図６】本発明の実施の形態における回転体の温度制御
を説明するためのフローチャートである。

【図７】本発明の実施の形態における温度検出用サーミ
スタ素子の検出温度値と温度補償用サーミスタ素子の検
出温度値との組み合わせに基づき回転体の表面温度を推
定するためのデータデーブルを説明するための図であ
る。

【図８】本発明の実施の形態における画像形成装置起動
時からスタンバイ状態までの本発明で述べている実施形
態における画像形成装置起動からスタンバイ状態の温度
検出用サーミスタ素子の検出温度値と温度補償用サーミ
スタ素子の検出温度値と、回転体の温度との関係を示す
図である。

【図９】本発明の実施の形態における温度検出装置のケ
ーシングの定着装置に対する取り付けを説明するための
図である。

【図１０】従来における画像形成装置起動時からスタン
バイ状態までの本発明で述べている実施形態における画
像形成装置起動からスタンバイ状態の温度検出用サーミ
スタ素子の検出温度値と温度補償用サーミスタ素子の検
出温度値と、回転体の温度との関係を示す図である。

【図１１】従来における温度検出装置のケーシングの定
着装置に対する取り付けを説明するための図である。

【符号の説明】

４１ａ 加熱ローラ（回転体） ４１ｂ 加圧ローラ（回転体） １０１ 電子写真レーザビームプリンタ（画像形成装
置） １０７ 定着装置 ３０１ サーミスタ（温度検出用サーミスタ素子） ３０２ サーミスタ（温度補償用サーミスタ素子） ３０３ 赤外線フィルム（赤外線吸収部材） ３０４ ケーシング Ｐ 記録材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに圧接回転する一対の回転体の少な
   くとも一方の回転体の表面温度を検出する温度検出装置
   であって、上記回転体の表面に非接触で対向配設され上
   記回転体との対向部に上記回転体からの赤外線を透過可
   能な透過窓を有するケーシングと、該ケーシングに内蔵
   され該透過窓を透過した赤外線を吸収する赤外線吸収部
   材と、該赤外線吸収部材に接触して配設され該赤外線吸
   収部材の温度を検出するための温度検出用サーミスタ素
   子と、上記ケーシングの温度を検出するための温度補償
   用サーミスタ素子とを備え、上記温度検出用サーミスタ
   素子の検出温度値と上記温度補償用サーミスタ素子の検
   出温度値との組み合わせ対応して予め設定されたデータ
   テーブルに基づき回転体の表面温度を推定して検出する
   よう構成されている温度検出装置において、ケーシング
   が、該ケーシングよりも低い熱伝導率の部材に取り付け
   られていることを特徴とする温度検出装置。
2. 【請求項２】 互いに圧接回転する一対の回転体を備
   え、未定着像を担持する記録材を上記回転体によって挟
   持搬送しながら加熱及び加圧することにより、上記未定
   着像を上記記録材に定着させる定着装置であって、請求
   項１に記載の温度検出装置を備えることを特徴とする定
   着装置。
3. 【請求項３】 一連の画像形成プロセスによって形成さ
   れた画像を記録材に記録する画像形成装置であって、請
   求項２に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像
   形成装置。