JP2004252431A - 画像形成装置及びその定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着ローラとしての加熱ローラの表面温度を正確に検知する温度検知器を装着した画像形成装置の定着装置の提供。
【解決手段】 加熱ローラ及び該加熱ローラと非接触に配置される温度検知器を設け、該温度検知器は表面温度検知センサと補償温度センサとを有し、開口部を有する１つのケースの中に前記表面温度検知センサは前記加熱ローラの輻射熱が前記開口部より直接あたる位置に、前記補償温度センサは前記ケースに囲まれ前記加熱ローラの輻射熱が直接あたらない位置に配置され、前記両センサの出力に基づき前記加熱ローラの表面温度を算出する手段を有し、前記表面温度検知センサに対する前記開口部を前記加熱ローラの中心軸を含む鉛直面と該鉛直面に平行な前記加熱ローラの接平面との間の領域外に設けた画像形成装置の定着装置。
【選択図】 図４

Description

本発明は定着装置における定着ローラとしての加熱ローラの表面温度を正確に検知する温度検知器を装着した画像形成装置及びその定着装置に関する。

従来技術では定着装置における加熱ローラの表面温度を非接触で検知して制御する為の温度検知器は、加熱ローラ表面温度を主として輻射熱によって検出する表面温度検知センサと主として空気中の熱伝導によって周囲温度を検出する補償温度センサの二つの相関で測定対象物の温度を決定する手段が採られてきたが、両センサの取付け位置によっては、対流及び伝導の影響を受け易くなり、測定対象物即ち加熱ローラの真の表面温度を正確に検出できなくなることがある。

このような温度検知器については、それを構成するセンサが汚れたような場合にその影響を無くすようにして測定対象物の温度を測定する手段が特許文献１に記載されている。しかし、測定対象物である加熱ローラとその表面の温度検知器との位置関係を規定することによって表面温度を正確に安定して検知する手段について記載されているものは無い。
特願平１１−２０１６５６号

本発明は前述のように、主として輻射熱によって検出する表面温度検知センサと主として空気中の熱伝導によって周囲温度を検出する補償温度センサとの２つの異なる温度の相関から測定対象物である加熱ローラの表面温度を検出する温度検知器が、その材質や前記加熱ローラに対する設置位置の条件を確立して前記相関関係を崩すことなく該加熱ローラの表面温度を正確に検出するようにした画像形成装置及びその定着装置を提供することを課題目的にする。

この目的は次の技術手段（１）〜（６）の何れかによって達成される。

（１）転写材上に形成されたトナー像を加熱定着する為の、加熱手段を設けた加熱ローラ及び該加熱ローラと非接触に配置される温度検知器を有する画像形成装置の定着装置において、前記温度検知器は前記加熱ローラの表面の温度を検知する表面温度検知センサと周囲温度検知用の補償温度センサとを有し、開口部を有する１つのケースの中に前記表面温度検知センサは前記加熱ローラの輻射熱が前記開口部より直接あたる第１の位置に、前記補償温度センサは前記ケースに囲まれた第２の位置に配置されており、前記表面温度検知センサに対する前記ケースの前記開口部を前記加熱ローラの中心軸を含む鉛直面と前記鉛直面に平行な前記加熱ローラの周面への接平面との間の領域に掛からないように設置することを特徴とする画像形成装置の定着装置。

（２）前記第２の位置は、前記加熱ローラの輻射熱が直接あたらない位置であることを特徴とする（１）項に記載の画像形成装置の定着装置。

（３）前記加熱ローラの中心軸及び前記両センサのそれぞれの中心位置を結ぶ最短距離の２本の直線と前記両センサのセンサ面（受光面）を含む平面とのなす角度が何れも９０度±５度であることを特徴とする（１）項に記載の画像形成装置の定着装置。

（４）前記温度検知器の前記両センサを収容するケース及び該ケースに取り付ける取付部材は熱伝導率の良い材料を使用することを特徴とする（１）項に記載の画像形成装置の定着装置。

（５）前記両センサは前記開口部を除く部分を前記ケースで覆せられるように取り付けられることを特徴とする（１）〜（４）項の何れか１項に記載の画像形成装置の定着装置。

（６）（１）〜（４）項の何れかに記載の画像形成装置の定着装置を用いる画像形成装置であって、前記両センサの出力に基づき前記加熱ローラの表面温度を算出する手段を有し、該手段で算出された表面温度によって前記定着装置の加熱ローラの表面温度を設定温度に制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。

温度検知器、特に表面温度検知センサ、補償温度センサ及びそのケースの開口部の、加熱ローラに対する設置位置をある一定領域内にすることやケースとか取付板の材質を熱伝導率の高いものにすることにより、加熱ローラの表面温度を表面温度検知センサや補償温度センサの検出温度の相関表を用いて決定する方式における加熱ローラの表面温度検出精度を大きく向上させた定着装置及びそれを装着した画像形成装置を提供できるようになった。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。

図１に示す画像形成装置の概略説明図は、本発明の定着装置が搭載され、且つ、その定着温度を制御する制御手段をもつ本発明のデジタル方式による画像形成装置の概要を記したものであって、画像読取り部Ａ、画像処理部Ｂ、画像形成部Ｃ、転写材搬送手段としての転写材搬送部Ｄから構成されている。

画像読取り部Ａの上部には原稿を自動搬送する自動原稿送り手段が設けられていて、原稿載置台１１上に載置された原稿は原稿搬送ローラ１２によって１枚宛分離搬送され読み取り位置１３ａにて画像の読み取りが行われる。原稿読み取りが終了した原稿は原稿搬送ローラ１２によって原稿排紙皿１４上に排出される。

一方、プラテンガラス１３上に置かれた場合の原稿の画像は走査光学系を構成する照明ランプ及び第１ミラーから成る第１ミラーユニット１５の速度ｖによる読み取り動作と、Ｖ字状に位置した第２ミラー及び第３ミラーから成る第２ミラーユニット１６の同方向への速度ｖ／２による移動によって読み取られる。

読み取られた画像は、投影レンズ１７を通してラインセンサである撮像素子ＣＣＤの受光面に結像される。撮像素子ＣＣＤ上に結像されたライン状の光学像は順次電気信号（輝度信号）に光電変換されたのちＡ／Ｄ変換を行い、画像処理部Ｂにおいて濃度変換、フィルタ処理などの処理が施された後、画像データは一旦メモリに記憶される。

画像形成部Ｃでは、画像形成ユニットとして、像担持体であるドラム状の感光体２１と、その外周に、該感光体２１を帯電させる帯電手段２２、帯電した感光体の表面電位を検出する電位検出手段２２０、現像手段２３、転写分離手段である転写極２４及び分離極２５、前記感光体２１のクリーニング装置２６及び光除電手段としてのＰＣＬ（プレチャージランプ）２７が各々動作順に配置されている。また、現像手段２３の下流側には感光体２１上に現像されたパッチ像の反射濃度を測定する反射濃度検出手段２２２が設けられている。感光体２１は、光導電性化合物をドラム基体上に塗布形成したもので、例えば有機感光体（ＯＰＣ）が好ましく使用され、図示の時計方向に駆動回転される。

回転する感光体２１へは帯電手段２２による一様帯電がなされた後、像露光手段としての露光光学系３０により画像処理部Ｂのメモリから呼び出された画像信号に基づいた像露光が行われる。書き込み手段である像露光手段としての露光光学系３０は図示しないレーザーダイオードを発光光源とし、回転するポリゴンミラー３１、ｆθレンズ３４、シリンドリカルレンズ３５を経て反射ミラー３２により光路が曲げられ主走査がなされるもので、感光体２１に対してＡｏの位置において像露光が行われ、感光体２１の回転（副走査）によって潜像が形成される。本実施の形態の一例では文字部に対して露光を行い潜像を形成する。

感光体２１上の潜像は現像手段２３によって反転現像が行われ、感光体２１の表面に可視像のトナー像が形成される。転写材搬送部Ｄでは、画像形成ユニットの下方に異なるサイズの転写材Ｐが収納された転写材収納手段としての給紙ユニット４１（Ａ）、４１（Ｂ）、４１（Ｃ）が設けられ、また側方には手差し給紙を行う手差し給紙ユニット４２が設けられていて、それらの何れかから選択された転写材Ｐは案内ローラ４３によって搬送路４０に沿って給紙され、給紙される転写材Ｐの傾きと偏りの修正を行うレジストローラ対４４によって転写材Ｐは一時停止を行ったのち再給紙が行われ、搬送路４０、転写前ローラ４３ａ、給紙経路４６及び進入ガイド板４７に案内され、感光体２１上のトナー画像が転写位置Ｂｏにおいて転写極２４及び分離極２５によって転写材Ｐ上に転写され、搬送ベルト装置４５の搬送ベルト４５４に載置搬送されながら前記転写材Ｐは感光体２１面より分離し、前記搬送ベルト装置４５により定着手段としての定着装置５０に搬送される。

定着装置５０は加熱源を持つ、回転体加熱部材としての加熱ローラ５１と加圧部材としての加圧ローラ５９とを有しており、転写材Ｐを加熱ローラ５１と加圧ローラ５９との間を通過させることにより、加熱、加圧によってトナーを定着させる。トナー画像の定着を終えた転写材Ｐは排紙トレイ６４上に排出される。

以上は転写材Ｐの片側への画像形成を行う状態を説明したものであるが、両面複写の場合は排紙切換部材１７０が切り換わり、用紙案内部１７７が開放され、用紙としての転写材Ｐは破線矢印の方向に搬送される。

更に、搬送機構１７８により用紙としての転写材Ｐは下方に搬送され、用紙反転部１７９によりスイッチバックさせられ、用紙としての転写材Ｐの後端部は先端部となって両面複写用給紙ユニット１３０内に搬送される。

転写材Ｐは両面複写用給紙ユニット１３０に設けられた搬送ガイド１３１を給紙方向に移動し、給紙ローラ１３２で転写材Ｐを再給紙し、転写材Ｐを搬送路４０に案内する。

再び、上述したように感光体２１の方向に転写材Ｐを搬送し、転写材Ｐの裏面にトナー画像を転写し、定着装置５０で定着した後、排紙トレイ６４上に排紙する。

次に本発明の画像形成装置の定着装置５０の着目点について図２，図３，図４の正面断面図、図５，図６の模式図、図７の正面図、図８の上面図及び図９の側面図を用いて詳述する。

該定着装置５０は転写材Ｐ上に形成されたトナー像を加熱定着する為の、加熱手段を設けた加熱ローラ５１及び該加熱ローラ５１と非接触に配置される温度検知器５２を有しており、該温度検知器５２は前記加熱ローラ５１の表面の温度を検知する為の表面温度検知センサ５３と周囲温度検知用の補償温度センサ５４とを有し、前記２つのセンサの出力に基づき定着用の加熱ローラ５１の表面温度を正確に求めようとするものである。しかし前記温度検知器５２は前記２つのセンサの出力を基に加熱ローラ５１の表面温度を決定しているが、取付け場所、角度、材質により検知温度として決定される加熱ローラ５１の表面温度が異なることが分かった。

これを避けるために、前記加熱ローラ５１の表面温度を安定して正確に検出同定する為の条件として両センサの設置位置や収納するケースの形状や材質を決定することが本発明の画像形成装置の定着装置の特質とするところである。この点について以下に述べる。

上述のように転写材Ｐ上に形成されたトナー像を加熱定着する為の、加熱手段を設けた加熱ローラ５１及び該加熱ローラ５１と非接触に配置される温度検知器５２を有する画像形成装置１の定着装置５０において、前記温度検知器５２は前記加熱ローラ５１の表面の温度を検知する表面温度検知センサ５３と、該表面温度検知センサ５３の検知温度を周囲温度の検知により正しい表面温度に同定させるための補償温度センサ５４とを有し、開口部５６を有する１つのケース５５の中に前記表面温度検知センサ５３は前記加熱ローラ５１の輻射熱が前記開口部５６から直接あたる位置である第１の位置に、前記補償温度センサ５４は前記ケース５５に囲まれ前記加熱ローラ５１の輻射熱が直接あたらない位置である第２の位置に配置されている。そして前記両センサ５３、５４の出力に基づき前記加熱ローラ５１の真の表面温度を算出する手段として、例えば表１に示すような相関表が作成され、それは本発明の画像形成装置１の制御手段のＣＰＵの記憶部に記憶させてある。即ち補償温度センサ５４の出力が２．３Ｖのとき表面温度検知センサ５３の出力（赤外線出力）が２．２５Ｖなら加熱ローラ５１の正しい表面温度は直ちに１８５℃と判断され、因みに前者が２．４６Ｖで後者が２．３Ｖであっても正しい表面温度は直ちに１８５℃と判断される。このような相関関係が安定して普遍の状態を維持出来るためには、前記表面温度検知センサ５３に対する前記ケース５５の前記開口部５６は前記加熱ローラ５１の中心軸５１Ｃを含む鉛直面Ｐ１と該鉛直面Ｐ１に平行な前記加熱ローラ５１の周面への接平面Ｐ２との間の領域に掛からないように設置されていることが望ましい。実際には対流熱の影響をあまり受けない下部領域も含めて図４（ａ）にセンサの望ましい配置領域を示す。この図はローラの温度検知を行う場合の望ましい配置を示すものであるが、定着の上ローラとしての加熱ローラ５１の温度センサばかりでなく、下ローラとしての加熱手段を持つ加圧ローラ５９の温度検知センサにも適用されるものであり、広い領域の適用範囲を示すものである。また、図４（ｂ）は定着上ローラとしての加熱ローラの温度検知センサの最適配置領域を示す。ローラ回転は右回り、転写材は右から左に移動する場合を例にしており、Ａ若しくはＢの領域がセンサの最適配置領域であることを示している。Ｂ領域で温度検知センサを配置する場合は、転写材で熱を奪われた後の温度を測定することになるため、定着用温度検知センサはＡ領域に設置することがより望ましい。

前記両センサのケース５５の一部が前記鉛直面Ｐ１と接平面Ｐ２で囲まれた領域内に入ってしまうように設置した、図４及び図５の一番上側に図示したセンサのケース５５の場合、開口部は図５の模式図に示すように前記領域に下方の加熱ローラ表面から上昇してくる対流による空気伝導熱の影響やローラが回転することにより発生する対流の影響を直接受けてしまい、通常の安定した出力、例えば上記相関表の如き数値の出力が得られないで変化してしまう。これに対して例えば加熱ローラ径を４０ｍｍ（外径）とし、該加熱ローラの表面から前記開口部５６の入り口面までの距離を例えば５ｍｍとした場合、ローラ中心に対して水平方向から上下方向３０度の範囲は、言い換えれば前述の表面温度検知センサ５３に対するケース５５の開口部５６を加熱ローラ５１の中心軸５１Ｃを含む鉛直面Ｐ１と該鉛直面Ｐ１に平行な加熱ローラ５１の周面への接平面Ｐ２との間の領域に掛からず開口部５６に対して対流の影響が避けられる位置であるのでローラ表面からの対流による空気伝導の熱の乱れを受け難い。

定着装置５０内の前記温度検知器５２の取付け位置をローラ中心に対して水平方向から上下方向±３０度の範囲、取付け板の材質を鉄として表面温度検知センサ５３の測定温度と補償温度センサ５４の測定温度との間の相関表を作成する。このような相関表を制御手段に記憶させておけば、前述の条件を満たすように温度検知器５２を配置した定着装置５０では、相関表から算出された温度は測定対象物、即ち加熱ローラ表面の温度及びその変化に対してより正確に安定した温度を検出することができる。

測定対象物である加熱ローラ５１の表面温度を正確に安定して検出する為に、表面温度検知センサ５３と補償温度センサ５４はケース５５内の近傍の同位相位置（該加熱ローラ５１の中心軸５１Ｃに対して水平面から同一の角度及び同一の高さ）になるように配置する。また、表面温度検知センサ５３のケース５５は周囲温度の急な温度変化に対しても反応できるように、熱伝導性の良いアルミニウムを採用する。この時定着装置５０内の対流や伝導の影響により、表面温度検知センサ５３の検知温度に影響を与えない位置、即ち、ローラ中心に対して水平方向から上下方向±３０度内の範囲に設置する。

また、図６の模式図に示すように、前記加熱ローラ５１の中心軸５１Ｃ及び前記両センサのそれぞれのセンサ面（受光面）上の中心位置ＳＣを結ぶ最短距離の２本の直線と前記両センサのセンサ面（受光面）を含む平面とのなす角度が９０度±５度であるようにしてある。このような設置誤差の範囲内であれば加熱ローラ表面温度は正確に安定して確保され全く上記角度誤差の影響を受けることは無い。しかし、この誤差範囲を超えると前述の相関表から導出される検知結果は誤差が大きくなると同時に誤検知の可能性もある。そのため別の相関表を作成しなければならないことがある。

そして、前記温度検知器５２の前記両センサ５３、５４を収容するケース５５及び該ケース５５に取り付ける取付部材としての取付板５７は熱伝導率の良い材料を使用することが必要である。熱伝導率の良い材料としては表２に示すような銅、アルミニウム、鉄が用いられる。

温度検知器５２の周囲温度が変化した場合、補償温度センサ５４はケース内に設置されている為熱伝導に遅れが生じる、また取付板５７の熱伝導率が悪い場合、両センサのケース５５の温度が取付け板５７から放熱せずにたまり、補償温度センサ５４の検知精度が悪くなる。周囲温度変化に対する補償温度センサ５４の検知精度を確保する為に、両センサの取付け板５７は通常鉄材が用いられるが、前記２つのセンサを収納しているケース５５の材質と同じくアルミニウム等の熱伝導率のより高い材質を採用することが好ましい。

両センサを取り付ける取付板５７は、開口部５６を除く部分を覆うように取り付ける。

更に、加熱ローラに対して両センサを収納するケースと取付板を配した温度検知器の図７の正面図に示すように、前記ケース５５は前記開口部５６を除く部分で前記両センサを覆せるように収納し、定着装置５０のフレーム５０Ａ（図２に図示）に固定された取付板５７に取り付けられている。尚、図７において、加熱ローラ５１は４〜８ｍｍ厚のアルミニウム製のローラであり、対流の影響を少なくするためにセンサはローラ表面から３〜１０ｍｍの位置に配置してある。

そして両センサ５３、５４がケース５５に収納されて取付けられている状態の図８の上面図及び図９の側面図に示すように、表面温度検知センサ５３及び補償温度センサ５４の両センサは、ケース５５内に設けられたリード線を有するフレキシブル基板５２Ａに接着して固定されている。

さて、本発明の画像形成装置１には、図１０のブロック図に示すように、前記両センサ５３、５４の検出値がＣＰＵ１０１に入力され、ＣＰＵ１０１の記憶部１０２に記憶されている相関表のテーブルと対比して加熱ローラ５１の真の表面温度が演算算出され、演算算出された表面温度と設定された設定温度とが等しくなるように、加熱ローラ５１の加熱手段の駆動を加減して、制御する制御手段１００が設けられている。

画像形成装置の概略説明図である。 本発明における定着装置の要部の正面断面図である。 定着装置の加熱ローラに対して無接触に設置される温度検知器の配列の一例を示す正面断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は定着装置の加熱ローラに対して無接触に設置される温度検知器の設置可能範囲を示す正面断面図である。 定着装置の加熱ローラに対して無接触に設置される温度検知器の設置可能範囲外にあるときの対流等の外乱状態を示す模式図である。 加熱ローラ表面に向き合うセンサ面の傾きの許容範囲を示す模式図である。 加熱ローラに対して両センサを収納するケースと取付板を配した温度検知器の一例を示す正面図である。 両センサがケース内に取付けられた状態を示す上面図である。 両センサがケース内に取付けられた状態を示す側面図である。 本発明における制御手段のブロック図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
５０ 定着装置
５１ 加熱ローラ
５１Ｃ 軸心
５２ 温度検知器
５２Ａ フレキシブル基板
５３ 表面温度検知センサ
５４ 補償温度センサ
５５ ケース
５６ 開口部
５７ 取付板
５９ 加圧ローラ
１００ 制御手段
１０１ ＣＰＵ

Claims (6)

1. 転写材上に形成されたトナー像を加熱定着する為の、加熱手段を設けた加熱ローラ及び該加熱ローラと非接触に配置される温度検知器を有する画像形成装置の定着装置において、前記温度検知器は前記加熱ローラの表面の温度を検知する表面温度検知センサと周囲温度検知用の補償温度センサとを有し、開口部を有する１つのケースの中に前記表面温度検知センサは前記加熱ローラの輻射熱が前記開口部より直接あたる第１の位置に、前記補償温度センサは前記ケースに囲まれた第２の位置に配置されており、前記表面温度検知センサに対する前記ケースの前記開口部を前記加熱ローラの中心軸を含む鉛直面と前記鉛直面に平行な前記加熱ローラの周面への接平面との間の領域に掛からないように設置することを特徴とする画像形成装置の定着装置。
2. 前記第２の位置は、前記加熱ローラの輻射熱が直接あたらない位置であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置の定着装置。
3. 前記加熱ローラの中心軸及び前記両センサのそれぞれの中心位置を結ぶ最短距離の２本の直線と前記両センサのセンサ面（受光面）を含む平面とのなす角度が何れも９０度±５度であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置の定着装置。
4. 前記温度検知器の前記両センサを収容するケース及び該ケースに取り付ける取付部材は熱伝導率の良い材料を使用することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置の定着装置。
5. 前記両センサは前記開口部を除く部分を前記ケースで覆せられるように取り付けられることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の画像形成装置の定着装置。
6. 請求項１〜４の何れかに記載の画像形成装置の定着装置を用いる画像形成装置であって、前記両センサの出力に基づき前記加熱ローラの表面温度を算出する手段を有し、該手段で算出された表面温度によって前記定着装置の加熱ローラの表面温度を設定温度に制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。

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