JP2005241544A - Control method for noncontact temperature detector, noncontact temperature detector, fixing device, and image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被測定体の温度を非接触で検知する温度検知装置の制御方法、非接触温度検知装置、この非接触温度検知装置を備えた定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a method for controlling a temperature detection device that detects the temperature of a measurement object in a non-contact manner, a non-contact temperature detection device, a fixing device including the non-contact temperature detection device, and an image forming apparatus including the fixing device. .
例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置においては、電子写真方式により転写紙などの記録媒体上に担持された未定着トナー像を定着する定着装置が設けられている。この種の定着装置としては、未定着トナー像を担持する記録媒体を加熱する加熱ローラと、この加熱ローラに圧着するように配置された加圧ローラとを備え、加熱ローラと加圧ローラとで記録媒体を挟持搬送して熱及び圧力により未定着トナー像を記録媒体上に定着する熱ローラ方式が周知である。また、昨今では加熱ローラと加圧ローラとの間に記録媒体を搬送する定着ベルトを介在させた方式の定着装置も提供されている。これらいずれの方式にあっても、未定着トナーを溶融軟化させ、記録媒体への浸透による定着を良好に行わせるために、加熱温度の管理が重要となる。 For example, image forming apparatuses such as copying machines, printers, and facsimiles are provided with a fixing device that fixes an unfixed toner image carried on a recording medium such as transfer paper by an electrophotographic method. This type of fixing device includes a heating roller that heats a recording medium that carries an unfixed toner image, and a pressure roller that is arranged so as to be pressed against the heating roller. A heat roller system is known in which a recording medium is nipped and conveyed and an unfixed toner image is fixed on the recording medium by heat and pressure. Recently, a fixing device of a type in which a fixing belt for conveying a recording medium is interposed between a heating roller and a pressure roller is also provided. In any of these methods, it is important to control the heating temperature in order to melt and soften the unfixed toner and to satisfactorily perform fixing by penetration into the recording medium.
定着装置の温度管理に用いられている温度検知方法としては、接触方式と非接触方式とが知られている。接触方式の温度検知装置としては、一般にサーミスタが温度検知素子として用いられている。サーミスタは、加熱ローラ表面に接触させて、ローラ表面の温度を検知し、その検知結果に応じて加熱ローラの温度制御を行うものである。しかしながら、この方式では、サーミスタを加熱ローラに接触させることが必須であり、当該サーミスタで加熱ローラ表面を傷付けてしまうおそれがある。そして、もし傷が付いた場合は記録画像に汚れが生じ、加熱ローラあるいは定着ユニットを交換せざるを得なくなり、その分のコストがかかるという結果になっていた。 As a temperature detection method used for temperature management of the fixing device, a contact method and a non-contact method are known. As a contact-type temperature detection device, a thermistor is generally used as a temperature detection element. The thermistor is brought into contact with the surface of the heating roller, detects the temperature of the roller surface, and controls the temperature of the heating roller according to the detection result. However, in this system, it is essential to bring the thermistor into contact with the heating roller, and there is a possibility that the surface of the heating roller is damaged by the thermistor. If there is a scratch, the recorded image is soiled, and the heating roller or fixing unit must be replaced, resulting in an increase in cost.
また、サーミスタは通常、定着ユニットに取り付けられているので、定着ユニットを交換し、廃棄する際にはサーミスタも同時に廃棄することになり、コスト的な面でも資源節約の面でも好ましくないものであった。さらに、このような接触式のサーミスタでは、応答速度が悪く、精密な制御を行うことが困難であった。特に最近では、省エネのために待機時は低電力にしておき、使用時のみ高速で立ちあげる定着装置が求められている。そのため温度応答性の良い検知手段が求められている。 In addition, since the thermistor is usually attached to the fixing unit, the thermistor is also discarded when the fixing unit is replaced and discarded, which is not preferable in terms of cost and resource saving. It was. Furthermore, with such a contact type thermistor, the response speed is poor and it is difficult to perform precise control. In recent years, in particular, a fixing device that requires low power during standby and starts up at high speed only during use is required for energy saving. Therefore, there is a demand for detection means with good temperature response.
一方、非接触方式の温度検知装置では、加熱ローラの表面から放射される赤外線の入射量を検知可能なサーモパイルのような非接触センサを用いて温度を検知している。そして、非接触方式で温度を検知し、加熱ローラの温度制御を行っている。 On the other hand, in the non-contact type temperature detection device, the temperature is detected using a non-contact sensor such as a thermopile capable of detecting the amount of incident infrared rays emitted from the surface of the heating roller. The temperature is detected by a non-contact method to control the temperature of the heating roller.
この非接触センサは、素子、制御回路などのコスト高や、経時的な汚れなどが受光面に付着し検知精度が低下するなどの理由で商品化されていなかった。しかし最近では、再び非接触温度検知方式のセンサが要望されるようになってきた。それというのも、カラープリンタ/カラー複写機などが急速に普及してきたが、カラー機は画質向上のためローラ及びベルトがシリコンゴム層であり、表面がやわらかく、最表面にフッ素系離形層を設けている。しかし、このようなものであっても、摺動状態が続くと傷が付きやすい。更にシリコンゴムは高価であるため傷が付くと、金属ローラよりもはるかに交換コストが高くなってしまう。また、環境保護(省資源)の観点からもローラおよびベルトの長寿命化が求められている。このため、非接触かつ高精度で温度応答性の良い検知手段が求められ、このような検知手段としてサーモパイルが最適な手段といえる。サーモパイルを用いた非接触温度センサは、例えば特許文献1ないし5に記載されている。
This non-contact sensor has not been commercialized because of the high cost of elements, control circuits, etc., and the fact that dirt over time adheres to the light receiving surface and the detection accuracy decreases. However, recently, a non-contact temperature detection type sensor has been requested again. This is because color printers / color copiers have rapidly spread, but the color machines have a silicon rubber layer for the rollers and belts to improve image quality, the surface is soft, and a fluorine-based release layer on the outermost surface. Provided. However, even if it is such, it will be easily damaged when the sliding state continues. Further, since silicon rubber is expensive, if it is damaged, the replacement cost is much higher than that of a metal roller. Also, from the viewpoint of environmental protection (resource saving), it is required to extend the life of the rollers and belts. For this reason, non-contact, high-accuracy detection means with good temperature responsiveness is required, and it can be said that thermopile is the optimum means as such detection means. Non-contact temperature sensors using a thermopile are described in
また、特許文献6においては、加熱ローラからの赤外線を遮断するシャッタ部材を設け、温度検知をしない場合はシャッタを閉じて、サーモパイルが周囲雰囲気に曝されないようにし、これにより水分や塵或いは埃などがサーモパイルに付着するのを防止することが提案され、特許文献7においては、加熱ローラと非接触温度センサとの間に空間部を形成し、この空間部に送風ファンや脈動ポンプにより空気を送り、空間部に空気の遮蔽層を形成して、非接触温度センサの受光部に塵や埃が付着しないようにすることが提案されている。
図18は非接触温度センサを備えた従来の定着装置の構成の一例を示す概念図であり、非接触温度センサ1は、加熱ローラ2と加圧ローラ4とが互いに当接して回転するように上ケース31と下ケース41内に配設され定着装置に設けられている。加熱ローラ2内には熱源であるヒータ3が設けられ、加熱ローラ2と加圧ローラ4のニップ部にトナー像12が転写された記録紙11が通される。非接触温度センサ1は、加熱ローラ2が矢印で示すように時計方向に回転しているとき、回転方向から見て加熱ローラ2と加圧ローラ4のニップ部より上流側の加熱ローラ2と所定の間隔を置いて非接触状態に配置されている。
FIG. 18 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of a conventional fixing device provided with a non-contact temperature sensor. The
非接触温度センサ1であるサーモパイルは、赤外線を受光してこれを電気信号に変換する赤外線センサであり、例えば図19,20に示すように構成されている。図19は非接触温度センサ1の外観を示す斜視図、図20は内部構造を示す断面図である。これらの図において、サーモパイル1は、赤外線入光部用に開口窓5が形成されたケーシングを構成するキャンケース6と、キャンケース6の開口窓5を覆って赤外線の透過部となる窓部材7と、キャンケース6の内部に配置された赤外線吸収部9aを有するサーモパイル素子9と、サーモパイル素子9の赤外線吸収部9aに配置されている熱電対(図示しない)で生じた起電力を外部に出力するための端子8と、サーモパイル素子9、端子8そして熱電対などを支持するとともに、キャンケース6の底板となる座面部材10とを備えている。窓部材7は、少なくとも赤外線が透過できる材料からなり、たとえばシリコンウエハなどで構成される。端子10は図示しない制御手段に電気的に接続されている。
The thermopile as the
ところで赤外線を感知して電圧出力する非接触温度センサには、上述のサーモパイルの外に、焦電型センサ、サーモパイル等があげられるが、サーモパイルは、素子の環境温度依存性が強く、素子自身の温度が変化すると出力も変化してしまうという特徴がある。 By the way, in addition to the above-mentioned thermopile, the non-contact temperature sensor that senses infrared rays and outputs a voltage includes a pyroelectric sensor, a thermopile, and the like. However, the thermopile is strongly dependent on the environmental temperature of the element itself. The characteristic is that the output changes as the temperature changes.
サーモパイルを使用した場合には、被測定物である加熱ローラの温度は、以下の式によって求められる。 When a thermopile is used, the temperature of the heating roller that is the object to be measured is obtained by the following equation.
Vout=A(Tb^4−Ts^4)
ここで、
A:比例定数
Tb:測定物の温度(K)
Ts:サーモパイル温度(K)
であり、^は冪乗を表す。
Vout = A (Tb ^ 4-Ts ^ 4)
here,
A: Proportional constant Tb: Temperature of measurement object (K)
Ts: Thermopile temperature (K)
And ^ represents a power.
このため通常の利用方法では、サーモパイルの内部に温度補償用のサーミスタを内蔵し、サーミスタの出力をもってサーモパイルの温度を認識し、補正を行うのが一般的である。 For this reason, in a normal usage method, a temperature compensation thermistor is generally built in the thermopile, and the temperature of the thermopile is recognized by the output of the thermistor and correction is generally performed.
このように非接触温度センサは周囲温度の影響を受けるため、周囲温度を検知して温度補償を行っているが、サーミスタの応答性が悪いため、急激に周囲温度が変化したときにはそれに追従できなくなり測定物の温度を正確に検出できなくなる。そのため急激に周囲温度が変化したときには制御の精度が悪くなる。例えば、朝、機内が冷えているときに電源を入れたとき、加熱ローラは急激に温度が上昇するため、その近傍にあるサーモパイル周囲温度も急激に温度上昇する。そしてサーミスタ出力が変化し、周囲温度変化を察知して補正するが、サーミスタは応答性が悪いため、周囲温度を低く検出する。その結果、正確な測定物の温度を把握することができなくなり、設定した温度に制御することも不可能になる。このように設定温度への温度制御が不可能になると、定着性に問題を生じる場合が出てくる。 Since the non-contact temperature sensor is affected by the ambient temperature in this way, it detects the ambient temperature and compensates for the temperature. However, the response of the thermistor is poor, so it cannot follow the ambient temperature when it suddenly changes. The temperature of the measurement object cannot be detected accurately. For this reason, when the ambient temperature changes abruptly, the control accuracy deteriorates. For example, when the power is turned on in the morning when the inside of the machine is cold, the temperature of the heating roller suddenly rises, so that the temperature around the thermopile in the vicinity also rises rapidly. Then, the thermistor output changes, and the ambient temperature change is detected and corrected. However, since the thermistor has poor response, the ambient temperature is detected low. As a result, it becomes impossible to grasp the accurate temperature of the measured object, and it becomes impossible to control to the set temperature. If temperature control to the set temperature becomes impossible in this way, a problem may occur in the fixing property.
また、サーモパイル素子の熱的問題として、一般的には素子の最大使用温度は80℃程度であるが、定着ローラの近くに持っていくと100℃を超える場合も生じるため、最悪時は素子が壊れるおそれがある。したがって、熱から遮断したり、放熱させる策を講じることが必要である。 As a thermal problem of the thermopile element, the maximum operating temperature of the element is generally about 80 ° C. However, if it is brought close to the fixing roller, it may exceed 100 ° C. There is a risk of breaking. Therefore, it is necessary to take measures to shield from heat and to dissipate heat.
一方、オフセット画像の発生を防止するために定着ローラの表面にわずかなシリコンオイルを塗布したり、トナー中にワックスを含有したりして表面離形性を向上させる方法がとられている。このオイル、ワックスなどが定着熱によって蒸発して機内を浮遊し、加えて、未定着の微紛トナーも機内を浮遊する。そしてこれらの浮遊物が機械の冷却ファンによって撹拌されることになる。その他、用紙搬送過程において紙粉も発生し、また定着時の熱により用紙中の水分が蒸発して機内に充満する。 On the other hand, in order to prevent the occurrence of an offset image, a method of improving surface releasability by applying a slight amount of silicon oil to the surface of the fixing roller or containing wax in the toner is used. The oil, wax and the like evaporate by the fixing heat and float in the apparatus. In addition, unfixed fine powder toner also floats in the apparatus. These suspended matters are then stirred by the cooling fan of the machine. In addition, paper dust is also generated during the paper transport process, and moisture in the paper evaporates due to heat during fixing and fills the machine.
これらオイル、ワックス、浮遊トナー、紙紛、水蒸気がサーモパイルの赤外線受光窓(フィルタ、レンズなど)表面に付着すると(経時的に付着量が増える)、その付着物に赤外線が吸収され、赤外線の入射量が減少してサーモパイル出力が低下する現象が生じてくる。これによって、実際の温度よりも低く検知してしまい、正常に戻そうとして、結果として制御温度が高くなり、異常画像が発生することがあった。例えば180℃を定着温度とし、それに相当するVoutが2Vとしたとき、汚れによって1.8Vに出力が落ちたとする。つまり、検知温度が0.2v低くなり、2Vに戻そうと制御が働き、結果として200℃近くで定着温度を上昇させることになる。これが加速すると、もっと制御温度が上がり、機械が高温エラーを検知して停止したり、最悪時は発煙等のおそれがある。 When these oils, wax, floating toner, paper dust, and water vapor adhere to the surface of the infrared light receiving window (filter, lens, etc.) of the thermopile (the amount of adhesion increases over time), the infrared rays are absorbed by the adhering matter and the incident infrared rays. A phenomenon occurs that the thermopile output decreases due to the decrease in the amount. As a result, the temperature is detected to be lower than the actual temperature, and the control temperature increases as a result of trying to return to normal, and an abnormal image may occur. For example, when the fixing temperature is 180 ° C. and the corresponding Vout is 2 V, the output drops to 1.8 V due to contamination. That is, the detection temperature is lowered by 0.2 V, and control is performed so as to return to 2 V. As a result, the fixing temperature is increased near 200 ° C. When this accelerates, the control temperature rises further, and the machine may detect a high temperature error and stop, or in the worst case, it may cause smoke.
ている。特許文献6記載の発明では、温度検知を実施する際にはシャッタが開き、通常時は影響を受けないように配慮されているが、シャッタが解放されれば周囲雰囲気中の塵や埃などがサーモパイルに付着する可能性がある。
ing. In the invention described in
また、特許文献7で提案している送風ファンは浮遊物を素子近傍から排除することはできるが、圧力損失が大きすぎ、一般の画像形成装置に使用することはできない。圧力損失の点では脈動ポンプは効果的であるが、画像形成装置が動作している間、回しっぱなしにしておくと、寿命が持たない欠点がある。 Further, although the blower fan proposed in Patent Document 7 can remove suspended matters from the vicinity of the element, the pressure loss is too large to be used for a general image forming apparatus. Although the pulsation pump is effective in terms of pressure loss, there is a drawback that it does not have a lifetime if it is kept running while the image forming apparatus is operating.
本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、脈動ポンプを効果的に駆動して、非接触温度センサの赤外線受光部へ塵や埃などが付着するのを防止することにある。 The present invention has been made in view of the actual situation of the prior art, and its purpose is to effectively drive the pulsation pump so that dust or dirt adheres to the infrared light receiving part of the non-contact temperature sensor. It is to prevent.
前記目的を達成するため、第1の手段は、熱源により加熱される被加熱体に対して非接触で温度を検知する非接触温度検知センサと、該非接触温度検知センサの出口部の空気圧力を大気圧より高くするように空気を吹き付ける脈動ポンプとを備えた非接触温度検知装置の制御方法において、前記脈動ポンプの駆動速度を変更することにより前記非接触温度検知センサの出口部の空気圧力を制御することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the first means includes a non-contact temperature detection sensor that detects a temperature in a non-contact manner with respect to a heated object heated by a heat source, and an air pressure at an outlet of the non-contact temperature detection sensor. In a control method of a non-contact temperature detection device comprising a pulsation pump that blows air so as to be higher than atmospheric pressure, the air pressure at the outlet of the non-contact temperature detection sensor is changed by changing the driving speed of the pulsation pump. It is characterized by controlling.
第2の手段は、第1の手段において、前記被加熱体の動作時に前記非接触温度検知センサの出口部の空気の流量を多くするように前記脈動ポンプの駆動速度を制御することを特徴とする。 The second means is characterized in that, in the first means, the driving speed of the pulsating pump is controlled so as to increase the flow rate of air at the outlet of the non-contact temperature detection sensor during operation of the heated object. To do.
第3の手段は、第1または第2の手段において、前記脈動ポンプを直流ソレノイド駆動により制御することを特徴とする。 The third means is characterized in that, in the first or second means, the pulsation pump is controlled by DC solenoid driving.
第4の手段は、第1または第2の手段において、前記脈動ポンプを交流ソレノイド駆動により制御することを特徴とする。 The fourth means is characterized in that, in the first or second means, the pulsation pump is controlled by AC solenoid driving.
第5の手段は、第2の手段において、前記脈動ポンプのポンプ駆動周波数を変えることにより前記空気流量を制御することを特徴とする。 A fifth means is characterized in that, in the second means, the air flow rate is controlled by changing a pump driving frequency of the pulsating pump.
第6の手段は、第2の手段において、前記脈動ポンプのポンプ駆動電圧を変えることにより前記空気流量を制御することを特徴とする。 The sixth means is characterized in that, in the second means, the air flow rate is controlled by changing a pump driving voltage of the pulsating pump.
第7の手段は、第1ないし第6の手段において、前記制御は、前記非接触温度検知センサの検出対象である機械の稼動状態に応じて行われることを特徴とする。 A seventh means is the first to sixth means, characterized in that the control is performed in accordance with an operating state of a machine which is a detection target of the non-contact temperature detection sensor.
第8の手段は、熱源により加熱される被加熱体に対して非接触で温度を検知する非接触温度検知センサと、該非接触温度検知センサの出口部の空気圧力を大気圧より高くするように空気を吹き付ける脈動ポンプとを備えた非接触温度検知装置において、前記脈動ポンプの駆動速度を変更し、前記非接触温度検知センサの出口部の空気圧力を制御する制御手段を備えていることを特徴とする。 The eighth means includes a non-contact temperature detection sensor that detects the temperature in a non-contact manner with respect to the heated object heated by the heat source, and an air pressure at the outlet of the non-contact temperature detection sensor that is higher than the atmospheric pressure. A non-contact temperature detecting device comprising a pulsating pump for blowing air, characterized by comprising control means for changing the driving speed of the pulsating pump and controlling the air pressure at the outlet of the non-contact temperature detecting sensor. And
第9の手段は、第8の手段において、前記制御手段は前記被加熱体の動作時に前記非接触温度検知センサの出口部の空気の流量を多くするように前記脈動ポンプの駆動速度を制御することを特徴とする。 A ninth means is the eighth means, wherein the control means controls the driving speed of the pulsating pump so as to increase the air flow rate at the outlet of the non-contact temperature detection sensor during operation of the heated object. It is characterized by that.
第10の手段は、第8または第9の手段において、前記制御手段は前記脈動ポンプを直流ソレノイド駆動により制御することを特徴とする。 A tenth means is the eighth or ninth means, wherein the control means controls the pulsating pump by DC solenoid drive.
第11の手段は、第8または第9の手段において、前記制御手段は前記脈動ポンプを交流ソレノイド駆動により制御することを特徴とする。 The eleventh means is characterized in that, in the eighth or ninth means, the control means controls the pulsating pump by AC solenoid drive.
第12の手段は、第8または第9の手段において、前記制御手段は前記脈動ポンプのポンプ駆動周波数を変えることにより当該脈動ポンプの駆動速度を制御することを特徴とする。 The twelfth means is characterized in that, in the eighth or ninth means, the control means controls the driving speed of the pulsating pump by changing the pump driving frequency of the pulsating pump.
第13の手段は、第8または第9の手段において、前記制御手段は前記脈動ポンプのポンプ駆動電圧を変えることにより当該脈動ポンプの駆動速度を制御することを特徴とする。 A thirteenth means is characterized in that, in the eighth or ninth means, the control means controls the driving speed of the pulsating pump by changing a pump driving voltage of the pulsating pump.
第14の手段は、第8ないし第13のいずれかの手段において、前記制御手段は前記非接触温度検知センサの検出対象である機械の稼動状態に応じて前記脈動ポンプの駆動速度の制御を実行することを特徴とする。 The fourteenth means is any one of the eighth to thirteenth means, wherein the control means controls the driving speed of the pulsating pump according to the operating state of the machine that is the detection target of the non-contact temperature detection sensor. It is characterized by doing.
第15の手段は、第8ないし第14のいずれかの手段に係る非接触温度検知装置を定着装置が備えていることを特徴とする。 The fifteenth means is characterized in that the fixing device includes the non-contact temperature detecting device according to any one of the eighth to fourteenth means.
第16の手段は、第15の手段において、前記定着装置が、熱ローラ加熱装置、ベルト加熱装置及び電磁誘導加熱装置のいずれか1つの装置を備えていることを特徴とする。 A sixteenth means is the fifteenth means characterized in that the fixing device comprises any one of a heat roller heating device, a belt heating device and an electromagnetic induction heating device.
第17の手段は、第15または16に記載の定着装置を画像形成装置が備えていることを特徴とする。 A seventeenth means is characterized in that the image forming apparatus includes the fixing device according to the fifteenth or sixteenth aspect.
脈動ポンプは、前記被加熱体の動作時に前記非接触温度検知センサの出口部の空気の流量を多くするように制御されているので、脈動ポンプを効果的に駆動して、非接触温度センサの赤外線受光部へ塵や埃などが付着するのを防止することができる。 Since the pulsation pump is controlled so as to increase the air flow rate at the outlet of the non-contact temperature detection sensor during operation of the heated object, the pulsation pump is driven effectively, and the non-contact temperature sensor It is possible to prevent dust and dirt from adhering to the infrared light receiving part.
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。上述した従来技術と同一の構成要素は同一の参照番号を付し、特に必要がない限りその構成や機能についての説明は省略する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described. Constituent elements identical to those of the above-described prior art are denoted by the same reference numerals, and descriptions of their configurations and functions are omitted unless particularly necessary.
図15は画像形成装置としてのプリンタの概略構成を示す図である。プリンタは、給紙装置104と、レジストローラ対106と、像担持体としての感光体ドラム108と、転写装置110と、定着装置30などを備えている。
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a printer as an image forming apparatus. The printer includes a
給紙装置104は、記録紙11が積載状態で収容される給紙トレイ114と、給紙トレイ114に収容されている記録紙11を最上のものから順に給送する給紙コロ116及び分離部材117などを備えている。給紙コロ116によって給紙トレイ114から給送された記録紙11は、レジストローラ対106で一旦停止され、斜めずれを修正した後、感光体ドラム108上に形成されたトナー像の先端と記録紙11の搬送方向先端部の予め設定された位置とが一致するタイミングでレジストローラ対106から転写位置Nへ送り出される。
The
感光体ドラム108の周囲には、矢印で示す回転方向順に、帯電手段としての帯電ローラ118と、図示しない露光装置の一部を構成するミラー120と、現像ローラ122aを備えた現像装置122と、転写装置110と、クリーニングブレード124aを備えたクリーニング装置124などが配置されている。帯電ローラ118と現像装置122間においてミラー120を介して感光体ドラム108上の露光部126に露光光103が照射され、走査される。
Around the
プリンタにおける画像形成動作は、従来と同様に行われる。すなわち、感光体ドラム108が回転を始めると、感光体ドラム108の表面が帯電ローラ118によって均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光103が露光部126に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は感光体ドラム108の回転により現像装置122へ移動し、現像ローラ122aによりトナーが供給されて顕像化され、トナー像12が形成される。感光体ドラム108上に形成されたトナー像12は、所定のタイミングで転写位置Nに進入してきた記録紙11上に転写装置110による転写バイアスの印加により転写される。トナー像12を担持した記録紙11は定着装置30へ搬送され、定着された後、図示しない排紙トレイへ排出される。
The image forming operation in the printer is performed in the same manner as before. That is, when the
転写位置Nで転写されずに感光体ドラム108上に残った残留トナーは、感光体ドラム108の回転に伴ってクリーニング装置124に至り、このクリーニング装置124を通過する間にクリーニングブレード124aにより掻き落とされる。その後、感光体ドラム108上の残留電位が図示しない除電装置によって除去され、次の作像工程に備える。
Residual toner remaining on the
図1ないし3は非接触温度センサの構造及び加熱ローラに対する配置状態を示すものである。図1は加熱ローラと非接触温度検知装置の配置関係を説明するための図、図2は非接触温度センサを保持するセンサホルダの分解斜視図、図3は加熱ローラに対する非接触温度センサの配置関係を説明するための図である。 1 to 3 show the structure of the non-contact temperature sensor and the arrangement state with respect to the heating roller. FIG. 1 is a diagram for explaining an arrangement relationship between a heating roller and a non-contact temperature detecting device, FIG. 2 is an exploded perspective view of a sensor holder that holds a non-contact temperature sensor, and FIG. 3 is an arrangement of the non-contact temperature sensor with respect to the heating roller. It is a figure for demonstrating a relationship.
図1ないし3において、符号21はセンサホルダである。このセンサホルダ21は、耐熱性樹脂で一体的に形成されるとともに、熱伝導率の低い材料を使用してセンサ自身の温度上昇を低く押えるようにしている。センサホルダ21は、中央に非接触温度センサ1を収容する胴部22と、筒状のひさし部23とで構成され、ひさし部23が被検知体である定着装置30の加熱ローラ2と相対している。非接触温度センサ1は制御回路などが印刷された制御回路基板52の所定の位置に固定されて、センサモジュール部51を構成している。非接触温度センサ21は、センサホルダ21の胴部22に形成された穴(この穴はひさし部23の開口に連通している)24に図面において右側から挿入され、制御回路基板52がセンサホルダの胴部22の端面25と当たって前後方向の位置決めがされる。穴24とキャンケース6の外形は隙間なく嵌合しており、これで外形部の位置が保持される。胴部22の下端部には、穴27が形成されたリブ突起が形成されている。26はセンサ押えで、下部に形成された突起28が胴部22の穴27とゆるく嵌合しており、センサ押え26は、嵌合状態で穴27と突起28を中心に矢印方向に回転する。53はセンサモジュール全体を示す。センサモジュール53を組み立てるときは、センサ押え26は時計方向に倒しておき、センサモジュール部51を挿入後、センサ押え26を反時計方向に回転させ、ねじ29でセンサホルダ21に固定する。31はねじ穴(タップ穴)である。30は制御回路基板52の抜け防止のため、制御回路基板52を背面から押えるためのリブである。本実施例では3ヶ所で押えている。このような最小2部品構成で簡単で高精度なセンサモジュールの位置決めが可能で、センサ組立や交換時はねじ1本で取り外し、組立が出来、サービスメンテ性が向上する。
In FIG. 1 thru | or 3, the code |
図3においてセンサモジュール53は、符号Aで示すように加熱ローラ2の上方から温度を検知するように配置した場合と、符号Bで示すように加熱ローラ2の横方から温度を検知するように配置する場合とが考えられる。浮遊物50は定着装置30の周辺全体に浮遊しており、このような取り付け状態において受光面の汚れを測定した結果を図4ないし5に示す。図4は加熱ローラの上方にセンサモジュールを配置した場合の受光面の汚れを示す図、図5は加熱ローラの横方にセンサモジュールを配置した場合の受光面の汚れを示す図である。これら図は実際の機械に搭載して40万枚通紙したときの顕微鏡写真(100倍)を縮小したものである。図5の黒点はトナー、ワックスなどであり、大きい粒の大きさは数ミクロンである。図4はこれらが成長し、互いに結合したものである。これから明らかなように、浮遊物50は上方に向いて流れている。結果的に図3のBの状態で取付ければ長期の使用に十分耐えることも証明された。しかし、機械設計の制約上、どうしても上、または斜め上から検知しなければならない場合もあり、どちらかといえば一般的には、図1や図15に示すように、記録紙11が水平方向に進むため、記録紙の入口側や出口側となる横方向は取付けスペースに余裕がないことが多い。また、下方向は印刷時、記録紙が搬送されるときには温度検知が遮断され、更に汚れが上から落ちてきたりする。従って上方向から検知できれば好都合である。
In FIG. 3, the
本発明は上方向からでも検知できるように積極的に汚れ防止を行ったものであり、図6及び図7に示すように、外部からセンサホルダ21の出口付近にエアーを流してその圧力差でセンサホルダ21内に汚れが入らなくしたものである。図6はセンサホルダのひさし部からエアーを導入する場合を示す図、図7はセンサホルダの胴部からエアーを導入する場合を示す図である。図6においては、センサホルダ21のひさし部23の胴部22寄りにひさし部23の空洞部に連通するように開口を形成し、そこにジョイント部材71を設け、このジョイント部材71にポンプ側に他端が接続されているチューブ70の一端を接続している。外部から圧力Pのエアーが供給され、そのエアーは矢印方向に向けて進んでいく。出口圧力P1は周辺圧力(大気圧)P0よりも高いため汚れが内部に入りこむことは無い。
In the present invention, dirt is actively prevented so that it can be detected from above. As shown in FIG. 6 and FIG. The
図7はエアーの流れを更にスムーズに外に向けるようにした構成である。すなわち、非接触温度センサ1のキャンケース6に向けてエアーを当てたものである。この方法は、センサホルダ21の胴部22に非接触温度センサ1のキャンケース6の外周部と相対するように空隙72を設けて、この空隙に連通するように開口を形成し、そこにジョイント部材71を介してチューブ70の一端を接続している。これによって、チューブ70からのエアーを外周に沿って一度流した後、出口に向けて吹き出させることができる。この方法では図6に矢印73で示すようなエアーのよどみ、滞留が無いため、接触温度センサ1の受光窓5の汚れ防止はより効果的である。これらのエアーは外部からフレッシュなエアーを流せば、接触温度センサ1自身の冷却効果もあり、温度上昇防止にも効果的である。センサ温度が一定値以上になったときに圧力(流量)を増せば効果的である。
FIG. 7 shows a configuration in which the air flow is more smoothly directed outward. That is, air is applied toward the
図8ないし図10は、チューブ70に対するエアー供給装置の例を示すものである。図8はエアー供給装置を送風ファンで構成した場合を示す断面図、図9は図8の送風ファンの正面図、図10はエアー供給装置を往復ポンプで構成した場合を示す断面図である。
8 to 10 show an example of an air supply device for the
図8及び9において、送風ファン75は、ケーシング81に複数のネジ82により着脱自在に取り付けられている。ケーシング81はプリンタの外装カバー83に複数のネジ84により着脱自在に取り付けられている。ケーシング81の先端部にはチューブ70の他端が接続されている。図8に示す送風ファン75のファン圧力P2は、チューブ70の入口部76の開口径が小さいため圧力損失が生じ、センサ入口部圧力Pがほとんど生じない。つまり汚れ防止効果がない。
8 and 9, the
これに対し、図10は送風ファン75の代わりにエアーポンプである脈動ポンプ90を用いたものである。脈動ポンプ90は有底円筒状をした伸縮自在なダイヤフラム77と、このダイヤフラム77の開放端を保持する保持部91と、ダイヤフラム77の底部に設けられたアマチュア79を備えている。保持部91にはチューブ70の他端が接続され、外気をダイヤフラム77に取り入れるための弁78aと、ダイヤフラム77内のエアーを非接触温度センサ1に排出するための弁78bとが設けられている。エアーは矢印方向に入出する。この方法で実験したとき、エアー圧力はエアーポンプによるエアー圧力のグラフである図12のようになり、その圧力Pが高いため十分にセンサ内部に供給されることがわかった。図12において、t1は脈動ポンプ90の1往復時間で、1往復する間に吐出工程と吸入工程とがあるが、図12では吐出工程のみを示している。縦軸のPは圧力である。これにより、脈流ポンプ90を使用すれば本発明の狙いが達成できることが確認できた。ポンプの駆動手段としては交流駆動と直流駆動がある。
On the other hand, FIG. 10 uses a
脈動ポンプの駆動手段として、図10において交流駆動ではアマチュア79を電磁石にして、図示しないソレノイドに図11の(a)に示すような交流電圧を印加すると、交流周波数と同じ周期でS極、N極が発生し、アマチュア79がソレノイドに吸着、反発し、矢印方向にダイヤフラム77が往復動し、エアーが供給される。周波数を変えればポンプ圧力(流量)を変えることができる。このソレノイドへの通電制御は図示しない制御装置から行われる。なお、この制御装置が特許請求の範囲でいう制御手段に対応する。この方法は簡単な構成ででき、たとえば熱帯魚の水槽に使用しているエアーポンプなどと同じ構成である。図11(a)において、縦軸は電圧(V)、横軸は時間(sec)である。交流は中心に対し、上に+方向、下に−方向となる。
As a driving means for the pulsation pump, when
また脈動ポンプ90の駆動手段としては、直流駆動も可能である。直流駆動ではアマチュア79を純鉄などの磁性体で構成し、図示しないソレノイドに図11(b)に示すような直流電圧を印加すると、図10の右方向にダイヤフラム77が引っ張られ、印加を切ると図示しないスプリングで反対向き(左方向)にダイヤフラム77が動きエアーを吐出する。この逆で吐出する時にソレノイドの力を利用しても良い。なお、図11(b)において、縦軸は電圧(V)、横軸は時間(sec)であり、X軸との交点が0Vで、上に+電圧となる。なお、交流の場合は周波数が50Hzの場合にt1は20msとなる。直流の場合には、t1は駆動パルス波形やダイヤフラム77の戻しスプリング力によって変わるが、1往復時間を20msになるように設定すれば交流50Hzと同じ周期になる。このように直流駆動で流量を変えるには、印加パルス周波数を変えたり、印加電圧を変えたりして容易にコントロールできる。このソレノイドへの通電制御、周波数制御は図示しない制御装置から行われる。なお、この制御装置が特許請求の範囲でいう制御手段に対応する。
Moreover, as a drive means of the
図13は圧力変化を示すグラフである。図13の(A)は図12の周波数を2倍にした場合を、(B)は駆動電圧を下げて圧力を弱めた場合を示している。なお、直流駆動の場合は(B)のように弱めるには、電圧を変える他、1往復の時間(t1)を延ばすことによっても実施できる。なお、交流駆動の場合は高電圧のため安全性対策で安全装置を考慮する必要があるが、直流の場合には電圧も低くその心配がない。 FIG. 13 is a graph showing the pressure change. 13A shows a case where the frequency of FIG. 12 is doubled, and FIG. 13B shows a case where the driving voltage is lowered to weaken the pressure. In the case of direct current drive, the weakening as shown in (B) can be performed by changing the voltage and extending the time of one reciprocation (t1). In the case of alternating current drive, it is necessary to consider a safety device as a safety measure because of the high voltage, but in the case of direct current, the voltage is low and there is no concern about this.
このようにして脈動ポンプ90を使用することで十分な圧力を得ることができ、上取り付けでも非接触温度センサ1の開口窓5に汚れが入り込まない。図7の構成でセンサモジュール53を上取付け(図3のAの位置)した場合に、40万枚通紙したときの顕微鏡写真(100倍)を縮小したものを図14に示す。汚れがほとんど付かず、これによってどのような取付け位置でも効果のあることが証明された。また、脈動ポンプ90の駆動であるが、印刷時は汚れが舞うことから上述した方法で圧力を高め、印刷以外の待機中は圧力を低くすることができ、これにより、ポンプの寿命を延ばし、長期的に信頼性を確保できる。なお、印刷時や待機はプリンタの全体の制御を行うCPUなどによって判別することができる。
In this way, a sufficient pressure can be obtained by using the
上述した形態では、温度検知を熱ローラによる定着装置で説明したが、本発明は熱ローラ(定着ローラ)に限定するものではない。今後、急速に伸びて行くカラープリンタ、カラーコピアなどでは、高品質の画質を得るため熱ローラ(金属ローラの表面にテフロン(登録商標)塗装)でなく軟質ローラ又はベルト(金属ローラ又はベルトの表面にシリコンゴム層)を使用している。この場合、接触センサでは表面がゴムのためにすぐ傷が付きやすい。よって、本発明のような非接触センサが今後、益々必要になってくる。 In the embodiment described above, the temperature detection has been described with the fixing device using the heat roller, but the present invention is not limited to the heat roller (fixing roller). In the future, color printers, color copiers, etc., which will grow rapidly, will use soft rollers or belts (metal roller or belt surface) instead of heat rollers (metal roller surface coated with Teflon (registered trademark)) in order to obtain high-quality images. The silicon rubber layer is used. In this case, the surface of the contact sensor is easily damaged due to the rubber surface. Therefore, non-contact sensors such as the present invention will become increasingly necessary in the future.
図16は熱ローラの代わりにベルトを使用して定着させるベルト定着方式の定着装置を示すもので、定着回転体としてヒータ205で加熱される加熱ローラ201とテンションローラ202間に巻き掛けられたベルト部材としての定着ベルト203を用いる場合は、定着ベルト203を測定対象として、同定着ベルト203からの赤外線を非接触温度センサ1で検知するようにすればよい。これにより熱ローラと同様の効果を持つことが出来る。
FIG. 16 shows a belt-fixing type fixing device that uses a belt instead of a heat roller, and a belt wound between a
更に、冒頭で触れたが、誘導加熱定着方式は立上り時間短縮や熱効率を上げて定着の消費電力を減らすための有効な省エネ手段である。図17は本発明を誘導加熱定着装置に応用した場合の一例を示す図である。同図において、301は加熱ローラ、302は定着ローラ、303は加熱ベルト、304は加圧ローラ、306は誘導加熱装置である。誘導加熱装置306は、励磁コイル307と、コイルガイド板308と、励磁コイルコア309、支持部材310とから構成されており、従来の誘導加熱装置と同様な動作によって発熱し、ベルト303を加熱する。そして、ベルト303に非接触温度センサ1と対向させ、ベルト303からの赤外線を非接触温度センサ1で検知するようにすることによって、熱ローラの温度を非接触で検知する場合と同様の効果を持つことができる。
Furthermore, as mentioned at the beginning, the induction heating fixing method is an effective energy saving means for reducing the power consumption of fixing by shortening the rise time and increasing the thermal efficiency. FIG. 17 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to an induction heating fixing device. In the figure, 301 is a heating roller, 302 is a fixing roller, 303 is a heating belt, 304 is a pressure roller, and 306 is an induction heating device. The
上述した形態では、画像形成装置の定着装置の温度検知について説明したが、本発明の非接触温度検知装置は、電子調理器、エアーコンディショナーなど汚れやすい環境における温度検知装置にも適用でき、これにより温度検知の信頼性を向上させることができ、温度上昇対策にも適切に対応することができる。 In the embodiment described above, the temperature detection of the fixing device of the image forming apparatus has been described. However, the non-contact temperature detection device of the present invention can be applied to a temperature detection device in an easily contaminated environment such as an electronic cooker or an air conditioner. The reliability of temperature detection can be improved, and countermeasures against temperature rise can be appropriately handled.
1 非接触温度センサ
2 加熱ローラ
3 ヒータ
4 加圧ローラ
5 開口窓
6 キャンケース
7 窓部材
9 サーモパイル素子
11 記録紙
12 トナー像
21 センサホルダ
22 胴部
23 ひさし部
30 定着装置
70 チューブ
72 空隙
75 送風ファン
90 脈動ポンプ
108 感光体ドラム
110 転写装置
122 現像装置
201,301 加熱ローラ
203 定着ベルト
302 定着ローラ
303 加熱ベルト
306 誘導加熱装置
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記脈動ポンプの駆動速度を変更することにより前記非接触温度検知センサの出口部の空気圧力を制御することを特徴とする非接触温度検知装置の制御方法。 A non-contact temperature detection sensor for detecting the temperature in a non-contact manner with respect to the heated object heated by the heat source, and a pulsation pump for blowing air so that the air pressure at the outlet of the non-contact temperature detection sensor is higher than the atmospheric pressure. In the control method of the non-contact temperature detection device comprising:
A control method for a non-contact temperature detection device, wherein the air pressure at the outlet of the non-contact temperature detection sensor is controlled by changing a driving speed of the pulsation pump.
前記脈動ポンプの駆動速度を変更し、前記非接触温度検知センサの出口部の空気圧力を制御する制御手段を備えていることを特徴とする非接触温度検知装置。 A non-contact temperature detection sensor for detecting the temperature in a non-contact manner with respect to the heated object heated by the heat source, and a pulsation pump for blowing air so that the air pressure at the outlet of the non-contact temperature detection sensor is higher than the atmospheric pressure. In the non-contact temperature detection device comprising
A non-contact temperature detecting device comprising a control means for changing the driving speed of the pulsating pump and controlling the air pressure at the outlet of the non-contact temperature detecting sensor.
Priority Applications (1)
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JP2004054259A JP2005241544A (en) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | Control method for noncontact temperature detector, noncontact temperature detector, fixing device, and image forming device |
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- 2004-02-27 JP JP2004054259A patent/JP2005241544A/en active Pending
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