JP2005258143A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ローラ材質が薄肉等で発熱ローラの表面温度分布が不均一であっても、ローラ温度分布を積分値として捉えることができ、加熱定着装置の温度安定度と定着性向上を実現することができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】記録紙上にトナー像を形成する画像形成手段と、記録紙を給紙部から排紙部まで搬送する用紙搬送手段と、トナー像を固着させるためのローラ状の加熱加圧手段を持つ画像形成装置において、加熱ローラの表面温度を単一の素子内部に複数個のマトリックス状に配置された２次元配置熱検出素子を用い、その温度検出素子内に２次元上に配置された各温度検出エレメント毎の出力を逐次切り替えて温度検知手段に入力する手段と、前記各温度検出エレメントからの出力値を温度処理回路にて逐次加算する手段とにより加熱ローラ表面全域の平均温度を求め、その温度情報に基づいて加熱手段を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置に関するものであり、特に、定着装置の加熱ローラから放射される赤外線量を非接触、且つ、２次元的に測定する温度検出素子を用いて前記加熱ローラの温度分布検出及び記録材の画像形成に適正となる範囲に温度制御を行う電子写真装置、複写装置等の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の複写機、プリンタ等の画像形成装置における定着装置の温度検出素子としてサーミスタが利用されてきていた。

従来のサーミスタでの温度検出としては、例えば定着装置内部の加熱ローラにバネ等により所定の圧力で押し当て接触させることで加熱ローラに当接させ、温度を検出する手法が多く用いられてきた。

このような当接型のサーミスタ温度検出手段においては、加熱ローラにサーミスタが接触しているため加熱ローラ表面に接触による摩耗傷を作り易く、又、ローラ表面に残留した微細なトナー粉や埃等のゴミ等も接触しているサーミスタ表層に堆積してしまう欠点があり、何らかのクリーニング手段を用いる必要があった。

近年、このような欠点を補うため、非接触型のセンサにて画像形成装置の定着装置の温度制御を行う方式として特許文献１には、加熱ローラに対して非接触型の温度センサを用い、定着装置内部の温度検出及び記録材の搬送状態の検出手段に利用した内容が開示されている。

又、特許文献２には、画像形成装置内部の配置方法として非接触型の温度センサとその方向変更手段を用いることで、２箇所以上の定着装置内部温度を検出する方法が開示されている。

特開２０００−２５９０３６号公報 特開２０００−２５９０３４号公報

上記構成においては、非接触にて温度検知が可能であるが、その検知センサが加熱ローラ表面の一部分しか温度検知しておらず、又ローラ表面を広範囲に温度検知しようとすると何らかの機械的手段にて物理的に検出素子自体を動かす機構が必要であった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもで、その目的とする処は、ローラ材質が薄肉等で発熱ローラの表面温度分布が不均一であっても、ローラ温度分布を積分値として捉えることができ、加熱定着装置の温度安定度と定着性向上を実現することができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、顕画材（以後、トナーと呼ぶ）により記録紙上に顕画像（以後、トナー像と呼ぶ）を形成する画像形成手段と、前記記録紙を給紙部から排紙部まで搬送する用紙搬送手段と、トナー像を固着させるためのローラ状の加熱加圧手段を持つ画像形成装置において、
加熱ローラの表面温度を単一の素子内部に複数個のマトリックス状に配置された２次元配置熱検出素子を用い、その温度検出素子内に２次元上に配置された各温度検出エレメント毎の出力を逐次切り替えて温度検知手段に入力する手段と、前記各温度検出エレメントからの出力値を温度処理回路にて逐次加算する手段とにより加熱ローラ表面全域の平均温度を求め、その温度情報に基づいて加熱手段を制御することを特徴とする。

本発明によれば、マトリックス状に配置された熱検出センサを発熱ローラ表面温度検出用に用いることにより、ローラ材質が薄肉等で発熱ローラの表面温度分布が不均一であっても、ローラ温度分布を積分値として捉えることが可能な温度検出であり、加熱定着装置の温度安定度、定着性向上が実現できる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面について説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の２次元熱検出センサを用いた時の定着器概略配置ブロック図、図２は２次元照射光検出センサ内部の詳細説明図、図３はセンサ内部回路構成及びその信号処理説明図、図４は２次元温度検出素子を用いた時の基本温調説明図、図５（ａ）は用紙巻き付き時の発熱ローラに対応した用紙位置説明、図５（ｂ）は５図（ａ）の横断面説明図であり、各図における同一符号は同一構成部分を示している。

図１では、発熱ローラ２と対向して加圧ローラ４に配置され、発熱ローラ２及び加圧ローラ４間には未定着トナー画像を圧着するための加圧力が印加されている。

発熱ローラ２の内部には加熱源であるヒータ３が配置され、このヒータ３への通電電力を制御することで発熱ローラ２の表面温度が一定となるように制御するために、発熱ローラ２の近傍に２次元熱検出素子１００が配置されている。

図２は２次元照射光検出センサー内部の詳細説明図であり、図中、１０１はシリコンウエハ状態の段階でシリコンダイ上に微細な機械的加工を施され、シリコン基材と熱及び機械的に隔離された複数から成る受光面を作り上げ、その受熱面とシリコン基材間の温度差をシリコン基材上にマウントされた熱電対により起電圧として発生させる感熱素子を持ち、各々の感熱素子はシリコンチップ上で各行及び各列毎にカソード及びアノード毎に各出力線に接続され、前記各出力線はそれぞれチップ端面にある出力パッドに接続されている。

前記出力パットは、センサ１００のー内部に配置されているそれぞれＸエレメントセレクタＩＣ１０２及びＹエレメントセレクタＩＣ１０３のそれぞれの入力パッドにワイヤーボンディングされており、センサー１００の外部からの行列指令値により複数個の感熱素子起電圧を切り替えるマトリックス・スイッチング回路を構成している。

本センサを図１の発熱ローラ温度検出検出として配置する場合、図中には示していないが発熱ローラが放散する赤外光をセンサ内の各検出エレメントに導くためシリコンレンズや、反射集光ミラー等の赤外光集光手段を用いて発熱ローラの表面全域をマトリックス状のセンサー素子１０１上に効率良く集光する手段を用いる。

図３にて２次元熱検出センサ部の動作を説明する。

発熱ローラから輻射された赤外光が１０１の二次元照射光検出素子の各エレメントに放射され、各エレメントは前記放射量に応じた起電圧を生じる。

ＣＰＵ２０１は、Ｙスイッチドライバー１０３に１行目の値を読み出すべく選択信号を送る。Ｙ行が選択された後にＣＰＵ２０１は、Ｘ列の読み出し位置をを指定すべくＸ列ａのスイッチ選択信号を出力する。この操作によりＹ−１行とＸ−ａ列に接続されている起電圧エレメントの発生電圧がＯＰ２０１から成る差動増幅器の入力に接続されＯＰ２０１にて適宜増幅されＡ／Ｄコンバータ２０２に入力される。

Ｘ列とＹ行の選択信号を出したＣＰＵ２０１は、Ａ／Ｄコンバータ２０２に入力される増幅された照射光エレメント電圧が安定するのを所定時間待ち受け後、Ａ／Ｄコンバータ２０２にサンプリング信号を出してデジタルデータに変換する。

サンプリングされデータバス上に出力された選択エレメントの照射光データは、対応したメモリマップ上に保存され、ＣＰＵ２０１は次エレメントの選択信号Ｘ−ｂ列を出力する。このシーケンスを繰り返しＹ−１行，Ｘ−ａ列からＹ−４行，Ｘ−ｈ列までを逐次切り替えていくことで各エレメントに対応したメモリマップ上には、２次元照射光検出素子に対向して配置された発熱ローラ２表面上の温度分布値が記憶される。

図４にて定着ヒータの温度調節方法について説明する。

図１のように配置された２次元温度検出素子１００により発熱ローラ２の温度分布はローラ上で２次元的な温度分布として捉えられＣＰＵ２０１のメモリ上に記憶されいる。

そのメモリマップ上の各エレメント毎の検出温度値をＣＰＵ２０１上で加算し、平均化処理を行い、その結果を発熱ローラ表面温度平均値として、本来の発熱ローラ目標温度値との差分を算定して、ヒータ３に対する通電比率を決定しＳＳＲの駆動ＯＮ−ＯＦＦ信号を出力する。

ＣＰＵ２０１から出力されたＯＮ−ＯＦＦ信号は、ヒータ３を駆動するＳＳＲに入力され、ＳＳＲの動作を決定する。

ＣＰＵ２０１からの信号入力に応じてＳＳＲが導通すると、このときの交流入力電圧に応じた通電電流が流れることでヒータ３に加熱電力を供給する。この通電電力に応じてヒータ３が赤熱し、その発生した輻射熱により発熱ローラ２を内面より加熱する。

発熱ローラ２は内面から暖められることで、そのローラ内部に蓄えられた熱量がローラ外側に熱を伝え、ローラ表側に焼付けてある定着性を確保するためのシリコン樹脂層に熱伝導する。そのシリコン樹脂層の表面にはトナーの離型性を確保するためのＰＦＡやＦＥＰから成る離型層がコーティング若しくはチュービングされており、シリコン樹脂層を伝導した熱は表層に伝わってローラ外周を暖める。

そこで、予め所定の温度まで発熱ローラ２が温まった状態となった時、発熱ローラ２を予め予備回転させて所定の定着温度に到達した時に未定着画像が載っている用紙を通紙することで、このローラ芯金から伝わった熱が表面温度となって加熱加圧され、トナーが定着される。

このとき、２次元温度センサー２００は、発熱ローラ２各部の表面温度を読み取ることができるため、ローラ発熱状態を確実に把握でき、前記の予備開店時の温度検出や正規の定着温度に到達したことをローラ上の平面温度分布として捉えられ、高精度な温度検知が実現できる。

＜実施の形態２＞
図５は本発明の実施の形態２を示す図であり、発熱ローラ等の異常検知方法について説明するものである。

このような２次元熱検出センサを複写機の定着器温度検出に用いた時の特徴として、図６のように通紙中の未定着画像が何らかの理由によって図５に示すように発熱ローラに巻き付いてしまう状態が発生した時、従来型の局所検出センサではその検知自体が不可能であったが、本２次元熱検出センサであればローラ幅方向の或るエリアに亘って現在通紙中の用紙幅とほぼ同等の領域に亘って温度低下が検知が可能である。

その温度低下領域が図５に示すようにローラ回転方向に周速とほぼ同等の速度で移動していることも検出可能であるため、上記の要件を満たす温度変化が検知された時は用紙巻き付きと判断し、機械の動作を停止させる等の安全機構を確実に組み入れることができる。

又、装置停止した後のジャム処理終了後の再起動時にも、発熱ローラ上の或る領域での温度上昇を検知するため、巻き付き用紙が撤去されていないとき等は用紙で覆われていない箇所の発熱ローラ温度上昇と、用紙巻き付き箇所の温度上昇が違ってくるのを検知し、再度加熱動作を停止し、用紙の解除を促すジャム表示が簡単に実現することができる。

＜実施の形態３＞
図６は本発明の実施例の形態３を示すブロック図であり、発熱ローラの加熱源として、誘導加熱を用いた定着器の断面を示す図である。

近年、省エネルギー化の観点から熱ローラの加熱方法として誘導加熱を用いる方法が検討されている。このローラ加熱方法ではハロゲンヒータ等の輻射熱源を利用したもと違い、発熱ローラ上での温度分布は、図７に示すように、加熱コイルに相対した内面が発熱する局所加熱方式であり、ローラが回転しない状態で加熱を開始するとローラ内の温度分布が明らかに不均一になる。そのため、通常、誘導加熱を利用した定着器の発熱ローラにおいては、加熱電力印可時には発熱ローラを回転させた状態にて通電動作を行うことで、サーミスタ等に代表される局所温度検出素子にローラ温度情報を伝達する必要がある。

そのため、複写機がスタンバイ状態の余り熱量が要求されない時の発熱ローラの定着温度を維持する電力投入時にも発熱ローラを回転させながら電力印加を行う必要があり、スタンバイ状態でのローラ駆動モータの駆動電力増加や、非通紙時の騒音増大を招く等の問題があった。

本２次元熱検出センサによれば発熱ローラ表面の或るエリアの温度分布を検出することにより、発熱ローラ上での温度不均一性も含めて温度検知が可能であり、特に発熱ローラを回転させない状態であっても元々温度検知が正確にでき、特に誘導加熱等を用いた局所加熱方式においては、その発熱分布も含め２次元的に温度分布が把握できるため、発熱ローラの温度分布が一様でない場合であっても その検出エリアの温度値を各センサ毎の平均値を求めることにより正確な発熱ローラ温度を維持することができる。

本発明は、定着装置の加熱ローラから放射される赤外線量を非接触、且つ、２次元的に測定する温度検出素子を用いて加熱ローラの温度分布検出及び記録材の画像形成に適正となる範囲に温度制御を行う電子写真装置、複写装置等の画像形成装置に対して適用可能である。

本発明の実施の形態１における２次元熱検出素子と検出対象の発熱ローラの配置関係を示す概念ブロック図である。 ２次元熱検出素子内部の詳細説明図である。 ２次元熱検出センサとその処理回路系説明図である。 ２次元熱検出センサを用いた温調回路説明図である。 異常検知方法の説明図である。 ２次元熱検出センサを用いた誘導加熱定着器説明図である。 誘導加熱ローラの発熱分布説明図である。

符号の説明

１００ ２次元温度検出素子
２ 発熱ローラ（加熱部材）
３ 加熱ヒータ
４ 加圧ローラ
１０１ ２次元照射光検出素子
１０２ セレクタＩＣ
１０４ パッケージ
２０１ 制御ＣＰＵＲＬ１ リレー
Ｌ１ 誘導加熱コイル
９０ 電力印加回路（電力印加手段）
１１０ 電力制御ブロック
１１１ 異常検知回路（

Claims (3)

1. 顕画材（以後、トナーと呼ぶ）により記録紙上に顕画像（以後、トナー像と呼ぶ）を形成する画像形成手段と、前記記録紙を給紙部から排紙部まで搬送する用紙搬送手段と、トナー像を固着させるためのローラ状の加熱加圧手段を持つ画像形成装置において、
   加熱ローラの表面温度を単一の素子内部に複数個のマトリックス状に配置された２次元配置熱検出素子を用い、その温度検出素子内に２次元上に配置された各温度検出エレメント毎の出力を逐次切り替えて温度検知手段に入力する手段と、前記各温度検出エレメントからの出力値を温度処理回路にて逐次加算する手段とにより加熱ローラ表面全域の平均温度を求め、その温度情報に基づいて加熱手段を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 加熱ローラ上の検出温度分布をローラ回転方向においても各温度検出素子の副走査方向の主走査注目検出ラインとその前後走査ラインの温度分布を検出する手段を持ち、前記加熱ローラ回転方向の主走査温度分布検出値の変動が所定の割合以上の温度変化を伴った場合は用紙巻き付きと判断し加熱、駆動を停止する異常検知手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記各温度検出エレメントから検出された表面温度値の加重平均値を求め、その中心値に対して予め決められた領域の検出値がある割合で（昇温していることを）検知することにより加熱源のヒータを切り替えて発熱分布を一様にすることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。

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