JP2006098199A - 定着装置の非接触温度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度検出センサーに汚れが付着した場合でも正確な温度検出が可能な非接触温度検出装置を提供することである。
【解決手段】 非接触温度センサー２４と被検出体である加熱ローラ２１の間に絞り機構２６を設け、非接触温度センサー２４の受光部である赤外線吸収フィルム２４ｃに汚れが発生した場合は、汚れが発生しない場合に較べて絞り機構２６のシャッターの開口を大きくすることで、絞り機構２６の遮光率を小さくし、赤外線吸収フィルム２４ｃの受光量を増加させ、赤外線吸収フィルム２４ｃの汚れによるセンサーの感度の影響を抑えることができる。
【選択図】 図２ａ

Description

本発明は、画像形成装置の定着装置の温度検出装置、特に加熱源を内蔵する加熱ローラと、加熱ローラに圧接する加圧ローラとを有する定着装置の非接触温度検出装置に関する。

複写機やプリンタ等の画像形成装置には、複数色のトナーを重ね合わせて転写材上にカラー画像を形成するものが存在する。例えば、フルカラー複写機は、原稿画像を読み取る画像読取部と、読み取った原稿画像をシアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４つの色成分に分解する画像処理部とを有している。そして、各色成分毎の静電潜像が露光手段によって感光体ドラム周面に形成され、感光体ドラム上に形成された静電潜像は４つの現像装置によって対応する色に現像化される。感光体ドラム上に形成されたトナー画像は、中間転写体上に順次転写されて積層されたカラートナー画像が形成される。この中間転写体上に転写されたカラートナー画像は転写材上に転写され、定着装置に搬送される。定着装置には、ヒータを内蔵する加熱ローラと加熱ローラに圧接する加圧ローラとが設けられている。トナー画像が形成された転写材は、加熱ローラと加圧ローラとの圧接部で挟持搬送され、加熱ローラからの熱及び加圧ローラからの圧力によって転写材上のカラートナー画像が加熱され溶融定着される。

このような定着装置においては、加熱ローラの表面温度が定着に適した温度範囲に維持されるよう、加熱源たとえばヒータランプの通電を制御する温度制御機構が設けられている。ここで、加熱ローラの表面温度を検出するため、加熱ローラ及び加圧ローラの少なくとも一方のローラの表面温度を検出する温度検出手段が備えられている。従来、温度検出手段として、温度検出素子などを被検出体である加熱ローラの表面に直接取り付けた接触式の温度検出手段が提案されている（たとえば、特許文献１）。このような温度検出手段が上記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上記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る。

そこで、温度検出素子をローラに対して接触させることなく温度検出を行うようにすることが提案されている。この非接触型の温度検出手段は、例えば、ローラに対向して配置された赤外線吸収部材と、この赤外線吸収部材の温度を検出するためのサーミスタとを有している。

また、定着装置においては、画像形成時にトナーの飛散または紙屑の飛散などが発生する。これらの飛散物が赤外線吸収部材に付着すると、検出温度の正確性に悪影響を及ぼすこととなる。そこで、センサーの表面を清掃する清掃機構を設けたり、赤外線吸収フィルムの汚れを検知する機構を設けた非接触温度検出装置が提案されている。
特開平７−２８６９１１ 特開２０００−２４２１３１ 特開２００３−９０７６３

画像形成装置の定着装置において、トナー画像の定着性能を高めるために、加熱ローラなどの表面温度を検出し、定着に適した温度に制御することはいうまでもなく必要である。加熱ローラなど被検知体の表面温度を正確に検出するためには、非接触温度検出装置にトナーなど汚れが付着した場合の影響を除去する必要があり、別途清掃機構を設けても、すべての汚れを除去するのは困難であり、このような汚れにより温度検出の正確性が低下する場合がある。

本発明の目的は、温度検出センサーに付着した汚れが温度検出精度への影響を抑制し、汚れが付着した場合でも正確な温度検出が可能な非接触温度検出装置を提供することである。

請求項１に係る定着装置の非接触温度検出装置は、加熱源を内蔵する加熱ローラと、加熱ローラに圧接する加圧ローラとを有する定着装置の非接触温度検出装置であって、非接触型の温度検出センサーと、絞り機構と、駆動機構とを備えている。

ここで、非接触型温度検出センサーは被検出体の温度を検出するためのものであって、受光部を有している。絞り機構は、温度検出センサーの受光部の受光量を調整するためのものである。駆動機構は、絞り機構を駆動するためのものである。

この装置においては、加熱ローラの温度を検出する場合、非接触温度検出センサーは受光部の受光量を感知して温度検出を行う。定着装置においては、画像形成時にトナーの飛散または紙屑の飛散などが発生するため、これらの飛散トナーまたは飛散紙屑などが非接触温度検出装置、特に受光部に付着した場合、正確な温度検出に悪影響を与えることとなる。

この装置では、絞り機構により温度検出センサーの受光部の受光量を調整する。例えば、受光部に汚れが付着して受光量が少なくなった場合は絞りを開放することにより、温度センサーの感度を調整する。したがって、温度検出センサーに汚れが付着した場合でも正確な温度検出が可能である。

請求項２に係る定着装置の非接触温度検出装置は、請求項１に記載の装置において、絞り機構はシャッターとシャッター調整機構とを有している。ここで、シャッター調整機構は、シャッター開口部の大きさを調整することにより受光部への受光量を調整する。

定着装置においては、画像形成時にトナーの飛散または紙屑の飛散などが発生する。これらの飛散物が非接触温度検出装置に付着すると、検出温度の正確性に悪影響を及ぼすこととなる。

そこで、この装置では、シャッター調整機構によりシャッター開口部の大きさを調整し、温度検出センサー受光部への受光量を調整する。例えば、受光部に汚れが付着して受光量が少なくなった場合はシャッター開口部を開放することにより、温度センサーの感度を調整する。したがって、温度検出センサーに汚れが付着した場合でも正確な温度検出が可能である。

請求項３に係る定着装置の非接触温度検出装置は、請求項２の装置において、シャッターは一定の間隔で配置された平行する二つの板であり、シャッター調整機構は平行板を平行リンクにより連結し、平行リンクを作動させることにより平行板間の距離を調整するものである。

この装置では、一定の間隔で配置された平行板を平行リンクで連結させて平行定規を形成しているため、平行リンクを傾斜させることにより平行板間の距離を調整することができ、簡単な構造でシャッター開口部の大きさを調整することができる。

請求項４に係る定着装置の非接触温度検出装置は、請求項３に記載の装置において、駆動機構は、リンクに連結されているラックと、ラックに噛み合うウォームと、ウォームを回転させるためのステッピングモータとを有している。

この装置では、ステッピングモータによりウォームが回転され、このウォームの回転によってウォームと噛み合っているラックが直線運動をし、ラックに連結されているリンクが作動をする。従って、簡単な構造でリンクの作動を実現し、シャッター開口部の大きさを調整することができる。

請求項５に係る定着装置の非接触温度検出装置は、請求項３に記載の装置において、駆動機構はソレノイドである。ここでは、ソレノイドにより絞り機構の位置を決めることで、駆動機構のコストダウンを図るとともに、設置スペースの小型化を実現することができる。

請求項６に係る定着装置の非接触温度検出装置は、請求項１から５のいずれかに記載の装置において、加熱ローラの温度を測定する接触式温度センサーと、駆動機構の駆動を制御する制御部をさらに備えている。ここで、制御部は接触式温度センサーの測定値と非接触温度検出センサーの測定値との温度差に基づいて駆動機構の制御を行うことで、自動的に温度検出センサーの感度を調整することができる。

請求項７に係る定着装置の非接触温度検出装置は、請求項１から６のいずれかに記載の装置において、温度検出センサーは赤外線感温センサーである。この装置では、赤外線感温センサーにより、非接触で被検出体の表面温度を測定することができる。

本発明では、絞り機構により温度検出センサーの受光部の受光量を調整し、例えば受光部に汚れが付着して受光量が少なくなった場合は絞りを開放して温度センサーの感度を調整する。したがって、温度検出センサーに汚れが付着した場合でも正確な温度検出が可能である。

図１は、本発明の一実施形態が採用された画像形成装置の全体の断面図である。ほぼ直方体形状を有するカラー画像形成装置１のほぼ中央にａ−Ｓｉ系感光体を用いた感光体ドラム２が配設されている。感光体ドラム２の周囲には、帯電装置３、イエロー現像装置４、マゼンタ現像装置５、シアン現像装置６、ブラック現像装置７、中間転写体８、及びクリーニング装置９が配置されている。イエロー現像装置４、マゼンタ現像装置５、シアン現像装置６は、それぞれイエロートナーカートリッジ１０、マゼンタトナーカートリッジ１１、シアントナーカートリッジ１２を有している。中間転写体８の上方位置には、ブラック現像装置７のブラックトナーカートリッジ１３が配設されている。ブラックトナーカートリッジ１３の上方には露光装置１４が配設されている。中間転写体８の下方位置には二次転写ローラ１５が配設され、二次転写ローラ１５の用紙搬送方向下流側には、分離装置１６、搬送ベルト１７、定着装置１８が配設されている。装置１の左上方には排出装置４０が配設されている。

感光体ドラム２は、表面に静電潜像が形成されるものである。帯電装置３は、感光体ドラム２の上方に設置されており、感光体ドラム２の表面を一様に帯電させるための装置である。露光装置１４は、図示しない画像データ入力部から読み取った原稿画像に基づいて、感光体ドラム２上に静電潜像を形成させるための装置である。現像装置４，５，６，７は、静電潜像が形成された感光体ドラム２表面にトナーを供給してトナー像を形成させる装置であって、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに対応して設けられている。トナーカートリッジ１０，１１，１２，１３は、同じくイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを供給するものある。中間転写体８は、感光体ドラム２に形成されたトナー像が転写され一時的に保持される転写体の役割を果たしている。転写装置１５は、中間転写体８上のトナー像を用紙に転写するための装置である。分離装置１６は、トナー画像の転写された用紙を中間転写体８から分離するためのものである。搬送ベルト１７は、トナー画像が転写された用紙を定着装置に搬送するためのものである。定着装置１８は、加熱・加圧によってトナー画像を溶解定着させ、転写材にトナー画像を定着させるためのものである。クリーニング装置９は、感光体ドラム２に残留した残留現像剤などの付着物をクリーニングするための装置である。

ここで、定着装置１８は、図２ａに示すように、加熱源（例えばヒーター）を内蔵している加熱ローラ２１と、加熱ローラ２１と図２ａのＹ軸方向で圧接するように設けられた加圧ローラ２２と、加熱ローラ２１及び加圧ローラ２２の表面温度を両ローラ２１，２２に対して非接触で検出する非接触温度検出装置２３とを有している。非接触温度検出装置２３は、図２ａのＹ軸方向において加熱ローラ２１の中心回転軸とほぼ同じ位置で、かつ用紙搬送方向の上流側に配置されている。この非接触温度検出装置２３は、温度検出センサー２４と、温度検出センサー２４を保持する回転軸２５とを有している。また、図２ｂに示すように、加熱ローラ２１の非通紙領域に接触して、加熱ローラ２１の温度を測定する接触式温度センサー３０が設けられている。

温度検出センサー２４は、赤外線感温式の非接触サーミスタ２４ａと、サーミスタ２４ａの周囲を覆って設けられた透明なケーシング２４ｂと、ケーシング２４ｂの外表面においてサーミスタ２４ａに赤外線が入射してくる部分に設けられた赤外線透過フィルム２４ｃとを有している。

また、非接触温度検出装置２３と加熱ローラ２１との間には、絞り機構２６が配置されている。絞り機構２６は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、シャッター板５０Ａ，５０Ｂが平行に配置されており、平行リンク５１Ａ，５１Ｂがピンａ，ａ’，ｂ，ｂ’によりシャッター板５０Ａ，５０Ｂとリンクされ、いわゆる平行クランクを形成している。リンク５１Ａは、さらにリンク５１Ｃの一端とピンｃで連結されている。リンク５１Ｃの他端はラック５２にピンｄで連結されている。このラック５２は、傾斜歯を有しており、駆動機構５３のウォームギア５４と噛み合うように配置されている。駆動機構５３は、ウォームギア５４とステッピングモータ５５とで構成されている。ステッピングモータ５５は、装置奥側のフレーム３５のさらに奥側に設けられており、モータ軸５５の先端には、ラック５２に噛み合うウォームギア５４が一体で形成されている。なお、リンク５１Ａ，５１Ｂはそれぞれピンｅ，ｅ’により図示しないベース板に回動自在に取り付けられている。

以上のような構成により、ステッピングモータ５５を正逆回転させると、ウォームギア５４が正逆回転される。ウォームギア５４が正逆回転されると、ウォームギア５４と噛み合わせているラック５２は左右に直線運動を行い、ラック５２とピン連結されているリンク５１Ｃも左右に傾斜する。例えば、図３における第１位置において、平行シャッター板５０Ａ，５０Ｂと平行リンク５１Ａ，５１Ｂとから構成されている平行クランクが長方形をなし、リンク５１Ａとリンク５１Ｃが互いに直角をなしているとする。この際、平行シャッター板５０Ａ，５０Ｂの間隔は最大であり、非接触温度センサー２４の受光量も最大である。そこで、ステッピングモータ５５を回転させ、ウォームギア５４を回転させることによりリンク５１Ｃを右に移動させる。そうすると、リンク５１Ｃの一端はピンｃによりリンク５１Ａと連結されているため、リンク５１Ａはピンｅ，ｅ’を中心に時計回りに回動し、シャッター板５０Ａ，５０Ｂ及び平行リンク５１Ａ，５１Ｂから構成されている平行クランク全体が右に傾斜する。すなわち、図３の点線で表した第２位置となり、シャッター板５０Ａとシャッター板５０Ｂの間隔が狭くなる。この際、非接触温度センサー２４の受光量は最小である。一方、リンク５１Ｃが左に動くと、リンク５１Ｃの一端はピンｃによりリンク５１Ａと連結されているため、リンク５１Ａはピンｅ，ｅ’を中心に反時計回りに回動し、シャッター板５０Ａ，５０Ｂ及び平行リンク５１Ａ，５１Ｂから構成されている平行クランク全体が左に傾斜し、第１位置に回復する。この動きによって、シャッター板５０Ａとシャッター板５０Ｂの間隔が広くなる。絞り機構２６は、このような動きで非接触温度センサー２４への光の透過量を調整する。

図４に定着装置の制御ブロックを示している。なお、ここでは絞り機構の制御に関連する構成のみを示している。制御部６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを有するマイクロコンピュータによって構成されており、非接触温度検出センサー２４、絞り機構を駆動させるステッピングモータ５５、接触温度検出センサー３０が接続されている。

次に、画像形成の動作について説明する。画像形成時は、帯電装置３によって感光体ドラム２に帯電が行われた後、露光装置１４によって露光が行われ、感光体ドラム２上に静電潜像が形成される。感光体ドラム２が回転して最初色であるイエロー現像装置４の現像位置に達すると、イエローに対応した静電潜像が現像装置４でトナー画像化され、感光体ドラム２表面にイエローに対応したトナー画像が形成される。このような動作が他の色（マゼンタ、シアン、ブラック）に関しても行われる。感光体ドラム２の表面上に形成された各色のトナー像は順次中間転写体８に転写されることによって、中間転写体８上にフルカラーのトナー像が形成される。その後、転写装置１５に印加された転写バイアスにより、タイミングを合わせて図示しない給紙部から転写位置まで搬送された転写材１９にフルカラーのトナー像が転写される。フルカラーのトナー像が転写された転写材は分離装置１６によって中間転写体８から分離され、搬送ベルト１７によって定着装置１８に搬送される。さらに転写材１９に転写されたフルカラーのトナー像は、定着装置１８による加熱・加圧によって転写材に定着され、転写材は排紙部４０に排出される。

ここで、画像形成時に定着装置１８においてはトナーの飛散または紙屑の飛散などが発生する。これらの飛散トナーまたは飛散紙屑などが非接触温度検出装置２３の赤外線吸収フィルム２４ｃに付着した場合、正確な温度検出に悪影響を与えることとなる。この実施形態では、非接触温度センサー２４と被検出体である加熱ローラ２１の間に絞り機構２６を設け、非接触温度センサー２４の受光部である赤外線吸収フィルム２４ｃに汚れが発生した場合は、汚れが発生しない場合に較べて絞り機構２６のシャッターの開口を大きくすることで、絞り機構２６の遮光率を小さくし、赤外線吸収フィルム２４ｃの受光量を増加させ、赤外線吸収フィルム２４ｃの汚れによるセンサーの感度の影響を抑える。制御部６０は、赤外線吸収フィルム２４ｃの汚れによる赤外線温度センサー２４の測定誤差と絞り機構２６の遮光率との関係は表１ように設定し、この設定値に基づいて制御を行う。

画像形成過程では図５のフローチャートに示すように絞り機構２６の制御が行われる。画像形成装置に電源が投入されると、各種パラメータが初期化され、定着部１８の温度設定を行うなどの初期設定を実行する。次にステップＳ１では、非接触温度センサー２４と接触式温度センサー３０の温度値の照合を行う。ステップＳ２では、非接触温度センサー２４の温度値と接触式温度センサー３０の温度値の差が３５℃以下であるか否かを判断する。温度差が３５℃以上である場合は、ステップＳ３に移行し、図示しない清掃機構により清掃を行うようにする。温度差が３５℃以下である場合は、ステップＳ４に移行し、温度差と絞り機構２６の遮光率の関係が表１の設定値範囲内か否かを判断する。温度差と絞り機構２６の遮光率の関係が表１の設定値範囲内でない場合は、ステップＳ５に移行し、絞り機構２６の遮光率の調整を行う。具体的には、非接触温度センサー２４の温度値と接触式温度センサー３０の温度値の差が０℃である場合は、絞り機構２６の絞り量を最大限にし、シャッター板５０Ａとシャッター板５０Ｂによる遮光率を３０％に設定する。例えば、ステッピングモータ５５を回転させ、ウォームギア５４を回転させることによりラック５２を右に動かし、よってリンク５１Ｃを右に移動させる。リンク５１Ｃが右に移動すると、リンク５１Ｃの一端はピンｃによりリンク５１Ａと連結されているため、リンク５１Ａも右に傾斜し、シャッター板５０Ａ，５０Ｂ及び平行リンク５１Ａ，５１Ｂから構成されている平行クランク全体が右に傾斜する。すなわち、図３の点線で表した第２位置となり、シャッター板５０Ａとシャッター板５０Ｂの間隔が狭くなる。この際、非接触温度センサー２４の受光量は最小である。

一方、非接触温度センサー２４の温度値と接触式温度センサー３０の温度値の差が例えば温度値の差が７℃である場合、シャッター板５０Ａとシャッター板５０Ｂによる遮光率を２０％に設定する。具体的には、ステッピングモータ５５を回転させ、ウォームギア５４を回転させることによりラック５２を左に動かし、よってリンク５１Ｃを左に移動させる。リンク５１Ｃが左に移動すると、シャッター板５０Ａ，５０Ｂ及び平行リンク５１Ａ，５１Ｂから構成されている平行クランク全体が左に傾斜する。このような調整により、シャッター板５０Ａとシャッター板５０Ｂの間隔が広くなる。

さらに、例えば非接触温度センサー２４の温度値と接触式温度センサー３０の温度値の差が３５℃である場合、シャッター板５０Ａとシャッター板５０Ｂによる遮光率を０％に設定する。具体的に、ステッピングモータ５５を回転させ、ウォームギア５４を回転させることによりラック５２をさらに左に動かし、よってリンク５１Ｃをさらに左に移動させる。リンク５１Ｃが左に移動すると、シャッター板５０Ａ，５０Ｂ及び平行リンク５１Ａ，５１Ｂから構成されている平行クランク全体が左に傾斜し、図３における第１位置になる。この際、平行シャッター板５０Ａ，５０Ｂと平行リンク５１Ａ，５１Ｂから構成されている平行クランクが長方形をなし、リンク５１Ａとリンク５１Ｃが互いに直角をなしており、平行シャッター板５０Ａ，５０Ｂの間隔は最大である。すなわち、非接触温度センサー２４の受光量も最大である。

次に、ステップＳ６では画像形成スタートキーが押されたか否かを判断する。画像形成スタートキーが押された場合はステップＳ７に移行し、画像形成を行う。画像形成が終了した後はステップＳ８に移行し、画像形成を終了するか否かを判断する。画像形成を終了しない場合はステップＳ２に戻る。一方、画像形成を終了する場合は、リターンする。
［本実施形態の効果］
非接触温度センサー２４と被検出体である加熱ローラ２１の間に絞り機構２６を設け、非接触温度センサー２４の受光部である赤外線吸収フィルム２４ｃに汚れが発生した場合は、汚れが発生しない場合に較べて絞り機構２６のシャッターの開口を大きくすることで、絞り機構２６の遮光率を小さくし、赤外線吸収フィルム２４ｃの受光量を増加させ、赤外線吸収フィルム２４ｃの汚れによるセンサーの感度の影響を抑えることができる。

画像形成装置の略図。 定着装置の拡大図。 定着装置の斜視図。 非接触温度検出装置の概略構成図。 定着装置の制御ブロック。 定着装置の制御フロー。

符号の説明

１ カラー画像形成装置
２ 感光体ドラム
１８ 定着装置
２１ 加熱ローラ
２２ 加圧ローラ
２３ 非接触温度検出装置
２４ 非接触温度検出センサー
２５ 回転軸
２６ 絞り機構
２８ 加熱ローラの加熱源
３０ 接触式温度検出センサー
５０Ａ，５０Ｂ シャッター板
５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ リンク
５２ ラック
５３ 駆動機構
５４ ウォームギア
５５ ステッピングモータ
６０ 絞り制御部

Claims (7)

1. 加熱源を内蔵する加熱ローラと前記加熱ローラに圧接する加圧ローラとを有する定着装置の非接触温度検出装置であって、
   受光部を有する非接触型の温度検出センサーと、
   前記温度検出センサーの受光部の受光量を調整する絞り機構と、
   前記絞り機構を駆動する駆動機構と、
   を備えた定着装置の非接触温度検出装置。
2. 前記絞り機構は、
   シャッターと、
   前記シャッターの開口部の大きさを調整することにより受光部への受光量を調整するシャッター調整機構とを有している、
   請求項１に記載の定着装置の非接触温度検出装置。
3. 前記シャッターは、一定の間隔で配置された平行する二つの板であり、
   前記シャッター調整機構は、前記平行板を平行リンクにより連結し、前記平行リンクを作動させることにより、前記平行板間の距離を調整する、
   請求項２に記載の定着装置の非接触温度検出装置。
4. 前記駆動機構は、
   前記リンクに連結されているラックと、
   前記ラックに噛み合うウォームと、
   前記ウォームを回転させるステッピングモータとを有している、
   請求項３に記載の定着装置の非接触温度検出装置。
5. 前記駆動機構は、前記リンクに連結しているソレノイドである、
   請求項３に記載の定着装置の非接触温度検出装置。
6. 前記加熱ローラの温度を測定する接触式温度センサーと、
   前記駆動機構の駆動を制御する制御部とをさらに備えており、
   前記制御部は接触式温度センサーの測定値と前記非接触温度検出センサーの測定値との温度差に基づいて前記駆動機構の制御を行う、
   請求項１から５のいずれかに記載の定着装置の非接触温度検出装置。
7. 前記温度検出センサーは赤外線感温センサーである、請求項１から６のいずれかに記載の定着装置の非接触温度検出装置。

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