JP3214000B2 - 温度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式の画像形
成装置の熱定着装置等について使用される非接触型の温
度測定装置に関する。詳しくは、経時変化に起因する測
定精度の低下を補償するようにした装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式のプリンタ等では、用紙上
にトナ−画像を良好に定着させるために、熱定着用のヒ
−トロ−ラの表面温度を最適値に維持する必要がある。
そのためには、上記の表面温度を、正確、且つ、迅速
に、測定しなければならない。

【０００３】上記の表面温度を測定するための装置とし
て、赤外線センサを用いた温度測定装置が提供されてい
る。これは、被測定体の表面から放射される赤外線を検
出して、該検出値に基づき、上記表面の温度を導出する
装置である。なお、赤外線センサの出力は、その周囲の
温度により影響されるため、上記温度測定装置には、一
般に、自己の温度を検出するための温度センサが備えら
れており、該温度センサの出力に基づいて、上記赤外線
センサの出力を補正するように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の被測定体から放
射される赤外線の強度は、該被測定体の放射率εによっ
て影響される。即ち、上記の被測定体の表面温度が同一
であっても、放射率εが異なる場合には、該被測定体か
ら放射される赤外線の強度は、異なる。したがって、上
記の如く、検出される赤外線の強度に基づいて被測定体
の表面温度を導出する温度測定装置では、被測定体の放
射率εが一定であること（＝放射率εの変化が、無視で
きる程度であること）が、正確な温度測定を行う上での
前提条件となる。

【０００５】放射率εは、物質に固有の値ではあるが、
その表面状態により変化する。例えば、同じ物質であっ
ても、光沢のある表面状態では比較的小さくなり、粗い
表面状態では比較的大きくなる。ところで、上記の熱定
着用のヒ−トロ−ラの表面状態は、長年の使用により変
化する。一般に、使用開始時よりも、徐々に粗くなる。
このため、放射率εが一定であることを前提としてヒ−
トロ−ラの表面温度を測定している前記の温度測定装置
では、その測定誤差が、年々大きくなる恐れがある。

【０００６】測定誤差が大きくなると、ヒ−トロ−ラの
温度制御（＝定着温度制御）に支障が生ずる。例えば、
ヒ−トロ−ラの表面温度が実際よりも低く測定された場
合には、該低い測定値に基づいて温度制御が行われる結
果、ヒ−トロ−ラの表面温度が最適値よりも高い温度に
制御されて、トナ−のオフセット等の不具合を生じた
り、極端な場合には、定着装置の破壊に到る。また、上
記の表面温度が実際よりも高く測定された場合には、ヒ
−トロ−ラの表面温度が最適値よりも低い温度に制御さ
れて、定着不良・定着むら等の不具合を生ずる。

【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みたものであ
り、ヒ−トロ−ラ等の表面温度を、長年に渡り、正確、
且つ、迅速に測定し続け得るようにすることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、熱定
着部材から放射される赤外線の強度を検出して、その強
度に対応する信号を出力する赤外線センサと、上記赤外
線センサの周囲の温度を検出して、その温度に対応する
信号を出力する温度センサと、上記熱定着部材の温度
と、上記赤外線センサの温度とが、略同一であるか否か
を判断する判断手段と、上記判断手段によって上記熱定
着部材の温度と上記赤外線センサの温度とが略同一であ
ると判断される場合に、上記赤外線センサの出力信号
と、上記温度センサの出力信号とに基づいて、上記熱定
着部材の赤外線放射率を演算する演算手段と、上記演算
手段で演算された赤外線放射率と、上記赤外線センサの
出力信号と、上記温度センサの出力信号とに基づいて、
上記熱定着部材の温度を導出する温度導出手段と、を備
えた温度測定装置である。請求項２の発明は、上記熱定
着部材は加熱手段を有し、上記判断手段は、上記加熱手
段がオフされてから所定時間が経過した場合に、上記熱
定着部材の温度と上記赤外線センサの温度とが略同一で
あると判断することを特徴とする請求項１記載の温度測
定装置である。 請求項３の発明は、加熱手段を有する熱
定着部材と、上記熱定着部材から放射される赤外線の強
度を検出して、その強度に対応する信号を出力する赤外
線センサと、上記赤外線センサの周囲の温度を検出し
て、その温度に対応する信号を出力する温度センサと、
上記加熱手段がオフされてから所定時間が経過したか否
かを判断する判断手段と、上記判断手段によって上記加
熱手段がオフされてから所定時間が経過したと判断され
る場合に、上記赤外線センサの出力信号と、上記温度セ
ンサの出力信号とに基づいて、上記熱定着部材の赤外線
放射率を演算する演算手段と、上記演算手段で演算され
た赤外線放射率と、上記赤外線センサの出力信号と、上
記温度センサの出力信号とに基づいて、上記熱定着部材
の温度を導出する温度導出手段と、を備えた温度測定装
置である。

【０００９】

【００１０】

【００１１】請求項１の判断手段は、熱定着部材の加熱
停止後、所定時間を経過したか否かにより、上記の判断
を行うように構成してもよく（請求項２の構成）、ま
た、熱定着部材の温度と上記赤外線センサの温度とを、
それぞれ直接的又は間接的に検出して判断するように構
成してもよい。なお、演算手段は、実施例に詳述する所
定の演算式(2) に基づいて、熱定着部材の放射率εを算
出する。

【００１２】

【作用】本温度測定装置は、熱定着部材から放射される
赤外線の強度に基づき、該熱定着部材の表面温度を導出
する。導出に際しては、上記熱定着部材の赤外線放射率
εを含む所定のパラメータが用いられる。また、上記赤
外線放射率εとしては、演算手段により演算された値が
採用される。したがって、測定温度は、放射率補正され
た温度となる。

【００１３】なお、前記熱定着部材の温度と前記赤外線
センサの温度とが略同一であると見なされる場合として
は、例えば、熱定着部材であるヒ−トロ−ラの搭載され
たプリンタの朝一番の起動時等を挙げることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を、 〔１〕実施例装置の搭載されるプリンタの構成（図1) 〔２〕温度測定装置の構成と定着制御装置の概略構成
（図2 〜4) 〔３〕制御の具体例（図5) の順に、説明する。

【００１５】 〔１〕実施例装置の搭載されるプリンタの構成 図1 は、実施例にかかる温度測定装置の搭載されるプリ
ンタの主要部を、模式的に示す図である。

【００１６】図示のプリンタは、電子写真方式による画
像形成を行う装置であり、矢印方向に定速回転され得る
感光体ドラム1 の周囲には、帯電チャ−ジャ2 、書込ヘ
ッド3 、現像装置4 、転写チャ−ジャ8、クリ−ナ11等
の部材が配設されている。帯電チャ−ジャ2 により、順
次、帯電される感光体ドラム1 の表面には、書込ヘッド
3 によりライン単位で電荷潜像が書き込まれる。該電荷
潜像は、現像装置4 によりトナ−現像されて可視化され
た後、転写チャ−ジャ8 により用紙5上に転写される。
なお、書込ヘッド3 は、ここでは、ＬＥＤアレイ3aを備
えたＬＥＤヘッドであるが、レ−ザ走査によって電荷潜
像を形成する装置であってもよい。

【００１７】前記の用紙5 は、用紙収納トレイ7 内に収
納されており、給紙ロ−ラ6 によって、順次、引き出さ
れ、所定のタイミングで、転写位置（感光体ドラム1 〜
転写チャ−ジャ8 間）へ給紙されて、前述の転写処理を
施される。転写処理後の用紙5 は、搬送ベルト13により
搬送されて、熱定着装置9 へ送り込まれ、熱圧着による
画像定着処理を施された後、排紙トレイ10へ、フェイス
アップで排出される。

【００１８】前記熱定着装置9 は、駆動ロ−ラである加
圧ロ−ラ9bと、該加圧ロ−ラ9bにより従動回転されるヒ
−トロ−ラ9aとを有し、該ヒ−トロ−ラ9aの内部には、
加熱手段であるヒ−タランプ9dが配設されている。

【００１９】 〔２〕温度測定装置の構成と定着制御装置の概略構成 図2 は温度測定装置の検出部9cの配置を模式的に示す説
明図、図3 は定着温度制御回路の構成を示す説明図、図
4 は温度測定装置の検出部9cとセンサ基板15との回路構
成図である。

【００２０】＊検出部（センサユニット）9cの構成 センサユニット9cは、光ファイバ91a と、赤外線センサ
91と、温度センサ（サーミスタ）93とで構成されてい
る。

【００２１】即ち、前記ヒ−トロ−ラ9aの表面の近傍に
は、該ヒートローラ9aから放射される赤外線を伝達する
ための光ファイバ91a の一端である受光部91a1が、該ヒ
ートローラ9aの表面に対向して配設されており、その他
端である出光部91a2は、熱起電型の赤外線センサ91の受
感部に対面して配設されている。

【００２２】また、上記赤外線センサ91の近傍には、該
赤外線センサ91の温度を検出するサ−ミスタ93が配設さ
れており、両者は、熱容量の大きな材料、例えば、セラ
ミック、シリコン等の充填されたケ−ス部材（不図示）
中に配設されている。

【００２３】上記の赤外線センサ91は、多数の熱電対に
よって構成されるサーモパイル素子であり、その出力電
圧ＶA は、 ＶA ＝Ｋ（ε・Ｔ⁴ −Ｔ0 ⁴ ） ・・・(1) で与えられる。ここに、 Ｔ：被測定体の温度， Ｔ0 ：赤外線センサ91の温
度， Ｋ：定数， ε：放射率， である。なお、定数Ｋは、 Ｋ＝σｋ （σ：ステファンボルツマン定数，ｋ：オペアンプなど
のゲイン） である。

【００２４】従って、被測定物の温度Ｔと、赤外線セン
サ91の温度Ｔ0とが等しい場合、上記(1) 式は、 ε＝ＶA ／（Ｋ・Ｔ0 ⁴ ）＋１ ・・・(2) と変形される。即ち、赤外線センサ91の温度Ｔ0 に相当
するサ−ミスタ93の出力と、赤外線センサ91の出力ＶA
とから、放射率εを演算することができる。

【００２５】＊定着温度制御回路の構成定着温度制御回
路は、図3 に示すように、上記赤外線センサ91の出力信
号SG01と、上記サ−ミスタ93の出力信号SG02を入力し
て、ヒ−トロ−ラ9aの表面温度に相当する信号（温度信
号）SG10を出力するセンサ基板15と、該センサ基板15か
らの出力信号を入力して、前記ヒータランプ9dへの通電
をオン・オフするＳＳＲ13に対して、給電制御信号SG20
を出力するマイコン12とを有する。なお、センサ基板15
からマイコン12に対しては、上記温度信号SG10の他、上
記赤外線センサ91の出力信号SG01に対応する信号SG11
と、上記サ−ミスタ93の出力信号SG02に対応する信号SG
12も、送られる。

【００２６】図4 に示すように、センサ基板15に於い
て、熱起電型の赤外線センサ91の出力電圧SG01（図3 参
照）は、オペアンプ21によって、マイコン12のアナログ
入力ポートP1への入力可能なレベルまで増幅され、電圧
信号SG11として、該アナログ入力ポートP1へ入力され
る。また、抵抗R6と負抵抗温度特性のサ−ミスタ93とに
より、定電圧V1を抵抗分割して得られるサ−ミスタ93の
検出電圧SG02（図3 参照）は、そのまま、電圧信号SG12
として、マイコン12のアナログ入力ポートP2へ入力され
る。

【００２７】さらに、上記の電圧信号SG11は抵抗R3を介
して、また、上記の電圧信号SG12をオペアンプ23により
増幅した電圧信号は抵抗R4を介して、それぞれ、オペア
ンプ22の反転入力端子に入力されている。即ち、バッフ
ァとしてのオペアンプ22の反転入力端子には、前記二つ
のセンサ91,93 の出力信号の重畳された電圧信号が入力
されている。こうして、上記オペアンプ22は、ヒ−トロ
−ラ9aの表面温度に相当する信号として、ハードウェア
的な温度補正を行った電圧信号SG10を、マイコン12のア
ナログ入力ポートP0へ入力させている。

【００２８】〔３〕制御の具体例 マイコン12によるヒ−トロ−ラ9aの温度制御は、該マイ
コン12が、前記(2) 式に基づいて後述のタイミングで放
射率εを演算した後、前記信号SG10で与えられるヒ−ト
ロ−ラ9aの表面温度を上記放射率εに基づいて補正し、
補正後の表面温度Ｔに基づいて、該表面温度Ｔが、所定
の設定温度（＝運転時の維持温度・温調温度，待機時の
維持温度等、所望の値）に維持されるように、ＳＳＲ13
へ給電制御信号SG20を出力することにより行われる。

【００２９】以下、図5 に示すフロ−チャ−トに即し
て、ヒ−トロ−ラ9aの搭載されているプリンタでの定着
温度制御を説明する。

【００３０】図5 の定着温度制御処理は、マイコン12に
て所定時間毎に繰り返して実行されるメインル−プ処理
中でコ−ルされる。なお、以下の説明中、『オンエッ
ジ』とは、スイッチの状態がオフからオンへ変化した時
の状態変化を意味し、『オフエッジ』とは、オンからオ
フへ変化した時の状態変化を意味するものとする。ま
た、マイコン12では、メインスイッチのオフ状態に於い
ても、ル−プ処理が実行されているものとする。

【００３１】プリンタを起動するためのメインスイッチ
が操作された後、メインル−プ処理により、初めて本定
着温度制御処理がコールされると、その時点では、メイ
ンスイッチがオフからオンへ変化した状態が保持されて
いる。このため、メインスイッチのオンエッジが検出さ
れる(S101;YES)。このとき、補正済フラグが０であれば
(S103;YES)、放射率εの演算が実行される(S105)。

【００３２】上記に於いて、補正済フラグが０である場
合とは、後述するように、ヒ−トロ−ラ9aの表面と赤外
線センサ91の表面とが十分に冷却されており、両者の温
度を等しいとみなし得る場合である。また、ステップS1
05での放射率εの演算は、赤外線センサ91により検出さ
れてアナログ入力ポ−トP1に入力されている電圧値ＶA
(SG11) と、サ−ミスタ93により検出されてアナログ入
力ポ−トP2に入力されている電圧信号SG12（温度Ｔ0 に
相当する信号）とを、それぞれデ−タとして取り込み、
前記(2) 式に基づいて実行される。なお、その演算結果
は、マイコン12内の所定のメモリエリアに記憶される。
また、放射率εの演算後、補正済フラグが１にセットさ
れる(S107)。

【００３３】一方、前記メインスイッチのオン状態では
(S131;YES)、メインル−プ処理によって本定着温度制御
処理がコ−ルされる毎に、ヒ−トロ−ラ9aの表面温度Ｔ
が判定される(S133)。ここに、上記の表面温度Ｔは、セ
ンサ基板15からアナログ入力ポ−トP0に入力されている
信号SG10を、前記ステップS105で演算された放射率εに
基づいて補正して得られる値である。

【００３４】上記ステップS133での判定の結果、上記の
表面温度Ｔが所定の閾値以下であれば(S133;YES)、給電
制御信号SG20によりヒ−タランプ9dは点灯される(S13
5)。また、上記の表面温度Ｔが上記の閾値を越えていれ
ば(S133;NO) 、給電制御信号SG20によりヒ−タランプ9d
は消灯される(S137)。こうして、上記の表面温度Ｔが上
記の閾値以下の期間中、ヒ−トロ−ラ9aが加熱され、ヒ
−トロ−ラ9aの表面温度は、上記閾値付近の温度に維持
される。なお、前記メインスイッチがオフされて、プリ
ンタの使用が終了された後は(S131;NO) 、ヒ−タランプ
9dは消灯される(S137)。

【００３５】次に、本プリンタの使用中に於いて、前記
メインスイッチのオフエッジが検出されると(S111;YE
S)、補正管理タイマの計数がスタ−トされ(S113)、さら
に、該補正管理タイマのカウントアップで(S121;YES)、
前記補正済フラグが０にリセットされる(S123)。ここ
に、補正管理タイマは、ヒ−トロ−ラ9aの表面と赤外線
センサ91とが十分に冷却されて、両者の温度（前記Ｔと
前記Ｔ0 ）が等しくなるのに十分な値に初期設定されて
いる。

【００３６】したがって、前記メインスイッチの操作に
よって再びプリンタが起動され、該メインスイッチのオ
ンエッジが検出された時に(S101;YES)、前記補正管理タ
イマが未だカウントアップしていない場合（＝ヒ−トロ
−ラ9aの表面と赤外線センサ91とが十分に冷却されてい
ない場合）には、補正済フラグが１にセットされたまま
であるため(S103;NO)、前記ステップS105の処理は実行
されず、放射率εとしては、前回の演算結果がそのまま
用いられる。また、前記の表面温度Ｔも、該前回演算さ
れた放射率εを参照して算出される。

【００３７】このように、プリンタの使用により、ヒー
トローラ9aの表面が摩耗したり、或いは、傷ついたりし
て、放射率εが変化したとしても、該放射率εは、原則
として、プリンタの起動時毎に測定される。また、その
測定結果に基づいて、ヒ−トロ−ラ9aの表面温度を示す
デ−タが補正される。

【００３８】上記の実施例では、センサ基板15からアナ
ログ入力ポ−トP0に入力される信号SG10に基づいて生成
される温度デ−タを、放射率εを参照して補正すること
により、ヒ−トロ−ラ9a表面の測定温度Ｔを算出してい
る。しかし、本発明では、他の算出方法を用いることも
できる。

【００３９】例えば、赤外線センサ91により検出されて
アナログ入力ポ−トP1に入力されている電圧値ＶA(信号
SG11) と、サ−ミスタ93により検出されてアナログ入力
ポ−トP2に入力されている信号SG12（温度Ｔ0 に相当す
る信号）と、前記ステップS105で演算された放射率εに
基づき、前記(1) 式により、マイコン12に於いて、ヒ−
トロ−ラ9a表面の測定温度Ｔを算出するように構成して
もよい。

【００４０】

【発明の効果】以上、本発明は、赤外線の強度に基づい
て熱定着部材の温度を測定する温度測定装置に於いて、
熱定着部材の赤外線放射率の演算手段と、演算された赤
外線放射率に基づいて熱定着部材の温度を導出する手段
とを備えたものである。したがって、本発明の温度測定
装置によると、熱定着部材の赤外線放射率は、該熱定着
部材表面の経時変化に対応して、更新される。このた
め、長年に渡り、熱定着部材の表面温度を、非接触で、
正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる温度測定装置の搭載さ
れているプリンタの概略構成図である。

【図２】センサユニットの配置を模式的に示す説明図で
ある。

【図３】定着温度制御回路の構成を示す説明図である。

【図４】温度測定装置の検出部とセンサ基板の回路構成
図である。

【図５】定着温度制御処理を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

12 マイコン， 15 センサ基板 91 赤外線センサ， 93 サーミスタ 9c センサユニット，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 博喜 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大 阪国際ビルミノルタカメラ株式会社内 (72)発明者 吉田 英一 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大 阪国際ビルミノルタカメラ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−144519（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−231126（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−163126（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−104226（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−67137（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 5/00 - 5/58

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱定着部材から放射される赤外線の強度
   を検出して、その強度に対応する信号を出力する赤外線
   センサと、 上記赤外線センサの周囲の温度を検出して、その温度に
   対応する信号を出力する温度センサと、 上記熱定着部材の温度と、上記赤外線センサの温度と
   が、略同一であるか否かを判断する判断手段と、 上記判断手段によって上記熱定着部材の温度と上記赤外
   線センサの温度とが略同一であると判断される場合に、
   上記赤外線センサの出力信号と、上記温度センサの出力
   信号とに基づいて、上記熱定着部材の赤外線放射率を演
   算する演算手段と、 上記演算手段で演算された赤外線放射率と、上記赤外線
   センサの出力信号と、上記温度センサの出力信号とに基
   づいて、上記熱定着部材の温度を導出する温度導出手段
   と、 を備えた温度測定装置。
2. 【請求項２】 上記熱定着部材は加熱手段を有し、 上記判断手段は、上記加熱手段がオフされてから所定時
   間が経過した場合に、上記熱定着部材の温度と上記赤外
   線センサの温度とが略同一であると判断することを特徴
   とする請求項１記載の 温度測定装置。
3. 【請求項３】 加熱手段を有する熱定着部材と、 上記熱定着部材から放射される赤外線の強度を検出し
   て、その強度に対応する信号を出力する赤外線センサ
   と、 上記赤外線センサの周囲の温度を検出して、その温度に
   対応する信号を出力する温度センサと、 上記加熱手段がオフされてから所定時間が経過したか否
   かを判断する判断手段と、 上記判断手段によって上記加熱手段がオフされてから所
   定時間が経過したと判断される場合に、上記赤外線セン
   サの出力信号と、上記温度センサの出力信号とに基づい
   て、上記熱定着部材の赤外線放射率を演算する演算手段
   と、 上記演算手段で演算された赤外線放射率と、上記赤外線
   センサの出力信号と、上記温度センサの出力信号とに基
   づいて、上記熱定着部材の温度を導出する温度導出手段
   と、 を備えた温度測定装置。