JP3478761B2

JP3478761B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3478761B2
Application number: JP20165699A
Authority: JP
Inventors: 達仁片岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2003-12-15
Anticipated expiration: 2019-07-15
Also published as: JP2001034109A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば複写機ある
いはプリンタなどとされる電子写真方式あるいは静電記
録方式の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から複写機やプリンタでは、感光体
ドラムに形成したトナー画像を転写材に転写し、その
後、定着手段としてのヒートローラ（定着ローラ）によ
り加熱処理を施すことで画像形成を行っている。その
際、ヒートローラに接触型の温度センサとしてのサーミ
スタを接触させてヒートローラの温度を測定していた。
この場合、サーミスタが接触型であるため、例えば、転
写材の巻き付き、接触圧の低下や接触不良などによる測
定温度の誤差に対応するため、定期的にサーミスタユニ
ットの交換を実施したり、補償用に複数セットのサーミ
スタを取り付けるといった構成をとっていた。

【０００３】また、サーミスタを接触型の温度センサと
して利用した場合には、サーミスタおよびヒートローラ
が接触していることによる不具合として、両者の接触に
よる各部分の劣化が更なる問題となっていた。

【０００４】そこで、その解決手段として、ヒートロー
ラから発生する赤外線の量を検出して、ヒートローラの
温度を非接触で測定するセンサを用いた温度測定システ
ムが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この非
接触式の温度測定システムは光学的に赤外線の量を測定
しているため、センサ表面の汚れがそのまま測定温度の
誤差となって現れ、特に電子写真方式の複写機などで
は、その内部でのトナー、紙粉などの飛散により、汚れ
かたもセンサの取り付けられた位置によってかなりのば
らつきを生じていた。その結果、センサ表面を頻繁に清
掃するなどの処置を施す必要があるといった欠点があっ
た。

【０００６】従って、本発明の目的は、定着手段の温度
を非接触にて検出する検出手段が汚れた場合においても
定着手段の温度を正確に検知できる画像形成装置を提供
することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
加熱部材を有し、転写材上の未定着トナー像を熱により
定着する定着手段と、定着手段表面からの赤外線の量を
検出する赤外線検出部材及びこの赤外線検出部材の温度
補償を行うための温度補償用サーミスタを有し、定着手
段と非接触で定着手段の表面温度を検知する非接触温度
検知手段と、この非接触温度検知手段の出力に基づいて
定着手段の温度が規定温度になるように加熱部材への通
電を制御する通電制御手段と、を有する画像形成装置に
おいて、立ち上げ動作工程中の非接触温度検知手段の出
力と画像形成装置の環境温度とに基づいて非接触温度検
知手段の測定表面の汚れ具合を検出し、その検出結果に
応じて非接触温度検知手段の出力の補正を行うことを特
徴とする画像形成装置である。

【０００８】本発明の一実施態様によれば、立ち上げ動
作工程中の非接触温度検知手段の出力を画像形成装置の
環境温度から導かれる値との差分により測定表面の汚れ
具合を検出する。本発明の他の実施態様によれば、温度
補償用サーミスタによる検知温度が画像形成装置の環境
温度により設定される設定温度であるときの非接触温度
検知手段の検知温度と目標温度との差分から非接触温度
検知手段の測定表面の汚れ具合を検出する。更に、本発
明の他の実施態様によれば、汚れ具合が規定レベルを超
えると、画像形成動作を停止させる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像形成装置
を図面に則して更に詳しく説明する。

【００１０】実施例１図１に本発明に係る画像形成装置の一実施例として、デ
ジタル画像形成装置の概略構成を示す。まず、同図を参
照してその構成および動作を説明する。

【００１１】リーダ部１は、原稿が載置される原稿台１
１、載置された原稿を上方から押圧する原稿圧板１２、
原稿の画像面を照射する光源１３、画像面からの反射光
を導く複数のミラー１４とレンズ１５、および、反射光
を図示しないＣＣＤにより光電変換を行い、得られた電
気信号に対して種々の画像処理を行う画像処理部１６を
主要部材として構成されている。更に画像処理部１６
は、Ａ／Ｄ変換、Ｓ／Ｈ、シェーディング補正、マスキ
ング補正、変倍、ＬＯＧ変換などの画像処理機能を有し
ている。

【００１２】上述構成のリーダ部１の動作はつぎのとお
りである。

【００１３】原稿台１１上に原稿を、その画像面が下方
に向くようにして載置し、その上から原稿圧板１２で押
さえる。光源１３は、光を照射しながら矢印Ｋ１方向に
移動し、原稿の画像面を走査する。画像面からの反射光
像は、複数のミラー１４およびレンズ１５を介して、Ｃ
ＣＤ上に結像され、ここで電気信号に光電変換される。
電気信号とされた画像信号は、画像処理部１６におい
て、種々の画像処理が施された後、つぎのプリンタ部２
に送出される。

【００１４】プリンタ部２は、リーダ部１より送出され
てきた電気信号を、レーザを駆動するための信号に変換
する画像制御部１７、レーザ素子１８、感光ドラム３０
表面をレーザ光によって走査するポリゴンスキャナ１
９、および感光ドラム３０を含む画像形成部、および、
最下流側に配設された定着ユニット３９を主要部材とし
て構成されている。

【００１５】また、上述の画像形成部は、矢印方向に回
転自在に支持された感光ドラム３０、その周辺にその回
転方向に沿って配設された、感光ドラム３０表面を一様
に帯電する一次帯電器３１、感光ドラム３０上の静電潜
像を現像する現像器２０、感光ドラム３０上のトナー像
を転写材Ｐに転写する転写帯電器３５、感光ドラム３０
の転写残トナーを除去するクリーナ３４、除電を行う補
助帯電器３３、および、残留電荷を除去する前露光ラン
プ３２を備えている。

【００１６】更に、現像器２０には現像ローラ２０ａが
配設され、現像ローラ２０ａが感光ドラム３０と反対方
向に回転することにより、感光ドラム３０上にトナー像
を現像する構成をとっている。

【００１７】感光ドラム３０上のトナー像が転写帯電器
３５の作用により転写された転写材Ｐは、定着前ベルト
３７によって定着ユニット３９に搬送され、ここで定着
手段としての定着ローラ３９ａ、３９ｂが回転して転写
材Ｐを搬送することにより加圧され、加熱加圧を受けて
表面のトナー像が定着される。最終的に、定着後の転写
材Ｐは装置本体外部の排紙トレイ４２に排出されること
になる。

【００１８】転写材Ｐの給搬送を行う給搬送部は、転写
材Ｐの搬送路を有し、その転写材Ｐの搬送方向について
の最上流側に、給紙カセット３６、給紙ローラ３６ａ、
搬送ローラ３６ｂなどの用紙送り装置を備えている。

【００１９】この用紙送り装置のほかに、マルチ用紙送
り装置３８が設けられている。このマルチ用紙送り装置
３８からは、その紙送りパスがストレートであることか
ら、画像形成部に対して、材質、大きさなどの性状の異
なる種々の転写材Ｐを供給することができる。

【００２０】つぎに、図２に、上述の画像形成装置にお
けるブロック図を示す。

【００２１】このブロック図には転写材Ｐへの画像形成
および最適な搬送を行うため制御手段が概略的に示され
ている。この制御手段は、画像形成装置の各種制御を行
うシステムコントローラ７１を有し、内部のＣＰＵ７１
ａによって統括的に制御を行う。また、リーダ部１の一
部を構成する画像入力部７２、画像処理部１６、画像デ
ータに基づき半導体レーザを変調駆動するレーザ駆動回
路１７、および、レーザ駆動回路１７によって駆動され
る半導体レーザ（レーザ素子）１８を備えている。シス
テムコントローラ７１には、画像形成装置の置かれてい
る周囲温度を測定するための温度センサを備えた環境セ
ンサ４１が接続されている。

【００２２】また、上述のように、半導体レーザ１８の
出力光により静電潜像が形成される感光ドラム３０、感
光ドラム３０上の潜像に応じた現像を行う現像器２０、
および、感光ドラム３０上のトナー像を転写材に転写す
る転写帯電器３５を備えている。更に、転写材Ｐ上のト
ナー像を加熱加圧して定着させる定着ユニット３９を備
えている。

【００２３】続いて、図２のブロック図を参照して前述
構成の画像形成装置において、定着ローラ３９ａ、３９
ｂおよび感光ドラム３０への転写材Ｐの巻き付きを防止
し、転写材Ｐの搬送不良を的確に認識するための動作に
ついて説明する。

【００２４】定着ユニット３９は、定着ローラ３９ａ、
３９ｂ、定着ローラ３９ａ、３９ｂの表面温度を検出す
る表面温度検出手段としての定着ローラ表面温度検出器
３９ｃ、３９ｄ、および微小変位センサ３９ｅから構成
されている。

【００２５】転写材Ｐにトナー像が転写され、定着ロー
ラ３９ａ、３９ｂにより加熱加圧される際、転写材Ｐの
トナー像側のトナーが定着ローラ３９ａ、３９ｂにより
加熱加圧されることにより融解し、その粘性により、特
に上側の定着ローラ３９ａに巻き付く場合がしばしば発
生する。また、感光ドラム３０の場合も同様に、転写材
Ｐと感光ドラム３０の静電気力により転写材Ｐが定着ユ
ニット３９に到達することができずに感光ドラム３０に
巻き付く場合がしばしば発生する。従来は、定着ローラ
３９ａ、３９ｂおよび感光ドラム３０に、転写材の分離
用に分離爪を設けるなどして巻き付きを防止していた。

【００２６】本装置では微小変位センサ３９ｅにより各
ローラ３９ａ、３９ｂと微小変位センサ３９ｅ間の距離
を検出し、転写材Ｐの巻き付きによる距離の変位を検出
することで、各ローラ３９ａ、３９ｂへの転写材Ｐの巻
き付きを検出している。同様に、微小変位センサ４０に
より感光ドラム３０への転写材Ｐの巻き付きを検出して
いる。

【００２７】つぎに、微小変位センサ３９ｅ、４０によ
る定着ローラ３９ａ、３９ｂおよび感光ドラム３０に対
する転写材Ｐの巻き付きを検出する機構について説明す
る。

【００２８】本構成では定着ローラへの転写材Ｐの巻き
付きを、上定着ローラ３９ａのみについて検出する構成
になっている。これは、転写材Ｐに転写されたトナーが
転写材Ｐの上面にあるため、下定着ローラ３９ｂに比
べ、上定着ローラ３９ａへの巻き付き確率が非常に大き
いためで、下定着ローラ３９ｂへの巻き付きをも同時に
検出することは可能である。

【００２９】定着ローラ巻き付き検出用微小変位センサ
３９ｅは、媒体に光を照射するための赤外発光ＬＥＤ１
０１と、変位量検出センサ１０３によって構成されてい
る。なお、変位量検出センサ１０３はＰＳＤ素子で構成
されている。また、ＬＥＤ１０１はその発光光量を一定
に保つと同時に、明滅を行う制御を行うためにセンサＬ
ＥＤ制御部１０５により制御線Ｓ１１１を介して制御さ
れる。変位量検出センサ１０３からの出力信号Ｓ１１３
は、信号電圧が微小であり、かつアナログ信号であるた
め、その信号を増幅するアンプおよびデジタル量に変換
するＡ／Ｄ変換器１０７に入力される。センサＬＥＤ制
御部１０５およびＡ／Ｄ変換器１０７を制御する制御信
号Ｓ１１０はシステムコントローラ７１からＣＰＵ７１
ａにより統括的にコントロールされている。

【００３０】また、Ａ／Ｄ変換器１０７からの変位デー
タ信号Ｓ１１５は、同様にシステムコントローラ７１に
入力されＣＰＵ７１ａにより変位量が演算処理される。

【００３１】変位量の算出は以下のように行われる。Ｌ
ＥＤ１０１から測定対象媒体（この場合は上定着ローラ
３９ａ）に光Ｌｉを照射し、その反射光ＬｒがＰＳＤ素
子１０３に照射され、ＰＳＤ素子１０３のどこに反射光
Ｌｒが照射されたかによってＰＳＤ素子１０３からの出
力信号が変化する。すなわち、微小変位センサ３９ｅと
定着ローラ３９ａとの位置の差が出力信号となっと出力
され、その信号変化分を変位量として認識することがで
きる。

【００３２】ここで、図４を用いてＰＳＤ素子による変
位量測定およびその信号処理について補足する。図４
（ａ）はＰＳＤ素子１０３の構造を示したものである。
同図の入力端子に電源電圧（本装置では＋５Ｖ）を印加
すると、ＰＳＤ素子１０３の受光面に入射する入射光の
位置に対して、２つの出力Ｉ１、Ｉ２の電流量の比が変
化する。その関係は、同図に示すように、Ｉ１端子側か
ら入射光の位置までをＸ、受光面長をＬとすると、Ｉ１：Ｉ２＝（Ｌ−Ｘ）：Ｘの関係が得られる。

【００３３】この関係を利用して電流電圧変換を微小変
位センサ内部で行い、電圧信号（ＰＳＤ１、ＰＳＤ２）
となった出力信号Ｓ１１３を介してＡ／Ｄ変換器１０９
によって変位電圧をデジタル化し、システムコントロー
ラ７１に変位量を算出する。出力信号Ｓ１１３には上述
したように２つの変位量信号が含まれる。

【００３４】また、図４（ｂ）は変位量を算出するため
のＬＥＤの明滅制御、およびデータサンプルのタイミン
グを示したものである。同図に示されるように、ＬＥＤ
が発光している間のＩ１、Ｉ２の出力信号ＰＳＤ１、Ｐ
ＳＤ２のデータ（Ｖ１ｏｎ、Ｖ２ｏｎ）をサンプリング
し、その後、ＬＥＤの消灯している間のデータ（Ｖ１ｏ
ｆｆ、Ｖ２ｏｆｆ）をサンプリングし、計４つのデータ
から変位量を算出する。変位量算出周期は１ｍｓごとに
実施され、同様にＬＥＤの発光はその１ｍｓのうちの
０．１ｍｓ、信号出力サンプリングは、ＬＥＤ発光後５
００μｓ後および０．５ｍｓ後に行われる。

【００３５】Ｖ１ｏｎ、Ｖ２ｏｎ、Ｖ１ｏｆｆ、Ｖ２ｏ
ｆｆのＡ／Ｄ変換されたデジタル値をそれぞれＤ１ｏ
ｎ、Ｄ２ｏｎ、Ｄ１ｏｆｆ、Ｄ２ｏｆｆとし、Ｄ１ｏｎ−Ｄ１ｏｆｆ＝Ｄ１Ｄ２ｏｎ−Ｄ２ｏｆｆ＝Ｄ２とすると、変位量Ｄは、Ｄ＝Ｄ２／（Ｄ１＋Ｄ２）で得られる。この変位量Ｄを基に、上定着ローラ３９ａ
への転写材Ｐの巻き付きを検出する。

【００３６】つぎに、上定着ローラ３９ａへの転写材Ｐ
の巻き付き認識方法について、図５および図６の巻き付
き検出アルゴリズムを用いて説明する。

【００３７】図５（ａ）は微小変位センサ３９ｅによ
り、定着ローラ３９ａの変位量を測定した結果である。
一般に、ローラにはその偏心成分および真円でないため
のゆがみが少なからず存在する。そのため、微小変位セ
ンサ３９ｅにより上定着ローラ３９ａの表面までの距離
を測定すると、同図（ａ）の実線のように、ローラの１
回転に対応した周期性のある変化を示すことになる。

【００３８】ここで、上定着ローラ３９ａに転写材Ｐが
巻き付いた場合、上記の周期性のある変化データに対し
て、同図（ａ）の点線で示された変化曲線のように、転
写材Ｐが巻き付いてない時の実線の変化曲線に対して、
巻き付いた時点から転写材の厚さ分だけオフセット分の
厚さが加算された、同図点線のような変化曲線を示すよ
うになる。このような周期性のあるデータの変化をモニ
タすることで、図５（ｂ）に示すように、上定着ローラ
３９ａへの転写材Ｐの巻き付きを確認することができ
る。

【００３９】実際の巻き付き認識アルゴリズムを、図６
を用いて説明する。巻き付き認識は、ＣＰＵ７１ａによ
って演算処理され、装置の制御を統括的にコントロール
している。また、上定着ローラ３９ａへの転写材Ｐの巻
き付き検出は、通常の画像形成シーケンス中に実施され
る。

【００４０】まず、画像形成シーケンスが開始される
（Ｓ１）。画像形成シーケンス開始にともなってシステ
ムコントローラ７１により図示しないおのおののユニッ
トに対して画像形成開始指令が発せられる（Ｓ２）。続
いて定着ローラ３９ａ、３９ｂの回転を開始させ（Ｓ
３）、基準となる上定着ローラ３９ａの偏心成分などを
含むリファレンスデータの収集を開始する（Ｓ４）。こ
の時のデータが図５（１）の実線に相当する。このデー
タはシステムコントローラ７１内のメモリに、上定着ロ
ーラ３９ａの１回転分のデータとして格納されることに
なる。こうして、上定着ローラ３９ａの１回転分のデー
タの格納が終了するまで実施される（Ｓ５）。

【００４１】本装置では、上定着ローラ３９ａへの転写
材Ｐの巻き付きを精度良く認識する目的で、１回転分の
データとして２０４８個のデータを収集している。ま
た、データはローラの１回転中にすべて収集すること
で、データ収集による画像形成サイクルの延長を極力低
減させている。このようにして、データ収集が完了した
後、システムコントローラ７１の指令により、実際の画
像形成が開始される（Ｓ６）。

【００４２】続いて、画像形成シーケンスが開始される
と、転写材Ｐが給紙カセット３６から供給されて、感光
ドラム３０からトナー像が転写され、定着ユニット３９
に搬送されてくるわけであるが、定着ユニット３９に転
写材Ｐが搬送されてくる少し前のタイミングからローラ
の変位データの収集および確認を開始する（Ｓ７）。上
定着ローラ３９ａには、図示しない回転角度検出装置が
設けられており、前述した保存データと、ここで収集さ
れた変位データとの比較を、回転角度に応じて実施する
（Ｓ８）。つまり、回転角度検出装置は前述の２０４８
個の保存データに対応すべく、２０４８ステップの回転
角度が検出可能である。このように、保存データと新た
に収集したデータとの比較を実施する。

【００４３】ここで、比較値に規定値以上の変化があっ
たかを判定し（Ｓ９）、比較値が規定値を上回り、かつ
規定ステップ以上続いた場合、すなわち、図５（ａ）の
点線データが確認された場合、上定着ローラ３９ａへの
転写材の巻き付きと判断して、図示しない操作部上の表
示部にその旨つまりジャムを表示する（Ｓ１０）。ま
た、比較値が規定値を上回ることがなく画像形成シーケ
ンスが終了した場合には、上定着ローラ３９ａへの転写
材Ｐの巻き付きは発生しなかったと判断し、画像形成を
終了し（Ｓ１１）、すべてのシーケンスを終了させる
（Ｓ１２）。

【００４４】感光ドラム３０への巻き付き検出も上定着
ローラ３９ａの巻き付き検出と同様である。図３に示す
ように、感光ドラム巻き付き検出用微小変位センサ４０
は、媒体に光を照射するための赤外発光ＬＥＤ１０２
と、変位量検出センサ１０４によって構成されている。
同様に、変位量検出センサ１０４はＰＳＤ素子で構成さ
れている。また、赤外発光ＬＥＤ１０２はその発光光量
を一定に保つと同時に、明滅を行う制御を行うためにセ
ンサＬＥＤ制御部１０６により制御線Ｓ１１２を介して
制御される。変位量検出センサ１０４からの出力信号Ｓ
１１４は、信号電圧が微小であり、かつアナログ信号で
あるため、その信号を増幅するアンプおよびデジタル量
に変換するＡ／Ｄ変換器１０８に入力される。センサＬ
ＥＤ制御部１０６およびＡ／Ｄ変換器１０８を制御する
制御信号Ｓ１１０はシステムコントローラ７１からＣＰ
Ｕ７１ａにより統括的にコントロールされる。また、Ａ
／Ｄ変換器１０８からの変位データ信号Ｓ１１６は、同
様にシステムコントローラ７１に入力されＣＰＵ７１ａ
により変位量が演算処理される。

【００４５】変位量の算出も同様で、ＬＥＤ１０２から
測定対象媒体（この場合は感光ドラム３０）に光Ｌｉを
照射し、その反射光ＬｒがＰＳＤ素子１０４に照射さ
れ、ＰＳＤ素子１０４のどこに反射光Ｌｒが照射された
かによってＰＳＤ素子１０４からの出力信号が変化す
る。すなわち、微小変位センサ４０と感光ドラム３０と
の位置の差が出力信号となって出力され、その信号変化
分を変位量として認識することができる。

【００４６】巻き付き検出アルゴリズムについては、上
定着ローラ３９ａの検出アルゴリズムと全く同一であ
る。感光ドラム３０に転写材Ｐが到達する前に、感光ド
ラム３０の１回転分のデータを保存し、つぎに画像形成
シーケンス時に保存データと新たに収集したデータとの
比較により、感光ドラム３０への転写材Ｐの巻き付きを
検出している。

【００４７】上述したように、定着ローラ３９ａ、３９
ｂへの転写材Ｐの巻き付き、感光ドラム３０への転写材
Ｐの巻き付き検出は、画像形成シーケンス中に同時に行
うことも可能であり、また、おのおの別々に検出するこ
とも可能である。

【００４８】つぎに、図７を用いて定着ユニット３９で
の、定着ローラ３９ａ、３９ｂの温度制御について説明
する。

【００４９】本装置では、定着ローラ３９ａ、３９ｂの
温度を測定するために、定着ローラ３９ａ、３９ｂから
発せられる赤外線を計測し、赤外線の量を温度に変換し
て測定する表面温度検出手段としての非接触温度センサ
３９ｃ、３９ｄを、定着ローラ３９ａ、３９ｂの中央
部、すなわち転写材Ｐの搬送方向に対して中央に取り付
け、使用している。前述のように、通常、こうした定着
ローラの温度測定にはサーミスタなどのセンサを、定着
ローラに接触させるか、または定着ローラの極近傍に配
置して温度を測定する手段が講じられていた。しかし、
この場合、センサをローラに接触させるかまたはそれに
近い状態にするため、ローラの摩耗などの不具合が発生
していた。そこで、本装置では非接触の温度センサを採
用している。

【００５０】定着ローラ３９ａ、３９ｂの加熱には、加
熱部材としてハロゲンヒータ２０８、２０９を用いてい
る。ハロゲンヒータ２０８、２０９はシステムコントロ
ーラ７１からの制御指令により、ヒータ制御部２１０を
介してそのＯＮ／ＯＦＦが制御される。ヒータ制御部２
１０は、ハロゲンヒータ２０８、２０９がＡＣ駆動のた
め、その内部にはＳＳＲを内蔵し、システムコントロー
ラ７１からの制御指令に基づいて、ヒータ供給用ＡＣ電
源のＯＮ／ＯＦＦを行っている。

【００５１】また、各定着ローラ３９ａ、３９ｂには、
その温度を検出するために上述した非接触温度センサ３
９ｃ、３９ｄを備えている。この温度センサ３９ｃ、３
９ｄの詳細な構造を、図８を用いて説明する。

【００５２】定着ローラ３９ａ、３９ｂからの放射熱に
対応する赤外線だけをセンサ内部に照射させ、その赤外
線量を検出し温度に変換するために、各温度センサ３９
ｃ、３９ｄは赤外線検出部材２０３、２０４を有してい
る。この赤外線検出部材２０３、２０４はサーモパイル
であって入射される赤外線の量に応じた電圧を出力する
ことができる。サーモパイル２０３、２０４の前には定
着ローラ３９ａ、３９ｂの決められた領域のみをモニタ
する目的と、決められた波長領域（赤外線）のみをモニ
タする目的から、赤外線通過フィルタおよび集光レンズ
ＬＥ１、ＬＥ２が装着されている。更に、サーモパイル
２０３、２０４は熱電対によって構成されており、赤外
線が照射されて発熱する側をホットジャンクション、発
熱させない側をコールドジャンクションとして、その温
度差を電圧として出力するものである。よって、コール
ドジャンクション側の温度、すわちセンサ自体の温度を
モニタする必要があり、そのためのサーミスタ２０５、
２０６が装備されている。ここで、サーモパイル出力電
圧に対する、測定媒体およびセンサ自身の温度との関係
は、Ｅ＝Ａ（Ｔｘ⁴−Ｔａ⁴）Ｅ：出力電圧Ｔｘ：測定媒体温度（Ｋ）Ｔａ：センサ温度（Ｋ）Ａ：定数として定義される。

【００５３】本装置における（Ｔｘ⁴−Ｔａ⁴）に対する
Ｅの関係、すなわちＴａ、ＥからＴｘを求めるときの基
本となる静特性を図９に示す。この静特性を基に、上式
より逆算して出力電圧Ｅおよびセンサ温度Ｔａを測定す
ることにより、測定媒体、すなわち定着ローラの温度を
算出することができる。更に温度センサ３９ｃ、３９ｄ
は、センサ素子（図８（ａ））に加えてアンプ回路、そ
の他（図８（ｂ））が一体となって形成されている。こ
れは、サーモパイル２０３、２０４からの出力電圧が極
めて低い（８ｍＶ／２００℃）ことから、Ａ／Ｄ変換レ
ベルまで増幅する必要があるためである。本装置では、
サーモパイル出力ＳＰｉに対して約１０００倍のゲイン
をかけてＳＰｏとして出力している。

【００５４】また、センサ自体の温度を測定するサーミ
スタ２０５、２０６出力に対しては、サーミスタは温度
によってその抵抗値を変化させるのみであるため、抵抗
値変化を電圧値変化に変換すべく、サーミスタ出力ＳＭ
ｉに対して、＋５Ｖから抵抗を介して接続しＳＭｏとし
て出力する構成をとっている。サーモパイル２０３、２
０４およびサーミスタ２０５、２０６からの出力電圧
は、Ａ／Ｄ変換を行うために、Ａ／Ｄ変換器２０１、２
０２を介して、システムコントローラ７１に入力して上
記演算を行い、定着ローラ３９ａ、３９ｂの温度を算出
している。

【００５５】以上のようにして得られた各定着ローラ３
９ａ、３９ｂの温度データを基に、各定着ローラが規定
温度になるように、システムコントローラ７１により統
括的に定着ヒータ２０８、２０９のＯＮ／ＯＦＦを行い
温度制御を実施している。

【００５６】ここで、温度センサ３９ｃ、３９ｄの表面
が機内に飛散するトナーや紙粉などによりその表面が汚
れた場合、すなわち、赤外線透過フィルタＬＥ１、ＬＥ
２の表面が汚れ、センサ内部に透過される赤外線の量が
減少すると、その静特性は図９の点線にて示すごとくに
変化する。このことは、本センサの出力であるＥおよび
Ｔａを測定し、上式を逆算して求める測定媒体の温度、
すなわち定着ローラ３９ａ、３９ｂの検出温度を低く見
積もってしまうことになる。つまり、正規に温度調整を
実施すると、温度調整の設定温度より、汚れの具合に対
応した分だけ高い温度で温度調整することになる。この
汚れの具合が少ない場合は転写材およびトナーの過剰加
熱による画像劣化を招き、汚れの具合が多い場合には、
定着ローラにダメージを与えることにもつながりかねな
い事態に陥る可能性がある。そこで、本装置ではセンサ
表面の汚れ具合を検出し、汚れの程度によってはそれを
補正する機能を有している。以下で、センサ表面汚れの
程度の検出方法について説明する。

【００５７】図１０は、本装置に電源が投入され、定着
ヒータ２０８、２０９が通電され定着ローラ３９ａ、３
９ｂが低温状態から次第に加熱されていく段階での、サ
ーモパイル２０３、２０４の出力電圧とサーミスタ２０
５、２０６の出力を温度に変換したときの特性を表して
いる。図中Ａがサーモパイル出力電圧Ｅ、Ｂがサーミス
タ検出温度Ｔｓを示している。

【００５８】定着ヒータ２０８、２０９に通電されてい
ないときのサーミスタ２０５、２０６の検出温度は機内
温度約２５℃を示し、サーモパイル出力Ｅは、機内温度
に対応する定着ローラの表面温度に対する出力電圧、約
０．５Ｖ程度を示している。この際、機内温度は、環境
センサ４１により検出され、システムコントローラ７１
によって温度として算出、認識される。定着ヒータ２０
８、２０９に通電が開始されるとサーミスタ２０５、２
０６およびサーモパイル２０３、２０４の出力は順次上
昇し、定着温調温度（本装置では目標値１８０℃）で温
度調整のため定着ヒータ２０８、２０９のＯＮ／ＯＦＦ
動作に入るため、それ以上の上昇を示さなくなる。その
ポイントがサーミスタ温度約６０℃、サーモパイル出力
約４Ｖで、定着ヒータ通電後約１１０秒後の点である。

【００５９】サーミスタ検出温度Ｔｓは、定着ユニット
３９の温度調整が開始されると、ほぼ同じくして、一定
温度を示すようになる。このことは、サーミスタを含む
温度センサが比較的小さな容量の定着ユニット内部に取
り付けられていること、また、図示しない廃熱ファンな
どの作用により温度飽和状態に達するためであり、これ
は、装置の置かれている環境温度に相関性のある特性を
示す。この関係を表した図が図１１である。図１１は、
装置の置かれている環境温度ＴＦに対するサーミスタ検
出温度Ｔｓの関係をおおまかに示している。環境温度Ｔ
Ｆが高くなると、サーミスタの示す飽和温度も高くな
る。この関係は装置の種類には依存するものの、同一種
類の装置個々においてはほぼ同じ関係を有することは既
に確認されている。よって、温度調整開始温度（１８０
℃）におけるサーミスタ検出温度Ｔｓに対するサーモパ
イル出力電圧Ｅの値を測定することで、温度センサの汚
れの有無、またはその程度をも検出することができるこ
とになる。

【００６０】図１２は、温度センサ表面が汚れた場合の
図１０と同様の、サーモパイル２０３、２０４の出力電
圧とサーミスタ２０５、２０６の出力を温度に変換した
ときの特性を表している。

【００６１】図１２において、サーミスタ温度が温度調
整時飽和温度６０℃時のサーモパイル出力Ｅは約３Ｖを
示しており、このことから温度センサ表面に汚れが付着
していることを確認することができる。なお、同図中、
温度調整温度と考えられるサーミスタが示す温度に達し
ても定着ヒータをＯＮし続けている原因は、サーモパイ
ル出力が汚れにより低下し、本出力電圧Ｅとサーミスタ
が示す温度により逆算した結果、その演算温度が定着ロ
ーラの温度が規定温度（１８０℃）に達していないため
であり、すなわち、実際は高めの温度で温度調整を実施
していることになる。

【００６２】つぎに、図１３を用いて温度センサの汚れ
検出およびその補正方法について説明する。なお、本シ
ーケンスは、システムコントローラ７１内のＣＰＵ７１
ａによって統括的に制御、または演算されることにより
実施される。

【００６３】本実施例の汚れ検出シーケンスは、装置内
部の定着ユニット３９に電源が給電され、定着ローラ３
９ａ、３９ｂが加熱される前の状態、すなわち、定着ロ
ーラ３９ａ、３９ｂがほぼ環境温度に近い状態から、加
熱されて温度調整温度に移行する間に実施される。

【００６４】汚れ検出シーケンスが開始されると（Ｓ２
０）、環境センサ４１により本装置の置かれている環境
温度ＴＦを測定する（Ｓ２１）。続いて各定着ヒータ２
０８、２０９に電源を供給させ定着ローラ３９ａ、３９
ｂの加熱を開始する（Ｓ２２）。その後、各赤外線温度
センサ３９ｃ、３９ｄ内部のサーミスタ２０５、２０６
により表される温度を検出する（Ｓ２３）。この際、上
定着ローラ３９ａの温度センサ３９ｃ内部のサーミスタ
２０５により検出された温度をＴｓｕ、同様に下定着ロ
ーラ３９ｂの温度センサ３９ｄ内部のサーミスタ２０５
により検出された温度をＴｓＬとする。

【００６５】更に各温度センサ３９ｃ、３９ｄ内部のサ
ーモパイル２０３、２０４によりおのおのの出力電圧を
検出する（Ｓ２４）。この際、上定着ローラ３９ａの温
度センサ３９ｃのサーモパイル出力電圧をＥｕ、同様に
下定着ローラ３９ｂにおける温度センサ３９ｄのサーモ
パイル出力電圧をＥＬとする。ここで、各サーミスタ検
出温度であるＴｓｕまたはＴｓＬと規定温度Ｔｏとを比
較する。規定温度Ｔｏは、図１１で示した環境温度ＴＦ
に対するサーミスタ検出温度であり、Ｓ２１で測定した
環境温度ＴＦにより、図１１から求められる温度とな
る。例えば、環境温度が３０℃の場合、サーミスタによ
り検出される飽和温度は６５℃で、すなわち、Ｔｏ＝６
５℃となる。ここで、サーミスタ検出温度Ｔｓｕまたは
ＴｓＬが規定温度Ｔｏ以下であった場合は、更に各温度
センサ３９ｃ、３９ｄの周辺温度が上がるまで、各サー
ミスタ２０５、２０６および各サーモパイル２０３、２
０４の出力の観察を続ける。また、各定着ヒータ２０
８、２０９をＯＮしているにも拘わらず、各サーミスタ
検出温度Ｔｓｕ、ＴｓＬが上がらない場合、すなわち、
各サーミスタの故障などが発生した場合には、Ｓ２４で
測定される各サーモパイル出力値を基に、すべての動作
を緊急停止させることも実施している。

【００６６】つぎに、サーミスタ検出温度Ｔｓｕまたは
ＴｓＬが規定温度Ｔｏより大きくなった場合、すなわ
ち、環境温度ＴＦに対する各サーミスタ検出温度の特性
を超えた場合、各定着ローラ３９ａ、３９ｂの表面温度
Ｔｕ、ＴＬを検出する（Ｓ２６）。各定着ローラ３９
ａ、３９ｂの表面温度Ｔｕ、ＴＬは、各サーミスタ出力
温度およびサーモパイル出力電圧より、前述の４乗特性
（図９）から導かれる。各定着ローラ３９ａ、３９ｂの
表面温度ＴｕまたはＴＬと温度調整温度１８０℃にマー
ジンを加味した１６０℃とを比較し（Ｓ２７）、各定着
ローラ３９ａ、３９ｂの表面温度Ｔｕ、ＴＬが１６０℃
より大きかった場合には、センサ表面に汚れが付着して
いなかったものと判断し、温度調整制御を開始し（Ｓ３
１）、汚れ検出シーケンスを終了させる（Ｓ３２）。

【００６７】また、各定着ローラ３９ａ、３９ｂの表面
温度ＴｕまたはＴＬが１６０℃以下であった場合、セン
サ表面に汚れが付着しているものと判断し、その汚れ具
合から補正値（補正係数）αｏを算出する（Ｓ２８）。
ここで、補正値αｏの算出に当たっては、図９に示され
る４乗特性の静特性の補正を実施する。センサに汚れの
ない状態では、図中実線に示される直線となることは先
に説明したとおりである。また、センサに汚れが付着
し、サーモパイル出力電圧が低下すると図中点線に示す
ごとき変化となるため、上記汚れた状態でのサーモパイ
ル出力電圧Ｅｕ、ＥＬ、およびサーミスタ温度検出値Ｔ
ｓｕ、ＴｓＬから、点線が実線となるべき補正値αｏを
算出することになる。ところで、補正はあくまで補正で
あって、その補正値αｏがあまり大きいと、補正により
正確な温度を検出できなくなる可能性をもっている。

【００６８】そこで、補正値αｏが規定値Ｘより大きい
か否かを判定し（Ｓ２９）、大きい場合には、各定着ヒ
ータ２０８、２０９をＯＦＦさせ（Ｓ３３）、その後図
示しない操作部にセンサの汚れ警告を表示することで、
センサ表面の清掃またはセンサの交換を指示する（Ｓ３
４）。規定値Ｘについては、通常理論値の１０％以内と
することが目安で、それ以上大きく補正すると、温度検
出値に大きな誤差を生じる可能性がある。

【００６９】つぎに、補正値αｏが規定値Ｘより小さか
った場合には、理論値を補正し（Ｓ３０）、温度調整制
御を実施し（Ｓ３１）、汚れ検出シーケンスを終了させ
る（Ｓ３２）。

【００７０】つぎに、図１４を用いて、図１３中の温度
調整シーケンスについて説明する。

【００７１】温度調整シーケンスが実施されると（Ｓ４
０）、まず、各定着ローラ３９ａ、３９ｂの表面温度Ｔ
ｕ、ＴＬを測定する（Ｓ４１）。続いて測定された温度
データの突発的なノイズ成分を除去する目的で、データ
の逐次積分を実施し、逐次積分データＴｕ’、ＴＬ’を
得る（Ｓ４２）。ここでの逐次積分は、各データの移動
平均を求めることで実施され、その移動平均データ数は
データのサンプリング間隔によって決定され、本実施例
ではサンプリング周期が１０ｍｓであるため、その数を
１０と設定した。

【００７２】つぎに、ここで測定された表面温度データ
Ｔｕ’またはＴＬ’が各定着ヒータ２０８、２０９をＯ
Ｎするための温度Ｔｏｎ以下であるか否かを判定し（Ｓ
４３）、Ｔｏｎ以下であった場合には各定着ヒータ２０
８、２０９をＯＮする（Ｓ４４）、更に、Ｔｕ’または
ＴＬ’がＴｏｎを超えていた場合、Ｔｕ’またはＴＬ’
が定着ヒータ２０８、２０９をオフするための温度Ｔｏ
ｆｆ以上であるか否かを判定し（Ｓ４５）、Ｔｏｆｆよ
り小さかった場合にはＳ４１に戻り各定着ローラ３９
ａ、３９ｂの表面温度を測定する。表面温度データＴ
ｕ’またはＴＬ’がＴｏｆｆ以上であった場合には各定
着ヒータ２０８、２０９をＯＦＦさせ（Ｓ４６）、以上
の一連の動作を繰り返すことによって、設定温度がＴｏ
ｎからＴｏｆｆの間で必要以上のＯＮ／ＯＦＦを繰り返
すことのないようにヒステリシスを有するように温度調
整を行っている。なお、ここでの温度調整目標温度が１
８０℃であるため、Ｔｏｎ、Ｔｏｆｆはそれぞれ１７９
℃、１８１℃に設定している。

【００７３】上記のように、本実施例では、定着ローラ
の表面を温度を検出する手段として、赤外線を利用した
非接触温度センサは、定着ローラの放射赤外線を温度に
変換するサーモパイルと、その温度補償を行なうために
センサ自身の温度を測定するサーミスタとを備えてお
り、センサ表面の汚れを検出するために、サーミスタの
出力変化に対するサーモパイルの出力特性の変化を測定
する。また、汚れの程度に応じて、検出温度特性の補正
を行なうことにより、非接触温度センサを用いた場合に
おいて、その汚れに関りなく定着ローラの温度を正確に
検出することができる。

【００７４】実施例２第１実施例では、赤外線温度センサ表面の汚れ検出を、
定着ローラの温度がほぼ環境温度のときから、定着ユニ
ットに電力を供給し徐々に昇温する過程で実施してい
た。

【００７５】第２実施例としては、定着ユニットへの電
力供給時から規定時間までの経過時間と、検出された定
着ローラ表面温度の関係から、初期状態の傾きとそのと
きの環境温度を求め、環境温度に対する傾きを補正した
後、その後の検出結果の傾き具合から、赤外線温度セン
サ表面の汚れ具合を検出する構成とした。

【００７６】また、第１実施例ではデジタル複写機にお
ける定着ローラの温度調整に用いている赤外線温度セン
サの表面汚れ検出を行っているが、このことは通常の定
着ローラを用いたアナログ式複写機を含む電子写真方式
のすべてのプリンタや複写機などにも適用可能である。

【００７７】更に、ヒートローラ以外を使用して、転写
紙上のトナー画像を熱定着させる電子写真方式のすべて
のプリンタや複写機などにも適用可能である。

【００７８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、加熱部材を有し、転写材上の未定着トナー像
を熱により定着する定着手段と、定着手段表面からの赤
外線の量を検出する赤外線検出部材及びこの赤外線検出
部材の温度補償を行うための温度補償用サーミスタを有
し、定着手段と非接触で定着手段の表面温度を検知する
非接触温度検知手段と、この非接触温度検知手段の出力
に基づいて定着手段の温度が規定温度になるように加熱
部材への通電を制御する通電制御手段と、を有する画像
形成装置において、立ち上げ動作工程中の非接触温度検
知手段の出力と画像形成装置の環境温度とに基づいて非
接触温度検知手段の測定表面の汚れ具合を検出し、その
検出結果に応じて非接触温度検知手段の出力の補正を行
う構成とされるので、前記定着手段の温度を非接触にて
検出する検出手段が汚れた場合においても前記定着手段
の温度を正確に検知でき、従って、高品質画像を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る画像形成装置を示す
概略構成図である。

【図２】図１の画像形成装置における画像形成部を示す
説明図である。

【図３】微小変位センサによる転写材巻き付き検出に係
る構成を示す説明図である。

【図４】ＰＳＤ素子の構成（ａ）および信号処理方法
（ｂ）を示す説明図である。

【図５】定着ローラおよび感光体ドラムに転写材が巻き
付きついた場合の微小変位センサの検出結果の変化を示
すグラフである。

【図６】定着ローラまたは感光体ドラムへの転写材の巻
き付きを検出する手順を示すフローチャートである。

【図７】非接触表面温度センサを用いた定着ユニットの
温度制御を説明するための説明図である。

【図８】非接触表面温度センサを示す構成図である。

【図９】非接触表面温度センサの静特性を示すグラフで
ある。

【図１０】被測定物を昇温させた場合の非接触表面温度
センサ内部のサーミスタおよびサーモパイル出力特性を
示すグラフである。

【図１１】装置環境温度に対する非接触表面温度センサ
内部のサーミスタ検出温度を示すグラフである。

【図１２】被測定物を昇温させ、かつ非接触表面温度セ
ンサの表面に汚れが付着した場合の内部のサーミスタお
よびサーモパイル出力特性を示すグラフである。

【図１３】非接触表面温度センサの表面汚れを検出する
手順を示すフローチャートである。

【図１４】温度調整制御の手順を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

３９定着ユニット３９ａ、３９ｂ定着ローラ（定着手段）３９ｃ、３９ｄ非接触温度センサ（表面温度検出
手段）２０３、２０４サーモパイル（赤外線検出部材）２０５、２０６サーミスタ２０８、２０９定着ヒータ（加熱部材）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱部材を有し、転写材上の未定着トナ
ー像を熱により定着する定着手段と、定着手段表面から
の赤外線の量を検出する赤外線検出部材及びこの赤外線
検出部材の温度補償を行うための温度補償用サーミスタ
を有し、定着手段と非接触で定着手段の表面温度を検知
する非接触温度検知手段と、この非接触温度検知手段の
出力に基づいて定着手段の温度が規定温度になるように
加熱部材への通電を制御する通電制御手段と、を有する
画像形成装置において、立ち上げ動作工程中の非接触温度検知手段の出力と画像
形成装置の環境温度とに基づいて非接触温度検知手段の
測定表面の汚れ具合を検出し、その検出結果に応じて非
接触温度検知手段の出力の補正を行うことを特徴とする
画像形成装置。
【請求項２】立ち上げ動作工程中の非接触温度検知手
段の出力を画像形成装置の環境温度から導かれる値との
差分により測定表面の汚れ具合を検出することを特徴と
する請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】温度補償用サーミスタによる検知温度が
画像形成装置の環境温度により設定される設定温度であ
るときの非接触温度検知手段の検知温度と目標温度との
差分から非接触温度検知手段の測定表面の汚れ具合を検
出することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】汚れ具合が規定レベルを超えると、画像
形成動作を停止させることを特徴とする請求項１から請
求項４のいずれかに記載の画像形成装置。