JP3708834B2 - 定着装置・画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、未定着トナー像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置及び該定着装置を備えた複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
定着装置では、定着温度を一定に保つために、定着部材（例えば定着ローラ）の表面温度を検知するサーミスタ等の温度検知手段が設けられており、該温度検知手段の検知情報に基づいて定着ローラへの電力供給を制御するようになっている。
温度検知方式としては、定着ローラの表面にサーミスタを接触させる接触式温度検知方式と、サーモパイル等を用いた非接触式温度検知方式がある。接触式温度検知方式では、サーミスタとの接触により定着ローラの表面が傷付けられる虞があり、傷が付いた場合には記録画像に傷跡が写って記録文書として使用に耐え得ないものとなる。
傷が付いた定着ローラは交換しなければならないが、組付方式によっては定着ローラだけでなく定着ユニットごと交換しなければならない。このため、交換コストが高くつくという問題があった。
【０００３】
このため、非接触式温度検知方式が見直されてきている。非接触式温度検知方式では、赤外線や熱線等により測定物（例えば定着ローラ）の温度を検知する複数個の非接触温度検知手段（例えばサーミスタやサーモパイル等）とこれらの非接触温度検知手段自体の周囲の温度を測定する複数個の周囲温度検知手段（例えばサーミスタ等）との測定値に基づいて比較・演算して、その測定物の温度を決定するようにしている。
例えば、サーモパイルを用いた構成では、サーモパイル出力の演算式は以下のようになる。
サーモパイル出力Ｖｏｕｔ＝Ａ（Ｔｂ⁴ −Ｔｓ⁴ ）
但し、Ａ：比例定数 Ｔｂ：測定物の温度（Ｋ） Ｔｓ：サーモパイル温度（Ｋ）である。上記式から判るように、サーモパイル出力は周囲温度（サーモパイル温度）の影響を受ける。従って、サーモパイル周囲の温度をサーミスタを使用して測定する必要がある。
【０００４】
図８に示すように、サーモパイルＡ，Ｂの出力は増幅器にて増幅され、サーモパイルＡ，Ｂ自体の周囲温度を検知するサーミスタＡ，Ｂの出力とともに制御手段のＣＰＵに入力される。
ＣＰＵはサーミスタの出力値に基づいて周囲温度データテーブルにより周囲温度Ｔｓを決定する。また、ＣＰＵはサーモパイルの出力値に基づいてサーモパイルデータデーブルにより、測定物の温度Ｔｂを決定する。そして、上記式によりサーモパイル出力を演算し、該演算値に基づいて再度サーモパイルデータデーブルにより測定物の温度を決定する。このような処理が、サーモパイルが複数個ある場合には同時に行われることになる。
【０００５】
特開平１０−１８６９４５号公報には、高温用サーミスタと低温用サーミスタを用いて発熱体の温度を検知し、非接触温度素子により周囲温度を測定することにより異常状態の早期検知を行う技術が開示されている。
特開２０００−２５９０３４号公報には、１つの非接触温度検知手段の検知向きを変更することにより発熱体の複数の測定箇所を検知する技術が開示されている。
特開２０００−２５９０３６号公報には、非接触温度検知手段による検知情報と、用紙の搬送状態を検知する手段による検知情報に基づいて温度を制御する技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
非接触温度検知手段を複数個配置して検知する方式では、検知精度の向上が得られるが、上述した処理をパラレルに行うと処理速度が遅くなる。温度検知の遅れや処理速度を上げるためには処理速度の大きいＣＰＵが必要となり、そうした場合コストアップを避けられない。
【０００７】
そこで、本発明は、複数個の非接触温度検知手段を用いる構成において、処理速度を下げずにコストアップを回避できる定着装置、該定着装置を備えた画像形成装置の提供を、その主な目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、電力を供給される熱源によって昇温する定着部材と、該定着部材に対して非接触状態に設けられ該定着部材から輻射される熱を検知する複数の非接触温度検知手段と、該非接触温度検知手段自体の周囲温度を検知する周囲温度検知手段を有し、該非接触温度検知手段の検知情報と該周囲温度検知手段の検知情報に基づいて該加熱部材の温度を決定する定着装置において、上記複数の非接触温度検知手段に対して、上記周囲温度検知手段を１つ設けて共有化した、という構成を採っている。
【０００９】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の定着装置において、上記各非接触温度検知手段が、上記定着部材の温度測定面から等距離に位置しているとともに上記熱源の長手方向において間隔を有している、という構成を採っている。
【００１０】
請求項３記載の発明では、請求項１記載の定着装置において、上記周囲温度検知手段が、上記定着部材の通紙域の中央部に近い上記非接触温度検知手段に設けられている、という構成を採っている。
【００１１】
請求項４記載の発明では、請求項３記載の定着装置において、上記定着部材の通紙域の端部に位置する上記非接触温度検知手段に係る上記周囲温度検知手段の検知情報に基づく温度演算を、装置の状態によって変化させる、という構成を採っている。
【００１２】
請求項５記載の発明では、請求項３記載の定着装置において、上記定着部材の通紙域の端部に位置する上記非接触温度検知手段に係る温度演算を、記録材のサイズ又は記録材の厚みにより変化させる、という構成を採っている。
【００１３】
請求項６記載の発明では、像担持体上に形成された静電潜像を現像手段によりトナー像として可視像化し、該トナー像を記録材に転写した後該記録材を定着装置に通して定着を行う画像形成装置において、上記定着装置が請求項１乃至５のうちの一つに記載のものである、という構成を採っている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図４に基づいて本実施形態における画像形成装置としてのプリンタ２の概要構成を説明する。プリンタ２は、給紙装置４と、レジストローラ対６と、像担持体としての感光体ドラム８と、転写手段１０と、定着装置５０等を有している。
給紙装置４は、用紙３６が積載状態で収容される給紙トレイ１４と、給紙トレイ１４に収容された用紙３６を最上のものから順に給送する給紙コロ１６及び分離部材１７等を有している。
給紙コロ１６によって送り出された用紙３６はレジストローラ対６で一旦停止され、斜めずれを修正された後、感光体ドラム８の回転に同期するタイミングで、すなわち、感光体ドラム８上に形成されたトナー像の先端と用紙３６の搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対６により転写部位Ｎへ送られる。
【００１５】
感光体ドラム８の周りには、矢印で示す回転方向順に、帯電手段としての帯電ローラ１８と、図示しない露光手段の一部を構成するミラー２０と、現像ローラ２２ａを備えた現像手段２２と、転写手段１０と、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング手段２４等が配置されている。
帯電ローラ１８と現像手段２２の間において、ミラー２０を介して感光体ドラム８上の露光部２６に露光光Ｌｂが照射され、走査されるようになっている。
【００１６】
プリンタ２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８が回転を始めると、感光体ドラム８の表面が帯電ローラ１８により均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６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８の回転により現像手段２２へ移動し、ここで現像ローラ２２ａによりトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。
感光体ドラム８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位Ｎに進入してきた用紙３６上に転写手段１０による転写バイアス印加により転写される。
【００１７】
トナー像を担持した用紙３６は定着装置５０へ向けて搬送され、定着装置５０で定着された後、図示しない排紙トレイへ排出・スタックされる。
転写部位Ｎで転写されずに感光体ドラム８上に残った残留トナーは、感光体ドラム８の回転に伴ってクリーニング手段２４に至り、このクリーニング手段２４を通過する間にクリーニングブレード２４ａにより掻き落とされて清掃される。その後、感光体ドラム８上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。
【００１８】
次に、図１乃至図３に基づいて定着装置５０を詳細に説明する。
図１に示すように、定着装置５０は、内部に熱源としてのハロゲンヒータ５６を有する定着部材としての加熱ローラ５２と、該加熱ローラ５２に対向して設けられ図示しないバネにより圧接する加圧ローラ５４を有しており、加熱ローラ５２と加圧ローラ５４のニップ部に未定着のトナー像を担持した記録材としての用紙３６を通して熱と圧力により定着するようになっている。
加熱ローラ５２の外周面近傍には非接触温度検知手段としてのサーモパイル５８，６０が設けられている。サーモパイル５８，６０はハロゲンヒータ５６の長手方向において同一直線上に間隔をおいて配置されており、サーモパイル５８は加熱ローラ５２の通紙域の中央部に、サーモパイル６０は通紙域の端部に配置されている。図１において、符号Ａはサーモパイル５８の検知位置中心を、符号はサーモパイル６０の検知位置中心を示している。
また、サーモパイル５８，６０は、図２に示すように、加熱ローラ５２の温度測定面、すなわち外周面から等距離に位置している。図１に示すように、サーモパイル５８には、該サーモパイル５８自体の周囲温度を検知する周囲温度検知手段としてのサーミスタ６２が接触して設けられている。
【００１９】
図示しないが、サーモパイル５８，６０は、従来構成と同様に、加熱ローラ５２から輻射（照射）される赤外線の入光部としての開口窓と、赤外線を通すためのフィルタと、赤外線吸収部と、フィルタの反対側に設けられた端子等を有している。
加熱ローラ５２から輻射される赤外線は、開口窓、フィルタを通って赤外線吸収部に照射され、受光した赤外線量に応じた電気信号に変換される。該電気信号は端子を介して外部へ取り出される。
【００２０】
プリンタ２の全体の動作は、図３に示す制御手段６８によって制御される。制御手段６８は、ＣＰＵ７２，ＲＯＭ７０，図示しないＲＡＭ及びＩ／Ｏインタフェース等を有するマイクロコンピュータであり、サーモパイル５８，６０、サーミスタ６２による検知情報が入力される。サーモパイル５８の出力は増幅器６４によって増幅され、サーモパイル６０の出力は増幅器６６によって増幅され、それぞれ制御手段６８に入力される。制御手段６８は入力された検知情報に基づいてハロゲンヒータ５６への電力供給量を制御し、加熱ローラ５２の表面温度を制御する。
【００２１】
ＲＯＭ７０には、サーモパイル５８，６０の出力値を温度（測定物としての加熱ローラ５２の温度）に変換するためのサーモパイルデータテーブルが記憶されている。該サーモパイルデータテーブルは、予め実験等（コンピュータシミュレーションを含む）により求められたものである。また、同じＲＯＭ７０（図面上は便宜的に分割している）には、サーミスタ６２の出力値を温度（サーモパイル５８，６０自体の温度）に変換するための周囲温度データテーブルが記憶されている。該周囲温度データテーブルも同様に、予め実験等（コンピュータシミュレーションを含む）により求められたものである。
【００２２】
ＣＰＵ７２は、サーミスタ６２の出力値に基づいて周囲温度データテーブルによりサーモパイル５８の周囲温度Ｔｓを決定する。この周囲温度Ｔｓをサーモパイル６０の周囲温度としても見做すようにプログラムされている。すなわち、２個のサーモパイル５８，６０に対して１個のサーミスタ６２を共有化している。従って、周囲温度Ｔｓを決定する処理は１回しかなされない。
また、ＣＰＵ７２はサーモパイル５８の出力値に基づいてサーモパイルデータデーブルにより、加熱ローラ５２の温度Ｔｂを決定する。そして、上記した式によりサーモパイル５８の出力を演算し、該演算値に基づいて再度サーモパイルデータデーブルにより加熱ローラ５２の温度を決定する。
また、ＣＰＵ７２はサーモパイル６０の出力値に基づいてサーモパイルデータデーブルにより、加熱ローラ５２の温度Ｔｂを決定する。そして、上記した式によりサーモパイル６０の出力を演算し、該演算値に基づいて再度サーモパイルデータデーブルにより加熱ローラ５２の温度を決定する。
制御手段６８は、決定された加熱ローラ５２の温度に基づいて、ハロゲンヒータ５６への電力供給量を制御する。
【００２３】
周囲温度を決定する処理が１回しかなされないので、処理速度の大きいＣＰＵを用いることなく演算処理時間を短縮することができる。また、周囲温度検知手段としてのサーミスタ６２の数を減らすことができるので、コストダウンを図ることができる。
本実施形態では、上述のように、サーモパイル５８，６０は加熱ローラ５２に対してその軸方向に間隔を有しているだけで同じ位置に設けられている。従って、１個のサーミスタ６２を共有しても、加熱ローラ５２の軸方向の温度分布によるサーモパイル温度上昇差以外の要因は除去されるため、加熱ローラ５２の温度検知の信頼性は確保することができる。
【００２４】
通常、加熱ローラ５２の軸方向の温度分布は、端部のローラ支持部から熱が逃げるため、中央に比べて端部が低くなる。従って、中央付近のサーモパイル５８の周囲温度の方が端部付近のサーモパイル６０の周囲温度より高くなる。このため、図５に示すように、加熱ローラ５２の中央部の温度変化をａとすると、端部の温度変化ｂ１は実際の端部の温度変化ｂ０に対して高くなる。
しかしながら、端部温度検知の目的は基本的に端部の異常な温度上昇を防止するために取り付けられることが多いので、多少高めに温度が認識されても早めに異常が検知できることになり、温度検知の信頼性が上がる。
【００２５】
次に、第２の実施形態を説明する。なお、構成は上記実施形態と同様であるので、その図示及び説明は省略する（以下の他の実施形態において同じ）。
通紙時は紙に熱を奪われるため、加熱ローラ５２の中央部を一定温度に保とうとするとハロゲンヒータ５６の点灯時間が長くなる。加熱ローラ５２の端部から熱が逃げる量に対して復帰させるための熱量が増えることにより、端部の温度は待機時より高くなる。そのため、サーモパイル６０の周囲温度においても同様な傾向となる。
これを踏まえて、図６に示す、装置の状態変化による加熱ローラ５２の認識温度Ｘ、通紙時温度Ｘ１、待機時温度Ｘ２の実験データよりその温度差（Ｘ１−Ｘ、Ｘ２−Ｘ）をファジー理論で係数とし、端部に位置するサーモパイル６０の認識温度に加算するようにする。ここで、認識温度とは、非通紙時においてサーモパイルデータテーブルを用いて最終的に決定された加熱ローラ５２の温度である。
このようにすることにより、サーモパイル５８に対応するサーミスタ６２の出力をサーモパイル６０の周囲温度情報として見做すことによる不正確さを補正でき、実際の温度に近づけることができて温度検知の信頼性を向上させることができる。
【００２６】
次に、第３の実施形態を説明する。
通紙時、加熱ローラ５２の通紙されている領域は用紙に熱が奪われる分だけハロゲンヒータ５６の点灯時間が長くなり、通紙されない領域の端部温度は上昇する。この現象において、用紙サイズが小さい程、紙厚が厚い程端部の温度は高くなる。厚紙は１枚の温度取得量が多いため、中央部の温度を一定に保つためにハロゲンヒータ５６の点灯時間が長くなるからである。
これを踏まえて、図７に示す、加熱ローラ５２の認識温度Ｘ、Ａ６サイズ通紙時温度Ｘ１、Ａ５サイズ通紙時温度Ｘ２、Ａ４サイズ通紙時温度Ｘ３の実験データよりその温度差（Ｘ１−Ｘ、Ｘ２−Ｘ、Ｘ３−Ｘ）をファジー理論で係数とし、端部に位置するサーモパイル６０の認識温度に加算するようにする。
このようにすることにより、サーモパイル５８に対応するサーミスタ６２の出力をサーモパイル６０の周囲温度情報として見做すことによる不正確さを補正でき、実際の温度に近づけることができて温度検知の信頼性を向上させることができる。
【００２７】
上記各実施形態では、熱ローラ方式の構成で説明したが、ベルト定着方式の構成においても同様に実施することができる。この場合には、定着部材は定着ベルトである。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１又は６記載の発明によれば、複数の非接触温度検知手段に対して、周囲温度検知手段を１つ設けて共有化する構成としたので、周囲温度を決定する処理が１回しかなされず、処理速度の大きいＣＰＵを用いることなく演算処理時間を短縮することができる。また、周囲温度検知手段の数を減らすことができるので、コストダウンを図ることができる。
【００２９】
請求項２又は６記載の発明によれば、各非接触温度検知手段が、定着部材の温度測定面から等距離に位置しているとともに熱源の長手方向において間隔を有している構成としたので、複数の非接触温度検知手段の周囲温度を検知する周囲温度検知手段を共有化しても温度検知の信頼性を確保することができる。
【００３０】
請求項３又は６記載の発明によれば、周囲温度検知手段が、定着部材の通紙域の中央部に近い非接触温度検知手段に設けられている構成としたので、温度検知の信頼性を向上させることができる。
【００３１】
請求項４又は６記載の発明によれば、定着部材の通紙域の端部に位置する非接触温度検知手段に係る周囲温度検知手段の検知情報に基づく温度演算を、装置の状態によって変化させる構成としたので、端部に位置する非接触温度検知手段による温度検知の精度を高めることができる。
【００３２】
請求項５又は６記載の発明によれば、定着部材の通紙域の端部に位置する非接触温度検知手段に係る温度演算を、記録材のサイズ又は記録材の厚みにより変化させる構成としたので、端部に位置する非接触温度検知手段による温度検知の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における定着装置の要部斜視図である。
【図２】加熱ローラに対する非接触温度検知手段としてのサーモパイルの位置関係を示す概要側面図である。
【図３】制御ブロック図である。
【図４】画像形成装置としてのプリンタの概要正面図である。
【図５】加熱ローラの中央部と端部の温度変化を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態に係る加熱ローラの通紙時と非通紙時と待機時の温度変化を示すグラフである。
【図７】第３の実施形態に係る加熱ローラの用紙サイズによる温度変化を示すグラフである。
【図８】従来における制御ブロック図である。
【符号の説明】
８ 像担持体としての感光体ドラム
２２ 現像手段
５２ 定着部材としての加熱ローラ
５６ 熱源としてのハロゲンヒータ
５８，６０ 非接触温度検知手段としてのサーモパイル
６２ 周囲温度検知手段としてのサーミスタ

Claims (6)

1. 電力を供給される熱源によって昇温する定着部材と、該定着部材に対して非接触状態に設けられ該定着部材から輻射される熱を検知する複数の非接触温度検知手段と、該非接触温度検知手段自体の周囲温度を検知する周囲温度検知手段を有し、該非接触温度検知手段の検知情報と該周囲温度検知手段の検知情報に基づいて該加熱部材の温度を決定する定着装置において、
   上記複数の非接触温度検知手段に対して、上記周囲温度検知手段を１つ設けて共有化したことを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   上記各非接触温度検知手段が、上記定着部材の温度測定面から等距離に位置しているとともに上記熱源の長手方向において間隔を有していることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１記載の定着装置において、
   上記周囲温度検知手段が、上記定着部材の通紙域の中央部に近い上記非接触温度検知手段に設けられていることを特徴とする定着装置。
4. 請求項３記載の定着装置において、
   上記定着部材の通紙域の端部に位置する上記非接触温度検知手段に係る上記周囲温度検知手段の検知情報に基づく温度演算を、装置の状態によって変化させることを特徴とする定着装置。
5. 請求項３記載の定着装置において、
   上記定着部材の通紙域の端部に位置する上記非接触温度検知手段に係る温度演算を、記録材のサイズ又は記録材の厚みにより変化させることを特徴とする定着装置。
6. 像担持体上に形成された静電潜像を現像手段によりトナー像として可視像化し、該トナー像を記録材に転写した後該記録材を定着装置に通して定着を行う画像形成装置において、
   上記定着装置が請求項１乃至５のうちの一つに記載のものであることを特徴とする画像形成装置。

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