JP3820907B2 - 熱定着装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体に付着されたトナーを定着させる熱定着装置、特に定着装置が備える加熱手段の表面温度を正確に測定する温度測定手段を備えた熱定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式の画像形成装置では、画像形成部にて記録媒体にトナー像を付着させて画像を形成し、この画像を記録媒体に定着させるために、熱定着部で熱定着が行われている。良好な画像を得るためには、熱定着させる際の熱定着部を構成する加熱手段の温度管理が極めて重要である。このため、加熱手段の温度を温度センサーで検出し、加熱手段の温度をフィードバック制御している。
【０００３】
従来、熱電対等を加熱手段の表面に接触させて温度を測定することが一般に行われていた。しかし、熱電対等を接触さて温度を測定すると、加熱手段の表面を傷付けてしまう。そのため、記録媒体に定着される画像には、加熱手段の表面の傷に対応する接触痕を形成してしまい、定着不良の原因となっていた。
【０００４】
かかる不具合を防止するために、赤外線温度センサー等の非接触式センサーで表面温度を測定することが行われている。その一方で、１つのサーミスタ等を使用して加熱手段の表面近傍の雰囲気温度を測定し、雰囲気温度から表面温度を近似的に求めることも行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、赤外線温度センサーは高価であるため、赤外線センサーを温度センサーとして採用すると、熱定着装置のコストを引き上げてしまう。
【０００６】
一方、１つのサーミスタ等の温度センサーで加熱手段の表面近傍の雰囲気温度を測定し、この測定結果から加熱手段の表面温度を近似して求める場合、温度センサーの取り付け誤差による測定誤差が生じる。すなわち、設計上、予め設定した理論上の取り付け位置に温度センサーを取り付けることは極めて困難であり、温度センサーが実際に取り付けられる位置は、この理論上の取り付け位置からずれてしまう。理論上の位置からずれた位置の温度から表面温度を推定した場合には、そのずれの分だけ温度にも誤差が生じてしまう。
【０００７】
そこで、本発明では、低廉なコストで製造でき、しかも、加熱手段を傷つけることなくその表面温度を正確に測定できる温度測定手段を備えた熱定着装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、記録媒体を加熱しつつトナー像を前記記録媒体に定着する加熱手段と、この加熱手段の温度を測定する温度測定手段とを備えた熱定着装置において、前記温度測定手段は、加熱手段の表面から離されて配されて、相対的に近い位置に配置された第１の温度センサーと、相対的に遠い位置に配置された第２の温度センサーと、これらの温度センサーが検知した値に基づいて前記加熱手段の表面温度を決定する温度決定手段とを備え、前記加熱手段の表面の法線方向において、前記加熱手段の表面から前記第１の温度センサーまでの設計上の設定距離をＬ１、前記加熱手段の表面から前記第２の温度センサーまでの設計上の設定距離をＬ２とし、前記法線方向における前記加熱手段の表面から前記第１の温度センサーまでの距離をＭ１、前記加熱手段の表面から前記第２の温度センサーまでの距離をＭ２、前記第１の温度センサーの取り付け誤差を | Ｍ１−Ｌ１ | 、前記第２の温度センサーの取り付け誤差を | Ｍ２−Ｌ２ | としたとき、前記第１の温度センサーが、|Ｍ１−Ｌ１|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＭ１の位置に、かつ、前記第２の温度センサーが、|Ｍ２−Ｌ２|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＭ２の位置に、前記２つの温度センサーは取り付けられ、前記第１の温度センサーにより測定された温度をＴ１，前記第２の温度センサーにより測定された温度をＴ２として、前記加熱手段の中心から表面までの距離をＲ０とし、このＲ０と前記Ｌ１，Ｌ２とがそれぞれ、Ｌ１／Ｒ０≪１、（Ｌ２−Ｌ１）／（Ｒ０＋Ｌ１）≪１となる関係に前記Ｌ１，Ｌ２を設定したときに、前記法線方向に関する前記加熱手段の中心からの距離Ｒの位置の雰囲気温度Ｔを、Ｔ＝Ａ×ｌｏｇＲ＋Ｃ（Ａ，Ｃは定数）として算出する理論式から得られる近似式Ｔ０＝（Ｔ１−Ｔ２）×Ｌ１／（Ｌ２−Ｌ１）＋Ｔ１にて前記加熱手段の表面温度を、前記温度決定手段が近似的に算出する熱定着装置により上記課題を解決する。
【０００９】
請求項１の発明によれば、加熱手段の周囲に配された２つの温度センサーで加熱手段の表面温度を求めているので、表面温度を正確に求めることができる。すなわち、１つの温度センサーにより表面温度を求めた場合、温度センサーの配置される位置に誤差があると、この誤差が求められた表面温度にそのまま反映されてしまい不正確となる。これに対し、２つの温度センサーにより検知された値に基づいて表面温度を求めた場合には、温度センサーの配置の誤差をより少なくすることができる。これにより、記録媒体にトナーを定着させる際、加熱手段を確実に定着温度に加熱でき、定着不良、オフセット等の不具合を防止できる。
【００１０】
また、前記２つの温度センサーは、前記加熱手段と非接触で配置されているので、温度センサーが加熱手段の表面を傷つけることがない。これにより、接触痕などの定着不良のない良好な画像を得ることができる。さらに、温度センサーが取り付けられる設計上の位置と、実際に温度センサーが取り付けられる位置との差、すなわち、取り付け誤差が、加熱手段から各温度センサーまでの距離の差より小さくなるように温度センサーが配置されて いる。このように取り付け誤差自体を小さく抑えることにより、求められる温度から効果的に誤差を排除できる。
【００１１】
請求項２の発明では、記録媒体を加熱しつつトナー像を前記記録媒体に定着する加熱手段と、この加熱手段の温度を測定する温度測定手段とを備えた熱定着装置において、
前記温度測定手段は、加熱手段の表面から離されて配されて、相対的に近い位置に配置された第１の温度センサーと、相対的に遠い位置に配置された第２の温度センサーと、これらの温度センサーが検知した値に基づいて前記加熱手段の表面温度を決定する温度決定手段とを備え、前記加熱手段の表面の法線方向において、前記加熱手段の表面から前記第１の温度センサーまでの設計上の設定距離をＬ１、前記加熱手段の表面から前記第２の温度センサーまでの設計上の設定距離をＬ２とし、前記法線方向における前記加熱手段の表面から前記第１の温度センサーまでの距離をＭ１、前記加熱手段の表面から前記第２の温度センサーまでの距離をＭ２、前記第１の温度センサーの取り付け誤差を | Ｍ１−Ｌ１ | 、前記第２の温度センサーの取り付け誤差を | Ｍ２−Ｌ２ | としたとき、前記第１の温度センサーが、|Ｍ１−Ｌ１|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＭ１の位置に、かつ、前記第２の温度センサーが、|Ｍ２−Ｌ２|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＭ２の位置に、前記２つの温度センサーは取り付けられ、前記第１の温度センサー及び前記第２の温度センサーは、一つの保持部材によって保持されて一体化されたユニットとして構成され、前記保持部材は、その先端面が相対的に前記加熱手段の表面近傍まで延びて前記第１の温度センサーを保持する第１の温度センサー保持部と、その先端面が相対的に前記加熱手段表面から離された位置まで延びて、前記第２の温度センサーを保持する第２の温度センサー保持部とから構成され、前記第１の温度センサーにより測定された温度をＴ１，前記第２の温度センサーにより測定された温度をＴ２として、前記加熱手段の中心から表面までの距離をＲ０とし、このＲ０と前記Ｌ１，Ｌ２とがそれぞれ、Ｌ１／Ｒ０≪１、（Ｌ２−Ｌ１）／（Ｒ０＋Ｌ１）≪１となる関係に前記Ｌ１，Ｌ２を設定したときに、前記法線方向に関する前記加熱手段の中心からの距離Ｒの位置の雰囲気温度Ｔを、Ｔ＝Ａ×ｌｏｇＲ＋Ｃ（Ａ，Ｃは定数）として算出する理論式から得られる近似式Ｔ０＝（Ｔ１−Ｔ２）×Ｌ１／（Ｌ２−Ｌ１）＋Ｔ１にて前記加熱手段の表面温度を、前記温度決定手段が近似的に算出する熱定着装置により上記課題を解決する。
【００１２】
請求項２の発明では、温度センサーが取り付けられる設計上の位置と、実際に温度センサーが取り付けられる位置との差、すなわち、取り付け誤差が、加熱手段から各温度センサーまでの距離の差より小さくなるように温度センサーが配置されている。このように取り付け誤差自体を小さく抑えることにより、求められる温度から効果的に誤差を排除できる。加えて、一体化されたユニットとして第１の温度センサーと第２の温度センサーとを構成するため、２つの温度センサー同士の間隔を所定の距離に設定することが極めて容易となる。
【００１３】
請求項３の発明では、記録媒体を加熱しつつトナー像を前記記録媒体に定着する加熱手段と、この加熱手段の温度を測定する温度測定手段とを備えた熱定着装置において、前記温度測定手段は、加熱手段の表面から離されて配されて、相対的に近い位置に配置された第１の温度センサーと、相対的に遠い位置に配置された第２の温度センサーと、これらの温度センサーが検知した値に基づいて前記加熱手段の表面温度を決定する温度決定手段とを備え、前記第１の温度センサー及び前記第２の温度センサーは、一つの保持部材によって保持されて一体化されたユニットとして構成され、前記保持部材は、その先端面が相対的に前記加熱手段の表面近傍まで延びて前記第１の温度センサーを保持する第１の温度センサー保持部と、その先端面が相対的に前記加熱手段表面から離された位置まで延びて、前記第２の温度センサーを保持する第２の温度センサー保持部とから構成されている熱定着装置より上記課題を解決する。
【００１４】
請求項３の発明によれば、一体化されたユニットとして第１の温度センサーと第２の温度センサーとを構成するため、２つの温度センサー同士の間隔を所定の距離に設定することが極めて容易となる。
【００１５】
請求項４の発明では、請求項２又は請求項３に記載の熱定着装置において、前記保持部材は、単一の成形部材が使用されていることを特徴とする。
【００１６】
成形部材は、成形される部品間の個体差がほとんどない。このため、請求項４の発明によれば、２つの温度センサー間の距離について、定着装置毎の個体差を生じさせることなく量産できる。また、成形してユニットを形成することで、一体化をいっそう容易にする。
【００１７】
請求項５の発明では、請求項２〜４いずれか１項に記載の熱定着装置において、前記保持部材は、前記加熱手段の上方に配置されたカバーと共に成形されることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明によれば、成形部材は、成形される部品間の個体差がほとんどない。このため、２つの温度センサー間の距離について、定着装置毎の個体差を生じさせることなく量産できる。また、成形してユニットを形成することで、一体化をいっそう容易にする。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
最初に、本発明にかかる画像形成装置全体の概略構成について説明する。図１は、本発明の画像形成装置としてのレーザープリンタの一実施形態を示す要部側断面図である。図１において、レーザープリンタ１は、本体ケーシング２内に、用紙３を給紙するためのフィーダ部４や、給紙された用紙３に所定の画像を形成するための画像形成部５等を備えている。
【００３２】
フィーダ部４は、本体ケーシング２内の底部に、着脱可能に装着される給紙トレイ６と、給紙トレイ６内に設けられた用紙押圧板７と、給紙トレイ６の一端部の上方に設けられる給紙ローラ８および給紙パット９と、給紙ローラ８に対し用紙３の搬送方向の下流側（以下、用紙３の搬送方向上流側または下流側を、単に、上流側または下流側という場合がある。）に設けられる搬送ローラ１０および１１と、搬送ローラ１０および１１に対し用紙３の搬送方向の下流側に設けられるレジストローラ１２とを備えている。
【００３３】
用紙押圧板７は、用紙３を積層状にスタック可能としている。この用紙押圧板７は、給紙ローラ８に対して遠い方の端部が枢動可能に支持されると共に、給紙ローラ８の下方の位置にてその裏側から図示しないばねによって上方向に付勢されている。一方、給紙ローラ８および給紙パット９は、用紙押圧板７の右端部にて上下に対向しており、給紙パット９は、その裏側に配設されるばね１３によって、給紙ローラ８に向けて押圧されている。用紙押圧板７上の最上位にある用紙３は、用紙押圧板７の裏側から図示しないばねによって給紙ローラ８に向かって押圧され、その給紙ローラ８の回転によって給紙ローラ８と給紙パット９とで挟まれた後、１枚毎に給紙される。給紙された用紙３は、搬送ローラ１０，１１によってレジストローラ１２に送られる。レジストローラ１２は、一対のローラから構成されており、用紙３を所定のレジスト後に、画像形成部５に送るようにしている。
【００３４】
さらに、このフィーダ部４は、本体ケーシング２の外側に向けて張り出すマルチパーパストレイ１４と、マルチパーパストレイ１４上に積層される用紙３を給紙するためのマルチパーパス側給紙ローラ１５と、マルチパーパス側給紙パット１５ａとを備えている。マルチパーパス側給紙ローラ１５およびマルチパーパス側給紙パット１５ａは、互いに対向しており、マルチパーパス側給紙パット１５ａは、その裏側に配設される図示しないばねによってマルチパーパス側給紙ローラ１５に向けて付勢されている。マルチパーパストレイ１４上に積層される用紙３は、マルチパーパス側給紙ローラ１５の回転によってマルチパーパス側給紙ローラ１５とマルチパーパス側給紙パット１５ａとで挟まれた後、１枚毎に給紙される。
【００３５】
画像形成部５は、スキャナユニット１６、プロセスカートリッジ１７、転写ローラ２４および熱定着部１８等を備えている。
【００３６】
スキャナユニット１６は、本体ケーシング２内の上部に設けられ、レーザ発光部（図示せず。）、回転駆動されるポリゴンミラー１９、レンズ２０および２１、反射鏡２２等を備えている。このスキャナユニット１６は、レーザ発光部から発光される所定の画像データに基づくレーザービームを、鎖線で示すように、ポリゴンミラー１９、レンズ２０、反射鏡２２、レンズ２１の順に通過あるいは反射させて、後述するプロセスカートリッジ１７の感光ドラム２３の表面上に高速走査にて照射させている。
【００３７】
プロセスカートリッジ１７は、スキャナユニット１６の下方に配設され、本体ケーシング２に対して着脱自在に装着されるように構成されている。このプロセスカートリッジ１７は、感光ドラム２３を備えるとともに、図示しない、スコロトロン型帯電器、現像ローラ、トナー収容部等を備えている。
【００３８】
トナー収容部には、現像剤として、正帯電性の非磁性１成分の重合トナーが充填されており、そのトナーが、現像ローラに薄層として担持される。一方、感光ドラム２３は、現像ローラと対向して配置されており、ドラム本体が接地されるとともに、その表面がポリカーボネート等から構成される正帯電性の感光層により形成されている。
【００３９】
そして、感光ドラム２３の表面は、感光ドラム２３の回転に伴って、スコロトロン型帯電器により一様に正帯電された後、スキャナユニット１６からのレーザービームの高速走査により露光され、所定の画像データに基づく静電潜像が形成される。その後、感光ドラム２３の表面が現像ローラと対向した時に、現像ローラ上に担持されかつ正帯電されているトナーが、その感光ドラム２３の表面に形成される静電潜像に対して現像される。すなわち、トナーは、一様に正帯電されている感光ドラム２３の表面のうち、レーザービームによって露光され電位が下がっている部分に供給され、選択的に担持されることによって可視像化され、これによって反転現像が達成される。
【００４０】
転写ローラ２４は、感光ドラム２３の下方において、本体ケーシング２側において回転可能に支持された状態で、感光ドラム２３と対向するように配置されている。この転写ローラ２４は、金属製のローラ軸に、導電性のゴム材料からなるローラが被覆されており、感光ドラム２３に対して所定の転写バイアスが印加されている。そのため、感光ドラム２３上に担持されたトナーからなる可視像は、用紙３が感光ドラム２３と転写ローラ２４との間を通る間に用紙３に転写される。可視像が転写された用紙３は、搬送ベルト２５を介して、熱定着部１８に搬送される。
【００４１】
熱定着部１８は、プロセスカートリッジ１７の側方下流側に配設され、加熱手段としての加熱ローラ２６と、加熱ローラ２６と用紙３を挟んで互いに対向配置される加圧ローラ２７と、用紙３を加熱ローラ２６と加圧ローラ２７とが接触するニップ部に案内するガイド板３８とを備えている。そして、この熱定着部１８においては、プロセスカートリッジ１７において用紙３上に転写されたトナーを、用紙３が加熱ローラ２６と加圧ローラ２７との間を通過する間に熱定着させている。
【００４２】
熱定着部１８においてトナーの定着された用紙３は、その後、熱定着部１８の下流側に設けられる搬送ローラ２８，２９によって、排紙ローラ３０に搬送され、排紙ローラ３０に送られた用紙３は、その排紙ローラ３０によって排紙トレイ３１上に排紙される。
【００４３】
熱定着部１８は、図２に示すように、加熱ローラ２６の上方にカバー３４を備えている。このカバー３４は下側が開放された箱状に形成されている。カバー３４の上面と加熱ローラ２６の上端との間には、スペースが設けられており、このスペースには、カバー３４の上面から加熱ローラ２６に向けて延びる温度センサー保持体３５が設けられている。この温度センサー保持体３５は、成形された部材であり、加熱ローラ２６の表面近くまで接近する第１保持部３６と、加熱ローラ２６の表面から比較的離れた位置に下端の形成された第２保持部３７とから構成されている。なお、この図２に示す温度センサー保持体３５は、カバー３４とは別体に設けられ、カバー３４に温度センサー保持体３５が取り付けられる構成であるが、カバーと温度センサー保持体とを成形することで、１ユニットとして構成しても構わない。
【００４４】
これら温度センサー保持部３６，３７の下端面には、加熱ローラ２６の周囲の雰囲気温度を検知する温度センサーとしての熱電対４０，４１が保持されている。第１保持部３６に取り付けられた熱電対４０が加熱ローラ２６の表面から相対的に近い位置に配置される第１の温度センサーを構成し、第２保持部３７に取り付けられた熱電対４１が加熱ローラ２６の表面から相対的に遠い位置に配置される第２の温度センサーを構成している。そして、熱電対４０は、第１保持部３６により加熱ローラ２６の表面の法線方向における表面からの距離がＬ１の位置に、熱電対４１は、第２保持部３７により加熱ローラ２６の表面の法線方向における表面からの距離がＬ２の位置にそれぞれ配置されている。
【００４５】
このプリンタ１では、当該プリンタ１が備えるコントローラＣが、次の（１）の理論式を利用して第１の温度センサーである熱電対４０が検知した温度と、第２の温度センサーである熱電対４１が検知する温度とから加熱ローラ２６の表面温度Ｔ０を近似的に求めている。
【００４６】
Ｔ０＝（Ｔ１−Ｔ２）×Ｌ１／（Ｌ２―Ｌ１）＋Ｔ１・・・（１）
なお、Ｔ１は、熱電対４０が配された位置における温度を、Ｔ２は熱電対４１が配された位置における温度をそれぞれ表している。
【００４７】
一般に、ある発熱体の周囲の雰囲気温度Ｔは、発熱体の中心からの距離をＲとすれば、対数関数を用いて式（２）のように表すことができる。
【００４８】
Ｔ＝Ａ×ｌｏｇＲ＋Ｃ・・・（２）
ただし、Ａ，Ｃは定数である。
【００４９】
従って、図３に示すように、加熱ローラ２６の中心から加熱ローラ２６の表面までの距離をＲ０、第１の温度センサーである熱電対４０までの距離をＲ１、第２の温度センサーである熱電対４１までの距離をＲ２とすれば、各熱電対４０，４１の配置された位置の温度は、
Ｔ０＝Ａ×ｌｏｇＲ０＋Ｃ・・・（３）
Ｔ１＝Ａ×ｌｏｇＲ１＋Ｃ・・・（４）
Ｔ２＝Ａ×ｌｏｇＲ２＋Ｃ・・・（５）
とそれぞれ表すことができる。
【００５０】
（３）式〜（４）式から
Ｔ０＝（Ｔ１−Ｔ２）×ｌｏｇ（Ｒ０／Ｒ１）／ｌｏｇ（Ｒ１／Ｒ２）＋Ｔ１と書き表すことができる。
ここで、
ｌｏｇ（Ｒ０／Ｒ１）＝ｌｏｇ（Ｒ０／（Ｒ０＋Ｌ１））・・・（６）
ｌｏｇ（Ｒ１／Ｒ２）＝ｌｏｇ（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｌ２−Ｌ１））・・・（７）
ここで、ε1＝Ｌ１／Ｒ０≪１、ε2＝（Ｌ２−Ｌ１）／Ｒ１≪１・・・（８）
となるように各熱電対４０，４１を配置すれば、（３）式〜（７）式より、
Ｔ０＝（Ｔ１−Ｔ２）×（−ε1＋ε1 2＋・・・）／（−ε2＋ε2 2＋・・・）＋Ｔ１
≒（Ｔ１−Ｔ２）×ε1／ε2＋Ｔ１・・・（９）
と加熱ローラ２６の表面温度を表すことができる。
そして、（８）式の関係を考慮すれば、加熱ローラ２６の表面温度は、（１）の理論式に示すように、
Ｔ０＝（Ｔ１−Ｔ２）×Ｌ１／（Ｌ２―Ｌ１）＋Ｔ１
と書き表すことができる。
【００５１】
このように、本プリンタでは、加熱ローラ２６の表面温度を、加熱ローラ２６の周囲における２点間の雰囲気温度の温度勾配により近似的に求めている。
【００５２】
ここで、ポイントとなるのは、（８）式に示すように、２つの熱電対４０，４１の間の距離（Ｌ２−Ｌ１）が、加熱ローラ２６の表面から熱電対４０までの距離Ｌ１よりかなり大きくなるように、熱電対４０，４１が配置されていることである。すなわち、本発明では、（１）の理論式で表された温度曲線上の大きく離れた２点間の温度勾配で、他の１点の温度を近似することである。
【００５３】
ただし、取り付け誤差による温度測定誤差を極力さけるため、実際に熱電対４０の配置される位置をＭ１、熱電対４１配置される位置をＭ２とすれば、熱電対４０が、|Ｍ１−Ｌ１|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＭ１の位置に、かつ、熱電対４１が、|Ｍ２−Ｌ２|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＬ２の位置にそれぞれ配されるように、２つの熱電対４０，４１を取り付けるとよい。なお、|Ｍ１−Ｌ１|、及び|Ｍ２−Ｌ２|は、各熱電対４０，４１の取り付け誤差を、（Ｌ２−Ｌ１）は、両熱電対４０，４１の加熱ローラ２６の方面における法線方向における設計上の設定距離の差をそれぞれ表している。具体的には、取り付け誤差|Ｍ１−Ｌ１|、及び|Ｍ２−Ｌ２|が、（Ｌ２−Ｌ１）の１／５以下となるように、好ましくは、１／１０以下となるように各熱電対４０，４１を取り付けるとよい。
【００５４】
そして、（１）の理論式によって求められた加熱ローラ２６の表面温度は、種々の要因により発生する誤差を補正するために、温度データテーブルの対象温度と対比される。
【００５５】
すなわち、コントローラＣには、後述する記憶装置５４が設けられており、この記憶装置５４には、熱電対４０，４１が検知した値と対応する加熱ローラ２６の表面温度を記憶した温度データテーブルを有している。（１）の理論式により求められた値と温度データテーブルの対応する値とが比較され、両者の差が大きい場合には、コントローラＣは、温度データテーブルの値を加熱ローラ２６の表面温度として採用する。このように、本プリンタ１では、熱電対４０，４１により測定された値から求められる加熱ローラ２６の表面温度が誤差を含まないように適切な処理がなされている。
【００５６】
以上のようにして求められた加熱ローラ２６の表面温度に基づいて、本プリンタ１では、内蔵する各アクチュエータの作動を制御している。
【００５７】
図４は、本プリンタ１の制御系についてのブロック図を示している。第１の温度センサーである熱電対４０及び、第２の温度センサーである熱電対４１は、バス５０を介してコントローラＣに接続されている。また、コントローラＣには、バス５０を介して加熱ローラ２６の加熱源であるヒータ３３、ニップ圧を変化させているニップモータ６０等に接続されている。そして、コントローラＣには、入力信号に基づいてプログラム等を実行するＣＰＵ５２、入力信号に対応するデータやＣＰＵ５２により行われた演算結果などを一時的に保存したり、演算の際に作業領域として使用されるＲＡＭ５１、コントローラＣの立ち上げなどの基本的な作動を行うためのプログラムの記憶されたＲＯＭ５３が設けられている。なお、加熱ローラ２６の温度を求めるための（１）の理論式はこのＲＯＭ５３に記憶されている。さらに、コントローラＣには加熱ローラ２６の表面温度を求めるために必要な演算式や温度データの温度データテーブル等が記憶された記憶装置５４が設けられている。
【００５８】
かかる制御系により、プリンタ１は、２つの熱電対４０，４１が検知した値に基づいて加熱ローラ２６の表面温度を求め、この求められた温度に基づいて、ヒータ３３の作動や、トナー定着の際のニップ圧を適切な圧力にするためにニップモータ６０の作動を適宜制御している。
【００５９】
以上、加熱ローラ２６の表面温度を求めるに際し、（１）の理論式に求めた温度と記憶装置５４に記憶された温度データテーブルの対応する温度とを対比し、適宜補正を加える場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、（１）の理論式のみに基づいて温度を求めてもよいし、記録装置５４に記憶された温度データテーブルから対応する温度を選択し、選択された温度を加熱ローラ２６の表面温度として採用しても構わない。
【００６０】
また、加熱ローラ２６は、その軸方向にける加熱温度が均一ではなく、軸方向において少なからず温度の分布が形成される。このため、２つの熱電対４０，４１が加熱ローラの軸方向において、ずれた位置に配置されると、正確な表面温度の検知ができなる。かかる不都合を防止すべく、これら熱電対４０，４１の配置される位置は、図５に示すように、用紙３の搬送される方向に直交する加熱ローラ２６の軸方向において、用紙の通紙範囲内にてほぼ同位置に配置されている。ただし、２つの熱電対が、加熱ローラ２６の軸方向において、全く同一の位置に配置されることまでは必要ない。
【００６１】
例えば、第２の温度センサーである熱電対４１の配置される位置が、図５に示す符号の４１ａや４１ｂのように、用紙の搬送方向で熱電対４０と若干でも重なり合う程度であれば、誤差はほとんど生じないが、図５の４１ｃに示すように、熱電対４１が熱電対４０と全く重なり合うことのない位置にずれていると測定誤差が生じるおそれがある。かかる測定誤差が生じるのを防止するため、熱電対４０と熱電対４１とは、用紙３の搬送方向に直交する加熱ローラ２６の軸方向において、配置される位置が概ね一致するように保持されている。
【００６２】
以上、温度センサーとして熱電対を用いたもののについて説明したが、これに限定されるものではなく、サーミスタ等、その他の温度センサーを使用して構わない。
【００６３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、加熱手段の周囲に配された２つの温度センサーで加熱手段の表面温度を求めているので、表面温度を正確に求めることができる。すなわち、１つの温度センサーにより表面温度を求めると、温度センサーの配置される位置に誤差があると、この誤差が求められた表面温度にそのまま反映されてしまい不正確となる。これに対し、２つの温度センサーにより検知された値に基づいて表面温度を求めた場合には、温度センサーの配置の誤差をより少なくできる。これにより、記録媒体にトナーを定着させる際、加熱手段を確実に定着温度に加熱でき、定着不良、オフセット等の不具合を防止できる。
【００６４】
また、前記２つの温度センサーは、前記加熱手段と非接触で配置されているので、温度センサーが加熱手段の表面を傷つけることがない。これにより、接触痕などの定着不良のない良好な画像を得ることができる。さらに、温度センサーが取り付けられる設計上の位置と、実際に温度センサーが取り付けられる位置との差、すなわち、取り付け誤差が、加熱手段から各温度センサーまでの距離の差より小さくなるように温度センサーが配置されている。このように取り付け誤差自体を小さく抑えることにより、求められる温度から効果的に誤差を排除できる。
【００６５】
請求項２の発明では、温度センサーが取り付けられる設計上の位置と、実際に温度センサーが取り付けられる位置との差、すなわち、取り付け誤差が、加熱手段から各温度センサーまでの距離の差より小さくなるように温度センサーが配置されている。このように取り付け誤差自体を小さく抑えることにより、求められる温度から効果的に誤差を排除できる。加えて、一体化されたユニットとして第１の温度センサーと第２の温度センサーとを構成するため、２つの温度センサー同士の間隔を所定の距離に設定することが極めて容易となる。
【００６６】
請求項３の発明によれば、一体化されたユニットとして第１の温度センサーと第２の温度センサーとを構成するため、２つの温度センサー同士の間隔を所定の距離に設定することが極めて容易となる。
【００６７】
請求項４の発明によれば、成形部材は、成形される部品間の個体差がほとんどない。このため、２つの温度センサー間の距離について、定着装置毎の個体差を生じさせることなく量産できる。また、成形してユニットを形成することで、一体化をいっそう容易にする。
【００６８】
請求項５の発明によれば、成形部材は、成形される部品間の個体差がほとんどない。このため、２つの温度センサー間の距離について、定着装置毎の個体差を生じさせることなく量産できる。また、成形してユニットを形成することで、一体化をいっそう容易にする。
【００６９】
【００７０】
【００７１】
【００７２】
【００７３】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の画像形成装置としてのレーザープリンタの一実施形態を示す要部側断面図。
【図２】 熱定着部の詳細を示す前後方向の縦断面図。
【図３】 加熱手段の表面温度を求める際に使用する理論式に用いられる文字同士の関係を示した説明図。
【図４】 プリンタの制御系のブロック図。
【図５】 温度センサーの取り付け位置を示す説明図。
【符号の説明】
１ レーザープリンタ
５ 画像形成部
１８ 熱定着部
２６ 加熱ローラ（加熱手段）
２７ 加圧ローラ
３３ ヒータ
３４ カバー
３５ 温度センサー保持体
３６ 第１保持部
３７ 第２保持部
４０，４１ 熱電対
５４ 記憶装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体に付着されたトナーを定着させる熱定着装置、特に定着装置が備える加熱手段の表面温度を正確に測定する温度測定手段を備えた熱定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式の画像形成装置では、画像形成部にて記録媒体にトナー像を付着させて画像を形成し、この画像を記録媒体に定着させるために、熱定着部で熱定着が行われている。良好な画像を得るためには、熱定着させる際の熱定着部を構成する加熱手段の温度管理が極めて重要である。このため、加熱手段の温度を温度センサーで検出し、加熱手段の温度をフィードバック制御している。
【０００３】
従来、熱電対等を加熱手段の表面に接触させて温度を測定することが一般に行われていた。しかし、熱電対等を接触さて温度を測定すると、加熱手段の表面を傷付けてしまう。そのため、記録媒体に定着される画像には、加熱手段の表面の傷に対応する接触痕を形成してしまい、定着不良の原因となっていた。
【０００４】
かかる不具合を防止するために、赤外線温度センサー等の非接触式センサーで表面温度を測定することが行われている。その一方で、１つのサーミスタ等を使用して加熱手段の表面近傍の雰囲気温度を測定し、雰囲気温度から表面温度を近似的に求めることも行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、赤外線温度センサーは高価であるため、赤外線センサーを温度センサーとして採用すると、熱定着装置のコストを引き上げてしまう。
【０００６】
一方、１つのサーミスタ等の温度センサーで加熱手段の表面近傍の雰囲気温度を測定し、この測定結果から加熱手段の表面温度を近似して求める場合、温度センサーの取り付け誤差による測定誤差が生じる。すなわち、設計上、予め設定した理論上の取り付け位置に温度センサーを取り付けることは極めて困難であり、温度センサーが実際に取り付けられる位置は、この理論上の取り付け位置からずれてしまう。理論上の位置からずれた位置の温度から表面温度を推定した場合には、そのずれの分だけ温度にも誤差が生じてしまう。
【０００７】
そこで、本発明では、低廉なコストで製造でき、しかも、加熱手段を傷つけることなくその表面温度を正確に測定できる温度測定手段を備えた熱定着装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、記録媒体を加熱しつつトナー像を前記記録媒体に定着する加熱手段と、この加熱手段の温度を測定する温度測定手段とを備えた熱定着装置において、前記温度測定手段は、加熱手段の表面から離されて配されて、相対的に近い位置に配置された第１の温度センサーと、相対的に遠い位置に配置された第２の温度センサーと、これらの温度センサーが検知した値に基づいて前記加熱手段の表面温度を決定する温度決定手段とを備え、前記加熱手段の表面の法線方向において、前記加熱手段の表面から前記第１の温度センサーまでの設計上の設定距離をＬ１、前記加熱手段の表面から前記第２の温度センサーまでの設計上の設定距離をＬ２とし、前記法線方向における前記加熱手段の表面から前記第１の温度センサーまでの距離をＭ１、前記加熱手段の表面から前記第２の温度センサーまでの距離をＭ２、前記第１の温度センサーの取り付け誤差を | Ｍ１−Ｌ１ | 、前記第２の温度センサーの取り付け誤差を | Ｍ２−Ｌ２ | としたとき、前記第１の温度センサーが、|Ｍ１−Ｌ１|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＭ１の位置に、かつ、前記第２の温度センサーが、|Ｍ２−Ｌ２|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＭ２の位置に、前記２つの温度センサーは取り付けられ、前記第１の温度センサーにより測定された温度をＴ１，前記第２の温度センサーにより測定された温度をＴ２として、前記加熱手段の中心から表面までの距離をＲ０とし、このＲ０と前記Ｌ１，Ｌ２とがそれぞれ、Ｌ１／Ｒ０≪１、（Ｌ２−Ｌ１）／（Ｒ０＋Ｌ１）≪１となる関係に前記Ｌ１，Ｌ２を設定したときに、前記法線方向に関する前記加熱手段の中心からの距離Ｒの位置の雰囲気温度Ｔを、Ｔ＝Ａ×ｌｏｇＲ＋Ｃ（Ａ，Ｃは定数）として算出する理論式から得られる近似式Ｔ０＝（Ｔ１−Ｔ２）×Ｌ１／（Ｌ２−Ｌ１）＋Ｔ１にて前記加熱手段の表面温度を、前記温度決定手段が近似的に算出する熱定着装置により上記課題を解決する。
【０００９】
請求項１の発明によれば、加熱手段の周囲に配された２つの温度センサーで加熱手段の表面温度を求めているので、表面温度を正確に求めることができる。すなわち、１つの温度センサーにより表面温度を求めた場合、温度センサーの配置される位置に誤差があると、この誤差が求められた表面温度にそのまま反映されてしまい不正確となる。これに対し、２つの温度センサーにより検知された値に基づいて表面温度を求めた場合には、温度センサーの配置の誤差をより少なくすることができる。これにより、記録媒体にトナーを定着させる際、加熱手段を確実に定着温度に加熱でき、定着不良、オフセット等の不具合を防止できる。
【００１０】
また、前記２つの温度センサーは、前記加熱手段と非接触で配置されているので、温度センサーが加熱手段の表面を傷つけることがない。これにより、接触痕などの定着不良のない良好な画像を得ることができる。さらに、温度センサーが取り付けられる設計上の位置と、実際に温度センサーが取り付けられる位置との差、すなわち、取り付け誤差が、加熱手段から各温度センサーまでの距離の差より小さくなるように温度センサーが配置されて いる。このように取り付け誤差自体を小さく抑えることにより、求められる温度から効果的に誤差を排除できる。
【００１１】
請求項２の発明では、記録媒体を加熱しつつトナー像を前記記録媒体に定着する加熱手段と、この加熱手段の温度を測定する温度測定手段とを備えた熱定着装置において、
前記温度測定手段は、加熱手段の表面から離されて配されて、相対的に近い位置に配置された第１の温度センサーと、相対的に遠い位置に配置された第２の温度センサーと、これらの温度センサーが検知した値に基づいて前記加熱手段の表面温度を決定する温度決定手段とを備え、前記加熱手段の表面の法線方向において、前記加熱手段の表面から前記第１の温度センサーまでの設計上の設定距離をＬ１、前記加熱手段の表面から前記第２の温度センサーまでの設計上の設定距離をＬ２とし、前記法線方向における前記加熱手段の表面から前記第１の温度センサーまでの距離をＭ１、前記加熱手段の表面から前記第２の温度センサーまでの距離をＭ２、前記第１の温度センサーの取り付け誤差を | Ｍ１−Ｌ１ | 、前記第２の温度センサーの取り付け誤差を | Ｍ２−Ｌ２ | としたとき、前記第１の温度センサーが、|Ｍ１−Ｌ１|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＭ１の位置に、かつ、前記第２の温度センサーが、|Ｍ２−Ｌ２|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＭ２の位置に、前記２つの温度センサーは取り付けられ、前記第１の温度センサー及び前記第２の温度センサーは、一つの保持部材によって保持されて一体化されたユニットとして構成され、前記保持部材は、その先端面が相対的に前記加熱手段の表面近傍まで延びて前記第１の温度センサーを保持する第１の温度センサー保持部と、その先端面が相対的に前記加熱手段表面から離された位置まで延びて、前記第２の温度センサーを保持する第２の温度センサー保持部とから構成され、前記第１の温度センサーにより測定された温度をＴ１，前記第２の温度センサーにより測定された温度をＴ２として、前記加熱手段の中心から表面までの距離をＲ０とし、このＲ０と前記Ｌ１，Ｌ２とがそれぞれ、Ｌ１／Ｒ０≪１、（Ｌ２−Ｌ１）／（Ｒ０＋Ｌ１）≪１となる関係に前記Ｌ１，Ｌ２を設定したときに、前記法線方向に関する前記加熱手段の中心からの距離Ｒの位置の雰囲気温度Ｔを、Ｔ＝Ａ×ｌｏｇＲ＋Ｃ（Ａ，Ｃは定数）として算出する理論式から得られる近似式Ｔ０＝（Ｔ１−Ｔ２）×Ｌ１／（Ｌ２−Ｌ１）＋Ｔ１にて前記加熱手段の表面温度を、前記温度決定手段が近似的に算出する熱定着装置により上記課題を解決する。
【００１２】
請求項２の発明では、温度センサーが取り付けられる設計上の位置と、実際に温度センサーが取り付けられる位置との差、すなわち、取り付け誤差が、加熱手段から各温度センサーまでの距離の差より小さくなるように温度センサーが配置されている。このように取り付け誤差自体を小さく抑えることにより、求められる温度から効果的に誤差を排除できる。加えて、一体化されたユニットとして第１の温度センサーと第２の温度センサーとを構成するため、２つの温度センサー同士の間隔を所定の距離に設定することが極めて容易となる。
【００１３】
請求項３の発明では、記録媒体を加熱しつつトナー像を前記記録媒体に定着する加熱手段と、この加熱手段の温度を測定する温度測定手段とを備えた熱定着装置において、前記温度測定手段は、加熱手段の表面から離されて配されて、相対的に近い位置に配置された第１の温度センサーと、相対的に遠い位置に配置された第２の温度センサーと、これらの温度センサーが検知した値に基づいて前記加熱手段の表面温度を決定する温度決定手段とを備え、前記第１の温度センサー及び前記第２の温度センサーは、一つの保持部材によって保持されて一体化されたユニットとして構成され、前記保持部材は、その先端面が相対的に前記加熱手段の表面近傍まで延びて前記第１の温度センサーを保持する第１の温度センサー保持部と、その先端面が相対的に前記加熱手段表面から離された位置まで延びて、前記第２の温度センサーを保持する第２の温度センサー保持部とから構成されている熱定着装置より上記課題を解決する。
【００１４】
請求項３の発明によれば、一体化されたユニットとして第１の温度センサーと第２の温度センサーとを構成するため、２つの温度センサー同士の間隔を所定の距離に設定することが極めて容易となる。
【００１５】
請求項４の発明では、請求項２又は請求項３に記載の熱定着装置において、前記保持部材は、単一の成形部材が使用されていることを特徴とする。
【００１６】
成形部材は、成形される部品間の個体差がほとんどない。このため、請求項４の発明によれば、２つの温度センサー間の距離について、定着装置毎の個体差を生じさせることなく量産できる。また、成形してユニットを形成することで、一体化をいっそう容易にする。
【００１７】
請求項５の発明では、請求項２〜４いずれか１項に記載の熱定着装置において、前記保持部材は、前記加熱手段の上方に配置されたカバーと共に成形されることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明によれば、成形部材は、成形される部品間の個体差がほとんどない。このため、２つの温度センサー間の距離について、定着装置毎の個体差を生じさせることなく量産できる。また、成形してユニットを形成することで、一体化をいっそう容易にする。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
最初に、本発明にかかる画像形成装置全体の概略構成について説明する。図１は、本発明の画像形成装置としてのレーザープリンタの一実施形態を示す要部側断面図である。図１において、レーザープリンタ１は、本体ケーシング２内に、用紙３を給紙するためのフィーダ部４や、給紙された用紙３に所定の画像を形成するための画像形成部５等を備えている。
【００３２】
フィーダ部４は、本体ケーシング２内の底部に、着脱可能に装着される給紙トレイ６と、給紙トレイ６内に設けられた用紙押圧板７と、給紙トレイ６の一端部の上方に設けられる給紙ローラ８および給紙パット９と、給紙ローラ８に対し用紙３の搬送方向の下流側（以下、用紙３の搬送方向上流側または下流側を、単に、上流側または下流側という場合がある。）に設けられる搬送ローラ１０および１１と、搬送ローラ１０および１１に対し用紙３の搬送方向の下流側に設けられるレジストローラ１２とを備えている。
【００３３】
用紙押圧板７は、用紙３を積層状にスタック可能としている。この用紙押圧板７は、給紙ローラ８に対して遠い方の端部が枢動可能に支持されると共に、給紙ローラ８の下方の位置にてその裏側から図示しないばねによって上方向に付勢されている。一方、給紙ローラ８および給紙パット９は、用紙押圧板７の右端部にて上下に対向しており、給紙パット９は、その裏側に配設されるばね１３によって、給紙ローラ８に向けて押圧されている。用紙押圧板７上の最上位にある用紙３は、用紙押圧板７の裏側から図示しないばねによって給紙ローラ８に向かって押圧され、その給紙ローラ８の回転によって給紙ローラ８と給紙パット９とで挟まれた後、１枚毎に給紙される。給紙された用紙３は、搬送ローラ１０，１１によってレジストローラ１２に送られる。レジストローラ１２は、一対のローラから構成されており、用紙３を所定のレジスト後に、画像形成部５に送るようにしている。
【００３４】
さらに、このフィーダ部４は、本体ケーシング２の外側に向けて張り出すマルチパーパストレイ１４と、マルチパーパストレイ１４上に積層される用紙３を給紙するためのマルチパーパス側給紙ローラ１５と、マルチパーパス側給紙パット１５ａとを備えている。マルチパーパス側給紙ローラ１５およびマルチパーパス側給紙パット１５ａは、互いに対向しており、マルチパーパス側給紙パット１５ａは、その裏側に配設される図示しないばねによってマルチパーパス側給紙ローラ１５に向けて付勢されている。マルチパーパストレイ１４上に積層される用紙３は、マルチパーパス側給紙ローラ１５の回転によってマルチパーパス側給紙ローラ１５とマルチパーパス側給紙パット１５ａとで挟まれた後、１枚毎に給紙される。
【００３５】
画像形成部５は、スキャナユニット１６、プロセスカートリッジ１７、転写ローラ２４および熱定着部１８等を備えている。
【００３６】
スキャナユニット１６は、本体ケーシング２内の上部に設けられ、レーザ発光部（図示せず。）、回転駆動されるポリゴンミラー１９、レンズ２０および２１、反射鏡２２等を備えている。このスキャナユニット１６は、レーザ発光部から発光される所定の画像データに基づくレーザービームを、鎖線で示すように、ポリゴンミラー１９、レンズ２０、反射鏡２２、レンズ２１の順に通過あるいは反射させて、後述するプロセスカートリッジ１７の感光ドラム２３の表面上に高速走査にて照射させている。
【００３７】
プロセスカートリッジ１７は、スキャナユニット１６の下方に配設され、本体ケーシング２に対して着脱自在に装着されるように構成されている。このプロセスカートリッジ１７は、感光ドラム２３を備えるとともに、図示しない、スコロトロン型帯電器、現像ローラ、トナー収容部等を備えている。
【００３８】
トナー収容部には、現像剤として、正帯電性の非磁性１成分の重合トナーが充填されており、そのトナーが、現像ローラに薄層として担持される。一方、感光ドラム２３は、現像ローラと対向して配置されており、ドラム本体が接地されるとともに、その表面がポリカーボネート等から構成される正帯電性の感光層により形成されている。
【００３９】
そして、感光ドラム２３の表面は、感光ドラム２３の回転に伴って、スコロトロン型帯電器により一様に正帯電された後、スキャナユニット１６からのレーザービームの高速走査により露光され、所定の画像データに基づく静電潜像が形成される。その後、感光ドラム２３の表面が現像ローラと対向した時に、現像ローラ上に担持されかつ正帯電されているトナーが、その感光ドラム２３の表面に形成される静電潜像に対して現像される。すなわち、トナーは、一様に正帯電されている感光ドラム２３の表面のうち、レーザービームによって露光され電位が下がっている部分に供給され、選択的に担持されることによって可視像化され、これによって反転現像が達成される。
【００４０】
転写ローラ２４は、感光ドラム２３の下方において、本体ケーシング２側において回転可能に支持された状態で、感光ドラム２３と対向するように配置されている。この転写ローラ２４は、金属製のローラ軸に、導電性のゴム材料からなるローラが被覆されており、感光ドラム２３に対して所定の転写バイアスが印加されている。そのため、感光ドラム２３上に担持されたトナーからなる可視像は、用紙３が感光ドラム２３と転写ローラ２４との間を通る間に用紙３に転写される。可視像が転写された用紙３は、搬送ベルト２５を介して、熱定着部１８に搬送される。
【００４１】
熱定着部１８は、プロセスカートリッジ１７の側方下流側に配設され、加熱手段としての加熱ローラ２６と、加熱ローラ２６と用紙３を挟んで互いに対向配置される加圧ローラ２７と、用紙３を加熱ローラ２６と加圧ローラ２７とが接触するニップ部に案内するガイド板３８とを備えている。そして、この熱定着部１８においては、プロセスカートリッジ１７において用紙３上に転写されたトナーを、用紙３が加熱ローラ２６と加圧ローラ２７との間を通過する間に熱定着させている。
【００４２】
熱定着部１８においてトナーの定着された用紙３は、その後、熱定着部１８の下流側に設けられる搬送ローラ２８，２９によって、排紙ローラ３０に搬送され、排紙ローラ３０に送られた用紙３は、その排紙ローラ３０によって排紙トレイ３１上に排紙される。
【００４３】
熱定着部１８は、図２に示すように、加熱ローラ２６の上方にカバー３４を備えている。このカバー３４は下側が開放された箱状に形成されている。カバー３４の上面と加熱ローラ２６の上端との間には、スペースが設けられており、このスペースには、カバー３４の上面から加熱ローラ２６に向けて延びる温度センサー保持体３５が設けられている。この温度センサー保持体３５は、成形された部材であり、加熱ローラ２６の表面近くまで接近する第１保持部３６と、加熱ローラ２６の表面から比較的離れた位置に下端の形成された第２保持部３７とから構成されている。なお、この図２に示す温度センサー保持体３５は、カバー３４とは別体に設けられ、カバー３４に温度センサー保持体３５が取り付けられる構成であるが、カバーと温度センサー保持体とを成形することで、１ユニットとして構成しても構わない。
【００４４】
これら温度センサー保持部３６，３７の下端面には、加熱ローラ２６の周囲の雰囲気温度を検知する温度センサーとしての熱電対４０，４１が保持されている。第１保持部３６に取り付けられた熱電対４０が加熱ローラ２６の表面から相対的に近い位置に配置される第１の温度センサーを構成し、第２保持部３７に取り付けられた熱電対４１が加熱ローラ２６の表面から相対的に遠い位置に配置される第２の温度センサーを構成している。そして、熱電対４０は、第１保持部３６により加熱ローラ２６の表面の法線方向における表面からの距離がＬ１の位置に、熱電対４１は、第２保持部３７により加熱ローラ２６の表面の法線方向における表面からの距離がＬ２の位置にそれぞれ配置されている。
【００４５】
このプリンタ１では、当該プリンタ１が備えるコントローラＣが、次の（１）の理論式を利用して第１の温度センサーである熱電対４０が検知した温度と、第２の温度センサーである熱電対４１が検知する温度とから加熱ローラ２６の表面温度Ｔ０を近似的に求めている。
【００４６】
Ｔ０＝（Ｔ１−Ｔ２）×Ｌ１／（Ｌ２―Ｌ１）＋Ｔ１・・・（１）
なお、Ｔ１は、熱電対４０が配された位置における温度を、Ｔ２は熱電対４１が配された位置における温度をそれぞれ表している。
【００４７】
一般に、ある発熱体の周囲の雰囲気温度Ｔは、発熱体の中心からの距離をＲとすれば、対数関数を用いて式（２）のように表すことができる。
【００４８】
Ｔ＝Ａ×ｌｏｇＲ＋Ｃ・・・（２）
ただし、Ａ，Ｃは定数である。
【００４９】
従って、図３に示すように、加熱ローラ２６の中心から加熱ローラ２６の表面までの距離をＲ０、第１の温度センサーである熱電対４０までの距離をＲ１、第２の温度センサーである熱電対４１までの距離をＲ２とすれば、各熱電対４０，４１の配置された位置の温度は、
Ｔ０＝Ａ×ｌｏｇＲ０＋Ｃ・・・（３）
Ｔ１＝Ａ×ｌｏｇＲ１＋Ｃ・・・（４）
Ｔ２＝Ａ×ｌｏｇＲ２＋Ｃ・・・（５）
とそれぞれ表すことができる。
【００５０】
（３）式〜（４）式から
Ｔ０＝（Ｔ１−Ｔ２）×ｌｏｇ（Ｒ０／Ｒ１）／ｌｏｇ（Ｒ１／Ｒ２）＋Ｔ１と書き表すことができる。
ここで、
ｌｏｇ（Ｒ０／Ｒ１）＝ｌｏｇ（Ｒ０／（Ｒ０＋Ｌ１））・・・（６）
ｌｏｇ（Ｒ１／Ｒ２）＝ｌｏｇ（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｌ２−Ｌ１））・・・（７）
ここで、ε1＝Ｌ１／Ｒ０≪１、ε2＝（Ｌ２−Ｌ１）／Ｒ１≪１・・・（８）
となるように各熱電対４０，４１を配置すれば、（３）式〜（７）式より、
Ｔ０＝（Ｔ１−Ｔ２）×（−ε1＋ε1 2＋・・・）／（−ε2＋ε2 2＋・・・）＋Ｔ１
≒（Ｔ１−Ｔ２）×ε1／ε2＋Ｔ１・・・（９）
と加熱ローラ２６の表面温度を表すことができる。
そして、（８）式の関係を考慮すれば、加熱ローラ２６の表面温度は、（１）の理論式に示すように、
Ｔ０＝（Ｔ１−Ｔ２）×Ｌ１／（Ｌ２―Ｌ１）＋Ｔ１
と書き表すことができる。
【００５１】
このように、本プリンタでは、加熱ローラ２６の表面温度を、加熱ローラ２６の周囲における２点間の雰囲気温度の温度勾配により近似的に求めている。
【００５２】
ここで、ポイントとなるのは、（８）式に示すように、２つの熱電対４０，４１の間の距離（Ｌ２−Ｌ１）が、加熱ローラ２６の表面から熱電対４０までの距離Ｌ１よりかなり大きくなるように、熱電対４０，４１が配置されていることである。すなわち、本発明では、（１）の理論式で表された温度曲線上の大きく離れた２点間の温度勾配で、他の１点の温度を近似することである。
【００５３】
ただし、取り付け誤差による温度測定誤差を極力さけるため、実際に熱電対４０の配置される位置をＭ１、熱電対４１配置される位置をＭ２とすれば、熱電対４０が、|Ｍ１−Ｌ１|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＭ１の位置に、かつ、熱電対４１が、|Ｍ２−Ｌ２|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＬ２の位置にそれぞれ配されるように、２つの熱電対４０，４１を取り付けるとよい。なお、|Ｍ１−Ｌ１|、及び|Ｍ２−Ｌ２|は、各熱電対４０，４１の取り付け誤差を、（Ｌ２−Ｌ１）は、両熱電対４０，４１の加熱ローラ２６の方面における法線方向における設計上の設定距離の差をそれぞれ表している。具体的には、取り付け誤差|Ｍ１−Ｌ１|、及び|Ｍ２−Ｌ２|が、（Ｌ２−Ｌ１）の１／５以下となるように、好ましくは、１／１０以下となるように各熱電対４０，４１を取り付けるとよい。
【００５４】
そして、（１）の理論式によって求められた加熱ローラ２６の表面温度は、種々の要因により発生する誤差を補正するために、温度データテーブルの対象温度と対比される。
【００５５】
すなわち、コントローラＣには、後述する記憶装置５４が設けられており、この記憶装置５４には、熱電対４０，４１が検知した値と対応する加熱ローラ２６の表面温度を記憶した温度データテーブルを有している。（１）の理論式により求められた値と温度データテーブルの対応する値とが比較され、両者の差が大きい場合には、コントローラＣは、温度データテーブルの値を加熱ローラ２６の表面温度として採用する。このように、本プリンタ１では、熱電対４０，４１により測定された値から求められる加熱ローラ２６の表面温度が誤差を含まないように適切な処理がなされている。
【００５６】
以上のようにして求められた加熱ローラ２６の表面温度に基づいて、本プリンタ１では、内蔵する各アクチュエータの作動を制御している。
【００５７】
図４は、本プリンタ１の制御系についてのブロック図を示している。第１の温度センサーである熱電対４０及び、第２の温度センサーである熱電対４１は、バス５０を介してコントローラＣに接続されている。また、コントローラＣには、バス５０を介して加熱ローラ２６の加熱源であるヒータ３３、ニップ圧を変化させているニップモータ６０等に接続されている。そして、コントローラＣには、入力信号に基づいてプログラム等を実行するＣＰＵ５２、入力信号に対応するデータやＣＰＵ５２により行われた演算結果などを一時的に保存したり、演算の際に作業領域として使用されるＲＡＭ５１、コントローラＣの立ち上げなどの基本的な作動を行うためのプログラムの記憶されたＲＯＭ５３が設けられている。なお、加熱ローラ２６の温度を求めるための（１）の理論式はこのＲＯＭ５３に記憶されている。さらに、コントローラＣには加熱ローラ２６の表面温度を求めるために必要な演算式や温度データの温度データテーブル等が記憶された記憶装置５４が設けられている。
【００５８】
かかる制御系により、プリンタ１は、２つの熱電対４０，４１が検知した値に基づいて加熱ローラ２６の表面温度を求め、この求められた温度に基づいて、ヒータ３３の作動や、トナー定着の際のニップ圧を適切な圧力にするためにニップモータ６０の作動を適宜制御している。
【００５９】
以上、加熱ローラ２６の表面温度を求めるに際し、（１）の理論式に求めた温度と記憶装置５４に記憶された温度データテーブルの対応する温度とを対比し、適宜補正を加える場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、（１）の理論式のみに基づいて温度を求めてもよいし、記録装置５４に記憶された温度データテーブルから対応する温度を選択し、選択された温度を加熱ローラ２６の表面温度として採用しても構わない。
【００６０】
また、加熱ローラ２６は、その軸方向にける加熱温度が均一ではなく、軸方向において少なからず温度の分布が形成される。このため、２つの熱電対４０，４１が加熱ローラの軸方向において、ずれた位置に配置されると、正確な表面温度の検知ができなる。かかる不都合を防止すべく、これら熱電対４０，４１の配置される位置は、図５に示すように、用紙３の搬送される方向に直交する加熱ローラ２６の軸方向において、用紙の通紙範囲内にてほぼ同位置に配置されている。ただし、２つの熱電対が、加熱ローラ２６の軸方向において、全く同一の位置に配置されることまでは必要ない。
【００６１】
例えば、第２の温度センサーである熱電対４１の配置される位置が、図５に示す符号の４１ａや４１ｂのように、用紙の搬送方向で熱電対４０と若干でも重なり合う程度であれば、誤差はほとんど生じないが、図５の４１ｃに示すように、熱電対４１が熱電対４０と全く重なり合うことのない位置にずれていると測定誤差が生じるおそれがある。かかる測定誤差が生じるのを防止するため、熱電対４０と熱電対４１とは、用紙３の搬送方向に直交する加熱ローラ２６の軸方向において、配置される位置が概ね一致するように保持されている。
【００６２】
以上、温度センサーとして熱電対を用いたもののについて説明したが、これに限定されるものではなく、サーミスタ等、その他の温度センサーを使用して構わない。
【００６３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、加熱手段の周囲に配された２つの温度センサーで加熱手段の表面温度を求めているので、表面温度を正確に求めることができる。すなわち、１つの温度センサーにより表面温度を求めると、温度センサーの配置される位置に誤差があると、この誤差が求められた表面温度にそのまま反映されてしまい不正確となる。これに対し、２つの温度センサーにより検知された値に基づいて表面温度を求めた場合には、温度センサーの配置の誤差をより少なくできる。これにより、記録媒体にトナーを定着させる際、加熱手段を確実に定着温度に加熱でき、定着不良、オフセット等の不具合を防止できる。
【００６４】
また、前記２つの温度センサーは、前記加熱手段と非接触で配置されているので、温度センサーが加熱手段の表面を傷つけることがない。これにより、接触痕などの定着不良のない良好な画像を得ることができる。さらに、温度センサーが取り付けられる設計上の位置と、実際に温度センサーが取り付けられる位置との差、すなわち、取り付け誤差が、加熱手段から各温度センサーまでの距離の差より小さくなるように温度センサーが配置されている。このように取り付け誤差自体を小さく抑えることにより、求められる温度から効果的に誤差を排除できる。
【００６５】
請求項２の発明では、温度センサーが取り付けられる設計上の位置と、実際に温度センサーが取り付けられる位置との差、すなわち、取り付け誤差が、加熱手段から各温度センサーまでの距離の差より小さくなるように温度センサーが配置されている。このように取り付け誤差自体を小さく抑えることにより、求められる温度から効果的に誤差を排除できる。加えて、一体化されたユニットとして第１の温度センサーと第２の温度センサーとを構成するため、２つの温度センサー同士の間隔を所定の距離に設定することが極めて容易となる。
【００６６】
請求項３の発明によれば、一体化されたユニットとして第１の温度センサーと第２の温度センサーとを構成するため、２つの温度センサー同士の間隔を所定の距離に設定することが極めて容易となる。
【００６７】
請求項４の発明によれば、成形部材は、成形される部品間の個体差がほとんどない。このため、２つの温度センサー間の距離について、定着装置毎の個体差を生じさせることなく量産できる。また、成形してユニットを形成することで、一体化をいっそう容易にする。
【００６８】
請求項５の発明によれば、成形部材は、成形される部品間の個体差がほとんどない。このため、２つの温度センサー間の距離について、定着装置毎の個体差を生じさせることなく量産できる。また、成形してユニットを形成することで、一体化をいっそう容易にする。
【００６９】
【００７０】
【００７１】
【００７２】
【００７３】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の画像形成装置としてのレーザープリンタの一実施形態を示す要部側断面図。
【図２】 熱定着部の詳細を示す前後方向の縦断面図。
【図３】 加熱手段の表面温度を求める際に使用する理論式に用いられる文字同士の関係を示した説明図。
【図４】 プリンタの制御系のブロック図。
【図５】 温度センサーの取り付け位置を示す説明図。
【符号の説明】
１ レーザープリンタ
５ 画像形成部
１８ 熱定着部
２６ 加熱ローラ（加熱手段）
２７ 加圧ローラ
３３ ヒータ
３４ カバー
３５ 温度センサー保持体
３６ 第１保持部
３７ 第２保持部
４０，４１ 熱電対
５４ 記憶装置
Claims (5)
- 記録媒体を加熱しつつトナー像を前記記録媒体に定着する加熱手段と、この加熱手段の温度を測定する温度測定手段とを備えた熱定着装置において、
前記温度測定手段は、加熱手段の表面から離されて配されて、相対的に近い位置に配置された第１の温度センサーと、相対的に遠い位置に配置された第２の温度センサーと、これらの温度センサーが検知した値に基づいて前記加熱手段の表面温度を決定する温度決定手段とを備え、
前記加熱手段の表面の法線方向において、前記加熱手段の表面から前記第１の温度センサーまでの設計上の設定距離をＬ１、前記加熱手段の表面から前記第２の温度センサーまでの設計上の設定距離をＬ２とし、前記法線方向における前記加熱手段の表面から前記第１の温度センサーまでの距離をＭ１、前記加熱手段の表面から前記第２の温度センサーまでの距離をＭ２、前記第１の温度センサーの取り付け誤差を | Ｍ１−Ｌ１ | 、前記第２の温度センサーの取り付け誤差を | Ｍ２−Ｌ２ | としたとき、前記第１の温度センサーが、|Ｍ１−Ｌ１|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＭ１の位置に、かつ、前記第２の温度センサーが、|Ｍ２−Ｌ２|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＭ２の位置に、前記２つの温度センサーは取り付けられ、
前記第１の温度センサーにより測定された温度をＴ１，前記第２の温度センサーにより測定された温度をＴ２として、前記加熱手段の中心から表面までの距離をＲ０とし、このＲ０と前記Ｌ１，Ｌ２とがそれぞれ、Ｌ１／Ｒ０≪１、（Ｌ２−Ｌ１）／（Ｒ０＋Ｌ１）≪１となる関係に前記Ｌ１，Ｌ２を設定したときに、前記法線方向に関する前記加熱手段の中心からの距離Ｒの位置の雰囲気温度Ｔを、Ｔ＝Ａ×ｌｏｇＲ＋Ｃ（Ａ，Ｃは定数）として算出する理論式から得られる近似式Ｔ０＝（Ｔ１−Ｔ２）×Ｌ１／（Ｌ２−Ｌ１）＋Ｔ１にて前記加熱手段の表面温度を、前記温度決定手段が近似的に算出することを特徴とする熱定着装置。 - 記録媒体を加熱しつつトナー像を前記記録媒体に定着する加熱手段と、この加熱手段の温度を測定する温度測定手段とを備えた熱定着装置において、
前記温度測定手段は、加熱手段の表面から離されて配されて、相対的に近い位置に配置された第１の温度センサーと、相対的に遠い位置に配置された第２の温度センサーと、これらの温度センサーが検知した値に基づいて前記加熱手段の表面温度を決定する温度決定手段とを備え、
前記加熱手段の表面の法線方向において、前記加熱手段の表面から前記第１の温度センサーまでの設計上の設定距離をＬ１、前記加熱手段の表面から前記第２の温度センサーまでの設計上の設定距離をＬ２とし、前記法線方向における前記加熱手段の表面から前記第１の温度センサーまでの距離をＭ１、前記加熱手段の表面から前記第２の温度センサーまでの距離をＭ２、前記第１の温度センサーの取り付け誤差を | Ｍ１−Ｌ１ | 、前記第２の温度センサーの取り付け誤差を | Ｍ２−Ｌ２ | としたとき、前記第１の温度センサーが、|Ｍ１−Ｌ１|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＭ１の位置に、かつ、前記第２の温度センサーが、|Ｍ２−Ｌ２|＜Ｌ２−Ｌ１、を満たすＭ２の位置に、前記２つの温度センサーは取り付けられ、
前記第１の温度センサー及び前記第２の温度センサーは、一つの保持部材によって保持されて一体化されたユニットとして構成され、
前記保持部材は、その先端面が相対的に前記加熱手段の表面近傍まで延びて前記第１の温度センサーを保持する第１の温度センサー保持部と、その先端面が相対的に前記加熱手段表面から離された位置まで延びて、前記第２の温度センサーを保持する第２の温度センサー保持部とから構成され、
前記第１の温度センサーにより測定された温度をＴ１，前記第２の温度センサーにより 測定された温度をＴ２として、前記加熱手段の中心から表面までの距離をＲ０とし、このＲ０と前記Ｌ１，Ｌ２とがそれぞれ、Ｌ１／Ｒ０≪１、（Ｌ２−Ｌ１）／（Ｒ０＋Ｌ１）≪１となる関係に前記Ｌ１，Ｌ２を設定したときに、前記法線方向に関する前記加熱手段の中心からの距離Ｒの位置の雰囲気温度Ｔを、Ｔ＝Ａ×ｌｏｇＲ＋Ｃ（Ａ，Ｃは定数）として算出する理論式から得られる近似式Ｔ０＝（Ｔ１−Ｔ２）×Ｌ１／（Ｌ２−Ｌ１）＋Ｔ１にて前記加熱手段の表面温度を、前記温度決定手段が近似的に算出することを特徴とする熱定着装置。 - 記録媒体を加熱しつつトナー像を前記記録媒体に定着する加熱手段と、この加熱手段の温度を測定する温度測定手段とを備えた熱定着装置において、
前記温度測定手段は、加熱手段の表面から離されて配されて、相対的に近い位置に配置された第１の温度センサーと、相対的に遠い位置に配置された第２の温度センサーと、これらの温度センサーが検知した値に基づいて前記加熱手段の表面温度を決定する温度決定手段とを備え、
前記第１の温度センサー及び前記第２の温度センサーは、一つの保持部材によって保持されて一体化されたユニットとして構成され、
前記保持部材は、その先端面が相対的に前記加熱手段の表面近傍まで延びて前記第１の温度センサーを保持する第１の温度センサー保持部と、その先端面が相対的に前記加熱手段表面から離された位置まで延びて、前記第２の温度センサーを保持する第２の温度センサー保持部とから構成されていることを特徴とする熱定着装置。 - 前記保持部材は、単一の成形部材が使用されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の熱定着装置。
- 前記保持部材は、前記加熱手段の上方に配置されたカバーと共に成形されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の熱定着装置。
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