JP5836333B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に、サーモパイルセンサーを用いた効率的な温度監視の技術に関する。
画像形成装置等の電子機器において、定着部を一定温度以上に保つことにより、ユーザーからの使用要求から一定時間内に印刷動作を開始することが可能である。しかし、このために画像形成プロセスの最終段階である定着部が最も電力を消費しており、省電力化の意識が高まる今日、定着部の消費電力の見直しが積極的に行われている。その一つの方法として、焦電型赤外線センサーを用いた人体検知機能を搭載する技術がある。
人体検知機能を利用して「非検知」で装置をReadyモードからSleepモードへ移行させることにより、電源の切り忘れを防ぐことができ電力を削減することができる。その際、Sleepモードでは一般的にディスプレイ(表示部)が消灯状態になるため、ユーザーの利便性を考慮して、人体検知機能の「検知」で表示部を点灯する機構が用いられている。このように、上記制御は一例であるが、焦電型赤外線センサーを始めサーモパイルセンサー等の低消費電力で検知領域が広い特徴を有した赤外線センサーを用いた人体検知が取り入れられている。サーモパイル素子を2次元のアレイ状に配置することでサーモパイルアレイセンサーを構成することができ、サーモパイルアレイセンサーは、被測定対象の2次元の熱分布を測定することができる。
例えば、下記特許文献1では、サーモパイルセンサーを用いた人体検知技術について記載されている。当該人体検出装置は、人体からの放射熱をサーモパイルにより検出し、サーモパイルからの直流検出出力により所定の負荷を駆動し、人体の存在を検出する。
特開平1−66588号公報
しかしながら、サーモパイルアレイセンサーの視野角は比較的狭いため、測定距離が近くなるほど測定可能範囲が狭くなる。このため、例えば、画像形成装置の機内にサーモパイルアレイセンサーを設けた場合、機内の広範囲に亘る温度測定が困難となる。サーモパイルアレイセンサーにより広範囲に亘って温度測定を行うには、複数のサーモパイルセンサーが必要になり、コスト高及び装置の大型化を招く。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、コスト高及び装置の大型化を招くことなく、機器内部に設けられたサーモパイルアレイセンサーにより広範囲の温度測定を可能にすることを目的とする。
本発明の一局面に係る画像形成装置は、画像データに基づいて生成されたトナー像を記録媒体上に画像形成する画像形成部と、
前記記録媒体上のトナー像を熱ローラー及び圧ローラーにより当該記録媒体に定着させる定着部と、
2次元のアレイ状に配置された複数のサーモパイル素子を有し、温度検出面を縦横複数の領域に分割して各サーモパイル素子が各領域の温度に対応する温度検出信号を出力するサーモパイルアレイセンサーと、
前記熱ローラーと前記サーモパイルアレイセンサーの前記温度検出面の間に介在して、前記温度検出面の前方となる位置に配置され、前記定着部における前記熱ローラーの一部であって前記サーモパイルアレイセンサーの視野角外となる部分である被測定対象位置から放射される赤外線を反射させて、前記温度検出面における予め定められた領域に限定的に入射させる角度に調整された反射部材と、
前記複数のサーモパイル素子のそれぞれから出力される前記温度検出信号に基づいて温度を検出する温度検出部とを備え、
前記反射部材は複数設けられ、当該各反射部材毎に、前記被測定対象位置及び前記予め定められた領域がそれぞれ異ならせて設定され、前記反射部材毎の前記被測定対象位置は、前記熱ローラーの回転軸方向において異なる位置とされ、
前記サーモパイルアレイセンサーは、前記温度検出面における前記各予め定められた領域以外となる温度検出領域に、当該サーモパイルアレイセンサーの視野角内となる前記熱ローラー部分を前記被測定対象位置として当該部分から放射される赤外線が入射される位置に配置され、
前記温度検出部は、前記各予め定められた領域及び前記温度検出領域にある前記各サーモパイル素子から出力される前記温度検出信号に基づいて、前記各予め定められた領域及び前記温度検出領域に対応するそれぞれの前記被測定対象位置の温度を検出し、
前記サーモパイルアレイセンサー及び前記複数の反射部材が機器内部に設けられている。
本発明によれば、コスト高及び装置の大型化を招くことなく、機器内部に設けられたサーモパイルアレイセンサーの視野角を実質的に広げて広範囲の温度測定が可能になる。
本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構造を示す正面断面図である。 画像成形装置の主要内部構成を概略的に示す機能ブロック図である。 一例に係るサーモパイルアレイセンサーの概略構成を示す図である。 サーモパイルアレイセンサーで熱ローラーの回転軸方向における各位置の温度を検出する構成を示す図である。 熱ローラーの温度を検出する場合のサーモパイルアレイセンサーの温度検出面の温度検出領域の割り当て例を示す図である。 サーモパイルアレイセンサーで機内と機外の温度を検出するようにした例を示す図である。 機内と機外の温度を検出する場合のサーモパイルアレイセンサーの温度検出面の温度検出領域の割り当て例を示す図である。
以下、本発明の一実施形態に係る電子機器及び画像形成装置について図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構造を示す正面断面図である。
本開示の一実施形態に係る画像形成装置1は、例えば、コピー機能、プリンター機能、スキャナー機能、及びファクシミリ機能のような複数の機能を兼ね備えた複合機である。画像形成装置1は、装置本体11に、操作部47、画像形成部12、定着部13、給紙部14、原稿給送部6、及び原稿読取部5等を備えて構成されている。
画像形成装置1が原稿読取動作を行う場合、原稿給送部6により給送されてくる原稿、又は原稿載置ガラス161に載置された原稿の画像を原稿読取部5が光学的に読み取り、画像データを生成する。原稿読取部5により生成された画像データは内蔵HDD又はネットワーク接続されたコンピューター等に保存される。
画像形成装置1が画像形成動作を行う場合は、上記原稿読取動作により生成された画像データ又は内蔵HDDに記憶されている画像データ等に基づいて、画像形成部12が、給紙部14から給紙される記録媒体としての記録紙Pにトナー像を形成する。画像形成部12の画像形成ユニット12M、12C、12Y、及び12Bkは、感光体ドラム121と、帯電装置123と、露光装置124と、現像装置122と、1次転写ローラー126とをそれぞれ備えている。
画像形成ユニット12M、12C、12Y、及び12Bkの各現像装置122は、静電潜像現像用のトナーを収容している。現像装置122は、当該トナーを、上記帯電装置123による帯電及び上記露光装置124による露光が完了した感光体ドラム121表面に供給する。
カラー印刷を行う場合、画像形成部12のマゼンタ用の画像形成ユニット12M、シアン用の画像形成ユニット12C、イエロー用の画像形成ユニット12Y及びブラック用の画像形成ユニット12Bkは、それぞれに、画像データを構成するそれぞれの色成分から
なる画像に基づいて、帯電、露光及び現像の工程により感光体ドラム121上にトナー像を形成し、トナー像を1次転写ローラー126により、駆動ローラー125a及び従動ローラー125bに張架されている中間転写ベルト(転写ベルト)125上に転写させる。
なお、中間転写ベルト125、1次転写ローラー126、駆動ローラー125a、及び従動ローラー125bは、中間転写ユニット50に実装されている。中間転写ベルト125は、その外周面にトナー像が転写される像担持面が設定され、感光体ドラム121の周面に当接した状態で駆動ローラー125aによって駆動される。中間転写ベルト125は、各感光体ドラム121と同期しながら、駆動ローラー125aと従動ローラー125bとの間を無端走行する。
中間転写ベルト125上に転写される各色のトナー画像は、転写タイミングを調整して中間転写ベルト125上で重ね合わされ、カラーのトナー像となる。2次転写ローラー210は、中間転写ベルト125の表面に形成されたカラーのトナー像を、中間転写ベルト125を挟んで駆動ローラー125aとのニップ部Nにおいて、給紙部14から搬送路190を搬送されてきた記録紙Pに転写させる。この後、定着部13が、記録紙P上のトナー像を熱ローラー及び圧ローラーの熱圧着により記録紙Pに定着させる。定着処理の完了したカラー画像形成済みの記録紙Pは、排出トレイ151に排出される。
装置本体11の内部に、サーモパイルアレイセンサー80と図示しない少なくとも一つの鏡(反射部材の一例)が設けられている。サーモパイルアレイセンサー80は、画像形成装置1において温度監視が必要な部材の温度を非接触で検出するものであり、図1の例では、定着部13の近傍に設けられている。鏡は、サーモパイルアレイセンサー80の視野角外にある被測定対象から放射される赤外線を反射させてサーモパイルアレイセンサー80の温度検出面の予め定められた領域に入射させるためのものである。
次に、画像形成装置1の構成を説明する。図2は画像形成装置1の主要内部構成を示す機能ブロック図である。
画像形成装置1は、制御ユニット10を備える。制御ユニット10は、CPU(Central Processing Unit)、RAM、ROM及び専用のハードウェア回路等から構成され、画像形成装置1の全体的な動作制御を司る。
原稿読取部5は、制御ユニット10による制御の下、光照射部及びCCDセンサー等を有する上記の読取機構163を備える。原稿読取部5は、光照射部により原稿を照射し、その反射光をCCDセンサーで受光することにより、原稿から画像を読み取る。
画像処理部31は、原稿読取部5で読み取られた画像の画像データを必要に応じて画像処理する。例えば、画像処理部31は、原稿読取部5により読み取られた画像が画像形成部12により画像形成された後の品質を向上させるために、シェーディング補正等の予め定められた画像処理を行う。
画像メモリー32は、原稿読取部5による読取で得られた原稿画像のデータを一時的に記憶したり、画像形成部12のプリント対象となるデータを一時的に保存する領域である。
画像形成部12は、原稿読取部5で読み取られた印刷データ、ネットワーク接続されたコンピューター200から受信した印刷データ等の画像形成を行う。
操作部47は、画像形成装置1が実行可能な各種動作及び処理について操作者からの指示を受け付ける。操作部47は、液晶表示器でできたタッチパネル式の表示部473を備える。
表示部473は、画像形成装置1が通常動作モードにあるときに、操作画面、プレビュー画面、印刷ジョブ状況の確認画面等の各種表示をする。一方、表示部473は、画像形成装置1がスリープモードにあるときには消灯する。
ファクシミリ通信部71は、図略の符号化/復号化部、変復調部及びNCU(Network Control Unit)を備え、公衆電話回線網を用いてのファクシミリの送信を行うものである。
ネットワークインターフェイス部91は、LANボード等の通信モジュールから構成され、当該ネットワークインターフェイス部91に接続されたLAN等を介して、ローカルエリア内のコンピューター200等と種々のデータの送受信を行う。
HDD92は、原稿読取部5によって読み取られた原稿画像等を記憶する大容量の記憶装置である。
サーモパイルアレイセンサー80は、2次元のアレイ状に配置された複数のサーモパイル素子を有し、温度検出面を縦横複数の領域に分割して各サーモパイル素子が各領域の温度に対応する温度検出信号を出力する。
駆動モーター70は、画像形成部12の搬送ローラー対19等に回転駆動力を付与する駆動源である。
制御ユニット10は、制御部100と、温度検出部101とを備えている。
制御部100は、画像形成装置1の動作制御を全体的に司る。制御部100は、原稿読取部5、原稿給送部6、画像処理部31、画像メモリー32、画像形成部12、操作部47、ファクシミリ通信部71、ネットワークインターフェイス部91、HDD(ハードディスクドライブ)92等と接続され、これら各部の駆動制御を行う。
温度検出部101は、サーモパイルアレイセンサー80における複数のサーモパイル素子81のそれぞれから出力される温度検出信号を受信し、当該温度検出信号に基づいて温度を算出する。例えば、温度検出部101は、温度検出信号の示す値と、係数とを用いて温度を算出する、又は温度検出信号の示す値と温度との対応関係を示すテーブルを有して、当該テーブルから温度検出信号の示す値に対応する温度を読み出すことにより温度を検出する。
また、温度検出部101は、サーモパイルアレイセンサー80の温度検出面における予め定められた領域毎に、サーモパイルアレイセンサー80から上記温度検出信号を受信する。すなわち、温度検出部101は、受信した温度検出信号が温度検出面におけるいずれの領域に属するものであるかを識別する機能を備える。温度検出部101は、温度検出面で区分された予め定められた領域毎に、サーモパイルアレイセンサー80から受信した温度検出信号に基づいて温度を検出することで、当該各領域に対応付けられているサーモパイルアレイセンサー80の被測定対象位置の温度を検出する。
図3は、一例に係るサーモパイルアレイセンサー80の概略構成を示す図である。サーモパイルアレイセンサー80は、2次元のアレイ状に配置された複数のサーモパイル素子81を備えている。図3の例では、縦8×横8の計64個のサーモパイル素子81がアレイ状に配置されている。アレイ状に配置されたサーモパイル素子81には、図示しない光学系や赤外線透過フィルターを経由して赤外線が入射される。各サーモパイル素子81は、サーモパイルアレイセンサー80の温度検出面を縦横複数の領域(図3の場合、縦8×横8の64領域)に分割して各領域の温度を検出し、検出した温度に応じた電気信号を温度検出信号として出力する。
図4は、サーモパイルアレイセンサー80で定着部13における熱ローラー13Aの両端温度を検出する構成を示す図である。サーモパイルアレイセンサー80は、熱ローラー13Aの中央近傍に、温度検出面を熱ローラー13Aに向けて配置されている。
サーモパイルアレイセンサー80の視野角θは、垂直及び水平方向ともにおよそ30°前後であり、温度検出面は、前方約10cmにおいておよそ5〜6cm四方の正方形である。また、温度検出面の分解能は、およそ3〜4°であり、各サーモパイル素子81が温度を検出する各領域は、前方約10cmにおいておよそ6〜7mm四方の正方形である。このように、サーモパイルアレイセンサー80の視野角θが比較的狭いため、1個のサーモパイルアレイセンサー80で熱ローラー13Aの両端の温度を同時に検出することが困難である。そこで、鏡M11,M12,M21,M22をそれぞれ角度調整してサーモパイルアレイセンサー80周辺の適所に配置し、熱ローラー13Aの両端から放射される赤外線Irを、サーモパイルアレイセンサー80の視野角θ内に入射させる構成を採る。
図4に示す構成では、サーモパイルアレイセンサー80は、熱ローラー13Aの回転軸方向の中央位置に配設されている。鏡M11は、熱ローラー13Aの一端部から放射される赤外線Irを受けることが可能な位置、すなわち、熱ローラー13Aの当該一端部に対向する近傍位置に配置される。鏡M12は、鏡M11の配置位置から熱ローラー13Aの回転軸方向にサーモパイルアレイセンサー80の近傍位置に移動した位置であって、サーモパイルアレイセンサー80の温度検出面の前方となる位置に配置される。鏡M11は、その反射面が、熱ローラー13Aの上記一端部から放射される赤外線Irを鏡M12に向けて反射させる角度に設定されている。鏡M12は、その反射面が、鏡M11により反射されてきた当該赤外線Irをサーモパイルアレイセンサー80の温度検出面に反射させる角度に設定されている。
同様に、鏡M21は、熱ローラー13Aの他端部から放射される赤外線Irを受けることが可能な位置に配置され、熱ローラー13Aの上記他端部から放射される赤外線Irを鏡M22に向けて反射させる。鏡M22は、鏡M21の配置位置から熱ローラー13Aの回転軸方向にサーモパイルアレイセンサー80の近傍位置に移動した位置に配置され、鏡M21により反射されてきた当該赤外線Irをサーモパイルアレイセンサー80の温度検出面に反射させる。
これにより、鏡M11及び鏡M12の組と、鏡M21及び鏡M22の組は、熱ローラー12Aの回転軸方向においてそれぞれに割り当てられた位置から放射される赤外線Irをサーモパイルアレイセンサー80の温度検出面に入射させる。なお、特に図示しないが、熱ローラー12Aの回転軸方向における各位置に、これらと同様の構成からなる鏡の組を配設することによって、当該回転軸方向における各位置で放射される赤外線Irをサーモパイルアレイセンサー80の温度検出面に入射可能である。
続いて、上記のように熱ローラー13Aの回転軸方向における各位置の温度を検出する場合における、サーモパイルアレイセンサー80が備える温度検出面における温度検出領域の割り当てを説明する。図5は、熱ローラー13Aの回転軸方向における各位置の温度を検出する場合のサーモパイルアレイセンサー80の温度検出領域の割り当て例を示す図である。
例えば、サーモパイルアレイセンサー80において、縦4×横4の計16個のサーモパイル素子81の温度検出領域80Aに、鏡M11,M12の組によって反射させた熱ローラー13Aの一端からの赤外線Irを入射させ、縦4×横4の計16個の別のサーモパイル素子81の温度検出領域80Bに、鏡M21,M22の組によって反射させた熱ローラー13Aの他端からの赤外線Irを入射させる。すなわち、鏡M12,M22は、対応するそれぞれの当該温度検出領域に上記赤外線Irを入射させる角度に設定されている。
なお、サーモパイルアレイセンサー80の残りの温度検出領域に、熱ローラー12Aの回転軸方向における他の位置に配設した異なる鏡の組(鏡M11,M12の組及び鏡M21,M22の組と同様に構成)からの赤外線Irを入射させるようにしてもよい。また、当該鏡の組を用いずに、サーモパイルアレイセンサー80の残りの温度検出領域に、熱ローラー13Aの中央部から放射される赤外線Irを入射させるようにしてもよい。
これにより、温度検出部101が、サーモパイルアレイセンサー80の温度検出面における領域毎に、サーモパイルアレイセンサー80から受信した温度検出信号に基づいて温度を検出することで、1個のサーモパイルアレイセンサー80を用いて、熱ローラー13Aの回転軸方向における各位置の温度を同時に検出することが可能になる。
なお、定着部13に、熱ローラー13Aではなく熱ベルトが用いられている場合には、上記と同様にして、1個のサーモパイルアレイセンサー80で熱ベルトの各位置の温度を検出することが可能である。
図6は、サーモパイルアレイセンサー80で画像形成装置1の機内と機外の温度を検出する他の構成を示す図であり、装置本体11を上面から見た模式図である。
この構成では、サーモパイルアレイセンサー80は、装置本体11の内部に設けられている。上述したように、サーモパイルアレイセンサー80の視野角θが比較的狭いため、1個のサーモパイルアレイセンサー80で画像形成装置1の機内と機外の温度を同時に検出することが困難である。そこで、凸面鏡M30をサーモパイルアレイセンサー80の正面に配置して、機内及び機外から放射される赤外線Irを、サーモパイルアレイセンサー80の視野角θ内に入射させる。機内の赤外線Irは、凸面鏡M30で反射してサーモパイルアレイセンサー80の視野角θ内に入射する。機外の赤外線Irは、装置本体11の前面に設けられた開口部110を通って、凸面鏡M30で反射してサーモパイルアレイセンサー80の視野角θ内に入射される。すなわち、凸面鏡30は、サーモパイルアレイセンサー80の温度検出面の前方であって、機内及び機外の両方から放射されてくる赤外線Irを、サーモパイルアレイセンサー80の視野角θ内に向けて反射させることが可能な位置に配設される。
また、例えば、凸面鏡M30を、画像形成装置1の操作部47の前方位置であって、操作者Mが操作部47を操作すると想定される予め定められた位置から放射される赤外線Irを受けることが可能な位置に配置することによって、サーモパイルアレイセンサー80によって、画像形成装置1の機内温度と、画像形成装置1に接近する操作者Mの存在有無の検出とを可能にすることができる。
図7は、上記のようにして機内と機外の温度を検出する場合における、サーモパイルアレイセンサー80の温度検出面における温度検出領域の割り当て例を示す図である。例えば、サーモパイルアレイセンサー80において、温度検出面の半分に相当する32個のサーモパイル素子81の温度検出領域80Cに、機内の赤外線Irを入射させ、残り半分である32個のサーモパイル素子81の温度検出領域80Dに、機外の赤外線Irを入射させる。
これにより、温度検出領域80C、80D毎に、サーモパイルアレイセンサー80から受信した温度検出信号に基づいて温度を検出することで、1個のサーモパイルアレイセンサー80を用いて、画像形成装置1の機内と機外の温度を同時に検出することが可能になる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、反射部材として鏡を用いる構成を例にして説明しているが、反射部材は、赤外線を反射させることが可能な素材からなるものであれば、鏡に限られず、他の素材を用いて作成された反射板等の反射部材であってもよい。
また、本発明に係る画像形成装置の一実施形態として複合機を用いて説明しているが、これは一例に過ぎず、例えば、プリンター、コピー機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置でもよいし、更には、他の電子機器であってもよい。
また、上記実施形態では、図1乃至図7を用いて上記実施形態により示した構成及び処理は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明を当該構成及び処理に限定する趣旨ではない。
1 画像形成装置
12 画像形成部
13 定着装置
80 サーモパイルアレイセンサー
81 サーモパイル素子
101 温度検出部
M11 鏡
M12 鏡
M21 鏡
M22 鏡
M30 凸面鏡
θ 視野角
Ir 赤外線

Claims (3)

  1. 画像データに基づいて生成されたトナー像を記録媒体上に画像形成する画像形成部と、
    前記記録媒体上のトナー像を熱ローラー及び圧ローラーにより当該記録媒体に定着させる定着部と、
    2次元のアレイ状に配置された複数のサーモパイル素子を有し、温度検出面を縦横複数の領域に分割して各サーモパイル素子が各領域の温度に対応する温度検出信号を出力するサーモパイルアレイセンサーと、
    前記熱ローラーと前記サーモパイルアレイセンサーの前記温度検出面の間に介在して、前記温度検出面の前方となる位置に配置され、前記定着部における前記熱ローラーの一部であって前記サーモパイルアレイセンサーの視野角外となる部分である被測定対象位置から放射される赤外線を反射させて、前記温度検出面における予め定められた領域に限定的に入射させる角度に調整された反射部材と、
    前記複数のサーモパイル素子のそれぞれから出力される前記温度検出信号に基づいて温度を検出する温度検出部とを備え、
    前記反射部材は複数設けられ、当該各反射部材毎に、前記被測定対象位置及び前記予め定められた領域がそれぞれ異ならせて設定され、前記反射部材毎の前記被測定対象位置は、前記熱ローラーの回転軸方向において異なる位置とされ、
    前記サーモパイルアレイセンサーは、前記温度検出面における前記各予め定められた領域以外となる温度検出領域に、当該サーモパイルアレイセンサーの視野角内となる前記熱ローラー部分を前記被測定対象位置として当該部分から放射される赤外線が入射される位置に配置され、
    前記温度検出部は、前記各予め定められた領域及び前記温度検出領域にある前記各サーモパイル素子から出力される前記温度検出信号に基づいて、前記各予め定められた領域及び前記温度検出領域に対応するそれぞれの前記被測定対象位置の温度を検出し、
    前記サーモパイルアレイセンサー及び前記複数の反射部材が機器内部に設けられている画像形成装置。
  2. 前記反射部材が鏡である請求項1に記載の画像形成装置
  3. 本画像形成装置の装置本体に設けられ、操作者からの指示を受け付ける操作部と、
    2次元のアレイ状に配置された複数のサーモパイル素子を有し、温度検出面を縦横複数の領域に分割して各サーモパイル素子が各領域の温度に対応する温度検出信号を出力するサーモパイルアレイセンサーと、
    前記サーモパイルアレイセンサーの視野角外となる装置内部及び外部の各被測定対象位置から放射されるそれぞれの赤外線を反射させて、前記温度検出面における異なる領域に入射させる角度に調整された凸面鏡とされた反射部材と、
    前記複数のサーモパイル素子のそれぞれから出力される前記温度検出信号に基づいて前記各被測定対象位置の温度を検出する温度検出部とを備え、
    前記サーモパイルアレイセンサー及び前記反射部材が装置内部に設けられ、
    前記反射部材は、本画像形成装置の操作部の前方位置であって、前記操作者が前記操作部を操作すると想定される装置外部の前記被測定対象位置から放射される赤外線を反射させることが可能な位置に配置されている画像形成装置。
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