JP3994770B2 - 温度算出方法、温度検出手段に実行させるプログラム、温度検出手段を備えた定着器、及び、該定着器を備える画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着手段から放射される赤外線を赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を算出する温度算出方法、及び、定着手段から放射される赤外線を赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を算出する温度算出手段に、その表面温度を算出させるプログラム、及び、定着手段から放射される赤外線を赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を算出する温度算出手段を備えた定着器、及びその定着器を有する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーザープリンタは、印刷用紙の上に転写されたトナー画像を、このトナー画像を形成するトナーを溶融させて印刷用紙に定着させる定着器を備えている。この定着器は、具体的には、トナーを溶融する溶融熱を発するヒーターが内蔵されたヒートローラと、このヒートローラの表面温度を検出する温度センサとを備えている。そしてこの定着器では、温度センサでヒートローラの表面温度を検出し、その検出結果に基づいてヒータをＯＮ−ＯＦＦすることによって、ヒートローラの表面温度が、トナー画像を印刷用紙に定着させるのに適正な温度に保たれるよう温度制御されている。
【０００３】
このような制御を行うため温度センサとしては、非接触式のセンサが用いられることが検討されている。これは、接触式の温度センサが、ヒートローラの表面に付着した細かいトナーを削り取ってしまい、その削り取られたトナーが溢れて、印刷用紙上に転写される恐れがあるからである。
【０００４】
非接触式の代表的な温度センサとしては、サーモパイルがある。このサーモパイルは、サーモパイル素子を備え、サーモパイル素子は、赤外線を受光すると、その赤外線の受光量に応じた電圧レベルの電気信号を出力するセンサである。一般に、ヒートローラのような発熱物質からは、その表面温度に応じた量の赤外線が放射される。そのため、このサーモパイルを用いて、ヒートローラから放射される赤外線を受光すれば、ヒートローラの表面温度を検出することができる。
【０００５】
そして、サーモパイル素子から出力される電気信号の電圧レベルＰと、ヒートローラの表面温度Ｔとの間には、ステファン・ボルツマンの法則により、下記の数５式の関係があることが知られている。
【０００６】
【数５】
【０００７】
ただし、サーモパイル素子固有の定数：ｋ、
サーモパイル素子自身の温度：Ｔ0、
ヒートローラの赤外線の放射率：ε。
そのため、このサーモパイルを備えた定着器では、上述した温度制御が実行される際、数５式に基づいてヒートローラの表面温度Ｔを算出する処理が行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水蒸気は、特定波長の赤外線を吸収する性質を有していることが知られている。また、定着器内の湿度は、トナーを溶融する際、印刷用紙が暖められると、印刷用紙に含まれる水分が蒸発するため、レーザプリンタの稼働状況によって大きく変化することも知られている。そして、定着器内の湿度は、外気の湿度によっても変化する。
【０００９】
そのため、ヒートローラの表面温度の検出結果は、温度センサとしてサーモパイルなどの赤外線センサを用いた場合、定着器内の湿度が変化すると、ヒートローラの実際の表面温度が同じでも、異なってしまう恐れがあった。
そこでサーモパイルには、定着器内の湿度の影響を受けないようにするため、水蒸気に吸収されやすい波長領域の赤外線をカットするフィルタが取り付けられている。そして、ヒートローラの表面温度は、水蒸気に吸収され難い波長領域の赤外線のみをサーモパイルに受光させ、その電圧レベルに基づいて算出される。
【００１０】
しかし、ステファン−ボルツマンの法則は、例えば、黒体放射エネルギーと波長との関係でみると、下記の数６式のように表され、その算出結果は図７のようになる。
【００１１】
【数６】
【００１２】
α：ステファン−ボルツマン定数
η：黒体の放射率
この数６式から分かるように、黒体の放射エネルギーＷは、黒体から放射される放射光の各波長毎の放射エネルギーＷλ を全波長（０〜無限大）で定積分することによって求められるものであり、黒体の温度Ｔは、その放射エネルギーから導かれる。サーモパイルの電圧レベルＰは、ヒートローラの放射エネルギーＷに比例するので、ヒートローラから放射される全波長の赤外線をサーモパイルで受光すれば、受光した赤外線からヒートローラの表面温度を検出することができる。
【００１３】
ところで、各波長毎の放射エネルギーＷλ は、図７に示すように温度により分布が異なり、その温度による分布のピークはウイーンの変位則と呼ばれる変化を生じる。従って、上述したようにフィルタを用いて一部の波長の赤外線をカットしてしまうと、そのカットした波長の放射エネルギーＷと電圧レベルＰとが比例せず、算出されるヒートローラの温度Ｔにも誤差が生じる。
【００１４】
そこで、本発明は、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を正確に算出する温度算出方法、及び、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を算出する温度算出手段に、その表面温度を正確に算出させるプログラム、及び、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を正確に算出する温度算出手段を備えた定着器を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
ところで、ヒートローラの実際の表面温度Ｔ、赤外線センサの温度Ｔ0のときの、赤外線センサの電気信号のレベルＰを実際に測定すると、εＴ 4 −Ｔ 0 4 が、赤外線センサの出力Ｐが、赤外線センサ固有の定数ｋ1，ｋ2とを用いて、ｋ1・Ｐ＋ｋ2で表される直線に沿ってプロットされることが実験から分かった。
【００１６】
そこで上記目的を達するためなされた請求項１記載の発明は、被定着媒体を定着媒体に加熱定着する定着手段と、前記定着手段の表面に対し非接触に設置され、該定着手段の表面から放射される赤外線を受光して、該受光した赤外線の受光量に応じたレベルの電気信号を出力する赤外線センサと、該赤外線センサの温度を検出するセンサ温検出センサと、該赤外線センサから出力された電気信号のレベル、及び、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度に基づいて、前記定着手段の表面温度を算出する温度検出手段とを備え、赤外線センサに波長２．０μｍ以下の波長をカットするフィルタが取り付 けられた定着器において、前記温度検出手段が前記表面温度を算出する温度算出方法であって、
【００１７】
【数７】
【００１８】
前記表面温度Ｔ、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルをＰ、該Ｐの比例定数であって、前記赤外線センサに固有の定数ｋ1、前記赤外線センサに固有の定数ｋ2、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0、前記定着手段の赤外線の放射率ε。からなる数式に基づいて、前記表面温度を算出することを特徴とする。
【００１９】
従って、本発明の温度算出方法を用いれば、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を正確に算出することができる。
次に、請求項２記載の発明は、被定着媒体を定着媒体に加熱定着する定着手段と、前記定着手段の表面に対し非接触に設置され、該定着手段の表面から放射される赤外線を受光して、該受光した赤外線の受光量に応じたレベルの電気信号を出力する赤外線センサと、該赤外線センサの温度を検出するセンサ温検出センサと、該赤外線センサから出力された電気信号のレベル、及び、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度に基づいて、前記定着手段の表面温度を算出する温度検出手段とを備え、赤外線センサに波長２．０μｍ以下の波長をカットするフィルタが取り付けられた定着器において、前記温度検出手段に、
【００２０】
【数８】
【００２１】
前記表面温度Ｔ、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルをＰ、該Ｐの比例定数であって、前記赤外線センサに固有の定数ｋ1、前記赤外線センサに固有の定数ｋ2、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0、前記定着手段の赤外線の放射率ε。からなる数式に基づいて、前記表面温度を算出する処理を実行させることを特徴とする。
【００２２】
この請求項２記載のプログラムを用いれば、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を算出する温度算出手段に、その表面温度を正確に算出させることができる。
次に、請求項３記載の発明は、被定着媒体を定着媒体に加熱定着する定着手段と、前記定着手段の表面に対し非接触に設置され、該定着手段の表面から放射される赤外線を受光して、該受光した赤外線の受光量に応じたレベルの電気信号を出力する赤外線センサと、該赤外線センサの温度を検出するセンサ温検出センサと、該赤外線センサから出力された電気信号のレベル、及び、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度に基づいて、前記定着手段の表面温度を算出する温度検出手段とを備え、赤外線センサに波長２．０μｍ以下の波長をカットするフィルタが取り付けられた定着器において、前記温度検出手段は、
【００２３】
【数９】
【００２４】
前記表面温度Ｔ、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルをＰ、該Ｐの比例定数であって、前記赤外線センサに固有の定数ｋ1、前記赤外線センサに固有の定数ｋ2、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0、前記定着手段の赤外線の放射率ε。からなる数式に基づいて、前記表面温度を算出することを特徴とする。
【００２５】
この請求項３記載の定着器を用いれば、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を温度検出手段で正確に算出することができる。
次に、請求項５記載の発明は、請求項３又は４のいずれかに記載の定着器において、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルＰと、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0とをそれぞれ変化させた時の表面温度Ｔが、数式
【００２６】
【数１０】
【００２７】
に基づいてあらかじめ算出され、該算出された前記表面温度Ｔと前記レベルＰおよび前記温度Ｔ0との関係を表すテーブルが記憶手段に記憶されており、前記温度検出手段が、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルＰと、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0とに基づいて、前記記憶手段に記憶されたテーブルから前記表面温度Ｔを読み取るように構成されていることを特徴とする。
【００２８】
この請求項５記載の定着器を用いれば、赤外線センサから出力される電気信号のレベルＰと、赤外線センサの温度Ｔ0とに基づいて、テーブルから定着手段の表面温度Ｔを読み取るだけで、温度検出手段に負担をかけることなく、定着手段の表面温度Ｔを算出することができる。
【００２９】
ところで、赤外線センサは、測定対象物の温度変化を検知するものが多く、測定対象物の温度変化がない場合には検知出力がないため、測定対象物の実際の温度を連続的に検知することができないという不具合を有している。そのため、測定対象物の実際の温度を連続的に検知するには、例えば、測定対象物と赤外線センサとの間に、赤外線を間欠的に及び通過させるシャッタなどを設ける必要があり、装置構成が複雑となる。
【００３０】
そのため、請求項６記載の発明のように、前記赤外線センサは、サーモパイル素子であることが好ましい。このサーモパイル素子は、測定対象物の温度を温度変化がなくても連続的に検知することができる。そのため、このサーモパイル素子が赤外線センサとして採用されていれば、簡易な構成により、定着手段の表面の温度を連続的に検知することができ、より一層精度のよい温度検知を達成することができる。
【００３１】
次に、上述したように、赤外線センサに、水蒸気に吸収されやすい波長の赤外線をカットするフィルタを取り付けることが好ましい。本発明の定着器は、水蒸気に吸収されやすい赤外線をカットしているので、定着器内の湿度が変化しても、定着手段の表面温度Ｔを正確に検出することができる。尚、波長１．４５μｍ前後及び１．９４μｍ前後の赤外線は水蒸気に吸収されやすいので、赤外線センサに取り付けるフィルタは、波長２．０μｍ以下の波長をカットするものでもよく、また、波長５〜８μｍの赤外線は、ｍｍ単位あるいはｃｍ単位の短い距離では、１．４５μｍあるいは１．９４μｍの赤外線ほど吸収されないが、数ｋｍの大気中を赤外線が通過する場合吸収されるので、赤外線センサに取り付けるフィルタは、８μｍ以下の赤外線をカットするものでもよい。
【００３２】
次に、請求項７記載の発明のように、このような定着器が備えられた画像形成装置を用いると、定着器で定着ミス等が発生しないので、美しい画像を記録媒体上に形成することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下本発明が適用された実施の形態について説明する。
ここで、図１は、本実施形態のレーザプリンタの要部側断面図、図２は、ヒートローラの断面と、ヒートローラとセンサ温検出センサ及び剥離爪３４との位置関係を説明するための平面図、図３は、サーモパイルの分解斜視図、図４は、赤外線の吸収率を説明する説明図で、赤外線の波長を横軸、赤外線の吸収率を縦軸で示すグラフである。
【００３４】
レーザプリンタ１は、図１に示すように、本体ケーシング２内に、印刷用紙３（本発明の定着媒体に相当する）を給紙するためのフィーダ部４や、給紙された印刷用紙３に所定の画像を形成するための画像形成部５を備えている。
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および給紙パッド９と、給紙ローラ８に対し印刷用紙３の搬送方向の下流側（以下、印刷用紙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に対し印刷用紙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。
【００３５】
用紙押圧板７は、印刷用紙３を積層状にスタック可能とされ、給紙ローラ８に対して遠い方の端部において揺動可能に支持されることによって、近い方の端部を上下方向に移動可能とし、また、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。そのため、用紙押圧板７は、印刷用紙３の積層量が増えるに従って、給紙ローラ８に対して遠い方の端部を支点として、ばねの付勢力に抗して下向きに揺動される。給紙ローラ８および給紙パッド９は、互いに対向状に配設され、給紙パッド９の裏側に配設されるばね１３によって、給紙パッド９が給紙ローラ８に向かって押圧されている。用紙押圧板７上の最上位にある印刷用紙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と給紙パッド９とで挟まれた後、１枚毎に給紙される。給紙された印刷用紙３は、搬送ローラ１０および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、１対のローラから構成されており、印刷用紙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。
【００３６】
なお、このフィーダ部４は、さらに、マルチパーパストレイ１４と、マルチパーパストレイ１４上に積層される印刷用紙３を給紙するためのマルチパーパス給紙ローラ１５およびマルチパーパス給紙パッド１５ａとを備えており、マルチパーパス給紙ローラ１５およびマルチパーパス給紙パッド１５ａは、互いに対向状に配設され、マルチパーパス給紙パッド１５ａの裏側に配設される図示しないばねによって、マルチパーパス給紙パッド１５ａがマルチパーパス給紙ローラ１５に向かって押圧されている。マルチパーパストレイ１４上に積層される印刷用紙３は、マルチパーパス給紙ローラ１５の回転によってマルチパーパス給紙ローラ１５とマルチパーパス給紙パッド１５ａとで挟まれた後、１枚毎に給紙される。
【００３７】
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１８および定着器１９などを備えている。
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２０、レンズ２１および２２、反射鏡２３などを備えており、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ビームを、鎖線で示すように、ポリゴンミラー２０、レンズ２１、反射鏡２３、レンズ２２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２４の表面上に高速走査にて照射させている。
【００３８】
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２４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、トナー収容部などを備えている。
【００３９】
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、現像ローラに一定厚さの薄層として担持される。 一方、感光ドラム２４は、現像ローラと対向状に回転可能に配設されており、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など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。
【００４０】
そして、感光ドラム２４の表面は、感光ドラム２４の回転に伴なって、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、その後、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２４の表面に形成される静電潜像、すなわち、一様に正帯電されている感光ドラム２４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。
【００４１】
転写ローラ１８は、感光ドラム２４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２４と対向するように配置されている。この転写ローラ１８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２４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２４上に担持されたトナーで形成されたトナー画像（本発明の被定着媒体に相当する）は、印刷用紙３が感光ドラム２４と転写ローラ１８との間を通る間に印刷用紙３に転写される。トナー画像が転写された印刷用紙３は、搬送ベルト２５を介して、次に述べる定着器１９に搬送される。
【００４２】
定着器１９は、プロセスカートリッジ１７の側方下流側に配設され、ヒートローラ２６、ヒートローラ２６と印刷用紙３の搬送経路を挟んで対向配置され、そのヒートローラ２６を押圧するプレッシャローラ２７、および、これらヒートローラ２６およびプレッシャローラ２７の下流側に設けられる搬送ローラ２８を備えている。
【００４３】
ヒートローラ２６は、アルミニウムなどの金属素管からなる円筒状のローラ本体３２と、ハロゲンランプ３３とを備えている。
ハロゲンランプ３３は、ローラ本体３２内に軸方向に沿って設けられており、図示しない電源から電力が供給されることにより発熱して、それによってローラ本体３２を加熱するように構成されている。
【００４４】
プレッシャローラ２７は、金属製のローラ軸に弾性体からなるローラが被覆されており、ヒートローラ２６を所定の圧力で押圧し、ヒートローラ２６との当接部分に、ハロゲンランプ３３から発せられた熱を印刷用紙３に伝達するニップを形成する。
【００４５】
そして、この定着器１９では、プロセスカートリッジ１７において印刷用紙３上に転写されたトナー画像を、印刷用紙３がヒートローラ２６とプレッシャローラ２７との当接部に形成されたニップを通過する間に、加熱定着させるようにしている。
【００４６】
尚、ヒートローラ２６及びハロゲンランプ３３が、本発明の定着手段に相当する。
また、この定着器１９は、定着時にヒートローラ２６の表面に付着した印刷用紙３を剥がし取るため剥離爪３４を備えている。
【００４７】
剥離爪３４は、金属からなり、図２に示すように、平面視において略矩形薄板状であって、図１に示すように、断面視において掻き取り部分となる一端端部に向けて徐々に薄くなるような略楔形状に形成されている。この剥離爪３４は、印刷用紙３の搬送方向におけるヒートローラ２６とプレッシャローラ２７との対向部分よりも下流側において、図２に示すように、ヒートローラ２６の軸方向両端部に所定の間隔を隔てて２つ配置されている。剥離爪３４の掻き取り部分となる一端部がヒートローラ２６と対向状に接触する状態で、他端部が定着器１９のケーシング（図示せず）に支持されている。
【００４８】
そして、ヒートローラ２６とプレッシャローラ２７との間を通過する時に、ヒートローラ２６の表面に付着した印刷用紙３は、ヒートローラ２６の回転によって、剥離爪３４と接触した時に、ヒートローラ２６の表面から剥がし取られる。
なお、この剥離爪３４は、図示しないソレノイドによって、印刷用紙３が定着器１９に搬送されてくる時のみヒートローラ２６の表面と接触し、常には、ヒートローラ２６に対して離間するように構成されている。
【００４９】
そして、定着器１９においてトナー画像が定着された印刷用紙３は、その後、定着器１９の下流側に設けられる搬送ローラ２８およびその搬送ローラ２８の下流側に配置される搬送ローラ２９および排紙ローラ３０に搬送され、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。
【００５０】
また、この定着器１９は、図２に示すように、ヒートローラ２６の表面から放出された赤外線を受光して、ヒートローラ２６の表面温度を検出するサーモパイル３５を備えている。
このサーモパイル３５は、図３に示すように、ヒートローラ２６の表面に対し非接触に配置され、ヒートローラ２６の表面から放射される赤外線を受光して、その受光量に応じた電圧レベルの電子信号を出力するサーモパイル素子３５０（本発明の赤外線センサに相当する）と、このサーモパイル素子３５０の温度を検出するサーミスタ３５２（本発明のセンサ温検出センサに相当する）とを備えており、これらは、図３に示すように、赤外線入射口３７が開口形成される筒状のキャンケース３８内に収納されている。
【００５１】
このサーモパイル３５は、印刷用紙３の搬送方向におけるヒートローラ２６とプレッシャローラ２７との対向部分よりも上流側であって、図２に示すように、ヒートローラ２６の軸方向において剥離爪３４と重ならないように、ヒートローラ２６の軸方向（印刷用紙３の搬送方向と直交する方向）の略中央において、ヒートローラ２６に対し所定の間隔を隔てて配置されており、その赤外線入射口３７がヒートローラ２６の表面と対向するように設置される。
【００５２】
図３に示すように、赤外線入射口３７は、キャンケース３８において略矩形状に開口形成されている。センシング技術応用研究会の第９２回例会（平成６年８月１９日（金）三田出版会大会議室）にて、浜松ホトニクス（株）の河合敏昭氏が発表したように、波長１．４５μｍ前後及び１．９４μｍ前後の赤外線は水蒸気に吸収されやすいので、この赤外線入射口３７には、波長が２μｍ以下の波長の赤外線をカットする光学フィルタ３８０が設けられている。尚、波長５〜８μｍの波長の赤外線は、赤外線が大気中を数ｋｍ透過してきた場合の透過率と波長との関係を示す図４に示すように、吸収されてしまいます。しかしながら、定着器１９では、ヒートローラ２６の表面からサーモパイル素子３５０までの距離が２０ｍｍ〜３０ｍｍ程であるので、５〜８μｍの波長の赤外線は、１．４５μｍあるいは１．９４μｍの波長の赤外線ほど吸収されずに、サーモパイル素子３５０に到達し、より正確に温度を検知するには、８μｍ以下の赤外線をカットするものを取り付けることが望ましい。
【００５３】
レーザプリンタ１内の湿度は、トナーを溶融したときに印刷用紙３の水分が蒸発することによって変化し、サーモパイル３５が受光する赤外線の受光量もこの湿度の変化に伴って変化する。しかし、この光学フィルタ３８０は、湿度によって変化する波長領域の赤外線をカットするので、サーモパイル素子３５０から出力される電気信号の電圧レベルＰは、この湿度変化の影響を受けることがない。
【００５４】
また、サーモパイル素子３５０は、略矩形板状をなし、キャンケース３８内において、赤外線入射口３７と対向するように配置されている。さらにこのサーモパイル３５は、サーモパイル素子３５０の温度を検出するサーミスタ３５２と、サーモパイル素子３５０が受光した赤外線の受光量に応じた電圧レベルの電気信号を出力する一対の出力ピン４１２と、サーミスタ３５２がサーモパイル素子３５０の温度を検出してその温度に応じた電気信号を出力する一対の出力ピン４１４とを備えている。
【００５５】
次に、本実施形態のレーザプリンタ１を制御する制御装置について説明する。
ここで、図５は、制御装置のブロック図である。
この制御装置１００は、図５に示すように、中央制御回路１１０と、ヒータ制御回路１２０と、センサ温検出センサ制御回路１３０と、その他の回路１４０とを備え、各回路１１０〜１４０はバス１９０でそれぞれ結ばれている。
【００５６】
中央制御回路１１０は、ＣＰＵ１１１、ＲＡＭ１１３及びＲＯＭ１１５を備え、各種の制御を実行する。ＲＡＭ１１３には、サーモパイル素子３５０から出力される電気信号の電圧レベルに関する情報が一時的に記憶され、ＲＯＭ１１５には、ヒートローラの表面温度を算出する算出プログラムや、メイン制御プログラムなどの各種のプログラムが格納されている。
【００５７】
ヒータ制御回路１２０には、ハロゲンランプ３３が接続されており、ハロゲンランプ３３は、このヒータ制御回路１２０を介して、ＲＯＭ１１５に記憶されたメイン駆動制御プログラムによってオン・オフが制御される。
センサ制御回路１３０にはサーモパイル３５が接続されている。このサーモパイル３５に備えられたサーモパイル素子３５０は赤外線を受光すると、その受光量に応じた電圧レベルの電気信号を出力する。そして、センサ制御回路１３０はこの電気信号をＡ／Ｄ変換して、バス１９０を介してＲＡＭ１１３に出力する。するとＲＡＭ１１３には、サーモパイル素子３５０から出力された電気信号の電圧レベルに関する情報が記憶される。また、サーモパイル３５に備えられたサーミスタ３５２はサーモパイル素子３５０の温度を検出すると、その温度に応じ抵抗が変化するので、その抵抗の変化に応じた電圧レベルの電気信号が出力される。そして、センサ制御回路１３０はこの電気信号をＡ／Ｄ変換して、バス１９０を介してＲＡＭ１１３に出力する。するとＲＡＭ１１３には、サーミスタ３５２から出力された電気信号の電圧レベルが記憶される。
【００５８】
そして中央制御回路１１０は、ＲＡＭ１１３に、サーモパイル素子３５０及びサーミスタ３５２から出力される電気信号の電圧レベルに関する情報がＲＡＭ１１３に記憶されると、まず、サーミスタ３５２から出力された電気信号の電圧レベルから、サーモパイル素子３５０の温度を算出処理が実行する。この処理は周知の処理であるので、詳細については省略する。
【００５９】
次に、中央制御回路１１０は、算出プログラムにより下記の算出式（１）に基づいて、ヒートローラ２６の表面温度Ｔを算出する処理を実行する。
この算出プログラムは、サーモパイル素子３５０から出力される電気信号の電圧レベルをＰ、サーミスタ３５２から出力される電気信号の電圧レベルＰ’から求められたサーモパイル素子３５０の温度をＴ0を下記数１１式に代入して、
【００６０】
【数１１】
【００６１】
ヒートローラ２６の表面温度Ｔを算出し、ＲＡＭ１１３に記憶するプログラムである。尚、この数１１式において、ｋ1、ｋ2はサーモパイル素子３５０に固有の定数であり、また、εもヒートローラ２６の赤外線の放射率を表す固有の定数であり、これらは予め実験等により求められ予め代入されている。尚、この中央制御回路１１０でこの算出プログラムを実行する処理が、本発明の温度検出手段に相当する。
【００６２】
メイン駆動制御プログラムは、算出プログラムによりヒートローラ２６の表面温度ＴがＲＡＭ１１３に記憶されると、ヒータ制御回路１２０を介してヒータをＯＮ・ＯＦＦ制御し、ヒートローラ２６の表面温度を、印刷用紙３にトナー画像が定着するのに最適な温度に制御する。
【００６３】
以上説明したレーザプリンタ１を用いると、ヒートローラ２６から放射される赤外線を非接触式のサーモパイル素子３５０で検出したその検出結果に基づいてヒートローラ２６の表面温度を正確に算出することができる。
次に、下記の数１２式で用いられる定数のうち、
【００６４】
【数１２】
【００６５】
一例として、ヒートローラ２６には、アルミ素管の表面にプライマとＰＦＡとを積層・焼成した赤外線の放射率ε＝０．５のものを用い、サーモパイル３５には、村田製作所製：商品名ＩＲＴＥ５０２１ＴＣ０１を用いた場合のｋ1、ｋ2、について説明する。
【００６６】
ここで、図６は、横軸をサーモパイル素子３５０の電圧レベルを１００倍にオペアンプで増幅したものＰ、縦軸をεＴ 4 −Ｔ 0 4 で表したグラフである。
このｋ1、ｋ2を求めるには、まず、ヒートローラ２６の実際の表面温度を測定するため、ヒートローラ２６の表面にサーミスタを設置する。そして、ハロゲンランプ３３を点灯して温度を順次上げてゆき、そのときのヒートローラ２６の表面温度Ｔと、サーモパイル素子の電圧レベルＰと、サーモパイル３５内に設置されたサーミスタ３５２で検出した検出温度Ｔ0とを測定して、サーモパイル素子３５０の出力レベルＰに対応するεＴ 4 −Ｔ 0 4 を図６に示すグラフのようにプロットする。すると、図６に示すように、ｋ1・Ｐ＋ｋ2に沿ってプロットされることが分かる。
【００６７】
従って、
【００６８】
【数１３】
【００６９】
となり、上述した数１２式は、この数１３式から導かれる。
尚、この図６におけるｋ1は1745698760.7277で、ｋ2は-4522599153.9170である。
以上説明した本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【００７０】
例えば、本実施形態では、サーモパイル素子３５０によってヒートローラ２６の表面の温度を検出しているが、本発明では、ヒートローラ２６の表面温度との相関性の高いプレッシャローラ２７の表面温度を検出するようにしてもよい。
本実施形態では、定着手段としてヒートローラ２６およびプレッシャローラ２７が使用されているが、本発明では、ベルト状の定着手段を用いてもよく、たとえば、ベルト状の加熱部材およびローラ状の押圧部材、ローラ状の加熱部材およびベルト状の押圧部材、あるいは、ベルト状の加熱部材およびベルト状の押圧部材などのいずれの態様に適用してもよい。
【００７１】
本実施形態では、定着器を、レーザプリンタ１の定着器１９として説明しているが、本発明では、これに限定されることはなく、たとえば、フィルムからなる定着媒体及び被定着媒体を熱定着させるラミネータなどであってもよい。
本実施形態では、サーモパイル素子３５０から出力される電気信号の電圧レベルＰと、サーミスタ３５２の検出温度Ｔ0とから下記の数１４式
【００７２】
【数１４】
【００７３】
を用いて算出処理を行っているが、本発明では、サーモパイル素子３５０の電圧レベルＰ及びサーミスタ３５２の検出温度Ｔ0と、ヒートローラ２６の表面温度Ｔとの関係をテーブルにしておき、サーモパイル素子３５０の電圧レベルＰと、サーミスタ３５２の検出温度Ｔ0とからヒートローラ２６の検出温度Ｔをテーブルから読み出すようにしてもよい。
このようにすると、サーモパイル素子３５０の電圧レベルＰと、サーミスタ３５２で検出されたサーモパイル３５０の温度Ｔ0とに基づいて、テーブルから表面温度Ｔを単に読み取る処理だけですむので、ヒートローラ２６の表面温度Ｔを算出する中央制御装置１１０にかかる負担を軽減することができる。テーブルはＲＯＭ１１５に記憶しておいてもよいし、その記憶場所は特に限定されない。
【００７４】
本実施形態では、定着器１９としてヒートローラ２６にハロゲンランプ３３を内蔵したものが使用されているが、ヒートローラの軸方向の側面に電磁石を設置し、その電磁石から発せられる磁界によってヒートローラを熱するＩＨ方式の定着器を用いてもよい。
【００７５】
本実施形態では、赤外線センサとしてサーモパイルを用いたが、サーモパイル以外の赤外線センサを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態のレーザプリンタの要部側断面図である。
【図２】 ヒートローラの断面と、ヒートローラとセンサ温検出センサ及び剥離爪３４との位置関係を説明するための平面図である。
【図３】 サーモパイルの分解斜視図である。
【図４】 大気中を数ｋｍ透過した赤外線の吸収率を説明する説明図で、赤外線の波長を横軸、赤外線の吸収率を縦軸で示すグラフである。
【図５】 制御装置のブロック図である。
【図６】 横軸をサーモパイル素子の電圧レベルＰ、縦軸をεＴ 4 −Ｔ 0 4 で表したグラフである。
【図７】 黒体放射エネルギ−と波長との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１…レーザプリンタ、２…本体ケーシング、３…印刷用紙、４…フィーダ部、５…画像形 成部、６…給紙トレイ、７…用紙押圧板、８…給紙ローラ、９…給紙パッド、１０，１１…搬送ローラ、１２…レジストローラ、１４…マルチパーパストレイ、１５…マルチパーパス給紙ローラ、１５ａ…マルチパーパス給紙パッド、１６…スキャナユニット、１７…プロセスカートリッジ、１８…転写ローラ、１９…定着器、２０…ポリゴンミラー、２１，２２…レンズ、２３…反射鏡、２４…感光ドラム、２６…ヒートローラ、２７…プレッシャローラ、２８，２９…搬送ローラ、３０…排紙ローラ、３１…排紙トレイ、３２…ローラ本体、３３…ハロゲンランプ、３４…剥離爪、３５…センサ、３５０…サーモパイル素子、３５２…サーミスタ、３７赤外線入射口、３８…キャンケース、３８０…光学フィルタ、１００…制御装置、１１０…中央制御装置、１２０…ヒータ制御回路、１３０…センサ制御回路、１４０…その他
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着手段から放射される赤外線を赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を算出する温度算出方法、及び、定着手段から放射される赤外線を赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を算出する温度算出手段に、その表面温度を算出させるプログラム、及び、定着手段から放射される赤外線を赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を算出する温度算出手段を備えた定着器、及びその定着器を有する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーザープリンタは、印刷用紙の上に転写されたトナー画像を、このトナー画像を形成するトナーを溶融させて印刷用紙に定着させる定着器を備えている。この定着器は、具体的には、トナーを溶融する溶融熱を発するヒーターが内蔵されたヒートローラと、このヒートローラの表面温度を検出する温度センサとを備えている。そしてこの定着器では、温度センサでヒートローラの表面温度を検出し、その検出結果に基づいてヒータをＯＮ−ＯＦＦすることによって、ヒートローラの表面温度が、トナー画像を印刷用紙に定着させるのに適正な温度に保たれるよう温度制御されている。
【０００３】
このような制御を行うため温度センサとしては、非接触式のセンサが用いられることが検討されている。これは、接触式の温度センサが、ヒートローラの表面に付着した細かいトナーを削り取ってしまい、その削り取られたトナーが溢れて、印刷用紙上に転写される恐れがあるからである。
【０００４】
非接触式の代表的な温度センサとしては、サーモパイルがある。このサーモパイルは、サーモパイル素子を備え、サーモパイル素子は、赤外線を受光すると、その赤外線の受光量に応じた電圧レベルの電気信号を出力するセンサである。一般に、ヒートローラのような発熱物質からは、その表面温度に応じた量の赤外線が放射される。そのため、このサーモパイルを用いて、ヒートローラから放射される赤外線を受光すれば、ヒートローラの表面温度を検出することができる。
【０００５】
そして、サーモパイル素子から出力される電気信号の電圧レベルＰと、ヒートローラの表面温度Ｔとの間には、ステファン・ボルツマンの法則により、下記の数５式の関係があることが知られている。
【０００６】
【数５】
ただし、サーモパイル素子固有の定数：ｋ、
サーモパイル素子自身の温度：Ｔ0、
ヒートローラの赤外線の放射率：ε。
そのため、このサーモパイルを備えた定着器では、上述した温度制御が実行される際、数５式に基づいてヒートローラの表面温度Ｔを算出する処理が行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水蒸気は、特定波長の赤外線を吸収する性質を有していることが知られている。また、定着器内の湿度は、トナーを溶融する際、印刷用紙が暖められると、印刷用紙に含まれる水分が蒸発するため、レーザプリンタの稼働状況によって大きく変化することも知られている。そして、定着器内の湿度は、外気の湿度によっても変化する。
【０００９】
そのため、ヒートローラの表面温度の検出結果は、温度センサとしてサーモパイルなどの赤外線センサを用いた場合、定着器内の湿度が変化すると、ヒートローラの実際の表面温度が同じでも、異なってしまう恐れがあった。
そこでサーモパイルには、定着器内の湿度の影響を受けないようにするため、水蒸気に吸収されやすい波長領域の赤外線をカットするフィルタが取り付けられている。そして、ヒートローラの表面温度は、水蒸気に吸収され難い波長領域の赤外線のみをサーモパイルに受光させ、その電圧レベルに基づいて算出される。
【００１０】
しかし、ステファン−ボルツマンの法則は、例えば、黒体放射エネルギーと波長との関係でみると、下記の数６式のように表され、その算出結果は図７のようになる。
【００１１】
【数６】
α：ステファン−ボルツマン定数
η：黒体の放射率
この数６式から分かるように、黒体の放射エネルギーＷは、黒体から放射される放射光の各波長毎の放射エネルギーＷλ を全波長（０〜無限大）で定積分することによって求められるものであり、黒体の温度Ｔは、その放射エネルギーから導かれる。サーモパイルの電圧レベルＰは、ヒートローラの放射エネルギーＷに比例するので、ヒートローラから放射される全波長の赤外線をサーモパイルで受光すれば、受光した赤外線からヒートローラの表面温度を検出することができる。
【００１３】
ところで、各波長毎の放射エネルギーＷλ は、図７に示すように温度により分布が異なり、その温度による分布のピークはウイーンの変位則と呼ばれる変化を生じる。従って、上述したようにフィルタを用いて一部の波長の赤外線をカットしてしまうと、そのカットした波長の放射エネルギーＷと電圧レベルＰとが比例せず、算出されるヒートローラの温度Ｔにも誤差が生じる。
【００１４】
そこで、本発明は、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を正確に算出する温度算出方法、及び、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を算出する温度算出手段に、その表面温度を正確に算出させるプログラム、及び、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を正確に算出する温度算出手段を備えた定着器を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
ところで、ヒートローラの実際の表面温度Ｔ、赤外線センサの温度Ｔ0のときの、赤外線センサの電気信号のレベルＰを実際に測定すると、εＴ 4 −Ｔ 0 4 が、赤外線センサの出力Ｐが、赤外線センサ固有の定数ｋ1，ｋ2とを用いて、ｋ1・Ｐ＋ｋ2で表される直線に沿ってプロットされることが実験から分かった。
【００１６】
そこで上記目的を達するためなされた請求項１記載の発明は、被定着媒体を定着媒体に加熱定着する定着手段と、前記定着手段の表面に対し非接触に設置され、該定着手段の表面から放射される赤外線を受光して、該受光した赤外線の受光量に応じたレベルの電気信号を出力する赤外線センサと、該赤外線センサの温度を検出するセンサ温検出センサと、該赤外線センサから出力された電気信号のレベル、及び、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度に基づいて、前記定着手段の表面温度を算出する温度検出手段とを備え、赤外線センサに波長２．０μｍ以下の波長をカットするフィルタが取り付 けられた定着器において、前記温度検出手段が前記表面温度を算出する温度算出方法であって、
【００１７】
【数７】
前記表面温度Ｔ、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルをＰ、該Ｐの比例定数であって、前記赤外線センサに固有の定数ｋ1、前記赤外線センサに固有の定数ｋ2、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0、前記定着手段の赤外線の放射率ε。からなる数式に基づいて、前記表面温度を算出することを特徴とする。
【００１９】
従って、本発明の温度算出方法を用いれば、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を正確に算出することができる。
次に、請求項２記載の発明は、被定着媒体を定着媒体に加熱定着する定着手段と、前記定着手段の表面に対し非接触に設置され、該定着手段の表面から放射される赤外線を受光して、該受光した赤外線の受光量に応じたレベルの電気信号を出力する赤外線センサと、該赤外線センサの温度を検出するセンサ温検出センサと、該赤外線センサから出力された電気信号のレベル、及び、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度に基づいて、前記定着手段の表面温度を算出する温度検出手段とを備え、赤外線センサに波長２．０μｍ以下の波長をカットするフィルタが取り付けられた定着器において、前記温度検出手段に、
【００２０】
【数８】
前記表面温度Ｔ、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルをＰ、該Ｐの比例定数であって、前記赤外線センサに固有の定数ｋ1、前記赤外線センサに固有の定数ｋ2、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0、前記定着手段の赤外線の放射率ε。からなる数式に基づいて、前記表面温度を算出する処理を実行させることを特徴とする。
【００２２】
この請求項２記載のプログラムを用いれば、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を算出する温度算出手段に、その表面温度を正確に算出させることができる。
次に、請求項３記載の発明は、被定着媒体を定着媒体に加熱定着する定着手段と、前記定着手段の表面に対し非接触に設置され、該定着手段の表面から放射される赤外線を受光して、該受光した赤外線の受光量に応じたレベルの電気信号を出力する赤外線センサと、該赤外線センサの温度を検出するセンサ温検出センサと、該赤外線センサから出力された電気信号のレベル、及び、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度に基づいて、前記定着手段の表面温度を算出する温度検出手段とを備え、赤外線センサに波長２．０μｍ以下の波長をカットするフィルタが取り付けられた定着器において、前記温度検出手段は、
【００２３】
【数９】
前記表面温度Ｔ、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルをＰ、該Ｐの比例定数であって、前記赤外線センサに固有の定数ｋ1、前記赤外線センサに固有の定数ｋ2、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0、前記定着手段の赤外線の放射率ε。からなる数式に基づいて、前記表面温度を算出することを特徴とする。
【００２５】
この請求項３記載の定着器を用いれば、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を温度検出手段で正確に算出することができる。
次に、請求項５記載の発明は、請求項３又は４のいずれかに記載の定着器において、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルＰと、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0とをそれぞれ変化させた時の表面温度Ｔが、数式
【００２６】
【数１０】
に基づいてあらかじめ算出され、該算出された前記表面温度Ｔと前記レベルＰおよび前記温度Ｔ0との関係を表すテーブルが記憶手段に記憶されており、前記温度検出手段が、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルＰと、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0とに基づいて、前記記憶手段に記憶されたテーブルから前記表面温度Ｔを読み取るように構成されていることを特徴とする。
【００２８】
この請求項５記載の定着器を用いれば、赤外線センサから出力される電気信号のレベルＰと、赤外線センサの温度Ｔ0とに基づいて、テーブルから定着手段の表面温度Ｔを読み取るだけで、温度検出手段に負担をかけることなく、定着手段の表面温度Ｔを算出することができる。
【００２９】
ところで、赤外線センサは、測定対象物の温度変化を検知するものが多く、測定対象物の温度変化がない場合には検知出力がないため、測定対象物の実際の温度を連続的に検知することができないという不具合を有している。そのため、測定対象物の実際の温度を連続的に検知するには、例えば、測定対象物と赤外線センサとの間に、赤外線を間欠的に及び通過させるシャッタなどを設ける必要があり、装置構成が複雑となる。
【００３０】
そのため、請求項６記載の発明のように、前記赤外線センサは、サーモパイル素子であることが好ましい。このサーモパイル素子は、測定対象物の温度を温度変化がなくても連続的に検知することができる。そのため、このサーモパイル素子が赤外線センサとして採用されていれば、簡易な構成により、定着手段の表面の温度を連続的に検知することができ、より一層精度のよい温度検知を達成することができる。
【００３１】
次に、上述したように、赤外線センサに、水蒸気に吸収されやすい波長の赤外線をカットするフィルタを取り付けることが好ましい。本発明の定着器は、水蒸気に吸収されやすい赤外線をカットしているので、定着器内の湿度が変化しても、定着手段の表面温度Ｔを正確に検出することができる。尚、波長１．４５μｍ前後及び１．９４μｍ前後の赤外線は水蒸気に吸収されやすいので、赤外線センサに取り付けるフィルタは、波長２．０μｍ以下の波長をカットするものでもよく、また、波長５〜８μｍの赤外線は、ｍｍ単位あるいはｃｍ単位の短い距離では、１．４５μｍあるいは１．９４μｍの赤外線ほど吸収されないが、数ｋｍの大気中を赤外線が通過する場合吸収されるので、赤外線センサに取り付けるフィルタは、８μｍ以下の赤外線をカットするものでもよい。
【００３２】
次に、請求項７記載の発明のように、このような定着器が備えられた画像形成装置を用いると、定着器で定着ミス等が発生しないので、美しい画像を記録媒体上に形成することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下本発明が適用された実施の形態について説明する。
ここで、図１は、本実施形態のレーザプリンタの要部側断面図、図２は、ヒートローラの断面と、ヒートローラとセンサ温検出センサ及び剥離爪３４との位置関係を説明するための平面図、図３は、サーモパイルの分解斜視図、図４は、赤外線の吸収率を説明する説明図で、赤外線の波長を横軸、赤外線の吸収率を縦軸で示すグラフである。
【００３４】
レーザプリンタ１は、図１に示すように、本体ケーシング２内に、印刷用紙３（本発明の定着媒体に相当する）を給紙するためのフィーダ部４や、給紙された印刷用紙３に所定の画像を形成するための画像形成部５を備えている。
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および給紙パッド９と、給紙ローラ８に対し印刷用紙３の搬送方向の下流側（以下、印刷用紙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に対し印刷用紙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。
【００３５】
用紙押圧板７は、印刷用紙３を積層状にスタック可能とされ、給紙ローラ８に対して遠い方の端部において揺動可能に支持されることによって、近い方の端部を上下方向に移動可能とし、また、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。そのため、用紙押圧板７は、印刷用紙３の積層量が増えるに従って、給紙ローラ８に対して遠い方の端部を支点として、ばねの付勢力に抗して下向きに揺動される。給紙ローラ８および給紙パッド９は、互いに対向状に配設され、給紙パッド９の裏側に配設されるばね１３によって、給紙パッド９が給紙ローラ８に向かって押圧されている。用紙押圧板７上の最上位にある印刷用紙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と給紙パッド９とで挟まれた後、１枚毎に給紙される。給紙された印刷用紙３は、搬送ローラ１０および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、１対のローラから構成されており、印刷用紙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。
【００３６】
なお、このフィーダ部４は、さらに、マルチパーパストレイ１４と、マルチパーパストレイ１４上に積層される印刷用紙３を給紙するためのマルチパーパス給紙ローラ１５およびマルチパーパス給紙パッド１５ａとを備えており、マルチパーパス給紙ローラ１５およびマルチパーパス給紙パッド１５ａは、互いに対向状に配設され、マルチパーパス給紙パッド１５ａの裏側に配設される図示しないばねによって、マルチパーパス給紙パッド１５ａがマルチパーパス給紙ローラ１５に向かって押圧されている。マルチパーパストレイ１４上に積層される印刷用紙３は、マルチパーパス給紙ローラ１５の回転によってマルチパーパス給紙ローラ１５とマルチパーパス給紙パッド１５ａとで挟まれた後、１枚毎に給紙される。
【００３７】
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１８および定着器１９などを備えている。
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２０、レンズ２１および２２、反射鏡２３などを備えており、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ビームを、鎖線で示すように、ポリゴンミラー２０、レンズ２１、反射鏡２３、レンズ２２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２４の表面上に高速走査にて照射させている。
【００３８】
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２４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、トナー収容部などを備えている。
【００３９】
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、現像ローラに一定厚さの薄層として担持される。 一方、感光ドラム２４は、現像ローラと対向状に回転可能に配設されており、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など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。
【００４０】
そして、感光ドラム２４の表面は、感光ドラム２４の回転に伴なって、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、その後、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２４の表面に形成される静電潜像、すなわち、一様に正帯電されている感光ドラム２４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。
【００４１】
転写ローラ１８は、感光ドラム２４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２４と対向するように配置されている。この転写ローラ１８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２４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２４上に担持されたトナーで形成されたトナー画像（本発明の被定着媒体に相当する）は、印刷用紙３が感光ドラム２４と転写ローラ１８との間を通る間に印刷用紙３に転写される。トナー画像が転写された印刷用紙３は、搬送ベルト２５を介して、次に述べる定着器１９に搬送される。
【００４２】
定着器１９は、プロセスカートリッジ１７の側方下流側に配設され、ヒートローラ２６、ヒートローラ２６と印刷用紙３の搬送経路を挟んで対向配置され、そのヒートローラ２６を押圧するプレッシャローラ２７、および、これらヒートローラ２６およびプレッシャローラ２７の下流側に設けられる搬送ローラ２８を備えている。
【００４３】
ヒートローラ２６は、アルミニウムなどの金属素管からなる円筒状のローラ本体３２と、ハロゲンランプ３３とを備えている。
ハロゲンランプ３３は、ローラ本体３２内に軸方向に沿って設けられており、図示しない電源から電力が供給されることにより発熱して、それによってローラ本体３２を加熱するように構成されている。
【００４４】
プレッシャローラ２７は、金属製のローラ軸に弾性体からなるローラが被覆されており、ヒートローラ２６を所定の圧力で押圧し、ヒートローラ２６との当接部分に、ハロゲンランプ３３から発せられた熱を印刷用紙３に伝達するニップを形成する。
【００４５】
そして、この定着器１９では、プロセスカートリッジ１７において印刷用紙３上に転写されたトナー画像を、印刷用紙３がヒートローラ２６とプレッシャローラ２７との当接部に形成されたニップを通過する間に、加熱定着させるようにしている。
【００４６】
尚、ヒートローラ２６及びハロゲンランプ３３が、本発明の定着手段に相当する。
また、この定着器１９は、定着時にヒートローラ２６の表面に付着した印刷用紙３を剥がし取るため剥離爪３４を備えている。
【００４７】
剥離爪３４は、金属からなり、図２に示すように、平面視において略矩形薄板状であって、図１に示すように、断面視において掻き取り部分となる一端端部に向けて徐々に薄くなるような略楔形状に形成されている。この剥離爪３４は、印刷用紙３の搬送方向におけるヒートローラ２６とプレッシャローラ２７との対向部分よりも下流側において、図２に示すように、ヒートローラ２６の軸方向両端部に所定の間隔を隔てて２つ配置されている。剥離爪３４の掻き取り部分となる一端部がヒートローラ２６と対向状に接触する状態で、他端部が定着器１９のケーシング（図示せず）に支持されている。
【００４８】
そして、ヒートローラ２６とプレッシャローラ２７との間を通過する時に、ヒートローラ２６の表面に付着した印刷用紙３は、ヒートローラ２６の回転によって、剥離爪３４と接触した時に、ヒートローラ２６の表面から剥がし取られる。
なお、この剥離爪３４は、図示しないソレノイドによって、印刷用紙３が定着器１９に搬送されてくる時のみヒートローラ２６の表面と接触し、常には、ヒートローラ２６に対して離間するように構成されている。
【００４９】
そして、定着器１９においてトナー画像が定着された印刷用紙３は、その後、定着器１９の下流側に設けられる搬送ローラ２８およびその搬送ローラ２８の下流側に配置される搬送ローラ２９および排紙ローラ３０に搬送され、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。
【００５０】
また、この定着器１９は、図２に示すように、ヒートローラ２６の表面から放出された赤外線を受光して、ヒートローラ２６の表面温度を検出するサーモパイル３５を備えている。
このサーモパイル３５は、図３に示すように、ヒートローラ２６の表面に対し非接触に配置され、ヒートローラ２６の表面から放射される赤外線を受光して、その受光量に応じた電圧レベルの電子信号を出力するサーモパイル素子３５０（本発明の赤外線センサに相当する）と、このサーモパイル素子３５０の温度を検出するサーミスタ３５２（本発明のセンサ温検出センサに相当する）とを備えており、これらは、図３に示すように、赤外線入射口３７が開口形成される筒状のキャンケース３８内に収納されている。
【００５１】
このサーモパイル３５は、印刷用紙３の搬送方向におけるヒートローラ２６とプレッシャローラ２７との対向部分よりも上流側であって、図２に示すように、ヒートローラ２６の軸方向において剥離爪３４と重ならないように、ヒートローラ２６の軸方向（印刷用紙３の搬送方向と直交する方向）の略中央において、ヒートローラ２６に対し所定の間隔を隔てて配置されており、その赤外線入射口３７がヒートローラ２６の表面と対向するように設置される。
【００５２】
図３に示すように、赤外線入射口３７は、キャンケース３８において略矩形状に開口形成されている。センシング技術応用研究会の第９２回例会（平成６年８月１９日（金）三田出版会大会議室）にて、浜松ホトニクス（株）の河合敏昭氏が発表したように、波長１．４５μｍ前後及び１．９４μｍ前後の赤外線は水蒸気に吸収されやすいので、この赤外線入射口３７には、波長が２μｍ以下の波長の赤外線をカットする光学フィルタ３８０が設けられている。尚、波長５〜８μｍの波長の赤外線は、赤外線が大気中を数ｋｍ透過してきた場合の透過率と波長との関係を示す図４に示すように、吸収されてしまいます。しかしながら、定着器１９では、ヒートローラ２６の表面からサーモパイル素子３５０までの距離が２０ｍｍ〜３０ｍｍ程であるので、５〜８μｍの波長の赤外線は、１．４５μｍあるいは１．９４μｍの波長の赤外線ほど吸収されずに、サーモパイル素子３５０に到達し、より正確に温度を検知するには、８μｍ以下の赤外線をカットするものを取り付けることが望ましい。
【００５３】
レーザプリンタ１内の湿度は、トナーを溶融したときに印刷用紙３の水分が蒸発することによって変化し、サーモパイル３５が受光する赤外線の受光量もこの湿度の変化に伴って変化する。しかし、この光学フィルタ３８０は、湿度によって変化する波長領域の赤外線をカットするので、サーモパイル素子３５０から出力される電気信号の電圧レベルＰは、この湿度変化の影響を受けることがない。
【００５４】
また、サーモパイル素子３５０は、略矩形板状をなし、キャンケース３８内において、赤外線入射口３７と対向するように配置されている。さらにこのサーモパイル３５は、サーモパイル素子３５０の温度を検出するサーミスタ３５２と、サーモパイル素子３５０が受光した赤外線の受光量に応じた電圧レベルの電気信号を出力する一対の出力ピン４１２と、サーミスタ３５２がサーモパイル素子３５０の温度を検出してその温度に応じた電気信号を出力する一対の出力ピン４１４とを備えている。
【００５５】
次に、本実施形態のレーザプリンタ１を制御する制御装置について説明する。
ここで、図５は、制御装置のブロック図である。
この制御装置１００は、図５に示すように、中央制御回路１１０と、ヒータ制御回路１２０と、センサ温検出センサ制御回路１３０と、その他の回路１４０とを備え、各回路１１０〜１４０はバス１９０でそれぞれ結ばれている。
【００５６】
中央制御回路１１０は、ＣＰＵ１１１、ＲＡＭ１１３及びＲＯＭ１１５を備え、各種の制御を実行する。ＲＡＭ１１３には、サーモパイル素子３５０から出力される電気信号の電圧レベルに関する情報が一時的に記憶され、ＲＯＭ１１５には、ヒートローラの表面温度を算出する算出プログラムや、メイン制御プログラムなどの各種のプログラムが格納されている。
【００５７】
ヒータ制御回路１２０には、ハロゲンランプ３３が接続されており、ハロゲンランプ３３は、このヒータ制御回路１２０を介して、ＲＯＭ１１５に記憶されたメイン駆動制御プログラムによってオン・オフが制御される。
センサ制御回路１３０にはサーモパイル３５が接続されている。このサーモパイル３５に備えられたサーモパイル素子３５０は赤外線を受光すると、その受光量に応じた電圧レベルの電気信号を出力する。そして、センサ制御回路１３０はこの電気信号をＡ／Ｄ変換して、バス１９０を介してＲＡＭ１１３に出力する。するとＲＡＭ１１３には、サーモパイル素子３５０から出力された電気信号の電圧レベルに関する情報が記憶される。また、サーモパイル３５に備えられたサーミスタ３５２はサーモパイル素子３５０の温度を検出すると、その温度に応じ抵抗が変化するので、その抵抗の変化に応じた電圧レベルの電気信号が出力される。そして、センサ制御回路１３０はこの電気信号をＡ／Ｄ変換して、バス１９０を介してＲＡＭ１１３に出力する。するとＲＡＭ１１３には、サーミスタ３５２から出力された電気信号の電圧レベルが記憶される。
【００５８】
そして中央制御回路１１０は、ＲＡＭ１１３に、サーモパイル素子３５０及びサーミスタ３５２から出力される電気信号の電圧レベルに関する情報がＲＡＭ１１３に記憶されると、まず、サーミスタ３５２から出力された電気信号の電圧レベルから、サーモパイル素子３５０の温度を算出処理が実行する。この処理は周知の処理であるので、詳細については省略する。
【００５９】
次に、中央制御回路１１０は、算出プログラムにより下記の算出式（１）に基づいて、ヒートローラ２６の表面温度Ｔを算出する処理を実行する。
この算出プログラムは、サーモパイル素子３５０から出力される電気信号の電圧レベルをＰ、サーミスタ３５２から出力される電気信号の電圧レベルＰ’から求められたサーモパイル素子３５０の温度をＴ0を下記数１１式に代入して、
【００６０】
【数１１】
ヒートローラ２６の表面温度Ｔを算出し、ＲＡＭ１１３に記憶するプログラムである。尚、この数１１式において、ｋ1、ｋ2はサーモパイル素子３５０に固有の定数であり、また、εもヒートローラ２６の赤外線の放射率を表す固有の定数であり、これらは予め実験等により求められ予め代入されている。尚、この中央制御回路１１０でこの算出プログラムを実行する処理が、本発明の温度検出手段に相当する。
【００６２】
メイン駆動制御プログラムは、算出プログラムによりヒートローラ２６の表面温度ＴがＲＡＭ１１３に記憶されると、ヒータ制御回路１２０を介してヒータをＯＮ・ＯＦＦ制御し、ヒートローラ２６の表面温度を、印刷用紙３にトナー画像が定着するのに最適な温度に制御する。
【００６３】
以上説明したレーザプリンタ１を用いると、ヒートローラ２６から放射される赤外線を非接触式のサーモパイル素子３５０で検出したその検出結果に基づいてヒートローラ２６の表面温度を正確に算出することができる。
次に、下記の数１２式で用いられる定数のうち、
【００６４】
【数１２】
一例として、ヒートローラ２６には、アルミ素管の表面にプライマとＰＦＡとを積層・焼成した赤外線の放射率ε＝０．５のものを用い、サーモパイル３５には、村田製作所製：商品名ＩＲＴＥ５０２１ＴＣ０１を用いた場合のｋ1、ｋ2、について説明する。
【００６６】
ここで、図６は、横軸をサーモパイル素子３５０の電圧レベルを１００倍にオペアンプで増幅したものＰ、縦軸をεＴ 4 −Ｔ 0 4 で表したグラフである。
このｋ1、ｋ2を求めるには、まず、ヒートローラ２６の実際の表面温度を測定するため、ヒートローラ２６の表面にサーミスタを設置する。そして、ハロゲンランプ３３を点灯して温度を順次上げてゆき、そのときのヒートローラ２６の表面温度Ｔと、サーモパイル素子の電圧レベルＰと、サーモパイル３５内に設置されたサーミスタ３５２で検出した検出温度Ｔ0とを測定して、サーモパイル素子３５０の出力レベルＰに対応するεＴ 4 −Ｔ 0 4 を図６に示すグラフのようにプロットする。すると、図６に示すように、ｋ1・Ｐ＋ｋ2に沿ってプロットされることが分かる。
【００６７】
従って、
【００６８】
【数１３】
となり、上述した数１２式は、この数１３式から導かれる。
尚、この図６におけるｋ1は1745698760.7277で、ｋ2は-4522599153.9170である。
以上説明した本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【００７０】
例えば、本実施形態では、サーモパイル素子３５０によってヒートローラ２６の表面の温度を検出しているが、本発明では、ヒートローラ２６の表面温度との相関性の高いプレッシャローラ２７の表面温度を検出するようにしてもよい。
本実施形態では、定着手段としてヒートローラ２６およびプレッシャローラ２７が使用されているが、本発明では、ベルト状の定着手段を用いてもよく、たとえば、ベルト状の加熱部材およびローラ状の押圧部材、ローラ状の加熱部材およびベルト状の押圧部材、あるいは、ベルト状の加熱部材およびベルト状の押圧部材などのいずれの態様に適用してもよい。
【００７１】
本実施形態では、定着器を、レーザプリンタ１の定着器１９として説明しているが、本発明では、これに限定されることはなく、たとえば、フィルムからなる定着媒体及び被定着媒体を熱定着させるラミネータなどであってもよい。
本実施形態では、サーモパイル素子３５０から出力される電気信号の電圧レベルＰと、サーミスタ３５２の検出温度Ｔ0とから下記の数１４式
【００７２】
【数１４】
を用いて算出処理を行っているが、本発明では、サーモパイル素子３５０の電圧レベルＰ及びサーミスタ３５２の検出温度Ｔ0と、ヒートローラ２６の表面温度Ｔとの関係をテーブルにしておき、サーモパイル素子３５０の電圧レベルＰと、サーミスタ３５２の検出温度Ｔ0とからヒートローラ２６の検出温度Ｔをテーブルから読み出すようにしてもよい。
このようにすると、サーモパイル素子３５０の電圧レベルＰと、サーミスタ３５２で検出されたサーモパイル３５０の温度Ｔ0とに基づいて、テーブルから表面温度Ｔを単に読み取る処理だけですむので、ヒートローラ２６の表面温度Ｔを算出する中央制御装置１１０にかかる負担を軽減することができる。テーブルはＲＯＭ１１５に記憶しておいてもよいし、その記憶場所は特に限定されない。
【００７４】
本実施形態では、定着器１９としてヒートローラ２６にハロゲンランプ３３を内蔵したものが使用されているが、ヒートローラの軸方向の側面に電磁石を設置し、その電磁石から発せられる磁界によってヒートローラを熱するＩＨ方式の定着器を用いてもよい。
【００７５】
本実施形態では、赤外線センサとしてサーモパイルを用いたが、サーモパイル以外の赤外線センサを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態のレーザプリンタの要部側断面図である。
【図２】 ヒートローラの断面と、ヒートローラとセンサ温検出センサ及び剥離爪３４との位置関係を説明するための平面図である。
【図３】 サーモパイルの分解斜視図である。
【図４】 大気中を数ｋｍ透過した赤外線の吸収率を説明する説明図で、赤外線の波長を横軸、赤外線の吸収率を縦軸で示すグラフである。
【図５】 制御装置のブロック図である。
【図６】 横軸をサーモパイル素子の電圧レベルＰ、縦軸をεＴ 4 −Ｔ 0 4 で表したグラフである。
【図７】 黒体放射エネルギ−と波長との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１…レーザプリンタ、２…本体ケーシング、３…印刷用紙、４…フィーダ部、５…画像形 成部、６…給紙トレイ、７…用紙押圧板、８…給紙ローラ、９…給紙パッド、１０，１１…搬送ローラ、１２…レジストローラ、１４…マルチパーパストレイ、１５…マルチパーパス給紙ローラ、１５ａ…マルチパーパス給紙パッド、１６…スキャナユニット、１７…プロセスカートリッジ、１８…転写ローラ、１９…定着器、２０…ポリゴンミラー、２１，２２…レンズ、２３…反射鏡、２４…感光ドラム、２６…ヒートローラ、２７…プレッシャローラ、２８，２９…搬送ローラ、３０…排紙ローラ、３１…排紙トレイ、３２…ローラ本体、３３…ハロゲンランプ、３４…剥離爪、３５…センサ、３５０…サーモパイル素子、３５２…サーミスタ、３７赤外線入射口、３８…キャンケース、３８０…光学フィルタ、１００…制御装置、１１０…中央制御装置、１２０…ヒータ制御回路、１３０…センサ制御回路、１４０…その他
Claims (7)
- 被定着媒体を定着媒体に加熱定着する定着手段と、
前記定着手段の表面に対し非接触に設置され、該定着手段の表面から放射される赤外線を受光して、該受光した赤外線の受光量に応じたレベルの電気信号を出力する赤外線センサと、
該赤外線センサの温度を検出するセンサ温検出センサと、
該赤外線センサから出力された電気信号のレベル、及び、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度に基づいて、前記定着手段の表面温度を算出する温度検出手段と
を備え、赤外線センサに波長２．０μｍ以下の波長をカットするフィルタが取り付けられた定着器において、前記温度検出手段が前記表面温度を算出する温度算出方法であって、
- 被定着媒体を定着媒体に加熱定着する定着手段と、
前記定着手段の表面に対し非接触に設置され、該定着手段の表面から放射される赤外線を受光して、該受光した赤外線の受光量に応じたレベルの電気信号を出力する赤外線センサと、
該赤外線センサの温度を検出するセンサ温検出センサと、
該赤外線センサから出力された電気信号のレベル、及び、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度に基づいて、前記定着手段の表面温度を算出する温度検出手段と
を備え、赤外線センサに波長２．０μｍ以下の波長をカットするフィルタが取り付けられた定着器において、
前記温度検出手段に、
- 被定着媒体を定着媒体に加熱定着する定着手段と、
前記定着手段の表面に対し非接触に設置され、該定着手段の表面から放射される赤外線を受光して、該受光した赤外線の受光量に応じたレベルの電気信号を出力する赤外線センサと、
該赤外線センサの温度を検出するセンサ温検出センサと、
該赤外線センサから出力された電気信号のレベル、及び、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度に基づいて、前記定着手段の表面温度を算出する温度検出手段と
を備え、赤外線センサに波長２．０μｍ以下の波長をカットするフィルタが取り付けられた定着器において、
前記温度検出手段は、
- 請求項３記載の定着器において、
前記赤外線センサは、波長８μｍ以下の波長をカットするフィルタが取り付けられていることを特徴とする定着器。 - 請求項３又は４のいずれかに記載の定着器において、
前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルＰと、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0とをそれぞれ変化させた時の表面温度Ｔが、数式
前記温度検出手段が、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルＰと、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0とに基づいて、前記記憶手段に記憶されたテーブルから前記表面温度Ｔを読み取るように構成されていることを特徴とする定着器。 - 請求項３〜５いずれか記載の定着器において、
前記赤外線センサは、サーモパイル素子であることを特徴とする定着器。 - 請求項３〜６いずれか記載の定着器を備えていることを特徴とする画像形成装置。
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