(57)【要約】【課題】  定着ローラの表面温度を非接触にて検出する温度センサーが汚れた場合においても定着ローラの温度を正確に検知し、常に最適な定着温度を保つことができる。【解決手段】  転写材上に転写されたトナー像を加熱または加熱加圧することにより定着する定着手段を備え、定着手段の表面温度を非接触で検出する表面温度検出手段と、表面温度検出手段によって検出された表面温度信号に基づいて、定着手段に具備された加熱部材を駆動し、定着手段の温度が規定温度になるように温度調整する温度調整手段とを有し、表面温度検出手段は、赤外線の量を検出する赤外線検出部材と赤外線検出部材の温度補償を行なうためのサーミスタとを有し、表面温度検出手段の測定表面の汚れの程度を、定着手段のローラへの印加電圧の差分から検出し、検出された汚れの程度に応じて表面温度検出手段の出力特性の補正を行なう。【選択図】  図１
2006201257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写材上に転写されたトナー像を加熱または加熱加圧することにより定着する定着手段を備えた画像形成装置において、
前記定着手段の表面温度を非接触で検出する表面温度検出手段と、
前記表面温度検出手段によって検出された表面温度信号に基づいて、前記定着手段に具備された加熱部材を駆動し、前記定着手段の温度が規定温度になるように温度調整する温度調整手段とを有し、前記表面温度検出手段は、赤外線の量を検出する赤外線検出部材と前記赤外線検出部材の温度補償を行なうためのサーミスタとを有し、前記表面温度検出手段の測定表面の汚れの程度を、前記サーミスタおよび前記赤外線検出部材の出力より検出される前記定着手段のローラへの印加電圧と、あらかじめ記憶された前記定着手段のローラへの印加電圧との差分から検出し、検出された汚れの程度に応じて前記表面温度検出手段の出力特性の補正を行なうことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記サーミスタおよび前記赤外線検出部材の出力特性の経時変化を測定して、前記表面温度検出手段の汚れの程度として検出することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
【請求項３】
前記表面温度検出手段の汚れの程度が、規定値レベルを超えた場合、前記画像形成装置の画像形成プロセスを停止させることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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】
又、別の従来例としては、例えば特許文献１をあげることが出来る。
【特許文献１】特開2000-194226号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。
【０００９】
要約すれば、本発明は、転写材上に転写されたトナー像を加熱または加熱加圧することにより定着する定着手段を備え、定着手段の表面温度を非接触で検出する表面温度検出手段と、表面温度検出手段によって検出された表面温度信号に基づいて、定着手段に具備された加熱部材を駆動し、定着手段の温度が規定温度になるように温度調整する温度調整手段とを有し、表面温度検出手段は、赤外線の量を検出する赤外線検出部材と赤外線検出部材の温度補償を行なうためのサーミスタとを有し、表面温度検出手段の測定表面の汚れの程度を、定着手段のローラへの印加電圧の差分から検出し、検出された汚れの程度に応じて表面温度検出手段の出力特性の補正を行なう。
【００１０】
また、サーミスタおよび前記赤外線検出部材の出力より、前記定着手段のローラへの印加電圧を算出して、あらかじめ記憶された値と比較し、その差分を計算すること、またサーミスタおよび赤外線検出部材の出力特性の経時変化を測定することにより、表面温度検出手段の汚れの程度の検出する。
【００１１】
さらに、表面温度検出手段の汚れの程度が、規定値レベルを超えた場合、前記画像形成装置の画像形成プロセスを停止させる。
【発明の効果】
【００１２】
以上の説明から明らかなように、本発明の画像形成装置によれば、定着手段の表面温度を非接触で検出する表面温度検出手段と、前記表面温度検出手段によって検出された表面温度信号に基づいて、前記定着手段に具備された加熱部材を駆動し、前記定着手段の温度が規定温度になるように温度調整する温度調整手段とを有し、前記表面温度検出手段が、赤外線の量を検出する赤外線検出部材と前記赤外線検出部材の温度補償を行なうためのサーミスタとを有し、前記サーミスタおよび前記赤外線検出部材の出力より前記定着手段のローラへの印加電圧を算出して、あらかじめ記憶された値との差分の値を、前記表面温度検出手段の汚れの程度として検出すること、または、前記サーミスタおよび前記赤外線検出部材の出力特性の経時変化を測定して、前記表面温度検出手段の汚れの程度として検出する。そこで検出された汚れの程度に応じて前記表面温度検出手段の出力特性の補正を行なうことにより、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【実施例１】
【００１４】
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。
【００１５】
リーダ部１は、原稿が載置される原稿台１１、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。
【００１６】
上述構成のリーダ部１の動作はつぎのとおりである。
【００１７】
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、ＣＣＤ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。
【００１８】
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１９、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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ＣＰＵ７１ａ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、３９ｂ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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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ＬＥＤ１０１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ＬＥＤ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ＣＰＵ７１ａにより統括的にコントロールされている。
【００３４】
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。
変位量の算出は以下のように行われる。ＬＥＤ１０１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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、ＰＳＤ２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（Ｖ１ｏｆｆ、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５００μｓ後および０．５ｍｓ後に行われる。
【００３８】
Ｖ１ｏｎ、Ｖ２ｏｎ、Ｖ１ｏｆｆ、Ｖ２ｏｆｆのＡ／Ｄ変換されたデジタル値をそれぞれＤ１ｏｎ、Ｄ２ｏｎ、Ｄ１ｏｆｆ、Ｄ２ｏｆｆとし、
Ｄ１ｏｎ−Ｄ１ｏｆｆ＝Ｄ１
Ｄ２ｏｎ−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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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（Ｓ３）、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）。
【００４４】
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）。
【００４５】
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。
【００４６】
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）。
【００４７】
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Ｓ１１４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ＬＥＤ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ＣＰＵ７１ａ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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
上述したように、定着ローラ３９ａ、３９ｂ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。
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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２１０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。
【００５３】
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３９ｃ、３９ｄを備えている。この温度センサ３９ｃ、３９ｄの詳細な構造を、図８を用いて説明する。
【００５４】
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３９ｃ、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、すな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。
【００５５】
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。
【００５６】
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ＳＭｉ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、２０４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、２０２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。
【００５７】
以上のようにして得られた各定着ローラ３９ａ、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。
【００５８】
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、ＬＥ２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。
【００５９】
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。
【００６０】
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、３９ｂ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２０５、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。
【００６１】
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。
【００６２】
定着ヒータ２０８、２０９に通電が開始されるとサーミスタ２０５、２０６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。
【００６３】
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。
【００６４】
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ＴＦ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。
【００６５】
また、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の値を測定し、その測定した値を、システムコントローラ７１内にある記憶メモリ（図示なし）に記憶させデータとして蓄積する。
さらに、システムコントローラ７１は、この蓄積させたデータを温度センサの汚れの有無、またはその程度をも検出する方法に使用する。
【００６６】
例えば、蓄積されたデータが、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２０８、２０９は１８０℃となっていたとする。
【００６７】
ここで、もし、環境センサ４１により検出されたサーモパイル出力が２Ｖだった場合は、蓄積されているデータ（ここでは４Ｖ＝１８０℃）との比較をし、その差分を出す。差分がない場合は、そのまま次の画像形成プロセスに進む。
差分が発生していた場合は、サーモパイルに汚れか、故障かなど何らかの異常があると判断し、補正方法を行う。
【００６８】
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。
【００６９】
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、３Ｖと検知したシステムコントローラ７１は、「４Ｖに達していない＝１８０℃ではない」と判断している。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。
【００７０】
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。
【００７１】
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ＣＰＵ７１ａ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。
【００７２】
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３９ａ、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。
【００７３】
汚れ検出シーケンスが開始されると（Ｓ２０）、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２０８、２０９に電源を供給させ定着ローラ３９ａ、３９ｂ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２０４により検出された温度をＴｓＬとする。
【００７４】
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）。
【００７５】
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。
【００７６】
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、システムコントローラ７１内にある記憶メモリ（図示なし）に記憶させてデータとして蓄積させた各サーミスタ検出温度である。
【００７７】
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＝６５℃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、２０４の出力の観察を続ける。
【００７８】
また、各定着ヒータ２０８、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。
【００７９】
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）。
【００８０】
各定着ローラ３９ａ、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。
【００８１】
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℃からＴｕ、ＴＬを差分し（Ｓ２７）、その差分結果が0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（Ｓ３１）、汚れ検出シーケンスを終了させる（Ｓ３２）。
【００８２】
また、差分結果が0以外であった場合、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）。
【００８３】
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Ｔｓｕ、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。
【００８４】
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。
【００８５】
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（Ｓ３４）。
【００８６】
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。
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）。
【００８７】
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。
【００８８】
温度調整シーケンスが実施されると（Ｓ４０）、まず、各定着ローラ３９ａ、３９ｂの表面温度Ｔｕ、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。
【００８９】
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ＯＮするための温度Ｔｏｎ以下であるか否かを判定し（Ｓ４３）、
Ｔｏｎ以下であった場合には、各定着ヒータ２０８、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Ｔｏｆｆ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３９ａ、３９ｂの表面温度を測定する。
【００９０】
表面温度データＴｕ’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Ｔｏｎ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１８０℃であるため、Ｔｏｎ、Ｔｏｆｆはそれぞれ１７９℃、１８１℃に設定している。
【００９１】
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、サーモパイルの出力特性の変化を測定し、定着ローラの温度を算出し、あらかじめ記憶されたデータとの差分を算出する。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。
【実施例２】
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】画像形成装置の一実施例を示す概略構成図。
【図２】画像形成装置におけるブロック図。
【図３】画像形成装置におけるブロック図。
【図４】ＰＳＤ素子による変位量測定およびその信号処理についての説明図。
【図５】定着ローラ３９ａの変位量を測定した結果を示す図。
【図６】巻き付き検出アルゴリズムを用いて説明するための図。
【図７】定着ローラの温度制御についての説明図。
【図８】温度センサの詳細な構造を説明するための図。
【図９】本装置における（Ｔｘ4−Ｔａ4）に対するＥの関係を求めるときの基本となる静特性を示す図。
【図１０】サーモパイルの出力電圧とサーミスタの出力を温度に変換したときの特性を表す図。
【図１１】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図。
【図１２】サーモパイルの出力電圧とサーミスタの出力を温度に変換したときの特性を表す図。
【図１３】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図。
【図１４】図１３中の温度調整シーケンスについて説明する図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2006201257.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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