(57)【要約】【課題】測定対象部材からの赤外線の強度により温度を検知する温度測定装置において、測定対象部材の周囲からの赤外線の影響を受けることなく、安定して精度良く温度を測定する。【解決手段】測定対象部材からの赤外線の強度により前記測定対象部材の温度を検知する温度検知手段と、前記測定対象部材と対向する対向部材の温度又は前記対向部材の温度変化と相関して温度変化する部材の温度を測定する補正用温度測定手段と、前記温度検知手段により得た検知温度を、前記補正用温度測定手段により得た補正用温度で補正する演算手段とを備える。【選択図】  図６
2004191075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象部材からの赤外線の強度により前記測定対象部材の温度を検知する温度検知手段と、
前記測定対象部材と対向する対向部材の温度又は前記対向部材の温度変化と相関して温度変化する部材の温度を測定する補正用温度測定手段と、
前記温度検知手段により得た検知温度を、前記補正用温度測定手段により得た補正用温度で補正する演算手段と
を備えることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記温度検知手段が、温接点と冷接点との温度差に応じた電圧を出力するサーモパイルを有し、
前記補正用温度測定手段が、前記サーモパイルの冷接点の温度を測定する請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記温度検知手段が温度を検知する時点より以前の所定時点で前記補正用温度測定手段が測定した第１補正用温度と、前記温度検知手段が温度を検知する時点で前記補正用温度測定手段が測定した第２補正用温度とを用いて、前記演算手段は前記検知温度を補正する請求項２に記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記第１補正用温度が、前記測定対象部材の加熱開始時に測定される請求項３に記載の温度測定装置。
【請求項５】
測定対象部材からの赤外線の強度により前記測定対象部材の温度を検知する第１ステップと、
前記測定対象部材と対向する対向部材の温度又は前記対向部材の温度変化と相関して温度変化する部材の温度を測定する第２ステップと、
前記第１ステップにて得た検知温度を、前記第２ステップにて得た補正用温度で補正する第３ステップと
を備えることを特徴とする温度補正方法。
【請求項６】
被転写材上に転写されたトナー像を加熱加圧することにより前記被転写材上に定着させる定着手段を備える画像形成装置であって、
前記定着手段は、
前記被転写材に接触して前記被転写材を加熱する定着部材と、
前記定着部材を直接又は間接に加熱する加熱源と、
前記定着部材からの赤外線の強度により前記定着部材の表面温度を検知する温度検知手段と、
前記定着部材と対向する前記定着手段の構成部材の温度又は前記構成部材の温度変化と相関して温度変化する部材の温度を測定する補正用温度測定手段と、
前記温度検知手段により得た検知温度を、前記補正用温度測定手段により得た補正用温度で補正する演算手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
前記定着部材が無端状のチューブ又はエンドレスベルトである請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記定着部材の厚さが０．０２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記定着部材の前記温度検知手段と対向する面が前記温度検知手段側に凸の曲面である請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記定着部材の前記温度検知手段と対向する面の表面粗さＲａが０．２μｍ以下である請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記補正用温度測定手段が、前記定着手段内の前記定着部材と対向する部材の温度を測定する請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記温度検知手段が、温接点と冷接点との温度差に応じた電圧を出力するサーモパイルを有し、
前記補正用温度測定手段が、前記サーモパイルの冷接点の温度を測定する請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記温度検知手段が温度を検知する時点より以前の所定時点で前記補正用温度測定手段が測定した第１補正用温度と、前記温度検知手段が温度を検知する時点で前記補正用温度測定手段が測定した第２補正用温度とを用いて、前記演算手段は前記検知温度を補正する請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記第１補正用温度が、前記加熱源による加熱開始時に測定される請求項１３に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線の強度に基づいて測定対象部材の温度を検出する温度測定装置に関する。また、本発明は、赤外線温度検知手段を用いて温度を測定する際の温度補正方法に関する。更に、本発明は、電子写真方式や静電記録方式を用いた画像形成装置において、未定着画像を定着させる定着部材からの赤外線の強度に基づいて定着部材の温度を検知する温度検知手段を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤外線温度検出器を用いた温度算出方法が特許文献１に開示されている。この温度算出方法を図１１に示す。同図に示すように、手順１でサーモパイルの冷接点部材に設けたサーミスタ出力Ｖｎｔｃから環境温度Ｔａｍｂを算出する。次いで、手順２で環境温度Ｔａｍｂから補正係数Ａを算出する。そして、手順３で環境温度Ｔａｍｂと補正係数Ａとサーモパイル出力Ｖｏｕｔとから温度を算出する。
【０００３】
また、特許文献２には赤外線温度センサを画像形成装置に用いることが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００２−２２８５２３号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平２００１−３４１０９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１に開示されている温度算出方法では、以下のような課題がある。
【０００７】
この方法では、測定対象部材の周囲の部材から放射され、測定対象部材の表面で反射された赤外線も、測定対象部材から放射された赤外線であると見なして温度を測定してしまう。このために、測定対象部材の温度が一定であっても、周囲の部材の温度変化により、測定温度が変化してしまう。逆に、この測定温度に基づいて測定対象部材の温度制御を行うと、測定対象部材の温度が大きく変動してしまう。
【０００８】
本発明は、上記の従来の技術の課題を解決し、測定対象部材の周囲の温度変化に影響を受けることなく、測定対象部材の温度を正確に測定することができる温度測定装置及び温度補正方法を提供することを目的とする。また、本発明は、未定着画像を熱定着させるに際して、定着部材の温度を正確に測定することができ、その結果、高品位な画像を安定して得ることができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の温度測定装置は、測定対象部材からの赤外線の強度により前記測定対象部材の温度を検知する温度検知手段と、前記測定対象部材と対向する対向部材の温度又は前記対向部材の温度変化と相関して温度変化する部材の温度を測定する補正用温度測定手段と、前記温度検知手段により得た検知温度を、前記補正用温度測定手段により得た補正用温度で補正する演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の温度補正方法は、測定対象部材からの赤外線の強度により前記測定対象部材の温度を検知する第１ステップと、前記測定対象部材と対向する対向部材の温度又は前記対向部材の温度変化と相関して温度変化する部材の温度を測定する第２ステップと、前記第１ステップにて得た検知温度を、前記第２ステップにて得た温度で補正する第３ステップとを備えることを特徴とする。
【００１１】
次に、本発明の画像形成装置は、被転写材上に転写されたトナー像を加熱加圧することにより前記被転写材上に定着させる定着手段を備える画像形成装置であって、前記定着手段は、前記被転写材に接触して前記被転写材を加熱する定着部材と、前記定着部材を直接又は間接に加熱する加熱源と、前記定着部材からの赤外線の強度により前記定着部材の表面温度を検知する温度検知手段と、前記定着部材と対向する前記定着手段の構成部材の温度又は前記構成部材の温度変化と相関して温度変化する部材の温度を測定する補正用温度測定手段と、前記温度検知手段により得た検知温度を、前記補正用温度測定手段により得た補正用温度で補正する演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の温度測定装置は、測定対象部材からの赤外線の強度により前記測定対象部材の温度を検知する温度検知手段と、前記測定対象部材と対向する対向部材の温度又は前記対向部材の温度変化と相関して温度変化する部材の温度を測定する補正用温度測定手段と、前記温度検知手段により得た検知温度を、前記補正用温度測定手段により得た補正用温度で補正する演算手段とを備える。
【００１３】
これにより、対向部材からの赤外線の影響を受けずに、安定して正確に温度を測定することができる。
【００１４】
本発明の上記の温度測定装置において、前記温度検知手段が、温接点と冷接点との温度差に応じた電圧を出力するサーモパイルを有し、前記補正用温度測定手段が、前記サーモパイルの冷接点の温度を測定することが好ましい。これにより、装置を安価で簡単な構成とすることができる。
【００１５】
この場合において、前記温度検知手段が温度を検知する時点より以前の所定時点で前記補正用温度測定手段が測定した第１補正用温度と、前記温度検知手段が温度を検知する時点で前記補正用温度測定手段が測定した第２補正用温度とを用いて、前記演算手段は前記検知温度を補正することが好ましい。これにより、温度検知手段による温度検知時点以前の所定時点での対向部材の温度の影響を受けずに、安定して正確に温度を測定することができる。
【００１６】
より具体的には、前記第１補正用温度が、前記測定対象部材の加熱開始時に測定されることが好ましい。これにより、加熱開始時点での対向部材の温度の影響を受けずに、安定して正確に温度を測定することができる。
【００１７】
また、本発明の温度補正方法は、測定対象部材からの赤外線の強度により前記測定対象部材の温度を検知する第１ステップと、前記測定対象部材と対向する対向部材の温度又は前記対向部材の温度変化と相関して温度変化する部材の温度を測定する第２ステップと、前記第１ステップにて得た検知温度を、前記第２ステップにて得た温度で補正する第３ステップとを備える。
【００１８】
これにより、対向部材からの赤外線の影響を受けずに、安定して正確に温度を測定することができる。
【００１９】
次に、本発明の画像形成装置は、被転写材上に転写されたトナー像を加熱加圧することにより前記被転写材上に定着させる定着手段を備える画像形成装置であって、前記定着手段は、前記被転写材に接触して前記被転写材を加熱する定着部材と、前記定着部材を直接又は間接に加熱する加熱源と、前記定着部材からの赤外線の強度により前記定着部材の表面温度を検知する温度検知手段と、前記定着部材と対向する前記定着手段の構成部材の温度又は前記構成部材の温度変化と相関して温度変化する部材の温度を測定する補正用温度測定手段と、前記温度検知手段により得た検知温度を、前記補正用温度測定手段により得た補正用温度で補正する演算手段とを備える。
【００２０】
これにより、定着部材の周囲の部材からの赤外線の影響を受けずに、安定して正確に定着部材の温度を測定することができる。これにより、高品位な画像を安定して得ることができる。
【００２１】
本発明の上記の画像形成装置において、前記定着部材が無端状のチューブ又はエンドレスベルトであることが好ましい。これにより、安定して正確に定着部材の温度を測定することにより高品位な画像を安定して得ながら、定着部材の熱容量を小さくすることで、定着温度まで昇温するに要する時間を短くすることができる。
【００２２】
また、本発明の上記の画像形成装置において、前記定着部材の厚さが０．０２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、安定して正確に定着部材の温度を測定することにより高品位な画像を安定して得ながら、定着部材の熱容量を小さくすることで、定着温度まで昇温するに要する時間を短くすることができる。
【００２３】
また、本発明の上記の画像形成装置において、前記定着部材の前記温度検知手段と対向する面が前記温度検知手段側に凸の曲面であることが好ましい。これにより、安定して正確に定着部材の温度を測定することにより高品位な画像を安定して得ながら、定着部材の熱容量を小さくすることで、定着温度まで昇温するに要する時間を短くすることができる。
【００２４】
また、本発明の上記の画像形成装置において、前記定着部材の前記温度検知手段と対向する面の表面粗さＲａが０．２μｍ以下であることが好ましい。これにより、安定して正確に定着部材の温度を測定することにより高品位な画像を安定して得ながら、定着部材の表面が平滑であることにより、定着画像に光沢感を付与することができる。
【００２５】
また、本発明の上記の画像形成装置において、前記補正用温度測定手段が、前記定着手段内の前記定着部材と対向する部材の温度を測定することが好ましい。これにより、温度変化の大きい定着部材に対向する部材からの赤外線の影響を受けずに、安定して正確に定着部材の温度を測定することができる。これにより、高品位な画像を安定して得ることができる。
【００２６】
また、本発明の上記の画像形成装置において、前記温度検知手段が、温接点と冷接点との温度差に応じた電圧を出力するサーモパイルを有し、前記補正用温度測定手段が、前記サーモパイルの冷接点の温度を測定することが好ましい。これにより、装置を安価で簡単な構成とすることができる。
【００２７】
この場合において、前記温度検知手段が温度を検知する時点より以前の所定時点で前記補正用温度測定手段が測定した第１補正用温度と、前記温度検知手段が温度を検知する時点で前記補正用温度測定手段が測定した第２補正用温度とを用いて、前記演算手段は前記検知温度を補正することが好ましい。これにより、温度検知手段による温度検知時点以前の所定時点での対向部材の温度の影響を受けずに、安定して正確に温度を測定することができる。これにより、高品位な画像を安定して得ることができる。
【００２８】
より具体的には、前記第１補正用温度が、前記加熱源による加熱開始時に測定されることが好ましい。これにより、加熱開始時点での対向部材の温度の影響を受けずに、安定して正確な温度を測定することができる。これにより、高品位な画像を安定して得ることができる。
【００２９】
以下に、本発明を具体的な実施の形態を示しながら詳細に説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の断面図、図２は定着器１０の拡大断面図、図３は図２中の矢印ＩＩＩ方向から見た励磁コイル２５を含む加熱源の矢視図、図４は励磁コイル２５を含む加熱源の幅方向（長手方向）に沿った断面図、図５は加熱源の誘導加熱作用の説明図、図６は温度センサ１１の構成図である。
【００３１】
図１において、１は画像信号に応じた４本のレーザ光２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｂｋを出力する露光装置、３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋはレーザ光２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｂｋによって潜像が形成される感光体、４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋは感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋ上の潜像にトナーを付着させて顕像化する現像器である。現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋにはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、黒の４色のトナーが内包されている。感光体及び現像器はイエロー、マゼンタ、シアン、黒の４色に対応して４組設けられている。
【００３２】
５は支持軸に保持されて図示の方向に回転する中間転写ベルトである。中間転写ベルト５の表面上には、感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋ上の４色のトナー像が順に転写されて重ね合わされる。
【００３３】
６は２次転写ローラであり、中間転写ベルト５に離接する。中間転写ベルト５への圧接状態で中間転写ベルト５との間に記録紙（被転写材）７を挟んで電界を印加することにより、中間転写ベルト５上に重ね合わされたトナー像８を記録紙７に転写させる。９は給紙ユニットであり、タイミングを合わせて記録紙７を送出する。
【００３４】
１０は定着器であり、トナー像８が転写された記録紙７を１７０℃の定着温度で加熱加圧して、トナー像８を記録紙７へ定着する。大きさ（幅）の異なる記録紙を用いる場合には、幅方向（図１の紙面の法線方向）の中央を基準として通紙する。従って、小サイズの記録紙は中央部のみを通過する。
【００３５】
図２において、１１は温度センサであり、定着ベルト１２から２５ｍｍ離間し、幅方向（定着ベルト１２の回転中心軸方向）の中央に、定着ベルト１２に対向して設置されている。温度センサ１１の詳細については後述する。１３は記録紙７を導く紙ガイドであり、熱伝導の良い金属からなり、定着ベルト１２に間隔をあけて対向している。１４はサーミスタ素子を有する補正温度センサ（補正用温度測定手段）であり、紙ガイド１３の温度を測定する。補正温度センサ１４は幅方向において温度センサ１１と同じ位置に設けることが望ましいが、異なる位置に設置することも出来る。１５は定着器１０を構成する定着器カバーである。
【００３６】
１２は定着部材としての定着ベルトである。定着ベルト１２は直径が３０ｍｍのチューブ状（又はエンドレスベルト状）で、内層から外層に向かって、誘導発熱層としての厚さ４０μｍのニッケル基材層、厚さ２００μｍのシリコンゴムからなる弾性層、離型性を付与するＰＦＡ（四フッ化エチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂からなる厚さ２０μｍの離型層を備え、全体の厚さは２６０μｍである。定着したトナー像８に光沢を付与するために、表面粗さＲａは０．０１μｍとしている。定着ベルト１２の幅方向（回転軸方向）の長さは２４０ｍｍである。
【００３７】
定着ベルト１２の表面は、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）、ＰＦＡ（四フッ化エチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体）等の離型性の良好な樹脂やゴムを単独あるいは混合で被覆することにより形成してもよい。定着したトナー像８に適度な光沢感を付与するために、表面粗さＲａは０．２μｍ以下にすることが好ましく、０．０５μｍ以下がより好ましい。
【００３８】
また、誘導発熱層の材料は、上記のニッケルに限らず、誘導加熱電源の高周波電流の特性に合わせて、ステンレスやアルミなどの金属、あるいは導電性を付与した材料を分散させた樹脂材料などであっても良い。
【００３９】
この定着ベルト１２は定着温度１７０℃に昇温させるウォームアップ時間を短くするために、熱容量を小さくすることが重要である。このために、定着ベルト１２の厚さは０．６ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以下がより好ましく、０．４ｍｍ以下が特に好ましい。さらに、熱容量を小さくするために、直径は６０ｍｍ以下が好ましく、４５ｍｍ以下がより好ましい。この定着ベルト１２の厚さは耐久性と強度とを満たす必要があり、この点から、厚さ１０μｍ以上の金属基材上に厚さ１０μｍ以上のフッ素樹脂コートを施すことが好ましく、その結果、全体厚みは２０μｍ以上であることが好ましい。
【００４０】
２０は定着ベルト１２をその外周に一体に保持する定着ローラであり、回転可能に支持されている。定着ローラ２０は、内層から外層に向かって、中空で厚さが２ｍｍのステンレス鋼からなる芯金２０ａ、比透磁率が２０で絶縁材料からなる厚さが１．５ｍｍの磁気層２０ｂ、断熱性と弾性の高い発泡シリコンゴムからなり、厚さが５ｍｍ、硬度がＡｓｋｅｒ−Ｃ４５度のスポンジ層２０ｃが順に積層されている。
【００４１】
２１は加圧手段としての加圧ローラであり、定着ベルト１２に３００Ｎの押圧力で圧接して定着ニップ部を形成している。加圧ローラ２１が図示しない装置本体の駆動手段によって回転駆動されることにより、定着ローラ２０及び定着ベルト１２は図中の矢印の方向に従動回転する。加圧ローラ２１は外径が３０ｍｍであり、内層から外層に向かって、中空で厚さが２ｍｍのステンレス鋼からなる芯金２１ａ、厚さ２ｍｍ、硬度ＪＩＳＡ６５度のシリコンゴム層２１ｂ、厚さ２０μｍのＰＦＡ層（図示せず）からなる。加圧ローラ２１のゴム層２１ｂの材料はフッ素ゴム等の耐熱ゴムであっても良い。また、加圧ローラ２１の表面は、耐摩耗性や離型性を高めるＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂あるいはフッ素ゴムを単独であるいは混合して被覆してもよい。
【００４２】
２５は誘導加熱手段としての励磁コイルであり、表面を絶縁した外径０．１５ｍｍの銅線からなる線材を６０本束ねた線束が、定着ベルト１２の円筒面の回転中心軸方向の端部ではその外周面に沿って円弧状に、それ以外の部分では前記円筒面の母線方向に沿って、９回周回されている。
【００４３】
定着ベルト１２の回転中心軸と直交する断面における励磁コイル２５の断面形状は図示のように定着ベルト１２を覆うように、線束を定着ベルト１２の回転中心軸を中心軸とする仮想の円筒面上に、重ねることなく（但し、定着ベルト１２の端部を除く）互いに密着して配置されている。また、幅方向の端部では、図４に示すように線束を２列に並べて積み重ねて盛り上がっている。この結果、励磁コイル２５は、全体として鞍の様な形状に形成されている。励磁コイル２５は定着ベルト１２の外周面から約３ｍｍの間隔を設けて対向している。
【００４４】
２６はフェライトからなる背面コアであり、周回する励磁コイル２５の中央の開口内に挿入された中心コア２６ａと、アーチ形状のアーチコア２６ｂと、アーチコア２６ｂの両端部に設けられた先端コア２６ｃとからなる。中心コア２６ａと先端コア２６ｃは、定着ベルト１２の回転中心軸方向に連続した棒状であり、励磁コイル２５を介することなく定着ベルト１２と対向している。アーチコア２６ｂは、定着ベルト１２の回転中心軸方向に略等間隔で離間して７個配置され、励磁コイル２５に対して定着ベルト１２とは反対側に配置されている。中心コア２６ａ、先端コア２６ｃ、アーチコア２５ｂはそれぞれ組み合わされて磁気的に結合している。背面コア２６の材料としては、フェライトの他、パーマロイ等の高透磁率で抵抗率の高い材料が望ましい。
【００４５】
２７は厚さが１．５ｍｍで、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの耐熱温度の高い樹脂からなり、励磁コイル２５を保持するコイル保持部材である。
【００４６】
励磁コイル２５には電圧共振形インバータである励磁回路２８から３０ｋＨｚの交流電流が印加される。これにより、定着ベルト１２が電磁誘導加熱される。定着ベルト１２の温度は温度センサ１１により検知される。励磁コイル２５に印加される交流電流は、温度センサ１１から得られる温度信号を用いて定着ベルト１２の表面が定着設定温度である摂氏１７０度となるように制御される。そして、未定着トナー像８が表面に転写させられた記録紙７を、図２の矢印Ａの方向から定着ニップ部に突入させ、記録紙７上にトナー８を定着させる。
【００４７】
本実施の形態では、励磁コイル２５が電磁誘導により定着ベルト１２を発熱させる。以下にその作用を図５を用いて説明する。
【００４８】
励磁回路２８からの交流電流により励磁コイル２５が発生させる磁束は、図示の破線Ｍのように先端コア２６ｃから定着ベルト１２を貫通して磁性層２０ｂに達する。磁性層２０ｂの磁性のため、磁束Ｍは磁性層２０ｂ内を周方向に貫通する。そして、再び定着ベルト１２を貫通して中心コア２６ａに入り、アーチコア２５ｂ内を通過して先端コア２６ｃに至る。励磁コイル２５を流れる交流電流によりループ状の磁束Ｍが変化し、この磁束Ｍの変化により定着ベルト１２の基材層内に誘導電流が発生し、ジュール熱を発生させる。磁性層２０ｂは絶縁性なので誘導加熱されない。
【００４９】
また、定着ローラ２０の芯金２０ａの外周は磁性層２０ｂに覆われているために、磁束Ｍが芯金２０ａに達することはなく、その結果、芯金２０ａの加熱のために誘導加熱エネルギーが直接消費されることはない。さらに、定着ベルト１２は断熱性の高いスポンジ層２０ｃで保持されているので、定着ベルト１２内に発生した熱エネルギーが磁性層２０ｂや芯金２０ａに流出するのが抑制される。このため、加熱される定着ベルト１２の熱容量が小さく、且つ、これからの熱伝導も小さいため、短時間で定着ベルト１２を定着温度まで昇温させることができる。
【００５０】
次に、温度センサ１１の構成について述べる。図６において、温度センサ１１は測定対象部材である定着ベルト１２からの赤外線強度と冷接点の温度とに応じた電圧を出力するサーモパイル３０と、サーモパイル３０の冷接点温度補償用のサーミスタ３１とを備えている。サーモパイル３０の前には定着ベルト１２の所定の範囲からの所定の波長の赤外線のみをモニタするための、赤外線透過フィルタおよび集光レンズとして機能する直径３ｍｍの導光部材３２が設けられている。導光部材３２を介して温度が測定される範囲は図６の破線Ｌの範囲である。
【００５１】
サーモパイル３０は熱電対列であり、赤外線が照射されて発熱する温接点と赤外線が照射されない冷接点との温度差に応じて電圧を出力する。サーミスタ３１からの温度補償用電圧Ｖｔｍはサーモパイル３０からの検知電圧Ｖｔｐとともに、温度算出回路３３へ伝達され、下記式（１）のサーモパイル出力特性に基づき算出温度Ｔｔｐを算出する。
【００５２】
Ｖｔｐ＝Ａ×（Ｔｔｐ４−Ｔｔｍ４）＋Ｖｒｅ      ・・・（１）
ここで、
Ａ；出力係数（出力係数Ａは定数でも良いが、Ｔｔｍの関数としても良い）
Ｔｔｐ；算出温度
Ｔｔｍ；冷接点温度（サーミスタ３１の温度補償用電圧Ｖｔｍより算出）
Ｖｒｅ；温度算出回路の基準電圧
である。
【００５３】
この算出温度Ｔｔｐは定着ベルト１２からサーモパイル３０に入射した赤外線の強度に基づいて得た温度である。しかし、定着ベルト１２の表面は直径３０ｍｍの曲率を有し、その表面は平滑なために、紙ガイド１３などの定着ベルト１２周辺の部材から放射された赤外線（図２中の破線Ｒ）を反射してしまう。このため、周辺部材からの赤外線も定着ベルト１２で反射された後サーモパイル３０に入射してしまうことになる。この結果、周辺部材の温度が変化すると（即ち、赤外線Ｒの強度が変化すると）、式（１）による算出温度Ｔｔｐも変化してしまう。
【００５４】
例えば、定着ベルト１２が１７０℃で、紙ガイド１３が８０℃の場合に算出温度Ｔｔｐが１７０℃となるように出力係数Ａを決定すると、紙ガイド１３が２０℃の場合には、紙ガイド１３から定着ベルト１２の表面で反射してサーモパイル３０に入射する赤外線強度が小さいために、定着ベルト１２が実際には１７０℃であっても算出温度Ｔｔｐは１６０℃となってしまう。
【００５５】
図７に、定着ベルト１２を室温から昇温させ１７０℃に保温した場合の、算出温度Ｔｔｐと、サーモパイル３０による定着ベルト１２の被測定箇所と幅方向位置が同一である箇所を熱電対で測定した較正温度Ｔｔｃと、補正温度センサ１４によって測定した紙ガイド１３の温度Ｔｇｄとの変化の様子を示す。横軸が時間、縦軸が温度を示している。紙ガイド１３の温度Ｔｇｄが高くなり昇温速度が低下すると、算出温度Ｔｔｐと較正温度Ｔｔｃとはほぼ一致するが、紙ガイド１３の温度Ｔｇｄが低い初期には算出温度Ｔｔｐが較正温度Ｔｔｃよりも低くなっている。
【００５６】
このように算出温度Ｔｔｐと較正温度Ｔｔｃとの誤差は紙ガイド１３の温度Ｔｇｄと相関がある。この算出温度Ｔｔｐと較正温度Ｔｔｃとの比（Ｔｔｃ／Ｔｔｐ、これを「補正係数」と呼ぶ）と紙ガイド１３の温度Ｔｇｄとの関係を図８に示す。縦軸の比（Ｔｔｃ／Ｔｔｐ）が１から離れるほど算出温度Ｔｔｐの較正温度Ｔｔｃに対する誤差が大きいことを示す。図中の実線の曲線部は式（２）で表される放物曲線で近似される。
【００５７】
Ｔｔｃ／Ｔｔｐ＝Ａ１×Ｔｇｄ２＋Ｂ１×Ｔｇｄ＋Ｃ１      ・・・（２）
ここで、
Ａ１＝１．５６×１０−５
Ｂ１＝２．５３×１０３
Ｃ１＝１．１０１７
である。
【００５８】
なお、実線左端部の直線部分は昇温中の挙動を示している。周囲の部材と定着ベルト１２の温度差が大きくなると誤差（比（Ｔｔｃ／Ｔｔｐ））が大きくなることを示している。
【００５９】
本実施の形態では、紙ガイド１３に補正温度センサ１４を設け、これから検出された補正用温度Ｔｇｄを用いた式（２）の右辺の値を式（１）で得た算出温度Ｔｔｐに掛けることにより、算出温度Ｔｔｐを補正して測定温度Ｔを得ている。この補正された測定温度Ｔは熱電対により測定された較正温度Ｔｔｃと一致した。
【００６０】
紙ガイド１３は定着ベルト１２に最も近接して対向しているので、温度の変化量が大きい。このため、定着ベルト１２の表面で反射されてサーモパイル３０に入射する赤外線の変化に及ぼす寄与度に関して、紙ガイド１３は定着器カバー１５などの定着ベルト１２から離れている部材よりも大きくなる。このため、この紙ガイド１３の温度を補正温度センサ１４にて測定し、この測定値を算出温度Ｔｔｐの補正に用いることが最も効果的である。また、記録紙７は通過時に紙ガイド１３に圧接されないので、記録紙７に奪われる紙ガイド１３の熱量は無視できる。このため、通紙の有無による紙ガイド１３の温度変化はほとんど無いので、安定した補正を行うことができる。
【００６１】
なお、上記の実施の形態では、算出温度Ｔｔｐを補正するための補正用温度として紙ガイド１３の温度Ｔｇｄを用いたが、本発明はこれに限定されず、定着器１０内の定着ベルト１２に対向する他の部材の温度を測定して補正用温度としても良い。さらに、定着ベルト１２に対向する部材の温度変化と相関した温度変化をするのであれば、定着ベルト１２に直接対向していない部材に補正温度センサ１４を設けて、得られた温度を補正用温度としても良い。さらに、補正温度センサ１４を複数部材に設けて、複数の補正用温度で算出温度Ｔｔｐを補正しても良い。
【００６２】
また、本実施の形態では、背面コア２６が、相互に離間した中心コア２６ａ及び先端コア２６ｃと、相互に離間した複数のアーチコア２６ｂとが組み合わされて構成されているので、背面コア２６および励磁コイル２５の外周面からの放熱が妨げられない。このため、励磁コイル２５に電流を流すことにより励磁コイル２５が発熱しても、蓄熱しないので、励磁コイル２５、背面コア２６及びコイル保持部材２７が定着ベルト１２よりも温度が高くなることを防止できる。これにより、高温の部材から放射された赤外線が定着ベルト１２の表面で反射されてサーモパイル３０に入射することを防止できる。この結果、温度測定の誤差を抑制することができる。
【００６３】
また、本実施の形態では定着ベルト１２の内側が定着ローラ２０で占められているので、定着ベルト１２の内側にサーミスタなどの温度検知手段を設置することが困難である。さらに定着ベルト１２の表面に接触式温度センサを用いると、定着ベルト１２の表面に摺動による筋（傷、溝など）が発生して、定着画像にその筋が転写されるので、画像品位を著しく低下させることとなる。本実施の形態によれば、平滑な円筒面である定着ベルト１２の表面の温度を、赤外線による非接触温度センサで正確に測定できるので、定着ベルト１２の表面を損ねることがなく、高品位の定着画像を得ることができる。
【００６４】
また、熱容量を小さくするために薄肉の定着ベルト１２を用いているので、幅方向の熱伝導がほとんど無い。従って、画像形成域外である両端部と画像形成域内である中央部とでは、定着ベルト１２の温度は大きく異なる。従って、定着ベルト１２端部の温度を測定して温度制御を行うと、オフセットなどの画像品位の低下を引き起こすことがある。これは、特に記録紙の幅が小さい場合に顕著である。本実施の形態によれば、幅方向の中央部での定着ベルト１２の温度を赤外線による非接触温度センサで正確に測定している。この結果、画像形成に寄与する定着ニップ部の温度を正確に制御できるので、オフセットのない高品位な定着画像を得ることができる。
【００６５】
また、定着ベルト１２がより小径で曲率が大きくなるほど、定着ベルト１２の周囲に配置されたより広範囲の部材からの赤外線が定着ベルト１２の表面で反射されてサーモパイル３０に入射する。即ち、定着ベルト１２の熱容量を小さくするために定着ベルト１２を小径化すると、定着ベルト１２の周囲の部材からの赤外線の影響が大きくなり、サーモパイル３０の検知温度に誤差が生じやすくなる。しかしながら、本実施の形態よれば、式（２）を用いて補正を行うので、小型で昇温の早い定着ベルト１２を用いているにもかかわらず、その表面温度を安定して正確に測定することが出来る。
【００６６】
以上のように、本実施の形態によれば、赤外線の強度により定着ベルト１２の温度を検知する温度センサ１１からの検知温度を、定着器１０内の紙ガイド１３の温度に基づき補正することにより、定着器１０の温度の影響を受けずに定着ベルト１２の温度を精度良く安定して測定することができる。これにより、安定して高品位な画像を得ることが出来る。
【００６７】
なお、上記の実施の形態では赤外線の強度により温度を検知する温度検知手段（温度センサ１１）としてサーモパイル３０を用いたが、本発明において温度検知手段はこれに限らず、薄膜に赤外線を入射させて薄膜の温度をサーミスタで測定するセンサや、焦電形センサ、光電形センサなどを用いることができる。サーモパイルは、焦電型センサに必要な入射光の断続手段が不要であり、光電形センサに比べて安価であり、信号出力のための高価な電源が不要であり、装置を簡単な構成で安価に構成することができる。
【００６８】
また、定着器１０は上記の実施の形態に限られず、上記の定着ベルト１２と定着ローラ２０に代えて、厚さ２ｍｍ以上の金属パイプの表面にシリコンゴム又はフッ素樹脂を積層した定着ハードローラを用いても良い。また、加熱方法は上記の誘導加熱方式に限らず、ハロゲンランプを定着ハードローラの内部に設置して加熱しても良い。
【００６９】
定着ハードローラ内にハロゲンランプを設置した場合には、一般に１７０℃の定着温度に昇温するまで２分程度かかる。一方、本実施の形態のように熱容量が小さい定着ベルト１２を誘導加熱方式で昇温させた場合には、定着ベルト１２が１０秒程度で１７０℃の定着温度に達する。このため、定着ベルト１２が定着温度まで昇温した時点では、定着器１０を構成する他の部材の温度はまだほとんど上昇していない。しかし、連続動作をさせた場合には、定着ベルト１２は定着温度のまま、定着器１０全体の温度が９０度程度にまで昇温する。これは、定着ベルト１２に比べて、その周囲の部材は、昇温が遅れ且つ昇温速度が小さいことを意味する。従って、昇温が早い定着器では、周囲の部材の温度変化を考慮して温度補正を行う本実施の形態による効果が大きい。
【００７０】
（実施の形態２）
本実施の形態２が実施の形態１と異なるのは、補正用温度として、実施の形態１では補正温度センサ１４によって得た紙ガイド１３の温度を用いたのに対して、本実施の形態２ではサーモパイル３０の冷接点の温度補償用サーミスタ３１から得られる温度Ｔｔｍを用いる点のみである。以下、実施の形態１との相違点について説明する。
【００７１】
本実施の形態では実施の形態１で説明した式（２）に代えて以下の式（３）を用いて算出温度Ｔｔｐを補正して測定温度Ｔｆｂを得る。
【００７２】
Ｔｆｂ＝Ｔｔｐ×（Ａ２×Ｔｔｍ２＋Ｂ２×Ｔｔｍ＋Ｃ２）      ・・・（３）
ここで、
Ａ２＝１．５７×１０−５
Ｂ２＝２．６７×１０３
Ｃ２＝１．１０５４
である。
【００７３】
本実施の形態では、サーモパイル３０の補償用の冷接点温度Ｔｔｍで定着ベルト１２に対向する部材の温度を推定している。定着ベルト１２に対向する部材（例えば紙ガイド１３）の温度とサーモパイル３０の冷接点の温度とは必ずしも一致しないが、両者は定着ベルト１２からの放射熱により加熱させれる点で同様であり、両者の温度変化には相関関係を有する。このために、サーモパイル３０の冷接点の温度で、定着ベルト１２に対向する部材の温度が推定できる。従って、定着ベルト１２に対向しない部材の温度を用いて、サーモパイル３０へ入射する赤外線の強度が補正できるのである。
【００７４】
本実施の形態によれば、補正温度センサ１４を設けなくて良いので、装置を簡単で安価に構成することができる。サーモパイル３０には冷接点の補償用のサーミスタ３１が付随しているので、赤外線の強度により温度を検知する温度検知手段としてはサーモパイルを用いることが望ましい。
【００７５】
（実施の形態３）
図９は本発明の実施の形態３に係る温度補正の手順を示す構成図である。その他の構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一の作用を有する部材には同一の符号を与え、それらの説明を省略する。
【００７６】
本実施の形態３が実施の形態１と異なるのは、第１に、実施の形態２と同様にサーモパイル３０の冷接点の温度Ｔｔｍを補正用温度としている点、第２に、定着器１０の昇温開始時の補正用温度Ｔｔｍ０を温度補正に用いている点である。
【００７７】
昇温開始時の補正用温度Ｔｔｍ０に依存しない実施の形態２の式（３）を用いた補正では、昇温開始時の定着器１０の温度により、補正された温度と熱電対で測定した現実の温度とに誤差が生じる場合があった。
【００７８】
これは、定着ベルト１２に対向する部材の温度が、冷接点温度から推定した温度と異なることが原因である。例えば、昇温開始時に定着ベルト１２に対向する部材及び冷接点の温度がいずれも１０℃の場合に定着ベルト１２の加熱を開始すると、定着ベルト１２に対向する部材は、冷接点よりも温度上昇が急であるので、冷接点温度が３０℃になった時には、定着ベルト１２に対向する部材の温度は６０℃に達している。一方、昇温開始時に定着ベルト１２に対向する部材及び冷接点の温度がいずれも３０℃の場合に定着ベルト１２の加熱を開始すると、冷接点温度が３０℃の時に、定着ベルト１２に対向する部材の温度は依然として３０℃であることがある。このように、温度センサ１１により得られる算出温度Ｔｔｐの補正を行う際に、定着ベルト１２に対向する部材の温度に代えて使用される冷接点温度Ｔｔｍのみでは、その時点での定着ベルト１２に対向する部材の温度を完全に推定できない場合がある。
【００７９】
定着ベルト１２を昇温後に保温した場合の、昇温開始時の温度と補正係数との関係を図１０に示す。同図において、横軸はサーモパイル３０の冷接点の測定温度Ｔｔｍ、縦軸は補正係数、即ち、補正前の温度センサ１１による算出温度Ｔｔｐと熱電対による較正温度Ｔｔｃとの比（Ｔｔｃ／Ｔｔｐ）である。曲線Ｌ、Ｎ、Ｈはそれぞれ、昇温開始時の冷接点の温度Ｔｔｍ０が７℃、２３℃、３３℃の場合の結果である。このように、補正係数の放物曲線は、昇温開始時の温度Ｔｔｍ０により一致しない。これらの曲線は昇温開始時の温度Ｔｔｍ０に応じて、横軸方向に平行移動した形である。
【００８０】
本実施の形態では算出温度Ｔｔｐから測定温度Ｔｆｂを得る補正式として式（４）を用いている。
【００８１】
Ｔｆｂ＝Ｔｔｐ×｛Ａ３×（Ｔｔｍ−ｆ（Ｔｔｍ０））２＋Ｃ３｝      ・・・（４）
ここで、
ｆ（Ｔｔｍ０）＝Ｔｔｍ０＋６１．８
Ａ３＝１．５７×１０−５
Ｃ３＝０．９９２
である。
【００８２】
式（４）は２次式で表される補正係数（Ｔｔｃ／Ｔｔｐ）の放物曲線を、昇温開始時の補正用温度Ｔｔｍ０に応じて、図１０のグラフの横軸方向に平行移動することを示している。
【００８３】
図１０の現象は、冷接点と定着ベルト１２の対向部材とが、昇温開始時時に、いずれもその時点での雰囲気温度とほぼ同温度から昇温し始めることが原因である。従って、昇温開始時の温度Ｔｔｍ０を温度補正に取り込んだ補正式（４）を用いることにより、昇温開始時の温度によらず、安定して定着ベルト１２の温度を測定することができた。
【００８４】
なお、本実施の形態では式（４）のＴｔｍ０の関数ｆ（Ｔｔｍ０）を、センサの設置条件によってはＴｔｍ０の他の一次式や二次式あるいは他の関数形としてもよい。また、関数の変数としてはＴｔｍ０に限られず、例えば温度に変換する前のサーミスタ３１の電圧値Ｖｔｍをそのまま用いても良い。
【００８５】
なお、上記の実施の形態１〜３では画像形成装置に本発明の温度測定装置及び温度補正方法を適用した例を示したが、本発明の温度測定装置及び温度補正方法の適用範囲はこれに限定されず、表面の温度を赤外線強度に基づき測定する場合に適用できる。特に、表面が温度センサ側に凸の曲率を持つ場合、表面が平滑で周囲の部材からの赤外線を反射しやすい場合、被測定面内での熱伝導が小さい場合に効果が大きい。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように本発明の温度測定装置及び温度補正方法によれば、対向部材からの赤外線の影響を受けずに、安定して正確に温度を測定することができる。
【００８７】
また、本発明の画像形成装置によれば、定着部材の周囲の部材からの赤外線の影響を受けずに、安定して正確に定着部材の温度を測定することができる。これにより、高品位な画像を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の断面図
【図２】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いられる定着器の断面図
【図３】図２の矢印ＩＩＩ方向から見た励磁コイルを含む加熱源の背面図
【図４】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に用いられる加熱源の断面図
【図５】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置における誘導加熱作用の説明図
【図６】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置に搭載される温度センサの構成図
【図７】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置における加熱開始時の温度変化を示した図
【図８】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置における加熱開始時の紙ガイド温度と補正係数との関係を示した図
【図９】本発明の実施の形態３に係る画像形成装置における温度補正手順を示した図
【図１０】本発明の実施の形態３に係る画像形成装置における加熱開始時の冷接点温度と補正係数との関係を示した図
【図１１】赤外線温度検出器を用いた従来の温度算出手順を示した図
【符号の説明】
１  露光装置
２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｂｋ  レーザ光
３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋ  感光体
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋ  現像器
５  中間転写ベルト
６  ２次転写ローラ
７  記録紙
８  トナー像
１０  定着器
１１  温度センサー
１２  定着ベルト
１３  紙ガイド
１４  補正温度センサ
１５  定着器カバー
２０  定着ローラ
２１  加圧ローラ
２５  励磁コイル
２６  背面コア
２８  励磁回路
３０  サーモパイル
３１  サーミスタ
３２  導光部材
【図１】
2004191075.tif 000003
【図２】
2004191075.tif 000004
【図３】
2004191075.tif 000005
【図４】
2004191075.tif 000006
【図５】
2004191075.tif 000007
【図６】
2004191075.tif 000008
【図７】
2004191075.tif 000009
【図８】
2004191075.tif 000010
【図９】
2004191075.tif 000011
【図１０】
2004191075.tif 000012
【図１１】
2004191075.tif 000013