(57)【要約】      （修正有）【課題】定着部材の温度を、温度換算式又は温度換算テーブルを切り替えずに連続的に検出できる定着装置の非接触温度センサを提供する。【解決手段】定着部材からの赤外線を受光するセンサ部５１と、センサ部５１の出力を処理し、定着部材の温度を算出する演算処理手段５２とを備える。演算処理手段５２は、センサ部５１の出力を定着部材の定常温度データに換算する定常温度換算テーブル６５又は定常温度換算式と、センサ部の出力を定着部材の過渡温度データに換算する過渡温度換算テーブル６６又は過渡温度換算式と、定常温度データと過渡温度データを、それぞれの所定の周波数成分を逓減した後に合成する相補フィルタ６７とを備える。相補フィルタ６７によって定常温度データ及び過渡温度データを、それぞれの所定の周波数成分を逓減した後に合成するため、定常・過渡温度換算テーブル（又は換算式）を切り替えずに、連続的に定着部材の温度を検出できる。【選択図】図５
2017054026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着部材からの赤外線を受光するセンサ部と、
前記センサ部の出力を処理し、定着部材の温度を算出する演算処理手段とを備える定着装置の非接触温度センサにおいて、
前記演算処理手段が、
前記センサ部の出力を増幅・離散化する回路部と、
増幅・離散化された前記センサ部の出力を定着部材の定常温度データに換算する定常温度換算テーブル又は定常温度換算式と、
増幅・離散化された前記センサ部の出力を定着部材の過渡温度データに換算する過渡温度換算テーブル又は過渡温度換算式と、
前記定常温度データと前記過渡温度データを、それぞれの所定の周波数成分を逓減した後に合成する相補フィルタと
を備えることを特徴とする定着装置の非接触温度センサ。
【請求項２】
前記相補フィルタは、
前記定常温度データの高周波数成分を逓減するローパスフィルタと、
前記過渡温度データの低周波数成分を逓減するハイパスフィルタと
を備えるデジタルフィルタであり、
２つの前記フィルタは、全周波数において利得の和が１であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置の非接触温度センサ。
【請求項３】
前記相補フィルタは、有限インパルス応答フィルタで構成されることを特徴とする請求項２に記載の定着装置の非接触温度センサ。
【請求項４】
前記相補フィルタは、無限インパルス応答フィルタで構成されることを特徴とする請求項２に記載の定着装置の非接触温度センサ。
【請求項５】
前記演算処理手段は、前記相補フィルタの出力からノイズを除去するノイズ除去フィルタを更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の定着装置の非接触温度センサ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の定着装置の非接触温度センサを用いて、定着装
置の温度制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置の非接触温度センサ及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
定着装置の温度制御は、通常、定着部材の表面温度を温度センサにより検出し、フィードバックすることにより行われる。近年、カラーのデジタル複合機などの画像形成装置では、温度センサによる定着部材の摩耗などが発生すると画像劣化につながるため、非接触温度センサを用いることが増えている。
【０００３】
非接触温度センサによる温度検出は、おおむね以下のような原理を用いている。すなわち、温度検出対象の放射する赤外線をセンサ内部の吸収膜に吸収させ、吸収膜の温度を温度検出素子で検出して、対象物の温度を算出する。温度検出素子としては、熱電対を用いるものと、サーミスタを用いるものがあり、前者はサーモパイル、後者は非接触サーミスタと呼ばれる。また、センサ自体の温度、又は対流熱による吸収膜への温度の影響を除去するため、これらを補償する素子を更に設ける非接触温度センサも多い。
【０００４】
非接触温度センサでは、このような原理によって温度検出を行うため、温度検出対象の温度とセンサ出力（検出する赤外線量）の関係に応じて、温度換算式又は温度換算テーブルをチューニングする。一般には、実際の温度を接触式の熱電対などで測定し、温度換算式により、検出温度を実際の温度にフィッティングさせることが多い。
【０００５】
例えば、特許文献１には、温度検出用サーミスタと、サーミスタを格納するケーシングの温度を検出する温度補償用サーミスタとを備える非接触温度センサ用検出装置が開示されている。そして、その非接触温度センサ用検出装置は、温度補償用サーミスタを含む回路からの出力電圧の単位時間当たり変化量に応じて、使用するデータテーブルを選択する手段を備えたことを特徴としている。
【０００６】
しかし、使用するデータテーブルを切り替えると、センサ検出温度が不連続に変化し、定着部材の温度制御に悪影響を及ぼす問題がある。ここで「センサ検出温度が不連続に変化」とは、データテーブル（又は温度換算式）の切り替えによる検出温度の不連続点の発生を意味する。
【０００７】
上述の特許文献１には、検出温度の不連続を緩和するためにデータテーブルを更に増やすことも開示している。しかしこれは、データテーブルの切り替えの本質的な対策ではない。また、データテーブル用のメモリを増やすと、メモリコストが増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、定着部材の温度を、温度換算式又は温度換算テーブルを切り替えずに連続的に検出できる、定着装置の非接触温度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題は、定着部材からの赤外線を受光するセンサ部と、前記センサ部の出力を処理し、定着部材の温度を算出する演算処理手段とを備える定着装置の非接触温度センサにおいて、前記演算処理手段が、前記センサ部の出力を増幅・離散化する回路部と、増幅・離散化された前記センサ部の出力を定着部材の定常温度データに換算する定常温度換算テーブル又は定常温度換算式と、増幅・離散化された前記センサ部の出力を定着部材の過渡温度データに換算する過渡温度換算テーブル又は過渡温度換算式と、前記定常温度データと前記過渡温度データを、それぞれの所定の周波数成分を逓減した後に合成する相補フィルタとを備えることを特徴とする定着装置の非接触温度センサによって、解決される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、相補フィルタによって定常温度データ及び過渡温度データを、それぞれの所定の周波数成分を逓減した後に合成し、定着部材の温度とする。したがって、定常・過渡温度換算テーブル（又は換算式）を切り替えずに、連続的に定着部材の温度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る定着装置を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る定着装置の非接触温度センサの概略回路である。
【図４】定着部材の温度変化を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る定着装置の非接触温度センサのブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す模式図である。図示の画像形成装置１００は、電子写真方式を採用するものであり、画像形成装置１００の上に画像読取装置２００を設置して複写装置として構成している。また、画像形成装置１００の図中右側面に両面ユニット３００を取り付けている。画像形成装置１００内には、中間転写装置１０を備える。中間転写装置１０は、複数のローラに掛けまわしてエンドレスの中間転写ベルト１１をほぼ水平に張り渡し、反時計まわりに走行するように設ける。
【００１３】
中間転写装置１０の下には、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋを、中間転写ベルト１１の張り渡し方向に沿って四連タンデム式に並べて設ける。各作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋは、図中時計まわりに回転するドラム状の像担持体のまわりに帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置などを設置して構成する。中間転写ベルト１１の内側で各像担持体と対向する位置には、一次転写装置２５ｃ、２５ｍ、２５ｙ、２５ｋを設ける。作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋの下には、露光装置１３を備える。
【００１４】
露光装置１３の下には、給紙装置１４を設ける。給紙装置１４には、記録媒体である用紙２０を収納する給紙カセット１５を、二段備える。そして、各給紙カセット１５の右上には、各給紙カセット１５内の用紙２０を一枚ずつ繰り出して用紙搬送路１６に入れる給紙コロ１７を設ける。
【００１５】
用紙搬送路１６は、画像形成装置１００内の図中右側に、下方から上方に向けて形成し、画像形成装置１００と画像読取装置２００との間に形成する胴内排紙部１８へと通ずるように設ける。用紙搬送路１６には、搬送ローラ１９、中間転写ベルト１１と対向して二次転写装置２１、定着装置２２、一対の排紙ローラよりなる排紙装置２３などを順に設けている。搬送ローラ１９の上流には、両面ユニット３００から再給紙する、あるいは手差し給紙装置３６から手差し給紙する、用紙２０を用紙搬送路１６に合流する給紙路３７を設ける。また、定着装置２２の下流には、両面ユニット３００への再給紙搬送路２４を分岐して設ける。
【００１６】
画像形成装置１００にてコピーを取るときは、まず、画像読取装置２００で原稿画像を読み取って露光装置１３で書き込みを行う。次に、各作像装置１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋのそれぞれの像担持体上に各色トナー画像を形成し、そのトナー像を一次転写装置２５ｃ、２５ｍ、２５ｙ、２５ｋで順次転写して中間転写ベルト１１上にカラー画像を形成する。
【００１７】
一方、給紙コロ１７の１つを選択的に回転して対応する給紙カセット１５から用紙２０を繰り出して用紙搬送路１６に入れる。あるいは、手差し給紙装置３６から手差し用紙２０を給紙路３７に入れる。次に、用紙搬送路１６を通して搬送ローラ１９で搬送してタイミングを取って二次転写位置へと送り込み、上述した中間転写ベルト１１上に形成したカラー画像を二次転写装置２１で用紙２０に転写する。そして、画像転写後の用紙２０は、定着装置２２で画像定着後、排紙装置２３で排出して胴内排紙部１８上にスタックする。
【００１８】
用紙２０の裏面にも画像を形成するときには、用紙２０を再給紙搬送路２４に入れて両面ユニット３００で反転してから給紙路３７を通して再給紙する。次いで、別途中間転写ベルト１１上に形成したカラー画像を用紙２０に二次転写した後、再び定着装置２２で定着して排紙装置２３で胴内排紙部１８に排出する。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態に係る定着装置を示す模式図である。図２に示すように、定着装置２２は、未定着画像に接触して回転する定着部材としての定着ベルト４０と、この定着ベルト４０との間で定着ニップ部Ｎを形成する加圧部材としての加圧ローラ４５とを備える。また、定着装置２２は、加熱手段であるハロゲンヒータ４１ａ、４１ｂと、温度検出手段である非接触温度センサ５０と、非接触温度センサ５０の温度に基づいて、ハロゲンヒータ４１ａ、４１ｂへの通電を制御する温度制御手段６０などを備える。
【００２０】
定着ベルト４０は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材で構成されている。ベルト部材としては、例えばニッケルやＳＵＳなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いることができる。定着ベルト４０内周側には、２本のハロゲンヒータ４１ａ、４１ｂと、ハロゲンヒータ４１ａ、４１ｂからの熱を定着ベルト４０へ反射する反射部材４２とが設けられている。ハロゲンヒータ４１ａ、４１ｂと反射部材４２とにより、定着ベルト４０は内周側から輻射熱で直接加熱される。
【００２１】
また、定着ベルト４０の内周側には、加圧ローラ４５に当接して定着ニップ部Ｎを形成するニップ形成部材４３と、ニップ形成部材４３を支持する支持部材としてのステー４４とが設けられている。
【００２２】
加圧ローラ４５は、回転自在なローラ部材であり、芯がね４６と、ソリッドゴム又は発泡スポンジにて成形される弾性層４７と、トナー離形性をよくするための表面層４６とにより構成される。加圧ローラ４５は、画像形成装置１００内に設けられたモータなどの駆動源により回転駆動する。また、加圧ローラ４５は、スプリングなどにより定着ベルト４０側に押し付けられており、弾性層４７が押し潰されて変形することにより所定のニップ幅を有している。
【００２３】
ハロゲンヒータ４１ａ、４１ｂは、ぞれぞれの両端部が定着装置２２の側板に固定されている。ハロゲンヒータ４１ａ、４１ｂは、画像形成装置１００に設けられた電源部からの電力により加熱される。
【００２４】
非接触温度センサ５０は、物体から放射される赤外線の強度を測定して、物体の温度を測定する温度計であり、定着ベルト４０の表面温度を検出する。非接触温度センサ５０の設置位置は定着装置２２のレイアウトの制約上、どこにでも設置できるわけではない。非接触温度センサ５０の詳細は後述する。
【００２５】
温度制御手段６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを包含するコンピュータで構成されている。温度制御手段６０は、非接触温度センサ５０の検出温度に基づいて、定着ベルト４０の表面温度が一定の温度（定着温度）となるようにハロゲンヒータ４１ａ、４１ｂへの通電を制御する。通電の制御には例えばＰＩＤ制御などが用いられる。
【００２６】
図３は、本発明の一実施形態に係る定着装置の非接触温度センサの概略回路である。図３に示すように、非接触温度センサ５０は、定着部材からの赤外線を受光するセンサ部５１と、センサ部５１の出力を処理し、定着ベルト４０の温度を算出する演算処理手段５２とを有する。センサ部５１は、赤外線を吸収する吸収膜５３と、吸収膜５３の温度を検出する温度検出素子５４と、温度補償用の補償素子５５とを備える。また、演算処理手段５２は、増幅回路部５６と、Ａ／Ｄコンバータ５７と、演算部５８とを備える。
【００２７】
センサ部５１において、吸収膜５３は定着部材からの赤外線を受光して発熱する。そして、吸収膜５３の温度上昇を温度検出素子５４が検出して、電流又は電圧として出力する。また、補償素子５５はセンサ部５１内などの温度を検出して、電流又は電圧として出力する。センサ部５１（温度検出素子５４及び補償素子５５）からの出力は、演算処理手段５２の増幅回路部５６により増幅され、Ａ／Ｄコンバータ５７により離散化されたセンサ出力として、演算部５８に送られる。
【００２８】
なお、補償素子５５は、温度検出素子５４が検出する温度からセンサ部５１自体の温度の影響を除去するために用いられる。そのため、検出温度への影響が無視できる場合は、補償素子５５を設けなくてもよい。
【００２９】
演算部５８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを包含するコンピュータで構成されている。演算部５８は、センサ出力を温度換算式又は温度換算テーブルでもって定着ベルト４０の表面温度に換算し、温度制御手段６０へと送る。
【００３０】
続いて、温度換算式・温度換算テーブルについて説明する。
【００３１】
図４は、定着部材の温度変化を示すグラフである。グラフの横軸は時刻であり、縦軸は定着部材温度である。上昇又は下降する過渡状態の定着部材温度を過渡温度データと呼び、ほぼ一定に推移する定常状態の定着部材温度を定常温度データと呼ぶ。図４のように定着部材の温度を制御し、センサ出力と実際の定着部材の温度を求めて両者の関係を重回帰分析すれば、温度換算式又は温度換算テーブルが作成できる。
【００３２】
本実施形態では、センサ出力を定着部材の過渡温度データに換算する過渡温度換算式又は過渡温度換算テーブルと、センサ出力を定着部材の定常温度データに換算する定常温度換算式又は定常温度換算テーブルを用いる。
【００３３】
ところで、従来では、定常温度のみを用いて重回帰分析によるフィッティングを行うか、定常温度と過渡温度を組み合わせたデータに対してフィッティングを行って、温度換算式又は温度換算テーブルを作成していた。しかし、非接触温度センサ内部の熱バランスに起因して、過渡温度に対して誤差が増大するなど、定常温度と過渡温度の両方で精度を向上することは困難であった。
【００３４】
定着部材の定常温度と過渡温度の両方で精度を向上するために、温度換算式又は温度換算テーブルを切り替えることが考えられる。しかし、温度換算式や温度換算テーブルを切り替えると、センサ検出温度が不連続に変化し、定着部材の温度制御に悪影響を及ぼす問題がある。ここで「センサ検出温度が不連続に変化」とは、データテーブル（又は温度換算式）の切り替えによる検出温度の不連続点の発生を意味する。検出温度の不連続を緩和するために温度換算式や温度換算テーブルを更に増やしても、本質的な解決にはならない。むしろ換算式又は換算テーブルのメモリが増えてしまい、メモリコストが増加する問題を生じる。
【００３５】
そこで本実施形態では、温度換算式又は温度換算テーブルで換算した定常温度データ及び過渡温度データを、相補フィルタを用いてそれぞれに重みを付けて合成することにより、連続的に温度を検出する。
【００３６】
図５は、一実施形態に係る定着装置の非接触温度センサのブロック線図である。図５は、図４の演算処理手段５２（演算部５８）の構成を示すものである。図５を用いて、定着部材の温度を算出する処理の流れを説明する。
【００３７】
まず、センサ部５１からの出力Ｖは、回路部である増幅回路部５６とＡ／Ｄコンバータ５７で増幅・離散化される。次に、その増幅・離散化された出力Ｖ＊は、定常温度換算テーブル６５で定常温度データＴＳに換算されるとともに、過渡温度換算テーブル６６で過渡温度データＴＴＲに換算される。次いで、定常温度データＴＳと過渡温度データＴＴＲは、相補フィルタ６７に送られる。
【００３８】
相補フィルタ６７は、ローパスフィルタ６８とハイパスフィルタ６９とを備え、それら両フィルタが生成したデータを合成して出力するデジタルフィルタである。ローパスフィルタ６８とハイパスフィルタ６９の利得の和は、全周波数領域で１である。
【００３９】
定常温度データにおいて、低周波成分（温度変動の周期が長い）は正確な温度を示すが、高周波成分（温度変動の周期が短い）はノイズ成分と考えられる。一方、過渡温度データにおいて、高周波成分（温度変動の周期が短い）は正確な温度を示すが、低周波成分（温度変動の周期が長い）はオフセット成分と考えられる。したがって、定常温度データＴＳの高周波数成分を逓減し、過渡温度データＴＴＲの低周波数成分を逓減したあと、それらを合成すれば、定着部材の温度の状態に応じた適切な温度を連続的に出力することができる。
【００４０】
相補フィルタ６７から出力されたデータは、ノイズ除去フィルタ７０によってノイズが除去され、検出温度Ｔとして出力される。
【００４１】
なお、定常温度換算テーブル６５と過渡温度換算テーブル６６は、それぞれ定常温度換算式、過渡温度換算式に代替えしてもよい。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態に係る定着装置の非接触温度センサは、定常・過渡温度換算テーブル（又は換算式）を備え、換算された定常・過渡温度データを相補フィルタによって合成し、検出温度として算出する。そのため、定常・過渡温度換算テーブル（又は換算式）を切り替えずに、連続的に定着部材の温度を検出することができる。
【００４３】
また、本実施形態に係る定着装置の非接触温度センサは、相補フィルタにて所定の周波数帯域の温度データを算出するので、定常温度と過渡温度の両方で測定精度を向上することができる。
【００４４】
続いて、本発明の定着装置の非接触温度センサにおいて、有利な構成について説明する。
【００４５】
相補フィルタ６７の２つのフィルタは、有限インパルス応答フィルタ（ＦＩＲフィルタ）か、又は無限インパルス応答フィルタ（ＩＩＲフィルタ）で構成することが望ましい。有限インパルス応答フィルタの場合、実装が比較的簡単という利点がある。一方、無限インパルス応答フィルタの場合、無限インパルス応答フィルタよりも良いフィルタ特性をもつという利点がある。
【００４６】
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明した。この実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して使用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  中間転写装置
１１  中間転写ベルト
１２ｃ、１２ｍ、１２ｙ、１２ｋ  作像装置
１３  露光装置
１４  給紙装置
１５  給紙カセット
１６  用紙搬送路
１７  給紙コロ
１８  胴内排紙部
１９  搬送ローラ
２０  用紙
２１  二次転写装置
２２  定着装置
２３  排紙装置
２４  再給紙搬送路
２５ｃ、２５ｍ、２５ｙ、２５ｋ  一次転写装置
３６  手差し給紙装置
３７  給紙路
４０  定着ベルト
４１ａ、４１ｂ  ハロゲンヒータ
４２  反射部材
４３  ニップ形成部材
４４  ステー
４５  加圧ローラ
４６  芯がね
４７  弾性層
４８  表面層
５０  非接触温度センサ
５１  センサ部
５２  演算処理手段
５３  吸収膜
５４  温度検出素子
５５  補償素子
５６  増幅回路部
５７  Ａ／Ｄコンバータ
５８  演算部
６０  温度制御手段
６５  定常温度換算テーブル
６６  過渡温度換算テーブル
６７  相補フィルタ
６８  ローパスフィルタ
６９  ハイパスフィルタ
７０  ノイズ除去フィルタ
１００  画像形成装置
２００  画像読取装置
３００  両面ユニット
Ｔ  検出温度
ＴＳ  定常温度データ
ＴＴＲ  過渡温度データ
Ｖ  出力
Ｖ＊  増幅・離散化された出力
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４８】
【特許文献１】特開２００３−２８７２２号公報
【特許文献２】特開平０６−６６６３９号公報
【図１】
2017054026.tif 000003
【図２】
2017054026.tif 000004
【図３】
2017054026.tif 000005
【図４】
2017054026.tif 000006
【図５】
2017054026.tif 000007