(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱定着部材が発熱層を有し、当該加熱定着部材の発熱層を直接発熱させることにより定着を行う定着装置において、前記加熱定着部材の軸方向の端部に設けられた開口部に対向するように、赤外線温度センサーの受光部を離間した状態で配設し、当該赤外線温度センサーによって前記加熱定着部材の内面から放射される赤外線を受光することにより、前記加熱定着部材の温度を検知することを特徴とする定着装置の温度検知装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置の温度検知装置において、前記加熱定着部材は、軸方向の端部に設けられた開口部が、赤外線温度センサーの受光窓を除いてキャップ部材で覆われていることを特徴とする定着装置の温度検知装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の定着装置の温度検知装置において、前記加熱定着部材は、抵抗発熱層のジュール発熱で加熱されることを特徴とする定着装置の温度検知装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の定着装置の温度検知装置において、前記加熱定着部材は、電磁誘導発熱層を貫く変動磁界によって生ずる渦電流のジュール発熱で加熱されることを特徴とする定着装置の温度検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式を適用したプリンタ・複写機・ファクシミリなどの画像形成装置に用いられる定着装置の温度検知装置に関し、詳しくは、定着装置の加熱定着部材の温度を検知する温度検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、上記電子写真方式を適用したプリンタ・複写機・ファクシミリなどの画像形成装置においては、定着ローラに加圧ローラを圧接した定着装置が多々用いられている。この種の定着装置は、加熱した定着ローラを回転させながら、この回転する定着ローラと加圧ローラとによって、トナー像が転写された用紙を挟持しつつ搬送させ、その際トナー像を加熱溶融して用紙上に融着させるものである。
【０００３】
ところで、近年の環境規制、環境保護意識の高まりから、電子写真方式を適用したプリンタや複写機等の各種の画像形成装置では、不使用時に定着ヒータへの通電を遮断し、必要な時のみ通電することにより、消費電力を低減することが行われている。
【０００４】
このような省エネルギー型の画像形成装置では、プリント時に定着ローラの表面温度が即座にプリント可能な設定温度にまで達することが必要である。この要求を満たすための１つの手段として、定着ローラの内面もしくは外面に発熱層をを有する、直接加熱方式の表面発熱定着ローラを用いた定着装置が提案されている。
【０００５】
この直接加熱方式の定着ローラを用いた定着装置としては、抵抗発熱体による熱伝導で定着ローラを直接加熱する方式や、電磁誘導加熱を用いる方式などが提案されており、ハロゲンランプによる輻射加熱方式の定着装置と比較して、約２０〜３０％の立ち上がり時間の短縮が可能である。しかも、ハロゲンランプによる輻射加熱方式のように、電源をＯＮにした際の突入電流が発生しないことも表面発熱型定着ローラを用いた定着装置の大きな特徴である。
【０００６】
この定着装置では、安定した定着性能を確保するために、加熱ローラの温度を定着に必要とする値に維持することが必要であり、このためには常時加熱ローラの温度を測定し、その温度が所定の値を維持するように発熱体の発熱温度が制御される。例えば、抵抗発熱体である場合には、それに通電する電流の値を制御したり、電磁誘導方式ではインバータ電源に供給する電力を制御することが必要である。
【０００７】
従来、上記熱定着装置において、加熱ローラの温度を測定するためには、温度検知手段を加熱ローラの外周面に直接接触させて温度測定を行う接触型の温度センサーが用いられてきた。接触型温度センサーとしては、例えば、サーミスタが挙げられ、これは加熱ローラの外周面に直接接触した温度測定部で加熱ローラの温度を検知し、この温度変化を電気抵抗の変化として取り出して温度制御を行うものである。
【０００８】
ところが、上記接触型温度センサーの場合には、例えば、定着ローラ上のオフセットトナーが、温度センサーの接触部分で堰き止められて塊となり、それが接触部分から離れてシート上に落下するか、または定着ローラの表面に付着してシート表面を汚したり、温度センサーの接触部分が定着ローラ表面を磨耗させてその寿命を短くしたりするなどの問題点があった。
【０００９】
そこで、定着ローラに接触しない非接触型の温度検知手段を用いたものが、既に提案されている（特開昭６０−１３４２７１号公報、特開平６−１１８８３７号公報。特開平８−１６０３１号公報）。
【００１０】
この非接触型の温度検知手段を用いた定着装置は、例えば、図７に示すように、定着ローラ１００のような加熱部材と、加圧ローラ１０１のような加圧部材とで、熱と圧力とを加えてシート上の転写画像を定着する電子写真記録装置において、前記定着ローラ１００の温度を検知する非接触型の赤外線温度検知センサー１０２のような温度検知手段を、例えばプリンタ本体のような記録装置本体で支持して、前記定着ローラ１００と非接触で備えてなる方法が提案されている。なお、図中、１０３は定着ローラ１００の内部に配設されている加熱源を示している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記の如く、定着ローラ１００の表面近傍に非接触型の赤外線温度センサー１０２を設けた場合には、以下のような不具合が発生する。
【００１２】
１．用紙上の未定着トナーが定着装置のニップ部に進入するときに、エアーフローや定着ローラ表面の電荷の影響でトナーの一部が飛散して、赤外線温度センサーの受光窓を汚してしまい、検知誤差が発生する。
２．定着装置のニップ部出口から用紙内の水分が蒸発し、赤外線温度センサーの受光窓に水滴が付着する。
３．定着ローラ表面からの放熱によって赤外線温度センサー全体が暖まってしまい、熱電対を用いたサーモパイル等の赤外線温度センサーの場合、ゼロ接点の温度が上昇して出力が低下し、定着ローラの温度を低く検知してしまう。
４．定着ローラの表面が磨耗したり、トナーや紙粉等で加熱ローラの表面が汚れた場合、定着ローラの表面からの赤外線の射出率が変化し、検知誤差が発生する。
５．定着ローラに用紙が巻き付いた場合に、用紙の温度を測定してしまう。
【００１３】
これらの問題が発生すると、定着ローラの温度を長期にわたって正確に測定することが困難となったり、センサー自体の寿命を短くする。また、ジャム等の異常時に定着ローラの表面温度を低いと誤検知してしまい、定着ローラの異常温度上昇が生じるという問題点を有していた。
【００１４】
そこで、これらの問題点を解決するには、赤外線温度センサーの手前にシャッターを設けたり、赤外線温度センサーを定着ローラから離れて設置するといった対策が考えられるが、この場合には、部品点数が増加したり、検知精度が低下するという新たな問題点を有していた。
【００１５】
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、部品点数が増加したり、検知精度が低下することなく、長期にわたって加熱定着部材の温度を精度良く検知することが可能な定着装置の温度検知装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載された発明は、加熱定着部材が発熱層を有し、当該加熱定着部材の発熱層を直接発熱させることにより定着を行う定着装置において、前記加熱定着部材の軸方向の端部に設けられた開口部に対向するように、赤外線温度センサーの受光部を離間した状態で配設し、当該赤外線温度センサーによって前記加熱定着部材の内面から放射される赤外線を受光することにより、前記加熱定着部材の温度を検知するように構成したものである。
【００１７】
また、請求項２に記載された発明は、請求項１記載の定着装置の温度検知装置において、前記加熱定着部材は、軸方向の端部に設けられた開口部が、赤外線温度センサーの受光窓を除いてキャップ部材で覆われるように構成したものである。
【００１８】
さらに、請求項３に記載された発明は、請求項１又は２記載の定着装置の温度検知装置において、前記加熱定着部材は、抵抗発熱層のジュール発熱で加熱されるように構成したものである。
【００１９】
また更に、請求項４に記載された発明は、請求項１又は２記載の定着装置の温度検知装置において、前記加熱定着部材は、電磁誘導発熱層を貫く変動磁界によって生ずる渦電流のジュール発熱で加熱されるように構成したものである。
【００２０】
【作用】
この発明においては、加熱定着部材の軸方向の端部に設けられた開口部に対向するように、赤外線温度センサーの受光部を離間した状態で配設し、当該赤外線温度センサーによって前記加熱定着部材の内面から放射される赤外線を受光することにより、前記加熱定着部材の温度を検知するように構成したものである。赤外線温度センサーの受光部は、例えば、加熱定着部材の端部開口部から内部の中心軸方向に向けて配設される。従来では、通紙部領域のロール外表面に設けられていたために、受光窓の汚れが発生していたが、本発明ではその影響はほとんどない。また、赤外線温度センサーがロール内部からの放射エネルギーを受けることになる。内部からの放射エネルギーは、略閉空間からの放射であり、あたかも黒体からの熱輻射と見なすことができる。特に、ロールの両端開口部をセンサーの受光する以外の部分を除いてキャップ部材で覆うことにより、放射率を１と見なすことができるため、センサーの感度を高めることができる。また、ロール両端部は、熱の対流の影響をほとんど受けないので、高温にさらされることが少なく、また温度センサーが暖まったときの補正をする必要がなくなる。さらにまた、ジャム時でも正確に温度を測定できるといったメリットを有する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１及び図２はこの発明の一実施の形態に係る温度検知装置を適用した熱定着装置を示すものである。この熱定着装置は、例えば、電子写真方式を用いたレーザプリンタやファクシミリ等の画像形成装置に適用されるものである。
【００２３】
図２において、１は加熱定着部材としての加熱ローラを、２は加圧部材としての加圧ローラをそれぞれ示すものである。上記加熱ローラ１には、加圧ローラ２が所定の圧力で圧接するように配設されており、両ローラ１、２の間には、未定着トナー像Ｔが転写された記録紙３を加熱加圧するニップ部４が形成されている。上記加熱ローラ１は、耐熱性および耐磨耗性に優れた樹脂、例えば、ポリイミド樹脂からなる円筒状のコア５を有しており、このコア５の表面には、金属等からなる発熱層６と、４弗化エチレン樹脂等からなる離型層７が順次被覆されている。この加熱ローラ１は、水平に配置され、その軸方向の両端に設けられた図示しないローラ軸８が、図３に示すように、フレーム１０に取り付けられた軸受９によって回転自在に支持されており、当該ローラ軸８は、図示しない回転駆動手段によって回転されるようになっている。
【００２４】
また、上記加圧ローラ２は、円柱状または円筒状の金属製コアの表面に、耐熱性および耐磨耗性に優れた樹脂、例えば、シリコンゴムを所定の厚さに被覆して構成されている。この加圧ローラ２は、加熱ローラ１の下側に水平に配置され、その軸方向の両端に設けられた図示しないローラ軸が、図示しない軸受によって回転自在に支持されている。さらに、上記加圧ローラ１は、加熱ローラ２に対して接離する方向に変位可能に設けられ、当該加圧ローラ２の軸受は、例えば、図示しないバネによって加熱ローラ１に圧接する方向に弾性力が付加されている。これにより、上記加圧ローラ２は、その外周面の上部が、加熱ローラ１の外周面の下部に常時圧接するように構成されている。
【００２５】
従って、上記熱定着装置の場合には、図３に示すように、加熱ローラ１が図示しない回転駆動手段によって回転され、加圧ローラ２は、加熱ローラ１に接触して従動回転される。
【００２６】
また、上記加熱ローラ１は、図５に示すように、金属等からなる発熱層６が発熱することによって、所定の温度に直接加熱されるようになっている。この加熱ローラ１の発熱層は、当該電磁誘導用の発熱層を貫く磁界発生手段１１が発生する変動磁界によって生ずる渦電流のジュール発熱で加熱される。
【００２７】
上記磁界発生手段１１は、図５に示すように、加熱ベルト１の回転方向と直交する方向を長手方向とする横長に形成された部材であり、被加熱部材である加熱ロール１と０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度のギャップを保持して、加熱ロール１の外側に設置されている。この磁界発生手段１１は、励磁コイル１２と、当該励磁コイル１２を保持する図示しないコイル支持部材と、励磁コイル１２の中心部に設けられる図示しない強磁性体からなる芯材等から構成されている。
【００２８】
上記励磁コイル１２としては、例えば、相互に絶縁された直径φ０．５ｍｍの銅線材を１６本束ねたリッツ線を直線状に、所定の本数だけ並列的に配置したものが用いられる。
【００２９】
この励磁コイル１２には、図６に示すように、励磁回路１３によって、所定の周波数の交流電流を印加することにより、当該励磁コイル１２の周囲には変動磁界Ｈが発生し、この変動磁界Ｈが、加熱ロール１の発熱層６を横切るときに、電磁誘導作用によって、その磁界Ｈの変化を妨げる磁界を生じるように、加熱ロール１の発熱層６に渦電流Ｂが生じる。上記励磁コイル１２に印加する交流電流の周波数は、例えば、１０〜５０ｋＨｚに設定されるが、この実施の形態では、交流電流の周波数が３０ｋＨｚに設定されている。すると、この渦電流Ｂが加熱ロール１の発熱層６を流れることにより、当該発熱層６の抵抗に比例した電力（Ｗ＝ＩＲ2 ）でジュール熱が発生し、加熱定着部材である加熱ロール１を加熱するものである。
【００３０】
なお、上記加熱定着部材は、抵抗発熱層のジュール発熱で加熱されるように構成しても良い。
【００３１】
また、図１において、１４は非接触型の赤外線温度センサーを示すものであり、この赤外線温度センサー１４は、放射赤外線を検知して温度を測定する非接触方式の温度センサーである。上記赤外線温度センサー１４としては、具体的に、熱電対を集積した熱電対集積型温度センサー、焦電効果を利用した焦電型温度センサー、赤外線を受けて電気抵抗が変化する半導体繊維を用いた半導体繊維型温度センサーなどが挙げられ、なかでも熱電対を集積した熱電対集積型温度センサーが安価であり、望ましい。この熱電対集積型温度センサー１４には、図４に示すように、その受光窓１５の内部の中央部に、正方形状の黒体１６が配置されているとともに、当該黒体１６の外周には、熱電対１７が密に配置されている。そして、上記熱電対１７は、黒体１５に接触した部分が、高温側の接点となり、その外周側が冷接点となっている。上記赤外線型温度センサー１４は、検出対象物から離間していても、検出対象物から放射される赤外線を検知して温度を測定することができ、安定した温度測定が可能であるという特徴を有している。
【００３２】
上記赤外線型温度センサー１４は、図１及び図３に示すように、加熱ローラ１の軸方向の一端部に、当該加熱ローラ１の中心軸に沿ってローラ内部に向けた状態で配設されている。また、上記加熱ローラ１の軸方向の一端は、キャップ部材１８で覆われているとともに、当該キャップ部材１８には、その中心部に小さく円形状に開口した開口部１９が設けられている。そして、この赤外線型温度センサー１４は、その受光窓１５が、加熱ローラ１の軸方向の一端部に設けられた開口部１９から、当該加熱ローラ１の内部から放射される赤外線２０を良好に検知できるように配置されている。また、上記赤外線型温度センサー１４と加熱ローラ１との間には、図１に示すように、必要に応じて、凸レンズ２１を配設してもよい。この凸レンズ２１は、加熱ローラ１の軸方向の一端部に設けられた開口部１２から放射される赤外線を、赤外線型温度センサー１４の検知部１６に集光する光学系を構成するものである。
【００３３】
ここで、凸レンズ２１は、波長が１〜２０μｍである赤外線の全部または一部を透過する赤外線透過性を有する必要がある。凸レンズ２１の材料としては、ポリエチレン、弗化カルシウム、弗化バリウム、ゲルマニウム、セレン化亜鉛などが挙げられる。なかでも、ポリエチレンは安価で凸レンズの材料として好適である。
【００３４】
以上の構成において、この実施の形態に係る熱定着装置は、次のようにして、部品点数が増加したり、検知精度が低下することなく、長期にわたって加熱定着部材の温度を精度良く検知することが可能となっている。
【００３５】
すなわち、この実施の形態に係る熱定着装置には、定着に際して、図２に示すように、画像形成装置に設けられた図示しない転写手段によって、感光体ドラムからトナー像Ｔが転写された記録紙３が移送されてくる。記録紙３は、互いに圧接した状態で回転する加熱ローラ１と加圧ローラ２のニップ部分に挟持された状態で搬送される。このとき、記録紙３上に転写されたトナー像Ｔは、発熱層６により加熱されている加熱ローラ１で加熱されるとともに、加熱ローラ１と加圧ローラ２に挟まれて加圧され、記録紙３上に溶融定着されることになる。
【００３６】
その際、上記加熱ローラ１の温度は、図１及び図３に示すように、当該加熱ローラ１の軸方向の一端部に配設された赤外線型温度センサー１４によって検知される。この赤外線型温度センサー１４は、加熱ローラ１の軸方向の一端に設けられた開口部１９から放射される赤外線２０を、検知部１６によって受光することにより、当該加熱ローラ１内部の温度を検知するものである。上記赤外線型温度センサー１４からは、図示しない制御回路に温度情報が出力される。
【００３７】
上記制御回路では、赤外線型温度センサー１４から出力される温度情報に基づいて、加熱ローラ１の温度が所定の値を維持するように、発熱層６の発熱温度を制御するようになっている。例えば、発熱層６が図６に示すような電磁誘導発熱層である場合には、インバータ電源に通電する電流の値が制御される。
【００３８】
このように、加熱ローラ１の軸方向の端部に設けられた開口部１９に対向するように、赤外線温度センサー１４の受光部１６を離間した状態で配設し、当該赤外線温度センサー１４によって加熱ローラ１の内面から放射される赤外線を受光することにより、加熱ローラ１の温度を検知するように構成されている。従来では、通紙部領域のロール外表面に設けられていたために、受光窓の汚れが発生していたが、本発明ではその影響はほとんどない。また、赤外線温度センサー１４が加熱ロール１内部からの放射エネルギー（赤外線）を受けることになる。内部からの放射エネルギーは、略閉空間からの放射であり、あたかも黒体からの熱輻射と見なすことができる。特に、加熱ロール１の端部の開口部１９をセンサー１４の受光する以外の部分を除いてキャップ部材１８で覆うことにより、放射率を１と見なすことができるため、センサー１４の感度を高めることができる。また、加熱ロール１の端部は、熱の対流の影響をほとんど受けないので、高温にさらされることが少なく、また温度センサー１４が暖まったときの補正をする必要がなくなる。さらにまた、ジャム時でも正確に温度を測定できるといったメリットを有する。
【００３９】
なお、前記実施の形態では、加熱定着部材として加熱ロールを用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、定着ベルトなどの加熱回転体にも適用できることは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、部品点数が増加したり、検知精度が低下することなく、長期にわたって加熱定着部材の温度を精度良く検知することが可能な定着装置の温度検知装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１はこの発明の一実施の形態に係る定着装置の温度検知装置を適用した定着装置を示す斜視構成図である。
【図２】  図２はこの発明の一実施の形態に係る定着装置の温度検知装置を適用した定着装置を示す断面構成図である。
【図３】  図３はこの発明の一実施の形態に係る定着装置の温度検知装置を適用した定着装置を示す構成図である。
【図４】  図４はこの発明の一実施の形態に係る定着装置の温度検知装置で使用される赤外線温度センサーを示す構成図である。
【図５】  図５はこの発明の一実施の形態に係る定着装置の温度検知装置を適用した定着装置の加熱手段を示す斜視構成図である。
【図６】  図６は加熱ロールの加熱原理を示す説明図である。
【図７】  図７は従来の温度検知装置を適用した定着装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１：加熱ロール（加熱定着部材）、６：発熱層、１９：開口部、１４：赤外線温度センサー。
【図１】
0003767406.tif 000002
【図２】
0003767406.tif 000003
【図３】
0003767406.tif 000004
【図４】
0003767406.tif 000005
【図５】
0003767406.tif 000006
【図６】
0003767406.tif 000007
【図７】
0003767406.tif 000008