JP2003257591A - 加熱装置および定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源オン直後などの非接触温度センサ周りの
雰囲気温度が急激に変化する場合、加熱スリーブの温度
を正しく検出できない。このため、転写材上に形成され
るトナー画像の光沢が不安定になってしまうという課題
があった。 【解決手段】 赤外線吸収部材に密着するように配設し
た赤外線吸収部材の温度検出用サーミスタ素子の出力値
とケーシング温度を検出する温度補償用サーミスタ素子
の出力値との演算値を温度に変換して被検出物の温度を
検出し、被加熱材を加熱する加熱部材を所定温度に制御
する加熱装置において、前記非接触温度センサのケーシ
ングと装置本体の接合部に該ケーシングよりも熱伝導率
の低い部材を挿入したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触温度センサ
を用いて被加熱材を加熱する加熱部材の温度を所定温度
に温度制御する加熱装置および該加熱装置を適用した定
着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式を用いた画像形成装置は、
通常記録材としての転写材と該転写材に静電的に担持さ
れた樹脂、磁性体、着色料等からなるトナーを、互いに
圧接・回転している定着ローラと加圧ローラの圧接部
（ニップ部）で挟持搬送しながら熱と圧力を加えること
で、転写材に溶融定着せしめる定着装置を有している。

【０００３】この様な定着装置において、ローラの温度
を検出する温度検出手段がローラに接触していると、定
着枚数が増えるにしたがってローラ表面に摺察傷が発生
して画像品位が悪くなるという問題があり、その対策と
して温度検出手段をローラに対して非接触にする構成が
有効である。

【０００４】非接触温度センサとしては、被検出物から
の赤外線を透過させる透過窓を有するケーシングと、こ
のケーシングに内装されると共に透過窓を透過した赤外
線を吸収させる赤外線吸収部材と、この赤外線吸収部材
に密着するように配設した赤外線吸収部材の温度検出用
サーミスタ素子と、ケーシング温度を検出する温度補償
用サーミスタ素子と、温度検出用サーミスタ素子を含む
回路からの出力電圧と前記温度補償用サーミスタを含む
回路からの出力電圧とを演算する演算処理手段とを備
え、その演算処理手段の演算値をデータテーブルで温度
に変換して被検出物の温度を検出するものが提案されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の様な非接触温度センサは、電源オン直後などの非
接触温度センサ周りの雰囲気温度が急激に変化する場
合、温度補償用サーミスタの温度変化が雰囲気温度の変
化に追いつかずに加熱スリーブの温度を正しく検出でき
ない。このため、転写材上に形成されるトナーによる出
力画像の光沢が不安定になってしまうといった課題があ
った。

【０００６】本発明は上記のような課題を解消するため
になされたもので、本発明の目的は、出力画像の光沢が
安定した加熱装置および該加熱装置を適用した定着装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を有
することを特徴とする加熱装置および定着装置である。

【０００８】（１）赤外線を透過させる透過窓を有する
ケーシングと、このケーシングに内装されると共に透過
窓を透過した赤外線を吸収させる赤外線吸収部材と、こ
の赤外線吸収部材に密着するように配設した赤外線吸収
部材の温度検出用サーミスタ素子と、ケーシング温度を
検出する温度補償用サーミスタ素子と、前記温度検出用
サーミスタ素子の出力値と前記温度補償用サーミスタ素
子の出力値とを演算する演算処理手段と、その演算処理
手段の演算値をデータテーブルを用いて温度に変換して
被検出物の温度を検出する非接触温度センサとを有し、
被加熱材を加熱する加熱部材を所定温度に温度制御する
加熱装置において、前記非接触温度センサのケーシング
と装置本体の接合部に該ケーシングよりも熱伝導率の低
い部材を挿入したことを特徴とする加熱装置。

【０００９】（２）（１）記載の加熱装置において、非
接触温度センサのケーシングと装置本体の接合部に装置
枠体よりも熱伝導率の低い部材を挿入したことを特徴と
する加熱装置。

【００１０】（３）転写材上に形成されたトナー画像を
（１）または（２）記載の加熱装置を適用して該転写材
に加熱定着することを特徴とする定着装置。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面について説明する。

【００１２】（第一の実施例）図１は本発明の加熱装置
を適用し非接触型サーミスタを用いた定着ユニットを示
す。図において、２０３は加熱ヒータであり、加熱ロー
ラ（加熱部材）を４１ａを加熱する。この加熱ローラ４
１ａには加圧ローラ４１ｂが圧接して設けられている。
２０４は加熱ローラ４１ａの通紙部分の温度を計測する
ための非接触２０４は加熱ローラ４１ａの通紙部分の温
度を計測するための非接触型のメインサーミスタであ
る。２０５は加熱ローラ４１ａの非通紙部分の温度を計
測するための接触型のサブサーミスタである。このサブ
サーミスタ２０５は、メインサーミスタ２０４が温度検
出異常を起こした時に、加熱ローラが異常昇温すること
を防止するためのエラー検知を行う。２０６は定着ユニ
ットを制御するマイクロコンピュータ（以下、マイコン
と略称する）であり、メインサーミスタ２０４によって
検出された温度を元に、加熱ローラ４１ａを設定温度に
保つように加熱ヒータ２０３の点灯状態を制御する。２
０７はサブサーミスタ２０５の出力が設定値以上になる
と、加熱ヒータ２０３を強制消灯させるための保護回路
であり、リレー２０８をオフすることにより、万一マイ
コン２０６の制御が暴走した時でも加熱ローラ４１ａを
異常昇温させる事を防止することが出来る。また、マイ
コン２０６も同様にメインサーミスタ２０４の検出する
温度を監視しており、メインサーミスタ２０４の出力値
から演算した検出温度が設定値を超えるとリレーをオフ
し、制御プログラムはエラー処理を実行する。

【００１３】図２は、非接触型メインサーミスタ２０４
の内部構造を表す図である。３０１、３０２は赤外線検
出サーミスタであり、３０３は赤外線フィルムである。
加熱ヒータ２０３で加熱されて加熱ローラ４１ａより発
する赤外線により、フィルム３０３は赤外線を吸収し、
サーミスタ３０１を暖める。同時にサーミスタ３０１は
ケース３０４の温度による影響も受けている。一方、サ
ーミスタ３０２は加熱ローラ４１ａが発する赤外線の影
響を受けないケース３０４内にあり、ケース３０４の温
度による影響のみの出力を行う。

【００１４】上記サーミスタ３０１、３０２は、高温に
なると出力値が小さくなる特性のものである。これら二
つのサーミスタ出力を元に加熱ローラ４１ａの赤外線出
力値のみを求めることにより、加熱ローラ４１ａの温度
を演算することが出来る。３０５はサーミスタ３０１の
出力を、３０６はサーミスタ３０２の出力をそれぞれ０
〜５Ｖの範囲に増幅する増幅回路である。３０７は二つ
のサーミスタ出力、つまり、増幅回路３０５，３０６の
出力の差分を得、出力を０〜５Ｖの範囲に増幅するため
の増幅回路である。

【００１５】このようにして得られたサーミスタ３０
１、３０２の差分出力値、サーミスタ３０２の出力値
（補償出力値）は、マイコン２０６のＡＤ変換入力端子
３０８、３０９にそれぞれ入力されることにより、マイ
コン内部においてソフトウエア的に加熱ローラ４１ａの
温度へと演算することが出来る。

【００１６】図３は、マイコン２０６の内部構成を示
す。４０１はＣＰＵで、４０２、４０３はそれぞれＲＯ
Ｍ、ＲＡＭである。４０４、４０５、４０６はＡＤ変換
器で、４０４は入力端子３０８から取り込んだアナログ
入力を、４０５は入力端子３０９から取り込んだアナロ
グ入力を、４０６は端子４０７から取り込んだサブサー
ミスタの出力値を、それぞれ８ビットのディジタルデー
タに変換する機能を持つ。ＣＰＵ４０１は、ＡＤ変換器
４０４、４０５にＡＤ変換スタート命令を発行すること
により、ＡＤ変換が行われる。また、ＣＰＵ４０１は、
ＡＤ変換器内部のレジスターに格納されたディジタルデ
ータを読み込むことにより、任意のタイミングで両端子
の入力値を得ることが出来る。また４０８は、ＣＰＵ４
０１が他のＣＰＵと通信する時のインタフェースを示
す。

【００１７】図４は、ＲＯＭ４０２およびＲＡＭ４０３
のアドレスマップを示す。ＲＯＭ４０２は、プログラム
が格納されるエリア５０１、メインサーミスタの差分出
力値と補償出力値のパラメータから加熱ローラの温度を
求めるための温度変換テーブルが格納されるエリア５０
２、サブサーミスタの出力値を温度に変換する変換テー
ブルや、加熱ローラの温度制御パラメータ等が格納され
ているデータエリア５０３から構成されている。ＲＡＭ
４０３は、プログラムスタック５０４、プログラム変数
格納領域５０５、プログラムにより演算された値などを
記憶するデータ格納領域５０６より構成されている。

【００１８】図５は、加熱ローラ４１ａの温度制御ルー
チン（６０１）を説明するフローチャートである。ま
ず、ＡＤ変換を行い、端子３０８（差分出力値）、３０
９（補償出力値）、４０７（サブサーミスタ出力値）か
らのＡＤ値を読み込む（６０２）。次に、エリア５０２
に格納された温度変換テーブルに従って、上記２つの端
子３０８、３０９の入力値からメインサーミスタの検出
温度を演算する（６０３）。同様にサブサーミスタの温
度をエリア５０３内のサブサーミスタ温度変換テーブル
より求める（６０４）。

【００１９】次にメインサーミスタの温度がエリア５０
３内部に格納されたメインサーミスタ上限温度ＴＬ１を
超えているかどうかを判断し（６０５）、超えているな
らばリレーオフ、エラー状態へと遷移する（６０８、６
０９）。メインサーミスタの検出温度がＴＬ１を超えて
いない時、同様にしてサブサーミスタ検出温度が上限温
度ＴＬ２を超えているかどうか判断する（６０６）。超
えているときは、上記同様にリレーオフ、エラー状態へ
と遷移する（６０８，６０９）。

【００２０】メインサーミスタ、サブサーミスタ共に上
限温度を超えていない時、加熱ローラ４１ａの温調目標
温度ＴＴ１をエリア５０３より読み込む（６０７）。こ
の温調目標温度ＴＴ１は、通紙中やウォームアップ中な
ど、上記加熱ローラ４１ａを装着した画像形成装置の状
態によって異なる。メインサーミスタの温度が温調目標
温度ＴＴ１を超えていなければ加熱ヒータ２０３を点灯
し（６１１）、温調目標温度ＴＴ１を超えているならば
加熱ヒータ２０３を消灯する（６１２）。本サブルーチ
ンは、タイマー処理によって、一定時間毎にコールされ
ることにより、加熱ヒータ２０３の温度を温調目標温度
ＴＴ１に保つ様に制御することが可能になる。

【００２１】図６は、エリア５０２に格納されているメ
インサーミスタ温度変換テーブルを示す。この温度変換
テーブル内のパラメータは図２で示したサーミスタの出
力特性からあらかじめ演算されている２次元の配列であ
り、補償出力ＡＤ値と差分出力ＡＤ値の２つのパラメー
タから温度変換テーブル上の温度パラメータを求めるこ
とが出来る。また、図２で示したサーミスタの構成上、
図６の表の列方向の上から下にかけて、差分出力ＡＤ値
の増加に対して検出される温度も常に増加するという特
性を持つ。

【００２２】図７は装置起動からスタンバイ状態の加熱
ローラ４１ａの温度とサーミスタ３０１、３０２の出力
をモニターした結果を示す。なお、この結果は定着ユニ
ットの加熱ローラ４１ａを制御するマイコン２０６を外
部電源により駆動したものである。装置オン時は常にサ
ーミスタ３０２の出力値はサーミスタ３０１の出力値よ
りも大きいので、二つのサーミスタ出力の差分を増幅す
るための増幅回路３０７は問題なく作動する。

【００２３】本実施例の場合、図８に示した定着装置の
断面図の様に、アルミ製の非接触温度センサのケーシン
グ３０４と板金製の定着装置枠体９０１の間に、ケーシ
ング３０４と枠体９０１よりも熱伝導率の小さい樹脂製
の断熱部材９０２（熱伝導率約１Ｗ／ｍＫ）を挿入して
いる。この断熱部材９０２の熱伝導率は、ケーシング３
０４や枠体９０１より小さければ効果はあるが、好まし
くは１０Ｗ／ｍＫ以下が良い。また、熱容量も可能な限
り少ないほうが良い。断熱部材９０２の効果で、ケーシ
ング３０４の温度を検出するサーミスタ３０２の出力値
は図７に示したように加熱ローラ温度が上昇するのに良
く追従するので、加熱ローラ温度を正確に検知可能にな
っている。上昇する雰囲気温度によってケーシング３０
４の温度も上昇するが、断熱部材９０２によって熱容量
の大きい枠体９０１に熱が逃げ難いためである。したが
って、加熱ローラ４１ａの温度は常に温調目標温度一定
で制御可能なので、加熱ローラ温度に依存する出力画像
の光沢も一定にすることが出来る。

【００２４】本実施例で使用した断熱部材は樹脂製であ
るが、ゴム、ガラス、セラミック等適宜選択可能であ
る。

【００２５】比較のため、従来例の非接触温度センサを
枠体に直に取り付けた定着装置における装置起動からス
タンバイ状態の加熱ローラ４１ａの温度とサーミスタ３
０１、３０２の出力をモニターした結果を図９に、定着
装置の断面図を図１０に示す。加熱ローラ４１ａの温度
上昇に伴ってケーシング３０４の温度を検出するサーミ
スタ３０２の出力値も変化する。しかし、ケーシング３
０４の熱が定着装置の枠体９０１に逃げてしまうので加
熱ローラ４１ａの温度を正確に検知できない。この結
果、スタンバイ状態に移行した直後は、加熱ローラ４１
ａの温度は温調目標温度ＴＴ１よりも低温で温度制御さ
れてしまう。したがって、一般に加熱ローラ４１ａの温
度が低いと、出力画像の光沢も低くなる関係なので、ス
タンバイ状態に移行した直後に出力すると、光沢が低
く、時間が経過してサーミスタ３０２の出力が安定して
くるにつれて光沢が上昇する。その結果、出力画像の光
沢が不安定になってしまう。

【００２６】なお、上記の実施例では、本発明の加熱装
置を定着装置の熱源とした場合について説明したが、本
発明の加熱装置は被加熱材の皺取り、表面艶出し等を行
い該被加熱材の品質を高めるためにも有効である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
赤外線を透過させる透過窓を有するケーシングと、この
ケーシングに内装されると共に透過窓を透過した赤外線
を吸収させる赤外線吸収部材と、この赤外線吸収部材に
密着するように配設した赤外線吸収部材の温度検出用サ
ーミスタ素子と、ケーシング温度を検出する温度補償用
サーミスタ素子と、前記温度検出用サーミスタ素子の出
力値と前記温度補償用サーミスタ素子の出力値とを演算
する演算処理手段と、その演算処理手段の演算値をデー
タテーブルを用いて温度に変換して被検出物の温度を検
出する非接触温度センサとを有し、被加熱材を加熱する
加熱部材を所定温度に温度制御する加熱装置において、
前記非接触温度センサのケーシングと装置本体の接合部
に該ケーシングよりも熱伝導率の低い部材を挿入したの
で、加熱ローラの温度を目標温度で正確に温度制御可能
になり、結果出力画像の光沢を一定にすることがきると
いう効果がある。

【００２８】本発明によれば、非接触温度センサのケー
シングと装置本体の接合部に装置枠体よりも熱伝導率の
低い部材を挿入したので、加熱ローラの温度を目標温度
で正確に温度制御可能になり、結果出力画像の光沢を一
定にすることがきるという効果がある。

【００２９】本発明によれば、転写材上に形成されたト
ナー画像を該転写材に加熱定着する熱源として、上記記
載の加熱装置を適用したので、多数枚の定着を精度よく
行なうことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例における定着ユニットの概要
を示す斜視図である。

【図２】 本発明の実施例における非接触サーミスタの
配置構成図である。

【図３】 本発明の実施例における定着ユニットの加熱
ローラを制御するマイコンの構成図である。

【図４】 本発明の実施例におけるマイコン内部にある
ＲＯＭ及びＲＡＭについての説明図である。

【図５】 本発明の実施例における定着ユニットの加熱
ローラの温度制御サブルーチンを示すフローチャートで
ある。

【図６】 本発明の実施例における非接触サーミスタ出
力より対象物の温度を求めるための温度変換テーブル図
である。

【図７】 本発明の実施例における装置起動からスタン
バイ状態のサーミスタの出力と加熱ローラの温度変化の
モニター図である。

【図８】 本発明の実施例における定着装置の断面複式
図である。

【図９】 従来例における装置起動からスタンバイ状態
のサーミスタの出力と加熱ローラの温度変化のモニター
図である。

【図１０】 従来例における定着装置の断面複式図であ
る。

【符号の説明】

３０４ ケーシング ９０１ 定着装置枠体 ９０２ 断熱部材９０２

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線を透過させる透過窓を有するケー
   シングと、このケーシングに内装されると共に透過窓を
   透過した赤外線を吸収させる赤外線吸収部材と、この赤
   外線吸収部材に密着するように配設した赤外線吸収部材
   の温度検出用サーミスタ素子と、ケーシング温度を検出
   する温度補償用サーミスタ素子と、前記温度検出用サー
   ミスタ素子の出力値と前記温度補償用サーミスタ素子の
   出力値とを演算する演算処理手段と、その演算処理手段
   の演算値をデータテーブルを用いて温度に変換して被検
   出物の温度を検出する非接触温度センサとを有し、被加
   熱材を加熱する加熱スリーブを所定温度に温度制御する
   加熱装置において、前記非接触温度センサのケーシング
   と装置本体の接合部に該ケーシングよりも熱伝導率の低
   い部材を挿入したことを特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の加熱装置において、非接
   触温度センサのケーシングと装置本体の接合部に装置枠
   体よりも熱伝導率の低い部材を挿入したことを特徴とす
   る加熱装置。
3. 【請求項３】 記録材上に形成されたトナー画像を請求
   項１または請求項２記載の加熱装置を適用して該記録材
   に加熱定着することを特徴とする定着装置。