JP3994770B2 - Temperature calculation method, program executed by temperature detection means, fixing device provided with temperature detection means, and image forming apparatus provided with the fixing device - Google Patents

Description

【０００７】
ただし、サーモパイル素子固有の定数：ｋ、
サーモパイル素子自身の温度：Ｔ0、
ヒートローラの赤外線の放射率：ε。
そのため、このサーモパイルを備えた定着器では、上述した温度制御が実行される際、数５式に基づいてヒートローラの表面温度Ｔを算出する処理が行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水蒸気は、特定波長の赤外線を吸収する性質を有していることが知られている。また、定着器内の湿度は、トナーを溶融する際、印刷用紙が暖められると、印刷用紙に含まれる水分が蒸発するため、レーザプリンタの稼働状況によって大きく変化することも知られている。そして、定着器内の湿度は、外気の湿度によっても変化する。
【０００９】
そのため、ヒートローラの表面温度の検出結果は、温度センサとしてサーモパイルなどの赤外線センサを用いた場合、定着器内の湿度が変化すると、ヒートローラの実際の表面温度が同じでも、異なってしまう恐れがあった。
そこでサーモパイルには、定着器内の湿度の影響を受けないようにするため、水蒸気に吸収されやすい波長領域の赤外線をカットするフィルタが取り付けられている。そして、ヒートローラの表面温度は、水蒸気に吸収され難い波長領域の赤外線のみをサーモパイルに受光させ、その電圧レベルに基づいて算出される。
【００１０】
しかし、ステファン−ボルツマンの法則は、例えば、黒体放射エネルギーと波長との関係でみると、下記の数６式のように表され、その算出結果は図７のようになる。
【００１１】
【数６】

【００１２】
α：ステファン−ボルツマン定数
η：黒体の放射率
この数６式から分かるように、黒体の放射エネルギーＷは、黒体から放射される放射光の各波長毎の放射エネルギーＷλ を全波長（０〜無限大）で定積分することによって求められるものであり、黒体の温度Ｔは、その放射エネルギーから導かれる。サーモパイルの電圧レベルＰは、ヒートローラの放射エネルギーＷに比例するので、ヒートローラから放射される全波長の赤外線をサーモパイルで受光すれば、受光した赤外線からヒートローラの表面温度を検出することができる。
【００１３】
ところで、各波長毎の放射エネルギーＷλ は、図７に示すように温度により分布が異なり、その温度による分布のピークはウイーンの変位則と呼ばれる変化を生じる。従って、上述したようにフィルタを用いて一部の波長の赤外線をカットしてしまうと、そのカットした波長の放射エネルギーＷと電圧レベルＰとが比例せず、算出されるヒートローラの温度Ｔにも誤差が生じる。
【００１４】
そこで、本発明は、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を正確に算出する温度算出方法、及び、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を算出する温度算出手段に、その表面温度を正確に算出させるプログラム、及び、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を正確に算出する温度算出手段を備えた定着器を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
ところで、ヒートローラの実際の表面温度Ｔ、赤外線センサの温度Ｔ0のときの、赤外線センサの電気信号のレベルＰを実際に測定すると、εＴ ⁴ −Ｔ ₀ ⁴ が、赤外線センサの出力Ｐが、赤外線センサ固有の定数ｋ1，ｋ2とを用いて、ｋ1・Ｐ＋ｋ2で表される直線に沿ってプロットされることが実験から分かった。
【００１６】
そこで上記目的を達するためなされた請求項１記載の発明は、被定着媒体を定着媒体に加熱定着する定着手段と、前記定着手段の表面に対し非接触に設置され、該定着手段の表面から放射される赤外線を受光して、該受光した赤外線の受光量に応じたレベルの電気信号を出力する赤外線センサと、該赤外線センサの温度を検出するセンサ温検出センサと、該赤外線センサから出力された電気信号のレベル、及び、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度に基づいて、前記定着手段の表面温度を算出する温度検出手段とを備え、赤外線センサに波長２．０μｍ以下の波長をカットするフィルタが取り付 けられた定着器において、前記温度検出手段が前記表面温度を算出する温度算出方法であって、
【００１７】
【数７】

【００１８】
前記表面温度Ｔ、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルをＰ、該Ｐの比例定数であって、前記赤外線センサに固有の定数ｋ1、前記赤外線センサに固有の定数ｋ2、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0、前記定着手段の赤外線の放射率ε。からなる数式に基づいて、前記表面温度を算出することを特徴とする。
【００１９】
従って、本発明の温度算出方法を用いれば、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を正確に算出することができる。
次に、請求項２記載の発明は、被定着媒体を定着媒体に加熱定着する定着手段と、前記定着手段の表面に対し非接触に設置され、該定着手段の表面から放射される赤外線を受光して、該受光した赤外線の受光量に応じたレベルの電気信号を出力する赤外線センサと、該赤外線センサの温度を検出するセンサ温検出センサと、該赤外線センサから出力された電気信号のレベル、及び、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度に基づいて、前記定着手段の表面温度を算出する温度検出手段とを備え、赤外線センサに波長２．０μｍ以下の波長をカットするフィルタが取り付けられた定着器において、前記温度検出手段に、
【００２０】
【数８】

【００２１】
前記表面温度Ｔ、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルをＰ、該Ｐの比例定数であって、前記赤外線センサに固有の定数ｋ1、前記赤外線センサに固有の定数ｋ2、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0、前記定着手段の赤外線の放射率ε。からなる数式に基づいて、前記表面温度を算出する処理を実行させることを特徴とする。
【００２２】
この請求項２記載のプログラムを用いれば、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を算出する温度算出手段に、その表面温度を正確に算出させることができる。
次に、請求項３記載の発明は、被定着媒体を定着媒体に加熱定着する定着手段と、前記定着手段の表面に対し非接触に設置され、該定着手段の表面から放射される赤外線を受光して、該受光した赤外線の受光量に応じたレベルの電気信号を出力する赤外線センサと、該赤外線センサの温度を検出するセンサ温検出センサと、該赤外線センサから出力された電気信号のレベル、及び、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度に基づいて、前記定着手段の表面温度を算出する温度検出手段とを備え、赤外線センサに波長２．０μｍ以下の波長をカットするフィルタが取り付けられた定着器において、前記温度検出手段は、
【００２３】
【数９】

【００２４】
前記表面温度Ｔ、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルをＰ、該Ｐの比例定数であって、前記赤外線センサに固有の定数ｋ1、前記赤外線センサに固有の定数ｋ2、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0、前記定着手段の赤外線の放射率ε。からなる数式に基づいて、前記表面温度を算出することを特徴とする。
【００２５】
この請求項３記載の定着器を用いれば、定着手段から放射される赤外線を非接触式の赤外線センサで検出し、この検出結果に基づいて定着手段の表面温度を温度検出手段で正確に算出することができる。
次に、請求項５記載の発明は、請求項３又は４のいずれかに記載の定着器において、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルＰと、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0とをそれぞれ変化させた時の表面温度Ｔが、数式
【００２６】
【数１０】

【００２７】
に基づいてあらかじめ算出され、該算出された前記表面温度Ｔと前記レベルＰおよび前記温度Ｔ0との関係を表すテーブルが記憶手段に記憶されており、前記温度検出手段が、前記赤外線センサから出力された電気信号のレベルＰと、前記センサ温検出センサで検出された前記赤外線センサの温度Ｔ0とに基づいて、前記記憶手段に記憶されたテーブルから前記表面温度Ｔを読み取るように構成されていることを特徴とする。
【００２８】
この請求項５記載の定着器を用いれば、赤外線センサから出力される電気信号のレベルＰと、赤外線センサの温度Ｔ0とに基づいて、テーブルから定着手段の表面温度Ｔを読み取るだけで、温度検出手段に負担をかけることなく、定着手段の表面温度Ｔを算出することができる。
【００２９】
ところで、赤外線センサは、測定対象物の温度変化を検知するものが多く、測定対象物の温度変化がない場合には検知出力がないため、測定対象物の実際の温度を連続的に検知することができないという不具合を有している。そのため、測定対象物の実際の温度を連続的に検知するには、例えば、測定対象物と赤外線センサとの間に、赤外線を間欠的に及び通過させるシャッタなどを設ける必要があり、装置構成が複雑となる。
【００３０】
そのため、請求項６記載の発明のように、前記赤外線センサは、サーモパイル素子であることが好ましい。このサーモパイル素子は、測定対象物の温度を温度変化がなくても連続的に検知することができる。そのため、このサーモパイル素子が赤外線センサとして採用されていれば、簡易な構成により、定着手段の表面の温度を連続的に検知することができ、より一層精度のよい温度検知を達成することができる。
【００３１】
次に、上述したように、赤外線センサに、水蒸気に吸収されやすい波長の赤外線をカットするフィルタを取り付けることが好ましい。本発明の定着器は、水蒸気に吸収されやすい赤外線をカットしているので、定着器内の湿度が変化しても、定着手段の表面温度Ｔを正確に検出することができる。尚、波長１．４５μｍ前後及び１．９４μｍ前後の赤外線は水蒸気に吸収されやすいので、赤外線センサに取り付けるフィルタは、波長２．０μｍ以下の波長をカットするものでもよく、また、波長５〜８μｍの赤外線は、ｍｍ単位あるいはｃｍ単位の短い距離では、１．４５μｍあるいは１．９４μｍの赤外線ほど吸収されないが、数ｋｍの大気中を赤外線が通過する場合吸収されるので、赤外線センサに取り付けるフィルタは、８μｍ以下の赤外線をカットするものでもよい。
【００３２】
次に、請求項７記載の発明のように、このような定着器が備えられた画像形成装置を用いると、定着器で定着ミス等が発生しないので、美しい画像を記録媒体上に形成することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下本発明が適用された実施の形態について説明する。
ここで、図１は、本実施形態のレーザプリンタの要部側断面図、図２は、ヒートローラの断面と、ヒートローラとセンサ温検出センサ及び剥離爪３４との位置関係を説明するための平面図、図３は、サーモパイルの分解斜視図、図４は、赤外線の吸収率を説明する説明図で、赤外線の波長を横軸、赤外線の吸収率を縦軸で示すグラフである。
【００３４】
レーザプリンタ１は、図１に示すように、本体ケーシング２内に、印刷用紙３（本発明の定着媒体に相当する）を給紙するためのフィーダ部４や、給紙された印刷用紙３に所定の画像を形成するための画像形成部５を備えている。
フィーダ部４は、本体ケーシング２内の底部に、着脱可能に装着される給紙トレイ６と、給紙トレイ６内に設けられた用紙押圧板７と、給紙トレイ６の一端部の上方に設けられる給紙ローラ８および給紙パッド９と、給紙ローラ８に対し印刷用紙３の搬送方向の下流側（以下、印刷用紙３の搬送方向上流側または下流側を、単に、上流側または下流側という場合がある。）に設けられる搬送ローラ１０および１１と、搬送ローラ１０および１１に対し印刷用紙３の搬送方向の下流側に設けられるレジストローラ１２とを備えている。
【００３５】
用紙押圧板７は、印刷用紙３を積層状にスタック可能とされ、給紙ローラ８に対して遠い方の端部において揺動可能に支持されることによって、近い方の端部を上下方向に移動可能とし、また、その裏側から図示しないばねによって上方向に付勢されている。そのため、用紙押圧板７は、印刷用紙３の積層量が増えるに従って、給紙ローラ８に対して遠い方の端部を支点として、ばねの付勢力に抗して下向きに揺動される。給紙ローラ８および給紙パッド９は、互いに対向状に配設され、給紙パッド９の裏側に配設されるばね１３によって、給紙パッド９が給紙ローラ８に向かって押圧されている。用紙押圧板７上の最上位にある印刷用紙３は、用紙押圧板７の裏側から図示しないばねによって給紙ローラ８に向かって押圧され、その給紙ローラ８の回転によって給紙ローラ８と給紙パッド９とで挟まれた後、１枚毎に給紙される。給紙された印刷用紙３は、搬送ローラ１０および１１によってレジストローラ１２に送られる。レジストローラ１２は、１対のローラから構成されており、印刷用紙３を所定のレジスト後に、画像形成部５に送るようにしている。
【００３６】
なお、このフィーダ部４は、さらに、マルチパーパストレイ１４と、マルチパーパストレイ１４上に積層される印刷用紙３を給紙するためのマルチパーパス給紙ローラ１５およびマルチパーパス給紙パッド１５ａとを備えており、マルチパーパス給紙ローラ１５およびマルチパーパス給紙パッド１５ａは、互いに対向状に配設され、マルチパーパス給紙パッド１５ａの裏側に配設される図示しないばねによって、マルチパーパス給紙パッド１５ａがマルチパーパス給紙ローラ１５に向かって押圧されている。マルチパーパストレイ１４上に積層される印刷用紙３は、マルチパーパス給紙ローラ１５の回転によってマルチパーパス給紙ローラ１５とマルチパーパス給紙パッド１５ａとで挟まれた後、１枚毎に給紙される。
【００３７】
画像形成部５は、スキャナユニット１６、プロセスカートリッジ１７、転写ローラ１８および定着器１９などを備えている。
スキャナユニット１６は、本体ケーシング２内の上部に設けられ、レーザ発光部（図示せず。）、回転駆動されるポリゴンミラー２０、レンズ２１および２２、反射鏡２３などを備えており、レーザ発光部から発光される所定の画像データに基づくレーザビームを、鎖線で示すように、ポリゴンミラー２０、レンズ２１、反射鏡２３、レンズ２２の順に通過あるいは反射させて、後述するプロセスカートリッジ１７の感光ドラム２４の表面上に高速走査にて照射させている。
【００３８】
プロセスカートリッジ１７は、スキャナユニット１６の下方に配設され、本体ケーシング２に対して着脱自在に装着されるように構成されている。このプロセスカートリッジ１７は、感光ドラム２４を備えるとともに、図示しない、スコロトロン型帯電器、現像ローラ、トナー収容部などを備えている。
【００３９】
トナー収容部には、現像剤として、正帯電性の非磁性１成分の重合トナーが充填されており、そのトナーが、現像ローラに一定厚さの薄層として担持される。 一方、感光ドラム２４は、現像ローラと対向状に回転可能に配設されており、ドラム本体が接地されるとともに、その表面がポリカーボネートなどから構成される正帯電性の感光層により形成されている。
【００４０】
そして、感光ドラム２４の表面は、感光ドラム２４の回転に伴なって、スコロトロン型帯電器により一様に正帯電された後、スキャナユニット１６からのレーザービームの高速走査により露光され、所定の画像データに基づく静電潜像が形成され、その後、現像ローラと対向した時に、現像ローラ上に担持されかつ正帯電されているトナーが、その感光ドラム２４の表面に形成される静電潜像、すなわち、一様に正帯電されている感光ドラム２４の表面のうち、レーザービームによって露光され電位が下がっている部分に供給され、選択的に担持されることによって可視像化され、これによって反転現像が達成される。
【００４１】
転写ローラ１８は、感光ドラム２４の下方において、本体ケーシング２側において回転可能に支持された状態で、感光ドラム２４と対向するように配置されている。この転写ローラ１８は、金属製のローラ軸に、導電性のゴム材料からなるローラが被覆されており、感光ドラム２４に対して所定の転写バイアスが印加されている。そのため、感光ドラム２４上に担持されたトナーで形成されたトナー画像（本発明の被定着媒体に相当する）は、印刷用紙３が感光ドラム２４と転写ローラ１８との間を通る間に印刷用紙３に転写される。トナー画像が転写された印刷用紙３は、搬送ベルト２５を介して、次に述べる定着器１９に搬送される。
【００４２】
定着器１９は、プロセスカートリッジ１７の側方下流側に配設され、ヒートローラ２６、ヒートローラ２６と印刷用紙３の搬送経路を挟んで対向配置され、そのヒートローラ２６を押圧するプレッシャローラ２７、および、これらヒートローラ２６およびプレッシャローラ２７の下流側に設けられる搬送ローラ２８を備えている。
【００４３】
ヒートローラ２６は、アルミニウムなどの金属素管からなる円筒状のローラ本体３２と、ハロゲンランプ３３とを備えている。
ハロゲンランプ３３は、ローラ本体３２内に軸方向に沿って設けられており、図示しない電源から電力が供給されることにより発熱して、それによってローラ本体３２を加熱するように構成されている。
【００４４】
プレッシャローラ２７は、金属製のローラ軸に弾性体からなるローラが被覆されており、ヒートローラ２６を所定の圧力で押圧し、ヒートローラ２６との当接部分に、ハロゲンランプ３３から発せられた熱を印刷用紙３に伝達するニップを形成する。
【００４５】
そして、この定着器１９では、プロセスカートリッジ１７において印刷用紙３上に転写されたトナー画像を、印刷用紙３がヒートローラ２６とプレッシャローラ２７との当接部に形成されたニップを通過する間に、加熱定着させるようにしている。
【００４６】
尚、ヒートローラ２６及びハロゲンランプ３３が、本発明の定着手段に相当する。
また、この定着器１９は、定着時にヒートローラ２６の表面に付着した印刷用紙３を剥がし取るため剥離爪３４を備えている。
【００４７】
剥離爪３４は、金属からなり、図２に示すように、平面視において略矩形薄板状であって、図１に示すように、断面視において掻き取り部分となる一端端部に向けて徐々に薄くなるような略楔形状に形成されている。この剥離爪３４は、印刷用紙３の搬送方向におけるヒートローラ２６とプレッシャローラ２７との対向部分よりも下流側において、図２に示すように、ヒートローラ２６の軸方向両端部に所定の間隔を隔てて２つ配置されている。剥離爪３４の掻き取り部分となる一端部がヒートローラ２６と対向状に接触する状態で、他端部が定着器１９のケーシング（図示せず）に支持されている。
【００４８】
そして、ヒートローラ２６とプレッシャローラ２７との間を通過する時に、ヒートローラ２６の表面に付着した印刷用紙３は、ヒートローラ２６の回転によって、剥離爪３４と接触した時に、ヒートローラ２６の表面から剥がし取られる。
なお、この剥離爪３４は、図示しないソレノイドによって、印刷用紙３が定着器１９に搬送されてくる時のみヒートローラ２６の表面と接触し、常には、ヒートローラ２６に対して離間するように構成されている。
【００４９】
そして、定着器１９においてトナー画像が定着された印刷用紙３は、その後、定着器１９の下流側に設けられる搬送ローラ２８およびその搬送ローラ２８の下流側に配置される搬送ローラ２９および排紙ローラ３０に搬送され、その排紙ローラ３０によって排紙トレイ３１上に排紙される。
【００５０】
また、この定着器１９は、図２に示すように、ヒートローラ２６の表面から放出された赤外線を受光して、ヒートローラ２６の表面温度を検出するサーモパイル３５を備えている。
このサーモパイル３５は、図３に示すように、ヒートローラ２６の表面に対し非接触に配置され、ヒートローラ２６の表面から放射される赤外線を受光して、その受光量に応じた電圧レベルの電子信号を出力するサーモパイル素子３５０（本発明の赤外線センサに相当する）と、このサーモパイル素子３５０の温度を検出するサーミスタ３５２（本発明のセンサ温検出センサに相当する）とを備えており、これらは、図３に示すように、赤外線入射口３７が開口形成される筒状のキャンケース３８内に収納されている。
【００５１】
このサーモパイル３５は、印刷用紙３の搬送方向におけるヒートローラ２６とプレッシャローラ２７との対向部分よりも上流側であって、図２に示すように、ヒートローラ２６の軸方向において剥離爪３４と重ならないように、ヒートローラ２６の軸方向（印刷用紙３の搬送方向と直交する方向）の略中央において、ヒートローラ２６に対し所定の間隔を隔てて配置されており、その赤外線入射口３７がヒートローラ２６の表面と対向するように設置される。
【００５２】
図３に示すように、赤外線入射口３７は、キャンケース３８において略矩形状に開口形成されている。センシング技術応用研究会の第９２回例会（平成６年８月１９日（金）三田出版会大会議室）にて、浜松ホトニクス（株）の河合敏昭氏が発表したように、波長１．４５μｍ前後及び１．９４μｍ前後の赤外線は水蒸気に吸収されやすいので、この赤外線入射口３７には、波長が２μｍ以下の波長の赤外線をカットする光学フィルタ３８０が設けられている。尚、波長５〜８μｍの波長の赤外線は、赤外線が大気中を数ｋｍ透過してきた場合の透過率と波長との関係を示す図４に示すように、吸収されてしまいます。しかしながら、定着器１９では、ヒートローラ２６の表面からサーモパイル素子３５０までの距離が２０ｍｍ〜３０ｍｍ程であるので、５〜８μｍの波長の赤外線は、１．４５μｍあるいは１．９４μｍの波長の赤外線ほど吸収されずに、サーモパイル素子３５０に到達し、より正確に温度を検知するには、８μｍ以下の赤外線をカットするものを取り付けることが望ましい。
【００５３】
レーザプリンタ１内の湿度は、トナーを溶融したときに印刷用紙３の水分が蒸発することによって変化し、サーモパイル３５が受光する赤外線の受光量もこの湿度の変化に伴って変化する。しかし、この光学フィルタ３８０は、湿度によって変化する波長領域の赤外線をカットするので、サーモパイル素子３５０から出力される電気信号の電圧レベルＰは、この湿度変化の影響を受けることがない。
【００５４】
また、サーモパイル素子３５０は、略矩形板状をなし、キャンケース３８内において、赤外線入射口３７と対向するように配置されている。さらにこのサーモパイル３５は、サーモパイル素子３５０の温度を検出するサーミスタ３５２と、サーモパイル素子３５０が受光した赤外線の受光量に応じた電圧レベルの電気信号を出力する一対の出力ピン４１２と、サーミスタ３５２がサーモパイル素子３５０の温度を検出してその温度に応じた電気信号を出力する一対の出力ピン４１４とを備えている。
【００５５】
次に、本実施形態のレーザプリンタ１を制御する制御装置について説明する。
ここで、図５は、制御装置のブロック図である。
この制御装置１００は、図５に示すように、中央制御回路１１０と、ヒータ制御回路１２０と、センサ温検出センサ制御回路１３０と、その他の回路１４０とを備え、各回路１１０〜１４０はバス１９０でそれぞれ結ばれている。
【００５６】
中央制御回路１１０は、ＣＰＵ１１１、ＲＡＭ１１３及びＲＯＭ１１５を備え、各種の制御を実行する。ＲＡＭ１１３には、サーモパイル素子３５０から出力される電気信号の電圧レベルに関する情報が一時的に記憶され、ＲＯＭ１１５には、ヒートローラの表面温度を算出する算出プログラムや、メイン制御プログラムなどの各種のプログラムが格納されている。
【００５７】
ヒータ制御回路１２０には、ハロゲンランプ３３が接続されており、ハロゲンランプ３３は、このヒータ制御回路１２０を介して、ＲＯＭ１１５に記憶されたメイン駆動制御プログラムによってオン・オフが制御される。
センサ制御回路１３０にはサーモパイル３５が接続されている。このサーモパイル３５に備えられたサーモパイル素子３５０は赤外線を受光すると、その受光量に応じた電圧レベルの電気信号を出力する。そして、センサ制御回路１３０はこの電気信号をＡ／Ｄ変換して、バス１９０を介してＲＡＭ１１３に出力する。するとＲＡＭ１１３には、サーモパイル素子３５０から出力された電気信号の電圧レベルに関する情報が記憶される。また、サーモパイル３５に備えられたサーミスタ３５２はサーモパイル素子３５０の温度を検出すると、その温度に応じ抵抗が変化するので、その抵抗の変化に応じた電圧レベルの電気信号が出力される。そして、センサ制御回路１３０はこの電気信号をＡ／Ｄ変換して、バス１９０を介してＲＡＭ１１３に出力する。するとＲＡＭ１１３には、サーミスタ３５２から出力された電気信号の電圧レベルが記憶される。
【００５８】
そして中央制御回路１１０は、ＲＡＭ１１３に、サーモパイル素子３５０及びサーミスタ３５２から出力される電気信号の電圧レベルに関する情報がＲＡＭ１１３に記憶されると、まず、サーミスタ３５２から出力された電気信号の電圧レベルから、サーモパイル素子３５０の温度を算出処理が実行する。この処理は周知の処理であるので、詳細については省略する。
【００５９】
次に、中央制御回路１１０は、算出プログラムにより下記の算出式（１）に基づいて、ヒートローラ２６の表面温度Ｔを算出する処理を実行する。
この算出プログラムは、サーモパイル素子３５０から出力される電気信号の電圧レベルをＰ、サーミスタ３５２から出力される電気信号の電圧レベルＰ’から求められたサーモパイル素子３５０の温度をＴ0を下記数１１式に代入して、
【００６０】
【数１１】

【００６１】
ヒートローラ２６の表面温度Ｔを算出し、ＲＡＭ１１３に記憶するプログラムである。尚、この数１１式において、ｋ1、ｋ2はサーモパイル素子３５０に固有の定数であり、また、εもヒートローラ２６の赤外線の放射率を表す固有の定数であり、これらは予め実験等により求められ予め代入されている。尚、この中央制御回路１１０でこの算出プログラムを実行する処理が、本発明の温度検出手段に相当する。
【００６２】
メイン駆動制御プログラムは、算出プログラムによりヒートローラ２６の表面温度ＴがＲＡＭ１１３に記憶されると、ヒータ制御回路１２０を介してヒータをＯＮ・ＯＦＦ制御し、ヒートローラ２６の表面温度を、印刷用紙３にトナー画像が定着するのに最適な温度に制御する。
【００６３】
以上説明したレーザプリンタ１を用いると、ヒートローラ２６から放射される赤外線を非接触式のサーモパイル素子３５０で検出したその検出結果に基づいてヒートローラ２６の表面温度を正確に算出することができる。
次に、下記の数１２式で用いられる定数のうち、
【００６４】
【数１２】

【００６５】
一例として、ヒートローラ２６には、アルミ素管の表面にプライマとＰＦＡとを積層・焼成した赤外線の放射率ε＝０．５のものを用い、サーモパイル３５には、村田製作所製：商品名ＩＲＴＥ５０２１ＴＣ０１を用いた場合のｋ1、ｋ2、について説明する。
【００６６】
ここで、図６は、横軸をサーモパイル素子３５０の電圧レベルを１００倍にオペアンプで増幅したものＰ、縦軸をεＴ ⁴ −Ｔ ₀ ⁴ で表したグラフである。
このｋ₁、ｋ₂を求めるには、まず、ヒートローラ２６の実際の表面温度を測定するため、ヒートローラ２６の表面にサーミスタを設置する。そして、ハロゲンランプ３３を点灯して温度を順次上げてゆき、そのときのヒートローラ２６の表面温度Ｔと、サーモパイル素子の電圧レベルＰと、サーモパイル３５内に設置されたサーミスタ３５２で検出した検出温度Ｔ₀とを測定して、サーモパイル素子３５０の出力レベルＰに対応するεＴ ⁴ −Ｔ ₀ ⁴ を図６に示すグラフのようにプロットする。すると、図６に示すように、ｋ₁・Ｐ＋ｋ₂に沿ってプロットされることが分かる。
【００６７】
従って、
【００６８】
【数１３】

【００６９】
となり、上述した数１２式は、この数１３式から導かれる。
尚、この図６におけるｋ1は1745698760.7277で、ｋ2は-4522599153.9170である。
以上説明した本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【００７０】
例えば、本実施形態では、サーモパイル素子３５０によってヒートローラ２６の表面の温度を検出しているが、本発明では、ヒートローラ２６の表面温度との相関性の高いプレッシャローラ２７の表面温度を検出するようにしてもよい。
本実施形態では、定着手段としてヒートローラ２６およびプレッシャローラ２７が使用されているが、本発明では、ベルト状の定着手段を用いてもよく、たとえば、ベルト状の加熱部材およびローラ状の押圧部材、ローラ状の加熱部材およびベルト状の押圧部材、あるいは、ベルト状の加熱部材およびベルト状の押圧部材などのいずれの態様に適用してもよい。
【００７１】
本実施形態では、定着器を、レーザプリンタ１の定着器１９として説明しているが、本発明では、これに限定されることはなく、たとえば、フィルムからなる定着媒体及び被定着媒体を熱定着させるラミネータなどであってもよい。
本実施形態では、サーモパイル素子３５０から出力される電気信号の電圧レベルＰと、サーミスタ３５２の検出温度Ｔ0とから下記の数１４式
【００７２】
【数１４】

【００７３】
を用いて算出処理を行っているが、本発明では、サーモパイル素子３５０の電圧レベルＰ及びサーミスタ３５２の検出温度Ｔ0と、ヒートローラ２６の表面温度Ｔとの関係をテーブルにしておき、サーモパイル素子３５０の電圧レベルＰと、サーミスタ３５２の検出温度Ｔ0とからヒートローラ２６の検出温度Ｔをテーブルから読み出すようにしてもよい。
このようにすると、サーモパイル素子３５０の電圧レベルＰと、サーミスタ３５２で検出されたサーモパイル３５０の温度Ｔ0とに基づいて、テーブルから表面温度Ｔを単に読み取る処理だけですむので、ヒートローラ２６の表面温度Ｔを算出する中央制御装置１１０にかかる負担を軽減することができる。テーブルはＲＯＭ１１５に記憶しておいてもよいし、その記憶場所は特に限定されない。
【００７４】
本実施形態では、定着器１９としてヒートローラ２６にハロゲンランプ３３を内蔵したものが使用されているが、ヒートローラの軸方向の側面に電磁石を設置し、その電磁石から発せられる磁界によってヒートローラを熱するＩＨ方式の定着器を用いてもよい。
【００７５】
本実施形態では、赤外線センサとしてサーモパイルを用いたが、サーモパイル以外の赤外線センサを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態のレーザプリンタの要部側断面図である。
【図２】 ヒートローラの断面と、ヒートローラとセンサ温検出センサ及び剥離爪３４との位置関係を説明するための平面図である。
【図３】 サーモパイルの分解斜視図である。
【図４】 大気中を数ｋｍ透過した赤外線の吸収率を説明する説明図で、赤外線の波長を横軸、赤外線の吸収率を縦軸で示すグラフである。
【図５】 制御装置のブロック図である。
【図６】 横軸をサーモパイル素子の電圧レベルＰ、縦軸をεＴ ⁴ −Ｔ ₀ ⁴ で表したグラフである。
【図７】 黒体放射エネルギ−と波長との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１…レーザプリンタ、２…本体ケーシング、３…印刷用紙、４…フィーダ部、５…画像形 成部、６…給紙トレイ、７…用紙押圧板、８…給紙ローラ、９…給紙パッド、１０，１１…搬送ローラ、１２…レジストローラ、１４…マルチパーパストレイ、１５…マルチパーパス給紙ローラ、１５ａ…マルチパーパス給紙パッド、１６…スキャナユニット、１７…プロセスカートリッジ、１８…転写ローラ、１９…定着器、２０…ポリゴンミラー、２１，２２…レンズ、２３…反射鏡、２４…感光ドラム、２６…ヒートローラ、２７…プレッシャローラ、２８，２９…搬送ローラ、３０…排紙ローラ、３１…排紙トレイ、３２…ローラ本体、３３…ハロゲンランプ、３４…剥離爪、３５…センサ、３５０…サーモパイル素子、３５２…サーミスタ、３７赤外線入射口、３８…キャンケース、３８０…光学フィルタ、１００…制御装置、１１０…中央制御装置、１２０…ヒータ制御回路、１３０…センサ制御回路、１４０…その他[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention detects an infrared ray emitted from a fixing unit with an infrared sensor, calculates a surface temperature of the fixing unit based on the detection result, and detects an infrared ray emitted from the fixing unit with an infrared sensor. The temperature calculation means for calculating the surface temperature of the fixing means based on the detection result, and the infrared ray emitted from the fixing means are detected by an infrared sensor based on the detection result. The present invention relates to a fixing device including a temperature calculating unit that calculates the surface temperature of the fixing unit, and an image forming apparatus having the fixing device.
[0002]
[Prior art]
  2. Description of the Related Art Conventionally, laser printers are provided with a fixing device that fuses a toner image transferred onto a printing paper and fuses the toner forming the toner image to the printing paper. Specifically, the fixing device includes a heat roller in which a heater that generates heat of melting for melting the toner is incorporated, and a temperature sensor that detects the surface temperature of the heat roller. In this fixing device, the surface temperature of the heat roller is detected by the temperature sensor, and the heater is turned on and off based on the detection result, so that the surface temperature of the heat roller fixes the toner image on the printing paper. The temperature is controlled so as to maintain an appropriate temperature.
[0003]
  In order to perform such control, use of a non-contact type sensor as a temperature sensor has been studied. This is because the contact-type temperature sensor scrapes off fine toner adhering to the surface of the heat roller, and the scraped toner may overflow and be transferred onto the printing paper.
[0004]
  Thermopile is a typical non-contact type temperature sensor. The thermopile is a sensor that includes a thermopile element. When the thermopile element receives infrared rays, the thermopile element outputs an electric signal having a voltage level corresponding to the amount of received infrared rays. In general, a heat generating material such as a heat roller emits infrared rays in an amount corresponding to the surface temperature. Therefore, if the thermopile is used to receive infrared rays emitted from the heat roller, the surface temperature of the heat roller can be detected.
[0005]
  And, it is known that there is a relationship of the following formula 5 between the voltage level P of the electric signal output from the thermopile element and the surface temperature T of the heat roller, according to Stefan-Boltzmann law. .
[0006]
[Equation 5]

[0007]
    However, a constant specific to the thermopile element: k,
    Temperature of the thermopile element itself: T0,
    Infrared emissivity of heat roller: ε.
      For this reason, in the fixing device having the thermopile, when the above-described temperature control is executed, a process of calculating the surface temperature T of the heat roller is performed based on the equation (5).
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
  By the way, it is known that water vapor has a property of absorbing infrared rays having a specific wavelength. It is also known that the humidity in the fixing device varies greatly depending on the operating status of the laser printer, since the moisture contained in the printing paper evaporates when the printing paper is warmed when the toner is melted. The humidity inside the fixing device also changes depending on the humidity of the outside air.
[0009]
  For this reason, the detection result of the surface temperature of the heat roller may be different even if the actual surface temperature of the heat roller is the same when the humidity in the fixing device changes when an infrared sensor such as a thermopile is used as the temperature sensor. there were.
  In order to prevent the thermopile from being affected by the humidity in the fixing device, a filter that cuts infrared rays in a wavelength region that is easily absorbed by water vapor is attached. The surface temperature of the heat roller is calculated based on the voltage level of the thermopile that receives only infrared rays in the wavelength region that are difficult to be absorbed by water vapor.
[0010]
  However, the Stefan-Boltzmann law is expressed by the following equation (6), for example, in relation to the black body radiant energy and the wavelength, and the calculation result is as shown in FIG.
[0011]
[Formula 6]

[0012]
    α: Stefan-Boltzmann constant
    η: Emissivity of black body
  As can be seen from the equation (6), the radiant energy W of the black body is obtained by definitely integrating the radiant energy Wλ for each wavelength of the radiated light emitted from the black body at all wavelengths (0 to infinity). The temperature T of the black body is derived from its radiant energy. Since the thermopile voltage level P is proportional to the radiation energy W of the heat roller, the surface temperature of the heat roller can be detected from the received infrared light if infrared light of all wavelengths emitted from the heat roller is received by the thermopile. .
[0013]
  By the way, the distribution of the radiant energy Wλ for each wavelength differs depending on the temperature as shown in FIG. Therefore, as described above, if the infrared rays of some wavelengths are cut using the filter, the radiant energy W of the cut wavelengths and the voltage level P are not proportional, and the calculated temperature T of the heat roller. Error.
[0014]
  Therefore, the present invention detects the infrared radiation emitted from the fixing means with a non-contact infrared sensor, and calculates the surface temperature of the fixing means accurately based on the detection result, and the radiation from the fixing means. Detected by a non-contact type infrared sensor, and a temperature calculation means for calculating the surface temperature of the fixing means on the basis of the detection result, and a program for accurately calculating the surface temperature, and emitted from the fixing means. An object of the present invention is to provide a fixing device provided with a temperature calculating means for detecting the infrared ray to be detected by a non-contact type infrared sensor and accurately calculating the surface temperature of the fixing means based on the detection result.
[0015]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
  By the way, when the actual surface temperature T of the heat roller and the temperature T0 of the infrared sensor are actually measured, the level P of the electric signal of the infrared sensor is actually measured., ΕT ^Four -T ₀ ^Four ButFrom the experiment, it was found that the output P of the infrared sensor is plotted along a straight line represented by k1 · P + k2, using constants k1 and k2 specific to the infrared sensor.
[0016]
  Accordingly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is provided with a fixing unit that heat-fixes the fixing medium to the fixing medium, and a non-contact arrangement with respect to the surface of the fixing unit, and radiation from the surface of the fixing unit. Receiving infrared rays and outputting an electric signal of a level corresponding to the amount of received infrared rays, a sensor temperature detection sensor for detecting the temperature of the infrared sensor, and the infrared sensor Temperature detecting means for calculating the surface temperature of the fixing means based on the level of the electric signal and the temperature of the infrared sensor detected by the sensor temperature detecting sensor.In addition, a filter that cuts wavelengths below 2.0 μm is attached to the infrared sensor. FixedIn a dressing device, the temperature detection means is a temperature calculation method for calculating the surface temperature,
[0017]
[Expression 7]

[0018]
  The surface temperature T, the level of the electric signal output from the infrared sensor P, a proportional constant of P, a constant k1 specific to the infrared sensor, a constant k2 specific to the infrared sensor, and the sensor temperature detection The temperature T0 of the infrared sensor detected by the sensor and the infrared emissivity ε of the fixing means. The surface temperature is calculated based on a mathematical formula consisting of:
[0019]
  Therefore, if the temperature calculation method of the present invention is used, the infrared rays emitted from the fixing unit can be detected by a non-contact type infrared sensor, and the surface temperature of the fixing unit can be accurately calculated based on the detection result.
  According to a second aspect of the present invention, there is provided a fixing unit that heat-fixes a fixing medium to a fixing medium, and an infrared ray that is installed in a non-contact manner with respect to the surface of the fixing unit and receives infrared rays emitted from the surface of the fixing unit An infrared sensor that outputs an electrical signal at a level corresponding to the amount of received infrared light; a sensor temperature detection sensor that detects a temperature of the infrared sensor; and a level of the electrical signal output from the infrared sensor; And a temperature detection means for calculating the surface temperature of the fixing means based on the temperature of the infrared sensor detected by the sensor temperature detection sensor.In addition, the infrared sensor is equipped with a filter that cuts a wavelength of 2.0 μm or less.In the dressing device, the temperature detecting means includes
[0020]
[Equation 8]

[0021]
  The surface temperature T, the level of the electric signal output from the infrared sensor P, a proportional constant of P, a constant k1 specific to the infrared sensor, a constant k2 specific to the infrared sensor, and the sensor temperature detection The temperature T0 of the infrared sensor detected by the sensor and the infrared emissivity ε of the fixing means. The process of calculating the surface temperature is executed based on a mathematical formula consisting of:
[0022]
  If the program of this claim 2 is used, the infrared ray radiated from the fixing means is detected by a non-contact type infrared sensor, and the surface calculating means for calculating the surface temperature of the fixing means based on the detection result, The temperature can be calculated accurately.
  According to a third aspect of the present invention, there is provided a fixing unit that heat-fixes the fixing medium to the fixing medium, and an infrared ray that is installed in a non-contact manner with respect to the surface of the fixing unit and receives infrared rays emitted from the surface of the fixing unit. An infrared sensor that outputs an electrical signal at a level corresponding to the amount of received infrared light; a sensor temperature detection sensor that detects a temperature of the infrared sensor; and a level of the electrical signal output from the infrared sensor; And a temperature detection means for calculating the surface temperature of the fixing means based on the temperature of the infrared sensor detected by the sensor temperature detection sensor.In addition, the infrared sensor is equipped with a filter that cuts a wavelength of 2.0 μm or less.In the dresser, the temperature detecting means includes
[0023]
[Equation 9]

[0024]
  The surface temperature T, the level of the electric signal output from the infrared sensor P, a proportional constant of P, a constant k1 specific to the infrared sensor, a constant k2 specific to the infrared sensor, and the sensor temperature detection The temperature T0 of the infrared sensor detected by the sensor and the infrared emissivity ε of the fixing means. The surface temperature is calculated based on a mathematical formula consisting of:
[0025]
  If the fixing device according to claim 3 is used, infrared light emitted from the fixing means is detected by a non-contact type infrared sensor, and the surface temperature of the fixing means is accurately calculated by the temperature detection means based on the detection result. be able to.
  Next, the claim5The described invention is claimed.Either 3 or 4The surface temperature T when the level P of the electrical signal output from the infrared sensor and the temperature T0 of the infrared sensor detected by the sensor temperature detection sensor are respectively changed by the equation
[0026]
[Expression 10]

[0027]
  Is calculated in advance, and a table indicating the relationship between the calculated surface temperature T, the level P, and the temperature T0 is stored in storage means, and the temperature detection means is output from the infrared sensor. The surface temperature T is read from the table stored in the storage unit based on the level P of the electrical signal and the temperature T0 of the infrared sensor detected by the sensor temperature detection sensor. It is characterized by.
[0028]
  This claim5If the fixing device described is used, the temperature detection means is burdened only by reading the surface temperature T of the fixing means from the table based on the level P of the electrical signal output from the infrared sensor and the temperature T0 of the infrared sensor. The surface temperature T of the fixing unit can be calculated without applying.
[0029]
  By the way, many infrared sensors detect the temperature change of the measurement object, and when there is no temperature change of the measurement object, there is no detection output, so the actual temperature of the measurement object is continuously detected. There is a problem that can not be. Therefore, in order to continuously detect the actual temperature of the measurement object, for example, it is necessary to provide a shutter or the like that allows infrared light to pass intermittently between the measurement object and the infrared sensor. It becomes complicated.
[0030]
  Therefore, the claim6As in the described invention, the infrared sensor is preferably a thermopile element. This thermopile element can continuously detect the temperature of the measurement object even if there is no temperature change. Therefore, if this thermopile element is adopted as an infrared sensor, the temperature of the surface of the fixing unit can be continuously detected with a simple configuration, and more accurate temperature detection can be achieved.
[0031]
  NextAs mentioned above, redIt is preferable to attach a filter that cuts infrared rays having a wavelength that is easily absorbed by water vapor to the external sensor. Since the fixing device of the present invention cuts infrared rays that are easily absorbed by water vapor, the surface temperature T of the fixing means can be accurately detected even if the humidity in the fixing device changes. In addition, since infrared rays having wavelengths of around 1.45 μm and around 1.94 μm are easily absorbed by water vapor, the filter attached to the infrared sensor may cut a wavelength of 2.0 μm or less, and has a wavelength of 5 to 8 μm. Infrared rays are not absorbed as much as 1.45 μm or 1.94 μm infrared rays at short distances in mm or cm units, but are absorbed when infrared rays pass through the atmosphere of several kilometers. It may cut infrared rays of 8 μm or less.
[0032]
  Next, the claim7When an image forming apparatus provided with such a fixing device is used as in the described invention, a fixing error or the like does not occur in the fixing device, so that a beautiful image can be formed on a recording medium.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments to which the present invention is applied will be described below.
  Here, FIG. 1 is a cross-sectional side view of the main part of the laser printer of this embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the heat roller and the positional relationship between the heat roller, the sensor temperature detection sensor, and the peeling claw 34. FIG. 3 is an exploded perspective view of the thermopile, and FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the infrared absorptance. The graph shows the infrared wavelength on the horizontal axis and the infrared absorptance on the vertical axis.
[0034]
  As shown in FIG. 1, the laser printer 1 includes a feeder unit 4 for feeding a printing paper 3 (corresponding to a fixing medium of the present invention) and a fed printing paper 3 in a main body casing 2. An image forming unit 5 for forming a predetermined image is provided.
  The feeder unit 4 is provided at the bottom of the main casing 2 so as to be detachably mounted, a sheet pressing plate 7 provided in the sheet feeding tray 6, and above one end of the sheet feeding tray 6. The feed roller 8 and the feed pad 9 provided, and the downstream side in the transport direction of the printing paper 3 with respect to the feed roller 8 (hereinafter, the upstream or downstream side in the transport direction of the print paper 3 is simply referred to as upstream or downstream). And transport rollers 10 and 11 provided on the downstream side in the transport direction of the printing paper 3 with respect to the transport rollers 10 and 11.
[0035]
  The sheet pressing plate 7 can stack the printing sheets 3 in a laminated form, and is supported so as to be swingable at the end far from the sheet feed roller 8, so that the near end is vertically moved. It is movable, and is urged upward by a spring (not shown) from the back side. Therefore, the paper pressing plate 7 is swung downward against the urging force of the spring, with the end portion farther from the paper feed roller 8 as a fulcrum as the amount of stacking of the printing paper 3 increases. The paper feed roller 8 and the paper feed pad 9 are disposed to face each other, and the paper feed pad 9 is pressed toward the paper feed roller 8 by a spring 13 provided on the back side of the paper feed pad 9. . The uppermost printing paper 3 on the paper pressing plate 7 is pressed from the back side of the paper pressing plate 7 toward the paper feeding roller 8 by a spring (not shown), and the paper feeding roller 8 is fed by the rotation of the paper feeding roller 8. After being sandwiched between the paper pads 9, the sheets are fed one by one. The fed printing paper 3 is sent to the registration roller 12 by the transport rollers 10 and 11. The registration roller 12 includes a pair of rollers, and sends the printing paper 3 to the image forming unit 5 after a predetermined registration.
[0036]
  The feeder unit 4 further includes a multi-purpose tray 14, a multi-purpose paper feed roller 15 for feeding the printing paper 3 stacked on the multi-purpose tray 14, and a multi-purpose paper feed pad 15a. The multi-purpose paper feed roller 15 and the multi-purpose paper feed pad 15a are arranged to face each other, and a multi-purpose paper feed pad 15a is provided by a spring (not shown) arranged on the back side of the multi-purpose paper feed pad 15a. Is pressed toward the multi-purpose sheet feeding roller 15. The printing paper 3 stacked on the multi-purpose tray 14 is sandwiched between the multi-purpose paper feeding roller 15 and the multi-purpose paper feeding pad 15 a by the rotation of the multi-purpose paper feeding roller 15, and then fed one by one. The
[0037]
  The image forming unit 5 includes a scanner unit 16, a process cartridge 17, a transfer roller 18, a fixing device 19, and the like.
  The scanner unit 16 is provided in the upper part of the main casing 2 and includes a laser light emitting unit (not shown), a polygon mirror 20 that is driven to rotate, lenses 21 and 22, a reflecting mirror 23, and the like. As shown by a chain line, a laser beam based on predetermined image data emitted from is passed or reflected in the order of the polygon mirror 20, the lens 21, the reflecting mirror 23, and the lens 22, and the photosensitive drum 24 of the process cartridge 17 described later. The surface is irradiated with high-speed scanning.
[0038]
  The process cartridge 17 is disposed below the scanner unit 16 and is configured to be detachably attached to the main body casing 2. The process cartridge 17 includes a photosensitive drum 24 and a not-shown scorotron charger, a developing roller, a toner container, and the like.
[0039]
  The toner container is filled with a positively charged non-magnetic one-component polymerized toner as a developer, and the toner is carried on the developing roller as a thin layer having a constant thickness. On the other hand, the photosensitive drum 24 is rotatably disposed opposite to the developing roller, the drum body is grounded, and the surface thereof is formed of a positively chargeable photosensitive layer made of polycarbonate or the like. .
[0040]
  The surface of the photosensitive drum 24 is uniformly positively charged by a scorotron charger as the photosensitive drum 24 rotates, and then exposed by high-speed scanning of a laser beam from the scanner unit 16 to obtain a predetermined image. An electrostatic latent image based on the data is formed, and then, when facing the developing roller, an electrostatic latent image formed on the surface of the photosensitive drum 24 is formed on the surface of the photosensitive drum 24. That is, the surface of the photosensitive drum 24 that is uniformly positively charged is supplied to a portion of the photosensitive drum 24 that is exposed to a laser beam and the potential is lowered, and is selectively carried to be visualized, thereby reversing. Development is achieved.
[0041]
  The transfer roller 18 is disposed below the photosensitive drum 24 so as to face the photosensitive drum 24 while being rotatably supported on the main body casing 2 side. In the transfer roller 18, a metal roller shaft is covered with a roller made of a conductive rubber material, and a predetermined transfer bias is applied to the photosensitive drum 24. Therefore, a toner image (corresponding to a fixing medium of the present invention) formed with toner carried on the photosensitive drum 24 is printed while the printing paper 3 passes between the photosensitive drum 24 and the transfer roller 18. 3 is transferred. The printing paper 3 to which the toner image has been transferred is conveyed to the fixing device 19 described below via the conveyance belt 25.
[0042]
  The fixing device 19 is disposed on the downstream side of the process cartridge 17, and is disposed opposite to the heat roller 26, the heat roller 26 and the conveyance path of the printing paper 3, and a pressure roller 27 that presses the heat roller 26, In addition, a transport roller 28 provided on the downstream side of the heat roller 26 and the pressure roller 27 is provided.
[0043]
  The heat roller 26 includes a cylindrical roller body 32 made of a metal base tube such as aluminum and a halogen lamp 33.
  The halogen lamp 33 is provided in the roller body 32 along the axial direction, and is configured to generate heat when power is supplied from a power source (not shown), thereby heating the roller body 32.
[0044]
  The pressure roller 27 has a metal roller shaft covered with a roller made of an elastic body, presses the heat roller 26 with a predetermined pressure, and is emitted from a halogen lamp 33 to a contact portion with the heat roller 26. A nip for transferring heat to the printing paper 3 is formed.
[0045]
  In the fixing device 19, the toner image transferred onto the printing paper 3 in the process cartridge 17 is transferred while the printing paper 3 passes through the nip formed at the contact portion between the heat roller 26 and the pressure roller 27. The heat is fixed.
[0046]
  The heat roller 26 and the halogen lamp 33 correspond to the fixing unit of the present invention.
  Further, the fixing device 19 includes a peeling claw 34 for peeling off the printing paper 3 attached to the surface of the heat roller 26 at the time of fixing.
[0047]
  The peeling claw 34 is made of metal and has a substantially rectangular thin plate shape in a plan view as shown in FIG. 2, and gradually toward one end that becomes a scraped portion in a sectional view as shown in FIG. It is formed in a substantially wedge shape that becomes thinner. As shown in FIG. 2, the peeling claw 34 has a predetermined interval at both ends in the axial direction of the heat roller 26 on the downstream side of the facing portion between the heat roller 26 and the pressure roller 27 in the conveyance direction of the printing paper 3. Two are spaced apart. The other end portion is supported by a casing (not shown) of the fixing device 19 in a state where one end portion which becomes a scraping portion of the peeling claw 34 is in contact with the heat roller 26.
[0048]
  The printing paper 3 attached to the surface of the heat roller 26 when passing between the heat roller 26 and the pressure roller 27 comes into contact with the peeling claw 34 due to the rotation of the heat roller 26 and the surface of the heat roller 26. Peeled off.
  The peeling claw 34 is configured to come into contact with the surface of the heat roller 26 only when the printing paper 3 is conveyed to the fixing device 19 by a solenoid (not shown), and is always separated from the heat roller 26. Has been.
[0049]
  Then, the printing paper 3 on which the toner image has been fixed in the fixing device 19 is then transported to the transport roller 28 provided on the downstream side of the fixer 19, and the transport roller 29 and the paper discharge roller disposed on the downstream side of the transport roller 28. Then, the paper is discharged onto the paper discharge tray 31 by the paper discharge roller 30.
[0050]
  In addition, as shown in FIG. 2, the fixing device 19 includes a thermopile 35 that receives infrared rays emitted from the surface of the heat roller 26 and detects the surface temperature of the heat roller 26.
  As shown in FIG. 3, the thermopile 35 is disposed in a non-contact manner with respect to the surface of the heat roller 26, receives infrared rays emitted from the surface of the heat roller 26, and has a voltage level corresponding to the amount of light received. A thermopile element 350 that outputs a signal (corresponding to the infrared sensor of the present invention) and a thermistor 352 that detects the temperature of the thermopile element 350 (corresponding to the sensor temperature detection sensor of the present invention) are provided. As shown in FIG. 3, the infrared incident port 37 is housed in a cylindrical can case 38 having an opening.
[0051]
  The thermopile 35 is upstream of the opposed portion of the heat roller 26 and the pressure roller 27 in the conveyance direction of the printing paper 3 and overlaps with the peeling claw 34 in the axial direction of the heat roller 26 as shown in FIG. In order to prevent this, the heat roller 26 is disposed at a substantially central position in the axial direction (a direction orthogonal to the conveyance direction of the printing paper 3) with a predetermined distance from the heat roller 26, and the infrared incident port 37 is heated. It is installed so as to face the surface of the roller 26.
[0052]
  As shown in FIG. 3, the infrared incident port 37 is formed in a substantially rectangular shape in the can case 38. As announced by Toshiaki Kawai of Hamamatsu Photonics Co., Ltd. at the 92nd regular meeting of the Sensing Technology Application Study Group (Friday, August 19, 1994, Mita Press Conference), wavelength 1.45μm Since the infrared rays before and after and around 1.94 μm are easily absorbed by water vapor, this infrared incident port 37 is provided with an optical filter 380 that cuts infrared rays having a wavelength of 2 μm or less. In addition, infrared rays with a wavelength of 5 to 8 μm are absorbed as shown in FIG. 4 which shows the relationship between the transmittance and wavelength when infrared rays are transmitted several kilometers through the atmosphere. However, since the distance from the surface of the heat roller 26 to the thermopile element 350 is about 20 mm to 30 mm in the fixing device 19, infrared rays having a wavelength of 5 to 8 μm absorb more infrared rays having a wavelength of 1.45 μm or 1.94 μm. However, in order to reach the thermopile element 350 and detect the temperature more accurately, it is desirable to attach a device that cuts infrared rays of 8 μm or less.
[0053]
  The humidity in the laser printer 1 changes as the moisture of the printing paper 3 evaporates when the toner is melted, and the amount of infrared light received by the thermopile 35 also changes as the humidity changes. However, since this optical filter 380 cuts infrared rays in a wavelength region that varies depending on humidity, the voltage level P of the electrical signal output from the thermopile element 350 is not affected by this humidity change.
[0054]
  Also,Thermopile element 350Is formed in a substantially rectangular plate shape and is disposed in the can case 38 so as to face the infrared incident port 37. Further, the thermopile 35 includes a thermistor 352 that detects the temperature of the thermopile element 350, a pair of output pins 412 that output an electric signal having a voltage level corresponding to the amount of infrared light received by the thermopile element 350, and the thermistor 352 that is a thermopile. A pair of output pins 414 that detect the temperature of the element 350 and output an electrical signal corresponding to the temperature are provided.
[0055]
  Next, a control device that controls the laser printer 1 of the present embodiment will be described.
  Here, FIG. 5 is a block diagram of the control device.
  As shown in FIG. 5, the control device 100 includes a central control circuit 110, a heater control circuit 120, a sensor temperature detection sensor control circuit 130, and other circuits 140. Are tied together.
[0056]
  The central control circuit 110 includes a CPU 111, a RAM 113, and a ROM 115, and executes various controls. The RAM 113 temporarily stores information on the voltage level of the electrical signal output from the thermopile element 350, and the ROM 115 stores various programs such as a calculation program for calculating the surface temperature of the heat roller and a main control program. Stored.
[0057]
  A halogen lamp 33 is connected to the heater control circuit 120, and the halogen lamp 33 is controlled to be turned on / off by the main drive control program stored in the ROM 115 via the heater control circuit 120.
  A thermopile 35 is connected to the sensor control circuit 130. When the thermopile element 350 provided in the thermopile 35 receives infrared rays, the thermopile element 350 outputs an electric signal having a voltage level corresponding to the amount of received light. The sensor control circuit 130 A / D converts this electrical signal and outputs it to the RAM 113 via the bus 190. Then, the RAM 113 stores information regarding the voltage level of the electrical signal output from the thermopile element 350. Further, when the thermistor 352 provided in the thermopile 35 detects the temperature of the thermopile element 350, the resistance changes according to the temperature, and thus an electric signal having a voltage level corresponding to the change in the resistance is output. The sensor control circuit 130 A / D converts this electrical signal and outputs it to the RAM 113 via the bus 190. Then, the voltage level of the electric signal output from the thermistor 352 is stored in the RAM 113.
[0058]
  When the central control circuit 110 stores information on the voltage level of the electrical signal output from the thermopile element 350 and the thermistor 352 in the RAM 113, first, from the voltage level of the electrical signal output from the thermistor 352, The calculation process of the temperature of the thermopile element 350 is executed. Since this process is a well-known process, the details are omitted.
[0059]
  Next, the central control circuit 110 executes a process of calculating the surface temperature T of the heat roller 26 based on the following calculation formula (1) by a calculation program.
  In this calculation program, the voltage level of the electric signal output from the thermopile element 350 is P, and the temperature of the thermopile element 350 obtained from the voltage level P ′ of the electric signal output from the thermistor 352 is expressed by the following equation (11). Substitute
[0060]
## EQU11 ##

[0061]
  This is a program for calculating the surface temperature T of the heat roller 26 and storing it in the RAM 113. In Equation (11), k1 and k2 are constants specific to the thermopile element 350, and ε is a specific constant representing the infrared emissivity of the heat roller 26. These are obtained in advance through experiments or the like. It has been assigned in advance. The process of executing the calculation program by the central control circuit 110 corresponds to the temperature detecting means of the present invention.
[0062]
  When the surface temperature T of the heat roller 26 is stored in the RAM 113 by the calculation program, the main drive control program performs ON / OFF control of the heater via the heater control circuit 120 to control the surface temperature of the heat roller 26 to the printing paper 3. The temperature is controlled to be optimal for fixing the toner image.
[0063]
  When the laser printer 1 described above is used, the surface temperature of the heat roller 26 can be accurately calculated based on the detection result obtained by detecting the infrared rays radiated from the heat roller 26 with the non-contact type thermopile element 350.
  Next, among the constants used in Equation 12 below,
[0064]
[Expression 12]

[0065]
  As an example, an infrared emissivity ε = 0.5 obtained by laminating and firing a primer and PFA on the surface of an aluminum base tube is used for the heat roller 26, and the thermopile 35 is manufactured by Murata Manufacturing Co., Ltd .: trade name IRTE5021TC01 A description will be given of k1, k2 when using.
[0066]
  Here, FIG. 6 shows the horizontal axis.Thermopile element 350A voltage level of 100 times amplified by an operational amplifier P, vertical axisΕT ^Four -T ₀ ^Four soIt is a represented graph.
  This k₁, K₂First, a thermistor is installed on the surface of the heat roller 26 in order to measure the actual surface temperature of the heat roller 26. Then, the halogen lamp 33 is turned on to gradually increase the temperature. At that time, the surface temperature T of the heat roller 26, the voltage level P of the thermopile element, and the detected temperature detected by the thermistor 352 installed in the thermopile 35. T₀And measureThermopile element 350Corresponding to the output level P ofΕT ^Four -T ₀ ^Four ThePlot like the graph shown in FIG. Then, as shown in FIG.₁・ P + k₂It can be seen that is plotted along
[0067]
    Therefore,
[0068]
[Formula 13]

[0069]
Thus, the above-described formula 12 is derived from this formula 13.
  In FIG. 6, k1 is 1745698760.7277 and k2 is -4522599153.9170.
  The embodiment of the present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various forms can be adopted as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
[0070]
  For example, in the present embodiment, the surface temperature of the heat roller 26 is detected by the thermopile element 350, but in the present invention, the surface temperature of the pressure roller 27 having a high correlation with the surface temperature of the heat roller 26 is detected. You may do it.
  In the present embodiment, the heat roller 26 and the pressure roller 27 are used as the fixing unit. However, in the present invention, a belt-shaped fixing unit may be used, for example, a belt-shaped heating member and a roller-shaped pressing member. The present invention may be applied to any mode such as a roller-shaped heating member and a belt-shaped pressing member, or a belt-shaped heating member and a belt-shaped pressing member.
[0071]
  In the present embodiment, the fixing device is described as the fixing device 19 of the laser printer 1. However, the present invention is not limited to this. For example, a fixing medium made of a film and a fixing medium are thermally fixed. A laminator to be used may be used.
  In this embodiment, from the voltage level P of the electrical signal output from the thermopile element 350 and the detected temperature T0 of the thermistor 352, the following equation (14)
[0072]
[Expression 14]

[0073]
In the present invention, the relationship between the voltage level P of the thermopile element 350, the detected temperature T0 of the thermistor 352, and the surface temperature T of the heat roller 26 is tabulated, and the thermopile element 350 is calculated. The detected temperature T of the heat roller 26 may be read from the table from the voltage level P of the current and the detected temperature T0 of the thermistor 352.
In this way, the surface temperature T of the heat roller 26 can be simply read from the table based on the voltage level P of the thermopile element 350 and the temperature T0 of the thermopile 350 detected by the thermistor 352. The burden on the central control device 110 that calculates T can be reduced. The table may be stored in the ROM 115, and the storage location is not particularly limited.
[0074]
  In this embodiment, the fixing device 19 includes a heat roller 26 with a built-in halogen lamp 33. However, an electromagnet is installed on the side surface in the axial direction of the heat roller, and the heat roller is generated by a magnetic field generated from the electromagnet. A heated IH type fixing device may be used.
[0075]
  In this embodiment, the thermopile is used as the infrared sensor, but an infrared sensor other than the thermopile may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a main part of a laser printer according to an embodiment.
FIG. 2 is a plan view for explaining a cross section of the heat roller and a positional relationship between the heat roller, a sensor temperature detection sensor, and a peeling claw 34;
FIG. 3 is an exploded perspective view of a thermopile.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the absorptance of infrared rays that have passed through the air several kilometers, and is a graph showing the wavelength of infrared rays on the horizontal axis and the absorptance of infrared rays on the vertical axis.
FIG. 5 is a block diagram of a control device.
FIG. 6 shows the voltage level P of the thermopile element on the horizontal axis and the vertical axisΕT ^Four -T ₀ ^Four soIt is a represented graph.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between blackbody radiant energy and wavelength.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser printer, 2 ... Main body casing, 3 ... Printing paper, 4 ... Feeder part, 5 ... Image formation part, 6 ... Paper feed tray, 7 ... Paper press plate, 8 ... Paper feed roller, 9 ... Paper feed pad DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,11 ... Conveyance roller, 12 ... Registration roller, 14 ... Multi-purpose tray, 15 ... Multi-purpose paper feed roller, 15a ... Multi-purpose paper feed pad, 16 ... Scanner unit, 17 ... Process cartridge, 18 ... Transfer roller, DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Fixing device, 20 ... Polygon mirror, 21, 22 ... Lens, 23 ... Reflecting mirror, 24 ... Photosensitive drum, 26 ... Heat roller, 27 ... Pressure roller, 28, 29 ... Conveyance roller, 30 ... Paper discharge roller, 31 Paper discharge tray, 32 Roller body, 33 Halogen lamp, 34 Peeling claw, 35 Sensor, 350 Thermopile element, 352 Thermistor 37 Infrared entrance, 38 ... Can case, 380 ... Optical filter, 100 ... Control device, 110 ... Central control device, 120 ... Heater control circuit, 130 ... Sensor control circuit, 140 ... Others

Claims (7)

Fixing means for fixing the medium to be fixed to the fixing medium by heating;
An infrared sensor that is installed in a non-contact manner with respect to the surface of the fixing unit, receives infrared rays emitted from the surface of the fixing unit, and outputs an electrical signal at a level corresponding to the amount of received infrared rays;
A sensor temperature detection sensor for detecting the temperature of the infrared sensor;
Level of the electric signal output from the infrared sensor, and, based on the temperature of the infrared sensor is detected by the sensor temperature sensor, e Bei and temperature detection means for calculating the surface temperature of the fixing unit, infrared in Fixing device the filter is mounted to cut wavelengths than the wavelength 2.0μm to the sensor, a temperature calculation method for the temperature detecting means for calculating the surface temperature,

The surface temperature T, the level of the electric signal output from the infrared sensor P, a proportional constant of P, a constant k1 specific to the infrared sensor, a constant k2 specific to the infrared sensor, and the sensor temperature detection The temperature T0 of the infrared sensor detected by the sensor and the infrared emissivity ε of the fixing means. A temperature calculation method, wherein the surface temperature is calculated based on a mathematical formula consisting of: Fixing means for fixing the medium to be fixed to the fixing medium by heating;
An infrared sensor that is installed in a non-contact manner with respect to the surface of the fixing unit, receives infrared rays emitted from the surface of the fixing unit, and outputs an electrical signal at a level corresponding to the amount of received infrared rays;
A sensor temperature detection sensor for detecting the temperature of the infrared sensor;
Level of the electric signal output from the infrared sensor, and, based on the temperature of the infrared sensor is detected by the sensor temperature sensor, e Bei and temperature detection means for calculating the surface temperature of the fixing unit, infrared in Fixing device the filter is mounted to cut wavelengths than the wavelength 2.0μm to sensors,
In the temperature detection means,

The surface temperature T, the level of the electric signal output from the infrared sensor P, a proportional constant of P, a constant k1 specific to the infrared sensor, a constant k2 specific to the infrared sensor, and the sensor temperature detection The temperature T0 of the infrared sensor detected by the sensor and the infrared emissivity ε of the fixing means. A program for causing the surface temperature to be calculated based on a mathematical formula consisting of: Fixing means for fixing the medium to be fixed to the fixing medium by heating;
An infrared sensor that is installed in a non-contact manner with respect to the surface of the fixing unit, receives infrared rays emitted from the surface of the fixing unit, and outputs an electrical signal at a level corresponding to the amount of received infrared rays;
A sensor temperature detection sensor for detecting the temperature of the infrared sensor;
Level of the electric signal output from the infrared sensor, and, based on the temperature of the infrared sensor is detected by the sensor temperature sensor, e Bei and temperature detection means for calculating the surface temperature of the fixing unit, infrared in Fixing device the filter is mounted to cut wavelengths than the wavelength 2.0μm to sensors,
The temperature detecting means includes

The surface temperature T, the level of the electric signal output from the infrared sensor P, a proportional constant of P, a constant k1 specific to the infrared sensor, a constant k2 specific to the infrared sensor, and the sensor temperature detection The temperature T0 of the infrared sensor detected by the sensor and the infrared emissivity ε of the fixing means. A fixing device characterized in that the surface temperature is calculated based on a mathematical formula consisting of: The fixing device according to claim 3 .
The infrared sensor is provided with a filter for cutting a wavelength of 8 μm or less. In the fixing device according to claim 3 or 4 ,
The surface temperature T when the level P of the electrical signal output from the infrared sensor and the temperature T0 of the infrared sensor detected by the sensor temperature detection sensor are respectively changed is expressed by the following equation.

Is calculated in advance, and a table representing the relationship between the calculated surface temperature T, the level P, and the temperature T0 is stored in the storage means,
The temperature detecting means is based on the level P of the electric signal output from the infrared sensor and the temperature T0 of the infrared sensor detected by the sensor temperature detecting sensor, and the table is stored in the storage means. A fixing device configured to read a surface temperature T. In the fixing device according to any one of claims 3 to 5 ,
The fixing device, wherein the infrared sensor is a thermopile element. An image forming apparatus characterized by comprising a fixing device in accordance with claim 3-6.

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