JP3885871B2

JP3885871B2 - Temperature detecting device and electromagnetic induction heating device using the same

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Publication number: JP3885871B2
Application number: JP2001286892A
Authority: JP
Inventors: 龍一郎前山
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2021-09-20
Also published as: JP2003098008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導加熱装置によって電磁誘導加熱される被加熱体の表面温度を非接触検知する温度検知装置及びこれを用いた電磁誘導加熱装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置にあっては、例えば電子写真プロセスにより記録シート上に保持された未定着トナー像を定着する定着装置が広く用いられている。
近年、この種の定着装置として、電磁誘導加熱装置を用いたものが提案されている。これは、例えば加圧ロールに圧接された定着ベルト（被加熱体）に電磁誘導発熱層としての金属層をラミネートし、この定着ベルトの内側に励磁コイルを配設するようにしたものであり、この励磁コイルに交流電圧を印加することで、電磁誘導発熱層を貫く変動磁界を生成し、この変動磁界により電磁誘導発熱層内に渦電流を発生させ、電磁誘導発熱層を自己発熱させることで、定着ベルト上の未定着トナー像を加熱溶融し、定着ベルトと加圧ロールとの圧接部において記録シート上に転写同時定着させるようにしたものである。
【０００３】
また、上述した定着装置では、ホットオフセット、コールドオフセット等を防ぐように適切な温度で定着を行う必要があり、そのために定着ベルトの表面温度を検知し、その検知結果に基づいて定着ベルトに対する加熱制御を行うようにしている。
【０００４】
このような定着ベルトの温度制御を適切に行うための一つの条件は、定着ベルトの表面温度を正確に検知することである。より詳しくは、ニップ域通過時に記録シート上のトナー像に対してどれだけの熱量を与えるかが問題となるため、定着ベルト表面上のトナー像が接触する領域（以下「画像領域」という）の表面温度を正確に検知することである。
【０００５】
また、電磁誘導加熱装置によって加熱された被加熱体の表面温度を測定する手法として、例えば金属薄板に温度センサが設けられたセンサユニットを被加熱体としての定着ベルトの内面に当接させる接触型温度検知技術（例えば特開平１０−１６１４４５号公報）や、サーモパイル式温度センサ等の非接触型温度センサを内蔵したセンサユニットを被加熱体から離間配置した非接触型温度検知技術（例えば特開平５−１２０５２９号公報）が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した接触型温度検知技術にあっては、磁場の影響を受けにくい場所にセンサユニットを配置したものであるため、磁場の影響によって温度検知動作に支障が生ずることはないが、被加熱体である定着ベルトにセンサユニットを接触配置する構成である以上、定着ベルトの移動安定性に少なからず影響を与えることは避けられない。
一方、上述した非接触型温度検知装置にあっては、仮に、被加熱体が可動する態様であっても、被加熱体の移動安定性を良好に保つことができる点において、接触型温度検知装置よりも優れている。
【０００７】
ところが、この種の非接触型温度検知装置において、非接触型温度センサを内蔵したセンサユニットが電磁誘導加熱装置からある程度離間した位置に配置されていれば、特に問題は生じないが、例えばセンサユニットが電磁誘導加熱装置の発生する磁場影響下に配設されるような場合には、非接触型温度センサが過剰発熱し、正確な温度測定が困難になるという技術的課題が見出された。
【０００８】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、非接触型温度センサ内蔵型のセンサユニットが磁場の影響下に配設される態様においても、正確な温度検知を行うことが可能な温度検知装置及びこれを用いた電磁誘導加熱装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本件発明者は、上述した技術的課題（非接触型温度センサの過剰発熱）の原因を追及したところ、センサユニットのユニットケース自体が電磁誘導発熱し、これが起因して非接触型温度センサが過剰発熱していることを突き止め、本発明を案出するに至ったものである。
すなわち、本発明の基本的構成は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、電磁誘導加熱装置２により電磁誘導加熱される被加熱体１の表面温度を非接触検知する温度検知装置３であって、ユニットケース５内に非接触型温度センサ６が内蔵されたセンサユニット４を有し、電磁誘導加熱装置２が発生する磁場影響下に前記センサユニット４を配設すると共に、前記ユニットケース５自体を電磁誘導発熱しない素材７にて構成したことを特徴とするものである。
尚、図１において、符号Ｈは磁場を形成する変動磁界の一部を示す。
【００１０】
このような技術的手段において、被加熱体１としては、電磁誘導加熱されるものであれば全て対象となるが、電磁誘導加熱されるには、少なくとも電磁誘導発熱層を有することが必要である。
また、電磁誘導加熱装置２は、被加熱体１の電磁誘導発熱層１ｂを貫く変動磁界（磁場）が生成される励磁コイルを少なくとも備えていればよい。但し、変動磁界の生成効率を挙げるには、磁性コアを設けることが好ましい。
ここで、電磁誘導加熱装置２の適用例としては、例えば、画像形成装置の定着装置、缶飲料の自動販売機、炊飯器やクッキングヒーター等の電磁調理器、あるいは、電磁誘導加熱を利用して発光する光源等、各種のものが挙げられる。
【００１１】
更に、センサユニット４はユニットケース５で非接触型温度センサ６を覆う態様であればよく、通常所定位置に固定的に設定されるが、例えば被加熱体１に対する温度測定ポイントが複数ある場合等においては設定位置が移動可能に設けられていても差し支えない。
更にまた、センサユニット４自体は設定位置においては通常固定状態にあるが、例えば被加熱体１との位置関係によって、ユニットケース５の片寄った側が輻射熱等で集中加熱されるような場合には、定期的に回転させる等してユニットケースの温度分布のばらつきを少なくするようにしてもよい。
【００１２】
また、センサユニット４のユニットケース５の構成は非接触型温度センサ６を内蔵するものを広く含むものであるが、通常は、温度センサ６等が設置されるベース部材５ａと、赤外線透過型の光学フィルタを嵌め込んだ缶状筐体５ｂとで構成される。
そして、電磁誘導発熱しない素材７とは、電磁誘導しないものは勿論、電磁誘導しても発熱しないものをも含む。
この種の電磁誘導発熱しない素材７を用いてユニットケース５を構成すれば、ユニットケース５が電磁誘導発熱しないため、温度センサ６が過剰発熱することはなく、温度センサ６による温度検知動作が安定する（言い換えれば、温度検知の誤動作がない）。
【００１３】
特に、本発明の代表的態様としては、図１（ａ）（ｃ）に示すように、電磁誘導加熱装置２により電磁誘導加熱される被加熱体１の表面温度を非接触検知する温度検知装置３であって、ユニットケース５内に非接触型温度センサ６が内蔵されたセンサユニット４を有し、電磁誘導加熱装置２が発生する磁場影響下に前記センサユニット４を配設すると共に、前記ユニットケース５自体を電磁誘導発熱しない素材にて構成し、更に、ユニットケース５の一部に電磁誘導発熱部９を具備させ、この電磁誘導発熱部９を補助加熱源としてユニットケース５を補助加熱することを特徴とするものが挙げられる。
【００１４】
本態様は、ユニットケース５に電磁誘導発熱部９を局部的に配置した態様であり、ユニットケース５は基本的に電磁誘導発熱しない素材にて構成されているため、温度センサ６の過剰発熱による温度検知の誤動作を有効に防止することができる。
更に、本態様にあっては、上述の作用に加えて、ユニットケース５を補助加熱することが可能になるため、温度センサ６の周辺部温度を調整し、温度センサ６を安定温度使用域で使用可能とする。
また、電磁誘導発熱部９は、ユニットケース５の一部に設けられればよく、ユニットケース５に電磁誘導発熱素材からなる別パーツを別途貼り付けたり、ユニットケース５の一部をくり抜き、電磁誘導発熱素材からなるパーツを装着する等適宜選定される。
【００１５】
このような温度検知装置において、非接触型温度センサ６は、被加熱体１の表面温度を非接触検知可能なものであれば適宜選定して差し支えないが、取り扱い性の容易さ及び性能の高さという観点からすれば、サーモパイル式温度センサを用いることが好ましい。
また、非接触型温度センサ６の温度検知性能がサーモパイル式温度センサのように使用環境温度に依存し易い態様にあっては、より正確な温度測定を行うために、温度センサ６を温度補償するための補正センサ８を具備させることが好ましい。
ここで、補正センサ８としては例えばサーミスタやダイオード等が挙げられるが、これに限られるものではなく、適宜選定して差し支えない。
【００１６】
また、図１（ａ）（ｃ）に示す態様において、電磁誘導発熱部９の好ましいレイアウトとしては、ユニットケース５周壁のうち、非接触型温度センサ６寄りに設けられていることが好ましい。
本態様によれば、温度センサ６に対する補助加熱を効果的に実現し、温度センサ６の周辺部温度を早急に調整し、温度センサ６を安定温度使用域で早急に使用することができる。
【００１７】
更に、センサユニット４は、被加熱体１との距離等によってユニットケース５の昇温の程度が異なるが、ユニットケース５の過剰に昇温する際の対策としては、図１に仮想線で示すように、ユニットケース５を冷却する冷却手段１０を具備させることが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、温度検知装置３のみならず、上述した温度検知装置３が組み込まれた電磁誘導加熱装置２をも対象とする。
この場合、温度検知装置３付きの電磁誘導加熱装置２をパッケージとして製造、販売することが可能であり、装置構成を簡略化することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は、本発明の基本的構成 ( 段落〔０００９〕参照 )が適用された温度検知装置の実施の形態１を組み込んだ定着装置の全体構成を示す。
同図において、定着装置２０は、チューブ状の定着ベルト２１と加圧ロール２２とを互いに圧接配置し、定着ベルト２１と加圧ロール２２との定着ニップ域に対応した定着ベルト２１内には弾性パッド２３（熱容量の小さい支持ホルダ２３ａに弾性層２３ｂを設けた態様）を配設するようにしたものである。
また、加圧ロール２２が図示外の駆動源にて駆動されるようになっており、この加圧ロール２２からの駆動力によって定着ベルト２１が従動回転するようになっている。
尚、符号２５は加圧ロール２２の表面に付設される金属ロールであり、加圧ロール２２の軸方向温度を均一に保ち、かつ、加圧ロール２２表面を清掃するクリーニング部材としても機能するようになっている。また、符号２６は未定着トナー像を担持する記録シートである。
【００２０】
本実施の形態において、定着ベルト２１としては、例えば図２に示すように、耐熱性の高いシート状部材からなる基層２１ａと、その上に積層された電磁誘導発熱層（導電層）２１ｂと、最も上層となる表面離型層２１ｃとの３層を基本的に備えていることが好ましい。
ここで、基層２１ａとしてはポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド等に代表される耐熱性の高い樹脂が用いられており、例えば２０〜８０μｍの厚さのものが使用される。
【００２１】
また、電磁誘導発熱層２１ｂとしては、電磁誘導加熱作用により自己発熱するものであれば適宜選定し得るものであり、本実施の形態では、例えば電磁誘導発熱層２１ｂの厚さは１μｍ〜２０μｍで、固有抵抗値が２．７×１０^-8Ωｍ以下の電気良導電性材料からなり、渦電流損により発熱を生じさせるものが用いられる。
そして、電磁誘導発熱層２１ｂとしては、例えば銅、銀、アルミニウム又はこれに相当する耐熱性有機導電体などが挙げられる。
特に、固有抵抗値や熱効率の点、電磁誘導発熱層２１ｂとしての製造容易性（エッチング処理の容易性など）、さらには、コストの面などを考慮すると、銅は最適である。
【００２２】
更に、表面離型層２１ｃとしては、離型性の高いシート又はコート層であることが好ましく、例えばフッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰなどが用いられる。特に、表面離型層２１ｃの材料を弾性材料で構成する場合には、トナーを包み込むような状態で密着するため、画像の劣化が少なく画像光沢が均一になる点で好ましい。
尚、表面離型層２１ｃと電磁誘導発熱層２１ｂとの間に弾性層や抵抗調整層などの中間層（図示せず）を介在させるようにしてもよい。
【００２３】
また、定着ベルト２１の定着ニップ域の反対側部分の外側には、定着ベルト２１を電磁誘導発熱させるための加熱装置（電磁誘導加熱装置）３０が配設されている。
本実施の形態において、加熱装置３０は、図２及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、定着ベルト２１の外側に定着ベルト２１の湾曲形状に対応した形状をもって配設されており、定着ベルト２１の搬送方向に直交する幅方向に沿って配設される非磁性の長尺な板状の台座３１と、この台座３１内に形成される凹部の中央に配設されるフェライト等の磁性コア３２と、この磁性コア３２に巻き回されて定着ベルト２１の厚さ方向に向かって変動磁界を生成するトラックレース状の励磁コイル３３とを備え、励磁回路３４にて励磁コイル３３に給電することにより、例えば図４に示すように、定着ベルト２１の電磁誘導発熱層２１ｂの厚さ方向を貫くように変動磁界Ｈを生成し、前記電磁誘導発熱層２１ｂに渦電流Ｉｃを生じさせ、電磁誘導発熱層２１ｂを発熱させるものである。
【００２４】
更に、本実施の形態において、加熱装置３０の背面側には、定着ベルト２１の表面温度を非接触検知する温度検知装置４０が設けられており、この温度検知装置４０は、例えば図４に示すように、加熱装置３０の磁場影響下に配置されている。
この温度検知装置４０は、図２及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、加熱装置３０の台座３１及び磁性コア３２に開設された貫通孔３５を通じて定着ベルト２１の表面に対向配置され、しかも、定着ベルト２１表面の温度測定ポイントからの距離ｄを稼ぐために傾斜配置されている。
そして、この温度検知装置４０は、前記定着ベルト２１の軸方向位置のうち、略中央であって記録シートが通過するシート通過領域に対応した位置に配設されている。
また、温度検知装置４０からの検知データは温度制御装置４１に取り込まれ、この温度制御装置４１は前記定着ベルト２１の表面温度を演算し、この演算結果に基づいて励磁回路３４に制御信号を送出し、加熱装置３０を制御するものである。
【００２５】
図５は、本実施の形態で用いられる温度検知装置４０の一部破断斜視図である。
同図において、温度検知装置４０は非接触型温度センサが内蔵されたセンサユニット５０を有し、このセンサユニット５０は、定着ベルト２１から放出された赤外線を受光する非接触型温度センサとしてのサーモパイルチップ５１と、このサーモパイルチップ５１を温度補償するための補正センサとしてのサーミスタ５２と、前記サーモパイルチップ５１及びサーミスタ５２を収容するユニットケース５３とを備えている。
ここで、ユニットケース５３は、周囲にフランジ部が形成された断面略ハット状のベース部材（ステム）５４と、ベース部材５４を覆うように嵌合装着される一端が開口した缶状筐体（カン）５５とを備え、この缶状筐体５５のベース部材５４に対向する頂部には透孔５６を開設すると共に、この透孔５６には赤外線透過フィルタ５７を嵌合係止させるようにしたものである。
尚、ユニットケース５３内部には窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが封入されている。
【００２６】
更に、ベース部材５４の略中央には前記サーモパイルチップ５１が設置されており、ベース部材５４のサーモパイルチップ５１に隣接した部位に前記サーミスタ５２が設置されている。
本例では、サーモパイルチップ５１は、例えばシリコン及びアルミニウムを接合した熱電対が多数直列に接続されたサーモパイル５１ａを具備する測温素子であり、その温接点を熱容量の小さい絶縁薄膜（図示せず）上に配置し、その冷接点をシリコン製のヒートシンク５１ｂ上に配置し、前記温接点を赤外線吸収体（図示せず）によって覆ったものである。
また、ベース部材５４の外部には３本の端子５８（具体的には５８ａ〜５８ｃ）が設けられており、端子５８ａはリード線を介してサーモパイルチップ５１で生じた熱起電力が出力されるサーモパイル出力端子、端子５８ｂはリード線を介してサーミスタ５２の電圧が出力されるサーミスタ出力端子、端子５８ｃはリード線を介してベース部材５４の電位が出力されるＧＮＤ端子である。これら各端子５８ａ〜５８ｃは温度制御装置４１（図２参照）に接続される。
【００２７】
特に、本実施の形態では、ユニットケース５３（ベース部材５４、缶状筐体５５、赤外線透過フィルム５７）は、基本的に電磁誘導によって発熱しない素材にて構成されている。
ここで、ベース部材５４は例えばシリコンなどで構成され、また、缶状筐体５５は例えば厚肉（例えば厚さ０．５ｍｍ以上）の銅板などで構成され、更に、赤外線透過フィルタ５７は例えばシリコンレンズなどで構成されている。
【００２８】
次に、本実施の形態に係る定着装置及び温度検知装置の作動について説明する。
図２において、図示外のスタートスイッチをオンすると、所定のタイミングで加圧ロール２２が回転駆動され、定着ベルト２１が追従回転する。
このとき、加熱装置３０による定着ベルト２１の電磁誘導加熱が開始される。
一方、温度検知装置４０は、定着ベルト２１の表面温度情報を検知し、温度制御装置４１は、温度検知装置４０からの出力に基づいて定着ベルト２１の表面温度を演算し、求められた表面温度に基づいて例えば定着ベルト２１の表面温度が目標温度（例えば１８０℃）となるように加熱装置３０の励磁回路３４を制御する。
【００２９】
このような動作過程において、温度検知装置４０による温度検知動作は次の通りである。
図５において、赤外線透過フィルタ（本例ではシリコンレンズ）５７と対向する部位に到達した赤外線は、当該赤外線透過フィルタ５７によって集光され内部のサーモパイルチップ５１上に照射される。すると、サーモパイル５１ａの温接点が加熱され、冷接点との間にゼーベック効果による熱起電力が発生し、この熱起電力がサーモパイル出力端子５８ａを介して温度制御装置４１（図２参照）へと出力される。
一方、サーミスタ５２では、ベース部材５４の温度に応じて電気抵抗値が変化し、その出力がサーミスタ出力端子５８ｂを介して同じく温度制御装置４１へと出力される。
【００３０】
そして、温度制御装置４１では、前記サーミスタ５２によって測定された温度をサーモパイル５１ａの冷接点温度とみなし、これに応じて前記サーモパイル５１ａで測定された温度を補正し、実際の温度を特定する。
そして、温度制御装置４１は、特定された温度に基づいて励磁回路３４に制御信号を送出し、加熱制御（温度制御）が行われる。
【００３１】
一方、センサユニット５０は、図４に示すように、加熱装置３０が発生する変動磁界（磁場）Ｈの影響下にある。
ところが、本実施の形態では、ユニットケース５３は、定着ベルト２１からの輻射熱によって加熱されるが、電磁誘導発熱しない素材にて構成されているため、磁場の影響を受けて、例えば缶状筐体５５に渦電流は流れても発熱することはない。
このため、ユニットケース５３が電磁誘導発熱し、これに伴って、サーモパイルチップ５１やサーミスタ５２が過剰発熱することはない。
【００３２】
このことを確認するために、本実施の形態モデルと、本実施の形態において、ユニットケース５３の缶状筐体５５の素材を銅板（非磁性で電磁誘導発熱しない素材）から鉄板（磁性で電磁誘導発熱する素材）に変更した比較の形態モデルとを用い、定着ベルト２１の温度を２００℃まで上昇させた際のセンサユニット５０の外部温度の変化状態を調べたところ、図６に示すような結果が得られた。
同図によれば、ユニットケース５３を電磁誘導発熱しない素材で構成した態様の方が、電磁誘導発熱する素材で構成した態様に比べてユニットケース自体の温度上昇が少ないことが確認される。
【００３３】
この結果、サーモパイルチップ５１の冷接点及び温度補償用サーミスタ５２はほとんど加熱されず、室温程度の温度で安定した状態になる。
これにより、本実施の形態では、サーモパイルチップ５１の冷接点と温度補償用サーミスタ５２との間の温度差を小さくすることができるため、温度制御装置４１で求められる定着ベルト２１の温度誤差を小さくすることが可能となる。
それゆえ、本実施の形態では、加熱装置３０の磁場の影響下に温度検知装置４０を配設したとしても、正確な温度検知を行うことができる。
特に、本実施の形態において、例えば定着温度が１００℃以内で収まる低融点トナーを使用するような場合には、定着ベルト２１の表面温度が高々１００℃程度であるから、定着ベルト２１から放出される輻射熱の影響も少なく、サーモパイルチップ５１の冷接点及び温度補償用サーミスタ５２は室温程度の温度で確実に安定し、温度検知装置４０により更に正確な温度検知が行われる。
【００３４】
◎実施の形態２
図７は本実施の形態２に係る温度検知装置の一部破断斜視図である。
同図において、温度検知装置の基本的構成は、実施の形態１と略同様であるが、本実施の形態に係る温度検知装置の基本的構成は、実施の形態１と同様であるが、実施の形態１と異なり、缶状筐体５５のうち、温度補償用サーミスタ５２の近傍となる部位には、電磁誘導によって発熱する電磁誘導発熱層６０が設けられている。
この電磁誘導発熱層６０としては、例えば１０μｍの銅箔や例えば５０μｍのニッケル箔などをエポキシ樹脂などを用いて貼り付けたり、また、缶状筐体５５の一部に凹部や切り込みを設けて、電磁誘導発熱する磁性材料（例えば鉄）を埋め込んだり、嵌め込むなど適宜選定することができる。
尚、実施の形態１と同様な構成要素については実施形態１と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る温度検知装置の作動について説明する。
本実施の形態において、温度検知装置４０は、実施の形態１と略同様な温度検知動作を行う。
このとき、温度検知装置４０は、実施の形態１と同様に、加熱装置３０が発生する変動磁界（磁場）Ｈの影響下にある。
このような状況下において、ユニットケース５３はもともと電磁誘導発熱しない素材にて構成されているため、実施の形態１と同様に、ユニットケース５３が電磁誘導発熱し、これに伴って、サーモパイルチップ５１やサーミスタ５２が過剰発熱することはない。
【００３６】
これに対し、センサユニット５０の電磁誘導発熱層６０は、この変動磁界Ｈ（図４参照）によって発熱し、当該部位の温度が急速に一定温度まで上昇し安定する。
すると、当該電磁誘導発熱層６０近傍にある温度補償用サーミスタ５２及びサーモパイルチップ５１の冷接点も急速に一定温度まで加熱され、安定することとなる。
これにより、ウォームアップ時など温度が不安定になる条件下においても、サーミスタ５２とサーモパイルチップ５１の冷接点との間の温度差を小さくすることができるため、温度制御装置４１で求められる定着ベルト２１の温度誤差を小さくすることが可能となる。
それゆえ、本実施の形態では、加熱装置３０の磁場の影響下に温度検知装置４０を配設することにより、正確な温度検知を行うことができる。
【００３７】
ここで、本実施の形態に係る温度検知装置４０の性能を評価するに当たり、加熱装置３０が発生する磁場の影響を受ける位置に配設した場合と磁場の影響を受けない位置に配設した場合とで、比較を行った。
結果を図８に示す。
同図において、曲線Ａは磁場の影響を受けない位置に配設した場合のサーミスタ５２の出力、曲線Ｂは磁場の影響を受けない位置に配設した場合の定着ベルト２１の表面温度演算結果、曲線Ｃは磁場の影響を受ける位置に配設した場合のサーミスタ５２の出力、曲線Ｄは磁場の影響を受ける位置に配設した場合の定着ベルト２１の表面温度演算結果である。
同図からわかるように、温度検知装置４０を磁場の影響下に配設した方が、ウォームアップ時において安定した温度制御を実行できることが把握される。
【００３８】
この点について補足すると、例えば実施の形態１において、加熱装置３０と、実施の形態１に係る温度検知装置４０とを所定距離離間して配置する場合、温度検知装置４０自身は電磁誘導加熱されることはないが、電磁誘導加熱された定着ベルト２１からの輻射熱によって加熱されることになる。
このときの温度上昇速度は緩やかなものになるから、例えば電源投入時のウォームアップ時や、スリープモード（スタンバイモード）から復帰する際の再ウォームアップ時などにおいて、サーモパイルチップ５１の冷接点温度及びサーミスタ５２の測定温度がなかなか安定しない（略同一とならない）ことが起こる。
すると、この間の温度の測定精度が低下し、定着ベルト２１の実際の温度と温度検知装置４０による測定温度との間に例えば１０℃以上の差が生じてしまい、サーモパイルチップ５１及びサーミスタ５２の温度が両者共に安定する（略同一になる）まで、正確な温度の測定が困難になる懸念がある。
【００３９】
これに対し、本実施の形態では、加熱装置３０の発生する磁場の影響下に温度検知装置４０を配設した場合は、上述したとおり、サーミスタ５２及びサーモパイル５１の冷接点が電磁誘導発熱層６０の電磁誘導加熱により一定温度まで急速に補助加熱されるので、直ちにサーモパイルチップ５１及びサーミスタ５２の温度が安定する（略同一になる）状態となり、温度検知装置４０を迅速に安定温度使用域に設定することができ、その分、迅速に正確な温度検知を行うことが可能になる。
尚、例えば前記センサユニット５０を回転自在に配設すれば、電磁誘導発熱層６０の位置を回転させることができ、輻射熱の影響を小さくする点で好ましい。
【００４０】
◎実施の形態３
図９は本発明が適用された温度検知装置の実施の形態３を組み込んだ画像記録装置を示す。
同図において、この画像記録装置は、例えば二つの張架ロール７１，７２に掛け渡されて周面が周回移動する中間転写ベルト７０を備えており、この中間転写ベルト７０と対向する位置に、夫々イエロ、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像Ｔが形成せしめられる四つの作像ユニット８０（８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋ）を配設したものである。
ここで、各作像ユニット８０（８０Ｙ〜８０Ｋ）は、例えば表面に静電潜像が形成される感光体ドラム８１と、感光体ドラム８１表面を略一様に帯電する帯電装置８２と、感光体ドラム８１上にレーザ光を照射して潜像を形成する露光装置８３と、感光体ドラム８１上の潜像にトナーを選択的に転移させてトナー像Ｔを形成する現像装置８４とを備えている。
尚、符号８５は中間転写ベルト７０を挟んで感光体ドラム８１と対向するように配置され、感光体ドラム８１と中間転写ベルト７０との間に所定の転写ニップ域を形成して感光体ドラム８１上の各色トナー像Ｔを中間転写ベルト７０側に一次転写する一次転写装置（本例では一次転写ロール）である。
【００４１】
また、本実施の形態において、定着装置は、発熱可能な中間転写ベルト７０と、この中間転写ベルト７０を転写定着領域Ｘ（本例では張架ロール７２部位）前の加熱領域Ｚにて加熱する加熱装置９０と、中間転写ベルト７０の転写定着領域Ｘにて張架ロール７２に対向配置されて中間転写ベルト７０を押圧する押圧定着ロール１００とを備えている。
ここで、中間転写ベルト７０は、例えば図１０に示すように、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド等の耐熱性の高い樹脂からなる基層７０ａと、その上に積層された電磁誘導発熱層（導電層）７０ｂと、最も上層となる離型性の高いフッ素樹脂、シリコーン樹脂等の表面離型層７０ｃとの３層を基本的に備えている。
前記電磁誘導発熱層７０ｂは、電磁誘導加熱作用により自己発熱するものであれば適宜選定し得るが、例えば銅、銀、アルミニウムが挙げられるが、固有抵抗値や熱効率の点、製造容易性（エッチング処理の容易性）、更には、コストの面等を考慮すると、銅が最適である。
【００４２】
また、加熱装置９０は、例えば図９及び図１０に示すように、中間転写ベルト７０の内側に配設されており、中間転写ベルト７０の搬送方向に直交する幅方向に沿って配設される非磁性の長尺な板状の台座９１と、この台座９１内に形成される凹部の中央に配設されるフェライト等の磁性コア９２と、この磁性コア９２に巻き回されて中間転写ベルト７０の厚さ方向に向かって変動磁界Ｈを生成する励磁コイル９３とを備え、励磁回路９４にて励磁コイル９３に給電することにより変動磁界Ｈを生成し、中間転写ベルト７０の電磁誘導発熱層７０ｂに渦電流Ｉｃを生じ、電磁誘導発熱層７０ｂを発熱させるものである。
【００４３】
更に、このような定着装置において、本実施の形態では、加熱装置９０に対応する中間転写ベルト７０の外側には、中間転写ベルト７０の加熱領域Ｚの温度を検知するための温度検知装置１３０が配設されている。
すなわち、本実施の形態は、実施の形態１とは異なり、加熱装置９０と温度検知装置１３０とが中間転写ベルト７０を挟んで別々に配設されるようになっている。
但し、温度検知装置１３０が加熱装置９０が発生する変動磁界Ｈの影響下に配置されるようになっている。
また、本実施の形態において、温度検知装置１３０は、実施の形態１又は実施の形態２で説明した温度検知装置４０と同じ構成を有するものである。尚、温度検知装置１３０は実施の形態１に示すような温度制御装置に接続されて温度制御用の温度データを入力するようになっている。
更に、本実施の形態では、温度検知装置１３０の近傍には、温度検知装置１３０に向かって送風を行う冷却用ファンが設けられている。
【００４４】
次に、本実施の形態に係る定着装置及び温度検知装置の作動について説明する。
図９に示すように、各作像ユニット８０（８０Ｙ〜８０Ｋ）により、感光体ドラム８１上にそれぞれ異なる色のトナー像Ｔが形成される。
一方、中間転写ベルト７０は一定方向に循環移動しており、各作像ユニット８０の一次転写部では、一次転写装置８５により感光体ドラム８１上のトナー像Ｔが中間転写ベルト７０上に転写される。
そして、四つの作像ユニット８０からトナー像Ｔが順次転写された後、重ね合わされた四色のトナー像Ｔは中間転写ベルト７０の移動により加熱装置９０と対向する加熱領域Ｚに搬送される。
【００４５】
この加熱領域Ｚでは、中間転写ベルト７０上の四色のトナー像Ｔが、電磁誘導加熱により電磁誘導発熱層７０ｂの発熱により溶融される。
この後、溶融したトナー像Ｔは転写定着領域Ｘにて押圧定着ロール１００の押圧作用により室温の記録シートＰと圧接され、トナー像Ｔが記録シートＰに浸透して転写定着されると共に、トナー像Ｔは定着ニップ域の出口側に向かって搬送される間に冷却される。定着ニップ域の出口では、トナーの温度は充分に低くなっており、トナーの凝集力が大きいため、オフセットを生ずることなく、トナー像Ｔはそのまま略完全に記録シートＰ上に転写定着される。
【００４６】
このような定着工程において、温度検知装置１３０は中間転写ベルト７０の加熱領域Ｚでの表面温度を検知し、図示外の温度制御装置は、前記検知温度に基づいて加熱装置９０の励磁回路９４を制御するようになっている。
特に、本実施の形態では、加熱装置９０によって中間転写ベルト７０が加熱されると、中間転写ベルト７０から放射された赤外線は温度検知装置１３０に設けられたサーモパイルの検知面に照射される。
【００４７】
本実施の形態においても、温度検知装置１３０として実施の形態１又は２で説明した温度検知装置４０を用い、これを加熱装置９０の発生する変動磁界Ｈの影響下に配置することにより、実施の形態１又は２と同様に、正確な温度検知及びこれに伴う正確な温度制御を行うことが可能となる。
また、電磁誘導加熱により、温度検知装置１３０が必要以上に加熱されるような場合には、冷却用ファン１１０を作動させることにより、温度検知装置１３０を所定温度まで冷却することも可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ユニットケース内に非接触型温度センサが内蔵されたセンサユニットを磁場影響下に配設し、前記ユニットケース自体を電磁誘導発熱しない素材にて構成したので、ユニットケース自体が電磁誘導発熱する事態を回避できる。このため、前記温度センサが過剰発熱することはなく、温度センサによる温度検知動作を安定させることができ、正確な温度検知を行うことができる。
【００４９】
特に、本発明によれば、ユニットケース内に非接触型温度センサが内蔵されたセンサユニットを磁場影響下に配設し、前記ユニットケース自体を電磁誘導発熱しない素材にて構成すると共に、ユニットケースの一部に電磁誘導発熱部を具備させ、この電磁誘導発熱部を補助加熱源としてユニットケースを補助加熱するようにしたので、基本的に温度センサの過剰発熱による温度検知の誤動作を有効に防止することができるほか、ユニットケースを補助加熱することで、温度センサの周辺部温度を調整し、温度センサを安定温度使用域で使用することができ、その分、温度センサによる温度検知動作を安定させ、正確な温度検知を行うことができる。
【００５０】
更に、これらの温度検知装置を組み込んだ電磁誘導加熱装置によれば、装置構成の簡略化を図りながら、被加熱体を電磁誘導加熱でき、しかも、磁場影響下において被加熱体の温度を正確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る温度検知装置及びこれを用いた電磁誘導加熱装置の概要を示す説明図、（ｂ）は本発明で用いられるセンサユニットを示す説明図、（ｃ）は本発明で用いられるセンサユニットの別態様を示す説明図である。
【図２】実施の形態１に係る温度検知装置が組み込まれた定着装置の全体構成図である。
【図３】（ａ）は図２中、定着装置をIII方向から見た矢視図、（ｂ）はその平面説明図である。
【図４】実施の形態１における電磁誘導加熱装置、温度検知装置及び定着ベルトの相互関係を示す説明図である。
【図５】実施の形態１に係る温度検知装置の一部破断斜視図である。
【図６】磁場影響下にセンサユニットを配設したモデルにおいて、ユニットケース材料差によるセンサユニットの温度変化を示すグラフ図である。
【図７】実施の形態２に係る温度検知装置の一部破断斜視図である。
【図８】実施の形態２に係る温度検知装置の温度検知性能を示す説明図である。
【図９】実施の形態３に係る温度検知装置が組み込まれた画像形成装置の全体構成図である。
【図１０】実施の形態３における電磁誘導加熱装置、温度検知装置及び中間転写ベルトの相互関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１…被加熱体，１ｂ…電磁誘導発熱層，２…電磁誘導加熱装置，３…温度検知装置，４…センサユニット，５…ユニットケース，５ａ…ベース部材，５ｂ…缶状筐体，６…非接触型温度センサ，７…電磁誘導発熱しない素材，８…補正センサ，９…電磁誘導発熱部，１０…冷却手段，Ｈ…変動磁界[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature detection device that performs non-contact detection of the surface temperature of an object to be heated that is electromagnetically heated by an electromagnetic induction heating device, and an improvement of an electromagnetic induction heating device using the same.
[0002]
[Prior art]
In general, in an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile, a fixing device that fixes an unfixed toner image held on a recording sheet by an electrophotographic process is widely used.
In recent years, as this type of fixing device, one using an electromagnetic induction heating device has been proposed. For example, a metal layer as an electromagnetic induction heat generating layer is laminated on a fixing belt (object to be heated) pressed against a pressure roll, and an exciting coil is disposed inside the fixing belt. By applying an AC voltage to this exciting coil, a fluctuating magnetic field is generated that penetrates the electromagnetic induction heat generating layer. This fluctuating magnetic field generates eddy currents in the electromagnetic induction heat generating layer, thereby causing the electromagnetic induction heat generating layer to self-heat. The unfixed toner image on the fixing belt is heated and melted and transferred and fixed onto the recording sheet at the press contact portion between the fixing belt and the pressure roll.
[0003]
In the above-described fixing device, it is necessary to perform fixing at an appropriate temperature so as to prevent hot offset, cold offset, and the like. For this purpose, the surface temperature of the fixing belt is detected, and heating to the fixing belt is performed based on the detection result. Control is performed.
[0004]
One condition for appropriately controlling the temperature of the fixing belt is to accurately detect the surface temperature of the fixing belt. More specifically, since it becomes a problem how much heat is applied to the toner image on the recording sheet when passing through the nip region, an area of the toner image on the surface of the fixing belt (hereinafter referred to as “image area”) is contacted. It is to detect the surface temperature accurately.
[0005]
Further, as a method for measuring the surface temperature of a heated object heated by an electromagnetic induction heating device, for example, a contact type in which a sensor unit provided with a temperature sensor on a thin metal plate is brought into contact with the inner surface of a fixing belt as a heated object. Temperature detection technology (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-161445) and non-contact type temperature detection technology (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 5-161) in which a sensor unit incorporating a non-contact type temperature sensor such as a thermopile type temperature sensor is disposed away from a heated object No. 12052029) has been proposed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the contact-type temperature detection technique described above, the sensor unit is disposed in a place where it is difficult to be affected by the magnetic field, so that the temperature detection operation is not hindered by the influence of the magnetic field. As long as the sensor unit is arranged in contact with the fixing belt, which is a body, it is inevitable that the movement stability of the fixing belt will be affected.
On the other hand, in the non-contact type temperature detection device described above, the contact type temperature detection is possible in that the movement stability of the heated object can be kept good even if the heated object is movable. Better than the device.
[0007]
However, in this type of non-contact type temperature detecting device, if the sensor unit incorporating the non-contact type temperature sensor is arranged at a position spaced apart from the electromagnetic induction heating device to some extent, no particular problem occurs. Has been found that the non-contact type temperature sensor generates excessive heat, making it difficult to accurately measure the temperature when it is disposed under the influence of a magnetic field generated by an electromagnetic induction heating device.
[0008]
The present invention has been made to solve the above technical problem, and accurate temperature detection is possible even in a mode in which a non-contact temperature sensor built-in sensor unit is arranged under the influence of a magnetic field. A temperature detection device that can be performed and an electromagnetic induction heating device using the same are provided.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventor investigated the cause of the above-described technical problem (excessive heat generation of the non-contact type temperature sensor). As a result, the unit case of the sensor unit itself generated heat by electromagnetic induction. The present inventors have found out that heat has been generated and have come up with the present invention.
  That is, the present inventionBasic configuration1 (a) and 1 (b) is a temperature detection device 3 for non-contact detection of the surface temperature of the heated object 1 heated by electromagnetic induction heating 2 by the electromagnetic induction heating device 2, and in the unit case 5 The non-contact type temperature sensor 6 is incorporated in the sensor unit 4, the sensor unit 4 is disposed under the influence of the magnetic field generated by the electromagnetic induction heating device 2, and the unit case 5 itself does not generate electromagnetic induction heat. It is characterized by comprising the material 7.
  In FIG. 1, symbol H indicates a part of the varying magnetic field forming the magnetic field.
[0010]
In such technical means, the object 1 to be heated is all subject to electromagnetic induction heating, but in order to be electromagnetic induction heated, it is necessary to have at least an electromagnetic induction heating layer. .
Moreover, the electromagnetic induction heating apparatus 2 should just be equipped with the exciting coil by which the fluctuation | variation magnetic field (magnetic field) which penetrates the electromagnetic induction heating layer 1b of the to-be-heated body 1 is produced | generated at least. However, in order to increase the generation efficiency of the variable magnetic field, it is preferable to provide a magnetic core.
Here, as an application example of the electromagnetic induction heating device 2, for example, a fixing device of an image forming device, a vending machine for can beverages, an electromagnetic cooker such as a rice cooker or a cooking heater, or light emission using electromagnetic induction heating Various light sources such as a light source to be used.
[0011]
Further, the sensor unit 4 may be in a form that covers the non-contact type temperature sensor 6 with the unit case 5 and is normally fixedly set at a predetermined position. For example, when there are a plurality of temperature measurement points with respect to the heated object 1, etc. In this case, the set position may be movably provided.
Furthermore, although the sensor unit 4 itself is normally fixed at the set position, for example, when the offset side of the unit case 5 is concentratedly heated by radiant heat or the like due to the positional relationship with the heated body 1, You may make it reduce the dispersion | variation in the temperature distribution of a unit case by rotating regularly.
[0012]
Further, the configuration of the unit case 5 of the sensor unit 4 includes a wide range including a built-in non-contact type temperature sensor 6. Usually, a base member 5 a on which the temperature sensor 6 and the like are installed and an infrared transmission type optical filter are provided. And a can-like housing 5b in which is inserted.
The material 7 that does not generate electromagnetic induction includes materials that do not generate electromagnetic induction as well as materials that do not generate electromagnetic induction.
If the unit case 5 is configured by using this kind of material 7 that does not generate electromagnetic induction heat, the unit case 5 does not generate electromagnetic induction heat, so the temperature sensor 6 does not generate excessive heat, and the temperature detection operation by the temperature sensor 6 is stable. (In other words, there is no malfunction of temperature detection).
[0013]
  In particular, as a representative embodiment of the present invention,As shown in FIGS.LikeAnd a temperature detection device 3 for non-contact detection of the surface temperature of the heated object 1 heated by electromagnetic induction by the electromagnetic induction heating device 2, and a sensor unit in which a non-contact type temperature sensor 6 is built in a unit case 5. 4, the sensor unit 4 is arranged under the influence of the magnetic field generated by the electromagnetic induction heating device 2, the unit case 5 itself is made of a material that does not generate electromagnetic induction heat, and The electromagnetic induction heating part 9 is provided in the part, and the unit case 5 is auxiliary heated using the electromagnetic induction heating part 9 as an auxiliary heating source.
[0014]
This mode is a mode in which the electromagnetic induction heat generating part 9 is locally arranged in the unit case 5. Since the unit case 5 is basically composed of a material that does not generate electromagnetic induction heat, it is caused by excessive heat generation of the temperature sensor 6. A malfunction of temperature detection can be effectively prevented.
Further, in this embodiment, in addition to the above-described operation, the unit case 5 can be auxiliary heated. Therefore, the temperature around the temperature sensor 6 is adjusted so that the temperature sensor 6 can be used in the stable temperature use range. Can be used.
Moreover, the electromagnetic induction heat generating part 9 should just be provided in a part of unit case 5, and a separate part which consists of an electromagnetic induction heat generating material is affixed separately to the unit case 5, or a part of unit case 5 is cut out, and electromagnetic induction is carried out. It is selected as appropriate, such as mounting parts made of heat-generating materials.
[0015]
In such a temperature detection device, the non-contact type temperature sensor 6 may be appropriately selected as long as it can detect the surface temperature of the heated body 1 in a non-contact manner, but it is easy to handle and has high performance. From this viewpoint, it is preferable to use a thermopile type temperature sensor.
Further, in a mode in which the temperature detection performance of the non-contact type temperature sensor 6 tends to depend on the use environment temperature like a thermopile temperature sensor, the temperature sensor 6 is compensated for temperature in order to perform more accurate temperature measurement. It is preferable to provide a correction sensor 8 for this purpose.
Here, examples of the correction sensor 8 include a thermistor and a diode, but are not limited thereto, and may be appropriately selected.
[0016]
Moreover, in the aspect shown to Fig.1 (a) (c), as a preferable layout of the electromagnetic induction heat generating part 9, it is preferable that it is provided near the non-contact type temperature sensor 6 in the unit case 5 peripheral wall.
According to this aspect, auxiliary heating to the temperature sensor 6 can be effectively realized, the temperature around the temperature sensor 6 can be adjusted quickly, and the temperature sensor 6 can be used quickly in the stable temperature use range.
[0017]
Furthermore, although the degree of temperature rise of the unit case 5 differs depending on the distance from the heated body 1 and the like in the sensor unit 4, as a countermeasure when the temperature of the unit case 5 rises excessively, a virtual line is shown in FIG. Thus, it is preferable to provide the cooling means 10 for cooling the unit case 5.
[0018]
Moreover, this invention makes object not only the temperature detection apparatus 3 but the electromagnetic induction heating apparatus 2 incorporating the temperature detection apparatus 3 mentioned above.
In this case, the electromagnetic induction heating device 2 with the temperature detection device 3 can be manufactured and sold as a package, and the device configuration can be simplified.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
Embodiment 1
  FIG. 2 illustrates the present invention.Basic configuration ( See paragraph [0009] )1 shows an overall configuration of a fixing device incorporating a first embodiment of a temperature detection device to which is applied.
  In the drawing, a fixing device 20 has a tube-shaped fixing belt 21 and a pressure roll 22 arranged in pressure contact with each other, and the fixing belt 21 corresponding to the fixing nip region between the fixing belt 21 and the pressure roll 22 is elastic. A pad 23 (an embodiment in which an elastic layer 23b is provided on a support holder 23a having a small heat capacity) is disposed.
  Further, the pressure roll 22 is driven by a drive source (not shown), and the fixing belt 21 is driven to rotate by the driving force from the pressure roll 22.
  Reference numeral 25 denotes a metal roll attached to the surface of the pressure roll 22 so as to keep the axial temperature of the pressure roll 22 uniform and to function as a cleaning member for cleaning the surface of the pressure roll 22. It has become. Reference numeral 26 denotes a recording sheet carrying an unfixed toner image.
[0020]
In the present embodiment, as the fixing belt 21, for example, as shown in FIG. 2, a base layer 21a made of a sheet member having high heat resistance, and an electromagnetic induction heat generating layer (conductive layer) 21b laminated thereon, It is preferable to basically include three layers, the uppermost surface release layer 21c.
Here, as the base layer 21a, a resin having high heat resistance typified by polyimide, polyamide, polyimide amide or the like is used. For example, a layer having a thickness of 20 to 80 μm is used.
[0021]
The electromagnetic induction heating layer 21b can be appropriately selected as long as it can self-heat by electromagnetic induction heating action. In this embodiment, for example, the thickness of the electromagnetic induction heating layer 21b is 1 μm to 20 μm. The specific resistance value is 2.7 × 10^-8A material that is made of an electrically conductive material having a resistance of Ωm or less and generates heat due to eddy current loss is used.
Examples of the electromagnetic induction heat generating layer 21b include copper, silver, aluminum, or a heat-resistant organic conductor corresponding thereto.
In particular, copper is optimal in consideration of the specific resistance value and thermal efficiency, the ease of manufacture as the electromagnetic induction heat generating layer 21b (ease of etching processing, etc.), and the cost.
[0022]
Further, the surface release layer 21c is preferably a highly releasable sheet or coat layer, for example, fluororesin, silicone resin, fluorosilicone rubber, fluororubber, silicone rubber, PFA, PTFE, FEP, etc. are used. It is done. In particular, in the case where the material of the surface release layer 21c is made of an elastic material, it is preferable that the image is less deteriorated and the image gloss is uniform because it adheres in a state of wrapping the toner.
An intermediate layer (not shown) such as an elastic layer or a resistance adjustment layer may be interposed between the surface release layer 21c and the electromagnetic induction heat generating layer 21b.
[0023]
Further, a heating device (electromagnetic induction heating device) 30 for causing the fixing belt 21 to generate heat by electromagnetic induction is disposed outside a portion opposite to the fixing nip region of the fixing belt 21.
In the present embodiment, the heating device 30 is disposed outside the fixing belt 21 with a shape corresponding to the curved shape of the fixing belt 21, as shown in FIGS. A non-magnetic long plate-like pedestal 31 disposed along the width direction orthogonal to the conveying direction of the fixing belt 21 and a ferrite or the like disposed in the center of the recess formed in the pedestal 31. A magnetic core 32 and a track race-like excitation coil 33 that is wound around the magnetic core 32 and generates a variable magnetic field in the thickness direction of the fixing belt 21 are provided. The excitation circuit 34 supplies power to the excitation coil 33. By doing so, for example, as shown in FIG. 4, a variable magnetic field H is generated so as to penetrate the thickness direction of the electromagnetic induction heating layer 21b of the fixing belt 21, and an eddy current Ic is generated in the electromagnetic induction heating layer 21b. Electromagnetic induction heat generation 21b is what generates heat.
[0024]
Further, in the present embodiment, a temperature detection device 40 for detecting the surface temperature of the fixing belt 21 in a non-contact manner is provided on the back side of the heating device 30. This temperature detection device 40 is shown in FIG. Thus, it arrange | positions under the magnetic field influence of the heating apparatus 30. FIG.
As shown in FIGS. 2 and 3A and 3B, the temperature detection device 40 is disposed to face the surface of the fixing belt 21 through the pedestal 31 of the heating device 30 and the through hole 35 formed in the magnetic core 32. In addition, the fixing belt 21 is inclined to obtain a distance d from the temperature measurement point on the surface of the fixing belt 21.
The temperature detecting device 40 is disposed at a position corresponding to a sheet passing area through which the recording sheet passes substantially in the center in the axial position of the fixing belt 21.
The detection data from the temperature detection device 40 is taken into the temperature control device 41. The temperature control device 41 calculates the surface temperature of the fixing belt 21, and sends a control signal to the excitation circuit 34 based on the calculation result. Then, the heating device 30 is controlled.
[0025]
FIG. 5 is a partially broken perspective view of the temperature detection device 40 used in the present embodiment.
In the figure, a temperature detection device 40 has a sensor unit 50 in which a non-contact type temperature sensor is built, and this sensor unit 50 is a thermopile as a non-contact type temperature sensor that receives infrared rays emitted from the fixing belt 21. A chip 51, a thermistor 52 as a correction sensor for compensating the temperature of the thermopile chip 51, and a unit case 53 for housing the thermopile chip 51 and the thermistor 52 are provided.
Here, the unit case 53 includes a base member (stem) 54 having a substantially hat-shaped cross section in which a flange portion is formed in the periphery, and a can-shaped housing (one end that is fitted and mounted so as to cover the base member 54). ) 55, and a through hole 56 is formed in the top portion of the can-like casing 55 facing the base member 54, and an infrared transmission filter 57 is fitted and locked in the through hole 56. Is.
The unit case 53 is filled with an inert gas such as nitrogen gas or argon gas.
[0026]
Further, the thermopile tip 51 is installed in the approximate center of the base member 54, and the thermistor 52 is installed in a portion of the base member 54 adjacent to the thermopile tip 51.
In this example, the thermopile chip 51 is a temperature measuring element including a thermopile 51a in which a large number of thermocouples joined with, for example, silicon and aluminum are connected in series, and the hot junction is an insulating thin film (not shown) having a small heat capacity. The cold junction is arranged on a silicon heat sink 51b, and the hot junction is covered with an infrared absorber (not shown).
In addition, three terminals 58 (specifically, 58a to 58c) are provided outside the base member 54, and the thermoelectric force generated in the thermopile chip 51 is output to the terminals 58a through lead wires. The thermopile output terminal, terminal 58b is a thermistor output terminal from which the voltage of the thermistor 52 is output via a lead wire, and terminal 58c is a GND terminal from which the potential of the base member 54 is output via a lead wire. These terminals 58a to 58c are connected to the temperature control device 41 (see FIG. 2).
[0027]
In particular, in the present embodiment, the unit case 53 (base member 54, can-shaped housing 55, infrared transmission film 57) is basically composed of a material that does not generate heat due to electromagnetic induction.
Here, the base member 54 is made of, for example, silicon, the can-like housing 55 is made of, for example, a thick copper plate (for example, 0.5 mm or more), and the infrared transmission filter 57 is made of, for example, silicon. It consists of a lens.
[0028]
Next, the operation of the fixing device and the temperature detection device according to the present embodiment will be described.
In FIG. 2, when a start switch (not shown) is turned on, the pressure roll 22 is rotationally driven at a predetermined timing, and the fixing belt 21 rotates following.
At this time, electromagnetic induction heating of the fixing belt 21 by the heating device 30 is started.
On the other hand, the temperature detection device 40 detects surface temperature information of the fixing belt 21, and the temperature control device 41 calculates the surface temperature of the fixing belt 21 based on the output from the temperature detection device 40, and the obtained surface temperature. For example, the exciting circuit 34 of the heating device 30 is controlled so that the surface temperature of the fixing belt 21 becomes a target temperature (for example, 180 ° C.).
[0029]
In such an operation process, the temperature detection operation by the temperature detection device 40 is as follows.
In FIG. 5, the infrared rays that have reached the portion facing the infrared transmission filter (silicon lens in this example) 57 are collected by the infrared transmission filter 57 and irradiated onto the thermopile chip 51 inside. Then, the hot junction of the thermopile 51a is heated, and a thermoelectromotive force due to the Seebeck effect is generated between the thermopile 51a and the cold junction, and this thermoelectromotive force is transferred to the temperature control device 41 (see FIG. 2) via the thermopile output terminal 58a. Is output.
On the other hand, in the thermistor 52, the electric resistance value changes according to the temperature of the base member 54, and the output is similarly output to the temperature control device 41 via the thermistor output terminal 58b.
[0030]
The temperature control device 41 regards the temperature measured by the thermistor 52 as the cold junction temperature of the thermopile 51a, corrects the temperature measured by the thermopile 51a accordingly, and specifies the actual temperature.
And the temperature control apparatus 41 sends a control signal to the excitation circuit 34 based on the specified temperature, and heating control (temperature control) is performed.
[0031]
On the other hand, the sensor unit 50 is under the influence of a variable magnetic field (magnetic field) H generated by the heating device 30, as shown in FIG.
However, in the present embodiment, the unit case 53 is heated by the radiant heat from the fixing belt 21, but is made of a material that does not generate electromagnetic induction heat. Even if an eddy current flows through 55, no heat is generated.
For this reason, the unit case 53 generates heat by electromagnetic induction, and accordingly, the thermopile chip 51 and the thermistor 52 do not generate excessive heat.
[0032]
In order to confirm this, in the present embodiment model and in the present embodiment, the material of the can-shaped casing 55 of the unit case 53 is changed from a copper plate (a nonmagnetic material that does not generate electromagnetic induction heat) to an iron plate (magnetic and electromagnetic). The change in the external temperature of the sensor unit 50 when the temperature of the fixing belt 21 was raised to 200 ° C. was examined using a comparative form model changed to a material that generates induction heat), as shown in FIG. Results were obtained.
According to the figure, it is confirmed that the temperature increase of the unit case itself is smaller in the aspect in which the unit case 53 is made of a material that does not generate electromagnetic induction heat than in the aspect that is formed of a material that generates electromagnetic induction heat.
[0033]
As a result, the cold junction of the thermopile chip 51 and the temperature compensating thermistor 52 are hardly heated and become stable at a temperature of about room temperature.
Thereby, in this embodiment, the temperature difference between the cold junction of the thermopile chip 51 and the temperature compensation thermistor 52 can be reduced, so that the temperature error of the fixing belt 21 required by the temperature control device 41 is reduced. It becomes possible to do.
Therefore, in the present embodiment, accurate temperature detection can be performed even if the temperature detection device 40 is disposed under the influence of the magnetic field of the heating device 30.
In particular, in the present embodiment, for example, when using a low-melting-point toner that can be fixed within 100 ° C., the surface temperature of the fixing belt 21 is about 100 ° C. at most. The cold junction of the thermopile chip 51 and the temperature compensation thermistor 52 are reliably stabilized at a temperature of about room temperature, and the temperature detection device 40 performs more accurate temperature detection.
[0034]
Embodiment 2
FIG. 7 is a partially broken perspective view of the temperature detection device according to the second embodiment.
In the figure, the basic configuration of the temperature detection device is substantially the same as that of the first embodiment, but the basic configuration of the temperature detection device according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment. Unlike the first embodiment, an electromagnetic induction heat generating layer 60 that generates heat by electromagnetic induction is provided in a portion of the can-shaped housing 55 in the vicinity of the temperature compensating thermistor 52.
As the electromagnetic induction heating layer 60, for example, a 10 μm copper foil or a 50 μm nickel foil or the like is pasted using an epoxy resin or the like, or a recess or cut is provided in a part of the can-shaped housing 55, A magnetic material (for example, iron) that generates electromagnetic induction heat can be appropriately selected by embedding or fitting.
Components similar to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof is omitted here.
[0035]
Next, the operation of the temperature detection device according to the present embodiment will be described.
In the present embodiment, the temperature detection device 40 performs a temperature detection operation substantially similar to that of the first embodiment.
At this time, the temperature detection device 40 is under the influence of a variable magnetic field (magnetic field) H generated by the heating device 30 as in the first embodiment.
Under such circumstances, the unit case 53 is originally made of a material that does not generate electromagnetic induction heat. Therefore, as in the first embodiment, the unit case 53 generates electromagnetic induction heat, and accordingly, the thermopile chip 51 is heated. And the thermistor 52 does not generate excessive heat.
[0036]
On the other hand, the electromagnetic induction heat generating layer 60 of the sensor unit 50 generates heat by the variable magnetic field H (see FIG. 4), and the temperature of the part rapidly rises to a constant temperature and is stabilized.
Then, the temperature-compensating thermistor 52 and the cold junction of the thermopile chip 51 in the vicinity of the electromagnetic induction heat generating layer 60 are also rapidly heated to a constant temperature and stabilized.
Accordingly, the temperature difference between the thermistor 52 and the cold junction of the thermopile tip 51 can be reduced even under conditions where the temperature becomes unstable, such as during warm-up, so that the fixing belt required by the temperature control device 41 can be obtained. Thus, the temperature error 21 can be reduced.
Therefore, in the present embodiment, accurate temperature detection can be performed by arranging the temperature detection device 40 under the influence of the magnetic field of the heating device 30.
[0037]
Here, in evaluating the performance of the temperature detection device 40 according to the present embodiment, when the heating device 30 is disposed at a position affected by the magnetic field generated by the heating device 30 and when disposed at a position not affected by the magnetic field. A comparison was made.
The results are shown in FIG.
In the figure, curve A is the output of the thermistor 52 when placed at a position not affected by the magnetic field, curve B is the surface temperature calculation result of the fixing belt 21 when placed at a position not affected by the magnetic field, Curve C is the output of the thermistor 52 when placed at a position affected by a magnetic field, and curve D is the surface temperature calculation result of the fixing belt 21 when placed at a position affected by a magnetic field.
As can be seen from the figure, it can be understood that the temperature detection device 40 can be more stably controlled during warm-up when the temperature detection device 40 is arranged under the influence of a magnetic field.
[0038]
To supplement this point, for example, in the first embodiment, when the heating device 30 and the temperature detection device 40 according to the first embodiment are arranged at a predetermined distance, the temperature detection device 40 itself is heated by electromagnetic induction. However, it is heated by radiant heat from the fixing belt 21 heated by electromagnetic induction.
Since the rate of temperature rise at this time is slow, the temperature of the cold junction of the thermopile chip 51 and the temperature at the time of warm-up at the time of power-on and re-warm-up when returning from the sleep mode (standby mode), for example, It occurs that the measured temperature of the thermistor 52 is not stable (not substantially the same).
Then, the temperature measurement accuracy during this period is lowered, and a difference of, for example, 10 ° C. or more is generated between the actual temperature of the fixing belt 21 and the temperature measured by the temperature detection device 40, and the temperature of the thermopile chip 51 and the thermistor 52 There is a concern that accurate temperature measurement will be difficult until both are stable (substantially the same).
[0039]
On the other hand, in the present embodiment, when the temperature detection device 40 is disposed under the influence of the magnetic field generated by the heating device 30, as described above, the cold junction of the thermistor 52 and the thermopile 51 is connected to the electromagnetic induction heating layer 60. As the temperature of the thermopile chip 51 and the thermistor 52 is immediately stabilized (substantially the same), the temperature detection device 40 is quickly set to the stable temperature usage range. Therefore, accurate temperature detection can be performed quickly.
For example, if the sensor unit 50 is rotatably arranged, the position of the electromagnetic induction heat generating layer 60 can be rotated, which is preferable in terms of reducing the influence of radiant heat.
[0040]
Embodiment 3
FIG. 9 shows an image recording apparatus incorporating a third embodiment of a temperature detection apparatus to which the present invention is applied.
In the figure, the image recording apparatus includes an intermediate transfer belt 70 that is stretched around two stretching rolls 71 and 72 and whose peripheral surface moves around, for example, at a position facing the intermediate transfer belt 70. Four image forming units 80 (80Y, 80M, 80C, 80K) on which toner images T of yellow, magenta, cyan, and black are formed are provided.
Here, each image forming unit 80 (80Y to 80K) includes, for example, a photosensitive drum 81 on which an electrostatic latent image is formed, a charging device 82 that charges the surface of the photosensitive drum 81 substantially uniformly, and a photosensitive unit. An exposure device 83 that forms a latent image by irradiating the body drum 81 with laser light, and a developing device 84 that selectively transfers toner to the latent image on the photoreceptor drum 81 to form a toner image T are provided. ing.
Reference numeral 85 is disposed so as to face the photosensitive drum 81 with the intermediate transfer belt 70 interposed therebetween, and a predetermined transfer nip area is formed between the photosensitive drum 81 and the intermediate transfer belt 70 so as to form the photosensitive drum 81. This is a primary transfer device (primary transfer roll in this example) that primarily transfers the upper color toner images T to the intermediate transfer belt 70 side.
[0041]
Further, in the present embodiment, the fixing device heats the intermediate transfer belt 70 capable of generating heat and the intermediate transfer belt 70 in the heating area Z in front of the transfer fixing area X (the stretch roll 72 portion in this example). A heating device 90 and a press-fixing roll 100 that presses the intermediate transfer belt 70 to be opposed to the stretching roll 72 in the transfer fixing region X of the intermediate transfer belt 70 are provided.
Here, as shown in FIG. 10, for example, the intermediate transfer belt 70 includes a base layer 70a made of a resin having high heat resistance such as polyimide, polyamide, and polyimideamide, and an electromagnetic induction heating layer (conductive layer) laminated thereon. There are basically three layers of 70b and a surface release layer 70c such as a fluororesin or silicone resin having a high release property which is the uppermost layer.
The electromagnetic induction heating layer 70b can be appropriately selected as long as it self-heats due to the electromagnetic induction heating action, and examples thereof include copper, silver, and aluminum. However, specific resistance value, thermal efficiency, ease of manufacture (etching) In view of the ease of processing) and the cost, etc., copper is optimal.
[0042]
Further, for example, as illustrated in FIGS. 9 and 10, the heating device 90 is disposed inside the intermediate transfer belt 70, and is disposed along the width direction orthogonal to the conveyance direction of the intermediate transfer belt 70. A non-magnetic long plate-like pedestal 91, a magnetic core 92 such as ferrite disposed in the center of a recess formed in the pedestal 91, and an intermediate transfer belt 70 wound around the magnetic core 92. And an exciting coil 93 that generates a varying magnetic field H in the thickness direction of the sheet. The exciting circuit 94 supplies power to the exciting coil 93 to generate the varying magnetic field H, and the electromagnetic induction heating layer 70b of the intermediate transfer belt 70 is generated. Eddy current Ic is generated in the electromagnetic induction heat generating layer 70b.
[0043]
Further, in such a fixing device, in the present embodiment, a temperature detection device 130 for detecting the temperature of the heating region Z of the intermediate transfer belt 70 is provided outside the intermediate transfer belt 70 corresponding to the heating device 90. It is arranged.
That is, in the present embodiment, unlike the first embodiment, the heating device 90 and the temperature detection device 130 are separately disposed with the intermediate transfer belt 70 interposed therebetween.
However, the temperature detection device 130 is arranged under the influence of the variable magnetic field H generated by the heating device 90.
In the present embodiment, the temperature detection device 130 has the same configuration as the temperature detection device 40 described in the first embodiment or the second embodiment. The temperature detection device 130 is connected to a temperature control device as shown in the first embodiment and inputs temperature data for temperature control.
Furthermore, in the present embodiment, a cooling fan that blows air toward the temperature detection device 130 is provided in the vicinity of the temperature detection device 130.
[0044]
Next, the operation of the fixing device and the temperature detection device according to the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 9, toner images T of different colors are formed on the photosensitive drum 81 by the respective image forming units 80 (80Y to 80K).
On the other hand, the intermediate transfer belt 70 circulates in a fixed direction, and in the primary transfer portion of each image forming unit 80, the toner image T on the photosensitive drum 81 is transferred onto the intermediate transfer belt 70 by the primary transfer device 85. The
Then, after the toner images T are sequentially transferred from the four image forming units 80, the superimposed four color toner images T are conveyed to the heating region Z facing the heating device 90 by the movement of the intermediate transfer belt 70.
[0045]
In the heating region Z, the four-color toner images T on the intermediate transfer belt 70 are melted by the heat generation of the electromagnetic induction heat generating layer 70b by electromagnetic induction heating.
Thereafter, the melted toner image T is pressed against the recording sheet P at room temperature by the pressing action of the pressure fixing roll 100 in the transfer fixing region X, and the toner image T penetrates the recording sheet P to be transferred and fixed. The image T is cooled while being conveyed toward the exit side of the fixing nip area. At the exit of the fixing nip area, the toner temperature is sufficiently low and the toner cohesive force is large, so that the toner image T is transferred and fixed on the recording sheet P almost completely without causing an offset.
[0046]
In such a fixing process, the temperature detection device 130 detects the surface temperature of the intermediate transfer belt 70 in the heating region Z, and the temperature control device (not shown) uses the excitation circuit 94 of the heating device 90 based on the detected temperature. It comes to control.
In particular, in the present embodiment, when the intermediate transfer belt 70 is heated by the heating device 90, infrared rays emitted from the intermediate transfer belt 70 are applied to the thermopile detection surface provided in the temperature detection device 130.
[0047]
Also in the present embodiment, the temperature detection device 40 described in the first or second embodiment is used as the temperature detection device 130, and this is arranged under the influence of the variable magnetic field H generated by the heating device 90. As in Embodiment 1 or 2, it is possible to perform accurate temperature detection and accurate temperature control associated therewith.
Further, when the temperature detection device 130 is heated more than necessary by electromagnetic induction heating, the temperature detection device 130 can be cooled to a predetermined temperature by operating the cooling fan 110.
[0048]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, the sensor unit in which the non-contact type temperature sensor is built in the unit case is disposed under the influence of the magnetic field, and the unit case itself is made of a material that does not generate electromagnetic induction heat. Therefore, it is possible to avoid the situation where the unit case itself generates electromagnetic induction heat.The For this reason,The temperature sensor does not generate excessive heat, the temperature detection operation by the temperature sensor can be stabilized, and accurate temperature detection can be performed.
[0049]
  In particular, the present inventionAccording to the above, a sensor unit having a non-contact type temperature sensor built in a unit case is arranged under the influence of a magnetic field, the unit case itself is made of a material that does not generate electromagnetic induction heat, and is formed in a part of the unit case. Since the electromagnetic induction heat generating part is provided and the unit case is auxiliary heated using the electromagnetic induction heat generating part as an auxiliary heating source, it is possible to effectively prevent malfunction of temperature detection due to excessive heat generation of the temperature sensor basically. In addition, by auxiliary heating the unit case, the temperature around the temperature sensor can be adjusted, and the temperature sensor can be used in the stable temperature usage range. Temperature detection can be performed.
[0050]
Furthermore, according to the electromagnetic induction heating device incorporating these temperature detection devices, the heated object can be heated by electromagnetic induction while simplifying the device configuration, and the temperature of the heated object can be accurately adjusted under the influence of a magnetic field. Can be detected.
[Brief description of the drawings]
1A is an explanatory diagram showing an outline of a temperature detection device and an electromagnetic induction heating device using the same according to the present invention, FIG. 1B is an explanatory diagram showing a sensor unit used in the present invention, and FIG. These are explanatory drawings which show another aspect of the sensor unit used by this invention.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a fixing device in which the temperature detection device according to the first embodiment is incorporated.
3A is an arrow view of the fixing device viewed from the direction III in FIG. 2, and FIG. 3B is a plan view thereof.
4 is an explanatory diagram showing a mutual relationship among an electromagnetic induction heating device, a temperature detection device, and a fixing belt according to Embodiment 1. FIG.
FIG. 5 is a partially broken perspective view of the temperature detection device according to the first embodiment.
FIG. 6 is a graph showing the temperature change of the sensor unit due to unit case material differences in a model in which the sensor unit is arranged under the influence of a magnetic field.
FIG. 7 is a partially cutaway perspective view of a temperature detection device according to a second embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing temperature detection performance of the temperature detection device according to the second embodiment.
FIG. 9 is an overall configuration diagram of an image forming apparatus in which a temperature detection device according to a third embodiment is incorporated.
10 is an explanatory diagram showing the interrelationship between an electromagnetic induction heating device, a temperature detection device, and an intermediate transfer belt in Embodiment 3. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heated object, 1b ... Electromagnetic induction heating layer, 2 ... Electromagnetic induction heating device, 3 ... Temperature detection device, 4 ... Sensor unit, 5 ... Unit case, 5a ... Base member, 5b ... Can-shaped housing, 6 ... Non-contact type temperature sensor, 7 ... Material that does not generate electromagnetic induction heat, 8 ... Correction sensor, 9 ... Electromagnetic induction heating part, 10 ... Cooling means, H ... Variable magnetic field

Claims

A temperature detection device for non-contact detection of the surface temperature of an object to be heated that is electromagnetically heated by an electromagnetic induction heating device,
It has a sensor unit with a non-contact temperature sensor built in the unit case,
While arranging the sensor unit under the influence of the magnetic field generated by the electromagnetic induction heating device,
The unit case itself is made of a material that does not generate electromagnetic induction heat,
Furthermore, a temperature detection device characterized in that an electromagnetic induction heat generating part is provided in a part of the unit case, and the unit case is auxiliary heated using the electromagnetic induction heat generating part as an auxiliary heating source.

The temperature detection device according to claim 1 ,
The sensor unit includes a thermopile type temperature sensor as a non-contact type temperature sensor.

The temperature detection device according to claim 1 ,
The sensor unit includes a non-contact temperature sensor and a correction sensor for compensating temperature of the non-contact temperature sensor.

The temperature detection device according to claim 1 ,
An electromagnetic induction heat generating part is provided in the unit case peripheral wall near the non-contact type temperature sensor.

The temperature detection device according to claim 1,
Furthermore, the temperature detection apparatus provided with the cooling means which cools the unit case of a sensor unit.

An electromagnetic induction heating device in which the temperature detection device according to any one of claims 1 to 5 is incorporated.