JP2005353460A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱体の温度異常を高精度に検知して加熱体を安全に加熱する。
【解決手段】 高温異常検知回路３０において、差動増幅回路２０の出力である差動出力Ｖａｍｐが、補償温度に応じた閾値電圧Ｖｏ３（オペアンプＯＰ４の出力電圧）を超えたときは、トランジスタＴＲ１はオンになる。トランジスタＴＲ１がオンになると、リレー動作回路９０のＭＯＳＦＥＴ９１はオフ、リレー１００はオフになり、そして加熱ランプもオフになる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、加熱装置に係り、例えば、用紙にトナー像を熱定着させる画像形成装置に用いて好適な加熱装置に関する。

従来、トナー像を熱定着するレーザプリンタでは、加熱ロールが過度に加熱されないようにするための様々な技術が提案されている。特許文献１には、サーミスタ型非接触温度検知デバイスを使用した際にハードウェアのみで過昇温を検知する温度検知方法が開示されている。

この温度検知方法では、加熱手段からの赤外線を吸収するフィルムと、フィルムの温度を検知する赤外線検知用サーミスタ素子と、フィルムを保持する保持体の温度を検知する温度補償用サーミスタ素子とからなる非接触温度検知手段が用いられている。

そして、検出回路が前記赤外線検知用サーミスタ素子と一つもしくは複数の抵抗素子の直列回路の第１の出力電圧と、前記温度補償用サーミスタ素子と一つもしくは複数の抵抗素子の直列回路の第２の出力電圧を持ち、加熱手段がある所定の温度の時に、第１の出力電圧と第２の出力電圧の差分を出力した第３の出力電圧が略一定となるように構成している。これにより、第３の出力電圧により前記加熱手段の温度を検出している。
特開２００３−３０２２８８号公報

特許文献１では、異常検知を優先して温度検知回路が構成されている。このため、温度に対する出力変化（ΔＶ／ΔＴ）が小さくなってしまい、分解能が小さくなっている。また、温度検知回路を構成する部品点数が多くなってしまい、累積公差が大きくなっている。これらの理由により、特許文献１の温度検知方法では、温度検知精度が大きく低下してしまう問題があった。

本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、加熱体の温度異常を高精度に検知して加熱体を安全に加熱することができる加熱装置を提供することを目的とする。

本発明に係る加熱装置は、加熱体を加熱する加熱手段と、前記加熱体から離間して配置され、前記加熱体から放射される赤外線によって温度が変化する赤外線吸収体の温度を検知温度として検知する検知素子と、センサ内部または近傍の温度を補償温度として検知する補償素子と、を有する非接触温度センサと、前記補償素子から出力された補償電圧と、前記検知素子から出力された検知電圧と前記補償電圧との差動である差動電圧と、の少なくとも１つに基づいて、前記加熱体の高温異常を検知する高温異常検知手段と、前記高温異常検知手段により前記加熱体の高温異常が検知されたときに、前記加熱手段の加熱を停止する加熱停止手段と、を備えている。

加熱体は、ロール、フィルム、ベルト、その他のものでもよく、特に限定されるものではない。加熱手段は、加熱体を加熱するものであれば限定されるものではない。

非接触温度センサは、前記加熱体に接触することなく離間して配置され、検知素子及び補償素子を有している。検知素子は、加熱体の放射熱に応じた検知温度を検知する。補償素子は、加熱体の放射熱に影響されない、センサ内部または近傍の補償温度を検知する。

高温異常検知手段は、補償素子から出力された補償電圧と、検知素子から出力された検知電圧と前記補償電圧との差動である差動電圧と、の少なくとも１つに基づいて、加熱体の高温異常を検知する。ここで、差動電圧は、補償電圧及び検知電圧の差動を所定数倍に増幅したものも含まれる。これにより、高温異常検知手段は、非接触温度センサの温度検知精度を有効に活用しつつ、補償電圧や差動電圧を用いることで、加熱体が高温異常であるか否かを２方面から監視できる。そして、加熱停止手段は、加熱体の高温異常が検知されたときは、強制的に加熱手段の加熱を停止する。

高温異常検知手段は、補償電圧及び差動電圧の少なくとも１つが所定の閾値をこえたときに高温異常を検知してもよい。また、高温異常検知手段は、差動電圧が補償電圧に応じて決定される閾値を超えたときに高温異常を検知してもよい。ここで、閾値は、例えば、補償電圧及び差動電圧の関数で表してもよいし、線形特性を有するものでもよい。

加熱装置は、前記補償素子から出力された補償電圧と、前記検知素子から出力された検知電圧と、を少なくとも用いて、前記加熱手段の加熱温度を制御する加熱温度制御手段を更に備えてもよい。これにより、加熱装置は、加熱温度制御手段と高温異常検知手段とを別個に設けているため、加熱温度制御手段に故障等の問題が生じても、高温異常を確実に検知して、安全に加熱体を加熱することができる。

また、加熱装置は、前記加熱停止手段による加熱停止状態を保持する保持手段を更に備えてもよい。これにより、安全が確認される前に加熱停止状態から元の状態に戻るのを防ぐことができる。

加熱温度制御手段は、補償温度が所定温度以上であり、かつ、閾値を補償温度で微分した値が、高温異常を表す温度特性を補償温度で微分した値よりも大きくなったときに、加熱手段の加熱を停止するように制御してもよい。

加熱温度制御手段は、補償素子から出力された補償電圧と、検知素子から出力された検知電圧と、補償電圧と検知電圧の差動である差動電圧と、に基づいて、高温異常検知手段の故障の有無を判定してもよい。さらに、加熱温度制御手段は、高温異常検知手段に故障があると判定したときに、加熱手段の加熱を停止するように制御するとよい。

本発明に係る加熱装置は、非接触温度センサの補償素子から出力された補償電圧と、非接触温度センサの検知素子から出力された検知電圧と前記補償電圧との差動である差動電圧と、の少なくとも１つに基づいて、加熱体の高温異常を検知し、加熱体の高温異常が検知されたときに加熱手段の加熱を停止することにより、非接触温度センサの温度検知精度を有効に活用して加熱体の高温異常を検知できるので、加熱体を安全に加熱することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る加熱装置の要部を示す断面図である。加熱装置は、画像形成装置の定着器（Ｆｕｓｅｒ）１内に設けられた加熱ロール２の温度を非接触温度センサ（ＮＣセンサ）１０で検知して、加熱ロール２内の加熱ランプ３を制御する。これにより、加熱ロール２は、用紙上の未定着のトナー像を加熱して、その用紙に定着させることができる。

ＮＣセンサ１０は、画像形成装置の通紙範囲内に配置されている。図１では、６５０Ｗ及び８３５Ｗの発熱エネルギーを得る加熱ランプ３を例示しているが、いずれか一方でもよい。なお、８３５Ｗの加熱ランプ３は、６５０Ｗの加熱ランプ３に比べて、その加熱範囲が加熱ロール２の軸方向に長くなるように構成されたものである。

加熱ランプ３は、加熱ロール２の回転軸からＮＣセンサ１０への方向であって、加熱ロール２の回転軸からＮＣセンサ１０寄りに４ｍｍずれた位置に配置されている。ここで４ｍｍずれた位置に配置するのは、加熱ロール２の周方向位置において、最も温度が高くなる部分をＮＣセンサ１０でモニターすることで、より早く高温異常を検知するためであり、そのずれ量は限定されるものではなく、また当然、ずれ量が０であっても良い。

なお、加熱ランプ３が複数あるとき、ＮＣセンサ１０から離れた加熱ロール２端部の位置で、その単位長さ当たりの発熱エネルギーが最も高い加熱ランプ３を、ＮＣセンサ１０寄りに配置するとよい。これにより、ＮＣセンサ１０から離れた位置において、加熱ロール２を最も高温にしやすい加熱ランプ３による影響を確実に検知できるので、安全に加熱ロール２を加熱することができる。

なお、加熱ランプ３の加熱対象は、本実施形態では加熱ロール２を例に挙げているが、その他、ベルトやフィルムであってもよい。また、加熱ロール２を加熱するヒータとして、本実施形態では、加熱ランプ（クオーツランプ）３を例に挙げるが、その他のものであってもよい。

図２は、本発明の実施の形態に係る加熱装置の回路構成を示す図である。

加熱装置は、温度測定対象である加熱ロールに接触しない状態でその温度を検知する非接触温度センサ１０と、差動出力Ｖａｍｐを求める差動増幅回路２０と、加熱ロールの高温異常を検知する高温異常検知回路３０、４０、５０、６０と、所定の状態を保持するラッチ回路７０と、電源投入時にラッチ回路７０をリセットするリセット回路８０と、リレー１００を動作させるリレー動作回路９０、加熱ロールを加熱する加熱ランプのオン／オフを行うリレー１００と、各回路から出力された電圧値に基づいて所定の処理を行うＣＰＵ１１０と、を備えている。

なお、図示しないが、ＣＰＵ１１０は、アナログ信号入力端子（Ｖｄ、Ｖａｍｐ、Ｖｃ）に入力された電圧をアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換するＡ／Ｄ変換器と、演算結果をＤ／Ａ変換してアナログ信号出力端子（Ｉ／Ｏ）を介して出力するＤ／Ａ変換器と、を有している。

ＮＣセンサ１０は、図示しない筐体と、筐体に支持されて温度測定対象からの赤外線を吸収して温度が変化する図示しないフィルム状吸収体と、フィルム状吸収体の温度を第１の温度（検知温度）として検知する検知素子１１と、筐体温度または筐体周辺温度または筐体内部の中空部の温度を第２の温度（補償温度）として検知する補償素子１２と、を有している。

このようなＮＣセンサ１０の構成により、検知素子１１は、温度測定対象から放射された赤外線によって温度が変化するフィルム状吸収体の温度を検知する。一方、補償素子１２は、温度測定対象から放射される赤外線の影響を受けることなく、センサ内部の温度である補償温度を検知できる。

ここで、検知素子１１及び補償素子１２の内部抵抗は、温度上昇に応じて小さくなる、負の温度依存特性を有している。検知素子１１及び補償素子１２の一方の端子は接地されている。検知素子１１の他方の端子（出力端子）には、差動増幅回路２０の抵抗Ｒ５を介して電圧Ｖｒｅｆ（例えば３．３［Ｖ］）が印加されている。なお、検知素子１１の出力端子の電圧をＶｄとする。また、補償素子１２の他方の端子（出力端子）には、差動増幅回路２０の抵抗Ｒ６を介して電圧Ｖｒｅｆが印加されている。補償素子１２の出力端子の電圧をＶｃとする。

（ＮＣセンサ１０による検知原理）
図３は、ＮＣセンサ１０の検知素子１１及び補償素子１２の検知結果に基づいて加熱ロールの温度を検出できる原理を説明するための回路構成を示す図である。なお、抵抗Ｒ及びＣＰＵ２００は、図２と異なるものとする。

検知素子１１及び補償素子１２の抵抗値は、上記のように負の温度依存特性を有する。ＣＰＵ２００は、加熱ロールからの輻射熱で検知素子１１及び補償素子１２の温度が変化するに従って、検知素子１１及び補償素子１２の電圧値を逐次読み取り、これらの電圧値に基づいて加熱ロールの温度を求める。

検知素子１１の出力電圧を検知電圧Ｖｄ、補償素子１２の出力電圧を補償電圧Ｖｃ、増幅器２１０の出力電圧を差動出力Ｖａｍｐとする。補償電圧Ｖｃ、差動出力ＶａｍｐのそれぞれのＡ／Ｄ変換値をそれぞれＡＤｃ、ＡＤａｍｐとすると、次の式（１）及び（２）が成り立つ（なお、Ａ／Ｄ変換精度を１０ビット（＝１０２４）とした。）。

これらの電圧値から、補償素子１２の抵抗値ｒ_C、検知素子１１の抵抗値ｒ_dは次の式（３）及び（４）になる。

なお、αはアンプ倍率であり、式（５）を満たす。

上記の抵抗値から、補償素子１２の補償温度Ｔｃ、検知素子１１の検知温度Ｔｄは、以下の式（６）及び式（７）のように計算できる。

なお、ｒ₀［ｋΩ］、Ｂ［Ｋ］は素子の特性値である。検知素子１１及び補償素子１２の温度より、加熱ロールの温度Ｔ_ROLLは、論理的に式（８）によって求められる。なお、Ｆ［Ｋ^-3］は、ＮＣセンサ１０の視野（形状）によって決まる比例定数である。

以上のように、ＣＰＵ２００は、ＮＣセンサ１０の検知素子１１及び補償素子１２で検知された温度に基づいて、加熱ロールの温度を検知することができる。

（加熱装置の回路構成）
図２に示す差動増幅回路２０は、オペアンプＯＰ１及びオペアンプＯＰ２を有している。オペアンプＯＰ１の反転入力端子は、抵抗ｒ１を介して接地されている。また、上記反転入力端子は、抵抗ｒ２を介して、出力端子に接続されている。ＯＰ１の非反転入力端子は、検知素子１１の出力端子（Ｖｄライン）に接続されている。

オペアンプＯＰ２の反転入力端子は、抵抗ｒ３を介してオペアンプＯＰ１の出力端子に接続されており、さらに、抵抗ｒ４を介して自身の出力端子に接続されている。オペアンプＯＰ２の非反転入力端子は、補償素子１２の出力端子（Ｖｃライン）に接続されている。

これにより、差動増幅回路２０から出力される差動出力Ｖａｍｐは、電圧Ｖｃと電圧Ｖｄとの差動に応じた値（差動の所定数倍）の電圧になる。

また、差動出力Ｖａｍｐについては、式（９）の条件がある。

本実施形態では、差動出力Ｖａｍｐの最大は具体的には３．３［Ｖ］とする。

（高温異常検知回路の構成）
高温異常検知回路３０、４０、５０、６０は、差動出力Ｖａｍｐ、補償出力Ｖｃの少なくとも１つに基づいて、加熱ロールが高温異常になったことを検知できる。

図４は、高温異常を判定するための閾値電圧Ｖｏを示す図である。各閾値電圧Ｖｏは、本実施形態では、
閾値電圧Ｖｏ１：Ｖａｍｐ＝ａ・Ｖｃ
閾値電圧Ｖｏ２：Ｖａｍｐ＝ｂ
閾値電圧Ｖｏ３：Ｖａｍｐ＝ｃ・（Ｖｒｅｆ−Ｖｃ）
閾値電圧Ｖｏ４：Ｖｃ＝ｄ
であり、線形特性を有している。

閾値電圧Ｖｏ１は、補償温度が比較的高い場合において、補償温度に応じた高温異常検知境界を表す差動出力Ｖａｍｐである。閾値電圧Ｖｏ３は、補償温度が比較的低い場合において、補償温度に応じた高温異常検知境界を表す差動出力Ｖａｍｐである。閾値電圧Ｖｏ４は、補償温度が比較的低い場合において、高温異常検知境界を表す補償出力Ｖｃである。閾値電圧Ｖｏ２は、補償温度が閾値電圧Ｖｏ１と閾値電圧Ｖｏ３、Ｖｏ４との間の場合において、補償温度に影響されることなく、高温異常検知境界を表す差動出力Ｖａｍｐである。

ここで、高温異常検知回路３０は閾値電圧Ｖｏ３、高温異常検知回路４０は閾値電圧Ｖｏ１、高温異常検知回路５０は閾値電圧Ｖｏ２、高温異常検知回路６０は閾値電圧Ｖｏ４を用いて、加熱ロール２の高温異常を検知する。

なお、加熱ロール２の高温異常を検知するために閾値電圧Ｖｏ１〜Ｖｏ４のいずれを用いるか（高温異常検知回路３０、４０、５０、６０のいずれを設けるか）は限定されるものではなく、任意である。

（高温異常検知回路３０）
高温異常検知回路３０は、バッファとして機能するオペアンプＯＰ３と、閾値電圧Ｖｏ３を出力するオペアンプＯＰ４と、差動出力Ｖａｍｐと閾値電圧Ｖｏ３とを比較するコンパレータＣＯＭ１と、コンパレータＣＯＭ１の比較結果に応じてオン／オフするトランジスタＴＲ１と、を有している。

オペアンプＯＰ４の反転入力端子は、抵抗Ｒ１及びオペアンプＯＰ３を介して、Ｖｃラインに接続されると共に、抵抗Ｒ２を介して出力端子に接続されている。オペアンプＯＰ４の非反転入力端子は、抵抗Ｒ２’を介して接地されていると共に、抵抗Ｒ１’を介して電圧Ｖｒｅｆが印加される。なお、抵抗値については、Ｒ１＝Ｒ１’、Ｒ２＝Ｒ２’である。これにより、オペアンプＯＰ４は、式（１０）の閾値電圧Ｖｏ３を出力する。

コンパレータＣＯＭ１は、閾値電圧Ｖｏ３と差動出力Ｖａｍｐとを比較して、差動出力Ｖａｍｐが閾値電圧Ｖｏ３を超えたときにＨ信号を出力し、差動出力Ｖａｍｐが閾値電圧Ｖｏ３を超えていないときにＬ信号を出力する。トランジスタＴＲ１は、コンパレータＣＯＭ１の出力結果に応じてオン／オフされ、コンパレータＣＯＭ１がＨ信号を出力したときにオンになり、Ｌ信号を出力したときにオフになる。

したがって、差動出力Ｖａｍｐが補償温度に応じた閾値電圧Ｖｏ３を超えたときは、トランジスタＴＲ１はオンになる。差動出力Ｖａｍｐが補償温度に応じた閾値電圧Ｖｏ３を超えていないときは、トランジスタＴＲ１はオフになる。

なお、トランジスタＴＲ１のコレクタは、ラッチ回路７０を介して、リレー動作回路９０のＭＯＳＦＥＴ９１のゲートに接続されている。トランジスタＴＲ１のエミッタは接地されている。トランジスタＴＲ１のコレクタには、抵抗を介して電圧Ｖｒｅｆが印加されている。高温異常検知回路４０、５０、６０の各トランジスタＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４も、トランジスタＴＲ１と同様に、ラッチ回路７０及びリレー動作回路９０に接続されている。

図５は、閾値電圧Ｖｏ３の設定可能範囲を説明するための図である。高温異常検知回路３０は、次の範囲内で閾値電圧Ｖｏ３を設定できる。なお、差動出力Ｖａｍｐ及び補償出力Ｖｃは共に０〜３．３［Ｖ］であるとする。

補償出力Ｖｃの最大値は３．３［Ｖ］であるので、式（１０）は補償出力Ｖｃ軸上の（３．３，０）を通ることを前提とする。このときＶｒｅｆ＝３．３［Ｖ］とすると、式（１０）の切片はＤ＝３．３（Ｒ２／Ｒ１）となる。切片Ｄについては、式（１１）の条件を満たす必要がある。

ただし、Ｖｒは別途用意する必要がある電圧である。

（高温異常検知回路４０）
高温異常検知回路４０は、バッファとして機能するオペアンプＯＰ５と、閾値電圧Ｖｏ１を出力するオペアンプＯＰ６と、差動出力Ｖａｍｐと閾値電圧Ｖｏ１とを比較するコンパレータＣＯＭ２と、コンパレータＣＯＭ２の比較結果に応じてオン／オフするトランジスタＴＲ２と、を有している。

オペアンプＯＰ６の反転入力端子は、抵抗Ｒ３を介して接地されていると共に、抵抗Ｒ４を介して自身の出力端子に接続されている。オペアンプＯＰ６の非反転有力端子は、抵抗Ｒ３’及びオペアンプＯＰ５を介して、Ｖｃラインに接続されている。また、上記非反転入力端子は、抵抗Ｒ４’を介して接地されている。なお、抵抗値については、Ｒ３＝Ｒ３’、Ｒ４＝Ｒ４’である。これにより、オペアンプＯＰ６は、式（１２）の閾値電圧Ｖｏ１を出力する。

コンパレータＣＯＭ２及びトランジスタＴＲ２の動作は、高温異常検知回路３０と同様である。よって、差動出力Ｖａｍｐが補償温度に応じた閾値電圧Ｖｏ１を超えたときは、トランジスタＴＲ２はオンになる。差動出力Ｖａｍｐが補償温度に応じた閾値電圧Ｖｏ１を超えていないときは、トランジスタＴＲ２はオフになる。

図６は、閾値電圧Ｖｏ１の設定可能範囲を説明するための図である。高温異常検知回路４０は、次の範囲内で閾値電圧Ｖｏ１を設定できる。

補償出力Ｖｃの最小値は０［Ｖ］であるので、式（１２）は原点を通ることを前提とする。ただし、必要に応じて式（１２）に切片Ｄを与えてもよい。切片Ｄについては、式（１３）の条件を満たす必要がある。

ただし、Ｖｒは別途用意する必要がある電圧である。

（高温異常検知回路５０、６０）
高温異常検知回路５０は、差動出力Ｖａｍｐと閾値電圧Ｖｏ２（＝［Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６）］・Ｖｒｅｆ）とを比較するコンパレータＣＯＭ３と、コンパレータＣＯＭ３の比較結果に応じてオン／オフするトランジスタＴＲ３と、を有している。

コンパレータＣＯＭ３は、差動出力Ｖａｍｐが閾値電圧Ｖｏ２を超えたときにＨ信号を出力し、差動出力Ｖａｍｐが閾値電圧Ｖｏ２を超えていないときにＬ信号を出力する。トランジスタＴＲ３は、コンパレータＣＯＭ３がＨ信号を出力したときにオンになり、Ｌ信号を出力したときにオフになる。

よって、補償出力Ｖｃにかかわらず、差動出力Ｖａｍｐが閾値電圧Ｖｏ２（一定）を超えたときはトランジスタＴＲ３はオンになり、差動出力Ｖａｍｐが閾値電圧Ｖｏ２を超えていないときはトランジスタＴＲ３はオフになる。

高温異常検知回路６０は、電圧Ｖｃと閾値電圧Ｖｏ４（＝［Ｒ８／（Ｒ７＋Ｒ８）］・Ｖｒｅｆ）とを比較するコンパレータＣＯＭ４と、コンパレータＣＯＭ４の比較結果に応じてオン／オフするトランジスタＴＲ４と、を有している。コンパレータＣＯＭ４及びトランジスタＴＲ４の動作は、高温異常検知回路５０と同様である。

よって、差動出力Ｖａｍｐにかかわらず、補償出力Ｖｃが閾値電圧Ｖｏ４（一定）を超えたときはトランジスタＴＲ４はオンになり、補償出力Ｖｃが閾値電圧Ｖｏ４を超えていないときはトランジスタＴＲ４はオフになる。

（ラッチ回路７０）
ラッチ回路７０は、高温異常検知回路３０、４０、５０、６０の検知状態に応じて、リレー動作回路９０の状態を保持する回路である。

ここで、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ４の各コレクタは、ラッチ回路７０を介して、リレー動作回路９０のＭＯＳＦＥＴ９１のゲートに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ９１のゲートは、抵抗を介してＶｒｅｆが印加されて、Ｈレベルになっている。

ラッチ回路７０は、高温異常検知回路３０、４０、５０、６０のいずれも高温異常を検出してない（トランジスタＴＲ１〜ＴＲ４のいずれもオンでない）場合は、ＭＯＳＦＥＴ９１のゲートをＨレベル（アクティブ）状態のまま維持する。また、ラッチ回路７０は、高温異常検知回路３０、４０、５０、６０のいずれかが高温異常を検出した（トランジスタＴＲ１〜ＴＲ４のいずれかがオンになった）場合は、ＭＯＳＦＥＴ９１のゲートがアースされている（Ｌレベルになっている）状態を維持する。

電源投入時は、リレー動作回路９０のＭＯＳＦＥＴ９１のゲートがアースされているため、ラッチ回路７０がこの状態を維持すると、リレー１００（加熱ランプ３）がオンにならない。そこで、リセット回路８０は、電源投入時にラッチ回路７０をリセットする。これにより、ラッチ回路７０は、リレー動作回路９０のＭＯＳＦＥＴ９１のゲートがＬレベルからＨレベルになってリレー１００がオンになった状態を維持する。

なお、ラッチ回路７０及びリセット回路８０は、上述した機能を有すれば、回路構成は特に限定されないのは勿論である。

リレー動作回路９０は、ＣＰＵ１１０によってオン／オフが制御されるトランジスタＴＲ５と、リレー１００をオン／オフするＭＯＳＦＥＴ９１とを有している。なお、ＭＯＳＦＥＴ９１に限定されるものではなく、その代わりにトランジスタを用いてもよい。トランジスタＴＲ５のコレクタは抵抗を介してＭＯＳＦＥＴ９１のゲートに接続され、そのエミッタは接地されている。ＭＯＳＦＥＴ９１のドレインはリレー１００に接続され、そのソースは接地されている。また、ＭＯＳＦＥＴ９１のゲートは、抵抗ｒ９０を介して、電圧ＶｒｅｆによってＨレベル（アクティブ）になっている。

したがって、通常、ＭＯＳＦＥＴ９１はオン、リレー１００もオンになり、加熱ランプ３もオンになる。これにより、加熱ロール２は、加熱ランプ３によって加熱される。

一方、高温異常検知回路３０、４０、５０、６０のいずれかが、上述したように高温異常を検出した場合、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ４のいずれかをオンにして、ＭＯＳＦＥＴ９１をオフにする。これにより、リレー１００はオフになり、加熱ランプ３は加熱を停止する。また、ＣＰＵ１１０は、トランジスタＴＲ５を直接オフにすることで、強制的に加熱ランプ３をオフにすることができる。

なお、ＣＰＵ１１０は、加熱ランプ３の加熱温度を制御するときは、リレー１００でなく他の図示しない回路を介して加熱ランプ３をオン／オフする。

ＣＰＵ１１０は、電圧Ｖｄ、Ｖａｍｐ、Ｖｃを常時監視し、式（１）から式（８）に基づいて検知温度Ｔｄ、補償温度Ｔｃ、及び加熱ロール２の温度Ｔ_ROLLを演算する。そして、ＣＰＵ１１０は、図示しない回路を介して、加熱ランプ３の温度を制御する。なお、ＣＰＵ１１０は、式（１）から式（８）の代わりに所定のテーブルを用いて、加熱ロール２の温度Ｔ_ROLLを求めてもよい。また、ＣＰＵ１１０は、必要に応じて、強制的にトランジスタＴＲ５をオンにして、加熱ランプ３をオフにしてもよい。

（閾値電圧Ｖｏの設定例）
以上のように構成された加熱装置は、閾値電圧Ｖｏの設定を調整することによって、様々な態様で加熱ロールの高温異常を検知して、加熱ランプ３を制御することができる。

（第１の設定例）
第１の設定例では、加熱装置は、差動出力Ｖａｍｐと閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ３とを比較することで、加熱ロール２の高温異常を検知する。

図７（Ａ）は補償出力Ｖｃに対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ３を表した図であり、（Ｂ）は補償温度に対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ３を表した図である。同図（Ｂ）は（Ａ）の補償出力を補償温度に変換したものであり、同図（Ａ）及び（Ｂ）は等価である。

ここで、Ｖｒｅｆ＝３．３Ｖ、Ｒ５＝Ｒ６＝２００ｋΩ、アンプ（差動増幅回路２０）の倍率３７倍とする。高温異常検知条件は、
閾値電圧Ｖｏ１：Ｖａｍｐ＞１．８・Ｖｃ
閾値電圧Ｖｏ２：Ｖａｍｐ＞３．０
閾値電圧Ｖｏ３：Ｖａｍｐ＞５．４・（Ｖｒｅｆ−Ｖｃ）
となる。

図７（Ａ）及び（Ｂ）には、補償出力Ｖｃ（又は補償温度）に対する差動出力Ｖａｍｐの温度特性も示している。補償出力に対する差動出力の温度特性は、０〜３８０℃のいずれにおいても、原点付近から右上がりに直線的に増加し、Ｖｃ＝２［Ｖ］付近でピークになり、その後直線的に減少する。なお、後述する図８乃至図１１も同様に上記温度特性を示している。

第１の設定例の閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ３は、加熱ロール２が２４０℃のときの温度特性にほぼ一致するように設定されている。これにより、加熱装置は、加熱ロール２が約２４０℃になると、加熱ロール２の高温異常を検知できる。

（第２の設定例）
第２の設定例では、加熱装置は、差動出力Ｖａｍｐと閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２と、さらに補償出力ＶｃとＶｏ４とを比較することで、加熱ロール２の高温異常を検知する。

図８（Ａ）は補償出力Ｖｃに対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ４を表した図であり、（Ｂ）は補償温度に対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ４を表した図である。

ここで、Ｖｒｅｆ＝３．３Ｖ、Ｒ５＝Ｒ６＝３００ｋΩ、アンプ（差動増幅回路２０）の倍率３３倍とする。高温異常検知条件は、
閾値電圧Ｖｏ１：Ｖａｍｐ＞１．８・Ｖｃ
閾値電圧Ｖｏ２：Ｖａｍｐ＞３．０
閾値電圧Ｖｏ４：Ｖｃ＞２．７６
となる。

第２の設定例の閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ４は、加熱ロール２が２４０℃のときの温度特性にほぼ一致するように設定されている。ただし、補償温度が約−１０℃以下のときは、差動出力Ｖａｍｐの値によらず異常を検知する。

（第３の設定例）
第３の設定例では、加熱装置は、差動出力Ｖａｍｐと閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ３とを比較することで、加熱ロール２の高温異常を検知する。

図９（Ａ）は補償出力Ｖｃに対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ３を表した図であり、（Ｂ）は補償温度に対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ３を表した図である。ここで、Ｖｒｅｆ＝３．３Ｖ、Ｒ５＝Ｒ６＝４００ｋΩ、アンプ（差動増幅回路２０）の倍率２４倍とする。高温異常検知条件は、
閾値電圧Ｖｏ１：Ｖａｍｐ＞１．４５・Ｖｃ
閾値電圧Ｖｏ３：Ｖａｍｐ＞２．９・（Ｖｒｅｆ−Ｖｃ）
となる。

（第４の設定例）
第４の設定例では、加熱装置は、差動出力Ｖａｍｐと閾値電圧Ｖｏ２，Ｖｏ３とを比較することで、加熱ロール２の高温異常を検知する。

図１０（Ａ）は補償出力Ｖｃに対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ２，Ｖｏ３を表した図であり、（Ｂ）は補償温度に対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ２，Ｖｏ３を表した図である。ここで、Ｖｒｅｆ＝３．３Ｖ、Ｒ５＝Ｒ６＝３３ｋΩ、アンプ（差動増幅回路２０）の倍率６３倍とする。高温異常検知条件は、
閾値電圧Ｖｏ２：Ｖａｍｐ＞３．０
閾値電圧Ｖｏ３：Ｖａｍｐ＞９．５・（Ｖｒｅｆ−Ｖｃ）
となる。

（第５の設定例）
第５の設定例では、加熱装置は、差動出力Ｖａｍｐと閾値電圧Ｖｏ２と、さらに補償出力Ｖｃと閾値電圧Ｖｏ４とを比較することで、加熱ロール２の高温異常を検知する。

図１１（Ａ）は補償出力Ｖｃに対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ２，Ｖｏ４を表した図であり、（Ｂ）は補償温度に対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ２，Ｖｏ４を表した図である。ここで、Ｖｒｅｆ＝３．３Ｖ、Ｒ５＝Ｒ６＝１００ｋΩ、アンプ（差動増幅回路２０）の倍率４４倍とする。高温異常検知条件は、
閾値電圧Ｖｏ２：Ｖａｍｐ＞３．０
閾値電圧Ｖｏ４：Ｖｃ＞３．１
となる。

本実施形態における第１乃至第５の設定例の中では第１の設定例が好ましい。ただし、高温異常を検知するために閾値電圧Ｖｏ１〜Ｖｏ４のいずれを用いるかは特に限定されるものではない。また、第１乃至第５の設定例の数値は、一例であり、これに限定されないのは勿論である。

以上のように、本発明の第１の実施形態に係る加熱装置は、ＮＣセンサ１０の検知素子１１及び補償素子１２の出力電圧に基づいて、加熱ロール２が異常高温になっているか否かを検知し、異常高温検知時には加熱ランプ３をオフにする。これにより、ＮＣセンサ１０の温度検知精度を犠牲にすることなく、安全に加熱ロール２を加熱することができる。

具体的には、上記加熱装置は、補償素子１２の補償出力Ｖｃと、検知素子１１及び補償素子１２の差動出力Ｖａｍｐとを求め、求めた補償出力Ｖｃに基づいて高温異常検知の閾値となる差動出力（閾値電圧Ｖｏ）を決定する。そして、差動出力Ｖａｍｐが閾値電圧Ｖｏを超えたときに高温異常を検知して、加熱ランプ３をオフにする。

換言すると、上記加熱装置は、高温異常領域（図７乃至図１１の複数の閾値電圧Ｖｏで囲まれた領域外）を２次元で決定し、差動出力Ｖａｍｐ及び補償出力Ｖｃの動作点がこの高温異常領域にあるか否かを検知する。これにより、従来のように１つの電圧値がある閾値を超えたか否かを判定する場合に比べて、高精度に高温異常を検知することができる。

なお、高温異常検知回路３０、４０、５０、６０のいずれかに故障が生じてハードウェア上の問題が発生した場合、ＣＰＵ１１０がその故障を検知することも可能である。すなわち、ＣＰＵ１１０は、電圧Ｖｄ、Ｖａｍｐ、Ｖｃを常時監視することで、高温異常検知回路３０、４０、５０、６０に故障がないかを検知できる。

具体的には、ＣＰＵ１１０は、差動出力Ｖａｍｐが、電圧Ｖｄ及び補償出力Ｖｃの差動の所定数倍（又はこの値を含んだ所定範囲内の電圧値）になっているかを監視する。そして、ＣＰＵ１１０は、差動出力Ｖａｍｐが上記値になっていないときは、高温異常検知回路３０、４０、５０、６０のいずれかに故障が発生していると判定して、リレー動作回路９０のトランジスタＴＲ５をオンにする。このとき、ＭＯＳＦＥＴ９１及びリレー１００はオフになる。

このように、本実施形態に係る加熱装置は、コストアップすることなく高温異常検知回路３０、４０、５０、６０のいずれかに故障が発生したか否かを検知することも可能であり、いずれかに故障が発生したときは加熱ランプ３をオフにして、加熱装置全体の動作を禁止することができる。

［第２の実施形態］
つぎに、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同一の回路には同一の符号を付し、第１の実施形態と重複する説明は省略する。

第２の実施形態に係る加熱装置は、補償温度が高い場合であっても、加熱ロール２の高温異常を検知できるものである。

例えば図７（Ｂ）において、閾値電圧Ｖｏ１は、加熱ロール２が所定の以上温度（例えば２４０℃）になったか否かを判定するための指標となる。しかし、補償温度が高くなる（１００℃以上）に従って、閾値電圧Ｖｏ１は、２４０℃温度特性よりも大きくなってしまう。換言すると、閾値電圧Ｖｏ１と２４０℃温度特性との関係は、補償温度が１００℃以上において、閾値電圧Ｖｏ１を補償温度で微分した値が２４０℃温度特性を補償温度で微分した値よりも大きくなってしまう。このため、補償温度が高い場合、加熱ロール２が実際に２４０℃に達しても、高温異常が検知されないおそれがある。

尚ここでは、補償温度が高い場合に高温異常が検知されないおそれがある例として、図７の閾値電圧と温度特性との関係を用いて説明した。ただし、本実施形態は、図７の閾値電圧と温度特性との関係に限定されるものではない。例えば、図９、１０、１１に該当する回路を用いた場合や、これ以外の構成をとった場合にも有効に機能する。

図１２は、ＣＰＵ１１０による高温異常検知ルーチンを示すフローチャートである。ＣＰＵ１１０は、上記の問題を回避するために図１２に示す処理を実行する。

ステップＳＴ１では、ＣＰＵ１１０は、補償出力Ｖｃ＜所定値であるかを判定し、肯定判定のときはステップＳＴ２に移行し、否定判定のときは処理を終了する。ここにいう所定値は、例えば、加熱ロール２が実際に２４０℃の時の差動出力Ｖａｍｐと、閾値電圧Ｖｏ１と、の差が大きくなり、高温異常が検知されないおそれがある補償温度域（例えば１００℃以上）になってしまう状態の補償出力Ｖｃを表している。

なお、ＣＰＵ１１０は、補償出力Ｖｃ＜所定値であるかを判定する代わりに、補償温度＞所定の異常温度（例えば１００℃）であるかを判定してもよい。

ステップＳＴ２では、ＣＰＵ１１０は、トランジスタＴＲ５をオンにして処理を終了する。このとき、図２に示すＭＯＳＦＥＴ９１がオフ、リレー１００がオフになり、加熱ランプ３もオフになる。これにより、ＣＰＵ１１０は、上記のような状態になったときは、強制的に加熱ランプ３をオフにすることで、高温異常を回避することができる。

なお、ＣＰＵ１１０は、ステップＳＴ１を繰り返し実行する。

以上のように、第２の実施形態に係る加熱装置は、補償出力Ｖｃに対する差動出力Ｖａｍｐの温度特性の傾きが閾値電圧Ｖｏ１の傾きよりも大きくなり、かつ、補償温度が所定温度以上になったときは、加熱ランプ３をオフにする。これにより、上記加熱装置は、ハードウェアで加熱ロール２の高温異常を検知できない補償温度域に入る前に、ソフトウェアで加熱ロール２の加熱を停止させるので、装置全体の安全性を確保することができる。

［第３の実施形態］
つぎに、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同一の回路には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第３の実施形態に係る加熱装置は、補償温度が高い場合であっても、加熱ロール２の過剰加熱を確実に防止できるものである。

例えば図７（Ｂ）において、閾値電圧Ｖｏ１は、加熱ロール２が所定の温度以上（例えば２４０℃）になったか否かを判定するための指標となる。しかし、補償温度が高くなる（１００℃以上）に従って、閾値電圧Ｖｏ１は、２４０℃温度特性よりも大きくなってしまう。換言すると、閾値電圧Ｖｏ１と２４０℃温度特性との関係は、補償温度が１００℃以上において、閾値電圧Ｖｏ１を補償温度で微分した値が２４０℃温度特性を補償温度で微分した値よりも大きくなってしまう。このため、補償温度が高い場合、加熱ロール２が実際に２４０℃に達しても、高温異常が検知されないおそれがある。

本実施形態では、さらに、加熱ランプ３の近傍にサーモスタットまたは温度フューズ等の過昇温防止装置を設け、これを電源供給装置と加熱ランプ３との間に直列に接続する。高温異常が検知されないおそれのあるような補償温度が高い状態では、すでにサーモスタットまたは温度フューズは温まっている。よって、加熱ロール２が高温異常になった場合、応答性の低いサーモスタットまたは温度フューズであっても、電源供給装置から加熱ランプ３への電源を遮断することができ、十分に対応することができる。

また、本実施形態では、すべての補償温度で高温異常を検知する必要が無いことから、比較的簡単な（例えば図１１のような）回路を選択することが可能になり、回路のコストダウンや基盤面積の減少といったメリットもある。

［第４の実施形態］
つぎに、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と同一の回路には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第４の実施形態では、ＮＣセンサ１０に加えて加熱ロール２の温度を検知する接触式温度センサを用いる場合について説明する。

図１３は、複数ある加熱ランプ３（６５０Ｗ及び８３５Ｗ）のうち１つずつで加熱したときの加熱ロール２の軸方向の発熱エネルギー分布を示す図である。６５０Ｗの加熱ランプ３は、加熱ロール２の端部で発熱エネルギーが小さくなるように構成されている。これに対して、８３５Ｗの加熱ランプ３は、加熱ロール２の端部で発熱エネルギーが最大になるように構成されている。

図１３に示すように、ＮＣセンサ１０が加熱ロール２の軸方向の中心部付近に配置されている場合、このＮＣセンサ１０は、６５０Ｗで加熱したときの発熱エネルギーの最大値を検知することができるが、８３５Ｗで加熱したときの発熱エネルギーの最大値を検知することができない。

換言すると、ＮＣセンサ１０の加熱ロール２の軸方向位置と、単位長さ当たりの発熱エネルギーが最も高い軸方向の位置と、が異なる場合（８３５Ｗの場合）、ＮＣセンサ１０は発熱エネルギーの最大値を検知できない。

そこで、上記の場合、加熱ロール２の端部に接触して温度を検知する接触式温度センサ１２０を図のような位置に設ければよい。なお、接触式温度センサ１２０は、画像ディフェクトを防止するために非通紙部に配置するとなおよい。

これにより、加熱装置は、接触式温度センサで検知された温度が所定温度を超えたときに、加熱ロール２の高温異常を検知すればよい。これにより、加熱ランプ３の構成によらず、安全に加熱ロール２を加熱することができる。

なお、本発明は、第１乃至第４の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で設計上の変更をされたものにも適用可能であるのは勿論である。

例えば、本発明に係る加熱装置は、上記実施形態のように画像形成装置の定着器に用いられる場合に限らず、例えば加熱調理器などに適用することも可能である。

本発明の実施形態に係る加熱装置の要部を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る加熱装置の回路構成を示す図である。 ＮＣセンサの検知素子及び補償素子の検知結果に基づいて加熱ロールの温度を検出できる原理を説明するための回路構成を示す図である。 高温異常を判定するための閾値電圧Ｖｏを示す図である。 閾値電圧Ｖｏ３の設定可能範囲を説明するための図である。 閾値電圧Ｖｏ１の設定可能範囲を説明するための図である。 （Ａ）は補償出力Ｖｃに対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ３を表した図であり、（Ｂ）は補償温度に対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ３を表した図である。 （Ａ）は補償出力Ｖｃに対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ４を表した図であり、（Ｂ）は補償温度に対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ４を表した図である。 （Ａ）は補償出力Ｖｃに対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ３を表した図であり、（Ｂ）は補償温度に対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ１，Ｖｏ３を表した図である。 （Ａ）は補償出力Ｖｃに対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ２，Ｖｏ３を表した図であり、（Ｂ）は補償温度に対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ２，Ｖｏ３を表した図である。 （Ａ）は補償出力Ｖｃに対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ２，Ｖｏ４を表した図であり、（Ｂ）は補償温度に対する差動出力Ｖａｍｐのグラフ上において閾値電圧Ｖｏ２，Ｖｏ４を表した図である。 ＣＰＵによる高温異常検知ルーチンを示すフローチャートである。 ６５０Ｗ及び８３５Ｗで加熱したときの加熱ロールの軸方向の発熱エネルギー分布を示す図である。

符号の説明

１ 定着器
２ 加熱ロール
３ 加熱ランプ
１０ ＮＣセンサ
１１ 検知素子
１２ 補償素子
２０ 差動増幅回路
３０，４０，５０，６０ 高温異常検知回路
７０ ラッチ回路
８０ リセット回路
９０ リレー動作回路
１００ リレー
１１０ ＣＰＵ
１２０ 接触式温度センサ

Claims (11)

1. 加熱体を加熱する加熱手段と、
   前記加熱体から離間して配置され、前記加熱体から放射される赤外線によって温度が変化する赤外線吸収体の温度を検知温度として検知する検知素子と、センサ内部または近傍の温度を補償温度として検知する補償素子と、を有する非接触温度センサと、
   前記補償素子から出力された補償電圧と、前記検知素子から出力された検知電圧と前記補償電圧との差動である差動電圧と、の少なくとも１つに基づいて、前記加熱体の高温異常を検知する高温異常検知手段と、
   前記高温異常検知手段により前記加熱体の高温異常が検知されたときに、前記加熱手段の加熱を停止する加熱停止手段と、
   を備えた加熱装置。
2. 前記高温異常検知手段は、前記補償電圧及び前記差動電圧の少なくとも１つが所定の閾値をこえたときに、高温異常を検知する
   請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記高温異常検知手段は、前記差動電圧が前記補償電圧に応じて決定される閾値を超えたときに、高温異常を検知する
   請求項１に記載の加熱装置。
4. 前記閾値は補償電圧及び差動電圧の関数で表される
   請求項２に記載の加熱装置。
5. 前記閾値は線形特性を有する
   請求項４に記載の加熱装置。
6. 前記補償素子から出力された補償電圧と、前記検知素子から出力された検知電圧と、を少なくとも用いて、前記加熱手段の加熱温度を制御する加熱温度制御手段を更に備えた
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の加熱装置。
7. 前記加熱停止手段による加熱停止状態を保持する保持手段を更に備えた
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の加熱装置。
8. 前記加熱温度制御手段は、補償温度がある温度以上において閾値を補償温度で微分した値が高温異常を表す温度特性を補償温度で微分した値よりも大きくなる場合には、前記補償温度が所定の温度以上であることを検知した時に前記加熱手段の加熱を停止するように制御する
   請求項６または請求項７に記載の加熱装置。
9. 補償温度がある温度以上において、閾値を補償温度で微分した値が、高温異常を表す温度特性を補償温度で微分した値よりも大きくなり、
   前記加熱手段と電源供給回路との間に直列に接続されて、前記加熱手段の近傍に設けられ、所定の温度以上に加熱されたときに前記電源供給回路からの電源を遮断する遮断手段を更に備えた
   請求項６または請求項７に記載の加熱装置。
10. 前記加熱温度制御手段は、前記補償素子から出力された補償電圧と、前記検知素子から出力された検知電圧と、前記補償電圧と前記検知電圧の差動である差動電圧と、に基づいて、前記高温異常検知手段の故障の有無を判定する
    請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の加熱装置。
11. 前記加熱温度制御手段は、前記高温異常検知手段に故障があると判定したときに、前記加熱手段の加熱を停止するように制御する
    請求項１０に記載の加熱装置。

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