JP2006126368A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 非接触温度センサと協働して定着部材の表面温度を検出するＣＰＵの暴走が発生しても十分な安全性を確保する。
【解決手段】 増幅回路５４の出力電圧が閾値電圧以下の場合は、比較器１０１の出力がＬとなり、ＦＥＴ１０４、１０７は動作しないが、増幅回路５４の出力電圧が閾値電圧を超えると、比較器１０１の出力がＨとなってＦＥＴ１０４がＯＮし、これによりＦＥＴ６１がＯＦＦになってリレー５８、５９を非通電状態にさせ、ハロゲンランプ２５への電力供給を遮断する。冷接点の温度によらず、定着スリーブ１８の表面温度が１８０℃以下の正常動作時には、異常を検出しないが、定着スリーブ１８の表面温度が２１０℃から２３２℃になると、増幅回路５４の出力電圧が閾値電圧を超え、異常温度検出動作が行われる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

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。従来この種の定着装置としては、例えば互いに圧接配置されて接触転動する一対の定着部材（一対の定着ロールや定着ロールと定着ベルトとの組合せなど）を有し、少なくともいずれか一方の定着部材をヒータで加熱すると共に、これらの定着部材間のニップ域に記録シートを通過させ、その際の熱と圧力との作用により記録シート上の未定着トナー像を定着し、永久像を形成するものが知られている。

このような定着装置では、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、そのために定着部材の表面温度を検出し、その検出結果に基づいて定着部材に対して加熱制御を行うようにしている。

このような定着部材の温度制御を適切に行うための一つの条件は、定着部材の表面温度を正確に検出することである。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、定着部材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出することである。

従来における温度検出装置としては、定着部材の表面温度を正確に検出するために、接触型温度センサとして例えばサーミスタを定着部材の表面に接触させ、その温度を検出する方式が多く採用されている。このような接触型温度検出方式において、定着部材の画像領域にサーミスタを接触させる手法は、正確な温度検出という観点からは理想的であるものの、その接触により定着部材表面の画像領域を傷付け、その傷部分での定着不良を招き、結果として画像欠陥が生じる懸念がある。

また、そのサーミスタにオフセットトナーが付着、堆積すると温度検出の精度が悪化してしまう。

さらに、堆積したオフセットトナー塊がサーミスタから外れると、その後そのオフセットトナー塊は記録シート上に定着し、画像欠陥となってしまう。

そこで、このような接触型温度検出方式に代わって、従来にあっては、定着部材表面の傷の発生を低減すべく、非接触型温度センサを用いて定着部材に接触することなく温度検出を行う方式（非接触型温度検出方式）が提案されている（例えば特許文献１参照）。ここで、特許文献１においては、非接触型温度センサとしてサーモパイル式非接触温度センサが用いられている。

図１０に従来技術における、サーモパイル式非接触温度センサの温度検出回路を示す。１はＣＰＵであり、２つのアナログ−デジタル変換ポート（以下「Ａ／Ｄポート」という。）を有する。２１はサーモパイル式非接触温度センサである。５１はサーモパイルであり、一方が絶縁薄膜のような熱容量の小さな部材上に配置（以下「温接点」という。）され、他方がヒートシンクのような熱容量の大きな部材上に配置（以下「冷接点」という。）されており、温接点は赤外線吸収体によって覆われている。５２はサーモパイル５１の冷接点の温度を検出する温度サーミスタ、５３は赤外線を透過する保護部材である。５４はサーモパイル５１からの出力電圧を電圧増幅させる増幅回路、５５は抵抗、６４はサーモパイル５１の出力電圧をオフセットさせる電源である。

次に温度検出動作を説明する。不図示の定着部材から放出（輻射）された赤外線が保護部材５３を通過し、サーモパイル５１の温接点上に形成された赤外線吸収体に吸収されて熱に変換される。すると、冷接点と温接点との間に温度差が生じ、サーモパイル５１の両端に起電力が生じる。サーモパイル５１の一方には電源６４によりオフセット電圧（Ｖoffset）が印加されているため、サーモパイル５１の出力電圧は次の式１で表される。
出力電圧（Ｖ）＝Ａ×（ＴＢ^４−ＴＳ^４）＋Ｖoffset … 式１
ただし、Ａは比例定数、ＴＢは温接点の温度（Ｋ）、ＴＳは冷接点の温度（Ｋ）である。

上記出力電圧は微小電圧であるため、増幅回路５４で電圧増幅させた後、ＣＰＵ１のＡ／Ｄポート１に入力する。一方、温度サーミスタ５２と抵抗５５との分圧値をＣＰＵ１のＡ／Ｄポート２に入力する。

温度サーミスタ５２の抵抗値は、温度の上昇とともに低下するため、ＣＰＵ１はＡ／Ｄポート２の入力電圧よりサーモパイル５１の冷接点の温度ＴＳを検出する。ＣＰＵ１はＡ／Ｄポート１とＡ／Ｄポート２の入力電圧より、演算ないしは予め作成した変換テーブルによりサーモパイル５１の温接点温度を検出する。そして、予め作成した温接点温度と定着部材の表面温度との関係式から、定着部材の表面温度を検出する。

なお、サーモパイル式非接触温度センサはその使用温度範囲を満足させるため、使用中の冷接点の温度が０℃から８０℃程度となるよう定着部材から所定の距離を離して配置される。

特開平５−１００５９１号公報

しかしながら、上述のようなサーモパイル式非接触温度センサにおいては、温度の算出にＣＰＵを介さなければならないため、温度制御の異常にＣＰＵの暴走が重なると、十分な安全性が確保できないという問題があった。

また、特許文献１では、温度サーミスタと抵抗との分圧値より検出したサーモパイルの冷接点の温度より異常を検出する構成が提案されている。しかしながら、サーモパイル式非接触温度センサは定着部材から一定の距離を離して配置されているため、定着部材の表面温度の上昇とサーモパイルの冷接点の温度上昇との間には時間的な遅延が生じ、やはり十分な安全性を確保することが困難であった。

そこで、本発明は、このような問題を解決し、すなわち、非接触温度センサで定着部材の表面温度を検出するとともに、ＣＰＵの暴走が発生しても十分な安全性を確保できる画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、加熱手段と、前記加熱手段により加熱される被加熱体と、前記被加熱体から放出される赤外線量に基き温度を検出する非接触温度検出手段と、前記被接触温度検出手段の周囲温度を検出する周囲温度検出手段とを有し、前記非接触温度検出手段により検出された温度を、前記補正用温度検出手段により検出された周囲温度で補正して、前記被加熱体の表面温度を検出する被加熱体表面温度検出手段とを有する画像形成装置において、前記非接触温度検出手段の出力電圧が、所定の閾値電圧を超えたとき、前記加熱手段への電力供給を遮断する遮断手段を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、加熱手段と、前記加熱手段により加熱される被加熱体と、前記被加熱体から放出される赤外線量に基き被加熱体の温度を検出する非接触温度検出手段と、前記被接触温度検出手段の周囲温度を検出する周囲温度検出手段とを有し、前記非接触温度検出手段により検出された温度を、前記補正用温度検出手段により検出された周囲温度で補正して、前記被加熱体の表面温度を検出する被加熱体表面温度検出手段とを有する画像形成装置において、前記非接触温度検出手段の出力電圧を前記周囲温度検出手段の出力電圧を用いて補正した電圧値が、所定の閾値電圧を超えたとき、前記加熱手段への電力供給を遮断する遮断手段を備えたことを特徴とする。

請求項３の発明は、加熱手段と、前記加熱手段により加熱される被加熱体と、前記被加熱体から放出される赤外線量に基き温度を検出する非接触温度検出手段と、前記被接触温度検出手段の周囲温度を検出する周囲温度検出手段とを有し、前記非接触温度検出手段により検出された温度を、前記補正用温度検出手段により検出された周囲温度で補正して、前記被加熱体の表面温度を検出する被加熱体表面温度検出手段とを有する画像形成装置において、前記非接触温度検出手段の出力電圧が、前記周囲温度検出手段の出力電圧を用いて補正した所定の閾値電圧を超えたとき、前記加熱手段への電力供給を遮断する遮断手段を備えたことを特徴とする。

請求項１ないし３のいずれかの発明において、被加熱体は、定着スリーブとすることができる。

請求項１ないし３のいずれかの発明において、被加熱体は、加圧ローラとすることができる。

請求項１ないし３のいずれかの発明において、被加熱体は、定着スリーブもしくは加圧ローラに外接する加熱スリーブとすることができる。

請求項１ないし６のいずれかの発明において、非接触温度検出手段は、２つの接点間の温度差に応じた電圧を出力するサーモパイル式非接触温度検出手段とすることができる。

請求項１ないし７のいずれかの発明において、周囲温度検出手段は、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ方式の温度検出手段とすることができる。

請求項１ないし８のいずれかの発明において、加熱手段は、ハロゲンヒータとすることができる。

請求項１ないし８のいずれかの発明において、加熱手段は、誘導加熱方式の加熱手段とすることができる。

請求項１ないし８のいずれかの発明において、加熱手段は、セラミック素子に抵抗パターンを形成したセラミックヒータとすることができる。

請求項１ないし１１のいずれかの発明において、加熱手段は、被加熱体の内部に配置することができる。

請求項１ないし１１のいずれかの発明において、加熱手段は、被加熱体の外部に配置することができる。

本発明によれば、上記のように構成したので、ＣＰＵの暴走が発生しても十分な安全性を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態を示す。これは画像形成装置の例であり、その構造を図２に示す。

図２において、１３は帯電器であり、感光ドラム１２の表面を一様に帯電するものである。１１は露光装置であり、レーザビームを感光ドラム１２に対して走査するものである。このレーザビームの走査により感光ドラム１２上に潜像が形成される。１４はトナー現像器であり、感光ドラム１２上の潜像を現像ローラ１５によりトナーで現像しトナー像として可視像化するものである。１６は給紙カセットであり、記録材Ｐを収納するためのものである。１７は転写器であり、カセット１６から給送された記録材Ｐに、感光ドラム１２上のトナー像を転写するものである。

１８は定着スリーブ、１９は加圧ローラであり、記録材Ｐが定着スリーブ１８と加圧ローラ１９とのニップ域を通過する際に、記録材Ｐ上のトナー像を加熱、加圧して定着するものである。定着スリーブ１８の表面温度が例えば２４０℃を超えた場合には、定着スリーブ１８の熱的な劣化が加速され、寿命を短くしてしまう危険性がある。

２１はサーモパイル式非接触温度センサであり、定着スリーブ１８と加圧ローラ１９とのニップ域からの赤外線エネルギーに応じた出力信号を発生するものである。１はＣＰＵであり、サーモパイル式非接触温度センサ２１からの出力信号を、サーモパイル式非接触温度センサ２１自体の温度（基準温度）と放射率（黒体との比率）とにより補正し、温度に換算するものである。２０はクリーニング装置であり、感光ドラム１２上に残留したトナーをクリーニングブレード２２により掻き落とし除去トナー溜めに集めるものである。

次に、画像形成動作を説明する。画像形成動作が開始すると、感光ドラム１２、帯電器１３、現像ローラ１５、転写器１７、加圧ローラ１９の回転を開始する。定着スリーブ１８は加圧ローラ１９により従動回転する。続いて、定着スリーブ１８の加熱を開始する。次に、所定の電圧が印加された帯電器により、感光ドラム１２の表面が所定の電位に帯電される。露光装置１１は画像データに基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作を行い、感光ドラム１２上に潜像画像を形成する。続いて、所定の電圧が印加された現像ローラ１５により、感光ドラム１２上の露光装置１１で露光された部分にのみトナーを付着させ、感光ドラム１２上にトナー像を形成する。

一方、所定のタイミングで記録紙Ｐがカセット１６より給紙される。そして、記録紙Ｐが感光ドラム１２と転写器１７との当接部に到達する所定のタイミングで転写器１７に所定の電圧が印加され、感光ドラム１２上のトナー像が記録紙Ｐに転写される。記録紙Ｐに転写されたトナー像は、所定の温度に加熱された定着スリーブ１８と、所定の圧力で定着スリーブ１８に接している加圧ローラ１９との当接部において、熱と圧力により記録紙Ｐ上に定着される。感光ドラム１２上に残留したトナーは、クリーニングブレード２２で除去される。

図１において、１８は図２と同一部分を示し、２１、５１、５２、５３、５４、５５、６４は図１０と同一部分を示す。２５はハロゲンランプであり、輻射熱により定着スリーブ１８を加熱するものであり、この一方の端子がリレー５９を介して商用電源に接続してあり、この他方の端子がトライアック５７及びリレー５９を介して商用電源に接続してある。５６は加熱制御回路であり、ＣＰＵ１のＩ／Ｏポート２からの信号に基きトライアック５７をＯＮ／ＯＦＦ制御するものである。６１はＦＥＴであり、ゲートが、抵抗６３を介してＣＰＵ１のＩ／Ｏポート１に接続してあり、抵抗６２を介してグランドに接続してあり、Ｉ／Ｏポート１の論理レベルがハイレベル（以下「Ｈ」という。）のとき、リレー５８、５９を同時にクローズし、その論理レベルがローレベル（以下「Ｌ」という。）のとき、リレー５８、５９を同時にオープンするものである。１０４はＦＥＴであり、ドレインがＦＥＴ６１のゲートに接続してあり、ソースがグランドに接続してある。１０１は比較器であり、非反転入力端子が、ＣＰＵ１のＡ／Ｄポート１に接続してあり、反転入力端子が、抵抗１０５とツェナーダイオード１０６とのノードに接続してあり、出力端子が、分圧回路を構成する抵抗１０２、１０３のノードに接続するとともに、ＦＥＴ１０４のゲートに接続してある。

次に、図１の定着スリーブ１８の温度制御について詳しく説明する。定着スリーブ１８の加熱動作が開始されると、不図示のモータにより加圧ローラ１９が回転し、定着スリーブ１８も所定の速度で従動回転する。次に、ＣＰＵ１はＩ／Ｏポート１をハイレベル（以下「Ｈ」という。）にし、ＦＥＴ６１をＯＮすることでリレー５８、５９を通電させる。続いて、Ｉ／Ｏポート２をＨにして加熱制御回路５６を動作させる。加熱制御回路５６は所定のタイミングでトライアック５７をＯＮ／ＯＦＦ制御し、ハロゲンランプ２５に商用電源から電力を供給し、ハロゲンランプの輻射熱により定着スリーブ１８を加熱する。

定着スリーブ１８から放出された赤外線は保護部材５３を通過し、サーモパイル５１の温接点上に形成された赤外線吸収体に吸収されて熱に変換される。すると、冷接点と温接点との間に温度差が生じ、サーモパイル５１の両端に起電力が生じる。サーモパイル５１の一方には電源６４によりオフセット電圧（Ｖoffset）が印加されているため、サーモパイル５１の出力電圧は次の式２で表される。
出力電圧（Ｖ）＝Ａ×（ＴＢ^４−ＴＳ^４）＋Ｖoffset … 式２
ただし、Ａは比例定数、ＴＢは温接点の温度（Ｋ）、ＴＳは冷接点の温度（Ｋ）である。

この出力電圧は微小電圧であるため、増幅回路５４で電圧増幅させたのち、ＣＰＵ１のＡ／Ｄポート１に入力する。

一方、サーモパイル５１の冷接点の温度ＴＳは、温度サーミスタ５２と抵抗５５との分圧値により検出される。図３は、抵抗５５の抵抗値を１５０ｋΩとしたときの、冷接点の温度と温度サーミスタの検出電圧（ＶＳ）との関係を示した図である。温度サーミスタ５２の抵抗値は温度の上昇とともに低下するため、検出電圧（ＶＳ）も温度の上昇とともに減少する。ＣＰＵ１はＡ／Ｄポート２の入力された温度サーミスタの検出電圧（ＶＳ）よりサーモパイル５１の冷接点の温度ＴＳを検出する。

ＣＰＵ１はＡ／Ｄポート１とＡ／Ｄポート２の入力電圧より、演算ないしは予め作成した変換テーブルによりサーモパイル５１の温接点温度を検出する。そして、予め作成した温接点温度と定着スリーブ１８の表面温度との関係式から、定着スリーブ１８の表面温度を検出する。そして、ＣＰＵ１はＩ／Ｏポート２をＯＮ／ＯＦＦ制御することでハロゲンランプ２５への電力供給を制御し、定着スリーブ１８の表面温度を、例えば１８０℃に一定になるように制御する。

一方、定着スリーブ１８の表面温度が例えば２４０℃を超えると、定着スリーブ１８の熱的な劣化が加速され、寿命を短くしてしまう危険性がある。

次に、異常温度検出動作について説明する。比較器１０１の反転端子には、抵抗１０５とツェナーダイオード１０６により異常温度を検出する閾値電圧（１.８Ｖ）が入力される。一方、比較器１０１の非反転端子には、増幅回路５４の出力電圧が入力される。

増幅回路５４の出力電圧が閾値電圧（１.８Ｖ）以下の場合は、比較器１０１の出力がローレベル（以下「Ｌ」という。）となり、ＦＥＴ１０４、１０７は動作しない。一方、増幅回路５４の出力電圧が閾値電圧（１.８Ｖ）を超えると、比較器１０１の出力がＨとなり、抵抗１０２、１０３の分圧電圧によりＦＥＴ１０４がＯＮし、ＦＥＴ６１をＯＦＦさせる。ＦＥＴ６１をＯＦＦさせることでリレー５８、５９を非通電状態にさせ、ハロゲンランプ２５への電力供給を遮断する。
また、ＦＥＴ１０７がＯＮすることで比較器１０１の反転端子が０Ｖとなる。

増幅回路５４の出力電圧は次の式３の関係となるため、比較器１０１の出力はＨのまま保持され、ハロゲンランプ２５への電力供給を遮断しつづける。
増幅回路５４の出力電圧＝Ｖoffset×Ｇ ＞ ０ … 式３
ただし、Ｇは増幅回路５４の増幅率である。

さらに、ＣＰＵ１はＩ／Ｏポート３の入力レベルの変化により定着装置の温度異常を検出し、例えば表示パネル等を通じて異常の発生をユーザに報知する。

図４は、Ｖoffset ＝４.９９５ｍＶ、式２の比例定数Ａ＝８.９７×１０^−１５、Ｇ＝３３１倍としたときの増幅回路５４の出力電圧と定着スリーブ１８の表面温度の関係を示した図である。

冷接点の温度によらず、正常動作時（定着スリーブ１８の表面温度が１８０℃以下）は異常を検出しない。一方、定着スリーブ１８の表面温度が２１０℃から２３２℃になると、増幅回路５４の出力電圧が閾値電圧の１.８Ｖを超え、前述した異常温度検出動作が行われ、定着スリーブ１８が熱的に劣化することを防止する。

このように定着装置の異常温度を検出することで、ＣＰＵの暴走が発生しても十分な安全性を確保することが可能となる。

＜第２の実施の形態＞
図５は本発明の第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、温接点の検出温度を冷接点の検出温度で補正した値で異常温度検出動作を行う点で、第１の実施の形態と異なる。なお、本実施の形態では、誘導加熱方式の定着装置の例を説明するが、第１の実施の形態に係る定着装置であっても同様の効果を奏する。

図５において、図１と同一部分は同一の符号を付してある。１５５は電磁誘導発熱層を有する定着スリーブである。１５６は磁性コア、１５８は励磁コイルである。１５９は磁性コア１５６及び励磁コイル１５８を固定する絶縁性のフォルダである。

１５７は高周波発生装置であり、励磁コイル１５８に接続されるとともに、リレー５５８、５５９を介して商用電源に接続されている。リレー５５８、５５９は、ＦＥＴ６１により、Ｉ／Ｏポート１の論理レベルがＨのとき、同時にクローズされ、その論理レベルがＬのとき、同時にオープンされる。

１５１はボルテージフォロワーで、非反転端子に、温度サーミスタ５２と抵抗５５との分圧値、すなわち冷接点の検出電圧（ＶＳ）が入力されている。１５２はオペアンプであり、その出力が比較器１０１の非反転端子に結合され、オペアンプ１５２の反転端子には、オペアンプ１５２の出力が抵抗１５４を介してフィードバックされるとともに、ボルテージフォロワー１５１の出力が抵抗１５３を介して入力され、その非反転端子には、増幅回路５４の出力電圧（ＶＰ）が入力される。

次に、定着スリーブ１５５の温度制御動作について説明する。定着スリーブ１５５の加熱動作が開始されると、不図示のモータにより加圧ローラ１９が回転し、定着スリーブ１５５も所定の速度で従動回転する。次に、ＣＰＵ１はＩ／Ｏポート１をＨにし、ＦＥＴ６１をＯＮすることでリレー５５８、５５９を通電させる。続いて、デジタル／アナログポート（以下「Ｄ／Ａポート」という。）１より所定の電圧を出力する。Ｄ／Ａポート１の出力は高周波発生装置１５７に入力され、高周波発生装置１５７は入力電圧に応じた電力を励磁コイル１５８に供給し、励磁コイル１５８は交番磁束を発生する。そして、この交番磁束により発生した渦電流により、定着スリーブ１５５の電磁誘導発熱層が発熱する。

定着スリーブ１５５から放出された赤外線は保護部材５３を通過し、サーモパイル５１の温接点上に形成された赤外線吸収体に吸収されて熱に変換される。すると、冷接点と温接点との間に温度差が生じ、サーモパイル５１の両端に起電力が生じる。サーモパイル５１の一方には電源６４によりオフセット電圧（Ｖoffset）が印加されているため、サーモパイル５１の出力電圧は、第１の実施の形態と同様に、式２で表される。この出力電圧は微小電圧であるため、増幅回路５４で電圧増幅させた後、ＣＰＵ１のＡ／Ｄポート１に入力する。

一方、温度ＴＳを、第１の実施の形態の方法と同様の方法で検出する。ＣＰＵ１はＡ／Ｄポート１とＡ／Ｄポート２の入力電圧より、演算ないしは予め作成した変換テーブルによりサーモパイル５１の温接点温度を検出する。そして、予め作成した温接点温度と定着スリーブ１５５の表面温度との関係式から、定着スリーブ１５５の表面温度を検出する。

そして、ＣＰＵ１はＤ／Ａポート１の出力電圧を所定の電圧値に変化させることで高周波発生装置１５７から励磁コイル１５８に供給する電力を制御し、定着スリーブ１５５の表面温度を、例えば１８０℃に一定になるように制御する。

一方、定着スリーブ１５５の表面温度が例えば２４０℃を超えると、定着スリーブ１５５や励磁コイル１５８の熱的な劣化が加速され、寿命を短くする危険性がある。

次に、異常温度検出動作について説明する。温度サーミスタ５２と抵抗５５との分圧値、すなわち冷接点の検出電圧（ＶＳ）を、ボルテージフォロワー１５１に入力する。ボルテージフォロワーはこの検出電圧をインピーダンス変換して出力し、抵抗１５３を介してオペアンプ１５２の反転端子に入力する。一方、オペアンプ１５２の非反転端子には増幅回路５４の出力電圧（ＶＰ）が入力される。そして、オペアンプ１５２は次の式４の電圧を出力し、比較器１０１の非反転端子に入力する。すなわち、温接点の検出温度を、冷接点の検出温度と温接点の検出温度との差で補正した値が、比較器１０１の非反転端子に入力される。
オペアンプ１５２の出力電圧（Ｖ）
＝ＶＰ−（ＶＳ−ＶＰ）×Ｒ１５４／Ｒ１５３ … 式４

一方、比較器１０１の反転端子には、抵抗１０５とツェナーダイオード１０６により異常温度を検出する閾値電圧（１.８Ｖ）が入力される。

オペアンプ１５２の出力電圧が閾値電圧（１.８Ｖ）以下の場合は、比較器１０１の出力がＬとなり、ＦＥＴ１０４、１０７は動作しない。

一方、オペアンプ１５２の出力電圧が閾値電圧（１.８Ｖ）を超えると、比較器１０１の出力がＨとなり、抵抗１０２、１０３の分圧電圧によりＦＥＴ１０４がＯＮし、ＦＥＴ６１をＯＦＦさせる。ＦＥＴ６１をＯＦＦさせることでリレー５５８、５５９を非通電状態にさせ、高周波発生装置１５７への電力供給を遮断する。
また、ＦＥＴ１０７がＯＮすることで比較器１０１の反転端子が０Ｖとなる。

オペアンプ１５２の出力電圧は次の式５の関係となるため、比較器１０１の出力はＨのまま保持され、高周波発生装置１５７への電力供給を遮断しつづける。
オペアンプ１５２の出力電圧
＝（Ｖoffset×Ｇ）−（Ｖoffset×Ｇ−ＶＰ）
×Ｒ１５４／Ｒ１５３ ＞ ０ … 式５
ただし、Ｇは増幅回路５４の増幅率である。

さらに、ＣＰＵ１はＩ／Ｏポート３の入力レベルの変化により定着装置の温度異常を検出し、例えば表示パネル等を通じて異常の発生をユーザに報知する。

図６は、Ｖoffset ＝ ４.９９５ｍＶ、式２の比例定数Ａ＝８.９７×１０^−１５、Ｇ＝３３１倍、Ｒ１５４／Ｒ１５３＝１／１００、抵抗５５の抵抗値＝１５０ｋΩとしたときのオペアンプ１５２の出力電圧と定着スリーブ１５５の表面温度の関係を示した図である。冷接点の温度によらず、正常動作時（定着スリーブ１５５の表面温度が１８０℃以下）は異常を検出しない。一方、定着スリーブ１５５の表面温度が２１７℃から２２３℃になるとオペアンプ１５２の出力電圧が閾値電圧の１.８Ｖを超え、前述した異常温度検出動作が行われ、定着スリーブ１５５や励磁コイル１５８が熱的に劣化することを防止する。

このように定着装置の異常温度を検出することで、ＣＰＵの暴走が発生しても十分な安全性を確保することが可能となる。

また、このように構成することにより、第１の実施の形態と比較して異常を検出する温度範囲を狭くすることが可能となり、正常動作時の誤動作と定着スリーブの熱的な劣化の発生に対しさらにマージンを確保することが可能となる。

本実施の形態では、温接点の検出温度を、冷接点の検出温度と温接点の検出温度との差で補正した値を用いて異常温度の検出を行ったが、冷接点の検出温度を用いた補正方法は上記方法に限定されるものではなく、例えば、温接点の検出温度を、冷接点の検出温度に所定の定数を掛けた値で補正してもかまわない。

＜第３の実施の形態＞
図７は本発明の第３の実施の形態を示す。本実施の形態は、異常温度を検出する閾値電圧を、冷接点の検出温度で補正した値で異常温度検出動作を行う点が、第１の実施の形態と異なる。本実施の形態では、セラミックヒータ方式の定着装置の例を説明するが、第１の実施の形態に係る定着装置であっても同様の効果を奏する。

図７において、図１と同一部分は同一の符号を付してある。２０８は定着スリーブ、２０７はセラミック素子に抵抗パターンを形成したセラミックヒータであり、この一方の端子がリレー５９を介して商用電源に接続してあり、この他方の端子がトライアック５７及びリレー５９を介して商用電源に接続してある。

温度サーミスタ５２は、一方の端子が３．３Ｖ電源に接続され、他方の端子が抵抗２０６を介してグランドに接続されている。

２０４は減算回路であり、マイナス端子には、サーミスタ５２と抵抗２０６との分圧が、ボルテージフォロワー２０１と抵抗２０２、２０３の分圧回路とを介して入力され、プラス端子には、電源２０５の電圧が印加されている。７０１は比較器であり、その出力端子が、分圧回路を構成する抵抗１０２、１０３のノードに接続されるとともに、ＦＥＴ１０４のゲートに接続され、非反転入力端子が、ＣＰＵ１のＡ／Ｄポート１に接続され、反転端子が抵抗２０９を介して減算回路２０４の出力端子に接続されている。２１０はＦＥＴであり、ＯＮして比較器７０１の反転入力端子をグランド電圧（０Ｖ）にする。

次に、定着スリーブ２０８の温度制御動作について説明する。定着スリーブ２０８の加熱動作が開始されると、不図示のモータにより加圧ローラ１９が回転し、定着スリーブ２０８も所定の速度で従動回転する。次に、ＣＰＵ１はＩ／Ｏポート１をＨにし、ＦＥＴ６１をＯＮすることでリレー５８、５９を通電させる。続いて、Ｉ／Ｏポート２をＨにして加熱制御回路５６を動作させる。加熱制御回路５６は所定のタイミングでトライアック５７をＯＮ／ＯＦＦ制御し、セラミックヒータ２０７に商用電源から電力を供給する。セラミックヒータ２０７は商用電源からの電力供給により抵抗パターンが発熱し定着スリーブ２０８を加熱する。

定着スリーブ２０８から放出された赤外線は保護部材５３を通過し、サーモパイル５１の温接点上に形成された赤外線吸収体に吸収されて熱に変換される。すると、冷接点と温接点との間に温度差が生じ、サーモパイル５１の両端に起電力が生じる。サーモパイル５１の一方には電源６４によりオフセット電圧（Ｖoffset）が印加されているため、サーモパイル５１の出力電圧は、第１の実施の形態と同様に、式２で表される。この出力電圧は微小電圧であるため、増幅回路５４で電圧増幅させたのち、ＣＰＵ１のＡ／Ｄポート１に入力する。

一方、サーモパイル５１の冷接点の温度ＴＳは、温度サーミスタ５２と抵抗２０６との分圧値により検出される。図８は抵抗２０６を１５０ｋΩとしたときの、冷接点の温度と温度サーミスタの検出電圧（ＶＳ）との関係を示した図である。温度サーミスタ５２の抵抗値は温度の上昇とともに低下するため、検出電圧（ＶＳ）は温度の上昇とともに増加する。ＣＰＵ１はＡ／Ｄポート２の入力された温度サーミスタの検出電圧（ＶＳ）よりサーモパイル５１の冷接点の温度ＴＳを検出する。

ＣＰＵ１はＡ／Ｄポート１とＡ／Ｄポート２の入力電圧より、演算ないしは予め作成した変換テーブルによりサーモパイル５１の温接点温度を検出する。そして、予め作成した温接点温度と定着スリーブ２０８の表面温度との関係式から、定着スリーブ２０８の表面温度を検出する。そして、ＣＰＵ１はＩ／Ｏポート２をＯＮ／ＯＦＦ制御することでセラミックヒータ２０７への電力供給を制御し、定着スリーブ２０８の表面温度を、例えば１８０℃に一定になるように制御する。

一方、定着スリーブ２０８の表面温度が例えば２４０℃を超えると、定着スリーブ２０８やセラミックヒータ２０７の熱的な劣化が加速され、寿命を短くする危険性がある。

次に、異常温度検出動作について説明する。温度サーミスタ５２と抵抗２０６との分圧値、すなわち冷接点の検出電圧（ＶＳ）をオペアンプ２０１に入力する。オペアンプ２０１は前記検出電圧をインピーダンス変換して出力し、抵抗２０２と抵抗２０３とにより分圧された電圧を減算回路２０４のマイナス端子に入力する。一方、減算回路２０４のプラス端子には電源２０５より閾値電圧（１.８２Ｖ）が供給される。減算回路２０４はプラス端子に入力された閾値電圧（１.８２Ｖ）から反転端子に入力された電圧を引いた電圧が抵抗２０９を介して比較器７０１の反転端子に出力する。すなわち、異常温度を検出する閾値電圧を冷接点の検出温度で補正した値が、比較器７０１の反転端子に入力される。

一方、比較器７０１のプラス端子には、増幅回路５４の出力電圧が入力される。増幅回路５４の出力電圧が減算回路２０４の出力電圧以下の場合は、比較器７０１の出力がＬとなり、ＦＥＴ１０４、１０７は動作しない。

一方、増幅回路５４の出力電圧が減算回路２０４の出力電圧を超えると、比較器７０１の出力がＨとなり、抵抗１０２、１０３の分圧電圧によりＦＥＴ１０４がＯＮし、ＦＥＴ６１をＯＦＦさせる。ＦＥＴ６１をＯＦＦさせることでリレー５８、５９を非通電状態にさせ、セラミックヒータ２０７への電力供給を遮断する。また、ＦＥＴ２１０がＯＮすることで比較器１０１の反転端子が０Ｖとなる。増幅回路５４の出力電圧は、第１の実施の形態と同様に、式３で表され、必ず０Ｖ以上となるため、比較器７０１の出力はＨのまま保持され、セラミックヒータ２０７への電力供給を遮断しつづける。

さらに、ＣＰＵ１はＩ／Ｏポート３の入力レベルの変化により定着装置の温度異常を検出し、例えば表示パネル等を通じて異常の発生をユーザに報知する。

図９は、Ｖoffset ＝４.９９５ｍＶ、式２の比例定数Ａ＝８.９７×１０^−１５、Ｇ＝３３１倍、Ｒ２０６＝１５０ｋΩ、Ｒ２０３／Ｒ２０２＝１／１００としたときの増幅回路５４の出力電圧と定着スリーブ２０８の表面温度との関係を示した図である。あわせて、サーモパイル式非接触温度センサ２１の冷接点の温度が０℃と８０℃のときの異常温度検出閾値電圧（減算回路２０４の出力電圧）を示す。

冷接点の温度によらず、正常動作時（定着スリーブ２０８の表面温度が１８０℃以下）は異常を検出しない。一方、定着スリーブ２０８の表面温度が２１７℃（冷接点温度０℃）から２２５℃（冷接点温度８０℃）になると増幅回路５４の出力電圧が異常温度検出閾値電圧を超え、前述した異常温度検出動作が行われて、定着スリーブ２０８が熱的に劣化することを防止する。

このように定着装置の異常温度を検出することで、ＣＰＵの暴走が発生しても十分な安全性を確保することが可能となる。

このように構成することにより、第１の実施の形態と比較して異常を検出する温度範囲を狭くすることが可能となり、正常動作時の誤動作と定着スリーブの熱的な劣化の発生に対しさらにマージンを確保することが可能となる。

なお、第１ないし第３の実施の形態では、定着スリーブの表面温度をサーモパイル式非接触温度センサにより検出する構成で説明を行ったが、表面温度を検出する対象は、定着スリーブに限定されるものではなく、例えば、加圧ローラにも加熱手段を設け、加圧ローラの表面温度をサーモパイル式非接触温度センサにより検出する構成や、定着スリーブに外接した加熱ローラの表面温度をサーモパイル式非接触温度センサにより検出するようにしてもかまわない。

第１ないし第３の実施の形態では、加熱手段として、ハロゲンランプ、誘導加熱方式、セラミックヒータの例を説明したが、これらの例に限定されるものではなく、他の方式で加熱するようにしてもかまわない。

第１ないし第３の実施の形態では加熱手段を被加熱体の内部に配置する構成で説明を行ったが、加熱手段の配置は被加熱体の内部に限定されるものではなく、例えば、定着スリーブに外接する加熱ローラによる加熱構成や、定着スリーブの外部に配置した誘導加熱方式で加熱する加熱構成など、加熱手段が被加熱体の外部に存在するようにしてもかまわない。

第１ないし第３の実施の形態では、正常動作時の定着スリーブの表面温度を１８０℃、一方、定着スリーブの熱的な劣化が加速される温度を２４０℃として説明を行ったが、正常動作時の定着スリーブの表面温度や、定着スリーブの熱的な劣化が加速される温度は上記温度に限定されるものではなく、異常を検出する温度は装置の構成に応じて変更してもかまわない。

本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る画像形成装置の構造を示す断面図である。 第１の実施の形態において、温度サーミスタの検出電圧と温度との関係を示す図である。 第１の実施の形態において、定着スリーブの表面温度と異常検出温度との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態の形態を示すブロック図である。 第２の実施の形態において、定着スリーブの表面温度と異常検出温度との関係を示す図である。 本発明の第３の実施の形態を示すブロック図である。 第３の実施の形態において、温度サーミスタの検出電圧と温度の関係を示す図である。 本発明の第３の実施を示すブロック図である。 サーモパイル式非接触温度センサの温度検出回路を示す回路図である。

符号の説明

１ ＣＰＵ
１８、１５５、２０８ 定着スリーブ
１９ 加圧ローラ
２１ サーモパイル式非接触温度センサ
２５ ハロゲンランプ
５１ サーモパイル
５２ 温度サーミスタ
５３ 保護部材
５４ 電圧増幅回路
５５、６２、６３、１０２、１０３、１０５、１５３、１５４、２０２，２０３、２０６、２０９ 抵抗
５６ 加熱制御回路
５７ トライアック
５８、５９ リレー
６１、１０４、１０７、２１０ ＦＥＴ
６４、２０５ 電源
１０１ 比較器
１０６ ツェナーダイオード
１５１、２０１ ボルテージフォロワー
１５２、２０１ オペアンプ
１５６ 磁性コア
１５７ 高周波発生装置
１５８ 励磁コイル
１５９ フォルダ
２０４ 減算回路
２０７ セラミックヒータ

Claims (13)

1. 加熱手段と、
   前記加熱手段により加熱される被加熱体と、
   前記被加熱体から放出される赤外線量に基き温度を検出する非接触温度検出手段と、前記被接触温度検出手段の周囲温度を検出する周囲温度検出手段とを有し、前記非接触温度検出手段により検出された温度を、前記補正用温度検出手段により検出された周囲温度で補正して、前記被加熱体の表面温度を検出する被加熱体表面温度検出手段と
   を有する画像形成装置において、
   前記非接触温度検出手段の出力電圧が、所定の閾値電圧を超えたとき、前記加熱手段への電力供給を遮断する遮断手段
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 加熱手段と、
   前記加熱手段により加熱される被加熱体と、
   前記被加熱体から放出される赤外線量に基き被加熱体の温度を検出する非接触温度検出手段と、前記被接触温度検出手段の周囲温度を検出する周囲温度検出手段とを有し、前記非接触温度検出手段により検出された温度を、前記補正用温度検出手段により検出された周囲温度で補正して、前記被加熱体の表面温度を検出する被加熱体表面温度検出手段と
   を有する画像形成装置において、
   前記非接触温度検出手段の出力電圧を前記周囲温度検出手段の出力電圧を用いて補正した電圧値が、所定の閾値電圧を超えたとき、前記加熱手段への電力供給を遮断する遮断手段
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
3. 加熱手段と、
   前記加熱手段により加熱される被加熱体と、
   前記被加熱体から放出される赤外線量に基き温度を検出する非接触温度検出手段と、前記被接触温度検出手段の周囲温度を検出する周囲温度検出手段とを有し、前記非接触温度検出手段により検出された温度を、前記補正用温度検出手段により検出された周囲温度で補正して、前記被加熱体の表面温度を検出する被加熱体表面温度検出手段と
   を有する画像形成装置において、
   前記非接触温度検出手段の出力電圧が、前記周囲温度検出手段の出力電圧を用いて補正した所定の閾値電圧を超えたとき、前記加熱手段への電力供給を遮断する遮断手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記被加熱体は、定着スリーブであることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記被加熱体は、加圧ローラであることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記被加熱体は、定着スリーブもしくは加圧ローラに外接する加熱スリーブであることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記非接触温度検出手段は、２つの接点間の温度差に応じた電圧を出力するサーモパイル式非接触温度検出手段であることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記周囲温度検出手段は、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ方式の温度検出手段であることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、前記加熱手段は、ハロゲンヒータであることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、前記加熱手段は、誘導加熱方式の加熱手段であることを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、前記加熱手段は、セラミック素子に抵抗パターンを形成したセラミックヒータであること特徴とする画像形成装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれかにおいて、前記加熱手段は、前記被加熱体の内部に配置することを特徴とする画像形成装置。
13. 請求項１ないし１１のいずれかにおいて、前記加熱手段は、前記被加熱体の外部に配置することを特徴とする画像形成装置。

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