JP2017106740A - 異常温度検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 マイコン制御を使用せずに、より広い温度範囲で定着ローラ等の高温異常を精度良く検出する異常温度検出回路を提供すること。【解決手段】 検知用サーミスタと補償用サーミスタとを有して検知用サーミスタの出力と補償用サーミスタの出力との差動出力を検出する差動出力検出回路部Ｃ１と、検知用サーミスタが検知した温度が異常温度であると判定する判定用しきい値を補償用サーミスタの出力に基づいて変えて出力するアナログ回路であるしきい値設定回路部Ｃ２と、差動出力が、出力された判定用しきい値より低い場合に、異常温度検出信号を出力する異常温度判定回路部Ｃ３とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば定着ローラ等が異常温度になったことを判定可能なサーミスタを用いた異常温度検出回路に関する。

従来、複写機やプリンタ等の定着ローラ等の測定対象物から輻射により放射される赤外線を非接触で検出して測定対象物の温度を測定する温度センサとして、サーミスタが使用されている。このようなサーミスタで定着ローラ等の温度を測定する場合、定着ローラ等が加熱して異常温度に達した際に装置を停止させる必要があるため、サーミスタで検知した温度から定着ローラ等の高温異常を検出する異常温度検出回路が装置に用いられている。

例えば、特許文献１には、非接触温度センサにおいて温度検出回路と比較演算回路とを用いた技術が記載されている。すなわち、これらの回路では、温度補償用感熱素子と赤外線検知用感熱素子との差動出力に基づいて周囲の温度の影響を相殺した定着ローラの表面温度の出力信号ΔＴを得ると共に、出力信号ΔＴと温度設定回路のしきい値とを比較演算することで、定着装置の温度制御を行っている。また、特許文献１では、他の方法として、マイクロコンピュータを用いたデジタル方式の温度制御回路を用いて定着ローラの表面温度を検出し、定着温度制御を行う技術も記載されている。

特開２００８−１１１８４９号公報（段落番号００２９〜００３２、図７、図８）

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来、温度設定回路で固定された一定のしきい値を設定して高温異常を判定しているが、この場合、サーミスタの抵抗−温度特性が非線形であるため、異常温度を判定して定着ローラ等を停止することができる温度範囲が狭いという不都合があった。例えば、図７に示すように、抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６とによって一定のしきい値電圧Ｖ_ＴＨＲを設定した異常温度検出回路の場合について説明する。この回路は、検知用サーミスタＲ７の出力電圧Ｖ_ＤＥＴ（検出温度Ｔ_ＤＥＴに対応）と補償用サーミスタＲ２の出力電圧Ｖ_ＲＥＦ（補償温度Ｔ_ＲＥＦに対応）とから算出される差動電圧Ｖ_ＤＩＦを出力する温度検出回路と、差動電圧Ｖ_ＤＩＦと一定のしきい値電圧Ｖ_ＴＨＲとを比較して定着ローラの加熱又は加熱停止を指示する信号出力Ｖ_ＣＯＭを出力する比較演算回路とから構成されている。
この回路例では、図８に示すように、検知用サーミスタＲ７の出力電圧Ｖ_ＤＥＴと補償用サーミスタＲ２の出力電圧Ｖ_ＲＥＦとから算出される差動電圧Ｖ_ＤＩＦの補償温度−出力電圧特性（対象物温度Ｔ_ＢＢ（黒体温度）：２６０℃）に対して、「Ｖ_ＤＩＦ−Ｖ_ＴＨＲ＜０」のときに定着ローラの加熱をＯＦＦにするように設定すると、補償用サーミスタＲ２による補償温度４０℃以下の領域では、差動電圧Ｖ_ＤＩＦがしきい値電圧Ｖ_ＴＨＲを上回ってしまうために、異常温度を判定できず、定着ローラの加熱をＯＦＦにできない問題があった。すなわち、従来の回路では、周囲温度（補償温度）がまだ高くない状態で定着ローラが異常高温になった場合、高温異常を検出することができなかった。
なお、マイコン制御を使用する場合は各補償温度でしきい値を細かく設定できるが、高コストになってしまう不都合があった。また、マイコン制御による異常温度検出は、熱暴走により動作しない場合があるため避けることが望ましい。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、マイコン制御を使用せずに、より広い温度範囲で定着ローラ等の高温異常を精度良く検出する異常温度検出回路を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る異常温度検出回路は、検知用サーミスタと補償用サーミスタとを有して前記検知用サーミスタの出力と前記補償用サーミスタの出力との差動出力を検出する差動出力検出回路部と、前記検知用サーミスタが検知した温度が異常温度であると判定する判定用しきい値を前記補償用サーミスタの出力に基づいて変えて出力するアナログ回路であるしきい値設定回路部と、前記差動出力が、出力された前記判定用しきい値より低い場合に、異常温度検出信号を出力する異常温度判定回路部とを備えていることを特徴とする。

本発明の異常温度検出回路では、検知用サーミスタが検知した温度が異常温度であると判定する判定用しきい値を補償用サーミスタの出力に基づいて変えて出力するアナログ回路であるしきい値設定回路部と、差動出力が、出力された判定用しきい値より低い場合に、異常温度検出信号を出力する異常温度判定回路部とを備えているので、判定用しきい値の設定に補償温度出力を用いることで、サーミスタの抵抗−温度特性の非線形性に対応して判定用しきい値が変化し、従来よりも広い温度範囲で異常温度を簡易な回路により高精度に検出することができる。

第２の発明に係る異常温度検出回路は、第１の発明において、前記しきい値設定回路部が、前記補償用サーミスタの出力で得られる補償温度が所定の温度より低い際に、前記補償用サーミスタの出力に伴って前記判定用しきい値を変動させ、前記補償用サーミスタの出力で得られる補償温度が所定の温度より高い際に、前記判定用しきい値を一定の固定値に設定することを特徴とする。
すなわち、この異常温度検出回路では、しきい値設定回路部が、補償用サーミスタの出力で得られる補償温度が所定の温度より低い際に、補償用サーミスタの出力に伴って判定用しきい値を変動させ、補償用サーミスタの出力で得られる補償温度が所定の温度より高い際に、判定用しきい値を一定の固定値に設定するので、サーミスタの抵抗−温度特性の非線形性に合わせて判定用しきい値を変動領域と一定領域とに分けて、簡易な回路構成により高精度な高温異常検出が可能になる。

第３の発明に係る異常温度検出回路は、第１又は第２の発明において、前記しきい値設定回路部が、２つの抵抗で構成される分圧回路によって前記補償用サーミスタの出力の入力レベルを調整可能であることを特徴とする。
すなわち、この異常温度検出回路では、しきい値設定回路部が、２つの抵抗で構成される分圧回路によって補償用サーミスタの出力の入力レベルを調整可能であるので、２つの抵抗の抵抗比に基づいて、補償用サーミスタ電圧の依存部分のしきい値電圧を簡易に変更可能である。

第４の発明に係る異常温度検出回路は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記検知用サーミスタが、画像形成装置の定着ローラの温度を測定する温度センサであることを特徴とする。
すなわち、この異常温度検出回路では、検知用サーミスタが、画像形成装置の定着ローラの温度を測定する温度センサであるので、広い温度範囲で定着ローラの高温異常を検知して加熱を停止させることが可能になる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る異常温度検出回路によれば、検知用サーミスタが検知した温度が異常温度であると判定する判定用しきい値を補償用サーミスタの出力に基づいて変えて出力するアナログ回路であるしきい値設定回路部と、出力された差動電圧が、出力された判定用しきい値より低い場合に、異常温度検出信号を出力する異常温度判定回路部とを備えているので、サーミスタの抵抗−温度特性の非線形性に対応して判定用しきい値が変化し、従来よりも広い温度範囲で異常温度を高精度に検出することができる。
特に、検知用サーミスタを、画像形成装置の定着ローラの温度を測定する温度センサとすることで、広い温度範囲で定着ローラの高温異常を検知して加熱を停止させることが可能になる。

本発明に係る異常温度検出回路の一実施形態を示すブロック図である。 本実施形態において、異常温度検出回路を示す回路図である。 本実施形態において、補償温度に対するしきい値電圧と差動電圧との関係を示すグラフである。 本実施形態において、抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６との抵抗比を変えた場合の補償温度に対するしきい値電圧を示すグラフである。 本実施形態において、抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１３との抵抗比を変えた場合の補償温度に対するしきい値電圧を示すグラフである。 本実施形態において、複数の対象物温度Ｔ_ＢＢについて補償温度に対する差動電圧及びしきい値電圧を示すグラフである。 本発明に係る異常温度検出回路の参考例を示す回路図である。 本発明に係る参考例において、補償温度に対するしきい値電圧と差動電圧との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る異常温度検出回路の一実施形態を、図１から図５を参照しながら説明する。

本実施形態の異常温度検出回路１は、画像形成装置の定着ローラの高温異常を検出する回路であって、図１及び図２に示すように、検知用サーミスタＲ７と補償用サーミスタＲ２とを有し検知用サーミスタＲ７の出力と補償用サーミスタＲ２の出力との差動出力（差動電圧Ｖ_ＤＩＦ）を検出する差動出力検出回路部Ｃ１と、検知用サーミスタＲ７が検知した温度が異常温度であると判定する判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲを補償用サーミスタＲ２の出力（補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦ）に基づいて変えて出力するアナログ回路であるしきい値設定回路部Ｃ２と、差動出力が、出力された判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲより低い場合に、異常温度検出信号（信号出力Ｖ_ＣＯＭ）を出力する異常温度判定回路部Ｃ３とを備えている。

また、しきい値設定回路部Ｃ２は、補償用サーミスタＲ２の出力で得られる補償温度が所定の温度より低い際に、補償用サーミスタＲ２の出力に伴って判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲを変動させ、補償用サーミスタＲ２の出力で得られる補償温度が所定の温度より高い際に、判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲを一定の固定値に設定する演算機能を有している。

上記検知用サーミスタＲ７は、赤外線を受光して温度を検出可能な非接触温度センサであり、測定対象物の定着ローラに対向配置され、定着ローラからの赤外線を受光して定着ローラの温度を測定可能になっている。また、補償用サーミスタＲ２は、検知用サーミスタＲ７と同構造であるが、定着ローラからの赤外線を遮断して周囲温度（補償温度）の検出が可能になっている。
なお、検知用サーミスタＲ７及び補償用サーミスタＲ２は、ＮＴＣサーミスタ素子である。

上記差動出力検出回路部Ｃ１は、検知用サーミスタＲ７と補償用サーミスタＲ２と抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ１２とにより構成されたブリッジ回路部Ｂ１と、ブリッジ回路部Ｂ１による補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦが入力され増幅率が１で補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦを出力するバッファ部Ｂ２と、バッファ部Ｂ２を経由した補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦが入力されると共に検知用サーミスタ電圧Ｖ_ＤＥＴが直接入力されこれらの差分（Ｖ_ＤＥＴ−Ｖ_ＲＥＦ）を増幅し差動出力として差動電圧Ｖ_ＤＩＦを出力する差動増幅部Ｂ３とを備えている。

上記バッファ部Ｂ２は、補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦの出力抵抗を小さくするためのインピーダンス変換回路である。
上記差動電圧Ｖ_ＤＩＦの増幅率は、抵抗Ｒ３／抵抗Ｒ５に依存する。

上記しきい値設定回路部Ｃ２は、バッファ部Ｂ２から出力された補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦが入力され判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲを演算する回路であり、補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦを分圧して判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲのうち補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦの依存部分（図３の左側の曲線部分）を決める第１演算部Ｅ１と、入力側が低いときに電流を流さず判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲ＝一定値（図３の右側の水平部分）とし、入力側が高ければ補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦの依存部分（図３の左側の曲線部分）の電圧を出力するダイオードＤ３である第３演算部Ｅ３と、第１演算部Ｅ１と第３演算部Ｅ３との間に設けられダイオードＤ３の温度依存性を補償する第２演算部Ｅ２と、判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲを抵抗Ｒ１５／抵抗Ｒ１６で分圧して判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲの一定部分（図３の右側の水平部分）を求める第４演算部Ｅ４とを備えている。

上記第２演算部Ｅ２は、ダイオードＤ３の順方向電圧降下に温度依存性があるためダイオードＤ３と温度結合された同一パッケージ内のダイオードＤ２を用いてダイオードＤ３の温度依存性を補償する回路である。
なお、上記第３演算部Ｅ３では、ダイオードであるため差分が０Ｖから電流が流れるわけではなく、入力側が電圧降下分（例えば、０．７Ｖ程度）高くないと電流が流れない。この電圧降下分（例えば、０．７Ｖ程度）は温度依存性があり、温度によって例えば０．６Ｖなどしきい値が異なってしまう。そのため、第２演算部Ｅ２で補正を行っている。

第３演算部Ｅ３のダイオードＤ３では、補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦに依存してＯＮ又はＯＦＦ状態となる。すなわち、ダイオードＤ３がＯＮの場合は、補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦに依存した電圧値が判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲとして出力され、ダイオードＤ３がオフの場合は、抵抗Ｒ１５／抵抗Ｒ１６に依存した一定の電圧値が判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲとして出力される。

上記第１演算部Ｅ１では、抵抗Ｒ１０／抵抗Ｒ１３により、第２演算部Ｅ２への補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦの入力レベルが調整可能になっている。すなわち、しきい値設定回路部Ｃ２は、２つの抵抗Ｒ１０，Ｒ１３で構成される分圧回路によって補償用サーミスタＲ２の出力の第２演算部Ｅ２に対する入力レベルを調整可能である。

上記異常温度判定回路部Ｃ３は、差動電圧Ｖ_ＤＩＦと判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲとの大小に応じた加熱を制御する信号出力Ｖ_ＣＯＭを出力する機能を有している。
すなわち、この異常温度判定回路部Ｃ３では、Ｖ_ＤＩＦ−Ｖ_ＴＨＲについてその大小に応じた固定値である信号出力Ｖ_ＣＯＭを出力する比較演算部であり、Ｖ_ＤＩＦ−Ｖ_ＴＨＲ＞０の場合、加熱を指示する信号出力Ｖ_ＣＯＭ（例えば、３．３Ｖ）を出力し、Ｖ_ＤＩＦ−Ｖ_ＴＨＲ＜０の場合、加熱停止を指示する信号出力Ｖ_ＣＯＭ（例えば、−３．３Ｖ）を出力する。

本実施形態の異常温度検出回路１では、例えば図３に示すように、検知用サーミスタＲ７の検出温度Ｔ_ＤＥＴと補償用サーミスタＲ２の検出温度Ｔ_ＲＥＦとから算出される差動電圧Ｖ_ＤＩＦの補償温度−出力電圧特性（対象物（定着ローラ）温度Ｔ_ＢＢ（黒体温度）：２６０℃）に対して、「Ｖ_ＤＩＦ−Ｖ_ＴＨＲ＜０」のときに定着ローラの加熱をＯＦＦにするように設定する。この際、本実施形態の場合、従来の回路では対応できていなかった補償温度４０℃から約２０℃までの温度範囲で、定着ローラの加熱をＯＦＦにすることができることがわかる。

また、本実施形態では、第４演算部Ｅ４の抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６との定数を変えることで、しきい値レベルを調整することが可能である。例えば、図４に示すように、抵抗値一定の抵抗Ｒ１５に対して抵抗Ｒ１６の抵抗値を変えることで、判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲの一定部分（図４の右側の水平部分）のレベルを変更可能である。

さらに、本実施形態では、第１演算部Ｅ１の抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１３との定数を変えることで、第２演算部Ｅ２への補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦの入力レベルが調整可能になっている。例えば、図５に示すように、抵抗値一定の抵抗Ｒ１３に対して抵抗Ｒ１０の抵抗値を変えると、抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１３との抵抗比による分圧によってダイオードＤ３の両端電圧が変化し、ダイオードＤ３がＯＦＦとなる範囲が変化することで、補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦの依存部分（図５の左側の曲線部分）のしきい値電圧を変更可能である。すなわち、本実施形態の異常温度検出回路１では、上記依存部分から一定部分に切り替わる上記所定の温度となる補償温度を、約５０℃〜約７０℃の範囲に変更することができる。

これらの調整によって、例えば、対象物（定着ローラ）温度Ｔ_ＢＢ（黒体温度）が２００℃〜３２０℃までの差動電圧Ｖ_ＤＩＦの補償温度−出力電圧特性に対して、図６に示すように判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲ−補償温度特性を設定することで、補償温度約２０℃〜１３０℃の広い範囲において、対象物温度Ｔ_ＢＢが２４０℃では高温異常と判定せずに、２６０℃以上となった場合に高温異常と判定する高精度な判定を行うことができる。なお、図６は、補償温度Ｔ_ＲＥＦを変化させた場合の応答（検知用サーミスタ電圧Ｖ_ＤＥＴ−補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦ）から算出される差動電圧Ｖ_ＤＩＦ値を、対象物温度Ｔ_ＢＢを変えてプロットしたグラフであり、設定した判定しきい値Ｖ_ＴＨＲ の曲線も破線で示している。

このように本実施形態の異常温度検出回路１では、検知用サーミスタＲ７が検知した温度が異常温度であると判定する判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲを補償用サーミスタＲ２の出力に基づいて出力するしきい値設定回路部Ｃ２と、差動出力Ｖ_ＤＩＦが、出力された判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲより低い場合に、異常温度検出の信号Ｖ_ＣＯＭを出力する異常温度判定回路部Ｃ３とを備えているので、判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲの設定に補償温度出力Ｖ_ＲＥＦを用いることで、サーミスタの抵抗−温度特性の非線形性に対応して判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲが変化し、従来よりも広い温度範囲で異常温度を高精度に検出することができる。

また、しきい値設定回路部Ｃ２が、補償用サーミスタＲ２の出力で得られる補償温度が所定の温度より低い際に、補償用サーミスタＲ２の出力に伴って判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲを変動させ、補償用サーミスタＲ２の出力で得られる補償温度が所定の温度より高い際に、判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲを一定の固定値に設定する演算部を有しているので、サーミスタの抵抗−温度特性の非線形性に合わせて判定用しきい値Ｖ_ＴＨＲを変動領域と一定領域とに分けて、簡易な回路構成で高精度な高温異常検出が可能になる。

さらに、しきい値設定回路部Ｃ２が、２つの抵抗Ｒ１０，Ｒ１３で構成される分圧回路によって補償用サーミスタＲ２の出力の入力レベルを調整可能であるので、２つの抵抗Ｒ１０，Ｒ１３の抵抗比に基づいて、補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦの依存部分のしきい値電圧Ｖ_ＴＨＲを簡易に変更可能である。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１…異常温度検出回路、Ｃ１…差動出力検出回路部、Ｃ２…しきい値設定回路部、Ｃ３…異常温度判定回路部、Ｒ２…補償用サーミスタ、Ｒ７…検知用サーミスタ

Claims (4)

1. 検知用サーミスタと補償用サーミスタとを有して前記検知用サーミスタの出力と前記補償用サーミスタの出力との差動出力を検出する差動出力検出回路部と、
   前記検知用サーミスタが検知した温度が異常温度であると判定する判定用しきい値を前記補償用サーミスタの出力に基づいて変えて出力するアナログ回路であるしきい値設定回路部と、
   前記差動出力が、出力された前記判定用しきい値より低い場合に、異常温度検出信号を出力する異常温度判定回路部とを備えていることを特徴とする異常温度検出回路。
2. 請求項１に記載の異常温度検出回路において、
   前記しきい値設定回路部が、前記補償用サーミスタの出力で得られる補償温度が所定の温度より低い際に、前記補償用サーミスタの出力に伴って前記判定用しきい値を変動させ、前記補償用サーミスタの出力で得られる補償温度が所定の温度より高い際に、前記判定用しきい値を一定の固定値に設定することを特徴とする異常温度検出回路。
3. 請求項１又は２に記載の異常温度検出回路において、
   前記しきい値設定回路部が、２つの抵抗で構成される分圧回路によって前記補償用サーミスタの出力の入力レベルを調整可能であることを特徴とする異常温度検出回路。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の異常温度検出回路において、
   前記検知用サーミスタが、画像形成装置の定着ローラの温度を測定する温度センサであることを特徴とする異常温度検出回路。