JP2017134048A - 温度検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】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温度検出回路を提供する。
【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分を増幅し第１差動出力として検出する差動出力検出回路部Ｃ１と、第１差動出力と補償用サーミスタの出力との差分を増幅し第２差動出力として出力する第２差動増幅部Ｃ２と、補償用サーミスタの出力と第２差動出力とをデジタル値に変換するＡＤ変換部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の温度を高精度で検出可能なサーミスタを用いた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を用いて定着ローラ等の温度を測定する場合、サーミスタの出力に基づいて定着ローラ等の温度を検出する温度検出回路が装置に用いられている。特に、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等の必要があるため、高精度な温度検出回路が要望されている。

例えば、特許文献１には、非接触温度センサの出力に基づいて定着ローラの表面温度を検出する温度検出回路を用いた技術が記載されている。すなわち、この温度検出回路では、演算増幅器によってそれぞれ検知側感熱素子電圧Ｖ_ＤＥＴと補償側感熱素子電圧Ｖ_ＲＥＦとに対応した出力が得られ、これら出力を演算することにより差動出力Ｖ_ＤＩＦ（Ｖ_ＤＥＴ−Ｖ_ＲＥＦ）を得ている。すなわち、この回路では、差動出力Ｖ_ＤＩＦを、周囲温度の影響を相殺した定着ローラの表面温度に対応した出力として検出している。

特開２００８−１１１８４９号公報（図６）

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来の温度設定回路では、補償温度に対する差動出力Ｖ_ＤＩＦの変化が少ない場合、出力をデジタル値に変換するＡＤ変換器での変換誤差の影響が大きくなり、測定対象物の算出温度の誤差が大きくなってしまうという問題があった。すなわち、低温時と高温時とで同様の差動出力Ｖ_ＤＩＦであっても、差動出力Ｖ_ＤＩＦの変化が少ないと、ＡＤ変換器の分解能に応じて生じる誤差に測定対象物の算出温度が大きく影響されてしまう場合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、補償温度に対する差動出力Ｖ_ＤＩＦの変化が少ない場合でも測定対象物の温度を高精度に検出することができる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分を増幅し第１差動出力として検出する差動出力検出回路部と、前記第１差動出力と前記補償用サーミスタの出力との差分を増幅し第２差動出力として出力する第２差動増幅部と、前記補償用サーミスタの出力と前記第２差動出力とをデジタル値に変換するＡＤ変換部とを備えていることを特徴とする。

本発明の温度検出回路では、第１差動出力と補償用サーミスタの出力との差分を増幅し第２差動出力として出力する第２差動増幅部を備えているので、差動出力の変化が小さくても第２差動増幅部で差動出力の変化を大きく増幅した第２差動出力を得ることで、ＡＤ変換部によるデジタル変換時の誤差の影響を小さくすることができる。したがって、デジタル変換された補償用サーミスタの出力と第２差動出力とから測定対象物の温度を高精度に算出することが可能になる。

第２の発明に係る温度検出回路は、第１の発明において、前記第２差動増幅部が、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、この温度検出回路では、第２差動増幅部が、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、補償用サーミスタの出力の入力レベルを簡易に変更可能である。

第３の発明に係る温度検出回路は、第１又は２の発明において、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、定着ローラの温度を高精度に検出して高温異常を検知し、加熱を停止させることも可能になる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度検出回路によれば、第１差動出力と補償用サーミスタの出力との差分を増幅し第２差動出力として出力する第２差動増幅部を備えているので、差動出力の変化が小さくてもデジタル変換時の誤差の影響を小さくすることができ、測定対象物の温度を高精度に算出することが可能になる。
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、定着ローラの温度を高精度に検出し、高温異常を検知して加熱を停止させることも可能になる。

本発明に係る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、温度検出回路を示す回路図である。 本発明に係る温度検出回路の参考例を示す回路図である。 本実施形態の参考例において、補償温度に対する差動出力電圧を示すグラフである。 本実施形態において、補償温度に対する第２差動出力電圧を示すグラフである。 本実施形態において、ＡＤ変換後の差動出力電圧（Ｖ_{ＤＩＦ２−Ｄ}とＶ_{ＲＥＦ−Ｄ}）から計算されるＶ_ＤＩＦを、Ｖ_{ＤＩＦ−ＣＡＬＣ}（本実施形態）と定義し、さらにΔＶ１をΔＶ１＝Ｖ_ＤＩＦ−Ｖ_{ＤＩＦ−D}、また、ΔＶ２をΔＶ２＝Ｖ_ＤＩＦ−Ｖ_{ＤＩＦ−ＣＡＬＣ}の各式で表現される差分量と定義する場合の、ΔＶ１及びΔＶ２と補償温度の関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る温度検出回路の一実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。

本実施形態の温度検出回路１は、例えば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ＴＨ１と補償用サーミスタＴＨ２とを有し検知用サーミスタＴＨ１の出力（検出用サーミスタ電圧Ｖ_ＤＥＴ）と補償用サーミスタＴＨ２の出力（補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦ）との差分を増幅し第１差動出力Ｖ_ＤＩＦとして検出する差動出力検出回路部Ｃ１と、第１差動出力と補償用サーミスタＴＨ２の出力との差分を増幅し第２差動出力Ｖ_ＤＩＦ２として出力する第２差動増幅部Ｃ２と、補償用サーミスタＴＨ２の出力と第２差動出力Ｖ_ＤＩＦ２とをデジタル値に変換するＡＤ変換部Ｃ３とを備えている。

上記第２差動増幅部Ｃ２は、２つの抵抗Ｒ１２、Ｒ１３で構成される分圧回路によって補償用サーミスタＴＨ２の出力の入力レベルを調整可能である。すなわち、電源Ｖ１とグランドとの間の電圧を２つの抵抗Ｒ１２、Ｒ１３で分圧することで、補償用サーミスタＴＨ２の出力の入力レベルを調整可能にしている。
上記検知用サーミスタＴＨ１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ＴＨ２は、検知用サーミスタＴＨ１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ＴＨ１及び補償用サーミスタＴＨ２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ＴＨ１と補償用サーミスタＴＨ２と抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３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第１差動電圧Ｖ_ＤＩＦを出力する第１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。
上記第１差動電圧Ｖ_ＤＩＦの増幅率は、抵抗Ｒ８／抵抗Ｒ７に依存する。

上記第２差動増幅部Ｃ２では、第１差動増幅部Ｂ３のオペアンプＵ１の出力である第１差動電圧Ｖ_ＤＩＦがオペアンプＵ３の非反転入力側に入力されると共に、補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦが反転入力側に入力される。さらに、オペアンプＵ３により増幅された第２差動電圧Ｖ_ＤＩＦ２が出力される。

上記ＡＤ変換部Ｃ３では、出力された第２差動電圧Ｖ_ＤＩＦ２と補償用サーミスタ電圧Ｖ_ＲＥＦとがそれぞれデジタル値Ｖ_{ＤＩＦ２−Ｄ}、Ｖ_{ＲＥＦ−Ｄ}に変換されて出力される。
なお、測定対象物の温度条件によって第２差動電圧Ｖ_ＤＩＦ２が飽和しないようにするために、抵抗Ｒ９〜Ｒ１４の抵抗定数が調整されている。

このように本実施形態の温度検出回路１では、第１差動出力Ｖ_ＤＩＦと補償用サーミスタＴＨ２の出力との差分を増幅し第２差動出力として出力する第２差動増幅部Ｃ２を備えているので、差動出力の変化が小さくても第２差動増幅部Ｃ２で差動出力の変化を大きく増幅した第２差動出力を得ることで、ＡＤ変換部Ｃ３によるデジタル変換時の誤差の影響を小さくすることができる。

したがって、デジタル変換された補償用サーミスタ電圧Ｖ_{ＲＥＦ−Ｄ}と第２差動電圧Ｖ_{ＤＩＦ２−Ｄ}とから測定対象物の温度を高精度に算出することが可能になる。
特に、検知用サーミスタＴＨ１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、定着ローラの温度を高精度に検出し、高温異常を検知して加熱を停止させることも可能になる。

また、第２差動増幅部Ｃ２が、２つの抵抗Ｒ１２、Ｒ１３で構成される分圧回路によって補償用サーミスタＴＨ２の出力の入力レベルを調整可能であるので、２つの抵抗Ｒ１２、Ｒ１３の抵抗比に基づいて、補償用サーミスタＴＨ２の出力の入力レベルを簡易に変更可能である。

本実施形態の温度検出回路１について、補償温度（補償用サーミスタＴＨ２で検出した温度）に対する差動出力電圧（第２差動電圧Ｖ_ＤＩＦ２）の変化について調べた。なお、比較のため、図３に示す第２差動増幅部Ｃ２を有さない参考回路についても、同様に補償温度に対する差動出力電圧（差動電圧Ｖ_ＤＩＦ）の変化について調べた。これらの結果を、図４及び図５に示す。

図４に示すように、第２差動増幅部Ｃ２を有さない参考回路の場合、補償温度に対して差動出力電圧（差動電圧Ｖ_ＤＩＦ）の変化が小さくなってしまうのに対し、本実施形態の温度検出回路１では、図５に示すように、補償温度に対して差動出力電圧（第２差動電圧Ｖ_ＤＩＦ２）の変化が大きくなっている。本実施形態の参考例の検出回路と比較して、本実施形態の検出回路においては、相対的に大きな差動出力電圧が生じることにより、温度検出の精度を向上させることが可能である。

また、本実施形態の参考例及び本実施形態に示す検出回路において、精度良く検出されるべき物理量は、差動出力検出回路から出力されるサーミスタ電圧由来のアナログ出力（Ｖ_ＤＩＦ）であり、本実施形態においてＡＤ変換後の差動出力電圧（Ｖ_{ＤＩＦ２−Ｄ}とＶ_{ＲＥＦ−Ｄ}）から計算されるＶ_ＤＩＦを、Ｖ_{ＤＩＦ−ＣＡＬＣ}（本実施形態）と定義する場合、各検出回路の出力信号から算出される対象物温度は、主に、参考例においてはＶ_ＤＩＦとＶ_{ＤＩＦ−Ｄ}との差、本実施形態においてはＶ_ＤＩＦとＶ_{ＤＩＦ−ＣＡＬＣ}との差に影響される。ここで、ΔＶ１をΔＶ１＝Ｖ_ＤＩＦ−Ｖ_{ＤＩＦ−Ｄ}、また、ΔＶ２をΔＶ２＝Ｖ_ＤＩＦ−Ｖ_{ＤＩＦ−ＣＡＬＣ}の各式で表現される差分量と定義する。

図６に、測定対象物を１００℃とした場合の、補償温度に対するΔＶ１及びΔＶ２の変化を示す。なお、ΔＶ１及びΔＶ２の算出においては、ＡＤ変換部Ｃ３は１０ｂｉｔで、変換誤差を±３ＬＳＢとした場合の出力電圧を用いた。
本実施形態の参考例の検出回路と比較し（ΔＶ１）、本実施形態における検出回路（ΔＶ２）は、今回調査した全補償温度領域において、小さい値を示している。この結果は、本実施形態の検出回路においては、ＡＤ変換後の電圧（Ｖ_{ＲＥＦ−Ｄ}及びＶ_{ＤＩＦ２−Ｄ}）から算出されるＶ_{ＤＩＦ−ＣＡＬＣ}が、差動出力検出回路から出力されるサーミスタ電圧由来のアナログ出力（Ｖ_ＤＩＦ）に対して、誤差が小さいことを示している。したがって、本実施形態の検出回路において、精度の高い対象物温度検出が可能になる。

さらに、測定対象物を１００℃及び１５０℃とした際、上記参考回路でのデジタル変換された差動電圧Ｖ_{ＤＩＦ−Ｄ}及び補償用サーミスタ電圧Ｖ_{ＲＥＦ−Ｄ}から算出した測定対象物の温度と、本実施形態の温度検出回路１でのデジタル変換された第２差動電圧Ｖ_{ＤＩＦ２−Ｄ}及び補償用サーミスタ電圧Ｖ_{ＲＥＦ−Ｄ}から算出した測定対象物の温度とを解析し、補償温度（２５℃、５０℃、７５℃、１００℃）に対する検出温度誤差を調べた。その結果を表１に示す。
なお、ＡＤ変換部Ｃ３は、１０ｂｉｔで変換誤差を±３ＬＳＢとしている。

これらの結果からわかるように、本実施形態の温度検出回路１は、参考回路に比べて検出温度誤差が小さくなっており、ＡＤ変換部Ｃ３による変換誤差の影響が低減され、対象物温度の算出温度の誤差が抑えられている。

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…温度検出回路、Ｃ１…差動出力検出回路部、Ｃ２…第２差動増幅部、Ｃ３…ＡＤ変換部、ＴＨ１…検知用サーミスタ、ＴＨ２…補償用サーミスタ

Claims (3)

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分を増幅し第１差動出力として検出する差動出力検出回路部と、
   前記第１差動出力と前記補償用サーミスタの出力との差分を増幅し第２差動出力として出力する第２差動増幅部と、
   前記補償用サーミスタの出力と前記第２差動出力とをデジタル値に変換するＡＤ変換部とを備えていることを特徴とする温度検出回路。
2. 請求項１に記載の温度検出回路において、
   前記第２差動増幅部が、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温度検出回路。
3. 請求項１又は２に記載の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温度検出回路。

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