JP4307438B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱ローラの過昇温を防止することができる定着装置及び該定着装置を備える画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ装置等の画像形成装置では、記録紙に転写されたトナー像を記録紙上に定着させるために加熱方式の定着装置が広く普及している。加熱方式の定着装置は、ヒータなどの加熱手段を備えた加熱ローラと、この加熱ローラに圧接された加圧ローラとを備えており、トナー像が転写された記録紙を加熱ローラ及び加圧ローラで挟持しながら通過させ、記録紙上のトナーを溶融し、更に加圧することによってトナー像を記録紙上に固着させるものである。

このような定着装置では、記録紙上のトナーを確実に溶融させ、かつ記録紙に悪影響を与えないようにするために加熱ローラの表面温度を正確に制御する必要がある。そこで、従来では、加熱ローラ表面に複数のサーミスタを押圧させ、加熱ローラの表面中央部及び表面端部の温度を検出してヒータへの通電制御を行うことにより、加熱ローラ全体の表面温度を均一に維持するように制御されていた。

しかしながら、サーミスタを用いて加熱ローラの表面温度を正確に測定する場合には、サーミスタを加熱ローラ表面に所定の圧力で押圧する必要がある。このため、加熱ローラの同一箇所にサーミスタが押圧され続け、サーミスタと加熱ローラ表面との摩擦により加熱ローラ表面が劣化し、定着性能が低下するという問題があった。また、加熱ローラ表面の汚れがサーミスタ表面に付着することにより、正確な温度が検知できないという問題もあった。

そこで、このような問題を解決するために、赤外線センサにより加熱ローラの表面温度を非接触で検出する定着装置及び画像形成装置が提案されている。例えば、色又は材質の違いにより加熱ローラの赤外線放射率が異なる場合であっても、加熱ローラの赤外線放射率に応じた対放射率信号に基づいて、赤外線センサで検出した温度を補正することにより、加熱ローラの表面温度を正確に検知することができる定着装置及び画像形成装置が提案されている（特許文献１参照）。

また、加熱ローラの所定領域に赤外線出力特性の異なる領域を２つ設け、これらの２つの領域の温度を赤外線センサにより検出することにより、加熱ローラの表面色が異なる場合でも、精度の高い温度検出をすることができる画像形成装置が提案されている（特許文献２参照）。
特開２０００−２２７７３２号公報 特開２００１−１０９３１６号公報

特許文献１及び特許文献２に記載されている非接触方式の温度センサは、加熱ローラ表面から輻射される赤外線を検知することにより、加熱ローラの表面温度を検出するものであり、その内部に赤外線検知用サーミスタと温度補償用サーミスタとを備えている。赤外線検知用サーミスタは、加熱ローラ表面から放射される赤外線を検出しているが、その出力電圧は周囲の温度（すなわち、赤外線検知用サーミスタ自身の温度）に依存する。このような温度依存を補償するために赤外線検知用サーミスタ自身の温度を検知する必要がある。そこで、温度補償用サーミスタは、赤外線検知用サーミスタの近傍であって、加熱ローラ表面から放射される赤外線の影響を受けない箇所に配置される。

温度センサは、このように配置された２つのサーミスタの両端電位を検出することにより、加熱ローラ表面の絶対温度が把握できるように構成され、２つのサーミスタの両端電位をＡＤコンバータでデジタル値に変換し、変換後のデジタル値をＣＰＵへ出力する。ＣＰＵは、所定のプログラムを実行することにより、入力されたデジタル値及び予め定められたテーブルに基づいて加熱ローラの表面温度を求め、加熱ローラの通電制御を行う。

しかしながら、ＣＰＵで行われるソフトウエア処理では、予期しないバグ等によりＣＰＵが所定の処理を実行できずに、所定の時間内に応答できずタイムアウトになる場合、処理継続不能により停止状態になる場合など、異常時に加熱ローラの適切な通電制御ができない虞があった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、加熱ローラからの輻射熱を検知する第１センサ及び第１センサの周辺温度を検知する第２センサと、第２センサの出力値に基づいて加熱ローラの温度が異常であるか否かを判定するための閾値を演算する演算回路と、第１センサ及び第２センサの出力値、並びに前記演算回路で演算された閾値に基づいて前記加熱ローラの作動状態を制御する制御回路とを備え、さらに演算回路は、第２センサの出力値に応じて、加熱ローラの表面温度の特性曲線に沿って連続する複数の直線で表わされる閾値を演算するように構成してあることにより、加熱ローラの表面温度が異常になった場合に、ＣＰＵなどのソフトウエア処理による制御が不能になったときでも、ハードウエア的な構成で加熱ローラへの通電を確実に制御することができるとともに、固定の閾値を複数設ける場合に比較して、簡単な構成で精度よく加熱ローラの表面温度の異常を検出することができる定着装置及び該定着装置を備える画像形成装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、前記制御回路は、第１センサ及び第２センサの出力値の差分値が前記閾値以上である場合、前記加熱ローラの加熱を停止すべくなしてあることにより、加熱ローラの表面温度が異常になった場合、ハードウエア構成により加熱ローラへの通電を強制的に停止させることができる定着装置及び該定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記演算回路は、前記第２センサの出力値を増幅する増幅回路及び増幅回路で増幅された出力値に所要の数値を加減算する加減算回路を備え、該加減算回路の出力値を前記閾値にすることにより、簡単な構成で、第２センサの出力値に応じて所要の閾値を設定することができる定着装置及び該定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、増幅率が異なる複数の増幅回路及び加減算する数値が異なる複数の加減算回路、並びに第２センサの出力値が予め定められた複数の出力範囲のうちいずれの出力範囲にあるかを検出する検出回路を備え、前記演算回路は、前記出力範囲毎に、前記増幅回路及び加減算回路夫々を備えることにより、従来に比べて、第２センサの出力値の広い範囲に亘って、加熱ローラの表面温度の異常を検出することができる定着装置及び該定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記検出回路は、前記第２センサの出力値が、少なくとも３つの出力範囲のいずれにあるかを検出することにより、第１センサ及び第２センサの検出温度特性に合わせて、簡単な構成で加熱ローラの表面温度の異常を検出することができる定着装置及び該定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記差分値が閾値以上である場合、前記加熱ローラへの通電を停止させるスイッチを備えることにより、ハードウエア的な構成により加熱ローラの過昇温を防止することができる定着装置及び該定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。

本発明に係る定着装置は、加熱ローラを備え、現像剤による画像が転写されたシートを加熱して、前記画像をシート上に定着させる定着装置において、前記加熱ローラからの輻射熱を検知する第１センサと、該第１センサの周辺温度を検知する第２センサと、該第２センサの出力値に基づいて前記加熱ローラの温度が異常であるか否かを判定するための閾値を演算する演算回路と、前記第１センサ及び第２センサの出力値、並びに前記演算回路で演算された閾値に基づいて、前記加熱ローラの作動状態を制御する制御回路とを備え、前記演算回路は、前記第２センサの出力値に応じて、前記加熱ローラの表面温度の特性曲線に沿って連続する複数の直線で表わされる閾値を演算するように構成してあることを特徴とする。

本発明に係る定着装置は、前記第１センサ及び第２センサの出力値の差分値を算出する算出回路と、該算出回路で算出された差分値と前記閾値とを比較する比較回路とを備え、 前記制御回路は、前記差分値が閾値以上である場合、前記加熱ローラの加熱を停止すべくなしてあることを特徴とする。

本発明に係る定着装置は、前記演算回路は、前記第２センサの出力値を増幅する増幅回路と、該増幅回路で増幅された出力値に所要の数値を加減算する加減算回路とを備え、該加減算回路の出力値を前記閾値にすることを特徴とする。

本発明に係る定着装置は、増幅率が異なる複数の増幅回路及び加減算する数値が異なる複数の加減算回路と、前記第２センサの出力値が、予め定められた複数の出力範囲のうちいずれの出力範囲にあるかを検出する検出回路とを備え、前記演算回路は、前記出力範囲毎に、前記増幅回路及び加減算回路夫々を備えることを特徴とする。

本発明に係る定着装置は、前記検出回路は、前記第２センサの出力値が、少なくとも３つの出力範囲のいずれにあるかを検出すべくなしてあることを特徴とする。

本発明に係る定着装置は、前記加熱ローラは、通電されることにより熱を発するように構成されており、前記制御回路は、前記差分値が閾値以上である場合、通電を停止させるスイッチを備えることを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置は、取得した画像データに基づいて現像剤による画像をシート上に転写する転写装置と、前述の本発明のいずれか１つに係る定着装置とを備え、該定着装置で画像を定着させて画像形成を行うようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、演算回路は、第２センサの出力値に基づいて加熱ローラの温度が異常であるか否かを判定するための閾値を演算する。この場合、演算回路は、第２センサの出力値に応じて、加熱ローラの表面温度の特性曲線に沿って連続する複数の直線で表わされる閾値を演算する。すなわち、閾値は、第２センサの出力値の変化に応じて変化するように構成することができ、閾値の変化は、加熱ローラの表面温度の特性曲線に沿って連続する複数の直線で表わされる。制御回路は、第１センサ（赤外線検知用サーミスタ）及び第２センサ（補償用サーミスタ）の出力値、並びに前記演算回路で演算された閾値に基づいて、加熱ローラの作動状態を制御する。例えば、ハードウエア的に構成された制御回路は、加熱ローラの表面温度が異常となった場合、加熱ローラの作動を制御して、加熱ローラの過昇温を防止する。また、加熱ローラの表面温度の異常を判定するために、予め複数の固定的な閾値を保持しておく必要がなく、演算回路のみの簡単な構成で加熱ローラの表面温度の特性曲線に近接して閾値を設定することができ、従来に比べて精度良く加熱ローラの表面温度の異常を検出することができる。

本発明にあっては、算出回路は、前記第１センサ及び第２センサの出力値の差分値を算出し、比較回路は、前記算出回路で算出された差分値と閾値とを比較する。前記制御回路は、差分値が閾値以上である場合、前記加熱ローラの加熱を停止する。これにより、前記制御回路は、差分値が閾値以上である場合、加熱ローラの表面温度が異常であるとして、加熱ローラの加熱を停止させる。

本発明にあっては、前記演算回路は増幅回路と加減算回路とを備える。前記増幅回路は、前記第２センサの出力値を（正又は負）増幅する。前記加減算回路は、前記増幅回路で増幅された出力値に所要の数値を加減算し、これを閾値とする。これにより、前記演算回路は、前記第２センサの出力値を入力パラメータとして、所要の傾き及び切片を有する直線で表される閾値を演算する。

本発明にあっては、増幅率が異なる複数の増幅回路及び加減算する数値が異なる複数の加減算回路と、前記第２センサの出力値が予め定められた複数の出力範囲のうちいずれの出力範囲にあるかを検出する検出回路とを備える。前記演算回路は、前記出力範囲毎に、前記増幅回路及び加減算回路夫々を備える。これにより、前記演算回路は、前記第２センサの出力値を入力パラメータとして、前記第２センサの出力値の広い範囲に亘って、区分毎に異なる傾き及び切片を有する直線で表される閾値を演算する。

本発明にあっては、前記検出回路は、前記第２センサの出力値が、少なくとも３つの出力範囲のいずれにあるかを検出する。

本発明にあっては、ハードウエア的に構成されたスイッチは、前記差分値が閾値以上である場合、前記加熱ローラへの通電を停止させ、加熱ローラの過昇温を防止する。

本発明にあっては、プリンタ装置、デジタル複合機等の画像形成装置が備える定着装置に適用することができる。

本発明にあっては、加熱ローラからの輻射熱を検知する第１センサ及び第１センサの周辺温度を検知する第２センサと、該第２センサの出力値に基づいて加熱ローラの温度が異常であるか否かを判定するための閾値を演算する演算回路と、第１センサ及び第２センサの出力値、並びに前記演算回路で演算された閾値に基づいて前記加熱ローラの作動状態を制御する制御回路とを備え、さらに演算回路は、第２センサの出力値に応じて、加熱ローラの表面温度の特性曲線に沿って連続する複数の直線で表わされる閾値を演算するように構成してあることにより、加熱ローラの表面温度が異常になった場合に、ＣＰＵなどのソフトウエア処理による制御が不能になったときでも、加熱ローラへの通電をハードウエア的に確実に制御して、加熱ローラの過昇温を防止することができ、安全性の向上を図ることができる。また、加熱ローラの表面温度の異常を判定するために、予め複数の固定的な閾値を保持しておく必要がなく、演算回路のみの簡単な構成で加熱ローラの表面温度の特性曲線に近接して閾値を設定することができ、従来に比べて精度良く加熱ローラの表面温度の異常を検出することができる。

本発明にあっては、前記制御回路は、第１センサ及び第２センサの出力値の差分値が前記閾値以上である場合、前記加熱ローラの加熱を停止すべくなしてあることにより、加熱ローラの表面温度が異常になった場合、ハードウエア構成により加熱ローラへの通電を強制的に停止させ、加熱ローラの過昇温を防止することができる。

本発明にあっては、前記演算回路は、前記第２センサの出力値を増幅する増幅回路及び増幅回路で増幅された出力値に所要の数値を加減算する加減算回路を備え、該加減算回路の出力値を前記閾値にすることにより、簡単な構成で、第２センサの出力値に応じて所要の閾値を設定することができる。

本発明にあっては、増幅率が異なる複数の増幅回路及び加減算する数値が異なる複数の加減算回路、並びに第２センサの出力値が予め定められた複数の出力範囲のうちいずれの出力範囲にあるかを検出する検出回路を備え、前記演算回路は、前記出力範囲毎に、前記増幅回路及び加減算回路夫々を備えることにより、従来に比べて、第２センサの出力値の広い範囲に亘って、加熱ローラの表面温度の異常を検出することができる。

本発明にあっては、前記検出回路は、前記第２センサの出力値が、少なくとも３つの出力範囲のいずれにあるかを検出することにより、第１センサ及び第２センサの検出温度特性に合わせて、簡単な構成で加熱ローラの表面温度の異常を検出することができる。

本発明にあっては、前記差分値が閾値以上である場合、前記加熱ローラへの通電を停止させるスイッチを備えることにより、ハードウエア的な構成により加熱ローラの過昇温を防止することができる。

本発明にあっては、プリンタ装置、デジタル複合機等の画像形成装置が備える定着装置に適用することができる。

以下、本発明に係る定着装置及び該定着装置を備える画像形成装置の一例としてのデジタル複合機を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るデジタル複合機の要部構成を示す模式図である。デジタル複合機は、電子写真方式にて画像形成を行い、転写装置２０により、記録用紙、ＯＨＰフィルム等のシートＳ上に現像剤による画像（トナー像Ｔ）を転写する。トナー像Ｔが転写されたシートＳは、所定の搬送路に沿って搬送され、シートＳが定着装置４０を通過する際に、加熱ローラ４１ａ及び加圧ローラ４１ｂの作用によりシートＳ上にトナー像Ｔが定着する。トナー像が定着したシートＳは、所定の搬送路に沿ってさらに搬送され、装置外部へ排出される。

定着装置４０は、加熱ローラ４１ａ、加圧ローラ４１ｂ、ヒータ４２、加熱ローラ４１ａの表面温度を検知する温度検知センサ１０、加熱ローラ４１ａの表面温度が異常であるか否かを判定する判定回路１００、ヒータ４２への通電を遮断するスイッチを有するスイッチ回路３０などを備えている。

加熱ローラ４１ａは、中空円筒状の芯金とその外側に形成された離型層とにより構成される。芯金は鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅などの金属、又はこれらの合金により形成され、その直径は、例えば、４０ｍｍ程度、肉厚は１．３ｍｍ程度を有する。離型層は、ＰＴＡ（テトラフルオロエチレンとペルフルオトアルキルビニルエーテルとの共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の合成樹脂を芯金に塗布して形成される、離型層の厚みは、例えば、２５μｍ程度である。

加熱ローラ４１ａの内部には、加熱手段であるヒータ４２が設けられている。ヒータ４２としては、例えば、棒状のハロゲンランプを用いることができる。ヒータ４２は、外部から通電されることにより発光し、赤外線を放射する。加熱ローラ４１ａの内周面（すなわち、芯金の内周面）は、ヒータ４２から放射される赤外線により加熱される。定着装置４０は、ヒータ４２のオン・オフを制御することにより加熱ローラ４１ａの表面温度を略一定に保つ。

加圧ローラ４１ｂは、シートＳの搬送路を挟んで加熱ローラ４１ａの反対側に加熱ローラ４１ａに当接して配置される。加圧ローラ４１ｂは、中空円筒状の芯金、その外側に形成される耐熱弾性材層、さらにその外側に形成される離型層により構成される。芯金及び離型層は、加熱ローラ４１ａに用いられる芯金及び離型層と同様の材料により形成される。また、耐熱弾性材層には、シリコーンゴム等が使用され、例えば、芯金の外側に厚さ６ｍｍ程度に形成される。加圧ローラ４１ｂには、加圧用バネ等の付勢部材（不図示）によって加熱ローラ４１ａの方向に所定の大きさの付勢力が加えられており、その結果、加熱ローラ４１ａ及び加圧ローラ４１ｂの圧接部に幅６ｍｍ程度の定着ニップが形成されている。

温度検知センサ１０は、加熱ローラ４１ａ表面からの輻射熱（赤外線）を検知する非接触方式の温度センサである。以下にその構造を説明する。図２は温度検知センサ１０の構成を示す断面図である。温度検知センサ１０は、筐体の内部に赤外線検知用サーミスタ１１、及び補償用サーミスタ１２を備えたセンサである。温度検知センサ１０の筐体は、保持部材１０１及び蓋部材１０２により構成される。保持部材１０１及び蓋部材１０２は、アルミニウム等の熱伝導率が大きく、熱放射率が小さい金属により形成される。

保持部材１０１には、加熱ローラ４１ａから放射される赤外線を通過させるために開口部１０１ａが設けられている。開口部１０１ａから適宜の間隔を隔てて凹部１０１ｂが設けられている。蓋部材１０２は、赤外線吸収フィルム１０５を挟み込んだ状態で保持部材１０１に固着される。赤外線吸収フィルム１０５としては、例えば、黒体吸収膜を用いることができる。蓋部材１０２は、保持部材１０１の開口部１０１ａと対向するように設けられた空間部１０２ａ、及び凹部１０１ｂと対向するように設けられた空間部１０２ｂを備えている。

赤外線検知用サーミスタ１１は、赤外線吸収フィルム１０５と蓋部材１０２の空間部１０２ａとにより仕切られる空間内において赤外線吸収フィルム１０５上に設置される。また、補償用サーミスタ１２は、赤外線吸収フィルム１０５と蓋部材１０２の空間部１０２ｂとにより仕切られる空間内において赤外線吸収フィルム１０５上に設置される。

加熱ローラ４１ａからの赤外線が開口部１０１ａを通じて赤外線吸収フィルム１０５に入射した場合、その赤外線は赤外線吸収フィルム１０５に吸収される。赤外線吸収フィルム１０５は、吸収した赤外線量に応じて昇温する。赤外線吸収フィルム１０５の温度は、赤外線吸収フィルム１０５上に設置された赤外線検知用サーミスタ１１の両端電圧Ｖｃとして検出される。ただし、赤外線検知用サーミスタ１１は、周囲（例えば、保持部材１０１及び蓋部材１０２）の温度環境の影響を受けるため、加熱ローラ４１ａの表面温度を検知するためには、その影響を取り除く必要がある。そこで、加熱ローラ４１ａから放射される赤外線の影響を直接的に受けない場所に補償用サーミスタ１２を設置し、この補償用サーミスタ１２の両端電圧Ｖｄを検知することにより、赤外線検知用サーミスタ１１の補償を行う。定着装置４０では、温度検知センサ１０の出力に基づいて、加熱ローラ４１ａの表面温度を検知することができる。

図３は温度検知センサ１０の出力と加熱ローラ４１ａの表面温度との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、補償用サーミスタ１２の出力電圧である補償出力Ｖｄを示し、縦軸は、補償出力Ｖｄと赤外線検知用サーミスタ１１の出力電圧であるセンサ出力Ｖｃとの差分を１０倍した値（以下、差分出力という）を示している。図に示すように、加熱ローラ４１ａの表面温度は、補償出力Ｖｄ及び差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０を検知することにより求めることができる。例えば、補償出力が２．５Ｖ、差分出力が１．２Ｖである場合、加熱ローラ４１ａの表面温度は１６０℃となる。同様に、補償出力が２．５Ｖの場合であって、差分出力が１．９Ｖであるときは、加熱ローラ４１ａの表面温度は２００℃となり、差分出力が２．６Ｖであるときは、加熱ローラ４１ａの表面温度は２３０℃となり、差分出力が３．１Ｖであるときは、加熱ローラ４１ａの表面温度は２５０℃となる。したがって、補償出力Ｖｄ、差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０、及び表面温度の三者の関係を数値化したテーブルを保持しておき、補償出力Ｖｄ及び差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０を検知した場合に、該当する表面温度をテーブルから読み出すことにより、加熱ローラ４１ａの表面温度を求めることができる。

また、加熱ローラ４１ａの表面温度が一定温度以上とならないように差分出力の値について閾値Ｖｔｈを設定することができる。例えば、加熱ローラ４１ａの表面温度を２５０℃以下に抑えることが要求される場合、閾値Ｖｔｈを２．６３Ｖに設定する。差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０が、２．６３Ｖ以下である場合、加熱ローラ４１ａの表面温度は、補償出力Ｖｄが所定の範囲にある限り２５０℃を超えないことがわかる。したがって、差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０の大きさと閾値Ｖｔｈとを比較し、差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０の大きさが閾値Ｖｔｈを超える場合、スイッチ回路３０を制御してヒータ４２への通電を停止させることにより、加熱ローラ４１ａの過昇温を防止することができる。

図４は複数の固定の閾値を設定した場合について説明するグラフである。グラフの横軸は、補償用サーミスタ１２の出力電圧である補償出力Ｖｄを示し、縦軸は、補償出力Ｖｄと赤外線検知用サーミスタ１１の出力電圧であるセンサ出力Ｖｃとの差分を１０倍した値（以下、差分出力という）を示している。例えば、加熱ローラ４１ａの表面温度を２５０℃以下に抑えることが要求される場合、補償出力Ｖｄが１．３５Ｖ〜１．６Ｖの範囲で閾値Ｖ１を１．８Ｖに設定し、補償出力Ｖｄが１．６Ｖ〜１．８Ｖの範囲で閾値Ｖ２を２．２Ｖに設定し、補償出力Ｖｄが１．８Ｖ〜２．６Ｖの範囲で閾値Ｖ３を２．６５Ｖに設定する。これにより、補償出力Ｖｄが１．３５Ｖ〜２．６Ｖの範囲（使用領域）で加熱ローラ４１ａの表面温度が２５０℃を超えるか否かを判定することができる。

しかし、差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０について閾値Ｖｔｈを設定する場合、補償出力Ｖｄの使用領域が１．３５Ｖ〜２．６Ｖの範囲に限定されてしまい、さらに広範囲（０．９Ｖ〜３．０Ｖ）に対しては、加熱ローラ４１ａの表面温度を検知することができない。仮に、補償出力が０．９Ｖ〜３．０Ｖの範囲で使用可能にするためには、表面温度が２５０℃の温度特性の曲線に沿って閾値Ｖｔｈを段階的に多数（少なくとも１０個程度）設定する必要があり、判定回路が複雑かつ大規模になってしまう。

このような問題点に対処するため、多数の閾値Ｖｔｈを設ける代わりに、補償出力Ｖｄの値を用いて所定の演算を行い、その演算結果を閾値として用いる。

図５は本発明の実施の形態で設定する閾値について説明するグラフである。グラフの横軸は、補償用サーミスタ１２の出力電圧である補償出力Ｖｄを示し、縦軸は、補償出力Ｖｄと赤外線検知用サーミスタ１１の出力電圧であるセンサ出力Ｖｃとの差分を１０倍した値（以下、差分出力という）を示している。図において、直線Ａ、Ｂ、Ｃは、補償出力Ｖｄに応じて所定の演算で求められた閾値直線である。これにより、閾値は補償出力Ｖｄの変化に応じて変化するように構成することができ、例えば、２５０℃の温度曲線に近接して設定することができる。２５０℃の温度曲線に閾値直線を近づけることにより、加熱ローラ４１ａの表面温度の異常を精度良く検知することが可能になる。

図において、閾値直線Ａは、その直線の傾きを１．５８、縦軸と交わる切片（差分出力）を−０．５としている。また、閾値直線Ｂは、その直線の傾きを０．４８、縦軸と交わる切片（差分出力）を１．６とし、閾値直線Ｃは、その直線の傾きを−１．２０、縦軸と交わる切片（差分出力）を５．９としている。これにより、閾値直線Ａ、Ｂ、Ｃは、２５０℃の表面温度の特性曲線と２３０℃の表面温度の特性曲線との間にあって、２５０℃の温度曲線に近接して設定することができ、補償出力Ｖｄが、０．９Ｖ〜３．０Ｖの広範囲な使用領域において、補償出力Ｖｄが閾値を超えない限り、加熱ローラ４１ａの表面温度は、２５０℃を超えないことがわかる。また、閾値が表面温度の特性曲線に沿って変化するように設定できるため、従来の固定の閾値を設定する場合に比べて精度良く加熱ローラ４１ａの表面温度の異常を検知することができる。

次に図５で示した閾値を実現するための判定回路１００を具体的に説明する。図６は判定回路１００の一例を示す回路図である。赤外線検知用サーミスタ１１の出力電圧（センサ出力Ｖｃ）がオペアンプによるボルテージフォロワ回路１０３により取り出される。同様に、補償用サーミスタ１２には抵抗１０２が直列に接続されており、補償用サーミスタ１２の出力電圧（補償出力Ｖｄ）がオペアンプによるボルテージフォロワ回路１０１により取り出される。

赤外線検知用サーミスタ１１によるセンサ出力Ｖｃ、及び補償用サーミスタ１２による補償出力Ｖｄは、オペアンプ１０７と抵抗１０５、１０６、１０８、１０９とからなる差動増幅回路１１０に入力される。抵抗１０５、１０９の抵抗値は、例えば、１０ｋΩであり、抵抗１０６、１０８の抵抗値は、１００ｋΩである。これにより、差動増幅回路１１０は、補償出力Ｖｄとセンサ出力Ｖｃとの差分値（Ｖｄ−Ｖｃ）を１０倍に増幅して差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０を出力する。

ボルテージフォロワ回路１０１により取り出された補償出力Ｖｄは、閾値演算回路２００、及び検出回路３００へ入力される。閾値演算回路２００は、後述するように３つの増幅回路及び加減算回路を備え、演算結果である閾値を出力端子Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃから出力する。まず、閾値演算回路２００は、補償出力Ｖｄに基づいて、閾値１．５８×Ｖｄ−０．５を算出して出力端子Ｈａから出力する。また、閾値演算回路２００は、補償出力Ｖｄに基づいて、閾値０．４８×Ｖｄ＋１．６を算出して出力端子Ｈｂから出力し、閾値−１．２×Ｖｄ＋５．９を算出して出力端子Ｈｃから出力する。

検出回路３００は、後述するように、コンパレータなどを備え、入力された補償出力Ｖｄの値に応じて、出力端子Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃのいずれか１つにハイレベルの信号を出力する。より具体的には、補償出力Ｖｄが、１．９Ｖ未満である場合、出力端子Ｈａからハイレベルの信号を出力し、出力端子Ｈｂ、Ｈｃからローレベルの信号を出力する。また、補償出力Ｖｄが、１．９Ｖ以上２．５Ｖ未満である場合、出力端子Ｈｂからハイレベルの信号を出力し、出力端子Ｈａ、Ｈｃからローレベルの信号を出力し、補償出力Ｖｄが、２．５Ｖ以上である場合、出力端子Ｈｃからハイレベルの信号を出力し、出力端子Ｈａ、Ｈｂからローレベルの信号を出力する。

差動増幅回路１１０から出力された差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０は、夫々コンパレータ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの（−）端子に入力される。また、コンパレータ１１０ａの（＋）端子には、閾値演算回路２００からの閾値１．５８×Ｖｄ−０．５が入力され、コンパレータ１１０ｂの（＋）端子には、閾値演算回路２００からの閾値０．４８×Ｖｄ＋１．６が入力され、コンパレータ１１０ｃの（＋）端子には、閾値演算回路２００からの閾値−１．２×Ｖｄ＋５．９が入力される。

これにより、コンパレータ１１０ａは、差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０が閾値１．５８×Ｖｄ−０．５を超える場合、ハイレベルの信号をＡＮＤ回路１１１ａへ出力する。同様に、コンパレータ１１０ｂは、差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０が閾値０．４８×Ｖｄ＋１．６を超える場合、ハイレベルの信号をＡＮＤ回路１１１ｂへ出力し、コンパレータ１１０ｃは、差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０が閾値−１．２×Ｖｄ＋５．９を超える場合、ハイレベルの信号をＡＮＤ回路１１１ｃへ出力する。

ＡＮＤ回路１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ夫々には、検出回路３００の出力端子Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃが接続されており、ＡＮＤ回路１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃの出力は、ＯＲ回路１１２に入力されている。

これにより、補償出力Ｖｄが１．９Ｖ未満であって、差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０が閾値１．５８×Ｖｄ−０．５を超えたときは、加熱ローラ４１ａの表面温度が異常であるとして、異常判定出力がＯＲ回路１１２からハイレベルの信号として出力される。同様に、補償出力Ｖｄが１．９Ｖ以上２．５Ｖ未満であって、差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０が閾値０．４８×Ｖｄ＋１．６を超えたときは、加熱ローラ４１ａの表面温度が異常であるとして、異常判定出力がＯＲ回路１１２からハイレベルの信号として出力され、補償出力Ｖｄが２．５Ｖ以上であって、差分出力（Ｖｄ−Ｖｃ）×１０が閾値−１．２×Ｖｄ＋５．９を超えたときは、加熱ローラ４１ａの表面温度が異常であるとして、異常判定出力がＯＲ回路１１２からハイレベルの信号として出力される。

図７は閾値演算回路２００の一例を示す回路図である。閾値演算回路２００は、増幅度が異なる増幅回路２１０、２３０、２５０、及び加減算する数値が異なる加減算回路２２０、２４０、２６０などを備える。ボルテージフォロワ回路１０１により取り出された補償出力Ｖｄは、増幅回路２１０、２３０、２５０に夫々入力される。また、加減算回路２２０、２４０、２６０は夫々閾値１．５８×Ｖｄ−０．５、０．４８×Ｖｄ＋１．６、−１．２×Ｖｄ＋５．９を出力する。

増幅回路２１０は、抵抗２１１、２１２、２１４、２１５、及びオペアンプ２１３などにより構成される。ここで、抵抗２１１、２１４の抵抗値は、例えば、１０ｋΩであり、抵抗２１２、２１５の抵抗値は１５．８ｋΩである。これにより、オペアンプ２１３の出力には１．５８Ｖｄの電圧が出力される。

加減算回路２２０は、増幅回路２１０から出力された１．５８Ｖｄの電圧に対して、０．５Ｖ減算してＨａ端子から閾値１．５８Ｖｄ−０．５を出力する。加減算回路２２０は、０．５Ｖの電圧を生成するための抵抗２２１、２２２、ボルテージフォロア回路２２３、抵抗２２４〜２６、２２８、オペアンプ２２７などから構成される。抵抗２２１の抵抗値は、例えば、９．５ｋΩ、抵抗２２２の抵抗値は１０．５ｋΩである。また、抵抗２２４〜２２６、２２８の抵抗値は１０ｋΩである。

増幅回路２３０、２５０の構成は、増幅回路２１０と同様であり、また、加減算回路２４０、２６０の構成は、加減算回路２２０と同様であるので、説明は省略する。

図８は検出回路３００の一例を示す回路図である。検出回路３００は、補償出力Ｖｄの出力範囲を３つの領域に分割し、補償出力Ｖｄの値に応じて、３つの出力端子Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃのいずれか１つからハイレベルの信号を出力する。この場合、補償出力Ｖｄの使用領域（０．９Ｖ〜３．０Ｖ）を１．９Ｖ、及び２．５Ｖを境界値として３つの領域に分割する。検出回路３００は、境界値である１．９Ｖを生成するための抵抗３０１、３０２、境界値２．５Ｖを生成するための抵抗３０６、３０７、コンパレータ３０３、３０８、インバータ回路３０５、３１０、ＡＮＤ回路３１１などを備えている。

コンパレータ３０３の（＋）端子には、１．９Ｖの電圧が入力され、（−）端子には、補償出力Ｖｄが入力される。コンパレータ３０２は、補償出力Ｖｄが１．９Ｖ以上である場合、ハイレベルの信号を出力する。これにより、インバータ回路３０５は、補償出力Ｖｄが１．９Ｖ未満である場合、出力端子Ｄａを通じてハイレベルの信号を出力する。

コンパレータ３０８の（＋）端子には、２．５Ｖの電圧が入力され、（−）端子には、補償出力Ｖｄが入力される。コンパレータ３０８は、補償出力Ｖｄが２．５Ｖ以上である場合、ハイレベルの信号を出力端子Ｄｃ、及びインバータ回路３１０へ出力する。これにより、出力端子Ｄｃからは、補償出力Ｖｄが２．５Ｖ以上である場合に、ハイレベルの信号が出力される。ＡＮＤ回路３１１には、コンパレータ３０３の出力、及びインバータ回路３１０の出力が入力されているため、ＡＮＤ回路３１１は、補償出力Ｖｄが、１．９Ｖ以上２．５Ｖ未満である場合、出力端子Ｄｂを通じてハイレベルの信号を出力する。

以上説明したように、本発明にあっては、加熱ローラからの輻射熱を検知する赤外線検知用サーミスタ及び補償用サーミスタと、加熱ローラの温度が異常であるか否かを判定するための閾値を演算する演算回路と、差分出力、並びに前記演算回路で演算された閾値に基づいて前記加熱手段の作動状態を制御する制御回路とを備えることにより、加熱ローラの表面温度が異常になった場合に、ＣＰＵなどのソフトウエア処理による制御が不能になったときでも、ヒータへの通電をハードウエア的に確実に制御して、加熱ローラの過昇温を防止することができ、安全性の向上を図ることができる。特に、差分出力が閾値を超えた場合、ヒータへの通電を強制的に停止させることにより、加熱ローラの過昇温を防止することができる。

また、演算回路は、補償出力に応じて閾値を演算することにより、加熱ローラの表面温度の異常を判定するための閾値を補償出力に応じて変化させることができ、固定の閾値を複数設ける場合に比較して、簡単な構成で加熱ローラの表面温度の異常を検出することができる。また、前記演算回路は、補償出力を増幅する増幅回路と、該増幅回路で増幅された補償出力に所要の数値を加減算する加減算回路とを備えることにより、簡単な構成で、補償出力に応じて所要の閾値を設定することができる。特に、表面温度の特性曲線が、どのような形であっても、その特性曲線に合わせるように閾値を変化させることができ、加熱ローラの表面温度の異常を検知する適用範囲が広がるとともに、精度良く表面温度の異常を検知することができる。

また、増幅率が異なる複数の増幅回路及び加減算する数値が異なる複数の加減算回路、並びに補償出力がいずれの出力範囲にあるかを検出する検出回路を備え、前記演算回路は、前記検出回路で検出される出力範囲毎に、前記増幅回路及び加減算回路夫々を備えることにより、従来に比べて、補償出力の広い範囲に亘って、加熱ローラの表面温度の異常を検出することができるとともに、多数の閾値を個別に設定する場合に比べて簡単な構成で実現することができる。

上述の実施の形態においては、補償出力の使用領域を３つの区分に分けて、夫々の区分で閾値を演算する構成であったが、区分数は３つに限定されるものではなく、４つ以上であってもよく、また、２つでもよい。温度検知センサの温度特性に応じて、区分数を設定することができる。

上述の実施の形態において、閾値演算回路、検出回路などの回路構成及び回路数値は、一例であって、これに限定されるものではない。例えば、一段の増幅回路に代えて多段の増幅回路を用いてもよい。

本発明に係るデジタル複合機の要部構成を示す模式図である。 温度検知センサの構成を示す断面図である。 温度検知センサの出力と加熱ローラの表面温度との関係を示すグラフである。 複数の固定の閾値を設定した場合について説明するグラフである。 本発明の実施の形態で設定する閾値について説明するグラフである。 判定回路の一例を示す回路図である。 閾値演算回路の一例を示す回路図である。 検出回路の一例を示す回路図である。

符号の説明

１０ 温度検知センサ
１１ 赤外線検知用サーミスタ
１２ 補償用サーミスタ
３０ スイッチ回路
４０ 定着装置
４１ａ 加熱ローラ
４１ｂ 加圧ローラ
１００ 判定回路
２００ 閾値演算回路
３００ 検出回路

Claims (7)

1. 加熱ローラを備え、現像剤による画像が転写されたシートを加熱して、前記画像をシート上に定着させる定着装置において、
   前記加熱ローラからの輻射熱を検知する第１センサと、
   該第１センサの周辺温度を検知する第２センサと、
   該第２センサの出力値に基づいて前記加熱ローラの温度が異常であるか否かを判定するための閾値を演算する演算回路と、
   前記第１センサ及び第２センサの出力値、並びに前記演算回路で演算された閾値に基づいて、前記加熱ローラの作動状態を制御する制御回路と
   を備え、
   前記演算回路は、
   前記第２センサの出力値に応じて、前記加熱ローラの表面温度の特性曲線に沿って連続する複数の直線で表わされる閾値を演算するように構成してあることを特徴とする定着装置。
2. 前記第１センサ及び第２センサの出力値の差分値を算出する算出回路と、
   該算出回路で算出された差分値と前記閾値とを比較する比較回路と
   を備え、
   前記制御回路は、前記差分値が閾値以上である場合、前記加熱ローラの加熱を停止すべくなしてあることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記演算回路は、
   前記第２センサの出力値を増幅する増幅回路と、
   該増幅回路で増幅された出力値に所要の数値を加減算する加減算回路と
   を備え、
   該加減算回路の出力値を前記閾値にすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 増幅率が異なる複数の増幅回路及び加減算する数値が異なる複数の加減算回路と、
   前記第２センサの出力値が、予め定められた複数の出力範囲のうちいずれの出力範囲にあるかを検出する検出回路と
   を備え、
   前記演算回路は、
   前記出力範囲毎に、前記増幅回路及び加減算回路夫々を備えることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記検出回路は、
   前記第２センサの出力値が、少なくとも３つの出力範囲のいずれにあるかを検出すべくなしてあることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記加熱ローラは、通電されることにより熱を発するように構成されており、
   前記制御回路は、
   前記差分値が閾値以上である場合、通電を停止させるスイッチを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の定着装置。
7. 取得した画像データに基づいて現像剤による画像をシート上に転写する転写装置と、請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の定着装置とを備え、該定着装置で画像を定着させて画像形成を行うようにしてあることを特徴とする画像形成装置。

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