(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段からの赤外線を吸収するフィルムと、
前記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、
前記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、を有し、
検出回路が前記赤外線検知用サーミスタ素子と一つ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二つの抵抗素子の直列回路の第２の出力電圧を持ち、前記加熱手段がある所定の温度の時に、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧の差分を出力した第３の出力電圧が前記温度補償用サーミスタ素子の温度変化に対して一定となるように構成することで、前記第３の出力電圧により前記加熱手段の温度を検出する温度検出装置であって、
前記赤外線検知用サーミスタ素子と直列接続される抵抗素子Ｒ１と、前記温度補償用サーミスタ素子と直列接続される二つの抵抗素子Ｒ２，Ｒ３が、前記加熱手段がある所定の温度の時に、前記非接触温度検知手段が使用される温度範囲のうちの３つの温度における前記温度補償用サーミスタ素子と前記赤外線検知用サーミスタ素子の抵抗値の組（Ｒａ１，Ｒｂ１）、（Ｒａ２，Ｒｂ２）、（Ｒａ３，Ｒｂ３）に対して式（Ｒ３＋Ｒａ１）／（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒａ１）−Ｒｂ１／（Ｒ１＋Ｒｂ１）＝（Ｒ３＋Ｒａ２）／（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒａ２）−Ｒｂ１／（Ｒ１＋Ｒｂ２）＝（Ｒ３＋Ｒａ３）／（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒａ３）−Ｒｂ１／（Ｒ１＋Ｒｂ３）を満たす抵抗値で構成され、
前記抵抗素子Ｒ３は、前記温度補償用サーミスタ素子と前記抵抗素子Ｒ２との間に直列に接続され、
前記抵抗素子Ｒ２とＲ３の接続点から電圧信号を取り出し、前記第２の出力電圧としたことを特徴とする温度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非接触温度検出手段を用いた温度検出装置に関し、詳しくは電子写真装置、静電記録装置等に用いられる定着装置で加熱手段に温度検知素子を非接触で配置した温度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒーターにより加熱される定着ローラを用いた定着装置は、複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置において多用されている。
【０００３】
このような定着装置では、定着ローラの表面温度を所定温度に維持するためのサーミスタや、定着ローラの異常昇温時にヒーターへの通電経路を遮断するための温度ヒューズ、サーモスイッチ等の温度検知素子を定着ローラ表面に当接させている。
【０００４】
このため、接触キズが定着ローラに発生し、白スジ，黒スジ，定着不良などの問題が発生することがある。
【０００５】
そこで、温度検知手段を、記録材の通過領域である画像域外において定着ローラに当接させる方法が考えられるが、画像域内の温度検知が不可能であることや、定着装置が大型化する為、最近では温度検知手段を画像域内において定着ローラに非接触に近接させる方法が考えられている。
【０００６】
この非接触温度検知手段は、開口部を有するケーシングと、このケーシングに内装されると共に、開口部を通過した赤外線を吸収する高分子材料から成る赤外線吸収フィルムと、この赤外線吸収フィルムに密着するように配設した赤外線検知用のサーミスタ素子と、ケーシングの温度を検出する温度補償用のサーミスタ素子を備えたものである。
【０００７】
この非接触温度検知手段は、ケーシングの開口部を通過した赤外線がその開口部の直下に配設した赤外線吸収フィルムに吸収されることによって赤外線吸収フィルムの温度が上昇し、赤外線吸収フィルムに密着して配設したサーミスタ素子がその温度変化を検出する。
【０００８】
赤外線検知用サーミスタ素子１０と温度補償用サーミスタ素子１１はともに同等の温度−抵抗特性のものを使用しており、図６のように同一の抵抗値の固定抵抗Ｒ１およびＲ２がそれぞれ直列に接続されている。対象物からの赤外線を赤外線吸収フィルムが吸収するとフィルムの温度が上昇し、赤外線検知用サーミスタの抵抗値が温度補償用サーミスタに比して小さくなるため、ａ＞ｂとなっており、出力電圧ａ，ｂをＡ／Ｄコンバータによりデジタル値に変換してマイクロコンピュータに取り込み、マイクロコンピュータはこれらの出力電圧ａ，ｂのデジタル値をデータテーブルもしくは関数により変換して定着ローラの温度を検出している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例で説明した非接触温度検知手段を用いた温度検出方法では、温度の検出に必ずマイクロコンピュータが介在してしまう。そのため、マイコンのプログラムのバグやノイズ等によりマイコンが誤動作した場合、温度検知ができなくなり、誤動作により間違ってヒータをオンし続けた場合、サーモスイッチ等の安全装置が働くまで過昇温し、それが、例えば朝、定着ローラが室温にあるところから過昇温した場合には、サーモスイッチの温度が上がるまで時間がかかるため、その結果、定着ローラや定着ユニットを損傷してしまう可能性があった。本発明は、マイコンの介在無しに、非接触温度検知手段の出力から、定着ローラがある所定の温度となったことを検出することを可能にし、マイコンが誤動作した場合にも、サーモスイッチ等の安全装置が働く前に確実にヒータをオフする方法を提供することが目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係わる温度検出装置は、加熱手段からの赤外線を吸収するフィルムと、前記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、前記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、を有し、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、前記加熱手段がある所定の温度の時に、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧の差分を出力した第３の出力電圧が前記温度補償用サーミスタ素子の温度変化に対して一定となるように構成することで、前記第３の出力電圧により前記加熱手段の温度を検出する温度検出装置であって、前記赤外線検知用サーミスタ素子と直列接続される抵抗素子Ｒ１と、前記温度補償用サーミスタ素子と直列接続される二つの抵抗素子Ｒ２，Ｒ３が、前記加熱手段がある所定の温度の時に、前記非接触温度検知手段が使用される温度範囲のうちの３つの温度における前記温度補償用サーミスタ素子と前記赤外線検知用サーミスタ素子の抵抗値の組（Ｒａ１，Ｒｂ１）、（Ｒａ２，Ｒｂ２）、（Ｒａ３，Ｒｂ３）に対して式（Ｒ３＋Ｒａ１）／（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒａ１）−Ｒｂ１／（Ｒ１＋Ｒｂ１）＝（Ｒ３＋Ｒａ２）／（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒａ２）−Ｒｂ１／（Ｒ１＋Ｒｂ２）＝（Ｒ３＋Ｒａ３）／（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒａ３）−Ｒｂ１／（Ｒ１＋Ｒｂ３）を満たす抵抗値で構成され、前記抵抗素子Ｒ３は、前記温度補償用サーミスタ素子と前記抵抗素子Ｒ２との間に直列に接続され、前記抵抗素子Ｒ２とＲ３の接続点から電圧信号を取り出し、前記第２の出力電圧としたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１２】
記録紙上の未定着画像を定着させる画像記録装置は、画像記録装置内部に、図示を省略したが、表面に静電潜像を形成する像担持体、像担持体の表面の電荷を除電する前露光手段、像担持体の表面を所望の電位に帯電させる１次帯電手段、帯電した像担持体上を露光して静電潜像を形成させる露光手段、像担持体上の静電潜像を現像剤で現像して可視像化する現像器、現像器で現像された像担持体上のトナー画像を記録材に転写する転写装置等が設けられている。また、記録材に転写されたトナー画像を加熱および加圧された定着ローラにより溶融定着させるローラ定着装置である定着ユニット１が画像記録装置の所定位置に配置され、各部材により画像形成の各プロセスが適宜実行されることにより所望の画像を得ることができるようになっている。なお、記録材には記録紙やＯＨＰ用紙などが用いられる。
【００１３】
次に定着ユニット１の構成を説明する。図２において２は加熱ローラであり、アルミニウム、鉄等のパイプ材にシリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱弾性体の層を形成し表面にＰＦＡ、ＰＴＦＥといった離型層を被覆したローラである。上記加熱ローラ２に圧接して配設された加圧ローラ３も加熱ローラと同様に芯金の上にシリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱弾性体の層を形成したローラである。上記加熱ローラ（加熱部材）２と加圧ローラ（バックアップ部材）３には記録材Ｓが通紙され、記録材Ｓ上のトナーＴは加熱ローラと加圧ローラとの間で加熱および加圧されて定着される。
【００１４】
上記加熱ローラ２の内部にはヒータ４が配設されており、加熱ローラ２を内部より加熱する。また上記加熱ローラ２の表面温度を検知するために温度検知手段たる温度検知素子５が加熱ローラに面して非接触に配置されており、加熱ローラ２の温度を検出する。温度検知素子５からのデータに基づいて加熱ローラ２の表面温度を所定の設定温度（プリント温度）または非定着時の待機温度（スタンバイ温度）に保つようになっている。加熱ローラにはまた、過昇温を検知するため、サーモスイッチ６が非接触に配設されており、過昇温が検知された場合、ヒータへの通電を遮断するようになっている。
【００１５】
次に、温度検知素子５の構成について詳細を図３を用いて説明する。７はアルミ等熱伝導性の高い材料でできたケースであり、ケースの一面に設けた開口部８に加熱ローラから放射される赤外光を吸収する耐熱フィルム９が閉塞するように設けられる。耐熱フィルム９のケース内面側には、赤外線検知用サーミスタ素子１０を接着剤等で密着させて固定する。赤外線検知用サーミスタ素子１０の近傍には、ケース内の雰囲気温度を測定するための温度補償用サーミスタ素子１１を配設する。赤外線検知用サーミスタ素子１０と温度補償用サーミスタ素子１１のリード線１２は、ケース７に設けたソケット（図示なし）にそれぞれ接続して外部に取り出すようにする。
【００１６】
次に、温度検知素子５の動作について説明する。まず、ケース７の開口部８に取り付けた樹脂フィルム９に加熱ローラからの赤外線が入射すると、フィルム９に赤外線が吸収されてフィルム９の温度が赤外線量に応じて上昇する。そして、樹脂フィルム９の温度は、フィルム裏面に密着固定した赤外線検知用サーミスタ素子１０に伝導してサーミスタ素子の抵抗変化として検出する。赤外線検知用サーミスタ素子１０の抵抗は、ケースの温度による影響を受けており、その度合いを温度補償用サーミスタ素子１１を用いて、ケース温度に相当する温度を検出している。
【００１７】
ここでケーシングをアルミ等熱伝導性の高い材料でできたケースにするのは、雰囲気温度の変化に対する温度補償用サーミスタ素子１１の追従性を向上させる為である。温度検出素子に含まれる２つのサーミスタは同じ特性のものが使用されており、赤外線検知用サーミスタは対象物からの赤外線を吸収して赤外線吸収フィルムが昇温した分だけ温度補償用サーミスタと比較して温度が高くなり、抵抗値は小さくなる。
【００１８】
この温度検出素子５は自身の温度、すなわち温度補償用サーミスタ素子の温度が０℃から１３０℃の温度範囲において温度を検出することができるが、このように温度検出素子５自身の温度が大きく変化する場合、対象物（加熱ローラ）の温度が温度検出素子５に比して高いと赤外線検知用サーミスタ素子１０の温度は必ず温度補償用サーミスタ素子の温度より高くなるものの、従来例で示した図６の回路における電圧信号ａとｂの電位差ｃはたとえ対象物の温度が一定であったとしても一定ではない。なぜならサーミスタの特性は温度に対して対数で変化しており、例えば対象物が２２０℃の時の電位差ｃを図にすると図７のような曲線になるからである。そして、この曲線上で最大の電圧値となる温度補償用サーミスタが６５℃の電圧値０．２９７Ｖを閾値電圧として温度検知をすると、図８のように温度補償用サーミスタが１３０℃の場合には、３０４℃で検知することとなり、希望する対象物温度２２０℃に対して８４℃もずれた値となってしまう。
【００１９】
次にこの温度検知素子５を用いた本発明による温度検出回路を図１を用いて説明する。赤外線検知用サーミスタ素子１０には直列に抵抗素子Ｒ１が接続され、電圧信号ｂが取り出されている。２０はＯＰアンプによるボルテージフォロワ回路である。一方、温度補償用サーミスタ素子１１には抵抗素子Ｒ２，Ｒ３が直列に接続されており、Ｒ２とＲ３の接続点から電圧信号ａが取り出されている。同様に２１はＯＰアンプによるボルテージフォロワ回路である。通常のマイコンを使用した温度制御は、これらの電圧信号ａ，ｂをデジタル値に変換して行なう。２２は差動増幅回路であり、電圧信号ａ，ｂを入力とし、ａ−ｂを２０倍に増幅して電圧信号ｃが出力される。
【００２０】
この実施例では温度補償用サーミスタ素子１１に直列に接続する抵抗素子を２つにし、それらの値を適当に設定することで対象物の温度がある所定の温度の時に電圧信号ａとｂの電位差である差動増幅回路２２の出力電圧信号ｃが略一定になるようにする。本実施例では、先の図７で示した特性を持つ温度検出素子５が、対象物の温度が２２０℃の時に略一定の電圧出力になるようなＲ１，Ｒ２，Ｒ３の設定値を求める。
【００２１】
ここで、一定の電圧出力を期待する温度補償用サーミスタ素子の温度範囲を２０℃〜１３０℃とし、抵抗値データとして２０℃、７５℃、１３０℃の温度補償用サーミスタと赤外線検知用サーミスタの抵抗値データ（４３８．３ｋ，２７７．８ｋ）、（７１．９ｋ，５５．３ｋ）、（１８．４ｋ，１６．１ｋ）を使用する。これらのデータを請求項１で示した式に当てはめ、Ｒ１を３３ｋΩと決めると、Ｒ２とＲ３はそれぞれ４１．１９ｋΩと３．６７ｋΩになる。そこでＥ９６系列の抵抗素子から４１．２ｋΩと３．６５ｋΩを選択してＲ２，Ｒ３に使用することにすると、対象物が２２０℃の場合、電圧信号ｃは図４のような特性になる。この曲線上で電圧出力ｃが最大となるのは、温度補償用サーミスタが４５℃の時であり、電位差は２．４５Ｖである。
【００２２】
そこで、ｄの電圧値を２．４５Ｖに設定すると、コンパレータ２３の出力ｅがＨ（５Ｖ）となることで温度検出することができる。温度補償用サーミスタ素子が２０℃〜１３０℃の範囲では、このコンパレータ２３で検出される対象物の温度は図５のようになり、最大＋１７℃の誤差で温度検出できる。この検出回路は過昇温検知で使用されるため、最大＋１７℃のずれがあってもサーモスイッチ等で検知するのに比べて十分精度が高く、しかも、定着ユニットの温度に関わらず検出できるため安全上非常に有効である。
【００２３】
なお、本実施例では、サーミスタ以外に３つの抵抗素子を使用する例を説明したが、抵抗値を合わせるため、Ｒ１〜３の抵抗素子を複数の抵抗素子の直列回路あるいは並列回路等で構成しても良い。また、サーミスタと抵抗素子の直列回路に更に余分な抵抗素子が挿入されたとしても、その値がこの回路の検出温度に大きな影響を与えない程度の小さな抵抗値であるならば、本構成になんら問題は無いことは当然である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、上述のように非接触温度検知手段を用いた際に、ハードウェア回路のみである所定の温度を検出できるため、マイコンの誤動作等があった場合にも、装置の安全性を確保できる。また、温度検知誤差を少なくし、精度の良い温度検知ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る温度検出回路を説明する図である。
【図２】定着ユニット１を説明する図である。
【図３】温度検知素子５を説明する図である。
【図４】図１の検出回路で対象物が２２０℃の場合の電圧出力を示す図である。
【図５】図１の検出回路で検出電圧を２．４５Ｖに設定した場合の検出温度を示す図である。
【図６】従来の検出回路を説明する図である。
【図７】従来の検出回路で対象物が２２０℃の場合の電圧出力を示す図である。
【図８】従来の検出回路で検出電圧を０．２９７Ｖに設定した場合の検出温度を示す図である。
【符号の説明】
１  定着ユニット
２  加熱ローラ
３  加圧ローラ
４  ヒータ
５  温度検知素子
６  サーモスイッチ
７  ケース
８  開口部
９  赤外線吸収フィルム
１０  赤外線検出用サーミスタ素子
１１  温度補償用サーミスタ素子
１２  リード線
２０  ＯＰアンプ
２１  ＯＰアンプ
２２  差動増幅回路
２３  コンパレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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