JP2017194392A - 温度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源電圧の変動に起因した検出温度の誤差が小さい温度検出装置を得る。
【解決手段】 センサーモジュール１は、サーモパイル部１１と、入力電源電圧から基準電圧を生成しサーモパイル部１１に印加する基準電圧回路１３と、その基準電圧を出力する出力端子ＶｒｅｆＯｕｔとを備える。Ａ／Ｄ変換器２は、サーモパイル部１１の出力電圧を印加される入力端子Ｖｉｎ１と、センサーモジュール１１の出力端子ＶｒｅｆＯｕｔに接続される入力端子ＶｒｅｆＩｎを備え、入力端子ＶｒｅｆＩｎに印加される電圧を、Ａ／Ｄ変換の基準電圧Ｖｒｅｆ０として、入力端子Ｖｉｎ１に印加されるサーモパイル部１１の出力電圧をＡ／Ｄ変換する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、温度検出装置に関するものである。

電子機器の特定部位の温度を検出する場合、サーミスターやサーモパイルが使用される。例えば、電子写真方式の画像形成装置において、サーモパイルで定着装置のヒートローラーからの赤外線量を検出することでヒートローラーの温度を検出する非接触型温度センサーが用いられることがある（例えば特許文献１参照）。

そのような非接触型温度センサーのセンサーモジュールには、熱電対を直列に接続したサーモパイルと、サーモパイルの冷点温度（基準温度）を測定するためのサーミスターとを有するものがあり、そのようなセンサーモジュールは、サーモパイルの出力電圧（つまり、温度差情報）と、サーミスターによる温度検出回路の出力電圧（つまり、基準温度情報）とを出力する。

図３は、温度検出装置の一例を示すブロック図である。図３に示す温度検出装置では、センサーモジュール１０１は、サーモパイル部１１１、サーミスター部１１２、基準電圧回路１１３、および不揮発性のメモリー１１４を備える。基準電圧回路１１３は、入力電源電圧Ｖｃｃから一定な基準電圧Ｖｒｅｆ１を生成し、サーモパイル部１１１、サーミスター部１１２などの内部回路に電源電圧として印加している。不揮発性のメモリー１１４は、センサーモジュール１０１に固有な、センサーモジュール１０１の出力電圧と検出温度との関係を示す特性データ１２１を格納している。図４は、センサーモジュール１０１に格納されている特性データ１２１により示される出力電圧とサーモパイル部１１１の温度差との関係の一例を示す図である。

Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器１０２は、入力電源電圧Ｖｃｃを基準電圧として、センサーモジュール１０１のサーモパイル部１１１からの出力電圧Ｖｏｕｔ１とセンサーモジュール１０１のサーミスター部１１２からの出力電圧Ｖｏｕｔ２とをそれぞれＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換により得られたデジタルデータＤａｔａ１，Ｄａｔａ２を制御回路１０３へ出力している。制御回路１０３は、特性データ１２１を読み出し、特性データ１２１に基づいて、デジタルデータＤａｔａ１，Ｄａｔａ２から検出温度を特定する。

特開２００７−１７３２１８号公報

しかしながら、図３に示す装置では、センサーモジュール１０１およびＡ／Ｄ変換器１０２の入力電源電圧Ｖｃｃが変動した場合、サーモパイル部１１１およびサーミスター部１１２の電源電圧は基準電圧Ｖｒｅｆ１で一定になっているため、入力電源電圧Ｖｃｃの変動の影響を受けないが、Ａ／Ｄ変換器１０２は、入力電源電圧ＶｃｃをＡ／Ｄ変換の基準電圧Ｖｒｅｆ０に使用するため、センサーモジュール１０１の出力値が変動しなくても、入力電源電圧Ｖｃｃの変動に起因して、出力されるデジタルデータＤａｔａ１，Ｄａｔａ２の値が変動してしまう。

つまり、Ａ／Ｄ変換の基準電圧Ｖｒｅｆ０に変動がない場合には、Ｄａｔａ１の値は、次式のようになる。

Ｄａｔａ１＝ｎ×Ｖｏｕｔ１／Ｖｒｅｆ０

ただし、ｎはＡ／Ｄ変換の最大値（定数）である。

一方、Ｖｒｅｆ０がｐ倍に変動した場合、Ｄａｔａ１の値（Ｄａｔａ１＿ｅｒｒｏｒ）は、次式のようになる。

Ｄａｔａ１＿ｅｒｒｏｒ＝ｎ×Ｖｏｕｔ１／（Ｖｒｅｆ０×ｐ）＝Ｄａｔａ１×（１／ｐ）

図５は、入力電源電圧Ｖｃｃの変動に起因する温度制御における誤差について説明する図である。図５は、正規の基準電圧が３．３ボルトであり、基準電圧が５％低下して３．１３５ボルトとなった場合（ｐ＝０．９５）について示している。上述のように、センサーモジュール１０１は入力電源電圧Ｖｃｃの変動の影響を受けないが、Ａ／Ｄ変換器１０２は、入力電源電圧Ｖｃｃの変動の影響を受けるため、図５に示すように、例えば、温度制御対象（例えば定着装置のヒートローラー）の温度を摂氏２３０度にしたいとき、Ｄａｔａ２に基づく冷点温度を考慮した上で、センサーモジュール１０１の特性データ１２１から導出されるＶｏｕｔ１のＡ／Ｄ変換値（デジタルデータの値）は６５１となるため、Ａ／Ｄ変換値が６５１となるように温度制御対象の温度を調整する。しかしながら、Ａ／Ｄ変換器１０２の基準電圧Ｖｒｅｆ０が変動している場合、Ａ／Ｄ変換値が６５１となるように温度制御対象の温度を調整すると、図５に示すように、温度制御対象の温度が摂氏２１５．５度に調整されてしまう。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、電源電圧の変動に起因した検出温度の誤差が小さい温度検出装置を得ることを目的とする。

本発明に係る温度検出装置は、センサーモジュールと、Ａ／Ｄ変換器とを備える。前記センサーモジュールは、サーモパイル部と、入力電源電圧から基準電圧を生成し前記サーモパイル部に印加する基準電圧回路と、前記基準電圧を出力する出力端子とを備える。前記Ａ／Ｄ変換器は、前記サーモパイル部の出力電圧を印加される第１入力端子と、前記センサーモジュールの出力端子に接続される第２入力端子を備え、前記第２入力端子に印加される電圧を、Ａ／Ｄ変換の基準電圧として、前記第１入力端子に印加される前記サーモパイル部の出力電圧をＡ／Ｄ変換する。

本発明によれば、電源電圧の変動に起因した検出温度の誤差が小さい温度検出装置が得られる。

本発明の上記又は他の目的、特徴および優位性は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から更に明らかになる。

図１は、本発明の実施の形態に係る温度検出装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１におけるセンサーモジュール１に格納されている特性データ２１により示される基準電圧および出力電圧の間の比率とサーモパイル部１１の温度差との関係の一例を示す図である。 図３は、温度検出装置の一例を示すブロック図である。 図４は、図３におけるセンサーモジュール１０１に格納されている特性データ１２１により示される出力電圧とサーモパイル部１１１の温度差との関係の一例を示す図である。 図５は、入力電源電圧Ｖｃｃの変動に起因する温度制御における誤差について説明する図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る温度検出装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態では、温度検出装置は、定着装置のヒートローラーの温度（つまり、定着温度）を検出するために画像形成装置（プリンター、複合機など）に内蔵されている。ただし、同様の温度検出装置を他の種類の電子機器に内蔵させることも可能である。

図１に示す温度検出装置は、センサーモジュール１、Ａ／Ｄ変換器２、および制御回路３を備える。

センサーモジュール１は、サーモパイル部１１と、サーミスター部１２と、基準電圧回路１３と、不揮発性のメモリー１４と、基準電圧回路１３による基準電圧Ｖｒｅｆ１を出力する出力端子ＶｒｅｆＯｕｔと、サーモパイル部１１の出力電圧を出力する出力端子Ｖｏｕｔ１と、サーミスター部１２の出力電圧を出力する出力端子Ｖｏｕｔ２と、外部からメモリー１４からデータを読み出すためのデータ出力端子Ｄａｔａと、入力電源電圧Ｖｃｃを印加される入力端子ＶｃｃＩｎとを備える。

基準電圧回路１３は、サーミスター部１２と、入力電源電圧Ｖｃｃから基準電圧Ｖｒｅｆ１を生成しサーモパイル部１１、サーミスター部１２などに印加する。

サーモパイル部１１の特性はセンサーモジュール１の個体ごとに異なるため、メモリー１４は、センサーモジュール１固有な特性データ２１を格納している。特性データ２１は、基準電圧回路１３による基準電圧Ｖｒｅｆ１およびサーモパイル部１１の出力電圧の間の比率と検出温度との関係を示す。図２は、図１におけるセンサーモジュール１に格納されている特性データ２１により示される基準電圧および出力電圧の間の比率とサーモパイル部１１の温度差との関係の一例を示す図である。

例えば、特性データ２１は、特定の近似関数のパラメーター（係数）である。例えば、特性データ２１は、所定の次数の多項式による近似関数における各次数の係数である。

Ａ／Ｄ変換器２は、センサーモジュール１の出力電圧をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換により得られたデジタルデータを出力する。

Ａ／Ｄ変換器２は、サーモパイル部１１の出力電圧を印加される入力端子Ｖｉｎ１と、サーミスター部１２の出力電圧を印加される入力端子Ｖｉｎ２と、センサーモジュールの出力端子ＶｒｅｆＯｕｔに接続される入力端子ＶｒｅｆＩｎとを備える。

そして、Ａ／Ｄ変換器２は、入力端子ＶｒｅｆＩｎに印加される電圧をＡ／Ｄ変換の基準電圧として、入力端子Ｖｉｎ１に印加されるサーモパイル部１１の出力電圧をデジタルデータＤａｔａ１へＡ／Ｄ変換するとともに、入力端子Ｖｉｎ２に印加されるサーミスター部１２の出力電圧をデジタルデータＤａｔａ２へＡ／Ｄ変換する。なお、Ａ／Ｄ変換器２は、データ出力端子ＤａｔａＯｕｔからデジタルデータＤａｔａ１，Ｄａｔａ２を出力する。なお、デジタルデータＤａｔａ１，Ｄａｔａ２は、シリアルに出力されてもよいし、パラレルに出力されてもよい。

制御回路３は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や、プロセッサー（例えばＣＰＵ（Central Processing Unit））などを含むコンピューターを備え、各種処理を行う。制御回路３は、入力電源電圧Ｖｃｃをセンサーモジュール１およびＡ／Ｄ変換器２に印加し、Ａ／Ｄ変換器２から、サーモパイル部１１の出力電圧およびサーミスター部１２の出力電圧をＡ／Ｄ変換して得られるデジタルデータＤａｔａ１，Ｄａｔａ２を取得し、データ出力端子Ｄａｔａを介してメモリー１４から特性データ２１を読み出し、特性データ２１に基づいて、取得したデジタルデータＤａｔａ１，Ｄａｔａ２から検出温度を特定する。

ここでは、特性データ２１は、基準電圧Ｖｒｅｆ１に対する出力値Ｖｏｕｔ１の比率に対応する温度差を示すため、変動する可能性のある入力電源電圧Ｖｃｃの値を考慮せずに、検出温度が特定される。

つまり、サーミスター部１２の特性に基づいてＤａｔａ２からサーミスター部１２の基準温度を特定し、Ｄａｔａ１とデジタルデータの最大値との比率および特性データ２１から（その比率に対する、特性データ２１に基づく関数や関係式の値を求めることで）サーモパイル部１１の温度差を特定することができるため、特性データ２１およびデジタルデータＤａｔａ１，Ｄａｔａ２から検出温度が特定される。

なお、この実施の形態では、制御回路３は、その検出温度に基づいて、ヒートローラーへの通電を制御することで、印刷用紙上のトナーを加熱加圧方式で定着する定着装置の定着温度を制御する。

次に、上記温度検出装置の動作について説明する。

センサーモジュール１は、サーモパイル部１１の出力電圧およびサーミスター部１２の出力電圧とともに、内蔵の基準電圧回路１３による基準電圧Ｖｒｅｆ１をＡ／Ｄ変換器２へ出力する。

Ａ／Ｄ変換器２は、その基準電圧Ｖｒｅｆ１をＡ／Ｄ変換の基準電圧Ｖｒｅｆ０として、サーモパイル部１１の出力電圧およびサーミスター部１２の出力電圧をデジタルデータＤａｔａ１，Ｄａｔａ２へＡ／Ｄ変換し、デジタルデータＤａｔａ１，Ｄａｔａ２を制御回路３へ出力する。

制御回路３は、モジュール１のメモリー１４から特性データ２１を読み出し、その特性データ２１に基づいて、デジタルデータＤａｔａ１，Ｄａｔａ２から、検出温度を特定する。そして、制御回路３は、特定した検出温度に基づいて、温度制御対象の温度を制御する。

以上のように、上記実施の形態によれば、センサーモジュール１は、サーモパイル部１１と、サーミスター部１２と、入力電源電圧から基準電圧を生成しサーモパイル部１１およびサーミスター部１２に印加する基準電圧回路１３と、その基準電圧を出力する出力端子ＶｒｅｆＯｕｔとを備える。Ａ／Ｄ変換器２は、サーモパイル部１１の出力電圧を印加される入力端子Ｖｉｎ１と、センサーモジュール１１の出力端子ＶｒｅｆＯｕｔに接続される入力端子ＶｒｅｆＩｎを備え、入力端子ＶｒｅｆＩｎに印加される電圧を、Ａ／Ｄ変換の基準電圧Ｖｒｅｆ０として、入力端子Ｖｉｎ１に印加されるサーモパイル部１１の出力電圧をＡ／Ｄ変換する。

これにより、電源電圧Ｖｃｃが変動しても、Ａ／Ｄ変換器２は、センサーモジュール１のサーモパイル部１１およびサーミスター部１２と共通な一定の基準電圧Ｖｒｅｆ１に基づいてＡ／Ｄ変換を行うため、Ａ／Ｄ変換後のデジタルデータの値が電源電圧Ｖｃｃの変動の影響を受けずに済み、電源電圧Ｖｃｃの変動に起因した検出温度の誤差が小さくなる。

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。

本発明は、例えば、定着温度の制御に適用可能である。

１ センサーモジュール
２ Ａ／Ｄ変換器
３ 制御回路
１１ サーモパイル部
１２ サーミスター部
１３ 基準電圧回路
１４ メモリー
２１ 特性データ

Claims (6)

1. センサーモジュールと、
   Ａ／Ｄ変換器とを備え、
   前記センサーモジュールは、サーモパイル部と、入力電源電圧から基準電圧を生成し前記サーモパイル部に印加する基準電圧回路と、前記基準電圧を出力する出力端子とを備え、
   前記Ａ／Ｄ変換器は、前記サーモパイル部の出力電圧を印加される第１入力端子と、前記センサーモジュールの出力端子に接続される第２入力端子を備え、前記第２入力端子に印加される電圧を、Ａ／Ｄ変換の基準電圧として、前記第１入力端子に印加される前記サーモパイル部の出力電圧をＡ／Ｄ変換すること、
   を特徴とする温度検出装置。
2. 前記センサーモジュールは、不揮発性のメモリーと、外部から前記メモリー内のデータを読み出すためのデータ出力端子とをさらに備え、
   前記メモリーは、前記基準電圧回路による前記基準電圧および前記サーモパイル部の出力電圧の間の比率と検出温度との関係を示す特性データを格納していること、
   を特徴とする請求項１記載の温度検出装置。
3. 前記Ａ／Ｄ変換器から、前記サーモパイル部の出力電圧をＡ／Ｄ変換して得られるデジタルデータを取得し、前記メモリーから前記特性データを読み出し、前記特性データに基づいて、取得した前記デジタルデータから検出温度を特定する制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の温度検出装置。
4. 前記制御回路は、前記検出温度に基づいて定着装置の定着温度を制御することを特徴とする請求項３記載の温度検出装置。
5. 制御回路をさらに備え、
   前記センサーモジュールは、サーミスター部をさらに備え、
   前記基準電圧回路は、前記基準電圧を前記サーモパイル部および前記サーミスター部に印加し、
   前記Ａ／Ｄ変換器は、前記サーミスター部の出力電圧を印加される第３入力端子をさらに備え、前記第３入力端子に印加される前記サーミスター部の出力電圧をＡ／Ｄ変換し、
   前記制御回路は、前記Ａ／Ｄ変換器から、前記サーモパイル部の出力電圧および前記サーミスター部の出力電圧をＡ／Ｄ変換して得られるデジタルデータを取得し、前記メモリーから前記特性データを読み出し、前記特性データに基づいて、取得した前記デジタルデータから検出温度を特定すること、
   を特徴とする請求項２記載の温度検出装置。
6. 前記センサーモジュールは、サーミスター部をさらに備え、
   前記基準電圧回路は、前記基準電圧を前記サーモパイル部および前記サーミスター部に印加し、
   前記Ａ／Ｄ変換器は、前記サーミスター部の出力電圧を印加される第３入力端子をさらに備え、前記第３入力端子に印加される前記サーミスター部の出力電圧をＡ／Ｄ変換すること、
   を特徴とする請求項１記載の温度検出装置。

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