JP2008111849A - Noncontact temperature sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非接触温度センサに関し、詳しくは、複写機等の定着装置において、用紙上の未定着トナー像を定着されるために、定着装置の加熱定着ローラのような回転体の表面温度を非接触で検知する非接触温度センサに係わるものである。 The present invention relates to a non-contact temperature sensor, and more specifically, in order to fix an unfixed toner image on a sheet in a fixing device such as a copying machine, the surface temperature of a rotating body such as a heating fixing roller of the fixing device. The present invention relates to a non-contact temperature sensor that detects non-contact.
従来、複写機の加熱定着ローラの温度センサとしては、感熱素子をローラ表面に接触させて温度検出する接触型の温度センサが主として使用されている。この種の接触型温度センサは、加熱定着ローラの表面温度を正確に検知できる利点があるものの、感熱素子の接触部が一定圧で加熱定着ローラ表面に圧接されているために、接触部の部材や感熱素子によって加熱定着ローラ表面を傷つける欠点があった。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a temperature sensor for a heat fixing roller of a copying machine, a contact type temperature sensor that detects a temperature by bringing a thermosensitive element into contact with the roller surface is mainly used. Although this type of contact-type temperature sensor has the advantage of being able to accurately detect the surface temperature of the heat-fixing roller, the contact portion of the heat-sensitive element is pressed against the surface of the heat-fixing roller at a constant pressure. In addition, there is a drawback that the surface of the heat fixing roller is damaged by the heat sensitive element.
また、接触型温度センサの接触部材は、長時間の使用に耐え得る耐磨耗性の高いものであって、かつ感熱素子を圧接するバネ材の圧力が加わるために一定厚み以上の材料を使用しなければならない。そのために、接触型温度センサの感熱素子部分の熱容量が大きくなり、所望の熱応答特性が得られない欠点がある。 In addition, the contact member of the contact-type temperature sensor has high wear resistance that can withstand long-term use, and the pressure of the spring material that presses the thermal element is applied, so a material with a certain thickness or more is used. Must. For this reason, the heat capacity of the thermal element portion of the contact-type temperature sensor increases, and there is a drawback that desired thermal response characteristics cannot be obtained.
このような欠点を解決する温度センサとして、非接触型の温度検出器がある。この種の従来例1としては、本出願人が、実願平3−27515号で開示した温度センサがある。この非接触温度検出器は、導電箔による二本のリード部を形成した電気絶縁性の耐熱基板と、この耐熱基板の二本のリード部間の小孔上に載置されて、二本のリード部間に接続された感熱素子と、少なくともこの感熱素子の部分および前記耐熱基板のリード部近傍が大きく開口されていて、その開口の下面に前記耐熱基板を取り付ける支持体と、前記支持体の前記開口部の上面に取り付けた支持体よりも熱容量の小さい薄膜状の遮蔽板とで構成したものである。この温度センサは、被検知体の温度を非接触で検知することができるとともに、センサの熱容量を低下させることができるので、熱応答性の優れた特性を得ることができる。 As a temperature sensor that solves such a drawback, there is a non-contact type temperature detector. As a conventional example 1 of this type, there is a temperature sensor disclosed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 3-27515. This non-contact temperature detector is mounted on an electrically insulating heat-resistant substrate having two lead portions formed of conductive foil and a small hole between the two lead portions of the heat-resistant substrate. A heat-sensitive element connected between the lead parts, at least a part of the heat-sensitive element and a vicinity of the lead part of the heat-resistant substrate, and a support body for attaching the heat-resistant substrate to the lower surface of the opening; It is composed of a thin-film shielding plate having a smaller heat capacity than the support attached to the upper surface of the opening. Since this temperature sensor can detect the temperature of the object to be detected in a non-contact manner and can reduce the heat capacity of the sensor, it is possible to obtain characteristics with excellent thermal responsiveness.
従来例2としては、図13に示した非接触型温度センサがある。この温度センサは、円筒状の非接触型温度センサ本体10の先端に、フレンネルレンズからなる光学系3が設けられ、本体内にサーモパイルからなる赤外線検出器1と、赤外線検出器1の温度を計測する温度センサ2と、光学系3の温度を計測する温度センサ4とが備えられている。温度センサ2,4はポジスタが用いられている。
As a conventional example 2, there is a non-contact type temperature sensor shown in FIG. In this temperature sensor, an optical system 3 composed of a Fresnel lens is provided at the tip of a cylindrical non-contact
図14は、図13の非接触型温度センサの信号処理回路を示している。赤外線検出器1からの出力は、極性切換部5を経て増幅部6で増幅され、二重積分回路からなるA/D変換部9でデジタル信号に変換され、その後、マイクロコンピュータ11で演算処理されている。温度センサ2,4には定電流源8から定電流が供給され、温度センサ2,4からの信号は、スイッチング部7で切り換えてA/D変換部9でデジタル信号に変換した後、マイクロコンピュータ11で演算処理されている。温度センサ2は、赤外線検出器1の温度を検出し、温度センサ4は光学系3の温度を検出している。これらの温度センサにより計測された温度差に基づいて、光学系に起因する誤差を補償する温度補償手段を備えた非接触型温度センサの信号処理回路である。
従来例1の非接触型温度センサは、複写機の加熱定着ローラに使用した場合、耐熱基板上の感熱素子の感熱面と、ローラ表面との距離を0.5mm程度に設定しなければ十分な感度が得られない欠点がある。このような距離設定は、極めて難しく、加熱定着ローラに近接して実装した場合、複写機の紙詰まりが発生した際に温度センサを壊すなどの問題があった。 The non-contact temperature sensor of Conventional Example 1 is sufficient if the distance between the heat-sensitive surface of the heat-sensitive element on the heat-resistant substrate and the roller surface is not set to about 0.5 mm when used in a heat fixing roller of a copying machine. There is a drawback that sensitivity cannot be obtained. Such distance setting is extremely difficult, and when mounted close to the heat fixing roller, there is a problem that the temperature sensor is broken when a paper jam occurs in the copying machine.
図13の従来例2の非接触型温度センサでは、赤外線入射面に光学系3が設けられており、加熱定着ローラに装着された場合、光学系3にトナーが付着し易い欠点があり、光学系3の表面にトナーが付着して汚染による赤外線透過量の変化が生じる欠点がある。赤外線フィルタ等の光学系3の表面にトナーやほこりが付着して、光学系3の表面の汚染が進行すると、検知出力が低下して、正確な温度検知ができない欠点があり、正確に温度制御しなけれがならない用途には、利用することができない欠点があった。従って、非接触型温度センサでは、周囲温度の変化によって、被検知体からの赤外線の放射則が変化するために、周囲温度を計測する別の温度補償用の温度センサを取り付けて、周囲温度の変化を検出している。図14に示した信号処理回路を用いて、光学系3の汚染による透過量の変化を併せて、周囲温度の変化に応じて関数テーブルを切り換えるといった複雑な数値計算を、マイクロコンピュータ11で演算処理する必要があった。 In the non-contact type temperature sensor of Conventional Example 2 in FIG. 13, the optical system 3 is provided on the infrared incident surface, and there is a defect that the toner tends to adhere to the optical system 3 when mounted on the heat fixing roller. There is a drawback in that the toner adheres to the surface of the system 3 and the amount of transmitted infrared rays changes due to contamination. If toner or dust adheres to the surface of the optical system 3, such as an infrared filter, and the contamination of the surface of the optical system 3 proceeds, the detection output will be reduced and accurate temperature detection will not be possible. For applications that must be done, there was a drawback that they could not be used. Therefore, in the non-contact type temperature sensor, since the radiation law of infrared rays from the object to be detected changes due to the change in the ambient temperature, another temperature compensation temperature sensor for measuring the ambient temperature is attached, and the ambient temperature A change is detected. Using the signal processing circuit shown in FIG. 14, a complicated numerical calculation such as switching of the function table according to the change of the ambient temperature is performed by the microcomputer 11 together with the change of the transmission amount due to the contamination of the optical system 3. There was a need to do.
さらに、赤外線検出器として知られているサーミスタボロメータ、サーモパイル、焦電センサ等を用いる方法がある。しかし、サーミスタボロメータ、サーモパイルは、感度が小さくコストが高い欠点がある。また、焦電センサは、チョッパが必要であるために信頼性に問題があり、定着装置等の高温下で用いるためには、温度補償等の技術的な問題点があって、使用するのが難しい。 Further, there is a method using a thermistor bolometer, a thermopile, a pyroelectric sensor or the like known as an infrared detector. However, the thermistor bolometer and thermopile have the disadvantages of low sensitivity and high cost. In addition, the pyroelectric sensor has a problem in reliability because it requires a chopper, and there are technical problems such as temperature compensation in order to use it under a high temperature such as a fixing device. difficult.
本発明は、上述のような課題に鑑みなされたものであり、被検知体の表面温度を正確に検出し、被検知体の表面温度を短時間に、かつ正確に計測することができる非接触温度センサを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and can detect the surface temperature of the detected object accurately and can accurately measure the surface temperature of the detected object in a short time. The object is to provide a temperature sensor.
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の発明は、開口部から入射した赤外線を導く導光部を有する保持体と、該保持体の前記導光部の他端開口部に配置した樹脂フィルムと、該樹脂フィルムの背後に空間を設けるための空間部が形成され前記保持体に取り付けられる蓋部材と、前記樹脂フィルムの前記空間部側に配置され、前記開口部から入射する赤外線を検知する赤外線検知用感熱素子と、前記空間部の空間内以外の前記保持体の表面または内部に配置され前記保持体の温度を検知する温度補償用感熱素子とからなることを特徴とする。
The invention according to
上記課題を解決するためになされた請求項2記載の発明は、赤外線入射開口部を有する保持体と、該保持体の前記開口部の裏側に配置した樹脂フィルムと、該樹脂フィルムの背後に空間を設けるための空間部が形成され前記保持体に取り付けられる蓋部材と、前記樹脂フィルムの前記空間部側に配置され、前記開口部から入射する赤外線を検知する赤外線検知用感熱素子と、前記保持体の表面に配置され前記保持体の温度を検知する温度補償用感熱素子とからなり、前記蓋部材には、前記温度補償用感熱素子の背後に空間を設けるための凹部がさらに形成されており、前記赤外線検知用感熱素子および前記温度補償用感熱素子は、それぞれ、前記空間部の空間内および前記凹部の空間内に閉塞されるように収納されていることを特徴とする。
The invention according to
上記課題を解決するためになされた請求項3記載の発明は、請求項2記載の非接触温度センサにおいて、前記凹部の空間の大きさは、前記空間部の空間の大きさより小さくなっていることを特徴とする。
The invention according to claim 3, which has been made to solve the above problem, is the non-contact temperature sensor according to
上記課題を解決するためになされた請求項4記載の発明は、請求項2または3記載の非接触温度センサにおいて、前記赤外線検知用感熱素子および前記温度補償用感熱素子は、前記樹脂フィルムの同一平面上に配置されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the non-contact temperature sensor according to the second or third aspect, wherein the infrared detecting thermal element and the temperature compensating thermal element are the same as the resin film. It is arranged on a plane.
以下、本発明に係わる非接触温度センサの実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の非接触温度センサの一実施形態を示す分解斜視図、図2は、その非接触温度センサを加熱定着ローラに実装した例を示す斜視図、図3は、図1または図2の非接触温度センサのX−Y断面図である。 Embodiments of a non-contact temperature sensor according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view showing an embodiment of the non-contact temperature sensor of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing an example in which the non-contact temperature sensor is mounted on a heat fixing roller, and FIG. It is XY sectional drawing of the non-contact temperature sensor of FIG.
図1において、非接触温度センサ20は、断面形状が長方形の導光部からなる保持体21と、感熱素子が設けられた樹脂フィルム23と、蓋部材29とで構成されている。保持体21は、保持体21の一端が赤外線の入射する開口部21aであり、その他端が開口部21bであり、その内部は赤外線を導く導光部となっている。開口部21bは、樹脂フィルム23で覆われて蓋部材29で閉塞されている。樹脂フィルム23の裏面(赤外線入射面とは反対の面)には、赤外線検知用感熱素子25が設けられている。樹脂フィルム23と蓋部材29との間には、図3に示したように、空間部30が形成されている。保持体21には、非接触温度センサ20を被検知体近傍に近接させて実装するために取付穴22aを有する取付耳部22が設けられている。感熱素子25〜27は、薄膜サーミスタを用いるが、それに限定するものではない。
In FIG. 1, the
保持体21は、その材質がアルミニウム等の熱伝導率の大きい、熱放射率の小さい金属からなり、その内面は、赤外線を反射する反射面である。この反射面は、必要に応じて研磨して赤外線の反射率を高める構造であってもよいし、保持体21自体を樹脂で形成して、その内面に積極的に赤外線を反射させる金属層による反射面としてもよい。さらに、導光部の内面全体または少なくとも一部分に、赤外線を吸収する赤外線吸収膜を設けてもよい。赤外線吸収膜を設けることにより、定着装置の周辺に飛散しているトナーが保持体21の内面に付着したとしてもトナーの熱の放射率が1に近い値であり、赤外線センサの出力信号には殆ど影響を与えない。
The
また、上記赤外線吸収膜は、プラスチック、ゴム等を導光部の内面または/および外面に塗装等の方法によって形成される。例えば、これらの材料は、輻射率が0.94以上の黒体吸収膜が好ましい。この他の材質としては、保持体21の内面の少なくとも一部に、陽極酸化処理やアルマイト処理したとしても赤外線吸収膜と同等の効果が得られる。
The infrared absorbing film is formed by a method such as coating plastic, rubber or the like on the inner surface or / and outer surface of the light guide. For example, these materials are preferably black body absorbing films having an emissivity of 0.94 or more. As other materials, even if at least a part of the inner surface of the holding
さらに、この保持体21の開口部21aの形状は、被検知体の大きさや形状、温度センサとの距離等の諸条件により適切に選択される。例えば、加熱定着ローラ表面温度を計測する場合、加熱定着ローラが横長形状の発熱体であるので、保持体21の開口部21aは、そのローラの軸方向に沿って広がった横長形状または楕円形状にする。このような形状とすることによって、保持体21の集熱効果が良好となり、検出感度、熱応答性を高めることができる。
Furthermore, the shape of the
また、被検知体から非接触温度センサをさらに離して設置した場合は、赤外線入射開口部21aも、被検知体表面からさらに離れるので、導光部内面に赤外線吸収膜を形成しておけば、被検知体以外のバックグラウンド部分から放射された熱は、導光部内に入射して内面の赤外線吸収膜で吸収されるので、樹脂フィルム23までには到達しない。従って、バックグラウンド部分からの熱放射による検知温度誤差を排除し、被検知体からの放射される熱のみを正確に検出することができる。また、前記導光部内部面に赤外線吸収膜を設ける代わりに、導光部を樹脂成形することによっても同等の効果を得ることができる。
In addition, when the non-contact temperature sensor is installed further away from the detected body, the
次に、樹脂フィルム23について詳細に説明すると、樹脂フィルム23は、一表面に配線パターン24が形成され、赤外線検知用感熱素子25と、近接して配置した第1および第2の温度補償用感熱素子26,27とが配線パターン24に電気的に接続されている。配線パターン24の終端には、外部引出端子28が形成されている。赤外線検知用感熱素子25は、樹脂フィルム23の略中央面に位置し、赤外線入射側と反対側の樹脂フィルム23面に配置される。第1および第2の温度補償用感熱素子26,27は、樹脂フィルム23の端部近くに形成されている。樹脂フィルム23を開口部21bに密着するように取り付け、蓋部材29を装着することにより、赤外線検知用感熱素子25は、開口部21bの略中央に配置され、第1および第2の温度補償用感熱素子26,27は、保持体21の側面に配置される。第1および第2の温度補償用感熱素子26,27は、周囲温度を検出する。なお、温度補償用感熱素子26,27は、保持体の肉厚部に配置した構造として、保持体21の温度を検知する。
Next, the
樹脂フィルム23は、テフロン(登録商標)、シリコン、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、PPS(ポリフェニレンスルフィド)等の高分子材料からなる樹脂が使用され、赤外光を吸収する材料であれば他の材質を使用してもよい。さらに、これらの樹脂にカーボンブラックまたは無機顔料(クロムイエロ、弁柄、チタンホワイト、群青の1種以上)を混合分散させて略全波長の赤外線を吸収し得るような材料を用いる。また、樹脂フィルム23の裏面またはその背後の空間部30に赤外線反射膜を設けることによって、樹脂フィルム23から放射された熱を反射させることで、一層検出感度を向上させることができる。
The
一方、本発明の非接触温度センサは、主に複射機等の定着装置に装着することを想定しており、前記非接触温度センサの外側周囲の部材類からの熱放射があるために、この熱放射によって温度検知誤差が生じ易くなる。このために、非接触温度センサの保持体や蓋部材の外表面をメッキしたり、また鏡面仕上げ、あるいは薄膜や箔等の赤外線反射材を貼着する等の方法によって赤外線が反射するような構造にし、外界の影響を最小限に留めるようにすることによって、一層の検知感度の向上を図ることができる。 On the other hand, the non-contact temperature sensor of the present invention is mainly assumed to be mounted on a fixing device such as a compounding machine, and since there is heat radiation from the outer peripheral members of the non-contact temperature sensor, This thermal radiation tends to cause a temperature detection error. For this purpose, a structure in which infrared rays are reflected by a method such as plating the outer surface of a non-contact temperature sensor holding body or lid member, mirror finishing, or attaching an infrared reflecting material such as a thin film or foil In addition, the detection sensitivity can be further improved by minimizing the influence of the outside world.
図2は、図1に示した非接触温度センサ20の実装例を示している。同図に示したように、加熱定着ローラ12の軸方向に併設されたL字状金具13に装着される。L字状金具13には、開口部15が形成され、非接触温度センサ20の開口部21aが開口部15に一致するようにL字状金具13にボルト14で固定されている。非接触温度センサ20の開口部21aは、加熱定着ローラ12の軸方向に沿って横長の開口を有している。このように非接触温度センサ20が横長方向の開口部21aを有することで、加熱定着ローラ12から放射された熱を効率よく捕捉することができる。また、開口部21aから入射した赤外線は、保持体21の内面で反射して、開口部21bの樹脂フィルム23面と赤外線検知用感熱素子25に到達する。赤外線検知用感熱素子25と温度補償用感熱素子26,27の出力は、検出回路Dに入力される。
FIG. 2 shows an example of mounting the
次に、上記非接触温度センサの検出回路について、図4(a)〜(c)を参照して説明する。図4(a)において、温度補償用感熱素子27と赤外線検知用感熱素子25は、電源端子Vと接地間に直列接続され、かつ温度補償用感熱素子26と抵抗31は同様に電源端子Vと接地間に直列接続されている。温度補償用感熱素子27と赤外線検知用感熱素子25との接続点Aと、温度補償用感熱素子26と抵抗31との接続点Bは、演算増幅器32の入力端子にそれぞれ接続され、その出力は出力端子33から得られる。これら回路素子はブリッジ回路を構成している。
Next, the detection circuit of the non-contact temperature sensor will be described with reference to FIGS. In FIG. 4A, the temperature compensating
上記非接触温度センサを参照して説明すると、加熱定着ローラ表面から放射される赤外線は、非接触温度センサ20の開口部21aから入射して、導光部を経て樹脂フィルム23の上に達し、樹脂フィルム23に吸収されて赤外線エネルギは熱に変換され、赤外線検知用感熱素子25に伝達され、赤外線検知用感熱素子25の温度が上昇する。このとき樹脂フィルム23も開口面積に相当する部分が赤外線を受光するために赤外線エネルギが熱変換されて、樹脂フィルム23の温度も上昇して赤外線検知用感熱素子25に効果的に伝達される。赤外線検知用感熱素子25と温度補償用感熱素子26は少なくともほぼ等しい温度特性を有する感熱素子である。被検知体からの赤外線によって赤外線検知用感熱素子25の抵抗値が変化すると接続点Aの電位が変化する。同時に被検知体からの輻射熱や周囲雰囲気温度によって保持体21の温度も上昇するために保持体21の外面に載置した温度補償用感熱素子26,27の抵抗値も保持体21の温度上昇に相当する抵抗値変化を受ける。そして、温度補償用感熱素子26,27は、ほぼ等しい温度特性を有するので、接続点Aの電位は、被検知体からの赤外線による温度変化のみを検出できる。無論、図4(b)の検出回路であってもよい。
Explaining with reference to the non-contact temperature sensor, infrared rays emitted from the surface of the heat fixing roller are incident from the
図4(c)の検出回路は、赤外線検知用感熱素子25と温度補償用感熱素子26が直列接続されて定電流源34に接続されている。そして定電流源34と赤外線検知用感熱素子25との接続点A、赤外線検知用感熱素子25と温度補償用感熱素子26の接続点Bは演算増幅器32の入力端子にそれぞれ接続され、その出力端子33から得られる。接続点Aの出力は、赤外線検知用感熱素子25と温度補償用感熱素子26との接続点Bの出力が加算されて出力される。従って、この定電流方式は、接続点Aの出力と、接続点Bの温度補償用感熱素子26の出力分を加減算することによって、演算増幅器32の出力側には、周囲雰囲気の影響を相殺した出力が得られ、他の回路方式に比べて回路構成が簡単にできる利点がある。
In the detection circuit of FIG. 4C, the infrared detecting
図5は、加熱定着ローラを例とした実際の温度制御を示しており、この被検知体から放射される熱やセンサ周辺の対流によって、保持体21の温度が変動するために、図4の検出回路の接続点Aの電位は、保持体21の温度変動に比例して、図5の曲線aに示すように、時間とともに制御出力(制御温度)が変化して正確な温度コントロールができない場合がある。本発明では、第2の温度補償用感熱素子26を第1の温度補償用感熱素子27に近接して配置し、センサ周辺の温度が上昇すると、保持体21の表面温度も上昇していくために、第2の温度補償用感熱素子26と抵抗31から構成されるブリッジ回路の出力、即ち、接続点Bの電位は、図5の曲線bのように時間とともに上昇していく。このために制御温度が曲線aのように変動する原因となる。本発明では、周囲雰囲気の変化を第2の温度補償用感熱素子26によって検知し、その出力を第1の温度補償用感熱素子27と赤外線検知用感熱素子25からなる出力に加算することによって、周囲雰囲気の影響を相殺して、図5の曲線cに示すように、被検知体の赤外線出力を正確に検出することができる。
FIG. 5 shows actual temperature control using a heat fixing roller as an example. Since the temperature of the holding
次に、非接触温度センサ用の検出回路の具体例について、図6〜図8の検出回路を参照して説明する。図6において、温度補償用感熱素子27と赤外線検知用感熱素子25が電源端子Vと接地間に直列接続され、かつ抵抗R1、可変抵抗R2、抵抗R3が直列接続されて基準電圧源回路37を構成し、同様な構成で温度補償用感熱素子26と抵抗31が電源端子Vと接地間に直列接続され、かつ基準電圧源回路38が抵抗R1、可変抵抗R2、抵抗R3が直列接続されて構成されている。温度補償用感熱素子26,27は、近接して配置されている。
Next, a specific example of the detection circuit for the non-contact temperature sensor will be described with reference to the detection circuits of FIGS. In FIG. 6, a temperature compensation
反転増幅器A1は、その反転入力端子と接続点A間に抵抗R4が接続され、反転入力端子と出力端子間に抵抗R6が接続され、可変抵抗R2(非反転入力端子)と非反転端子間に抵抗R4が接続され、その非反転端子と接地間に抵抗R5が接続されている。反転増幅器A1の出力端子は、抵抗R7を介して演算増幅器A3の非反転入力端子に接続されている。そして、反転増幅器A2は、その反転入力端子と接続点B間に抵抗R4が接続され、反転入力端子と出力端子間に抵抗R6が接続され、可変抵抗R2とその非反転入力端子間に抵抗R4が接続され、その非反転入力端子と接地間に抵抗R5が接続されている。抵抗R5とR6は同一抵抗値のものを用いる。反転増幅器A2の出力端子は、抵抗R9を介して演算増幅器A3の反転入力端子に接続されている。演算増幅器A3は、その反転入力端子と出力端子間に抵抗R10が接続され、非反転入力端子と接地間に抵抗R8が接続されている。演算増幅器A3によって、出力点PAとPBとの出力を加算することで、その出力端子PCから周囲の温度の影響を相殺した加熱定着ローラ12の表面温度ΔTの出力が得られる。
In the inverting amplifier A1, a resistor R4 is connected between the inverting input terminal and the connection point A, a resistor R6 is connected between the inverting input terminal and the output terminal, and between the variable resistor R2 (non-inverting input terminal) and the non-inverting terminal. A resistor R4 is connected, and a resistor R5 is connected between the non-inverting terminal and the ground. The output terminal of the inverting amplifier A1 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier A3 via the resistor R7. In the inverting amplifier A2, a resistor R4 is connected between the inverting input terminal and the connection point B, a resistor R6 is connected between the inverting input terminal and the output terminal, and a resistor R4 is connected between the variable resistor R2 and the non-inverting input terminal. And a resistor R5 is connected between the non-inverting input terminal and the ground. Resistors R5 and R6 have the same resistance value. The output terminal of the inverting amplifier A2 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier A3 via the resistor R9. The operational amplifier A3 has a resistor R10 connected between the inverting input terminal and the output terminal, and a resistor R8 connected between the non-inverting input terminal and the ground. By adding the outputs of the output points PA and PB by the operational amplifier A3, an output of the surface temperature ΔT of the heat-fixing
上記の出力信号ΔTは、図7に示した演算増幅器A4を付加して比較演算することによって、制御出力信号を取り出すことができる。この制御出力信号を定着装置の温度制御に利用する。図7において、基準電圧源39に接続された抵抗R12,R13と可変抵抗VRとの直列回路からなる温度設定回路のE点を演算増幅器A4の非反転入力端子に接続し、演算増幅器A3の出力端子を抵抗を介して反転入力端子に接続する。出力信号ΔTを演算増幅器A4の反転入力端子に入力し、所望の温度に設定するために温度設定回路のVRを調整して、E点の電位と出力信号ΔTとを比較演算し、その出力信号によって、ソリッド・ステート・リレーS1を制御することで任意の設定温度での制御信号を取り出すことができる。
A control output signal can be extracted from the output signal ΔT by performing a comparison operation by adding the operational amplifier A4 shown in FIG. This control output signal is used for temperature control of the fixing device. In FIG. 7, point E of the temperature setting circuit composed of a series circuit of resistors R12, R13 and variable resistor VR connected to the
無論、図8に示したように、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で被検知体の表面温度を検出することもできる。図8において、定電流源40に接続された赤外線検知用感熱素子25と温度補償用感熱素子26の直列回路のC点とD点の出力電圧(ΔT′+Δt)とΔtを抵抗R1,R2を介して、A/D変換器46,47にそれぞれ入力して、デジタル化した(ΔT′+Δt)とΔtを得る。A/D変換器47からのデジタル化された出力Δtは温度補償出力分となる。このΔT′とΔtの関係をマイクロコンピュータCPUに入力して、減算手段48によって、ΔT′を算出し、条件判定手段49に入力する。条件判定手段49では、図8に示すように、ΔT′と設定温度Taとの関係が予め記憶されたデータテーブル50を参照して判断し、「1」,「0」を判断して、ソリッド・ステート・リレーS1を制御する。「1」の場合は、ヒータに通電し、「0」の場合は、ヒータへの通電を遮断する。このような制御によって、加熱定着ローラの表面温度を所定の温度に設定する。
Of course, as shown in FIG. 8, the surface temperature of the detected object can also be detected by a digital temperature control circuit using a microcomputer. In FIG. 8, the output voltage (ΔT ′ + Δt) and Δt at points C and D of the series circuit of the infrared detecting
また、図8の温度検出回路は、図4(c)の検出回路を用いたが、図4(a),(b)の検出回路であってもよい。図4(a)の場合、温度補償された出力が得られるので、この出力をA/D変換器を介してマイクロコンピュ−タCPUに入力して、データテーブル50により、表面温度を検出する。また、図4(b)では、図8のマイクロコンピュ−タCPUを用いた温度検出回路と同様な処理を行うことで、被検知体の表面温度を検出することができる。 Further, the temperature detection circuit of FIG. 8 uses the detection circuit of FIG. 4C, but may be the detection circuit of FIGS. 4A and 4B. In the case of FIG. 4A, a temperature compensated output is obtained, and this output is input to the microcomputer CPU via the A / D converter, and the surface temperature is detected by the data table 50. In FIG. 4B, the surface temperature of the detection object can be detected by performing the same process as the temperature detection circuit using the microcomputer CPU of FIG.
因みに、本発明の非接触温度センサの動作原理について、図9を参照して説明する。上記演算増幅器A3の出力電圧は、加熱定着ローラ12の表面温度ΔTを表しており、その動作原理について説明する。保持体21の温度(ケース温度)t1 は、t1 =Δf(T)+Δf(t)と表される。ただし、Δf(T)は、加熱定着ローラ12による温度の変化を示し、Δf(t)は、周囲温度の変化を示している。
Incidentally, the principle of operation of the non-contact temperature sensor of the present invention will be described with reference to FIG. The output voltage of the operational amplifier A3 represents the surface temperature ΔT of the
赤外線検知用感熱素子25の周囲温度t1 ′は、略ケース温度t1 に等しいので、t1 ′=t1 +aと表される。aはケース温度t1 以外の因子である。従って、加熱定着ローラ12からの熱放射による温度変化を赤外線検知用感熱素子25で検出し、その温度変化をΔTとすると、ΔTは、f(IR)=ΔTの関数で表される。また、赤外線検知用感熱素子25は、周囲温度t1 ′の影響を受ける。基準電圧源回路37,38の基準電圧を、それぞれ基準電圧の抵抗成分の関係で表すと、ΔR≒ΔR′+bの関係がある。温度補償用感熱素子26,27は、熱的に結合されており、f(Ref1)=f(Ref2)=t1 (=t1 ′−a)の関係がある。
Since the ambient temperature t 1 ′ of the infrared detecting
反転増幅器A1の出力を温度としてとらえると、その出力端子の出力は、PA=ΔT+t1 ′と表される。同様に反転増幅器A2の出力端の出力は、PB=t1 と表される。従って、図6の検出回路の演算増幅器A3の出力端は、PC=ΔT+a≒ΔTと表される。このように本発明では、本実施形態の非接触温度センサを用いることによって、複雑な関数を使った演算処理を行わなくとも、温度を検出することができる。 When the output of the inverting amplifier A1 is regarded as a temperature, the output of the output terminal is expressed as PA = ΔT + t 1 ′. Similarly, the output at the output terminal of the inverting amplifier A2 is expressed as PB = t 1 . Therefore, the output terminal of the operational amplifier A3 of the detection circuit of FIG. 6 is expressed as PC = ΔT + a≈ΔT. As described above, in the present invention, by using the non-contact temperature sensor of the present embodiment, the temperature can be detected without performing a calculation process using a complicated function.
次に、図1の非接触温度センサの他の実施形態について、図10を参照して説明する。樹脂フィルム23の装着構造は、図1の実施形態に限定することなく、同図(a)〜(c)に示した形態であってもよい。同図(a)は、温度補償用感熱素子26,27が保持体の両外面にそれぞれ配置され、同図(b)は、温度補償用感熱素子26,27が保持体の一方の外面に配置されている。また、同図(c)では赤外線検知用感熱素子25が収納された空間部の背後に温度補償用感熱素子26,27が配置されている。さらに、感熱素子を設けた樹脂フィルム23は、一方を開口し他端を塞いだ導光部の保持体の後部にスリットを形成して、このスリットに樹脂フィルム23を挿入して、保持体内の開口部から離れた位置に感熱部を形成してもよい。
Next, another embodiment of the non-contact temperature sensor of FIG. 1 will be described with reference to FIG. The mounting structure of the
また、非接触温度センサの導光部の保持体をテーパ状とし、被検知体から導光部内に入射した赤外線を感熱素子部に集光するようにして検出感度を向上させてもよい(図示なし)。 Further, the detection sensitivity may be improved by making the holder of the light guide part of the non-contact temperature sensor into a tapered shape and condensing the infrared rays incident from the detected object into the light guide part on the heat sensitive element part (illustration shown). None).
なお、第1と第2の温度補償用感熱素子26,27の配置位置は、前記両感熱素子の温度がほぼ等しい温度となるような保持体上の位置であればよく、本実施形態に記載したように、両温度補償用感熱素子を必ずしも互いに近接して配置する必要はない。
The first and second temperature compensating
次に、本発明の非接触温度センサの他の実施形態について、図11を参照して説明する。同図(a)はその分解斜視図、同図(b)は断面図、同図(c)は斜視図である。図11の非接触温度センサは、被検知体の温度を近接して非接触で検出する温度センサである。非接触温度センサ39は、開口部41が形成された板状の保持体40と、赤外線検知用感熱素子25と第1および第2の温度補償用感熱素子26,27を電気的に接続した配線パターンが形成された樹脂フィルム23と、蓋部材42とから構成されている。蓋部材42には、赤外線検知用感熱素子25の背後に空間を設けるための空間部43と、温度補償用感熱素子26,27の背に空間を設けるための凹部44が形成され、保持体40と蓋部材42とによって樹脂フィルム23を固定保持すると、蓋部材42に形成された空間部43には、赤外線検知用感熱素子25が収納され、凹部44には、温度補償用感熱素子26,27が収納される。
Next, another embodiment of the non-contact temperature sensor of the present invention will be described with reference to FIG. 2A is an exploded perspective view, FIG. 2B is a cross-sectional view, and FIG. 2C is a perspective view. The non-contact temperature sensor of FIG. 11 is a temperature sensor that detects the temperature of the detected object in a non-contact manner. The
樹脂フィルム23は、保持体40の裏面(赤外線の入射面と反対面)に、開口部41を覆うように配置される。赤外線は、保持体40に形成された開口部41から入射し、開口部41内に露呈する樹脂フィルムに照射される。樹脂フィルム23は、先に説明したように、ポリエステルやポリイミド樹脂等の赤外線を吸収する材料を使用するか、あるいはこれらの樹脂にカーボンブラックまたは無機顔料を分散させて略全波長の赤外線を吸収し得るような材料が用いられる。樹脂フィルム23上には、赤外線検知用感熱素子25と第1および第2の温度補償用感熱素子26,27が、赤外線が入射する面と反対面に形成された配線パターンに接着固定されている。赤外線検知用感熱素子25は、保持体40の開口部41の略中央部に配置され、第1および第2の温度補償用感熱素子26,27は、保持体40に蓋部材42を取り付けた際に、保持体40の表面に樹脂フィルム23が密着し、凹部44に収納されるように取り付けられる。これらの感熱素子は、空間内に閉塞されるように収納されている。第1および第2の温度補償用感熱素子26,27は、蓋部材42を含む保持体40の温度を検知するように配置される。
The
さらに、第1および第2の温度補償用感熱素子26,27は、同一場所の周囲雰囲気温度が検知できるようになるべく近接して配置され、配線パターンの端部には、外部引出端子28が形成されている。これらの感熱素子としては、薄膜サーミスタが使用され、樹脂フィルム23上に形成された配線パターンに電気的に接続される。なお、感熱素子は、薄膜サーミスタに限定されるものではなく、他の半導体温度センサであってもよい。
Further, the first and second temperature compensating
また、本実施形態では、温度補償用感熱素子は樹脂フィルム上に赤外線検知用感熱素子とともに配置する構造について述べたが、前記温度補償用感熱素子は必ずしも同一の樹脂フィルム上に載置する必要はなく、保持体の温度を検知できるのであれば単独で保持体表面あるいは保持体内部に配置してもよい。 In the present embodiment, the temperature compensation thermal element is described as being arranged together with the infrared detection thermal element on the resin film. However, the temperature compensation thermal element does not necessarily have to be placed on the same resin film. Alternatively, as long as the temperature of the holding body can be detected, it may be arranged alone on the holding body surface or inside the holding body.
保持体40の材質は、アルミニウム等の熱伝導率が大きく、熱放射率の小さい金属から構成されている。また、保持体40を金属で形成する代わりに、保持体40を樹脂で形成して、その表面に金属層を形成した構造の保持体であってもよい。この保持体40の開口部41の形状は、被検知体の大きさや形状、センサとの距離等の条件によって適切に選択される。例えば、複写機等の熱定着ローラの表面温度を計測する場合、保持体の開口部41は、ローラの軸方向に広がる横長形状または楕円形状にすることによって、検知感度、熱応答性を高めることができる。また、ローラ径が小さい場合には、開口部41の視野角を小さくするために、ローラ軸に垂直な開口部の巾を小さくし、軸方向の開口部の長さを長くする。
The material of the
図11の非接触温度センサの検知出力は、被検知体に近接して配置されるため、上記実施形態の導光部を有する保持体からなる温度センサと略同等であるが、設置条件によっては10〜15%程度低下する場合があるが、十分使用できるレベルである。この温度センサの検出感度は、被検知体との距離に依存するために、本発明の図1の非接触温度センサを設置するための十分なスペースが無い場合、図11の非接触温度センサを被検知体に接近して設置することによって被検知体の温度を正確に検出することができる。 Since the detection output of the non-contact temperature sensor in FIG. 11 is arranged close to the detection target, it is substantially the same as the temperature sensor including the holding body having the light guide unit of the above embodiment, but depending on the installation conditions Although it may decrease by about 10 to 15%, it is a level that can be used sufficiently. Since the detection sensitivity of this temperature sensor depends on the distance to the object to be detected, when there is not enough space for installing the non-contact temperature sensor of FIG. 1 of the present invention, the non-contact temperature sensor of FIG. The temperature of the detected object can be accurately detected by installing it close to the detected object.
図12は、本発明の他の実施形態の非接触温度センサを示している。図11に示した非接触温度センサに樹脂成形した楕円柱状の導光部45を付加した構造の非接触温度センサ39である。本実施例の非接触温度センサ39は、図11で示した開口部41に樹脂で構成した導光部45を取り付けること以外は、図11の構成と同じである。図12の非接触温度センサは、導光部45の開口部41aから被検知体以外の部分から入射してくる赤外線の影響を無視できるために、被検知体の温度変化のみを正確に検知することが可能になる。
FIG. 12 shows a non-contact temperature sensor according to another embodiment of the present invention. It is the
さらに、蓋部材42の形状は、図11に限定することなく、スライド式であってもよい。図1の非接触温度センサであっても同様である。なお、上記実施形態において、外部引出端子は、公知の手法によってコードを接続して、検出回路と接続すればよい。
Furthermore, the shape of the
無論、本実施形態は、加熱定着ローラの温度検知について述べたが、これに限定されるものではなく、非接触で温度検知を行う用途に巾広く利用できる。 Of course, in the present embodiment, the temperature detection of the heat fixing roller has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be widely used for non-contact temperature detection.
21 保持体
21a,21b 開口部
22 取付耳部
23 樹脂フィルム
24 配線パターン
25 赤外線検知用感熱素子
26,27 温度補償用感熱素子
28 外部引出端子
29 蓋部材
40 保持体
41,41a 開口部
42 蓋部材
43 空間部
44 凹部
45 導光部
A1,A2 反転増幅器
A3,A4 演算増幅器
D 検出回路
CPU マイクロコンピュータ
21 保持体
21a,21b 開口部
22 取付耳部
23 樹脂フィルム
24 配線パターン
25 赤外線検知用感熱素子
26,27 温度補償用感熱素子
28 外部引出端子
29 蓋部材
40 保持体
41,41a 開口部
42 蓋部材
43 空間部
44 凹部
45 導光部
A1,A2 反転増幅器
A3,A4 演算増幅器
D 検出回路
CPU マイクロコンピュータ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記凹部の空間の大きさは、前記空間部の空間の大きさより小さくなっていることを特徴とする非接触温度センサ。 The non-contact temperature sensor according to claim 2,
The non-contact temperature sensor, wherein the size of the space of the recess is smaller than the size of the space of the space.
前記赤外線検知用感熱素子および前記温度補償用感熱素子は、前記樹脂フィルムの同一平面上に配置されていることを特徴とする非接触温度センサ。 The non-contact temperature sensor according to claim 2 or 3,
The non-contact temperature sensor, wherein the infrared detecting thermal element and the temperature compensating thermal element are arranged on the same plane of the resin film.
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