JP2014089108A - Non-contact temperature sensor - Google Patents
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Description
本発明は、熱源(発熱体)の温度を非接触で測定する非接触温度センサに関する。 The present invention relates to a non-contact temperature sensor that measures the temperature of a heat source (heating element) in a non-contact manner.
一般に、熱源の温度を非接触測定するための非接触温度センサは、熱源から放射される赤外線を吸収する赤外線吸収膜の温度上昇を赤外線検知用感熱素子によって検知し、その放射赤外線の熱量に基づいて熱源の温度を測定する。赤外線検知用感熱素子は、受熱熱量に応じて電気的特性が変化する温度特性を有しており、赤外線吸収膜が吸収した赤外線熱量のみならず外部環境が赤外線検知用感熱素子に付与する熱量によってもその電気的特性は変化する。このため、このような非接触温度センサは、通常、赤外線検知用感熱素子の他に、外部環境と赤外線検知用感熱素子との間で流出入する熱量を検知し、且つ、赤外線検知用感熱素子の測定結果を補正するための温度補償用感熱素子も備えている。 In general, a non-contact temperature sensor for non-contact measurement of the temperature of a heat source detects a temperature rise of an infrared absorption film that absorbs infrared rays radiated from the heat source by a thermal sensor for infrared detection, and is based on the amount of heat of the emitted infrared rays. And measure the temperature of the heat source. The thermal element for infrared detection has a temperature characteristic in which the electrical characteristics change according to the amount of heat received, and not only by the amount of infrared heat absorbed by the infrared absorption film, but also by the amount of heat given to the infrared detection thermal element by the external environment. However, its electrical characteristics change. For this reason, such a non-contact temperature sensor usually detects the amount of heat flowing in and out between the external environment and the infrared detection thermal element in addition to the infrared detection thermal element, and the infrared detection thermal element. There is also provided a temperature compensating thermosensitive element for correcting the measurement result.
かかる非接触温度センサとして、例えば特許文献1には、開口部を有する筒状の保持体(例えばアルミニウム等の金属からなる)の底部側に、赤外線検知用感熱素子が固着された樹脂フィルム(赤外線吸収膜)が設けられたものが記載されている。この非接触温度センサは、赤外線吸収膜の前方に設けられた筒状保持体の開口部が、温度の検知対象物である熱源(複写機の加熱定着ロ−ラ等)に対向して配置される。 As such a non-contact temperature sensor, for example, Patent Document 1 discloses a resin film (infrared ray) in which a thermal sensing element for infrared detection is fixed to the bottom side of a cylindrical holding body (for example, made of metal such as aluminum) having an opening. What is provided with an absorption film) is described. In this non-contact temperature sensor, an opening of a cylindrical holder provided in front of the infrared absorption film is disposed so as to face a heat source (such as a heat fixing roller of a copying machine) that is a temperature detection target. The
ここで、上記従来の非接触温度センサにおける筒状保持体は、熱源から放射される赤外線の導光部であり、温度検知の方向を規定し、熱源における温度検知の視野範囲(温度検知視野範囲)を画定するための赤外線「案内筒」として機能するものである。通常、熱源の表面の各点からは、赤外線が全天方向に放射され、そのうちの一部が案内筒の開口部からその内部に入射する。そして、案内筒の内部に入射した赤外線のうち、赤外線吸収膜に直接的に到達する成分と、案内筒の内壁で反射されて赤外線吸収膜に間接的に到達する成分が、赤外線吸収膜に吸収され、両成分のエネルギーの和が赤外線吸収膜の温度上昇に寄与し、非接触温度センサの感度に影響を与え得る。 Here, the cylindrical holder in the conventional non-contact temperature sensor is an infrared light guide radiated from the heat source, defines the direction of temperature detection, and the temperature detection field range (temperature detection field range in the heat source). ) To function as an infrared “guide tube”. Usually, infrared rays are radiated in all directions from each point on the surface of the heat source, and a part of them is incident on the inside from the opening of the guide tube. Of the infrared rays incident on the inside of the guide tube, the component that directly reaches the infrared absorption film and the component that is reflected by the inner wall of the guide tube and indirectly reaches the infrared absorption film are absorbed by the infrared absorption film. In addition, the sum of the energy of both components contributes to the temperature increase of the infrared absorption film, and can affect the sensitivity of the non-contact temperature sensor.
それら赤外線成分のうち、案内筒の内壁で反射される赤外線成分の強度(線束)は、その内壁の反射特性によって影響を受け、その反射特性は、内壁の表面状態に依存して変化し(ばらつき)、さらには、内壁に錆が発生したり汚れ等が付着したりすることによっても変動する。したがって、案内筒の内壁で反射される赤外線成分は、非接触温度センサの感度のばらつきや経年変動の主たる要因となり得る。 Among these infrared components, the intensity (line bundle) of the infrared component reflected by the inner wall of the guide tube is affected by the reflection characteristics of the inner wall, and the reflection characteristics change depending on the surface state of the inner wall (variation). ) Furthermore, it also fluctuates due to the occurrence of rust or dirt on the inner wall. Therefore, the infrared component reflected by the inner wall of the guide tube can be a major factor in non-contact temperature sensor sensitivity variations and aging.
そこで、このような案内筒の内壁で反射される赤外線成分に起因する感度誤差や変動を抑えるべく、案内筒の内壁に入射する赤外線を吸収して反射しないようにする手法が種々提案されている。例えば、上記特許文献1にも、案内筒である筒状保持体の内壁面に、輻射率が0.94以上の黒体吸収膜(プラスチック、ゴム等)を塗布する、陽極酸化処理やアルマイト処理等によって黒体吸収膜を形成するといった方法が提示されている(例えば、同文献の段落0017及び段落0018、図3等参照)。 In order to suppress sensitivity errors and fluctuations due to the infrared component reflected by the inner wall of the guide tube, various methods for absorbing and not reflecting the infrared light incident on the inner wall of the guide tube have been proposed. . For example, also in the above-mentioned Patent Document 1, an anodizing process or an alumite process in which a black body absorbing film (plastic, rubber, etc.) having a radiation rate of 0.94 or more is applied to the inner wall surface of a cylindrical holder that is a guide cylinder. A method of forming a black body absorbing film by the above is proposed (for example, refer to paragraph 0017 and paragraph 0018 of FIG. 3, FIG. 3 etc.).
しかし、そのようにして案内筒の内壁を黒体処理した場合、複数の問題が不可避的に生起されてしまう。すなわち、第一に、黒体処理によって内壁に黒体吸収膜が形成された案内筒は、そこに入射した赤外線を吸収して温度が上昇し易くなる。内壁が温度上昇し、しかも内壁表面は黒体処理されているので放射率も高い。したがって内壁からの赤外線放射が増大し、その一部は、赤外線検知用感熱素子が設けられた赤外線吸収膜に入射してその温度上昇を助長することとなる。本来、熱源は検知対象物だけであるべきところ、黒体処理を施すことによって案内筒の内壁が第二の熱源として作用し、検知対象物の温度に案内筒の内壁の温度も加えた温度が検知されるため、その結果、非接触温度センサの感度誤差を引き起こす要因となってしまう。つまり、赤外線が黒体吸収膜に一旦吸収されても、その熱エネルギーが黒体輻射によって再び放射(二次放射)されるので、案内筒の内壁における赤外線反射の防止作用が意味をなさないおそれがある。 However, when black body processing is performed on the inner wall of the guide tube in this manner, a plurality of problems are inevitably caused. That is, firstly, the guide tube having the black body absorbing film formed on the inner wall by the black body treatment absorbs the infrared rays incident thereon and the temperature easily rises. The temperature of the inner wall rises, and the inner wall surface is blackbody treated, so the emissivity is high. Therefore, infrared radiation from the inner wall increases, and a part of the radiation is incident on an infrared absorbing film provided with a thermal element for detecting infrared rays to promote the temperature rise. Originally, the heat source should be only the object to be detected, but by applying black body processing, the inner wall of the guide cylinder acts as the second heat source, and the temperature of the object to be detected is also the temperature of the inner wall of the guide cylinder As a result, the sensitivity error of the non-contact temperature sensor is caused. In other words, even if infrared rays are once absorbed by the black body absorbing film, the thermal energy is emitted again by the black body radiation (secondary radiation), so that the effect of preventing infrared reflection on the inner wall of the guide tube may not make sense. There is.
第二に、案内筒の内壁の温度変化は、案内筒の熱容量の影響を受けるため、検知対象物の温度変化に比べて遅れが生じる。例えば、検知対象物の温度が急激に上昇したとしても、案内筒の内壁はその放射熱を受けて温度上昇が始まるため、その結果、案内筒の内壁から放射される二次放射も検知対象物の温度上昇から遅れて増大し始めることとなる。逆に、検知対象物の温度が急激に降下し、案内筒の内壁が受ける赤外線量が急減したとしても、案内筒の内壁の温度はゆっくりと低下するため、その結果、案内筒の内壁から放射される二次放射もゆっくりと減少することとなる。つまり、検知対象物の温度変化を瞬時に検知することは難しく、温度検知の応答性に遅れが生じてしまう。 Second, the temperature change of the inner wall of the guide cylinder is affected by the heat capacity of the guide cylinder, and therefore a delay occurs compared to the temperature change of the detection target. For example, even if the temperature of the detection target suddenly rises, the inner wall of the guide tube receives the radiant heat and the temperature starts to rise. As a result, the secondary radiation radiated from the inner wall of the guide tube is also detected. It will begin to increase with a delay from the temperature rise. Conversely, even if the temperature of the object to be detected drops sharply and the amount of infrared rays received by the inner wall of the guide tube decreases sharply, the temperature of the inner wall of the guide tube decreases slowly. The emitted secondary radiation will also decrease slowly. That is, it is difficult to instantaneously detect the temperature change of the detection target, and a delay occurs in the temperature detection responsiveness.
第三に、上述の如く、黒体吸収膜からの赤外線放射に起因して赤外線吸収膜の温度が上昇すると、その熱が非接触温度センサ全体に伝わり、これにより、周囲温度が上昇する。また、案内筒自体の温度上昇による熱も非接触温度センサ全体に伝導するため、周囲温度がさらに上昇する。こうなると、赤外線吸収膜の温度と周囲温度が近接して両者の差異が僅少化し、その結果、非接触温度センサの感度が有意に低下してしまう。 Third, as described above, when the temperature of the infrared absorbing film rises due to infrared radiation from the black body absorbing film, the heat is transferred to the entire non-contact temperature sensor, thereby increasing the ambient temperature. Further, since the heat due to the temperature rise of the guide tube itself is also conducted to the entire non-contact temperature sensor, the ambient temperature further rises. In this case, the temperature of the infrared absorption film and the ambient temperature are close to each other, and the difference between the two becomes small. As a result, the sensitivity of the non-contact temperature sensor is significantly lowered.
第四に、特許文献1に記載されているような塗装処理、陽極酸化処理、アルマイト処理等の黒体処理を施すには、いずれにしても、それらの工程が必要となるため、製造工数及び製造コストの増大を招いてしまう。特に、非接触温度センサが小型の場合、その小さな案内筒の内壁面に塗装等を施すことは極めて難しい。例えば、案内筒の内壁における必要な部分だけに塗装を施すためには、その小さい部品1つ1つを正確にマスキングしなければならない。また、熱源が高温になる場合、黒体吸収膜が高温に曝されるので、その耐久性を向上させるために例えば焼付け塗装等を行うには、高温且つ長時間の乾燥時間が必要となり、生産性が低下するとともに、製造コストが更に増大してしまう。さらに、有機溶剤を用いる塗装処理は、作業環境上及び自然環境上好ましくなく、陽極酸化処理やアルマイト処理は、廃液処理の観点から自然環境上好ましくない。 Fourthly, in order to perform black body treatment such as coating treatment, anodizing treatment, anodizing treatment, etc. as described in Patent Document 1, any of these steps are required, The manufacturing cost will increase. In particular, when the non-contact temperature sensor is small, it is extremely difficult to paint the inner wall surface of the small guide cylinder. For example, in order to apply only a necessary part of the inner wall of the guide tube, each small part must be accurately masked. In addition, when the heat source becomes high temperature, the black body absorbing film is exposed to high temperature, so in order to improve its durability, for example, baking coating or the like requires high temperature and long drying time, and production As a result, the manufacturing cost is further increased. Furthermore, a coating treatment using an organic solvent is not preferable in terms of working environment and natural environment, and anodizing treatment and alumite treatment are not preferable in terms of the natural environment from the viewpoint of waste liquid treatment.
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、感度誤差や感度の低下を抑止しながら検知対象物の温度を瞬時に検知し、且つ、製造時における工数及びコストの増大、生産性の低下、並びに、作業環境及び自然環境の悪化を防止することも可能な非接触温度センサを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and detects the temperature of the detection object instantaneously while suppressing sensitivity errors and sensitivity reduction, and increases man-hours and costs during production, and productivity. It is an object of the present invention to provide a non-contact temperature sensor that can prevent the deterioration of the working environment and the natural environment.
上記課題を解決するために、本発明による非接触温度センサは、熱源の温度を非接触測定する非接触温度センサであって、熱源から放射される赤外線の熱量を検知する赤外線検知用感熱素子と、外部環境からの熱量を検知する温度補償用感熱素子と、熱源における赤外線検知用感熱素子による温度検知の視野範囲を画定するように設けられた案内筒と、を備えており、案内筒は、開口と、開口から赤外線検知用感熱素子が配置される受光面に向かって受光面の垂直方向に対して傾斜して延びる傾斜壁部を含む胴部を有し、赤外線検知用感熱素子を含む受光範囲の周囲に、胴部によって形成される遮光空間を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a non-contact temperature sensor according to the present invention is a non-contact temperature sensor that measures the temperature of a heat source in a non-contact manner, and an infrared detection thermosensitive element that detects the amount of infrared radiation emitted from the heat source. A temperature-compensating thermosensitive element that detects the amount of heat from the external environment, and a guide cylinder that is provided so as to demarcate the temperature detection field of view by the infrared-sensitive thermosensitive element in the heat source. A light receiving device including an opening and a body including an inclined wall portion that extends from the opening toward a light receiving surface on which the infrared detecting thermal element is disposed, and is inclined with respect to a vertical direction of the light receiving surface, and includes the infrared detecting thermal element A light-shielding space formed by the body portion is provided around the range.
このように構成された非接触温度センサは、案内筒の開口が熱源に対向するように配置され、熱源からの放射赤外線が、案内筒の開口から、案内筒の内側(内部空間)に入射する。そのように案内筒に導光された放射赤外線のうち、赤外線検知用感熱素子を含む受光範囲に到達したものの熱エネルギーが適宜赤外線吸収手段(赤外線吸収膜等)に付与される。そして、赤外線検知用感熱素子によって検知された赤外線吸収手段の温度上昇、及び、温度補償用感熱素子によって検知された周囲温度に基づいて、放射赤外線の熱量ひいては熱源の温度が測定される。 The non-contact temperature sensor configured in this way is arranged so that the opening of the guide cylinder faces the heat source, and the radiant infrared rays from the heat source enter the inside (internal space) of the guide cylinder from the opening of the guide cylinder. . Among the radiant infrared rays thus guided to the guide tube, the thermal energy of the infrared rays that reach the light receiving range including the infrared detecting thermal element is appropriately applied to the infrared absorbing means (infrared absorbing film or the like). Then, based on the temperature rise of the infrared absorbing means detected by the infrared detecting thermal element and the ambient temperature detected by the temperature compensating thermal element, the amount of radiation infrared radiation and the temperature of the heat source are measured.
このとき、案内筒の開口からその内側に入射した放射赤外線は、その一部が赤外線検知用感熱素子を含む受光範囲に直接的に到達し、残部は、案内筒胴部の内壁に向かって進行し、或いは、案内筒の胴部の内壁で反射され得るが、かかる放射赤外線の少なくとも一部、好ましくは全部が、受光面の垂直方向に対して傾斜して延びる傾斜壁部を含む胴部によって、赤外線検知用感熱素子を含む受光範囲の周囲に形成される遮光空間へと方向付けられ、赤外線検知用感熱素子を含む受光範囲に到達することが妨げられる。よって、従来の如く案内筒の内壁等に黒体処理を施さなくとも、案内筒の内壁で反射される赤外線成分に起因する非接触温度センサの感度誤差や感度の低下及びその経年変動が防止される。 At this time, a part of the radiant infrared rays incident on the inner side from the opening of the guide cylinder directly reach the light receiving range including the infrared detecting thermal element, and the remaining part proceeds toward the inner wall of the guide cylinder body. Alternatively, it can be reflected by the inner wall of the body portion of the guide tube, but at least a part, preferably all, of the radiated infrared rays can be reflected by a body portion including an inclined wall portion that extends obliquely with respect to the vertical direction of the light receiving surface. The light is directed to a light-shielding space formed around the light receiving range including the infrared detecting thermal element, and is prevented from reaching the light receiving range including the infrared detecting thermal element. Therefore, even if the black body treatment is not applied to the inner wall of the guide tube as in the prior art, the sensitivity error of the non-contact temperature sensor due to the infrared component reflected by the inner wall of the guide tube, the decrease in sensitivity, and its secular variation are prevented. The
また、上述の如く、熱源からの放射赤外線の少なくとも一部、好ましくは全部が、受光面の垂直方向に対して傾斜して延びる傾斜壁部を含む胴部によって、赤外線検知用感熱素子を含む受光範囲の周囲に形成される遮光空間へと方向付けられる。つまり、熱源からの放射赤外線が案内筒の胴部の内壁で反射されて赤外線吸収膜に間接的に到達することが抑止されるため、検知対象物である熱源の温度変化に対する応答性が改善し、検知対象物である熱源の温度変化のみを瞬時に検知することができるようになる。 In addition, as described above, at least a part, preferably all, of the radiated infrared rays from the heat source is received by the body including the inclined wall portion that is inclined with respect to the vertical direction of the light receiving surface and includes the infrared detecting thermal element. Directed to a light-shielding space formed around the area. In other words, since the radiant infrared rays from the heat source are reflected on the inner wall of the barrel portion of the guide tube and are indirectly prevented from reaching the infrared absorption film, the responsiveness to the temperature change of the heat source as the detection object is improved. Only the temperature change of the heat source that is the detection object can be instantaneously detected.
また、案内筒の胴部の内壁等に黒体処理を施していないため、黒体吸収膜からの赤外線放射に起因する温度上昇による熱や案内筒自体の温度上昇による熱が、非接触温度センサ全体へ伝導することもなく、赤外線吸収膜の温度と周囲温度との差の僅少化が抑止されるため、非接触温度センサの感度の低下を防止することができる。 In addition, since the black body treatment is not applied to the inner wall of the body of the guide tube, the non-contact temperature sensor detects the heat due to the temperature rise caused by infrared radiation from the black body absorbing film and the heat due to the temperature rise of the guide tube itself. Since it is not conducted to the whole and the difference between the temperature of the infrared absorption film and the ambient temperature is suppressed, the sensitivity of the non-contact temperature sensor can be prevented from being lowered.
さらに、案内筒の黒体処理が不要であることから、製造時における工数及びコストの増大、生産性の低下、並びに、作業環境及び自然環境の悪化をも十分に防止することができる。 Further, since the black body treatment of the guide tube is unnecessary, it is possible to sufficiently prevent the increase in man-hours and costs during production, the decrease in productivity, and the deterioration of the work environment and the natural environment.
胴部は、傾斜壁部の開口側端部から案内筒の内側に向かって延びる蓋部を有すると好ましい。この場合、胴部によって形成される遮光空間がより広範囲に確保されるため、熱源からの放射赤外線が案内筒の胴部の内壁で反射されて赤外線検知用感熱素子を含む受光範囲に間接的に到達することを一層妨げることができる。 The trunk portion preferably has a lid portion that extends from the opening side end portion of the inclined wall portion toward the inside of the guide tube. In this case, since the light shielding space formed by the body portion is secured in a wider range, the radiated infrared rays from the heat source are reflected by the inner wall of the body portion of the guide tube and indirectly to the light receiving range including the heat sensing element for detecting infrared rays. It can be further prevented from reaching.
案内筒を断面視した場合、傾斜壁部と受光面とのなす角度をδ、受光面に対する垂線と、受光範囲の中央と傾斜壁部の開口側端部とを結ぶ直線とのなす角度をαとすると、δおよびαは以下の関係式(1)を満たすと好ましい。
0°<δ≦45°+α/2 式(1)
この場合、熱源からの放射赤外線が案内筒の胴部の内壁で反射されて赤外線検知用感熱素子を含む受光範囲の中央、すなわち赤外線検知用感熱素子が存在する領域に到達することが妨げられる。
When the guide tube is viewed in cross section, the angle between the inclined wall portion and the light receiving surface is δ, and the angle between the perpendicular to the light receiving surface and the straight line connecting the center of the light receiving range and the opening side end of the inclined wall portion is α. Then, it is preferable that δ and α satisfy the following relational expression (1).
0 ° <δ ≦ 45 ° + α / 2 Formula (1)
In this case, the radiated infrared rays from the heat source are reflected by the inner wall of the trunk portion of the guide tube and are prevented from reaching the center of the light receiving range including the infrared detecting thermal element, that is, the region where the infrared detecting thermal element exists.
案内筒を断面視した場合、傾斜壁部と受光面とのなす角度をδ、受光面に対する垂線と、受光範囲の周縁端と傾斜壁部の開口側端部とを結ぶ直線とのなす角度をβとすると、δおよびβは以下の関係式(2)を満たすと好ましい。
0°<δ≦45°+β/2 式(2)
この場合、熱源からの放射赤外線が案内筒の胴部の内壁で反射されて赤外線検知用感熱素子を含む受光範囲の全領域に間接的に到達することが妨げられる。つまり、案内筒の胴部の内壁で反射される放射赤外線が受光範囲のいかなる領域にも到達できない。
When the guide tube is viewed in cross-section, the angle between the inclined wall portion and the light receiving surface is δ, and the angle between the perpendicular to the light receiving surface and the straight line connecting the peripheral edge of the light receiving range and the opening side end of the inclined wall portion is Assuming β, δ and β preferably satisfy the following relational expression (2).
0 ° <δ ≦ 45 ° + β / 2 Formula (2)
In this case, the radiant infrared rays from the heat source are reflected by the inner wall of the body portion of the guide tube and are prevented from indirectly reaching the entire region of the light receiving range including the infrared detecting thermal element. That is, the radiant infrared ray reflected by the inner wall of the body portion of the guide tube cannot reach any region of the light receiving range.
胴部は、傾斜壁部の受光面側端部から垂下する直壁部を有すると好ましい。この場合、胴部の広がりが抑えられるため、非接触温度センサの小型化を図ることができる。 The trunk portion preferably has a straight wall portion that hangs down from the light receiving surface side end portion of the inclined wall portion. In this case, since the expansion of the body portion is suppressed, the non-contact temperature sensor can be reduced in size.
本発明の非接触温度センサによれば、感度誤差や感度の低下を抑止しながら検知対象物の温度を瞬時に検知し、且つ、製造時における工数及びコストの増大、生産性の低下、並びに、作業環境及び自然環境の悪化を防止できる。 According to the non-contact temperature sensor of the present invention, the temperature of the detection object is instantaneously detected while suppressing the sensitivity error and the decrease in sensitivity, and the man-hour and cost at the time of manufacture, the decrease in productivity, and Deterioration of work environment and natural environment can be prevented.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。またさらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios. Furthermore, the following embodiment is an illustration for explaining the present invention, and is not intended to limit the present invention only to the embodiment. Furthermore, the present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
(第1実施形態)
まず、図1及び図2を参照して、本発明の第1実施形態の構成について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る非接触温度センサ100の構成を示す上面図である。図2は、図1におけるI−I線に沿う非接触温度センサ100の模式切断部端面図であり、非接触温度センサ100を検知対象物である熱源7Aと共に示す図である。
(First embodiment)
First, with reference to FIG.1 and FIG.2, the structure of 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a top view showing a configuration of a
非接触温度センサ100は、放射赤外線を吸収して発熱する赤外線吸収膜Mが設けられた支持板13が、センサ本体10の台座11とカバー筐体12との間に挟持された構造を有しており、台座11には、有底凹部21が形成されている。また、有底凹部21における赤外線吸収膜Mの図示下面(裏面)には、放射赤外線の熱量を検出する赤外線検知用感熱素子15が固着されている。このように、赤外線検知用感熱素子15は、赤外線吸収膜Mの裏面と有底凹部21の底面との間の空間に設置されている。
The
さらに、有底凹部21は、支持板13で覆われ遮光されている領域を有する。この支持板13で覆われ遮光されている領域の赤外線吸収膜Mの図示下面(裏面)には、周囲温度を検知する温度補償用感熱素子16が固着されている。このように、温度補償用感熱素子16も赤外線検知用感熱素子15と同様に、赤外線吸収膜Mと有底凹部21の底面との間の空間に設置されている。
Furthermore, the bottomed
赤外線吸収膜Mの材質は、熱源7Aからの放射赤外線を吸収して発熱するものであれば特に制限されず、遠赤外線と称される4μmから10μmの波長光に対して吸収ピークを有する材質が望ましく、その例として、ポリエステル、ポリイミド、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)系等の樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。さらに、赤外線検知用感熱素子15及び温度補償用感熱素子16は、受熱量に応じて電気的特性が変化する電気素子であれば特に限定されず、抵抗温度特性を有するサーミスタ、サーモパイル、金属測温体等を好ましく例示することができる。またさらに、センサ本体10の材質としては、熱伝導率が高く且つ熱容量が小さい材質が好ましく、例えば、アルミニウムが好適である。
The material of the infrared ray absorbing film M is not particularly limited as long as it absorbs the infrared ray emitted from the
センサ本体10のカバー筐体12における有底凹部21に対向する部位には、開口Pが形成された角筒状の胴部31を有する案内筒30が設けられており、有底凹部21に対向する位置に配置された赤外線吸収膜Mは、その図示上面(表面)が、案内筒30の底部において、熱源7Aが存在する外部環境Zに露呈している。この案内筒30の底部は、赤外線検知用感熱素子15が配置される受光面Nであり、受光面Nにおける赤外線吸収膜Mが外部環境Zに露呈する領域は、放射赤外線を吸収する赤外線検知用感熱素子15を含む受光範囲Qとなる。本実施形態においては、受光範囲Qの大きさは、開口Pの大きさよりも小さく設定されている。ここで、開口Pの大きさは、受光範囲Qに入射する放射赤外線の角度範囲を画定する。
A
案内筒30の胴部31は、開口Pから受光面Nに向かって、受光面Nの垂直方向に対して傾斜して延びる短辺傾斜壁部31a、31bと長辺傾斜壁部31c、31dの4つの傾斜壁部31a〜31dから構成されている。言い換えると、各傾斜壁部31a〜31dは、案内筒30の内側(内部空間側)に傾く勾配を有し、その先端が、外部環境Zからの放射赤外線が入射する案内筒30の開口Pに向かって、つまり図示斜め上向きに延在している。短辺傾斜壁部31a、31bは、略台形形状を呈しており、非接触温度センサ100を図示上方から平面視した場合、案内筒30の長手方向に互いに対向している。長辺傾斜壁部31c、31dは、略台形形状を呈しており、非接触温度センサ100を図示上方から平面視した場合、案内筒30の短手方向に互いに対向している。これら短辺傾斜壁部31a、31bと長辺傾斜壁部31c、31dの側辺同士が連結して、1つの角筒状の胴部31を構成している。また、各傾斜壁部31a〜31dは開口側端部A〜Dと、受光面側端部I〜Lを有している。ここで、各傾斜壁部31a〜31dの傾斜は、簡便なプレス加工等によって、案内筒30の内側(内部空間側)に折り曲げられ形成されている。なお、本実施形態では、案内筒30の胴部31は角筒状を呈しているが、円筒状を呈していてもよい。
The
また、案内筒30は、その内側(内部空間側)であって、受光範囲Qの周囲に遮光空間Wが形成されている。遮光空間Wは、案内筒30の胴部31によって形成される空間(図示点線で囲まれる領域)であり、具体的には、傾斜壁部31a〜31dと、案内筒30の底部に配置される支持板13と、傾斜壁部31a〜31dの開口側端部A〜Dと支持板13とを結ぶ仮想直線によって囲まれる空間のことである。
The
ここで、遮光空間Wの作用について詳細に説明する。遮光空間Wは、案内筒30の開口Pから入射した放射赤外線のうち、受光範囲Qに到達しなかった成分が集まる。言い換えると、遮光空間Wに集まる成分は、非接触温度センサ100の温度検知に影響を与えないものである。つまり、本実施形態における遮光空間Wは、熱源7Aから放射される放射赤外線のうち、主に、案内筒30の胴部31に反射されて受光面Nに間接的に到達する成分を受光範囲Qに到達しないように機能するための空間である。
Here, the operation of the light shielding space W will be described in detail. In the light shielding space W, components that have not reached the light receiving range Q among the radiant infrared rays incident from the opening P of the
熱源7Aは、例えば、複写機の加熱定着ローラ等であり、その表面から外部へ向かってあらゆる方向(全天方向)に赤外線成分が放射されている。熱源7Aにおける温度検知の視野範囲Yは、赤外線検知用感熱素子15を含む赤外線吸収膜Mの受光範囲Qと、案内筒30の開口Pの開口範囲を規定する長辺端部の先端位置から幾何学的に画定される。すなわち、図2に示されるように、赤外線吸収膜Mの受光範囲Qの縁端Qa、Qbと、そこから見て遠い位置にある開口Pの縁端(短辺傾斜壁部31a、31bの開口側端部)A、Bをそれぞれ結ぶ仮想線(図示二点鎖線、画角ω)が熱源7Aを貫く位置が、温度検知の視野範囲Yの縁端Ya、Ybに相当する。このように案内筒30は、放射赤外線検知の方向と角度を限定する機能を有する。
The
以上のように、本実施形態に係る非接触温度センサ100は、外部環境Zに存在する検知対象物である熱源7Aからの放射赤外線が、導光手段として機能する案内筒30の開口Pから、胴部31の内側(案内筒30の内部空間)に入射する。赤外線吸収膜Mの受光範囲Qに到達した放射赤外線は、赤外線吸収膜Mを加熱し、その熱量が赤外線検知用感熱素子15によって検知され、その値と、温度補償用感熱素子16で検知された熱量の値に基づいて、熱源7Aの温度が測定される。
As described above, in the
このとき、案内筒30の開口Pからその内側に入射した放射赤外線は、その一部が赤外線検知用感熱素子15を含む受光範囲Qに直接的に到達し、残部は、案内筒30の胴部31の内壁に向かって進行し、或いは、案内筒30の胴部31の内壁で反射され得るが、かかる放射赤外線の少なくとも一部、好ましくは全部が、受光面Nの垂直方向に対して傾斜して延びる傾斜壁部31a〜31dを含む胴部31によって、赤外線検知用感熱素子15を含む受光範囲Qの周囲に形成される遮光空間Wへと方向付けられ、赤外線検知用感熱素子15を含む受光範囲Qに到達することが妨げられる。よって、従来の如く案内筒30の胴部31の内壁等に黒体処理を施さなくとも、案内筒30の胴部31の内壁で反射される赤外線成分に起因する非接触温度センサ100の感度誤差や感度の低下及びその経年変動を防止することができる。
At this time, a part of the radiant infrared ray that has entered the opening P of the
また、本実施形態に係る非接触温度センサ100は、上述の如く、熱源7Aからの放射赤外線の少なくとも一部、好ましくは全部が、受光面Nの垂直方向に対して傾斜して延びる傾斜壁部31a〜31dを含む胴部31によって、赤外線検知用感熱素子15を含む受光範囲Qの周囲に形成される遮光空間Wへと方向付けられる。つまり、熱源7Aからの放射赤外線が案内筒30の胴部31の内壁で反射されて赤外線吸収膜Mに間接的に到達することが抑止されるため、検知対象物である熱源7Aの温度変化に対する応答性が改善し、検知対象物である熱源7Aの温度変化のみを瞬時に検知することができる。
In addition, as described above, the
また、本実施形態に係る非接触温度センサ100は、案内筒30の胴部31の内壁等に黒体処理を施していないため、黒体吸収膜からの赤外線放射に起因する温度上昇による熱や案内筒30自体の温度上昇による熱が、非接触温度センサ100全体へ伝導することもなく、赤外線吸収膜Mの温度と周囲温度との差の僅少化が抑止されるため、非接触温度センサ100の感度の低下を防止することができる。
Further, since the
さらに、本実施形態に係る非接触温度センサ100は、案内筒30の黒体処理が不要であることから、製造時における工数及びコストの増大、生産性の低下、並びに、作業環境及び自然環境の悪化をも十分に防止することができる。
Furthermore, since the
ここで、図3を参照して、本実施形態に係る非接触温度センサ100に対する熱源7Aからの放射赤外線の導光経路について詳細に説明する。図3は、本発明の第1実施形態に係る非接触温度センサ100の導光経路を説明するための模式切断部端面図である。
Here, with reference to FIG. 3, the light guide path | route of the infrared rays from the
図3に示されるように、開口Pから入射する放射赤外線の例として、受光範囲Qに直接的に到達する赤外線成分1000と、案内筒30の傾斜壁部31aの内壁面に到達する赤外線成分1001とすると、赤外線成分1000は、受光範囲Qに直接的に到達するため、案内筒30の傾斜壁部31aの内壁表面の状態の影響を受けずに受光範囲Qに到達する。これに対して、赤外線成分1001は、案内筒30の傾斜壁部31a(胴部31)によって形成された遮光空間Wに到達し、案内筒30の傾斜壁部31aの内壁表面で反射されるため、その反射光は案内筒30の傾斜壁部31aの内壁表面の状態の影響を受ける。ところが、案内筒30の傾斜壁部31aは受光面Nの垂直方向に対して傾斜しているため、その反射光は遮光空間W内に方向付けられ、受光範囲Qの周囲である到達点Vに到達する。したがって案内筒30の傾斜壁部31a(胴部31)の影響を受けることがないため、非接触温度センサ100の感度誤差を防止することができる。仮に、案内筒30の傾斜壁部31aが受光面Nに対して垂直に延在する直壁と捉えた場合、案内筒30の傾斜壁部31aの開口側端部Aから受光面Nに対して垂直に延ばした端部を受光面側端部I´とすると、傾斜壁部31aの開口側端部Aと受光面側端部I´を結ぶ仮想直線AI´が案内筒30の胴部31に相当することとなる。この場合、赤外線成分1001は、仮想直線AI´の表面で反射され、受光範囲Q内に位置する到達点V´に到達することとなる。したがって案内筒30の胴部31の影響を受けて、非接触温度センサ100が感度誤差を引き起こしやすくなる。
As shown in FIG. 3, as an example of radiant infrared rays incident from the opening P, an
次に、図4を参照して、本実施形態に係る非接触温度センサ100の案内筒30の傾斜壁部31a〜31dと受光面Nとのなす角度δの好ましい傾斜角度について詳細に説明する。図4は、本発明の第1実施形態に係る非接触温度センサ100の案内筒30の傾斜壁部31a〜31dの好ましい傾斜角度を説明するための模式切断部端面図である。
Next, with reference to FIG. 4, a preferable inclination angle of the angle δ formed by the
図4に示されるように、案内筒30の傾斜壁部31aは、受光面Nに対して角度δの傾斜を有している。同様に、案内筒30の傾斜壁部31bは、受光面Nに対して角度δの傾斜を有している。ここで、案内筒30の傾斜壁部31a、31bの内壁を反射面とすると、案内筒30の傾斜壁部31aの開口側端部Aの鏡像は、傾斜壁部31bの延長線を対称軸として、線対称の位置にある鏡像点A´となる。同様に、案内筒30の傾斜壁部31a、31bの内壁を反射面とすると、案内筒30の傾斜壁部31bの開口側端部Bの鏡像は、傾斜壁部31aの延長線を対称軸として、線対称の位置にある鏡像点B´となる。
As shown in FIG. 4, the
ところで、熱源7Aからの放射赤外線のうち、受光範囲Qの中央Oに直接的に到達する赤外線成分の範囲は、受光面Nに対する垂線と受光範囲Qの中央Oから傾斜壁部31aの開口側端部Aを結ぶ仮称直線とのなす角度αと、受光面Nに対する垂線と受光範囲Qの中央Oから傾斜壁部31bの開口側端部Bを結ぶ仮想直線とのなす角度αを合わせた角度2αの範囲となる。
By the way, among the radiant infrared rays from the
一方、熱源7Aからの放射赤外線のうち、案内筒30の傾斜壁部31a、31bに反射されて受光範囲Qの中央Oに間接的に到達する赤外線成分の範囲は、受光範囲Qの中央Oから傾斜壁部31bの開口側端部Bを結ぶ仮想直線と受光範囲Qの中央Oから鏡像点A´を結ぶ仮想直線とのなす角度θ1と、受光範囲Qの中央Oから傾斜壁部31aの開口側端部Aを結ぶ仮想直線と受光範囲Qの中央Oから鏡像点B´を結ぶ仮想直線とのなす角度θ2の範囲となる。例えば、傾斜壁部31aの内壁に反射されて受光範囲Qの中央Oに到達する赤外線成分2000、2001などが存在するということになる。
On the other hand, of the radiant infrared rays from the
このような案内筒30の傾斜壁部31a、31bに反射されて受光範囲Qの中央Oに間接的に到達する赤外線成分を無くすためには、角度θ1と角度θ2が0°となる必要がある。これら角度θ1及び角度θ2は、傾斜角度δに連動して変化するものであって、傾斜角度δを小さくすると、角度θ1及び角度θ2も小さくなり、傾斜角度δと角度αが以下の関係式(3)を満たすときに、角度θ1及び角度θ2が0°となる。
δ=45°+α/2 式(3)
つまり、上記関係式(3)を満たすと、熱源7Aからの放射赤外線のうち、案内筒30の傾斜壁部31a、31bに反射されて受光範囲Qの中央Oに間接的に到達する赤外線成分が無くなる。このとき、受光範囲Qの中央Oから傾斜壁部31bの開口側端部Bを結ぶ仮想直線上に傾斜壁部31bの開口側端部Bと鏡像点A´を結ぶ仮想直線が重なり、受光範囲Qの中央Oから傾斜壁部31aの開口側端部Aを結ぶ仮想直線上に傾斜壁部31aの開口側端部Aと鏡像点B´を結ぶ仮想直線が重なることとなる。言い換えると、傾斜壁部31bの開口側端部Bと傾斜壁部31aの開口側端部Aを結ぶ仮想直線と傾斜壁部31bの開口側端部Bと鏡像点A´を結ぶ仮想直線とのなす角度を二等分する線分(図示しない)に傾斜壁部31bが重なり、傾斜壁部31bの開口側端部Bと傾斜壁部31aの開口側端部Aを結ぶ仮想直線と傾斜壁部31aの開口側端部Aと鏡像点B´を結ぶ仮想直線とのなす角度を二等分する線分101に傾斜壁部31aが重なることとなる。
In order to eliminate the infrared component reflected by the
δ = 45 ° + α / 2 Formula (3)
That is, when the above relational expression (3) is satisfied, among infrared rays emitted from the
また、傾斜角度δをさらに小さくしてゆくと、案内筒30の傾斜壁部31a、31bに反射された赤外線成分の間接的に到達できない範囲が、受光範囲Qの中央Oを中心として、受光範囲Qの外側に向かって広がってゆく。したがって、傾斜角度δと角度αが以下の関係式(4)を満たしていると好ましい。
δ≦45°+α/2 式(4)
Further, when the inclination angle δ is further reduced, the range in which the infrared component reflected by the
δ ≦ 45 ° + α / 2 Formula (4)
以上の説明からも分かるように、本実施形態に係る非接触温度センサ100において、以下の関係式(1)を満たすと、案内筒30の傾斜壁部31a、31bに反射された赤外線成分が、受光範囲Qの中央Oに間接的に到達することを妨げることができる。
0°<δ≦45°+α/2 式(1)
したがって、受光範囲Qの中央Oに到達する赤外線成分は、熱源7Aからの放射赤外線のうち、受光範囲Qの中央Oに直接的に到達する成分だけとなる。つまり、赤外線吸収膜Mから構成される受光範囲Qの中で非接触温度センサ100の感度に最も影響を及ぼす中央Oに、案内筒30の傾斜壁部31a、31bに反射された赤外線成分が間接的に到達することを妨げられる。その結果、非接触温度センサ100の温度検知に案内筒30の胴部31の影響が抑制されるため、非接触温度センサ100の感度誤差を防止することができる。
As can be seen from the above description, in the
0 ° <δ ≦ 45 ° + α / 2 Formula (1)
Accordingly, the infrared component that reaches the center O of the light receiving range Q is only the component that directly reaches the center O of the light receiving range Q among the radiated infrared rays from the
続いて、図5を参照して、本実施形態に係る非接触温度センサ100の案内筒30の傾斜壁部31a〜31dと受光面Nとのなす角度δの更に好ましい傾斜角度について詳細に説明する。図5は、本発明の第1実施形態に係る非接触温度センサ100の案内筒30の傾斜壁部31a〜31dの更に好ましい傾斜角度を説明するための模式切断部端面図である。
Subsequently, with reference to FIG. 5, a more preferable inclination angle of the angle δ formed by the
図5に示されるように、案内筒30の傾斜壁部31aは、受光面Nに対して角度δの傾斜を有している。同様に、案内筒30の傾斜壁部31bは、受光面Nに対して角度δの傾斜を有している。ここで、案内筒30の傾斜壁部31a、31bの内壁を反射面とすると、案内筒30の傾斜壁部31aの開口側端部Aの鏡像は、傾斜壁部31bの延長線を対称軸として、線対称の位置にある鏡像点A´となる。同様に、案内筒30の傾斜壁部31a、31bの内壁を反射面とすると、案内筒30の傾斜壁部31bの開口側端部Bの鏡像は、傾斜壁部31aの延長線を対称軸として、線対称の位置にある鏡像点B´となる。
As shown in FIG. 5, the
ところで、熱源7Aからの放射赤外線のうち、受光範囲Qに直接的に到達する赤外線成分の範囲は、受光面Nに対する垂線と受光範囲Qの縁端Qaから傾斜壁部31aの開口側端部Aを結ぶ仮想直線とのなす角度βと、受光面Nに対する垂線と受光範囲Qの縁端Qbから傾斜壁部31bの開口側端部Bを結ぶ仮想直線とのなす角度βを合わせた角度2βの範囲となる。
By the way, among the radiant infrared rays from the
一方、熱源7Aからの放射赤外線のうち、案内筒30の傾斜壁部31a、31bに反射されて受光範囲Qに間接的に到達する赤外線成分の範囲は、受光範囲Qの縁端Qbから傾斜壁部31bの開口側端部Bを結ぶ仮想直線と受光範囲Qの縁端Qbから鏡像点A´を結ぶ仮想直線とのなす角度θ3と、受光範囲Qの縁端Qaから傾斜壁部31aの開口側端部Aとを結ぶ仮想直線と受光範囲Qの縁端Qaから鏡像点B´を結ぶ仮想直線とのなす角度θ4の範囲となる。
On the other hand, of the radiant infrared rays from the
このような案内筒30の傾斜壁部31a、31bに反射されて受光範囲Qに間接的に到達する赤外線成分を無くすためには、角度θ3と角度θ4が0°となる必要がある。これら角度θ3及び角度θ4は、傾斜角度δに連動して変化するものであって、傾斜角度δを小さくすると、角度θ3及び角度θ4も小さくなり、傾斜角度δと角度βが以下の関係式(5)を満たすときに、角度θ3及び角度θ4が0°となる。
δ=45°+β/2 式(5)
つまり、上記関係式(5)を満たすと、熱源7Aからの放射赤外線のうち、案内筒30の傾斜壁部31a、31bに反射されて受光範囲Qに間接的に到達する赤外線成分が無くなる。このとき、受光範囲Qの縁端Qbから傾斜壁部31bの開口側端部Bを結ぶ仮想直線上に傾斜壁部31bの開口側端部Bと鏡像点A´を結ぶ仮想直線が重なり、受光範囲Qの縁端Qaから傾斜壁部31aの開口側端部Aを結ぶ仮想直線上に傾斜壁部31aの開口側端部Aと鏡像点B´を結ぶ仮想直線が重なることとなる。言い換えると、傾斜壁部31bの開口側端部Bと傾斜壁部31aの開口側端部Aを結ぶ仮想直線と傾斜壁部31bの開口側端部Bと鏡像点A´を結ぶ仮想直線とのなす角度を二等分する線分(図示しない)に傾斜壁部31bが重なり、傾斜壁部31bの開口側端部Bと傾斜壁部31aの開口側端部Aを結ぶ仮想直線と傾斜壁部31aの開口側端部Aと鏡像点B´を結ぶ仮想直線とのなす角度を二等分する線分111に傾斜壁部31aが重なることとなる。
In order to eliminate the infrared component that is reflected by the
δ = 45 ° + β / 2 Formula (5)
That is, when the relational expression (5) is satisfied, the infrared component reflected from the
また、傾斜角度δをさらに小さくしてゆくと、案内筒30の傾斜壁部31a、31bに反射された赤外線成分は受光範囲Qの領域外にしか到達できなくなる。したがって、傾斜角度δと角度βが以下の関係式(6)を満たしていると好ましい。
δ≦45°+β/2 式(6)
Further, when the inclination angle δ is further reduced, the infrared component reflected by the
δ ≦ 45 ° + β / 2 Formula (6)
以上の説明からも分かるように、本実施形態に係る非接触温度センサ100において、以下の関係式(2)を満たすと、案内筒30の傾斜壁部31a、31bに反射された赤外線成分が、受光範囲Qに間接的に到達することを妨げることができる。
0°<δ≦45°+β/2 式(2)
したがって、受光範囲Qに到達する赤外線成分は、熱源7Aからの放射赤外線のうち、受光範囲Qに直接的に到達する成分だけとなる。つまり、赤外線吸収膜Mから構成される受光範囲Qの中で非接触温度センサ100の感度に影響を及ぼす全領域に対して、案内筒30の傾斜壁部31a、31bに反射された赤外線成分が間接的に到達することを妨げられる。その結果、非接触温度センサ100の温度検知に案内筒30の胴部31の影響がなくなり、非接触温度センサ100の感度誤差を防止することができる。
As can be seen from the above description, in the
0 ° <δ ≦ 45 ° + β / 2 Formula (2)
Therefore, the infrared component that reaches the light receiving range Q is only the component that directly reaches the light receiving range Q among the radiated infrared rays from the
(第2実施形態)
次に、図6及び図7を参照して、本発明の第2実施形態の構成について説明する。図6は、本発明の第2実施形態に係る非接触温度センサ200の構成を示す上面図である。図7は、図6におけるII−II線に沿う非接触温度センサ200の模式切断部端面図である。第2実施形態に係る非接触温度センサ200は、案内筒130の胴部131が蓋部131e〜131hを有する点において、第1実施形態に係る非接触温度センサ100と異なっている。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, the configuration of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a top view showing a configuration of a
非接触温度センサ200は、第1実施形態の非接触温度センサ100と同様に、センサ本体10のカバー筐体12における有底凹部21に対向する部位に、開口Pが形成された角筒状の胴部131を有する案内筒130が設けられている。
Similarly to the
案内筒130の胴部131は、傾斜壁部131a〜131dを有している。但し、本実施形態では、胴部131が蓋部131e〜131hをさらに備えており、この点が第1実施形態と相違する。
The
蓋部131e〜131hは、それぞれ傾斜壁部131a〜131dの開口側端部A〜Dから案内筒130の内側(内部空間側)に向かって延びている。本実施形態では、蓋部131e〜131hは、受光面Nの延在方向と平行な方向に延びている。これら傾斜壁部131a〜131dと蓋部131e〜131hで構成される胴部131によって、案内筒130の内側(内部空間側)であって、受光範囲Qの周囲に遮光空間Wが形成されている。具体的には、傾斜壁部131a〜131dと、蓋部131e〜131hと、案内筒130の底部に配置される支持板13と、蓋部131e〜131hの開口側端部E〜Hと支持板13を結ぶ仮想直線によって囲まれる空間のことである。
The
以上のように、本実施形態に係る非接触温度センサ200においては、胴部131が、傾斜壁部131a〜131dの開口側端部A〜Dから案内筒130の内側に向かって延びる蓋部131e〜131hを有している。このため、胴部131によって形成される遮光空間Wがより広範囲に確保されるため、熱源7Aからの放射赤外線が案内筒130の胴部131の内壁で反射されて赤外線検知用感熱素子15を含む受光範囲Qに間接的に到達することを一層妨げることができる。
As described above, in the
また、本実施形態に係る非接触温度センサ200では、蓋部131e〜131hを有しているため、案内筒130の先端が検知対象物である熱源7Aに誤って接触した場合であっても、蓋部131e〜131hによる緩衝効果によって、検知対象物である熱源7Aの破損を防止することができる。
In addition, since the
次に、図8を参照して、本実施形態に係る非接触温度センサ200の案内筒130の傾斜壁部131a〜131dと受光面Nとのなす角度δの好ましい傾斜角度について詳細に説明する。図8は、本発明の第2実施形態に係る非接触温度センサ200の案内筒130の傾斜壁部131a〜131dの好ましい傾斜角度を説明するための模式切断部端面図である。
Next, a preferable inclination angle of the angle δ formed by the
本実施形態に係る非接触温度センサ200は、第1実施形態と同様に、以下の関係式(1)を満たすと、案内筒130の傾斜壁部131a、131bに反射された赤外線成分が、受光範囲Qの中央Oに間接的に到達することを妨げることができる。
0°<δ≦45°+α/2 式(1)
したがって、受光範囲Qの中央Oに到達する赤外線成分は、熱源7Aからの放射赤外線のうち、受光範囲Qの中央Oに直接的に到達する成分だけとなる。つまり、赤外線吸収膜Mから構成される受光範囲Qの中で非接触温度センサ200の感度に最も影響を及ぼす中央Oに、案内筒130の傾斜壁部131a、131bに反射された赤外線成分が間接的に到達することを妨げられる。その結果、非接触温度センサ200の温度検知に案内筒130の胴部131の影響が抑制されるため、非接触温度センサ200の感度誤差を防止することができる。
As in the first embodiment, the
0 ° <δ ≦ 45 ° + α / 2 Formula (1)
Accordingly, the infrared component that reaches the center O of the light receiving range Q is only the component that directly reaches the center O of the light receiving range Q among the radiated infrared rays from the
続いて、図9を参照して、本実施形態に係る非接触温度センサ200の案内筒130の傾斜壁部131a〜131dと受光面Nとのなす角度δの更に好ましい傾斜角度について詳細に説明する。図9は、本発明の第2実施形態に係る非接触温度センサ200の案内筒130の傾斜壁部131a〜131dの更に好ましい傾斜角度を説明するための模式切断部端面図である。
Subsequently, with reference to FIG. 9, a more preferable inclination angle of the angle δ formed by the
本実施形態に係る非接触温度センサ200は、第1実施形態と同様に、以下の関係式(2)を満たすと、案内筒130の傾斜壁部131a、131bに反射された赤外線成分が、受光範囲Qに間接的に到達することを妨げることができる。
0°<δ≦45°+β/2 式(2)
したがって、受光範囲Qに到達する赤外線成分は、熱源7Aからの放射赤外線のうち、受光範囲Qに直接的に到達する成分だけとなる。つまり、赤外線吸収膜Mから構成される受光範囲Qの中で非接触温度センサ200の感度に影響を及ぼす全領域に対して、案内筒130の傾斜壁部131a、131bに反射された赤外線成分が間接的に到達することを妨げられる。その結果、非接触温度センサ200の温度検知に案内筒130の胴部131の影響がなくなり、非接触温度センサ200の感度誤差を防止することができる。
As in the first embodiment, the
0 ° <δ ≦ 45 ° + β / 2 Formula (2)
Therefore, the infrared component that reaches the light receiving range Q is only the component that directly reaches the light receiving range Q among the radiated infrared rays from the
(第3実施形態)
次に、図10及び図11を参照して、本発明の第3実施形態の構成について説明する。図10は、本発明の第3実施形態に係る非接触温度センサ300の構成を示す上面図である。図11は、図10におけるIII−III線に沿う非接触温度センサ300の模式切断部端面図である。第3実施形態に係る非接触温度センサ300は、案内筒230の胴部231が直壁部231i〜231lを有する点において、第1実施形態に係る非接触温度センサ100と異なっている。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
(Third embodiment)
Next, the configuration of the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. 10 is a top view showing a configuration of a
非接触温度センサ300は、第1実施形態の非接触温度センサ100と同様に、センサ本体10のカバー筐体12における有底凹部21に対向する部位に、開口Pが形成された角筒状の胴部231を有する案内筒230が設けられている。
Similarly to the
案内筒230の胴部231は、傾斜壁部231a〜231dを有している。但し、本実施形態では、胴部231が直壁部231i〜231lをさらに備えており、この点が第1実施形態と相違する。
The
直壁部231i〜231lは、それぞれ傾斜壁部231a〜231dの受光面側端部I〜Lから受光面Nに向かって垂下している。本実施形態では、直壁部231i〜231lは、受光面Nの垂直方向に対して平行な方向に延びている。これら傾斜壁部231a〜231dと直壁部231i〜231lで構成される胴部231によって、案内筒230の内側(内部空間側)であって、受光範囲Qの周囲に遮光空間Wが形成されている。具体的には、傾斜壁部231a〜231dと、直壁部231i〜231lと、案内筒230の底部に配置される支持板13と、傾斜壁部231a〜231dの開口側端部A〜Dと支持板13を結ぶ仮想直線によって囲まれる空間のことである。なお、本実施形態では、直壁部231i〜231lは、受光面Nの垂直方向に対して平行な方向に延びているが、傾斜壁部231a〜231dの受光面Nの垂直方向に対する傾斜角度δよりも傾きが小さければ、受光面Nの垂直方向に対して傾斜していてもよい。
The
以上のように、本実施形態に係る非接触温度センサ300においては、胴部231が、傾斜壁部231a〜231dの受光面側端部I〜Lから受光面Nに向かって垂下する直壁部231i〜231lを有している。このため、胴部231の広がりが抑えられ、非接触温度センサ300の小型化を図ることができる。
As described above, in the
次に、図12を参照して、本実施形態に係る非接触温度センサ300の案内筒230の傾斜壁部231a〜231dと受光面Nとのなす角度δの好ましい傾斜角度について詳細に説明する。図12は、本発明の第3実施形態に係る非接触温度センサ300の案内筒230の傾斜壁部231a〜231dの好ましい傾斜角度を説明するための模式切断部端面図である。
Next, with reference to FIG. 12, a preferable inclination angle of the angle δ formed by the
本実施形態に係る非接触温度センサ300は、第1実施形態と同様に、以下の関係式(1)を満たすと、案内筒230の傾斜壁部231a、231bに反射された赤外線成分が、受光範囲Qの中央Oに間接的に到達することを妨げることができる。
0°<δ≦45°+α/2 式(1)
したがって、受光範囲Qの中央Oに到達する赤外線成分は、熱源7Aからの放射赤外線のうち、受光範囲Qの中央Oに直接的に到達する成分だけとなる。つまり、赤外線吸収膜Mから構成される受光範囲Qの中で非接触温度センサ300の感度に最も影響を及ぼす中央Oに、案内筒230の傾斜壁部231a、231bに反射された赤外線成分が間接的に到達することを妨げられる。その結果、非接触温度センサ300の温度検知に案内筒230の胴部231の影響が抑制されるため、非接触温度センサ300の感度誤差を防止することができる。
Similarly to the first embodiment, the
0 ° <δ ≦ 45 ° + α / 2 Formula (1)
Accordingly, the infrared component that reaches the center O of the light receiving range Q is only the component that directly reaches the center O of the light receiving range Q among the radiated infrared rays from the
続いて、図13を参照して、本実施形態に係る非接触温度センサ300の案内筒230の傾斜壁部231a〜231dと受光面Nとのなす角度δの更に好ましい傾斜角度について詳細に説明する。図13は、本発明の第3実施形態に係る非接触温度センサ300の案内筒230の傾斜壁部231a〜231dの更に好ましい傾斜角度を説明するための模式切断部端面図である。
Next, with reference to FIG. 13, a more preferable inclination angle of the angle δ formed by the
本実施形態に係る非接触温度センサ300は、第1実施形態と同様に、以下の関係式(2)を満たすと、案内筒230の傾斜壁部231a、231bに反射された赤外線成分が、受光範囲Qに間接的に到達することを妨げることができる。
0°<δ≦45°+β/2 式(2)
したがって、受光範囲Qに到達する赤外線成分は、熱源7Aからの放射赤外線のうち、受光範囲Qに直接的に到達する成分だけとなる。つまり、赤外線吸収膜Mから構成される受光範囲Qの中で非接触温度センサ300の感度に影響を及ぼす全領域に対して、案内筒230の傾斜壁部231a、231bに反射された赤外線成分が間接的に到達することを妨げられる。その結果、非接触温度センサ300の温度検知に案内筒230の胴部231の影響がなくなり、非接触温度センサ300の感度誤差を防止することができる。
Similarly to the first embodiment, the
0 ° <δ ≦ 45 ° + β / 2 Formula (2)
Therefore, the infrared component that reaches the light receiving range Q is only the component that directly reaches the light receiving range Q among the radiated infrared rays from the
ここで、図14を参照して、案内筒230の傾斜壁部231a〜231dと直壁部231i〜231lの好ましい連結位置について詳細に説明する。図14は、本発明の第3実施形態に係る非接触温度センサ300の案内筒230の傾斜壁部231a〜231dと直壁部231i〜231lとの好ましい連結位置について説明するための模式切断部端面図である。
Here, with reference to FIG. 14, the preferable connection position of the
まず、案内筒230の傾斜壁部231aと直壁部231iとの連結する位置を連結点Sとし、直壁部231iの受光面Nと交わる点を受光面側端部Tとし、受光範囲Q上の任意の点を点Rとし、点Rと傾斜壁部231aの開口側端部Aを結ぶ仮想直線と受光面Nに対する垂線とのなす角度を角度γとする。このとき、案内筒230の傾斜壁部231aで反射された赤外線成分が受光範囲Qの点Rよりも内側に到達しない傾斜角度δは以下の式(7)となる。
δ=45°+γ/2 式(7)
つまり、点Rに到達する赤外線成分は、傾斜壁部231bの開口側端部Bから入射して傾斜壁部231aの最上部(開口側端部A)となる。仮に、案内筒230の胴部231が第1実施形態のように、傾斜壁部231aのみから構成されていると捉えた場合、傾斜壁部231aの最上部よりも低い位置で反射する赤外線成分は全て受光範囲Qの点Rよりも外側に到達することとなる。すなわち、傾斜壁部231aの低い位置で反射されるにしたがって、受光範囲Qの点Rよりも外側に到達することとなる。ところが、本実施形態のように、案内筒230の胴部231が傾斜壁部231aと直壁部231iから構成される場合、傾斜壁部231aで反射される赤外線成分の到達点に比べて直壁部231iで反射される赤外線成分の到達点が内側に位置することとなる。このとき、傾斜壁部231bの開口側端部Bから入射して直壁部231iの最上部(図示上方)で反射する赤外線成分3000の受光面N上に到達する到達点を点Rと一致するように連結点Sを設定すると、赤外線成分3000よりも深い角度、すなわち直壁部231iの最上部以外に向かって入射する赤外線成分(図示しない)は、直壁部231iによって、赤外線成分3000が反射される直壁部231iの位置よりも低い位置(図示下方)で反射されるため、点Rよりも外側に位置する受光面Nに到達する。
First, a position where the
δ = 45 ° + γ / 2 Formula (7)
That is, the infrared component that reaches the point R is incident from the opening side end B of the
次に、直壁部231iを鏡面とすると、傾斜壁部231bの開口側端部Bの鏡像は、直壁部231iの延長線を対称軸として、線対称の位置にある鏡像点B´´となり、傾斜壁部231aの開口側端部Aの鏡像は、直壁部231iの延長線を対称軸として、線対称の位置にある鏡像点A´´となる。また、傾斜壁部231bの開口側端部Bから受光面Nへ下ろした垂線と受光面Nとの交わる点が交点Xとなり、直壁部231iを鏡面とすると、交点Xの鏡像は、直壁部231iの延長線を対称軸として、線対称の位置にある鏡像点X´となる。さらに、傾斜壁部231aの開口側端部Aから受光面Nへ下ろした垂線と受光面Nとの交わる点が交点Uとなり、直壁部231iを鏡面とすると、交点Uの鏡像は、直壁部231iの延長線を対称軸として、線対称の位置にある鏡像点U´となる。
Next, if the
そして、傾斜壁部231bの開口側端部Bと傾斜壁部231aの開口側端部Aとの距離をd、傾斜壁部231bの開口側端部B及び傾斜壁部231aの開口側端部Aの高さをh、点Rと交点Uとの距離をrとし、交点Uを原点としたx軸が受光面Nの延在方向に沿ったxy直交座標系として連結点Sの座標を(x,y)とすると、この座標系において、赤外線成分3000が点Rに到達する軌跡が以下の式(8)及び式(9)から求まる。つまり、点R、連結点S、及び直壁部231iの受光面側端部Tを結ぶ三角形RSTと点R、鏡像点B´´、及び鏡像点X´を結ぶ三角形RB´´X´は相似であるから、以下の式(8)の関係を満たすこととなる。
(r+x)/y=(r+2x+d)/h 式(8)
この式(8)を解いた式(9)が赤外線成分3000の点Rに到達する軌跡となる。
y=h×(r+x)/(r+2x+d) 式(9)
したがって、式(9)から赤外線成分3000の点Rに到達する軌跡は、x=−(r+d)/2、y=h/2を漸近線とする直角双曲線の一部であると導き出すことができる。ここで、式(7)の傾斜角度δで延ばした傾斜壁部231aと式(9)で表される直角双曲線の交わる点を連結点Sとすると、赤外線成分のうち、傾斜壁部231aに反射されて受光面Nに到達する成分と、直壁部231iに反射されて受光面Nに到達する成分のいずれもが点Rよりも外側に到達することとなる。
The distance between the opening-side end B of the
(R + x) / y = (r + 2x + d) / h Formula (8)
The equation (9) obtained by solving the equation (8) is a locus to reach the point R of the
y = h × (r + x) / (r + 2x + d) Equation (9)
Therefore, it can be derived from the equation (9) that the locus reaching the point R of the
以上のように、赤外線成分3000の傾斜壁部231a又は直壁部231iに反射されて受光面Nの最も内側に到達する点は点Rとなるため、この点Rの位置によって案内筒230の胴部231で反射されて受光範囲Qに到達する赤外線成分の範囲を定めることができる。つまり、点Rを受光範囲Qの領域外に設定し、設定した点Rから求まる直角双曲線と傾斜壁部231aとが交わる点を傾斜壁部231aと直壁部231iとの連結点Sとすることにより、案内筒230の傾斜壁部231aに反射された赤外線成分が受光範囲Qに間接的に到達することを妨げられるとともに、案内筒230の胴部231の広がりを抑えて、非接触温度センサ300の小型化を図ることができる。
As described above, the point that is reflected by the
次に、案内筒230の胴部231に反射された赤外線成分が受光範囲Qの中央Oに間接的に到達しない場合の案内筒230の傾斜壁部231a〜231dと直壁部231i〜231lの具体的な連結位置について、さらに詳細に説明する。
Next, the specifics of the
案内筒230の胴部231に反射されて受光範囲Qの中央Oに間接的に到達する赤外線成分を無くすためには、赤外線成分の胴部231に反射されて受光面Nの最も内側に到達する点Rを受光範囲Qの中央Oと一致させることにより求まる。つまり、距離rがd/2となるので、式(9)で表される直角双曲線の軌跡は、式(10)となる。
y=h×(x+d/2)/(2x+3d/2) 式(10)
ここで、式(1)の傾斜角度δで延ばした傾斜壁部231aと式(10)で表される直角双曲線の交わる点を連結点Sとすると、赤外線成分の傾斜壁部231a及び直壁部231iに反射されて受光範囲Qの中央Oに間接的に到達することが無くなる。したがって、案内筒230の傾斜壁部231aに反射された赤外線成分が受光範囲Qの中央Oに間接的に到達することを妨げられるとともに、案内筒230の胴部231の広がりを抑えて、非接触温度センサ300の小型化を図ることができる。
In order to eliminate the infrared component reflected by the
y = h × (x + d / 2) / (2x + 3d / 2) Formula (10)
Here, when the point where the
続いて、案内筒230の胴部231に反射された赤外線成分が受光範囲Qに間接的に到達しない場合の案内筒230の傾斜壁部231a〜231dと直壁部231i〜231lの具体的な連結位置について、さらに詳細に説明する。
Subsequently, the specific connection of the
案内筒230の胴部231に反射されて受光範囲Qに間接的に到達する赤外線成分を無くすためには、赤外線成分の胴部231に反射されて受光面Nの最も内側に到達する点Rを受光範囲Qの縁端Qa、Qbと一致させることにより求まる。つまり、受光範囲Qの縁端Qaと交点Uとの距離をQkとすると、距離rがQkとなるので、式(9)で表される直角双曲線の軌跡は、式(11)となる。
y=h×(x+Qk)/(2x+Qk+d) 式(11)
ここで、受光範囲Qの幅をQfとすると、距離Qkが(d−Qf)/2となるので、式(11)で表される直角双曲線の軌跡は、式(12)となる。
y=h×(x+(d−Qf)/2)/(2x+(3d−Qf)/2) 式(12)
ここで、式(2)の傾斜角度δで延ばした傾斜壁部231aと式(12)で表される直角双曲線の交わる点を連結点Sとすると、赤外線成分の傾斜壁部231a及び231iに反射されて受光範囲Qに間接的に到達することが無くなる。したがって、案内筒230の傾斜壁部231aに反射された赤外線成分が受光範囲Qに到達することを妨げられるとともに、案内筒230の胴部231の広がりを抑えて、非接触温度センサ300の小型化を図ることができる。
In order to eliminate the infrared component reflected by the
y = h × (x + Qk) / (2x + Qk + d) Equation (11)
Here, assuming that the width of the light receiving range Q is Qf, the distance Qk is (d−Qf) / 2, and therefore, the locus of the right-angled hyperbola represented by Expression (11) is Expression (12).
y = h × (x + (d−Qf) / 2) / (2x + (3d−Qf) / 2) Equation (12)
Here, when the point where the
(第4実施形態)
次に、図15及び図16を参照して、本発明の第4実施形態の構成について説明する。図15は、本発明の第4実施形態に係る非接触温度センサ400の構成を示す上面図である。図16は、図15におけるIV−IV線に沿う非接触温度センサ400の模式切断部端面図である。第4実施形態に係る非接触温度センサ400は、案内筒330の胴部331が蓋部331e〜331hと直壁部331i〜331lを有する点において、第1実施形態に係る非接触温度センサ100と異なっている。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
(Fourth embodiment)
Next, the configuration of the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a top view showing a configuration of a
非接触温度センサ400は、第1実施形態の非接触温度センサ100と同様に、センサ本体10のカバー筐体12における有底凹部21に対向する部位に、開口Pが形成された角筒状の胴部331を有する案内筒330が設けられている。
Similarly to the
案内筒330の胴部331は、傾斜壁部331a〜331dを有している。但し、本実施形態では、胴部331が蓋部331e〜331hと直壁部331i〜331lをさらに備えており、この点が第1実施形態と相違する。
The
蓋部331e〜331hは、それぞれ傾斜壁部331a〜331dの開口側端部A〜Dから案内筒330の内側(内部空間側)に向かって延びている。本実施形態では、蓋部331e〜331hは、受光面Nの延在方向と平行な方向に延びている。
The
直壁部331i〜331lは、それぞれ傾斜壁部331a〜331dの受光面側端部I〜Lから受光面Nに向かって垂下している。本実施形態では、直壁部331i〜331lは、受光面Nの垂直方向に対して平行な方向に延びている。
The
これら傾斜壁部331a〜331dと蓋部331e〜331hと直壁部331i〜331lで構成される胴部331によって、案内筒330の内側(内部空間側)であって、受光範囲Qの周囲に遮光空間Wが形成されている。具体的には、傾斜壁部331a〜331dと、蓋部331e〜331hと、直壁部331i〜331lと、案内筒330の底部に配置される支持板13と、蓋部331e〜331hの開口側端部E〜Hと支持板13を結ぶ仮想直線によって囲まれる空間のことである。なお、本実施形態では、直壁部331i〜331lは、受光面Nの垂直方向に対して平行な方向に延びているが、傾斜壁部331a〜331dの受光面Nの垂直方向に対する傾斜角度δよりも傾きが小さければ、受光面Nの垂直方向に対して傾斜していてもよい。
Light is shielded inside the guide tube 330 (on the inner space side) and around the light receiving range Q by the
以上のように、本実施形態に係る非接触温度センサ400においては、胴部331が、傾斜壁部331a〜331dの開口側端部A〜Dから案内筒330の内側に向かって延びる蓋部331e〜331hを有している。このため、胴部331によって形成される遮光空間Wがより広範囲に確保されるため、熱源7Aからの放射赤外線が案内筒330の胴部331の内壁で反射されて赤外線検知用感熱素子15を含む受光範囲Qに間接的に到達することを一層妨げることができる。
As described above, in the
また、本実施形態に係る非接触温度センサ400においては、胴部331が、傾斜壁部331a〜331dの受光面側端部I〜Lから受光面Nに向かって垂下する直壁部331i〜331lを有している。このため、胴部331の広がりが抑えられ、非接触温度センサ400の小型化を図ることができる。
Further, in the
次に、図17を参照して、本実施形態に係る非接触温度センサ400の案内筒330の傾斜壁部331a〜331dと受光面Nとのなす角度δの好ましい傾斜角度について詳細に説明する。図17は、本発明の第4実施形態に係る非接触温度センサ400の案内筒330の傾斜壁部331a〜331dの好ましい傾斜角度を説明するための模式切断部端面図である。
Next, with reference to FIG. 17, a preferable inclination angle of the angle δ formed by the
本実施形態に係る非接触温度センサ400は、第1実施形態と同様に、以下の関係式(1)を満たすと、案内筒330の傾斜壁部331a、331bに反射された赤外線成分が、受光範囲Qの中央Oに間接的に到達することを妨げることができる。
0°<δ≦45°+α/2 式(1)
したがって、受光範囲Qの中央Oに到達する赤外線成分は、熱源7Aからの放射赤外線のうち、受光範囲Qの中央Oに直接的に到達する成分だけとなる。つまり、赤外線吸収膜Mから構成される受光範囲Qの中で非接触温度センサ400の感度に最も影響を及ぼす中央Oに、案内筒330の傾斜壁部331a、331bに反射された赤外線成分が間接的に到達することを妨げられる。その結果、非接触温度センサ400の温度検知に案内筒330の胴部331の影響が抑制されるため、非接触温度センサ400の感度誤差を防止することができる。
Similarly to the first embodiment, the
0 ° <δ ≦ 45 ° + α / 2 Formula (1)
Accordingly, the infrared component that reaches the center O of the light receiving range Q is only the component that directly reaches the center O of the light receiving range Q among the radiated infrared rays from the
続いて、図18を参照して、本実施形態に係る非接触温度センサ400の案内筒330の傾斜壁部331a〜331dと受光面Nとのなす角度δの更に好ましい傾斜角度について詳細に説明する。図18は、本発明の第4実施形態に係る非接触温度センサ400の案内筒330の傾斜壁部331a〜331dの更に好ましい傾斜角度を説明するための模式切断部端面図である。
Next, with reference to FIG. 18, a more preferable inclination angle of the angle δ formed by the
本実施形態に係る非接触温度センサ400は、第1実施形態と同様に、以下の関係式(2)を満たすと、案内筒330の傾斜壁部331a、331bに反射された赤外線成分が、受光範囲Qに間接的に到達することを妨げることができる。
0°<δ≦45°+β/2 式(2)
したがって、受光範囲Qに到達する赤外線成分は、熱源7Aからの放射赤外線のうち、受光範囲Qに直接的に到達する成分だけとなる。つまり、赤外線吸収膜Mから構成される受光範囲Qの中で非接触温度センサ400の感度に影響を及ぼす全領域に対して、案内筒330の傾斜壁部331a、331bに反射された赤外線成分が間接的に到達することを妨げられる。その結果、非接触温度センサ400の温度検知に案内筒330の胴部331の影響がなくなり、非接触温度センサ400の感度誤差を防止することができる。
Similarly to the first embodiment, the
0 ° <δ ≦ 45 ° + β / 2 Formula (2)
Therefore, the infrared component that reaches the light receiving range Q is only the component that directly reaches the light receiving range Q among the radiated infrared rays from the
ここで、図19を参照して、案内筒330の傾斜壁部331a〜331dと直壁部331i〜331lの好ましい連結位置について詳細に説明する。図19は、本発明の第4実施形態に係る非接触温度センサ400の案内筒330の傾斜壁部331a〜331dと直壁部331i〜331lとの好ましい連結位置について説明するための模式切断部端面図である。
Here, with reference to FIG. 19, the preferable connection position of the
まず、案内筒330の傾斜壁部331aと直壁部331iとの連結する位置を連結点Sとし、直壁部331iの受光面Nと交わる点を受光面側端部Tとし、受光範囲Q上の任意の点を点Rとし、点Rと傾斜壁部331aの開口側端部Aを結ぶ仮想直線と受光面Nに対する垂線とのなす角度を角度γとする。このとき、案内筒330の傾斜壁部331aで反射された赤外線成分が受光範囲Qの点Rよりも内側に到達しない傾斜角度δは以下の式(7)となる。
δ=45°+γ/2 式(7)
つまり、点Rに到達する赤外線成分は、傾斜壁部331bの開口側端部Bから入射して傾斜壁部331aの最上部(開口側端部A)となる。仮に、案内筒330の胴部331が第1実施形態のように、傾斜壁部331aのみから構成されていると捉えた場合、傾斜壁部331aの最上部よりも低い位置で反射する赤外線成分は全て受光範囲Qの点Rよりも外側に到達することとなる。すなわち、傾斜壁部331aの低い位置で反射されるにしたがって、受光範囲Qの点Rよりも外側に到達することとなる。ところが、本実施形態のように、案内筒330の胴部331が傾斜壁部331aと直壁部331iから構成される場合、傾斜壁部331aで反射される赤外線成分の到達点に比べて直壁部331iで反射される赤外線成分の到達点が内側に位置することとなる。このとき、傾斜壁部331bの開口側端部Bから入射して直壁部331iの最上部(図示上方)で反射する赤外線成分4000の受光面N上に到達する到達点を点Rと一致するように連結点Sを設定すると、赤外線成分4000よりも深い角度、すなわち直壁部331iの最上部以外に向かって入射する赤外線成分(図示しない)は、直壁部331iによって、赤外線成分4000が反射される直壁部331iの位置よりも低い位置(図示下方)で反射されるため、点Rよりも外側に位置する受光面Nに到達する。
First, a position where the
δ = 45 ° + γ / 2 Formula (7)
That is, the infrared component that reaches the point R is incident from the opening side end B of the
次に、直壁部331iを鏡面とすると、蓋部331fの開口側端部Fの鏡像は、直壁部331iの延長線を対称軸として、線対称の位置にある鏡像点F´となり、蓋部331eの開口側端部Eの鏡像は、直壁部331iの延長線を対称軸として、線対称の位置にある鏡像点E´となる。また、蓋部331fの開口側端部Fから受光面Nへ下ろした垂線と受光面Nとの交わる点が交点Xfとなり、直壁部331iを鏡面とすると、交点Xfの鏡像は、直壁部331iの延長線を対称軸として、線対称の位置にある鏡像点Xf´となる。さらに、蓋部331eの開口側端部Eから受光面Nへ下ろした垂線と受光面Nとの交わる点が交点Ueとなり、直壁部331iを鏡面とすると、交点Ueの鏡像は、直壁部331iの延長線を対称軸として、線対称の位置にある鏡像点Ue´となる。
Next, when the
そして、傾斜壁部331bの開口側端部Bと傾斜壁部331aの開口側端部Aとの距離をd、蓋部331fの開口側端部F及び蓋部331eの開口側端部Eの高さをh、点Rと交点Ueとの距離をrとし、交点Ueを原点としたx軸が受光面Nの延在方向に沿ったxy直交座標系として連結点Sの座標を(x,y)とすると、この座標系において、赤外線成分4000が点Rに到達する軌跡が以下の式(8)及び式(9)から求まる。つまり、点R、連結点S、及び直壁部331iの受光面側端部Tを結ぶ三角形RSTと点R、鏡像点Xf´、及び鏡像点F´を結ぶ三角形RXf´F´は相似であるから、以下の式(8)の関係を満たすこととなる。
(r+x)/y=(r+2x+d)/h 式(8)
この式(8)を解いた式(9)が赤外線成分4000の点Rに到達する軌跡となる。
y=h×(r+x)/(r+2x+d) 式(9)
したがって、式(9)から赤外線成分4000の点Rに到達する軌跡は、x=−(r+d)/2、y=h/2を漸近線とする直角双曲線の一部であると導き出すことができる。ここで、式(7)の傾斜角度δで延ばした傾斜壁部331aと式(9)で表される直角双曲線の交わる点を連結点Sとすると、赤外線成分のうち、傾斜壁部331aに反射されて受光面Nに到達する成分と、直壁部331iに反射されて受光面Nに到達する成分のいずれもが点Rよりも外側に到達することとなる。
The distance between the opening side end B of the
(R + x) / y = (r + 2x + d) / h Formula (8)
The equation (9) obtained by solving the equation (8) is a locus to reach the point R of the
y = h × (r + x) / (r + 2x + d) Equation (9)
Therefore, it can be derived from the equation (9) that the locus of reaching the point R of the
以上のように、赤外線成分の傾斜壁部331a又は直壁部331iに反射されて受光面Nの最も内側に到達する点は点Rとなるため、この点Rの位置によって案内筒330の胴部331で反射されて受光範囲Qに到達する赤外線成分の範囲を定めることができる。つまり、点Rを受光範囲Qの領域外に設定し、設定した点Rから求まる直角双曲線と傾斜壁部331aとが交わる点を傾斜壁部331aと直壁部331iとの連結点Sとすることにより、案内筒330の傾斜壁部331aに反射された赤外線成分が受光範囲Qに間接的に到達することを妨げられるとともに、案内筒330の胴部331の広がりを抑えて、非接触温度センサ400の小型化を図ることができる。
As described above, the point that is reflected by the
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、連結点Sの位置は、代数的に解いて連結点Sの座標を数値として求めることができる。本発明の第4実施形態において、蓋部331f、331eの長さをcとすると、傾斜角度δの傾斜壁部331aの延長線は、以下の式(13)となる。
y=−x×tanδ+c×tanδ+h 式(13)
この式(13)と式(9)とを連立して連結点Sの座標(x,y)を求めると、座標x及び座標yがそれぞれ以下の式(14)及び式(15)となる。
x=c/2−4(d+Qk)/4+(h/2)×cotδ+(1/2)×√[{c+(d+Qk)/2}2+h×(2c+3d−Qk)×cotδ+h2cot2δ] 式(14)
y=h/2+h/2×(Qk−d)/[c/2+(d+r)/4+h/2×√[{c+(d+Qk)/2}2+h×(2c+3d−Qk)×cotδ+h2cot2δ]] 式(15)
なお、赤外線成分における案内筒330の傾斜壁部331a又は直壁部331iのいずれかで反射されて受光面Nに到達する点が、直壁部331iの最上部で反射されて受光面N上に到達する点Rよりも外側に位置する場合は、式(14)及び式(15)に以下の式(16)の条件を付加すればよい。
cotγ=h/(r+c) 式(16)
For example, the position of the connection point S can be solved algebraically and the coordinates of the connection point S can be obtained as numerical values. In the fourth embodiment of the present invention, when the length of the
y = −x × tan δ + c × tan δ + h Equation (13)
When the equations (13) and (9) are combined to obtain the coordinates (x, y) of the connection point S, the coordinates x and the coordinates y become the following equations (14) and (15), respectively.
x = c / 2-4 (d + Qk) / 4 + (h / 2) × cotδ + (1/2) × √ [{c + (d + Qk) / 2} 2 + h × (2c + 3d−Qk) × cotδ + h 2 cot 2 δ] Formula (14)
y = h / 2 + h / 2 × (Qk−d) / [c / 2 + (d + r) / 4 + h / 2 × √ {{c + (d + Qk) / 2} 2 + h × (2c + 3d−Qk) × cotδ + h 2 cot 2 δ ]] Formula (15)
In addition, the point that is reflected by either the
cot γ = h / (r + c) Formula (16)
複写機の加熱定着ロ−ラといった検知対象物をはじめ、その他の種々の熱源の温度を非接触にて測定する用途に広く且つ有効に利用することができる。 It can be used widely and effectively for non-contact measurement of the temperature of various other heat sources, including objects to be detected such as a heat fixing roller of a copying machine.
7A…熱源、10…センサ本体、11…台座、12…カバー筐体、13…支持板、15…赤外線検知用感熱素子、16…温度補償用感熱素子、21…有底凹部、30,130,230,330…案内筒、31,131,231,331…胴部、31a〜31d,131a〜131d,231a〜231d,331a〜331d…傾斜壁部、100,200,300,400…非接触温度センサ、101,111…二等分する線分、131e〜131h,331e〜331h…蓋部、231i〜231l,331i〜331l…直壁部、1000,1001,2000,2001,3000,4000…赤外線成分、A〜D…傾斜壁部の開口側端部、A´,A´´,B´,B´´,E´,F´,U´,Ue´,X´,Xf´…鏡像点、AI´…仮想直線、E〜H…蓋部の開口側端部、I〜L…傾斜壁部の受光面側端部、I´…傾斜壁部の仮想受光面側端部、M…赤外線吸収膜、N…受光面、O…受光範囲の中央、P…開口、Q…受光範囲、Qa,Qb…受光範囲の縁端、Qf…受光範囲の幅、Qk…受光範囲の縁端と交点との距離、R…受光範囲Q上の任意の点、S…連結点、T…直壁部の受光面側端部、U,Ue,X,Xf…交点、V…到達点、V´…仮想到達点、W…遮光空間、Y…温度検知の視野範囲、Ya,Yb…温度検知の視野範囲の縁端、Z…外部環境、α,β,γ,θ1〜θ4…角度、δ…傾斜角度、c…蓋部の長さ、d…傾斜壁部の開口側端部間の距離、h…傾斜壁部の開口側端部の高さ、r…到達点と交点との距離、x,y…連結点の座標
7A ... Heat source, 10 ... Sensor body, 11 ... Base, 12 ... Cover housing, 13 ... Support plate, 15 ... Thermal sensing element for infrared detection, 16 ... Thermal sensing element for temperature compensation, 21 ... Bottomed recess, 30, 130, 230, 330 ... guide cylinder, 31, 131, 231, 331 ... trunk, 31a-31d, 131a-131d, 231a-231d, 331a-331d ... inclined wall, 100, 200, 300, 400 ...
Claims (5)
0°<δ≦45°+α/2 式(1) When the guide tube is viewed in cross-section, an angle formed by the inclined wall portion and the light receiving surface is δ, a perpendicular to the light receiving surface, and a straight line connecting the center of the light receiving range and the opening side end portion of the inclined wall portion. The non-contact temperature sensor according to claim 1, wherein δ and α satisfy the following relational expression (1), where α is an angle formed by:
0 ° <δ ≦ 45 ° + α / 2 Formula (1)
0°<δ≦45°+β/2 式(2) When the guide tube is viewed in cross-section, the angle formed by the inclined wall portion and the light receiving surface is δ, the perpendicular to the light receiving surface is connected to the peripheral edge of the light receiving range and the opening side end of the inclined wall portion. 3. The non-contact temperature sensor according to claim 1, wherein δ and β satisfy the following relational expression (2), where β is an angle formed with a straight line.
0 ° <δ ≦ 45 ° + β / 2 Formula (2)
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