JP2014174127A - 赤外線センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成で他部材からの熱伝導による影響を極力低減することができ、高精度に温度検出が可能な赤外線センサ装置を提供すること。
【解決手段】 ケース本体２と、ケース本体に固定された筒状の導光路部３と、ケース本体内に収納され導光路部の直下に配された赤外線センサ本体４と、赤外線センサ本体に固定され弾性を有する複数のリードフレーム５と、ケース本体の壁部２ｂに設けられ複数のリードフレームの端部に接続された複数の端子部６とを備え、複数のリードフレームが、赤外線センサ本体を導光路部に押し付けて付勢した状態で複数の端子部に端部が固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、定着ローラ等の測定対象物からの赤外線を検知して該測定対象物の温度等を測定する赤外線センサ装置に関する。

従来、測定対象物から輻射により放射される赤外線を非接触で検知して測定対象物の温度を測定する温度センサとして、赤外線センサが使用されている。このような赤外線センサは、複写機やプリンタなどに内蔵されている電磁誘導（ＩＨ）加熱定着器の定着ローラの温度測定にも用いられている。

例えば、特許文献１には、樹脂フィルムに設置された赤外線センサに入射する赤外線量を、保持体に設けた導光路部及び遮蔽部を用いて調節する赤外線温度センサが提案されている。
また、特許文献２には、測定対象物（被検知体）に樹脂フィルムを対向させ、ケースの構造を上下２枚に分け、ケースからの熱の影響を低減して検知精度を向上させた非接触温度センサが提案されている。

特開２００２−１５６２８４号公報 特開２００６−１１８９９２号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１の技術では、測定対象物からの熱を保持体（ケース）が吸収・発熱し、樹脂フィルムに伝わることで、測定対象物以外の熱が保持体を介して感熱素子に伝わり、感熱素子の検知精度が低下してしまう問題がある。
また、特許文献２の技術では、樹脂フィルムがケース下面にあるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）製のファイル取付部の保持体（４箇所）で支えられており、下ケースからの熱伝導によって感熱素子が影響を受けてしまう不都合がある。また、ケース構造が複雑化してしまい部材コストが増大してしまう問題があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、簡易な構成で他部材からの熱伝導による影響を極力低減することができ、高精度に温度検出が可能な赤外線センサ装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る赤外線センサ装置は、ケース本体と、前記ケース本体に固定された筒状の導光路部と、前記ケース本体内に収納され前記導光路部の直下に配された赤外線センサ本体と、前記赤外線センサ本体に固定され弾性を有する複数のリードフレームと、前記ケース本体の壁部に設けられ前記複数のリードフレームの端部に接続された複数の端子部とを備え、前記複数のリードフレームが、前記赤外線センサ本体を前記導光路部に押し付けて付勢した状態で前記複数の端子部に端部が固定されていることを特徴とする。

この赤外線センサ装置では、複数のリードフレームが、赤外線センサ本体を導光路部に押し付けて付勢した状態で複数の端子部に端部が固定されているので、赤外線センサ本体がケース本体内の中空に配されてリードフレームのバネ性（弾性）によって導光路部に当接されており、導光路部及びリードフレーム以外の部材と熱隔離されている。すなわち、赤外線センサ本体が熱伝導の小さい細いリードフレームのみに支持されており、周囲の熱の影響を最小限に抑えることができ、赤外線の検知精度が向上する。また、導光路部と赤外線センサ本体とが接合されておらず、測定対象物からの赤外線を吸収した熱の逃げが最小限となることで感度が向上する。

第２の発明に係る赤外線センサ装置は、第１の発明において、前記複数のリードフレームの一端部が、前記複数の端子部に固定されていると共に、他端部が、前記複数の端子部が設けられた前記壁部と反対側の前記ケース本体の壁部に固定されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサ装置では、複数のリードフレームの一端部が、複数の端子部に固定されていると共に、他端部が、複数の端子部が設けられた壁部と反対側のケース本体の壁部に固定されているので、リードフレームの両端部がケース本体に固定されており、安定して赤外線センサ本体を導光路部に押し当てて支持することができる。

第３の発明に係る赤外線センサ装置は、第１又は第２の発明において、前記赤外線センサ本体が、上面を前記導光路部側に向けた絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの下面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、前記絶縁性フィルムの下面に形成され前記第１の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び前記第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜とを備え、前記第１の配線膜及び前記第２の配線膜が、対応する前記リードフレームに接続され、前記絶縁性フィルムの上面のうち前記第２の感熱素子に対向した領域に、赤外線反射膜が形成されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサ装置では、絶縁性フィルムの上面のうち第２の感熱素子に対向した領域に、赤外線反射膜が形成されているので、第１の感熱素子を測定用とし、第２の感熱素子をリファレンスとすることで、より高精度に温度測定を行うことができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る赤外線センサ装置によれば、複数のリードフレームが、赤外線センサ本体を導光路部に押し付けて付勢した状態で複数の端子部に端部が固定されているので、簡易な構成で周囲の熱の影響を最小限に抑えることができると共に、熱の逃げが最小限となることで、赤外線の検知精度が向上する。
したがって、本発明の赤外線センサ装置を、複写機やプリンタ等の定着ローラを測定する温度センサとして用いることで、低コストで定着ローラの高精度な温度測定が可能になる。

本発明に係る赤外線センサ装置の第１実施形態を示す断面図である。 第１実施形態において、赤外線センサ装置を示す平面図（ａ）及びケース本体の上面部を外した赤外線センサ装置を示す平面図（ｂ）である。 第１実施形態において、ケース本体の端子部側の壁面を示す側面図である。 第１実施形態において、リードフレームが接続された赤外線センサ本体の部分を示す下面図である。 本発明に係る赤外線センサ装置の第２実施形態を示す断面図である。 第２実施形態において、赤外線センサ装置を示す平面図（ａ）及びケース本体の上面部を外した赤外線センサ装置を示す平面図（ｂ）である。 第２実施形態において、ケース本体の端子部とは反対側の壁面を示す側面図である。 第２実施形態において、リードフレームが接続された赤外線センサ本体の部分を示す下面図である。

以下、本発明に係る赤外線センサ装置の第１実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。

本実施形態の赤外線センサ装置１は、図１から図３に示すように、ケース本体２と、ケース本体２に固定された筒状の導光路部３と、ケース本体２内に収納され導光路部３の直下に配された赤外線センサ本体４と、赤外線センサ本体４に固定され弾性を有する複数のリードフレーム５と、ケース本体２の壁部２ｂに設けられ複数のリードフレーム５の端部に接続された複数の端子部６とを備えている。

上記複数のリードフレーム５は、棒状又は細い帯状に形成され、赤外線センサ本体４を導光路部３に押し付けて付勢した状態で複数の端子部６に端部が固定されている。すなわち、赤外線センサ本体４は、導光路部３の開口部３ａの直下に配されている。
上記赤外線センサ本体４は、図４に示すように、上面を導光路部側に向けた絶縁性フィルム７と、絶縁性フィルム７の下面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子８Ａ及び第２の感熱素子８Ｂと、絶縁性フィルム７の下面に形成され第１の感熱素子８Ａに接続された導電性の第１の配線膜９Ａ及び第２の感熱素子８Ｂに接続された導電性の第２の配線膜９Ｂとを備えている。

上記第１の配線膜９Ａ及び第２の配線膜９Ｂは、対応するリードフレーム５に接続されている。
また、絶縁性フィルム７の上面のうち第２の感熱素子８Ｂに対向した領域には、赤外線反射膜１０が形成されている。

また、第１の配線膜９Ａ及び第２の配線膜９Ｂは、それぞれ感熱素子の一対の素子端子部１１に対応して一対ずつ設けられ、その一端部が感熱素子用の接着電極部となっていると共に、他端部がリードフレーム用の端子電極部となっている。
すなわち、上記接着電極部には、それぞれ対応する第１の感熱素子８Ａ及び第２の感熱素子８Ｂの素子端子部１１が半田等の導電性接着剤で接着されている。また、上記端子電極部には、それぞれ対応するリードフレーム５の端部が半田等の導電性接着剤で接合されている。

上記絶縁性フィルム７は、ポリイミド樹脂シートで形成され、赤外線反射膜１０、第１の配線膜９Ａ及び第２の配線膜９Ｂが銅箔で形成されている。すなわち、これらは、絶縁性フィルム７とされるポリイミド基板の表面に、赤外線反射膜１０、第１の配線膜９Ａ及び第２の配線膜９Ｂとされる銅箔がパターン形成された両面フレキシブル基板によって作製されたものである。
なお、絶縁性フィルム７の外形状は、導光路部３の下端部の外周形状とほぼ同じに設定されている。

上記赤外線反射膜１０は、第２の感熱素子８Ｂの直上に略四角形状で配されている。
この赤外線反射膜１０は、絶縁性フィルム７よりも高い赤外線反射率を有する材料で形成され、銅箔上にさらに金メッキ膜が施されて形成されている。なお、金メッキ膜の他に、例えば鏡面のアルミニウム蒸着膜やアルミニウム箔等で形成しても構わない。この赤外線反射膜１０は、第２の感熱素子８Ｂよりも大きなサイズでこれを覆うように形成されている。

上記第１の感熱素子８Ａ及び第２の感熱素子８Ｂは、両端部に素子端子部１１が形成されたチップサーミスタである。このサーミスタとしては、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタがあるが、本実施形態では、第１の感熱素子８Ａ及び第２の感熱素子８Ｂとして、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。このサーミスタは、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。

上記導光路部３は、例えばステンレスで形成された角筒であり、ケース本体２の上面に形成された設置孔２ａに挿入されて半田等によって固定されている。
なお、導光路部３の内面は、ブラスト処理、薬液処理や樹脂塗布等等によって外面よりも低い反射率とされている。

上記３本のリードフレーム５は、上述したように基端部がケース本体２に設けられた端子部６に固定されていると共に先端部が赤外線センサ本体４に固定されており、片持ち状態でケース本体２内に設置されている。これらリードフレーム５は、基端部が端子部６に固定される際に、先端部に固定された赤外線センサ本体４の絶縁性フィルム７が導光路部３の下端開口部に当接すると共に、リードフレーム５の弾性によって導光路部３に向けて赤外線センサ本体４を押圧するように設置される。

すなわち、赤外線センサ本体４は、一方の端部が固定されたリードフレーム５の弾性による圧力のみで導光路部３に当接し、押し当てられている。このとき導光路部３には、絶縁性フィルム７が当接するため、第１の感熱素子８Ａ及び第２の感熱素子８Ｂと導光路部３とは電気的に絶縁状態が保たれている。
なお、導光路部３に赤外線センサ本体４を一定の圧力で押し当てるために、図１に示すように、リードフレーム５を若干湾曲させた状態で設置してもよい。

このように本実施形態の赤外線センサ装置１は、複数のリードフレーム５が、赤外線センサ本体４を導光路部３に押し付けて付勢した状態で複数の端子部６に端部が固定されているので、赤外線センサ本体４がケース本体２内の中空に配されてリードフレーム５のバネ性（弾性）によって導光路部３に当接されており、導光路部３及びリードフレーム５以外の部材と熱隔離されている。すなわち、赤外線センサ本体４が熱伝導の小さい細いリードフレーム５のみに支持されており、周囲の熱の影響を最小限に抑えることができ、赤外線の検知精度が向上する。また、導光路部３と赤外線センサ本体４とが接合されておらず、測定対象物からの赤外線を吸収した熱の逃げが最小限となることで感度が向上する。

また、絶縁性フィルム７の上面のうち第２の感熱素子８Ｂに対向した領域に、赤外線反射膜１０が形成されているので、第１の感熱素子８Ａを測定用とし、第２の感熱素子８Ｂをリファレンスとすることで、より高精度に温度測定を行うことができる。

次に、本発明に係る赤外線センサ装置の第２実施形態について、図５から図８を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、赤外線センサ本体４が片持ち状態のリードフレーム５の先端部に固定されているのに対し、第２実施形態の赤外線センサ装置２１では、図５から図８に示すように、両端部がケース本体２の壁部２ｂ，２ｃに固定された複数のリードフレーム５の途中に接続、固定されている点である。
すなわち、第２実施形態では、複数のリードフレーム５の一端部が、複数の端子部６に固定されていると共に、他端部が、端子部６が設けられた壁部２ｂと反対側のケース本体２の壁部２ｃに固定されている。

壁部２ｂに固定される３つのリードフレーム５のうち両側の２本が、反対側の壁部２ｃまで延在して端部が固定されている。
第２実施形態では、リードフレーム５を両側の壁部２ｂ，２ｃに固定する際、途中に固定された赤外線センサ本体４の絶縁性フィルム７が導光路部３の下端開口部に当接すると共に、リードフレーム５の弾性によって導光路部３に向けて押圧するように導光路部３に向けて若干湾曲された状態で固定される。すなわち、赤外線センサ本体４は、両側が固定されたリードフレーム５の弾性による圧力のみで導光路部３に当接し、押し当てられている。なお、図５に図示された湾曲方向とは逆の方向にリードフレーム５を若干湾曲させた状態で、導光路部３に赤外線センサ本体４を押し当ててもよい。

このように第２実施形態の赤外線センサ装置２１では、複数のリードフレーム５の一端部が、複数の端子部６に固定されていると共に、他端部が、複数の端子部６が設けられた壁部２ｂと反対側のケース本体２の壁部２ｃに固定されているので、リードフレーム５の両端部がケース本体２に固定されており、安定して赤外線センサ本体４を導光路部３に押し当てて支持することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記各実施形態では、チップサーミスタの第１の感熱素子及び第２の感熱素子を採用しているが、薄膜サーミスタで形成された第１の感熱素子及び第２の感熱素子を採用しても構わない。
なお、感熱素子としては、上述したように薄膜サーミスタやチップサーミスタが用いられるが、サーミスタ以外に焦電素子等も採用可能である。
また、本発明の赤外線センサ装置は、上述したように定着ローラ用の温度センサとして好適であるが、ヒートショックに強いことから、温度変化の激しい環境に設置する赤外線センサ又は温度センサとしても使用可能である。

１，２１…赤外線センサ装置、２…ケース本体、２ｂ，２ｃ…ケース本体の壁部、３…導光路部、４…赤外線センサ本体、５…リードフレーム、６…端子部、７…絶縁性フィルム、８Ａ…第１の感熱素子、８Ｂ…第２の感熱素子、９Ａ…第１の配線膜、９Ｂ…第２の配線膜、１０…赤外線反射膜

Claims (3)

1. ケース本体と、
   前記ケース本体に固定された筒状の導光路部と、
   前記ケース本体内に収納され前記導光路部の直下に配された赤外線センサ本体と、
   前記赤外線センサ本体に固定され弾性を有する複数のリードフレームと、
   前記ケース本体の壁部に設けられ前記複数のリードフレームの端部に接続された複数の端子部とを備え、
   前記複数のリードフレームが、前記赤外線センサ本体を前記導光路部に押し付けて付勢した状態で前記複数の端子部に端部が固定されていることを特徴とする赤外線センサ装置。
2. 請求項１に記載の赤外線センサ装置において、
   前記複数のリードフレームの一端部が、前記複数の端子部に固定されていると共に、他端部が、前記複数の端子部が設けられた前記壁部と反対側の前記ケース本体の壁部に固定されていることを特徴とする赤外線センサ装置。
3. 請求項１又は２に記載の赤外線センサ装置において、
   前記赤外線センサ本体が、上面を前記導光路部側に向けた絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの下面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、前記絶縁性フィルムの下面に形成され前記第１の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び前記第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜とを備え、
   前記第１の配線膜及び前記第２の配線膜が、対応する前記リードフレームに接続され、
   前記絶縁性フィルムの上面のうち前記第２の感熱素子に対向した領域に、赤外線反射膜が形成されていることを特徴とする赤外線センサ装置。

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