JP3316862B2 - 温度センサユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度測定の対象である
被測定体から放射される赤外線に基づき、該被測定体の
表面温度を測定する温度センサユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式のプリンタ等では、用紙上
にトナ−画像を良好に定着させるために、熱定着用のヒ
−トロ−ラの表面温度を、最適値に維持する必要があ
る。そのため、この種の熱定着装置では、ヒートローラ
の表面温度を、正確、且つ、迅速に測定し、その値に応
じて、ヒータの通電・断電をフィードバック制御する必
要がある。このための構成として、従来より、例えば、
特開昭５８−１６０９７２号公報に示されるように、ヒ
ートローラの近くに赤外線センサを離して設置してお
き、ヒートローラから放射される赤外線を受けて、その
温度を測定するようにした非接触方式の構成が開発され
ている。

【０００３】かかる赤外線センサを利用した温度センサ
では、測温対象物に接触することなく迅速に温度を測定
でき、また、該対象物を損傷しないという利点がある。
ところが、赤外線センサの出力信号レベルは、周囲の温
度により影響されるという性質を有する。このため、こ
の種の赤外線センサを用いた温度制御回路では、赤外線
センサ自体の温度を検出するための補正用温度センサを
設け、その補正用温度センサの出力を利用して赤外線セ
ンサの出力を補正することにより、被測定体の表面温度
を正確に検出するように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように赤外線セ
ンサと補正用温度センサとを併用する構成では、厳密に
は、両センサの熱時定数を考慮すべきである。なお、こ
こにいう『センサの熱時定数』とは、センサの雰囲気温
度が変化するときに、そのセンサ自体の温度変化の追従
性の良さを表すものであり、センサの最初の温度と、最
終の到達温度との温度差の｛1-(1/e) ｝（約63.2% ）に
相当する温度だけ変化するのに必要な時間をいう。

【０００５】実際に、例えば、サーミスタの熱時定数
は、そのサイズやパッケージの材質等によって様々なも
のがあり、空気中では、一般に、1 〜30sec の範囲にあ
る。一方、赤外線センサの熱時定数はサーミスタとは相
違し、一般に、サーミスタよりも短い。例えば、サーミ
スタの熱時定数が赤外線センサの10倍であるとし、雰囲
気温度が20℃から60℃まで上昇した場合について試算す
ると、赤外線センサが例えば45.3 ℃になったとき、サ
ーミスタの温度は未だ23.8℃であり、20℃以上の温度差
があることになる。

【０００６】しかるに、従来は、赤外線センサに、その
温度特性を補正するための補正用温度センサを併設する
場合でも、両センサの熱時定数の差異は殆ど考慮され
ず、相違があるままに放置されていたのが実情である。
このため、機器の電源が投入され、赤外線センサの収納
されたセンサユニットの周囲温度が低温度から立ち上が
るときには、補正用センサの温度はこれに遅れて立上る
ことになり、両者の温度差に起因する測定誤差は、電源
投入当初ほど大きいことになる。

【０００７】したがって、このようなセンサから出力さ
れる各信号に基づいて、温度のフィードバック制御を行
うと、電源投入当初は測温対象物の温度が実際の温度よ
りも低く測定されてしまうため、大きなオーバーシュー
トが発生し、設定温度に安定化するまでに長い時間を要
することとなる。

【０００８】なお、このようなオーバーシュート現象に
対処するための技術として、特開昭６２−１０２２６７
号公報に記載されたものもある。これは、センサユニッ
ト自体の構造には全く手をつけることなく、温度制御回
路に於いて、各センサの温度信号の時間的ずれをソフト
ウエアによって補償しようとするものである。

【０００９】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、測温対象物の温度を、非接触で常に正確に測
定でき、しかも温度制御回路における特別な工夫を必要
としない温度センサユニットを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の温度セ
ンサユニットは、温度測定の対象である被測定体の近傍
に設置され、該被測定体から輻射される赤外線を赤外線
センサで受けて該被測定体の表面温度を測定するための
温度センサユニットに於いて、前記赤外線センサの近傍
に該赤外線センサの温度に基づいて該赤外線センサの温
度特性を補正するための温度信号を出力する補正用温度
センサを設け、該補正用温度センサ及び前記赤外線セン
サのうち少なくとも温度変化に対する追従性が良いほう
のセンサに熱容量の大きな部材を付設することにより、
両センサの温度変化に対する追従性がほぼ等しくなるよ
うにしたところに特徴を有する。請求項２の発明の温度
センサユニットは、請求項１の被測定体が定着装置のヒ
ートローラであるところに特徴を有する。

【００１１】

【作用】熱容量が大きな部材を付設することにより、２
つのセンサの温度変化に対する追従性をほぼ等しくする
には、両センサに比べて相当に大きな熱容量を有する部
材を、両センサに共に付設することにより、両センサの
熱時定数の差が見かけ上現れないようにする方法と、温
度変化に対する追従性が良いほうのセンサのみに熱容量
の大きな部材を付設することにより、該センサの熱時定
数を他方のセンサの熱時定数に極力合わせる方法とがあ
る。

【００１２】上記いずれの方法によっても、２つのセン
サの温度変化に対する追従性がほぼ等しくなれば、赤外
線センサの出力を常に正確に補正できるため、測温対象
物の温度を正確に測定することができるようになる。ま
た、このセンサユニットの出力に基づいて測温対象物の
温度制御を行う温度制御回路では、特別な工夫を必要と
しない。このため、いわゆるハード的或いはソフト的な
構成も簡単になる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を、 〔１〕実施例にかかる温度センサユニットの搭載される
プリンタの構成 〔２〕定着温度制御装置 〔３〕温度センサユニットの構成 〔４〕作用 〔５〕他の実施例 の順に、説明する。

【００１４】〔１〕プリンタの構成 図1 は、実施例にかかる温度センサユニットが搭載され
るプリンタの主要部の構成を模式的に示す図である。図
示のプリンタは、電子写真方式による画像形成を行う装
置であり、矢印方向に定速回転され得る感光体ドラム1
の周囲には、帯電チャ−ジャ2 、書込ヘッド3 、現像装
置4 、転写チャ−ジャ8 、クリ−ナ11等の部材が配設さ
れている。

【００１５】帯電チャ−ジャ2 により、順次、帯電され
る感光体ドラム1 の表面には、書込ヘッド3 によりライ
ン単位で電荷潜像が書き込まれる。該電荷潜像は、現像
装置4 によりトナ−現像されて可視化された後、転写チ
ャ−ジャ8 により用紙5 上に転写される。なお、書込ヘ
ッド3 は、ここでは、ＬＥＤアレイ3aを備えたＬＥＤヘ
ッドであるが、レ−ザ走査によって電荷潜像を形成する
装置であってもよい。

【００１６】前記の用紙5 は、用紙収納トレイ7 内に収
納されており、給紙ロ−ラ6 によって、順次、引き出さ
れ、所定のタイミングで、転写位置（感光体ドラム1 〜
転写チャ−ジャ8 間）へ給紙されて、前述の転写処理を
施される。転写処理後の用紙5 は、搬送ベルト13により
搬送されて、熱定着装置9 へ送り込まれ、熱圧着による
画像定着処理を施された後、排紙トレイ10へ、フェイス
アップで排出される。

【００１７】前記熱定着装置9 は、駆動ロ−ラである加
圧ロ−ラ9bと、該加圧ロ−ラ9bにより従動回転されるヒ
−トロ−ラ9aとを有し、該ヒ−トロ−ラ9aの内部には、
加熱手段であるヒ−タランプ9dが配設されている。ま
た、上記ヒ−トロ−ラ9aの表面の近傍には、定着温度制
御装置の温度検出部であるセンサユニット9cが配設され
ており、その構成部材である赤外線センサ91の受感部94
（図4 参照）は、対面するヒ−トロ−ラ9a表面の接平面
に平行とされている。

【００１８】〔２〕定着温度制御装置 図2 は本制御装置の概略構成を示し、図3 はセンサユニ
ットとセンサ基板との回路を示す。また、図4 は本セン
サユニットの構成を示す。

【００１９】＊温度検出信号の処理 赤外線センサ91の出力は周囲の温度により影響される。
即ち、ヒ−トロ−ラ9aから入射される赤外線量が一定で
あっても、周囲の温度が上昇すると、赤外線センサ91の
出力電圧は低下する。

【００２０】したがって、ヒ−トロ−ラ9aの表面温度を
測定するためには、赤外線センサ91の温度の検出が必要
となる。このため、補正用の温度センサであるサ−ミス
タ93が、図4 に示すようにセンサユニット9cに一体的に
設けられており、その出力電圧は、図3 の回路のよう
に、赤外線センサ91の出力電圧に重畳される。なお、セ
ンサユニット9cの構成は、後に詳述する。

【００２１】即ち、赤外線センサ91の出力電圧SG01（図
2 参照）は、オペアンプ21によって増幅された後、抵抗
R3を介して、オペアンプ22の反転入力端子に入力され
る。一方、抵抗R6と負抵抗温度特性のサ−ミスタ93とに
より、定電圧V1を抵抗分割して得られるサ−ミスタ93の
検出電圧SG02（図2 参照）は、オペアンプ23によって増
幅された後、抵抗R4を介して、オペアンプ22の反転入力
端子に入力される。

【００２２】こうして、バッファとしてのオペアンプ22
の反転入力端子には、前記2 つのセンサ91,93 の出力電
圧の重畳された電圧信号が入力され、温度信号（＝ヒ−
トロ−ラ9aの表面温度に相当する信号）SG10として、マ
イコン12（図2 参照）へ入力される。

【００２３】＊定着温度制御の概要 ヒ−トロ−ラ9aの温度制御は、その表面温度が、所定の
設定温度（＝運転時の維持温度・温調温度，待機時の維
持温度等、所望の値）になるように、前記温度信号SG10
に基づいて実行される。この機能を実現するために、マ
イコン12には所要のプログラムが記憶されており、その
プログラムに従って、マイコン12が動作される。

【００２４】即ち、マイコン12からは、前記温度信号SG
10に基づいて制御信号SG20が出力され、これが電源14か
らヒ−タランプ9dへの給電回路に介挿されたＳＳＲ13へ
送られる。制御方式は基本的にはフィードバック制御で
あり、ヒートローラ9aの温度が所定の設定温度になるよ
うに、ＳＳＲ13がオン／オフ制御される。

【００２５】〔３〕温度センサユニットの構成 センサユニット9cには、図4 に示すように、赤外線セン
サ91と補正用温度センサであるサ−ミスタ93とが、ケー
ス92内に共に収納されており、該ケ−ス92の内部には、
熱伝導率の低い樹脂材料、例えば、非晶質のポリエーテ
ルサルホン（ＰＥＳ）が充填されている。該充填樹脂材
料であるＰＥＳの熱伝導率は、アルミニウムが190Kcal/
mh℃、鉄が50Kcal/mh ℃であるところ、僅か0.15Kcal/m
h ℃と極めて小さい。

【００２６】したがって、ケース92内に収納された両セ
ンサ91, 93は、ともに、自身の熱時定数に比べて十分に
大きな熱時定数を有する充填樹脂材料が付設された状態
にあり、両センサ91, 93の温度変化に対する追従性は、
該樹脂材料により、ともに大きく低下されている。この
結果、両センサの熱時定数の差異は実質上表面に現れる
ことなく、温度変化に対する追従性は、両者ともほぼ等
しくなっている。

【００２７】なお、ケース92内においてサーミスタ93
は、赤外線センサ91の金属パッケージに接触する位置に
設けられており、これによっても、両センサ91, 93の温
度変化に対する追従性の均一化が図られている。また、
赤外線センサ91の受感部94の前方には、その視野角の10
0 ％をヒートローラ9a表面とするために、外側へ向かう
につれて径の拡がる円筒形の窓部95が開口されており、
且つ、該窓部95の内周面は、放射率に影響を与えないよ
うに黒色とされている。

【００２８】〔４〕作用 上記の構成の実施例によれば、ヒータランプ9dに通電さ
れてヒートローラ9aが加熱されると、その表面から放射
される赤外線の一部がセンサユニット9cの赤外線センサ
91に入射して、赤外線センサ91からその赤外線量に応じ
た電圧が出力される。この出力信号は、入射される赤外
線量が一定である場合、赤外線センサ91の周囲温度が高
い程、低くなるという温度特性を有する。

【００２９】一方、補正用温度センサであるサーミスタ
93は、赤外線センサ91の周囲温度に応じた電圧を出力
し、これがオペアンプ23によって増幅される。この増幅
信号は前記オペアンプ21からの出力信号とは逆の温度特
性を有し、両信号はオペアンプ22によって重畳される。
このため、オペアンプ22から出力される温度信号SG10は
温度特性として平坦となる。

【００３０】また、センサユニット9cの各温度センサ9
1, 93の温度に対する追従性はほぼ等しいため、図5 に
示すように、両センサ91, 93は同様な速度で温度が上昇
し、従来のように（図8 参照）、補正用の温度センサ93
だけが昇温が遅れるようなことがない。この結果、赤外
線センサ91の温度補正の時間的ずれが解消される。した
がって、温度制御回路側において特別な対処を考慮しな
くとも、ヒータランプ9dの温度制御を適切に行うことが
できる。

【００３１】〔５〕他の実施例 図6 及び図7 は本発明の第２の実施例を示す。この実施
例では、温度に対する追従性が良いセンサである赤外線
センサ91のみをケース92内に収納するとともに、そのケ
ース92内に熱容量の大きな材料を充填して、赤外線セン
サ91にこれが付設される構成としたものであり、温度に
対する追従性が悪い方の補正用温度センサであるサーミ
スタ93は、ケース92の外表面に接触して設けられてい
る。

【００３２】第２の実施例の構成では、熱容量の大きな
充填材により赤外線センサ91側の熱時定数が長くなるた
め、図7 に示すように、両センサ91, 93の温度に対する
追従性をほぼ同等にすることができる。即ち、前記第１
の実施例と同等な効果を得ることができる。

【００３３】なお、本発明を実施する上で必要な『熱時
定数の大きな材料』としては、２つのセンサの各熱時定
数の大きさに応じて各種のものが選択できるが、前記各
実施例のような赤外線センサ91とサーミスタ93の組合わ
せの場合には、既に例示した材料の他、樹脂材料では、
例えば、結晶性のポリフェニレンサルファイド（ＰＰ
Ｓ）が好適する。

【００３４】また、必ずしも樹脂材料に限定されず、セ
ラミック材料では、窒化珪素（Ｓi3Ｎ4 ）（例えば、東
芝セラミックス株式会社製ＦＦＸ−６００）、或いは、
ステアタイト（東京ガイシ株式会社製ＳＳ−２）が好適
する。なお、上記窒化珪素の熱伝導率は、0.01cal/cm s
ec℃、比熱は0.18である。また、上記ステアタイトの熱
伝導率は、0.008cal/cm sec ℃である。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の温度センサ
ユニットによると、２つのセンサの温度変化に対する追
従性がほぼ等しくなる。このため、測温対象物の温度を
機器の立ち上げ時にも正確に測定することができる。ま
た、本温度センサユニットの出力に基づいて測温対象物
の温度制御を行う温度制御回路の、いわゆるハード的或
いはソフト的な構成を簡単化することができるという効
果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の温度センサユニットの搭載さ
れるプリンタの主要部を模式的に示す説明図である。

【図２】定着温度制御回路の構成を示すブロック図であ
る。

【図３】センサユニットと回路基板とを示す回路図であ
る。

【図４】センサユニットの概略的構成を示す断面図であ
る。

【図５】図４のセンサユニットを用いた場合の制御結果
を示すグラフである。

【図６】本発明の第２の実施例にかかるセンサユニット
を示す断面図である。

【図７】図６のセンサユニットを用いた場合の制御結果
を示すグラフである。

【図８】従来のセンサユニットを利用した制御結果を示
すグラフである。

【符号の説明】

9a ヒートローラ， 9d ヒータランプ（加
熱手段），12 マイコン， 91 赤外線
センサ，93 サーミスタ（補正用温度センサ），

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 英一 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大 阪国際ビルミノルタカメラ株式会社内 (72)発明者 木下 博喜 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大 阪国際ビルミノルタカメラ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−102267（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−75835（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−123946（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 5/00 - 5/62 G01J 1/00 - 1/60 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度測定の対象である被測定体の近傍に
   設置され、該被測定体から輻射される赤外線を赤外線セ
   ンサで受けて該被測定体の表面温度を測定するための温
   度センサユニットに於いて、 前記赤外線センサの近傍に該赤外線センサの温度に基づ
   いて該赤外線センサの温度特性を補正するための温度信
   号を出力する補正用温度センサを設け、該補正用温度セ
   ンサ及び前記赤外線センサのうち少なくとも温度変化に
   対する追従性が良いほうのセンサに熱容量の大きな部材
   を付設することにより、両センサの温度変化に対する追
   従性がほぼ等しくなるようにした温度センサユニット。
2. 【請求項２】 前記被測定体は定着装置のヒートローラ
   である、請求項１記載の温度センサユニット。