JP4415045B2

JP4415045B2 - 非接触温度センサ

Info

Publication number: JP4415045B2
Application number: JP2007328385A
Authority: JP
Inventors: 準神山; 信一斉藤; 俊幸野尻; 健一廣江; 俊一岡田
Original assignee: 石塚電子株式会社
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JP2008111849A

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。

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。

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。

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。

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。

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。
実開平４−１２２３４１号公報

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。

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。

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。

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。

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おり、前記温度補償用感熱素子が配置された前記樹脂フィルム部分が前記保持体に密着していることを特徴とする。

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、前記樹脂フィルムの同一平面上に配置されていると共に、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おり、前記温度補償用感熱素子が配置された前記樹脂フィルム部分が前記保持体に密着していることを特徴とする。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の非接触温度センサの一実施形態を示した分解斜視図である。本発明の非接触温度センサを加熱定着ローラに実装した斜視図である。図２の非接触温度センサのＸ−Ｙ線に沿った断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、非接触温度センサ用検出回路の回路図である。本発明による非接触温度センサによる温度制御を説明するための図である。非接触温度センサ用検出回路の他の実施例を示す回路図である。非接触温度センサ用検出回路の他の実施例を示す回路図である。非接触温度センサ用検出回路の他の実施例を示す回路図である。本発明の非接触温度センサの動作を説明するための図である。本発明の非接触温度センサの他の実施形態を示す断面図である。本発明の非接触温度センサの他の実施形態を示す図である。本発明の非接触温度センサの他の実施形態を示す図である。従来の非接触温度センサの一例を示す断面図である。従来の非接触温度センサの検出回路を示す回路図である。

符号の説明

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

Claims

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おり、前記温度補償用感熱素子が配置された前記樹脂フィルム部分が前記保持体に密着していることを特徴とする非接触温度センサ。
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、前記樹脂フィルムの同一平面上に配置されていると共に、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おり、前記温度補償用感熱素子が配置された前記樹脂フィルム部分が前記保持体に密着していることを特徴とする非接触温度センサ。
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非接触温度センサ。