JP6128374B2 - 赤外線センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナーの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トナー（現像剤）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、定着ローラである加熱ローラの温度を検知するサーモパイル等の非接触型温度検知手段を備えた画像形成装置が記載されている。この画像形成装置では、サーモパイルの温度上昇の防止するために、サーモパイルの検知面側にエアーの流通路（エアーフロー）を形成し、サーモパイルの検知面からトナー等の異物が混入或いは付着することを防ぐために、サーモパイルの検知面側に赤外線透過カバーを設置している。

特開２００１−２２８７４２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、トナーがサーモパイルの検知面に付着等することを防ぐために、赤外線透過カバーを設けているが、この赤外線透過カバー自体にトナー等が付着してしまうと赤外線の透過が妨げられて正確な温度測定が困難になる問題があった。なお、特許文献１では、エアーフローの流量を増大させて赤外線透過カバーに対するトナー付着を低減することも考えられるが、十分に付着を防止することが困難であり、定期的に赤外線透過カバーを清掃するメンテナンスが必要であった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、定着ローラからのトナーによる影響を抑制して高精度に温度を測定することができる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、赤外線センサ本体と、前記赤外線センサ本体の受光面を囲んで設けられ前記受光面の直上に開口部を有した筒状の導光路部材とを備え、前記赤外線センサ本体が、前記受光面を上面に有する絶縁性フィルムと、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、前記受光面が、前記第１の感熱素子側の領域と前記第２の感熱素子側の領域とに分けられ、前記導光路部材が、前記受光面のうち前記第２の感熱素子側の領域の直上だけを覆って前記絶縁性フィルムの上面から間隙を空けた位置に配された遮蔽板部を備えていることを特徴とする。

この赤外線センサ装置では、導光路部材が、受光面のうち第２の感熱素子側の領域の直上だけを覆って絶縁性フィルムの上面から間隙を空けた位置に配された遮蔽板部を備えているので、赤外線及びトナー等が遮蔽板部で遮られることで、受光面のうち第２の感熱素子側の領域に赤外線が届かないと共にトナー等が付着し難くなる。したがって、第２の感熱素子側の領域をリファレンスとして機能させ、第１の感熱素子側の領域を測定用とすることで、第２の感熱素子側の領域がトナーの影響を受けず、リファレンスとして安定していることで正確な温度測定が可能になる。なお、測定対象物からの赤外線が照射される第１の感熱素子側の領域は、遮蔽板部が無く、トナーが付着可能であるが付着したトナーが赤外線を反射し難いため、赤外線を反射せず測定に対する影響が少ない。

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、前記導光路部材の内面の少なくとも一部が、外面よりも低い反射率と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、導光路部材の内面の少なくとも一部が、外面よりも低い反射率とされているので、導光路部材の内面にトナーが付着しても予め反射率を下げていることで、内面での赤外線反射による感度変化を低減することができる。

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、前記第２の感熱素子側の領域に、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、第２の感熱素子側の領域に、赤外線反射膜が形成されているので、遮蔽板部と第２の感熱素子側の領域との隙間から入ってくる赤外線の多重反射光を赤外線反射膜が反射することで、リファレンス用としてより安定した特性を得ることができる。

第４の発明に係る赤外線センサ装置は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記遮蔽板部と前記絶縁性フィルムとの間隔が、１ｍｍ以下に設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、遮蔽板部と絶縁性フィルムとの間隔が、１ｍｍ以下に設定されているので、遮蔽板部と絶縁性フィルムとの隙間からのトナーの侵入を効果的に防ぐことができる。なお、上記間隔が、１ｍｍを超えるとトナーが上記隙間から入り易くなる。

第５の発明に係る赤外線センサ装置は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、トナーの定着ローラに前記開口部を向けて設置され前記定着ローラの温度を測定するものであることを特徴とする。

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、導光路部材が、受光面のうち第２の感熱素子側の領域の直上だけを覆って絶縁性フィルムの上面から間隙を空けた位置に配された遮蔽板部を備えているので、受光面のうち第２の感熱素子側の領域に赤外線が届かないと共にトナー等が付着し難くなり、正確な温度測定が可能になる。
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トナー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、トナーの付着による感度変化を抑制して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一実施形態を示す断面図である。 本実施形態において、赤外線センサ本体を示す斜視図である。 本実施形態において、赤外線センサ装置を示す斜視図である。 本実施形態において、赤外線センサ装置の導光路部材の外壁部を外した状態を示す斜視図である。 本実施形態において、導光路部材を示す下方から見た斜視図である。

以下、本発明に係る赤外線センサ装置の一実施形態を、図１から図５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、トナーの定着ローラの温度を測定するものであって、定着ローラに開口部３ａを向けて基板１１に設置され、図１に示すように、赤外線センサ本体２と、該赤外線センサ本体２の受光面２ａを囲んで設けられ受光面２ａの直上に開口部３ａを有した筒状の導光路部材３とを備えている。

上記赤外線センサ本体２は、図２に示すように、長方形状であると共に受光面２ａを上面に有する絶縁性フィルム４と、該絶縁性フィルム４の下面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子５Ａ及び第２の感熱素子５Ｂと、絶縁性フィルム４の下面に形成され第１の感熱素子５Ａに接続された導電性の第１の配線膜６Ａ及び第２の感熱素子５Ｂに接続された導電性の第２の配線膜６Ｂとを備えている。

上記受光面２ａは、第１の感熱素子５Ａ側の領域Ｍと第２の感熱素子５Ｂ側の領域Ｒとに分けられている。
また、受光面２ａのうち第２の感熱素子５Ｂ側の領域Ｒには、赤外線反射膜７が形成されている。すなわち、第２の感熱素子５Ｂに対向して絶縁性フィルム４の上面に赤外線反射膜７が設けられている。この赤外線反射膜７は、絶縁性フィルム４の上面において第２の感熱素子５Ｂ側の領域Ｒに矩形状に形成されている。

また、第１の配線膜６Ａ及び第２の配線膜６Ｂには、その一端部にそれぞれ絶縁性フィルム４に形成された一対の接着電極８が接続されていると共に、他端部にそれぞれ絶縁性フィルム４に形成された端子電極９が接続されている。
なお、上記接着電極８には、それぞれ対応する第１の感熱素子５Ａ及び第２の感熱素子５Ｂの端子部１０が半田等の導電性接着剤で接着される。
また、端子電極９は、基板１１上の配線（図示略）に半田等の導電性接着剤で接合されている。
上記基板１１は、例えば回路基板であって、第１の感熱素子５Ａ及び第２の感熱素子５Ｂが収納可能な一対の孔部１１ｂを有している。

上記絶縁性フィルム４は、ポリイミド樹脂シートで形成され、赤外線反射膜７、第１の配線膜６Ａ及び第２の配線膜６Ｂ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４とされるポリイミド基板の表面に、赤外線反射膜７、第１の配線膜６Ａ及び第２の配線膜６Ｂ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。

上記赤外線反射膜７は、第２の感熱素子５Ｂの直上に略四角形状で配されている。
この赤外線反射膜７は、絶縁性フィルム４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７は、第２の感熱素子５Ｂ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５Ａ及び第２の感熱素子５Ｂは、両端部に端子部１０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５Ａ及び第２の感熱素子５Ｂ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。

上記導光路部材３は、図１，図３から図５に示すように、受光面２ａのうち第２の感熱素子５Ｂ側の領域Ｒの直上だけを覆って絶縁性フィルム４の上面から間隙を空けた位置に配された遮蔽板部１２を備えている。この遮蔽板部１２と絶縁性フィルム４との間隔は、０．１〜１ｍｍに設定されている。
上記導光路部材３の内面の少なくとも一部が、外面よりも低い反射率とされている。

なお、本実施形態では、導光路部材３がステンレスで形成され、導光路部材３の内面全体が、ブラスト処理により反射率が０．２未満になるように加工されている。この反射率が低い面は、少なくとも定着ローラの長手方向に沿った一対の対向内面３ｄに設定することが好ましい。また、上記内面の反射率を低下させるために、ブラスト処理の他に、薬液処理や樹脂塗布等の手段を用いても構わない。

上記導光路部材３は、四角筒状の外壁部３ｂと、上記遮蔽板部１２とで構成されている。上記外壁部３ｂは、基板１１に形成された一対の取り付け孔１１ａに差し込まれる一対の固定用突起３ｃを両端の下部に有している。
上記遮蔽板部１２は、外壁部３ｂ内の下部に設置されており、絶縁性フィルム４と平行な上板部１２ａと、上板部１２ａの両側で下方に折り曲げられて突出した一対の支持部１２ｂとを有している。すなわち、遮蔽板部１２は、一対の支持部１２ｂが赤外線センサ本体２の上面に当接して設置され、所定の間隔を開けて第２の感熱素子５Ｂ側の領域Ｒの直上に上板部１２ａが配されている。

このように本実施形態の赤外線センサ装置１は、導光路部材３が、受光面２ａのうち第２の感熱素子５Ｂ側の領域Ｒの直上だけを覆って絶縁性フィルム４の上面から間隙を空けた位置に配された遮蔽板部１２を備えているので、赤外線及びトナー等が遮蔽板部１２で遮られることで、受光面２ａのうち第２の感熱素子５Ｂ側の領域Ｒに赤外線が届かないと共にトナー等が付着し難くなる。したがって、第２の感熱素子５Ｂ側の領域Ｒをリファレンスとして機能させ、第１の感熱素子５Ａ側の領域Ｍを測定用とすることで、第２の感熱素子５Ｂ側の領域Ｒがトナーの影響を受けず、リファレンスとして安定していることで正確な温度測定が可能になる。

なお、測定対象物からの赤外線が照射される第１の感熱素子５Ａ側の領域Ｍは、遮蔽板部１２が無く、トナーが付着可能であるが、付着したトナーが赤外線を反射し難いため、赤外線を反射せず測定に対する影響が少ない。
また、導光路部材３の内面の少なくとも一部が、外面よりも低い反射率とされているので、導光路部材３の内面にトナーが付着しても予め反射率を下げていることで、内面での赤外線反射による感度変化を低減することができる。

さらに、第２の感熱素子５Ｂ側の領域Ｒに、赤外線反射膜７が形成されているので、遮蔽板部１２と第２の感熱素子５Ｂ側の領域Ｒとの隙間から入ってくる赤外線の多重反射光を赤外線反射膜７が反射することで、リファレンス用としてより安定した特性を得ることができる。
また、遮蔽板部１２と絶縁性フィルム４との間隔が、１ｍｍ以下に設定されているので、遮蔽板部１２と絶縁性フィルム４との隙間からのトナーの侵入を効果的に防ぐことができる。なお、上記間隔が、１ｍｍを超えるとトナーが上記隙間から入り易くなる。

なお、本発明の技術範囲は上記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、上述したようにトナーの定着ローラ用の温度センサとして好適であるが、その他、粉塵や埃などの影響を受け易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。
また、上記実施形態では、外壁部内に遮蔽板部を組み込んで導光路部材が形成されているが、外壁部と遮蔽板部とを一体に成形した導光路部材を形成しても構わない。
さらに、遮蔽板部は、絶縁性フィルムと平行に設置されているが、第１の感熱素子側の領域に向けて傾斜した状態で設けても構わない。

１…赤外線センサ装置、２…赤外線センサ本体、２ａ…受光面、３…導光路部材、４…絶縁性フィルム、５Ａ…第１の感熱素子、５Ｂ…第２の感熱素子、６Ａ…第１の配線膜、６Ｂ…第２の配線膜、９…端子電極、１２…遮蔽板部、Ｍ…第１の感熱素子側の領域、Ｒ…第２の感熱素子側の領域

Claims (4)

1. 赤外線センサ本体と、
   前記赤外線センサ本体の受光面を囲んで設けられ前記受光面の直上に開口部を有した筒状の導光路部材とを備え、
   前記赤外線センサ本体が、前記受光面を上面に有する絶縁性フィルムと、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、
   前記受光面が、前記第１の感熱素子側の領域と前記第２の感熱素子側の領域とに分けられ、
   前記導光路部材が、前記受光面のうち前記第２の感熱素子側の領域の直上だけを覆って前記絶縁性フィルムの上面から間隙を空けた位置に配された遮蔽板部を備え、
   前記第２の感熱素子側の領域に、赤外線反射膜が形成され、
   前記導光路部材内で、前記遮蔽板部と前記第２の感熱素子側の領域との間の空間と、前記第１の感熱素子側の領域上方の空間とが連通し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、
   前記導光路部材の内面の少なくとも一部が、外面よりも低い反射率と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、
   前記遮蔽板部と前記絶縁性フィルムとの間隔が、１ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする赤外線センサ装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の赤外線センサ装置において、
   トナーの定着ローラに前記開口部を向けて設置され前記定着ローラの温度を測定するものであることを特徴とする赤外線センサ装置。

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