JP6346391B1 - 赤外線温度センサおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

出力のばらつきに対処することができるとともに、外乱にも強く、検知対象物の温度を正確に計測することが可能な赤外線温度センサおよびその製造方法を提供すること。検知対象物2の温度を非接触で検知する赤外線温度センサ10は、導光域201および遮光域202が形成されるセンサケース20と、赤外線を吸収して熱に変換するフィルム40と、センサカバー30と、赤外線検知素子41と、温度補償素子42とを備える。センサケース20は、ケース基部21と、導光域201および遮光域202を包囲してケース基部21に対して起立するフード22とを備える。フード22は、開口部201Aと、開口部201Aおよび導光域201を区画しつつフード22の内側に向けて突出し、赤外線を遮光域202に対して遮蔽する遮蔽部23とを有する。フード22の内側に向けた遮蔽部23の突出方向が調整可能である。

Description

本発明は、非接触で検知対象物の温度を検知する赤外線温度センサおよびその製造方法に関する。
コピー機やプリンタ等の画像形成装置に用いられるトナー定着器としては、電子写真方式の作動プロセスによって記録紙上に画像情報に対応してトナー像を形成したのち、記録紙を移動させながら未定着トナーを加熱して定着させる方式のものが一般に用いられている。
定着器は、記録紙と、記録紙に静電気によって担持させたトナーとを、回転しながら搬送するローラからなる定着手段と、定着手段に圧接しながら反対方向に回転するローラからなる加圧手段とで挟み込んで、熱と圧力を加えながら移動させることによって、トナーを溶着して記録紙に定着させる。トナーは、樹脂材、磁性体および着色料からなる。
定着器のローラの温度は、画像品質に大きく影響する。そこで、ローラの温度を制御するために、ローラ表面の温度をセンサで検知することが行われている。この温度検知には、ローラを傷つけるのを避けるために、非接触で温度を検知できる赤外線温度センサが用いられる。赤外線温度センサは、赤外線検知素子と温度補償素子を備え、検知対象物である定着手段としてのローラの赤外線放射熱量を赤外線検知素子で検知し、さらに温度補償素子により雰囲気温度を検知することで温度補償して、検知対象物の温度を特定する。
本出願人は、厳しい検知温度環境においても検知対象物の表面温度を正確に計測することができる赤外線温度センサを、特許文献1において提案している。つまり、特許文献1の赤外線温度センサは、赤外線検知素子に対応する導光域と温度補償素子に対応する遮光域を、略対称の形態にすることにより、赤外線の直接輻射を除いて赤外線検知素子と温度補償素子が受ける熱エネルギーを同等にできる。そして、特許文献1の赤外線温度センサは、赤外線検知素子による検知温度と温度補償素子による検知温度との差分を取ることにより、赤外線の直接輻射による熱エネルギーのみを正確に検知できる。
特許第5207329号公報
同等の特性の素子を使用していても、素子を支持するケース等の形状や寸法のばらつき、およびセンサを構成する部品の組立の誤差等により、個々の赤外線温度センサの出力にばらつきが出る場合がある。
本発明は、出力のばらつきに対処することができるとともに、外乱にも強く、検知対象物の温度を正確に計測することが可能な赤外線温度センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、検知対象物の温度を非接触で検知するセンサであって、検知対象物から放射される赤外線を吸収して熱に変換するためのフィルムと、フィルムに配置される赤外線検知素子と、フィルムに赤外線検知素子から所定の間隔をおいて配置される温度補償素子と、フィルムの赤外線検知素子が配置された領域へ赤外線を導く導光域と、フィルムの温度補償素子が配置された領域を赤外線から遮る遮光域と、導光域および遮光域を形成するセンサケースと、を備え、センサケースは、フィルムとは交差する方向へ延在して導光域と遮光域とを区画し、導光域に入射した赤外線から遮光域を遮る区画壁と、フィルムとは直交する方向に対し区画壁を傾斜自在としている屈曲部と、を有することを特徴とする。
本発明の赤外線温度センサにおいて、区画壁および屈曲部は、センサケースにおいて一体的に構成されていることが好ましい。
本発明の赤外線温度センサにおいて、センサケースは、基部と、導光域および遮光域を包囲して基部に対して起立したフードと、を含んで一部材から構成され、区画壁および屈曲部は、フードに設けられていることが好ましい。
また、本発明の赤外線温度センサにおいて、区画壁は、センサケースにおいて片持ち支持されていることが好ましい。
本発明の赤外線温度センサにおいて、区画壁は、遮蔽部本体に取り付けられていることが好ましい。
本発明の赤外線温度センサにおいて、フードは、平面視で、赤外線温度センサにおいて電線が引き出される方向と直交する幅方向に長い矩形状に形成され、開口部および遮蔽部は、フードを平面視で略二等分するようにいずれも矩形状に形成されることが好ましい。
本発明の赤外線温度センサにおいて、導光域と遮光域とは、略対称の形態をなしていることが好ましい。
また、本発明は、検知対象物の温度を非接触で検知するセンサを製造する方法であって、検知対象物から放射される赤外線を導く導光域、および、赤外線が遮蔽されている遮光域が形成されたセンサケースを製作するステップと、導光域および遮光域に対向し、導光域を通って到達した赤外線を吸収して熱に変換するものであって、導光域に対応する領域に赤外線検知素子が配置されるとともに遮光域に対応する領域に温度補償素子が配置されるフィルムを用意するステップと、を備え、センサケースを製作するステップでは、金属材料からなる板材を用いたプレス加工により、導光域および遮光域を包囲するフードを基部から起立させるとともに、板材における導光域に対応する領域を打ち抜いてフードの内側に折り曲げることにより、導光域および遮光域を区画することを特徴とする。
本発明の赤外線温度センサの製造方法は、導光域および遮光域を区画する壁の姿勢を調整するステップをさらに備えることが好ましい。
本発明によれば、実施形態の欄で詳しく説明するように、センサケースがフードを備えているため、赤外線の放射源である検知対象物の周囲で対流等に起因する風が起きていたとしても、赤外線検知素子および温度補償素子への熱影響に及ぼす風の影響を抑えて安定した検知精度を得ることができる。
その上、フードに備わる遮蔽部を使用して、赤外線温度センサの出力の補正を行うことができる。
本発明の実施形態に係る赤外線温度センサを示し、(a)は表側から示す平面図、(b)は、裏側から示す平面図である。 図1(a)のII−II線断面図である。 図1に示す赤外線温度センサを製造する手順を示す図である。 (a)は、実施形態に係る赤外線温度センサおよび検知対象物(ローラ)を示す図である。(b)は、比較例に係る赤外線温度センサおよび検知対象物(ローラ)を示す図である。 無風状態におけるローラの検知温度の時間的変化を示すグラフである。 風の影響下におけるローラの検知温度の時間的変化を示すグラフである。 (a)は、実施形態に係る赤外線温度センサの温度検知素子と温度補償素子とからそれぞれ取得される温度S,Cと、温度S,Cの差分に基づく検知温度とを示すグラフである。(b)は、比較例に係る赤外線温度センサの温度検知素子と温度補償素子とからそれぞれ取得される温度S,Cと、温度S,Cに基づく検知温度とを示すグラフである。 (a)および(b)は、本発明の変形例に係る赤外線温度センサを示す断面図である。 (a)および(b)は、本発明の変形例に係る赤外線温度センサを示す断面図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
なお、赤外線温度センサ10において、電線固定域45からフィルム40の面内方向に沿って電線60が引き出される方向(図1(a)及び(b)の左右方向)を長手方向D1と定義し、フィルム40の面内方向において長手方向D1と直交する方向(図1(a)及び(b)の上下方向)を幅方向D2と定義する。また、フィルム40に対して垂直の方向(図2の上下方向)を垂直方向D3と定義する。
さらに、赤外線温度センサ10において、ローラ2等の赤外線放射源から赤外線が放射される側を表(おもて)側と定義し、その反対側を裏(うら)側と定義する。
本発明の実施の形態における赤外線温度センサ10は、例えば図4(a)に示されるように、コピー機やプリンタ等の画像形成装置に備えられるトナー定着器1の定着手段としてのローラ2の温度を非接触で検知するセンサである。トナー定着器1は、定着手段としてのローラ2と、加圧手段としての図示しないローラとを備えている。
次に、赤外線温度センサ10の構成について、図1(a)、(b)および図2を参照して説明する。
赤外線温度センサ10は、センサケース20と、センサケース20の裏側に対向するセンサカバー30と、センサケース20およびセンサカバー30の間に保持される熱変換フィルム40(以下、フィルム40)と、フィルム40に配置される赤外線検知素子41および温度補償素子42と、フィルム40の電線固定域45(図1(b))に固定される複数の電線60とを備えている。
〔センサケース〕
センサケース20(図1(a)および図2)は、検知対象物としてのローラ2から放射(輻射)される赤外線をフィルム40へと導く導光域201(図2)と、導光域201に隣接し、周囲に対して閉じられて赤外線が遮蔽されている遮光域202(図2)とを形成する。
センサケース20は、ケース基部21と、ケース基部21から垂直方向D3の上方向に起立したフード22とを備えている。
ケース基部21は、平坦な板状に形成されており、その外形は、略矩形状に形成されている。そして、ケース基部21の一方側の領域21aの下面側が、後述する電線固定域45と対向しており、この一方側の領域21aがフィルム40の電線固定域45の上面側を覆っている。
センサケース20は、金属材料から構成されることが好ましい。高い熱伝導率により全体に亘り均熱化を図り、かつ、導光域201を区画する壁面による赤外線の再輻射や反射によりフィルム40に吸収される赤外線エネルギーを増加させて、高いセンサ出力を得るためである。この金属材料は、例えば、アルミニウム合金や銅合金のように、熱伝導率が十分に高いことが好ましい。
加えて、製造コストの削減および小型化の観点より、センサケース20は、金属材料からなる所定の厚みの板材を用いて形成されることが好ましい。金属材料からなる板材からプレス、打ち抜き、折り曲げ等の機械加工によりセンサケース20を製作すれば、センサケース20全体に対応する金型が必要な鋳造(ダイカストを含む)と比べて製造コストを抑えつつ、高い寸法精度も実現しながら、肉厚を抑えて小型化を図ることができるからである。
本実施形態では、例えばアルミニウム合金等の金属材料からなる板材に機械加工を施すことにより、フード22を含めてセンサケース20を一体成形する。フード22は、金属材料からなる板材を用いて、深絞り等のプレス加工を行い、絞りにより突出した部分の先端部に打ち抜きおよび折り曲げを施すことによって形成することができる。
なお、センサケース20は、樹脂材料から射出成形により形成することもできる。その場合も、熱伝導率が高い樹脂材料を用いることが好ましい。例えば、PPS(ポリフェニレンスルフィド)、PP(ポリプロピレン)等の樹脂材料をセンサケース20に用いることができる。射出成形により、高い寸法精度を実現することができる。
上述したセンサケース20に使用可能な金属材料および樹脂材料は、センサカバー30の材料としても使用することができる。
フード22は、図2に示すように、導光域201および遮光域202を包囲している。フード22はケース基部21の裏側に開口している。
このフード22は、後述するように、ローラ2の温度上昇により生じる風が赤外線温度センサ10による検知温度に影響を与えるのを防止するためのものである。
フード22の先端に位置する頂部220の一部には、導光域201に赤外線を入射させるための開口部201Aが形成されている。フード22は、開口部201Aと、頂部220において開口部201Aに隣接する遮蔽部23と、導光域201および遮光域202を包囲する側壁24とを有している。
遮蔽部23は、開口部201Aおよび導光域201を区画しつつフード22の内側に向けて突出し、赤外線を遮光域202に対して遮蔽する。
本実施形態の遮蔽部23は、開口部201Aを区画すると共に赤外線を遮光域202に対して遮蔽する遮蔽部本体230と、開口部201Aおよび遮蔽部本体230の境界部Bからフード22の内側に向けて突出し、導光域201および遮光域202を区分する区画壁25とを有している。
そして、このフード22は、全体としてケース基部21から略直方体状に起立しており、平面視で幅方向D2に長い矩形状に形成されている。フード22の平坦な頂部220は、ケース基部21から所定の高さ位置に、ケース基部21と平行に配置される。
開口部201Aおよび遮蔽部本体230は、フード22を平面視で幅方向D2において略二等分するようにいずれも矩形状に形成される。
赤外線の入射量を十分に確保するため、側壁24において少なくとも導光域201を区画する部分をケース基部21に対して略垂直に立ち上げ、側壁24の上端縁の内側に位置する頂部220に、遮蔽部本体230を残しつつ長手方向D1および幅方向D2の両方においてほぼ最大の面積で開口部201Aを形成することが好ましい。
図2に示すように、フード22の内側の略直方体状の空間は、区画壁25により導光域201と遮光域202とに区分されている。
導光域201は、区画壁25、側壁24、およびフィルム40により囲まれ、開口部201Aへと開放された空間に相当する。
遮光域202は、遮蔽部23、側壁24、およびフィルム40により囲まれた空間に相当する。
導光域201と遮光域202とは、略対称の形態をなしている。ここで、略対称の形態とは、導光域201をフィルム40上に投影した平面形状(矩形)と、遮光域202をフィルム40上に投影した平面形状(矩形)とが略合同であり、かつ、フィルム40から開口部201Aまでの導光域201の高さと、フィルム40から遮蔽部本体230までの遮光域202の高さとが同等であることを言うものとする。「略合同」は、導光域201の平面形状と遮光域202の平面形状とが相似であってこれらの平面形状の大きさが少し異なる場合も該当する。
本実施形態では、導光域201と遮光域202とが幅方向D2に隣接している。但し、他の実施形態として、導光域201と遮光域202とが長手方向D1に隣接していてもよい。
区画壁25は、開口部201Aおよび遮蔽部本体230の境界部Bから、遮蔽部本体230に片持ち支持された状態でフード22の内側に向けて突出し、導光域201および遮光域202を区分している。
本実施形態の区画壁25は、遮蔽部本体230の端縁231で折り曲げられた折り曲げ片である。図2に示す端縁231は、後述するように区画壁25を傾斜自在としている屈曲部に相当する。センサケース20を製作する過程においてフード22の頂部220の一部を打ち抜き、フード22の内側に向けて折り曲げることで、区画壁25および遮蔽部本体230が形成されるとともに、頂部220に開口部201Aが形成される。この区画壁25は、遮蔽部本体230と一体的に形成され、境界部Bから遮蔽部本体230に対して所定の傾きで折り曲げられている。
区画壁25は、境界部Bである遮蔽部本体230の端縁231からフィルム40の表面の近傍まで、フィルム40と略直交する方向に延びている。区画壁25の端縁25Aとフィルム40の表面との間にはクリアランス251が設定されている。本実施形態では、赤外線温度センサ10を幅方向D2において略二等分する中心線C1(図1(a))上に、開口部201Aと遮蔽部本体230との境界部Bが位置している。
ローラ2から放射された赤外線は、区画壁25および側壁24により囲まれた導光域201のみを通ってフィルム40に直接的に放射される。導光域201を直進した赤外線は、区画壁25の端縁25Aをフィルム40に沿って超えないので、遮光域202には赤外線が漏れない。
区画壁25を図2に二点鎖線で示すように方向D3に対して傾斜させることで、後述するように、赤外線温度センサ10の出力を補正(校正)することができる。
フード22のケース基部21からの高さH1と、開口部201Aの幅方向D2の寸法W1とは同等である。そのため、フード22に用いる金属板材の開口部201Aに対応する部分が折り曲げられてなる折り曲げ片として、フード22の内部空間を導光域201と遮光域202とに区分しつつ、フィルム40の表面に干渉しない適切な寸法の区画壁25を得ることができる。絞りにより突出した先端部の加工時には、開口部201Aの三辺に沿って打ち抜きつつ残りの一辺(境界部B)に沿って折り曲げる。フード22の高さH1と開口部201Aの寸法W1との関係を適切に設定することで、区画壁25の端縁25Aとフィルム40の表面との間にクリアランス251が与えられる。区画壁25の端部を切除する必要がないので、切り屑が出ない。
なお、高さH1は、検知対象物であるローラ2から赤外線温度センサ10までの距離等に応じて決定することができる。
〔熱変換フィルム〕
フィルム40(図2)は、赤外線が照射されると、赤外線が有するエネルギーを熱に変換する。フィルム40により変換された熱は、赤外線検知素子41および温度補償素子42に伝達される。
フィルム40は、赤外線検知素子41および温度補償素子42を支持する。本実施形態では、フィルム40の裏側に赤外線検知素子41および温度補償素子42が配置されている。これらの赤外線検知素子41および温度補償素子42は、フィルム40に形成された図示しない配線パターンに電気的に接続されている。配線パターンの端部は、フィルム40の電線固定域45(図1(b))において、電線60に電気的に接続されている。この電線60は、モールド樹脂等を用いてフィルム40の電線固定域45に固定されている。そして、この電線60は、電線固定域45から長手方向D1の一方側に沿って引き出されている。電線固定域45の長手方向D1の他方側には、センサケース20のフード22が隣接している。
フィルム40は、センサケース20およびセンサカバー30の外形にほぼ一致する形状に形成されている。フィルム40は、赤外線検知素子41および温度補償素子42を支持することに加え、赤外線検知素子41および温度補償素子42への熱影響(赤外線の直接輻射によるものを除く)を同等にするため、赤外線が入射しない遮光域202も含め、導光域201および遮光域202の両方に対向するように配置されている。
フィルム40の周縁部は、四辺に亘り、センサケース20とセンサカバー30との間に保持される。このフィルム40により、フード22の基端側の開口22A(図2)が塞がれる。
フィルム40は、高分子材料からなる樹脂を用いて形成される。赤外線を吸収する材料であれば樹脂の種類は問わず、PPS(ポリフェニレンスルフィド)、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレン等の公知の樹脂材料を用いることができる。また、赤外線を吸収する材料であれば、樹脂以外の材料を用いることもできる。
フィルム40の厚みは任意であるが、赤外線吸収率を十分に確保し、センサケース20とセンサカバー30との間にフィルム40が挟まれる際にしわが出来るのを防止する観点より、フィルム40の厚みを5〜50μm程度に定めることが好ましい。
〔赤外線検知素子および温度補償素子〕
赤外線検知素子41は、検知対象物であるローラ2の表面から放射された赤外線がフィルム40に吸収されて生ずる熱により上昇した温度を検知し、温度補償素子42は雰囲気温度を検知する。これら赤外線検知素子41および温度補償素子42は、略等しい温度特性を有する。
赤外線検知素子41は、導光域201に対応するフィルム40の部分に配置される。
温度補償素子42は、遮光域202に対応するフィルム40の部分に配置される。
赤外線検知素子41および温度補償素子42としては、小型の例えば薄膜サーミスタ、白金温度センサ等の温度係数を持つ抵抗体を広く使用できるのであって、特定の材質、形態に限定されない。
ローラ2から赤外線温度センサ10に向けて放射された赤外線は、開口部201Aから導光域201を通りフィルム40に照射されるばかりでなく、フード22の遮蔽部23、側壁24、およびケース基部21にも照射される。また、センサケース20の各要素はローラ2の発熱等により発生する対流による熱の影響も受ける。センサカバー30も、ローラ2の周囲の対流等により熱の影響を受ける。
赤外線検知素子41は、ローラ2から放射される赤外線に加えて雰囲気温度(センサケース20、センサカバー30を含む)による熱影響下で温度を検知し、温度補償素子42は、雰囲気温度による熱影響下で温度を検知するので、各素子41,42への熱影響としては、概念的に、下記のようになるのが理想的である。
赤外線検知素子−温度補償素子=
(「直接輻射」+「熱伝導」+「対流」+「再輻射」)−(「熱伝導」+「対流」+「再輻射」)
ここで、検知対象物からの熱影響のうち、赤外線検知素子41と温度補償素子42へのそれぞれの影響の差は、赤外線の「直接輻射」のみとなる。このため、本発明の実施の形態における赤外線温度センサ10は、赤外線検知素子41による検知温度と温度補償素子42による検知温度との差に基づいて、検知対象物の表面の温度を正確に検知できる。但し、赤外線検知素子41に関する「熱伝導」+「対流」+「再輻射」による熱影響と、温度補償素子42に関する「熱伝導」+「対流」+「再輻射」による熱影響とが同じであることが前提となる。
したがって、赤外線検知素子41と温度補償素子42とのそれぞれへの熱伝導、対流および再輻射による熱影響を同じにすることが望まれる。
本実施形態では、後述するように、素子41,42の位置の対称性および導光域201および遮光域202の形態の対称性により、ローラ2からの赤外線の直接輻射を除けば、赤外線検知素子41および温度補償素子42が受ける熱影響を略同等にしている。
〔センサカバー〕
センサカバー30は、図1(b)および図2に示すように、平坦な板状のカバー基部31と、カバー基部31から赤外線温度センサ10の裏側へと突出し、内側に赤外線検知素子41および温度補償素子42を収容する中空部34を有する素子収容ドーム32とを備えている。
本実施形態のセンサカバー30は、例えば、熱伝導率が高い樹脂材料を用いて、射出成形により形成されている。但し、金属材料からなる板材を用いて、プレス加工によりセンサカバー30を形成しても良い。
図1(b)に示すように、カバー基部31の外形は、矩形状に形成されている。
カバー基部31には、電線固定域45を露出させる切欠き33が形成されている。切欠き33は、カバー基部31の後端31Aから前方の所定範囲を略U字状に打ち抜くことで形成される。
カバー基部31とケース基部21とは、フィルム40を介在させて重ね合わせられる。ケース基部21に備えられた接合片211がカバー基部31の裏側に折り曲げられてカシメられることにより、センサケース20とセンサカバー30とが組み付けられている。
なお、本実施形態に限らず、センサケース20とセンサカバー30とは適宜な方法で接合することができる。
センサケース20とセンサカバー30とが組み付けられると、フィルム40は、開口部201Aを除いては外部に対して閉じられた空間に配置される。そのフィルム40の裏側に位置する赤外線検知素子41および温度補償素子42は、フィルム40とセンサカバー30とにより、開口部の無い閉じられた空間に配置されるため、外部からの異物の侵入により素子41,42の特性等に影響が及ぶのを避けることができる。なお、素子収容ドーム32の中空部34は、異物の侵入を防げる程度の密閉性を有していることが望ましい。
素子収容ドーム32の外殻は、四角錐台状に形成されている。素子収容ドーム32は、カバー基部31から傾斜して立ち上る側壁321と、側壁321の先端に配置される底床322と、中空部34とを備えている。
素子収容ドーム32は、導光域201および遮光域202を投影した領域を含む範囲に亘りセンサカバー30に形成されている。
素子収容ドーム32の中空部34に配置される赤外線検知素子41および温度補償素子42は、素子収容ドーム32の底床322から所定距離だけ離間するように配置されている。素子収容ドーム32の中空部34の空気は、断熱層の役割を果たし、赤外線検知素子41および温度補償素子42への外部、特に赤外線温度センサ10の後方からの熱影響を最小限に抑える。但し、本発明は赤外線検知素子41および温度補償素子42がセンサカバー30と直接接触する形態を排除するものではない。
切欠き33の内側を引き出される電線60をカバー基部31の板厚の範囲に納めるため、センサカバー30の厚みは電線60の太さ(外径)以上に設定されることが好ましい。センサケース20は、必要な剛性を備える限りにおいて、センサカバー30よりも薄い板厚に形成することができる。
本実施形態とは異なり、センサケース20に切欠きを形成することもできる。その場合は、センサケース20に電線60の外径以上の板厚を与え、センサカバー30の板厚をセンサケース20の板厚よりも薄く設定することができる。
本実施形態では、上述したように、電線固定域45から長手方向D1の一方側に向けて電線60が引き出され、電線固定域45の長手方向D1の他方側に隣接してフード22が配置されている。そして、フード22により形成される導光域201と遮光域202とが幅方向D2に隣接している。本実施形態によれば、必要な構成要素が納まり良く配置されているため、赤外線温度センサ10の小型化に寄与することができる。
〔形態および位置の対称性〕
赤外線を放射する検知対象物の温度を正確に検知するため、本実施形態は、素子41,42と、素子41,42の周囲の空間に関して対称に構成されている。
まず、上述したように、導光域201と遮光域202とが略対称の形態をなしている。
次に、赤外線検知素子41と温度補償素子42とが、略対称に配置されている。具体的には、導光域201と遮光域202との境界部にも相当する開口部201Aと遮蔽部本体230との境界部Bを対称の軸(図1(a)の中心線C1上にある)として、赤外線検知素子41と温度補償素子42とが線対称の位置に配置されている。線対称の配置の例としては、本実施形態の如く、平面視で、赤外線検知素子41が導光域201の中央に配置され、温度補償素子42が遮光域202の中央に配置された構成の他、赤外線検知素子41と温度補償素子42とが、本実施形態における位置(導光域201の中央あるいは遮光域202の中央)から境界部Bに近付くまたは離れた構成が挙げられる。さらに、他の例としては、赤外線検知素子41と温度補償素子42との双方が、本実施形態における位置(中央)から長手方向D1のいずれか一方の同じ向きに変位した構成が挙げられる。
以上に加えて、素子収容ドーム32も、境界部Bに対して線対称の形態に形成されることが好ましい。
本実施形態においては、センサケース20およびセンサカバー30を熱伝導率の高い金属材料あるいは樹脂材料から形成することにより、赤外線温度センサ10の均熱化が図られる。それに加えて、赤外線検知素子41に対応する導光域201と温度補償素子42に対応する遮光域202とが略対称の形態をなし、かつ、赤外線検知素子41と温度補償素子42とが略対称に配置されていることにより、ローラ2からの「熱伝導」+「対流」+「再輻射」を赤外線温度センサ10全体として均一に受け、温度を検知する赤外線検知素子41および温度補償素子42に同等に熱影響を与えることができる。
本実施形態のように、赤外線検知素子41と温度補償素子42とが略対称の形態をなし、かつ、赤外線検知素子41と温度補償素子42とが対称に配置されていると、ローラ2からの「熱伝導」+「対流」+「再輻射」を赤外線検知素子41と温度補償素子42のいずれも同等に受けることができる。
そのため、赤外線検知素子41と温度補償素子42への熱影響の差は、赤外線の「直接輻射」のみとなり、赤外線を放射(輻射)するローラ2の表面の温度を正確に検知できる。つまり、ローラ2の温度が上昇して赤外線の放射量が増えると、赤外線検知素子41および温度補償素子42の抵抗値が変化し、「直接輻射」の影響が、素子41,42の抵抗値の変化の差として出力される。
〔赤外線温度センサの製造〕
赤外線温度センサ10は、例えば図3に示す手順により製造することができる。
センサケース20、センサカバー30、フィルム40、赤外線検知素子41、温度補償素子42、および電線60は、それぞれ用意される(ステップS1〜S5)。なお、これらをそれぞれ用意する各ステップの順序は問わない。
金属製のセンサケース20は、金属材料からなる板材を用いて、深絞り(S11)、打ち抜きおよび折り曲げ(S12)によってフード22を形成し、ケース基部21を所定の外形に打ち抜く(S13)ことで製作することができる(ステップS1)。
センサカバー30は、樹脂製である場合は、射出成形により製作することができる(ステップS2)。
それぞれに製作されたセンサケース20およびセンサカバー30の間に、素子41,42が実装されたフィルム40を挟み込み、カシメ等の適宜な手段によりセンサケース20とセンサカバー30とを組み付ける(ステップS6)。
センサケース20とセンサカバー30とが組み付けられると、カバー基部31の切欠き33に露出し、ケース基部21により支持された電線固定域45に、例えばエポキシ樹脂等のモールド用の樹脂を用いて電線60を固定することができる(ステップS7)。
以上の手順を経て、赤外線温度センサ10の組立てが完了する(ステップS8)。赤外線温度センサ10において特徴的な要素であるフード22と、フード22に備わる区画壁25とが形成されたセンサケース20は、入手が容易な金属板材を用いて、プレス、打ち抜き、折り曲げを施すことで、安価にかつ小型に製造することができる。
しかも、折り曲げによりフード22に形成された区画壁25の突出方向や姿勢を調整することで、赤外線温度センサ10の出力の補正を行うことができる(ステップS9)。
以上により、赤外線温度センサ10が製造される。
電線60には、図示しない温度検知用の回路を接続することができる。例えば、特許文献1に記載されている公知の温度検知回路を採用可能である。そうした温度検知回路を用いて、公知の手法により、検知対象物の温度を検知することができる。
本実施形態では、電線固定域45が赤外線温度センサ10の裏側に位置するため、熱源のローラ2から赤外線温度センサ10の表側に向けて放射される赤外線が電線固定域45に直接的には照射されない。したがって、電線固定域45に設けられたモールド樹脂の溶融や飛散を避けることができる。
〔フードによる作用効果〕
以下、赤外線温度センサ10がフード22を備えていることによる作用効果について説明する。
赤外線温度センサ10は、図4(a)に示すように、フード22の先端に位置する開口部201Aをローラ2の表面に向けて、ローラ2から離して設置される。このとき、熱源であるローラ2に対して赤外線検知素子41と温度補償素子42の温度勾配が同じになるように、図4(a)に示すように、赤外線検知素子41と温度補償素子42とを結ぶ幅方向D2が、ローラ2の軸線Cと平行になるように赤外線温度センサ10が配置される。
なお、幅方向D2が軸線Cと厳密に平行である必要はなく、若干のずれは許容される。ローラ2の表面から赤外線検知素子41までの距離と、ローラ2の表面から温度補償素子42までの距離とが一致する、あるいはほぼ一致することが好ましい。
ローラ2から赤外線温度センサ10に向けて放射された赤外線は、開口部201Aから導光域201を導かれてフィルム40に到達し、フィルム40により吸収される。フィルム40に吸収されることで赤外線エネルギーは熱エネルギーに変換されて赤外線検知素子41に伝達される。
ここで、フィルム40に吸収される赤外線は、上記のように導光域201を通過してフィルム40に直接輻射される成分の他に、ローラ2から赤外線が輻射されることで温度が上昇したフード22の側壁24等により再輻射された成分も含む。
上述したように、直接輻射および再輻射がフィルム40上の素子41,42に熱影響を与える以外に、ローラ2からの空気を介した熱伝導、およびローラ2の周囲で発生した対流も、フィルム40上の素子41,42に熱影響を与える。
図4(b)は、本実施形態に対する比較例に係る赤外線温度センサ7を示す。
赤外線温度センサ7は、本実施形態の赤外線温度センサ10とは異なり、フード22が形成されていないセンサケース70を備えている。センサケース70の平坦な基部71には、基部71を板厚方向に貫通する孔(図示しない)が形成されている。その孔の内壁に囲まれた空間が、本実施形態で言う導光域に相当し、基部71の表面に位置するその孔の開口が、本実施形態で言う開口部に相当する。センサケース70には、基部71から基部71の板厚とほぼ同等の寸法で突出した遮光ドーム72が形成されている。遮光ドーム72の外殻は四角錐台状に形成されている。この遮光ドーム72の内部空間が、本実施形態で言う遮光域に相当する。
赤外線温度センサ7は、センサケース70の形態を除き、本実施形態の赤外線温度センサ10と同様に構成されている。外形の寸法や、素子41,42の特性も同様である。
比較例の赤外線温度センサ7も、フィルム40上の赤外線検知素子41および温度補償素子42を結ぶ方向である幅方向D2がローラ2の軸線Cと平行になるように設置される。
以下、ローラ2の周囲における風の影響に関し、本実施形態の赤外線温度センサ10および比較例の赤外線温度センサ7によりそれぞれ検知された検知結果を示す。
図5〜図7に示す検知結果に関し、フィルム40上の赤外線検知素子41および温度補償素子42からローラ2の表面までの距離L(図3)は、本実施形態および比較例のいずれにおいても同一に設定されている。
図5は、ローラ2の周囲に殆ど風が起きていない無風状態における本実施形態と比較例とのそれぞれの検知結果を示す。無風状態とするため、赤外線温度センサ10,7を含め、ローラ2の周囲を図示しない風除けの囲いにより覆っている。
図5には、赤外線検知素子41により取得される温度と温度補償素子42により取得される温度との差分に基づいて、本実施形態の赤外線温度センサ10により検知されたローラ2の温度を実線で示している。同様に、赤外線検知素子41により取得された温度と温度補償素子42により取得された温度との差分に基づいて、比較例の赤外線温度センサ7により検知されたローラ2の温度を破線で示している。
実線および破線の意味は、図6、および図7(a)、(b)でも同様である。
図5においては、本実施形態の赤外線温度センサ10により、殆ど時間的に変化していないほぼ一定の温度がローラ2の温度として検知されている。それに対して、比較例の赤外線温度センサ7により検知されたローラ2の温度は、本実施形態によるローラ2の検知温度と比べると明らかに変動している。このように変動するのは、無風状態といえども、ローラ2の周囲の対流により、素子41,42に接触する空気が流動し、空気流動が検知温度に影響を与えたためと考えられる。開口部201Aにより外部に対して開放されている導光域201に存在する空気には、遮光域202に存在する空気よりも流動が起こり易い。そのため、接触する空気の流動は、特に、導光域201に対応する赤外線検知素子41により取得される温度に影響を与え易い。
本実施形態によれば、比較例にはないフード22を備えているため、ローラ2の周囲で対流が発生していても、比較例と比べると素子41,42に接触する空気の流動が起こり難い。そのため、ローラ2からの赤外線の放射量が一定であれば、本実施形態の赤外線温度センサ10は一定の検知温度を出力する。熱源であるローラ2の表面の温度が変化すれば、ローラ2の表面温度に赤外線温度センサ10による検知温度が追従して変化する。
次に、ローラ2の周囲に風を発生させて、本実施形態および比較例のそれぞれによる検知温度に風が与える影響を確認する。ここでは、ローラ2の横に置いた図示しない送風機から、ローラ2に向けて、軸線Cに沿った方向に風を送る。風速は、例えば、0.5m/秒である。送風機からの空気は、ローラ2の表面に沿って軸線Cの方向に流れる。
図6に、送風機により送風している時間をONで示す。ONの時間の前後では、送風をOFFにしている。
図6に示すように、風により、比較例によるローラ2の検知温度(破線)は顕著に変動する。比較例では、風を遮るフード22がないため、基部71の表面に開口した導光域に風が入り、導光域と連通する遮光域(遮光ドーム72の内側)にも風が入る。そのため、素子41,42により得られる温度に風の影響が強く及ぶ。
本実施形態によるローラ2の検知温度(実線)も、送風がONの間、送風がOFFの時の検知温度と比べると変動している。但し、フード22により導光域201および遮光域202が包囲されているため、赤外線温度センサ10に側方から吹き付けられる風がフード22により遮蔽されるので、導光域201および遮光域202にそれぞれ対応する素子41,42により得られる温度に風が及ぼす影響が比較例と比べると明らかに小さい。
次に、赤外線検知素子41および温度補償素子42から個別に得られる温度の波形を示し、ローラ2の検知温度に風が及ぼす影響について検証する。
図7(b)に、比較例の赤外線温度センサ7に備わる赤外線検知素子41により検知された温度をSで示し、比較例の赤外線温度センサ7に備わる温度補償素子42により検知された温度をCで示す。
この図7(b)からわかるように、赤外線検知素子41により取得される温度(S)と、温度補償素子42により取得される温度(C)とは、波形が相違する。赤外線検知素子41により取得される温度(S)は、温度補償素子42により取得される温度(C)と比べてリップルが大きい。これは、ローラ2の周囲で起きている風が導光域に入るので、赤外線検知素子41に接触する空気の流動が大きいことを示している。つまり、比較例では、風により、赤外線検知素子41による熱の検知への影響が直接的に及ぶ。そうすると、温度(S)と温度(C)との差分が大きく変動することとなり、ローラ2の検知温度が顕著に変動する。
一方、図7(a)に示す本実施形態では、赤外線検知素子41により取得される温度(S)と、温度補償素子42により取得される温度(C)との波形が類似しており、かつ両者とも変動が少ない。温度(S)の時間変化と、温度(C)の時間変化とは、変化の勾配を図7(a)に破線の矢印で示すように、同様の傾向を示す。これらの温度(S)および温度(C)の変化の傾向は、赤外線温度センサ10による検知温度の変化の傾向と同様である。
本実施形態の赤外線温度センサ10は、フード22を備えているため、風が吹き付けたとしても、そのことが検知温度に直接的に影響しない。ローラ2の周囲に風が起きている間は、対流の影響により検知温度が変動するにしても、その変動幅は少なく(例えば±0.5℃程度)、検知温度が安定している。
したがって、本実施形態の赤外線温度センサ10によれば、風による外乱に強く、検知対象物であるローラ2の温度を正確に検知することができる。そのため、ローラ2の温度を制御する用途にも赤外線温度センサ10を提供することができる。
本発明において、上述のように導光域201および遮光域202が対称の形態をなすとともに、素子41,42が対称に配置されていることは、必須ではないものの、ローラ2からの赤外線の直接輻射に基づく素子41,42の取得温度の差分をより正確に得て、より正確な温度検知に繋げるために好ましい構成である。
つまり、本実施形態によれば、風を遮るフード22が備えられていることに加えて、導光域201および遮光域202が対称の形態をなすとともに、素子41,42が対称に配置されることにより、検知対象物の温度をより一層正確に検知することができる。
〔遮蔽部による作用効果〕
上述のように検知温度への風による影響を抑えることが可能なフード22には、区画壁25を有する遮蔽部23が備えられている。この遮蔽部23の区画壁25の姿勢を図2に二点鎖線で示すように変更することができる。このようにして、フード22の内側に向けた区画壁25の突出方向が調整されることで、個々の赤外線温度センサ10の出力を補正(校正)することができる。
例えば、区画壁25が遮蔽部23の遮蔽部本体230に対してなす折り曲げ角度θを大きくするように、フィルム40と垂直な方向D3に対して区画壁25を傾斜させると、垂直方向D3に沿って導光域201へと入射した赤外線IRの一部が区画壁25により遮られる。そのため、フィルム40へと到達する赤外線のエネルギーが減少し、フィルム40の赤外線吸収により生ずる熱エネルギーも減少するので、赤外線温度センサ10の出力が減少する。
上記とは逆に、折り曲げ角度θを小さくするように、垂直方向D3に対して区画壁25を傾斜させると、垂直方向D3に沿って導光域201に入射して直進する赤外線が、開口部201Aの位置からフィルム40の位置までに亘り、区画壁25により遮られない。そのため、フィルム40へと到達する赤外線のエネルギーを増やして、赤外線温度センサ10の出力を増加させることができる。
本実施形態によれば、フード22に備わる区画壁25を使用し、所定の基準出力に合わせる補正を行うことにより、出力のばらつきを抑えて赤外線温度センサ10の品質を安定させることができる。区画壁25が折り曲げにより形成されていることで、区画壁25の姿勢を容易に調整することができる。
赤外線温度センサ10の出力を補正するため、例えば、開口部201Aの周縁部の一部、または、側壁24や区画壁25の導光域201に臨む一部を切削等により除去してもよい。あるいは、開口部201Aの周縁部の一部、または、側壁24や区画壁25の導光域201に臨む一部に、接着剤等を肉盛り状に付着して固化させることによっても、赤外線温度センサ10の出力の補正が可能である。
上述した区画壁25の突出方向の調整は、センサケース20が樹脂材料から構成されている場合にも適用可能である。例えば、遮蔽部本体230に対して垂直の角度となるように成形された区画壁25に熱を加えることで、フード22の内側に向けた区画壁25の突出方向を調整することが可能である。
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
本発明の赤外線温度センサは、検知対象物、例えばローラ2の温度が過度に上昇したときにトナー定着器1の運転を緊急停止させるための所謂ハイカット用のセンサとして用いることもできる。
上記実施形態のフード22が、遮蔽部本体230に連なる区画壁25を含んで一体に成形されているのに対し、本発明の変形例に係る図8(a)に示すフード26は、フード本体260と、フード本体260とは別体の区画壁261とから構成されている。
フード本体260は、導光域201および遮光域202を包囲する側壁24と、遮蔽部本体230と、開口部201Aとを有している。
区画壁261は、フード本体260の遮蔽部本体230の端縁231(境界部B)の近傍に、接着剤等を用いて取り付けられている。区画壁261は、金属材料または樹脂材料から平坦な板状に形成することができる。
この区画壁261も、上記実施形態の区画壁25(図2)と同様、遮蔽部本体230に片持ち支持された状態で境界部Bからフード本体260の内側に向けて突出し、導光域201および遮光域202を区分している。
図8(a)に示す区画壁261も、例えば、区画壁261を垂直方向D3に対して少し傾斜した方向に向けて遮蔽部本体230に接着することにより、フード本体260の内側に向けた突出方向を調整することができる。また、必要に応じて、区画壁261の上端面が板厚方向に対して傾斜するように区画壁261の上端部を例えば切削することにより、遮蔽部本体230の端縁231の近傍に突き当てられたときに区画壁261が遮蔽部本体230に対してなす角度θを調整することができる。
図8(b)に示す例のように、フード本体260とは別体の区画壁262が、断面L字状に形成されていて、遮蔽部本体230に片持ち支持されていてもよい。区画壁262は、遮蔽部本体230の上面側に接着剤等により取り付けられた取付部262Aと、取付部262Aに対して折り曲げられてフード本体260の内側に向けて突出した突出部262Bとを有している。この突出部262Bの垂直方向D3に対する折り曲げ角度θを調整することが可能である。
上述した実施形態および変形例において、センサケース20のフード22は、遮蔽部本体230に対して突出した区画壁25を有する遮蔽部23を備えており、その区画壁25は、開口部201Aおよび遮蔽部本体230の境界部Bから、フード22の内側に向けて突出している。つまり、境界部Bにより、遮蔽部本体230と区画壁25とを明確に区別可能であるが、そうした形態以外に、本発明は、図9(a)および(b)に示すような形態をも包含する。
図9(a)および(b)に示すように、遮蔽部23は、必ずしも、遮蔽部本体230と、区画壁25とに明確に区別されている必要はない。上述の実施形態(図2)では、開口部201Aと遮蔽部本体230との境界部Bが、遮蔽部本体230と区画壁25との境界部でもあって、遮蔽部本体230と、境界部Bから突出する区画壁25とに区別可能であるが、図9(a)に示す例では、遮蔽部本体230と区画壁25とが、湾曲した部分Rにより繋がっており、開口部201Aと遮蔽部本体230との境界部の位置や、区画壁25の基端が必ずしも明確でない。図9(b)に示す例では、最早、遮蔽部23に、遮蔽部本体230と区画壁25とを想定できず、側壁24の上端に支持されている基端部232から、熱変換フィルム40に近接した先端部233(自由端)までの全体に亘り、遮蔽部23が延びている。
図9(a)および(b)のいずれにおいても、遮蔽部23が、全体として、開口部201Aおよび導光域201を区画しつつフード22の内側に向けて突出し、赤外線を遮光域に対して遮蔽している。
図9(a)や(b)に示す例においても、フード22の内側に向けた遮蔽部23全体の突出方向を調整することにより、図2の区画壁25の突出方向を調整する場合とほぼ同様に、赤外線温度センサ10の出力を補正することができる。
ここで、遮蔽部23の「突出方向を調整する」ことには、図9(a)の遮蔽部本体230に対する区画壁25の姿勢を調整したり、図9(b)の側壁24に対する遮蔽部23の傾斜角度を調整したりすることの他、図9(a)に示すように湾曲した区画壁25の曲率を調整すること等も含まれるものとする。
上記実施形態では、赤外線が照射されるフィルム40の裏側に赤外線検知素子41および温度補償素子42が配置されているが、本発明において、フィルム40の表側に赤外線検知素子41および温度補償素子42が配置されることも許容される。
赤外線検知素子41と温度補償素子42とが、導光域201と遮光域202との境界部Bに対して厳密に線対称である必要はない。所望の検知精度を実現できる限りにおいて、境界部Bに対して線対称をなす位置から赤外線検知素子41と温度補償素子42が少しずれている構成をも本発明は包含する。
そして、導光域201と遮光域202とが、厳密に対称の形態である必要もない。所望の検知精度を実現できる限りにおいて、導光域201と遮光域202の形状や寸法が少し異なる構成をも本発明は包含する。
1 トナー定着器
2 ローラ(検知対象物)
10 赤外線温度センサ
20 センサケース
21 ケース基部
22 フード
22A 開口
23 遮蔽部
24 側壁
25 区画壁
25A 端縁
30 センサカバー
31 カバー基部
31A 後端
32 素子収容ドーム
33 切欠き
34 中空部
40 熱変換フィルム
41 赤外線検知素子
42 温度補償素子
45 電線固定域
60 電線
70 センサケース
71 基部
72 遮光ドーム
201 導光域
201A 開口部
202 遮光域
211 接合片
220 頂部
230 遮蔽部本体
231 端縁
251 クリアランス
321 側壁
322 底床
B 境界部
C 軸線
C1 中心線
D1 長手方向
D2 幅方向
D3 垂直方向
IR 赤外線
L 距離
H1 高さ
W1 寸法
θ 折り曲げ角度

Claims (6)

  1. 検知対象物の温度を非接触で検知するセンサであって、
    前記検知対象物から放射される赤外線を吸収して熱に変換するためのフィルムと、
    前記フィルムに配置される赤外線検知素子と、
    前記フィルムに前記赤外線検知素子から所定の間隔をおいて配置される温度補償素子と、
    前記フィルムの前記赤外線検知素子が配置された領域へ前記赤外線を導く導光域と、
    前記フィルムの前記温度補償素子が配置された領域を前記赤外線から遮る遮光域と、
    前記導光域および前記遮光域を形成するセンサケースと、を備え、
    前記センサケースは、
    前記フィルムとは交差する方向へ延在して前記導光域と前記遮光域とを区画し、前記導光域に入射した前記赤外線から前記遮光域を遮る区画壁と、
    前記フィルムとは直交する方向に対し前記区画壁を傾斜自在としている屈曲部と、を有する、
    ことを特徴とする赤外線温度センサ。
  2. 前記区画壁および前記屈曲部は、前記センサケースにおいて一体的に構成されている、
    請求項1に記載の赤外線温度センサ。
  3. 前記センサケースは、
    基部と、前記導光域および前記遮光域を包囲して前記基部に対して起立したフードと、を含んで一部材から構成され、
    前記区画壁および前記屈曲部は、前記フードに設けられている、
    請求項1または2に記載の赤外線温度センサ。
  4. 前記区画壁は、前記センサケースにおいて片持ち支持されている、
    請求項1から3のいずれか一項に記載の赤外線温度センサ。
  5. 検知対象物の温度を非接触で検知するセンサを製造する方法であって、
    前記検知対象物から放射される赤外線を導く導光域、および、前記赤外線が遮蔽されている遮光域が形成されたセンサケースを製作するステップと、
    前記導光域および前記遮光域に対向し、前記導光域を通って到達した赤外線を吸収して熱に変換するものであって、前記導光域に対応する領域に赤外線検知素子が配置されるとともに前記遮光域に対応する領域に温度補償素子が配置されるフィルムを用意するステップと、を備え、
    前記センサケースを製作するステップでは、
    金属材料からなる板材を用いたプレス加工により、前記導光域および前記遮光域を包囲するフードを基部から起立させるとともに、前記板材における前記導光域に対応する領域を打ち抜いて前記フードの内側に折り曲げることにより、前記導光域および前記遮光域を区画する、
    ことを特徴とする赤外線温度センサの製造方法。
  6. 前記導光域および前記遮光域を区画する壁の姿勢を調整するステップをさらに備える、
    請求項に記載の赤外線温度センサの製造方法。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002156284A (ja) * 2000-11-20 2002-05-31 Ishizuka Electronics Corp 赤外線温度センサ
JP2006118993A (ja) * 2004-10-21 2006-05-11 Tdk Corp 非接触温度センサ及びその出力調整方法
JP2012237571A (ja) * 2011-05-10 2012-12-06 Tdk Corp 非接触温度センサ
JP2014089108A (ja) * 2012-10-30 2014-05-15 Tdk Corp 非接触温度センサ
JP2015172537A (ja) * 2014-03-12 2015-10-01 Semitec株式会社 赤外線温度センサ、赤外線温度センサを用いた装置及び赤外線温度センサの製造方法
JP2016169978A (ja) * 2015-03-11 2016-09-23 三菱マテリアル株式会社 赤外線センサ

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS527329B2 (ja) 1973-01-16 1977-03-01
JP2003194630A (ja) * 2001-12-27 2003-07-09 Ishizuka Electronics Corp 非接触温度センサおよび非接触温度センサ用検出回路
JP2007086208A (ja) * 2005-09-20 2007-04-05 Sharp Corp 定着装置及び画像形成装置
JP4567806B1 (ja) * 2010-01-08 2010-10-20 立山科学工業株式会社 非接触温度センサ
WO2013014707A1 (ja) 2011-07-26 2013-01-31 株式会社芝浦電子 赤外線温度センサ、及び、それを用いた定着器
WO2013065091A1 (ja) * 2011-11-04 2013-05-10 株式会社芝浦電子 赤外線温度センサ、及び、それを用いた定着器
CN105452826B (zh) * 2013-08-09 2019-07-23 世美特株式会社 红外线温度传感器及利用红外线温度传感器的装置
JP5488751B1 (ja) * 2013-08-30 2014-05-14 富士ゼロックス株式会社 温度センサ、定着装置、および画像形成装置
JP6076549B1 (ja) * 2015-03-25 2017-02-08 Semitec株式会社 赤外線温度センサ、回路基板及び赤外線温度センサを用いた装置
JP6691681B2 (ja) * 2016-02-22 2020-05-13 三菱マテリアル株式会社 赤外線センサ装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002156284A (ja) * 2000-11-20 2002-05-31 Ishizuka Electronics Corp 赤外線温度センサ
JP2006118993A (ja) * 2004-10-21 2006-05-11 Tdk Corp 非接触温度センサ及びその出力調整方法
JP2012237571A (ja) * 2011-05-10 2012-12-06 Tdk Corp 非接触温度センサ
JP2014089108A (ja) * 2012-10-30 2014-05-15 Tdk Corp 非接触温度センサ
JP2015172537A (ja) * 2014-03-12 2015-10-01 Semitec株式会社 赤外線温度センサ、赤外線温度センサを用いた装置及び赤外線温度センサの製造方法
JP2016169978A (ja) * 2015-03-11 2016-09-23 三菱マテリアル株式会社 赤外線センサ

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