JPS60133329A

JPS60133329A - 非接触式温度検出装置

Info

Publication number: JPS60133329A
Application number: JP58240904A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Uehara; 康博上原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1983-12-22
Filing date: 1983-12-22
Publication date: 1985-07-16
Also published as: JPH0345778B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は非接触式温度検出制御装置（１関するもので、
例えば複写機の定着装置における加熱ロール等の被測定
物から放射される放射エネルギを検出するに際して、セ
ンサの冷接点温度を被測定物の温度（１応じて任意（二
制御して、温度検出能力の増大及び安定した温度検出を
可能にすることを特徴とする非接触式温度検出制御装置
（１関するものである。

〔従来技術〕

従来、複写機の定着装置として、加熱ロールと、加圧ロ
ールとで粉体トナー像をシートに加熱及び加圧定着させ
るロール型加熱定着装置が広く用いられている。また、
この種ロール型加熱定着装置の高温表面、特（二加熱ロ
ール表面の温度検知には、接触式センチと、非接触式セ
ンチのいずれかが用いられているが、後者すなわち非接
触式センサは、接触式に比べて、加熱ロールの摩耗、セ
ンサの摩耗、寿命の点で有利である。特に、熱電１７１
を小さくした加熱ロールを用いて所定の設定温度の立上
り時間を短くした場合には温度の変化速度が大きく、従
来の接触式センサではその応答が悪くすなわち時定数が
大きく加熱ロールの温度を一定に保つことが困難であっ
たが、非接触式温度センサ具体的（二言えば非接触赤外
線温度センサを用いることじより、センサの時定数を小
さくでき、所定の温度制御性能を得ることが可能となっ
た。

上記赤外線温度センサは大きく分けて熱電型センサと焦
電型センサの２種類があり、この場合、前者の熱電型セ
ンサは、被測定物が放射する赤外光を受感部（二乗光さ
せ、熱吸収で生じた温度勾配を熱電対を使って熱起電力
として検出するとともに、温度を測定する機能を有して
いる。したがって、焦電型センサのように、受光するこ
とによって温度上昇した時に生ずる電荷をチョッパを置
くことによって断続的（＝信号として収り出す方式より
も構成が簡単であり、更に、受感部の熱容量さえ少なく
すれば、焦電型より応答が良いことなどより、定着装置
の温度センサとしては熱電型のセンサの方が優れている
。

上記熱電型温度センサは、第１図（ニ示すように、厚さ
約ｚｍ＋ｎ、−辺４１１１ｍ角のシリコン基板（１）上
に長さ０６晒、線の巾０．０２　＋ｍｍのインジウムア
ンチモン、テルルからなる５４対の熱電対（２）が受感
部（３）の回りに蒸着されている。また、受感部（３）
の応答性改善のだめに、受感部（３）のシリコン基板（
１）を異方性エツチングにて８〜４μｍ厚の薄肉として
熱容量を極度に減少しである。このため、応答速度は約
３０ｍ５であり、一般の焦電型センサより優れている。

上記のように構成される熱電型センサで加熱ロールの温
度を検出する場合、センサとロールとの設定距離はセン
サの視野角を考慮すると、５〜３０鰭程度（ニなるのが
普通である。一般にロール温度は１６０〜２００℃程度
であるため、上記設定距離では長時間ロールを加熱して
いた場合ロールからの輻射対流しよりセンサ全体（冷接
点部も含まれる）が５０〜８０℃に加熱してしまう。

ところが、加熱直後は未だセンサは暖まっておらず、雰
囲気温度（二等しいことを考えると、センサの冷接点部
は最大６０〜７０℃の温度変化が与えられることが判る
。したがって、一般に熱電対（２）は、両接点（温接点
と冷接点）の温度差を熱起電力として測るため、冷接点
の温度が変わると、検知温度が変わってしまうのである
。そこで、この冷接点の温度を補償するために冷接点温
度補償用ダイオード（４）を冷接点近傍（二設け、たと
え冷接点の温度が変化しても、温接点の温度が変わらな
ければ常に一定の出力が生ずる方式が提案されている。

この方式（ニよれば、定着装置の温度を常に一定に制御
することが可能となる。

しかし、熱電型センサの性質上、同じ温接点温度におい
ても冷接点温度が高い程借りとして取り出せる起電力は
小さくなり、センサの検出能力は低下する。このことは
、雰囲気温度が高くなるに従いロールの温度の検出能力
は低下してしまうことを意味する。

また、温度補償用ダイオードは、温度（二対する出力は
非線型であり、ある１つの設定温度では安定した温度制
御は可能であるが、設定温度を変えるには、補償用ダイ
オードの出力の増幅率も同時（＝変えなければならない
。更にまた、加熱ロール（二限らず、雰囲気に近い温度
を有する物を測温する場合、前述のように検出能力は非
常に小さくなるため、実際上側温不可能である。

上記欠点は、冷接点温度を一定に保１′、！できないこ
と、及び、温接点と冷温度の温度差が検出能力以上ない
ことＣニよるものである。

したがって、上記欠点要因を考慮して温度検出能力の増
大及び安定した温度検出が得られる温度検出制御装置の
開発が望まれている。

〔発明の目的〕

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、熱電型温度センサの冷接点温度を被測定
物の温度に準じて任意に制御して、温度検出能力の増大
及び安定した温度検出を可能（ニすることを特徴とする
非接触式温度検出制御装置を提供しようとするものであ
る。

〔発明の構成〕

すなわち、本発明の要旨とするところは、被測定物から
放射される赤外線を集光する受感部と、この受感部の熱
吸収で生じた温度勾配で熱起電力を検出する熱電対とを
有する熱電型温度センサの冷接点部に、ペルチェ効果を
利用した熱電素子を接合するとともに、冷接点近傍に温
度補償用ダイオードを配設し、かつ、温度補償用ダイオ
ードからの出力信号な熱電素子の操作回路部に入力して
、熱電素子の冷却面温度を任意の温度に制御するととも
に、熱電型温度センサの冷接点温度を被測定物の温度に
応じて制御し、もって、温度検出能力の増大及び安定し
た温度検出を可能にすることを特徴とする非接触式温度
検出制御装置に関するものである。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面（二基づいＣＷＴ細に説明
する。

第２図は本発明の温度検出制御装置を複７）′機の定着
装置（＝使用した場合の概略断面図で、定着装置（５）
は、互いに転勤抵触する加熱ロール（６）と加圧ロール
（７）とで構成され、これらロール（６）、（７）間に
搬送されるシート（８）のトナー像（９）を加熱及び加
圧によって融着し定着する構造となっている。この場合
、前記加熱ロール（６）は、直径４０＋ｕ＋、長さ４０
０閣の円筒金属ロールａαの表面に肉厚０８５−にてシ
リコンＲＴＶゴム（１１１（放射率０．９）が被覆され
ている。

そして、円筒金属ロールＱＯＩの内方に加熱源である１
０００Ｗのハロゲンランプα２が配設され、図示しない
温度コントローラによって１８０℃に制御されている。

なお、Ｑ３］は加熱ロール（６）に付着するシート（８
）を加熱ロール（６）から剥離するための剥離装置であ
る。

上記のように構成された定着装置（５）の温度検出を行
う本発明の温度検出制御装置（１４１は、加熱ロール（
６）の表面から１５１１１１１１離隔した位置に配置さ
れている。この場合、本発明の温度検出制御装置＋１４
１は、第３図に示すように、直径及び長さがそれぞれ１
０■の円筒型ハウジングαω内に、前記シリコン基板（
１）上に熱電対（２）と受感部（３）を取り付けた熱電
型温度センサすなわち赤外線温度センサ（１６）を配設
するとともに、このセンサ（１６）の冷接点部側である
シリコン基板（１）に高熱伝導性のサーマルエポキシ系
接着剤α７）にてベルチェ効果を利用した熱電素子（以
下にヒートポンプという）α印が接着され、このヒート
ポンプαＱの加熱面側（１同様の接着剤αηをもって冷
却フィン０ｇＩが接着されている。この際冷却フィン０
叫マ、冷却面側で受けた熱を自然対流にて放熱すると同
時に、ハウジングの一部を構成し、その下部に後述する
制御回路部囚が形成されている。

一方、前記円筒型ハウジング（１５）の他端には、被測
定物である前記加熱ロール（６）から放射される光エネ
ルギＱＩ）を取り入れるための開口に）が形成され、こ
の開口（イ）には、可視光線以下の波長をカットするた
めのフィルタ翰が装着されている。

前記ヒートポンプα酊ま、第３図及び第４図に示すよう
に、電気的Ｃニは直列に、熱的には））１列に形成され
るものであって、例えば、対峙するＰ型ビスマス半導体
（ハ）とＮ型ビスマス半導体に）の一端（冷接点側）に
鋼接片電極（ハ）を半田付けし、また、他端には各々同
様に鋼接片電極に）、に）を半田利けし、そして、その
電極（ハ）をそれぞれ酸化ベリリウムセラミック製の絶
縁プレート（ロ）で被覆しである。

この場合、絶縁プレート（財）は、高熱伝導性と高絶縁
性を兼ね備えたものが望ましい。

上記のように構成されたヒートポンプ（１８１は、基本
的Ｃニは第４図に示す構造となっており、Ｐ型又はＮ型
半導体（ハ）又は（ハ）に別に接続された電極に）、に
）に直流電源（ハ）から印加される数ボルト程度の電圧
と、その電流の向きによって導体（ハ）、（ハ）の接合
側電極（ハ）が冷却されたり、加熱されたりする現象（
ベルチェ効果）が生じるようになっている。

一方、前記制御回路部（４）は、第３図に示すよう（二
、前記冷却フィン（１９）に設けられた一対の熱電対端
子（ハ）、（ハ）間に接続される熱電対出力増幅器（ト
）と、冷却フィン０９）に設けられた一対のヒートポン
プ端子０］）、０■間に前記直流電源（ハ）と共に接続
される操作回路すなわちヒートポンプ０Ｎ−（）ＦＦ回
路０うと、更に同様に冷却フィンα９に設けられた一対
のダイオード端子？３３．ｅ３３間（二接続されるダイ
オード出力増幅器（ロ）と、前記熱電対出力増幅器（ト
）及びダイオード出力増幅器（ロ）からの出方信号を入
力する定着装置の温度コントローラ（ハ）とで形成され
ており、がっ、前記ダイオード出力増幅器（ロ）は、前
記温度センサ（１６１の冷接点近傍に配設された温度補
償用ダイオード（４）からの出力信号を入力して増幅し
た後、その出力信号を前記ヒートポンプＯＮ　−ＯＦＦ
回路０■へ入力するようになっている。この場合、ヒー
トポンプ０Ｎ−ＯＦＦ回路０２は、任意のダイオード出
力にて開閉レベルが可変（ニなっており、冷接点温度に
応じて任意（二変えることができるようになっている。

また、前記熱電対（２）からの出力信号が増幅器（１）
を経て温度コントローラ（至）に入力された際、ダイオ
ード（４）からの出力を加えることによって冷接点温度
が補正されるよう（ニなっている。

上記のように構成される本発明の温度検出制御装置（１
４１を前述の定着装置に使用した場合、温度検出制御装
置（１４＋は加熱ロール（６）から各種作動条件にて０
１〜０．５Ｗの熱エネルギを受ける。このとき、必要な
ヒートポンプα印の設計値を以下のよう（二設定するこ
と（二より、所期の目的が達せられる。すなわち、温度
センサα６）の周囲温度は７０℃であり、このときの冷
却フィン部温度（Ｔｈ）は５０℃となる。したがって、
冷接点温度（’ｒｃ）を周囲温度より００℃低い１０℃
にすると、ΔＴ’＝’ｌ’ｈＴｃ＝　５Ｏ−１０＝４０
（’Ｃ）となり、これを満足するヒートポンプ（Ｉ８１
として例えば「モデルＭ１１０２０ＴＪ　（商品名）を
使用する。

このヒートポンプａ径は、−辺４１＋１１１１、厚さｚ
目の形状であり、温度センサ（１６１の冷接点をカバー
し、冷却することが可能で、いま、冷接点温度を１０℃
に保つべくヒートポンプ０ＦｆＪの直流電源（ハ）に０
．７８Ｖの電圧を印加し、このときの電流値を約１．３
　Ａとすると、ヒートポンプα母の冷却面すなわち冷接
点部の温度は常（１１０℃に保持され、冷却能力として
は０５Ｗ以上あることが確認された。また、温度センサ
としての性能は、冷接点部の温度が常に１０’Ｃｆ二保
持されているため、加熱ロール（６）がらの対流、輻射
による熱がセンサに伝熱され雰囲気温度が２０℃から７
０℃に変化してもコントロール温度の変化は０５℃以内
に抑えられた。更に、コントロール温度を１８０℃から
１５０℃、２１０℃に変化させた場合にも、コントロー
ル温度は０２℃以内の変化に抑えられた。したがって、
従来の温度センサのようＣニ設定温度の変化に応じてダ
イオード出力をあわせ込む必要がない。また、本発明装
置では冷却面温度を最大マイナス３０℃まで設定可能で
あり、従来では測定不可能であった室温付近の被測温体
の温度も測定可能となる。

なお、上記実施例では複写機の定着装置部の温度検出に
使用した場合について説明したが、必ずしも被測定物が
定着装置である必要はなく、一般の温度検出用としても
充分使用できることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上（ニ説明したよう（＝、本発明の温度検出制御装置
によれば、被測定物から放射され、る赤外線を感知し、
熱起電力を検出する熱電型温度センサの冷接点部に、ペ
ルチェ効果を利用した熱電素子を接合するとともに、冷
接点近傍に温度補償用ダイオードを配設し、かつ、この
ダイオードからの出力信号を熱電素子の操作回路部（二
人力させて成るため、熱電素子の冷却面温度を任意の温
度に制御１することができるとともに熱電型温度センサ
の冷接点温度を被測定物の温度（１応じて制御でき、そ
の結果として、温度検出能力の増大及び安定した温度検
出を可能にすることができるなどの優れた効果が得られ
るので、その利用価値は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱電型温度センサの概略断面図、第２図は本発
明の温度検出制御装置の使用態様の一例を示す概略側断
面図、第８図は本発明の温度検出制御装置の構造を示す
断面図、第４図は本発明における熱電素子の基本原理図
である。符号説明（１）・・・・・・シリコン基板　（２）・旧・・熱電
対（３）・・・・・・受感部　（４）・・・・・・温度
補償用ダイオード（６）・・・・・・加熱ロール（被測
定物）（１４１・・・・・・温度検出制御装置（１６１
・・・・・・熱電型温度センサａ秒・・・・・・ヒート
ポンプ（熱電素子）■・・・・・・制御回路部　（財）
・・・・・・Ｐ型ビスマス半導体（ハ）・・・・・・Ｎ
型ビスマス半導体　（ハ）・・・・・・鋼接片電極（ロ
）・・・・・・絶縁プレート　（ハ）・・・・・・直流
電源（ハ）・・・・・・熱電対端子　（ト）・・・・・
・熱電対出力増幅器０η・・・・・・ヒートポンプ端子０２・・・・・・ヒートポンプ０Ｎ−ＯＦＦ回路（操作
回路）０３・・・・・・ダイオード端子（ロ）・・・・・・ダイオード出力増幅器０→・・・・
・・温度コントローラ特許出願人　富士ゼロックス株式会社代理人　弁理土中村智廣同　同　成瀬勝夫第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

被測定物が放射する赤外線な受感部（ニ集光させ、熱吸
収で生じた温度勾配で熱電対（二で熱起電として検出す
るととも（二、温度を検出する熱電型センサの冷接点部
（＝、ペルチェ効果を利用した熱電素子を接合するとと
も（ニ、冷接点近傍に温１丈補償用ダイオードを配設し
、かつ、前記温度補償用ダイオードからの出力信号を前
記熱電素子の操作回路部（二人力して、熱電素子の冷却
面温度を任意の温度Ｃニ制御することを特徴とする非接
触式温度検出制御装置。