WO2019155565A1 - 赤外線温度センサ - Google Patents

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WO2019155565A1
WO2019155565A1 PCT/JP2018/004313 JP2018004313W WO2019155565A1 WO 2019155565 A1 WO2019155565 A1 WO 2019155565A1 JP 2018004313 W JP2018004313 W JP 2018004313W WO 2019155565 A1 WO2019155565 A1 WO 2019155565A1
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WO
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infrared
wiring pattern
temperature
film
sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/004313
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
祐子 宇南山
中村　和正
Original Assignee
株式会社芝浦電子
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Publication date
Application filed by 株式会社芝浦電子 filed Critical 株式会社芝浦電子
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Priority to PCT/JP2018/004313 priority patent/WO2019155565A1/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors

Definitions

  • the present invention relates to a temperature sensor that detects the temperature of an object to be detected without contact.
  • the fixing device As a toner fixing device used in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer, an unfixed toner is formed while a recording paper is moved after a toner image corresponding to image information is formed on the recording paper by an electrophotographic operation process.
  • a method of fixing by heating is generally used.
  • the fixing device includes a fixing unit composed of a roller that conveys recording paper and toner carried on the recording sheet by static electricity, and a pressure unit composed of a roller that rotates in the opposite direction while being pressed against the fixing unit. Insert with.
  • the recording paper is moved while applying heat and pressure, so that the toner is fused and fixed on the recording paper.
  • the toner includes a resin material, a magnetic material, and a colorant.
  • the temperature of the fixing unit roller greatly affects the image quality. Therefore, in order to control the temperature of the roller, the temperature of the roller surface is detected by a sensor. In order to avoid damaging the roller, a temperature sensor that can detect the temperature without contact is used for this temperature detection.
  • This temperature sensor includes two sensing elements. One is a thermosensitive element for infrared detection (hereinafter referred to as infrared detection element), and the other is a thermosensitive element for temperature compensation (hereinafter referred to as temperature compensation element). The latter is provided to compensate for changes in ambient temperature.
  • the detection object is a fixing unit
  • the amount of infrared radiation emitted from the roller is detected by an infrared detection element, and the temperature is compensated by detecting the ambient temperature using a temperature compensation element, thereby detecting the temperature of the detection object.
  • various proposals have been made on infrared temperature sensors that measure temperature using the amount of heat of infrared rays.
  • the infrared temperature sensor is required to detect the temperature corresponding to the temperature of the roller as the detection target. For example, if the detected temperature rises from T0 to T1, the infrared temperature sensor is required to have high responsiveness to detect T1 without being delayed in time with respect to the temperature rise of the detection object. Thereby, temperature control of a roller can be performed with high thermal efficiency.
  • An object of the present invention is to provide an infrared temperature sensor having a high detection temperature response.
  • An infrared temperature sensor is a film that absorbs infrared rays radiated from a detection object and converts them into heat, an infrared detection element that is supported by the film and detects temperature changes due to infrared rays converted by the film, A temperature compensation element that is supported by the film and detects a temperature change in the surrounding atmosphere, and a solid wiring pattern that is connected to the infrared detection element and the temperature compensation element and is supported by the film.
  • solid state means that it spreads to one side.
  • the solid wiring pattern in the present invention preferably has a symmetric plane shape centering on an intermediate point between the infrared detecting element and the temperature compensating element.
  • the solid wiring pattern in the present invention is preferably formed so as to surround the infrared detection element and the temperature compensation element.
  • an infrared detection element and a temperature compensation element are provided on the second film surface on the back side of the first film surface.
  • a solid wiring pattern is provided.
  • the solid wiring pattern preferably connects the infrared detection element and the temperature compensation element and is drawn out, and the second wiring drawn out from the infrared detection element, A third wiring led out from the temperature compensation element, and either the first wiring or the second wiring and the third wiring have a solid wiring pattern, and the other has a linear wiring pattern. Consists of.
  • This solid wiring pattern can be provided with a low thermal conductivity region having a lower thermal conductivity than other wiring patterns. In the low heat conduction region, typically, the conductive layer constituting the solid wiring pattern is not formed, and the second film surface of the film is exposed. Further, the low heat conduction region formed in the solid wiring pattern is formed between the infrared detection element and the temperature compensation element.
  • the infrared temperature sensor according to the present invention is disposed opposite to the sensor case and a sensor case in which a light guide region that guides the emitted infrared light, a light shielding region that is closed to the surroundings and shields the infrared light is formed. And a sensor cover.
  • the solid wiring pattern is preferably formed so as to remain inside the holding portion or insulated. It is held at the holding part through the layer.
  • the housing composed of the sensor case and the sensor cover can be provided with an element accommodating chamber for accommodating the infrared detecting element and the temperature compensating element.
  • a preferable solid wiring pattern has a surface area at least equal to or larger than the area occupied by the element accommodating chamber in the plane direction of the film.
  • the wiring pattern connected to one or both of the infrared detection element and the temperature compensation element has a solid shape. Since the solid wiring pattern is made of a metal material having higher thermal conductivity than that of the film, for example, copper, the temperature in the region where the solid wiring pattern is provided is likely to be uniform quickly including the film. Thereby, since the time which an infrared rays detection element and a temperature compensation element become uniform temperature can be shortened, the infrared temperature sensor by this invention becomes high in the responsiveness of detection temperature.
  • FIG. 1 shows an infrared temperature sensor according to an embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view, (b) is a side view, (c) is a bottom view, and (d) is a cross-sectional view taken along line Id-Id in (a). .
  • the sensor case which concerns on this embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is the IIb-IIb sectional view taken on the line of (a), (c) is the sectional view taken on the IIc-IIc line of (a).
  • FIG. 2 shows a sensor cover according to the present embodiment, wherein (a) is a bottom view, (b) is a rear view, (c) is a sectional view taken along line IIIc-IIIc in (a), and (d) is IIId-IIId in (a). It is line sectional drawing.
  • the wiring pattern which concerns on this embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is a bottom view, (c) is a IVc-IVc line sectional view.
  • FIG. 5A is a plan view
  • FIG. 5B is a bottom view
  • FIG. 5C is a cross-sectional view taken along line VIc-VIc.
  • FIG. 6 shows still another wiring pattern according to the present embodiment, where (a) is a plan view, (b) is a bottom view, and (c) is a sectional view taken along the line VIic-VIic.
  • FIG. 8 is a bottom view showing a modified example of the wiring pattern of FIG. 7. It is a bottom view which shows the other wiring pattern which concerns on this embodiment. It is a bottom view which shows the other wiring pattern which concerns on this embodiment. It is a figure which shows the infrared temperature sensor and detection target object (roller) which concern on embodiment.
  • the infrared temperature sensor 10 is a sensor that detects the temperature of a roller 2 as a fixing unit of a toner fixing device 1 provided in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer without contact.
  • the toner fixing device 1 includes a roller 2 as a fixing unit and a roller 3 as a pressure unit.
  • the infrared temperature sensor 10 detects the amount of heat of infrared rays radiated from the roller 2 by the infrared detection element 43, further compensates the temperature by detecting the ambient temperature by the temperature compensation element 45, and detects the temperature of the roller 2 that is the detection target. Detect temperature.
  • the infrared temperature sensor 10 ensures a high responsiveness of the detected temperature by applying a solid wiring pattern to equalize the temperature of the infrared detecting element 43 and the temperature compensating element 45 quickly.
  • the infrared temperature sensor 10 includes a sensor case 20, a sensor cover 30 assembled on the back surface 212 side of the sensor case 20, and the sensor case 20 and the sensor cover 30.
  • the thermal conversion film 40 held between them, the infrared detection element 43 that is supported by the thermal conversion film 40 and detects infrared rays emitted from the roller 2, and the thermal conversion film 40 that detects the ambient temperature.
  • a temperature compensation element 45 The sensor case 20 and the sensor cover 30 constitute a housing of the present invention.
  • the side from which the electric wire 70 is drawn is defined as rear R, and the opposite side is defined as front F.
  • a direction connecting the front F and the rear R is defined as a front-rear direction L
  • a direction orthogonal to the front-rear direction L is defined as a width direction W
  • a direction perpendicular to the front-rear direction L and the width direction W is defined as a thickness direction T.
  • the sensor case 20 includes a case base 21 having a rectangular shape in plan view, a light-shielding dome 22 protruding from the front surface 211 of the case base 21, the light-shielding dome 22 and the width direction. And an infrared incident window 26 which is provided adjacent to W and has a rectangular opening shape in plan view.
  • the infrared temperature sensor 10 is installed at a predetermined position with respect to the toner fixing device 1, the front surface 211 of the sensor case 20 faces the roller 2 as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). Placed in.
  • the infrared incident window 26 shows the example of opening here, even if this opening is covered with the member which permeate
  • FIG. 1 shows the example of opening here, even if this opening is covered with the member which permeate
  • the case base 21 has a front surface 211 and a back surface 212 located on the opposite side of the front surface 211 as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
  • the front surface 211 and the back surface 212 are constituted by flat surfaces that are continuously connected except for the portions of the light shielding dome 22 and the infrared incident window 26.
  • the light shielding dome 22 has an outer shell formed in a quadrangular pyramid shape.
  • the light-shielding dome 22 includes a side wall 23 that rises inclined from the case base 21, and an upper wall 24 that connects the tips of the side walls 23.
  • the light-shielding dome 22 has a square pyramid-shaped gap inside that forms a light-shielding area 25 that shields infrared rays.
  • the light shielding area 25 is closed to the outside by the side wall 23 and the upper wall 24 on the front surface 211 side, but is open to the outside on the back surface 212 side.
  • this open part is also a heat conversion film interposed between the sensor case 20 and the sensor cover 30. 40 is closed.
  • the infrared incident window 26 is positioned on the front surface 211 of the case base 21.
  • the case base 21 is provided with a light guide region 28 that extends from the infrared incident window 26, which is an opening of the front surface 211, to the back surface 212, and continues to the infrared incident window 26.
  • the light guide region 28 is surrounded by a side wall 27 that connects the front surface 211 and the back surface 212 of the case base 21.
  • the infrared incident window 26 and the light guide region 28 have a rectangular shape in plan view, but are similar to the shape in plan view of the light shield region 25 of the light shield dome 22. It is almost congruent with the rectangle.
  • the infrared incident window 26, the light guide region 28, and the light shielding dome 22 are aligned so that one side of each other faces each other, and the center portions in the front-rear direction L are aligned. Thus, they are arranged side by side in the width direction W with a minute interval.
  • the hem portion of the side wall 23 located at the boundary between the light guide region 28 and the light shielding region 25 functions as a partition wall 29 that partitions the light guide region 28 and the light shielding region 25.
  • a part of the infrared ray radiated from the roller 2 is shielded by the light shielding dome 22, and therefore enters the heat conversion film 40 only through the light guide region 28. Infrared rays do not leak from the light guide region 28 to the inside of the partition wall 29, that is, the light shielding region 25.
  • an infrared incident window 26 and a light guide region 28 are provided so as to be biased toward the front F side of the case base 21, and the case base 21 on the rear R side from the infrared incident window 26 and the light guide region 28 has a space. Vacant. The area where this space is vacant corresponds to a notch 36 of the sensor cover 30 described later.
  • a case base 21 and a light guide region 28 including a light shielding dome 22 and an infrared incident window 26 are integrally formed of a metal material having high thermal conductivity such as aluminum or copper.
  • the sensor case 20 is integrally formed by machining a plate material made of, for example, an aluminum alloy.
  • the sensor cover 30 described later is also integrally formed from a plate material made of a metal material having a high thermal conductivity.
  • a case where the sensor case 20 and the sensor cover 30 are integrally formed using a plate material made of a metal material having high thermal conductivity is described as an example.
  • the invention is not limited to this.
  • a material other than a metal material for example, a resin material may be used.
  • the sensor cover 30 includes a cover base 31 having a rectangular shape in plan view, an element housing dome 32 protruding from the back surface 312 of the cover base 31, and It has.
  • the cover base 31 has a front surface 311 and a back surface 312 located on the opposite side of the front surface 311.
  • the cover base portion 31 is formed so that the dimension of the outer shape in plan view matches the outer shape of the case base portion 21 of the sensor case 20.
  • the cover base 31 has a notch 36 formed therein. The notch 36 is formed by punching out a predetermined range from the rear R end side to the front F end side of the cover base 31 in a substantially U shape, excluding a predetermined range at both ends in the width direction W. .
  • the element housing dome 32 has an outer shell formed in a quadrangular pyramid shape.
  • the element housing dome 32 includes a side wall 35 that rises inclined from the cover base 31, a rectangular bottom floor 34 that connects the tips of the side walls 35, and a rectangular opening 38 that receives the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45. I have.
  • the element housing dome 32 is formed so that the dimension in the width direction W substantially matches the dimension in the width direction W including the light shielding dome 22 of the sensor case 20 and the infrared incident window 26, and the dimension in the front-rear direction L is
  • the light shielding dome 22 and the infrared incident window 26 are formed so as to substantially coincide with the dimension in the front-rear direction L.
  • the element accommodating dome 32 has an element accommodating chamber 33 defined by a square frustum-shaped gap.
  • the element housing chamber 33 has the front surface 311 side opened to the outside, and the back surface 312 side closed by the side wall 35 and the bottom floor 34 to the outside.
  • this open portion is also a heat conversion film interposed between the sensor cover 30 and the sensor case 20. 40 is closed.
  • an infrared detecting element 43 and a temperature compensating element 45 are arranged in the element accommodating dome 32 (element accommodating chamber 33), as shown in FIG. 1D.
  • the infrared detecting element 43 and the temperature compensating element 45 are not in direct contact with the bottom floor 34 of the element accommodating dome 32.
  • the air contained in the element accommodating chamber 33 serves as a heat insulating layer, and minimizes the influence of heat on the infrared detecting element 43 and the temperature compensating element 45 from the outside, particularly from the outside of the element accommodating dome 32.
  • the present invention does not exclude a form in which the infrared detecting element 43 and the temperature compensating element 45 are in direct contact with the sensor cover 30. Note that if the element storage chamber 33 communicates with the outside, foreign matter may enter from the outside and adversely affect the characteristics of the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45. It is desirable to have a sealing property with the outside that can be prevented.
  • Heat conversion film 40 When the infrared ray is irradiated, the heat conversion film 40 (FIG. 1 (d)) converts the energy of the infrared ray into heat, and the converted heat is transmitted to the infrared ray detection element 43. Temperature is detected.
  • the heat conversion film 40 supports the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45.
  • the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45 are electrically connected to the wiring pattern 50 supported by the heat conversion film 40.
  • terminals 52, 54 and 56 are formed at the end of the wiring pattern 50, and the electric wire 70 is connected via the terminals 52, 54 and 56.
  • the electric wire 70 is pulled out of the casing along the front-rear direction L from the electric wire fixing area 37 (FIG. 1C).
  • the heat conversion film 40 is formed in a shape that substantially matches the outer shape of the sensor case 20 and the sensor cover 30.
  • the heat conversion film 40 equalizes the thermal influence on the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45 (excluding those caused by direct infrared radiation).
  • the light guide area 28 and the light shielding area 25 are disposed including the light shielding area 25 where no infrared rays are incident.
  • the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45 are arranged in a line-symmetric position with respect to the center of the sensor case 20 in the width direction W. More specifically, the infrared detecting element 43 and the temperature compensating element 45 are arranged symmetrically with respect to a center line C1 (FIG. 1A) that bisects the sensor case 20 in the width direction W.
  • the center line C1 is located at the boundary between the light guide area 28 and the light shielding area 25.
  • the heat conversion film 40 is formed of a resin made of a polymer material.
  • the material of the resin is not limited as long as it is a material that absorbs infrared rays, and known resins such as PPS (polyphenylene sulfide), polyimide, polyester, and polyethylene can be used.
  • a material other than resin can be used as long as it absorbs infrared rays.
  • the thickness is arbitrary, the heat conversion film 40 can improve infrared rays absorptivity and prevent that a wrinkle is formed in the operation
  • the infrared detecting element 43 detects the temperature that rises and falls due to the heat generated when the infrared rays radiated from the surface of the roller 2 that is the detection target is absorbed by the heat conversion film 40, and the temperature compensating element 45 detects the ambient temperature.
  • a resistor having a temperature coefficient such as a small thin film thermistor or a platinum temperature sensor can be widely used, and is not limited to a specific material and form.
  • the wiring pattern 50 includes a first wiring 51 that connects the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45, a second wiring 53 that is connected to the infrared detection element 43, and a third wiring 55 that is connected to the temperature compensation element 45. It is equipped with.
  • the wiring pattern 50 is formed on the back surface 412 (second film surface) of the heat conversion film 40 so as to avoid the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45.
  • the front surface 411 (first film surface) of the heat conversion film 40 faces the object to be detected.
  • the reason why the infrared detection element 43, the temperature compensation element 45, and the wiring pattern 50 are provided on the back surface 412 side is to protect these elements from the surrounding environment by the heat conversion film 40. However, it is not excluded to provide these elements on the front surface 411 side.
  • a rectangular area A indicated by a one-dot chain line indicates an area occupied by the element accommodating chamber 33 in the plane direction. The same applies to other drawings such as FIG.
  • the first wiring 51 is led out to a terminal 52 for connection to a temperature detection circuit (not shown) in addition to connecting the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45.
  • the second wiring 53 and the third wiring 55 are led out to a terminal 54 and a terminal 56 for connection to the temperature detection circuit, respectively. Since this temperature detection circuit is well known among those skilled in the art, description thereof is omitted here.
  • the first wiring 51 includes first elements 51A and 51A connected to the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45, and a solid second element connected to the first elements 51A and 51A. 51B, and a third element 51C that connects the second element 51B and the terminal 52 to each other.
  • the first element 51A and the third element 51C are composed of a linear wiring pattern.
  • the second element 51B which is a solid wiring pattern, has a substantially rectangular shape in plan view, and fills the space between the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45.
  • the second element 51 ⁇ / b> B has a plane shape that is line-symmetric with respect to an intermediate point in the front-rear direction L of the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45. This is a preferable form for the soaking of the infrared detecting element 43 and the temperature compensating element 45, but the soaking of the infrared detecting element 43 and the temperature compensating element 45 can be achieved even if the plane shape is not strictly line symmetrical. As long as the shape of the solid wiring pattern is arbitrary.
  • the second element 51B avoids electrical contact with the second wiring 53 drawn from the infrared detection element 43 and the third wiring 55 drawn from the temperature compensation element 45, and the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45 are avoided. It is formed so as to surround the periphery.
  • the solid second element 51B has a surface area that exceeds the surface area of the region A occupied by the element housing chamber 33 in the planar direction.
  • the solid wiring pattern has a thickness of 20 ⁇ m, for example.
  • the solid wiring pattern is preferably formed with a constant thickness. However, as long as the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45 can be uniformly heated, portions having different thicknesses may exist. Further, the area occupied by the solid wiring pattern in the heat conversion film 40 is arbitrary as long as electrical isolation can be secured. That is, even if the area is small, the effect of improving the thermal response can be expected, but this effect becomes larger as the area is larger. Therefore, from the viewpoint of improving thermal response, it is most preferable to form a solid wiring pattern over the entire back surface 412 of the heat conversion film 40.
  • the second wiring 53 and the third wiring 55 are formed of a linear wiring pattern.
  • the second wiring 53 and the third wiring 55 are wired so as to avoid electrical contact with the first wiring 51.
  • the second element 51B of the first wiring 51 which is a solid wiring pattern occupies a large area of the heat conversion film 40 and surrounds the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45. It is formed as follows. Since the wiring pattern 50 is made of a metal material as will be described later, the wiring pattern 50 has a considerably higher thermal conductivity than the heat conversion film 40. For example, the thermal conductivity of copper (Cu) is about 400 W / m ⁇ k, whereas the thermal conductivity of polyimide is about 0.2 W / m ⁇ k.
  • the means for forming the wiring pattern 50 on the heat conversion film 40 is arbitrary.
  • the wiring pattern 50 can be formed on the back surface of the heat conversion film 40 by vapor deposition, or the wiring pattern 50 can be formed by coating.
  • the wiring pattern 50 can be formed on the back surface of the heat conversion film 40 by cladding.
  • the conductor which comprises the wiring pattern 50 is arbitrary, copper, copper alloy, and other metal materials with high electrical conductivity can be used.
  • the sensor case 20 and the sensor cover 30 are positioned so that the peripheral edges of the respective base portions 21 and 31 coincide with each other, and are joined via the heat conversion film 40.
  • the heat conversion film 40 is held by the sensor case 20 and the sensor cover 30, the infrared detection element 43 is disposed at the approximate center of the light guide region 28 and the temperature compensation element 45 is approximately at the center of the light shielding region 25 in plan view. Be placed.
  • the effects of heat received by the infrared detecting element 43 and the temperature compensating element 45 can be made substantially equal except for the irradiation of infrared rays from the roller 2.
  • the electric wire fixing that fixes the electric wire 70 drawn out of the housing by the notch 36 of the cover base 31 and the case base 21 in the region facing the notch 36. Region 37 is formed. That is, as shown in FIG. 1C, the electric wire 70 connected to the wiring pattern on the heat conversion film 40 described above is disposed in a space surrounded by the back surface 212 and the notch 36 of the case base 21, and The resin for molding is applied from above the electric wire 70 so that the infrared temperature sensor 10 is fixed.
  • a known resin such as epoxy can be used.
  • the electric wire 70 extends from the back surface 312 of the cover base 31 to the outer periphery thereof as shown in FIG. The surface does not protrude.
  • the infrared temperature sensor 10 is disposed so that the front surface 211 side of the sensor case 20 faces the roller 2 that is a detection target. Therefore, since the case base 21 is disposed between the wire fixing area 37 and the roller 2, it is possible to prevent the infrared rays emitted from the roller 2 from being irradiated to the fixing resin. Moreover, when mold resin peels from the electric wire fixing area
  • the wiring pattern 50 includes a solid first wiring 51 that occupies a wide range of the surface of the heat conversion film 40.
  • the solid first wiring 51 is made of a metal material having high thermal conductivity, particularly copper or copper alloy. Therefore, when the heat is received from the surroundings, the temperature including the heat conversion film 40 is likely to become uniform quickly. As a result, the infrared detecting element 43 and the temperature compensating element 45 are soaked, so that the infrared temperature sensor 10 has high detection temperature responsiveness.
  • the second element 51B which is a solid wiring pattern, is formed so as to fill the space between the infrared detecting element 43 and the temperature compensating element 45 and to surround the infrared detecting element 43 and the temperature compensating element 45. Thereby, the temperature equalization of the infrared detecting element 43 and the temperature compensating element 45 is performed more quickly.
  • the heat conversion film 40 is held between the sensor case 20 and the sensor cover 30.
  • a form of this point will be described.
  • the sensor case 20 and the sensor cover 30 are made of a metal material, an electrical short circuit occurs when the solid wiring pattern comes into contact with the sensor case 20 or the sensor cover 30. Therefore, as shown in FIG. 5A, for example, the first wiring 51, which is a solid wiring pattern, remains inside the holding portion sandwiched between the case base 21 of the sensor case 20 and the cover base 31 of the sensor cover 30. The sensor case 20 and the sensor cover 30 are not in contact with each other.
  • the insulating layer 42 is arrange
  • the sensor case 20, the first wiring 51, and the sensor cover 30 are laminated in this order. Thereby, heat is transmitted from the heated sensor case 20 and sensor cover 30 to the first wiring 51, so that the heat equalization of the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45 proceeds more rapidly.
  • the insulating layer 42 can use the same material as the heat conversion film 40, and can also use another material.
  • FIG. 6 shows an example in which the second wiring 63 and the third wiring 65 have a solid wiring pattern, and the first wiring 61 is formed of a linear wiring pattern.
  • the wiring pattern 60 includes a first wiring 61 that connects the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45, a second wiring 63 that is connected to the infrared detection element 43, and a third wiring 65 that is connected to the temperature compensation element 45. It is equipped with. This wiring pattern 60 also has the same effect as the wiring pattern 50 described above.
  • the first wiring 61 includes a linear first element 61A that connects the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45, and a second element 61C that connects the first element 61A and the terminal 52.
  • the second wiring 63 includes a first element 63A connected to the infrared detection element 43, a solid second element 63B connected to the first element 63A, and a third element connecting the second element 63B and the terminal 54. 51C.
  • the third wiring 65 includes a first element 65A connected to the temperature compensation element 45, a solid second element 65B connected to the first element 65A, and a third element connecting the second element 65B and the terminal 56. 51C.
  • the first wiring 51 has a solid wiring pattern, but the conductive layer is not formed in the solid wiring pattern, and the heat conversion film 40 is exposed.
  • a non-conductive region 57 is provided.
  • the non-conductor region 57 has a rectangular shape whose center coincides with the center line C1 that bisects the infrared temperature sensor 10 in the width direction W, and is an intermediate point between the infrared detection element 43 and the temperature compensation element 45. It is provided across.
  • This non-conductor region 57 has the following operations and effects.
  • infrared temperature sensor 10 When the infrared temperature sensor 10 is used, infrared rays are also irradiated at the places where the non-conductor regions 57 are provided. If a conductor with excellent thermal conductivity is present here, radiant heat is generated. When this radiant heat is transmitted to the light shielding area 25, the temperature difference between the infrared detecting element 43 and the temperature compensating element 45 is reduced. Therefore, by making the region non-conductive, generation of radiant heat is suppressed, and transmission of radiant heat to the temperature compensation element 45 is suppressed in the shortest distance.
  • the non-conductor region 57 is not limited to the form shown in FIG.
  • the non-conductor region 57 can be divided into a plurality (two).
  • the non-conductor region 57 shown in FIG. 8B has a configuration in which the longitudinal direction is along the width direction W.
  • FIG. 7, FIG. 8 (a) has comprised the form where the elongate direction follows the front-back direction L.
  • the non-conductor region 57 may be provided with a low heat conductive region made of a material having a lower thermal conductivity than the wiring pattern 50.
  • the area where the second element 51B which is a solid wiring pattern, is provided in a surface area equivalent to the area of the area A occupied by the element accommodating chamber 33 in the plane direction. it can.
  • the solid wiring preferably has a surface area at least equal to or larger than this area.
  • the second wiring 53 and the third wiring 55 forming a linear wiring pattern can be drawn out on both sides in the width direction W.
  • the first wiring 51 has a linear wiring pattern (second element 51B, third element 51C), and the second wiring 53 and the third wiring 55 are solid.
  • a wiring pattern (second element 53B, second element 55B) may be used.
  • the solid wiring pattern (51B, 53B, 55B) of the present invention has an edge portion surrounding the infrared detecting element 43 and the temperature compensating element 45 in a comb-like shape. It may be formed. As a result, high heat conduction regions and low heat conduction regions are alternately formed in this portion.
  • the same elements as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
  • the solid wiring pattern according to the present invention is not limited to the form shown in FIGS. 1 to 3, but can be adopted for an infrared temperature sensor of the form described in Patent Document 1, for example.

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Abstract

本発明の赤外線温度センサ１０は、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熱変換フィルム４０と、熱変換フィルム４０に支持され、フィルムで変換された赤外線による温度変化を検知する赤外線検知素子４３と、熱変換フィルム４０に支持され、周囲の雰囲気の温度変化を検知する温度補償素子４５と、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５に接続され、熱変換フィルム４０に支持されるべた状の配線パターンとしての第二要素５１Ｂと、を備える。

Description

赤外線温度センサ
　本発明は、非接触で検知対象物の温度を検知する温度センサに関する。
　複写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む。そして、記録紙が熱と圧力を加えながら移動されることによって、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温度センサが用いられる。この温度センサは、二つの検知素子を備える。一方が赤外線検知用感熱素子（以下、赤外線検知素子）であり、他方が温度補償用感熱素子（以下、温度補償素子）である。後者は、周囲環境の温度の変化を補償するために設けられる。そして、検知対象物が定着手段の場合にはローラから放射される赤外線の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。
　これまで、例えば特許文献１に記載されるように、赤外線の熱量を用いて温度を測定する赤外線温度センサについて種々の提案がなされている。
特許第５２０７３２９号公報
　赤外線温度センサは、検知対象物としてのローラの温度に対応した温度検知が求められる。例えば、検知温度がＴ０からＴ１に上昇したとすると、この検知対象物の温度上昇に時間的に遅れることなく赤外線温度センサはＴ１を検知する高い応答性が求められる。これにより、ローラの温度制御を高い熱効率で行うことができる。
　そこで、本発明は、検知温度の応答性が高い赤外線温度センサを提供することを目的とする。
　本発明に係る赤外線温度センサは、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フィルムと、フィルムに支持され、フィルムで変換された赤外線による温度変化を検知する赤外線検知素子と、フィルムに支持され、周囲の雰囲気の温度変化を検知する温度補償素子と、赤外線検知素子および温度補償素子に接続され、フィルムに支持されるべた状の配線パターンと、を備えることを特徴とする。
　なお、べた状とは、一面に広がっていることを言う。
　本発明におけるべた状の配線パターンは、好ましくは、赤外線検知素子と温度補償素子の間の中間地点を中心とする対称な平面形状を有する。
　本発明におけるべた状の配線パターンは、好ましくは、赤外線検知素子および温度補償素子の周囲を取り囲むように形成される。
　本発明における赤外線温度センサは、好ましくは、フィルムの第一フィルム面が、検知対象物に対向するとすれば、第一フィルム面のうら側の第二フィルム面に、赤外線検知素子および温度補償素子と、べた状の配線パターンが設けられる。
　本発明における、赤外線温度センサにおいて、べた状の配線パターンは、好ましくは、赤外線検知素子と温度補償素子を接続し、かつ、引き出される第一配線と、赤外線検知素子から引き出される第二配線と、温度補償素子から引き出される第三配線と、を備え、第一配線、または、第二配線及び第三配線のいずれか一方はべた状の配線パターンを有し、かつ、他方は線状の配線パターンからなる。
　このべた状の配線パターンは、他の配線パターンよりも熱伝導性が低い低熱伝導領域を備える、ことができる。この低熱伝導領域は、典型的には、べた状の配線パターンを構成する導電層が形成されておらず、フィルムの第二フィルム面がむき出しとされている。また、べた状の配線パターンに形成される低熱伝導領域は、赤外線検知素子と温度補償素子との間に形成される。
　本発明における赤外線温度センサは、放射された赤外線を導く導光域、および、周囲に対して閉じられて赤外線が遮蔽される遮光域が形成されるセンサケースと、センサケースに対向して配置されるセンサカバーと、からなる筐体を備える。フィルムは、センサケースとセンサカバーの間の保持部分にて保持されている場合には、好ましくは、べた状の配線パターンは、保持部分よりも内側に留まるように形成されているか、または、絶縁層を介して保持部分にて保持される。
　また、センサケースとセンサカバーからなる筐体は、赤外線検知素子と温度補償素子を収容する素子収容室を備えることができる。好ましいべた状の配線パターンは、少なくとも素子収容室がフィルムの平面方向に占有する面積と同等以上の表面積を有する。
　本発明に係る赤外線温度センサによれば、赤外線検知素子および温度補償素子の一方又は双方に接続される配線パターンがべた状をなしている。べた状の配線パターンは熱伝導性がフィルムよりも高い金属材料、例えば銅からなるので、べた状の配線パターンが設けられた領域は、フィルムも含めて迅速に温度が均一になりやすい。これにより、赤外線検知素子と温度補償素子が均一な温度になる時間を短くできるので、本発明による赤外線温度センサは、検知温度の応答性が高くなる。
本発明の実施形態に係る赤外線温度センサを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は（ａ）のＩｄ－Ｉｄ線断面図である。 本実施形態に係るセンサケースを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のIIｂ－IIｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のIIｃ－IIｃ線断面図である。 本実施形態に係るセンサカバーを示し、（ａ）は底面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は（ａ）のIIIｃ－IIIｃ線断面図、（ｄ）は（ａ）のIIIｄ－IIIｄ線断面図である。 本実施形態に係る配線パターンを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はIVｃ－IVｃ線断面図である。 本実施形態に係る赤外線温度センサにおけるセンサケースとセンサカバーによるフィルムの保持部分の形態を示す断面図であり、（ａ）は保持部分にべた状配線パターンが介在する例を示し、（ｂ）は保持部分にべた状配線パターンが介在しない例を示す。 本実施形態に係る他の配線パターンを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はVIｃ－VIｃ線断面図である。 本実施形態に係るさらに他の配線パターンを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はVIiｃ－VIiｃ線断面図である。 図７の配線パターンの変形例を示す底面図である。 本実施形態に係るさらに他の配線パターンを示す底面図である。 本実施形態に係るさらに他の配線パターンを示す底面図である。 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。
　以下、添付する図面を参照して、本発明の一実施形態に係る赤外線温度センサ１０を説明する。
　赤外線温度センサ１０は、例えば図１１に示すように、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、加圧手段としてのローラ３とを備えている。
　赤外線温度センサ１０は、ローラ２から放射される赤外線の熱量を赤外線検知素子４３で検知し、さらに温度補償素子４５により雰囲気温度を検知することで温度補償して、検知対象物であるローラ２の温度を検知する。赤外線温度センサ１０は、べた状の配線パターンを適用することにより赤外線検知素子４３と温度補償素子４５の温度を迅速に均しくする均熱化を通じて、検知温度の高い応答性を担保する。
　赤外線温度センサ１０は、図１（ａ）～（ｄ）に示すように、センサケース２０と、センサケース２０のうら面２１２の側に組み付けられるセンサカバー３０と、センサケース２０とセンサカバー３０の間に保持される熱変換フィルム４０と、熱変換フィルム４０に支持されて、ローラ２から放射される赤外線を検知する赤外線検知素子４３と、熱変換フィルム４０に支持されて、雰囲気温度を検知する温度補償素子４５と、から構成されている。センサケース２０とセンサカバー３０により、本発明の筐体が構成される。
　なお、本実施形態の赤外線温度センサ１０において、図１に示すように、電線７０が引き出される側を後Ｒと定義し、また、その逆側を前Ｆと定義する。また、前Ｆと後Ｒを結ぶ方向を前後方向Ｌと定義し、前後方向Ｌとは直交する方向を幅方向Ｗと定義する。また、前後方向Ｌおよび幅方向Ｗと直交する方向を厚さ方向Ｔと定義する。この定義は、センサケース２０およびセンサカバー３０についても適用される。
　以下、赤外線温度センサ１０の構成要素を説明する。
［センサケース２０］
　センサケース２０は、図２（ａ）に示すように、平面視した形状が矩形のケース基部２１と、ケース基部２１のおもて面２１１から突出する遮光ドーム２２と、遮光ドーム２２と幅方向Ｗに隣接して設けられ、平面視した開口形状が矩形の赤外線入射窓２６と、を備えている。トナー定着器１に対して所定の位置に赤外線温度センサ１０が設置されると、図１１（ａ）,（ｂ）に示すように、センサケース２０のおもて面２１１がローラ２に臨むように配置される。
　なお、ここでは赤外線入射窓２６が開口の例を示すが、赤外線を透過させる部材でこの開口が覆われていても、赤外線入射窓２６であることには変わりはない。
　ケース基部２１は、図２（ａ）,（ｂ）に示すように、おもて面２１１と、おもて面２１１の反対側に位置するうら面２１２と、を有している。本実施形態におけるおもて面２１１とうら面２１２は、遮光ドーム２２と赤外線入射窓２６の部分を除いて、連続的に連なる平坦な面から構成される。
　遮光ドーム２２は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、外殻が四角錐台状に形成されている。遮光ドーム２２は、ケース基部２１から傾斜して立ち上る側壁２３と、側壁２３の先端を繋ぐ上壁２４と、を備えている。
　遮光ドーム２２は、図２（ｂ）に示すように、その内部の四角錐台状の空隙は、赤外線を遮蔽する遮光域２５をなしている。この遮光域２５は、おもて面２１１の側は側壁２３および上壁２４により外部に対して閉じられているが、うら面２１２の側は外部に対して開放されている。ただし、センサケース２０にセンサカバー３０が組み付けられた状態では、図１（ｄ）に示すように、この開放されている部分も、センサケース２０とセンサカバー３０との間に介在する熱変換フィルム４０によって閉じられる。
　次に、赤外線入射窓２６は、図２（ａ），（ｃ）に示すように、ケース基部２１のおもて面２１１に位置している。
　ケース基部２１には、おもて面２１１の開口である赤外線入射窓２６からうら面２１２までが貫通することにより、赤外線入射窓２６に連なる導光域２８が備えられている。導光域２８は、ケース基部２１のおもて面２１１とうら面２１２を繋ぐ側壁２７に取り囲まれる。
　赤外線入射窓２６および導光域２８は、平面視した形状が矩形をなしているが、遮光ドーム２２の遮光域２５を平面視した形状と相似形をなしており、遮光域２５の周縁２１３における矩形と略合同をなしている。
　赤外線入射窓２６および導光域２８と遮光ドーム２２は、図２（ａ）に示すように、互いの一つの辺同士が対向するように、かつ、互いの前後方向Ｌの中央部が一致するように、幅方向Ｗに微小間隔をおいて並んで配列されている。
　図１（ｄ）に示すように、導光域２８と遮光域２５の境界部分に位置する側壁２３の裾の部分が、導光域２８と遮光域２５を区画する区画壁２９として機能している。ローラ２から放射された赤外線は、その一部が遮光ドーム２２により遮光されるので、導光域２８のみを介して熱変換フィルム４０に入射する。導光域２８から、区画壁２９よりも内側、つまり遮光域２５には赤外線が漏れない。
　センサケース２０には、赤外線入射窓２６および導光域２８がケース基部２１の前Ｆ側に偏って設けられ、赤外線入射窓２６および導光域２８よりも後Ｒ側のケース基部２１はスペースが空いている。このスペースが空いている領域は、後述するセンサカバー３０の切欠き３６に対応する。
　センサケース２０は、例えばアルミニウム、銅のように熱伝導率の高い金属材料により、ケース基部２１と遮光ドーム２２および赤外線入射窓２６を含む導光域２８とが一体的に形成される。本実施形態では、例えばアルミニウム合金からなる板材に機械加工を施すことにより、センサケース２０を一体成形する。
　後述するセンサカバー３０も、熱伝導率の高い金属材料からなる板材から一体的に形成される。このように、センサケース２０およびセンサカバー３０を高熱伝導率の金属により形成することで、周囲の温度変化に追従して赤外線温度センサ１０が全体として迅速に均一な温度になるのに寄与する。
　なお、本実施形態においては、センサケース２０及びセンサカバー３０に用いられる材料として、熱伝導率の高い金属材料からなる板材を用いて一体的に形成する場合を例として説明しているが、本発明はこれに限られない。熱伝導率の高い材料であれば、金属材料以外の材料、例えば、樹脂材料を用いて形成してもよい。
［センサカバー３０］
　次に、センサカバー３０について説明する。
　センサカバー３０は、図１（ｂ），（ｃ）および図３に示すように、平面視した形状が矩形のカバー基部３１と、カバー基部３１のうら面３１２から突出する素子収容ドーム３２と、を備えている。
　カバー基部３１は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、おもて面３１１と、おもて面３１１の反対側に位置するうら面３１２と、を有している。なお、センサカバー３０がセンサケース２０に組み付けられると、センサケース２０のうら面２１２とセンサカバー３０のおもて面３１１が突き合わされる。カバー基部３１は、図１（ａ），（ｃ）に示すように、平面視した外形の寸法が、センサケース２０のケース基部２１の外形と一致するように形成されている。
　カバー基部３１には、図３（ａ）～（ｃ）に示すように、切欠き３６が形成されている。切欠き３６は、幅方向Ｗの両端の所定範囲を除いて、カバー基部３１の後Ｒの端部側から前Ｆの端部側への所定範囲を略Ｕ字状に打ち抜くことで形成される。
　素子収容ドーム３２は、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、外殻が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３５と、側壁３５の先端を繋ぐ矩形状の底床３４と、赤外線検知素子４３および温度補償素子４５を受け入れる矩形状の開口３８とを備えている。
　素子収容ドーム３２は、幅方向Ｗの寸法が、センサケース２０の遮光ドーム２２と赤外線入射窓２６を合わせた幅方向Ｗの寸法とほぼ一致するように形成され、また、前後方向Ｌの寸法が遮光ドーム２２や赤外線入射窓２６の前後方向Ｌの寸法とほぼ一致するように形成されている。そして、センサカバー３０にセンサケース２０が組み付けられると、素子収容ドーム３２の投影面に遮光ドーム２２と赤外線入射窓２６の全体が含まれる。
　素子収容ドーム３２は、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、その内部の四角錐台状の空隙が素子収容室３３をなしている。素子収容室３３は、おもて面３１１の側が外部に対して開放され、うら面３１２の側は側壁３５および底床３４により外部に対して閉じられている。ただし、センサカバー３０にセンサケース２０が組み付けられた状態では、図１（ｄ）に示すように、この開放されている部分も、センサカバー３０とセンサケース２０との間に介在する熱変換フィルム４０によって閉じられる。
　素子収容ドーム３２の内部（素子収容室３３）には、図１（ｄ）に示すように、赤外線検知素子４３および温度補償素子４５が配置される。素子収容室３３において、赤外線検知素子４３および温度補償素子４５は、素子収容ドーム３２の底床３４と直接的に接触していない。素子収容室３３内に含まれる空気は、断熱層の役割を果たし、赤外線検知素子４３および温度補償素子４５への外部、特に素子収容ドーム３２の外側からの熱影響を最小限に抑える。ただし、空気による断熱層を設けることは望ましい形態ではあるが、本発明は赤外線検知素子４３および温度補償素子４５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。なお、素子収容室３３が外部と連通していると外部から異物が進入して赤外線検知素子４３および温度補償素子４５の特性に悪影響を及ぼすおそれがあるので、素子収容室３３は異物の進入を防げる程度の外部との密閉性を有していることが望ましい。
［熱変換フィルム４０］
　熱変換フィルム４０（図１（ｄ））は、赤外線が照射されると赤外線が持つエネルギーを熱に変換し、変換された熱が赤外線検知素子４３に伝達されることにより、赤外線検知素子４３により温度が検知される。
　熱変換フィルム４０は、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５を支持する。赤外線検知素子４３と温度補償素子４５は、熱変換フィルム４０に支持される配線パターン５０に電気的に接続されている。配線パターン５０の末端には、図１（ｃ）に示すように、端子５２，５４，５６が形成されており、この端子５２，５４，５６を介して電線７０が接続されている。電線７０は、電線固定域３７（図１（ｃ））から、前後方向Ｌに沿って筐体の外部へと引き出される。
　熱変換フィルム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。熱変換フィルム４０は、赤外線検知素子４３および温度補償素子４５を支持することに加え、赤外線検知素子４３および温度補償素子４５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２５も含め、導光域２８および遮光域２５の両方に亘り配置されている。
　熱変換フィルム４０がセンサケース２０とセンサカバー３０の間に保持されると、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５は、図１（ｄ）に示すように、センサカバー３０の素子収容室３３の内部に配置される。特に、本実施形態においては、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５が、センサケース２０の幅方向Ｗの中心を基準に線対称の位置に配置される。より具体的には、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５は、センサケース２０を幅方向Ｗに二等分する中心線Ｃ１（図１（ａ））に対して線対称に配置される。中心線Ｃ１は、導光域２８と遮光域２５との境界部に位置する。
　熱変換フィルム４０は、高分子材料からなる樹脂により形成される。赤外線を吸収する材料であれば樹脂の材質は問われず、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。
　また、熱変換フィルム４０は、その厚さは任意であるが、赤外線吸収率を向上できること、および、センサケース２０とセンサカバー３０の間に保持させる作業の際にしわが形成されるのを防ぐこと、を考慮すると、５～５０μｍ程度の厚さにすることが好ましい。
［赤外線検知素子４３および温度補償素子４５］
　赤外線検知素子４３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熱変換フィルム４０に吸収されて生ずる熱により昇降する温度を検知し、温度補償素子４５は雰囲気温度を検知する。
　赤外線検知素子４３および温度補償素子４５としては、例えば、小型の薄膜サーミスタ、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、特定の材質、形態に限定されない。
　赤外線検知素子４３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４５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」）
　この時、検知対象物からの熱影響のうち、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５への影響の差は、赤外線の「直接輻射」のみとなるため、赤外線検知素子４３による検知温度と温度補償素子４５による検知温度との差に基づいて、検知対象物から発せられる赤外線を正確に検知できる。ただし、赤外線検知素子４３における「熱伝導」＋「対流」＋「再輻射」による熱影響と、温度補償素子４５による「熱伝導」＋「対流」＋「再輻射」における熱影響が同じであることが前提となる。
　したがって、この赤外線検知素子４３と温度補償素子４５における熱伝導、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。
［配線パターン５０］
　次に、図４を参照して、赤外線温度センサ１０における配線パターン５０を説明する。
　配線パターン５０は、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５を接続する第一配線５１と、赤外線検知素子４３に接続される第二配線５３と、温度補償素子４５に接続される第三配線５５と、を備えている。配線パターン５０は、熱変換フィルム４０のうら面４１２（第二フィルム面）に赤外線検知素子４３と温度補償素子４５を避けるように形成されている。赤外線温度センサ１０が所定の機器内に組み込まれると、熱変換フィルム４０のおもて面４１１（第一フィルム面）が検知対象物に対向する。
　ここで、赤外線検知素子４３、温度補償素子４５及び配線パターン５０が、うら面４１２の側に設けられるのは、熱変換フィルム４０によりこれらの要素を周囲の環境から保護するためである。もっとも、おもて面４１１の側にこれらの要素を設けることを排除しない。
　なお、図４（ａ），（ｂ）において、一点鎖線で示される矩形の領域Ａは、素子収容室３３が平面方向に占有する領域を示している。図６などの他の図面においても同様である。
　第一配線５１は、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５を接続する他に、図示を省略する温度検出回路に接続するための端子５２まで引き出される。第二配線５３および第三配線５５も同様に、それぞれ温度検出回路に接続するための端子５４、端子５６まで引き出されている。なお、この温度検出回路は当業者間で周知であるから、ここでの説明を省略する。
　第一配線５１は、図４に示すように、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５に接続される第一要素５１Ａ，５１Ａと、第一要素５１Ａ，５１Ａに接続されるべた状の第二要素５１Ｂと、第二要素５１Ｂと端子５２を接続する第三要素５１Ｃと、を備えている。
　第一要素５１Ａおよび第三要素５１Ｃは、線状の配線パターンからなる。
　べた状の配線パターンである第二要素５１Ｂは、平面視して概ね矩形の形状を有しており、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５の間を埋める。第二要素５１Ｂは、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５の前後方向Ｌにおける中間点を中心にして線対称な平面形状をなしている。これは、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５の均熱化にとって好ましい形態であるが、厳密に線対称な平面形状でなくても、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５の均熱化が図れる限り、べた状の配線パターンの形状は任意である。
　また、第二要素５１Ｂは、赤外線検知素子４３から引き出される第二配線５３および温度補償素子４５から引き出される第三配線５５との電気的な接触を避けつつ、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５の周囲を取り囲むように形成されている。
　べた状の第二要素５１Ｂは、素子収容室３３が平面方向に占有する領域Ａの表面積を超える表面積を有している。
　べた状の配線パターンは、厚さが、例えば、２０μｍに形成される。なお、べた状の配線パターンは、好ましくは厚さが一定で形成されるが、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５の均熱化が図れる限り、厚さが異なる部分が存在してもよい。さらに、べた状の配線パターンが熱変換フィルム４０に占める面積は、電気的なアイソレーションが確保できれば任意である。つまり、その面積が微小でも熱応答性の向上の効果が見込めるが、面積が大きければ大きいほどこの効果が大きくなる。したがって、熱応答性を向上させる、と言う観点からすると、熱変換フィルム４０のうら面４１２の全域にわたってべた状の配線パターを形成するのが最も好ましい。
　以上に対して、第二配線５３および第三配線５５は、線状の配線パターンからなる。第二配線５３および第三配線５５は、第一配線５１との電気的な接触を避けるように配線されている。
　以上の通り、配線パターン５０は、べた状の配線パターンである第一配線５１の第二要素５１Ｂが、熱変換フィルム４０の広い面積を占有するとともに、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５を取り囲むように形成されている。なお、配線パターン５０は、後述するように金属材料から構成されるので、熱変換フィルム４０に比べて熱伝導率が相当に高い。例えば、銅（Ｃｕ）の熱伝導率はおよそ４００Ｗ/ｍ・ｋであるのに対して、ポリイミドの熱伝導率は０．２Ｗ/ｍ・ｋ程度である。
　配線パターン５０を熱変換フィルム４０に形成する手段は任意である。例えば、熱変換フィルム４０の裏側の面に、蒸着により配線パターン５０を形成できるし、塗布により配線パターン５０を形成できる。また、熱変換フィルム４０の裏側の面に、クラッドにより配線パターン５０を形成できる。
　また、配線パターン５０を構成する導電体は任意であるが、電気導電率の高い銅、銅合金、その他の金属材料を用いることができる。
［赤外線温度センサ１０］
　赤外線温度センサ１０においては、図１に示すように、センサケース２０とセンサカバー３０が、各々の基部２１，３１の互いの周縁が一致するように位置決めされ、熱変換フィルム４０を介して接合される。
　熱変換フィルム４０がセンサケース２０とセンサカバー３０により保持されると、平面視で、赤外線検知素子４３は導光域２８の略中央に配置され、温度補償素子４５は遮光域２５の略中央に配置される。本実施形態によれば、後述するように、赤外線検知素子４３および温度補償素子４５が受ける熱の影響を、ローラ２からの赤外線の照射を除けば、略同等にすることができる。
　また、センサケース２０とセンサカバー３０が組み付けられると、カバー基部３１の切欠き３６と切欠き３６に対向する領域のケース基部２１とにより、筐体の外部に引き出される電線７０を固定する電線固定域３７が形成される。つまり、図１（ｃ）に示すように、前述した熱変換フィルム４０上の配線パターンに接続される電線７０は、ケース基部２１のうら面２１２と切欠き３６に取り囲まれる空間に配置され、かつ、この電線７０の上からモールド用の樹脂を塗布することで、赤外線温度センサ１０に固定される。電線７０を固定するために用いる樹脂としては、エポキシ等の公知の樹脂を用いることができる。
　なお、本実施形態では、カバー基部３１の厚さＴ３が電線７０の太さと同等以上であるため、図１（ｂ）に示すように、電線７０は、カバー基部３１のうら面３１２からその外周面がはみ出すことがない。
　赤外線温度センサ１０は、図１１に示すように、センサケース２０のおもて面２１１の側が検知対象物であるローラ２に対向するように配置される。したがって、電線固定域３７は、ローラ２との間にケース基部２１が配置されるので、ローラ２から放射される赤外線が固定用の樹脂に照射されるのを防ぐことができる。また、モールド樹脂が電線固定域３７から剥離した場合に、ローラ２に飛散するのを防ぐこともできる。
［効　果］
　次に、赤外線温度センサ１０の配線パターン５０による効果を説明する。
　本実施形態に係る配線パターン５０は、熱変換フィルム４０の表面の広い範囲を占有する、べた状の第一配線５１を備えている。べた状の第一配線５１は熱伝導性の高い金属材料、とりわけ銅、銅合金から構成されるので、周囲から熱を受けると熱変換フィルム４０も含めて温度が迅速に均一になりやすい。これにより、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５の均熱化が図られるので、赤外線温度センサ１０は、検知温度の応答性が高くなる。
　特に、べた状の配線パターンである第二要素５１Ｂは、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５の間を埋めるとともに、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５の周囲を取り囲むように形成されている。これにより、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５の均熱化がより迅速に行われる。
　以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、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、他の構成に置き換えたりすることができる。
　はじめに、熱変換フィルム４０はセンサケース２０とセンサカバー３０の間に保持されることを先に述べたが、この点についての形態を説明する。
　センサケース２０とセンサカバー３０が金属材料から構成されている場合、べた状の配線パターンがセンサケース２０又はセンサカバー３０と接すると、電気的な短絡が生ずる。したがって、図５（ａ）に示すように、例えばべた状の配線パターンである第一配線５１が、センサケース２０のケース基部２１とセンサカバー３０のカバー基部３１で挟む保持部分よりも内側に留まらせ、センサケース２０とセンサカバー３０には接触しないようにする。
　他の形態として、図５（ｂ）に示すように、べた状の配線パターンである第一配線５１のうら面の側に絶縁層４２を配置する。そうすれば、センサケース２０およびセンサカバー３０と第一配線５１の間の電気的に絶縁できるので、第一配線５１を保持部分まで延ばすことができる。この形態は、保持部分の金属材料だけを捉えると、センサケース２０、第一配線５１およびセンサカバー３０がこの順で積層されている。これにより、第一配線５１は、加熱されたセンサケース２０およびセンサカバー３０から熱が伝達されるので、赤外線検知素子４３および温度補償素子４５の均熱化がより迅速に進む。
　絶縁層４２は、熱変換フィルム４０と同じ材料を用いることができるし、他の材料を用いることもできる。
　次に、べた状の配線パターンの変形例を図６～図９を参照して説明する。
　はじめに、図６は、第二配線６３および第三配線６５がべた状の配線パターンを有し、第一配線６１が線状の配線パターからなる例を示す。
　配線パターン６０は、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５を接続する第一配線６１と、赤外線検知素子４３に接続される第二配線６３と、温度補償素子４５に接続される第三配線６５と、を備えている。この配線パターン６０においても、上述した配線パターン５０と同様の効果を奏する。
　第一配線６１は、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５を接続する線状の第一要素６１Ａと、第一要素６１Ａと端子５２を接続する第二要素６１Ｃと、を備えている。
　第二配線６３は、赤外線検知素子４３に接続される第一要素６３Ａと、第一要素６３Ａに接続されるべた状の第二要素６３Ｂと、第二要素６３Ｂと端子５４を接続する第三要素５１Ｃと、を備えている。
　第三配線６５は、温度補償素子４５に接続される第一要素６５Ａと、第一要素６５Ａに接続されるべた状の第二要素６５Ｂと、第二要素６５Ｂと端子５６を接続する第三要素５１Ｃと、を備えている。
　次に、図７は、第一配線５１がべた状の配線パターンをなしているが、このべた状の配線パターンの中には、導電層が形成されておらず、熱変換フィルム４０がむき出しとされている非導体領域５７が設けられている。
　非導体領域５７は、赤外線温度センサ１０を幅方向Ｗに二等分する中心線Ｃ１と中心が一致する矩形の形状を有しており、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５の間の中間地点にまたがって設けられる。
　この非導体領域５７は、以下の作用・効果を有する。
　赤外線温度センサ１０を使用していると、非導体領域５７が設けられているところにも赤外線が照射される。ここに熱伝導性の優れた導体が存在していると輻射熱が生じる。この輻射熱が遮光域２５に伝わると、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５の温度差が小さくなる。そこで、当該領域を非導体にすることにより輻射熱の発生を抑えるとともに、輻射熱が温度補償素子４５へ最短距離で伝わるのを抑える。
　非導体領域５７は、図７の形態に限るものでない。例えば、図８（ａ）に示すように非導体領域５７を複数（２つ）に分割して設けることができる。また、図８（ｂ）に示す非導体領域５７は、その長尺方向が幅方向Ｗに沿う形態をなしている。なお、図７、図８（ａ）は、長尺方向が前後方向Ｌに沿う形態をなしている。
　なお、非導体領域５７は、配線パターン５０よりも熱伝導性が劣る材料で構成される低熱伝導領域が設けられていてもよい。
　また、図９（ａ）に示すように、べた状の配線パターンである第二要素５１Ｂを設ける領域を、素子収容室３３が平面方向に占有する領域Ａの面積と同等の表面積に収めることができる。均熱化のために、べた状の配線は、少なくともこの面積と同等以上の表面積を有することが好ましい。
　また、図９（ｂ）に示すように、線状の配線パターンをなす第二配線５３、第三配線５５を幅方向Ｗの両側に引き出すこともできる。
　また、図９（ｃ）に示すように、第一配線５１を線状の配線パターン（第二要素５１Ｂ，第三要素５１Ｃ）にするとともに、第二配線５３および第三配線５５をべた状の配線パターン（第二要素５３Ｂ、第二要素５５Ｂ）にすることもできる。
　さらに、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、本発明のべた状の配線パターン（５１Ｂ，５３Ｂ，５５Ｂ）は、赤外線検知素子４３、温度補償素子４５を取り囲むエッジ部分がくし歯状に形成されていてもよい。これにより、この部分には、高熱伝導領域と低熱伝導領域が交互に配置される形成されることになる。
　なお、図９および図１０において、図４と同じ要素には図４と同じ符号を付している。
　さらにまた、本発明に係るべた状の配線パターンは、図１～図３に示した形態に限らず、例えば特許文献１に記載される形態の赤外線温度センサにも採用できる。
１     トナー定着器
２，３ ローラ
１０   赤外線温度センサ
２０   センサケース
２１   ケース基部
２２   遮光ドーム
２５   遮光域
２６   赤外線入射窓
２８   導光域
３０   センサカバー
３１   カバー基部
３２   素子収容ドーム
３３   素子収容室
４０   熱変換フィルム
４２   絶縁層
４３   赤外線検知素子
４５   温度補償素子
５０   配線パターン
５１   第一配線
５１Ａ 第一要素
５１Ｂ 第二要素
５１Ｃ 第三要素
５２，５４，５６     端子
５３   第二配線
５３Ａ 第一要素
５３Ｂ 第二要素
５３Ｃ 第三要素
５５   第三配線
５５Ａ 第一要素
５５Ｂ 第二要素
５５Ｃ 第三要素
５７   非導体領域
６０   配線パターン
６１   第一配線
６１Ａ 第一要素
６１Ｃ 第二要素
６３   第二配線
６３Ａ 第一要素
６３Ｂ 第二要素
６３Ｃ 第三要素
６５   第三配線
６５Ａ 第一要素
６５Ｂ 第二要素
６５Ｃ 第三要素
７０   電線

Claims (11)

  1. 　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フィルムと、
    　前記フィルムに支持され、前記フィルムで変換された前記赤外線による温度変化を検知する赤外線検知素子と、
    　前記フィルムに支持され、周囲の雰囲気の温度変化を検知する温度補償素子と、
    　前記赤外線検知素子および前記温度補償素子に接続され、前記フィルムに支持されるべた状の配線パターンと、
    を備えることを特徴とする赤外線温度センサ。
  2. 　べた状の前記配線パターンは、
    　前記赤外線検知素子と前記温度補償素子の間の中間地点を中心とする対称な平面形状を有する、
    請求項１に記載の赤外線温度センサ。
  3. 　べた状の前記配線パターンは、
    　前記赤外線検知素子および前記温度補償素子の周囲を取り囲むように形成される、
    請求項１又は請求項２に記載の赤外線温度センサ。
  4. 　前記フィルムの第一フィルム面が、前記検知対象物に対向し、
    　前記第一フィルム面のうら側の第二フィルム面に、前記赤外線検知素子および前記温度補償素子と、べた状の前記配線パターンが設けられる、
    請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の赤外線温度センサ。
  5. 　前記配線パターンは、
    　前記赤外線検知素子と前記温度補償素子を接続し、かつ、引き出される第一配線と、
    　前記赤外線検知素子から引き出される第二配線と、
    　前記温度補償素子から引き出される第三配線と、を備え、
    　前記第一配線、または、前記第二配線及び前記第三配線のいずれか一方はべた状の前記配線パターンを有し、かつ、他方は線状の前記配線パターンからなる、
    請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の赤外線温度センサ。
  6. 　べた状の前記配線パターンは、
    　他の前記配線パターンよりも熱伝導性が低い低熱伝導領域を備える、
    請求項５に記載の赤外線温度センサ。
  7. 　べた状の前記配線パターンに形成された前記低熱伝導領域は、前記赤外線検知素子と前記温度補償素子との間に形成される、
    請求項６に記載の赤外線温度センサ。
  8. 　前記低熱伝導領域は、べた状の前記配線パターンを構成する導電層が形成されておらず、前記フィルムの前記第二フィルム面がむき出しとされる、
    請求項６または請求項７に記載の赤外線温度センサ。
  9. 　放射された前記赤外線を導く導光域、および、周囲に対して閉じられて前記赤外線が遮蔽される遮光域が形成されるセンサケースと、
    　前記センサケースに対向して配置されるセンサカバーと、からなる筐体を備え、
    　前記フィルムは、前記センサケースと前記センサカバーの間の保持部分にて保持されており、
    　べた状の前記配線パターンは、
    　前記保持部分よりも内側に留まるように形成されている、
    請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の赤外線温度センサ。
  10. 　放射された前記赤外線を導く導光域、および、周囲に対して閉じられて前記赤外線が遮蔽される遮光域が形成されるセンサケースと、
    　前記センサケースに対向して配置されるセンサカバーと、からなる筐体を備え、
    　前記フィルムは、前記センサケースと前記センサカバーの間の保持部分にて保持されており、
    　べた状の前記配線パターンは、
    　絶縁層を介して前記保持部分にて保持される、
    請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の赤外線温度センサ。
  11. 　前記筐体は、
    　前記赤外線検知素子と前記温度補償素子を収容する素子収容室を備え、
    　べた状の前記配線パターンは、少なくとも前記素子収容室が前記フィルムの平面方向に占有する面積と同等以上の表面積を有する、
    請求項９または請求項１０に記載の赤外線温度センサ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021100312A1 (ja) * 2019-11-21 2021-05-27 株式会社芝浦電子 赤外線温度センサ、温度検出装置、および画像形成装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011102791A (ja) * 2009-10-17 2011-05-26 Mitsubishi Materials Corp 赤外線センサ及びこれを備えた回路基板
JP2013050365A (ja) * 2011-08-31 2013-03-14 Tdk Corp 赤外線温度センサ
JP2013156235A (ja) * 2012-02-01 2013-08-15 Mitsubishi Materials Corp 赤外線センサ
US20150369669A1 (en) * 2014-06-19 2015-12-24 Melexis Technologies Nv Infrared sensor with sensor temperature compensation
JP2017049268A (ja) * 2016-11-29 2017-03-09 三菱マテリアル株式会社 赤外線センサ装置
WO2017217272A1 (ja) * 2016-06-13 2017-12-21 株式会社芝浦電子 赤外線温度センサ

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011102791A (ja) * 2009-10-17 2011-05-26 Mitsubishi Materials Corp 赤外線センサ及びこれを備えた回路基板
JP2013050365A (ja) * 2011-08-31 2013-03-14 Tdk Corp 赤外線温度センサ
JP2013156235A (ja) * 2012-02-01 2013-08-15 Mitsubishi Materials Corp 赤外線センサ
US20150369669A1 (en) * 2014-06-19 2015-12-24 Melexis Technologies Nv Infrared sensor with sensor temperature compensation
WO2017217272A1 (ja) * 2016-06-13 2017-12-21 株式会社芝浦電子 赤外線温度センサ
JP2017049268A (ja) * 2016-11-29 2017-03-09 三菱マテリアル株式会社 赤外線センサ装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021100312A1 (ja) * 2019-11-21 2021-05-27 株式会社芝浦電子 赤外線温度センサ、温度検出装置、および画像形成装置
JPWO2021100312A1 (ja) * 2019-11-21 2021-11-25 株式会社芝浦電子 赤外線温度センサ、温度検出装置、および画像形成装置
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