(57)【要約】【課題】熱定着器等において、ヒートローラの表面温度を非接触で測定する際の測定精度を向上させる。【解決手段】開示される非接触温度センサは、ヒートローラ１０１の表面温度を非接触で測定するための温度センサであって、ヒートローラ１０１の表面に近接して非接触で保持される赤外線透過性フィルム４のヒートローラ１０１に対して裏面側に、赤外線吸収性ガラスで溶封されたサーミスタ素子１を固定した構成を有している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検知体の表面温度を非接触で測定するための温度センサであって、前記被検知体の表面に近接して非接触で保持される赤外線透過性フィルムの前記被検知体に対して裏面側に、赤外線吸収性ガラスで溶封されたサーミスタ素子を固定してなることを特徴とする非接触温度センサ。
【請求項２】
前記赤外線透過性フィルムが、その周辺を固定用枠によって支持されていることを特徴とする請求項１記載の非接触温度センサ。
【請求項３】
前記赤外線透過性フィルムが、ポリイミド又はテフロン（登録商標）からなる単一組成のフィルム、又はポリイミド及びテフロンからなる複合構造のフィルムからなることを特徴とする請求項１又は２記載の非接触温度センサ。
【請求項４】
前記サーミスタ素子が、赤外線吸収性のフィルム又は接着剤によって、前記赤外線透過性フィルムに固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一記載の非接触温度センサ。
【請求項５】
前記赤外線透過性フィルム及び／又は赤外線吸収性フィルムを貫通して穴部を設け、前記赤外線透過性フィルムの穴部を前記サーミスタ素子よりも小さくして、該穴部上にサーミスタ素子を取り付けるとともに、前記赤外線吸収性フィルムの穴部には前記サーミスタ素子を保持するようにしたことを特徴とする請求項４記載の非接触温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、帯電像を用いた電子写真システム等において、被検知体の表面温度を非接触で測定するための、非接触温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、帯電像を用いた電子写真システムを応用した複写機，プリンタ及びファクシミリ装置等においては、プリント時、帯電に応じてトナーが吸着されている用紙を、高温のヒートローラを備えた熱定着器を通過させることによって、用紙上のトナーを溶融して定着させる方法がとられている。
この際、定着条件を安定化するために、ヒートローラの温度制御を行うことが必要であり、そのためには、何らかの方法でヒートローラの表面温度を測定しなければならない。
【０００３】
この場合の表面温度測定の方法としては、ヒートローラの表面に直接、センサを接触させて温度検出を行う方法と、ヒートローラに非接触で表面温度を検出する方法とがあるが、ヒートローラと温度センサとの両者の耐久性の点からは、非接触で温度検出を行えるようにすることが望ましい。
従来、非接触の温度検知方法しては、赤外線放射温度計等のように、赤外線の輻射によって表面温度を測定する方法が知られれており、既に実用化されているものもあるが、装置が大型であって高価なものとなるため、必ずしも一般的ではない。
【０００４】
これに対して、より小型で安価な非接触温度センサとして、サーミスタを用いた表面温度センサが、市場ニーズに応えるものとして注目されていて、既にいくつかの形式のものが提案されており、例えば、特許文献１に開示された「温度センサ」や、特許文献２に開示された「非接触型温度センサ」、及び特許文献３に開示された「非接触形温度センサ」等が知られている。
【０００５】
これらのうち、特許文献１記載の温度センサにおいては、支持体に取り付けられた一対のほぼＵ字状の金属線間にサーミスタ等の感温素子を接続するとともに、一方の金属線に直列に接続された、感温素子の抵抗値のバラツキを補正するための補正抵抗を同一支持体上に配置することによって、温度センサの製作を容易にするとともに、温度センサの交換を簡単に行えるようにすることが記載されている。
【０００６】
また、特許文献２記載の非接触型温度センサにおいては、箱型のフードの開口部を密閉する耐熱テープ等によって感温素子を支持するとともに、フードの一部に圧力調整孔を設けることによって、使用時、感温素子周辺の空気の移動を阻止して、温度センサの測定精度を向上するとともに、温度変化に対する応答時間を短縮することが記載されている。
【０００７】
また、特許文献３記載の非接触形温度センサにおいては、保持体に形成した開口部に嵌合する枠体によって張設される耐熱性フィルムの感熱面の裏面に感熱素子を固定することによって、被検知体から放射される熱を耐熱性フィルムで吸収させて、感熱素子の熱応答性を向上することが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
実公昭６３−２６７４１号公報（第１〜２頁、第１図）
【特許文献２】
特公平２−５９９３９号公報（第１〜２頁、第２〜３図  ）
【特許文献３】
特開平７−１５９２５４号公報（段落１０〜１９、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１記載の温度センサでは、サーミスタ等の感温素子を露出させてヒートローラ近傍に設置して温度検出を行うので、検出速度は向上するが、ヒートローラの回転に伴う風や、装置内部の冷却風等の影響を受けて、温度検出精度が低下する恐れがある。
【００１０】
また、特許文献２記載の非接触型温度センサでは、感温素子の背後にフードを設けたので、ヒートローラの回転等に基づく風の影響は減少するが、反面、温度センサ全体の熱容量が大きくなるため、温度検出速度が低下する恐れがある。
【００１１】
また、特許文献３記載の非接触形温度センサでは、熱吸収部を形成する耐熱性フィルムの裏面に感熱素子を固定して温度検出を行うようにしているので、耐熱性フィルムの温度が上昇しても、フィルムから感温素子への熱伝導に時間がかかるため、結果的に、必ずしも温度検出速度が向上しない恐れがある。
【００１２】
この発明は上述の事情に鑑みてなされたものであって、感温素子がヒートローラの回転等に基づく風の影響を受けないので温度検出精度が高いとともに、感温素子保持部の熱容量が小さく、かつ感温素子への熱伝導が迅速に行われるので熱応答性が高く、従って温度検出時間を短縮することが可能な非接触温度センサを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は非接触温度センサに係り、被検知体の表面温度を非接触で測定するための温度センサであって、上記被検知体の表面に近接して非接触で保持される赤外線透過性フィルムの上記被検知体に対して裏面側に、赤外線吸収性ガラスで溶封されたサーミスタ素子を固定してなることを特徴としている。
【００１４】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の非接触温度センサに係り、上記赤外線透過性フィルムが、その周辺を固定用枠によって支持されていることを特徴としている。
【００１５】
また請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の非接触温度センサに係り、上記赤外線透過性フィルムが、ポリイミド又はテフロンからなる単一組成のフィルム、又はポリイミド及びテフロンからなる複合構造のフィルムからなることを特徴としている。
【００１６】
また請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一記載の非接触温度センサに係り、上記サーミスタ素子が、赤外線吸収性のフィルム又は接着剤によって、上記赤外線透過性フィルムに固定されていることを特徴としている。
【００１７】
また請求項５記載の発明は、請求項４記載の非接触温度センサに係り、上記赤外線透過性フィルム及び／又は赤外線吸収性フィルムを貫通して穴部を設け、上記赤外線透過性フィルムの穴部を上記サーミスタ素子よりも小さくして、該穴部上にサーミスタ素子を取り付けるとともに、上記赤外線吸収性フィルムの穴部には上記サーミスタ素子を保持するようにしたことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
◇第１実施例
図１は、本発明の第１実施例である非接触温度センサの構成を示す図、図２は、本実施例の非接触温度センサにおける赤外線透過性フィルムと赤外線吸収性ガラスとの赤外線透過率特性を示す図、図３は、本実施例の非接触温度センサにおけるヒートローラの表面温度検出結果を示す図である。
【００１９】
図１において、（ａ）は全体の構成を斜視図によって示し、（ｂ）は温度検出部の詳細構成をＡ−Ａ断面図によって示している。
この例の非接触温度センサは、図１に示すように、サーミスタ素子１と、リード線２，３と、赤外線透過性フィルム４と、ベース５と、固定用フランジ６，７と、出力線８，９とから概略構成されている。
【００２０】
サーミスタ素子１は赤外線吸収性ガラス（不図示）で溶封されていて、リード線２，３とともに赤外線透過性フィルム４上に、接着剤等によって固定されている。赤外線透過性フィルム４は、ベース５の下面に接着剤等によってに固定されている。ベース５は、その両側に設けられた固定用フランジ６，７によって、装置（不図示）側の固定用プレート１００に、例えばねじ留めによって固定されるようになっている。リード線２，３は、それぞれ出力線８，９を介して、装置側の温度測定回路（不図示）に接続されるようになっている。
【００２１】
この例の非接触温度センサは、固定用プレート１００に取り付けられた状態では、装置側における熱定着器を構成するヒートローラ１０１に対して、近接して保持されていて、図示されない温度測定回路を介して、ヒートローラ１０１の表面温度を非接触状態で測定して、温度検出信号を出力することができるようになっている。
【００２２】
以下、この例の非接触温度センサの動作を説明する。一般に、熱定着器のヒートローラは、その表面温度が約１５０℃〜２００℃の範囲で使用されている。この場合、ヒートローラ表面から放散される熱は、輻射，空気の対流及び空気を介する伝導によって、ヒートローラの表面温度測定用センサに到達する。
このとき、ヒートローラの回転に伴う風や装置内の冷却装置（不図示）等からの風によって、温度センサの周囲の空気が攪拌されるため、温度センサに対する対流に基づく熱の伝導に乱れが生じるので、温度センサによるヒートローラの表面温度測定が正しく行われなくなる恐れがある。
【００２３】
これに対して、この例の非接触温度センサでは、サーミスタ素子１を赤外線吸収性ガラスで溶封するとともに、サーミスタ素子１を赤外線透過性フィルム４のヒートローラ４に対して裏面側に取り付けている。従って、赤外線透過性フィルム４によって、装置内の風の影響を排除しながら、赤外線透過性フィルム４を透過したヒートローラ１０１からの輻射に基づく赤外線を赤外線吸収性ガラスで吸収することによって、サーミスタ素子１を介してヒートローラ１０１の表面温度を正しく測定することができる。なおこの際、輻射以外の原因によるヒートローラ１０１からの熱伝導は、赤外線透過性フィルム４を加熱しながらサーミスタ素子１に到達してその温度上昇を助長している。
【００２４】
ヒートローラ１０１の表面温度が約１５０℃〜２００℃の領域では、ヒートローラ１０１の表面からの輻射熱は、フランクの放射則によって示されるように、５μｍ〜８μｍ程度の中心波長を持つ赤外線として放射される。この例の非接触温度センサでは、サーミスタ素子１の下部に設けられる赤外線透過性フィルム４として、ポリイミド，テフロン等のいずれかからなる単一組成又はこれらの複合構造の耐熱性フィルムを使用しているので、ヒートローラ１０１の表面から放射された赤外線は、殆ど吸収されることなくサーミスタ素子１に到達する。
一方、サーミスタ素子１の周囲にある赤外線吸収性ガラスは、この帯域の赤外線を透過させることなく殆どすべてを吸収するので、サーミスタ素子１に到達した赤外線は、有効にサーミスタ素子１の温度上昇のために使われることになる。
【００２５】
図２は、この例の非接触温度センサにおける赤外線透過性フィルムと赤外線吸収性ガラスとの赤外線（ＩＲ）透過率特性を例示したものであって、赤外線透過性フィルムがポリイミドシート（厚さ１２．５μｍ）からなり、赤外線吸収性ガラスが二酸化珪素（ＳｉＯ２ ）の含有量７１％である、ホーケー酸ガラス（厚さ０．５ｍｍ）の場合を示している。
図示のように、この例の非接触温度センサでは、赤外線透過性フィルムが、波長５μｍ〜８μｍ程度の赤外線を殆ど損失なしに透過するとともに、サーミスタ素子を溶封する赤外線吸収性ガラスが、この波長域の赤外線を殆ど透過させることなく有効に吸収することが示されている。
【００２６】
また、図３は、この例の非接触温度センサにおいて、図２に示された赤外線透過性フィルムと赤外線吸収性ガラスとを用いた場合の、ヒートローラの表面温度検出結果を例示したものであって、この例の非接触温度センサによれば、接触式温度センサの場合と比較して、ヒートローラ表面温度測定時の温度誤差が小さいことが示されている。
【００２７】
このように、この例の非接触温度センサによれば、帯電像を用いた電子写真システムの熱定着器等において、ヒートローラの表面温度を非接触で測定する際の測定精度を向上させることができる。
【００２８】
◇第２実施例
図４は、本発明の第２実施例である非接触温度センサの構成を示す図であって、（ａ）は全体の構成を示す斜視図、（ｂ）は温度検出部の詳細構成を示すＢ−Ｂ断面図である。
この例の非接触温度センサは、図４に示すように、サーミスタ素子１と、リード線２，３と、赤外線透過性フィルム４と、ベース５と、固定用フランジ６，７と、出力線８，９と、固定用枠１０とから概略構成されている。
【００２９】
この例の非接触温度センサにおいて、サーミスタ素子１、リード線２，３、赤外線透過性フィルム４、ベース５、固定用フランジ６，７、出力線８，９は、図１に示された第１実施例の場合と同様なので、これらについての詳細な説明を省略する。
固定用枠１０は、ベース５の一部として、その延長上に一体化して形成されており、その下面に赤外線透過性フィルム４が、その周辺を接着する等の方法で固定されている。
【００３０】
この例の非接触温度センサでは、固定用枠１０を設けたことによって、赤外線透過性フィルム４を確実にかつ堅牢に支持することができるので、ヒートローラ１０１に対する、サーミスタ素子１を含む各部の位置関係を安定に保持することができるようになり、従ってヒートローラ１０１の表面温度測定時の安定性が向上するとともに、赤外線透過性フィルム４としてより薄いものを使用できるようになるため、ヒートローラ１０１から放射される赤外線の吸収を減少させることができ、従って、非接触温度センサにおけるヒートローラの表面温度測定時の誤差を減少させることが可能になる。
【００３１】
このように、この例の非接触温度センサでは、サーミスタ素子１とリード線２，３とを保持する赤外線透過性フィルム４を、固定用枠１０によって固定したので、第１実施例の場合と比べて機械的な強度が向上するため、耐久力が増加し、かつ取り扱いが容易になるとともに、非接触温度センサの性能を向上させることが可能になる。
【００３２】
◇第３実施例
図５は、本発明の第３実施例である非接触温度センサの構成を示す図であって、（ａ）は全体の構成を示す斜視図、（ｂ）は温度検出部の詳細構成を示すＣ−Ｃ断面図である。
この例の非接触温度センサは、図５に示すように、サーミスタ素子１と、リード線２，３と、赤外線透過性フィルム４と、ベース５と、固定用フランジ６，７と、出力線８，９と、固定用枠１０と、赤外線吸収性フィルム１１とから概略構成されている。
【００３３】
この例の非接触温度センサにおいて、サーミスタ素子１、リード線２，３、赤外線透過性フィルム４、ベース５、固定用フランジ６，７、出力線８，９、固定用枠１０は、図４に示された第２実施例の場合と同様なので、これらについての詳細な説明を省略する。
赤外線吸収性フィルム１１は、例えばカーボンブラック等の赤外線吸収性顔料を含むフィルムであって、赤外線透過性フィルム４の、ヒートローラ４に対して裏面側に、サーミスタ素子１を包囲して固定するように、例えば接着等の方法で固定される。
【００３４】
この例の非接触温度センサでは、赤外線透過性フィルム４の上部に赤外線吸収性の顔料を含有する赤外線吸収性フィルム１１を設けて、サーミスタ素子１を包囲して固定するようにしたので、赤外線透過性フィルム４を透過した赤外線の吸収をより増加させることができ、従って、サーミスタ素子１の温度が上昇して、非接触温度センサによるヒートローラ１０１の表面温度測定時の誤差を減少させることができるようになる。
【００３５】
このように、この例の非接触温度センサでは、サーミスタ素子１とリード線２，３とを保持する赤外線透過性フィルム４を、固定用枠１０によって固定したので、第２実施例の場合と同様の効果を得られるとともに、サーミスタ素子１を赤外線吸収性フィルム１１によって包囲して固定したので、赤外線透過性フィルム４を透過する赤外線に対する吸収能力が増大して、非接触温度センサの性能を向上させることが可能になる。
【００３６】
◇第４実施例
図６は、本発明の第４実施例である非接触温度センサの構成を示す図であって、（ａ）は全体の構成を示す斜視図、（ｂ）は温度検出部の詳細構成を示すＤ−Ｄ断面図である。
この例の非接触温度センサは、図６に示すように、サーミスタ素子１と、リード線２，３と、赤外線透過性フィルム４Ａと、ベース５と、固定用フランジ６，７と、出力線８，９と、固定用枠１０と、赤外線吸収性フィルム１１Ａと、穴部１２ａ，１２ｂとから概略構成されている。
【００３７】
この例の非接触温度センサにおいて、サーミスタ素子１、リード線２，３、ベース５、固定用フランジ６，７、出力線８，９、固定用枠１０は、図５に示された第３実施例の場合と同様なので、これらについての詳細な説明を省略する。
赤外線透過性フィルム４Ａは、穴部１２ａを有する点のみが、第３実施例の場合の赤外線透過性フィルム４と異なっている。赤外線吸収性フィルム１１Ａは、穴部１２ｂを有する点のみが、第３実施例の場合の赤外線吸収性フィルム１１と異なっている。
穴部１２ａは、赤外線透過性フィルム４Ａを貫通するように開けられた穴であり、穴部１２ｂは、赤外線吸収性フィルム１１Ａを貫通するように開けられた穴であって、穴部１２ａ，１２ｂは、その一方のみを設けてもよく、又はその両方が設けられていてもよい。
【００３８】
赤外線透過性フィルム４Ａに設けられる穴部１２ａは、サーミスタ素子１が、ヒートローラの回転に伴う風や装置内の冷却装置からの風等の影響を受けにくいようにする態様で設けられるものであり、そのためには、例えば、穴部１２ａの径をサーミスタ素子１の径よりある程度小さくして、その上にサーミスタ素子１を配置するようにすればよい。
また、赤外線吸収性フィルム１１Ａに設けられる穴部１２ｂは、サーミスタ素子１を、赤外線吸収性フィルム１１Ａによって赤外線透過性フィルム４上に固定する際の位置合わせを容易にするとともに、位置のばらつきの発生を防止する役目を持っている。
【００３９】
この例の非接触温度センサでは、穴部１２ａを設けたことによって、ヒートローラ１０１から放射される赤外線が赤外線透過性フィルム４Ａによって吸収されることなく、サーミスタ素子１に到達するようになるので、ヒートローラ１０１から放射される赤外線によるサーミスタ素子１の温度の上昇が妨げられることが少なくなり、従って、非接触温度センサによるヒートローラの表面温度測定時の誤差が減少する。
【００４０】
このように、この例の非接触温度センサでは、サーミスタ素子１とリード線２，３とを保持する赤外線透過性フィルム４Ａを、固定用枠１０によって固定し、さらに、サーミスタ素子１を赤外線吸収性フィルム１１Ａによって包囲して固定したので、第３実施例の場合と同様の効果を得ることができるとともに、赤外線透過性フィルム４Ａを貫通するように穴部１２ａを設けたので、サーミスタ素子１における赤外線の吸収を増加させて、非接触温度センサの性能を向上させることが可能になる。また赤外線吸収性フィルム１１Ａを貫通するように穴部１２ｂを設けたので、サーミスタ素子１の取り付けが容易になり、コスト削減の効果が得られる。
【００４１】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られたものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、第３実施例において、赤外線吸収性フィルム１１に代えて、例えばカーボンブラック等の赤外線吸収性のよい顔料を含む接着剤を用いて、赤外線透過性フィルム４のヒートローラ４に対して裏面側に、サーミスタ素子１を包囲するように塗布してサーミスタ素子１を固定してもよく、これによって同様の効果を得ることができる。また、第４実施例の場合に、赤外線透過性フィルム４Ａと赤外線吸収性フィルム１１Ａの一方または両方に代えて、粘着剤を塗布した通常のプラスチックテープを用いても、ある程度の効果を得ることが可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明の非接触温度センサによれば、ヒートローラ表面に近接して対向するように配置される赤外線透過性フィルムの、ヒートローラに対して裏面側にサーミスタ素子を取り付けたので、赤外線透過性フィルムが風よけとなって、装置内部に存在する風の影響を排除しながらヒートローラからの赤外線輻射を受け取ることができるとともに、サーミスタ素子として赤外線吸収性ガラスで溶封したものを用い、そのガラス部が赤外線透過性フィルムを透過した赤外線に晒されるような状態にサーミスタ素子を保持したので、照射された赤外線を効率よく吸収できるため、サーミスタ素子による測定温度とヒートローラ表面温度との誤差が少なくなり、ヒートローラの表面温度測定精度を向上することができる。さらに本発明の非接触温度センサは、構造が単純で全体の熱容量が小さく、サーミスタ素子への熱伝導が迅速に行われるので、温度検出速度が速いという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である非接触温度センサの構成を示す図である。
【図２】同実施例の非接触温度センサにおける赤外線透過性フィルムと赤外線吸収性ガラスとの赤外線透過率特性を示す図である。
【図３】同実施例の非接触温度センサにおけるヒートローラの表面温度検出結果を示す図である。
【図４】本発明の第２実施例である非接触温度センサの構成を示す図である。
【図５】本発明の第３実施例である非接触温度センサの構成を示す図である。
【図６】本発明の第４実施例である非接触温度センサの構成を示す図である。
【符号の説明】
１      サーミスタ素子
２，３      リード線
４，４Ａ      赤外線透過性フィルム
５      ベース
６，７      固定用フランジ
８，９      出力線
１０      固定用枠
１１，１１Ａ      赤外線吸収性フィルム
１２ａ，１２ｂ      穴部
【図１】
2004205417.tif 000003
【図２】
2004205417.tif 000004
【図３】
2004205417.tif 000005
【図４】
2004205417.tif 000006
【図５】
2004205417.tif 000007
【図６】
2004205417.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月21日(2003.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検知体の表面温度を非接触で測定するための温度センサであって、前記被検知体の表面に近接して非接触で保持される赤外線透過性フィルム上に前記被検知体に対して、赤外線吸収性ガラスで溶封されたサーミスタ素子を固定してなることを特徴とする非接触温度センサ。
【請求項２】
前記赤外線透過性フィルムが、その周辺を固定用枠によって支持されていることを特徴とする請求項１記載の非接触温度センサ。
【請求項３】
前記赤外線透過性フィルムが、ポリイミド又はテフロンからなる単一組成のフィルム、又はポリイミド及びテフロンからなる複合構造のフィルムからなることを特徴とする請求項１又は２記載の非接触温度センサ。
【請求項４】
前記サーミスタ素子が、赤外線吸収性のフィルム又は接着剤によって、前記赤外線透過性フィルムに固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一記載の非接触温度センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は非接触温度センサに係り、被検知体の表面温度を非接触で測定するための温度センサであって、上記被検知体の表面に近接して非接触で保持される赤外線透過性フィルム上に上記被検知体に対して、赤外線吸収性ガラスで溶封されたサーミスタ素子を固定してなることを特徴としている。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】