(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の導光部を有する赤外線温度センサにおいて、
前記導光部の内側に突出するように設けられた遮蔽部を有し、
前記遮蔽部は、前記導光部の内側への突出距離が調整可能なように前記導光部に固定される箇所が任意で且つ前記突出距離が調整されたあとに前記導光部に接着剤で調整不可に固定された、棒状の突出部を有している
ことを特徴とする赤外線温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本願は複写機等の定着装置において、用紙上に未定着トナー像を定着させる加熱定着ローラ等の回転体の表面温度を、非接触で検知する赤外線温度センサに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、公知の複写機の定着装置に使用されている加熱定着ローラ等の回転体の表面温度を検知する温度センサとしては、感熱素子をローラ表面に接触させて温度検知する接触型温度センサが主として使用されてきた。この種の接触型の温度センサはローラの表面温度を正確に検知できる利点があるものの、感熱素子の取付部材が一定圧でローラ表面に圧接されるために、取付部材や感熱素子がローラ表面を傷つける欠点があった。
【０００３】
また、取付部材として長期使用に耐える耐磨耗性の高いもの、また感熱素子をローラに一定圧で圧接するバネ材等の材料を使用するために感熱素子部分の熱容量が大きくなり、所望の熱応答特性が得られない等の欠点があった。
【０００４】
このような欠点を解決する手段として、本出願人は特開平11-223555号公報に非接触でローラ等の表面温度を検出する赤外線温度センサを提案した。
この赤外線温度センサは、少なくとも内面に赤外線反射面を有し、一端に赤外線入射のための開口部を有する保持体と、前記保持体の他端に配設された高分子材料からなる樹脂フィルムと、前記樹脂フィルム上に密着するように固定した感熱素子と、保持体を含む周囲温度を検出する温度補償用感熱素子とで構成したものである。
【０００５】
また、前記樹脂フィルムを構成する高分子材料は、ポリエステル、ポリイミド、あるいはこれらにカーボンブラックまたは無機顔料（クロムイエロ、弁柄、チタンホワイト、群青の１種以上）を混合分散させた材料を使用している。
上述のような構造の赤外線温度センサは、ローラ表面から放射された赤外線が保持体の一端の開口部から入射し、他端側に配設した樹脂フィルム面に達すると、前記樹脂フィルム固有の吸収スペクトルに応じた波長の赤外光を吸収することでフィルムの温度が上昇する。
【０００６】
この温度上昇を前記樹脂フィルムに密着固定した赤外線検知用感熱素子によって検知する。また、被検知体からの輻射熱や周囲雰囲気温度によって保持体の温度も上昇するために保持体近傍の樹脂フィルム上に配置された温度補償用感熱素子によって保持体の温度変動とセンサ周囲の熱輻射や対流の影響による温度変化を検知して、これら温度変化を補償することによって検出感度を高めるように構成されている。
【０００７】
前記赤外線温度センサの温度検出回路は、例えば図６に示されているように、電源Ｖと接地間に赤外線検知用感熱素子６と抵抗器とが接続された直列回路と、同様に電源Ｖと接地間に温度補償用感熱素子７と抵抗器が接続された直列回路から構成され、前記各抵抗器と感熱素子６，７の接続点は抵抗Ｒを通しＡ／Ｄ変換器を経てＣＰＵに接続されいる。
【０００８】
ＣＰＵは赤外線検知用感熱素子６と抵抗との接続点に現れる電圧、温度補償用感熱素子７と抵抗の接続点に現れる電圧をそれぞれ測定出力電圧としてＡ／Ｄ変換して取り込み、温度演算回路で、赤外線検知用感熱素子６および温度補償用感熱素子７の温度データに換算し、赤外線検知用感熱素子６と温度補償用感熱素子７の差の温度データΔＴを演算する。そして、これらの演算データ（温度データΔＴ）を予めＲＡＭあるいはＲＯＭに記憶されたデーターテーブル中のデータと照合することによって被検知体（ローラ）の表面温度Ｔを検出し、検知温度として表示器ＤＩＳに表示される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記赤外線温度センサの保持体の作製は、切削法またはダイキャスト法を用いてなされるが、この作製時の加工や型寸法のバラツキによる開口部面積、開口部の先端からフィルム面までの寸法距離等に僅かな変動が生じる。
また樹脂フィルムの材質や厚みも製品ロット間でバラツキがあり、さらに樹脂フィルム上に載置する感熱素子の寸法も切断の製造工程によって寸法にバラツキが生じる。また、組立時のバラツキもある。
【００１０】
このように赤外線温度センサを構成する各部材の各バラツキは、完成した個々の赤外線温度センサで、出力特性の変動となって現れる。従来、このような出力特性のバラツキを補正するためには、それぞれの赤外線温度センサを各機械に組み上げた後に検出回路等を調整して出力特性の補正が行われていた。
【００１１】
しかしながら、このような方法は、センサを取り付けた機械一台毎の回路調整が必要なことと、調整のためにある程度のノウハウが必要なこともあって調整のために作業時間がかかり、コストアップにつながるとともに、量産性の点で問題があった。
【００１２】
そこで本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、赤外線温度センサを検知回路に組み込んだ後での調整が簡単もしくは不要となり、且つ、作業時間の短縮や量産性の点で優れた赤外線温度センサを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、筒状の導光部を有する赤外線温度センサにおいて、前記導光部の内側に突出するように設けられた遮蔽部を有し、前記遮蔽部は、前記導光部の内側への突出距離が調整可能なように前記導光部に固定される箇所が任意で且つ前記突出距離が調整されたあとに前記導光部に接着剤で調整不可に固定された、棒状の突出部を有しているものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に本発明に係わる赤外線温度センサの実施の形態について、各添付図面を参照して説明する。
図１は本発明における赤外線温度センサの実施の形態１を示す斜視図である。
図２は、図１に示す赤外線温度センサＡの長手方向の縦断面図である。図１において、赤外線温度センサＡは、開口部１の形状が横長形状または楕円形状（開口部の形状は被検知体の大きさ、形状、センサとの距離等の条件によって選択できる）の導光部２を有する保持体３からなる。導光部２と保持体３は、アルミニウムなどの熱伝導率が大きく熱放射率の小さい金属材料から形成される。
【００１８】
前記導光部２の内側面は、必要に応じて研磨し赤外線の反射率を高める構造としてもよいし、赤外線を吸収する赤外線吸収膜を設けてもよい。この赤外線温度センサＡを定着装置等に使用する場合は、赤外線吸収膜を設けることにより、飛散するトナーによる赤外線温度センサＡの出力信号への影響を軽減できる。
【００１９】
前記赤外線吸収膜の材料としては、例えば、輻射率が０.９４以上の黒体吸収膜が好ましい。他の手段としては、陽極酸化処理やアルマイト処理しても赤外線吸収膜と同等の効果が得られる。導光部自体をプラスチック樹脂で形成して、その内側面に赤外線吸収層を設けても良いし、あるいはプラスチック樹脂からなる導光部２の内側面に赤外線を反射させる金属層を設けてもよい。
【００２０】
前記導光部２の外側面には、入射する赤外線量を調整する遮蔽部として導光部２内側に突出する突出部４を設けてある。この突出部４は、例えば、ネジのように突出距離Ｂを可変自在に調節できるような可変的（可変突出部）なものを用いればよい。本実施の形態では、突出部として、六角穴付き止めネジ（Ｍ３、長さ５ｍｍ）を用いた。
【００２１】
また前記突出部４は、ネジのように可変的なものに限ったものではなく、たとえば図３、４に示すようにリベット１２や板状体１３のように固定的（固定突出部）なもの、あるいはカメラの絞りユニットのようなものを用いてもよいことは勿論である。
【００２２】
樹脂フィルム５は、一表面に配線パターンが形成されており赤外線検知用感熱素子６と、温度補償用感熱素子７とが前記配線パターンに電気的に接続されている。配線パターンの終端部には、外部引出端子が形成されている。赤外線検知用感熱素子６は、前記樹脂フィルム５の略中央部分に位置し、赤外線入射側と反対の空間部側の樹脂フィルム５面に配置されるように載置されている。
【００２３】
温度補償用感熱素子７は、前記樹脂フィルム５の端部近くに載置されている。
このように赤外線検知用感熱素子６と温度補償用感熱素子７とが載置された樹脂フィルム５は、保持体３の導光部２の他端開口部に密着するように取り付け、蓋部材８で固定されるように構成される。
【００２４】
これによって、赤外線検知用感熱素子６は、導光部２の略中央に位置するように配置される。また、温度補償用感熱素子７は、保持体と蓋部材８の内部に配置されて赤外線温度センサＡの周囲温度を検知する。赤外線検知用感熱素子６が載置されている樹脂フィルム５の蓋部材側には空間部１０が形成される。
【００２５】
また温度補償用感熱素子７が載置されている樹脂フィルム５に相当する蓋部材８と保持体３の部分にも空間部１１が形成されている。９は赤外線温度センサＡの取付用の穴である。前記赤外線検知用感熱素子６と温度補償用感熱素子７としては薄膜サーミスタが適しているがこれに限定されるものではない。
【００２６】
また、前記樹脂フィルム５は、テフロン、シリコン、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）などの高分子材料からなる樹脂が使用されるが、赤外光を吸収する材料であれば他の材料を使用してもよい。
【００２７】
更に、これらの樹脂にカーボンブラックまたは無機顔料（クロムイエロ、弁柄、チタンホワイト、群青の１種以上）を混合分散させて略全波長の赤外線を吸収し得るような材料を用いることもできる。また、樹脂フィルム５から放射された熱を反射させて検出感度を上げるために、樹脂フィルム５の裏面、またはその背後の空間部１０の壁面に赤外線反射膜を設けてもよい。
【００２８】
蓋部材８は、保持体３と同様にアルミニウムなどの熱伝導率の大きく、熱放射率の小さい金属を用いる。内面の空間部１０の内壁は必要に応じて研磨して赤外線の反射率を高める構造であっても良いし、蓋部材８自体を樹脂で形成して、その内面に積極的に赤外線を反射させる金属層を設けても良い。
【００２９】
次に、前記導光部２の内側面に突出させた突出部４による入射する赤外線量の調整方法について説明する。
黒体炉が設置された測定装置を用い、黒体炉表面から５mm離した位置に赤外線温度センサをセットする。測定は、例えば、図６に示す温度検出回路で行う。黒体炉の表面温度は一定の温度（例えば、１８０℃）に維持されるように制御する。セットされた赤外線温度センサの導光部に設けられた突出部４の突出距離Ｂは０mm（突出部が導光部内に突出していない状態）に設定する。
【００３０】
温度補償用感熱素子７の出力が任意の温度（例えば、８０℃）に達したときの赤外線検知用感熱素子６と温度補償用感熱素子７の出力電圧を検出回路に入力し、入力されたデータを温度演算回路で温度データに換算し、予め記憶されているデーターテーブルを照合して黒体炉の表面温度（検知温度）を検出する。
【００３１】
次に導光部２内に突出部４を任意の距離突出させて上記と同様の方法で表面温度を検出する。このようにして、突出距離を変えて検出温度を測定し突出部の突出距離Ｂと検知温度の関係を求める。
図７は突出部４として、六角穴付き止めネジ（Ｍ３、長さ５ｍｍ）を用いて得られた突出距離Ｂと検知温度の関係を示すグラフである。ネジ突出距離Ｂが大きくなるに従って赤外線の入射量が減少するために検知温度が低くなることがわかる。
【００３２】
予め、上記のような方法によって突出部の突出距離Ｂと検知温度の関係を求めておく。次に未調整の赤外線温度センサの調整について述べる。前記と同様に、一定温度（１８０℃）に保持した黒体炉からなる測定装置に未調整の赤外線温度センサをセットする。この場合、突出部の突出距離Ｂは０ｍｍに設定する。温度補償用感熱素子７の出力が８０℃の温度になったときの赤外線検知用感熱素子６の出力から検出回路を通して検知温度を測定する。
【００３３】
例えば、図７から測定された検知温度が突出距離０ｍｍのとき１８６℃であった場合、未調整の赤外線温度センサの検知温度を黒体炉の温度である１８０℃に調整するためには、図７の曲線ａから突出距離Ｂを４．０ｍｍにすればよいことがわかる。調整後の赤外線温度センサを再測定し検知温度を確認することが望ましい。その後、突出部を接着剤などの方法によって固定して赤外線温度センサの調整は終了する。
【００３４】
上述の調整方法は突出部４としてネジを用いる方法であるが、図７から予め突出させる距離Ｂが決定できれば、長さの異なる数種類のリベット１２や板状体１３あるいはスプリングピンを用意しておき、規定寸法のリベット、スプリングピンや板状体を導光部２に固定突出部として突出させることによって容易に調整することができる。材質としては、金属以外に熱伝導性の良い樹脂やセラミックスなど赤外線の入射を遮るものであれば何でもよい。
【００３５】
また本願実施の形態では示さなかったが、赤外線量を加減する方法として、開口部１の一部を覆うように導光部２にコの字状の板状スプリング材を取り付ける等の方法もある。
【００３６】
また、図８に示すように、蓋部材８の空間部１０の壁面と樹脂フィルム５の間の距離をネジ１４で調整できるような可動壁１５を設けても同様の効果が得られる。即ち、ネジ１４を空間部１０の内側に向けて回すことでネジ１４の先端に当設している可動壁１５は前方に押し出され可動壁１５と樹脂フィルム５のと間の距離が縮まる。この方法は、可動壁１５に代えて径の大きいネジ１４を用いて、ネジ１４に先端と樹脂フィルム５間の距離が縮めても良いことはもちろんである（空間部のフィルムと壁面までの距離を小さくすると出力は減少する）。
【００３７】
図５は、図１に示した赤外線温度センサＡを定着装置に使用した場合の実装の概念図を示している。赤外線温度センサＡの導光部２が、加熱定着ローラＲの軸方向に沿って横長の開口部を有していることで、加熱定着ローラＲから放射された熱を効率よく捕捉することができる。
【００３８】
加熱定着ローラＲ表面から放射された赤外線は、導光部２の開口部１から入射して樹脂フィルム５に達し、樹脂フィルム５に吸収されて熱に変換される。この熱は赤外線検知用感熱素子６に伝達されるので、赤外線検知用感熱素子６の温度が上昇する。
【００３９】
この温度上昇による赤外線検知用感熱素子６の抵抗変化による出力と温度補償用感熱素子７で検出した出力を検出して、検出回路内の予めＣＰＵ内のメモリに記憶された設定温度と出力信号のデーターテーブルから被検知体の表面温度を検知して制御信号を出力し温度制御するようになっている。
【００４０】
実施の形態２．
上記実施の形態は、複写機等の定着装置の加熱定着ローラ温度を検出する赤外線温度センサの例について述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、放射温度計や耳式体温計等のサーモパイル型赤外線センサ、焦電型赤外線センサ、ボロメータ等の赤外線センサに赤外光を導くための導波管を有する構造のものにも適用できる。即ち、導波管の部分に、本発明と同様に例えばネジ等の突出部を設けることで赤外線量を調整し、赤外線センサの検出温度を容易に調整することができる。
【００４１】
上記のように赤外線温度センサＡの導光部２の外側面に前記導光部２内に突出するような突出部を設けて、前記突出部の突出距離を調節できるように構成することによって、個々の赤外線温度センサＡによる検知温度のバラツキを補正して出力特性のそろった赤外線温度センサＡを作製できるために、赤外線温度センサＡを検知回路に組み込んだ後での調整が簡単もしくは不要になり、作業時間の短縮や量産性の点で優れた赤外線温度センサＡを提供できるものである。
【００４２】
【発明の効果】
この発明によれば、筒状の導光部を有する赤外線温度センサにおいて、前記導光部の内側に突出するように設けられた遮蔽部を有し、前記遮蔽部は、前記導光部の内側への突出距離が調整可能なように前記導光部に固定される箇所が任意で且つ前記突出距離が調整されたあとに前記導光部に接着剤で調整不可に固定された、棒状の突出部を有していることで、センサ組立後のセンサ出力特性のバラツキを容易に調整できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る赤外線温度センサの斜視図である。
【図２】図２は図１に赤外線温度センサの縦断面図である。
【図３】図３は図１に示す赤外線温度センサにおける突出部にリベットを用いた場合の赤外線温度センサの縦断面図である。
【図４】図４は図１に示す赤外線温度センサにおける突出部に板状体を用いた場合の赤外線温度センサの縦断面図である。
【図５】図５は図１に示す赤外線温度センサを定着装置に使用した場合の実装の概念図である。
【図６】図６は従来の赤外線温度センサに係る温度検出回路の構成図である。
【図７】図７は赤外線温度センサの突出距離と検知温度の関係を示すグラフを表した図である。
【図８】図８は空間部の壁面を可動壁面とした場合の赤外線温度センサの縦断面図である。
【符号の説明】
Ａ   赤外線温度センサ
１    開口部
２    導光部
３    保持体
４    ネジ（可変突出部）
５    樹脂フィルム
６    赤外線検知用感熱素子
７    温度補償用感熱素子
１２  リベット（固定突出部）
１３  板状体（固定突出部）
１５  可動壁
【図１】
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【図２】
0004628540.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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