JP6892500B2 - 赤外線温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、検知対象物からの赤外線を検知して、検知対象物の温度を検知対象物に接触することなく測定する赤外線温度センサに関する。

検知対象物と接触することなく温度を検知する非接触形の赤外線温度センサは、例えばコピー機やプリンタなどの画像形成装置を構成するトナー定着器の温度を検知するのに用いられる。この赤外線温度センサは、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を傷つけることなくローラの温度を検知する。この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、ローラの温度を特定する。赤外線検知素子と温度補償素子は、熱変換フィルムに支持される。この熱変換フィルムは、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する。

定着器のローラの温度は、画像品質に大きく影響するので、赤外線温度センサは温度を正確に検知することが要求される。この要求に応える方策が種々提案されている。
例えば、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、赤外線の照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。これにより、特許文献１の赤外線温度センサは、赤外線の照射による熱エネルギーのみを正確に検知することを通じて、温度を正確に温度できる。

また、特許文献２は、温度の検知中に赤外線検知素子と温度補償素子を支持する熱変換フィルムが膨らみ変形することにより、赤外線の入射量や熱変換フィルムからの放熱量が変化し、赤外線温度センサの出力が変動する問題を解決する手段を提案する。

特許第５２０７３２９号公報 特許第５８４７９８５号公報

特許文献１及び特許文献２などの提案により赤外線温度センサに対する検知温度の正確性は向上するが、本発明者らの検討によれば、いまだ正確に温度を検知する余地がある。
そこで、本発明は、従来の赤外線温度センサでは考慮されていない要素を加味することで、より高い精度で温度を検知できる赤外線温度センサを提供することを目的とする。

本発明は、検知対象物から放射される赤外線に応じて、検知対象物の温度を非接触で検知する赤外線温度センサに関する。
本発明の赤外線温度センサは、検知対象物から放射される赤外線が照射され、照射された赤外線を熱に変換する熱変換フィルムと、熱変換フィルムに対向して配置され、検知対象物から放射された赤外線が熱変換フィルムの一部に照射されるのを遮る遮光域と、検知対象物から放射される赤外線が照射される熱変換フィルム上の領域に保持された赤外線検知素子と、遮光域により赤外線が遮蔽された熱変換フィルム上の領域に保持された温度補償素子と、検知対象物から放射された赤外線を赤外線検知素子が配置された領域へ導く導光域と、外部からの導光域を介した熱変換フィルムへの通気を遮蔽し、かつ赤外線を透過させる遮蔽体と、を備える、ことを特徴とする。

本発明者らは、赤外線温度センサによる検知温度にずれが生じる要因について検討を行ったところ、例えば画像形成装置を例にすると、装置内に生ずる対流、及び、装置内に設けられる冷却用のファンの回転による気流が検知温度のずれの一要因であることを知見した。つまり、この気流が導光域を通じて赤外線温度センサの内部に進入して、センサ内部の温度バランスを不安定にさせることで、検知温度にずれを生じさせる。
そこで、本発明の赤外線温度センサは、導光域を介した外部からの通気を遮蔽し、かつ赤外線を導光域に透過させる。

本発明における遮蔽体は、第１形態と第２形態の少なくとも二つの形態を含んでいる。二つの形態の前提として、熱変換フィルムを保持するとともに、導光域と遮光域が設けられるケースを備える。
第１形態は、ケースとは別体の遮蔽体がケースの所定位置に取り付けられる。
第２形態は、ケースが樹脂材料から一体的に形成されるとともに、遮蔽体がケースと一体をなしている。

第１形態において、遮蔽体は、赤外線を透過するケースとは別体のフィルム状素材からなり、熱変換フィルムから所定の間隔を隔てた導光域に設けることができる。その一例として、遮蔽体は、導光域の赤外線の入射口に設けられる。
また、本発明における遮蔽体は、導光域と遮光域を区画する成形体に一体的に設けてもよい。

第１形態における具体的なケースとしては、熱変換フィルムのおもて面側に設けられ、導光域と遮光域が設けられる第１ケースと、熱変換フィルムのうら面側に設けられ、うら面側に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熱変換フィルムとの間に有する第２ケースと、を備える。赤外線検知素子と温度補償素子は、熱変換フィルムのうら面側に保持されて素子収容室に収容される。
このケースを備える赤外線温度センサは、導光域及び遮光域の少なくとも一方と素子収容室との間を連通する第１通気路と、導光域と遮光域との間を連通する第２通気路と、を備えることができる。

第２形態におけるケースは、赤外線を透過する樹脂材料からなり、遮光域に対応する部位は遮光処理がなされるか、又は、導光域に対応する部位は遮光域に比べて薄肉とされる。
第２形態におけるより具体的なケースは、熱変換フィルムのおもて面側に設けられ、導光域と遮光域が設けられる第１ケースと、熱変換フィルムのうら面側に設けられ、うら面側に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熱変換フィルムとの間に有する第２ケースと、を備える。遮蔽体は、第１ケースと一体をなしている。
赤外線検知素子と温度補償素子は、熱変換フィルムのうら面側に保持されて素子収容室に収容される。
このケースを備える赤外線温度センサは、導光域及び遮光域の少なくとも一方と素子収容室との間を連通する第１通気路と、導光域と遮光域との間を連通する第２通気路と、を備える。

第１形態及び第２実施形態おける第１通気路は、導光域と遮光域の仕切りに設けることができるし、又は、導光域と遮光域の仕切りと熱変換フィルムとの間に設けることができる。
また、第２通気路は、熱変換フィルムの表裏を貫通して設けることができるし、又は、第１ケースと第２ケースを貫通して設けることもできる。

本発明の赤外線温度センサにおいて、ケースが、熱変換フィルムのおもて面側に設けられ、導光域と遮光域を形成する第１ケースと、熱変換フィルムのうら面側に設けられ、うら面側に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熱変換フィルムとの間に有する第２ケースと、を備える場合に、熱変換フィルムのおもて面に臨む導光域と遮光域の体積と、熱変換フィルムのうら面に臨む素子収容室の体積と、を均等にすることができる。

本発明の赤外線温度センサにおいて、第１ケースは、おもて面及びうら面を有するケース基部と、ケース基部のおもて面及びうら面を貫通して形成される導光域と、ケース基部のおもて面の側から立ち上がる遮光ドームの内部に形成される遮光域と、を有するものにできる。

本発明の赤外線温度センサは、ケースが、熱変換フィルムのおもて面側に設けられ、導光域と遮光域を形成する第１ケースと、熱変換フィルムのうら面側に、熱変換フィルムと対向するように設けられる偏平な第２ケースと、を備えることができる。

第１ケースと第２ケースを備える本発明の赤外線温度センサは、内部の気密性を確保するために、第１ケースと第２ケースとが互いに突き合わされる境界部分を気密に封止する封止構造を備える、ことが好ましい。

本発明の赤外線温度センサは、遮蔽体に光学的機能を持たせることができる。光学的機能としては、レンズ機能又はフィルタ機能が掲げられる。

本発明の赤外線温度センサは、導光域を介した外部からの通気を遮蔽し、かつ赤外線を導光域に透過させる遮蔽体を備える。これにより、本発明の赤外線温度センサは、装置内に生ずる対流、及び、装置内に設けられる冷却用のファンの回転による気流が導光域を通じて赤外線温度センサの内部に進入して、センサ内部の温度バランスを不安定にさせるのを防ぐことができる。

本発明の第１実施形態に係る赤外線温度センサを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。 第１実施形態に係る赤外線温度センサを示し、（ａ）は図１のII（ａ）−II（ａ）線矢視断面図、（ｂ）は図１のII（ｂ）−II（ｂ）線矢視断面図である。 第１実施形態に係る赤外線温度センサの作用及び効果を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る赤外線温度センサを示す、図２（ａ）に対応する断面図である。 第２実施形態に係る赤外線温度センサを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。 第２実施形態に係る赤外線温度センサを示し、（ａ）は図１のＶ（ａ）−Ｖ（ａ）線矢視断面図、（ｂ）は赤外線吸収成形体の平面図、（ｃ）はは赤外線吸収成形体の側面図である。 本発明の第３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）は背面図である。 第３実施形態に係る赤外線温度センサを示し、図７のVIII−VIII線矢視断面図である。 本発明に含まれる他の実施形態を示す図である。 本発明に含まれるさらに他の実施形態を示す図である。 本実施形態にかかる定着器の概略構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

［第１実施形態］
以下、添付図面に示す第１実施形態に係る赤外線温度センサ１に基づいて本発明を詳細に説明する。
赤外線温度センサ１（以下、単に温度センサ１）は、図１及び図２に示すように、第１ケース２０と、第１ケース２０のうら面側に組み付けられる第２ケース３０と、第１ケース２０と第２ケース３０の間に保持される熱変換フィルム４０と、それぞれが熱変換フィルム４０に支持される赤外線検知素子４３と温度補償素子４５と、を備えている。

温度センサ１は、例えば図１１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を構成するトナー定着器１０１の定着手段としてのローラ１０２の温度を、ローラ１０２から放射される赤外線を赤外線検知素子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、ローラ１０２の温度を非接触で検知するセンサである。
トナー定着器１０１は、定着手段としてのローラ１０２と、加圧手段としてのローラ１０３と、を備えている。なお、温度センサ１により加圧手段としてのローラ１０３の温度を検知することもできる。なお、本実施形態の温度センサ１において、検知対象物に対向する側をおもて面側と定義する。

画像形成装置の内部には画像形成装置を構成する機器類の温度差があるために、対流が生じる。また、画像形成装置の内部には機器類を冷却するためのファンが設けられている。したがって、温度センサ１が設けられる雰囲気に気流が生じるが、本実施形態の温度センサ１は、この気流を受けても検知温度の精度が落ちるのを防ぐ構成を備えているところに特徴を有する。
以下、温度センサ１の要素を順に説明した後に、温度センサ１の特徴に言及する。

［第１ケース２０］
第１ケース２０は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、矩形の平面形状を有する基部２１と、基部２１からおもて面側に向けて突出する外形が直方体状の胴部２２と、を備えている。第１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基部２１と胴部２２とが一体的に形成されている。ただし、高熱伝導率の金属材料は望ましい形態であるが、本発明はこれに限定されるものではない。第２ケース３０も同様である。

胴部２２は、基部２１から立ち上る側壁２３と、側壁２３の先端に設けられる上壁２４と、を備え、その内部にはキャビティ２５が形成されている。このキャビティ２５は、概ね胴部２２と相似形の直方体の形状をなしている。このキャビティ２５は第１ケース２０（基部２１）のうら面側を貫通している。
キャビティ２５は、おもて面側において、一部は上壁２４に矩形状に開放される赤外線入射口２９を介して上壁２４を貫通するが、赤外線入射口２９以外の部分は上壁２４により閉塞されている。
また、キャビティ２５は、上壁２４から垂れ下がる仕切り２６により２つの領域に区画される。一方の空間領域が導光域２７をなし、他方の空間領域が遮光域２８をなす。導光域２７は、入射した赤外線が熱変換フィルム４０まで通過するのを許容する。遮光域２８は、上壁２４に照射された赤外線及び導光域２７に入射した赤外線が熱変換フィルム４０に照射されるのを妨げる。仕切り２６は導光域２７に入射した赤外線が熱変換フィルム４０に照射されるのを妨げる。ただし、仕切り２６の先端と熱変換フィルム４０の間には微小な隙間が設けられておりこの隙間が第２通気路４８を構成する。

導光域２７と遮光域２８は、仕切り２６を基準にしてほぼ対称の形態をなしている。ここでいう対象の形態とは、導光域２７と遮光域２８のそれぞれを平面視した形状及び寸法が同じであり、かつ、その体積が同じであることをいう。

第１ケース２０は、赤外線入射口２９を封止する遮蔽体６０を備えている。この遮蔽体６０は、前述した第１形態に該当する。
遮蔽体６０は、赤外線を透過するが気流を遮蔽するフィルム状の部材であり、赤外線透過率の高い固体材料を用いることができる。典型的には、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide：ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ＰＴＦＥ(polytetrafluoroethylene：ポリテトラフルオロエチレン)などの樹脂材料を用いることができるが、Ｓｉ単結晶、Ｇｅ単結晶などの単結晶材料も遮蔽体６０として用いることができる。
遮蔽体６０は、特定の波長の赤外線を透過する材料から構成されていてもよい。また、遮蔽体６０がレンズを構成していてもよい。

遮蔽体６０を第１ケース２０の先端に固定する手段は任意であり、接着剤又は粘着剤により固定できるし、溶着により固定することもできる。
遮蔽体６０は、赤外線入射口２９を封止できる形状及び寸法を有していればよく、例えば本実施形態のように赤外線入射口２９の周囲を覆う形状及び寸法でよいが、上壁２４の全域を覆う形状及び寸法を有していてもよい。このように遮蔽体６０が赤外線入射口２９を覆うように上壁２４に設ける形態は、遮蔽体６０の取付けが容易である。

［第２ケース３０］
第２ケース３０は、図１及び図２に示すように、矩形の平面形状を有する基部３１と、基部３１からうら面側に向けて突出する素子収容部３２と、を備えている。
基部３１は、形状及び寸法が第１ケース２０の基部２１とほぼ同一に形成されている。そして、第１ケース２０と第２ケース３０は、基部２１と基部３１が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を間に挟んで気密に接合される。
第１ケース２０と第２ケース３０は、例えばかしめにより接合される。かしめによっても第１ケース２０と第２ケース３０は気密に接合できるが、基部２１と基部３１の境界部分に樹脂材料を埋めることにより、境界部分を封止する構造を備えることが好ましい。この樹脂材料として接着剤を用いることもできる。

素子収容部３２には、おもて面側に開口する素子収容室３３が形成される。熱変換フィルム４０に支持される赤外線検知素子４３及び温度補償素子４５は、素子収容室３３を向いて配置される。赤外線検知素子４３及び温度補償素子４５は、素子収容部３２の底床３４との直接的な接触が素子収容室３３の存在により避けられる。つまり、素子収容室３３内に含まれる空気が断熱層の役割を果たし、赤外線検知素子４３及び温度補償素子４５への外部、特に温度センサ１のうら面側からの熱影響を最小限に抑える。もっとも、本発明において、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、赤外線検知素子４３及び温度補償素子４５が第２ケース３０と直接接触する形態を排除しない。

［熱変換フィルム４０］
熱変換フィルム４０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を保持する。なお、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５は、図示を省略する配線パターンに電気的に接続されている。
熱変換フィルム４０が第１ケース２０と第２ケース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２（ａ）に示すように、第２ケース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、幅方向Ｗの中心である仕切り２６を基準に線対称の位置に配置される。

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、及び、第１ケース２０と第２ケース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。

熱変換フィルム４０は、導光域２７に対応する領域及び遮光域２８に対応する領域のそれぞれに、表裏を貫通する第１通気路４７，４７が設けられている。この第１通気路４７，４７を通って、導光域２７及び遮光域２８と素子収容室３３が連通して両者間の空気の流れが可能とされる。

［赤外線検知素子４３及び温度補償素子４５］
赤外線検知素子４３は、検知対象物であるローラ１０２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る温度上昇を検知し、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及び温度補償素子４５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。

赤外線検知素子４３は、ローラ１０２から放射される赤外線に加えて雰囲気温度（第１ケース２０、第２ケース３０を含む）を検知し、温度補償素子４５は、雰囲気温度を検知するので、各素子の熱影響としては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内、赤外線検知素子４３と温度補償素子４５の影響の差は、赤外線の「直接輻射」のみとなり、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、対流及び再輻射による熱影響を同じにすることが望まれる。

赤外線検知素子４３と温度補償素子４５は、好ましくは、仕切り２６を基準に線対称の位置に配置される。

［温度センサ１］
温度センサ１は、図１に示すように、第１ケース２０と第２ケース３０が、基部２１と基部３１が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を介して気密に接合される。この接合部分により第１ケース２０と第２ケース３０の内部が外部に対して封止され、内部と外部の間のエアの流通が阻止される。

温度センサ１は、熱変換フィルム４０が第１ケース２０と第２ケース３０により保持されると、平面視して、赤外線検知素子４３は導光域２７の略中央に配置され、温度補償素子４５は遮光域２８の略中央に配置される。しかも、導光域２７と遮光域２８が、略対称の形態をなしている。したがって、赤外線検知素子４３及び温度補償素子４５が受ける熱影響を、ローラ１０２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。

温度センサ１は、図１３に示すように、第１ケース２０のおもて面側が検知対象物であるローラ１０２に対向するように配置される。
ローラ１０２から放射される赤外線は温度センサ１の特に第１ケース２０に照射されるが、赤外線入射口２９に対応する領域に照射された赤外線は遮蔽体６０を透過して、導光域２７に進入し、さらに導光域２７を通過した後に導光域２７に対応する熱変換フィルム４０の領域に照射される。導光域２７に進入した赤外線は、仕切り２６に遮られるので、遮光域２８に進入することができない。
一方、第１ケース２０の上壁２４に照射された赤外線は上壁２４を透過することができないので、遮光域２８に赤外線が進入することはない。

以上より、赤外線検知素子４３は、ローラ１０２から放射される赤外線に加えて雰囲気温度（第１ケース２０、第２ケース３０を含む）を検知するのに対して、温度補償素子４５は、雰囲気温度のみを検知する。したがって、赤外線検知素子４３による検知温度と温度補償素子４５の検知温度の差分をとることにより、赤外線の照射による熱エネルギーのみを正確に検知することができる。

［温度センサ１の作用及び効果］
次に、図３を参照して、温度センサ１が奏する作用及び効果を説明する。
温度センサ１は、おもて面側を向いている赤外線入射口２９が遮蔽体６０で封止されているので、画像形成装置の内部にファンによる気流及び対流による気流Ｆによる外乱が生じる環境下に置かれても、赤外線入射口２９から気流Ｆが導光域２７に進入するのを防ぐことができる。しかも、温度センサ１は、導光域２７、遮光域２８及び素子収容室３３が温度センサ１の外部に対して気密に保たれているので、導光域２７、遮光域２８及び素子収容室３３にも気流Ｆが進入することがない。
したがって、温度センサ１によれば、気流Ｆなどの外乱により温度センサ１の内部の温度が不均一になるのを抑えることができる。

以上のように、導光域２７を含めた温度センサ１の内部を気密にすることにより外乱の影響を抑えることができる。ところが気密構造を採用することで、熱変換フィルム４０を基準として、おもて面側に位置する導光域２７及び遮光域２８における空気の膨張量とうら面側に位置する素子収容室３３における空気の膨張量に差が生じることがある。そうすると、熱変換フィルム４０は当初の偏平な形態から湾曲した形態に変形してしまい、これが検知温度の誤差の要因となり得る。以下、より具体的に説明する。

図３（ｂ）に示す温度センサ１１０は、熱変換フィルム４０のおもて面に臨む導光域２７と遮光域２８を合わせた体積をＶ１１、熱変換フィルム４０のうら面に臨む素子収容室３３の体積をＶ１２（ただし、Ｖ１１＞Ｖ１２）とする。この体積Ｖ１１，Ｖ１２は常温Ｔ１における値であり、常温Ｔ１における熱変換フィルム４０は偏平をなしている。なお、図３（ｂ）の温度センサ１１０は、第１通気路４７，４７を備えていない。
常温Ｔ１であった温度センサ１１０の全体が均一な温度Ｔ２まで温まったときの、導光域２７と遮光域２８の合計の体積をＶ２１とし、素子収容室３３の体積をＶ２２とする。シャルルの法則により、体積Ｖ１２に対する体積Ｖ２２の体積増加よりも体積Ｖ１１に対する体積Ｖ２１の体積増加の方が大きいので、図３（ｂ）に示すように、熱変換フィルム４０は素子収容室３３に向けて湾曲する。

ところが、図３（ａ）に示すように、温度センサ１は、熱変換フィルム４０に第１通気路４７を備えているので、体積Ｖ１１が体積Ｖ１２よりも大きいとしても、導光域２７、遮光域２８及び素子収容室３３の３つの空間の圧力を等しくできる。これにより、熱変換フィルム４０の変形を防止できる。なお、導光域２７と遮光域２８は、仕切り２６の先端と熱変換フィルム４０の間は接合されておらず、かつ、微小な隙間からなる第２通気路４８が設けられているので、この第２通気路４８及び第１通気路４７により導光域２７、遮光域２８及び素子収容室３３の３つの空間は空気の流通が可能となっている。

以上説明した通りであり、温度センサ１は、外乱の影響を遮蔽体６０で排除するとともに、導光域２７、遮光域２８及び素子収容室３３の３つの空間の圧力を等しくできるので、外乱が生じる環境下の温度をより正確に検知することができる。

［第２実施形態］
次に、図４を参照して本発明の第２実施形態に係る赤外線温度センサ２を説明する。
赤外線温度センサ２は、基本的な構成が温度センサ１と一致するが、熱変換フィルム４０の湾曲を防止する具体的な解決手段が温度センサ１と相違する。そこで、以下では温度センサ１との相違点を中心に赤外線温度センサ２を説明する。なお、赤外線温度センサ２において温度センサ１と同じ構成要素については温度センサ１と同じ符号を図面に付してその説明を省略することがある。

赤外線温度センサ２は、第１通気路４７，４７を備えていない。ところが、赤外線温度センサ２は、導光域２７と遮光域２８を合わせた体積Ｖ１１と素子収容室３３の体積Ｖ１２とが等しくなるように作製されている。したがって、赤外線温度センサ２は、温度Ｔ２まで温められても、体積Ｖ２１と体積Ｖ２２も等しいので、熱変換フィルム４０の湾曲を防ぐことができる。

［第３実施形態］
次に、図５及び図６を参照して本発明の第３実施形態に係る赤外線温度センサ３を説明する。
赤外線温度センサ３も基本的な構成が温度センサ１と一致するが、装置内に生ずる対流及びファンの回転による気流に対する具体的な解決手段が相違する。なお、赤外線温度センサ３において温度センサ１と同じ構成要素については温度センサ１と同じ符号を図面に付してその説明を省略することがある。

赤外線温度センサ３は区画成形体５０を備える。
区画成形体５０は、図５及び図６に示されるように、直方体状の外形を有し、外周をなす側壁５１を備える。また、区画成形体５０は、側壁５１に取り囲まれ、かつ区画壁５２により区画される第１空隙５３と第２空隙５４を備えている。第１空隙５３と第２空隙５４は、高さ方向（胴部２２内に配置された状態では前後方向）に貫通し、区画壁５２を基準にしてほぼ対称の形態をなしている。側壁５１は、第１空隙５３に対応する部分が、第２空隙５４に対応する部分よりも前方に向けて突出している。
また、区画成形体５０は、第１空隙５３に対応する領域に遮蔽体６０を備える。遮蔽体６０は、区画成形体５０と一体的に成形されてもよいし、区画成形体５０と別体として成形された後に区画成形体５０の当該位置に組み付けられてもよい。いずれにしても遮蔽体６０は、構造上は区画成形体５０と一体をなしている。

以上の構成を備える区画成形体５０は、第１ケース２０の胴部２２の内部に装着される。区画成形体５０は、第１空隙５３が胴部２２の内部で赤外線入射口２９を介して上壁２４を貫通する領域の側に配置され、第２空隙５４が胴部２２の内部で上壁２４により閉塞される側に配置される。赤外線検知素子４３及び温度補償素子４５を基準にすると、第１空隙５３は赤外線検知素子４３に対応する側に配置され、第２空隙は温度補償素子４５に対応する側に配置される。

以上のように配置された区画成形体５０において、第１空隙５３は赤外線入射口２９から入射される赤外線が熱変換フィルム４０に到達するまで通過する導光域２７を構成する。また、第２空隙５４は、側壁５１、区画壁５２、上壁２４及び熱変換フィルム４０に取り囲まれることにより赤外線の照射が遮られる遮光域２８を構成する。第１空隙５３と第２空隙５４は前述したように略対称の形態をなしているので、導光域２７と遮光域２８もまた略対称の形態をなすことになる。そして、熱変換フィルム４０が第１ケース２０と第２ケース３０により保持されると、平面視して、赤外線検知素子４３は導光域２７の略中央に配置され、温度補償素子４５は遮光域２８の略中央に配置される。したがって、赤外線温度センサ３においても、赤外線検知素子４３及び温度補償素子４５が受ける熱影響を、ローラ１０３からの赤外線の照射を除けば、同等にすることができる。赤外線検知素子４３及び温度補償素子４５を配置した熱変換フィルム４０と、第２ケース３０とは、熱伝導、対流及び赤外線の再輻射による熱影響が同じになるように、所定の距離を設けて平行に配置される。

区画成形体５０は樹脂材料で製造される。
この樹脂材料として赤外線吸収率の高い樹脂材料で形成すれば、第１ケース２０の胴部２２に配置することで、胴部２２の内壁面から反射する赤外線、及び、加熱された胴部２２から発せられる赤外線による影響が赤外線検知素子４３及び温度補償素子４５に及ぶのを回避又は抑制できる。

赤外線温度センサ３は、遮蔽体６０を備えているので外乱の影響を排除できる。また、赤外線温度センサ３は、温度センサ１と同様にも熱変換フィルム４０に第１通気路４７を備えており、導光域２７、遮光域２８及び素子収容室３３の３つの空間の圧力を等しくできるので、外乱が生じる環境下の温度をより正確に検知することができる。
また、赤外線温度センサ３は、区画成形体５０と遮蔽体６０が一体化されているので、区画成形体５０を組み付けるだけで所望する位置に遮蔽体６０を装着できる。

［第４実施形態］
次に、図７及び図８を参照して本発明の第４実施形態に係る赤外線温度センサ４を説明する。
赤外線温度センサ４は、温度センサ１〜３に比べて小型化することを目的として作製されており、第１ケース１２０及び第２ケース１３０はともに板金加工により形成される。
第１ケース１２０は、図７に示すように、ケース基部１２１のおもて面２１１から突出する遮光ドーム１２２と、遮光ドーム１２２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口１２９と、を備えている。

遮光ドーム１２２は、図８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１２２は、ケース基部１２１から傾斜して立ち上る側壁１２３と、側壁１２３の先端を繋ぐ上壁１２４と、を備えている。

遮光ドーム１２２は、その内部の四角錐台状の空隙が遮光域１２８をなしている。遮光域１２８は、四角錐台状の空隙からなるので、平面視した形状は矩形をなしおり、うら面２１２の側から上壁１２４、つまり先端に向けて先細りしている。

次に、赤外線入射口１２９は、図７（ａ），図８に示すように、ケース基部１２１のおもて面２１１に形成されている。
ケース基部１２１は、おもて面２１１の開口である赤外線入射口１２９からうら面２１２までが貫通することにより、赤外線入射口１２９に連なる導光域１２７を備える。
赤外線入射口１２９及び導光域１２７は、平面視した形状が矩形をなしているが、遮光ドーム１２２の遮光域１２８を平面視した形状と相似形をなしている。

赤外線入射口１２９及び導光域１２７と遮光ドーム１２２とは、図７（ａ）及び図８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、互いの長手方向Ｌの中央が一致するように、幅方向Ｗに微小間隔を隔てて並んで配列されている。
図８に示すように、導光域１２７と遮光域１２８の境界部分には、側壁１２３の裾の部分が導光域１２７と遮光域１２８を区画する仕切り１５２として機能しており、この仕切り１５２により、導光域１２７に入射した赤外線が遮光域１２８に照射されるのを遮る。図中の下端である仕切り１５２の先端は熱変換フィルム４０と微小な間隔が設けられている。

第１ケース１２０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１２１と遮光ドーム１２２及び赤外線入射口１２９を含む導光域１２７とが一体的に形成される。第２ケース１３０も同様である。
本実施形態において、遮光域１２８と導光域１２７は、容積が同等に形成されている。

次に、第２ケース１３０は、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、平面視した形状が矩形のカバー基部１３１と、カバー基部１３１のうら面２１２から突出する素子収容ドーム１３２と、を備えている。

素子収容ドーム１３２は、図８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１３３をなしている。
また、素子収容ドーム１３２は、図８に示すように、素子収容室１３３の内部に、熱変換フィルム４０に保持される赤外線検知素子４３及び温度補償素子４５が配置される。

赤外線温度センサ４は、赤外線入射口１２９が遮蔽体６０で封止されているので、温度センサ１〜３と同様に、遮蔽体６０を備えているので外乱の影響を排除できる。また、赤外線温度センサ４は、温度センサ１と同様にも熱変換フィルム４０に第１通気路４７を備えており、かつ、仕切り１５２の先端が熱変換フィルム４０と微小な間隔が設けられている。これにより、赤外線温度センサ４においても、導光域２７、遮光域２８及び素子収容室３３の３つの空間の圧力を等しくできるので、外乱が生じる環境下の温度をより正確に検知することができる。

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。
例えば、第１実施形態〜第４実施形態は遮蔽体６０が熱変換フィルム４０から離れた導光域２７の先端に設けられる例を示しているが、本発明はこれに限らない。
本発明は、例えば図９（ａ）に示すように、導光域２７の先端から離れ、熱変換フィルム４０から所定の間隔だけ離れた位置であって、導光域２７の内部に遮蔽体６０を設けてもよく、この形態においても外乱の影響を抑えることができる。

次に、第１実施形態〜第４実施形態は熱変換フィルム４０の導光域２７と遮光域２８のそれぞれに対応する第１通気路４７，４７を設ける例を示したが、本発明はこれに限らない。
本発明は、例えば図９（ｂ）に示すように、遮光域２８に対応する位置だけに第１通気路４７を設けてもよい。この形態によっても、導光域２７、遮光域２８及び素子収容室３３の３つの空間の圧力を等しくできる。

また、第１実施形態〜第４実施形態は熱変換フィルム４０に第１通気路４７を設ける例を示したが、本発明はこれに限らない。
本発明は、例えば図９（ｃ）に示すように、第１通気路４７を熱変換フィルム４０ではなく第１ケース１２０と第２ケース３０を貫通して設けてもよく、この形態によっても導光域２７、遮光域２８及び素子収容室３３の３つの空間の圧力を等しくできる。
また、図示を省略するが、第２通気路４８は、仕切り２６と熱変換フィルム４０の間ではなく、仕切り２６の表裏を貫通するように設けることもできる。

また、第１実施形態〜第４実施形態は熱変換フィルム４０のうら面側に第２ケース３０，１３０を設けることで素子収容室３３を形成する例を示したが、本発明はこれに限らない。
例えば図１０（ａ）に示すように、熱変換フィルム４０のおもて面の側に赤外線検知素子４３と温度補償素子４５を設ける。加えて、素子収容室３３を形成する第２ケース１３０の代わりに、偏平な金属製の背板３５を熱変換フィルム４０のうら面側に対向して設けることで、熱変換フィルム４０を第１ケース１２０と背板３５で支持してもよい。この背板３５は、熱変換フィルム４０と接しているために、熱変換フィルム４０が湾曲するのを阻止できる。また、この背板３５は、赤外線が熱変換フィルム４０を透過して外部に放射されることにより熱変換効率が低下するのを阻止する。

また、第１実施形態〜第４実施形態は第１ケース２０と別体として用意された遮蔽体６０を第１ケース２０の所定位置に取り付ける第１形態の例を示したが、本発明はこれに限らない。
例えば図１０（ｂ）に示すように、遮蔽体６０が第１ケース２０と一体をなす第２形態を適用できる。この第２形態は、赤外線を透過できる樹脂材料により遮蔽体６０を含めて第１ケース２０を一体成形する。なお、第２ケース３０は金属材料で構成されてもよいし、樹脂材料で構成されてもよい。
図１０（ｂ）の例は遮光域２８を確保するために、赤外線入射口２９に対応する部分を除いて、赤外線の透過を阻止する材料又は赤外線を反射させる材料からなる赤外線不透過膜６１を側壁２３及び上壁２４に設ける。なお、図１０（ｂ）において、太い線の部分が赤外線不透過膜６１を示している。赤外線の透過を阻止する材料としては、金属、樹脂、セラミックスなどから適宜選択できる。

赤外線不透過膜６１を設ける以外にも、上壁２４の肉厚を変えることによっても、導光域２７及び遮光域２８を確保できる。つまり、上壁２４の導光域２７に対応する部分の肉厚を薄くすることにより赤外線の透過を許容するが、上壁２４の遮光域２８に対応する部分及びその他の側壁２３の部分の肉厚を厚くすることにより赤外線の透過を阻止することができる。

また、本発明は、遮蔽体６０に光学的機能を持たせることができる。この光学的機能としては、レンズとしての第一機能及び光学的フィルタとしての第二機能がある。
第一機能の具体例として、フレネルレンズを採用できる。フレネルレンズは表裏の一方の面に複数の同心円状の溝が刻まれ、他方の面は平坦面とされている。赤外線検知素子４３に対向する側に同心円状の溝の形成面を配置し、熱源としてのローラ１０２に対向する側に平坦面を配置すれば、赤外線が平行光線束として導光域２７を通過して熱変換フィルムに照射される。これにより、導光域２７に入射した赤外線が側壁２３の内面から吸収されるのを抑制できるので、高い精度で温度を検知できる。

また、第一機能の具体例として、凹レンズ又は凸レンズを採用できる。そうすれば、赤外線温度センサの外部の特定の波長域の赤外線だけを導光域２７に導くことができる。これにより、レンズの仕様及びローラ１０２からの距離、角度などの条件を適切に設定すれば、熱源としてのローラ１０２に起因する赤外線を選択的に導光域２７に導くことができるので、高い精度で温度を検知できる。

第二機能は、赤外線は透過するが可視光線の透過を阻止する。さらに、第二機能は赤外線の中の特定の波長域だけを透過させる一方、当該波長域以外の波長の赤外線の透過を阻止する。これにより、検知したい領域の波長の赤外線だけを導光域２７を通じて熱変換フィルム４０に照射できる。したがって、当該波長域を適切に選択することにより、熱源としてのローラ１０２に起因する赤外線が選択的に熱変換フィルム４０に導かれるので、高い精度で温度を検知できる。

１，２，３，４，１１０ 赤外線温度センサ
２０ 第１ケース
２１ 基部
２２ 胴部
２３ 側壁
２４ 上壁
２５ キャビティ
２７ 導光域
２８ 遮光域
２９ 赤外線入射口
３０ 第２ケース
３２ 素子収容部
３３ 素子収容室
３４ 底床
３５ 背板
４０ 熱変換フィルム
４３ 赤外線検知素子
４５ 温度補償素子
４７ 第１通気路
４８ 第２通気路
５０ 区画成形体
５１ 側壁
５２ 区画壁
５３ 第１空隙
５４ 第２空隙
６０ 遮蔽体
１０１ トナー定着器
１０２，１０３ ローラ
１２０ 第１ケース
１２１ ケース基部
１２２ 遮光ドーム
１２３ 側壁
１２４ 上壁
１２７ 導光域
１２８ 遮光域
１２９ 赤外線入射口
１３０ 第２ケース
１３１ カバー基部
１３２ 素子収容ドーム
１３３ 素子収容室
１５２ 区画壁

Claims (14)

1. 検知対象物から放射される赤外線に応じて、前記検知対象物の温度を非接触で検知する赤外線温度センサであって、
   前記検知対象物から放射される前記赤外線が照射され、照射された前記赤外線を熱に変換する熱変換フィルムと、
   前記熱変換フィルムに対向して配置され、前記検知対象物から放射された前記赤外線が前記熱変換フィルムの一部に照射されるのを遮る遮光域と、
   前記検知対象物から放射される前記赤外線が照射される前記熱変換フィルム上の領域に保持された赤外線検知素子と、
   前記遮光域により前記赤外線が遮蔽された前記熱変換フィルム上の領域に保持される温度補償素子と、
   前記検知対象物から放射された前記赤外線を前記赤外線検知素子が配置された前記領域へ導く導光域と、
   外部からの前記導光域を介した前記熱変換フィルムへの通気を遮蔽し、かつ前記赤外線を透過させる遮蔽体と、
   前記熱変換フィルムのおもて面側に設けられ、前記検知対象物から放射される前記赤外線が入射する赤外線入射口を有する前記導光域と前記遮光域が仕切りを隔てて設けられる第１ケースと、
   前記第１ケースにおける前記熱変換フィルムのおもて面と前記仕切りとの間に設けられる、前記導光域と前記遮光域とを繋ぐ第２通気路と、
   を備え、
   前記遮蔽体は、前記赤外線入射口を外側から覆って封止するように前記第１ケースに固定され、外部からの前記導光域を介した前記熱変換フィルムへの通気を遮蔽するが前記赤外線は透過させる、
   ことを特徴とする赤外線温度センサ。
2. 前記遮蔽体は、
   前記赤外線を透過する前記第１ケースとは別体のフィルム状素材からなり、前記熱変換フィルムから所定の間隔を隔てた前記導光域に設けられる、
   請求項１に記載の赤外線温度センサ。
3. 検知対象物から放射される赤外線に応じて、前記検知対象物の温度を非接触で検知する赤外線温度センサであって、
   前記検知対象物から放射される前記赤外線が照射され、照射された前記赤外線を熱に変換する熱変換フィルムと、
   前記熱変換フィルムに対向して配置され、前記検知対象物から放射された前記赤外線が前記熱変換フィルムの一部に照射されるのを遮る遮光域と、
   前記検知対象物から放射される前記赤外線が照射される前記熱変換フィルム上の領域に保持された赤外線検知素子と、
   前記遮光域により前記赤外線が遮蔽された前記熱変換フィルム上の領域に保持される温度補償素子と、
   前記検知対象物から放射された前記赤外線を前記赤外線検知素子が配置された前記領域へ導く、前記赤外線の入射口を備える導光域と、
   外部からの前記導光域を介した前記熱変換フィルムへの通気を遮蔽し、かつ前記赤外線を透過させる遮蔽体と、
   前記熱変換フィルムを保持するとともに、前記導光域と前記遮光域が設けられるケースと、を備え、
   前記ケースは、
   前記熱変換フィルムのおもて面側に設けられ、前記導光域と前記遮光域が設けられる第１ケースと、
   前記熱変換フィルムのうら面側に設けられ、前記うら面側に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前記熱変換フィルムとの間に有する第２ケースと、
   を備え、
   前記遮蔽体は、
   前記導光域と前記遮光域を区画する成形体に一体的に設けられる、
   ことを特徴とする赤外線温度センサ。
4. 前記赤外線検知素子と前記温度補償素子は、前記熱変換フィルムの前記うら面側に保持されて前記素子収容室に収容され、
   前記導光域及び前記遮光域の少なくとも一方と前記素子収容室との間を連通する第１通気路と、
   前記導光域と前記遮光域との間を連通する第２通気路と、を備える、
   請求項３に記載の赤外線温度センサ。
5. 検知対象物から放射される赤外線に応じて、前記検知対象物の温度を非接触で検知する赤外線温度センサであって、
   前記検知対象物から放射される前記赤外線が照射され、照射された前記赤外線を熱に変換する熱変換フィルムと、
   前記熱変換フィルムに対向して配置され、前記検知対象物から放射された前記赤外線が前記熱変換フィルムの一部に照射されるのを遮る遮光域と、
   前記検知対象物から放射される前記赤外線が照射される前記熱変換フィルム上の領域に保持された赤外線検知素子と、
   前記遮光域により前記赤外線が遮蔽された前記熱変換フィルム上の領域に保持される温度補償素子と、
   前記検知対象物から放射された前記赤外線を前記赤外線検知素子が配置された前記領域へ導く導光域と、
   前記熱変換フィルムのおもて面側に設けられる、赤外線を透過する樹脂材料製の第１ケースと、を備え、
   前記遮光域に対応する部位は赤外線不透過膜が設けられる、
   ことを特徴とする赤外線温度センサ。
6. 前記熱変換フィルムを保持するとともに、前記導光域と前記遮光域が設けられるケースを備え、
   前記ケースは、
   前記熱変換フィルムのおもて面側に設けられ、前記導光域と前記遮光域が設けられる前記第１ケースと、
   前記熱変換フィルムのうら面側に設けられ、前記うら面側に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前記熱変換フィルムとの間に有する第２ケースと、
   を備え、
   前記赤外線検知素子と前記温度補償素子は、前記熱変換フィルムの前記うら面側に保持されて前記素子収容室に収容され、
   前記導光域及び前記遮光域の少なくとも一方と前記素子収容室との間を連通する第１通気路と、
   前記導光域と前記遮光域との間を連通する第２通気路と、を備える、
   請求項５に記載の赤外線温度センサ。
7. 前記第１通気路は、
   前記導光域と前記遮光域の仕切りに設けられるか、又は、
   前記導光域と前記遮光域の前記仕切りと前記熱変換フィルムとの間に設けられる、
   請求項４又は請求項６に記載の赤外線温度センサ。
8. 前記熱変換フィルムのうら面側に設けられ、前記うら面側に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前記熱変換フィルムとの間に有する第２ケースを備える、
   請求項１または請求項２に記載の赤外線温度センサ。
9. 前記第２通気路は、
   前記熱変換フィルムの表裏を貫通して設けられるか、又は、
   前記第１ケースと前記第２ケースを貫通して設けられる、
   請求項４又は請求項６に記載の赤外線温度センサ。
10. 前記熱変換フィルムのおもて面に臨む前記導光域と前記遮光域を合わせた体積と、前記熱変換フィルムのうら面に臨む前記素子収容室の体積と、が均等である、
    請求項８に記載の赤外線温度センサ。
11. 前記第１ケースは、
    おもて面及びうら面を有するケース基部と、前記ケース基部の前記おもて面及び前記うら面を貫通して形成される前記導光域と、前記ケース基部の前記おもて面の側から立ち上がる遮光ドームの内部に形成される前記遮光域と、を有する、
    請求項１又は請求項６に記載の赤外線温度センサ。
12. 前記熱変換フィルムのうら面側に、前記熱変換フィルムと対向するように設けられる偏平な第２ケースと、を備える、
    請求項１又は請求項５に記載の赤外線温度センサ。
13. 前記第１ケースと前記第２ケースとが互いに突き合わされる境界部分を気密に封止する封止構造を備える、
    請求項８又は請求項１２に記載の赤外線温度センサ。
14. 前記遮蔽体は、光学的機能を有し、
    前記光学的機能は、レンズ機能又はフィルタ機能である、
    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。

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