JP2004045330A - 非接触温度検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚れやすい環境にある非接触温度検知装置は、赤外線受光窓の窓部材にいろいろな汚れが付着し、同じ温度に対しても、赤外線の透過状況が変わってしまい、正しい温度制御ができなくなる。
【解決手段】画像形成装置の定着装置において、赤外線透過性の窓部材７を有する非接触温度センサ１は、センサホルダ２４に内蔵され、ホルダ固定アングル３２、フレーム固定アングル３１を介して隔壁３０に取り付けられる。非接触温度センサ１は、センサホルダ２４の受光窓３５、隔壁３０の開口４５を介して、被検知体たる加熱ローラ２の一部を見込むように設置される。窓部材７の表面にはフッ素の有機化合物、例えば、フッ素系樹脂、或いはフッ素系オイルの皮膜４０が形成されている。汚れの原因としてのＳｉオイルやワックスの蒸気、或いは浮遊トナーは、皮膜４０に付着しにくく、且つ、ついても拭き取りやすい。
【選択図】　　図１１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなど画像形成装置の熱定着装置、あるいは、電子調理器、エアーコンディショナーなど汚れやすい環境における非接触温度検知装置の、汚れ防止、及び汚れ除去の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚れやすい環境における非接触温度検知装置の種類は数多くあるが、ここでは説明の都合上、複写機等に使われる熱定着装置を例にとって説明する。
【０００３】
記録シート上にトナー像として形成された画像情報を、当該シートに定着させるために用いられる定着装置は、例えば熱ロ−ラ方式で言えば、ヒータを内蔵する「加熱ローラ」と「加圧ローラ」とからなり、これらローラは対向して圧接状態にあり、その温度検知には接触式と非接触式の様式がある。
【０００４】
接触式温度検知では、一般的にサーミスタをローラ表面に接触させて、ローラ表面の温度を検知し、定着ローラの温度制御を行うものである。しかしながら、サーミスタをローラに接触させるが故に、当該サーミスタでローラ表面を傷付けてしまうおそれがあり、傷が付いた場合はロ−ラ交換又はユニット交換になり、交換コストが多額になっていた。更に、サーミスタは通常、定着ユニットに取り付けられているので、定着ユニット交換廃棄の際にはサーミスタも同時に廃棄することになり、コスト的な面でも資源節約の面でも好ましくないものであった。
【０００５】
また、当該サーミスタの応答性が悪く、精密な制御を行うことが困難であった。特に最近では、省エネのために待機時は低電力にしておき、使用時のみ高速で立ちあげる定着装置が求められている。よって、温度応答性の良い検知手段が求められている。
以上は熱ロ−ラ方式に限定されるものではなく、最近急速に普及してきた加熱ベルト定着方式にも言える。ベルト定着は定着ロ−ラの立上り時間を短縮するために、ロ−ラの熱容量を減らすための一つの手段である。
【０００６】
温度応答性の良い検知手段として、サーモパイルのような非接触センサを用いて温度検知を行うことが以前から提案されている。
今までは、素子、制御回路などのコスト高、接触式サ−ミスタに比べて非接触式は温度検知精度が悪い、経時的に汚れ等が入射面に付着し検知精度が低下する、などの理由で商品化されていなかった。しかし最近では、再び非接触温度検知が要望されるようになってきた。それというのも、カラープリンタ／コピアなどが急速に普及してきたが、カラー機はロ−ラ及びベルト表面がシリコンゴムであり、傷がつきやすいため、前記ロ−ラ傷による交換コストが非常に高くなってきたことによる。
【０００７】
図１は熱ロ−ラの表面温度を非接触センサで測定する構成の概念図である。
図において符号１は非接触温度センサ、２は被検知体としての加熱ローラ、３はヒータ、４は加圧ローラ、１１は記録紙をそれぞれ示す。
図２に非接触温度センサ１の外観を示す。図３に非接触温度センサ１の内部の概要を示す。
図２、３において、符号５は赤外線を受け入れる受光窓、６はキャンケース、７は赤外線が透過可能な窓部材、８は端子、９は赤外線吸収部としてのサーモパイル素子、１０は座面をそれぞれ示す。
【０００８】
ヒータ３を内蔵した加熱ローラ２と加圧ローラ４の間を記録紙１１が矢印の方向に移動する。記録紙１１の表面にはトナー像が形成されており、両ローラの間を通ることによって、熱と圧力によりトナーが記録紙に融着し定着される。
加熱ローラ２から放射される赤外線は、非接触温度センサ１の受光窓５、窓部材７を通してサ−モパイル素子９に照射され、これに伴い、受光した赤外線に応じた電気信号が出力され、端子８を通して外部に電圧として取り出せるようになっている。
この検知出力によってヒータ３の点灯を制御し、加熱ローラ２の表面温度を一定範囲に維持するようになっている。窓部材７は、少なくとも赤外線が透過できる材料からなり、たとえばシリコンウエハなどで構成される。
【０００９】
ところで赤外線を感知して出力する非接触温度センサには、焦電型センサ、サーモパイル等があげられるが、サーモパイルにおいては、素子の環境温度依存性が強く、素子自身の温度が変化すると出力も変化してしまうという特徴がある。
一般に被検知体（この場合加熱ローラ）の温度は以下の式によって求められる。
Ｖｏｕｔ＝Ａ×（Ｔｂ^４−Ｔｓ^４）
Ｖｏｕｔ：端子出力電圧
Ａ：比例定数
Ｔｂ：被検知体の温度（Ｋ）
Ｔｓ：サ−モパイル温度（Ｋ）
【００１０】
このため、通常の利用方法では、非接触温度センサ１の内部に図示しない温度補償用のサ−ミスタを内蔵し、サ−ミスタの出力をもってサ−モパイル素子９の温度を認識し、補正を行うのが一般的である。
このようにサーモパイル素子９は周囲温度の影響を受けるため、周囲温度を検知して温度補償を行っているが、サ−ミスタの応答性が悪いため、急激に周囲温度が変化したときにはそれに追従できなくなり被検知体の温度を正確に検出できなくなる。よって制御の精度が悪くなる。
【００１１】
たとえば、朝、機内が冷えているときに電源を入れると、加熱ロ−ラ２は急激に温度が上昇するため、その近傍にあるサ−モパイル素子９の周囲温度も急激に上昇する。そしてサ−ミスタ出力が変化し、周囲温度変化を察知して補正するが、サ−ミスタは応答性が悪いため、周囲温度を低く見て、よって、正確な被検知体の温度を把握できず、設定した温度に制御できないまま定着を行って、問題を生じる場合がある。
【００１２】
また、サ−モパイル素子９の耐熱的問題として、一般的には素子の最大使用温度は８０℃であるが、定着ロ−ラの近くに持っていくと１００℃を超える場合も生じ、最悪時は素子が壊れる。よって、熱から遮断したり、放熱させる策を講じることが必要である。そのために非接触温度センサ単体のまま使う代わりに、外ケースをつけて非接触温度センサ単体を内蔵させて使う方法も行われる。
【００１３】
一方、オフセット画像の発生を防止するために定着ロ−ラの表面にわずかなシリコンオイルを塗布したり、トナー中にワックスを含有したりして表面離形性を向上させる方法がとられている。このオイル、ワックスなどが定着熱によって蒸発して機内を浮遊する。また、プリント、コピー時は機械内の浮遊トナー等がファンによって撹拌されている。
これら、オイル、ワックス、浮遊トナーが長期使用によってサーモパイルの赤外線受光窓表面に付着し、付着物によって赤外線入射光量が変化し、サ−モパイル出力が変化するという現象が生じてくる。これによって、実際の温度よりも高く、あるいは低く検知してしまい、正常に戻そうとして、結果として制御温度が目標値よりも低く、あるいは高くなり、異常画像が発生することが問題であった。
【００１４】
上記現象をもう少し詳しく述べる。汚れの初期においては、サーモパイル出力が増加することが分かっている。これは、オイル等の汚れが非常に薄く付いた時点で、あたかも反射防止コーティングをしたのに似た状態が生じたものと推測される。さらに汚れが付着すると、ついにはサーモパイルの出力が減少し始める。
たとえば１８０℃を定着温度とし、それに相当するＶｏｕｔが２Ｖとしたとき、被検知体の温度が１８０℃であったにも係わらず、初期汚れによって２．２Ｖに出力が上がったとする。つまり、検知温度が０．２Ｖ高くなり、２Ｖに戻そうと制御が働き、結果として１６０℃近くで定着制御することになる。この汚れを放置しておくと、やがてはＶｏｕｔが低下し始め、１８０℃の被検知体温度に対し、ついには１．８Ｖになったとする。すると、２Ｖに戻そうとする制御によって、被検知体の温度が上げられ、結果として、２００℃近くで定着制御することになる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は赤外線入光部への汚れ付着を防止して正確な温度検知を行うことを目的する。
その方法は、非接触温度検知手段の、最外側、すなわち、被検知体に最も近い赤外線受光窓の表面に薄膜コーティング処理を行なうことで達成する。そして、上記表面に気流を流すことで更に汚れ付着防止効果をあげることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため請求項１の発明では、赤外線受光窓と窓部材を少なくとも１組有し、被検知体から放射される赤外線を受光して、該被検知体の表面温度を非接触状態で検知する、非接触温度センサを有する温度検知装置であって、少なくとも前記被検知体に面した前記赤外線受光窓の前記窓部材表面に、フッ素の有機化合物を成分にもつ皮膜を形成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明では、請求項１に記載の非接触温度検知装置において、前記フッ素の有機化合物を成分にもつ皮膜は、フッ素系樹脂のコーティングにより形成されたものであることを特徴とする。
請求項３の発明では、請求項１に記載の非接触温度検知装置において、前記フッ素の有機化合物を成分にもつ皮膜は、フッ素系オイルの塗布により形成されたものであることを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体に面した前記赤外線受光窓の前記窓部材は、前記非接触温度センサ自体の受光窓の窓部材であることを特徴とする。
請求項５の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記非接触温度センサは、赤外線受光窓を有するセンサホルダに内蔵されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項６の発明では、請求項５に記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体に面した前記赤外線受光窓の前記窓部材は、前記センサホルダの赤外線受光窓に設けられた窓部材であることを特徴とする。
請求項７の発明では、請求項５または６に記載の非接触温度検知装置において、前記センサホルダの前記赤外線受光窓は、前記非接触温度センサ固有の視野角を妨げない大きさに設定されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項８の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記温度検知装置と前記被検知体との間に赤外線受光窓を有する隔壁が形成されていることを特徴とする。
請求項９の発明では、請求項８に記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体に面した前記赤外線受光窓の窓部材は、前記隔壁に形成された前記赤外線受光窓に設けられた窓部材であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０の発明では、請求項８または９に記載の非接触温度検知装置において、前記隔壁に形成された前記赤外線受光窓は、前記非接触温度センサ固有の視野角を妨げない大きさに設定されていることを特徴とする。
請求項１１の発明では、請求項９ないし１０のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記隔壁に形成された前記赤外線受光窓の前記窓部材の、前記被検知体と反対側の面にも、フッ素の有機化合物を成分にもつ皮膜を形成することを特徴とする。
【００２２】
請求項１２の発明では、請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記隔壁より前記非接触温度センサの有る側で、前記隔壁に対面した窓部材の表面にも、フッ素の有機化合物を成分にもつ皮膜を形成することを特徴とする。
請求項１３の発明では、請求項５ないし１２のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体に面した前記赤外線受光窓の前記窓部材は平面形状であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１４の発明では、請求項５ないし１２のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体に面した前記赤外線受光窓の前記窓部材はレンズ形状であることを特徴とする。
請求項１５の発明では、請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体と、前記被検知体に面した前記赤外線受光窓との間の空隙に、気流を形成する気流生成手段を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項１６の発明では、請求項１５に記載の非接触温度検知装置において、前記赤外線受光窓を挟んで前記気流生成手段と対向する位置に、気流吸引手段を設けたことを特徴とする。
請求項１７の発明では、請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体は画像形成装置の熱定着用部材であることを特徴とする。
請求項１８の発明では、請求項１７に記載の非接触温度検知装置において、前記熱定着用部材は加熱ローラであることを特徴とする。
【００２５】
請求項１９の発明では、請求項１７に記載の非接触温度検知装置において、前記熱定着用部材は加熱ベルトであることを特徴とする。
請求項２０の発明では、請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体は電子調理器の被調理材料であることを特徴とする。
請求項２１の発明では、請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体はエアーコンディショナーの設置室内であることを特徴とする。
【００２６】
【実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図４は本発明に用いられる非接触温度センサを含むセンサモジュールを説明するための図である。
図において符号２１はセンサモジュール、２２はＰＣＢ、４０は皮膜をそれぞれ示す。
非接触温度センサ１はその端子８が、所定の回路部品を搭載されたＰＣＢ２２に半田付けされて、センサモジュール２１を構成する。本発明においては、非接触温度センサ１の受光窓５の、窓部材７の表面、すなわち、被検知体の側に向いている面に、フッ素の有機化合物を成分にもつ皮膜を形成する。
【００２７】
ここで言う、フッ素の有機化合物とは、例えば４フッ化エチレン、またはその類似体のような、潤滑剤や撥水剤としてよく使われる化合物を指す。以下表現の簡略化のため、上記成分をフッ素系成分と呼び、フッ素系成分を持つ皮膜を単にフッ素系皮膜と呼ぶことにする。
皮膜形成の方法は樹脂コーティングの場合とオイル塗布の場合とがある。それぞれを、フッ素系樹脂コーティング、フッ素系オイル塗布と称する。
【００２８】
図５は図４とは異なるタイプの非接触温度センサを用いたセンサモジュールを示す図である。
図において、窓部材７は平板ではなくレンズ形状をしている。この場合の皮膜形成はレンズの表面、この場合曲面側、に行う。このようにレンズ形状の構成にすると、赤外線がサーモパイル素子９に集光しやすいので、用途によっては便利な使い方ができる。
【００２９】
窓部材７が平板の場合コスト面では有利であるが、耐熱性の心配のため、被検知体から有る程度距離を離して使用すると、視野角が大きいことにより、被検知体の領域の外側まで検知してしまう虞がある。これに対し、窓部材をレンズ形状にするとコストアップはするが、目標の領域だけを検知することができ精度の向上が期待できる。レンズに持たせるべきパワー（屈折力）は、目標の領域の大きさや被検知体までの距離等の設計条件で変わる。
【００３０】
図６、７は非接触温度センサを熱から守るため、センサモジュールをセンサホルダに組み込む実施形態である。図６は組み立て前の斜視図、図７は組み立て体の外観図である。
図６、７において符号２３は電源線および出力線、２４はセンサホルダ、２５は非接触温度センサ１の嵌合穴、２６はＰＣＢ受け棚、３５は受光窓、３６は段差部、３７は窓部材をそれぞれ示す。
【００３１】
非接触温度センサ１は、図４及び５に示したいずれのタイプも使用し得る。非接触温度センサ１は、前述のようにＰＣＢ２２に端子７を半田付けされて一体となり、センサモジュール２１を構成している。センサモジュール２１は、ＰＣＢ２２の外形がほぼ一致するような内法をもった、箱形のセンサホルダ２４にはめ込まれる。センサホルダ２４には、非接触温度センサ１のキャンケース６が、周囲に接触せずに楽に嵌合できる嵌合穴２５と、ＰＣＢ受け棚２６とがあることにより、センサモジュール２１はその位置がほぼ定まる。必要に応じてセンサモジュールの抜け止めを組み込むのがよい。
【００３２】
センサホルダ２４には、軟化点が１００℃以上の耐熱性樹脂を用いる。窓部材３７は省略する場合もあり得る。なお、窓部材３７を使用する場合は、キャンケース６を図示しない断熱材を介して嵌合穴２５に接触しているとよい。それによって、サーモパイル素子１の温度上昇を防ぎながら、センサホルダの裏側から隙間を経由して入り込む浮遊物を遮断して、窓部材７の汚れや、窓部材３７の裏汚れを防止することができる。
【００３３】
図８は図７に示したセンサホルダ組み立て体の縦断面図である。
図において、符号３８は、はみ出し接着材を示す。窓部材３７は両面が平行な平板のシリコンウエハからなり、センサホルダの段差部３６にはまりこむような形状になっている。窓部材３７の厚さは０．５ｍｍのものを使用し、段差部３６の深さはそれよりわずかでも小さくしておく。窓部材３７が周囲よりも若干でも出ているので、表面の汚れを清掃するとき、清掃漏れが生じにくくなる。この構成の窓部材３７の赤外線の透過率は約５０％である。
【００３４】
受光窓３５は、窓部材３７を段差部３６に落とし込んで接着するにあたり、はみ出した接着材３８が若干開口を狭めることがあっても、非接触温度センサ１に固有の視野角、すなわち、被検知体の赤外線がサーモパイル素子に入射しうる領域をサーモパイル側から見たときの広がり角度、θの範囲を妨げない大きさに設定しておく。θは非接触温度センサ１に固有の角度であって、窓部材７が平板の場合は比較的大きく、窓部材７がレンズ形状の場合は比較的小さい。受光窓３５の、段差部３６に接する部分を面取りしておくと、はみ出し接着材３８が開口を狭めるほど大きくならないで済む。
【００３５】
図９はセンサホルダの変形実施形態を示す斜視図であり、図１０はその縦断面図である。
図において、窓部材３７はレンズ形状に形成されている。その代わり、非接触温度センサ１としては、平板の窓部材を設けたタイプのものを用いる。
図７に示す実施形態のように窓部材が平行平板の場合、非接触温度センサ１の視野角θによって、図１０に示すように、被検知体２を見込む領域はＡ_１で示した範囲になる。
【００３６】
本実施形態のように、窓部材をレンズ形状にすると、レンズの曲率にもよるが、被検知体２を見込む領域が例えばＡ_２のように狭くなる。この構成は、検知領域が被検知体の外側まで広がるのを防いで、精度向上が期待できる。また、特定の領域に絞って温度検知したい場合に用いる。例えば、本発明の非接触温度検知装置を、電子調理器の被調理材料の温度監視用に用いる場合に便利である。
【００３７】
図１１はセンサホルダに収めた非接触温度検知装置を、画像形成装置の定着装置に適用した場合の一部断面の概念図である。
図において、符号３０は隔壁、３１はフレ−ム固定アングル、３２はホルダ固定アングル、４５は隔壁に設けた開口をそれぞれ示す。
【００３８】
この図のセンサホルダ２４は、段差部３６及び窓部材３７を持たない構造のものを示してある。センサホルダ２４は、ホルダ固定アングル３２に接着もしくは図示しないねじ止めで固定されている。ホルダ固定アングル３２は、隔壁３０に固定されたフレーム固定アングルに、ねじ３２ａで固定されている。
センサホルダ２４の受光窓３５は、隔壁３０に開けられた赤外線の受光窓として機能する開口４５を介して、被検知体としての加熱ローラ２の外周の一部を見込んでいる。ここに用いられる非接触温度センサ１は、図４および図５に示したいずれのタイプも使用し得る。
【００３９】
実使用時においては、加熱ローラ２の表面、記録紙１１の表面、および周辺部から、トナーが舞い上がったり、ワックス、シリコンオイル等がガス化して、開口部４５から入り込み、非接触温度センサ１の窓部材７の表面に付着し、出力変化が発生する。これを防止するために、赤外線受光面に汚れが付きにくくする方法、および汚れが付いても簡単に拭き取れる方法を以下に説明する。
【００４０】
その方法の１つとして、窓部材７の赤外線受光面に、フッ素系成分を有する樹脂コーティング行って皮膜４０を形成した。材料の１例として、ダイキン社製の商品名オプツールＤＳＸがあげられる。
他の方法として、フッ素系成分を有するオイル（潤滑油）を塗布して皮膜４０を形成した。材料の１例としてダイキン社製の商品名デムナムオイルがあげられる。
これらのコーティング方法、及びオイル塗布方法はメーカーの指示に従ったが、詳細は省略する。
【００４１】
図１１の構成で、皮膜４０を形成したものとしないものとの比較を行ったところ、窓部材７につく汚れは、経時的に増加していくが、汚れの付着量については皮膜４０の有無による差はわずかしか認められなかった。しかしながら、窓部材７の表面を不織布で軽く拭き取ると、皮膜４０の有無による差が顕著に現れた。すなわち、皮膜４０の有る窓部材は、１回の拭き取りで汚れが非常に簡単に取れたが、皮膜４０の無い窓部材は複数回の拭き取りでも、汚れが表面でスジ状に広がるだけで、汚れそのものは残ってしまい、出力の変化は回復しなかった。
なお、窓部材の清掃に当たっては、ねじ３２ａを外して、ホルダ固定アングル３２ごとセンサホルダ２４を取り出して行った。
【００４２】
よって、一定期間あるいは一定使用時間ごとに、サ−ビスマン、またはユ−ザ−がフィルタ表面を軽く拭くだけで、機械品質の安定が維持でき、部品交換コストも不要になる。
この実験結果から、フッ素系皮膜形成は、汚れの付着力を低下させる効果があることが明らかとなった。この効果には、素材の表面張力や摩擦係数が関与しているものと思われる。本実験に使用した樹脂の場合、水の接触角は１１２度、摩擦係数は０．１３であった。
【００４３】
図１２は図１１に示した構成例を、部分的に変形した例を示す図である。
図において、符号４３は気流生成手段を示す。
互いに独立な幾つかの部分的変形を１つの図に纏めて説明する。
この例ではホルダ固定アングル３２を用いず、フレーム固定アングル３１がセンサホルダ２４を直接固定する構造になっている。センサホルダ２４は、フレーム固定アングル３１に開けられた開口部に落とし込み、複数のねじ３１ａで固定される。したがって、清掃を行うときは、ねじ３１ａを外して、センサホルダ２４を取り出しさえすればよい。
【００４４】
センサホルダ２４は受光窓３５の外側部分に段差部３６を有し、窓部材３７がはめ込まれて接着されている。窓部材３７の表面にはフッ素系成分を有する皮膜４０が形成されている。したがって、汚れの原因となる浮遊物は、窓部材３７より内側に入り込むことが無く、窓部材７は汚れる心配がない。
【００４５】
窓部材３７の表面側に気流生成手段４３が設けられている。気流生成手段４３は吹き出し口が、窓部材３７の表面に平行に、全面をエアカーテンのように均等に吹く、いわゆるナイフエッジ形状をしている。
ガス化した汚れは非常に微粒子で、わずかな気流でも押し流されることを実験的に確認している。よって、冷却ファン等による機内の空気の流れを利用して、パイプ等により、受光窓付近に導くことにより、汚れは飛ばされて窓部材に付着しにくくなり、寿命が延びる。この方法の場合、機械寿命が短かい機器であればサ−ビスマンまたはユ−ザ−が受光窓を拭く必要がなくなる。
【００４６】
汚れの原因となる浮遊物が、隔壁３０より被検知体側にある場合、気流生成手段４３の代わりに、隔壁３０の被検知体側に仮想線で示す気流生成手段４３’を設けてもほぼ同じ効果が得られる。すなわち、浮遊物は気流によって隔壁よりセンサ側へは入り込まなくなるので、気流が窓部材と離れていても防汚効果はさほど変わらない。
図では左から右に気流を流しているが、流す方向に遮断物がなければどの方向からでも良い。
【００４７】
図１３はセンサの異なる形態を示す一部断面の概念図である。
図において、符号４４は反射鏡、５０はセンサホルダ、１０１は非接触温度センサ、１２１はセンサモジュール、１２２はＰＣＢをそれぞれ示す。
センサホルダ５０は断面が直角２等辺三角形を基本構成とし、直角を挟む１辺に相当する面には、受光窓３５を設ける。受光窓３５の外周部に段差部３６を設けそこに窓部材３７を接着する。斜辺部に相当する内側の面には、反射鏡４４が形成される。直角を挟む他の１辺は全面開口となっており、この面にはＰＣＢ１２２が密着取り付けできるような構成になっていて、両者は接着もしくはその他の方法で互いに固定される。
【００４８】
ＰＣＢ１２２にはサーモパイル素子９が直接取り付けられている。以上の全体がミラータイプと呼ぶ非接触温度センサ１０１単体として扱われ、且つセンサモジュール１２１としても扱われる。この構成ではＰＣＢ１２２が取り付け部材を兼ねるので、大きめに構成されている。反射鏡４４は球面の一部で構成されている構成のものもある。
【００４９】
窓部材３７の外側の面にはフッ素系成分を有する被膜４０を形成する。窓部材３７は図９、１０に示したようなレンズ形状でも良いことはもちろんである。　反射鏡４４は特に赤外線を反射する材料を用いる。赤外線領域だけを反射するよう構成した多層膜であっても構わない。
【００５０】
図１４は隔壁に窓部材を設ける構成を示す図である。
図において符号４８は気流吸引手段を示す。
図ではセンサモジュール１２１を取り付けた例で示しているが、これをセンサモジュール２１とセンサホルダ２４の組み立て体に換えても構わない。
赤外線の受光窓の機能を有する開口部４５の被検知体側に、弾力性のある取り付け部材４６を設け、窓部材４７を例えばスライド式に取り付け、隔壁３０に押しつける。窓部材４７の被検知体側にはフッ素系成分を有する皮膜を形成する。
【００５１】
窓部材４７につける皮膜は本来片面で十分なはずであるが、時に応じ、取り付け、取り外しを行うので、念のため、両面共に皮膜４０をつけておいた方がなお良い。窓部材を取り外したときは、センサホルダ５０の窓部材３７も被検知体と対向することになるので、これも念のため皮膜４０をつけておいた方がよい。センサホルダ２４を用いる場合で、窓部材３７が省略されている場合は非接触温度センサ１の窓部材７に皮膜４０をつければよい。
本発明の非接触温度検知装置をエアーコンディショナー内蔵用として用いるような場合で、汚れの原因となる浮遊微粒子の存在が、被検知体側だけとは限らない場合には、非接触温度センサ１単体の窓部材７の裏側を除いて、他のすべての窓部材の表裏に皮膜４０をつける方がよい。
【００５２】
この構成においても、気流生成手段４３を使用できる。気流生成手段４３は、気流が窓部材４７の表面を吹くような位置に設置する。赤外線受光窓すなわち開口４５を挟んで気流生成手段４３と対向する位置に、気流吸引手段４８を設けると気流が安定すると共に、汚れ成分がこの空間から除去できる。気流吸引手段４８は、積極的に駆動源を設けても良いが、あまり大きなエネルギーは必要ないので、機内で用いられている冷却ファンなどの負圧を利用すると良い。気流吸引手段４８によって吸入された汚れ成分を含む空気は、図示しないフィルタによって汚れ成分が除去された後、清浄な空気となって排出されるか、または機内に循環される。
【００５３】
なお、これまでの図では、説明の都合上、すべて被検知体を真上から見込む構成で説明してきたが、被検知体が定着装置である場合、定着装置に熱せられた空気の対流によって、被検知体の上は高い温度になりやすいので、実際に非接触温度測定をする位置は、定着ローラの真横か、それより下にするのがよい。
【００５４】
図１５はベルト定着装置に非接触温度センサが用いられる例を示す概念図である。
図において、符号１９はテンションローラ、２０は熱定着ベルトをそれぞれ示す。この場合、被検知体は熱定着ベルトになる。非接触温度センサ１は単体で用いてももちろん良いが、センサホルダ２４に内蔵させて用いることもできるし、非接触温度センサ１０１を用いることもできる。熱定着ベルト２０と非接触温度センサあるいはセンサホルダとの間に隔壁を設けても良いことはもちろんである。
この例の場合でも、非接触温度測定は熱定着ベルトより下側から行えば、対流熱による影響を小さくできる。また、仮想線で示すように、測定位置をなるべく定着ニップの上流側の近い位置に設けるのが、測定誤差を小さくする効果があってよい。
【００５５】
図１６、１７は本発明の効果を確認するために行った実験結果を説明するための図である。図１６は本発明を適用しない場合、図１７は適用した場合の、加熱ローラの温度変化を示している。
実験は図１４の構成において、隔壁３０の受光窓４５に窓部材４７をつけず、気流生成手段４３及び、気流吸引手段４８もつけずに行った。
非接触温度センサ１０１の窓部材３７の表面には前述のオプツール（商品名）処理をして厚さ１μｍの被膜を形成した。被膜の表面摩擦係数は０．１５、水の接触角は１０５度であった。
【００５６】
実験条件は、複写機を用い、Ａ４サイズの用紙に６％の文字パターンを用いて連続印刷試験を行った。設定温度は１８７℃とし、別途、接触温度計で加熱ローラの実温度を測定した。通紙開始から３０万枚までを所定枚数として皮膜の効果を調べた。この枚数は、通常サービスマンが定期メンテナンスを行う枚数として設定している値である。
【００５７】
図は４万枚ごとに、サーモパイル出力と接触温度計の出力を測定したグラフである。サーモパイル出力は温度換算して黒三角印で表示し、接触温度計の出力は黒四角印で示した。両者が初期段階で一致していないのは、不十分な校正のためで、これは、回路調整で一致させることができるので、実験としては問題ない。問題になるのは、所定枚数通紙後において、実温度が初期値からどれだけ変化しているかである。この値が３℃以内で有れば、定着温度のバラツキとしては許容範囲であり、定着性能にあまり問題が起こらない。
【００５８】
サーモパイルの出力はどちらの場合もほぼ１８７℃で安定していた。したがって、窓部材３７の表面の汚れの如何にかかわらず、サーモパイル出力は常に１８７℃になるよう制御をしていることが分かる。窓部材の状況変化がなければ、初期の実温度を保つはずであるが、初期汚れにより、赤外線透過率が増し、同じ実温度に対し、サーモパイルの出力が増加傾向にあるため、制御装置としてはより低い温度になるよう定着装置の出力を抑える。その結果が図の実温度の、右下がりのグラフとなって現れたのである。なお、３０万枚まででは出力の反転は見られなかった。
【００５９】
皮膜処理をしていない条件での実温度変化は約５．５℃であったのに対し、皮膜処理をした条件での実温度変化は約２．５℃であった。すなわち、皮膜処理をしない場合、定期メンテナンスより前に窓部材の清拭作業を行わないと、定着異常の発生する危険性が高いことが分かる。それに対し、皮膜処理をした場合、定期メンテナンスで清拭作業を行えば十分であることが明らかである。皮膜処理がしてあれば、３０万枚通紙後の窓部材は、アルコールで軽く拭くだけで汚れは完全に取れ、出力は元に戻ることが分かった。すなわち、本発明の皮膜処理は、汚れをつきにくくする効果と、付いてしまった汚れを拭き取りやすくする効果を、併せ持っていることが明らかとなった。
皮膜処理は上記オプツール（商品名）に代えて、デムナム（商品名）処理にしても、同様の効果が得られることを確認した。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１ないし６、および８ないし９の発明によれば、少なくとも、最も汚れの付きやすい、被検知体に面した窓部材にフッ素系皮膜を形成したので、たとえ汚れが付着しても、簡単な清拭作業でほとんどの汚れが落ち、部品交換をしないで済むようになる。
【００６１】
請求項７または１０の発明によれば、非接触温度センサより被検知体に近い側に、別の赤外線受光窓を設けても、それが非接触温度センサ固有の視野角を妨げないので、センサの感度が落ちることはなく、精度の良い測定ができる。
【００６２】
請求項１１ないし１２の発明によれば、被検知体に面した窓部材の表面だけでなく、メンテナンスなどの過程で汚れが付着する可能性のある面にも、フッ素系の皮膜を形成するので、定期メンテナンスさえすれば、長期間に亘って良好なセンサ精度が得られる。
請求項１３の発明によれば、清拭すべき面が平面であるから、拭き取りが容易である。
【００６３】
請求項１４の発明によれば、赤外線集光効果があるので、被検知体の狭い部分を検知することができ、被検知体の大きさによっては、精度向上が期待できる。請求項１５ないし１６の発明によれば、汚れの原因となる微粒子が窓部材につきにくくなるので、窓部材清拭のためのメンテナンス間隔を長くすることができる。
【００６４】
請求項１７ないし１９の発明によれば、メンテナンスにあまり手のかからない非接触温度検知装置を備えた画像形成装置が得られる。
請求項２０の発明によれば、メンテナンスにあまり手のかからない非接触温度検知装置を備えた電子調理器が得られる。
【００６５】
請求項２１の発明によれば、メンテナンスにあまり手のかからない非接触温度検知装置を備えたエアーコンディショナーが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱ロ−ラの表面温度を非接触センサで測定する構成の概念図である。
【図２】非接触温度センサの外観を示す図である。
【図３】非接触温度センサの内部の概要を示す図である。
【図４】本発明に用いられる非接触温度センサを含むセンサモジュールを説明するための図である。
【図５】図４とは異なるタイプの非接触温度センサを用いたセンサモジュールを示す図である。
【図６】センサモジュールをセンサホルダに組み込む実施形態の組み立て前の斜視図である。
【図７】センサモジュールをセンサホルダに組み込む実施形態の組み立て体の外観図である。
【図８】図７に示したセンサホルダ組み立て体の縦断面図である。
【図９】センサホルダの変形実施形態を示す斜視図である。
【図１０】図９に示すセンサホルダの縦断面図である。
【図１１】非接触温度検知装置を、画像形成装置の定着装置に適用した場合の一部断面の概念図である。
【図１２】図１１に示した構成例を、部分的に変形した例を示す図である。
【図１３】センサホルダの異なる実施形態を示す一部断面の概念図である。
【図１４】隔壁に窓部材を設ける構成を示す図である。
【図１５】ベルト定着装置に非接触温度センサが用いられる例を示す概念図である。
【図１６】本発明の効果を確認するために行った実験結果を説明するための図である。
【図１７】本発明の効果を確認するために行った実験結果を説明するための図である。
【符号の説明】
１　　　非接触温度センサ
２　　　熱定着ローラ
４　　　加圧ローラ
５　　　赤外線受光窓
６　　　キャンケース
７　　　窓部材
９　　　サーモパイル素子
１１　　　記録紙
２０　　　熱定着ベルト
２１　　　センサモジュール
２２　　　ＰＣＢ
２４　　　センサホルダ
２６　　　受け棚
３０　　　隔壁
３５　　　赤外線受光窓
３７　　　窓部材
３８　　　はみだし接着材
４０　　　皮膜
４５　　　開口（赤外線受光窓）
４７　　　窓部材

Claims (21)

1. 赤外線受光窓と窓部材を少なくとも１組有し、被検知体から放射される赤外線を受光して、該被検知体の表面温度を非接触状態で検知する、非接触温度センサを有する温度検知装置であって、少なくとも前記被検知体に面した前記赤外線受光窓の前記窓部材表面に、フッ素の有機化合物を成分にもつ皮膜を形成したことを特徴とする非接触温度検知装置。
2. 請求項１に記載の非接触温度検知装置において、前記フッ素の有機化合物を成分にもつ皮膜は、フッ素系樹脂のコーティングにより形成されたものであることを特徴とする非接触温度検知装置。
3. 請求項１に記載の非接触温度検知装置において、前記フッ素の有機化合物を成分にもつ皮膜は、フッ素系オイルの塗布により形成されたものであることを特徴とする非接触温度検知装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体に面した前記赤外線受光窓の前記窓部材は、前記非接触温度センサ自体の受光窓の窓部材であることを特徴とする非接触温度検知装置。
5. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記非接触温度センサは、赤外線受光窓を有するセンサホルダに内蔵されていることを特徴とする非接触温度検知装置。
6. 請求項５に記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体に面した前記赤外線受光窓の前記窓部材は、前記センサホルダの赤外線受光窓に設けられた窓部材であることを特徴とする非接触温度検知装置。
7. 請求項５または６に記載の非接触温度検知装置において、前記センサホルダの前記赤外線受光窓は、前記非接触温度センサ固有の視野角を妨げない大きさに設定されていることを特徴とする非接触温度検知装置。
8. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記温度検知装置と前記被検知体との間に赤外線受光窓を有する隔壁が形成されていることを特徴とする非接触温度検知装置。
9. 請求項８に記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体に面した前記赤外線受光窓の窓部材は、前記隔壁に形成された前記赤外線受光窓に設けられた窓部材であることを特徴とする非接触温度検知装置。
10. 請求項８または９に記載の非接触温度検知装置において、前記隔壁に形成された前記赤外線受光窓は、前記非接触温度センサ固有の視野角を妨げない大きさに設定されていることを特徴とする非接触温度検知装置。
11. 請求項９ないし１０のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記隔壁に形成された前記赤外線受光窓の前記窓部材の、前記被検知体と反対側の面にも、フッ素の有機化合物を成分にもつ皮膜を形成することを特徴とする非接触温度検知装置。
12. 請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記隔壁より前記非接触温度センサの有る側で、前記隔壁に対面した窓部材の表面にも、フッ素の有機化合物を成分にもつ皮膜を形成することを特徴とする非接触温度検知装置。
13. 請求項５ないし１２のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体に面した前記赤外線受光窓の前記窓部材は平面形状であることを特徴とする非接触温度検知装置。
14. 請求項５ないし１２のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体に面した前記赤外線受光窓の前記窓部材はレンズ形状であることを特徴とする非接触温度検知装置。
15. 請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体と、前記被検知体に面した前記赤外線受光窓との間の空隙に、気流を形成する気流生成手段を有することを特徴とする非接触温度検知装置。
16. 請求項１５に記載の非接触温度検知装置において、前記赤外線受光窓を挟んで前記気流生成手段と対向する位置に、気流吸引手段を設けたことを特徴とする非接触温度検知装置。
17. 請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体は画像形成装置の熱定着用部材であることを特徴とする非接触温度検知装置。
18. 請求項１７に記載の非接触温度検知装置において、前記熱定着用部材は加熱ローラであることを特徴とする非接触温度検知装置。
19. 請求項１７に記載の非接触温度検知装置において、前記熱定着用部材は加熱ベルトであることを特徴とする非接触温度検知装置。
20. 請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体は電子調理器の被調理材料であることを特徴とする非接触温度検知装置。
21. 請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の非接触温度検知装置において、前記被検知体はエアーコンディショナーの設置室内であることを特徴とする非接触温度検知装置。

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