JP2015210203A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】内径の異なる定着手段に対して共用できる温度センサを低コストで提供する。【解決手段】本発明の温度センサ１は、サーミスタ３１と、電気的に接続されるリード線３２Ａ，３２Ｂと、を有するサーミスタ素子３０と、リード線３２Ａ，３２Ｂのそれぞれが電気的に接続される接続子２０Ａ，２０Ｂと、接続子２０Ａ，２０Ｂを固定して保持するホルダ１０と、を備え、接続子２０Ａ，２０Ｂは、ホルダ１０に固定される側である後端からサーミスタ素子３０が接続される側である先端に向けて、先細りに形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式を用いた印刷機、複写機などの画像形成装置に使用される定着器用の温度を測定するのに好適な温度センサに関する。

印刷機、複写機に代表される画像形成装置において、電子写真方式により記録紙上へ担持させた未定着トナー像を定着させる装置が知られている。この定着器は、定着手段と加圧手段とを備える。定着手段と加圧手段は、記録紙と記録紙に静電的に担持させたトナー（樹脂、磁性体、着色料などからなる）を互いに圧接・回転させる。定着手段と加圧手段は、各々、ローラ、エンドレスベルト体などから構成される。加圧手段はニップとも称される圧接部を備え、定着器は、定着手段と圧接部で記録紙を挟持搬送させながらトナーに熱と圧力を加えることで、溶融定着を行う。
画像形成装置は、定着手段の表面温度を温度センサで測定し、測定された温度に応じて定着手段を加熱してその表面温度を制御することによって、記録紙上のトナーの定着を常に正常な状態で行なう。なお、測定値は、トナーの正常な定着を目的とする以外にも用いることができる。

この温度センサは、ローラなどの定着手段の外周面に接する外接タイプ（例えば、特許文献１）と、定着手段の内周面に接する内接タイプ（例えば、特許文献２）と、に区分される。定着器は、ローラ定着、ＩＨ（Inductive Heating）定着及びオンデマンド定着に区分されるが、外接タイプは主にローラ定着に用いられ、内接タイプは主にＩＨ定着、オンデマンド定着に用いられる。

特開２０１０−２７７０５４号公報 特開２００３−３０７９６６号公報

内接タイプの温度センサを開示する特許文献１は、定着用温度センサの感熱面を予め湾曲させておき、温度測定対象である定着手段の内周面（測定対象面）に湾曲させた感熱面を面接触させることを提案している。特許文献１による温度センサは、感熱面が測定対象面と面接触するので、定着ローラの温度変化に敏感に反応して、高い精度で温度を測定することができる。
しかし、特許文献１は、測定対象面の曲率と異なる曲率の温度センサを用いると感熱面を測定対象面に面接触できないので、曲率が異なる測定対象面を有する定着ローラ（定着手段）ごとに、この曲率に合った曲率の感熱面を有する温度センサを用意する必要がある。つまり、特許文献１は、一種類の温度センサが、曲率の異なる測定対象面を有する定着手段を賄うことができない。また、測定対象面に合うように感熱面を予め湾曲するには、高い精度の曲げ加工が必要になり、温度センサの製造コストを押し上げる要因の一つとなる。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、異なる測定対象面を備える定着手段に対して共用できる温度センサを低コストで提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の温度センサは、感熱体と、感熱体に電気的に接続される第１リード線及び第２リード線と、を有する感熱素子と、感熱素子を支持するとともに、測定対象に押し付けられる弾性支持体と、弾性支持体を固定して保持するホルダと、を備える。
本発明の温度センサは、弾性支持体が、ホルダに固定される側（根元）から感熱素子が接続される側（先端）に向けて、先細りに形成されていることを特徴とする。
本発明の温度センサは、弾性支持体が先細りに形成されているので、根元から先端に向けて剛性が小さくなる。したがって、弾性支持体を測定対象に押し付けると、剛性の小さい先端に近い領域は測定対象に倣って湾曲するので、曲率が異なる測定対象に対しても面で接触させることができる。一方で、剛性の大きい根元部分が存在することにより、測定対象と接触する圧力（接圧）を確保できるので、安定した面接触を実現し、測定温度の精度向上に寄与する。

本発明の温度センサにおいて、弾性支持体は、負荷のない状態で扁平をなしていることが好ましい。
本発明の温度センサは、弾性支持体に湾曲、屈曲させるなどの加工を施すことを排除するものではない。しかし、先細りに形成することにより、測定対象が湾曲していても面接触を得ることができるのに加えて、必要な接圧を得ることができるので、湾曲させるなどの加工を施す必要がない。したがって、負荷のない状態で扁平な弾性支持体は、金属板を打ち抜くだけで得ることができるので、温度センサの製造コストを抑えることができる。

本発明の温度センサは、適用される機器、部位は格別限定されるものでないが、画像形成装置に使用される定着手段の内側に配置され、定着手段の湾曲する内周面の温度を測定するのに好適である。
本発明の温度センサは、弾性支持体が内周面に押し付けられると、第１接続子及び第２接続子の先端部分が、内周面に倣って湾曲し、面接触することができる。

本発明の温度センサにおける弾性支持体の形態として、少なくとも以下の第１形態と第２形態を含む。
第１形態は、弾性支持体として第１接続子と第２接続子の二つの部材を備え、第１リード線及び第２リード線のそれぞれが第１接続子及び第２接続子に電気的に接続される。この第１形態は、弾性支持体に電気的な信号の伝送経路としての機能を担うことになる。
第２形態は、弾性支持体が単一の板状弾性体からなり、板状弾性体は、感熱体と、第１リード線及び第２リード線と、を表裏のいずれか一方の面側において支持する。この第２形態は、弾性支持体に電気的な信号の伝送経路としての機能を求めない。

本発明の温度センサは、弾性支持体を測定対象に押し付けると、剛性の小さい先端に近い領域は測定対象に倣って湾曲するので、曲率が異なる測定対象に対しても面で接触させることができる。一方で、剛性の大きい根元部分が存在することにより、測定対象と接触する圧力（接圧）を確保できるので、安定した面接触を実現し、測定温度の精度向上に寄与する。

第１実施形態における温度センサを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 第１実施形態における温度センサが定着器に設けられる様子を示す図である。 図１の温度センサの変形例を示す図である。 第２実施形態における温度センサを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態による定着器用の温度センサ１は、図１に示すように、ホルダ１０と、ホルダ１０に一方の側が保持される一対の接続子（弾性支持体，第１接続子，第２接続子）２０Ａ，２０Ｂと、接続子２０Ａ，２０Ｂの間に設けられるサーミスタ素子３０と、サーミスタ素子３０を含めて、接続子２０Ａ，２０Ｂの他方の側を表裏から挟み込む電気絶縁性の保持体４０と、を備えている。温度センサ１は、内接タイプのセンサであり、図２に示すように、定着器５０において加圧ロール５５と対向する定着ロール，定着フィルムなどの定着手段５１の内周面（測定対象面）５３に、先端側を押し付けて使用される。なお、温度センサ１において、サーミスタ素子３０が設けられる側を先端とし、ホルダ１０が設けられる側を後端と定義する。

［ホルダ１０］
ホルダ１０は、外観が矩形の平板状に形成され、定着手段５１の内部に設けられる適宜の部材に固定されながら、接続子２０Ａ，２０Ｂを保持する。ホルダ１０は、接続子２０Ａ，２０Ｂと対応する接続孔１１Ａ，１１Ｂを備え、接続子２０Ａ，２０Ｂと図示を省略する引出し線は、接続孔１１Ａ，１１Ｂの内部で溶接などにより固定されることで電気的な接続が確保される。この引出し線は、計測機器に接続される。ホルダ１０は、絶縁性の樹脂材料を射出成形することで一体に成形されている。接続子２０Ａ，２０Ｂは、この射出成形のときに所定の位置に配置されることで、樹脂材料にインサート成形される。ただし、本発明は、インサート成形によることなく、接続子２０Ａ，２０Ｂをホルダ１０に固定することを許容する。

［接続子２０Ａ，２０Ｂ］
接続子２０Ａ，２０Ｂは、導電性及び弾性を備える金属材料からなる厚さが一定の板材を打抜いて形成されており、無負荷の状態では扁平をなしている。
接続子２０Ａ，２０Ｂは、先端側にサーミスタ素子３０のリード線３２Ａ，３２Ｂが電気的に接続されることで、サーミスタ素子３０を支持する。接続子２０Ａ，２０Ｂを構成する金属材料としては、ステンレス鋼、Ｆｅ−Ｎｉ合金などを用いることができる。温度を測定している間に、例えば接続子２０Ａの側から供給され、リード線３２Ａ，サーミスタ３１、リード線３２Ｂ及び接続子２０Ｂの順に流れてきた電流を、図示を省略する引出し線を介して計測することにより、サーミスタ３１の抵抗の変化を検知し、温度を測定する。つまり、接続子２０Ａ，２０Ｂはサーミスタ素子３０（サーミスタ３１，リード線３２Ａ，３２Ｂ）に対して電気的な信号の伝送経路を構成する。
接続子２０Ａ，２０Ｂは、ホルダ１０に保持される後端側から先端側に向けて、段階的に先細りに形成されている。接続子２０Ａ，２０Ｂは、幅の広い根元部２１Ａ，２１Ｂと、根元部２１Ａ，２１Ｂよりも幅の狭い中間部２２Ａ，２２Ｂと、中間部２２Ａ，２２Ｂよりも幅の狭い先端部２３Ａ，２３Ｂと、を備えており、根元部，中間部及び先端部の順に剛性が小さくなる。接続子２０Ａ，２０Ｂを先細りにすることによる作用及び効果については、後述する。

［サーミスタ素子３０］
サーミスタ素子３０は、サーミスタ３１とリード線３２Ａ，３２Ｂからなるが、サーミスタ３１の具体的な構成は任意であり、ダイオード形サーミスタ、ビード形サーミスタ、チップサーミスタ及び薄膜サーミスタなど、公知のサーミスタを広く適用できる。
サーミスタ素子３０は、リード線３２Ａ，３２Ｂが等しい長さに形成されており、そのためにサーミスタ３１は、接続子２０Ａと接続子２０Ｂの間の中間に配置される。

［保持体４０］
保持体４０は、所定寸法の電気的な絶縁シート４１を先端側で折り返すことで形成される。絶縁シート４１は、耐摩耗性および耐熱性を備える樹脂フィルムからなる。この樹脂フィルムは、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、または、ポリイミド系樹脂とフッ素樹脂の混合物からなることが好ましい。絶縁シート４１は、折り返した内側の少なくとも一方の面に接着剤を塗布しておき、この接着剤により折り返した内側の面同士を貼り合わせる。

［定着器における温度センサ１の配置］
温度センサ１は、図２に示すように、先端側が定着手段５１の内周面５３に押し付けられ、接続子２０Ａ，２０Ｂの先端部２３Ａ，２３Ｂから中間部２２Ａ，２２Ｂの途中にかけて内周面５３の曲率に倣って湾曲することで、先端部２３Ａ，２３Ｂに相当する温度センサ１は内周面５３と面で接触することができる。ここで、幅の狭い先端部２３Ａ，２３Ｂは、剛性が低く柔軟性を備えていると言えるので、容易に内周面５３に倣うことができる。一方で、根元部２１Ａ，２１Ｂは剛性が高く、先端部２３Ａ，２３Ｂの湾曲により大きなばね力が生ずるので、先端部２３Ａ，２３Ｂが内周面５３と面で接触する圧力（以下、接圧）を付与することができる。
ここで、仮に接続子２０Ａ，２０Ｂの長さ方向の全体が先端部２３Ａ，２３Ｂと同様に幅が狭ければ、内周面５３に倣う部分の接圧が低くなるので、内周面５３から接続子２０Ａ，２０Ｂへの熱伝達が不安定となり、高い精度で温度を測定することができない。一方で、接続子２０Ａ，２０Ｂの長さ方向の全体が根元部２１Ａ，２１Ｂと同様に幅が広ければ、その先端部分が内周面５３に倣うように湾曲することができず、面による接触が得られにくくなるので、やはり高い精度で温度を測定することができない。

さらに、温度センサ１は、扁平な接続子２０Ａ，２０Ｂを用い、内周面５３に押し付けて主に先端部２３Ａ，２３Ｂを湾曲させることで面接触を実現するものであるから、内周面５３の曲率に関わらずに面接触を実現することができる。したがって、曲率の違う内周面を備える定着器に対して、一種類の温度センサ１を用意すれば足りるので、曲率の違う内周面を備える定着器に対応して複数種の温度センサを作製、用意するのに比べて、温度センサのコスト削減に寄与する。

［第２実施形態］
以上説明した第１実施形態は、弾性支持体として接続子２０Ａ，２０Ｂと二つの部材を備え、接続子２０Ａ，２０Ｂは電気的な信号の伝送経路としての機能を担うが、本発明は、弾性支持体に電気的な信号の伝送経路としての機能を求めない形態をも包含する。この形態（第２実施形態）を、図４を参照して説明する。なお、以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明することとし、第１実施形態と同様の構成部分については、第１実施形態と同じ符号を用いる。

第２実施形態に係る温度センサ２は、接続子２０Ａ，２０Ｂの代替として、弾性支持板１２０を備える。弾性支持板１２０は、接続子２０Ａ，２０Ｂに比べて全体として幅広で扁平な金属板から構成されている。ただし、弾性支持板１２０は、電気的な信号の伝送経路として機能しないので、金属板に限らず、他の材料、例えば耐熱性の樹脂材料からなる板材を用いることもできる。
弾性支持板１２０は、ホルダ１０に保持される後端側から先端側に向けて、段階的に先細りに形成されている。弾性支持板１２０は、幅の広い根元部１２１と、根元部１２１よりも幅の狭い中間部１２２と、中間部１２２よりも幅の狭い先端部１２３と、を備えており、根元部，中間部及び先端部の順に剛性が小さくなる。弾性支持板１２０は、根元部１２１の一部がホルダ１０の内部に挿入されることで、ホルダ１１０に保持される。
弾性支持板１２０は、サーミスタ素子１３０が設けられる側の面が絶縁シート４２で覆われており、サーミスタ素子１３０のリード線１３２Ａ，１３２Ｂとの電気的な絶縁が図られている。絶縁シート４２は、第１実施形態の絶縁シート４１と同様の素材で構成される。

絶縁シート４２で覆われる弾性支持板１２０の面側には、サーミスタ素子１３０が配設される。このサーミスタ素子１３０は、サーミスタ１３１とリード線１３２Ａ，１３２Ｂとから構成され、リード線１３２Ａ，１３２Ｂは、サーミスタ１３１との接続部位から離れるのにつれて間隔が拡がるように設けられている。
サーミスタ１３１は、絶縁シート４２の表面に固定された緩衝材としてのスポンジ４４の上に配置されている。リード線１３２Ａ，１３２Ｂは、サーミスタ１３１との接続部分の近傍を除いて、絶縁シート４２に接するようにして固定される。
弾性支持板１２０は、サーミスタ素子１３０が配設される面側及びその裏面側の両方が、絶縁シート４３で覆われている。絶縁シート４３も、第１実施形態の絶縁シート４１と同様の素材で構成することができるとともに、絶縁シート４１と同様の方法で表裏両面の貼り合わせを行えばよい。

ホルダ１１０は、弾性支持板１２０を保持するとともに、接続子１２５Ａ，１２５Ｂを保持する。ホルダ１１０を絶縁性の樹脂材料を射出成形により作成する場合、弾性支持板１２０、接続子１２５Ａ，１２５Ｂを、この射出成形のときに所定の位置に配置することで、ホルダ１１０にインサート成形することができる。
接続子１２５Ａ，１２５Ｂは、サーミスタ素子１３０と計測機器との電気的な接続を仲介する部材であり、導電性を備える金属板から構成される。ホルダ１１０は、接続子１２５Ａ，１２５Ｂの各々に対応する接続孔１１１Ａ，１１１Ｂを備えている。リード線１３２Ａ，１３２Ｂはその末端部分が接続孔１１１Ａ，１１１Ｂに引き出されており、リード線１３２Ａ，１３２Ｂと接続子１２５Ａ，１２５Ｂは、各々、接続孔１１１Ａ，１１１Ｂの内部で溶接などにより接合されることで電気的な接続が確保される。

温度センサ２は、その先端側が定着手段５１の内周面５３に押し付けられると、第１実施形態と同様に、必要な接圧を確保しながら、内周面５３に倣いながら面で接触することができるのに加えて、内周面５３の曲率に関わらずに面接触を実現することができる、という効果を奏する。
温度センサ２は、サーミスタ１３１と弾性支持板１２０の間にスポンジ４４を介在させている。このスポンジ４４は、サーミスタ１３１に対して断熱材として機能するとともに、サーミスタ１３１を測定対象に柔軟にフィットさせることにより、安定して温度センサ２による温度検知を行うことができる。

一方で、前述した第１実施形態の温度センサ１は、サーミスタ素子３０が接続された接続子２０Ａ，２０Ｂを覆う保持体４０が一枚の絶縁シート４１で構成されるので、二枚の絶縁シート４２，４３を用い、かつスポンジ４４を用いる温度センサ２に比べて構造が簡易である。また、温度センサ１は、スポンジ４４を用いていないので、熱容量が小さく抑えられる結果、温度測定の応答性を速くできる。

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、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、上述した接続子２０Ａ，２０Ｂは、先細りの一例として、根元から先端に向けて段階的に幅を狭くしているが、図３に示すように連続的に幅を狭くすることもできる。また、先細りにする例として、幅を段階的に又は連続的に細くする例を示したが、例えば、幅を一定とする一方、厚さを段階的に又は連続的に薄くすることによっても、測定対象面に倣って湾曲しつつ、必要な接圧を得ることができる。
また、本発明の温度センサの適用対象は、好ましくは、定着器の内周面の温度測定であるが、これに限定されることはない。測定対象面に倣って湾曲しつつ、必要な接圧が得られる、という作用・効果が必要とされるいかなる用途、部位に、本発明の温度センサを適用することができる。

１，２ 温度センサ
１０，１１０ ホルダ
１１Ａ，１１Ｂ 接続孔
２０Ａ，２０Ｂ 接続子
２１Ａ，２１Ｂ 根元部
２２Ａ，２２Ｂ 中間部
２３Ａ，２３Ｂ 先端部
３０ サーミスタ素子
３１ サーミスタ
３２Ａ，３２Ｂ リード線
４０ 保持体
４１，４２，４３ 絶縁シート
４４ スポンジ
１１１Ａ，１１１Ｂ 接続孔
１２０ 弾性支持板
１２１ 根元部
１２２ 中間部
１２３ 先端部
１２５Ａ，１２５Ｂ 接続子
１３０ サーミスタ素子
１３１ サーミスタ
１３２Ａ，１３２Ｂ リード線

かかる目的のもと、本発明の温度センサは、画像形成装置に使用される定着手段の内側に配置され、定着手段の湾曲する内周面の温度を測定し、感熱体と、感熱体に電気的に接続される第１リード線及び第２リード線と、を有する感熱素子と、感熱素子を支持するとともに、測定対象に押し付けられる弾性支持体と、弾性支持体を固定して保持するホルダと、を備える。
本発明の温度センサは、弾性支持体が、ホルダに固定される側（根元）から感熱素子が接続される側（先端）に向けて、先細りに形成されていることを特徴とする。
本発明の温度センサは、弾性支持体が先細りに形成されているので、根元から先端に向けて剛性が小さくなる。したがって、弾性支持体を測定対象に押し付けると、剛性の小さい先端に近い領域は測定対象に倣って湾曲するので、曲率が異なる測定対象に対しても面で接触させることができる。一方で、剛性の大きい根元部分が存在することにより、測定対象と接触する圧力（接圧）を確保できるので、安定した面接触を実現し、測定温度の精度向上に寄与する。

本発明の温度センサは、弾性支持体が内周面に押し付けられると、第１接続子及び第２接続子の先端部分が、内周面に倣って湾曲し、面接触することができる。

Claims (6)

1. 感熱体と、前記感熱体と電気的に接続される第１リード線及び第２リード線と、を有する感熱素子と、
   前記感熱素子を支持するとともに、測定対象に押し付けられる弾性支持体と、
   前記弾性支持体を固定して保持するホルダと、を備え、
   前記弾性支持体は、
   前記ホルダに固定される側から前記感熱素子が支持される側に向けて、先細りに形成されている、
   ことを特徴とする温度センサ。
2. 前記弾性支持体は、
   負荷のない状態で扁平をなしている、
   請求項１に記載の温度センサ。
3. 画像形成装置に使用される定着手段の内側に配置され、前記定着手段の湾曲する内周面の温度を測定する、
   請求項１又は請求項２に記載の温度センサ。
4. 前記弾性支持体が前記内周面に押し付けられると、
   前記弾性支持体の先端部分が、前記内周面に倣って湾曲し、前記内周面と面接触する、
   請求項３に記載の温度センサ。
5. 前記弾性支持体は、
   前記第１リード線及び前記第２リード線のそれぞれが電気的に接続される第１接続子及び第２接続子を備える、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の温度センサ。
6. 前記弾性支持体は、
   前記感熱体と、前記第１リード線及び前記第２リード線と、を表裏のいずれか一方の面側において支持する板状弾性体からなる、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の温度センサ。

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