JP2016157046A - 定着ローラ用温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 紙の厚さに応じて定着ローラの位置が変化しても正確な温度測定が可能な定着ローラ用温度センサを提供すること。【解決手段】 一対のリードフレーム２と、一対のリードフレームの間に保持されたセンサ部３とを備え、センサ部が、一対のリードフレームの間に保持された帯状の絶縁性フィルム４と、絶縁性フィルムの表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部５と、先端側が薄膜サーミスタ部の上に形成されていると共に基端側が一対のリードフレームに接続され絶縁性フィルムの表面に形成された一対のパターン電極６とを備え、薄膜サーミスタ部が、絶縁性フィルムの延在方向においてセンサ部の定着ローラが接触可能な範囲に対応した領域の少なくとも中央部に配され、一対のパターン電極が、絶縁性フィルムの延在方向において少なくともセンサ部の定着ローラが接触可能な範囲に対応した領域全体にわたって延在している。【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の定着ローラの温度を測定するための定着ローラ用温度センサに関する。

一般に、複写機やプリンタ等の画像形成装置に使用されている定着器の定着部材である定着ローラ（加熱ローラ）には、その温度を測定するために温度センサが接触状態に設置されている。このような温度センサとしては、例えば特許文献１から３に、一対のリードフレームと、これらのリードフレームの間に配設され接続された感熱素子と、一対のリードフレームの端部に形成された保持部と、リードフレーム及び感熱素子の少なくとも片面に設けられ定着ローラに接触させる薄膜シートとを有する温度センサが提案されている。

このような温度センサは、定着ローラの表面にリードフレームの弾性力を利用して接触され、温度検知するものである。
なお、上記特許文献１には、感熱素子として チップサーミスタが採用されていると共に、特許文献２には、感熱素子として、ビードサーミスタ素子が採用されている。また、特許文献３には、感熱素子の感熱部として薄膜サーミスタが採用されている。

特開２００１−９２３０１号公報 特開２０００−７４７５２号公報 特開２０１４−５２２２８号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
複写機等の画像形成装置では、定着ローラに接触する紙の厚みに応じて定着ローラの位置が軸方向に直交する方向に動く場合がある。このため、図６に示すように、定着ローラ１００が接触している温度センサ１０１に対して近づいたり遠くなったりすることで、定着ローラ１００の接触位置にずれが生じる場合がある。従来の特許文献１及び２に記載の技術では、感熱素子としてチップサーミスタやビードサーミスタ等を使用しているが、この場合、サーミスタが約１ｍｍ程度のチップ状、球状或いは楕円状であるために、定着ローラに点接触しており、上記の接触位置のずれが生じると、感熱素子が定着ローラに接触しなくなる場合があった。また、特許文献３では、面接触が可能な薄膜サーミスタ部を採用しているものの、その形成領域が先端部の狭い範囲に限定されており、やはり接触位置のずれが生じると、薄膜サーミスタ部が定着ローラに接触しなくなるおそれがあった。
すなわち、図６の（ｂ）に示すように、標準の厚みの紙Ｐ２で従来の温度センサ１０１の感熱素子１０１ａが定着ローラ１００にちょうど接触するように設定すると、図６の（ａ）に示すように、標準より薄い厚みの紙Ｐ１では定着ローラ１００が標準の位置より奥に移動し、感熱素子１０１ａから離れてしまうと共に、図６の（ｃ）に示すように、標準より厚い厚みの紙Ｐ３では、定着ローラ１００は標準の位置より手前に移動し、温度センサ１０１を基端側に押してしまい、感熱素子１０１ａがやはり定着ローラ１００から離れてしまう。
このように接触位置のずれが生じて感熱部と定着ローラとが接触しないと、正確な温度検知ができなくなって定着ローラの温度制御に不具合が生じてしまう。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、紙の厚さに応じて定着ローラの位置が変化しても正確な温度測定が可能な定着ローラ用温度センサを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る定着ローラ温度センサは、画像形成装置の定着ローラの外周面に押し当てて温度を測定する温度センサであって、前記定着ローラの軸方向に対してねじれの位置に配され互いに平行に延在した一対のリードフレームと、一対の前記リードフレームの間に保持されたセンサ部とを備え、前記センサ部が、一対の前記リードフレームの間に保持され前記リードフレームの延在方向に延在した帯状の絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部と、先端側が前記薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に形成されていると共に基端側が前記一対のリードフレームに接続され前記絶縁性フィルムの表面にパターン形成された一対のパターン電極とを備え、前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムの延在方向において前記センサ部の前記定着ローラが接触可能な範囲に対応した領域の少なくとも中央部に配され、一対の前記パターン電極が、前記絶縁性フィルムの延在方向において少なくとも前記センサ部の前記定着ローラが接触可能な範囲に対応した領域全体にわたって延在していることを特徴とする。

この定着ローラ用温度センサでは、一対のパターン電極が、絶縁性フィルムの延在方向において少なくともセンサ部の定着ローラが接触可能な範囲に対応した領域全体にわたって延在しているので、定着ローラの位置が動いても長く延在したパターン電極の表面側又は裏面側を直接又は絶縁性フィルム等の膜を介して定着ローラに常に接触させることができ、パターン電極で受けた熱を薄膜サーミスタ部に効率的に集熱することが可能である。

第２の発明に係る定着ローラ温度センサは、第１の発明において、前記薄膜サーミスタ部が、前記センサ部の前記定着ローラが接触可能な範囲に対応した領域内で一対の前記パターン電極に沿って複数並んで形成されていることを特徴とする。
すなわち、この定着ローラ用温度センサでは、薄膜サーミスタ部が、センサ部の定着ローラが接触可能な範囲に対応した領域内で一対のパターン電極に沿って複数並んで形成されているので、定着ローラの位置がずれても、複数並んだ薄膜サーミスタ部のいずれかが直接又は絶縁性フィルム等の膜を介して定着ローラに接触し易くなり、より正確に温度を測定することができる。

第３の発明に係る定着ローラ温度センサは、第１又は第２の発明において、一対の前記リードフレームが、前記絶縁性フィルムの両側部に全長にわたって延在していることを特徴とする。
すなわち、この定着ローラ用温度センサでは、一対のリードフレームが、絶縁性フィルムの両側部に全長にわたって延在しているので、柔軟な絶縁性フィルムの剛性をリードフレームで高めると共に、延在したリードフレームも直接又は絶縁性フィルム等の膜を介して定着ローラに常に接触することで、定着ローラの熱をリードフレームから絶縁性フィルム、パターン電極及び薄膜サーミスタ部に効果的に伝えて、より正確な温度測定が可能になる。

第４の発明に係る定着ローラ温度センサは、第１又は第２の発明において、一対の前記リードフレームが、前記定着ローラと前記センサ部とが接触可能な範囲より前記絶縁性フィルムの基端側に固定されていることを特徴とする。
すなわち、この定着ローラ用温度センサでは、一対のリードフレームが、定着ローラとセンサ部とが接触可能な範囲より絶縁性フィルムの基端側に固定されているので、絶縁性フィルムの弾性だけでセンサ部を定着ローラに押し付けることができ、定着ローラの位置が大きく動いても、絶縁性フィルムが柔軟に曲がって接触させることができる。また、リードフレームが、定着ローラに接触しないため熱容量が小さくなり、高い応答性を得ることができる。

第５の発明に係る定着ローラ温度センサは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記絶縁性フィルムの裏面の少なくとも前記薄膜サーミスタ部に対向した領域に金属膜が形成されていることを特徴とする。
すなわち、この定着ローラ用温度センサでは、絶縁性フィルムの裏面の少なくとも薄膜サーミスタ部に対向した領域に金属膜が形成されているので、絶縁性フィルムの裏面に形成された金属膜が定着ローラから受けた熱を金属膜全体に均一に広げることで、反対面のパターン電極及び薄膜サーミスタ部に効率的に熱を伝えることができる。

第６の発明に係る定着ローラ温度センサは、第１から第５の発明のいずれかにおいて、一対の前記パターン電極が、前記中央部の前記薄膜サーミスタ部から離れるほど幅広に形成されていることを特徴とする。
すなわち、この定着ローラ用温度センサでは、一対のパターン電極が、中央部の薄膜サーミスタ部から離れるほど幅広に形成されているので、定着ローラが中央部の薄膜サーミスタ部から離れるほど幅広なパターン電極に対向、接触することで、より効率的に集熱することが可能になる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る定着ローラ用温度センサによれば、一対のパターン電極が、絶縁性フィルムの延在方向において少なくともセンサ部の定着ローラが接触可能な範囲に対応した領域全体にわたって延在しているので、定着ローラの位置が動いても長く延在したパターン電極の表面側又は裏面側を直接又は絶縁性フィルム等の膜を介して定着ローラに常に接触させることができ、パターン電極で受けた熱を中央部の薄膜サーミスタ部に効率的に集熱することが可能である。
したがって、紙の厚さに応じて定着ローラの位置が動いても、集熱部となるパターン配線が確実に定着ローラと接触することで、正確な温度を測定することが可能になり、定着ローラの温度制御の安定性が向上する。

本発明に係る定着ローラ用温度センサの第１実施形態を示す平面図である。 第１実施形態において、紙の厚みに応じて位置が動く定着ローラと温度センサとの関係を説明する図である。 本発明に係る定着ローラ用温度センサの第２実施形態を示す平面図（ａ）及び裏面図（ｂ）である。 本発明に係る定着ローラ用温度センサの第３実施形態を示す平面図である。 本発明に係る定着ローラ用温度センサの第４実施形態を示す平面図である。 本発明に係る定着ローラ用温度センサの従来例において、紙の厚みに応じて位置が動く定着ローラと温度センサとの関係を説明する図である。

以下、本発明に係る定着ローラ用温度センサにおける第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面の一部では、各部を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。

本実施形態の定着ローラ用温度センサ１は、図１及び図２に示すように、画像形成装置の定着ローラ１００の外周面に押し当てて温度を測定する温度センサであって、定着ローラ１００の軸方向に対してねじれの位置に配され互いに平行に延在した一対のリードフレーム２と、一対のリードフレーム２の間に保持されたセンサ部３とを備えている。

上記センサ部３は、一対のリードフレーム２の間に保持されリードフレーム２の延在方向に延在した帯状の絶縁性フィルム４と、絶縁性フィルム４の表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部５と、先端側が薄膜サーミスタ部５の上に形成されていると共に基端側が一対のリードフレーム２に接続され絶縁性フィルム４の表面にパターン形成された一対のパターン電極６とを備えている。

上記薄膜サーミスタ部５は、絶縁性フィルム４の延在方向においてセンサ部３の定着ローラ１００が接触可能な範囲Ｒに対応した領域の中央部に配されている。この薄膜サーミスタ部５は、矩形状に形成されている。
また、一対のパターン電極６は、絶縁性フィルム４の延在方向において少なくともセンサ部３の定着ローラ１００が接触可能な範囲Ｒに対応した領域全体にわたって延在している。

すなわち、本実施形態では、絶縁性フィルム４の裏面を定着ローラ１００の接触面とする場合、図２に示すように、予め厚みの異なる紙Ｐ１〜Ｐ３を使用して定着ローラ１００の移動範囲を特定し、前記接触面における定着ローラ１００が接触可能な範囲Ｒを設定する。さらに、絶縁性フィルム４裏面側（接触面側）における定着ローラ１００が接触可能な範囲Ｒに対向した絶縁性フィルム４表面側での範囲、すなわち定着ローラ１００が接触可能な範囲Ｒに対応した絶縁性フィルム４の表面領域全体にわたってパターン電極６がパターン形成されている。

なお、一対のパターン電極６は、薄膜サーミスタ部５の上に複数の櫛部（図示略）を有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極（図示略）を有している。
また、パターン電極６は、センサ部３の定着ローラ１００が接触可能な範囲Ｒにわたって基端側に比べて幅広に形成されている。

上記一対のリードフレーム２は、絶縁性フィルム４の両側部に全長にわたって延在している。
一対のリードフレーム２は、その先端部が一対のパターン電極６の基端に形成されたニッケル電極部６ａにはんだや導電性接着剤、抵抗溶接等で接合されている。
これらリードフレーム２は、銅系合金、鉄系合金又はステンレス等の合金で形成されている。

また、本実施形態の定着ローラ用温度センサ１は、絶縁性フィルム４の表面に薄膜サーミスタ部５を覆う保護膜（図示略）を備えている。
上記保護膜は、絶縁性樹脂膜等であり、例えば厚さ２０μｍのポリイミド膜が採用される。この保護膜は、薄膜サーミスタ部５と共に櫛部を覆って矩形状にパターン形成されている。

上記絶縁性フィルム４は、例えば厚さ７．５〜１２５μｍのポリイミド樹脂シートで帯状に形成されている。なお、絶縁性フィルム４としては、他にＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート，ＰＥＮ：ポリエチレンナフタレート等でも作製できるが、加熱ローラの温度測定用としては、最高使用温度が２３０℃と高いためポリイミドフィルムが望ましい。
上記薄膜サーミスタ部５は、ＴｉＡｌＮのサーミスタ材料で形成されている。特に、薄膜サーミスタ部５は、一般式：Ｔｉ_ｘＡｌ_ｙＮ_ｚ（０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９５、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相である。

上記パターン電極６は、薄膜サーミスタ部５上に形成された膜厚５〜１００ｎｍのＣｒ又はＮｉＣｒの接合層と、該接合層上にＡｕ等の貴金属で膜厚５０〜１０００ｎｍで形成された電極層とを有している。
また、パターン電極６の基端には、さらにニッケル膜を表面に形成したニッケル電極部６ａが形成されている。

この定着ローラ用温度センサ１では、図２の（ｂ）に示すように、標準の厚みの紙Ｐ２で中央部の薄膜サーミスタ部５が定着ローラ１００にちょうど接触するように設定すると、図２の（ａ）に示すように、標準より薄い厚みの紙Ｐ１では定着ローラ１００が標準の位置より奥に移動しても、長いパターン電極６の基端部（絶縁性フィルム４の先端側に位置するパターン電極６の端部）で定着ローラ１００に接触している。また、図２の（ｃ）に示すように、標準より厚い厚みの紙Ｐ３では、定着ローラ１００は標準の位置より手前に移動し、定着ローラ用温度センサ１を基端側に押してしまうが、その場合も、長いパターン電極６の先端部（絶縁性フィルム４の基端側に位置するパターン配線６の端部）で定着ローラ１００に接触している。

このように本実施形態の定着ローラ用温度センサ１では、一対のパターン電極６が、絶縁性フィルム４の延在方向において少なくともセンサ部３の定着ローラ１００が接触可能な範囲Ｒに対応した領域全体にわたって延在しているので、定着ローラ１００の位置が動いても長く延在したパターン電極６の表面側又は裏面側を直接又は絶縁性フィルム４等の膜を介して定着ローラ１００に常に接触させることができ、パターン電極６で受けた熱を中央部の薄膜サーミスタ部５に効率的に集熱することが可能である。

さらに、一対のリードフレーム２が、絶縁性フィルム４の両側部に全長にわたって延在しているので、柔軟な絶縁性フィルム４の剛性をリードフレーム２で高めると共に、延在したリードフレーム２も直接又は絶縁性フィルム４等の膜を介して定着ローラ１００に常に接触することで、定着ローラ１００の熱をリードフレーム２から絶縁性フィルム４、パターン電極６及び薄膜サーミスタ部５に効果的に伝えて、より正確な温度測定が可能になる。

次に、本発明に係る定着ローラ用温度センサの第２から第４実施形態について、図３から図５を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、一対のリードフレーム２が、絶縁性フィルム４の両側部に全長にわたって延在しているのに対し、第２実施形態の定着ローラ用温度センサ２１では、図３に示すように、一対のリードフレーム２２が、定着ローラ１００とセンサ部３とが接触可能な範囲Ｒより絶縁性フィルム４の基端側に固定されている点である。

すなわち、第２実施形態では、センサ部３が第１実施形態に対して上下逆とされ、パターン電極６の基端に形成されたニッケル電極部６ａが、絶縁性フィルム４の基端部に設けられている。したがって、絶縁性フィルム４の基端部の一対のニッケル電極部６ａに一対のリードフレーム２２が接合されている。なお、十分な弾性や剛性を得るために、絶縁性フィルム４は比較的厚いものが好ましい。
また、第２実施形態では、絶縁性フィルム４の裏面の少なくとも薄膜サーミスタ部５に対向した領域に金属膜２７が形成されている。なお、本実施形態では、絶縁性フィルム４裏面のニッケル電極部６ａより上部全体にＡｕ膜等の金属膜２７がパターン形成されている。

このように第２実施形態の定着ローラ用温度センサ２１では、一対のリードフレーム２２が、定着ローラ１００とセンサ部３とが接触可能な範囲Ｒより絶縁性フィルム４の基端側に固定されているので、絶縁性フィルム４の弾性だけでセンサ部３を定着ローラ１００に押し付けることができ、定着ローラ１００の位置が大きく動いても、絶縁性フィルム４が柔軟に曲がって接触させることができる。また、リードフレーム２２が、定着ローラ１００に接触しないため熱容量が小さくなり、高い応答性を得ることができる。

また、絶縁性フィルム４の裏面の少なくとも薄膜サーミスタ部５に対向した領域に金属膜２７が形成されているので、絶縁性フィルム４の裏面に形成された金属膜２７が定着ローラ１００から受けた熱を金属膜２７全体に均一に広げることで、反対面の薄膜サーミスタ部５全体に効率的に熱を伝えることができる。

次に、第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、薄膜サーミスタ部５が、センサ部３の定着ローラ１００が接触可能な範囲Ｒに対応した領域の中央部にだけ配されているのに対し、第３実施形態の定着ローラ用温度センサ３１では、図４に示すように、薄膜サーミスタ部５が、センサ部３３の定着ローラ１００が接触可能な範囲Ｒに対応した領域内で一対のパターン電極６に沿って複数並んで形成されている点である。

第３実施形態では、複数の薄膜サーミスタ部５が互いに僅かな隙間を空けてパターン電極６の延在方向に並べられ、いずれも一対のパターン電極６に接続されている。
すなわち、第３実施形態の定着ローラ用温度センサ３１では、薄膜サーミスタ部５が、センサ部３３の定着ローラ１００が接触可能な範囲Ｒに対応した領域内で一対のパターン電極６に沿って複数並んで形成されているので、定着ローラ１００の位置がずれても、複数並んだ薄膜サーミスタ部５のいずれかが直接又は絶縁性フィルム４等の膜を介して定着ローラ１００に接触し易くなり、より正確に温度を測定することができる。

次に、第４実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、一対のパターン電極６が、センサ部３の定着ローラ１００が接触可能な範囲Ｒに対応した領域で一定幅に形成されているのに対し、第４実施形態の定着ローラ用温度センサ４１では、図５に示すように、センサ部４３の一対のパターン電極４６が、中央部の薄膜サーミスタ部５から離れるほど幅広に形成されている点である。

すなわち、第４実施形態では、パターン電極４６が薄膜サーミスタ部５側に頂部を配した略三角形状とされている。
このように第４実施形態の定着ローラ用温度センサ４１では、一対のパターン電極４６が、中央部の薄膜サーミスタ部５から離れるほど幅広に形成されているので、定着ローラ１００が中央部の薄膜サーミスタ部５から離れるほど幅広なパターン電極４６に対向、接触することで、より効率的に集熱することが可能になる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態では、櫛部を薄膜サーミスタ部の上にパターン形成しているが、薄膜サーミスタ部の下（絶縁性フィルムの表面）にパターン形成しても構わない。

１，２１，３１，４１…定着ローラ用温度センサ、２…リードフレーム、３，３３，４３…センサ部、４…絶縁性フィルム、５…薄膜サーミスタ部、６，４６…パターン電極、２７…金属膜、１００…定着ローラ、Ｒ…定着ローラが接触可能な範囲

Claims (6)

1. 画像形成装置の定着ローラの外周面に押し当てて温度を測定する温度センサであって、
   前記定着ローラの軸方向に対してねじれの位置に配され互いに平行に延在した一対のリードフレームと、
   一対の前記リードフレームの間に保持されたセンサ部とを備え、
   前記センサ部が、一対の前記リードフレームの間に保持され前記リードフレームの延在方向に延在した帯状の絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部と、先端側が前記薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に形成されていると共に基端側が前記一対のリードフレームに接続され前記絶縁性フィルムの表面にパターン形成された一対のパターン電極とを備え、
   前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムの延在方向において前記センサ部の前記定着ローラが接触可能な範囲に対応した領域の少なくとも中央部に配され、
   一対の前記パターン電極が、前記絶縁性フィルムの延在方向において少なくとも前記センサ部の前記定着ローラが接触可能な範囲に対応した領域全体にわたって延在していることを特徴とする定着ローラ用温度センサ。
2. 請求項１に記載の定着ローラ用温度センサにおいて、
   前記薄膜サーミスタ部が、前記センサ部の前記定着ローラが接触可能な範囲に対応した領域内で一対の前記パターン電極に沿って複数並んで形成されていることを特徴とする定着ローラ用温度センサ。
3. 請求項１又は２に記載の定着ローラ用温度センサにおいて、
   一対の前記リードフレームが、前記絶縁性フィルムの両側部に全長にわたって延在していることを特徴とする定着ローラ用温度センサ。
4. 請求項１又は２に記載の定着ローラ用温度センサにおいて、
   一対の前記リードフレームが、前記定着ローラと前記センサ部とが接触可能な範囲より前記絶縁性フィルムの基端側に固定されていることを特徴とする定着ローラ用温度センサ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の定着ローラ用温度センサにおいて、
   前記絶縁性フィルムの裏面の少なくとも前記薄膜サーミスタ部に対向した領域に金属膜が形成されていることを特徴とする定着ローラ用温度センサ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の定着ローラ用温度センサにおいて、
   一対の前記パターン電極が、前記中央部の前記薄膜サーミスタ部から離れるほど幅広に形成されていることを特徴とする定着ローラ用温度センサ。

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