JP2017053782A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 測定対象物への押し付け圧力を低減しつつ、安定して確実に測定対象物に接触させることができる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先端側に接続されたセンサ部３と、一対のリードフレームの基端側に固定されて一対のリードフレームを保持する絶縁性の保持部４とを備え、一対のリードフレームが、センサ部と保持部との間に少なくとも一対の山折り部と谷折り部とで構成され延在方向に弾性を有する折り曲げ弾性部２ｂを有している。【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ことに好適で応答性に優れた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片面に設けられ定着ローラに接触させる保護テープ（薄膜シート）とを有する温度センサが提案されている。
上記特許文献１には、感熱素子として ビードサーミスタやチップサーミスタの他に、アルミナ等の絶縁基板の一面に感熱膜が形成された薄膜サーミスタが採用されている。

また、近年、柔軟性に優れると共に全体を薄くすることができるフィルム型温度センサとして、絶縁性フィルム上に薄膜サーミスタを形成した温度センサが開発されている。例えば、特許文献２には、一対のリードフレームと、一対のリードフレームに接続されたセンサ部と、一対のリードフレームに固定されてリードフレームを保持する絶縁性の保持部とを備えた温度センサが提案されている。

この温度センサは、センサ部が、絶縁性フィルムと、該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、薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に複数の櫛部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と、一対の櫛型電極に接続され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、一対のリードフレームが、絶縁性フィルムの表面に薄膜サーミスタ部を間に配して延在して接着されていると共に一対のパターン電極に接続されている。

さらに、定着ローラの内側に温度センサを配して温度測定を行うものも知られている。例えば、特許文献３では、定着ローラの内周面に先端側を押し付けて使用される温度センサが記載されている。この温度センサは、ホルダと、ホルダの一方の側が保持されるリードフレームである一対の接続子と、接続子の間に設けられるサーミスタ素子と、サーミスタ素子を含めて接続子の他方の側を挟み込む電気絶縁性の保持体とを備えている。

特開２０００−７４７５２号公報 特開２０１４−５２２２８号公報 特許第５７６３８０５号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
定着ローラに温度センサを押し当てて温度測定する場合、リードフレームを定着ローラの周方向に撓ませた状態で定着ローラへ押し付けているが、近年、特に定着ローラの内周面に温度センサを接触させる場合に、押し付け圧力の低減が要望されている。しかしながら、金属製で硬いリードフレームを上記周方向に撓ませて押し付ける方法では、押し付け圧力を低減することが難しいという不都合があった。すなわち、押し付け圧力を低減させるためにリードフレームの撓みを抑制すると、金属製リードフレームが硬いために、十分な弾性が得られず、センサ部を定着ローラに安定して確実に接触させることができないおそれがあった。また、リードフレームを長くして撓み易くすることも考えられるが、定着ローラの内側に配する際に、温度センサの十分な設置スペースを確保できないという不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、測定対象物への押し付け圧力を低減しつつ、安定して確実に測定対象物に接触させることができる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の発明に係る温度センサは、一対のリードフレームと、前記一対のリードフレームの先端側に接続され感熱素子を有するセンサ部と、前記一対のリードフレームの基端側に固定されて前記一対のリードフレームを保持する絶縁性の保持部とを備え、前記一対のリードフレームが、前記センサ部と前記保持部との間に少なくとも一対の山折り部と谷折り部とで構成され延在方向に弾性を有する折り曲げ弾性部を有していることを特徴とする。

すなわち、この温度センサでは、一対のリードフレームが、センサ部と保持部との間に少なくとも一対の山折り部と谷折り部とで構成され延在方向に弾性を有する折り曲げ弾性部を有しているので、測定対象物への押し付け圧力を低減しても、押し当て時に折り曲げ弾性部が延在方向（押し当て方向）に柔軟に伸縮することによってセンサ部を安定して確実に接触させることが可能になる。

第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記折り曲げ弾性部が、前記山折り部と前記谷折り部とを複数繰り返した蛇腹形状とされていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、折り曲げ弾性部が、山折り部と谷折り部とを複数繰り返した蛇腹形状とされているので、蛇腹形状によって高い柔軟性と伸縮性とを有しており、より安定した接触を得ることができる。

第３の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記折り曲げ弾性部が、波形状とされていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、折り曲げ弾性部が波形状とされているので、波形状によって高い柔軟性と伸縮性とを有しており、より安定した接触を得ることができる。

第４の発明に係る温度センサは、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記センサ部が、上面に前記一対のリードフレームが接着された絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの上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、前記薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に複数の櫛部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と、一端が前記一対の櫛型電極に接続されていると共に他端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上面にパターン形成された一対のパターン電極とを備えていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、センサ部が、絶縁性フィルムと、薄膜サーミスタ部と、一対の櫛型電極と、一対のパターン電極とを備えているので、センサ部自体が高い柔軟性を有しており、さらに安定した接触を得ることができる。

第５の発明に係る温度センサは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、画像形成装置の定着ローラの内側において前記定着ローラの内周面に対してその半径方向に沿って前記リードフレームが配置されると共に、前記センサ部を前記定着ローラの内周面に押し付けた状態で配置されることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、画像形成装置の定着ローラの内側において定着ローラの内周面に対してその半径方向に沿ってリードフレームが配置されると共に、センサ部を定着ローラの内周面に押し付けた状態で配置されるので、定着ローラに対して小さい押し付け圧力でも良好な接触を安定して得ることができ、定着ローラの正確な温度測定が可能になる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度センサによれば、一対のリードフレームが、センサ部と保持部との間に少なくとも一対の山折り部と谷折り部とで構成され延在方向に弾性を有する折り曲げ弾性部を有しているので、測定対象物への押し付け圧力を低減しても、センサ部を安定して確実に接触させることが可能になる。
したがって、本発明の温度センサによれば、低い押し付け圧力で測定対象物に押し当てても正確な温度測定ができ、複写機やプリンタ等の定着ローラの温度測定用、特に定着ローラの内側から内周面に接触して温度測定する温度センサとして好適である。

本発明に係る温度センサの第１実施形態を示す平面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。 本実施形態において、センサ部を示す平面図である。 本実施形態において、薄膜サーミスタ部形成工程を示す平面図（ａ）及び電極形成工程を示す平面図（ｂ）である。 本実施形態において、定着ローラの内側に温度センサを設置した状態を示す説明図である。 本発明に係る温度センサの第２実施形態を示す側面図である。 本発明に係る温度センサの第３実施形態を示す側面図である。 本発明に係る温度センサの実施形態における他の例を示す要部の側面図である。

以下、本発明に係る温度センサにおける第１実施形態を、図１から図４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。

本実施形態の温度センサ１は、図１及び図２に示すように、一対のリードフレーム２と、一対のリードフレーム２の先端側に接続され感熱素子を有するセンサ部３と、一対のリードフレーム２の基端側に固定されて一対のリードフレーム２を保持する絶縁性の保持部４とを備えている。なお、本実施形態では、センサ部３においてリードフレーム２が接着された面を上面として記載している。

上記一対のリードフレーム２は、センサ部３と保持部４との間に少なくとも一対の山折り部２ｃと谷折り部２ｄとで構成され延在方向に弾性を有する折り曲げ弾性部２ｂを有している。
特に、本実施形態の折り曲げ弾性部２ｂは、山折り部２ｃと谷折り部２ｄとを複数繰り返した蛇腹形状とされている。すなわち、リードフレーム２の中間部分を複数回鋭角に屈曲させて折り返すことで、上面側で凸状の山折り部２ｃと凹状の谷折り部２ｄとを複数繰り返して蛇腹形状の折り曲げ弾性部２ｂを形成している。

上記センサ部３は、上面に一対のリードフレーム２が接着された絶縁性フィルム５と、絶縁性フィルム５の上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６と、薄膜サーミスタ部６の上に複数の櫛部７ａ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７と、一端が一対の櫛型電極７に接続されていると共に他端が一対のリードフレーム２に接続され絶縁性フィルム５の上面にパターン形成された一対のパターン電極８と、一対のリードフレーム２とセンサ部３とを上下から挟んで互いに接着された一対の絶縁性の保護テープ９Ａ，９Ｂとを備えている。
すなわち、絶縁性フィルム５、薄膜サーミスタ部６、櫛型電極７及びパターン電極８によって感熱素子が構成されている。

本実施形態の温度センサ１は、図４に示すように、画像形成装置の定着ローラＲの内側において定着ローラＲの内周面に対してその半径方向に沿ってリードフレーム２が配置されると共に、センサ部３を定着ローラＲの内周面に押し付けた状態で配置される。
この際、温度センサ１は、センサ部３を定着ローラＲの内周面に対して延在方向に押し付けるようにしてセンサ部３を定着ローラＲに接触させる。

一対のリードフレーム２の先端部２ａは、薄膜サーミスタ部６よりも先端側でパターン電極８と接続されていると共に、基端側に比べて互いに内側に幅広な形状とされている。
一対の上記パターン電極８の先端側には、リードフレーム２の先端部２ａに対応して幅広なパッド部８ａが形成されている。これらのパッド部８ａに、一対のリードフレーム２が、抵抗溶接、スポット溶接、ハンダ材又は導電性樹脂接着剤等の接着剤により接着されている。
なお、センサ部３では、パッド部８ａを除いたパターン電極８，薄膜サーミスタ部６及び櫛型電極７を覆う絶縁性の保護膜１０が絶縁性フィルム５上に形成されている。

上記絶縁性フィルム５は、略長方形状とされ、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５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、定着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６は、絶縁性フィルム５の基端側に配され、例えば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６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８及び櫛型電極７は、薄膜サーミスタ部６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。
一対の櫛型電極７は、互いに対向状態に配されて交互に櫛部７ａが並んだ櫛型パターンとされている。

なお、櫛部７ａは、絶縁性フィルム５の延在方向に沿って延在している。すなわち、絶縁性フィルム５の裏面側を、回転する定着ローラに押し当てされて温度測定を行う場合、絶縁性フィルム５の延在方向に曲率を有して湾曲させられるため、薄膜サーミスタ部６にも同方向に曲げ応力が加わる。このとき、櫛部７ａが同方向に延在しているため、薄膜サーミスタ部６を補強することになり、クラックの発生を抑制することができる。
上記保護膜１０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。
上記保護テープ９Ａ，９Ｂは、テフロン（登録商標）等のフッ化炭素樹脂で形成されている。
なお、保持部４には、取付孔４ａが形成されている。

この温度センサ１の製造方法について、図１から図４を参照して以下に説明する。
本実施形態の温度センサ１の製造方法は、絶縁性フィルム５の表面に薄膜サーミスタ部６をパターン形成する薄膜サーミスタ部形成工程と、互いに対向した一対の櫛型電極７を薄膜サーミスタ部６上に配して絶縁性フィルム５の表面に一対のパターン電極８をパターン形成する電極形成工程と、絶縁性フィルム５上に保護膜１０を形成する保護膜形成工程と、センサ部３にリードフレーム２を接続するリードフレーム接続工程と、リードフレーム２及びセンサ部３を上下から保護テープ９Ａ，９Ｂで挟んで互いに接着する保護テープ接着工程とを有している。

より具体的な製造方法の例としては、厚さ５０μｍのポリイミドフィルムの絶縁性フィルム５上（一方の面上）に、Ｔｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットを用い、窒素含有雰囲気中で反応性スパッタ法にて、Ｔｉ_ｘＡｌ_ｙＮ_ｚ（ｘ＝０．０９、ｙ＝０．４３、ｚ＝０．４８）のサーミスタ膜を膜厚２００ｎｍで形成する。その時のスパッタ条件は、到達真空度５×１０^−６Ｐａ、スパッタガス圧０．４Ｐａ、ターゲット投入電力（出力）２００Ｗで、Ａｒガス＋窒素ガスの混合ガス雰囲気下において、窒素ガス分率を２０％で作製する。

成膜したサーミスタ膜の上にレジスト液をスピンコーターで塗布した後、１１０℃で１分３０秒プリベークを行い、露光装置で感光後、現像液で不要部分を除去し、さらに１５０℃で５分のポストベークにてパターニングを行う。その後、不要なＴｉ_ｘＡｌ_ｙＮ_ｚのサーミスタ膜を市販のＴｉエッチャントでウェットエッチングを行い、図３の（ａ）に示すように、レジスト剥離にて所望の形状の薄膜サーミスタ部６にする。

次に、薄膜サーミスタ部６及び絶縁性フィルム５上に、スパッタ法にて、Ｃｒ膜の接合層を膜厚２０ｎｍ形成する。さらに、この接合層上に、スパッタ法にてＡｕ膜の電極層を膜厚２００ｎｍ形成する。
次に、成膜した電極層の上にレジスト液をスピンコーターで塗布した後、１１０℃で１分３０秒プリベークを行い、露光装置で感光後、現像液で不要部分を除去し、１５０℃で５分のポストベークにてパターニングを行う。その後、不要な電極部分を市販のＡｕエッチャント及びＣｒエッチャントの順番でウェットエッチングを行い、図３の（ｂ）に示すように、レジスト剥離にて所望の櫛型電極７及びパターン電極８を形成する。

さらに、絶縁性フィルム５の表面にポリイミドワニスを印刷法により所定部分に塗布して、１８０℃、３０分でキュアを行い、２０μｍ厚のポリイミド保護膜１０を形成する。
次に、パッド部８ａとなる領域にＮｉめっきを施して、図２に示すように、一対のパッド部８ａを形成する。

さらに、絶縁性フィルム５の表面にポリイミドワニスを印刷法により所定部分に塗布して、１８０℃、３０分でキュアを行い、図２に示すように、２０μｍ厚のポリイミド保護膜１０を形成する。
次に、パッド部８ａとなる幅広な領域にＮｉめっきを施して、パッド部８ａを形成する。
なお、保護テープ９Ａ，９Ｂで挟む前の複数のセンサ部３を同時に作製する場合、絶縁性フィルム５の大判シートに複数の薄膜サーミスタ部６、櫛型電極７、パターン電極８、保護膜１０及びパッド部８ａを上述のように形成した後に、大判シートから各センサ部３に切断する。

次に、図１に示すように、一対のパッド部８ａにリードフレーム２の先端部２ａを抵抗溶接により接着する。このとき、予めリードフレーム２の中間部分をプレス加工等によって蛇腹形状に加工し、折り曲げ弾性部２ｂを形成しておく。なお、リードフレーム２の先端側にセンサ部３を取り付けた後に、折り曲げ弾性部２ｂを形成しても構わない。
さらに、センサ部３とリードフレーム２の先端側とを上下から一対の保護テープ９Ａ，９Ｂで挟んで、保護テープ９Ａ，９Ｂの互いの両側部をプレスして接着する。これにより、図１に示すように、温度センサ１が作製される。

このように本実施形態の温度センサ１では、一対のリードフレーム２が、センサ部３と保持部４との間に少なくとも一対の山折り部２ｃと谷折り部２ｄとで構成され延在方向に弾性を有する折り曲げ弾性部２ｂを有しているので、定着ローラＲ等の測定対象物への押し付け圧力を低減しても、押し当て時に折り曲げ弾性部２ｂが延在方向（押し当て方向）に柔軟に伸縮することによってセンサ部３を安定して確実に接触させることが可能になる。

特に、折り曲げ弾性部２ｂが、山折り部２ｃと谷折り部２ｄとを複数繰り返した蛇腹形状とされているので、蛇腹形状によって高い柔軟性と伸縮性とを有しており、より安定した接触を得ることができる。
また、センサ部３が、絶縁性フィルム５と、薄膜サーミスタ部６と、一対の櫛型電極７と、一対のパターン電極８とを備えているので、センサ部３自体が高い柔軟性を有しており、さらに安定した接触を得ることができる。

したがって、本実施形態の温度センサ１では、画像形成装置の定着ローラＲの内側において定着ローラＲの内周面に対してその半径方向に沿ってリードフレーム２が配置されると共に、センサ部３を定着ローラＲの内周面に押し付けた状態で配置されるので、定着ローラＲに対して小さい押し付け圧力でも良好な接触を安定して得ることができ、定着ローラＲの正確な温度測定が可能になる。

次に、本発明に係る温度センサの第２及び第３実施形態について、図５及び図６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、リードフレーム２の中間部分を複数回鋭角に屈曲させて折り返すことで蛇腹形状の折り曲げ弾性部２ｂを形成しているのに対し、第２実施形態の温度センサ２１では、図５に示すように、リードフレーム２２の中間部分に波形状の折り曲げ弾性部２２ｂが形成されている点である。

すなわち、第２実施形態では、リードフレーム２２の中間部分に、複数対の断面円弧凸状の山折り部２２ｃと断面円弧凹状の谷折り部２２ｄとが繰り返されて、略サインカーブ的な波形状に折り曲げられた折り曲げ弾性部２２ｂが形成されている。
したがって、第２実施形態の温度センサ２１では、折り曲げ弾性部２２ｂが波形状とされているので、波形状によって高い柔軟性と伸縮性とを有しており、より安定した接触を得ることができる。

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、リードフレーム２の先端側が直線状とされていると共にセンサ部３が平板状とされているのに対し、第３実施形態の温度センサ３１では、図６に示すように、センサ部３が湾曲形状とされている点である。

すなわち、第３実施形態では、リードフレーム３２の先端側が予め断面円弧状に曲げ加工されており、このリードフレーム３２の先端側にセンサ部３が固定されることで、センサ部３全体が、リードフレーム３２の形状に沿って断面円弧状とされている。なお、センサ部３を接合した後、もしくは、保護テープ９Ａ，９Ｂを張り付けた後に、リードフレーム３２の曲げ加工をしてもよい。
このように第３実施形態の温度センサ３１では、センサ部３が湾曲形状に曲げられているので、凸曲面側を定着ローラＲの内周面に当接させた際に、定着ローラＲに対して面接触し易く、押し付け圧力を抑制すると共に定着ローラＲに傷を付け難い。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態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、折り曲げ弾性部が、１つの山折りで形成された山折り部と、１つの谷折りで形成された谷折り部とで構成されているが、複数の山折りで形成された山折り部と、複数の谷折りで形成された谷折り部とで、折り曲げ弾性部を構成しても構わない。例えば、図７に示すように、２つの山折りで構成された山折り部４２ｃと、２つの谷折りで構成された谷折り部４２ｄとで構成され、矩形状にジグザグに折り曲げされた、いわゆるミアンダ形状の折り曲げ弾性部４２ｂとしても構わない。

１，２１，３１…温度センサ、２，２２，３２…リードフレーム、２ｂ，２２ｂ，４２ｂ…折り曲げ弾性部、２ｃ，２２ｃ，４２ｃ…山折り部、２ｄ，２２ｄ，４２ｄ…谷折り部、３…センサ部、４…保持部、５…絶縁性フィルム、６…薄膜サーミスタ部、７…櫛型電極、７ａ…櫛部、８…パターン電極、Ｒ…定着ローラ

Claims (5)

1. 一対のリードフレームと、前記一対のリードフレームの先端側に接続され感熱素子を有するセンサ部と、前記一対のリードフレームの基端側に固定されて前記一対のリードフレームを保持する絶縁性の保持部とを備え、
   前記一対のリードフレームが、前記センサ部と前記保持部との間に少なくとも一対の山折り部と谷折り部とで構成され延在方向に弾性を有する折り曲げ弾性部を有していることを特徴とする温度センサ。
2. 請求項１に記載の温度センサにおいて、
   前記折り曲げ弾性部が、前記山折り部と前記谷折り部とを複数繰り返した蛇腹形状とされていることを特徴とする温度センサ。
3. 請求項１に記載の温度センサにおいて、
   前記折り曲げ弾性部が、波形状とされていることを特徴とする温度センサ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   前記センサ部が、上面に前記一対のリードフレームが接着された絶縁性フィルムと、
   前記絶縁性フィルムの上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、
   前記薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に複数の櫛部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と、
   一端が前記一対の櫛型電極に接続されていると共に他端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上面にパターン形成された一対のパターン電極とを備えていることを特徴とする温度センサ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   画像形成装置の定着ローラの内側において前記定着ローラの内周面に対してその半径方向に沿って前記リードフレームが配置されると共に、前記センサ部を前記定着ローラの内周面に押し付けた状態で配置されることを特徴とする温度センサ。

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