JP2018185154A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 耐湿性及び応答性に優れ、配線腐食を抑制可能な温度センサを提供すること。
【解決手段】 絶縁性基材２と、絶縁性基材の一方の面にサーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部３と、薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に互いに対向して形成された一対の対向電極４からなる対向電極対５が複数互いに直列接続された直列対向電極部６と、直列対向電極部の両端の対向電極に接続されて絶縁性基材の一方の面に延在して形成されている一対のパターン配線７とを備え、一対のパターン配線に接続されていない対向電極のうち少なくとも一つが、一対のパターン配線の間でパターン配線に沿って延在して絶縁性基材の一方の面に形成されている電極延長部８を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載機器や複写機等の定着ローラの温度を測定することに好適で耐湿性及び応答性に優れた温度センサに関する。

一般に、車載機器や複写機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、ガラス封止サーミスタ素子を薄板上ガラス板上に載置して、これを上下から絶縁シートで挟み込んだ定着器用温度センサが提案されている。この定着器用温度センサでは、絶縁シートとしてポリイミド樹脂やフッ素樹脂を採用している。

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配線とを備え、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配線に接続されている。

特開２０１０−２７７０５４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。
車載機器の温度測定をする場合および、定着ローラ等に温度センサを押し当てて温度測定する場合、高温多湿な外部環境に曝されることで生じる特性変化（電気特性等の変化）を防止するために、従来では、感熱素子側の表面をポリイミド樹脂やフッ素樹脂等の絶縁シートで覆っている。しかしながら、十分な耐湿性を確保するために厚い絶縁シートを採用しなければならず、熱容量が増大してしまうことで、定着ローラから感熱素子への熱伝導率が低下して応答性が犠牲になる不都合があった。すなわち、絶縁シートを構成するポリイミド樹脂やフッ素樹脂等の有機系ポリマーは、水蒸気透過係数が十分に小さくないため、高温多湿な外部環境で長期間の使用に耐えるように、絶縁シートとして少なくとも数十μｍの厚みを必要としていた。
また、一対の対向電極に接続された一対のパターン配線間では、電位差が大きいため、配線腐食が生じるおそれがあるという不都合もあった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、耐湿性及び応答性に優れ、配線腐食を抑制可能な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、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方の面にサーミスタ材料で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互いに対向して形成された一対の対向電極からなる対向電極対が複数互いに直列接続された直列対向電極部と、前記直列対向電極部の両端の前記対向電極に接続されて前記絶縁性基材の一方の面に延在して形成されている一対のパターン配線とを備え、一対の前記パターン配線に接続されていない前記対向電極のうち少なくとも一つが、一対の前記パターン配線の間で前記パターン配線に沿って延在して前記絶縁性基材の一方の面に形成されている電極延長部を有していることを特徴とする。

この温度センサでは、一対のパターン配線に接続されていない対向電極のうち少なくとも一つが、一対のパターン配線の間でパターン配線に沿って延在して絶縁性基材の一方の面に形成されている電極延長部を有しているので、一対のパターン配線間の電圧を間に介在するフロート電極の電極延長部によって分圧させることができ、電位差を下げて配線腐食を抑制することができる。
また、この温度センサでは、一対の対向電極からなる対向電極対が複数互いに直列接続された直列対向電極部を備えているので、例えばｎ個の対向電極対を直列接続すると、一つの対向電極対で構成される単位サーミスタへの印加電圧が１／ｎ倍となり、耐湿負荷による電極腐食を抑制することができる。したがって、高温多湿環境下で長時間使用してもサーミスタ特性の劣化を抑制できると共に、絶縁シート等を必要以上に厚くする必要が無くなるため、熱容量を増大させずに、温度検知応答速度の低下を抑制することができる。

第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、一対の前記パターン配線が、一対のパッド部を端部に有し、前記電極延長部が、一対の前記パッド部の間まで延在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、電極延長部が、一対のパッド部の間まで延在しているので、パターン配線の端部まで延在した電極延長部によってパターン配線の略全体に対して分圧効果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又は第２の発明において、前記対向電極が、複数の櫛部と、前記複数の櫛部の基端が接続された連結部とを有し、隣接した前記対向電極対同士が、共有する同じ一つの前記連結部で接続され、前記電極延長部が、前記共有の連結部毎に設けら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、隣接した対向電極対同士が、共有する同じ一つの連結部で接続されているので、接続配線部を設けて隣接した対向電極対同士を直列接続する必要が無く、全体を小型化することが可能になる。また、電極延長部が、前記共有の連結部毎に設けられているので、一対のパターン配線間の電位差を前記共有の連結部毎に分圧させることができる。

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、前記絶縁性基材が、長方形状又は帯状の絶縁性フィルムであり、一対の前記パターン配線が、前記絶縁性基材の延在方向に延在し、前記電極延長部も、前記絶縁性基材の延在方向に延在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、電極延長部が、絶縁性フィルムである絶縁性基材の延在方向に延在しているので、電極延長部によって柔軟な絶縁性フィルムの延在方向に対して剛性を付加させる補強効果を得ることができる。

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、一対のパターン配線に接続されていない対向電極のうち少なくとも一つが、一対のパターン配線の間でパターン配線に沿って延在して絶縁性基材の一方の面に形成されている電極延長部を備えているので、一対のパターン配線間の電圧を間に介在するフロート電極の電極延長部によって分圧させることができ、電位差による配線腐食を抑制することができる。
また、本発明の温度センサでは、一対の対向電極からなる対向電極対が複数互いに直列接続された直列対向電極部を備えているので、一つの対向電極対で構成される単位サーミスタへの印加電圧が低減され、耐湿負荷による電極腐食を抑制することができると共に、薄い絶縁シートも採用可能になり、温度検知応答速度の低下を抑制することができる。
したがって、本発明の温度センサによれば、高い耐湿性や応答性が求められる車載機器や複写機等の定着ローラの温度測定用センサとして好適である。

本発明に係る温度センサの一実施形態を示す平面図である。 本実施形態において、主に直列対向電極部を示す拡大平面図である。

以下、本発明に係る温度センサにおける一実施形態を、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。

本実施形態の温度センサ１は、図１及び図２に示すように、絶縁性基材２と、絶縁性基材２の一方の面（表面）にサーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部３と、薄膜サーミスタ部３の上及び下の少なくとも一方に互いに対向して形成された一対の対向電極４からなる対向電極対５が複数互いに直列接続された直列対向電極部６と、直列対向電極部６の両端の対向電極４に接続されて絶縁性基材２の一方の面に延在して形成されている一対のパターン配線７とを備えている。

なお、本実施形態では、直列対向電極部６が、薄膜サーミスタ部３の上に形成されている。本実施形態では、絶縁性基材２の一方の面側を、表面側又は上面側として記載している。

上記一対のパターン配線７に接続されていない対向電極４のうち少なくとも一つは、一対のパターン配線７の間でパターン配線７に沿って延在して絶縁性基材２の一方の面に形成されている電極延長部８を有している。
本実施形態では、一対のパターン配線７に接続されていない各対向電極４が、上記電極延長部８を有している。すなわち、一対のパターン配線７間に２本の電極延長部８が互いに間隔を空けて設けられている。

一対のパターン配線７は、一対のパッド部７ａを端部に有している。これらパッド部７ａは、絶縁性基材２の端部に配されている。
上記電極延長部８は、一対のパッド部７ａの間まで延在している。
上記対向電極４は、複数の櫛部４ａと、複数の櫛部４ａの基端が接続された連結部４ｂとを有している。対向電極４は、櫛型状にパターン形成されている。
隣接した対向電極対５同士は、共有する同じ一つの連結部４ｂで接続され、電極延長部８が、前記共有の連結部４ｂ毎に設けられている。

上記絶縁性基材２は、長方形状又は帯状の絶縁性フィルムであり、一対のパターン配線７が、絶縁性基材２の延在方向に延在し、電極延長部８も、絶縁性基材２の延在方向に延在している。
上記薄膜サーミスタ部３は、一つの長方形状に形成されているが、対向電極対５毎に互いに間隔を空けて複数形成しても構わない。
本実施形態では、対向電極対５とその下の薄膜サーミスタ部３とで単位サーミスタが構成され、本実施形態では３つの単位サーミスタが並んで直列接続されていることになる。

上記直列接続された複数の対向電極対５の両端には、パターン配線７に接続された接続端子部５ａが設けられている。
なお、パッド部７ａを除いた直列対向電極部６，薄膜サーミスタ部３，パターン配線７及び電極延長部８を覆う絶縁性の保護膜を絶縁性基材２上に形成しても構わない。この保護膜は、絶縁性樹脂膜等であり、例えばポリイミド膜が採用可能である。

上記絶縁性基材２は、例えば厚さ７．５〜１２５μｍのポリイミド樹脂シートで長方形状又は帯状に形成されている。なお、絶縁性基材２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，ＬＣＰ：液晶ポリマー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３は、絶縁性基材２の一端側に設けられ、パッド部７ａは、絶縁性基材２の他端側に設けられている。

上記薄膜サーミスタ部３は、例えば結晶性Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ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３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。
なお、薄膜サーミスタ部３は、図１及び図２においてハッチングを施して図示している。

上記直列対向電極部６は、薄膜サーミスタ部３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形成された電極層とを有している。
一対のパターン配線７及び電極延長部８も、膜厚５〜１００ｎｍのＣｒ又はＮｉＣｒ接合層と、該接合層上にＡｕ等の貴金属で膜厚５０〜１０００ｎｍ形成された電極層とを有している。

このように本実施形態の温度センサ１では、一対のパターン配線７に接続されていない対向電極４のうち少なくとも一つが、一対のパターン配線７の間でパターン配線７に沿って延在して絶縁性基材２の一方の面に形成されている電極延長部８を有しているので、一対のパターン配線７間の電圧を間に介在するフロート電極の電極延長部８によって分圧させることができ、電位差を下げて配線腐食を抑制することができる。

また、この温度センサ１では、一対の対向電極４からなる対向電極対５が複数互いに直列接続された直列対向電極部６を備えているので、例えばｎ個の対向電極対５を直列接続すると、一つの対向電極対５で構成される単位サーミスタへの印加電圧が１／ｎ倍となり、耐湿負荷による電極腐食を抑制することができる。したがって、高温多湿環境下で長時間使用してもサーミスタ特性の劣化を抑制できると共に、絶縁シート等を必要以上に厚くする必要が無くなるため、熱容量を増大させずに、温度検知応答速度の低下を抑制することができる。

また、電極延長部８が、一対のパッド部７ａの間まで延在しているので、パターン配線７の端部まで延在した電極延長部８によってパターン配線７の略全体に対して分圧効果を得ることができる。
また、隣接した対向電極対５同士が、共有する同じ一つの連結部４ｂで接続されているので、接続配線部を設けて隣接した対向電極対５同士を直列接続する必要が無く、全体を小型化することが可能になる。また、電極延長部８が、前記共有の連結部４ｂ毎に設けられているので、一対のパターン配線７間の電位差を前記共有の連結部４ｂ毎に分圧させることができる。

さらに、電極延長部８が、絶縁性フィルムである絶縁性基材２の延在方向に延在しているので、電極延長部８によって柔軟な絶縁性フィルムの延在方向に対して剛性を付加させる補強効果を得ることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記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、上記実施形態では、薄膜サーミスタ部の上に対向電極を形成しているが、薄膜サーミスタ部の下、すなわち絶縁性基材の一方の面上に対向電極を形成し、その上に薄膜サーミスタ部を形成しても構わない。

１…温度センサ、２…絶縁性基材、３…薄膜サーミスタ部、４…対向電極、４ａ…櫛部、４ｂ…連結部、５…対向電極対、６…直列対向電極部、７…パターン配線、７ａ…パッド部、８…電極延長部

Claims (4)

1. 絶縁性基材と、
   前記絶縁性基材の一方の面にサーミスタ材料で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互いに対向して形成された一対の対向電極からなる対向電極対が複数互いに直列接続された直列対向電極部と、
   前記直列対向電極部の両端の前記対向電極に接続されて前記絶縁性基材の一方の面に延在して形成されている一対のパターン配線とを備え、
   一対の前記パターン配線に接続されていない前記対向電極のうち少なくとも一つが、一対の前記パターン配線の間で前記パターン配線に沿って延在して前記絶縁性基材の一方の面に形成されている電極延長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、
   一対の前記パターン配線が、一対のパッド部を端部に有し、
   前記電極延長部が、一対の前記パッド部の間まで延在していることを特徴とする温度センサ。
3. 請求項１又は２に記載の温度センサにおいて、
   前記対向電極が、複数の櫛部と、前記複数の櫛部の基端が接続された連結部とを有し、
   隣接した前記対向電極対同士が、共有する同じ一つの前記連結部で接続され、
   前記電極延長部が、前記共有の連結部毎に設けら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、
   前記絶縁性基材が、長方形状又は帯状の絶縁性フィルムであり、
   一対の前記パターン配線が、前記絶縁性基材の延在方向に延在し、
   前記電極延長部も、前記絶縁性基材の延在方向に延在していることを特徴とする温度センサ。

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