JP4633914B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、サーミスタを用いた温度センサに関し、特に回転体の表面に接触させてその温度を計測するために好適な、表面温度検出用の温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、複写機等においては、光学的手段によって、用紙の表面に文字や画像の静電潜像を形成したのち、トナーを付着させることによって現像を行い、現像が終了した用紙を、高温の定着用ヒートローラによって加熱してトナーを溶着させることによって、文字や画像を定着する方法が用いられている。
この際、定着作用を正しく行わせるためには、定着用ヒートローラの表面温度が、トナーの性質によって定まる一定温度に、常時保たれるように、制御されていなければならないが、そのためには、定着用ヒートローラの回転中において、その表面温度を正確に測定できるようにすることが必要である。
さらに、コピー作業の高速化を可能にするために、定着用ヒートローラの回転速度が高くなる傾向にあり、従って、このような目的に使用される温度センサは、定着用ヒートローラの回転中、常時、高温の定着用ヒートローラの表面に安定，確実に接触して、その表面温度を測定できるとともに、温度変化に対する応答性を向上させることが求められている。
【０００３】
図１０は、従来、回転体の表面温度測定用として用いられている、温度センサの一構成例を示したものであって、（ａ）はその上面図を示し、（ｂ）は側面図を示している。
この従来例は、ステンレス又は燐青銅等の弾力性を有する金属の薄板からなる板バネ１００を、樹脂成形体１０１の一端に対して、その一方の端部を埋め込んで固定するとともに、その他方の端部の一方の面に耐熱性の軟質樹脂発泡材からなるクッション材片１０２を接着し、クッション材片１０２の上面に金属箔１０３を介して、サーミスタ素子１０４を取り付けた構造を有している。樹脂成形体１０１の他端には、２個の端子板１０５，１０６がそれぞれ独立して埋め込まれていて、サーミスタ素子の２本のリード線１０７，１０８は、樹脂成形体１０１の上面に設けられた溝１０９，１１０を経て、それぞれ端子板１０５，１０６に接続されている。
この際、板バネ１００の上面には、予め絶縁シート１１１がはり付けられていて、リード線１０７，１０８は、絶縁シート１１１によって、板バネ１００との間の絶縁を保たれている。また、板バネ１００の先端部には、クッション材片１０２とサーミスタ素子１０４とを含めて、耐熱性シートを、下側から上側に折り返して巻き付けることによって、保護フィルム部１１２を形成して、サーミスタ素子１０４を絶縁するとともに、機械的に保護するようになっている。さらに、端子板１０５，１０６には、外部リード線１１３，１１４が、被覆を除去する等の処理を行った、それぞれの先端部を、×印で示すようにスポット溶接等の方法で固着して接続されているとともに、端子板と外部リード線の先端部には、絶縁チューブ１１５，１１６を被せて電気的絶縁と機械的保護を行うようになっている。
【０００４】
図１０に示された温度センサは、取り付け穴１１７を利用して、図示されない複写機の筐体の一部に固定されるが、この際、サーミスタ素子１０４が、保護フィルム部１１２を介して、定着ヒートローラ（不図示）の表面に接触することによって、定着ヒートローラの表面温度に応じてサーミスタ素子１０４の抵抗値が変化するので、図示されない測定回路によって、この抵抗値の変化を検出することによって、定着ヒートローラの表面温度を測定することができる。
この際、クッション材片１０２は、サーミスタ素子の部分を定着ヒートローラの表面に接触させたときの機械的追従性を保たせるとともに、複写機の筐体等に対する、温度センサの取付位置のずれに基づく特性変化を緩和する作用を行っている。金属箔１０３は、定着ヒートローラの表面からサーミスタ素子１０４に対する集熱作用を行って、熱応答性を改善する。また、保護フィルム部１１２は、定着ヒートローラの回転に基づくサーミスタ素子１０４の磨耗を防止するとともに、定着ヒートローラとの間の高電圧に対して、絶縁性と耐圧性とを付与する作用を行っている。
【０００５】
図１１は、従来の温度センサの他の例を示したものであって、（ａ）はその上面図を示し、（ｂ）は側面図を示している。
この従来例は、２個の温度センサを、バネ性を有する金属板からなる共通の基台部４００上に取り付けたものであって、耐熱樹脂成形体２００，３００の一端に突出して設けられた支持台２０１，３０１の上面に、耐熱性の軟質樹脂発泡材からなるクッション材片２０２，３０２を接着し、クッション材片２０２，３０２の上面に金属箔２０３，３０３を介して、サーミスタ素子２０４，３０４を取り付けた構造を有している。耐熱樹脂成形体２００，３００の直交方向の端部には、それぞれ２個の端子板２０５，２０６と３０５，３０６がそれぞれ独立して埋め込まれていて、サーミスタ素子の２本のリード線２０７，２０８と３０７，３０８は、耐熱樹脂成形体２００，３００の上面に設けられた溝２０９，２１０と３０９，３１０を経て、それぞれ端子板２０５，２０６と３０５，３０６に接続されている。
【０００６】
この際、支持台２０１，３０１に対して、クッション材片２０２，３０２とサーミスタ素子２０４，３０４とを包囲するように、耐熱性シートを取り付けることによって、保護フィルム部２１１，３１１を形成して、サーミスタ素子２０４，３０４を電気的に絶縁するとともに、機械的に保護するようになっている。さらに、端子板２０５，２０６と３０５，３０６には、外部リード線２１２，２１３と３１２，３１３が、被覆を除去する等の処理を行ったそれぞれの先端部を、スポット溶接等の手法で固着して接続されているとともに、端子板と外部リード線の先端部には、絶縁チューブ２１４，２１５と３１４，３１５を被せて電気的絶縁と機械的保護を行うようになっている。
また、耐熱樹脂成形体２００，３００の端子板側には、端子板２０５，２０６及び３０５，３０６と絶縁して、基台部４００の２本の脚部４０１，４０２が埋め込まれていることによって、２個の温度センサは、基台部４００と一体化されている。基台部４００には、取付穴４０３，４０４が設けられている。
【０００７】
図１１に示された温度センサは、取付穴４０３，４０４を利用して、図示されない複写機の筐体等の一部に固定されるが、この際、サーミスタ素子２０４，３０４が、保護フィルム部２１１，３１１を介して、定着ヒートローラ（不図示）の表面に接触することによって、定着ヒートローラの表面温度に応じてサーミスタ素子２０４，３０４の抵抗値が変化するので、図示されない測定回路によって、それぞれの抵抗値の変化を検出することによって、定着ヒートローラの表面温度をそれぞれ、独立に測定することができる。
この際、クッション材片２０２，３０２及び基台部４００は、その弾力性に基づいて、サーミスタ素子の部分を定着ヒートローラの表面に接触させたときの、機械的追従性を保たせるとともに、複写機の筐体等に対する、温度センサの取付位置のずれに基づく特性変化を緩和する作用を行っている。金属箔２０３，３０３は、定着ヒートローラの表面からサーミスタ素子２０４，３０４に対する集熱作用を行って、熱応答性を改善する。また、保護フィルム部２１１，３１１は、定着ヒートローラの回転に基づくサーミスタ素子２０４，３０４の磨耗を防止するとともに、定着ヒートローラとの間の高電圧に対して、電気的に絶縁性と耐圧性とを付与する作用を行っている。
【０００８】
図１１に示された従来例の温度センサでは、２個のサーミスタ素子を用いて、定着ヒートローラの表面温度をそれぞれ独立に測定することによって、例えば、一方の温度センサは、定着ヒートローラの表面温度を常時、一定温度に保つための温度制御用として使用し、他方の温度センサは、定着ヒートローラの表面温度が所定温度以上に上昇した際に、加熱用電源を遮断して異常状態の発生を防止する等の、安全対策のために使用される。
【０００９】
図１２は、温度センサにおける、リード線接続部の構造の他の例を示したものであって、（ａ）はその上面図を示し、（ｂ）はＸ−Ｘ側断面図を示している。
この従来例は、例えば図１０に示された温度センサの場合の、樹脂成形体１０１の端子板側に、それぞれの端子板を包囲するような端子収容部５００を突出させて、一体に成形して設けたものである。端子収容部５００は、上面が開放された樋状をなし、その内部に端子板５０１が収容されているとともに、端部には、被覆部を含む外部リード線５０３を通すための開口部５０２が設けられている。
外部リード線を接続する際には、外部リード線５０３の先端部分を開口部５０２に通して、その先端の被覆を除去する等の処理を行った部分を端子板５０１に載せて、例えばハンダ付け部５０４を設けるか、又は抵抗溶接等の手法によって固着して接続する。その後、端子収容部５００の樋状部内に、接着剤５０５を注入することによって、リード線５０３の先端部を、端子収容部５００内に固定する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０又は図１１に示された従来の温度センサでは、保護フィルム部と定着ヒートローラとの密着性が悪いとともに、保護フィルム部を形成する耐熱性シートの表面形状に凹凸が生じて、平滑でなくなることがあるため、その影響によって、熱応答性が低下したり不安定になったり、あるいは相手側に傷をつけたりすることがあるという問題があった。このような現象は、特に、温度センサにおける耐電圧の安全規格上の要求から、保護フィルム部を形成する耐熱性シートを２枚重ねにした場合であって、耐熱性シートの巻き方向を、定着ヒートローラの回転方向と平行な方向にした場合に顕著に現れやすい。
これは、同一長さの耐熱性シートを２枚重ねにしていたために、外側のシートと内側のシートとの周長の違いによって、巻き付けた状態で、内側のシートが外側のシートによって緊縮されるために、保護フィルム部全体が丸みを帯びて、形状の柔軟性が失われるとともに、表面形状の影響によって、内側のシートに皺がよって弛みができやすいためである。
また、従来の温度センサでは、端子板と外部リード線の接続部で、外部リード線の芯線を端子板にスポット溶接する際の、溶接の作業性が低いとともに、溶接部の強度を一定に保つことが難しいという問題があった。
これは、外部リード線の芯線を直接、スポット溶接するため、芯線がバラバラになって、溶接作業がやりにくいとともに、芯線を構成する素線の全部を溶接することが困難なためである。
【００１１】
また、従来の温度センサでは、外部リード線との接続部を小型化するとともに、この部分に十分な強度を持たせることが困難であるという問題があった。
これは、接続部の強度を保つために、端子板の幅や厚さを小さくするのには限度があることと、接続部の絶縁と補強のために、絶縁チューブを使用しているので、形状が大型化することを避けられないためである。なお、端子板の部分に端子収容部を設けて樹脂注入を行う方法では、注入する樹脂の耐熱性の点から、高温部での使用が困難なため、機器の小型化の妨げになる恐れがある。
さらに、従来の温度センサでは、外部リード線の引き回しが難しいという問題があった。
これは、従来の温度センサでは、サーミスタ素子ごとに外部リード線を引き出すようになっていたことと、外部リード線の引き出し方向が、機器の構造と必ずしも適合していなかったためである。
【００１２】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、回転体の表面温度計測時における、回転体表面との密着性がよいために、熱応答性の低下や不安定性がなく、さらに、外部リード線の接続が確実であるとともに、配線の引き回しが容易な温度センサを提供することを目的としている。
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、温度センサに係り、支持台の上面にクッション材片を取り付けて、該クッション材片の頂部に熱伝導体薄膜を介してサーミスタ素子を固定してなるセンサ部に対して、長さの異なる２枚の耐熱性シートを一端を重ねて接着して該重ねた端部を前記支持台の下面に固定したのち、短い方の前記耐熱性シートが内側になるようにして前記クッション材片とサーミスタ素子とを覆うように巻き付けて、巻き終わり部の端部を前記支持台の下面に固定して、前記耐熱性シートの巻き始めの部分に設けられた第１のミシン目が、前記支持台の下面の一方の隅角部に一致するとともに、前記耐熱性シートの巻き終わりの部分に設けられた第２のミシン目が、前記支持台の下面の他方の隅角部に一致するようにし、さらに、前記内側の耐熱性シートが、前記サーミスタ素子及び前記熱伝導体薄膜の部分を覆うとともに、その巻き終わりの端部が、前記第２のミシン目に達しないようにその長さを定められた保護フィルム部を設け、該保護フィルム部の巻回方向が、表面温度を計測しようとする回転体の回転軸と垂直になるように該回転体に対して保持されることを特徴としている。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の温度センサに係り、前記サーミスタ素子の上部に別の熱伝導体薄膜を設け、該熱伝導体薄膜を含んで前記保護フィルム部を形成したことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の温度センサに係り、前記支持台と該支持台に連接する取付部との内部に内部導体を埋設し、前記支持台に前記内部導体を露出させてセンサ端子部を形成して、該センサ端子部に前記サーミスタ素子のリード線を接続し、前記支持台の端部及び取付部の端部にリード溝部を設けて、該リード溝部内に端子金具によって端末処理を施した外部リード線を収容するとともに、該リード溝部内に前記内部導体を露出させてリード端子部を形成して、該リード端子部に前記端子金具の部分を溶着することによって前記外部リード線の接続を行うことを特徴としている。 また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の温度センサに係り、前記取付部とその両端に設けられた前記支持台とが連接して基台部を形成し、それぞれの支持台上に前記センサ部が形成されているとともに、両センサ部に対する外部リード線が、前記基台部の一方の端部において、該基台部と同一方向に引き出されるように構成されていることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一記載の温度センサに係り、前記クッション材片の、前記サーミスタ素子の下部に設けられた熱伝導体薄膜の下部に空洞部を形成したことを特徴としている。
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の温度センサに係り、前記空洞部が、密閉された構造を有することを特徴としている。
【００１５】
【作用】
この発明の構成では、クッション材片の頂部に金属箔を介してサーミスタ素子を取り付けた温度センサにおいて、保護フィルム部を、２枚の耐熱性シートを重ねて巻き付けて構成して、支持台の下面の両隅角部に一致するようにそれぞれミシン目を設けるとともに、内側の耐熱性シートを短くして、その端部が、巻き終わり側のミシン目に達しないようにし、この保護フィルム部の巻回方向が、表面温度を計測しようとする回転体の回転軸と垂直に保持されるようにしたので、保護フィルム部と、定着ヒートローラ等の表面温度測定対象回転体の表面との密着性がよくなるとともに、保護フィルム部の表面形状の影響で、熱応答性が低下したり不安定になったりするのを防止でき、また、保護フィルム部の幅が狭くなるので、温度センサを小型化できる。
また、この発明の別の構成では、支持台と取付部の内部に内部導体を埋設し、支持台又は取付部の端部にリード溝部を設けて、端子金具によって端末処理を施した外部リード線を収容するとともに、リード溝部内に内部導体を露出させて形成したリード端子部に、端子金具の部分を溶着することによって外部リード線の接続を行うようにしたので、外部リード線との接続が容易になるとともに、外部リード線を、高温時においても確実に保持できるようになり、接続部の断線等の恐れがなくなる。
また、この発明の別の構成では、２つのセンサ部の外部リード線が、基台部の一方の端部において、基台部と同一方向に引き出されるように構成されているので、外部リード線の配線の引き回しが容易になる。
さらに、この発明の別の構成では、クッション材片の、サーミスタ素子を固定する熱伝導体薄膜の下部の部分に空洞部を形成したので、サーミスタ素子からの熱放散が減少して、温度センサの測温精度が向上するとともに、サーミスタ素子に対するクッション材片の熱容量の影響が小さくなって、温度センサの応答速度が改善される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
図１は、この発明の一実施例である温度センサの全体の構成を示す図、図２は、本実施例における計測部の構成を示す図、図３は、本実施例における基台部材の構成を示す図、図４は、本実施例における第１のセンサ部の構成を示す図、図５は、本実施例における第２のセンサ部の構成を示す図、図６は、第１のセンサ部の他の構成例を示す図、図７は、第２のセンサ部の他の構成例を示す図、図８は、本実施例における保護フィルム部の構成を示す図、図９は、本実施例におけるリード線接続部の構成を示す図である。
この例の温度センサは、図１に示すように、基台部１と、第１のセンサ部２と、第２のセンサ部３と、外部リード線部４と、コネクタ部５とから概略構成されている。
基台部１は、第１のセンサ部２と第２のセンサ部３とを含む、温度センサの全体の基台となるものであって、例えば耐熱性樹脂成形品等からなり、この部分によって、例えば複写機の筐体部（不図示）等に取り付けられたとき、第１のセンサ部２と、第２のセンサ部３とを、空間的に一定位置に支持する。第１のセンサ部２と、第２のセンサ部３とは、それぞれ、サーミスタ素子部を含むその計測部が、例えば複写機のトナー定着用ヒートローラ（不図示）の表面に接触して、その表面温度を計測する。外部リード線部４は、耐熱性絶縁電線からなり、第１のセンサ部２と第２のセンサ部３の、それぞれの出力信号をコネクタ部５に接続する。コネクタ部５は、外部リード線部４の各リード線を、図示されない複写機等の入力部に接続する。
【００１７】
次に、図２を参照して、この例の温度センサにおける、計測部の詳細な構成を説明する。図２中、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図をそれぞれ示している。
基台部１は、中央の取付部１１と、取付部１１の左右に設けられた第１の支持台１２と第２の支持台１３とからなっている。取付部１１は、取付穴１４，１５を有し、この部分を用いて、複写機の筐体等に取り付けられるようになっている。第１の支持台１２，第２の支持台１３は、それぞれ第１のセンサ部２，第２のセンサ部３の支持部となる部分である。
第１のセンサ部２において、第１の支持台１２の上面には、クッション材片１６が接着されているとともに、クッション材片１６の頂部には、２枚の熱伝導体薄膜に挟まれた状態で、サーミスタ素子１７が取り付けられている。サーミスタ素子１７の２本のリード線１８，１９は、第１の支持台１２の下面に設けられたセンサ端子部２０，２１に接続されている。
第２のセンサ部３において、第２の支持台１３の上面には、クッション材片２２が接着されているとともに、クッション材片２２の頂部には、熱伝導体薄膜を介してサーミスタ素子２３が取り付けられている。サーミスタ素子２３の２本のリード線２４，２５は、第２の支持台１３の下面に設けられたセンサ端子部２６，２７に接続されている。
クッション材片１６，２２は、例えば、軟質の耐熱性発泡樹脂材料からなっているが、他の材料でもよい。
【００１８】
また、取付部１１には、リード端子部２８，２９Ａ，２９Ｂが設けられているとともに、第２の支持台１３には、リード端子部３０が設けられている。リード端子部２８は、取付部１１の上下両面に露出した内部導体の一端からなり、その上面側の露出部に外部リード線３１が接続される。リード端子部２９Ａ，２９Ｂは、取付部１１の上下両面に露出した内部導体からなっている。リード端子部２９Ａは、取付部１１の下面側の露出部であって、これに外部リード線３２が接続される。リード端子２９Ｂは取付部１１の上面側の露出部であって、これに外部リード線３３が接続される。さらに、リード端子部３０は、第２の支持台１３の上下両面に露出した内部導体の一端からなり、その下面側の露出部に外部リード線３４が接続される。外部リード線３１，３２，３３，３４は、外部リード線部４を形成する。
さらに、クッション材片１６，サーミスタ素子１７を覆って、保護フィルム部３５が設けられているとともに、クッション材片２２，サーミスタ素子２３を覆って、保護フィルム部３６が設けられている。
保護フィルム部３５，３６は、例えば、ポリイミドフィルム等の耐熱性を有し絶縁耐圧性が高い柔軟なフィルム材から形成されている。
この例の温度センサは、基台部１が定着用ヒートロヒーラの回転軸と平行になるとともに、センサ部２，３のサーミスタ素子１７，２３の部分がヒートロヒーラの表面に接触するように、取付部１１に設けられている取付穴１４，１５によって、複写機の筐体に対して取り付けて使用する。この状態では、センサ部２，３の保護フィルム部３５，３６は、その巻き方向が、ヒートローラの回転軸に対して垂直になるように保持されている。
【００１９】
次に、図３を参照して、この例の温度センサにおける、基台部の詳細な構成を説明する。図３中、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図をそれぞれ示している。
基台部１の内部には、薄い金属板からなる内部導体３７，３８，３９が埋め込まれている。内部導体３７は、その一端が第１の支持台１２の上下両面に露出して、センサ端子部２０となり、その他端が取付部１１の上下両面に露出して、リード端子部２８となっている。内部導体３８は、その一端が第１の支持台１２の上下両面に露出して、センサ端子部２１となり、その他端が取付部１１の上下両面に露出してリード端子部２９Ａとなるとともに、リード端子部２９Ｂとなり、さらに延長して第２の支持台１３の上下両面に露出してセンサ端子部２６となっている。内部導体３９は、その一端が第２の支持台１３の上下両面に露出してセンサ端子部２７になり、その他端が第２の支持台１３の端部の上下両面に露出してリード端子部３０となっている。
また、第１の支持台１２の下面には、溝部４０，４１が設けられていて、それぞれサーミスタ素子１７のリード線１８，１９を収容し、第２の支持台１３の下面には、溝部４２，４３が設けられていて、それぞれサーミスタ素子２３のリード線２４，２５を収容するようになっている。
なお、内部導体の上下両面の露出部は、内部導体と外部リード線の先端部とを上下両面から挟んで、抵抗溶接を行う際に必要となるものである。
【００２０】
次に、図４を参照して、この例の温度センサにおける、第１のセンサ部２の詳細な構成を説明する。図４中、（ａ）は正面図を示し、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図を示している。
第１のセンサ部２は、第１の支持台１２の上面に、例えば軟質の耐熱性発泡樹脂材料からなるクッション材片１６を固定し、その頂部に例えば円板状の下部熱伝導体薄膜５１を設けて、その上にサーミスタ素子１７を配置するとともに、さらにその上に例えば円板状の上部熱伝導体薄膜５２を被せた構成を有している。サーミスタ素子１７のリード線１８，１９は、それぞれ第１の支持台１２の下面に設けられたセンサ端子部２０，２１に接続される。さらに、これらの全体を覆って、保護フィルム部３５が設けられている。
【００２１】
次に、図５を参照して、この例の温度センサにおける、第２のセンサ部３の詳細な構成を説明する。図５中、（ａ）は正面図を示し、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図を示している。
第２のセンサ部３は、第２の支持台１３の上面に、例えば軟質の耐熱性発泡樹脂材料からなるクッション材片２２を固定し、その頂部に例えば円板状の熱伝導体薄膜５４を設けて、その上にサーミスタ素子２３を配置した構成を有している。サーミスタ素子２３のリード線２４，２５は、それぞれ第２の支持台１３の下面に設けられたセンサ端子部２６，２７に接続される。さらに、これらの全体を覆って、保護フィルム部３６が設けられている。
【００２２】
これらの例において、熱伝導体薄膜５１，５２，５４としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）等の金属箔や、ポリイミドフィルム，シリコンフィルム等の熱伝導性のよい、薄い柔軟性のあるフィルム状の材料を用いることができる。
【００２３】
次に、図６を参照して、この例の温度センサにおける、第１のセンサ部２の別の構成例を説明する。図６中、（ａ）は正面図を示し、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図を示している。
第１のセンサ部２は、第１の支持台１２の上面に、例えば軟質の耐熱性発泡樹脂材料からなるクッション材片１６Ａを固定し、その頂部に例えば円板状の下部熱伝導体薄膜５１を設けて、その上にサーミスタ素子１７を配置するとともに、さらにその上に例えば円板状の上部熱伝導体薄膜５２を被せた構成を有している。サーミスタ素子１７のリード線１８，１９は、それぞれ第１の支持台１２の下面に設けられたセンサ端子部２０，２１に接続される。さらに、これらの全体を覆って、保護フィルム部３５が設けられている。以上の構成は、図４（ａ）に示されたセンサ部と同様であるが、図６の例では、クッション材片１６Ａが、下部熱伝導体薄膜５１の下部に、薄膜５１よりやや小さい径を有する、例えば円筒状の空洞部５３を有する点が異なっている。空洞部５３は、下部熱伝導体薄膜５１及び支持台１２の上面とともに、密閉された空間を形成している。
【００２４】
図６の例では、下部熱伝導体薄膜５１の下部が密閉された空間になっているので、図４の場合の構成と比べて、この部分からの熱放散が少なくなって、温度センサの測温精度が向上するとともに、サーミスタ素子１７に対するクッション材片１６Ａの熱容量の影響が減少するので、温度センサの応答速度が改善される。
【００２５】
次に、図７を参照して、この例の温度センサにおける、第２のセンサ部３の別の構成例を説明する。図７中、（ａ）は正面図を示し、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図を示している。
第２のセンサ部３は、第２の支持台１３の上面に、例えば軟質の耐熱性発泡樹脂材料からなるクッション材片２２Ａを固定し、その頂部に例えば円板状の熱伝導体薄膜５４を設けて、その上にサーミスタ素子２３を配置した構成を有している。サーミスタ素子２３のリード線２４，２５は、それぞれ第２の支持台１３の下面に設けられたセンサ端子部２６，２７に接続される。さらに、これらの全体を覆って、保護フィルム部３６が設けられている。以上の構成は、図５（ａ）に示されたセンサ部と同様であるが、図７の例では、クッション材片２２Ａが、熱伝導体薄膜５４の下部に、薄膜５４よりやや小さい径を有する、例えば円筒状の空洞部５５を有する点が異なっている。空洞部５５は、熱伝導体薄膜５４及び支持台１３の上面とともに、密閉された空間を形成している。
【００２６】
図７の例では、熱伝導体薄膜５４の下部が密閉された空間になっているので、図５の場合の構成と比べて、この部分からの熱放散が少なくなって、温度センサの測温精度が向上するとともに、サーミスタ素子２３に対するクッション材片２２Ａの熱容量の影響が減少するので、温度センサの応答速度が改善される。
【００２７】
次に、図８を参照して、この例の温度センサにおける、保護フィルム部３５，３６の詳細な構成を説明する。図８中、（ａ）は、保護フィルム部を構成する耐熱性シートの巻付け前における、平面に展開した形状を示す斜視図、（ｂ）は、耐熱性シートを各センサ部に装着して、保護フィルム部３５，３６を形成した状態の形状を示す斜視図である。
保護フィルム部は、センサ部に装着する以前は、図８（ａ）に示すように、例えばポリイミドフィルム等のような耐熱性樹脂フィルムで形成された、２枚の耐熱性シート６１，６２からなっており、一方の耐熱性シート６１の長さＬ１に比べて、他方の耐熱性シート６２の長さＬ２は、多少短くなるように定められている。そして、一方の耐熱性シート６１は、その下側の両端に、耐熱性の粘着剤６３，６４を塗布され、他方の耐熱性シート６２は、その下側の一端に同様の粘着剤６５を塗布されている。さらに、耐熱性シート６１，６２の、粘着剤６３，６５を施された一端から所定距離の位置に、破線状の切れ目（ミシン目）６６，６７を設けられているとともに、耐熱性シート６１の、粘着剤６４を施された他端から所定距離の位置にミシン目６８を設けられている。
【００２８】
保護フィルム部３５，３６を形成する際には、耐熱性シート６１，６２の一端を揃えて重ね合わせて、粘着剤６３で接合した状態で、支持台１２，１３の下面における長手方向の一方の端部に、粘着剤６５によって接着したのち、支持台上に取り付けられたクッション材片等の全体を含めて緩く巻き付け、１周巻いて余った部分を支持台の下面の、既に巻き付けられた耐熱性シートの上に重ねて、耐熱性シート６１の端部を粘着剤６４によって接着して固定することによって、図６（ｂ）に示すような形状に成形する。
この際、ミシン目６６，６７は、支持台（不図示）の下面における長手方向の一方の隅角部の位置に合致し、ミシン目６８は、支持台の下面における長手方向の他方の隅角部の位置に合致するように、それぞれの位置を予め定められている。また、内側になる耐熱性シート６２は、巻き付けられた状態で、その短くされた端部６９が、クッション材片とサーミスタ素子及び熱伝導体薄膜の部分を十分に覆うとともに、ミシン目６８の位置に達しないように、その長さＬ２を設定されている。
【００２９】
次に、図９を参照して、この例の温度センサにおける、外部リード線の接続部の詳細な構成を説明する。図９中、（ａ）はリード線の端末処理を示し、（ｂ）はリード線端子部とリード線との接続状態を示している。
外部リード線３１，３２，３３，３４は、その端末部に端子金具７１を装着されている。端子金具７１は、同一金具上に、２対の爪部７２，７３を有している。爪部７２は大型であって、リード線の被覆部を包囲して締めつけて固定するために用いられる。爪部７３は小型であって、リード線の芯線部を包囲して締めつけて固定するために用いられる。各外部リード線３１，３２，３３，３４は、予め、それぞれの端末に端子金具７１を装着することによって、図９（ａ）に示すような形状に成形されている。
【００３０】
図９（ｂ）においては、外部リード線３４と、リード端子部３０との接続状態を例示しているが、他の外部リード線３１とリード端子部２８、外部リード線３２とリード端子部２９Ａ、外部リード線３３とリード端子部２９Ｂの接続状態も同様である。
リード端子部３０は、支持台１３の下面において、内部導体３９の一端が、支持台１３に設けられた穴７４から外部に露出するように設けられている。また、支持台１３のリード線接続部には、外部リード線３４の端末処理された端部を収容するに足る幅を有するリード溝部７５が設けられている。リード溝部７５の一端は開放されている。
外部リード線３４とリード線端子部３０とを接続する際には、外部リード線３４の端部をリード溝部７５に挿入し、この状態で、外部リード線３４の端末における端子金具７１の部分を、リード端子部３０に対して、例えばスポット溶接を行って溶接部７８を形成することによって、電気的接続と機械的固定とを行う。
【００３１】
次に、図１乃至図９を参照して、この例の温度センサの動作を説明する。
この例の温度センサは、基台部１の取付部１１に設けられた取付穴１４，１５を利用して、例えば複写機等の筐体の一部に設けられた支持部（不図示）に固定して装着されることによって、第１のセンサ部２と、第２のセンサ部３の、それぞれのサーミスタ素子１７，２３が、保護フィルム部３５，３６を介して、温度被計測体である、例えば複写機のトナー定着用ヒートローラ（不図示）の表面に接触して、その表面温度を、ローラの回転，非回転にかかわらず計測できる状態となる。このとき、センサ部２，３の保護フィルム部３５，３６は、その巻き方向が、ヒートローラの回転軸に対して垂直になるように保持されている。
サーミスタ素子１７，２３はそれぞれ、リード線１８，１９及び２４，２５を介して、センサ端子部２０，２１及び２６，２７に接続され、さらに内部導体３７，３８，３９を経て、リード端子部２８，２９Ａ，２９Ｂ，３０に接続され、さらにこれから、外部リード線３１，３２及び３３，３４に接続されることによって、コネクタ部５を介して、図示されないそれぞれの計測回路に接続されるようになっている。
サーミスタ素子１７，２３は、定着ヒートローラの表面温度に応じて、それぞれ、その内部抵抗の変化を示す出力を発生し、計測回路は、この出力に応じて、ローラの表面温度に対応する電気信号を発生するので、図示されないそれぞれの制御回路は、サーミスタ素子１７の出力に応じて、ローラの加熱状態を変化させることによって、ローラの表面温度を一定に保つ温度制御を行うとともに、サーミスタ素子２３の出力に応じて、ローラの表面温度が一定値以上になったとき、ローラの加熱を停止させる等の異常制御を行う。
【００３２】
この例の温度センサにおいては、図４〜図７に示すように、センサ部２，３において、サーミスタ素子１７，２３は、それぞれ下部熱伝導体薄膜５１と、熱伝導体薄膜５４によって保持された状態で、それぞれクッション材片１６，２２の頂部に支持されている。
下部熱伝導体薄膜５１，熱伝導体薄膜５４は、定着ヒートローラの表面の熱をサーミスタ素子１７，２３に伝達することによって、サーミスタ素子１７，２３の温度を、迅速にローラ表面温度に追従させる。また、サーミスタ素子１７，２３のリード線１８，１９及び２４，２５は、ともに、熱伝導性の小さいクッション材片１６，２２及び支持台１２，１３上に設けられているので、この部分からの熱伝導も少ない。
また、サーミスタ素子１７では、さらに上部熱伝導体薄膜５２を設けて、下部熱伝導体薄膜５１と上部熱伝導体薄膜５２とによって、両面からカバーすることによって、温度変化に対する感受性をより向上させている。
これらの結果、センサ部２，３の温度測定時定数は、従来の温度センサと比較して著しく向上し、定着ヒートローラの温度制御を精密に行うことが可能なようになった。
【００３３】
さらに、図６，図７の構成では、サーミスタ素子１７，２３の下部に空洞部５３，５５を設けたので、サーミスタ素子直下のクッション材を介する熱伝導が減少するとともに、クッション材に基づく熱容量が小さくなり、より熱応答性が向上した。
これによって、従来の構造の場合の温度測定時定数τは、０．５秒〜０．７秒であったのに対し、この例では、温度測定時定数τは、０．２秒〜０．４秒であって、著しく改善されている。
【００３４】
また、図６，図７の例では、下部熱伝導体薄膜５１，熱伝導体薄膜５４をクッション部材側に湾曲させて、湾曲部内にサーミスタ素子１７，２３を収容するとともに、この湾曲部をクッション材片１６Ａ，２２Ａに設けられた空洞部５３，５５内に押し込むようにセンサ部を形成することができるので、センサ部２，３の頂部の凹凸を少なくして、保護フィルム部３５，３６の、定着ヒートローラとの接触部を平滑化することができる。そのため、保護フィルム部の磨耗が減少するとともに、ローラの表面を傷つける恐れが少なくなる。
【００３５】
またこの例では、図４〜図７に示すように、センサ部２，３において、支持台１２，１３、クッション材片１６，２２、サーミスタ素子１７，２３を含めて、保護フィルム部３５，３６によって包囲することによって、ローラの回転に伴う磨耗の防止と、定着ヒートローラとサーミスタ素子との間に印加される高電圧に対する絶縁耐圧性能の向上を図っている。このため、図８に示すように、保護フィルム部を構成する耐熱性シート６１，６２として耐磨耗性のポリイミドフィルム等を用い、２枚重ねにして耐電圧性を持たせるとともに、その幅Ｗを十分広くして、沿面放電の発生を防止するようにしている。
また、耐熱性シート６１，６２には、ミシン目６６，６７，６８を設けることによって、センサ部に取り付けて保護フィルム部３５，３６を形成した際に、支持台１２，１３の下面の両隅角部の位置で折れ曲がることによって、保護フィルム部３５，３６の形状が丸みを帯びることが少なくなり、耐熱性シートとサーミスタ素子の部分との密着性が改善されているとともに、定着ヒートローラの熱によって、粘着剤６３，６４，６５が劣化しても、耐熱性シートの弾性によって耐熱性シートが剥がれる恐れが少なくなる。
さらにこの際、ミシン目６６，６７及び６８を設けて、保護フィルム部３５，３６が支持台１２，１３の下面の両隅角部の位置で折れ曲がるようにしたので、保護フィルム部３５，３６が茄子型に細長い形状に丸みを帯びるようになり、基台部１と直交する方向の幅が小さくなるので、保護フィルム部を含むセンサ部の形状を小型化することができる。
【００３６】
また、内側になる耐熱性シート６２の長さＬ２は、外側の耐熱性シート６１の長さＬ１よりも短くなっているので、巻き終わりの端部６９は、ミシン目６８の位置には達しないとともに、端部６９には粘着剤が施されていないので、端部６９は保護フィルム部３５，３６を形成した状態で、外側の耐熱性シート６１に対してフリーの状態になる。そのため、耐熱性シートを２枚重ねにして巻き付けた際に、内側の耐熱性シートが外側の耐熱性シートによって緊縮されるために、保護フィルム部が丸みを帯びて柔軟性が失われたり、あるいは緊縮に伴って内側の耐熱性シートに皺がよったりすることを防止でき、従って、耐熱性シートを介する、サーミスタ素子の定着ヒートローラに対する密着性が良好になって、温度センサの熱応答性の低下や、不安定状態の発生が防止できる。
【００３７】
また、この例では、図９に示すように、リード線３１，３２，３３，３４には、予め端子金具７１を用いて端末処理を行い、リード端子部１８，２９Ａ，２９Ｂ，３０に対して、端子金具の部分でスポット溶接して接続を行うようにしている。
従来、リード線と端子部との接続時には、リード線に対して端子金具による端末処理を行うことなく、被覆の除去等の処理を行った芯線の部分を直接、端子板にスポット溶接又はハンダ付けするようにしていたが、この際、芯線を構成する素線がバラバラになりやすいため、作業性が悪いだけでなく、芯線全体を確実に接続することが難しく、そのため、接続不良を生じやすいとともに、接続部の強度を均一に保つことが困難であった。また、温度センサを機器に取り付ける際にリード線が屈曲された際の屈曲応力が、溶接又はハンダ付けされた芯線の部分に加わるため、接続部で断線が生じやすかった。
この例では、リード線を端子金具７１を用いて、被覆部と芯線の部分とを別々に保持する端末処理を行ってから、端子金具の部分で溶接するため、強力な溶接作業を行って確実に接続することができるとともに、リード線に屈曲力が加わった場合も、屈曲応力は、端子金具で保持されている部分より外側の、溶接又はハンダ付けされていないリード線の部分にかかるため、屈曲に基づく断線を生じにくくなる。
【００３８】
さらに、この例では、図９に示すように、外部リード線を基台部１の長手方向に設けられたリード溝部７５内に収容してリード端子部と接続するようにしている。
従来は、センサ部と外部リード線との接続は、樹脂成形体に設けられた金属端子板に、リード線を溶接又はハンダ付けするとともに、端子部と外部リード線の端部とを含めて絶縁チューブを被せることによって、絶縁と機械的保持とを行うようにしていたが、そのため端子板の強度を大きくする必要があるとともに、絶縁チューブを含む接続部の外形が大きくなっていた。
この例では、外部リード線とリード端子部との接続部分を収容するリード溝部７５があるため、外部リード線の保持が確実になるとともに、外部リード線に対する屈曲力がリード線接続部に伝達されることが防止される。そのため、リード端子部を構成する内部導体は、薄いものでよい。さらに、接続部に絶縁チューブを用いないでも、充電部分の接触防止を行うことができるので、温度センサ全体を小型化できるとともに、絶縁チューブに基づく耐熱性の低下を防止できる。また、リード溝部内で外部リード線とリード端子部との接続を行うので、スポット溶接時の位置決め保持が容易になり、作業性の向上と、接続部の品質向上を図ることができる。
【００３９】
さらに、リード線接続部を収容するリード溝部は、すべて基台部１の長手方向に、基台部の一方の端部側にまとめて設けられているので、複数本の外部リード線を一括して、揃えてコネクタ部５に接続するのが容易になる。
従来、複数のセンサ部を有する温度センサでは、リード線の向きが例えば、基台部の長手方向と直角方向になっていたので、リード線の引回し部分が長くなってスペースを多く必要とし、機器の小型化の妨げになっていたが、この例の場合は、上述のような構造をとったため、配線の取りまわしが容易になるとともに、配線のためのスペースを縮小することができ、従来の単一のサーミスタ素子を持つ温度センサの場合と大きく変わらない作業工数で温度センサを取り付けることが可能になり、コストダウンに寄与することができる。
【００４０】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られたものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、実施例では、クッション材片１６，２２として、軟質の耐熱発泡性樹脂材料を用いたが、これに限るものでなく、例えば、ガラス等からなる短繊維を抄紙工程によって石綿薄板状に集成した、無機質繊維抄成体（例えば商品名セラミックペーパー）を用いてもよく、これによって、耐熱性をより向上することができる。また、保護フィルム部３５，３６は、必ずしも、支持台１２，１３を一周する必要はなく、２枚重ねにした耐熱性シートの一端を、例えば支持台の下面の一端に固定し、耐熱性シートの他端を支持台の下面の他端に固定してもよい。この場合の固定方法としては、他の部材で耐熱性シートの端部を挟んで固定したり、又は、耐熱性シートの端部を折り曲げてスリット部に挟み込むようにしてもよい。また、空洞部５３，５５の形状は円筒形に限らず、例えば四角筒状乃至多角筒状、又は不整形筒状等の、任意の形状であってもよい。この空洞部は、密閉された構造を有することが最も望ましいが、必ずしもこれに限るものではなく、例えば下端が開放又は半密閉の構造である場合でも、少なくとも、サーミスタ素子を支持する下部熱伝導体薄膜５１又は熱伝導体薄膜５４がクッション材片に接触しないことによる、熱容量減少の効果を得ることができ、温度センサの応答速度を向上させることが可能となる。下部熱伝導体薄膜５１，上部熱伝導体薄膜５２，熱伝導体薄膜５４は、円板状に限らず、四角形板状乃至多角形板状、又は不整形板状であってもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、センサ部に対して、保護フィルム部を設けて、その巻き方向が、表面温度を計測しようとする回転体の回転軸と垂直になるように、回転体に対して保持し、センサ部の保護フィルム部に対して支持台の下面の両隅角部にミシン目を設けるとともに、内側の耐熱性シートを短くして端部をフリーにしたので、保護フィルム部が丸みを帯びて柔軟性を失ったり、表面形状の影響で、回転体に対する密着性が低下したりするために、熱応答性が低下したり、不安定になったりすることが少なくなり、また、保護フィルム部の幅が狭くなるので、温度センサを小型化できる。
また、端子金具によって端末処理を施した外部リード線を、リード溝部に収容するとともに、リード溝部内で内部導体のリード端子部に端子金具の部分を溶着して外部リード線の接続を行うようにしたので、外部リード線を確実に保持できるとともに、外部リード線との接続が容易になり、接続部の断線等の恐れがなくなる。
さらに、２つのセンサ部に対する外部リード線を、基台部の一方の端部において、基台部と同一方向に引き出されるようにしたので、外部リード線の配線の引き回しが容易になる。
また、クッション材片の、サーミスタ素子を搭載する熱伝導体薄膜の下部に空洞部を設けるようにすれば、サーミスタ素子に対する、クッション材片に基づく熱伝導と熱容量の影響が減少するので、温度センサの精度と応答速度を向上することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である温度センサの全体の構成を示す図である。
【図２】本実施例における計測部の構成を示す図である。
【図３】本実施例における基台部材の構成を示す図である。
【図４】本実施例における第１のセンサ部の構成を示す図である。
【図５】本実施例における第２のセンサ部の構成を示す図である。
【図６】第１のセンサ部の他の構成例を示す図である。
【図７】第２のセンサ部の他の構成例を示す図である。
【図８】本実施例における保護フィルム部の構成を示す図である。
【図９】本実施例におけるリード線接続部の構成を示す図である。
【図１０】従来の温度センサの一構成例を示す図である。
【図１１】従来の温度センサの他の構成例を示す図である。
【図１２】従来のリード線接続部の別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１ 基台部
２ 第１のセンサ部
３ 第２のセンサ部
４ 外部リード線部
５ コネクタ部
１２，１３ 支持台
１６，２２ クッション材片
１７，２３ サーミスタ素子
１８，１９，２４，２５ リード線
２０，２１，２６，２７ センサ端子部
２８，２９Ａ，２９Ｂ，３０ リード端子部
３１，３２，３３，３４ 外部リード線
３５，３６ 保護フィルム部
３７，３８，３９ 内部導体
５１ 下部熱伝導体薄膜
５２ 上部熱伝導体薄膜
５３，５５ 空洞部
５４ 熱伝導体薄膜
６６，６７，６８ ミシン目

Claims (6)

1. 支持台の上面にクッション材片を取り付けて、該クッション材片の頂部に熱伝導体薄膜を介してサーミスタ素子を固定してなるセンサ部に対して、長さの異なる２枚の耐熱性シートを一端を重ねて接着して該重ねた端部を前記支持台の下面に固定したのち、短い方の前記耐熱性シートが内側になるようにして前記クッション材片とサーミスタ素子とを覆うように巻き付けて、巻き終わり部の端部を前記支持台の下面に固定して、前記耐熱性シートの巻き始めの部分に設けられた第１のミシン目が、前記支持台の下面の一方の隅角部に一致するとともに、前記耐熱性シートの巻き終わりの部分に設けられた第２のミシン目が、前記支持台の下面の他方の隅角部に一致するようにし、さらに、前記内側の耐熱性シートが、前記サーミスタ素子及び前記熱伝導体薄膜の部分を覆うとともに、その巻き終わりの端部が、前記第２のミシン目に達しないようにその長さを定められた保護フィルム部を設け、該保護フィルム部の巻回方向が、表面温度を計測しようとする回転体の回転軸と垂直になるように該回転体に対して保持されることを特徴とする温度センサ。
2. 前記サーミスタ素子の上部に別の熱伝導体薄膜を設け、該熱伝導体薄膜を含んで前記保護フィルム部を形成したことを特徴とする請求項１記載の温度センサ。
3. 前記支持台と該支持台に連接する取付部との内部に内部導体を埋設し、前記支持台に前記内部導体を露出させてセンサ端子部を形成して、該センサ端子部に前記サーミスタ素子のリード線を接続し、前記支持台の端部及び取付部の端部にリード溝部を設けて、該リード溝部内に端子金具によって端末処理を施した外部リード線を収容するとともに、該リード溝部内に前記内部導体を露出させてリード端子部を形成して、該リード端子部に前記端子金具の部分を溶着することによって前記外部リード線の接続を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の温度センサ。
4. 前記取付部とその両端に設けられた前記支持台とが連接して基台部を形成し、それぞれの支持台上に前記センサ部が形成されているとともに、両センサ部に対する外部リード線が、前記基台部の一方の端部において、該基台部と同一方向に引き出されるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の温度センサ。
5. 前記クッション材片の、前記サーミスタ素子の下部に設けられた熱伝導体薄膜の下部に空洞部を形成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一記載の温度センサ。
6. 前記空洞部が、密閉された構造を有することを特徴とする請求項５記載の温度センサ。

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