JP2017161331A - 温度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い耐湿性を有する温度センサ及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルムの一方の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３と、薄膜サーミスタ部の上に互いに対向して形成された一対の対向電極４と、一端が一対の対向電極に接続され絶縁性フィルムの一方の面に形成された一対のパターン電極５と、少なくとも薄膜サーミスタ部を覆って形成された保護膜６とを備え、保護膜が、少なくともフッ素系樹脂コーティング層７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、耐湿性等に優れた温度センサ及びその製造方法に関する。

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設置されている。このような温度センサとしては、近年、ポリイミド樹脂等で形成された絶縁性フィルム上に薄膜状のサーミスタ部を形成したフィルム型の温度センサが開発されている。

例えば、特許文献１には、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、薄膜サーミスタ部及び櫛形電極を覆う絶縁性の保護膜とを備えている温度センサが記載されている。この温度センサでは、ポリイミド樹脂の保護膜で薄膜サーミスタ部を覆っている。

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。
従来のフィルム型温度センサでは、ポリイミド樹脂の保護膜で薄膜サーミスタ部を覆っているが、ポリイミド樹脂は防湿性が低く（吸水率０．３２％）、高温高湿負荷試験で電極腐食等が生じるおそれがあった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、高い耐湿性を有する温度センサ及びその製造方法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、絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの一方の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互いに対向して形成された一対の対向電極と、一端が一対の前記対向電極に接続され前記絶縁性フィルムの一方の面に形成された一対のパターン電極と、少なくとも前記薄膜サーミスタ部を覆って形成された保護膜とを備え、前記保護膜が、少なくともフッ素系樹脂コーティング層を有していることを特徴とする。

本発明の温度センサでは、保護膜が、少なくともフッ素系樹脂コーティング層を有しているので、防湿性が高いフッ素系樹脂コーティング層によって高い耐湿性を得ることができる。なお、フッ素系樹脂コーティング層は、フッ素系樹脂シートを貼り付けた場合に比べてコーティングした膜であることで高い密着性も得られると共に、フッ素系樹脂シートでは、接着面に吸湿性があるシリコーン系の接着剤又は粘着層が使用されるが、フッ素系樹脂コーティング層は、接着剤又は粘着層を使用しないことで、耐湿性も向上する。

第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記保護膜が、前記薄膜サーミスタ部上に形成された前記フッ素系樹脂コーティング層と、前記フッ素系樹脂コーティング層上に形成されたポリイミド樹脂層と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、フッ素系樹脂コーティング層が、薄膜サーミスタ部上に形成されているので、フッ素系樹脂コーティング層が薄膜サーミスタ部上の凹凸を埋めて高い密着性を有する。また、ポリイミド樹脂層がフッ素系樹脂コーティング層上に形成されているので、後工程等でメッキ処理（例えば、パターン電極のパッド部上へのＮｉメッキ）があっても耐メッキ性の高いポリイミド樹脂層によってフッ素系樹脂コーティング層が保護される。

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、前記絶縁性フィルムの一方の面上に、少なくとも前記薄膜サーミスタ部の外縁を囲んで環状に形成されたポリイミド樹脂の囲い壁部を備え、前記囲い壁部で囲まれた領域に前記フッ素系樹脂コーティング層が形成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、囲い壁部で囲まれた領域にフッ素系樹脂コーティング層が形成されているので、フッ素系樹脂コーティング層の形成領域を囲い壁部で高精度に設定することができると共に、後工程等のメッキ処理時にフッ素系樹脂コーティング層の外縁部がポリイミド樹脂の囲い壁部で保護される。

第４の発明に係る温度センサの製造方法は、第１から第３の発明のいずれかの温度センサを製造する方法であって、絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの一方の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互いに対向して形成された一対の対向電極と、一端が一対の前記対向電極に接続され前記絶縁性フィルムの一方の面に形成された一対のパターン電極とを備えたセンサ部における少なくとも前記薄膜サーミスタ部上に保護膜を形成する保護膜形成工程を有し、前記保護膜形成工程が、少なくともフッ素系樹脂コーティング層を形成する工程を有し、前記フッ素系樹脂コーティング層を形成する工程が、フッ素系樹脂コーティング剤を塗布し硬化させて前記フッ素系樹脂コーティング層を形成することを特徴とする。
すなわち、この温度センサの製造方法では、フッ素系樹脂コーティング層を形成する工程が、フッ素系樹脂コーティング剤を塗布し硬化させてフッ素系樹脂コーティング層を形成するので、下地の凹凸を埋めて高い密着性を有したフッ素系樹脂コーティング層を得ることができる。

第５の発明に係る温度センサの製造方法は、第４の発明において、前記フッ素系樹脂コーティング層を形成する工程で、前記薄膜サーミスタ部上に前記フッ素系樹脂コーティング剤を塗布し硬化させて前記フッ素系樹脂コーティング層を形成し、前記ポリイミド樹脂層を形成する工程で、前記フッ素系樹脂コーティング層上にポリイミド樹脂を塗布して硬化させ前記ポリイミド樹脂層を形成することを特徴とする。
すなわち、この温度センサの製造方法では、薄膜サーミスタ部上にフッ素系樹脂コーティング剤を塗布し硬化させてフッ素系樹脂コーティング層を形成するので、フッ素系樹脂コーティング層が薄膜サーミスタ部上の凹凸を埋めて高い密着性が得られる。また、フッ素系樹脂コーティング層上にポリイミド樹脂を塗布して硬化させポリイミド樹脂層を形成するので、耐メッキ性の高いポリイミド樹脂層によってフッ素系樹脂コーティング層が保護される。

第６の発明に係る温度センサの製造方法は、第５の発明において、前記フッ素系樹脂コーティング層の形成前に、前記絶縁性フィルムの一方の面上に、少なくとも前記薄膜サーミスタ部の外縁を囲んで環状にポリイミド樹脂の囲い壁部を形成する工程を有し、前記フッ素系樹脂コーティング層を形成する工程で、前記囲い壁部で囲まれた領域に前記フッ素系樹脂コーティング剤を塗布して前記フッ素系樹脂コーティング層を形成することを特徴とする。
すなわち、この温度センサの製造方法では、囲い壁部で囲まれた領域にフッ素系樹脂コーティング剤を塗布してフッ素系樹脂コーティング層を形成するので、溶剤粘度が低いフッ素系樹脂コーティング剤でも必要以上に拡がらずに所定領域に正確に塗布することができる。

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、保護膜が、少なくともフッ素系樹脂コーティング層を有しているので、防湿性が高いフッ素系樹脂コーティング層によって高い耐湿性及び密着性を得ることができる。
また、本発明の温度センサの製造方法によれば、フッ素系樹脂コーティング層を形成する工程が、フッ素系樹脂コーティング剤を塗布し硬化させてフッ素系樹脂コーティング層を形成するので、下地の凹凸を埋めて高い密着性を有したフッ素系樹脂コーティング層を得ることができる。
したがって、本発明の温度センサでは、高温高湿環境下においてもサーミスタの高抵抗化等を抑制することができ、安定したサーミスタ特性を得ることができ、定着ローラ等の温度測定用として好適である。

本発明に係る温度センサ及びその製造方法の第１実施形態を示す平面図（ａ）及びＡ−Ａ線断面図（ｂ）である。 第１実施形態において、温度センサの製造方法を製造工程順に示す断面図である。 本発明に係る温度センサ及びその製造方法の第２実施形態を示す平面図（ａ）及びＢ−Ｂ線断面図（ｂ）である。 第２実施形態において、温度センサの製造方法を製造工程順に示す断面図である。

以下、本発明に係る温度センサ及びその製造方法における第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。

本実施形態の温度センサ１は、図１及び図２に示すように、絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルム２の一方の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３と、薄膜サーミスタ部３の上に互いに対向して形成された一対の対向電極４と、一端が一対の対向電極４に接続され絶縁性フィルム２の一方の面（表面）に形成された一対のパターン電極５と、少なくとも薄膜サーミスタ部３を覆って形成された保護膜６とを備えている。
なお、本発明では、絶縁性フィルム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。

上記保護膜６は、少なくともフッ素系樹脂コーティング層７を有している。本実施形態では、保護膜６が、薄膜サーミスタ部３上に形成されたフッ素系樹脂コーティング層７と、フッ素系樹脂コーティング層７上に形成されたポリイミド樹脂層８とを有している。
上記フッ素系樹脂コーティング層７は、例えば四フッ化エチレン樹脂等のコーティング層が採用される。なお、四フッ化エチレン樹脂の吸水率は０．０１％未満と低く、２７０℃の耐熱性を有している。

また、本実施形態の温度センサ１は、絶縁性フィルム２の一方の面上に、少なくとも薄膜サーミスタ部３の外縁を囲んで環状に形成されたポリイミド樹脂の囲い壁部９を備え、囲い壁部９で囲まれた領域にフッ素系樹脂コーティング層７が形成されている。
すなわち、囲い壁部９が、矩形状の薄膜サーミスタ部３より若干大きな四角環状に形成されており、この囲い壁部９内側を埋めるようにして矩形状のフッ素系樹脂コーティング層７が形成されている。

上記絶縁性フィルム２は、帯状又は長方形状とされ、例えば厚さ７．５〜１２５μｍのポリイミド樹脂シートで形成されている。なお、絶縁性フィルム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，ＬＰＣ：液晶ポリマー等でも作製できる。

上記薄膜サーミスタ部３は、絶縁性フィルム２の一端側に配され、例えばＴｉＡｌＮのサーミスタ材料で矩形状に形成されている。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。

上記パターン電極５が、絶縁性フィルム２に沿って延在していると共に絶縁性フィルム２の他端側に配されたパッド部５ａを他端側に有している。
上記パッド部５ａは、リードフレームを接続するために絶縁性フィルム２の一端側のパターン電極５よりも幅広に形成された端子部である。
リードフレームは、抵抗溶接、レーザー溶接、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パッド部５ａに接着される。

上記一対の対向電極４は、薄膜サーミスタ部３の上に互いに対向して櫛型状にパターン形成された櫛型電極であり、複数の櫛部４ａを有している。
上記対向電極４及びパターン電極５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。

なお、上記パッド部５ａ上には、後工程で無電解Ｎｉメッキが施される。
上記保護膜６は、上記パッド部５ａを除いてパターン電極５及び薄膜サーミスタ部３上に形成されている。すなわち、保護膜６は、パッド部５ａが配された絶縁性フィルム２の他端側を除いて帯状又は長方形状に形成されている。

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２と薄膜サーミスタ部３と対向電極４とパターン電極５とを備えたセンサ部１０における少なくとも薄膜サーミスタ部３上に保護膜６を形成する保護膜形成工程を有し、保護膜形成工程が、少なくともフッ素系樹脂コーティング層７を形成する工程を有している。
また、上記フッ素系樹脂コーティング層７を形成する工程は、フッ素系樹脂コーティング剤を塗布し硬化させてフッ素系樹脂コーティング層７を形成する工程を有している。

さらに、本実施形態の製造方法は、フッ素系樹脂コーティング層７の形成前に、絶縁性フィルム２の一方の面上に、少なくとも薄膜サーミスタ部３の外縁を囲んで環状にポリイミド樹脂の囲い壁部９を形成する工程を有している。
上記フッ素系樹脂コーティング層７を形成する工程では、囲い壁部９で囲まれた領域にフッ素系樹脂コーティング剤を塗布してフッ素系樹脂コーティング層７を形成する。

まず、センサ部１０を作製した後、図２の（ａ）に示すように、絶縁性フィルム２上にポリイミド樹脂をスクリーン印刷により、矩形状の薄膜サーミスタ部３の外縁を囲んで四角形環状の囲い壁部９を形成する。この際、例えば囲い壁部９の高さは、数μｍ〜数十μｍとする。なお、スクリーン印刷後に囲い壁部９を加熱硬化することが好ましい。
次に、図２の（ｂ）に示すように、囲い壁部９で囲まれた領域に、液状とされた四フッ化エチレン樹脂等のフッ素系樹脂コーティング剤（フッ素系樹脂の溶剤）をディスペンサ又はグラビア印刷により塗布し、室温放置による乾燥又は２６０℃以下の加熱乾燥によって硬化させることによって、囲い壁部９内にフッ素系樹脂コーティング層７を形成する。

さらに、図２の（ｃ）に示すように、囲い壁部９及びフッ素系樹脂コーティング層７の上に液状のポリイミド樹脂をスクリーン印刷してポリイミド樹脂層８を形成する。すなわち、フッ素系樹脂コーティング層７は、その上面及び側面がポリイミド樹脂で覆われる。
これによって、フッ素系樹脂コーティング層７とポリイミド樹脂層８との積層で構成された保護膜６を備えた温度センサ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、保護膜６が、少なくともフッ素系樹脂コーティング層７を有しているので、防湿性が高いフッ素系樹脂コーティング層７によって高い耐湿性を得ることができる。なお、フッ素系樹脂コーティング層７は、フッ素系樹脂シートを貼り付けた場合に比べてコーティングした膜であることで高い密着性も得られると共に、フッ素系樹脂シートでは、接着面に吸湿性があるシリコーン系の接着剤又は粘着層が使用されるが、フッ素系樹脂コーティング層７は、接着剤又は粘着層を使用しないことで、耐湿性も向上する。

また、フッ素系樹脂コーティング層７が、薄膜サーミスタ部３上に形成されているので、フッ素系樹脂コーティング層７が薄膜サーミスタ部３上の凹凸を埋めて高い密着性を有する。また、ポリイミド樹脂層８がフッ素系樹脂コーティング層７上に形成されているので、後工程等でメッキ処理（例えば、パターン電極５のパッド部５ａ上へのＮｉメッキ）があっても耐メッキ性の高いポリイミド樹脂層８によってフッ素系樹脂コーティング層７が保護される。

さらに、囲い壁部９で囲まれた領域にフッ素系樹脂コーティング層７が形成されているので、フッ素系樹脂コーティング層７の形成領域を囲い壁部９で高精度に設定することができると共に、後工程等のメッキ処理時にフッ素系樹脂コーティング層７の外縁部がポリイミド樹脂の囲い壁部９で保護される。

本実施形態の温度センサ１の製造方法では、フッ素系樹脂コーティング層７を形成する工程が、フッ素系樹脂コーティング剤を塗布し硬化させてフッ素系樹脂コーティング層７を形成するので、下地の凹凸を埋めて高い密着性を有したフッ素系樹脂コーティング層７を得ることができる。
特に、囲い壁部９で囲まれた領域にフッ素系樹脂コーティング剤を塗布してフッ素系樹脂コーティング層７を形成するので、溶剤粘度が低いフッ素系樹脂コーティング剤でも必要以上に拡がらずに所定領域に正確に塗布することができる。

次に、本発明に係る温度センサ及びその製造方法の第２実施形態について、図３及び図４を参照して以下に説明する。なお、以下の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、薄膜サーミスタ部３上にフッ素系樹脂コーティング層７が形成され、その上にポリイミド樹脂層８が形成されているのに対し、第２実施形態の温度センサ２１では、図３及び図４に示すように、薄膜サーミスタ部３上にポリイミド樹脂層２８が形成され、さらにポリイミド樹脂層２８上にフッ素系樹脂コーティング層２７が形成されている点である。

この第２実施形態では、図４の（ａ）に示すように、薄膜サーミスタ部３を覆うように絶縁性フィルム２上にポリイミド樹脂をスクリーン印刷してポリイミド樹脂層２８を形成する。次に、図４の（ｂ）に示すように、ポリイミド樹脂層２８上にディスペンサ又はグラビア印刷により四フッ化エチレン樹脂等のフッ素系樹脂コーティング剤を塗布し、硬化させることによってフッ素系樹脂コーティング層２７を形成する。これによってポリイミド樹脂層２８とフッ素系樹脂コーティング層２７との積層からなる保護膜２６を備えた第２実施形態の温度センサ２１が作製される。
このように第２実施形態の温度センサ２１では、薄膜サーミスタ部３上に直接ポリイミド樹脂層２８を形成しているので、薄膜サーミスタ部３と高い密着性を得ることができる。

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、薄膜サーミスタ部の上に一対の対向電極を形成しているが、薄膜サーミスタ部の下、すなわち絶縁性フィルムの一方の面上に一対の対向電極を形成し、その上に薄膜サーミスタ部を形成しても構わない。

１，２１…温度センサ、２…絶縁性フィルム、３…薄膜サーミスタ部、４…対向電極、５…パターン電極、６，２６…保護膜、７，２７…フッ素系樹脂コーティング層、８，２８…ポリイミド樹脂層、９…囲い壁部、１０…センサ部

Claims (6)

1. 絶縁性フィルムと、
   前記絶縁性フィルムの一方の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互いに対向して形成された一対の対向電極と、
   一端が一対の前記対向電極に接続され前記絶縁性フィルムの一方の面に形成された一対のパターン電極と、
   少なくとも前記薄膜サーミスタ部を覆って形成された保護膜とを備え、
   前記保護膜が、少なくともフッ素系樹脂コーティング層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、
   前記保護膜が、前記薄膜サーミスタ部上に形成された前記フッ素系樹脂コーティング層と、
   前記フッ素系樹脂コーティング層上に形成されたポリイミド樹脂層とを有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、
   前記絶縁性フィルムの一方の面上に、少なくとも前記薄膜サーミスタ部の外縁を囲んで環状に形成されたポリイミド樹脂の囲い壁部を備え、
   前記囲い壁部で囲まれた領域に前記フッ素系樹脂コーティング層が形成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を製造する方法であって、
   絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの一方の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互いに対向して形成された一対の対向電極と、一端が一対の前記対向電極に接続され前記絶縁性フィルムの一方の面に形成された一対のパターン電極とを備えたセンサ部における少なくとも前記薄膜サーミスタ部上に保護膜を形成する保護膜形成工程を有し、
   前記保護膜形成工程が、少なくともフッ素系樹脂コーティング層を形成する工程を有し、
   前記フッ素系樹脂コーティング層を形成する工程が、フッ素系樹脂コーティング剤を塗布し硬化させて前記フッ素系樹脂コーティング層を形成することを特徴とする温度センサの製造方法。
5. 請求項４に記載の温度センサの製造方法において、
   前記フッ素系樹脂コーティング層を形成する工程で、前記薄膜サーミスタ部上に前記フッ素系樹脂コーティング剤を塗布し硬化させて前記フッ素系樹脂コーティング層を形成し、
   前記ポリイミド樹脂層を形成する工程で、前記フッ素系樹脂コーティング層上にポリイミド樹脂を塗布して硬化させ前記ポリイミド樹脂層を形成することを特徴とする温度センサの製造方法。
6. 請求項５に記載の温度センサの製造方法において、
   前記フッ素系樹脂コーティング層の形成前に、前記絶縁性フィルムの一方の面上に、少なくとも前記薄膜サーミスタ部の外縁を囲んで環状にポリイミド樹脂の囲い壁部を形成する工程を有し、
   前記フッ素系樹脂コーティング層を形成する工程で、前記囲い壁部で囲まれた領域に前記フッ素系樹脂コーティング剤を塗布して前記フッ素系樹脂コーティング層を形成することを特徴とする温度センサの製造方法。

Images