JP2017173091A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 絶縁性フィルムの端部側を測定対象物に当接させて温度測定する場合に好適な温度センサを提供すること。
【解決手段】 帯状の絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルムの一方の面に設けられサーミスタ材料で形成されたサーミスタ部３と、サーミスタ部に接続され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配線５と、一対の対向電極の少なくとも一方の直上に直接又は絶縁性の保護膜６を介して接触した状態で絶縁性フィルムの一端部に固定されていると共に絶縁性フィルムより熱伝導度の高い材質で形成された接触用伝熱部７とを備えている。
【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な温度センサに関する。

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配線とを備えている温度センサが記載されている。

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。
上記のようなフィルム型温度センサは、通常、絶縁性フィルムの表面側又は裏面側を測定対象物に接触させて温度測定することに適しているが、絶縁性フィルムの端部を測定対象物に突き当てて接触させ、温度測定する場合には、測定対象物の熱が絶縁性フィルムに伝わり難く、熱応答性が低くなってしまう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、絶縁性フィルムの端部側を測定対象物に当接させて温度測定する場合に好適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、帯状の絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの一方の面に設けられサーミスタ材料で形成されたサーミスタ部と、前記サーミスタ部に接続され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配線と、一対の前記対向電極の少なくとも一方の直上に直接又は絶縁性の保護膜を介して接触した状態で前記絶縁性フィルムの一端部に固定されていると共に前記絶縁性フィルムより熱伝導度の高い材質で形成された接触用伝熱部とを備えていることを特徴とする。

本発明の温度センサでは、一対の対向電極の少なくとも一方の直上に直接又は絶縁性の保護膜を介して接触した状態で絶縁性フィルムの一端部に固定されていると共に絶縁性フィルムより熱伝導度の高い材質で形成された接触用伝熱部を備えているので、接触用伝熱部を測定対象物に当接させることで、測定対象物の熱が熱伝導性の高い接触用伝熱部を介して一対の対向電極の少なくとも一方に伝わり、高い熱応答性を得ることができる。
また、絶縁性フィルムの他端部を支持した状態で、接触用伝熱部を絶縁性フィルムの延在方向で測定対象物に突き当てて接触させる場合、測定対象物が突き当てた方向に前後しても、絶縁性フィルムが可撓性及び弾性を有して撓むため、測定対象物の前後の変動に対して接触用伝熱部を接触させた状態で追従させることができる。
さらに、絶縁性フィルムが可撓性及び弾性を有して撓むため、接触用伝熱部を小さい接触圧で測定対象物に接触させることができ、接触用伝熱部の当接によって測定対象物が傷付くことを防止できる。
なお、金属製の接触用伝熱部の場合、接触用伝熱部と一対の対向電極の少なくとも一方との間に絶縁性の保護膜が介在させることで、接触用伝熱部と一対の対向電極の少なくとも一方とは電気的に絶縁される。

第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、一対の前記対向電極の少なくとも一方が、前記サーミスタ部から前記絶縁性フィルムの一端側に向けて拡がった伝熱用拡張部を有し、前記接触用伝熱部が、前記伝熱用拡張部の直上に直接又は前記絶縁性の保護膜を介して面接触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、接触用伝熱部が、伝熱用拡張部の直上に直接又は絶縁性の保護膜を介して面接触しているので、受熱面積が広い伝熱用拡張部に対して接触用伝熱部から高い熱伝導効率で熱を伝えることができる。

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、前記接触用伝熱部を前記絶縁性フィルムの延在方向に進退可能に支持した支持体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、接触用伝熱部を絶縁性フィルムの延在方向に進退可能に支持した支持体を備えているので、測定対象物が測定中に接触用伝熱部を突き当てた方向（絶縁性フィルムの延在方向）に前後しても、進退する接触用伝熱部を支持体によって安定して支持することができる。

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、前記絶縁性フィルムが、その弾性によって前記絶縁性フィルムの延在方向一端側に前記接触用伝熱部を付勢可能に前記支持体に支持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、絶縁性フィルムが、その弾性によって絶縁性フィルムの延在方向一端側に接触用伝熱部を付勢可能に支持体に支持されているので、測定対象物が測定中に接触用伝熱部を突き当てた方向（絶縁性フィルムの延在方向）に前後しても、付勢された接触用伝熱部が前後の動きに追従することで接触状態を安定して維持することができる。

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、前記接触用伝熱部が、前記絶縁性フィルムの一端部を表裏から挟んで固定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、接触用伝熱部が、絶縁性フィルムの一端部を表裏から挟んで固定されているので、接触用伝熱部の熱を表面及び裏面の両面から絶縁性フィルム側に伝えることができ、さらに熱応答性を向上させることができる。

第６の発明に係る温度センサは、第１から第５の発明のいずれかにおいて、前記サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された薄膜サーミスタ部であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、サーミスタ部が、絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された薄膜サーミスタ部であるので、熱容量の小さい薄膜サーミスタ部によって、さらに熱応答性が向上すると共に、薄膜サーミスタ部自体も曲がるため、さらに柔軟性や弾性が向上する。また、薄膜サーミスタ部により全体を薄型化や小型化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、本発明に係る温度センサによれば、一対の対向電極の少なくとも一方の直上に直接又は絶縁性の保護膜を介して接触した状態で絶縁性フィルムの一端部に固定されていると共に絶縁性フィルムより熱伝導度の高い材質で形成された接触用伝熱部を備えているので、高い熱応答性を得ることができると共に、可撓性及び弾性を有した絶縁性フィルムによって、測定対象物の前後の変動に対して接触用伝熱部を接触させた状態で追従させることができる。
したがって、本発明の温度センサでは、多少前後に位置が変動する定着ローラ等の測定対象物に対する温度測定用として好適である。

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、支持体及び接触用伝熱部を外した状態の保護膜形成前の温度センサを示す平面図である。 本実施形態において、支持体を外した状態の温度センサを示す平面図である。 本実施形態において、測定対象物が前後した際の温度センサを示す断面図である。

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から図３に示すように、帯状の絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルム２の一方の面に設けられサーミスタ材料で形成されたサーミスタ部３と、サーミスタ部３に接続され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の一方の面に形成された一対のパターン配線５と、一対の対向電極４の少なくとも一方の直上に直接又は絶縁性の保護膜６を介して接触した状態で絶縁性フィルム２の一端部に固定されていると共に絶縁性フィルム２より熱伝導度の高い材質で形成された接触用伝熱部７とを備えている。

本実施形態では、少なくとも対向電極４を覆って絶縁性フィルム２の一方の面に形成された絶縁性の保護膜６を備え、接触用伝熱部７は、保護膜６を介して一対の対向電極４の一方の直上に接触して固定されている。
なお、上記絶縁性フィルム２、サーミスタ部３、対向電極４、パターン配線５及び保護膜６によりセンサ本体１０が構成されている。
また、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。

また、本実施形態の温度センサ１は、接触用伝熱部７を絶縁性フィルム２の延在方向に進退可能に支持した支持体９を備えている。
上記支持体９は、絶縁性フィルム２の他端部を保持する保持部１１を基端部に備えている。この保持部１１は、内部で一対のパターン配線５の他端と接続された一対のリード線１２を備えている。

支持体９は、図４に示すように、センサ本体１０を内部に収納する筒状のケースとされ、先端部に接触用伝熱部７が進退可能に突出する開口部９ａを有している。
また、絶縁性フィルム２は、その弾性によって絶縁性フィルム２の延在方向一端側に接触用伝熱部７を付勢可能に支持体９に支持されている。
また、支持体９の内部には、接触用伝熱部７が内方に所定距離押された際に、接触用伝熱部７の基端部が係止可能な位置決め部９ｂが、上下内壁面から内側に突出して形成されている。この位置決め部９ｂは、接触用伝熱部７が内方に押された際に、接触用伝熱部７の先端が開口部９ａの先端以上に内方に引っ込まないようにストッパーとして機能する。

上記一対の対向電極４の一方は、サーミスタ部３から絶縁性フィルム２の一端側に向けて拡がった伝熱用拡張部４ｂを有し、接触用伝熱部７が、伝熱用拡張部４ｂ直上の保護膜６に面接触している。上記伝熱用拡張部４ｂは、サーミスタ部３と絶縁性フィルム２の一端との間に長方形状に形成されている。なお、上記一対の対向電極４の他方にも、サーミスタ部３から絶縁性フィルム２の一端側に向けて拡がった伝熱用拡張部を設けても構わない。

上記接触用伝熱部７は、例えば金属製であり、板状又はブロック状にＳＵＳ（ステンレス）やアルミニウム等で形成されている。
なお、接触用伝熱部７として、金属のような導電性材料以外に絶縁性材料で形成したものを用いても構わない。この場合、絶縁性の保護膜６を介する必要が無く、対向電極４の少なくとも一方の直上に直接接触させた状態で固定することができる。

上記接触用伝熱部７は、絶縁性フィルム２の一端部を表裏から挟んで固定されている。
すなわち、接触用伝熱部７は、基端部にスリット部７ａが形成されており、このスリット部７ａ内に絶縁性フィルム２の一端部を挿入した状態で上下をかしめることで、絶縁性フィルム２の一端部に取り付けられている。

上記絶縁性フィルム２は、帯状の長方形とされ、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等でも作製できる。

上記サーミスタ部３は、絶縁性フィルム２の一方の面にパターン形成された薄膜サーミスタ部である。
上記サーミスタ部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、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。

上記一対の対向電極４は、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及びパターン配線５は、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。

上記保護膜６は、例えばポリイミド樹脂で形成されている。
また、保護膜６は、上記リード線１２との接続部を除いてパターン配線５及びサーミスタ部３を覆って絶縁性フィルム２上に形成されている。

本実施形態の温度センサ１により定着ローラ等の測定対象物Ｓの温度を測定する場合、図４に示すように、測定対象物Ｓに接触用伝熱部７の先端を突き当てて接触させることで、測定を行う。この際、測定対象物Ｓが接触用伝熱部７の突き当て方向に前後して動く場合、例えば図４の（ａ）に示すように、測定対象物Ｓが後ろ方向（接触用伝熱部７の突き当て方向）に後退移動しても、接触用伝熱部７が絶縁性フィルム２の弾性によって前方に押し出されて接触した状態のまま測定対象物Ｓの動きに追従する。

また、図４の（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓが前方向（絶縁性フィルム２の他端側に向かう方向）に移動して接触用伝熱部７を支持体９内に押し返しても、絶縁性フィルム２が弾性を有しつつ支持体９内で撓み、接触用伝熱部７が接触した状態のまま測定対象物Ｓの動きに追従する。なお、接触用伝熱部７は、位置決め部９ｂにまで押されると位置決め部９ｂによって係止され、それ以上内方には移動しない。
このように、接触用伝熱部７は、絶縁性フィルム２の弾性で支持された状態のまま、一定量のストロークで前後可能になっている。

したがって、本実施形態の温度センサ１では、一対の対向電極４の少なくとも一方の直上に直接又は絶縁性の保護膜６を介して接触した状態で絶縁性フィルム２の一端部に固定されていると共に絶縁性フィルム２より熱伝導度の高い材質で形成された接触用伝熱部７を備えているので、接触用伝熱部７を測定対象物Ｓに当接させることで、測定対象物Ｓの熱が熱伝導性の高い接触用伝熱部７を介して一対の対向電極４の少なくとも一方に伝わり、高い熱応答性を得ることができる。

また、絶縁性フィルム２の他端部を支持した状態で、接触用伝熱部７を絶縁性フィルム２の延在方向で測定対象物Ｓに突き当てて接触させる場合、測定対象物Ｓが突き当てた方向に前後しても、絶縁性フィルム２が可撓性及び弾性を有して撓むため、測定対象物Ｓの前後の変動に対して接触用伝熱部７を接触させた状態で追従させることができる。

さらに、絶縁性フィルム２が可撓性及び弾性を有して撓むため、接触用伝熱部７を小さい接触圧で測定対象物Ｓに接触させることができ、接触用伝熱部７の当接によって測定対象物が傷付くことを防止できる。
なお、接触用伝熱部７と一対の対向電極４の一方との間に絶縁性の保護膜６が介在しているため、接触用伝熱部７と一対の対向電極４の一方とは電気的に絶縁されている。

また、接触用伝熱部７が、伝熱用拡張部４ｂ直上の保護膜６に面接触しているので、受熱面積が広い伝熱用拡張部４ｂに対して接触用伝熱部７から高い熱伝導効率で熱を伝えることができる。
また、接触用伝熱部７を絶縁性フィルム２の延在方向に進退可能に支持した支持体９を備えているので、測定対象物Ｓが測定中に接触用伝熱部７を突き当てた方向（絶縁性フィルム２の延在方向）に前後しても、進退する接触用伝熱部７を支持体９によって安定して支持することができる。

また、絶縁性フィルム２が、その弾性によって絶縁性フィルム２の延在方向一端側に接触用伝熱部７を付勢可能に支持体９に支持されているので、測定対象物Ｓが測定中に接触用伝熱部７を突き当てた方向（絶縁性フィルム２の延在方向）に前後しても、付勢された接触用伝熱部７が前後の動きに追従することで接触状態を安定して維持することができる。

また、接触用伝熱部７が、絶縁性フィルム２の一端部を表裏から挟んで固定されているので、接触用伝熱部７の熱を表面及び裏面の両面から絶縁性フィルム２側に伝えることができ、さらに熱応答性を向上させることができる。
さらに、サーミスタ部３が、絶縁性フィルム２の一方の面にパターン形成された薄膜サーミスタ部であるので、熱容量の小さい薄膜のサーミスタ部３によって、さらに熱応答性が向上すると共に、薄膜のサーミスタ部３自体も曲がるため、さらに柔軟性や弾性が向上する。また、薄膜のサーミスタ部３により全体を薄型化や小型化することが可能になる。

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、上述したように、薄膜のサーミスタ部の上に一対の対向電極を形成しているが、薄膜のサーミスタ部の下、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、その上に薄膜のサーミスタ部を形成しても構わない。
また、上述したように薄膜のサーミスタ部とすることが好ましいが、サーミスタ部としてチップサーミスタ等を採用しても構わない。

１…温度センサ、２…絶縁性フィルム、３…サーミスタ部、４…対向電極、４ｂ…伝熱用拡張部、５…パターン配線、６…保護膜、７…接触用伝熱部、９…支持体

Claims (6)

1. 帯状の絶縁性フィルムと、
   前記絶縁性フィルムの一方の面に設けられサーミスタ材料で形成されたサーミスタ部と、
   前記サーミスタ部に接続され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配線と、
   一対の前記対向電極の少なくとも一方の直上に直接又は絶縁性の保護膜を介して接触した状態で前記絶縁性フィルムの一端部に固定されていると共に前記絶縁性フィルムより熱伝導度の高い材質で形成された接触用伝熱部とを備え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、
   一対の前記対向電極の少なくとも一方が、前記サーミスタ部から前記絶縁性フィルムの一端側に向けて拡がった伝熱用拡張部を有し、
   前記接触用伝熱部が、前記伝熱用拡張部の直上に直接又は前記絶縁性の保護膜を介して面接触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、
   前記接触用伝熱部を前記絶縁性フィルムの延在方向に進退可能に支持した支持体を備えていることを特徴とする温度センサ。
4. 請求項３に記載の温度センサにおいて、
   前記絶縁性フィルムが、その弾性によって前記絶縁性フィルムの延在方向一端側に前記接触用伝熱部を付勢可能に前記支持体に支持され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、
   前記接触用伝熱部が、前記絶縁性フィルムの一端部を表裏から挟んで固定されていることを特徴とする温度センサ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、
   前記サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された薄膜サーミスタ部であることを特徴とする温度センサ。

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