(57)【要約】【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、絶縁性基材上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と下とに互いに対向して形成された一対の対向電極４Ａ，４Ｂと、一対の対向電極に対向して薄膜サーミスタ部の中に形成され一対の対向電極に接続されていないフローティング電極５とを備えている。また、薄膜サーミスタ部が、積層された複数の単位サーミスタ層で構成され、フローティング電極が、積層された単位サーミスタ層の間に形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基材と、
前記絶縁性基材上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と下とに互いに対向して形成された一対の対向電極と、
前記一対の対向電極に対向して前記薄膜サーミスタ部の中に形成され前記一対の対向電極に接続されていないフローティング電極とを備えていることを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の温度センサにおいて、
前記薄膜サーミスタ部が、積層された複数の単位サーミスタ層で構成され、
前記フローティング電極が、積層された前記単位サーミスタ層の間に形成されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の温度センサにおいて、
積層された前記単位サーミスタ層の間であって前記フローティング電極の外側に層間絶縁層が形成されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項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、
前記対向電極が、複数の櫛部と、複数の前記櫛部の基端が接続された基端接続部とを有し、
前記一対の対向電極が、互いの前記櫛部を上下に対向させて配置され、
前記フローティング電極が、上下に対向した前記櫛部の間にそれぞれ配され、対向した前記櫛部に沿って延在していることを特徴とする温度センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の温度センサにおいて、
前記一対の対向電極が、互いの前記櫛部を同じ方向に向けて突出させていることを特徴とする温度センサ。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の温度センサにおいて、
前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性基材上の平面方向で隣接する前記櫛部の間で分断された複数の分割サーミスタ部で構成されていることを特徴とする温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７７０５４号公報
【特許文献２】特開２０１４−５２２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、一対の対向電極間及び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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記絶縁性基材上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と下とに互いに対向して形成された一対の対向電極と、前記一対の対向電極に対向して前記薄膜サーミスタ部の中に形成され前記一対の対向電極に接続されていないフローティング電極とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の温度センサでは、一対の対向電極に対向して薄膜サーミスタ部の中に形成され一対の対向電極に接続されていないフローティング電極を備えているので、一対の対向電極間の電位差がフローティング電極によって分割されることで、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、上下に配された一対の対向電極間にフローティング電極が配されることで、積層構造の直列接続となり、小面積化を図ることができる。
【００１０】
第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記薄膜サーミスタ部が、積層された複数の単位サーミスタ層で構成され、前記フローティング電極が、積層された前記単位サーミスタ層の間に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、薄膜サーミスタ部が、積層された複数の単位サーミスタ層で構成され、フローティング電極が、積層された単位サーミスタ層の間に形成されているので、単位サーミスタ層の積層数を増やすことで一対の対向電極間に配されるフローティング電極の数も増え、フローティング電極の数に応じて一対の対向電極間の電位差を分割することが可能になる。
【００１１】
第３の発明に係る温度センサは、第２の発明において、積層された前記単位サーミスタ層の間であって前記フローティング電極の外側に層間絶縁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、積層された単位サーミスタ層の間であってフローティング電極の外側に層間絶縁層が形成されているので、フローティング電極の外側で積層された単位サーミスタ層が互いに接触することで上下に流れるバイパス電流を層間絶縁層により防止することができる。
【００１２】
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、前記対向電極が、複数の櫛部と、複数の前記櫛部の基端が接続された基端接続部とを有し、前記一対の対向電極が、互いの前記櫛部を上下に対向させて配置され、前記フローティング電極が、上下に対向した前記櫛部の間にそれぞれ配され、対向した前記櫛部に沿って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、一対の対向電極が、互いの櫛部を上下に対向させて配置され、フローティング電極が、上下に対向した櫛部の間にそれぞれ配され、対向した櫛部に沿って延在しているので、一部の櫛部をレーザトリム等により切断することで、容易に抵抗値調整を行うことができる。
【００１３】
第５の発明に係る温度センサは、第４の発明において、前記一対の対向電極が、互いの前記櫛部を同じ方向に向けて突出させていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、一対の対向電極が、互いの櫛部を同じ方向に向けて突出させているので、上下に対向する櫛部を途中でレーザトリム等により切断することで、櫛部の長さを変えることができ、より細かな抵抗値調整を行うことができる。
【００１４】
第６の発明に係る温度センサは、第４又は第５の発明において、前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性基材上の平面方向で隣接する前記櫛部の間で分断された複数の分割サーミスタ部で構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、薄膜サーミスタ部が、絶縁性基材上の平面方向で隣接する櫛部の間で分断された複数の分割サーミスタ部で構成されているので、クラックが分割サーミスタ部の一つに生じても他の分割サーミスタ部に影響を与えない。
また、絶縁性基材が、絶縁性フィルムである場合、隣接する分割サーミスタ部間の薄膜サーミスタ部が無い部分で曲げることで、曲げによる薄膜サーミスタ部への影響を抑制でき、高い曲げ性を有する柔軟なフィルム型センサを得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
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、一対の対向電極に対向して薄膜サーミスタ部の中に形成され一対の対向電極に接続されていないフローティング電極を備えているので、一対の対向電極間の電位差がフローティング電極によって分割され、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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る温度センサの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図（ａ）及びＢ−Ｂ線断面図（ｂ）である。
【図３】図２のＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】本発明に係る温度センサの第２実施形態を示す平面図である。
【図５】図４のＤ−Ｄ線断面図（ａ）及びＥ−Ｅ線断面図（ｂ）である。
【図６】本発明に係る温度センサの第３実施形態を示す平面図である。
【図７】本発明に係る温度センサの第４実施形態を示す平面図である。
【図８】図７のＦ−Ｆ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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３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。
【００１８】
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、絶縁性基材２と、絶縁性基材２上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の上と下とに互いに対向して形成された一対の対向電極４Ａ，４Ｂと、一対の対向電極４Ａ，４Ｂに対向して薄膜サーミスタ部３の中に形成され一対の対向電極４Ａ，４Ｂに接続されていないフローティング電極５とを備えている。
【００１９】
上記薄膜サーミスタ部３は、積層された複数の単位サーミスタ層３ａで構成されている。
また、フローティング電極５は、積層された単位サーミスタ層３ａの間に形成されている。
本実施形態では、薄膜サーミスタ部３が３つの単位サーミスタ層３ａが積層されて構成され、フローティング電極５が、厚さ方向で単位サーミスタ層３ａに挟まれて２つ設けられている。
【００２０】
このように本実施形態では、単位サーミスタ層３ａとフローティング電極５とが交互に積層されていると共に上下の一対の対向電極４Ａ，４Ｂの間に配されて直列接続されている。
なお、本実施形態の各単位サーミスタ層３ａは、フローティング電極５の外側で互いに直接積層されて接触している。
【００２１】
上記一対の対向電極４Ａ，４Ｂは、複数の櫛部４ａと、複数の櫛部４ａの基端が接続された基端接続部４ｂとを有している。すなわち、一対の対向電極４Ａ，４Ｂは、櫛型状にパターン形成されている。
一対の対向電極４Ａ，４Ｂは、互いの櫛部４ａを上下に対向させて配置されている。
上記フローティング電極５は、上下に対向した櫛部４ａの間にそれぞれ配され、対向した櫛部４ａに沿って延在している。すなわち、図３に示すように、各フローティング電極５は、櫛部４ａに沿って帯状又は長方形状に延在している。
【００２２】
本実施形態では、一対の対向電極４Ａ，４Ｂの櫛部４ａが互いに逆方向に向けて突出し、一対の対向電極４Ａ，４Ｂが互いに平行に延在した４本の櫛部４ａをそれぞれ有している。
上記薄膜サーミスタ部３は、絶縁性基材２上の平面方向で隣接する櫛部４ａの間で分断された複数の分割サーミスタ部１３で構成されている。
すなわち、各分割サーミスタ部１３は、櫛部４ａに沿って帯状又は長方形状に延在している。本実施形態では、薄膜サーミスタ部３が互いに平行に配された４つの分割サーミスタ部１３で構成されている。
なお、薄膜サーミスタ部３の上に形成された対向電極４Ｂの基端接続部４ｂは、４つの分割サーミスタ部１３に架け渡されている。
【００２３】
上記一対の対向電極４Ａ，４Ｂの両端には、外部接続のための幅広なパッド部である接続端子部４ｃが設けられている。
なお、接続端子部４ｃを除いた一対の対向電極４Ａ，４Ｂ及び薄膜サーミスタ部３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。
【００２４】
上記絶縁性基材２は、例えば長方形状の絶縁性フィルムである。
この絶縁性基材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。
【００２５】
上記薄膜サーミスタ部３は、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３は、一般式：ＴｉｘＡｌｙＮｚ（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及び対向電極４Ａ，４Ｂは、図１においてハッチングを施して図示している。
上記対向電極４Ａ，４Ｂは、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。
【００２６】
本実施形態の温度センサ１では、基端接続部４ｂの途中、例えば図１の符号Ｔの部分でレーザトリムを行うことで、抵抗値調整を行うことができる。すなわち、基端接続部４ｂを途中で切断することで、切断部分より先の櫛部４ａが切り離され、抵抗値を調整することができる。
【００２７】
このように本実施形態の温度センサ１では、一対の対向電極４Ａ，４Ｂに対向して薄膜サーミスタ部３の中に形成され一対の対向電極４Ａ，４Ｂに接続されていないフローティング電極５を備えているので、一対の対向電極４Ａ，４Ｂの電位差がフローティング電極５によって分割されることで、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、上下に配された一対の対向電極４Ａ，４Ｂ間にフローティング電極５が配されることで、積層構造の直列接続となり、小面積化を図ることができる。
【００２８】
また、薄膜サーミスタ部３が、積層された複数の単位サーミスタ層３ａで構成され、フローティング電極５が、積層された単位サーミスタ層３ａの間に形成されているので、単位サーミスタ層３ａの積層数を増やすことで一対の対向電極４Ａ，４Ｂ間に配されるフローティング電極５の数も増え、フローティング電極５の数に応じて印加電圧を分割することが可能になる。
【００２９】
また、一対の対向電極４Ａ，４Ｂが、互いの櫛部４ａを上下に対向させて配置され、フローティング電極５が、上下に対向した櫛部４ａの間にそれぞれ配され、対向した櫛部４ａに沿って延在しているので、一部の櫛部４ａをレーザトリム等により切断することで、容易に抵抗値調整を行うことができる。
【００３０】
また、薄膜サーミスタ部３が、絶縁性基材２上の平面方向で隣接する櫛部４ａの間で分断された複数の分割サーミスタ部１３で構成されているので、クラックが分割サーミスタ部１３の一つに生じても他の分割サーミスタ部１３に影響を与えない。
さらに、絶縁性基材２が、絶縁性フィルムである場合、隣接する分割サーミスタ部１３間の薄膜サーミスタ部３が無い部分で曲げることで、曲げによる薄膜サーミスタ部３への影響を抑制でき、高い曲げ性を有する柔軟なフィルム型センサを得ることができる。
【００３１】
次に、本発明に係る温度センサの第２から第４実施形態について、図４から図８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。
【００３２】
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、一対の対向電極４Ａ，４Ｂが互いに逆向きに櫛部４ａを突出させているのに対し、第２実施形態の温度センサ２１では、図４に示すように、一対の対向電極４Ａ，２４Ｂが、互いの櫛部４ａを同じ方向に向けて突出させている点である。
すなわち、第２実施形態では、一対の対向電極４Ａ，２４Ｂの基端接続部４ｂがどちらも薄膜サーミスタ部３の図４中の右側に配されており、互いの櫛部４ａが図４中の左側に向けて突出している。
【００３３】
第２実施形態では、櫛部４ａの途中、例えば図４中の符号Ｔの部分でレーザトリムすることで、櫛部４ａが途中で切断され、突出長が短くなり、抵抗値調整を行うことができる。
このように第２実施形態の温度センサ２１では、一対の対向電極４Ａ，２４Ｂが、互いの櫛部４ａを同じ方向に向けて突出させているので、上下に対向する櫛部４ａを途中でレーザトリム等により切断することで、櫛部４ａの長さを変えることができ、より細かな抵抗値調整を行うことができる。
【００３４】
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、一対の対向電極４Ａ，４Ｂがそれぞれ４本の細長い櫛部４ａを有しているのに対し、第２実施形態の温度センサ３１では、図６に示すように、一対の対向電極３４Ａ，３４Ｂが２本の細長い櫛部４ａと１本の幅広延在部３４ａとを有している点である。
すなわち、第２実施形態では、２本の細長い櫛部４ａが抵抗値調整用であるが、他の部分は細い櫛部である必要が無く、櫛部４ａよりも幅広な幅広延在部３４ａとされている。
【００３５】
上記幅広延在部３４ａは、基端接続部４ｂから櫛部４ａに対して平行に延在している。また、幅広延在部３４ａは、基端接続部４ｂに接続されている。
なお、一対の対向電極３４Ａ，３４Ｂの幅広延在部３４ａは、互いに薄膜サーミスタ部３３の上下で対向配置されている。
また、一対の幅広延在部３４ａの間に配された分割サーミスタ部３３ａは、幅広延在部３４ａに対応して幅広に形成されている。
【００３６】
次に、第４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、積層された各単位サーミスタ層３ａがフローティング電極５の外側で互いに接触しているのに対し、第４実施形態の温度センサ４１では、図７及び図８に示すように、積層された単位サーミスタ層３ａの間であってフローティング電極５の外側に層間絶縁層４６が形成され、各単位サーミスタ層３ａがフローティング電極５の外側で互いに絶縁されている点である。
【００３７】
第４実施形態では、フローティング電極５の外周部分から単位サーミスタ層３ａの外周縁を覆うように層間絶縁層４６が矩形枠状に形成されている。すなわち、層間絶縁層４６の外周は、単位サーミスタ層３ａよりも大きく形成されている。したがって、矩形枠状の層間絶縁層４６の内側では、フローティング電極５が単位サーミスタ層３ａと直接接触していると共に、フローティング電極５の外側では、上下の単位サーミスタ層３ａが層間絶縁層４６により絶縁されている。
なお、層間絶縁層４６は、例えばＳｉＯ２で形成されている。
【００３８】
このように第４実施形態の温度センサ４１では、積層された単位サーミスタ層３ａの間であってフローティング電極５の外側に層間絶縁層４６が形成されているので、フローティング電極５の外側で積層された単位サーミスタ層３ａが互いに接触することで上下に流れるバイパス電流を層間絶縁層４６により防止することができる。
【００３９】
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、上述したように、抵抗値調整を行う場合には櫛部を有した対向電極が好ましいが、抵抗値調整をしない場合は、櫛部を有する必要がなく、互いに上下で対向する一対の幅広な対向電極としても構わない。
【符号の説明】
【００４０】
１，２１，３１，４１…温度センサ、２…絶縁性基材、３，３３…薄膜サーミスタ部、
３ａ…単位サーミスタ層、４Ａ，４Ｂ，２４Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ…対向電極、４ａ…櫛部、４ｂ…基端接続部、５…フローティング電極、１３、３３ａ…分割サーミスタ部、４６…層間絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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