(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の電極部を有する表面実装型の感熱素子と、
前記一対の電極部と溶接により電気的に接合されるリード部と、
前記リード部を固定して保持するホルダと、
前記感熱素子及びリード部の少なくとも一部を絶縁する絶縁被覆部と、
を具備し、
前記感熱素子における一対の電極部は、高融点金属を主成分とする活性層と、この活性層上に形成された高融点金属を主成分とするバリア層と、このバリア層上に形成された低融点金属を主成分とする接合層とから構成されることを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
前記リード部は、板状の金属板であることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
【請求項３】
前記リード部における前記感熱素子が接合される接続部は、他の部分に比較して厚さ寸法が薄く形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温度センサ。
【請求項４】
前記リード部は、融点が１３００℃以下の金属材料によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の温度センサ。
【請求項５】
前記リード部は、銅を主成分に含む銅合金によって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の温度センサ。
【請求項６】
前記リード部は、リン青銅、コンスタンタン又はマンガニンによって形成されていることを特徴とする請求項５に記載の温度センサ。
【請求項７】
前記感熱素子における一対の電極部の厚み寸法は１μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の温度センサ。
【請求項８】
前記感熱素子は、絶縁性の基板を有していて、この絶縁性の基板の厚み寸法は１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の温度センサ。
【請求項９】
前記リード部は、弾性体であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の温度センサ。
【請求項１０】
前記リード部は、前記ホルダ側に比べて先端側が幅の狭い幅狭部となっていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の温度センサ。
【請求項１１】
前記感熱素子には、耐熱性及び弾性を有する緩衝材が当接されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の温度センサ。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載された温度センサが備えられていることを特徴とする温度センサを備えた装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検知体の表面温度を検知するのに適する温度センサ及びこの温度センサを備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機やプリンタ等のＯＡ機器、移動体通信端末やパソコン等の情報通信機器、映像機器、民生用機器及び自動車用電装機器等の電子機器には、被検知体の温度を検知するために温度センサが備えられている。【０００３】
例えば、複写機やプリンタ等の定着装置に使用される加熱ローラの回転体又は静止体からなる被検知体の表面温度を検知し、加熱ローラの温度制御を行うために温度センサが用いられている。【０００４】
このような温度センサの一例の概略構成を図１８を参照して説明する。図１８に示すように温度センサは、感熱素子１と、リードフレームとしてのステンレス、コバール、ニッケル合金等の一対の細幅金属板部２ａ、２ｂと、ホルダ３と、外部引出線４ａ、４ｂと、絶縁シート５とを備えている。また、感熱素子１には一対のリード線６ａ、６ｂが接続されている。したがって、感熱素子１は、リード線６ａ、６ｂが細幅金属板部２ａ、２ｂに接続されることによって、細幅金属板部２ａ、２ｂに接続されている。ホルダ３は、絶縁性の樹脂材料によって形成され、一対の細幅金属板部２ａ、２ｂを固定して保持するようになっている。また、ホルダ３側の一対の細幅金属板部２ａ、２ｂの端部には、外部引出線４ａ、４ｂが接続されている。なお、感熱素子１、リード線６ａ、６ｂ、細幅金属板部２ａ、２ｂは、絶縁シート５によって被覆されて絶縁されるようになっている。【０００５】
以上の構成において、その電気的な接続箇所は６箇所となっている。すなわち、感熱素子１と一対のリード線６ａ、６ｂとの接続箇所（２箇所）、リード線６ａ、６ｂと細幅金属板部２ａ、２ｂとの接続箇所（２箇所）及び細幅金属板部２ａ、２ｂと外部引出線４ａ、４ｂとの接続箇所（２箇所）の合計６箇所となっている（特許文献１乃至特許文献５参照）。このような接続箇所の接合は、一般的には、半田や導電性ペースト等を用いて行われており、この種温度センサにとって信頼性の確保及び熱応答性を改善するうえで重要な部位となっている。【０００６】
また、リードフレームとしての一対の金属板における幅の狭い幅狭部の先端部に、感熱素子の電極面を接合する温度センサが提案されている（特許文献６参照）。しかしながら、この金属板の幅狭部と感熱素子の電極面との接合は、半田ペースト等のろう材を用いて行われているものである。【０００７】
一方、感熱素子の電極面にリード線をレーザー溶接によって電気的に接続するものがある。レーザー光は、電極面や絶縁基板に機械的ダメージを与えやすいため、電極面上にバンプを形成して、電極面や絶縁基板がレーザー光による機械的ダメージを受けてしまうのを改善しようとするものである（特許文献７参照）。【０００８】
このように接合に際し、導電性ペースト、ろう材やバンプ等の付加材料を用い、接続箇所に付加材料が付加された状態で接合される場合、熱容量が大きくなり熱応答性が悪くなるという問題が発生する。【０００９】
また、電極へのリード線の溶け込み深さを調整して溶接する温度センサが提案されている（特許文献８参照）。しかしながら、この接合方法は、温度センサの製作が複雑化する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−７４７５２号公報
【特許文献２】特許第５７０７０８１号公報
【特許文献３】特許第５７６３８０５号公報
【特許文献４】特開２０１５−２１９３９６号公報
【特許文献５】特開２０１６−４５１３０号公報
【特許文献６】実用新案登録第２５０５６３１号公報
【特許文献７】特開２００８−２４１５６６号公報
【特許文献８】特開２０１０−１９７１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上のように上記従来の温度センサの場合、特に、信頼性の確保及び熱応答性の向上が求められている。例えば、複写機やプリンタの定着装置をできるだけ速く少ない電力で目標温度に到達させることは低消費電力の装置を提供するのに不可欠な設計課題となっており、もっとも重要な要因の一つが温度センサの応答性の速さとなっている。これは、被検知体が目標温度に近づいたとき、過剰な電力の供給をしない最適な制御をするためには、被検知体の温度と温度センサの検出温度の時間的な遅れを最小にすることが重要となるためである。【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、信頼性の確保及び熱応答性を向上することができる温度センサ及び温度センサを備えた装置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】
【００１３】
請求項１に記載の温度センサは、少なくとも一対の電極部を有する表面実装型の感熱素子と、前記一対の電極部と溶接により電気的に接合されるリード部と、前記リード部を固定して保持するホルダと、前記感熱素子及びリード部の少なくとも一部を絶縁する絶縁被覆部と、を具備し、前記感熱素子における一対の電極部は、高融点金属を主成分とする活性層と、この活性層上に形成された高融点金属を主成分とするバリア層と、このバリア層上に形成された低融点金属を主成分とする接合層とから構成されることを特徴とする。
【００１４】
かかる発明によれば、従来に比し、接続箇所を少なくすることが可能で、信頼性を確保することができるとともに、感熱素子の一対の電極部とホルダに保持されるリード部とが溶接により接合されるので、熱容量を少なくして熱応答性を向上することができる。
絶縁被覆部は、絶縁フィルムが好適に用いられるが、絶縁性の樹脂でコーティングして形成してもよい。格別材料等が限定されるものではない。
請求項２に記載の温度センサは、請求項１に記載の温度センサにおいて、前記リード部は、板状の金属板であることを特徴とする。【００１５】
請求項３に記載の温度センサは、請求項１又は請求項２に記載の温度センサにおいて、  前記リード部における前記感熱素子が接合される接続部は、他の部分に比較して厚さ寸法が薄く形成されていることを特徴とする。
厚さ寸法を薄く形成するには、ハーフエッチング等の手段によって形成できるが、形成手段が特段限定されるものではない。【００１６】
請求項４に記載の温度センサは、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、前記リード部は、融点が１３００℃以下の金属材料によって形成されていることを特徴とする。
請求項５に記載の温度センサは、請求項４に記載の温度センサにおいて、前記リード部は、銅を主成分に含む銅合金によって形成されていることを特徴とする。【００１７】
請求項６に記載の温度センサは、請求項５に記載の温度センサにおいて、前記リード部は、リン青銅、コンスタンタン又はマンガニンによって形成されていることを特徴とする。【００１８】
請求項７に記載の温度センサは、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、前記感熱素子における一対の電極部の厚み寸法は１μｍ以下であることを特徴とする。【００１９】
請求項８に記載の温度センサは、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、前記感熱素子は、絶縁性の基板を有していて、この絶縁性の基板の厚み寸法は１００μｍ以下であることを特徴とする。
請求項９に記載の温度センサは、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、前記リード部は、弾性体であることを特徴とする。【００２０】
請求項１０に記載の温度センサは、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、前記リード部は、前記ホルダ側に比べて先端側が幅の狭い幅狭部となっていることを特徴とする。【００２１】
請求項１１に記載の温度センサは、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の温度センサにおいて、前記感熱素子には、耐熱性及び弾性を有する緩衝材が当接されていることを特徴とする。【００２２】
請求項１２に記載の温度センサを備えた装置は、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載された温度センサが備えられていることを特徴とする。
【００２３】
温度センサは、複写機やプリンタ等の定着装置、移動体通信端末やパソコン等の情報通信機器、映像機器、民生用機器及び自動車用電装機器等の電子機器における半導体等の発熱部品の温度検知のため各種装置に備えられ適用することができる。格別適用される装置が限定されるものではない。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、信頼性の確保及び熱応答性を向上することができる温度センサ及び温度センサを備えた装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る感熱素子を示す断面図である。
【図２】同感熱素子を示す平面図である。
【図３】同温度センサを表側から見て示す斜視図である。
【図４】同温度センサを裏側から見て示す斜視図である。
【図５】同温度センサにおける感熱素子の接合部を示す斜視図（リード部）及び断面図である。
【図６】同温度センサの取付状態を模式的に示す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る温度センサを示す斜視図である。
【図８】同温度センサを示す平面図である。
【図９】図８中、Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１０】同温度センサの取付状態を模式的に示す説明図である。
【図１１】同じく、温度センサの取付状態を模式的に示す説明図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る温度センサを表側から見て示す斜視図である。
【図１３】同温度センサを裏側から見て示す斜視図である。
【図１４】同温度センサの取付状態を模式的に示す説明図である。
【図１５】同温度センサにおける感熱素子とリード部との接続形態を示す説明図である。
【図１６】感熱素子の別の実施形態（実施形態１）を示す断面図である。
【図１７】同実施形態（実施形態２）を示す断面図である。
【図１８】従来例の温度センサを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態に係る温度センサについて図１乃至図１７を参照して説明する。なお、各図では、各部材を認識可能な大きさとするために、説明上、各部材の縮尺を適宜変更している。また、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
第１の実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。図１及び図２は感熱素子を示し、図３及び図４は温度センサを示し、図５は温度センサにおける感熱素子の接合部を示している。図６は温度センサの取付状態を模式的に示す説明図である。
【００２８】
図１及び図２に示すように、感熱素子１０は、表面実装型のものであり、絶縁性基板１１と、電極部として一対の電極層１２ａ、１２ｂと、感熱膜１３と、保護膜１４とを備えている。
【００２９】
感熱素子１０は、感熱抵抗素子であり、具体的には薄膜サーミスタである。感熱素子１０は、略直方体形状に形成されており、横の寸法が１．０ｍｍ、縦の寸法が０．５ｍｍであり、総厚寸法が１００μｍである。形状及び寸法は、特段制限されるものではなく、用途に応じて適宜選定することができる。
【００３０】
絶縁性基板１１は、略長方形状をなしていて、絶縁性のジルコニア、窒化ケイ素、アルミナ又はこれらの少なくとも１種の混合物等のセラミック材料を用いて形成されている。この絶縁性基板１１は厚み寸法が１００μｍ以下、好ましくは、１０μｍ〜８０μｍに薄型化されて形成されている。また、絶縁性基板１１の曲げ強度は６９０ＭＰａ以上であり、セラミック材料の焼成後の平均粒径は０．１μｍ〜２μｍとなっている。このように平均粒径の範囲を設定することにより、６９０ＭＰａ以上の曲げ強度を確保することができ、薄型化された絶縁性基板１１の作製時における割れを抑制することが可能となる。また、絶縁性基板１１の厚み寸法が薄いため熱容量を少なくすることができる。
【００３１】
一対の電極層１２ａ、１２ｂは、絶縁性基板１１上に形成されており、感熱膜１３が電気的に接続される部分であり、所定の間隔を有して対向するように配置されている。詳しくは、一対の電極層１２ａ、１２ｂは、金属薄膜をスパッタリング法等の薄膜形成技術によって厚み寸法１μｍ以下に成膜して形成されるものであり、その金属材料には、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属やこれらの合金、例えば、Ａｇ−Ｐｄ合金等が適用される。
【００３２】
なお、一対の電極層１２ａ、１２ｂは、後述するリード部が溶接により接合される部分であり、低融点金属として金（Ａｕ：融点１０６４℃）、銀（Ａｇ：９６１℃）、銅（Ｃｕ：１０８５℃）又はこれらの少なくとも１種を主成分として含む合金を用いるのが好ましい。また、電極層１２ａ、１２ｂは、本実施形態においては、感熱膜１３の膜下に形成しているが、感熱膜１３の膜上又は膜中に形成してもよい。
【００３３】
感熱膜１３は、感熱薄膜であり、負の温度係数を有する酸化物半導体からなるサーミスタの薄膜である。感熱膜１３は、前記電極層１２ａ及び１２ｂの上に、スパッタリング法等の薄膜形成技術によって成膜して電極層１２ａ及び１２ｂを跨ぐように形成され、電極層１２ａ及び１２ｂと電気的に接続されている。
【００３４】
感熱膜１３は、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）等の遷移金属元素の中から選ばれる２種又はそれ以上の元素から構成され、スピネル型結晶構造を有する複合金属酸化物を主成分として含むサーミスタ材料で構成される。また、特性向上等のために副成分が含有されていてもよい。主成分、副成分の組成及び含有量は、所望の特性に応じて適宜決定することができる。
【００３５】
保護膜１４は、感熱膜１３が形成された領域を覆うとともに、前記電極層１２ａ、１２ｂの少なくとも一部が露出するように露出部１２１ａ、１２１ｂを形成して電極層１２ａ、１２ｂを覆っている。保護膜１４は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素等をスパッタリング法等の薄膜形成技術によって成膜して形成したり、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラス及びホウケイ酸鉛ガラス等を印刷法によって形成したりすることができる。
【００３６】
次に、上記のような感熱素子１０が取り付けられた温度センサ２０について図３乃至図６を参照して説明する。図３及び図４に示すように温度センサ２０は、ホルダ２１と、一対のリード部２２ａ、２２ｂと、感熱素子１０と、絶縁被覆部２３とを備えている。
【００３７】
ホルダ２１は、絶縁性の樹脂材料によって横長の略直方体形状に形成されていて、その略中央部に長方形状の開口部２１ａを有して枠状に形成されている。また、ホルダ２１の長手方向の一端側には、引掛け孔部２１ｂが形成されており、他端側にはねじ孔２１ｃが形成されている。この引掛け孔部２１ｂ及びねじ孔２１ｃは、例えば、温度センサ２０を定着装置に取付ける場合に用いられる。さらに、他端側には、一対の溝部２１ｄ、２１ｅが形成されており、この溝部２１ｄ、２１ｅには、一対の外部引出線２４ａ、２４ｂが配設されるようになっている。外部引出線２４ａ、２４ｂは、具体的には、絶縁被覆されたリード線である。
【００３８】
ホルダ２１には、一対のリード部２２ａ、２２ｂが固定されて保持されている。リード部２２ａ、２２ｂは、化学エッチングやプレス等の手段で形成された弾性を有する弾性体であって、板状の細幅の金属板であり、リードフレームである。リード部２２ａ、２２ｂは、ホルダ２１にインサート成形等の手段によって保持されている。
【００３９】
詳しくは、リード部２２ａ、２２ｂは、ホルダ２１の両側壁２１ｆ、２１ｇに配設さてており、一端側が直交する方向に一体的に折曲されて、感熱素子１０と接続される幅寸法がより細幅の接続部２２１ａ、２２１ｂが形成されている。つまり、接続部２２１ａ及び２２１ｂは、その先端部が対向するようにホルダ２１の開口部２１ａ内に位置しており、この接続部２２１ａ及び２２１ｂの先端部に感熱素子１０が架橋状に接続されるようになっている。このようにリード部２２ａ、２２ｂは、感熱素子１０との接続部２２１ａ、２２１ｂを含め板状の金属板によって一体的に構成されている。さらに、他端側は溝部２１ｄ、２１ｅに露出して端子部２２２ａ、２２２ｂが形成されている。
【００４０】
また、リード部２２ａ、２２ｂの引張強度が必要な場合は、接続部２２２ａ、２２２ｂを含めた金属板の厚み寸法を厚くする必要がある。このような場合は、接続部２２２ａ、２２２ｂの金属板の厚み寸法のみを薄くして形成したものを、ホルダー２１側に固定されたリード部２２a、２２bの部分に溶接等で固定してもよい。
【００４１】
さらに、図５に示すように接続部２２１ａ及び２２１ｂの先端部は、他の部分に比較して厚さ寸法を薄くした凹部２２３ａ、２２３ｂがハーフエッチング等の手段によって形成されている。この凹部２２３ａ、２２３ｂに感熱素子１０が配置され、感熱素子１０の電極層１２ａ、１２ｂとリード部２２ａ、２２ｂとが溶接によって電気的に接続される。
【００４２】
なお、接続部２２１ａ及び２２１ｂ（リード部２２ａ、２２ｂ）は、ホルダ２１に保持され所定の剛性を有しているので、感熱素子１０の接合に際し、位置決めが容易となる。
【００４３】
リード部２２ａ、２２ｂは、低融点金属、すなわち、融点が１３００℃以下の金属から形成されていて、例えば、リン青銅、コンスタンタン、マンガニン等の銅を主成分に含む銅合金が用いられている。
【００４４】
感熱素子１０の電極層１２ａ、１２ｂとリード部２２ａ、２２ｂとを例えば、レーザー溶接によって接合する場合、リード部２２ａ、２２ｂの融点は１３００℃以下であるからレーザー光等の加熱し溶融しても融点の１３００℃以上の温度にならない。したがってセラミック基板の融点１６００℃〜２１００℃を超えることがないため、感熱素子１０の電極層１２ａ、１２ｂや電極層１２ａ、１２ｂ直下の絶縁性基板１１の損傷を抑制してリード部２２ａ、２２ｂを接合することができる。また、この場合、バンプ等の付加材料を用いないので、接続（接合）箇所に付加材料が実質的に付加された状態で接合されることなく、熱容量も増加することなく、熱応答性を高速にすることが可能となる。
【００４５】
従来、上記のようなリード部には、ステンレス、コバール、ニッケル合金等の鉄系の金属が用いられている。この鉄系の金属は、融点が高く、例えば、ステンレス、コバールはいずれも鉄系の合金であることから鉄の融点１５３８℃程度まで温度上昇してしまうことがある。このような高融点金属のリード部にレーザ溶接用のレーザ光を照射すると、リード部及びその周囲が高温に熱せられて、絶縁性基板（例えば、アルミナ基板）が損傷を受けやすくなるという問題が発生する。上記本実施形態の構成によれば、このような問題を解決することができる。
【００４６】
なお、一対の外部引出線２４ａ、２４ｂが溝部２１ｄ、２１ｅに露出した端子部２２２ａ、２２２ｂに接続されている。この外部引出線２４ａ、２４ｂは、図示しないコネクタ等を介して定着装置等の装置側に接続されるようになっている。
【００４７】
また、少なくとも被検知体と対向する面側には、感熱素子１０及びリード部２２ａ、２２ｂの少なくとも一部を被覆するように、すなわち、開口部２１ａの一部を覆うようにポリイミドフィルム等の耐熱性を有する絶縁被覆部２３（図示上破線で示している）が貼着して設けられている。本実施形態においては、絶縁被覆部２３は半透明のフィルムであり電気的絶縁を確保することや塵埃の付着を防ぐために設けられている。なお、この絶縁被覆部２３は、絶縁性の樹脂でコーティングにより形成するようにしてもよい。
【００４８】
続いて、温度センサ２０の取付状態の一例について図６を参照して説明する。本例では、温度センサ２０を複写機やプリンタ等の定着装置に取付ける場合を示している。加熱ローラ３０と加圧ローラ３１とが回転自在に支持されていて、加熱ローラ３０は図示しない駆動手段により回転駆動力を受けている。加圧ローラ３１は加熱ローラ３０の表面に圧接していて圧接部（ニップ部）での摩擦力で従動回転するように配置されている。
【００４９】
温度センサ２０は、加熱ローラ３０と距離を空けて図示しない支持部に取付けられている。温度センサ２０は、加熱ローラ３０からの熱を受けて、抵抗の変化を検知し、加熱ローラ３０の表面温度が所定の温度になるように制御する。
【００５０】
以上のように本実施形態によれば、ホルダ２１に保持されたリード部２２ａ、２２ｂを直接的に感熱素子１０の電極層１２ａ、１２ｂに溶接により接合し、電気的に接続するようにしたので、従来に比較し接続箇所を少なくすることが可能で、信頼性を確保することができるとともに熱応答性を向上することができる。
【００５１】
次に、第２の実施形態について図７乃至図１１を参照して説明する。図７及び図８は温度センサを示し、図９は温度センサにおける感熱素子の接合部を示している。図１０及び図１１は温度センサの取付状態を模式的に示す説明図である。図７及び図８に示すように温度センサ２０は、ホルダ２１と、一対のリード部２２ａ、２２ｂと、感熱素子１０と、絶縁被覆部２３とを備えている。
【００５２】
ホルダ２１は、絶縁性の樹脂材料によって略直方体形状に形成されている。ホルダ２１には、一対のリード部２２ａ、２２ｂが固定されて保持されている。リード部２２ａ、２２ｂは、弾性を有する弾性体であって、板状の細幅の金属板であり、ホルダ２１にインサート成形等の手段によって保持されている。このリード部２２ａ、２２ｂの一端側（先端側）に感熱素子１０が接続されている。
【００５３】
具体的には、リード部２２ａ、２２ｂは、他端側がホルダ２１に保持されて、一端側に向かって先細りに形成されている。つまり、リード部２２ａ、２２ｂは、他端側に比べて一端側が幅の狭い幅狭部となって接続部２２１ａ及び２２１ｂとなっている。また、他端側には露出して一対の端子部２２２ａ、２２２ｂが形成されている。この端子部２２２ａ、２２２ｂには外部引出線２４ａ、２４ｂが接続され、外部引出線２４ａ、２４ｂはコネクタ２５を介して定着装置等の装置側に接続されるようになっている。
【００５４】
また、図９に示すように接続部２２１ａ及び２２１ｂの先端部は、厚さ寸法を薄くした凹部２２３ａ、２２３ｂがハーフエッチング等の手段によって形成されている。この凹部２２３ａ、２２３ｂに感熱素子１０が配置され、感熱素子１０の電極層１２ａ、１２ｂとリード部２２ａ、２２ｂとが溶接によって電気的に接続される。
なお、接続部２２１ａ及び２２１ｂは、ホルダ２１に保持され所定の剛性を有しているので、感熱素子１０の接合に際し、位置決めが容易となる。
【００５５】
第１の実施形態と同様に、リード部２２ａ、２２ｂは、低融点金属、すなわち、融点が１３００℃以下の金属から形成されていて、例えば、リン青銅、コンスタンタン、マンガニン等の銅を主成分に含む銅合金が用いられている。
【００５６】
感熱素子１０の電極層１２ａ、１２ｂとリード部２２ａ、２２ｂとを例えば、レーザー溶接によって接合する場合、、リード部２２ａ、２２ｂの融点は１３００℃以下であるからレーザー光等の加熱し溶融しても融点の１３００℃以上の温度にならない。したがってセラミック基板の融点１６００℃〜２１００℃を超えることがないため、感熱素子１０の電極層１２ａ、１２ｂや電極層１２ａ、１２ｂ直下の絶縁性基板１１の損傷を抑制してリード部２２ａ、２２ｂを接合することができる。また、この場合、バンプ等の付加材料を用いないので、接続（接合）箇所に付加材料が付加された状態で接合されることなく、熱容量も増加することなく、熱応答性を速くすることが可能となる。
【００５７】
なお、少なくとも被検知体と対向する面側には、感熱素子１０及びリード部２２ａ、２２ｂの少なくとも一部を被覆するようにポリイミドフィルム等の耐熱性を有する絶縁被覆部２３（図示上破線で示している）が貼着して設けられている。本実施形態においては、絶縁被覆部２３は半透明のフィルムであるが、この絶縁被覆部２３は、絶縁性の樹脂でコーティングにより形成するようにしてもよい。
【００５８】
続いて、温度センサ２０の取付状態の一例について図１０及び図１１を参照して説明する。本例では、第１の実施形態と同様に、温度センサ２０を複写機やプリンタ等の定着装置に取付ける場合を示している。図１０は内接タイプを示し、図１１は外接タイプを示している。
図１０に示すように、温度センサ２０は、加熱ローラ３０の内周面にリード部２２ａ、２２ｂが面接触するように図示しない支持部に取付けられている。
【００５９】
また、図１１に示すように、温度センサ２０は、加熱ローラ３０の外周面にリード部２２ａ、２２ｂが面接触するように図示しない支持部に取付けられている。
このような温度センサ２０は、加熱ローラ３０からの熱を受けて、抵抗の変化を検知し、加熱ローラ３０の表面温度が所定の温度になるように制御する。
【００６０】
本実施形態の温度センサ２０のリード部２２ａ、２２ｂは、弾性体であり、他端側に比べて一端側が幅の狭い幅狭部となっている。したがって、リード部２２ａ、２２ｂは、一端側に向けて剛性が小さくなる。例えば、リード部２２ａ、２２ｂを被検知体（加熱ローラ３０）に押し付けると、剛性の小さい一端側に近い領域は被検知体に沿って湾曲するので、曲率が異なる被検知体に対しても面で接触させることができる。一方、他端側は剛性が大きいので、被検知体と接触する接触圧力を確保することができるので、安定した面接触を実現することができ、測定温度の精度を向上することが可能となる。
【００６１】
以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ホルダ２１に保持されたリード部２２ａ、２２ｂを直接的に感熱素子１０の電極層１２ａ、１２ｂに溶接により接合し、電気的に接続するようにしたので、従来に比較し接続箇所を少なくすることが可能で、信頼性を確保することができるとともに熱応答性を向上することができる。
【００６２】
次に、第３の実施形態について図１２乃至図１５を参照して説明する。図１２及び図１３は温度センサを示し、図１４は温度センサの取付状態を模式的に示す説明図である。また、図１５は温度センサにおける感熱素子とリード部との接続形態を示している。
【００６３】
図１２及び図１３に示すように温度センサ２０は、ホルダ２１と、一対のリード部２２ａ、２２ｂ、感熱素子１０と、絶縁被覆部２３とを備えている。本実施形態は、一対のリード部２２ａ、２２ｂをホルダ２１に巻き付けるようにして感熱素子１０を配置したものである。
【００６４】
ホルダ２１は、絶縁性の樹脂材料によって細長状に形成されていて、その略中央部に感熱素子１０の載置部２１ｈを有し、長手方向の一端側には、引掛け突部２１ｂが形成されており、他端側にはねじ孔２１ｃが形成されている。この引掛け突部２１ｂ及びねじ孔２１ｃは、例えば、温度センサ２０を定着装置に取付ける場合に用いられる。さらに、他端側には、一対の溝部２１ｄ、２１ｅが形成されており、この溝部２１ｄ、２１ｅには、一対の外部引出線２４ａ、２４ｂが配設されるようになっている。また、ホルダ２１の一側面には、表面から突出する引掛け部２１ｉ、２１ｊが形成されている。この引掛け部２１ｉ、２１ｊは、絶縁被覆部２３を取り付ける場合に用いられる。
【００６５】
ホルダ２１には、一対のリード部２２ａ、２２ｂが固定されて保持されている。リード部２２ａ、２２ｂは、化学エッチングやプレス等の手段で形成された弾性を有する細幅の金属板であり、リードフレームである。リード部２２ａ、２２ｂは、ホルダ２１にインサート成形等の手段によって保持されている。
【００６６】
詳しくは、リード部２２ａ、２２ｂは、ホルダ２１の裏面側から幅方向に延出するように形成されていて（図１３参照）、この延出されたリード部２２ａ、２２ｂをホルダ２１の側周面を巻回するようにして配設されている。その結果、感熱素子１０は、ホルダ２１の載置部２１ｈに配置されるようになる。また、この場合、ホルダ２１の載置部２１ｈには、緩衝材２６が載置されて、この緩衝材２６の上に感熱素子１０が配設される。つまり、感熱素子１０には緩衝材２６が当接され、感熱素子１０はホルダ２１に緩衝材２６を介して配設される。緩衝材２６は、耐熱性が要求される場合においては、セラミックファイバーをシート化した無機繊維紙や耐熱性不織布が用いられ、それ程高い耐熱性が要求されない場合は、シリコーン系樹脂やフッ素系樹脂からなる弾性を有するスポンジ又はゴム、耐熱性不織布若しくは紙などが用いられる。
【００６７】
なお、感熱素子１０に当接される緩衝材２６は、前述の第１の実施形態及び第２の実施形態においても適用することができる。具体的には、感熱素子１０の表側又は裏側に緩衝材２６を配設するようにしてもよい。緩衝材２６は弾性を有することで感熱素子を被検知体と接触する接触圧力を確保することができるので、安定した面接触を実現することができ、測定温度の精度を向上することが可能となる。
【００６８】
さらに、感熱素子１０及びリード部２２ａ、２２ｂを被覆するように、ポリイミドフィルム等の耐熱性を有する絶縁被覆部２３（図示上破線で示している）が巻回して設けられている。絶縁被覆部２３の両端側には、一対の孔部が形成されていて、一端側の孔部をホルダ２１の引掛け部２１ｉ、２１ｊに引掛けて、絶縁被覆部２３を巻回し、他端側（終端側）の孔部を再度引掛け部２１ｉ、２１ｊに嵌挿させて絶縁被覆部２３をホルダ２１に固定する。
接続部２２１ａ及び２２１ｂは、ホルダ２１に保持され所定の剛性を有しているので、感熱素子１０の接合に際し、位置決めが容易となる。
接続部２２１ａ及び２２１ｂには、感熱素子１０の電極層１２ａ、１２ｂとリード部２２ａ、２２ｂとが溶接によって電気的に接続される。
【００６９】
なお、接続部２２１ａ及び２２１ｂは、ホルダ２１に保持され所定の剛性を有しているので、感熱素子１０の接合に際し、位置決めが容易となる。また、一対の外部引出線２４ａ、２４ｂが溝部２１ｄ、２１ｅに露出した端子部２２２ａ、２２２ｂに接続され、この外部引出線２４ａ、２４ｂは、コネクタ等を介して定着装置等の装置側に接続されるようになっている。
リード部２２ａ、２２ｂの材質及び溶接方法については、前述の第１の実施形態及びに第２の実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００７０】
続いて、温度センサ２０の取付状態の一例について図１４を参照して説明する。本例では、温度センサ２０を静止体である被検知体へ取付ける場合を示している。温度センサ２０は、被検知体である加熱体３２の表面に圧接するように図示しない支持部に取付けられている。温度センサ２０は、加熱体３２からの熱を受けて、抵抗の変化を検知し、加熱体３２の表面温度が所定の温度になるように制御する。
この場合、絶縁被覆部２３が感熱素子１０と、緩衝材２６と、ホルダ２１とを覆っているので、加熱体３２との電気的な絶縁を良好に確保することができる。
【００７１】
次に、本実施形態における感熱素子１０とリード部２２ａ、２２ｂとの接続の形態について図１５を参照して説明する。図１５（ａ）は上記の接続形態を示し、図１５（ｂ）及び（ｃ）は別の接続形態を示している。
【００７２】
図１５（ａ）に示すように、リード部２２ａ、２２ｂは、感熱素子１０の電極層１２ａ、１２ｂ（図示上、裏側）に溶接される。リード部２２ａ、２２ｂは、幅の広い溶接部Ｗｐから感熱素子１０と直交する方向に延出された幅の狭い導電部Ｃｐを介して導電経路が形成される。
【００７３】
図１５（ｂ）に示すように、リード部２２ａ、２２ｂは、幅の広い溶接部Ｗｐから感熱素子１０と並行する方向に延出された幅の狭い導電部Ｃｐを介して導電経路が形成される。
【００７４】
図１５（ｃ）に示すように、リード部２２ａ、２２ｂは、幅の広い溶接部Ｗｐから感熱素子１０と直交する方向に延出された幅の狭い導電部Ｃｐを介して、さらに斜め方向に延出して導電経路が形成される。  
【００７５】
このような接続形態の構成によれば、熱抵抗部として幅の狭い導電部Ｃｐを形成することにより熱抵抗を高めることができ、放熱を抑制することが可能で、熱容量を小さくして、前記溶接と相俟って熱応答性を高速化することができる。また、前述の第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、接続部２２１ａ及び２２１ｂの先端部は、厚さ寸法を薄くした凹部をハーフエッチング等の手段によって形成してもよい。
なお、図１５（ａ）〜（ｃ）の接続形態は、第１の実施形態及び第２の実施形態においても適用することができる。
【００７６】
以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ホルダ２１に保持されたリード部２２ａ、２２ｂを直接的に感熱素子１０の電極層１２ａ、１２ｂに溶接により接合し、電気的に接続するようにしたので、従来に比較し接続箇所を少なくすることが可能で、信頼性を確保することができるとともに熱応答性を向上することができる。
【００７７】
なお、従来のように感熱素子とリード部との接合に半田や導電性ペーストを用いる場合、半田や導電性ペーストの厚みは３０μm〜１２０μmの厚み寸法があるので応答性が悪くなる要因となっていた。従来の温度センサの熱時定数が約０．７秒に対して、本発明の各実施形態の温度センサの熱時定数は０．３秒以下と極めて高い熱時定数の改善効果を確認している。
次に、感熱素子１０の別の実施形態について図１６（実施形態１）及び図１７（実施形態２）を参照して説明する。
（実施形態１）
【００７８】
図１６に示すように本実施形態では、電極層１２ａ、１２ｂの露出部と接続され、絶縁性基板１１上に形成された一対の外電極部１２ｃ、１２ｄを備えている。この外電極部１２ｃ、１２ｄは、リード部２２ａ、２２ｂが溶接により接合される部分であり、低融点金属として金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）又はこれらの少なくとも１種を主成分として含む合金が用いられている。
（実施形態２）
【００７９】
本実施形態の感熱素子１０は、電極部１２ｃ、１２ｄを多層膜で形成し、絶縁性基板１１の損傷を抑制してリード部２２ａ、２２ｂを溶接によって接合することができるものである。
【００８０】
図１７に示すように感熱素子１０は、絶縁性基板１１と、絶縁性基板１１上に形成された一対の電極層１２ａ、１２ｂと、一対の電極層１２ａ、１２ｂの各々に対して電気的に接続された電極部１２ｃ、１２ｄと、絶縁性基板１１上に形成された感熱膜１３と、感熱膜１３上に形成された保護膜１４とを備えている。絶縁性基板１１は厚み寸法が１００μｍ以下、好ましくは、１０μｍ〜８０μｍに薄型化されて形成されている。また、絶縁性基板１１の曲げ強度は６９０ＭＰａ以上であり、セラミック材料の焼成後の平均粒径は０．１μｍ〜２μｍとなっている。これにより薄型化された絶縁性基板１１の作製時における割れを抑制することが可能となる。また、絶縁性基板１１の厚み寸法が薄いため熱容量を少なくすることができる。
【００８１】
電極部１２ｃ、１２ｄは、絶縁性基板１１上で感熱膜１３を挟んで対向するように一対設けられる。一対の電極部１２ｃ、１２ｄの各々は、絶縁性基板１１上に形成された電極層１２ａ、１２ｂを介して感熱膜１３に対して電気的に接続されている。
【００８２】
電極部１２ｃ、１２ｄは、多層膜であり、機能的に３つの層を有している。すなわち、電極部１２ｃ、１２ｄは、絶縁性基板１１上に形成され、高融点金属を主成分とし、接着性のある活性層１５と、活性層１５上にそれと一体の層又は独立の層として形成された高融点金属を主成分とするバリア層１６と、バリア層１６上に形成された低融点金属を主成分とする接合層１７と、を含んでいる。ここでいう高融点とは、低融点金属の融点よりも高いことを意味する。
【００８３】
活性層１５は、絶縁性基板１１の表面に被着して形成され、セラミック等の材料の絶縁性基板１１と電極部１２ｃ、１２ｄとの間の接着強度を高め、リード部２２ａ、２２ｂが電極部１２ｃ、１２ｄに接合された際に優れた引張強度を実現できる機能を有している。加えて、活性層１５は、その融点が高いという条件を満たし、具体的には１３００℃以上、好ましくは１４００℃以上の融点を有している。この様な材料は電極部１２ｃ、１２ｄに対してリード部２２ａ、２２ｂを接合する溶接工程時に溶融しない特徴をあわせ持つことができる。活性層１５の上記機能及び上記条件を満たす材料は、チタン、クロム、ジルコニウム、タングステン、モリブデン、マンガン、コバルト、ニッケル、タンタルのいずれか、又はそれらの合金若しくは酸化物である。例えば、チタンは、その融点が１６８８℃であるから、その純金属を用いることができる。他方、例えば、マンガンはその融点が１２４６℃であるから、特殊な形態では酸化物である酸化マンガン（融点１９４５℃）の形態で用いることができる。
【００８４】
特に従来は、十分な引張強度を確保するためにリード部２２ａ、２２ｂとの接合箇所に数１０μｍの厚さを有する銀ペーストや金バンプ等の熱ダメージを軽減する付加材料を配置し、さらにガラス保護層を設ける必要があった。一方、本実施形態では、電極部１２ｃ、１２ｄに活性層１５を設けることで、バンプ、銀ペースト及びガラス保護層のいずれも設けることなく、薄い構成で十分な引張強度を実現できるようになっている。
【００８５】
活性層１５の厚さは、特に制限はないが、接着機能を保持できる範囲で可及的に小さな膜厚にすることが可能であり、例えば、金属のチタンの場合は０．０１μｍまで薄くすることができる。チタンのような活性金属は、活性が極めて高いために極薄の薄膜でも接着性のある機能膜として機能することができる。
【００８６】
高融点金属を主成分とするバリア層１６は、電極部１２ｃ、１２ｄへのリード部２２ａ、２２ｂの接合工程の際に融点に到達しないように工程を管理することで、工程中に溶融することなくバリア層として機能する。この機能を果たすうえで、高融点金属のバリア層１６は、その融点が少なくとも１３００℃以上、好ましくは１４００℃以上である条件を満たしている。この条件に適う好適な材料は、白金、バナジウム、ハフニウム、ロジウム、ルテニウム、レニウム、タングステン、モリブデン、ニッケル、タンタルのいずれか、又はそれらの合金である。因みに、白金の融点は１７６８℃、モリブデンの融点は２６２２℃である。
【００８７】
高融点金属のバリア層１６は、一般的には、活性層１５の上に重なる独立した層として形成される。例えば、チタンからなる活性層１５の上に、白金からなる高融点金属のバリア層１６が形成される。もっとも、高融点金属のバリア層１６は、活性層１５と同一材質又は一体の層として形成されてもよい。
【００８８】
例えばモリブデンからなる活性層１５の上に、同じくモリブデンからなる高融点金属のバリア層１６が一体又は別々に成膜される構成も可能である。この場合、活性層１５と高融点金属のバリア層１６とは、同一のプロセスで形成される。
【００８９】
高融点金属のバリア層１６の厚さ寸法も、特に制限はないが、この実施形態では、０．１〜０．４μｍとしている。これは、膜厚が０．１μｍよりも薄くなってしまうと、合金化によって融点が下がり、溶接工程時に溶融してしまう可能性があるためである。例えば、白金を材質とする場合は高価な材料であるため、極力薄くすることが望ましく、最適な厚み寸法は例えば、０．１５μｍとすることができる。
【００９０】
接合層１７は、高融点金属のバリア層１６の上に重なる独立の層として成膜されている。接合層１７は、接合電極部１６に対するリード部２２ａ、２２ｂの溶接工程において、溶融することによりリード部２２ａ、２２ｂとの接合構造を形成する。このとき、高融点金属はバリア層１６の合金化部分以外は全く溶融しない。溶接工程では、リード部２２ａ、２２ｂを介して外部から熱又はエネルギー、例えばレーザ溶接、スポット溶接、パルスヒート等のエネルギーが供給されると、接合層１７が速やかに溶融する。このように接合層１７は、リード部２２ａ、２２ｂと溶融接合により溶接する機能を有している。この機能を奏するうえで、低融点金属の接合層１７は、その融点が１３００℃より低いことを条件としている。この条件を満たす好適な低融点金属の材料は、金（融点１０６４℃）、銀（融点９６１℃）及び銅（融点１０８５℃）の少なくとも一つを主成分として含む純金属又は合金である。
【００９１】
接合層１７の厚さも、特に制限はないが、この実施形態では、可能な限り膜厚を薄くすることが可能であり、例えば、金を材質とする場合は０．１〜０．４μｍまで薄くすることができる。
【００９２】
以上の３つの層のそれぞれの膜厚が活性層１５が０．０１μｍ、バリア層０．１５μｍ及び接合層０．２μｍとすると電極部１２ｃ、１２ｄの総厚みは０．３６μｍと極めて薄くすることができる。このように容易に１μｍ以下の膜厚で構成できる
【００９３】
続いて上記構成を有する感熱素子１０の電極部１２ｃ、１２ｄ（接合層１７）に対して、リード部２２ａ、２２ｂが溶接により接合される形態について説明する。
【００９４】
電極部１２ｃ、１２ｄの接合層１７には、接合加工を受けることによりリード部２２ａ、２２ｂが接合される。ここで電極部１２ｃ、１２ｄに対してリード部２２ａ、２２ｂが受ける接合加工には各種溶接が広く採用可能である。このような溶接には、例えば、接触接合である抵抗溶接、超音波溶接、摩擦溶接等や、非接触接合であるレーザ溶接、電子ビーム溶接等が広く含まれる。
【００９５】
リード部２２ａ、２２ｂは、電極部１２ｃ、１２ｄに対して、接合層１７を介して溶接される。リード部２２ａ、２２ｂは、リード部２２ａ、２２ｂの溶接工程において、高融点金属のバリア層１６を全く又は殆ど溶かさずに、外から供給される熱又はエネルギー（例えば、レーザ光のエネルギー）を吸収して接合層１７を加熱して、接合層１７と共に溶融し、又は接合層１７のみを溶融して溶接する機能を有している。この条件を満たすうえで好適な材料は、低融点金属の金、銀及び銅を主成分として有する金属又は合金であり、特に適した合金はリン青銅、ベリリウム銅、黄銅、白銅、洋白、コンスタンタン、銅銀合金、銅鉄合金、銅金合金である。因みに、リン青銅は、融点が１０００℃であり、コンスタンタンは、融点が１２２５℃〜１３００℃である。
【００９６】
以上説明してきた各実施形態における温度センサ２０は、複写機やプリンタ等のの定着装置、移動体通信端末やパソコン等の情報通信機器、映像機器、民生用機器及び自動車用電装機器等の電子機器の温度検知のため各種装置に備えられ適用することができる。格別適用される装置が限定されるものではない。
【００９７】
なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、上記実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９８】
１０・・・・・・・・感熱素子
１１・・・・・・・・絶縁性基板
１２ａ、１２ｂ・・・電極部（電極層）
１２ｃ、１２ｄ・・・外電極部、電極部
１３・・・・・・・・感熱膜
１４・・・・・・・・保護膜
１５・・・・・・・・活性層
１６・・・・・・・・バリア層
１７・・・・・・・・接合層
２０・・・・・・・・温度センサ
２１・・・・・・・・ホルダ
２２ａ、２２ｂ・・・リード部
２３・・・・・・・・絶縁被覆部
２４ａ、２４ｂ・・・外部引出線
２５・・・・・・・・コネクタ
２６・・・・・・・・緩衝材
【図１】
0006502588.tif 000002
【図２】
0006502588.tif 000003
【図３】
0006502588.tif 000004
【図４】
0006502588.tif 000005
【図５】
0006502588.tif 000006
【図６】
0006502588.tif 000007
【図７】
0006502588.tif 000008
【図８】
0006502588.tif 000009
【図９】
0006502588.tif 000010
【図１０】
0006502588.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0006502588.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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