(57)【要約】【課題】  配線接続において十分な強度の接合性が得られ、高温用途でも使用可能な温度センサを提供すること。【解決手段】  絶縁性ベースフィルム２ａにパターン配線２ｂがパターン形成されたフレキシブル配線板２と、フレキシブル配線板に接続されたセンサ部３とを備え、センサ部が、一方の面にフレキシブル配線板が接着された絶縁性フィルム５と、絶縁性フィルム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６と、薄膜サーミスタ部の上に互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極７と、一対の櫛型電極と一対のパターン配線とに接続され絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された一対のパターン電極８とを備え、絶縁性ベースフィルムのパターン配線の上に貫通孔２ｃが形成され、貫通孔内に露出しているパターン配線とパターン電極とが溶接されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性ベースフィルムの一方の面に一対のパターン配線がパターン形成されたフレキシブル配線板と、前記フレキシブル配線板に接続されたセンサ部とを備え、
前記センサ部が、一方の面に前記フレキシブル配線板が接着された絶縁性フィルムと、
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、
前記一対の櫛型電極と前記一対のパターン配線とに接続され前記絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された一対のパターン電極とを備え、
前記絶縁性ベースフィルムの前記パターン配線の上に貫通孔が形成され、
前記貫通孔内に露出している前記パターン配線と前記パターン電極とが溶接され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、
前記絶縁性フィルムの他方の面に押付圧調整用部材の一端側が接着され、
前記押付圧調整用部材が、前記フレキシブル配線板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３】
請求項１又は２に記載の温度センサにおいて、
前記パターン配線の少なくとも前記溶接される部分が、前記絶縁性ベースフィルムの一方の面に形成されたＣｕ層と、前記Ｃｕ層上に形成されたＮｉ層とを有し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、複写機やプリンタ等の加熱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。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複写機やプリンタに使用されている加熱ローラには、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、一対のリードフレームと、これらのリードフレームの間に配設され接続された感熱素子と、一対のリードフレームの端部に形成された保持部とを有する温度センサが提案されている。
上記特許文献１には、感熱素子として  ビードサーミスタやチップサーミスタの他に、アルミナ等の絶縁基板の一面に感熱膜が形成された薄膜サーミスタが採用されている。
【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２０００−７４７５２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。
すなわち、上記従来の技術では、リードフレームと電極との接続をハンダ、導電性樹脂接着剤又は溶接によって行っているが、高温用途で使用する場合、ハンダや導電性樹脂接着剤では安定した接合性を維持できないため、溶接によって接続を行っている。しかしながら、特許文献２に記載のフレキシブルサーミスタの場合、ＳＵＳ等のリードフレームに対して接続する金属膜のパターン電極が薄いために、スポット溶接を行うと、接合強度が不十分になるおそれがあった。例えば、厚さが約０．１ｍｍのリードフレームと、厚さが約５μｍのパターン電極との接合の場合、互いの厚さに差が大きすぎて良好な接合強度の溶接が得られない。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、配線接続において十分な強度の接合性が得られ、高温用途でも使用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、絶縁性ベースフィルムの一方の面に一対のパターン配線がパターン形成されたフレキシブル配線板と、前記フレキシブル配線板に接続されたセンサ部とを備え、前記センサ部が、一方の面に前記フレキシブル配線板が接着された絶縁性フィルムと、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、前記一対の櫛型電極と前記一対のパターン配線とに接続され前記絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された一対のパターン電極とを備え、前記絶縁性ベースフィルムの前記パターン配線の上に貫通孔が形成され、前記貫通孔内に露出している前記パターン配線と前記パターン電極とが溶接されていることを特徴とする。
【０００９】
この温度センサでは、絶縁性ベースフィルムのパターン配線の上に貫通孔が形成され、貫通孔内に露出しているパターン配線とパターン電極とが溶接されているので、パターン配線とパターン電極とがどちらも金属箔でパターン形成され溶接される両者が同様の厚さレベルとされることで、スポット溶接でも十分な接合強度を得ることができる。また、センサ部を接続する部材として柔軟なフレキシブル配線板を使用するので、リードフレームを用いた場合よりも全体をより柔らかい温度センサとすることも可能になり、測定対象物に押し付けて接触させた際に加熱ローラ等の測定対象物に傷を付け難いと共に、測定対象物との高い密着性も得ることができる。
【００１０】
第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、前記絶縁性フィルムの他方の面に押付圧調整用部材の一端側が接着され、前記押付圧調整用部材が、前記フレキシブル配線板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、絶縁性フィルムの他方の面に押付圧調整用部材の一端側が接着され、押付圧調整用部材が、フレキシブル配線板に沿って延在しているので、センサ部をフレキシブル配線板だけで接続して保持している場合よりも押付圧調整用部材の剛性が加わることで、測定対象物に対してより強く押し付けることも可能になる。
【００１１】
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、前記パターン配線の少なくとも前記溶接される部分が、前記絶縁性ベースフィルムの一方の面に形成されたＣｕ層と、前記Ｃｕ層上に形成されたＮｉ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、パターン配線の少なくとも溶接される部分が、絶縁性ベースフィルムの一方の面に形成されたＣｕ層と、Ｃｕ層上に形成されたＮｉ層とを有しているので、溶接の高い溶接性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
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、絶縁性ベースフィルムのパターン配線の上に貫通孔が形成され、貫通孔内に露出しているパターン配線とパターン電極とが溶接されているので、スポット溶接でも十分な接合強度を得ることができる。
したがって、本発明の温度センサによれば、高温用途でも使用が可能になり、複写機やプリンタ等の加熱ローラの温度測定用として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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線断面図である。
【図３】第１実施形態において、センサ部を示す平面図である。
【図４】第１実施形態において、薄膜サーミスタ部形成工程を示す平面図（ａ）、電極形成工程を示す平面図（ｂ）及び保護膜形成工程（ｃ）である。
【図５】本発明に係る温度センサの第２実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
本実施形態の温度センサ１は、例えば複写機の加熱ローラの温度検出用センサであって、図１から図３に示すように、絶縁性ベースフィルム２ａの一方の面に一対のパターン配線２ｂがパターン形成されたフレキシブル配線板２と、フレキシブル配線板２に接続されたセンサ部３とを備えている。
【００１６】
上記センサ部３は、一方の面にフレキシブル配線板２が接着された絶縁性フィルム５と、絶縁性フィルム５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６と、薄膜サーミスタ部６の上に複数の櫛部７ａ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７と、一対の櫛型電極７と一対のパターン配線２ｂとに接続され絶縁性フィルム５の一方の面にパターン形成された一対のパターン電極８とを備えている。
なお、本実施形態では、絶縁性ベースフィルム２ａの一方の面が向く方向を下方向とし、絶縁性ベースフィルム２ａの他方の面が向く方向を上方向として記載している。したがって、絶縁性ベースフィルム２ａの一方の面は下方向を向くと共に絶縁性フィルム５の一方の面は上方向を向き、互いに対向している。
【００１７】
上記絶縁性ベースフィルム２ａのパターン配線２ｂの上には、他方の面に貫通する貫通孔２ｃが形成されている。上記貫通孔２ｃは、パターン配線２ｂの延在方向に沿った長孔形状を有して各パターン配線２ｂ上に形成されている。
また、上記貫通孔２ｃ内に露出しているパターン配線２ｂと、その下のパターン電極８とは、スポット溶接されている。例えば、本実施形態では、一対の貫通孔２ｃ内にそれぞれ２カ所のスポット溶接部２ｄが形成されている。
【００１８】
上記フレキシブル配線板２は、いわゆる銅張りフィルム（ＣＣＬ）であって、例えばポリイミド、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等で形成された絶縁性ベースフィルム２ａの一方の面に、銅箔のパターン配線２ｂがパターン形成されているものである。
上記絶縁性ベースフィルム２ａは、帯状に形成されており、上記一対のパターン配線２ｂは、絶縁性ベースフィルム２ａに沿って互いに平行に延在している。
【００１９】
上記パターン配線２ｂの少なくともスポット溶接される部分は、絶縁性ベースフィルム２ａの一方の面に形成されたＣｕ層と、Ｃｕ層上に形成されたＮｉ層とを有している。このＮｉ層は、Ｃｕ層上へのＮｉメッキによって形成されている。
なお、本実施形態の温度センサ１では、パッド部８ａを除いたパターン電極８，薄膜サーミスタ部６及び櫛型電極７を覆う絶縁性の保護膜１０が絶縁性フィルム５上に形成されている。
【００２０】
上記絶縁性フィルム５は、略長方形状とされ、例えば厚さ７．５〜１２５μｍのポリイミド樹脂シートで帯状に形成されている。なお、絶縁性フィルム５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、加熱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。
【００２１】
上記薄膜サーミスタ部６は、絶縁性フィルム５の基端側に配され、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６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。
【００２２】
上記パターン電極８及び櫛型電極７は、薄膜サーミスタ部６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で形成された電極層とを有している。
上記一対のパターン電極８の途中には、図３に示すように、パターン配線２ｂに対応して幅広な一対のパッド部８ａが設けられている。
一対の櫛型電極７は、互いに対向状態に配されて交互に櫛部７ａが並んだ櫛型パターンとされている。
【００２３】
なお、櫛部７ａは、絶縁性フィルム５の延在方向に沿って延在している。すなわち、絶縁性フィルム５の裏面側（薄膜サーミスタ部６が成膜されていない他方の面側）を、回転する加熱ローラに押し当てされて温度測定を行う場合、絶縁性フィルム５の延在方向に曲率を有して湾曲させられるため、薄膜サーミスタ部６にも同方向に曲げ応力が加わる。このとき、櫛部７ａが同方向に延在しているため、薄膜サーミスタ部６を補強することになり、クラックの発生を抑制することができる。
上記保護膜１０は、絶縁性樹脂膜等であり、例えば厚さ２０μｍのポリイミド膜が採用される。
【００２４】
この温度センサ１の製造方法について、図１から図４を参照して以下に説明する。
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５の表面に薄膜サーミスタ部６をパターン形成する薄膜サーミスタ部形成工程と、対向した一対の櫛型電極７を薄膜サーミスタ部６上に配して絶縁性フィルム５の表面に一対のパターン電極８をパターン形成する電極形成工程と、絶縁性フィルム５上に保護膜１０を形成する保護膜形成工程と、センサ部３にフレキシブル配線板２を接続する配線板接続工程とを有している。
【００２５】
より具体的な製造方法の例としては、厚さ５０μｍのポリイミドフィルムの絶縁性フィルム５上（一方の面上）に、Ｔｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットを用い、窒素含有雰囲気中で反応性スパッタ法にて、ＴｉｘＡｌｙＮｚ（ｘ＝０．０９、ｙ＝０．４３、ｚ＝０．４８）のサーミスタ膜を膜厚２００ｎｍで形成する。その時のスパッタ条件は、到達真空度５×１０−６Ｐａ、スパッタガス圧０．４Ｐａ、ターゲット投入電力（出力）２００Ｗで、Ａｒガス＋窒素ガスの混合ガス雰囲気下において、窒素ガス分率を２０％で作製する。
【００２６】
成膜したサーミスタ膜の上にレジスト液をバーコーターで塗布した後、１１０℃で１分３０秒プリベークを行い、露光装置で感光後、現像液で不要部分を除去し、さらに１５０℃で５分のポストベークにてパターニングを行う。その後、不要なＴｉｘＡｌｙＮｚのサーミスタ膜を市販のＴｉエッチャントでウェットエッチングを行い、図４の（ａ）に示すように、レジスト剥離にて所望の形状の薄膜サーミスタ部６にする。
【００２７】
次に、薄膜サーミスタ部６及び絶縁性フィルム５上に、スパッタ法にて、Ｃｒ膜の接合層を膜厚２０ｎｍ形成する。さらに、この接合層上に、スパッタ法にてＡｕ膜の電極層を膜厚２００ｎｍ形成する。
次に、成膜した電極層の上にレジスト液をバーコーターで塗布した後、１１０℃で１分３０秒プリベークを行い、露光装置で感光後、現像液で不要部分を除去し、１５０℃で５分のポストベークにてパターニングを行う。その後、不要な電極部分を市販のＡｕエッチャント及びＣｒエッチャントの順番でウェットエッチングを行い、図４の（ｂ）に示すように、レジスト剥離にて所望の櫛型電極７及びパターン電極８を形成する。
【００２８】
さらに、絶縁性フィルム５の表面にポリイミドワニスを印刷法により所定部分に塗布して、１８０℃、３０分でキュアを行い、図４の（ｃ）に示すように、２０μｍ厚のポリイミド保護膜１０を形成する。
次に、パッド部８ａとなる幅広な領域にＮｉめっきを施して、パッド部８ａを形成する。
なお、複数のセンサ部３を同時に作製する場合、絶縁性フィルム５の大判シートに複数の薄膜サーミスタ部６、櫛型電極７、パターン電極８、保護膜１０及びパッド部８ａを上述のように形成した後に、大判シートから各センサ部３に切断する。
【００２９】
次に、図１及び図２に示すように、一対のパッド部８ａにフレキシブル配線板２をスポット溶接により接着する。
まず、スポット溶接の前に、予めフレキシブル配線板２の絶縁性ベースフィルム２ａに、一対のパターン配線２ｂに達する一対の長孔状の貫通孔２ｃをエッチング等により形成する。また、パターン配線２ｂは、厚さ１８μｍのＣｕ層と、厚さ５μｍのＮｉ層との金属膜の積層で構成されている。なお、パターン配線２ｂとして、厚さ５〜５０μｍのＣｕ層と、厚さ１〜２０μｍのＮｉ層とを採用することが可能である。
【００３０】
そして、貫通孔２ｃ直下のパターン配線２ｂを、パッド部８ａ上に載置した状態で、貫通孔２ｃ内に露出しているパターン配線２ｂとパッド部８ａとをスポット溶接する。したがって、スポット溶接部２ｄでフレキシブル配線板２とセンサ部３とが接続され、図１及び図２に示す温度センサ１が作製される。なお、スポット溶接する際に、フレキシブル配線板２とセンサ部３とを接着剤等で仮止めしても構わない。
【００３１】
このように本実施形態の温度センサ１では、絶縁性ベースフィルム２ａのパターン配線２ｂの上に貫通孔２ｃが形成され、貫通孔２ｃ内に露出しているパターン配線２ｂとパターン電極８とが溶接されているので、パターン配線２ｂとパターン電極８とがどちらも金属箔でパターン形成され溶接される両者が同様の厚さレベルとされることで、スポット溶接でも十分な接合強度を得ることができる。
また、リードフレームを接続する場合に比べて全体の薄型化が可能になる。
【００３２】
また、センサ部３を接続する部材として柔軟なフレキシブル配線板２を使用するので、リードフレームを用いた場合よりも全体をより柔らかい温度センサとすることも可能になり、測定対象物に押し付けて接触させた際に加熱ローラ等の測定対象物に傷を付け難いと共に、測定対象物との高い密着性も得ることができる。
さらに、パターン配線２ｂの溶接される部分が、絶縁性ベースフィルム２ａの一方の面に形成されたＣｕ層と、Ｃｕ層上に形成されたＮｉ層とを有しているので、溶接の高い溶接性を得ることができる。
【００３３】
次に、本発明に係る温度センサの第２実施形態について、図５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。
【００３４】
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、センサ部３をフレキシブル配線板２だけで支持しているのに対し、第２実施形態の温度センサ２１では、センサ部３にフレキシブル配線板２だけでなく一対の押付圧調整用部材２２も接続されてセンサ部３を支持している点である。
すなわち、第２実施形態では、絶縁性フィルム５の他方の面に一対の押付圧調整用部材２２の一端側が接着され、一対の押付圧調整用部材２２が、フレキシブル配線板２に沿って延在している。なお、本実施形態では、一対の押付圧調整用部材２２が、一対のパターン配線２ｂに対向して設けられている。
【００３５】
押付圧調整用部材２２は、例えばＳＵＳ製の棒状部材や板状部材が採用可能である。
押付圧調整用部材２２は、接着剤等で絶縁性フィルム５に接着されており、他端部がフレキシブル配線板２の他端部と共に絶縁性の保持部２４に保持されている。
第１実施形態では、センサ部３をフレキシブル配線板２だけで接続して保持することで、全体をより柔らかい温度センサとすることができるが、第２実施形態では、フレキシブル配線板２だけでは温度センサ全体の剛性が不十分である場合に採用されるものであり、押付圧調整用部材２２で補強することで、剛性の向上を図っている。
【００３６】
このように第２実施形態の温度センサ２１では、絶縁性フィルム５の他方の面に押付圧調整用部材２２の一端側が接着され、押付圧調整用部材２２が、フレキシブル配線板２に沿って延在しているので、センサ部３をフレキシブル配線板２だけで接続して保持している場合よりも押付圧調整用部材２２の剛性が加わることで、測定対象物に対してより強く押し付けることも可能になる。
【００３７】
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、上記第２実施形態では、フレキシブル配線板を保持する保持部が設けられているが、第１実施形態においてもフレキシブル配線板を保持部で保持しても構わない。
【符号の説明】
【００３８】
１，２１…温度センサ、２…フレキシブル配線板、２ａ…絶縁性ベースフィルム、２ｂ…パターン配線、２ｃ…貫通孔、２ｄ…スポット溶接部、３…センサ部、５…絶縁性フィルム、６…薄膜サーミスタ部、７…櫛型電極、７ａ…櫛部、８…パターン電極、２２…押付圧調整用部材
【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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