赤外線センサおよびその製造方法
【課題】 赤外線検知用と温度補償用との感熱素子間で高い温度差分が得られると共に小型化が可能で、安価な構造を有している赤外線センサを提供すること。
【解決手段】 絶縁性フィルム２と、該絶縁性フィルム２の一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂと、絶縁性フィルム２の一方の面に形成され第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂに別々に接続された複数対の導電性の配線膜４と、第１の感熱素子３Ａに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線吸収膜５と、第２の感熱素子３Ｂに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線反射膜６と、を備え、赤外線吸収膜５が、ＩＴＯ膜である。
【解決手段】 絶縁性フィルム２と、該絶縁性フィルム２の一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂと、絶縁性フィルム２の一方の面に形成され第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂに別々に接続された複数対の導電性の配線膜４と、第１の感熱素子３Ａに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線吸収膜５と、第２の感熱素子３Ｂに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線反射膜６と、を備え、赤外線吸収膜５が、ＩＴＯ膜である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物からの赤外線を検知して該測定対象物の温度等を測定する赤外線センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物から輻射により放射される赤外線を非接触で検知して測定対象物の温度を測定する温度センサとして、赤外線センサが使用されている。
例えば、特許文献１には、保持体に設置した樹脂フィルムと、該樹脂フィルムに設けられ保持体の導光部を介して赤外線を検知する赤外線検知用感熱素子と、樹脂フィルムに遮光状態に設けられ保持体の温度を検知する温度補償用感熱素子と、を備えた赤外線センサが提案されている。この赤外線センサでは、導光部の内側面に赤外線吸収膜を形成すると共に、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させて赤外線の吸収を高めている。また、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子には、薄膜サーミスタが用いられている。
【０００３】
また、特許文献２には、赤外線検知用感熱素子と、温度補償用感熱素子と、これらを密着固定する樹脂フィルムと、赤外線の入射窓側に赤外線検知用感熱素子を配置すると共に赤外線を遮蔽する遮蔽部側に温度補償用感熱素子を配置した枠体を有するケースと、を備えた赤外線検出器が提案されている。この赤外線検出器では、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させて赤外線の吸収を高めていると共に、赤外線検知用感熱素子と温度補償用感熱素子との熱勾配を無くすために熱伝導の良い材料で枠体を形成している。また、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子には、リード線がサーミスタに接続された松葉型のサーミスタが採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１５６２８４号公報（段落番号００２６、図２）
【特許文献２】特開平７−２６０５７９号公報（特許請求の範囲、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、特許文献１及び２の赤外線センサでは、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させると共に一方の感熱素子側を温度補償用に遮光する構造が採用されているが、赤外線吸収材料を含有した樹脂フィルムの熱伝導が高く、赤外線検知用と温度補償用との感熱素子間で温度差分が生じ難いという不都合があった。また、これら感熱素子間で温度差分を大きくするためには、感熱素子間の距離を大きくする必要があり、全体形状が大きくなってしまい、小型化が困難になる問題がある。さらに、温度補償用の感熱素子を遮光する構造をケース自体に設ける必要があるため、高価になってしまう。
また、特許文献２では、熱伝導の良い枠体を採用しているため、赤外線吸収膜からの熱も放熱されてしまい感度が劣化する不都合がある。また、リード線が接続された松葉型のため、サーミスタとリード線との間で熱の空間伝導が生じてしまう。さらに、松葉型やチップ型のサーミスタの場合、スポット計測となってしまい、樹脂フィルムに温度の面内分布が生じた場合に測定誤差が生じてしまう不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、赤外線検知用と温度補償用との感熱素子間で高い温度差分が得られると共に小型化が可能で、安価な構造を有している赤外線センサおよびその製造方法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】
【０００７】
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、本発明の赤外線センサは、絶縁性フィルムと、該絶縁性フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、前記絶縁性フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子に別々に接続された複数対の導電性の配線膜と、前記第１の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線吸収膜と、前記第２の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備え、前記赤外線吸収膜が、ＩＴＯ膜であることを特徴とする。
【０００８】
この赤外線センサでは、第１の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線吸収膜と、第２の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備えているので、赤外線吸収膜による部分的な赤外線吸収と赤外線反射膜による部分的な赤外線反射とにより、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルム上で第１の感熱素子と第２の感熱素子との良好な温度差分を得ることができる。
すなわち、フィルムに赤外線吸収材料等を含有させていない低熱伝導性の絶縁性フィルムでも、赤外線吸収膜によって絶縁性フィルムの第１の感熱素子の直上部分のみに赤外線吸収による熱を伝導させることができる。特に、薄い絶縁性フィルムを挟んで赤外線吸収膜の熱が伝導されるため、感度の劣化がなく、高い応答性を有している。また、赤外線吸収膜の面積を任意に設定可能であるため、測定対象物との距離に合わせた赤外線検出の視野角を面積で設定でき、高い受光効率を得ることができる。
また、赤外線反射膜によって絶縁性フィルムの第２の感熱素子の直上部分における赤外線を反射してその吸収を阻止することができる。
なお、絶縁性フィルム上に赤外線吸収膜と赤外線反射膜とを形成しているので、赤外線吸収膜と赤外線反射膜との間の熱を伝導する媒体が、空気以外にこれら膜が対向した間の絶縁性フィルムのみとなり、伝導する断面積が小さくなる。したがって、相互の感熱素子への熱が伝わり難くなり、干渉が少なくなって検出感度が向上する。
このように、低熱伝導性の絶縁性フィルム上で互いに熱の影響が抑制された第１の感熱素子と第２の感熱素子とが、それぞれ赤外線吸収膜の直下と赤外線反射膜の直下との絶縁性フィルムの部分的な温度を測定する構造を有している。したがって、赤外線検知用とされる第１の感熱素子と温度補償用とされる第２の感熱素子との良好な温度差分を得られ、高感度化を図ることができる。
【０００９】
また、第１の感熱素子と第２の感熱素子との熱結合が低いので、互いに近づけて配置することも可能になり、全体の小型化を図ることができる。さらに、枠体やケースによる遮光構造ではなく、赤外線反射膜によって赤外線の吸収を防いでいるので、安価に作製することができる。
また、赤外線吸収膜及び赤外線反射膜が導電性材料で構成されていても、絶縁性フィルムを挟んで設置された第１の感熱素子及び第２の感熱素子との絶縁が確保されているので、膜の絶縁性を問わずに効率の良い材料の選択が可能になる。
さらに、絶縁性フィルム上に薄く熱伝導性の低い配線膜を設けているので、従来のようにリード線とサーミスタとの間の空間伝導による他の箇所との熱結合を防ぐことができる。
また、赤外線吸収膜が、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）膜であるので、カーボンブラック等に比べて高い耐候性を有しており、屋外でも使用しても剥がれや摩耗等の劣化が生じ難い。
【００１０】
また、本発明の赤外線センサは、前記ＩＴＯ膜が、８５０〜２５００ｎｍの範囲内にある波長の赤外線を８０％以上吸収する特性を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の赤外線センサの製造方法は、上記本発明の赤外線センサを製造する方法であって、前記赤外線吸収膜としてＩＴＯ膜を前記絶縁性フィルムに成膜する工程を有し、該工程において、ＩＴＯ膜の厚さを所望の赤外線吸収率に応じて設定することを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサの製造方法では、ＩＴＯ膜の厚さを所望の赤外線吸収率に応じて設定するので、測定対象物からの赤外線レベルに対応して厚さ設定されたＩＴＯ膜によってセンサの感度を向上させることができる。
【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、本発明に係る赤外線センサおよびその製造方法によれば、第１の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線吸収膜と、第２の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備えているので、第１の感熱素子と第２の感熱素子との良好な温度差分を得ることができ、高感度化を図ることができると共に、小型かつ安価に作製可能である。さらに、赤外線吸収膜が、ＩＴＯ膜であるので、カーボンブラック等に比べて高い耐候性を有しており、屋外で使用しても剥がれや摩耗等の劣化が生じ難い。したがって、本発明の赤外線センサは、例えば自動車などに用いる非接触温度センサに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る赤外線センサおよびその製造方法の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本実施形態において、赤外線センサを示す正面図である。
【図３】厚さを変えた際のＩＴＯ膜の波長に対する透過率を示すグラフである。
【図４】本発明に係る赤外線センサおよびその製造方法における赤外線吸収膜の実施例及び比較例による光吸収スペクトルを示すグラフである。
【図５】本発明の実施例と比較例とにおいて、黒体炉温度に対する感度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る赤外線センサおよびその製造方法の一実施形態を、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各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１５】
本実施形態の赤外線センサ１は、図１及び図２に示すように、絶縁性フィルム２と、該絶縁性フィルム２の一方の面（下面）に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂと、絶縁性フィルム２の一方の面に銅箔等でパターン形成され第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂに別々に接続された複数対の導電性の配線膜４と、第１の感熱素子３Ａに対向して絶縁性フィルム２の他方の面（上面）に設けられた赤外線吸収膜５と、第２の感熱素子３Ｂに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線反射膜６と、を備えている。
【００１６】
すなわち、上記赤外線吸収膜５は、第１の感熱素子３Ａの直上に配されていると共に、上記赤外線反射膜６は、第２の感熱素子３Ｂの直上に配されている。
上記絶縁性フィルム２は、赤外線透過性フィルムで形成されている。なお、本実施形態では、絶縁性フィルム２がポリイミド樹脂シートで形成されている。
【００１７】
上記第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂは、両端部に端子電極３ａが形成されたチップサーミスタである。このサーミスタとしては、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタがあるが、本実施形態では、第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂとして、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。このサーミスタは、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。なお、これら第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂは、各端子電極３ａを配線膜４上に接合させて絶縁性フィルム２に実装されている。
【００１８】
上記赤外線吸収膜５は、絶縁性フィルム２よりも高い赤外線吸収率を有する材料であってＩＴＯ膜で形成されている。このＩＴＯ膜としては、１０００ｎｍ以下のある波長より長波長側の赤外線を全面的に９０％以上カットオフする平均一次粒子径０．２μｍ以下の錫ドープ酸化インジウム粉末と、有機溶媒に可溶性又は分散性の有機樹脂とを、有機溶媒中に含有する透明赤外線カットオフ膜形成材から形成され、８５０〜２５００ｎｍの範囲内にある波長より長波長側の赤外線を全面的に８０％以上カットオフ（吸収）する赤外線カットオフ特性を示す透明赤外線カットオフ膜を採用することが好ましい。
【００１９】
この赤外線吸収膜５として、ＩＴＯ膜を絶縁性フィルム２に成膜する際には、ＩＴＯ膜の厚さを所望の赤外線吸収率に応じて設定することが好ましい。すなわち、図３に示すように、ＩＴＯ膜について、例えば２．０μｍ、３．６μｍ、７．７μｍと厚さを変えた３つの場合で波長（８５０ｎｍ〜２５００ｎｍ）に対する透過率を測定すると、図３に示すように、膜厚が厚いほど透過率が低く、逆に赤外線吸収率が高くなる。したがって、図３に示すように、ＩＴＯ膜は、厚いほど赤外線吸収率が高くなるため、測定対象物の赤外線放射レベルが低く、センサ感度を高めたい場合には、要望される赤外線吸収率に合わせてＩＴＯ膜を厚く設定して作製する。
【００２０】
このように作製した赤外線吸収膜５によって測定対象物からの輻射による赤外線を吸収する。そして、赤外線を吸収し発熱した赤外線吸収膜５から絶縁性フィルム２を介した熱伝導によって、直下の第１の感熱素子３Ａの温度が変化するようになっている。この赤外線吸収膜５は、第１の感熱素子３Ａよりも大きなサイズでこれを覆うように形成されている。
【００２１】
上記赤外線反射膜６は、絶縁性フィルム２よりも高い赤外線放射率を有する材料で形成され、例えば、鏡面のアルミニウム蒸着膜やアルミニウム箔等で形成されている。この赤外線反射膜６は、第２の感熱素子３Ｂよりも大きなサイズでこれらを覆うように形成されている。
【００２２】
このように本実施形態の赤外線センサ１は、第１の感熱素子３Ａに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線吸収膜５と、第２の感熱素子３Ｂに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線反射膜６と、を備えているので、赤外線吸収膜５による部分的な赤外線吸収と赤外線反射膜６による部分的な赤外線反射とにより、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルム２上で第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの良好な温度差分を得ることができる。
【００２３】
すなわち、フィルムに赤外線吸収材料等を含有させていない低熱伝導性の絶縁性フィルム２でも、図２に示すように、赤外線吸収膜５によって絶縁性フィルム２の第１の感熱素子３Ａの直上部分のみに赤外線吸収による熱を伝導させることができる。特に、薄い絶縁性フィルム２を挟んで赤外線吸収膜５の熱が伝導されるため、感度の劣化がなく、高い応答性を有している。また、赤外線吸収膜５の面積を任意に設定可能であるため、測定対象物との距離に合わせた赤外線検出の視野角を面積で設定でき、高い受光効率を得ることができる。
【００２４】
また、赤外線反射膜６によって絶縁性フィルム２の第２の感熱素子３Ｂの直上部分における赤外線を反射してその吸収を阻止することができる。
なお、絶縁性フィルム２上に赤外線吸収膜５と赤外線反射膜６とを形成しているので、赤外線吸収膜５と赤外線反射膜６との間の熱を伝導する媒体が、空気以外にこれら膜が対向した間の絶縁性フィルム２のみとなり、伝導する断面積が小さくなる。したがって、相互の感熱素子への熱が伝わり難くなり、干渉が少なくなって検出感度が向上する。
【００２５】
このように、低熱伝導性の絶縁性フィルム２上で互いに熱の影響が抑制された第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとが、それぞれ赤外線吸収膜５の直下と赤外線反射膜６の直下との絶縁性フィルム２の部分的な温度を測定する構造を有している。したがって、赤外線検知用とされる第１の感熱素子３Ａと温度補償用とされる第２の感熱素子３Ｂとの良好な温度差分を得られ、高感度化を図ることができる。
【００２６】
また、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの熱結合が低いので、互いに近づけて配置することも可能になり、全体の小型化を図ることができる。さらに、枠体やケースによる遮光構造ではなく、赤外線反射膜６によって赤外線の吸収を防いでいるので、安価に作製することができる。
【００２７】
また、赤外線吸収膜５及び赤外線反射膜６が導電性材料で構成されていても、絶縁性フィルム２を挟んで設置された第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂとの絶縁が確保されているので、膜の絶縁性を問わずに効率の良い材料の選択が可能になる。
さらに、絶縁性フィルム２上に薄く熱伝導性の低い配線膜４を設けているので、従来のようにリード線とサーミスタとの間の空間伝導による他の箇所との熱結合を防ぐことができる。
【００２８】
また、絶縁性フィルム２が、赤外線透過性フィルムで形成されているので、赤外線吸収膜５及び赤外線反射膜６の周囲の絶縁性フィルム２自体による赤外線吸収を極力抑制して、周囲からの熱伝導による第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂへの影響を低減することができる。
【００２９】
また、赤外線吸収膜５が、ＩＴＯ膜であるので、カーボンブラック等に比べて高い耐候性を有しており、屋外で使用しても剥がれや摩耗等の劣化が生じ難い。
さらに、上記ＩＴＯ膜が、８５０〜２５００ｎｍの範囲内にある波長より長波長側の赤外線を全面的に８０％以上カットオフする赤外線カットオフ特性を示す透明赤外線カットオフ膜であるので、８５０〜２５００ｎｍの範囲内にある波長より長波長側の赤外線を全面的に８０％以上吸収することができる。特に、従来のＩＴＯ粉末を用いた膜では吸収が困難だった波長１２００ｎｍ以下、特に１０００ｎｍ以下の領域の赤外線も十分に吸収することが可能になる。
【００３０】
また、赤外線吸収膜５としてＩＴＯ膜を絶縁性フィルム２に成膜する際に、ＩＴＯ膜の厚さを所望の赤外線吸収率に応じて設定するので、測定対象物からの赤外線放射レベルに対応して厚さ設定されたＩＴＯ膜によってセンサの感度を向上させることができる。
【実施例】
【００３１】
上記赤外線吸収膜のより詳しい製造方法及びその光吸収特性について、以下に説明する。
なお、粉末の平均一次粒子径は、比表面積（ＢＥＴ）の測定値から、次の粒子径式：ａ（μｍ）＝６／（ρ×Ｂ）［ａ：平均粒子径、ρ：真比重、Ｂ：比表面積（ｍ２／ｇ）］に基づいて算出した。このようにして比表面積から求めた粒子径は透過式電子顕微鏡から直接観察した粒子径とほぼ一致することが確認されている。ＢＥＴ法による比表面積は、マイクロトラック社製のベータソーブ自動表面積計４２００型を用いて測定した。また、粉末、膜、フィルムの光透過スペクトルは、積分球付き自記分光光度計Ｕ−４０００型 （日立製作所社製）を用いて、拡散反射法により測定した。
【００３２】
Ａ．粉末の製造
（製造例１）
ＩｎＣ１３水溶液１．８Ｌ（Ｉｎ金属６００ｇ含有）と６０％ＳｎＣ１４水溶液２２．９２ｇ（Ｓｎ金属６．２７ｇ含有）との混合水溶液を、ＮＨ４ＨＣＯ３３１００ｇ／１２Ｌの水溶液中に、７０℃の加温下で攪拌しながら滴下し、最終ｐＨ８．５にしてＩｎ−Ｓｎ共沈水酸化物を析出させた。次に、静置して沈殿を沈降させた後、上澄み液を除去し、イオン交換水を加えて静置・沈降と上澄み液除去の操作を６回（水の添加量は１回につき１０Ｌ）繰り返すことにより、沈殿を十分に水洗した後、吸引濾過により沈殿を濾別して、含水水酸化物の沈殿を得た。この沈殿を１１０℃で一晩乾燥させた。
【００３３】
この乾燥させた共沈水酸化物２５０ｇを長さ２５０ｍｍの半割石英ボートに入れ、内径７０ｍｍ、長さ７００ｍｍのインコロイ８００製チューブからなる密閉加圧管状炉を用いて加圧窒素ガス雰囲気下に焼成した。即ち、ボートを管状炉に入れた後、系内を真空に排気し、窒素ガスで圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ２に加圧し、密閉下で温度６００℃に昇温させ、この温度に３時間保持して焼成を行い、ＩＴＯ粉末を得た。
【００３４】
得られたＩＴＯ粉末の平均一次粒子径は０．０３２μｍであり、光透過スペクトルは、７５０ｎｍ以上では全面的に９４％以上のすぐれた赤外線カットオフ効果認められた。その最低カットオフ波長は７００ｎｍであった。
【００３５】
（製造例２）
比較のために、ＩＴＯ以外の導電性粉末の例として、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）粉末を次のようにして調製した。ＳｎＣ１４水溶液１．８Ｌ（Ｓｎ金属６００ｇ含有）とＳｂＣｌ３水溶液０．２Ｌ（Ｓｂ金属８０ｇ含有）との混合水溶液を、ＮａＯＨ９００ｇ／１２Ｌの水溶液中に、９０℃の加温下で攪拌しながら滴下し、最終ｐＨ７にしてＳｎ−Ｓｂ共沈水酸化物を析出させた。次に、静置して沈殿を沈降させた後、上澄み液を除去し、イオン交換水を加えて静置・沈降と上澄み液除去の操作を６回（水の添加量は１回につき１０Ｌ）繰り返すことにより、沈殿を十分に水洗した後、吸引濾過により沈殿を濾別して、含水水酸化物の沈殿を得た。この沈殿を１１０℃で一晩乾燥させた。
【００３６】
次に、製造例１と同様にして同条件で焼成し、ＡＴＯ（アンチモンドープ酸化スズ）粉末を得た。この粉末の平均一次粒子径は０．０２９μｍであり、光透過スペクトルは、１２００ｎｍで３３％以上、１２４０ｎｍ以上でようやく全面的に９６％以上の赤外線をカットオフすることが認められた。その最低カットオフ波長は１２４０ｎｍであった。
【００３７】
Ｂ．赤外線カットオフ材の形成
（実施例１）
製造例１で得たＩＴＯ粉末１０ｇを、少量のステアリン酸亜鉛（分散剤）と共に、１２０℃のヒートロール中で軟化したポリ塩化ビニル樹脂２００ｇ中に十分に練り込んだ。次に、厚さ０．３ｍｍの２枚のステンレス板の間に、０．１ｍｍのスペーサーを用いてサンドイッチし、１２０℃で５分間プレスした後、冷却して、厚さ７０〜１００μｍのＩＴＯ粉末含有フィルムである赤外線吸収膜を形成した。
【００３８】
（実施例２）
製造例１で得たＩＴＯ粉末８ｇ、アクリル樹脂溶液（樹脂固形分４２．１％、キシレン／メチルエチルケトン混合溶媒）５ｇ、キシレン１２ｇ、およびガラスビーズ２０ｇを１００ｃｃガラス瓶に入れ、ペイントシェーカーを使用して粒ゲージで分散状態を確認しながら５時間分散練合した。次に、ガラスビーズを取り除き、アプリケーターで絶縁性フィルム上に塗布し、１００℃で乾燥して、厚さ３μｍのＩＴＯ粉末含有膜である赤外線吸収膜を形成した。
【００３９】
（実施例３）
製造例１で得たＩＴＯ粉末８ｇ、アクリル樹脂溶液（樹脂固形分４２．１％、キシレン／メチルエチルケトン混合溶媒）１０ｇ、キシレン１２ｇ、およびガラスビーズ２０ｇを１００ｃｃガラス瓶に入れ、ペイントシェーカーを使用して粒ゲージで分散状態を確認しながら５時間分散練合した。次に、ガラスビーズを取り除き、アプリケーターで絶縁性フィルム上に塗布し、１００℃で乾燥して、厚さ１μｍのＩＴＯ粉末含有膜である赤外線吸収膜を形成した。
【００４０】
（実施例４）
製造例１で得たＩＴＯ粉末８ｇを、ポリカーボネート樹脂４ｇ、テトラヒドロフラン１２ｇ、ジメチルホルムアミド５ｇ、およびガラスビーズ２０ｇを１００ｃｃガラス瓶に入れ、ペイントシェーカーを使用して粒ゲージで分散状態を確認しながら６．５時間分散練合した。次に、ガラスビーズを取り除き、アプリケーターで絶縁性フィルム上に塗布し、１００℃で乾燥して、厚さ２μｍのＩＴＯ粉末含有膜である赤外線吸収膜を形成した。
【００４１】
（比較例１）
製造例２で得たＡＴＯ粉末８ｇ、アクリル樹脂溶液（樹脂固形分４２．１％、キシレン／メチルエチルケトン混合溶媒）５ｇ、キシレン１２ｇ、およびガラスビーズ２０ｇを１００ｃｃガラス瓶に入れ、ペイントシェーカーを使用して粒ゲージで分散状態を確認しながら５時間分散練合した。次に、ガラスビーズを取り除き、アプリケーターで絶縁性フィルム上に塗布し、１００℃で乾燥して、厚さ２μｍのＡＴＯ粉末含有膜である赤外線吸収膜を形成した。
【００４２】
以上の実施例および比較例で得られた膜またはフィルムの光透過スペクトルを図４にまとめて示す。図４に示した、実施例２〜４で得たＩＴＯ粉末含有膜の赤外線吸収膜は、いずれも可視域において８０％以上の優れた光透過率を示し、赤外域においては８００〜１１００ｎｍの範囲内のある波長より長波長側の赤外線を全面的に８０％以上カットオフできるという優れた赤外線カットオフ機能を有している。実施例２と実施例３との比較から、ＩＴＯ粉末の量が多いほど、より短波長側から赤外線をカットオフでき、カットオフ効果、すなわち赤外線吸収効果が高いことがわかる。
なお、ＡＴＯ含有膜の赤外線吸収膜では、１２００ｎｍでも赤外線カットオフ率は３０％強に過ぎず、赤外線カットオフ効果はＩＴＯ膜より劣っていた。
【００４３】
次に、赤外線吸収膜にＩＴＯ膜を採用した本実施例と、赤外線吸収膜を成膜しない比較例と、赤外線吸収膜にカーボンブラックを採用した比較例とで、センサの感度を測定した結果を、図５に示す。
この測定は、測定対象物として黒体炉の温度を変化させた際、本実施例および各比較例のセンサ出力値を感度として求めたものであり、感度が高いほど、分解能が高いことを意味している。この図５からわかるように、赤外線吸収膜を塗布しない比較例（吸収膜なし）に対して、赤外線吸収膜を成膜した例はいずれも高い感度を得ており、特に、ＩＴＯ膜を赤外線吸収膜として採用した本実施例（ＩＴＯ）では、７０〜１２０℃の範囲で他の赤外線吸収膜の比較例以上の高い感度を得ている。
【００４４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態および上記実施例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。
【００４５】
例えば、上記実施形態では、チップサーミスタの第１の感熱素子及び第２の感熱素子を採用しているが、薄膜サーミスタで形成された第１の感熱素子及び第２の感熱素子を採用しても構わない。
なお、感熱素子としては、上述したように薄膜サーミスタやチップサーミスタが用いられるが、サーミスタ以外に焦電素子等も採用可能である。
【００４６】
また、絶縁性フィルムの一方の面に固定されて該絶縁性フィルムを支持する筐体を設け、該筐体に、第１の感熱素子及び第２の感熱素子をそれぞれ個別に収納すると共に絶縁性フィルムよりも熱伝導率の低い空気や発泡樹脂で覆う第１の収納部及び第２の収納部を設けても構わない。
【符号の説明】
【００４７】
１…赤外線センサ、２…絶縁性フィルム、３Ａ…第１の感熱素子、３Ｂ…第２の感熱素子、４…配線膜、５…赤外線吸収膜、６…赤外線反射膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物からの赤外線を検知して該測定対象物の温度等を測定する赤外線センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物から輻射により放射される赤外線を非接触で検知して測定対象物の温度を測定する温度センサとして、赤外線センサが使用されている。
例えば、特許文献１には、保持体に設置した樹脂フィルムと、該樹脂フィルムに設けられ保持体の導光部を介して赤外線を検知する赤外線検知用感熱素子と、樹脂フィルムに遮光状態に設けられ保持体の温度を検知する温度補償用感熱素子と、を備えた赤外線センサが提案されている。この赤外線センサでは、導光部の内側面に赤外線吸収膜を形成すると共に、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させて赤外線の吸収を高めている。また、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子には、薄膜サーミスタが用いられている。
【０００３】
また、特許文献２には、赤外線検知用感熱素子と、温度補償用感熱素子と、これらを密着固定する樹脂フィルムと、赤外線の入射窓側に赤外線検知用感熱素子を配置すると共に赤外線を遮蔽する遮蔽部側に温度補償用感熱素子を配置した枠体を有するケースと、を備えた赤外線検出器が提案されている。この赤外線検出器では、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させて赤外線の吸収を高めていると共に、赤外線検知用感熱素子と温度補償用感熱素子との熱勾配を無くすために熱伝導の良い材料で枠体を形成している。また、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子には、リード線がサーミスタに接続された松葉型のサーミスタが採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１５６２８４号公報（段落番号００２６、図２）
【特許文献２】特開平７−２６０５７９号公報（特許請求の範囲、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、特許文献１及び２の赤外線センサでは、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させると共に一方の感熱素子側を温度補償用に遮光する構造が採用されているが、赤外線吸収材料を含有した樹脂フィルムの熱伝導が高く、赤外線検知用と温度補償用との感熱素子間で温度差分が生じ難いという不都合があった。また、これら感熱素子間で温度差分を大きくするためには、感熱素子間の距離を大きくする必要があり、全体形状が大きくなってしまい、小型化が困難になる問題がある。さらに、温度補償用の感熱素子を遮光する構造をケース自体に設ける必要があるため、高価になってしまう。
また、特許文献２では、熱伝導の良い枠体を採用しているため、赤外線吸収膜からの熱も放熱されてしまい感度が劣化する不都合がある。また、リード線が接続された松葉型のため、サーミスタとリード線との間で熱の空間伝導が生じてしまう。さらに、松葉型やチップ型のサーミスタの場合、スポット計測となってしまい、樹脂フィルムに温度の面内分布が生じた場合に測定誤差が生じてしまう不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、赤外線検知用と温度補償用との感熱素子間で高い温度差分が得られると共に小型化が可能で、安価な構造を有している赤外線センサおよびその製造方法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】
【０００７】
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、本発明の赤外線センサは、絶縁性フィルムと、該絶縁性フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、前記絶縁性フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子に別々に接続された複数対の導電性の配線膜と、前記第１の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線吸収膜と、前記第２の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備え、前記赤外線吸収膜が、ＩＴＯ膜であることを特徴とする。
【０００８】
この赤外線センサでは、第１の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線吸収膜と、第２の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備えているので、赤外線吸収膜による部分的な赤外線吸収と赤外線反射膜による部分的な赤外線反射とにより、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルム上で第１の感熱素子と第２の感熱素子との良好な温度差分を得ることができる。
すなわち、フィルムに赤外線吸収材料等を含有させていない低熱伝導性の絶縁性フィルムでも、赤外線吸収膜によって絶縁性フィルムの第１の感熱素子の直上部分のみに赤外線吸収による熱を伝導させることができる。特に、薄い絶縁性フィルムを挟んで赤外線吸収膜の熱が伝導されるため、感度の劣化がなく、高い応答性を有している。また、赤外線吸収膜の面積を任意に設定可能であるため、測定対象物との距離に合わせた赤外線検出の視野角を面積で設定でき、高い受光効率を得ることができる。
また、赤外線反射膜によって絶縁性フィルムの第２の感熱素子の直上部分における赤外線を反射してその吸収を阻止することができる。
なお、絶縁性フィルム上に赤外線吸収膜と赤外線反射膜とを形成しているので、赤外線吸収膜と赤外線反射膜との間の熱を伝導する媒体が、空気以外にこれら膜が対向した間の絶縁性フィルムのみとなり、伝導する断面積が小さくなる。したがって、相互の感熱素子への熱が伝わり難くなり、干渉が少なくなって検出感度が向上する。
このように、低熱伝導性の絶縁性フィルム上で互いに熱の影響が抑制された第１の感熱素子と第２の感熱素子とが、それぞれ赤外線吸収膜の直下と赤外線反射膜の直下との絶縁性フィルムの部分的な温度を測定する構造を有している。したがって、赤外線検知用とされる第１の感熱素子と温度補償用とされる第２の感熱素子との良好な温度差分を得られ、高感度化を図ることができる。
【０００９】
また、第１の感熱素子と第２の感熱素子との熱結合が低いので、互いに近づけて配置することも可能になり、全体の小型化を図ることができる。さらに、枠体やケースによる遮光構造ではなく、赤外線反射膜によって赤外線の吸収を防いでいるので、安価に作製することができる。
また、赤外線吸収膜及び赤外線反射膜が導電性材料で構成されていても、絶縁性フィルムを挟んで設置された第１の感熱素子及び第２の感熱素子との絶縁が確保されているので、膜の絶縁性を問わずに効率の良い材料の選択が可能になる。
さらに、絶縁性フィルム上に薄く熱伝導性の低い配線膜を設けているので、従来のようにリード線とサーミスタとの間の空間伝導による他の箇所との熱結合を防ぐことができる。
また、赤外線吸収膜が、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）膜であるので、カーボンブラック等に比べて高い耐候性を有しており、屋外でも使用しても剥がれや摩耗等の劣化が生じ難い。
【００１０】
また、本発明の赤外線センサは、前記ＩＴＯ膜が、８５０〜２５００ｎｍの範囲内にある波長の赤外線を８０％以上吸収する特性を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の赤外線センサの製造方法は、上記本発明の赤外線センサを製造する方法であって、前記赤外線吸収膜としてＩＴＯ膜を前記絶縁性フィルムに成膜する工程を有し、該工程において、ＩＴＯ膜の厚さを所望の赤外線吸収率に応じて設定することを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサの製造方法では、ＩＴＯ膜の厚さを所望の赤外線吸収率に応じて設定するので、測定対象物からの赤外線レベルに対応して厚さ設定されたＩＴＯ膜によってセンサの感度を向上させることができる。
【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、本発明に係る赤外線センサおよびその製造方法によれば、第１の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線吸収膜と、第２の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備えているので、第１の感熱素子と第２の感熱素子との良好な温度差分を得ることができ、高感度化を図ることができると共に、小型かつ安価に作製可能である。さらに、赤外線吸収膜が、ＩＴＯ膜であるので、カーボンブラック等に比べて高い耐候性を有しており、屋外で使用しても剥がれや摩耗等の劣化が生じ難い。したがって、本発明の赤外線センサは、例えば自動車などに用いる非接触温度センサに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る赤外線センサおよびその製造方法の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本実施形態において、赤外線センサを示す正面図である。
【図３】厚さを変えた際のＩＴＯ膜の波長に対する透過率を示すグラフである。
【図４】本発明に係る赤外線センサおよびその製造方法における赤外線吸収膜の実施例及び比較例による光吸収スペクトルを示すグラフである。
【図５】本発明の実施例と比較例とにおいて、黒体炉温度に対する感度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る赤外線センサおよびその製造方法の一実施形態を、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各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１５】
本実施形態の赤外線センサ１は、図１及び図２に示すように、絶縁性フィルム２と、該絶縁性フィルム２の一方の面（下面）に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂと、絶縁性フィルム２の一方の面に銅箔等でパターン形成され第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂに別々に接続された複数対の導電性の配線膜４と、第１の感熱素子３Ａに対向して絶縁性フィルム２の他方の面（上面）に設けられた赤外線吸収膜５と、第２の感熱素子３Ｂに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線反射膜６と、を備えている。
【００１６】
すなわち、上記赤外線吸収膜５は、第１の感熱素子３Ａの直上に配されていると共に、上記赤外線反射膜６は、第２の感熱素子３Ｂの直上に配されている。
上記絶縁性フィルム２は、赤外線透過性フィルムで形成されている。なお、本実施形態では、絶縁性フィルム２がポリイミド樹脂シートで形成されている。
【００１７】
上記第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂは、両端部に端子電極３ａが形成されたチップサーミスタである。このサーミスタとしては、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタがあるが、本実施形態では、第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂとして、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。このサーミスタは、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。なお、これら第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂは、各端子電極３ａを配線膜４上に接合させて絶縁性フィルム２に実装されている。
【００１８】
上記赤外線吸収膜５は、絶縁性フィルム２よりも高い赤外線吸収率を有する材料であってＩＴＯ膜で形成されている。このＩＴＯ膜としては、１０００ｎｍ以下のある波長より長波長側の赤外線を全面的に９０％以上カットオフする平均一次粒子径０．２μｍ以下の錫ドープ酸化インジウム粉末と、有機溶媒に可溶性又は分散性の有機樹脂とを、有機溶媒中に含有する透明赤外線カットオフ膜形成材から形成され、８５０〜２５００ｎｍの範囲内にある波長より長波長側の赤外線を全面的に８０％以上カットオフ（吸収）する赤外線カットオフ特性を示す透明赤外線カットオフ膜を採用することが好ましい。
【００１９】
この赤外線吸収膜５として、ＩＴＯ膜を絶縁性フィルム２に成膜する際には、ＩＴＯ膜の厚さを所望の赤外線吸収率に応じて設定することが好ましい。すなわち、図３に示すように、ＩＴＯ膜について、例えば２．０μｍ、３．６μｍ、７．７μｍと厚さを変えた３つの場合で波長（８５０ｎｍ〜２５００ｎｍ）に対する透過率を測定すると、図３に示すように、膜厚が厚いほど透過率が低く、逆に赤外線吸収率が高くなる。したがって、図３に示すように、ＩＴＯ膜は、厚いほど赤外線吸収率が高くなるため、測定対象物の赤外線放射レベルが低く、センサ感度を高めたい場合には、要望される赤外線吸収率に合わせてＩＴＯ膜を厚く設定して作製する。
【００２０】
このように作製した赤外線吸収膜５によって測定対象物からの輻射による赤外線を吸収する。そして、赤外線を吸収し発熱した赤外線吸収膜５から絶縁性フィルム２を介した熱伝導によって、直下の第１の感熱素子３Ａの温度が変化するようになっている。この赤外線吸収膜５は、第１の感熱素子３Ａよりも大きなサイズでこれを覆うように形成されている。
【００２１】
上記赤外線反射膜６は、絶縁性フィルム２よりも高い赤外線放射率を有する材料で形成され、例えば、鏡面のアルミニウム蒸着膜やアルミニウム箔等で形成されている。この赤外線反射膜６は、第２の感熱素子３Ｂよりも大きなサイズでこれらを覆うように形成されている。
【００２２】
このように本実施形態の赤外線センサ１は、第１の感熱素子３Ａに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線吸収膜５と、第２の感熱素子３Ｂに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線反射膜６と、を備えているので、赤外線吸収膜５による部分的な赤外線吸収と赤外線反射膜６による部分的な赤外線反射とにより、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルム２上で第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの良好な温度差分を得ることができる。
【００２３】
すなわち、フィルムに赤外線吸収材料等を含有させていない低熱伝導性の絶縁性フィルム２でも、図２に示すように、赤外線吸収膜５によって絶縁性フィルム２の第１の感熱素子３Ａの直上部分のみに赤外線吸収による熱を伝導させることができる。特に、薄い絶縁性フィルム２を挟んで赤外線吸収膜５の熱が伝導されるため、感度の劣化がなく、高い応答性を有している。また、赤外線吸収膜５の面積を任意に設定可能であるため、測定対象物との距離に合わせた赤外線検出の視野角を面積で設定でき、高い受光効率を得ることができる。
【００２４】
また、赤外線反射膜６によって絶縁性フィルム２の第２の感熱素子３Ｂの直上部分における赤外線を反射してその吸収を阻止することができる。
なお、絶縁性フィルム２上に赤外線吸収膜５と赤外線反射膜６とを形成しているので、赤外線吸収膜５と赤外線反射膜６との間の熱を伝導する媒体が、空気以外にこれら膜が対向した間の絶縁性フィルム２のみとなり、伝導する断面積が小さくなる。したがって、相互の感熱素子への熱が伝わり難くなり、干渉が少なくなって検出感度が向上する。
【００２５】
このように、低熱伝導性の絶縁性フィルム２上で互いに熱の影響が抑制された第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとが、それぞれ赤外線吸収膜５の直下と赤外線反射膜６の直下との絶縁性フィルム２の部分的な温度を測定する構造を有している。したがって、赤外線検知用とされる第１の感熱素子３Ａと温度補償用とされる第２の感熱素子３Ｂとの良好な温度差分を得られ、高感度化を図ることができる。
【００２６】
また、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの熱結合が低いので、互いに近づけて配置することも可能になり、全体の小型化を図ることができる。さらに、枠体やケースによる遮光構造ではなく、赤外線反射膜６によって赤外線の吸収を防いでいるので、安価に作製することができる。
【００２７】
また、赤外線吸収膜５及び赤外線反射膜６が導電性材料で構成されていても、絶縁性フィルム２を挟んで設置された第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂとの絶縁が確保されているので、膜の絶縁性を問わずに効率の良い材料の選択が可能になる。
さらに、絶縁性フィルム２上に薄く熱伝導性の低い配線膜４を設けているので、従来のようにリード線とサーミスタとの間の空間伝導による他の箇所との熱結合を防ぐことができる。
【００２８】
また、絶縁性フィルム２が、赤外線透過性フィルムで形成されているので、赤外線吸収膜５及び赤外線反射膜６の周囲の絶縁性フィルム２自体による赤外線吸収を極力抑制して、周囲からの熱伝導による第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂへの影響を低減することができる。
【００２９】
また、赤外線吸収膜５が、ＩＴＯ膜であるので、カーボンブラック等に比べて高い耐候性を有しており、屋外で使用しても剥がれや摩耗等の劣化が生じ難い。
さらに、上記ＩＴＯ膜が、８５０〜２５００ｎｍの範囲内にある波長より長波長側の赤外線を全面的に８０％以上カットオフする赤外線カットオフ特性を示す透明赤外線カットオフ膜であるので、８５０〜２５００ｎｍの範囲内にある波長より長波長側の赤外線を全面的に８０％以上吸収することができる。特に、従来のＩＴＯ粉末を用いた膜では吸収が困難だった波長１２００ｎｍ以下、特に１０００ｎｍ以下の領域の赤外線も十分に吸収することが可能になる。
【００３０】
また、赤外線吸収膜５としてＩＴＯ膜を絶縁性フィルム２に成膜する際に、ＩＴＯ膜の厚さを所望の赤外線吸収率に応じて設定するので、測定対象物からの赤外線放射レベルに対応して厚さ設定されたＩＴＯ膜によってセンサの感度を向上させることができる。
【実施例】
【００３１】
上記赤外線吸収膜のより詳しい製造方法及びその光吸収特性について、以下に説明する。
なお、粉末の平均一次粒子径は、比表面積（ＢＥＴ）の測定値から、次の粒子径式：ａ（μｍ）＝６／（ρ×Ｂ）［ａ：平均粒子径、ρ：真比重、Ｂ：比表面積（ｍ２／ｇ）］に基づいて算出した。このようにして比表面積から求めた粒子径は透過式電子顕微鏡から直接観察した粒子径とほぼ一致することが確認されている。ＢＥＴ法による比表面積は、マイクロトラック社製のベータソーブ自動表面積計４２００型を用いて測定した。また、粉末、膜、フィルムの光透過スペクトルは、積分球付き自記分光光度計Ｕ−４０００型 （日立製作所社製）を用いて、拡散反射法により測定した。
【００３２】
Ａ．粉末の製造
（製造例１）
ＩｎＣ１３水溶液１．８Ｌ（Ｉｎ金属６００ｇ含有）と６０％ＳｎＣ１４水溶液２２．９２ｇ（Ｓｎ金属６．２７ｇ含有）との混合水溶液を、ＮＨ４ＨＣＯ３３１００ｇ／１２Ｌの水溶液中に、７０℃の加温下で攪拌しながら滴下し、最終ｐＨ８．５にしてＩｎ−Ｓｎ共沈水酸化物を析出させた。次に、静置して沈殿を沈降させた後、上澄み液を除去し、イオン交換水を加えて静置・沈降と上澄み液除去の操作を６回（水の添加量は１回につき１０Ｌ）繰り返すことにより、沈殿を十分に水洗した後、吸引濾過により沈殿を濾別して、含水水酸化物の沈殿を得た。この沈殿を１１０℃で一晩乾燥させた。
【００３３】
この乾燥させた共沈水酸化物２５０ｇを長さ２５０ｍｍの半割石英ボートに入れ、内径７０ｍｍ、長さ７００ｍｍのインコロイ８００製チューブからなる密閉加圧管状炉を用いて加圧窒素ガス雰囲気下に焼成した。即ち、ボートを管状炉に入れた後、系内を真空に排気し、窒素ガスで圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ２に加圧し、密閉下で温度６００℃に昇温させ、この温度に３時間保持して焼成を行い、ＩＴＯ粉末を得た。
【００３４】
得られたＩＴＯ粉末の平均一次粒子径は０．０３２μｍであり、光透過スペクトルは、７５０ｎｍ以上では全面的に９４％以上のすぐれた赤外線カットオフ効果認められた。その最低カットオフ波長は７００ｎｍであった。
【００３５】
（製造例２）
比較のために、ＩＴＯ以外の導電性粉末の例として、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）粉末を次のようにして調製した。ＳｎＣ１４水溶液１．８Ｌ（Ｓｎ金属６００ｇ含有）とＳｂＣｌ３水溶液０．２Ｌ（Ｓｂ金属８０ｇ含有）との混合水溶液を、ＮａＯＨ９００ｇ／１２Ｌの水溶液中に、９０℃の加温下で攪拌しながら滴下し、最終ｐＨ７にしてＳｎ−Ｓｂ共沈水酸化物を析出させた。次に、静置して沈殿を沈降させた後、上澄み液を除去し、イオン交換水を加えて静置・沈降と上澄み液除去の操作を６回（水の添加量は１回につき１０Ｌ）繰り返すことにより、沈殿を十分に水洗した後、吸引濾過により沈殿を濾別して、含水水酸化物の沈殿を得た。この沈殿を１１０℃で一晩乾燥させた。
【００３６】
次に、製造例１と同様にして同条件で焼成し、ＡＴＯ（アンチモンドープ酸化スズ）粉末を得た。この粉末の平均一次粒子径は０．０２９μｍであり、光透過スペクトルは、１２００ｎｍで３３％以上、１２４０ｎｍ以上でようやく全面的に９６％以上の赤外線をカットオフすることが認められた。その最低カットオフ波長は１２４０ｎｍであった。
【００３７】
Ｂ．赤外線カットオフ材の形成
（実施例１）
製造例１で得たＩＴＯ粉末１０ｇを、少量のステアリン酸亜鉛（分散剤）と共に、１２０℃のヒートロール中で軟化したポリ塩化ビニル樹脂２００ｇ中に十分に練り込んだ。次に、厚さ０．３ｍｍの２枚のステンレス板の間に、０．１ｍｍのスペーサーを用いてサンドイッチし、１２０℃で５分間プレスした後、冷却して、厚さ７０〜１００μｍのＩＴＯ粉末含有フィルムである赤外線吸収膜を形成した。
【００３８】
（実施例２）
製造例１で得たＩＴＯ粉末８ｇ、アクリル樹脂溶液（樹脂固形分４２．１％、キシレン／メチルエチルケトン混合溶媒）５ｇ、キシレン１２ｇ、およびガラスビーズ２０ｇを１００ｃｃガラス瓶に入れ、ペイントシェーカーを使用して粒ゲージで分散状態を確認しながら５時間分散練合した。次に、ガラスビーズを取り除き、アプリケーターで絶縁性フィルム上に塗布し、１００℃で乾燥して、厚さ３μｍのＩＴＯ粉末含有膜である赤外線吸収膜を形成した。
【００３９】
（実施例３）
製造例１で得たＩＴＯ粉末８ｇ、アクリル樹脂溶液（樹脂固形分４２．１％、キシレン／メチルエチルケトン混合溶媒）１０ｇ、キシレン１２ｇ、およびガラスビーズ２０ｇを１００ｃｃガラス瓶に入れ、ペイントシェーカーを使用して粒ゲージで分散状態を確認しながら５時間分散練合した。次に、ガラスビーズを取り除き、アプリケーターで絶縁性フィルム上に塗布し、１００℃で乾燥して、厚さ１μｍのＩＴＯ粉末含有膜である赤外線吸収膜を形成した。
【００４０】
（実施例４）
製造例１で得たＩＴＯ粉末８ｇを、ポリカーボネート樹脂４ｇ、テトラヒドロフラン１２ｇ、ジメチルホルムアミド５ｇ、およびガラスビーズ２０ｇを１００ｃｃガラス瓶に入れ、ペイントシェーカーを使用して粒ゲージで分散状態を確認しながら６．５時間分散練合した。次に、ガラスビーズを取り除き、アプリケーターで絶縁性フィルム上に塗布し、１００℃で乾燥して、厚さ２μｍのＩＴＯ粉末含有膜である赤外線吸収膜を形成した。
【００４１】
（比較例１）
製造例２で得たＡＴＯ粉末８ｇ、アクリル樹脂溶液（樹脂固形分４２．１％、キシレン／メチルエチルケトン混合溶媒）５ｇ、キシレン１２ｇ、およびガラスビーズ２０ｇを１００ｃｃガラス瓶に入れ、ペイントシェーカーを使用して粒ゲージで分散状態を確認しながら５時間分散練合した。次に、ガラスビーズを取り除き、アプリケーターで絶縁性フィルム上に塗布し、１００℃で乾燥して、厚さ２μｍのＡＴＯ粉末含有膜である赤外線吸収膜を形成した。
【００４２】
以上の実施例および比較例で得られた膜またはフィルムの光透過スペクトルを図４にまとめて示す。図４に示した、実施例２〜４で得たＩＴＯ粉末含有膜の赤外線吸収膜は、いずれも可視域において８０％以上の優れた光透過率を示し、赤外域においては８００〜１１００ｎｍの範囲内のある波長より長波長側の赤外線を全面的に８０％以上カットオフできるという優れた赤外線カットオフ機能を有している。実施例２と実施例３との比較から、ＩＴＯ粉末の量が多いほど、より短波長側から赤外線をカットオフでき、カットオフ効果、すなわち赤外線吸収効果が高いことがわかる。
なお、ＡＴＯ含有膜の赤外線吸収膜では、１２００ｎｍでも赤外線カットオフ率は３０％強に過ぎず、赤外線カットオフ効果はＩＴＯ膜より劣っていた。
【００４３】
次に、赤外線吸収膜にＩＴＯ膜を採用した本実施例と、赤外線吸収膜を成膜しない比較例と、赤外線吸収膜にカーボンブラックを採用した比較例とで、センサの感度を測定した結果を、図５に示す。
この測定は、測定対象物として黒体炉の温度を変化させた際、本実施例および各比較例のセンサ出力値を感度として求めたものであり、感度が高いほど、分解能が高いことを意味している。この図５からわかるように、赤外線吸収膜を塗布しない比較例（吸収膜なし）に対して、赤外線吸収膜を成膜した例はいずれも高い感度を得ており、特に、ＩＴＯ膜を赤外線吸収膜として採用した本実施例（ＩＴＯ）では、７０〜１２０℃の範囲で他の赤外線吸収膜の比較例以上の高い感度を得ている。
【００４４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態および上記実施例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。
【００４５】
例えば、上記実施形態では、チップサーミスタの第１の感熱素子及び第２の感熱素子を採用しているが、薄膜サーミスタで形成された第１の感熱素子及び第２の感熱素子を採用しても構わない。
なお、感熱素子としては、上述したように薄膜サーミスタやチップサーミスタが用いられるが、サーミスタ以外に焦電素子等も採用可能である。
【００４６】
また、絶縁性フィルムの一方の面に固定されて該絶縁性フィルムを支持する筐体を設け、該筐体に、第１の感熱素子及び第２の感熱素子をそれぞれ個別に収納すると共に絶縁性フィルムよりも熱伝導率の低い空気や発泡樹脂で覆う第１の収納部及び第２の収納部を設けても構わない。
【符号の説明】
【００４７】
１…赤外線センサ、２…絶縁性フィルム、３Ａ…第１の感熱素子、３Ｂ…第２の感熱素子、４…配線膜、５…赤外線吸収膜、６…赤外線反射膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性フィルムと、
該絶縁性フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、
前記絶縁性フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子に別々に接続された複数対の導電性の配線膜と、
前記第１の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線吸収膜と、
前記第２の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備え、
前記赤外線吸収膜が、ＩＴＯ膜であることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の赤外線センサにおいて、
前記ＩＴＯ膜が、８５０〜２５００ｎｍの範囲内にある波長の赤外線を８０％以上吸収する特性を有することを特徴とする赤外線センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の赤外線センサを製造する方法であって、
前記赤外線吸収膜としてＩＴＯ膜を前記絶縁性フィルムに成膜する工程を有し、
該工程において、ＩＴＯ膜の厚さを所望の赤外線吸収率に応じて設定することを特徴とする赤外線センサの製造方法。
【請求項１】
絶縁性フィルムと、
該絶縁性フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、
前記絶縁性フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子に別々に接続された複数対の導電性の配線膜と、
前記第１の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線吸収膜と、
前記第２の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備え、
前記赤外線吸収膜が、ＩＴＯ膜であることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の赤外線センサにおいて、
前記ＩＴＯ膜が、８５０〜２５００ｎｍの範囲内にある波長の赤外線を８０％以上吸収する特性を有することを特徴とする赤外線センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の赤外線センサを製造する方法であって、
前記赤外線吸収膜としてＩＴＯ膜を前記絶縁性フィルムに成膜する工程を有し、
該工程において、ＩＴＯ膜の厚さを所望の赤外線吸収率に応じて設定することを特徴とする赤外線センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１５４７００（Ｐ２０１２−１５４７００Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２４２６（Ｐ２０１１−１２４２６）
【出願日】平成２３年１月２４日（２０１１．１．２４）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２４日（２０１１．１．２４）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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