赤外線センサ
【課題】 軽量でかつ安定した設置状態が得られ、回路基板から離れた部分の温度も高精度に検出できると共に容易に取り付けることができ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に接続された導電性の第１の配線膜４Ａ及び第２の感熱素子３Ｂに接続された導電性の第２の配線膜４Ｂ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、絶縁性フィルムの一端部に形成され外部のコネクタに嵌め込み可能な複数の端子電極７Ａ，７Ｂと、絶縁性フィルムの一方の面における一端部に貼り付けられた端部補強板１１と、絶縁性フィルムの他端部に形成された取り付け用孔２ｂとを備えている。
【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に接続された導電性の第１の配線膜４Ａ及び第２の感熱素子３Ｂに接続された導電性の第２の配線膜４Ｂ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、絶縁性フィルムの一端部に形成され外部のコネクタに嵌め込み可能な複数の端子電極７Ａ，７Ｂと、絶縁性フィルムの一方の面における一端部に貼り付けられた端部補強板１１と、絶縁性フィルムの他端部に形成された取り付け用孔２ｂとを備えている。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＥＴなどのスイッチング素子や電解コンデンサなど、回路基板上の電子部品（デバイス）の発熱状態を検知する場合、デバイス近傍の回路基板上に温度センサを設置するか、デバイスに接続されたヒートシンクに温度センサを設置し、回路基板やヒートシンクの温度から間接的に素子温度を知る方法が知られている。この方法では、間接的にデバイス等の測定対象物の温度を検出するため、検出誤差が大きく高精度な検出が難しい。
【０００３】
一方、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、複写機の定着装置に使用されている加熱定着ローラ等の温度を測定する温度センサであって、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、この赤外線センサでは、アルミニウムなどの熱伝導率が大きく熱放射率の小さい金属材料から略ブロック状に形成された筐体である保持体に感熱素子が内蔵されている。
【０００４】
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。さらに、この赤外線検出器は、樹脂または金属で形成されたケースに感熱素子が内蔵されている。
【０００５】
これら特許文献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、一方の感熱素子について赤外線を筐体で遮光する構造を採用しているが、赤外線を遮っているだけで遮蔽部分が赤外線を吸収してしまい、遮蔽部分の温度が変化してしまうことからリファレンスとして不完全となってしまう不都合があった。
【０００６】
そのため、特許文献３に示すように、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、絶縁性フィルムの一方の面に形成され第１の感熱素子及び第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、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赤外線センサが開発されている。
【０００７】
この赤外線センサでは、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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）
【特許文献３】特開２０１１−１３２１３号公報（特許請求の範囲、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
特許文献１から３に記載の赤外線センサを取り付ける場合、ブロック状の筐体またはケースを取り付けるために大きな専用の取り付け構造および支持構造を採用する必要があり、広い設置スペースを確保しなければならないと共に高コストになってしまう不都合があった。
また、例えば、図７に示すように、赤外線センサとしてサーモパイル１０１を垂直に立てた実装基板１０２に固定してデバイスの横方向から温度を検出することも考えられるが、この場合、サーモパイル１０１が金属缶に封止された構造であり、大きな容積を有して厚いために上記各特許文献と同様に広い設置面積および空間が必要になるという不都合があった。このため、赤外線センサが搭載される装置または回路基板全体の小型化および高密度化が困難になってしまう問題があった。また、サーモパイル１０１が重いため、実装基板１０２を回路基板１０４に垂直に立てるには、大きな支持部材１０３等の支持構造により高い支持強度を得る必要があった。特に、図８に示すように、測定対象物Ｓの温度を測定したい部分Ｓ１が回路基板１０４の表面から離れている場合、検出位置までの高さ（距離）を確保するために実装基板１０２が長くなり、車載用などでは、振動によって回路基板１０４への実装基板１０２の固定が緩むおそれがあると共に、実装基板１０２が振れて赤外線の視野角がぶれたり、振動雑音が加わって検出精度が劣化する不都合があった。さらに、サーモパイル１０１の半田付けなどが必要になり、取り付け工程が多くなり、コストの増大を招いてしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、軽量でかつ安定した設置状態が得られ、回路基板から離れた部分の温度も高精度に検出できると共に容易に取り付けることができる赤外線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】
【００１１】
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の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び前記第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、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、前記第１の配線膜および前記第２の配線膜に接続され前記絶縁性フィルムの他方の面における一端部に形成され外部のコネクタに嵌め込み可能な複数の端子電極と、前記絶縁性フィルムの一方の面における一端部に貼り付けられた端部補強板と、前記絶縁性フィルムの他端部に形成された取り付け用孔とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
この赤外線センサでは、絶縁性フィルムの一端部に形成され外部のコネクタに嵌め込み可能な複数の端子電極と、絶縁性フィルムの一端部に貼り付けられた端部補強板と、絶縁性フィルムの他端部に形成された取り付け用孔とを備えているので、端部補強板で高剛性とされた一端部の端子電極をコネクタに嵌め込むことで容易に回路基板等に固定および電気的接続ができると共に、コネクタから離れた他の外部部材に取り付け用孔を用いて絶縁性フィルムの他端部をネジ止め等によって固定することができる。これにより、絶縁性フィルムの両端部が固定され張設状態となり、全体が安定的に支持されることで、第１の感熱素子、第２の感熱素子および赤外線反射膜を含むセンサ部がコネクタから離れて配されていても、振動によりセンサ部の視野角がぶれたり、振動雑音が加わったりすることを抑制することができる。また、絶縁性フィルムが柔軟であるので、取り付け用孔による他端部の取り付け位置をコネクタ直上からずらすこともでき、センサ部の傾きを変えて赤外線の検出方向を任意に変更することも可能である。したがって、回路基板上にリフローで実装したコネクタに一端部を差し込むと共に他端部を取り付け用孔を用いて固定するだけで容易に取り付け可能であり、狭い設置スペースでも実装可能で、高密度化にも適しており、さらに回路基板から離れた位置の温度も高精度で検出可能になる。
【００１３】
また、第２の発明の赤外線センサは、第１の発明において、前記第１の感熱素子、前記第２の感熱素子および前記赤外線反射膜の領域に対応したセンサ部用窓部が形成されて前記絶縁性フィルムの一方の面に前記領域を囲んで貼り付けられたセンサ部補強枠を備えていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、絶縁性フィルムの一方の面に第１の感熱素子、第２の感熱素子および赤外線反射膜の領域を囲んで貼り付けられたセンサ部補強枠を備えているので、センサ部補強枠によってセンサ部となる上記領域の周囲の剛性を高め、張設時に第１の感熱素子および第２の感熱素子に加わる応力を抑制することができる。なお、センサ部補強枠内は、センサ部に空間を設けるようにくり抜かれてセンサ部用窓部とされているので、センサ部補強枠が第１の感熱素子および第２の感熱素子の実装の邪魔にならないと共に、センサ部に対してセンサ部補強枠からの熱伝導による影響が抑制される。
【００１４】
また、第３の発明の赤外線センサは、第１または第２の発明において、少なくとも前記第１の感熱素子、前記第２の感熱素子および前記赤外線反射膜からなるセンサ部が、前記絶縁性フィルムに複数設けられ、これらに対応する前記端子電極が全て前記絶縁性フィルムの一端部に形成されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、センサ部が、絶縁性フィルムに複数設けられ、これらに対応する端子電極が全て絶縁性フィルムの一端部に形成されているので、一端部をコネクタに差し込んで固定すると共に他端部を外部部材などに固定することで、複数のセンサ部を配置でき、複数個所の温度を検出可能になる。また、複数のセンサ部が一つの絶縁性フィルムに一体に形成されているので、多数の導電線を配設する必要が無く、組み立て工程も簡略化できると共に、耐震性も確保することができる。したがって、本発明の赤外線センサは、例えばＬｉイオン等のバッテリーユニットやエアコンディショナーのフロントウィンドウなどにおける複数個所の温度検出に好適である。
【００１５】
また、第４の発明の赤外線は、第２の発明において、前記センサ部用窓部を塞ぐシール材が前記センサ部補強枠に貼り付けられていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、センサ部用窓部を塞ぐシール材がセンサ部補強枠に貼り付けられているので、シール材によって空間を空けた状態でセンサ部をカバーでき、背面からの空気対流や赤外線の影響を軽減することができる。
【００１６】
また、第５の発明の赤外線センサは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記第１の配線膜が、前記第１の感熱素子の周囲にまで配されて前記第２の配線膜よりも大きな面積で形成されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、第１の配線膜が、第１の感熱素子の周囲にまで配されて第２の配線膜よりも大きな面積で形成されているので、絶縁性フィルムの赤外線を吸収した部分からの熱収集を改善すると共に、絶縁性フィルムの赤外線反射膜が形成された部分と熱容量が近づくので、変動誤差を小さくすることができる。なお、第１の配線膜の面積及び形状は、絶縁性フィルムの赤外線反射膜が形成された部分と熱容量がほぼ等しくなるように設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
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によれば、絶縁性フィルムの一端部に形成され外部のコネクタに嵌め込み可能な複数の端子電極と、絶縁性フィルムの一端部に貼り付けられた端部補強板と、絶縁性フィルムの他端部に形成された取り付け用孔とを備えているので、コネクタに一端部を差し込むと共に他端部を取り付け用孔を用いて固定するだけで容易に取り付け可能であり、狭い設置スペースでも実装可能で、高密度化にも適しており、さらに回路基板から離れた位置の温度も高精度で検出可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る赤外線センサの第１実施形態を示す正面図およびシール材を外した状態の背面図である。
【図２】第１実施形態において、第１の感熱素子が接着された部分（ａ）と第２の感熱素子が接着された部分（ｂ）とを示す要部の拡大正面図である。
【図３】第１実施形態において、設置状態の赤外線センサを示す正面図および側面図である。
【図４】第１実施形態において、センサ部補強枠および端部補強板を外した状態の赤外線センサを示す背面図（ａ）およびシール材を貼り付けた状態の赤外線センサを示す背面図である。
【図５】複数の温度センサを用いた従来例を示す簡易的な構成図である。
【図６】本発明に係る赤外線センサの第２実施形態を示す正面図である。
【図７】本発明に係る参考例において、基板上に立設させた状態のサーモパイルを示す側面図である。
【図８】本発明に係る参考例において、基板上に立設された赤外線センサの振動時の状態を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る赤外線センサの第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。
【００２０】
本実施形態の赤外線センサ１は、図１から図４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に接続された導電性金属膜である一対の第１の配線膜４Ａ及び第２の感熱素子３Ｂに接続された導電性金属膜である一対の第２の配線膜４Ｂ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、第１の配線膜４Ａおよび第２の配線膜４Ｂに接続され絶縁性フィルム２の他方の面における一端部に形成され外部のコネクタ９に嵌め込み可能な第１の端子電極７Ａおよび第２の端子電極７Ｂと、絶縁性フィルム２の一方の面における一端部に貼り付けられた端部補強板１１と、絶縁性フィルム２の他端部に形成された取り付け用孔２ｂとを備えている。
【００２１】
また、この赤外線センサ１は、第１の感熱素子３Ａ、第２の感熱素子３Ｂおよび赤外線反射膜６の領域に対応したセンサ部用窓部８ａが形成されて絶縁性フィルム２の一方の面に前記領域を囲んで貼り付けられたセンサ部補強枠８を備えている。
【００２２】
一対の第１の配線膜４Ａは、図１および図４の（ａ）に示すように、その一端部にそれぞれ絶縁性フィルム２上に形成された一対の第１の接着電極５Ａを有していると共に、他端部にそれぞれ絶縁性フィルム２の反対面（他方の面）に形成された一対の第１の端子電極７Ａがスルーホール（図示略）を介して接続されている。
また、一対の第２の配線膜４Ｂは、その一端部にそれぞれ絶縁性フィルム２上に形成された一対の第２の接着電極５Ｂを有していると共に、他端部にそれぞれ絶縁性フィルム２の反対面（他方の面）に形成された一対の第２の端子電極７Ｂがスルーホール（図示略）を介して接続されている。
【００２３】
一対の第１の接着電極５Ａは、第１の感熱素子３Ａの周囲にまで配されて第２の接着電極５Ｂよりも大きな面積で形成されている。これらの第１の接着電極５Ａは、一対の略中央に第１の感熱素子３Ａを配し、一対で赤外線反射膜６と略同じ面積に設定されている。すなわち、第１の接着電極５Ａは、絶縁性フィルム２の赤外線反射膜６が形成された部分と熱容量がほぼ等しくなるように設定している。
なお、上記第１の接着電極５Ａ及び第２の接着電極５Ｂには、それぞれ第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂの端子電極３ａが半田等の導電性接着剤で接着される。
【００２４】
上記絶縁性フィルム２は、ポリイミド樹脂シートで帯状に形成され、赤外線反射膜６、第１の配線膜４Ａ、第２の配線膜４Ｂ、第１の端子電極７Ａおよび第２の端子電極７Ｂが銅箔で形成されている。すなわち、これらは、絶縁性フィルム２とされるポリイミド基板の両面に、赤外線反射膜６、第１の配線膜４Ａ及び第２の配線膜４Ｂとされる銅箔のフロート電極がパターン形成された両面フレキシブル基板によって作製されたものである。
【００２５】
この絶縁性フィルム２には、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂの周囲に第１の配線膜４Ａおよび第２の配線膜４Ｂを避けて延在する一対の長孔部２ａが形成されている。これらの長孔部２ａは、互いに対向させてコ字状にくり抜いた溝であり、互いの間の領域が、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂが実装されると共に、第１の配線膜４Ａ、第２の配線膜４Ｂおよび赤外線反射膜６が形成される中央実装領域とされる。なお、互いに対向する一対の長孔部２ａの端部間は、第１の配線膜４Ａおよび第２の配線膜４Ｂが通る配線領域とされると共に、中央実装領域の支持部となっている。
【００２６】
さらに、上記赤外線反射膜６は、図１の（ａ）に示すように、第２の感熱素子３Ｂの直上に四角形状で配されており、銅箔と、該銅箔上に積層された金メッキ膜とで構成されている。この場合、金メッキ膜が、銅箔の酸化防止膜として機能すると共に赤外線の反射率を向上させることができる。なお、絶縁性フィルム２の背面には、第１の端子電極７Ａ及び第２の端子電極７Ｂを除いて第１の配線膜４Ａ及び第２の配線膜４Ｂを含む面全体を覆うポリイミド樹脂のカバーレイ（図示略）が形成されている。
【００２７】
この赤外線反射膜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、上述したように、銅箔上に金メッキ膜が施されて形成されている。なお、金メッキ膜の他に、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しても構わない。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を覆うように形成されている。
【００２８】
上記第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂは、図２に示すように、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を対応する第１の接着電極５Ａ上又は第２の接着電極５Ｂ上に接合させて絶縁性フィルム２に実装されている。
【００２９】
特に、本実施形態では、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂとして、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体、すなわちＭｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料で形成されたサーミスタ素子を採用している。さらに、このセラミックス焼結体は、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有していることが好ましい。特に、セラミックス焼結体としては、立方晶スピネル相からなる単相の結晶構造が最も望ましい。立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を上記セラミックス焼結体に採用する理由は、異方性もなく、また不純物層がないので、セラミックス焼結体内で電気特性のバラツキが小さく、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとで高精度な測定が可能になるためである。また、安定した結晶構造のため、耐環境に対する信頼性も高い。
【００３０】
上記センサ部補強枠８および端部補強板１１は、例えばガラスエポキシ基板などの絶縁性を有した硬質な樹脂基板等で形成されている。センサ部補強枠８は、図１の（ｂ）に示すように、センサ部３に対応した矩形状のセンサ部用窓部８ａが形成されている。このセンサ部用窓部８ａは、一対の長孔部２ａの内側に形成され、第１の接着電極５Ａおよび第２の接着電極５Ｂを囲むように形成されている。
【００３１】
また、センサ部補強枠８には、図４の（ｂ）に示すように、センサ部用窓部８ａを塞ぐシール材１０が背面に貼り付けられている。このシール材１０は、外部からの赤外線を反射可能なものが好ましく、上記赤外線反射膜６と同じ膜やアルミニウム箔などが適用可能である。
上記端部補強板１１は、絶縁性フィルム２の一端部の形状に対応して長方形状に形成されている。
【００３２】
この赤外線センサ１は、図３に示すように、回路基板１０４上のコネクタ９に一端部、すなわち第１の端子電極７Ａおよび第２の端子電極７Ｂと端部補強板１１とを有する端部を差し込むと共に、他端部をコネクタ９の上方に配された筐体やヒートシンクなどの外部部材Ｈに取り付け用孔２ｂを用いてネジＮで固定して実装される。なお、絶縁性フィルム２の他端部は柔軟であるので、折り曲げたり、湾曲させたりすることで、外部部材Ｈの取り付け面の向きに対応して取り付け可能である。また、この際、絶縁性フィルム２の他方の面、すなわち赤外線反射膜６が形成された面を、電解コンデンサやスイッチング素子等の測定対象物Ｓに向けて赤外線センサ１が設置される。
【００３３】
このように本実施形態の赤外線センサ１では、絶縁性フィルム２の他方の面における一端部に形成され外部のコネクタ９に嵌め込み可能な第１の端子電極７Ａおよび第２の端子電極７Ｂと、絶縁性フィルム２の一方の面における一端部に貼り付けられた端部補強板１１と、絶縁性フィルム２の他端部に形成された取り付け用孔２ｂとを備えているので、端部補強板１１で高剛性とされた一端部の端子電極７Ａ，７Ｂをコネクタ９に嵌め込むことで容易に回路基板１０４に固定および電気的接続ができると共に、コネクタ９から離れた筐体やヒートシンクなどの外部部材Ｈに取り付け用孔２ｂを用いて絶縁性フィルム２の他端部をネジ止め等によって固定することができる。
【００３４】
これにより、絶縁性フィルム２の両端部が固定され張設状態となり、全体が安定的に支持されることで、第１の感熱素子３Ａ、第２の感熱素子３Ｂおよび赤外線反射膜６を含むセンサ部３がコネクタ９から離れて配されていても、振動によりセンサ部３の視野角がぶれたり、振動雑音が加わったりすることを抑制することができる。すなわち、図３の（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓで温度を測定したい部分Ｓ１が回路基板１０４から離れた位置であっても、その部分Ｓ１にセンサ部３を対向状態に安定に配することが容易となる。
【００３５】
また、絶縁性フィルム２が柔軟であるので、取り付け用孔２ｂによる他端部の取り付け位置をコネクタ９直上からずらすこともでき、センサ部３の傾きを変えて赤外線の検出方向を任意に変更することも可能である。したがって、回路基板１０４上にリフローで実装したコネクタ９に一端部を差し込むと共に他端部を取り付け用孔２ｂを用いて固定するだけで容易に取り付け可能であり、狭い設置スペースでも実装可能で、高密度化にも適しており、さらに回路基板１０４から離れた位置の温度も高精度で検出可能になる。
【００３６】
また、絶縁性フィルム２の一方の面に第１の感熱素子３Ａ、第２の感熱素子３Ｂおよび赤外線反射膜６の領域を囲んで貼り付けられたセンサ部補強枠８を備えているので、センサ部補強枠８によってセンサ部３となる上記領域の周囲の剛性を高め、張設時に第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂに加わる応力を抑制することができる。なお、センサ部補強枠８内は、センサ部３に空間を設けるようにくり抜かれてセンサ部用窓部８ａとされているので、センサ部補強枠８が第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂの実装の邪魔にならないと共に、センサ部３に対してセンサ部補強枠８からの熱伝導による影響が抑制される。
【００３７】
さらに、センサ部用窓部８ａを塞ぐシール材１０がセンサ部補強枠８に貼り付けられているので、シール材１０によって空間を空けた状態でセンサ部３をカバーでき、背面からの空気対流や赤外線の影響を軽減することができる。
【００３８】
また、絶縁性フィルム２に、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂの周囲に第１の配線膜４Ａおよび第２の配線膜４Ｂを避けて延在する長孔部２ａが形成されているので、第１の感熱素子３Ａ上の赤外線吸収領域から周囲への熱の伝導が長孔部２ａにより遮断され、測定対象物Ｓからの輻射熱を熱隔離して効率良く蓄えることができる。また、測定対象物Ｓからの輻射熱によって温度分布が乱されないように、周辺装置からの熱の影響を受けた部分からの熱伝導を長孔部２ａで遮断して影響を抑制することができる。
【００３９】
また、第１の配線膜４Ａが、第１の感熱素子３Ａの周囲にまで配されて第２の配線膜４Ｂよりも大きな面積で形成されているので、絶縁性フィルム２の赤外線を吸収した部分からの熱収集を改善すると共に、絶縁性フィルム２の赤外線反射膜６が形成された部分と熱容量が近づくので、変動誤差を小さくすることができる。
【００４０】
次に、本発明に係る赤外線センサの第２実施形態について、図５および図６を参照して以下に説明する。なお、以下の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。
【００４１】
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、絶縁性フィルム２に第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとを有するセンサ部３が一つだけ設けられているのに対し、第２実施形態の赤外線センサ２１は、図６に示すように、少なくとも第１の感熱素子３Ａ、第２の感熱素子３Ｂおよび赤外線反射膜６からなるセンサ部３が、絶縁性フィルム２２に複数設けられ、これらに対応する端子電極７Ａ，７Ｂが全て絶縁性フィルム２２の一端部に形成されている点である。
【００４２】
すなわち、第２実施形態では、絶縁性フィルム２２が第１実施形態よりも長く、互いに延在方向に間隔を開けて複数（図６では３つ）のセンサ部３が設けられている。これらセンサ部３は、それぞれ第１の配線膜および第２の配線膜を介して一端部の端子電極７Ａ，７Ｂに接続されている。
【００４３】
従来、複数個所の温度を検出するために、例えば図５に示すように、複数の温度センサ１０５とこれらに接続された複数の導電線１０６とを各所に配設する必要があり、導電線１０６の取り回しや取り付け工程が面倒であると共に、耐震性を確保するために導電線１０６として太い線材が必要であるという不都合があった。
【００４４】
これに対し、第２実施形態の赤外線センサ２１では、センサ部３が、絶縁性フィルム２２に複数設けられ、これらに対応する端子電極７Ａ，７Ｂが全て絶縁性フィルム２２の一端部に形成されているので、一端部をコネクタに差し込んで固定すると共に他端部を外部部材などに固定することで、複数のセンサ部３を配置でき、複数個所の温度を検出可能になる。また、複数のセンサ部３が一つの絶縁性フィルム２２に一体に形成されているので、複数の温度センサ１０５と複数の導電線１０６とを配設する必要が無く、組み立て工程も簡略化できると共に、耐震性も確保することができる。
【００４５】
したがって、この赤外線センサ２１は、例えばＬｉイオン等のバッテリーユニットやエアコンディショナーのフロントウィンドウなどにおける複数個所の温度検出に好適である。
なお、上記第２実施形態では、取り付け用孔２ｂが絶縁性フィルム２２の他端部だけに形成されているが、長い絶縁性フィルム２２の途中にも一つまたは複数の取り付け用孔２ｂを形成して外部部材等にネジ止め等で固定しても構わない。
【００４６】
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。
【００４７】
例えば、上記各実施形態では、第１の感熱素子が赤外線を直接吸収した絶縁性フィルムから伝導される熱を検出しているが、第１の感熱素子の直上であって絶縁性フィルム上に赤外線吸収膜を形成しても構わない。この場合、さらに第１の感熱素子における赤外線吸収効果が向上して、第１の感熱素子と第２の感熱素子とのより良好な温度差分を得ることができる。すなわち、この赤外線吸収膜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ようにし、赤外線を吸収し発熱した赤外線吸収膜から絶縁性フィルムを介した熱伝導によって、直下の第１の感熱素子の温度が変化するようにしてもよい。
【００４８】
この赤外線吸収膜は、絶縁性フィルムよりも高い赤外線吸収率を有する材料で形成され、例えば、カーボンブラック等の赤外線吸収材料を含むフィルムや赤外線吸収性ガラス膜（二酸化珪素を７１％含有するホーケー酸ガラス膜など）で形成されているもの等が採用可能である。特に、赤外線吸収膜は、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）膜であることが望ましい。このＡＴＯ膜は、カーボンブラック等に比べて赤外線の吸収率が良いと共に耐光性に優れている。また、ＡＴＯ膜は、紫外線で硬化させるので、接着強度が強く、カーボンブラック等に比べて剥がれ難い。
なお、この赤外線吸収膜は、第１の感熱素子よりも大きなサイズでこれを覆うように形成することが好ましい。
【００４９】
また、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。
さらに、樹脂フィルムに上記センサ部だけでなく、該センサ部に接続されたセンサ制御用の検出回路である回路部も一体に設けても構わない。
【符号の説明】
【００５０】
１，２１…赤外線センサ、２，２２…絶縁性フィルム、２ａ…長孔部、２ｂ…取り付け用孔、３…センサ部、３Ａ…第１の感熱素子、３Ｂ…第２の感熱素子、４Ａ…第１の配線膜、４Ｂ…第２の配線膜、５Ａ…第１の端子電極、５Ｂ…第２の端子電極、６…赤外線反射膜、７Ａ…第１の端子電極、７Ｂ…第２の端子電極、８…センサ部補強枠、８ａ…センサ部用窓部、９…コネクタ、１０…シール材、１１…端部補強板、Ｈ…外部部材
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＥＴなどのスイッチング素子や電解コンデンサなど、回路基板上の電子部品（デバイス）の発熱状態を検知する場合、デバイス近傍の回路基板上に温度センサを設置するか、デバイスに接続されたヒートシンクに温度センサを設置し、回路基板やヒートシンクの温度から間接的に素子温度を知る方法が知られている。この方法では、間接的にデバイス等の測定対象物の温度を検出するため、検出誤差が大きく高精度な検出が難しい。
【０００３】
一方、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、複写機の定着装置に使用されている加熱定着ローラ等の温度を測定する温度センサであって、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、この赤外線センサでは、アルミニウムなどの熱伝導率が大きく熱放射率の小さい金属材料から略ブロック状に形成された筐体である保持体に感熱素子が内蔵されている。
【０００４】
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。さらに、この赤外線検出器は、樹脂または金属で形成されたケースに感熱素子が内蔵されている。
【０００５】
これら特許文献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、一方の感熱素子について赤外線を筐体で遮光する構造を採用しているが、赤外線を遮っているだけで遮蔽部分が赤外線を吸収してしまい、遮蔽部分の温度が変化してしまうことからリファレンスとして不完全となってしまう不都合があった。
【０００６】
そのため、特許文献３に示すように、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、絶縁性フィルムの一方の面に形成され第１の感熱素子及び第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、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赤外線センサが開発されている。
【０００７】
この赤外線センサでは、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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）
【特許文献３】特開２０１１−１３２１３号公報（特許請求の範囲、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
特許文献１から３に記載の赤外線センサを取り付ける場合、ブロック状の筐体またはケースを取り付けるために大きな専用の取り付け構造および支持構造を採用する必要があり、広い設置スペースを確保しなければならないと共に高コストになってしまう不都合があった。
また、例えば、図７に示すように、赤外線センサとしてサーモパイル１０１を垂直に立てた実装基板１０２に固定してデバイスの横方向から温度を検出することも考えられるが、この場合、サーモパイル１０１が金属缶に封止された構造であり、大きな容積を有して厚いために上記各特許文献と同様に広い設置面積および空間が必要になるという不都合があった。このため、赤外線センサが搭載される装置または回路基板全体の小型化および高密度化が困難になってしまう問題があった。また、サーモパイル１０１が重いため、実装基板１０２を回路基板１０４に垂直に立てるには、大きな支持部材１０３等の支持構造により高い支持強度を得る必要があった。特に、図８に示すように、測定対象物Ｓの温度を測定したい部分Ｓ１が回路基板１０４の表面から離れている場合、検出位置までの高さ（距離）を確保するために実装基板１０２が長くなり、車載用などでは、振動によって回路基板１０４への実装基板１０２の固定が緩むおそれがあると共に、実装基板１０２が振れて赤外線の視野角がぶれたり、振動雑音が加わって検出精度が劣化する不都合があった。さらに、サーモパイル１０１の半田付けなどが必要になり、取り付け工程が多くなり、コストの増大を招いてしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、軽量でかつ安定した設置状態が得られ、回路基板から離れた部分の温度も高精度に検出できると共に容易に取り付けることができる赤外線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】
【００１１】
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の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び前記第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、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、前記第１の配線膜および前記第２の配線膜に接続され前記絶縁性フィルムの他方の面における一端部に形成され外部のコネクタに嵌め込み可能な複数の端子電極と、前記絶縁性フィルムの一方の面における一端部に貼り付けられた端部補強板と、前記絶縁性フィルムの他端部に形成された取り付け用孔とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
この赤外線センサでは、絶縁性フィルムの一端部に形成され外部のコネクタに嵌め込み可能な複数の端子電極と、絶縁性フィルムの一端部に貼り付けられた端部補強板と、絶縁性フィルムの他端部に形成された取り付け用孔とを備えているので、端部補強板で高剛性とされた一端部の端子電極をコネクタに嵌め込むことで容易に回路基板等に固定および電気的接続ができると共に、コネクタから離れた他の外部部材に取り付け用孔を用いて絶縁性フィルムの他端部をネジ止め等によって固定することができる。これにより、絶縁性フィルムの両端部が固定され張設状態となり、全体が安定的に支持されることで、第１の感熱素子、第２の感熱素子および赤外線反射膜を含むセンサ部がコネクタから離れて配されていても、振動によりセンサ部の視野角がぶれたり、振動雑音が加わったりすることを抑制することができる。また、絶縁性フィルムが柔軟であるので、取り付け用孔による他端部の取り付け位置をコネクタ直上からずらすこともでき、センサ部の傾きを変えて赤外線の検出方向を任意に変更することも可能である。したがって、回路基板上にリフローで実装したコネクタに一端部を差し込むと共に他端部を取り付け用孔を用いて固定するだけで容易に取り付け可能であり、狭い設置スペースでも実装可能で、高密度化にも適しており、さらに回路基板から離れた位置の温度も高精度で検出可能になる。
【００１３】
また、第２の発明の赤外線センサは、第１の発明において、前記第１の感熱素子、前記第２の感熱素子および前記赤外線反射膜の領域に対応したセンサ部用窓部が形成されて前記絶縁性フィルムの一方の面に前記領域を囲んで貼り付けられたセンサ部補強枠を備えていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、絶縁性フィルムの一方の面に第１の感熱素子、第２の感熱素子および赤外線反射膜の領域を囲んで貼り付けられたセンサ部補強枠を備えているので、センサ部補強枠によってセンサ部となる上記領域の周囲の剛性を高め、張設時に第１の感熱素子および第２の感熱素子に加わる応力を抑制することができる。なお、センサ部補強枠内は、センサ部に空間を設けるようにくり抜かれてセンサ部用窓部とされているので、センサ部補強枠が第１の感熱素子および第２の感熱素子の実装の邪魔にならないと共に、センサ部に対してセンサ部補強枠からの熱伝導による影響が抑制される。
【００１４】
また、第３の発明の赤外線センサは、第１または第２の発明において、少なくとも前記第１の感熱素子、前記第２の感熱素子および前記赤外線反射膜からなるセンサ部が、前記絶縁性フィルムに複数設けられ、これらに対応する前記端子電極が全て前記絶縁性フィルムの一端部に形成されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、センサ部が、絶縁性フィルムに複数設けられ、これらに対応する端子電極が全て絶縁性フィルムの一端部に形成されているので、一端部をコネクタに差し込んで固定すると共に他端部を外部部材などに固定することで、複数のセンサ部を配置でき、複数個所の温度を検出可能になる。また、複数のセンサ部が一つの絶縁性フィルムに一体に形成されているので、多数の導電線を配設する必要が無く、組み立て工程も簡略化できると共に、耐震性も確保することができる。したがって、本発明の赤外線センサは、例えばＬｉイオン等のバッテリーユニットやエアコンディショナーのフロントウィンドウなどにおける複数個所の温度検出に好適である。
【００１５】
また、第４の発明の赤外線は、第２の発明において、前記センサ部用窓部を塞ぐシール材が前記センサ部補強枠に貼り付けられていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、センサ部用窓部を塞ぐシール材がセンサ部補強枠に貼り付けられているので、シール材によって空間を空けた状態でセンサ部をカバーでき、背面からの空気対流や赤外線の影響を軽減することができる。
【００１６】
また、第５の発明の赤外線センサは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記第１の配線膜が、前記第１の感熱素子の周囲にまで配されて前記第２の配線膜よりも大きな面積で形成されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、第１の配線膜が、第１の感熱素子の周囲にまで配されて第２の配線膜よりも大きな面積で形成されているので、絶縁性フィルムの赤外線を吸収した部分からの熱収集を改善すると共に、絶縁性フィルムの赤外線反射膜が形成された部分と熱容量が近づくので、変動誤差を小さくすることができる。なお、第１の配線膜の面積及び形状は、絶縁性フィルムの赤外線反射膜が形成された部分と熱容量がほぼ等しくなるように設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
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によれば、絶縁性フィルムの一端部に形成され外部のコネクタに嵌め込み可能な複数の端子電極と、絶縁性フィルムの一端部に貼り付けられた端部補強板と、絶縁性フィルムの他端部に形成された取り付け用孔とを備えているので、コネクタに一端部を差し込むと共に他端部を取り付け用孔を用いて固定するだけで容易に取り付け可能であり、狭い設置スペースでも実装可能で、高密度化にも適しており、さらに回路基板から離れた位置の温度も高精度で検出可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る赤外線センサの第１実施形態を示す正面図およびシール材を外した状態の背面図である。
【図２】第１実施形態において、第１の感熱素子が接着された部分（ａ）と第２の感熱素子が接着された部分（ｂ）とを示す要部の拡大正面図である。
【図３】第１実施形態において、設置状態の赤外線センサを示す正面図および側面図である。
【図４】第１実施形態において、センサ部補強枠および端部補強板を外した状態の赤外線センサを示す背面図（ａ）およびシール材を貼り付けた状態の赤外線センサを示す背面図である。
【図５】複数の温度センサを用いた従来例を示す簡易的な構成図である。
【図６】本発明に係る赤外線センサの第２実施形態を示す正面図である。
【図７】本発明に係る参考例において、基板上に立設させた状態のサーモパイルを示す側面図である。
【図８】本発明に係る参考例において、基板上に立設された赤外線センサの振動時の状態を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る赤外線センサの第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。
【００２０】
本実施形態の赤外線センサ１は、図１から図４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に接続された導電性金属膜である一対の第１の配線膜４Ａ及び第２の感熱素子３Ｂに接続された導電性金属膜である一対の第２の配線膜４Ｂ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、第１の配線膜４Ａおよび第２の配線膜４Ｂに接続され絶縁性フィルム２の他方の面における一端部に形成され外部のコネクタ９に嵌め込み可能な第１の端子電極７Ａおよび第２の端子電極７Ｂと、絶縁性フィルム２の一方の面における一端部に貼り付けられた端部補強板１１と、絶縁性フィルム２の他端部に形成された取り付け用孔２ｂとを備えている。
【００２１】
また、この赤外線センサ１は、第１の感熱素子３Ａ、第２の感熱素子３Ｂおよび赤外線反射膜６の領域に対応したセンサ部用窓部８ａが形成されて絶縁性フィルム２の一方の面に前記領域を囲んで貼り付けられたセンサ部補強枠８を備えている。
【００２２】
一対の第１の配線膜４Ａは、図１および図４の（ａ）に示すように、その一端部にそれぞれ絶縁性フィルム２上に形成された一対の第１の接着電極５Ａを有していると共に、他端部にそれぞれ絶縁性フィルム２の反対面（他方の面）に形成された一対の第１の端子電極７Ａがスルーホール（図示略）を介して接続されている。
また、一対の第２の配線膜４Ｂは、その一端部にそれぞれ絶縁性フィルム２上に形成された一対の第２の接着電極５Ｂを有していると共に、他端部にそれぞれ絶縁性フィルム２の反対面（他方の面）に形成された一対の第２の端子電極７Ｂがスルーホール（図示略）を介して接続されている。
【００２３】
一対の第１の接着電極５Ａは、第１の感熱素子３Ａの周囲にまで配されて第２の接着電極５Ｂよりも大きな面積で形成されている。これらの第１の接着電極５Ａは、一対の略中央に第１の感熱素子３Ａを配し、一対で赤外線反射膜６と略同じ面積に設定されている。すなわち、第１の接着電極５Ａは、絶縁性フィルム２の赤外線反射膜６が形成された部分と熱容量がほぼ等しくなるように設定している。
なお、上記第１の接着電極５Ａ及び第２の接着電極５Ｂには、それぞれ第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂの端子電極３ａが半田等の導電性接着剤で接着される。
【００２４】
上記絶縁性フィルム２は、ポリイミド樹脂シートで帯状に形成され、赤外線反射膜６、第１の配線膜４Ａ、第２の配線膜４Ｂ、第１の端子電極７Ａおよび第２の端子電極７Ｂが銅箔で形成されている。すなわち、これらは、絶縁性フィルム２とされるポリイミド基板の両面に、赤外線反射膜６、第１の配線膜４Ａ及び第２の配線膜４Ｂとされる銅箔のフロート電極がパターン形成された両面フレキシブル基板によって作製されたものである。
【００２５】
この絶縁性フィルム２には、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂの周囲に第１の配線膜４Ａおよび第２の配線膜４Ｂを避けて延在する一対の長孔部２ａが形成されている。これらの長孔部２ａは、互いに対向させてコ字状にくり抜いた溝であり、互いの間の領域が、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂが実装されると共に、第１の配線膜４Ａ、第２の配線膜４Ｂおよび赤外線反射膜６が形成される中央実装領域とされる。なお、互いに対向する一対の長孔部２ａの端部間は、第１の配線膜４Ａおよび第２の配線膜４Ｂが通る配線領域とされると共に、中央実装領域の支持部となっている。
【００２６】
さらに、上記赤外線反射膜６は、図１の（ａ）に示すように、第２の感熱素子３Ｂの直上に四角形状で配されており、銅箔と、該銅箔上に積層された金メッキ膜とで構成されている。この場合、金メッキ膜が、銅箔の酸化防止膜として機能すると共に赤外線の反射率を向上させることができる。なお、絶縁性フィルム２の背面には、第１の端子電極７Ａ及び第２の端子電極７Ｂを除いて第１の配線膜４Ａ及び第２の配線膜４Ｂを含む面全体を覆うポリイミド樹脂のカバーレイ（図示略）が形成されている。
【００２７】
この赤外線反射膜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、上述したように、銅箔上に金メッキ膜が施されて形成されている。なお、金メッキ膜の他に、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しても構わない。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を覆うように形成されている。
【００２８】
上記第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂは、図２に示すように、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を対応する第１の接着電極５Ａ上又は第２の接着電極５Ｂ上に接合させて絶縁性フィルム２に実装されている。
【００２９】
特に、本実施形態では、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂとして、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体、すなわちＭｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料で形成されたサーミスタ素子を採用している。さらに、このセラミックス焼結体は、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有していることが好ましい。特に、セラミックス焼結体としては、立方晶スピネル相からなる単相の結晶構造が最も望ましい。立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を上記セラミックス焼結体に採用する理由は、異方性もなく、また不純物層がないので、セラミックス焼結体内で電気特性のバラツキが小さく、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとで高精度な測定が可能になるためである。また、安定した結晶構造のため、耐環境に対する信頼性も高い。
【００３０】
上記センサ部補強枠８および端部補強板１１は、例えばガラスエポキシ基板などの絶縁性を有した硬質な樹脂基板等で形成されている。センサ部補強枠８は、図１の（ｂ）に示すように、センサ部３に対応した矩形状のセンサ部用窓部８ａが形成されている。このセンサ部用窓部８ａは、一対の長孔部２ａの内側に形成され、第１の接着電極５Ａおよび第２の接着電極５Ｂを囲むように形成されている。
【００３１】
また、センサ部補強枠８には、図４の（ｂ）に示すように、センサ部用窓部８ａを塞ぐシール材１０が背面に貼り付けられている。このシール材１０は、外部からの赤外線を反射可能なものが好ましく、上記赤外線反射膜６と同じ膜やアルミニウム箔などが適用可能である。
上記端部補強板１１は、絶縁性フィルム２の一端部の形状に対応して長方形状に形成されている。
【００３２】
この赤外線センサ１は、図３に示すように、回路基板１０４上のコネクタ９に一端部、すなわち第１の端子電極７Ａおよび第２の端子電極７Ｂと端部補強板１１とを有する端部を差し込むと共に、他端部をコネクタ９の上方に配された筐体やヒートシンクなどの外部部材Ｈに取り付け用孔２ｂを用いてネジＮで固定して実装される。なお、絶縁性フィルム２の他端部は柔軟であるので、折り曲げたり、湾曲させたりすることで、外部部材Ｈの取り付け面の向きに対応して取り付け可能である。また、この際、絶縁性フィルム２の他方の面、すなわち赤外線反射膜６が形成された面を、電解コンデンサやスイッチング素子等の測定対象物Ｓに向けて赤外線センサ１が設置される。
【００３３】
このように本実施形態の赤外線センサ１では、絶縁性フィルム２の他方の面における一端部に形成され外部のコネクタ９に嵌め込み可能な第１の端子電極７Ａおよび第２の端子電極７Ｂと、絶縁性フィルム２の一方の面における一端部に貼り付けられた端部補強板１１と、絶縁性フィルム２の他端部に形成された取り付け用孔２ｂとを備えているので、端部補強板１１で高剛性とされた一端部の端子電極７Ａ，７Ｂをコネクタ９に嵌め込むことで容易に回路基板１０４に固定および電気的接続ができると共に、コネクタ９から離れた筐体やヒートシンクなどの外部部材Ｈに取り付け用孔２ｂを用いて絶縁性フィルム２の他端部をネジ止め等によって固定することができる。
【００３４】
これにより、絶縁性フィルム２の両端部が固定され張設状態となり、全体が安定的に支持されることで、第１の感熱素子３Ａ、第２の感熱素子３Ｂおよび赤外線反射膜６を含むセンサ部３がコネクタ９から離れて配されていても、振動によりセンサ部３の視野角がぶれたり、振動雑音が加わったりすることを抑制することができる。すなわち、図３の（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓで温度を測定したい部分Ｓ１が回路基板１０４から離れた位置であっても、その部分Ｓ１にセンサ部３を対向状態に安定に配することが容易となる。
【００３５】
また、絶縁性フィルム２が柔軟であるので、取り付け用孔２ｂによる他端部の取り付け位置をコネクタ９直上からずらすこともでき、センサ部３の傾きを変えて赤外線の検出方向を任意に変更することも可能である。したがって、回路基板１０４上にリフローで実装したコネクタ９に一端部を差し込むと共に他端部を取り付け用孔２ｂを用いて固定するだけで容易に取り付け可能であり、狭い設置スペースでも実装可能で、高密度化にも適しており、さらに回路基板１０４から離れた位置の温度も高精度で検出可能になる。
【００３６】
また、絶縁性フィルム２の一方の面に第１の感熱素子３Ａ、第２の感熱素子３Ｂおよび赤外線反射膜６の領域を囲んで貼り付けられたセンサ部補強枠８を備えているので、センサ部補強枠８によってセンサ部３となる上記領域の周囲の剛性を高め、張設時に第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂに加わる応力を抑制することができる。なお、センサ部補強枠８内は、センサ部３に空間を設けるようにくり抜かれてセンサ部用窓部８ａとされているので、センサ部補強枠８が第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂの実装の邪魔にならないと共に、センサ部３に対してセンサ部補強枠８からの熱伝導による影響が抑制される。
【００３７】
さらに、センサ部用窓部８ａを塞ぐシール材１０がセンサ部補強枠８に貼り付けられているので、シール材１０によって空間を空けた状態でセンサ部３をカバーでき、背面からの空気対流や赤外線の影響を軽減することができる。
【００３８】
また、絶縁性フィルム２に、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂの周囲に第１の配線膜４Ａおよび第２の配線膜４Ｂを避けて延在する長孔部２ａが形成されているので、第１の感熱素子３Ａ上の赤外線吸収領域から周囲への熱の伝導が長孔部２ａにより遮断され、測定対象物Ｓからの輻射熱を熱隔離して効率良く蓄えることができる。また、測定対象物Ｓからの輻射熱によって温度分布が乱されないように、周辺装置からの熱の影響を受けた部分からの熱伝導を長孔部２ａで遮断して影響を抑制することができる。
【００３９】
また、第１の配線膜４Ａが、第１の感熱素子３Ａの周囲にまで配されて第２の配線膜４Ｂよりも大きな面積で形成されているので、絶縁性フィルム２の赤外線を吸収した部分からの熱収集を改善すると共に、絶縁性フィルム２の赤外線反射膜６が形成された部分と熱容量が近づくので、変動誤差を小さくすることができる。
【００４０】
次に、本発明に係る赤外線センサの第２実施形態について、図５および図６を参照して以下に説明する。なお、以下の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。
【００４１】
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、絶縁性フィルム２に第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとを有するセンサ部３が一つだけ設けられているのに対し、第２実施形態の赤外線センサ２１は、図６に示すように、少なくとも第１の感熱素子３Ａ、第２の感熱素子３Ｂおよび赤外線反射膜６からなるセンサ部３が、絶縁性フィルム２２に複数設けられ、これらに対応する端子電極７Ａ，７Ｂが全て絶縁性フィルム２２の一端部に形成されている点である。
【００４２】
すなわち、第２実施形態では、絶縁性フィルム２２が第１実施形態よりも長く、互いに延在方向に間隔を開けて複数（図６では３つ）のセンサ部３が設けられている。これらセンサ部３は、それぞれ第１の配線膜および第２の配線膜を介して一端部の端子電極７Ａ，７Ｂに接続されている。
【００４３】
従来、複数個所の温度を検出するために、例えば図５に示すように、複数の温度センサ１０５とこれらに接続された複数の導電線１０６とを各所に配設する必要があり、導電線１０６の取り回しや取り付け工程が面倒であると共に、耐震性を確保するために導電線１０６として太い線材が必要であるという不都合があった。
【００４４】
これに対し、第２実施形態の赤外線センサ２１では、センサ部３が、絶縁性フィルム２２に複数設けられ、これらに対応する端子電極７Ａ，７Ｂが全て絶縁性フィルム２２の一端部に形成されているので、一端部をコネクタに差し込んで固定すると共に他端部を外部部材などに固定することで、複数のセンサ部３を配置でき、複数個所の温度を検出可能になる。また、複数のセンサ部３が一つの絶縁性フィルム２２に一体に形成されているので、複数の温度センサ１０５と複数の導電線１０６とを配設する必要が無く、組み立て工程も簡略化できると共に、耐震性も確保することができる。
【００４５】
したがって、この赤外線センサ２１は、例えばＬｉイオン等のバッテリーユニットやエアコンディショナーのフロントウィンドウなどにおける複数個所の温度検出に好適である。
なお、上記第２実施形態では、取り付け用孔２ｂが絶縁性フィルム２２の他端部だけに形成されているが、長い絶縁性フィルム２２の途中にも一つまたは複数の取り付け用孔２ｂを形成して外部部材等にネジ止め等で固定しても構わない。
【００４６】
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。
【００４７】
例えば、上記各実施形態では、第１の感熱素子が赤外線を直接吸収した絶縁性フィルムから伝導される熱を検出しているが、第１の感熱素子の直上であって絶縁性フィルム上に赤外線吸収膜を形成しても構わない。この場合、さらに第１の感熱素子における赤外線吸収効果が向上して、第１の感熱素子と第２の感熱素子とのより良好な温度差分を得ることができる。すなわち、この赤外線吸収膜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ようにし、赤外線を吸収し発熱した赤外線吸収膜から絶縁性フィルムを介した熱伝導によって、直下の第１の感熱素子の温度が変化するようにしてもよい。
【００４８】
この赤外線吸収膜は、絶縁性フィルムよりも高い赤外線吸収率を有する材料で形成され、例えば、カーボンブラック等の赤外線吸収材料を含むフィルムや赤外線吸収性ガラス膜（二酸化珪素を７１％含有するホーケー酸ガラス膜など）で形成されているもの等が採用可能である。特に、赤外線吸収膜は、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）膜であることが望ましい。このＡＴＯ膜は、カーボンブラック等に比べて赤外線の吸収率が良いと共に耐光性に優れている。また、ＡＴＯ膜は、紫外線で硬化させるので、接着強度が強く、カーボンブラック等に比べて剥がれ難い。
なお、この赤外線吸収膜は、第１の感熱素子よりも大きなサイズでこれを覆うように形成することが好ましい。
【００４９】
また、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。
さらに、樹脂フィルムに上記センサ部だけでなく、該センサ部に接続されたセンサ制御用の検出回路である回路部も一体に設けても構わない。
【符号の説明】
【００５０】
１，２１…赤外線センサ、２，２２…絶縁性フィルム、２ａ…長孔部、２ｂ…取り付け用孔、３…センサ部、３Ａ…第１の感熱素子、３Ｂ…第２の感熱素子、４Ａ…第１の配線膜、４Ｂ…第２の配線膜、５Ａ…第１の端子電極、５Ｂ…第２の端子電極、６…赤外線反射膜、７Ａ…第１の端子電極、７Ｂ…第２の端子電極、８…センサ部補強枠、８ａ…センサ部用窓部、９…コネクタ、１０…シール材、１１…端部補強板、Ｈ…外部部材
【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の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び前記第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、
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、
前記第１の配線膜および前記第２の配線膜に接続され前記絶縁性フィルムの他方の面における一端部に形成され外部のコネクタに嵌め込み可能な複数の端子電極と、
前記絶縁性フィルムの一方の面における一端部に貼り付けられた端部補強板と、
前記絶縁性フィルムの他端部に形成された取り付け用孔とを備えてい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、
前記第１の感熱素子、前記第２の感熱素子および前記赤外線反射膜の領域に対応したセンサ部用窓部が形成されて前記絶縁性フィルムの一方の面に前記領域を囲んで貼り付けられたセンサ部補強枠を備えてい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において、
少なくとも前記第１の感熱素子、前記第２の感熱素子および前記赤外線反射膜からなるセンサ部が、前記絶縁性フィルムに複数設けられ、これらに対応する前記端子電極が全て前記絶縁性フィルムの一端部に形成されていることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項４】
請求項２に記載の赤外線センサにおいて、
前記センサ部用窓部を塞ぐシール材が前記センサ部補強枠に貼り付けられていることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の赤外線センサにおいて、
前記第１の配線膜が、前記第１の感熱素子の周囲にまで配されて前記第２の配線膜よりも大きな面積で形成されていることを特徴とする赤外線センサ。
【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の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び前記第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、
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、
前記第１の配線膜および前記第２の配線膜に接続され前記絶縁性フィルムの他方の面における一端部に形成され外部のコネクタに嵌め込み可能な複数の端子電極と、
前記絶縁性フィルムの一方の面における一端部に貼り付けられた端部補強板と、
前記絶縁性フィルムの他端部に形成された取り付け用孔とを備えてい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、
前記第１の感熱素子、前記第２の感熱素子および前記赤外線反射膜の領域に対応したセンサ部用窓部が形成されて前記絶縁性フィルムの一方の面に前記領域を囲んで貼り付けられたセンサ部補強枠を備えてい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において、
少なくとも前記第１の感熱素子、前記第２の感熱素子および前記赤外線反射膜からなるセンサ部が、前記絶縁性フィルムに複数設けられ、これらに対応する前記端子電極が全て前記絶縁性フィルムの一端部に形成されていることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項４】
請求項２に記載の赤外線センサにおいて、
前記センサ部用窓部を塞ぐシール材が前記センサ部補強枠に貼り付けられていることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の赤外線センサにおいて、
前記第１の配線膜が、前記第１の感熱素子の周囲にまで配されて前記第２の配線膜よりも大きな面積で形成されていることを特徴とする赤外線センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２１１７９１（Ｐ２０１２−２１１７９１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７６７６８（Ｐ２０１１−７６７６８）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【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１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【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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