非接触温度センサ
【課題】簡単な構造で良好な温度補償性能を実現することができ、各感温素子の出力を取り出す引き出し線等の取り扱いが容易な非接触温度センサを提供する。
【解決手段】赤外線検知用感温素子１２および温度補償用感温素子１４が実装されたフレキシブルプリント配線板１６と、フレキシブルプリント配線板１６の導体パターン３２と樹脂フィルム３０を挟んで反対側の表面部分に貼り付けられた補強板１７を備える。導光口５４が形成された天板５２と蓋側壁部５６とを有する蓋部分５０と、底板４２とケース側壁部４６とを有し蓋側壁部５６の内側面に嵌合するケース部分４０をと備える。組み付け状態で、フレキシブルプリント配線板１６の周縁部分及びリード線２０が、蓋部分５０とケース部分４０との間に挟持される。補強板１７がケース側壁部４６の内側面に当接し、フレキシブルプリント配線板１６の位置決めをし、赤外線検知用感温素子１２が導光口５４側に位置する。
【解決手段】赤外線検知用感温素子１２および温度補償用感温素子１４が実装されたフレキシブルプリント配線板１６と、フレキシブルプリント配線板１６の導体パターン３２と樹脂フィルム３０を挟んで反対側の表面部分に貼り付けられた補強板１７を備える。導光口５４が形成された天板５２と蓋側壁部５６とを有する蓋部分５０と、底板４２とケース側壁部４６とを有し蓋側壁部５６の内側面に嵌合するケース部分４０をと備える。組み付け状態で、フレキシブルプリント配線板１６の周縁部分及びリード線２０が、蓋部分５０とケース部分４０との間に挟持される。補強板１７がケース側壁部４６の内側面に当接し、フレキシブルプリント配線板１６の位置決めをし、赤外線検知用感温素子１２が導光口５４側に位置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、赤外線を検知して温度を測定する非接触温度センサに関し、特に、赤外線検知用感温素子と温度補償用感温素子を備えた非接触温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の温度を接触式で測定する温度センサは、一般に接触部分が摩耗する点や、被測定物に接触する感熱素子自体の熱容量が測定誤差の要因となる点、及び被測定物が回転動作などしている場合に温度センサを取付けることが困難である等の問題があり、非接触式の温度センサの需要が高まっている。
【０００３】
非接触温度センサとして、照射された赤外線を吸収してエネルギーに変換し、その赤外線吸収体の温度上昇を、感温素子を用いて検知し、電気信号に変換する方式があり、近年では、赤外線検知用感温素子と温度補償用感温素子を組み合わせ、温度測定の精度を向上させた非接触温度センサが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されている非接触温度センサは、筐体と筐体内部に組み込まれる枠体とを備え、感温素子である２つのサーミスタ素子が２枚の樹脂フィルムの中央部分に各々密着固定され、その樹脂フィルムは枠体に形成された二つの開口を塞ぐように各々貼り渡されている。そして、その枠体が筐体内部に組み込まれると、一方のサーミスタ素子である赤外線検知用感温素子が赤外線が入射する窓側の位置に配置され、他方のサーミスタ素子である温度補償用感温素子は筐体によって赤外線が遮蔽される位置に配置された構造を備えた赤外線検出器である。さらに、各感温素子が有する一対の端子にはリード線の一端が接続され、そのリード線の他端は、筐体の底板中央部に形成された小さな貫通穴に挿通され、各感温素子の出力を筐体の外部に取り出される構造が開示されている。
【特許文献１】特開平７−２６０５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の赤外線検出器は、リード線が延出した各感温素子が樹脂フィルムに密着するように固定される旨の記載がなされているが、その具体的な方法については言及されていない。
【０００６】
また、特許文献１の赤外線検出器を装置に取り付け、リード線の配線処理をする等の作業において、各感温素子の出力を筐体の外部に引き出されたリード線に引っ張り力が加わる場合がある。そのとき、この赤外線検出器の構造にあっては、各感温素子や樹脂フィルム等の部分が容易に破損するおそれがあるため、取り扱いに注意が必要であった。
【０００７】
この発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で良好な温度補償性能を実現することができ、各感温素子の出力を取り出す引き出し線等の取り扱いが容易な非接触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】
この発明は、赤外線を導く導光口を有する筐体と、面実装型の赤外線検知用感温素子および温度補償用感温素子とを備えた非接触温度センサにおいて、樹脂フィルムの一方の表面に導体パターンが形成され、前記導体パターン上に前記赤外線検知用感温素子および前記温度補償用感温素子が実装されたフレキシブルプリント配線板と、前記各感温素子の出力を筐体外部に取り出す引き出し線と、前記フレキシブルプリント配線板の前記導体パターンと前記樹脂フィルムを挟んで反対側の表面部分に貼り付けられた補強板とを備え、前記筐体は、前記導光口が形成された天板と、前記天板の周縁に立設された蓋側壁部とを有する蓋部分と、底板と前記底板に立設されたケース側壁部とを有し、前記ケース側壁部の外側面が前記蓋側壁部の内側面に嵌合するケース部分とを備え、上記各部材が組み付けられた状態で、前記フレキシブルプリント配線板の周縁部分及び前記引き出し線の少なくとも一方が、前記蓋部分と前記ケース部分との間に挟持され、前記赤外線検知用感温素子は前記導光口側に配置され、前記温度補償用感温素子は前記天板で遮光される位置に配置され、前記補強板はその周縁の一部が前記ケース側壁部の内側面に当接して前記フレキシブルプリント配線板の位置決めをする非接触温度センサである。
【０００９】
また、前記補強板は、前記フレキシブルプリント配線板の前記導体パターンと前記樹脂フィルムを挟んで反対側の表面の互いに対向する端部に一対に貼り付けられた第一の補強板および第二の補強板から成り、上記各部材が組み付けられた状態で、前記第一の補強板は前記引き出し線側の前記樹脂フィルム端部に固定され前記第一の補強板の一部が前記ケース側壁部の内側面に当接し、前記第二の補強板は、前記引き出し線側とは反対側の前記樹脂フィルム端部に固定され、前記第一、第二の各補強板を前記天板側にして前記第一、第二の各補強板が前記筐体内に収納される非接触温度センサである。
【００１０】
前記赤外線検知用感温素子および前記温度補償用感温素子は、絶縁性のチップ状基板の表面に形成され、一対の端子電極間に塗布され焼成された厚膜型のサーミスタ抵抗体と、前記サーミスタ抵抗体の表面を被覆する保護膜とを備え、前記サーミスタ抵抗体は、遷移金属の酸化物の半導体セラミックスであって、スピネル構造の結晶粒による多結晶体のサーミスタ酸化物と、導体成分およびバインダガラスを主成分とし、これに希土類元素のＰｒの酸化物を無機成分量に対して５〜１５質量％含有したものである。
【００１１】
前記引き出し線は、一端が前記導体パターン中の所定のランドに接続されたリード線であり、前記リード線は、前記蓋側壁部の先端から前記天板方向に設けられた蓋側溝部と、前記ケース側壁部の先端から前記底板方向に設けられたケース側溝部とで形成される貫通孔によって位置決めされたものである。
【００１２】
また、前記赤外線検知用感温素子の前記保護膜の表面は黒色系の材料であると良い。さらに、前記フレキシブルプリント配線板の周縁部分には、導体によるダミーパターンが設けられていると良いものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の非接触温度センサによれば、赤外線検知用感温素子により簡単な構成で、正確に非接触で温度検知を行うことができる。特に、フレキシブルプリント配線板の周縁部分及び前記引き出し線の少なくとも一方が、蓋部分とケース部分との間に挟持された構造であるので、赤外線検知用感温素子と温度補償用感温素子に対して、筐体からの熱の影響を等しくすることができ、温度補償を正確に行うことができる。さらに、フレキシブルプリント配線板に補強板を固定して位置決めを行っているので、筐体へのフレキシブルプリント配線板の取り付けが正確且つ容易となり、引き出し線の取付強度等も高いものである。
【００１４】
また、請求項２記載の発明のように、補強板を一対に設けることにより、筐体からフレキシブルプリント配線板への熱伝導を抑え、かつ赤外線検知用感温素子が設けられた部分のフレキシブルプリント配線板の熱が筐体側へ逃げることも抑えられ、温度検知をより正確なものとすることが出来る。
【００１５】
また、請求項３記載の発明の厚膜型のサーミスタ抵抗体を用いることにより、小型で熱容量が小さく、応答性の良い温度検知が可能となる。
【００１６】
さらに、請求項４記載の発明によれば、リード線である引き出し線が、蓋側溝部とケース側溝部とで形成される貫通孔によって挟持されて位置決めされ、組み立て作業が容易であり、フレキシブルプリント配線板を筐体の一部で保持する箇所を減らし、筐体からの熱の影響を抑えることができる。
【００１７】
さらに、請求項５記載の発明によれば、赤外線検知用感温素子の前記保護膜の表面は黒色系の材料であり、赤外線の吸収が良く、検知精度及び検知応答性の良いセンサを形成することが出来る。
【００１８】
また、請求項６記載の発明によれば、フレキシブルプリント配線板の周縁部分には、導体によるダミーパターンが設けられ、フレキシブルプリント配線板の撓みに対する強度が向上し、筐体からフレキシブルプリント配線板への熱の伝導が全体に均一化し、温度補償をより正確なものとすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の第一の実施形態の非接触温度センサ１０について、図１〜図５に基づいて説明する。この非接触温度センサ１０は、図１に示すように、赤外線検知用感温素子１２と温度補償用感温素子１４とが取り付けられるフレキシブルプリント配線板１６と、フレキシブルプリント配線板１６に貼り付けられる補強板１７と、フレキシブルプリント配線板１６が内部に収納される筐体１８と、各感温素子１２，１４の出力を筐体１８の外部に取り出すためのリード線２０を備えている。
【００２０】
赤外線検知用感温素子１２は、図２に示すように、アルミナ等の絶縁性を有する基板２２と、基板２２の表面に設けられた一対の端子電極２４と、一対の端子電極２４の間に印刷されたサーミスタ抵抗体２６およびガラス保護膜２７とを備えている。
【００２１】
端子電極２４は、例えばＡｇ−Ｐｄ系の導電ペーストが所定の間隔を空けて印刷されたものであり、面実装可能な一対の端子である。なお、図２には示していないが、端子電極２４は、端子電極２４が対向する方向に連続する側端面にも電極材料を塗布し、上面から側端面にかけて一体に形成されたものであってもよい。
【００２２】
一対の端子電極２４の間には、厚膜のサーミスタ抵抗体２６が形成さている。サーミスタ抵抗体２６は、厚みが１０μｍ〜５０μｍ程度に印刷されたもので、例えばＭｎ，Ｃｏ，Ｎｉなどの遷移金属の酸化物の半導体セラミックスであって、スピネル構造の結晶粒による多結晶体からなるサーミスタ酸化物と、ＲｕＯ２等の導体成分およびガラスフリットのパインダガラスを主成分とし、これに希土類元素のＰｒの酸化物を全無機成分量に対して５〜１５質量％含有したものある。さらに、サーミスタ抵抗体２６の表面には、ガラス保護膜２８が印刷され、サーミスタ抵抗体２６全体を覆っている。ガラス保護膜２８は、赤外線の集光効率を高めるため、例えば鉛ホウ珪酸やビスマスホウ珪酸系の黒体色ガラスセラミックスであることが好ましい。これによって、センサ出力や温度検知応答性を約１５〜２０％向上させることができる。
【００２３】
上記構成の赤外線検知用感温素子１２は、本願発明者による特開２００６−３３２１９２号公報に開示されているように、優れた耐サージ性能を備え、例えば静電気等によるサージ電流にもサーミスタ特性が変化せず、安定性、耐久性に優れた厚膜サーミスタ素子である。また、温度補償用感温素子１４は、この赤外線検知用感温素子１２と同一のものが用いられる。
【００２４】
フレキシブルプリント配線板１６は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、外形が略長方形で、厚みが１０μｍ〜５０μｍ程度の樹脂フィルム３０から成る。ここでは、例えばポリイミドフィルム等のような高耐熱素材が好ましく、後述するはんだ付け工程の加熱に耐え、安定な特性を維持し得る素材が選択されている。
【００２５】
樹脂フィルム３０の一方の表面には、厚みが１０μｍ〜５０μｍ程度の銅箔による導体パターン３２が形成されている。導体パターン３２には、面実装型の赤外線検知用感温素子１２、温度補償用感温素子１４が各々実装される各一対のランド３２ａ，３２ｂと、被覆電線であるリード線２０の心線１０ａが接続される三つのランド３２ｃが設けられている。ランド３２ａはフレキシブルプリント配線板１６のほぼ中央に配置され、ランド３２ｂはランド３２ｃとは長手方向の反対側端部に偏って配置され、各感温素子１２，１４が直列回路を構成するように導体パターン３２によって接続されている。また、ランド３２ｃは、フレキシブルプリント配線板１６の一方の短辺である端縁１６ａの近傍に密集して設けられ、導体パターン３２によって、各感温素子１２，１４の直列回路の中点とその直列回路の両方の開放端の電位が各々接続されている。
【００２６】
また、フレキシブルプリント配線板１６の端縁１６ａを除く周縁には、撓み抑制用等の銅箔によるダミーパターン３４がコの字型に形成されている。このダミーパターン３４は、薄くて撓みやすいフレキシブルプリント配線板１６を補強し、組み立て等する際の取り扱いを容易にする働きをする。
【００２７】
フレキシブルプリント配線板１６は、一層耐熱性を向上させるため、ポリアミド樹脂、イミド樹脂あるいはシリコン樹脂を表面にコーティングしてもよい。また、赤外線の透過率（反射率）を調整し、または全赤外線波長を吸収するようにするため、光学系塗料を表面にコーティングしてもよい。
【００２８】
補強板１７は、例えば厚さ１ｍｍ程度の平板であり、ガラスエポキシ基板等のように比較的硬質の絶縁体基材が好ましい。外形は略長方形で、長辺の長さはフレキシブルプリント配線板１６の端縁１６ａの長さにほぼ等しく、短辺の長さは密集して設けられた三つのランド３２ｃを含む領域が覆われる程度の長さを有している。
【００２９】
次に、フレキシブルプリント配線板１６に各感温素子１２，１４、リード線２０、補強板１７が一体に取り付けられたセンサ構造体３６の全体構造について説明する。赤外線検知用感温素子１２、温度補償用感温素子１４は、各端子電極２４がランド３２ａ，３２ｂ上にはんだ付けされることによって取り付けられる。具体的には、一定量のはんだペーストをランド３２ａ，３２ｂ上にスクリーン印刷し、はんだペースト上に各感温素子１２，１４を自動マウントし、リフロー炉で加熱してはんだペーストを溶融させ、そして冷却することによって溶融はんだが固化する。このとき、リフロー炉の加熱ではんだペーストが溶融すると、各感温素子１２，１４は自重によって一様に樹脂層３０側に近づけられ、各感温素子１２，１４は樹脂層３０に密着する。そして、その状態のままで溶融はんだが固化する。
【００３０】
三本のリード線２０は、互いに平行に、かつ被覆部分２０ｂがフレキシブルプリント配線板１６の端縁１６ａに対してほぼ直角の角度で外側に向けて配置され、リード線２０の端部の被覆が除去されて露出した心線２０ａが、フレキシブルプリント配線板１６のランド３２ｃにはんだ付けされている。
【００３１】
補強板１７は、フレキシブルプリント配線板１６の樹脂フィルム３０を挟んでランド３２ｃと反対側の面に、一方の長辺である補強板端縁１７ａをフレキシブルプリント配線板１６の端縁１６ａに揃えて配置させ、接着剤等で固着されている。従って、補強板１７によって、フレキシブルプリント配線板１６の端縁１６ａ付近に位置した三つのランド３２ｃが形成された部分が補強される。
【００３２】
次に、筐体１８の構造について説明する。筐体１８は、熱伝導性に優れたアルミニウム等の金属、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）樹脂、あるいは熱可塑性樹脂に金属または金属酸化物の粒子が混合された複合樹脂を用いた成形されたもので、ケース部分４０と蓋部分５０を組み合わせて構成される。ケース部分４０は、図４に示すように、略長方形の底板４２を備え、底板４２の一対の長辺に沿って立設した二つのケース側壁部４４と、一方の短辺に沿って立設したケース側壁部４６とが設けられ、他の一方の短辺側は開放されている。また、ケース側壁部４４のケース側壁部４６側の端は、ケース側壁部４６から所定の距離を空けて開放されている。
【００３３】
底板４２は、長手方向の長さが、フレキシブルプリント配線板１６の長手方向の長さにケース側壁部４４の厚み分を加算した程度の寸法であり、短手方向の長さは、フレキシブルプリント配線板１６の短手方向の長さにほぼ等しい寸法を有している。
【００３４】
一対のケース側壁部４４は、上端に底板４２とほぼ平行な水平端面４４ａが形成され、外側面には後述する蓋部分５０の凹部５６ａと嵌合して蓋部分５０を固定する凸部４４ｂが設けられている。ケース側壁部４４のケース側壁部４６側の端からケース側壁部４６の内側面までの開放部分は、補強板１７の短辺の長さよりもやや長めに設定されている。
【００３５】
ケース側壁部４６は、上端に底板４２と平行な水平端面４６ａが形成され、その高さは、ケース側壁部４４の水平端面４４ａよりもフレキシブルプリント配線板１６の厚み分ほど高めである。また、ケース側溝部４６ｂには、フレキシブルプリント配線板１６に取り付けられた三本のリード線２０を筐体１８の外部に取り出すためのケース側溝部４６ｂが設けられている。ケース側溝部４６ｂは、水平端面４６ａから根元に向けてほぼ垂直の角度に入れられたスリットで、図３（ｂ）に示す三本のリード線２０の間隔とほぼ等しい間隔で三つ設けられている。各ケース側溝部４６ｂの幅はリード線２０の被覆部分２０ｂとほぼ等しく、深さはケース側壁部４６の高さ寸法の約３分の２程度である。
【００３６】
蓋部分５０は、図５に示すように、赤外線を遮光する天板５２を備え、天板５２の中央には、上方に円筒状に突出して開口された赤外線の導光口５４が設けられ、また、天板５２の周縁には、蓋側壁部５６が導光口５４の突出方向と反対の方向に立設され、蓋側壁部５６の先端に天板５２とほぼ平行な水平端面５６ａが形成されている。蓋部分５０は、ケース部分４０に水平端面４４ａ側から被せられると、ケース部分４０全体がちょうど蓋部分５０の内側に収まる寸法に設定されており、天板５２と蓋側壁部５６の内側の空間の寸法は、ケース部分４０の外形寸法とほぼ等しい。
【００３７】
蓋側壁部５６の、天板５２の短手方向に対向する一対の外側面には、上記ケース部分４０の凸部４４ｂと嵌合し蓋部分５０を固定する凹部５６ｂが設けられている。また、天板５２の一方の短辺側の蓋側壁部５６には、フレキシブルプリント配線板１６に取り付けられた三本のリード線２０を筐体１８の外部に取り出すための蓋側溝部５６ｃが設けられている。蓋側溝部５６ｃは、水平端面５６ａから根元に向けてほぼ垂直の角度に入れられたスリットで、ケース側溝部４６に対応する位置に、図３（ｂ）に示す三本のリード線２０の間隔とほぼ等しい間隔で三つ設けられている。各ケース側溝部４６ｂの幅はリード線２０の被覆部分２０ｂとほぼ等しく、深さは蓋側壁部５６の高さ寸法より若干短い程度である。蓋側溝部５６ｃとケース側溝部４６の働きについては後で詳しく述べる。
【００３８】
次に、センサ構造体３６が筐体１８に収納される組み立て構造について説明する。センサ構造体３６は、フレキシブルプリント配線板１６に取り付けられた各感温素子１２，１４を下方に向け、リード線２０の被覆部分２０ａをケース側壁部４６の側に向けた状態とし、ケース部分４０の上方から取り付ける。まず、三本のリード線２０を、各ケース側溝部４６ｂに差し込み、補強板端縁１７ａがケース側壁部４６の内側面に当接するよう左右方向の位置を調整する。すると、フレキシブルプリント配線板１６の撓み抑制用等のダミーパターン３４がある周縁部分が、水平端面４４ａ上に誘導される。このとき、ダミーパターン３４の働きでフレキシブルプリント配線板１６の樹脂フィルム３０が撓みにくく、組み付けやすい。
【００３９】
次に、蓋部分５０は、蓋側壁部５６を下方に向け、蓋側溝部５６ｃをケース側溝部４６ｂがある側に向けた状態とし、上方からケース部分４０に被せる。そして、そのまま押し込むことにより、ケース部分４０の凸部４６ｂと蓋部分５０の凹部５６ｂとが嵌合し、蓋部分５０が固定される。
【００４０】
蓋部分５０がケース部分４０に固定されたときの内部の状態は、図１に示すように、フレキシブルプリント配線板１６の周縁部分が、ケース部分４０の水平端面４４ａと蓋部分５０の天板５２で挟持される。また、各ケース側溝部４６ｂに差し込まれた三本のリード線２０は、対向する蓋側溝部５６ｃにより挟持される。このとき、ケース側溝部４６ｂと蓋側溝部５６ｃは、互いの溝の頂点部分が対向し、リード線２０の被覆部分２０ｂの外径とほぼ等しい内径の貫通孔を形成するよう調節され、さらにそれを小さくできるように形成されており、その貫通孔によってリード線２０が保持される。補強板１７は、補強板端縁１７ａがケース側壁部４６の内側面に当接するよう左右方向の位置決めがなされ、上下方向の位置は、前記貫通孔に保持されたリード線２０の位置によって定められる。また、赤外線検知用感熱素子１２は蓋部分５０の導光口５４の下方に、温度補償用感温素子１４は赤外線が遮光される天板５２の下方の位置に各々配置される
次に、非接触温度センサ１０の動作を説明する。非接触温度センサ１０は、外部の装置に設けられた所定の電子回路に接続され、各感温素子１２，１４の抵抗値の変化を電気信号に変換することによって温度を検知することができる。具体的には、赤外線検知用感熱素子１２および温度補償用感温素子１４と、外部に設けた複数の抵抗とでブリッジ回路を構成し、各感温素子１２，１４の抵抗値の変化を電気信号に変換して出力する方法が一般的で、例えば、特許文献１に開示されているブリッジ回路の構成等が該当する。
【００４１】
赤外線が照射されていないときには、赤外線検知用感熱素子１２と温度補償用感温素子１４は、筐体１８内部の雰囲気温度に応じた等しい抵抗値を示し、ブリッジ回路によって、赤外線の照射による温度上昇がない旨が検出される。なお、雰囲気温度が変化しても、温度補償用感温素子１４の作用によって、雰囲気温度の変化分は電圧信号に現れない。
【００４２】
一方、蓋部分５０の上方に位置した被測定物から赤外線が照射されると、導光口５４から入射した赤外線が、樹脂フィルム３０を通過するとともに、一部は樹脂フィルム３０の内部で乱反射して吸収され、赤外線を吸収した樹脂フィルム３０の温度が導光口５４の下方で局所的に上昇する。そして、樹脂フィルム３０を通過した赤外線は、赤外線検知用感熱素子１２に照射されて熱エネルギーに変換されサーミスタ抵抗体２６の温度を上昇させる。また、樹脂フィルム３０の温度上昇により、熱伝導によってもサーミスタ抵抗体２６に熱エネルギーが伝わり、これらによりサーミスタ抵抗体２６の温度が上昇し抵抗値が変化する。一方、天板５０によって赤外線が遮光されている樹脂層３０の部分は、赤外線の直接の照射によるエネルギーの供給はない。また、筐体１８に供給された赤外線エネルギーによる筐体１８自体の温度上昇は、赤外線検知用感熱素子１２と温度補償用感温素子１４の両方に等しく伝わり、赤外線検知用感熱素子１２と温度補償用感温素子１４のサーミスタ抵抗体２６に等しく影響する。従って、赤外線検知用感熱素子１２と温度補償用感温素子１４の抵抗値の偏差がブリッジ回路によって電圧信号に変換され、赤外線の照射量に応じた温度上昇が検出される。
【００４３】
この実施形態の非接触温度センサ１０によれば、フレキシブルプリント配線板１６の周縁部分が、蓋部分５０とケース部分４０との間に挟持された構造であるので、フレキシブルプリント配線板１６の保持が確実に成されるとともに、赤外線検知用感温素子１２と温度補償用感温素子１４に対して、筐体１８からの熱の影響を容易に等しくすることができ、温度補償を正確に行うことができる。さらに、フレキシブルプリント配線板１６に補強板１７を固定して位置決めを行っているので、筐体１８へのフレキシブルプリント配線板１６の取り付けが正確且つ容易となり、リード線２０の取付強度等も高いものにすることができる。
【００４４】
さらに、リード線２０が、蓋側溝部５６ｃとケース側溝部４６ｂとで形成される貫通孔によって挟持されて位置決めされ、フレキシブルプリント配線板１６を筐体１８で保持する箇所を減らし、筐体１８から赤外線検知用感温素子１２への熱の影響を抑えることができる。さらに、作業者がリード線２０を取り扱うときに、リード線２０に引っ張り力を加えてしまうことがあるが、補強板端縁１７ａがケース側壁部４６の内側面に係止されて引っ張り力を吸収するので、フレキシブルプリント配線板１６の樹脂フィルム３０にはストレスが生ぜず破損しにくい。
【００４５】
また、厚膜型のサーミスタ抵抗体２６を用いることにより、小型で熱容量が小さく、赤外線の輻射熱によっても、応答性の良い温度検知が可能となる。さらに、各感温素子１２，１４の両端が開放された状態で外部に引き出されているので、配線作業等を行うときに、リード線２０を介して各感温素子１２，１４に静電気が印加され、サージ電流が流れることがある。しかし、各感温素子１２，１４として耐静電気特性の優れた厚膜サーミスタ素子を用いることによって、静電気に起因する故障が起こりにくい。従って、非接触温度センサ１０は、装置に取り付けてリード線の配線処理を行う作業において取り扱いが容易である。
【００４６】
さらに、赤外線検知用感温素子１２及び温度補償用感温素子１４は、フレキシブルプリント配線板１６上に熱伝導率の高いはんだを介して固着されているため、樹脂フィルム３０と各感温素子１２，１４とが良好に熱結合するので、温度補償の誤差や温度変化に対する応答速度のずれが小さい。
【００４７】
その他、赤外線検知用感温素子１２の保護膜２８の表面は黒色系の色であり、赤外線の吸収が良く、検知精度及び検知応答性の良い非接触温度センサ１０を形成することが出来る。また、フレキシブルプリント配線板１６の周縁部分には、導体によるダミーパターン３４が設けられ、フレキシブルプリント配線板１６の撓みに対する強度が向上し、筐体１８からフレキシブルプリント配線板１６への熱の伝導が全体に均一化し、温度補償をより正確なものとすることが出来る。
【００４８】
次に、この発明の第二の実施形態の非接触温度センサ６０について、図６、図７に基づいて説明する。ここで、上述の非接触温度センサ１０と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態の非接触加速度センサ６０は、フレキシブルプリント配線板１６の所定の部分に第二の補強板６２が取り付けられている。その他の構成は、非接触温度センサ１０と同様である。
【００４９】
第二の補強板６２は、補強板１７と同様に、例えば厚さ１ｍｍ程度の平板で、熱伝導率が低く、比較的硬質の絶縁体基材が好ましく、ここでは、補強板１７と同様にガラスエポキシ基板を用いている。外形も略長方形であり、補強板１７とほぼ等しい。そして、第二の補強板６２は、図７に示すように、フレキシブルプリント配線板１６の、補強板１７と長手方向に対向する端部に接着剤等で固着されている。
【００５０】
センサ構造体６４が筐体１８が組み付けられと、図６に示すように、フレキシブルプリント配線板１６の周縁部分と第二の補強板６２は、第二の補強板６２を蓋部分５０の天板５２側にして、天板５２と前記ケース側壁部４４の水平端面４４ａとの間に挟持される。なお、非接触センサ６０のケース部分４０の水平端面４４ａの高さは、フレキシブルプリント配線板１６と第二の補強板６２の合計厚み分だけ、水平端面４６ａの高さよりも低く設定されているので、蓋部分５０はケース部分４０に対して傾くことなく装着される。
【００５１】
非接触センサ６０の構造によれば、フレキシブルプリント配線板１６の樹脂フィルム３０は、蓋部分５０と非接触状態となり、赤外線の照射を受けた蓋部分５０の温度上昇が、温度補償用感温素子１４に伝わりにくくなる。従って、温度補償の動作が一層正確に行われ、温度測定の精度をさらに向上させることができる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施形態に限定するものではなく、ケース側溝部４６ｂと蓋側溝部５６ｃとで形成され、リード線２０の被覆部分２０ｂを保持する貫通孔部分は、リード線２０内部の心線２０ａに達しない範囲で被覆に噛み込ませ、又はかしめる等してリード線２０を強固に固定する構造であってもよい。それによって、リード線２０に対する引っ張り力に対する強度を向上させることができ、また、筐体１８内部のフレキシブルプリント配線板１６が所定の位置に確実に固定されるので、各感温素子１２，１４の位置ずれによる温度測定の誤差やばらつきを小さくすることができる。さらに、フレキシブルプリント配線板１６の樹脂フィルム３０を挟持しないで、リード線２０の挟持によりフレキシブルプリント配線板１６を保持する構造でも良い。
【００５３】
また、リード線２０は、フレキシブルプリント配線板１６を延長して筐体１８の外部まで取り出し、各感温素子１２，１４の出力を導体パターンによって引き出す構造であってもよい。この構造であれば、フレキシブルプリント配線板１６にリード線２０を接続する工程等が不要となり、また、各感温素子１２，１４を取り付けるはんだ付け工程の中で引き出された部分の終端にコネクタ等を取り付けておけば、特別な工程を追加することなく、非接触センサの引き出し線を装置の電子回路に配線する作業の効率化を図ることができる。
【００５４】
また、感温素子１２，１４の各端電極２４をフレキシブルプリント配線板１６のランド３２ａ，３２ｂに接続する方法については、はんだ付けのほか、金属フィラーを含み、熱伝導率が比較的高い導電性接着剤等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この発明の第一の実施形態の非接触温度センサを示す縦断面図である。
【図２】第一の実施形態の赤外線検知用感温素子の斜視図である。
【図３】第一の実施形態のセンサ構造体を示す側面図（ａ）と下面図（ｂ）である。
【図４】第一の実施形態のケース部分を示す平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図５】第一の実施形態の蓋部分を示す平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図６】この発明の第二の実施形態の非接触温度センサを示す縦断面図である。
【図７】第二の実施形態のセンサ構造体を示す側面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０，６０ 非接触温度センサ
１２ 赤外線検知用感温素子
１４ 温度補償用感温素子
１６ フレキシブルプリント配線板
１７ 補強板
１７ａ 補強板端縁
１８ 筐体
２０ リード線
２６ サーミスタ抵抗体
２８ ガラス保護膜
３０ 樹脂フィルム
３２ 導体パターン
３４ ダミーパターン
３６，６４ センサ構造体
４０ ケース部分
４２ 底板
４４ ケース側壁部
４４ａ 水平端面
４６ ケース側壁部
４６ｂ ケース側溝部
５０ 蓋部分
５２ 天板
５４ 導光口
５６ 蓋側壁部
５６ａ 水平端面
５６ｃ 蓋側溝部
６２ 第二の補強板
【技術分野】
【０００１】
この発明は、赤外線を検知して温度を測定する非接触温度センサに関し、特に、赤外線検知用感温素子と温度補償用感温素子を備えた非接触温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の温度を接触式で測定する温度センサは、一般に接触部分が摩耗する点や、被測定物に接触する感熱素子自体の熱容量が測定誤差の要因となる点、及び被測定物が回転動作などしている場合に温度センサを取付けることが困難である等の問題があり、非接触式の温度センサの需要が高まっている。
【０００３】
非接触温度センサとして、照射された赤外線を吸収してエネルギーに変換し、その赤外線吸収体の温度上昇を、感温素子を用いて検知し、電気信号に変換する方式があり、近年では、赤外線検知用感温素子と温度補償用感温素子を組み合わせ、温度測定の精度を向上させた非接触温度センサが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されている非接触温度センサは、筐体と筐体内部に組み込まれる枠体とを備え、感温素子である２つのサーミスタ素子が２枚の樹脂フィルムの中央部分に各々密着固定され、その樹脂フィルムは枠体に形成された二つの開口を塞ぐように各々貼り渡されている。そして、その枠体が筐体内部に組み込まれると、一方のサーミスタ素子である赤外線検知用感温素子が赤外線が入射する窓側の位置に配置され、他方のサーミスタ素子である温度補償用感温素子は筐体によって赤外線が遮蔽される位置に配置された構造を備えた赤外線検出器である。さらに、各感温素子が有する一対の端子にはリード線の一端が接続され、そのリード線の他端は、筐体の底板中央部に形成された小さな貫通穴に挿通され、各感温素子の出力を筐体の外部に取り出される構造が開示されている。
【特許文献１】特開平７−２６０５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の赤外線検出器は、リード線が延出した各感温素子が樹脂フィルムに密着するように固定される旨の記載がなされているが、その具体的な方法については言及されていない。
【０００６】
また、特許文献１の赤外線検出器を装置に取り付け、リード線の配線処理をする等の作業において、各感温素子の出力を筐体の外部に引き出されたリード線に引っ張り力が加わる場合がある。そのとき、この赤外線検出器の構造にあっては、各感温素子や樹脂フィルム等の部分が容易に破損するおそれがあるため、取り扱いに注意が必要であった。
【０００７】
この発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で良好な温度補償性能を実現することができ、各感温素子の出力を取り出す引き出し線等の取り扱いが容易な非接触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】
この発明は、赤外線を導く導光口を有する筐体と、面実装型の赤外線検知用感温素子および温度補償用感温素子とを備えた非接触温度センサにおいて、樹脂フィルムの一方の表面に導体パターンが形成され、前記導体パターン上に前記赤外線検知用感温素子および前記温度補償用感温素子が実装されたフレキシブルプリント配線板と、前記各感温素子の出力を筐体外部に取り出す引き出し線と、前記フレキシブルプリント配線板の前記導体パターンと前記樹脂フィルムを挟んで反対側の表面部分に貼り付けられた補強板とを備え、前記筐体は、前記導光口が形成された天板と、前記天板の周縁に立設された蓋側壁部とを有する蓋部分と、底板と前記底板に立設されたケース側壁部とを有し、前記ケース側壁部の外側面が前記蓋側壁部の内側面に嵌合するケース部分とを備え、上記各部材が組み付けられた状態で、前記フレキシブルプリント配線板の周縁部分及び前記引き出し線の少なくとも一方が、前記蓋部分と前記ケース部分との間に挟持され、前記赤外線検知用感温素子は前記導光口側に配置され、前記温度補償用感温素子は前記天板で遮光される位置に配置され、前記補強板はその周縁の一部が前記ケース側壁部の内側面に当接して前記フレキシブルプリント配線板の位置決めをする非接触温度センサである。
【０００９】
また、前記補強板は、前記フレキシブルプリント配線板の前記導体パターンと前記樹脂フィルムを挟んで反対側の表面の互いに対向する端部に一対に貼り付けられた第一の補強板および第二の補強板から成り、上記各部材が組み付けられた状態で、前記第一の補強板は前記引き出し線側の前記樹脂フィルム端部に固定され前記第一の補強板の一部が前記ケース側壁部の内側面に当接し、前記第二の補強板は、前記引き出し線側とは反対側の前記樹脂フィルム端部に固定され、前記第一、第二の各補強板を前記天板側にして前記第一、第二の各補強板が前記筐体内に収納される非接触温度センサである。
【００１０】
前記赤外線検知用感温素子および前記温度補償用感温素子は、絶縁性のチップ状基板の表面に形成され、一対の端子電極間に塗布され焼成された厚膜型のサーミスタ抵抗体と、前記サーミスタ抵抗体の表面を被覆する保護膜とを備え、前記サーミスタ抵抗体は、遷移金属の酸化物の半導体セラミックスであって、スピネル構造の結晶粒による多結晶体のサーミスタ酸化物と、導体成分およびバインダガラスを主成分とし、これに希土類元素のＰｒの酸化物を無機成分量に対して５〜１５質量％含有したものである。
【００１１】
前記引き出し線は、一端が前記導体パターン中の所定のランドに接続されたリード線であり、前記リード線は、前記蓋側壁部の先端から前記天板方向に設けられた蓋側溝部と、前記ケース側壁部の先端から前記底板方向に設けられたケース側溝部とで形成される貫通孔によって位置決めされたものである。
【００１２】
また、前記赤外線検知用感温素子の前記保護膜の表面は黒色系の材料であると良い。さらに、前記フレキシブルプリント配線板の周縁部分には、導体によるダミーパターンが設けられていると良いものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の非接触温度センサによれば、赤外線検知用感温素子により簡単な構成で、正確に非接触で温度検知を行うことができる。特に、フレキシブルプリント配線板の周縁部分及び前記引き出し線の少なくとも一方が、蓋部分とケース部分との間に挟持された構造であるので、赤外線検知用感温素子と温度補償用感温素子に対して、筐体からの熱の影響を等しくすることができ、温度補償を正確に行うことができる。さらに、フレキシブルプリント配線板に補強板を固定して位置決めを行っているので、筐体へのフレキシブルプリント配線板の取り付けが正確且つ容易となり、引き出し線の取付強度等も高いものである。
【００１４】
また、請求項２記載の発明のように、補強板を一対に設けることにより、筐体からフレキシブルプリント配線板への熱伝導を抑え、かつ赤外線検知用感温素子が設けられた部分のフレキシブルプリント配線板の熱が筐体側へ逃げることも抑えられ、温度検知をより正確なものとすることが出来る。
【００１５】
また、請求項３記載の発明の厚膜型のサーミスタ抵抗体を用いることにより、小型で熱容量が小さく、応答性の良い温度検知が可能となる。
【００１６】
さらに、請求項４記載の発明によれば、リード線である引き出し線が、蓋側溝部とケース側溝部とで形成される貫通孔によって挟持されて位置決めされ、組み立て作業が容易であり、フレキシブルプリント配線板を筐体の一部で保持する箇所を減らし、筐体からの熱の影響を抑えることができる。
【００１７】
さらに、請求項５記載の発明によれば、赤外線検知用感温素子の前記保護膜の表面は黒色系の材料であり、赤外線の吸収が良く、検知精度及び検知応答性の良いセンサを形成することが出来る。
【００１８】
また、請求項６記載の発明によれば、フレキシブルプリント配線板の周縁部分には、導体によるダミーパターンが設けられ、フレキシブルプリント配線板の撓みに対する強度が向上し、筐体からフレキシブルプリント配線板への熱の伝導が全体に均一化し、温度補償をより正確なものとすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の第一の実施形態の非接触温度センサ１０について、図１〜図５に基づいて説明する。この非接触温度センサ１０は、図１に示すように、赤外線検知用感温素子１２と温度補償用感温素子１４とが取り付けられるフレキシブルプリント配線板１６と、フレキシブルプリント配線板１６に貼り付けられる補強板１７と、フレキシブルプリント配線板１６が内部に収納される筐体１８と、各感温素子１２，１４の出力を筐体１８の外部に取り出すためのリード線２０を備えている。
【００２０】
赤外線検知用感温素子１２は、図２に示すように、アルミナ等の絶縁性を有する基板２２と、基板２２の表面に設けられた一対の端子電極２４と、一対の端子電極２４の間に印刷されたサーミスタ抵抗体２６およびガラス保護膜２７とを備えている。
【００２１】
端子電極２４は、例えばＡｇ−Ｐｄ系の導電ペーストが所定の間隔を空けて印刷されたものであり、面実装可能な一対の端子である。なお、図２には示していないが、端子電極２４は、端子電極２４が対向する方向に連続する側端面にも電極材料を塗布し、上面から側端面にかけて一体に形成されたものであってもよい。
【００２２】
一対の端子電極２４の間には、厚膜のサーミスタ抵抗体２６が形成さている。サーミスタ抵抗体２６は、厚みが１０μｍ〜５０μｍ程度に印刷されたもので、例えばＭｎ，Ｃｏ，Ｎｉなどの遷移金属の酸化物の半導体セラミックスであって、スピネル構造の結晶粒による多結晶体からなるサーミスタ酸化物と、ＲｕＯ２等の導体成分およびガラスフリットのパインダガラスを主成分とし、これに希土類元素のＰｒの酸化物を全無機成分量に対して５〜１５質量％含有したものある。さらに、サーミスタ抵抗体２６の表面には、ガラス保護膜２８が印刷され、サーミスタ抵抗体２６全体を覆っている。ガラス保護膜２８は、赤外線の集光効率を高めるため、例えば鉛ホウ珪酸やビスマスホウ珪酸系の黒体色ガラスセラミックスであることが好ましい。これによって、センサ出力や温度検知応答性を約１５〜２０％向上させることができる。
【００２３】
上記構成の赤外線検知用感温素子１２は、本願発明者による特開２００６−３３２１９２号公報に開示されているように、優れた耐サージ性能を備え、例えば静電気等によるサージ電流にもサーミスタ特性が変化せず、安定性、耐久性に優れた厚膜サーミスタ素子である。また、温度補償用感温素子１４は、この赤外線検知用感温素子１２と同一のものが用いられる。
【００２４】
フレキシブルプリント配線板１６は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、外形が略長方形で、厚みが１０μｍ〜５０μｍ程度の樹脂フィルム３０から成る。ここでは、例えばポリイミドフィルム等のような高耐熱素材が好ましく、後述するはんだ付け工程の加熱に耐え、安定な特性を維持し得る素材が選択されている。
【００２５】
樹脂フィルム３０の一方の表面には、厚みが１０μｍ〜５０μｍ程度の銅箔による導体パターン３２が形成されている。導体パターン３２には、面実装型の赤外線検知用感温素子１２、温度補償用感温素子１４が各々実装される各一対のランド３２ａ，３２ｂと、被覆電線であるリード線２０の心線１０ａが接続される三つのランド３２ｃが設けられている。ランド３２ａはフレキシブルプリント配線板１６のほぼ中央に配置され、ランド３２ｂはランド３２ｃとは長手方向の反対側端部に偏って配置され、各感温素子１２，１４が直列回路を構成するように導体パターン３２によって接続されている。また、ランド３２ｃは、フレキシブルプリント配線板１６の一方の短辺である端縁１６ａの近傍に密集して設けられ、導体パターン３２によって、各感温素子１２，１４の直列回路の中点とその直列回路の両方の開放端の電位が各々接続されている。
【００２６】
また、フレキシブルプリント配線板１６の端縁１６ａを除く周縁には、撓み抑制用等の銅箔によるダミーパターン３４がコの字型に形成されている。このダミーパターン３４は、薄くて撓みやすいフレキシブルプリント配線板１６を補強し、組み立て等する際の取り扱いを容易にする働きをする。
【００２７】
フレキシブルプリント配線板１６は、一層耐熱性を向上させるため、ポリアミド樹脂、イミド樹脂あるいはシリコン樹脂を表面にコーティングしてもよい。また、赤外線の透過率（反射率）を調整し、または全赤外線波長を吸収するようにするため、光学系塗料を表面にコーティングしてもよい。
【００２８】
補強板１７は、例えば厚さ１ｍｍ程度の平板であり、ガラスエポキシ基板等のように比較的硬質の絶縁体基材が好ましい。外形は略長方形で、長辺の長さはフレキシブルプリント配線板１６の端縁１６ａの長さにほぼ等しく、短辺の長さは密集して設けられた三つのランド３２ｃを含む領域が覆われる程度の長さを有している。
【００２９】
次に、フレキシブルプリント配線板１６に各感温素子１２，１４、リード線２０、補強板１７が一体に取り付けられたセンサ構造体３６の全体構造について説明する。赤外線検知用感温素子１２、温度補償用感温素子１４は、各端子電極２４がランド３２ａ，３２ｂ上にはんだ付けされることによって取り付けられる。具体的には、一定量のはんだペーストをランド３２ａ，３２ｂ上にスクリーン印刷し、はんだペースト上に各感温素子１２，１４を自動マウントし、リフロー炉で加熱してはんだペーストを溶融させ、そして冷却することによって溶融はんだが固化する。このとき、リフロー炉の加熱ではんだペーストが溶融すると、各感温素子１２，１４は自重によって一様に樹脂層３０側に近づけられ、各感温素子１２，１４は樹脂層３０に密着する。そして、その状態のままで溶融はんだが固化する。
【００３０】
三本のリード線２０は、互いに平行に、かつ被覆部分２０ｂがフレキシブルプリント配線板１６の端縁１６ａに対してほぼ直角の角度で外側に向けて配置され、リード線２０の端部の被覆が除去されて露出した心線２０ａが、フレキシブルプリント配線板１６のランド３２ｃにはんだ付けされている。
【００３１】
補強板１７は、フレキシブルプリント配線板１６の樹脂フィルム３０を挟んでランド３２ｃと反対側の面に、一方の長辺である補強板端縁１７ａをフレキシブルプリント配線板１６の端縁１６ａに揃えて配置させ、接着剤等で固着されている。従って、補強板１７によって、フレキシブルプリント配線板１６の端縁１６ａ付近に位置した三つのランド３２ｃが形成された部分が補強される。
【００３２】
次に、筐体１８の構造について説明する。筐体１８は、熱伝導性に優れたアルミニウム等の金属、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）樹脂、あるいは熱可塑性樹脂に金属または金属酸化物の粒子が混合された複合樹脂を用いた成形されたもので、ケース部分４０と蓋部分５０を組み合わせて構成される。ケース部分４０は、図４に示すように、略長方形の底板４２を備え、底板４２の一対の長辺に沿って立設した二つのケース側壁部４４と、一方の短辺に沿って立設したケース側壁部４６とが設けられ、他の一方の短辺側は開放されている。また、ケース側壁部４４のケース側壁部４６側の端は、ケース側壁部４６から所定の距離を空けて開放されている。
【００３３】
底板４２は、長手方向の長さが、フレキシブルプリント配線板１６の長手方向の長さにケース側壁部４４の厚み分を加算した程度の寸法であり、短手方向の長さは、フレキシブルプリント配線板１６の短手方向の長さにほぼ等しい寸法を有している。
【００３４】
一対のケース側壁部４４は、上端に底板４２とほぼ平行な水平端面４４ａが形成され、外側面には後述する蓋部分５０の凹部５６ａと嵌合して蓋部分５０を固定する凸部４４ｂが設けられている。ケース側壁部４４のケース側壁部４６側の端からケース側壁部４６の内側面までの開放部分は、補強板１７の短辺の長さよりもやや長めに設定されている。
【００３５】
ケース側壁部４６は、上端に底板４２と平行な水平端面４６ａが形成され、その高さは、ケース側壁部４４の水平端面４４ａよりもフレキシブルプリント配線板１６の厚み分ほど高めである。また、ケース側溝部４６ｂには、フレキシブルプリント配線板１６に取り付けられた三本のリード線２０を筐体１８の外部に取り出すためのケース側溝部４６ｂが設けられている。ケース側溝部４６ｂは、水平端面４６ａから根元に向けてほぼ垂直の角度に入れられたスリットで、図３（ｂ）に示す三本のリード線２０の間隔とほぼ等しい間隔で三つ設けられている。各ケース側溝部４６ｂの幅はリード線２０の被覆部分２０ｂとほぼ等しく、深さはケース側壁部４６の高さ寸法の約３分の２程度である。
【００３６】
蓋部分５０は、図５に示すように、赤外線を遮光する天板５２を備え、天板５２の中央には、上方に円筒状に突出して開口された赤外線の導光口５４が設けられ、また、天板５２の周縁には、蓋側壁部５６が導光口５４の突出方向と反対の方向に立設され、蓋側壁部５６の先端に天板５２とほぼ平行な水平端面５６ａが形成されている。蓋部分５０は、ケース部分４０に水平端面４４ａ側から被せられると、ケース部分４０全体がちょうど蓋部分５０の内側に収まる寸法に設定されており、天板５２と蓋側壁部５６の内側の空間の寸法は、ケース部分４０の外形寸法とほぼ等しい。
【００３７】
蓋側壁部５６の、天板５２の短手方向に対向する一対の外側面には、上記ケース部分４０の凸部４４ｂと嵌合し蓋部分５０を固定する凹部５６ｂが設けられている。また、天板５２の一方の短辺側の蓋側壁部５６には、フレキシブルプリント配線板１６に取り付けられた三本のリード線２０を筐体１８の外部に取り出すための蓋側溝部５６ｃが設けられている。蓋側溝部５６ｃは、水平端面５６ａから根元に向けてほぼ垂直の角度に入れられたスリットで、ケース側溝部４６に対応する位置に、図３（ｂ）に示す三本のリード線２０の間隔とほぼ等しい間隔で三つ設けられている。各ケース側溝部４６ｂの幅はリード線２０の被覆部分２０ｂとほぼ等しく、深さは蓋側壁部５６の高さ寸法より若干短い程度である。蓋側溝部５６ｃとケース側溝部４６の働きについては後で詳しく述べる。
【００３８】
次に、センサ構造体３６が筐体１８に収納される組み立て構造について説明する。センサ構造体３６は、フレキシブルプリント配線板１６に取り付けられた各感温素子１２，１４を下方に向け、リード線２０の被覆部分２０ａをケース側壁部４６の側に向けた状態とし、ケース部分４０の上方から取り付ける。まず、三本のリード線２０を、各ケース側溝部４６ｂに差し込み、補強板端縁１７ａがケース側壁部４６の内側面に当接するよう左右方向の位置を調整する。すると、フレキシブルプリント配線板１６の撓み抑制用等のダミーパターン３４がある周縁部分が、水平端面４４ａ上に誘導される。このとき、ダミーパターン３４の働きでフレキシブルプリント配線板１６の樹脂フィルム３０が撓みにくく、組み付けやすい。
【００３９】
次に、蓋部分５０は、蓋側壁部５６を下方に向け、蓋側溝部５６ｃをケース側溝部４６ｂがある側に向けた状態とし、上方からケース部分４０に被せる。そして、そのまま押し込むことにより、ケース部分４０の凸部４６ｂと蓋部分５０の凹部５６ｂとが嵌合し、蓋部分５０が固定される。
【００４０】
蓋部分５０がケース部分４０に固定されたときの内部の状態は、図１に示すように、フレキシブルプリント配線板１６の周縁部分が、ケース部分４０の水平端面４４ａと蓋部分５０の天板５２で挟持される。また、各ケース側溝部４６ｂに差し込まれた三本のリード線２０は、対向する蓋側溝部５６ｃにより挟持される。このとき、ケース側溝部４６ｂと蓋側溝部５６ｃは、互いの溝の頂点部分が対向し、リード線２０の被覆部分２０ｂの外径とほぼ等しい内径の貫通孔を形成するよう調節され、さらにそれを小さくできるように形成されており、その貫通孔によってリード線２０が保持される。補強板１７は、補強板端縁１７ａがケース側壁部４６の内側面に当接するよう左右方向の位置決めがなされ、上下方向の位置は、前記貫通孔に保持されたリード線２０の位置によって定められる。また、赤外線検知用感熱素子１２は蓋部分５０の導光口５４の下方に、温度補償用感温素子１４は赤外線が遮光される天板５２の下方の位置に各々配置される
次に、非接触温度センサ１０の動作を説明する。非接触温度センサ１０は、外部の装置に設けられた所定の電子回路に接続され、各感温素子１２，１４の抵抗値の変化を電気信号に変換することによって温度を検知することができる。具体的には、赤外線検知用感熱素子１２および温度補償用感温素子１４と、外部に設けた複数の抵抗とでブリッジ回路を構成し、各感温素子１２，１４の抵抗値の変化を電気信号に変換して出力する方法が一般的で、例えば、特許文献１に開示されているブリッジ回路の構成等が該当する。
【００４１】
赤外線が照射されていないときには、赤外線検知用感熱素子１２と温度補償用感温素子１４は、筐体１８内部の雰囲気温度に応じた等しい抵抗値を示し、ブリッジ回路によって、赤外線の照射による温度上昇がない旨が検出される。なお、雰囲気温度が変化しても、温度補償用感温素子１４の作用によって、雰囲気温度の変化分は電圧信号に現れない。
【００４２】
一方、蓋部分５０の上方に位置した被測定物から赤外線が照射されると、導光口５４から入射した赤外線が、樹脂フィルム３０を通過するとともに、一部は樹脂フィルム３０の内部で乱反射して吸収され、赤外線を吸収した樹脂フィルム３０の温度が導光口５４の下方で局所的に上昇する。そして、樹脂フィルム３０を通過した赤外線は、赤外線検知用感熱素子１２に照射されて熱エネルギーに変換されサーミスタ抵抗体２６の温度を上昇させる。また、樹脂フィルム３０の温度上昇により、熱伝導によってもサーミスタ抵抗体２６に熱エネルギーが伝わり、これらによりサーミスタ抵抗体２６の温度が上昇し抵抗値が変化する。一方、天板５０によって赤外線が遮光されている樹脂層３０の部分は、赤外線の直接の照射によるエネルギーの供給はない。また、筐体１８に供給された赤外線エネルギーによる筐体１８自体の温度上昇は、赤外線検知用感熱素子１２と温度補償用感温素子１４の両方に等しく伝わり、赤外線検知用感熱素子１２と温度補償用感温素子１４のサーミスタ抵抗体２６に等しく影響する。従って、赤外線検知用感熱素子１２と温度補償用感温素子１４の抵抗値の偏差がブリッジ回路によって電圧信号に変換され、赤外線の照射量に応じた温度上昇が検出される。
【００４３】
この実施形態の非接触温度センサ１０によれば、フレキシブルプリント配線板１６の周縁部分が、蓋部分５０とケース部分４０との間に挟持された構造であるので、フレキシブルプリント配線板１６の保持が確実に成されるとともに、赤外線検知用感温素子１２と温度補償用感温素子１４に対して、筐体１８からの熱の影響を容易に等しくすることができ、温度補償を正確に行うことができる。さらに、フレキシブルプリント配線板１６に補強板１７を固定して位置決めを行っているので、筐体１８へのフレキシブルプリント配線板１６の取り付けが正確且つ容易となり、リード線２０の取付強度等も高いものにすることができる。
【００４４】
さらに、リード線２０が、蓋側溝部５６ｃとケース側溝部４６ｂとで形成される貫通孔によって挟持されて位置決めされ、フレキシブルプリント配線板１６を筐体１８で保持する箇所を減らし、筐体１８から赤外線検知用感温素子１２への熱の影響を抑えることができる。さらに、作業者がリード線２０を取り扱うときに、リード線２０に引っ張り力を加えてしまうことがあるが、補強板端縁１７ａがケース側壁部４６の内側面に係止されて引っ張り力を吸収するので、フレキシブルプリント配線板１６の樹脂フィルム３０にはストレスが生ぜず破損しにくい。
【００４５】
また、厚膜型のサーミスタ抵抗体２６を用いることにより、小型で熱容量が小さく、赤外線の輻射熱によっても、応答性の良い温度検知が可能となる。さらに、各感温素子１２，１４の両端が開放された状態で外部に引き出されているので、配線作業等を行うときに、リード線２０を介して各感温素子１２，１４に静電気が印加され、サージ電流が流れることがある。しかし、各感温素子１２，１４として耐静電気特性の優れた厚膜サーミスタ素子を用いることによって、静電気に起因する故障が起こりにくい。従って、非接触温度センサ１０は、装置に取り付けてリード線の配線処理を行う作業において取り扱いが容易である。
【００４６】
さらに、赤外線検知用感温素子１２及び温度補償用感温素子１４は、フレキシブルプリント配線板１６上に熱伝導率の高いはんだを介して固着されているため、樹脂フィルム３０と各感温素子１２，１４とが良好に熱結合するので、温度補償の誤差や温度変化に対する応答速度のずれが小さい。
【００４７】
その他、赤外線検知用感温素子１２の保護膜２８の表面は黒色系の色であり、赤外線の吸収が良く、検知精度及び検知応答性の良い非接触温度センサ１０を形成することが出来る。また、フレキシブルプリント配線板１６の周縁部分には、導体によるダミーパターン３４が設けられ、フレキシブルプリント配線板１６の撓みに対する強度が向上し、筐体１８からフレキシブルプリント配線板１６への熱の伝導が全体に均一化し、温度補償をより正確なものとすることが出来る。
【００４８】
次に、この発明の第二の実施形態の非接触温度センサ６０について、図６、図７に基づいて説明する。ここで、上述の非接触温度センサ１０と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態の非接触加速度センサ６０は、フレキシブルプリント配線板１６の所定の部分に第二の補強板６２が取り付けられている。その他の構成は、非接触温度センサ１０と同様である。
【００４９】
第二の補強板６２は、補強板１７と同様に、例えば厚さ１ｍｍ程度の平板で、熱伝導率が低く、比較的硬質の絶縁体基材が好ましく、ここでは、補強板１７と同様にガラスエポキシ基板を用いている。外形も略長方形であり、補強板１７とほぼ等しい。そして、第二の補強板６２は、図７に示すように、フレキシブルプリント配線板１６の、補強板１７と長手方向に対向する端部に接着剤等で固着されている。
【００５０】
センサ構造体６４が筐体１８が組み付けられと、図６に示すように、フレキシブルプリント配線板１６の周縁部分と第二の補強板６２は、第二の補強板６２を蓋部分５０の天板５２側にして、天板５２と前記ケース側壁部４４の水平端面４４ａとの間に挟持される。なお、非接触センサ６０のケース部分４０の水平端面４４ａの高さは、フレキシブルプリント配線板１６と第二の補強板６２の合計厚み分だけ、水平端面４６ａの高さよりも低く設定されているので、蓋部分５０はケース部分４０に対して傾くことなく装着される。
【００５１】
非接触センサ６０の構造によれば、フレキシブルプリント配線板１６の樹脂フィルム３０は、蓋部分５０と非接触状態となり、赤外線の照射を受けた蓋部分５０の温度上昇が、温度補償用感温素子１４に伝わりにくくなる。従って、温度補償の動作が一層正確に行われ、温度測定の精度をさらに向上させることができる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施形態に限定するものではなく、ケース側溝部４６ｂと蓋側溝部５６ｃとで形成され、リード線２０の被覆部分２０ｂを保持する貫通孔部分は、リード線２０内部の心線２０ａに達しない範囲で被覆に噛み込ませ、又はかしめる等してリード線２０を強固に固定する構造であってもよい。それによって、リード線２０に対する引っ張り力に対する強度を向上させることができ、また、筐体１８内部のフレキシブルプリント配線板１６が所定の位置に確実に固定されるので、各感温素子１２，１４の位置ずれによる温度測定の誤差やばらつきを小さくすることができる。さらに、フレキシブルプリント配線板１６の樹脂フィルム３０を挟持しないで、リード線２０の挟持によりフレキシブルプリント配線板１６を保持する構造でも良い。
【００５３】
また、リード線２０は、フレキシブルプリント配線板１６を延長して筐体１８の外部まで取り出し、各感温素子１２，１４の出力を導体パターンによって引き出す構造であってもよい。この構造であれば、フレキシブルプリント配線板１６にリード線２０を接続する工程等が不要となり、また、各感温素子１２，１４を取り付けるはんだ付け工程の中で引き出された部分の終端にコネクタ等を取り付けておけば、特別な工程を追加することなく、非接触センサの引き出し線を装置の電子回路に配線する作業の効率化を図ることができる。
【００５４】
また、感温素子１２，１４の各端電極２４をフレキシブルプリント配線板１６のランド３２ａ，３２ｂに接続する方法については、はんだ付けのほか、金属フィラーを含み、熱伝導率が比較的高い導電性接着剤等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この発明の第一の実施形態の非接触温度センサを示す縦断面図である。
【図２】第一の実施形態の赤外線検知用感温素子の斜視図である。
【図３】第一の実施形態のセンサ構造体を示す側面図（ａ）と下面図（ｂ）である。
【図４】第一の実施形態のケース部分を示す平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図５】第一の実施形態の蓋部分を示す平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図６】この発明の第二の実施形態の非接触温度センサを示す縦断面図である。
【図７】第二の実施形態のセンサ構造体を示す側面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０，６０ 非接触温度センサ
１２ 赤外線検知用感温素子
１４ 温度補償用感温素子
１６ フレキシブルプリント配線板
１７ 補強板
１７ａ 補強板端縁
１８ 筐体
２０ リード線
２６ サーミスタ抵抗体
２８ ガラス保護膜
３０ 樹脂フィルム
３２ 導体パターン
３４ ダミーパターン
３６，６４ センサ構造体
４０ ケース部分
４２ 底板
４４ ケース側壁部
４４ａ 水平端面
４６ ケース側壁部
４６ｂ ケース側溝部
５０ 蓋部分
５２ 天板
５４ 導光口
５６ 蓋側壁部
５６ａ 水平端面
５６ｃ 蓋側溝部
６２ 第二の補強板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を導く導光口を有する筐体と、面実装型の赤外線検知用感温素子および温度補償用感温素子とを備えた非接触温度センサにおいて、
樹脂フィルムの一方の表面に導体パターンが形成され、前記導体パターン上に前記赤外線検知用感温素子および前記温度補償用感温素子が実装されたフレキシブルプリント配線板と、
前記各感温素子の出力を筐体外部に取り出す引き出し線と、
前記フレキシブルプリント配線板の前記導体パターンと前記樹脂フィルムを挟んで反対側の表面部分に貼り付けられた補強板とを備え、
前記筐体は、前記導光口が形成された天板と、前記天板の周縁に立設された蓋側壁部とを有する蓋部分と、底板と前記底板に立設されたケース側壁部とを有し、前記ケース側壁部の外側面が前記蓋側壁部の内側面に嵌合するケース部分とを備え、
上記各部材が組み付けられた状態で、前記フレキシブルプリント配線板の周縁部分及び前記引き出し線の少なくとも一方が、前記蓋部分と前記ケース部分との間に挟持され、前記赤外線検知用感温素子は前記導光口側に配置され、前記温度補償用感温素子は前記天板で遮光される位置に配置され、前記補強板はその周縁の一部が前記ケース側壁部の内側面に当接して前記フレキシブルプリント配線板の位置決めをすることを特徴とする非接触温度センサ。
【請求項２】
前記補強板は、前記フレキシブルプリント配線板の前記導体パターンと前記樹脂フィルムを挟んで反対側の表面の互いに対向する端部に一対に貼り付けられた第一の補強板および第二の補強板から成り、
上記各部材が組み付けられた状態で、前記第一の補強板は前記引き出し線側の前記樹脂フィルム端部に固定され前記第一の補強板の一部が前記ケース側壁部の内側面に当接し、前記第二の補強板は、前記引き出し線側とは反対側の前記樹脂フィルム端部に固定され、前記第一、第二の各補強板を前記天板側にして前記第一、第二の各補強板が前記筐体内に収納されることを特徴とする請求項１記載の非接触温度センサ。
【請求項３】
前記赤外線検知用感温素子および前記温度補償用感温素子は、絶縁性のチップ状基板の表面に形成され、一対の端子電極間に塗布され焼成された厚膜型のサーミスタ抵抗体と、前記サーミスタ抵抗体の表面を被覆する保護膜とを備え、前記サーミスタ抵抗体は、遷移金属の酸化物の半導体セラミックスであって、スピネル構造の結晶粒による多結晶体のサーミスタ酸化物と、導体成分およびバインダガラスを主成分とし、これに希土類元素のＰｒの酸化物を無機成分量に対して５〜１５質量％含有したことを特徴とする請求項１または２記載の非接触温度センサ。
【請求項４】
前記引き出し線は、一端が前記導体パターン中の所定のランドに接続されたリード線であり、前記リード線は、前記蓋側壁部の先端から前記天板方向に設けられた蓋側溝部と、前記ケース側壁部の先端から前記底板方向に設けられたケース側溝部とで形成される貫通孔によって位置決めされたことを特徴とする請求項１または２記載の非接触温度センサ。
【請求項５】
前記赤外線検知用感温素子の前記保護膜の表面は黒色系の材料であることを特徴とする請求項１，２または３記載の非接触温度センサ。
【請求項６】
前記フレキシブルプリント配線板の周縁部分には、導体によるダミーパターンが設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の非接触温度センサ。
【請求項１】
赤外線を導く導光口を有する筐体と、面実装型の赤外線検知用感温素子および温度補償用感温素子とを備えた非接触温度センサにおいて、
樹脂フィルムの一方の表面に導体パターンが形成され、前記導体パターン上に前記赤外線検知用感温素子および前記温度補償用感温素子が実装されたフレキシブルプリント配線板と、
前記各感温素子の出力を筐体外部に取り出す引き出し線と、
前記フレキシブルプリント配線板の前記導体パターンと前記樹脂フィルムを挟んで反対側の表面部分に貼り付けられた補強板とを備え、
前記筐体は、前記導光口が形成された天板と、前記天板の周縁に立設された蓋側壁部とを有する蓋部分と、底板と前記底板に立設されたケース側壁部とを有し、前記ケース側壁部の外側面が前記蓋側壁部の内側面に嵌合するケース部分とを備え、
上記各部材が組み付けられた状態で、前記フレキシブルプリント配線板の周縁部分及び前記引き出し線の少なくとも一方が、前記蓋部分と前記ケース部分との間に挟持され、前記赤外線検知用感温素子は前記導光口側に配置され、前記温度補償用感温素子は前記天板で遮光される位置に配置され、前記補強板はその周縁の一部が前記ケース側壁部の内側面に当接して前記フレキシブルプリント配線板の位置決めをすることを特徴とする非接触温度センサ。
【請求項２】
前記補強板は、前記フレキシブルプリント配線板の前記導体パターンと前記樹脂フィルムを挟んで反対側の表面の互いに対向する端部に一対に貼り付けられた第一の補強板および第二の補強板から成り、
上記各部材が組み付けられた状態で、前記第一の補強板は前記引き出し線側の前記樹脂フィルム端部に固定され前記第一の補強板の一部が前記ケース側壁部の内側面に当接し、前記第二の補強板は、前記引き出し線側とは反対側の前記樹脂フィルム端部に固定され、前記第一、第二の各補強板を前記天板側にして前記第一、第二の各補強板が前記筐体内に収納されることを特徴とする請求項１記載の非接触温度センサ。
【請求項３】
前記赤外線検知用感温素子および前記温度補償用感温素子は、絶縁性のチップ状基板の表面に形成され、一対の端子電極間に塗布され焼成された厚膜型のサーミスタ抵抗体と、前記サーミスタ抵抗体の表面を被覆する保護膜とを備え、前記サーミスタ抵抗体は、遷移金属の酸化物の半導体セラミックスであって、スピネル構造の結晶粒による多結晶体のサーミスタ酸化物と、導体成分およびバインダガラスを主成分とし、これに希土類元素のＰｒの酸化物を無機成分量に対して５〜１５質量％含有したことを特徴とする請求項１または２記載の非接触温度センサ。
【請求項４】
前記引き出し線は、一端が前記導体パターン中の所定のランドに接続されたリード線であり、前記リード線は、前記蓋側壁部の先端から前記天板方向に設けられた蓋側溝部と、前記ケース側壁部の先端から前記底板方向に設けられたケース側溝部とで形成される貫通孔によって位置決めされたことを特徴とする請求項１または２記載の非接触温度センサ。
【請求項５】
前記赤外線検知用感温素子の前記保護膜の表面は黒色系の材料であることを特徴とする請求項１，２または３記載の非接触温度センサ。
【請求項６】
前記フレキシブルプリント配線板の周縁部分には、導体によるダミーパターンが設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の非接触温度センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−４３９３０（Ｐ２０１０−４３９３０Ａ）
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０７８６１（Ｐ２００８−２０７８６１）
【出願日】平成２０年８月１２日（２００８．８．１２）
【出願人】（５９１０２０４４５）立山科学工業株式会社 (71)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１２日（２００８．８．１２）
【出願人】（５９１０２０４４５）立山科学工業株式会社 (71)
【Ｆターム（参考）】
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