CN107407603A - 红外线温度传感器以及使用红外线温度传感器的装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够通过简单的结构来实现性能的提高，且可靠性高的红外线温度传感器。包括：本体2，具备导光部21与遮蔽部22，且具有形成所述导光部21及遮蔽部22的内周壁的划分壁24，所述导光部21具有开口部21a，且以引导红外线的方式而形成，所述遮蔽部22具有遮蔽壁22a，且以遮蔽红外线的方式而形成；基板3，以与所述本体2的所述导光部21及所述遮蔽部22相向的方式而配设；红外线探测用热敏元件4，配置在所述基板3上，且配设在与所述导光部21对应的位置；温度补偿用热敏元件5，在所述基板3上，与所述红外线探测用热敏元件4隔开地配置，且配设在与所述遮蔽部22对应的位置；以及配线图案31，形成在所述基板3上，连接所述红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5，并且在一部分具有聚热图案。
Description
技术领域
本发明涉及一种对来自探测对象物的红外线进行探测，以测定探测对象物的温度的红外线温度传感器以及使用该红外线温度传感器的装置。
背景技术
以往，例如作为对复印机的定影装置中所用的加热定影辊等探测对象物的温度进行测定的温度传感器，使用有红外线温度传感器，该红外线温度传感器非接触地探测来自探测对象物的红外线，以测定探测对象物的温度。
此种红外线温度传感器为了补偿周围温度的变化，除了红外线探测用热敏元件以外，还设有温度补偿用热敏元件。
此外，为了提高红外线温度传感器的响应性、伴随周围温度变化的追随性或灵敏度等性能，提出有各种方案。
例如，提出有为了在红外线探测用热敏元件与温度补偿用热敏元件之间获得高的温差而具备红外线反射膜者(参照专利文献1)、为了灵敏度良好地测定热源的温度而具备聚热图案等各种图案者(参照专利文献2)、及追随于周围温度变化而欲使红外线温度传感器的温度变化整体上变得均匀者(参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011-102791号公报
专利文献2：日本专利特开2013-50365号公报
专利文献3：日本专利第5207329号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在如上所述的以往的红外线温度传感器中，尽管以提高性能为目标，但并不能够利用简单的结构来实现性能提高。
本发明是有鉴于所述问题而完成，其目的在于提供一种能够实现性能提高且可靠性高的红外线温度传感器以及使用该红外线温度传感器的装置。
解决问题的技术手段
权利要求1所述的红外线温度传感器的特征在于包括：本体，具备导光部与遮蔽部，且具有形成所述导光部及遮蔽部的内周壁的划分壁，所述导光部具有开口部，且以引导红外线的方式而形成，所述遮蔽部具有遮蔽壁，且以遮蔽红外线的方式而形成；基板，以与所述本体的所述导光部及所述遮蔽部相向的方式而配设；红外线探测用热敏元件，配置在所述基板上，且配设在与所述导光部对应的位置；温度补偿用热敏元件，在所述基板上，与所述红外线探测用热敏元件隔开地配置，且配设在与所述遮蔽部对应的位置；以及配线图案，形成在所述基板上，连接所述红外线探测用热敏元件及温度补偿用热敏元件，并且在一部分具有聚热图案。
红外线温度传感器较佳为使用表面安装型，但并不限定于表面安装型。而且，对于基板，可使用柔性(flexible)配线基板或刚性(rigid)配线基板。并不限定于特定形式的配线基板。
作为红外线探测用热敏元件及温度补偿用热敏元件，较佳为使用由陶瓷半导体所形成的贴片热敏电阻，但并不限于此，可使用热电偶或测温电阻体等。
权利要求2所述的红外线温度传感器是根据权利要求1所述的红外线温度传感器，其特征在于，所述开口部未从所述本体的表面突出，并且，所述本体的划分壁是与所述基板上的红外线探测用热敏元件与温度补偿用热敏元件的边界部分相向地接触。
权利要求3所述的红外线温度传感器是根据权利要求1或2所述的红外线温度传感器，其特征在于，所述划分壁是从导光部及遮蔽部的内周壁直至所述聚热图案的外形为止隔开固定尺寸地接触至基板上。
权利要求4所述的红外线温度传感器是根据权利要求1至3中任一所述的红外线温度传感器，其特征在于，在所述配线图案中，连接红外线探测用热敏元件的配线图案与连接温度补偿用热敏元件的配线图案为同一图案的形态。
权利要求5所述的红外线温度传感器是根据权利要求1至4中任一所述的红外线温度传感器，其特征在于，所述聚热图案是形成为曲流(meander)状的图案。
权利要求6所述的红外线温度传感器是根据权利要求1至4中任一所述的红外线温度传感器，其特征在于，在所述聚热图案上，形成有至少1个以上的开口。
权利要求7所述的红外线温度传感器是根据权利要求1至4中任一所述的红外线温度传感器，其特征在于，所述聚热图案是形成有多个大致四边形状开口的格子花纹状图案。
权利要求8所述的红外线温度传感器是根据权利要求1至4中任一所述的红外线温度传感器，其特征在于，所述聚热图案是形成有多个大致圆形状开口的圆点花纹状图案。
权利要求9所述的红外线温度传感器是根据权利要求6至8中任一所述的红外线温度传感器，其特征在于，在所述聚热图案中，未形成导体的部分相对于形成有导体的部分的比率为20％～80％。
权利要求10所述的红外线温度传感器是根据权利要求1至9中任一所述的红外线温度传感器，其特征在于，在所述聚热图案中，导体膜经氧化处理。
通过对聚热图案的导体膜进行氧化处理，从而能够吸收红外线，红外线的受光能量(energy)变大。
权利要求11所述的使用红外线温度传感器的装置的特征在于，包括根据权利要求1至10中任一所述的红外线温度传感器。
红外线温度传感器例如可配设在各种装置中而适用，以进行复印机的定影装置、电池单元(battery unit)、电容器(condenser)、IH加热(Induction Heating感应加热)烹调加热器(cooking heater)、冰箱的箱内物品等的温度探测。所适用的装置并无特别限定。
发明的效果
根据本发明，可提供一种能够实现性能的提高且可靠性高的红外线温度传感器及使用该红外线温度传感器的装置。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的红外线温度传感器的立体图。
图2是表示所述红外线温度传感器的平面图。
图3是表示所述红外线温度传感器的背面图。
图4是沿着图2中的A-A线的剖面图。
图5是沿着图2中的B-B线的剖面图。
图6是沿着图2中的C-C线的剖面图。
图7是沿着图6中的X-X线的壳体的剖面图。
图8(a)是在壳体的背面侧设有盖构件者，为相当于图5的剖面图，(b)是表示盖构件的立体图(变形例1)。
图9是设有允许与外部通气的通气部者，是相当于图6的剖面图(变形例2)。
图10是表示配线图案的平面图(变形例3)。
图11是将本发明的第2实施方式的红外线温度传感器分解表示的立体图。
图12是将所述红外线温度传感器予以分解而从背面侧观察所表示的立体图。
图13是表示所述红外线温度传感器的平面图。
图14表示所述红外线温度传感器，是相当于图6的剖面图。
图15是沿着图14中的X-X线的壳体的剖面图。
图16是表示接着片的平面图。
图17是表示配线图案的平面图。
图18是同样表示配线图案的平面图。
具体实施方式
以下，参照图1至图10来说明本发明的第1实施方式的红外线温度传感器。图1是表示红外线温度传感器的立体图，图2是表示红外线温度传感器的平面图，图3是表示红外线温度传感器的背面图。图4是沿着图2中的A-A线的剖面图，图5是沿着图2中的B-B线的剖面图，图6是沿着图2中的C-C线的剖面图。而且，图7是沿着图6中的X-X线的本体的剖面图。进而，图8至图10表示变形例。另外，在各图中，对于相同或相当的部分标注相同的符号，并省略重复说明。
如图1至图7所示，红外线温度传感器1具备本体2、基板3、配设于该基板3上的红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5、同样形成于基板3上的配线图案31及安装用端子32。红外线温度传感器1为表面安装型，以适合于表面安装的方式而构成。
本体2是由具有导热性的金属材料，例如由铁形成为大致长方体形状，且具有导光部21及遮蔽部22与收容空间部23。本体2包含纵向的长度尺寸及横向的长度尺寸为8mm～13mm、高度尺寸为2mm～5mm的经小型化的尺寸。
而且，本体2具有后述的未从表面突出的开口部21a，其整体通过热处理来氧化而经黑体化。具体而言，通过以400℃～1000℃左右的高温来对本体2进行热处理，从而在本体2的表面形成氧化膜而进行黑化处理。该氧化膜的膜厚尺寸优选形成为10μm以下，具体而言，形成为3μm。辐射率优选为0.8以上，通过所述黑化处理，可获得0.8～0.95的辐射率。
以往的开口部从表面突出的结构的红外线温度传感器中，本体的材料是使用铝、铝合金、锌合金等导热率为96W/m·K以上者。这是由于若有突出部，则会在本体中产生温差，所以无法使用导热差的材料。
在复印机等的热定影装置的情况下，红外线温度传感器是相对于热源的加热辊(heat roller)而设置为5mm左右的极近距离。在此种环境下开口部突出的结构的红外线温度传感器中，存在下述问题，即，若非昂贵的导热佳的材料，则红外线温度传感器无法准确地发挥功能。
本实施方式中，开口部21a未从表面突出而不具有突出部，由此，本体2的导热率为10W/m·K以上也可使用。可使用含有铁、不锈钢、填料的导热性佳的树脂等材料。
另外，形成本体2的材料只要是至少具有10W/m·K以上的导热率者，则并无特别限定。例如，金属材料可使用铁、镍、铬、钴、锰、铜、钛、铝或者包含这些金属中的至少1种的合金等。例如，陶瓷材料只要选择氧化铝、氮化铝等导热佳的材料即可。而且，一般而言，树脂材料的导热差，因此使用使热塑性树脂或热固性树脂中含有具有导热性的碳、金属、陶瓷等填料的材料。进而，可使用对辐射率低的金属材料、陶瓷材料实施有黑色涂装的材料等。树脂自身的辐射率高，因此树脂的表面经黑体化。
在本体2中，形成有导光部21与遮蔽部22，导光部21是在本体2的一面侧(前表面侧)具有开口部21a，且以引导红外线的方式而形成。遮蔽部22是在一面侧(前表面侧)具有遮蔽壁22a，且以遮蔽红外线的方式而形成。
导光部21中，开口部21a是作为从前表面侧贯穿到背面侧的筒状的贯穿孔，而在背面侧开口地形成，该导光部21的内周面如上所述般通过氧化形成氧化膜而经黑体化。开口部21a未从本体2前表面侧的表面突出，且形成在与表面大致相同的面上，为横长且圆角的大致长方形状，长边方向的长度尺寸形成为3mm～6mm，具体而言，形成为6mm，短边方向的长度尺寸形成为1mm～2.5mm，具体而言，形成为2mm。因此，开口部21a的尺寸处于1mm～6mm的范围内，最大尺寸被设定为6mm以下。
通过如此般将开口部21a的尺寸设定为1mm～6mm以下的小尺寸，从而能够提高开口部21a的加工尺寸的精度。具体而言，通过将开口部21a的尺寸设为6mm以下，能够获得±0.05mm以下的尺寸精度。这也符合例如日本工业标准(Japanese Industrial Standards，JIS)(日本工业规格)中所示的一般尺寸公差。而且，在小于1mm的尺寸的情况下，若设想±0.05mm以下的尺寸精度，则公差相对于开口部21a的尺寸的比率超过5％，因此开口部21a的尺寸的高精度确保变得困难。
另外，开口部21a的形状并无特别限定。也可形成为圆形状、椭圆形状或多边形状等。可根据探测对象物的测定部的形态等来适当选定。
遮蔽部22是与导光部21邻接地配置，且形成为以导光部21与遮蔽部22的边界为中心轴而大致对称的形态。遮蔽部22在前表面侧具有遮蔽壁22a，且以与导光部21相同的形状、即与开口部21a为相同形状的圆角的大致长方形状朝向背面侧延伸，而形成有空间部22b。该空间部22b为凹状的空洞，与遮蔽壁22a相向的背面侧开口。
即，如图7代表性地所示，在本体2中，遮蔽部22中的不含遮蔽壁22a的部位处的横剖面形状，成为以导光部21与遮蔽部22的边界为中心轴C而大致对称的形态，而一体地形成。换言之，除了导光部21的开口部21a与遮蔽部22的遮蔽壁22a的部分以外，导光部21侧与遮蔽部22侧形成为大致相同的形状。
如上所述，导光部21及遮蔽部22是通过周围的划分壁24而形成有固定的空间区域。换言之，导光部21及遮蔽部22的内周壁是由划分壁24所形成。此处，为了方便，将导光部21与遮蔽部22的边界部分的划分壁24设为中央壁24a，将其他划分壁24的部分设为周围壁24b。
收容空间部23是形成在本体2的内部的背面侧。具体而言，收容空间部23是形成为大致长方体形状的凹状，且与导光部21及遮蔽部22的背面侧的开口连通。
基板3是形成为大致长方形状且吸收红外线的绝缘性薄膜(film)，并具有可挠性的柔性配线基板(柔性印刷电路板(Flexible Printed Circuit，FPC))。基板3是以与导光部21及遮蔽部22相向的方式而配设在本体2的另一面侧(背面侧)。详细而言，基板3是沿着所述收容空间部23的内壁而弯折，并经热熔接而配设。此时，也可将基板3成型(forming)加工成沿着收容空间部23的内壁的形状。
在基板3上，在绝缘性基材的一表面(图4至图6中，背面侧)上，配设有红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5。而且，同样地，在一表面上，形成有导体的配线图案31及安装用端子32，该安装用端子32电连接于该配线图案31，并且位于端部侧。
对于基板3，可使用包含聚酰亚胺(polyimide)、聚乙烯(polyethylene)、液晶聚合物、氟、硅、聚酯(polyester)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚苯硫醚(PolyPhenyleneSulfide，PPS)(聚苯硫醚)等高分子材料的树脂。而且，也可使用使碳黑(carbon black)或无机颜料(铬黄(chrome yellow)、氧化铁红、钛白(titanium white)、群青中的一种以上)混合分散于这些树脂中而可吸收大致全波长的红外线的材料。
本实施方式中，是将基板3沿着所述收容空间部23的内壁而弯折，并通过热熔接而配设，因此，基板3使用可热熔接的聚酰亚胺、聚乙烯、液晶聚合物等材料。
如图2及图3所示，配线图案31是在一端侧具有矩形状的电极端子31a，从该电极端子31a以曲流状的图案延伸有狭窄的图案以作为聚热图案，且在另一端侧的末端部形成有矩形状的安装用端子32，具体而言，形成有焊接用的焊盘(land)而构成。作为聚热图案的曲流(meander)状图案形成配线图案31的一部分，如后所述，通过曲流状的图案来保持红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5的温度，能够加大输出，并且能够实现灵敏度的提高。
与此相同图案的配线图案31是以电极端子31a彼此相向的方式而配设有一对，以配置连接红外线探测用热敏元件4或温度补偿用热敏元件5。
因此，为了连接红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5，彼此大致平行地排列配设有2对配线图案31。连接该红外线探测用热敏元件4的配线图案31dt、与连接温度补偿用热敏元件5的配线图案31cp为相同图案的形态，并不彼此连接，而是各自独立地连接红外线探测用热敏元件4与温度补偿用热敏元件5。
而且，在配线图案31上，形成有包含以聚酰亚胺薄膜为代表的树脂薄膜、抗蚀油墨(resist ink)等的绝缘层即罩层33。罩层33是以包覆配线图案31的方式而形成，但电极端子31a及安装用端子32成为未被罩层33包覆的露出部分。
进而，对于罩层33，也可使用使碳黑或无机颜料(铬黄、氧化铁红、钛白、群青中的一种以上)混合分散于聚酰亚胺薄膜、抗蚀油墨中而可吸收大致全波长的红外线的材料。通过对罩层33使用红外线吸收材料，从而受光能量变大，能够实现灵敏度的提高。
另外，对于该配线图案31，为了便于说明，清晰地表示了在图2中透过基板3，在图3中透过罩层33而可看到的状态。
此种配线图案31是由滚轧铜箔或电解铜箔等经图案化(patterning)而形成，在安装用端子32上，为了减小连接电阻并防止腐蚀，实施有镀镍、镀金或焊料镀敷等镀敷处理。
红外线探测用热敏元件4对来自探测对象物的红外线进行探测，以测定探测对象物的温度。温度补偿用热敏元件5对周围温度进行探测，以测定周围温度。这些红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5至少包含具有大致相等的温度特性的热敏元件，连接于配线图案31的相向的电极端子31a间，且相互隔开地安装配置。
具体而言，红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5是在两端部形成有端子电极的贴片热敏电阻。作为该热敏电阻，有NTC型、PTC型、CTR型等的热敏电阻，但本实施方式中，例如采用NTC型热敏电阻。
尤其，本实施方式中，作为红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5，采用由含有Mn、Co、Ni及Fe的金属氧化物或金属氮化物的陶瓷半导体，即，由Mn-Co-Ni-Fe系材料所形成的薄膜热敏电阻元件。该陶瓷半导体由于温度系数即B常数高，因此可灵敏度良好地检测吸收红外线的基板3的温度变化。
而且，理想的是，陶瓷半导体具有以立方晶尖晶石(spinel)相为主相的结晶结构，此时，也无各向异性，而且，由于无杂质层，因此在陶瓷烧结体内，电气特性的偏差小，当使用多个红外线温度传感器时，能够实现高精度的测定。进而，由于是稳定的结晶结构，因此对耐环境的可靠性也高。另外，作为陶瓷半导体，最理想的是包含立方晶尖晶石相的单相结晶结构。
而且，优选的是，红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5是从由陶瓷半导体所形成的同一晶片(wafer)获得的热敏电阻元件、薄膜热敏电阻中，依照规定的允许误差内的电阻值而拣选。
此时，成对的红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5中，B常数的相对误差小，能够高精度地检测同时检测温度的两者的温差值。而且，对于红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5而言，不需要B常数的拣选作业或电阻值的调整工序，能够提高生产性。
另外，用于红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5的热敏电阻元件的结构例如也可为整体(bulk)热敏电阻、层叠热敏电阻、厚膜热敏电阻、薄膜热敏电阻中的任一种结构。
如上所构成的红外线温度传感器1如图6代表性地所示，红外线探测用热敏元件4配设在与导光部21对应的位置，温度补偿用热敏元件5配设在与遮蔽部22对应的位置。
而且，本体2中的作为划分壁24的中央壁24a及周围壁24b是以热结合的方式接触至基板3的表面上而配置。具体而言，中央壁24a是与基板3的表面上的红外线探测用热敏元件4与温度补偿用热敏元件5的边界部分相向地接触。进而，周围壁24b也是以热结合的方式而接触至红外线探测用热敏元件4与温度补偿用热敏元件5周围的基板3的表面上。因此，本体2中的划分壁24除了导光部21及遮蔽部22的区域以外，接触至基板3的表面上。该接触是导光部21侧与遮蔽部22侧的接触面积大致相同，呈大致相同状态的接触状态。
更详细而言，如图2中代表性地所示，划分壁24是从导光部21及遮蔽部22的内周壁直至配线图案31的外形为止隔开固定尺寸d而接触至基板3的表面上。进而，形成在基板3上的端部侧的安装用端子32是配设在本体2的周壁的背面侧端部。
主要如图2所示，连接红外线探测用热敏元件4的配线图案31dt、与连接温度补偿用热敏元件5的配线图案31cp是大致平行地排列配设，与该配线图案31dt、31cp对应地并列设置有导光部21与遮蔽部22。
如图4至图6所示，此种红外线温度传感器1是被安装于作为电路基板10的安装基板。在安装基板的表面侧，形成有规定的配线图案，并形成有连接端子11，该连接端子11连接红外线温度传感器1的安装用端子32。因此，红外线温度传感器1的安装用端子32通过焊接等而电连接于安装基板的连接端子11。另外，该连接方式并不限定于特别者，例如也可使用导电性接着剂等，只要可进行电连接，则不论何种方式。
接下来，对所述红外线温度传感器1的动作进行说明。从探测对象物的表面放射的红外线是从红外线温度传感器1的导光部21中的开口部21a入射，由导光部21引导而通过导光部21，到达基板3。开口部21a具有限制视野的功能，因此可有效地确定探测对象物的测定部，从而可提高检测精度。到达基板3的红外线被基板3吸收而转换成热能量。
此处，开口部21a的尺寸是设定为1mm～6mm，因此开口部21a的尺寸精度高，为±0.05mm，而且，开口部21a通过热处理来氧化而经黑体化，该氧化膜的膜厚尺寸极薄地形成为10μm以下，因此对开口部的尺寸精度的影响极少。
因此，红外线温度传感器1并不特别需要用于调整红外线的受光能量的调整用构件，能够抑制各红外线温度传感器的输出特性的偏差。
当开口部21a的尺寸为6mm时，开口尺寸与氧化膜的膜厚的合计尺寸精度为±0.05mm以下，因此其误差比率达到1％以下的高精度。
经转换的热能量通过基板3而传递至正下方的红外线探测用热敏元件4，使红外线探测用热敏元件4的温度上升。红外线探测用热敏元件4与温度补偿用热敏元件5是至少具有大致相等的温度特性的陶瓷半导体，因来自探测对象物的红外线，红外线探测用热敏元件4的电阻值发生变化。
同时，红外线被遮蔽部22的遮蔽壁22a遮挡，但因来自探测对象物的辐射热或周围环境温度，本体2的温度上升，因此温度补偿用热敏元件5的电阻值也会接受相当于本体2的温度上升的电阻值变化。
此时，由于本体2是由金属等具有导热性的材料所形成，因此可追随于周围的温度变化而使红外线温度传感器1的温度变化整体上均匀化。而且，导光部21与遮蔽部22成为以导光部23与遮蔽部22的边界为中心轴C而大致对称的形态，且形成为大致相同的形状。进而，连接红外线探测用热敏元件4的配线图案31dt、与连接温度补偿用热敏元件5的配线图案31cp是形成为同一图案的形态。
因此，红外线探测用热敏元件4与温度补偿用热敏元件5相对于周围的温度变化而以相同的方式发生变化，追随性良好，可抑制对热外部干扰的影响，从而可精度良好地检测因来自探测对象物的红外线引起的温度变化。
而且，由于在配线图案31的一部分形成有曲流状的图案(聚热图案)，因此导热路径变长，热难以逃逸，因此可保持红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5的温度，能够加大输出，并且能够实现灵敏度的提高。
除此以外，配线图案31dt与配线图案31cp分别独立地连接红外线探测用热敏元件4与温度补偿用热敏元件5。因此，可减轻配线图案31dt与配线图案31cp的相互的热的影响，从而可提高灵敏度。
而且，本体2的中央壁24a是与基板3表面上的红外线探测用热敏元件4与温度补偿用热敏元件5的边界部分相向地接触，因此基板3的热被传导至中央壁24a。因此，可抑制边界部分的温度梯度，可减轻红外线探测用热敏元件4侧的基板3的热传导至温度补偿用热敏元件5侧的基板3而减少相互的干涉。因此，可在红外线探测用热敏元件4与温度补偿用热敏元件5之间获得高的温差值，从而可实现灵敏度的提高。
进而，红外线探测用热敏元件4与温度补偿用热敏元件5的相互的热及光学干涉得到抑制，因此可使红外线探测用热敏元件4与温度补偿用热敏元件5靠近地配置，从而可有助于整体的小型化。
进而，划分壁24是从导光部21及遮蔽部22的内周壁直至配线图案31中的聚热图案的外形为止隔开固定尺寸d而接触至基板3的表面上。
从探测对象物的表面放射的红外线是从导光部21中的开口部21a入射，由导光部21引导而通过导光部21，到达基板3。此时，配线图案31的导热率大于基板3的导热率。例如，配线图案31的导热率为400W/m·K左右，基板3的导热率为0.5W/m·K左右。因此，被聚热图案吸收的红外线的热能量以比从基板3更短的时间传导至红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5。另一方面，被基板3吸收的红外线的热能量传导至配线图案31、红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5，并且传导至划分壁24。如此，划分壁24从导光部21及遮蔽部22的内周壁直至聚热图案的外形为止隔开固定尺寸d，因此从配线图案31传导至划分壁24的热能量得到抑制，热时间常数得到改善而能够提高响应性。
而且，固定尺寸d的隔开距离是在导光部21侧与遮蔽部22侧设定为相同，因此可使红外线探测用热敏元件4与温度补偿用热敏元件5的温度环境相等。对于固定尺寸d的隔开距离，若为固定尺寸d＝0.1mm以下，则特性偏差将变大，因此理想的是设为固定尺寸d＝0.1mm以上。
如上所述，根据本实施方式，可提供一种能够有效地确定探测对象物的测定部，并且能够实现响应性、追随性或灵敏度等性能的提高且可靠性高的红外线温度传感器。而且，能够获得可实现小型化的表面安装型红外线温度传感器。
接下来，参照图8至图10来说明本实施方式的变形例。图8(a)是在本体的背面侧设有盖构件者，是相当于图5的剖面图，图8(b)是表示盖构件的立体图(变形例1)。图9是设有用于减轻基板变形的通气部者，是相当于图6的剖面图(变形例2)。而且，图10是表示配线图案的平面图(变形例3)。
(变形例1)如图8所示，盖构件8为大致长方体的箱状，由铝等金属材料所制作。该盖构件8是与基板3相向地配置在背面侧。盖构件8的内表面的至少与基板3相向的一部分面成为反射面，例如经镜面加工而反射率高，为80％以上，优选的是，为85％以上的反射率。该盖构件8是嵌合于收容空间部23而安装。因此，盖构件8也具有将基板3固定于收容空间部23的功能。
如此，盖构件8的内表面成为反射面，因此辐射率低，能够抑制热对红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5的影响，从而可实现灵敏度的提高。
(变形例2)如图9所示，遮蔽部2中的空间部22b中，背面侧的开口被基板3封闭，成为密闭的空间部。本例中，设有允许空间部22b与外部的通气性的通气部9。具体而言，通气部9为贯穿孔，并无特别限定，但优选形成为φ0.1mm～φ0.5mm左右。而且，作为通气部，例如在基板3与本体2之间形成通气间隙的情况下，该间隙只要是供空气通过的间隙即可，只要有1μm以上的间隙，便可使空气充分流通。关键在于不设为密闭结构。
因此，在与空间部22b对应的基板3的部分开设φ0.1mm～φ0.5mm左右的孔，也可获得同样的效果。进而，优选的是，在导光部21侧，也形成有与所述通气部9同样的贯穿孔9’，且使导光部21侧与遮蔽部22侧形成为大致对称的大致相同形状。
在红外线温度传感器中，当红外线温度传感器的周围温度变高时，设为密闭状态的空间部的空气膨胀而内压上升，从而产生基板鼓胀变形的问题。而且，若空间部的空气过度膨胀，则有时会因基板的变形而导致在基板上配线的配线图案被切断等问题。进而，还会产生下述问题：因基板发生变形，红外线的入射量或来自基板的散热量发生变化，红外线温度传感器的输出发生变动。
本例中，即使处于空间部22b的内压会上升的温度环境下，也可通过通气部9来确保与外部的通气性，抑制内压的上升，从而减轻基板3的变形。因此，可提供一种能减轻基板3的变形，使高精度化成为可能，从而可确保可靠性的红外线温度传感器1。另外，通气部9并不限于贯穿孔，也可为槽状。通气部9只要以密闭的空间部与外部连通的方式而形成即可，形成位置、形状或个数等并无特别限定。
(变形例3)如图10所示，在红外线探测用热敏元件4与温度补偿用热敏元件5上各自独立地连接有配线图案31dt与配线图案31cp。配线图案31是在一端侧具有矩形状的电极端子31a，从该电极端子31a，狭窄的图案以包围红外线探测用热敏元件4(温度补偿用热敏元件5)的方式而在周围形成有作为聚热图案的曲流状图案，进而，狭窄的图案朝向矩形状的安装用端子32而以作为聚热图案的曲流状图案延伸地形成。
根据此种结构，配线图案31的导热路径长，因此热难以逃逸，红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5的温度更有效地得到保持，可加大输出，并且可实现灵敏度的提高。
另外，所述中，对将基板3热熔接地安装配设于本体2侧的收容空间部23的内壁的情况进行了说明，但也可通过接着或粘着来配设。此时，理想的是，在收容空间部23的内壁设置接着层或粘着层、例如接着片或粘着片，介隔这些片来贴附配设基板3。通过对接着片、粘着片使用导热佳的材料，能够改善响应性或追随性的性能。通过焊料等钎料来接合也可获得同样的效果。
而且，对基板3使用柔性配线基板的情况进行了说明，但也可使用刚性配线基板。并不限定于特定形式的配线基板。
进而，作为电路基板10的安装基板也可使用在表面具有绝缘层的铝或铜等的金属基板。此时，由于安装基板的导热性高，因此红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5相对于周围的温度变化而追随性变得更加良好，可抑制对热外部干扰的影响。
除此以外，也可使用如下所述者，即，在安装基板中，与安装红外线温度传感器1的范围对应地，使其表面形成为反射率高的反射面、例如镜面部。此时，可省略盖构件8，通过镜面部，可发挥与盖构件8的反射面同样的功能，可实现灵敏度的提高。
接下来，参照图11至图16来说明本发明的第2实施方式的红外线温度传感器。图11是将红外线温度传感器分解表示的立体图，图12是将红外线温度传感器分解并从背面侧观察所示的立体图，图13是表示红外线温度传感器的平面图。图14表示红外线温度传感器，是相当于图6的剖面图，图15是沿着图14中的X-X线的本体的剖面图。而且，图16是表示接着片的平面图。另外，对于与第1实施方式相同或相当的部分，标注相同的符号并省略重复说明。
本实施方式中，与第1实施方式同样地，本体2是由具有导热性的金属材料形成为大致长方体形状。并且，本体2整体通过热处理来氧化而经黑体化，且具有导光部21及遮蔽部22，但未形成收容空间部。
导光部21中的开口部21a的尺寸是设定为6mm以下，开口部21a的尺寸精度变高。进而，开口部21a通过热处理来氧化而经黑体化，该氧化膜的膜厚尺寸是较薄地形成为10um以下。因此，红外线温度传感器1并不特别需要用于调整红外线的受光能量的调整用构件，能够抑制各红外线温度传感器的输出特性的偏差。
而且，基板3是形成为厚度尺寸0.05mm～0.2mm的矩形状的平板状的刚性配线基板。基板3具有与本体2的另一侧(背面侧)的外形大致相同的外形，且配设在本体2的背面侧。具体而言，与第1实施方式同样地，基板3通过热熔接、接着或粘着等方式而安装于本体2的背面侧。
如图12所示，本实施方式中的基板3往本体2背面侧的配设是将接着片34贴附至本体2的背面侧，并将基板3贴附于该接着片34而进行。即，基板3是使接着片34介隔在本体2的背面侧与基板3之间而安装。具体而言，接着片34如图16所示，具有与本体2的背面侧的外形大致相同的外形，中央部对应于导光部21及遮蔽部22背面侧的开口而切开。另外，也可取代接着片而使用粘着片。
在基板3上，在绝缘性基材的一表面上配设有红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5。同样，在一表面上，形成有导体的配线图案31以及安装用端子32，该安装用端子32电连接于该配线图案31，并且位于端部侧。
如图11至图14代表性地所示，在本体2中未形成收容空间部。因此，本体2的背面侧成为平面状，在该平面状部，开口而出现有导光部21及遮蔽部22(参照图12)。因此，平板状的基板3配设于所述本体2背面侧的平面状部。
基板3是平板状的刚性配线基板，例如具备：包含玻璃环氧树脂、聚苯醚(聚苯醚(Polyphenylene Ether，PPE)树脂)及硅酮(silicone)树脂材料等的绝缘性基材；以及形成在该绝缘性基材表面的导体的配线图案31。而且，在配线图案31上，层叠有作为绝缘层的抗蚀剂层33。进而，在配线图案31的两端部，未层叠抗蚀剂层33，即，形成有未被抗蚀剂层33包覆而露出的电极端子31a及安装用端子32。另外，电极端子31a中，仅连接红外线探测用热敏元件4或温度补偿用热敏元件5的端子电极的一部分成为未被抗蚀剂层33包覆的露出部分。
配线图案31是在一端侧具有大致长方形状的宽幅的电极端子31a，从该电极端子31a呈直线状地延伸有狭窄的图案，且在另一端侧的末端部形成有矩形状的安装用端子32而构成。所述宽幅的电极端子31a的面积大，作为聚热图案发挥功能。作为该聚热图案的电极端子31a的面积大，散热良好，因此热时间常数得到改善而可实现高速响应性。
与此相同图案的配线图案31是以电极端子31a彼此相向的方式而配设有一对，且配置连接有红外线探测用热敏元件4或温度补偿用热敏元件5。
因此，为了连接红外线探测用热敏元件4及温度补偿用热敏元件5，大致平行地排列配设有2对配线图案31。连接该红外线探测用热敏元件4的配线图案31dt、与连接温度补偿用热敏元件5的配线图案31cp为相同图案的形态，并不彼此连接，而是各自独立地连接红外线探测用热敏元件4与温度补偿用热敏元件5。
另外，对于该配线图案31，为了便于说明，清晰地表示了在图11中透过绝缘性基材，在图12中透过抗蚀剂层33而可看到的状态。
如图14所示，红外线温度传感器1被安装于作为电路基板10的安装基板。该安装基板为金属基板，例如是在包含铝材料的金属制的基材13，层叠包含玻璃环氧树脂、玻璃复合物材料等的绝缘性基材14而形成。并且，在绝缘性基材14中的与基板3相向的部分形成有孔，通过该孔，在与金属制的基材13之间形成空腔15。进而，与基板3相向的金属制基材13的表面是形成为反射面16。该反射面16与前述同样，铝的反射率高，为80％以上，优选的是，成为85％以上的反射率。如此，对于安装基板，例如虽未图示，但使用空腔结构的铜镶嵌基板。在镶嵌(inlay)材料的铜表面，通过镀镍/镀金等进行镀敷而提高反射率。另外，不会妨碍在空腔15中配置前述的盖构件8。
而且，如前述的第1实施方式中的(变形例2)所说明般，遮蔽部2中的空间部22b的背面侧开口由基板3予以封闭而成为密闭的空间部，但理想的是设置允许空间部22b与外部的通气性的通气部9。具体而言，在导光部21与遮蔽部22的边界部分的划分壁24中的中央壁24a与基板3之间，形成有间隙来作为通气部9。该间隙只要有1μm以上，便可使空气充分流通。
进而，配线图案31也可如图17及图18所示般构成。如图17所示，在红外线探测用热敏元件4与温度补偿用热敏元件5上各自独立地连接有配线图案31dt与配线图案31cp。在一端侧具有宽幅的矩形状的电极端子31a(聚热图案)，并在该部分形成有多个大致圆形状的开口31h，从而形成为圆点花纹状图案。
而且，图18所示的配线图案31是在宽幅的矩形状的电极端子31a(聚热图案)的部分形成多个大致四边形状的开口31h，而设为格子花纹状图案。理想的是，此种开口31h的开口率是设定为20％～80％。
如上所述，通过形成多个开口31h，在开口31h相互间形成热的传导路径，传导路径增加，因此能够获得如下所述的红外线温度传感器1，即，能够短时间地进行热传导，可期待响应性的提高，而且，也能够确保规定输出的大小，且响应性、追随性等性能平衡性(balance)良好。
另外，对于聚热图案，只要形成至少1个以上的开口即可。而且，在聚热图案中，未形成导体的部分(开口31h)相对于形成有导体的部分的比率优选设定为20％～80％。进而，更优选将曲流图案与形成有开口的聚热图案加以组合。
而且，在所述聚热图案中，通过对所述聚热图案的导体膜进行氧化处理从而可吸收红外线，红外线的受光能量变大，灵敏度可提高。
如上所述，根据本实施方式，可提供如下所述的红外线温度传感器1，即，能够实现与第1实施方式同样的动作，能够有效地确定探测对象物的测定部，并且能够实现响应性及灵敏度性能的提高且可靠性高。而且，可提供一种能够实现小型化的表面安装型红外线温度传感器1，进而，本体2的结构得以简化，在将红外线温度传感器1安装于电路基板10时，起到能够降低红外线传感器1的突出高度尺寸的效果。
另外，在所述中，对基板3使用刚性配线基板的情况进行了说明，但也可使用柔性配线基板。并不限定于特定形式的配线基板。
以上说明的各实施方式中的红外线温度传感器1可配设在各种装置中而适用，以进行复印机的定影装置、电池单元、电容器、IH烹调加热器、冰箱的箱内物品等的温度探测。所适用的装置并无特别限定。
另外，本发明并不限定于所述各实施方式的结构，可在不脱离发明主旨的范围内进行各种变形。而且，所述各实施方式仅为一例示，并不意图限定发明的范围。
例如，红外线温度传感器并不限于表面安装型。而且，作为红外线探测用热敏元件及温度补偿用热敏元件，可较佳地使用由陶瓷半导体所形成的贴片热敏电阻，但并不限于此，可使用热电偶或测温电阻体等。
而且，配线图案的图案形态并无特别限定，可根据设计来适当采用直线状或曲流(meander)状等。
[符号的说明]
1：红外线温度传感器
2：本体
3：基板
4：红外线探测用热敏元件
5：温度补偿用热敏元件
8：盖构件
9：通气部
10：电路基板
11：连接端子
12：红外线反射部
15：空腔
21：导光部
21a：开口部
22：遮蔽部
22a：遮蔽壁
22b：空间部
23：收容空间部
24：划分壁
31：配线图案
32：安装用端子
33：绝缘层(罩层、抗蚀剂层)
34：粘接片
Claims (11)
1.一种红外线温度传感器，其特征在于包括：
本体，具备导光部与遮蔽部，且具有形成所述导光部及遮蔽部的内周壁的划分壁，所述导光部具有开口部，且以引导红外线的方式而形成，所述遮蔽部具有遮蔽壁，且以遮蔽红外线的方式而形成；
基板，以与所述本体的所述导光部及所述遮蔽部相向的方式而配设；
红外线探测用热敏元件，配置在所述基板上，且配设在与所述导光部对应的位置；
温度补偿用热敏元件，在所述基板上，与所述红外线探测用热敏元件隔开地配置，且配设在与所述遮蔽部对应的位置；以及
配线图案，形成在所述基板上，连接所述红外线探测用热敏元件及温度补偿用热敏元件，并且在一部分具有聚热图案。
2.根据权利要求1所述的红外线温度传感器，其特征在于，
所述开口部未从所述本体的表面突出，并且，所述本体的划分壁是与所述基板上的红外线探测用热敏元件与温度补偿用热敏元件的边界部分相向地接触。
3.根据权利要求1或2所述的红外线温度传感器，其特征在于，
所述划分壁是从导光部及遮蔽部的内周壁直至所述聚热图案的外形为止隔开固定尺寸地接触至基板上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的红外线温度传感器，其特征在于，
在所述配线图案中，连接红外线探测用热敏元件的配线图案与连接温度补偿用热敏元件的配线图案为同一图案的形态。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的红外线温度传感器，其特征在于，
所述聚热图案是形成为曲流状的图案。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的红外线温度传感器，其特征在于，
在所述聚热图案上，形成有至少1个以上的开口。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的红外线温度传感器，其特征在于，
所述聚热图案是形成有多个大致四边形状开口的格子花纹状图案。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的红外线温度传感器，其特征在于，
所述聚热图案是形成有多个大致圆形状开口的圆点花纹状图案。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的红外线温度传感器，其特征在于，
在所述聚热图案中，未形成导体的部分相对于形成有导体的部分的比率为20％～80％。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的红外线温度传感器，其特征在于，
在所述聚热图案中，导体膜经氧化处理。
11.一种使用红外线温度传感器的装置，其特征在于，包括根据权利要求1至10中任一项所述的红外线温度传感器。
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