JP2004170214A - センサ装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】赤外線入射窓部5を塞ぐように接着剤11を介してフィルタ6が取り付けられたケース4内に、赤外線検出素子2を収納する赤外線センサ装置1において、フィルタ6の端面から離れた所定の位置でケース4とフィルタ6とが接触するように、ケース4とフィルタ6の少なくとも一方に突起部13が形成され、当該突起部13、ケース4、及びフィルタ6からなる空間を、接着剤11の溜まり部14とした。
本センサ装置1は、突起部13にて接着剤11を遮断することにより、フィルタ6の窓部へのはみ出しを防止できる。又、溜まり部14に十分な接着剤11を保持できるので、フィルタ6の接着強度と装置1内の気密性を確保できる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検出対象を透過するフィルタを備えるケース内に、被検出対象を検出する検出素子を配置する構造を有するセンサ装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
被検出対象を透過するフィルタを備えるケース内に被検出対象を検出する検出素子を配置したセンサ装置として、例えば赤外線センサ装置がある。
【0003】
特許文献1に記載される赤外線センサ装置は、ケースの赤外線入射窓部の周囲の所定の範囲に接着剤を塗布し、当該接着剤を介してフィルタをケースに取り付けた構造を有しており、当該ケース内にフィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出素子を備えている。この、ケース内には、不活性ガスが封入されている。
【0004】
赤外線センサ装置におけるフィルタとしては、例えばシリコン基板にZnS及びGe等の薄膜を蒸着した多層膜を用いている。従って、赤外線センサ装置におけるケースへのフィルタの接着は、上述の多層膜の耐熱温度の関係より樹脂系の接着剤を使用している。
【0005】
【特許文献1】特開平6−220413号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に記載される赤外線センサ装置の場合、接着剤の塗布量が多い場合には、ケースとフィルタとの間の十分な接着力と装置内の気密性は得られるものの、接着剤がケースとフィルタの対向する接着面からはみ出す場合がある。この場合、接着剤が窓部に露出したフィルタの赤外線透過面の一部を覆ってしまうため、赤外線検出素子の視野が確保されず、赤外線検出の感度が低下するという問題がある。
【0007】
また、接着剤の塗布量が少ない場合には、フィルタの接着強度が低下すると共に装置内の気密性が不十分となり、装置内に空気が侵入し、赤外線検出素子が酸素による酸化や湿気による変質により劣化する恐れがある。
【0008】
本発明は上記問題点に鑑み、接着剤の窓部へのはみ出しを防止しつつフィルタの接着強度及び装置内の気密性を確保することが可能なセンサ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に請求項1に記載のセンサ装置は、被検出対象を導入する窓部を有するケースと、当該窓部を塞ぐようにケースに接着材を介して取り付けられ、被検出対象を透過させるフィルタと、ケース内に収納されフィルタを透過した被検出対象を検出する検出素子とを備えたセンサ装置であって、フィルタの端面から離れた所定の位置において、ケースとフィルタ表面とが接触するように、フィルタ及びケースの少なくとも一方に突起部が形成され、当該突起部、フィルタ表面、及びケースからなる空間に接着剤が配置されることを特徴とする。
【0010】
このように、ケースとフィルタの少なくとも一方に突起部が形成され、この突起部を接触部として、フィルタの端面から離れた所定の位置において、ケースとフィルタ表面とが接触する。そして、突起部、ケース、フィルタ表面との間には、空間が形成される。従って、上記空間内に接着剤を配置することができるため、ケースとフィルタとの間に十分な接着剤介すことができ、ケースに対するフィルタの接着強度も確保することができるとともに、センサ装置内の気密性を確保できる。
【0011】
また、ケースとフィルタ表面とが直接接触する突起部を有するので、ケースへのフィルタの接着の際に、当該突起部にて接着剤が遮断される。従って、被検出対象の透過面であるフィルタの窓部への接着剤のはみ出しを防止できる。
【0012】
さらに、上述の空間は、その一端が突起部により閉じているが、フィルタ端面側は開口している。従って、フィルタをケースに配置させた後でも、当該開口部より空間へ接着材を注入することができるため、工程設計の自由度が向上する。
【0013】
請求項2に記載のように、突起部及び空間は、窓部の形状に対応して環状に形成されることが好ましい。このように、突起部が環状に形成されれば、フィルタの窓部側全域に渡って接着剤のはみ出しを防止できると共に、センサ装置内の気密性を確保できる。また、それと共に、空間も環状に形成されれば、接着剤を介したケースとフィルタ表面との間の面積が増加するので、フィルタの接着強度が向上する。
【0014】
請求項3に記載のように、突起部は、ケースの窓部を形成する端部が、フィルタ方向に所定の角度折曲されたものでも良い。この場合も、所定の角度に折曲したケースを突起部とし、フィルタと接触させることで、ケースとフィルタ表面との間に一端が開口した空間を形成することができる。
【0015】
また、請求項4に記載のように、ケースは、突起部を挟んで窓部の反対方向に、突起部に隣接するする凹部と、当該凹部に連通する溝部とを備えても良い。この場合も、ケースとフィルタとが突起部を介して接触した際、突起部に隣接しケースに形成された凹部と溝部により、ケースとフィルタとの間に一端が開口した空間を形成することができる。
【0016】
請求項5に記載のように、ケースとフィルタの少なくとも一方の接触面に接触面溝部を備えても良い。ケースとフィルタの接触面の内、少なくとも一方に溝部を形成すれば、空間から接触部である突起部を通過して接着剤がフィルタの窓部にはみ出ようとする場合にも、当該接触面溝部に接着剤を収納し、窓部への接着剤のはみ出しを抑制することができる。
【0017】
請求項6に記載のように、検出素子は、被検出対象として赤外線を検出しても良い。
【0018】
また、センサ装置の製造方法は、請求項7に記載のように、被検出対象を導入する窓部を有するケースに、当該窓部を塞ぐように被検出対象を透過するフィルタを取り付ける際、フィルタの端面から離れた所定の位置において、ケースとフィルタ表面とが接触するように、ケース及びフィルタの少なくとも一方に突起部が形成され、当該突起部、ケース、及びフィルタ表面からなる空間に、接着剤を配置することにより、フィルタをケースに接着するフィルタ接着工程を備えるセンサ装置の製造方法であって、空間を構成するケース表面に予め接着剤を塗布し、その後、フィルタを突起部を介してケースに接触させることによって、フィルタをケースに接着させても良いし、請求項8に記載のように、フィルタが突起部を介してケースに接触するように配置された後、空間に接着剤が注入されることにより、フィルタがケースに接着されても良い。ケースとフィルタとの間には、一端が開口され接着剤を保持できる空間が形成される。従って、いずれの方法を用いても、フィルタをケースに好適に接着させることができるので、工程設計の自由度が向上する。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1の実施の形態)
本実施の形態におけるセンサ装置の一例として、図1に赤外線センサ装置の断面図を示す。
【0020】
図1に示すように、赤外線センサ装置1は、赤外線を検出する赤外線検出素子2と、当該素子2を搭載する台座3と、台座3の外周部に密着固定され、その内部に素子2を収納するケース4と、ケース4に形成された赤外線入射窓部5を覆うように取り付けられた赤外線透過フィルタ6(以下フィルタと言う)とから構成される。
【0021】
赤外線検出素子2は、図示されないセンサ素子と回路素子とにより構成される。センサ素子は、例えばマイクロマシニング技術を用いて形成された薄膜メンブレン構造を有する半導体基板としてのシリコン基板と、当該シリコン基板上に形成されたn型ポリシリコン膜とアルミ薄膜とが対になった2種類の異なるゼーベック係数をもつ複数の熱電対群と、その上面の所定の範囲に形成された金黒等の赤外線吸収膜とにより構成される。尚、熱電対の数としては数十程度である。また、本実施の形態においては、上述のようにサーモパイル型のセンサ素子の例を示したが、それ以外の熱型素子である焦電型やボロメータ型のセンサ素子であっても良いし、量子型のセンサ素子であっても良い。
【0022】
センサ素子が上述した構成を有することにより、図1のフィルタ6を通して入射された赤外線を、センサ素子の赤外線吸収膜が吸収し、生じた熱により熱電対群において起電力が生じる。この起電力が回路素子にて電気信号に変換されて、ボンディングワイヤ7と外部出力端子8を通してセンサ信号として外部に出力される。
【0023】
台座3は、金属材料からなり、例えばFeにAu等のメッキを施したものが用いられる。この台座3の所定の位置に貫通孔が形成されており、外部出力端子8はこの貫通孔においてシール材9により台座3に固定されている。また、台座3の外周部10には、ケース4が例えばシール溶接により密着固定されている。
【0024】
台座3上に固定されるケース4も、金属材料からなり、例えばFeにNi等のメッキを施すことで、ケース内面での赤外線の乱反射を一定に抑えている。また、ケース4の上部中央付近には、例えば所定の大きさを有する略円形の赤外線入射窓部5が形成されており、この赤外線入射窓部5を覆うように例えば略正方形のフィルタ6が接着剤11を介してケース4に気密に取り付けられている。尚、ケース4とフィルタ6の接着構造の詳細については後述する。
【0025】
フィルタ6は、例えばシリコン基板にZnS、Ge等の薄膜を複数層蒸着したものが用いられる。従って、このフィルタ6をケース4に接着する接着剤11としては、フィルタ6の多層膜の耐熱温度の点から、例えばエポキシ樹脂系接着剤のような樹脂系の接着剤11が使用される。
【0026】
このように、本実施の形態における赤外線センサ装置1は、台座3、ケース4、及びフィルタ6により形成される気密に閉じた内部空間12を有し、この空間12内に赤外線検出素子2を設けている。そして、この空間12内には、赤外線検出素子2の劣化を防ぐために、窒素等の不活性ガスが封入されている。
【0027】
次に、ケース4とフィルタ6との間の接着構造について、図1を用いて説明する。
【0028】
図1の破線部内に示されるように、赤外線入射窓部5を形成しているケース4の端部を、全周に渡ってフィルタ6の配置側に向けて略90度折曲させる。これにより、ケース4の端部は、他のケース4の内面部分よりもフィルタ6方向に突出することとなる。従って、ケース4の端部を突起部13とし、環状に形成された突起部13を介してケース4とフィルタ6とが接触する。また、突起部13は、フィルタ6表面と、フィルタ6の端面から離れた所定の位置において接触するので、ケース4の内面とフィルタ6の表面との間に、接着剤11の溜まり部14としての環状の空間を形成することができる。
【0029】
従って、当該溜まり部14に、所望量の接着剤11を保持することができ、ケース4内面とフィルタ6表面とが、その溜まり部14に保持された接着剤11によって接着されるので、ケース4とフィルタ6の接着性が確保される。また、突起部13により一端が閉じられた溜まり部14内に接着剤が保持されるので、赤外線センサ装置1の内部空間12の気密性も確保される。
【0030】
さらに、フィルタ6をケース4に接着する際に、フィルタ6の赤外線透過面側への接着剤11のはみ出しを突起部13にて抑制できるので、赤外線検出素子2の視野を確保することができる。尚、フィルタ6の赤外線透過面とは、赤外線入射窓部5に露出したフィルタ6の部分(窓部)である。
【0031】
次に、本実施の形態における赤外線センサ装置1の製造方法の概略を、図1を用いて説明する。
【0032】
先ず、外部出力端子8が貫通固定された台座3上に、赤外線検出素子2を図示されない接着剤により接着する。そして、赤外線検出素子2の図示されない電極と外部出力端子8とを、ボンディングワイヤ7により導電接続する。
【0033】
また、ケース4において、接着剤11の溜まり部14となる部分に、予め接着剤11を塗布し、その後フィルタ6を配置して接着する。この際、フィルタ6と接触するケース4の突起部13からフィルタ6の赤外線透過面側へ接着剤11がはみ出ないように注意する。尚、フィルタ6の接着工程は、赤外線検出素子2の接着工程と並行して行われても良いし、その前後に行われても良い。
【0034】
そして、赤外線検出素子2が搭載された台座3の外周部10に、フィルタ6の接着されたケース4が接触するように配置され、例えば窒素等の不活性ガスを封入しつつシール溶接により密着固定がなされることで、赤外線センサ装置1が形成される。
【0035】
しかしながら、本実施の形態においては、ケース4とフィルタ6との間に、ケース4の突起部13を接触部として接着剤11の溜まり部14を備えている。従って、ケース4にフィルタ6を配置した後でも、溜まり部14の開口側から接着剤11を注入することができ、ケース4にフィルタ6を接着させることができる。従って、フィルタ接着工程のタイミングを調整することができるので、赤外線センサ装置1の製造工程の工程設計の自由度が向上する。この場合、予めフィルタ6がケース4の突起部13に接触した状態で接着剤11を溜まり部14に注入するので、フィルタ6の赤外線透過面側への接着剤11のはみ出しをより効果的に防ぐことができる。尚、溜まり部14からフィルタ6の赤外線透過面側への接着剤11のはみ出しを抑制するために、ケース4の溜まり部14形成面に突起部13の高さよりも低く接着剤11を塗布し、フィルタ6を配置した後に、再度溜まり部14に接着剤11を注入しても良い。また、赤外線センサ装置1内の気密性を向上させるために、ケース4へのフィルタ6の接着工程の際に、フィルタ6の端面と溜まり部14を構成するケース4の内面との間にも接着剤11が塗布されると良い。また、その範囲における塗布を、溜まり部14への接着剤11の塗布或いは注入の後に、別途行っても良い。
【0036】
また、図2に示すように、ケース4の突起部13の端面(フィルタ6との接触面)に接触面溝部15を形成しても良い。尚、図2は、図1の破線部に対応した赤外線センサ装置1の拡大断面図である。このように、ケース4の接触面に接触面溝部15を設けると、例えば予めケース4側の溜まり部14に接着剤11を塗布した後、フィルタ6をケース4に配置し接着させる際、接着剤11が接触部である突起部13を通してフィルタ6の赤外線透過面側にはみ出そうな場合に、当該接触面溝部15に、はみ出そうな接着剤11を収納することができる。従って、フィルタ6における赤外線検出素子2の視野を確保することができる。尚、この接触面溝部15は、ケース4の突起部13の接触面ではなく、フィルタ6側のケース4との接触面に設けられても良い。また、ケース4とフィルタ6の両接触面に夫々設けられても良い。
【0037】
また、本実施の形態において、ケース4の赤外線入射窓部5を形成する側の端部を略90度折り曲げ、当該端部を突起部13としてフィルタ6の表面と接触させる例を示したが、ケース4の端部が略90度以外の所定の角度に折り曲げられ、端面の一部(角部含む)のみがフィルタ6と接触しても良い。
【0038】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態を図3に基づいて説明する。尚、図3(a)は赤外線センサ装置1の上方から見た平面図であり、図3(b)は(a)のA−A断面における断面図である。尚、図3(b)は図1の破線部に対応している。
【0039】
第2の実施の形態における赤外線センサ装置1は、第1の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【0040】
第2の実施の形態において、第1の実施の形態と異なる点は、ケース4に凹部とそれに連通する溝部を設け、当該凹部を接着剤11の溜まり部14とする点である。
【0041】
図3(a)に示すように、ケース4は赤外線入射窓部5を形成する端部から離れた所定の位置に、例えば環状に形成された凹部16と、当該凹部16に連通する溝部17(図3(a)においては4箇所)とを備えている。この凹部16と溝部17は、フィルタ6がケース4に配置される際、ケース4とフィルタ6の間に空間を提供し、少なくとも溝部17の一部が、フィルタ6の端面よりも赤外線入射窓部5の反対方向に位置するように形成されている。また、図3(b)に示すように、ケース4において、凹部16の形成領域よりも赤外線入射窓部5側のケース4の部分が、凹部16及び溝部17よりもフィルタ6方向に突出した突起部13となる。
【0042】
従って、本実施の形態における赤外線センサ装置1も、ケース4の突起部13に連通する凹部16と、フィルタ6とにより構成される接着剤11の溜まり部14を備えるので、所望の量の接着剤11をケース4とフィルタ6との間に保持することができる。従って、ケース4とフィルタ6との間の接着強度を確保できると共に、赤外線センサ装置1の内部空間12に対する気密性を確保することができる。
【0043】
また、ケース4に形成された突起部13により、フィルタ6の赤外線透過面側への接着剤11のはみ出しを抑制できるので、赤外線検出素子2の視野を確保できる。
【0044】
また、フィルタ6をケース4に配置した後でも、溝部17を介して溜まり部14を構成する凹部16に接着剤11を注入することができるので、工程設計の自由度が向上する。
【0045】
尚、図3(a)に示すように、溝部17は、ケース4に環状に形成された凹部16に対して4箇所で連通する例を示したが、特に4箇所に限定されるものではない。従って、例えば環状に形成された凹部16の全周に渡って連通する1つの大きな溝であっても良いし、複数の溝であっても良い。しかしながら、フィルタ6をケース4に配置後、溜まり部14に接着剤11を注入する場合、溜まり部14内の空気の逃げ道が形成されているほうが、溜まり部14の隅々まで接着剤11を注入することができる。従って、溝部17は接着剤11の注入箇所以外にも空気の逃げ道として溝部17を有していると良い。
【0046】
また、凹部16と溝部17は一連の形状であっても良い。溝部17も一種の凹部16であるので、凹部16がフィルタ6の端面を挟むように形成されれば良い。しかしながら、ケース4の内面側表面に対して、凹部16の方が溝部17よりも深く形成されると、接着剤11の注入時に、溝部17を介して凹部16に接着剤11が導入されやすく好ましい。
【0047】
また、本実施の形態において、溜まり部14は、突起部13、凹部16、及びフィルタ6表面から構成される例を示したが、溝部17が構成要素として含まれても良い。溝部17の一部がフィルタ6の端面よりも赤外線入射窓部5側に形成されていれば、フィルタ6をケース4に配置した後でも、溝部17より溜まり部14へ接着剤11を注入することができる。
【0048】
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態を図4(a),(b)に基づいて説明する。尚、図4(a),(b)は、共に図1の破線部に対応した赤外線センサ装置1の拡大断面図である。
【0049】
第3の実施の形態における赤外線センサ装置1は、第1の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【0050】
第3の実施の形態において、第1の実施の形態と異なる点は、フィルタ6側に突起部13を形成した点である。
【0051】
図4(a)に示すように、フィルタ6の端面から所定の位置に、突起部13が形成されている。この突起部13は、シリコン基板からなるフィルタ6を、例えば選択的にエッチングすることにより環状に形成される。従って、フィルタ6は、当該突起部13を接触部としてケース4と接触することができ、当該突起部13、端面から突起部13までのフィルタ6表面、及びフィルタ6に対向するケース4の内面との間に空間を形成でき、接着剤11の溜まり部14とすることができる。
【0052】
従って、本実施の形態における赤外線センサ装置1も、ケース4とフィルタ6の間の溜まり部14に、所望の量の接着剤11を保持することができるので、ケース4とフィルタ6との間の接着強度を確保できるとともに、赤外線センサ装置1の内部空間12に対する気密性を確保することができる。
【0053】
また、溜まり部14の一部を、ケース4と接触するフィルタ6の突起部13が構成するので、当該突起部13によりフィルタ6の赤外線透過面側への接着剤11のはみ出しを抑制することができる。
【0054】
また、本実施の形態において、接着剤11の溜まり部14も、一端が開口しているので、フィルタ6をケース4に配置した後でも、当該開口部から溜まり部14に接着剤11を注入することにより、フィルタ6をケース4に接着することができる。
【0055】
尚、フィルタ6の突起部13は、環状に形成されず、図4(b)に示すように、フィルタ6の赤外線透過面も含めた1つの大きな突起であっても良い。
【0056】
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施する事ができる。
【0057】
本実施の形態において、フィルタの配置は、ケースの内面側の例を示したが、ケースの外面側に配置されても良い。
【0058】
また、本実施の形態において、ケースとフィルタの一方に突起部を有する例を示したが、ケースとフィルタの両方に突起部を形成したものを組み合わせて用いても良い。
【0059】
また、本実施の形態において、センサ装置の例として赤外線センサ装置を示したが、それ以外にも、例えば湿度センサとガスセンサの集積化されたエアクオリティセンサ等の、ケースにフィルタを備え、ケース内に被検出対象を検出する検出素子を備えた構造を有するセンサ装置であれば適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における赤外線センサ装置の断面図である。
【図2】図1の破線部に対応する変形例を示す拡大断面図である。
【図3】第2実施形態における赤外線センサ装置を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A断面における断面図である。
【図4】(a)、(b)共に、図1の破線部に対応する第3実施形態を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
1・・・赤外線センサ装置、4・・・ケース、5・・・赤外線入射窓部、6・・・フィルタ、11・・・接着剤、13・・・突起部、14・・・溜まり部
Claims (8)
- 被検出対象を導入する窓部を有するケースと、
当該窓部を塞ぐように前記ケースに接着剤を介して取り付けられ、前記被検出対象を透過させるフィルタと、
前記ケース内に収納され前記フィルタを透過した前記被検出対象を検出する検出素子とを備えたセンサ装置であって、
前記フィルタの端面から離れた所定の位置において、前記ケースと前記フィルタ表面とが接触するように、前記フィルタ及び前記ケースの少なくとも一方に突起部が形成され、当該突起部、前記フィルタ表面、及び前記ケースからなる空間に前記接着剤が配置されることを特徴とするセンサ装置。 - 前記突起部及び前記空間は、前記窓部の形状に対応して環状に形成されることを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。
- 前記突起部として、前記ケースの前記窓部を形成する端部が、前記フィルタ方向に所定の角度折曲されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のセンサ装置。
- 前記ケースは、前記突起部を挟んで前記窓部の反対方向に、前記突起部に隣接する凹部と、当該凹部に連通する溝部とを有することを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載のセンサ装置。
- 前記ケースと前記フィルタの少なくとも一方の接触面に、接触面溝部を備えることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項に記載のセンサ装置。
- 前記検出素子は、前記被検出対象として赤外線を検出することを特徴とする請求項1〜5いずれか1項に記載のセンサ装置。
- 被検出対象を導入する窓部を有するケースに、当該窓部を塞ぐように前記被検出対象を透過するフィルタを取り付ける際、前記フィルタの端面から離れた所定の位置において、前記ケースと前記フィルタ表面とが接触するように、前記ケース及び前記フィルタの少なくとも一方に突起部が形成され、当該突起部、前記ケース、及び前記フィルタ表面からなる空間に、接着剤を配置することにより、前記フィルタを前記ケースに接着するフィルタ接着工程を備えるセンサ装置の製造方法であって、
前記空間を構成する前記ケース表面に予め前記接着剤を塗布し、その後、前記フィルタを前記突起部を介して前記ケースに接触させることによって、前記フィルタを前記ケースに接着させることを特徴とするセンサ装置の製造方法。 - 被検出対象を導入する窓部を有するケースに、当該窓部を塞ぐように前記被検出対象を透過するフィルタを取り付ける際、前記フィルタの端面から離れた所定の位置において、前記ケースと前記フィルタ表面とが接触するように、前記ケース及び前記フィルタの少なくとも一方に突起部が形成され、当該突起部、前記ケース、及び前記フィルタ表面からなる空間に、接着剤を配置することにより、前記フィルタを前記ケースに接着するフィルタ接着工程を備えるセンサ装置の製造方法であって、
前記フィルタが前記突起部を介して前記ケースに接触するように配置された後、前記空間に前記接着剤が注入されることにより、前記フィルタが前記ケースに接着されることを特徴とするセンサ装置の製造方法。
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