JP2017134033A - 赤外線センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 絶縁性フィルムから効率的に熱を感熱素子に流入させることができ、応答性が良好な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、絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された一対の第１の接着電極３Ａと、絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された一対の第１の端子電極４Ａと、絶縁性フィルムの一方の面に設けられ一対の第１の接着電極に接続された第１の感熱素子５Ａと、一対の第１の接着電極に一端が接続されていると共に一対の第１の端子電極に他端が接続され絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された一対の第１のパターン配線６Ａと、第１のパターン配線とは別に第１の接着電極に接続され絶縁性フィルムの一方の面に絶縁性フィルムよりも熱伝導率が高い薄膜で第１の接着電極の近傍にパターン形成された伝熱膜７とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の加熱ローラの温度を測定することに好適で応答性に優れた赤外線センサに関する。

一般に、複写機やプリンタ等の画像形成装置に使用されている定着ローラ等の測定対象物の温度を測定するために、測定対象物に対向配置させ、その輻射熱を受けて温度を測定する赤外線センサが設置されている。
このような赤外線センサとしては、近年、柔軟性に優れると共に全体を薄くすることができる絶縁性フィルム上に薄膜サーミスタを形成したフィルム型赤外線センサが開発されている。

例えば、特許文献１には、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、絶縁性フィルムの一方の面に形成され第１の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、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た赤外線センサが記載されている。この赤外線センサでは、赤外線受光側の配線膜の面積を広くして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している。

特開２０１３−１６０６３５号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
センサの感度向上や応答速度改善を行うためには、赤外線を受光した絶縁性フィルムから熱を感熱素子に効率的に流入させ感熱素子の温度変化を早める必要がある。しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、赤外線受光側に形成した広い配線膜により熱収集を改善しているものの、配線膜から端子電極にも熱が流入してしまうことから、さらに効率的に感熱素子に熱を移動させる構造が要望されていた。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、絶縁性フィルムから効率的に熱を感熱素子に流入させることができ、応答性が良好な赤外線センサを提供することを目的とする。

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の発明に係る赤外線センサは、絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された一対の接着電極と、前記絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された一対の端子電極と、前記絶縁性フィルムの一方の面に設けられ一対の前記接着電極に接続された感熱素子と、一対の前記接着電極に一端が接続されていると共に一対の前記端子電極に他端が接続され前記絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された一対のパターン配線と、前記パターン配線とは別に前記接着電極に接続され前記絶縁性フィルムの一方の面に前記絶縁性フィルムよりも熱伝導率が高い薄膜で前記接着電極の近傍にパターン形成された伝熱膜とを備えていることを特徴とする。

本発明の赤外線センサでは、パターン配線とは別に接着電極に接続され絶縁性フィルムの一方の面に絶縁性フィルムよりも熱伝導率が高い薄膜で接着電極の近傍にパターン形成された伝熱膜を備えているので、絶縁性フィルムの熱を端子電極側に奪われ難く伝熱膜によって優先的に感熱素子に伝えることができる。すなわち、絶縁性フィルムで受けた赤外線により生じた熱の流れる方向を、伝熱膜により接着電極へとコントロールすることで、受光エネルギーの多くが感熱素子の温度上昇又は温度下降に効率的に利用される。

第２の発明に係る赤外線センサでは、第１の発明において、前記伝熱膜が、前記パターン配線よりも広い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、伝熱膜が、パターン配線よりも広い面積で形成されているので、絶縁性フィルムから熱を伝熱膜がパターン配線よりも多く受けることができ、より多くの熱を感熱素子に流入させることが可能になる。

第３の発明に係る赤外線センサでは、第１又は第２の発明において、前記パターン配線が、前記接着電極から前記端子電極側とは反対側に向けて延在し、さらに前記伝熱膜の外周の一部に沿って延在してから前記端子電極に達し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、パターン配線が、接着電極から端子電極側とは反対側に向けて延在し、さらに伝熱膜の外周の一部に沿って延在してから端子電極に達しているので、延在するパターン配線が長くなって熱抵抗が大きくなると共に、一旦は端子電極側と反対側に向けて延在することで、より端子電極に流れる熱を抑制することが可能になる。

第４の発明に係る赤外線センサでは、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記伝熱膜の前記接着電極に対する接続幅が、前記パターン配線の前記接着電極に対する接続幅よりも広く設定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、伝熱膜の接着電極に対する接続幅が、パターン配線の接着電極に対する接続幅よりも広く設定されているので、伝熱膜から効率的に接着電極に熱を伝えることができると共に、接着電極からはパターン配線に熱が流れ難くなる。

第５の発明に係る赤外線センサでは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記パターン配線が、複数折り返して蛇行した部分を有し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、パターン配線が、複数折り返して蛇行した部分を有しているので、端子電極までの熱抵抗を大きくすることが可能になる。

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、パターン配線とは別に接着電極に接続され絶縁性フィルムの一方の面に絶縁性フィルムよりも熱伝導率が高い薄膜で接着電極の近傍にパターン形成された伝熱膜を備えているので、絶縁性フィルムの熱を端子電極側に奪われ難く伝熱膜によって優先的に感熱素子に伝えることができる。
したがって、本発明の赤外線センサによれば、赤外線を受光して得た熱を伝熱膜によって積極的に感熱素子へ導くことで、熱抵抗を下げて熱をより多く感熱素子に流すことができ、高い応答性を有して複写機やプリンタ等の加熱ローラの温度測定用として好適である。

本発明に係る赤外線センサの第１実施形態を示す平面図（ａ）及び裏面図（ｂ）である。 本発明に係る赤外線センサの第２実施形態において、感熱素子を外した状態の平面図である。 本発明に係る赤外線センサの第３実施形態において、感熱素子を外した状態の平面図である。

以下、本発明に係る赤外線センサにおける第１実施形態を、図１を参照しながら説明する。

本実施形態の赤外線センサ１は、図１に示すように、絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルム２の一方の面（表面）にパターン形成された一対の第１の接着電極３Ａと、絶縁性フィルム２の一方の面にパターン形成された一対の第１の端子電極４Ａと、絶縁性フィルム２の一方の面に設けられ一対の第１の接着電極３Ａに接続された第１の感熱素子５Ａと、一対の第１の接着電極３Ａに一端が接続されていると共に一対の第１の端子電極４Ａに他端が接続され絶縁性フィルム２の一方の面にパターン形成された一対の第１のパターン配線６Ａと、第１のパターン配線６Ａとは別に一対の第１の接着電極３Ａに接続され絶縁性フィルム２の一方の面に絶縁性フィルム２よりも熱伝導率が高い薄膜で第１の接着電極３Ａの近傍にパターン形成された一対の伝熱膜７とを備えている。
上記第１のパターン配線６Ａと伝熱膜７とは、互いに直接的には接触しておらず、第１の接着電極３Ａを介して間接的に接続している。

また、本実施形態の赤外線センサ１は、絶縁性フィルム２の一方の面にパターン形成された一対の第２の接着電極３Ｂと、絶縁性フィルム２の一方の面にパターン形成された一対の第２の端子電極４Ｂと、絶縁性フィルム２の一方の面に設けられ一対の第２の接着電極３Ｂに接続され第１の感熱素子５Ａから離間して配された第２の感熱素子５Ｂと、一対の第２の接着電極３Ｂに一端が接続されていると共に一対の第２の端子電極４Ｂに他端が接続され絶縁性フィルム２の一方の面にパターン形成された一対の第２のパターン配線６Ｂとを備えている。

上記伝熱膜７は、第１のパターン配線６Ａよりも広い面積で形成されている。
一対の上記第１のパターン配線６Ａは、一対の第１の接着電極３Ａから一対の第１の端子電極４Ａ側とは反対側に向けて延在し、さらに一対の伝熱膜７の外周の一部に沿って延在してからそれぞれ対応する第１の端子電極４Ａに達している。すなわち、第１のパターン配線６Ａは、まず第１の接着電極３Ａから第２の感熱素子５Ｂに向けて一対の伝熱膜７の間を延在し、そして一対の伝熱膜７の端部近傍で絶縁性フィルム２の短辺に沿った方向であって長辺に向けて延在し、さらに伝熱膜７の外側を絶縁性フィルム２の長辺に沿って第１の端子電極４Ａまで延在している。

なお、第２のパターン配線６Ｂは、第１のパターン配線６Ａに比べて短い距離で延在し、第２の端子電極４Ｂに達している。
伝熱膜７の第１の接着電極３Ａに対する接続幅は、第１のパターン配線６Ａの第１の接着電極３Ａに対する接続幅よりも広く設定されている。すなわち、正方形状とされた第１の接着電極３Ａの４辺のうち、２辺全体に伝熱膜７が接続されているのに対し、第１の接着電極３Ａに４つある角部のうち１つに第１のパターン配線６Ａが接続されている。このように伝熱膜７の第１の接着電極３Ａへの接続部と、第１のパターン配線６Ａの第１の接着電極３Ａへの接続部とは、別々に設定されている。
上記第１の接着電極３Ａ及び第２の接着電極３Ｂには、それぞれ対応する第１の感熱素子５Ａ及び第２の感熱素子５Ｂの端子電極が半田等の導電性接着剤で接着されている。

本実施形態では、絶縁性フィルム２の他方の面（受光側の面、裏面）には、図１の（ｂ）に示すように、第２の感熱素子５Ｂの直上を覆うように赤外線反射膜８が形成されている。この赤外線反射膜８は、一対の伝熱膜７の直上を避けるようにして形成されている。
すなわち、本実施形態では、赤外線の受光面直下に配された第１の感熱素子５Ａが赤外線の検出用素子とされ、赤外線反射膜８直下に配された第２の感熱素子５Ｂが補償用素子とされている。
なお、図１の（ａ）（ｂ）において、各端子電極、各パターン配線、伝熱膜７及び赤外線反射膜８をハッチングで図示している。

上記絶縁性フィルム２は、ポリイミド樹脂シートで略長方形状に形成され、赤外線反射膜８、各パターン配線、各端子電極、各接着電極及び伝熱膜７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８、各パターン配線、各端子電極、各接着電極及び伝熱膜７が銅箔で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。
上記一対の第１の端子電極４Ａ及び一対の第２の端子電極４Ｂは、絶縁性フィルム２の角部近傍に配設されている。

上記赤外線反射膜８は、上述した銅箔と、該銅箔上に積層された金メッキ膜とで構成されている。
この赤外線反射膜８は、絶縁性フィルム２よりも高い赤外線反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。

上記第１の感熱素子５Ａ及び第２の感熱素子５Ｂは、両端部に端子電極（図示略）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５Ａ及び第２の感熱素子５Ｂ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。

このように本実施形態の赤外線センサ１では、第１のパターン配線６Ａとは別に第１の接着電極３Ａに接続され絶縁性フィルム２の一方の面に絶縁性フィルム２よりも熱伝導率が高い薄膜で第１の接着電極３Ａの近傍にパターン形成された伝熱膜７を備えているので、絶縁性フィルム２の熱を第１端子電極４Ａ側に奪われ難く伝熱膜７によって優先的に第１の感熱素子５Ａに伝えることができる。すなわち、絶縁性フィルム２で受けた赤外線により生じた熱の流れる方向を、伝熱膜７により第１の接着電極３Ａへとコントロールすることで、受光エネルギーの多くが第１の感熱素子５Ａの温度上昇又は温度下降に効率的に利用される。

また、伝熱膜７が、第１のパターン配線６Ａよりも広い面積で形成されているので、絶縁性フィルム２から熱を伝熱膜７が第１のパターン配線６Ａよりも多く受けることができ、より多くの熱を第１の感熱素子５Ａに流入させることが可能になる。
また、第１のパターン配線６Ａが、第１の接着電極３Ａから第１の端子電極４Ａ側とは反対側に向けて延在し、さらに伝熱膜７の外周の一部に沿って延在してから第１の端子電極４Ａに達しているので、延在する第１のパターン配線６Ａが長くなって熱抵抗が大きくなると共に、一旦は第１の端子電極４Ａ側と反対側に向けて延在することで、より第１の端子電極４Ａに流れる熱を抑制することが可能になる。

さらに、伝熱膜７の第１の接着電極３Ａに対する接続幅が、第１のパターン配線６Ａの第１の接着電極３Ａに対する接続幅よりも広く設定されているので、伝熱膜７から効率的に第１の接着電極３Ａに熱を伝えることができると共に、第１の接着電極３Ａからは第１のパターン配線６Ａに熱が流れ難くなる。

次に、本発明に係る赤外線センサの第２及び第３実施形態について、図２及び図３を参照して以下に説明する。なお、以下の各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。また、図２及び図３では、絶縁性フィルム２の他方の面に形成した赤外線反射膜８を破線で示している。

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、正方形状とされた第１の接着電極３Ａの４辺のうち、２辺全体に伝熱膜７が隙間無く接続されているのに対し、第２実施形態の赤外線センサ２１では、図２に示すように、正方形状とされた第１の接着電極３Ａの４辺のうち、２辺にくびれ部２７ａを介して部分的に伝熱膜２７が接続されている点である。

すなわち、第２実施形態では、第１の接着電極３Ａの互いに隣接する２辺に接続される伝熱膜２７の接続部分に凹部２７ｂを形成することで、接続部分が細くなったくびれ部２７ａとされている。
このように第２実施形態では、第１の端子電極４Ａへの伝熱膜２７の接続部分にくびれ部２７ａを形成しているので、くびれ部２７ａがサーマルランドとして機能し、ハンダ時に熱が必要以上に周囲に逃げてハンダが溶け難くなってハンダ不良となることを抑制することができる。なお、この場合でも、細い第１のパターン配線６Ａが第１の接着電極３Ａの１辺だけに接続されており、第１の接着電極３Ａから熱が第１のパターン配線６Ａへ流れ難くなっている。

また、第２実施形態では、伝熱膜２７の第１の端子電極４Ａ側の端部が第１実施形態よりも大きく形成されている。すなわち、一対の第１の端子電極４Ａの間まで伝熱膜２７の端部が拡がって形成されているので、伝熱膜２７による集熱範囲を広げることができる。

次に、第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、第１のパターン配線６Ａが第１の接着電極３Ａから第２の感熱素子５Ｂ側に向けて延在し、さらに伝熱膜２７の外側を介して第１の端子電極４Ａに達しているのに対し、第３実施形態の赤外線センサ３１では、図３に示すように、一対の第１のパターン配線３６Ａが一対の第１の接着電極３Ａから第１実施形態と逆方向に延在し、そして複数回折り返して蛇行した部分３６ａを介してそれぞれ対応する第１の端子電極４Ａに達している点である。

すなわち、第３実施形態では、第１のパターン配線３６Ａが蛇行した部分３６ａを有しているので、第１の端子電極４Ａまでの熱抵抗を大きくすることが可能になる。したがって、第２実施形態のように第１のパターン配線６Ａを、一旦、第２の感熱素子５Ｂ側に向けて延在させると共に伝熱膜３７の外側を迂回して配さなくても長く延在させることができ、第１の端子電極４Ａへ流れる熱を抑制することが可能になる。

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。

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の一方の面上に絶縁性フィルムよりも赤外線吸収性が高い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。

１，２１，３１…赤外線センサ、２…絶縁性フィルム、３Ａ…第１の接着電極、３Ｂ…第２の接着電極、４Ａ…第１の端子電極、４Ｂ…第２の端子電極、５Ａ…第１の感熱素子、５Ｂ…第２の感熱素子、６Ａ，３６Ａ…第１のパターン配線、６Ｂ…第２のパターン配線、７，２７，３７…伝熱膜、３６ａ…第１のパターン配線の蛇行した部分

Claims (5)

1. 絶縁性フィルムと、
   前記絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された一対の接着電極と、
   前記絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された一対の端子電極と、
   前記絶縁性フィルムの一方の面に設けられ一対の前記接着電極に接続された感熱素子と、
   一対の前記接着電極に一端が接続されていると共に一対の前記端子電極に他端が接続され前記絶縁性フィルムの一方の面にパターン形成された一対のパターン配線と、
   前記パターン配線とは別に前記接着電極に接続され前記絶縁性フィルムの一方の面に前記絶縁性フィルムよりも熱伝導率が高い薄膜で前記接着電極の近傍にパターン形成された伝熱膜とを備えていることを特徴とする赤外線センサ。
2. 請求項１に記載の赤外線センサにおいて、
   前記伝熱膜が、前記パターン配線よりも広い面積で形成されていることを特徴とする赤外線センサ。
3. 請求項１又は２に記載の赤外線センサにおいて、
   前記パターン配線が、前記接着電極から前記端子電極側とは反対側に向けて延在し、さらに前記伝熱膜の外周の一部に沿って延在してから前記端子電極に達していることを特徴とする赤外線センサ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の赤外線センサにおいて、
   前記伝熱膜の前記接着電極に対する接続幅が、前記パターン配線の前記接着電極に対する接続幅よりも広く設定されていることを特徴とする赤外線センサ。
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、
   前記パターン配線が、複数折り返して蛇行した部分を有していることを特徴とする赤外線センサ。

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