JP6269612B2 - 放射熱センサ - Google Patents

放射熱センサ Download PDF

Info

Publication number
JP6269612B2
JP6269612B2 JP2015155131A JP2015155131A JP6269612B2 JP 6269612 B2 JP6269612 B2 JP 6269612B2 JP 2015155131 A JP2015155131 A JP 2015155131A JP 2015155131 A JP2015155131 A JP 2015155131A JP 6269612 B2 JP6269612 B2 JP 6269612B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermoelectric
conductor pattern
radiant heat
extending portion
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015155131A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017034183A (ja
Inventor
啓太 齋藤
啓太 齋藤
坂井田 敦資
敦資 坂井田
原田 敏一
敏一 原田
啓仁 松井
啓仁 松井
幸克 尾▲崎▼
幸克 尾▲崎▼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2015155131A priority Critical patent/JP6269612B2/ja
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to US15/749,794 priority patent/US10481008B2/en
Priority to EP16832671.8A priority patent/EP3333911A4/en
Priority to CN201680045035.4A priority patent/CN107851706B/zh
Priority to PCT/JP2016/069930 priority patent/WO2017022392A1/ja
Priority to KR1020187002733A priority patent/KR20180022906A/ko
Priority to TW105122908A priority patent/TWI618920B/zh
Publication of JP2017034183A publication Critical patent/JP2017034183A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6269612B2 publication Critical patent/JP6269612B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02Constructional details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/12Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02Constructional details
    • G01J5/04Casings
    • G01J5/046Materials; Selection of thermal materials
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02Constructional details
    • G01J5/08Optical arrangements
    • G01J5/0808Convex mirrors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01Manufacture or treatment
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/12Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G01J2005/123Thermoelectric array

Description

本発明は、熱電変換素子を用いて放射熱の熱エネルギを検出する放射熱センサに関するものである。
放射熱センサの一種として、特許文献1に記載の赤外線センサがある。特許文献1の赤外線センサは、熱電変換素子を用いて赤外線を検出するものである。
特開2011−18688号公報
ところで、本発明者が、熱電変換素子を用いた放射熱センサの1つとして、図6に示す構造の放射熱センサJ1を検討した。以下では、この放射熱センサを検討例の放射熱センサJ1という。その結果、検討例の放射熱センサJ1は、下記の理由により、検出感度が低いことがわかった。
図6に示すように、検討例の放射熱センサJ1は、板状部材の一面10aにおいて、第1熱電部材J31と第2熱電部材J32とが直に接して交互に並んでいる。第1熱電部材J31と第2熱電部材J32とが交互に直列に接続されることで、熱電変換素子が構成されている。第1熱電部材J31と第2熱電部材J32は、板状部材の一面10aに、2つの接合部J41、J42を有している。2つの接合部J41、J42の一方が温接点部J41であり、2つの接合部J41、J42の他方が冷接点部J42である。
検討例の放射熱センサJ1は、次のようにして、放射熱の熱エネルギを検出する。板状部材の一面10a側に放射熱が照射されると、温接点部J41と冷接点部J42とが、放射熱に起因する熱を受ける。このとき、温接点部J41と冷接点部J42とが受ける熱量が異なることで、温接点部J41と冷接点部J42の間に温度差が生じるようになっている。そして、第1熱電部材J31と第2熱電部材J32が温度差に応じた電気的な出力を発生する。このようにして、放射熱の熱エネルギが電気的な出力によって検出される。
温接点部J31と冷接点部J32とが放射熱に起因する熱を受ける場合としては、例えば、次の場合が挙げられる。放射熱センサJ1が、板状部材の一面10a上に、放射熱を吸収して発熱する受熱部材51と放射熱を反射する反射部材52とを有し、温接点部J41が受熱部材51から熱を受けるとともに、冷接点部J42が反射部材52から熱を受ける場合である。この場合、放射熱センサJ1に放射熱が照射されると、受熱部材51が放射熱を吸収して熱を発生し、反射部材52が放射熱を反射するため、温接点部J41が受熱部材51から受ける熱量と、冷接点部J42が反射部材52から受ける熱量とが異なる。
ここで、検討例の放射熱センサJ1では、板状部材の一面10aでの温接点部J41と冷接点部J42の形状は、それぞれ線状である。このため、温接点部J41と冷接点部J42のそれぞれが、受熱部材51と反射部材52から熱を受ける際の受熱面積が小さい。これにより、放射熱センサJ1に放射熱が照射されたときに生じる温接点部J41と冷接点部J42の温度差が小さく、第1熱電部材J31と第2熱電部材J32が発生する電気的な出力が小さくなってしまう。すなわち、放射熱センサJ1の検出感度が低くなってしまう。
本発明は上記点に鑑みて、熱電変換素子を用いた放射熱センサであって、検出感度が高い放射熱センサを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1、3、5、8に記載の発明では、
一面(10a)とその反対側の他面(10b)を有する板状部材(10)であって、異なる熱電材料で構成された複数の第1熱電部材(31)と複数の第2熱電部材(32)とを有し、一面に沿う方向で、第1熱電部材と第2熱電部材とが離れて交互に1つずつ並んでおり、複数の第1熱電部材と複数の第2熱電部材のそれぞれが一面の一部を構成している板状部材と、
一面に沿って広がり、板状部材の一面に、隣り合う1つの第1熱電部材と1つの第2熱電部材とにまたがって配置され、第1熱電部材と第2熱電部材の温接点部を構成する複数の第1導体パターン(41、41A)と、
一面に沿って広がり、板状部材の一面に、隣り合う1つの第1熱電部材と1つの第2熱電部材とにまたがって配置され、第1熱電部材と第2熱電部材の冷接点部を構成する複数の第2導体パターン(42、42A)とを備え、
板状部材の一面側に放射熱が照射されると、第1導体パターンと第2導体パターンとが放射熱に起因する熱を受けるとともに、第1導体パターンと第2導体パターンとが受ける熱量が異なることで、第1導体パターンと第2導体パターンの間に温度差が生じ、第1熱電部材と第2熱電部材が温度差に応じた電気的な出力を発生するようになっていることを特徴としている。
さらに、請求項1に記載の発明では、
第1導体パターン(41A)は、第2導体パターン(42A)よりも放射熱の放射率が高い材料で構成され、
一面側に放射熱が照射されると、第1導体パターンが第2導体パターンよりも放射熱を多く吸収することで、第1導体パターンと第2導体パターンとが受ける熱量が異なることを特徴としている。
請求項3に記載の発明では、
板状部材の他面に配置され、第1熱電部材および第2熱電部材を覆う第2絶縁層(62)を備え、
第2絶縁層の厚さ寸法(D2)は、隣り合う第1導体パターンと第2導体パターンの間隔(L1)よりも小さいことを特徴としている。
請求項5に記載の発明では、
第1熱電部材は、
第1熱電材料で構成され、第1導体パターンに接触する第1接触端部(C1)から板状部材の他面側に向かって延伸する第1延伸部(311)と、
第1熱電材料で構成され、第2導体パターンに接触する第2接触端部(C2)から板状部材の他面側に向かって延伸する第2延伸部(312)と、
第1熱電材料で構成され、第1延伸部の板状部材の他面側の部位から第2延伸部の板状部材の他面側の部位にわたって位置し、第1延伸部と第2延伸部とを結合する第1結合部(313)とを有し、
一面に沿う方向における第1延伸部と第2延伸部との間に、第1熱電部材よりも熱伝導性が低い断熱部材(13)が配置されていることを特徴としている。
請求項8に記載の発明では、
第1熱電部材は、
第1熱電材料で構成され、第1導体パターンに接触する第1接触端部(C1)から板状部材の他面まで延伸する第1延伸部(311)と、
第1熱電材料で構成され、第2導体パターンに接触する第2接触端部(C2)から板状部材の他面まで延伸する第2延伸部(312)と、
板状部材の他面において、第1延伸部と第2延伸部とにまたがって配置され、第1延伸部と第2延伸部とを電気的に接続する第1配線パターン(314)とを有し、
一面に沿う方向における第1延伸部と第2延伸部との間に、第1熱電部材よりも熱伝導性が低い断熱部材(15)が配置されていることを特徴としている。
請求項1、3、5、8に記載の発明によれば、温接点部が第1導体パターンで構成され、冷接点部が第2導体パターンで構成されているので、温接点部と冷接点部がそれぞれ第1熱電部材と第2熱電部材とを直に接して接合した際の線状の接合部で構成された場合と比較して、温接点部と冷接点部のそれぞれが熱を受ける受熱面積を大きくできる。このため、温接点部と冷接点部の温度差を大きくでき、第1熱電部材と第2熱電部材が発生する電気的な出力を大きくできる。よって、本発明によれば、検出感度が高い放射熱センサを提供できる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
第1実施形態における放射熱測定装置の概略構成を示す図である。 図1の放射熱センサの平面図である。 図2のIII−III線での矢視断面図である。 第1実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第1実施形態の放射熱センサの要部を示す断面図である。 検討例の放射熱センサの平面図である。 第2実施形態の放射熱センサの平面図である。 図7のVIII−VIII線での矢視断面図である。 第3実施形態の放射熱センサの平面図である。 図9のX−X線での矢視断面図である。 第3実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第4実施形態の放射熱センサの断面図である。 第5実施形態の放射熱センサの断面図である。 第5実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第5実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第5実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第6実施形態の放射熱センサの平面図である。 図17のXVIII−XVIII線での矢視断面図である。 図17中の各層の平面図である。 第6実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第6実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第7実施形態の放射熱センサの断面図である。 第7実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第7実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第7実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第8実施形態の放射熱センサの断面図である。 第9実施形態の放射熱センサの断面図である。 第9実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第9実施形態の放射熱センサの断面図である。 第10実施形態の放射熱センサの断面図である。 第11実施形態の放射熱センサの断面図である。 第12実施形態の放射熱センサの平面図である。 図32のXXXIII−XXXIII線での矢視断面図である。 第12実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第13実施形態の放射熱センサの断面図である。 第13実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第14実施形態の放射熱センサの断面図である。 第14実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第15実施形態の放射熱センサの断面図である。 第15実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第15実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。 第16実施形態の放射熱センサの断面図である。 第16実施形態の放射熱センサの製造工程を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
(第1実施形態)
本実施形態では、本発明の放射熱センサを用いた放射熱測定装置を説明する。
図1に示すように、放射熱測定装置100は、放射熱センサ101と、演算部102と、表示部103とを備えている。放射熱センサ101は、一面101aとその反対側の他面101bとを有する板状のものであり、内部に熱電変換素子を有している。放射熱センサ101は、放射熱の熱量に応じた電気的な出力を発生する。演算部102は、放射熱センサ101からの電気的な出力に基づいて、放射熱の熱量、すなわち、熱流束を演算する。表示部130は、演算部102で演算された熱流束を表示する。
図2、3に示すように、放射熱センサ101は、複数の絶縁層10、20が積層された多層基板で構成されている。図2中の第1方向DR1と第2方向DR2は、放射熱センサ101の平面上における直交する2つの方向を示している。図3中の第3方向DR3は、放射熱センサ101の厚さ方向、すなわち、絶縁基材10の表面10aに垂直な方向を示している。
本実施形態では、多層基板は、2層の絶縁層10、20が積層された2層構造である。2層の絶縁層10、20は、絶縁基材10と表面保護部材20である。表面保護部材20の表面20aが放射熱センサ101の表面101aである。
絶縁基材10は、表面10aと裏面10bとを有する板状部材である。なお、表面10aが一面であり、裏面10bが一面の反対側の他面である。絶縁基材10は、可撓性材料である熱可塑性樹脂で構成されている。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルイミド(PEI)、液晶ポリマー(LCP)が挙げられる。
絶縁基材10には、複数の第1ビアホール11と複数の第2ビアホール12とが形成されている。第1、第2ビアホール11、12は、どちらも、絶縁基材10の表面10aと裏面10bを貫通する貫通孔である。第1、第2ビアホール11、12は、所定の間隔で、交互に並んで配置されている。
第1ビアホール11には第1熱電部材31が埋め込まれている。第2ビアホール12に第2熱電部材32が埋め込まれている。第1熱電部材31と第2熱電部材32は、ゼーベック効果を発揮するように、特性が異なる熱電材料(熱電変換材料とも言う)で構成されている。本実施形態では、第1熱電部材31は、P型半導体材料で構成されており、第2熱電部材32は、N型半導体材料で構成されている。このP型半導体材料は、P型を構成するBi−Sb−Te合金の粉末が、焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物である。このN型半導体材料は、N型を構成するBi−Te合金の粉末が、焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物である。なお、熱電材料として、他の半導体材料や金属材料を用いてもよい。
絶縁基材10の表面10a上に複数の導体パターン41、42が形成されている。複数の導体パターン41、42は、銅で構成された導体層が所望形状にパターニングされたものである。なお、複数の導体パターン41、42は、銅以外の導電性材料で構成されていてもよい。複数の導体パターン41、42は、薄く平たい板状である。すなわち、複数の導体パターン41、42は、一面に沿って広がっている。1つの導体パターン41、42は、第1熱電部材31と第2熱電部材32の両方にまたがって配置されている。このため、隣り合う第1熱電部材31と第2熱電部材32は、1つの導体パターン41、42によって電気的に接続されている。この結果、複数の第1熱電部材31と複数の第2熱電部材32は、第1熱電部材31と第2熱電部材32とが交互に直列に接続されている。
このように、複数の導体パターン41、42は、第1熱電部材31と第2熱電部材32の2つの接点部(すなわち、接続部)を構成している。複数の導体パターン41、42のうち熱起電力の電圧順方向で第1熱電部材31と第2熱電部材32の順、すなわち、本実施形態ではPNの順に両者を接続する第1導体パターン41が、温接点部を構成している。一方、複数の導体パターン41、42のうち熱起電力の電圧順方向で第2熱電部材32と第1熱電部材31の順に両者を接続する第2導体パターン42が、冷接点部を構成している。なお、熱起電力の電圧順方向とは、放射熱センサ101が放射熱を受けてセンサ出力電圧を発生するときに、発生した電圧の正極側から負極側への並びの向きを意味する。また、第1熱電部材31と第2熱電部材32の2つの接点部に温度差が生じる際に、高温側となる接点部が温接点部であり、低温側となる接点部が冷接点部である。
ここで、図2に示すように、絶縁基材10の表面10aにおいて、第1、第2熱電部材31、32の並び方向を第1方向DR1とし、第1、第2熱電部材31、32の並び方向と直交する方向を第2方向DR2とする。このとき、1つの導体パターン41、42の第2方向DR2での寸法は、第1、第2熱電部材31、32の第2方向DR2での寸法と同じである。また、1つの導体パターン41、42の第1方向DR1での寸法は、第1熱電部材31と第2熱電部材32の間隔よりも長い。このため、1つの導体パターン41、42は、所定の面積を有する。
図3に示すように、第1熱電部材31と第2熱電部材32とが交互に直列に接続されている構造体において、1つの第1導体パターン41と1つの第2導体パターン42とを有する部分が、1つのユニット、すなわち、1つの熱電変換素子UN1を構成している。
第1導体パターン41の表面上に、受熱板51が形成されている。受熱板51は、第1導体パターン41に直に接している。受熱板51は、放射熱を吸収して熱を発生する板状の受熱部材である。受熱板51の平面形状は、第1導体パターン41と同じである。受熱板51は、第1導体パターン41とは別の部材で構成されている。
また、第2導体パターン42の表面上に、反射板52が形成されている。反射板52は、第2導体パターンに直に接している。反射板52は、放射熱を反射する板状の反射部材である。反射板52の平面形状は、第2導体パターン42と同じである。反射板52は、第2導体パターン42とは別の部材で構成されている。
本実施形態の受熱板51は、可視光線の波長領域の放射熱を吸収するように、第1導体パターン41と比較して、可視光線の波長領域における放射熱の放射率が高い(すなわち、吸収率が高い)材料で構成されている。具体的には、受熱板51は、黒色の酸化銅で構成されている。また、本実施形態の反射板52は、可視光線の波長領域の放射熱を反射するように、第2導体パターン42と比較して、可視光線の波長領域における放射熱の放射率が低い(すなわち、反射率が高い)材料で構成されている。具体的には、反射板52は、金めっきで構成されている。
表面保護部材20は、絶縁基材10の表面10a側に積層されている。表面保護部材20は、絶縁基材10と同様に、可撓性材料である熱可塑性樹脂で構成されている。表面保護部材20は、受熱板51および反射板52と、受熱板51および反射板52から露出する第1、第2熱電部材31、32とを覆っている。
また、絶縁基材10の裏面10bには、導電性材料、本実施形態では銅で構成された裏面導体パターン61が形成されている。裏面導体パターン61は、放射熱センサ101の製造時における絶縁基材10からの第1、第2熱電部材31、32の脱離防止を目的とするものである。
次に、図4(a)〜(f)を用いて、本実施形態の放射熱センサ101の製造方法について説明する。
まず、図4(a)に示すように、裏面10bに所望形状の裏面導体パターン61が形成された絶縁基材10を用意する。裏面導体パターン61は、絶縁基材10の裏面10bに形成された銅箔をエッチングして形成される。裏面導体パターン61は、図4(b)に示すように、第1、第2ビアホール11、12の形成予定領域と対向する位置に形成されている。
続いて、図4(b)に示すように、絶縁基材10に複数の第1ビアホール11と複数の第2ビアホール12とを形成する。
続いて、図4(c)に示すように、複数の第1ビアホール11のそれぞれに、第1熱電部材31を構成する第1ペースト31aを充填する。同様に、複数の第2ビアホール12のそれぞれに、第2熱電部材32を構成する第2ペースト32aを充填する。第1ペースト31aは、金属原子が所定の結晶構造を維持しているBi−Sb−Te合金の粉末に有機溶剤を加えてペースト化したものである。第2ペースト32aは、第1ペースト31aを構成する金属原子と異なる金属原子が所定の結晶構造を維持しているBi−Te合金の粉末に有機溶剤を加えてペースト化したものである。
続いて、図4(d)に示すように、絶縁基材10の表面10aに銅を蒸着して、第1導体パターン41および第2導体パターン42を形成する。
続いて、図4(e)に示すように、第1導体パターン41の表面上に受熱板51を形成する。具体的には、銅で構成された第1導体パターン41に対して酸化処理を施す。これにより、酸化銅で構成された黒色の受熱板51が形成される。また、第2導体パターン42の表面上に反射板52を形成する。具体的には、銅で構成された第2導体パターン42に対して金の無電解めっきを施す。これにより、金めっきで構成された反射板52が形成される。
そして、図4(f)に示すように、表面保護部材20を用意し、この表面保護部材20と図4(e)に示す工程が施された絶縁基材10とを積層して積層体を形成する。その後、積層体を加熱加圧する。これにより、表面保護部材20と絶縁基材10とが一体化される。また、このときの加熱によって、第1ペースト31aと第2ペースト32aのそれぞれの粉末が焼結して、第1熱電部材31と第2熱電部材32とが形成される。
このようにして、図2、3に示す構成の放射熱センサが製造される。
なお、本実施形態では、受熱板51を酸化銅で構成したが、受熱板51を可視光線の波長領域における放射率が高い他の部材で構成してもよい。例えば、受熱板51を黒色の塗料被膜で構成してもよい。また、本実施形態では、反射板52を金めっきで構成したが、反射板52を可視光線の波長領域における放射率が低い他の部材で構成してもよい。例えば、表面の粗さが低いシャイニー銅で構成してもよい。
また、受熱板51および反射板52を構成する材料については、放射熱センサ101の検出対象である放射熱の波長領域に応じて選択すればよい。赤外領域の放射熱を検出対象とする場合では、受熱板51を赤外領域における放射率が高い材料で構成し、反射板52を赤外領域における放射率が低い材料で構成すればよい。この場合、受熱板51および反射板52は、塗装や蒸着等で形成される。
次に、本実施形態の放射熱測定装置100による放射熱の熱量の測定について、図5を用いて説明する。図5は、本実施形態の放射熱センサ101の要部を示す断面図である。
本実施形態の放射熱センサ101の表面101a側に、可視光線の波長領域の放射熱が照射されると、図5に示すように、受熱板51は放射熱を吸収し、反射板52は第2導体パターン42に向かって照射される放射熱を反射する。受熱板51は、放射熱を吸収することで熱が発生する。受熱板51よりも放射熱の吸収量が少ないため、受熱板51と比較して熱の発生量が少ない。このため、受熱板51と反射板52で温度差が生じる。
このとき、第1導体パターン41が受熱板51から放射熱に起因する熱を受けるとともに、第2導体パターン42が反射板52から放射熱に起因する熱を受ける。このため、第1導体パターン41と第2導体パターン42で温度差が生じる。熱電変換素子UN1は、第1、第2導体パターン41、42の温度差に応じた熱起電力、すなわち、電気的な出力を発生する。この電気的な出力は、電圧である。なお、電気的な出力は、電流であってもよい。
そして、図1に示す演算部102が、放射熱センサ101から出力された出力値(具体的には、電圧値)と、予め記憶されている出力値と熱流束との関係とに基づいて、放射熱の熱流束を演算する。演算部102は、その演算結果を図1に示す表示部103に出力する。これにより、演算部で演算された熱流束(W/m)が、表示部103に表示される。
このようにして、本実施形態の放射熱測定装置100は、放射熱の熱量を測定することができる。
次に、本実施形態の放射熱センサ101と図6に示す検討例の放射熱センサJ1とを比較する。図6は、図2に対応している。検討例の放射熱センサJ1は、第1熱電部材J31と第2熱電部材J32とが直に接して接続されており、第1熱電部材J31と第2熱電部材J32を接続する導体パターン41、42を有していない点が、本実施形態の放射熱センサ101と異なる。第1熱電部材J31と第2熱電部材J32は、それぞれ、本実施形態の第1熱電部材31と第2熱電部材32と同じ材料で構成されている。第1検討例の放射熱センサJ1のその他の構成は、本実施形態の放射熱センサ101と同じである。
検討例の放射熱センサJ1では、図6に示すように、絶縁基材10の表面10aにおいて、第1熱電部材J31と第2熱電部材J32の温接点部J41と冷接点部J42は、それぞれ、線状の領域となる。このため、温接点部J41と冷接点部J42が、それぞれ、受熱板51と反射板52から熱を受ける受熱面積は小さいので、温接点部J41と冷接点部J42に伝わる熱エネルギは小さくなる。このため、温接点部J41と冷接点部J42のそれぞれの温度が、受熱板51と反射板52のそれぞれの温度から離れてしまう。
よって、検討例の放射熱センサJ1の表面に放射熱が入射したときの熱電変換素子UN1の電気的な出力が小さくなってしまう。この結果、検討例の放射熱センサJ1は、放射熱の熱量を電気的な出力として検出するときの検出感度が低くなってしまう。
これに対して、本実施形態の放射熱センサ101は、上述の説明の通り、温接点部を第1導体パターン41で構成し、冷接点部を第2導体パターン42で構成している。このため、本実施形態の放射熱センサ101によれば、検討例の放射熱センサJ1と比較して、温接点部と冷接点部のそれぞれの受熱面積を大きくできる。例えば、図2と図6に示すように、本実施形態の放射熱センサ101と検討例の放射熱センサJ1において、第1熱電部材31、J31と第2熱電部材32、J32のそれぞれの第2方向DR2での寸法を同じとしたとき、本実施形態の放射熱センサ101の方が、検討例の放射熱センサJ1と比較して、温接点部41と冷接点部42のそれぞれの受熱面積が大きい。
これにより、照射される放射熱の熱量が同じ場合、本実施形態の放射熱センサ101の方が検討例の放射熱センサJ1よりも、温接点部41と冷接点部42のそれぞれの温度を受熱板51と反射板52のそれぞれの温度に近づけることができ、温接点部41と冷接点部42の温度差を大きくできる。
よって、本実施形態の放射熱センサ101によれば、検討例の放射熱センサJ1と比較して、表面101aに放射熱が照射されたときの熱電変換素子UN1の電気的な出力を大きくでき、放射熱センサ101の検出感度を高くできる。
なお、本実施形態の放射熱センサ101は、表面保護部材20を備えていたが、表面保護部材20を備えていなくてもよい。この場合、例えば、図4(f)に示す工程に替えて、第1ペースト31aと第2ペースト32aのそれぞれの粉末を焼結させるための加熱工程を行うことで、放射熱センサ101が製造される。このことは、下記の各実施形態の放射熱センサ101のうち最表面に表面保護部材20を備えるものについても、同様である。
(第2実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。
図7、8に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、第1実施形態の放射熱センサ101の裏面導体パターン61に替えて、裏面保護部材62を備えている。
裏面保護部材62は、絶縁基材10の裏面10b側に積層された絶縁層である。したがって、本実施形態の放射熱センサ101は、3層の絶縁層10、20、62が積層された3層構造である。なお、裏面保護部材62は、特許請求の範囲に記載の第2絶縁層に対応する。
裏面保護部材62は、絶縁基材10と同様に、可撓性材料である熱可塑性樹脂で構成されている。裏面保護部材62は、第1、第2熱電部材31、32を覆っている。本実施形態の放射熱センサ101においても、第1実施形態と同様の効果を奏する。
また、本実施形態では、裏面保護部材62の厚さ寸法D2が、隣り合う第1導体パターン41と第2導体パターン42の間隔L1よりも小さく設定されている。
ここで、裏面保護部材62を備える場合、裏面保護部材62の内部において、第1方向DR1に熱移動が生じると、第1導体パターン41と第2導体パターン42の温度差が低減されてしまう。
これに対して、本実施形態では、裏面保護部材62の第3方向DR3での厚さ寸法を小さくすることで、裏面保護部材62の内部において、第3方向DR3に熱移動しやすくなっている。これにより、第1導体パターン41が受けた熱を、裏面保護部材62内で第3方向DR3に移動させて、裏面保護部材62の外に逃がすことができる。この結果、第1導体パターン41と第2導体パターン42の温度差が低減されることを抑制でき、放射熱センサ101の検出感度を高めることができる。
(第3実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。
図9、10に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、受熱板51および反射板52が、表面保護部材20の表面20a上に形成されている点が、第1実施形態の放射熱センサ101と異なる。なお、表面保護部材20は、特許請求の範囲に記載の第1絶縁層に対応する。
受熱板51は、表面保護部材20の表面20a上のうち第3方向DR3で第1導体パターン41に対向する領域に形成されている。受熱板51は、下地用導体パターン53の表面上に形成されている。
受熱板51は、第1導体パターン41と形状および大きさが同じである。なお、放射熱を吸収して生じた熱を第1導体パターン41に伝えることができれば、受熱板51の配置、形状および大きさを変更してもよい。受熱板51の大きさを、第1導体パターン41よりも小さくしたり、大きくしたりしてもよい。受熱板51の少なくとも一部が、表面保護部材20の表面上のうち第1導体パターン41に対向する領域内に位置していればよい。
同様に、反射板52は、表面保護部材20の表面上のうち第3方向DR3で第2導体パターン42に対向する領域に形成されている。反射板52は、下地用導体パターン54の表面上に形成されている。
反射板52は、第2導体パターン42と形状および大きさが同じである。なお、第2導体パターン42が受ける熱を第1導体パターン41よりも少なくすることができれば、反射板52の配置、形状および大きさを変更してもよい。反射板52の大きさを、第2導体パターン42よりも小さくしたり、大きくしたりしてもよい。反射板52の少なくとも一部が、表面保護部材20の表面上のうち第2導体パターン42に対向する領域内に位置していればよい。
次に、図11(a)〜(f)を用いて、本実施形態の放射熱センサ101の製造方法について説明する。図11(a)、(b)、(c)に示す工程は、それぞれ、第1実施形態で説明した図4(a)、(b)、(c)に示す工程と同じである。
本実施形態では、図11(d)に示すように、表面保護部材20と絶縁基材10を用意し、表面保護部材20と絶縁基材10とを積層して積層体を形成する。このとき用意される表面保護部材20は、両面20a、20bに所望形状の導体パターンが形成されたものである。両面に形成された導体パターンは、第1、第2導体パターン41、42と、受熱板51および反射板52の下地となる下地用導体パターン53、54である。用意される絶縁基材10は、図11(c)に示す工程が施されたものである。
続いて、図11(e)に示すように、積層体を加熱加圧する。これにより、表面保護部材20と絶縁基材10とが一体化される。また、このときの加熱によって、第1熱電部材31と第2熱電部材32とが形成される。
そして、図11(f)に示すように、下地用導体パターン53の表面上に受熱板51を形成する。具体的には、銅で構成された下地用導体パターン53に対して酸化処理を施す。これにより、酸化銅で構成された黒色の受熱板51が形成される。また、下地用導体パターン54の表面上に反射板52を形成する。具体的には、銅で構成された下地用導体パターン54に対して金の無電解めっきを施す。これにより、金めっきで構成された反射板52が形成される。
このようにして、本実施形態の放射熱センサ101が製造される。本実施形態の放射熱センサ101においても、第1実施形態と同様の効果を奏する。
ところで、受熱板51と反射板52が表面保護部材20で覆われていると、表面保護部材20が放射熱を吸収して生じた熱の影響を受けて、反射板52の温度が上昇してしまう。このため、受熱板51と反射板52の温度差が小さくなってしまう。
これに対して、本実施形態では、受熱板51と反射板52が表面保護部材20から露出している。このため、受熱板51と反射板52が表面保護部材20で覆われている場合と比較して、受熱板51と反射板52の温度差を大きくできる。よって、本実施形態によれば、放射熱センサ101の検出感度を高めることができる。
また、本実施形態では、受熱板51と第1導体パターン41との間における表面保護部材20の厚さ寸法D1が、隣り合う第1導体パターン41と第2導体パターン42の間隔L1よりも小さく設定されている。なお、反射板52と第2導体パターン42との間における表面保護部材20の厚さは、受熱板51と第1導体パターン41との間における表面保護部材20の厚さと同じである。
ここで、表面保護部材20が厚いと、受熱板51から第1導体パターン41への伝熱時間が長くなってしまう。また、表面保護部材20の内部において、第1導体パターン41と第2導体パターン42の並び方向DR1に熱移動が生じると、第1導体パターン41と第2導体パターン42の温度差が低減されてしまう。
これに対して、本実施形態では、表面保護部材20の厚さ寸法D1を小さくしているので、表面保護部材20の内部において、第3方向DR3に熱移動しやすくなっている。これにより、受熱板51から第1導体パターン41への伝熱時間を短縮でき、放射熱センサ101の即応性を高めることができる。また、第1導体パターン41と第2導体パターン42の温度差が低減されることを抑制でき、放射熱センサ101の検出感度を高めることができる。
(第4実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。
図12に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、第3実施形態と同様に、受熱板51および反射板52が、表面保護部材20の表面20a上に形成されている。本実施形態においても、表面保護部材20の厚さ寸法D1が小さく設定されている。これにより、第3実施形態と同様に、放射熱センサ101の即応性を高めることができるとともに、放射熱センサ101の検出感度を高めることができる。
さらに、本実施形態の放射熱センサ101は、第2実施形態と同様に、裏面保護部材62を備えている。本実施形態においても、裏面保護部材62の厚さ寸法D2が小さく設定されている。これによっても、第2実施形態と同様に、放射熱センサ101の検出感度を高めることができる。
(第5実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。図13に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、第1熱電部材31と第2熱電部材32のそれぞれの断面形状がU字形状である点が、第1実施形態の放射熱センサ101と異なる。本実施形態の放射熱センサ101のその他の構成は、第4実施形態の放射熱センサ101と同じである。
具体的には、第1熱電部材31は、第1延伸部311と、第2延伸部312と、第1結合部313とを有する形状である。第1延伸部311、第2延伸部312および第1結合部313は、同じ第1熱電材料で構成されている。第1延伸部311は、第1導体パターン41に接触する第1接触端部C1から絶縁基材10の裏面10b側に向かって延伸する部分である。第2延伸部312は、第2導体パターン42に接触する第2接触端部C2から絶縁基材10の裏面10b側に向かって延伸する部分である。第1結合部313は、第1延伸部311と第2延伸部312とを結合するように、第1延伸部311の絶縁基材10の裏面10b側の部位から第2延伸部312の絶縁基材10の裏面10b側の部位にわたって位置する部分である。
そして、第1延伸部311と第2延伸部312との間に、絶縁基材10の一部13が存在している。
第2熱電部材32は、第3延伸部321と、第4延伸部322と、第2結合部323とを有する形状である。第3延伸部321、第4延伸部322および第2結合部323は、同じ第2熱電材料で構成されている。第3延伸部321、第4延伸部322および第2結合部323は、それぞれ、第1延伸部311、第2延伸部312および第1結合部313に対応するものである。なお、第3延伸部321は、第1導体パターン41に接触する第3接触端部C3から延伸している。第4延伸部322は、第2導体パターン42に接触する第4接触端部C4から延伸している。
そして、第2熱電部材32においても、第3延伸部321と第4延伸部322との間に、絶縁基材10の一部14が存在している。
次に、図14(a)〜(c)、図15(a)〜(c)、図16(a)〜(c)を用いて、本実施形態の放射熱センサ101の製造方法について説明する。
図14(a)に示すように、表面保護部材20と、第1絶縁基材70と、第2絶縁基材80と、裏面保護部材62とを用意し、これらを積層した積層体を形成する。
用意される表面保護部材20の両面20a、20bには、所望形状の導体パターンが形成されている。具体的には、表面保護部材20の裏面20bに第1導体パターン41および第2導体パターン42が形成されている。表面保護部材20の表面20aに下地用導体パターン53、54が形成されている。
用意される第1絶縁基材70は、図15(a)〜(c)に示す工程が施されたものである。すなわち、図15(a)に示すように、第1絶縁基材70を用意する。続いて、図15(b)に示すように、第1絶縁基材70にビアホール71、72、73、74を形成する。ビアホール71、72は、それぞれ、第1延伸部311、第2延伸部312を形成するための貫通孔である。ビアホール73、74は、第3延伸部321、第4延伸部322を形成するための貫通孔である。続いて、図15(c)に示すように、ビアホール71、72に第1熱電部材31を構成する第1ペースト311a、312aを充填する。同様に、ビアホール73、74に第2熱電部材32を構成する第2ペースト321a、322aを充填する。
用意される第2絶縁基材80は、図16(a)〜(c)に示す工程が施されたものである。すなわち、図16(a)に示すように、第2絶縁基材80を用意する。続いて、図16(b)に示すように、第2絶縁基材80にビアホール81、82を形成する。ビアホール81は、第1結合部313を形成するための貫通孔である。ビアホール82は、第2結合部323を形成するための貫通孔である。続いて、図16(c)に示すように、ビアホール81に第1熱電部材31を構成する第1ペースト313aを充填する。同様に、ビアホール82に第2熱電部材32を構成する第2ペースト323aを充填する。
続いて、図14(b)示すように、積層体を加熱加圧する。これにより、表面保護部材20と第1絶縁基材70と第2絶縁基材80と裏面保護部材62とが一体化される。第1絶縁基材70と第2絶縁基材80とが一体化することで絶縁基材10が形成される。また、このときの加熱によって、第1熱電部材31と第2熱電部材32とが形成される。
そして、図14(c)に示すように、下地用導体パターン53の表面上に受熱板51を形成する。また、下地用導体パターン54の表面上に反射板52を形成する。
このようにして、本実施形態の放射熱センサ101が製造される。
上述の通り、本実施形態では、第1熱電部材31において、第1延伸部311と第2延伸部312との間に、絶縁基材10の一部13が存在している。絶縁基材10は、第1熱電材料よりも熱伝導性が低い部材、すなわち、熱移動が抑制された断熱部材である。
このため、第1熱電部材31における第1接触端部C1から第2接触端部C2までの伝熱経路は、第1延伸部311から第1結合部313を経て第2延伸部312に到達する経路となる。
したがって、本実施形態によれば、第1熱電部材31の断面形状がU字形状でない場合と比較して、第1導体パターン41から第2導体パターン42に向かって第1熱電部材31の内部を熱が移動する際の熱移動距離を長くできる。この結果、第1熱電部材31の内部での熱移動による第1導体パターン41と第2導体パターン42の温度差の低減を抑制できる。
第2熱電部材32においても、第1延伸部321と第2延伸部322との間に、絶縁基材10の一部14が存在している。
このため、第2熱電部材32においても、第2熱電部材31の断面形状がU字形状でない場合と比較して、第3接触端部C3から第4接触端部C4に向かって第2熱電部材32の内部を熱が移動する際の熱移動距離を長くできる。この結果、第2熱電部材32の内部での熱移動による第1導体パターン41と第2導体パターン42の温度差の低減を抑制できる。
よって、本実施形態によれば、放射熱センサ101の検出感度を高めることができる。
(第6実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。図17、18、19に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、第1熱電部材31と第2熱電部材32の構造が、第1実施形態の放射熱センサ101と異なり、その他の構成は、第4実施形態の放射熱センサ101と同じである。
具体的には、第1熱電部材31は、第1延伸部311と、第2延伸部312と、第1配線パターン314とを有する構造である。第1延伸部311と第2延伸部312は、同じ第1熱電材料で構成されている。第1配線パターン314は、第1熱電材料とは異なる銅箔等の導体で構成された導体パターンである。
第1延伸部311は、第1接触端部C1から絶縁基材10の裏面10bまで延伸する部分である。第2延伸部312は、第2接触端部C2から絶縁基材10の裏面10bまで延伸する部分である。第1配線パターン314は、絶縁基材10の裏面10bに、第1延伸部311と第2延伸部312の両方にまたがって配置されている。これにより、第1配線パターン314は、第1延伸部311と第2延伸部312とを接続している。
図19に示すように、第1延伸部311および第2延伸部312の平面形状は円である。第1配線パターン314の平面形状は、長方形である。第1導体パターン41および受熱板51の平面形状は、長方形である。
このように、第1延伸部311と第2延伸部312とが第1配線パターン314で接続されていて、かつ、第1配線パターン314がその平面方向で温度差が無い状態であれば、第1延伸部311、第2延伸部312および第1配線パターン314を、1つの熱電部材と見なすことができる。
そして、第1延伸部311と第2延伸部312との間に、絶縁基材10の一部15が存在している。
第2熱電部材32は、第3延伸部321と、第4延伸部322と、第2配線パターン324とを有する構造である。第3延伸部321と第4延伸部322は、同じ第2熱電材料で構成されている。第2配線パターン314は、第2熱電材料とは異なる銅箔等の導体で構成されている。第3延伸部321、第4延伸部322および第2配線パターン324は、それぞれ、第1延伸部311、第2延伸部312および第1配線パターン314に対応するものである。なお、第3延伸部321は、第3接触端部C3から延伸している。第4延伸部322は、第4接触端部C4から延伸している。
そして、第2熱電部材32においても、第3延伸部321と第4延伸部322との間に、絶縁基材10の一部16が存在している。
次に、図20(a)〜(c)、図21(a)〜(c)を用いて、本実施形態の放射熱センサ101の製造方法について説明する。
図20(a)に示すように、表面保護部材20と、絶縁基材10と、裏面保護部材62とを用意し、これらを積層した積層体を形成する。
用意される表面保護部材20の両面20a、20bには、所望形状の導体パターンが形成されている。具体的には、表面保護部材20の裏面20bに第1導体パターン41および第2導体パターン42が形成されている。表面保護部材20の表面20aに下地用導体パターン53、54が形成されている。
用意される絶縁基材10は、図21(a)〜(c)に示す工程が施されたものである。すなわち、図21(a)に示すように、絶縁基材10を用意する。続いて、図21(b)に示すように、絶縁基材10にビアホール17a、17b、18a、18bを形成する。ビアホール17a、17bは、第1延伸部311、第2延伸部312を形成するための貫通孔である。ビアホール18a、18bは、第3延伸部321、第4延伸部322を形成するための貫通孔である。続いて、図21(c)に示すように、ビアホール17a、17bに第1熱電部材31を構成する第1ペースト311a、312aを充填する。同様に、ビアホール18a、18bに第2熱電部材32を構成する第2ペースト321a、322aを充填する。
用意される裏面保護部材62は、片面62aに第1配線パターン314および第2配線パターン324が形成されている。
続いて、図20(b)示すように、積層体を加熱加圧する。これにより、表面保護部材20と絶縁基材10と裏面保護部材62とが一体化される。また、このときの加熱によって、第1熱電部材31の第1延伸部311、第2延伸部312と第2熱電部材32の第3延伸部321、第4延伸部322とが形成される。
そして、図20(c)に示すように、下地用導体パターン53の表面上に受熱板51を形成する。また、下地用導体パターン54の表面上に反射板52を形成する。
このようにして、本実施形態の放射熱センサ101が製造される。
本実施形態においても、第5実施形態と同様に、第1熱電部材31において、第1延伸部311と第2延伸部312との間に、絶縁基材10の一部15が存在している。第2熱電部材32においても、第1延伸部321と第2延伸部322との間に、絶縁基材10の一部16が存在している。よって、本実施形態においても、第5実施形態と同様の効果を奏する。
(第7実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。図22に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、第1熱電部材31および第2熱電部材32が、第6実施形態の放射熱センサ101と同様の構造を有している。ただし、本実施形態の放射熱センサ101は、以下の点が、第6実施形態の放射熱センサ101と異なる。
本実施形態では、絶縁基材10が第1絶縁基材110と第2絶縁基材120の2層で構成されている。第1熱電部材31の第1延伸部311、第2延伸部312は、第1絶縁基材110と第2絶縁基材120の両方に形成されている。同様に、第2熱電部材32の第3延伸部321、第4延伸部322は、第1絶縁基材110と第2絶縁基材120の両方に形成されている。受熱板51は、第1導体パターン41に直に接している。反射板52は、第2導体パターン42に直に接している。
次に、図23(a)、(b)、図24(a)〜(d)、図25(a)〜(c)を用いて、本実施形態の放射熱センサ101の製造方法について説明する。
図23(a)に示すように、第1絶縁基材110と第2絶縁基材120とを用意し、これらを積層した積層体を形成する。
用意される第1絶縁基材110は、下記の通り、図24(a)〜(d)に示す工程が施されたものである。すなわち、図24(a)に示すように、片面110aに第1導体パターン41と第2導体パターン42が形成された第1絶縁基材110を用意する。続いて、図24(b)に示すように、第1実施形態と同様に、第1導体パターン41の表面上に受熱板51を形成し、第2導体パターン42の表面上に反射板52を形成する。続いて、図24(c)に示すように、ビアホール111、112、113、114を形成する。ビアホール111、112、113、114は、それぞれ、第1延伸部311、第2延伸部312、第3延伸部321、第4延伸部322を形成するための貫通孔である。続いて、図24(d)に示すように、ビアホール111、112のそれぞれに、第1熱電部材31を構成する第1ペースト311a、312aを充填する。同様に、ビアホール113、114のそれぞれに、第2熱電部材32を構成する第2ペースト321a、322aを充填する。
用意される第2絶縁基材120は、下記の通り、図25(a)〜(c)に示す工程が施されたものである。すなわち、図25(a)に示すように、片面120bに第1配線パターン314と第2配線パターン324が形成された第2絶縁基材120を用意する。続いて、図25(b)に示すように、ビアホール211、212、213、214を形成する。ビアホール211、212、213、214は、それぞれ、第1延伸部311、第2延伸部312、第3延伸部321、第4延伸部322を形成するための貫通孔である。続いて、図25(c)に示すように、ビアホール211、212のそれぞれに、第1ペースト311a、312aを充填する。同様に、ビアホール213、214のそれぞれに、第2ペースト321a、322aを充填する。
続いて、図23(b)に示すように、積層体を加熱加圧する。これにより、第1絶縁基材110と第2絶縁基材120とが一体化される。また、このときの加熱によって、第1熱電部材31の第1延伸部311、第2延伸部312と第2熱電部材32の第3延伸部321、第4延伸部322とが形成される。
このようにして、本実施形態の放射熱センサ101が製造される。本実施形態の放射熱センサ101は、第1熱電部材31および第2熱電部材32が、第6実施形態の放射熱センサ101と同様の構造を有しているので、第6実施形態と同様の効果を奏する。
(第8実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。図26に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、第1熱電部材31および第2熱電部材32が、第6実施形態の放射熱センサ101と同様の構造を有している。ただし、本実施形態の放射熱センサ101は、受熱板51が第1導体パターン41に直に接している点と、反射板52が第2導体パターン42に直に接している点が、第6実施形態の放射熱センサ101と異なる。本実施形態においても、第6実施形態と同様の効果を奏する。
なお、本実施形態の放射熱センサ101は、第1配線パターン314および第2配線パターン324が裏面保護部材62に覆われていたが、裏面保護部材62に覆われていなくてもよい。図18に示す第6実施形態の放射熱センサ101についても同様である。
(第9実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。図27に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、図18に示す第6実施形態の放射熱センサ101と同様の構造を有している。
さらに、本実施形態の放射熱センサ101は、裏面保護部材62の第1、第2配線パターン314、324側とは反対側の面62bに配置された熱伝導部材63、64、65、66を備えている。熱伝導部材63、64、65、66は、裏面保護部材62よりも熱伝導性が高い部材である。本実施形態では、熱伝導部材として、銅で構成された下地用導体パターン63、64と、下地用導体パターン63、64の表面に形成された金めっき層65、66とを用いている。
下地用導体パターン63およびその表面の金めっき層65は、第1配線パターン314と形状および大きさが同じであり、第3方向DR3で、第1配線パターン314と正対している。下地用導体パターン63およびその表面の金めっき層65が、第1熱伝導部材を構成している。
同様に、下地用導体パターン64およびその表面の金めっき層66は、第2配線パターン324と形状および大きさが同じであり、第3方向DR3で、第2配線パターン314と正対している。下地用導体パターン64およびその表面の金めっき層66が第2熱伝導部材を構成している。
次に、図28(a)〜(c)を用いて、本実施形態の放射熱センサ101の製造方法について説明する。
図28(a)に示すように、表面保護部材20と、絶縁基材10と、裏面保護部材62とを用意し、これらを積層した積層体を形成する。
このとき用意される表面保護部材20および絶縁基材10は、図20(a)に示す表面保護部材20および絶縁基材10と同じものである。このとき用意される裏面保護部材62は、一方の面62aに第1配線パターン314および第2配線パターン324が形成され、他方の面62bに下地用導体パターン63、64が形成されている。
続いて、図28(b)に示すように、積層体を加熱加圧する。この工程は、図20(b)に示す工程と同じである。
そして、図28(c)に示すように、下地用導体パターン53の表面上に受熱板51を形成する。また、下地用導体パターン54の表面上に反射板52を形成する。さらに、下地用導体パターン63、64の表面に金めっき層65、66を形成する。
このようにして、本実施形態の放射熱センサ101が製造される。
ところで、第1熱電部材31の構造を、第1延伸部311と第2延伸部312とが第1配線パターン314で接続された構造とした場合、第1配線パターン314と第1延伸部311の第1接続部D1と、第1配線パターン314と第2延伸部312の第2接続部D2の2つの接続部に温度差が生じると、ゼーベック効果が生じてしまう。第2熱電部材32の構造を、第3延伸部321と第4延伸部322とが第2配線パターン324で接続された構造とした場合も同様である。第2配線パターン324と第3延伸部321の第3接続部D3と、第2配線パターン324と第4延伸部322の第4接続部D4の2つの接続部に温度差が生じると、ゼーベック効果が生じてしまう。このようにゼーベック効果が生じると、放射熱センサ101の検出精度が低下してしまう。
そこで、本実施形態の放射熱センサ101では、裏面保護部材62の面62bに、熱伝導部材63、64、65、66を配置している。熱伝導部材63、64、65、66は、第1配線パターン314および第2配線パターン324を均熱化する均熱部材として機能する。このため、第1熱伝導部材63、65によって、第1接続部D1と第2接続部D2とを同一温度に近づけることができる。第2熱伝導部材64、66によって、第3接続部D3と、第4接続部D4とを同一温度に近づけることができる。
よって、本実施形態の放射熱センサ101によれば、熱伝導部材63、64、65、66を備えていない場合と比較して、検出精度を向上させることができる。
なお、本実施形態では、第1熱伝導部材63、65が、裏面保護部材62の面62bのうち第1配線パターン314全体と正対する領域に配置されていたが、第1熱伝導部材63、65の配置場所は、これに限られない。第1熱伝導部材63、65は、第1接続部D1の少なくとも一部に対して絶縁基材10の表面10aに垂直な方向で対向する位置から、第2接続部D2の少なくとも一部に対して絶縁基材10の表面10aに垂直な方向で対向する位置にわたる領域に配置されていればよい。第1熱伝導部材63、65をこのように配置することで、第1接続部D1と第2接続部D2を同一温度に近づけることができる。
同様に、第2熱伝導部材64、66も、第3接続部D3の少なくとも一部に対して絶縁基材10の表面10aに垂直な方向で対向する位置から、第4接続部D4の少なくとも一部に対して絶縁基材10の表面10aに垂直な方向で対向する位置にわたる領域に配置されていればよい。第2熱伝導部材64、66をこのように配置することで、第3接続部D3と第4接続部D4を同一温度に近づけることができる。
したがって、第1熱伝導部材63、65と第2熱伝導部材64、66とがつながっていてもよい。すなわち、図29に示すように、裏面保護部材62の面62bの全域にわたって熱伝導部材67が配置されていてもよい。なお、図29に示す熱伝導部材67は、銅箔等の1層の導体で構成されている。このように、熱伝導部材は、1層で構成されていてもよい。
(第10実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。図30に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、図26に示す第8実施形態の放射熱センサ101に対して、裏面保護部材62と熱伝導部材67を追加したものである。熱伝導部材67は、第9実施形態で説明したものと同じ目的のものである。熱伝導部材67は、裏面保護部材62の面62bの全域にわたって配置されている。熱伝導部材67がこのように配置されていても、第9実施形態と同様の効果を奏する。
(第11実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。図31に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、図18に示す第6実施形態の放射熱センサ101と同様の構造を有している。さらに、本実施形態の放射熱センサ101は、第9、第10実施形態の放射熱センサ101と同様に、裏面保護部材62の面62bに配置された熱伝導部材67を備えている。
また、本実施形態の放射熱センサ101では、第1導体パターン41の表面上には、表面保護部材20が存在する。表面保護部材20は、第1導体パターン41よりも放射熱の放射率が高い熱可塑性樹脂で構成されている。このため、本実施形態では、表面保護部材20が放射熱を吸収して生じた熱を第1導体パターン41に伝える受熱部材として機能する。
一方、第2導体パターン41の表面上には、表面保護部材20を介して、反射板52が存在する。このため、第2導体パターン41に向かって照射される放射熱は、反射板52によって反射される。
したがって、本実施形態の放射熱センサ101の表面101a側に、放射熱が照射されると、表面保護部材20が放射熱を吸収し、反射板52が放射熱を反射する。第1導体パターン41が表面保護部材20から熱を受け、第2導体パターン42が反射板52から受ける熱が少ないため、第1導体パターン41と第2導体パターン42の間に大きな温度差が生じる。このため、本実施形態の放射熱センサ101によっても、第1実施形態の放射熱センサ101と同様に、放射熱センサ101の検出感度を高くできる。
なお、本実施形態の放射熱センサ101は、第6実施形態で説明した図20(a)〜(c)に示す放射熱センサ101の製造工程を、次のように変更することで製造される。
図20(a)に示す工程では、片面20bに第1導体パターン41および第2導体パターン42が形成され、片面20aに下地用導体パターン54が形成された表面保護部材20を用意する。また、片面62aに第1配線パターン314および第2配線パターン324が形成され、片面62bに熱伝導部材67としての銅箔が形成された裏面保護部材62を用意する。図20(c)に示す工程では、下地用導体パターン44の表面上に反射板52を形成する。
(第12実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。図32、33に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、第1導体パターン41Aが受熱部材を兼ねており、第2導体パターン42Aが反射部材を兼ねている点が、第1実施形態の放射熱センサ101と異なる。その他の構成は、第1実施形態の放射熱センサ101と同じである。
本実施形態の第1導体パターン41Aおよび第2導体パターン42Aは、放射率が異なる導電性材料で構成されている。第1導体パターン41Aは、第2導体パターン42Aよりも、可視光線の波長領域における放射熱の放射率が高い導電性材料で構成されている。例えば、可視光線の波長領域において、放射熱の放射率が高い導電性材料としては、炭素が挙げられ、放射率が低い導電性材料としては、金、銀が挙げられる。なお、放射熱センサ101が赤外領域の放射熱を検出対象とする場合では、第1導体パターン41Aは、第2導体パターン42Aよりも、赤外領域における放射率が高い導電性材料で構成される。
また、本実施形態においては、表面保護部材20の放射熱の吸収率が低く設定されていることが好ましい。例えば、表面保護部材20の厚さが薄く設定されていたり、表面保護部材20が放射率が低い材料で構成されていたりすることが好ましい。より具体的には、放射熱センサ101が可視光領域の放射熱を検出対象とする場合では、表面保護部材20が透明な樹脂で構成されていることが好ましい。
次に、図34(a)〜(f)を用いて、本実施形態の放射熱センサ101の製造方法について説明する。図34(a)〜(c)に示す工程は、第1実施形態の図4(a)〜(c)に示す工程と同じである。
図34(d)に示す工程で、絶縁基材10の表面10aに、放射率が高い導電性材料を蒸着して、第1導体パターン41Aを形成する。絶縁基材10の表面10aに、放射率が低い導電性材料を蒸着して、第2導体パターン42Aを形成する。
続いて、図34(e)に示すように、表面保護部材20を用意し、この表面保護部材20と図34(d)に示す工程が施された絶縁基材10とを積層して積層体を形成する。その後、図34(f)に示すように、積層体を加熱加圧する。これにより、本実施形態の放射熱センサ101が製造される。
本実施形態の放射熱センサ101は、第1導体パターン41Aは、第2導体パターン42Aよりも放射熱の放射率が高い材料で構成されている。このため、放射熱センサ101の表面101aに放射熱が照射されると、第1導体パターン41Aが第2導体パターン42Aよりも放射熱を多く吸収する。この結果、第1導体パターン41Aの方が、第2導体パターン42Aよりも、吸収して生じる熱量が多くなり、温度が高くなる。このように、本実施形態の放射熱センサ101では、第1導体パターン41Aと第2導体パターン42Aとが放射熱に起因する熱を受けるとともに、第1導体パターン41Aと第2導体パターン42Aとが受ける熱量が異なる。そして、熱電変換素子UN1は、第1、第2導体パターン41A、42Aの温度差に応じた電気的な出力を発生する。
本実施形態の放射熱センサ101においても、検討例の放射熱センサJ1と比較して、温接点部41と冷接点部42のそれぞれが放射熱を受ける際の受熱面積を大きくできる。したがって、本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏する。
(第13実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。図35に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、第12実施形態の放射熱センサ101と同様に、第1導体パターン41Aが受熱部材を兼ねており、第2導体パターン42Aが反射部材を兼ねている。その他の構成は、図13の第5実施形態の放射熱センサ101と同じである。
次に、図36(a)〜(d)を用いて、本実施形態の放射熱センサ101の製造方法について説明する。
図36(a)に示すように、第1絶縁基材70と、第2絶縁基材80と、裏面保護部材62とを用意し、これらを積層した積層体を形成する。
用意される第1絶縁基材70は、第5実施形態と同様に、図15(a)〜(c)に示す工程が施されたものである。用意される第2絶縁基材80は、第5実施形態と同様に、図16(a)〜(c)に示す工程が施されたものである。
続いて、図36(b)示すように、積層体を加熱加圧する。これにより、第1絶縁基材70と第2絶縁基材80と裏面保護部材62とが一体化される。第1絶縁基材70と第2絶縁基材80とが一体化することで絶縁基材10が形成される。また、このときの加熱によって、第1熱電部材31と第2熱電部材32とが形成される。
続いて、図36(c)に示すように、絶縁基材10の表面10aに、放射率が高い導電性材料を蒸着して、第1導体パターン41Aを形成する。絶縁基材10の表面10aに、放射率が低い導電性材料を蒸着して、第2導体パターン42Aを形成する。
続いて、図36(d)に示すように、表面保護部材20を用意し、この表面保護部材20と図36(c)に示す工程が施された絶縁基材10とを積層して積層体を形成する。その後、積層体を加熱加圧する。これにより、本実施形態の放射熱センサ101が製造される。
本実施形態の放射熱センサ101によれば、第5、第12実施形態の放射熱センサ101と同様の効果を奏する。
(第14実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。図37に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、第12実施形態の放射熱センサ101と同様に、第1導体パターン41Aが受熱部材を兼ねており、第2導体パターン42Aが反射部材を兼ねている。その他の構成は、図18の第6実施形態の放射熱センサ101と同じである。
次に、図38(a)〜(d)を用いて、本実施形態の放射熱センサ101の製造方法について説明する。
図38(a)に示すように、絶縁基材10と、裏面保護部材62とを用意し、これらを積層した積層体を形成する。用意される絶縁基材10は、図21(a)〜(c)に示す工程が施されたものである。用意される裏面保護部材62は、片面に第1配線パターン314および第2配線パターン324が形成されている。
そして、積層体を加熱加圧する。これにより、絶縁基材10と裏面保護部材62とが一体化される。また、このときの加熱によって、第1熱電部材31の第1延伸部311、第2延伸部312と第2熱電部材32の第3延伸部321、第4延伸部322とが形成される。
続いて、図38(b)に示すように、絶縁基材10の表面10aに、放射率が高い導電性材料を蒸着して、第1導体パターン41Aを形成する。絶縁基材10の表面10aに、放射率が低い導電性材料を蒸着して、第2導体パターン42Aを形成する。
続いて、図38(c)に示すように、表面保護部材20を用意し、この表面保護部材20と図38(b)に示す工程が施された絶縁基材10および裏面保護部材62とを積層して積層体を形成する。その後、積層体を加熱加圧する。このようにして、本実施形態の放射熱センサ101が製造される。
本実施形態の放射熱センサ101によれば、第6、第12実施形態の放射熱センサ101と同様の効果を奏する。
(第15実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。図39に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、第12実施形態の放射熱センサ101と同様に、第1導体パターン41Aが受熱部材を兼ねており、第2導体パターン42Aが反射部材を兼ねている。その他の構成は、図22の第7実施形態の放射熱センサ101と同じである。
次に、図40(a)、(b)、図41(a)〜(d)を用いて、本実施形態の放射熱センサ101の製造方法について説明する。
図40(a)に示すように、第1絶縁基材110と第2絶縁基材120とを用意し、これらを積層した積層体を形成する。
用意される第1絶縁基材110は、下記の通り、図41(a)〜(d)に示す工程が施されたものである。すなわち、図41(a)に示すように、片面110aに形成された銅箔をエッチングして、所望形状にパターニングされた導体パターン41、42を形成する。続いて、図41(b)に示すように、導体パターン41、42のうち導体パターン41のみを酸化処理して、酸化銅で構成された第1導体パターン41Aと、銅で構成された第2導体パターン42Aを形成する。このように、導体パターン41、42の片方のみを化学処理することで、第1導体パターン41Aを、第2導体パターン42Aよりも放射熱の放射率が高い材料で構成することができる。続いて、図41(c)、(d)に示すように、ビアホール111、112、113、114を形成し、第1ペースト311a、312a、第2ペースト321a、322aを充填する。図41(c)、(d)に示す工程は図24(c)、(d)に示す工程と同じである。
用意される第2絶縁基材120は、第7実施形態の図25(a)〜(c)に示す工程が施されたものである。
続いて、図40(b)に示すように、積層体を加熱加圧する。これにより、第1絶縁基材110と第2絶縁基材120とが一体化される。また、このときの加熱によって、第1熱電部材31の第1延伸部311、第2延伸部312と第2熱電部材32の第3延伸部321、第4延伸部322とが形成される。このようにして、本実施形態の放射熱センサ101が製造される。
本実施形態の放射熱センサ101によれば、第7、第12実施形態の放射熱センサ101と同様の効果を奏する。
(第16実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して、放射熱センサ101の構造を変更したものである。図42に示すように、本実施形態の放射熱センサ101は、第12実施形態の放射熱センサ101と同様に、第1導体パターン41Aが受熱部材を兼ねており、第2導体パターン42Aが反射部材を兼ねている。その他の構成は、図27の第9実施形態の放射熱センサ101と同じである。
次に、図43(a)〜(c)を用いて、本実施形態の放射熱センサ101の製造方法について説明する。
図43(a)に示すように、絶縁基材10と、裏面保護部材62とを用意し、これらを積層した積層体を形成する。
用意される絶縁基材10は、図21(a)〜(c)に示す工程が施されたものである。
用意される裏面保護部材62は、片面に第1配線パターン314および第2配線パターン324が形成されている。用意される裏面保護部材62は、もう一方の片面62bに下地用導体パターン63、64および金めっき層65、66が形成されている。
そして、積層体を加熱加圧する。これにより、絶縁基材10と裏面保護部材62とが一体化される。このときの加熱によって、第1熱電部材31の第1延伸部311、第2延伸部312と第2熱電部材32の第3延伸部321、第4延伸部322とが形成される。
続いて、図43(b)に示すように、絶縁基材10の表面10aに、放射率が高い導電性材料を蒸着して、第1導体パターン41Aを形成する。絶縁基材10の表面10aに、放射率が低い導電性材料を蒸着して、第2導体パターン42Aを形成する。
続いて、図43(c)に示すように、表面保護部材20を用意し、この表面保護部材20と図43(b)に示す工程が施された絶縁基材10および裏面保護部材62とを積層して積層体を形成する。その後、積層体を加熱加圧する。このようにして、本実施形態の放射熱センサ101が製造される。
本実施形態の放射熱センサ101によれば、第9、第12実施形態の放射熱センサ101と同様の効果を奏する。
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(1)上記各実施形態では、絶縁基材10が熱可塑性樹脂で構成されていたが、絶縁基材10は熱可塑性樹脂以外の可撓性材料で構成されていてもよい。また、絶縁基材10は、可撓性材料に限られず、セラミックス等の絶縁材料で構成されていてもよい。表面保護部材20や裏面保護部材62についても同様である。
(2)上記各実施形態では、絶縁基材10に形成された第1、第2ビアホール11、12等のビアホールに第1、第2熱電材料を埋め込むことで、第1、第2熱電部材31、32を形成したが、他の方法で第1、第2熱電部材31、32を形成してもよい。例えば、第1熱電部材と第2熱電部材とを、絶縁部材を介して、交互に並べて接合して、一面とその反対側の他面を有する板状部材を形成してもよい。
(3)第1〜第10実施形態の放射熱センサ101は、受熱板51と反射板52の両方を備えていたが、受熱板51と反射板52の一方のみを備えていてもよい。この場合であっても、第1導体パターン41と第2導体パターン42の間に温度差を生じさせることができる。
(4)上記各実施形態では、本発明の放射熱センサを放射熱測定装置に適用したが、本発明の放射熱センサは、放射熱センサの検出結果に応じて種々の作動を行う他の装置への適用が可能である。
(5)上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。例えば、図18に示す第6実施形態、図26に示す第8実施形態、図27、29に示す第9実施形態、図30に示す第10実施形態、図31に示す第11実施形態に対して、図8に示す第2実施形態を組み合わせることができる。すなわち、第6、第8、第9、第10、第11実施形態において、裏面保護部材62の厚さ寸法D2を、隣り合う第1導体パターン41と第2導体パターン42の間隔L1よりも小さく設定する。これにより、第2実施形態と同様の効果が得られる。
(6)上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
10 絶縁基材
20 表面保護部材
31 第1熱電部材
32 第2熱電部材
41 第1導体パターン
41A 第1導体パターン
42A 第2導体パターン
42 第2導体パターン
51 受熱部材
52 反射部材
62 裏面保護部材

Claims (17)

  1. 一面(10a)とその反対側の他面(10b)を有する板状部材(10)であって、異なる熱電材料で構成された複数の第1熱電部材(31)と複数の第2熱電部材(32)とを有し、前記一面に沿う方向で、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材とが離れて交互に1つずつ並んでおり、複数の前記第1熱電部材と複数の前記第2熱電部材のそれぞれが前記一面の一部を構成している板状部材と、
    前記一面に沿って広がり、前記板状部材の一面に、隣り合う1つの前記第1熱電部材と1つの前記第2熱電部材とにまたがって配置され、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材の温接点部を構成する複数の第1導体パターン(41、41A)と、
    前記一面に沿って広がり、前記板状部材の一面に、隣り合う1つの前記第1熱電部材と1つの前記第2熱電部材とにまたがって配置され、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材の冷接点部を構成する複数の第2導体パターン(42、42A)とを備え、
    前記板状部材の前記一面側に放射熱が照射されると、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとが前記放射熱に起因する熱を受けるとともに、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとが受ける熱量が異なることで、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンの間に温度差が生じ、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材が前記温度差に応じた電気的な出力を発生するようになっており、
    前記第1導体パターン(41A)は、前記第2導体パターン(42A)よりも放射熱の放射率が高い材料で構成され、
    前記一面側に放射熱が照射されると、前記第1導体パターンが前記第2導体パターンよりも放射熱を多く吸収することで、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとが受ける熱量が異なることを特徴とする放射熱センサ。
  2. 前記板状部材の前記他面に配置され、前記第1熱電部材および前記第2熱電部材を覆う第2絶縁層(62)を備え、
    前記第2絶縁層の厚さ寸法(D2)は、隣り合う前記第1導体パターンと前記第2導体パターンの間隔(L1)よりも小さいことを特徴とする請求項に記載の放射熱センサ。
  3. 一面(10a)とその反対側の他面(10b)を有する板状部材(10)であって、異なる熱電材料で構成された複数の第1熱電部材(31)と複数の第2熱電部材(32)とを有し、前記一面に沿う方向で、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材とが離れて交互に1つずつ並んでおり、複数の前記第1熱電部材と複数の前記第2熱電部材のそれぞれが前記一面の一部を構成している板状部材と、
    前記一面に沿って広がり、前記板状部材の一面に、隣り合う1つの前記第1熱電部材と1つの前記第2熱電部材とにまたがって配置され、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材の温接点部を構成する複数の第1導体パターン(41、41A)と、
    前記一面に沿って広がり、前記板状部材の一面に、隣り合う1つの前記第1熱電部材と1つの前記第2熱電部材とにまたがって配置され、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材の冷接点部を構成する複数の第2導体パターン(42、42A)とを備え、
    前記板状部材の前記一面側に放射熱が照射されると、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとが前記放射熱に起因する熱を受けるとともに、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとが受ける熱量が異なることで、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンの間に温度差が生じ、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材が前記温度差に応じた電気的な出力を発生するようになっており、
    前記板状部材の前記他面に配置され、前記第1熱電部材および前記第2熱電部材を覆う第2絶縁層(62)を備え、
    前記第2絶縁層の厚さ寸法(D2)は、隣り合う前記第1導体パターンと前記第2導体パターンの間隔(L1)よりも小さいことを特徴とする放射熱センサ。
  4. 前記第1熱電部材は、
    第1熱電材料で構成され、前記第1導体パターンに接触する第1接触端部(C1)から前記板状部材の前記他面側に向かって延伸する第1延伸部(311)と、
    前記第1熱電材料で構成され、前記第2導体パターンに接触する第2接触端部(C2)から前記板状部材の前記他面側に向かって延伸する第2延伸部(312)と、
    前記第1熱電材料で構成され、前記第1延伸部の前記板状部材の前記他面側の部位から前記第2延伸部の前記板状部材の前記他面側の部位にわたって位置し、前記第1延伸部と前記第2延伸部とを結合する第1結合部(313)とを有し、
    前記一面に沿う方向における前記第1延伸部と前記第2延伸部との間に、前記第1熱電部材よりも熱伝導性が低い断熱部材(13)が配置されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の放射熱センサ。
  5. 一面(10a)とその反対側の他面(10b)を有する板状部材(10)であって、異なる熱電材料で構成された複数の第1熱電部材(31)と複数の第2熱電部材(32)とを有し、前記一面に沿う方向で、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材とが離れて交互に1つずつ並んでおり、複数の前記第1熱電部材と複数の前記第2熱電部材のそれぞれが前記一面の一部を構成している板状部材と、
    前記一面に沿って広がり、前記板状部材の一面に、隣り合う1つの前記第1熱電部材と1つの前記第2熱電部材とにまたがって配置され、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材の温接点部を構成する複数の第1導体パターン(41、41A)と、
    前記一面に沿って広がり、前記板状部材の一面に、隣り合う1つの前記第1熱電部材と1つの前記第2熱電部材とにまたがって配置され、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材の冷接点部を構成する複数の第2導体パターン(42、42A)とを備え、
    前記板状部材の前記一面側に放射熱が照射されると、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとが前記放射熱に起因する熱を受けるとともに、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとが受ける熱量が異なることで、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンの間に温度差が生じ、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材が前記温度差に応じた電気的な出力を発生するようになっており、
    前記第1熱電部材は、
    第1熱電材料で構成され、前記第1導体パターンに接触する第1接触端部(C1)から前記板状部材の前記他面側に向かって延伸する第1延伸部(311)と、
    前記第1熱電材料で構成され、前記第2導体パターンに接触する第2接触端部(C2)から前記板状部材の前記他面側に向かって延伸する第2延伸部(312)と、
    前記第1熱電材料で構成され、前記第1延伸部の前記板状部材の前記他面側の部位から前記第2延伸部の前記板状部材の前記他面側の部位にわたって位置し、前記第1延伸部と前記第2延伸部とを結合する第1結合部(313)とを有し、
    前記一面に沿う方向における前記第1延伸部と前記第2延伸部との間に、前記第1熱電部材よりも熱伝導性が低い断熱部材(13)が配置されていることを特徴とする放射熱センサ。
  6. 前記第2熱電部材は、
    第2熱電材料で構成され、前記第1導体パターンに接触する第3接触端部(C3)から前記板状部材の前記他面側に向かって延伸する第3延伸部(321)と、
    前記第2熱電材料で構成され、前記第2導体パターンに接触する第4接触端部(C4)から前記板状部材の前記他面側に向かって延伸する第4延伸部(322)と、
    前記第2熱電材料で構成され、前記第3延伸部の前記板状部材の前記他面側の部位から前記第4延伸部の前記板状部材の前記他面側の部位にわたって位置し、前記第3延伸部と前記第4延伸部とを結合する第2結合部(323)とを有し、
    前記一面に沿う方向における前記第1延伸部と前記第2延伸部との間に、前記第2熱電部材よりも熱伝導性が低い断熱部材(14)が配置されていることを特徴とする請求項4または5に記載の放射熱センサ。
  7. 前記第1熱電部材は、
    第1熱電材料で構成され、前記第1導体パターンに接触する第1接触端部(C1)から前記板状部材の前記他面まで延伸する第1延伸部(311)と、
    前記第1熱電材料で構成され、前記第2導体パターンに接触する第2接触端部(C2)から前記板状部材の前記他面まで延伸する第2延伸部(312)と、
    前記板状部材の前記他面において、前記第1延伸部と前記第2延伸部とにまたがって配置され、前記第1延伸部と前記第2延伸部とを電気的に接続する第1配線パターン(314)とを有し、
    前記一面に沿う方向における前記第1延伸部と前記第2延伸部との間に、前記第1熱電部材よりも熱伝導性が低い断熱部材(15)が配置されていることを特徴とする請求項に記載の放射熱センサ。
  8. 一面(10a)とその反対側の他面(10b)を有する板状部材(10)であって、異なる熱電材料で構成された複数の第1熱電部材(31)と複数の第2熱電部材(32)とを有し、前記一面に沿う方向で、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材とが離れて交互に1つずつ並んでおり、複数の前記第1熱電部材と複数の前記第2熱電部材のそれぞれが前記一面の一部を構成している板状部材と、
    前記一面に沿って広がり、前記板状部材の一面に、隣り合う1つの前記第1熱電部材と1つの前記第2熱電部材とにまたがって配置され、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材の温接点部を構成する複数の第1導体パターン(41、41A)と、
    前記一面に沿って広がり、前記板状部材の一面に、隣り合う1つの前記第1熱電部材と1つの前記第2熱電部材とにまたがって配置され、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材の冷接点部を構成する複数の第2導体パターン(42、42A)とを備え、
    前記板状部材の前記一面側に放射熱が照射されると、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとが前記放射熱に起因する熱を受けるとともに、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとが受ける熱量が異なることで、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンの間に温度差が生じ、前記第1熱電部材と前記第2熱電部材が前記温度差に応じた電気的な出力を発生するようになっており、
    前記第1熱電部材は、
    第1熱電材料で構成され、前記第1導体パターンに接触する第1接触端部(C1)から前記板状部材の前記他面まで延伸する第1延伸部(311)と、
    前記第1熱電材料で構成され、前記第2導体パターンに接触する第2接触端部(C2)から前記板状部材の前記他面まで延伸する第2延伸部(312)と、
    前記板状部材の前記他面において、前記第1延伸部と前記第2延伸部とにまたがって配置され、前記第1延伸部と前記第2延伸部とを電気的に接続する第1配線パターン(314)とを有し、
    前記一面に沿う方向における前記第1延伸部と前記第2延伸部との間に、前記第1熱電部材よりも熱伝導性が低い断熱部材(15)が配置されていることを特徴とする放射熱センサ。
  9. 前記第2熱電部材は、
    第2熱電材料で構成され、前記第1導体パターンに接触する第3接触端部(C3)から前記板状部材の前記他面まで延伸する第3延伸部(321)と、
    前記第2熱電材料で構成され、前記第2導体パターンに接触する第4接触端部(C4)から前記板状部材の前記他面まで延伸する第4延伸部(332)と、
    前記板状部材の前記他面において、前記第3延伸部と前記第4延伸部にまたがって配置され、前記第3延伸部と前記第4延伸部とを電気的に接続する第2配線パターン(324)とを有し、
    前記一面に沿う方向における前記第3延伸部と前記第4延伸部との間に、前記第2熱電部材よりも熱伝導性が低い断熱部材(16)が配置されていることを特徴とする請求項7または8に記載の放射熱センサ。
  10. 前記第1配線パターンの前記板状部材側とは反対側に配置された絶縁層(62)と、
    当該絶縁層の前記第1配線パターン側とは反対側の面に配置され、当該絶縁層よりも熱伝導性が高い第1熱伝導部材(63、65、67)とを備え、
    前記第1熱伝導部材は、前記第1配線パターンと前記第1延伸部との第1接続部(D1)の少なくとも一部に対して前記一面に垂直な方向で対向する位置から、前記第1配線パターンと前記第2延伸部との第2接続部(D2)の少なくとも一部に対して前記一面に垂直な方向で対向する位置にわたる領域に配置されていることを特徴とする請求項7または8に記載の放射熱センサ。
  11. 前記第2配線パターンの前記板状部材側とは反対側に配置された絶縁層(62)と、
    当該絶縁層の前記第2配線パターン側とは反対側の面に配置され、当該絶縁層よりも熱伝導性が高い第2熱伝導部材(64、66、67)とを備え、
    前記第2熱伝導部材は、前記第2配線パターンと前記第3延伸部との第3接続部(D3)の少なくとも一部に対して前記一面に垂直な方向で対向する位置から、前記第2配線パターンと前記第4延伸部との第4接続部(D4)の少なくとも一部に対して前記一面に垂直な方向で対向する位置にわたる領域に配置されていることを特徴とする請求項に記載の放射熱センサ。
  12. 前記絶縁層の厚さ寸法(D2)は、隣り合う前記第1導体パターンと前記第2導体パターンの間隔(L1)よりも小さいことを特徴とする請求項10または11に記載の放射熱センサ。
  13. 前記第1導体パターン(41)よりも放射熱の放射率が高い材料で構成され、前記一面に照射される放射熱を吸収して生じた熱を前記第1導体パターンに伝える受熱部材(51、20)を備え、
    前記一面側に放射熱が照射されると、前記第1導体パターンが前記受熱部材から熱を受けることで、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとが受ける熱量が異なることを特徴とする請求項3、5、8のいずれか1つに記載の放射熱センサ。
  14. 前記受熱部材は、前記第1導体パターンに直に接して形成されていることを特徴とする請求項13に記載の放射熱センサ。
  15. 前記板状部材の前記一面に配置され、前記第1導体パターンを覆う第1絶縁層(20)を備え、
    前記受熱部材は、前記第1絶縁層の前記第1導体パターン側とは反対側の面に形成されていることを特徴とする請求項13に記載の放射熱センサ。
  16. 前記第1絶縁層のうち前記第1導体パターンと前記受熱部材の間に位置する部位の厚さ寸法(D1)は、隣り合う前記第1導体パターンと前記第2導体パターンの間隔(L1)よりも小さいことを特徴とする請求項15に記載の放射熱センサ。
  17. 前記第2導体パターン(42)よりも放射熱の放射率が低い材料で構成され、前記一面に照射される放射熱を反射する反射部材(52)を備え、
    前記一面側に放射熱が照射されると、前記第2導体パターンに向かって照射される放射熱を反射することで、前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとが受ける熱量が異なることを特徴とする請求項13ないし16のいずれか1つに記載の放射熱センサ。
JP2015155131A 2015-08-05 2015-08-05 放射熱センサ Active JP6269612B2 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015155131A JP6269612B2 (ja) 2015-08-05 2015-08-05 放射熱センサ
EP16832671.8A EP3333911A4 (en) 2015-08-05 2016-07-05 Radiation heat sensor
CN201680045035.4A CN107851706B (zh) 2015-08-05 2016-07-05 辐射热传感器
PCT/JP2016/069930 WO2017022392A1 (ja) 2015-08-05 2016-07-05 放射熱センサ
US15/749,794 US10481008B2 (en) 2015-08-05 2016-07-05 Radiant heat sensor
KR1020187002733A KR20180022906A (ko) 2015-08-05 2016-07-05 방사열 센서
TW105122908A TWI618920B (zh) 2015-08-05 2016-07-20 Radiant heat sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015155131A JP6269612B2 (ja) 2015-08-05 2015-08-05 放射熱センサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017034183A JP2017034183A (ja) 2017-02-09
JP6269612B2 true JP6269612B2 (ja) 2018-01-31

Family

ID=57942823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015155131A Active JP6269612B2 (ja) 2015-08-05 2015-08-05 放射熱センサ

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10481008B2 (ja)
EP (1) EP3333911A4 (ja)
JP (1) JP6269612B2 (ja)
KR (1) KR20180022906A (ja)
CN (1) CN107851706B (ja)
TW (1) TWI618920B (ja)
WO (1) WO2017022392A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6819549B2 (ja) * 2017-11-16 2021-01-27 株式会社デンソー 熱流束センサおよび熱量計測装置
KR20210098474A (ko) * 2018-11-21 2021-08-10 마크 더존 방사선 구동식 고 선량률 및 고 선량 방사선 센서
JP7279354B2 (ja) * 2018-12-17 2023-05-23 富士電機株式会社 半導体素子及び半導体素子の識別方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL45788A (en) * 1974-10-04 1977-11-30 Yeda Res & Dev Thermoelectric detector
JPS5786729A (en) 1980-11-20 1982-05-29 Showa Denko Kk Heat flow sensor
JPH03196583A (ja) 1989-03-24 1991-08-28 Nippon Steel Corp 縦型シリコンサーモパイル及びその製造方法
JPH07120329A (ja) 1993-10-20 1995-05-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 輻射センサ
US5695283A (en) 1994-07-01 1997-12-09 Wahl Instruments, Inc. Compensating infrared thermopile detector
JP3339291B2 (ja) * 1996-02-08 2002-10-28 日産自動車株式会社 熱型赤外線検知装置およびこれに用いる熱型赤外線検知素子ユニット
DE19710946A1 (de) * 1997-03-15 1998-09-24 Braun Ag Thermopile-Sensor und Strahlungsthermometer mit einem Thermopile-Sensor
FR2781931B1 (fr) * 1998-07-31 2002-12-06 Univ Lille Sciences Tech Thermopiles a thermojonctions du type distribuees, fluxmetres thermiques radiatif et conductif mettant en oeuvre ces thermopiles, ainsi que leurs procedes de fabrication
FR2832798B1 (fr) 2001-11-27 2004-01-30 Captec Comparateur de flux thermiques
JP2003207391A (ja) * 2002-01-17 2003-07-25 Nissan Motor Co Ltd 赤外線検知素子とその製造方法及びその製造装置
JP5079211B2 (ja) * 2004-10-13 2012-11-21 浜松ホトニクス株式会社 赤外線検出装置及びその製造方法
JP2006214758A (ja) 2005-02-01 2006-08-17 Denso Corp 赤外線検出器
ATE510195T1 (de) * 2005-09-22 2011-06-15 Univ Lille I Sciences Et Technologies Mikrosensor für thermischen fluss auf einem leitenden substrat mit porösen fächer
WO2010029488A1 (en) * 2008-09-09 2010-03-18 Nxp B.V. Planar thermopile infrared microsensor
JP2010107299A (ja) * 2008-10-29 2010-05-13 Ngk Spark Plug Co Ltd 赤外線検知素子及びセンサ並びに赤外線検知素子の製造方法
JP2011018688A (ja) 2009-07-07 2011-01-27 Sumitomo Electric Ind Ltd 熱電変換用積層構造、熱電変換素子、赤外線センサ、及び熱電変換用積層構造の製造方法
JP5406083B2 (ja) * 2010-03-15 2014-02-05 セイコーインスツル株式会社 サーモパイル型赤外線センサおよびその製造方法
US8441093B2 (en) * 2011-04-15 2013-05-14 Excelitas Technologies Singapore Pte. Ltd. Shared membrane thermopile sensor array
JP2014007376A (ja) 2012-05-30 2014-01-16 Denso Corp 熱電変換装置
JP5376086B1 (ja) 2012-05-30 2013-12-25 株式会社デンソー 熱電変換装置の製造方法、熱電変換装置を備える電子部品の製造方法
JP5761302B2 (ja) 2013-06-04 2015-08-12 株式会社デンソー 車両用の快適温調制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017022392A1 (ja) 2017-02-09
TW201719127A (zh) 2017-06-01
US10481008B2 (en) 2019-11-19
EP3333911A4 (en) 2018-08-29
CN107851706B (zh) 2020-09-01
KR20180022906A (ko) 2018-03-06
EP3333911A1 (en) 2018-06-13
US20180231420A1 (en) 2018-08-16
JP2017034183A (ja) 2017-02-09
CN107851706A (zh) 2018-03-27
TWI618920B (zh) 2018-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101833278B1 (ko) 열류 분포 측정 장치
JP5808419B2 (ja) 温度監視機能付きパネルヒータ
KR101910575B1 (ko) 적외선 검출기 및 적외선 이미지 센서
JP2008060488A (ja) 片面電極型熱電変換モジュール
JP6269612B2 (ja) 放射熱センサ
US8921792B2 (en) Vertically stacked thermopile
JP5395577B2 (ja) 熱電変換モジュール
TW201344166A (zh) 紅外線感測器
JP5001007B2 (ja) 最適化された表面を活用する赤外線センサー
JP2009180682A (ja) 赤外線センサ
US10345328B2 (en) Wind direction meter, wind direction/flow meter, and movement direction meter
US10236431B2 (en) Thermoelectric conversion element and thermoelectric conversion module
JP6500841B2 (ja) 熱流測定装置
JP2010261908A (ja) レーザーパワーセンサ
KR101230021B1 (ko) 써모파일 패키지
JP3608427B2 (ja) 赤外線吸収体及びこの赤外線吸収体を用いた熱型赤外線センサ
JP2017211270A (ja) 熱流測定装置の製造方法
JP2017092407A (ja) 熱電変換素子
JP2019174128A (ja) 熱流測定装置およびその製造方法
JP2011018689A (ja) 熱電変換用積層構造、熱電変換素子、赤外線センサ、及び熱電変換用積層構造の製造方法
CN212963724U (zh) 红外传感器及电子设备
JP2001237464A (ja) 赤外線センサ
JPS6153530A (ja) 熱電堆型赤外検出素子
US9068882B2 (en) Low power thermal imager
JP2023033864A (ja) 構造体及び電磁波センサ

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170602

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170926

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171031

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171205

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171218

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6269612

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313118

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350