JP6476596B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は熱源の温度を非接触測定する温度センサに関する。

特開平７−２６０５７９号公報には、熱源から輻射される赤外線の熱量を検出することにより、熱源の温度を非接触測定する赤外線温度センサが開示されている。
この種の温度センサは、熱源からの赤外線を効率よく吸収するフィルム上に、検知用感熱素子と補償用感熱素子との二つの感熱素子を備えている。検知用感温素子は、フィルム上の赤外線が入射する領域に配置されており、赤外線が赤外線受光に起因するフィルムの温度上昇を検知する。補償用感温素子は、フィルム上の赤外線から遮蔽された領域に配置されており、赤外線の影響を取り除いたフィルムの温度を検知している。
この二つの感温素子の検出温度の差は、入射する赤外線から得られた熱エネルギー量を反映している。したがって、検出温度の差から、赤外線を放射している熱源の温度を推定することができる。
感温素子は、温度に対応して電気的特性が変化する温度特性を有している、このような感温素子として、抵抗温度特性を有するサーミスタ、サーモパイル、金属測温度体等が知られている。また、フィルムとして、遠赤外線の波長帯域を吸収する特性を有するポリイミド等の高分子フィルムが知られている。

特開平７−２６０５７９号公報

同公報に開示の赤外線温度センサは、センサを取付ける面など、センサが接する周囲環境の温度分布条件からの影響について対策がされていない。
センサを搭載する面（搭載面）に温度傾斜があると、搭載面の温度分布がセンサ筐体に伝わるため、搭載面の温度傾斜に応じてセンサ筐体にも温度傾斜が生じ、検知用感温素子と補償用感温素子にも温度差を生じせしめる。
本来、検知用感温素子と補償用感温素子との温度差の要因は、赤外線が入射するかしないかだけであるべきであるのに、他の要因からも温度差を生じることは、赤外線温度センサの検出精度を狂わす結果となる。

搭載面の温度傾斜は、センサの組み込まれた装置内において、ファンにより搭載面に空気が吹き付けられている場合、装置内の対流により搭載面に接する空気に流れがある場合、搭載面の一方が装置の内側方向にあり他方が外側方向にある場合などに起こる。
また、装置のふたが開けられたときに外気が流れ込み、搭載面のふたに近い側が冷えることなどによっても起こる。

検知対象物の温度が変化したときも、検知対象物から構造材を介して搭載面への
熱伝導、装置内の空気の温度上昇、対流などが起こり、搭載面に温度傾斜が生じる。検知対象物の温度制御用に温度センサを用いる場合、検知対象物の温度変化を正確に検知することが重要であるが、このとき搭載面に温度傾斜が生じ、その影響により温度センサの精度が低下すると、制御用温度センサとしての使命が果たせない。
以上の例のように、搭載面に温度傾斜が生じることは、稼働状態の装置では頻繁に起こることであり、そのたびにセンサの温度検出精度が低下することは好ましくない。

また、感温素子への配線は感温素子への熱伝導の主要な経路であり、配線を通じてセンサ外部からの熱が伝導してくる。外部からの熱の影響が、二つの感熱素子に不均一に作用すると、赤外線入射による以外の温度差を生じる要因とあり、これも温度センサの検出精度を狂わす原因となる。
そこで、本発明は、搭載面の温度傾斜による検出精度への悪影響、とくに温度傾斜が過渡的に起きた場合でも、その悪影響を受けにくい温度センサを提案することを目的とする。あわせて、センサの配線を伝導する熱の影響による精度低下も起きにくいセンサを提案する。

上記目的を達成するために、本発明による温度センサは、熱源の温度を非接触測定する温度センサであって、フィルムの中心軸に対し左右線対称に配置された２個の感温素子を有し、第１の感温素子は前記フィルム上であって赤外線が入射する領域に配置され、第２の感温素子はフィルム上であって赤外線が遮蔽された領域に配置され、第１、第２の感温素子の各端子に連結する信号用パターンがフィルム上に形成され、
信号用パターンが相互に熱結合する程度に密集する密集部分と、信号用パターンが形成された面とは反対側のフィルム面に接する熱伝導部を有し、密集部分の中心軸はフィルムの中心軸に一致して配置され、信号用パターンの各端子から密集部分に至る部分が、フィルム上の中心軸に対し左右線対称に配置され、熱伝導部をフィルムの信号用パターンが形成された面に投影した領域は密集部分を包含することを特徴とする温度センサである。
このような構成により、熱結合された密集部分は、左右の感温素子に対して熱的アースとして機能し、そこを基準として、左右の感温素子の熱的条件の違いは赤外線が入射するかしないかだけとなり、他の熱的要因はすべて左右均等な構成となる。赤外線入射による要因以外は、左右の感温素子に均等に影響を及ぼすため、左右の感温素子の温度差においては、赤外線入射による要因以外は打ち消される。従って、赤外線の入射以外の要因から温度差を生じることによる温度センサの検出精度の狂いを抑えることができる。

さらに本発明による温度センサは、温度センサの外部にある外部部材に対し、熱伝導部を熱結合する熱流出入部を備える。
熱流出部は熱的に左右対称に形成された温度センサの対称軸上に配置されていることが望ましい。
熱流出入部は温度センサを外部部材に固定する固定部を兼ねることが現実的である。

熱伝導部は前記フィルム面に設けられた熱接地用パターンにより実現することもできる。
熱接地用パターンの厚みは、前記信号用パターンの厚みより大きいことがより望ましい。
あるいは、前記熱接地用パターンに重ねた熱容量層をもたせてもよい。

前記熱伝導部が設けられた面とは反対の面の前記フィルムであって、前記熱伝導部上に相当する領域内に、前記熱流出入部材と結合される熱接地補助パターンを更に有してもよい。

熱流出入部は、第１、第２の感温素子の中心を結ぶ線上に設けることができる。
あるいは、流出入部と、信号用パターンを接続するリード線取り付け部とが、第１、第２の感温素子の中心を結ぶ線をはさんで、お互いに対抗する位置にあってもよい。
あるいは、第１、第２の感温素子の中心を結ぶ線に対し、熱流出入部と、リード線取り付け部とがお互いに同じ側に位置してもよい。

信号用パターンは、前記密集部分において、お互いに近接しつつ蛇行することによりお互いの熱結合を高めるものであってもよい。

信号用パターンは、前記感温素子の周囲において折り返して引き回されることにより、感度を向上させることも可能である。
さらに、フィルム上であって、前記感温素子の電極取り付け部分から放射状に伸びるとともに、前記信号用パターンに接続された集熱用パターンを有し、
前記集熱用パターンは、前記フィルム上に前記中心軸に対して左右対称に配置されていると、センサの応答性も向上する。

本発明に係わる温度センサによれば、搭載面の温度傾斜による検出精度への悪影響、とくに温度傾斜が過渡的に起きた場合でも、その悪影響を受けにくい温度センサを実現することができる。また、センサの配線を伝導する熱の影響による精度低下も起きにくいセンサを実現することができる。

（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ） 実施形態１に係わる筐体の説明図である。 実施形態１に係わるフィルムの説明図である。 実施形態１に係る熱結合の説明図である。 （ａ）（ｂ）実施形態１に係わる熱流出入部の説明図である。 （ａ）（ｂ）実施形態１に係わる熱流出入部の説明図である。 実施形態２に係わるフィルムの図である。 実施形態２に係わる熱結合の説明図である。 実施形態３に係わる熱結合の説明図である。 実施形態４に係わる熱結合の説明図である。 実施形態５に係わるフィルムの図である。 （ａ）（ｂ）実施形態５に係わる熱流出入部の説明図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）実施形態６に係わる説明図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）実施形態７に係わる説明図である。 温度検出誤差特性の改善を説明する図である。

以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施形態について説明する。同一の部材については同一の符号を付すものとし、重複する説明を省略する。なお、図面は、模式的なものであり、部材相互間の寸法の比率や部材の形状等は、本発明の効果が得られる範囲内で現実のセンサ構造とは異なっていてもよい。
また、以上に説明した信号用パターン、熱接地用パターン、熱接地補助パターンは、実施形態においてはフィルムの表面上に形成された銅箔層を目的に応じた形状にパターン化することにより形成されるものとして、信号用銅箔パターン、熱接地用銅箔パターン、熱接地補助銅箔パターンと述べる。しかし、銅箔以外の手段によってもこれらのパターンを形成し、同様の機能を実現することも可能である。

（実施形態１）
図１は実施形態１に係わる温度センサ１００の説明図である。
図１（ａ）は温度センサ１００の上部から（赤外線を受ける側）の外観、図１（ｂ）は底部（取付け面側）から見た外観、図１（ｃ）は上部から見た構成要素の組立、図１（ｄ）は底部から見た構成要素の組立、を示したものである。
主な構成要素は、上部カバー１６０、底部カバー１７０、フィルム１５０である。
上部カバー１６０には、開口部１６１、遮光板１６２、上部フィルム押え部１６３が設けられている
底部カバー１７０には、熱流出入部１７１、底部フィルム押え部１７３が設けられている。
上部カバー１６０と底部カバー１７０はフィルム１５０を挟み込み、結合手段１７２により結合される。結合手段は例えばハトメのようなカシメ手段である。フィルム１５０の中央部は、上部フィルム押え部１６３および底部フィルム押え部１７３によって上下から挟まれる。
図２はフィルム１５０を赤外線が入射する面とは反対側の面から見たものであり、その面上に設けられた第１の感温素子１０１、第２の感温素子１０２、銅箔パターンを示す(図１(ａ)においても感温素子１０１はフィルム１５０の裏側にある)。
図１(a)において、検知対象物（図示しない）から放射された赤外線９９のうち、開口部１６１を通ったものはフィルム１５０に吸収される。遮蔽版１６２によって遮られた赤外線はフィルムに吸収されない。

図２に示すように、フィルム１５０上には、フィルムの中心軸１５１に対し左右対称に二個の感温素子１０１，１０２が、赤外線が入射する側と反対のフィルム面上に配置されている。第１の感温素子１０１は赤外線が入射する領域に配置されている。したがって赤外線によるフィルムの温度上昇を検知する。第２の感温素子１０２は赤外線が遮蔽された領域に配置されるので、赤外線の影響を取り除いたフィルムの温度を検知している。

フィルム１５０の材質は、熱源からの輻射赤外線を吸収して発熱する材質であればよく、例えば、遠赤外線と称される４μｍ〜１０μｍの波長帯域の光に吸収スペクトラムを有する材質が望ましい。このような材質として、フッ素、シリコーン、ポリエステル、ポリイミド、ポリエチレン、ポリカーボネート、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）等の高分子材料からなる樹脂が好ましい。

感温素子１０１，１０２は、温度に応じて電気的特性が変化するセンサ素子であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、抵抗温度特性を有するサーミスタ、サーモパイル、金属測温度体などが好適である。
感温素子１０１の電極１１１，１１３は、信号用銅箔パターン１２１，１２３に、感温素子１０２の電極１１２，１１４は、信号用銅箔パターン１２２，１２４に、それぞれ接続する。信号用銅箔パターン１２１と１２２は合流点１２５で合流し、信号用銅箔パターン１２６となる。感温素子１０１，１０２の温度変化に対応する電気特性の変化は、熱源の温度に対応する電気信号として信号用銅箔パターン１２３，１２６，１２４を介して取出し用銅箔パターン１３１，１３２，１３３にもたらされる。取出し用銅箔パターン１３１，１３２，１３３にはそれぞれ図１に示すリード線１４１，１４２，１４３が接続され、感温素子１０１，１０２の温度変化に対応する電気特性の変化は外部に取り出される。感温素子１０１，１０２が例えば抵抗温度特性を有するサーミスタである場合には、感温素子１０１，１０２の温度変化は、抵抗値変化として現れる。感温素子１０１，１０２に予め所定の電流を流しておくことにより、感温素子１０１，１０２の抵抗値変化は、電圧変化として検出される。感温素子１０１の出力電圧は、取出し用銅箔パターン１３１，１３２間に現れ、感温素子１０２の出力電圧は、取出し用銅箔パターン１３２，１３３間に現れ、それぞれの感温素子の信号がリード線１４１，１４２，１４３により外部へ取り出される。

以上述べたように、２つの感温素子１０１，１０２が検出する温度の差は、入射する赤外線エネルギー量を反映しているものであるが、それ以外に感温素子の温度の差に影響を与える要因があれば、それは温度センサの検知精度に悪影響を及ぼすものである。
本実施例は検知精度に悪影響をおよぼす要因を排除するために工夫されたものである。以下にその内容を説明する。

信号用銅箔パターン１２３，１２６，１２４は、感温素子周辺から取出し用銅箔パターン１３１，１３２，１３３に至る手前の領域である密集部分１５２において、相互の距離が接近し熱的に結合する。
密集部分１５２は、信号用銅箔パターン１２１、１２３，１２６，１２２、１２４に共通のサーマルグランド（１点アース）として機能し、複数のリード配線１４１，１４２，１４３の温度勾配はサーマルグランドで終端され、それぞれの熱的条件が均一化される。これにより、熱的条件の偏差がゼロに収束し、正確な温度補償を実現できる。
密集部分１５２はフィルム１５０の中央にある、すなわち、密集部分１５２の中心軸はフィルム１５０の中心軸１５１に一致している。信号用銅箔パターン１２１、１２３，１２６，１２２、１２４はサーマルグランドに対して左右対称に形成されているため、サーマルグランドからの左右の感温素子１０１，１０２への熱伝導条件、すなわち熱抵抗、熱伝達時間が等しい。
従って、左右の感温素子１０１，１０２から信号用銅箔パターンを通じての外部への放熱特性を揃えることができる。
また、外部からの熱の影響に対してリード線１４１，１４２，１４３が異なる影響を受けた場合であっても、取出し用銅箔パターン１３１，１３２，１３３を経て密集部分１５２において熱結合により信号用銅箔パターン１２３，１２６，１２４の温度は均一化され、そこからは信号用銅箔パターン１２１、１２２、１２３，１２４が対称に伸びているので、左右の感温素子１０１，１０２への温度変動は等しくなる。従って左右の感温素子１０１，１０２への温度差への影響は打ち消される。
以上説明したように、フィルム中央に信号用銅箔の密集部分をもち、その熱結合点から信号用銅箔を対称に形成することにより、赤外線の入射による以外の、感温素子の温度の差に影響を与える要因が打ち消され、温度センサの検出精度を保つことができる。

さらにこの熱結合を助けるために、密集部分であって、信号用銅箔パターンが形成された面とは反対側のフィルム面に接し、熱伝導部を有する。
熱伝導部は熱伝導率の高い金属などが好適である。本実施例では、金属製筐体の一部である上部フィルム押え部１６３が、銅箔パターンの密集部分の反対面においてフィルムに接触することにより、熱伝導部として機能する。

図３を用いて熱伝導部の機能を説明する。図３は図２のＡ−Ａ’ 断面を示す。
信号用銅箔パターン１２３，１２６，１２４は密集部分１５２によって相互の距離が近接することにより熱結合する。密集部分においてフィルム１５０を挟んで信号用銅箔パターンとは反対の面には、フィルム押え部１６３が接している。フィルムは非常に薄い（例えば２０〜３０μｍ程度）ので、信号用銅箔パターン１２３，１２６，１２４の熱は容易にフィルムを透過しフィルム押え部１６３に伝わる。フィルム押え部１６３は金属であるため熱伝導性が高い。したがって信号用銅箔パターン１２３，１２６，１２４は、上部フィルム押え部１６３を通じてより強く熱結合する。このように上部フィルム押え部１６３は信号用銅箔パターン１２３，１２６，１２４の熱結合を一層高めるための、熱伝導部として機能する。

周囲の温度にセンサ自体の温度が影響を受けても、それが左右の感温素子１０１，１０２の温度差に影響を与えないようにする工夫が必要である。
そのためには、外部との熱流出入部を設け、そこからセンサの熱的条件が対称に構成されていればよい。
図４（a）は温度センサ１００を、密集部分を含む面で切断した様子を示す。銅箔パターンは図示を省略している。図４（ｂ）は、温度センサ１００を固定手段４０２により、外部部材４００に取付けた状態において、同じ断面を示す。固定手段４０２はネジのほか、リベットやハトメなど、温度センサ１０１を外部部材４００に押えつけて固定するものであればよい。
図５（a）は温度センサ１００を、二つの感温素子１０１，１０２の中心同士を結ぶ線に沿ってフィルム面に垂直に切断した様子を示す。銅箔パターンは図示を省略している。図５（ｂ）は、温度センサ１００を固定手段４０２により、外部部材４００に取付けた状態において、同じ断面を示す。
図４（ｂ）において、密集部分１５２の裏側にある上部フィルム押え部１６３は、図３で説明したように熱伝導層として機能する。結合手段１７２の上部は熱伝導層（上部フィルム押え部１６３）の近傍にある。
また図５（ｂ）において、結合手段１７２の底部は熱流出入部１７１の近傍で熱結合されている。熱流出入部１７１は固定手段４０２により、外部部材表面４００に押し付けられている。
結合手段１７２は金属などの熱伝導性の高い材質でできており、しかも短いので、結果的に、結合手段１７２と熱流出入部１７１を経路として、外部部材４００に対し熱伝導部（上部フィルム押え部１６３）は熱結合される。熱流出入部１７１も金属などの熱伝導性の良いものであるので、温度センサと外部との熱の流出入は熱流出入部１７１が支配的となる。

熱流出入部１７１は、左右対称に形成された温度センサ１００の対称軸上にあるので、温度センサ１００の筐体の熱分布は熱流出入部１７１を中心に左右対称となる。前述のように、信号用銅箔パターンは、密集部分１５２を中心に左右対称に形成されており、密集部分１５２と熱伝導部分（上部フィルム押え部１６３）、熱流出入部１７１は、熱結合されている。外部から熱の影響は熱流出入部をから、左右の感温素子に均等に伝達する。
したがって、温度センサ１００の筐体も、信号用銅箔パターン１２１、１２３，１２６，１２２、１２４も、左右の感温素子１０１，１０２も、つまり温度センサのすべての構成要因の温度分布が、熱流出入点１７１を中心に左右対称となる。
このようにして、赤外線の入射による以外の、感温素子の温度の差に影響を与える要因が打ち消され、温度センサの検出精度を保つことができる。

流出入部１７１は底部ケースにおいて台状に突出しており、底部全体が外部部材４００に接触しないようにしている。これは、外部部材４００に熱傾斜があっても、底部ケースの温度分布がその熱傾斜に追従しないようにするためである。熱流出入部１７１の外部部材４００との接触面は、固定手段４０２により外部部材に押し当てられることにより、温度センサ１００の高さ方向の固定における位置決めの役割をする。
従って、熱流出入部１７１は固定部を兼ねている。
また、結合手段１７２は、固定手段４０２と熱結合しており、固定手段４０２の先部は外部部材４００にねじ込まれる、あるいは弾性的にはめ込まれるなどして外部部材４００とも熱結合している。結果的に、固定手段４０２も、外部部材に対し、熱伝導部を熱結合する流出入部として機能している。

（実施形態２）
次に、集合部における熱結合を強化する実施形態について説明する。
図６は、両面銅箔付のフィルムを用いたものであり、フィルムを挟んで信号用銅箔パターン１２３，１２６，１２４が形成された面と反対の面であって、密集部分１５２を包含する領域に熱接地用銅箔パターン１２７を形成する。Ａ−Ａ´に沿った断面を図７に示す。熱接地用銅箔パターン１２７はフィルムと一体に形成された銅箔であるので、フィルム１５０との熱結合が強い。従って、信号用銅箔パターン１２３，１２６，１２４から薄いフィルムを透過して伝導する熱を均一に拡散することより、信号用銅箔パターン１２３，１２６，１２４の熱結合を高める。この実施形態においては、熱接地用銅箔パターン１２７が直接の熱伝導部として機能し、上部フィルム押え部１６３は熱接地用銅箔パターン１２７上に接して補助的な熱伝導部として機能する。

（実施形態３）
図８は、信号用銅箔パターン１２３，１２６，１２４よりも厚い銅箔を熱接地用銅箔パターン１２７に用いたものである。信号用銅箔パターン１２３，１２６，１２４の厚みが例えば２０〜３０μｍであるのに対し、熱接地用銅箔パターン１２７の厚みは例えば１００μｍ程度である。厚い分、フィルム方向への熱伝導性がさらに向上するため、熱結合の効果を一層高める。また、熱容量も増すため、熱結合領域における温度変動も低減する。この実施形態においては、熱接地用銅箔パターン１２７が直接の熱伝導部として機能し、上部フィルム押え部１６３は熱接地用銅箔パターン１２７上に接して補助的な熱伝導部として機能する。

（実施形態４）
図９は、熱接地用銅箔パターン１２７の上に熱容量層１２９を重ねたものである。信号用銅箔パターン１２３，１２６，１２４の厚みが例えば２０〜３０μｍであるのに対し、熱容量層１２９の厚みは例えば２０μｍ以上である。材質は銅、金のような熱伝導率の高い材質のめっきほか、簡便にできる半田めっきなどでもよい。熱接地用銅箔パターン１２７の厚みに加えて、フィルム方向への熱伝導性がさらに向上するため、熱結合の効果を一層高める。また、熱容量も増すため、熱結合領域における温度変動も低減する。熱容量層１２９の別の材質としては、グラファイト等の熱伝導率の高いものでも熱伝導性向上の効果が得られる。この実施形態においては、熱接地用銅箔パターン１２７および熱容量層１２９が直接の熱伝導部として機能し、上部フィルム押え部１６３は熱容量層１２９に接して補助的な熱伝導部として機能する。

（実施形態５）
図１０において、熱伝導部（１６３，１２７）が設けられた面とは反対の面のフィルム上であって、熱伝導部に相当する領域内に、熱流出入部材と結合される熱接地補助銅箔パターン１２８を更に有する。
また、この実施例において、図１１（a）は温度センサ１００を、二つの感温素子１０１，１０２の中心同士を結ぶ線に沿ってフィルム面に垂直に切断した様子を示す。銅箔パターンは図示を省略している。図１１（ｂ）は、温度センサ１００を固定手段４０２により、外部部材４００に取付けた状態において、同じ断面を示す。
図１１（ｂ）において、熱接地補助銅箔パターン１２８の領域は薄いフィルム１５０を挟んで熱接地用銅箔パターン１２７と重なっているので、両者は熱結合する。また、熱接地補助銅箔パターン１２８は、底部カバー１７０の中央部において熱流出入部１７１の近傍にある。したがって、熱接地補助銅箔パターン１２８があることによって、熱伝導部（１６３，１２７）と熱流出入部１７１との熱結合がさらに強化される。

実施形態５の構成による検出精度改善の効果を図１４に示す。非接触温度センサが取り付けられている外部部材の両端が８０℃であった状態から、片端の雰囲気温度が1秒間２０℃となり再び８０℃に戻った場合の、非接触温度センサの温度検出誤差を示す。これは装置内部の温度が全体的に８０℃であったが、装置筐体の蓋が１秒間開かれたことにより外部部材の片側がその間２０℃の外部温度にさらされた場合に相当する。検出対象物の温度は１８０℃である。
点線で示し検出誤差特性は、熱的対称性を考慮していない従来構造の非接触温度センサ
であり、一時的には１７℃の検出誤差が発生している。しかし、本考案の実施形態５のように熱的対称性を考慮した形状であると図１４の実線の特性で示すように、ほとんど検出誤差を発生しない事が分かる。

これまで、熱流出入部が、２つの感温素子の中心を結ぶ線上にある実施形態について説明してきたが、温度センサの対称軸上であれば他の位置にあってもよい。
温度センサの受光領域と遮光領域に挟まれた位置より外側に熱流出入部を配置すれば、受光領域と遮光領域とを近づけることができ、両者の熱的条件をより近いものにすることができ、また温度センサの幅を小さくすることができる。

（実施形態６）
固定部を兼ねた熱流出入部１７１が、２つの感温素子の中心を結ぶ線をはさんで、リード線取り付け部側と同じ側に位置にする実施形態について、図１２（ａ）に上方から見た筐体、（ｂ）に底部側から見た筐体を示す。この実施形態に対応するフィルムを図１２(ｂ)に示す。
熱流出入部１７１は、これまでの実施形態と違って、２つの感温素子の中心を結ぶ線上にないが、温度センサ１００の対称軸上にあり、また、密集部分１５２の中心もフィルムの対称軸１５１軸上にある。
二つの感熱素子１０１，１０２、信号用銅箔１２１，１２２，１２３，１２４も密集部分を中心に左右対称に配置されている。
密集部分１５２は、熱接地用銅箔パターン１２７、熱接地補助銅箔パターン１２８に熱結合し、熱接地用銅箔パターン１２７、熱接地補助銅箔パターン１２８は上部カバー１６０と底部カバー１７０とにはさみこまれる。結果的に密集部分１５２は温度センサ１００の底部の熱流出入部１７１に熱結合される。本実施例において赤外線センサ１００は熱流出入部１７１に対して熱的に左右対称に構成されている。
以上のように熱流出入点を中心とした熱的要素の構成の左右対称性が守られているので、赤外線の入射による以外の、感温素子の温度の差に影響を与える要因が打ち消され、温度センサの検出精度を保つことができる。

（実施形態７）
固定部を兼ねた熱流出入部１７１が、２つの感温素子の中心を結ぶ線をはさんで、リード線取り付け部側と対抗する位置にある実施形態について、図１３（ａ）に上方から見た筐体、（ｂ）に底部側から見た筐体を示す。この実施形態に対応するフィルムを図１３(ｃ)に示す。熱流出入部１７１は、図１３(ｂ)に示すように、結合手段１７２が底部側に突出して固定面と接することにより実現されている。図１３(ｃ)において半円状切欠き部１５３の中心は対称軸１５１上にあり、結合手段１７２は半円状切欠き部１５３に勘合するので、結合手段１７２の端部にある熱流出入部１７１も対称軸１５１上にくる。熱接地用銅箔パターン１２７は対称軸１５１に沿って設けられており、熱接地用銅箔パターン１２７の設けられたフィルムの反対面には、密集部分１５２が設けられている。密集部分１５２はこれまでの実施形態に比べて広い領域になっており、かつ信号用銅箔１２３，１２４，１２６は密集部分１５２において相互に近接しつつ、密集部分１５２全域にわたって蛇行している。蛇行することにより、信号用銅箔パターン１２３，１２４，１２６の密集部分１５２内でのパターン経路長を長くとることができる、すなわち近接して隣り合う長さが長くなりかつ熱接地用銅箔パターン１２７と熱結合している長さも長くなるので、熱結合の度合いが高まる。

図１３（ｃ）に示すように、信号用銅箔パターン１２１、１２２、１２３，１２４は、感温素子の周囲においては折り返して引き回されている。例えば折り返し点は、１４１，１４２，１４３，１４４である。折り返すことにより、感温素子から密集部分１５２までのパターンを長くして、熱抵抗を増やしている。感温素子から熱的アース点である密集部分への熱の流れを制限することにより、感温素子から流出する熱量を抑え、温度センサの感度低下を防ぐことができる。折り返しの回数を、さらに多くすると、感度は向上するが、信号用銅箔パターンの熱容量が増えるため、センサの応答性は低下するので、用途に応じて調整する。信号用銅箔パターン１２３，１２４，１２６は密集部分１５２内の蛇行部分については対称軸１５１に対して対称ではないが、密集部分１５２を出て電極１１１，１１２，１１３，１１４に至る部分は対称軸１５１に対して対称、つまり熱的アース点である密集部分１５２から感熱素子の電極１１１、１１２、１１３、１１４に至るパターンは対称である。したがって熱的アース点から左右の感温素子への熱的影響が均等になるようにされている。

図１３（ｃ）において、１４５，１４６，１４７，１４８は集熱用銅箔パターンであり、フィルム１５０の各所に分布している熱量を捕捉し、これを感温素子１０１，１０２に集熱させるための集熱部材である。感温素子１０１、１０２近傍の領域だけでなく離れた領域からも広範囲にわたって熱量を捕捉し、感温素子１０１、１０２に効率良く集熱できるように、電極１１１，１１２．１１３，１１４を起点として赤外線吸収膜１５０の面内に放射状に形成されている。集熱用銅箔パターン１４５，１４６，１４７，１４８は、電気信号の伝送に係わる部材ではなく、熱伝導のみに係わる部材であるため、外部の部品に接続することなく、赤外線吸収膜１５０の面内で終端している。このため、集熱用銅箔パターン１４５，１４６，１４７，１４８から外部に熱が流出することはなく、集熱用銅箔パターンの終端から感温素子１０１，１０２へ向かって一方向に熱が流れる。

集熱用銅箔パターンは、赤外線吸収膜１５０の各所に蓄熱している熱量を万遍なく捕捉するために、電極１１１，１１２，１１３，１１４を起点として赤外線吸収膜１５０の外周端部に向かって枝分かれを繰り返しながら放射状に形成されているのが好ましい。このような構成により、赤外線吸収膜１５０に分布する熱量は、集熱用銅箔パターンの枝と枝との間に島状に点在し、赤外線吸収膜１５０と感温素子１０１，１０２との間の温度勾配により、感温素子１０１，１０２へ向けて熱の流れを生じさせることができる。また、集熱用銅箔パターン１４５，１４６，１４７，１４８を放射状に形成することで、熱を捕捉できる集熱範囲を拡大することが可能になり、集熱効率を高めることができる。また、集熱用銅箔パターン１４５，１４６，１４７，１４８の根元部分（集熱用銅箔パターンと電極１１１，１１２，１１３，１１４との接続部分）から集熱範囲の各点へ至る伝熱経路を短くできるため、赤外線吸収膜１５０に分布する熱量を低熱抵抗の伝熱経路を通じて感温素子１０１，１０２へ素早く集熱することができる。これにより、感温素子１０１，１０２は、熱源の温度変化に対して応答性よく反応することができる。
集熱用銅箔パターン１４５，１４６，１４７，１４８も、対称軸１５１に対して、対称に形成されている。

密集部分１５２は、熱接地用パターン１２７、熱接地補助銅箔パターン１２８に熱結合し、熱接地用パターン１２７、熱接地補助銅箔パターン１２８は上部カバー１６０と底部カバー１７０とにはさみこまれる。結果的に密集部分１５２は温度センサ１００の底部の熱流出入部１７１に熱結合される。本実施例において赤外線センサ１００は熱流出入部１７１に対して熱的に左右対称に構成されている。
以上のように熱流出入点を中心に熱的要素の構成の左右対称性が守られているので、赤外線の入射による以外の、感温素子の温度の差に影響を与える要因が打ち消され、温度センサの検出精度を保つことができる。

本発明に係わる温度センサは、熱源の温度を非接触測定する用途に応用できる。

１００・・・温度センサ
１０１・・・第１の感温素子、１０２・・・第２の感温素子
１１１〜１１４・・・感温素子の電極
１２１〜１２４・・・信号用銅箔パターン
１２６・・・合流点
１２７・・・熱接地用銅箔パターン
１２８・・・熱接地補助銅箔パターン
１２９・・・熱容量層
１３１〜１３３・・・取出し用銅箔パターン
１４１〜１４３・・・リード線
１４５〜１４８・・・集熱用銅箔パターン
１５０・・・フィルム
１５１・・・対称軸
１５２・・・密集部分
１５３・・・半円状切欠き部
１６０・・・上部カバー
１６１・・・開口部、１６２・・・遮光板
１６３・・・上部フィルム押え部
１７０・・・底部カバー
１７１・・・熱流出入部
１７２・・・結合手段
１７３・・・底部フィルム押え部
４００・・・外部部材
４０２・・・固定手段

Claims (13)

1. 熱源の温度を非接触測定する温度センサであって、
   フィルムの中心軸に対し左右線対称に配置された第1の感温素子と第2の感温素子とを有し、
   第１の前記感温素子は前記フィルム上であって赤外線が入射する領域に配置され、
   第２の前記感温素子は前記フィルム上であって赤外線が遮蔽された領域に配置され、
   前記第１、第２の感温素子の各端子に連結する信号用パターンが前記フィルム上に形成され、
   前記信号用パターンが相互に熱結合する程度に密集する密集部分と、
   前記信号用パターンが形成された面とは反対側の前記フィルム面に接する熱伝導部を有し、
   前記密集部分の中心軸は前記フィルムの中心軸に一致して配置され、
   前記信号用パターンの前記各端子から前記密集部分に至る部分が、前記フィルム上の中心軸に対し左右線対称に配置され、
   前記熱伝導部を前記フィルムの前記信号用パターンが形成された面に投影した領域は前記密集部分を包含しており、前記温度センサの外部にある外部部材に対し、前記熱伝導部を熱結合する、熱流出入部を備えることを特徴とする温度センサ。
2. 前記熱流出入部は熱的に左右対称に形成された温度センサの対称軸上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の温度センサ
3. 前記熱流出入部は前記温度センサを前記外部部材に固定する固定部を兼ねることを特徴とする請求項１または２に記載の温度センサ。
4. 前記熱伝導部は前記フィルムに設けられた熱接地用銅箔パターンであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の温度センサ
5. 前記熱接地用パターンの厚みは、前記信号用パターンの厚みより大きいことを特徴とする請求項４に記載の温度センサ。
6. 前記熱接地用パターンに重ねた熱容量層を更に有することを特徴とする請求項４または５に記載の温度センサ。
7. 前記熱伝導部が設けられた面とは反対の面の前記フィルム上であって、前記熱伝導部に相当する領域内に、前記熱流出入部と結合される熱接地補助パターンを更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の温度センサ
8. 前記熱流出入部は、前記第１、第２の感温素子の中心を結ぶ線上にあることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の温度センサ
9. 前記第１、第２の感温素子の中心を結ぶ線に対し、前記熱流出入部と、前記リード線取り付け部とがお互いに同じ側に位置することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の温度センサ
10. 前記熱流出入部と、前記信号用パターンを接続するリード線取り付け部とが、前記第１、第２の感温素子の中心を結ぶ線をはさんで、お互いに対抗する位置にあることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の温度センサ
11. 前記信号用パターンは、前記密集部分において、お互いに近接しつつ蛇行することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の温度センサ。
12. 前記信号用パターンは、前記感温素子の周囲において折り返して引き回されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の温度センサ。
13. 前記フィルム上であって、前記感温素子の電極取り付け部分から放射状に伸びるとともに、前記信号用パターンに接続された集熱用パターンを有し、前記集熱用パターンは、前記フィルム上に前記中心軸に対して左右対称に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の温度センサ。

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