JPH06213711A - 焦電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 感知器等として信頼性のある焦電素子を得
る。 【構成】 キャン７の窓孔７ａに導電性を有するフィル
タ８が配設され、フィルタ８の全周が接着剤１３により
接着固定されている。そして、キャン７とフィルタ８と
が導電性接着剤１４により電気的に接続されている。そ
れにより、焦電素子の筐体内部に構成される電気回路を
完全にシールドすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焦電体により検出され
る赤外線を電気的信号として出力する焦電素子に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、タンタル酸リチウムやチタン酸
鉛、ポリフッ化ビニリデンを主材としたコポリマ（ＰＶ
ＤＦ／ＴｒＦＥ）のような強誘電体材料が赤外線を熱吸
収して素子自体の温度変化によって生ずる物理変化量を
電気的信号として出力する焦電素子が赤外線検出素子と
して利用されている。そして、焦電素子の筐体内に赤外
線を透過させる窓部材としては、シリコンやサファイヤ
などが用いられてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】焦電素子は、炎からの
赤外線を検出することによる火災感知器や、人体からの
赤外線を検出する侵入検知器などに使用され、そういっ
た用途で外部からの電磁誘導ノイズが素子としての信号
に加わると誤報を招き、感知器としての信頼性が得られ
ない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の点に鑑
み、焦電体と、焦電体により検出される赤外線を電気的
信号として出力する電気回路を備えた基板とを枠体内に
組み込んでなる焦電素子において、枠体を構成するキャ
ンの窓孔に導電性を有するフィルタ、または導電性を有
する薄膜層が設けられているフィルタが配設され、キャ
ンとフィルタ、または導電性を有する薄膜層とが導電性
接着剤により電気的に接続されていることを特徴とする
ものである。

【０００５】その導電性を有するフィルタは、キャンの
窓孔に接着剤により全周固定され、更に導電性接着剤が
塗布されていて、その導電性接着剤を覆い隠す接着剤が
塗布され、また、導電性を有する薄膜層が設けられてい
るフィルタは、キャンの窓孔に接着剤により全周固定さ
れ、薄膜層とキャンとを電気的に接続する導電性接着剤
が全周に塗布されていることを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】鉄等の金属材料で構成されるキャンの窓孔に、
シリコン製などの導電性を有するフィルタ、または導電
性を有するＩＴＯ膜等の薄膜層が設けられているサファ
イヤ製のフィルタを配設し、銀粉体が混入されているエ
ポキシ系等の導電性接着剤によりキャンとフィルタ、ま
たは導電性を有する薄膜層とを電気的に接続しているの
で、焦電素子の筐体内部に構成される電気回路を完全に
シールドすることができる。

【０００７】そして、フィルタは、キャンの窓孔にエポ
キシ樹脂等による接着剤により全周固定され、導電性接
着剤を塗布することにより、導電性接着剤には、フィル
タとキャンとの接続強度や密封性を依存させず、導電効
率のみを優先させることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。
先ず第１実施例について説明すると、図１において、赤
外線を検出する焦電体１は、素子基台２を介してＦＥＴ
等の回路素子３ａ、３ｂが配設されたプリント基板４上
に配置され、そのプリント基板４は、ステム５を貫通す
る３本のニールピン６ｓ、６ｅ（１本の図示を省略）の
先端に載置されている。上記構成を覆うように、窓孔７
ａにフィルタ８を有するキャン７が配置され、ステム
５、キャン７およびフィルタ８により外枠が構成されて
いる。

【０００９】焦電体１は、成膜されたＰＶＤＦ／ＴｒＦ
Ｅ等であって、その赤外線受光面である上面１ａが凹凸
になるよう粗面にされたフィルム状で、その上下面に
は、ニクロム等の材質による引出し電極を有する鍵穴状
等の電極９ａ、９ｂが設けられている。焦電体１は、図
２および図３に示すように、アルミナ製の素子基台２の
略方形の開口部２ａに張設されるように、全周が基台２
にエポキシ樹脂の接着剤１０により固定されている。素
子基台２は更にアルミナ製のプリント基板４上にエポキ
シ樹脂の接着剤１１により固定され、焦電体１の電極９
ａ、９ｂは、銀粉体を混入したエポキシ系の導電性接着
剤１２ａ、１２ｂによりプリント基板４上の図示しない
配線パターンに接続されている。

【００１０】上記焦電体１を素子基台２の開口部２ａに
張設することにより、赤外線を受けた焦電体１の電気的
変化を起こさせる熱が基台２等に逃げることを防止で
き、電極９ａ、９ｂ部分に効率よく分極状態の変化を起
こさせることができる。また、素子基台２を使用しない
と、フィルム状の焦電体１を直接プリント基板４に接着
することになり、放熱を起こさせるとともに工程上扱い
にくく不具合である。

【００１１】プリント基板４は、ＦＥＴ３ａや高抵抗の
ゲート抵抗３ｂ等の回路素子が搭載され、その中央部分
には、焦電体１と素子基台２とにより密閉空間を形成し
ないように貫通孔４ａが設けられている。そして、プリ
ント基板４は、ステム５を貫通するニールピン６ｓ、６
ｅに対抗する位置に設けられた接続孔４ｓ、４ｅによ
り、所定の位置に半田付け等により固定される。

【００１２】このプリント基板４の貫通孔４ａがない場
合には、焦電体１、素子基台２およびプリント基板４に
より閉じられた空間ができる。このような空間を形成し
てしまうと、焦電体１が赤外線を検出するときに、焦電
体１に起こる熱がその空間を膨張させ、歪みによる分極
状態の変化を焦電体１に生じさせる。その場合には正確
な赤外線量が検出できない。このため、プリント基板４
に貫通孔４ａを設けてキャン７等による外枠内部の空気
の圧力と均一として、焦電体１に不要な歪みが加わらな
いようにしている。

【００１３】ステム５とキャン７は、表面処理された金
属製であって、ステム５の段部５ｂには小さな周壁５ａ
が形成されていて、両者の段部５ｂとキャンの鍔部７ｂ
を対向させ、周壁５ａを抵抗溶接等により密封する。ス
テム５には段部５ｂによる段が形成されているので、キ
ャン７を合わせたときにほぼ所定の位置に配置され、が
たつきによりプリント基板４等に接触し、衝撃を与える
ことはない。

【００１４】フィルタ８はシリコン製等の導電性を有す
るものであって、キャン７の窓孔７ａを効果的に封じる
ため、３層の接着剤により固定されている。先ずエポキ
シ樹脂による接着剤１３がフィルタ８の外周をキャン７
の窓孔７ａの周囲に固定させている。そして、図４に示
すように、キャン７とフィルタ８とを導通をとるため、
全周にわたってもよいが２か所等の局所的に、銀粉体を
混入したエポキシ系の導電性接着剤１４が塗布されてい
る。そして最後に上記導電性接着剤１４を覆い隠すよう
に、フィルタ８の外周にエポキシ樹脂による接着剤１５
を塗布してフィルタ８を強固に固定している。

【００１５】このように、導電性接着剤１４を混入して
キャン７とフィルタ８との導通をとるのは、外部からの
電磁誘導ノイズを遮断するためであって、外枠を構成す
るステム５、キャン７、フィルタ８によって外部ノイズ
は全てニールピン６ｅのアースに落ち、内部の電気回路
には影響を与えない。従って、他のニールピン６ｓは絶
縁体１６を介してステム５を貫通しているが、ニールピ
ン６ｅはステム５に接続されている。なお、導電性接着
剤１４を用いることによるキャン−フィルタ間の電気抵
抗値は、最大４．８ＭΩ、最小２．７ＭΩ、平均４．１
ＭΩ（サンプル数８個）であった。

【００１６】以上、第１実施例の構造について説明して
きたが、その組立工程について説明すると、回路素子３
ａ、３ｂを搭載したプリント基板４と、焦電体１が張設
された素子基台２と、フィルタ８を設けたキャン７とを
用意して、順次ステム５に組み立てていく。

【００１７】粗面上で成膜された焦電体１のフィルム、
あるいは成膜された焦電体１のフィルムの片面をサンド
ブラッシング等により粗面化したフィルムを作成して、
その上下面に鍵穴状の電極９ａ、９ｂとなるようにニク
ロムを例えば５０〜２００オングストロームの厚みに蒸
着し、素子基台２となるよう予め開口部２ａ等を設けて
あるアルミナ板上にフィルムの粗面が上を向くように接
着剤１０を用いて接着固定し、１枚の焦電体１が張設さ
れた素子基台２とする。また、プリント基板４にも、そ
の上下面に予め回路素子３ａ、３ｂを搭載しておく。

【００１８】フィルタ８の片面外周部分に接着剤１３を
塗布し、キャン７の窓孔７ａに当接させて乾燥させ接着
固定する。そのフィルタ８外周の対向する２か所に導電
性接着剤１４を局所的に塗布する。乾燥後、更にフィル
タ８の外周部分を覆うように接着剤１５を塗布し乾燥さ
せ、フィルタ８を設けたキャン７とする。

【００１９】各部を構成した後、先ずステム５のニール
ピン６ｓ、６ｅの先端にプリント基板４を載せ半田付け
により固定する。そして、素子基台２の焦電体１の張設
されていない面に接着剤１１を塗布し、プリント基板４
の所定の配置に当接し接着固定する。その後、焦電体１
の上下面の電極９ａ、９ｂとプリント基板４上の図示を
省略した配線パターンとの間に導電性接着剤１２ａ、１
２ｂを塗布して内部電気回路を完成させる。

【００２０】ステム５上に内部構成を完成させた後、不
活性ガス雰囲気下でキャン７を被せてステム５の段部５
ｂとキャン７の鍔部７ｂを合わせ、抵抗溶接により外周
を溶着する。この外枠となる各部の接続部は、気密に構
成されているので、内部に不活性ガスを封入することが
でき、また、外部からガスや水分が進入して焦電体１等
を腐食させることはない。

【００２１】以上のように構成された第１実施例の焦電
素子は、炎や熱源等からの赤外線をフィルタ８を通して
焦電体１で受け、その焦電体１の電気的変化をプリント
基板４に構成した回路で検出し外部に信号として送りだ
すことができる。

【００２２】本実施例のように、焦電体１の上面１ａを
粗面にしておくと、図１０に示す結果の如く出力感度が
増大してノイズ出力が減少し、総合的に赤外線の受光効
率が向上する。即ち、図６に示すように、焦電体１の受
光面が従来の平面では、焦電体１が感じることのできる
赤外線は、主に電極９ｃを通過した量だけであるが、本
実施例のように受光面を凹凸のある粗面にしておくと、
図５に示すように、電極９ａにおいて反射した赤外線が
再度電極面に進行する。従って表面散乱を起こさせるこ
とにより、従来反射ないし通過されていた分量の赤外線
まで焦電体１が感じることが可能になる。その結果、素
子として高感度になるとともに、炎を検出する火災感知
器として使用する場合には、早期に火災を発見できると
いう効果がある。

【００２３】次に、第２実施例について説明するが、第
１実施例と同一部分については同一符号を付与し、その
素材や作用についても同様であるので説明を省略する。

【００２４】図７において、第１実施例と同様に、赤外
線を検出する焦電体１が素子基台２を介してプリント基
板４上に配置され、そのプリント基板４は、ステム５を
貫通するニールピン６ｓ、６ｅの先端に載置されてい
て、上記構成を覆うように、キャン７が配置されてい
る。そして、この第２実施例では、キャン７の窓孔７ａ
に上下面に、バンドパスフィルタ２１ａ、２１ｂが構成
されたシリコン製のフィルタ２２が設けられている。

【００２５】このバンドパスフィルタ２１ａ、２１ｂ
は、シリコン製の基板部２３の両面にＰｂＴｅとＺｎＳ
を蒸着積層した膜層が形成されていて、片面は４．６５
μｍ以下の波長の光を透過させ、他面は４．２５μｍ以
上の波長の光を透過させるように構成されている。従っ
てこのフィルタ２２は、中心波長４．４５μｍの帯域を
透過させるものとなっている。ここで、積層されるＰｂ
ＴｅやＺｎＳの代わりに例えばＧｅやＳｉＯ層等を用い
てもよいことは勿論である。

【００２６】この第２実施例についても、第１実施例と
同様に、その組立工程について説明すると、回路素子３
ａ、３ｂを搭載したプリント基板４と、焦電体１が張設
された素子基台２と、フィルタ２２を設けたキャン７と
を用意して、順次ステム５に組み立てていく。従って、
フィルタ２２は、第１実施例のフィルタ８と同様に、片
面外周部分に接着剤１３を塗布し、キャン７の窓孔７ａ
に当接させて接着固定する。そして２か所に導電性接着
剤１４を局所的に塗布し、更にフィルタ２２の外周部分
を覆うように接着剤１５を全周にわたって塗布し乾燥さ
せ、フィルタ２２を設けたキャン７とする。そしてステ
ム５上に内部構成を完成させた後、キャン７を被せて外
周を溶着する。

【００２７】以上のように構成された第２実施例の焦電
素子は、フィルタ２２を通して特に炎からの赤外線を選
択して焦電体１で受け、その焦電体１の電気的変化をプ
リント基板４に構成した回路で検出し外部に信号として
送りだすことができ、火災感知器等の炎を検出する場合
に有用である。

【００２８】最後に、第３実施例について説明するが、
第２実施例同様、第１実施例と同一部分については同一
符号を付与し、その素材や作用について説明を省略す
る。

【００２９】図８において、第１実施例と同様に、赤外
線を検出する焦電体１が素子基台２を介してプリント基
板４上に配置され、そのプリント基板４は、ステム５を
貫通するニールピン６ｓ、６ｅの先端に載置されてい
て、上記構成を覆うように、キャン７が配置されてい
る。そして、この第３実施例では、キャン７の窓孔７ａ
に、上下面にバンドパスフィルタ３１ａ、３１ｂが構成
されたサファイヤ製のフィルタ３２が設けられている。
このフィルタ３２は、シリコン製の場合のように導電性
を有していないので、その表面に導電層としてインジウ
ム酸化スズ（ＩＴＯ）膜３３が形成されている。

【００３０】このフィルタ３２のバンドパスフィルタ３
１ａ、３１ｂは、第２実施例同様、サファイヤを基板部
３４としてその両面にＰｂＴｅとＺｎＳを蒸着積層した
膜層が形成されていて、中心波長４．４５μｍの帯域を
透過させるものとなっている。また、ＩＴＯ膜３３は、
厚くすると赤外線の透過を遮断してしまうので、極薄層
に形成されている。

【００３１】この第３実施例についても、第１実施例と
同様に、その組立工程について説明すると、回路素子３
ａ、３ｂを搭載したプリント基板４と、焦電体１が張設
された素子基台２と、フィルタ３２を設けたキャン７と
を用意して、順次ステム５に組み立てていく。

【００３２】このフィルタ３２をキャン７に固定する場
合には、先ず第１実施例のフィルタ８と同様に、フィル
タ３２のＩＴＯ膜３３を有する面外周部分に接着剤３５
を塗布し、キャン７の窓孔７ａに当接させて接着固定す
る。そして図９に示すように、ＩＴＯ膜３３とキャン７
とを導通させるように窓孔７ａに沿って環状に導電性接
着剤３６を塗布乾燥させる。このＩＴＯ膜３３は接着剤
３５との接着性が落ちるので、窓孔７ａより小さい径の
円形に形成されているが、全面であってもよい。そして
キャン内部にフィルタ３２の外周部分を覆うように接着
剤３７を塗布し乾燥させ、フィルタ３２を設けたキャン
７とする。そしてステム５上に内部構成を完成させた
後、キャン７を被せて外周を溶着する。

【００３３】このＩＴＯ膜３３は、フィルタ３２に導電
性を持たせるために形成しているので、フィルタ３２の
上面側である必要はなく、下面側に形成し第１実施例と
同様に３層の接着剤により固定してもよい。また、第１
実施例において、シリコン製のフィルタ８をサファイヤ
製とする場合に、このＩＴＯ膜３３を形成してキャン７
と接続すれば、シリコン製の場合と同様の電磁シールド
効果を得ることができる。

【００３４】以上のように構成された第３実施例の焦電
素子は、第２実施例同様、フィルタ３２を通して特に炎
からの赤外線を選択して焦電体１で受け、その焦電体１
の電気的変化をプリント基板４に構成した回路で検出し
外部に信号として送りだすことができ、火災感知器等の
炎を検出する場合に有用である。

【００３５】なお、上記各実施例において、焦電体１の
上面１ａのみを粗面としてきたが、上下面を粗面として
もよいことは勿論である。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明では、キャンの窓
孔に導電性を有するフィルタ、または導電性を有する薄
膜層が設けられているフィルタが配設され、キャンとフ
ィルタ、または導電性を有する薄膜層とが導電性接着剤
により電気的に接続されているので、焦電素子の筐体内
部に構成される電気回路を完全にシールドすることがで
き、外部からの電磁誘導ノイズにより誤報を防止し、感
知器等としての充分な信頼性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を利用する焦電素子の第１実施例の縦断
面図。

【図２】図１に使用される焦電体および素子基台の状態
を示す縦断面図。

【図３】図２の平面図。

【図４】図１のフィルタの接続状態を示す上向きの横断
面図。

【図５】図１の焦電体への赤外線入射状態を示す概略断
面図。

【図６】図５と比較するための従来の焦電体への赤外線
入射状態を示す概略断面図。

【図７】本発明を利用する焦電素子の第２実施例の縦断
面図。

【図８】本発明を利用する焦電素子の第３実施例の縦断
面図。

【図９】図８のフィルタの接続状態を示す平面図。

【図１０】焦電体表面による電圧感度とノイズ出力の比
較表。

【符号の説明】

１ 焦電体 ２ 素子基台 ４ プリント基板 ５ ステム ７ キャン ７ａ 窓孔 ８、２２、３２ フィルタ １３、３５ 接着剤 １４、３６ 導電性接着剤 ２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂ バンドパスフィルタ ３３ ＩＴＯ膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】焦電体と、該焦電体により検出される赤外
   線を電気的信号として出力する電気回路を備えた基板と
   を枠体内に組み込んでなる焦電素子において、前記枠体
   を構成するキャンの窓孔に導電性を有するフィルタが配
   設され、前記キャンと前記フィルタとが導電性接着剤に
   より電気的に接続されていることを特徴とする焦電素
   子。
2. 【請求項２】フィルタは、キャンの窓孔に接着剤により
   全周固定され、更に導電性接着剤が塗布されていて、該
   導電性接着剤を覆い隠す接着剤が塗布されている請求項
   １の焦電素子。
3. 【請求項３】フィルタの上面およびまたは下面に薄膜を
   積層してなるバンドパスフィルタが構成されている請求
   項１または２の焦電素子。
4. 【請求項４】焦電体と、該焦電体により検出される赤外
   線を電気的信号として出力する電気回路を備えた基板と
   を枠体内に組み込んでなる焦電素子において、前記枠体
   を構成するキャンの窓孔に、導電性を有する薄膜層が設
   けられているフィルタが配設され、前記キャンと前記薄
   膜層とが導電性接着剤により電気的に接続されているこ
   とを特徴とする焦電素子。
5. 【請求項５】導電性を有する薄膜層が設けられているフ
   ィルタは、キャンの窓孔に接着剤により全周固定され、
   前記薄膜層外周にキャンと電気的に接続する導電性接着
   剤を全周に塗布してある請求項４の焦電素子。
6. 【請求項６】フィルタの上面およびまたは下面に薄膜を
   積層してなるバンドパスフィルタが構成されるととも
   に、導電性を有する薄膜層が設けられている請求項４ま
   たは５の焦電素子。