TW201344166A - 紅外線感測器 - Google Patents
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Abstract
提供一種紅外線感測器，即使引線連接於單側，也不會使熱平衡失衡，而可高精度地測定測定對象物之溫度。具備：絕緣性膜(2)；及第1感熱元件(3A)及第2感熱元件(3B)，設於絕緣性膜一方的面；及與第1感熱元件連接之導電性的第1配線膜(4A)及與第2感熱元件連接之導電性的第2配線膜(4B)，形成於絕緣性膜一方的面；及紅外線反射膜(5)，與第2感熱元件相向，設置於絕緣性膜另一方的面；及複數個端子電極(6)，設於絕緣性膜的同一端部側，與對應之第1配線膜及第2配線膜連接；及熱阻調整膜(7)，設於絕緣性膜另一方的面，與第1配線膜和第2配線膜當中相距端子電極的配線距離較長者的至少一部分相向，且由熱散逸性比絕緣性膜還高的材料所形成。
Description
本發明係有關檢測來自測定對象物的紅外線，以測定該測定對象物的溫度之紅外線感測器。
習知會使用紅外線感測器，作為以非接觸方式檢測從測定對象物因輻射而放射出的紅外線，而測定測定對象物溫度之溫度感測器。
舉例來說，專利文獻1中提出一種紅外線溫度感測器，具備：樹脂膜，設置有保持體；及紅外線檢測用感熱元件，設於該樹脂膜，透過保持體的導光部來檢測紅外線；及溫度補償用感熱元件，於樹脂膜設置成遮光狀態，檢測保持體之溫度。該紅外線溫度感測器中，於樹脂膜的端部連接有複數條引線。
此外，專利文獻2記載一種非接觸溫度感測器，具備：第1殼部，形成有紅外線之入射孔；及第2殼部，具有與入射孔相向之入射孔相向面部；及基體，配置於第1殼部與第2殼部的入射孔相向面部之間，且安裝在入射孔相向面部的第1殼部側，對於從入射孔入射之紅外
線進行熱變換；及第1感熱元件，設於基體，感測紅外線的熱量。該非接觸溫度感測器中，感熱元件設於樹脂膜，在該樹脂膜的端部連接有複數條引線。
[專利文獻1]日本特開2002-156284號公報
[專利文獻2]日本特開2006-118992號公報
上述習知技術中，仍留有以下問題。
習知紅外線感測器中，為求成本減低，係從單側將複數條引線取出而集中至連接器，為此，複數個引線連接至樹脂膜的同一端部。在此情形下，依據一對感熱元件的配置不同，從感熱元件至引線的連接部之配線距離會彼此相異，來自引線的熱傳導相異，導致因溫度而使靈敏度不同，造成問題。也就是說，配線膜彼此的長度相異，其熱阻不同，會使一對感熱元件的熱平衡(熱流入之平衡)失衡，造成問題。因此，難以以一對感熱元件來正確地檢測溫度。為了使配線膜彼此的熱阻相同，可以考慮將配線距離較長一方的配線膜寬度增寬，然而一旦將配線膜寬度增寬，則便容易與裝入紅外線感測器的框體接觸，有短路之虞，並不理想。
本發明係有鑑於前述問題而研發，目的在於提供一種紅外線感測器，即使引線連接於單側，也不會使熱平衡失衡，而可高精度地測定測定對象物之溫度。
本發明為解決前述問題，係採用以下構成。亦即，第1發明之紅外線感測器，其特徵為，具備：絕緣性膜；及第1感熱元件及第2感熱元件，在該絕緣性膜一方的面彼此遠離而設置；及與前述第1感熱元件連接之導電性的第1配線膜及與前述第2感熱元件連接之導電性的第2配線膜，形成於前述絕緣性膜一方的面；及紅外線反射膜，與前述第2感熱元件相向，設置於前述絕緣性膜另一方的面；及複數個端子電極，設於前述絕緣性膜的同一端部側，與對應之前述第1配線膜及前述第2配線膜連接；及熱阻調整膜，設於前述絕緣性膜另一方的面，與前述第1配線膜和前述第2配線膜當中相距前述端子電極的配線距離較長者的至少一部分相向，且由熱逸散性比前述絕緣性膜還高的材料所形成。
該紅外線感測器中，由於具備熱阻調整膜，其設於絕緣性膜另一方的面，與第1配線膜和第2配線膜當中相距端子電極的配線距離較長者的至少一部分相向，且由熱逸散性比絕緣性膜還高的材料所形成，故藉由熱阻調整膜的配置、形狀及面積，能夠調整配線距離較長一方的配線膜之熱阻而設定成與另一方的配線膜之熱阻相同，
能夠得到良好的熱平衡。也就是說，由熱逸散性比絕緣性膜還高的金屬膜等材料所形成之熱阻調整膜，對於相向之配線距離較長一方的配線膜，因應其配置、形狀及面積，而具有使熱逸散之放熱板效果，藉此能夠調整熱流入的平衡。是故，對於與端子電極連接之引線，在一對感熱元件之間能使其熱阻平衡，故能改善其溫度特性。此外，由於無需將配線膜寬度增寬，故無需擔心配線膜與框體接觸造成短路。又，熱阻調整膜係形成於與配線膜相反側的絕緣性膜另一方之面，故配置位置、形狀及面積等設計自由度較高，且與配線膜之間藉由絕緣性膜而電性絕緣，故沒有短路之虞。
第2發明之紅外線感測器，係在第1發明中，前述熱阻調整膜，係由與前述紅外線反射膜相同之材料來形成圖樣。
也就是說，該紅外線感測器中，熱阻調整膜是由與紅外線反射膜相同材料來形成圖樣，故在紅外線反射膜成膜時，同時也能使熱阻調整膜形成圖樣，能夠謀求製造工程的減少。
第3發明之紅外線感測器，係在第1或第2發明中，前述第1配線膜是配置至前述第1感熱元件的周圍，且形成為比前述第2配線膜還大面積，前述熱阻調整膜係形成於，前述第1配線膜配置於前述第1感熱元件周圍的部分的相向區域以外之處。
也就是說，該紅外線感測器中，第1配線膜是配置至
第1感熱元件的周圍，且形成為比第2配線膜還大面積，故大面積的第1配線膜會將穿透絕緣性膜而照射至框體或組裝基板的紅外線加以遮蔽，且遮蔽從框體或組裝基板放射出之輻射熱，能夠抑制對於絕緣性膜的熱影響。又，其會改善絕緣性膜中吸收紅外線部分的熱收集性，且與絕緣性膜中形成有紅外線反射膜的部分的熱容量接近，故能夠縮小變動誤差。是故，會敏感地反應周圍的溫度變動，故針對受到與未受到輻射熱的部分，其追蹤性良好，檢測精度會進一步改善。另，第1配線膜的面積及形狀較佳是設定成，與絕緣性膜上形成有紅外線反射膜的部分之熱容量近乎相等。
又，前述配線距離較長者，為前述第1配線膜，熱阻調整膜係形成於，第1配線膜配置於第1感熱元件周圍的部分的相向區域以外之處，故藉由配置於第1感熱元件周圍的部分，來調整其與形成有紅外線反射膜的部分之間的熱容量時，能夠抑制熱阻調整膜對其造成影響。
按照本發明，可發揮以下效果。
也就是說，按照本發明之紅外線感測器，由於具備熱阻調整膜，其設於絕緣性膜另一方的面，與第1配線膜和第2配線膜當中相距端子電極的配線距離較長者的至少一部分相向而形成，故能將彼此的配線膜之熱阻設定成相同，能夠得到良好的熱平衡。
是故，即使引線連接於單側，也能進行高精度的溫度測定，故本發明之紅外線感測器在細長的區域等也容易設置，特別適合構造細長的影印機等的定影輥(fixing roller)之溫度檢測所使用之溫度感測器。
1‧‧‧紅外線感測器
2‧‧‧絕緣性膜
3A‧‧‧第1感熱元件
3B‧‧‧第2感熱元件
4A‧‧‧第1配線膜
4B‧‧‧第2配線膜
5‧‧‧紅外線反射膜
6‧‧‧端子電極
7‧‧‧熱阻調整膜
L‧‧‧引線
[圖1]本發明之紅外線感測器的一實施形態中，卸下感熱元件的紅外線感測器示意背面圖(a)及俯視圖(b)。
[圖2]本實施形態中，沿第1配線膜裁斷之主要部位截面圖。
[圖3]本實施形態中，黏著有感熱元件之絕緣性膜簡易示意立體圖。
以下參照圖1至圖3，說明本發明之紅外線感測器的一實施形態。另，以下說明所用之各圖面，為了可供辨識各構件或放大以便於辨識，係適當變更一部分比例尺。
本實施形態之紅外線感測器1，如圖1至圖3所示，具備：絕緣性膜2；及第1感熱元件3A及第2感熱元件3B，在該絕緣性膜2一方的面(下面或背面)彼此遠離而設置；及與第1感熱元件3A連接之導電性的第
1配線膜4A及與第2感熱元件3B連接之導電性的第2配線膜4B，在絕緣性膜2一方的面藉由銅箔等而形成圖樣；及紅外線反射膜5，與第2感熱元件3B相向，設置於絕緣性膜2另一方的面；及複數個端子電極6，設於絕緣性膜2的同一端部側，與對應之第1配線膜4A及第2配線膜4B連接；及熱阻調整膜7，設於絕緣性膜2另一方的面，與第1配線膜4A和第2配線膜4B當中相距端子電極6的配線距離較長者的至少一部分相向，且由熱散逸性比絕緣性膜2還高的材料所形成。
上述第1配線膜4A，如圖1及圖2所示，係具有寬幅部4a，其配置至第1感熱元件3A的周圍，且圖樣形成為比第2配線膜4B還大面積。該些第1配線膜4A，是將第1感熱元件3A配置於一對寬幅部4a的中央，藉由該些一對寬幅部4a而外形狀設定成與紅外線反射膜5略相同之四角形狀。也就是說，第1配線膜4A的面積及形狀係設定成，與絕緣性膜2上形成有紅外線反射膜5的部分之熱容量近乎相等。另，圖1中，紅外線反射膜5等由金屬箔形成圖樣之部分，係以陰影線圖示。
於一對第1配線膜4A，其一端部各自連接至在絕緣性膜2上形成圖樣之第1黏著電極8A，且另一端部各自連接至在絕緣性膜2上形成圖樣之上述端子電極6。
此外，一對第2配線膜4B係形成為線狀或帶狀，其一端部各自連接至在絕緣性膜2上形成圖樣之第2黏著電
極8B，且另一端部各自連接至在絕緣性膜2上形成圖樣之上述端子電極6。
另，於上述第1黏著電極8A及第2黏著電極8B，分別有第1感熱元件3A及第2感熱元件3B的晶片端子電極3a藉由焊料等導電性黏著劑而黏著。
此外，各端子電極6，在對應之引線L係藉由焊料等導電性黏著劑連接。
上述端子電極6係設置有三個，分別是與第1配線膜4A的一方連接者、與第2配線膜4B的一方連接者、以及與第1配線膜4A的另一方和第2配線膜4B的另一方連接者。
上述絕緣性膜2是由聚醯亞胺樹脂片所形成，而紅外線反射膜5、熱阻調整膜7、第1配線膜4A及第2配線膜4B是由銅箔所形成。也就是說，它們是在作為絕緣性膜2的聚醯亞胺基板的兩面，藉由銅箔而使紅外線反射膜5、熱阻調整膜7、第1配線膜4A及第2配線膜4B形成圖樣之兩面撓性基板而製作出來。
又，上述紅外線反射膜5如圖1所示，是在第2感熱元件3B的正上方配置成四角形狀，由上述銅箔以及層積於該銅箔上之鍍金膜所構成。
該紅外線反射膜5是由具有紅外線反射率比絕緣性膜2還高的材料所形成，如上述般，在銅箔上施以鍍金膜而形成。另，除了鍍金膜之外，例如亦可以鏡面鋁蒸鍍膜或鋁箔等來形成。該紅外線反射膜5係形成為，以比第2感
熱元件3B還大的尺寸將其覆蓋。
上述第1感熱元件3A及第2感熱元件3B，如圖3所示，係為在兩端部形成有晶片端子電極3a之晶片熱阻器(thermistor)。該熱阻器可為NTC型、PTC型、CTR型等熱阻器，在本實施形態中，第1感熱元件3A及第2感熱元件3B，例如採用NTC型熱阻器。該熱阻器是由Mn-Co-Cu系材料、Mn-Co-Fe系材料等熱阻器材料來形成。
特別是，本實施形態中，第1感熱元件3A及第2感熱元件3B，係採用含有Mn，Co及Fe的金屬氧化物之陶瓷燒結體，亦即由Mn-Co-Fe系材料所形成之熱阻器元件。又，該陶瓷燒結體較佳為具有立方晶尖晶石(spinel)相作為主相之結晶構造。特別是，陶瓷燒結體以由立方晶尖晶石相所構成之單相結晶構造最為理想。
本實施形態中，第1感熱元件3A被配置成比第2感熱元件3B還遠離端子電極6，第1配線膜4A的配線距離設定成比第2配線膜4B還來得長。
此外，上述熱阻調整膜7係形成於，第1配線膜4A配置於第1感熱元件3A周圍的部分(寬幅部4a)的相向區域以外之處。也就是說，熱阻調整膜7是從寬幅部4a的兩側朝向形成有端子電極6的端部側延伸，呈一對略梯形狀圖樣。
該熱阻調整膜7只要由熱逸散性比絕緣性膜2還高的材料來形成即可，但特別在本實施形態中，是由與
紅外線反射膜5相同之材料來形成圖樣。也就是說，熱阻調整膜7係由銅箔以及層積於該銅箔上之鍍金膜所構成，且為未與配線膜連接，電性呈浮動之浮動電極。
像這樣，本實施形態之紅外線感測器1中，由於具備熱阻調整膜7，其設於絕緣性膜2另一方的面，與第1配線膜4A和第2配線膜4B當中相距端子電極6的配線距離較長者的至少一部分相向而形成，故藉由熱阻調整膜7的配置、形狀及面積，能夠調整配線距離較長一方的配線膜之熱阻而設定成與另一方的配線膜之熱阻相同，能夠得到良好的熱平衡。
也就是說，由金屬膜等所形成之熱阻調整膜7，對於相向之配線距離較長一方的配線膜，因應其配置、形狀及面積，而具有使熱逸散之放熱板效果，藉此能夠調整熱流入的平衡。是故，對於與端子電極6連接之引線L，在一對感熱元件3A，3B之間能使其熱阻平衡，故能改善其溫度特性。
此外，由於無需將配線膜寬度增寬，故無需擔心收納紅外線感測器1的框體與配線膜接觸造成短路。又，熱阻調整膜7係形成於與配線膜4A，4B相反側的絕緣性膜2另一方之面，故配置位置、形狀及面積等設計自由度較高，且與配線膜4A，4B之間藉由絕緣性膜2而電性絕緣，故沒有短路之虞。
又，熱阻調整膜7是由與紅外線反射膜5相同材料來形成圖樣，故在紅外線反射膜5成膜時，同時也能使熱阻
調整膜7形成圖樣，能夠謀求製造工程的減少。
此外，第1配線膜4A是配置至第1感熱元件3A的周圍，且形成為比第2配線膜4B還大面積，故大面積的第1配線膜4A會將穿透絕緣性膜2而照射至框體或組裝基板的紅外線加以遮蔽，且遮蔽從框體或組裝基板放射出之輻射熱，能夠抑制對於絕緣性膜2的熱影響。又，其會改善絕緣性膜2中吸收紅外線部分的熱收集性，且與絕緣性膜2中形成有紅外線反射膜5的部分的熱容量接近，故能夠縮小溫度變動誤差。
是故，會敏感地反應周圍的溫度變動，故針對受到與未受到輻射熱的部分，其追蹤性良好，檢測精度會進一步改善。另，第1配線膜4A的面積及形狀較佳是設定成，與絕緣性膜2上形成有紅外線反射膜5的部分之熱容量近乎相等。
又，熱阻調整膜7係形成於，第1配線膜4A配置於第1感熱元件3A周圍的部分的相向區域以外之處，故藉由配置於第1感熱元件3A周圍的部分，來調整其與形成有紅外線反射膜5的部分之間的熱容量時，能夠抑制熱阻調整膜7對其造成影響。
另，本發明之技術範圍並不限定於上述實施形態，在不脫離本發明要旨的範圍內，可追加各種變更。
舉例來說，上述實施形態中，第1感熱元件係檢測從直接吸收紅外線之絕緣性膜所傳導的熱，但亦可在第1感熱元件的正上方，亦即絕緣性膜上形成紅外線吸
收膜。在此情形下，第1感熱元件的紅外線吸收效果會進一步提升，第1感熱元件與第2感熱元件之間能夠得到更良好的溫度差。也就是說，亦可藉由該紅外線吸收膜來吸收來自測定對象物的輻射而產生之紅外線，從吸收了紅外線而發熱之紅外線吸收膜，透過絕緣性膜之熱傳導，來使正下方的第1感熱元件溫度變化。
該紅外線吸收膜，是由具有紅外線吸收率比絕緣性膜還高的材料來形成，例如可採用含有碳黑(carbon black)等紅外線吸收材料之膜，或紅外線吸收性玻璃膜(含有二氧化矽71%之硼矽酸玻璃膜等)所形成之物等。特別是，紅外線吸收膜以摻銻氧化錫(antimony-doped tin oxide；ATO)膜較理想。該ATO膜相較於碳黑等，其紅外線吸收率良好，且耐光性優良。此外，ATO膜是以紫外線來使其硬化，故黏著強度強，相較於碳黑等不易剝落。
另，該紅外線吸收膜較佳是形成為，以比第1感熱元件還大的尺寸將其覆蓋。此外，若設置紅外線吸收膜時，必須設定包含各配線膜在內的面積或形狀，以便其與紅外線反射膜側的熱容量略相等。
此外，第1感熱元件及第2感熱元件雖採用晶片熱阻器，但亦可採用由薄膜熱阻器所形成的第1感熱元件及第2感熱元件。
另，感熱元件雖可使用上述之薄膜熱阻器或晶片熱阻器，但除了熱阻器以外亦可採用熱電元件等。
1‧‧‧紅外線感測器
2‧‧‧絕緣性膜
3A‧‧‧第1感熱元件
3B‧‧‧第2感熱元件
4A‧‧‧第1配線膜
4a‧‧‧寬幅部
4B‧‧‧第2配線膜
5‧‧‧紅外線反射膜
6‧‧‧端子電極
7‧‧‧熱阻調整膜
8A‧‧‧第1黏著電極
8B‧‧‧第2黏著電極
L‧‧‧引線
Claims (3)
- 一種紅外線感測器，其特徵為，具備：絕緣性膜；第1感熱元件及第2感熱元件，在該絕緣性膜一方的面彼此遠離而設置；與前述第1感熱元件連接之導電性的第1配線膜及與前述第2感熱元件連接之導電性的第2配線膜，形成於前述絕緣性膜一方的面；紅外線反射膜，與前述第2感熱元件相向，設置於前述絕緣性膜另一方的面；複數個端子電極，設於前述絕緣性膜的同一端部側，與對應之前述第1配線膜及前述第2配線膜連接；及熱阻調整膜，設於前述絕緣性膜另一方的面，與前述第1配線膜和前述第2配線膜當中相距前述端子電極的配線距離較長者的至少一部分相向，且由熱散逸性比前述絕緣性膜還高的材料所形成。
- 如申請專利範圍第1項之紅外線感測器，其中，前述熱阻調整膜，係由與前述紅外線反射膜相同之材料來形成圖樣。
- 如申請專利範圍第1或2項之紅外線感測器，其中，前述第1配線膜是配置至前述第1感熱元件的周圍，且形成為比前述第2配線膜還大面積，前述配線距離較長者，為前述第1配線膜， 前述熱阻調整膜係形成於，前述第1配線膜配置於前述第1感熱元件周圍的部分的相向區域以外之處。
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