(57)【要約】【課題】  導光路部材からの熱の伝達を抑制して高精度な測定が可能な赤外線センサを提供すること。【解決手段】  基板２と、基板の上面に設けられたセンサ本体と、基板上に設置されセンサ本体の周囲を覆う筒状の導光路部材４とを備え、基板が、貫通孔２ａを有した絶縁性の主板部５と、主板部の下面に形成された主板部よりも熱伝導率の高い下面側伝熱層２ｂと、導光路部材が、下部に貫通孔に挿通された固定用爪部４ａを有し、固定用爪部の基板の下面から突出した部分が折り曲げられて折り曲げ部とされ、折り曲げ部と下面側伝熱層とが、直接又は主板部よりも熱伝導率の高い熱伝導体材料Ｈを介して接触している。【選択図】図１
2019148449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上面に設けられ感熱素子を有するセンサ本体と、
前記基板上に設置され前記センサ本体の上方に開口部を有して前記センサ本体の周囲を覆う筒状の導光路部材とを備え、
前記基板が、貫通孔を有した絶縁性の主板部と、
前記主板部の下面に形成された前記主板部よりも熱伝導率の高い下面側伝熱層と、
前記導光路部材が、下部に前記貫通孔に挿通された固定用爪部を有し、
前記固定用爪部の前記基板の下面から突出した部分が折り曲げられて折り曲げ部とされ、
前記折り曲げ部と前記下面側伝熱層とが、直接又は前記主板部よりも熱伝導率の高い熱伝導体材料を介して接触していることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の赤外線センサにおいて、
前記基板が、前記下面側伝熱層の下面に形成された下面側絶縁層を有し、
前記折り曲げ部に対向する領域の前記下面側絶縁層が除去されて露出した前記下面側伝熱層の部分が露出伝熱部とされ、
前記折り曲げ部と前記下面側伝熱層の前記露出伝熱部とが、直接又は前記熱伝導体材料を介して接触していることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の赤外線センサにおいて、
前記貫通孔および前記固定用爪部が複数あることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項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、
前記折り曲げ部と前記露出伝熱部との間が、前記熱伝導体材料で埋められていることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の赤外線センサにおいて、
前記熱伝導体材料が、金属を含有する接合材料であることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の赤外線センサにおいて、
前記熱伝導体材料が、前記貫通孔の内周面と前記固定用爪部との間にも埋められており、この部分の前記熱伝導体材料が、前記折り曲げ部と前記露出伝熱部との間に介在している前記熱伝導体材料と接続されていることを特徴とする赤外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物からの赤外線を検出して該測定対象物の温度を測定する赤外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
例えば、特許文献１には、導光部を有した保持体に設置された樹脂フィルムと、該樹脂フィルムに設けられ導光部を介して赤外線を検出する赤外線検出用感熱素子と、樹脂フィルムに遮光状態に設けられ保持体の温度を検出する温度補償用感熱素子とを備えた赤外線温度センサが提案されている。
【０００３】
また、特許文献２には、赤外線センサ素子と、開口部を有し、かつ、赤外線センサ素子の視野の一部を覆う視野制御部とを備えた赤外線センサ装置が提案されている。
これらの赤外線センサでは、外部からの輻射熱の入射を一定の視野角で制限するため、導光部や視野制御部として導光路部材が設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１５６２８４号公報
【特許文献２】特開２０１４−８１２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来の赤外線センサでは、感熱部への輻射熱の入射視野角を制限するために導光路部材を基板上に設置しているが、導光路部材自体も赤外線を吸収して熱を発生させてしまうため、導光路部材から感熱部又は基板上面に熱が伝達されて感熱部による測定に影響を与え、精度が悪化してしまう不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、導光路部材からの熱の伝達を抑制して高精度な測定が可能な赤外線センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、基板と、前記基板の上面に設けられ感熱素子を有するセンサ本体と、前記基板上に設置され前記センサ本体の上方に開口部を有して前記センサ本体の周囲を覆う筒状の導光路部材とを備え、前記基板が、貫通孔を有した絶縁性の主板部と、前記主板部の下面に形成された前記主板部よりも熱伝導率の高い下面側伝熱層と、前記導光路部材が、下部に前記貫通孔に挿通された固定用爪部を有し、前記固定用爪部の前記基板の下面から突出した部分が折り曲げられて折り曲げ部とされ、前記折り曲げ部と前記下面側伝熱層とが、直接又は前記主板部よりも熱伝導率の高い熱伝導体材料を介して接触していることを特徴とする。
【０００８】
この赤外線センサでは、固定用爪部の基板の下面から突出した部分が折り曲げられて折り曲げ部とされ、折り曲げ部と下面側伝熱層とが、直接又は主板部よりも熱伝導率の高い熱伝導体材料を介して接触しているので、導光路部材の熱が折り曲げ部を介して下面側伝熱層に伝わり、熱を基板の下面側に逃がすことで、センサ本体に与える影響を抑制することができる。
【０００９】
第２の発明に係る赤外線センサは、第１の発明において、前記基板が、前記下面側伝熱層の下面に形成された下面側絶縁層を有し、前記折り曲げ部に対向する領域の前記下面側絶縁層が除去されて露出した前記下面側伝熱層の部分が露出伝熱部とされ、前記折り曲げ部と前記下面側伝熱層の前記露出伝熱部とが、直接又は前記熱伝導体材料を介して接触していることを特徴とする。
この赤外線センサでは、折り曲げ部と下面側伝熱層の露出伝熱部とが、直接又は熱伝導体材料を介して接触しているので、導光路部材の熱が折り曲げ部から露出伝熱部を介して下面側伝熱層に伝わり、熱を基板の下面側に逃がすことができる。
【００１０】
第３の発明に係る赤外線センサは、第１又は第２の発明において、前記貫通孔および前記固定用爪部が複数あることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、貫通孔および固定用爪部が複数あるので、複数箇所で下面側伝熱層に熱が伝わり、効率的に熱を基板の下面側に逃がすことができる。
【００１１】
第４の発明に係る赤外線センサは、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記折り曲げ部と前記露出伝熱部との間が、前記熱伝導体材料で埋めら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、折り曲げ部と露出伝熱部との間が、熱伝導体材料で埋められているので、熱伝導体材料を介して広い面積で折り曲げ部から露出伝熱部へ熱を伝導させることができ、熱をより効率的に基板の下面側へ逃がすことができる。また、熱伝導体材料自体が、放熱体として機能する。
【００１２】
第５の発明に係る赤外線センサは、第４の発明において、前記熱伝導体材料が、金属を含有する接合材料であることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、熱伝導体材料が、金属を含有する接合材料であるので、折り曲げ部と露出伝熱部とが接着され、導光路部材を安定して基板に固定することができると共に、熱伝導体材料中の金属によって熱伝導性がより向上する。
【００１３】
第６の発明に係る赤外線センサは、第４又は第５の発明において、前記熱伝導体材料が、前記貫通孔の内周面と前記固定用爪部との間にも埋められており、この部分の前記熱伝導体材料が、前記折り曲げ部と前記露出伝熱部との間に介在している前記熱伝導体材料と繋がっ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、熱伝導体材料が、貫通孔の内周面と固定用爪部との間にも埋められており、この部分の熱伝導体材料が、折り曲げ部と露出伝熱部との間に介在している熱伝導体材料と接続されているので、貫通孔内の固定用爪部からも貫通孔内の熱伝導体材料を介して下面側の熱伝導体材料に熱が伝わり、さらに効果的に基板の下面へ熱を逃がすことができる。
【発明の効果】
【００１４】
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、固定用爪部の基板の下面から突出した部分が折り曲げられて折り曲げ部とされ、折り曲げ部と下面側伝熱層とが、直接又は主板部よりも熱伝導率の高い熱伝導体材料を介して接触しているので、導光路部材の熱が折り曲げ部を介して下面側伝熱層に伝わり、熱を基板の下面側に逃がすことで、センサ本体に与える影響を抑制することができる。
したがって、本発明の赤外線センサでは、導光路部材からの熱の影響をセンサ本体が受け難く、高精度な測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る赤外線センサの一実施形態を示す要部の拡大断面図である。
【図２】本実施形態において、赤外線センサを示す要部の拡大下面図である。
【図３】本実施形態において、赤外線センサを示す側面図である。
【図４】本実施形態において、赤外線センサを示す平面図である。
【図５】本実施形態において、赤外線センサを示す正面図である。
【図６】本実施形態において、導光路部材を示す側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。
【図７】本実施形態において、センサ本体を示す断面図である。
【図８】本実施形態において、他の例を示す要部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る赤外線センサの一実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１７】
本実施形態の赤外線センサ１は、図１から図４に示すように、基板２と、基板２の上面に設けられ感熱素子を有するセンサ本体３と、基板２上に設置されセンサ本体３の上方に開口部を有してセンサ本体３の周囲を覆う筒状の導光路部材４とを備えている。
特に、導光路部材４は、センサ本体３の感熱面７ａの周囲を覆うように設置されている。
【００１８】
上記基板２は、複数の貫通孔２ａを有した絶縁性の主板部５と、主板部５の下面に形成された下面側伝熱層２ｂと、下面側伝熱層２ｂの下面に形成された下面側絶縁層２ｃとを有している。
また、基板２は、主板部５の上面に形成された上面側導体層２ｄと、上面側導体層２ｄの上面に形成された上面側絶縁層２ｅとを有している。
上記下面側伝熱層２ｂ及び上面側導体層２ｄは、例えば銅箔層である。
上記下面側絶縁層２ｃ及び上面側絶縁層２ｅは、レジスト層である。
【００１９】
上記導光路部材４は、下部に複数の貫通孔２ａに挿通された複数の固定用爪部４ａを有し、固定用爪部４ａの基板２の下面から突出した部分が折り曲げられて折り曲げ部４ｂとされている。
また、上記折り曲げ部４ｂに対向する領域の下面側絶縁層２ｃが除去されて露出した下面側伝熱層２ｂの部分が露出伝熱部Ｒとされ、折り曲げ部４ｂと露出伝熱部Ｒとが、下面側絶縁層２ｃよりも熱伝導率の高い熱伝導体材料Ｈを介して接触している。
なお、熱伝導体材料Ｈを用いない場合、折り曲げ部４ｂをより露出伝熱部Ｒ側に折り曲げて、折り曲げ部４ｂと露出伝熱部Ｒとを、直接接触させても構わない。
【００２０】
本実施形態では、折り曲げ部４ｂと露出伝熱部Ｒとの間が、熱伝導体材料Ｈで埋められている。
なお、図８に示すように、熱伝導体材料Ｈは、貫通孔２ａの内周面と固定用爪部４ａとの間Ｓにも埋められて、この部分の熱伝導体材料Ｈが、折り曲げ部４ｂと露出伝熱部Ｒとの間に介在している熱伝導体材料Ｈと接続するようにしてもよい。
上記熱伝導体材料Ｈは、金属を含有する接合材料である。例えば、熱伝導体材料Ｈは、はんだ材やＡｇペースト又はＣｕペースト等の金属ペーストが採用可能である。
【００２１】
上記導光路部材４は、図３及び図４に示すように、基板２との間に少なくとも１カ所の隙間部４ｃを有して基板２上に設置されている。
導光路部材４は、さらに基板２上に下端が当接状態とされた複数の支持凸部４ｄを下部に有している。これら支持凸部４ｄと固定用爪部４ａとは、導光路部材４の下部から下方に向けて突出して形成されている。
また、隙間部４ｃは、固定用爪部４ａと支持凸部４ｄとの間及び支持凸部４ｄ間に形成されている。すなわち、図６に示すように、固定用爪部４ａと支持凸部４ｄとの間及び支持凸部４ｄ間に形成された凹部４ｃ’が、基板２との間の隙間部４ｃとなる。
【００２２】
このように、導光路部材４の両側面の下部に、それぞれ一対の固定用爪部４ａが形成されていると共に、基板２には、２つの固定用爪部４ａに対応した２つの貫通孔２ａが形成されている。
なお、図４において、分かり易くするために各支持凸部４ｄの周囲を二点鎖線で囲んで示している。
【００２３】
また、支持凸部４ｄは、導光路部材４の対向する一対の側面の下部であって一対の固定用爪部４ａの両側に形成されていると共に、導光路部材４の正面及び背面の下部にそれぞれ１つ形成されている。すなわち、導光路部材４の下部に６カ所の支持凸部４ｄが形成されている。
導光路部材４は、図５及び図６に示すように、角筒状であり、固定用爪部４ａ及び支持凸部４ｄと共に金属または樹脂で一体成形されている。導光路部材４を構成する材質としては、例えば金属の場合、ステンレス等の金属薄板などが採用され、樹脂の場合、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、塩化ビニルなどが採用される。
【００２４】
上記センサ本体３は、例えば図７に示すように、基板２の上面に設置される樹脂等で形成された絶縁性の筐体６と、筐体６上に設置された絶縁性フィルム７、絶縁性フィルム７の基板２側である一方の面に設けられた感熱素子８と、絶縁性フィルム７の一方の面に形成され感熱素子８に接続された導電性の配線膜（図示略）とを備えている。すなわち、このセンサ本体３では、絶縁性フィルム７の他方の面（上面）が感熱面７ａ（受光面）とされている。
なお、上記筐体６の底部には、各配線膜と接続された複数の金属端子部（図示略）が設けられている。
【００２５】
上記基板２は、例えば両面プリント基板（ＰＣＢ）であり、長方形状に形成されている。
この基板２は、その上面にセンサ本体３と接続され銅箔等でパターン形成された複数の配線パターン２ｆを備えている。この配線パターン２ｆは、上面側導体層２ｄをパターニングして形成されている。
各配線パターン２ｆは、その一端がセンサ本体３の各金属端子部（図示略）に接続され、他端が基板２の端部側に配されている。すなわち、配線パターン２ｆは、金属端子部及び配線膜を介して感熱素子８に電気的に接続されている。また、これら配線パターン２ｆは、隙間部４ｃを通って配されている。すなわち、配線パターン２ｆは、隙間部４ｃを介して導光路部材４の内外にわたって基板２上に配線されている。
【００２６】
上記感熱素子８は、例えば両端部に端子電極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、感熱素子８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。
【００２７】
特に、本実施形態では、感熱素子８として、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体、すなわちＭｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料で形成されたサーミスタ素子を採用している。さらに、このセラミックス焼結体は、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有していることが好ましい。特に、セラミックス焼結体としては、立方晶スピネル相からなる単相の結晶構造が最も望ましい。
【００２８】
上記絶縁性フィルム７は、ポリイミド樹脂シートで形成され、配線膜が銅箔で形成されている。
上記筐体６は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂で箱形に形成されており、上部に絶縁性フィルム７を設置して感熱素子８を収納すると共に、基板２の上面に表面実装されている。
なお、筐体６は、側面に設けられ配線膜に上端が接続されていると共に底部まで延在された複数の側面電極部（図示略）と、側面下部において側面電極部の下端に接続されて設けられ下部の基板２の上面の配線に接続させる複数の実装用外部端子（図示略）とを備えている。
【００２９】
このように本実施形態の赤外線センサ１では、折り曲げ部４ｂに対向する領域の下面側絶縁層２ｃが除去されて露出した下面側伝熱層２ｂの部分が露出伝熱部Ｒとされ、折り曲げ部４ｂと露出伝熱部Ｒとが、直接又は下面側絶縁層２ｃよりも熱伝導率の高い熱伝導体材料Ｈを介して接触しているので、導光路部材４の熱が折り曲げ部４ｂを介して露出伝熱部Ｒに伝わり、熱を基板２の下面側に逃がすことで、センサ本体３に与える影響を抑制することができる。
【００３０】
また、折り曲げ部４ｂと露出伝熱部Ｒとの間が、熱伝導体材料Ｈで埋められているので、熱伝導体材料Ｈを介して広い面積で折り曲げ部４ｂから露出伝熱部Ｒへ熱を伝導させることができ、熱をより効率的に基板２の下面側へ逃がすことができる。また、熱伝導体材料Ｈ自体が、放熱体として機能する。
また、熱伝導体材料Ｈが、金属を含有する接合材料であるので、折り曲げ部４ｂと露出伝熱部Ｒとが接着され、導光路部材４を安定して基板２に固定することができると共に、熱伝導体材料Ｈ中の金属によって熱伝導性がより向上する。
【００３１】
さらに、熱伝導体材料Ｈが、貫通孔２ａの内周面と固定用爪部４ａとの間Ｓも埋めることで、この部分の熱伝導体材料Ｈが、折り曲げ部４ｂと露出伝熱部Ｒとの間に介在している熱伝導体材料Ｈと接続されるので、貫通孔２ａ内の固定用爪部４ａからも貫通孔２ａ内の熱伝導体材料Ｈを介して下面側の熱伝導体材料Ｈに熱が伝わり、さらに効果的に基板２の下面へ熱を逃がすことができる。
【００３２】
なお、本発明の技術範囲は上記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。
【００３３】
例えば、上記実施形態では、１つの感熱素子を有するセンサ本体を採用しているが、複数の感熱素子を有するセンサ本体を採用しても構わない。例えば、２つの感熱素子のうち一方の感熱素子を赤外線検出用とすると共に他方の感熱素子を補償用とし、絶縁性フィルムの他方の面における他方の感熱素子側に赤外線反射膜を形成したものをセンサ本体として採用しても構わない。
【００３４】
また、チップサーミスタの感熱素子を採用しているが、薄膜サーミスタで形成された感熱素子を採用しても構わない。
なお、感熱素子としては、上述したように薄膜サーミスタやチップサーミスタが用いられるが、サーミスタ以外に焦電素子等も採用可能である。
また、上記実施形態では、基板の上面に設置した筐体の上に絶縁性フィルムを設けているが、基板の上面に絶縁性フィルムを直接設置してセンサ本体を設けても構わない。
【符号の説明】
【００３５】
１…赤外線センサ、２…基板、２ａ…貫通孔、２ｂ…下面側伝熱層、２ｃ…下面側絶縁層、３…センサ本体、４…導光路部材、４ａ…固定用爪部、４ｂ…折り曲げ部、５…主板部、８…感熱素子、Ｈ…熱伝導体材料、Ｒ…露出伝熱部、Ｓ…貫通孔の内周面と固定用爪部との間
【図１】
2019148449.tif 000003
【図２】
2019148449.tif 000004
【図３】
2019148449.tif 000005
【図４】
2019148449.tif 000006
【図５】
2019148449.tif 000007
【図６】
2019148449.tif 000008
【図７】
2019148449.tif 000009
【図８】
2019148449.tif 000010