(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を受光するセンサ部と、
前記センサ部を支持する支持体とを備え、
前記センサ部が、絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部と、前記薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に複数の櫛部を有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極と、一端が前記一対の櫛型電極に接続され前記絶縁性フィルムの表面にパターン形成された一対のパターン電極と、前記絶縁性フィルムの表面にパターン形成され赤外線を反射する赤外線反射膜とを備え、
前記支持体が、測定対象物に対して前記薄膜サーミスタ部を対向配置すると共に前記赤外線反射膜が前記測定対象物からの赤外線を前記薄膜サーミスタ部へ向けて反射する角度に前記絶縁性フィルムを曲げて支持し、
前記絶縁性フィルムが、前記測定対象物側の面に凹曲面を有して湾曲し、
前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムと共に湾曲して前記凹曲面上に形成されており、前記測定対象物側に向いた凹面状の受光面を有し、
前記赤外線反射膜と湾曲した前記薄膜サーミスタ部とが、共に前記絶縁性フィルムの前記測定対象物側の面に形成されて前記絶縁性フィルムと一体になっていることを特徴とする非接触温度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触温度センサにおいて、
前記赤外線反射膜が、前記絶縁性フィルムと共に湾曲しており、凹面状の反射面を有し、前記測定対象物からの赤外線を前記薄膜サーミスタ部へ向けて集光させることを特徴とする非接触温度センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の非接触温度センサにおいて、
前記絶縁性フィルムが、帯状に形成され、
前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムの中央に配されていると共に、一対の前記赤外線反射膜が、前記薄膜サーミスタ部を挟んで前記絶縁性フィルムの両端側に配されていることを特徴とする非接触温度センサ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の非接触温度センサにおいて、
前記絶縁性フィルムが、十字形状に形成され、
前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムの中央に配されていると共に、前記絶縁性フィルムの４つの端部側に、前記赤外線反射膜がそれぞれ配されていることを特徴とする非接触温度センサ。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の非接触温度センサにおいて、
前記支持体が、前記絶縁性フィルムを開口端部と閉塞端部とを有した筒形状に曲げて支持し、前記赤外線反射膜を内周面全体に配すると共に、前記閉塞端部の内面に前記薄膜サーミスタ部を配していることを特徴とする非接触温度センサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の非接触温度センサにおいて、
前記赤外線反射膜が複数設けられ、そのうちの少なくとも一部が、前記パターン電極で形成されていることを特徴とする非接触温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠方からの輻射を集束して輻射に対する感度を高めた非接触温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複写機やプリンタ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非接触温度センサが設置されている。このような非接触温度センサは、例えば特許文献１には、輻射熱エネルギーを集熱する反射鏡と、反射鏡による集光部に感熱素子を設置した輻射熱センサが提案されている。この輻射熱センサでは、感熱素子にチップサーミスタを用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１８１０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来の非接触温度センサでは、遠方の測定対象物からの輻射に対する感度を高めるために感熱素子であるチップサーミスタに赤外線を集束させる反射鏡部材を用意する必要があった。このため、反射鏡部材により全体の重量が増してしまうと共に、部材コストが増大してしまうという不都合があった。また、チップサーミスタに輻射熱を集束させる必要があるが、測定対象物からの輻射熱（赤外線）の入射方向にばらつきがあると、ピンポイントであるチップサーミスタに集光しきれず、感度が低下してしまう問題があった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、軽量で部材コストの増大を抑制でき、さらに赤外線の入射方向に多少のばらつきがあっても高い感度を得ることができる非接触温度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】
【０００６】
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の発明に係る非接触温度センサは、赤外線を受光するセンサ部と、前記センサ部を支持する支持体とを備え、前記センサ部が、絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部と、前記薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に複数の櫛部を有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極と、一端が前記一対の櫛型電極に接続され前記絶縁性フィルムの表面にパターン形成された一対のパターン電極と、前記絶縁性フィルムの表面にパターン形成され赤外線を反射する赤外線反射膜とを備え、前記支持体が、測定対象物に対して前記薄膜サーミスタ部を対向配置すると共に前記赤外線反射膜が前記測定対象物からの赤外線を前記薄膜サーミスタ部へ向けて反射する角度に前記絶縁性フィルムを曲げて支持していることを特徴とする。
【０００７】
この非接触温度センサでは、支持体が、測定対象物に対して薄膜サーミスタ部を対向配置すると共に赤外線反射膜が測定対象物からの赤外線を薄膜サーミスタ部へ向けて反射する角度に絶縁性フィルムを曲げて支持しているので、反射鏡や反射板を別途用意する必要がなく、柔軟なセンサ部を曲げて設置するだけで赤外線反射膜で赤外線を薄膜サーミスタ部へ集光させることができる。また、別部材として反射鏡や反射板を取り付けた場合に比べて、薄い赤外線反射膜を絶縁性フィルムに成膜しているので、全体を軽量にすることが可能になる。さらに、薄膜サーミスタ部がチップサーミスタに比べて広い面積で赤外線を受光可能であり、赤外線の入射方向がある程度ばらついても赤外線反射膜で反射した赤外線を薄膜サーミスタ部で受けることができ、高い感度を得ることができる。なお、センサ部が柔軟であるので、赤外線の入射方向や角度に応じて、絶縁性フィルムの曲げ角度を変化させることで、赤外線反射膜の角度を調整し、集光性を制御することも容易である。
【０００８】
第２の発明に係る非接触温度センサは、第１の発明において、前記絶縁性フィルムが、帯状に形成され、前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムの中央に配されていると共に、一対の前記赤外線反射膜が、前記薄膜サーミスタ部を挟んで前記絶縁性フィルムの両端側に配されていることを特徴とする。
すなわち、この非接触温度センサでは、薄膜サーミスタ部が、帯状の絶縁性フィルムの中央に配されていると共に、一対の赤外線反射膜が、薄膜サーミスタ部を挟んで絶縁性フィルムの両端側に配されているので、表面を内側にして絶縁性フィルムを凹形状に湾曲させることで、両側にある一対の赤外線反射膜で赤外線を反射させて中央の薄膜サーミスタ部に集光することができる。
【０００９】
第３の発明に係る非接触温度センサは、第１の発明において、前記絶縁性フィルムが、十字形状に形成され、前記薄膜サーミスタ部が、前記絶縁性フィルムの中央に配されていると共に、前記絶縁性フィルムの４つの端部側に、前記赤外線反射膜がそれぞれ配されていることを特徴とする。
すなわち、この非接触温度センサでは、薄膜サーミスタ部が、十字形状の絶縁性フィルムの中央に配されていると共に、絶縁性フィルムの４つの端部側に、赤外線反射膜がそれぞれ配されているので、絶縁性フィルムの４つの端部側を中央部を囲むようにそれぞれ内側に折り曲げることで、４つの赤外線反射膜で赤外線を反射させて中央の薄膜サーミスタ部に集光することができる。
【００１０】
第４の発明に係る非接触温度センサは、第１の発明において、前記支持体が、前記絶縁性フィルムを開口端部と閉塞端部とを有した筒形状に曲げて支持し、前記赤外線反射膜を内周面全体に配すると共に、前記閉塞端部の内面に前記薄膜サーミスタ部を配していることを特徴とする。
すなわち、この非接触温度センサでは、支持体が、絶縁性フィルムを開口端部と閉塞端部とを有した筒形状に曲げて支持し、赤外線反射膜を内周面全体に配すると共に、閉塞端部の内面に薄膜サーミスタ部を配しているので、薄膜サーミスタ部を囲んだ筒形状の赤外線反射膜全体で赤外線を反射させて閉塞端部の薄膜サーミスタ部に集光することができる。
【００１１】
第５の発明に係る非接触温度センサは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記赤外線反射膜が複数設けられ、そのうちの少なくとも一部が、前記パターン電極で形成されていることを特徴とする。
すなわち、この非接触温度センサでは、赤外線反射膜が複数設けられ、そのうちの少なくとも一部が、パターン電極で形成されているので、製造工程が簡便になり低コスト化することが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る非接触温度センサによれば、支持体が、測定対象物に対して薄膜サーミスタ部を対向配置すると共に赤外線反射膜が測定対象物からの赤外線を薄膜サーミスタ部へ向けて反射する角度に絶縁性フィルムを曲げて支持しているので、軽量であると共に反射板等の追加部材が不要であり、部材コストの増大を抑制でき、さらに赤外線の入射方向に多少のばらつきがあっても高い感度を得ることができる。
したがって、本発明の非接触温度センサは、柔軟な絶縁性フィルムを曲げるだけの簡易な構造で赤外線の反射と集光とを容易に設定することができ、遠方からの輻射も効率的に集束して輻射に対する高い感度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る非接触温度センサの第１実施形態を示す側面図である。
【図２】第１実施形態において、センサ部を示す平面図及びＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明に係る非接触温度センサの第２実施形態を示す斜視図である。
【図４】第２実施形態において、センサ部を示す平面図である。
【図５】本発明に係る非接触温度センサの第３実施形態を示す斜視図である。
【図６】第３実施形態において、展開したセンサ部を示す平面図である。
【図７】本発明に係る非接触温度センサの第４実施形態を示す側面図である。
【図８】第４実施形態において、センサ部を示す平面図及びＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る非接触温度センサの第１実施形態を、図１及び図２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。
【００１５】
本実施形態の非接触温度センサ１は、図１及び図２に示すように、赤外線ＩＲを受光するセンサ部２と、センサ部２を支持する支持体３とを備えている。
上記センサ部２は、絶縁性フィルム４と、絶縁性フィルム４の表面にサーミスタ材料でパターン形成された薄膜サーミスタ部５と、薄膜サーミスタ部５の上に複数の櫛部６ａを有して互いに対向してパターン形成された一対の櫛型電極６と、一端が一対の櫛型電極６に接続され絶縁性フィルム４の表面にパターン形成された一対のパターン電極７と、絶縁性フィルム４の表面にパターン形成され赤外線ＩＲを反射する赤外線反射膜８とを備えている。
【００１６】
上記支持体３は、測定対象物Ｍに対して薄膜サーミスタ部５を対向配置すると共に赤外線反射膜８が測定対象物Ｍからの赤外線ＩＲを薄膜サーミスタ部５へ向けて反射する角度に絶縁性フィルム４を曲げて支持している。
上記絶縁性フィルム４は、帯状に形成されている。この絶縁性フィルム４は、例えば厚さ７．５〜１２５μｍのポリイミド樹脂シートで形成されている。
上記薄膜サーミスタ部５は、絶縁性フィルム４の中央に配されていると共に、一対の赤外線反射膜８が、薄膜サーミスタ部５を挟んで絶縁性フィルム４の両端側に配されている。
【００１７】
上記一対のパターン電極７は、例えばＮｉＣｒ膜とＰｔ膜との積層金属膜でパターン形成され、互いに対向状態に配した櫛形パターンの櫛形電極部分（櫛部６ａ）を有している。これらパターン電極７の櫛形電極部分は、帯状の絶縁性フィルム４の延在方向に沿って延在するように配置されている。また、一対のパターン電極７の端部には、リード線（図示略）の一端が半田材で接合される。なお、絶縁性フィルム４及び支持体３に貫通孔を形成してリード線を挿通させても構わない。
【００１８】
上記薄膜サーミスタ部５は、例えば膜厚１００〜１０００ｎｍのＴｉＡｌＮ等の窒化物からなる薄膜サーミスタ材料で、矩形状に絶縁性フィルム４の中央にパターン形成されている。
特に、本実施形態の薄膜サーミスタ部５は、一般式：ＴｉｘＡｌｙＮｚ（０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９５、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相である。
【００１９】
また、本実施形態の非接触温度センサ１は、絶縁性フィルム４の表面に薄膜サーミスタ部５を覆う保護膜９を備えている。なお、さらに絶縁性フィルム４の表面の保護膜９を覆う絶縁性の保護シートを接着しても構わない。
上記保護膜９は、絶縁性樹脂膜等であり、例えば厚さ２０μｍのポリイミド膜が採用される。この保護膜９は、薄膜サーミスタ部５と共に櫛部６ａを覆って矩形状にパターン形成されている。
【００２０】
上記一対の赤外線反射膜８は、ＡｌやＡｕ等の金属薄膜を蒸着又はスパッタリングによって絶縁性フィルム４上に矩形状にパターン形成されている。
【００２１】
上記センサ部２は、薄膜サーミスタ部５を内側にして全体が略Ｕ字状になるように撓まされた状態で絶縁性フィルム４の裏面を接着剤等によって支持体３に貼り付けられている。なお、支持体３は、センサ部２の湾曲状態を保持可能な形状とされている。絶縁性フィルム４の湾曲度合いは、測定対象物Ｍからの赤外線ＩＲが一対の赤外線反射膜８で全反射されて中央の薄膜サーミスタ部５へ入射されるように設定されている。
【００２２】
このように本実施形態の非接触温度センサ１では、支持体３が、測定対象物Ｍに対して薄膜サーミスタ部５を対向配置すると共に赤外線反射膜８が測定対象物Ｍからの赤外線ＩＲを薄膜サーミスタ部５へ向けて反射する角度に絶縁性フィルム４を曲げて支持しているので、反射鏡や反射板を別途用意する必要がなく、柔軟なセンサ部２を曲げて設置するだけで赤外線反射膜８で赤外線ＩＲを中央の薄膜サーミスタ部５へ集光させることができる。
【００２３】
また、別部材として反射鏡や反射板を取り付けた場合に比べて、薄い赤外線反射膜８を絶縁性フィルム４に成膜しているので、全体を軽量にすることが可能になる。さらに、薄膜サーミスタ部５がチップサーミスタに比べて広い面積で赤外線ＩＲを受光可能であり、赤外線ＩＲの入射方向がある程度ばらついても赤外線反射膜８で反射した赤外線ＩＲを薄膜サーミスタ部５で受けることができ、高い感度を得ることができる。なお、センサ部が柔軟であるので、赤外線ＩＲの入射方向や角度に応じて、絶縁性フィルム４の曲げ角度を変化させることで、赤外線反射膜８の角度を調整し、集光性を制御することも容易である。この場合、支持体３を、絶縁性フィルム４の曲げ角度を調整可能に可動なものとしても構わない。
【００２４】
また、薄膜サーミスタ部５が、帯状の絶縁性フィルム４の中央に配されていると共に、一対の赤外線反射膜８が、薄膜サーミスタ部５を挟んで絶縁性フィルム４の両端側に配されているので、表面を内側にして絶縁性フィルム４を凹形状に湾曲させることで、両側にある一対の赤外線反射膜８で赤外線を反射させて薄膜サーミスタ部５に集光することができる。
【００２５】
次に、本発明に係る温度センサの第２及び第３実施形態について、図３から図６を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２６】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、一対の赤外線反射膜８が帯状の絶縁性フィルム４に形成されているのに対し、第２実施形態の非接触温度センサ２１では、図３及び図４に示すように、絶縁性フィルム２４が、十字形状に形成され、薄膜サーミスタ部５が、絶縁性フィルム２４の中央に配されていると共に、絶縁性フィルム２４の４つの端部側に、赤外線反射膜８がそれぞれ配されている点である。
【００２７】
すなわち、第２実施形態では、絶縁性フィルム２４の４つの端部が内側に折り曲げられて支持体２３に支持されており、薄膜サーミスタ部５の四方から各赤外線反射膜８で反射された赤外線ＩＲが薄膜サーミスタ部５に集光される。
このように第２実施形態の非接触温度センサ２１では、薄膜サーミスタ部５が、十字形状の絶縁性フィルム２４の中央に配されていると共に、絶縁性フィルム２４の４つの端部側に、赤外線反射膜８がそれぞれ配されているので、絶縁性フィルム２４の４つの端部側を中央部を囲むように内側にそれぞれ折り曲げることで、４つの赤外線反射膜８で赤外線ＩＲを反射させて中央の薄膜サーミスタ部５に集光することができる。
【００２８】
第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、４つの赤外線反射膜８の中央に薄膜サーミスタ部５を配して支持体２３がセンサ部２２を支持しているのに対し、第３実施形態の非接触温度センサ３１では、図５及び図６に示すように、支持体３３が、絶縁性フィルム３４を開口端部と閉塞端部とを有した筒形状に曲げて支持し、赤外線反射膜３８を内周面全体に配すると共に、閉塞端部の内面に薄膜サーミスタ部５を配している点である。
【００２９】
この第３実施形態では、図５に示すように、センサ部３２を展開すると、絶縁性フィルム３４が、赤外線反射膜３８が形成された帯状のＣ字状部３４Ａと、Ｃ字状部３４Ａの中央開口領域に接続され薄膜サーミスタ部５が形成された円形部３４Ｂとで構成されている。この絶縁性フィルム３４は、Ｃ字状部３４Ａの両端部を接着することで、筒状となり、内周面に赤外線反射膜３８が形成される。
【００３０】
また、Ｃ字状部３４Ａの内周縁の長さは、円形部３４Ｂの円周長と同じに設定されており、Ｃ字状部３４Ａを筒状にした際に、開口端部を円形部３４Ｂで閉塞して閉塞端部になり、全体として開口部が大きいカップ形状となるように設定されている。さらに、支持体３３は、センサ部３２を内面で支持可能なカップ形状に形成され、内面に絶縁性フィルム３４の裏面を接着してセンサ部３２を支持している。
【００３１】
このように第３実施形態の非接触温度センサ３１では、支持体３３が、絶縁性フィルム３４を開口端部と閉塞端部とを有した筒形状に曲げて支持し、赤外線反射膜３８を内周面全体に配すると共に、閉塞端部の内面に薄膜サーミスタ部５を配しているので、薄膜サーミスタ部５を囲んだ筒形状の赤外線反射膜３８全体で赤外線ＩＲを反射させて閉塞端部の薄膜サーミスタ部５に集光することができる。
【００３２】
次に、第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、パターン電極７と赤外線反射膜８とが別々に設けられているのに対し、第４実施形態の非接触温度センサ４１では、赤外線反射膜４８が、パターン電極４７で形成されている点である。すなわち、第４実施形態では、一対の櫛型電極６から絶縁性フィルム４の両端部へとパターン電極４７が延在し、保護膜９で覆われていない部分が、そのままパターン電極４７兼赤外線反射膜４８となっている。
【００３３】
このように、第４実施形態の非接触温度センサ４１では、赤外線反射膜４８が、パターン電極４７で形成されているので、製造工程が簡便になり低コスト化することが可能になる。なお、本実施形態では、櫛型電極６から赤外線反射膜４８までのパターン電極４７は、短い距離で接続しているが、広い面積の赤外線反射膜４８（パターン電極４７）から薄膜サーミスタ部５の熱が放熱されてしまうことを防ぐために、櫛型電極６から赤外線反射膜４８までのパターン電極４７の配線を長くかつ細く設定しても構わない。例えば、櫛型電極６から赤外線反射膜４８までのパターン電極４７の配線を、繰り返し折り返した細いミアンダ形状とすることで、熱の逃げを抑制することができる。
また、一対の赤外線反射膜４８のうち、一方だけをパターン電極４７としても構わず、赤外線反射膜４８が３以上ある場合、全ての赤外線反射膜４８又はそのうちの一部をパターン電極４７としてもよい。
【００３４】
なお、本発明の技術範囲は上記各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。
【符号の説明】
【００３５】
１，２１，３１，４１…非接触温度センサ、２，２２，３２…センサ部、３，２３，３３…支持体、４，２４，３４…絶縁性フィルム、５…薄膜サーミスタ部、６…櫛型電極、６ａ…櫛部、７，４７…パターン電極、８，３８，４８…赤外線反射膜、ＩＲ…赤外線、Ｍ…測定対象物
【図１】
0006511845.tif 000002
【図２】
0006511845.tif 000003
【図３】
0006511845.tif 000004
【図４】
0006511845.tif 000005
【図５】
0006511845.tif 000006
【図６】
0006511845.tif 000007
【図７】
0006511845.tif 000008
【図８】
0006511845.tif 000009