(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面を上面に有する絶縁性フィルムと、
前記絶縁性フィルムの上面に互いに離間させてサーミスタ材料で形成された温度検出用の第１の薄膜サーミスタ部及び温度補償用の第２の薄膜サーミスタ部と、
前記第１の薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に互いに近接状態で対向して形成された一対の第１の対向電極と、
前記第２の薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に互いに近接状態で対向して形成された一対の第２の対向電極と、
前記第１の薄膜サーミスタ部の上面に直接又は前記第１の対向電極を介して形成された絶縁性の赤外線吸収膜とを備え、
一対の前記第２の対向電極のうち少なくとも一方が、一対の前記第２の対向電極の間を除いて前記第２の薄膜サーミスタ部の上面全体を覆った状態で前記第２の薄膜サーミスタ部の上面に直接形成されており、前記赤外線吸収膜よりも赤外線の反射率が高い赤外線反射膜とされ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、
一対の前記第２の対向電極のうち少なくとも一方に接続され前記第１の薄膜サーミスタ部を囲んで前記第１の薄膜サーミスタ部の周囲に延在した外周延在部が、前記絶縁性フィルムの上面に形成されてい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、
一対の前記第２の対向電極のうち一方が、前記第２の薄膜サーミスタ部の上面全体に形成されていると共に、他方が前記第２の薄膜サーミスタ部と前記絶縁性フィルムとの間に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、製造コストの削減及び応答性の向上が可能なフィルム型の温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ポリイミド樹脂等で形成された絶縁性フィルム上に薄膜状のサーミスタ部を形成したフィルム型の温度センサが開発されている。特に、このようなフィルム型温度センサとして、温度検出用の感熱素子と温度補償用の感熱素子とを備えたものが開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、センサ部が、受光面を上面に有する帯状の絶縁性フィルムと、絶縁性フィルムの下面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、絶縁性フィルムの下面に形成され第１の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、第２の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの上面に設けられた赤外線反射膜と、絶縁性フィルムの下面に形成され対応する第１の配線膜及び第２の配線膜に接続された複数の端子電極とを備えた非接触温度センサが記載されている。
【０００４】
この非接触温度センサでは、第１の感熱素子と第２の感熱素子とが、絶縁性フィルム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、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対応する第１の配線膜又は第２の配線膜に接続された一対の櫛型電極とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１９０７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来のフィルム型温度センサは、温度補償用の第２の感熱素子（薄膜サーミスタ部）に対向して絶縁性フィルムの上面に赤外線反射膜が設けられているが、絶縁性フィルムの下面に薄膜サーミスタ部、櫛型電極及び配線膜をパターン形成するだけでなく、反対面である絶縁性フィルムの上面にも赤外線反射膜をパターン形成する必要があることで、製造工程及び製造コストが増大してしまう問題があった。また、薄膜サーミスタ部を採用することで高い応答性が得られるが、赤外線反射膜を絶縁性フィルムの上面に積層した分、熱容量が大きくなり、さらなる応答性の向上が難しいという不都合があった。さらに、絶縁性フィルムの両面に形成するパターンの位置に誤差が生じ易く、センサの検出誤差を生む要因の一つになるおそれがあった。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、製造工程や製造コストを低減することができると共に応答性を向上させることが可能な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】
【０００８】
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の発明に係る温度センサは、受光面を上面に有する絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの上面に互いに離間させてサーミスタ材料で形成された第１の薄膜サーミスタ部及び第２の薄膜サーミスタ部と、前記第１の薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に互いに近接状態で対向して形成された一対の第１の対向電極と、前記第２の薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に互いに近接状態で対向して形成された一対の第２の対向電極と、前記第１の薄膜サーミスタ部の上面に直接又は前記第１の対向電極を介して形成された絶縁性の赤外線吸収膜とを備え、一対の前記第２の対向電極のうち少なくとも一方が、一対の前記第２の対向電極の間を除いて前記第２の薄膜サーミスタ部の上面全体を覆う赤外線反射膜とされていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の温度センサでは、一対の第２の対向電極のうち少なくとも一方が、一対の第２の対向電極の間を除いて第２の薄膜サーミスタ部の上面全体を覆う赤外線反射膜とされているので、赤外線吸収膜と赤外線反射膜を兼用する第２の対向電極とが絶縁性フィルムの同じ上面側に形成されることで、片面のみに各膜をパターン形成するだけで作製することができる。したがって、両面にパターン形成する場合に比べて製造工程や製造コストを削減することができると共に、高精度に各膜をパターン形成できる。また、第２の対向電極が赤外線反射膜を兼用するため、赤外線反射膜を別途パターン形成する必要が無く、熱容量も増大しないことで、応答性を向上させることも可能になる。
なお、一対の第１の対向電極及び一対の第２の対向電極は、それぞれ第１の薄膜サーミスタ部又は第２の薄膜サーミスタ部の上及び下の少なくとも一方に互いに近接状態で対向して形成されるが、これは一対の上記対向電極が第１の薄膜サーミスタ部又は第２の薄膜サーミスタ部の上下に配されて上下方向（厚さ方向）で対向している場合も含むものである。
【００１０】
第２の発明に係る温度センサは、第１の発明において、一対の前記第２の対向電極のうち少なくとも一方に接続され前記第１の薄膜サーミスタ部を囲んで前記第１の薄膜サーミスタ部の周囲に延在した外周延在部が、前記絶縁性フィルムの上面に形成されていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、一対の第２の対向電極のうち少なくとも一方に接続され第１の薄膜サーミスタ部を囲んで第１の薄膜サーミスタ部の周囲に延在した外周延在部が、絶縁性フィルムの上面に形成されているので、環境温度の変化が外周延在部を介して素早く温度検出側の第１の薄膜サーミスタ部に伝わり、熱バランスが安定するまでの時間が短くなる。
【００１１】
第３の発明に係る温度センサは、第１又は第２の発明において、一対の前記第２の対向電極のうち一方が、前記第２の薄膜サーミスタ部の上面全体に形成されていると共に、他方が前記第２の薄膜サーミスタ部の下に形成されていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサでは、一対の第２の対向電極のうち一方が、第２の薄膜サーミスタ部の上面全体に形成されていると共に、他方が第２の薄膜サーミスタ部の下に形成されているので、一対の第２の対向電極が第２の薄膜サーミスタ部の同じ上面上ではなく上下面に別々に配されることとなり、第２の薄膜サーミスタ部の上面全体を一対の第２の対向電極のうち一方で完全に覆うことができる。これにより、第２の薄膜サーミスタ部の上面全体で隙間無く赤外線を反射することができる。
【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、本発明に係る温度センサによれば、一対の第２の対向電極のうち少なくとも一方が、一対の第２の対向電極の間を除いて第２の薄膜サーミスタ部の上面全体を覆う赤外線反射膜とされているので、製造工程や製造コストを削減することができると共に、第２の対向電極が赤外線反射膜を兼用するため、熱容量も増大しないことで、応答性を向上させることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る温度センサの第１実施形態を示す平面図（ａ）及びＡ−Ａ線断面図（ｂ）である。
【図２】第１実施形態において、筐体に設置した状態の温度センサを示す図１のＡ−Ａ線断面図（ａ）及びＢ−Ｂ線断面図（ｂ）である。
【図３】本発明に係る温度センサの第２実施形態を示す平面図（ａ）及びＣ−Ｃ線断面図（ｂ）である。
【図４】第２実施形態において、筐体に設置した状態の温度センサを示す図３のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】本発明に係る温度センサの第３実施形態を示す平面図（ａ）及びＤ−Ｄ線断面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る温度センサにおける第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図面の一部では、各部を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。
【００１５】
本実施形態の温度センサ１は、図１及び図２に示すように、受光面を上面に有する絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルム２の上面に互いに離間させてサーミスタ材料で形成された第１の薄膜サーミスタ部３Ａ及び第２の薄膜サーミスタ部３Ｂと、第１の薄膜サーミスタ部３Ａの上及び下の少なくとも一方に互いに近接状態で対向して形成された一対の第１の対向電極４Ａと、第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上及び下の少なくとも一方に互いに近接状態で対向して形成された一対の第２の対向電極４Ｂと、第１の薄膜サーミスタ部３Ａの上面に直接又は第１の対向電極４Ａを介して形成された絶縁性の赤外線吸収膜５とを備えている。
【００１６】
なお、本実施形態では、一対の第１の対向電極４Ａが第１の薄膜サーミスタ部３Ａの上に互いに近接状態で対向して形成されていると共に、一対の第２の対向電極４Ｂが第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上に互いに近接状態で対向して形成されている。
また、一対の第２の対向電極４Ｂのうち少なくとも一方は、一対の第２の対向電極４Ｂの間を除いて第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上面全体を覆う赤外線反射膜とされている。
【００１７】
さらに、一対の第２の対向電極４Ｂのうち少なくとも一方に接続され第１の薄膜サーミスタ部３Ａを囲んで第１の薄膜サーミスタ部３Ａの周囲に延在した外周延在部６が、絶縁性フィルム２の上面に形成されている。
【００１８】
また、本実施形態の温度センサ１は、絶縁性フィルム２の上面に一端が一対の第１の対向電極４Ａに接続されていると共に他端が絶縁性フィルム２の端辺に設けられた一対の第１のパッド部７ａに接続された一対の第１のパターン配線７Ａと、絶縁性フィルム２の上面に一端が一対の第２の対向電極４Ｂに接続されていると共に他端が絶縁性フィルム２の端辺に設けられた一対の第２のパッド部７ｂに接続された一対の第２のパターン配線７Ｂとを備えている。
【００１９】
上記絶縁性フィルム２は、長方形状に延在し、第１の薄膜サーミスタ部３Ａ及び第２の薄膜サーミスタ部３Ｂが、絶縁性フィルム２の長辺方向に互いに間隔を空けて並んで配されている。
上記赤外線吸収膜５は、第１の薄膜サーミスタ部３Ａよりも赤外線の吸収率が高い材料であって、例えばポリイミド樹脂、カーボンブラックやアンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）等の赤外線吸収材料を含むフィルムや赤外線吸収性ガラス膜（二酸化珪素を７１％含有するホウケイ酸ガラス膜など）で形成されている。
この赤外線吸収膜５は、第１の薄膜サーミスタ部３Ａの上面全体を第１の対向電極４Ａと共に覆う矩形状に形成されている。
【００２０】
上記一対の第１の対向電極４Ａは、第１の薄膜サーミスタ部３Ａの上に互いに対向して櫛型状にパターン形成された櫛型電極であり、上記一対の第２の対向電極４Ｂは、第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上に互いに対向して櫛型状にパターン形成された櫛型電極であり、いずれも複数の櫛部４ａを有している。
すなわち、対向する櫛部４ａ間に設けられたミアンダ形状の隙間を介して、一対の第１及び第２の対向電極４Ａ，４Ｂが対向している。したがって、一対の第２の対向電極４Ｂは、上記ミアンダ形状の隙間を除いて第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上面全体を覆っている。
【００２１】
一対の第１の対向電極４Ａは、第１の薄膜サーミスタ部３Ａの形状に対応して両方を合わせて略矩形状に形成されている。
上記外周延在部６は、第１の薄膜サーミスタ部３Ａ及び一対の第１の対向電極４Ａの外周に沿って延在している。
また、一対の第２の対向電極４Ｂは、第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの形状に対応して両方を合わせて略矩形状に形成されている。すなわち、一対の第２の対向電極４Ｂは、互いの櫛部４ａ間を除いて矩形状の第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上面全体を覆っており、赤外線吸収膜５よりも赤外線の反射率が高い赤外線反射膜として機能する。
【００２２】
上記第１の対向電極４Ａ、第２の対向電極４Ｂ、第１のパターン配線７Ａ、第２のパターン配線７Ｂ、第１のパッド部７ａ、第２のパッド部７ｂ及び外周延在部６は、膜厚５〜１００ｎｍのＣｒ又はＮｉＣｒの接合層と、該接合層上にＡｕ等の貴金属で膜厚５０〜１０００ｎｍ形成された電極層とを有している。
上記第１のパッド部７ａ及び第２のパッド部７ｂは、図２に示すように、ケーブル１０等のリード線を接続するために第１のパターン配線７Ａ及び第２のパターン配線７Ｂの一端側よりも幅広に形成された端子部である。
【００２３】
上記絶縁性フィルム２は、長方形状とされ、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。なお、絶縁性フィルム２としては、他にＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート，ＰＥＮ：ポリエチレンナフタレート等でも作製できる。
【００２４】
上記第１の薄膜サーミスタ部３Ａは、温度検出用とされ、上記第２の薄膜サーミスタ部３Ｂは、温度補償用とされる。
第１の薄膜サーミスタ部３Ａ及び第２の薄膜サーミスタ部３Ｂは、例えばＴｉＡｌＮのサーミスタ材料で矩形状に形成されている。特に、第１の薄膜サーミスタ部３Ａ及び第２の薄膜サーミスタ部３Ｂ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。
【００２５】
本実施形態の温度センサ１は、図２に示すように、ケースである筐体１０内に設置されると共に第１のパッド部７ａ及び第２のパッド部７ｂにケーブル１１が接続される。
上記筐体１０には、第１の薄膜サーミスタ部３Ａ及び第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上方に開口した導光路部１０ａが設けられている。
また、筐体１０は、絶縁性フィルム２の外縁部を固定して温度センサ１を支持しており、第１の薄膜サーミスタ部３Ａ及び第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの下方には、底部との間に空間部１０ｂを設けている。なお、筐体１０は、例えば樹脂等の絶縁性材料で一体成形されている。
【００２６】
本実施形態の温度センサ１の製造方法は、まず絶縁性フィルム２上に第１の薄膜サーミスタ部３Ａ及び第２の薄膜サーミスタ部３Ｂをパターン形成した後、その上に第１の対向電極４Ａ及び第２の対向電極４Ｂをパターン形成すると共に、第１のパターン配線７Ａ及び第２のパターン配線７Ｂと、第１のパッド部７ａ及び第２のパッド部７ｂとを外周延在部６と共に絶縁性フィルム２上にパターン形成する。
次に、第１の対向電極４Ａと共に第１の薄膜サーミスタ部３Ａを覆うようにしてスクリーン印刷等によりポリイミド樹脂の赤外線吸収膜５をパターン形成する。
このように絶縁性フィルム２の上面側のみに各膜をパターン形成することで、本実施形態の温度センサ１を作製することができる。
【００２７】
このように本実施形態の温度センサ１では、一対の第２の対向電極４Ｂのうち少なくとも一方が、一対の第２の対向電極４Ｂの間を除いて第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上面全体を覆う赤外線反射膜とされているので、赤外線吸収膜５と赤外線反射膜を兼用する第２の対向電極４Ｂとが絶縁性フィルム２の同じ上面側に形成されることで、片面のみに各膜をパターン形成するだけで作製することができる。
【００２８】
したがって、両面にパターン形成する場合に比べて製造工程や製造コストを削減することができると共に、高精度に各膜をパターン形成できる。また、第２の対向電極４Ｂが赤外線反射膜を兼用するため、赤外線反射膜を別途パターン形成する必要が無く、熱容量も増大しないことで、応答性を向上させることも可能になる。
【００２９】
また、一対の第２の対向電極４Ｂのうち少なくとも一方に接続され第１の薄膜サーミスタ部３Ａを囲んで第１の薄膜サーミスタ部３Ａの周囲に延在した外周延在部６が、絶縁性フィルム２の上面に形成されているので、環境温度の変化が外周延在部６を介して素早く温度検出側の第１の薄膜サーミスタ部３Ａに伝わり、熱バランスが安定するまでの時間が短くなる。
【００３０】
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５を参照して以下に説明する。なお、以下の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。
【００３１】
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、第１のパッド部７ａと第２のパッド部７ｂとが第１の薄膜サーミスタ部３Ａと第２の薄膜サーミスタ部３Ｂとの並び方向に沿って並んで設けられているのに対し、第２実施形態の温度センサ２１では、図３及び図４に示すように、第１のパッド部２７ａと第２のパッド部２７ｂとが第１の薄膜サーミスタ部３Ａと第２の薄膜サーミスタ部３Ｂとの並び方向に直交する方向に沿って並んで設けられている点である。
【００３２】
すなわち、第２実施形態では、第１実施形態よりも長辺が長い帯状の絶縁性フィルム２２とされ、第１のパッド部２７ａ及び第２のパッド部２７ｂとが、絶縁性フィルム２２の短辺側に配されている。また、温度センサ２１を筐体２０に設置した際には、第１のパッド部２７ａ及び第２のパッド部２７ｂが配された絶縁性フィルム２２の端部側にケーブル１１が接続される。
【００３３】
また、温度検出用の第１の薄膜サーミスタ部３Ａが、第２の対向電極４Ｂと第１のパッド部２７ａ及び第２のパッド部２７ｂとの間に挟まれて配されている。
さらに、第１実施形態では、一対の第２の対向電極４Ｂのうち一方に接続された外周延在部６が第１の薄膜サーミスタ部３Ａの外周に沿って延在しているが、第２実施形態では、一対の第２の対向電極４Ｂに接続された一対の外周延在部２６が設けられている。すなわち、一対の外周延在部２６は、一対の第２のパターン配線２７Ｂの一部とされ、互いに第１の薄膜サーミスタ部３Ａの両側に分かれて延在している。
【００３４】
次に、第３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、第１の薄膜サーミスタ部３Ａの上に一対の第１の対向電極４Ａが両方とも形成され、第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上に一対の第２の対向電極４Ｂが両方とも形成されているのに対し、第３実施形態の温度センサ３１では、図５に示すように、一対の第１の対向電極３４Ａのうち一方が、第１の薄膜サーミスタ部３Ａの上面全体に形成されていると共に、他方が第１の薄膜サーミスタ部３Ａの下に形成され、一対の第２の対向電極３４Ｂのうち一方が、第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上面全体に形成されていると共に、他方が第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの下に形成されている点である。
【００３５】
また、第３実施形態では、一対の第１の対向電極３４Ａ及び一対の第２の対向電極３４Ｂは、いずれも櫛部４ａを有さず、第１の薄膜サーミスタ部３Ａ又は第２の薄膜サーミスタ部３Ｂを上下で挟んでそれぞれ矩形状にパターン形成されている。すなわち、一対の第１の対向電極３４Ａ及び一対の第２の対向電極３４Ｂは、第１の薄膜サーミスタ部３Ａ又は第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上下に分かれており、一対の第１の対向電極３４Ａの間（第１の対向電極３４Ａの電極間領域）と一対の第２の対向電極３４Ｂの間（第２の対向電極３４Ｂの電極間領域）は、第１の薄膜サーミスタ部３Ａ又は第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上面に沿った方向ではなく、第１の薄膜サーミスタ部３Ａ又は第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの厚さ方向に形成される。
【００３６】
第１の薄膜サーミスタ部３Ａ及び第２の薄膜サーミスタ部３Ｂは、一対の第１の対向電極３４Ａのうち他方と一対の第２の対向電極３４Ｂのうち他方とを覆うようにパターン形成されている。また、一対の第１の対向電極３４Ａのうち一方と一対の第２の対向電極３４Ｂのうち一方とは、第１の薄膜サーミスタ部３Ａ及び第２の薄膜サーミスタ部３Ｂを覆ってこれらよりも大きな矩形状にパターン形成されている。
【００３７】
したがって、第３実施形態の温度センサ３１では、一対の第２の対向電極３４Ｂのうち一方が、第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上面全体に形成されていると共に、他方が第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの下に形成されているので、一対の第２の対向電極３４Ｂが第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの同じ上面上ではなく上下面に別々に配されることとなり、第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上面全体を一対の第２の対向電極３４Ｂのうち一方で完全に覆うことができる。これにより、第２の薄膜サーミスタ部３Ｂの上面全体で隙間無く赤外線を反射することができる。
【００３８】
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】
【００３９】
１，２１，３１…温度センサ、２，２２…絶縁性フィルム、３Ａ…第１の薄膜サーミスタ部、３Ｂ…第２の薄膜サーミスタ部、４Ａ，３４Ａ…第１の対向電極、４Ｂ，３４Ｂ…第２の対向電極、５…赤外線吸収膜、６，２６…外周延在部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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