(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感熱部であるセンサ本体３と、センサ本体の上方に開口部を有してセンサ本体の少なくとも受光面の周囲を覆う筒状の導光路部材４とを備え、導光路部材が、板状の樹脂で形成され、その内面に前記樹脂よりも赤外線反射率の高い金属膜５がセンサ本体３及び基板２から離間して形成されている。【選択図】図１
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【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た感熱部であるセンサ本体と、
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少なくとも受光面の周囲を覆う筒状の導光路部材とを備え、
前記導光路部材が、板状の樹脂で形成され、その内面に前記樹脂よりも赤外線反射率の高い金属膜が前記センサ本体及び前記基板から離間して形成され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、
前記導光路部材の外面にも前記金属膜が形成され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、
前記導光路部材の内面が平坦面とされていると共に前記導光路部材の前記樹脂の少なくとも一部が多孔質で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、
前記導光路部材が、前記基板との間に少なくとも１カ所の隙間部を有して前記基板上に設置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、保持体に設置した樹脂フィルムと、該樹脂フィルムに設けられ保持体の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限部とを備えた赤外線センサ装置が提案されている。
さらに、引用文献３には、ステンレス等で形成された筒状の導光路部材を備えた赤外線センサ装置が記載されている。
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、導光部や視野制限部として導光路部材が設置されている。また、特許文献２の赤外線センサでは、樹脂の視野制限部の表面に金属の反射膜が形成されている。
【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
【特許文献３】特開２０１４−１５７０４５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。
引用文献１等の従来の赤外線センサでは、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に熱が伝達されて感熱部による測定に影響を与えてしまう不都合があった。また、引用文献２では、金属の反射膜によって赤外線を反射して視野制限部に吸収されることを抑制可能であるが、厚い部材に孔を空けて形成した視野制限部は熱容量が大きいために蓄熱され、やはり感熱部に影響を与えてしまっていた。また、上記引用文献では、熱伝導性の高い金属の導光路部材や反射膜が感熱部や基板に接触しているため、金属の導光路部材や反射膜と感熱部又は基板との間で直接熱が伝わってしまい、非接触温度測定に影響を与えてしまうおそれがあった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、赤外線吸収による導光路部材の熱の発生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た感熱部であるセンサ本体と、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少なくとも受光面の周囲を覆う筒状の導光路部材とを備え、前記導光路部材が、板状の樹脂で形成され、その内面に前記樹脂よりも赤外線反射率の高い金属膜が前記センサ本体及び前記基板から離間して形成されていることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、この赤外線センサでは、導光路部材が、板状の樹脂で形成され、その内面に前記樹脂よりも赤外線反射率の高い金属膜がセンサ本体及び基板から離間して形成されているので、導光路部材内に入射された赤外線が内面の金属膜で反射されることで導光路部材に吸収されず、導光路部材に熱を発生させることを抑制できる。また、導光路部材が薄い板状の樹脂で構成されていることで導光路部材の熱容量を小さくでき、導光路部材の熱によるセンサ本体への影響を低減することができる。さらに、金属膜がセンサ本体及び基板に直接接触していないため、金属膜とセンサ本体及び基板との間で熱が直接伝わることがなく、金属膜を介したセンサ本体への熱の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、前記導光路部材の外面にも前記金属膜が形成さ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、導光路部材の外面にも金属膜が形成されているので、導光路部材の外面に入射される赤外線も金属膜が反射することで、外側においても赤外線の吸収を防ぐことができる。
【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、前記導光路部材の内面が平坦面とされていると共に前記導光路部材の前記樹脂の少なくとも一部が多孔質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、導光路部材の内面が平坦面とされていると共に導光路部材の樹脂の少なくとも一部が多孔質であるので、導光路部材の内面には平坦で高い赤外線反射率の金属膜が得られると共に、樹脂の少なくとも一部が多孔質とされることで断熱性の向上と低熱容量化とが得られる。
【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、前記導光路部材が、前記基板との間に少なくとも１カ所の隙間部を有して前記基板上に設置さ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、導光路部材が、基板との間に少なくとも１カ所の隙間部を有して基板上に設置されているので、隙間部によって導光路部材が部分的に基板から離れることで、導光路部材の熱が基板に伝わり難くなり、感熱部であるセンサ本体による測定に影響を与え難い。
【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、本発明に係る赤外線センサによれば、導光路部材は、板状の樹脂で形成され、その内面に前記樹脂よりも赤外線反射率の高い金属膜がセンサ本体及び基板から離間して形成されているので、内面で赤外線が金属膜で反射されると共に、導光路部材の熱容量が小さく、金属膜とセンサ本体及び基板とが直接接触していないことで、導光路部材及び金属膜によるセンサ本体への熱的影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る赤外線センサの第１実施形態を示す断面図である。
【図２】第１実施形態において、赤外線センサを示す側面図である。
【図３】第１実施形態において、赤外線センサを示す平面図である。
【図４】第１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５】第１実施形態において、赤外線センサ本体を示す斜視図である。
【図６】第１実施形態において、赤外線センサ本体を示す断面図である。
【図７】第１実施形態において、配線膜を形成した絶縁性フィルムを示す裏面図である。
【図８】本発明に係る赤外線センサの第２実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明に係る赤外線センサの第３実施形態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】
【００１４】
以下、本発明に係る赤外線センサの第１実施形態を、図１から図７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】
本実施形態の赤外線センサ１は、図１から図３に示すように、基板２と、基板２の上面に設けられた感熱部であるセンサ本体３と、センサ本体３の上方に開口部を有してセンサ本体３の少なくとも受光面３ａの周囲を覆う筒状の導光路部材４とを備えている。
上記導光路部材４は、板状の樹脂で形成され、その内面に前記樹脂よりも赤外線反射率の高い金属膜５がセンサ本体３及び基板２から離間して形成されている。
【００１６】
また、導光路部材４は、基板２との間に少なくとも１カ所の隙間部４ａを有して基板２上に設置されている。
なお、金属膜５は、導光路部材４の内面において隙間部４ａより上方に形成されている。
【００１７】
上記基板２は、導光路部材４用の複数の取り付け孔２ａを有している。
導光路部材４は、取り付け孔２ａに貫通状態に嵌め込まれた複数の固定用爪部４ｂと、基板２上に下端が当接状態とされた複数の支持凸部４ｃとを下部に有している。これら固定用爪部４ｂと支持凸部４ｃ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４ａは、固定用爪部４ｂと支持凸部４ｃとの間及び支持凸部４ｃ間に形成されている。すなわち、固定用爪部４ｂと支持凸部４ｃとの間及び支持凸部４ｃ間に形成された凹部４ａ’が、基板２との間の隙間部４ａとなる。
【００１８】
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４ｂが形成されていると共に、基板２には、２つの固定用爪部４ｂに対応した２つの取り付け孔２ａが形成されている。
なお、図３において、分かり易くするために各支持凸部４ｃの周囲を二点鎖線で囲んで示している。
【００１９】
上記一対の固定用爪部４ｂは、弾性を有しており、取り付け孔２ａに差し込む際に、互いに内側に撓んで取り付け孔２ａに挿入され、貫通した際に、撓みが戻って互いに外側に広がることで、爪部分が基板２の裏面に係止される。
また、支持凸部４ｃ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４ｂ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４ｃが形成されている。
【００２０】
なお、導光路部材４は、角筒状であり、固定用爪部４ｂ及び支持凸部４ｃと共に樹脂で一体成形されている。導光路部材４を構成する樹脂としては、例えば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、ポリアミド、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル樹脂、ポリビニルアルコールなどが採用される。
また、金属膜５は、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕ等の金属薄膜が採用可能である。
【００２１】
上記センサ本体３は、図５から図７に示すように、受光面３ａを上面に有する絶縁性フィルム１０と、絶縁性フィルム１０の下面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子８Ａ及び第２の感熱素子８Ｂと、絶縁性フィルム１０の下面に形成され第１の感熱素子８Ａに接続された導電性の第１の配線膜１１Ａ及び第２の感熱素子８Ｂに接続された導電性の第２の配線膜１１Ｂとを備えている。
【００２２】
また、センサ本体２は、絶縁性フィルム１０の下面側に配された樹脂製の端子支持体１２と、該端子支持体１２に設けられ下部が端子支持体１２の下部に配された複数の実装用端子１３とを備えている。
【００２３】
また、絶縁性フィルム１０の上面のうち、第１の感熱素子８Ａ側の領域に受光面３ａが設けられていると共に、第２の感熱素子８Ｂ側の領域が赤外線を遮蔽した領域とされている。
上記第２の感熱素子８Ｂ側の領域には、赤外線反射膜１４がパターン形成されて赤外線が遮蔽されており、赤外線を遮蔽した領域を設けている。
【００２４】
すなわち、第２の感熱素子８Ｂに対向して絶縁性フィルム１０の上面に赤外線反射膜１４が設けられている。この赤外線反射膜１４は、絶縁性フィルム１０の上面において第２の感熱素子８Ｂ側の領域に矩形状に形成されている。
上記赤外線反射膜１４は、絶縁性フィルム１０よりも高い赤外線反射率を有する材料で形成され、銅箔上に金メッキ膜が施されて形成されている。なお、金メッキ膜の他に、例えば鏡面のアルミニウム蒸着膜やアルミニウム箔等で形成しても構わない。この赤外線反射膜１４は、第２の感熱素子８Ｂよりも大きなサイズでこれを覆うように形成されている。
【００２５】
上記第１の感熱素子８Ａ及び第２の感熱素子８Ｂは、両端部に端子部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、第１の感熱素子８Ａ及び第２の感熱素子８Ｂ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。
【００２６】
第１の配線膜１１Ａ及び第２の配線膜１１Ｂには、その一端部にそれぞれ絶縁性フィルム１０に形成された接着電極１５Ａ，１５Ｂが接続されていると共に、他端部にそれぞれ絶縁性フィルム１０に形成された端子電極１６Ａ，１６Ｂが接続されている。
なお、上記接着電極１５Ａ，１５Ｂには、それぞれ対応する第１の感熱素子８Ａ及び第２の感熱素子８Ｂの端子部が半田等の導電性接着剤で接着される。
【００２７】
上記絶縁性フィルム１０は、ポリイミド樹脂シートで長方形状に形成され、赤外線反射膜１４、第１の配線膜１１Ａ及び第２の配線膜１１Ｂが銅箔で形成されている。すなわち、これらは、絶縁性フィルム１０とされるポリイミド基板の表面に、赤外線反射膜１４、第１の配線膜１１Ａ及び第２の配線膜１１Ｂとされる銅箔がパターン形成された両面フレキシブル基板によって作製されたものである。
【００２８】
上記実装用端子１３は、例えば錫めっきされた銅合金で形成されている。この実装用端子１３は、端子支持体１２の上部まで延在し、対応する第１の配線膜１１Ａ及び第２の配線膜１１Ｂにおける第１の端子電極１６Ａ及び第２の端子電極１６Ｂに接続されている。
また、実装用端子１３の下部１３ａは、端子支持体１２の下面よりも下方に突出して設けられている。すなわち、実装用端子１３は、上下に延在し、下部１３ａが端子支持体１２の下面よりも下方に突出していると共に、さらに下部１３ａが側方に向けて屈曲し突出しており、全体としてＬ字状に形成されている。
実装用端子１３は、端子支持体１２の四隅近傍にそれぞれ配置され、インサート成形や嵌め込み等によって端子支持体１２内に組み込まれている。
【００２９】
上記端子支持体１２は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等の樹脂で形成されており、絶縁性フィルム１０の少なくとも外縁部に沿った枠状に形成されている。すなわち、この端子支持体１２は、絶縁性フィルム１０の外縁部に沿った外枠部分と、第１の感熱素子８Ａと第２の感熱素子８Ｂとの中間部分を横切る中間枠部とで構成されている。
【００３０】
上記基板２は、例えばプリント基板（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２ｂを備えている。各配線パターン２ｂは、その一端がセンサ本体３の各実装用端子１３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２ｂは、実装用端子１３及び配線膜１１Ａ，配線膜１１Ｂを介して感熱素子８Ａ，８Ｂに電気的に接続されている。また、これら配線パターン２ｂは、隙間部４ａを通って配されている。すなわち、配線パターン２ｂは、隙間部４ａ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。
【００３１】
本実施形態の赤外線センサ１について、測定対象物（黒体）１８０℃、環境温度５０℃として導光路部材４の材質に応じた相対感度についてシミュレーションした。
なお、相対感度（Ｆｓ）は、厚さ０．２ｍｍのステンレスだけで構成した導光路部材の場合を相対感度１．０００とした場合の相対値（Ｆｓの比）である。この相対感度が大きい方が、検知側の第１の感熱素子８Ａと補償側の第２の感熱素子８Ｂとの温度差が大きく、感度が高いことを意味する。
【００３２】
まず、厚さ０．２ｍｍの樹脂（ＰＰＳ）だけで構成した導光路部材の場合、相対感度が１．０２２であった。さらに、本実施形態として、厚さ０．２ｍｍの樹脂（ＰＰＳ）で筒状に形成した導光路部材４の内面に厚さ５０ｎｍのアルミニウムの金属膜５を形成した場合、相対感度が１．２８６と大幅に向上した。
【００３３】
このように本実施形態の赤外線センサ１では、導光路部材４が、板状の樹脂で形成され、その内面に前記樹脂よりも赤外線反射率の高い金属膜５がセンサ本体３及び基板２から離間して形成されているので、導光路部材４内に入射された赤外線が内面の金属膜５で反射されることで導光路部材４に吸収されず、導光路部材４に熱を発生させることを抑制できる。
【００３４】
また、導光路部材４が薄い板状の樹脂で構成されていることで導光路部材４の熱容量を小さくでき、導光路部材４の熱によるセンサ本体３への影響を低減することができる。さらに、金属膜５がセンサ本体３及び基板２に直接接触していないため、金属膜５とセンサ本体３及び基板２との間で熱が直接伝わることがなく、金属膜５を介したセンサ本体３への熱の影響を抑制することができる。
【００３５】
さらに、導光路部材４が、基板２との間に少なくとも１カ所の隙間部４ａを有して基板２上に設置されているので、隙間部４ａによって導光路部材４が部分的に基板２から離れることで、導光路部材４の熱が基板２に伝わり難くなり、感熱部であるセンサ本体３による測定に影響を与え難い。
【００３６】
次に、本発明に係る赤外線センサの第２及び第３実施形態について、図８及び図９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。
【００３７】
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、金属膜５が導光路部材４の内面だけに形成されているのに対し、第２実施形態の赤外線センサ２１では、図８に示すように、導光路部材２４の外面にも金属膜５が形成されている点である。
すなわち、第２実施形態では、導光路部材２４の内面及び外面の両面に金属膜５が形成されており、いずれの金属膜５も基板２から離間して形成されている。
【００３８】
このように第２実施形態の赤外線センサ２１では、導光路部材２４の外面にも金属膜５が形成されているので、導光路部材２４の外面に入射される赤外線も金属膜５が反射することで、外側においても赤外線の吸収を防ぐことができる。
【００３９】
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、導光路部材４が内部が緻密な板状の樹脂で形成されているが、第３実施形態の赤外線センサでは、図９に示すように、導光路部材３４の内面が平坦面とされていると共に導光路部材３４の樹脂の少なくとも一部が多孔質である点である。
すなわち、第３実施形態では、導光路部材３４の内面側が樹脂の緻密層３４ａとされていると共に外側が多孔質層３４ｂとされ、導光路部材３４の板状の樹脂が金属膜５で挟まれたサンドイッチ構造になっている。
【００４０】
上記緻密層３４ａの表面には、金属膜５が成膜されており、金属膜５の表面が平坦で鏡面な表面となっている。
このように、第３実施形態の赤外線センサでは、導光路部材３４の内面が平坦面とされていると共に導光路部材３４の樹脂の少なくとも一部が多孔質であるので、導光路部材３４の内面には平坦で高い赤外線反射率の金属膜５が得られると共に、樹脂の少なくとも一部が多孔質とされることで断熱性の向上と低熱容量化とが得られる。
【００４１】
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。
【００４２】
例えば、上記各実施形態では、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、上記各実施形態では、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】
【００４３】
１，２１…赤外線センサ、２…基板、３…センサ本体、４，２４，３４…導光路部材、４ａ…隙間部、５…金属膜
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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