KR102610063B1 - 적외선 온도 센서, 회로 기판 및 상기 센서를 이용한 장치 - Google Patents
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Abstract
검지 대상물의 측정부를 효과적으로 특정할 수 있고, 소형화가 가능한 표면 실장형의 적외선 온도 센서를 제공한다. 표면 실장형의 적외선 온도 센서로서, 일면측에 개구부를 가지며, 적외선을 안내하도록 형성된 도광부와, 일면측에 차폐벽을 가지며, 적외선을 차폐하도록 형성된 차폐부를 구비한 열전도성을 갖는 본체와, 상기 본체의 타면측에 설치된 기판과, 상기 기판 위에 배치되며, 상기 도광부에 대응하는 위치에 설치된 적외선 검지용 감열 소자와, 상기 기판 위에, 상기 적외선 검지용 감열 소자와 이간되어 배치되며, 상기 차폐부에 대응하는 위치에 설치된 온도 보상용 감열 소자와, 상기 기판 위에 형성되며, 상기 적외선 검지용 감열 소자 및 상기 온도 보상용 감열 소자에 연결된 배선 패턴과, 상기 배선 패턴에 연결됨과 아울러, 상기 기판 위의 단부측에 형성된 실장용 단자를 구비하고 있다.
Description
본 발명은 검지 대상물로부터의 적외선을 검지하여 검지 대상물의 온도를 측정하는 표면 실장형의 적외선 온도 센서, 이 적외선 온도 센서가 실장된 회로 기판 및 적외선 온도 센서를 이용한 장치에 관한 것이다.
종래, 예를 들면, 복사기의 정착 장치에 사용되는 가열 정착 롤러 등의 검지 대상물의 온도를 측정하는 온도 센서로서, 검지 대상물로부터의 적외선을 비접촉으로 검지하여 검지 대상물의 온도를 측정하는 적외선 온도 센서가 사용되고 있다.
이러한 적외선 온도 센서는, 주위 온도의 변화를 보상하기 위해, 적외선 검지용 감열 소자 외에 온도 보상용 감열 소자가 마련되어 있다. 또한, 적외선 온도 센서는, 적외선 검지용 감열 소자 및 온도 보상용 감열 소자에 연결되어 외부로 도출된 리드선을 가지며, 검지 대상물에 대향하여 배치되도록 되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
이 특허 문헌 1에 개시된 적외선 온도 센서는, 표면 실장에 접합한 구조가 아니기 때문에 표면 실장의 요구에 대응할 수 없다는 과제가 있다.
한편, 표면 실장의 요구에 대응하기 위해, 표면 실장형의 적외선 온도 센서가 제안된 바 있다(특허 문헌 2 및 특허 문헌 3 참조).
그러나, 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3에 개시된 적외선 온도 센서에서는 다음과 같은 과제가 발생한다.
(1) 검지 대상물의 측정부를 특정하기 위한 광학적 기능(예를 들면, 적외선의 도광부)가 존재하지 않으므로, 실제로는 별도로 집광 렌즈나 반사경 등의 광학적 수단을 부가하지 않으면 사용이 어렵다.
(2) 하우징(케이스)은 수지로 제작되고, 열전도성이 낮은 재료로 형성되어 있기 때문에, 주위 공기 등의 외란에 의해 하우징의 온도가 균일해지기 어려워, 온도 불균일이 발생하기 쉽다.
(3) 감열 소자에 대향하여 적외선 흡수막이나 적외선 반사막을 사용하기 때문에, 이들은 오염에 대해 기능이 열화되기 쉽고, 신뢰성이 저하된다.
(4) 실장용 단자를 수지로 제작된 하우징의 외측면으로부터 바닥면 측으로 인출하여 도출시키는 구성으로서, 구성이 복잡해질 가능성이 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 검지 대상물의 측정부를 효과적으로 특정할 수 있음과 아울러 소형화가 가능한 표면 실장형의 적외선 온도 센서, 이 적외선 온도 센서가 실장된 회로 기판 및 적외선 온도 센서를 이용한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 기재된 적외선 온도 센서는, 표면 실장형의 적외선 온도 센서로서, 일면측에 개구부를 가지며, 적외선을 안내하도록 형성된 도광부와, 일면측에 차폐벽을 가지며, 적외선을 차폐하도록 형성된 차폐부를 구비한 열전도성을 갖는 본체와, 상기 본체의 타면측에 설치된 기판과, 상기 기판 위에 배치되며, 상기 도광부에 대응하는 위치에 설치된 적외선 검지용 감열 소자와, 상기 기판 위에 상기 적외선 검지용 감열 소자와 이간되어 배치되며, 상기 차폐부에 대응하는 위치에 설치된 온도 보상용 감열 소자와, 상기 기판 위에 형성되며, 상기 적외선 검지용 감열 소자 및 상기 온도 보상용 감열 소자에 연결된 배선 패턴과, 상기 배선 패턴에 연결됨과 아울러, 상기 기판 위의 단부측에 형성된 실장용 단자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본체는 열전도성을 구비하고 있으면 특별히 그 재료가 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 금속 재료나 열전도성의 필러를 함유한 수지를 사용할 수 있다. 또한, 기판에는 플렉시블 배선 기판이나 리지드(rigid, 경질) 배선 기판을 사용할 수 있다. 특정한 형식의 배선 기판에 한정되는 것은 아니다.
본체에 대한 기판의 설치는 누름 가공, 용착, 납접(블레이징, brazing), 접착이나 점착 등에 의해 수행할 수 있다. 설치 수단이 특별히 한정되는 것은 아니다.
적외선 검지용 감열 소자 및 온도 보상용 감열 소자로는 세라믹스 반도체로 형성된 칩 서미스터가 바람직하게 사용되는데, 이에 한정되지 않으며, 열전대나 측온 저항체 등을 사용할 수 있다. 나아가, 배선 패턴의 패턴 형태는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 직선형이나 미앤더(meander, 사행)형 등 설계에 따라 적당히 채용할 수 있다.
또한, 실장용 단자가 형성되는 기판 위의 단부측은 최단부뿐만 아니라, 최단부 주위의 일정한 범위를 포함하는 것을 의미하고 있다.
청구항 2에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 1에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 상기 본체의 타면측에 있어서의 내부에는 수용 공간부가 형성되어 있고, 상기 기판은 상기 수용 공간부의 내벽을 따라 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 1에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 상기 본체의 타면측은 평면 형상의 평면 형상부로 되어 있고, 상기 기판은 상기 평면 형상부를 따라 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 상기 기판은 본체에 누름 가공에 의해 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 상기 기판은 본체에 용착에 의해 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 6에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 상기 기판은 본체에 납접(brazing), 접착 또는 점착에 의해 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 7에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 상기 기판은 본체에 열용착 가능한 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 8에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 덮개 부재가 상기 기판과 대향하여 타면측에 배치되는 것을 특징으로 한다.
청구항 9에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 8에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 상기 덮개 부재는 내면의 적어도 기판과 대향하는 일부의 면이 적외선 반사면으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 10에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 상기 본체는 금속 재료로 이루어지고, 산화 처리에 의해 산화막이 형성되어 적어도 상기 도광부가 흑체화되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 11에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 상기 차폐부에는 밀폐적인 공간부가 형성되어 있고, 이 공간부과 외부 간의 통기성을 허용하는 통기부가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 12에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 상기 도광부와 차폐부는 도광부와 차폐부 간의 경계를 중심으로 하여 대략 대칭의 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 13에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 상기 도광부 및 차폐부의 타면측의 개구를 제외한 본체에 있어서의 구획벽이 기판 위에 연속적 또는 부분적으로 접촉되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 14에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 상기 본체는 상기 개구부가 표면으로부터 돌출되지 않음과 아울러, 적어도 상기 도광부가 흑체화되어 있고, 10W/m·K 이상의 열전도율을 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항 15에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 상기 적외선 검지용 감열 소자 및 온도 보상용 감열 소자를 연결하기 위한 상기 배선 패턴은 서로 대략 평행하게 배열되어 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 16에 기재된 적외선 온도 센서는, 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 적외선 온도 센서에 있어서, 상기 적외선 검지용 감열 소자 및 온도 보상용 감열 소자는 금속 산화물 또는 금속 질화물을 함유하는 세라믹스 반도체로 형성된 서미스터 소자인 것을 특징으로 한다.
청구항 17에 기재된 회로 기판은, 상기 실장용 단자가 연결되는 연결 소자를 갖는 실장 기판과, 이 실장 기판에 실장된 청구항 1 내지 청구항 16에 기재된 어느 하나의 적외선 온도 센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 18에 기재된 회로 기판은, 청구항 17에 기재된 회로 기판에 있어서, 상기 실장 기판은 캐비티 구조인 것을 특징으로 한다.
기판의 재질은 유리 에폭시 기판 등이 일반적으로 사용되는데, 알루미늄, 구리 등의 열전도가 양호한 금속 기판이 바람직하다.
청구항 19에 기재된 회로 기판은, 청구항 17 또는 청구항 18에 기재된 회로 기판에 있어서, 상기 실장 기판에는 적어도 기판과 대향하는 일부의 면에 적외선 반사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
적외선 반사면의 형성은, 기판이 알루미늄 기판인 경우 그 알루미늄 표면을 사용하여도 좋고, 구리 기판인 경우에는 니켈 또는 금 도금 등의 적외선 반사막을 형성하도록 하여도 좋다. 또한, 구리 또는 철재의 인레이(inlay)재에 니켈 또는 금 도금 등의 적외선 반사막을 형성하여 대향하는 면을 적외선 반사면으로서 형성하여도 좋다.
청구항 20에 기재된 적외선 온도 센서를 이용한 장치는, 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 기재된 적외선 온도 센서가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
적외선 온도 센서는, 예를 들면, 복사기의 정착 장치, 배터리 유닛, 콘덴서, IH 쿠킹 히터, 냉장고의 고내 물품 등의 온도 검지를 위해 각종 장치에 구비되어 적용할 수 있다. 특별히 적용되는 장치가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 검지 대상물의 측정부를 효과적으로 특정할 수 있음과 아울러 소형화가 가능한 표면 실장형의 적외선 온도 센서, 이 적외선 온도 센서가 실장된 회로 기판 및 적외선 온도 센서를 이용한 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 적외선 온도 센서를 도시한 사시도이다.
도 2는 상기 적외선 온도 센서를 도시한 평면도이다.
도 3은 상기 적외선 온도 센서를 도시한 후면도이다.
도 4는 도 2 중 A-A선을 따른 단면도이다.
도 5는 도 2 중 B-B선을 따른 단면도이다.
도 6은 도 2 중 C-C선을 따른 단면도이다.
도 7은 도 6 중 X-X선을 따른 본체의 단면도이다.
도 8은 도 8(a)는 본체의 후면측에 덮개 부재를 마련한 것으로서, 도 5에 해당하는 단면도, (b)는 덮개 부재를 도시한 사시도이다(변형예 1).
도 9는 외부와의 통기를 허용하는 통기부를 마련한 것으로서, 도 6에 해당하는 단면도이다(변형예 2).
도 10은 배선 패턴을 도시한 평면도이다(변형예 3).
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 적외선 온도 센서를 분해하여 도시한 사시도이다.
도 12는 상기 적외선 온도 센서를 분해하여 후면측에서 보아 도시한 사시도이다.
도 13은 상기 적외선 온도 센서를 도시한 평면도이다.
도 14는 상기 적외선 온도 센서를 도시하며, 도 6에 해당하는 단면도이다.
도 15는 도 14 중 X-X선을 따른 본체의 단면도이다.
도 16은 접착 시트를 도시한 평면도이다.
도 17은 상기 적외선 온도 센서의 서로 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 상기 적외선 온도 센서를 도시한 평면도이다.
도 3은 상기 적외선 온도 센서를 도시한 후면도이다.
도 4는 도 2 중 A-A선을 따른 단면도이다.
도 5는 도 2 중 B-B선을 따른 단면도이다.
도 6은 도 2 중 C-C선을 따른 단면도이다.
도 7은 도 6 중 X-X선을 따른 본체의 단면도이다.
도 8은 도 8(a)는 본체의 후면측에 덮개 부재를 마련한 것으로서, 도 5에 해당하는 단면도, (b)는 덮개 부재를 도시한 사시도이다(변형예 1).
도 9는 외부와의 통기를 허용하는 통기부를 마련한 것으로서, 도 6에 해당하는 단면도이다(변형예 2).
도 10은 배선 패턴을 도시한 평면도이다(변형예 3).
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 적외선 온도 센서를 분해하여 도시한 사시도이다.
도 12는 상기 적외선 온도 센서를 분해하여 후면측에서 보아 도시한 사시도이다.
도 13은 상기 적외선 온도 센서를 도시한 평면도이다.
도 14는 상기 적외선 온도 센서를 도시하며, 도 6에 해당하는 단면도이다.
도 15는 도 14 중 X-X선을 따른 본체의 단면도이다.
도 16은 접착 시트를 도시한 평면도이다.
도 17은 상기 적외선 온도 센서의 서로 다른 예를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 적외선 온도 센서에 대해 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명하기로 한다. 도 1은 적외선 온도 센서를 도시한 사시도, 도 2는 적외선 온도 센서를 도시한 평면도, 도 3은 적외선 온도 센서를 도시한 후면도이다. 도 4는 도 2 중 A-A선을 따른 단면도, 도 5는 도 2 중 B-B선을 따른 단면도, 도 6은 도 2 중 C-C선을 따른 단면도이다. 또한, 도 7은 도 6 중 X-X선을 따른 본체의 단면도이다. 나아가, 도 8(a), 도 8(b) 내지 도 10은 변형예를 도시하고 있다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 해당 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 적외선 온도 센서(1)는, 본체(2)와, 기판(3)과, 이 기판(3) 상에 설치된 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)와, 마찬가지로 기판(3) 상에 형성된 배선 패턴(31) 및 실장용 단자(32)를 구비하고 있다. 적외선 온도 센서(1)는 표면 실장형으로서, 표면 실장에 적합하도록 구성되어 있다.
본체(2)는 열전도성을 갖는 금속 재료, 예를 들면, 철에 의해 대략 직육면체 형상으로 형성되어 있으며, 도광부(21) 및 차폐부(22)와 수용 공간부(23)를 가지고 있다. 본체(2)는 세로 방향의 길이 치수 및 가로 방향의 길이 치수가 8mm 내지 13mm, 높이 치수가 2mm 내지 5mm의 소형화된 크기로 이루어져 있다.
또한, 본체(2)는 그 전체가 열처리에 의해 산화되어 흑체화되어 있다. 구체적으로, 본체(2)를 400℃ 내지 1000℃ 정도의 고온에서 열처리함으로써 본체(2)의 표면에 산화막이 형성되고 흑화 처리된다. 이 산화막의 두께 치수는 10μm 이하로 형성하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 3μm로 형성되어 있다. 방사율은 0.8 이상이 바람직하며, 상기 흑화 처리에 의해 0.8 내지 0.95의 방사율을 얻을 수 있다.
또한, 본체(2)를 형성하는 재료는 적어도 10W/m·K 이상의 열전도율을 갖는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 수지에 카본, 금속, 세라믹 등의 필러를 함유시킨 재료, 철, 니켈, 크롬, 코발트, 망간, 구리, 티타늄 및 몰리브덴 등의 금속 재료 및 이들 금속을 포함하는 합금, 금속 재료에 흑색 도장을 실시한 재료, 세라믹 등을 사용할 수 있다. 또한, 수지 자신의 방사율은 높으므로 수지의 표면은 흑체화되게 된다.
본체(2)에는 도광부(21)와 차폐부(22)가 형성되어 있으며, 도광부(21)는 본체(2)의 일면측(전면측)에 개구부(21a)를 가져 적외선을 안내하도록 형성되어 있다. 차폐부(22)는 일면측(전면측)에 차폐벽(22a)을 가져 적외선을 차폐하도록 형성되어 있다.
도광부(21)는 개구부(21a)가 전면측으로부터 후면측에 걸쳐 관통하는 통 형상의 관통홀로 하며, 후면측이 개구되어 형성되어 있으며, 그 도광부(21)의 내주면은 이미 설명한 바와 같이 산화되어 흑체화되어 있다. 이 개구부(21a)는 본체(2)의 표면으로부터 돌출되지 않도록 형성되어 있으며, 가로가 길고 귀퉁이가 라운드진 대략 직사각 형상으로서, 장변 방향(긴 방향)의 길이 치수가 3mm 내지 6mm, 구체적으로는 6mm로 형성되어 있고, 단변 방향(짧은 방향)의 길이 치수가 1mm 내지 2.5mm, 구체적으로는 2mm로 형성되어 있다. 따라서, 개구부(21a)의 치수는 1mm 내지 6mm의 범위 내이고, 최대 치수가 6mm 이하로 설정되어 있다.
또한, 개구부(21a)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다. 원 형상, 타원 형상이나 다각 형상 등으로 형성하여도 좋다. 검지 대상물의 측정부의 형태 등에 따라 적당히 선정할 수 있다. 또한, 본체(2)를 산화에 의해 흑화 처리하지 않는 경우에는, 도광부(21)의 내주면에 필요에 따라 예를 들면, 흑색 도장이나 알루마이트 처리 등을 실시하여 적외선 흡수층을 형성하도록 하여도 좋다.
차폐부(22)는 도광부(21)에 인접하여 배치되어 있으며, 도광부(21)와 차폐부(22) 간의 경계를 중심축으로 하여 대략 대칭의 형태로 형성되어 있다. 차폐부(22)는 차폐벽(22a)을 전면측에 가져, 후면측으로 도광부(21)와 동일 형상, 즉 개구부(21a)와 동일 형상의 귀퉁이가 라운드진 대략 직사각 형상으로 뻗어나와 공간부(22b)를 형성하고 있다. 이 공간부(22b)는 오목한 형상의 공동으로서, 차폐벽(22a)과 대향하는 후면측은 개구되어 있다.
즉, 도 7에 대표적으로 도시한 바와 같이, 본체(2)에 있어서, 차폐부(22)에 있어서의 차폐벽(22a)을 포함하지 않는 부위에서의 횡단면 형상이 도광부(21)와 차폐부(22) 간의 경계를 중심축(C)으로 하여 대략 대칭의 형태로 되어 있다. 바꾸어 말하면, 도광부(21)의 개구부(21a)와 차폐부(22)의 차폐벽(22a)의 부분을 제외하면, 도광부(21) 측과 차폐부(22) 측은 대략 동일 형상으로 형성되어 있다.
이상과 같이 도광부(21) 및 차폐부(22)는 일정한 공간 영역이 주위의 구획벽(24)에 의해 형성되어 있게 된다. 여기서, 편의상, 도광부(21)와 차폐부(22) 간의 경계 부분의 구획벽(24)을 중앙벽(24a), 기타 구획벽(24)의 부분을 주위벽(24b)이라고 한다.
수용 공간부(23)는 본체(2)의 내부에 있어서의 후면측에 형성되어 있다. 구체적으로는, 수용 공간부(23)는 대략 직육면체 형상의 오목형으로 형성되고, 도광부(21) 및 차폐부(22)의 후면측의 개구와 연통되도록 되어 있다.
기판(3)은 대략 직사각 형상으로 형성된 적외선을 흡수하는 절연성 필름으로서, 가요성을 갖는 플렉시블 배선 기판(FPC)이다. 기판(3)은 본체(2)의 타면측(후면측)에 설치된다. 상세하게는, 기판(3)은 상기 수용 공간부(23)의 내벽을 따라 구부려져서, 열용착되어 설치된다. 이 경우, 기판(3)을 수용 공간부(23)의 내벽을 따르는 형상으로 포밍 가공하여도 좋다.
기판(3)에는 절연성 기재의 일표면(도 4 내지 도 6 중 후면측) 위에 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)가 설치되어 있다. 또한, 마찬가지로 일표면 위에는 도체의 배선 패턴(31) 및 이 배선 패턴(31)에 전기적으로 연결됨과 아울러 단부측에 위치하는 실장용 단자(32)가 형성되어 있다.
기판(3)에는 폴리이미드, 폴리에틸렌, 액정 폴리머, 불소, 실리콘, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, PPS(폴리페닐렌설파이드) 등의 고분자 재료로 이루어지는 수지를 사용할 수 있다. 또한, 이들 수지에 카본 블랙 또는 무기 안료(크롬 옐로, 벵갈라, 티타늄 화이트, 군청 중 1종 이상)를 혼합 분산시켜 대략 전 파장의 적외선을 흡수할 수 있는 재료를 사용하여도 좋다.
본 실시 형태에서는, 기판(3)을 상기 수용 공간부(23)의 내벽을 따라 구부려서 열용착에 의해 설치하기 때문에, 기판(3)은 열용착이 가능한 폴리이미드, 폴리에틸렌, 액정 폴리머 등의 재료가 사용되고 있다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 배선 패턴(31)은 일단측에 직사각 형상의 전극 단자(31a)를 가지며, 이 전극 단자(31a)로부터 가는 폭의 패턴이 미앤더형으로 뻗어나오고, 타단측의 끝단부에 직사각 형상의 실장용 단자(32), 구체적으로는 납땜(soldering)용 랜드가 형성되어 구성되어 있다. 이와 동일한 패턴의 배선 패턴(31)이 전극 단자(31a)의 상호가 대향하도록 한 쌍 설치되어, 적외선 검지용 감열 소자(4) 또는 온도 보상용 감열 소자(5)가 배치되고 연결되도록 되어 있다.
따라서, 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)를 연결하기 위해, 2쌍의 배선 패턴(31)이 서로 대략 평행하게 배열되어 설치되어 있다. 이 적외선 검지용 감열 소자(4)가 연결되는 배선 패턴(31dt)과 온도 보상용 감열 소자(5)가 연결되는 배선 패턴(31cp)은 동일 패턴의 형태로서, 서로 연결되지 않고, 적외선 검지용 감열 소자(4)와 온도 보상용 감열 소자(5)를 각각 개별적으로 연결하고 있다.
또한, 배선 패턴(31) 위에는 폴리이미드필름으로 대표되는 수지 필름, 레지스트 잉크 등으로 이루어지는 절연층인 커버층(33)이 형성되어 있다. 커버층(33)은 배선 패턴(31)을 피복하도록 형성되어 있는데, 전극 단자(31a) 및 실장용 단자(32)는 커버층(33)에 피복되지 않은 노출된 부분으로 되어 있다.
나아가, 커버층(33)에는 폴리이미드 필름, 레지스트 잉크에 카본 블랙 또는 무기 안료(크롬 옐로, 벵갈라, 티타늄 화이트, 군청의 1종 이상)를 혼합 분산시켜 대략 전 파장의 적외선을 흡수할 수 있는 재료를 사용하여도 좋다. 커버층(33)에 적외선 흡수 재료를 사용함으로써 수광 에너지가 커져 감도의 향상을 도모할 수 있다.
그리고, 이 배선 패턴(31)은 설명 상, 도 2에서는 기판(3)을 투과하여, 도 3에서는 커버층(33)을 투과하여 시각적으로 인식할 수 있는 상태를 선명화하여 도시하고 있다.
이러한 배선 패턴(31)은 압연 구리 호일이나 전해 구리 호일 등에 의해 패터닝되어 형성되어 있으며, 실장용 단자(32)에는 연결 저항을 줄이고, 부식을 방지하기 위해 니켈 도금, 금 도금이나 땜납 도금 등의 도금 처리가 이루어져 있다.
적외선 검지용 감열 소자(4)는 검지 대상물로부터의 적외선을 검지하여, 검지 대상물의 온도를 측정한다. 온도 보상용 감열 소자(5)는 주위 온도를 검지하여 주위 온도를 측정한다. 이들 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)는 적어도 대략 동일한 온도 특성을 갖는 감열 소자로 구성되어 있으며, 배선 패턴(31)의 대향하는 전극 단자(31a) 사이에 연결되고, 상호 이간되어 실장 배치되어 있다.
구체적으로는, 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)는 양 단부에 단자 전극이 형성된 칩 서미스터이다. 이 서미스터로는, NTC형, PTC형, CTR형 등의 서미스터가 있는데, 본 실시 형태에서는, 예를 들면, NTC형 서미스터를 채용하고 있다.
특히, 본 실시 형태에서는, 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)로서 Mn, Co, Ni 및 Fe의 금속 산화물 또는 금속 질화물을 함유하는 세라믹스 반도체, 즉, Mn-Co-Ni-Fe계 재료로 형성된 박막 서비스터 소자를 채용하고 있다. 이 세라믹스 반도체는 온도 계수인 B 상수가 높기 때문에, 적외선을 흡수하는 기판(3)의 온도 변화를 감도 있게 검출할 수 있다.
또한, 세라믹스 반도체는 입방정 스피넬상을 주상으로 하는 결정 구조를 가지고 있는 것이 바람직하며, 이 경우, 이방성도 없고, 또한 불순물층이 없으므로, 세라믹스 소결체 내에서 전기 특성의 불균일이 작고, 복수 개의 적외선 온도 센서를 사용할 때 고정밀한 측정이 가능해진다. 나아가, 안정적인 결정 구조 때문에 내환경에 대한 신뢰성도 높다. 그리고, 세라믹스 반도체로는 입방정 스피넬상으로 이루어지는 단상의 결정 구조가 가장 바람직하다.
또한, 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)가 세라믹스 반도체로 형성된 동일한 웨이퍼로부터 얻은 서미스터 소자, 박막 서미스터 중에서 소정의 허용 오차 내의 저항값으로 선별한 것인 것이 바람직하다.
이 경우, 쌍이 될 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)에서 B 상수의 상대 오차가 작아지고, 동시에 온도를 검출하는 양자의 온도차를 높은 정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)에 대해, B 상수의 선별 작업이나 저항값의 조정 공정이 불필요해져 생산성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)에 사용하는 서미스터 소자의 구성은, 예를 들면, 벌크 서미스터, 적층 서미스터, 후막 서미스터, 박막 서미스터 중 어느 구성이어도 좋다.
이상과 같이 구성되는 적외선 온도 센서(1)는 도 6에 대표적으로 도시한 바와 같이, 적외선 검지용 감열 소자(4)는 도광부(21)에 대응하는 위치에 설치되고, 온도 보상용 감열 소자(5)는 차폐부(22)에 대응하는 위치에 설치된다.
또한, 본체(2)에 있어서의 구획벽(24)으로서의 중앙벽(24a) 및 주위벽(24b)이 기판(3)의 표면 위에 열결합하도록 접촉되어 배치된다. 즉, 도광부(21) 및 차폐부(22)의 후면측의 개구를 제외한 본체(2)에 있어서의 구획벽(24)으로서의 중앙벽(24a) 및 주위벽(24b)이 기판(3)의 표면 위에 접촉되어 배치된다. 구체적으로는, 중앙벽(24a)은 기판(3)의 표면 위에 있어서의 적외선 검지용 감열 소자(4)와 온도 보상용 감열 소자(5) 간의 경계 부분에 대향하여 접촉되고, 주위벽(24b)은 기판(3)의 표면 위에 있어서의 적외선 검지용 감열 소자(4)와 온도 보상용 감열 소자(5)의 주위 부분에 대향하여 접촉된다. 나아가, 기판(3) 위의 단부측에 형성된 실장용 단자(32)는 본체(2)의 둘레벽에 있어서의 후면측 단부에 설치된다.
그리고, 구획벽(24)에 있어서의 기판(3)의 표면 위의 접촉은, 구획벽(24)이 중앙벽(24a) 및 주위벽(24b)에 걸쳐 기판(3)의 표면 위에 연속적으로 접촉시키도록 하여도 좋고, 부분적으로 접촉, 예를 들면, 단속적으로 접촉시키도록 하여도 좋다.
부분적으로 접촉시키는 형태의 경우, 기판(3)의 표면 위에 중앙벽(24a)과, 도광부(21) 및 차폐부(22)의 일측(장변 방향)의 주위벽(24b)을 접촉시키고, 도광부(21) 및 차폐부(22)의 타측(단변 방향)의 주위벽(24b)을 비접촉으로 하는 구성을 채용할 수 있다. 이에 더하여, 도광부(21) 및 차폐부(22)의 타측(단변 방향)의 주위벽(24b)을 비접촉으로 함으로써, 이 비접촉의 부분을 후술하는 통기부(9)의 형성에 바람직하게 이용하는 것이 가능해진다.
본 실시 형태의 본체(2)에 있어서, 개구부(21a)는 표면으로부터 돌출되지 않음과 아울러, 적어도 도광부(21)가 흑체화되어 있다.
종래에 있어서의 개구부가 표면으로부터 돌출되는 구조의 적외선 온도 센서에서는, 본체의 재료는, 알루미늄, 알루미늄 합금, 아연 합금 등의 열전도율이 96W/m·K 이상인 것이 사용되고 있었다. 이는 돌출부가 있으면 본체에 온도차가 발생해 버리기 때문에 열전도가 나쁜 재료를 사용할 수 없었던 것에 따른다.
복사기 등의 열정착 장치의 경우, 적외선 온도 센서는 열원의 히트 롤러에 대해 5mm 정도의 매우 근거리에 설치된다. 이러한 환경 하에서 개구부가 돌출되는 구조의 적외선 온도 센서에서는 고가의 열전도가 양호한 재료가 아니면 적외선 온도 센서가 정확하게 기능할 수 없다는 문제가 있었다.
본 실시 형태에서는, 개구부(21a)가 표면으로부터 돌출되지 않고, 돌출부를 갖지 않음으로써, 본체(2)의 열전도율이 10W/m·K 이상에서도 사용 가능하게 되어 있다. 철, 스테인리스, 필러를 함유시킨 열전도성이 양호한 수지 등의 재료가 사용 가능해진다.
주로 도 2에 도시한 바와 같이, 적외선 검지용 감열 소자(4)가 연결되는 배선 패턴(31dt)과 온도 보상용 감열 소자(5)가 연결되는 배선 패턴(31cp)은, 대략 평행하게 배열되어 설치되어 있으며, 이 배선 패턴(31dt, 31cp)에 대응하여 도광부(21)와 차폐부(22)가 나란히 설치되도록 되어 있다. 이러한 배치로 함으로써 적외선 검지용 감열 소자(4)와 온도 보상용 감열 소자(5)의 거리가 가까워짐으로써, 온도 보상이 보다 확실해져 정확한 온도 검지가 가능해진다.
도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 이러한 적외선 온도 센서(1)는 회로 기판(10)으로서의 실장 기판에 실장된다. 실장 기판의 표면측에는, 소정의 배선 패턴이 형성되고, 적외선 온도 센서(1)의 실장용 단자(32)가 연결되는 연결 소자(11)가 형성되어 있다. 따라서, 적외선 온도 센서(1)의 실장용 단자(32)가 실장 기판의 연결 소자(11)에 납땜(soldering) 등에 의해 전기적으로 연결된다. 그리고, 이 연결 수단은 특별한 것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 도전성 접착제 등을 사용하여도 좋고, 전기적인 연결이 가능하다면 수단은 따지지 않는 것이다.
또한, 실장 기판의 표면측으로서, 기판(3)과 대향하는 면에는 적외선 반사부(12)가 마련되어 있다. 이 적외선 반사부(12)는, 예를 들면, 금속판을 경면 가공하여 반사면으로서 형성한 것으로서, 반사율이 높으며, 80% 이상, 바람직하게는 85% 이상의 반사율로 되어 있다. 따라서, 반사부(12)는 방사율이 낮아 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)에 대한 열적 영향을 억제할 수 있고, 감도의 향상을 도모할 수 있다.
그리고, 이 경우, 적어도 기판과 대향하는 일부의 면이 적외선 반사면으로 되어 있으면 소정의 효과를 발휘할 수 있다.
다음, 상기 적외선 온도 센서(1)의 동작에 대해 설명하기로 한다. 검지 대상물의 표면으로부터 방사된 적외선은, 적외선 온도 센서(1)의 도광부(21)에 있어서의 개구부(21a)로부터 입사되며, 도광부(21)로 안내되어 도광부(21)를 통과하여 기판(3)에 도달한다. 개구부(21a)는 시야를 제한하는 기능을 가지고 있으므로, 검지 대상물의 측정부를 효과적으로 특정할 수 있고 검출 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다. 이 기판(3)에 도달한 적외선은 기판(3)에 흡수되어 열에너지로 변환된다.
변환된 열에너지는 기판(3)을 통하여 바로 아래의 적외선 검지용 감열 소자(4)로 전달되어, 적외선 검지용 감열 소자(4)의 온도를 상승시킨다. 적외선 검지용 감열 소자(4)와 온도 보상용 감열 소자(5)는 적어도 대략 동일한 온도 특성을 갖는 세라믹스 반도체로서, 검지 대상물로부터의 적외선에 의해 적외선 검지용 감열 소자(4)의 저항값이 변화한다.
동시에, 적외선은 차폐부(22)의 차폐벽(22a)에 의해 가려지는데, 검지 대상물로부터의 복사열이나 주위 분위기 온도에 의해 본체(2)의 온도가 상승하기 때문에, 온도 보상용 감열 소자(5)의 저항값도 본체(2)의 온도 상승에 해당하는 저항값의 변화를 받는다.
이 경우, 본체(2)가 금속 등의 열전도성을 갖는 재료로 형성되어 있으므로, 주위의 온도 변화를 추종하여 적외선 온도 센서(1)의 온도 변화를 전체적으로 균일화할 수 있다. 또한, 도광부(21)와 차폐부(22)는, 도광부(21)와 차폐부(22) 간의 경계를 중심축(C)으로 하여 대략 대칭의 형태로 되어 있으며, 대략 동일 형상으로 형성되어 있다. 나아가, 적외선 검지용 감열 소자(4)가 연결되는 배선 패턴(31dt)과 온도 보상용 감열 소자(5)가 연결되는 배선 패턴(31cp)은 동일 패턴의 형태로 형성되어 있다.
나아가 또한, 본체(2)에 있어서의 중앙벽(24a) 및 주위벽(24b)이 기판(3)의 표면 위에 접촉되어 있다.
이에, 적외선 검지용 감열 소자(4)와 온도 보상용 감열 소자(5)는 주위의 온도 변화에 대해 동일하도록 변화하며, 추종성이 양호하여 열적 외란에 대한 영향을 억제할 수 있고, 검지 대상물로부터의 적외선에 의한 온도 변화를 정밀하게 검출하는 것이 가능해진다.
이에 더하여, 배선 패턴(31dt)과 배선 패턴(31cp)은, 적외선 검지용 감열 소자(4)와 온도 보상용 감열 소자(5)를 각각 개별적으로 연결하고 있다. 따라서, 배선 패턴(31dt)과 배선 패턴(31cp) 간의 상호의 열적 영향을 경감시킬 수 있고, 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 적어도 기판(3)의 표면 위에 있어서의 적외선 검지용 감열 소자(4)와 온도 보상용 감열 소자(5) 간의 경계 부분에 대향하여, 본체(2)의 중앙벽(24a)이 접촉되기 때문에, 기판(3)의 열이 중앙벽(24a)으로 전도된다. 이에, 경계 부분의 온도 기울기를 억제할 수 있고, 적외선 검지용 감열 소자(4) 측의 기판(3)의 열이 온도 보상용 감열 소자(5) 측의 기판(3)으로 전도되는 것을 경감시켜 상호의 간섭을 적게 할 수 있다. 따라서, 적외선 검지용 감열 소자(4)와 온도 보상용 감열 소자(5) 사이에서 높은 온도차를 얻는 것이 가능해지고, 감도의 향상을 구현할 수 있다.
나아가, 적외선 검지용 감열 소자(4)와 온도 보상용 감열 소자(5) 간의 상호의 열적 및 광학적인 간섭이 억제되므로, 적외선 검지용 감열 소자(4)와 온도 보상용 감열 소자(5)를 근접시켜 배치할 수 있어 전체의 소형화에 기여할 수 있다.
이상과 같이 본 실시 형태에 따르면, 검지 대상물의 측정부를 효과적으로 특정할 수 있음과 아울러 소형화가 가능한 표면 실장형의 적외선 온도 센서, 이 적외선 온도 센서가 실장된 회로 기판을 제공할 수 있다.
다음, 본 실시 형태의 변형예에 대해 도 8(a), 도 8(b) 내지 도 10을 참조하여 설명하기로 한다. 도 8(a)는 본체의 후면측에 덮개 부재를 마련한 것으로서, 도 5에 해당하는 단면도, 도 8(b)는 덮개 부재를 도시한 사시도이다(변형예 1). 도 9는 기판의 변형을 경감시키기 위한 통기부를 마련한 것으로서, 도 6에 해당하는 단면도이다(변형예 2). 또한, 도 10은 배선 패턴을 도시한 평면도이다(변형예 3).
(변형예 1) 도 8(a), 도 8(b)에 도시한 바와 같이 덮개 부재(8)는, 대략 직육면체의 상자 형상으로서, 알루미늄 등의 금속 재료로 만들어져 있다. 이 덮개 부재(8)는 기판(3)과 대향하여 후면측에 배치되어 있다. 덮개 부재(8)의 내면의 적어도 기판(3)과 대향하는 일부의 면은 반사면으로 되어 있어, 예를 들면, 경면 가공되어 반사율이 높으며, 80% 이상, 바람직하게는 85% 이상의 반사율로 되어 있다. 이 덮개 부재(8)는 수용 공간부(23)에 끼워맞추어져 장착된다. 이에, 덮개 부재(8)는 기판(3)을 수용 공간부(23)에 고정하는 기능도 가지고 있다.
이와 같이 덮개 부재(8)의 내면은 반사면으로 되어 있으므로, 방사율이 낮아, 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)에 대한 열적 영향을 억제할 수 있고, 감도의 향상을 도모할 수 있다.
그리고, 이미 설명한 바와 같이 도광부(21) 측과 차폐부(22) 측은 대략 동일 형상으로 형성되어 있는데, 덮개 부재(8)에 대해서도 중심축(C)에 대해 대략 동일 형상이 되도록 형성되어 있다.
(변형예 2) 도 9에 도시한 바와 같이 차폐부(22)에 있어서의 공간부(22b)는, 후면측의 개구가 기판(3)에 의해 막혀 밀폐적인 공간부로 되어 있다. 본 예에서는, 공간부(22b)와 외부 간의 통기성을 허용하는 통기부(9)가 마련되어 있다. 구체적으로는, 통기부(9)는 관통홀로서, 특별히 한정되는 것은 아니나, φ0.1mm 내지 φ0.5mm 정도로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 통기부로서 예를 들면, 기판(3)과 본체(2) 사이에 통기틈을 형성하는 경우, 이 틈은 공기가 통과하는 틈이면 되며, 1μm 이상의 틈이 있으면 충분히 공기를 유통시킬 수 있다. 중요한 것은 밀폐 구조로 하지 않는 것이다.
따라서, 공간부(22b)에 대응하는 기판(3)의 부분에 φ0.1mm 내지 φ0.5mm 정도의 구멍을 뚫어도 동일한 효과가 얻어진다.
나아가, 도광부(21) 측에도 상기 통기부(9)와 동일한 관통홀(9')을 형성하고, 도광부(21) 측과 차폐부(22) 측을 대략 대칭의 대략 동일 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
적외선 온도 센서에서는, 적외선 온도 센서의 주위 온도가 높아지면, 밀폐 상태로 된 공간부의 공기가 팽창하여 내압이 상승하고, 기판이 부풀어 변형되는 문제가 발생한다. 또한, 과도하게 공간부의 공기가 팽창하면, 기판의 변형에 의해 기판에 배선된 배선 패턴이 절단되는 등의 불량이 발생하는 경우가 있다. 나아가, 기판이 변형됨으로써, 적외선의 입사량이나 기판으로부터의 방열량이 변화되어, 적외선 온도 센서의 출력이 변동되는 문제도 생긴다.
본 예에서는, 공간부(22b)의 내압이 상승하는 온도 환경에 있어서도, 통기부(9)에 의해 외부와의 통기성이 확보되고, 내압의 상승을 억제하며, 기판(3)의 변형을 경감시키는 것이 가능해진다. 따라서, 기판(3)의 변형을 경감시키고, 고정밀화를 가능하게 하여 신뢰성을 확보할 수 있는 적외선 온도 센서(1)를 제공할 수 있다. 그리고, 통기부(9)는 관통홀에 한정되지 않으며, 홈 형상의 것이어도 좋다. 통기부(9)는 밀폐적인 공간부와 외부가 연통되도록 형성되어 있으면 되며, 형성 위치, 형상이나 개수 등 특별히 한정되는 것은 아니다.
(변형예 3) 도 10에 도시한 바와 같이, 적외선 검지용 감열 소자(4)와 온도 보상용 감열 소자(5)에 각각 개별적으로 배선 패턴(31dt)과 배선 패턴(31cp)이 연결되어 있다. 배선 패턴(31)은 일단측에 직사각 형상의 전극 단자(31a)를 가지며, 이 전극 단자(31a)로부터 가는 폭의 패턴이 적외선 검지용 감열 소자(4)(온도 보상용 감열 소자(5))를 에워싸도록 주위에 미앤더(사행)형으로 형성되고, 나아가, 가는 폭의 패턴이 직사각 형상의 실장용 단자(32)를 향해 미앤더(사행)형으로 뻗어나와 형성되어 있다.
이러한 구성에 따르면, 배선 패턴(31)의 열전도 경로가 길어지므로, 열이 달아나기가 어려워지고, 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)의 온도가 유지되며, 출력을 크게 할 수 있음과 아울러 감도의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
그리고, 위에서는 기판(3)을 본체(2) 측에 있어서의 수용 공간부(23)의 내벽에 열용착하여 장착하여 설치하는 경우에 대해 설명하였으나, 기판(3)을 본체(2)에 누름(press) 가공에 의해 설치하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 본체(2)를 기판(3)에 압접하도록 갖다 대어 누르고, 기판(3) 측을 소성 변형시켜 접합하여 설치할 수 있다. 또한, 접착이나 점착에 의해 설치하도록 하여도 좋다. 이 경우, 수용 공간부(23)의 내벽에 접착층이나 점착층, 예를 들면, 접착 시트나 점착 시트를 마련하여, 이들 시트를 개재시켜 기판(3)을 붙여 설치하는 것이 바람직하다. 나아가, 납접(brazing)에 의해 설치하도록 하여도 좋다.
또한, 기판(3)은 플렉시블 배선 기판을 사용하는 경우에 대해 설명하였으나, 리지드 배선 기판을 사용하도록 하여도 좋다. 특정한 형식의 배선 기판에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 회로 기판(10)으로서의 실장 기판은 표면에 절연층을 갖는 알루미늄이나 구리 등의 금속 기판을 사용하여도 좋다. 이 경우, 실장 기판은 열전도성이 높으므로, 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)는 주위의 온도 변화에 대해 훨씬 추종성이 양호해져, 열적 외란에 대한 영향을 억제할 수 있다.
이에 더하여, 실장 기판에 있어서, 적외선 온도 센서(1)를 실장하는 범위에 대응하여, 적어도 그 범위의 일부의 표면을 반사율이 높은 적외선 반사면, 예를 들면, 경면부로서 형성한 것을 사용하여도 좋다. 이 경우, 덮개 부재(8)를 생략하는 것이 가능해져, 경면부에 의해 덮개 부재(8)의 반사면과 동일한 기능을 할 수 있고, 감도의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
다음, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 적외선 온도 센서에 대해 도 11 내지 도 16을 참조하여 설명하기로 한다. 도 11은 적외선 온도 센서를 분해하여 도시한 사시도, 도 12는 적외선 온도 센서를 분해하여 후면측에서 보아 도시한 사시도, 도 13은 적외선 온도 센서를 도시한 평면도이다. 도 14는 적외선 온도 센서를 도시하며, 도 6에 해당하는 단면도이고, 도 15는 도 14 중 X-X선을 따른 본체의 단면도이다. 또한, 도 16은 접착 시트를 도시한 평면도이다. 그리고, 제1 실시 형태와 동일 또는 해당 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 동일하게, 본체(2)는 열전도성을 갖는 금속 재료에 의해 대략 직육면체 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 본체(2) 전체가 열처리에 의해 산화되어 흑체화되고, 도광부(21) 및 차폐부(22)를 가지고 있는데, 수용 공간부는 형성되어 있지 않다. 따라서, 본체(2)의 타면측(후면측)은 도광부(21) 및 차폐부(22)가 개구된 평면 형상의 평면 형상부로 되어 있다.
또한, 기판(3)은 두께 치수가 0.05mm 내지 0.2mm인 직사각 형상으로 형성된 평판형의 리지드 배선 기판이다. 기판(3)은 본체(2)의 타면측(후면측)의 외형과 대략 동일한 외형을 가지며, 본체(2)의 후면측의 평면 형상부를 따라 설치된다. 구체적으로는, 제1 실시 형태와 동일하게, 기판(3)은 본체(2)의 후면측에 열용착, 납접(brazing), 접착이나 점착 등의 수단에 의해 장착된다.
도 12에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 기판(3)의 본체(2)의 후면측에 대한 설치는, 접착 시트(34)를 본체(2)의 후면측에 붙이고, 이 접착 시트(34)에 기판(3)을 붙여 수행된다. 즉, 기판(3)은 본체(2)의 후면측과 기판(3) 사이에 접착 시트(34)를 개재시켜 장착된다. 접착 시트(34)는 구체적으로는, 도 16에 도시한 바와 같이 본체(2)의 후면측의 외형과 대략 동일한 외형을 가지며, 중앙부가 도광부(21) 및 차폐부(22)의 후면측의 개구에 대응하여 잘려져 제거되어 있다. 그리고, 접착 시트 대신 점착 시트를 사용하여도 좋다.
기판(3)에는 절연성 기재의 일표면 위에 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)가 설치되어 있다. 마찬가지로 일표면 위에는 도체의 배선 패턴(31) 및 이 배선 패턴(31)에 전기적으로 연결됨과 아울러 단부측에 위치하는 실장용 단자(32)가 형성되어 있다.
도 11 내지 도 14에 대표적으로 도시한 바와 같이, 본체(2)에는 수용 공간부가 형성되어 있지 않다. 이에, 본체(2)의 후면측은 평면 형상부로 되어 있어, 이 평면 형상부에 도광부(21) 및 차폐부(22)가 개구되어 나타나게 된다(도 12 참조). 따라서, 평판형의 기판(3)이 상기 본체(2)의 후면측의 평면 형상부에 설치되게 된다.
기판(3)은 평판형의 리지드 배선 기판으로서, 예를 들면, 유리 에폭시 수지, 폴리페닐렌에테르(PPE 수지) 및 실리콘 수지 재료 등으로 이루어지는 절연성 기재와, 이 절연성 기재의 표면에 형성된 도체의 배선 패턴(31)을 구비하고 있다. 또한, 배선 패턴(31) 위에는 절연층인 레지스트층(33)이 적층되어 있다. 나아가, 배선 패턴(31)의 양 단부에는 레지스트층(33)이 적층되어 있지 않으며, 즉 레지스트층(33)에 피복되지 않은 노출된 전극 단자(31a) 및 실장용 단자(32)가 형성되어 있다. 그리고, 전극 단자(31a)는 적외선 검지용 감열 소자(4) 또는 온도 보상용 감열 소자(5)의 단자 전극이 연결되는 일부분만이 레지스트층(33)에 피복되지 않은 노출된 부분으로 되어 있다.
배선 패턴(31)은 일단측에 대략 직사각 형상의 전극 단자(31a)를 가지며, 이 전극 단자(31a)로부터 가는 폭의 패턴이 직선형으로 뻗어나오고, 타단측의 끝단부에 직사각 형상의 실장용 단자(32)가 형성되어 구성되어 있다. 이와 동일한 패턴의 배선 패턴(31)이 전극 단자(31a)의 상호가 대향하도록 한 쌍 설치되어, 적외선 검지용 감열 소자(4) 또는 온도 보상용 감열 소자(5)가 배치되어 연결되어 있다.
따라서, 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)를 연결하기 위해, 2쌍의 배선 패턴(31)이 대략 평행하게 배열되어 설치되어 있다. 이 적외선 검지용 감열 소자(4)가 연결되는 배선 패턴(31dt)과 온도 보상용 감열 소자(5)가 연결되는 배선 패턴(31cp)은 동일한 패턴의 형태로서, 서로 연결되지 않고, 적외선 검지용 감열 소자(4)와 온도 보상용 감열 소자(5)를 각각 개별적으로 연결하고 있다.
그리고, 이 배선 패턴(31)은 설명상, 도 11에서는 절연성 기판을 투과하여, 도 12에서는 레지스트층(33)을 투과하여 시각적으로 인식할 수 있는 상태를 선명화하여 도시하고 있다.
도 14에 도시한 바와 같이 적외선 온도 센서(1)는 회로 기판(10)으로서의 실장 기판에 실장된다. 이 실장 기판은 금속 기판으로서, 예를 들면, 알루미늄 재료로 이루어지는 금속으로 제작된 기재(13)에 유리 에폭시 수지, 유리 컴포짓 재료 등으로 이루어지는 절연성 기재(14)가 적층되어 형성되어 있다. 그리고, 절연성 기재(14)에 있어서의 기판(3)과 대향하는 부분에는 구멍이 형성되고, 이 구멍에 의해 금속으로 제작된 기재(13)와의 사이에 캐비티(15)가 형성되어 있다. 나아가, 기판(3)과 대향하는 금속으로 제작된 기재(13)의 표면은 반사면(16)으로서 형성되어 있다. 이 반사면(16)은, 전술한 바와 마찬가지로, 반사율이 높으며, 80% 이상, 바람직하게는 85% 이상의 반사율로 되어 있다. 이와 같이 실장 기판에는, 예를 들면, 도시하지 않으나 캐비티 구조의 구리 인레이 기판이 사용되고 있다. 그리고, 캐비티(15)에 전술한 덮개 부재(8)를 배치하는 것을 방해하는 것이 아니다.
나아가, 전술한 제1 실시 형태에 있어서의 (변형예 2)에서 설명한 바와 같이, 차폐부(22)에 있어서의 공간부(22b)는, 후면측의 개구가 기판(3)에 의해 막혀 밀폐적인 공간부로 되어 있는데, 공간부(22b)와 외부 간의 통기성을 허용하는 통기부(9)를 마련하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도광부(21)와 차폐부(22) 간의 경계 부분의 구획벽(24)에 있어서의 중앙벽(24a)과 기판(3) 사이에 통기부(9)로서 틈이 형성되어 있다. 이 틈은 1μm 이상 있으면 충분히 공기를 유통시킬 수 있다.
또한, 도 17에 도시한 바와 같이 적외선 온도 센서(1)를 실드를 실시한 기판(3)에 실장하도록 하여도 좋다. 본 예의 적외선 온도 센서(1)에서는, 기판(3) 위의 전면측에 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)가 배치되어 있는 것으로서, 적외선 검지용 감열 소자(4)가 도광부(21)에 대응하는 위치에 설치되고, 온도 보상용 감열 소자(5)가 차폐부(22)에 대응하는 위치에 설치되어 있다.
기판(3)은 평판 형상의 리지드 배선 기판으로서, 절연성 기재와, 이 절연성 기재의 표면에 형성된 도체의 배선 패턴(31) 및 이 배선 패턴(31)에 전기적으로 연결됨과 아울러 단부측에 위치하는 실장용 단자(32)를 구비하고 있다. 나아가, 배선 패턴(31) 위에는 절연층인 레지스트 잉크 등의 레지스트층(33)이 적층되어 있다. 그리고, 실장용 단자(32)는 레지스트층(33)에 피복되지 않은 노출된 부분으로 되어 있다.
기판(3)의 후면측에는 실드 링(17)이 마련되어 있고, 기판(3)을 포함하여 실드 링(17)의 외주에 도금이 실시되어 도금부(18)가 형성되어 있다. 이 도금부(18)에 의해 적외선 검지용 감열 소자(4) 및 온도 보상용 감열 소자(5)는 실드된 상태가 된다.
나아가, 도금부(18)는 실장용 단자(32)와 연결되어 있어, 실드 링(17)의 후면측에 도출되어 있으며, 실장용 단자(32)를 도시하지 않은 회로 기판의 연결 소자에 전기적으로 연결할 수 있도록 구성되어 있다. 이 실드 링(17)과 도전성의 본체(2)를 전기적으로 연결함으로써 실드성을 더 향상시킬 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 노이즈의 영향을 억제할 수 있고, 노이즈에 강한 기능을 하는 것이 가능한 적외선 온도 센서(1)를 제공할 수 있다.
이상과 같이 본 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 동일한 동작을 구현할 수 있고, 검지 대상물의 측정부를 효과적으로 특정할 수 있음과 아울러 소형화가 가능한 표면 실장형의 적외선 온도 센서(1), 이 적외선 온도 센서(1)가 실장된 회로 기판(10)을 제공할 수 있다. 또한, 본체(2)의 구성이 간소화되고, 적외선 온도 센서(1)를 회로 기판(10)에 실장한 경우, 적외선 센서(1)의 돌출 높이 치수를 낮출 수 있는 효과를 이룬다.
그리고, 위에서는 기판(3)은 리지드 배선 기판을 사용하는 경우에 대해 설명하였으나, 플렉시블 배선 기판을 사용하도록 하여도 좋다. 특정한 형식의 배선 기판에 한정되는 것은 아니다.
이상 설명해 온 각 실시 형태에 있어서의 적외선 온도 센서(1)는 복사기의 정착 장치, 배터리 유닛, 콘덴서, IH 쿠킹 히터, 냉장고의 고내 물품 등의 온도 검지를 위해 각종 장치에 구비되어 적용할 수 있다. 특별히 적용되는 장치가 한정되는 것은 아니다.
그리고, 본 발명은 상기 각 실시 형태의 구성에 한정되지 않으며, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다. 또한, 상기 각 실시 형태는 일례로서 제시한 것으로서, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않았다.
예를 들면, 적외선 검지용 감열 소자 및 온도 보상용 감열 소자로는 세라믹스 반도체로 형성된 칩 서미스터가 바람직하게 사용되는데, 이에 한정되지 않으며, 열전대나 측온 저항체 등을 사용할 수 있다.
또한, 배선 패턴의 패턴 형태는 특별히 한정되는 것은 아니며, 직선형이나 미앤더(사행)형 등, 설계에 따라 적당히 채용할 수 있다.
1 : 적외선 온도 센서
2 : 본체
3 : 기판
4 : 적외선 검지용 감열 소자
5 : 온도 보상용 감열 소자
8 : 덮개 부재
9 : 통기부
10 : 회로 기판
11 : 연결 소자
12 : 적외선 반사부
15 : 캐비티
21 : 도광부
21a : 개구부
22 : 차폐부
22a : 차폐벽
22b : 공간부
23 : 수용 공간부
24 : 구획벽
31 : 배선 패턴
32 : 실장용 단자
33 : 절연층(커버층, 레지스트층)
34 : 접착 시트
2 : 본체
3 : 기판
4 : 적외선 검지용 감열 소자
5 : 온도 보상용 감열 소자
8 : 덮개 부재
9 : 통기부
10 : 회로 기판
11 : 연결 소자
12 : 적외선 반사부
15 : 캐비티
21 : 도광부
21a : 개구부
22 : 차폐부
22a : 차폐벽
22b : 공간부
23 : 수용 공간부
24 : 구획벽
31 : 배선 패턴
32 : 실장용 단자
33 : 절연층(커버층, 레지스트층)
34 : 접착 시트
Claims (20)
- 표면 실장형의 적외선 온도 센서로서,
일면측에 개구부를 가지며, 적외선을 안내하도록 형성된 도광부와, 일면측에 차폐벽을 가지며, 적외선을 차폐하도록 형성된 차폐부와, 타면측에 오목형으로 형성된 수용 공간부를 구비한 열전도성을 갖는 본체;와,
상기 본체의 타면측에, 상기 수용 공간부를 구성하는 벽면을 따라 설치된 기판;과,
상기 기판 상에 배치되며, 상기 도광부에 대응하는 위치에 설치된 적외선 검지용 감열 소자;와,
상기 기판 상에 상기 적외선 검지용 감열 소자와 이간되어 배치되며, 상기 차폐부에 대응하는 위치에 설치된 온도 보상용 감열 소자;와,
상기 기판 위에 형성되며, 상기 적외선 검지용 감열 소자 및 상기 온도 보상용 감열 소자에 연결된 배선 패턴; 및
상기 배선 패턴과 일체로 형성되어 상기 배선 패턴에 연결됨과 아울러, 상기 기판 위의 단부측으로서, 상기 수용 공간부의 외측에 설치된 실장용 단자;
를 구비하는 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 기판은 본체에 누름 가공에 의해 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서.
- 청구항 1에 있어서, 상기 기판은 본체에 용착에 의해 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서.
- 청구항 1에 있어서, 상기 기판은 본체에 납접, 접착 또는 점착에 의해 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서.
- 청구항 1에 있어서, 상기 기판은 본체에 열용착 가능한 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서.
- 청구항 1에 있어서, 덮개 부재가 상기 기판과 대향하여 타면측에 배치되는 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서.
- 청구항 8에 있어서, 상기 덮개 부재는 내면의 적어도 기판과 대향하는 일부의 면이 적외선 반사면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서.
- 청구항 1에 있어서, 상기 본체는 금속 재료로 이루어지고, 산화 처리에 의해 산화막이 형성되어 적어도 상기 도광부가 흑체화되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서.
- 청구항 1에 있어서, 상기 차폐부에는 밀폐적인 공간부가 형성되어 있고, 이 공간부과 외부 간의 통기성을 허용하는 통기부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서.
- 청구항 1에 있어서, 상기 도광부와 차폐부는 도광부와 차폐부 간의 경계를 중심으로 하여 대칭의 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서.
- 청구항 1에 있어서, 상기 도광부 및 차폐부의 타면측의 개구를 제외한 본체에 있어서 구획벽이 기판 위에 연속적 또는 부분적으로 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서.
- 청구항 1에 있어서, 상기 본체는 10W/m·K 이상의 열전도율을 가지며, 상기 개구부가 표면으로부터 돌출되지 않음과 아울러, 적어도 상기 도광부가 흑체화되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서.
- 청구항 1에 있어서, 상기 적외선 검지용 감열 소자 및 온도 보상용 감열 소자를 연결하기 위한 상기 배선 패턴은 서로 대략 평행하게 배열되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서.
- 청구항 1에 있어서, 상기 적외선 검지용 감열 소자 및 온도 보상용 감열 소자는 금속 산화물 또는 금속 질화물을 함유하는 세라믹스 반도체로 형성된 서미스터 소자인 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서.
- 청구항 1, 청구항 4 내지 청구항 16에 기재된 어느 하나의 적외선 온도 센서; 및
상기 실장용 단자가 연결되는 연결 소자를 갖는 실장 기판;을 구비하고,
상기 적외선 온도 센서는, 이 실장 기판에 실장되는 것을 특징으로 하는 회로 기판. - 청구항 17에 있어서, 상기 실장 기판은 캐비티 구조인 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 청구항 17에 있어서, 상기 실장 기판에 있어서, 적어도 기판과 대향하는 일부의 면에 적외선 반사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판.
- 청구항 1, 청구항 4 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 기재된 적외선 온도 센서가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 온도 센서를 이용한 장치.
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