TW201538937A - 非接觸式溫度感測器 - Google Patents
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Abstract
具備絕緣性膜(2)、形成於絕緣性膜之表面的薄膜熱敏電阻部(3)、形成於薄膜熱敏電阻部之上的一對之梳型電極、形成於絕緣性膜之表面的一對之墊電極(5)、一端連接於一對之梳型電極同時另一端連接於一對之墊電極的一對之圖案配線部(6)、及在絕緣性膜之表面側接著於一對之墊電極的一對之引線框架(7),薄膜熱敏電阻部形成於配置在絕緣性膜之前端側的熱敏電阻形成區域(2a),墊電極形成於配置在絕緣性膜之基端側的電極形成區域(2b),一對之引線框架的前端側將熱敏電阻形成區域之周圍以非接觸方式包圍而配置。
Description
本發明,係關於在就複印機或印表機等之加熱輥的溫度作測定方面合適的非接觸式溫度感測器。
一般情況下,使用於複印機或印表機之加熱輥(固定輥),係有為了測定其溫度而使溫度感測器被設置成非接觸狀態者。在如此之非接觸式溫度感測器方面,係於例如專利文獻1,已提出一種非接觸式溫度感測器,其係具備:於樹脂膜之表面形成導體圖案,於此導體圖案上安裝感溫元件之可撓性印刷基板;及將此可撓性印刷基板在其周緣部分作了固定之框體。
此外,於專利文獻2,係記載固定了於紅外線透射性膜之背面所玻璃熱封的熱敏電阻元件之非接觸式溫度感測器。在此非接觸式溫度感測器,係紅外線透射性膜之端部或周緣部被固定於具有固定用凸緣之基底。此外,熱敏電阻元件係透過引線而電連接。
[專利文獻1]日本發明專利公開2010-43930號公報
[專利文獻2]日本發明專利公開2004-205417號公報
於上述歷來的技術,係存留以下的課題。
亦即,在歷來之技術,係安裝了感溫元件之可撓性印刷基板或膜以其周緣部分或端部被固定於框體或基底,故有受紅外線所產生之熱透過膜而逃至周圍的框體或基底,溫度之檢測準確度降低之問題。此外,有感溫元件之熱容量為大同時依配線之熱導為大,響應性亦變差之問題。
再者,可撓性印刷基板或膜以其周緣部分或端部被固定於框體或基底,故於就複印機等之加熱輥的溫度作測定時,於在輥子與感測器之間卡紙的情況下有框體或基底會彎曲或折斷等之問題。為此,有於除掉紙後輥子與感測器之距離改變,無法恢復原狀之不妥。此外,有如此之破損的問題,故歷來係將感測器從輥子分離至無障礙之距離而配置,有檢測準確度降低之問題。
本發明,係鑒於前述的課題而創作者,目的在於提供一種非接觸式溫度感測器,其係可抑制熱之逃逸,高準確度且於響應性方面優異,同時即使在卡紙之情況下仍可恢復原狀。
本發明,係為了解決前述課題而採用以下的構成。亦即,第1發明相關之非接觸式溫度感測器,係特徵在於:具備:絕緣性膜;於前述絕緣性膜之表面以熱敏電阻材料被圖案形成的薄膜熱敏電阻部;於前述薄膜熱敏電阻部之上表面及下表面中的至少一方具有複數個梳部而互相對向而被圖案形成的一對之梳型電極;於前述絕緣性膜之表面被圖案形成的一對之墊電極;一端連接於前述一對之梳型電極同時另一端連接於前述一對之墊電極而於前述絕緣性膜之表面被圖案形成的一對之圖案配線部;及在前述絕緣性膜之表面側被接著於前述一對之墊電極的一對之引線框架;前述薄膜熱敏電阻部被形成於配置在前述絕緣性膜之前端側的熱敏電阻形成區域,前述墊電極被形成於配置在前述絕緣性膜之基端側的電極形成區域,前述一對之引線框架的前端側將前述熱敏電阻形成區域之周圍以非接觸方式包圍而配置。
在此非接觸式溫度感測器,係一對之引線框架的前端側將熱敏電阻形成區域之周圍以非接觸方式包圍而配置,故薄膜熱敏電阻部受周圍的引線框架機械式保護,同時與周圍的引線框架為非接觸使得熱不易逃逸至引線框架,可獲得高的響應性且高的檢測準確度。此外,以相比於晶片型之熱敏電阻元件等下熱容量小之薄膜熱敏電阻部接受輻射熱因而可獲得高的響應性,同時熱敏電阻形成區域於空中以非接觸形式突出,不會延伸至引線框架使
得可設定成小面積,感測器可小型化。再者,以複印機之輥子等為測定對象之情況下,即使卡紙使得與輥子之距離改變,於將紙除去時仍因引線框架的彈簧特性(彈性)使得感測位置復原,可恢復原狀。
第2發明相關之非接觸式溫度感測器,係於第1發明,具備:基端側被接著於前述絕緣性膜之前述電極形成區域的背面側,前端側將前述熱敏電阻形成區域之周圍以非接觸方式包圍而配置的一對之背面側框。
亦即,在此非接觸式溫度感測器,係具備基端側被接著於絕緣性膜之電極形成區域的背面側,前端側將熱敏電阻形成區域之周圍以非接觸方式包圍而配置的一對之背面側框,故除了表面側之引線框架以外藉背面側框亦使得熱敏電阻形成區域受機械式保護,具有更高之剛性而被補強。此外,可將電極形成區域以引線框架與背面側框夾住而支撐,維持引線框架與墊電極之接合強度而可謀求可靠性之提升。
第3發明相關之非接觸式溫度感測器,係於第1或第2發明,具備將前述熱敏電阻形成區域之背面側以非接觸方式被覆而設的絕緣性之保護膜。
亦即,在此非接觸式溫度感測器,係具備將熱敏電阻形成區域之背面側以非接觸方式被覆而設的絕緣性之保護膜,故保護膜在背面側遮蔽輻射熱,使得可抑制室外空氣等之影響或來自測定對象物以外的熱之干涉。
第4發明相關之非接觸式溫度感測器,係於
第1~第3發明中任一者,前述圖案配線部以膜厚100~300nm之薄膜而形成。
亦即,在此非接觸式溫度感測器,係圖案配線部以膜厚100~300nm之薄膜而形成,故相比於在一般的印刷基板等作為配線而使用之厚度100μm程度的金屬箔下因奈米級之薄膜化使得熱導大幅減小,因而可獲得更高之響應性。另外,膜厚不足100nm之情況下,係於絕緣性膜彎曲時有斷線之情形,膜厚超過300nm之情況下,係與歷來之金屬箔的配線同樣熱導變大,故採取上述膜厚範圍為理想。
第5發明相關之非接觸式溫度感測器,係於第1~第4發明中任一者,前述絕緣性膜,於前述熱敏電阻形成區域與前述電極形成區域之間,具有配置了前述圖案配線部之配線形成區域,前述配線形成區域,被形成為比前述熱敏電阻形成區域及前述電極形成區域幅窄。
亦即,在此非接觸式溫度感測器,係配線形成區域被形成為比熱敏電阻形成區域及電極形成區域幅窄,故熱不易透過配線形成區域而逃逸,可獲得更高的響應性。
依本發明,即發揮以下之效果。
亦即,依本發明相關之非接觸式溫度感測器,一對之引線框架的前端側將熱敏電阻形成區域之周圍以非接觸方式包圍而配置,故薄膜熱敏電阻部受周圍的引線框架機械
式保護,同時熱不易逃逸至引線框架,可獲得高的響應性且高的檢測準確度,再者熱容量為小,使得可獲得高的響應性。此外,以複印機之輥子等為測定對象之情況下,即使卡紙使得與輥子之距離改變,仍可因引線框架的彈簧特性而恢復原狀。因此,亦使得可比歷來接近輥子而設置,使得可獲得高的檢測準確度。
因此,依本發明之非接觸式溫度感測器,薄膜熱敏電阻部受到保護,同時得以高響應性且正確就溫度以非接觸方式作測定,在複印機或印表機等之加熱輥的溫度測定用方面為合適。
1‧‧‧非接觸式溫度感測器
2‧‧‧絕緣性膜
2a‧‧‧熱敏電阻形成區域
2b‧‧‧電極形成區域
2c‧‧‧配線形成區域
3‧‧‧薄膜熱敏電阻部
4‧‧‧梳型電極
4a‧‧‧梳部
5‧‧‧墊電極
6‧‧‧圖案配線
7‧‧‧引線框架
8‧‧‧保護膜
9‧‧‧背面側框
10‧‧‧保護膜
S‧‧‧感測部
[圖1]就示出本發明相關之非接觸式溫度感測器的一實施形態之內部作了透視的平面圖(a)及A-A線剖面圖(b)。
[圖2]於本實施形態,繪示感測部之平面圖。
[圖3]於本實施形態,就感測部之製程依程序順序作繪示的主要部分之透視圖。
[圖4]於本實施形態,就引線框架安裝程序作繪示的平面圖。
[圖5]於本實施形態,就背面側框安裝程序作繪示的平面圖及正面圖。
[圖6]於本實施形態,就保護膜安裝程序作繪示的平
面圖及正面圖。
以下,就本發明相關之非接觸式溫度感測器的一實施形態,邊參照圖1至圖6邊作說明。另外,在利用於以下的說明之圖式的一部分,係為了使各部分成為可理解或容易理解之大小而依所需對於比例尺作了適當變更。
本實施形態之非接觸式溫度感測器1,係如示於圖1至圖3,具備絕緣性膜2、於絕緣性膜2之表面以熱敏電阻材料被圖案形成之薄膜熱敏電阻部3、於薄膜熱敏電阻部3之上具有複數個梳部4a而互相對向而被圖案形成的一對之梳型電極4、於絕緣性膜2之表面被圖案形成的一對之墊電極5、一端連接於一對之梳型電極4同時另一端連接於一對之墊電極5並於絕緣性膜2之表面被圖案形成的一對之圖案配線部6、及在絕緣性膜2之表面側被接著於一對之墊電極5的一對之引線框架7。
另外,如圖2及圖3所示,上述之絕緣性膜2、薄膜熱敏電阻部3、梳型電極4、藉墊電極5及圖案配線部6而構成了感測部S。
此外,上述感測部S,係具備除了配有墊電極5之區域以外形成於絕緣性膜2之表面的保護膜8。
上述薄膜熱敏電阻部3,係形成在配於絕緣性膜2之前端側的熱敏電阻形成區域2a。此外,上述墊電
極5,係形成在配於絕緣性膜2之基端側的電極形成區域2b。再者,絕緣性膜2,係於熱敏電阻形成區域2a與電極形成區域2b之間,具有配有圖案配線部6之配線形成區域2c。此配線形成區域2c,係形成為比熱敏電阻形成區域2a及電極形成區域2b幅窄。
上述一對之引線框架7的前端側,係將熱敏電阻形成區域2a之周圍以非接觸方式包圍而配置。亦即,一對之引線框架7的前端側,係延伸存在於熱敏電阻形成區域2a之兩側方,進一步具有以分別彎曲於對向方向而從熱敏電阻形成區域2a之側方將前方包圍的方式而延伸之前端部7a。此等前端部7a,係對向成接近狀態。此外,一對之引線框架7的基端側,係形成為比熱敏電阻形成區域2a之側方部分幅寬,焊接而接著於電極形成區域2b的一對之墊電極5。
因此,一對之引線框架7係互相平行而延伸,同時僅熱敏電阻形成區域2a之側方部分被形成為幅窄,而被以包圍熱敏電阻形成區域2a之方式而配設。如此,熱敏電阻形成區域2a,係以於被一對之引線框架7的前端側所包圍之區域不接觸於此等的狀態而突出,作成浮在空中之狀態。
另外,引線框架7,係以焊接作接合而接著於墊電極5亦無妨。
此外,本實施形態之非接觸式溫度感測器1,係具備:基端側接著於絕緣性膜2之電極形成區域2b的
背面側,前端側將熱敏電阻形成區域2a之周圍以非接觸的方式包圍而配置之一對的背面側框9;及將熱敏電阻形成區域2a之背面側以非接觸方式被覆而設的絕緣性之保護膜10。因此,在此非接觸式溫度感測器1,係如圖1之(b)所示,僅絕緣性膜2之表面側設有開口,可接收來自測定對象物之輻射熱(圖1中的點劃線箭頭)。
另外,背面側框9,係為了防止熱脹係數之差異所致的變化,而以與引線框架7同金屬材料而形成為理想。此外,引線框架7及背面側框9,係為了維持與測定對象物平行之位置,另外為了於彎曲感測器時恢復位置,具有某程度之彈性的材料為理想。
上述圖案配線部6,係以膜厚100~300nm之薄膜而形成。
上述絕緣性膜2,係以例如聚醯亞胺樹脂薄片而形成。另外,作為絕緣性膜2,係另外亦得以PET:聚對苯二甲酸乙二酯、PEN:聚萘二甲酸乙二酯等而製作,惟作為加熱輥的溫度測定用,係最高使用溫度高至230℃故聚醯亞胺膜最佳。
上述薄膜熱敏電阻部3,係配於絕緣性膜2之前端側,以TiAlN之熱敏電阻材料而形成。尤其,薄膜熱敏電阻部3,係由以通式:TixAlyNz(0.70≦y/(x+y)≦0.98、0.4≦z≦0.5、x+y+z=1)所示之金屬氮化物所成,其結晶構造為六方晶系的纖鋅礦型之單相。
上述圖案配線6及梳型電極4,係具有形成於
薄膜熱敏電阻部3上之膜厚5~100nm的Cr或NiCr之接合層、及於該接合層上以Au等之貴金屬且以膜厚50~295nm而形成之電極層。
一對之梳型電極4,係作成配置成互相對向狀態而梳部4a交互排列之梳型圖案。
上述保護膜8,係絕緣性樹脂膜等,採用例如厚度20μm之聚醯亞胺膜。
上述保護膜10,係絕緣性樹脂膜等,採用例如聚醯亞胺膜。
上述薄膜熱敏電阻部3,係如上所述,為金屬氮化物材料,由以通式:TixAlyNz(0.70≦y/(x+y)≦0.98、0.4≦z≦0.5、x+y+z=1)所示之金屬氮化物所成,其結晶構造為六方晶系之結晶系且為纖鋅礦型(空間群P63mc(No.186))之單相。
此外,此薄膜熱敏電阻部3,係形成為例如膜厚100~1000nm之膜狀,為相對於前述膜的表面而延伸於垂直方向之柱狀結晶。再者,相對於膜的表面在垂直方向上比a軸強地配向c軸為理想。
另外,相對於膜的表面在垂直方向(膜厚方向)上a軸配向(100)強或c軸配向(002)強之判斷,係利用X射線繞射(XRD)而調查結晶軸之配向性,從而根據(100)(表示a軸配向之密勒指數)與(002)(表示c軸配向之密勒指數)的峰值強度比,以「(100)的峰值強度」/「(002)的峰值強度」不足1而決定。
就此非接觸式溫度感測器1之製造方法,參照圖2~圖5而於以下作說明。
本實施形態的非接觸式溫度感測器1之製造方法,係具有於絕緣性膜2上將薄膜熱敏電阻部3作圖案形成之薄膜熱敏電阻部形成程序、將互相對向的一對之梳型電極4配於薄膜熱敏電阻部3上而於絕緣性膜2上將一對之圖案配線6作圖案形成的電極形成程序、於絕緣性膜2之表面形成保護膜8的保護膜形成程序、於墊電極5焊接引線框架7之引線框架接著程序、於絕緣性膜2接著背面側框9之背面側框接著程序、及將保護膜10接著於背面側框9的保護膜接著程序。
在更具體的製造方法之例方面,係在示於圖3之(a)的厚度50μm之聚醯亞胺膜的絕緣性膜2上,採用Ti-Al合金濺鍍靶材,在含氮空氣中以反應性濺鍍法,而將TixAlyNz(x=9、y=43、z=48)之熱敏電阻膜以膜厚200nm而形成。此時的濺鍍條件,係極限真空度5×10-6Pa、濺鍍氣壓0.4Pa、靶材接通電力(輸出)200W,於Ar氣+氮氣之混合氣體空氣下,以使氮氣比例為20%而製作。
於所成膜的熱敏電阻膜之上將抗蝕液以棒式塗布機作塗布後,以110℃進行1分30秒的預烤,以曝光裝置作感光後,以顯影劑將不要部分作除去,進一步以150℃、5分鐘的後烤而進行圖案化。之後,就不要之TixAlyNz的熱敏電阻膜以市售之Ti蝕刻劑進行濕式蝕
刻,如圖3之(b)所示,以抗蝕層剝離作成期望之形狀的薄膜熱敏電阻部3。
接著,於薄膜熱敏電阻部3及絕緣性膜2上,藉濺鍍法,而將Cr膜之接合層形成膜厚20nm。再者,於此接合層上,以濺鍍法將Au膜之電極層形成膜厚100nm。
接著,於所成膜的電極層之上將抗蝕液以棒式塗布機作塗布後,以110℃進行1分30秒的預烤,以曝光裝置作感光後,以顯影劑將不要部分作除去,以150℃、5分鐘的後烤而進行圖案化。之後,就不要之電極部分依市售的Au蝕刻劑及Cr蝕刻劑之順序而進行濕式蝕刻,如圖2及圖3之(c)所示,藉抗蝕層剝離而形成期望之圖案配線6及梳型電極4。
再者,於其上將聚醯亞胺清漆凡立水藉印刷法作塗布,而以250℃、30分鐘進行固化,如圖3之(d)所示,形成20μm厚之聚醯亞胺保護膜8,從而製得感測部S。
接著,於感測部S的一對之墊電極5,如圖4所示,將一對之引線框架7在其基端側作焊接。此時,將一對之引線框架7,以在其前端側包圍熱敏電阻形成區域2a的方式而配置。
再者,如圖5所示,於絕緣性膜2之背面側,以與一對之引線框架7對向狀態的方式,藉接著劑等而接著一對之背面側框9。此時,如同一對之引線框架7
的前端側,一對之背面側框9亦以在其前端側包圍熱敏電阻形成區域2a的方式而配置。
然後,如圖6所示,於一對之背面側框9上藉接著劑等貼上聚醯亞胺膜之保護膜10,將一對之背面側框9間的上部開口部分塞住,從而製得非接觸式溫度感測器1。
另外,同時製作複數個感測部S之情況下,於在絕緣性膜2之大張薄片將複數個薄膜熱敏電阻部3、梳型電極4、圖案配線6、墊電極5及保護膜10以上述方式而形成後,從大張薄片切斷成各感測部S。
如此在本實施形態之非接觸式溫度感測器1,係一對之引線框架7的前端側將熱敏電阻形成區域2a之周圍以非接觸方式包圍而配置,故薄膜熱敏電阻部3受周圍的引線框架7機械式保護,同時與周圍的引線框架7為非接觸使得熱不易逃逸至引線框架7,可獲得高的檢測準確度。此外,以相比於晶片型之熱敏電阻元件等下熱容量小之薄膜熱敏電阻部3接受輻射熱因而可獲得高的響應性,同時熱敏電阻形成區域2a於空中以非接觸形式突出,不會延伸至引線框架7使得可設定成小面積,感測器可小型化。再者,以複印機之輥子等為測定對象之情況下,即使卡紙使得與輥子之距離改變,於將紙除去時仍因引線框架7的彈簧特性(彈性)使得感測位置復原,可恢復原狀。因此,亦使得可比歷來接近輥子而設置,使得可獲得高的檢測準確度。
此外,由於具備基端側接著於絕緣性膜2之
電極形成區域2b的背面側,前端側將熱敏電阻形成區域2a之周圍以非接觸的方式包圍而配置之一對的背面側框9,故除了表面側之引線框架7以外藉背面側框9亦使得熱敏電阻形成區域2a受到機械式保護,具有更高之剛性而被補強。此外,可將電極形成區域2b以引線框架7與背面側框9夾住而支撐,維持引線框架7與墊電極5之接合強度而可謀求可靠性之提升。
再者,具備將熱敏電阻形成區域2a之背面側以非接觸方式被覆而設的絕緣性之保護膜10,故保護膜10在背面側遮蔽輻射熱,使得可抑制室外空氣等之影響或來自測定對象物以外的熱之干涉。
此外,圖案配線部6以膜厚100~300nm之薄膜而形成,故相比於在一般的印刷基板等作為配線而使用之厚度100μm程度的金屬箔下因奈米級之薄膜化使得熱導大幅減小,因而可獲得更高之響應性。
此外,配線形成區域2c被形成為比熱敏電阻形成區域2a及電極形成區域2b幅窄,使得熱難以透過配線形成區域2c而逃逸,可獲得更高的響應性。
另外,薄膜熱敏電阻部3由以通式:TixAlyNz(0.70≦y/(x+y)≦0.98、0.4≦z≦0.5、x+y+z=1)所示之金屬氮化物所成,其結晶構造為六方晶系之結晶系且為纖鋅礦型的單相,故非燒成且獲得良好之B常數同時具有高耐熱性。
此外,在此金屬氮化物材料,係相對於膜的表面而延
伸於垂直方向之柱狀結晶,故膜的結晶性高,獲得高的耐熱性。
再者,在此金屬氮化物材料,係相對於膜的表面在垂直方向上使c軸比a軸強地作配向,使得相比於a軸配向為強之情況下獲得高的B常數。
因此,在本實施形態之非接觸式溫度感測器1,係於絕緣性膜2上以上述熱敏電阻材料層而形成薄膜熱敏電阻部3,故由於以非燒成而形成、高B常數且耐熱性高之薄膜熱敏電阻部3,使得可採用樹脂膜等之耐熱性低的絕緣性膜2,同時獲得具有良好之熱敏電阻特性的薄型且具可撓性之熱敏電阻感測器。
另外,本發明之技術範圍係非限定於上述實施形態者,可於不脫離本發明之趣旨的範圍內添加各種的變更。
例如,在上述實施形態,係於絕緣性膜在薄膜熱敏電阻部之相反側的面(熱敏電阻形成區域之背面)未特別形成任何物,惟於此部分以Au等而形成紅外線反射膜亦無妨。此情況下,可藉紅外線反射膜將來自背面側之紅外線作反射而進一步防止來自測定對象物以外之輻射熱的干涉。
此外,在上述實施形態,係將背面框與保護膜以不同形體而接著,惟將此等以樹脂等一體化成殼狀而接著於絕緣性膜之背面亦無妨。
1‧‧‧非接觸式溫度感測器
2‧‧‧絕緣性膜
2a‧‧‧熱敏電阻形成區域
2b‧‧‧電極形成區域
2c‧‧‧配線形成區域
3‧‧‧薄膜熱敏電阻部
4‧‧‧梳型電極
4a‧‧‧梳部
5‧‧‧墊電極
6‧‧‧圖案配線
7‧‧‧引線框架
8‧‧‧保護膜
9‧‧‧背面側框
10‧‧‧保護膜
S‧‧‧感測部
Claims (5)
- 一種非接觸式溫度感測器,特徵在於:具備:絕緣性膜;於前述絕緣性膜之表面以熱敏電阻材料被圖案形成的薄膜熱敏電阻部;於前述薄膜熱敏電阻部之上表面及下表面中的至少一方具有複數個梳部而互相對向而被圖案形成的一對之梳型電極;於前述絕緣性膜之表面被圖案形成的一對之墊電極;一端連接於前述一對之梳型電極同時另一端連接於前述一對之墊電極而於前述絕緣性膜之表面被圖案形成的一對之圖案配線部;及在前述絕緣性膜之表面側被接著於前述一對之墊電極的一對之引線框架;前述薄膜熱敏電阻部被形成於配置在前述絕緣性膜之前端側的熱敏電阻形成區域,前述墊電極被形成於配置在前述絕緣性膜之基端側的電極形成區域,前述一對之引線框架的前端側將前述熱敏電阻形成區域之周圍以非接觸方式包圍而配置。
- 如申請專利範圍第1項之非接觸式溫度感測器,其具備:基端側被接著於前述絕緣性膜之前述電極形成區域的背面側,前端側將前述熱敏電阻形成區域之周圍以非 接觸方式包圍而配置的一對之背面側框。
- 如申請專利範圍第2項之非接觸式溫度感測器,其具備:將前述熱敏電阻形成區域之背面側以非接觸方式被覆而設的絕緣性之保護膜。
- 如申請專利範圍第1項之非接觸式溫度感測器,其中,前述圖案配線部以膜厚100~300nm之薄膜而形成。
- 如申請專利範圍第1項之非接觸式溫度感測器,其中,前述絕緣性膜,於前述熱敏電阻形成區域與前述電極形成區域之間,具有配置了前述圖案配線部之配線形成區域,前述配線形成區域,被形成為比前述熱敏電阻形成區域及前述電極形成區域幅窄。
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