非接触式温度传感器的制造方法
【专利摘要】具备绝缘性膜(2)、形成于绝缘性膜的表面的薄膜热敏电阻部(3)、形成于薄膜热敏电阻部上的一对梳状电极、形成于绝缘性膜的表面的一对衬垫电极(5)、一端连接于一对梳状电极且另一端连接于一对衬垫电极的一对图案配线部(6)、及在绝缘性膜的表面侧粘结于一对衬垫电极的一对引线框架(7)，薄膜热敏电阻部形成于配置在绝缘性膜的前端侧的热敏电阻形成区域(2a)，衬垫电极形成于配置在绝缘性膜的基端侧的电极形成区域(2b)，一对引线框架的前端侧将热敏电阻形成区域的周围以非接触方式包围而配置。
【专利说明】
非接触式温度传感器
技术领域
[0001]本发明涉及一种在对复印机或打印机等的加热辊的温度进行测定的方面优选的非接触式温度传感器。
【背景技术】
[0002]—般情况下，使用于复印机或打印机的加热辊(定影辊)中，有时为了测定其温度而将温度传感器设置成非接触状态。作为这种非接触式温度传感器，例如在专利文献I，已提出一种非接触式温度传感器，其具备:在树脂膜的表面形成导体图案，在该导体图案上安装有感温元件的挠性印刷基板;及将该挠性印刷基板在其周缘部分进行了固定的框体。
[0003]并且，在专利文献2，记载有固定了在红外线透射性膜的背面所玻璃热封的热敏电阻元件的非接触式温度传感器。在该非接触式温度传感器，红外线透射性膜的端部或周缘部被固定于具有固定用凸缘的基底。并且，热敏电阻元件经由引线而电连接。
[0004]专利文献I:日本专利公开2010-43930号公报
[0005]专利文献2:日本专利公开2004-205417号公报
[0006]在上述现有技术，留有以下的课题。
[0007]S卩，在现有技术，安装了感温元件的挠性印刷基板或膜由于其周缘部分或端部被固定于框体或基底，因此有受红外线所产生的热经由膜而漏失至周围的框体或基底，温度的检测准确度降低的问题。并且，有感温元件的热容量大且基于配线的热导大，响应性也变差的冋题。
[0008]另外，挠性印刷基板或膜由于其周缘部分或端部被固定于框体或基底，因此在对复印机等的加热辊的温度进行测定时，在辊子与传感器之间卡纸的情况下有框体或基底弯曲或折断等问题。因此，有在去除纸后辊子与传感器的距离发生改变，无法恢复原状的不便。并且，由于有这种破损的问题，因此以往将传感器从辊子分离至无障碍的距离而配置，有检测准确度降低的问题。
【发明内容】
[0009]本发明鉴于所述的课题而完成，目的在于提供一种可抑制热的漏失，高准确度且响应性优异，且即使在卡纸的情况下仍可恢复原状的非接触式温度传感器，。
[0010]本发明为了解决所述课题而采用以下的结构。即，第I发明的非接触式温度传感器，其特征在于，具备:绝缘性膜;在所述绝缘性膜的表面以热敏电阻材料形成图案的薄膜热敏电阻部;在所述薄膜热敏电阻部的上表面及下表面中的至少一个表面具有多个梳部并互相相对而形成图案的一对梳状电极;在所述绝缘性膜的表面形成图案的一对衬垫电极(pad electrode);—端连接于所述一对梳状电极且另一端连接于所述一对衬垫电极并在所述绝缘性膜的表面形成图案的一对图案配线部;及在所述绝缘性膜的表面侧粘结于所述一对衬垫电极的一对引线框架;所述薄膜热敏电阻部形成于配置在所述绝缘性膜的前端侧的热敏电阻形成区域，所述衬垫电极形成于配置在所述绝缘性膜的基端侧的电极形成区域，所述一对引线框架的前端侧将所述热敏电阻形成区域的周围以非接触方式包围而配置。
[0011]在该非接触式温度传感器，一对引线框架的前端侧将热敏电阻形成区域的周围以非接触方式包围而配置，因此薄膜热敏电阻部受周围的引线框架机械式保护，且与周围的引线框架为非接触，因此热不易漏失至引线框架，可获得高的响应性且高的检测准确度。并且，以相比于片式热敏电阻元件等而热容量小的薄膜热敏电阻部接受辐射热，由此可获得高响应性，且热敏电阻形成区域在空中以非接触方式突出，不延伸至引线框架，由此可设定成小面积，传感器可小型化。另外，以复印机的辊子等为测定对象的情况下，即使因卡纸而与辊子的距离发生改变，在将纸去除时仍因引线框架的弹簧特性(弹性)使得传感位置复原，可恢复原状。
[0012]第2发明的非接触式温度传感器中，在第I发明，具备:基端侧粘结于所述绝缘性膜的所述电极形成区域的背面侧，前端侧将所述热敏电阻形成区域的周围以非接触方式包围而配置的一对背面侧框架。
[0013]S卩，在该非接触式温度传感器，具备基端侧粘结于绝缘性膜的电极形成区域的背面侧，前端侧将热敏电阻形成区域的周围以非接触方式包围而配置的一对背面侧框架，因此除了表面侧的引线框架以外通过背面侧框架而热敏电阻形成区域也受机械式保护，具有更高刚性并被加强。并且，可将电极形成区域以引线框架与背面侧框架夹住而支承，维持引线框架与衬垫电极的接合强度而可实现可靠性的提高。
[0014]第3发明的非接触式温度传感器，其特征在于，在第I或第2发明，具备将所述热敏电阻形成区域的背面侧以非接触方式覆盖而设置的绝缘性保护膜。
[0015]S卩，在该非接触式温度传感器，具备将热敏电阻形成区域的背面侧以非接触方式覆盖而设置的绝缘性保护膜，因此保护膜在背面侧屏蔽辐射热，而可抑制外部空气等的影响或来自除测定对象物以外的热的干扰。
[0016]第4发明的非接触式温度传感器，其特征在于，在第I至第3发明中的任一个，所述图案配线部以膜厚100?300nm的薄膜而形成。
[0017]S卩，在该非接触式温度传感器，图案配线部以膜厚100?300nm的薄膜而形成，因此相比于在一般的印刷基板等作为配线而使用的厚度ΙΟΟμπι左右的金属箔而因纳米级的薄膜化使得热导大幅减小，从而可获得更高响应性。另外，膜厚小于10nm的情况下，在绝缘性膜弯曲时有断线的情况，膜厚超过300nm的情况下，与以往的金属箔的配线同样地热导变大，因此优选设为上述膜厚范围。
[0018]第5发明的非接触式温度传感器，其特征在于，在第I至第4发明中的任一个，所述绝缘性膜在所述热敏电阻形成区域与所述电极形成区域之间具有配置了所述图案配线部的配线形成区域，所述配线形成区域以比所述热敏电阻形成区域及所述电极形成区域窄的方式形成。
[0019]S卩，在该非接触式温度传感器，配线形成区域以比热敏电阻形成区域及电极形成区域窄的方式形成，因此热不易经由配线形成区域而漏失，可获得更高响应性。
[0020]根据本发明，发挥以下的效果。
[0021]S卩，根据本发明的非接触式温度传感器，一对引线框架的前端侧将热敏电阻形成区域的周围以非接触方式包围而配置，因此薄膜热敏电阻部受周围的引线框架机械式保护，且热不易漏失至引线框架，可获得高响应性且高检测准确度，另外热容量小，由此可获得高响应性。并且，以复印机的辊子等为测定对象的情况下，即使因卡纸而与辊子的距离发生改变，仍可因引线框架的弹簧特性而恢复原状。因此，也可比以往接近辊子而设置，可获得高检测准确度。
[0022]因此，根据本发明的非接触式温度传感器，薄膜热敏电阻部受到保护，且可以高响应性且准确地对温度以非接触方式进行测定，作为复印机或打印机等的加热辊的温度测定用而优选。
【附图说明】
[0023]图1是对表示本发明的非接触式温度传感器的一实施方式的内部进行了透视的俯视图(a)及A-A线剖视图(b)。
[0024]图2是在本实施方式表示传感部的俯视图。
[0025]图3是在本实施方式对传感部的制造工序按工序顺序表示的主要部分的立体图。
[0026]图4是在本实施方式表示引线框架安装工序的俯视图。
[0027]图5是在本实施方式表示背面侧框架安装工序的俯视图及主视图。
[0028]图6是在本实施方式表示保护膜安装工序的俯视图及主视图。
【具体实施方式】
[0029]以下，参考图1至图6并对本发明的非接触式温度传感器的一实施方式进行说明。另外，在用于以下的说明的附图的一部分，为了使各部分成为可理解或容易理解的大小而根据需要对比例尺进行了适当变更。
[0030]本实施方式的非接触式温度传感器I，如图1至图3所示，具备绝缘性膜2、在绝缘性膜2的表面以热敏电阻材料形成图案的薄膜热敏电阻部3、在薄膜热敏电阻部3上具有多个梳部4a而互相相对而形成图案的一对梳状电极4、在绝缘性膜2的表面形成图案的一对衬垫电极5、一端连接于一对梳状电极4且另一端连接于一对衬垫电极5并在绝缘性膜2的表面形成图案的一对图案配线部6、及在绝缘性膜2的表面侧粘结于一对衬垫电极5的一对引线框架7。
[0031]另外，如图2及图3所示，通过上述的绝缘性膜2、薄膜热敏电阻部3、梳状电极4、衬垫电极5及图案配线部6而构成了传感部S。
[0032]并且，上述传感部S具备除了配置有衬垫电极5的区域以外形成于绝缘性膜2的表面的保护膜8。
[0033]上述薄膜热敏电阻部3形成在配置于绝缘性膜2的前端侧的热敏电阻形成区域2a。并且，上述衬垫电极5形成在配置于绝缘性膜2的基端侧的电极形成区域2b。另外，绝缘性膜2在热敏电阻形成区域2a与电极形成区域2b之间具有配置有图案配线部6的配线形成区域2c。该配线形成区域2c以比热敏电阻形成区域2a及电极形成区域2b窄的方式形成。
[0034]上述一对引线框架7的前端侧，将热敏电阻形成区域2a的周围以非接触方式包围而配置。即，对于一对引线框架7的前端侧，延伸至热敏电阻形成区域2a的两侧，进一步具有以分别向相对方向弯曲而从热敏电阻形成区域2a的侧方将前方包围的方式而延伸的前端部7a。这些前端部7a以接近状态相对。并且，一对引线框架7的基端侧，以比热敏电阻形成区域2a的侧方部分宽的方式形成，焊接而粘结于电极形成区域2b的一对衬垫电极5。
[0035]因此，一对引线框架7互相平行而延伸，且仅热敏电阻形成区域2a的侧方部分以较窄的方式形成，而以包围热敏电阻形成区域2a的方式而配设。如此，对于热敏电阻形成区域2a，以一对弓I线框架7的前端侧所包围的区域不与这些接触的状态而突出，作成浮在空中的状态。
[0036]另外，引线框架7，以软钎焊接合而粘结于衬垫电极5也无妨。
[0037]并且，本实施方式的非接触式温度传感器I具备:基端侧粘结于绝缘性膜2的电极形成区域2b的背面侧，前端侧将热敏电阻形成区域2a的周围以非接触的方式包围而配置的一对背面侧框架9;及将热敏电阻形成区域2a的背面侧以非接触方式覆盖而设置的绝缘性保护膜10。因此，在该非接触式温度传感器I，如图1的(b)所示，仅绝缘性膜2的表面侧设有开口，可接受来自测定对象物的辐射热(图1中的单点虚线箭头)。
[0038]另外，背面侧框架9优选为了防止因热胀系数的差异所致的变形，而以与引线框架7相同的金属材料形成。并且，引线框架7及背面侧框架9优选为了维持与测定对象物平行的位置且为了在弯曲传感器时恢复位置而具有一定程度的弹性的材料。
[0039]上述图案配线部6以膜厚100?300nm的薄膜而形成。
[0040]上述绝缘性膜2以例如聚酰亚胺树脂薄片而形成。另外，作为绝缘性膜2，此外也可以PET:聚对苯二甲酸乙二酯、PEN:聚萘二甲酸乙二酯等而制作，但作为加热辊的温度测定用，最高使用温度高至230°C，因此优选聚酰亚胺膜。
[0041]上述薄膜热敏电阻部3配置于绝缘性膜2的前端侧，以TiAlN的热敏电阻材料而形成。尤其，薄膜热敏电阻部3由以通式:1'^1仏(0.70彡7/^+7)彡0.98、0.4彡2彡0.53+7+2=1)所示的金属氮化物构成，其晶体结构为六方晶系的纤锌矿型的单相。
[0042]上述图案配线6及梳状电极4具有形成于薄膜热敏电阻部3上的膜厚5?10nm的Cr或NiCr的接合层、及在该接合层上以Au等贵金属且以膜厚50?295nm而形成的电极层。
[0043]一对梳状电极4作成配置成互相相对状态而梳部4a交替排列的梳状图案。
[0044]上述保护膜8是绝缘性树脂膜等，采用例如厚度20μπι的聚酰亚胺膜。
[0045]上述保护膜10是绝缘性树脂膜等，采用例如聚酰亚胺膜。
[0046]对于上述薄膜热敏电阻部3，如上所述，为金属氮化物材料，由以通式:TixAlyNz(0.70^y/(1+7)彡0.98、0.4彡2彡0.5、1+7+2 = 1)所示的金属氮化物构成，其晶体结构为六方晶系且为纤锌矿型(空间群P63mc(N0.l86))的单相。
[0047]并且，对于该薄膜热敏电阻部3，形成为例如膜厚100?100nm的膜状，为相对于所述膜的表面而沿垂直方向延伸的柱状晶体。另外，优选相对于膜的表面在垂直方向上c轴比a轴较强地取向。
[0048]另外，对于相对于膜的表面在垂直方向(膜厚方向)上a轴取向(100)强或c轴取向
(002)强的判断，利用X射线衍射(XRD)而调查晶轴的取向性，从而通过根据(100)(表示a轴取向的密勒指数)与(002)(表示c轴取向的密勒指数)的峰值强度比，“(100)的峰值强度”/“(002)的峰值强度”小于I而确定。
[0049]以下，参考图2?图5并对该非接触式温度传感器I的制造方法进行说明。
[0050]本实施方式的非接触式温度传感器I的制造方法具有在绝缘性膜2上对薄膜热敏电阻部3进行图案形成的薄膜热敏电阻部形成工序、将互相相对的一对梳状电极4配置于薄膜热敏电阻部3上而在绝缘性膜2上对一对图案配线6进行图案形成的电极形成工序、在绝缘性膜2的表面形成保护膜8的保护膜形成工序、在衬垫电极5焊接引线框架7的引线框架粘结工序、在绝缘性膜2粘结背面侧框架9的背面侧框架粘结工序、及将保护膜10粘结于背面侧框架9的保护膜粘结工序。
[0051 ]作为更具体的制造方法的例子，在示于图3的(a)的厚度50μπι的聚酰亚胺膜的绝缘性膜2上，使用T1-Al合金溅射靶，在含氮气氛中通过反应性溅射法，而以膜厚200nm形成TixAlyNz(X = 9、y = 43、z = 48)的热敏电阻膜。此时的溅射条件中，极限真空度5 X 10—6Pa、溅射气压0.4Pa、靶投入功率(输出功率)200W，在Ar气+氮气的混合气体气氛下，以使氮气比例为20%而制作。
[0052]在所成膜的热敏电阻膜上将抗蚀剂液以棒式涂布机进行涂布后，以110°C进行I分30秒的预烤，以曝光装置进行感光后，以显影液将不必要部分进行去除，进一步以150°C通过5分钟的后烤而进行图案化。之后，对不必要的TixAlyNz的热敏电阻膜以市售的Ti蚀刻剂进行湿法蚀刻，如图3的(b)所示，通过抗蚀层剥离作成所期望的形状的薄膜热敏电阻部3。
[0053]接着，在薄膜热敏电阻部3及绝缘性膜2上，通过溅射法而以膜厚20nm形成Cr膜的接合层。另外，在该接合层上，通过溅射法而以膜厚10nm形成Au膜的电极层。
[0054]接着，在所成膜的电极层上将抗蚀剂液以棒式涂布机进行涂布后，以110°C进行I分30秒的预烤，以曝光装置进行感光后，以显影液将不必要部分进行去除，以150°C通过5分钟的后烤而进行图案化。之后，对不必要的电极部分按市售的Au蚀刻剂及Cr蚀刻剂的顺序而进行湿法蚀刻，如图2及图3的(c)所示，通过抗蚀层剥离而形成所期望的图案配线6及梳状电极4。
[0055]另外，在其上将聚酰亚胺清漆通过印刷法进行涂布，而以250°C进行30分钟固化，如图3的(d)所示，形成厚度为20μπι的聚酰亚胺保护膜8，从而制作传感部S。
[0056]接着，在传感部S的一对衬垫电极5，如图4所示，将一对引线框架7在其基端侧进行焊接。此时，将一对引线框架7以在其前端侧包围热敏电阻形成区域2a的方式而配置。
[0057]另外，如图5所示，在绝缘性膜2的背面侧，以与一对引线框架7相对状态，通过粘结剂等而粘结一对背面侧框架9。此时，与一对引线框架7的前端侧同样地，一对背面侧框架9也以在其前端侧包围热敏电阻形成区域2a的方式而配置。
[0058]并且，如图6所示，在一对背面侧框架9上通过粘结剂等黏贴聚酰亚胺膜的保护膜10，将一对背面侧框架9之间的上部开口部分堵住，从而制作非接触式温度传感器I。
[0059]另外，同时制作多个传感部S的情况下，在绝缘性膜2的大张薄片将多个薄膜热敏电阻部3、梳状电极4、图案配线6、衬垫电极5及保护膜10以上述方式形成后，从大张薄片切断成各传感部S。
[0060]如此在本实施方式的非接触式温度传感器I，一对引线框架7的前端侧将热敏电阻形成区域2a的周围以非接触方式包围而配置，因此薄膜热敏电阻部3受周围的引线框架7机械式保护，且与周围的引线框架7为非接触，因此热不易漏失至引线框架7，可获得高检测准确度。并且，以相比于片式热敏电阻元件等而热容量小的薄膜热敏电阻部3接受辐射热，由此可获得高响应性，且热敏电阻形成区域2a在空中以非接触方式突出，不延伸至引线框架7，由此可设定成小面积，传感器可小型化。另外，以复印机的辊子等为测定对象的情况下，即使因卡纸而与辊子的距离发生改变，在将纸去除时仍因引线框架7的弹簧特性(弹性)使得传感位置复原，可恢复原状。因此，可比以往接近辊子而设置，可获得高检测准确度。
[0061]并且，由于具备基端侧粘结于绝缘性膜2的电极形成区域2b的背面侧，且前端侧将热敏电阻形成区域2a的周围以非接触的方式包围而配置的一对背面侧框架9，因此除了表面侧的引线框架7以外通过背面侧框架9也使热敏电阻形成区域2a受到机械式保护，具有更高刚性并被加强。并且，可将电极形成区域2b以引线框架7与背面侧框架9夹住而支承，维持引线框架7与衬垫电极5的接合强度而可实现可靠性的提高。
[0062]另外，具备将热敏电阻形成区域2a的背面侧以非接触方式覆盖而设置的绝缘性保护膜10，因此保护膜10在背面侧屏蔽辐射热，可抑制外部空气等的影响或来自测定对象物以外的热的干扰。
[0063]并且，图案配线部6以膜厚100?300nm的薄膜而形成，因此相比于在一般的印刷基板等作为配线而使用的厚度ΙΟΟμπι左右的金属箔而因纳米级的薄膜化使得热导大幅减小，从而可获得更高响应性。
[0064]并且，配线形成区域2c以比热敏电阻形成区域2a及电极形成区域2b窄的方式形成，因此热难以经由配线形成区域2c而漏失，可获得更高响应性。
[0065]另外，薄膜热敏电阻部3由以通式:1^1#(0.70^^/^+7)<0.98、0.4^^彡0.5、x+y+z = I)所示的金属氮化物构成，其晶体结构为六方晶系的晶体系且为纤锌矿型的单相，因此以非烧成获得良好的B常数且具有高耐热性。
[0066]并且，该金属氮化物材料中，是相对于膜的表面而沿垂直方向延伸的柱状晶体，因此膜的结晶性高，获得高耐热性。
[0067]另外，在该金属氮化物材料，相对于膜的表面在垂直方向上使c轴比a轴较强地取向，相比于a轴取向强的情况而获得高B常数。
[0068]因此，在本实施方式的非接触式温度传感器I，是在绝缘性膜2上以上述热敏电阻材料层而形成薄膜热敏电阻部3，因此通过以非烧成形成并高B常数且耐热性高的薄膜热敏电阻部3，而可使用树脂膜等耐热性低的绝缘性膜2，且获得具有良好的热敏电阻特性的薄型且挠性的热敏电阻传感器。
[0069]另外，本发明的技术范围并不限定于上述实施方式，可在不脱离本发明的主旨的范围内施加各种变更。
[0070]例如，在上述实施方式，在绝缘性膜在薄膜热敏电阻部的相反侧的一面(热敏电阻形成区域的背面)未特别形成任何物，但也可以在该部分以Au等而形成红外线反射膜。该情况下，可通过红外线反射膜对来自背面侧的红外线进行反射而进一步防止来自除测定对象物以外的辐射热的干扰。
[0071]并且，在上述实施方式，将背面框架与保护膜分体粘结，但也可以将这些以树脂等一体化成壳状而粘结于绝缘性膜的背面。
[0072]符号说明
[0073]1-非接触式温度传感器，2-绝缘性膜，2a_热敏电阻形成区域，2b_电极形成区域，2c-配线形成区域，3-薄膜热敏电阻部，4-梳状电极，4a-梳部，5-衬垫电极，6-图案配线，7-引线框架，8-保护膜，9-背面侧框架，10-保护膜，S-传感部。
【主权项】
1.一种非接触式温度传感器，其特征在于，具备: 绝缘性膜； 薄膜热敏电阻部，在所述绝缘性膜的表面以热敏电阻材料形成图案； 一对梳状电极，在所述薄膜热敏电阻部的上表面及下表面中的至少一个表面具有多个梳部并互相相对而形成图案； 一对衬垫电极，在所述绝缘性膜的表面形成图案； 一对图案配线部，一端连接于所述一对梳状电极且另一端连接于所述一对衬垫电极并在所述绝缘性膜的表面形成图案;及 一对引线框架，在所述绝缘性膜的表面侧粘结于所述一对衬垫电极； 所述薄膜热敏电阻部形成于配置在所述绝缘性膜的前端侧的热敏电阻形成区域， 所述衬垫电极形成于配置在所述绝缘性膜的基端侧的电极形成区域， 所述一对引线框架的前端侧将所述热敏电阻形成区域的周围以非接触方式包围而配置。2.根据权利要求1所述的非接触式温度传感器，其特征在于，具备: 一对背面侧框架，基端侧粘结于所述绝缘性膜的所述电极形成区域的背面侧，前端侧将所述热敏电阻形成区域的周围以非接触方式包围而配置。3.根据权利要求2所述的非接触式温度传感器，其特征在于，具备: 绝缘性保护膜，将所述热敏电阻形成区域的背面侧以非接触方式覆盖而设置。4.根据权利要求1所述的非接触式温度传感器，其特征在于， 所述图案配线部以膜厚100?300nm的薄膜而形成。5.根据权利要求1所述的非接触式温度传感器，其特征在于， 所述绝缘性膜在所述热敏电阻形成区域与所述电极形成区域之间具有配置了所述图案配线部的配线形成区域， 所述配线形成区域以比所述热敏电阻形成区域及所述电极形成区域窄的方式形成。
【文档编号】G01J5/20GK105899921SQ201580004195
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年2月10日
【发明人】中村贤蔵, 西山雅史, 松本文夫
【申请人】三菱综合材料株式会社